JP2003287614A

JP2003287614A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JP2003287614A
Application number: JP2002088353A
Authority: JP
Inventors: Gentaro Obayashi; 元太郎大林; Masahiro Yoshioka; 正裕吉岡
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のカラーフィルターの製造方法では、対向
基板との導通の恐れのない使い勝手の良いスペーサー付
きカラーフィルターを低コスト、高精度、低不良率で製
造する。【解決手段】基板上に樹脂膜パターンを有するカラーフ
ィルターの製造方法において、（１）樹脂溶液を基板上
に塗布して樹脂膜を形成する工程、（２）レーザー光照
射装置により該樹脂膜の所望領域にレーザー光を照射す
る工程、（３）現像液により該樹脂膜の光非照射部を除
去する工程、を有することを特徴とするカラーフィルタ
ーの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に樹脂膜パ
ターンを有するカラーフィルターの製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、カラーフィルターは、ガラス、
高分子フィルムなどの基板上に樹脂膜パターンを有す
る。樹脂膜パターンとしては、遮光材を含んだ樹脂から
なるブラックマトリクス、着色剤を含んだ樹脂からなる
画素、オーバーコート、スペーサーなどが挙げられる。

【０００３】樹脂膜パターンの形成方法としては、フォ
トリソ法がある。フォトリソ法は大きく２つに分けられ
る。１つは、光重合開始剤を含有した感光性樹脂を用い
て、塗布、露光、現像を行う方法である。もう一つは、
非感光性樹脂膜上に、感光性樹脂膜を塗布し、その後、
露光、現像、さらに、必要に応じてエッチングを行う方
法である。これらのフォトリソ法は、工程数が多く歩留
まり低下の問題がある。また、通常、露光時にフォトマ
スクを使用するため、フォトマスクのコストが問題とな
る。とくに、基板サイズが大型化すると高い精度で大型
のフォトマスクを作成する必要があり、フォトマスクの
コストは非常に高くなる。

【０００４】他の樹脂膜パターン形成方法としては、印
刷法、インクジェット法、レーザーアブレーション法な
どがある。

【０００５】印刷法は、フォトマスクが不要であるが、
印刷の位置合わせやにじみの問題があり、高精度パター
ンを形成することができない。

【０００６】インクジェット法もフォトマスクが不要で
あるが、パターンを形成するためにはあまりに多くのド
ットを加工する必要があり、精度、タクト、歩留まりの
点で問題がある。

【０００７】レーザーアブレーション法は、樹脂膜にレ
ーザー光を照射し、照射領域の樹脂膜を蒸散させてパタ
ーンを形成する方法である。レーザーアブレーション法
では、レーザー光で樹脂膜を蒸散させた際の樹脂膜の変
成物が周囲に残留したり、蒸散させた縁にバリができる
ことがあり、カラーフィルターを液晶表示装置に使用し
た場合に不良の原因となりやすい。

【０００８】一方、従来使用されている液晶表示装置
は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するために、
一般に２枚の液晶表示装置用基板間にプラスチックビー
ズ、ガラスビーズ、ガラス繊維などを挟んでスペーサー
として使用している。プラスチックビーズなどのスペー
サーは気流に乗せて散布されるため、スペーサーの散布
位置をコントロールすることは難しく、液晶表示装置の
表示領域（遮光部を除く画面内の光透過部）にもスペー
サーが存在する。このスペーサーによる光散乱で、液晶
表示装置の表示品位が低下するという問題がある。

【０００９】また、プラスチックビーズなどのスペーサ
ーを気流に乗せて散布する際に、気流や静電気の影響で
スペーサーが均一に散布されず、スペーサーが凝集する
ことがある。スペーサーが凝集すると、凝集部分の表示
品質が悪化し、また、セルギャップの正確な保持の面で
も問題となる。

【００１０】この問題に対して、カラーフィルター上に
形成した突起をスペーサーとして用いるスペーサー付き
カラーフィルターが提案されている。突起を形成する方
法としては、２色あるいは３色の着色層を積層する方法
や、カラーフィルター形成後に別途突起形成工程により
突起を形成する方法がある。前者の方法は、カラーフィ
ルターの画素形成と同時にスペーサーを形成することが
できるため、スペーサー形成のための工程の増加がなく
コスト的に優位であるが、スペーサー上に液晶駆動用電
極である透明導電膜が形成されてしまうという欠点があ
る。このようなスペーサーが、対抗基板に突き当てられ
てセルギャップを確保する際、スペーサー上の透明導電
層と対向基板との短絡を避けるため、対向基板上に絶縁
層を配置するなどの配慮が必要となる。

【００１１】一方、後者の方法は、カラーフィルター形
成後にスペーサーを形成するため、工程が増加し、コス
ト的に問題である。

【００１２】したがって、使い勝手の良いスペーサー付
きカラーフィルターを低コストで製造するためには、低
コスト、短タクトで精度高く、かつ、不良率の低い樹脂
膜パターン形成技術が必要である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、従来の方
法では、低コスト、短タクトで精度高く、かつ、不良率
の低い樹脂膜パターンを得ることは困難であった。

