特許 5724219 カラーフィルタ基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5724219

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】カラーフィルタ基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20150507BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20150507BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/20 101

   G02F1/1335 500

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-124093(P2010-124093)

(22)【出願日】2010年5月31日

(65)【公開番号】特開2011-248281(P2011-248281A)

(43)【公開日】2011年12月8日

【審査請求日】2013年4月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】木部 英敏

【審査官】 居島 一仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０５８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３６２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２７３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７１４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２８５６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ５／２０−５／２８

Ｇ０２Ｆ１／１３３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に、ブラックマトリックスとデルタ配列する着色画素層をフォトリソ法により形成し、その後透明電極層を積層して製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、
着色画素形成用の感光性樹脂材料を用いて、着色画素の角部が隣接する部位に生じる凹み分を予め底上げしておく補正パターンを四角形形状または、前記凹み部分に沿う三角形形状に形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、着色画素がデルタ配列するカラーフィルタ上に透明電極を形成する場合に生じるクラックの抑制方法に関する。

【背景技術】

【0002】

図1に、液晶表示装置に使用する典型的なカラーフィルタ基板の断面構造を示した。カラーフィルタ基板は、透明基板１上に遮光層としてのブラックマトリックス２を先ず形成し、次いでブラックマトリックス（以下、ＢＭと記す。）の開口部分に赤３、緑４、青５の着色層を規則的に配列させて形成し、最後に透明電極層６を最上層として形成したものである。最近では、カラーフィルタ上の所定の箇所にフォトスペーサや配向制御用の突起を形成することもある。

【0003】

カラーフィルタ基板の製造方法にはインクジェット法等いくつかあるが、代表的な製造方法は、ガラス基板１の中央部に着色したフォトレジストを吐出口から滴下するか、あるいはスリット状のノズルから基板上に滴下展開してから、ガラス基板１をスピンコーターを用いて回転させて薄い着色レジストからなる皮膜を形成して、定法のフォトリソグラフィ技術を適用する顔料分散法である。

【0004】

顔料分散法を適用して形成する着色画素の配列パターンには、帯状に形成した赤、緑、青の着色層を周期的にストライプ状に並べるもの、略四画形状に形成した赤、青、緑の着色画素を図２に示すように３色一組を単位として敷き詰めるデルタ配列がある。デルタ配列はストライプ配列に比べ着色画素の製造には若干の困難が伴うが、自然な色彩感が得られるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

デルタ配列は、図２を用いて説明すると、相違する３色の着色画素３，４，５を周期的に横方向に直線的に並べ、同じ着色画素配列を1画素半ずつずらして上下方向に敷き詰めたものである。このデルタ配列パターンにおいては、隣接する２色の画素、例えば画素４と画素５の角部と残りの１色の画素３の辺部分が３つの画素の会合部７となっている。これに対し、ストライプ状の着色画素パターンにあっては角部分が集合することがない。

【0006】

ところで、着色画素がデルタ配列するカラーフィルタ上に、液晶駆動用の透明電極層６（以下、ＩＴＯとも記す。）を形成すると、画素上の透明電極層に上記の会合部７を起点としてクラック８が入るという問題があった。仔細に観察すると、理想的には直角であるはずの着色画素の角部が、実際には直角にはならず丸みを呈して薄くなっており、角部の会合部７が微小な凹みとなっていることがわかった。この角部の丸み自体と薄膜化は、着色画素３，４，５を感光性樹脂を用いてフォトリソ法で製造している限り、避けがたいものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平８−１１０５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、デルタ配列する着色画素の角部が会合する部分に生じる凹みを起点にして発生する透明電極層のクラック発生を抑止する手段の提供を目的とした。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、基板上に、ブラックマトリックスとデルタ配列する着色画素層をフォトリソ法により形成し、その後透明電極層を積層して製造するカラーフィルタ基板の製造方法において、着色画素形成用の感光性樹脂材料を用いて、着色画素の角部が隣接する部位に生じる凹み分を予め底上げしておく補正パターンを四角形形状または、前記凹み部分に沿う三角形形状に形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法としたものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、着色画素間の凹みを埋設することで、当該凹みの透明電極層が周囲の着色画素上と同じ厚さで形成される結果、透明電極層のクラック発生が抑止され液晶表示装置の画質が向上する。
付加的な効果としては、カラーフィルタの平坦性が向上する結果、着色画素間の配向性も向上し、画素上の液晶配向に悪影響を与えないので表示画質の向上が期待される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一般的なカラーフィルタ基板の構成を説明する断面視の図である。

