(57)【要約】  【課題】  横電界駆動型液晶表示装置において、緑顔料に起因する表示不良の発生を抑制するカラーフィルタおよびこれを用いた横電界駆動型液晶表示装置を提供する。  【解決手段】  本発明は、透明基板と、ブラックマトリクス層と、赤色、緑色、青色のそれぞれの色に着色された着色層と、前記ブラックマトリクス層と着色層を被覆する透明保護膜層とを有するカラーフィルタであって、緑色着色層の膜厚を、赤色、青色着色層の膜厚より薄くするとともに、各着色層の上部に透明保護層を形成し、各着色層とその上部に形成された透明保護膜との膜厚の和を略同一としたカラーフィルタ、およびこれを利用した横電界駆動型液晶表示装置である。【選択図】図１
2008249947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
ブラックマトリクス層と、
赤色、緑色、青色のそれぞれの色に着色された着色層と、
前記ブラックマトリクス層と着色層を被覆する透明保護膜層とを
有するカラーフィルタであって、
赤色着色層の膜厚をＴＲ１、緑色着色層の膜厚をＴＧ１、青色着色層の膜厚をＴＢ１、赤色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＲ２、緑色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＧ２、青色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＢ２とするときに、下記式（１）および（２）を充足する、カラーフィルタ。
【数１】
2008249947.tif 000013
【数２】
2008249947.tif 000014
【請求項２】
前記赤色着色層および／または青色着色層の上に、フォトスペーサが形成されている、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用いた、横電界駆動型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタおよびこれを用いた横電界駆動型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品位の画質を備える液晶表示装置として、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）を画素スイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置が知られている。アクティブマトリクス型液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴を有する。また、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、高いコントラストと高速応答ができる。このため、携帯電話、ＰＤＡなどの小型表示装置や、携帯型コンピュータやデスクトップ型コンピュータのディスプレイやテレビ受信機のディスプレイなどに幅広く使われている。
【０００３】
従来の液晶表示装置では、配向した液晶分子を透明基板に対して垂直な方向に回転させるツイステッド・ネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ：ＴＮ）方式により動作させていた。しかし、ＴＮ方式の液晶表示装置では、視野角が狭い。このため、視野角特性に優れる横電界方式（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＩＰＳ方式）や垂直配向方式（Ｖｉｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ＶＡ方式）などの液晶表示装置が開発されている。
【０００４】
図３に示すように、ＩＰＳ方式の液晶表示装置１００では、ＴＦＴを形成する第１の透明基板１１０と、カラーフィルタ１２１が形成される第２の透明基板１２０との間の液晶挟持層１３０に、液晶分子１３２を挟持している。
【０００５】
第１の透明基板１１０上には、図示しない走査線、信号線が略直交して形成されている。これらの交差部にマトリクス状にＴＦＴ（図示せず）が配置され、各画素には画素電極１１２と共通電極１１１とが櫛歯状に交互に形成されている。共通電極１１１上には共通電極１１１を被覆する層間絶縁膜１１３が形成されている。画素電極１１２上には、画素電極１１２を被覆する保護膜１１４が形成されている。第１の透明基板１１０の表面には、配向膜１１５が形成されている。
【０００６】
また、第２の透明基板１２０には、画素領域を区画するように形成されたブラックマトリクス１２２と、赤色着色層１２３Ｒ、緑色着色層１２３Ｇ、青色着色層１２３Ｂの三原色の着色層１２３と、透明保護膜１２４とを備えるカラーフィルタ１２１が形成されている。透明保護膜１２４の表面には、配向膜１２４が形成されている。
【０００７】
液晶挟持層１３０には、画素電極１１２の長手方向に所定の角度を持ってホモジニアス配向された液晶分子１３２が挟持されている。第１の透明基板１１０と第２の透明基板１２０の外側には、図示しない偏光板が設けられている。ＩＰＳ方式の液晶表示装置１００では、ＴＦＴを介して画素電極１１２に電位を書き込み、画素電極１１２と共通電極１１１との間に横電界を与えて基板面に平行な電界１３１を形成することにより、液晶分子１３２の配向方向を変化させて、透過光量を制御する。
【０００８】
