JP2011022448A - カラーフィルタの製造方法、カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ基板の色画素の膜厚を異ならせる事により各色ごとに液晶層の層厚が異なるマルチギャップ方式の液晶表示装置において、好適な透明保護膜用材料およびカラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタを提供する。
【解決手段】透明基板上に、少なくとも赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）からなるカラーフィルタと透明保護膜を構成要素とするカラーフィルタにおいて、硬化物のガラス転移温度が５０〜１００℃の範囲で、融点が１００〜２００℃の範囲となる透明保護膜用樹脂組成物をカラーフィルタ上に積層し、前記赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）の各画素上の透明保護膜の膜厚が異なるように熱処理することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶層の厚みが異なるように透明保護層をカラーフィルタ上に備えるカラーフィルタの製造方法に関する。

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透明電極等を積層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。なお、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。

液晶表示装置の液晶の配向・駆動方式として従来はＴＮ（ツイスティッド・ネマティック）型が主流であったが、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液晶や、画素の横方向に液晶駆動用の電界が印加されるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置に変わりつつある。

これら配向した液晶には、一般に波長分散と呼ばれる現象があり、表示品質を悪化させている。この波長分散とは、パネルに入射した偏光が液晶の捩じれに沿って偏光方向を回転させるが、その回転の角度が光の波長（可視光の色）によって僅かに異なる現象である。この波長分散を解決する方法としてマルチギャップ方式が開示されている（特許文献１〜３）。

マルチギャップ方式のカラー液晶表示装置は、カラーフィルタの赤色（R）画素、緑色（G）画素、青色（B）画素毎に画素の膜厚を変えることで、色毎に液晶層の厚みを変えている。セルギャップが一定だからカラーフィルタの膜厚を変えると液晶層の厚さが変わる。この液晶の厚さの制御は、液晶層を通過する光の透過率を色毎に最適化するために行われている。一般に着色画素の膜厚は、波長の関係から赤色画素＜緑色画素＜青色画素の関係を満たすのが望ましい。

一方、ガラス等の透光性基板上に形成された着色層上に透明保護膜を形成する技術が特許文献３〜６に開示されている。透明保護膜（以下、単に保護層とも記す）は機械的外力や熱などから着色層を保護し、着色層に含まれる顔料や染料起因の不純物が液晶中へ溶出するのを防ぐために用いられるものである。保護層に要求される特性としては平坦性、耐熱性、透明性、密着性、機械的強度（硬さ）などがある。

しかしながら、従来の保護膜用材料ではカラーフィルタの段差を平坦化する機能を併せ持っており、マルチギャップ方式のカラーフィルタに適用した場合カラーフィルタを構成する赤色画素、緑色画素、青色画素間の段差を埋めてしまう。すなわち図３に示す様に着色層の厚さが薄い画素上の保護膜の厚さは厚くなり、着色層の厚さが厚い画素上の保護膜の厚さは薄くなる。どうしても膜厚差を維持しようとすれば、あらかじめ保護膜による平坦化を考慮に入れて赤色画素、緑色画素、青色画素間により大きな膜厚差をつけておく必要があった。しかしながら、各色での膜厚差を大きくすると着色層の“ツノ”と呼ばれる重なり部分（図示せず）の膜厚が大きくなり画素内の着色層の平坦性が低下して液晶配向の乱れを生じ画質低下を引き起こすため実際上は不可能であった。したがって、赤色，緑色，青色画素の厚みを適正な範囲に抑えた状態で画素間段差を維持するように保護膜を形成することは困難であった。

また、高画質ＴＶ用大型液晶ディスプレイでは、コントラスト2000以上さらには5000以上の要求があり、この高いレベルでのコントラスト向上のためにカラーフィルタの赤色画素、緑色画素、青色画素が有する厚み方向位相差が問題となりつつある。具体的にはあわせて黒表示時での斜め方向から視認した場合に赤の光漏れが問題となっている。大型ＴＶでは、斜め方向からの視聴が多いため、この光漏れ抑止の要求は極めて強く、カラーフィルタ自体がもつ小さな厚み方向位相差の制御が必要となっている。

