JPH0954209A - カラーフィルタの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質のカラーフィルタを低コストで形成可
能にする。 【解決手段】 黒色の感光性インクで黒色層１を形成し
、フォトマスクを用いて露光・現像することによりブ
ラックマトリクス部１ａ及びカラー画素を形成すべき部
分１ｂを形成する。次にブラックマトリクス部の形成
面上に、赤，緑，青の各色のカラーパターン２〜４を形
成する〜。このとき各パターンはブラックマトリク
ス部と部分的にオーバーラップするように形成するの
で、位置合わせが容易でありかつ白抜けを生じない。露
光・現像は各色のパターン形成ごとに行っても、三色分
まとめて行ってもよい。次に背面露光により、各カラー
パターンを露光し、続いて現像することにより、露光さ
れてない部分を除去し、表面側を平坦化させて各カラー
画素Ｒ，Ｇ，Ｂを形成する。このときブラックマトリ
クス部がフォトマスクとなるので位置合わせ不要とな
り、生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、フレキソ印刷方法を用い
たカラーフィルタの形成方法に関し、特にカラー液晶表
示装置，カラー撮像素子及び密着型イメージセンサ等に
用いられるカラーフィルタの形成方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー液晶表示装置等に用いられ
るカラーフィルタの形成方法は、染色法や顔料分散法が
中心であった。これらの方法で用いられる染色樹脂や顔
料分散樹脂は、スピンコート法やディップ法等の塗布手
段を用いて形成されていた。

【０００３】上記した形成方法の第１例として、基板上
に着色素子を設け、その上に中間保護膜で被覆し、さら
にその上に感光性被膜を設け、これを背面から露光して
樹脂層パターンを形成し、さらにその上を染料で染色し
て最終着色素子を形成するプロセスを、Ｒ，Ｇ，Ｂごと
に繰返すことによって形成するものがある（特開昭５８
−４１０７号）。

【０００４】第２例として、透明基板の裏面に複数の色
パターン群を含む複数のパターン群を有するカラーフィ
ルタを製造する際に、１つのパターン群を除く他のパタ
ーン群を形成した後に、それらのパターン群をマスクと
して透明基板の裏面側から全面露光することによって１
つのパターン群についてのパターンニングを行う方法が
ある。この方法において、このパターンニング手段とし
て、着色のための染料を含む溶液を用い、スピンナーに
よる回転塗布を用いて色パターンの層を形成し、その層
をフォトリソグラフィ技術によってパターンニングし、
他のパターン群を各色ごとに順次着色するとき、前段の
色パターンの耐溶剤性を増し、前段の色パターン上に保
護膜を形成することなく次のパターンニングを行う方法
が提案されている（特開昭６２−９３０１号）。

【０００５】上記した第１例及び第２例の手段は、パタ
ーンが均一で平坦性に秀れており、カラー液晶表示装置
等の最終結果として良好なものが得られている。しかし
ながら、上記各手段では、いずれもカラーフィルタ形成
のためのプロセスが複雑であり、生産性が低くかつその
ための設備も高価となることから、カラーフィルタのコ
ストが高くつくことが問題となっていた。

【０００６】これに対し最近では、印刷法と呼ばれる生
産性を高くしたカラーフィルタの形成方法が注目されて
来た。例えば、特開平４−３７１９０２号公報には、フ
レキソ印刷装置を用いてカラーフィルタを形成する方法
が示されている。

【０００７】図３に示すように、フレキソ印刷法の概要
は、転写ローラ３１上にフレキソ版と呼ばれるゴム製の
フレキソ印刷版３２を装着し、転写ローラがガラス基板
等の被印刷基板３３上を転がることによって、フレキソ
印刷版３２に付着しているインクを被印刷基板３３上に
転写して印刷するものである。フレキソ印刷版３２への
インクの供給は、インク容器３４からチューブ３４ａを
介してディスペンサー３５に送られ、ここで一旦ドクタ
ーローラ３６に付着される。ドクターローラ３６の外周
面に付着したインクは、さらにアニロックスローラ３７
に移り、これからさらにフレキソ印刷版３２に転写され
る。フレキソ印刷法は、材料となる着色溶液の無駄が少
なく、印刷に必要な時間も短く生産性も良好である。

