JP2010102003A

JP2010102003A - 液晶表示装置用カラーフィルタおよび液晶表示装置

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Publication number: JP2010102003A
Application number: JP2008271777A
Authority: JP
Inventors: Takumi Saito; 匠齋藤; Yasuyuki Demachi; 泰之出町
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】積層スペーサのテーパー部周辺における液晶の配向不良を防ぎ、直径２０μｍ以下の高精細なスペーサの形成も可能なカラーフィルタ、これを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板上に、ブラックマトリックス層と、複数の着色層からなるそれぞれの着色画素と、スペーサとを有する液表示装置用カラーフィルタにおいて、該スペーサが、少なくとも２色の着色層を積層して形成され、ブラックマトリクス層と隣接する着色画素の着色層と、前記スペーサとが当接するテーパー部の傾斜角が、６０°〜９０°の範囲にある。さらに、前記スペーサが、ブラックマトリクス層上に形成され、該ブラックマトリクス層の膜厚が、着色画素の着色層の膜厚よりも厚い。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のセルギャップを保持するスペーサとして、着色層を複数重ねて形成した積層スペーサを備える液晶表示装置用カラーフィルタおよび液晶表示装置に関する。

アクティブマトリックス方式の液晶表示装置では、一般に、ガラス基板上に各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を形成したＴＦＴ基板と、ガラス基板上にカラーフィルタと一様な透明電極を形成したカラーフィルタ基板とが、間に液晶を挟んで対向して配置されている。そして、ＴＦＴ基板の各ＴＦＴ素子のスイッチング作用によって各画素の液晶のシャッター作用を制御している。

近時、液晶表示装置の大型化、高精細化、広い視野角や高コントラスト化などの高画質化にあわせて、垂直配向と呼称されるＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式や、画素の横方向に液晶駆動用の電界が印加されるＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置が採用されるようになってきている。

ＴＦＴを用いた液晶表示装置は、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を所定の間隔を設けて対向させて配置し、エポキシ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤によってこれら基板を貼り合わせることにより構成される。カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間には液晶が封入されているが、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間隔を正確に保持しないと、液晶層の厚みに差異が出て、液晶の旋光特性差による着色を生じる。あるいは部分的な色むらが生じて、正しく表示されなくなるという現象が生じる。そのため、従来は、液晶にスペーサと称する直径２μｍないし１０μｍの樹脂、ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数混合し、液晶のセルギャップ（挟持間隔）の保持を図っている。

通常の液晶表示装置では、スペーサとして１００個／ｍｍ²程度の大量の粒子を液晶に混合しているので、粘性の高い液晶と混合して、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との挟持間隔内に注入した場合には、均一にスペーサが分散せずに、スペーサが一部に偏るという現象が生じることがある。このような現象が生じると、スペーサが集まった部分の表示品質が悪化し、またセルギャップの正確な保持の面でも問題があった。

そこで、粒子状のスペーサを用いることなく、セルギャップを一定に保つ技術として、特許文献１には、基板上にブラックマトリックス、３色の着色層を積み重ねた部分に、透明電極膜を介してスペーサを形成したカラーフィルタが開示されている。着色層を複数積層してスペーサを形成する技術は従来より知られており、通常ブラックマトリクスの上にスペーサを作成する事で、スペーサによる液晶配向乱れの影響を隠しているが、それでもブラックマトリクス周辺部からは表示画素領域にスペーサのテーパーがはみ出してしまうため、液晶の配向乱れによる表示不良が生じてしまっていた。

これを解決する手段として、特許文献２には、先細形状に形成された柱状スペーサが、基板の表面に対し９０度以内の傾斜角で交わった側面を有し、かつ、液晶のプレチルト角に対してスペーサのテーパー部の傾斜角を小さくなだらかにする方法が提案されている。しかしながら、スペーサのテーパー角をなだらかにするためにはスペーサの面積を広く取らねばならず、直径２０μｍ以下の高精細なスペーサの形成が困難などの問題があった。
特許第３６５１８７４号公報特開２０００−２６７１１３号公報

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたもので、本発明は、積層スペーサのテーパー部周辺における液晶の配向不良を防ぎ、直径２０μｍ以下の高精細なスペーサの形成も可能なカラーフィルタ、これを用いた液晶表示装置を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上に、ブラックマトリックス層と、複数の着色層からなるそれぞれの着色画素と、スペーサとを有する液表示装置用カラーフィルタにおいて、該スペーサが、少なくとも２色の着色層を積層して形成され、ブラックマトリクス層と隣接する着色画素の着色層と、前記スペーサとが当接するテーパー部の傾斜角が、６０°〜９０°の範囲にある事を特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。

