(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の基体の上に光透過性の導電膜および光起電力機能を有する光半導体薄膜をこの順に設けた電着基板の、少なくとも前記光半導体薄膜を、着色電着材料を含む電着液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、光照射部に着色電着膜を形成する工程、
前記電着基板の少なくとも着色電着膜が形成された光半導体薄膜を金属メッキ液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加することにより、光半導体薄膜の着色電着膜未形成部分に金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成する工程、
を備え、前記着色電着材料は、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含み、前記物質は、疎水基と親水基を含有する重合体であって、疎水基の数が疎水基と親水基の総数の４０〜８０％であることを特徴とするフィルターの製造方法。
【請求項２】
前記光半導体薄膜が、酸化チタンを含有する化合物光半導体薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項３】
前記酸化チタンが、水素化処理されたものであることを特徴とする、請求項２に記載のフィルターの製造方法。
【請求項４】
前記光半導体薄膜が、炭化けい素、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化錫、酸化モリブデンよりなる群の中から選ばれる１つ以上を含有する化合物光半導体薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項５】
前記光半導体薄膜が、含金属フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、アゾ系顔料、またはポリビニルカルバゾールよりなる群の中から選ばれる１つ以上を含有する有機光半導体薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項６】
前記光半導体薄膜が、アモルファスシリコンまたはポリシリコンを含む光半導体薄膜であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項７】
前記光半導体薄膜の体積抵抗値が１０5 Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項８】
前記光半導体薄膜が、微結晶性または多結晶性であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項９】
前記金属メッキ膜の厚さが７０〜９００ｎｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記金属メッキ膜が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏよりなる群より選ばれる１種または２種以上の金属または合金からなることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１１】
前記重合体が、疎水基を有するモノマーと親水基を有するモノマーのランダム共重合体であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１２】
前記親水基の数の５０％以上が、ｐＨの変化により親水基から疎水基あるいはこの逆に可逆的に変化する親水基であることを特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１３】
前記ｐＨの変化により親水基から疎水基あるいはこの逆に可逆的に変化する親水基が、カルボキシル基であることを特徴とする、請求項１２に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１４】
前記着色電着材料が、カルボキシル基を含有する電着性高分子と顔料を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１５】
前記カルボキシル基を有する電着性高分子の酸価が６０〜３００の範囲にあることを特徴とする、請求項１４に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１６】
着色電着膜を形成する工程において、光半導体薄膜が陽極となるように導電膜に電圧を印加し、ブラックマトリックスを形成する工程において光半導体薄膜が陰極となるように導電膜に電圧を印加することを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１７】
前記光半導体薄膜がｎ型光半導体薄膜であり、また前記着色電着材料がカルボキシル基を有する電着性高分子を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１８】
前記光半導体薄膜が、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有する光半導体薄膜であり、また前記着色電着材料がカルボキシル基を有する電着性高分子を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のフィルターの製造方法。
【請求項１９】
電着後の着色電着膜の膜中の電着液のｐＨを、電着液からの着色電着材料の凝析開始ｐＨより低い値に保持することを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項２０】
着色電着膜を形成する工程において、電着電位が５Ｖ以下の電圧を用いることを特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項２１】
前記電着液に、電着特性に影響を与えないイオン解離する塩を加えて、電着液の体積固有抵抗率を１０0 〜１０6 Ω・ｃｍの範囲に調節することを特徴とする、請求項１に記載のフィルターの製造方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の製造方法により作製されるフィルター。
【請求項２３】
光透過性の基体の上に光透過性の導電膜および光半導体薄膜をこの順に設けた電着基板の、少なくとも前記光半導体薄膜を、金属メッキ液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、非光照射部に金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成する工程、
前記電着基板の少なくともブラックマトリックスが形成された光半導体薄膜を着色電着材料を含む電着液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、光照射部に着色電着膜を形成する工程、
を備え、前記着色電着材料は、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含み、前記物質は、疎水基と親水基を含有する重合体であって、疎水基の数が疎水基と親水基の総数の４０〜８０％であることを特徴とする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】
本発明は、ＣＣＤカメラや液晶表示素子などの各種表示素子、およびカラーイメージセンサーに使用されるフィルター、特にカラーフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、カラーフィルターの製造方法としては、(1)染色法、(2)顔料分散法、(3)印刷法、(4)インクジェット法、(5) 電着法などが知られている。
第一の染色法は、透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子(CCD) に多用されている。しかし、染料を使用するため耐光性に劣り、またフォトリソグラフィを用いるため製造工程の数も多く価格が高く、液晶表示素子(LCD) 用としては、顔料分散法に取って替わられつつある。
第二の顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルターの製造方法である。この製造法は、得られるカラーフィルターが高解像度で高品質であり、技術の完成度は高いが、フォトリソグラフィを使用するため工程数が多く、コストが高いのが欠点である。
