JP4892841B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置用のカラーフィルタとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示品質に優れた液晶表示装置、特に複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置と、このような液晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタおよびカラーフィルタの製造方法に関する。

近年、フラットディスプレイとして、液晶表示装置（ＬＣＤ）が注目されており、その薄型、軽量、低消費電力といった特徴により、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話、ビデオカメラ等から大画面テレビまで市場が急速に拡大してきた。
ＬＣＤ、特に大型のＬＣＤを考える場合、画面全域において視野角度によらない均一な輝度、コントラスト等が要求される。しかしながら、従来広く用いられている捩れ配向モード（ＴＮ−ＬＣＤ）では、その視野角度の狭さが大きな問題となっていた。そこで、近年In Plane Switchingモード（ＩＰＳモード）、光学補償ＴＮモード等、多くの視野角度改善モードが開発されている。

このような視野角度改善モードの一つである複数配向分割型垂直配向モード、すなわちMulti-domain Vertical Alignmentモード（ＭＶＡモード）は、（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答といった優位性から、現在広く注目を集めいている。
上記の複数配向分割（液晶分子の配向方向を複数方向とする）、いわゆるマルチドメイン化を実現するために、当初はマスクラビングを複数回繰り返す手法が考えられたが、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気発生、発塵等による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下等、多くの問題があった。

そこで、液晶パネル内に突起を設けることにより、ラビングの手法を用いずに液晶分子の傾斜方向を制御する手法が開発されている（特許文献１）。上記の液晶分子の配向を制御する突起は、例えば、４５°のジグザグストライプ状とすることができ、一画素内における配向方向を４分割とし、かつ、その分割面積が等しくなるように設計されている。また、上記の突起は、カラーフィルタ側とＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板側の双方に設けることができ、この場合、両基板を対向させてセル化したときに、双方の突起が交互に配列するように構成される。このような突起は、液晶分子にプレチルト角を付与し、かつ、電気力線を歪ませる役割をもち、この二つの効果により、電圧印加時に液晶分子が複数の異なった方向に配向することになる。さらに、最近では、ＴＦＴ基板側に上記の突起を設ける代わりに、仮想的な配向制御用突起として、透明電極にスリットを設けた構造が開発されている（特許文献２）。
特開平１１−２４２２２５号公報 特開平１０−１０４６４５号公報

しかしながら、従来のＭＶＡモードの液晶表示装置では、液晶分子の傾斜方向を制御する突起が画素中に存在するため、画面の明度が低下するという問題があった。特に、ポジ型の感光性樹脂組成物を使用して突起を形成する場合、露光、現像後のポストベーク（加熱処理）工程において、いわゆるメルトフロー現象による形状の変化（線幅の広がり）が生じ、突起の細線化が困難であり、画面の明度低下が避けられないものであった。

また、ＭＶＡモードの液晶表示装置に用いる従来のカラーフィルタでは、例えば、ブラックマトリックス、赤、緑、青の３色の着色層、突起、フォトスペーサ（液晶セルを所定の間隔とするためのスペーサ）の形成を行なう場合、６回のフォトリソグラフィー工程が必要であり、工程が複雑であり製造効率の向上に限界があった。また、各工程によりポジ型、ネガ型の感光性材料の使い分けが必要な場合、単一（例えば、ネガ型）の感光性材料を使用する既存の製造ラインを使用することができず、工程が煩雑なものになるという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、表示品質に優れた複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置と、このような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カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明は、
複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置に用いるカラーフィルタにおいて、透明基板と、該透明基板上に所定のパターンで配設された複数色の着色層と、該着色層を被覆する共通透明電極と、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起と、を備え、前記着色層は１画素領域内において着色層非形成部位を有し、該着色層非形成部位の幅は５〜１５μｍの範囲であり、前記突起はネガ型感光性樹脂組成物の硬化物であり、少なくとも画素領域内では前記着色層非形成部位に位置し、幅が５〜１５μｍの範囲で、かつ、前記着色層非形成部位の幅以下であり、突出高さは１．２〜１．７μｍの範囲であるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記着色層非形成部位は屈曲部を有するストライプ形状であるような構成、あるいは、前記着色層非形成部位は屈曲部を有する不連続ストライプ形状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記着色層非形成部位の幅は５〜１５μｍの範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、１画素に占める前記着色層非形成部位の面積は３〜２５％の範囲であるような構成とした。

