JP2009053483A - 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】マトリクス部の重なりの段差を低減し、全面の平坦化を図り、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。
【解決手段】マトリクス部２と着色画素の領域（表示部）を取り囲む額縁部３からなるブラックマトリクス４を有するカラーフィルタにて、マトリクス部が不連続な独立パターンで構成されること。額縁部の膜厚は、マトリクス部の膜厚より厚いこと。独立パターン間の不連続な部分７には、隣接する２色の着色画素の延長部が重畳された構成であること。
【選択図】図２

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６に示すように、先ず、ガラス基板１１上にマトリクス部１２Ａと遮光性の額縁部１２Ｂで構成されるブラックマトリクス１２を同時に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マトリクス部１２Ａ間の開口部に位置合わせして着色画素１３を形成した構成である。

マトリクス部１２Ａは、マトリクス状に配置した遮光性のものであり、開口部をマトリクス部１２Ａ間に有している。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、白（透明）、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６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。額縁部１２Ｂは、画質低下につながるバックライト（光源）からの光の漏れに対する要求が高く、高い遮光性が要求される。

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。また、金属薄膜は 光の反射率が高いため、観察者方向への外光の反射があり見づらいものであった。

額縁部１２Ｂは、マトリクス部１２Ａと同様、同一材料の黒色感光性樹脂組成物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。この黒色感光性樹脂組成物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外光の反射がなく 見やすい表示に適している。しかし、黒色感光性樹脂組成物を用いた額縁部は、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以上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５に示すように、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）。
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、マトリクス部の膜厚を薄くすることが提案されている。マトリクス部の膜厚を、例えば、１μｍ厚に薄くすることが望ましいが、膜厚を薄くすると額縁部での遮光性が維持できない問題がある。

膜厚を薄くしても、額縁部の遮光性を維持するために、光学濃度の高い黒色感光性樹脂組成物を用いることが考えられる。しかし、光学濃度の高い黒色感光性樹脂組成物を用いると、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クスが形状不良となる。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。

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層目とにおいて赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色を重ね合わせても十分な遮光性を得ることが出来ない。
特開平１１−２１８６０７号公報 特開平２−２８７３０３号公報

本発明は、以上のような事情の下になされたものであり、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課題とする。

本発明は、透明基板上に複数色の着色画素と、該着色画素を区分するマトリクス部と該着色画素が形成された領域（表示部）を取り囲む額縁部からなるブラックマトリクスとで構成されるカラーフィルタにおいて、前記マトリクス部が不連続な独立パターンで構成されることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記額縁部の膜厚は、前記マトリクス部の膜厚より厚いことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による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が、０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にあることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記独立パターン間の不連続な部分には、隣接する２色の着色画素の延長部が重畳された構成であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記着色画素が、平面視で矩形であり、かつ、前記マトリクス部が該着色画素の４辺を囲むマトリクス状に配設されていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記着色画素が、平面視でストライプであり、かつ、前記マトリクス部が該着色画素を区分するストライプ状に配設されていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明による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黒色感光性樹脂組成物を用いて形成されたことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載する液晶表示装置用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である。

本発明は、カラーフィルタを、薄膜のマトリクス部を独立したパターンの並びとすることで、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、膜厚の厚い額縁部を採用する事で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、２は、本発明の請求項１に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図、及び平面図である。図１、２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、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなる着色画素５が形成されている。
図２に示すように、本発明におけるマトリクス部２は、前記図６に示すような連続したライン状のものではなく、不連続な独立パターンで構成されている。

また、図３は、本発明の請求項２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。この液晶表示装置用カラーフィルタは、額縁部３の膜厚が、マトリクス部２の膜厚より厚いことを特徴としている。
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２の膜厚を小さくすることにより、マトリクス部２と着色画素５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。こ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、図４は、本発明の請求項４に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す平面図である。図４に示すように、独立パターン間の不連続な部分７に隣接する２色の着色画素５が重畳されて形成されている。

以上のように構成され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。

本実施の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。

本実施の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感光性組成物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。

マトリクス部の矩形又は円形パターンの間に着色画素がパターニングされていることが望ましい。マトリクス部の独立パターン間に着色画素がパターニングされていることで、カラーフィルタ有効画面内で遮光性、光学濃度を補足することができマトリクス部の膜厚を薄くすることができる。

