JP2010243810A - カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーコート層を設けなくても、透明導電膜にスリットを形成し、液晶の配向を制御する方式の液晶表示装置での電気的特性に起因する液晶の配向乱れのない、カラーフィルタを提供する。上記カラーフィルタ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、着色層、透明導電膜、柱状スペーサー、突起が形成されたカラーフィルタにて、前記透明導電膜に、液晶の配向を制御する開口部が形成され、該開口部の中央に前記突起が形成されたこと。突起の高さが、柱状スペーサーの高さよりも０．３μｍ〜２．５μｍ低いこと。突起のパターン線幅が、６．０μｍ〜１０．０μｍの範囲であること。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタに関するものであり、特に、電気的特性に起因する液晶の配向乱れのない、表示品質に優れたカラーフィルタに関する。

近年、液晶表示装置はテレビ、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、携帯電話、ゲーム機などの広い用途ＮＩ用されている。これまでの液晶表示装置では、観測方向により画面の色の変化や明るさが変化するなどの課題もあった。
液晶表示装置は２枚の基板の間に液晶を注入し、これに与える電場の強さを調節して光の透過量を調整する構造になっている。液晶表示装置は、例えば、内側面に透明電極が形成されている１対の透明基板と、この１対の透明基板間の液晶と、それぞれの透明基板の外側に設けられた、光を偏光させる２枚の偏光板とから構成される。電場を印加しない状態では液晶分子が２枚の基板に対して垂直に配向されもの、平行に配向されたものなど、様々なモードの液晶表示装置がある。

この様々なモードの液晶表示装置の中で、垂直配向型液晶表示装置は視野角を改善するための効果的な技術である。垂直配向型液晶表示装置は、透明導電膜（透明電極）上に突起を形成し、この突起のスロープを利用して液晶を局所的に傾け、一画素内で液晶を多方向に分割配向させるＭＶＡ（Multi-Domain Vertical Alignment）方式を用いることが知られている。
液晶表示装置は高画質化への要求は高く、高視野角、高速応答性を備える様々な新しい方式の液晶表示装置が出現してきている。この中でも、画素上に透明導電膜としてのＩＴＯにスリット状の開口部を形成し、電気力線を利用することで液晶の配向を制御する方式は、突起形成したＭＶＡ方式よりも視野角、輝度、コントラスト比、応答速度などの表示品位に優れるため広く普及が期待されている。

ところが、この方式では、表示品位において優れた特性を持っている反面、カラーフィルタ画素中の顔料や、樹脂の極性基などに起因する電気的特性の影響を直接受けてしまうという問題点がある。また、カラーフィルタ中の不純物が、液晶に溶出し 液晶表示に悪影響を与える問題がある。
実際、従来のカラーフィルタを使用した場合、この方式の液晶表示装置ではカラーフィルタの電気的特性に起因する液晶の配向乱れなどの表示不良が起こることが分かっており、特に緑色画素部での配向乱れが顕著である。このカラーフィルタの電気的特性は主として顔料の性質によるものであり、根本的に回避することは難しいため、従来のカラーフィルタをこの方式の液晶表示装置に用いる場合は、着色層上に透明樹脂による保護層（オーバーコート層）を設け、カラーフィルタの電気的特性の影響を受けないようにする方式が取られている。

また、液晶の配向を制御する突起は、前述したように、透明導電膜上に形成されているため、突起下部に重畳する透明導電膜の電界の影響を受け、十分な液晶の配向が得られない問題があった。

しかしながら、最近の液晶表示装置の低価格化は著しく、その部材であるカラーフィルタも低価格化の必要に迫られている。前述したように透明樹脂によるオーバーコート層を設けることで従来のカラーフィルタでも前記方式の液晶表示装置に用いることは可能であるが、材料費、工程増により価格が上積みされることから、オーバーコート層を設けることなく前記方式の液晶表示装置に用いることのできるカラーフィルタが望まれてきている
。