【００１４】本発明はかかる従来技術の欠点を改良し、
低コスト、短タクト、高精度、低不良率を満足する樹脂
膜パターンの形成方法、とくに、スペーサー付きカラー
フィルターのスペーサー形成方法を提供することを課題
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者等は種々の検討を行った結果、本発明のカラ
ーフィルター製造方法に到達したものである。

【００１６】すなわち、本発明の目的は以下のカラーフ
ィルターの製造方法により達成される。（１）基板上に樹脂膜パターンを有するカラーフィルタ
ーの製造方法において、（１）樹脂溶液を基板上に塗布
して樹脂膜を形成する工程、（２）レーザー光照射装置
により該樹脂膜の所望領域にレーザー光を照射する工
程、（３）現像液により該樹脂膜の光非照射部を除去す
る工程、を有することを特徴とするカラーフィルターの
製造方法。（２）レーザー光照射装置により樹脂膜の所望領域にレ
ーザー光を照射する工程において、所望領域にレーザー
光を照射する方法が、レーザー光を移動させる方法、あ
るいは、基板を移動させる方法のどちらか一方、あるい
は、両方の組み合わせであることを特徴とする（１）に
記載のカラーフィルターの製造方法。（３）レーザー光照射装置が、ＹＡＧレーザーの第３高
調波を光源とすることを特徴とする（１）または（２）
に記載のカラーフィルターの製造方法。（４）レーザー光照射装置が、ポリゴンミラーを光学系
に有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに
記載のカラーフィルターの製造方法。（５）レーザー光照射装置が、少なくとも、レーザー光
源、コリメーターレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ
から構成される光学系を有することを特徴とする（１）
〜（４）のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方
法。（６）樹脂膜が、アクリル系感光性樹脂樹脂膜であるこ
とを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のカラ
ーフィルターの製造方法。（７）樹脂膜パターンがカラーフィルター上に形成され
たスペーサーであることを特徴とする（１）〜（６）の
いずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明のカラーフィルターに用い
られる基板としては、とくに限定されるものではなく、
石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラ
ス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの
無機ガラス類、プラスチックのフィルム、または、シー
トなどが用いられる。また、反射型液晶表示装置のカラ
ーフィルターとしては、金属板などの不透明基板を採用
することも可能である。

【００１８】この基板上に必要に応じてブラックマトリ
クスが設けられる。ブラックマトリクスは画素間の遮光
領域であり、液晶表示装置のコントラスト向上などの役
割を果たすものであるが、微細なパターンからなる金属
薄膜またはこれら金属の部分酸化膜との積層より形成さ
れることが多い。金属としては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌなど
が使用される。金属薄膜の形成方法としては、スパッタ
法や真空蒸着法などが広く用いられている。また、微細
なパターンについては、金属薄膜上に、フォトリソグラ
フィ法によりフォトレジストのパターンを形成した後、
このレジストパターンをエッチングマスクとして金属薄
膜のエッチングを行うことにより得られる。

【００１９】ところが、金属薄膜などにより形成された
ブラックマトリクスは、真空薄膜形成法を用いるため
に、製造コストが高く、カラーフィルターの価格を引き
上げる原因となっている。さらに、ブラックマトリクス
用金属薄膜として一般的に用いられているＣｒは、重金
属であり環境面から好ましくない。

【００２０】そのため、ブラックマトリクスとしては、
遮光剤を樹脂中に分散した樹脂ブラックマトリクスを使
用することが好ましい。

【００２１】樹脂ブラックマトリクスに使用される遮光
剤としては、カーボンブラックや、酸化チタン、酸化窒
化チタン、四酸化鉄などの金属酸化物粉、金属酸窒化
物、金属硫化物粉や、金属粉の他に、赤、青、緑色の顔
料混合物などを用いることができる。この中でも、とく
にカーボンブラックは、遮光性に優れており、好まし
い。

【００２２】遮光剤としてカーボンブラックを使用する
場合、色調を無彩色とするため、カーボンブラックの補
色の顔料を混合することが好ましい。補色用の顔料とし
ては、青色顔料、および、紫色顔料を、それぞれ単独
で、あるいは、両者を混合して使用することができる。

【００２３】遮光剤として、カーボンブラックとカーボ
ンブラックに対して補色の顔料を用いた場合には、高い
遮光性を得るために、遮光剤中にしめるカーボンブラッ
クの割合を、５０重量％以上にするのが好ましく、より
好ましくは６０重量％以上、さらに好ましくは７０重量
％以上である。

【００２４】一方、樹脂ブラックマトリクスに使用され
る樹脂としては、塗膜の耐熱性、耐光性、耐溶剤性から
みて、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系
樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレ
フィン系樹脂を使用することが好ましい。

【００２５】樹脂ブラックマトリクスは、樹脂ブラック
マトリクス用黒色ペーストを基板上に塗布、乾燥後、パ
ターニングして形成される。黒色ペーストを塗布する方
法としては、デッィプ法、ロールコーター法、スピナー
法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法
などが好適に用いられ、この後、真空乾燥機、オーブ
ン、ホットプレートなどを用いて、乾燥、加熱（セミキ
ュア）が行われる。セミキュア条件としては、使用する
樹脂、溶剤などにより異なるが、通常、４０〜２００℃
で１〜６０分間加熱することが一般的である。