本発明の他の態様として、各画素の境界部位にブラックマトリックスを備えるような構成とした。
本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置において、所定の間隔のセルを形成するように対向したＴＦＴ基板とカラーフィルタと、前記セルに充填された液晶層とを備え、前記カラーフィルタは上述のいずれかのカラーフィルタであり、前記ＴＦＴ基板は、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するためのスリットを有する透明電極を備えるような構成とした。

また、本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置において、所定の間隔のセルを形成するように対向したＴＦＴ基板とカラーフィルタと、前記セルに充填された液晶層とを備え、前記カラーフィルタは上述のいずれかのカラーフィルタであり、前記ＴＦＴ基板は、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備えるような構成とした。

本発明は、複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置に用いるカラーフィルタの製造方法において、透明基板の表面に所定色の着色層を、幅が５〜１５μｍの範囲である着色層非形成部位を含むパターンで形成する操作を複数色分繰り返す着色層形成工程と、複数色の前記着色層を覆うように共通透明電極を形成する電極形成工程と、前記共通透明電極上にネガ型感光性樹脂組成物を塗布し、前記透明基板の裏面から前記着色層をマスクとして前記ネガ型感光性樹脂組成物塗膜を露光し、現像して、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を突出高さが１．２〜１．７μｍの範囲となるように前記着色層非形成部位に形成する突起形成工程と、を有するような構成とした。

本発明の他の態様として、前記突起形成工程では、現像した後、突起に加熱処理を施すような構成とした。
本発明の他の態様として、前記着色層形成工程の前に、前記透明基板の表面にブラックマトリックスを形成するような構成、あるいは、前記着色層形成工程の後に、各画素の境界部位にブラックマトリックスを形成するような構成とした。

本発明では、カラーフィルタの配向制御用の突起幅が５〜１５μｍの範囲であり細いため、突起の存在が原因となる画面の明度低下を極力抑えることができ、このカラーフィルタを用いた複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置は、視野角が広く、明度が高いとともに、色純度も良好な表示画面が可能である。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法では、着色層非形成部位により配向制御用の突起の幅を制御できるので、突起の細線化が可能であり、また、ネガ型感光性樹脂組成物塗膜の露光をマスクレス（着色層をマスクとして使用する）とすることができ、露光操作が容易となり、また、突起の形成にネガ型感光性樹脂組成物を使用することにより、カラーフィルタの全工程でネガ型感光性材料を使用することが可能となり、既存の製造ラインの使用も可能で、工程が簡便なものとなる。

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。
［カラーフィルタ］
図１は、本発明の液晶表示装置用のカラーフィルタの一実施形態を示す部分平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における縦拡大断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線における縦拡大断面図である。図１〜図３において、本発明のカラーフィルタ１は、透明基板２と、この透明基板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４を備え、ブラックマトリックス３および着色層４を覆うように共通透明電極６を備えている。さらに、着色層４の着色層非形成部位５には、液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起７が位置し、これらの突起７を覆うように配向膜８を有している。
着色層４は、赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂがストライプ形状のパターンで配列されており、着色層４には着色層非形成部位５が形成されている。そして、突起７は、各着色層非形成部位５に位置している。

このような本発明のカラーフィルタ１を構成する透明基板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１７３７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。

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４の赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂからなる各画素（１画素は図１で太線により囲まれた領域）の間および着色層４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。尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックスを備えないものであってもよい。

赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂがストライプ形状のパターンで配列されている着色層４は、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４は、上述のように着色層非形成部位５を有している。図４は、赤色パターン４Ｒと緑色パターン４Ｇの部分拡大斜視図である。図１、図４に示されるように、着色層非形成部位５は、屈曲部５ａ，５ｂで屈曲しながら各着色パターン（赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇ、青色パターン４Ｂ）に沿って形成されているストライプ形状（ジグザグ形状）であり、突起７（図４では省略）は、この着色層非形成部位５に位置している。着色層非形成部位５の屈曲部５ａは、隣接する着色パターンとの境界部位（ブラックマトリックス３上）に位置するとともに、１個の画素領域の境界部位に位置しており、また、屈曲部５ｂは反対側に隣接する着色パターンの略中央部に位置している。尚、着色層非形成部位５の形状および着色パターン形状は、図示例の形状に限定されるものではない。

カラーフィルタ１を構成する突起７は、近傍の液晶分子にプレチルト角度を与える作用、および、電気力線を所望の方向に歪ませる作用をなすことにより、例えば、後述する液晶表示装置において、ＴＦＴ基板の透明画素電極が有するスリットあるいは突起と協働して液晶層の液晶分子の配向方向を複数方向に制御することを可能とするものである。

このような突起７は、その基部が着色層非形成部位５内に存在して透明基板２に固着され、上部は着色層非形成部位５から突出している。そして、突起７は、着色層非形成部位５の形状に対応したものであり、屈曲部を有するストライプ形状（ジグザグ形状）となっている。この突起７の幅Ｗ１は、５〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍ程度である。突起７の幅Ｗ１が５μｍ未満であると、突起７の強度が不充分となり、また、配向制御作用が低下する場合があり、一方、突起７の幅Ｗ１が１５μｍを超えると、突起７による画面の明度低下がみられ好ましくない。また、突起７の突出高さＨ（着色層４表面から突起７の最上部までの高さ）は、１〜２μｍ、好ましくは１．２〜１．７μｍ程度とすることができる。突起７の突出高さが１μｍ未満であると、配向制御作用が不充分となる場合があり、また、２μｍを超えると、非配向領域からの光漏れ等のため、コントラストが低下して好ましくない。このような突起７の材質は、樹脂、あるいは、樹脂中に導電性粉体等の所望の添加材を含有したものとすることができる。

尚、上記の着色層非形成部位５の幅Ｗ２（図４参照）は、突起７の幅を規制するものであり、５〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍ程度とすることができる。また、１画素に占める着色層非形成部位５の面積は３〜２５％、好ましくは５〜１５％程度とすることができる。１画素に占める着色層非形成部位の面積が３％未満であると、配向制御作用が不充分となる場合があり、また、２５％を超えると、突起７による画面の明度低下がみられ好ましくない。

また、カラーフィルタ１を構成する共通透明電極６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。このような共通透明電極６の厚みは、例えば、２００〜５０００Å程度とすることができる。
さらに、カラーフィルタ１を構成する配向膜８は、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは１００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜８は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、加熱することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。

図５は、本発明の液晶表示装置用のカラーフィルタの他の実施形態を示す部分平面図である。図５において、本発明のカラーフィルタ１′は、着色層非形成部位５′の形状、および、突起７′の形状が異なる他は、上述のカラーフィルタ１と同様である。すなわち、カラーフィルタ１′では、着色層非形成部位５′の形状が、屈曲部５′ａ、５′ｂで屈曲しながらの不連続ストライプ形状（ジグザグ形状）であり、これに対応して、突起７′も屈曲部を有する不連続ストライプ形状（ジグザグ形状）となっている。
このカラーフィルタ１′における突起７′は、不連続ストライプ形状（ジグザグ形状）である他は、上述の突起７と同様であり、幅Ｗ１、突出高さＨも、上述の突起７と同様である。

