(57)【要約】【課題】ツノ段差が高くなってもスペーサの高さ、ひいては表示特性にばらつきを生じることがないとともに、着色レジストによる液晶層の汚染が発生しない、カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置を提供すること。【解決手段】ガラス基板の第１の面に、ブラックマトリクス（ＢＭ）、着色画素、オーバーコート層を備え、前記ガラス基板の第２の面にスペーサを備え、さらに好ましくは前記ガラス基板の第１の面に、さらに反射防止膜を備えるカラーフィルタとし、該カラーフィルタを備えた液晶表示装置とする。【選択図】図１
2020024255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板の第１の面に、ブラックマトリクス（ＢＭ）、着色画素、オーバーコート層を備え、
前記ガラス基板の第２の面にスペーサを備える、
ことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
前記ガラス基板の第１の面に、さらに反射防止膜を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
請求項１、または２に記載のカラーフィルタを備える、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液晶表示装置用カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一対の透明性基板間に液晶を挟持して構成されている。すなわち、図４に基本構成を示すように、カラーフィルタ基板６１と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の駆動回路が形成されたＴＦＴアレイ基板６２の間に液晶層６３を封入して構成される。尚、図４の液晶表示装置５０では、バックライトユニットの図示を省略している。
【０００３】
以下、本願では、第１透明性基板（図４では５１）、ＢＭ５２、着色画素５３（Ｒ）、５３（Ｇ）、５３（Ｂ）、及びオーバーコート５４まで、またはさらにスペーサ５７までを含むカラーフィルタ基板を、単にカラーフィルタと呼称する。
【０００４】
画像表示装置の高機能化によって、液晶表示装置には広視野角、高速応答性が求められている。広視野角、高速応答の液晶表示装置としては横電界駆動（ＩＰＳ：ＩｎＰｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置が適している。
【０００５】
ＩＰＳ方式の液晶表示装置の構成としては、カラーフィルタ６１上かＴＦＴアレイ基板６２上の一方若しくは両方に柱状（ポスト）スペーサ（以下、単にスペーサ）５７を設け、セルギャップを制御する方法が主流となっている。スペーサ５７は、フォトリソグラフィ法により、感光性樹脂組成物を塗布してパターン露光、現像を行って形成される。
【０００６】
カラーフィルタ６１は、第１透明性基板５１を構造的支持体として、その視認側には第１偏光膜（不図示）が設けられている。また、その反対側（背面側）は多数の画素領域に区分され、画素領域と画素領域の境界ににはブラックマトリクス（ＢＭ）５２が設けられ、画素領域のそれぞれには着色画素が配置されている。着色画素は、画素ごとに透過光を着色するもので、一般に赤色５３（Ｒ）、緑色５３（Ｇ）、青色５３（Ｂ）の三色の着色画素を配列している。前記の３色は光の三原色であり、これらの三原色及びその混合によって色彩のほぼ全てを表示する。
【０００７】
ＢＭ５２は遮光性を有し、その開口部にて第１透明性基板５１上での着色画素の位置を定め、着色画素の大きさを均一なものとする。また、特定の画素領域を透過する光と隣接する画素領域を透過する光との混色を防止する。例えば、赤色（Ｒ）画素に隣接して緑色（Ｇ）画素が存在する場合、両者を透過する光同士の混色を防ぐために、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストの向上した鮮明な画像とする機能を有している。カラーフィルタ６１には、着色画素間の段差を平坦化するためにオーバーコート層（保護層）５４が設けられた後、さらに透明電極（不図示）と、液晶層６３に面して第１配向膜（不図示）が設けられる。
【０００８】
他方、カラーフィルタ６１に対向して配置されるＴＦＴアレイ基板６２は、第２透明性基板５５を構造的支持体として、その液晶側にＴＦＴアレイ部５８を有し、さらに液晶層６３に面して第２配向膜（不図示）が設けられ、反対側の最外面には第２偏光膜（不図示）が設けられる。
