(57)【要約】【課題】滴下注入法で、「低温気泡」の発生を防止するにはパネルが液晶の体積収縮に追随できるような柔軟な柱状スペーサでなければならず、他方「押圧ムラ」防止という意味ではパネルが変形しすぎないようにスペーサ全体が適度な剛性を有するべきであるという、相反する要求に応えるスペーサの構成（高さとその密度）を特定することを課題とした。【解決手段】滴下注入法を採用する液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板であって、該カラーフィルタ基板は、高さの異なる複数の柱状スペーサを備え、さらに最も高さの高い第一の柱状スペーサの単位面積ｍｍ２当たりの占有面積が５００〜３０００μｍ２の範囲、二番目に高さの高い第二の柱状スペーサの単位面積ｍｍ２当たりの占有面積が８０００〜５００００μｍ２の範囲であることを特徴とするカラーフィルタ基板である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
滴下注入法を採用する液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板であって、該カラーフィルタ基板は、高さの異なる複数の柱状スペーサを備え、さらに最も高さの高い第一の柱状スペーサの単位面積ｍｍ２当たりの占有面積が５００〜３０００μｍ２の範囲、二番目に高さの高い第二の柱状スペーサの単位面積ｍｍ２当たりの占有面積が８０００〜５００００μｍ２の範囲であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記第１の柱状スペーサの高さが２．５〜４．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項３】
前記第２の柱状スペーサの高さが第１の柱状スペーサの高さの８５〜９２％の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板を用いた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】
本発明は、液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板に係わり、特には、滴下注入法により液晶パネルに液晶を封入する液晶表示装置において、「低温気泡」や「押圧ムラ」といったパネル不具合の発生しないカラーフィルタ基板の構成及びそれを用いた液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶表示装置は、一般に、図１の断面視図に示すように、カラーフィルタ基板１とアレイ素子基板２（以下、アレイ基板と記す）の間に液晶３を封入して構成されるものである。カラーフィルタ基板１は、透明基板１１を構造的支持体として、その画面観察者側には偏光板１２が積層されている。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位置する画素間部位にはブラックマトリックス１３が設けられ、画素領域のそれぞれには着色画素１４が配置されている。着色画素１４は、画素ごとに透過光を着色するもので、一般に、光の三原色に相当する赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の三色の着色画素１４を配列している。なお、ブラックマトリックス１３は、これら各色に着色された透過光を遮断し、混色を防止するためのものである。
【０００３】
カラーフィルタ基板１には、さらに着色画素１４間の段差を埋めるオーバーコート層１５を設けた後、透明電極１６と配向膜（図示せず）が形成される。
【０００４】
他方、カラーフィルタ基板１に対向して配置されるアレイ基板２は、透明基板２１を構造的支持体として、その液晶側に電極と配向膜（いずれも図示せず）が設けられ、その反対側に偏光板２２が貼り付けられている。
【０００５】
カラーフィルタ基板１とアレイ基板２の隙間には液晶が充填されるが、該液晶層の厚みはビーズ状のスペーサを基板間隙に散布することにより制御されてきた。しかし、スペーサを散布すると散布密度のばらつきにより液晶層厚みに変動が生じたり、着色画素１４上にスペーサが載ると液晶の配向不良が生じ、コントラストが低下するという問題点があった。
【０００６】
そこで、カラーフィルタ基板１上かアレイ基板２上の一方若しくは両方に柱状スペーサを設け、液晶層厚みを制御する方法が主流となってきている。
【０００７】
そして、透明電極１６とアレイ基板側の電極との間の液晶に電圧を印加して、画素ごとに光の透過量を制御して、その透過光を表示光として画面表示している。
【０００８】
アレイ基板２上には走査線（ゲートまたは水平信号線）と信号線（ソースまたは垂直信号線、いずれも図示せず）が設けられ、これらは絶縁層（図示せず）により電気的に分離されている。これらの交点付近にはスイッチング素子であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が設けられ、ＴＦＴを介して画素電極と信号線と接続されているので、ＴＦＴを制御することで各画素電極に独立に電圧を印加することができる。アクティブ駆動では、画素電極に印加した電圧を保持するために、蓄積容量が液晶容量に併設して配置される場合がある。
【０００９】
走査線からゲート電極にＴＦＴの閾値電圧以上の電圧を加えることにより、ＴＦＴの半導体素子がＯＮ状態となり、ソース−ドレイン間に電流が流れて信号電圧を画素部の液晶容量への印加と蓄積容量への充電が可能となる。その後、ゲート電極を閾値電圧以下に戻
すと、ＴＦＴの半導体素子がＯＦＦ状態となり、コンデンサーに蓄積された電荷が液晶側電極に流入し電圧を保持することができる。ＴＦＴのＯＦＦ状態においては、信号配線上に他の画素への信号電圧が与えられても高抵抗で遮られているため信号配線上の電圧変動の影響を直接受けることが無く、スタティック駆動に近い一定電圧を液晶に加えることができる。
【００１０】
上述のＴＦＴ駆動方式は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｒｉｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｒｉｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）など多くの液晶配向モードと組合せて用いられている。
【００１１】
これらのカラー液晶表示装置は、カラーフィルタ基板とアレイ基板とを封止剤を用いて貼り合わせ、該一対の基板間隙に液晶を封入して製造される。従来の液晶注入は、真空注入法と呼ばれる方法、すなわちカラーフィルタ基板とアレイ基板とを貼り合せる封止剤の一部に開口部を設けて空セルを作製し、セル内部を減圧して該開口部から液晶を注入した後開口部を塞ぐという工程からなる方法が広く用いられてきた。
【００１２】
それに対し、近年の液晶表示装置の大型化に伴い、液晶材料の使用量を低減でき、且つ液晶表示装置の製造時間を大幅に短縮できる滴下注入法が普及してきている。
【００１３】
滴下注入法とは、カラーフィルタ基板と素子基板の少なくとも一方に環状に塗布した封止剤の内側に液晶材料を滴下する工程と、減圧下で他方の基板と貼り合せた後、封止剤を硬化させる工程からなる液晶表示装置の製造方法である（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
しかしながら、滴下注入法により液晶を封入し液晶表示装置を製造しても、液晶材料の滴下量が多すぎることによって液晶材料が封止剤を乗り越え、封止剤の外部へ飛び出す「液晶洩れ」や基板と封止剤の密着不良を引き起こす不具合、また、液晶材料の滴下量が少なすぎて液晶表示装置内に常温で「気泡」が発生する不具合、さらに液晶材料の滴下量は適正でも、貼り合せ時に液晶が環状に塗布した封止剤内部に十分拡がらずに液晶層厚みにばらつきが生じる等様々な不具合が発生するという問題がある。これは、従来の真空注入法では一義的に定まっていた液晶量に関して、滴下注入法では液晶パネルの機種や貼り合せ条件に合せて滴下量を設定しなければならないことによる。
【００１５】
これは、滴下注入法においては、液晶材料の滴下量及び液晶層の厚みを規定する柱状スペーサの高さと密度、及びその物性値が極めて重要であるということを示唆しており、滴下注入の際の、これらの条件について多くの検討が行われてきた。
【００１６】
例えば、柱状スペーサの高さの測定結果から液晶材料の滴下量を正確に算出し、複数のディスペンサを用いて滴下量を精密に制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１７】
また、製造上の不具合が無く液晶注入が遂行できたとしても、柱状スペーサの設計及び液晶滴下量が適当でないと、パネルとして品質上の不具合が発生する恐れがある。
