JP4867466B2 - カラーフィルタ及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置用のカラーフィルタに関するものであり、特に画素形成面が液晶挟持面側を向き、かつ画素と液晶との間に電極を介さずに液晶表示装置に組み込まれる横電界方式の液晶表示装置において、カラーフィルタの着色層の電気的な性質が液晶のスイッチング性能に悪影響を与えることがなく、透明樹脂による保護層（オーバーコート層）を設けなくても十分な信頼性を確保できるカラーフィルタに関する。

カラー液晶表示装置はコンピュータ端末表示装置、テレビ画像表示装置を中心に急速に普及が進んでいる。カラーフィルタは液晶表示装置のカラー表示化には必要不可欠な重要な部品である。近年、この液晶表示装置は高画質化の要求が高く、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、横電界方式（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ＝ＩＰＳ方式）は視野角、コントラスト比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方式である。

ところが、横電界方式の液晶表示装置は他のＴｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ方式（ＴＮ方式）・Ｖａｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ方式（ＶＡ方式）などと異なり、カラーフィルタの着色層上に電極がないので、液晶分子が着色層の材料の電気的な特性の影響を直接受けてしまうという問題点がある。
実際、従来の着色層材料を使用した場合、横電界方式の液晶表示装置では着色層材料の電気的特性に起因する液晶配向不良、スイッチングの閾値ずれによる焼き付き現象など、様々な表示不良が起こっていた。そのため、従来の着色層材料によるカラーフィルタを横電界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、液晶挟持面と着色層が直接触れ合わないようにすることが一般的である。

しかしながら、近年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着色層材料でも横電界方式の液晶表示装置に用いることは可能であるが、オーバーコート層を用いても様々な表示不良が生ずる場合もある（例えば、特許文献１参照）。着色層材料、オーバーコート層材料ともに横電界方式の液晶表示装置に適合するように改良がなされてきているが、十分な性能を確保するためにはオーバーコート層は場合によっては２μｍ以上といった厚さを設ける必要もあり、均一に塗布することが難しいという問題が生じ、低価格化を妨げる一つの要因となっている。また、材料費、工程増による歩留まり低下も低価格化を妨げる要因になっており、オーバーコート層を設けることなく横電界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が、前述のような問題により実現が難しかった。
特開２００４−１１７５３７号公報 特開２００４−２９７２９２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、特にカラーフィルタの画素形成面が液晶挟持面側を向き、画素と液晶との間に電極を介さずに液晶表示装置に組み込まれる横電界方式の液晶表示装置において、カラーフィルタを構成する着色層の電気的な性質が液晶配向不良や、スイッチングの閾値ずれに悪影響を与えることがなく、透明樹
脂による保護層（オーバーコート層）を設けることなく十分な性能を確保できるカラーフィルタを提供することを課題とする。

本発明は、透明基板上に複数色の画素を備えるカラーフィルタにおいて、少なくとも１色の画素を構成する着色層が、誘電正接（ｔａｎδ）が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．００８以下である樹脂を含有する着色樹脂組成物を用いたカラーフィルタであり、かつ前記樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｇにアクリル酸１７．９ｇ及びフェノール２７．２ｇを公知の方法で付加させたエポキシ化合物と、ビフタル酸無水物３８．７ｇを反応させた光重合性不飽和基を有する変性エポキシ樹脂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、前記着色層の誘電正接（ｔａｎδ）が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．０３以下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１色の画素が、緑色画素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、前記緑色画素以外の画素が、赤色画素又は／及び青色画素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、前記着色層の比誘電率が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で５．０以下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、前記着色層上には保護層を有さな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、請求項１〜請求項６のいづれか１項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である。

本発明は、誘電正接が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．００８以下である樹脂を含有する着色樹脂組成物を用いて着色層を形成したカラーフィルタであるので、横電界方式の液晶表示装置に用いた際に、透明樹脂による保護層（オーバーコート層）を設けることなく、液晶配向不良、スイッチングの閾値ずれのない、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。