第三の印刷法は、R.G.B.層に限ればフォトリソグラフィーを必要としないため、低コストであり量産性が高いが、得られるカラーフィルターの解像度や膜厚の均一性の点で劣る。
第四のインクジェット法は、R.G.B.層に限ればフォトリソグラフィーを必要としないが、解像度の点で劣る。また、隣接するフィルター層に混色する確立が高く位置精度の点でも劣る。
【０００３】
第五の電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした光透過性電極上に70V 程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することにより電着塗装を行い、これを3 回繰り返しR.G.B.のカラーフィルター層を得る。この方法は、予め、光透過性電極をフォトリソグラフィーによりパターニングする必要があり、これを電着用の電極として使用するため、パターンの形状が限定されTFT 駆動の液晶用には使えないという欠点がある。
また、一般に液晶用カラーフィルターはカラーフィルター層だけでは使えず、各微少セルのカラーフィルター画素間をブラックマトリックスで覆ったカラーフィルターとすることが必要である。高い解像度と制御性を有するカラーフィルターを作製するには、通常、各色のフィルターセルやブラックマトリックスはフォトリソグラフィー手法が使われており、このことがコストアップの大きな要因の一つとなっている。
したがって、フォトリソグラフィーを使用しなくても同じレベルのものが作成可能になれば、工程数が少なくなり歩留りも上がって、コストも大幅に減少される、カラーフィルターの製造方法を実現することができる。
【０００４】
フォトリソグラフィを使用しないカラーフィルターの製造方法としては、例えば特開平５−１５０１１２号公報に、光メモリー性Ｎ型光半導体を用い、電着法によってカラーフィルターを製造する方法が提案されている。
この方法は、
１）ステンレス板等の導電性基板に、光メモリー性Ｎ型光半導体、例えば酸化亜鉛を樹脂に分散させたもの、の層を形成して電着基板とし、カラーフィルターの所定の一色に対応するフォトマスクを通して紫外線露光し、露光部にのみ導電性を発現させ（抵抗値を下げ）、非露光部には絶縁性を保持させる。
２）次に、光メモリー性Ｎ型光半導体を用いているため、露光部にのみ導電性が維持されている電着基板を、前記の色の電着膜を形成するための電着液に浸漬し、２０〜８０Ｖの電圧を印加して着色電着膜を電着する。この際、Ｎ型光半導体は陰極となるように電圧が印加され、電着液はカチオン型電着材料を含んでいる。
３）この露光・電着の各工程をカラーフィルターに必要とする色についてそれぞれ繰り返す。
４）次に、着色電着膜が形成された電着基板の全面に紫外線露光を行い、着色電着膜で覆われていない光メモリー性光半導体の部分にのみ導電性を発現させ、その後、この電着基板に金属メッキを行うか、あるいは混合黒色顔料をを含有する電着液を用いて黒色の電着膜を電着することによりブラックマトリックスを形成する。
５）形成された多色カラーフィルター層を透明な基板に転写する。
の工程を有している。
【０００５】
この方法は、転写の際、多色カラーフィルター層と光メモリー性Ｎ型光半導体との剥離性を向上させるために、この２つの層の間にあらかじめ剥離層を設けるか、あるいはカラーフィルター層を設ける前に光半導体の表面にあらかじめ全面に金属メッキを行い、転写後多色カラーフィルター層に残留付着する金属メッキ層を溶解除去する工程などを必要としている。
前記の方法は、フォトリソグラフィ法を使用しない点では、従来のフォトリソグラフィ法を使用する方法に比較して価格の低廉化が実現されている。しかし、転写工程が必要なこと、露光と電着は別の工程で行うこと、剥離層を設ける工程が必要なことなど、依然として、多数の工程が必要である。
したがって、フォトリソグラフィ法を使用せず、かつ工程数も少なく、低廉な価格で高性能のカラーフィルターを製造する方法の出現が切望されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、フォトリソグラフィー技術を使用せず、工程数が少なく、コストが低いカラーフィルターの製造方法であって、フィルター部とブラックマトリックス部のエッジ端部が明確な境界を有しかつ光の漏れがなく、かつ解像度及び制御性が高い優れた特性を有するカラーフィルターを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の工程を有するフィルターの製造方法（１）及び（２）を提供することにより達成される。
（１）光透過性の基体の上に光透過性の導電膜および光起電力機能を有する光半導体薄膜をこの順に設けた電着基板の、少なくとも前記光半導体薄膜を、着色電着材料を含む電着液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、光照射部に着色電着膜を形成する工程、
前記電着基板の少なくとも着色電着膜が形成された光半導体薄膜を金属メッキ液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加することにより、光半導体薄膜の着色電着膜未形成部分に金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成する工程、
を備え、前記着色電着材料は、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含み、前記物質は、疎水基と親水基を含有する重合体であって、疎水基の数が疎水基と親水基の総数の４０〜８０％であることを特徴とするフィルターの製造方法。
（２）光透過性の基体の上に光透過性の導電膜および光半導体薄膜をこの順に設けた電着基板の、少なくとも前記光半導体薄膜を、金属メッキ液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、非光照射部に金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成する工程、
前記電着基板の少なくともブラックマトリックスが形成された光半導体薄膜を着色電着材料を含む電着液に浸漬する工程、
前記導電膜に電圧または電流を印加すると共に前記電着基板に像露光して、光照射部に着色電着膜を形成する工程、
を備え、前記着色電着材料は、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含み、前記物質は、疎水基と親水基を含有する重合体であって、疎水基の数が疎水基と親水基の総数の４０〜８０％であることを特徴とするフィルターの製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上記の目的を達成するために、本発明者らは、電着技術及び光電効果をその原理から検討し、水溶性高分子の中には、酸化状態、中性状態及び還元状態などの変化により水への溶解度が大きく変化する物質があることに着目するに至った。高分子のこれらの状態間の移動は、高分子を電気化学的に直接酸化還元するか、または高分子が溶けている水溶液のpHを変化させることにより行える。
一般に親水基であるカルボキシル基をもった高分子材料は、構造変化を伴わなくても溶液の水素イオン濃度（ｐＨ）によって溶解度が大きく異なる。例えば、アニオン性水系分散材の一部には、 ｐＨ８以上では水に溶けるがｐＨ５以下では沈殿するものがある。また、例えば、カルボキシル基を有する水溶性アクリル樹脂の中にはｐＨ７以上ではイオン解離して水に溶けるが、それ以下のｐＨ値ではイオン解離できないために樹脂成分が沈殿するものがある。
このような性質を有する高分子材料を弱アルカリ性の水に溶解し、溶液中に電極を浸し電圧を印加すると、陽極側の電極上にこれらの高分子材料からなる電着膜が生成される。またこのような高分子材料によって顔料を分散させた水分散液中に電極を浸し電圧を印加すると、陽極側の電極上に顔料及び高分子が析出して顔料と高分子が混合された電着膜が形成される。これらの電着膜は、上記の電着液中で逆電圧を印加するか、あるいはｐＨ１０〜１２の水溶液に浸すと、膜を構成する高分子が再びイオン解離し、電着膜が液中に再溶出し膜が減少するという結果が示された。
ところで、前記電着膜を形成するには、電着現象が生ずるためのある一定以上の電圧（閾値電圧）が必要であり、電流が流れれば必ず電着膜が形成されるわけではない。
【０００９】
