JP2010072300A - 光学補償機能を有するカラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】多色液晶表示装置に生じる位相差問題を解消することのできる光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供することを課題とし、また上記カラーフィルタ基板を容易にかつ高品質で製造し、さらには、位相差膜が均一に形成されることで、配向不良や輝点不良の発生がない光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。
【解決手段】少なくとも、（ａ）基板上に格子状に区画したブラックマトリックス、（ｂ）前記ブラックマトリックスの区画内に液晶性化合物を熱又は光により硬化させた位相差層、（ｃ）前記位相差層の下に配向膜層、（ｄ）前記位相差層上にカラーフィルタ、とを有するカラーフィルタ基板において、前記ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）とブラックマトリックス基部と基板の接触する部分の面積（Ｂ）が（Ａ）／（Ｂ）＜１．０を満たすことを特徴とするカラーフィルタ基板。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置及びその他の表示装置に使用されるカラーフィルタ基板に係わる。特には、平面型画像表示装置等に組み込まれて用いられるマトリクス方式のカラー液晶表示装置に好適に使用できるカラーフィルター基板に関する。

液晶表示装置は、前面基板と背面基板との間に液晶物質を封入し、この前面基板と背面基板の各々に設けられた透明電極に電圧を印加して液晶物質を駆動させ光線の透過・不透過を制御することにより画面表示を行う表示ディスプレイ装置である。そして、この液晶表示装置によってカラー表示を行う場合には、上記透過光をそれぞれの色に着色するカラーフィルタを上記前面基板又は背面基板として適用している。

カラーフィルタ基板は、透明基板上の画素部位にパターン状に透明着色層が設けられている。この透明着色層は画素部位を透過する透過光を着色するためのもので、一般に光の三原色である赤色、緑色及び青色（目的によっては赤、緑及び青の補色系でもよい）の三色の透明着色層Ｒ、Ｇ、Ｂが各画素毎に設けられている。なお、Ｒ、Ｇ及びＢの各文字は、順に赤色、緑色及び青色を表すものとする。

また、各画素間の隙間部（画素間部位）からの透過光や反射光は画面のコントラストと色純度を低下させることから画素間部位には透過光や反射光を遮断するブラックマトリクスが設けられている。そして、透明着色層Ｒ、Ｇ、Ｂとブラックマトリクスとの位置精度を確保するため、透明着色層Ｒ、Ｇ、Ｂは画素より幅広に形成され、これら透明着色層Ｒ、Ｇ、Ｂとブラックマトリクスとの境界部位において両者が互いに重なるように構成されている。

また、このカラーフィルタを液晶表示装置の前面基板又は背面基板に適用する際には、前面基板と背面基板との間隙を前面に亘り均一にして液晶物質の駆動を安定化させるため、
例えば、透明樹脂層を設けてその表面平滑化を図っている。

ところで、カラーフィルタ基板においては、ブラックマトリクスとして真空蒸着された金属クロムからなる薄膜、あるいは黒色顔料を分散させた樹脂等が用いられている。これらのうち、金属クロム薄膜はその遮光性が優れる点で樹脂型よりブラックマトリクスとして優れているが、真空蒸着法により形成されるため製造コストが高くなり、また光反射率が５０〜６０％と高いため表示画面が反射光を生じコントラストを低下させる等の問題点を有していた。反射率を低下させるため酸化クロム／金属クロムの二層構成とした薄膜も開発されているが、製造行程が煩雑になるだけで反射率は１０％程度改善されるに過ぎなかった。

これに対し黒色顔料を分散させた樹脂は製造コストが安く、光反射も小さい点で優れているが、その遮光性を向上させるためにはその膜厚を通常１μｍ以上に設定する必要があった。このため、ブラックマトリクスと透明着色層Ｒ、Ｇ、Ｂが重なる境界部位においては合計膜厚が大きくなって突起を形成し、この上に敷設される透明樹脂層の表面にも突起に基づく突起が形成されることになる。そして、この突起の高さは１μｍ程度に達する場合があり、これに起因して前面基板と背面基板との間隙が不均一になり安定して液晶物質を駆動できない問題点を有していた。

