JPH10282331A - カラーフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルター層の各色画素のダレを防
ぎ、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色画素間の相対的位置関係とそのパタ
ーン精度を向上させることができ、色の滲みや色むらが
なく、かつ、大型化にも容易に対応可能な構造を持つカ
ラーフィルターとその製造方法を提供する。 【解決手段】 ブラックマトリックス２を、下層の金属
膜２１と上層の感光性樹脂膜２２とからなる２層構造と
し、感光性樹脂膜２２により、カラーフィルター層３の
各色画素３１間を仕切る壁体を形成することで、各色画
素３１のダレの発生を防止し、各色画素３１のパターン
をブラックマトリックス２のパターンに追従させる。ブ
ラックマトリックス２の形成に際しては、パターニング
された感光性樹脂膜２２をマスクとしたエッチングによ
り金属膜２１をパターニングして、そのマスクを残した
ままカラーフィルター層３の選択的塗布を行うことで、
工程を簡略化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
等に用いられるカラーフィルターとその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイに使用されるカラーフ
ィルターは、一般に、図５に模式的断面図を示すよう
に、ガラス基板５１にＣｒ等の金属よりなるブラックマ
トリックス５２が形成され、そのブラックマトリックス
５２のパターン間にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各
色画素からなるカラーフィルター層５３が形成され、更
にこれらの上方にオーバーコート層５４を介してＩＴＯ
膜５５が形成された構造となっている。

【０００３】このようなカラーフィルターは、従来、図
６にその手順を示すような方法によって製造されてい
る。すなわち、まず、（Ａ）に示すように、ガラス基板
５１の表面にＣｒ等の金属をスパッタ蒸着することによ
って一様な金属膜５２ａを形成する。その金属膜５２ａ
の膜厚は０．２μｍ程度とされる。次に、（Ｂ）に示す
ように、その金属膜５２ａの上に感光性樹脂等からなる
フォトレジスト６１を塗布し、そのフォトレジスト６１
を露光および現像によって（Ｃ）に示すように所定のパ
ターンにパターニングした後、そのパターニング後のフ
ォトレジスト６１をマスクとして金属膜５２ａをエッチ
ングするとともに、フォトレジスト６１を剥離させるこ
とにより、（Ｄ）に示すような金属膜からなるブラック
マトリックス５２を形成する。

【０００４】その後、（Ｅ）に示すように、ブラックマ
トリックス５２のパターン間にそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの各
色からなるカラーフィルター層５３を印刷法等によって
選択的に塗布する。このカラーフィルター層５３の膜厚
は１．５〜２．０μｍ程度とされる。次いでその上に保
護膜としてオーバーコート層５４を形成し、更にその上
にＩＴＯ膜５５を成形することにより、図５に示した構
造のカラーフィルターを得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来のカラーフィルターの構造では、ブラックマトリ
ックス５２の膜厚が０．２μｍ程度とカラーフィルター
層５３の膜厚に比して薄く、そのため、ブラックマトリ
ックス５２のパターン間に印刷法等によって形成された
カラーフィルター層５３が、個々の色画素の端部におい
て、膨潤性、転移性、混合性等のいわゆるダレを生じや
すく、そのためにカラーフィルター層５３の滲みや色む
らが発生したり、個々の色画素の形状や大きさが均一と
ならず、パターン精度が低下するといった問題が生じ
る。

【０００６】また、以上のような従来の製造方法におい
ては、カラーフィルター層５３を印刷法によって形成す
る場合、ブラックマトリックス５２に対する各色画素の
位置精度を高くし、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色画素間の相
対的位置精度を高くすることは容易ではなく、特に大型
のカラーフィルターの製造に当たっては、上記のパター
ン精度の低下と相まって大きな問題となる。

