JP4480239B2

JP4480239B2 - Manufacturing method of color filter

Info

Publication number: JP4480239B2
Application number: JP2000218374A
Authority: JP
Inventors: 安彦赤尾; 哲也坂上
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; AGC Inc
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP2002031711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ装置その他の精密電子機器の電気光学表示装置に用いられるカラーフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイ装置等に用いられるカラーフィルタの製造は、ガラス基板等の透明支持体上へのメタルブラックマトリクスの形成、カラー画素の形成、および透明導電膜の形成という工程で行われるのが通常である。
【０００３】
初めに、クロム等の金属によりガラス基板等にメタルブラックマトリクス（遮光膜）を形成する。図１に示したように、メタルブラックマトリクス２は、ガラス基板等の周辺部に額縁状の縁取り２１を形成し（以下、メタルブラックマトリクスのその部分を「額縁状周辺部」という。）、その内側には細かな、通常、数十μｍ幅の格子状パターン２２を形成する。額縁状周辺部２１は、ＬＣＤのセルを形成する場合に対向する基板との貼り合わせに用いられる。ブラックマトリクスとしては、金属を含有せずにカーボンを含有する樹脂等の材料を用いることも提案されているが、工業的生産には加工精度の点で優れるメタルブラックマトリクスが用いられている。
【０００４】
ついで、カラー画素（カラーフィルタ層）を形成する。例えば、赤の顔料を分散させた感光性樹脂をスピンコートで全面に塗布し、マスクを介して露光する。露光後に現像を行うと、メタルブラックマトリクス格子状パターンの抜けた部分であって、マスクを通過して露光された部分に赤の画素が得られる。これと同様の工程を緑および青の画素についても行うと、透明支持体上に３色の画素が形成される。メタルブラックマトリクスは、カラー画素形成後においても、各画素間や額縁状周辺部に露出した状態にある。
【０００５】
更に、上記のようにして得た一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成されたガラス基板等の透明支持体に透明導電膜を形成する方法としては、その面と同じ側に薄いメタル材料で形成されたマスクパターン（メタルマスク）を重ねてスパッタリング法によりＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）膜を成膜する方法が最も広範に行われている。メタルマスクは、透明導電膜を形成する部分がくり抜かれており、透明導電膜を形成しない部分は透明支持体を覆い隠すようなパターンを形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体にメタルマスクを重ねてスパッタリング法により透明導電膜パターンを形成する場合には、メタルブラックマトリクスやメタルマスクがプラズマにさらされ帯電することで、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの間でアーキングが発生することがある。アーキングの発生は、メタルブラックマトリクスに光抜けの欠陥を生じさせる原因となる。
これに対して、アーキングを防止するために、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの間隔を広げると、透明導電膜を形成しない部分にまで透明導電膜が回り込んでしまうという問題がある。
したがって、本発明は、メタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体にメタルマスクを用いてスパッタリング法により透明導電膜を形成してカラーフィルタを製造する方法であって、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの間のアーキングの発生を防止し、メタルブラックマトリクスに光抜けの欠陥を生じさせることのないカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体に、その面と同じ側にメタルマスクを重ねてスパッタリングを行うことにより透明導電膜を形成してカラーフィルタを製造する方法であって、
該スパッタリングが、該メタルブラックマトリクスと該メタルマスクとが電気的に接続された状態で行われることを特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供する。
【０００８】
前記メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが電気的に接続された状態が、該メタルブラックマトリクスと該メタルマスクとが物理的に接触した状態であることが好ましい。
【０００９】
前記メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態において、その接触部の全体が、カラーフィルタの非表示部にあることが好ましい。
【００１０】
前記メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態において、前記メタルマスクが磁性体であり、かつ、前記透明支持体のスパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石が配置されていることが好ましい。
【００１１】
前記メタルマスクと前記磁石との位置関係が、メタルマスクのメタルブラックマトリクスとの接触部と磁石とを透明支持体の表面を含む平面を投影面として投影した場合において、該接触部と該磁石の投影が投影面上で重複部分を有する、または、有しないが最短距離が１５ｍｍ以内である位置関係であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のカラーフィルタの製造方法に用いられる一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体は、特に限定されず、通常のカラーフィルタの製造過程で得られるものを用いることができる。
【００１４】
初めに、透明支持体の一方の面にメタルブラックマトリクスを形成する。
本発明に用いられる透明支持体は、無色透明の材料に限られず、本発明の目的を損なわない範囲で、着色している材料も用いることができる。例えば、ガラス、プラスチックが挙げられる。
ガラスは、特に限定されず、例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスが挙げられる。
プラスチックは、特に限定されず、例えば、ポリカーボネート、エポキシ樹脂が挙げられる。
本発明に用いられる透明支持体は、第一の透明支持体と中間膜と第二の透明支持体との積層体であってもよい。積層体に用いられる透明支持体としては、上記の単独で用いられる透明支持体を同様に用いることができる。