例えば、局所的に加圧された時に液晶層厚みを制御する柱状スペーサの剛性が不足すると、柱状スペーサに大きな塑性変形が生じてしまい「押圧ムラ」が発生してしまう。ただし、「押圧ムラ」対策のために柱状スペーサの強度を大きくしすぎると、液晶表示装置を低温で放置した際に、柱状スペーサの柔軟性が不足するため液晶材料の収縮に柱状スペーサが追従できず、パネル内に真空泡が生じる「低温気泡」といった不具合が生じることがある。
【００１８】
液晶注入法に係る不具合に対しては、液晶層厚みを制御する第１の柱状スペーサとそれよりも膜厚（高さ）の低い第２の柱状スペーサを配置することにより、あるいは特に、第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサの段差を０．３〜１．０μｍの範囲に設定することにより製造上の不具合を回避する技術が開示されている（例えば、特許文献３及び４参照）。さらに、低温気泡及び外部から加わる負荷による表示ムラに対しては、第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサの段差を０．２μｍ以下とすることにより回避する技術が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開昭６３−１７９３２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８１６７８号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１７５０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８９６６２号公報
【特許文献５】特開２００２−３４１３５４号公報
【特許文献６】特開２００４−１１８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記の方法では、液晶注入時には不具合を生じずに液晶表示装置を得ることは出来ても、柱状スペーサの数量や大きさが具体的に特定されていないため、これらが適当な範囲でないと「押圧ムラ」や「低温気泡」といった問題は解消できない場合が多かった。
【００２１】
また、基板の貼り合せ条件によっては、基板上に形成された第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサが対向する基板に接してしまい、柱状スペーサの密度が増えてしまう結果、液晶の収縮に柱状スペーサが追随できず、低温気泡不具合が発生してしまうことがあった。
これを回避して品質良好な液晶表示装置を得るために、実際に液晶表示装置を製造し多大な試行錯誤を行って柱状スペーサ量及び貼り合せ条件を決定する必要があった。
【００２２】
一方、第１の柱状スペーサの密度Ｄ１と、それよりも膜厚（高さ）が低く接触面積の大きい第２の柱状スペーサの密度Ｄ２をそれぞれ２５０〜４５０個/ｃｍ2、２００〜６００個/ｃｍ2とすることで、２つの表示板の間隔を均一に維持するとともに液晶物質層を容易に形成することができる液晶表示装置用表示板及び液晶表示装置の製造方法、つまり柱状スペーサが液晶層厚みを均一に保ちつつ液晶量の調整が容易な液晶表示装置用表示板及び液晶表示装置の製造方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
しかしながら、上記の柱状スペーサ密度／構成で液晶表示装置を作製しても、昨今必要とされる精度で液晶層の厚みを制御することは難しいという問題があった。
【００２３】
本発明は、係る状況を鑑みてなされたものであり、滴下注入法を採用して液晶を封入し表示装置を作製する場合に、「低温気泡」の発生を防止するにはパネルが液晶の体積収縮に追随できるような柔軟なスペーサでなければならず、他方「押圧ムラ」防止という意味ではパネルが変形しすぎないようにスペーサ全体が適度な剛性を有するべきであるという、相反する要求に応えるスペーサの構成（高さとその密度）を特定することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の課題を達成するための請求項１に係る発明は、滴下注入法を採用する液晶表示装置に用いるカラーフィルタ基板であって、該カラーフィルタ基板は、高さの異なる複数の柱状スペーサを備え、さらに最も高さの高い第一の柱状スペーサの単位面積１ｍｍ２当たりの占有面積が５００〜３０００μｍ２の範囲、二番目に高さの高い第二の柱状スペーサの単位面積１ｍｍ２当たりの占有面積が８０００〜５００００μｍ２の範囲であることを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。
【００２５】
上記構成中、第１の柱状スペーサおよび第２の柱状スペーサは感光性樹脂を用いてのフォトリソグラフィー工程もしくは熱硬化性樹脂を用いたインクジェット塗布工程により形成される。前記第１の柱状スペーサの基部形状は、円形や正方形及び長方形といった形状で形成され、その直径もしくは一辺の長さは、液晶表示装置の用途により異なるが、概ね１０μm〜６０μmの範囲に設定される。
【００２６】
請求項２に係る発明は、前記第１の柱状スペーサの高さが２．５〜４．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ基板としたものである。
【００２７】
第１の柱状スペーサの高さは、その変形量と狙いの液晶層厚み（液晶パネルのセルギャップ）Ｇを考慮して設定される。液晶層の厚みＧは、リタデーションが透過率の高い波長領域（例えば、５５０ｎｍ）の１／２となるように液晶材料の複屈折に応じて設計される。一般的に、複屈折率の高い液晶材料を用いるほど、液晶層の厚みＧおよび第１の柱状スペーサの高さＨ１を低くできる。しかし、第１の柱状スペーサの高さＨ１が低くすぎると該スペーサの製造時の高さのばらつきが大きくなり、変形時のばらつきと液晶層厚みＧのばらつきが結果的に大きくなる傾向がある。
【００２８】
請求項３に係る発明は、前記第２の柱状スペーサの高さが第１の柱状スペーサの高さの８５〜９２％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板としたものである。
【００２９】
液晶表示装置が低温下に放置されると、液晶表示装置を構成する各部材は熱収縮を起こす。その中でも、液晶材料は最も熱収縮が大きい部材であり、パネル内には真空領域が発生する。この時、柱状スペーサが大気圧によって追従して変形すれば、低温気泡は発生しない。この時、第１の柱状スペーサを好適に配置しておいたとしても、液晶材料の収縮により第２の柱状スペーサが対向する基板と接してしまうと、柱状スペーサが大気圧によって追従して変形できなくなり、低温気泡が発生する。
【００３０】
そこで、本発明においては、第２の柱状スペーサの高さH２が第１の柱状スペーサの高さＨ１の８５〜９２％となるように設定する。この値は、概ね液晶層の厚みＧよりも０．２μｍから０．４μｍ小さくすることに相当する。Ｈ１とＨ２の差が大きすぎると液晶セル化時にギャップムラを生じやすく、小さ過ぎると低温時に気泡を発生しやすくなる。
【００３１】
図２(a)は液晶表示装置の貼り合せ前の断面構成を示し、図２(ｂ)は液晶表示装置の貼り合せ後の断面構成を示している。真空注入法における液晶表示装置の製造において、第１の柱状スペーサは、十分に減圧されたパネル内と大気圧の圧力差により変形し、平衡位置としての適正な液晶層厚みGを得ることができる。液晶層厚みG は液晶滴下量でも若干量調整できる。
【００３２】
一方、第２の柱状スペーサは、液晶表示装置に局所的な荷重が掛かった際に第１の柱状スペーサが過大な塑性変形を起こさない様に下支えることにより、押し圧ムラの発生を防
ぐ役割を持つ。そのため、第２の柱状スペーサの高さＨ２は第１の柱状スペーサの弾性変形範囲内に設定する必要がある。
【００３３】
図３は、液晶表示装置における柱状スペーサの配置例を示している。図３aはカラーフィルタ基板上に第１の柱状スペーサ６１及び第２の柱状スペーサ６２を形成した液晶表示装置の断面視の図である。スペーサを配置する側は、必ずしもカラーフィルタ基板１側に限定する必要はない。図３ｂはカラーフィルタ基板１に有機化合物による柱状スペーサ６１，６２を形成し、対向する素子基板２側に金属層からなる突起６３を柱状スペーサと対応する部位に形成した場合である。この場合、金属層突起６３の高さとカラーフィルタ基板側の柱状スペーサ６１の高さの和が、所望の液晶層厚を与えるように第一の柱状スペーサ６１の高さを設定する。金属層突起６３は有機物より硬く変形しにくいことを考慮して決定する必要がある。また、第一の柱状スペーサ６１と第二の柱状スペーサ６２の高さをほぼ同じに設定し、必要とする高低差は金属層突起６３で調整するのも望ましい態様である。第一と第二の柱状スペーサの高さを同じに設定する方が高さのばらつきが少なく製造が容易だからである。場合によっては、高さの低い第二の柱状スペーサと金属層突起が対向して当接させることも考えられる。図３cは素子基板上に第１の柱状スペーサ６１及び第２の柱状スペーサ６２を形成した液晶表示装置の断面視図である。図３dはカラーフィルタ基板上に第１の柱状スペーサ及び素子基板上に第２の柱状スペーサを形成した液晶表示装置の断面視図である。第１の柱状スペーサ及び第二の柱状スペーサはカラーフィルタ基板と素子基板の一方もしくは両方に形成することが可能である。