【０００９】
通常のカラーフィルタ６１の製造方法としては、先ず、第１透明性基板５１としてのガラス基板上に所定の形状の開口部を有するＢＭ５２を形成し、次に、ＢＭ５２の開口部に位置合わせして着色画素を形成し、さらにオーバーコート層５４を着色画素上の全面に形
成する方法が用いられている。
【００１０】
ＢＭの形成には通常フォトリソグラフィ法が用いられ、ガラス基板上に黒色レジスト（黒色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介したパターン露光、現像によって不要な部分のレジストを除去し、残存したレジストによってＢＭを形成する。ＢＭの膜厚は、例えば１．０〜１．５μｍ程度の厚さにして必要な光学濃度を得るようにしている。
【００１１】
着色画素は、例えば赤色、緑色、青色のフィルタの機能を有するものであり、着色画素の形成も通常フォトリソグラフィ法が用いられ、ＢＭが形成されたガラス基板上に、顔料などの色材を分散させたネガ型の着色レジスト（着色感光硬化性樹脂組成物）の塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像、焼成によって着色画素を形成する。
【００１２】
また、オーバーコート層には熱硬化性の透明性樹脂が使用され、スピンコート法やダイコート法により塗布、減圧下で乾燥させた後、ベーキングを施して形成される。
【００１３】
近年、液晶表示装置はスマートフォンやタブレット等の携帯情報端末の需要が旺盛となり、写真やテレビを見る機会が増えているため、液晶テレビと同等の広い色再現域（高色再現性）を有する、高明度、高輝度な表示性能が求められるようになっている。
【００１４】
色再現性は、赤、緑、青色画素から放射される光の色で決まり、それぞれの着色画素のＸＹＺ表色系色度図上における色度座標を（Ｒｘ、Ｒｙ）、（Ｇｘ、Ｇｙ）、（Ｂｘ、Ｂｙ）とするとき、これらの３点で規定される三角形の面積(面積Ａとする)で評価される。具体的には、色再現性は全米テレビジョン放送方式標準化委員会（ＮＴＳＣ；Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）により定められた標準方式の三原色の色度座標（Ｒｘ、Ｒｙ）、（Ｇｘ、Ｇｙ）、（Ｂｘ、Ｂｙ）＝（０．６７、０．３３）、（０．２１、０．７１）、（０．１４、０．０８）で規定される基準の三角形の面積に対する面積Ａの比（面積Ａ／基準面積）×１００（％）（＝ＮＴＳＣ比）で評価される。この他、色再現性を評価する規格としては、ｓＲＧＢ、ＡｄｏｂｅＲＧＢがある。
【００１５】
広い色再現域を得るための方法としては、着色画素を厚膜化する手法や、着色画素中の色材濃度を上げる手法が考えられる。
【００１６】
図５（ａ）〜（ｃ）は、着色画素の形成の途中からオーバーコート層５４形成までの従来の工程を、２つのＢＭ５２の近傍を拡大して例示する模式断面図であり、特に着色画素を厚く形成する場合を示している。さらに図５（ｄ）にはオーバーコート層５４の上にスペーサ５７を形成した形態を示す。
【００１７】
図５（ａ）では、赤色画素５３（Ｒ）の形成後に緑色画素を形成するために、緑色レジスト５３（Ｇ）ａを塗布後、フォトマスク５９を介して露光を行っている。ここではすでに、１色目の着色画素である赤色画素５３（Ｒ）がＢＭ５２の端部に乗り上げ、盛り上がりを生じている。この盛り上がりをツノ部５６と称し、ツノ部５６の上部と、赤色画素５３（Ｒ）上面との高さの差（図５（ａ）ではΔＨ１）をツノ段差と称する。また、２色目の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜もＢＭ５２の端部で盛り上がりを発生し、赤色画素５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ１が存在するＢＭの端部では、ツノ部５６上に重なりさらに高い盛り上がりを生じている。
【００１８】
図５（ｂ）では、２色目の緑色画素５３（Ｇ）形成後の形態を示している。前記の緑色レジスト５３（Ｇ）ａの塗布膜の盛り上がりの結果、赤色画素が存在しないＢＭの端部には前記赤色画素のツノ段差（ΔＨ１）と同様のツノ段差（ΔＨ２）が形成され、赤色画素５３（Ｒ）によるツノ段差ΔＨ１が存在するＢＭの端部には前記赤色画素のツノ段差（ΔＨ１）よりもさらに高いツノ段差（ΔＨ３）が形成されている。
【００１９】
