JP2008090191A - カラーフィルタ基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基材1と、上記透明基材1上に形成された遮光部2と、上記遮光部2の開口部に形成された3色以上の着色層3と、上記遮光部2の開口部以外の上に形成され、少なくとも1層以上の着色層3からなる積層柱4と、を有するカラーフィルタ用基板10上に、感光性樹脂からなる感光性樹脂層5を形成する感光性樹脂層形成工程と、上記感光性樹脂層5を多階調マスク20を用いて露光し、現像して、上記積層柱4と、上記積層柱4上に形成され、上記感光性樹脂からなる積層柱頭頂部7と、を有するスペーサ9、および上記感光性樹脂からなるオーバーコート層6を同時に形成するスペーサ・オーバーコート層形成工程と、を有する。
【選択図】図1
Description
このような液晶表示装置において、上記カラーフィルタ基板と対向基板との間隙(セルギャップ)は液晶層の厚さそのものであり、色ムラやコントラストムラといった表示ムラを防止し、均一な表示、高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能をカラー液晶表示装置に付与するためには、セルギャップを一定且つ均一に維持する必要がある。
このようなオーバーコート層は、塗工液として調製されたものを塗工することによって形成する。そのため、オーバーコート層形成前に積層柱を形成した場合には、オーバーコート層形成後において、オーバーコート層の平坦化能力により、スペーサ高さが実質的に低くなるといった問題があった。また、上記積層柱の周辺においては、オーバーコート層がブロード化することにより、着色層上のオーバーコート層の厚みが均一とならず、屈折率のばらつきによる表示品位の低下や、液晶の配向不良による透過率の低下が発生するといった問題があった。そのため、従来は、オーバーコート層を形成した後に感光性樹脂層を形成し、それをフォトリソグラフィー法等によってスペーサを形成する方法が一般的に用いられてきた。しかしながら、低コスト化の流れのなかにあって、工程数の増加、生産性の低下が問題となっていた。
また、オーバーコート層とスペーサを同時に形成するため、生産性に優れたものとすることができる。
ここで、感光性樹脂からなり感光性樹脂の厚みの厚い箇所であって上記積層柱頭頂部以外の領域はスペーサ領域部であり、感光性樹脂の厚みが薄く、一定である領域はオーバーコート層である。上記多階調マスクを用いて露光した場合には、図1(c)に示すように、上記透過領域21に対応する箇所である遮光部2上に、感光性樹脂からなり感光性樹脂の厚みが厚いスペーサ領域部8が形成され、上記半透過領域22に対応する箇所に感光性樹脂の厚みが薄く、一定であるオーバーコート層6が形成されることになる。
なお感光性樹脂の厚みとは、遮光部の開口部に形成された着色層の表面から感光性樹脂の表面までの距離をいうものである。
このような製造方法によって得られたカラーフィルタ基板は、図1(c)に示すように、上記オーバーコート層6の厚みを薄く、上記積層柱頭頂部7の高さを高いものとすることができるので、オーバーコート層6の表面からスペーサ9の頂部までの距離であるスペーサ高さh1が十分な高さのスペーサ9が形成されることになる。
なおオーバーコート層形成用樹脂の厚みとは、遮光部の開口部に形成された着色層の表面からのオーバーコート層形成用樹脂表面までの距離をいうものである。
ここで、積層柱4上に塗工されたオーバーコート層塗工液は塗工直後から自重によってより低い位置へと流れ落ちるため、最終的に形成される積層柱頭頂部7の厚みh3は、上記オーバーコート層の厚みh4より薄いものとなる。したがって、従来の方法では、スペーサの高さ、すなわちオーバーコート層表面から上記スペーサの頂部までの距離を、十分なものとすることができなかった。
このような問題のため、従来は、オーバーコート層を形成した後、感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフィー法等によってスペーサを形成する方法が一般的であったが、工程数が多くなり生産性が低くなる問題があった。
まず、本発明に用いられる感光性樹脂層形成工程について説明する。本工程は、透明基材と、上記透明基材上に形成された遮光部と、上記遮光部の開口部に形成された3色以上の着色層と、上記遮光部の開口部以外の上に形成され、少なくとも1層以上の着色層からなる積層柱と、を有するカラーフィルタ用基板上に、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する工程である。以下このような感光性樹脂層形成工程について説明する。
本工程に用いられるカラーフィルタ用基板は、透明基材と、着色層と、遮光部と、積層柱とを有するものである。以下このようなカラーフィルタ用基板の各構成について説明する。
本工程に用いられる透明基材としては、可視光に対して透明な基材であれば特に限定されるものではなく、一般的なカラーフィルタ基板に用いられる透明基板を用いることができる。具体的には、石英ガラス、無アルカリガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材が挙げられる。
また上記透明基材は、図3(a)に示すように、透明基材1がひとつの表示領域11と、この表示領域11の周囲に配置された非表示領域12を有していてもよく、図3(b)に示すように透明基材1が複数の表示領域11とこれらの表示領域11の周囲に配置された非表示領域12とを有していてもよい。本工程においては、通常、図3(b)に例示するように、透明基材1が複数の表示領域11を有する、すなわちカラーフィルタ基板が多面付けされた多面付け基板が用いられる。
次に、上記遮光部について説明する。本工程における遮光部は上述した透明基材上に形成され、開口部を有するものである。