【００１５】
透明支持体の厚さは、特に限定されないが、通常、０．７〜１．０ｍｍである。透明支持体の大きさは、特に限定されない。
【００１６】
メタルブラックマトリクスの形成は、金属を用いるものであれば特に限定されない。例えば、クロム、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン等の金属の１種または２種以上を含有する金属薄膜をスパッタリング法等の従来公知の方法により成膜して、透明支持体の一方の面にメタルブラックマトリクスを形成することができる。
メタルブラックマトリクスの厚さは、特に限定されないが、通常、８０〜３００ｎｍ程度である。
また、本発明においては、ブラックマトリクスを２層以上にし、そのうち１層をメタルブラックマトリクスとしたものであってもよい。例えば、カラーフィルタの低反射化を目的として、透明支持体側に酸化物膜を設けておき、更にメタルブラックマトリクスを設けることもできる。
【００１７】
つぎに、カラー画素を形成し、一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体を得る。
カラー画素の形成は、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法等の従来公知の方法により行うことができる。顔料分散法は、フォトリソ方式およびエッチング方式のいずれも用いることができる。
【００１８】
更に、一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体に、その面と同じ側にメタルマスクを重ねてスパッタリングを行うことにより透明導電膜を形成してカラーフィルタを製造する。
メタルマスクに用いられる金属材料は、透明支持体と同程度の熱膨張係数を有する材料であるのが好ましい。透明支持体とメタルマスクの熱膨張係数が同程度であると、スパッタリング中に２００℃程度の高温になったときでも、熱歪が生じてカラー画素に傷を付けてしまうことがない。
例えば、透明支持体として、実質的にアルカリ成分を含有しない、いわゆる無アルカリガラス（例えば、熱膨張係数が４．８×１０^-6／℃のホウケイ酸ガラス）からなるガラス基板を用いる場合には、メタルマスクに用いられる金属材料としては、熱膨張係数が４．６×１０^-6〜５．０×１０^-6／℃、特に４．６×１０^-6〜４．８×１０^-6／℃である材料が好ましい。具体的には、耐熱性に優れ、熱膨張係数が４．６×１０^-6〜４．８×１０^-6／℃である鉄―４２％ニッケル合金が好適に例示される。
【００１９】
メタルマスクの大きさおよび形状は、特に限定されず、例えば、厚さ０．３ｍｍ程度の金属板を所望の透明導電膜のパターン形状にエッチングしたメタルマスクを用いることができる。メタルマスクの厚さが厚すぎると、透明導電膜のパターニングがぼける（精細に行えない）傾向にある。
【００２０】
スパッタリングにより透明導電膜を形成する工程は、従来のカラーフィルタの製造と同様の条件で行うことができるが、本発明のカラーフィルタの製造方法においては、スパッタリングをメタルブラックマトリクスとメタルマスクとが電気的に接続された状態で行うことに特徴がある。
スパッタリングにおいて、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの間でアーキングが発生するのは、両者がプラズマにさらされ帯電し、その帯電の程度が異なり、電位差が生じるためであると考えられる。本発明においては、スパッタリングを両者が電気的に接続された状態で行うことにより、両者に電位差が生じないようにしているため、従来問題であったアーキングの発生が防止され、メタルブラックマトリクスに光抜けの欠陥が生じない。
【００２１】
メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが電気的に接続された状態とは、両者の間に電流が流れうる状態をいい、例えば、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態や、導線等の導電性の電流の経路により両者が連結された状態が挙げられる。
中でも、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態であるのが好ましい。両者が物理的に接触した状態であると、スパッタリングを行っている間、電気的に接続された状態が安定に保たれる。また、両者を物理的に接触させる方法は、導線等を用いる必要がなく、簡便な方法である。
【００２２】
メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態においては、メタルマスクの一部がメタルブラックマトリクスと物理的に接触し、非接触部における両者の間隔は、通常、０．０５〜０．１５ｍｍであることが好ましい。メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触していない場合においても、同様である。
【００２３】
ここで、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態において、その接触部の全体が、カラーフィルタの非表示部にあるのが好ましい。本明細書において、非表示部とは、カラーフィルタの外周部にあり、表示に用いられない部分をいう。
スパッタリングを行う間、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとを物理的に接触させておくことにより、メタルブラックマトリクスに多少の傷が発生する場合があるが、それが非表示部であれば、カラーフィルタの機能上、特に問題とならないからである。なお、メタルマスク表面の一部または全部を電導性樹脂で被覆することによって、メタルブラックマトリクスの傷の発生を防止することもできる。
【００２４】
一般に、液晶ディスプレイ装置等の組み立て工程において、メタルブラックマトリクスの額縁状周辺部の全部が透明導電膜により被覆されていることは望ましくないので、メタルブラックマトリクスの額縁状周辺部のうち外側の部分には、通常、透明導電膜を形成しない。したがって、このメタルブラックマトリクスの透明導電膜を形成しない部分でメタルマスクと物理的に接触させればよい。
好ましくは、メタルブラックマトリクスとメタルマスクを物理的に接触させるための専用領域をメタルブラックマトリクスのうちの、カラーフィルタの非表示部に相当する額縁状周辺部の外周部分に形成する。
専用領域は、その形状、大きさ、数等は特に限定されず、カラーフィルタを液晶ディスプレイ装置等に組み込む際にメタルブラックマトリクスの額縁状周辺部および透明支持体を切り落とす場合に障害とならないように形成されるのが好ましい。即ち、カラーフィルタを液晶ディスプレイ装置等に組み込む際には、メタルブラックマトリクスの額縁状周辺部の外周部分を透明支持体ごと切り落として用いるが、この際、切り落としにより生じるカラーフィルタの端部において、メタルブラックマトリクスが透明支持体からはく離したりしないようにするのが好ましい。具体的には、メタルブラックマトリクスが切り落としにより切断される長さが長いと、はく離が生じやすいので、切断される長さが短くなるようにするのが好ましい。