一例として、電着形成能力があるカルボキシル基含有水溶性アクリル樹脂を例にとって説明する。この樹脂は、弱アルカリ性水（ｐＨ８〜９）に容易に溶解し、アニオンとして水溶液中に存在するが、ｐＨが７以下になると不溶化して析出する性質を持つ。この樹脂の水溶液中に白金電極を浸し通電すると、陽極付近では水溶液中のＯＨ- イオンが消費されてＯ2 になり、水素イオンが増えてｐＨが低下する。これは、陽極付近でホール（ｐ）とＯＨ- イオンとが結び付く次のような反応が起こるためである。
２ＯＨ- ＋２ｐ+   →  １／２（Ｏ2 ）＋Ｈ2 Ｏ
この反応が起こるには、一定の電圧印加による水のイオン解離が必要である。したがって、ある一定以上の電圧を印加すると、上記の反応が生じ、反応の進行に伴って水溶液中の水素イオン濃度が増えてｐＨが低下する。そうすると、陽極側では水溶性アクリル樹脂の溶解度が低下して不溶化し陽極上に薄膜が形成されるのである。
このような機構を利用すると、比較的低い電圧、すなわち３Ｖ以下で電着膜を形成することができる。
【００１０】
本発明は、上記の知見を光電着法に適用したものである。
光電着法とは、本発明者らが既に特許出願を行った方法であり（特願平９−２９７４６６号）、上記の閾値電圧より大きい電圧を得るために、光起電力機能を有する光半導体に光を照射し、光照射部に起電力（光起電力）を生じさせ、これを利用して光照射部のみに電着膜を形成する方法である。
【００１１】
本発明においては、光起電力の形成は、光半導体薄膜表面と電着液との界面に生ずるショトキーバリアや、太陽電池として良く知られているｐｎ接合、あるいはｐｉｎ接合を利用する。図１は、光半導体表面と電着膜液との界面に生ずるショトキーバリアを表す概念図であり、Ｃ．Ｂ．は伝導バンド、Ｆ．Ｌ．はフェルミレベル、Ｖ．Ｂ．は荷電子バンドを示す。また、図２は、金属電極と電着液の間に介在するｐｉｎ接合を有する光半導体のｉ層に光を照射した場合のキャリアの発生と移動を示している。
ところで、光半導体薄膜に光を照射させて得られる光起電力は、効率の高い結晶シリコンでも高々０．６Ｖであり、この程度の光起電力は上記のような電極近傍の反応を利用したとしても電着現象を惹起させるには十分ではない。したがって、本発明においてはこの不足する電圧を、バイアス電圧を印加することにより補う。
【００１２】
例えば、０．６Ｖの光起電力を有する光半導体を使用した場合、電着材料が２．０Ｖで電着されるものであれば、１．５Ｖのバイアス電圧を印加するとともに光を照射すると、バイアス電圧の１．５Ｖに光半導体の光起電力である０．６Ｖが足されて全体としては２．１Ｖとなり、電着に必要な閾値電圧を越え、光が照射された領域のみ光電着膜が形成される。
一方、嵩上げされた電圧が余りに大きい（例えば１０Ｖ以上）と、ショトキーバリアが維持されなくなり、光照射部のみに選択的に電着膜を形成することができなくなる。すなわち、ショトキーバリアーが壊れることにより、光が当たっていない領域も電流が流れるようになり、光半導体薄膜全域に電着膜が形成されてします。
本発明においては、着色電着材料のｐＨによる溶解度の違いを利用することにより、上記のショトキーバリアーが破壊されない程度の、低いバイアス電圧（例えば５Ｖ以下）で使用することができる。
【００１３】
ここで、本発明で使用する電着基板について説明する。本発明の電着基板は、光透過性の基体の上に光透過性の導電膜および光起電力機能を有する光半導体薄膜をこの順に設けたものである。前記の光透過性の基体とは、可視光域の光を透過させるものをいい、例えばガラス板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート等の板、シートあるいはフィルムが挙げられる。
また、光透過性の基体の上に設けられる光透過性の導電膜としては、ＩＴＯ膜、二酸化スズ、酸化インジュウム等が挙げられる。
【００１４】
次に、光透過性の導電膜に隣接して設けられる光起電力機能を有する光半導体薄膜（以下、単に「光半導体薄膜」という。）について説明する。
本発明は光起電力機能を有する光半導体薄膜に選択的に露光（像露光）し、露光部のみに光起電力を発生させ、またこれと同時に導電膜と電着液中の対向電極との間に電圧または電流を印加して、露光部にのみ着色電着膜を形成するものである。
本発明に利用できる光半導体としては、基本的には光照射により起電力を発生し、強い光履歴効果のない（非光メモリー性）光半導体薄膜であれば特に制限なく使用することができる。本発明においては強い光履歴効果（光メモリー性）のある光半導体を使用しないため、光が照射されている間にだけ光起電力が発生し電着現像が発生するので、解像度の高いシャープな画像を得ることができる。このような光半導体として、化合物半導体あるいは有機半導体及びアモルファスシリコン、ポリシリコンなどが挙げられる。
【００１５】
具体的な光半導体の材料を挙げると、化合物半導体材料としては、酸化チタン、炭化けい素、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化錫、酸化モリブデン、が好ましく用いられ、この他に、ＧａＮ、ａ−Ｃ、ＢＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓ系化合物、ＣｕＳ、Ｚｎ3 Ｐ2 等が挙げられる。また、有機半導体材料としては、フタロシアニン顔料系材料、ペリレン顔料系材料、アゾ顔料系材料、ポリビニルカルバゾール等が挙げられる。これらの半導体材料は単層または複数層として、あるいは混合物などとしても使用可能である。本発明で使用する光半導体はこれらの材料を用い、かつ結晶性、膜厚、体積固有抵抗値、光吸収性等を考慮して、強い光履歴効果のない光半導体薄膜が形成される。この他に、光半導体層への樹脂等の絶縁性材料の混合は発生電流を小さくし、そして大きな光履歴現象を発生させる要因となるので、これらのことも考慮する必要がある。
【００１６】
前記の光半導体としては、可視光域での透光性が高いものが好ましい。
また本発明で使用する光半導体について、その極性の面から説明すると、本発明においては、ｎ型光半導体、ｐｎ接合を有する光半導体、及びｐｉｎ接合を有する光半導体が用いられる。積層構造の光半導体を用いた場合は、光電流が良く流れ確実に起電力が得られて、画像のコントラストが良くなり解像度の高いカラーフィルターが得られる。
また、本発明で使用する前記光半導体薄膜の体積抵抗値が１０5 Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。その理由は、膜内を流れる電流量を制御する因子として体積抵抗値が大きく影響し、１０5 Ω・ｃｍ以下であればより電流量が大きく得られ、光起電力量の効率がより高くなるからである。
【００１７】
本発明はブラックマトリックスを金属メッキ膜により形成するものであるが、遮光性のより高い金属メッキ膜を得るためには、金属メッキ膜が結晶性の高い膜であることを要する。そして、金属メッキ膜の結晶性は下地の結晶性の影響を受ける傾向があるので、光半導体薄膜は単結晶質、微結晶質または多結晶質等の高い結晶性を有していることが望まれる。
また、以下で詳述するが、例えば光半導体薄膜としてｎ型光半導体薄膜を用い、電着液としてアニオン性基を有する電着性分子を含むものを使用して、カラーフィルター膜を形成し、その後金属メッキ液を用いて光半導体薄膜のカラーフィルター膜未形成部分に金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成する場合、最初のカラーフィルター層の形成時には光半導体薄膜は対向電極に対しプラスに、また金属メッキ膜を形成するときには、光半導体薄膜はマイナスになるように導電膜に電圧が印加され、光半導体薄膜は両方の電極として使われることになる。したがって、光半導体は電着液中において、両極の電極として用いた場合にも安定性が維持されることが必要である。
【００１８】
光半導体のうち、化合物半導体は、水系液体の中でも物性的に安定であって表面が損なわれず、また光透過性が優れており、その中でもＴｉＯ2 は結晶性の高い多結晶構造をとり、光起電力性、可視部透光性、薄膜形成性などの点で優れているため、本発明において特に好適に用いられる。
ＴｉＯ2 の製膜方法についてはいくつかの方法が知られている。例えば、熱酸化膜法、スパッタリング法、エレクトロンビーム法(EB 法)、ゾル・ ゲル法などが有名であるが、通常のEB法とゾル・ ゲル法によって製膜するＴｉＯ2 は、光起電力変換効率が低く電着のために十分な光起電力が得られるとはいいがたい。そこで、光電流の変換効率を高めるために還元処理を行う方がよい。還元処理は水素ガス中で加熱することによって行われる。例えば、 ３％の水素を混合した窒素ガスを１Ｌ／ｍｉｎ．の流量で流しながら、約３６０℃で１０分間という低温かつ短時間の処理でも十分な効果を得ることができる。