このような着色層非形成部位５′の形状は、図５に示される形状に限定されるものではない。
尚、カラーフィルタ１′の構成部材のうち、上述のカラーフィルタ１と同じものについては、同じ部材番号を付し、説明は省略する。
本発明のカラーフィルタは、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、フォトスペーサ（液晶セルを所定の間隔とするためのスペーサ）を備えるものであってもよい。

［液晶表示装置］
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。
図６は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す概略部分断面図である。図６において、液晶表示装置１１は、本発明のカラーフィルタ２１とＴＦＴ基板３１とを所定の間隔で対向させ、周辺部をシール部材（図示せず）により封止し、間隙部分に液晶層１２を備えた透過型の液晶表示装置である。尚、カラーフィルタ２１とＴＦＴ基板３１の外側には、それぞれ偏光板（図示せず）が配設されている。

本発明の液晶表示装置１１を構成する本発明のカラーフィルタ２１は、透明基板２２と、この透明基板２２上に形成されたブラックマトリックス２３および着色層２４を備え、ブラックマトリックス２３および着色層２４を覆うように共通透明電極２６を備え、さらに、着色層２４の着色層非形成部位２５には、液晶層１２の液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起２７が位置し、これらの突起２７を覆うように配向膜２８を有している。着色層２４は、赤色パターン２４Ｒ、緑色パターン２４Ｇおよび青色パターン２４Ｂがストライプ形状のパターンで配列されており、各色の着色層２４には、着色層非形成部位２５が形成されている。そして、突起２７は、各着色層非形成部位２５に位置している。尚、液晶表示装置１１を構成する本発明のカラーフィルタ２１は、上述の本発明のカラーフィルタ１と同様であり、ここでの説明は省略する。

本発明の液晶表示装置１１を構成するＴＦＴ基板３１は、透明基板３２上に液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３３、透明画素電極３４を備え、透明画素電極３４にはスリット３５が形成され、このような透明画素電極３４を覆うように配向膜３６が形成されている。
本発明の液晶表示装置１１を構成するＴＦＴ基板３１には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３３を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフィルタ２１の共通透明電極２６への電圧供給線（図示せず）が配設されている。これらのリード線は、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３３の製造工程で一括して形成されたアルミニウム等の金属からなるものである。

上記のＴＦＴ基板３１を構成する透明基板３２としては、上述のカラーフィルタ２１の透明基板２２と同じもの（カラーフィルタ１の透明基板２として挙げたもの）を使用することができる。また、スリット３５を備える透明画素電極３４は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スリットパターンを備えるマスクを介したスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。もしくは、公知のフォトリソグラフィーの手法とエッチングの手法を組み合わせることにより形成することができる。

透明画素電極３４に形成されたスリット３５は、図７に示されるように、カラーフィルタ２１の突起２７の配列ピッチに対して半ピッチずれたピッチで形成されている。図７に示されるスリット３５の形状は、突起２７の形状に対応して、屈曲部を有するストライプ形状（ジグザグ形状）である。尚、突起２７、スリット３５の形状は、不連続ストライプ形状（ジグザグ形状）等であってもよい。

また、ＴＦＴ基板３１を構成する配向膜３６は、上述のカラーフィルタ２１を構成する配向膜２８（カラーフィルタ１を構成する配向膜８）と同様に、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物により形成することができ、厚みは１００〜１０００Å程度とすることができる。このような配向膜３６は、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布した後、加熱することにより形成されるが、配向処理（ラビング）は不要である。
尚、本発明の液晶表示装置は、上述のスリット３５の代わりに、透明画素電極３４に配向制御用の突起が形成されたものであってもよい。

