JP2011013692A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、樹脂製の遮光部と着色層とが重なる領域の膜厚と、着色層のみ形成された領域の膜厚との差が小さく、液晶の配向の乱れ等の少ない高品質なカラーフィルタを提供することを主目的としている。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、透明基板と、前記透明基板上に形成され、少なくとも遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、前記透明基板上の前記遮光部により区画された開口部に形成され、かつ前記遮光部の一部を被覆するように形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、前記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚が、前記遮光部の中心部の前記遮光部の膜厚を１とした場合に、２〜５の範囲内であることを特徴とするカラーフィルタを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられた際、液晶配向等を乱すことの少ない高品質なカラーフィルタに関するものである。

液晶表示装置に用いられるカラーフィルタを形成する際、一般的に、カラーフィルタを形成する透明基板上に遮光部を形成し、その開口部に着色層を形成する方法等が用いられている。このような遮光部として、従来よりクロム等の金属を真空蒸着させた金属薄膜をエッチング加工したものが用いられているが、近年、黒色の顔料等を分散させた樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー法等によってパターニングすることにより形成される樹脂製遮光部の開発が進められ、実用化されている。このような樹脂製の遮光部においては、金属薄膜からなる遮光部と比較して、真空蒸着等のプロセスが不要であり、大面積のカラーフィルタにも適用可能である、という利点を有する。

しかしながら、このような樹脂製遮光部は、クロム等の金属薄膜からなる遮光部と比較して、十分な光学濃度を得るために、厚膜とする必要がある。そのため、白抜け等の防止の目的で、樹脂製遮光部の一部を被覆するように形成された着色層の膜厚が厚くなり、この遮光部と着色層とが積層されている領域と、着色層のみ形成された領域との膜厚差が大きいものとなる。

このような遮光部および着色層が積層されている領域と、着色層のみが形成されている領域とで膜厚差が生じている場合、カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際、カラーフィルタ上に形成される液晶層中の液晶の配向が乱されて、光漏れが生じたり、またカラーフィルタ上に形成されるＩＴＯ膜が断線する等の問題が生じていた。またさらに、カラーフィルタと対向基板とを対向させた際のギャップが均一とならない場合や、カラーフィルタ上に形成される配向膜をラビングする際、配向膜が剥がれてしまう等の問題もあった。

そこで、例えば特許文献１には、遮光部と着色層との重なり幅を小さくし、遮光部と着色層とが積層される領域の膜厚と、着色層のみ形成された領域との膜厚差を軽減する方法が提案されている。しかしながら、この場合、膜厚差は低減されるが、着色層をフォトリソグラフィー法により形成する際、フォトマスクの少しのズレにより、着色層に白抜けが生じてしまうこととなることから、フォトマスクの位置合わせが難しく、製造効率が低くなる場合がある、という問題があった。

特開平１１−２１８６００７号公報

以上のことから、樹脂製の遮光部と着色層とが重なる領域の膜厚と、着色層のみ形成された領域の膜厚との差が小さく、液晶の配向の乱れ等の少ない高品質なカラーフィルタの提供が望まれている。

本発明は、透明基板と、上記透明基板上に形成され、少なくとも遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、上記透明基板上の上記遮光部により区画された開口部に形成され、かつ上記遮光部の一部を被覆するように形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、上記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚が、上記遮光部の中心部の上記遮光部の膜厚を１とした場合に、２〜５の範囲内であることを特徴とするカラーフィルタを提供する。

本発明によれば、上記着色層の膜厚と上記遮光部の膜厚との比を上記のような値とすることにより、上記遮光部と着色層とが積層された部分と、着色層のみが形成された部分との膜厚差を小さいものとすることができる。これにより、本発明のカラーフィルタを液晶表示装置に用いた際、配向膜をラビングする際に剥がれが生じたり、またＩＴＯ膜に断線が生じること等のない、高品質なカラーフィルタとすることができるのである。

上記発明においては、上記着色層が、上記遮光部の端部から４μｍ〜８μｍの範囲内被覆するように形成されていることが好ましい。これにより、着色層を形成するためにフォトマスク等を用いて露光をする際、フォトマスクの位置調整が容易となり、着色層に白抜けが生じることなく、効率よく製造されたカラーフィルタとすることができるからである。

