JP2008203545A - 液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着色画素とブラックマトリクスのマトリクス部の重なりにより生ずる段差を低減し、カラーフィルタ全面での平坦化を図るとともに、額縁部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタ、及び液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】透明基板と、この透明基板上に形成されたマトリクス状の遮光層と、このマトリクス状の遮光層により区分された領域に形成された複数色の着色画素とを具備する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記遮光層は、前記着色画素間のマトリクス部と、前記複数色の着色画素を含む表示領域を囲む額縁部とを有し、前記マトリクス部の膜厚は、前記額縁部の膜厚より薄いことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置に係り、特に、平坦性を有し、且つ額縁部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。

従来のカラーフィルタは、図３に示すように、先ず、ガラス基板１１上にブラックマトリクス１２を形成してブラックマトリクス基板とし、次に、このブラックマトリクス基板上のブラックマトリクス１２の開口部に位置合わせして着色画素１３を形成することにより構成される。

ブラックマトリクス１２は、遮光性を有し、開口部をマトリクス状に配置したものであり、着色画素１３は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。着色画素１３は、赤色、緑色、青色以外に、それらの補色であるシアン、イエロー、マゼンタや、その他の色の画素を形成する場合もある。

ブラックマトリクス１２は、図４に示すように、着色画素１３間のマトリクス部１２Ａと、着色画素１３が形成された領域（表示部）を囲む額縁部１２Ｂとにより構成されている。ブラックマトリクス１２は、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

従来、このブラックマトリクス１２は、クロム（Cr）、酸化クロム（CrOｘ）などの金属薄膜等を用いて形成されていた。しかし、金属薄膜を用いると、液晶表示装置での内部反射やＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに生ずる液晶表示装置での電圧の乱れ等の問題が発生してしまう。

最近では、ブラックマトリクス１２は、黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によって形成することが主流になっている。この感光性樹脂を用いた樹脂ブラックマトリクスは、クロム金属薄膜のような膜厚１００nm〜２００ｎｍ程度の薄膜では十分な遮光性を得ることが出来ないので、例えば、１．５μｍ前後の厚さにして必要な遮光性を得るようにしている。

しかし、樹脂ブラックマトリクスの膜厚が厚くなると、図３に示すように、着色画素１３間のマトリクス部１２Ａと着色画素１３とが重なる部分で生ずる段差部１４が高くなる。この段差部１４の高さが高くなると、液晶の配向不良、及びパネルコントラストが低減するという問題が発生する（例えば、特許文献１参照）。

一方、樹脂ブラックマトリクスを用いない方法として、画素部分に画素と同色の樹脂を重ね、遮光部分（ブラックマトリクス）に別の色の樹脂を重ねることで、表面が平坦な着色画素を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この方法では、１層目と２層目とにおいてＲ、Ｇ、Ｂの各色の樹脂層を隙間無く、かつ、重なり合わないように形成する必要があり、プロセスのマージンが狭く、安定して製造することが困難である。
特開平１１−２１８６０７号公報 特開平２−２８７３０３号公報

着色画素とマトリクス部の重畳による段差を解消する方法として、マトリクス部の樹脂ブラックマトリクスの膜厚を薄くすることが提案されている。しかし、膜厚を薄くする場合でも、樹脂ブラックマトリクスの遮光性は維持しなければならいないため、光学濃度の高い黒色感光性樹脂組成物が必要となる。光学濃度の高い黒色感光性樹脂組成物を用いた場合、露光時に塗膜の深部まで光が透過しないため、膜の底部では十分に硬化せず、現像後の断面形状が逆台形のオーバーハング形状になり、樹脂ブラックマトリスクが形状不良となる。あるいは、マトリクス部での樹脂ブラックマトリクスの剥がれなどの不良原因となる。

