JPH04156402A - カラーフィルター - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーフィルターとくにカラー液晶表示装置
に使用されるカラーフィルターに関し、とくにブラック
マトリックスに特徴を有するカラーフィルターに関する
。

［従来の技術］ 液晶表示装置は、透明電極を設けたガラス等の透明な基
板を１ないし１０μｍ程度の間隔を設＋゛ｊてその間に
液晶物質を封入し、電極間に印加した電圧によって液晶
を−・定の方向に配向させて透明部分と不透明部分を形
成して画像を表示している。

カラー液晶表示装置はいずれかの透明電極基板１−に光
の三原色に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三
色のカラーフィルターを設けており、透明電極ｌ＼の印
加電圧の調整によって液晶の光の透過を制御してＲ，Ｇ
、　　Ｂの３色のフィルターを透過する光量を制御して
３原色の加色による発色によってカラー表示を行ってい
る。

カラーフィルターの着色層のＲ，Ｇ、　　Ｂの各色の着
色層は、あらかじめ各色の間を区画するブラックマトリ
ックスを形成した基板上１−に形成している。ブラック
マトリックスは着色層のＲ，Ｇ、　　Ｈの三原色を区画
すると共に、カラーフィルターに対向する基板１：、に
設けた液晶の駆動用の電極あるいはＴＦＴＡＪのトラン
ジスタを遮光する作用を果たしている。

カラーフィルターに形成されるブラックマトリックスは
金属のクロム、ニッケル、アルミニウム等の薄膜で形成
されていた。

ブラックマトリックスはガラス基板上にこれらの金属の
薄膜をスパッタリングや真空蒸着等の方法によって成膜
した後に、フォトリソグラフィーの手法によってフォト
レジストのパターンを形成した後にパターンを形成した
レジストをエツチングマスクとして金属の薄膜のエツチ
ングによってパターンを形成していた。。

ところが、金属薄膜からなるブラックマトリックスはス
パッタリング、蒸着等の方法によって成膜をしているが
、成膜に要する費用が大きく、また金属の薄膜はいずれ
も金属光沢を有しているので外部から表示装置へ入射す
る光が強い場合には金属クロムの薄膜からの反射光が強
くなり、液晶表示装置のように透過型の表示装置におい
ては表示品質の劣化を招く原因となった。

金属クロムの反射率を低下させる目的で、金属クロムの
薄膜の形成の前に酸化クロムのような低反射率の膜をガ
ラス基板に設けた後にクロムの薄膜を形成することも考
えられるが、工程が瑠加するとともに製造コストが大き
くなるので好ましいものではない。

そこで、本発明者は、反射率が低くしかも製造コストが
低いブラックマトリックスとして、カーボンブラック等
の遮光材を分散したポリイミド系の樹脂からなるブラッ
クマトリックスを有するカラーフィルターおよびその製
造方法を特願平１−５９６４２号として提案した。

［発明が解決しようとする課題］ ポリイミド系のブラックマトリックスの製造方法を、カ
ラーフィルターの断面図を示す第２図に基づいて説明す
ると、第２図（Ａ）のように従来の方法ではよく洗浄し
たガラス基板１０に対して、形成するポリイミドとの付
着強度を前処理剤１１によって高める前処理を行う。

前処理の終了したガラス基板には、第２図（Ｂ）のよう
にカーボンブラック　四三酸化鉄などの金属の酸化物や
硫化物等あるいはそれらの混合物を分散したポリアミッ
ク酸の溶液をガラス基板１０上にロールコート法やスピ
ンコード法によって塗布して塗布層１２を形成する。

続いて第２図（Ｃ）に示すようにポリアミック酸の塗布
後には加熱してプレベータを行った後に、ポリアミック
酸の組成物の塗布層上にフォトレジストを塗布してフォ
トレジスト層１３を形成し、フォトレジスト層には第２
図（Ｄ）のように所定のフォトマスク１４を用いて露光
したのちに現像を行い、フォトレジスト層にパターンを
形成する。

