JPH09297209A

JPH09297209A - カラーフィルタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09297209A
Application number: JP10913896A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sakakawa; 誠坂川; Shinji Ito; 慎次伊藤; Toru Sugimura; 徹杉村
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜で光学濃度が高く、かつ反射率の低い樹脂
ＢＭを用いる事により、表示品位の高いカラーフィルタ
を得ることを可能とするカラーフィルタとその製造方法
を提供することにある。【解決手段】遮光層が、黒色顔料と感光性樹脂とを主成
分とする第一遮光層と、黒鉛を主成分とする第二遮光層
とからなり、その製造方法として、透明基板上に、黒色
顔料と感光性樹脂と希釈剤とを主成分とする組成物を塗
布、乾燥し第一遮光層を形成し、所望のパターンのフォ
トマスクを介して第一遮光層を露光し、前記第一遮光層
上に、黒鉛と希釈剤とを主成分とする組成物を塗布、乾
燥し第二遮光層を形成し、第一遮光層の現像により第一
遮光層の現像部分上の第二遮光層の部分も除去し所望の
パターンを得ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー液晶表示装置
等に用いる色分解用カラーフィルタの製造方法に関し、
特に表示コントラスト向上のために着色パターンの間隙
部に遮光層（ブラックマトリクス、以下ＢＭと略す）を
設けたカラーフィルタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カラー液晶表示装置等に用い
るカラーフィルタ用のＢＭとしては金属クロム膜をフォ
トリソ法を用いてエッチングして製造されるのが一般的
であった。

【０００３】しかし、ＢＭの低反射化、低コスト化、環
境問題といった点から金属クロム代替材料が検討されて
きた。このうち実用化されている方式として、カーボン
ブラックを分散した黒色樹脂を用いてＢＭを製造する方
法がある。この様にして得たＢＭ（以下樹脂ＢＭと略
す）は金属クロム膜に比べて反射率が低くカラー液晶表
示装置の表示コントラストを向上することが可能であ
り、低コスト化も可能であった。

【０００４】しかし樹脂ＢＭは、金属クロムに比べて光
学濃度が低く、十分な光学濃度を得るには膜厚を大きく
設定する必要がある。それによって樹脂ＢＭと着色パタ
ーンのオーバーラップ段差も大きくなる。カラー液晶表
示装置の場合、この段差により、ラビングに不良が生じ
て液晶の配向不良が発生したり、その上のＩＴＯ膜の断
線といった問題が生じる恐れがあった。

【０００５】この問題点を解決するために、黒鉛を分散
した黒鉛ＢＭが提案されている。（特開平６−１１６１
３号公報）黒鉛は鱗片状結晶であるため、薄膜で高い光
学濃度を得ることができ、前期問題点を低減することが
可能である。

【０００６】しかし、黒鉛ＢＭにも、反射率が高いとい
った問題点がある。即ち黒鉛が鱗片状結晶であるため基
板上に塗布した場合個々の結晶が鏡面状に入射光を反射
することから全体の反射率が増大してしまう。カーボン
ブラックを用いた樹脂ＢＭの反射率が約１％であるのに
対し、黒鉛樹脂ＢＭでは約１０％となり、液晶表示装置
の表示コントラストを低下させる恐れがある。

【０００７】また黒鉛は他の黒色顔料に比べて光学濃度
が高いことから他の黒色顔料を用いた場合と同様に感光
性樹脂に分散してフォトリソ法でパターニングすること
ができず、リフトオフ法を用いる必要がある。リフトオ
フ法は、通常真空成膜で形成されたごく薄膜（０．１μ
ｍ以下）に対して行われる方法であり、今回のごとくス
ピンコート、ロールコート法等で形成した比較的厚膜
（０．３〜０．５μｍ程度）をパターニングする場合下
地のレジストパターンのエッジの部分でかけ、ハガレが
生じやすく充分な解像度が得られないといった問題点も
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものであり、その課題と
するところは、薄膜で光学濃度が高く、かつ反射率の低
いＢＭを有するカラーフィルタ及びその製造方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明ではこの課題を解
決するため、請求項１に係る発明として、透明基板上に
遮光層を設けてなるカラーフィルタにおいて、前記遮光
層が、黒色顔料と感光性樹脂とを主成分とする第一遮光
層と、黒鉛を主成分とする第二遮光層とからなることを
特徴とするカラーフィルタを提供する。