【０００７】このような問題を解決するための一つの手
法として、カラーフィルター層中の個々の色画素の形状
や大きさの均一化およびダレの発生を防止すべく、カラ
ーフィルター層の各色画素の縁部の膜厚を薄くする等の
試みがなされているが、いずれも実験段階で実用化には
多くの課題が残されているのが実情である。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、各色画素のダレを防止するとともに、ブラックマ
トリックスと各色画素との位置関係、並びにＲ，Ｇ，Ｂ
の各色画素間の相対的位置関係を向上させ、大型化に容
易に対応することのできるカラーフィルターとその製造
方法の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施の形態を表す図１，図２を参照しつつ
説明すると、本発明のカラーフィルターは、基板１上に
ブラックマトリックス２が形成されているとともに、そ
のブラックマトリックス２のパターン間にカラーフィル
ター層３が形成されてなるカラーフィルターにおいて、
ブラックマトリックス２が、金属膜２１とその金属膜２
１上の感光性樹脂膜２２の２層構造を有し、かつ、その
感光性樹脂膜２２がカラーフィルター層３の各色画素３
１間を仕切る壁体を形成していることによって特徴づけ
られる（請求項１）。

【００１０】ここで、本発明のカラーフィルターにおい
ては、２層構造のブラックマトリックス２の下層を形成
する金属膜２１の膜厚を０．０８〜０．１５μｍとし、
上層を形成する感光性樹脂膜２２の膜厚を１．１〜２．
０μｍとすること（請求項２）が好ましい。

【００１１】また、本発明のカラーフィルターの製造方
法は、その実施の形態を表す図３に示すように、基板１
上に金属膜２１ａを形成した後にその表面に感光性樹脂
膜２２ａを塗布し（Ａ，Ｂ）、この感光性樹脂膜２２ａ
をブラックマトリックスパターンにパターニングし
（Ｃ）、次いでそのパターン後の感光性樹脂膜２２をマ
スクとして金属膜２１ａをエッチングして金属膜２１と
感光性樹脂膜２２の２層構造を有するブラックマトリッ
クス２を形成した後、そのブラックマトリックス２のパ
ターン間にカラーフィルター層３を塗布することによ
り、カラーフィルター層３の各色画素３１間が感光性樹
脂膜２２からなる壁体で仕切られてなるカラーフィルタ
ーを得ることによって特徴づけられる。

【００１２】本発明は、ブラックマトリックスの厚みを
カラーフィルター層の厚みと略同等程度にまで厚くする
ことにより、カラーフィルター層の各色画素のダレの発
生を防止すると同時に、カラーフィルター層の塗布工程
において、ブラックマトリックスパターンと各色画素
間、および、各色画素パターン間の相対的な位置ずれが
多少生じても、カラーフィルター層を形成する材料の流
動により個々の色画素材料をブラックマトリックスのパ
ターン間に入り込ませることで、各色画素のパターン精
度並びにこれらの相対的位置精度を向上させ、更に、ブ
ラックマトリックスの厚みを、下層の金属膜ではなくそ
の上に形成された感光性樹脂膜で稼ぐことにより、ブラ
ックマトリックスによる光反射の影響を少なくし、更に
また、各色画素を仕切る壁体を感光性樹脂膜とすること
によって、製造工程の簡略化をも達成しようとするもの
である。

【００１３】すなわち、本発明のカラーフィルターにお
いては、２層構造のブラックマトリックス２の上層を構
成する感光性樹脂膜２２が、カラーフィルター層３の各
色画素３１間を仕切る壁体を形成した構造を有している
ため、カラーフィルター層３の各色画素３１は、その感
光性樹脂膜２２からなる壁体によって膨潤性、移転性並
びに混合性のダレを生じず、カラーフィルター層３のに
じみや色むらの発生が防止されるとともに、各色画素３
１のパターンは全面にわたって均一なものとなる。ブラ
ックマトリックス２の厚みとカラーフィルター層３の厚
みとを略同等とすれば、ブラックマトリックス２とカラ
ーフィルター層３の表面が略同一平面上に位置すること
になり、コントラストの低下を防止することができる。

【００１４】そして、本発明におけるブラックマトリッ
クス２の厚みをカラーフィルター層３の厚みと略同等と
するに当たり、金属膜２１の厚みを０．０８〜０．１５
μｍと薄くし、同じく感光性樹脂膜２２の厚みを１．５
〜２．０μｍとすることで、蒸着により形成される金属
膜２１の成膜工程の所要時間を従来のものと同等とする
と同時に、光反射にも悪影響を及ぼさないようにするこ
とができる。