専用領域がメタルブラックマトリクスの非表示部に形成されていると、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの物理的な接触が安定し、かつ、メタルブラックマトリクスの表示部に傷が付くこともないので、好ましい。
【００２５】
したがって、一方の面にメタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成されており、その面と同じ側にメタルマスクを重ねてスパッタリングを行うことにより透明導電膜を形成してカラーフィルタを製造するために用いられるカラーフィルタ用透明支持体であって、
該メタルブラックマトリクスが、額縁状周辺部を有し、カラーフィルタの非表示部に相当する該額縁状周辺部の外周部分に該メタルマスクと接触するための専用領域を有することを特徴とするカラーフィルタ用透明支持体を用いれば、歩留まりよくカラーフィルタを製造することができるので、そのようなカラーフィルタ用透明支持体は有用である。
【００２６】
また、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態において、メタルマスクが磁性体であり、かつ、透明支持体のスパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石が配置されているのが好ましい。この場合、メタルマスクと磁石との間に働く引きあう力によって、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが互いに押し付けられ、両者が物理的に接触した状態が、安定化される。
即ち、メタルブラックマトリクスとメタルマスクを単に重ねて載せるだけでは、スパッタリング中の加熱や、メタルマスク上に成膜される透明導電膜の応力によりメタルマスクが変形して、両者の物理的接触状態が保てず、両者間の安定な電気的接続が得られない場合があるが、上記のように磁石を用いると、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが物理的に接触した状態をスパッタリングを行っている間、常に保つことができる。
特に、透明支持体を立てた状態（透明支持体の表面が鉛直方向となる状態）で透明導電膜膜を成膜する場合には、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとを押し付ける力が必要であり、磁石を用いて押し付けるのが好ましい。
【００２７】
メタルマスクと磁石との位置関係は、メタルマスクと磁石との間に働く引きあう力にもよるが、一般に、メタルマスクのメタルブラックマトリクスとの接触部と磁石とを透明支持体の表面を含む平面を投影面として投影した場合において、該接触部と該磁石の投影が投影面上で重複部分を有する、または、有しないが最短距離が１５ｍｍ以内である位置関係であることが好ましい。このような位置関係にあると、メタルマスクと磁石が遠くにある場合に比べて、メタルマスクと磁石との間に引きあう力が強く働くので、メタルブラックマトリクスとメタルマスクの物理的な接触が、より安定に保たれる。
【００２８】
一方、磁石を透明支持体の表示部に配置すると、スパッタリングを行う際に加熱が均一にならず、形成される透明導電膜に色むらができる場合があるので、磁石は透明支持体の非表示部に配置するのが好ましい。
したがって、磁石とメタルマスクとの位置関係が上記関係にあり、かつ、磁石が透明支持体の非表示部にあるのが、最も好ましい。
【００２９】
磁石は、透明支持体に接触させて配置させてもよいが、均熱板等のスペーサーを介して配置するのが、磁石により透明支持体を傷付けることがないので好ましい。スペーサーの大きさは、特に限定されないが、例えば、厚さ約０．５ｍｍとすることができる。
スパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石を配置する方法は、特に限定されないが、例えば、所望の位置に磁石を有するジグをスパッタリングを行う面と反対の面の側に配置する方法を用いることができる。
【００３０】
磁石は、２００℃程度の高温に耐えることができる耐熱性に優れる強磁性材料が好ましい。例えば、フェライト系、Ｎｄ−Ｂ（ネオジムボロン）系、Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウムコバルト）系の磁石が挙げられる。
磁石の大きさおよび形状は、特に限定されないが、例えば、５〜３０ｍｍ程度の四角形、円形等の種々の形状のものを用いることができる。
【００３１】
なお、本発明においては、透明導電膜の形成の前に、物理化学的保護、表面の整面化、平坦化等を目的として、メタルブラックマトリクスおよびカラー画素の上に保護膜を形成してもよい。
【００３２】
上述したように、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、メタルブラックマトリクスおよびカラー画素が形成された透明支持体にメタルマスクを用いてスパッタリング法により透明導電膜を形成してカラーフィルタを製造する場合に、メタルブラックマトリクスとメタルマスクを電気的に接続して成膜するので、プラズマにさらされても両者間に大きな電位差が発生せず、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとの間のアーキングの発生を防止することができる。したがって、メタルブラックマトリクスに光抜けの欠陥を生じさせないでカラーフィルタを製造することができ、有用である。
【００３３】
【実施例】
つぎに、本発明を図面を参照しつつ実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
１．カラーフィルタの製造
（実施例１）
実施例１について、図２を参照して説明する。
図２は、一方の面にメタルブラックマトリクス２（材質：クロム、厚さ：１５０ｎｍ）およびカラー画素３が形成された透明支持体１（材質：ホウケイ酸ガラス、熱膨張係数：４．８×１０^-6／℃、厚さ：０．７ｍｍ）に、その面と同じ側にメタルマスク４を重ねてスパッタリングを行う際の構成の概略を表す断面図である。
図２においては、メタルブラックマトリクス２とメタルマスク４とが、メタルブラックマトリクス２の額縁状周辺部２１のうち、カラーフィルタの非表示部に相当する外側の約０．５ｍｍの領域で、物理的に接触した状態にある。即ち、接触部の全体がカラーフィルタの非表示部にあり、メタルブラックマトリクス２とメタルマスク４とが電気的に接続された状態にある。非接触部における両者の間隔は、０．１ｍｍである。
【００３４】
更に、図２においては、メタルマスク４（熱膨張係数：４．６×１０^-6〜４．８×１０^-6／℃、厚さ：０．３ｍｍ）は磁性体である鉄―４２％ニッケル合金で形成されており、かつ、透明支持体１のスパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石５（材質：フェライト系、大きさ：５ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）が配置されている。メタルマスク４と磁石５との位置関係は、メタルマスク４のメタルブラックマトリクス２との接触部と磁石５とを透明支持体１の表面を含む平面を投影面として投影した場合において、該接触部と該磁石５の投影が投影面上で重複部分を有しないが最短距離が５ｍｍである位置関係にある。
