JPH11218607A

JPH11218607A - カラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JPH11218607A
Application number: JP3548798A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Hatano; 智彦幡野; Mizuyo Nakajima; 瑞世中島
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフ
ィルタであって、コントラストの低下や残像等の表示不
良が発生するという問題が生じにくいカラーフィルタを
提供すること。【解決手段】透明基板上に、少なくとも遮光剤を樹脂
中に分散させて成るブラックマトリックス層を設け、ブ
ラックマトリックスの開口部及びブラックマトリックス
上の一部に３原色のそれぞれの着色層を設けたカラーフ
ィルターにおいて、赤色着色層の画素内段差ΔＴ_R 、緑
色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、青色着色層の画素内段差
ΔＴ_B が全て０．５μｍ以下であることを特徴とするカ
ラーフィルタ及びその製造方法を提供した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に使
用されるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にカラーフィルタは、透明基板上に
形成された赤、緑、青の３原色の着色層を一絵素として
多数の絵素から構成されている。そして、各着色層間に
は、表示コントラストを高めるために遮光領域（画面上
では、一般に黒色に見えることから、ブラックマトリッ
クスと称されている）が設けられている。

【０００３】カラーフィルタ上に着色層を形成する方法
としては、フォトリソグラフィ法を用いて形成した可染
媒体を染色する方法、感光性の顔料分散組成物を用いる
方法、非感光性の顔料分散組成物をエッチングする方
法、パターニングした電極を利用した電着法等の他に、
低コストの製造方法として印刷法やインクジェット法で
着色部分を形成する方法もある。

【０００４】また、従来のカラーフィルタのブラックマ
トリックスは、微細にパターニングされた金属薄膜、あ
るいは遮光剤により着色された樹脂をパターニングする
ことにより形成されることが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】金属薄膜によるブラッ
クマトリックスの場合、反射光が大きく、また、製造コ
ストが高く、さらにはパターン加工を行う際に６価クロ
ム等の有害な物質を生成し、環境汚染が問題となる場合
もある。金属酸化物、あるいは金属窒化物を用いた多層
膜によるブラックマトリックスの場合は、反射光は小さ
くなるものの、製造コスト及び環境汚染の問題について
は軽減されない。一方、遮光剤によって着色された樹脂
をパターニングして得られたブラックマトリックスの場
合、金属薄膜の場合に比べ、低反射という利点がある。
しかしながら、樹脂ブラックマトリックスを用いた従来
のカラーフィルタでは部分的に液晶の配向不良が発生
し、光漏れによるコントラスト低下や残像等の問題が生
じやすい。また、ラビングの不均一も生じやすく、これ
による表示不良が発生しやすくなる。

【０００６】従って、本発明の目的は、樹脂ブラックマ
トリックスを用いたカラーフィルタであって、配向不良
に起因する表示不良や光漏れによるコントラスト不足、
残像等の問題が起きにくいカラーフィルタ及びその製造
方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、鋭意研
究の結果、樹脂ブラックマトリックスを用いると画素内
段差が大きくなり、これがブラックマトリックス開口部
周辺での液晶配向不良やプレチルト角の不均一をもたら
し、これにより表示の不均一や光漏れによるコントラス
ト不足、残像等の問題が発生することを見出し、かつ、
画素内段差を一定値以下にすることでこの問題を解決で
きることを見出して本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、透明基板上に、少な
くとも遮光剤を樹脂中に分散させて成るブラックマトリ
ックス層を設け、ブラックマトリックスの開口部及びブ
ラックマトリックス上の一部に３原色のそれぞれの着色
層を設けたカラーフィルターにおいて、赤色着色層の画
素内段差ΔＴ_R 、緑色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、青色
着色層の画素内段差ΔＴ_B が全て０．５μｍ以下である
ことを特徴とするカラーフィルタを提供する。また、本
発明は、透明基板上に、少なくとも遮光剤を樹脂中に分
散させて成るブラックマトリックス層を設ける工程と、
次いでブラックマトリックスの開口部及びブラックマト
リックス上の一部に３原色のそれぞれの着色層を設ける
工程とを有するカラーフィルタの製造方法において、該
着色層の表面を研磨し、それによって赤色着色層の画素
内段差ΔＴ_R 、緑色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、青色着
色層の画素内段差ΔＴ_B を全て０．５μｍ以下にするこ
とを特徴とするカラーフィルタの製造方法を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のカラーフィルタは、透明
基板上に、遮光剤を樹脂中に分散させて成るブラックマ
トリックス層を設け、さらにその上に３原色から成る各
着色層を塗布、パターン加工して開口部及びブラックマ
トリックス上の一部に積層せしめてなる。