特開２００２−６１３２号公報

本発明は、カラーフィルタ上にオーバーコート層を設けなくても、透明導電膜（透明電極）に開口部を形成し、液晶の配向を制御する方式の液晶表示装置における特異な電気的特性に起因する液晶の配向乱れのない、すなわち、表示性能に悪影響を与えないカラーフィルタを提供することを課題とする。また、上記カラーフィルタを用いた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、ブラックマトリックス、着色層、透明導電膜、柱状スペーサー、液晶の配向を制御する突起が形成されたカラーフィルタにおいて、前記透明導電膜に、液晶の配向を制御する開口部が形成され、該開口部の中央に前記液晶の配向を制御する突起が形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記液晶の配向を制御する突起の高さが、柱状スペーサーの高さよりも０．３μｍ〜２．５μｍ低いことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記液晶の配向を制御する突起のパターン線幅が、６．０μｍ〜１０．０μｍの範囲であることを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記液晶の配向を制御する突起が、柱状スペーサーを形成する材料と同一な材料で形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明は、透明基板上に、ブラックマトリックス、着色層、透明導電膜、柱状スペーサー、液晶の配向を制御する突起が形成されたカラーフィルタにおいて、前記透明導電膜に、液晶の配向を制御する環状開口部が形成され、該環状開口部の中央に前記液晶の配向を制御する突起が形成されたので、カラーフィルタ上にオーバーコート層を設けなくても、透明導電膜（透明電極）に開口部を形成し、液晶の配向を制御する方式の液晶表示装置における特異な電気的特性に起因する液晶の配向乱れのない、すなわち、表示性能に悪影響を与えないカラーフィルタとなる。本発明は、透明導電膜と突起との重畳部がないため、透明導電膜からの電界の影響をなくし、目的とする液晶の配向が得られる。

本発明によるカラーフィルタの一例の概略を示す断面図である。 本発明によるカラーフィルタの一例の概略を示す平面図である。

本発明は、液晶の配向を安定的なものにし、表示品質の優れた液晶表示装置、及びそれに用いるカラーフィルタに関するものである。以下、本発明のカラーフィルタ及び液晶表示装置について説明する。
図１、２は、本発明によるカラーフィルタの一例の概略を示す断面図、及び平面図である。図１、２に示すように、この一例に示すカラーフィルタは、透明基板（２）上にブラックマトリックス（１１）、着色層（１２）、透明導電膜（透明電極）（１３）、柱状スペーサー（１４）、及び液晶の配向を制御する突起（１５）が設けられている。着色層（１２）は、赤色画素（１２ａ）、緑色画素（１２ｂ）、青色画素（１２ｃ）で構成されている。

柱状スペーサー（１４）は、カラーフィルタと対向基板間の間隔を一定に保つためのものであり、ブラックマトリックス（１１）上に透明導電膜（透明電極）（１３）を介して設けられている。また、透明導電膜（透明電極）（１３）には、円形の開口部（ホール部）が設けられている。
この円形の開口部（ホール部）の中央に液晶の配向を制御する突起（１５）が設けられている。符号（１６）は、液晶の配向を制御する突起（１５）の周辺に形成された開口部である。この開口部（１６）は、液晶の配向を制御する機能を有している。

本発明によるカラーフィルタは、液晶の配向を制御する突起（１５）、及び液晶の配向を制御する開口部（１６）が設けられているので、液晶の配向を制御する突起のみ、或いは液晶の配向を制御する開口部のみの場合に比較し、配向の制御が補強され、液晶の配向を安定にすることが可能な液晶表示装置用のカラーフィルタとなる。

以下に、透明導電膜の円形の開口部（ホール部）に形成する突起について説明する。液晶の配向を制御する突起（１５）の高さは、柱状スペーサー（１４）高さよりも０．３μｍ〜２．５μｍ低い方が望ましい。突起の高さは、柱状スペーサーよりも１．０μｍ〜２．５μｍの範囲で低い方が好ましく、更には、１．５〜２．５μｍの範囲で柱状スペーサーよりも突起が低い方がよい。

