JP4369543B2 - カラーフィルタおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタおよびその製造方法に係り、特に表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラー液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックス、複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層、透明導電層（共通電極）および配向層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、画素電極および配向層を備えたＴＦＴアレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたものがある。このようなカラー液晶表示装置では、間隙部が液晶層の厚みそのものであり、カラー液晶表示装置に要求される高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能を可能とするためには、液晶層の厚み、すなわち、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板の間隙距離を厳密に一定に保持する必要がある。
【０００３】
従来、カラー液晶表示装置における液晶層の厚みを決定する方法として、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間隙に、ガラスやアルミナ、プラスチック等からなるスペーサーと称する粒子あるいは棒状体を多数混合した液晶を注入する方法がある。そして、スペーサーの大きさをもって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【０００４】
しかし、上述のようなカラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間隙部を形成する方法では、カラー液晶表示装置の動作の上で次のような問題点が生じる。すなわち、基板面上に散在させるスペーサーの密度が適正で、かつ、基板面上にスペーサーが均一に分散されていなければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在量（密度）を増した場合、間隙部の厚みのばらつき偏差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画素部上に存在するスペーサーの数も増し、表示画素部ではこのスペーサーが液晶材料の異物となる。そして、スペーサーの存在によって、配向膜で規制された液晶分子の配向に乱れが生じたり、スペーサー周辺の液晶だけは電圧のＯＮ、ＯＦＦによる配向制御が不能になる等の支障がみられ、コントラスト比等の表示性能が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解消するために、間隙（液晶層の厚み）を決定するための柱状凸部を備えたカラーフィルタが提案されている（特開平４−３１８８１６号等）。しかしながら、このカラーフィルタでは、着色層を形成し、この着色層を覆うように保護層を形成した後に、光感光性樹脂を用いて再度フォトリソグラフィー工程により柱状凸部をブラックマトリックス上の所定箇所に形成するので、工程が煩雑である。
【０００６】
また、例えば、近年注目されているＩＰＳ（In-Plane Switching）液晶モードでは、ＴＮ液晶モードよりも更に精密な基板間隙の制御が要求されている。このような要求に応えるために、柱状凸部の高さの精度を±０．２μｍ以下とするには、感光性樹脂の高い塗布精度が要求され、スループット、歩留等が問題となっている。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶層の厚み設定用としての柱状凸部と透明保護層を備え、表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造を可能とするカラーフィルタと、このようなカラーフィルタを簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出した透明な柱状凸部とを備え、前記透明保護層および前記柱状凸部は酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有し、前記柱状凸部において主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内にあり、前記透明保護層は前記柱状凸部に比べて酸価の低い樹脂の含有率が大きいような構成とした。
【００１０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有するネガ型の感光性樹脂組成物であり、主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内であるとともに、酸価の低い樹脂の含有量が酸価の高い樹脂１００重量部に対して２０〜６０重量部の範囲内である感光性樹脂組成物を用いて、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂層を形成する第１の工程、柱状凸部の形成パターンに相当する開口部を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露光する第２の工程、前記感光性樹脂層を現像することにより、前記基板上の複数の所定部位に透明な柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように透明保護層を形成する第３の工程、を有するような構成とした。
【００１２】
このような本発明では、感光性樹脂層が酸価の異なる樹脂を含有しているので、露光後の現像において露光部（柱状凸部の形成位置）と未露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が適度な差として現れ、露光部では柱状凸部が形成され、未露光部では酸価が低くアルカリ現像液に対する溶解性の低い樹脂が多く残存した透明保護層が形成され、上記柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに高精度の高さ設定が可能であり、また、透明保護層はカラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明のカラーフィルタ
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように透明保護層６が形成されており、さらに、ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には透明な柱状凸部７が上記の透明保護層６と一体的に形成されている。
【００１４】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、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。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００１５】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、着色層５からなる表示画素部の間および着色層５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３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１６】