【００３５】
図２の構成でスパッタリングを行うことにより、厚さ１６０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。スパッタリングの条件を以下に示す。
スパッタリング装置：インラインスパッタリング装置
ターゲット：矩形状のＩＴＯターゲット
スパッタ電力密度：２．５Ｗ／ｃｍ²
スパッタガス圧：０．５Ｐａ
スパッタガス：１体積％Ｏ₂を含有するＡｒ
【００３６】
（実施例２）
実施例２について、図３を参照して説明する。なお、各構成部材の材質、大きさ等は、実施例１と同様である。
図３は、一方の面にメタルブラックマトリクス２およびカラー画素３が形成された透明支持体１に、その面と同じ側にメタルマスク４を重ねてスパッタリングを行う際の構成の概略を表す（Ａ）上面図（メタルマスク側から見た図）および（Ｂ）断面図である。図３は、本発明のカラーフィルタ用透明支持体の好適な態様の一つを表す。
図３においては、メタルブラックマトリクス２のうち、カラーフィルタの非表示部に相当する額縁状周辺部２１の外周部分に、外側に張り出したメタルマスク４との接触用の専用領域２３が設けられており、メタルブラックマトリクス２とメタルマスク４とが、この専用領域２３で物理的に接触した状態にある。即ち、メタルブラックマトリクス２とメタルマスク４とが電気的に接続された状態にある。非接触部における両者の間隔は、０．１ｍｍである。
【００３７】
また、図３においては、メタルマスク４は磁性体である鉄―４２％ニッケル合金で形成されており、かつ、透明支持体１のスパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石５が配置されている。メタルマスク４と磁石５との位置関係は、メタルマスク４のメタルブラックマトリクス２との接触部と磁石５とを透明支持体１の表面を含む平面を投影面として投影した場合において、該接触部と該磁石５の投影が投影面上で重複部分を有する位置関係にある（図３（Ａ）参照）。
図３の構成で、スパッタリングを行うことにより、厚さ１６０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。スパッタリングの条件は、実施例１と同様である。
【００３８】
比較例１について、図４を参照して説明する。なお、各構成部材の材質、大きさ等は、実施例１と同様である。
図４は、一方の面にメタルブラックマトリクス２およびカラー画素３が形成された透明支持体１に、その面と同じ側にメタルマスク４を重ねてスパッタリングを行う際の構成の概略を表す断面図である。この構成は、従来用いられているものである。
図４においては、メタルブラックマトリクス２とメタルマスク４とは、物理的に接触した状態になく、また、電気的に接続された状態にもない。
また、図４においては、メタルマスク４は磁性体である鉄―４２％ニッケル合金で形成されているが、透明支持体１のスパッタリングを行う面と反対の面の側に磁石は配置されていない。
図４の構成で、スパッタリングを行うことにより、厚さ１６０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した。スパッタリングの条件は、実施例１と同様である。
【００３９】
２．各カラーフィルタの評価
実施例１、２および比較例１で得られたカラーフィルタについて、アーキングによるメタルブラックマトリクスの光抜け欠陥、および、メタルマスクによるメタルブラックマトリクスの傷欠陥の有無を観察した。
【００４０】
結果を第１表に示す。
本発明のカラーフィルタの製造方法により得られたカラーフィルタは、アーキングによるメタルブラックマトリクスの光抜け欠陥が発生しなかったことが分かる（実施例１および２）。また、本発明のカラーフィルタ用透明支持体を用いて、本発明のカラーフィルタの製造方法により得られたカラーフィルタは、メタルブラックマトリクスとメタルマスクを物理的に接触させるための専用領域をメタルブラックマトリクスのうちの、カラーフィルタの非表示部に相当する額縁状周辺部の外周部分に有するので、メタルマスクによるメタルブラックマトリクスの傷欠陥も発生しなかったことが分かる（実施例２）。
これに対して、スパッタリングが、メタルブラックマトリクスとメタルマスクとが電気的に接続されていない状態で行われた場合（比較例１）は、アーキングによるメタルブラックマトリクスの光抜け欠陥が１０％の割合で発生した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、スパッタリングを行う際のアーキングの発生を防止したものであり、この方法によれば、メタルブラックマトリクスに光抜けの欠陥を生じさせないでカラーフィルタを製造することができるので、歩留まりがよい。
また、本発明のカラーフィルタ用透明支持体は、額縁状周辺部を有し、カラーフィルタの非表示部に相当する該額縁状周辺部の外周部分に該メタルマスクと接触するための専用領域を有するので、メタルブラックマトリクスにメタルマスクによる傷欠陥を生じさせないで、カラーフィルタを製造することができるので、更に歩留まりをよくすることができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタルブラックマトリクスが形成された透明支持体の概略を表す平面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法の実施例の一例を表す断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタ用透明支持体を用いた本発明のカラーフィルタの製造方法の実施例の一例を表す（Ａ）上面図および（Ｂ）断面図である。
【図４】従来のカラーフィルタの製造方法の一例を表す断面図である。
【符号の説明】
１透明支持体
２メタルブラックマトリクス
２１額縁状周辺部
２２格子状パターン
２３専用領域
３カラー画素
４メタルマスク
５磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a color filter used in an electro-optic display device of a liquid crystal display device and other precision electronic devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the manufacture of color filters used in liquid crystal display devices and the like is usually performed in the steps of forming a metal black matrix, forming color pixels, and forming a transparent conductive film on a transparent support such as a glass substrate. It is.