また、該突起はスペーサーの補助的な作用も行う場合がある。例えば、液晶パネルの耐圧試験などで、微小面積内に荷重をかけた場合に、柱状スペーサーだけでは十分に荷重に耐えられず、パネルの表示ムラなどが発生してしまう。荷重に耐えられるように、カラーフィルタ上のスペーサーの数を増やすと低温試験にて、パネルに気泡が発生するという問題がある。そこで近年では、柱状スペーサーよりも高さのよりも低いサブスペーサーを設置させることがある。このようなスペーサーの補助的な使用する場合などでは、柱状スペーサーよりも０．３μｍ〜１．０μｍの範囲で低い方が最適である。柱状スペーサーや突起の平面視形状は、円形、四角形などの多角形など種々適用できる。

突起のパターン線幅（下底線幅）は、６．０μｍ〜１０．０μｍの範囲が最適で、それ以上に線幅が大きいと、透明導電膜の開口部よりも大きくなることがあり、電気的な配向制御を阻害してしまう。また、線幅が小さい場合は、プロキシミティー露光でパターンを形成する為、安定的な線幅及びパターンを形成することが困難になる。

突起やスペーサーの形成にあたって、一般的に所望とする線幅及びパターンの寸法よりフォトマスクの開口の大きさは、１０％から４０％ほど大きめに設計する。透明導電膜の開口部は、無機酸などを用いたエチング工程があり、フォトマスクの開口の大きさは、これを勘案する必要がある。

該突起はスペーサーを形成する材料と同一な材料で形成され、同一工程内で形成される。露光工程において、階調マスクを用い、柱状スペーサーの露光量と突起の露光量を調整し、スペーサーとの高さの差を形成する。その際に用いられる階調マスクは、Ｃｒや酸化クロムなどの単層膜の膜厚を部分的に変化させたフォトマスクや、これら同一の金属を含む膜を多層積層させ、単層部分で半透過領域、積層部分で遮光領域が形成されたフォトマスク、半透過領域形成材料としてＩＴＯ薄膜、あるいはＴｉ、Ｗを含む化合物薄膜、あるいはＴｉ、Ｍｏを含む化合物薄膜等を用いたフォトマスクなどを用いることが好ましい。

以下に、本発明のカラーフィルタの製造方法について記載する。本発明に用いられる透明基板としては、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。

複数の画素は、例えば、図１では赤色画素（１２ａ）、緑色画素（１２ｂ）、及び青色画素（１２ｃ）として示されている。

透明基板（２）上に設けられるブラックマトリックス（１１）は、光漏れによるコントラストの低下を防ぐ目的で各色の画素間や着色層（１２）の形成領域の外側に設けられている。このようなブラックマトリックス（１１）は、クロム、酸化クロムの多層蒸着薄膜をパターニングして形成する方法や、カーボンブラック等の遮光性顔料を分散させた樹脂ＢＭレジストを用い、通常のフォトリソグラフィー法によって形成する方法等により形成することができる。

複数の画素は、各色とも顔料分散レジストを用い、フォトリソグラフィー法によって所定のパターン形状に形成することができる。即ち、所望の色を表現するように調整された顔料を含む感光性着色組成物を透明基板（２）上に塗布し、パターン露光、現像を行うことで、１色目のパターン形成を行う。これを所定の色数だけ順次繰り返すことによって目的とする画素を得ることが可能であり、ここでは赤色画素（１１ａ）、緑色画素（１１ｂ）、青色画素（１１ｃ）の３色が順次形成されている。前記方法以外に、印刷法、インクジェット法、転写法、又は前述のフォトリソグラフィー法を含む方法を組み合わせて形成してもよい。

着色層に用いられる顔料としては、例えば、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」）、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ 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」）、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」）等が挙げられる。

また、透明導電膜（１３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。透明導電膜の欠けた開口部を形成す
る方法としては、透明導電膜上にレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光した後に、現像しレジストを剥離した部分の透明導電膜をエッチングにより、あらかじめ除去する。