マトリクス部の矩形又は円形パターンの一部に着色画素が積層されていることが望ましい。積層されていることにより、カラーフィルタ有効画面内で遮光性、光学濃度を補足し、更に着色画素が積層されていることで白抜け防止になる。

マトリクス部の矩形、多角形又は円形などの独立パターンを並べて形成する際のピッチは、０．５μｍより大きく４０μｍより小さい方が好ましい。また独立パターン間の間隔は、０．１μｍから５μｍの再現性ある範囲であれば良い。パターンの再現性からは０．５μｍ〜４μｍの間隔が、さらに好ましい。独立パターンの長さが４０μｍ以上では有効画面内の十分な平坦性向上効果を得にくい。

更に、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０．５〜１．０μｍ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０．５μｍ未満では、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ないので好ましくない。また、１．０μｍ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、高画質再現に必要な高いレベルでの液晶配向が得られなくなるため、１．０μｍ以下にすることが好ましい。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（０．５μｍに近い）膜厚が好ましい。

また、図４に示すように、マトリクス部の不連続な部分７には着色画素が形成されている方が好ましく、隣接する２色の着色画素がこの部分で重畳している。
重畳する部分の着色画素の幅は、０．５μｍ〜３μｍの範囲であることが好ましい。

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、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。

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感光性組成物の塗布直後の膜厚（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、遮光パターンが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、好ましくは±０．１μｍ（範囲で０．２μｍ）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。

着色画素の製造方法としては、所望の色数の着色画素が形成されるまで、上記の製造方法を繰り返して着色画素のパターン加工を行うことにより、例えば、青色感光性組成物を用いてパターン加工された青色着色画素を、赤色感光性組成物を用いてパターン加工された赤色着色画素を得る。このようにして、本実施の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１＞
[額縁部及びマトリクス部の形成]
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
・ＩＲＧＡＣＵＲＥ３６９（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、額縁部形成用マスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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、遮光性の額縁部を形成した。

続いて、額縁部を形成した基板上に、黒色感光性樹脂組成物を乾燥膜厚０．５μｍになるように塗布し、９０℃で１分間乾燥させた。その後、マトリクス状に配列させる着色画素（矩形）間を区分する、マトリクス部を マスクを介して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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、４．０×１０μｍ線幅のマトリクス部をパターン間隔２．０μｍ、パターンピッチ２０μｍにて、図２に示すマトリクス状の配列で形成した。０．５μｍ（マトリクス部）の膜厚での光学濃度は、１．５であり、先に形成した額縁部の光学濃度は、５を超えるものであった。なお、後述する着色画素の画素ピッチは、１００μｍとした。

［着色感光性組成物の調製］
着色画素の形成に用いる着色感光性組成物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．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４
（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．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１７７（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．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６（東洋インキ製造製「リオノールグリーン６ＹＫ」）、およびＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１５０（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．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５（東洋インキ製造製「リオノールブルーＥＳ」）Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３（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・青色の着色感光性組成物を調製した。

＜赤色着色感光性組成物の調製＞
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．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４ １８重量部
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１７７ 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感光性組成物を得た。
・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
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤 ３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」） １重量部
・シクロヘキサノン ２５３重量部。

＜緑色着色感光性組成物の調製＞
それぞれ下記組成となるように，赤色着色感光性組成物と同様の方法で調製した。
・緑色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６ １６重量部
・黄色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１５０ 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。

＜青色着色感光性組成物の調製＞
それぞれ下記組成となるように，赤色着色感光性組成物と同様の方法で調製した。
・青色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５ ５０重量部
・紫色顔料：Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３ 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］
上記により得られた着色感光性組成物を用いて、着色画素を形成した。
まず、遮光性パターンを形成したガラス基板に、赤色着色感光性組成物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、ブラック遮光性パターンとの重畳幅を２．１μｍとし、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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、赤色の着色画素を得た。その後、２３０℃で３０分焼成した。次に、赤色着色感光性組成物と同様にして、緑色着色感光性組成物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、前述の赤色着色感光性組成物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、赤色着色感光性組成物、緑色着色感光性組成物と同様にして、青色着色感光性組成物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、各画素の重畳幅２．１μｍ、及びマトリクス部のパターン間に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クス部の重なりからできる段差は０．１５μｍであり、良好であった。また、額縁部の光学濃度はおよそ５であった。なお、段差測定は触針式の表面粗さ測定器を用い、測定個所は遮光性パターンの中央部位を画素ピッチ方向に測定した。