[0003]
First, a metal black matrix (light-shielding film) is formed on a glass substrate or the like with a metal such as chromium. As shown in FIG. 1, the metal black matrix 2 is formed with a frame-shaped border 21 in the peripheral portion of a glass substrate or the like (hereinafter, this portion of the metal black matrix is referred to as “frame-shaped peripheral portion”). A fine lattice pattern 22 having a width of several tens of μm is formed on the inner side. The frame-shaped peripheral portion 21 is used for bonding to an opposing substrate when forming an LCD cell. As a black matrix, it has been proposed to use a material such as a resin containing carbon without containing a metal. However, a metal black matrix excellent in processing accuracy is used for industrial production.
[0004]
Next, a color pixel (color filter layer) is formed. For example, a photosensitive resin in which a red pigment is dispersed is applied on the entire surface by spin coating, and exposed through a mask. When development is performed after exposure, red pixels are obtained in portions where the metal black matrix lattice pattern is missing and exposed through the mask. When the same process is performed for green and blue pixels, three color pixels are formed on the transparent support. The metal black matrix is exposed between the pixels and in the frame-shaped periphery even after the color pixels are formed.
[0005]
Furthermore, as a method of forming a transparent conductive film on a transparent support such as a glass substrate having a metal black matrix and color pixels formed on one surface obtained as described above, a thin metal material is formed on the same side as the surface. The most widely used method is to form an ITO (In and Sn oxide) film by a sputtering method by overlapping the mask pattern (metal mask) formed in (1). In the metal mask, a portion where the transparent conductive film is formed is cut out, and a pattern where the portion where the transparent conductive film is not formed covers the transparent support is formed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When a transparent conductive film pattern is formed by a sputtering method by overlapping a metal mask on a transparent support on which a metal black matrix and color pixels as described above are formed, the metal black matrix and the metal mask are exposed to plasma and charged. As a result, arcing may occur between the metal black matrix and the metal mask. The occurrence of arcing causes a defect of light leakage in the metal black matrix.
On the other hand, if the gap between the metal black matrix and the metal mask is increased in order to prevent arcing, there is a problem that the transparent conductive film wraps around the portion where the transparent conductive film is not formed.
Accordingly, the present invention is a method of manufacturing a color filter by forming a transparent conductive film by a sputtering method using a metal mask on a transparent support on which a metal black matrix and color pixels are formed. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a color filter that prevents arcing between the mask and the metal black matrix without causing light leakage defects.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a color filter by forming a transparent conductive film on a transparent support having a metal black matrix and color pixels formed on one side thereof, and sputtering a metal mask on the same side as that side to form a transparent conductive film. A method of manufacturing
Provided is a color filter manufacturing method, wherein the sputtering is performed in a state where the metal black matrix and the metal mask are electrically connected.
[0008]
The state in which the metal black matrix and the metal mask are electrically connected is preferably a state in which the metal black matrix and the metal mask are in physical contact.
[0009]
In a state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, it is preferable that the entire contact portion is in the non-display portion of the color filter.
[0010]
In a state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, the metal mask is a magnetic body, and a magnet is disposed on the side opposite to the surface on which the sputtering of the transparent support is performed. It is preferable.
[0011]
When the positional relationship between the metal mask and the magnet is such that the contact portion between the metal mask and the metal black matrix and the magnet are projected using a plane including the surface of the transparent support as a projection plane, the contact portion and the magnet It is preferable that the projection has an overlapping portion on the projection surface or a positional relationship in which the shortest distance is within 15 mm although it does not have.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The transparent support on which the metal black matrix and the color pixels are formed on one surface used in the method for producing a color filter of the present invention is not particularly limited, and one obtained in a normal color filter production process may be used. it can.
[0014]
First, a metal black matrix is formed on one side of the transparent support.
The transparent support used in the present invention is not limited to a colorless and transparent material, and a colored material can be used as long as the object of the present invention is not impaired. Examples thereof include glass and plastic.
The glass is not particularly limited, and examples thereof include soda lime glass, borosilicate glass, and quartz glass.
The plastic is not particularly limited, and examples thereof include polycarbonate and epoxy resin.
The transparent support used in the present invention may be a laminate of a first transparent support, an intermediate film, and a second transparent support. As the transparent support used for the laminate, the transparent support used alone can be used in the same manner.
[0015]
Although the thickness of a transparent support body is not specifically limited, Usually, it is 0.7-1.0 mm. The size of the transparent support is not particularly limited.
[0016]
The formation of the metal black matrix is not particularly limited as long as it uses a metal. For example, a metal thin film containing one or more metals such as chromium, titanium, nickel, molybdenum, and tungsten is formed by a conventionally known method such as sputtering, and a metal is formed on one surface of the transparent support. A black matrix can be formed.
The thickness of the metal black matrix is not particularly limited, but is usually about 80 to 300 nm.
In the present invention, the black matrix may be composed of two or more layers, and one of them may be a metal black matrix. For example, for the purpose of reducing the reflection of the color filter, an oxide film may be provided on the transparent support side, and a metal black matrix may be further provided.
[0017]
Next, color pixels are formed, and a transparent support having a metal black matrix and color pixels formed on one surface is obtained.
