JPH09189904A - カラーフィルター - Google Patents

カラーフィルター

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JPH09189904A
JPH09189904A JP1818596A JP1818596A JPH09189904A JP H09189904 A JPH09189904 A JP H09189904A JP 1818596 A JP1818596 A JP 1818596A JP 1818596 A JP1818596 A JP 1818596A JP H09189904 A JPH09189904 A JP H09189904A
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JP
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color filter
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black matrix
colored pixels
colored
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JP1818596A
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Keizo Ishikawa
桂三 石川
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画素とブラックマトリックス又は画素同士が
重畳せしめると、当該重畳部の凹凸の影響を受けて、そ
の上のITOにクラック等が発生し易く、信頼性の低下に
繋がっていた。 【解決手段】 画素とブラックマトリックス又は画素同
士で構成されたカラーフィルターにおいて、これらの構
成部材の膜厚を略同一とする。また、該画素と該ブラッ
クマトリックス又は該画素同士との重畳部の盛り上がり
を各着色画素に対して0.4μm以下とする。更に、該画素
と該ブラックマトリックス又は該画素同士との重畳部の
寸法を1.0μm〜9.0μmとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
ラインセンサ等の表示装置や受光装置と組み合わせて使
用するカラーフィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】ブラックマトリックスを遮光体とするカ
ラーフィルターは、主として2種類に大別される。
【0003】イ)Cr等の金属薄膜をエッチング加工し
て、これをブラックマトリックスとして、その上に着色
画素を形成し、カラーフィルターとするもの。図2
(イ)に、金属薄膜をエッチング加工して、画素を形成
したカラーフィルターの断面図を示す。透明なガラス基
板上に金属薄膜を蒸着せしめ、必要な部位をエッチング
により、除去して光透過性とし、その上に赤色、青色、
緑色の各着色画素を形成する。そして、最後に透明導電
膜、例えば、ITOをこの上に形成せしめ、カラーフィル
ターを得ることが出来るものである。この金属薄膜をエ
ッチング加工して得られるブラックマトリックスは、遮
光部の光学濃度が3以上取れること、微細に形成される
ことが可能であること等の理由により、現在の主流とな
っている。
【0004】ロ)黒色の顔料分散感光性樹脂を製版し
て、これをブラックマトリックスとして使用し、その上
に着色画素を形成し、カラーフィルターとするもの。図
2(ロ)に、黒色の顔料分散感光性樹脂を製版して、そ
の上に画素を形成したカラーフィルターの断面図を示
す。透明なガラス基板上に黒色の顔料分散感光性樹脂を
塗布・露光・現像という、一連のフォトリソグラフィー
プロセスを経て、ブラックマトリックスを形成し、各開
口部に赤色、青色、緑色の各着色画素を形成する。そし
て、最後に透明導電膜、例えば、ITOをこの上に形成せ
しめ、カラーフィルターを得ることが出来るものであ
る。黒色の顔料分散感光性樹脂を使用したブラックマト
リックスは、上記の金属薄膜を使用したタイプのものに
比して、遮光部の光学濃度が小さい、微細な加工が困難
である点で、不利であるが、金属の真空蒸着のプロセス
が不要で製造原価低減に寄与する。このため、黒色の顔
料分散感光性樹脂の開発が進められ、実用上で使用に耐
え得るブラックマトリックスの形成が可能になりつつあ
る。
【0005】一方、従来のカラーフィルターでは、着色
画素とITOの間に、透明保護膜という樹脂膜を形成せし
めていた。着色画素の耐薬品性の向上、表面凹凸を緩和
せしめ、透明導電膜の形成時の表面ストレスを最小限に
低減せしめるためである。しかし、透明保護膜を形成す
る工程が余分に必要であり、その分、原材料・製造コス
ト共の上昇することになるため、現在では、透明保護膜
を採用するする工程は減少しつつある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、黒色の顔料
分散感光性樹脂でブラックマトリックスを形成した後、
着色画素を形成する場合、ブラックマトリックスと着色
画素の重なった部分は、両者の膜厚により、合計で3μ
m程度となり、厚膜になるという問題があった。着色画
素では十分な色特性を、黒色の顔料分散感光性樹脂では
