JPH1172610A - 透明平坦化膜を有するカラーフィルタ及びその製造法 - Google Patents

透明平坦化膜を有するカラーフィルタ及びその製造法

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JPH1172610A
JPH1172610A JP23393097A JP23393097A JPH1172610A JP H1172610 A JPH1172610 A JP H1172610A JP 23393097 A JP23393097 A JP 23393097A JP 23393097 A JP23393097 A JP 23393097A JP H1172610 A JPH1172610 A JP H1172610A
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JP
Japan
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color filter
flattening film
transparent flattening
substrate
active energy
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JP23393097A
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English (en)
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Noriyuki Saito
則之 斉藤
Hidekuni Tomono
秀邦 伴野
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面の平坦性に優れるカラーフィルタを提供
する。 【解決手段】 活性エネルギー線硬化型の透明平坦化膜
において、活性エネルギー線を照射した部分と照射しな
い部分とで、熱硬化後の膜厚が異なることを、カラーフ
ィルタ表面、または画素の段差調整に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子等に
使用されるカラーフィルタ及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】カラーフィルタの表面は、例えば液晶デ
ィスプレイの場合、表示コントラストの向上や液晶層厚
の均一化等を実現するため、STN用で0.1μm程
度、TFT用でも0.4μm程度の表面平坦性が求めら
れている。このため現在、多くのカラーフィルタでは画
素表面の凸凹を平坦化するために、画素上に透明平坦化
膜を形成している。カラーフィルタ用透明平坦化膜の形
成方法は、スピンコート法や印刷法等で溶液状の材料を
塗布する方法や、ラミネータ等でフィルムを圧着する方
法が知られている。また硬化方法としては熱硬化、常温
硬化、活性エネルギー線硬化等が行われている。このう
ち、活性エネルギー線硬化型の透明平坦化膜において
は、画素部分に活性エネルギー線照射して硬化させた
後、現像処理することによって基板縁部等の不要部分を
除去すること等も行われている。一般に、平坦化操作を
必要とする基板の段差が大きい場合、透明平坦化膜形成
後の段差が目標とする段差範囲内に収まるまで透明平坦
化膜の膜厚を増やすか、またはある膜厚で透明平坦化膜
を形成した後、表面に残った凸凹を機械的に研磨して平
坦化する等の方法が用いられている。またその一方で、
透明平坦化膜を形成する前に基板上の凸凹を減らすこと
によって、少ない透明平坦化膜の膜厚で平坦化する方法
も報告されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、透明平坦化膜
の膜厚を増大する方法は、ムラや歪み等カラーフィルタ
表面全体での平坦性確保が困難になるため望ましくな
く、機械的な研磨は発生する研磨屑の再付着によって、
カラーフィルタが汚染されることが多い。透明平坦化膜
を形成する前の基板表面の凸凹を減らす手段について
は、例えばブラックマトリクスと色材の重なり部分の凸