以下に、本発明によるカラーフィルタを、その実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本発明者はカラーフィルタの電気的な性質と横電界方式の液晶表示装置における表示不良の関係について種々検討した結果、横電界方式の液晶表示装置の液晶配向不良やスイッチングの閾値ずれは主として着色層の誘電特性により起こっていることを見出した。
具体的には誘電正接の値により説明が可能である。おおむね以下のようなメカニズムによる。 誘電正接（ｔａｎδ）は誘電体内に蓄積される電荷量と消費される電荷量の比である。誘電正接が比較的小さい場合は誘電体内に蓄積された電荷は保持されるのに対し、比
較的大きい場合は電荷は消費されて保持されない。

図１に横電界方式の液晶表示装置の断面模式図を示す。横電界方式の液晶表示装置２０においてはカラーフィルタ１０を構成する着色層２が内側を向くように配置され、液晶駆動電界６中に内在するため、横電界方式の液晶表示装置においては、カラーフィルタの着色層の誘電正接と他のセル内の部材（液晶、配向膜など）の誘電正接との値が大きく異なると、液晶分子の電荷の保持状態が不均一になる現象が発生する。

電荷の保持状態が不均一になることで、横電界方式の液晶表示装置においては生じてはならない縦方向の電界が発生し液晶配向不良が発生、あるいは電荷が余分に残ってしまうことによるスイッチングの閾値ずれにより焼き付きが発生するといった表示不良となる。したがって、カラーフィルタを構成する着色層の誘電正接は横電界方式の液晶表示装置の表示特性を決める重要な特性となる。誘電正接は測定周波数に依存する値であるが、液晶駆動の１フレームが６０Ｈｚ程度であることから、周期（秒）すなわち周波数で３０Ｈｚ近辺、おおむね１０〜１００Ｈｚの周波数での誘電正接に着目するのが適当である。

ここで従来のカラーフィルタに用いられている数種類の着色層の誘電正接の測定結果を図２、図３、図４に示す。従来のカラーフィルタを構成する各色の着色層の誘電正接は１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で、着色層の種類により０．００６〜０．２５程度の値を示す。図３に示すように、特に緑の着色層において誘電正接が大きいものが多く、実際に、少なくとも緑の着色層においては液晶挟持面との境界にオーバーコート層を設けないと液晶配向不良、スイッチングの閾値ずれなどが顕著に発生し易かった。

本発明者は、液晶表示装置、特に着色層と液晶との間に電極を設けない横配向方式の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタにおいて、着色層と液晶挟持面との境界にオーバーコート層を設けなくても液晶配向不良、スイッチングの閾値ずれなどを解消し表示品位を向上させることのできるカラーフィルタを提供するために、この特徴的な誘電特性の改善について種々検討を行った。

一般に液晶、配向膜などは電荷を保持する能力が大きい、すなわち誘電正接が比較的小さい材料を用いて形成されており、その値は一般的に０．００５〜０．０２程度の値である。したがって、横電界方式の液晶表示装置に用いるカラーフィルタが備えている着色層の誘電正接の値は液晶、配向膜と同程度の値であることが好ましいと考えられる。

すなわち、多色化された液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、カラーフィルタに設けられた画素を構成する着色層の誘電正接が１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．０３程度以下、さらに好ましくは０．０２以下とすることで、画素上にオーバーコート層を設けることなく画素配向不良、閾値ずれなどの表示品位の低下を効果的に防げることを見出した。着色層の誘電正接は低いほど好ましいが、着色層の材料の特性上現時点では０．００５〜０．００６程度が下限となる。

また、種々検討を行った結果、本発明のカラーフィルタにおいては、着色層の比誘電率を周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で５．０以下とすることが好ましいことを見出した。比誘電率は誘電体内に蓄積される電荷量の指標であり、着色層において著しく値が大きいとセル内の部材（液晶、配向膜など）との間に蓄積される電荷量のバランスが大きく崩れ、スイッチングの閾値ずれで焼き付きが発生するといった表示不良となる。したがって、カラーフィルタの着色層の比誘電率は１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数で５．０以下、さらに好ましくは４．５以下であることが必要である。比誘電率は低いほうが好ましいが、材料の特性上現時点では３．０程度が下限となる。

従来、これらの特性を実現する方法としては、例えば、特許文献１または２において、誘電正接の高い成分である顔料の濃度を一定以下とする、顔料の純度を向上させ、顔料自体の誘電正接を小さくすることが報告されている。