また本発明の請求項２に係る発明は、前記スペーサが、ブラックマトリクス層上に形成され、該ブラックマトリクス層の膜厚が、着色画素の着色層の膜厚よりも厚い事を特徴とする請求項１に記載する液晶表示装置用カラーフィルタである。

また本発明の請求項３に係る発明は、前記スペーサ上に絶縁層が形成され、該絶縁層が前記スペーサの上部から下部までを被包する形で形成される事を特徴とする請求項１または２に記載する液晶表示装置用カラーフィルタである。

また本発明の請求項４に係る発明は、前記スペーサを設置する部分の前記ブラックマトリクス層の幅が２０μｍ以下である事を特徴とする請求項１〜３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である。

次に、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜４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たことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明の液晶表示装置用カラーフィルタは、積層スペーサにおいてブラックマトリクス層と隣接する着色画素の着色層と、スペーサとが当接するテーパー部の傾斜角が６０°〜９０°の範囲にある事を特徴としている。テーパー傾斜角が０〜２０°および６０°〜９０°（より望ましくは７０°〜９０°）では液晶配向乱れが少なくなる。２０°〜６０°の範囲では液晶分子の配向乱れによる表示不良（黒表示にした際の光漏れや白表示の黄味）が発生する。モバイル向け液晶ディスプレイなど高精細なパターンが求められる場合、積層スペーサのテーパー傾斜角を０〜２０°と緩やかにする事が難しいが、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタでは、ブラックマトリックス層の幅が２０μｍ以下と狭い場合でも、テーパー角を６０°〜９０°とする事で対応可能となる。

また、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタは、その上にスペーサが形成されるブラックマトリクス層の膜厚が、着色画素の着色層の膜厚よりも厚いために、スペーサの高さを高くすることができる。従来から、ブラックマトリックス層を薄くして、ブラックマトリックス層のエッジと着色画素の着色層が重なる部分（ツノ）の角度を低減することで光漏れを改善することが知られている。ツノ角度が２０°〜７０°は光漏れが大きいが、本発明では、逆にブラックマトリックス層を厚くして、ツノ部分の角度を垂直に近い７０°〜９０°にすることで、光漏れを低減することができる。

加えて、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタは、スペーサ上に、スペーサの上部から下部までを被包する形で絶縁層が形成されるため、着色層からの不純物のしみ出し防止、スペーサの表面平坦化に有利となる。また、絶縁層はスペーサに柔軟性、弾性復元性、機械的強度を付与することができ、フォトリソグラフィの手法で形成・積層する積層部の高さバラツキを調整・吸収でき、高い精度のスペーサをもつカラーフィルタおよび液晶表示装置を提供できる。

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの積層スペーサを、テーパー傾斜角をなだらかにはせず、逆に垂直に近く立てることによって液晶の配向不良を防ぐことを見出しなされたものである。本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタを、一実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。

［ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層］
透明基板上にカラーフィルタ層やブラックマトリックス層を形成する方法としては、顔料分散法が主流となっている。顔料分散法は、有機顔料などの色材を分散した着色感光性樹脂の塗布層を公知のフォトリソグラフィ法によってパターニングすることにより、カラーフィルタ層を複数の着色層（赤色、緑色、青色など）の画素に形成する方法である。ブラックマトリックス層や複数の着色層の入色順を限定するものでないが、アライメントの都合から、ブラックマトリクス層のパターン形成後に着色層（赤色、緑色、青色など）を順次形成することが望ましい。

ブラックマトリックス層の厚さは０．５〜３μｍ、幅は３〜４０μｍの範囲で形成される。本発明において好ましいブラックマトリクス層の厚さは１．５〜３μｍであり、好ましい幅は５〜２０μｍである。また、赤色画素・緑色画素・青色画素の膜厚（厚さ）は０．５〜３μｍであり、ブラックマトリクスの膜厚よりも薄く設定するのが望ましい。着色感光性樹脂の組成や塗布方法で大きく左右されるが、各画素の膜厚をおよそ１．８μｍで形成した場合に、例えば，ブラックマトリックス上に形成する赤色層の厚さは０．９５μｍ程度、青色層の厚さは０．８８μｍ程度と薄く形成される傾向にある。また、絶縁層の厚さは０．５〜２μｍで、フォトリソグラフィによる光学的形成を考慮したより好ましい絶縁層の厚さは１〜２μｍである。また、液晶表示装置としての液晶セルギャップは２μｍ〜５μｍが本発明に適用できる範囲である。