【００２６】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性である場合には、その上にフォトレ
ジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性である場
合には、そのままか、あるいは、酸素遮断膜を形成した
後に、露光、現像を行うことにより、パターニングを行
う。その後、必要に応じて、フォトレジスト膜、あるい
は、酸素遮断膜を除去し、その後、加熱乾燥（本キュ
ア）する。本キュア条件は使用する樹脂などの種類によ
り異なるが、通常、１５０〜３００℃で１〜６０分間加
熱することが一般的である。

【００２７】また、これ以外にも、転写法、印刷法、電
着法、インクジェット法などで、樹脂ブラックマトリク
スを形成してもよい。

【００２８】樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、好まし
くは０．５〜２．０μｍ、より好ましくは０．８〜１．
５μｍである。膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には、
遮光性が不十分となり、また、膜厚が２．０μｍより厚
い場合には、カラーフィルター表面の平坦性が不良とな
る。

【００２９】樹脂ブラックマトリクスの遮光性は、ＯＤ
値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶表示
装置の表示品位を向上させるためには、好ましくは１．
６以上であり、より好ましくは２．０以上である。ま
た、樹脂ブラックマトリクスの膜厚の好適な範囲を前述
したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定められるも
のである。

【００３０】樹脂ブラックマトリクス間には、通常、２
０〜２００μｍ×２０〜３００μｍの開口部が設けられ
るが、この開口部を少なくとも被覆するように３原色の
それぞれの着色層が複数配列される。すなわち、１つの
開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被覆さ
れ、各色の着色層が複数配列される。

【００３１】また、ブラックマトリクスとして、着色層
を重ねたものを使用しても良い。この場合、ブラックマ
トリクスを形成する工程を省略することができるため、
好ましい。

【００３２】本発明のカラーフィルターには、３原色か
らなる着色層を形成する。着色層としては、色素を樹脂
中に分散したものを用いることができる。色素は３原色
を表すために適当なものを組み合わせて使用することが
できる。使用できる色素としては、赤、橙、黄、緑、
青、紫などの顔料や染料が挙げられるが、これらに限定
されない。また、樹脂としては、塗膜の耐熱性、耐光
性、耐溶剤性からみて、エポキシ系樹脂、アクリル系樹
脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリオレフィン系樹脂を使用することが好まし
い。

【００３３】着色層を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリクスと同様の方法が採用できる。基板上に第
１色目の着色層のパターンを形成した後に、同様の操作
を繰り返し、第２色目、第３色目の着色パターンを形成
する。

【００３４】本発明のカラーフィルターにおいては、着
色層形成後に透明保護膜を形成することができる。透明
保護膜の形成は、カラーフィルターからの不純物しみ出
しの防止、カラーフィルター表面平坦化の観点から有利
である。

【００３５】透明保護膜としては、アクリル樹脂、エポ
キシ変性のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シロキサンポ
リマー、シリコーンポリイミド、ベンゾシクロブテン樹
脂などを使用することができるが、平坦化特性に優れる
という観点から、エポキシ変性のアクリル樹脂や、エポ
キシ樹脂を使用することが好ましく、また、不純物成分
の遮断性に優れるという観点から、シロキサンポリマ
ー、シリコーンポリイミドを使用することが好ましい。
また、平坦化特性と不純物の遮断性を両立させるために
は、シロキサン結合を有するエポキシ変性のアクリル樹
脂、シロキサン結合を有するエポキシ樹脂、シロキサン
結合を有するベンゾシクロブテン樹脂を使用することが
好ましい。

【００３６】透明保護膜の厚さは０．０２μｍから３μ
ｍであることが好ましい。０．０２μｍよりも薄い場合
は、不純物成分の遮断性が充分でないだけでなく、平坦
化も充分でない。該透明保護膜が３μｍよりも厚い場合
は、不純物成分の遮断性の点では良好であるが、該透明
保護膜が乾燥して生成したパーティクルが生産収率を低
下させたりするので好ましくない。該透明保護膜の厚さ
は、０．０３μｍから２μｍの範囲であることがさらに
好ましく、０．０４μｍから１．５μｍの範囲であるこ
とが最も好ましい。

【００３７】本発明のカラーフィルターにおいては、３
原色の着色層を形成後、もしくは、透明保護膜の形成後
に必要に応じて透明導電膜を形成することができる。透
明導電膜としてはＩＴＯなどの酸化物薄膜が採用され、
通常０．１μｍ程度のＩＴＯ膜がスパッタリング法や真
空蒸着法などで作製される。

【００３８】本発明のカラーフィルターにおいては、着
色層、透明保護膜、あるいは、透明導電膜上にスペーサ
ーを形成することができる。形成する部位はカラーフィ
ルターの構成にあわせて、前記のどこでも良い。

【００３９】スペーサーの形状、すなわち、スペーサー
を基板と平行な面で切断した場合の横断面の形状は、と
くに限定されないが、円、楕円、角が丸い多角形、十
字、Ｔ字、または、Ｌ字形が好ましい。また、スペーサ
ーの対向基板への接触部の面積がスペーサー底部の面積
より小さくなるように設計することが好ましい。

