(57)【要約】【課題】カラー液晶表示装置に具備されるカラーフィルタであって、斜め視認性に優れたカラーフィルタの提供を目的とする。【解決手段】透明基板１の一方の面上に、ＢＭ層２と複数の着色画素層３、その全面にオーバーコート層４、さらにその上面に遮光層５及びフォトスペーサ６が形成されてなるカラーフィルタ１０であって、前記遮光層５及びフォトスペーサ６は、前記ＢＭ層２が形成された位置の延長上に形成され、前記透明基板１からの前記遮光層５の高さはフォトスペーサ６の高さより低いことを特徴とするカラーフィルタである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の一方の面上に、ブラックマトリックス層と複数の着色画素層、その全面にオーバーコート層、さらにその上面に遮光層及びフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタであって、
前記遮光層及びフォトスペーサは、前記ブラックマトリックス層が形成された位置の延長上に形成され、
前記透明基板からの前記遮光層の高さはフォトスペーサの高さより低いことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
透明基板の一方の面上に、複数の着色画素層、その全面にオーバーコート層、さらにその上面に遮光層及びフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタであって、
前記遮光層及びフォトスペーサは、隣接する着色画素層の双方の領域をオーバーラップする位置の延長上に形成され、
前記透明基板からの前記遮光層の高さはフォトスペーサの高さより低いことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記遮光層及びフォトスペーサが、ハーフトーンマスクを用いたフォトリソグラフ法により、同時に形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー液晶表示装置のカラー表示ディスプレイパネル等に使用されるカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、カラー液晶表示装置のカラー表示ディスプレイパネルなどに用いられるカラーフィルタは、図４に示すように、ガラスまたはプラスチックフィルム等の透明基板１の一方の面に、ブラックマトリックス層２、着色画素層３及びオーバーコート層４、フォトスペーサ６から形成されている。
【０００３】
前記着色画素層３は、例えば、ストライプ状、四角型ドット状、多角型ドット状などのマトリックス状の画素パターンで、着色層としては赤色、緑色、青色着色層として形成され、それぞれ赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものである。またそれぞれの着色画素層３の画素境界はブラックマトリックス層（以下、ＢＭ層と記す）２で囲われている。
【０００４】
一方、前記ＢＭ層２遮光性を有するものであり、前記着色画素層３の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、液晶表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、液晶表示装置の画像をムラのない均一な、且つ、コントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００５】
前記オーバーコート層４は、前記着色層３を構成する顔料や樹脂等の各種組成物の液晶層への移行を防止することで液晶表示装置の品質劣化を防ぐ機能を有している。また、カラーフィルタ１０の平坦性を確保し、液晶表示装置への安定した組み込みを可能にする機能も有している。
【０００６】
前記ＢＭ層２の形成方法としては、一般的には、気相法によるドライ薄膜法と感光性樹脂組成物を用いたウエット薄膜法に大別される。
【０００７】
前記ドライ薄膜法によるＢＭ層２の形成方法は、例えば、クロム、酸化クロムなどの金属もしくは金属化合物を、スパッタリング等のドライ薄膜形成装置を用いて成膜する。次に、この成膜した薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを塗布し、マスク露光した後に現像してエッチングレジストパターンを形成する。そしてその後、金属薄膜の露出部分をエッチングし、さらにエッチングレジストパターンを剥離することでＢＭ層５を形成する。
【０００８】
一方、感光性樹脂組成物を用いた前記ウエット薄膜法によるＢＭ層２の形成方法は、例えば、黒色感光性樹脂組成物を塗布し、その後、マスク露光、現像及び洗浄工程を経て、樹脂によるＢＭ層２を形成する。
【０００９】
従来、樹脂によるＢＭ層２は、高輝度なバックライトを用いた際の液晶表示装置での内部反射を制御する場合や、ＩＳＰ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式における液晶表示装置での電界の乱れを制御する必要がある場合に用いられていた。しかしながら、最近では大型テレビの普及により、量産性や低コスト化への対応や、さらには環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向から、樹脂ＢＭ層２が主流となっている。
【００１０】
樹脂ＢＭ層２は金属薄膜層からなるＢＭ層２に比べて、同等の膜厚では遮光性が劣るために厚くする必要がある。そのために、樹脂ＢＭ層２の膜厚は前記着色画素層の膜厚より厚くなる。
【００１１】