しかし、ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、ＴＮ方式の液晶表示装置やＶＡ方式の液晶表示装置とは異なる問題を有する。これは、ＩＰＳ方式の液晶表示装置には、カラーフィルタが形成される第２の透明基板には、共通電極が形成されない。このため、ＩＰＳ方式の液晶表示装置では、カラーフィルタ画素の電気的特性の影響を直接受け、表示不良を起こすという問題がある。
【０００９】
表示不良の原因の一つとして、カラーフィルタの緑色の着色層を構成する銅フタロシアニンがある。これは、銅フタロシアニンがイオン性の物質であることによると、考えられている。緑色の着色層に起因する表示不良を解決する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。緑色の着色層に起因する表示不良としては、緑色の着色層を透過する光が低減し、表示画面全体が赤みがかって見える、赤ムラが知られている。
【００１０】
銅フタロシアニン顔料は光導電性を有する。このため、液晶分子を駆動する横電界がカラーフィルタを貫通する際に、銅フタロシアニンの光電荷を発生させ、着色層に蓄積し、横電界を乱す。特許文献１には、銅フタロシアニン系顔料の含有比率を規定することで、赤ムラを防止することが提案されている。
【００１１】
また、特許文献２には、液晶の配向不良やスイッチングの閾値ずれは、緑画素の誘電特性が他の色の画素と異なることに起因することが記載されている。この文献では、これを解決するために、緑色層と透明樹脂によるオーバーコート層とを積層した２層の誘電正接（ｔａｎδ）を規定している。具体的には、緑色顔料であるハロゲン化銅フタロシアニンの濃度を一定以下とする、あるいはハロゲン化銅フタロシアニンの精製度を向上させて、誘電正接の値を低下させることが提案されている。
【００１２】
特許文献３においても、液晶の配向不良やスイッチングの閾値ずれは、緑画素の誘電特性が他の色の画素と異なることに起因することが記載されている。この文献では、これを解決するために、緑色層の誘電正接（ｔａｎδ）を規定している。具体的には、緑色顔料であるハロゲン化銅フタロシアニンの濃度を一定以下とする、あるいはハロゲン化銅フタロシアニンの精製度を向上させて、誘電正接の値を低下させることなどが提案されている。
【００１３】
特許文献４においては、リバースツイストの発生原因を緑色パターンに含有される緑色顔料の影響が大きいことが記載されている。この文献では、これを解決するために、具体的には、緑色パターンに含まれる全顔料中の緑色顔料の含有量と緑色パターンの厚みと、緑色パターン中の顔料の含有割合との積が、所定の値をとるようすることが提案されている。
【００１４】
特許文献５には、リバースツイストの発生を防止することを目的として、顔料である銅フタロシアニンの塩素１６置換体ないしその塩素を５０％以下を臭素で置換することが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２９５１７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１７５３７号公報
【特許文献３】特開２００６−１１３０９９号公報
【特許文献４】特開２００３−３１５７８０号公報
【特許文献５】特開２００４−６９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記特許文献１〜５に記載の技術を用いても、銅フタロシアニンの影響を排除することはできない。これは、図３から明らかなように、緑色着色層１２３Ｇにおける緑色顔料の濃度や、塩素含有率などを制御しても、横電界１３１が緑色着色層１２３Ｇに直接影響することに起因する。
【００１６】
特に、液晶表示装置をテレビ受信機として用いる場合、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の色再現性範囲の規格（ＮＴＳＣ色再現領域との比）に適合する必要がある。従来のカラー液晶表示装置では、ＮＴＳＣ比が４０〜６０％程度になるように製造されていた。しかし、カラー液晶表示装置を薄型テレビ受信機などへの用途を広げるためには、ＮＴＳＣ比を向上させる必要がある。特に、ヨーロッパが採用する、ＥＢＵ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ  Ｕｎｉｏｎ）方式に適合するためには、ＮＴＳＣ比７２％になるように製造する必要がある。ＮＴＳＣ比を向上させるためには、着色層中の顔料の量を多くする必要がある。上記特許文献に記載の方法では、着色層の膜厚を厚くする必要がある。これは、加工を難しくするという問題を生ずる。
【００１７】
また、フッ素は輝度に影響を与える。このため、特許文献５に記載されているように、塩素をフッ素で置換すると、液晶表示装置の明るさが低下するという問題がある。
【００１８】
加工性を犠牲にせず、高色純度の場合にでも色層に印加される横電界の強度を低減させる方法として、透明保護膜の膜厚を厚くして、電極と色層との距離を離す方法が考えられる。透明保護膜は通常１から３μｍの厚さに形成される。透明保護膜を厚膜化すれば、電極からの距離が離れる。この結果、着色層に印加される電界の影響を低減できる。しかし、透明保護膜を厚くすると透明保護膜形成時の膜厚ムラが発生し易い。これにより、透明保護膜の硬度が低下し、ギャップムラが発生し易い等の問題が生じる。また、透明保護膜の膜厚を厚くすると、斜めから画面を見たときに、隣の画素の画像が混じるという問題もある。この問題は、特に画素ピッチが小さくなる小型で高解像度の液晶表示装置ではより顕著になる。