十分な光学濃度を得るため、1.5μm程度の膜厚が必要で
ある。
【0007】この結果、透明導電膜を蒸着する際、又
は、後工程、例えば、液晶セル製造工程で加熱処理する
と、熱膨張の大きな黒色ブラックマトリックス又は着色
画素が膨張し、熱膨張の比較的小さい無機物たる透明導
電膜との間に界面応力が発生し、黒色ブラックマトリッ
クス又は着色画素と透明導電膜の間で層間剥離を生じさ
せ、カラーフィルターとしての信頼性を低下せしめる、
或いは、透明導電膜にクラックが入り、表面抵抗の上昇
を招く問題が生じる。この現象は、下層に位置する有機
物の膜厚が厚ければ厚いほどその影響を受けやすい。ま
た、この現象は着色画素同士が重畳した場合も同様の現
象が認められていた。
【0008】更に、透明保護膜を介さず、着色画素及び
ブラックマトリックスに直接透明導電膜を形成した場
合、透明保護膜による表面凹凸を減少せしめる効果が無
いため、上記の現象は更に起こり易い状態になってい
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上の問題に鑑み、検討
の結果、本発明を完成させたものであって、その要旨
は、第1の発明は基板上に着色画素が規則正しく整列し
てなるカラーフィルターにおいて、少なくともカラーフ
ィルターを構成する着色画素の膜厚が略同一で、且つ該
着色画素が接してなることを特徴とするカラーフィルタ
ーであり、第2の発明は基板上に着色画素が規則正しく
整列し、同時にブラックマトリックスからなるカラーフ
ィルターにおいて、少なくとも着色画素の膜厚とブラッ
クマトリックスの膜厚が略同一で、且つ該着色画素と該
ブラックマトリックスが接してなることを特徴とするカ
ラーフィルターである。また、第3の発明は前記のカラ
ーフィルターにおいて、少なくとも該着色画素又は該ブ
ラックマトリックスが顔料分散型感光性樹脂で構成され
たことを特徴とする第1の発明、第2の発明のカラーフ
ィルターであり、第4の発明は前記のカラーフィルター
において、少なくとも該着色画素同士又は該着色画素と
該ブラックマトリックスの端部が重なった部分の盛り上
がりが各着色画素の膜厚に対して、0.4μm以下であるこ
とを特徴とする第1の発明、第2の発明又は第3の発明
のカラーフィルターであり、第5の発明は前記のカラー
フィルターにおいて該着色画素同士のパターン又は該着
色画素のパターンと該ブラックマトリックスのパターン
の端部が重畳してなり、その重畳寸法が1.0μm乃至9.0
μmであることを少なくとも含むことを特徴とした第1
の発明乃至第4の発明のカラーフィルターである。
【0010】即ち、第1乃至第5の発明では、着色画素
の膜厚やブラックマトリックスの膜厚を略同一にするこ
とで、透明導電膜のクラック或いは着色画素、ブラック
マトリックス間の層間剥離が防止できることを見出した
結果による。即ち、上述のように熱膨張の異なる物質が
2層で接触しているとその界面に応力が働く。この傾向
は着色画素やブラックマトリックスを構成する有機層が
厚膜になるほど大きい。このため、可能な限り膜厚は小
さいことが望ましい。
【0011】その一方、有機層の膜厚の薄さにも限界が
ある。有機層を形成するための各色の顔料分散感光性樹
脂に過剰な顔料添加は感度添加に繋がるので、制限が加
わることによる。このため、着色画素とブラックマトリ
ックスの膜厚は共に1.0乃至1.5μmの膜厚が下限とな
る。以上より、着色画素と黒色のブラックマトリックス
の画素膜厚は可能な限り薄くする必要がある一方、画素
の重畳部の発生を避けて、クラック及び有機層とITO間
の層間剥離を防止する必要がある。
【0012】更に、膜厚が急激に変化する部位にクラッ
クが発生しやすい。加熱又は冷却時に各層の膨張・収縮
によりストレスがかかり、当該部位に集中することにな
るからである。
【0013】上記の一方で、各着色画素とブラックマト
リックスが隙間無く隣接し、且つ、着色画素同士或いは
着色画素とブラックマトリックスの重畳部が皆無になる
ことは技術的に不可能であり、ある程度、重畳に関して
は許容せざるを得ない。
【0014】発明者の実験に依れば、当該重畳部位は各
画素の膜厚に対し0.4μm以下の盛り上がりであれば、ク
ラック等の問題が発生しない旨を見出した。
【0015】図3は、黒色の顔料分散感光性樹脂を使用
して、プリベーク温度と寸法変化量(設計寸法を0μm
として、その画像のシフト量を示す)の関係を示す。プ
リベーク温度が40℃のとき、寸法変化量は0.5μmである
が、120℃になると3.0μmになる。このようにプリベー
ク温度と寸法変化量に依存性があるのは、プリベークに
より若干架橋が進行し、ラジカル重合が促進されやすい
状態になっているためと考えられる。また、温度が高い
ほどテーパーがつきやすいことが判る。このテーパーが
できるために、着色画素の端部及びブラックマトリック
スの端部を重畳しても、カラーフィルター表面の平坦化
を図りつつ、カラーフィルターの光の漏光を防止するこ
とができる。従って、フォトマスクの設計寸法と、プリ
ベーク温度を制御することで、簡単なプロセス上の工夫
により本発明のカラーフィルターを得ることができる。
【0016】また、図4に、各色の顔料分散感光性樹脂
のプリベーク温度と寸法変化の関係を示す。色により若
干の相違はあるが、図3における黒色顔料分散性感光性
樹脂と同様、プリベーク温度が増加するに従い、寸法変