次いで第２図（Ｅ）のようにフォトレジスト層のパター
ンに基づいてポリアミック酸の塗布層をエツチングした
後に、第２図（Ｆ）のようにフォトレジスト層の剥離を
行う。

ブラックマトリックス１５−Ｌのフォトレジスト層の剥
離は、半導体集積回路等の製造工程の場合の様な酸化に
よってフォトレジストの剥離を行おうとすると、フォト
レジスト層の下層に形成する有機物であるブラックマト
リックスも損傷を受けるだめに種々の有機溶剤を使用し
てフォトレジスト層のみを選択的に溶解して剥離するこ
とが行われている。

ノボラック系のフォトレジストを使用した場合には、ア
セトン、メチルエチルケトン等のケトン系の有機溶剤、
メタノール、エタノール等のアルコール系、エチルセロ
ソルブ等のセロソルブ系、エチルセロソルブアセテート
等のセロソルブアセテート系、酢酸ブチル等のエステル
系の有機溶剤。

グリコール系の有機溶剤等の種々の有機溶剤を使用する
ことができる。

ガラス基板とポリイミドとの付着力を高める処理はガラ
スを構成するケイ素との親和性の高い、γ−（２アミノ
エチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、　γ−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン等アミノシラン系のカ
ップリング剤を使用することが行われていた。

付着強度を高めるためにアミノシラン系のカンプリング
剤によってガラス基板を処理する場合には、アミノシラ
ン系のカップリング剤を塗布工程と乾燥の工程が必要で
あった。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、ガラス基板の前処理をすることなく付着力
の大きなポリイミド層を単一の工程で形成することがで
きる組成物について検討し、ポリアミック酸からなるポ
リイミドの１）ＩＩ駆体を含む混合物中にエポキシ基を
有するシランカップリング剤を混合した組成物を塗布す
ることにより、形成するポリイミド層の付着力を高める
ことを見いだしたものである。

従来からポリイミド樹脂層の形成前に付着力を高めるた
めに塗布していたアミノシラン等を塗布することに代え
てポリアミック酸の組成物中に混合することが考えられ
るが、ポリアミック酸の組成物中にアミノシランを添加
するとポリアミック酸はすぐにゲル状となるので、これ
を使用してガラス基板りに薄い膜を形成することはでき
ない。

そこで、ポリアミック酸の特性を変えずにガラス基板と
の付着力を高めることができる物質について検討したと
ころエポキシ基を有するシラン化合物をポリアミック酸
中に添加することによってポリアミック酸をゲル化させ
ることなくガラスとの付着力を大きくすることが可能で
あることを見いだし本発明を想到したものである。

本発明に使用可能なエポキシシランとしてはγ−グリシ
ドキシプロピル］・リメトキシシラン、　γ−グリシド
キシプロピルメチルジェトギシシラン、β−（３，４エ
ポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等を
あげることができる。

［作用］ 本発明のカラーフィルターは、ガラス基板上に形成した
ブラックマ；・リックスとして、ポリイミド前駆体にエ
ポキシ系のシランカップリング剤を混合した組成物をイ
ミド化したものであって、ガラスとの付着強度が大きい
ブラックマトリックスを有するものである。

［実施例］ 図面を示して本発明のカラーフィルターの製造工程を説
明する。

ガラス基板には、コーニング社製７ｏ５９材等や熱膨張
率の小さな硼珪酸ガラスの基板あるいはソーダライムガ
ラス等の基板等を使用し、ガラス基板の洗浄工程１にお
いて有機溶剤、酸、アルカリ、水等によってガラス基板
面に付着した有機物等を除去する。

ポリアミック酸の塗布工程２において、ガラス基板りに
、加熱によって容易にイミド化するポリアミック酸の溶
液に光の透過を防止する遮光材を分散した溶液を、基板
上にロールコート法やスピンコード法によって塗布する
。

ポリアミック酸溶液としては、　ＰＩＱ／ＰＩＸシ１）
−ズ（日立化成」１業■）、セミコファインＳＰシリー
ズ（東し■）パイメルシリーズ（旭化成工業掴））、バ
イラリンシリーズ（デュポン・ジャパン）等の市販のポ
リイミド前駆体を用いる。