したがって、赤色画素、緑色画素、青色画素の段差の制御は、厚み方向位相差の制御と大きく矛盾するものであってはならない。

特許第２５９４９５５号公報 特許第３２１１８５３号公報 特許第４１９８９４２号公報 特許第３８３１９４７号公報 特許第３９０９３４９号公報 特開２００１-９１７３２号公報

従来の技術ではマルチギャップ方式液晶表示装置に用いられるカラーフィルタにおいて着色層上に透明保護膜を形成する場合に、膜厚が薄い着色画素上の保護膜の厚さが厚く、膜厚が厚い着色画素上の保護膜の厚さが薄くなる、つまり保護膜が下地の段差を平坦化する機能を有しているためマルチギャップ方式のカラーフィルタの着色画素間の段差を、厚みが赤色画素＜緑色画素＜青色画素の関係を満たすように制御することが困難であった。

加えて、垂直配向（ＶＡ）方式や横電界（ＩＰＳ）方式など、より高い画質を要求する液晶表示装置では、視感度の高い緑色画素を基準に液晶厚み（セルギャップ）や位相差補償を行うが、着色層のもつ微妙な厚み方向位相差を赤色画素＜緑色画素≧青色画素の関係を満たすようにすることが求められている。

そこで本発明は、色ごとの光透過率が最適化され、同時に、色ごとの厚み方向位相差が所定の条件を満たすカラーフィルタ基板を提供することを目的とする。このためには厚み方向位相差は着色画素の方で調整せざるを得ないから、緑色画素の厚さを厚く、青色画素の厚さを薄くする方向で対応する必要がある。そうすると、緑色画素に対応するセルギャップが狭くなり、青色画素に対応するセルギャップが広くなり、透過率を最適化する条件と矛盾をきたす。
そこで、一回の保護膜形成で、赤画素上よりも青画素上、緑画素上で保護膜が厚くなるようにして透過率の方も最適化される保護膜形成をしたカラーフィルタを提供することとした。

上記課題を達成するための請求項１に係わる発明は、透明基板上に、少なくとも赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）からなるカラーフィルタと透明保護膜を構成要素とするカラーフィルタにおいて、硬化物のガラス転移温度が５０〜１００℃の範囲で、融点が１００〜２００℃の範囲となる透明保護膜用樹脂組成物をカラーフィルタ上に積層し、前記赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）の各画素上の透明保護膜の膜厚が異なるように熱処理することを特徴とするカラーフィルタの製造方法としたものである
。

かかる特性の透明保護膜は、着色画素上で異なる厚さとなる。特に、赤画素よりも緑画素、青画素の上で厚さが厚く形成される。

請求項２に係わる発明は、前記赤色画素(R)が顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１７７またはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法としたものである。

かかる赤色顔料を使用した画素上においては、透明保護層がより薄く形成される効果が高い。

請求項３に係わる発明は、前記緑色画素（G）が顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８を含むことを特徴とする請求項１叉は請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法としたものである。

かかる緑色顔料を使用した画素上においては透明保護層が厚く形成される効果が相対的に高い。

請求項４に係わる第４の発明は、透明基板上に、少なくとも赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）からなるカラーフィルタと透明保護膜を構成要素とするカラーフィルタにおいて、該透明保護膜が単層の透明保護膜用樹脂組成物を硬膜してなる透明保護膜であるとともに、該赤色画素と該緑色画素の膜厚が等しく、かつ、赤色画素上の透明保護膜の膜厚をＴred、緑色画素上の透明保護膜の膜厚をＴgreen、青色画素上の透明保護膜の膜厚をＴblueとすると、これらの膜厚がＴred＜Ｔgreen≧Ｔblueの関係にあることを特徴とするカラーフィルタとしたものである。

請求項５に係わる第５の発明は、請求項１から請求項４に記載の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としたものである。