【００３４】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板を用いた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】
【００３５】
本発明による液晶表示装置用カラーフィルタ基板を使用して製造した液晶表示装置は、液晶滴下法を使用して液晶を封入しても、液晶層の厚みが所望の厚みに設定され、「低温気泡」、「押圧ムラ」が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一般的なカラー液晶表示装置の構成を説明する断面視の図。
【図２】液晶表示装置の貼り合せ前後の構成の相違を説明する断面視の図。
【図３】液晶表示装置における柱状スペーサの配置の一例を示す断面視の図。
【図４】本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態の一例を説明する工程図。
【図５】図４の製造方法により液晶塗布まで実施した基板の一例を示す上面視の図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、液晶滴下法により液晶が封入される液晶表示装置用のカラーフィルタにおいて、該カラーフィルタ基板上に形成する第一の柱状スペーサ及び第二の柱状スペーサの構成を好適化することを本旨とする。
【００３８】
滴下注入法における液晶表示装置の製造において、第１の柱状スペーサは、十分に減圧されたパネル内と大気圧の圧力差により変形をし、平衡状態としての基板間隙を決める。液晶層厚みＧは、基本的には第１の柱状スペーサで決まる基板間隙により規定されるが、液晶滴下量によっても左右される。
【００３９】
第２の柱状スペーサは、液晶表示装置に局所的な荷重が掛かった際に、第１の柱状スペーサが過大な塑性変形を起こさない様に下支えることにより、押圧ムラの発生を防ぐ役割を持つ。そのため、第２の柱状スペーサの高さＨ２は第１の柱状スペーサの弾性変形の範囲内に設定する必要がある。
【００４０】
また、液晶表示装置が低温下に放置されると、液晶表示装置を構成する各部材は熱収縮を起こす。その中でも、液晶材料は最も熱収縮量が大きい部材であり、パネル内部には真空領域が発生し、大気圧よりパネル内圧が低くなるために、柱状スペーサが変形することにより追従する。この時、第１の柱状スペーサを好適に配置しておいたとしても、液晶材料の収縮により第２の柱状スペーサが対向する基板と接してしまうと、柱状スペーサが大気圧による加圧に柱状スペーサが追従して変形できなくなり低温気泡が発生する。そこで、第１の柱状スペーサの高さＨ１と第２の柱状スペーサの高さＨ２の差が小さすぎてもいけない。
【００４１】
第１の柱状スペーサの高さは、その変形量と狙いの液晶層厚みＧとにより決定される。液晶材料厚みＧは、リタデーションが透過率の高い波長領域（例えば、５５０ｎｍ）の半分となるように使用している液晶材料の複屈折に応じて設計される。一般的に、複屈折性の高い液晶材料を用いるほど、液晶層厚みＧおよび第１の柱状スペーサの高さＨ１は低くなる。しかし、液晶層厚みＧおよび第１の柱状スペーサの高さＨ１が低くなりすぎると第１の柱状スペーサの高さＨ１の製造時のバラツキの影響が効いてくる結果、柱状スペーサの塑性変形に起因する押圧ムラが発生しやすくなる。
【００４２】
本発明になる液晶表示装置においては、柱状スペーサは、カラーフィルタ基板上と素子基板上のいずれか、もしくは両方の基板に形成されてあっても構わない。両方の基板上に敷設する場合には、それらが対向して当接するようにしてスペーサとしての機能を果たすようにすることもできる。
【００４３】
それらの具体的な配置例を図３に示している。図３aはカラーフィルタ基板上に第１の柱状スペーサ及び第２の柱状スペーサを形成したものである。図３ｂはカラーフィルタ基板に有機化合物による柱状スペーサを形成し、素子基板に金属層を設けることによって、第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサの段差を形成する例である。具体的には、素子基板上のソース電極に用いられるアルミニウム系合金等を用いて金属層を形成し、第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサの段差をつけることが可能である。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態の一例について図を参照して説明する。
【００４５】
まず、本発明のカラーフィルタの各色画素を形成するために用いられる着色組成物について説明する。
【００４６】
各色画素を形成するために用いられる着色組成物に含まれる顔料担体は、顔料を分散させるものであり、透明樹脂、その前駆体、またはそれらの混合物により構成される。
【００４７】
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％以上の樹脂である。透明樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれ、その前駆体には、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が含まれ、これらを単独でまたは２種以上混合して用いることができる。
【００４８】
顔料担体は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、３０〜７００重量部、好ましくは６０〜４５０重量部の量で用いることができる。また、透明樹脂とその前駆体との混合物を顔料担体として用いる場合には、透明樹脂は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、２０〜４００重量部、好ましくは５０〜２５０重量部の量で用いることができる。
また、透明樹脂の前駆体は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、１０〜３００重
量部、好ましくは１０〜２００重量部の量で用いることができる。
【００４９】
熱可塑性樹脂としては、例えば, ブチラール樹脂、スチレンーマレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム系樹脂、セルロース類、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
【００５０】
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フマル酸樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【００５１】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入した樹脂が用いられる。
また、スチレン−無水マレイン酸共重合物やα−オレフィン−無水マレイン酸共重合物等の酸無水物を含む線状高分子をヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート等の水酸基を有する（メタ）アクリル化合物によりハーフエステル化したものも用いられる。
【００５２】
透明樹脂の前駆体であるモノマーおよびオリゴマーとしては、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、ポリエチレングリコールジ（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、トリメチロールプロパントリ（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、メラミン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）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、（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、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。
【００５３】