【００１０】また、請求項２に係る発明として、透明基
板上にパターン状の遮光層を設けてなるカラーフィルタ
の製造方法において、前記パターン状の遮光層の形成工
程が（１）透明基板上に、黒色顔料と感光性樹脂と希釈
剤とを主成分とする組成物を塗布、乾燥し第一遮光層を
形成する工程、（２）所望のパターンのフォトマスクを
介して第一遮光層を露光する工程、（３）前記第一遮光
層上に、黒鉛と希釈剤とを主成分とする組成物を塗布、
乾燥し第二遮光層を形成する工程、（４）第一遮光層の
現像により第一遮光層の現像部分上の第二遮光層の部分
も除去し所望のパターンを得る工程、からなることを特
徴とするカラーフィルタの製造方法を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の形態について詳細な
説明を行う。本発明におけるカラーフィルタの断面の構
造の１例を図１に示す。透明基板（１）上に黒色顔料と
感光性樹脂からなる第１遮光層（２）、黒鉛からなる第
２遮光層（３）が設けられてなる。

【００１２】本発明における黒色顔料としては、カーボ
ンブラック、酸化チタン、鉄黒、アニリンブラック等が
用いられ、また、有機顔料を混合して黒色化したものも
用いることが出来る。更に必要に応じて顔料の分散性を
高める為に、分散媒として、アクリル系樹脂、エポキシ
系樹脂等を加えることも可能である。また、分散剤とし
て、非イオン性界面活性剤（例えばポリオキシエチレン
アルキルエーテル）、イオン性界面活性剤（例えばアル
キルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、
脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウ
ム塩）、有機顔料誘導体、ポリエステル等を用いても良
い。分散剤は１種類を単独で使用しても良く、２種類以
上を混合して使用しても良い。

【００１３】更に分散時の作業性を上げるために希釈溶
剤として、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテ
ート、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテー
ト、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテー
ト、ジグライム、シクロヘキサノン、プロピレングリコ
ールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメ
チルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネー
ト、イソプロピルセロソルブ、酢酸イソアミル、２−ヘ
プタノン、メチル−ｎ−アミルケトン、乳酸エステル
類、等の有機溶剤を用いてもよい。

【００１４】本発明に用いる感光性樹脂はアクリル樹
脂、光重合性モノマー、重合開始剤からなるものが使用
可能である。アクリル樹脂としては、

【００１５】

【化１】

【００１６】の一般式に示されるモノマーの中から必要
により選ばれる数種類のモノマーにより合成される樹脂
である。ここでＲ₁はＨまたはＣＨ₃、Ｒ₂はアルキ
ル、分枝アルキルあるいは、フェニル、シクロヘキシ
ル、テトラヒドロフルフリルメタクリレート等がある。
本発明に主に使用される樹脂の具体的な例としては、

【００１７】

【化２】

【００１８】のアクリル系モノマーの他、ジメチルアミ
ノエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、グリ
シジルメタクリレート、アクリロニトリル、ビニルアセ
テート、N −ビニルピロリドン、テトラヒドロフルフリ
ルメタクリレート等も適宜選択して用いることが出来
る。

【００１９】光重合性モノマーとしては、単官能モノマ
ーとして、ノニルフェニルカルビトールアクリレート、
２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレー
ト、２−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、２
官能モノマーとして、トリプロピレングリコールアクリ
レート、ポリエチレングリコールジアクリレート、テト
ラエチレングリコールジアクリレート、３官能モノマー
としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、
ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリス（２−
ヒドロキシエチル）イソシアネート、多官能モノマーと
して、トリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジ
ペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレート
等があげられる。

【００２０】光重合開始剤としては、トリアジン系化合
物として、ピペロニル−ｓ−トリアジン、２，４，６−
トリス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−
（ｐ−メトキシスチリル）−４，６−ビス（トリクロロ
メチル）−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビ
ス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−
メトキシフェニル）−４，６−ビス（トリクロロメチ
ル) −ｓ−トリアジン、２−（ｐ−クロロフェニル）−
４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、
２−（４’−メトキシ−１’−ナフチル）−４，６−ビ
ス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン等が使用可能
である。