本発明は、緑色画素、赤色画素、青色画素の着色層上に透明保護膜単層（1回の塗布にて形成）にて異なる膜厚の透明保護膜を光透過率が向上するように形成できる。また、着色層に必要な厚み方向位相差の関係を崩さずに透明保護膜を形成したカラーフィルタを製造できるため、斜めよりの観察時にも着色のない高い表示品質をもつ液晶表示装置を提供できる。
また、別の効果としては、緑色画素は赤色画素、青色画素と比較して誘電特性が悪く液晶表示装置において焼き付き等の問題を引き起こすことがあるが、本発明になるカラーフィルタ基板では緑色画素上の透明保護膜の厚さは十分厚くなることから焼き付きが生じないということがある。

本発明に係わる液晶表示装置用カラーフィルタの別の形態を示す断面図 従来の液晶表示装置用カラーフィルタの別の形態を示す断面図 従来の液晶表示装置用カラーフィルタを示す断面図 DSC示差熱分析結果の一例を示す図 本発明に係わる液晶表示装置の部分断面図

本発明者らはカラーフィルタの保護に用いられる透明保護膜用樹脂組成物において、該
透明保護膜用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が５０〜１００℃の範囲にあり、かつ硬化物の軟化点が１００〜２００℃の間にある透明保護膜用樹脂組成物を使用して、カラーフィルタ上に保護膜を形成すると、熱処理による硬膜時に保護膜用樹脂組成物の流動性が増し、特定の画素、例えば青色画素や緑色画素に樹脂組成物が集まり、膜厚が厚くなる現象が生じることを見出した。

また、硬膜時の温度や硬膜時間を変えることで、赤色画素、緑色画素、青色画素上の透明保護膜の膜厚が変化することを見出した。たとえば、図１に示した様に特定の画素上の透明保護膜の膜厚を厚くしたり、着色層の膜厚が厚い画素上の透明保護膜の膜厚を厚く形成することができる。

本発明は上記現象を利用して、マルチギャップ方式液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板の製造を行うものであって、赤色画素、緑色画素、青色画素に対応する液晶部位の層厚調整を、着色画素部の厚みを調整した上に、さらに保護膜の厚み調整を加味して２段階で遂行するものである。これによって着色画素部間の厚み方向位相差を所定の関係に維持できる。

以下、本発明に係わる液晶表示装置用カラーフィルタをその製造方法に則って説明する。

（ブラックマトリクス層及び着色層）
透明基板上にカラーフィルタ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赤色、緑色、青色など着色画素をカラーフィルタとして形成する方法である。本発明では、後述する着色層の厚み方向位相差の関係を赤色画素、緑色画素で逆転させないために、赤色画素と緑色画素の膜厚は等しい方が好ましい。「膜厚が等しい」とは、光の波長λの１／４以下の膜厚差以内を指し、望ましくは0.1μm以下の膜厚差以内であることをいう。ブラックマトリックス層や複数の着色層の入色順は特に限定するものでないが、アライメントマーク形成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を順次形成するのが望ましい。その場合、前記した“ツノ”の高さを低くするために、膜厚の厚い着色層から膜厚の薄い着色層の入色順が好適である。

ブラックマトリックス層の厚さは０．５〜３μｍ、幅は３〜３０μｍの範囲で、また、赤色画素・緑色画素・青色画素の膜厚は０．５〜３μｍ（着色感光性樹脂の組成や塗布方法に依存するが、各画素の膜厚をおよそ１．８μｍでブラックマトリックス上に形成すると、赤色層の厚さは０．９５μｍ程度、青色層の厚さは０．８８μｍ程度薄く形成される傾向にある）、液晶表示装置としての液晶セルギャップはおよそ２μｍ〜６μｍの範囲である。

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複数の有機顔料を用いることができる。
黒色感光性樹脂及びカラーフィルタの形成に用いる及び着色感光性樹脂は、樹脂バインダ中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。

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。

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．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、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．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、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。

橙色顔料としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ ３６、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、顔料の合計重量を基準として、ジケトピロロピロール系赤色顔料を１０〜９０重量％、アントラキノン系赤色顔料を５〜７０重量％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重量％、アントラキノン系赤色顔料を３０〜６０重量％とすることがより好ましい。