化量(テーパー幅)が増加する。
【0017】
【発明の実施の形態】
(顔料感光性樹脂の形成)まず、顔料分散感光性樹脂の
基材となる感光性樹脂を以下の組成で混合した。 ・o−クレゾールノボラックエポキシアクリレート (水酸基の50%が無水フタル酸と反応したもの) … 9.5 重量部 ・ジペンタエリストリトールヘキサアクリレート … 9.5 重量部 ・イルガキュアー … 1.0 重量部 ・エチルセソソルブ … 80.0 重量部 この感光性樹脂、顔料及び溶媒を以下のように混合比で混合した。 黒色顔料分散感光性樹脂 ・カーボンブラック … 10 重量部 ・感光性樹脂 … 5 重量部 ・エチルセロソルブ … 85 重量部 赤色顔料分散感光性樹脂 ・ピラゾロンレッド … 10 重量部 ・感光性樹脂 … 5 重量部 ・エチルセロソルブ … 85 重量部 緑色顔料分散感光性樹脂 ・リオノールグリーン2Y-301 … 9 重量部 ・感光性樹脂 … 5 重量部 ・エチルセロソルブ … 86 重量部 青色顔料分散感光性樹脂 ・ファストゲンブルー … 3 重量部 ・感光性樹脂 … 5 重量部 ・エチルセロソルブ … 92 重量部 以上の各組成の顔料感光性樹脂を3本ロールで練肉し、
これを10000rpmの遠心分離装置で5分間回転させて、上
澄みのみを採取し、更に、1.0μmのメンブランフィルタ
ーで濾過することで粒径の大きな粒子を除去した。
【0018】(ブラックマトリックスの形成)ガラス基
板上に黒色顔料分散感光性樹脂を1.5μmの膜厚になるよ
うに塗布し、90℃5分間ホットプレート上で加熱して、
プリベークを行った。塗布成膜した黒色の顔料分散感光
性樹脂をフォトマスクを介して、超高圧水銀燈で露光し
(露光量200mJ/cm2)、0.1%の炭酸ナトリウム水溶液で1
分間現像した。得られた黒色の顔料分散感光性樹脂のレ
リーフパターンを200℃30分間オーブン中で加熱した。
【0019】(各着色画素の形成)上記で作成したブラ
ックマトリックス上に赤色の顔料分散感光性樹脂を膜厚
1.5μmの膜厚になるように塗布し、90℃5分間ホットプ
レート上で加熱して、プリベークを行った。更に、上記
と同様に露光、現像及びポストベークを行った。これら
の工程を緑色、青色の各色の順に繰り返して、原色の画
素が規則正しく配列され、これらの周辺にブラックマト
リックスを配したカラーフィルターを形成した。
【0020】
【発明の効果】本発明に依れば、着色画素及びブラック
マトリックス上に直接ITOを被着せしめても、以後の工
程でITOのクラック及びITOと着色画素等間の界面に層間
剥離を生じる可能性が著しく減少し、表面保護膜の無い
カラーフィルターの信頼性が向上する。更に、表面保護
膜を有するカラーフィルターであっても、より表面平坦
性が向上し、カラーフィルターの信頼性が向上するとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の最良の態様の一例を示すカラーフィル
ターの断面構造図である。
【図2】従来のカラーフィルターの断面構造図である。
【図3】黒色顔料分散感光性樹脂におけるプリベーク温
度と寸法変化量を示す図である。
【図4】各色顔料分散感光性樹脂のプリベーク温度と寸
法変化量を示す図である。
【符号の説明】
11、11' … 基板 12、12' … 着色画素 13、 … 黒色顔料分散感光性樹脂を使用した樹脂
による遮光層 21、22' … 基板 23 … 金属遮光膜 24、24' … 着色画素 25 … 黒色顔料分散感光性樹脂を使用した樹脂
による遮光層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に着色画素が規則正しく整列してな
    るカラーフィルターにおいて、少なくともカラーフィル
    ターを構成する着色画素の膜厚が略同一で、且つ該着色
    画素が接してなることを特徴とするカラーフィルター。
  2. 【請求項2】基板上に着色画素が規則正しく整列し、同
    時にブラックマトリックスからなるカラーフィルターに
    おいて、少なくとも着色画素の膜厚とブラックマトリッ
    クスの膜厚が略同一で、且つ該着色画素と該ブラックマ
    トリックスが接してなることを特徴とするカラーフィル
    ター。
  3. 【請求項3】前記のカラーフィルターにおいて、少なく
    とも該着色画素又は該ブラックマトリックスが顔料分散
    型感光性樹脂で構成されたことを特徴とする請求項1記
    載又は請求項2記載のカラーフィルター。
  4. 【請求項4】前記のカラーフィルターにおいて、少なく
    とも該着色画素同士又は該着色画素と該ブラックマトリ
    ックスの端部が重なった部分の盛り上がりが各着色画素
    の膜厚に対して、0.4μm以下であることを特徴とする請
    求1記載、請求項2又は請求項3記載のカラーフィルタ
    ー。
  5. 【請求項5】前記のカラーフィルターにおいて該着色画
    素同士のパターン又は該着色画素のパターンと該ブラッ
    クマトリックスのパターンの端部が重畳してなり、その
    重畳寸法が1.0μm乃至9.0μmであることを少なくとも含
    むことを特徴とする請求項1乃至請求項4記載のカラー
    フィルター。
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