しかし、これらの方法では、顔料の選択の自由度が制限されるため、様々な色特性の要求に対応することは労力的、時間的、あるいはコスト的に困難となる場合がある。そこで、本発明者は、鋭意検討の結果、誘電正接が０．００８以下である樹脂を含有する着色樹脂組成物を用いて着色層を形成することにより、着色層の誘電正接を０．０３以下に抑えることが容易に可能となることを見い出した。これにより、顔料の選択の幅が広くなるため、様々な要求仕様に対応した色特性をもつカラーフィルタを容易に提供することが可能となり、開発のスピードアップ、開発費や材料費のコストダウンにもつながる。

以下に、本発明のカラーフィルタを得るための方法を記述する。
本発明のカラーフィルタは少なくとも透明基板上に複数色の画素を備えており、当該複数色の画素は少なくとも着色層から構成されている。複数色には赤、緑、青（ＲＧＢ）の組み合わせやイエロー、マゼンダ、シアン（ＹＭＣ）の組み合わせが挙げられるが、本発明のカラーフィルタは緑着色層を有するカラーフィルタ（すなわちＲＧＢ系）に対して特に好ましく適用できる。

本発明のカラーフィルタは画素の形成面を液晶挟持面側に向けて、液晶表示装置に組み込まれて使用される。必要に応じて画素上には配向膜が形成される。本発明のカラーフィルタは、着色層の電気特性の影響を液晶駆動電界中に及ぼさないために着色層を覆うオーバーコート層を設ける必要がないため歩留まりがよく、コストダウンにつながる。また液晶と画素との距離がより近くなるため、視野角が向上し、高精細な液晶表示装置を提供することができる。

このように、本発明のカラーフィルタは、着色層の電気特性を補うためにオーバーコート層を設ける必要はないが、カラーフィルタ平坦化等の目的で樹脂による層を設けることができる。この場合、従来のオーバーコート層のような厚みは必要ではない。

本発明の方法に用いられる透明基板は可視光に対してある程度の透過率を有するものが好ましく、より好ましくは８０％以上の透過率を有するものを用いることができる。一般に液晶表示装置に用いられているものでよく、ＰＥＴなどのプラスチック基板やガラスが挙げられるが、通常はガラス基板を用いるとよい。遮光パターンを用いる場合はあらかじめ該透明基板上にクロム等の金属薄膜や遮光性樹脂によるパターンを公知の方法で付けたものを用いればよい。

透明基板上への着色層の作製方法は、公知のインクジェット法、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法など何れの方法で作製しても構わない。しかし、高精細、分光特性の制御性及び再現性等を考慮すれば、透明な樹脂中に顔料を、光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させた着色樹脂組成物を透明基板上に塗布膜を形成し、塗布膜にパターン露光、現像することで一色の着色層を形成する工程を各色毎に繰り返し行ってカラーフィルタを作製するフォトレジスト法が好ましい。

本発明のカラーフィルタが備える画素を構成する着色層は、着色樹脂組成物を調製してフォトリソグラフィ法により形成する場合は例えば以下の方法に従う。着色剤となる顔料を透明な樹脂中に光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させる。分散させる方法はミルベース、３本ロール、ジェットミル等様々な方法があり特に限定されるものではない。

本発明の着色樹脂組成物に用いることのできる有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。

赤色フィルタセグメント（着色層）を形成するための赤色着色樹脂組成物には、例えばＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７２、２７９等の赤色顔料を用いることができる。赤色着色樹脂組成物には、黄色顔料、橙色顔料を併用することができる。

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、２０、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、８６、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４４、１４６、１４７、１４８、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、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、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。

緑色フィルタセグメントを形成するための緑色着色樹脂組成物には、例えばＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、１０、３６、３７等の緑色顔料を用いることができる。緑色着色樹脂組成物には赤色着色樹脂組成物と同様の黄色顔料を併用することができる。

青色フィルタセグメントを形成するための青色着色樹脂組成物には、例えばＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８０等の青色顔料、好ましくはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６を用いることができる。
また、青色着色樹脂組成物には、Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の紫色顔料、好ましくはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３を併用することができる。

また、上記有機顔料と組み合わせて、彩度と明度のバランスを取りつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、無機顔料を組み合わせて用いることも可能である。無機顔料としては、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら（赤色酸化鉄（ＩＩＩ））、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉等が挙げられる。
さらに、調色のため、耐熱性を低下させない範囲内で染料を含有させることができる。