着色組成物には、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−メチル−１[４−（メチルチオ）フェニル]−２−モルフォリノプロパン−１−オン、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光重合開始剤、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光重合開始剤、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等のベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、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等のチオキサントン系光重合開始剤、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光重合開始剤、ボレート系光重合開始剤、カルバゾール系光重合開始剤、イミダゾール系光重合開始剤等が用いられる。
光重合開始剤は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、５〜２００重量部、好ましくは１０〜１５０重量部の量で用いることができる。
【００５４】
上記光重合開始剤は、単独あるいは２種以上混合して用いるが、増感剤として、α−アシロキシエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、４，４’−ジエチルイソフタロフェノン、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、４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノン等の化合物を併用することもできる。
増感剤は、光重合開始剤１００重量部に対して、０．１〜６０重量部の量で含有させることができる。
【００５５】
さらに、着色組成物には、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。
多官能チオールは、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、０．２〜１５０重量部、好ましくは０．２〜１００重量部の量で用いることができる。
【００５６】
さらに、顔料を充分に顔料担体中に分散させ、ガラス基板等の透明基板上に乾燥膜厚が０．２〜５μｍとなるように塗布して着色画素を形成することを容易にするために溶剤を含有させることができる。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。
溶剤は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、８００〜４０００重量部、好ましくは１０００〜２５００重量部の量で用いることができる。
【００５７】
着色組成物は、１種または２種以上の顔料を、必要に応じて上記光重合開始剤と共に、顔料担体および有機溶剤中に三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、アトライター等の各種分散手段を用いて製造することができる。
また、２種以上の顔料を含む着色組成物は、各顔料を別々に顔料担体および有機溶剤中に
微細に分散したものを混合して製造することもできる。
【００５８】
顔料を顔料担体および有機溶剤中に分散する際には、適宜、樹脂型顔料分散剤、界面活性剤、顔料誘導体等の分散助剤を含有させることができる。
分散助剤は、顔料の分散に優れ、分散後の顔料の再凝集を防止する効果が大きいので、分散助剤を用いて顔料を顔料担体および有機溶剤中に分散してなる着色組成物を用いた場合には、透明性に優れたカラーフィルタが得られる。
分散助剤は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、０．１〜４０重量部、好ましくは０．１〜３０重量部の量で用いることができる。
【００５９】
樹脂型顔料分散剤としては、顔料に吸着する性質を有する顔料親和性部位と、顔料担体と相溶性のある部位とを有し、顔料に吸着して顔料の顔料担体への分散を安定化する働きをするものである。
樹脂型顔料分散剤として具体的には、ポリウレタン、ポリアクリレートなどのポリカルボン酸エステル、不飽和ポリアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸（部分）アミン塩、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリカルボン酸アルキルアミン塩、ポリシロキサン、長鎖ポリアミノアマイドリン酸塩、水酸基含有ポリカルボン酸エステルや、これらの変性物、ポリ（低級アルキレンイミン）と遊離のカルボキシル基を有するポリエステルとの反応により形成されたアミドやその塩などの油性分散剤、（メタ）アクリル酸−スチレン共重合体、（メタ）アクリル酸−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの水溶性樹脂や水溶性高分子化合物、ポリエステル系、変性ポリアクリレート系、エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド付加化合物、燐酸エステル系等が用いられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。
【００６０】
界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スチレン−アクリル酸共重合体のアルカリ塩、アルキルナフタリンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸モノエタノールアミン、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ステアリン酸モノエタノールアミン、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、スチレン−アクリル酸共重合体のモノエタノールアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤；ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリエチレングリコールモノラウレートなどのノニオン性界面活性剤；アルキル４級アンモニウム塩やそれらのエチレンオキサイド付加物などのカオチン性界面活性剤；アルキルジメチルアミノ酢酸ベタインなどのアルキルベタイン、アルキルイミダゾリンなどの両性界面活性剤が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。
【００６１】
色素誘導体は、有機色素に置換基を導入した化合物であり、用いる顔料の色相に近いものが好ましいが、添加量が少なければ色相の異なるものを用いても良い。
有機色素には、一般に色素とは呼ばれていないナフタレン系、アントラキノン系等の淡黄色の芳香族多環化合物も含まれる。
色素誘導体としては、特開昭６３−３０５１７３号公報、特公昭５７−１５６２０号公報、特公昭５９−４０１７２号公報、特公昭６３−１７１０２号公報、特公平５−９４６９号公報等に記載されているものを使用できる。
特に、塩基性基を有する色素誘導体は、顔料の分散効果が大きいため、好適に用いられる。これらは単独でまたは２種類以上を混合して用いることができる。
【００６２】
着色組成物には、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有させることができる。
貯蔵安定剤としては、例えばベンジルトリメチルクロライド、ジエチルヒドロキシアミンなどの４級アンモニウムクロライド、乳酸、シュウ酸などの有機酸およびそのメチルエーテル、ｔ−ブチルピロカテコール、テトラエチルホスフィン、テトラフェニルフォスフィンなどの有機ホスフィン、亜リン酸塩等が挙げられる。
貯蔵安定剤は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の量で含有させることができる。
【００６３】
また、着色組成物には、基板との密着性を高めるためにシランカップリング剤等の密着向上剤を含有させることもできる。
シランカップリング剤としては、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン類、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の（メタ）アクリルシラン類、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン類、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジエトキシシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン類、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のチオシラン類等が挙げられる。シランカップリング剤は、着色組成物中の顔料１００重量部に対して、０．０１〜１００重量部の量で含有させることができる。