さらに、高いレベルの画質への要求の高まり、あるいは、広い視野角などの要求から、液晶セルギャップの均一性と液晶配向制御に極めて高い精度が求められるようになってきた。しかし、ブラックマトリクスの額縁部の膜厚、マトリクス部に配設される着色画素の平均膜厚、さらにマトリクス部と着色画素の重畳部（アライメントのため、片側数μｍから１０μm程度の重畳幅が必要）の膜厚など、いずれも均一な膜厚での形成が困難であった。

本発明は、以上のような事情の下になされ、着色画素とブラックマトリクスのマトリクス部の重なりにより生ずる段差を低減し、カラーフィルタ全面での平坦化を図るとともに、額縁部が十分な光学濃度を有する液晶表示装置用カラーフィルタ、及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、透明基板と、この透明基板上に形成されたマトリクス状の遮光層と、このマトリクス状の遮光層により区分された領域に形成された複数色の着色画素とを具備する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記遮光層は、前記着色画素間のマトリクス部と、前記複数色の着色画素を含む表示領域を囲む額縁部とを有し、前記マトリクス部の膜厚は、前記額縁部の膜厚より薄いことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタを提供する。

このような液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記マトリクス部の膜厚と、前記額縁部の膜厚の差は、０．２μｍ〜１．０μｍの範囲にあることが望ましい。また、前記着色画素の膜厚が、前記マトリクス部の膜厚の１．５倍以上であることが望ましい。また、前記額縁部の膜厚は、前記着色画素の平均膜厚と略同一とすることができる。

また、前記マトリクス部の光学濃度が前記額縁部の光学濃度より低いことが望ましい。また、前記額縁部の光学濃度が３．０以上であることが望ましい。更に、前記遮光膜が、バインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤、及び黒色顔料を含む感光性組成物を用いて形成されたものであることが望ましい。

本発明の第２の態様は、以上のカラーフィルタを備えることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

本発明は、透明基板上に、透マトリクス状の遮光層と、このマトリクス状の遮光層及び複数色の着色画素とを形成した液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、着色画素間の遮光層の膜厚を着色画素を囲む額縁部の遮光層の膜厚よりも小さくすることで、着色画素と遮光層の重なりで生ずる段差が低減されるとともに、額縁部では十分な光学濃度を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタでは、図１に示すように、透明基板１上に、着色画素間のマトリクス部２と、表示領域を囲む額縁部３により構成されるブラックマトリクス４が形成されている。表示領域におけるマトリクス部２により区分された領域には、複数色の着色画素Ｒ、Ｇ、Ｂからなる着色画素５が形成されている。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタは、マトリクス部２の膜厚が額縁部３の膜厚より薄いことを特徴とする。

このようなカラーフィルタでは、遮光要求の高い額縁部の膜厚を一定に維持することにより、所定の光学濃度を維持するとともに、有効画面に相当するマトリクス部の膜厚を小さくすることにより、マトリクス部と着色画素との重なりにより生ずる段差部６の高さを小さくすることができる。それによって液晶の配向不良及びパネルコントラストの低減を防止することができる。

また、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタは、図２に示すように、額縁部３の膜厚は、着色画素５の平均膜厚と略同一であることを特徴とする。なお、図２では、マトリクス部と着色画素との重なりにより生ずる段差部は省略されている。

このようなカラーフィルタでは、額縁部３の膜厚が着色画素５の平均膜厚と略同一であるため、均一なセルギャップを得ることができ、それによって表示品質を一定に維持することが可能である。

以上のように構成される本発明の第１及び第２の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタに用いられる透明基板１としては、特に限定されるものではなく、ガラス基板、シリコン基板、ポリカーボネート基板、ポリエステル基板、芳香族ポリアミド基板、ポリアミドイミド基板、ポリイミド基板、Ａｌ基板、ＧａＡｓ基板等の表面が平坦な基板などが挙げられる。

これらの基板には、シランカップリング剤などの薬品による薬品処理、プラズマ処理、イオンプレーティング処理、スパッタリング処理、気相反応処理、真空蒸着処理などの前処理を施すことができる。

本実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタのブラックマトリクスに使用される黒色感光性樹脂組成物は、バインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤、及び黒色着色剤を含む。