【００１０】本発明に用いられる透明基板としては、特
に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケイ酸ガ
ラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートし
たソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機プラス
チックのフィルム又はシート等が好ましく用いられる。

【００１１】透明基板上に遮光剤を樹脂中に分散させて
成るブラックマトリックスを設ける。ブラックマトリッ
クスに用いられる樹脂としては、特に限定されないが、
エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン
系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等の感光性又は非感
光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリック
ス用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い
耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマトリ
ックス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ
樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好まし
く用いられる。

【００１２】ここで、ポリイミド樹脂としては、特に限
定されるものではないが、通常下記一般式［Ｉ］で表さ
れる構造単位を主成分とするポリイミド前駆体（ｎ＝１
〜２）を、加熱又は適当な触媒によってイミド化したも
のが好適に用いられる。

【００１３】

【化１】

【００１４】また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合
の他に、アミド結合、スルホン結合、エーテル結合、カ
ルボニル結合等のイミド結合以外の結合が含まれていて
も差支えない。

【００１５】上記一般式[I] 中、Ｒ¹ は少なくとも２個
以上の炭素原子を有する３価又は４価の有機基である。
耐熱性の面から、Ｒ¹ は環状炭化水素、芳香族環又は芳
香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価又は
４価の基が好ましい。Ｒ¹ の例として、フェニル基、ビ
フェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン
基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジ
フェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルト
リフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチ
ル基等が挙げられるがこれらに限定されない。

【００１６】Ｒ² は少なくとも２個以上の炭素原子を有
する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ² は環
状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ
炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ² の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノ
ン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニル
メタン基、シクロヘキシルメタン基等が挙げられるがこ
れらに限定されない。構造単位[I] を主成分とするポリ
マーは、Ｒ¹ 、Ｒ² がこれらのうち各々１種から構成さ
れていてもよいし、各々２種以上から構成される共重合
体であってもよい。さらに、基板との接着性を向上させ
るために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分と
して、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピ
ル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合するのが好
ましい。

【００１７】構造単位[I] を主成分とするポリマーの具
体的な例として、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-
ビフェニルトリフルオロプロパンテトラカルボン酸二無
水物、3,3',4,4'-ビフェニルスルホンテトラカルボン酸
二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二
無水物等から成る群から選ばれた１種以上のカルボン酸
二無水物と、パラフェニレンジアミン、3,3'- ジアミノ
ジフェニルエーテル、4,4'- ジアミノジフェニルエーテ
ル、3,4'- ジアミノジフェニルエーテル、3,3'- ジアミ
ノジフェニルスルホン、4,4'- ジアミノジフェニルスル
ホン、4,4'- ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4'-
ジアミノジフェニルメタンなどの群から選ばれた１種以
上のジアミンから合成されたポリイミド前駆体が挙げら
れるが、これらに限定されない。これらのポリイミド前
駆体は公知の方法、すなわち、テトラカルボン酸二無水
物とジアミンを選択的に組み合わせ、溶媒中で反応させ
ることにより合成される。

【００１８】ブラックマトリックス用の遮光剤として
は、カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属
酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色
の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、
特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ま
しい。分散の良い粒径の小さいカーボンブラックは主と
して茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対
する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好まし
い。

【００１９】ブラックマトリックス用の樹脂がポリイミ
ドの場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系極性溶媒、
γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒等が好適
に使用される。

【００２０】カーボンブラックや、カーボンブラックに
対して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法として
は、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤
等を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、
ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがある
が、この方法に特に限定されない。また、カーボンブラ
ックの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上
のために種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２１】樹脂ブラックマトリックスの製法として
は、黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、
パターニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法とし
ては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダ
イコーティング法、ワイヤバーによる方法などが好適に
用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて
加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使
用する樹脂、溶媒、ペースト塗布料により異なるが、通
常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好まし
い。

【００２２】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じ
て、ポジ形フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、ま
た、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆
体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布料により
若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱
するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明基
板上にブラックマトリックスが形成される。

【００２３】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ま
しくは０．５〜１．５μｍ、より好ましくは０．８〜
１．３μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場
合には遮光性が不十分になることからも好ましくない。
一方、膜厚が１．５μｍよりも厚い場合には、遮光性は
確保できるものの、カラーフィルターの平坦性が犠牲に
なり易く、段差が生じやすい。画素内段差が生じた場
合、カラーフィルタ上部に透明導電膜や液晶配向膜を形
成させても段差はほとんど軽減されず、液晶配向膜のラ
ビングによる配向処理が不均一になったり、セルギャッ
プにばらつきが生じたりして、液晶表示素子の表示品位
が低下する。このような場合に表面段差を小さくするた
めには、着色層上に透明保護膜を設けることが有効であ
る。