これに対し、基板上のカラーフィルタの位置に相当する箇所に、染色樹脂層を設けることで、遮光濃度を保ちつつ画素部位と遮光部の段差を小さくでき、突起の問題を解決する方法が知られている（特許文献１）。しかし、かかる方法では、画素部の染色樹脂層が脱色しきれない場合、画素全体の透過率が低下する問題があった。

また近年、カラーフィルタ基板側に光学補償層を形成し、各色を最適位相差に補正しようとする研究開発が盛んに行われているが、その場合においても、位相差膜下部に突起状の段差などがあると、位相差膜の塗布状態が不均一になり、その結果配向不良や輝点不良が発生し、正しく位相差を制御できない問題を有している。
特開平７−７２３２１号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、液晶表示装置によって多色表示を行った際に生じる位相差問題を解消することのできる光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供することを課題とし、また上記カラーフィルタ基板を容易にかつ高品質で製造する方法を提供する。さらには、位相差膜が均一に形成されることで、配向不良や輝点不良の発生がない光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、
少なくとも、
（ａ）基板上に格子状に区画したブラックマトリックスと、
（ｂ）前記ブラックマトリックスの区画内に液晶性化合物を熱又は光により硬化させた位相差層と、
（ｃ）必要に応じて前記位相差層の下に配向膜層と、
（ｄ）前記位相差層上にカラーフィルタ、とを有するカラーフィルタ基板において、
前記ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）とブラックマトリックス基部と基板の接触する部分の面積（Ｂ）が（Ａ）／（Ｂ）＜１．０を満たすことを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記ブラックマトリックス基部と基板の接触する部分の面積（Ｂ）が０．８＜（Ａ）／（Ｂ）＜０．９５を満たすことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記ブラックマトリックスの膜厚を（Ｃ）、 前記位相差層の膜厚を（Ｄ）、前記配向膜層の膜厚を（Ｅ）とすると、０．９＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

請求項に記載４の発明は、前記ブラックマトリックスの膜厚を（Ｃ）、 前記位相差層の膜厚を（Ｄ）、前記配向膜層の膜厚を（Ｅ）とすると、２．５＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）＜６．０を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

本発明によれば、液晶表示装置によって多色表示を行った際に生じる位相差問題を解消することのできる光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供できる。さらには、位相差膜が均一に形成されることで、配向不良や輝点不良の発生がない光学補償能を有するカラーフィルタ基板を提供できる。
ブラックマトリックス近傍部分であっても、位相差層が均一に形成され、且つ配向不良や、輝点不良の発生をおさえることができた。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色画素に対応して最適化した位相差値を位相差層に正確に発現することができた。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係るカラーフィルタ基板の構成をを示す断面視図であり、透明基板としては、例えばガラス基板を用いる。ガラス基板１上の非画素部に相当する位置には、ブラックマトリックス２となる遮光性を有する隔壁が設けられている。ガラス基板上に配向膜材料を塗布、乾燥、焼成して配向膜層３を形成し、さらにラビング処理を施すことにより重合性液晶材料の配向能を向上させる手段を講じた基板を用いても良い。

次に画素部に相当するブラックマトリクス２の各々の開口部内に、画素ごとに、重合性の液晶性化合物の硬化物からなる位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）が形成されている。また、開口部内の位相差層上には、赤色画素パターン５（Ｒ）、緑色画素パターン５（Ｇ）、青色画素パターン５（Ｂ）が規則的に配列して構成されたカラーフィルタ層が構成されている。着色画素パターンは、ＲＧＢ以外の着色画素パターンを有していても良い。

本明細書において、重合性液晶化合物とは、液晶状態が室温において固定化されたものを指し、例えば、分子構造中に重合性基を有する液晶性モノマーを架橋させて、架橋前の光学異方性を保持したまま硬化させたもの、またはガラス転移温度以下に冷却することにより、液晶状態を凍結することができる高分子液晶を指す。