また、上記発明においては、上記遮光部の端部から１μｍの位置における上記遮光部の膜厚が、上記遮光部の中心部の上記遮光部の膜厚の７０％以上であることが好ましい。遮光部の端部側において、膜厚が薄い場合には、遮光性に欠ける場合等があるからであり、本発明においては上記遮光部の端部の形状が上記のような形状であっても、本発明においては、着色層と遮光部とが上記膜厚比を有することから、着色層と遮光部とが積層された部分と着色層のみからなる部分との膜厚差を小さいものとすることができるからである。

本発明によれば、遮光部と着色層とが積層された部分と、着色層のみが形成された部分との膜厚差を小さいものとすることができる。これにより、本発明のカラーフィルタを液晶表示装置に用いた際、液晶の配向の乱れがなく、また配向膜をラビングする際に剥がれが生じたり、またＩＴＯ膜に断線が生じること等のない、高品質なカラーフィルタとすることができるという効果を奏するものである。

本発明のカラーフィルタを説明する説明図である。 従来のカラーフィルタにおける着色層の形状を説明する説明図である。 本発明のカラーフィルタにおける着色層の形状を説明する説明図である。 本発明の実施例１〜３０、および比較例１〜１８における、遮光部の中心部の膜厚と遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚との膜厚比と、着色層および遮光部が積層された領域の最大膜厚および遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚の膜厚差（μｍ）との関係を示したグラフである。

本発明は、液晶表示装置に用いられた際、液晶配向等を乱すことの少ない高品質なカラーフィルタに関するものであり、本発明のカラーフィルタは、透明基板と、上記透明基板上に形成され、少なくとも遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、上記透明基板上の上記遮光部により区画された開口部に形成され、かつ上記遮光部の一部を被覆するように形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、上記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚が、上記遮光部の中心部の上記遮光部の膜厚を１とした場合に所定の範囲内であることを特徴とするものである。

本発明のカラーフィルタは、例えば図１に示すように、透明基板１と、その透明基板１上に形成された遮光部２と、その遮光部２により区画された開口部ａに形成され、かつ上記遮光部２の一部を覆うように形成された着色層３とを有するものであり、上記遮光部２により区画された開口部ａの中心部ｂに形成された着色層３の膜厚ｔが、遮光部の中心部ｃにおける遮光部２の膜厚ｓを１とした場合に、２〜５の範囲内、中でも２〜４の範囲内、特に２〜３の範囲内とされているものである。

ここで、本発明でいう上記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚とは、遮光部により区画された開口部の幅を４等分した際の、中心側の２つの領域に形成されている着色層の平均の膜厚をいうこととする。また、遮光部の中心部の遮光部の膜厚とは、遮光部の幅を４等分した際の、中心側の２つの領域における遮光部の平均の膜厚をいうこととする。
なお、上記膜厚は、触針式膜厚測定機（ＫＬＡ ＴＥＮＣＯＲ社製）を用い、針圧５ｍｇ、スキャンスピードを５０μｍ／ｓｅｃとして測定した値である。

一般的なカラーフィルタにおいて、上記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚と、遮光部の中心部における遮光部の膜厚との比は、上記範囲より小さいものとされている。
そのため、一般的な方法により着色層を形成する場合、例えば図２（ａ）に示すように、遮光部２を覆うように着色層形成用塗工液４が塗布されるが、この際、着色層形成用塗工液４が遮光部２の形状に追従することとなる。したがって、上記着色層形成用塗工液４を露光等して、不要部分の着色層形成用塗工液４を除去して着色層を形成した場合、例えば図２（ｂ）に示すように、着色層３と遮光部２とが積層されている部分の膜厚が厚くなり、着色層３と遮光部２とが積層されている部分と、着色層３のみが形成されている部分との膜厚差が大きなものとなるのである。

一方、本発明においては、上記着色層と上記遮光部との膜厚比が、上述したような値となるように、遮光部の膜厚に対して着色層の膜厚を厚く形成することから、着色層形成用塗工液を塗布した際、例えば図３（ａ）に示すように、着色層形成用塗工液４の形状が遮光部２の形状に影響される割合が少なく、不要部分を除去して、例えば図３（ｂ）に示すように着色層３を形成した際、着色層３と遮光部２とが積層された部分と、着色層３のみが形成された部分との膜厚の差が小さいものとすることができるのである。