本発明の着色樹脂組成物に用いることのできる透明樹脂は、可視光領域の４００〜７００ｎｍの全波長領域において透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上で、かつ、誘電正接が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．００８以下となる樹脂である。透明樹脂には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｇにアクリル酸１７．９ｇ及びフェノール２７．２ｇを公知の方法で付加させたエポキシ化合物と、ビフタル酸無水物３８．７ｇを反応させた光重合性不飽和基を有する変性エポキシ樹脂が含まれる。透明樹脂には、必要に応じて、その前駆体である、放射線照射により硬化して透明樹脂を生成するモノマーもしくはオリゴマーを単独で、または２種以上混合して用いることができる。

用いることのできる重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、β-カルボキシエチル（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、１，６-ヘキサンジオールジ（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、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタンアクリレート等の各種アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ-ヒドロキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ-ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。

着色樹脂組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。
光重合開始剤としては、４-フェノキシジクロロアセトフェノン、４-ｔ-ブチル-ジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、１-（４-イソプロピルフェニル）-２-ヒドロキシ-２-メチルプロパン-１-オン、１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２-ベンジル-２-ジメチルアミノ-１-（４-モルフォリノフェニル）-ブタン-１-オン等のアセトフェノン系化合物、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、４-ベンゾイル-４'-メチルジフェニルサルファイド、３，３'，４，４'-テトラ（ｔ-ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２-クロルチオキサントン、２-メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４-ジイソプロピルチオキサントン、２，４-ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、２，４，６-トリクロロ-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-（ｐ-メトキシフェニル）-４，６-ビス（トリクロロメチル）-ｓ-トリアジン、２-（ｐ-トリル）-４，６-ビス（トリクロロメチル）-ｓ-トリアジン、２-ピペロニル-４，６-ビス（トリクロロメチル）-ｓ-トリアジン、２，４-ビス（トリクロロメチル）-６-スチリル-ｓ-トリアジン、２-（ナフト-１-イル）-４，６-ビス（トリク
ロロメチル）-ｓ-トリアジン、２-（４-メトキシ-ナフト-１-イル）-４，６-ビス（トリクロロメチル）-ｓ-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系化合物、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等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６-トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０-フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。 光重合開始剤の使用量は、着色樹脂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。

さらに、増感剤として、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）ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は１種または２種以上混合して用いることができる。 増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として０．５〜６０重量％が好ましく、より好ましくは３〜４０重量％である。

さらに、着色樹脂組成物には、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。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。
多官能チオールの使用量は、着色樹脂組成物の全固形分量を基準として０．１〜３０重量％が好ましく、より好ましくは１〜２０重量％である。０．１質量％未満では多官能チオールの添加効果が不充分であり、３０質量％を越えると感度が高すぎて逆に解像度が低下する。

着色樹脂組成物は、必要に応じて有機溶剤を含有することができる。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、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。

透明基板上に、上述の着色樹脂組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１０〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は任意であるが、分光透過率などを考慮すると通常はプリベーク後の膜厚で２μｍ程度である。着色樹脂組成物を塗布し着色層を形成した基板にパターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。

続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、乾燥、ポストベークして任意の一色の画素が得られる。尚、ポストベークは１８０℃〜２６０℃で１５〜６０分ほど行うことが好ましい。

以上の一連の工程を、着色樹脂組成物およびパターンを替え、必要な数だけ繰り返すことで必要な色数が組み合わされた着色パターンすなわち複数色の画素を得ることができる。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてこれに限定されるものではない。

［変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の合成］
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｇにアクリル酸１７．９ｇ及びフェノール２７．２ｇを公知の方法で付加させたエポキシ化合物と、ビフタル酸無水物３８．７ｇを公知の方法にて反応させた。これをシクロヘキサノンで固形分濃度２０％に調整し、光重合性不飽和基を有する変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）を得た。（Ｍｗ＝４６００、酸価（固形分）８１ｍｇＫＯＨ／ｇ、粘度５９．６ｍＰａ・ｓ、固形分３７．５％）。