【００４０】スペーサーの高さは１〜９μｍが好まし
い。スペーサーの高さが１μｍより低いと、十分なセル
ギャップを確保することができない。一方、９μｍを越
えると、液晶表示装置のセルギャップが大きくなりすぎ
て駆動に要する電圧が高くなり好ましくない。なお、ス
ペーサーの高さとは、１個のスペーサーに着目し、カラ
ーフィルターのブラックマトリクス開口部表面と該スペ
ーサーの最上表面との距離を意味する。基板上の表示部
平坦部の高さにムラがある場合には、スペーサーの最上
表面と各ブラックマトリクス開口位置の平坦部表面との
間の距離の内、最大のものを指す。

【００４１】スペーサーによって保たれる２枚の液晶表
示装置用基板間の間隔の画面内均一性を高める点から、
画面内、および、画面外の非表示領域にスペーサーを形
成することが好ましいが、場合によっては、画面内、ま
たは、画面外のどちらか一方の非表示領域に形成しても
よい。

【００４２】スペーサーの１個当たりの面積や配置場所
は、液晶表示装置の構造に大きく影響される。固定され
たスペーサーを有するカラーフィルターにおいて１画素
中の非表示領域の面積の制約から、画面内の１個当たり
のスペーサー面積は、１０μｍ²〜１０００μｍ²である
ことが好ましい。さらに好ましくは、１０μｍ²〜２５
０μｍ²である。ここでいうスペーサー面積とは、カラ
ーフィルター上の形成されたスペーサー最頂部の面積で
あって、液晶表示装置を作製した際に、対向基板に接触
する部分の面積、もしくは、対向基板上に形成されたス
ペーサーに接触する部分の面積を指す。１個当たりのス
ペーサー面積が１０μｍ²より小さい場合には、精密な
パターンの形成や積層が困難になる他、液晶表示装置作
製時の圧力印加でスペーサーが破壊されることがある。
一方、１個当たりのスペーサー面積が１０００μｍ²よ
り大きい場合には、スペーサーの周辺において、ラビン
グによる十分な配向処理が困難になる。また、画面内の
スペーサーは、スペーサー部の形状にもよるが画面内の
非表示領域に完全に配置することが困難となる。一方、
画面外のスペーサーは表示領域に現れることはない。し
たがって、画面内、および、画面外にスペーサーを有す
る液晶表示装置の場合、画面外のスペーサーの１個当た
りの面積は、スペーサー形成を容易にするため、画面内
のスペーサーの１個当たりの面積と等しいか、もしく
は、大きいことが好ましい。画面外であって、かつ、額
縁と呼ばれる画面を取り囲む遮光部分にもスペーサーは
設けることができる。また、スペーサーはカラーフィ
ルター上に形成されるが、カラーフィルター対向基板上
のスペーサー突き当て位置にスペーサーを形成して、カ
ラーフィルター上のスペーサーと対向基板上のスペーサ
ーを突き合わせて使用することも可能である。

【００４３】スペーサー材料としては、感光性の樹脂で
あればとくに限定されない。感光性の樹脂としては、光
分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプ
があるが、本発明においては、光照射部が硬化して現像
液に不溶となるネガ型の感光性樹脂を使用することが好
ましいため、光架橋型樹脂あるいは光重合型樹脂を使用
することが好ましい。特に、エチレン不飽和結合を有す
るモノマー、オリゴマー又はポリマーと紫外線によりラ
ジカルを発生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性
ポリアミック酸組成物等が好適に用いられる。具体的に
は、アクリル系の感光性樹脂を使用することが好まし
い。

【００４４】アクリル系感光性樹脂は、少なくとも、ア
クリル樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤から構成
されるものである。アクリル樹脂としては、アクリル
酸、メタクリル酸、メチルアクリレートやメチルメタク
リレートなどのアルキルアクリレート、アルキルメタク
リレート、または、環状のアクリレート、メタクリレー
ト、あるいは、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロ
キシエチルメタクリレートなどの官能基を有するアクリ
レート、メタクリレートなどの中から、複数のものを選
択して共重合させた樹脂のことである。なお、アクリル
樹脂は、スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニト
リル、イタコン酸エステル、フマル酸エステルなどの他
のモノマーを含んだ共重合体であっても良い。分子量は
１０００〜２０００００程度のものを使用することが好
ましい。光重合性モノマーとしては、２官能、３官能、
多官能モノマーを使用することができる。２官能モノマ
ーとしては、１，６−ヘキサンジオールジアクリレー
ト、エチレングリコールジアクリレート、ネオペンチル
グリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジ
アクリレートなどがあり、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などがあり、多官能モノマー
としては、ジ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
レートなどがある。また、光重合開始剤としては、ベン
ゾフェノン、チオキサントン、イミダゾール、トリアジ
ン系の化合物が単独もしくは混合で用いることができる
が、本発明のカラーフィルター製造方法においては、短
タクトを達成するために、感度の高い光重合開始剤を使
用することが好ましく、α−アミノアルキルフェノン系
の光重合開始剤を使用することが好ましい。