【００２４】また、樹脂ブラックマトリックスの遮光性
は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、
液晶表示素子の表示品位を向上させるためには、好まし
くは２．５以上であり、より好ましくは３．０以上であ
る。また、樹脂ブラックマトリックスの膜厚の好適な範
囲を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定め
られるべきである。

【００２５】樹脂ブラックマトリックスの反射率は、反
射光による影響を低減し液晶表示素子の表示品位を向上
させるために、４００〜７００ｎｍの可視領域での視感
度補正された反射率（Ｙ値）で２％以下が好ましく、よ
り好ましくは１％以下である。

【００２６】樹脂ブラックマトリックス間には通常（２
０〜２００）μｍｘ（２０〜３００）μｍの開口部が設
けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３
原色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、
１つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により
被覆され、各色の着色層が複数配列される。

【００２７】カラーフィルターを構成する着色層は、少
なくとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法により
カラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の３原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行
う場合は、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー
（Ｙ）の３原色が選ばれる。一般には、これらの３原色
を含んだ要素を１単位としてカラー表示の絵素とするこ
とができる。着色層には、着色剤により着色された樹脂
が用いられる。

【００２８】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さ
らには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々
の添加剤を添加してもよい。有機顔料としては、フタロ
シアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリドン
系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が好適
に用いられる。

【００２９】着色層に用いられる樹脂としては、エポキ
シ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等
の感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられ、着色
剤をこれらの樹脂中に分散あるいは溶解させて着色する
ことが好ましい。感光性の樹脂としては、光分解型樹
脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂等のタイプがあり、特
にエチレン不飽和結合を有するモノマ、オリゴマ又はポ
リマと紫外線によりラジカルを発生する開始剤とを含む
感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成物等が好適に
用いられる。非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリ
マ等で現像処理が可能なものが好ましく用いられるが、
透明導電膜の製膜工程や液晶表示装置の製造工程でかか
る熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好まし
く、また、液晶表示装置の製造工程で使用される有機溶
剤への耐性を持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド
系樹脂が特に好ましく用いられる。ここで、好ましいポ
リイミド樹脂としては、上記した樹脂ブラックマトリッ
クスの材料として好ましく用いられるポリイミド樹脂を
挙げることができる。

【００３０】着色層を形成する方法としては、樹脂ブラ
ックマトリックスを形成した基板上に塗布、乾燥した後
に、パターニングを行う。着色剤を分散又は溶解させ着
色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤
を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボ
ールミルなどの分散機中で分散させる方法などがある
が、この方法に特に限定されない。

【００３１】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法等が好適に用いられ、この後、オーブンやホッ
トプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セ
ミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量
により異なるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱す
ることが好ましい。

【００３２】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジスト又は酸素遮断膜を除去し、加
熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂により
異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合に
は、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一
般的である。以上のプロセスにより、ブラックマトリッ
クスを形成した基板上にパターニングされた着色層が形
成される。

【００３３】上記のようにブラックマトリックスを形成
した基板上に第１色目の着色層を全面にわたって形成し
た後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により除
去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成する。
この場合、ブラックマトリックスの開口部を少なくとも
被覆する部分と、着色層の積層によりスぺーサーを形成
する部分に着色層を残す。第２色目、第３色目も同様な
操作を繰り返し、樹脂ブラックマトリックスの開口部上
には１層の着色層が、また、スペーサーには３層の着色
層が残るように着色層を形成する。

【００３４】３原色の膜厚は、特に限定されないが、好
ましくは１層当たり０．９〜３μｍ、より好ましくは
１．６〜２．４μｍである。着色層の厚さが０．９μｍ
以下の場合、ブラックマトリックスのパターンエッジ上
でのカラーフィルタ表面の傾斜角が大きくなり、配向不
良を引き起こしやすい。一方、膜厚が３μｍを超えると
着色層の均一塗布が難しくなる。また、それぞれの着色
層のパターンとブラックマトリックス層の重なり幅は４
μｍ以下であることが好ましい。

【００３５】着色層の上には必要に応じて透明保護膜を
形成できる。透明保護膜に用いられる樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエ
ステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ゼラチン等が好ましく用いられるが、透明性導電膜
の成膜工程や液晶表示装置の製造工程でかかる熱に耐え
られるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液
晶表示装置の製造装置で使用される有機溶剤への耐性を
持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹脂やアク
リル系樹脂が好ましく用いられる。