黒色着色剤としては、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒、アニリンブラックシアニンブラック、及びチタンブラック等が挙げられる。遮光性、画像特性等の面から、カーボンブラックが好ましい。具体的には、例えば、三菱化学社製 商品名「ＭＡ７」、「ＭＡ８」、「ＭＡ１１」、「ＭＡ１００」、「ＭＡ２２０」、「ＭＡ２３０」、「＃５２」、「＃５０」、「＃４７」、「＃４５」、「＃２７００」、「＃２６５０」、「＃２２００」、「＃１０００」、「＃９９０」、及び「＃９００」等、テグサ社製 商品名「Ｐｒｉｎｔｅｘ９５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ９０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ８５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ７５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ５５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３」、「ＰｒｉｎｔｅｘＡ」、「ＰｒｉｎｔｅｘＧ」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ３５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ２５０」、及び「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ１００」等、キャボット社製 商品名「Ｍｏｎａｒｃｈ４６０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４３０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ２８０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ１２０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ８００」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４６３０」、「ＲＥＧＡＬ９９」、「ＲＥＧＡＬ９９Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ４１５」、「ＲＥＧＡＬ４１５Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ２５０」、「ＲＥＧＡＬ２５０Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ３３０」、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ４８０」、及び「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ１３０」等、コロンビアンカーボン社製 商品名「ＲＡＶＥＮ１１、「ＲＡＶＥＮ１５」、「ＲＡＶＥＮ３０」、「ＲＡＶＥＮ３５」、「ＲＡＶＥＮ４０」、「ＲＡＶＥＮ４１０」、「ＲＡＶＥＮ４２０」、「ＲＡＶＥＮ４５０」、「ＲＡＶＥＮ５００」、「ＲＡＶＥＮ７８０」、「ＲＡＶＥＮ８５０」、「ＲＡＶＥＮ８９０Ｈ」、「ＲＡＶＥＮ１０００」、「ＲＡＶＥＮｌ０２０」、「ＲＡＶＥＮ１０４０」等が挙げられる。

本実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素に使用される着色感光性組成物は、バインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤、及び着色剤を含む。

着色剤は、赤色（Ｒｅｄ）として、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ９、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５など、緑色（Ｇｒｅｅｎ）としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇ．７、３６、青色（Ｂｌｕｅ）としてＣ．Ｉ．Ｎｏ．１５、２２、６０、６４など、黄色(Ｙｅｌｌｏｗ）としてＣ．Ｉ．Ｎｏ．２０、２４、８３、８６、９３、１０９、１１７、１３９、１５３など、紫色（Ｖｉｏｌｅｔ）としては、Ｃ．Ｉ．Ｎｏ１９、２３、２９、３０、４０、５０などの有機顔料が一般的に用いられる。

以上の黒色感光性樹脂組成物及び着色感光性組成物に使用されるバインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤として、以下のものを挙げることができる。

バインダー樹脂としては、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレート、環状のシクロヘキシルアクリレートまたはメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレートまたはメタクリレート、スチレンなどの内から３〜５種類程度のモノマーを用いて合成した、分子量５０００〜１０００００程度の樹脂を好ましく用いることができる。

また、アクリル系樹脂の一部に不飽和二重結合を付加させた樹脂として、上記のアクリル樹脂、イソシアネート基と少なくとも１個以上のビニル基を有するイソシアネートエチルアクリレート、メタクリロイルイソシアネートなどの化合物を反応させて得られる、酸価５０〜１５０の感光性共重合体が、耐熱性、現像性等の点から好ましく使用できる。
更に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸グリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエステル、脂肪族又は脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の通常の光重合可能な樹脂等やカルド樹脂も使用できる。

光重合性モノマーは、多官能（メタ）アクリレートモノマーであって、本発明の感光性樹脂成分の主剤をなすものであり、例えば、エチレングリコール（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、グリセリンテトラ（メタ）アクリレート、テトラトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等が挙げられ、これらの成分は単独又は混合物として使用される。