【００４５】また、本発明で使用される感光性樹脂に
は、エポキシ化合物とエポキシ硬化剤を添加しても良
い。また、アクリル樹脂にエポキシ基が含まれていても
良い。これらの添加により、スペーサー材料としての強
度が向上する。エポキシ化合物としては、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化
合物、フェノールノボラックエポキシ化合物、クレゾー
ルノボラックエポキシ化合物、トリスヒドロキシフェニ
ルメタン型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、グ
リシジルエステル系エポキシ化合物、グリシジルアミン
系エポキシ化合物、複素環式エポキシ化合物、フルオレ
ン基含有エポキシ化合物などが使用できる。一方、硬化
剤としては、アルコール、フェノール、アミン、酸無水
物、カルボン酸、活性水素を有する化合物などの通常の
ものが使用できる。また、オニウム塩などのカチオン系
の硬化触媒を使用しても良い。

【００４６】さらに、本発明で使用される感光性樹脂に
は、スペーサーとしての特性を向上させるため、可塑剤
やフィラーなどが添加されていても良い。

【００４７】可塑剤の一例として、リン酸トリブチル、
リン酸トリフェニル等のリン酸エステル類、フタル酸ジ
メチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジオクチル等のフ
タル酸エステル類、トリメリット酸トリメチル、トリメ
リット酸トリエチル等のトリメリット酸エステル類、オ
レイン酸ブチル等の脂肪族一塩基酸エステル、アジピン
酸ジブチル等の脂肪族二塩基酸エステル、ジエチレング
リコールジベンゾエート等の二価アルコールエステル、
アセチルクエン酸トリブチル等のオキシ酸エステル等が
挙げられる。中でも好ましい可塑剤としては、フタル酸
ジオクチル、トリメリット酸トリエチルが挙げられる。

【００４８】また、フィラーとは、スペーサーを構成す
る樹脂、及びその溶剤、及び現像液に対して不溶性の性
質を有する無機、及び有機の粒子を指す。無機粒子とし
ては、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カル
シウム、タルクなどの体質顔料、および白、黒、赤、
青、緑などの着色顔料、及びアルミナ、ジルコニア、マ
グネシア、ベリリア、ムライト、コージライトなどのセ
ラミックス粉末、及びガラス−セラミックス複合粉末な
どが用いられる。体質顔料の内、バライト、硫酸バリウ
ム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタル
クは着色がないため、スペーサーを透明にしたいときに
使用することが好ましい。また、スペーサーに遮光性が
要求される際には、カーボンブラック、チタンブラック
（ＴｉＮｘＯｙ：ただし、０≦ｘ＜１．５、０．１＜ｙ
＜１．８）、酸化マンガン、四酸化鉄、などの金属酸化
物粉、金属硫化物粉、金属粉を用いることができる。こ
の中でも、カーボンブラックは遮光性に優れており、特
に好ましい。スペーサーに遮光性と絶縁性が要求される
際には、酸化アルミニウム、チタンブラック、酸化鉄な
どの絶縁性無機粒子や表面に樹脂を被覆したカーボンブ
ラックを用いてもよい。有機粒子としては有機顔料、高
分子量、あるいは高架橋度に重合された樹脂のビーズな
どが好適に用いられる。フィラーの粒径は平均１次粒子
径が５〜４０ｎｍが好ましく、より好ましくは６〜３５
ｎｍ、さらに好ましくは８〜３０ｎｍである。フィラー
の粒径が、５ｎｍより小さいと、スペーサーの強度を高
くするのに、十分でなく、４０ｎｍより大きいと凝集し
やすくなるおそれがある。フィラーは感光性樹脂中で、
凝集して２次粒子を形成する場合があり、この粒子径の
平均を平均２次粒子径とすると、平均２次粒子径が小さ
くなるよう微分散させることが好ましく、２次粒子を形
成せず１次粒子で安定性よく分散せしめることがより好
ましい。平均２次粒子径としては、５〜１００ｎｍが好
ましく、より好ましくは６〜８８ｎｍ、さらに好ましく
は８〜７５ｎｍである。これより大きければスペーサー
表面に凹凸が生じ、液晶配向の乱れにより表示不良を引
き起し、好ましくない。平均１次粒子径、平均２次粒子
径の求め方としては、例えば透過型もしくは走査型電子
顕微鏡等でフィラーを観察し、ＪＩＳ−Ｒ６００２に準
じて平均粒径を求める。また、スペーサーにおけるフィ
ラーと樹脂との重量比は３：７〜９：１であることが好
ましく、より好ましくは４：６〜８：２である。フィラ
ーの重量比が低すぎると、スペーサーの強度が低くくな
り変形しやすくなる。また、フィラーの重量比が高すぎ
ると、フィラーの凝集が起きる場合があり、好ましくな
い。本発明の感光性樹脂において、フィラーを樹脂中に
分散させる方法としては、溶媒中に樹脂とフィラーを混
合した後、三本ロール、サイドグラインダー、ボールミ
ルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この
方法に特に限定されない。また、フィラーの分散性向
上、あるいは塗布性やレベリング性向上のために種々の
添加剤が加えられていてもよい。

