JPH02129601A

JPH02129601A - カラーフィルタ基板

Info

Publication number: JPH02129601A
Application number: JP63282441A
Authority: JP
Inventors: Tomiya Sonoda; 薗田　富也; Tsuneichi Yoshino; 吉野　常一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば液晶表示素子に用いられるカラーフ
ィルタ基板に関する。

（従来の技術）液晶表示素子に用いられるカラーフィルタ基板は、例え
ばガラス基板上に赤、緑及び青のカラーフィルタを各画
素ごとに規則正しく配列し、更に、この各画素の周囲に
金属等を蒸着してブラックマトリックスを形成し、各画
素のコントラストを強調させている。

このカラーフィルタは、染色法、印刷法及び電着等の手
段によって形成されているが°、一般には１μｍ以上の
深さの凹凸形状を有している。この凹凸形状を平滑化し
て液晶表示素子の一方の電極となるべき透明導電性膜を
この上に安定な状態で形成するために、カラーフィルタ
上には通常、オーバーコート層が形成されている。ここ
で、オーバーコート層の材料としてはアクリル系樹脂が
一般に使用されている。

ところで、カラーフィルタを使用した液晶表示素子とし
ては、従来よりポリシリコン、非晶質シリコン（ａ−３
ｉ　）等を半導体層として用いる薄膜トランジスタ（Ｔ
ｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、　ＴＰＴ）
、或いはＭ　Ｉ　Ｍ　（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−Ｍｅｔａｌ　）素子等の非線形素子を用いたアクテ
ィブマトリックス型のものが、例えば特開昭５６−２５
７１４＠公報や特開昭５６−２５７７７号公報等により
開示されて知られている。

しかし、カラーフィルタを使用した液晶表示素子として
実用化されているのは、１０吋以下の小型に属するカラ
ー液晶表示素子である。また、ＴＰＴをスイッチング素
子として用いた液晶表示素子では、カラーフィルタ上に
順次形成したオーバーコート層及び透明導電膜は基板全
面を覆う膜で、透明導電膜の膜厚は数百オングストロー
ム程度に薄くて十分である。

この種の液晶表示素子では、大型化と大幅なコストの低
下を要求されるようになってきている。

液晶表示用のカラーフィルタ基板においても、ＭＩＭ素
子のようなフォトリソグラフィー工程の少ない安価なＯ
Ａ　（Ｏｆｆｉｃｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　＞として
使用される大型液晶表示素子用やＴＰＴ素子を用いた大
型液晶ＴＶ用のものの開発が要請されている。

ＭＩＭ素子を用いたカラー液晶表示用のカラーフィルタ
では、オーバーコート層の上に透明導電膜として数千オ
ンゲス１〜ロームの厚さのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉ
ｎ　０ｘｉｄｅ）膜を形成し、フォトリングラフイー法
によって、カラーフィルタの画素サイズに合せたストラ
イプ状の電極を形成する必要がある。一方、ＴＰＴ素子
を用いた大型カラー液晶表示装置でも、大型化に伴ない
電極抵抗を低下させるため、オーバーコート層上の透明
導電膜として従来より膜厚の厚いものが要求されるよう
になっている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上）ホしたオーバーコート層の種類としては
、今までに多数のものが知られている。例えば、アクリ
ル系樹脂を使用したオーバーコート層は、特開昭５７−
１５０８０６号公報や特開昭５８−１６０９０２＠公報
等に開示されているが、この上に数千オングストローム
の厚さのＩＴＯ膜を形成すると、全面に微細なしわが発
生し、正常なＩＴＯ電極の形成は不可能となる欠点があ
る。また、エポキシ樹脂を使用したオーバーコート層は
、特開昭６０−２１１３３０７号公報や特開昭８１−６
６２４号公報等に開示されているが、カラーフィルタを
構成する素材とのなじみが悪く、表面に微小なつぶ状の
欠陥か発生する。更に、無機物を使用したオーバーコー
ト層は、特開昭５７−７８００３号公報、特開昭５８−
７８１０７号公報、特開昭５８−１５３９０３号公報及
び特開昭５８−２２４３１０号公報等に開示されている
が、カラーフィルタの凹凸を平滑化する作用の点で、ア
クリル系樹脂やエポキシ樹脂といった有機物を使用した
オーバーコート層に比べて劣る。また、無機物を使用し
たオーバーコート層は形成に際し、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｔｉｏｎ　）　’ＩＡ置
或いは高温の熱処理を必要とし、カラーフィルタの製法
を著しく特殊化したり、高価な装置で生産性が十分でな
かったりして、低コストの液晶表示用カラーフィルタを
作成する意図に沿わない。更に、有機物からなるオーバ
ーコート層上に無機物からなるオーバーコート層を重ね
る方法が、特開昭６０−１１２００１号公報や特開昭５
９−１７１９１号公報等で開示されているが、無機物か
らなるオーバーコート層の形成が上述した欠点を伴なっ
てしまうことは言うまでもない。

