JPH1096813A - レーザーエッチング方式によるカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタの製造に際し、コストのかか
るフォトマスクを不要とし、遮光層自体をマスクとして
利用することにより、カラーフィルタそのものを安価に
製造可能にした製造方法を提供する。 【解決手段】 透明基板１上に形成した遮光層２に、
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の内の第１色のパターン１１をレーザ
ーエッチングにより加工し、その加工表面に当該色のカ
ラーレジン２１を塗着する。次に、上記遮光層２に第２
の色のパターン１２をレーザーエッチングにより加工
し、加工表面に第２の色のカラーレジスト２２の層を形
成し、該カラーレジストの露光を上記遮光層自体をマス
クとして裏側から行い、現像する。第３の色のパターン
１３についても、第２の色の場合と同様な工程を繰り返
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーエッチン
グ方式の利用により、透明基板上に遮光層と顔料の分散
によるＲ，Ｇ，Ｂの３色のパターンを配置した透明着色
画像形成用感光樹脂組成物、即ち、フラットパネルディ
スプレイ用カラーフィルタを製造する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】現在、フラットパネルディスプレイ用カ
ラーフィルタの製造方式の主なものとして、染色法、印
刷法、電着法及び顔料分散法の４方式があるが、最近、
主流となっているのは、品質が安定している顔料分散法
である。この顔料分散法の基本は、遮光層、カラー樹脂
層を各々フォトリソグラフィ工程にて製作する方法であ
り、微細なパターンで４色の画像パターンを作成しなけ
ればならない。最も一般的な方法では、４回の画像形成
工程が必要で、各々の工程では少なくとも、１．塗布、
２．露光、３．現像、４．焼成、の基本工程を繰り返す
必要がある。

【０００３】上記フォトリソグラフィ工程で特にコスト
がかかる工程の一つが露光工程である。この露光工程で
は、微細なパターンを焼き付けするための原版であるフ
ォトマスクが必要不可欠であるが、このフォトマスクの
製造には、一般に大きなコストがかかるという問題があ
る。しかも、このフォトマスク内部の欠陥や汚染は大量
の不良を量産する原因となりやすく、管理が難しい。精
度を管理するための条件も非常に厳しいものである。ま
た、アライメントを必要とする露光装置も高価なものが
必要である。そして、上述したような長い工程では、設
備投資コストを押し上げるばかりでなく、製造コストを
も押し上げ、結果的に、収率の向上を妨げ、コストダウ
ン要求に耐えられなくなりつつある。

【０００４】更に、上記フォトリソグラフィ方式では、
カラーレジストの上にカラーレジストをのせていく工程
をとることになるが、このとき、不要なレジストが現像
によって完全に除去されず、残渣として残るという問題
があり、その除去がフィルタの品質上において重要な問
題点になっている。一方、遮光層は、従来、金属薄膜の
蒸着によって製造されたものを、フォトリソグラフィー
によってエッチングして製造し、ブラックマトリクスと
呼ばれるパターンを作成するのが最近の主流である。し
かし、このエッチングには、強力な薬品を使うことが多
く、材料コストと環境保全対策の費用は非常に大きいも
のとなる。また、製造時の各工程の雰囲気の問題から、
一連の工程として直結しにくいという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、コストのかかるフォトマスクを不要とし、遮光層自
体をマスクとして利用することにより、カラーフィルタ
そのものを安価に製造することを可能にしたレーザーエ
ッチング方式によるカラーフィルタ製造方法を提供する
ことにある。本発明の他の技術的課題は、レーザーエッ
チング法の欠点である加工速度が遅いという問題点を克
服し、比較的短時間にカラーフィルタを製造できるよう
にした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】上記課題を解決するため
の本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板上に
遮光層を形成する工程と、該遮光層に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３
色のうちのいずれかの色のパターンをレーザーエッチン
グにより加工する工程と、その加工表面に当該色のカラ
ーレジンの層を形成する工程と、上記遮光層に上記３色
のうちの第２の色のパターンをレーザーエッチングによ
り加工する工程と、その加工表面に当該第２の色のカラ
ーレジストの層を形成する工程と、該カラーレジストの
露光を上記遮光層自体をマスクとして透明基板側から行
う裏面露光の工程と、露光したカラーレジストの現像及
び不要なカラーレジストを除去する工程と、上記遮光層
に上記３色のうちの第３の色のパターンをレーザーエッ
チングにより加工する工程と、その加工表面に当該第３
の色のカラーレジストの層を形成する工程と、該カラー
レジストの露光を上記遮光層自体をマスクとして透明基
板側から行う裏面露光の工程と、露光したカラーレジス
トの現像及び不要なカラーレジストを除去する工程とを
備えることを特徴とするものである。