【００１９】
電着基板に設ける光半導体薄膜の厚みは、０．０５μｍから３μｍの範囲が良好な特性が得られる範囲である。０．０５μｍ未満では得られる光電力が弱すぎて電着膜形成に問題を生じる。また、３μｍより厚いと光によって発生した電荷が光半導体層内にトラップされ光履歴現象が大きくなり過ぎ、シャープな画像形成が行われにくくなる。以下で述べるように作製された多色カラーフィルターの表面に保護層を設ける場合があるので、この保護層の厚みも考慮すると光半導体薄膜の厚みは前記の範囲にあることが好ましい。
また、光半導体膜は、光起電力の発生効率を高くし、電着膜の形成を容易にするために、光半導体単体によって構成し、樹脂等の絶縁性材料を混合して使用することが避けた方がよい。
【００２０】
ここで、本発明において使用するカラーフィルター形成用電着液について説明する。カラーフィルター電着液は、着色電着材料を含み、前記着色電着材料は、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含み、前記物質は、疎水基と親水基を含有する重合体であって、疎水基の数が疎水基と親水基の総数の４０〜８０％であることを特徴とする。（以下において前記のごとき重合体を「イオン性高分子」ということがある。）そして、このような物質は通常、分子中にイオン性基を有するイオン性分子である。そのようなイオン性分子を含む着色電着材料としては、例えば、該イオン性染料および／または顔料と、前記のようなイオン性分子であるイオン性高分子の混合物等を挙げることができる。本発明においては、前記イオン性分子として、電着液のｐＨの低下に対応して急激にその溶解性あるいは分散性が低下する性質を有するものが好ましい。
【００２１】
ここで、図を用いて、本発明で使用する着色電着材料がｐＨの変化によりどのように凝析するか説明する。図３には、本発明で使用するアニオン性電着材料と参考として示すカチオン性電着材料について、ｐＨの変化と上澄み液を発生して凝析する現象の関連を示している。曲線Ａは、アニオン性電着材料がｐＨが低下することにより溶解性を失い、凝析（析出／沈降）することを、また曲線Ｂは、カチオン性電着材料がｐＨが高くなることにより溶解性を失い凝析することを示している。
上記のイオン性分子を含む着色電着材料としては、可視域で透光性を有する電着性の高分子により、任意の微粒子の色材（顔料、染料など）を分散させることができるという点により、イオン性染料および／または顔料と、前記のようなイオン性分子であるイオン性高分子の混合物を用いることが好ましい。また顔料は染料より耐光性および耐候性が高いことから、より好ましく用いられる。顔料は、それ自体電着膜形成能がなくても、前記の電着性を有するイオン性高分子と組み合わせることにより、イオン性高分子が凝析する際に顔料が取り込まれることにより高分子と顔料からなる電着膜が形成される。
顔料としては、公知の赤色、緑色、青色等の顔料を特に制限なく使用することができるが、顔料の粒子径が小さい程色相の再現性がよい。特に顔料の平均粒子径が２００ｎｍ以下のものが好ましい。
【００２２】
以下に、電着液のｐＨが低下するのに伴って電着液に対する溶解度あるいは分散性が低下して薄膜（電着膜）を形成するイオン性高分子（このような電着性を有するイオン性高分子を、以下、単に「電着性高分子」という。）について説明する。
前記電着性高分子は、水系液体（ｐＨ調節を行った水系液体を含む。）に対して十分な溶解性あるいは分散性を有していること、また光透過性を有していることが必要である。また前記電着性高分子は、それが溶解している電着液のｐＨ値の低下に応じて、溶解状態あるいは分散状態から上澄みを発生して沈殿を生じる液性変化が、ｐＨ範囲領域２以内で生じることが好ましい。前記のｐＨ範囲領域が２以内であると、通電による急峻なｐＨ変化に対しても瞬時に画像の析出が可能となり、また析出する画像の凝集力が高く、電着液への再溶解速度が低減するなどの効果が優れている。そしてこのことにより、高い透光性と耐水性を有するフィルター層が得られる。
前記ｐＨ範囲領域が２より大きい場合は、十分な画像構造を得るための印字速度の低下や、画像の耐水性の欠如などが起こりやすい。より好ましい特性を得るには、前記ｐＨ範囲領域が１以内である。
【００２３】
前記の電着性高分子としては、分子中に親水基と水への不溶化を促進させる疎水基を有する重合体である。疎水基は、色材として用いる有機顔料に対し親和性が強いため有機顔料を吸着する能力があり、重合体に良好な顔料分散機能を付与している。その上、疎水基は、前記のようなｐＨの変化によって親水基から疎水基に変化した疎水基と協働して、瞬時に画像を析出させるという機能をも重合体に付与している。
【００２４】
疎水基と親水基を有する重合体中の疎水基の数は、親水基と疎水基の総数の４０％から８０％の範囲である。疎水基の数が親水基と疎水基の総数の４０％未満のものは、電着時に形成された電着膜の耐水性や膜強度が不足する場合があり、また疎水基数が親水基と疎水基の総数の８０％より大きい場合は、水系液体への重合体の溶解性が不十分となるため、電着液が濁ったり、電着材料の沈殿物が生じたり、電着液の粘度が上昇しやすくなるので、前記の範囲にあることが望ましい。また、この範囲にあると、電着電位を低減させることができるため、光起電力を利用する低電圧画像形成プロセスが良好に遂行される。親水基と疎水基の総数に対する疎水基数は、より好ましくは５５％から７０％の範囲である。この範囲のものは、特に電着析出効率が高く、低い電着電位で膜形成が可能な電着特性を示し、電着液の液性も安定している。
【００２５】
図４には、電着性高分子の、疎水基と親水基の総数に対する疎水基が占める割合を種々変えた場合の、電着性高分子の溶液のｐＨの変化と電着性高分子の溶解特性の関係が示されている。図中、Ａは疎水基と親水基の総数に対する疎水基が占める割合が７０％、Ｂは同じく１２％、Ｃは同じく８３％の重合体について、それぞれ前記の関連を表している。Ａの曲線の重合体は、ｐＨを下げることにより狭いｐＨの範囲の中で急激にその溶解性が低下し、またその溶解度の差も大きい。このことは、Ａの曲線の重合体は、本発明のカラーフィルターの製造方法に使用した場合、優れた電着特性を発揮することを示している。一方、Ｂの曲線の重合体はｐＨを低くさせると溶解性は低下するもののその変化は急峻ではなく、また、Ｃの曲線の重合体はｐＨの変化により溶解特性に顕著な差が発現せず、したがって、その電着性は十分とはいえない。
【００２６】
分子中に疎水基と親水基とを有する重合体は、例えば疎水基を有するモノマーと親水基を有するモノマーをランダム共重合させることにより製造される。
【００２７】
本発明の電着性高分子に含まれる親水基としては、メタクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリルアミド、無水マレイン酸、無水トリメリト酸、無水フタル酸、ヘミメリット酸、コハク酸、アジピン酸、プロピオル酸、プロピオン酸、フマル酸、イタコン酸、などに由来するカルボキシル基及び水酸基、あるいはこれらから誘導される基が挙げられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸由来のものは、ｐＨ変化による電着効率が高くまた親水化効率も高い。カルボキシル基は電着高分子にアニオン性を付与する。
また、本発明の電着性高分子に含まれる疎水基としては、アルキル基、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリル、などに由来する基が挙げられ、特に、スチレン、α−メチル−スチレンに由来する基は疎水化効率が高いために、電着析出効率が高い。またスチレン、α−メチル−スチレンに由来する基は、それらを含む重合体を製造する際の制御性が高く有用である。
前記疎水基及び親水基は、それぞれ１種または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００２８】
また前記重合体の親水基の数の５０％以上、より好ましくは７５％以上がｐＨの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できる親水基であることが好ましい。ｐＨの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できる親水基の数が、全親水基の５０％より少ないと、沈殿の析出がゆっくりとなりやすく、また該基の数が７５％より多いと、沈殿の析出が急峻となりすぎ安定性を欠くため、前記範囲にあることが望ましい。