このように、従来の液晶表示用カラーフィルタにおいて
、特に、大型の液晶ＴＶや例えばＭＩＭ素子を用いたＯ
Ａ用カラー液晶表示に適していて、カラーフィルタの表
面の凹凸を平坦化して表示品位を向上させ、透明導電膜
からなる電極を安定且つ安価に製造するために必要な下
地のオーバーコート層として十分なものがなかった。

この発明は、カラーフィルタの表面の凹凸を平坦化する
のに優れ、厚さ数千オングストロームのＩＴＯ膜の形成
を何ら阻害することなく行なえるうえに、スピンコード
或いは印刷等の量産に適した方法で作成可能なオーバー
コート層を有するカラーフィルタ基板を提供することを
目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は光透過性基板上に、規則性のめるカラーフィ
ルタを形成した後、少なくとも二層以上の異なった樹脂
からなるオーバーコート層を形成してなる。カラーフィ
ルタと接触する部分のオーバーコート層の下層は、カラ
ーフィルタを構成するバインダ等に対して濡れ性の良い
樹脂からなり、この上の層は上記下部層を形成する樹脂
との濡れ性が良いことが望まれる。そして、ＩＴＯ膜と
接触するオーバーコート層の最上層の樹脂は、ＩＴＯ膜
が安定して形成できるものがよく、オーバーコート層の
各層はそれぞれ塗布可能な形態のものが選ばれる。ここ
では、例えば下層の樹脂として、アクリル樹脂のセロソ
ルブアセテート液をスピンコードで形成し、最上層はエ
ポキシ樹脂或いは大部分がエポキシからなる樹脂等をス
ピンコードで塗布して形成したものが挙げられる。

（作　用）この発明は印刷法、染色法及び電着法等により形成され
ているカラーフィルタ上に、このカラーフィルタの成分
に対し、濡れ性の良い樹脂溶液をスピンコード或いは印
刷法により１〜３μｍの厚さに被覆する。カラーフィル
タの表面はへ瀧度の顔料或いはタンニン酸等で不溶性処
理を施した染料と、バインダーとからなり、着色材が各
色で異なるのは勿論であるが、バインダーも色別に異な
る場合もある。これらの異なった表面状態を有するカラ
ーフィルタに対し、溶媒としてセロソルブアセテートを
有するアクリル樹脂液は良好な濡れ性を示す。この濡れ
性の良否は、各色毎に透明基板上に平滑な膜を形成し、
オーバーコート材の溶液を滴下し、その接触角を測定し
たり、また、オーバーコート材の溶液の一定量を滴下し
、広がり速度を含めて判断する。濡れ性の悪い材料を使
用すると、カラーフィルりとオーバーコート層との接着
が弱く、電極が形成されている他方の基板と接着し、液
晶を封入する過程で剥離や浮きが発生する場合がある。

ここでは上記の溶媒として、３０％濃度のアクリル樹脂
を含む溶液を、スピンナにより約１．５μｍの厚さに塗
布する。次に、９０〜１２０　°Ｃで数分から数十分間
加熱して、アクリル樹脂から溶媒の一部を蒸発固化させ
る。

