JPH06265720A - カラーフィルター基板及び液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】透明電極つきカラーフィルター基板において、
導電膜の付着力を向上させ、導電膜の微細加工特性を向
上させる。 【構成】透明基体１、カラーフィルター層２、樹脂保護
膜３、導電膜４の積層構造からなるカラーフィルター基
板の製造方法において、樹脂保護膜３を形成した基板に
ＵＶ照射したのちに、中間膜５を形成し、さらに導電膜
４を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー表示装置に用い
るためのカラーフィルター基板の製造方法、及び、それ
を用いた液晶表示素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラー液晶表示装置等に用いる透
明導電膜付きカラーフィルター基板の基本構成は、透明
基板／カラーフィルター層／樹脂保護層／導電膜からな
る。

【０００３】導電膜は、主に液晶表示素子の透明電極と
して用いられる。導電膜は、スパッタリング法や真空蒸
着法等のＰＶＤ法により、当該カラーフィルター上に錫
ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）薄膜に代表される透明
導電性金属化合物薄膜を形成し、しかるのち、フォトリ
ソグラフィ工程・ウェットエッチング処理を通し、微細
加工（パターニング）を施すのが一般的である。この場
合、透明電極加工工程で使われる熱や酸などの薬品から
カラーフィルターを保護するため、カラーフィルターと
導電膜の間に樹脂保護層を設けることが多い。

【０００４】しかし、樹脂保護層の組成や導電膜の製膜
条件によっては、十分な樹脂保護層／導電膜の付着力が
得られず、導電膜のパターニング中に剥離が発生した
り、アンダーカットやサイドエッチのためパターニング
の安定性にかけるという課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決すべくなされたものであり、透明基体、カラーフィ
ルター層、樹脂保護層、導電膜の積層構造からなるカラ
ーフィルター基板の製造方法において、樹脂保護層を形
成した基板にＵＶ照射したのちに、中間膜を形成し、さ
らに導電膜を形成することを特徴とするカラーフィルタ
ー基板の製造方法、及び、液晶表示素子の製造方法を提
供するものである。

【０００６】図１は、本発明のカラーフィルター基板の
断面である。１は透明基体、２はカラーフィルター層、
３は樹脂保護層、４はパターニング処理される導電膜、
５は金属酸化物を主成分とする中間膜、である。

【０００７】本発明において、導電膜４と樹脂保護層３
の付着力向上のため設けられる中間膜５としては、Ｔｉ
Ｏ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ のうち、少なく
とも１種を主成分とする膜が代表的な好ましい例として
挙げられるが、その他の金属酸化物でもよい。

【０００８】中間膜の膜厚は、２ｎｍ〜８０ｎｍ、好ま
しくは、１０ｎｍ〜５０ｎｍとされる。２ｎｍよりも薄
いと十分な付着力向上効果が得られず、また、８０ｎｍ
よりも厚いと中間膜の内部応力が大きくなり、やはり付
着力向上効果が低下するほか、クラックが発生するおそ
れがある。

【０００９】中間膜５の塗布前に、樹脂保護層３の表面
にＵＶ洗浄を施すと、さらなる付着力の向上が可能であ
る。なお、紫外線発生源としては低圧水銀ランプを用
い、照射量は３００〜１５００ｍＪ／ｃｍ² とすること
が望ましい。

【００１０】また、中間膜は、有機金属化合物からなる
原料を脱水縮合して得られた金属酸化物膜からなる。２
５０℃程度以下の比較的低温で特性の良い中間膜が得ら
れ、コスト面でも有利だからである。この場合は、スピ
ンコート法、ロールコート法、印刷法、ディップ法、ス
プレー法などでカラーフィルター上に有機金属化合物を
含む液を塗布した後に、１５０℃〜２５０℃程度に加熱
乾燥して、脱水縮合し、金属酸化膜とすればよい。ま
た、紫外線により反応を加速してもよい。

【００１１】塗布液中の有機金属化合物としては、Ｔ
ｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌのうち少なくとも１種の金属アル
コキシド、金属イソシアネート及びその加水分解物、並
びに、これらの混合物等が例示される。また、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ａｌについては、そのアセチルアセテートも同様に
使用できる。