【００３６】透明保護膜を塗布する方法としては、黒色
ペースト、着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロ
ールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワ
イヤーバーによる方法等が好適に用いられ、この後、オ
ーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。この
とき、レベリング性向上を目的として、必要に応じて真
空乾燥、予備加熱乾燥（セミキュア）を行ってもよい。
セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布
量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分間
加熱することが好ましい。また、加熱乾燥時のキュア条
件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹
脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２
００〜３００℃で１〜６０分間加熱するのが一般的であ
る。

【００３７】透明保護膜の膜厚は０．０５〜３．０μｍ
が好ましい。画素内段差を小さくする点からは厚い方が
効果的であるが、均一塗布が難しくなる。また、ブラッ
クマトリックス層、着色層の膜厚の組合せより好適に選
ぶことができる。

【００３８】本発明のカラーフィルタでは、赤色着色層
の画素内段差ΔＴ_R 、緑色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、
青色着色層の画素内段差ΔＴ_B が全て０．５μｍ以下、
好ましくは０．２μｍ以下である。本発明で言う、「画
素内段差ΔＴ」について図１に基づいて説明する。図１
はカラーフィルタの模式断面図である。図１に示される
カラーフィルタは、透明基板２２上にブラックマトリッ
クス２４及び該ブラックマトリックス２４の開口部上及
び外ブラックマトリックスの一部上に設けられた着色層
２６を有する。着色層２６は、ブラックマトリックス２
４のパターン上では、図示のように平坦であるが、ブラ
ックマトリックス２４のパターン上では、図示のように
ブラックマトリックス２４のために着色層２６が盛り上
がる。必要によりこの上に透明電極３０を設ける場合も
あるが、ブラックマトリックス上の盛り上がりは解消さ
れない。作製されたカラーフィルタの開口部の平坦部分
と盛り上がりの頂点までの段差を本発明で規定する「画
素内段差ΔＴ」と定義する。単一の画素内でも、領域に
より段差が異なることが普通であるが、本発明では、単
一の画素内の最大の段差が０．５μｍ以下である。な
お、画素内段差ΔＴの測定は表面段差計、例えば日本真
空製、ＤＥＫＴＡＫで測定することができる。

【００３９】カラーフィルタの着色層パターンについて
図２に基づいて説明する。図２はカラーフィルタを平面
的に観察した模式図で、図２中、１４は樹脂ブラックマ
トリックス、３は着色層例えば青色着色層（Ｂ）、４は
着色層例えば赤色着色層（Ｒ）、５は着色層例えば緑色
着色層（Ｇ）である。３原色が一定のピッチで周期的に
配列されているカラーフィルタの場合、同一の色が連続
している方向の着色層パターンは図２の(1) に示すよう
にストライプ上に形成されることが多い。しかしなが
ら、本発明で規定される段差要件を実現するためには、
開口部と開口部の間のブラックマトリックスパターン上
には着色層を全面的に設けず、図２の(2)に示すように
アイランド上に形成する方が好ましい。パターンの形状
は、フォトリソ法で加工する場合、着色層を形成する際
に用いるフォトマスクのパターン加工条件により任意に
選択することができる。

【００４０】カラーフィルタを作製後、画素内段差ΔＴ
が本発明で規定される範囲内にない場合には、カラーフ
ィルタ基板上の着色層の表面を研磨することにより、画
素内段差を小さくし、本発明で規定される範囲内にする
ことができる。

【００４１】研磨は、通常用いられるバフ研摩により行
うことができる。研磨材としては、アルミナ粒子、酸化
セリウム粒子等が好ましく用いられるが特にこれらに限
定されない。バフ材としては不織布、スウェードタイプ
のものなどが広く用いられる。研磨の条件は特に限定さ
れないが、面圧は１０〜１００ｇ／ｃｍ² で１０秒〜５
分行うのが好ましい。面圧が強くなり過ぎると研磨量が
増え、研磨量の制御が困難になる他、研磨キズがつきや
すくなる。また、面圧が低すぎると十分に研磨されず、
画素内段差を低減することは困難となる。

【００４２】研磨を行う場合は、カラーフィルタ基板の
全面を均一に研磨する方法が好ましい。なお、着色層の
パターンをアイランド状にし、着色層やブラックマトリ
ックスの厚さを最適化する等により、研磨を行わなくて
も本発明で規定される画素内段差が達成される場合もあ
るが、この場合にはカラーフィルタ作製後の研磨は行わ
なくても良い。