液晶化合物層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）を構成する液晶材料は、各層を通過する光の波長域に応じたリタデーションを持つよう、ネマチック液晶材料、カイラルネマチック液晶材料、コレステリック液晶材料またはホメオトロピック配向する重合性の液晶材料を適宜選択することが好ましい。

なお、ネマチック液晶は、重合可能な基を有することが好ましい。また、カイラル剤も重合可能な基を有することが好ましい。カイラルネマチック液晶については、ネマチック液晶を、単独、または必要に応じて２つ以上混合して用いることが好ましい。

次に、位相差層付きのカラーフィルタを製造する方法について図２を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、透明基板１上にコントラスト向上のためのブラックマトリクス２を設ける。

透明基板１には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等、公知の透明基板材料を使用できる。中でもガラス基板は、透明性、強度、耐熱性、耐候性において優れている。

ブラックマトリクス２は、公知の方法を用いて形成することができる。例えば、金属あるいは金属酸化物の薄膜をスパッタ等の方法により基板上に形成し、それをエッチングなどの手法によりパターニングを施し、形成する方法；感光性樹脂組成物中に顔料あるいは染料などの着色剤を混在させ、これを基板上に感光性樹脂組成物として形成し、フォトリソグラフィ法により形成する方法；黒色顔料、熱硬化性樹脂を溶媒に溶かし、印刷法により形成する方法などが挙げられる。また、ブラックマトリクス２は、重合性液晶化合物の混合を防止するための、撥インキ剤を含んでいても構わない。混合は、重合性液晶化合物が隣接画素の異なる重合性液晶化合物に浸透することで発生する。

撥インキ剤としては、シリコーン系、フッ素系材料を一例として挙げることができる。具体的には、主鎖または側鎖に有機シリコーンやアルキルフルオロ基を有し、シロキサン成分を含むシリコーン樹脂やシリコーンゴム、この他にはフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、三フッ化エチレン等や、これらの共重合体等のフッ素樹脂などを用いることができる。また、撥インキ剤は、加熱工程中にブリードアウトし、透明基板上に撥インキ剤が付着し、カラーインキの充填時に色抜け等が発生する場合があるが、これを防止するため、撥インキ剤としてはフッ素含有化合物を用いることが好ましい。また、ブリードアウトを防止するため、低分子化合物よりオリゴマー化合物を用いることが好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板上に配向膜材料を塗布し、乾燥、焼成して配向膜層３を形成し、さらにラビング処理を施す。これは重合性液晶化合物の配向性を向上させるためである。

次に、図２（ｃ）に示すように、ブラックマトリクス２の開口部内に、インキジェッ
ト法にて、画素ごとに異なる重合性液晶化合物を印刷することにより液晶化合物層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）を形成する。重合性液晶化合物は、各層を通過する光の波長域に応じたリタデーションを持つよう、ネマチック液晶材料、コレステリック液晶材料またはホメオトロピック配向する重合性の液晶材料から適宜選択する。

次に、所定の照射量の紫外線を照射して、重合性液晶化合物を架橋させ、硬化させる。なお、本明細書中では、硬化後の重合性液晶化合物層を位相差層という。なお、重合性液晶化合物層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）に照射される紫外線が重合性液晶化合物を硬化させる場合、重合性液晶化合物中に光重合開始剤を添加しておくことが好ましい。紫外線の照射量は、光重合開始剤の有無や添加量、または放射線の種類や照度に応じて変わるが、例えば１ｍＪ／ｃｍ²〜１００００ｍＪ／ｃｍ²の範囲程度であることが好ましい。また、紫外線を照射する雰囲気は、窒素等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。このような雰囲気で紫外線を照射することにより、酸素の影響を受けずに重合性液晶化合物を硬化させることができ、重合した液晶層の光学特性を安定させることができる。さらに、紫外線を照射する雰囲気の温度は、室温よりも高い温度で均一に制御することが好ましい。これにより、紫外線の照射時の重合性液晶化合物の重合を促進させ、重合した液晶層の光学特性を安定化させることができる。