透明導電膜を除去する為の、レジストはネガ型、ポジ型いずれも使用することができ、特に限定して使用されるものではない。更に、現像液及びエッチング液についても、使用するレジストなどで適宣選択することができる。

柱状スペーサー（１４）は、アルカリ感光性組成物を用い形成され、アルカリ感光性組成物は、バインダー樹脂、不飽和二重結合を有する化合物、光開始剤からなる。

柱状スペーサー形成する為のアルカリ感光性組成物中のバインダー樹脂としては、アルカリ可溶性樹脂である。アルカリ可溶性であるため、カルボン酸を有するアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、ビニル安息香酸又は（メタ）アクリル酸のカプロラクトン付加物、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートに無水フタル酸などの酸無水物を付加させたものを含む共重合体が挙げられる。

また、その他の特性を調整する為に、第３成分のコモノマーを用いて３元あるいはそれ以上の多元共重合体としてもよい。そのようなコモノマーとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、エトキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ビニルアセテート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、Ｎ−ビニルピロリドン、プロピルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート等が挙げられるが、この限りではなく、共重合可能であれば使用することができる。

また、Ｎ−置換マレイミドと酸性官能基を有するモノマーを含む共重合体を使用しても良い。Ｎ−置換マレイミドとしてはシクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、ｎ−ブチルマレイミド、ラウリルマイレミド等がある。中でも、シクロヘキシルマレイミドあるいはフェニルマレイミドが、透明基板との密着性、現像性、の点においても良好であることから特に好ましい。

エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、エチレン性二重結合を少なくとも一個以上有する化合物としては、アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸Ｎ−オクチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸イソノニル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸亜鉛、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ターシャリーブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレート等が挙げられる。

従来既知の化合物を用いることが可能であり、例えば、ベンゾフェノン、フェニルビフェニルケトン、１−ヒドロキシ−１−ベンゾイルシクロヘキサン、ベンジル、ベンジルジメチルケタール、１−ベンジル−１−ジメチルアミノ−１−（４’−モルホリノベンゾイル）プロパン、２−モルホリル−２−（４’−メチルメルカプト）ベンゾイルプロパン、チオキサントン、１−クロル−４−プロポキシチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチルアントラキノン、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルスルフィド、ベンゾインブチルエーテル、２−ヒドロキシ−２−ベンゾイルプロパン、２−ヒドロキシ−２−（４’−イソプロピル）ベンゾイルプロパン、４−ブチルベンゾイルトリクロロメタン、４−フェノキシベンゾイルジクロロメタン、ベンゾイル蟻酸メチル、１，７−ビス（９’−アクリジニル）ヘプタン、９−ｎ−ブチル−３，６−ビス（２’−モルホリノイソブチロイル）カルバゾール、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン、２−メチル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−ナフチル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン及びオキシムエステル系重合開始剤などが挙げられる。オキシムエステル系開始剤としては、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４’−メトキシ−ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミンである。
以上の開始剤については、1種類のみ又は2種類以上組合せて使用してもよい。

重合開始剤の使用量は、感光性着色組成物の全固形分量を基準として０．５〜５０重量％が好ましく、より好ましくは３〜３０重量％である。

柱状スペーサー形成用のアルカリ感光性着色組成物には、重合開始剤に加えて光増感剤を添加することが好ましい。光増感剤としては、アミン系化合物を例示することができる。例えば、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸２−ジメチルアミノエチル、４−ジメチルアミノ安息香酸２−エチルヘキシル、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４’−ビス（エチルメチルアミノ）ベンゾフェノン等である。

また、α−アシロキシムエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、４，４’−ジエチルイソフタロフェノン、３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等を増感剤として使用することもできる。

連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４−ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４−ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６−トリメルカプト−ｓ−トリアジン、２−（Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ）−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン等が挙げられる。