【００４３】次に、上記カラーフィルターとＴＦＴ基板
とを用いて作製したカラー液晶表示素子について説明す
る。図３には、該カラー液晶表示素子の好ましい具体例
の断面図が模式的に示されている。図３中、１は透明基
板、２は樹脂ブラックマトリックス、３は着色層例えば
（Ｂ）、４は着色層例えば（Ｒ）、５は着色層例えば
（Ｇ）、６は透明電極、７は配向膜である。一方、１３
は、カラーフィルターと対向する透明電極基板の透明基
板であり、１２は液晶駆動回路付属電極、１１は絶縁
膜、１０は画素電極、９は配向膜である。８はカラーフ
ィルタとＴＦＴ基板に挟持される液晶である。カラーフ
ィルタとＴＦＴ基板の間にはセルギャップを保持するた
めの球状又は棒状のスペーサー１６が散布されている。
図３に示されるように、液晶表示素子は、上記カラーフ
ィルターと透明電極基板とを対向させて作製する。

【００４４】カラーフィルター上には、必要に応じてＩ
ＴＯ膜等の透明電極を形成する。近年、視覚特性が優れ
るという特徴で広く用いられるようになった、ＩＰＳ方
式の液晶表示素子の場合、カラーフィルタ上には透明電
極は形成されない。カラーフィルタと対向する透明電極
基板としては、ＩＴＯ膜等の透明電極がＴＦＴ基板上に
パターン化されて設けられる。カラーフィルタ及びＴＦ
Ｔ基板の表面には液晶配向膜が設けられ、ラビング等に
よる配向処理が施される。配向処理後にカラーフィルタ
及び透明電極を貼り合わせ、シール部に設けられた注入
孔から液晶を注入した後に、注入口を封止する。偏光板
を基板の外側に貼り合わせた後にＩＣドライバーなどを
実装することによりモジュールが完成する。

【００４５】本発明のカラー液晶表示素子は、パソコ
ン、ワードプロセッサー、エンジニアリング・ワークス
テーション、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビ
デオなどの表示画面に用いられ、また、鮮明な画像を提
供する液晶プロジェクション等にも好適に用いられる。

【００４６】

【実施例】以下、好ましい実施例に基づいて本発明をさ
らに詳しく説明するが、下記実施例によって本発明の効
力は何ら制限されるものではない。

【００４７】実施例１ (1) 樹脂ブラックマトリックスの作製 3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、4,4'
- ジアミノジフェニルエーテル及びビス（３−アミノプ
ロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−
ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。

【００４８】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて、7000 rpmで３０分間
分散し、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを調
製した。

【００４９】カーボンブラックミルベースの組成カーボンブラック（MA100 、三菱化成（株）製）４．６部ポリイミド前駆体溶液２４．０部Ｎ−メチルピロリドン６１．４部ガラスビーズ９０．０部

【００５０】ガラス基板（コーニング製、１７３７材）
に上記ブラックペーストをカーテンフローコーターで塗
布し、ホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥し、黒
色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプ
レー社製、ＳＲＣ−１００）をリバースロールコーター
で塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイク
し、超高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ² 紫外線照
射してマスク露光した後、２．２５％のテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジス
トの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パター
ンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離
し、ホットプレートで３００℃、１０分間加熱すること
でイミド化させ、ブラックマトリックス層を形成した。

【００５１】ブラックマトリックス層の膜厚を測定した
ところ、１．１５μｍであり、ＯＤ値は３．５であっ
た。

【００５２】(2) 着色層の作製次に、赤、緑、青の顔料として各々Color Index No.653
00 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔
料、Color Index No.74265 Pigment Green 36 で示され
るフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No. 74
160 Pigment blue15-4 で示されるフタロシアニンブル
ー系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶液に上記顔料
を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペー
ストを得た。

【００５３】次に、樹脂ブラックマトリックス基板上に
赤ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプ
レートで１３０℃、１０分間乾燥、赤色の樹脂塗膜を形
成した。この後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社
製、ＳＲＣ−１００）をリバースロールコーターで塗
布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、
超高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ² 紫外線照射し
てマスク露光した後、２．２５％のテトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジストの
現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを
形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、
ホットプレートで３００℃、１０分間加熱することでイ
ミド化させ、赤色着色層を形成した。マスクのパターン
はアイランドパターンであり、形成された赤色着色層パ
ターンもアイランドパターンであった。赤色着色層のブ
ラックマトリックス開口部における膜厚を測定したとこ
ろ１．６μｍであった。

【００５４】水洗後、同様にして樹脂ブラックマトリッ
クス上に赤色着色層を形成した基板に緑ペーストを塗
布、パターン加工し、緑色着色層を形成した。緑色着色
層のブラックマトリックス開口部での膜厚を測定したと
ころ１．６５μｍであった。