【０００７】上記カラーフィルタの製造方法において
は、第２及び第３の色のパターンをレーザーエッチング
により加工する工程に先立ち、遮光層上に予め遮光性の
ある剥離層を形成し、各カラーレジストの現像後にこの
剥離層と共に不要なカラーレジストを除去するのが、よ
り適切である。

【０００８】上述したカラーフィルタ製造方法において
は、前述したコストのかかるフォトマスクを用いること
なく、遮光層にＲ，Ｇ，Ｂの３色のパターンをレーザー
エッチングにより形成し、しかも、第２及び第３の色に
ついては、この遮光層自体をマスクとして裏面から露光
し、遮光層を通過する露光量の差を利用して選択的に現
像を行うという手段を用いることにより、フラットパネ
ルディスプレイ用の顔料分散カラーフィルタを安価に製
造することができる。また、上記カラーフィルタ製造方
法においては、３色のパターンの加工に、加工速度が遅
いという点で問題のあるレーザーエッチング法を用いる
が、加工範囲をＲ，Ｇ，Ｂの各色毎に行い、各色につい
ての加工面積を減らすことができるので、比較的短時間
にカラーフィルタを製造することができる。一方、第２
及び第３の色のパターンをレーザーエッチングにより加
工する工程に先立ち、遮光層上に予め遮光性のある剥離
層を形成しておくと、カラーレジストの現像後にこの剥
離層と共に不要なカラーレジストを除去することがで
き、現像残渣が生じるという問題を殆ど無くすことがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、本発明の方法に基
づいてカラーフィルタを製造する手順を説明するための
ものであり、図１のＡ〜Ｃは、上記カラーフィルタを製
造する第１段階の第１色のカラーレジンによる着色画像
形成段階の手順を説明するためのものである。まず、本
発明の方法に基づいてカラーフィルタを製造には、図１
のＡに示すように、表面に遮光層２を形成した透明基板
１を使用する。上記透明基板１としては、従来から一般
的に用いられている無アルカリ板ガラス等を用いること
ができる。

【００１０】透明基板１への遮光層２の形成には、透明
基板１上への金属蒸着膜の形成、あるいは遮光樹脂の塗
布などの手段を用いることができ、更に具体的には、透
明基板１上にスパッタリングまたは蒸着により形成した
クロムまたは表面に酸化クロムを持つ多層膜を形成し、
あるいは、カーボン粒子等をポリマー樹脂、例えば、 ．ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテ
ル、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド等のビニル重
合系、．ゼラチン、カゼイン、グリュー等の動物タン
パク系、．カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロ
ース、メチルセルロース等のセルロース系、．ポリ塩
化ビニル、ブチラール樹脂、スチレン−マレイン酸共重
合体、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリ
エステル、ポリウレタン等の油溶性樹脂に分散し、溶
剤、例えば、プロピレングリコール、メチルエーテル、
アセトン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、アル
コール類、水等に溶かした懸濁液を塗布、乾燥、焼成し
て形成することができる。

