JPH09292511A - カラーフィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】高い精細度を有し、かつ安価なカラーフィルタ
ー及び高い加工精度で、かつ安価にブラックマトリクス
を形成し、カラーフィルターを製造できるカラーフィル
ターの製造方法を提供する。 【解決手段】〔１〕ブラックマトリクス上に、一般式
（１）で表されるチオール化合物の薄膜を有するカラー
フィルター。 Ｘ−（ＣＨ₂ ）_m −ＣＨ₂ −ＳＨ………（１） （ただし、Ｘは、−ＣＨ₃ 、−ＣＯＯＨ又は−ＯＨであ
り、ｍは、８以上２０以下の整数である） 〔２〕エッチングにより該マスクに覆われていないブラ
ックマトリクス材料の部分を除去し、パターン状のブラ
ックマトリクスを得て、次に着色層を形成し、次に透明
電極層を形成するカラーフィルターの製造方法におい
て、該ブラックマトリクス上に、〔１〕記載の一般式
（１）で表されるチオール化合物のパターン状マスクを
形成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】本発明は液晶表示素子用カラ
ーフィルター及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーフィルター用ブラックマトリクス
を形成する方法としては、主として３つの方法がある。
第１の方法は、基板の表面にブラックマトリクス材料を
スパッタリング等により形成し、この表面に感光性樹脂
を塗布する。次いで、前ベーク、露光、現像、後ベーク
工程を経て、感光性樹脂が所望の開口部を持つようにパ
ターンを形成する。ついで、形成された感光性樹脂をマ
スクとし、ブラックマトリクス材料を薬液によりエッチ
ングし、その後感光性樹脂を除去し形成する手法であ
る。第２の方法は、感光性樹脂に黒色顔料等の遮光性顔
料を分散し、これを基板上に塗布し、前ベーク、露光、
現像、後ベーク工程を経て、所望のパターンを形成し、
ブラックマトリクスとするものである。第３の方法は、
ガラス基板上に遮光性のインクを、スクリーン印刷等の
印刷法により所望の形状に印刷し、形成して、ブラック
マトリクスとするものである。

【０００３】上記の第１と第２の方法は、微細な加工精
度を有する手法であるが、非常にコスト高である。これ
は高価な感光性樹脂を多量に使用することと、露光、現
像、ベーク等を行うなど多工程を要し、その分装置など
のコストがかかるためである。これらに対して、上記第
３の方法は安価な方法ではあるが、パターン精度が低い
という問題点を有する。このように、これまでの技術で
は、高い加工精度で、かつ安価にブラックマトリクスを
形成し、カラーフィルターを作製することは困難であっ
た。

【０００４】一方、高い精細度が得られかつ安価な金属
薄膜の加工技術として、μコンタクトプリンティング法
（以下、μＣＰ法と記すことがある。）を用いた金薄膜
の加工法が知られている。たとえば、「アドバンスドマ
テリアル誌、Ｎｏ．７／８、６巻、１９９４年」に掲載
された、George M. Whitesides氏らの方法である。該方
法は、ポリジメチルシロキサンのスタンパーにアルカン
チオール分子を吸着させ、そのスタンパーをスタンピン
グすることにより、アルカンチオール分子からなる超薄
膜を金薄膜上に形成し、その超薄膜をマスクとして、薬
液により金薄膜をエッチングし加工するものである。こ
の方法は、金薄膜を２μｍの幅に加工できるほどの精細
度を有し、工程数が少なく、かつ低コストでできるもの
である。しかしながら、Whitesides氏らの手法は低コス
トで、高精細に加工できる優れた特徴を有するものの、
今のところ、カラーフィルター用ブラックマトリクスの
形成については試みられておらず、金属クロム等のカラ
ーフィルター材料の加工についても適用例がない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高い
精細度を有し、かつ安価なカラーフィルター及び高い加
工精度で、かつ安価にブラックマトリクスを形成し、カ
ラーフィルターを製造できるカラーフィルターの製造方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な目的で、鋭意検討を重ねた結果、金属クロム等のカラ
ーフィルター用遮光層材料として汎用的な金属薄膜材料
上に、一般式（１）で示されるチオール化合物のエッチ
ングマスクを形成し、該金属薄膜材料をエッチングする
ことにより、ブラックマトリクスを好適に形成し、カラ
ーフィルターを作製できることを見いだし、本発明に至
った。

