(57)【要約】【課題】カラーフィルタ用透明基板上に薄膜の樹脂ブラックマトリクスパターンを形成し、該パターン端部上にオーバーラップする突起状の盛り上がり防止と、パターン露光時間の長大化の解消を達成する。【解決手段】カラーフィルタ用透明基板の一面にアルカリ溶解性をもつ黒色熱硬化性樹脂を薄膜状に塗布したのち、全面に水溶性フォトレジストを塗布し、続いて露光・現像処理を行いブラックマトリクスパターンを形成したのち、該ブラックマトリクスパターン形成部分以外のカラーフィルタ用透明基板表面に、Ｒ着色画素、Ｇ着色画素、Ｂ着色画素より構成される着色画素パターンを形成するカラーフィルタの製造方法であり、前記フォトレジストとして、純水に溶解させて塗布できる水溶性フォトレジストを使用するカラーフィルタの製造方法。【選択図】図１
2005208457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリクス及び着色画素の少なくとも１層は、熱硬化性樹脂からなり、該熱硬化性樹脂からなる層は、
（ａ）熱硬化性樹脂からなる薄膜層を積層する工程、
（ｂ）前記熱硬化性樹脂からなる薄膜層上に水溶性フォトレジストを積層形成する工程、（ｃ）前記熱硬化性樹脂及び水溶性フォトレジストを積層した透明基板を露光及び現像する工程、
を経て形成されることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリクスは、熱硬化性樹脂からなり、該ブラックマトリクスは、
（ａ）黒色熱硬化性樹脂からなる薄膜層を積層する工程、
（ｂ）前記黒色熱硬化性樹脂からなる薄膜層上に水溶性フォトレジストを積層形成する工程、
（ｃ）前記黒色熱硬化性樹脂及び水溶性フォトレジストを積層した透明基板を露光及び現像する工程、
を経て形成されることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタにおいて、請求項１記載のカラーフィルタの製造方法を用いたことを特徴としたカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等に使用されるカラーフィルタにおいて、カラーフィルタ用透明基板上に、ブラックマトリクスパターンと、Ｒｅｄパターンと、ＧｒｅｅｎパターンとＢｌｕｅパターン、の各着色画素パターンから構成される着色画素パターンを備えたカラーフィルタの製造方法及びそのカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置等に使用されるカラーフィルタは、ガラス基板上に、規則的なピッチで、格子状、又は平行線状等のパターンで、該パターンが遮光性を具備するブラックマトリクスパターンを設け、該ブラックマトリクスパターンの間に、順番に、Ｒｅｄ着色画素、Ｇｒｅｅｎ着色画素、Ｂｌｕｅ着色画素の各着色パターンから構成されるている。カラーフィルタは、四角形ドット状か、又はストライプ状等の画素形状で、着色画素パターン表示画素が設けられ、該ブラックマトリクスパターンとカラーフイルタ着色画素パターン（以下着色画素パターンと記す）の上側には、適宜透明導電膜又は透明保護膜が積層されている。
【０００３】
上記カラーフィルタにおいては、ブラックマトリクスパターンと着色画素パターンとの隣接部分に空隙が形成されないように、ブラックマトリクスパターンとカラーフィルタの着色画素パターンは互いに密に隣接させるか、互いの端部がオーバーラップするように設けられている。
【０００４】
一般的に、液晶表示装置の表示パネルに使用されるカラーフィルタの上記ブラックマトリクスパターンは、表示画像のコントラストを高めるために、遮光性があって且つ反射率が低い方がよい。
【０００５】
例えば、ガラス基板上にブラックマトリクスパターンを形成したカラーフィルタは、金属蒸着方式によりガラス基板上に形成されたクロム蒸着薄膜をパターンエッチングするフォトリソグラフィー方式によりパターン形成したもの、あるいは、遮光性があり反射率が低い黒色着色顔料を光硬化型樹脂に分散した顔料分散フォトレジストを用いてフォトリソグラフィー方式によりパターン形成したものなどがある。
【０００６】