さらに、液晶化合物層を所定の温度で焼成して追加硬化させ、液晶化合物層の光学特性を安定させる。なお、このとき、当該液晶化合物層を高温で加熱して熱硬化させることも可能であるが、液晶化合物の光学特性の安定化と、ブラックマトリクスからの撥インキ剤のブリードアウトの恐れから、１００℃〜２００℃であることが望ましい。

液晶化合物層を形成するためのインキジェット装置としては、吐出方法の相違によりピエゾ変換方式と熱変換方式があるが、ピエゾ変換方式の装置を用いることが望ましい。また、インキジェット装置における液晶化合物の粒子化周波数は、５〜１００ＫＨｚ程度が望ましい。また、インキジェット装置におけるノズル径は５〜８０μｍ程度が望ましい。また、インキジェット装置はヘッドを複数個配置し、１ヘッドにノズルを６０〜５００個程度組み込んだものを用いるのが好ましい。
液晶位相差層を形成する方法として、インキジェット法を取り上げたが、フォトリソグラフィ法を始め、好適な方法で形成すればよく、本方法に限定する必要はない。

次いで、図２（ｄ）に示すように、位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色画素パターン５（Ｒ）、５（Ｇ）、５（Ｂ）を形成する。本実施形態では、フォトリソグラフィ法によりカラーレジストの画素パターンが形成される。フォトリソグラフィ法による画素パターン形成の工程は、ブラックマトリクス及び位相差層が形成された基板上に着色樹脂組成物層を形成する工程、露光工程、不要部となる未露光部分を除去する現像工程からなる。その後、後述する加熱工程を経て着色画素パターン５（Ｒ）、５（Ｇ）、５（Ｂ）を形成する。

着色樹脂組成物層を設ける方法としては、バーコータ、アプリケータ、ワイヤーバー、スピンコータ、ロールコータ、スリットコータ、カーテンコータ、ダイコータ、キャピラリーコータやコンマコータなどの公知の方法が挙げられる。露光方式としては、例えば、超高圧水銀灯や半導体レーザを光源とした紫外線により、遮光部を形成したフォトマスクを用いた、プロキシミティ方式、あるいは、凸及び凹面鏡を使用した光学系を用いたミラープロジェクション露光方式、投影レンズを配し照射面を分割するレンズ投影露光方式などが挙げられる。現像液としては、有機溶剤系またはアルカリ水溶液系が一般的に用いられるが、環境安全性の確保から、無機アルカリ系が好ましい。

着色樹脂組成物の着色剤としては、顔料、染料等を使用することができる。本発明では、耐候性に優れた顔料を用いることが好ましい。着色剤として、具体的には、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ９、１９、３８、４３、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１７９、１８０、１９２、２１５、２１６、２０８、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２５４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、１５：６、１６、２２、２９、６０、６４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ２０、２４、８６、８１、８３、９３、１０８、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１６８、１８５、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ２３、等を使用することができる。さらに所望の色相を得るために２種類以上の材料を混合して用いることができる。

着色樹脂組成物に用いられる熱硬化性樹脂は、色素との関係で公知のカラーフィルタ基板の製造に用いる材料から適宜選択される。具体的には、カゼイン、ゼラチン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルアセタール、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂などを用いることができる。特に、耐熱性や耐光性を要求されるカラーフィルタを製造する場合には、アクリル樹脂を用いることが好ましい。

着色樹脂組成物に用いられる溶媒は、具体的には、ジエチレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル等を挙げることができる。

また、この他にも、溶媒の沸点をより高めるために、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルエーテル、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアセテート、２−（２−ブトキシエトキシ）エチルアセテート、２−フェノキシエタノール、ジエチレングリコールジメチルエーテル等を用いることが可能である。また、必要に応じて２種類以上の溶媒を前記条件に合うように混合し、調合したものを用いる。

着色樹脂組成物の分散剤は、樹脂への色素の分散を向上させるために用いる。分散剤として、イオン性または非イオン性界面活性剤などを用いることができる。具体的には、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリ脂肪酸塩、脂肪酸塩アルキルリン酸塩、テト
ラアルキルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等、その他に、有機顔料誘導体、ポリエステルなどが挙げられる。分散剤は１種類を単独で使用してもよく、また、２種類以上を混合して用いることも可能である。

