JPH0921910A - カラーフィルタ、カラーフィルタ製造方法、カラー液晶表示素子およびカラーイメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 カラ−液晶表示素子用またはカラ−固体撮像
素子用カラ−フィルタにおいて、膜厚方向に凸型形状を
有する赤、青、緑３原色の画素を有し、該画素が、熱硬
化性樹脂を含む透明樹脂中に顔料を分散してなることを
特徴とするカラ−フィルタ 【効果】 本発明によると液晶表示素子用カラ−フィル
タにおいては視野角の広いカラ−フィルタを提供し、さ
らに固体撮像素子用カラ−フィルタにおいては見込み角
が大きく、集光率の高いカラ−フィルタを安価に提供す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示素子やカ
ラーイメージセンサ等に利用される、カラー液晶表示素
子用またはカラー固体撮像素子用のカラーフィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】カラ−フィルタは液晶表示素子および固
体撮像素子の画像をカラ−化するための必須部材であ
り、ガラスあるいは透明プラスチック基板上あるいは撮
像素子上に着色画素を形成して作られる。着色画素は赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３原色の画素をライン状
またはモザイク状に配置した構成であり、そのサイズは
１００μｍ前後である。従来のカラ−フィルタの場合
Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素の表面形状は通常平坦である。しか
し、画素の表面形状を凸または凹型にし、レンズ効果を
持たせることで種々の利点が期待できる。例えば、液晶
表示素子においてはカラ−フィルタの各画素を透過した
光の見込み角を広げることで視野角の広い表示素子が実
現できる。また、固体撮像素子の場合には、より広範囲
の光を画素上に絞り込むことができるため、カラ−フィ
ルタの開口率を見掛上高くすることができる。以上の理
由からレンズ型画素を有するカラ−フィルタとしては例
えば、特開昭６０−２６３４５８、特開昭６１−１９９
６５９、特開昭６１−２０８０８０、特開昭６２−２６
７７９１、特開昭６４−７５６２、特開平３−２３０１
０１等の技術が開示されているが、いずれも透明樹脂を
パタ−ニングした後染色するか、または染料を混合した
樹脂をパタ−ニングする方法のいずれかである。この場
合、パタ−ニングの手段としては透明樹脂自体を感光性
にする方法、中でも、熱可塑性の大きなポジ型感光性樹
脂を用いる方法が一般的である。その場合、一般にｏ−
ナフトキノンジアジド、ｏ−ニトロベンジルカルボン酸
エステル、ｏ−ニトロベンジルメタクリレート等の感光
基を樹脂中に混合してポジ型感光性樹脂とする。しか
し、これらの感光基は一般に黄色または茶褐色に着色し
ているためカラーフィルタとしては好ましくない。ま
た、これら感光性樹脂を用いて凸型カラーフィルタをフ
ォトリソグラフィで形成するためには、Ｒ、Ｇ、Ｂ３原
色の画素を形成するためには少なくとも３回のパタ−ニ
ング工程が必要である。また、特開昭６２−２６７７９
１にはスクリ−ン印刷による画素形成法が開示されてい
るが、こちらもＲ、Ｇ、Ｂ合計３回の着色工程が必要で
ある上、版を用いた印刷の特質から画素間のインキ滲
み、混色、および位置ずれが発生しやすい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とする
ところは、凸型の表面形状を有する高品質なカラ−フィ
ルタを安価に提供することにある。すなわち、液晶表示
素子用カラ−フィルタにおいて視野角の広いカラ−フィ
ルタを提供し、さらに固体撮像素子用カラ−フィルタに
おいては見込み角が大きく、集光率の高いカラ−フィル
タを安価に提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は以下の構
成および製造法により達成される。

【０００５】すなわち、カラ−液晶表示素子用またはカ
ラ−固体撮像素子用カラ−フィルタにおいて、膜厚方向
に凸型形状を有する赤、青、緑３原色の画素を有し、該
画素が、熱硬化性樹脂を含む透明樹脂中に顔料を分散し
てなることを特徴とするカラ−フィルタである。

【０００６】この場合、インキ用着色剤として染料では
なく、顔料を用いることで、カラーフィルタの耐光性、
耐熱性を大幅に向上できる。また、インクジェット法、
印刷法によって凸型カラーフィルタを形成する場合に
は、画素を形成する樹脂中に光や熱により着色しやすい
感光基を含む必要がないため、耐熱性の高い熱硬化性樹
脂を用いることができるという利点がある。

【０００７】本発明のカラーフィルタはカラー液晶表示
素子用またはカラー固体撮像素子用として用いられる。
液晶表示素子としては、単純駆動方およびアクティブ駆
動型の双方を採用することができる。また、固体撮像素
子とは、光学縮少系を持たない密着型もしくは完全密着
型の固体撮像素子（イメ−ジセンサ）および光学縮少系
を持つ固体撮像素子（ＣＣＤ固体撮像素子）の双方を採
用することができる。

