(57)【要約】【課題】位相差層が所望の位相差値を具備するように、カラーフィルタ層が有する段差を解消し、あるいはブラックマトリック層の開口部分を埋設してブラックマトリック全体を平坦化する平坦化層として、１層で配向性、透明性、平坦化性を全て満たすものを提供することを課題とした。【解決手段】ガラス基板上に、ブラックマトリクス層、カラーフィルタ層、平坦化層、位相差補償層がこの順に、あるいはブラックマトリクス層、平坦化層、位相差補償層、カラーフィルタ層の順で積層されており、該平坦化層が透明微粒子を含み、該透明微粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする位相差補償層つきカラーフィルタ基板である。【選択図】図１
2010078816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、ブラックマトリクス層、カラーフィルタ層、平坦化層、位相差補償層がこの順に、あるいはブラックマトリクス層、平坦化層、位相差補償層、カラーフィルタ層の順に積層されており、該平坦化層が透明微粒子を含むことを特徴とする位相差補償層つきカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記透明微粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の位相差補償層つきカラーフィルタ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差補償層を備えるカラーフィルタ基板に係わり、特には、位相差補償層の下地を形成する平坦化層の組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置のセル内に位相差補償層を内蔵させることで液晶表示装置全体の画質の向上、薄型化が検討されており、このような位相差補償機能を付与する方法として、重合性液晶モノマーを塗布し配向させた後、光硬化させることが行われている。
【０００３】
位相差補償層はカラーフィルタ層に重ねて形成されるが、カラーフィルタ層に位相差補償層を積層させる場合、以下のような層構成が考えられる。
ガラス基板／ブラックマトリクス層／平坦化層／位相差補償層／カラーフィルタ層
ガラス基板／ブラックマトリクス層／カラーフィルタ層／平坦化層／位相差補償層
ここで、平坦化層は、積層される重合性液晶モノマーのような位相差補償材料を配向させるための配向性を有し、赤、青、緑のカラーフィルタ層の重なる部分あるいは隙間、あるいはブラックマトリクス層の間の隙間を埋めて全体として平坦であることが望ましい。
【０００４】
平坦性が重要なのは、平坦性が損なわれた場合には、そのカラーフィルタ基板を使用して製造した液晶表示装置において、その段差部分に表示用液晶の配向不良が発生したり、セルギャップが不均一になることで位相差が部分的に所望の最適値から外れて、液晶表示装置のコントラスト等の表示特性に悪影響を及ぼすためである。
【０００５】
また、平坦化層には液晶表示装置としての光透過性能を損なわないために高い透明性が必要となる。 このような下地を平坦化させるオーバーコート層の材料としては、透明性が高く、耐熱性及び耐溶剤性を付与することができる熱硬化性あるいは光硬化性アクリル樹脂が用いられている。
【０００６】
一方、重合性液晶モノマーの配向膜には溶剤可溶性ポリイミドやポリアミック酸からなる材料が通常用いられている。これらの材料はポストベイク後には完全にイミド化されることで耐溶剤性が付与され、十分な配向性を示すことが報告されている。しかしながら、このような配向膜を厚膜化して下地を平坦化させた場合、厚膜化に伴って配向膜が黄色に着色するため液晶表示装置向け材料として好ましくない。従って、従来は下地に予めアクリル樹脂等を積層させることで下地の凹凸を平坦化させ、更に配向膜を積層して下地に配向性を付与する方法を採っていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、位相差層が所望の位相差値を具備するように、その下部に形成されるカラーフィルタ層が有する段差を解消し、あるいはブラックマトリック層の開口部分を埋設してブラックマトリック全体を平坦化する平坦化層として、１層で配向性、透明性、平坦化性を全て満たすものを提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、ガラス基板上に、ブラックマトリクス層、カラーフィルタ層、平坦化層、位相差補償層がこの順に、あるいはブラックマトリクス層、平坦化層、位相差補償層、カラーフィルタ層の順で積層されており、該平坦化層が透明微粒子を含むことを特徴とする位相差補償層つきカラーフィルタ基板としたも
のである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記透明微粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の位相差補償層つきカラーフィルタ基板としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
平坦化層に透明微粒子を分散させることで、下地基板のカラーフィルタ層あるいはブラックマトリクス層段差の凹部あるいは空隙部分にも透明微粒子が充填され、透明微粒子を用いない場合に比して平坦性の向上が図れる。平坦性が向上すると、その上部に形成される位相差層の厚さ及び配向性の均一性が向上する。また、積層される層全体の厚みも均一になるので対向基板と組み合わせてもセルギャップの均一性が高まり、狭持される液晶の位相差の均一性も保持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の一例を図２と図３を用いて具体的に説明する。
【００１２】