光遮光祠としてカーボンブラシ久　四三酸化鉄等の顔料
を分散する。

遮光材の分散は溶液の攪拌、ボールミル法、　３本ロー
ル法などで行い、分散の際には、界面活性剤等を少量を
添加すると遮光材の分散の安定性を高めることができる
。

また、遮光拐として利用する粒子は分散した粒子の安定
性の面からは１μｍ以下であることが好ましい。

さらに、ポリアミック酸の溶液には、エポキシ基を有す
るシランカップリング剤を混合する。

エポキシ基を有するシランカップリング剤の量はポリア
ミック酸溶液の重敏に苅して０．００５％ないし、　０
．　５％を加える。

エポキシ基を有するシランカップリング剤の量が０．０
０５％より少ないと形成するブラックマトリックスの付
着力の向上の効果が小さく、　一方０．５％以に混合す
ると、混合した組成物には変化はみられないが、塗布し
たポリアミック酸の膜に所定のフォトレジスＩ・のパタ
ーンを形成した後にポリアミック酸の膜をエツチングに
よって除去しようとしても完全には除去することができ
なくなるので、０．　５％以北混合することはできない
。

形成するポリアミック酸の組成物の膜厚は、遮光材を分
散したポリアミック酸の光学的な遮光特性によって異な
るが、厚さ０．５μｍないし２゜０μｍの膜厚の膜を形
成し、プレベーク工程３において、遮光材を分散したポ
リアミック酸の組成物の溶液を塗布した後に１３０　’
Ｃないし１５０℃の温度で３０分間加熱してプリベーク
処理を行う。

ポリアミック酸の組成物の塗布膜をエツチングするため
に、ポリアミック酸の塗布膜上に所定のパターンを形成
するが、寸法精度に優れたパターンを形成するためには
、フォトレジストの塗布工程４において、ポリアミック
酸の塗布膜上にフォトレジストを塗布し、　９０℃ない
し１００℃に加熱した熱板またはオーブン中においてプ
レベークした後にフォトフォトリソグラフィーの手法に
よってパターンを形成することが行われる。

使用するフォトレジストはポジ型、ネガ型のいずれも使
用することができるが、とくにポジ型のフォトレジスト
として広く利用されているノボラック系のフォトレジス
トの場合には、フォトレジストを所定のフォトマスクを
用いて露光した後の現像を水酸化ナトリウム、テトラメ
チルアンモニラム等のアルカリ液を使用することができ
るので、アルカリ液によってフォトレジストの露光部が
除去されると同時に酸であるポリアミック酸も同時に除
去され、フォトレジストの現像とポリアミック酸の塗布
層のエツチングを同時に行うことが可能となるので、工
程を短縮することができる。

フォトレジストは、露光工程５において所定のパターン
を形成したフォトマスクを使用して超高圧水銀灯を光源
として露光した後に現像工程６においてパターンを現像
する。

ノボラック系などのポジ型のフォトレジストの場合には
、現像は前記したようにアルカリ液を使用するのでフォ
トレジストの露光部分の除去と酸であるポリアミック酸
の組成物のエツチングを同時に行えるので、エツチング
工程７を短縮することが可能となる。

次いで、フォトレジストの剥離工程８においてガラス基
板上に所定のパターンが形成されたポリアミック酸の組
成物の塗布膜上に残留したフォトレジストの剥離を行う
。

フォトレジストのφ＋Ｊ離は、半導体集積回路等の製造
工程において使用されている酸化による剥離方法は、パ
ターンを形成したポリアミック酸の組成物の塗布膜に損
傷を与えるので、種々の有機溶剤を使用してフォトレジ
ストのみを溶解して除去する。

ノボラック系のレジストを使用した場合には、アセトン
、メチルエチルケトン等のケトン系の有機溶剤、メタノ
ール、エタノール等のアルコール系、エチルセロソルブ
等のセロソルブ系、エチルセロソルブアセテート等のセ
ロソルブアセテート系、あるいは酢酸ブチル等のエステ
ル系、グリコール系の有機溶剤を使用することにより、
容易にフォトレジストを剥離することができる。