図５（ｃ）では、３色目の青色画素５３（Ｂ）を形成し、さらにオーバーコート層５４を形成した後の形態を示している。ここでは、前記緑色画素５３（Ｇ）形成時と同様の理由により、緑色画素によるツノ段差ΔＨ２が存在するＢＭの端部には前記緑色画素のツノ段差（ΔＨ３）と同様のツノ段差（ΔＨ４）が形成されている。さらにオーバーコート層５４には、ＢＭ５２と上述のツノ段差ΔＨ１、ΔＨ２、ΔＨ３、ΔＨ４の影響を受けて段差（高低差）を生じている。
【００２０】
図５（ｄ）はオーバーコート層５４の上にスペーサ５７を形成した形態を示す。図５（ｄ）は理想化した図であり、実際には、オーバーコート層５４に段差が生じ平坦性が悪化すると、オーバーコート層５４上のスペーサ５７の高さにばらつきが生じ、液晶の転傾などの液晶駆動の異常が発生して表示特性にばらつきが生じ易くなる。
【００２１】
着色画素を厚膜化する手法を取った場合、上記のように着色画素のツノ段差が大きくなり、オーバーコート層５４表面の凹凸も大きくなる。そこで、平坦性を良化するためにオーバーコート層５４の膜厚を厚くすると、液晶層６３（図４参照）からブラックマトリクス５２までの距離が長くなり、隣接する画素からの光漏れによる斜め視認性の悪化や、斜め方向から入射した光が隣接する他の画素を透過して光電変換素子に入射する混色によってコントラストの低下などが起こり、表示品質に悪影響を及ぼすようになる。
【００２２】
ツノ段差を低くする手法としては、例えばａ）ＢＭの膜厚（図５（ａ）符号ａ参照）を低く形成しておく方法、ｂ）ＢＭの側面のテーパー部の長さ（図５（ｃ）符号Ｐ参照）を大きくしてツノ段差を低くする方法（特許文献１）、ｃ）オーバーコート層を形成する前に、カラーフィルタの表面を研磨してツノ段差の高さを低くしておく方法（特許文献２）などが提案されている。
【００２３】
しかしながら、前記ａ）ＢＭの膜厚を低くする方法では、ＢＭの光学濃度が不足するという問題、ｂ）の方法では、ツノ段差は低くなるものの、テーパー角（図５（ｃ）符号θ参照）が小さくなることにより表示画像の斜め視認性が悪化する問題、ｃ）カラーフィルタの表面を研磨する方法では、着色画素の表面にキズが生じるという問題が発生する。
【００２４】
また、厚膜化手法によりツノ段差が高くなると、着色画素のツノ段差部がオーバーコート層の外側へ露出しやすくなり、着色レジストによる液晶層の汚染が発生する。
【００２５】
さらに、着色画素中の色材濃度を上げる手法では、信頼性を担保する樹脂の含有量が相対的に低下するため、色材成分による液晶層の汚染が発生しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開平９−１８９８９９号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ツノ段差が高くなってもスペーサの高さ、ひいては表示特性にばらつきを生じることがないととも
に、着色レジストによる液晶層の汚染が発生しない、カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ガラス基板の第１の面に、ブラックマトリクス（ＢＭ）、着色画素、オーバーコート層を備え、
前記ガラス基板の第２の面にスペーサを備える、ことを特徴とするカラーフィルタとしたものである。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、前記ガラス基板の第１の面に、さらに反射防止膜を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタとしたものである。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項１、または２に記載のカラーフィルタを備える、
ことを特徴とする液晶表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ツノ段差が高くなってもスペーサの高さ、ひいては表示特性にばらつきを生じることがないとともに、着色レジストによる液晶層の汚染が発生しない、カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本開示の第１実施形態のカラーフィルタの基本構成を例示する模式断面図である。
【図２】本開示の第２実施形態のカラーフィルタの基本構成を例示する模式断面図である。
【図３】本開示の液晶表示装置の基本構成を例示する模式断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の基本構成を例示する模式断面図である。