［カラーフィルタの製造方法］
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法について説明する。
図８〜図９は、上述の本発明のカラーフィルタ１を例とした本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態を説明するための工程図（図２相当の断面図）である。
本発明のカラーフィルタの製造方法では、透明基板２の表面２ａにブラックマトリックス３を形成し（図８（Ａ））、さらに、着色層非形成部位５を有するストライプ形状の赤色パターン４Ｒを形成し、同様の操作を繰り返して、着色層非形成部位５を有するストライプ形状の緑色パターン４Ｇを形成し、着色層非形成部位５を有するストライプ形状の青色パターン４Ｂを形成して、着色層４を形成する（図８（Ｂ））。形成された赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇ、青色パターン４Ｂからなる着色層４では、図１、図４に示されるように、着色層非形成部位５が、屈曲部５ａ，５ｂで屈曲しながら各着色パターン（赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇ、青色パターン４Ｂ）に沿って連続するストライプ形状（ジグザグ形状）となる。

ブラックマトリックス３の形成は、例えば、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することにより行なうことができる。また、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ブラックマトリックス３を形成してもよい。さらに、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ブラックマトリックス３を形成することもできる。

着色層４を構成する赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂは、例えば、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。尚、着色パターン４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの形成順序は上述の例に限定されるものではない。
これらの着色パターン４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに形成する着色層非形成部位５の幅は、後工程で形成する突起の幅を規制するものであり、５〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍ程度とすることができる。また、１画素に占める着色層非形成部位５の面積は３〜２５％、好ましくは５〜１５％程度とすることができる。

次に、複数色の着色パターン４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからなる着色層４を覆うように共通透明電極６を形成する（図８（Ｃ））。共通透明電極６の形成は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により行なうことができる。
次に、共通透明電極６上にネガ型感光性樹脂組成物を塗布し、透明基板２の裏面２ｂから着色層４をマスクとしてネガ型感光性樹脂組成物塗膜９を露光する（図９（Ａ））。その後、ネガ型感光性樹脂組成物塗膜９を現像することにより、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起７を着色層非形成部位５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに形成する（図９（Ｂ））。

使用するネガ型感光性樹脂組成物としては、公知のネガ型感光性樹脂組成物を使用することができる。例えば、アクリル系ネガ型感光性樹脂組成物として、少なくとも紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にＣ＝Ｃなるアクリル基を有し上記の発生したラジカルにより重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）、とから構成されるものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン−アクリル酸−ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にスペーサを介してアクリル基を導入したポリマー等が挙げられる。

また、突起７に必要に応じて添加物を含有させてもよい。例えば、カーボンブラック、銅−鉄−マンガン複合酸化物、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、アルミニウム、銀、酸化鉄等の導電性粉体をネガ型感光性樹脂組成物に添加して突起７を形成することができる。
尚、突起７を形成するための露光、現像が終了した後、突起７に対して加熱処理を施してもよい。この加熱処理は、例えば、温度２００〜２３０℃、処理時間３０〜６０分程度で適宜設定することができる。

次に、共通透明電極６と突起７を覆うように配向膜８を形成する（図９（Ｃ））。この配向膜８の形成は、例えば、可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物を、種々の印刷法、公知の塗布方法により塗布し、その後、加熱することにより行なうことができる。配向膜８の厚みは１００〜１０００Å程度とすることができる。尚、この配向膜８には配向処理（ラビング）は不要である。

本発明のカラーフィルタの製造方法では、ネガ型の感光性樹脂組成物を使用して突起７を形成するので、例えば、突起７に対して加熱処理を施しても、いわゆるメルトフロー現象による形状の変化（線幅の広がり）が生じることがない。このため、着色層４に設けた着色層非形成部位５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの形状に対応した高精細な突起７を形成することができる。また、ネガ型感光性樹脂組成物塗膜７′の露光をマスクレス（着色層４をマスクとして使用する）とすることができ、露光操作が容易である。さらに、カラーフィルタ製造の全工程をネガ型感光性材料を使用したものとすることが可能となり、既存の製造ラインの使用も可能で、工程が簡便なものとなる。

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透明基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、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、基板の片側全面にスパッタリング法によりクロム薄膜（厚み２０００Å）を形成した。このクロム薄膜上にポジ型感光性レジスト（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、所定のマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとして、クロム薄膜を硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の水溶液によりエッチングして、線幅２０μｍ、ピッチ１００μｍのブラックマトリックスを形成した。