また、上記の場合であって、遮光部の形成方法としてフォトリソグラフィー法を用いる場合、バインダ樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂が用いられる。この場合、黒色着色剤および感光性樹脂を含有する遮光部形成用感光性樹脂組成物に、光重合開始剤を添加してもよく、さらには必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を添加してもよい。
本工程に用いられる着色層は、透明基材上の遮光部の開口部に形成され、3色以上の着色層からなるものである。
赤(R)の着色層に用いられる着色剤としては、例えば、ペリレン系顔料、レーキ顔料、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、アントラキノン系顔料、アントラセン系顔料、イソインドリン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
緑(G)の着色層に用いられる着色剤としては、例えば、ハロゲン多置換フタロシアニン系顔料もしくはハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料等のフタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等が挙げられる。これらの顔料もしくは染料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
青(B)の着色層に用いられる着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
また、着色層の形成方法としてフォトリソグラフィー法を用いる場合、バインダ樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂が用いられる。この場合、着色剤および感光性樹脂を含有する着色層形成用感光性樹脂組成物に、光重合開始剤を添加してもよく、さらには必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を添加してもよい。
本工程に用いられる積層柱は、遮光部の開口部以外の上に形成され、上述した3色以上の着色層のうち、少なくとも1層以上の着色層が積層して形成されるものである。上記積層柱を形成する着色層は、上述した開口部に形成される着色層と同時に形成されるものであり、上記「(b)着色層」の項に記載した開口部に形成される着色層と同様のものである。
積層数が異なる積層柱が混在することにより高さの異なる積層柱が混在することになるため、後述するスペーサ・オーバーコート層形成工程によって、高さの異なるスペーサを得ることができる。このような高さの異なるスペーサを混在させることにより、耐荷重特性を向上させるためにスペーサの密度(単位面積当たりのスペーサの数)を高くしたときであっても、低温にて液晶層が収縮したときに、セルギャップが液晶層の収縮に追従しにくくなり、液晶層内で発泡が生じてしまうという問題(低温発泡)が生じにくいものとすることができるからである。
ここで均等に分布したとは、カラーフィルタ用基板の単位面積あたりに存在する、各積層数で構成された積層柱の割合が一定であることをいう。このように均等に分布させる方法としては、例えば、3層積層した積層柱と、2層積層した積層柱とで構成されている場合には、3層積層した積層柱、2層積層した積層柱を交互に分布させることにより達成できる。また、この場合には3層積層した積層柱を構成する着色層は上述した3色以上のうちいずれを組み合わせたものであってもよい。
本発明における感光性樹脂層形成工程は、上記カラーフィルタ用基板上に感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する工程である。
上記アクリル系ネガ型感光性樹脂に用いられるアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(DPPA)、テトラメチルペンタトリアクリレート(TMPTA)等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン−アクリル酸−ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にエポキシ基を介してアクリル基を導入したポリマー等が挙げられる。
本発明に用いられるスペーサ・オーバーコート層形成工程について説明する。本工程は、上記感光性樹脂層を多階調マスクを用いて露光し、現像して、上記積層柱と上記積層柱上に上記感光性樹脂からなる積層柱頭頂部とを有するスペーサおよび上記感光性樹脂からなるオーバーコート層を同時に形成する工程である。以下、このようなスペーサ・オーバーコート層形成工程について説明する。
本工程に用いられる多階調マスクは、通常用いられる露光用マスクが、露光光を透過する透過領域、および露光光を透過させない遮光領域のみを有するのに対して、露光光の透過度を2段階以上に調整可能なものである。このような多階調マスクを用いた場合には、例えばネガ型感光性樹脂を露光した場合には、透過度の違いにより、硬化反応に差を生じさせ、高さや形状の異なる異形状の部材を同時に形成することが可能となる。
このような多階調マスクとしては、上記感光性樹脂層がネガ型感光性樹脂である場合には、少なくとも積層柱の最上層に対応する箇所に透過領域を有するものとし、ポジ型感光性樹脂である場合には、少なくとも上記積層柱の最上層に対応する箇所に遮光領域を有することが好ましい。本工程においては、上記のいずれも好適に用いることができるが、なかでも、ネガ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層に対して用いるものであって、少なくとも積層柱の最上層に対応する箇所に透過領域を有するものが好ましく、特に、少なくとも積層柱の最上層に対応する箇所に透過領域を有し、かつ上記オーバーコート層に対応する箇所に半透過領域を有するものが好ましい。