【００１９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、横電界駆動型液晶表示装置において、緑顔料に起因する表示不良の発生を抑制するカラーフィルタおよびこれを用いた横電界駆動型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】
【００２０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討をした結果、緑色着色層の膜厚を、赤色、青色着色層の膜厚より薄くするとともに、各着色層の上部に透明保護層を形成し、各着色層とその上部に形成された透明保護膜との膜厚の和を略同一とすることで、他の表示特性を犠牲にすることなく、緑色着色層に対する横電界の影響を低減することができることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
【００２１】
本発明のカラーフィルタは、透明基板と、ブラックマトリクス層と、赤色、緑色、青色のそれぞれの色に着色された着色層と、前記ブラックマトリクス層と着色層を被覆する透明保護膜層とを有するカラーフィルタであって、赤色着色層の膜厚をＴＲ１、緑色着色層の膜厚をＴＧ１、青色着色層の膜厚をＴＢ１、赤色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＲ２、緑色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＧ２、青色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＢ２とするときに、下記式（１）および（２）を充足する。
【数３】
2008249947.tif 000003
【数４】
2008249947.tif 000004
【００２２】
この構成により、緑色着色層が、横電界に直接影響することを抑制できる。
【００２３】
上記カラーフィルタは、前記赤色着色層および／または青色着色層の上に、フォトスペーサが形成されていてもよい。
【００２４】
上記カラーフィルタを用いた、横電界駆動型液晶表示装置であってもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のカラーフィルタは、緑色着色層の膜厚を、赤色、青色着色層の膜厚より薄くするとともに、各着色層の上部に透明保護層を形成し、各着色層とその上部に形成された透明保護膜との膜厚の和を略同一とする。この結果、緑色顔料に起因する表示不良の発生が抑制されたカラーフィルタおよびこれを用いた横電界駆動型液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明のカラーフィルタを図面を用いて詳細に説明する。
【００２７】
［カラーフィルタ］
図１は、本発明のカラーフィルタの構成を説明する概略図である。図１に示すように、本発明のカラーフィルタ１０は、透明基板１１と、ブラックマトリクス層１２と、赤色、緑色、青色のそれぞれの色に着色された着色層１３と、前記ブラックマトリクス層１２と着色層１３を被覆する透明保護膜層１４とを有する。
【００２８】
本発明のカラーフィルタ１０は、図１に示すように、赤色着色層１３Ｒの膜厚をＴＲ１、緑色着色層１３Ｂの膜厚をＴＧ１、青色着色層１３Ｂの膜厚をＴＢ１、赤色着色層１３Ｒ上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＲ２、緑色着色層１３Ｇ上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＧ２、青色着色層１３Ｂ上に設けられた透明保護膜の膜厚をＴＢ２とするときに、下記式（１）および（２）を充足する。
【数５】
2008249947.tif 000005
【数６】
2008249947.tif 000006
【００２９】
なお、上記膜厚は、透明基板１０平面の垂直方向における厚みをいう。また、本発明のカラーフィルタでなくても、製造上カラーフィルタの一部の画素領域において上記膜厚の関係が成立する場合がある。一方、本発明のカラーフィルタは、カラーフィルタの全ての画素領域において、上記膜厚の関係が成立する点に特徴を有する。上記膜厚は、例えば、表面段差計、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）などの公知の測定器具を用いて測定することができる。
【００３０】
上記赤色着色層１３Ｒ、青色着色層１３Ｂと、緑色着色層１３Ｇとの膜厚差は、０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．１５μｍ以上である。すなわち、下記式（３）を充足すると好ましい。下記式（３）の上限は、０．５μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以下である。これ以上の膜厚差があると、各着色層とその上部に形成された透明保護膜との膜厚の和を略同一とするとすることができない。
【数７】
2008249947.tif 000007
【００３１】
本発明では、緑色着色層の膜厚を薄くする。しかし、着色層に含有させる顔料の量を調整することで、ＮＴＳＣ比が向上した液晶表示装置を提供することができる。
【００３２】