【００６４】
着色組成物は、グラビアオフセット用印刷インキ、水無しオフセット印刷インキ、インクジェット用インキ、シルクスクリーン印刷用インキ、溶剤現像型あるいはアルカリ現像型着色レジストの形態で調製することができる。着色レジストは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または感光性樹脂と、モノマーと、光重合開始剤と、有機溶剤とを含有する組成物中に色素を分散させたものである。
顔料は、着色組成物の全固形分量を基準（１００重量％）として５〜７０重量％の割合で含有されることが好ましい。より好ましくは、２０〜５０重量％の割合で含有され、その残部は、顔料担体により提供される樹脂質バインダーから実質的になる。
着色組成物は、遠心分離、焼結フィルタ、メンブレンフィルタ等の手段にて、５μｍ以上の粗大粒子、好ましくは１μｍ以上の粗大粒子、さらに好ましくは０．５μｍ以上の粗大粒子および混入した塵の除去を行うことが好ましい。
【００６５】
前記カラーフィルタ中の赤色画素、緑色画素、および青色画素は、透明基板上に、印刷法またはフォトリソグラフィー法により、上記の各色着色組成物を用いて形成される。
【００６６】
透明基板としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。また、ガラス板や樹脂板の表面には、液晶パネル化後の液晶駆動のために、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アンチモンなどの金属酸化物の組み合わせからなる透明電極が形成されていてもよい。
【００６７】
印刷法による各色着色画素の形成は、上記各種の印刷インキとして調製した着色組成物の印刷と乾燥を繰り返すだけでパターン化ができるため、カラーフィルタの製造法として
は、低コストで量産性に優れている。さらに、印刷技術の発展により高い寸法精度および平滑度を有する微細パターンの印刷を行うことができる。印刷を行うためには、印刷の版上にて、あるいはブランケット上にてインキが乾燥、固化しないような組成とすることが好ましい。また、印刷機上でのインキの流動性の制御も重要であり、分散剤や体質顔料によるインキ粘度の調整を行うこともできる。
【００６８】
インクジェット法は、微細な複数の吐出口（インクジェットヘッド）を各色ごとに揃えたインクジェット装置にて、 透明基板もしくはＴＦＴなどアクティブ素子を形成した基板に直接印刷形成する方法である。
【００６９】
フォトリソグラフィー法により各色画素を形成する場合は、上記溶剤現像型あるいはアルカリ現像型着色レジストとして調製した着色組成物を、透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、スリットコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が０．２〜１０μｍとなるように塗布する。塗布膜を乾燥させる際には、減圧乾燥機、コンベクションオーブン、ＩＲオーブン、ホットプレート等を使用してもよい。
次に、所定のパターンを有するマスクを通して紫外線露光を行う。
その後、溶剤またはアルカリ現像液に浸漬するかもしくはスプレーなどにより現像液を噴霧して未硬化部を除去して所望のパターンを形成したのち、同様の操作を他色について繰り返してカラーフィルタを製造することができる。
さらに、着色レジストの重合を促進するため、必要に応じて加熱を施すこともできる。
フォトリソグラフィー法によれば、上記印刷法より精度の高いカラーフィルタが製造できる。
【００７０】
現像に際しては、アルカリ現像液として炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等の水溶液が使用され、ジメチルベンジルアミン、トリエタノールアミン等の有機アルカリを用いることもできる。また、現像液には、消泡剤や界面活性剤を添加することもできる。現像処理方法としては、シャワー現像法、スプレー現像法、ディップ(浸漬)現像法、パドル(液盛り)現像法等を適用することができる。
なお、紫外線露光感度を上げるために、上記着色レジストを塗布乾燥後、水溶性あるいはアルカリ水溶性樹脂、例えばポリビニルアルコールや水溶性アクリル樹脂等を塗布乾燥し酸素による重合阻害を防止する膜を形成した後、紫外線露光を行うこともできる。
【００７１】
本発明の液晶表示装置に用いて好適なカラーフィルタは、上記方法の他に電着法、転写法、インクジェット法などにより製造することができる。
なお、電着法は、透明基板上に形成した透明導電膜を利用して、コロイド粒子の電気泳動により各色着色画素を透明導電膜の上に電着形成することでカラーフィルタを製造する方法である。
また、転写法は剥離性の転写ベースシートの表面に、あらかじめカラーフィルタ層を形成しておき、このカラーフィルタ層を所望の透明基板に転写させる方法である。
【００７２】
次に、本発明におけるカラーフィルタを用いて液晶表示装置製造を製造する方法について説明する。
【００７３】
図４は、本発明のカラーフィルタ基板を用いて液晶表示装置製造を製造するフローチャート図であり、図５は、封止剤および液晶材料が滴下された状態の基板を模式的に示す図である。
【００７４】
図４に示すように、液晶表示装置の製造において、カラーフィルタ基板及びアレイ基板に配向処理を行う必要がある。配向処理は、配向膜を液晶表示装置用基板の液晶に接する面の側に形成し、必要に応じて、液晶表示装置用基板の液晶界面での液晶の方向を一様に
揃える処理を実施する。
【００７５】
配向膜は、液晶を所定の方向に配向させる性質をもつので、所定の液晶モードに合せて配向膜を選定する必要がある。配向膜の材料としては、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などの感光性または非感光性のものが好ましく用いられるが、これらに限られるものではない。ただし、配向膜の耐熱性・信頼性の点からポリイミド系樹脂が好ましい。
【００７６】
ポリイミド系樹脂を用いた配向膜は、可溶性ポリイミド溶液やポリアミック酸溶液を液晶表示装置用基板上に形成した後に、必要に応じて乾燥、焼成や光照射して得られる。配向膜材料は基板上に、フレキソ印刷、スピンコート、ロールコート、スリットダイコート、シルク印刷、インクジェット印刷等により液晶表示装置用基板上に形成される。配向膜として好ましく用いられるポリイミド系樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリアミック酸を加熱また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。
【００７７】
本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の構成を実施するために、市販されている配向膜を用いてもよい。例えば、ジェイエスアール社製のＡＬ１０００、ＡＬ１０６８、ＡＬ１０７２、ＡＬ１０７７、ＡＬ１Ｆ００、ＡＬ３０００、ＡＬ４０００、ＡＬ５０００、ＡＬ６０００、ＡＬ７０００、ＡＬ８０００、ＡＬ１Ｈ６５９、ＡＬ６０１０１、ＡＬ６０６０１、ＪＡＬＳ−１４６、ＪＡＬＳ−２１２、ＪＡＬＳ−２４６、ＪＡＬＳ−４０６、ＪＡＬＳ−４４５、ＪＡＬＳ−４６９、ＪＡＬＳ−５５０、ＪＡＬＳ−５５２、ＪＡＬＳ−５５３、ＪＡＬＳ−５５５、ＪＡＬＳ−５５６、ＪＡＬＳ−５６６、ＪＡＬＳ−７２５、ＪＡＬＳ−１０８２、ＪＡＬＳ−１０８５、ＪＡＬＳ−１２１６、チッソ社製のＰＩＡ−５１４０、ＰＩＡ−５１５０、ＰＩＡ−５３１０、ＰＩＡ−Ｘ３２２、ＰＩＡ−２０２４、ＰＩＡ−２７００、ＰＩＡ−２８００、ＰＩＡ−２９００、日産化学社製のＳＥ−１３０、ＳＥ−１５０、ＳＥ−２１１０、ＳＥ−４１０、ＳＥ−６１０、ＳＥ−１１８０、ＳＥ−２１７０、ＳＥ−１２１１、ＳＥ−１４１０、ＳＥ−３１４０、ＳＥ−３２１０、ＳＥ−３３１０、ＳＥ−３５１０、ＳＥ−５２９１、ＳＥ−５３００、ＳＥ−６２１０、ＳＥ−７４９２、ＳＥ−７９９２、ＳＥ−７５１１Ｌ、ＳＥ−８１９２Ｌ、ＲＮ−１３２２、ＲＮ−１３３２、ＲＮ−１３４９、ＲＮ−１３５８、ＲＮ−１３８６、ＲＮ−１４１７、ＲＮ−１４３６、ＲＮ−１４５０、ＲＮ−１４７７、ＲＮ−１４８６などを単独で用いても良いし、これらの内の２種以上を混合して用いても良いし、また適宜他のポリマー成分を添加しても良いし、これらの製品に含まれる樹脂成分を適宜選択して用いてもよい。
【００７８】