上記クロム蒸着薄膜のパターンエッチング方式により形成したものは、ブラックマトリクスパターンが比較的薄膜に形成でき、遮光性のある精度の良いブラックマトリクスパターンが得られるが、ガラス基板面側から見た場合、光沢性及び光反射率が高いため、明るい所での画像コントラストが低下することが欠点としてあり、また、他の方式に比較してクロム金属蒸着に多大の製造原価が掛かる。
【０００７】
また、着色フォトレジストを用いてフォトリソグラフィー方式により着色画素パターンの形成は、蒸着方式よりも比較的安価に製造でき、低反射性（光吸収性）が得られるものの、特に遮光性（光学的濃度）を得るためにブラックマトリクスパターンの膜厚を厚く設定する必要があり、そのため、ブラックマトリクスパターン端部上にオーバーラップする着色画素パターンの各Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素パターン（着色画素）端部が盛り上がって突起部が発生し易く、また膜厚の大きい該ブラックマトリクスパターン自体もその端部が突起状に高く盛り上がり易く、カラーフィルタと対向する対向電極板とを重ね合わせて、該セルギャップ（カラーフィルタと対向する対向電極板との隙間）に液晶を封入する液晶表示パネル装置として、パネル化した際に、液晶セルギャップとしての重ね合わせの隙間の距離が不均一になり、セルギャップ不良の原因となる場合がある。
【０００８】
ブラックマトリクスパターンの膜厚を小さくするために黒色フォトレジストの黒色成分濃度を向上させると、その他の樹脂、モノマー、開始剤等の硬化成分が減少し、結果として感度、基板密着性等のフォトレジスト特性が低下する問題があった。また、パターン形成時に使用されるパターン露光光線が、顔料分散フォトレジスト膜を透過してガラス基板１面に到達する以前に、顔料分散フォトレジスト膜の黒色顔料によって吸収されて、実際にガラス基板面に到達する光量が極端に（例えば、１／１０００〜１／１００００に）減少し、そのためパターン露光のための露光時間の長大化が生じ、長い露光時間によるガラス基板１面でのハレーションの発生などによって、ブラックマトリクスパターンのパターンエッジ部分の形状等の精度の低下を生じる等の問題があった。
【０００９】
従来光硬化性をもたない熱硬化性顔料分散樹脂をパターニングする方法として特許文献１、特許文献２に示されているような熱硬化性顔料分散樹脂上にポジ型フォトレジストを塗布し、アルカリ水溶液現像でパターニングする方法がある。この方法では、ポジ型フォトレジストの塗布時と、レジスト剥離時とに有機溶剤を使用するため、熱硬化性顔料分散樹脂がその有機溶媒にさらされ、硬化前の熱硬化性顔料分散樹脂がアルカリ現像性をもち且つその有機溶剤に耐性を持つことが必要となる。したがって、汎用性の高いアルカリ水溶液現像性をもつアクリル樹脂などは概してその有機溶媒耐性が悪いために使用できずコストの向上の問題があった。
【００１０】
下記に公知の文献を記す。
【特許文献１】特開平７−１９８９２７号公報
【特許文献２】特開平８−３１１３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明方法は、着色フォトレジストではなく、着色熱硬化性樹脂と水溶性フォトレジストを用いてパターンを形成することで、フォトレジスト特性を考慮することなく熱硬化性黒色樹脂部の遮光性を着色フォトレジストよりも向上させブラックマトリクススパターンを薄膜化し、該ブラックマトリクスパターン端部上にオーバーラップする各着色画素パターンの突起状の盛り上がり防止を達成し、また、フォトレジスト部分は着色熱硬化性樹脂部の遮光性によらず、感度を向上させることができるため、黒色成分濃度を向上させたことによるパターン露光時間の長大化の解消を達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリクス及び着色画素の少なくとも１層は、熱硬化性樹脂からなり、該熱硬化性樹脂からなる層は、
（ａ）熱硬化性樹脂からなる薄膜層を積層する工程、
（ｂ）前記熱硬化性樹脂からなる薄膜層上に水溶性フォトレジストを積層形成する工程、（ｃ）前記熱硬化性樹脂及び水溶性フォトレジストを積層した透明基板を露光及び現像する工程、
を経て形成されることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１３】
本発明の請求項２に係る発明は、透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタの製造方法において、ブラックマトリクスは、熱硬化性樹脂からなり、該ブラックマトリクスは、