【０００８】本発明のカラーフィルタは膜厚方向に凸型
形状を有する赤、青、緑３原色の画素を有する。

【０００９】凸型画素の形状としては液晶表示用カラ−
フィルタにおいては視野角の拡大効果が、固体撮像素子
用カラ−フィルタにおいては見込み角が大きく集光率向
上効果があればよく特に限定されないが、一例として球
体の一部を切り取った凸型形状をあげることができる。
液晶表示用カラ−フィルタまたは光学縮少系を持たない
密着型もしくは完全密着型の固体撮像素子（イメ−ジセ
ンサ）の場合は、該球体の一部を切り取った凸型形状の
曲率半径は３０μｍから２０００μｍの範囲であること
が好ましく、該凸型形状底面から頂部までの高さが０．
５μｍから５０μｍの範囲であることが好ましい。これ
は、曲率半径が３０μｍ以下であると１画素を１つの凸
型形状でカバ−しきれなくなり、カラ−フィルタの機能
を充分果たせなくなるためであり、一方、曲率半径が２
０００μｍ以上であると上記の視野角の拡大効果や集光
率向上効果が期待できないためである。また、凸型形状
底面から頂部までの高さが０．５μｍ以下であると１画
素を１つの凸型形状でカバ−しきれず、充分な視野角の
拡大効果や集光率向上効果が期待できない。一方、凸型
形状底面から頂部までの高さが５０μｍ以上になるとカ
ラ−フィルタの上にさらに平坦化層を設けても液晶表示
素子の場合は液晶を挟む電極間距離を許容範囲に収める
ことができなくなり、また固体撮像素子の場合はカバ−
ガラス貼付けのための平坦性を保つことができなくなる
ためである。本発明の凸型形状は、縦横比が１：１でな
く画素の形に対応して、回転楕円体を切り取った形状や
円筒を切り取った形状またはこれらの形状を複合した形
状であっても良い。いずれの場合も基板に対して垂直な
面の凸型形状断面が円であるときは曲率半径は３０μｍ
から２０００μｍの範囲、さらには、５０μｍから１０
００μｍの範囲が好ましく、凸型形状底面から頂部まで
の高さは０．５μｍから５０μｍの範囲、さらには、１
μｍから３０μｍの範囲が好ましい。また、該凸型形状
が、ＴＦＴ素子などが形成されて凹凸を有する基板上に
形成され、基板の形状を反映して歪むことは適宜許され
ることは言うまでもない。光学縮少系を持つ固体撮像素
子（ＣＣＤ固体撮像素子）の場合も凸型形状画素の例と
して球体の一部を切り取った形状、回転楕円体を切り取
った形状、円筒を切り取った形状またはこれらの形状を
複合した形状などを挙げることができる。光学縮少系を
持つ固体撮像素子は、画素が小さいため、基板に対して
垂直な面の凸型形状断面が円であるときは曲率半径が３
μｍから２０００μｍの範囲、さらには、５μｍから１
０００μｍの範囲が好ましい。また、凸型形状底面から
頂部までの高さは０．５μｍから１０μｍの範囲、さら
には、１μｍから５μｍの範囲が好ましい。

【００１０】このようなカラーフィルタを製造するに
は、以下の方法が挙げられる。

【００１１】（１）透明基板上、アクティブ駆動用ＴＦ
Ｔ素子上または固体撮像素子上の所定の位置にその表面
が画素形成用インキに対して２０°以上の後退接触角を
有するインキ反発性樹脂層またはインキ反発性遮光用樹
脂ブラックマトリクスを少なくとも１層形成し、次いで
該基板上の上記インキ反発性樹脂層またはインキ反発性
遮光用樹脂ブラックマトリクス以外の所定の部位にイン
クジェット式インキ噴射装置を用いてインキ滴を滴下
し、凸型形状を有する赤、青、緑３原色のインキ滴を付
着させ、凸型画素を形成する。

【００１２】（２）透明基板またはアクティブ駆動用Ｔ
ＦＴ素子上または固体撮像素子上の所定の位置にその表
面が画素形成用インキに対して２０°以上の後退接触角
を有するインキ反発性樹脂層またはインキ反発性遮光用
樹脂ブラックマトリクスを少なくとも１層形成し、次い
で該基板上の上記インキ反発性樹脂層または遮光用樹脂
ブラックマトリクス以外の所定の部位に印刷機を用いて
インキを転写し、凸型形状を有する赤、青、緑３原色の
インキ滴を付着させ、凸型画素を形成する。

【００１３】以下、詳細に説明する。

【００１４】上記（１）のようにインクジェット装置を
用いる場合には、着色インキは球形の滴状で噴射されそ
のまま基板上の各画素に対応する位置に付着する。その
場合、基板に付着したインキ表面の形状は球の一部とな
る。しかし単純にガラス基板上にインキ滴を噴射した場
合、インキが基板上を広がり、隣接した画素と色混ざり
が生じる危険性がある。そこで、画素と画素の間のスペ
−スに、画素形成用インキに対して非常に反発性の高い
柵を形成した後にインクジェット装置を用いて柵に囲ま
れた画素部位内にインキ滴を付着させることにより確実
に凸型画素を形成することができる。（２）のように印
刷機を用いて形成する場合も上記の柵は非常に有効であ
る。

【００１５】このようなインキ反発性の柵として、その
表面が画素形成用インキに対して２０°以上の後退接触
角を有するインキ反発性樹脂層または遮光用樹脂ブラッ
クマトリクスを少なくとも１層形成する。遮光用樹脂ブ
ラックマトリクスとは、液晶表示素子用のカラ−フィル
タの場合に、各画素の間に形成される遮光層をいう。こ
れはアクティブマトリクス駆動方式においてはトランジ
スタや配線部の遮光の役目をも果たす。ブラックマトリ
クスは通常、金属Ｃｒの蒸着膜やスパッタリング膜をエ
ッチング加工するか、黒色着色材料を含む感光性または
非感光性の樹脂を露光現像またはエッチングまたは電着
加工によりパタ−ニングして形成されている。この様に
して形成されたブラックマトリクスはＲ、Ｇ、Ｂそれぞ
れの画素の配置に対応してストライプ状、モザイク状、
格子状などの形状をとるが、その幅は狭いところでは数
μｍ、広いところでは１００μｍ程度である。

【００１６】上記の製造方法は、画素を形成するための
インキに対して高いはじき特性を有するインキ反発性の
柵を画素間に形成することで高精細な凸型カラ−フィル
タを実現するものである。上記インキ反発性の柵を構成
する物質は透明な樹脂であっても良く、また遮光性の黒
色樹脂であっても良い。黒色樹脂を用いる場合は、前述
のブラックマトリクスの機能を兼ねることができる。

【００１７】上記の方法で凸型画素を形成する場合、画
素底面（基板面側）の形状はインキ反発性の柵の形状に
より決まる。また、凸型画素の曲率半径は画素部位内に
付与されたインキ量、インキ中の固形分量、反発柵のイ
ンキ反発性の大きさに依存する。すなわち、反発柵の反
発性が大きいほど、またインキ量および固形分量が大き
いほど凸型画素の曲率半径を小さくすることができる。
さらに詳しくは、上記曲率半径は反発柵の高さ、および
柵側面のインキ反発性にも影響される。インキ付与量お
よび固形分量が一定の場合、柵側面の反発性が大きいほ
ど、また柵高さが低い程、画素中央部と端部の膜厚差が
大きく出来、曲率半径は小さくなる。