また、着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パターン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることにより、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００１７】
透明保護層６はカラーフィルタ１の表面を平坦化するとともに、着色層５に含有される成分の液晶層への溶出を防止するために設けられたものである。この透明保護層６の厚みは、使用される材料の光透過率、カラーフィルタ１の表面状態等考慮して設定することができ、例えば、０．１〜３．０μｍの範囲で設定することができる。このような透明保護層６は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときに液晶層と接するような着色層５を少なくとも覆うように形成される。
【００１８】
上記の透明保護層６は酸価の異なる樹脂を含有するものである。この透明保護層６は、後述する柱状凸部７に比べて酸価の低い樹脂の含有率が大きく、酸価の異なる樹脂としては、透明保護層６に要求される光透過率等を考慮して選定することができる。
【００１９】
また、柱状凸部７は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときにスペーサーとして作用するものである。この柱状凸部７は、上記の透明保護層６よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出するように一定の高さをもつものであり、突出量はカラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部７の形成密度は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部７の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層５を構成する赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂの１組に１個の割合で必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部７の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００２０】
上記の柱状凸部７は酸価の異なる樹脂を含有するものである。この柱状凸部７は、上述のように透明保護層６に比べて酸価の低い樹脂の含有率が小さく、酸価の異なる樹脂としては、柱状凸部７に要求される機械的強度、光透過率等を考慮して選定することができる。
【００２１】
上記のような酸価の異なる樹脂としては、重合組成を調整して０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲で所望の酸価に設定した共重合体等を使用することができる。
【００２２】
透明保護層６および柱状凸部７は、酸価の異なる樹脂として上記のような樹脂の２種以上を含有し、含有する樹脂の酸価の差は、樹脂の種類、含有量等により異なるが、例えば、柱状凸部７において主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差を６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内とすることができる。
【００２３】
上記の透明保護層６と柱状凸部７を備える本発明のカラーフィルタ１に配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、ＴＦＴアレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部７がカラーフィルタ１とＴＦＴアレイ基板との間に間隙を形成する。そして、柱状凸部７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層を積層して形成された柱状凸部にみられるような、レベリング現象による高さ精度不良、および、各色ごとの位置合わせ不良が生じないので、その高さ精度と位置精度が極めて高いものであり、したがって、両基板の間隙精度は極めて高いものとなる。また、仮に画素部分に柱状凸部の一部が存在したとしても、透明であるために表示品質に悪影響を及ぼすことがほとんどない。一方、透明保護層６は、微細な凹凸が存在するカラーフィルタ１の表面を平坦なものとし、液晶の配向に悪影響を与える表面粗さを低減するとともに、着色層に微量含まれるイオン性不純物等が液晶層へ溶出して表示品質に悪影響を及ぼすことを防止する。
【００２４】
尚、本発明のカラーフィルタは、図３に示されるように、ブラックマトリックス３を備えず、非画素部分に位置する着色層５上に上述の柱状凸部７を形成したもの等であってもよい。
本発明のカラーフィルタ製造方法
次に、カラーフィルタ製造方法の一実施形態について、図１および図２に示されたカラーフィルタ１を例に図４および図５を参照しながら説明する。
（第１の工程）
カラーフィルタ製造方法の第１の工程では、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも着色層を覆うように基板上に酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂層が形成される。すなわち、まず、基板２上にブラックマトリックス３を形成し（図４（Ａ））、次いで、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒ、緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇ、さらに、青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成して着色層５とする（図４（Ｂ））。次に、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように感光性樹脂層８を形成する（図４（Ｃ））。
【００２５】
上記のブラックマトリックス３の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等からなる遮光層を基板２上に形成し、この遮光層上に公知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストを用いて感光性レジスト層を形成する。次いで、感光性レジスト層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介して露光、現像し、露出した遮光層をエッチングした後、残存する感光性レジスト層を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する。
【００２６】
また、上記の着色層５の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒを形成する。以下、同様に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成する。
【００２７】
また、上記の感光性樹脂層８は、酸価の異なる樹脂、重合開始剤、モノマー等を含有するネガ型感光性樹脂組成物を、粘度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロールコータ等の公知の手段によりブラックマトリックス３および着色層５を覆うように塗布、乾燥して形成することができる。
【００２８】
