JPH09159815A

JPH09159815A - カラーフィルターの製造方法およびカラーフィルター

Info

Publication number: JPH09159815A
Application number: JP31448395A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Nemoto; 洋一根本; Masaaki Yoshida; 昌昭吉田; Hiroshi Amari; 紘甘利
Original assignee: FUJI HANTO ELECTRON TECHNOL KK
Current assignee: FUJI HANTO ELECTRON TECHNOL KK
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】表面平滑性に優れ、研磨やオーバーコート層
の設置の不要であり、更に露光装置における数μｍ程度
の精度上のアライメント誤差が性能に実質的に影響しな
いカラーフィルターの製造方法を提供する。【解決手段】基板上に１色以上のパターン形状のカラ
ー画素を形成した後、その全面に光不透過性のネガ型感
光性組成物を塗布し、カラー画素の間隙相当部分にデフ
ォーカス露光、現像してブラックマトリックスを形成す
る（図１）又は基板上にブラックマトリックスを形成し
た後、その全面に染料又は顔料を含有するネガ型感光性
組成物を塗布し、カラー画素相当部分にデフォーカス露
光、現像する工程を１回以上行って、１色以上のカラー
画素を形成して、カラーフィルターを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶などのカラー
画像表示装置、イメージスキャナー等に用いられるカラ
ーフィルターの製造方法、特に平滑性に優れたカラーフ
ィルターの製造方法、及びそれにより得られるカラーフ
ィルターに関する。

【０００２】

【従来技術】カラー液晶表示装置の液晶セル内に設けら
れるカラーフィルターは、ガラスなどの基板上に、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の画素がモザイク型、ス
トライプ型等のパターン配置してなり、各画素の形成方
法としては、印刷法、電着法、染色法、感光性顔料分散
法等が知られている。

【０００３】更に赤、緑及び青の各画素の間隔を遮光す
るためにブラックマトリックスが形成される。ブラック
マトリックスの形成方法としては、クロム等の金属薄膜
で形成する方法が知られているが、コストがかかること
及び表面反射性が高く液晶表示した時に見にくいという
問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】他の方法として、赤、
緑及び青の画素を形成した後、カーボンブラック等の光
不透過性顔料を分散したネガ型感光性組成物を全面に塗
布し、各画素の間隙相当部分にパターン露光、現像する
ことにより、非露光部（即ち各画素相当部分）の不透過
性組成物を溶解除去して、ブラックマトリックスを形成
する方法が知られている。しかしながら、赤、緑又は青
の各画素と不透過性組成物との重なり部分が、充分に溶
解除去されずに残ってしまい、結果として表面に凹凸が
できるため、表面を研磨するかオーバーコート層を設け
る等して表面平滑化する技術が更に必要であった。

【０００５】また、形成された各画素の間隙相当部分を
パターン露光する場合に±２〜３μｍ程度のアライメン
ト誤差が生じてしまうため、ブラックマトリックスの線
幅を例えば２０μｍ程度に細くして画面を明るくしたい
という要望に沿わないものであった。

【０００６】このことは、各画素とブラックマトリック
スの形成順序を逆にしても、即ち、ブラックマトリック
スを形成したのち、各画素に相当するネガ型感光性組成
物を塗布、画素相当部分をパターン露光、非露光部を溶
解除去する場合にも、同様に問題となる。

【０００７】かかる問題を解決する方法として、上記の
様にしてネガ型感光性組成物を塗布した後、基板の裏側
から全面露光すると、各画素の間隙部分のみ露光される
ことを利用して、非露光部（画素部分）を現像により溶
解除去する方法が知られている。しかしながら、基板の
裏側から露光するため、表面まで露光されにくく、その
後の現像処理により間隙部分も溶解除去されてしまい、
得られるブラックマトリックスの遮光性が不十分である
という問題がある。

【０００８】以上のように、本発明は、従来のカラーフ
ィルターの有する上記課題を解決するものである。本発
明の目的は、表面平滑性に優れ、研磨やオーバーコート
層の設置の不要なカラーフィルターの製造方法を提供す
ることにある。本発明の更なる目的は、露光装置におけ
る数μｍ程度の精度上のアライメント誤差が性能に実質
的に影響しないカラーフィルターの製造方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、基
板上に少なくとも１色のパターン形状のカラー画素を形
成した後、その全面に光不透過性のネガ型感光性組成物
を塗布し、カラー画素の間隙相当部分にデフォーカス露
光し、現像して、ブラックマトリックスを形成すること
を特徴とするカラーフィルターの製造方法により達成さ
れることが見出された。