柱状スペーサーの下地として、ブラックマトリクス上にアルカリ感光性着色組成物による下地を形成しても良い。この下地用のアルカリ感光性着色組成物は、基板等のカラーフィルタ上に乾燥膜厚が３．０〜５．０μｍとなるように塗布してフィルタセグメントを形成することを容易にするために、アルカリ感光性着色組成物の粘度を適正化する溶剤を含有させることができる。溶剤としては、水、有機溶剤等が利用できる。有機溶剤としては、例えばシクロヘキサノン、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、１−メトキシ−２−プロピルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチルベンゼン、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルセロソルブ、メチル−ｎ−アミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、イソブチルケトン、石油系溶剤等が挙げられ、これらを単独でもしくは混合して用いる。

スペーサー下地用のアルカリ感光性着色組成物に界面活性剤などを添加しても良い。界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等のフッ素界面活性剤、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキルスルホン酸塩、アルキル硫酸塩等のアニオン系界面活性剤、高級アミンハロゲン酸塩、第四級アンモニウム塩等のカチオン系界面活性剤、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド等の非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等の界面活性剤を用いることができ、これらは組み合わせて用いてもよい。

必要に応じて、アニソール、ハイドロキノン、ピロカテコール、第三ブチルカテコール、フェノチアジン等の熱重合抑制剤や、可塑剤、接着促進剤、充填剤、消泡剤、レベリング剤等の慣用の添加物を加えることができる。

柱状スペーサー（１４）はアルカリ感光性組成物を用い、フォトリソグラフィー法によって所定のパターン形状に形成することができる。カラーフィルタ基板上に塗布し、パターン露光、現像を行うことで、得ることが可能である。前記方法以外に、印刷法、インクジェット法、転写法、又は前述のフォトリソグラフィー法を含む方法を組み合わせて形成してもよい。

透明導電膜の開口部に形成する突起については、材料は柱状スペーサーと同一の材料を用いた方が、コストを抑えられるという利点がある。
形成する工程においては、別の工程で行っても良いが、同一の工程内で形成する方が好ましい。

柱状スペーサーと突起を同一材料及び同一工程内で形成方法は、階調マスクあるいは開口率を変えて透過光と調整したマスクを用い、柱状スペーサーと突起の高さと段差を形成する。階調マスクは、Ｃｒや酸化クロムなどの単層膜の膜厚を部分的に変化させたフォトマスクや、これら同一の金属を含む膜を多層積層させ、単層部分で半透過領域、積層部分で遮光領域が形成されたフォトマスク、半透過領域形成材料としてＩＴＯ薄膜、あるいはＴｉ、Ｗを含む化合物薄膜、あるいはＴｉ、Ｍｏを含む化合物薄膜等を用いたフォトマスクなどを用いることが好ましい。

例えば、階調マスクは、柱状スペーサー形成する遮光領域のパターン部には金属膜を付けず、開口部の突起を形成する所定のマスク部に波長３６５ｎｍの光を１０％〜５０％の透過する設計のハーフトーンの金属膜を形成する。

また、本発明の液晶表示装置は、透明基板上に、ブラックマトリックス、複数の着色層、着色層上の透明導電膜が円形状に欠けた開口部に突起を有するカラーフィルタ基板と液晶駆動側基板の間に液晶が封入され、カラーフィルタ上のスペーサーにより間隙を均一にしたものである。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、同様な作用効果を奏するものは、本発明の技術的範囲に包含される。

＜実施例１＞

以下、本発明について実施例により具体的に説明する。
［各色顔料分散レジストの調製］
カラーフィルタの着色層の形成に用いる各色顔料分散レジスト（顔料を含む感光性着色組成物）を着色する着色剤には以下のものを使用した。
・着色剤
赤色顔料：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．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ 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 Ｙｅｌｌｏｗ１５０（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」）。
［赤色顔料分散レジストの調製］
・分散体
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、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を得た。

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
・赤色顔料分散レジスト
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、５μｍのフィルターで濾過して赤色顔料分散レジストを得た。

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」）
光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・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

［緑色顔料分散レジストの調製］
・分散体組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色分散体と同様の方法で作製した。