［変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−２）の合成］
ビフェニルシクロヘキシルケトン７０．５ｇ、過剰量のフェノール２００．７ｇを公知の方法にて反応させた後精製して得た生成物のうち５７．５ｇを、エピクロルヒドリン１９５．８ｇと反応させ、溶媒を留去して、１，１−ビス（４'−エポキシプロピルオキシフェニル）−１−（１''−ビフェニル）−１−シクロヘキシルメタン（以下、化合物ａともいう）５７ｇ（収率７９％）を得た。（融点６４．２℃、エポキシ当量２８２、ｎ＝０．０４）。上述の方法にて得た化合物a１６９５ｇ、アクリル酸４４３ｇ、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール６ｇを公知の方法にて付加させたエポキシ化合物と、無水コハク酸４８２ｇを公知の方法にて反応させた。これをシクロヘキサノンで固形分濃度２０％に調整し、光重合性不飽和基を有する変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−２）を得た。（Ｍｗ＝４２００、Ｍｎ＝２１００、酸価（固形分）５５ｍｇＫＯＨ／ｇ）。

［着色樹脂組成物の調製］
下記の要領で赤、青、緑の着色樹脂組成物を調製した。
＜赤色着色樹脂組成物＞
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部
（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」）
赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７ ２部
（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」）
分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」） ２部
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１） １０８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樹脂組成物を得た。

上記分散体 １３０部
トリメチロールプロパントリアクリレート １３部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」） ３部
増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ-Ｆ」） １部
シクロヘキサノン ２５３部。

＜青色着色樹脂組成物＞
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青色顔料の分散体を作製した。

青色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５ ５０部
（東洋インキ製造（株）製「リオノールブルーＥＳ」）
紫色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３ ２部
（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット ５８９０」）
分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６部
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１） ２００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青色着色樹脂組成物を得た。

上記分散体 ２６８部
トリメチロールプロパントリアクリレート １９部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」） ４部
増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２部
シクロヘキサノン ２１４部。

＜緑色着色樹脂組成物１＞
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青色顔料の分散体を作製した。

緑色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６ １６部
（東洋インキ製造（株）製「リオノールグリーン ６ＹＫ」）
黄色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０ ８部
（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ-５６８８」）
分散剤（ビックケミー社製「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ-１６３」） ２部
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１） １００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緑色着色樹脂組成物を得た。

上記分散体 １２８部
トリメチロールプロパントリアクリレート １４部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
光開始剤（チバガイギー社製「イルガキュアー９０７」） ４部
増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２部
シクロヘキサノン ２５７部
＜緑色着色樹脂組成物２＞
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の代わりに、変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−２）を用いた以外は前記＜緑色着色樹脂組成物１＞と同様にして、緑色着色樹脂組成物２を得た。

＜緑色着色樹脂組成物３＞
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の代わりに、クレゾールノボラック樹脂（旭有機材工業社製、製品名；ＥＰ００１０Ａ）２０ｇをシクロヘキサノン８０ｇに溶解した樹脂溶液（Ａ−３）を用いた以外は前記＜緑色着色樹脂組成物１＞と同様にして、緑色着色樹脂組成物３を得た。

＜緑色着色樹脂組成物４＞
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の代わりに、ポリ（ｐ−ビニルフェノール）（丸善石油化学社製、製品名；マルカリンカーＭ Ｓ−１）２０ｇをシクロヘキサノン８０ｇに溶解した樹脂溶液（Ａ−４）を用いた以外は前記＜緑色着色樹脂組成物１＞と同様にして、緑色着色樹脂組成物４を得た。

［比較例］
＜緑色着色樹脂組成物５＞
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の代わりに、ベンジルメタクリレート／スチレン／メタクリル酸（共重合比率６０／１０／３０）を公知の方法で共重合させた樹脂（分子量約３５０００）２０ｇをシクロヘキサノン８０ｇに溶解した樹脂溶液（Ａ−５）を用いた以外は前記＜緑色着色樹脂組成物１＞と同様にして、緑色着色樹脂組成物５を得た。

＜緑色着色樹脂組成物６＞
変性エポキシ樹脂溶液（Ａ−１）の代わりに、メタクリル酸ブチル／メタクリル酸／メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル／メタクリル酸−２−イソシアナートエチル共重合体
（共重合比率２０／２０／４０／２０、分子量約３００００）を公知の方法で共重合させた樹脂（分子量約３５０００）２０ｇをシクロヘキサノン８０ｇに溶解した樹脂溶液（Ａ−６）を用いた以外は前記＜緑色着色樹脂組成物１＞と同様にして、緑色着色樹脂組成物６を得た。