前記着色画素層３は赤色、緑色、青色などの着色顔料と感光性樹脂を含む着色感光性樹脂組成物からなり、前記樹脂ＢＭ層５の空隙領域に形成される。この時、隔壁であるＢＭ層２の空隙領域に前記着色感光性樹脂組成物を塗布すると、硬化収縮などにより隔壁との間に若干の隙間が生じ、所謂白抜け現象が起こり画質の低下を招く恐れがある。それを防ぐために、一般には隔壁であるＢＭ層２の上にも塗布する方法が行われている。このために、ＢＭ層２は着色画素層３よりも低くなる。
【００１２】
一方、前記着色画素層３が露出した状態では、不純物が液晶層に侵入し品質の低下を招くので、それを防ぐための保護層として、また、セルギャップを均一にするために前記ＢＭ層２と前記着色画素層３の全体にオーバーコート層４が形成され、その上の所定の位置にフォトスペーサ６が形成される。
【００１３】
このような構成からなる従来のカラーフィルタは、図４に示すように、ＢＭ層２が着色画素層３よりも低いため、斜めから入射する光に対して、着色画素層を区画しているＢＭ層２での遮光が不十分となり、本来入射してはいけない着色画素層３に侵入して画像品位を低下させる問題がある。
【００１４】
上記のような斜めから入射する光を遮光する、斜め視認性に優れた特性（視野角拡大）を有する方法として、例えば、赤色、緑色及び青色の各着色画素毎に、それぞれ異なるリタデーションを有する位相差制御層を設けたカラーフィルタが提案されている（特許文献１）。
【００１５】
上記の方法によれば視野角拡大に優れた特性が確認できるが、それでも斜めから入射する光を十分に遮光することはできず、斜め視認性の問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１８３６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、カラー液晶表示装置に具備されるカラーフィルタであって、斜め視認性に優れたカラーフィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１に係る発明は、透明基板の一方の面上に、ＢＭ層と複数の着色画素層、その全面にオーバーコート層、さらにその上面に遮光層及びフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタであって、
前記遮光層及びフォトスペーサは、前記ＢＭ層が形成された位置の延長上に形成され、
前記透明基板からの前記遮光層の高さはフォトスペーサの高さより低いことを特徴とするカラーフィルタである。
【００１９】
また、請求項２に係る発明は、透明基板の一方の面上に、複数の着色画素層、その全面にオーバーコート層、さらにその上面に遮光層及びフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタであって、
前記遮光層及びフォトスペーサは、隣接する着色画素層の双方の領域をオーバーラップ
する位置の延長上に形成され、
前記透明基板からの前記遮光層の高さはフォトスペーサの高さより低いことを特徴とするカラーフィルタである。
【００２０】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の前記遮光層及びフォトスペーサが、ハーフトーンマスクを用いたフォトリソグラフ法により、同時に形成することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１によれば、オーバーコート層を介して、遮光層をＢＭ層の上部位置に形成することで、従来のＢＭ層に加えて、より高い位置に形成された遮光層により、斜めからの光の入射をより効果的に阻止でき、優れた斜め視認性が得られる。また、前記遮光層の高さをスペーサの高さより低くすることで、カラーフィルタとＴＦＴ基板によるセルギャップの形成に全く支障を与えることなく、均一なギャップが得られる。
【００２２】
また、請求項２によれば、オーバーコート層を介して、前記遮光層が隣接する着色画素層の双方の領域をオーバーラップするように形成することで、従来のＢＭ層がなくても、遮光層がより高い位置に形成されているため、斜めからの光の入射を阻止できる。
【００２３】
また、請求項３によれば、フォトリソグラフ法においてハーフトーンマスクを用いることにより、露光エネルギーの制御が可能となり、高さの高いフォトスペーサとそれより高さの低い遮光層を同時に形成することができ、製造工程の短縮とそれに伴うコスト低減ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を示す概要図である。
【図２】本発明に係るカラーフィルタの一実施形態を示す概要図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造プロセスの一実施形態を示す。
【図４】従来のカラーフィルタの一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図に基づき本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１（ａ）は本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す断面図である。具体的には、透明基板１の一方の面上に、ＢＭ層２と複数の着色画素層３、その全面にオーバーコート層４、さらにその上面に遮光層５及びフォトスペーサ６が形成されてなるカラーフィルタであって、前記遮光層５及びフォトスペーサ６は、前記ＢＭ層２が形成された位置の延長上に形成され、前記透明基板１からの前記遮光層５の高さはフォトスペーサ６の高さより低いことを特徴とするカラーフィルタ１０である。