【００１８】上記の方法によると、フォトリソ法と異な
り画素のパターニングが不要なため、インキ中に感光成
分を含む必要はないが、インキ成分として少なくとも、
画素を形成するための主成分である樹脂、着色材料とし
て顔料を含む必要がある。通常はこれらに適量のインキ
溶媒を加えた組成を用いる。

【００１９】インキ中に含まれる樹脂としては、耐熱
性、耐薬品性の高い熱硬化性樹脂が用いられるが、中で
も２００℃以上でも軟化することのないメラミン樹脂、
尿素樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、シクロペンタジエン樹脂を用いることができる。

【００２０】インキの物理的性状としては、できるだけ
低粘度、かつ低粘弾性が好適である。従って、インキの
樹脂成分として高分子量成分は好ましくなく、オリゴマ
−または低分子量ポリマ−に架橋成分を添加し、吐出後
に光または熱で架橋して樹脂とする方法がより有効であ
るが、特にこれに限定するものではない。

【００２１】カラーフィルタの耐熱性を高く保つため
に、インキの樹脂成分として、先に記載した熱硬化性樹
脂を含むことが非常に有効であるが、インキ中の樹脂成
分をこれらの熱硬化性樹脂のみで構成する必要はない。
インキ中にこれらの熱硬化性樹脂を少量含むだけで耐熱
性向上の効果は大きい。さらに、熱硬化性以外の樹脂を
添加することで過度の硬化によるカラーフィルタひびの
割れ等防止、またインキの物理的性状を向上することも
できる。インキ中に添加する熱硬化性以外の樹脂として
は、上記熱硬化性樹脂と架橋反応が可能な官能基を有す
ることが好ましい。例えば、メラミン樹脂、フェノール
樹脂、アルキド樹脂等ＯＨ基を有する熱硬化性樹脂の場
合、アクリル酸基、メタクリル酸基を含むポリマー、ポ
リエチレングリコール等アルコール性ＯＨ基を含むポリ
マーが好適である。インキ樹脂中に含まれる熱硬化性樹
脂の割合としては、５％以上１００％以下で効果が見ら
れるが、より好ましくは３０％以上９０％以下が有効で
ある。

【００２２】なお、従来の技術の項で詳述の通り、ｏ−
ナフトキノンジアジド、ｏ−ニトロベンジルカルボン酸
エステル、ｏ−ニトロベンジルメタクリレートおよびこ
れらの変性物のいずれをも含まないことが好ましい。

【００２３】インキ反発性の柵の作成方法としては以下
の手段を用いることができる。まずガラスまたは透明な
ポリマ−板またはフィルム等の透明基板、あるいは固体
撮像素子または液晶表示素子用アクティブ駆動用ＴＦＴ
基板上に、画素形成用インキに対して高い反発性を有す
る成分を含む樹脂膜を均一に形成する。インキ反発性樹
脂膜を遮光性にする場合は樹脂中に黒色着色材料を分散
するかまたは樹脂自身を染料により染色することで実現
できる。後者の場合、樹脂層中に分散される黒色着色料
としては光吸収能の高いカ−ボン粉、およびＴｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｉなど金属酸化物の微粒子、また、Ｒ、Ｇ、Ｂ各
色の顔料を混合して全体として広い波長域を遮光できる
ように調合しても良い。また、黒色染料を樹脂中に分散
することでもできる。さらに、インキ反発性を持たない
遮光性膜の上に、インキ反発性の透明樹脂膜を重ねた２
層構造としても良い。パタ−ニングの方法としては、下
記の方法を用いることができる。まず、樹脂膜中に感光
性の成分を含有する場合には、該基板上に、柵パタ−ン
を有する露光用マスクを重ね、マスクを介して上面から
ＵＶ光を照射する。その後、現像処理することにより柵
形成部位のみにインキ反発性の樹脂が残存し、それ以外
の部分は基板の表面が露出する。この場合、該感光成分
の性質として露光部が不溶化する光硬化型であるか、ま
たは露光部が可溶化する光溶解型であるかによりマスク
パタ−ンが異なり、光硬化型の場合は柵形成部位のみに
光が透過するようにパタ−ニングされた露光用マスクを
用い、溶解型の場合は画素形成部位のみに光が透過する
パタ−ンを用いる。また、樹脂膜が感光成分を含有しな
い場合は均一に塗布された該樹脂膜上にさらに１層感光
性の樹脂層を形成し、まず該感光性樹脂層を上記の方法
で光パタ−ニングした後、該感光層をマスクとして樹脂
膜を湿式または乾式でエッチングすることによりパタ−
ニングする。湿式エッチングの方法としては樹脂膜の良
溶媒中に浸して溶解する方法、および貧溶媒中に浸して
膨潤させ力学的に剥離する方法などを用いることができ
る。また、乾式エッチング法としては活性ガス中または
プラズマ中で樹脂膜をエッチングすることができる。

【００２４】感光成分を含むインキ反発性樹脂層を構成
する樹脂としては、光硬化型の場合、架橋点を形成でき
るポリマ−またはオリゴマ−を主成分に選び、これに架
橋剤を添加することにより実現できる。必要な場合には
反応開始剤を添加することが有効である。具体的には、
ゼラチン、カゼイン、ポリビニルアルコ−ル、ポリビニ
ルピロリドンなどの水溶性の高分子に重クロム酸アンモ
ニウムまたはビスアジド系の架橋剤を添加する系、また
は環化ゴム、ビニルフェノ−ル等の芳香族ポリマ−に同
じくビスアジド系の架橋剤を添加する系で実現できる。
また、ラジカル重合で反応させる系としては前述のよう
に、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタン、アルキッ
ド樹脂、スピラン樹脂、シリコ−ン樹脂等の低分子量ポ
リマ−またはオリゴマ−にアクリル酸、メタクリル酸ま
たはそのエステル基を導入したプレポリマ−に、架橋剤
として多官能アクリレ−ト、メタクレ−トを添加する系
で実現できる。また、エポキシ樹脂に光カチオン発生剤
を添加する系、フェノ−ルノボラックやＯＨ基を有する
ポリマ−に架橋剤としてメチロ−ル化メラミンを添加
し、また、開始剤として光酸発生剤を加える系も有効で
ある。