少なくとも積層柱の最上層に対応する位置に透過領域を有する多階調マスクを用いて、ネガ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を露光することにより、上記積層柱上にネガ型感光性樹脂の硬化反応を生じさせ十分な高さを有する積層柱頭頂部を形成させることが容易であるからである。
また、上記多階調マスクがオーバーコート層に対応する箇所に半透過領域を有することにより、上記積層柱上のネガ型感光性樹脂に比べて、オーバーコート層を形成するネガ型感光性樹脂の硬化度を低くすることができるため、現像後においては、上記オーバーコート層を、上記積層柱頭頂部より厚みの薄いものとすることができるからである。
ここで、透過率の測定方法としては、多階調マスクに使用する透明基板の透過率をリファレンス(100%)として、半透明膜の透過率を測定する方法を採用することができる。装置としては、紫外・可視分光光度計(例えば日立U-4000等)、またはフォトダイオードアレイを検出器としている装置(例えば大塚電子MCPD等)を用い測定できる。
本工程に用いられるスペーサは、上記積層柱と、上記積層柱上に形成され感光性樹脂からなる積層柱頭頂部とを有するものである。以下、このようなスペーサを構成する積層柱頭頂部について説明する。なお、上記積層柱については「1.感光性樹脂層形成工程」の項に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
本工程に用いられる積層柱頭頂部は、感光性樹脂からなるものである。このような感光性樹脂は、上述した「1.感光性樹脂層形成工程」の項に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
また上記積層柱頭頂部の平面視形状は、円形でも良く、楕円形でも良く、多角形でもよく、上記積層柱の最上層の形状に応じて設定されるものである。
本工程に用いられるスペーサは、上述した積層柱と、積層柱頭頂部とを有するものである。上記スペーサの高さとしては、0.1μm〜10μmの範囲内であることが好ましく、なかでも2μm〜8μmの範囲内とすることが好ましい。上記範囲より低いと十分なセルギャップを得ることができないためである。
なお上記スペーサの高さとは、オーバーコート層の表面から上記スペーサの頂部までの距離をいう。
本工程に用いられるオーバーコート層は、上記カラーフィルタ用基板上に感光性樹脂が一定の厚みで形成されたものであれば特に限定されるものではない。オーバーコート層はカラーフィルタ基板と接する液晶分子の保護および着色層の平坦性のために、遮光部、着色層といった各構成を覆う目的で形成されるものである。
なお、オーバーコート層の厚みとは、遮光部の開口部に形成された各色の着色層の表面からオーバーコート層の表面までの距離をいう。
本工程におけるスペーサ領域部は、感光性樹脂からなり、かつ感光性樹脂の厚みがオーバーコート層より厚い領域のうち、上記積層柱頭頂部以外の箇所をいう。
本発明に用いられるスペーサ・オーバーコート層形成工程について説明する。本工程は、上記感光性樹脂層を多階調マスクを用いて露光し、現像して、上記積層柱上に上記感光性樹脂からなる積層柱頭頂部が形成されたスペーサおよび上記感光性樹脂からなるオーバーコート層を同時に形成する工程である。
また、感光性樹脂としてポジ型感光性樹脂を用いた場合には、露光により分解した部分が選択的に除去され、その他の部分が残存する。透過領域から露光された部位では酸発生反応が十分に進行するのに対し、半透過領域から露光された部位では酸発生反応が不十分となるので、高さや形状の異なるスペーサおよびオーバーコート層を同時に形成することができる。
現像は、一般的な現像方法に従って行うことができる。
本発明においては、感光性樹脂層形成工程前、またはスペーサ・オーバーコート層形成工程後に、カラーフィルタ基板における各種部材を形成する工程を行うことができる。例えば、スペーサ・オーバーコート層形成工程後に、スペーサおよびオーバーコート層を覆うように配向膜を形成する配向膜形成工程を行ってもよい。配向膜は、例えば可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物を、一般的な印刷法、塗布方法により塗布し、その後、焼成することにより形成することができる。このような配向膜には、配向処理(ラビング)は不要である。
配向膜の厚みは、500Å〜1000Å程度とすることができる。
1.感光性樹脂組成物の調製
重合槽中にメタクリル酸メチル(MMA)を63重量部、アクリル酸(AA)を12重量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(HEMA)を6重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)を88重量部仕込み、攪拌し溶解させた後、2,2´−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)を7重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、85℃で2時間攪拌し、更に100℃で1時間反応させた。得られた溶液に、更にメタクリル酸グリシジル(GMA)を7重量部、トリエチルアミンを0.4重量部、及びハイドロキノンを0.2重量部添加し、100℃で5時間攪拌し、共重合樹脂溶液(固形分50%)を得た。
<感光性樹脂組成物の組成>