配向膜の溶液に使用される溶剤としては、水、エタノール、メタノール、イソブタノール、３−メチル−３−メトキシブタノールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、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、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、３−メトキシ−３−メチルブチルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトンなどのエステル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドンなどのピロリドン類、ブチルセロソルブなどを使用することができる。
【００７９】
液晶界面での液晶の方向を一様に揃える処理は、液晶のダイレクターを液晶表示装置用
基板の水平近くまで配向させる必要のあるＴＮやＩＰＳ等といった液晶表示モードで用いられるものであり、レーヨンやコットンといった布で配向膜を擦るラビング処理や偏光を制御した光を照射する光配向処理等が用いられる。
【００８０】
液晶表示装置の液晶層厚みは、柱状スペーサを用いて保持される。柱状スペーサは、カラーフィルタ基板に感光性樹脂をフォトリソグラフィ法などを用いて形成する。
【００８１】
柱状スペーサの高さ測定には、触針式膜厚計のような接触式膜厚計から光干渉計やレーザー顕微鏡といった非接触膜厚測定機を用いることが可能であるが、基板への汚染性や測定精度を考慮すると非接触式膜厚計を用いることが望ましい。
【００８２】
液晶表示装置の製造において、一対の液晶表示装置用基板間隙に液晶を封じ込める封止剤には、アクリル系樹脂などの光硬化樹脂やエポキシ系樹脂などの熱硬化樹脂を用いることができ、もしくは光硬化樹脂と熱硬化樹脂の両方の樹脂混合物を用いることが出来る。
【００８３】
液晶表示装置に使用される液晶材料としては、表示モード、駆動方式に応じて適宜選択することができる。本発明に使用するネマティック液晶としては、表示方式に応じて誘電異方性の正のもの、負のものを適宜用いることができる。
【００８４】
本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の構成を実施するために、市販されている液晶を用いてもよい。例えば、メルク社製ＭＬＣ−６６０１、ＭＬＣ−６６１４、ＭＬＣ−６６８６、ＭＬＣ−６６９２、ＭＬＣ−６６０８、ＭＬＣ−６６０９、ＭＬＣ−６６１０、ＭＬＣ−６２２２、ＭＬＣ−６２５２、ＭＬＣ−６２５６、ＭＬＣ−６６２５、ＭＬＣ−６６２８などを使用することが出来る。
【００８５】
液晶表示装置用基板への液晶材料の滴下には、プランジャポンプ方式のディスペンサが用いられる。液晶材料滴下用ディスペンサは、円筒状の筐体に液晶材料を導入し、細長い棒状のプランジャを鉛直方向に移動させることによって液晶をノズルから滴下する。液晶材料の滴下量の調整は、ポンプコントローラを用いてのプランジャの移動量によって行う。
【００８６】
一対のカラーフィルタ基板とアレイ基板を貼り合せる際に行う減圧は、１Pa以下で行うことが好ましい。１Pa以上の圧力で貼り合せを行うと液晶材料が十分に拡がらなかったり、貼り合せ後にカラーフィルタ材料や液晶材料等から揮発性ガスが発生して液晶セル内に残存することにより気泡が発生することがある。
【００８７】
本発明の封止剤を硬化させる工程には、紫外線（ＵＶ）照射を用いる。ＵＶ照射を行う際には、表示画素部分に光を当てないようにする必要がある。封止剤にUV照射を行った後、通常100〜150℃で30〜90分の加熱処理が行われる。本処理により、封止剤を熱硬化させるとともに、液晶材料の相転移温度以上の熱をかけることによって、液晶材料の再配向を促すことができる。
【００８８】
滴下注入法により貼り合せられた一対のカラーフィルタ基板とアレイ基板の基板間隙は一般的に第１の柱状スペーサの高さＨ１に対して８０〜１００％の値となる。こうして得られた液晶表示用基板を断裁後、IC、偏光板及びバックライトユニットを装着することによって液晶表示装置として完成する。
【実施例】
【００８９】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について具体的に説明する。
顔料の記号はカラーインデックスナンバーを示し、例えば、「ＰＧ３６」は「Ｃ．Ｉ．Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ３６」を、「ＰＹ１５０」は「Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １５０」を表す。
【００９０】
〔樹脂溶液の調製〕
まず実施例および比較例で用いたアクリル樹脂溶液の調製について説明する。樹脂の分子量は、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィ）により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量である。
【００９１】
〔アクリル樹脂１の合成〕
セパラブルフラスコ中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート８００ｇ、メタクリル酸１０ｇ、メチルメタクリレート４０ｇ、ブチルメタクリレート８０ｇ、ヒドロキシエチルメタクリレート４０ｇおよびアゾビスイソブチロニトリル２ｇを加え、窒素雰囲気下において８０℃で６時間加熱し、アクリル樹脂１を得た。得られたアクリル樹脂１の重量平均分子量は４００００であった。
【００９２】
〔着色組成物１の調製〕
下記の要領でカラーフィルタ作製に用いる感光性着色組成物を調製した。
・感光性着色組成物
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のフィルターで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
【００９３】
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  ＲＥＤ２５４                  ９．６部
（チバスペシャリティケミカルズ社製「イルガフォアレッドＢ-ＣＦ」）
赤色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  ＲＥＤ１７７                １．１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」）
分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」）      １．８部
アクリル樹脂１（固形分２０％）                                ３６．５部
シクロヘキサノン                                                  ４８部
【００９４】
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組成物１を得た。
【００９５】
上記分散体                                                    ３８質量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート                    ４．８質量部
光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュア−９０７」）
２．８質量部
光増感剤（日本化薬社製「ＤＥＴＸ−Ｓ」）                    ０．１質量部
シクロヘキサノン                                          ４０．２質量部
【００９６】
〔着色組成物２の調製〕
下記の要領でカラーフィルタ作製に用いる感光性着色組成物を調製した。
・感光性着色組成物
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のフィルターで濾過して緑色顔料の分散体を作製した。
【００９７】
緑色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ３６              ７．９部
（東洋インキ製造社製「ＬＩＯＮＯＬ  ＧＲＥＥＮ  ６ＹＫ」）
黄色顔料：Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ１５０          ５．８部
（ＢＡＹＥＲ社製「ＦＡＮＣＨＯＮ  ＦＡＳＴ  ＹＥＬＬＯＷ  Ｙ-５６８８」）
分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」）      １．８部
アクリル樹脂１（固形分２０％）                                ３６．５部
シクロヘキサノン                                                  ４８部
【００９８】