The color pixels can be formed by a conventionally known method such as a dyeing method, a pigment dispersion method, a printing method, or an electrodeposition method. As the pigment dispersion method, either a photolithography method or an etching method can be used.
[0018]
Further, a color filter is manufactured by forming a transparent conductive film on a transparent support having a metal black matrix and color pixels formed on one side and performing sputtering with a metal mask superimposed on the same side as the surface.
The metal material used for the metal mask is preferably a material having a thermal expansion coefficient comparable to that of the transparent support. When the thermal expansion coefficients of the transparent support and the metal mask are approximately the same, thermal distortion does not occur and the color pixels are not damaged even when the temperature becomes high at about 200 ° C. during sputtering.
For example, when a glass substrate made of a so-called alkali-free glass (for example, borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of 4.8 × 10 ⁻⁶ / ° C.) that does not substantially contain an alkali component is used as the transparent support. The metal material used for the metal mask has a coefficient of thermal expansion of 4.6 × 10 ^{−6 to} 5.0 × 10 ⁻⁶ / ° C., particularly 4.6 × 10 ^{−6 to} 4.8 × 10 ⁻⁶ / Materials that are in ° C are preferred. Specifically, an iron-42% nickel alloy having excellent heat resistance and a thermal expansion coefficient of 4.6 × 10 ^{−6 to} 4.8 × 10 ⁻⁶ / ° C. is preferably exemplified.
[0019]
The size and shape of the metal mask are not particularly limited, and for example, a metal mask obtained by etching a metal plate having a thickness of about 0.3 mm into a desired transparent conductive film pattern shape can be used. If the thickness of the metal mask is too thick, the patterning of the transparent conductive film tends to be blurred (cannot be performed precisely).
[0020]
The step of forming the transparent conductive film by sputtering can be performed under the same conditions as those for manufacturing a conventional color filter. However, in the method for manufacturing a color filter of the present invention, sputtering is performed by using a metal black matrix and a metal mask. It is characterized in that it is performed in a state of being connected to each other.
It is considered that arcing occurs between the metal black matrix and the metal mask in sputtering because they are exposed to plasma and charged, the degree of charging is different, and a potential difference is generated. In the present invention, sputtering is performed in a state where both are electrically connected, so that no potential difference occurs between the two, so that arcing, which has been a problem in the past, is prevented and light is applied to the metal black matrix. There is no missing defect.
[0021]
The state in which the metal black matrix and the metal mask are electrically connected refers to a state in which a current can flow between them. For example, a state in which the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, a lead wire, etc. A state in which the two are connected by a conductive current path is provided.
Among these, it is preferable that the metal black matrix and the metal mask are in physical contact. If the two are in physical contact, the electrically connected state is kept stable during sputtering. Moreover, the method of making both physically contact does not need to use a conducting wire etc., and is a simple method.
[0022]
In a state in which the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, a part of the metal mask is in physical contact with the metal black matrix, and the distance between the two in the non-contact portion is usually 0.05-0. It is preferably 15 mm. The same applies when the metal black matrix and the metal mask are not in physical contact.
[0023]
Here, in a state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, it is preferable that the entire contact portion is in the non-display portion of the color filter. In this specification, the non-display portion refers to a portion that is in the outer peripheral portion of the color filter and is not used for display.
When the metal black matrix and the metal mask are in physical contact with each other during the sputtering, some scratches may occur in the metal black matrix. This is because there is no particular problem in terms of function. Note that the metal black matrix can be prevented from being damaged by covering part or all of the surface of the metal mask with a conductive resin.
[0024]
In general, in the assembly process of a liquid crystal display device or the like, it is not desirable that the entire frame periphery of the metal black matrix is covered with a transparent conductive film. Usually does not form a transparent conductive film. Therefore, it is only necessary to physically contact the metal mask at a portion of the metal black matrix where the transparent conductive film is not formed.
Preferably, a dedicated region for physically contacting the metal black matrix and the metal mask is formed in the outer peripheral portion of the frame-shaped peripheral portion corresponding to the non-display portion of the color filter in the metal black matrix.
The shape, size, number, etc. of the dedicated area are not particularly limited, so that when the color filter is incorporated into a liquid crystal display device etc., the frame-shaped peripheral part of the metal black matrix and the transparent support are not obstructed. Preferably it is formed. That is, when a color filter is incorporated in a liquid crystal display device or the like, the outer peripheral portion of the frame-like peripheral portion of the metal black matrix is cut off together with the transparent support. It is preferable that the black matrix is not peeled off from the transparent support. Specifically, if the length of the metal black matrix cut by cutting is long, peeling tends to occur. Therefore, it is preferable that the length to be cut is shortened.
If the dedicated area is formed in the non-display part of the metal black matrix, the physical contact between the metal black matrix and the metal mask is stable, and the display part of the metal black matrix is not damaged. preferable.
[0025]
Therefore, a metal black matrix and color pixels are formed on one side, and a transparent conductive film is formed by performing sputtering with a metal mask superimposed on the same side as that side, which is used to manufacture a color filter. A transparent support for a color filter,
The color characterized in that the metal black matrix has a frame-shaped peripheral portion and has a dedicated area for contacting the metal mask on the outer peripheral portion of the frame-shaped peripheral portion corresponding to the non-display portion of the color filter. If a transparent support for filters is used, a color filter can be produced with good yield, and such a transparent support for color filters is useful.