ｐＨの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化できる親水基としては、カルボキシル基などが挙げられる。特にカルボキシル基は、ｐＨの変化により親水基から疎水基に可逆的に変化する効率が高く、電着現象において膜の析出効率が良く、堅牢性の高い電着膜が作製される。
【００２９】
また、本発明の電着性高分子としては、特に分子内にカルボキシル基を有する重合体が好ましく用いられる。陽電極に画像析出するタイプのこの高分子の酸価は、６０から３００の範囲が電着特性の観点から好ましい。特に酸価が９０から１９５の範囲の高分子を用いると、良好な電着特性が得られる。カルボキシル基を有する高分子の酸価が６０より小さいと、水系液体への溶解性が不十分となり、電着液が濁ったり沈殿物が生じたりする他、電着液粘度が上昇したり、また電着液の固形分濃度を適正値まで上げることができなくなったりすることがある。また、酸価が３００より大きいと、形成された膜の耐水性が低かったり、通電電気量に対する電着効率が低かったりすることがある。
本発明において、カルボキシル基を有する電着性高分子は、前記のようにｐＨの変化により親水基から疎水基へ変化する効率が高く、また顔料は耐光性や耐候性が優れているため、この両者を組み合わせて着色電着材料とすることが好ましい。
【００３０】
本発明で使用する前記電着性高分子は、電着した膜の特性や膜の接着強度の面から平均分子量が６，０００から２５，０００のものが好ましく用いられる。より好ましくは平均分子量が９，０００から２０，０００の範囲のものである。平均分子量が６，０００より低いと膜が不均一で耐水性が低くなりやすく、そのため堅牢性の高い電着膜が得られず膜性が低く粉末化したりする。平均分子量が２５，０００より高いと、水系液体への溶解性が不十分となり、電着液の固形分濃度を適正値まで上げることができなくなったり、電着液が濁ったり沈殿物が生じたり、電着液の粘度上昇が起こりやすくなる。
また、前記電着性高分子の熱特性としては、ガラス転移点が１００℃より低く、流動開始点が１８０℃より低く、分解点は１５０℃より高い特性の材料を用いると、光半導体薄膜上に設けたカラーフィルター膜を他の基板に熱転写する場合に、厳しい制御条件が不要となり、また転写されたカラーフィルターは透光性が高く、良好な転写特性が得られる。
【００３１】
次にフィルター用電着液の導電率とｐＨとの関連について説明する。導電率は実験によると電着スピードにいいかえられ、電着量に関連して導電率（１／抵抗率）が高くなればなるほど一定時間に付着する電着膜の膜厚が厚くなる。体積抵抗値が約１０0 Ω・cmで電着量が飽和する傾向にある。電着液の抵抗率が１０6 Ω・ｃｍより大きいと十分な電流が得られないために電着量が不足しがちであり、また１０0 Ω・ｃｍより小さいと電着量を制御しにくくなるので、体積抵抗率は１０0 〜１０6 Ω・ｃｍの範囲にあることが望ましい。図５に、導電率（１／抵抗率）と電着量の関係を示す。
【００３２】
したがって、着色電着材料の中に含まれるイオンだけでは導電率が足りない場合には、電着に影響を与えないイオン例えばＮａ+ イオンやＣｌ- イオンを加えることにより電着スピードをコントロールすることができる。
また、水溶液のｐＨも当然ながら電着膜の形成に影響する。例えば、電着液のｐＨが、着色電着材料、すなわち色素分子や電着性高分子の電着液に対する溶解度が飽和するようなｐＨ条件で電着膜形成を行うと、電着膜形成後の電着膜の再溶解が起こりにくい。ところが、電着液が前記溶解度が飽和に達しないようなｐＨ条件のまま、電着膜の形成を行うと、電着膜が形成されても、通電をやめた途端に膜が再溶解し始めることがある。したがって、電着液に対する着色電着材料の溶解度が飽和するようなｐＨ条件を有する電着液を用いて、電着膜の形成を行う方が望ましい。
【００３３】
本発明のカラーフィルターの製造方法においては、着色電着膜を形成する工程において導電膜に５Ｖ以下のバイアス電圧を印加することが好ましい。前記バイアス電圧を５Ｖより大きくすると、バブリングが生じ、着色電着膜に凹凸や欠落部が発生したりすることがある。
【００３４】
次に上で説明した、光半導体薄膜と着色電着材料の組み合わせについて説明する。上で説明したように、本発明においては、光起電力を形成するために、半導体と電着液の接触界面に生じるショトキーバリアや、太陽電池として良く知られているｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を利用する。
一例としてｎ型光半導体を例にとって説明する。ｎ型光型半導体と溶液との間にショトキーバリアーがある時に、光半導体側を負にした場合には電流が流れる方向が順方向であるが、逆に光半導体側を正にした時には電流が流れない。ところが、半導体側を正にして電流が流れない状態でも、光を照射するとエレクトロン・ ホールペアが発生し、ホールが溶液側に移動して電流が流れる。この場合、光半導体電極を正にするのであるから電着される材料は負イオンでなければならない。したがって、例えばｎ型光半導体とカルボキシル基を含有する電着性高分子とが組み合わせて用いられる。
逆にｐ型光半導体では光半導体側が負になるようにして光を照射し、電着液としてはカチオン性分子を含む電着液、例えば、アミノ基またはイミノ基を有する電着性高分子を含む電着液が用いられる。
また、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を有する光半導体の場合であって、かつアニオン性分子を含む電着液を用いる場合には、光半導体のｎ側を電着液に浸漬し光半導体側が正になるように電圧が印加される。
また、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合を有する光半導体とカチオン性分子を含む電着液を用いる場合には、光半導体のｐ側を電着液に浸漬し光半導体側が負になるように電圧が印加される。
【００３５】
本発明のフィルターは、上記のような光電着法を利用して、フィルターに必要な色を１種あるいは２種以上、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３色について着色電着膜が形成される。
【００３６】
上記のごときプロセスにより形成された着色電着膜を乾燥させた電着膜は十分な強度を有するものの、電着直後の電着膜は強度が十分でない。そのために、電着固形化した膜の強度増強を行うことが好ましいが、このためには、電着直後の電着膜の膜中の電着液のｐＨを電着液の凝析開始ｐＨより低い値に保持することが推奨される。例えば、着色電着材料として、ｐＨが低下することにより電着液に対する溶解性あるいは分散性が低下する物質を含む場合は、電着液の凝析開始ｐＨよりさらに低い値のｐＨ値を有する液体等で電着膜を処理することにより、電着膜の強度が増強される。この場合、電着膜はこのような液体に接することにより固形化が促進され、電着膜の堅牢性が増し解像性も高くなり、得られるカラーフィルターの画像は高画質となる。
前記の処理液体としては、そのｐＨが、電着液の凝析開始点のｐＨ値よりｐＨ値として２以上析出し易い値に設定する事が好ましい。
【００３７】
一方、電着直後は電着基板の各所に不要な電着液が付着している。その不要な電着液を完全に除去するための、有効な手段として液体洗浄による洗い落しがある。特に、光透過性で安全性の高い不活性な液体での洗浄が有効である。
また、電着直後の電着膜の強化と不要電着液の洗浄除去を同時に行うことは、工程数を減ずることになりより好ましい。このためには、洗浄液として、ｐＨ値が電着液の析出開始ｐＨ値より析出し易い値のｐＨを有する水系洗浄液を用いることが好ましい。電着膜はこのような洗浄液に接することにより固形化が促進され、一方、不要な電着液の着色電着材料成分は凝集して付着性を失い、洗い落とされ易くなるのである。
このような洗浄液としては純水にＨＣｌ、Ｈ2 ＳＯ4 、ＫＯＨ、ＮａＯＨのようなｐＨ調節剤を加えたものを使用する他、アルコール系溶剤、多価アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、界面活性剤のごとき洗浄成分を含ませることが可能である。
【００３８】
次に、本発明においてブラックマトリックスの形成法について説明する。まず、図を用いてＮｉメッキ膜と樹脂中にカーボンブラックを分散させた膜をブラックマトリックスとした場合の膜の厚さと遮光性を比較する。図６から分かるように、Ｎｉメッキ膜は極めて薄い膜でも遮光性が高く、たとえば透過光学濃度（−ｌｏｇＲ）が２．５の遮光性を得る膜厚は、Ｎｉメッキ膜はカーボンブラック樹脂膜の約１０分の１である。すなわち、同じ遮光性を達成するために、金属メッキ膜の場合、極く薄い膜厚でよいということになる。このように金属メッキ膜は薄膜でも高い遮光性を得ることができるため、精度の高いカラーフィルターを作製することができる。本発明によると、従来の樹脂系ブラックマトリックスの５分の１の厚さでも十分な遮光性が得られる。