部を除去する方法として、凸部を機械的に研磨する方
法、画素形成前にブラックマトリクス上にレジスト層を
形成しておき、リフトオフで画素と重なる部分を除去す
る方法、画素材料を背面から露光して光硬化させ、ブラ
ックマトリクスとの重なりを避ける方法等が提案されて
いるが、必ずしも有効な方法ではない。画素内の段差に
ついては、色材として液状材料を使用した場合、表面が
L字型やM字型の形状になって、平坦にはなりにくいこ
とが知られている。また、従来の透明平坦化膜形成方法
ではカラーフィルタ表面上に、ある特定の形状で凸凹を
設けることは困難である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
は、少なくとも一回以上、カラーフィルタ表面または画
素の段差調整を目的とする活性エネルギー線照射を行っ
た透明平坦化膜を備えるものである。また、本発明のカ
ラーフィルタは、少なくとも一回以上、画素表面の部分
的または全体的な膜厚変化を目的とする活性エネルギー
線照射を行った透明平坦化膜を備えるものである。すな
わち、本発明は、活性エネルギー線硬化型の透明平坦化
膜において、活性エネルギー線を照射した部分と照射し
ない部分とで、熱硬化後の膜厚が異なることを、カラー
フィルタ表面、または画素の段差調整に利用する方法を
提案するものである。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
透明基板上に赤色、緑色、青色、またはこれらの補色か
らなる色材で形成した画素と、必要に応じてブラックマ
トリクス等を設けたカラーフィルタ基板を形成する。透
明基板としては、石英ガラスや硼硅酸ガラス、これらの
表面をシリカ等でコーティングしたもの、プラスチック
材料等があるが、これらに限定されるものではない。画
素形成については、顔料分散法、染色法等の方法で着色
した液状またはフィルム状の色材を用い、スピンコート
法、印刷法、あるいはラミネート法等、色材の性質に応
じて適宣選択した方法を利用して、基板上に色材層とし
て形成し、エッチング法、フォト法、リフトオフ法等に
よって画素形成する方法や、電着によって画素を形成す
る方法等が知られているが、これらに限定されるもので
はない。画素の表面形状は特に限定するもではないが、
画素間の段差は画素内の段差に較べて透明平坦化膜によ
る平坦化効果が低いため、透明平坦化膜形成後に、画素
間段差0.1μm以下の平坦性を有するカラーフィルタ
を得るためには、透明平坦化膜形成前の画素間段差は出
来るだけ小さいこと、望ましくは0.3μm以下である
ことが好ましい。ブラックマトリクスに用いられる遮光
性材料としては、カーボンや酸化金属等の黒色顔料を樹
脂と一緒に分散したもの、樹脂を黒色染料で着色したも
の、黒色または黒色以外の顔料または染料を二種類以上
混合したもの、クロム、酸化クロム、酸化鉄等の金属化
合物、画素の一部を二色以上重ねることで遮光性を付与
したもの、これらのうちの幾つかを組み合わせたもの等
が用いられているが、遮光性を付与する手段であれば如
何なる方法であっても構わない。ブラックマトリクスは
画素となる色材を形成する前に、透明基板上に形成する
方法と後から形成する方法があるが、どちらの方法で形
成しても構わず、形成される厚さも特に制限するもので
はない。ブラックマトリクスのパターン形成方法として
は、一般にエッチング法、フォト法、リフトオフ法等が
用いられているが、これらに限定されるものでない。
【0006】このようにして形成したカラーフィルタ基
板上に、活性エネルギー線硬化型の透明平坦化膜を形成
する。透明平坦化膜材料は溶液状、フィルム状のいずれ
でも使用できる。また、透明平坦化膜のカラーフィルタ
基板上への形成方法としては、例えばスピンコート法、
印刷法、ラミネート法等があり、透明平坦化膜の性質や
種類に応じて適宣使い分ける。溶液状の材料を用いた場
合には、透明平坦化膜材料の塗布後、オーブン、ホット
プレート等の加熱装置で表面の流動性とベタつきが無く
なる程度まで加熱乾燥するか、またはデシケータ、真空
乾燥機等で必要に応じて熱を加えながら減圧乾燥する。
この際、基板は水平に静置されることが好ましい。透明
平坦化膜の膜厚は特に制限されるものではないが、0.
