(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に少なくとも遮光層、有機着色層、透明電極膜を有するカラーフィルターの製造法において、前記透明電極膜の成膜温度が６０〜１８０℃であり、かつ成膜後に１８０〜２８０℃の温度でアニール処理を行うものであって、該アニール処理が１Ｐａ以下の減圧雰囲気で行われる第１段階と大気圧雰囲気で行われる第２段階の２つのステップで行われることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記第２段階において、大気圧のオーブンで加熱することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルターの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルターの製造工程は、一般にガラス、高分子フィルム等の透明基板上に金属クロム、酸化クロム、黒色顔料を分散した樹脂等からなる遮光層および赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各着色層を所定のパターン形状で形成した後、必要によってこの上に保護膜層を形成し、透明導電膜層を形成する工程からなる。この透明導電膜層には高い光線透過率と低い抵抗値が必要とされており、これらの点から好適な材料として、酸化錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）が広く使用されている。透明導電膜膜の形成方法としてはスパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの方法が知られているが、いずれも減圧雰囲気下で基板を加熱することが必要である。着色層は、顔料を分散した樹脂からなることが多く、加熱温度が高すぎると着色層が色落ちするなどの問題が生じる。このため最近では、比較的低温で高い光線透過率と低い抵抗値が得られるスパッタ法によることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタリングで形成されるＩＴＯ膜の特性は、成膜条件により大きく異なり、一般に成膜温度が高いほど低抵抗の膜が得られる。たとえば特開平５−１０６０３５号公報の第４頁第００２３欄に記載のように、成膜温度２００℃で比抵抗２×１０-4Ω・ｃｍのＩＴＯ膜が得られるという記載がある。しかしこのような温度でＩＴＯ膜を成膜した場合、膜中に大きな圧縮応力が残留する。このためカラーフィルター基板に反りが生じたり、ＩＴＯ膜成膜後や液晶配向膜キュア時の加熱時にＩＴＯ膜にクラックが入ったり、着色層や保護膜層に細かいしわが生じるなどの問題が発生しやすい。このようなカラーフィルターを使用して液晶表示装置を作成するとセルギャップが不均一になったり、液晶の配向が乱れて表示ムラが発生することがある。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の欠点を改良し、ＩＴＯにクラックが生じにくいカラーフィルターの製造方法を提供することをその課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のカラーフィルターの製造方法は下記の構成からなる。
【０００６】
すなわち、（１）透明基板上に少なくとも遮光層、有機着色層、透明電極膜を有するカラーフィルターの製造法において、前記透明電極膜の成膜温度が６０〜１８０℃であり、かつ成膜後に２００〜２８０℃の温度でアニール処理を行うものであって、該アニール処理が１Ｐａ以下の減圧雰囲気で行われる第１段階と大気圧雰囲気で行われる第２段階の２つのステップで行われることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。（２）前記第２段階において、大気圧のオーブンで加熱することを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルターの製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる基板は、透明なものであれば特に限定されないが、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどが多く用いられる。ポリエステル、ポリエーテルスルフォンなどの透明な樹脂を用いることもできる。
【０００８】
遮光層としてはクロムやクロムと酸化クロムや窒化クロムの多層膜などからなる無機系やアクリル樹脂、ポリイミド樹脂などに黒色顔料を分散した有機系の材料が用いられる。無機系、有機系とも本発明において好適に用いられるが、成膜に複雑な真空装置を要する無機系に比べて製造コストの面で有利な有機系を用いるのが望ましい。遮光層の厚みは無機系で０．１〜０．３μｍ、有機系で０．５〜２μｍのものが多く用いられる。遮光層は通常フォトリソグラフィ法により所定のパターンを形成する。
【０００９】