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
・緑色顔料分散レジスト
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、５μｍのフィルターで濾過して緑色顔料分散レジストを得た。

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・・・・・・・・・・１４重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・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

［青色顔料分散レジストの調製］
・分散体組成がそれぞれ下記組成となるように，青色分散体と同様の方法で作製した。

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
・青色顔料分散レジスト
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、５μｍのフィルターで濾過して青色顔料分散レジストを得た。

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・・・・・・・・・・１９重量部
（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・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

［カラーフィルタの作成］
得られた各色顔料分散レジストを用いて着色層を形成した。実施例１においては、ガラス基板に、赤色顔料分散レジスト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℃５分間乾燥の後、着色層形成用のストライプ状フォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ² 照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像した。その後、２３０℃３０分焼成した。

次に、緑色顔料分散レジストも同様に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℃５分間乾燥した後、前述の赤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、緑色画素を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色顔料分散レジストについても仕上り膜厚が１．８μｍで赤色、緑色画素と隣接した青色画素を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。これで、ガラス基板上に赤、緑、青３色のストライプ状の着色画素で構成される着色層が得られた。

なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。
炭酸ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１．５重量％
炭酸水素ナトリウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・０．５重量％
陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ）・・・・８．０重量％
水・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・９０．０重量％

上記で得られた着色層上に、スパッタ法により、着色層上にＩＴＯ成膜した。膜厚が１４００Åで、表面抵抗が１５Ω／□の透明導電膜層を形成した。

透明導電膜上にポジレジストＬＣ−１００（ローム・アンドハース社製）を塗布し、９０℃／９０ｓｅｃ加熱乾燥し、着色層上のホール形成用のフォトマスクを介して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ² 照射し、０．５％水酸化カリウム水溶液の現像液にて６０秒間現像した。その後、２３０℃３０分焼成した。レジストを現像したパターン部の透明導電膜を臭化水素水溶液で透明導電膜をエッチングし、残ったポジレジストを再度露光をし、水酸化カリウム溶液で現像し、剥離した。これで着色層上に透明導電膜が欠けた円形１５μｍの開口部を形成した。

［スペーサー下地用のアルカリ感光性組成物の調整］
・アルカリ可溶性樹脂の合成
１リットルの５つ口フラスコに、ｎ−ブチルメタクリレート７５ｇ、メタクリル酸３０ｇ、２−ヒドロキシエチルメタクリレート２５ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３００ｇを仕込み、窒素雰囲気下でＡＩＢＮ２ｇを添加し、８０〜８５℃で８時間反応させた。さらに、この樹脂の不揮発分が２０重量％となるよう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で調製し、アルカリ可溶性樹脂溶液を得た。

アルカリ可溶性樹脂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１００重量部
重合性モノマー（DPHA：大阪有機製）・・・・・・・・・・・１００重量部
光重合開始剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１４重量部
メラミン樹脂（Ｍｗ３０：三和ケミカル社製）・・・・・・・・・３０重量部
固形分が３０重量％になるよう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で希釈し、スペーサー用アルカリ感光性組成物を調整した。

柱状スペーサー用の感光性組成物を透明導電膜の円形の開口部を形成したカラーフィルタ上に塗布し、乾燥し、膜厚５．０μｍの塗膜を作製し、柱状スペーサーをブラックマトリスク上に形成するマスクパターンと透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起を形成するマスクパターンを備えるマスクを介して露光し、現像することで、スペーサー部と透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起を形成した。その際の透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起を形成するマスクパターンの３６５ｎｍの光の透過率は約２０％であった。更に、ハーフトーン化する際に用いた金属膜としては、ＩＴＯ膜である。
柱状スペーサーの配置数は１画素当たり、０．５個になるように配置した。

柱状スペーサーのマスク開口は９．０μｍの正方形のパターン、透明導電膜が欠けた円形の開口部のマスク開口は２０．０μｍのパターンである。

作製したスペーサー高さは３．５μｍ、透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起の高さは１．０μｍであった。
それぞれのパターン線幅は、柱状スペーサーは１２．０μｍとし、突起は１０．０μｍとした。