【００５５】さらに水洗後、同様にして樹脂ブラックマ
トリックス層上に赤、緑の着色層を形成した基板上に青
ペーストを塗布、パターン加工し、青色着色層を形成し
た。青色着色層のブラックマトリックス開口部における
膜厚を測定したところ、１．６μｍであった。

【００５６】(3) 透明保護膜と透明電極の作製この後、ポリアミック酸のＮ−メチル−２−ピロリドン
／ブチルセロソルブ溶液をスピンコーターで、仕上がり
膜厚が１．０μｍになるように塗布し、ホットプレート
で２８０℃、１０分間加熱してオーバーコート層を形成
し、さらにスパッタリング法によりＩＴＯを製膜したと
ころ、膜厚が１４０ｎｍで表面抵抗が１５Ω／□であっ
た。

【００５７】(4) 画素内段差の測定このようにして作製したカラーフィルタの各着色層の画
素内の画素内段差ΔＴを表面段差計（日本真空製、ＤＥ
ＫＴＡＫ）で測定したところ次の結果を得た。

【００５８】赤色着色層青側０．３９μｍ、緑側０．３４μｍ、開口部長辺側０．４３μｍ緑色着色層赤側０．３６μｍ、青側０．３１μｍ、開口部長辺側０．３６μｍ青色着色層緑側０．３７μｍ、赤側０．３４μｍ、開口部長辺側０．３７μｍ

【００５９】(5) カラー液晶表示素子の作製カラーフィルタ基板を中性洗剤で洗浄した後、ポリイミ
ド樹脂から成る配向膜を印刷法により塗布し、ホットプ
レートで２５０℃、１０分間焼成した。膜厚は０．０７
μｍであった。この後、カラーフィルタ基板をラビング
処理し、シール剤をディスペンス法により塗布、ホット
プレートで９０℃、１０分間焼成した。

【００６０】一方、コーニング製ガラス基板１７３７材
にＴＦＴアレイを形成した基板も同様に洗浄した後、配
向膜を塗布、焼成した。その後、スペーサーを散布し、
前記カラーフィルタ基板と重ね合わせ、オーブン中で加
圧しながら１６０℃で９０分間焼成、樹脂を硬化させ
た。このセルを１５０℃、１０^ー3ｔｏｒｒで真空アニー
ルした後、一度窒素雰囲気下で常圧に戻し、再度真空雰
囲気において液晶注入した。液晶注入はセルをチャンバ
ーに入れて室温で１０^ー3ｔｏｒｒまで減圧した後、液晶
注入孔を液晶槽に漬け、窒素を用いて常圧に戻して行っ
た。液晶注入後、ＵＶ硬化樹脂を用いて液晶注入孔を封
孔した。このパネルをＮＩ転移点以上の温度に加熱して
液晶を再配向させた。

【００６１】次に、偏光板をセルの２枚のガラス基板に
貼り付け、オートクレーブ中で温度５０℃、圧力５ｋｇ
ｆ／ｃｍ² の条件で処理して、セルを完成させた。得ら
れた液晶表示素子を顕微鏡で観察した結果、配向不良に
よる光漏れなどの不具合はなく、また、表示させたとき
にはセルギャップのムラによるムラも確認されず、品位
も良好であった。セルギャップを測定した結果、レンジ
で０．３μｍであった。

【００６２】比較例１赤、青、緑の着色層の膜厚を１．２μｍに変え、着色層
のパターンをストライプパターンに変更した他は実施例
１と同様にしてカラーフィルタを作製し、画素内段差の
測定を行った。結果は次の通りであった。

【００６３】赤色着色層青側０．４１μｍ、緑側０．３６μｍ、開口部長辺側０．６１μｍ緑色着色層赤側０．３４μｍ、青側０．２６μｍ、開口部長辺側０．６１μｍ青色着色層緑側０．３１μｍ、赤側０．２７μｍ、開口部長辺側０．５５μｍ

【００６４】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を実
施した。その結果、実施例１では問題にならなかった３
μｍ程度の貼り合わせずれの発生した素子で配向不良に
よる光漏れがわずかに認められた。また、セルギャップ
の不均一に起因する軽微な表示不良が発生した。

【００６５】比較例２比較例１において透明保護膜を形成せずに透明電極を形
成してカラーフィルタを作製した。この後、実施例１と
同様にして表面段差計で画素内段差ΔＴの測定を行っ
た。結果を記す。

【００６６】赤色着色層青側１．１８μｍ、緑側１．１９μｍ、開口部長辺側１．０２μｍ緑色着色層赤側１．０５μｍ、青側１．１０μｍ、開口部長辺側１．００μｍ青色着色層緑側１．０５μｍ、赤側１．０７μｍ、開口部長辺側０．９７μｍ