【００１０】従来、不透過性顔料を含有するネガ型感光
性組成物を塗布、露光、現像することにより、カラー画
素間の間隙にブラックマトリックスを形成する場合に
は、カラー画素の間隙に相当部分に「パターン露光」を
行っていたのに対し、本発明は該相当部分に「デフォー
カス露光」することを大きな特徴とする。本発明は、か
かる簡易な技術を適用することにより、極めて良好な表
面平滑性を達成できるという画期的技術である。更に、
デフォーカス露光のアライメントが数μｍずれても、依
然良好な表面平滑性を達成することができる。

【００１１】また、カラー画素の形成とブラックマトリ
ックスの形成順序が逆の場合でも、同様に表面平滑性の
優れたカラーフィルターが得られるものであり、従っ
て、本発明は、基板上にブラックマトリックスを形成し
た後、その全面に染料又は顔料を含有するネガ型感光性
組成物を塗布し、カラー画素相当部分にデフォーカス露
光し、現像する工程を少なくとも１回行って、少なくと
も１色のカラー画素を形成することを特徴とするカラー
フィルターの製造方法も同様に提供するものである。

【００１２】ここで、デフォーカス露光とは、通常のパ
ターン露光は可能な限り矩形の分光分布をもたせようと
するのに対し、ここで言うデフォーカス露光は、露光端
部に意図的に勾配をもたせた露光方法を言う。例えば、
既に基板上に矩形形状で形成されたカラー画素又はブラ
ックマトリックスに適用されたパターン露光に比して、
その露光分布において設定変更等により意図的に露光端
部に勾配を有するものが、デフォーカス露光に相当す
る。

【００１３】本発明の原理は定かではないが、パターン
状のカラー画素（緑及び赤）上にブラックマトリックス
用の不透過性ネガ型感光性組成物を塗布した場合につい
て図１及び図２を用いて説明する。従来のパターン露光
では、露光されて光硬化した部分（図２ａのイ）が現像
によって溶解除去されにくく、カラー画素と感光性組成
物との重なり部分が残ってしまい表面に凹凸ができるも
のと考えられる。また、パターン露光の間隔を狭める
と、非露光部分（図２ｂのロ）が現像により溶解除去さ
れてしまうため、充分な遮光性が得られない。このこと
は、アライメントがずれた場合にも同様のことが言え
る。

【００１４】一方、本発明に従いデフォーカス露光した
場合には、現像において中央部分において最も難溶で、
カラー画素方向に向かって徐々に溶解の程度が増大し
（図１のホ＞ニ＞ハの順に溶解の程度が大きい）、しか
も既に形成されている画素が溶解現像を妨害するため、
結果的に表面平滑性の極めて優れたカラーフィルターが
得られるものと考えられる。また、従来のパターン露光
による方法では、露光のアライメントが例えばブラック
マトリックスの所望の線幅の１／１０以上ずれることは
性能上致命的であったが、本発明に従いデフォーカス露
光した場合には、かかる「ずれ」が表面平滑性にほとん
ど影響しないことが判明した。

【００１５】また、ブラックマトリックスを先に形成し
た場合にも同様のことが言える。例えば、図３ａに示す
ように、基板上にブラックマトリックスを形成した後、
カラー画素形成用の染料又は顔料（図３ａでは緑色）を
含有するネガ型感光性組成物をその全面に塗布し、画素
相当部分にデフォーカス露光し、次いで溶解現像するこ
とにより、表面平滑性を有する緑色カラー画素を形成す
ることができる。必要に応じて、この工程を繰り返すこ
とにより、多色カラー画素（通常は赤色、緑色及び青色
の３色）を形成することができる。