ブラックマトリックス層は、黒色樹脂を用いて形成された、液晶表示装置のコントラストアップのために画素間に形成する細い遮光パターンである。ブラックマトリックス層を形成する方法としては、黒色非感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法によって保護レジストを形成し、エッチングによってマトリックス状に形成する方法、或いは黒色感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法によってマトリックス状に形成する方法がある。黒色の色材としては、カーボンブラックや酸化チタン、あるいは複数の有機顔料を用いることができる。

ブラックマトリックス層及びカラーフィルタ層の形成に用いる黒色感光性樹脂及び着色感光性樹脂は、例えば、樹脂バインダに顔料を、分散剤を用いて分散させ、この分散液にモノマー、開始剤、増感剤、溶剤などを添加して調製される。本発明の実施形態においては、ブラックマトリックス層及びカラーフィルタ層の形成に用いる黒色感光性樹脂及び着色感光性樹脂は、樹脂バインダと開始剤を主成分として、樹脂バインダが光重合、又は熱重合、或いは光重合及び熱重合を経て、三次元架橋される。ブラックマトリックス層及びカラーフィルタの樹脂バインダを三次元架橋させることによって、パネル組み立て工程における荷重によりブラックマトリックス層及びカラーフィルタ層の厚みが減じるのを抑制することができる。

光重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、アクリレート樹脂、熱重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、エポキシ樹脂、光重合及び熱重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、エポキシアクリレート樹脂があげられる。

赤色画素には、例えば、色材として、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ７、１４、４１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、８１：４、１４６、１６８、１７７、１７８、１７９、１８４、１８５、１８７、２００、２０２、２０８、２１０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７０、２７２、２７９等の赤色顔料を用いることができ、黄色顔料や橙色顔料を併用することもできる。

黄色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１３８、１３９、１４７、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、１９８、２１３、２１４等が挙げられる。また、橙色顔料としては、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＯｒａｎｇｅ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等が挙げられる。

赤色画素が、これら顔料のなかでジケトピロロピロール系赤色顔料、アントラキノン系赤色顔料のうち１種類以上を含む場合には、任意のＲｔｈ（リタデーションの値）を得ることが容易になるため、好ましい。なぜなら、ジケトピロロピロール系赤色顔料は、その微細化処理を工夫することにより、Ｒｔｈを正負のどちらにすることも可能であり、その絶対値もある程度制御可能であり、また、アントラキノン系赤色顔料は、微細化処理に関わらず０に近いＲｔｈを得やすいためである。その使用量は、顔料の合計質量を基準として、ジケトピロロピロール系赤色顔料を１０〜９０質量％、アントラキノン系赤色顔料を５〜７０質量％とすることが、画素の色相や明度、膜厚、コントラスト等の点から好ましく、特に、コントラストに着目した場合、ジケトピロロピロール系赤色顔料を２５〜７５質量％、アントラキノン系赤色顔料を３０〜６０質量％とすることがより好ましい。

緑色画素には、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ７、１０、３６、３７、５８等の緑色顔料を用いることができ、黄色顔料を併用することもできる。黄色顔料としては、赤色画素に用いる顔料として挙げたものと同様のものが使用可能である。

青色画素には、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４等の青色顔料を用いることができ、紫色顔料を併用することもできる。紫色顔料としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｖｉｏｌｅｔ１、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等が挙げられる。

青色画素が、これら顔料のなかで金属フタロシアニン系青色顔料と、ジオキサジン系紫色顔料のうち１種類以上を含む場合には、０に近い位相差を得ることが容易になる。その使用量は、顔料の合計質量を基準として、金属フタロシアニン系青色顔料を４０〜１００質量％、ジオキサジン系紫色顔料を１〜５０質量％とすることが、画素の色相や明度、膜厚等の点から好ましく、さらに、金属フタロシアニン系青色顔料を５０〜９８質量％、ジ
オキサジン系紫色顔料を２〜２５質量％とすることがより好ましい。上記において金属フタロシアニン系青色顔料としてはＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６、ジオキサジン系紫色顔料としてはＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３が、優れた耐光性、耐熱性、透明性、および着色力等の点から好適である。