【図2】デルタ配列における赤、緑、蒼の着色画素の並び方を説明する図である。

【図3】凹み埋設用の補正パターンの例。（ａ）着色画素の補正パターン、（ｂ）ＢＭで積層補正した場合の断面視の図。

【図4】凹みとなる部位を予め埋設した状況を説明するための断面視の図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

先ず、本発明の概要を図面を参照して説明する。

【0016】

図２に示すデルタ配列する着色画素間の会合部７におけるＩＴＯと着色層の積層部分をＦＩＢ（field Ion beam）観察したところ、画素上では１４００Å程度であるＩＴＯの膜厚がＩＴＯクラックの起点となっている部分では１０００Å程度と概ね６〜７０％まで薄くなっていることが判明した。さらに、この会合部７では、通常の赤、緑、青の着色画素部に比べ、緑色と青色画素の角部が現像時に溶出して膜厚が５０％程度まで薄くなって周囲に対し相対的に凹んでおり、画素のフリンジ（凹みも側面）も斜めとなっていた。すなわち、微小な凹みでは、ＩＴＯが製膜されにくくなる結果、ＩＴＯ膜厚が薄くなり、その後のＩＴＯ焼成工程での熱履歴や形状の異方性等に起因するストレスにより不均一な応力がＩＴＯに加わり、薄いところから厚いところにかけてクラックが発生伝播するものと推察された。

【0017】

この観察結果や推測を踏まえ、本発明は、現像時に感光性樹脂が溶出して凹みとなった部分を感光性樹脂をパタニングして事後的に埋設するか、なりうべき部位を予め感光性樹脂の硬化物で底上げしておいて、平坦になるようにしておくことで、その後に形成されるＩＴＯ膜の厚みを周囲の画素部と同等の厚みに保持し、不均一な応力がＩＴＯ膜に加わらないようにしたものである。以下では、事前に底上げをしておく場合を主に記載するが、この場合も「埋設」と記すことにする。

【0018】

凹みに相当する部位を予め底上げしておくためにフォトリソ法を適用するので埋設材料として感光性樹脂組成物を使用する。したがって、ＢＭ形成用もしくは着色画素形成用の感光性樹脂材料のいずれかを使用するのが望ましい。もちろん、ＢＭとカラーフィルタを形成した後に、生じている凹みを、前記の感光性樹脂で埋設しても構わないし、あるいはフォトスペーサや配向制御用の突起を形成する際に一括形成することも可能である。

【0019】

図３（ａ）に赤の着色画素３を形成すると同時に、凹みとなる部位まで赤の着色層が延在するように補正パターン１０を形成しておく場合を模式的に示した。図からは明確ではないが、緑、青の着色画素でも同様な延在加工を行う。図３（ｂ）には、ＢＭ層を形成した後、凹みとなりえる部位に、改めて事前にＢＭ層を形成し厚くしておく場合を図示した。図４（ａ），（ｂ）は、角部が会合する部位の凹みが、予め事前に底上げしておくことで平坦になる様子を示すものである。

【0020】

目的とする部材（例えば、着色層）の厚さと凹みを埋設するのに必要な厚みが大幅に異なると、同時にはパタニングができないが、グレイスケールマスク等を使用すれば１回の露光・現像処理で厚みの異なるパターンの一括形成が可能である。

【0021】

以下、カラーフィルタ基板の製造例に則し、図を参照しながら本発明を説明する。

【実施例】

【0022】

（基板の準備）
本発明で使用する透明基板１としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂基板が用いられる。透明性、強度、耐熱性、耐候性において優れた２００ｃｍ×１５０ｃｍサイズのガラス基板を用いた。