【００１６】また、ブラックマトリックスは金属薄膜等
の如く、形成されるべきカラー画素に比して厚みの薄い
ものであってもよい。その場合には、図３ｂに示すよう
に、２色目以降のカラー画素について本発明を適用する
ことにより、それ以前に形成されたカラー画素に対して
表面平滑性を有するカラーフィルターを得ることができ
る。尚、一色目のカラー画素の露光は、従来通りのパタ
ーン露光を行い矩形形状の画素を形成してもよいが、他
の画素との重なり部分がブラックマトリックス部分に相
当するため、勾配を有する画素を形成するデフォーカス
露光を行ってもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の方法を具体的に説明
する。本発明のデフォーカス露光が施されるネガ型感光
性組成物としては、本分野で通常用いられるものを使用
することができる。具体的には、バインダー樹脂、光重
合開始剤、重合性化合物、顔料、界面活性剤、溶剤、可
塑剤等が用いられる。

【００１８】バインダー樹脂としては、ロジン、石灰ロ
ジン等の天然樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、石
油樹脂、ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹
脂、アクリル樹脂、ニトロセルロース、環化ゴム等の合
成樹脂が挙げられる。

【００１９】光重合開始剤としては、２−トリクロロメ
チル−５−スチリル−１，３，４−オキサジアゾール、
２−トリクロロメチル−５−（ｐ−シアノスチリル）−
１，３，４−オキサジアゾール、２−トリクロロメチル
−５−（ｐ−メトキシスチリル）−１，３，４−オキサ
ジアゾール等のハロメチルオキサチアゾール系化合物、
２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−ｐ−メトキシ
スチリル−ｓ−トリアジン、２，４−ビス（トリクロロ
メチル）−６−（１−ｐ−ジメチルアミノフェニル−
１，３−ブタジエニル）−ｓ−トリアジン、２−トリク
ロロメチオル−４−アミノ−６−ｐ−メトキシスチリル
−ｓ−トリアジン等のハロメチル−ｓ−トリアジン系化
合物が挙げられる。

【００２０】重合性化合物としては、エチレン性不飽和
結合を有する重合可能な化合物が挙げられ、具体的に
は、多官能アクリレート、メタアクリレートモノマー、
例えば、エチレングリコールジアクリレート、トリエチ
レングリコールジアクリレート、１，３−ブタジオール
ジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレ
ート、プロピレングリコールジアクリレート、トリメチ
ロールトリアクリレート、１，４−ジクロヘキサンジオ
ールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレ
ート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等が挙げ
られる。

【００２１】赤の顔料としては、アントラキノン系顔
料、ペリレン系顔料単独またはそれらの少なくとも一種
とジスアゾ系黄色顔料またはイソインドリン系黄色顔料
との混合が挙げられる。緑の顔料としては、ハロゲン化
フタロシアニン系顔料単独またはジスアゾ系黄色顔料ま
たはイソインドリン系黄色顔料との混合が挙げられる。
青の顔料としては、フタロシアニン系顔料単独またはジ
オキサジン系紫色顔料との混合が挙げられる。また、ブ
ラックマトリックス用の顔料としては、カーボン、チタ
ンカーボン、酸化鉄単独またはそれらの混合が挙げられ
る。また、必要に応じて上記溶媒に可溶な染料を用いる
ことができる。

【００２２】界面活性剤としては、例えば顔料誘導体、
カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオ
ン系界面活性剤、ポリエステル系高分子分散剤、アクリ
ル系高分子分散剤、ポリエタン系高分子分散剤等が挙げ
られる。溶剤としては、水あるいはエステル類、エーテ
ル類、ケトン類、芳香族炭化水素類等の有機溶剤が挙げ
られる。

【００２３】その他必要に応じて、充填剤、密着促進
剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、保存安定
剤、消泡剤などを適宜用いることができる。

【００２４】本発明のカラーフィルターの製造法につい
て説明する。図１に示される如き、カラー画素をはじめ
に形成する場合には、まず、ガラス又はアクリル樹脂等
のプラスチックからなる透明基板１上に、本分野で通常
用いられる方法、例えば印刷法、蒸着法、染色法、感光
性顔料分散法、非感光性顔料分散法等の方法に従い、通
常Ｒ、Ｇ及びＢの三色のカラー画素をモザイク型、スト
ライプ型等にパターン形状にて形成する。