1μm以下に画素を平坦化することを目的とする場合、
この段階での表面の最大凸凹段差が0.6μm以下であ
ることが望ましい。
【0007】このようにして形成された透明平坦化膜を
有するカラーフィルタ基板に対し、透明平坦化膜の全面
または一部に紫外線等の活性エネルギー線を照射する。
部分的な照射を行う方法としては、カラーフィルタ内の
同一色の画素にのみ光照射が行われるよう、各色画素配
列と同じ光透過部を有する遮光マスクを通して露光する
方法、カラーフィルタ基板のブラックマトリクスの部分
が遮光されるように設計された遮光マスクを通して露光
する方法、カラーフィルタ表面の透明平坦化膜上である
特定の形状が露光されるように設計された遮光マスクを
通して露光する方法、回析、集光等を利用して露光密度
に差を付ける方法等がある。この際、例えば露光部が非
露光部よりも熱硬化後の膜厚が相対的に大きくなるよう
な透明平坦化膜材料を用いる場合、カラーフィルタ基板
で凸凹の低い部分ほど多くの活性エネルギー線照射が行
われるように工夫すれば、熱硬化後には非露光部に対す
る相対的な膜厚が増大して、基板表面全体としての段差
が縮小する。例えば赤、緑、青の画素のうちで赤色の画
素が他の色の画素よりも低い位置に形成されている場
合、遮光マスクを利用して赤色画素部分にのみ活性エネ
ルギー線照射を行ってから熱硬化することで、他の色の
画素との段差を減らすことができる。ブラックマトリク
ス上を遮光して画素の開口部のみに活性エネルギー線照
射を行う方法では、画素開口部のみが熱硬化後の非露光
部に対する相対的な膜厚が増大するため、ブラックマト
リクスと画素材料との重なりによる凸凹の影響が、画素
の開口部に及ぶことを避けることに利用できる。形成し
た透明平坦化膜の全面に活性エネルギー線照射を行う場
合は、例えばブラックマトリクスと画素の重なり部分で
大きな凸部が形成されている場合等において効果が期待
できる。即ち、スピンコータ等を利用して溶液状の透明
平坦化膜材料を塗布した場合、透明平坦化膜の膜厚は、
画素の平坦部上よりも凸部上で薄く形成される。このた
め活性エネルギー線を全面照射すると、熱硬化後の膜厚
増加量は、平坦部上が凸部上よりも大きくなり、結果的
に表面段差は縮小する。露光する場所は画素部分には限
らず、例えば基板の縁部に沿って枠状に露光されるよう
に設計された遮光マスクを通して露光し、熱硬化後にこ
の形状で一定の膜厚が確保されるようにすれば位置合わ
せやスペーサに利用することもできる。ここで、活性エ
ネルギー線の露光量と熱硬化後の非露光部に対する相対
的膜厚増大量の関係を測定しておき、これを利用して露
光量を調整すれば、膜厚変化の量を容易に制御すること
ができる。また、このような性質を利用し、いくつかの
露光方法を組み合わせることによって、より効果的な平
坦化や表面形状のデザインを行うこともできる。活性エ
ネルギー線照射を経たカラーフィルタ基板はオーブン、
ホットプレート等の加熱装置中で最終的な熱硬化を行
う。
【0008】
【実施例】
実施例1 A4版バリウム硼硅酸ガラス基板(#7059、コーニ
ング社製)に紫外線硬化型透明平坦化膜材料を700rp
m 、14秒間(立ち上がり8秒間)スピンコートし、そ
の後4分間室温放置した。これをクリーンオーブン中に
水平に渡したガラス板上に静置し、70℃で2分間加熱
した。次に大日本スクリーン製造(株)社製大型マニュ
アル露光機MAP−1200Lを用い、ブラックマトリ
クス(BM)用ポジ型遮光マスクを通して紫外線照射を
行った。露光量はh線で計測した。得られた基板はクリ
ーンオーブン中で200℃、1時間加熱し硬化した。こ
のとき透明平坦化膜の非露光部の膜厚は2.3μmであ
った。露光部の非露光部に対する熱硬化後の段差と露光
量の関係を図1に示す。以下、図1の関係を利用して適
宣露光量を選びながら透明平坦化膜の紫外線照射を行
う。A4版バリウム硼硅酸ガラス基板(#7059、コ
ーニング社製)をガラス基板スクラブ洗浄装置を用いて
1%水酸化ナトリウム水溶液と純水で洗浄した。これに
黒色感光性樹脂BM材料を1000rpm で20秒間スピ
ンコートし、ホットプレート上で120℃、3分間加熱
乾燥した。これにBM用ネガ型遮光マスクを通して40
0mJ/cm2の紫外線照射を行い、0.3%水酸化カリウム
水溶液でスプレー現像した。充分に水洗した後、クリー
ンオーブン内で160℃、20分間乾燥・熱硬化してB
Mパターンを形成した。このときBMの膜厚は0.6〜