【００２５】光可溶化型の感光成分としては、ｏ−ナフ
トキノンジアジドとアルカリ可溶性樹脂との混合物およ
び両者をエステル結合したものは光可溶化型の感光成分
として用いることができる。中でも、アルカリ可溶性樹
脂としてフェノ−ルノボラック樹脂を用いた系は上記の
目的に非常に適している。この他、ジアゾメルドラム酸
とフェノ−ルノボラック樹脂の混合物、ジアゾメドンと
ポリビニルフェノ−ルとの混合物、ｏ−ニトロベンジル
カルボン酸エステルとアクリル酸−メチルメタクリレ−
ト共重合体との混合物、およびポリｏ−ニトロベンジル
メタクリレ−ト等が適している。

【００２６】インキ反発成分としては例えば界面エネル
ギ−の低いフッ素、ケイ素等の原子を含むことが望まし
い。フッ素原子を含む反発成分としては、四フッ化エチ
レンから成るポリマ−およびオリゴマ−の微粒子、ま
た、溶剤に可溶性のフッ素系ポリマ−としてはフッ化ビ
ニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレンの単独重合
体、これらまたは四フッ化エチレンの共重合体、フッ素
系モノマ−と他の溶媒可溶性モノマ−との共重合体が適
している。

【００２７】分子オ−ダ−で感光成分と混合できる点で
は、一つの分子内に含フッ素基と親水基および／または
親油基の両方を有するモノマ−またはオリゴマ−がより
好ましい。上記の性質を有する材料としては、フッ素系
界面活性剤として知られる材料は基本的にはすべて適用
することができ、主成分となる樹脂の種類により、親水
基、または親油基の構造を選択することで感光剤との混
合状態を良好にすることができる。

【００２８】具体的なものとして、 一般式Ｒｆ−Ｘ−Ｒｆ、または（Ｒｆ−Ｘ−Ｒｆ）₂ Ｙ （ここでＲｆ；フルオロアルキル基、アルキレン基、Ｘ
およびＹ；−ＣＯＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ₂ Ｏ−、
−ＳＯ₂ ＮＨ−、−ＯＣＯＮＨ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯ
−、−ＯＰＯ（ＯＨ）Ｏ−、−ＯＳＯ₂ Ｏ−、−ＳＯ₂
−、−Ｓ−、−Ｏ−、−ＮＨ−、−Ｎ（Ｒ´）−、−Ｃ
ＯＮ（Ｒ´）−、−ＯＣＯＮ（Ｒ´）−、−ＳＯ₂ Ｎ
（Ｒ´）−の内いずれかでＸ、Ｙは同一でも良く異なっ
ていても良い。Ｒ´はアルキル基を表す。Ｒｆは分子内
で同一でも良く異なっていても良い。）で表される化合
物を挙げることができる。

【００２９】フッ素系界面活性剤の含フッ素基として
は、Ｃ_n Ｆ_(2n+1)（ｎ＝１〜５０）のパ−フルオロアル
キル基、また、この中の１つまたは複数のフッ素原子を
Ｃ_n Ｆ_(2n+1)鎖で置換した枝別れタイプ、さらに芳香環
の水素原子の内一部または全部をＦまたはＣ_n Ｆ_(2n+1)
で置換したタイプ、および４フッ化エチレンのフッ素原
子をＣＦ₃ で置換したタイプを用いることができる。パ
−フルオロアルキル基の場合、その炭素鎖長に制限はな
いが、好ましくはｎ＜２０、より好ましくは３＜ｎ＜１
５が効果的である。芳香環タイプとしては、フルオロベ
ンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、
パ−フルオロベンゼン、フルオロフェノ−ル、およびそ
の誘導体を用いることができる。

【００３０】この様な含フッ素基は界面活性剤の中に単
独もしくは複数個存在することができる。特に含フッ素
成分として末端のＣＦ₃ −を基本構造単位内に２つ以上
存在するものはインキ反発性の点でＣＦ₃ −が１つの構
造に比べて非常に優れており、より好ましい。具体的に
は、モノマ−内またはオリゴマ−が基本構成単位の繰り
返しで構成されている場合、基本構成単位内にＣ_n Ｆ
_(2n+1)の直鎖状の側鎖を２つ以上含む構造はいずれも良
好なインキ反発性を実現できる。

【００３１】親水基としては、ＯＨ基、カルボン酸、ス
ルホン酸、リン酸およびその塩、アンモニウム塩、エチ
レンオキシド、およびポリエチレンオキシド等が効果的
である。親油基としては鎖状炭化水素、芳香環等疎水性
を示す構造はすべて用いることができる。オリゴマ−の
場合、主鎖にこれらの含フッ素基、親水基、および親油
基がペンダントされている構造がより効果的である。

【００３２】上記の方法を用いてインキ反発性の柵を形
成した基板上にインクジェット装置を用いて凸型画素を
形成する方法としては下記の手法が有効である。例えば
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色分のヘッドを用意し、それぞれのヘッド
から微小インキ滴を噴射し柵以外の所定の位置に、樹脂
および顔料を主成分とし、場合に因っては適量のインキ
溶媒を含むＲ、Ｇ、Ｂ３原色のインキをインクジェット
噴射することによりインキを凸型形状に付着させる。そ
の後、樹脂を熱硬化または光硬化してもよい。インキ反
発性の柵を形成した基板上に印刷機を用いて凸型画素を
形成する方法としては下記の手法が有効である。柵以外
の所定の位置に、樹脂、染料または顔料、およびインキ
溶媒からなるＲ、Ｇ、Ｂ３原色のインキを転写すること
によりインキを凸型形状に付着させる。