[0026]
Further, in the state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, the metal mask is a magnetic body, and the magnet is disposed on the side opposite to the surface on which the transparent support is to be sputtered. Is preferred. In this case, the state in which the metal black matrix and the metal mask are pressed against each other by the attractive force acting between the metal mask and the magnet and the two are in physical contact with each other is stabilized.
In other words, simply placing the metal black matrix and the metal mask on top of each other deforms the metal mask due to heating during sputtering or the stress of the transparent conductive film formed on the metal mask, and the physical contact between the two is changed. In some cases, a stable electrical connection between the two cannot be obtained, but when a magnet is used as described above, the metal black matrix and the metal mask are in a physical contact with each other for sputtering. While you can always keep.
In particular, when a transparent conductive film is formed in a state where the transparent support is erected (in a state where the surface of the transparent support is in the vertical direction), a force for pressing the metal black matrix and the metal mask is required. It is preferable to press using a magnet.
[0027]
Although the positional relationship between the metal mask and the magnet depends on the pulling force acting between the metal mask and the magnet, the contact portion of the metal mask with the metal black matrix and the magnet generally include the surface of the transparent support. When a plane is projected as a projection plane, it is preferable that the projection of the contact portion and the magnet has an overlapping portion on the projection plane or a positional relationship in which the shortest distance is 15 mm or less. In such a positional relationship, the pulling force between the metal mask and the magnet is stronger than when the metal mask and the magnet are far away, so that the physical contact between the metal black matrix and the metal mask is reduced. , Keep more stable.
[0028]
On the other hand, when the magnet is arranged on the display part of the transparent support, the heating is not uniform when performing sputtering, and the formed transparent conductive film may be uneven in color. It is preferable to arrange in the part.
Therefore, it is most preferable that the positional relationship between the magnet and the metal mask is the above relationship, and that the magnet is in the non-display portion of the transparent support.
[0029]
The magnet may be arranged in contact with the transparent support, but it is preferable to arrange the magnet via a spacer such as a soaking plate because the transparent support is not damaged by the magnet. Although the magnitude | size of a spacer is not specifically limited, For example, thickness can be about 0.5 mm.
The method of disposing the magnet on the side opposite to the surface to be sputtered is not particularly limited. For example, a method of disposing a jig having a magnet at a desired position on the side opposite to the surface to be sputtered is used. be able to.
[0030]
The magnet is preferably a ferromagnetic material with excellent heat resistance that can withstand a high temperature of about 200 ° C. For example, a ferrite-based magnet, an Nd-B (neodymium boron) -based magnet, and an Sm-Co (samarium cobalt) -based magnet can be used.
Although the magnitude | size and shape of a magnet are not specifically limited, For example, the thing of various shapes, such as a square of about 5-30 mm and a circle, can be used.
[0031]
In the present invention, prior to the formation of the transparent conductive film, a protective film may be formed on the metal black matrix and the color pixels for the purpose of physicochemical protection, surface leveling, planarization, and the like. Good.
[0032]
As described above, according to the method for producing a color filter of the present invention, a color filter is produced by forming a transparent conductive film by sputtering using a metal mask on a transparent support on which a metal black matrix and color pixels are formed. In this case, since the metal black matrix and the metal mask are electrically connected to form a film, a large potential difference does not occur between the two even when exposed to plasma, and arcing between the metal black matrix and the metal mask does not occur. Occurrence can be prevented. Therefore, a color filter can be manufactured without causing light leakage defects in the metal black matrix, which is useful.
[0033]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described by way of examples with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these examples.
1. Production of color filter (Example 1)
Example 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a transparent support 1 (material: borosilicate glass, thermal expansion coefficient: 4.8 × 10) having a metal black matrix 2 (material: chrome, thickness: 150 nm) and color pixels 3 formed on one surface. ^-6 / ° C, thickness: 0.7 mm) is a cross-sectional view showing an outline of the configuration when sputtering is performed with the metal mask 4 superimposed on the same side as the surface.
In FIG. 2, the metal black matrix 2 and the metal mask 4 are physically disposed in an outer area of about 0.5 mm corresponding to the non-display portion of the color filter in the frame-shaped peripheral portion 21 of the metal black matrix 2. Is in contact with That is, the entire contact portion is in the non-display portion of the color filter, and the metal black matrix 2 and the metal mask 4 are electrically connected. The distance between the two in the non-contact portion is 0.1 mm.
[0034]
Further, in FIG. 2, a metal mask 4 (coefficient of thermal expansion: 4.6 × 10 ^{−6 to} 4.8 × 10 ⁻⁶ / ° C., thickness: 0.3 mm) is iron-42% nickel which is a magnetic material. The magnet 5 (material: ferrite type, size: 5 mm × 20 mm, thickness: 3 mm) is disposed on the side of the transparent support 1 opposite to the surface on which sputtering is performed. . The positional relationship between the metal mask 4 and the magnet 5 is such that when the contact portion between the metal mask 4 and the metal black matrix 2 and the magnet 5 are projected using a plane including the surface of the transparent support 1 as a projection plane, the contact portion. And the projection of the magnet 5 does not have an overlapping portion on the projection surface, but the shortest distance is 5 mm.
[0035]
An ITO film having a thickness of 160 nm was formed by performing sputtering with the configuration shown in FIG. The sputtering conditions are shown below.
Sputtering apparatus: In-line sputtering apparatus Target: Rectangular ITO target Sputtering power density: 2.5 W / cm ²
Sputtering gas pressure: 0.5Pa
Sputtering gas: Ar containing 1% by volume O ₂
[0036]
(Example 2)
A second embodiment will be described with reference to FIG. The material, size, etc. of each component are the same as in the first embodiment.