次に、下記組成の赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を調製した。
（赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物）
・赤顔料 … ４．８重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 クロモフタルレッドＡ２Ｂ）
・黄顔料 … １．２重量部
（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９）
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） … ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） … ４．０重量部
・ポリマーＩ … ５．０重量部
・開始剤 … １．４重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７）
・開始剤 … ０．６重量部
（２，２′−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４′，５′−
テトラフェニル−１，２′−ビイミダゾール）
・溶剤 … ８０．０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）

（緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物）
・緑顔料 … ４．２重量部
（アビシア社製 モナストラルグリーン９Ｙ−Ｃ）
・黄顔料 … １．８重量部
（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９）
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） … ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） … ４．０重量部
・ポリマーＩ … ５．０重量部
・開始剤 … １．４重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７）
・開始剤 … ０．６重量部
（２，２′−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４′，５′−
テトラフェニル−１，２′−ビイミダゾール）
・溶剤 … ８０．０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）

（青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物）
・青顔料 … ６．０重量部
（ＢＡＳＦ社製 ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ）
・顔料誘導体（アビシア社製 ソルスパース５０００） … ０．６重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） … ２．４重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） … ４．０重量部
・ポリマーＩ … ５．０重量部
・開始剤 … １．４重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７）
・開始剤 … ０．６重量部
（２，２′−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４′，５′−
テトラフェニル−１，２′−ビイミダゾール）
・溶剤 … ８０．０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）

尚、上記のポリマーＩは、ベンジルメタクリレート：スチレン：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝１５．６：３７．０：３０．５：１６．９（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１６．９モル％付加したものであり、重量平均分子量は４２５００である。

次いで、ガラス基板上にブラックマトリックスを覆うように赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、赤色パターン用のフォトマスクを介して、露光、現像して、赤色パターンを形成した。この赤色パターンは、図１に示されるように、画素（１００μｍ×３００μｍの長方形状）が連続したストライプ形状であり、幅（開口幅）１０μｍの着色層非形成部位（３００μｍピッチで同一方向の屈曲部を有するストライプ形状（ジグザグ形状））を有するものであった。尚、１画素の赤色パターンに占める着色層非形成部位の面積は１５％であった。

その後、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を用いて、同様の操作により、緑色パターン、青色パターンを形成した。これにより、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンが、図１に示されるようなストライプ形状で配列された着色層を形成した。
次に、ブラックマトリックス、着色層を覆うように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる共通透明電極（厚み１５００Å）をスパッタリング法により形成した。

次に、下記組成の突起形成用のネガ型感光性樹脂組成物を共通透明電極上にスピンコート法により塗布し、ガラス基板の裏面から下記の条件で露光した。
（突起形成用のネガ型感光性樹脂組成物Ａ）
・メタクリル酸メチル−スチレン−アクリル酸共重合体 … ４２重量部
・エピコート１８０Ｓ７０（三菱油化シェル（株）製） … １８重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート … ３２重量部
・開始剤 … ８重量部
（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７）
・溶剤 … ３００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）
（露光条件）
・露光量 ： ８０ｍＪ／ｃｍ²

次いで、水酸化カリウム水溶液を用いてネガ型感光性樹脂組成物を現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施して、配向制御用の突起を形成した。この突起は、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターンの着色層非形成部位に位置するとともに、線幅が１０μｍ、着色層からの突出高さが１．３μｍであった。
次に、共通透明電極と突起を覆うように、配向膜用塗料（日産化学（株）製 ＳＥ−５３００）をスピンコート法で塗布し、２２０℃、６０分間の加熱処理を施して、厚み（共通透明電極上の厚み）２００Åの配向膜を形成し、本発明のカラーフィルタを得た。