＜実施例２＞
着色画素間のマトリクス部の膜厚を１．０μｍとする以外は実施例１と同等の工程と条件で作製し、実施例２の液晶表示装置用カラーフィルタを得た。
このときの着色画素と遮光性パターンの重なりからできる段差は０．３μｍであり、良好であった。また、額縁部の光学濃度はおよそ５であった。なお、段差測定は触針式の表面粗さ測定器を用い、測定個所はマトリクス部の中央部位を画素ピッチ方向に測定した。

＜実施例３＞
マトリクス部を４μｍ幅のストライプ状（一方向の）パターンの並び（マトリクス部は、２０μｍピッチ、遮光性パターン間のギャップは２μｍと実施例１と同様）とする以外は、実施例１と同様に、額縁部、遮光性パターン、着色画素を形成した。

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０．１５μｍであり、良好であった。また、額縁部の光学濃度はおよそ５であった。なお、段差測定は触針式の表面粗さ測定器を用い、測定個所はマトリクス部の中央部位を画素ピッチ方向に測定した。

＜比較例１＞
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０．５μｍ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（連続したブラックマトリクスパターン）のマスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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４μｍ（ピッチ１００μｍ）であり、図６に示す連続したパターンが形成され、その膜厚は０．５μｍであった。なお、マトリクス部は連続したパターン（以下の実施例ではマトリクス部の画線幅は４μｍとした）にて、実施例１と同じ黒色感光性着色組成物により形成するものである。

次に、実施例１と同じ着色感光性樹脂組成物を用い、実施例１と同様にして、赤色着色画素、緑色着色画素、及び青色着色画素を、それぞれ膜厚１．８μｍ、画素ピッチ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１．３μｍ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０．２５μｍと実施例１と比べ大きいものであった。また、額縁部の光学濃度は、１．５で低い値である。

＜比較例２＞
着色画素間のマトリクス部のパターン膜厚を１．５μｍとした。マトリクス部の膜厚以外は比較例１と同等の工程と条件で作製し、実施例２の液晶表示装置用カラーフィルタを得た。

額縁部の膜厚と着色画素の平均膜厚の差は０．５μｍ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と実施例１及び３と比べ大きいものであった。また、額縁部の光学濃度は、４．５である。

＜比較例３＞
実施例１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１．８μｍ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及び着色画素間のマトリクス部形成用（連続したマトリクスパターン）のマスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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の額縁部を形成した。

続いて、ブラックマトリクスの額縁部を形成した基板上に、黒色感光性樹脂組成物を乾燥膜厚０．５μｍになるように塗布し、９０℃で１分間乾燥させた。その後、着色画素間の矩形のマトリクス部用（連続したブラックマトリクスパターン）マスクを通して、露光量３００ｍＪ／ｃｍ² 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、４．０μm線幅の連続したパターン、画素ピッチ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、１．５であり、額縁部の光学濃度は、５を超えるものであった。

着色画素の形成方法は実施例１同様に行った。

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０．２５μｍであり、良好であるが、実施例１に比べ段差が高くなる。

本発明の請求項１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。 本発明の請求項１に係る液晶表示装置用カラーフィルタを示す平面図である。 本発明の請求項２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。 本発明の請求項４に係る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。 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。

符号の説明

１、１１…透明基板
２、１２Ａ…マトリクス部
３、１２Ｂ…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
７…重畳部

Claims (8)

1. 透明基板上に複数色の着色画素と、該着色画素を区分するマトリクス部と該着色画素が形成された領域（表示部）を取り囲む額縁部からなるブラックマトリクスとで構成されるカラーフィルタにおいて、前記マトリクス部が不連続な独立パターンで構成されることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 前記額縁部の膜厚は、前記マトリクス部の膜厚より厚いことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
3. 前記マトリクス部の膜厚が、０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
4. 前記独立パターン間の不連続な部分には、隣接する２色の着色画素の延長部が重畳された構成であることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
5. 前記着色画素が、平面視で矩形であり、かつ、前記マトリクス部が該着色画素の４辺を囲むマトリクス状に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
6. 前記着色画素が、平面視でストライプであり、かつ、前記マトリクス部が該着色画素を区分するストライプ状に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ。
7. 前記マトリクス部が、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黒色感光性樹脂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１項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１項に記載する液晶表示装置用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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