赤色、緑色、青色のそれぞれの着色層間の膜厚に差があると、その段差により液晶の配向不良を生じ、コントラストなどの表示不良を生じる。このため、本発明では、各着色層１３の上部に透明保護膜１４を設け、各着色層１３と透明導電膜１４との膜厚の和、すなわち赤色着色層の膜厚：ＴＲ１＋赤色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚：ＴＲ２と、緑色着色層の膜厚：ＴＧ１＋緑色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚：ＴＧ２と、青色着色層の膜厚：ＴＢ１＋青色着色層上に設けられた透明保護膜の膜厚：ＴＢ２とが、ほぼ同じ膜厚になっている。これにより、着色層の膜厚の差による色間の差を軽減することができる。各着色層と透明導電膜との膜厚の和は、ほぼ同一であればよく、好ましくは０．１μｍ以下である。すなわち、下記式（４）の３式の全てを充足すると好ましい。
【数８】
2008249947.tif 000008
【００３３】
このように本発明では、着色層の上部に設ける透明保護膜の膜厚を均一に厚くしない。この結果、透明保護膜形成時の膜厚ムラの発生を抑制することができる。したがって、ギャップムラの発生を有効に抑制できる。透明保護膜の膜厚を厚くして、斜めから画面を見たときに、隣の画素の画像が混じるという問題も生じない。
【００３４】
［液晶表示装置］
図２は、本発明のカラーフィルタを用いた横電界駆動型液晶表示装置の概念構成を示す断面図である。図２に示すように、液晶表示装置１は、カラーフィルタ基板２と電極基板３とを所定の間隔で対向させ、両基板間に液晶分子６を挟持した液晶層４が形成されている。
【００３５】
カラーフィルタ基板２は、透明基板１４とこの基板の一方の面に画素領域を区画するように形成されたブラックマトリクス１２と各画素領域に形成された、赤色着色層１３Ｒと、緑色着色層１３Ｇと、青色着色層１３Ｂとからなる着色層１３と、これらを被覆する透明保護膜１４とを備える。透明保護膜１４上には、配向膜１５が設けられている。このカラーフィルタ基板の他方の面には、図示しない偏光板が設けられている。
【００３６】
電極基板３は、透明基板２１と、この基板上に所定のパターンで形成された共通電極２２、図示しない走査配線、および共通電極２２と絶縁層２４を介して所定のパターンで形成された画素電極２３、図示しない信号配線と、これらを被覆する保護膜２５とを備える。保護膜２５上には、配向膜２６が設けられている。
【００３７】
図２に示すように、本発明のカラーフィルタを用いた横電界駆動型液晶表示装置１では、緑色着色層１３Ｇの膜厚が、赤色着色層１３Ｒ、青色着色層１３Ｂの膜厚より薄くなっている。この構成により、緑着色層１３Ｇと画素電極２３との距離を離すことができる。これにより、横電界５が緑色着色層１３Ｇに直接及ばない。この結果、他の表示特性を犠牲にすることなく、緑色着色層１３Ｇに対する横電界５の影響を低減することができる横電界駆動型液晶表示装置が提供される。また、平坦性の高い透明保護膜１４を形成することで画素間の段差により発生する可能性があるコントラスト低下等の表示特性の低下を招くことも無くなる。
【００３８】
さらに、本発明のカラーフィルタを用いた横電界駆動型液晶表示装置１では、フォトスペーサを透明保護膜厚が厚い緑画素以外（赤色着色層および／または青色着色層の上）に形成すると好ましい。液晶表示装置を製造する際に、カラーフィルタ基板２と電極基板３とに圧力をかける工程がある。この際に、フォトスペーサは面内で均一に押し潰される。上記したように本発明では、緑色着色層が、赤色着色層、青色着色層よりも薄い。一方、透明保護膜の厚さは、緑色着色層を被覆する透明保護膜の厚さが厚い。このため、（１）赤色、緑色、青色の着色層全体の上、（２）赤色、緑色の２色の着色層の上、（３）青色、緑色の２色の着色層の上、に、フォトスペーサを形成すると、緑色着色層を被覆する透明保護膜の膜厚が厚いため、潰れやすく、均一なセルギャップを得ることが難しくなる。したがって、フォトスペーサを透明保護膜厚が厚い緑画素以外に形成することで、ギャップムラ発生へのマージンを増やすことが可能である。
【００３９】
本発明のカラーフィルタは以下のようにして製造できる。
【００４０】
［製造方法］
本発明のカラーフィルタは、透明基板上にブラックマトリクス層を設け、更にその開口部及びブラックマトリクス上の一部に赤、青、緑の３原色からなる各着色層を塗布・パターン加工して積層した後、透明保護膜を塗布乾燥して製造される。その後、必要によりスペーサ等を形成してもよい。
【００４１】
（透明基板）
本発明に用いる透明基板としては、特に限定されるものではなく、透明基板として用いられる公知の材料が使用できる。具体的には、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またはシート類が挙げられる。これらの透明基板は、静電気に起因する不良の発生を防止する目的で、裏面にＩＴＯ等の透明電極を形成してもよい。
【００４２】
（ブラックマトリクス層）
本発明に用いるブラックマトリクス層は、遮光剤を樹脂中に分散させた樹脂ブラックマトリクスで構成される。また、これに限られず、クロム、酸化クロム等の金属薄膜を用いてもよい。
【００４３】
樹脂ブラックマトリクスに用いる樹脂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系樹脂等の感光性、非感光性の材料が好ましく用いられる。
【００４４】
ブラックマトリ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を用いることができる。
【００４５】
樹脂ブラックマトリクスは、遮光剤を分散させた樹脂の黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パターンニングを行って製造する。
【００４６】