【００２７】
また、図１（ｂ）はその平面図であり、前記遮光層５が前記ＢＭ層２の上部に、前記着色画素層３を区画するように形成され、その一部所定の位置に前記フォトスペーサ６が形成されたカラーフィルタ１０である。
【００２８】
このように本発明は図４に示す従来のカラーフィルタと異なり、ＢＭ層２に加えてその上部の延長上位置に遮光層５が形成されていることを特徴とする。すなわち、ＢＭ層２に加えて遮光層５の高さ分だけ斜めからの光を遮ることができ、優れた斜め視認性を供することができる。
【００２９】
本発明に係る透明基板１は、透明性、耐熱性、化学的安定性、物理的安定性などを有す
るものであれば特に限定するものではない。例えば、一般的なガラス板やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などに代表されるプラスチック基材を用いることが出来る。
【００３０】
また、ＢＭ層２は、黒色感光性樹脂組成物を用いて、フォトリソ法により形成することで得られる。前記黒色感光性樹脂組成物は、一般的には黒色顔料、感光性樹脂、光重合開始剤、添加剤、溶剤等からなり、特に限定するものではない。
【００３１】
また、着色画素層３は、着色感光性樹脂組成物を用いてフォトリソ法により形成することが好ましい。前記着色感光性樹脂組成物は、一般的には赤色、緑色、青色等の着色顔料、感光性樹脂、光重合開始剤、添加剤、溶剤などからなり、特に限定するものではない。
【００３２】
また、オーバーコート層４は、液晶層と着色画素層が直接接触することを防ぐためと、カラーフィルタ１０の平坦性を付与するためのものであり、一般的には、透明な感光性樹脂、光重合開始剤、添加剤、溶剤等からなり、特に限定するものではない。
【００３３】
本発明に係る前記遮光層５は前記ＢＭ層２の斜め方向の光を遮蔽する作用をするものであり、また、前記フォトスペーサ６はＴＦＴ基板２０とカラーフィルタ１０との間のセルギャップを設けるものである。いずれも前記オーバーコート層４を介してＢＭ層２の位置の延長上に形成にフォトリソ法により形成することができる。
【００３４】
前記遮光層５及びフォトスペーサ６は、前記ＢＭ層２と同様の黒色顔料、感光性樹脂、光重合開始剤、添加剤、溶剤等からなる前記黒色感光性樹脂組成物を硬化することで形成される。この時、前記遮光層５の高さは前記フォトスペーサ６の高さより低く形成される。
【００３５】
本発明に係るカラーフィルタ１０は、前記遮光層５及びフォトスペーサ６をハーフトーンマスクを用いたフォトリソ法により、同時に形成することが特徴の一つである。
【００３６】
本発明に係る前記ハーフトーンマスク４０とは、均一な黒色感光性樹脂組成物２´の塗膜に対して一回の露光で同時に高さの異なるパターン形成ができることが特徴である。具体的には、石英ガラス９上に光の透過を１００％遮光する遮光膜８と、例えば光の透過を５０％遮光する半透過膜７と、遮光膜８と半透過膜７のいずれもない開口部とを設けることによりパターン形成するものである。
【００３７】
すなわち、均一な前記黒色感光性樹脂組成物２´の塗膜に対して照射された光を、１００％透過、５０％透過、１００％遮光（０％透過）の３パターンにすることで、１００％硬化（前記黒色感光性樹脂組成物２´の膜厚が１００％残存）、５０％硬化（前記黒色感光性樹脂組成物２´の膜厚が５０％残存）、未硬化の３つの硬化状態にすることができ、その後の現像工程を経て高さの異なる前記黒色感光性樹脂組成物２´の硬化層（遮光層５、フォトスペーサ６）を形成することができる。
【００３８】
以下、本発明に係るカラーフィルタの製造方法を図３に基づき説明する。
図３（ａ）に示すように、透明基板１の一方の面上に前記黒色感光性樹脂組成物を用いて、フォトリソ法によりＢＭ層２を所定の位置に形成する。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、前記ＢＭ層２を形成した側の透明基板１全面に、例えば赤色感光性樹脂組成物を塗布し、一般的なフォトリソ法により所定の位置に赤色画素層を形成する。同様にして順次緑色画素層、青色画素層を形成して着色画素層３を作製する。
【００４０】
次に、図３（ｃ）に示すように、前記着色層３の上から全面にオーバーコート層４を形成する。
【００４１】
次に図３（ｄ）に示すように、前記オーバーコート層４の全面に黒色感光性樹脂組成物２´を塗布し、前記ハーフトーンマスク４０を用いてフォトリソ法により遮光層５及びフォトスペーサ６を形成する。すなわち、前記ＢＭ層２に対向する位置に、石英ガラス９に遮光層５を形成するための半透過膜７と、フォトスペーサ６を形成するための開口部以外は遮光膜８を配置したハーフトーンマスク４０を用いて露光、現像して図３（ｅ）に示す遮光層５及びフォトスペーサ６を形成してカラーフィルタ１０を作製する。
【００４２】
また、本発明は図２に示すように、ＢＭ層２のない場合にも、オーバーコート層４以後に同様の工程を経ることで、遮光層５とフォトスペーサ６を同時に形成することができる。
この場合、前記ＢＭ層に相当する位置として、隣接する各着色画素層をオーバーラップする領域を設定することで、遮光層５とフォトスペーサ６を同時に形成することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例にて本発明を具体的に説明する。
ガラス板の一方の面に、下記組成からなる黒色感光性樹脂組成物を用いて、線幅２０μｍ、乾燥、硬化後の膜厚が３．０μｍとなるようにブラックマトリックス層を形成した。
（黒色感光性樹脂組成物）
カーボンブラック分散液（御国色素製：ＥＸ−２８０６）      ２５重量部