また、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１７７またはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４を用いた場合、透明保護膜形成時の焼成過程において軟化した透明保護膜材料をはじきやすい性質を赤色画素が持ち、焼成温度を上げるまたは焼成時間を長くすることで赤色画素上の透明保護膜の膜厚を薄くすることができる。

緑色画素には、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、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。特に緑色顔料は、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８に代表される臭素化亜鉛フタロシアニン顔料を主要な顔料として用いることが好ましい。さらに好ましくは、１分子中に臭素を平均１３個含有する臭素化亜鉛フタロシアニン顔料が緑色の色調としてより好ましい。臭素化亜鉛フタロシアニン顔料は、旧来用いられているハロゲン化銅フタロシアニン顔料と異なり、緑色画素の状態で正（＋）の厚み方向位相差を発現しやすい特徴があり、本発明にとくに好適に用いることができる。

青色画素には、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、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
Ｖｉｏｌｅｔ １、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、顔料の合計重量を基準として、金属フタロシアニン系青色顔料を４０〜１００重量％、ジオキサジン系紫色顔料を１〜５０重量％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重量％、ジオキサジン系紫色顔料を２〜２５重量％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．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６、ジオキサジン系紫色顔料としてはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３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。

（透明保護膜）
本発明の熱硬化性樹脂組成物には例えば、エポキシ樹脂と硬化剤を使用した熱硬化樹脂を用いる事ができる。使用する硬化剤としては、カルボン酸の無水物を用いる事ができる。

カルボン酸としては、シクロヘキサン−１，２，４−トリカルボン酸、シクロヘキサン−１，３，５−トリカルボン酸、シクロヘキサン−１，２，３−トリカルボン酸などが挙げられる。また、シクロヘキサントリカルボン酸無水物としては、シクロヘキサン−１，３，４−トリカルボン酸−３，４−無水物、シクロヘキサン−１，３，５−トリカルボン酸−３，５−無水物、シクロヘキサン−１，２，３−トリカルボン酸−２，３−無水物などが挙げられる。本発明においては、これらの中で、シクロヘキサン−１，２，４−トリカルボン酸、シクロヘキサン−１，３，５−トリカルボン酸あるいはシクロヘキサン−１，３，４−トリカルボン酸―３，４−無水物を好ましく用いることができる。これらの化合物は単独で使用することもできるが、適宜組み合わせて使用することもできる。また、これらの化合物は例えば、トリメリット酸等のベンゼントリカルボン酸の水素添加により合成することができる。
また、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸等の脂環式酸無水物を使用することができる。

本発明の熱硬化性樹脂組成物においては、エポキシ基含有樹脂として、エポキシ樹脂、あるいはエポキシ基を有する重合体を単独であるいは二種以上を組み合わせて使用することができる。

エポキシ樹脂としては、例えば、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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、Ｄ Ｐ Ｐ （ ジーｎ − ペンチルフタレート）型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂、３，
４−エポキシシクロヘキシルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートやビニルシクロヘキセンジエポキサイド等の脂環式エポキシ樹脂、ＴＧＰＳ（トリグリシドキシフェニルシラン）や３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の含ケイ素エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ エチレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル；ヘキサヒドロ無水フタル酸のジグリシジルエステル等の多塩基酸のポリグリシジルエステル、ブチルグリシジルエーテル、ラウリルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル等のエポキシ基を１個有するグリシジルエーテル等が挙げられる。また上記エポキシ樹脂の核水添化物も使用できる。これらの化合物は単独で又は二種以上を適宜組み合わせて使用することができる。

本発明においては、硬化促進剤を使用しなくとも、良好な硬化特性性が得られるが、硬化促進剤を適宜使用することもできる。添加しうる硬化促進剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン、トリス（ ジメチルアミノメチル）フェノール、ジメチルシクロヘキシルアミン等の３ 級アミン類；１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、亜リン酸トリフェニル等の有機リン系化合物；テトラフェニルホスホニウムブロマイド、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウムブロマイド等の４ 級ホスホニウム塩類；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等やその有機酸塩等のジアザビシクロアルケン類；オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、アルミニウムアセチルアセトン錯体等の有機金属化合物類；テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の４級アンモニウム塩類；三ふっ化ホウ素、トリフェニルボレート等のホウ素化合物；塩化亜鉛、塩化第二錫等の金属ハロゲン化物が挙げられる。これらの硬化促進剤は単独又は二種以上を適宜組合わせて使用することができる。