一方、ＴＦＴ基板用の透明基板として、３００ｍｍ×４００ｍｍ、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、基板の片側全面にスパッタリング法により酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を１５００Åの厚さに成膜して透明電極とした。
次に、この透明電極上にポジ型感光性レジスト（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、所定のマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングして、スリットを形成した。このスリットは、線幅１０μｍであり、形状および配列ピッチは上記の突起の形状、配列ピッチと同じものとした。その後、上記のカラーフィルタ作製の場合と同様にして、スリットを備えた透明電極上に厚み２００Åの配向膜を形成し、ＴＦＴ基板を得た。

尚、実際のＴＦＴ基板は、液晶駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えた基板上に、画素形状にパターニングされた透明画素電極を備えるが、本実施例では、簡略化のためＴＦＴを省略し、画素形状にパターニングしていない透明電極にスリットを形成してＴＦＴ基板とした。
次に、カラーフィルタとＴＦＴ基板を配向膜形成面側を対向させるようにして５μｍのギャップを設けて貼り合わせた。このとき、カラーフィルタの配向制御用の突起とＴＦＴ基板のスリットが図７に示されるように半ピッチずれるように設定した。次いで、真空注入法を用いて液晶をセル内に注入し、注入口を紫外線硬化樹脂を用いて封止し、アニーリング処理を行い、流動配向効果をキャンセルした。これにより、評価用の液晶表示装置を作製した。

［実施例２］
赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターンに形成する着色層非形成部位の幅（開口幅）を１５μｍとし、線幅１５μｍの配向制御用の突起を形成し、また、ＴＦＴ基板の透明電極のスリット幅を１５μｍとした他は、実施例１と同様にして、評価用の液晶表示装置を作製した。

［実施例３］
赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターンに形成する着色層非形成部位の幅（開口幅）を５μｍとし、線幅５μｍの配向制御用の突起を形成し、また、ＴＦＴ基板の透明電極のスリット幅を５μｍとした他は、実施例１と同様にして、評価用の液晶表示装置を作製した。

［比較例１］
赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターンに形成する着色層非形成部位の幅（開口幅）を２５μｍとし、線幅２５μｍの配向制御用の突起を形成し、また、ＴＦＴ基板の透明電極のスリット幅を２５μｍとした他は、実施例１と同様にして、評価用の液晶表示装置を作製した。

［比較例２］
実施例１と同様にして、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成した。
次に、実施例１と同じ組成の赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を使用して、実施例１と同様に、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターンからなる着色層を形成した。但し、各着色パターンは着色層非形成部位を備えないものとした。
次に、ブラックマトリックス、着色層を覆うように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる共通透明電極を実施例１と同様にして形成した。

次に、ポジ型感光性樹脂組成物（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を共通透明電極上にスピンコート法により塗布し、その後、突起形成用のフォトマスク（３００μｍピッチで屈曲部を有するストライプ形状（ジグザグ形状）で線幅が１１μｍの遮光部を備える）を介して下記の条件で露光した。
（露光条件）
・露光量 ： ８０ｍＪ／ｃｍ²
・露光ギャップ ： ７５μｍ

次いで、水酸化カリウム水溶液を用いてネガ型感光性樹脂組成物を現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施して、配向制御用の突起を形成した。この突起は、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンの各着色パターン上に位置（実施例１の突起と同じ位置に形成した）するとともに、線幅が１５〜２０μｍ、高さが１．３〜１．５μｍであった。
その後、実施例１と同様にして、配向膜を形成してカラーフィルタを得た。
上記のカラーフィルタと、実施例１と同じＴＦＴ基板を用いて、実施例１と同様に、評価用の液晶表示装置を作製した。

［評 価］
上述のように作製した液晶表示装置（実施例１〜３、比較例１〜２）について、バックライト上に載置して電圧のＯＮ／ＯＦＦによる白・黒表示を行った時の明るさに基いて表示品位を評価し、結果を下記の表１に示した。