最後に、位相差層上に着色画素パターンが形成された基板を、所定の温度で焼成して硬化させる。なお、このときの焼成温度は１５０℃〜２５０℃であることが望ましい。

これにより、最終的に、図２（ｄ）に示すように、画素の各色の表示領域に対応するリタデーションを有する位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）が形成され、位相差層付きのカラーフィルタ基板が完成する。

なお、画素ごとに異なる重合性液晶化合物としては、例えば、位相差層４（Ｒ）には、リタデーションが−１００〜−０．１ｎｍとなるような液晶化合物を、位相差層４（Ｇ）にはリタデーションが０．１ｎｍ〜１００ｎｍとなるような液晶化合物を、位相差層４（Ｂ）にはリタデーションが−１００〜−０．１ｎｍとなるような重合性液晶化合物を選択する。

各位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）のリタデーションは、厚み方向の屈折率異方性Δｎと膜厚ｄとの積で表される。同一の重合性液晶化合物であればΔｎは一定であるため、位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）のリタデーションは、その膜厚によって制御できる。

位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）の厚み方向のリタデーションと、各着色画素パターン５（Ｒ）、５（Ｇ）、５（Ｂ）の厚み方向のリタデーションとの合計値は、画素ごとに互いに等しければ特に制限はないが、最終的な液晶ディスプレイの特性を著しく損なわないためには、絶対値が０に近いほど好ましい。

このように、各着色画素パターンの厚み方向のリタデーションの値に応じて、各着色画
素パターンに対応する位相差層の厚み方向のリタデーションとの合計が、画素ごとに互いに等しくなるように各位相差層の膜厚を制御することで、最適なリタデーションの補正を行うことができる。

また、上述のようにカラーフィルタの複屈折率の絶対値は、０．０１以下であること、すなわち各着色画素パターンの厚み方向位相差値ＸＲｔｈ（Ｘ＝Ｒ：赤、Ｘ＝Ｂ：青、Ｘ＝Ｇ：緑 に対応）が、限りなくＲＲｔｈ＝ＧＲｔｈ＝ＢＲｔｈ＝０に近いことが望まれているが、カラーフィルタ以外の構成部材、例えば液晶、偏光板、配向膜などの位相差の波長分散性と組み合わせる場合、ＲＲｔｈ＝ＧＲｔｈ＝ＢＲｔｈ＝０である場合以外にも、最適なカラーフィルタの厚み方向位相差値が存在する。

従って、カラーフィルタにおいて各色表示画素の位相差値Ｒｔｈがどの値をとるのが最も望ましいかは、他の部材との組み合わせにより変わるが、重要なことは、ＧＲｔｈがＲＲｔｈ以上であるにもかかわらず、ＢＲｔｈがＧＲｔｈ以下である状態や、ＧＲｔｈがＲＲｔｈ以下であるにもかかわらず、ＢＲｔｈがＧＲｔｈ以上である状態は、良好な斜め視認性を得ることができないという点である。これは、液晶表示装置で用いられる他の部材では、複屈折性の波長分散性は透過光の波長に対して連続的に変化することによるものである。

そこで、各着色表示画素の厚み方向位相差値Ｒｔｈ、即ち、赤色表示画素３Ｒの厚み方向位相差値ＲＲｔｈ、緑色表示画素３Ｇの厚み方向位相差値ＧＲｔｈ、および青色表示画素３Ｂの厚み方向位相差値ＢＲｔｈは、下記の式（１）及び式（２）を満たしていること
が望ましい。
｜（ＲＲｔｈ−ＢＲｔｈ）｜−｜（ＧＲｔｈ−ＢＲｔｈ）｜≧０ （１）
｜（ＲＲｔｈ−ＢＲｔｈ）｜−｜（ＲＲｔｈ−ＧＲｔｈ）｜≧０ （２）
上記式（１）及び（２）は、符号の正負を問わず、ＧＲｔｈがＲＲｔｈ以上である場合には、ＢＲｔｈはＧＲｔｈ以上であり、ＧＲｔｈがＲＲｔｈ以下である場合には、ＢＲｔｈはＧＲｔｈ以下であることを意味する。即ち、ＲＲｔｈとＢＲｔｈの間にＧＲｔｈがあることを意味する。