【０００８】フレキソ印刷版を用いたカラーフィルタの
形成方法では、次の２つの方法で、パターニングを行っ
ていた。その１つは、フレキソ版自身が所定のパターン
形状をなして、その形状どおりにガラス基板等に直接印
刷する方法である。他の１つは、着色溶液として感光性
を有する材料を使用し、透明基板の全面に印刷をした後
に、フォトリソグラフィ技術によってパターンを形成す
る方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したフレキソ印刷
法のうち、まず直接パターン形状に印刷する方法は、工
程数も少なく簡便な方法であり、生産性も秀れたもので
あるが以下のような問題があった。すなわち、カラーフ
ィルタを複数色で構成する場合には、複数色の印刷が必
要であるが、フレキソ印刷で直接パターン形状に印刷す
る場合は、フレキソ版とガラス基板の位置を、微少なカ
ラーフィルタの位置に合わせて複数回印刷しなければな
らず、この位置がずれる欠陥がある。その位置合わせが
難しいために工程が多くなってしまう問題がある。

【００１０】さらに、フレキソ印刷に用いられる印刷版
は、使用の際に微妙に伸び縮みする性質があり、フレキ
ソ版とガラス基板の位置が合っていても、それがカラー
フィルタの位置ズレの原因になることもあった。その他
に、パターンエッジの印刷厚みが厚くなる問題があっ
た。これは、フレキソ版の着色溶液がガラス基板へ転写
する際に、ある圧力で版を押しつけて転写し、パターン
内から外に押出された着色溶液の厚みが平均化する前に
乾燥するためである。これを防ぐために、乾燥速度を遅
くすると、パターン切れが悪くなってしまう問題があ
る。これはフレキソ印刷法では、避けられない問題であ
った。例えば、パターン中央部の厚み２μｍに対して、
エッジ部の厚みが２〜３倍の４〜６μｍになってしまう
ので、このエッジ部の厚みにより、ガラス基板間のギャ
ップ不良や配向不良、あるいは電極の断線等の原因にな
る問題があった。

【００１１】次に、感光性着色溶液をフォトリングラフ
ィを用いてパターニングする方法では、フォトマスクと
ガラス基板との位置精度でパターンの配置が決まるた
め、パターン位置精度は良く、印刷自体の生産性は良い
が、フォトマスクのガラス基板への位置合わせが面倒と
なっているため生産性を悪くしていた。

【００１２】更に、上記両者の方法において，ブラック
マトリクスを設ける場合には、そのブラックマトリクス
とカラーフィルタの位置合わせが問題であった。すなわ
ち、ブラックマトリックスと着色部分の重なりが全く無
い設計にすると、着色部分の位置が少しでもずれると無
着色部分が表示されてしまい、表示品位を著しく低下さ
せるので、必ず重なりを設ける必要がある。ところが、
重なり部分の厚みが厚くなり、ガラス基板間のギャップ
制御に悪影響を及ぼす事と、カラーフィルタ基板上に形
成する電極の断線の原因になっていた。

【００１３】そこで本発明の目的は、フレキソ印刷法に
よって形成するカラーフィルタの品質の向上及び生産性
の向上を図ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１は、始めにブラックマトリクス
部を形成し、その上にフレキソ印刷版を備えたフレキソ
印刷装置によって、赤，緑，青の三色のうちのいずれか
の色の感光性インクを用いて第１色目パターンを形成す
る。このときブラックマトリクス部と第１色目パターン
とは部分的にオーバーラップするように第１色目パター
ンを印刷するものであるので位置合わせの困難性が除か
れる他に白抜け部分がなくなる。第１色目パターンを背
面露光により透明基板との密着面から所定厚さまで露光
される露光量で露光すると、ブラックマトリクス部がフ
ォトマスクの役割をして、ブラックマトリクス部に囲ま
れた範囲の所定厚さまでが露光される。次にこれを現像
すると、露光されてない部分が除去されて、ブラックマ
トリクス部に囲まれている第１色目のカラー画素が形成
される。露光量をブラックマトリクス部の厚みと第１色
目のカラー画素の厚みが同一になる露光量にすると、カ
ラー画素の表面とブラックマトリクス部の高さとが一致
し、かつ第１色目パターンのパターンエッジが除去され
るので平坦性の高いものとなる。