【００３３】以上の方法でインクジェットまたは印刷に
より凸型画素を形成する場合、インキ反発性の柵上に少
しでもインキが付着すると画素部のインキ量にむらがで
き、色むらの原因となる。インキが柵上にまったく付着
しないためにはまず柵とインキとの間の接触角が大きい
ことが必須である。よく知られるように液体と固体間の
接触角には前進接触角と後退接触角があるが、当発明の
目的に関しては特に後退接触角が重要である。この点に
ついて詳細に説明すると、例えば柵表面に微細な空隙が
存在する場合、また表面に微細な凹凸が存在する場合、
さらに柵がインキに対して親和性の高い成分と反発性の
高い成分の両方を含有する場合には前進接触角は大きく
ても後退接触角が小さくなることがある。インキが柵上
にまったく付着しないためには後退接触角が２０°以上
であることが必要である。この条件を満たすインキ反発
性の柵を用いた場合、インキが付着することなく、イン
キを完全に画素部に押し込めることができる。水無し平
版を用いた平型印刷機を用いて画素部に着色する場合に
もインキ反発柵とインキの後退接触角が２０°以上であ
ることは非常に有効である。

【００３４】凸型画素を上記の手法で形成した後、イン
キ反発柵は基板上にそのまま存在させても良く、また、
必要に応じて除去することもできる。例えば、ブラック
マトリクス上にインキ反発性の透明樹脂で柵を形成する
場合などは、画素形成後に反発柵を除去することにより
後述のトップコート層との接着性の向上が期待できる。

【００３５】カラ−フィルタを液晶表示素子に組み込む
場合に、液晶層内にカラ−フィルタから不純物が流入す
るのを防ぐ目的、または素子に組み込む工程におけるカ
ラ−フィルタの耐熱性、および耐薬品性を向上する目的
から、画素形成後に、上面をトップコ−トと呼ばれる透
明樹脂薄膜で１層覆うことができる。本発明の場合、上
記の目的以外にも、凸型形状の画素であるため、トップ
コ−トを形成することによりカラ−フィルタ表面を平坦
化することが望ましい。以上の点から本発明においては
トップコ−トが存在する方がより好ましい。トップコ−
トに用いる樹脂材料としては、透明であり、しかも画素
材料との屈折率差が大きいほどレンズとしての効果が大
きい。トップコ−ト材料の屈折率としては、液晶表示素
子の場合、トップコ−ト材料の屈折率と凸型形状の画素
材料の屈折率の関係は、バックライトと反対側すなわち
光が出ていく側の材料の屈折率が大きいほうが、視野角
拡大効果が大きく好ましい。本発明のカラ−フィルタ
は、バックライト側の基板上に作製することもできる
し、バックライトとは反対側の基板上に作製することも
できる。

【００３６】カラ−フィルタを固体撮像素子に組み込む
場合は、凸型形状の画素はトップコ−トや保護膜を積層
された上で、もしくは直接、接着層によってカバ−ガラ
スや光ファイバと接合される。凸型形状の画素を凸レン
ズとして機能させるために凸型形状の画素材料の屈折率
は接着層材料の屈折率よりも大きいことが重要である。
焦点深度を一定にするため凸型形状の画素と接着層との
間にトップコ−トと呼ばれる透明樹脂層を挟み、表面を
平坦化することが好ましい。この場合は、凸型形状の画
素材料の屈折率はトップコ−ト材料の屈折率よりも大き
いことが重要である。カラ−フィルタを固体撮像素子に
組み込む場合、凸型形状の画素上に反射防止層を設ける
ことは感度向上が図れ好ましい。このような固体撮像素
子は、カラーイメージセンサとして利用できる。

【００３７】

【実施例】以下実施例を挙げて本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００３８】実施例１ アミノシラン系カップリング剤（ＰＳ０７６、チッソ
社）の０．２ｗｔ％エタノ−ル溶液をスピンナで塗布
し、１５０℃、３０分加熱したガラス基板上に下記の成
分（組成−１−１）からなる遮光性黒色樹脂ペ−ストを
スピンナ−で塗布した。８０℃で１０分乾燥した後、基
板の遮光層側にブラックマトリクス用露光マスク（図
１）を密着した状態でケミカル灯を５ｍＷ／ｃｍ² 、１
分間照射した。その後、エタノ−ルアミン１ｗｔ％水溶
液に浸し、黒色樹脂層を現像し、画素部位の黒色樹脂を
除去した。さらに１５０℃３０分加熱してブラックマト
リクス表面のインキ反発性を発現させた。以上の工程に
よりブラックマトリクスが完成した。ブラックマトリク
スの膜厚は最も厚い部分で０．５μｍ、またその光透過
率ＯＤ値は２．０であった。

【００３９】次に、赤、緑、青、各色のインキを下記の
要領で調合した（組成ー１ー２）。まず、赤色顔料とし
てＰＲ177 を5 重量部、界面活性剤“ニューコール” 7
10Ｆ（日本乳化剤（株）製）5 重量部、水50重量部にガ
ラスビーズを加え、ホモジナイザーを用いて10時間攪拌
し、顔料分散液を作製した。上記分散液64重量部にメラ
ミン樹脂（住友化学（株）製“スミテックスレジン”Ｍ
−３）35重量部、硬化剤（住友化学（株）製“スミテッ
クスアクセレレーター”ＡＣＸ） 1重量部を混合しカラ
ーフィルタ作製用赤インキを得た。青インキ（顔料とし
てＰＢ15を使用）および緑インキ（顔料としてＰＧ36を
使用）も同様の方法で調製した。このインキの、インキ
反発性樹脂層に対する後退接触角を測定したところ、５
０°であった。

【００４０】次に、上記基板上にインクジェット式イン
キ吐出装置を用いてＲ、Ｇ、Ｂ各画素に対応する所定の
位置に上記の成分からなるインキを滴下した。その後、
１５０℃１５分加熱し、インキ中のメラミン成分を硬化
して凸型形状を有する画素を形成した。画素形成後に各
画素の形状を測定したところいずれもブラックマトリク
スが除去された部位と２μｍ以内の精度で一致してい
た。また、ブラックマトリクス上へのインキの付着は全
く見られなかった。さらに、画素中心の膜厚は１．５〜
１．６μｍ、また、画素端部膜厚は０．３〜０．４μｍ
の範囲にあり位置に拠るばらつきはほとんど見られなか
った。次にトップコ−トとしてポリイミド樹脂（セミコ
ファインｓｐ９００、東レ）のｎメチルピロリドン５０
ｗｔ％溶液を塗布した。塗布後１００℃１０分乾燥し、
続いて２８０℃１時間加熱しイミド化反応を完了した。
トップコ−ト形成後のカラ−フィルタ表面の膜厚むらは
０．１μｍ以内であった。