【００２１】また、他の光重合開始剤としては、イミダ
ゾール系化合物として、２−（２，３−ジクロロフェニ
ル）−４，５−ジフェニル−イミダゾーエル二量体、２
−（２，３−ジクロロフェニル）−４，５−ビス（３−
メトキシフェニル）−イミダゾール二量体、２−（２，
３−ジクロロフェニル）−４，５−ビス（４−メトキシ
フェニル）−イミダゾール二量体、２−（２，３−ジク
ロロフェニル）−４，５−ビス（４−クロロフェニル）
−イミダゾール二量体、２−（２，３−ジクロロフェニ
ル）−４，５−ジ（２−フリル）−イミダゾール、２，
２’−ビス（２−クロロフェニル）−４、５、４’、
５’−テトラフェニル−１−２’ビイミダゾール等が使
用可能である。

【００２２】さらに、他の光重合開始剤としては、ベン
ゾフェノン系化合物として、ベンゾフェノン、ベンゾイ
ル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル，４−フェニル
ベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル
化ベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４’−メチルジフ
ェニルサルファイド、３，３’−ジメチル−４−メトキ
シベンゾフェノン、４，４’−ジメチルアミノベンゾフ
ェノン、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル等が使用可
能である。

【００２３】これらの材料を、２本ロール、３本ロー
ル、サンドミル、ペイントコンディショナー等を用いて
十分に混練し、第一遮光層の形成材料とする。

【００２４】第二遮光層の形成材料としては、黒鉛がコ
ロイド状に分散した塗料を用いる。分散媒としては、水
及びエチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、
ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、エチ
ルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ジグ
ライム、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノ
メチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエー
テルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、イソ
プロピルセロソルブ、酢酸イソアミル、２−ヘプタノ
ン、メチル−ｎ−アミルケトン、乳酸エステル類等の有
機溶剤を用いることができる。

【００２５】これら分散媒中に黒鉛粒子を分散剤を用い
て分散する。分散剤としては非イオン性界面活性剤（例
えばポリオキシエチレンアルキルエーテル）、イオン性
界面活性剤（例えばアルキルベンゼンスルフォン酸ナト
リウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テ
トラアルキルアンモニウム塩）、有機顔料誘導体、ポリ
エステル等を用いても良い。分散剤は１種類を単独で使
用しても良く、２種類以上を混合して使用しても良い。
また、分散の作業性を上げるために少量のメラミン樹
脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂を加えることも可能で
ある。

【００２６】この際のアクリル樹脂としては、アルカリ
現像性の無いものが好ましく、第一遮光層形成材料のア
クリル樹脂からアクリル酸、メタクリル酸を含まないも
のが用いられる。これらの材料を、十分に混練して第二
遮光層形成材料とする。

【００２７】以上のようにして、本発明の遮光層は、前
記第一遮光層及び第一遮光層上に前記第二遮光層が積層
して形成されているため、その反射率は第一遮光層の黒
色顔料によって決まり、従来の樹脂ＢＭと同等の値が得
られる。また、第二遮光層として黒鉛が用いられている
ため、従来の樹脂ＢＭに対して高い遮光性を得ることが
でき、層全体の薄膜化も可能となる。

【００２８】以下、本発明の製造方法の一実施例の工程
を図２に基づき説明する。まず、透明基板（１）上に、
黒色顔料と感光性樹脂と希釈剤とを主成分とする組成物
をスピンコート法、ロールコート法等を用いて塗布し乾
燥して第一遮光層（２）を形成する。

【００２９】次に所望のパターンのフォトマスクを介し
て高圧水銀灯、超高圧水銀灯を用いて露光し、第一遮光
層に露光部、未露光部のコントラストを付け、現像潜像
（２ａ）を形成する。

【００３０】次に黒鉛と希釈剤とを主成分とする組成物
を、第一遮光層上にスピンコート法、ロールコート法等
を用いて塗布し乾燥して第二遮光層（３）を形成する。

【００３１】この基板をアルカリ現像液で現像する。こ
こで用いられるアルカリ現像液は、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム
等の無機アルカリの水溶液、エタノールアミン、ジエタ
ノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド等の有機アルカリの水溶液に非
イオン性界面活性剤（例えばポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル）、イオン性界面活性剤（例えばアルキルベ
ンゼンスルフォン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸
塩アルキルリン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩）
等の界面活性剤を加えたものが用いられる。

【００３２】この際、第二遮光層を浸透した現像液が第
一遮光層の未露光部を溶解し、上層の第二遮光層ととも
に除去され、従来の感光性樹脂を用いたパターニングと
同等の簡便な方法で第一遮光層、第二遮光層が積層され
たパターンを得ることができる。また、従来のリフトオ
フ方式と異なり、下地がパターニングされていないた
め、リフトオフ方式の場合の様に下地パターンのエッジ
の部分でカケ、ハガレが発生する事がなく、解像力に優
れたパターンを得ることができる。