【００１５】第２色目、及び第３色目のカラー画素も同
様にして形成することによりブラックマトリクス部に囲
まれてなる三色のカラー画素を形成してなるカラーフィ
ルタができあがる。このカラーフィルタは、高品質でし
かも生産性が高いので安価であり、かつ平坦性に秀れ、
さらに白抜けの無い高品質のものとなる。

【００１６】請求項２は、請求項１において各色のカラ
ー画素を形成する際に、三色のカラーパターンを続けて
印刷した後に三色まとめて露光及び現像を行うようにし
たもので、露光及び現像の回数を減らして工程の短縮を
図ることによって、一層安価にカラーフィルタを形成可
能にするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。本発明の実施に用いる印刷装
置は、ストライプコーター（ナカン（株）製）を用い、
フレキソ版はブチルゴム系の［Ｋ−１１］（旭化成工業
（株））を使用した。また、感光性インクは、顔料分散
型の感光性インクとして富士ハント社のカラーモザイク
を使用した。すなわち、赤にはＣＲＹ−Ｓ８９、緑には
ＣＧＹ−Ｓ１０６、青にはＣＢＶ−Ｓ１０５、黒にはＣ
Ｋ−５００２を使用した。これらのカラーモザイクは、
ローラ上を転輾する間に乾燥するのを遅くするために体
積比で２０％のエチルカルビトールを添加したものを用
いた。

【００１８】図１は、第１の実施形態を示すもので、透
明基板であるカラー液晶表示装置用のガラス基板Ｐの表
面にフレキソ法によってカラーフィルタを形成するため
の工程を示すものある。

【００１９】まず、図１に示すように、ガラス基板Ｐ
の表面側にフレキソ印刷装置によって、黒色の感光性イ
ンクで全面に黒色層１を形成する。この印刷後に、次の
工程でインクが装置等に付着しない程度のかたさにする
ために、９０℃の温度で２０分間加熱（プリベーク）す
る。

【００２０】次に図１に示すように、フォトリングラ
フィ技術によってブラックマトリクス部１ａを形成す
る。ここでは、赤，緑，青のカラー画素を配設すべき部
分の周囲に黒色層を残し、カラー画素を形成すべき部分
１ｂから黒色層を除去することにより行う。この除去工
程は、フォトマスクを介して、ブラックマトリクス部１
ａとなる部分を残して露光し、この部分を現像しにくい
材質に変質させる。露光光源は超高圧水銀灯を使用し、
露光はガラス基板Ｐの背面側から４００〜８００mJ／cm
²の露光量で行った。

【００２１】次にカラーモザイク専用の現像液［ＣＤ］
を１０倍に稀釈したものを１５℃の液温とし、ガラス基
板Ｐをこの液晶に約５分間浸漬して現像を行う。これに
より、ガラス基板Ｐの表面側に格子状のブラックマトリ
クス部１ａが形成される。次にガラス基板Ｐを洗浄して
から、温度２００℃で６０分間のポストベークを行い、
ブラックマトリクス部１ａを固化させる。ブラックマト
リクス部１ａは、ポストベークによって完全に硬化し、
以後の露光及び現像によっては変形・変質しないものと
なっている。

【００２２】次にフレキソ印刷版を使って第１色目
（赤）パターンの形成を行う。図１に示すように、１
列目と４列目のカラー画素を形成すべき部分１ｂ，１ｂ
の上面に第１色目パターン２，２が形成される。これら
のパターンは、赤の感光性インクがカラー画素を形成す
べき部分１ｂを埋め尽くし、さらにブラックマトリック
ス部１ａ上に部分的にオーバーラップした状態になって
いる。このオーバーラップ量は最終製品とは無関係なも
のであり、パターンの印刷を高精度とすることを要しな
いので位置合わせは簡単である。第１色目パターン２の
上面は、フレキソ版の先端によって押圧された部分に凹
部２ａが形成され、その周囲は盛り上げられて高くなっ
たいわゆるパターンエッジが形成されている。第１色目
パターン２は、軟い感光性インクが盛り上がった状態に
なって不安定なので、ここでもブラックマトリクス部の
形成の場合と同様のプリベークを行って露光及び現像に
耐え得るかたさのものにする。