【００４１】 （組成−１−１） スチレン／メチルメタクリレ−ト／メタクリル酸共重合体 １０重量部 （３／３／４） トリメチロ−ルプロパントリアクリレ−ト ４重量部 エポキシアクリレ−ト ３重量部 カ−ボンブラック（ＭＡ１００、三菱化成） １３重量部 クメンヒドロペルオキシド ２重量部 ２−ブトキシエタノ−ル ８０重量部 フッ素系界面活性剤 （ＥＦ−１２３Ａ、ト−ケムプロダクツ） ５重量部 （Ｆ１７９、大日本インキ） ５重量部 （組成−１−２） 赤色インキ ＰＲ１７７ ５重量部 ニューコール７１０Ｆ（日本乳化剤（株）） ５重量部 蒸留水 ５０重量部 メラミン樹脂（住友化学（株）、スミテックスレジンＭ−３） ３５重量部 硬化剤（住友化学（株）、アクセレレータＡＣＸ） １重量部 青色インキ ＰＢ１５ ２重量部 ニューコール７１０Ｆ（日本乳化剤（株）） ２重量部 蒸留水 ５０重量部 メラミン樹脂（住友化学（株）、スミテックスレジンＭ−３） ４０重量部 硬化剤（住友化学（株）、アクセレレータＡＣＸ） ２重量部 緑色インキ ＰＧ３６ ５重量部 ニューコール７１０Ｆ（日本乳化剤（株）） ５重量部 蒸留水 ５０重量部 メラミン樹脂（住友化学（株）、スミテックスレジンＭ−３） ３５重量部 硬化剤（住友化学（株）、アクセレレータＡＣＸ） １重量部 実施例２ 洗浄・乾燥したガラス基板上に、以下の組成を有する黒
色樹脂溶液をスピナーで200 rpm で 2sec 、次いで3000
rpm で10sec 回転塗布し、 130℃で、30分間加熱乾燥
し膜厚０．７μｍの黒色樹脂膜を形成した。

【００４２】 ［黒色樹脂溶液組成］（組成−２−１） ポリイミド（東レ“セミコファイン”SP710 ） 30 重量部 カーボンブラック（三菱化成MA-100） 30 重量部 Ｎ−メチルピロリドン 40 重量部 次にその上に以下の組成を有するインキ反発性感光性樹
脂溶液をスピナーで400rpmで2sec、次いで800rpm で10
sec 回転塗布し、90℃で、10分間加熱乾燥して膜厚２．
０μｍのインキ反発性感光性樹脂膜を形成した。

【００４３】 ［インキ反発性感光性樹脂溶液］（組成−２−２） ポジ型フォトレジスト（東京応化 PMER P-6030PM-N） 63.7 重量部 プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 33.0 重量部 フッ素系界面活性剤 （トーケムプロダクツ（株）“ＥＦＴＯＰ”EF-123A-1 ） 0.3 重量部 フッ素系界面活性剤 （大日本インキ化学工業“ＭＥＧＡＦＡＣ”F-179 ） 3.0 重量部 次にカラーフィルタの画素部以外の部分が遮光されたフ
ォトマスクを真空密着し、高圧水銀灯で灯で160 ｍＪ／
ｃｍ² 露光した後、Shipley "Microposit" Deveroper／
水＝１／５の現像液にて現像した。このとき、現像液に
よって感光性樹脂層と同時に、インキ反発層、黒色樹脂
層もエッチングされ、黒色樹脂製ブラックマトリクスに
一致して積層されたインキ反発性樹脂層パターンを得
た。

【００４４】次に120 ℃で30min 加熱乾燥後、このイン
キ反発性樹脂層の実施例１記載のインキに対する後退接
触角を測定したところ、７２°であった。

【００４５】実施例１記載のインキ（組成−１−２）
を、インキ反発層および黒色樹脂層の除去された部分の
赤、緑、青の画素を形成すべき部分にインクジェット式
インキ噴射装置を用いて所定量噴射し、それぞれの色に
着色した。その後、１４０℃１５分加熱し、インキ中の
メラミン成分を硬化して凸型形状を有する画素を形成し
た。その後、メチルセルソルブアセテートに浸漬してイ
ンキ反発性樹脂層をはくりした後、さらに 280℃で30分
加熱し、黒色樹脂ブラックマトリクスを硬化させた。

【００４６】インキ反発層の仕切り壁のインキ反発性は
良好であり、インキのＢＭ上への滲み、はみ出し、各色
の混合は見られなかった。画素中心の膜厚は１５．０〜
１５．５μｍ、画素端部の膜厚は０．７〜０．８μｍの
範囲にあり、位置に拠るばらつきはほとんど見られなか
った。

【００４７】実施例３ 軟化点 145℃のシクロペンタジエン系樹脂（日石化学
（株）製“日石ネオレジン”540 ）50重量部とアルキッ
ド樹脂 5重量部、石油系溶剤（日本石油（株）製５号ソ
ルベント）45重量部を、窒素気流下に混合、加熱昇温し
て 200℃で１時間加熱攪拌してワニスＡを得た。このワ
ニスＡ80重量部とフタロシアニンブルー20重量部を３本
ロールで混練して青インキを得た。緑インキの場合はフ
タロシアニングリーン、赤インキの場合はブリリアント
カーミン６Ｂを使用して調製した。これらインキと実施
例２で作成したインキ反発性樹脂の後退接触角を測定し
たところ28゜であった。実施例２において作成した、黒
色樹脂製ブラックマトリクスとその上に積層されたイン
キ反発柵付きガラス基板の赤、緑、青、各色に対応する
画素部分を、上記インキと「東レ水なし平版」を用いた
平版オフセット印刷を用いてそれぞれの色に順に印刷し
て着色した。着色後 120℃30分でインキを乾燥し、凸型
形状の画素を得た。さらに 280℃30分加熱して黒色樹脂
ブラックマトリクスを硬化させた。仕切り壁はインキに
対して十分な反発性を示し、インキの滲み、拡がり、隣
接する色との混合は見られなかった。