【００１２】例えば、チタンアルコキシドとしては、チ
タンオクチレングリコール（ＴＯＧ）、テトラブチルチ
タネート（ＴＢＴ）、テトラエチルチタネート、テトラ
イソプロピルチタネート、ジメチルジペンチルチタネー
ト等のテトラアルキルチタネート及びこれらのオリゴマ
ーが代表的なものとして挙げられる。また、上記化合物
のアルコキシ基がアルキル基と置換されたもの、例えば
アルキルトリアルコキシチタン等も使用可能である。

【００１３】ジルコニウムアルコキシドとしては、テト
ラアルキルジルコネート、特に、テトラブチルジルコネ
ート、及び、このオリゴマーが代表的なものとして挙げ
られる。この他アルキルトリアルコキシジルコニウムな
ども使用可能である。

【００１４】ケイ素アルコキシドとしては、テトラエチ
ルシリケート、テトラブチルシリケート等のテトラアル
コキシシラン及びこれらのオリゴマーが代表的なものと
して挙げられる。また上記化合物のアルコキシ基がアル
キル基と置換されたアルキルトリアルコキシシラン等も
使用可能である。

【００１５】上述の金属アルコキシド等は、溶媒中の水
分により加水分解され、乾燥焼成により脱水縮合し、ゲ
ル化する。

【００１６】本発明では、かかる反応をさらに促進させ
るために必要な触媒を塗布液に添加できる。具体的には
塩酸、硝酸、酢酸、スルホン酸等が使用できる。

【００１７】Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌの少なくとも１種
のアルコキシドの種類や混合割合は、光学的特性（屈折
率等）、あるいは、機械的・化学的耐久性等を考慮して
決定すればよい。

【００１８】本発明のカラーフィルター層２は、特に限
定されず、染色法によるゼラチン等からなるもの、電着
法によるもの、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の樹脂
に顔料を分散したもののいずれでもよい。

【００１９】カラーフィルターのパターンも特に限定さ
れるものではなく、例えばストライプパターン、モザイ
クパターン、デルタパターン等のいずれでもよい。ま
た、コントラストを向上させるために、パターン間にブ
ラックマトリクスなどの光遮蔽パターンを形成してもよ
く、ブラックマトリクスの形成もクロム等の金属膜を蒸
着法、スパッタ法等で形成したもののほか、黒色感光性
レジストをフォトリソグラフィーでパターニングしたも
のでもよい。

【００２０】本発明の樹脂保護層３の材料としてアクリ
ル系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などの
各種樹脂が挙げられるが、特に限定されるものではな
い。

【００２１】樹脂保護層３は、スピンコート法、ロール
コート法、ディップ法、スプレー法で、カラーフィルタ
ー層２の上に塗布し、その膜厚は１〜１０μｍが一般的
だが、特に限定されるものではない。

【００２２】以下、樹脂に顔料を分散した着色レジスト
を使用したカラーフィルター層とアクリル系樹脂保護層
を採用した場合を例にとり、本発明に係るカラーフィル
ター基板の製造方法について説明する。

【００２３】まず、ガラス、プラスチック等の透明基板
にブラックマトリックスと呼ばれる遮光層を形成する。
この遮光層はＴＦＴ方式の液晶素子のおいてはトランジ
スタの特性の保持あるいはコントラストの低下防止のた
めに設けられるもので、通常遮光性に優れたクロム薄膜
により形成される。

【００２４】また、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマ
チック）方式に代表される単純マトリックス駆動におい
ては、素子のコントラストがＴＦＴ方式に比べてもとも
と低いことや、低コスト化の追求の要求のために、ブラ
ックマトリクスは省略されたり、あるいは、３原色の重
ね合わせにより形成されたり、単色レジストで形成され
ることが多い。