【００３９】
図７には、ブラックマトリックス部を金属メッキ膜で構成した場合の、図８には、カーボンブラック分散樹脂膜で構成した場合の、ブラックマトリックス部とカラーフィルター部の境界領域が模式的に示されている。２０は光透過性基板、２２は光透過性導電膜、２４は光半導体薄膜、２６はフィルター部、２８は金属メッキブラックマトリックス部を、３０は樹脂系ブラックマトリックス部をそれぞれ示す。図７と図８の比較から分かるように、樹脂系ブラックマトリックスの場合には、ブラックマトリックス部とカラーフィルター部とが重なった部分が形成され、光透過性が曖昧になっているのに対し、金属メッキの場合は、薄い膜厚故、フィルター部とブラックマトリックス部のエッジ端部が明確な境界を有しており、樹脂系ブラックマトリックスにおける場合のような光学的曖昧さが減少している。また、カラーフィルターのエッジ部での光の漏れを減少させることができる。さらに、カラーフィルター層を形成した後金属メッキによってブラックマトリックスを形成すると、ピンホールや膜欠落部を金属膜で埋め込むという自己パターン修復作用があるため、光が漏れるなどの現象がなくなり、フィルターとしての光学性能が向上する。
【００４０】
また、金属メッキ膜の厚さは流れる電流に比例するので、膜厚は均一であり、かつ膜厚の制御も容易である。
金属メッキ膜は、膜成長と共に結晶格子化を行うので、得られる膜は多結晶膜となる。そのため、可視光域で高い遮光性が得られる。遮光性の高いブラックマトリックスを得るためには、メッキ金属として、より結晶性の高い金属を使用することが好ましい。そのような金属としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏ等が挙げられる。金属メッキ層は下地の結晶性の影響を受けて結晶性が決まる傾向があるので、光半導体薄膜層は単結晶質、微結晶質または多結晶質等の高い結晶性を有していることが望まれる。
さらに、金属メッキ膜と下地（光半導体薄膜）との接着強度は、前記の膜成長がエピタキシャル成長に近い成膜性であるので、非常に大きい。
本発明の光電着法を用いるカラーフィルターの製造方法においては、光電着膜の未形成領域には光半導体が露出しており、この部分にブラックマトリックス用の金属メッキ膜を容易に形成できる。また、一般にカラーフィルターの電着膜は絶縁性が高く、したがってカラーフィルター層の上部に積層して金属メッキ膜が形成されることはない。従って、光電着法を用いてカラーフィルター層を形成した後、ブラックマトリックス用の金属メッキ液中で電圧を印加（この時光照射はしてもしなくてもよい。）すれば、カラーフィルター層の無い領域は金属メッキにより完全に埋められる。
【００４１】
また、本発明においては、カラーフィルター層を形成する前に、金属メッキ膜のブラックマトリックスを形成することもできる。すなわち、この方法では、先ず電着基板をその少なくとも光半導体薄膜を金属メッキ液に浸漬し、導電膜に電圧または電流を印加しつつ像露光すると、光の非照射部にのみ金属メッキ膜よりなるブラックマトリックスが形成される。その後電着基板の少なくとも光半導体薄膜を着色電着材料を含む電着液に浸漬し、導電膜に電圧または電流を印加しつつ電着基板に像露光して、光照射部にのみ着色電着膜を形成するものである。メッキされた金属膜の抵抗は低く発生電流の拡散が生じるため、金属メッキ膜の上に不要な電着膜が積層されることはない。このことも金属メッキ法をブラックマトリックス形成に適用する利点となる。
この方法によっても、光電着膜形成方法と金属メッキ法を利用することにより、上記の方法と同様の性能を有するカラーフィルターを安価に作成することができる。
【００４２】
カラーフィルター層を最初に形成する場合であって、またカルボキシル基含有電着性高分子を用いる場合には、金属メッキ液は酸性のものが良い。その理由は、酸性メッキ液はフィルター電着膜に対する悪影響が少ないからである。また、ブラックマトリックスを先ず形成する場合であって、またカルボキシル基を含有する電着性高分子を用いる場合には、メッキ金属として両性金属系を使用することは推奨されない。その理由は、カルボキシル基含有電着性高分子を含む電着液は通常弱アルカリ性であるからである。また、本発明のカラーフィルター製造プロセスにおいては様々な種類の水溶液が用いられるから、金属自体堅牢性の高い金属例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ｒｒ等の金属又は合金を使用することが好ましい。
【００４３】
本発明のブラックマトリックスの金属メッキ膜の厚さは７０〜９００ｎｍ（０．０７〜０．９μｍ）の範囲にあることが好ましい。７０ｎｍより薄いと、ブラックマトリックスとしての光遮蔽効果が得られず、また９００ｎｍより厚いと、前記の光学的シャープさが十分でなくなる。
【００４４】
本発明のフィルターの製造方法について詳細に説明を行ってきたが、そのプロセスをまとめて図示する。図９は最初にフィルター部を形成するプロセスの一例を、図１０は最初にブラックマトリックスを形成するプロセスの一例を示す。図９において、先ず光透過性の基板２に光透過性の導電膜３及び光起電力機能を有する光半導体薄膜４をこの順に積層した電着基板１を用意する（Ａ）。次に本発明の光電着法に基づき、フィルター部５を形成し（Ｂ）、同様に他の色のフィルター部６と７を形成する（Ｃ）。次いで、カラーフィルター部の間にブラックマトリックス８を金属メッキにより形成し（Ｄ）、最後にカラーフィルターとブラックマトリックスからなる層の表面に保護層９を設ける（Ｅ）。
ブラックマトリックスを先に形成する方法では、図１０に示すように、先ず金属メッキによりブラックマトリックスを形成し（Ｂ’）、次に、本発明の光電着法により各カラーフィルターを順次形成し（Ｃ’〜Ｄ’）、最後に保護層を形成する（Ｅ’）。
【００４５】
本発明において前記光電着法によりカラーフィルター部を形成する実験装置としては例えば図１１の３極式の配置を有する装置が挙げられる。図中、５は電着膜、１０は電着液、１１はＰｔ電極等の対向電極、１２はポテンショスタット等のバイアス電圧印加手段、１３はフォトマスク、１４は塩橋、１５は飽和カロメル電極等の制御電極、１６は電着槽を表す。
あらかじめ例えばポテンショスタットによりバイアス電圧を加えつつ、フォトマスクを通して光透過性の基板の側から光を照射すると、電着基板の光半導体薄膜の光が照射された部分にのみ光起電力が発生し、電着電位よりわずかに高い電位となる。そうすると、上で説明したように光半導体薄膜の光照射部分の近傍の水系液体のｐＨが変化し、着色電着材料（イオン性高分子及び／又は色素イオン）の溶解度が低下し、結局、光照射部のみに着色電着膜が形成される。カラーフィルターを作製するには、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）用のフォトマスクや電着液等を順次変えて繰り返し上記の方法を適用することにより電着膜を形成する。
金属メッキを行う装置としては同様の装置を用いることができる。
【００４６】
光照射、すなわち露光は基材の背面からフォトマスク等を介して行う。光源は、用いる光半導体に感度がある波長の光を供与するものであればいずれも用いることができる。例えば、４００ｎｍ以下の光照射可能な、水銀灯、水銀キセノンランプ、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ｎ2 レーザー、エキシマレーザーなどが使われる。また、フォトマスクを使用しないで、ディジタル信号に基づいて直接レーザー光を必要な箇所に照射することも可能である。
【００４７】
本発明の製造方法によると、上で説明した、電着基板にカラーフィルター部とブラックマトリックスを設けたものをそのままカラーフィルターとして使用することが可能で、他の光透過性の基板に転写する必要はないが、他の基板にカラーフィルター部とブラックマトリックスからなる層を熱や圧力により転写してカラーフィルターとして使用することも可能である。この場合は、電着基板を繰り返して使用することが可能となる。また転写する場合には、カラーフィルターに光を吸収する光半導体薄膜が存在しないので、一層、高透光性で高精度のカラーフィルターが得られる。
【００４８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
実施例１