［絶縁層］
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタは、コントラスト向上目的で画素間に配設されるブラックマトリクス層上の、色重ね積層部からなるスペーサ上に、スペーサの上部から下部までを被包する形で絶縁層が形成される。絶縁層の材料に用いる感光性樹脂としては、例えば、アルカリ可溶性樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤を主成分とする感光性樹脂を用いることができる。ポジ型の樹脂材料として、ノボラック樹脂を用いても良い。例えば、市販のポジ型の樹脂材料として、ローム・アンド・ハース（株）社製の商品名ＬＣ１００またはＬＣ１２０、あるいは、ＡＺエレクトニックマテリアルズ（株）社製の商品名ＡＺＭｉｒ７０１を用いて、０．５〜２μｍ高さ（厚さ）の絶縁層に形成することができる。

アルカリ可溶性樹脂としては、アクリル酸を含む（メタ）アクリル系樹脂、マレイン酸系樹脂、ロジン系樹脂、ノボラック樹脂などがあげられる。

重合性モノマーとしては、例えば、以下に示すようなモノマーを混合して、又は単独で使用することができる。例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート等の水酸基を含むモノマーや、エチレングリコールジ（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、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラメチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（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、グリセロール（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル類、あるいは、ペンタエリストールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリストールヘキサ（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジペンタエリストールヘキサ（メタ）アクリレートのカプロラクトン付加物のヘキサ（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレートなどがあげられる。

前記重合性モノマーの一部が、カルボキシル基含有多官能性単量体を含む重合性モノマーであることは、好ましい。例えば、ペンタエリスリトール又はその誘導体であっても良い。これらモノマーは、他の樹脂固形分を増やさずに現像性などのフォトリソグラフィ適性を保持したまま、さらには、フォトスペーサの弾性復元率を保持したまま、重合性モノマーの混合比率を高めることができる。

また、光重合開始剤としては、例えば、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−ジメチルアセトフェノン、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、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、ベンゾイン、ベ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ベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール、チオキサンソン、２−クロロチオサンソン、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、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、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、アゾビ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、２−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール等のチオール化合物等α−アミノケトン系光重合開始剤である２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニルト２］−モルフオリノプロパン−１−オン（イルガキュア９０７：チバスペシャリティーケミカルズ社製：商品名）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノート（４−モルフオリノフェニルトブノン−１（イルガキュア３６９：チバスペシャリティーケミカルズ社製：商品名）などがあげられる。α−アミノケトン系光重合開始剤は、スペーサに腰の強さ、すなわち、スペーサ自体の単位面積当たりの機械的強度を与えるものである。

絶縁層を構成する樹脂には、必要に応じて、着色剤を添加しても良い。着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々の添加剤を添加してもよい。絶縁層に遮光性が要求される際には、カーボンブラック、チタンブラック（ＴｉＮｘＯｙ：ただし０≦ｘ＜１．５、０．１＜ｙ＜１．８）、酸化マンガン、四三酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉といった遮光剤の他に、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ましい。絶縁層に遮光性と電気絶縁性が要求される際には、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄等の絶縁性無機化合物微粒子や表面に樹脂を被覆したカーボンブラックを用いても良い。

また、絶縁層には、絶縁層の柔軟性などの機械的特性影響を与えない範囲で、フィラーや色材を添加してもよい。フィラーとは、樹脂、及びその溶剤、及び現像液に対して不溶性の性質を有する無機及び有機の粒子を指す。無機粒子としては、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料、および白、黒、赤、青、緑などの着色顔料、及びアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライトなどのセラミックス粉末、及びガラス−セラミックス複合粉末などが用いられる。体質顔料の内、バライト、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクは着色がなく、絶縁層を透明にできる。フィラーの粒径は平均１次粒子径が５〜４０ｎｍのものが好ましく、より好ましくは６〜３５ｎｍ、さらに好ましくは８〜３０ｎｍである。

絶縁層を形成する方法としては、未硬化の樹脂を基板上に塗布し、乾燥した後に、パターニングを行う方法が、精度良く絶縁層を形成できる点から好ましく用いられる。未硬化の樹脂を塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて予備乾燥（プレベーク）を行う。プレベーク条件は、使用する樹脂、溶媒、樹脂塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