【０００７】すなわち、本発明は、〔１〕ガラス基板、
パターン状の金属製又は金属化合物製ブラックマトリク
ス、着色層、透明電極層をこの順に有するカラーフィル
ターにおいて、該ブラックマトリクス上に、一般式
（１）で表されるチオール化合物の薄膜を有するカラー
フィルターに係るものである。

【化２】 Ｘ−（ＣＨ₂ ）_m −ＣＨ₂ −ＳＨ・・・（１） （ただし、Ｘは、−ＣＨ₃ 、−ＣＯＯＨ又は−ＯＨであ
り、ｍは、８以上２０以下の整数である） また、本発明は、〔２〕ガラス基板の上に金属製又は金
属化合物製ブラックマトリクス材料を形成し、その上に
パターン状のマスクを形成し、エッチングにより該マス
クに覆われていないブラックマトリクス材料の部分を除
去し、パターン状のブラックマトリクスを得て、次に着
色層を形成し、次に透明電極層を形成するカラーフィル
ターの製造方法において、該ブラックマトリクス上に、
〔１〕記載の一般式（１）で表されるチオール化合物の
パターン状マスクを形成するカラーフィルターの製造方
法に係るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明のカラーフィルターは、以下に説明した製造方法
により製造されるものであり、ガラス基板、パターン状
の金属製又は金属化合物製ブラックマトリクス、着色
層、透明電極層をこの順に有するカラーフィルターにお
いて、該ブラックマトリクス上に、前記一般式（１）で
表されるチオール化合物の薄膜を有するカラーフィルタ
ーである。本発明においては、ガラス基板上にブラック
マトリクスとなる遮光層材料を蒸着法もしくはスパッタ
リング法により形成する。該ブラックマトリクス上に、
一般式（１）で表されるチオール化合物の超薄膜を、所
望の形状に形成する。ついで、形成された超薄膜をマス
クとし、該ブラックマトリクスをエッチングし、加工す
る。ついで、公知の方法により、赤、緑、青の着色層を
形成する。次に、必要に応じてオーバーコート材等の保
護層を形成する。ついで、透明電極層を形成し、カラー
フィルターとする。

【０００９】以下に、本発明を更に詳細に説明する。本
発明において、ガラス基板上に、ブラックマトリクスと
なる遮光性材料を形成する方法としては、ＣＶＤ法、蒸
着法、スパッタ法又は反応性スパッタ法などが挙げられ
る。ブラックマトリクス層の厚さは、所望する遮光率や
所望する最大遮光率を発揮する波長に応じて適宜決定す
ればよいが、一般に１００〜５０００Åの範囲が好まし
い。該ブラックマトリクスとなる遮光層材料としては、
金、金属クロム、酸化クロム、窒化クロム、炭化クロ
ム、窒化アルミニウム又はニッケルなどが挙げられる。
該ブラックマトリクスとしては、単独の材料でもよく、
異なる材料の積層構造としてもよい。また、該ブラック
マトリクスとして、金属クロム、酸化クロム、窒化クロ
ム又は窒化アルミニウム上に金を積層する場合において
は、金の膜厚については、１０〜１０００Åの範囲で製
膜することが好ましく、エッチングのしやすさから、１
０〜５００Åの範囲が更に好ましく、１０〜３００Åの
範囲が特に好ましい。

【００１０】次に、該ブラックマトリクス上に、一般式
（１）で表されるチオール化合物を、所望の形状のパタ
ーン状マスクに形成する。該形成方法としては、該ブラ
ックマトリクス上に、前記一般式（１）で表されるチオ
ール化合物を、該パターン状マスクと同じ平面形状の凸
部を有するスタンパーを用いて転写することにより形成
する方法が挙げられる。具体的には、前記一般式（１）
で表されるチオール化合物の超薄膜を、該パターン状マ
スクと同じ平面形状の凸部を有するスタンパーの表面に
塗布し、該スタンパーを該ブラックマトリクス上に押し
付け、該チオール化合物の超薄膜を転写することにより
形成する方法が挙げられる。本発明において、下記一般
式（１）で表されるチオール化合物を用いる。