複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置等に利用することができる。

本発明の液晶表示装置用のカラーフィルタの一実施形態を示す部分平面図である。 図１のＡ−Ａ線における縦拡大断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における縦拡大断面図である。 赤色パターンと緑色パターンの部分拡大斜視図である。 本発明の液晶表示装置用のカラーフィルタの他の実施形態を示す部分平面図である。 本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す概略部分断面図である。 本発明の液晶表示装置における配向制御用の突起と透明画素電極のスリットの位置関係を示すための図である。 本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。 本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。

符号の説明

１，１′…カラーフィルタ
２…透明基板
３…ブラックマトリックス
４…着色層
４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…着色パターン
５，５′…着色層非形成部位
６…共通透明電極
７，７′…突起
８…配向膜
１１…液晶表示装置
１２…液晶層
２１…カラーフィルタ
２２…透明基板
２３…ブラックマトリックス
２４…着色層
２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ…着色パターン
２５…着色層非形成部位
２６…共通透明電極
２７…突起
２８…配向膜
３１…ＴＦＴ基板
３２…透明基板
３３…ＴＦＴ
３４…透明画素電極
３５…スリット
３６…配向膜

Claims (11)

1. 複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置に用いるカラーフィルタにおいて、
   透明基板と、該透明基板上に所定のパターンで配設された複数色の着色層と、該着色層を被覆する共通透明電極と、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起と、を備え、前記着色層は１画素領域内において着色層非形成部位を有し、該着色層非形成部位の幅は５〜１５μｍの範囲であり、前記突起はネガ型感光性樹脂組成物の硬化物であり、少なくとも画素領域内では前記着色層非形成部位に位置し、幅が５〜１５μｍの範囲で、かつ、前記着色層非形成部位の幅以下であり、突出高さは１．２〜１．７μｍの範囲であることを特徴とする液晶表示装置用のカラーフィルタ。
2. 前記着色層非形成部位は屈曲部を有するストライプ形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用のカラーフィルタ。
3. 前記着色層非形成部位は屈曲部を有する不連続ストライプ形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用のカラーフィルタ。
4. 前記着色層非形成部位の幅は５〜１５μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置用のカラーフィルタ。
5. １画素に占める前記着色層非形成部位の面積は３〜２５％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶表示装置用のカラーフィルタ。
6. 各画素の境界部位にブラックマトリックスを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液晶表示装置用のカラーフィルタ。
7. 複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置において、
   所定の間隔のセルを形成するように対向したＴＦＴ基板とカラーフィルタと、前記セルに充填された液晶層とを備え、前記カラーフィルタは請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のカラーフィルタであり、前記ＴＦＴ基板は、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するためのスリットを有する透明電極を備えることを特徴とする液晶表示装置。
8. 複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置において、
   所定の間隔のセルを形成するように対向したＴＦＴ基板とカラーフィルタと、前記セルに充填された液晶層とを備え、前記カラーフィルタは請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のカラーフィルタであり、前記ＴＦＴ基板は、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を備えることを特徴とする液晶表示装置。
9. 複数配向分割型垂直配向モードの液晶表示装置に用いるカラーフィルタの製造方法において、
   透明基板の表面に所定色の着色層を、幅が５〜１５μｍの範囲である着色層非形成部位を含むパターンで形成する操作を複数色分繰り返す着色層形成工程と、
   複数色の前記着色層を覆うように共通透明電極を形成する電極形成工程と、
   前記共通透明電極上にネガ型感光性樹脂組成物を塗布し、前記透明基板の裏面から前記着色層をマスクとして前記ネガ型感光性樹脂組成物塗膜を露光し、現像して、液晶分子の配向方向を複数方向に制御するための突起を突出高さが１．２〜１．７μｍの範囲となるように前記着色層非形成部位に形成する突起形成工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
10. 前記突起形成工程では、現像した後、突起に加熱処理を施すことを特徴とする請求項９に記載のカラーフィルタの製造方法。
11. 前記着色層形成工程の前に、前記透明基板の表面にブラックマトリックスを形成することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のカラーフィルタの製造方法。

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