（スペーサ）
スペーサとして着色層を積層して使用する場合について説明する。積層部は、ブラックマトリクス層上に １色以上の着色層を積層するもので、該積層部上に前記の突起を形成して液晶のセルギャップの制御に用いる。重ねる色の数は、液晶表示装置として必要なセルギャップで規定されるものであるが、２色ないし３色が望ましい。２色の積層の場合、赤色と青色の着色層を積層すると黒色に近くなり、色ズレ発生時の画素部分への混色防止となる。あるいは、２色と３色の２種類の積層部とすることにより、低い方の積層部をサブスペーサとして用いることができる。サブスペーサは、表示装置として使用している時に
液晶パネルに大きな圧力が加わったときに、セルの破壊を防ぐスペーサとなる。スペーサとサブスペーサの形成比率は限定するものでないが、１：２程度（後者がサブスペーサ）が実用的である。
あるいは、例えば、２色での積層部として形成し、当該積層部上の突起の有無にてスペーサ、サブスペーサとして用いても良い。本発明では着色層及び積層部の上に透明保護層形成用樹脂を形成する。

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、着色層と積層部を形成する工程と透明保護層を形成する工程の後に、透明導電膜を形成する工程を入れる事もできる。この場合には積層上の透明電極の上か対向基板のスペーサが接触する部位に絶縁層を形成する。この絶縁層は、視野角や応答性改善などの液晶配向規制（配向制御）が目的とした配向規制突起と同時に形成しても良い。はカラーフィルタ基板として 透明導電膜形成が不必要な、例えばＩＰＳ（横電界）方式の液晶表示装置の場合はこれを省く
事ができる。

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。

スペーサは別の感光性樹脂組成物を用い、フォトリソグラフィの手法で形成する方法もある。部分的なパターン露光、現像というフォトリソグラフィー法により、所望の位置、例えば、画素間に位置する格子パターン状のブラックマトリクス上に、柱状の樹脂製スペーサを形成する。フォトスペーサを形成する際の現像は、有機溶剤を用いても構わないが、環境的な配慮からアルカリ水溶液を用いることが好ましい。

アルカリ水溶液には、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の無機塩の水溶液、ヒドロキシテトラメチルアンモニウム、ヒドロキシテトラエチルアンモニウムなどの有機塩の水溶液を用いることができる。これらを単独または２種以上組み合わせて用いてもよい。また、このようなアルカリ現像可能な感光性材料は、一般にアルカリ可溶性樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤を主成分とする組成に、必要に応じてレベリング剤、溶剤、連鎖移動剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、粘度調整剤などの添加剤を加えて調整することができる。

以下に実施例をもって本発明を説明するが、この内容に限定されるものではない。

（実施例１）
［着色材料作製］
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」）緑色用顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８（大日本インキ化学工業製）、およびＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０（バイエル製「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」）および Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３（ＢＡＳＦ製「パリオゲンバイオレット ５８９０」）
それぞれの顔料を用いて赤色・緑色・青色の着色材料を作製した。

・赤色着色材料
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作製した。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

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着色材料を得た。
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
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
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

・緑色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料と同様の方法で作製した。
緑色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８ 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
トリメチロールプロパントリアクリレート １４重量部
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
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 ２５７重量部

・青色着色材料
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色着色材料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
トリメチロールプロパントリアクリレート １９重量部
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
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

［着色層形成］
得られた着色材料を用いて着色層を形成した。

ガラス基板に、赤色着色材料をスピンコートにより仕上り膜厚が２．２μｍ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／ｃｍ^２照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像して、ストライプ形状の赤色の着色層を得た。その後、２３０℃３０分焼成した。