このようにして得られた樹脂被膜は、そのまま、又は酸素遮断膜を形成した後に、露光及び現像を行う。ポジ型感光性樹脂層を用いた場合、例えば、感光性樹脂層から１００μｍの距離にフォトマスクを配置してプロキシミティアライナにより２ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて紫外線を１０秒間照射する。次いで、０．０５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液中に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する。スペーサ上の絶縁層を形成する際に着色層上に液晶配向規制用の突起を同時に形成しても良い。
絶縁層作成後、必要に応じて、加熱乾燥（硬膜）する。硬膜条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明基板上に絶縁層が形成される。１回のパターニングで十分な高さを得られることが困難である場合には、複数層の樹脂層を積層することも可能である。

転写法によって絶縁層を形成してもよい。すなわち、あらかじめ基材上に感光性を付与した樹脂層を形成した転写基板を準備し、これを必要に応じ熱や圧力を加えつつ基板の上に重ね合わせ、露光・現像し、しかる後に基材を剥離して絶縁層を基板上に形成する方法、もしくはあらかじめフォトリソグラフィ等にて転写基板上に絶縁層を形成しておき、これを透明基板と重ね、転写基板に熱や圧力を加えて絶縁層を転写する方法である。

［スペーサ］
本発明に係わるスペーサは、ブラックマトリクス層上に２色以上の着色層を積層して形成するもので、このスペーサ上に前記した絶縁層を形成して、液晶のセルギャップの制御に用いる。スペーサの形状、すなわち、スペーサを基板と平行な面で切断した場合の横断面の形状は、特に限定されないが、円、楕円、角が丸い多角形、四角形、長方形などが好ましい。また、積層によりスペーサを形成する場合においても、スペーサの形状は、特に制限されないが、円、楕円、角が丸い多角形、四角形や長方形などが好ましく、これらを任意に積層し、スペーサを形成してよい。

スペーサは、全画素間のブラックマトリックス上に、上記形状で形成しても良いが、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板を貼り合わせる行程での柔軟性を確保するために、赤色画素、緑色画素、青色画素を一組とする画素あたり一個形成することが望ましい。スペーサは上記３色を一組とする画素の間のブラックマトリックス上に配置されている。

垂直配向の液晶やＯＣＢと呼ばれる液晶、強誘電性液晶、ＥＣＢと呼ばれる液晶など透明電極による液晶セルギャップの厚み方向の電界駆動が必要な液晶では、着色層とスペーサを形成する工程と、絶縁層を形成する工程の間に、透明導電膜を形成する工程を入れることができる。なお、カラーフィルタ基板として透明導電膜形成が不必要な、たとえば、ＩＰＳ（横電界）方式の液晶表示装置の場合、これを省くことができる。透明導電膜を形成する方法は、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングと呼ばれる真空成膜の手法が一般的である。透明導電膜には、インジウム、スズ、ガリウム、亜鉛などの金属酸化物の複合酸化物を用いることができる。

［カラーフィルタの作製］
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタは、次のようにして製造される。先ず、透明基板上にブラックマトリックスを形成する。その後、赤色層、青色層、緑色層の各色のカラーフィルタ層を形成する。反射型液晶表示装置のような光の光路長に差の生じる液晶表示装置では、この時カラーフィルタ層の色度は、透過部、反射部で求められる色度が相違するために、カラーフィルタ層の膜厚や色度調整をする必要がある。色度を調整する方法としては、それぞれ別々にパターンを形成したり、反射部の膜厚を薄くしたり、反射部のカラーフィルタの画素に穴を開けて薄くするなどの方法があるが、これらの方法に限定するものではない。

赤色層の形成に際しては、着色層が透明基板上の画素領域だけでなく、スペーサを形成するブラックマトリックス層上にも赤色部が形成されるようにパターン形成される。同様に、緑色層、青色層の形成に際しては、着色層が透明基板上の画素領域だけでなく、スペーサを形成するブラックマトリクス上にも積層されるようにパターン形成される。積層される着色層は赤色、緑色、青色の３色あるいは狙いのスペーサ高さによってはいずれか２色でもよい。また、３色および２色を積層した高さの異なるスペーサが同一基板上に存在しても良い。

次いで、全面に透明電極としてＩＴＯをスパッタリング法により形成する。次いで着色層を積層したスペーサ部の透明電極の部分に絶縁層を形成する、スペーサ上に絶縁層を作成するのと同時に液晶配向規制用の突起を着色層上に同時に形成しても良い、あるいは液晶配向規制用として透明電極にスリットを入れる事もできる。本実施形態に係るカラーフィルタでは、透明電極形成前に透明保護層を形成しても良い。このような透明保護層の形成は、カラーフィルタの構造を複雑にし、製造コストが高くなる点で不利であるが、一方、カラーフィルタからの不純物のシミ出し防止、表面平坦化に有利である。

