JPH10268119A - カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラットな着色画素が形成でき、しかも、着
色画素形成工程中に着色画素に欠陥が生じた場合着色画
素を剥離してもブラックマトリックスが剥離しないブラ
ックマトリックス基板を用いた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。 【解決手段】 透明基板１上に遮光性を有するブラック
マトリックス２を形成し、ブラックマトリックス２が形
成された透明基板１上にフッ素樹脂溶液をスピンコート
法等により塗布し、加熱・硬化して透明樹脂層３を形成
する。さらに、透明樹脂層３の表面を研磨機にて研磨し
て平滑化処理された透明樹脂層３ａを有するブラックマ
トリックス基板５を作製する。次に、ブラックマトリッ
クス基板５の平滑化処理された透明樹脂層３ａ上に赤、
緑、青の３原色からなる着色画素４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形
成してカラーフィルタを作製する。

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
置やイメージセンサ等に用いられる色分解カラーフィル
タ及びその製造方法に関する。詳しくは、ブラックマト
リックスが形成された透明基板上に少なくとも赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の着色画素を形成
してなるカラーフィルタ及び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に用いら
れるカラーフィルタ用のブラックマトリックスとして
は、クロム（Ｃｒ）膜に代表される金属膜をフォトリソ
グラフィを用いてパターニング処理して製造されるのが
一般的である。しかし、ブラックマトリックスの低反射
化、低コスト化といった点から、金属Ｃｒ膜の代替材料
が検討されている。このうち実用化されている方法とし
て、カーボンブラックを分散した黒色樹脂を用いてブラ
ックマトリックス（以下樹脂ＢＭと称す）を製造する方
法がある。樹脂ＢＭは、金属Ｃｒ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させ
ることが可能である。

【０００３】しかし、カーボンブラックを用いた樹脂Ｂ
Ｍの一つ目の問題点として、金属Ｃｒ膜に比べて単位膜
厚に対する遮光性が劣ることが挙げられる。このために
ブラックマトリックスに必要な光学濃度（３．５以上）
を得るためには、例えば、金属Ｃｒ膜では膜厚が約２０
００Å程度で済むのに比べて樹脂ＢＭでは膜厚が約１μ
ｍ程度と金属Ｃｒ膜の約５倍以上が必要になる。それに
よって、樹脂ＢＭと着色画素とのオーバーラップ部分の
段差が大きくなり（図４（参照））、この結果、各着色
画素上に設けられるＩＴＯ（Indium Tin Oxide） 膜に
代表される透明導電膜の断線や、ラビング後の配向膜表
面が平坦でないために生じる配向欠陥や液晶セルのセル
ギャップが不均一になるといった問題が生じる。

【０００４】また、樹脂ＢＭの光学濃度を増加させるた
めにカーボンブラックの含有率を上げると反射率が増加
してしまい、樹脂ＢＭの低反射率という利点が損なわれ
ることになる。また、カーボンブラックの代わりに、数
種類の有機顔料を混合して樹脂ＢＭを製造する方法も提
案されているが、カーボンブラックに比べて光学濃度が
低いために、前述した着色画素とのオーバーラップ部分
の段差による問題がいっそう顕在化する。また、簡単な
ブラックマトリックス製造方法として、各着色画素をオ
ーバーラップさせて黒色化して遮光膜とする方法も提案
されているが、この場合の着色画素のオーバーラップ部
分の段差は、従来の樹脂ＢＭの場合と比較しても更に大
きくなるため、前述した問題点が生じる。

【０００５】更に、樹脂ＢＭの二つ目の問題点として、
金属Ｃｒ膜に比べて、一般的に薬品に対する耐性に劣る
ことが挙げられる。このために、樹脂ＢＭ上にＲ、Ｇ、
Ｂの着色画素を形成する際に、ゴミなどによる欠陥が生
じた場合に、それらの着色画素を剥離してブラックマト
リックス基板として再使用する再生工程において、樹脂
ＢＭが剥離されてしまうために、ブラックマトリックス
基板として再使用ができない。したがって、前述した低
コスト化といった利点が損なわれる。