【化３】 Ｘ−（ＣＨ₂ ）_m −ＣＨ₂ −ＳＨ・・・（１） （ただし、Ｘは、−ＣＨ₃ 、−ＣＯＯＨ又は−ＯＨであ
り、ｍは、８以上２０以下の整数である） ここで、Ｘとしては、エッチングの精細度の点から、−
ＣＨ₃ 、−ＣＯＯＨが好ましく、−ＣＨ₃ が特に好まし
い。ｍとしては、エッチングの精細度の点から、１２以
上１８以下が好ましく、１６以上１８以下が更に好まし
い。

【００１１】次に、一般式（１）で表されるチオール化
合物をスタンパーに塗布する方法としては、該化合物を
アルコール等の有機溶剤に溶解し、その溶液を、スタン
パー上にキャストする方法か、又は溶液中にスタンパー
を浸漬することにより該化合物を付着させ、その後溶媒
を揮発させ形成する方法が挙げられる。また、該化合物
を有機溶剤に溶解したものを、発塵性の少ないスポンジ
等に含浸させたものでスタンパーに塗り付け形成しても
よい。

【００１２】一般式（１）で表されるチオール化合物を
ブラックマトリクス上にスタンピングするためのスタン
パーとして用いる材料としては、ブラックマトリクス材
料が形成されるガラス基板のそり、うねり等を考慮し、
可とう性を有し、かつチオール化合物が基板との接触に
より、スタンパーからスムーズに乖離する素材を使用す
ることが好ましい。このようなものとして、シリコーン
系樹脂、フッ素系樹脂が挙げられるが、シリコーン系樹
脂が好ましく、その中でもポリジメチルシロキサンが特
に好ましい。

【００１３】該スタンパーは、所望のブラックマトリク
スパターンと同じ平面形状を有する形状に作製する。凸
部分の低部と高部の差は、特に制限はないが、パターン
精度の点から通常０．５μｍ〜５μｍが好ましい。

【００１４】該スタンパーの形成法としては、特に制限
はないが、簡便な方法として以下の方法が挙げられる。
はじめに、ガラス等の基板上に、所望のスタンパー形状
とネガ型の形状になるよう感光性樹脂を用いて加工され
たテンプレート（マスタースタンパー）を用意する。こ
のマスタースタンパー形成には、従来の半導体工程等で
使用されるフォトレジストの加工手法がそのまま使用で
きる。

【００１５】このマスタースタンパーを加工面を上にし
て水平に保持し、この上に、熱硬化性樹脂をキャスト
し、その後加熱により該樹脂を硬化させる。その後、硬
化した樹脂を静かにマスタースタンパーから剥離し、ス
タンパーを得る。この際、剥離性を向上させるため、離
型材をマスタースタンパーに塗布しておくことも有効で
ある。このスタンパー表面に該一般式（１）で表される
チオール化合物を塗布し、これを機械的に遮光性材料上
に接触させ、この上に該チオール化合物を転写する。こ
うして、マスクが形成される。

【００１６】次に、スタンピングの方法としては、スタ
ンパーの凸部が、ブラックマトリクス材料、例えば、金
の表面に接触し、接触時に横方向にスタンパーが、ぶれ
ないように行う。このとき確実に凸部がブラックマトリ
クス材料表面に接触するよう、スタンパー全面に軽く圧
力をかけてもよい。