以下に、具体的実施例により本発明を説明する。なお、実施例および比較例中、「部」とは「質量部」を意味する。

＜実施例１＞
下記の顔料を、用いた。
［赤色顔料１（Ｒ−１）］
赤色顔料１として、（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「ＩＲＧＡＰＨＯＲＲＥＤＢ−ＣＦ」；Ｒ−１）を使用した。
［赤色顔料２（Ｒ−２）］
赤色顔料２として、（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１７７、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「ＣＲＯＭＯＰＨＴＡＬＲＥＤＡ２Ｂ」；Ｒ−２）を使用した。
［緑色顔料１（Ｇ−１）］
緑色顔料１として、（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６、東洋インキ製造社製「ＬＩＯＮＯＬＧＲＥＥＮ６ＹＫ」；Ｇ−１）５００部、塩化ナトリウム１３００部、およびジエチレングリコール（東京化成社製）２７０部をステンレス製１ガロンニーダー（井上製作所社製）に仕込み、７０℃で３時間混練した。次に、この混合物を約５リットルの温水に投入し、約７０℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約１時間撹拌してスラリー状とした後、濾過、水洗して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除き、８０℃で２４時間乾燥し、４９６部のソルトミリング処理顔料を得て、これを使用した。
［黄色顔料１（Ｙ−１）］
黄色顔料１として（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１３８、ＢＡＳＦ社製「ＰＡＬＩＯＴＯＬＹＥＬＬＯＷＫ０９６１ＨＤ」）２００部、塩化ナトリウム１５００部、およびジエチレングリコール（東京化成社製）２７０部をステンレス製１ガロンニーダー（井上製作所社製）に仕込み、６０℃で６時間混練した。次に、この混合物を約５リットルの温水に投入し、約７０℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約１時間撹拌してスラリー状とした後、濾過し、水洗して塩化ナトリウム及びジエチレングリコールを除き、８０℃で２４時間乾燥し、１９６部のソルトミリング処理顔料を得て、これを使用した。
［青色顔料１（Ｂ−１）］
青色顔料１として（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６、東洋インキ製造社製「ＬＩＯＮＯＬＢＬＵＥＥＳ」）を使用した。
［紫色顔料１（Ｖ−１）］
紫色顔料１として（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３、東洋インキ製造社製「ＬＩＯＮＯＬＢＩＯＬＥＴＲＬ」）を使用した。

［アクリル樹脂溶液の調製］
次に、実施例で用いたアクリル樹脂溶液の調製について説明する。樹脂の分子量は、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィ）により測定したポリスチレン換算の質量平均分子量である。
反応容器にシクロヘキサノン３７０部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加
熱して、同温度で下記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を１時間かけて滴下して、重合反応を行った。
・メタクリル酸２０．０部
・メチルメタクリレート１０．０部
・ｎ−ブチルメタクリレート３５．０部
・２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５．０部
・２，２’−アゾビスイソブチロニトリル４．０部
・パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート
（東亜合成株式会社製「アロニックスＭ１１０」）２０．０部
滴下終了後、さらに８０℃で３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル１．０部をシクロヘキサノン５０部に溶解させたものを添加し、さらに８０℃で１時間反応を続行して、アクリル樹脂の溶液を得た。このアクリル樹脂の質量平均分子量は、約４００００であった。室温まで冷却した後、樹脂溶液約２ｇをサンプリングして１８０℃で２０分間加熱乾燥し、不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が２０質量％になるようにシクロヘキサノンを添加して、アクリル樹脂溶液を調製した。

［顔料分散体の調製］
表１に示す組成（質量比）の混合物を、均一に撹拌混合した後、直径０．５ｍｍのジルコニアビーズを用いて、アイガーミルで２時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過し、顔料分散体ＲＰ−１、ＧＰ−１、ＢＰ−１を作製した。

［着色組成物の調製］
表２に示す組成（質量比）の混合物を、均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して、各色の着色組成物であるＲＲ−１（赤色）、ＧＲ−１（緑色）、ＢＲ−１（青色）を得た。表２の組成の、前述した以外の具体例を以下に示す。
・モノマー：トリメチロールプロパントリアクリレート（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤：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（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュア９０７」）
・増感剤：４，４'−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）
・有機溶剤：シクロヘキサノン