１．５ｍｍ厚みの石英ガラス基体にＩＴＯの光透過性導電層をスパッタリング法で０．１μｍ製膜し、さらに０．３μｍのＴｉＯ2 をゾル−ゲル成膜塗布法により製膜した。つぎに、 ＴｉＯ2 の光電流特性を上げるために還元処理を行った。還元処理は、４％の水素ガスが混合された純窒素ガス中で４６０℃で10分間アニールすることにより行った。このようにして作製した電着基板を図１１で示すような、電気化学分野において一般的な三極式の配置を有する装置に組み込んだ。
レッドフィルター形成用電着液として、電着性高分子（スチレン−アクリル酸ランダム共重合体：分子量１６，０００、スチレン含有量６５モル％、酸価１３０、ガラス転移点４５℃，流動開始点９５℃、分解点２３７℃、析出開始点ｐＨ５．８）と、アゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で５対５の割合で含む水分散液（固形分濃度１０重量％、ｐＨ：７．８）を使用した。
【００４９】
光半導体薄膜（ＴｉＯ2 膜）が飽和カロメル電極に対してプラス１．６Ｖのバイアス電位差となるように、ＩＴＯ導電膜に電圧を印加した。また、電着基板の裏側（電着基板の光透過性の基体の側からを意味する。以下同じ）からレッドフィルター用のフォトマスクを通して、水銀キセノンランプ（山下電装製：波長３６５ｎｍ：光強度５０ｍＷ／ｃｍ2 ）により４秒間光を照射した。ＴｉＯ2 表面に透過光が照射され、照射領域にだけレッドのマスクフィルターパターンが形成された。その後ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で十分にカスケイド洗浄を行った。
【００５０】
次に、前記と同じ電着性高分子のスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で５対５の割合で含む水分散液（固形分濃度１０重量％、ｐＨ：７．８）をグリーンフィルター形成用電着液として使用し、グリーンフィルター用のフォトマスクを通して、５秒間透過光を照射する他は、レッドフィルターの作製と同様にして、ＴｉＯ2 表面に光が照射された領域にのみグリーンのマスクフィルターパターンを形成した。その後ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で十分にカスケイド洗浄を行った。
同様に、前記と同じ電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で５対５の割合で含む水分散液（固形分濃度１０重量％、ｐＨ：７．８）をグリーンフィルター用電着液として用い、ブルーフィルター用のフォトマスクを通して、２秒間光を照射し、また、前記電位差がプラス１．７Ｖになるように導電膜に電圧を印加する他は、レッドのフィルターの作製と同様にして、ＴｉＯ2 表面に光が照射された領域にのみブルーのマスクフィルターパターンそ形成した。その後、ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で洗浄した。
【００５１】
次に、ｐＨ値が４．１の硫酸ニッケルを主成分とするＮｉメッキ液（Ｎｉイオン濃度１２．３％）に電着基板の全体を浸漬し、その後導電膜にマイナスのバイアス電圧１．７Ｖを印可し、着色フィルター膜以外の部分にＮｉメッキを行い、０．２μｍ厚のＮｉのメッキ膜からなるブラックマトリックスを形成した。このＮｉブラックマトリックス膜の光学透過濃度は３．２であった。
次いで、着色電着膜及びブラックマトリックスが形成された面の上に、保護層として、プラズマ重合により作製した５０Å厚さのシリコーン樹脂層をコーティングしてカラーフィルターとした。
作製したカラーフィルターのフィルター部とブラックマトリックス部の境界の光学特性を評価したところ、境界のエッジ部のズレは１０μｍ以内の高精度が実現できた。
【００５２】
実施例２
１．２ｍｍ厚さの無アルカリガラス基体にスパッタリング法で０．２μｍ厚みのＩＴＯの光透過性導電膜を製膜し、さらに０．５μｍ厚みのＴｉＯ2 をスパッタリング法で製膜した。つぎに、ＴｉＯ2 の光電流特性を上げるために還元処理として５％の水素ガスが混合された純窒素ガス中で４２０℃、２０分間のアニールを行った。このようにして作製した電着基板を図１１で示すような、電気化学分野において一般的な三極式の配置を有する装置に組み込んだ。
先ず、ｐＨ値が３．１で液温３０℃の塩化スズを含有するスズメッキ液（Ｓｎイオン濃度７．３％）に電着基板の全体を浸漬し、その後電着基板の導電膜にマイナスのバイアス電圧２．０Ｖを印加すると共に、基板の裏側からブラックマトリックス用のフォトマスクを通して水銀キセノンランプ（山下電装製：波長３６５ｎｍ：光強度５０ｍＷ／ｃｍ2 ）を用いて光照射し、１５秒間メッキ電流を発生させ、光電流の非発生面に０．１２μｍ厚のスズのメッキ膜からなる平滑で薄層の均一なブラックマトリックス層を形成した。ブラックマトリックス膜の光学透過濃度は２．７であった。
【００５３】
次に、上記と同様の装置を用い着色電着膜を形成した。
レッドフィルター形成用電着液としてスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１４，０００、スチレン含有量７３モル％、酸価１４０、ガラス転移点５２℃、流動開始点９７℃、分解点２４８℃、析出開始点ｐＨ６．０）と、アゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で９対１の割合で含む水分散液（固形分濃度９．１重量％、ｐＨ：８．０）を用いた。
光半導体薄膜（ＴｉＯ2 膜）が飽和カロメル電極に対してプラス１．８Ｖのバイアス電位差となるように、ＩＴＯ導電膜に電圧を印加した。また、基板の裏側からレッドフィルター用フォトマスクを通して水銀キセノンランプ（山下電装製、波長３６５ｎｍの光強度５０ｍＷ／ｃｍ2 ）により６秒間光を照射したところ、 ＴｉＯ2 表面の光が照射された領域にのみレッドのマスクフィルターパターンが形成された。その後、ｐＨ値４．５のｐＨ調整液体で洗浄した。
次に、前記と同じ電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で８対２の割合で含む水分散液（固形分濃度９．２重量％、ｐＨ：８．０）をグリーンフィルター形成用電着液として用い、グリーンフィルター用のフォトマスクを通して７秒間光を照射する他は、レッドのフィルターを作製するのと同様にして、ＴｉＯ2 表面の光が照射された領域にのみグリーンのマスクフィルターパターンを形成した。その後、ｐＨ値４．４のｐＨ調整液体で洗浄した。
【００５４】
同様に、前記と同じ電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で８対２の割合で含む水分散液（固形分濃度９．４重量％、ｐＨ８．０）をブルーフィルター形成用電着液として使用し、前記電位差がプラス１．９Ｖとなるように導電膜にバイアス電圧を印加し、ブルー色のフォトマスクを通して７秒間光を照射する他は、レッドのフィルターを作製するのと同様にして、ＴｉＯ2 表面に光が照射された領域にのみブルーのマスクフィルターパターンを形成した。その後、ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で洗浄した。  次いで、着色電着膜及びブラックマトリックスが形成された面の上に、保護層として、プラズマ重合により作製した５０Å厚さのシリコーン樹脂層をコーティングしてカラーフィルターとした。
【００５５】
実施例３
４．５ｍｍ厚のパイレックスガラス基体にＩＴＯの光透過性導電膜をスパッタリングで０  ．２μｍ厚に製膜し、ＩＴＯ薄膜上にゾル・ゲル法により０．８μｍ厚のＴｉＯ2 層を製膜した。ＴｉＯ2 の製膜はＩＴＯ膜上にＴｉＯ2 の水分散液をスピンコート法（回転速度１４００回転）により被覆することにより行った。その後還元処理として、実施例１と同様に４％の水素ガスが混合された純窒素ガス中で３６０℃で２０分間アニールを行った。
このようにして作製した電着基板を図１１で示すような、電気化学分野において一般的な三極式の配置を有する装置に組み込んだ。
次に、液温５０℃の硫酸ニッケルを含有するニッケルメッキ液（Ｎｉイオン１２．３％）に、前記電着基板のＴｉＯ2 層がメッキ液に浸されるように電着基板を設置し、その後電着基板の導電膜に全体にマイナスのバイアス電圧１．９Ｖを印加すると共に、基板の裏側からブラックマトリックス用のフォトマスクを通して水銀キセノンランプ（山下電装製：波長３６５ｎｍ：光強度５０ｍＷ／ｃｍ2 ）を用いて光照射し、５秒間メッキ電流を発生させ、光電流の非発生面に０．２０μｍ厚のニッケルのメッキ膜からなるブラックマトリックス層を形成した。ブラックマトリックス膜の光学透過濃度は２．９であった。