酸価の異なる樹脂としては、上記の説明で挙げた樹脂を２種または３種以上の組み合わせで使用することができる。用いる樹脂の酸価の差は、樹脂の種類、含有量等により異なるが、例えば、主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差を６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内とすることができる。酸価の差が６０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する露光部と未露光部の溶解性に適度な差が得られない。このため、形成される柱状凸部７が高く（透明保護膜６からの突出高さが大きく）なりやすく、柱状凸部７の高さ設定の精度が低下してしまい、液晶層の厚み設定用スペーサとして適正な高さをもつ柱状凸部７を形成すると同時に透明保護層６を形成することが困難である。一方、酸価の差が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する未露光部の溶解性が悪く白濁が生じ、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつ柱状凸部７を形成することが困難になる。
【００２９】
また、感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量は、酸価の高い樹脂１００重量部に対して２０〜６０重量部、好ましくは２５〜５０重量部の範囲内とする。感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量が２０重量部未満であると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する未露光部の溶解性が大きくなりすぎ、形成される柱状凸部７が高く（透明保護膜６からの突出高さが大きく）なりやすく、柱状凸部７の高さ設定の精度が低下する。一方、感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量が６０重量部を超えると、アルカリ現像液に対する露光部と未露光部の溶解性に適度な差が生ぜず、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつ柱状凸部７を形成することが困難になる。
【００３０】
上記のような感光性樹脂層８の厚みは、使用する樹脂、重合開始剤、モノマー、透明保護層６の厚み、柱状凸部７の高さ等を考慮して適宜設定することができ、通常、２〜８μｍの範囲内で設定することができる。
（第２の工程）
カラーフィルタ製造方法の第２の工程では、感光性樹脂層８を柱状凸部形成用のフォトマスクＭを介して露光する（図５（Ａ））。このフォトマスクＭには、柱状凸部７の形成パターンに相当する開口部ｍが形成されている。この露光により、感光性樹脂層８の柱状凸部形成部位（フォトマスクＭを介しての露光部）では感光性樹脂層の硬化反応が進行する。
（第３の工程）
カラーフィルタ製造方法の第３の工程では、アルカリ現像液により感光性樹脂層８の現像が行われる。第２の工程において、上述のように柱状凸部７の形成部位で感光性樹脂層８の硬化反応が生じているため、柱状凸部形成部位はアルカリ現像液に対してほとんど溶解性を示さない。一方、感光性樹脂層８の未露光部は、上述のように酸価の異なる樹脂を含有し、露光部（柱状凸部の形成部位）と適度な差をもってアルカリ現像液に溶解する。すなわち、露光部ではアルカリ現像液に対する溶解性が高い高酸価の樹脂が多少溶解除去されるものの、大部分は溶解されずに透明な柱状凸部７が形成される。また、柱状凸部形成部位以外の領域では、酸価の低い樹脂に比べて、酸価の高い樹脂がアルカリ現像液によってより多く溶解除去され、また、モノマー等も除去されて透明保護層６が形成される。その後、ポストベーク処理を行うことにより、本発明のカラーフィルタ１が得られる（図５（Ｂ））。
【００３１】
形成された透明保護層６は、微細な凹凸が存在するカラーフィルタ１の表面を平坦なものとし、液晶の配向に悪影響を与える表面粗さを低減するとともに、着色層に微量含まれるイオン性不純物が液晶層へ溶出して表示品質が低下することを防止する。また、透明な柱状凸部７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層の積層ではないため、レベリング現象による高さ精度の低下がないものである。このような透明保護層６と柱状凸部７は、上述のように１回のフォトリソグラフィー工程において同時に形成でき、かつ、透明保護層６の厚みと柱状凸部７の高さを任意に制御することができる。
【００３２】
尚、上述の実施形態では、着色層５は顔料分散法により形成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、染色法、印刷法、転写法等を用いることができ、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法を用いることもできる。
【００３３】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
カラーフィルタ用の基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９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、基板の片側全面にスパッタリング法により金属クロムからなる遮光層（厚さ０．１μｍ）を成膜した。次いで、この遮光層に対して、通常のフォトリソグラフィー法によって感光性レジスト塗布、マスク露光、現像、エッチング、レジスト層剥離を行ってブラックマトリックスを形成した。
【００３４】
次に、ブラックマトリックスが形成された基板全面に、赤色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法により塗布して赤色感光性樹脂層を形成し、プレベーク（８５℃、５分間）を行った。その後、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて赤色感光性樹脂層をアライメント露光し、現像液（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイク用現像液ＣＤの希釈液）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（２００℃、３０分間）を行って、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に赤色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３５】
同様に、緑色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＧ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に緑色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。さらに、青色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＢ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に青色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３６】
次に、スチレン／ベンジルメタクリレート／アクリル酸共重合体の重合組成を調整することにより、酸価が０、２０、４０、６０、８０、１２０ｍｇＫＯＨ／ｇの６種の樹脂を調製し、下記組成の８種の感光性樹脂組成物１〜８を作製した。
【００３７】
感光性樹脂組成物１の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物２の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝６０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物３の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物４の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ６０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８５重量部