光開始剤としては、例えば、アセトフェノン、２、２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアセトフエノン、ｐ−ジメチルアミノプロピオフェノン、ジクロロアセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルアセトフェノン等のアセトフェノン類ベンゾフェノン、例えば２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ−ビスジメチルアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ペンゾイン、ペンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のペンゾインエーテル類、例えばベンジルジメチルケタール、テオキサンソン、２−クロロチオキサンソン、２，４−ジエチルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、２−イソプロピルチオキサンソン等の硫黄化合物、例えば２−エチルアントラキノンオクタメチルアントラキノン、１、２−ベンズアントラキノン、２、３−ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類、例えば２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシフェニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシナフチル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（ピペロニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシスチリル）−６−トリアジン等のトリアジン類、例えばアゾピスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等の有機過酸化物、例えば２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトペンゾオキサゾール、２−メルカプトペンゾチアゾール等のチオール化合物等が挙げられ、これらを単独で、または、２種以上混合して使用することができる。
また、単独では光重合開始剤として機能しないが、上記化合物と組合せて使用することで光重合開始剤の能力を増大させる化合物を、必要に応じて添加することができる。そのような化合物として、例えばベンゾフェノンと組合せて使用すると効果のあるトリエタノールアミン等の３級アミンを挙げることができる。

更に分散時の作業性を向上させるため、溶剤を添加して希釈することができる。溶剤としては、メタノール、エタノール、エチルセロソルブ、エチルセロソルプアセテート、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、ジグライム、シクロヘキサノン、エチルベンゼン、キシレン、酢酸イソアミル、酢酸ｎアミル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコール、トリエチリングリコールモノメチルエーテル、トリエチリングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、液体ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エステル、及びエチルエトキシプロピオネートなどが挙げられ、これらを単独で、あるいは２種以上混合して使用することができる。また、本発明の効果を損なわない範囲内で、各種の添加剤等を配合することができる。

黒色感光性樹脂組成物及び着色感光性樹脂組成物を基板上に適用するために、これらを含む分散液を調製することができる。上述したこれらの材料は、２本ロールミル、３本ロールミル、サンドミル、及びペイントコンディジョナー等の分散機を用いて混練することができる。

次に、ブラックマトリクスの製造方法として、フォトリソグラフィ法を用いた例について説明する。

先ず、ガラス基板上に黒色感光性樹脂組成物をスピンコート法で塗布した後、必要に応じて加熱、例えば１００℃で３分間加熱して溶剤などの揮発成分を乾燥させ（プリベーク）、黒色感光性樹脂層を形成する。

黒色感光性樹脂組成物や着色層の着色材料の塗布方法としては、例えばスプレーコート法、スピンコート法、ロールコート法、及びカーテンコート法等の公知の方法を使用することができる。

黒色感光性樹脂層を冷却した後、所定のパターンのフォトマスクを介して、活性エネルギー線を露光する。露光に用いられるエネルギー線の光源としては、紫外線電子線等波長３００〜４５０ｎｍの光を用いることができ、例えば、超高圧水銀、水銀蒸気アーク、カーボンアーク、キセノンアーク等から照射される光を用いることができる。

その後、未露光部をアルカリ現像液例えば２．５％炭酸ナトリウム水溶液で現像した後、よく水洗し、さらに水洗して乾燥し、２３０℃で６０分間加熱処理を行うことでブラックマトリクスの額縁部が形成される。

続いて、額縁部に囲まれた領域に、黒色感光性樹脂組成物を、額縁部を形成する場合よりも薄く塗布し、同様にしてパターン加工し、着色画素間のマトリクス部を形成する。

ブラックマトリクスの膜厚は、額縁部で０．６〜２．５μｍであり、着色画素間のマトリクス部で０．４〜１．５μｍであるのが好ましい。額縁部の膜厚が０．６μｍ未満では、十分な遮光性を得ることが出来ないことと、着色画素の膜厚と額縁部との膜厚差が大きくなり、着色画素と額縁部での液晶セルギャップの制御がやや困難となる。