とくにジ・エチレングリコールモノブチルエーテル、ジ
エチレングリ□コールジエチルエーテル、ジエチレング
リコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレン
グリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル
類は引火点が７０℃以下で水との相溶性も良好であり、
取扱が容易であるとともに剥離工程の後の残渣等の洗浄
工程も水を使用することができるので、工程を簡素化す
ることが可能となる。

フォトレジストを剥離したポリアミック酸を含む組成物
は、イミド化工程９においてポリアミック酸を２５０℃
以上に加熱してポリイミドに変化させる。

得られたブラックマトリックスを形成したカラーフィル
ターの基板上にフォトリソグラフィーあるいは印刷法に
よって着色層を設け、着色層上には透明保護膜を形成し
、透明保護膜上には所定のパターンの透明電極層を形成
してカラーフィルターを製造する。

実施例１ 基板には、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社
製７０５９）を充分に洗浄して用いる。

ポリイミド前駆体として市販されているバイラリンＰＩ
−２５４５（デュポン・ジャパン・リミテッド製）の１
４％溶液をポリアミック酸として使用し、これにポリア
ミック酸（１００％換算）の１部に対してカーボンブラ
ックを１部加え、ザノドミルで攪拌してカーボンブラッ
クを十分に分散し、得られた分散液にγ−ブチルラクト
ンを加えて粘度調整をし、続いてエポキシシランとして
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（東し・
シリコーン■製　ＳＨ６０２０）をｏ、。

０１重量％から３重量％まで変化させた溶液を作成した
。

この液をガラス基板」二に１．５μｍの膜厚でスピンコ
ードし、　１３０℃に加熱したホットプレー１・上でプ
レベークして有機溶剤を除去した。

ポリアミック酸の塗布膜上にポジ型レジストとして０Ｆ
ＰＲ−８００（東京応化工業（株）製）を塗布し、　９
０℃に加熱したホットプレー１・」二でブレベークした
。

フォトマスクを介して２．０ｋＷの超高圧水銀灯によっ
て１０秒間照射して基板１に形成した塗布膜を露光した
後にＮＭＤ−３（東京応化工業（株）製）を現像液とし
てフォトレジストの露光部分の除去と共に、ポリアミッ
ク酸のエツチングを〜１５− 同時に行った。

ジエチレングリコールモノブチルエーテル中にカラーフ
ィルターを４５秒間浸漬してポリアミック酸の塗布膜上
のフォトレジストの、Ａｌ１離を行った後に水で洗浄し
た。

続いて温度２５０℃のオーブン中においてポリアミック
酸をポリイミドに変化さぜた。

この時、第３図に示すように、形成可能なポリイミドの
パターンの最小線幅は、ポリアミック酸中に添加したエ
ポキシシランの添加量に依存することがわかった。すな
わち、エポキシシランの添加量が少なずぎると、ポリア
ミック酸とガラス基板との間で充分な付着強度が得られ
ないため、細かいパターンはポリアミック酸のエツチン
グ中あるいはリンス中にガラス基板から剥がれてしまう
。

したがって、液晶表示装置用のカラーフィルターのブラ
ックマトリックス層として実用」二問題のない１０μｍ
以下のパターンを形成するためには、エポキシシランの
添加量を０．０５重量％以−１−とする必要がある。

一方、第４図には、エポキシシランの添加量とエツチン
グによって除去したブラックマトリックスの形成されて
いない透明な部分の光の透過率との関係を４５０ｎｍの
光による測定結果を示すように、エポキシシランを０．
　２重量％以」二添加したポリアミック酸の組成物の完
全なエツチングが困難となり、本来は除去すべき部分に
遮光剤を含むブラックマトリックスの薄膜が残留するた
めに十分な透過率が得られなくなる。