・重合開始剤 … ２９重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物５の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ２５重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ６７重量部
・重合開始剤 … ２３重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物６の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝８０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物７の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物８の組成
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１５０重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
次に、上記の感光性樹脂組成物１〜８を用いて、着色層が形成された基板上にスピンコート法により塗布し、それぞれ厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料１〜８を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料１〜８の各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に６０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料１〜７の各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表１に示されるものであった。
【００３８】
【表１】
表１から明らかなように、感光性樹脂層の樹脂の酸価の差を６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内とし、樹脂の含有比率を適宜設定することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することが可能であることが確認された。
【００３９】
尚、試料８は、形成された透明保護層が極めて薄く実用に供し得ないものであった。
（実施例２）
実施例１の感光性樹脂組成物１と８を使用し、実施例１と同様にして、ブラックマトリックスと着色層が形成された基板上に厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料Ａ（感光性樹脂組成物１使用）、試料Ｂ（感光性樹脂組成物８使用）を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料Ａ、Ｂの各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に下記の表２に示される時間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料Ａの各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表２に示されるものであった。このことから、現像時間を適宜設定することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することが可能であることが確認された。
【００４０】
しかし、試料Ｂは、未露光部の溶解性が高すぎ、現像時間の調整による柱状凸部の高さと透明保護層の厚みの同時制御は不可能であった。
【００４１】
【表２】
（実施例３）
実施例１の感光性樹脂組成物１と８を使用し、実施例１と同様にして、ブラックマトリックスと着色層が形成された基板上に厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料Ｉ（感光性樹脂組成物１使用）、II（感光性樹脂組成物８使用）を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して下記の表３に示される露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料Ｉ、IIの各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に６０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料Ｉの各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表３に示されるものであった。このことから、露光時間を適宜設定することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することが可能であることが確認された。
【００４２】
しかし、試料IIは、未露光部の溶解性が高すぎ、露光時間の調整による柱状凸部の高さと透明保護層の厚みの同時制御は不可能であった。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば複数の透明な柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに、その高さを優れた精度で設定することができ、仮に画素部分に柱状凸部の一部が存在したとしても、透明であるために表示品質に悪影響を及ぼすことがほとんどなく、また、透明保護層はカラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止するので、表示品質に優れ信頼性の高いカラー液晶表示装置が可能となり、このような柱状凸部および透明保護層を酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂を用いた一回のフォトリソグラフィー工程で形成できるので工程が簡便なものとなり、さらに、樹脂の酸価の差、樹脂の含有比率、露光時間、現像時間の１種あるいは２種以上の組み合わせを適宜調整することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することができ、液晶層の厚み制御に高い精度を要求されるカラー液晶表示装置、例えば、ＩＰＳ（In-Plane Switching）液晶モードのカラー液晶表示装置にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
２…基板
３…ブラックマトリックス
５…着色層
６…透明保護層
７…柱状凸部
８…透明感光性樹脂層
Ｍ…フォトマスク
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタおよびその製造方法に係り、特に表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラー液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックス、複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層、透明導電層（共通電極）および配向層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、画素電極および配向層を備えたＴＦＴアレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたものがある。このようなカラー液晶表示装置では、間隙部が液晶層の厚みそのものであり、カラー液晶表示装置に要求される高速応答性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能を可能とするためには、液晶層の厚み、すなわち、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板の間隙距離を厳密に一定に保持する必要がある。