本発明に用いられる透明微粒子としては特に限定されないが、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、カオリン、酸化珪素、酸化亜鉛、アクリル樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、スチレン− ブタジエン共重合体粒子、ジビニルベンゼン粒子、エポキシ樹脂粒子、ポリエチレン粒子、尿素樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子等が挙げられる。透明微粒子の形状についても特に限定されず、球状、円柱状、直方体状、立方体状、半球状などの公知のものを用いることができる。また、塗膜の透明性と平坦性を確保するために、透明微粒子の粒径は２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
透明微粒子の分散に使用される樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが好適に使用できる。透明微粒子の樹脂に対する添加量としては、樹脂１００重量部に対し、１０〜５００重量部が望ましい。１０重量部より少なくすると、平坦性に劣り、５００重量部より多くすると、下地への密着性に劣る。
【００１４】
平坦化層の膜厚としては特に限定されるわけではなく、下地の凹凸に応じて必要な厚みを設定可能である。ブラックマトリクス層やカラーフィルタ層は通常０．５〜２．５ミクロン程度であり、それらの厚みから、平坦化層として膜厚０．５〜５ミクロン程度が好ましい。ここでいう膜厚とは、図２、図３における１の部分を指す。
【００１５】
また、平坦化層を形成する樹脂組成物がラジカル重合性不飽和二重結合を有する架橋成分を含む場合においては、光重合開始剤を使用し、架橋成分を重合させることができる。光重合開始剤の好ましい例として、α−ヒドロキシアセトフェノン類、α−アミノアセトフェノン類、ビイミダゾール類を例示することができるが、これらに限定されない。これらの光重合開始剤は、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１６】
本発明の平坦化層を形成する樹脂組成物にあっては、その上に積層される重合性液晶モノマーの配向を向上させるという目的で、液晶モノマーを含有することができる。具体的には、液晶モノマーを含有した平坦化層において、液晶モノマーが、塗布された重合性液晶モノマーに対して相互作用を及ぼしやすくなり、その結果、重合性液晶モノマーの配向を向上させる。このような液晶モノマーの割合は、平坦化層を形成する樹脂組成物１００重量部に対して０．５〜２０質量部であることが好ましい。０．５より小さい場合には配向性が低下し、２０より大きい場合には耐溶剤性が低下する場合がある。
【００１７】
本発明に用いる溶剤は、透明性微粒子および樹脂、その他成分を溶解または分散するも
のであり、その種類及び構造などは特に限定されるものでない。使用できる溶剤としては、アルコール類、ケトン類、エステル類などがあげられる。たとえばメタノール、エタノール、トルエン、シクロヘキサン、イソホロン、セロソルブアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルベンゼン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン等が挙げられ、単独または２種以上を混合して用いることができる。
【００１８】
本発明の平坦化層形成用樹脂組成物にあっては、その塗布性を向上させるという目的で、更に界面活性剤を含有することができる。 種類は特に制限されないが、例えば、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などが挙げられる。これらの界面活性剤は、一種単独で、又は二種以上の組合せで使用することができる。 界面活性剤が使用される場合、その含有量は、樹脂組成物１００重量部中に通常１重量部以下であり、好ましくは０．１重量部以下である。
【００１９】
更に、必要に応じて、レオロジー調整剤、シランカップリング剤等の接着補助剤、保存安定剤、消泡剤、紫外線吸収剤、溶解促進剤等を含有することができる。
【００２０】
本発明の平坦化層形成用樹脂組成物は、基板にスピンコート、スプレーコート、ディップコート、カレンダーコート等の塗布方法により形成可能である。塗布された平坦化層形成用樹脂組成物は、必要に応じて熱風オーブンあるいはホットプレート等で一般には６０〜１００℃、１〜３０分の条件で溶剤を揮発させる。また、予め減圧乾燥してから加熱しても良い。
【００２１】
乾燥した塗膜は、その化学的あるいは物理的耐性を付与する目的で加熱処理を行っても良い。加熱処理の条件は、１５０〜２５０℃の範囲で１０分〜１２０分行うのが特に好ましい。作製した硬化膜はラビング処理を行うことで配向膜として機能させることができる。
【００２２】
以上のようにして作製した平坦化層に位相差補償材料を塗布した後、位相差補償材料を液晶状態として光硬化させ、光学異方性を有する層を形成することができる。位相差補償材料としては、例えば、重合性液晶モノマーやそれを含有する組成物等が用いられる。
【００２３】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
【００２４】
（ブラックマトリクス層の作製）
ブラックマトリクス層形成用樹脂組成物をスリットコーターを用いてガラス基板上に塗布した後、温度９０℃で６０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行った。その後、マスクを用いてパターン露光を行い、現像工程を経た後、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚１ミクロンのブラックマトリクス層を形成した。ここで、ライン幅は２５ミクロン、スペース幅は１００ミクロンである。
【００２５】
（カラーフィルタ層の作製）