次に、緑色着色材料も同様にスピンコートにより仕上り膜厚が２．２μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥した後、前述の赤色着色層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、緑色着色層を得た。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、青色着色材料については仕上り膜厚が２．３
μｍで赤色、緑色の着色層と隣接した青色着色層を得た。これで、透明基板上に赤、緑、青３色のアイランド状の着色層を持つカラーフィルタが得られた。その後、２３０℃３０分焼成した。また、ブラックマトリクス上に赤色、緑色、青色層を積層したパターンを設けスペーサとした。なお、青色画素の膜厚をさらに厚くして透明保護膜との合計厚みを、緑色画素と透明保護膜の合計膜厚より厚くすることも可能である。
用いたアルカリ現像液は以下の組成とした。
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重量％

〔着色層の厚み方向位相差〕
各着色画素層の厚み方向位相差は、少なくとも赤色画素（Ｒ）、緑色画素（Ｇ）および青色画素（Ｂ）の着色画素を備えたカラーフィルタに、可視域（たとえば、光の波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍの範囲）の透過光ピーク域の波長を含む連続した光を、正面および複数の傾斜した角度から照射し、分光エリプソメータなどの位相差測定装置を用いて３次元屈折率を測定することで得られる。例えば、赤色画素では６１０ｎｍ、緑色画素では５５０ｎｍ、青色画素では４５０ｎｍの波長で、正面と入射角４５度の少なくとも２方向からの光で位相差測定を行い、Ｎｘ、Ｎｙ、Ｎｚの３次元屈折率を得たのち、下式より厚み方向位相差値（Ｒｔｈ）を算出する。
Ｒｔｈ＝｛（Ｎｘ＋Ｎｙ）／２−Ｎｚ｝×ｄ
ここで、式中、Ｎｘは、着色画素層の平面内のｘ方向の屈折率であり、Ｎｙは、着色画素層の平面内のｙ方向の屈折率であり、Ｎｚは、着色画素層の厚み方向の屈折率であり、ＮｘをＮｘ≧Ｎｙとする遅相軸とする。ｄは、着色画素層の厚み（ｎｍ）である。

上記した着色層の厚み方向位相差は、赤色画素が−８ｎｍ、緑色画素が＋３ｎｍ、青色画素が＋４ｎｍであった。なお、それぞれ着色層の厚み方向位相差は、顔料分散技術、バインダーとして用いる樹脂種、リタデーション調整剤の添加などで調整できる。

［透明保護膜形成］
透明保護膜材料として以下の材料を作成した。
シクロヘキサノン３２ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル３８ｇをサンプル瓶に入れた。攪拌しながら、エポキシ樹脂；ESF-３００（新日鐡化学社製）１３ｇ、脂環式多官能エポキシ樹脂；EHPE３１５０（ダイセル化学工業社製）７ｇ、脂環式エポキシ樹脂；セロキサイド２０２１Ｐ（ダイセル化学工業社製）５ｇを加え、完全に溶解させた。引き続き、酸無水物；無水トリメリット酸を３．０ｇ加え、十分に攪拌溶解した後に、シランカップリング剤（チッソ社製S-５１０）１．２ｇ、界面活性剤（住友スリーエム社製；フロラードFC-４３０）０．１１ｇを加えて十分に攪拌した。これをろ過して、カラーフィルター保護膜用組成物を得た。
ガラス基板上にブラックマトリクス、着色層を形成したカラーフィルタ基板に感光透明保護膜形成用樹脂組成物Ａを塗布し、９０℃１２０秒間プレベークを行い、所定の部位露光し現像、さらに２３０℃３０分焼成することで、透明保護膜を形成した。

カラーフィルタ基板に形成した保護膜10mgを剃刀で削り取ったものを後述の方法でDSC測定を実施したところ、ガラス転移点は５５℃、融点（軟化温度）は１７０℃であった。

[液晶表示装置の作製]
以上のようにして得た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ると共に液晶を封入して、液晶表示装置を得た。