有機着色層は顔料を樹脂に分散したものが用いられる。樹脂としては１８０℃以上のアニール処理でも軟化、分解、着色を生じない材料が用いることができ、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂およびこれらの混合物が好ましく用いられる。これらの中でも耐熱性に優れている点でポリイミド樹脂が好ましい。耐熱性が良好であれば、より高温でアニール処理を行うことができ、アニール後の透明導電膜膜は低抵抗となる。有機着色層も遮光層と同様に通常フォトリソグラフィ法により所定のパターンを形成する。
【００１０】
本発明では必要により保護膜層を形成することができる。保護膜層としてはポリイミド樹脂、オルガノシランを縮重合して得られるシリコーン樹脂、オルガノシランとイミド基を有する化合物とを縮重合して得られるイミド変性シリコーン樹脂、アクリル樹脂などが用いられる。
【００１１】
本発明で使用される透明導電層としては酸化スズ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）などがあるが、中でもＩＴＯが高透明性および低抵抗性の点で好ましい。ＩＴＯにおける酸化スズの添加量は重量で５〜１５％の範囲が抵抗値を小さくするために好ましく、８〜１２％がさらに好ましい。透明導電層の厚みは、必要とされる表面抵抗値によって変わるが、０．０１〜０．５μｍの範囲が好ましく、０．０５〜０．３μｍの範囲がさらに好ましい。膜厚が薄すぎると均一な膜にならず抵抗値が不安定になる。また、膜厚が厚すぎると膜の透明性が悪くなる。
【００１２】
透明導電膜の成膜はカラーフィルターにダメージを与えないような２５０℃以下の温度で成膜しても抵抗値が低く、透明性の高い膜が得られる点で、スパッタリング法によることが好ましい。その中でも高い成膜レートが得られるＤＣマグネトロンスパッタがさらに好ましいが、本発明はこれらに限定されるものではない。
成膜装置の形式としては、バッチ式、インライン式、枚葉式等の形式のものが使用できるが、生産性に優れている点でインライン式が好ましい。インライン式の場合成膜ゾーンの後に熱処理室を設けることで生産性を損なうことなくアニールを行うことができる。
スパッタリングターゲットとしてはＩＴＯ焼結体ターゲットやインジウム−スズ合金ターゲットを用いることができるが、膜特性が安定しており制御がし易いＩＴＯ焼結体ターゲットを用いることが好ましい。
【００１３】
成膜温度は６０〜１８０℃の範囲がＩＴＯ膜はアモルファス状態となり、残留応力を小さくできる点で望ましく、更に好ましくは８０〜１６０℃である。１８０℃以上で成膜すると、成膜時にＩＴＯが結晶化し、残留応力の大きな膜となる。また、成膜時のエネルギーにより基板は温度上昇するため、成膜温度を６０℃以下に保つためには特別な冷却装置を必要とする。このため６０℃以下の成膜温度は実用的でない。
【００１４】
アニール温度は１８０〜２８０℃の範囲が望ましく、更に好ましくは２００〜２６０℃である。１８０℃以下では膜が結晶化せずアニールしても抵抗が実用レベルまで低くならない。また、２８０℃以上では着色層に使用している樹脂や顔料の耐熱温度を超えるため、カラーフィルターにシワが発生したり、退色したりする。
【００１５】
アニールは空気中、不活性ガス中、真空中で行うことができるが、ＩＴＯ膜中の酸素欠損を消滅させることでキャリア濃度を低下させ、導電性が損なわれることを防ぐことができるため真空中での場合が最もアニールによる抵抗値の改善が短時間できる。必要な真空度としては１００Ｐａ以下が好ましく、さらに好ましくは１Ｐａ以下である。
しかし、連続生産を行う製造設備とした場合、短時間の加熱では基板を保持するための金属製ホルダーの熱容量が大きく、基板が均一に加熱されないことがある。また、これを防ぐ目的で真空中で長時間加熱するためには、大規模な熱処理室を必要とし設備コストが高くなる、生産性が悪くなる等の問題点が発生することがある。このような場合、第１段階として真空中でアニールした基板を第２段階として大気圧のオーブンで再度加熱すると良い。短時間で効果が現れる真空中のアニールを行っているため、大気圧オーブンでの加熱時間を短くしても低い抵抗の透明導電膜を得ることができる。この場合アニール温度はいずれの段階でも１８０〜２８０℃の範囲であればよい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
カーボンブラックからなる黒色顔料５ｇ、ポリアミック酸からなるポリイミド前駆体溶液２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン４５ｇおよびブチルセロソルブ１４ｇからなる溶剤を攪拌混合し、黒色カラーペーストを得た。同様に黒色顔料の代わりにアントラキノン系赤色顔料、フタロシアニン系緑色顔料、フタロシアニン系青色顔料を用いてそれぞれ赤色、緑色、青色カラーペーストを得た。
【００１８】
無アルカリガラスからなる長さ４００ｍｍ、幅５００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの透明基板１上に黒色カラーペーストをスピンコートの後、１１０℃で１５分間加熱乾燥し、膜厚１．５μｍのポリイミド前駆体膜を得た。この膜上にポジ型フォトレジストをスピンコートし、８０℃で２０分加熱乾燥して膜厚１．０μｍのレジスト膜を得た。次いで、フォトマスクを介して紫外線露光した後テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．４％の水溶液からなる現像液を用いて不要部分のフォトレジストおよびポリイミド前駆体膜をエッチング除去した後、残ったフォトレジストをメチルセロソルブアセテートにより除去した。これを３００℃で３０分加熱し、所定形状の遮光層を形成した。ついで、該基板上に赤色ペースト、緑色ペースト、青色ペーストを用いてそれぞれ所定形状の赤画素、緑画素、青画素を形成した。この上に透明なアクリル樹脂を乾燥後の厚さが１μｍになるように塗布後、これを乾燥してオーバーコート付きカラーフィルターを作製した。