【００４９】また、本発明の感光性樹脂は溶剤に溶解し
た形態で使用することが好ましい。溶剤としては、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキ
サノンなどのケトン類、ジエチルエーテル、イソプロピ
ルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレ
ングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジ
エチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテ
ルなどのエーテル類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、３
−メトキシ−３−メチルブチルアセテート、エチレング
リコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリ
コールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコ
ールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコ
ールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコ
ールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクト
ンなどのエステル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類、２−ピ
ロリドン、Ｎ−メチルピロリドンなどのピロリドン類な
どを使用することができる。

【００５０】スペーサーを形成する工程は、（１）スペ
ーサー用樹脂溶液を基板上に塗布して樹脂膜を形成する
工程、（２）該樹脂膜の所望領域に光を照射する工程、
（３）現像液により該樹脂膜の光非照射部を除去する工
程、からなる。

【００５１】工程（１）の塗布方法については、とくに
限定されないが、デッィプ法、ロールコーター法、スピ
ナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコーティン
グ法などの通常の塗布方法を使用することができる。

【００５２】工程（２）の該樹脂膜の所望領域に光を照
射する工程については、感光性樹脂が感光する光を照射
する装置を使用することができる。所望領域に光を照射
する方法としては、光を移動させる方法、あるいは、基
板を移動させる方法のどちらか一方、あるいは、両方を
組み合わせて使用することができる。光を移動させる方
法としては、光源の光をガルバノモーターで駆動するミ
ラーで反射させる方法や、光源自体をｘ−ｙステージに
固定して移動させる方法を使用することができる。ま
た、基板を移動させる方法としては、基板をｘ−ｙステ
ージに固定して移動させる方法などを使用することがで
きる。低コスト、短タクト、高精度、低不良率を満足す
るスペーサー形成方法を提供するためには、光学系にポ
リゴンミラーを有する光照射装置を用いることが好まし
い。ポリゴンミラーを有する光学系は、一般的に光源、
コリメーターレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズから
構成されている。光源からの光は、コリメーターレンズ
により平行光束となり、ポリゴンミラー上に集光され
る。集光された光は、高速で回転するポリゴンミラーー
で反射され、ｆθレンズに到達する。ｆθレンズは、ポ
リゴンミラーで反射された光を補正して、所望の位置に
光を照射する役割を果たす。このような光学系を有する
光照射装置は、所望位置に光のドットを高速・高精度で
打つことが可能であり、スペーサーのような孤立した樹
脂膜パターンを低コスト、短タクト、高精度、低不良率
を満足するような形で形成することに適した装置であ
る。光源としては、感光性樹脂を感光させる光を照射す
るものであれば、とくに限定はされないが、平行光を得
やすいことや、照射量をコントロールしやすいことか
ら、レーザーを光源とすることが好ましい。レーザーと
しては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネ
ット結晶）レーザーの第３高調波（３５５ｎｍ）などが
使用できる。ここで、ＹＡＧレーザーの第３高調波は、
ＹＡＧレーザー光を非線形光学結晶で変換することによ
り得ることができる。非線形光学結晶としては、例え
ば、希土類・カルシウム・オキシボレート系の結晶を使
うことができる。光の照射量については、感光性樹脂が
感光してパターン加工が可能となる量を照射すれば良
い。具体的には、１０ｍＪ／ｃｍ²〜３００ｍＪ／ｃｍ²
の範囲で照射することが好ましい。照射量が１０ｍＪ／
ｃｍ²より小さいと、感光性樹脂の感光度が十分でな
く、パターン加工を行うことができない。また、照射量
が３００ｍＪ／ｃｍ²より大きいと、照射に時間がかか
るため、タクトが長くなり、スループットが低下すると
いう問題がある。なお、決められたタクト内に所望のス
ペーサー部への照射がすべて終了しない場合には、光照
射装置を複数台使用しても良い。この場合、装置自体を
複数台使用しても良いし、光学系のみを複数個取り付け
た照射装置を使用しても良い。

【００５３】工程（３）の現像方法については、とくに
限定されないが、浸漬法、スプレー法、パドル法などを
用いることができる。現像後、適宜純水などによる洗浄
工程を加えても良い。また、高圧リンスやブラシ洗浄を
採用することもできる。現像液としては、水、アルカリ
性溶液、有機溶剤、それらの混合物が使用される。アル
カリ溶液としては、無機あるいは有機のアルカリ化合物
を水に溶解したものが一般的に使用される。現像液に
は、適宜公知の界面活性剤を添加しても良い。

【００５４】本発明のカラーフィルターの製造方法にお
いては、フォトマスクを使用することなく、レーザー光
により露光を行う。レーザー光は直進性に優れているた
め、露光、現像により、得られたパターンはパターン頂
部とパターン底部の形状がほぼ同一の形状となる。例え
ば、レーザー光が円形であった場合、得られたパターン
は円柱状となる。一方、通常のフォトマスクを使用した
露光では、マスクによる光の回折により、光がパターン
の横にも漏れるため、得られたパターンはパターン頂部
とパターン底部が異なった形状となる。例えば、フォト
マスクの形状を円形とした場合、得られパターンは円錐
台状となる。スペーサーは頂部も底部も非表示領域に形
成することが重要であり、今後、高開口率化が進行する
と、スペーサーを配置できる非表示領域が狭くなってく
ることから、パターン頂部とパターン底部を同一の形状
にすることができる、本発明のカラーフィルターの製造
方法がより好ましい。