〔着色層形成〕
以上のようにして得た赤色、緑色、青色それぞれの着色組成物を用いて、透明基板上にあらかじめ形成された膜厚２．０μｍのブラックマトリックスにより区画された領域に、各色の画素を形成した。即ち、透明基板に、赤色の着色組成物であるＲＲ−１をスピンコートにより仕上り膜厚１．５μｍとなるように塗布した。次いで、９０℃で３分間乾燥した後、画素形成用のストライプ状フォトマスクを介して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ²照射し、その後アルカリ現像液にて６０秒間現像した。その後、２３０℃３０分で硬膜し、赤色画素を得た。このとき、ブラックマトリックス上の赤色層の膜厚は０．６５μｍとなった。なお、仕上り膜厚とは、２３０℃３０分で硬膜後の膜厚あるいは着色層の高さを意味する。

次に、同様にして、緑色の着色組成物であるＧＲ−１をスピンコートにより仕上り膜厚が１．５μｍとなるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、フォトマスクを介して露光し、現像した後、２３０℃３０分で硬膜することで、緑色画素を得た。このとき、赤色層上の緑色層の膜厚は０．６μｍとなった。更に、赤色の画素、緑色の画素を形成した場
合と全く同様にして、青色の着色組成物であるＢＲ−１をスピンコートにより仕上り膜厚が１．５μｍとなるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、フォトマスクを介して露光し、現像した後、２３０℃３０分で硬膜することで、緑色画素、赤色画素と隣接した位置に、仕上り膜厚が１．５μｍの青色画素１３Ｂを形成した。このとき、積層部を構成する緑色層上の青色層の膜厚は０．５μｍとなった。なお、アルカリ現像液は以下の組成を有するものを用いた。
・炭酸ナトリウム１．５質量％
・炭酸水素ナトリウム０．５質量％
・陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ）８．０質量％
・水９０．０質量％
このようにして、透明基板上に赤、緑、青３色の画素を有するカラーフィルタが得られた。

更に、これら３色の画素を形成したカラーフィルタ上に、透明電極を、一般的なスパッタリングによる真空成膜により、１５０ｎｍの厚さに形成し、透明電極付きカラーフィルタを得た。

〔絶縁層用感光性樹脂組成物の調整〕
絶縁層用感光性樹脂組成物Ａの合成方法を以下に示す。内容量が２リットルの５つ口反応容器内に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＡｃ）６８６ｇ、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）３３２ｇ、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）６．６ｇを加え、窒素を吹き込みながら８０℃で６時間加熱し、ＧＭＡのポリマー溶液を得た。得られたＧＭＡのポリマー溶液に、アクリル酸（ＡＡ）１６８ｇ、メトキノン（ＭＱ）０．０５ｇ、トリフェニルフォスフィン（ＴＰＰ）０．５ｇを加え、空気を吹き込みながら１００℃で２４時間加熱し、ＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液を得た。更に、得られたＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物１８６ｇを加え、７０℃で１０時時間加熱し、絶縁層用感光性樹脂組成物Ａの溶液を得た。

次に、重合性モノマーであるペンタエリスリトールトリアクリレート、樹脂a、及び光重合開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９を合わせて固形分とし、レジスト中のこの固形分が３０質量％になるように、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アセテート、シクロヘキサノンなどの有機溶剤で粘度調整して透明溶液を得た。さらに、黒色ペーストを前記した透明溶液１００部に対して３部混合分散させ、黒色の絶縁層用感光性樹脂組成物Ａの塗布液とした。

［絶縁層の形成］
絶縁層用感光性樹脂組成物Ａを、上述の透明電極付きカラーフィルタ上に、仕上り膜厚が１．６μｍになるようにスピンコートし、９０℃で２分間乾燥した。次いで、スペーサ形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ²照射した。このとき、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）を１００μｍとして露光した。その後、カラーフィルタの作製と同様の現像液を用いて現像を行った後、水洗を施し、２３０℃で３０分ポストベークして、ブラックマトリックスの上方の透明電極上に絶縁層を形成した。ここで、スペーサの仕上がり膜厚は３．８μｍ、線幅は２０μmであった。以上のようにして、実施例１のカラーフィルタを得た。カラーフィルタの構成内容は、表３に示す。スペーサのテーパー傾斜角は７０°でスペーサ部断面のＳＥＭ（電子顕微鏡観察）で測定した。図１に、実施例１の液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図を示す。

[液晶表示装置の作製]
以上のようにして得た、実施例１のカラーフィルタに、ポリイミドよりなる配向膜を形成
した後、エポキシ樹脂をシール材としてＴＦＴ基板とを張り合わせ、液晶として垂直配向用液晶を封入して、液晶表示装置を得た。