【００１７】ついで、形成された超薄膜をマスクとし、
該ブラックマトリクスをエッチングし、加工する。ブラ
ックマトリクスをエッチングする方法としては、薬液に
よるエッチング法又はドライエッチング法が使用できる
が、精細度の点から薬液によるエッチング法が好まし
い。薬液の種類は、エッチングされるブラックマトリク
ス材料に適したものが使用できる。一般的には、金のエ
ッチング用薬液としては、王水又は青酸カリと水酸化ナ
トリウム溶液の混合水溶液が挙げられる。金属クロム、
炭化クロム又は窒化クロムのエッチングエッチング用薬
液としては、硫酸セリウム水溶液又は硫酸第二セリウム
アンモニウム水溶液が挙げられる。窒化アルミニウムの
エッチング用薬液エッチング液としては、水、水酸化ナ
トリウム溶液が挙げられる。また、ニッケルのエッチン
グ用薬液としては、硫酸、過酸化水素水、リン酸、硫酸
ニッケルの混合液が挙げられる。

【００１８】次に、赤、緑、青の着色層を順次、所望の
形状に形成する。これには公知の顔料分散法、染色法、
印刷法、電着法などを使用でき、特に制限はない。

【００１９】次に、必要に応じて、オーバーコート材等
の保護層を基板全面に形成する。これは通常、透明な熱
硬化性樹脂であり、アクリル系樹脂、シロキサン系樹
脂、ポリイミド系樹脂が使用できる。スピンコート法で
塗布し、加熱し硬化させる。通常０．２μｍ〜２．０μ
ｍの厚さである。ついで、透明な電極材料を基板一面に
形成する。これには、ＩＴＯ又は酸化錫が使用できる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例によって本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例によってなんら制限さ
れない。 実施例１ （マスタースタンパー形成）図１にマスタースタンパー
を形成する工程の概略図を示す。ガラス基板２（コーニ
ング社製、商品名７０５９）上に、住友化学製フォトレ
ジスト（感光性樹脂１）をスピンコーティングにより塗
布し、ついで７０℃のホットプレート上で３分間加熱し
た。ついでこのフォトレジストを縦６０μｍ横３０μｍ
の長方形の開口部を有し、その開口部が隣の開口部と２
０μｍの間隔でマトリクス状に配されたフォトマスクを
介し７０ｍＪ／ｃｍ² 露光し、ついで現像液（住友化学
製、商品名ＳＯＰＤ液）に９０秒間浸漬し現像した。つ
いで純水で現像液を洗い流し、放置乾燥し、ガラス基板
とパターン化された感光性樹脂からなるマスタースタン
パーを得た。

【００２１】（スタンパー形成）図２にスタンパーを形
成する工程の概略図を示す。マスタースタンパー上にシ
ロキサン系樹脂（ダウコーニング社製、商品名ＳＹＬＧ
ＡＲＤ１８４）を硬化剤と混ぜ（重量比で１０％）、真
空脱気したものをマスタースタンパー上にキャストし、
６０℃で２時間保持し、樹脂を硬化させた。ついで、こ
の樹脂を手でマスタースタンパーから静かに剥離し、ス
タンパー３を得た。

【００２２】（ブラックマトリクス形成）図３にブラッ
クマトリクスを形成する工程の概略図を示す。ガラス基
板２（コーニング社製、商品名７０５９）上に蒸着法に
より、１００Åの厚さのニッケル薄膜６を、ついで２０
００Åの厚さの金薄膜５を形成した。ついで、スタンパ
ー３を１ｍＭヘキサデカンチオール無水エタノール溶液
に１分間浸漬し、引き上げ、乾燥した後、上記金薄膜上
にヘキサデカンチオール分子が付着した凸部が接触する
ようスタンピングした（得られたチオール化合物の超薄
膜４）。ついで、基板を０．１ＭＫＣＮ、２ＭＮａＯＨ
水溶液に１５分間浸漬し、金をエッチングした。つい
で、硫酸、３０％過酸化水素水、リン酸、３０％硫酸ニ
ッケル水溶液を重量比で５：５：１：４で混合した液に
１５分浸漬した。ついで、基板表面を窒素気流で乾燥
し、ブラックマトリクス付きガラス基板を得た。このよ
うに形成したブラックマトリクスの加工精度は、マスタ
ースタンパー形成で使用したフォトマスク形状と比較し
て、各部において、パターンの乱れ、又は寸法の狂いは
±１μｍ以内であった。