【００５５】本発明のカラーフィルターの製造方法を図
１を用いて以下に説明するが、本発明はこれに限定され
るものでない。

【００５６】無アルカリガラス１の上に黒色ペーストを
用いて、ブラックマトリクス２を形成する。ブラックマ
トリクス２の開口部を埋めるように青着色層３を形成す
る。同様にして、赤着色層をブラックマトリクス２の開
口部４に、次いで、緑着色層をブラックマトリクス２の
開口部５に形成する。次に、透明保護膜６を形成し、さ
らに透明導電膜７を積層する。その後、透明導電膜上に
アクリル系感光性樹脂層を形成し、レーザー露光、現像
により、スペーサー８を形成する。

【００５７】本発明のカラーフィルターの製造方法は、
基板上にＴＦＴなどの駆動素子や信号配線を配置したア
レイ基板上にカラーフィルターを形成したカラーフィル
ターオンアレイについても有効である。

【００５８】本発明のカラーフィルターの製造方法によ
り製造されたカラーフィルターは、パソコン、ワードプ
ロセッサー、エンジニアリング・ワークステーション、
ナビゲーションシステム、液晶テレビなどの液晶表示装
置に好適に使用することができる。

【００５９】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されない。

【００６０】実施例１（樹脂ブラックマトリクスの作製）３，３´，４，４´
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇを
γ−ブチロラクトン１０９５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドン２０９ｇに混合し、４，４´−ジアミノジフェニ
ルエーテル９５．１ｇ、ビス（３−アミノプロピル）テ
トラメチルジシロキサン６．２ｇを添加して７０℃で３
時間反応させた後、無水フタル酸２．９６ｇを添加して
さらに７０℃で１時間反応させてポリイミド前駆体（ポ
リアミック酸）溶液１を得た。

【００６１】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３
０分間分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペー
ストを調製した。

【００６２】カーボンブラックミルベースカーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化学（株）製）：
４．６部ポリイミド前駆体溶液１：２４．０部Ｎ−メチル−２−ピロリドン：６１．４部ガラスビーズ：９０．０部３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用
いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃
で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型フォトレジ
スト（シプレー社製“Microposit”SRC100 30cp）をス
ピナーで塗布し、９０℃１０分間乾燥した。フォトレジ
スト膜厚は１．５μｍとした。キャノン（株）製露光機
ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光し
た。

【００６３】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、
基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒
で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型フォトレ
ジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に
行った。現像時間は６０秒とした。その後、メチルセロ
ソルブアセテートでポジ型フォトレジストを剥離し、さ
らに、３００℃で３０分間キュアした。このようにし
て、膜厚は、０．９０μｍ、開口部が縦方向２８０μ
ｍ、横方向８０μｍの格子状ブラックマトリックスを設
けた。なお、画面サイズは９．４インチ、画素数は６４
０×４８０であり、基板内に２面分のパターンを形成し
た。また、ブラックマトリックスのＯＤ値は３．０であ
った。（着色層の形成）赤、緑、青の顔料として各々ＰＲ１７
７で示されるジアントラキノン系顔料、ＰＧ３６で示さ
れるフタロシアニングリーン系顔料、ＰＢ１５：６で示
されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ブラッ
クマトリックスに使用したポリイミド前駆体溶液１に上
記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着
色ペーストを得た。樹脂ブラックマトリックス基板上に
青ペーストを塗布し、１２０℃２０分間セミキュアし
た。この後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製 "Mi
croposit" SRC100 30cp ）をスピナーで塗布後、９０℃
で１０分乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テト
ラメチルアンモニウムヒドロキド２重量％水溶液に基板
を浸漬し同時に１０ｃｍ幅を５秒で１往復するように基
板を揺動させながら、ポジ型フォトレジストの現像およ
びポリイミド前駆体のエッチングを同時に行なった。そ
の後、ポジ型フォトレジストをメチルセロソルブアセテ
ートで剥離し、幅約９０μｍで縦方向にストライプ状の
青着色層を幅方向にピッチ３００μｍとした。さらに、
３００℃で３０分間キュアした。青着色層の膜厚は１．
２μｍであった。