【０００３】
従来、カラー液晶表示装置における液晶層の厚みを決定する方法として、カラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間隙に、ガラスやアルミナ、プラスチック等からなるスペーサーと称する粒子あるいは棒状体を多数混合した液晶を注入する方法がある。そして、スペーサーの大きさをもって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【０００４】
しかし、上述のようなカラーフィルタとＴＦＴアレイ基板との間隙部を形成する方法では、カラー液晶表示装置の動作の上で次のような問題点が生じる。すなわち、基板面上に散在させるスペーサーの密度が適正で、かつ、基板面上にスペーサーが均一に分散されていなければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在量（密度）を増した場合、間隙部の厚みのばらつき偏差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画素部上に存在するスペーサーの数も増し、表示画素部ではこのスペーサーが液晶材料の異物となる。そして、スペーサーの存在によって、配向膜で規制された液晶分子の配向に乱れが生じたり、スペーサー周辺の液晶だけは電圧のＯＮ、ＯＦＦによる配向制御が不能になる等の支障がみられ、コントラスト比等の表示性能が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解消するために、間隙（液晶層の厚み）を決定するための柱状凸部を備えたカラーフィルタが提案されている（特開平４−３１８８１６号等）。しかしながら、このカラーフィルタでは、着色層を形成し、この着色層を覆うように保護層を形成した後に、光感光性樹脂を用いて再度フォトリソグラフィー工程により柱状凸部をブラックマトリックス上の所定箇所に形成するので、工程が煩雑である。
【０００６】
また、例えば、近年注目されているＩＰＳ（In-Plane Switching）液晶モードでは、ＴＮ液晶モードよりも更に精密な基板間隙の制御が要求されている。このような要求に応えるために、柱状凸部の高さの精度を±０．２μｍ以下とするには、感光性樹脂の高い塗布精度が要求され、スループット、歩留等が問題となっている。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶層の厚み設定用としての柱状凸部と透明保護層を備え、表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造を可能とするカラーフィルタと、このようなカラーフィルタを簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出した透明な柱状凸部とを備え、前記透明保護層および前記柱状凸部は酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有し、前記柱状凸部において主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内にあり、前記透明保護層は前記柱状凸部に比べて酸価の低い樹脂の含有率が大きいような構成とした。
【００１０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有するネガ型の感光性樹脂組成物であり、主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内であるとともに、酸価の低い樹脂の含有量が酸価の高い樹脂１００重量部に対して２０〜６０重量部の範囲内である感光性樹脂組成物を用いて、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂層を形成する第１の工程、柱状凸部の形成パターンに相当する開口部を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露光する第２の工程、前記感光性樹脂層を現像することにより、前記基板上の複数の所定部位に透明な柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように透明保護層を形成する第３の工程、を有するような構成とした。
【００１２】
このような本発明では、感光性樹脂層が酸価の異なる樹脂を含有しているので、露光後の現像において露光部（柱状凸部の形成位置）と未露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が適度な差として現れ、露光部では柱状凸部が形成され、未露光部では酸価が低くアルカリ現像液に対する溶解性の低い樹脂が多く残存した透明保護層が形成され、上記柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに高精度の高さ設定が可能であり、また、透明保護層はカラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明のカラーフィルタ
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように透明保護層６が形成されており、さらに、ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には透明な柱状凸部７が上記の透明保護層６と一体的に形成されている。
【００１４】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、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。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００１５】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、着色層５からなる表示画素部の間および着色層５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３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１６】
また、着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パターン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることにより、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００１７】
透明保護層６はカラーフィルタ１の表面を平坦化するとともに、着色層５に含有される成分の液晶層への溶出を防止するために設けられたものである。この透明保護層６の厚みは、使用される材料の光透過率、カラーフィルタ１の表面状態等考慮して設定することができ、例えば、０．１〜３．０μｍの範囲で設定することができる。このような透明保護層６は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときに液晶層と接するような着色層５を少なくとも覆うように形成される。
【００１８】
上記の透明保護層６は酸価の異なる樹脂を含有するものである。この透明保護層６は、後述する柱状凸部７に比べて酸価の低い樹脂の含有率が大きく、酸価の異なる樹脂としては、透明保護層６に要求される光透過率等を考慮して選定することができる。
【００１９】