［表示不良評価方法］
黒表示時の光漏れは、黒表示の液晶パネルにＴＦＴ基板側からバックライトの光を当て、カラーフィルタ基板側から顕微鏡にて観察を行った。また、表示特性については、中間表示の液晶パネルにＴＦＴ基板側からバックライトの光を当て、ＣＦ基板側から目視観察およびトプコン社製色度計ＢＭ−５Ａで測定を行った。

＜実施例２＞
各層の膜厚を表３に示す様にして、ブラックマトリクス上の積層スペーサ部分に緑色層を積層せず、赤色、青色の２色積層とした以外は実施例１と同様の方法でカラーフィルタおよび液晶表示装置を作成した。このとき得られたスペーサのテーパー傾斜角をＳＥＭで観察したところ８０°であった。図２に、実施例２の液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図を示す。

＜実施例３＞
各層の膜厚を表３に示す様に変えた以外は実施例１と同様の方法でカラーフィルタおよび液晶表示装置を作成した。このとき得られたスペーサのテーパー傾斜角は６０°であった。

＜比較例１＞
各層の膜厚を表３に示す様に変えた以外は実施例１と同様の方法でカラーフィルタおよび液晶表示装置を作成した。このとき得られたスペーサのテーパー傾斜角は３５°であった。図３に、比較例１の液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図を示す。

＜比較例２＞
各層の膜厚を表３に示す様に変え、ブラックマトリクスのスペーサを配置する部分の幅を３０μｍとするマスクを使用する以外は実施例１と同様の方法でカラーフィルタおよび液晶表示装置を作成した。このとき得られたスペーサのテーパー傾斜角は２０°であった。

＜比較結果＞
実施例１のカラーフィルタを用いて得られた液晶表示装置は、スペーサ周辺部からの黒表示時の光漏れや中間表示時の黄変などがなく良好な表示特性が得られた。また、実施例２
でも、スペーサ周辺部からの黒表示時の光漏れや中間表示の黄変などがなく良好な表示特性が得られた。実施例３では、スペーサ周辺部からの黒表示時の光漏れや中間表示の黄変などは少なかったが、実施例１と比較すると若干黒表示時の光漏れが確認された。それに対して、比較例１では、スペーサ周辺部からの黒表示時に強い光漏れが観察された。また、中間表示にも液晶配向不良起因と見られる黄味などが確認された。比較例２では、スペーサ周辺部からの黒表示時の光漏れや中間表示の黄変などがなく良好な表示特性が得られたが、スペーサ大きさを大きくした分だけ着色画素の面積が小さくなり、白表示の明るさが１０%減少してしまった。以上、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタを用いた液晶表示装置は、光漏れの欠陥が生じることや色むらの発生がなく、良好な表示特性が得られた。

本発明の実施例１に係わる液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図。本発明の実施例２に係わる液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図。本発明の比較例１に係わる液晶表示装置のスペーサ部を断面で示す模式図。

符号の説明

１０・・・透明基板２０・・・ブラックマトリックス
３１・・・赤色画素部赤色層３２・・・積層部赤色層
３３・・・緑色画素部緑色層３４・・・積層部緑色層
３５・・・青色画素部青色層３６・・・積層部青色層
４０・・・絶縁層５０・・・ＴＦＴアレイ６０・・・スペーサ部
７０・・・透明電極８０・・・液晶

Claims

透明基板上に、ブラックマトリックス層と、複数の着色層からなるそれぞれの着色画素と、スペーサとを有する液表示装置用カラーフィルタにおいて、
該スペーサが、少なくとも２色の着色層を積層して形成され、ブラックマトリクス層と隣接する着色画素の着色層と、前記スペーサとが当接するテーパー部の傾斜角が、６０°〜９０°の範囲にある事を特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
前記スペーサが、ブラックマトリクス層上に形成され、該ブラックマトリクス層の膜厚が、着色画素の着色層の膜厚よりも厚い事を特徴とする請求項１に記載する液晶表示装置用カラーフィルタ。
前記スペーサ上に絶縁層が形成され、該絶縁層が前記スペーサの上部から下部までを被包する形で形成される事を特徴とする請求項１または２に記載する液晶表示装置用カラーフィルタ。
前記スペーサを設置する部分の前記ブラックマトリクス層の幅が２０μｍ以下である事を特徴とする請求項１〜３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。
請求項１〜４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たことを特徴とする液晶表示装置。