したがって、本発明によれば、カラーフィルタを液晶表示装置に用いる際に、カラーフィルタ上に形成される配向膜をラビングした場合であっても、配向膜に剥がれ等が生じることなく、また例えばカラーフィルタ上に形成されるＩＴＯ膜が断線等することのないものとすることができる。また、カラーフィルタ上に形成される液晶層の液晶の配向の乱れ等もないものとすることも可能な高品質なカラーフィルタとすることができるのである。

なお、本発明においては、上記着色層と遮光部とが積層された部分における最大膜厚と、上記開口部の中心部に形成された着色層との膜厚差が、０．４μｍ以下とされることが好ましく、中でも０．３μｍ以下とされることが好ましい。上記膜厚差が、０．４μｍより大きい場合には、液晶表示装置を製造する際、配向膜に剥がれが生じたり、またＩＴＯ膜に断線が生じたりする場合があるからである。以下、本発明のカラーフィルタの各構成ごとに詳しく説明する。

１．着色層
まず、本発明に用いられる着色層について説明する。本発明に用いられる着色層は後述する透明基板上の遮光部により区画された開口部に形成され、かつその遮光部の一部を被覆するように形成されるものである。また、上記開口部の中心部に形成される着色層の膜厚は、遮光部の中心部の膜厚を１とした場合に、所定の範囲内となるように形成されるものである。

ここで、本発明においては、上記遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚は、カラーフィルタの種類等により、適宜選択されるものであるが、通常、１．２μｍ〜２．６μｍの範囲内、中でも１．３μｍ〜２．４μｍの範囲内とされることが好ましい。上記範囲より薄い場合には、各着色層の色が薄くなる場合があり、また上記範囲より厚い場合には、露光が困難となり、目的とする形状に着色層を形成することができない場合があるからである。

また、上記着色層は、遮光部により区画された開口部の端部において白抜けが生じない程度、遮光部の一部を被覆するように形成されるものであれば、その被覆する幅は特に限定されるものではないが、本発明においては、上記遮光部の端部から４μｍ〜８μｍの範囲内、中でも４μｍ〜７μｍの範囲内被覆するように形成されることが好ましい。このような範囲内、着色層が遮光部を被覆するものとすることにより、着色層を形成する際のフォトマスク等の位置合わせが容易となり、製造効率よく着色層が形成されたものとすることができるからである。また、上記開口部端部において、白抜けが生じにくいものとすることができるからである。なお、上記遮光部の端部とは、遮光部と、その遮光部により区画される開口部との境界部分をいうこととする。

ここで、本発明に用いられる上記着色層の形状は特に限定されるものではなく、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三色の着色層形成用塗工液等を用いて、例えばストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等の公知の配列とすることができ、着色面積は任意に設定することができる。

また、本発明に用いられる着色層の形成は、特に限定されるものではなく、一般的なカラーフィルタの着色層の製造の際に用いられる顔料分散法等を用いることができる。また、本発明に用いられる着色層の材料としては、一般的なカラーフィルタに用いられる着色層と同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。

２．遮光部
次に、本発明のカラーフィルタに用いられる遮光部について説明する。本発明に用いられる遮光部は、後述する透明基板上に形成されるものであり、少なくとも遮光材料および樹脂を含有するものであって、カラーフィルタの遮光部として用いられるものである。

ここで、上記遮光部の中心部における中心部の高さは、０．６μｍ〜１．３μｍの範囲内、中でも０．８μｍ〜１．３μｍの範囲内とされることが好ましい。このような範囲内とすることにより、上述した開口部の中心部に形成された着色層との膜厚比を実現することができるからである。

また、このような遮光部の線幅としては、カラーフィルタの種類等により、適宜選択されるものであるが、通常６μｍ〜３５μｍ、中でも１０μｍ〜３２μｍ程度とされることが好ましい。