【００１１】第１の工程では、図１のＢに示すように、
上記透明基板１上の遮光層２にＲ，Ｇ，Ｂの３色のうち
のいずれかの色、例えば赤色（Ｒ）のパターン１１を、
レーザーエッチングにより加工する。上記レーザーエッ
チングによるパターニングの方法は、レーザー加工によ
り遮光層２を形成する膜の一部を所期のパターンに応じ
て除去するものであり、そのため前記フォトマスクは必
要としない。第２の工程では、図１のＣに示すように、
上記第１の工程でレーザーエッチングの加工が施された
表面に、当該色（赤：Ｒ）のカラーレジン２１を塗着す
ることにより、第１色のフィルタ面を形成する。そのた
め、以下に説明する第２及び第３段階のように、感光性
樹脂を含むカラーレジストを用いる場合に比して、露
光、現像という煩雑な工程を省略することができる。

【００１２】上記カラーレジンの構成材料としては、安
価なポリマー樹脂、例えば、前掲〜のポリマー樹脂
等に、ジアントラキノン系顔料や酸化鉄等の無機顔料を
分散させ、プロピレングリコール、メチルエーテル、ア
セトン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、アルコ
ール類、水等の溶媒で懸濁したものなどを用いることが
できる。カラーレジンの塗着は、それを塗布した後に、
乾燥、焼成するなどの手段を用いることができる。

【００１３】上記第１段階における第１色のカラーレジ
ン２１による着色画像形成段階に続く第２段階は、図２
のＡ〜Ｅによって以下に説明するような、第２色のカラ
ーレジストによる着色画像形成の段階であり、この段階
における第１の工程では、同図のＡに示すように、ま
ず、上記第１段階でカラーレジンを塗着した遮光層２の
上に、予め遮光性のある剥離層３を形成する。この剥離
層３は、例えば、メチレンブルー等の染料で着色した、
ポリビニルアルコール溶液などを塗布、乾燥することに
より構成できるものである。第２の工程は、図２のＢに
示すように、上記第１の工程において剥離層３を形成し
た遮光層２に、その剥離層３の上から、上記Ｒ，Ｇ，Ｂ
の３色のうちの第２の色、例えば緑（Ｇ）のパターン１
２を、レーザーエッチングにより加工するものである。
このレーザーエッチングにより、上記剥離層３及び第１
段階において塗着された不要なカラーレジン２１と共
に、遮光層２の必要部分が加工され、第２の色のパター
ン１２を遮光層２に加工することができる。

【００１４】上記第２の工程に続く第３の工程は、図２
のＣに示すように、第２の工程における加工表面に第２
の色のカラーレジスト２２を塗布するものである。この
第３工程におけるカラーレジスト２２としては、従来か
らフォトリソグラフィ工程において一般的に用いられて
いるカラーレジスト、例えば、アクリル、ポリイミド、
ポリビニルアルコール等をベース材料とした感光性樹
脂、または熱架橋樹脂などに顔料分散したもの等を用い
ることができ、その塗着には、そのカラーレジスト２２
を塗布して乾燥、焼成するなどの手段を用いることがで
きる。上記カラーレジストの露光を行う第４の工程（裏
面露光工程）は、図２のＤに矢印Ａで示すように、上記
遮光層２自体をマスクとして裏面即ち透明基板１側から
露光を行うものである。この露光を透明基板１の裏面か
ら行うことにより、従来のようにフォトマスクを使わず
に位置ずれのない露光を行うことができる。

【００１５】露光したカラーレジスト２２の現像及び不
要なカラーレジストを除去する第５の工程は、図２のＥ
に示すように、上述した感光性樹脂等を含むカラーレジ
スト２２を現像した後、水、アルカリなどで処理し、前
記剥離層３と共に、感光していない不要なカラーレジス
トを除去し、焼成する工程であり、この工程によってカ
ラーレジスト２２を裏面から通過する露光量の差を利用
した選択的な露光による第２色のフィルタ面が形成され
る。