【0023】

（ブラックマトリックスの作製）
ＢＭ２は、基板1上に着色画素がデルタ配列するので、マトリクス状に設ける。基板１の表面を多数の領域に区分けすると共に、この多数の領域のそれぞれに規則的に配置される着色画素から出射する光の混色を防止する機能を有するものである。

【0024】

着色画素間に凹み７が生じないように予め底上げしておく材料としてＢＭ硬化物を使う場合には、通常のフォトマスクを用いて定法のフォトリソ工程を行いＢＭ２を形成し、その後、凹み埋設用の専用パターンを有するフォトマスクを用いてＢＭ上にさらに所定の厚み分積層した（図３（ｂ）参照）。
下記に記載のネガ型の黒色感光性樹脂を使う場合には、凹みのサイズよりも５μｍほど大きく設定した１５μ×１２μｍの開口部を有する専用フォトマスクを使って露光をした。
尚、着色画素用の感光性樹脂で凹みを埋設する場合には、ＢＭを積層する必要はない。

【0025】

ＢＭ形成用感光性組成物は下記の材料を混合して調合した。
・カーボンブラック分散液：ＴＰＢＫ−２０１６（御国色素社製） ２８．５重量部
・樹脂：Ｖ２５９−ＭＥ（新日鐵化学社製） １０．３重量部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） ２．５８重量部
・開始剤：ＯＸＥ−０２（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製） ０．８６重量部
・溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ９２．０重量部
エチル−３−エトキシプロピオネート ４．３重量部
・レベリング剤：ＢＹＫ−３３０（ビックケミー社製） １．３重量部

【0026】

ガラス基板1に、上記ＢＭ形成用感光性組成物をスロットコート法により塗膜を形成し
、１００℃で３分間乾燥の後、膜厚１．５μmの黒色感光層を作製した。その後、得られた黒色感光層にＢＭ用フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を２００ｍＪ／ｃｍ²照射し、２．５％炭酸ナトリウム水溶液にて３０秒間現像、現像後水洗、乾燥させた後、パターンを定着させるため２３０℃６０分焼成することで、基板1の所定位置にマトリクス状の線幅６μmのＢＭ2を形成した（図３（ｂ））。

【0027】

＜凹み部の埋設＞
その後、凹み埋設用の専用フォトマスクを用いて、ＢＭ２から所定の面積だけ延在する補正パターン１１を上記フォトリソ工程を繰り返して形成した。埋設部樹脂硬化物の仕上がりのサイズは１０μｍ×７μｍ、厚み１μｍとなっていた。

【0028】

＜カラーフィルタの形成＞
感光性の着色材料硬化物で凹みを埋める場合には、最初に形成する着色画素を赤にする場合には、赤色画素と埋設部位を同時に形成するが、そのために通常の着色用のフォトマスクに補正を加えたものを使用する。図３（ａ）に示すように、赤色画素３の辺から突出する補正パターン１０を加えたフォトマスクを使用した。辺部分は、現像時直線的に溶出するだけで丸みを帯びるように溶出することがないからである。尚、補正部位のパターン形状は図３（ａ）のように四角形形状でも良いし、あるいは凹みに沿うように三角形形状とすることも可能である。あるいは、角部を突出するような補正したマスクを使っても構わない。引き続く緑画素形成工程、青画素形成工程の時点でもそれぞれ対応する凹み部分が埋設される。

【0029】

＜赤色感光性組成物の調整＞
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４ １８重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ-ＣＦ」）
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ ２重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）
・分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」） ２重量部
・アクリルワニス（固形分２０％） ５０重量部

【0030】

その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色感光性組成物を得た。
・上記分散体 ７２重量部
・樹脂：熱可塑性アクリル系樹脂 ２８重量部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） １２重量部
・開始剤：Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）
３重量部
・増感剤：ＥＡＢ−Ｆ（保土ヶ谷化学社製） １重量部
・溶剤：シクロヘキサノン ２５３重量部