【０００６】

【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、その目的
とするところは、フラットな着色画素が形成でき、しか
も、製造工程中に着色画素に欠陥が生じた場合着色画素
を剥離してもブラックマトリックスが剥離しないブラッ
クマトリックス基板を用いた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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明において上記課題
を解決するために、まず請求項１においては、透明基板
上にブラックマトリックスと少なくとも３色の着色画素
からなるカラーフィルタにおいて、前記ブラックマトリ
ックスが形成された前記透明基板上に平滑化処理された
透明樹脂層を設けてブラックマトリックス基板とし、前
記平滑化処理された透明樹脂層上に少なくとも３色の着
色画素が形成されていることを特徴とするカラーフィル
タとしたものである。

【０００８】また、請求項２においては、前記透明樹脂
層がフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１記載
のカラーフィルタとしたものである。

【０００９】さらにまた、請求項３においては、以下の
工程を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のカ
ラーフィルタの製造方法としたものである。 （ａ）透明基板上に遮光性を有するブラックマトリック
スを形成する工程。 （ｂ）前記ブラックマトリックスが形成された前記透明
基板上にフッ素樹脂からなる透明樹脂層を形成し、前記
透明樹脂層の表面を平滑化処理してブラックマトリック
ス基板を形成する工程。 （ｃ）前記平滑化処理された透明樹脂層上に少なくとも
３色の着色画素を形成してカラーフィルタを作製する工
程。

【００１０】本発明のカラーフィルタは、ブラックマト
リックスが形成された透明基板上に平滑化処理された透
明樹脂層を設けることによって、表面が平滑なカラーフ
ィルタが形成でき、樹脂層が透明であるため赤、緑、青
の３原色の着色画素の分光透過率はほとんど透明樹脂層
の影響を受けない。さらに、アルカリ溶液や酸溶液など
に対して耐性のあるフッ素樹脂で透明樹脂層を形成する
ことにより、着色画素形成工程中に着色画素に欠陥が生
じた場合着色画素を剥離してもブラックマトリックスは
剥離されない。よってブラックマトリックス基板の再使
用が可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を用いて説明する。図１は本発明に係わるカラーフ
ィルタの一実施例の構造を示す断面図である。図２は本
発明に係わるカラーフィルタの製造方法の一実施例を示
す工程断面図である。

【００１２】まず、透明な無機アルカリガラス基板など
からなる透明基板１上に、スピンナー（回転塗布装置）
を用いてカーボンブラックを含有する感光性樹脂溶液を
塗布、乾燥して感光性樹脂層を形成する。この際、ブラ
ックマトリックスに必要とされる光学濃度は感光性樹脂
中のカーボンブラック含有率と感光性樹脂層の膜厚とで
調整する。ここで、感光性樹脂層の遮光性材料はカーボ
ンブラックの代わりに有機顔料を混合したものを用いて
もよい。

【００１３】次に、感光性樹脂層に所定の格子状パター
ンを露光し、現像してブラックマトリックス２を形成す
る（図２（ａ）参照）。ブラックマトリックス２の形成
方法としてはフォトリソグラフィの方法以外に印刷法や
電着法等の他の方法を用いてもよい。

【００１４】次に、ブラックマトリックス２が形成され
た透明基板１上に、スピンナーを用いてフッ素樹脂溶液
を塗布し、加熱硬化して透明樹脂層３を形成する（図２
（ｂ）参照）。この透明樹脂層３の表面はブラックマト
リックス２の膜厚の影響を受けて凹凸を有した状態にな
っている。ここで用いるフッ素樹脂はアルカリ溶液や酸
溶液に対して耐性のある透明な樹脂である。また、フッ
素樹脂層溶液の塗布法としてはスピンナーを用いる以外
に浸漬塗布法やロール塗布法などのどの方法を用いても
よい。

【００１５】この透明樹脂層３が形成された基板を研磨
機にかけて樹脂層表面を研磨して平滑化処理された透明
樹脂層３ａを形成してブラックマトリックス基板５を作
製する（図２（ｃ）参照）。ここで、着色画素形成工程
中に着色画素に欠陥が生じた場合着色画素を剥離しても
ブラックマトリックス２が剥離しない再使用可能なブラ
ックマトリックス基板５が得られる。