着色画素間のマトリクス部の膜厚が０．４μｍ未満では、塗布時の塗膜の均一性及びパターン形状が悪くなることから望ましくなく、１．５μｍを超えると、着色画素との重なりで生じる段差が大きくなり、液晶の配向不良等を引き起こすことになるため、１．５μｍ以下にすることが好ましい。また、マトリクス部２の０．４μm膜厚の下限値は、カラーフィルタ有効画面内で必要な遮光性、光学濃度を確保できる下限の膜厚でもある。なお、マトリクス部の膜厚は、複数の着色層が形成されるカラーフィルタの平坦性を確保するために、極力、薄い（０．４μｍに近い）膜厚が好ましい。

着色画素間のマトリクス部の膜厚と、着色画素が形成された領域を囲む額縁部の膜厚差は、０．４μｍから１．０μmの範囲が好ましく、より好ましくは０．５μｍ〜１．０μｍの範囲である。

なお、着色画素の膜厚は、０．６μm〜２．５μmの範囲が好ましい。ただし、色純度を重視する透過型（反射型は、着色画素の膜厚が透過型の場合の半分程度）では、着色画素の膜厚は、１．２μm〜２．５μmの範囲が好ましい。

ブラックマトリクス及び着色画素の膜厚が２．５μｍを超えると、塗布時の塗膜の均一性が悪くなること、塗布後の乾燥時間や露光後の現像時間が極端に長くなり、生産性を落とすことからから望ましくない。

ブラックマトリクスと着色画素の膜厚が同程度の場合、アライメントの都合上、マトリクス部に積層される着色画素の重畳部の高さが高くなり、液晶配向への悪影響およびセルギャップ制御のためのスペーサー高さ不均一につながる問題がある。すなわち、マトリクス部の膜厚が１．５μmを超え、かつ、着色画素とマトリクス部の膜厚差が０．２μｍ以下では、着色画素のマトリクス部上での重畳する膜厚が高くなり、段差を低減することが困難である。

ブラックマトリクスの額縁部とマトリクス部を１枚のフォトマスクで露光・現像する場合、逆に額縁部とマトリクス部の膜厚差は小さい方が良い。しかしながら、用いるフォトマスクをハーフトーンマスクとしたり、マトリクス部の開口幅を得るべく、マトリクス部の画線幅より細くして、開口部からの露光量を抑えることにより、１枚のフォトマスクでマトリクス部と額縁部の形成は可能である。これらの手法のように、マトリクス部と額縁部を一回の露光で形成する場合、膜厚差が１．０μｍを超えると、マトリクス部のパターン形成に支障（パターン形状不良やパターン剥がれ）があるため、１．０μｍ以下にすることが好ましい。

カラーフィルタは、液晶表示装置として色純度を確保するために 前記した有機顔料をアクリル樹脂などの母材中に、固形比の重量％で１０％〜４０％分散して用いるのが一般的である。着色画素の膜厚は、塗布適性やパターン形状、耐熱性などの信頼性を考慮して、０．６μｍから２．５μｍの範囲が好ましい。透過型カラーフィルタとして、色純度とカラーフィルタの平坦性を確保するためには、１．２μｍから２．５μｍの範囲がより好ましい。
マトリクス部の膜厚及び画線幅と、この上に塗布形成する着色画素との関係は、カラーフィルタの平坦性に影響する。本発明者らは、マトリクス部の膜厚に対して、着色画素の塗布材料である溶剤を含む着色材料の塗布直後の膜厚（乾燥前のウエットの状態）が、２倍〜５倍あるいはこれ以上厚いことが、平坦性向上に効果があることを見いだした。