このように、各着色表示画素の厚み方向位相差値Ｒｔｈが上記のような条件を満たしたカラーフィルタを使用することにより、良好な斜め視認性を有する液晶表示装置が得られる。

しかし、上述のような方法によりカラーフィルタの位相差値が正確に設計されている場合でも、ブラックマトリクスの形状が鋭利な形状をしている場合は、その影響により位相差制御の精度が落ちることが知られている。鋭利な形状をしているブラックマトリックス周辺は、位相差膜の厚みが増減し不均一になることや、理想的には一定方向に配向する位相差膜が乱されることでリタデーションの値が変化する為である。
位相差膜の配向不良や輝点不良を解消すべく、種々の実験検証の結果、ある一定の法則を満たす場合においてこれらの不良が解消されることが判明した。

以下、以上説明した実施形態についての、より具体的な実施例を示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜液晶化合物の調整・膜厚と位相差の関係＞
重合性基を有するネマチック液晶１００重量部、カイラル剤９重量部、及び光開始剤５
重量部をトルエン４２０部に溶解し、重合性液晶化合物（ｉ）（以下、液晶化合物と記す）を調整した。

まず、ガラス基板１上に、スピンコートにより液晶化合物（ｉ）を塗布した。６０℃で１分加熱、次に、超高圧水銀灯を光源とした紫外線照射装置により、１０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量にて露光を行った。なお、露光工程においては、大気中の酸素による重合阻害
を生じないよう、窒素雰囲気下にて実施した。さらに、位相差層の安定のため、１５０℃で３０分の加熱工程を経て、位相差層を形成した。形成した位相差層の膜厚は０．７μｍであった。 位相差層の厚み方向のリタデーションを計測したところ、３５ｎｍであった。したがって、位相差層１μｍあたりの位相差は５０ｎｍであることがわかった。

＜カラーフィルタの作製＞
（ブラックマトリクスの形成）
ポリイミド前駆体（セミコファインＳＰ−５１０：東レ（株）製）１０重量部、カーボ
ンブラック７．５重量部、ＮＭＰ１３０重量部、分散剤（銅フタロシアニン誘導体）５重量部、開始剤Ａ５重量部、及びパーフルオロアルキル基含有オリゴマー（ＦＴＸ−７２０Ｃ：（株）ネオス製）０．１重量部をビーズミル分散機で冷却しながら３時間分散させ、ブラックマトリクス組成物を調整した。

このブラックマトリクス組成物をスピンコータによって無アルカリガラス基板（品番１７３７：コーニング社製）上に塗布し、約２．０μｍの膜厚の塗膜を形成した。その後、１００℃で２０分間のプリベークを行った後、露光・現像工程を経て、２３０℃で６０分のポストベークを行い、ガラス基板１の所定領域にブラックマトリクス２を形成した。

このようにして形成されたブラックマトリクス２の上頂部の着色インキ（表面張力３０ｍＮ／ｍ）に対する接触角を測定したところ、３０°であり、ブラックマトリクス上頂部が着色インキに対して、撥インキ性があることを確認した。

（位相差層の形成）
前記ガラス基板１上のブラックマトリクス２の開口部に、１０８ｐｌ、１５０ｄｐｉヘ
ッド（セイコーインスメルツ社製）を搭載したインキジェット装置により、前記液晶化合物（ｉ）をブラックマトリックスで囲まれた領域内に充填した。
次に、超高圧水銀灯を光源とした紫外線照射装置により、１０００ｍＪ／ｃｍ²の照射
量にて、充填された液晶化合物に露光を行った。さらに、位相差層の安定化のため、１５０℃で３０分の加熱工程を施し、位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）を形成した。
液晶化合物（ｉ）の充填量は、位相差層４（Ｒ）については膜厚が０．２μｍ、位相
差層４（Ｇ）については膜厚が１．５μｍ、位相差層４（Ｂ）については膜厚が０．５μｍとなるように、インキジェット印刷装置での吐出量を制御することで調整した。