【００１５】一方、本発明のカラーフィルターの製造方
法によれば、基板１上に金属膜２１ａを形成した後に感
光性樹脂膜２２ａを形成し、その感光性樹脂膜２２ａを
ブラックマトリックスパターンにパターニングした後
に、そのパターニング後の感光性樹脂膜２２をマスクと
して金属膜２１ａをエッチングによりパターニングす
る、という従来のこの種の製造工程と同等のフォトリソ
グラフィ技術を用いるとともに、マスクとして用いた感
光性樹膜２２を剥離させずに残したままとすることによ
り、２層構造のブラックマトリックス２を得る。従っ
て、従来の構造のカラーフィルターの製造工程に対して
特に新たな工程を追加することなく、２層構造のブラッ
クマトリックス２が得られる。

【００１６】また、ブラックマトリックス２の上層を形
成する感光性樹脂膜２２を、次いで形成されるカラーフ
ィルター層３の各画素３１間を仕切るような壁体となる
ような厚みとしているから、カラーフィルター層３の
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色画素３１の印刷法等による塗布形成に
当たり、各色のパターンが相対的に、あるいはブラック
マトリックスパターンに対して多少の位置ずれがあって
も、カラーフィルター材料が流動してブラックマトリッ
クス２のパターン間に入り込むため、その位置ずれは実
質的に吸収されてブラックマトリックス２のパターンに
従ったものとなり、大型化しても一様な色画素パターン
が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明のカラーフィルター
の実施の形態の構成を示す模式的断面図である。

【００１８】透明ガラス基板１の表面にブラックマトリ
ックス２が形成されているとともに、そのブラックマト
リックス２のパターン間、換言すればブラックマトリッ
クス２により覆われた領域以外の基板１の表面に、Ｒ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色画素３１からなるカ
ラーフィルター層３が形成されている。

【００１９】ブラックマトリックス２は、下層のＣｒ膜
２１と上層の感光性樹脂膜２２との２層構造を有してお
り、図２に要部拡大断面図を示すように、Ｃｒ膜２１の
膜厚が０．１μｍ、感光性樹脂膜２２の膜厚が１．５μ
ｍとなっている。このような膜厚設定により、カラーフ
ィルター層３の表面とブラックマトリックス２の表面と
は略同一表面に位置し、ブラックマトリックス２の感光
性樹脂膜２２が実質的にカラーフィルター層３の各色画
素３１を仕切る壁体を形成した状態となっている。

【００２０】ブラックマトリックス２とカラーフィルタ
ー層３の表面はトップコート層４で覆われ、そのトップ
コート層４の上にＩＴＯ膜５が形成されている。次に、
以上の本発明の実施の形態の製造方法について述べる。
図３はその製造手順の説明図である。

【００２１】まず、図３（Ａ）に示すように、基板１の
表面にＣｒをスパッタリングにより０．１μｍの膜厚で
一様に蒸着してＣｒ膜２１ａを形成した後、同図（Ｂ）
に示すように、その上に１．５μｍの膜厚のもとに感光
性樹脂膜２２ａを塗布する。

【００２２】次に、図３（Ｃ）に示すように、感光性樹
脂膜２２ａをブラックマトリックスパターンに露光・現
像することによってパターニングした後、そのパターニ
ング後の感光性樹脂膜２２をマスクとして、Ｃｒ膜２１
ａをドライエッチングするとともに、マスクに用いた感
光性樹脂膜２２を剥離させずに残したままとすることに
より、同図（Ｄ）に示すように、Ｃｒ膜２１と感光性樹
脂膜２２とからなる２層構造のブラックマトリックス２
を得る。

【００２３】その後、オフセット印刷によりＲ，Ｇ，Ｂ
の各色画素からなるカラーフィルター層３を、ブラック
マトリックス２のパターン間に選択的に塗布する。カラ
ーフィルター層３の厚みは１．６μｍ程度とされ、従っ
て、カラーフィルター層３とブラックマトリックス２の
厚みは互いに略等しいものとなる。この状態を図３
（Ｅ）に示す。