得られたカラーフィルタに垂直配向用の配向膜を印刷法で塗布し、ＯＤＦ（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐｅ Ｆｉｌｌ）方式で液晶を滴下し、感光性のエポキシ樹脂系のシール剤に用い液晶駆動基板と張り合わせた。得られた液晶表示装置については、均一な基板間間隙が保たれている為、表示ムラのない良好な表示品質が得られた。また、顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向が乱れていないことを確認した。

［耐圧試験］
耐圧試験にても、プッシュプルゲージを用いて、先端が平坦な圧子（先端部面積８０ｃｍ² ）を液晶パネル面に垂直に押し当て、緩衝用ゴムを介して１〜３ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を荷重が均一にかかるようにし、１分間保持したとき輝度むらの有無を目視で評価した。

実施例１で作製した液晶表示装置は、耐圧試験にて３ｋｇｆ／ｃｍ² で輝度ムラは観察されなかった。

［低温発泡評価］
低温発泡は、−３０℃環境下で評価し、判定基準は、液晶パネルを５００時間放置後の気泡発生の有無とした。実施例１記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察されなかった。

＜実施例２＞
露光工程における、透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起を形成するマスクパターンの３６５ｎｍの光の透過率は約２０％であった。更に、ハーフトーン化する際に用いた金属膜としては、酸化クロム膜である。
以外は実施例１同様にカラーフィルタを作製した。

作製した柱状スペーサー高さは３．５μｍ、透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起の高さは３．２μｍであった。
それぞれのパターン線幅は、柱状スペーサーを１２．０μｍ、突起を８．０μｍとした。

実施例１同様に得られた液晶表示装置は表示ムラのない良好な表示品質が得られた。また、顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向が乱れていないことを確認した。

［耐圧試験］
実施例２記載の液晶表示装置では、輝度むらは観察されなかった。

［低温発泡評価］
低温発泡は、−３０℃環境下で評価し、判定基準は、液晶パネルを５００時間放置後の気泡発生の有無とした。実施例２記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察されなかった。

＜実施例３＞
スペーサー部のマスク開口は９．０μｍの正方形のパターン、透明導電膜が欠けた円形のホール部のマスク開口は１６．０μｍのパターンである。
以外は実施例１同様にカラーフィルタを作製した。

作製したスペーサー高さは３．５μｍ、透明導電膜が欠けた円形のホール部に突起の高さは１．５μｍであった。
それぞれのパターン線幅は、スペーサー部で１２．０μｍ、突起部で６．０μｍであった。

実施例１同様に得られた液晶表示装置は表示ムラのない良好な表示品質が得られた。また、顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向が乱れていないことを確認した。

実施例３で作製した液晶表示装置は、耐圧試験にて３ｋｇｆ／ｃｍ² で輝度ムラは観察されなかった。

［低温発泡評価］
実施例３記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察されなかった。

＜比較例１＞
透明導電膜が欠けた円形の開口部の突起を形成せず、柱状スペーサーだけを形成する。以外は実施例１同様にカラーフィルタを作製した。

作製した柱状スペーサーの高さは３．５μｍであった。パターン線幅は、１２．０μｍであった。

実施例１同様に得られた液晶表示装置は表示ムラのない良好な表示品質が得られた。しかし、顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向不良が観察された。緑色画素上で、赤色画素上や青色画素上の液晶の配向の違いが観察され、カラーフィルタの電気的性質に起因すると考えられる。

［耐圧試験］
比較例１で作製した液晶表示装置は、耐圧試験にて３ｋｇｆ／ｃｍ² で輝度ムラは観察されなかった。

［低温発泡評価］
比較例１記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察されなかった。

＜比較例２＞
スペーサー部のマスク開口は９．０μｍの正方形のパターン、透明導電膜が欠けた円形の開口部のマスク開口は１２．０μｍのパターンである。
以外は実施例１同様にカラーフィルタを作製した。