また、柱状凸部７は、カラーフィルタ１をＴＦＴアレイ基板と貼り合わせたときにスペーサーとして作用するものである。この柱状凸部７は、上記の透明保護層６よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出するように一定の高さをもつものであり、突出量はカラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部７の形成密度は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部７の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層５を構成する赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂの１組に１個の割合で必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部７の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００２０】
上記の柱状凸部７は酸価の異なる樹脂を含有するものである。この柱状凸部７は、上述のように透明保護層６に比べて酸価の低い樹脂の含有率が小さく、酸価の異なる樹脂としては、柱状凸部７に要求される機械的強度、光透過率等を考慮して選定することができる。
【００２１】
上記のような酸価の異なる樹脂としては、重合組成を調整して０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲で所望の酸価に設定した共重合体等を使用することができる。
【００２２】
透明保護層６および柱状凸部７は、酸価の異なる樹脂として上記のような樹脂の２種以上を含有し、含有する樹脂の酸価の差は、樹脂の種類、含有量等により異なるが、例えば、柱状凸部７において主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差を６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内とすることができる。
【００２３】
上記の透明保護層６と柱状凸部７を備える本発明のカラーフィルタ１に配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、ＴＦＴアレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部７がカラーフィルタ１とＴＦＴアレイ基板との間に間隙を形成する。そして、柱状凸部７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層を積層して形成された柱状凸部にみられるような、レベリング現象による高さ精度不良、および、各色ごとの位置合わせ不良が生じないので、その高さ精度と位置精度が極めて高いものであり、したがって、両基板の間隙精度は極めて高いものとなる。また、仮に画素部分に柱状凸部の一部が存在したとしても、透明であるために表示品質に悪影響を及ぼすことがほとんどない。一方、透明保護層６は、微細な凹凸が存在するカラーフィルタ１の表面を平坦なものとし、液晶の配向に悪影響を与える表面粗さを低減するとともに、着色層に微量含まれるイオン性不純物等が液晶層へ溶出して表示品質に悪影響を及ぼすことを防止する。
【００２４】
尚、本発明のカラーフィルタは、図３に示されるように、ブラックマトリックス３を備えず、非画素部分に位置する着色層５上に上述の柱状凸部７を形成したもの等であってもよい。
本発明のカラーフィルタ製造方法
次に、カラーフィルタ製造方法の一実施形態について、図１および図２に示されたカラーフィルタ１を例に図４および図５を参照しながら説明する。
（第１の工程）
カラーフィルタ製造方法の第１の工程では、基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少なくとも着色層を覆うように基板上に酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂層が形成される。すなわち、まず、基板２上にブラックマトリックス３を形成し（図４（Ａ））、次いで、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒ、緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇ、さらに、青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成して着色層５とする（図４（Ｂ））。次に、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように感光性樹脂層８を形成する（図４（Ｃ））。
【００２５】
上記のブラックマトリックス３の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等からなる遮光層を基板２上に形成し、この遮光層上に公知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストを用いて感光性レジスト層を形成する。次いで、感光性レジスト層をブラックマトリックス用のフォトマスクを介して露光、現像し、露出した遮光層をエッチングした後、残存する感光性レジスト層を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する。
【００２６】
また、上記の着色層５の形成は、例えば、以下のように行うことができる。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒを形成する。以下、同様に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成する。
【００２７】
また、上記の感光性樹脂層８は、酸価の異なる樹脂、重合開始剤、モノマー等を含有するネガ型感光性樹脂組成物を、粘度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロールコータ等の公知の手段によりブラックマトリックス３および着色層５を覆うように塗布、乾燥して形成することができる。
【００２８】
酸価の異なる樹脂としては、上記の説明で挙げた樹脂を２種または３種以上の組み合わせで使用することができる。用いる樹脂の酸価の差は、樹脂の種類、含有量等により異なるが、例えば、主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差を６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内とすることができる。酸価の差が６０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する露光部と未露光部の溶解性に適度な差が得られない。このため、形成される柱状凸部７が高く（透明保護膜６からの突出高さが大きく）なりやすく、柱状凸部７の高さ設定の精度が低下してしまい、液晶層の厚み設定用スペーサとして適正な高さをもつ柱状凸部７を形成すると同時に透明保護層６を形成することが困難である。一方、酸価の差が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する未露光部の溶解性が悪く白濁が生じ、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつ柱状凸部７を形成することが困難になる。
【００２９】