（カラーレジスト材料の調整）
カラーフィルタ作製に用いる着色材料を着色する着色剤には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・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ−ＣＦ」）、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１７７（チバ・スペシャル・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」）、及び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、以下のようにして赤色、緑色、及び青色の着色画素を作製した。

（カラーフィルタ基板の作製）
前記ガラス基板１上のブラックマトリクス２の開口部に形成された位相差層上に、Ｒ、
Ｇ、Ｂ各色の着色樹脂組成物を使用し、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の各々のブラックマトリックスに囲まれた領域内に形成された位相差層４（Ｒ）、４（Ｇ）及び４（Ｂ）上に着色画素パターンを各々形成した。その後、ホットプレートにて２００℃で３０分加熱し、着色画素パターン５（Ｒ）、５（Ｇ）、５（Ｂ）を形成し、カラーフィルタ基板を得た。
カラーフィルタの各画素におけるリタデーションは、着色画素パターンと位相差層のリタデーションの和となる。
着色画素パターン５（Ｒ）、５（Ｇ）、５（Ｂ）単層での膜厚はいずれも２．０μｍで、厚み方向のリタデーションは、それぞれ２０ｎｍ、−４５ｎｍ、４ｎｍであり、 液晶化合物（ｉ）による位相差層の位相差は、４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）それぞれ、１０ｎｍ、７５ｎｍ、２５ｎｍとなり、各画素において各着色画素パターンとの位相差の合計は、着色画素（Ｒ）部で３０ｎｍ、着色画素（Ｇ）部で３０ｎｍ、着色画素（Ｂ）部で２９ｎｍとなり、略同一となる。
こうして、各画素毎の位相差を制御することができ、位相差問題を解消する光学補償能を有するカラーフィルタ基板を得ることができた。

しかし上述のような方法によりカラーフィルタの位相差制御が正確にされている場合でも、ブラックマトリクスの形状が鋭利な形状をしている場合は、その形状の影響により位相差制御の精度が落ちることが判明した。
ここで鋭利な形状とは、ブラックマトリックスが垂直形状または、オーバーハング形状な状態を指す。その逆の理想的な形状とは、ブラックマトリックスがテーパー形状と呼ばれる裾野が広がるような状態や、ブラックマトリックス上部の角が丸みを帯びている状態である。より具体的には、ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）よりブラックマトリックス基部底面と基板の接触面の面積（Ｂ）の方が大きい関係の状態である。

位相差膜は、鋭利な形状をしているブラックマトリックス周辺は、位相差膜の厚みが不均一になることや、本来は一定方向に配向する重合性液晶の配列が乱され配向不良や輝点不良が発生する。配向不良とは、偏光顕微鏡でクロスニコル状態を観察すると、真黒にならずに斑模様や光漏れの状態になることを指す。輝点不良とは、配向不良によって小さな円形状の光漏れ状態を指す。
配向不良や輝点不良は、リタデーションの数値を設定値から乱しばらつかせ、その結果位相差制御の精度を落としてしまう。
この配向不良や輝点不良を解消すべく、種々の実験検証の結果、ある一定の法則を満たす関係状態において不良が解決した。

図３にブラックマトリクスの概略断面図（線幅関係図）を示す。
基板上に格子状に区画したブラックマトリックスの形状が、ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）とブラックマトリックス基部底面と基板の接触面の表面積（Ｂ）の関係が、式（Ａ）／（Ｂ）＜１．０で表されるブラックマトリックス形状の場合、より望ましくは、０．８＜（Ａ）／（Ｂ）＜０．９５の関係式で表されるブラックマトリックス形状の場合、ブラックマトリックス近傍部分でも位相差膜の厚みが不均一に形成されることがなく、配向不良や、輝点不良の発生をおさえることができた。