【００４８】実施例４ 予めクロムブラックマトリクスが形成されたガラス基板
を洗浄・乾燥し、その上に以下の組成を有するインキ反
発性感光性樹脂溶液をスピナーで800rpm で10sec で塗
布し、100 ℃で、20分間加熱乾燥し膜厚２．０μｍのイ
ンキ反発性感光性樹脂膜を形成した。

【００４９】 ［インキ反発性感光性樹脂溶液］（組成−４−１） ポジ型フォトレジスト（東京応化 PMER P-6030PM-N） 63.7 重量部 プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 33.0 重量部 フッ素系界面活性剤 （トーケムプロダクツ（株）“ＥＦＴＯＰ”EF-123A-1 ） 0.3 重量部 フッ素系界面活性剤 （大日本インキ化学工業“ＭＥＧＡＦＡＣ”F-179 ） 3.0 重量部 次に、ブラックマトリクスをマスクとして、ガラス裏面
よりケミカル灯で１分露光した後、Shipley "Microposi
t" Deveroper／水＝１／５の現像液にて現像することに
よって、クロムブラックマトリクスに一致したインキ反
発性感光性樹脂パターンを得た。現像後 120℃で30分熱
処理を行った。このインキ反発性樹脂層と実施例１記載
のインキの後退接触角を測定したところ、72°であっ
た。上記手法で得られたインキ反発性仕切り柵付基板
に、実施例１と同様の手順で、インクジェット装置を用
いてインキ反発性樹脂層除去部分に赤、青、緑のインキ
を所定量付与した結果、インキ反発層の仕切り壁のイン
キ反発性は良好であり、滲み、はみ出し、各色の混合は
見られなかった。その後、140 ℃で20分間加熱すること
により着色部のインキを仮硬化して凸型形状の画素を得
た。画素を熱硬化させた後、インキ反発性感光性樹脂層
をレジスト剥離液（メチルセロソルブアセテート）で剥
離し、90℃で20分加熱乾燥の後、次いで 180℃20分でイ
ンキの本硬化を行った。

【００５０】カラ−フィルタ表面の形状を測定した結
果、画素中心の膜厚は３．０〜３．３μｍ、画素端部の
膜厚は０．４〜０．５μｍの範囲にあり位置に拠るばら
つきはほとんど見られなかった。

【００５１】実施例５ 厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に、電極・配線層兼背面
遮光層の０．２μｍ厚さのクロム膜をスパッタ法にて形
成した。この上に厚さ０．０２５μｍのＰ型アモルファ
スシリコン膜、厚さ０．５μｍのＩ型アモルファスシリ
コン膜、厚さ０．０２５μｍのＮ型アモルファスシリコ
ン膜を連続してプラズマＣＶＤ法にて形成した。アモル
ファスシリコン膜上に透明導電膜であるＩＴＯ膜をスパ
ッタ法にて厚さ０．１μｍに形成した。アモルファスシ
リコン膜およびＩＴＯ膜を１２５μｍピッチで一列に並
んだ８０μｍ×８０μｍの正方形にフォトリソグラフィ
−法にてパタ−ニングし、画素とした。ついでフォトリ
ソグラフィ−法にてクロム層をパタ−ニングした。この
上に保護膜である窒化珪素膜を０．７μｍの厚さにプラ
ズマＣＶＤ法にて形成し、フォトリソグラフィ−法にて
ＩＴＯ膜およびクロム膜とのコンタクトホ−ルを作製し
た。さらに厚さ０．５μｍのアルミ膜をスパッタ法にて
積層し、フォトリソグラフィ−法にてパタ−ニングして
配線層とした。表面を平坦化するために、さらに窒化珪
素膜を１．５μｍの厚さにプラズマＣＶＤ法にて形成
し、フォトリソグラフィ−法にて外部との信号入出力電
極部分にコンタクトホ−ルを作製した。

【００５２】次に、上記基板を実施例１に記載のアミノ
シラン系カップリング剤（ＰＳ−７６）を同様の方法で
塗布、加熱乾燥した後、実施例１１記載のインキ反発性
感光性樹脂溶液（組成−２−２）を実施例２と同様の方
法で塗布し、膜厚２．０μｍのインキ反発性の樹脂層を
形成した。さらに、実施例１１と同様の方法でパターニ
ングおよび加熱を行い、カラーフィルタ画素部以外の部
分にインキ反発性の樹脂層を形成した。このインキ反発
性樹脂層は実施例１記載のインキ（組成−１−２）に対
して７２°の後退接触角を示した。次に、該樹脂層が除
去されたＲＧ、Ｂ各画素に対応する所定の位置にインク
ジェット式インキ吐出装置を用いて実施例１記載のイン
キを滴下した。その後、１４０℃１５分加熱し、インキ
中のメラミン成分を硬化して凸型形状を有する画素を形
成した。画素形成後に各画素の形状を測定したところ下
地表面の凹凸を反映してやや歪みは見られたものの各画
素の形状を測定したところいずれもインキ反発性樹脂が
除去された部位と２μｍ以内の精度で一致していた。ま
た、インキ反発性樹脂上へのインキの付着は全く見られ
なかった。さらに、画素中心の膜厚は２．１〜２．２μ
ｍ、画素端部の膜厚は０．３〜０．４の範囲にあり位置
に拠るばらつきはほとんど見られなかった。