【００１６】次に、ブラックマトリックス基板５の平滑
化処理された透明樹脂層３ａ上に赤、緑、青の３原色の
着色画素４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形成してカラーフィルタを
作製する（図２（ｄ）参照）。着色画素４Ｒ、４Ｇ、４
Ｂの形成法は、顔料分散法、染色法、印刷法及び電着法
の内どの方法を用いてもよく、そのカラーフィルタに要
求される諸特性によりこれらの方法から選択すればよ
い。

【００１７】

【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。
図１は本発明のカラーフィルタの一実施例の構成を示す
断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明のカラーフィルタ
の製造方法を示す一実施例の工程断面図である。図３は
透明基板１及び透明基板１上の平滑化処理された透明樹
脂層３ａの分光透過率特性を示す説明図である。

【００１８】先ず、無機アルカリガラス基板（Ｃｏｄｅ
７０５９Ｆ：コーニング社製）からなる透明基板１上
に、スピンナー（回転塗布装置）を用いてカーボンブラ
ックを含有する感光性樹脂溶液を塗布し、循環式オーブ
ンにて７０℃で３０分間のソフトベークを行い感光性樹
脂層を形成した。感光性樹脂層の膜厚は約１．１５μｍ
であった。

【００１９】次に、感光性樹脂層に所定の格子状パター
ンを露光し、１重量％の炭酸ナトリウムを主成分とする
水溶液（２２℃）にて３０秒間の現像を行い、循環式オ
ーブンにて２３０℃６０分間のポストベークを行ってブ
ラックマトリックス２を形成した（図２（ａ）参照）。

【００２０】次に、ブラックマトリックス２が形成され
た透明基板１の表面をＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザ
ン）にて前処理した後、ブラックマトリックス２が形成
された透明基板１上にスピンナーを用いてフッ素樹脂
（旭硝子株式会社製、商品名；サイトップ、タイプ；Ｃ
ＴＬ−８０９Ｍ）溶液を塗布した。その後、室温下で３
０分間静置した後循環式オーブンにて５０℃で６０分
間、２５０℃６０分間加熱硬化して透明樹脂層３を形成
した（図２（ｂ）参照）。

【００２１】次に、透明樹脂層３が形成された透明基板
１を精密片面ポリッシングマシン（スピードファム製）
にセットして透明樹脂層３の表面を所定時間研磨して平
滑化処理を行い、平滑化処理された透明樹脂層３ａを有
するブラックマトリックス基板５を作製した（図２
（ｃ）参照）。

【００２２】ここで、膜厚が１．２５μｍ、２．４０μ
ｍ及び３．０５μｍの透明樹脂層３ａを形成した透明基
板１の分光透過率特性を図３に示す。透明基板１単体で
の分光透過率よりも低下せず、良好な光透過性を示し
た。

【００２３】次に、赤の顔料分散レジストをブラックマ
トリックス基板５の平滑化処理された透明樹脂層３ａ上
に塗布し、ソフトべークした後、所定のパターンを露光
し、現像した後、ポストベークを施して、赤の着色画素
４Ｒを形成した。その後、同様にして、緑、青の各着色
画素４Ｇ、４Ｂを順次形成して、赤、緑、青の３原色の
着色画素４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを配列したカラーフィルタが
得られた（図１、図２（ｄ）参照）。

【００２４】上記の実施例で作製したカラーフィルタの
着色画素４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを剥離するために、５０℃の
濃硫酸に１０分間浸漬した後、純水にてリンスし、続い
て５０℃の５重量％水酸化ナトリウム水溶液に１０分間
浸漬した。その後、純水にてリンスし、乾燥したとこ
ろ、ブラックマトリックス２の光学濃度の低下やパター
ン剥がれなどは無かった。ちなみに、透明樹脂層３ａ
は、５０℃の濃硫酸に３０分間浸漬した場合、又は５０
℃の５重量％水酸化ナトリウム水溶液に３０分間浸漬し
た場合でも、膜厚の減少や膜剥がれ等の発生は見当たら
なかった。

【００２５】尚、上記の実施例では、遮光性材料として
カーボンブラックを含有する感光性樹脂から形成された
ブラックマトリックスについて説明したが、特に薬品耐
性に乏しい金属薄膜にて形成されたブラックマトリック
スについても、本発明のカラーフィルタ構成を適用でき
る。例えば、アルカリ溶液に対する耐性に乏しいタンタ
ル、タングステン、モリブデン及びチタン又は酸溶液に
対する耐性に乏しいジルコニウムなどを主材料にした金
属薄膜や金属化合物薄膜などから形成されたブラックマ
トリックス等である。