図４にブラックマトリクスの概略断面図（膜厚関係図）を示す。
ブラックマトリックスの膜厚（Ｃ）と、位相差層の膜厚（Ｄ）と、配向膜層の膜厚（Ｅ）の関係が、式０．９＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）で表される場合、より望ましくは、２．５＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）＜６．０で表される膜厚関係の場合、ブラックマトリックス近傍部分で位相差層の厚みも一定であるので位相差層が不均一に形成されることがなく、配向不良や、輝点不良の発生をおさえることができた。

ブラックマトリックスの膜厚が極力小さい場合や、位相差層の膜厚（Ｄ）と配向膜の膜厚（Ｅ）の和が大きい場合は、位相差膜がブラックマトリックスから一定の距離を保つ為に、ブラックマトリックスの鋭利な形状の影響を受けにくくなる。
但し、ブラックマトリックスの膜厚は、隠蔽性を持ち合わせる最低限の膜厚が必要であり、膜厚を極力小さくするにも限界値がある。一方、位相差膜や配向膜の膜厚を大きくするにも位相差制御の為の最適膜厚を考慮する必要があり、また配向膜の膜厚を大きくするにも限界がある。
この様な中で、ブラックマトリックスと位相差膜と配向膜の膜厚バランスをとり最適値化した条件が上述の関係式になる。

（比較例）
表１に、ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）とブラックマトリックスと基板の接触面の表面積（Ｂ）の関係を種々に変えた条件で作成した場合の品質の関係を示した。
表２に、ブラックマトリックスの膜厚（Ｃ）と、位相差層の膜厚（Ｄ）と、配向膜層の膜厚（Ｅ）の関係が、種々に変えた条件で作成した場合の黒輝度と輝点不良の測定結果を示した。
評価データとして黒輝度を示している。単位はｃｄ／ｃｍ²であり、この値が小さい程、品質的に良好な状態であることを示す。良好な配向状態は、偏光顕微鏡でクロスニコルの観察では、真黒で光漏れがなく、黒輝度の値が小さくなる。

本結果から、本発明の関係式を満たす条件で作成された場合、位相差膜が均一に形成されることで、配向不良や輝点不良の発生がない光学補償能を有するカラーフィルタ基板を得ることができた。

本発明の実施形態に係る位相差層を備えたカラーフィルタを示す概略断面図。 図１に示す位相差層を備えたカラーフィルタの製造工程を説明するための断 面図。 ブラックマトリクスの概略断面図（線幅関係図） ブラックマトリクスと配向膜層と位相差層の概略断面図（膜厚関係図）

符号の説明

１・・・ガラス基板
２・・・ブラックマトリックス
３・・・配向膜層
４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）・・・液晶位相差層
５（Ｒ）・・・赤色画素パターン
５（Ｇ）・・・緑色画素パターン
５（Ｂ）・・・青色画素パターン

Claims (4)

1. 少なくとも、
   （ａ）基板上に格子状に区画したブラックマトリックスと、
   （ｂ）前記ブラックマトリックスの区画内に、液晶性化合物を熱又は光により硬化させた位相差層と、
   （ｃ）必要に応じて前記位相差層の下に配向膜層と、
   （ｄ）前記位相差層上にカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板において、
   前記ブラックマトリックス上部の表面積（Ａ）とブラックマトリックス基部底面と基板の接触する部分の面積（Ｂ）が（Ａ）／（Ｂ）＜１．０を満たすことを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記ブラックマトリックス基部と基板の接触する部分の面積（Ｂ）が０．８＜（Ａ）／（Ｂ）＜０．９５を満たすことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
3. 前記ブラックマトリックスの膜厚を（Ｃ）、前記位相差層の膜厚を（Ｄ）、前記配向膜層の膜厚を（Ｅ）とすると、０．９＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記ブラックマトリックスの膜厚を（Ｃ）、前記位相差層の膜厚を（Ｄ）、前記配向膜層の膜厚を（Ｅ）とすると、２．５＜（Ｄ＋Ｅ）／（Ｃ）＜６．０を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のカラーフィルタ基板。

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