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組成物１を得た。
【００９９】
上記分散体                                                    ４８質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート                      ４．８質量部
光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュア−３６９」）
２．８質量部
光増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）                  ０．２質量部
シクロヘキサノン                                          ４０．２質量部
【０１００】
〔着色組成物３の調製〕
下記の要領でカラーフィルタ作製に用いる感光性着色組成物を調製した。
・感光性着色組成物
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のフィルターで濾過して青色顔料の分散体を作製した。
【０１０１】
青色顔料：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ１５：６              ９．１部
（東洋インキ製造社製「リオノールブルーＥＳ」）
分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」）      １．８部
アクリル樹脂１（固形分２０％）                                ３６．５部
シクロヘキサノン                                                  ４８部
【０１０２】
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着色組成物３を得た。
【０１０３】
上記分散体                                                    ３２質量部
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート                    ４．８質量部
光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュア−３６９」）
２．８質量部
光増感剤（日本化薬社製「ＤＥＴＸ−Ｓ」）                    ０．２質量部
シクロヘキサノン                                          ４０．２質量部
【０１０４】
以下に、上記着色組成物を用いたカラーフィルタ基板の作製方法を説明する。
【０１０５】
着色組成物１をスピンコート法により透明基板に塗工した後、クリーンオーブン中で、７０℃で２０分間プリベークした。次いで、この基板を室温に冷却後、超高圧水銀ランプを用い、紫外線によるパターン露光を実施した。その後、この基板を２３℃の炭酸ナトリウム水溶液を用いてスプレー現像した後、イオン交換水で洗浄し、風乾した。その後、クリーンオーブン中で、２３０℃で３０分間ポストベークを行い、乾燥塗膜を得た。同様に、着色組成物２、着色組成物３を透明基板上に乾燥塗膜として形成した。乾燥塗膜の膜厚は、いずれも２．０μｍであった。
【０１０６】
ここで、カラーフィルタ基板として、赤色、緑色、青色の三色の着色画素の各面積が４７μm×１５３μmのサイズで縦３２０画素、横２４０画素となるように配列し、その上に透明電極の形成を行い、さらにその上に柱状スペーサを形成した。柱状スペーサを形成する材料として、弾性特性の異なる感光性材料Ａ、Ｂを用いた。
感光性樹脂Ａ、Ｂを用いて形成したφ１６μｍの円柱状スペーサについて微小変位計（島津製作所社製、ＤＵＨ−２０１）を用いて□５０μｍの先端で１０ｍＮの荷重を加えた時の変形量は、感光性樹脂Ａ：０．４４μｍ、Ｂ：０．２６μｍであった。同様に、１００ｍＮの荷重を加えた時の変形量は、感光性樹脂Ａ：２．０９μｍ、Ｂ：１．６５μｍであった。
【０１０７】
〔樹脂Ａ１の合成〕
セパラブルフラスコ中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート６８６重量部、グリシジルメタクリレート３３２重量部、アゾビスイソブチロニトリル６．６重量部を加え窒素雰囲気下において８０℃で６時間加熱し、樹脂溶液を得た。
【０１０８】
次に、得られた樹脂溶液に、アクリル酸１６８重量部、メトキノン０．０５重量部、トリフェニルフォスフィン０．５重量部を加え、空気を吹き込みながら１００℃で２４時間加熱し、アクリル酸付加樹脂溶液を得た。
【０１０９】
更に、得られたアクリル酸付加樹脂溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物１８６重量部を加え、７０℃で１０時時間加熱し、樹脂Ａ１溶液を得た。
【０１１０】
〔感光性材料Ａの調整〕
以下の組成にて、ネガ型の用感光性材料Ａを調製した。
・樹脂Ａ１                                                      ２００重量部
・光重合性モノマージペンタエリスリトールヘキサアクリレート      １００重量部
・光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュア９０７）
１５重量部
・溶剤  プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート        ４００重量部
【０１１１】
〔樹脂Ｂ１の合成〕
セパラブルフラスコ中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート  ５００重量部、クレゾールノボラックエポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、Ｎ−６８０）  ２６４重量部、アクリル酸  １００重量部、メトキノン  ０．０７重量部、トリフェニルフォスフィン１．８重量部  を加え、空気雰囲気下において１００℃で４８時間加熱し、アクリル酸付加樹脂溶液を得た。
【０１１２】
更に、得られたアクリル酸付加樹脂溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物１３６重量部を加え、７０℃で１０時時間加熱し、樹脂Ｂ１溶液を得た。
【０１１３】
〔感光性材料Ｂの調整〕
以下の組成にて、ネガ型の用感光性材料Ｂを調製した。
・樹脂Ｂ１                                                        ２００重量部
・光重合性モノマー  ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート      １００重量部
・光重合開始剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、イルガキュア９０７）
１５重量部
・溶剤  プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート          ４００重量部
【０１１４】
液晶表示装置のパネル特性評価として、「低温気泡」の評価は−１０℃、−２０℃、−３０℃、−４０℃、−５０℃の各温度環境下において２４時間放置後、評価温度雰囲気下において指で刺激を与えることによって気泡が発生する温度を評価した。この時の判断基準として、
液晶表示装置の低温気泡の発生しないものを特性良好として○、
低温気泡発生条件が−４０℃以下であるものを使用可能範囲として△、
低温気泡発生条件が−３０℃以上であるものを特性不良として×、
とした。
【０１１５】
「押圧ムラ」の評価は、液晶表示装置を面積１７６．６ｍｍ2の平坦な圧子で荷重を1分間かけて、輝度ムラの有無を目視で評価した。荷重は１ｋｇｆから１ｋｇｆ単位で増加させていき、輝度ムラの発生しない最大の荷重を耐荷重とした。この時の判断基準として、液晶表示装置の耐荷重が１０ｋｇｆであることを特性良好として○、
７〜９ｋｇｆであるものを使用可能として△、
６ｋｇｆ以下のものを特性不良として×、
とした。
【０１１６】
液晶層厚みの測定は位相差セルGAP測定装置ＲＥＴＳ-１００（大塚電子社製）を用いて各セル内１０点の液晶層厚みの測定を行い、平均値を液晶層厚みとした。液晶層厚みバラツキの判断基準として、
３σ値が０．０５μｍ未満であるものを特性良好として○、
０．０５〜０．１０μｍであるものを使用可能として△、
それ以上のものを特性不良として×、とした。
【０１１７】
〔実施例１〕