【００２６】＜比較例＞上記実施例のフッ素樹脂の代わ
りに、一般的にカラーフィルタのオーバーコート層に用
いられているエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂及びポリ
イミド系樹脂をそれぞれ約３．０μｍ厚に塗布したサン
プルを用意した。これらのサンプルの分光透過率（測定
波長領域；４００ｎｍ〜７００ｎｍ）特性は透明基板１
単体での分光透過率よりも、波長によっては２〜１０％
程度透過率が低くなる部分が存在した。

【００２７】また、着色画素の剥離工程に用いる薬品に
対する耐性面では、実施例に記載した５０℃の濃硫酸及
び５０℃の５重量％水酸化ナトリウム水溶液にそれぞれ
３０分間浸漬して比較した。その結果、どのサンプルに
も膜厚が減少（溶解による）したり、又は膜が剥がれて
しまう現象が見られた。尚、ブラックマトリックス２上
に何も設けない従来の方法では５０℃の濃硫酸及び５０
℃の５重量％水酸化ナトリウム水溶液に２分間浸漬した
だけで、ブラックマトリックス２が透明基板１から剥が
れてしまった。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記のカラーフィルタ構成であ
るから、下記に示す如き効果がある。すなはち、ブラッ
クマトリックス２が形成された透明基板１上に平滑化処
理された透明樹脂層３ａを設けるので、透明樹脂層３ａ
上にはほぼフラットな着色画素が形成でき、この上に設
けられるＩＴＯ膜などの透明導電膜の断線や、ラビング
後の配向膜に生じる配向欠陥や液晶セルのセルギャップ
の不均一性を低減することができる。また、透明樹脂層
３ａは耐薬品性のある樹脂で形成されているので、着色
画素形成中に着色画素に欠陥が生じた場合でも、着色画
素のみを剥離してブラックマトリックス基板５として再
使用が可能であり、リサイクル利用によって、資源の無
駄を無くすと同時に低コスト化が計れる。さらに、再生
化処理中にブラックマトリックス基板の透明樹脂層の表
面に傷、汚れ等が発生した場合でも透明樹脂層の表面を
再研磨することにより、ブラックマトリックス基板５と
して再利用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの一実施例の構成を示
す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のカラーフィルタの
製造方法を示す一実施例の工程断面図である。

【図３】ブラックマトリックス２が形成された透明基板
１上に形成された透明樹脂層３ａの分光透過率特性をを
示す説明図である。

【図４】従来のカラーフィルタの構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１、１１……透明基板 ２、１２……ブラックマトリックス（樹脂ＢＭ） ３……透明樹脂層 ３ａ……平滑化処理された透明樹脂層 ４Ｒ、１４Ｒ……赤色の着色画素 ４Ｇ、１４Ｇ……緑色の着色画素 ４Ｂ、１４Ｂ……青色の着色画素 ５……ブラックマトリックス基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上にブラックマトリックスと少な
   くとも３色の着色画素からなるカラーフィルタにおい
   て、前記ブラックマトリックスが形成された前記透明基
   板上に平滑化処理された透明樹脂層を設けてブラックマ
   トリックス基板とし、前記平滑化処理された透明樹脂層
   上に少なくとも３色の着色画素が形成されていることを
   特徴とするカラーフィルタ。
2. 【請求項２】前記平滑化処理された透明樹脂層がフッ素
   樹脂からなることを特徴とする請求項１記載のカラーフ
   ィルタ。
3. 【請求項３】以下の工程を備えることを特徴とする請求
   項１又は２記載のカラーフィルタの製造方法。 （ａ）透明基板上に遮光性を有するブラックマトリック
   スを形成する工程。 （ｂ）前記ブラックマトリックスが形成された前記透明
   基板上にフッ素樹脂からなる透明樹脂層を形成し、前記
   透明樹脂層の表面を平滑化処理してブラックマトリック
   ス基板を形成する工程。 （ｃ）前記平滑化処理された透明樹脂層上に少なくとも
   ３色の着色画素を形成してカラーフィルタを作製する工
   程。