カラーフィルタ層形成用樹脂組成物をスリットコーターを用いてガラス基板上に塗布した後、温度９０℃で６０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行った。その後、マスクを用いてパターン露光を行い、現像工程を経た後、温度２３０℃で３０分間加熱することによりポストベークを行い、カラーフィルタ層を形成した。
カラーフィルタ層は、基板においてブラックマトリクス層により遮蔽されない開口部に、レッド、グリーン、ブルーの３色を隣り合う形で順に積層させた。(図４)
また、厚みについては、全ての色について、１．８、２、２．３ミクロンのいずれかで統
一した。
【００２６】
（成膜性の評価）
平坦化層形成用樹脂組成物をスリットコーターを用いて、ブラックマトリクス層とカラーフィルタ層が積層された前述のカラーフィルタ基板上に塗布した後、温度９０℃で１２０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い、膜厚２ミクロンの塗膜を形成した。塗膜ができない場合を×、正常な塗膜が形成される場合を○として評価した。
【００２７】
（平坦性の評価）
平坦化層形成用樹脂組成物を前述のカラーフィルタ基板上にスリットコーターを用いて塗布した後、温度９０℃で１２０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い、ガラス基板から空気界面までの膜厚３ミクロンの塗膜を形成した。この塗膜を温度２３０℃で４０分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚２ミクロンの硬化膜を形成した。
カラーフィルタ基板において、平坦化率＝１００×｛１−（平坦化層膜厚差（ミクロン））／（カラーフィルタ基板段差（ミクロン））｝の式を用いて平坦化率を求めた。
ここでいう平坦化層膜厚差とは図４における７の部分であり、カラーフィルタ基板段差とは同じく８の部分である。
【００２８】
（ＮＭＰ耐性の評価）
平坦化層形成用樹脂組成物をガラス基板上にスリットコーターを用いて塗布した後、温度９０℃で１２０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い、膜厚２ミクロンの塗膜を形成した。この塗膜を温度２３０℃で４０分間加熱することによりポストベークを行い、膜厚２ミクロンの硬化膜を形成した。
この硬化膜をＮＭＰ中に６０秒間浸漬させた後、１００℃にて６０秒間乾燥し、膜厚を測定した。ＮＭＰ浸漬後の膜厚変化がないものを○、浸漬後に膜厚の減少が見られたものを×とした。
【００２９】
（高温焼成後の光透過率（透明性）の評価）
平坦化層形成用樹脂組成物をガラス基板上にスリットコーターを用いて塗布した後、温度９０℃で１２０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い、膜厚２ミクロンの塗膜を形成した。この塗膜を温度２３０℃で４０分間ホットプレート上においてポストベークを行い平坦化層を形成した。
この硬化膜を紫外線可視分光光度計（（株）島津製作所製ＳＨＩＭＡＤＳＵ ＵＶ−２５５０型番）を用いて波長４００ｎｍ時の透過率を測定した。 高温焼成後の光透過率において、液晶配向膜としての要求性能は９７％以上とした。
【００３０】
（配向性の評価）
平坦化層形成用樹脂組成物をカラーフィルタ基板上にスリットコーターを用いて塗布した後、温度９０℃で１２０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い、膜厚２ミクロンの塗膜を形成した。この塗膜を温度２３０℃で４０分間ホットプレート上においてポストベークを行い平坦化層を形成した。
この硬化膜を回転速度７００ｒｐｍ、送り速度１０ｍｍ／秒、押し込み量０．４５ｍｍでラビング処理した。ラビング処理した基板を純水で１０分間超音波洗浄した。この基板上に重合性液晶モノマーからなる位相差補償材料をスピンコーターを用いて塗布した後、９０℃で９０秒間ホットプレート上において加熱乾燥を行い膜厚１．７ミクロンの塗膜を形成した。この基板を窒素雰囲気下１５０ｍＪ／ｃｍ２で露光した。作製した基板を偏向板に挟み、配向性を目視にて確認した。基板を４５度に傾けた時と傾けない時で光の透過性が著しく変化するものを◎、変化するものを○、変化しないものを×とした。
【実施例１】
【００３１】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．７ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成を以下に示す。
ポリエステル系樹脂化合物                            １１重量部
液晶モノマー                                          ２重量部
シリコン系界面活性剤                              ０．５重量部
γ―ブチロラクトン／ポリエチレングリコールモノエチルエーテル／ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート＝５／３／２    ７５．５重量部
【実施例２】
【００３２】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を１．８ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．５ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００３３】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２．３ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は１ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成は、実施例１と同様である。
【実施例４】