【００６７】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を実
施した。その結果、ブラックマトリックス開口部周辺で
光漏れが確認され、表示時の品位も劣っていた。コント
ラストを測定した結果、実施例１より低く８０：１であ
った。また、このセルのギャップを測定した結果、均一
ではあったが実施例１に比べて０．４μｍ厚かった。

【００６８】実施例２比較例１において、赤、青、緑の着色層を形成した後に
基板全面を研磨し、ＩＴＯをスパッタリング法により膜
厚が１４０ｎｍになるようにマスク成膜することでカラ
ーフィルタ基板を作製した。この基板の画素内段差を測
定したところ、次の結果が得られた。

【００６９】赤色着色層青側０．０５μｍ、緑側０．０７μｍ、開口部長辺側０．４５μｍ緑色着色層赤側０．１９μｍ、青側０．１５μｍ、開口部長辺側０．４８μｍ青色着色層緑側０．０９μｍ、赤側０．０９μｍ、開口部長辺側０．３７μｍ

【００７０】このときの研磨前後での画素開口部での膜
厚の変化は０．２μｍであった。

【００７１】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を実
施した。その結果、いずれもブラックマトリックス開口
部周辺での光漏れもなく、また、表示させたときの品位
も良好であった。また、コントラストを測定した結果、
いずれも１００：１以上であった。

【００７２】実施例３比較例１において赤、青、緑の着色層の膜厚を２．２μ
ｍに変えた他は比較例１と同様にしてカラーフィルタを
作製し、画素内段差の測定を行った。結果を記す。

【００７３】赤色着色層青側０．３０μｍ、緑側０．２８μｍ、開口部長辺側０．３５μｍ緑色着色層赤側０．２７μｍ、青側０．３０μｍ、開口部長辺側０．４０μｍ青色着色層緑側０．３５μｍ、赤側０．３７μｍ、開口部長辺側０．４２μｍ

【００７４】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を実
施した。その結果、実施例１と同様に配向不良による光
漏れ等の不具合はなく、また、表示させたときには残像
も確認されず、品位も良好であった。

【００７５】実施例４実施例１において、赤、青、緑の着色層を形成した後に
基板全面を研磨し、ＩＴＯをスパッタリング法により膜
厚が１４０ｎｍになるようにマスク成膜することでカラ
ーフィルタ基板を作製した。この基板の画素内段差を測
定したところ、次の結果が得られた。

【００７６】赤色着色層青側０．０５μｍ、緑側０．０７μｍ、開口部長辺側０．０４μｍ緑色着色層赤側０．１９μｍ、青側０．１５μｍ、開口部長辺側０．１５μｍ青色着色層緑側０．０９μｍ、赤側０．０９μｍ、開口部長辺側０．１２μｍ

【００７７】このときの研磨前後での画素開口部での膜
厚の変化は０．２μｍであった。

【００７８】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を実
施した。その結果、いずれもブラックマトリックス開口
部周辺での光漏れもなく、また、表示させたときの品位
も良好であった。また、コントラストを測定した結果、
いずれも１００：１以上であった。

【００７９】セルギャップの均一性は実施例１よりもさ
らに良く、レンジで０．２μｍ以内であった。

【００８０】実施例５実施例１において、赤、青、緑の着色層の膜厚を１．９
μｍにし、カラーフィルタを作製した。表面段差を測定
したところ、結果は次の通りであった。

【００８１】赤色着色層青側０．４５μｍ、緑側０．４３μｍ、開口部長辺側０．４６μｍ緑色着色層赤側０．３５μｍ、青側０．３３μｍ、開口部長辺側０．３４μｍ青色着色層緑側０．４１μｍ、赤側０．３２μｍ、開口部長辺側０．４２μｍ

【００８２】このとき、着色層とブラックマトリックス
との重なりは３〜４μｍであった。

【００８３】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を行
った。その結果、ブラックマトリックス開口部周辺で光
漏れは無く、コントラストも良好であった。

【００８４】比較例２実施例５において、赤、青、緑の着色層とブラックマト
リックスの重なりを４．５〜７μｍにした他は同様にカ
ラーフィルタを作製した。表面段差を測定したところ、
結果は次の通りであった。

【００８５】赤色着色層青側０．５０μｍ、緑側０．４８μｍ、開口部長辺側０．５５μｍ緑色着色層赤側０．４５μｍ、青側０．４０μｍ、開口部長辺側０．５１μｍ青色着色層緑側０．４６μｍ、赤側０．４０μｍ、開口部長辺側０．５３μｍ