【００２３】次にガラス基板Ｐの背面側から紫外線を照
射して露光を行う。露光源や露光量はブラックマトリク
ス部１ａを形成する場合と同様である。背面露光を行う
ときにはブラックマトリクス部１ａは、フォトマストと
して機能するので、その前面側は露光されない。また、
露光量をブラックマトリクス部の厚みと同一の厚みにな
るような露光量にしてあるので、カラー画素となるべき
部分１ｂの部分のパターンの露光厚さは、ブラックマト
リクス部１の厚さとほぼ同じになっている。

【００２４】次に現像を行う。現像はブラックマトリク
ス部１ａの場合と同様の要領で行う。図１に示すよう
に、現像によりパターン２の上面が除去され、各カラー
画素が形成されるべき位置１ｂには、赤色のカラー画素
Ｒが形成されている。カラー画素Ｒとブラックマトリク
ス部１ａとの上面はほぼ一致しているので、パターンエ
ッジは消失し、かつ表面の平坦度が確保される。

【００２５】同様にして第２色目、例えば緑のカラー画
素、第３色目、例えば青のカラー画素を形成することに
より、ブラックマトリクス部１ａに囲まれた三色のカラ
ー画素の形成が終了し、平坦度が高いカラーフィルタが
でき上がる（図示略）。

【００２６】次に他の実施形態について説明する。な
お、図面の符号については上記した実施形態と共通する
ものについては同一の符号を用いることとしてある。

【００２７】図２に示すように、ガラス基板Ｐの表面側
に黒色の感光性インクで全面に黒色層１を形成し（図２
参照）、露光及び現像によって、ブラックマトリクス
部１ａ及びカラー画素を形成すべき部分１ｂを形成する
（図２参照）までの工程は上記の場合と同様である。

【００２８】次にフレキソ版を用いて、２列間隔に第１
色目パターン、例えば赤のカラーパターン２を形成する
（図２参照）。続いて第２色目パターン、例えば緑の
カラーパターン３を形成し（図２参照）、さらに続け
て第３色目パターン、例えば青のカラーパターン４を形
成する（図２参照）。各色のカラーパターン形成後に
は、それぞれ次の印刷の版に着色インクが移らない程度
の乾燥工程を入れる。この乾燥はホットプレートで温度
７０℃で１分間程度の加熱でよい。各色のカラーパター
ン形成後、温度９０℃で２０分間のプリベークを行う。

【００２９】次に透明基板であるガラス基板Ｐの背面か
ら紫外線を照射して三色のカラーパターン２〜４を同時
に露光する。露光量は４００〜８００mJ／cm²で、ブラ
ックマトリクス部１ａの場合と同様の装置及び要領で行
う。

【００３０】このあとこれを現像することにより、現像
されてない部分を除去して、その後洗浄して温度２００
℃で６０分間のポストベークを行う。これにより表面側
にブラックマトリクス部１ａに囲まれた三色のカラー画
素Ｒ，Ｇ，Ｂが配置されたカラーフィルタができ上がる
（図２参照）。

【００３１】この実施形態においては、ブラックマトリ
クス部１ａを形成後に、各色パターンを印刷する点で
は、前記実施形態と同様であるが、これら各色パターン
に対する露光・現像を一括して行うものである点で工程
が著しく短縮され、低コスト生産を可能にする利点があ
る。

【００３２】なお、上記した実施の形態では、いずれも
ブラックマトリクス部の形成にフレキソ版を採用してい
るが、この印刷はガラス基板との密着面から所定の厚さ
まで、黒色の感光性インクが全面に塗布されていればよ
いので、スクリーン印刷など他の手段によって形成して
もよい。また、黒色の感光性インクとして、黒の顔料分
散型の着色溶液を用いているが、これをＣｒ等の金属膜
でパターニングすることによって形成するようにしても
よい。