【００３４】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を３ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．４ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成は、実施例１と同様である。
【実施例５】
【００３５】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．２ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成を以下に示す。
透明微粒子（アクリル樹脂粒子）平均粒子系１５０ｎｍ      ２２重量部
ポリエステル系樹脂化合物                                ２２重量部
液晶モノマー                                              ３重量部
シリコン系界面活性剤                                  ０．５重量部
γ―ブチロラクトン／ポリエチレングリコールモノエチルエーテル／ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート＝５／３／２        ７４．５重量部
【実施例６】
【００３６】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．３ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成を以下に示す。
透明微粒子（アクリル樹脂粒子）平均粒子系１５０ｎｍ    １４０重量部
ポリエステル系樹脂化合物                                ２２重量部
液晶モノマー                                              ３重量部
シリコン系界面活性剤                                  ０．５重量部
γ―ブチロラクトン／ポリエチレングリコールモノエチルエーテル／ポリエチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート＝５／３／２        ７４．５重量部
【実施例７】
【００３７】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．７ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成を以下に示す。
透明微粒子（アクリル樹脂粒子）平均粒子系１５０ｎｍ      ２重量部
ポリエステル系樹脂化合物                              ２２重量部
液晶モノマー                                            ３重量部
シリコン系界面活性剤                                ０．５重量部
γ―ブチロラクトン／ポリエチレングリコールモノエチルエーテル／ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート＝５／３／２      ７４．５重量部
【実施例８】
【００３８】
前述の説明に則ってサンプルを作製し、各種評価を行なった。ブラックマトリクス層の膜厚を１ミクロン、カラーフィルタ層の膜厚を２ミクロン、平坦化層の膜厚を２ミクロンに設定したところ、平坦化層膜厚差（段差）は０．７ミクロンとなった。
平坦化層を形成するのに使用した樹脂組成物の組成を以下に示す。
透明微粒子（アクリル樹脂粒子）  平均粒子系２５０ｎｍ  ２２重量部
ポリエステル系樹脂化合物                              ２２重量部
液晶モノマー                                            ３重量部
シリコン系界面活性剤                                ０．５重量部
γ―ブチロラクトン／ポリエチレングリコールモノエチルエーテル／ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート＝５／３／２      ７４．５重量部
【００３９】
【表１】
2010078816.tif 000003
【００４０】
透明微粒子添加量はポリエステル系樹脂化合物２２重量部に対する添加量とした。
【００４１】
表１の結果から、透明微粒子を含有しない場合でも、平坦化配向膜の膜厚を厚くすることで平坦性は改善するが、透明微粒子を加えた方がその効果が大きいことが確認された。その他の特性として、成膜性、NMP耐性、透明性、配向性に関しても、同等で良好な結果が得られた。以上のように、本発明の平坦化層形成用樹脂組成物を用いることにより、成膜性、NMP耐性、透明性、配向性を維持したまま、平坦性を向上させることができた。本発明により、平坦化層に添加した透明微粒子が下地基板の段差部分に充填されることで、透明微粒子を含有しない場合に比して段差が埋まりやすく、透明微粒子を添加しない場合に比してより一層の平坦性向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】透明微粒子を用いた場合の配向膜の断面概略図
【図２】ブラックマトリクス層を平坦化させる場合の断面概略図
【図３】カラーフィルタ基板を平坦化させる場合の断面概略図
【図４】透明微粒子を用いた場合の配向膜の断面概略図
【符号の説明】
【００４３】
１．平坦化層膜厚
２．基板
３．ブラックマトリクス層
４．平坦化層
５．透明微粒子
６．位相差補償層
７．カラーフィルタ層
８．平坦化層膜厚差
９．カラーフィルタ基板段差
【図１】
2010078816.tif 000004
【図２】
2010078816.tif 000005
【図３】
2010078816.tif 000006
【図４】
2010078816.tif 000007