・上記共重合樹脂用液(固形分50%):16重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(サートマー社 SR399):24重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社 エピコート180S70):4重量部
・2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン:4重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:52重量部
まず、下記分量の成分を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
・黒色顔料:23重量部
・高分子分散材(ビックケミー・ジャパン(株) Disperbyk111):2重量部
・溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル):75重量部
・上記黒色顔料分散液:61重量部
・上記の感光性樹脂組成物:20重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:30重量部
次に、下記組成の赤色用感光性樹脂組成物、緑色用感光性樹脂組成物、および青色用感光性樹脂組成物を調製した。
・C.I.ピグメントレッド177:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<緑色用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントグリーン36:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<青色用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントブルー15:6:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、塗膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板を180℃の雰囲気下に30分間の加熱処理を施して、赤色の着色層を形成すべき領域に赤色の着色層を形成した。
以上により、赤、緑、青の3色の着色層を形成した。
また、上述した、赤、緑、青の各色の着色層が、この順に積層された高さ4μmの積層柱を形成した。
以上により、カラーフィルタ用基板を作製した。
上記のようにして着色層および積層柱を形成した基板上に、感光性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布、乾燥し、乾燥塗膜2μmの感光性樹脂層を形成した。
感光性樹脂層から100μmの距離に、上記積層柱に対応する位置に配置された透過領域およびオーバーコート層を形成すべき領域に対応する位置に配置された半透過領域を有する多階調マスクを配置してプロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、感光性樹脂層の未硬化部分のみを除去した。その後透明基材を200℃の雰囲気中に30分間の加熱処理を施して上記積層柱と、上記積層柱上形成され、感光性樹脂からなる積層柱頭頂部とを有するスペーサ、および感光性樹脂からなるオーバーコート層を形成した。
以上により、カラーフィルタ基板を作製した。
着色層、積層柱の形成において、積層柱を赤、緑のみの着色層で形成した以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタ基板を作成した。
着色層、積層柱の形成において、積層柱を赤色のみの着色層で形成した以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタ基板を作成した。
積層柱頭頂部、オーバーコート層の形成において、多階調マスクを使用せず、カラーフィルタ用基板の全面を均一な露光量で露光した以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタ基板を作成した。
カラーフィルタ基板の評価として、積層柱と感光性樹脂からなる積層柱頭頂部とを有するスペーサの高さを測定した。測定結果は、各実施例、比較例毎に任意の20箇所のスペーサを測定して、高さの平均値を求めた。結果を下記表1に示す。
なお、スペーサの高さとは、オーバーコート層の表面からスペーサの頂部までの距離をいう。
2 … 遮光部
3R,3G,3B … 着色層
4 … 積層柱
5 … 感光性樹脂層
6 … オーバーコート層
7 … 積層柱頭頂部
8 … スペーサ領域部
9 … スペーサ
10 … カラーフィルタ用基板
11 … 表示領域
12 … 非表示領域
20 … 多階調マスク
21 … 透過領域
22 … 半透過領域
30、30´ … カラーフィルタ基板
Claims (1)
- 透明基材と、前記透明基材上に形成された遮光部と、前記遮光部の開口部に形成された3色以上の着色層と、前記遮光部の開口部以外の上に形成され、少なくとも1層以上の着色層からなる積層柱と、を有するカラーフィルタ用基板上に、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、
前記感光性樹脂層を、多階調マスクを用いて露光し、現像して、前記積層柱と、前記積層柱上に形成され、前記感光性樹脂からなる積層柱頭頂部とを有するスペーサおよび前記感光性樹脂からなるオーバーコート層を同時に形成するスペーサ・オーバーコート層形成工程と、
を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
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