FIG. 3 shows an outline of the configuration when sputtering is performed with a metal mask 4 superimposed on the same side of the transparent support 1 having the metal black matrix 2 and the color pixels 3 formed on one surface (A). FIG. 4 is a top view (viewed from the metal mask side) and a cross-sectional view of (B). FIG. 3 shows one preferred embodiment of the transparent support for a color filter of the present invention.
In FIG. 3, in the metal black matrix 2, a dedicated region 23 for contact with the metal mask 4 projecting outward is provided on the outer peripheral portion of the frame-shaped peripheral portion 21 corresponding to the non-display portion of the color filter. In other words, the metal black matrix 2 and the metal mask 4 are in physical contact with each other in the dedicated area 23. That is, the metal black matrix 2 and the metal mask 4 are in an electrically connected state. The distance between the two in the non-contact portion is 0.1 mm.
[0037]
In FIG. 3, the metal mask 4 is made of an iron-42% nickel alloy, which is a magnetic material, and a magnet 5 is disposed on the side of the transparent support 1 opposite to the surface on which sputtering is performed. ing. The positional relationship between the metal mask 4 and the magnet 5 is such that when the contact portion between the metal mask 4 and the metal black matrix 2 and the magnet 5 are projected using a plane including the surface of the transparent support 1 as a projection plane, the contact portion. And the projection of the magnet 5 is in a positional relationship having overlapping portions on the projection plane (see FIG. 3A).
By carrying out sputtering with the configuration shown in FIG. 3, an ITO film having a thickness of 160 nm was formed. The sputtering conditions are the same as in Example 1.
[0038]
Comparative Example 1 will be described with reference to FIG. The material, size, etc. of each component are the same as in the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration when sputtering is performed with a metal mask 4 superimposed on the same side of the transparent support 1 having the metal black matrix 2 and the color pixels 3 formed on one side. It is. This configuration is conventionally used.
In FIG. 4, the metal black matrix 2 and the metal mask 4 are not in physical contact and are not electrically connected.
In FIG. 4, the metal mask 4 is made of an iron-42% nickel alloy, which is a magnetic material, but no magnet is disposed on the side of the transparent support 1 opposite to the surface on which sputtering is performed. .
In the configuration of FIG. 4, an ITO film having a thickness of 160 nm was formed by sputtering. The sputtering conditions are the same as in Example 1.
[0039]
2. Evaluation of each color filter The color filters obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were observed for the presence or absence of light leakage defects in the metal black matrix due to arcing and scratch defects in the metal black matrix due to the metal mask.
[0040]
The results are shown in Table 1.
It can be seen that the color filter obtained by the method for producing a color filter of the present invention did not cause the light leakage defect of the metal black matrix due to arcing (Examples 1 and 2). In addition, the color filter obtained by the method for producing a color filter of the present invention using the transparent support for the color filter of the present invention has a dedicated region for physically contacting the metal black matrix and the metal mask. Since the matrix has an outer peripheral portion of the frame-shaped peripheral portion corresponding to the non-display portion of the color filter, it can be seen that no flaw defect of the metal black matrix due to the metal mask occurred (Example 2).
On the other hand, when sputtering is performed in a state where the metal black matrix and the metal mask are not electrically connected (Comparative Example 1), the ratio of the light leakage defect of the metal black matrix due to arcing is 10%. Occurred in.
[0041]
[Table 1]

[0042]
【The invention's effect】
The color filter manufacturing method of the present invention prevents arcing during sputtering, and according to this method, it is possible to manufacture a color filter without causing light leakage defects in the metal black matrix. Because it can, yield is good.
The transparent support for a color filter of the present invention has a frame-shaped peripheral part, and a dedicated region for contacting the metal mask is provided on the outer peripheral part of the frame-shaped peripheral part corresponding to the non-display part of the color filter. Therefore, since the color filter can be manufactured without causing a flaw defect due to the metal mask in the metal black matrix, the yield can be further improved, which is useful.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing a transparent support on which a metal black matrix is formed.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of an embodiment of a color filter manufacturing method according to the present invention.
3A is a top view and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a method for producing a color filter of the present invention using the transparent support for a color filter of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional color filter manufacturing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent support 2 Metal black matrix 21 Frame-shaped peripheral part 22 Grid-like pattern 23 Dedicated area | region 3 Color pixel 4 Metal mask 5 Magnet

Claims

This is a method for manufacturing a color filter by forming a transparent conductive film on a transparent support having a metal black matrix and color pixels formed on one side and sputtering a metal mask on the same side as the surface to form a transparent conductive film. And
The sputtering is performed in a state where the metal black matrix and the metal mask are electrically connected ,
The state in which the metal black matrix and the metal mask are electrically connected is a state in which the metal black matrix and the metal mask are in physical contact,
In a state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, the metal mask is a magnetic body, and a magnet is disposed on the side of the transparent support opposite to the surface on which sputtering is performed. ,
When the positional relationship between the metal mask and the magnet is such that the contact portion between the metal mask and the metal black matrix and the magnet are projected using a plane including the surface of the transparent support as a projection plane, the contact portion and the magnet A method for producing a color filter, wherein the projection has an overlapping portion on the projection plane, or has a positional relationship in which the shortest distance is within 15 mm, although there is no overlap .

2. The method for manufacturing a color filter according to claim 1, wherein, in a state where the metal black matrix and the metal mask are in physical contact, the entire contact portion is in a non-display portion of the color filter.