【００２５】次に、基板上に顔料等の色素と感光性樹脂
とを含む着色レジストを塗布し、さらにこの着色レジス
トに重ねて酸素遮断膜としてＰＶＡ（ポリビニルアルコ
ール）層等を塗布した後、所定のパターン形状のフォト
マスクを介して露光を行い、その後現像により未露光部
分を除去してカラーパターンを形成する。この操作をさ
らに別の色で２回繰り返し３原色のカラーフィルターを
形成する。

【００２６】この上に、アクリル系樹脂を樹脂保護層３
として、形成する。形成方法は、スピンコート法、ロー
ルコート法、ディップ法で塗布したのち、クリーンオー
ブンやホットプレートでキュアすることが一般的である
が、別の方法でもよい。

【００２７】次に、樹脂保護層３の上に、上記有機金属
化合物を含む液を塗布する。塗布液層の硬化は、オーブ
ンやホットプレートあるいは遠赤外線ヒーターなどで加
熱することにより行われればよい。また、ＵＶ照射を併
用してもよい。さらに、塗布時に膜をパターニングして
形成してもよい。

【００２８】次いで、保護層の上には導電膜（電極層）
４が形成される。透過型表示体においては光透過性であ
る必要があり、特に、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ）や酸化錫、Ｆ、Ａｌ、Ｓｂをドープした酸化亜鉛な
どの薄膜が代表例として挙げられるが、その他の金属化
合物薄膜でもよい。

【００２９】透過型の表示として用いない場合などは、
必ずしも透明である必要はなく、アルミニウムやクロム
が用いられる場合もある。また、中間膜５と導電膜４の
付着力向上の手段として、導電膜４形成前の中間膜５の
表面をＵＶ洗浄することが挙げられる。

【００３０】また、導電膜４は、表示に対応したパター
ニングを施されることが望ましいが、共通電極として用
いられる場合などにはベタ電極とされる場合もある。導
電膜４の形成方法としては、膜厚を均一にする見地か
ら、真空蒸着法、マグネトロンスパッタリング法等が好
ましく用いられるが、特にこれに限るものではない。

【００３１】なお、本発明においては、必要に応じて電
極の上または下にＴＦＴ、ＭＩＭ、薄膜ダイオード等の
能動素子、位相差膜、偏光膜、反射膜、光導電膜などが
形成されていてもよい。

【００３２】さらに、液晶表示体の場合は、電極付き基
板上に必要に応じて配向膜を形成する。これは、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹
脂膜をラビングしたもの、ＳｉＯ_x 等を斜め蒸着したも
の、あるいは、垂直配向剤を塗布したものであってもよ
い。

【００３３】さらに、液晶表示体を製造する方法につい
ては、通常用いられる方法が採用できる。すなわち、一
対の基板のうちの一方を上記カラーフィルター基板と
し、他方を適宜パターニングされた電極付き基板とし、
上記基板上に必要に応じて液晶配向膜を形成し、つい
で、前記一対の基板を電極面側を相対向されて周辺部を
シールしてその内部に液晶を封入する。これにより、鮮
明度の高い液晶表示体を得ることができる。

【００３４】本発明のカラーフィルター基板の用途とし
ては、液晶ディスプレイ面、ブラウン管表示面、撮像管
の受光面などが挙げられる。特に、厚みムラの比較的少
ないカラーフィルターが得られることから、基板間隔精
度の要求の厳しい液晶素子として好ましいものである。

【００３５】

【作用】本発明において、金属酸化物を主成分とする中
間膜の、付着力向上の作用機構は必ずしも明確ではない
が、金属化合物を主成分とする中間膜５が、樹脂保護層
３と導電膜４との間の結合の手のように働くことによっ
て上記のごとき効果を生じるものと考えられる。

【００３６】

【実施例】透明なガラス基板からなる透明基体上に顔料
を分散した樹脂からなるカラーフィルターを印刷法で厚
さ５μｍつけ、さらに、ロールコーター方式で樹脂保護
層４としてアクリル樹脂を３μｍコーティングした。こ
のときの基板の水の接触角は３１度であった。

【００３７】その上に、紫外線を低圧水銀灯（オーク製
作所製、商品名「ＨＭＷ−６６７」：波長２５４ｎｍ）
で６００ｍＪ／ｃｍ² の強度で照射したところ、水の接
触角は４．５度となり、表面が清浄化されているのが確
認された。