（ａ）黒色熱硬化性樹脂からなる薄膜層を積層する工程、
（ｂ）前記黒色熱硬化性樹脂からなる薄膜層上に水溶性フォトレジストを積層形成する工程、
（ｃ）前記黒色熱硬化性樹脂及び水溶性フォトレジストを積層した透明基板を露光及び現像する工程、
を経て形成されることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【００１４】
本発明の請求項３に係る発明は、透明基板上にブラックマトリクス及び着色画素を有するカラーフィルタにおいて、請求項１記載のカラーフィルタの製造方法を用いたことを特徴としたカラーフィルタである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、遮光性をもつブラックマトリクスパターンを、これまでよりも薄膜でパターン形成でき、Ｒ着色画素、Ｇ着色画素、Ｂ着色画素部の盛り上がりを防ぐことで精度良くカラーフィルタが製造でき、またパターン露光時間の長大化を防いで、パターン露光時におけるカラーフィルタ用透明基板面でのハレーション発生等の心配を無くし、ブラックマトリクスパターンエッジ部分の精度向上を図ることができる等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法を、図１（ａ）〜（ｊ）の製造工程を示す側面断面図に従って以下に詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すように、カラーフィルタ用透明基板（以下透明基板と記す）の一面上に、アルカリ溶解性をもつ黒色の熱硬化性樹脂を薄膜状に塗布する。透明基板としては、透明なガラス、プラスチック板等を用いることができる。光吸収性の黒色熱硬化性樹脂２を、全面に膜厚０．３〜１．４μｍ程度の薄膜状、好ましくは１．０μｍ程度の厚みになるように塗布する。なお、塗布方法は、バーコーター、ロールコーター、ダイコーター、コンマコーター、グラビアコーター、スピンコーター等の公知の塗布手段を用いることができる。
【００１８】
本発明の製造方法において使用する熱硬化性樹脂は、アルカリ性水溶液にて現像可能な、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂等の合成樹脂、又はこれらの樹脂のうちいずれかの樹脂を複合した複合樹脂を主体とする熱硬化性樹脂が適当であり、該樹脂中に、低反射性（光吸収性）の黒色若しくは黒色系、暗色系の顔料や染料を分散状態で混合したものを黒色熱硬化性樹脂としてブラックマトリクスパターンの形成に用いる。また、前述の顔料や染料としてＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅに発色する着色料を加えた場合は着色画素パターンの形成に用いることもできる。
【００１９】
次に、図１（ｂ）のように、光吸収性の黒色熱硬化性樹脂２を全面に塗布した透明基板上面に水に溶解させた水溶性フォトレジスト３を、全面に膜厚０．３〜２．０μｍ程度の薄膜状、好ましくは１．０μｍ程度の厚みになるように塗布する。また、塗布方法としては熱硬化性樹脂と同様、公知の塗布手段を用いることができる。
【００２０】
本発明方法において使用する水溶性フォトレジストは純水、アルカリ性水溶液ともに現像可能な、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリＮ−ビニルピロリドン系樹脂、ポリエチレンオキシド系樹脂等の合成樹脂、又はこれらの樹脂のうちのいずれかの樹脂を複合した複合樹脂を主体とする水溶性のフォトレジストが適当である。フォトレジストのキャスト溶媒は、塗布時に下層のブラックマトリクス形成樹脂（或いは着色画素形成樹脂）を溶解させない水性の溶媒であれば問題ないが、好ましくは中性に近
い水、特に純水であることが好ましい。
【００２１】
次に、図１（ｃ）のように、フォトレジスト３塗布側より、格子状パターン、ストライプ状パターン等のフォトマスク４を用いて、平行光露光、投影露光方式により、又はパターン走査露光方式によりパターン露光を行う。これら露光に用いられる光とは、広く可視光線や紫外光線などの光を含有し、当該光の照射によって水溶性フォトレジスト中の反応性基の反応を促すことができるものであればよい。