【００６４】基板水洗後、青着色層と同様にして、スト
ライプ状の緑、赤色の着色層を、３色の画素間隔が１０
μｍとなるように形成した。（透明保護層の形成）次に透明保護層を積層した。透明
保護層用組成物は以下の手順で合成した。メチルトリメ
トキシシランに酢酸を加えて加水分解し、オルガノシラ
ン縮合物を得た。３，３’，４，４’−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物と３−アミノプロピルトリエ
トキシシランとをＮ−メチル−２−ピロリドン溶媒中に
て、モル比で１：２の割合で混合し、反応させてイミド
基を有する縮合物を得た。該オルガノシラン混合物と該
イミド基を有する縮合物およびＮ−メチル−２−ピロリ
ドンとを重量比で５：２：４の割合で混合することによ
り、透明保護層用組成物を得た。この組成物を、ブラッ
クマトリックスと３原色の着着色層が形成された基板上
に塗布、キュアしてポリイミド変性シリコーン重合体か
らなる厚さ１．０μｍの透明保護層を得た。（透明導電膜の形成）透明保護層が形成された基板上
に、スパッタリング法にて膜厚が１５０ｎｍで表面抵抗
が２０Ω／□のＩＴＯ膜を形成した。（スペーサーの形
成）メタクリル酸３０ｇ、メチルメタクリレート３０
ｇ、スチレン４０ｇ、Ｎ，Ｎ−アゾビスイソブチロニト
リル２ｇをプロピレングリコールモノメチルエーテルア
セテート１００ｇに混合し、８０℃で４時間反応させた
後、室温まで冷却し、ハイドロキノンモノメチルエーテ
ルを１ｇ添加した。得られたポリマーにグリシジルメタ
クリレート３０ｇとトリエチルベンジルアンモニウムク
ロライド３ｇを添加して、７５℃で３時間反応させるこ
とにより、側鎖に二重結合を有するアクリル樹脂溶液Ａ
を得た。下記組成からなる感光性樹脂の溶液をスピナー
を用いて塗布し、９０℃１０分間乾燥した。得られた感
光性樹脂の膜厚は５μｍであった。

【００６５】アクリル樹脂溶液Ａ５０重量部ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート２０重量部イルガキュア３６９（α−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤、チバ・スペシャルティ・ケミカル製）２重量部エチルセロソルブアセテート１００重量部次いで、ＱスイッチＮｄ−ＹＡＧレーザーの第３高調波
（３５５ｎｍ）を光源とし、光源、コリメーターレン
ズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズから構成される光学系
を有する光照射装置により、露光を行った。露光量は、
１００ｍＪ／ｃｍ ²とした。スペーサーは各画素に１個
形成したため、基板内のスペーサー総個数は、６４０×
４８０×２＝６１４４００個となったが、露光時間は１
分以内であった。その後、炭酸ソーダ１％水溶液により
現像を行い、水洗後、ポストベークを２２０℃３０分間
行い、樹脂を硬化させることにより、スペーサーを得
た。スペーサーのサイズは、頂部、底部ともに、１０μ
ｍ×１５μｍの同一形状であり、形状に異常はなかっ
た。

【００６６】比較例１実施例１と同様にしてブラックマトリックス、着色層、
透明保護膜、ＩＴＯ層を形成した。ＩＴＯ層上に実施例
１と同様にして、感光性樹脂膜を形成した。その後、ス
ペーサーの形成位置に所定形状の遮光部を設けたフォト
マスクを介して、キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０
１Ｆを用い、アライメント露光を行った。その後、実施
例１と同様にして、現像、水洗、ポストベークを行い、
スペーサーを得た。

【００６７】得られたスペーサーは、実施例１と同様の
ものであったが、フォトマスクを必要とするため、製造
コストが大きかった。

【００６８】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターの製造方法に
より、スペーサー付きカラーフィルターのスペーサーを
低コスト、高精度、低不良率で形成する技術を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターの製造方法で製造し
たカラーフィルターの断面図の一例である。

【符号の説明】

１：ガラス基板２：ブラックマトリックス３：青着色層４：赤着色層５：緑着色層６：透明保護層７：透明導電層８：スペーサー

フロントページの続きＦターム(参考） 2H048 BA02 BA11 BA45 BB02 BB08 BB44 2H088 FA02 HA12 MA17 MA20 2H089 LA09 LA16 MA04X MA05X NA05 NA14 NA17 QA12 TA12 TA13 2H091 FA02Y FA35Y FB04 FB12 FB13 FC10 FD06 GA08 LA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に樹脂膜パターンを有するカラー
フィルターの製造方法において、（１）樹脂溶液を基板
上に塗布して樹脂膜を形成する工程、（２）レーザー光
照射装置により該樹脂膜の所望領域にレーザー光を照射
する工程、（３）現像液により該樹脂膜の光非照射部を
除去する工程、を有することを特徴とするカラーフィル
ターの製造方法。
【請求項２】レーザー光照射装置により樹脂膜の所望
領域にレーザー光を照射する工程において、所望領域に
レーザー光を照射する方法が、レーザー光を移動させる
方法、あるいは、基板を移動させる方法のどちらか一
方、あるいは、両方の組み合わせ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の製造方法。
【請求項３】レーザー光照射装置が、ＹＡＧレーザー
の第３高調波を光源とすることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項４】レーザー光照射装置が、ポリゴンミラー
を光学系に有することを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項５】レーザー光照射装置が、少なくとも、レ
ーザー光源、コリメーターレンズ、ポリゴンミラー、ｆ
θレンズから構成される光学系を有することを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルターの
製造方法。
【請求項６】樹脂膜が、アクリル系感光性樹脂樹脂膜
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
のカラーフィルターの製造方法。
【請求項７】樹脂膜パターンがカラーフィルター上に
形成されたスペーサーであることを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。