これらの結果から、エポキシシランの添加量は０、０５
重量％ないし０．　１重量％であることが望ましい。

ブラックマトリックスを形成した基板上には、赤色、緑
色及び青色の顔料を、それぞれ第１表に示したような組
成割合で感光性樹脂に分散させて、赤色、緑色及び青色
の着色感光性樹脂を作製し、赤色感光性樹脂を１．２μ
ｍの膜厚になるように塗布し、その後温度７０℃で３０
分間オーブン中で乾燥させ、水銀ランプを用いて露光し
、水によるスプレー現像を１分間行い、赤色画素を形成
すべき領域に赤色のレリーフ画像を形成し、さらに１５
０’Ｃで３０分間、加熱硬化させた。

同様の工程を繰り返して、緑色画素を形成すべき領域に
緑色のレリーフ画素を形成し、青色画素を形成すべき領
域に青色のレリーフ画素を形成して着色層を形成した。

［以下余白］ 第　１　表　（単位：　重量％） 続いて光硬化性アクリレートオリゴマーとして、０−タ
レゾールノボラックエポキシアクリレート（分子量１５
００〜２０００）を３５重量部、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂を１５重量部、多官能重合性モノマーと
して、ジペンタエリスリトールへキサアクリレート（日
本化薬■製ＤＰＨＡ）を５００重量部混し、さらに重合
開始剤としてイルガキュアー（チバガイギー社■製）２
重量体　エポキシ硬化剤としてＵＶＥ１０１４（ゼネラ
ルエレクトリック社製）を２重量部混合した配合物を、
エチルセロソルブアセテート２００重量部中に溶解させ
、その溶液Ｌｏｇを用いてスピンコーターで前記着色層
上に２．０μｍの厚さに塗布した。塗布膜からフォトマ
スクを１００μｍの距離に配置してプロキシミティーア
ライナによって、２．０　ｋＷの超高圧水銀ランプによ
って着色層上のみに紫外線を１０秒間照射した。続いて
温度２５℃の１．１．２．２−テトラクロロエタンから
なる現像液中に１分間浸漬して、塗布膜の未硬化部分の
みを除去した。

次に、形成された保護膜上にスパッタリング法により、
厚さ０．４μｍのＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化錫の
複合膜）を被覆した。

［発明の効果コ 本発明のカラーフィルターは、ガラス基板上に形成した
ブラックマトリックスとして、ポリイミド前駆体の組成
物にエポキシ系のシランカップリング剤を混合した組成
物をイミド化したものを有するので、ガラスとの付着力
が大きいブラックマトリックスをポリイミド前駆体の組
成物の塗布前にガラス基板の前処理をすることなく製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラーフィルターの製造工程を示す図
であり、第２図は従来のカラーフィルターの製造工程を
示す断面図、第３図は形成可能なパターン線幅とエポキ
シシランの添加量の関係を示す図であり、第４図はエポ
キシシランの添加量とブラックマトリックスの形成され
ていない透明部分の光の透過率との関係を示す図である
。 １・・・ガラス基板の洗浄工程、　２・・・ポリアミッ
ク酸の組成物の塗布工程、３・・・プレベーク工程、４
・・・フォトレジストの塗布工程、　５・・・露光工程
、　６・・・現像工程、　７・・・エツチング工程、　
８・・・フォトレジストの剥離工程、　９・・・イミド
化工程、　１０・・・ガラス基板、　１１・・・前処理
剤、　１２・・・塗布層、　１３・・・フォトレジスト
層、　１４・・・フォトマス久　１５・・・ブラックマ
トリックス 出　　願　　人　　大日本印刷株式会社代理人　弁理士
　　米　澤　　明（外７名）第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス基板上に形成したブラックマトリックスが
   、ポリイミド前駆体にエポキシ系のシランカップリング
   剤を混合した組成物をイミド化したものであることを特
   徴とするカラーフィルター。
2. （２）エポキシ系のシランカップリング剤がγ−グリシ
   ドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシ
   プロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４エポキ
   シシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランから選ば
   れるものであることを特徴とする請求項１記載のカラー
   フィルター。