【００２２】
続いて、図１（ｄ）のように現像液６にて現像処理を行うことで未硬化の水溶性フォトレジストと、その下の黒色熱硬化性樹脂２が取り除かれ、水溶性フォトレジストと、黒色熱硬化性樹脂２のパターニングを行うことができる。続いて、図１（ｅ）のように加圧した水（加圧水７と記す）を基板上面から噴霧して硬化した水溶性フォトレジスト３ａを除去するとブラックマトリクスパターン２ａが残される。
【００２３】
前記現像液６としては、未硬化の水溶性フォトレジストと未硬化の熱硬化性樹とを溶解させることのできる現像液が好ましく、特に水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウム等のアルカリ性水溶液が好ましい。
【００２４】
前記加圧水７としては、未硬化の熱硬化性樹に影響を与えない程度の圧力で噴霧される水であり、特に純水が好ましい。
【００２５】
レジスト剥離後は、２３０℃にて、３０分間のポストベークを行い、熱硬化性樹脂に耐溶剤性を付与する。このようにして形成されたブラックマトリクスの光学濃度は、２．０〜５．０程度、好ましくは３．０〜４．０がよい。
【００２６】
最後に、図１（ｆ）のように、ブラックマトリクスパターン２ａの開口部の透明基板１表面に、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの各着色画素パターンを積層する。着色画素形成樹脂自体に感光性を持たせることで特にフォトレジストを用いることなくパターニングを行うこともできるし、印刷やインキジェット等の方法で直接パターン状に積層することもできる。或いは、特に感光性を有しない樹脂とした場合は、水性フォトレジストを用いてパターニングを行うこともできる。
【００２７】
本発明のカラーフィルタにおいて、前記着色画素パターンをパターン形成する場合は、従来公知のカラーフィルタの着色画素パターンを形成する方法と同様の方法、例えばゼラチン等の染色性の良い透明な感光液とＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの各染料とを用いたレリーフ染色法や、前述のＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの各顔料分散フォトレジストを用いた顔料分散フォトレジスト法や、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの各着色印刷インキを用いた凹版オフセット印刷法等の印刷法による有機着色画素パターン形成法やＢｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの各着色印刷インキを用いたインクジェット形成法によって、ブラックマトリクスパターン２ａと着色画素パターンを互いにその端縁部が密に隣接、若しくは着色画素パターンがブラックマトリクスパターン２ａ上にその端縁部がオーバーラップするように、フィルタ色パターンをパターン形成するものである。着色画素パターンの形状は四角形ドット状、ストライプ状等を適宜選択することができる。
【００２８】
各着色画素パターン形成樹脂は、ブラックマトリクスと同様に熱硬化性樹脂とし、その上に水溶性フォトレジストを積層してパターニングを行い、各着色画素としてもよく、この場合の形成方法は、ブラックマトリクスパターンと同様の工程となる。
【００２９】
なお、本発明においては、上記のようにして形成されたカラーフィルタのブラックマトリクスパターン２ａ及び着色画素パターン上に、適宜パターン状のＩＴＯ膜（酸化インジ
ウムにスズをドーピングした膜）等の透明導電膜、もしくは透明保護膜を形成するものであってもよい。
【実施例１】
【００３０】
本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を、図１（ａ）〜（ｊ）の側面断面図に従って以下に詳細に説明する。
【００３１】