【００８６】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を行
った。その結果、ブラックマトリックス開口部周辺で極
めて軽微な光漏れが認められた。

【００８７】実施例６透明保護膜をアクリル樹脂に変更した他は実施例５と同
様にしてカラーフィルタを作製し、画素内段差の測定を
行った。結果は次の通りであった。

【００８８】赤色着色層青側０．１７μｍ、緑側０．１６μｍ、開口部長辺側０．１９μｍ緑色着色層赤側０．１１μｍ、青側０．１４μｍ、開口部長辺側０．１０μｍ青色着色層緑側０．１３μｍ、赤側０．０５μｍ、開口部長辺側０．０８μｍ

【００８９】このカラーフィルタを用いて実施例１と同
様にしてカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を行
った。その結果、ブラックマトリックス開口部周辺での
光漏れは無く、また、セルギャップムラを観察した結
果、均一で良好であった。

【００９０】実施例７透明保護膜の膜厚を１．４μｍにした他は実施例６と同
様にしてカラーフィルタを作製し、画素内段差の測定を
行った。結果は次の通りであった。

【００９１】赤色着色層青側０．０８μｍ、緑側０．１０μｍ、開口部長辺側０．０３μｍ緑色着色層赤側０．０８μｍ、青側０．０９μｍ、開口部長辺側０．０６μｍ青色着色層緑側０．０５μｍ、赤側０．１０μｍ、開口部長辺側０．０３μｍ

【００９２】画素内段差は実施例６に比べて更に小さく
なった。このカラーフィルタを用いて実施例１と同様に
してカラー液晶表示素子を作製し、顕微鏡観察を行っ
た。その結果、ブラックマトリックス開口部周辺での光
漏れは無く、また、セルギャップムラを観察した結果、
極めて均一で良好であった。

【００９３】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタはブラックマト
リックス層が樹脂であり、かつカラーフィルタの画素内
段差が０．５μｍ以下の構造である。これを用いて液晶
表示装置を作製した場合、光漏れによるコントラストの
低下や残像等の表示不良の発生を防ぎ、優れた画質を表
示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で規定されるカラーフィルタ画素内段差
を説明するための模式断面図である。

【図２】本発明で規定されるアイランドパターンのカラ
ーフィルタの構成を説明するための模式図である。

【図３】本発明のカラーフィルタを使用したカラー液晶
表示装置の模式断面図である。

【符号の説明】

１透明基板（ガラス基板）２樹脂ブラックマトリックス３着色層（Ｂ）４着色層（Ｒ）５着色層（Ｇ）６透明電極７配向膜８液晶９配向膜１０画素電極１１絶縁膜１２液晶駆動回路付属電極１３透明基板（ガラス基板）１６スペーサー２２透明基板２４樹脂ブラックマトリックス２６着色層２８透明膜３０透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、少なくとも遮光剤を樹脂
中に分散させて成るブラックマトリックス層を設け、ブ
ラックマトリックスの開口部及びブラックマトリックス
上の一部に３原色のそれぞれの着色層を設けたカラーフ
ィルターにおいて、赤色着色層の画素内段差ΔＴ_R 、緑
色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、青色着色層の画素内段差
ΔＴ_B が全て０．５μｍ以下であることを特徴とするカ
ラーフィルタ。
【請求項２】透明電極層が着色層上に設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項３】透明電極が透明膜を介して着色層上に設
けられて成ることを特徴とする請求項１記載のカラーフ
ィルタ。
【請求項４】赤色着色層の表面段差ΔＴ_R 、緑色着色
層の画素内段差ΔＴ_G 、青色着色層の画素内段差ΔＴ_B
が全て０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項５】赤色着色層、青色着色層、緑色着色層の
パターンとブラックマトリックスの重なり幅が４μｍ以
下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のカラ
ーフィルタ。
【請求項６】赤色着色層、緑色着色層、青色着色層の
パターンがアイランド形状である請求項１ないし５のい
ずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項７】赤色着色層、緑色着色層、青色着色層の
膜厚が１．６μｍ〜２．４μｍである請求項１ないし６
のいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
【請求項８】透明基板上に、少なくとも遮光剤を樹脂
中に分散させて成るブラックマトリックス層を設ける工
程と、次いでブラックマトリックスの開口部及びブラッ
クマトリックス上の一部に３原色のそれぞれの着色層を
設ける工程とを有するカラーフィルタの製造方法におい
て、該着色層の表面を研磨し、それによって赤色着色層
の画素内段差ΔＴ_R 、緑色着色層の画素内段差ΔＴ_G 、
青色着色層の画素内段差ΔＴ_B を全て０．５μｍ以下に
することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。