【００２４】このカラーフィルター層３の印刷工程にお
いては、各色画素３１はそれ自体と同等の高さを持つブ
ラックマトリックス２のパターン間に選択的に塗布され
るために、ブラックマトリックス２のパターンと各色画
素３１との位置ずれ、あるいはＲ，Ｇ，Ｂの各色画素３
１間相互の位置ずれが多少あっても、カラーフィルター
層３を形成する材料の流動性によって、ブラックマトリ
ックス２のパターン間の窪み内に入り込む。従って、各
色画素３１は、フォトリソグラフィ技術を用いてパター
ニングされたブラックマトリックス２のパターンに従っ
た高精度のパターンとなる。同時に、各色画素３１は、
ブラックマトリックス２の感光性樹脂膜２２が作る壁体
によって互いに仕切られた状態となっているから、膨潤
性、転移性および混合性のダレが生じることもない。

【００２５】その後、ブラックマトリックス２およびカ
ラーフィルター層３の上に、例えばアクリル樹脂等から
なるオーバーコート層４を形成した後に、ＩＴＯ膜５を
形成することにより、図１に示した構造のカラーフィル
ターが得られる。

【００２６】以上の本発明の実施の形態によれば、カラ
ーフィルター層３の各色画素３１は、それと同等の高さ
を持つブラックマトリックス２の感光性樹脂層２２が作
る壁体によって互いに仕切られた状態となるため、ダレ
が生じることがなく、また、ブラックマトリックス２の
パターンに追従した高精度のパターンで形成されて、基
板１上の全領域において形状、相対的位置関係ともに均
一なものとなる。

【００２７】また、カラーフィルター層３とブラックマ
トリックス層２の表面が略同一平面上に位置するから、
液晶パネルに用いたときにコントラストの低下を来すこ
ともない。

【００２８】更に、ブラックマトリックス２をカラーフ
ィルター層３と同等の膜厚としているものの、Ｃｒ層２
１については０．１μｍと薄くしているので、その側面
部分における反射等による全体としての反射率の上昇も
なく、高性能のカラーフィルターとなる。

【００２９】また、以上の製造方法によれば、Ｃｒ膜２
１の上に形成されて２層構造のブラックマトリックス２
の上層を構成する感光性樹脂膜２２は、Ｃｒ膜２１のパ
ターニング時にマスクとして用いられたものを剥がさず
に残すことによって得られるものであり、従って、ブラ
ックマトリックス２を２層構造とするための特別な工程
を追加する等の工程の複雑化を伴うことなく形成するこ
とができる、という利点がある。

【００３０】なお、以上の実施の形態においては、基板
１上に直接的にブラックマトリックス２およびカラーフ
ィルター層３を形成したが、図４に模式的断面図を示す
ように、基板１上にＳｉＯ₂ 膜等からなるパッシベーシ
ョン膜６を形成し、その上にブラックマトリックス２お
よびカラーフィルター層３を形成してもよい。この場
合、ブラックマトリックス２並びにカラーフィルター層
３の基板１に対する密着性の向上と、透明ガラスからな
る基板１からのＮａ⁺ のカラーフィルター層３への流入
の阻止を期待できる。

【００３１】また、以上の実施の形態では、ブラックマ
トリックス２の下層を構成する金属膜の材質をＣｒとし
たが、本発明はこれに限定されることなく、従来からブ
ラックマトリックスの形成材料として用いられているＴ
ａ等、他の金属としてもよいことは勿論である。

【００３２】また、本発明におけるブラックマトリック
スの金属膜の厚みについては、その下限が光を遮蔽し得
る膜厚であり、上限は特に限定されないものの、成膜工
程における所要時間とパターニング後の反射率への影響
を考慮したとき、余り厚くすることは得策でない。これ
らを総合したとき、この金属膜の厚みは、実用的には
０．０８μｍ〜０．１５μｍとすることが妥当である。