また、感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量は、酸価の高い樹脂１００重量部に対して２０〜６０重量部、好ましくは２５〜５０重量部の範囲内とする。感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量が２０重量部未満であると、後述する露光後の現像において、アルカリ現像液に対する未露光部の溶解性が大きくなりすぎ、形成される柱状凸部７が高く（透明保護膜６からの突出高さが大きく）なりやすく、柱状凸部７の高さ設定の精度が低下する。一方、感光性樹脂層８における酸価の低い樹脂の含有量が６０重量部を超えると、アルカリ現像液に対する露光部と未露光部の溶解性に適度な差が生ぜず、液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつ柱状凸部７を形成することが困難になる。
【００３０】
上記のような感光性樹脂層８の厚みは、使用する樹脂、重合開始剤、モノマー、透明保護層６の厚み、柱状凸部７の高さ等を考慮して適宜設定することができ、通常、２〜８μｍの範囲内で設定することができる。
（第２の工程）
カラーフィルタ製造方法の第２の工程では、感光性樹脂層８を柱状凸部形成用のフォトマスクＭを介して露光する（図５（Ａ））。このフォトマスクＭには、柱状凸部７の形成パターンに相当する開口部ｍが形成されている。この露光により、感光性樹脂層８の柱状凸部形成部位（フォトマスクＭを介しての露光部）では感光性樹脂層の硬化反応が進行する。
（第３の工程）
カラーフィルタ製造方法の第３の工程では、アルカリ現像液により感光性樹脂層８の現像が行われる。第２の工程において、上述のように柱状凸部７の形成部位で感光性樹脂層８の硬化反応が生じているため、柱状凸部形成部位はアルカリ現像液に対してほとんど溶解性を示さない。一方、感光性樹脂層８の未露光部は、上述のように酸価の異なる樹脂を含有し、露光部（柱状凸部の形成部位）と適度な差をもってアルカリ現像液に溶解する。すなわち、露光部ではアルカリ現像液に対する溶解性が高い高酸価の樹脂が多少溶解除去されるものの、大部分は溶解されずに透明な柱状凸部７が形成される。また、柱状凸部形成部位以外の領域では、酸価の低い樹脂に比べて、酸価の高い樹脂がアルカリ現像液によってより多く溶解除去され、また、モノマー等も除去されて透明保護層６が形成される。その後、ポストベーク処理を行うことにより、本発明のカラーフィルタ１が得られる（図５（Ｂ））。
【００３１】
形成された透明保護層６は、微細な凹凸が存在するカラーフィルタ１の表面を平坦なものとし、液晶の配向に悪影響を与える表面粗さを低減するとともに、着色層に微量含まれるイオン性不純物が液晶層へ溶出して表示品質が低下することを防止する。また、透明な柱状凸部７は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層の積層ではないため、レベリング現象による高さ精度の低下がないものである。このような透明保護層６と柱状凸部７は、上述のように１回のフォトリソグラフィー工程において同時に形成でき、かつ、透明保護層６の厚みと柱状凸部７の高さを任意に制御することができる。
【００３２】
尚、上述の実施形態では、着色層５は顔料分散法により形成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、染色法、印刷法、転写法等を用いることができ、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法を用いることもできる。
【００３３】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
カラーフィルタ用の基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９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、基板の片側全面にスパッタリング法により金属クロムからなる遮光層（厚さ０．１μｍ）を成膜した。次いで、この遮光層に対して、通常のフォトリソグラフィー法によって感光性レジスト塗布、マスク露光、現像、エッチング、レジスト層剥離を行ってブラックマトリックスを形成した。
【００３４】
次に、ブラックマトリックスが形成された基板全面に、赤色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＲ−７００１）をスピンコート法により塗布して赤色感光性樹脂層を形成し、プレベーク（８５℃、５分間）を行った。その後、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて赤色感光性樹脂層をアライメント露光し、現像液（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイク用現像液ＣＤの希釈液）にて現像を行い、次いで、ポストベーク（２００℃、３０分間）を行って、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に赤色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３５】
同様に、緑色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＧ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に緑色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。さらに、青色パターン用の感光性着色材料（富士フィルムオーリン（株）製カラーモザイクＣＢ−７００１）を用いて、ブラックマトリックスパターンに対して所定の位置に青色パターン（厚み１．５μｍ）を形成した。
【００３６】
次に、スチレン／ベンジルメタクリレート／アクリル酸共重合体の重合組成を調整することにより、酸価が０、２０、４０、６０、８０、１２０ｍｇＫＯＨ／ｇの６種の樹脂を調製し、下記組成の８種の感光性樹脂組成物１〜８を作製した。
【００３７】
感光性樹脂組成物１の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物２の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝６０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物３の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物４の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ６０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８５重量部
・重合開始剤 … ２９重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物５の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝４０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ２５重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ６７重量部
・重合開始剤 … ２３重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物６の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝８０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物７の組成
・低酸価の樹脂（酸価＝０ｍｇＫＯＨ／ｇ） … ５０重量部
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１００重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
感光性樹脂組成物８の組成
・高酸価の樹脂（酸価＝１２０ｍｇＫＯＨ／ｇ） …１５０重量部