0.8μmであった。BMパターンを形成したガラス基
板に緑色(G)の色材フィルムをラミネートした。ラミ
ネートはロールラミネータを用いて行い、形成条件はロ
ール温度80℃(上・下とも)、加圧重量5kg/cm2
搬送速度0.2m/分とした。これに、BMとカラーフ
ィルタフィルムが8μm程度重なって露光されるように
設計したカラーフィルタ画素用ネガ型遮光マスクを通し
て紫外線照射し、現像した。現像液は東邦化学(株)社
製トーホール207の30倍希釈水溶液を用いた。充分
に純水洗浄し、エア・スプレで水切りをした後、クリー
ンオーブン中で200℃、20分間加熱・硬化し、緑色
画素を形成した。同様の操作によって赤色(R)及び青
色(B)画素を形成し、RGB/樹脂BM基板を作成し
た。得られたRGB/樹脂BM基板に、V−259PH
Aを700rpm 、14秒間(立ち上がり8秒間)でスピ
ンコートし、その後4分間室温放置した。クリーンオー
ブン中に水平に渡したガラス板上に透明平坦膜形成基板
を静置し、70℃で2分間加熱した。次に大型マニュア
ル露光機MAP−1200Lを用いて紫外線3000mJ
/cm2(h線計測)の全面照射を行った。得られた基板は
クリーンオーブン中で200℃、1時間加熱し硬化し
た。RGB/樹脂BM基板、透明平坦化膜形成後に紫外
線照射を行わず熱硬化した基板、紫外線照射して熱硬化
した基板の表面段差測定図を図2に示す。紫外線照射に
よる段差の補正効果は,画素間よりも画素内で大きくな
っていることが分かる。
【0009】実施例2 実施例1と同じ条件で透明平坦化膜を有するRGB/樹
脂BM基板を形成した。BM用ポジ型遮光マスクを利用
して基板のBM部分を遮光し、大型マニュアル露光機M
AP−1200Lを用いて紫外線100mJ/cm2(h線計
測)の照射を行った。得られた基板はクリーンオーブン
中で200℃、1時間加熱し硬化した。RGB/樹脂B
M基板、紫外線照射して熱硬化した基板の表面段差測定
図(断面曲線のグラフ)を図3に示す。
【0010】
【発明の効果】本発明による透明平坦化膜利用法を用い
た場合、カラーフィルタ表面に凸凹が存在しても、その
形状に応じた露光量の活性エネルギーを照射すること
で、熱硬化後の段差を縮小することができる。このため
最小限度の膜厚で形成した透明平坦化膜でも効率的にカ
ラーフィルタ表面の平坦化を行うことができる。また、
カラーフィルタ表面に任意の形状で凸凹を形成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 段差と露光量の関係を示すグラフ。
【図2】 実施例1における基板の表面段差測定図(断
面曲線のグラフ)。
【図3】 実施例2における基板の表面段差測定図(断
面曲線のグラフ)。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一回以上、カラーフィルタ表面
    または画素の段差調整を目的とする活性エネルギー線照
    射を行った透明平坦化膜を備えるカラーフィルタ。
  2. 【請求項2】少なくとも一回以上、画素表面の部分的ま
    たは全体的な膜厚変化を目的とする活性エネルギー線照
    射を行った透明平坦化膜を備えるカラーフィルタ。
  3. 【請求項3】活性エネルギー線照射による膜厚変化を利
    用する請求項1記載のカラーフィルタの製造法。
  4. 【請求項4】活性エネルギー線照射による膜厚変化を利
    用する請求項2記載のカラーフィルタの製造法。
JP23393097A 1997-08-29 1997-08-29 透明平坦化膜を有するカラーフィルタ及びその製造法 Pending JPH1172610A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007119761A (ja) * 2005-09-29 2007-05-17 Fujifilm Electronic Materials Co Ltd 熱硬化性樹脂組成物、カラーフィルタ用下地膜、並びに固体撮像素子及び液晶表示装置
US9476447B2 (en) 2008-05-21 2016-10-25 Federal-Mogul Powertrain, Inc. Ball joint assembly and method of making

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