しかしながら、前記したように カラーフィルタの色純度と生産性からの制限で、塗布直後の膜厚を４倍を大きく超える条件に設定することは困難である。なお、塗布直後の膜厚は、硬化した着色画素の１．３倍から１．４倍が目安となる。従って、マトリクス部が１μmの膜厚のとき、着色材料の塗布直後の膜厚は、２〜４μｍ、着色画素としての乾燥膜厚に換算すると、およそ１．５〜３μmとなり、マトリクス部の膜厚の１．５倍以上の膜厚（マトリクス部１μmに対し着色画素のミニマム１．５μｍ）が、平坦性向上に必要な着色画素の膜厚となる。

液晶表示装置のセルギャップのばらつきは、色むらや液晶応答速度、視野角などに微妙に影響するため、±０．１５μm（レンジで０．３μm）、好ましくは±０．１μm以内に制御する必要がある。

ブラックマトリクスの額縁部の光学濃度は、額縁部はバックライトからの余分な光を遮断するために高い遮光性が必要であるので、３．０以上は必要である。

着色画素部の製造方法としては、所望の色数の画素部が形成されるまで、上記の製造方法を繰り返して着色層のパターン加工を行うことにより、例えば青色感光性樹脂組成物を用いてパターン加工された青色着色層を、赤色感光性樹脂組成物を用いてパターン加工された赤色着色層を得る。このようにして、本実施形態に係るカラーフィルタを得ることができる。

以下に本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。
実施例
[ブラックマトリクスの形成]
下記に示す組成の黒色感光性樹脂組成物を調製した。

ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート樹脂
（重量平均分子量：約６５００、酸価７０ｍｇＫＯＨ／ｇ） ４．０重量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ２．０重量部
ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３６９
（チバスペシャリティーケミカル社製） １．０重量部
ＩＲＧＡＣＵＲＥ OXE−０２
（チバスペシャリティーケミカル社製） ０．５重量部
カーボンブラック（御国色素社製ＥＸ−２８１６） ４０重量部
シクロヘサノン ５０重量部
得られた黒色感光性樹脂組成物を厚さ１．０ｍｍのガラス基板上にスピンコーターを用いて、乾燥膜厚１．８μｍとなるように塗布し、９０℃で１分間乾燥させた。その後、額縁部パターン形成用マスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、２．５質量％の炭酸ナトリウム溶液で現像した後、良く水洗した。

水洗し、乾燥した後、２００℃で３０分間ポストベークし、額縁部のブラックマトリクスを形成した。

続いて、額縁部のブラックマトリクスを形成した基板上に、黒色感光性樹脂組成物を乾燥膜厚０．７μｍになるように塗布し、９０℃で１分間乾燥させた。その後、着色画素間のマトリクス部用マスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、２．５質量％の炭酸ナトリウム溶液で現像した後、良く水洗した。

水洗し、乾燥した後、２００℃で３０分間ポストベークし、２０μm画線幅、ピッチ１００μmにて、着色画素間のマトリクス部を形成した。マトリクス部の膜厚での光学濃度は、２．１であり、額縁部の光学濃度は、５を超えるものであった。

［着色材料の調製］
着色画素の形成に用いる着色材料を着色する着色剤として、以下のものを使用した。

赤色用顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ-ＣＦ」）およびＣ．Ｉ． ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ １７７（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）
緑色用顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン ６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ-５６８８」）
青色用顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５（東洋インキ製造製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット ５８９０」）
以上のそれぞれの顔料を用いて、赤色・緑色・青色の着色材料を調製した。
＜赤色着色材料の調製＞
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、１．５μｍのフィルタで濾過し、赤色顔料の分散体を調製した。

赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４ １８重量部
赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ ２重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０８重量部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、１．５μｍのフィルタで濾過して赤色着色材料を得た。
上記分散体 １５０重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １３重量部
光開始剤（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」） ３重量部
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」） １重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
シクロヘキサノン ２５３重量部
＜緑色着色材料の調製＞
それぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で調製した。

緑色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６ １６重量部
黄色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０ ８重量部
アクリルワニス（固形分２０％） １０２重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １４重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
開始剤 ４重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２５７重量部
＜青色着色材料の調製＞
それぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で調製した。