【００１６】上記第２段階における第２色の着色画像の
形成工程に続く第３段階は、図３のＡ〜Ｅによって以下
に説明するような、上記カラーレジン２１及びカラーレ
ジスト２２により画像パターンを形成した遮光層２に、
３色のうちの残る第３色のカラーレジスト２３による着
色画像形成の段階である。この段階における第１の工程
では、同図のＡに示すように、まず、上記第１及び第２
段階で画像パターンを形成した遮光層２の上に、予め遮
光性のある剥離層４を形成する。この剥離層３は、第２
段階と同様な剥離剤を塗布、乾燥することにより形成さ
れるものである。

【００１７】第２の工程は、図３のＢに示すように、上
記第１の工程において剥離層４を形成した遮光層２に、
その剥離層４の上から、上記Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のうちの
残る第３の色、例えば青（Ｂ）のパターン１３を、レー
ザーエッチングにより加工するものである。このレーザ
ーエッチングにより、上記剥離層４及び第１段階におい
て塗着された不要なカラーレジン２１と共に、遮光層２
の必要部分が加工され、第３の色のパターン１３が遮光
層２に加工される。第３の工程は、図３のＣに示すよう
に、第２の工程における加工表面に第３の色のカラーレ
ジスト２３を塗布するものである。この第３工程におけ
るカラーレジスト２３としては、第２段階で用いたのと
同種の感光性樹脂、または熱架橋樹脂などに顔料分散し
たもの等を用いることができ、その塗着にも同様な手段
を用いることができる。

【００１８】上記カラーレジストの露光を行う第４の工
程（裏面露光工程）は、図３のＤに矢印Ａで示すよう
に、上記遮光層２自体をマスクとして裏面即ち透明基板
１側から露光を行うものである。この露光を透明基板１
の裏面から行うことにより、従来のようにフォトマスク
を使わずに位置ずれのない露光を行うことができる。露
光したカラーレジスト２３の現像及び不要なカラーレジ
ストを除去する第５の工程は、図３のＥに示すように、
上述した感光性樹脂等を含むカラーレジスト２３を現像
した後、水、アルカリなどで処理し、前記剥離層４と共
に、感光していない不要なカラーレジストを除去し、焼
成する工程であり、この工程によってカラーレジスト２
３を裏面から通過する露光量の差を利用した選択的な露
光による第３色のフィルタ面が形成される。

【００１９】以上に説明したカラーフィルタの製造方法
の各工程は、本発明の基礎となる部分であり、実際の製
造では、さらに、洗浄や研磨、透明樹脂コーテイングな
どの工程を、必要に応じて追加することができる。ま
た、各工程におけるカラーレジン、カラーレジスト及び
剥離層の形成は、利用可能な材料の選択により、その材
料の塗布あるいは転写等、その材料に適した適宜手段で
行うことができる。更に、上述した第２及び第３の段階
においては、第２及び第３の色のパターンをレーザーエ
ッチングにより加工するに先立ち、遮光層２上に予め剥
離層３，４を形成し、各カラーレジスト２２，２３の現
像後にこれらの剥離層３，４と共に不要なカラーレジス
トを除去するようにしているが、レジスト感度と現像条
件の調整により、上記剥離層３，４の塗着工程を省略す
ることも可能である。但し、この場合には、研磨など現
像残渣除去手段の追加が必要となることもある。

【００２０】以上に詳述したカラーフィルタ製造方法に
おいては、従来のフォトリソグラフィ工程において必須
のコストのかかるフォトマスクを用いることなく、遮光
層２にＲ，Ｇ，Ｂの３色のパターン１１，１２，１３を
レーザーエッチングにより形成し、しかも、第２及び第
３の色については、この遮光層自体をマスクとして裏面
から露光し、遮光層を通過する露光量の差を利用して選
択的に現像を行うという手段を用いているので、フラッ
トパネルディスプレイ用の顔料分散カラーフィルタを極
めて安価に製造することができる。