作製した柱状スペーサー高さは３．５μｍであった。パターン線幅は、スペーサー部で１２．０μｍであった。透明導電膜が欠けた円形のホール部の突起は現像マージンが狭く、基板内でパターンのハガレが確認できた。
形成されている突起のパターンの高さは０．７μｍで線幅は４．０μｍであった。

実施例１同様に得られた液晶表示装置は表示ムラのない良好な表示品質が得られた。しかし、比較例１同様に顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向不良が観察された。緑色画素上で、赤色画素上や青色画素上の液晶の配向と違いが観察された。比較例２の突起形成では、液晶の配向を安定化させる効果が発現しない。

［耐圧試験］
比較例１で作製した液晶表示装置は、耐圧試験にて３ｋｇｆ／ｃｍ² で輝度ムラは観察されなかった。

［低温発泡評価］
比較例１記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察されなかった。

＜比較例３＞
露光工程における、透明導電膜が欠けた円形の開口部に突起を形成するマスクパターンの３６５ｎｍの光の透過率は約６０％であった。更に、ハーフトーン化する際に用いた金属膜としては、酸化クロム膜である。
以外は実施例１同様にカラーフィルタを作製した。

作製した柱状スペーサー高さは３．５μｍ、透明導電膜が欠けた円形の開口部の突起の高さは３．５μｍであった。
それぞれのパターン線幅は、柱状スペーサーで１２．０μｍ、突起で１８．０μｍであった。

実施例１同様に得られた液晶表示装置は表示ムラのない良好な表示品質が得られた。しかし、比較例３では顕微鏡観察からも各画素間で液晶の配向が観察された。パターン線幅が透明導電膜の開口部よりも大きい為、液晶の配向制御が不十分であり、該突起周辺で光モレが発生した。

［耐圧試験］
比較例３で作製した液晶表示装置は、耐圧試験にて３ｋｇｆ／ｃｍ² で輝度ムラは観察されなかった。

［低温発泡評価］
比較例１記載の液晶表示装置では、気泡の発生は観察された。

以上の結果から、以下のことが明らかである。即ち、透明基板上に、ブラックマトリックス層、複数の着色層、液晶表示装置のカラーフィルタ側基板と液晶駆動側基板の間の間隙を一定に保つ為のスペーサー及び透明導電膜から構成されるカラーフィルタの着色層上に円形の透明導電膜が欠けた開口部があるカラーフィルタにおいて、該透明導電膜の開口部に、突起を有し、その突起の高さがスペーサーよりも０．３μｍ〜２．５μｍ低くすることで、液晶の配向を安定化させる効果又は、液晶表示装置の耐圧試験や低温発砲試験にて良好な評価が得られることが確認できた。
また、突起のパターン線幅については６．０μｍ以下ではパターンの形成が安定的に出来ず、パターン線幅が１０．０μｍ以上では突起存在による光モレが顕著となって、液晶表示装置の表示品質に悪影響を与える。

２・・・透明基板
１１・・・ブラックマトリックス
１２・・・着色層
１３・・・透明導電膜（透明電極）
１４・・・柱状スペーサー
１５・・・液晶の配向を制御する突起
１６・・・液晶の配向を制御する開口部

Claims (5)

1. 透明基板上に、ブラックマトリックス、着色層、透明導電膜、柱状スペーサー、液晶の配向を制御する突起が形成されたカラーフィルタにおいて、前記透明導電膜に、液晶の配向を制御する開口部が形成され、該開口部の中央に前記液晶の配向を制御する突起が形成されたことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記液晶の配向を制御する突起の高さが、柱状スペーサーの高さよりも０．３μｍ〜２．５μｍ低いことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
3. 前記液晶の配向を制御する突起のパターン線幅が、６．０μｍ〜１０．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカラーフィルタ。
4. 前記液晶の配向を制御する突起が、柱状スペーサーを形成する材料と同一な材料で形成されたことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載するカラーフィルタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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