【００３３】本発明の特徴は、フレキソ印刷版を用い
て、赤，緑，青のカラーパターンを印刷し、これを背面
から露光して現像することによって、生産性の高いカラ
ーフィルタを形成するようにしたところにある。しか
し、本発明の特徴はこれに止まるものではなく、初めに
ブラックマトリクス部を形成し、その上に三色のカラー
パターンを印刷する際のパターンの形成位置は多少ずれ
ても支障がないので、位置合わせが容易となるため、生
産性をさらに向上させられる特徴がある。また背面露光
によりブラックマトリクス部及び各パターンのガラス基
板との密着面から所定の厚さまでを露光して、露光され
てない凹凸のある表面側は除去されるので平坦度に優れ
たカラーフィルタを形成可能になる点で優れたものであ
る。

【００３４】なお、本発明と一部共通性を有するものと
して特開昭５４−１７６２７号の提案がある。この提案
では透明基板の同一平面上に互いに不連続な感光性樹脂
層からなるストライプを複数列並設する第１の工程と、
これらのストライプ全部を第１色目の単色に着色する第
２の工程と、これらのストライプの一部にマスキングを
行い、このマスキング部分以外の部分の着色ストライプ
を脱色し、次いでこの脱色部に第２色目の着色を行う第
３の工程とからなり、第１の工程及び第２の工程を行っ
た後に、第３の工程を１回以上行うことにより任意の色
数のパターンを構成している。これらのパターンに対し
遮光パターンを形成し、背面を露光及び現像によってカ
ラーフィルタを形成するものである。

【００３５】しかし、この提案においては、染色によっ
てカラーフィルタを形成するものであるため、防染，脱
色の工程が必要であるので、それだけ工程数が多くなっ
ている。また露光の際の位置合わせが面倒であり、それ
だけ生産性が低いものとなっており、本発明とは大きな
相違を有するものとなっている。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
は、まずブラックマトリクス部を形成してから、フレキ
ソ印刷によって第１色目から第３色目までカラーパター
ンをブラックマトリクス部と部分的にオーバーラップす
るように形成するものであるため、位置合わせが簡単で
あるので生産性が高くかつ白抜けのないパターンを形成
可能としている。また、背面露光工程では、ブラックマ
トリクス部をフォトマスクとして機能させているので、
フォトマスクを設ける手間が省ける。そして露光量の調
整によって現像の際の除去部分が決められるので、表面
の平坦性の高いカラーフィルタが得られる効果がある。

【００３７】請求項２では、請求項１の効果に加えて、
露光及び現像の回数を減少可能となるので、生産性を一
層向上させことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の手段におけるカラーフィルタの形成方法
の説明図である。

【図２】第２の手段におけるカラーフィルタの形成方法
の説明図である。

【図３】フレキソ印刷機の原理を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｐ 透明基板（ガラス基板） １ 黒色層 １ａ ブラックマトリクス部 ２，３，４ カラーパターン Ｒ，Ｇ，Ｂ カラー画素

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板の表面側の全面に黒色の感光性
   インクで黒色層を形成し、上記黒色層をフォトマスクを
   介して露光した後にこれを現像し、上記黒色層を部分的
   に除去することによってブラックマトリクス部を形成す
   る工程と、 上記ブラックマトリクス部の形成面に、印刷パターン形
   状に対応したフレキソ版を備えたフレキソ印刷装置を用
   い、赤、緑、青の三色のうちのいずれかの色の感光性イ
   ンクによって上記ブラックマトリクス部と部分的にオー
   バーラップするように第１色目パターンを印刷する工程
   と、 上記透明基板の背面側から光エネルギーを照射し、上記
   透明基板から上記ブラックマトリクス部及び上記第１色
   目パターンの所定の厚さまで露光及び現像し、上記露光
   した部分以外の部分を除去することによって上記ブラッ
   クマトリクス部に囲まれてなる第１色目のカラー画素を
   形成する工程と、 上記第１色目のカラー画素の形成と同様の工程によっ
   て、第２色目及び第３色目のカラー画素を形成し、上記
   透明基板の表面にそれぞれ上記ブラックマトリクス部に
   囲まれてなる三色のカラー画素を配列する工程とを有す
   ることを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記三色のカラー画
   素を形成する際に、上記第１色目パターンから第３色目
   パターンまでの印刷を続けて行った後に、上記三色のカ
   ラー画素に対する露光及び現像処理を同時に行うことを
   特徴とするカラーフィルタの形成方法。