（実施例および比較例）
透明保護層材料として以下実施例と比較例のガラス転移点および融点を持つ材料を用い、透明保護層形成時の硬膜温度、硬膜時間を変える以外は実施例１と同様の方法でカラーフィルタ作成、液晶表示装置を作製し、赤色,緑色,青色各画素の膜厚を測定した。
比較例の透明保護層材料を使用した場合、赤色,緑色,青色各画素上の透明保護層の膜厚は画素によらず同一であるのに対し、実施例の透明保護層材料では赤色画素上の透明保護層の膜厚が緑色,青色画素上の透明保護層の膜厚より薄くなり、硬膜温度、硬膜時間を変え
ることで各画素間の段差を調節する事できる。

［ガラス転移点Tg、融点Tm測定］
DSC（セイコー電子製、DSC6200システム）を用い、３０〜３００℃の温度範囲において昇温速度10／minの条件下で測定した。サンプルはカラーフィルタ基板に形成した保護膜10mgを剃刀で削り取ったものを測定し、横軸を温度、縦軸は基準物質との温度差から計算した示差熱であり、DSC曲線のガラス転移点（Tg）、融点（Tm）をショルダー値で示した。なお、本発明の樹脂硬化物の様に複数の樹脂を混合して硬化させた硬化物ではガラス転移点および融点が厳密に定義できない場合があるが、本発明では図４に示す２つの変極点をそれぞれガラス転移点（Tg）、融点（Tm）としている。図４では融点より高い温度でDSC値が上昇しているのは加温する熱分解を伴う発熱である。本発明の硬化物では熱分解が開始する温度より低い温度に融点が存在する事を特徴とする。

本発明は、上記のような透明保護膜組成物の特性を活かして、透明保護膜の膜厚をＴred＜Ｔgreen≧Ｔblue の関係に維持できるため、赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）のもつ厚み方向位相差の関係を崩すことがない。

［液晶表示装置］
本発明に係わる液晶表示装置の部分断面図を図５に示した。

赤色画素（R）上の透明保護膜は、緑色画素（G）・青色画素（B）上の透明保護膜415より薄く形成してある。液晶400は垂直配向用の液晶材料を用いた。着色層の厚み方向位相差は、赤色画素（R）が−８ｎｍ、緑色画素（G）が＋３ｎｍ、青色画素（B）が＋４ｎｍであり、当該液晶表示装置の斜め視認性は着色等の変化なく良好なものであった。なお、偏光板、位相差板、ランプ等の表示は省略した。

１１、ブラックマトリックス
１２、透明基板
１３、赤色画素
１４、緑色画素
１５、青色画素
１６、透明保護膜
１７、赤色画素上透明保護層の厚さ
１８、緑色画素上透明保護層の厚さ
１９、青色画素上透明保護層の厚さ
４１０、４２０、透明基板
４００、液晶
４１４、スペーサ
４０１、ＴＦＴ素子
４０２、画素電極

Claims (5)

1. 透明基板上に、少なくとも赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）からなるカラーフィルタと透明保護膜を構成要素とするカラーフィルタにおいて、硬化物のガラス転移温度が５０〜１００℃の範囲で、融点が１００〜２００℃の範囲となる透明保護膜用樹脂組成物をカラーフィルタ上に積層し、前記赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）の各画素上の透明保護膜の膜厚が異なるように熱処理することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 前記赤色画素(R)が顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１７７またはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ２５４を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
3. 前記緑色画素（G）が顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８を含むことを特徴とする請求項１叉は請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法。
4. 透明基板上に、少なくとも赤色画素（R）、緑色画素（G）、青色画素（B）からなるカラーフィルタと透明保護膜を構成要素とするカラーフィルタにおいて、該透明保護膜が単層の透明保護膜用樹脂組成物を硬膜してなる透明保護膜であるとともに、該赤色画素と該緑色画素の膜厚が等しく、かつ、赤色画素上の透明保護膜の膜厚をＴred、緑色画素上の透明保護膜の膜厚をＴgreen、青色画素上の透明保護膜の膜厚をＴblueとすると、これらの膜厚がＴred＜Ｔgreen≧Ｔblueの関係にあることを特徴とするカラーフィルタ。
5. 請求項１から請求項４に記載の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。