【００３８】あらためて、透明なガラス基板からなる透
明基体上に顔料を分散した樹脂からなるカラーフィルタ
ーを印刷法で厚さ５μｍつけ、さらに、ロールコーター
方式で樹脂保護層４としてアクリル樹脂を３μｍコーテ
ィングした。その上に、紫外線を上述の低圧水銀灯で１
２００ｍＪ／ｃｍ² の強度で照射し、次いで溶媒希釈し
た表１に記載した有機金属化合物を、スピンコーターで
塗布し、２００℃で加熱して加水分解反応を進行させ、
それぞれ表１に記載した厚みの金属酸化物からなる中間
膜を形成した。さらに、その上に、マグネトロンスパッ
タリング法でＩＴＯからなる透明導電膜を２５０ｎｍ厚
に形成した。

【００３９】上記のＩＴＯ膜上にライン形状のレジスト
（マスキング剤）を形成したのち、塩酸・塩化第二鉄系
エッチング液（エッチャント）中に浸漬して、ＩＴＯ膜
の微細加工（パターニング）を行った。その結果、中間
膜上のＩＴＯ膜のサイドエッチング量（ＳＥ量：レジス
トの幅よりさらにエッチングが進行し細くなった量）は
表１のようであった。例１、２、７は比較例である。

【００４０】実施例においては、ＩＴＯ膜をパターニン
グした際のＩＴＯ膜のサイドエッチング量は極めて少な
く、良好であった。また、実施例のＩＴＯ膜の面抵抗値
は９〜１０Ω／□で、ガラス基板上に成膜したＩＴＯ膜
の値とほぼ同じで、中間膜によるＩＴＯ膜の比抵抗値上
昇がほとんど見られなかった。

【００４１】例４及び例５で得られたカラーフィルター
付き電極基板を一方の基板として使用し、もう一方の電
極付き基板とともに、表面にポリイミド膜をラビングし
て得た配向膜を形成した。液晶としてはカイラル化合物
を添加した液晶ＺＬＩ２２９３（商品名、メルク社製）
を使用してこの基板間に挟持し、２４０度ツイストの１
／２４０デューティー液晶表示素子を作製した。この液
晶表示素子を駆動したところ、面内の色差が少なくコン
トラストや色再現性が良好であって、高品位のフルカラ
ー表示ができることが確認された。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】本発明は、透明電極つきカラーフィルタ
ー基板において、導電膜の付着力が向上し、導電膜の微
細加工特性（パターニング特性）が向上するという優れ
た効果を有し、特にサイドエッチ、アンダーカット等の
諸問題が解決されるという効果を有する。

【００４４】また、湿式法を用い、安価な液原料で該中
間膜を形成することにより、製造コストが小さく、か
つ、高品質のカラーフィルター基板を得られるという経
済的長所も有する。

【００４５】さらに、該保護層の採用で、ＩＴＯに代表
される導電膜の比抵抗値をガラス基板上に成膜したとき
の透明導電膜並みに低くすることができるという長所も
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるカラーフィルター基板の断面図

【符号の説明】

１：透明基体 ２：カラーフィルター層 ３：樹脂保護層 ４：導電膜 ５：中間膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基体、カラーフィルター層、樹脂保護
   層、導電膜の積層構造からなるカラーフィルター基板の
   製造方法において、樹脂保護層を形成した基板にＵＶ照
   射したのちに、中間膜を形成し、さらに導電膜を形成す
   ることを特徴とするカラーフィルター基板の製造方法。
2. 【請求項２】中間膜は、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ
   ₃ 、ＳｉＯ₂ から選ばれた少なくとも１種を主成分とす
   る膜であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィ
   ルター基板の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のカラーフィルター
   基板の製造方法により製造されたカラーフィルター基板
   を、一対の基板のうちの少なくとも一方の基板として、
   該一対の基板間に液晶層を挟持することを特徴とする液
   晶表示素子の製造方法。