オーバーコート層におけるカラーフィルタ部分と接する
下層は、カラーフィルタを構成する材料との濡れ性が良
くなくてはいけない。また、この上に塗イ５するオーバ
ーコートの上層の材料との濡れ性及び耐溶媒性も配慮さ
れる。ここでは、アクリル系樹脂を例に挙げて説明した
が、他にはアルキッド樹脂等でもよい。オーバーコート
層の下層は凹凸の大きいカラーフィルタ部分に直接塗イ
５されるので、膜厚が大きいと空気の混入する確率が大
きく、膜厚が小さい方が仕上りは良好である。

そして、下層土に更に固型分が３０〜４０％のエポキシ
樹脂を、約２μｍの厚さにスピンナで塗布する。ここで
、エポキシ樹脂はＩＴＯ電極を安定に形成できる材料と
して選択した。アクリル系樹脂は通常１６０　’Ｃで３
０分以上加熱して完全に固化するが、完全に固化すると
エポキシ樹脂との濡れ性が悪いので、上）ホの加熱条件
を選び、エポキシ樹脂液とのなじみの良い条件を与えた
。更にこの後、エポキシ樹脂は１６０〜１８０’Ｃで６
０分以上加熱して完全に固化させて、オーバーコート層
を完成させる。

オーバーコート層の最上層は、ＩＴＯ電極の形成が容易
で、且つオーバーコート層における下層ともなじみの良
い条件を満たす材料からなり、スピンコーナまたは印刷
等の手段で容易に形成できることが望ましい。ここでは
、エポキシ樹脂を例に挙げて説明したが、このような条
件を満たす材料としてポリイミド系樹脂、ポリアミド系
樹脂、メラミン系樹脂及びシリコーン樹脂等がある。ま
た、これらの樹脂は、近縁の種々の化合物を反応させて
変性したものから選んでもよい。このようなオーバーコ
ート層は、カラーフィルタの凹凸が２μｍであっても、
厚さ０．５μｍ以内に平滑化でき、更に、この上に０．
２〜０．４μｍのＩＴＯ膜を形成し、フォトリソグラフ
ィ法によって、ＴＴＯ電極を再現性良く形成できる。ま
た、オーバーコート層はスピンコード或いは印刷法が適
用できるので生産性が高い。

（実施例）以下、この発明の詳細を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を１ｑるための製造工程を
説明するための図である。まず、第１図（ａ）に示すよ
うに、例えばガラスからなる光透過性基板１上に、感光
性染色基材２を塗布する。

ここで、感光性染色基材２の膜厚は０．８〜１．２μｍ
程度あればよい。次に、所定のマスク上から紫外線を照
射し、架橋反応によって、第１図（ｂ）に示すように、
感光性染色基材２の潜像３を形成する。続いて、現像を
行ない、第１図（Ｃ）に示すように、所定の規則性があ
る開口部４を有する樹脂膜５を形成する。そして、ベー
キングにより樹脂ＷＡ５を固化させた後、ブラック１８
１（日本化薬製）の酢酸酸性液で染料処理を行ない、第
１図（ｄ＞に示すように、遮光ＷＡ６を形成する。ここ
で、遮光膜６は染料を吸着することにより、樹脂膜５の
ときに比べ膜厚が１．５μｍ程度まで増大する。そして
、タンニン酸と吐酒石を含む溶液中で、遮光１１！６の
固着処理を行なう。次に、印刷法を用い、第１図（ｅ）
に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のカラ
ーフィルタ７を開口部４に相当する部分に形成して、ベ
ーキングによりカラーフィルタ７のインクを固定する。

このようにして得られたカラーフィルタ７は、約２μｍ
の深さの規則正しい凹凸形状を有している。

次に、カラーフィルタ７上に第１図（ｆ）に示すように
、メチルセロソルブアセテートを溶媒として含むアクリ
ル樹脂をスピンコー１−で塗布し、厚さ１．０〜２．５
μｒｎ、好ましくは厚さ１．５μｍのオーバーコート層
８の第１樹脂層８ａを形成する。