［カラーフィルタの作製］得られた赤色着色樹脂組成物、青色着色樹脂組成物及び緑色着色樹脂組成物を用いて下記の要領でカラーフィルタを作成した。緑色着色樹脂組成物として、緑色着色樹脂組成物１〜６までを用い、実施例１〜４（実施例２〜４は本願に属さない参考実施例）及び比較例１、２とした。

ガラス基板に、赤色着色樹脂組成物をスピンコートにより膜厚２μｍとなるように塗布した。乾燥の後、露光機にてストライプ状のパターン露光をし、アルカリ現像液にて９０秒間現像した。続いて２１０℃のオーブンで３０分間ポストベークを行い、ストライプ状の着色層である赤色画素を透明基板上に形成した。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。以下、実施例及び比較例ではこのアルカリ現像液を用いて現像を行う。

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 ８．０重量％
（花王（株）製「ペリレックスＮＢＬ」）
水 ９０重量％
次に、緑色着色樹脂組成物も同様にスピンコートにて膜厚が２μｍとなるように塗布、
乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色画素とはずらした場所に露光し現像後ポストベークすることで、前述赤色画素と隣接した緑色画素を形成した。

さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色着色樹脂組成物についても膜厚２μｍで赤色画素、緑色画素と隣接した青色画素を形成した。これで、透明基板上に赤、緑、青の３色のストライプ状の画素を持つカラーフィルタが得られた。

実施例１〜４、および比較例１、２のカラーフィルタについて、用いた樹脂溶液の名称と樹脂の誘電正接の値、および緑色画素を構成する着色層の誘電正接の値を表１に、これをプロットしたものを図５に示す。誘電正接の値は代表値として２０Ｈｚにおける値を用いた。

緑色着色層の誘電正接は樹脂の誘電正接に大きく依存し、樹脂の誘電正接が０．００８を超えると緑色着色層の誘電正接は０．０３を上回り、樹脂の誘電正接が０．００４程度で緑色着色層の誘電正接が０．０２程度とすることができていた。

実施例１〜４のカラーフィルタ、および比較例１、２のカラーフィルタを用いて、各々横電界方式の液晶表示装置を作成したところ、実施例１〜４のカラーフィルタを用いた液晶表示装置においては、画素の液晶配向不良、駆動電圧の閾値ずれを発生させることなく良好な表示品位が得られた。これに対し、比較例１、２のカラーフィルタを用いた液晶表示装置においては、液晶配向不良、スイッチングの閾値ずれによる焼き付き現象が発生し、良好な表示特性が得られなかった。

横電界方式の液晶表示装置の断面模式図である。 赤色着色層の誘電正接の周波数特性を示す図である。 緑色着色層の誘電正接の周波数特性を示す図である。 青色着色層の誘電正接の周波数特性を示す図である。 樹脂の誘電正接と着色層の誘電正接との関係を示す図である。

符号の説明

１ …透明基板
２ …着色層
３ …偏光板
４ …画素電極
５ …共通電極
６ …駆動電界
７ …液晶層
１０…カラーフィルタ
２０…横電界方式の液晶表示装置

Claims (7)

1. 透明基板上に複数色の画素を備えるカラーフィルタにおいて、少なくとも１色の画素を構成する着色層が、誘電正接（ｔａｎδ）が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．００８以下である樹脂を含有する着色樹脂組成物を用いたカラーフィルタであり、かつ前記樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００ｇにアクリル酸１７．９ｇ及びフェノール２７．２ｇを公知の方法で付加させたエポキシ化合物と、ビフタル酸無水物３８．７ｇを反応させた光重合性不飽和基を有する変性エポキシ樹脂であることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記着色層の誘電正接（ｔａｎδ）が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で０．０３以下である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１色の画素が、緑色画素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. 前記緑色画素以外の画素が、赤色画素又は／及び青色画素である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. 前記着色層の比誘電率が周波数１０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で５．０以下であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタ。
6. 前記着色層上には保護層を有さないことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、又は請求項５記載のカラーフィルタ。
7. 請求項１〜請求項６のいづれか１項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。

Images