ここで本発明において、上記遮光部の断面形状が、矩形状または矩形状に近い台形状とされていることが好ましい。遮光部の端部側において、膜厚が薄い場合には、遮光性に欠ける場合等があるからである。上記遮光部の形状として、具体的には、遮光部の端部から１μｍ内側の位置における遮光部の膜厚が、上記遮光部の中心部における中心部の膜厚の７０％以上、中でも８０％以上、特に８３％以上であることが好ましい。またこの際、遮光部の端部から２μｍ内側の位置における遮光部の膜厚が、上記遮光部の中心部の膜厚の７５％以上、中でも８５％以上、特に８８％以上であることが好ましい。また、遮光部の端部から３μｍ内側の位置における遮光部の膜厚が、上記遮光部の中心部の膜厚の８０％以上、中でも９０％以上、特に９３％以上であることが好ましい。このような形状とすることにより、端部においても遮光性の高い遮光部とすることができるからである。

ここで、上述したような遮光部には、少なくとも遮光材料および樹脂が含有されていれば、その材料や遮光部の形成方法は特に限定されるものではなく、通常、遮光材料や樹脂に、光開始剤やモノマー等を添加して遮光部形成用組成物とし、フォトリソグラフィー法等により上記遮光部を形成することができる。このような遮光部の形成に用いられる樹脂や遮光材料等の材料や形成方法等については、一般的なカラーフィルタにおける遮光部に用いられるものと同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。

３．透明基板
次に、本発明に用いられる透明基板について説明する。本発明に用いられる透明基板は、上記遮光部および上記着色層が形成可能なものであれば特に限定されるものではない。
このような透明基板としては、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。

４．カラーフィルタ
次に、本発明のカラーフィルタについて説明する。本発明のカラーフィルタは、上記着色層、遮光部、および透明基板を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば必要に応じて適宜保護層や電極層等が形成されていてもよい。

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、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

[実施例１]
透明基板として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面に下記の組成を有する遮光部用感光性樹脂組成物を塗布し、乾燥後ホットプレート上で加熱した。その後、所定のフォトマスクを介して露光した後、焼成して遮光部（線幅２５μｍ）を形成した。この際の遮光部の中心部における遮光部の膜厚は０．６μｍとした。

（遮光部用組成物）
・カーボンブラック分散溶液
（溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、固形分３０％）
２４０重量部
・感光性樹脂組成物 ６０重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート １００重量部
上記感光性樹脂組成物は、下記組成を有するものである。以下の実施例について用いられる感光性樹脂組成物についても、同様である。

（感光性樹脂組成物）
・アクリル樹脂 ３２重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ４２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）社製） １８重量部
・Ｉｒｇ．３６９（チバスペシャリティケミカルズ（株）社製） ８重量部

次に、下記組成の赤色着色層形成用塗工液を用いて、公知の顔料分散法にしたがって、上述した遮光部により区画された開口部および、遮光部を遮光部の端部から８μｍ覆うように赤色着色層を形成した。この際、遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚は１．２μｍとした。
上記遮光部の中心部における遮光部の膜厚を１とした際の、開口部に形成された着色層の中心部の膜厚（膜厚比）、および着色層および遮光部が積層された領域の最大膜厚と上記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚との膜厚差（μｍ）とを表１に示す。

（赤色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＲ２５４分散液
（溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、固形分３０％）
２３０重量部
・感光性樹脂組成物 ５０重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ２２０重量部

［実施例２〜１０、および比較例１〜６］
実施例１と同様の方法によって、遮光部および／または着色層の膜厚を変更した基板を作製した。それぞれの場合における遮光部の中心部における遮光部の膜厚（μｍ）、遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚（μｍ）、上記膜厚比、および上記膜厚差（μｍ）を表１に示す。

［実施例１１］
実施例１により赤色着色層が形成された透明基板に、下記組成の緑色着色層形成用塗工液を用いて、公知の顔料分散法にしたがって、実施例１と同様の方法により緑色着色層を形成した。この際、遮光部により区画された開口部に形成された着色層の中心部の膜厚が１．２μｍとなるように形成した。この際の、上記膜厚比、および上記膜厚差（μｍ）を表１に示す。

（緑色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＧ３６／ＰＹ１５０分散液
（溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、固形分３０％）
２４５重量部
・感光性樹脂組成物 ３５重量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ２２０重量部