【００１９】
こうして得られたカラーフィルターを図１の構成のインライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、基板温度１００℃、真空度０．３Ｐａ、酸素濃度１．０％の条件で膜厚１４００オングストロームの厚さでＩＴＯ膜を形成し、熱処理室で真空度０．１Ｐａ、基板温度２５０℃の条件で５分間アニール処理した。この後通常のオーブン中で２５０℃×１０分間の熱処理をしてＩＴＯ膜付きカラーフィルターを得た。ＩＴＯ膜にクラックはなく良好な外観であった。しかも得られた膜の比抵抗は２．１×１０-4Ω・ｃｍであり、良好な値であった。また、このカラーフィルター上にポリアミック酸からなる液晶配向膜を乾燥後の膜厚が０．１μｍになるように塗布し、２２０℃×１時間焼成の後カラーフィルターの外観を観察したところ、ＩＴＯ膜のクラックはなく、良好であった。
【００２０】
実施例２
実施例１と同様にして得たオーバーコート付きカラーフィルターを図１の構成のインライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、基板温度１５０℃、他は実施例１と同じ条件で厚さ１０００オングストロームの厚さでＩＴＯ膜を形成し、熱処理室で真空度０．１Ｐａ、基板温度２５０℃の条件で５分間アニール処理した。この後通常のオーブン中で２５０℃×１０分間の熱処理をしてＩＴＯ膜付きカラーフィルターを得た。得られた膜の比抵抗は２．１×１０-4Ω・ｃｍであり、良好な値であった。また、実施例１と同様にポリアミック酸からなる液晶配向膜を乾燥後の膜厚が０．１μｍになるように塗布し、２２０℃×１時間焼成の後カラーフィルターの外観を観察したところ、ＩＴＯ膜のクラックはなく、良好であった。
実施例３
実施例１と同様にして得たオーバーコート付きカラーフィルターを図１の構成のインライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、実施例１と同じ条件で厚さ１５００オングストロームの厚さでＩＴＯ膜を形成し熱処理室で真空度０．１Ｐａ、基板温度２２０℃の条件で５分間アニール処理した。この後通常のオーブン中で２２０℃×３０分間の熱処理をしてＩＴＯ膜付きカラーフィルターを得た。得られた膜の比抵抗は２．１×１０-4Ω・ｃｍであり良好な値であった。また、実施例１と同様にポリアミック酸からなる液晶配向膜を乾燥後の膜厚が０．１μｍになるように塗布し、２２０℃×１時間焼成の後カラーフィルターの外観を観察したところ、ＩＴＯ膜のクラックはなく、良好であった。
比較例１
実施例１と同様にして得たオーバーコート付きカラーフィルターを図２の構成のインライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、基板温度１００℃、真空度０．３Ｐａ、酸素濃度１．０％の条件で膜厚１４００オングストロームの厚さでＩＴＯ膜を形成してＩＴＯ膜付きカラーフィルターを得た。得られた膜の比抵抗は５．０×１０-4Ω・ｃｍであり、膜の抵抗値は高く不十分な特性であった。また、実施例１と同様にポリアミック酸からなる液晶配向膜を乾燥後の膜厚が０．１μｍになるように塗布し、２２０℃×１時間焼成の後カラーフィルターの外観を観察したところ、ＩＴＯ膜のクラックはなく、良好であった。
【００２１】
比較例２
実施例１と同様にして得たオーバーコート付きカラーフィルターを図２の構成のインライン式ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用い、基板温度２５０℃、真空度０．３Ｐａ、酸素濃度１．０％の条件で膜厚１４００オングストロームの厚さでＩＴＯ膜を形成してＩＴＯ膜付きカラーフィルターを得た。ＩＴＯ膜にクラックはなく良好な外観であった。得られた膜の比抵抗は２．２×１０-4Ω・ｃｍであり良好な値であった。しかし、実施例１と同様にポリアミック酸からなる液晶配向膜を乾燥後の膜厚が０．１μｍになるように塗布し、２２０℃×１時間焼成の後カラーフィルターの外観を観察したところ、ＩＴＯ膜にクラックが発生していた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルターの製造方法によれば、上述のごとく配向膜の形成工程で高温の処理を受けても欠陥の発生しにくく、表示品位に優れたカラーフィルターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用したスパッタ装置を上から見た構成図である。
【図２】比較例１および比較例２で使用したスパッタ装置を上から見た構成図である。
【符号の説明】
１  ヒーター
２  ＩＴＯターゲット
【図１】
0004038846.tif 000002
【図２】
0004038846.tif 000003