・モノマー：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート… ８０重量部
・重合開始剤 … ２５重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製イルガキュア３６９）
次に、上記の感光性樹脂組成物１〜８を用いて、着色層が形成された基板上にスピンコート法により塗布し、それぞれ厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料１〜８を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料１〜８の各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に６０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料１〜７の各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表１に示されるものであった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
尚、試料８は、形成された透明保護層が極めて薄く実用に供し得ないものであった。
（実施例２）
実施例１の感光性樹脂組成物１と８を使用し、実施例１と同様にして、ブラックマトリックスと着色層が形成された基板上に厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料Ａ（感光性樹脂組成物１使用）、試料Ｂ（感光性樹脂組成物８使用）を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して３００ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料Ａ、Ｂの各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に下記の表２に示される時間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料Ａの各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表２に示されるものであった。このことから、現像時間を適宜設定することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することが可能であることが確認された。
【００４０】
しかし、試料Ｂは、未露光部の溶解性が高すぎ、現像時間の調整による柱状凸部の高さと透明保護層の厚みの同時制御は不可能であった。
【００４１】
【表２】
実施例１の感光性樹脂組成物１と８を使用し、実施例１と同様にして、ブラックマトリックスと着色層が形成された基板上に厚み６．５μｍの感光性樹脂層を形成して試料Ｉ（感光性樹脂組成物１使用）、II（感光性樹脂組成物８使用）を得た。（以上、第１の工程）
次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプロキシミティ露光機にて、各試料の感光性樹脂層の柱状凸部形成位置に所定形状の開口部を設けたフォトマスクを介して下記の表３に示される露光量で露光を行った。（以上、第２の工程）
次に、試料Ｉ、IIの各基板を０．０５％水酸化カリウム水溶液に６０秒間浸漬して現像を行い、洗浄後、クリーンオーブン中でポストベーク（２００℃、３０分間）を行った。（以上、第３の工程）
このような一連の処理により、図１および図２に示されるような構造のカラーフィルタを得ることができ、試料Ｉの各カラーフィルタの透明保護層の厚み、透明な柱状凸部の突出高さ、柱状凸部の厚みは下記の表３に示されるものであった。このことから、露光時間を適宜設定することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することが可能であることが確認された。
【００４２】
しかし、試料IIは、未露光部の溶解性が高すぎ、露光時間の調整による柱状凸部の高さと透明保護層の厚みの同時制御は不可能であった。
【００４３】
【表３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば複数の透明な柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに、その高さを優れた精度で設定することができ、仮に画素部分に柱状凸部の一部が存在したとしても、透明であるために表示品質に悪影響を及ぼすことがほとんどなく、また、透明保護層はカラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層に含有される成分の液晶層への溶出を防止するので、表示品質に優れ信頼性の高いカラー液晶表示装置が可能となり、このような柱状凸部および透明保護層を酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂を用いた一回のフォトリソグラフィー工程で形成できるので工程が簡便なものとなり、さらに、樹脂の酸価の差、樹脂の含有比率、露光時間、現像時間の１種あるいは２種以上の組み合わせを適宜調整することにより、柱状凸部の高さと透明保護層の厚みとを同時に制御することができ、液晶層の厚み制御に高い精度を要求されるカラー液晶表示装置、例えば、ＩＰＳ（In-Plane Switching）液晶モードのカラー液晶表示装置にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
２…基板
３…ブラックマトリックス
５…着色層
６…透明保護層
７…柱状凸部
８…透明感光性樹脂層
Ｍ…フォトマスク
Claims (2)
- 基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出した透明な柱状凸部とを備え、前記透明保護層および前記柱状凸部は酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有し、前記柱状凸部において主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内にあり、前記透明保護層は前記柱状凸部に比べて酸価の低い樹脂の含有率が大きいことを特徴とするカラーフィルタ。
- 基板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、酸価が０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｍｇの範囲である樹脂であって酸価の異なる樹脂を含有するネガ型の感光性樹脂組成物であり、主体となる２種の樹脂（酸価の異なる樹脂に占める合計含有量が７０重量％以上である２種の樹脂）の酸価の差が６０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲内であるとともに、酸価の低い樹脂の含有量が酸価の高い樹脂１００重量部に対して２０〜６０重量部の範囲内である感光性樹脂組成物を用いて、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に酸価の異なる樹脂を含有した感光性樹脂層を形成する第１の工程、
柱状凸部の形成パターンに相当する開口部を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露光する第２の工程、
前記感光性樹脂層を現像することにより、前記基板上の複数の所定部位に透明な柱状凸部を形成するとともに、少なくとも前記着色層を覆うように透明保護層を形成する第３の工程、を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
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