【0031】

＜赤色画素形成＞
ＢＭ2が形成されたガラス基板1上に、上記赤色感光性組成物をスリットコート法により塗膜を形成し、９０℃で５分間乾燥の後、膜厚２μmの赤色感光層を作製した。 得られた赤色感光層に赤層形成用のデルタ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ² 照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像、現像後水洗、乾燥させた後、パターンを定着させるため２３０℃３０分焼成することで、所定部位に突出した補正パターン１０を有する赤色画素３（図３（ａ））を形成した。
アルカリ現像液は、下記の組成のものを使用した。
・炭酸ナトリウム １．５重量部
・炭酸水素ナトリウム ０．５重量部
・陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ） ８．０重量部
・水 ９０重量部

【0032】

次に、緑色画素を形成する。この場合にも、補正部を設けたマスクを使用する。
＜緑色感光性組成物の調整＞
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色顔料の分散体を作製した。
・緑色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６
（東洋インキ製造（株）製「リオノールグリーン ６ＹＫ」） １６重量部
・黄色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０
（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ-５６８８」） ８重量部
・分散剤（ビックケミー社製「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ-１６３」） ２重量部
・アクリルワニス（固形分２０％） １０２重量部

【0033】

その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色感光性組成物を得た。
・上記分散体 １２８重量部
・樹脂：熱可塑性アクリル系樹脂 ２９重量部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） １４重量部
・開始剤：Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）
４重量部
・増感剤：ＥＡＢ−Ｆ（保土ヶ谷化学社製） ２重量部
・溶剤：シクロヘキサノン ２５７重量部

【0034】

＜緑色画素形成＞
ＢＭ2および赤色画素3が形成されたガラス基板1に、上記緑色感光性組成物をスリットコート法により塗膜を形成し、９０℃で５分間乾燥の後、膜厚２μmの緑色感光層を作製した。 得られた緑色感光層に緑層形成用のストライプ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ² 照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像、現像後水洗、乾燥させた後、パターンを定着させるため２３０℃３０分焼成することで、補正の加えられた緑色画素４を形成した。アルカリ現像液は、上記着色画素形成と同じ組成のものを使用した。

【0035】

＜青色感光性組成物の調整＞
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して青色顔料の分散体を作製した。
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６
（東洋インキ製造（株）製「リオノールブルーＥＳ」） ３．６重量部
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ０．６重量部
・アクリルワニス（固形分２０％） ２２．１重量部

【0036】

その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して青色感光性組成物を得た。
・上記分散体 ２８．３重量部
・樹脂：熱可塑性アクリル系樹脂 ９．４重量部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） ４．７重量部
・開始剤：Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）
１．４重量部
・増感剤：ＥＡＢ−Ｆ（保土ヶ谷化学社製） ０．２重量部
・溶剤：シクロヘキサノン ２６重量部
２−アセトキシ−１−メトキシプロパン １１重量部
酢酸イソペンチル ２０重量部

【0037】

＜青色画素形成＞
ＢＭ2と赤色画素3、および緑色画素5が形成されたガラス基板1に、上記青色感光性組成物をスリットコート法により塗膜を形成し、９０℃で５分間乾燥の後、膜厚２μmの青色感光層を作製した。 得られた青色感光層に青層形成用のストライプ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ² 照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像、現像後水洗、乾燥させた後、パターンを定着させるため２３０℃３０分焼成することで、青色画素５を形成した（図３（ｂ））。アルカリ現像液は、上記着色層と同じ組成のものを使用した。

【0038】

以上の工程で、ガラス基板1上にＢＭ２、赤色画素３、緑色画素４および青色画素５からなるカラーフィルタが形成された。

【0039】

＜透明電極の形成＞
次に、前記カラーフィルタ上に、スパッターリング法を用いて、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を透明電極層６として、１４００Å積層し、その後２１０℃で３０分の焼成した。
着色画素に補正パターンを入れた場合と凹み部分にＢＭを積層した場合には、凹みを起点にＩＴＯクラックが入ることはなかった。ＩＴＯの厚みは、概ね１４００Åであった。凹みを埋設しなかった場合には、凹みのＩＴＯ厚みは概ね９００Å程度でクラックの発生が見られた。

【符号の説明】

【0040】

１、ガラス基板
２、ブラックマトリックス(ＢＭ）
３、赤色着色画素
４、緑色着色画素
５、青色着色画素
６、透明電極層
７、会合部（凹み）
８、クラック
１０、補正パターン（着色層）
１１、補正パターン（ＢＭ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】