カラーフィルタ基板上に感光性樹脂Ａを用いてアレイ基板との接触面が円形になるように柱状スペーサを形成した。第１の柱状スペーサを高さＨ１が３．７５μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ１が２９８９μｍ2/ｍｍ2（単位面積１ｍｍ２中で２９８９μｍ２を占めること。以下同様）になるように配置した。また、第２の柱状スペーサを高さＨ２が３．４μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ１が８４３９μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。配向膜にはポリイミド系樹脂を使用し、液晶材料には負の誘電異方性を持つ材料を使用して垂直配向型液晶表示装置を製造した。この時の液晶層厚みDは３．６２μｍであった。
【０１１８】
〔実施例２〕
カラーフィルタ基板上に感光性樹脂Ｂを用いて素子基板との接触面が円形になるように柱状スペーサを形成した。第１の柱状スペーサを高さＨ1が３．６２μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ１が５４８μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。また、第２の柱状スペーサを高さＨ２が３．２μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ２が１０８８２μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。配向膜にはポリイミド系樹脂を使用し、液晶材料には負の誘電異方性を持つ材料を使用して垂直配向型液晶表示装置を製造した。この時の液晶層厚みＤは３．４４μｍであった。
【０１１９】
〔実施例３〕
第２の柱状スペーサの単位面積当りの占有密度Ｄ２が４９３５１μｍ2/ｍｍ2であること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．６０μｍであった。
【０１２０】
〔実施例４〕
第２の柱状スペーサの高さＨ２が３．１５μｍであること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．５８μｍであった。
【０１２１】
〔実施例５〕
第２の柱状スペーサの高さＨ２が３．４６μｍであること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．６６μｍであった。
【０１２２】
〔実施例６〕
素子基板上に感光性樹脂Ａを用いて第１の柱状スペーサを高さＨ１が２．４８μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ１が２９８９μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。また、第２の柱状スペーサを高さＨ２が２．１５μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ２が８４３９μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。配向膜にはポリイミド系樹脂を使用し、液晶材料には負の誘電異方性を持つ材料を使用して垂直配向型液晶表示装置を製造した。この時の液晶層厚みＤは２．３７μｍであった。
【０１２３】
〔実施例７〕
カラーフィルタ基板上に感光性樹脂Ｂを用いて素子基板との接触面が円形になるように柱状スペーサを形成した。第１の柱状スペーサを高さＨ１が４．０８μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ１が２６０８μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。また、第２の柱状スペーサを高さＨ２が３．６μｍ、単位面積当りの占有密度Ｄ２が９４６３μｍ2/ｍｍ2になるように配置した。配向膜にはポリイミド系樹脂を使用し、液晶材料には負の誘電異方性を持つ材料を使用して垂直配向型液晶表示装置を製造した。この時の液晶層厚みＤは３．８６μｍであった。
【０１２４】
〔比較例１〕
第１の柱状スペーサの単位面積当りの占有密度Ｄ１が５９７９μｍ2/ｍｍ2であること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みDは３．６７μｍであった。
【０１２５】
〔比較例２〕
第２の柱状スペーサの単位面積当りの占有密度Ｄ２が７３４１μｍ2/ｍｍ2であること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．６０μｍであった。
【０１２６】
〔比較例３〕
第２の柱状スペーサの単位面積当りの占有密度Ｄ２が６４２３μｍ2/ｍｍ2であること以外は比較例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．５９μｍであった。
【０１２７】
〔比較例４〕
第２の柱状スペーサの占有密度Ｄ２が５１５２０μｍ2/ｍｍ2であること以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．６２μｍであった。
【０１２８】
〔比較例５〕
第１の柱状スペーサの単位面積当りの占有密度Ｄ１が４２７μｍ2/ｍｍ2であること以外は実施例２と同様にして、液晶表示装置を作製した。この時の液晶層厚みＤは３．４５μｍであった。
【０１２９】
上記の条件で作製した液晶表示装置において、パネル特性評価を行った結果を表１に示す。
【０１３０】
【表１】
2010197795.tif 000003
【０１３１】
表１の結果からわかるように、第１の柱状スペーサの占有密度Ｄ１及び第２の柱状スペーサの占有密度Ｄ２とパネル特性不具合に関係があることがわかる。実施例と比較例1、２、３の比較より、第１の柱状スペーサの占有密度Ｄ１が３０００以上であると低温気泡が発生し、第２の柱状スペーサの占有密度Ｄ２が８０００以下であると押圧ムラが発生する。
【０１３２】
また、実施例１と比較例４のように第２の柱状スペーサの占有密度Ｄ２が５００００以上であると液晶層厚みにバラツキが発生する。これは滴下注入法による貼り合せ時に、柱状スペーサが液晶の拡がりを阻害するためと考えられる。
【０１３３】
一方、実施例２と比較例５のように第１の柱状スペーサの占有密度Ｄ１が５００以下であっても液晶層厚みにバラツキが発生する。これは滴下注入法による貼り合せ時に、第１の柱状スペーサの占有密度Ｄ１が少ないために部分的に対向基板を支えることが出来ない箇所が発生するためである。
【０１３４】
また、実施例１と実施例５の結果を比較すると、どちらもパネルとして使用可能ではあるが、第２の柱状スペーサの高さＨ２が、第１の柱状スペーサの高さＨ１に対して９２％以下の高さでないと低温下で第２の柱状スペーサが対向基板に接し、液晶材料の熱収縮に追従できなくなるために低温気泡が発生しやすくなる。一方、実施例１と実施例４の結果を比較すると、第２の柱状スペーサの高さＨ２が、第１の柱状スペーサの高さＨ１に対して８５％以上の高さを持たないと押圧ムラ評価による局所的な荷重に対して、第２の柱状スペーサが荷重を支える前に、第１の柱状スペーサが大きな塑性変形を生じ、液晶層厚みにバラツキが発生しやすくなる。
【０１３５】
実施例１と実施例６を比較すると、どちらもパネルとして使用可能ではあるが、実施例１のほうが押圧ムラ結果が良好である。これは、第１の柱状スペーサの高さＨ１が２．５μｍ以下であると液晶層厚みに対する第１の柱状スペーサの塑性変形の影響が大きくために押圧ムラが発生しやすくなるためである。一方、実施例１と実施例７を比較すると、実施例１のほうが液晶層厚みのバラツキが小さい。これは、第１の柱状スペーサの高さＨ１が４．０μｍ以上となると、第１の柱状スペーサの高さバラツキが大きくなるために液晶層厚みＧのバラツキも大きくなるからと考えられる。
【０１３６】
本発明により得られた第１の柱状スペーサの占有密度Ｄ１及び第２の柱状スペーサの占有密度Ｄ２の条件及び柱状スペーサの高さ条件を用いることによって、柱状スペーサ材料の設計を簡便に好適化することができる。したがって、簡便に良好な表示品位を持つ液晶表示装置を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３７】
１‥カラーフィルタ基板
１１‥透明基板
１２‥偏光膜
１３‥遮光膜
１４‥透明着色皮膜
１５‥オーバーコート層
１６‥透明電極
２‥素子基板（対向基板）
２１‥透明基板
２２‥偏光板
３‥液晶
４‥バックライト
５‥封止剤
６‥柱状スペーサ
６１‥第一の柱状スペーサ
６２‥第二の柱状スペーサ
６３‥金属層からなる突起
【図１】
2010197795.tif 000004
【図２】
2010197795.tif 000005
【図３】
2010197795.tif 000006
【図４】
2010197795.tif 000007
【図５】
2010197795.tif 000008