【００２３】ついで、着色層形成のため、赤色に着色さ
れた感光性樹脂（住友化学工業（株）製、赤色顔料含有
ネガレジスト）をスピンコーティング法により基板全面
に塗布し、７０℃で３分間加熱し、位置合わせされたマ
スクを介し２００ｍＪ／ｃｍ ² 露光し、ついで０．１Ｍ
水酸化カリウム溶液に３分間浸漬し、現像した。緑色、
青色の着色層について住友化学工業（株）製緑色顔料含
有ネガレジスト、住友化学工業（株）製青色顔料含有ネ
ガレジストを用い同様の操作を行い、金のブラックマト
リクス層の各開口部に、各着色層を配した。ついで、こ
の基板上に、保護層として、オーバコート剤（日本合成
ゴム（株）製、商品名ＪＳＳ５８８８）に硬化剤を重量
比１０：１の比で混ぜたものをスピンコーティング法で
塗布し、ついで２００℃で４０分間加熱し、１μｍの厚
さに形成した。ついで、電極としてＩＴＯをスパッタ法
で、１５００Å形成し、カラーフィルターを得た。

【００２４】実施例２ （マスタースタンパー形成）実施例１と同様の手法で形
成した。 （スタンパー形成）実施例１と同様の手法で形成した。

【００２５】（ブラックマトリクス形成）ガラス基板
（コーニング社製、商品名７０５９）の表面に反応性ス
パッタ法により、酸化クロムを３００Å形成した、つい
で、この表面に金属クロムをスパッタ法により１５００
Å形成した。ついで、この表面に金を蒸着法で３０Å形
成した。この上に実施例１と同様にヘキサデカンチオー
ルをスタンピングした。ついで、基板を５ｗｔ％硝酸第
２セリウムアンモニウム水溶液に２分間浸漬し、金と金
属クロムと酸化クロム層を同時にエッチングした。

【００２６】このように形成したブラックマトリクスの
加工精度は、マスタースタンパー形成で使用したフォト
マスク形状と比較して、各部において、パターンの乱
れ、又は寸法の狂いは±１μｍ以内であった。ついで、
実施例１と同様にヘキサデカンチオールを除去した。つ
いで実施例１と同様に赤色、緑色、青色の各着色層を形
成した。ついで、実施例１と同様に保護層を形成し、更
に電極を形成し、カラーフィルターを得た。

【００２７】実施例３ （マスタースタンパー形成）実施例１と同様の手法で形
成した。 （スタンパー形成）実施例１と同様の手法で形成した。

【００２８】（ブラックマトリクス形成）ガラス基板
（コーニング社製、商品名７０５９）表面に反応性スパ
ッタ法により、窒化クロムを３００Å形成した。つい
で、この表面に金属クロムをスパッタ法により１５００
Å形成した。ついで、この表面に金を蒸着法で３０Å形
成した。この上に実施例１と同様にヘキサデカンチオー
ルをスタンピングした。次に、窒化クロムと金属クロム
と金を実施例２と同様にエッチングした。このように形
成したブラックマトリクスの加工精度は、マスタースタ
ンパー形成で使用したフォトマスク形状と比較して、各
部において、パターンの乱れ、又は寸法の狂いは±１μ
ｍ以内であった。ついで、実施例１と同様にヘキサデカ
ンチオールを除去した。ついで、実施例１と同様に赤
色、緑色、青色の各着色層を形成した。ついで、実施例
１と同様に保護層を形成し、更に電極を形成し、カラー
フィルターを得た。

【００２９】実施例４ （マスタースタンパー形成）実施例１と同様の手法で形
成した。 （スタンパー形成）実施例１と同様の手法で形成した。

【００３０】（ブラックマトリクス形成）ガラス基板
（コーニング社製、商品名７０５９）の表面に反応性ス
パッタ法により、窒化アルミニウムを３００Å形成し
た。ついで、この表面に金属クロムをスパッタ法により
１５００Å形成した。ついで、この表面に金を蒸着法で
３０Å形成した。この上に実施例１と同様にオクタデカ
ンチオールをスタンピングした。ついで、基板を０．１
ＭＫＣＮ、２ＭＮａＯＨ水溶液に５分間浸漬し、金をエ
ッチングした。ついで、基板を硫酸と３０％過酸化水素
水とリン酸と３０％硫酸ニッケル水溶液を重量比で５：
５：１：４で混合した液に５分間浸漬し、窒化アルミニ
ウムをエッチングした。ついで、基板を５ｗｔ％硝酸第
２セリウムアンモニウム水溶液に９０秒間浸漬し、金属
クロムをエッチングした。