【図５】従来のカラーフィルタの製造工程のうち、着色画素の形成の途中からオーバーコート層の形成、さらにスペーサの形成までを例示する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本開示の実施形態に係るカラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置について図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本開示はその主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
［カラーフィルタ］
図１は、本開示の第１実施形態のカラーフィルタの基本構成を例示する模式断面図である。尚、オーバーコート層１４の外面には通常、第１偏光膜が形成されるが、図示を省略している。第１実施形態のカラーフィルタ１０は、第１透明性基板としてのガラス基板１１の第１の面に、ＢＭ１２、着色画素（ここでは赤色画素１３（Ｒ）、緑色画素１３（Ｇ）、青色画素１３（Ｂ））、オーバーコート層１４を備え、ガラス基板１１の第２の面にスペーサ１７を備えている。
【００３５】
着色画素としては、一般的に前記の赤、緑、青の三色を用いるが、輝度調整や色再現域拡大の観点から、さらに透明画素や黄色画素を併せて設けても良い。
【００３６】
第１実施形態のカラーフィルタ１０を、図５（ｄ）の、オーバーコート層５４の上にスペーサ５７を形成した従来のカラーフィルタの形態と比べると、従来のカラーフィルタで
はスペーサ５７が、ガラス基板５１に対して着色画素、オーバーコート層５４と同じ側にあるのに対し、第１実施形態のカラーフィルタ１０ではスペーサ１７が、ガラス基板１１に対して着色画素、オーバーコート層１４とは反対側にある点が異なっている。
【００３７】
カラーフィルタを液晶表示装置に組み込んだ際の視認側は、ＴＦＴアレイ基板が設けられる側すなわちスペーサが存在する側の反対側であるので、従来のカラーフィルタでは図５（ｄ）の下側であるのに対し、本開示のカラーフィルタ１０では図１の上側となる。
【００３８】
従って、本開示のカラーフィルタ１０では着色画素及びオーバーコート層１４は視認側となり、それらは液晶層２３（後述の図３参照）からブラックマトリクス１２までの距離に関連がなくなる。このため、着色画素の厚膜化によりツノ段差が高くなっても、斜め視認性を考慮してオーバーコート層１４の膜厚を薄く抑える必要がない。それ故、オーバーコート層１４の膜厚を、用途・搬送等に必要十分な程度に厚く形成でき、オーバーコート層１４の平坦性は確保される。
【００３９】
本開示のカラーフィルタ１０では、上記のように、スペーサ１７は着色画素、オーバーコート層１４と反対側の、ガラス基板１１の平坦な面に形成するので、スペーサ１７の高さにばらつきが生じ、液晶の転傾などの液晶駆動の異常が発生して表示特性にばらつきが生じることはない。
【００４０】
本開示のカラーフィルタ１０では、上記のように、着色画素及びオーバーコート層１４は視認側にあり、液晶層２３とは反対側に形成する。また、着色画素と液晶層２３の層間は、従来のカラーフィルタ（図５（ｄ））のような樹脂組成物からなるオーバーコート層５４ではなく、耐熱性や耐溶剤性に優れるガラス基板１１であるので、ツノ段差が高くなっても着色レジストによる液晶層２３の汚染が発生することはない。
【００４１】
図２は、本開示の第２実施形態のカラーフィルタの基本構成を例示する模式断面図である。第２実施形態のカラーフィルタ２０は、第１実施形態のカラーフィルタ１０の構成に加え、オーバーコート層１４の外面（第１偏光膜が存在する場合は第１偏光膜の外面）に、さらに外光の反射を防ぎ、外景の映り込みを防ぐための反射防止膜１９を備える。
【００４２】
本開示のカラーフィルタの製造方法としては、従来の工程と同様にして、ガラス基板１１の第１の面にＢＭ１２、着色画素、オーバーコート層１４を形成した後（但し、オーバーコート層１４は平坦性を確保し、用途・搬送等に必要十分な程度に厚くすることができる）、表裏反転し、第２の面にフォトリソグラフィ法等によりスペーサ１７を形成する。
【００４３】
本開示のカラーフィルタでは、液晶層２３（後述の図３参照）からブラックマトリクスまでの距離に関連するのはガラス基板１１であるので、斜め視認性を考慮してガラス基板１１の厚さは３〜１０μｍ程度に薄い方がよい。
【００４４】