【００３３】

【実施例】アクリル樹脂（メタクリル酸２０重量部、ヒ
ドロキシエチルメタクリレート１５重量部、メチルメタ
クリレート１０重量部、ブチルメタクリレート５５重量
部を、エチルセロソルブ３００重量部に溶解し、窒素雰
囲気下で、アゾビスニトリル０．７５重量部を加えて、
７０℃、５時間反応させ得られた）を、樹脂濃度２０重
量％になるようにエチルセロソルブで希釈した。この希
釈樹脂８０ｇと、カーボンブラック（三菱化学（株）
製：「＃２０」）１８ｇに分散剤（ゼネカ（株）製：
「ソルスパース＃２４００」）２ｇを添加して、ビーズ
ミル分散機で冷却しながら３時間分散した。この着色樹
脂１００．０ｇに対し、光重合性モノマーとしてトリメ
チロールプロパントリアクリレート４．０ｇと、光重合
開始剤としてピペロニル−ｓ−トリアジン０．８ｇ、及
び溶剤としてエチルセロソルブ１５ｇを加え、よく撹は
んして第一遮光層形成用黒色樹脂組成物を作製した。

【００３４】次に平均粒径０．１μｍに調整した黒鉛粒
子５ｇとナフタレンスルホン酸ナトリウム１ｇを純水９
５ｇに加え、十分に攪拌したのち、超音波発信器で分散
し、第二遮光層形成用黒色塗料を形成した。

【００３５】続いて透明基板（コーニング社製：「＃７
０５９」）上に第一遮光層形成用黒色樹脂組成物をスピ
ンコーターを用いて２０００ｒｐｍで塗布し、クリーン
オーブンを用いて７０℃で２０分間乾燥した。次に超高
圧水銀灯でフォトマスクを介して露光したのち、第二遮
光層形成用黒色塗料を１０００ｒｐｍで塗布し、７０℃
で２０分間乾燥した。続いて炭酸ナトリウムの１％水溶
液にナフタレンベンゼンスルホン酸ナトリウム０．１％
を加えた現像液に２分間浸漬して第一遮光層の未露光部
とこの上の第二遮光層を同時に除去して遮光層パターン
を得た。この時それぞれの膜厚は第一遮光層が０．３μ
ｍ、第二遮光層が０．２μｍであり、トータルで０．５
μｍであった。またこの時の反射率は１．５％であり、
光学濃度は３以上であった。

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上の構成であるから、下記に
示す如き効果がある。即ち、請求項１に係わる発明によ
れば、第一遮光層が黒色顔料を分散した樹脂ＢＭである
ことから、反射率が低く表示コントラストの良いカラー
フィルタを提供することが可能である。更に第二遮光層
として黒鉛層を積層しているため従来の樹脂ＢＭに比べ
て光学濃度が高く、薄膜で遮光層を形成する事ができ、
表面の平滑なカラーフィルタを提供することができる。
また、請求項２に係わる発明によれば請求項１記載の構
成の遮光層を従来法と同等の工程で製造することが可能
であり、表示特性に優れたカラーフィルタを簡便な工程
で製造する方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの断面の構造の一例を
示す説明図である。

【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法の工程の一
例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…透明基板２…第一遮光層２ａ…現像潜像３…
第二遮光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に遮光層を設けてなるカラーフ
ィルタにおいて、前記遮光層が、黒色顔料と感光性樹脂
とを主成分とする第一遮光層と、黒鉛を主成分とする第
二遮光層とからなることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】透明基板上にパターン状の遮光層を設けて
なるカラーフィルタの製造方法において、前記パターン
状の遮光層の形成工程が、（１）透明基板上に、黒色顔
料と感光性樹脂と希釈剤とを主成分とする組成物を塗
布、乾燥し第一遮光層を形成する工程、（２）所望のパ
ターンのフォトマスクを介して第一遮光層を露光する工
程、（３）前記第一遮光層上に、黒鉛と希釈剤とを主成
分とする組成物を塗布、乾燥し第二遮光層を形成する工
程、（４）第一遮光層の現像により第一遮光層の現像部
分上の第二遮光層の部分も除去し所望のパターンを得る
工程、からなることを特徴とするカラーフィルタの製造
方法。