【００２５】次いで、カラー画素の形成された基板上全
面に、上記の如きブラックマトリックス用顔料を含有す
るネガ型感光性組成物を本分野で通常用いられる方法に
従い塗布、プリベーク（乾燥）して塗膜を形成する。塗
膜は０．５〜３．０μｍ程度が好ましく、プリベークは
５０〜１５０℃にて１０〜３００秒程度（ホットプレー
トの場合）で行うことが好ましい。

【００２６】次いで図１に示すように、この塗膜のカラ
ー画素間隙相当部分にデフォーカス露光する。デフォー
カス露光は、通常のプロキシミリティ型露光機のプロキ
シミリティギャップ（距離）を通常の１５０％以上、特
に２００〜５００％にして得られると同等の露光分布を
もつことが好ましい。具体的には、上記プロキシミリテ
ィギャップを通常の１５０％以上とする、散光板を用い
る、フォトマスクを細工する等の手段が挙げられる。露
光量は、例えばｉ線で測定して５０〜８００ｍｊ程度が
好ましいが、特に限定されるものではない。

【００２７】次いで、本分野で通常用いられる方法に従
い、現像、ポストベークしてブラックマトリックスを形
成する。現像は有機又は無機のアルカリ現像剤を用いて
室温〜５０℃（液温）にて１５秒〜１８０秒程度、ポス
トベークは例えば２２０℃にて３分〜１０分（ホットプ
レート）程度行うことが好ましい。

【００２８】本発明のカラーフィルターは、表面平滑性
に優れており、従来必要であった、研磨処理やオーバー
コート層の設置等の平坦化処理を施す必要がなくなっ
た。また、その優れた平滑性のために、例えば液晶表示
装置に適用した場合に、セル形成時に電極間距離が均一
になるため、画面の均一化を図ることができる。また、
電極間距離が狭められるため、応答速度を上げることも
できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例により例証する。実施例１ガラス基板上に、緑色の感光性顔料分散組成物ＣＧ−７
０００（富士ハントエレクトロテクロノジー社製）を塗
布厚１．３μｍで塗布し、９０℃にて２４０秒ホットプ
レートにてプリベークし、２００ｍｊ（ｉ線測定）でパ
ターン露光した後、現像剤ＣＤ（富士ハントエレクトロ
テクロノジー社製）の２０％希釈液で２６℃にて８０秒
現像し、次いで２２０℃にて４８０秒（ホットプレー
ト）ポストベークして緑（Ｇ）の画素を形成した。

【００３０】同様にして、赤（Ｒ）画素を感光性顔料分
散組成物ＣＲ−７０００、青（Ｂ）画素を感光性顔料分
散組成物ＣＢ−７０００（両者とも富士ハントエレクト
ロテクロノジー社製）を用いて、この順に逐次画素を形
成して、ガラス基板上にＲ、Ｇ、Ｂのストライプパター
ンを形成した。ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ間の各間隙は、Ｒ−
Ｇ間１６．２μｍ、Ｇ−Ｂ間１１．９μｍ、Ｂ−Ｒ間１
３．４μｍであった。

【００３１】このＲ、Ｇ、Ｂのストライプパターン画素
上に、マトリックス用感光性顔料分散組成物ＣＫ−１７
１（富士ハントエレクトロテクロノジー社製）を塗布厚
１．３μｍで塗布し、上記と同様に９０℃にて２４０秒
ホットプレートにてプリベークした。

【００３２】このブラックマトリックス（ＢＭ）用組成
物を塗布乾燥した試料を二つ用意し、それぞれ、マスク
線幅２０μｍのブラックマトリックス用マスクを使用
し、プロキシミリティ方式の一括露光機（コリメーター
半角１．５度）で、パターン露光（従来通りプロキシミ
リティギャップ量６０μｍ）又はデフォーカス露光（プ
ロキシミリティギャップ量２００μｍ）した。それぞれ
の露光量分布は、シュミレーションによると、図４の通
りとなる。

【００３３】両試料を上記と同様に現像、プリベークし
て得たサンプルを、光学顕微鏡でブラックマトリックス
を測定し、触針厚味計（デクタック社製）でその凹凸を
測定し、ＳＥＭ（日本電子社製）でその重なりを観察し
たたところ、以下の通りの結果を得た。