【００３１】このように形成したブラックマトリクスの
加工精度は、マスタースタンパー形成で使用したフォト
マスク形状と比較して、各部において、パターンの乱
れ、又は寸法の狂いは±１μｍ以内であった。ついで、
実施例１と同様にヘキサデカンチオールを除去した。つ
いで、実施例１と同様に赤色、緑色、青色の各着色層を
形成した。ついで、実施例１と同様に保護層を形成し、
更に電極を形成しカラーフィルターを得た。

【００３２】実施例５ （マスタースタンパー形成）実施例１と同様の手法で形
成する。 （スタンパー形成）実施例１と同様の手法で形成する。

【００３３】（ブラックマトリクス形成）ガラス基板
（コーニング社製、商品名７０５９）の表面に反応性ス
パッタ法により、酸化クロムを３００Å形成する。つい
で、この表面に金属クロムをスパッタ法により１５００
Å形成する。この上に実施例１と同様にヘキサデカンチ
オールをスタンピングする。ついで、基板を５ｗｔ％硝
酸第２セリウムアンモニウム水溶液に２分間浸漬し、金
属クロムと酸化クロム層を同時にエッチングする。つい
で、実施例１と同様に赤色、緑色、青色の各着色層を形
成する。ついで、実施例１と同様に保護層を形成し、更
に電極を形成しカラーフィルターを得る。

【００３４】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターの製造方法に
よると、高い加工精度で、かつ安価にブラックマトリク
スを形成し、カラーフィルターを製造することができる
ので工業的意義が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるマスタースタンパー形成工程
における概略図。

【図２】実施例１におけるスタンパー形成工程における
概略図。

【図３】実施例１におけるブラックマトリクス形成工程
における概略図。

【符号の説明】

１・・・感光性樹脂 ２・・・ガラス基板 ３・・・スタンパー ４・・・チオール化合物 ５・・・金薄膜 ６・・・ニッケル薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板、パターン状の金属製又は金属
   化合物製ブラックマトリクス、着色層、透明電極層をこ
   の順に有するカラーフィルターにおいて、該ブラックマ
   トリクス上に、一般式（１）で表されるチオール化合物
   の薄膜を有することを特徴とするカラーフィルター。 【化１】 Ｘ−（ＣＨ₂ ）_m −ＣＨ₂ −ＳＨ・・・（１） （ただし、Ｘは、−ＣＨ₃ 、−ＣＯＯＨ又は−ＯＨであ
   り、ｍは、８以上２０以下の整数である）
2. 【請求項２】ガラス基板の上に金属製又は金属化合物製
   ブラックマトリクス材料を形成し、その上にパターン状
   のマスクを形成し、エッチングにより該マスクに覆われ
   ていないブラックマトリクス材料の部分を除去し、パタ
   ーン状のブラックマトリクスを得て、次に着色層を形成
   し、次に透明電極層を形成するカラーフィルターの製造
   方法において、該ブラックマトリクス上に、請求項１記
   載の一般式（１）で表されるチオール化合物のパターン
   状マスクを形成することを特徴とするカラーフィルター
   の製造方法。
3. 【請求項３】ブラックマトリクス上に、請求項１記載の
   一般式（１）で表されるチオール化合物のパターン状マ
   スクを、該パターン状マスクと同じ平面形状の凸部を有
   するスタンパーを用いて転写することにより形成するこ
   とを特徴とする請求項２記載のカラーフィルターの製造
   方法。
4. 【請求項４】ブラックマトリクス材料が、金、金属クロ
   ム、酸化クロム、炭化クロム、窒化クロム、窒化アルミ
   ニウム又はニッケルであることを特徴とする請求項２記
   載のカラーフィルターの製造方法。