【００５３】次に画素上に紫外線硬化樹脂で厚さ５０μ
ｍのカバ−ガラスを貼付け、完全密着型イメ−ジセンサ
を得た。

【００５４】

【発明の効果】カラ−液晶表示素子用またはカラ−固体
撮像素子用カラ−フィルタにおいて、膜厚方向に凸型形
状を有する赤、青、緑３原色の画素を有し、該画素が、
熱硬化性樹脂を含む透明樹脂中に顔料を分散してなるこ
とを特徴とするカラ−フィルタを提供することによっ
て、液晶表示素子用カラ−フィルタにおいては視野角の
広いカラ−フィルタを提供し、さらに固体撮像素子用カ
ラ−フィルタにおいては見込み角が大きく、集光率の高
いカラ−フィルタを安価に提供することができるもので
ある。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラ−液晶表示素子用またはカラ−固体
   撮像素子用カラ−フィルタにおいて、膜厚方向に凸型形
   状を有する赤、青、緑３原色の画素を有し、該画素が、
   熱硬化性樹脂を含む透明樹脂中に顔料を分散してなるこ
   とを特徴とするカラ−フィルタ。
2. 【請求項２】 熱硬化性樹脂としてメラミン樹脂、尿素
   樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
   シクロペンタジエン樹脂からなる群より選ばれる少なく
   とも一種を含む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】 請求項１記載のカラ−フィルタにおい
   て、凸型形状を有する各画素中に、ｏ−ナフトキノンジ
   アジド、ｏ−ニトロベンジルカルボン酸エステル、ポリ
   ｏ−ニトロベンジルメタクリレート、およびこれらの変
   性物のいずれをも含まないことを特徴とするカラーフィ
   ルタ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のカラ−フィルタにおい
   て、凸型形状を有する各画素間に遮光用ブラックマトリ
   クスを有することを特徴とするカラーフィルタ。
5. 【請求項５】 請求項１記載のカラ−フィルタにおい
   て、凸型形状を有する各画素間に少なくとも含フッ素化
   合物を含有する樹脂層が形成されてなることを特徴とす
   るカラーフィルタ。
6. 【請求項６】 請求項５記載のカラ−フィルタにおい
   て、遮光用ブラックマトリクス中に含フッ素化合物を含
   有することを特徴とするカラーフィルタ。
7. 【請求項７】 請求項５記載のカラ−フィルタにおい
   て、含フッ素化合物を含有する透明樹脂層を有すること
   を特徴とするカラーフィルタ。
8. 【請求項８】 請求項７記載のカラ−フィルタにおい
   て、含フッ素化合物を含有する透明樹脂層の下に少なく
   とも遮光用ブラックマトリクスの層を含むことを特徴と
   するカラ−フィルタ。
9. 【請求項９】 含フッ素化合物が親水基および／または
   親油基と含フッ素基を同時に有するモノマ−またはオリ
   ゴマ−であることを特徴とする請求項５記載のカラ−フ
   ィルタ。
10. 【請求項１０】 親水基および／または親油基と含フッ
    素基の両方を有するモノマ−またはオリゴマ−として 一般式Ｒｆ−Ｘ−Ｒｆ、または（Ｒｆ−Ｘ−Ｒｆ）₂ Ｙ （ここでＲｆ；フルオロアルキル基、アルキレン基、Ｘ
    およびＹ；−ＣＯＯ−、−ＣＯＮＨ−、−ＳＯ₂ Ｏ−、
    −ＳＯ₂ ＮＨ−、−ＯＣＯＮＨ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯ
    −、−ＯＰＯ（ＯＨ）Ｏ−、−ＯＳＯ₂ Ｏ−、−ＳＯ₂
    −、−Ｓ−、−Ｏ−、−ＮＨ−、−Ｎ（Ｒ´）−、−Ｃ
    ＯＮ（Ｒ´）−、−ＯＣＯＮ（Ｒ´）−、−ＳＯ₂ Ｎ
    （Ｒ´）−の内いずれかでＸ、Ｙは同一でも良く異なっ
    ていても良い。Ｒ´はアルキル基を表す。Ｒｆは分子内
    で同一でも良く異なっていても良い。）で表される化合
    物のうち少なくともいずれか一つを含む請求項９記載の
    カラ−フィルタ。
11. 【請求項１１】 カラ−液晶表示素子用またはカラ−固
    体撮像素子用カラ−フィルタにおいて、透明基板上、ア
    クティブ駆動用ＴＦＴ素子上または固体撮像素子上の所
    定の位置にその表面が画素形成用インキに対して２０°
    以上の後退接触角を有するインキ反発性樹脂層またはイ
    ンキ反発性遮光用樹脂ブラックマトリクスを少なくとも
    １層形成し、次いで該基板上の上記インキ反発性樹脂層
    またはインキ反発性遮光用樹脂ブラックマトリクス以外
    の所定の部位にインクジェット式インキ噴射装置を用い
    てインキ滴を滴下し、凸型形状を有する赤、青、緑３原
    色のインキ滴を付着させ、凸型画素を形成することを特
    徴とするカラ−フィルタ製造方法。
12. 【請求項１２】 カラ−液晶表示素子用またはカラ−固
    体撮像素子用カラ−フィルタにおいて、透明基板または
    アクティブ駆動用ＴＦＴ素子上または固体撮像素子上の
    所定の位置にその表面が画素形成用インキに対して２０
    °以上の後退接触角を有するインキ反発性樹脂層または
    遮光用樹脂ブラックマトリクスを少なくとも１層形成
    し、次いで該基板上の上記インキ反発性樹脂層または遮
    光用樹脂ブラックマトリクス以外の所定の部位に印刷機
    を用いてインキを転写し、凸型形状を有する赤、青、緑
    ３原色のインキ滴を付着させ、凸型画素を形成すること
    を特徴とするカラ−フィルタ製造方法。
13. 【請求項１３】 カラ−液晶表示素子において、アクテ
    ィブ駆動用ＴＦＴ素子が形成された基板上に請求項１〜
    １０のいずれかに記載のカラ−フィルタを形成してなる
    ことを特徴とするカラ−液晶表示素子。
14. 【請求項１４】 ２枚の基板の間の薄層に液晶を封入し
    てなる液晶表示用セルにおいて、少なくとも片方の当該
    基板表面上に請求項１〜１０のいずれかに記載のカラ−
    フィルタを形成してなることを特徴とするカラ−液晶表
    示素子。
15. 【請求項１５】 固体撮像素子上に請求項１〜１０のい
    ずれかに記載のカラ−フィルタを形成してなることを特
    徴とするカラーイメージセンサ。