従来の液晶表示装置においては、ガラス基板の厚みは２００〜５００μｍ程度であるが、近年の液晶表示装置の薄型化、軽量化、表示面の湾曲化（フレキシブル化）の流れに伴い、ガラス製造技術の進歩により、厚さが１００μｍ程度またはそれ以下の薄板ガラスが製造されるようになっている。このような薄板ガラス基板は可撓性を有することから、ガラス基板上へのＢＭ、着色画素、オーバーコート層の形成にロールｔｏロールプロセスが適用できるため、従来の枚葉プロセスと比較して生産効率を向上させることができる（例えば特許第５５２１８１４号参照）。
【００４５】
あるいは、薄板ガラス基板を、他の相対的に基板が厚く物理的に強固な支持ガラス基板と貼り合わせて積層体とし、その状態で薄板ガラス基板上にＢＭ、着色画素、オーバーコ
ート層を形成した後、薄板ガラス基板を支持ガラス基板から分離する方法を用いてもよい。
【００４６】
若しくは、標準的な２００〜５００μｍ程度の厚みのガラス基板上にＢＭ、着色画素、オーバーコート層を形成した後、もう一方の面に化学的処理（エッチング）または研磨などの物理的処理を施すことにより、ガラス基板を薄板化してもよい。 
【００４７】
オーバーコート層は透明性樹脂からなり、ツノ段差上の平坦性が確保でき、用途・搬送等に必要十分な程度に厚くできることが好ましい。樹脂組成物としては、１つには、２つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物を含有するものが挙げられる。２つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物としては、ビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、ジヒドロキシビフェニル型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシなどが挙げられる。前記透明性樹脂としては、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック系樹脂、マレイン酸系樹脂、ロジン系樹脂などが挙げられる。
【００４８】
本開示のカラーフィルタに適用可能なオーバーコート材料は、液晶パネル工程に耐え、透明性及び耐熱性などの信頼性を備えた有機材料であればよい。市販の代表的なオーバーコート材料、例えば、ＪＳＲ社製のオプトマーＳＳ、日本油脂社製のノフキュアーＯＰ、新日鐵化学社製のＶ−２５９ＰＡ、日本化薬社製のＫＡＹＡＤＡＤなどが適用できる。
【００４９】
その他のＢＭ、着色レジスト、スペーサ等の材料については、従来のカラーフィルタで用いられる公知の材料を用いることができる。
【００５０】
［液晶表示装置］
図３は、本開示の液晶表示装置の基本構成を例示する模式断面図である。本開示の液晶表示装置３０は、第１実施形態または第２実施形態のカラーフィルタを備えるが、図３では第２実施形態のカラーフィルタを備える場合を例示している。尚、図２と同様にオーバーコート層１４と反射防止膜１９の層間の第１偏光膜、及び第２透明性基板１５の外面の第２偏光膜、液晶層２３に接する両面の第１、第２配向膜は図示を省略している。また、図４と同様、本開示の液晶表示装置３０ではバックライトユニットの図示を省略している。
【００５１】
本発明の液晶表示装置は、カラーフィルタに本発明のカラーフィルタを備えること以外は公知の構成を備えており、従来の製造方法と同様の方法で製造することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０、２０・・・カラーフィルタ、またはカラーフィルタ基板
３０、５０・・・液晶表示装置
１１、５１・・・第１透明性基板、またはガラス基板
１２、５２・・・ブラックマトリクス
１３（Ｒ）、５３（Ｒ）・・・赤色画素
１３（Ｇ）、５３（Ｇ）・・・緑色画素
５３（Ｇ）ａ・・・・・・緑色レジスト
１３（Ｂ）、５３（Ｂ）・・・青色画素
１４、５４・・・オーバーコート層
１５、５５・・・第２透明性基板
１７、５７・・・スペーサ
１８、５８・・・ＴＦＴアレイ部
１９・・・・・・反射防止膜
２２、６２・・・ＴＦＴアレイ基板
２３、６３・・・液晶層
２３ａ、６３ａ・・・液晶
５６・・・・・・ツノ部
５９・・・・・・フォトマスク
６１・・・・・・カラーフィルタ、またはカラーフィルタ基板
ΔＨ１、ΔＨ２、ΔＨ３、ΔＨ４・・・ツノ段差
ａ・・・・・・・ブラックマトリックスの膜厚
Ｐ・・・・・・・テーパー部の長さ
θ・・・・・・・テーパー角
【図１】
2020024255.tif 000003
【図２】
2020024255.tif 000004
【図３】
2020024255.tif 000005
【図４】
2020024255.tif 000006
【図５】
2020024255.tif 000007