青色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５ ５０重量部
紫色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３ ２重量部
分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６重量部
アクリルワニス（固形分２０％） ２００重量部
トリメチロールプロパントリアクリレート １９重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤 ４重量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２重量部
シクロヘキサノン ２１４重量部
［着色画素の形成］
上記得られた着色材料を用いて、着色画素を形成した。
まず、ブラックマトリクスを形成したガラス基板に、赤色着色材料をスピンコートにより、仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃で５分間乾燥した後、着色画素形成用のストライプ状フォトマスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、２．５質量％の炭酸ナトリウム溶液で現像した後、良く水洗した。

水洗し、乾燥した後、ストライプ形状の赤色の着色画素を得た。その後、２３０℃で３０分焼成した。
次に、赤色着色材料と同様にして、緑色着色材料をスピンコートにより、仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃で５分間乾燥した後、前述の赤色着色画素と隣接した位置にパターンが形成されるように、フォトマスクを通して露光し、現像することで、緑色着色画素を得た。その後、２３０℃で３０分焼成した。
更に、赤色着色材料、緑色着色材料と同様にして、青色着色材料についても仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布し、赤色、緑色の着色画素と隣接した青色着色画素を得た。その後、２３０℃で３０分焼成した。

このようにして、透明基板上に赤、緑、及び青３色のストライプ状の着色画素を有するカラーフィルタが得られた。

このときの着色画素とマトリスク部の重なりからできる段差は０．３μｍであり、良好であった。額縁部の膜厚と着色画素の平均膜厚の差は０．１μm未満と極めて小さいものであった。また、額縁部の光学濃度はおよそ５であった。

比較例
実施例で用いた黒色感光性樹脂組成物を用い、厚さ１．０ｍｍのガラス基板上にスピンコーターを用いて、乾燥膜厚１．５μｍとなるように塗布し、９０℃で１分間乾燥させた。その後、額縁部パターン形成用及び着色画素間のマトリクス部形成用のマスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し、２．５質量％の炭酸ナトリウム溶液で現像した後、良く水洗した。

水洗し、乾燥した後、２００℃で３０分間ポストベークし、ブラックマトリクスを形成した。マトリクス部の画線幅は２０μｍ（ピッチ１００μｍ）であり、その膜厚は１．５μｍであった。

次に、実施例と同じ着色材料を用い、実施例と同様にして、赤色画素、緑色画素、及び青色画素を、それぞれ膜厚１．８μｍ、ピッチ １００μｍにて形成した。

額縁部の膜厚と着色画素の平均膜厚の差は０．３μｍであり、このときの着色画素とマトリクス部の重なりからできる段差は０．６μｍと大きいものであった。また、額縁部の光学濃度は、４．５であった。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図である。 従来の液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図である。 従来の液晶表示装置用カラーフィルタを示す平面図である。 従来の液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図である。

符号の説明

１，１１…透明基板、２…マトリクス部、３…額縁部、４，１２…ブラックマトリクス、５，１３…着色画素、６，１４…段差部。

Claims (8)

1. 透明基板と、この透明基板上に形成されたマトリクス状の遮光層と、このマトリクス状の遮光層により区分された領域に形成された複数色の着色画素とを具備する液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記遮光層は、前記着色画素間のマトリクス部と、前記複数色の着色画素を含む表示領域を囲む額縁部とを有し、前記マトリクス部の膜厚は、前記額縁部の膜厚より薄いことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 前記マトリクス部の膜厚と、前記額縁部の膜厚の差は、０．２μｍ〜１．０μｍの範囲にあ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。
3. 前記着色画素の膜厚が、前記マトリクス部の膜厚の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
4. 前記額縁部の膜厚は、前記着色画素の平均膜厚と略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
5. 前記マトリクス部の光学濃度が前記額縁部の光学濃度より低いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
6. 前記額縁部の光学濃度が３．０以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
7. 前記遮光膜が、バインダー樹脂、光重合性モノマー、光開始剤、及び黒色顔料を含む感光性組成物を用いて形成されたことを特徴とする請求項1〜６のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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