続いて、９０〜１２０℃で数分から数十分間加熱して、
溶媒の一部を蒸発させ固化する。そして、アクリル系樹
脂からなる第１樹脂層８ａ上に、メチルセロソルブアセ
テートを溶媒として含むエポキシ樹脂液をスピンコード
で塗布し、厚さ１．５〜３．０μｍ１好ましくは厚さ２
．０μｍのオーバーコート層８の第２樹脂層８ｂを形成
する。次に、ｉａｏ’ｃで１００分間加熱して第２樹脂
層８ｂを完全に固化させ、オーバーコート層８を完成さ
せる。

この実施例では、オーバーコート層８の構成として、カ
ラーフィルタ７と接触する第１樹脂層８ａをカラーフィ
ルり７のインクとの濡れ性が良いアクリル系樹脂とし、
且つこの上の第２樹脂層８ｂをＩＴＯ膜が安定に形成で
きるエポキシ樹脂としたので、俊にオーバーコート層８
上にＩＴＯ電極を形成したとぎに、微細なしわや微小な
つぶ状の欠陥の発生を防止することができる。また、こ
の実施例で得られたオーバーコート層８０表面はゆるや
かな起伏があり、高い部分と低い部分との差は０．５μ
ｍ以内である。仮に、カラーフィルタ７の凹凸形状が例
えば４μｍの深さであっても、上述した条件のわずかな
変更により、オーバーコート層８で被覆した後の凹凸形
状は、０．５μｍ以内に平滑化可能である。なお、平滑
化の点では、第１樹脂層８ａは凹凸形状が大きいため、
膜厚が薄い方が良好な結果が得られ、第２樹脂層８ｂは
厚目に塗布した方が良い。

第２図はこの実施例により１ｑられたカラーフィルタ基
板２０を用い且つＭＩＭ素子をスイッチング素子とする
液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。カラーフ
ィルタ基板２０のオーバーコート層８上にＩＴＯ膜を厚
さ０．２〜０．４五ｍ１好ましくは厚さ０．２５μｍの
ＩＴＯＩＩａをスパッタリングにより形成する。そして
、フォトリソグラフィー法により、各色のカラーフィル
タ７上に、ストライプ状の電極２１を形成するとともに
、新たに、光透過性基板２２上にマトリックス配線２３
、画素電極２４及びスイッチング素子（図示せず）等が
形成されてなるアレイ基１反２５を用意する。そして、
カラーフィルタ基板２０とアレイ基板２５を、各々のカ
ラーフィルタ７と画素電極２４、及び遮光膜６とマトリ
ックス配線２３の部分が対向するようにして重ね合わせ
、この間隙には液晶層２６を挟持する。更に、カラーフ
ィルタ基板２０とアレイ基板２５の外面にはそれぞれ、
偏光板２７．２８を被着することにより、所望の液晶表
示素子か得られ、表示を行うときは、例えばカラーフィ
ルタ基板２０側から照明を施すとよい。

［発明の効果］この発明は液晶表示用カラーフィルタのオーバーコート
層に少なくとも二種類の異なった樹脂からなる層を順次
スピンコードまたは印刷法で形成することにより、透明
電極を安定して形成可能とし、且つカラーフィルタを構
成する各画素部分との付着力も十分な強度を有し、表示
品質の高いカラーフィルタ基板を低コストで提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を１ｑるための製造工程を
説明するための断面図、第２図はこの発明の一実施例か
ら構成される液晶表示素子の一例を示す断面図である。１・・・光透過性基板７・・・カラーフィルタ８・・・オーバーコート層８ａ・・・第１樹脂層８ｂ・・・第２樹脂層代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　竹　花　喜久男

Claims

【特許請求の範囲】

光透過性基板と、この光透過性基板上に形成されたカラ
ーフィルタと、このカラーフィルタ上に形成されたオー
バーコート層を備えたカラーフィルタ基板において、前
記オーバーコート層が種類の異なつた材料からなる樹脂
層を複数個積層してなることを特徴とするカラーフィル
タ基板。