【００２１】また、上述したレーザーエッチング加工技
術自体は、従来からエッチング工程での黒パターンの不
良を切り飛ばすレーザーリペア等として既に実用されて
いるものであるが、この技術を上記遮光層に対するパタ
ーニングに用いる場合には、製造工程の単純化、低廉化
というメリットが大きいものの、加工速度が加工面積に
比例するため、従来のフォトマスクを用いるカラーフィ
ルタ製造方式に比べて、加工速度が遅くなるという問題
がある。しかしながら、加工範囲をＲ，Ｇ，Ｂの各色毎
に行い、加工面積をへらすことで、加工速度を実質的に
３倍に引き上げることができるので、上記加工速度の遅
さをある程度カバーすることができ、しかも、今後のレ
ーザー技術の進歩と制御技術の進歩を考慮すれば、加工
速度の点で容易に十分な実用レベルに到達させることが
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
裏面露光により、レーザーエッチング加工した遮光層パ
ターンそれ自身をカラーレジスト露光用のマスクとして
利用するため、従来のフォトリソグラフィ工程において
必須のコストのかかるフォトマスクを用いることなく、
位置ずれのない露光を行うことができ、カラーフィルタ
を安価に製造することが可能になる。

【００２３】また、レーザーエッチング法を上記遮光層
に対するパターニングに用いる場合には、製造工程の単
純化、低廉化というメリットが大きいものの、加工速度
が加工面積に比例するため、従来のフォトマスクを用い
るカラーフィルタ製造方式に比べて、加工速度が遅くな
るという問題があるが、本発明においては、加工範囲を
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎に行い、加工面積をへらすことで加
工速度を実質的に３倍に引き上げることができるので、
この問題点をも克服し、比較的短時間に上記カラーフィ
ルタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｃは、本発明の方法の第１段階の第１色の
カラーレジンによる着色画像形成工程の手順を説明する
ための説明図である。

【図２】Ａ〜Ｅは、本発明の方法の第２段階の第２色の
カラーレジストによる着色画像形成工程の手順を説明す
るための説明図である。

【図３】Ａ〜Ｅは、本発明の方法の第３段階の第３色の
カラーレジストによる着色画像形成工程の手順を説明す
るための説明図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 遮光層 ３，４ 剥離層 １１，１２，１３ 各色のパターン ２１ カラーレジン ２２，２３ カラーレジスト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に遮光層を形成する工程と、該
   遮光層に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のうちのいずれかの色のパ
   ターンをレーザーエッチングにより加工する工程と、そ
   の加工表面に当該色のカラーレジンの層を形成する工程
   と、上記遮光層に上記３色のうちの第２の色のパターン
   をレーザーエッチングにより加工する工程と、その加工
   表面に当該第２の色のカラーレジストの層を形成する工
   程と、該カラーレジストの露光を上記遮光層自体をマス
   クとして透明基板側から行う裏面露光の工程と、露光し
   たカラーレジストの現像及び不要なカラーレジストを除
   去する工程と、上記遮光層に上記３色のうちの第３の色
   のパターンをレーザーエッチングにより加工する工程
   と、その加工表面に当該第３の色のカラーレジストの層
   を形成する工程と、該カラーレジストの露光を上記遮光
   層自体をマスクとして透明基板側から行う裏面露光の工
   程と、露光したカラーレジストの現像及び不要なカラー
   レジストを除去する工程とを備えることを特徴とするレ
   ーザーエッチング方式によるカラーフィルタの製造方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、第２及び
   第３の色のパターンをレーザーエッチングにより加工す
   る工程に先立ち、遮光層上に予め剥離層を形成し、各カ
   ラーレジストの現像後にこの剥離層と共に不要なカラー
   レジストを除去することを特徴とするレーザーエッチン
   グ方式によるカラーフィルタの製造方法。