まず、図１（ａ）、透明なガラスのカラーフィルタ用透明基板１の一面上に、下記の方法で調整した光吸収性の黒色熱硬化性樹脂２を、全面に膜厚１．０μｍの薄膜状に塗布した。前記黒色熱硬化性樹脂２は、アクリル樹脂（メタクリル酸２０部、ヒドロキシメタクリレート１５部、メチルメタクリレート１０部、ブチルメタクリレート５５部を、エチルセロソルブ３００部に溶解し、窒素ガス雰囲気下で、アゾビスニトリル０．７５部を加えて、７０℃、５時間反応させ得られたアクリル樹脂）を、アクリル樹脂濃度１０％（重量比）になるようにエチルセロソルブで希釈した。前記希釈したアクリル樹脂液７０ｇに対し、カーボン顔料１５ｇ、光重合モノマー（ペンタエリスリトールトリアクリレート）５．１ｇ、分散剤０．９ｇを添加して、３本ローラで十分混練し、作製した。
【００３２】
次に、同図１（ｂ）のように、光吸収性の黒色熱硬化性樹脂を全面に塗布した透明基板上面へ、純水に溶解させた水溶性フォトレジスト３を、全面に膜厚１．０μｍの薄膜状に塗布した。前記水溶性フォトレジスト３は、水溶性フォトレジストＲＳＰ（商品名、東洋合成工業（株）製）を用いた。
【００３３】
次に、同図１（ｃ）のように、水溶性フォトレジスト３側より、格子状のパターンであるフォトマスク４を用いて、超高圧水銀灯を光源とした紫外線によるプロキシミティ露光により露光した。このときの照射量は、５０ｍＪ／ｃｍ2であつた。
【００３４】
続いて、図１（ｄ）のようにアルカリ性水溶液を現像液６として現像処理を行い、ブラックマトリクスパターン２ａ及びフォトレジストパターン３ａを形成した。前記現像液６は、重量比で、１％炭酸ナトリウム水溶液を用いた。
【００３５】
続いて図１（ｅ）のように加圧した純水（加圧水７）を透明基板の水溶性フォトレジスト積層面から噴霧して硬化した水溶性フォトレジスト３ａを除去し、ブラックマトリクスパターン２ａのみを残した。
【００３６】
次に、２３０℃にて、３０分間のポストベークを行い、黒色熱硬化性樹脂であるブラックマトリクスに耐溶剤性を付与した。このようにして形成されたブラックマトリクスパターンの光学濃度は４．０であった。
【００３７】
次に、図１（ｆ）のように、ブラックマトリクスパターン２ａの開口部の透明基板１表面に、Ｒ着色画素を形成するためのＲ熱硬化性樹脂１２を、全面に膜厚１．０μｍの薄膜状に塗布した。
【００３８】
次に、同図１（ｇ）のように、前記Ｒ着色画素の熱硬化性樹脂の上面へ、水に溶解させた水溶性フォトレジスト１３のＲＳＰ（商品名、東洋合成工業（株）製）を、全面に膜厚１．０μｍの薄膜状に塗布した。
【００３９】
次に、同図１（ｈ）のように、水溶性フォトレジスト１３側より、四角形ドット状の着色画素パターンであるフォトマスク１４を用いて、超高圧水銀灯を光源とした紫外線によるプロキシミティ露光により露光した。この時の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ2であった。
【００４０】
続いて、図１（ｉ）のようにのようにアルカリ性現像液６の重量比で、１％炭酸ナトリウム水溶液にて現像処理を行い、Ｒ着色画素パターン１２ａ及び水溶性フォトレジストパターン１３ａを形成した。
【００４１】
現像処理後、２３０℃にて、３０分間のポストベーク処理を行い、熱硬化性のＲ着色画素パターンを硬化さて耐溶剤性を付与した。
【００４２】
続いて図１（ｊ）のように加圧した加圧水７を透明基板の水溶性フォトレジスト積層面から噴霧して硬化した水溶性フォトレジスト１３ａを除去し、Ｒ着色画素パターン１２ａとした。すなわち、透明基板１上にはブラックマトリクスパターン２ａとＲ着色画素パターン１２ａが形成された。
【００４３】
図では、表示していないが、続いてＧｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの各着色画素パターンをＲ着色画素パターンと同様に形成していくことにより、本発明のカラーフィルタが完成した。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）〜（ｊ）は、本発明のカラーフィルタの製造方法を説明する製造工程の概要側断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…カラーフィルタ用透明基板
２…着色熱硬化製樹脂（ブラック）
２ａ…ブラックマトリクスパターン
３…水溶性フォトレジスト
３ａ…水溶性フォトレジストスパターン
４…フォトマスク
６…現像液
７…加圧水
１２…着色熱硬化性樹脂（Ｒ画素用の）
１２ａ…Ｒ着色画素パターン（熱硬化性樹脂の）
１３…水溶性フォトレジスト
１３ａ…水溶性フォトレジストスパターン
１４…フォトマスク
【図１】
2005208457.tif 000003