【００３３】一方、本発明におけるブラックマトリック
スの感光性樹脂膜の厚みは、カラーフィルター層の各色
画素間を仕切る壁体を形成するに足りる厚みであれば特
に限定されないが、カラーフィルター層の実用的な厚み
からして、１．１〜２．０μｍの範囲とすることが好ま
しい。ここで、この感光性樹脂膜による各色画素間を仕
切る壁体は、各色画素よりも若干高くても、あるいは若
干低くても差し支えなく、要は各色画素のダレを防止で
き、また、カラーフィルター層の印刷工程において各色
画素がブラックマトリックスのパターン間に流動できる
程度の高さであればいい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ブラッ
クマトリックスを金属膜とその上の感光性樹脂膜との２
層構造とし、その感光性樹脂膜によってカラーフィルタ
ー層の各色画素を仕切る壁体を形成しているため、各色
画素は膨潤性、転移性および混合性のダレを生じること
がないとともに、印刷等によるカラーフィルター層の選
択的塗布工程において、各色画素材料がブラックマトリ
ックスのパターン間に流れ込むように矯正されるため、
多少の位置ずれがあっても、得られたカラーフィルター
層のパターン精度はブラックマトリックスパターンに追
従した高精度のものとなり、基板の全面にわたって均一
なものとなる。従って本発明によれば、色の滲みや色む
らがなく、かつ、大型化にも容易に対応できるととも
に、ブラックマトリックスとカラーフィルター層の段差
が少ないが故にコントラストの低下を来すこともない。

【００３５】また、ブラックマトリックスの厚みを厚く
して各色画素間の壁体を形成することによる上記した効
果は、上層の感光性樹脂膜を厚くすることによって得ら
れるが故に、下層の金属膜の膜厚を薄く設定してもよ
く、その成膜工程並びにエッチング工程の所要時間を特
に長くする必要がないとともに、反射率に及ぼす影響も
大きくなることはない。

【００３６】更に、金属膜の上に感光性樹脂膜を形成し
た２層構造のブラックマトリックスを形成するに当た
り、感光性樹脂膜の露光・現像によるパターニングの
後、それをマスクとしたエッチングにより金属膜をパタ
ーニングし、そのマスクを残したままカラーフィルター
層を形成する、という本発明の製造方法を用いると、各
色画素を仕切るための壁体としての感光性樹脂膜は、従
来のこの種のカラーフィルターの製造工程に対して特別
な工程を追加することなく得られるものであり、従来と
同等の製造工程数のもとにコストを上昇させることな
く、上記した効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成を示す模式的断面図

【図２】その要部拡大断面図

【図３】図１の実施の形態の製造工程の説明図

【図４】本発明の他の実施の形態の構成を示す模式的断
面図

【図５】従来のカラーフィルターの構成を示す模式的断
面図

【図６】図５のカラーフィルターの製造工程の説明図

【符号の説明】

１ 基板 ２ ブラックマトリックス ２１ 金属膜 ２２ 感光性樹脂膜 ３ カラーフィルター層 ３１ 色画素 ４ トップコート層 ５ ＩＴＯ膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にブラックマトリックスが形成さ
   れているとともに、そのブラックマトリックスのパター
   ン間にカラーフィルター層が形成されてなるカラーフィ
   ルターにおいて、上記ブラックマトリックスが、金属膜
   とその金属膜上の感光性樹脂膜の２層構造を有し、か
   つ、その感光性樹脂膜がカラーフィルター層の各色画素
   間を仕切る壁体を形成していることを特徴とするカラー
   フィルター。
2. 【請求項２】 上記金属膜の膜厚が０．０８〜０．１５
   μｍであり、上記感光性樹脂膜の膜厚が１．１〜２．０
   μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のカラー
   フィルター。
3. 【請求項３】 基板上にブラックマトリックスを形成し
   た後、そのブラックマトリックスのパターン間にカラー
   フィルター層を形成してカラーフィルターを製造する方
   法において、上記基板上に金属膜を形成した後にその表
   面に感光性樹脂膜を塗布し、この感光性樹脂膜をブラッ
   クマトリックスパターンにパターニングし、次いでその
   感光性樹脂膜をマスクとして金属膜をエッチングして金
   属膜と感光性樹脂膜の２層構造を有するブラックマトリ
   ックスを形成した後、そのブラックマトリックスのパタ
   ーン間にカラーフィルター層を塗布することにより、カ
   ラーフィルター層の各色画素間が感光性樹脂膜からなる
   壁体で仕切られてなるカラーフィルターを得ることを特
   徴とするカラーフィルターの製造方法。