樹脂（新日鐵化学社製：Ｖ２５９−ＭＥ）                      ７重量部
モノマー（日本化薬社製：ＤＰＨＡ）                          １重量部
光重合開始剤（イルガキュアー３７９）                        １重量部
溶剤（プロピレングリコールモノメチルアセテート）          ３０重量部
溶剤（エチル−３−エトキシプロピオネート）                ３６重量部
【００４４】
次に、上記ブラックマトリックス層を形成したガラス板上に、下記組成の赤色、緑色、青色感光性樹脂組成物を用いて、順次、それぞれの着色画素層を形成した。
【００４５】
下記組成の赤色感光性樹脂組成物を用いて、膜厚１．５μｍの赤色画素層を形成した。
（赤色感光性樹脂組成物）
アクリル樹脂の２０重量％シクロヘキサノン溶液            ４０重量部
ジペンタエリスリトールペンタアクリレート                １０重量部
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７                    ７重量部
光重合開始剤                                              ２重量部
顔料分散剤                                                ２重量部
２−メトキシエタノール                                  ３９重量部
【００４６】
下記組成の緑色感光性樹脂組成物を用いて、膜厚１．５μｍの緑色画素層を形成した。
（緑色感光性樹脂組成物）
アクリル樹脂の２０重量％シクロヘキサノン溶液            ４０重量部
ジペンタエリスリトールペンタアクリレート                １０重量部
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６                  ８重量部
光重合開始剤                                              ２重量部
顔料分散剤                                                ２重量部
２−メトキシエタノール                                  ３８重量部
【００４７】
下記組成の青色感光性樹脂組成物を用いて、膜厚１．５μｍの緑色画素層を形成した。
（青色感光性樹脂組成物）
アクリル樹脂の２０重量％シクロヘキサノン溶液            ４０重量部
ジペンタエリスリトールペンタアクリレート                １０重量部
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：６                ６重量部
光重合開始剤                                              ２重量部
顔料分散剤                                                ２重量部
２−メトキシエタノール                                  ４０重量部
【００４８】
次に、上記で作製したブラックマトリックス層と赤色、緑色、青色画素層の全面に、下記組成のオーバーコート層形成用組成物を用いて、硬化後の平均膜厚が２．０μｍとなるようにオーバーコート層を形成した。
（オーバーコート層形成用組成物）
アクリル樹脂の２０重量％シクロヘキサノン溶液            ４０重量部
ジペンタエリスリトールペンタアクリレート                １０重量部
光重合開始剤                                              ２重量部
２−メトキシエタノール                                  ４８重量部
【００４９】
次に前記オーバーコート層の全面に前記黒色感光性樹脂組成物を、下記ハーフトーンマスクを用いた露光時の開口部の硬化膜厚が３μｍとなるように塗布した。
【００５０】
次に、別途作製したハーフトーンマスクを用いて、前記黒色感光性樹脂組成物に露光し、その後、現像、洗浄、乾燥工程を経て、高さ３．５μｍの遮光層、高さ６μｍのフォトスペーサを形成してカラーフィルタを作製した。なお、ハーフトーンマスクの半透過膜の透過率は５０％のものを使用した。
【００５１】
上記で作製したカラーフィルタを用いて液晶表示用パネルを作製し、バックライトからの透過光を目視で観察し、斜め視認性を評価した結果、全く問題のない優れた視認性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
低価格で広視野角を有するカラー液晶表示装置用のカラーフィルタを提供することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・透明基板
２・・・ブラックマトリックス層（ＢＳ層）
２´・・黒色感光性樹脂組成物
３・・・着色画素層
４・・・オーバーコート層
５・・・遮光層
６・・・フォトスペーサ（ＰＳ）
７・・・半透過膜
８・・・遮光膜
９・・・石英ガラス
１０・・カラーフィルタ
２０・・ＴＦＴ基板
３０・・光源
４０・・ハーフトーンマスク
【図１】
2015007704.tif 000003
【図２】
2015007704.tif 000004
【図３】
2015007704.tif 000005
【図４】
2015007704.tif 000006