【００３４】

【表１】

【００３５】上記の結果から、本発明では、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各画素間の間隙にほぼ一致したブラックマトリックス
（Ｋ）を形成し、且つＲ、Ｇ、Ｂの各画素とブラックマ
トリックスの表面はほぼ平坦となり、ＳＥＭにおいて
も、ブラックマトリックスが当該間隙に合致して形成さ
れていることが観察され、従来の方法と明確に相違する
ことが明らかである。

【００３６】また、Ｒ−Ｇ、Ｇ−Ｂ、Ｂ−Ｒの各間隙が
１１．９〜１６．２μｍと異なり、また、ブラックマト
リックス用のマスク幅が２０μｍであるにもかかわら
ず、形成されるブラックマトリックスの線幅が、Ｒ、
Ｇ、Ｂのそれぞれの線幅で形成されることから、±２μ
ｍ程度のアライメント誤差があっても、画素とブラック
マトリックスが重なりあって凹凸ができたり、隙間がで
きたりしないことが判る。

【００３７】また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素を、印刷法、蒸
着法、染色法、非感光性顔料分散法で形成しても、上記
と同様の結果が得られる。

【００３８】実施例２実施例１と同様の感光性組成物ＣＫ−１７１を、実施例
１と同様のプロセスでパターン露光（プロキシミリティ
ギャップ量６０μｍ）して、ブラックマトリックスを形
成した。ブラックマトリックスで形成された画素相当部
分に、Ｇ、Ｒ、Ｂの順に以下の通りに各画素を形成し
た。即ち、実施例１と同様の感性組成物ＣＧ７０００、
ＣＲ７０００又はＣＢ７０００を、実施例１と同様に塗
布、プリベークした後、実施例１で行ったパターン露光
のプロキシミリティギャップを２００μｍにしてデフォ
ーカス露光を行った後、実施例１と同様にして現像、ポ
ストベークした。図３ａに示すように、ブラックマトリ
ックスで形成された画素用のスペースにＲ、Ｇ、Ｂの各
画素がブラックマトリックスと同じ高さで形成され、こ
れらの上端がほぼ平面であり、平滑性の優れたカラーフ
ィルターが得られた。

【００３９】実施例３ガラス基板の上に、蒸着法によりクロム薄膜を形成して
ブラックマトリックスを形成した。この上に、実施例１
と同様にして、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）の順に、
塗布、プリベーク、露光、現像及びポストベークして、
逐次ストライプ形状のパターンを形成した。但し、最初
のＧについては、パターン露光（プロキシミリティギャ
ップ量６０μｍ）を、続くＲ及びＢについては、本発明
に従いデフォーカス露光（プロキシミリティギャップ量
２００μｍ）を行った。図３ｂに示すように、ブラック
マトリックス上に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素が、ほぼ同じ厚
みで形成され、平滑性の優れたカラーフィルターが得ら
れた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、極めて簡易な方法で、
また、露光装置の精度のずれに左右されず、表面平滑性
の優れたカラーフィルターを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のデフォーカス露光とブラックマトリッ
クス用感光性組成物の現像の様子を表わす模式図であ
る。

【図２】従来のパターン露光とブラックマトリックス用
感光性組成物の現像の様子を表わす模式図である。

【図３】本発明のデフォーカス露光とカラー画素用感光
性組成物の現像の様子を表わす模式図である。

【図４】従来のパターン露光と本発明のデフォーカス露
光の露光分布の一例を表わす図である。

【符号の説明】

１透明基板Ｇ緑色画素Ｒ赤色画素Ｋブラックマトリックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくとも１色のパターン形状
のカラー画素を形成した後、その全面に光不透過性のネ
ガ型感光性組成物を塗布し、カラー画素の間隙相当部分
にデフォーカス露光し、現像して、ブラックマトリック
スを形成することを特徴とするカラーフィルターの製造
方法。
【請求項２】基板上にブラックマトリックスを形成し
た後、その全面に染料又は顔料を含有するネガ型感光性
組成物を塗布し、カラー画素相当部分にデフォーカス露
光し、現像する工程を少なくとも１回行って、少なくと
も１色のカラー画素を形成することを特徴とするカラー
フィルターの製造方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の方法により得られ
たカラーフィルター。