【００５６】
次に、同様の装置を用い着色電着膜の形成を行った。
レッドフィルター形成用電着液として電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体（分子量1 ００００、スチレン含有量６８モル％、酸価１６０、ガラス転移点３５℃，流動開始点８５℃、分解点２４０℃、析出開始点ｐＨ５．８）と、アゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で９対１の割合で含む水分散液（固形分濃度８．６重量％、ｐＨ：７．８）を使用した。
光半導体薄膜（ＴｉＯ2 膜）が飽和カロメル電極に対してプラス１．７Ｖのバイアス電位差となるように、ＩＴＯ導電膜に電圧を印加した。また、基板の裏側からレッドフィルター用のフォトマスクを通して水銀キセノンランプ（山下電装製：波長３６５ｎｍ：光強度５０ｍＷ／ｃｍ2 ）により５秒間光を照射したところ、ＴｉＯ2 表面の光が照射された領域にのみレッド色のマスクフィルターパターンが形成された。その後そのパターン像をｐＨ値４．２のｐＨ調整水溶液で浸水洗浄した。
次に、前記と同じ電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で９対１の割合で含む水分散液（固形分濃度８．１重量％、ｐＨ７．８）を電着液として使用し、グリーン色用のフォトマスクを通して５秒間光を照射する他は、レッドフィルターの作製と同様にして、ＴｉＯ2 表面の光が照射された領域にのみグリーンのマスクフィルターパターンを形成した。その後ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で洗浄した。
【００５７】
次に、前記と同じ電着性高分子であるスチレン−アクリル酸共重合体とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で９対１の割合で含む水分散液（固形分濃度８．５重量％、ｐＨ：７．８）を電着液として使用し、ブルー色用のフォトマスクを通して５秒間光を照射する他は、レッドフィルターの作製と同様にして、ＴｉＯ2 表面の光が照射された領域にのみブルーのマスクフィルターパターンを形成した。
そのフィルター層の境界部分においても光学的に境界部が明確に示され漏れ光が確認されず良好な性能を確認できた。その後ｐＨ値４．２のｐＨ調整液体で洗浄し乾燥した後、０．２ｍｍ厚のポリイミドフィルムを電着層面に載せて、終了したテストピースを純水中に２０日間浸漬し、膜質を観察したが、変化が確認できず、このカラーフィルターが十分な堅牢性を示すものであった。これをカラーフィルターとした。
【００５８】
実施例４
厚さ３ｍｍの石英ガラス基体にＩＴＯの光透過性導電膜をスパッタリング法で０．３μｍ厚に製膜した後、 ＩＴＯ薄膜上にシランガスのグロー放電着膜法によりａ−Ｓｉ膜と、着膜後半にジボランガスを導入しながら着膜し、ｐ型ａ−Ｓｉ膜を積層し、０．１μｍ厚の光起電力層を製膜した。そのあと、レーザー光線により約５５０℃の表面温度になるように加熱処理を行い、Ｓｉ膜の結晶化度を上昇させ、ｐｎ接合型poly−Ｓｉ膜とした。このようにして作製した電着基板を図１１で示すような、電気化学分野において一般的な三極式の配置を有する装置に組み込んだ。
レッドフィルター用電着液として、実施例１と同じ電着性高分子とアゾ系赤色超微粒子顔料を固形分比率で７対３の割合で含むに弱アルカリ性水分散液（固形分濃度８．７重量％、ｐＨ：７．８）を使用した。
【００５９】
光半導体薄膜（Ｓｉ膜）が飽和カロメル電極に対してプラス１．７Ｖのバイアス電位差となるように、ＩＴＯ導電膜に電圧を印加した。また、電着基板の裏側からHe-Ne レーザー光源を用いてレッドフィルター画素に対応した信号のレーザー光を照射し、Ｓｉ膜の表面の光が照射された領域にだけレッド色のフィルターパターンそ形成した。その後そのパターン像をｐＨ値３．０のｐＨ調整水溶液で浸水洗浄した。
次に、実施例１と同じ電着性高分子とフタロシアニングリーン系超微粒子顔料を固形分比率で７対３の割合で含む水系顔料分散液（固形分濃度９．５重量％、ｐＨ：７．８）をグリーンフィルター用電着液として使用し、He-Ne レーザー光源を用いてグリーンフィルター画素に対応した信号のレーザー光を照射する他は、レッドフィルターの作製と同様にして、Ｓｉ層のレーザー光が照射された領域にだけグリーンのフィルターパターンを形成した。その後そのパターン像をｐＨ値３．０のｐＨ調整水溶液で浸水洗浄した。
【００６０】
同様に、実施例１と同じ電着性高分子とフタロシアニンブルー系超微粒子顔料を固形分比率で７対３の割合で含む水系顔料分散液（固形分濃度８．１重量％、ｐＨ：７．８）をブルーフィルター形成用電着液として使用し、He-Ne レーザー光源を用いてブルーフィルター画素に対応した信号のレーザー光を照射する他は、レッドフィルターの作製と同様にして、Ｓｉ層のレーザー光が照射された領域にだけブルーのフィルターパターンを形成した。その後そのパターン像をｐＨ値３．２のｐＨ調整水溶液で浸水洗浄した。  次に、液温２０℃の硫酸ニッケルを含むニッケルメッキ液（Ｎｉイオン１２．３％）に、前記電着基板の着色電着膜が形成されたＳｉ層を前記メッキ液に浸漬し、電着基板の導電膜にマイナスのバイアス電圧２．１Ｖを印加し、６．５秒間、着色フィルター電着部以外の部分にメッキ電圧を発生させ、厚さ０．２μｍのニッケルメッキ膜からなるブラックマトリックスのパターン像を形成した。ブラックマトリックスは、カラーフィルター層がない部分にのみ形成され、その膜の光学透過濃度は、３．２であった。
次いで、着色電着膜及びブラックマトリックスが形成された面の上に、保護層として、プラズマ重合により作製した５０Å厚さのシリコーン樹脂層をコーティングしてカラーフィルターとした。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、フィルター部を光電着法によりまたブラックマトリックスを金属メッキにより形成するため、フォトリソグラフィ工程を一つも使わず、工程数が少なく、コストが低いカラーフィルターの製造方法を提供することが可能であり、また本発明の製造方法により、フィルター部とブラックマトリックス部のエッジ端部が明確な境界を示し、光の漏れがなく、解像度及び制御性及び透光性が共に高い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】  光半導体表面と電着液との界面に生ずるショトキー接合を説明する概念図である。
【図２】  ｐｉｎ接合のｉ層に光を照射した場合にｉ層にキャリアが発生・移動することを説明する概念図である。
【図３】  本発明の着色電着材料のｐＨ変化に伴う溶解特性の変化を示す図である。
【図４】  本発明の、疎水基と親水基の総和に対する疎水基の数が異なる着色電着材料について、ｐＨ変化に伴う溶解特性の変化を示す図である。
【図５】  電着量と導電率の関係を示すグラフである。
【図６】  ブラックマトリックスの厚さと透過光学濃度の関係を示すグラフである。
【図７】  金属メッキ膜からなるブラックマトリックスとフィルター部の境界を示す模式図である。
【図８】  樹脂分散系ブラックマトリックスとフィルター部の境界を示す模式図である。
【図９】  本発明のフィルターの製造プロセスの一例を示す図である。
【図１０】  本発明のフィルターの製造プロセスの他の一例を示す図である。
【図１１】  本発明の光電着法によりフィルターを作製するための実験装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１                電着基板
２、２０          光透過性の基板
３、２２          光透過性の導電膜
４、２４          光起電力を有する光半導体薄膜
５、６、７、２６  電着フィルター部
８、２８、３０    ブラックマトリックス
９                保護層
１０              電着液
１１              対向電極
１２              バイアス電圧印加手段
１３              フォトマスク
１４              塩橋
１５              制御電極
１６              電着槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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