［実施例１２〜２０、および比較例７〜１２］
実施例１１と同様の方法により、実施例２〜１０、および比較例１〜６により赤色着色層が形成された透明基板上に、それぞれ緑色着色層を形成した。それぞれの場合における遮光部の中心部における遮光部の膜厚（μｍ）、遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚（μｍ）、上記膜厚比、および上記膜厚差（μｍ）を表１に示す。

［実施例２１］
実施例１および実施例１１により赤色着色層および緑色着色層が形成された透明基板に、下記組成の青色着色層形成用塗工液を用いて、公知の顔料分散法にしたがって、実施例１と同様の方法により青色着色層を形成した。この際、遮光部により区画された開口部に形成された着色層の中心部の膜厚が１．２μｍとなるように形成した。この際の、上記膜厚比、および上記膜厚差（μｍ）を表１に示す。

（青色着色層形成用塗工液の組成）
・ＰＢ１５：６／ＰＶ２３分散液
（溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、固形分３０％）
２２０重量部
・感光性樹脂組成物中のＩｒｇ．３６９をＩｒｇ．９０７（チバスペシャリティケミカルズ（株）社製）に変更した感光性樹脂組成物 ６０重量部
・プロピレングリコールモノメチルアセテート ２２０重量部

［実施例２２〜３０、および比較例１３〜１８］
実施例２１と同様の方法によって、実施例１２〜２０、および比較例７〜１２により緑色着色層が形成された透明基板上に、それぞれ青色着色層を形成した。それぞれの場合における遮光部の中心部における遮光部の膜厚（μｍ）、遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚（μｍ）、上記膜厚比、および上記膜厚差（μｍ）を表１に示す。

［評価］
上述した実施例１〜３０、および比較例１〜１８までのカラーフィルタ上に、スパッタリング法により透明電極（ＩＴＯ）膜を形成した。この際の膜厚は１２００Åであった。
続いて、この透明電極膜上に、ポリイミド樹脂配向膜を形成し、常法に従いラビング処理を行った。その後、上記透明基板と同様の透明基板上にＴＦＴアレイを形成し、ＴＦＴアレイ基板とした。このＴＦＴアレイ基板上に配向膜を形成し、ビーズ状のスペーサを散布して配置した。
上記カラーフィルタと上記ＴＦＴアレイ基板とをシール材を用いて貼り合わせ、液晶注入口から液晶を注入し、この液晶注入口を封止して液晶セルとした。続いて、上記液晶セルの両面に偏光板を貼り合わせて、全透過型液晶パネルとした。
この全透過型液晶パネルの表示ムラを観察し、評価を行った結果をそれぞれ表１に示す。上記ラビング時のラビングムラによる配向不良、または配向膜剥がれから表示ムラが観察されなかった全透過型液晶パネルを○、ラビングムラによる配向不良、または配向膜剥がれから表示ムラが若干観察された全透過型液晶パネルを△、ラビングムラによる配向不良、または配向膜剥がれから表示ムラがはっきりと観察された全透過型液晶パネルを×とした。

［結果］
実施例１〜３０、および比較例１〜１８までのカラーフィルタにおける、遮光部の中心部の膜厚と遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚との膜厚比と、着色層および遮光部が積層された領域の最大膜厚および遮光部により区画された開口部の中心部に形成された着色層の膜厚の膜厚差（μｍ）との関係を示したグラフを図４に示す。このグラフより、上記膜厚比が２以上である本発明の実施例１〜３０においては、上記膜厚差が０．４μｍ以下となり、表１に示すように、配向膜をラビングした際のラビングムラによる配向不良等のない、高品質なカラーフィルタとすることができることが確認された。

１…透明基板
２…遮光部
３…着色層

Claims (3)

1. 透明基板と、前記透明基板上に形成され、少なくとも遮光材料および樹脂を含有する遮光部と、前記透明基板上の前記遮光部により区画された開口部に形成され、かつ前記遮光部の一部を被覆するように形成された着色層とを有するカラーフィルタであって、
   前記開口部の中心部に形成された着色層の膜厚が、前記遮光部の中心部の前記遮光部の膜厚を１とした場合に、２〜５の範囲内であることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記着色層が、前記遮光部の端部から４μｍ〜８μｍの範囲内被覆するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記遮光部の端部から１μｍの位置における前記遮光部の膜厚が、前記遮光部の中心部の前記遮光部の膜厚の７０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーフィルタ。

Images