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、ワイヤー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（プレベイク）を行う。プレベイク温度は使用する樹脂、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。
【００４７】
黒色ペーストに用いた樹脂が非感光性の樹脂である場合は、得られた黒色ペースト被膜の上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、露光、現像を行う。また、黒色ペーストに用いた樹脂が感光性の樹脂である場合には、そのままかあるいは酸素遮断層を形成した後に、露光、現像を行う。その後、必要に応じて、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を剥離除去した後、再度加熱乾燥（ポストベイク）する。ポストベイク温度は使用する樹脂、溶媒、膜厚により異なるが、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。
【００４８】
樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、より好ましくは０．８〜１．５μｍである。この膜厚が０．５μｍ以下の場合には十分な遮光性が得られないので、好ましくない。一方、膜厚が２．０μｍより厚い場合には、遮光性は確保できるものの、カラーフィルタの表面平坦性が犠牲になり、段差が生じやすい。画素内段差が生じた場合、液晶の配向不良による光漏れや残像、ギャップムラに起因する表示品位の低下が起こり好ましくない。
【００４９】
（着色層）
上記樹脂ブラックマトリクスには、液晶表示装置の解像度と大きさに応じて、通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜２００）μｍの開口部が設けられる。この開口部を少なくとも被覆するように３原色の着色層を複数列形成する。すなわち、一つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被覆されている。また、各色の着色層は、それぞれ複数配列されている。
【００５０】
カラーフィルタを構成する着色層は、少なくとも３原色の色彩を含む。一般的にカラー表示は加色法により行われは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色が選ばれる。これら３原色を形成する着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いられる。
【００５１】
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、アジレート系、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。
【００５２】
着色層に用いられる樹脂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系樹脂等の感光性、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。
【００５３】
着色層を形成する方法としては、樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に、着色剤を分散あるいは溶解させた樹脂である、着色ペーストを塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。
【００５４】
着色ペーストは、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、ナノミルなどの分散機中で分散させて得られる。着色剤は、分散する前に温水等で洗浄する、あるいは分散後にイオン交換処理等で精製する場合もある。
【００５５】
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（プレベイク）を行う。プレベイク温度は使用する樹脂、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。
【００５６】
上記のようにブラックマトリクスを形成した基板上に形成された第１色目の塗膜から、不必要な部分をフォトリソ法により除去して、第１色目の着色層が得られる。着色ペーストの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、露光、現像を行う。着色ペーストの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層を形成した後に、露光、現像を行う。その後、必要に応じて、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を剥離除去した後、再度加熱乾燥（ポストベイク）する。ポストベイク温度は使用する樹脂、溶媒、膜厚により異なるが、通常１５０〜３００℃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クスを形成した基板上にパターニングした第１色目の着色層が形成される。
【００５７】
第２色目、第３色目も同様の操作を繰り返して着色層を形成して、ブラックマトリクスを形成した基板に３原色からなる着色層を形成することができる。
【００５８】
３原色の膜厚は緑（Ｇ）の膜厚が他の２色よりも薄く形成されていれば特に限定されない。好ましくは０．５μｍ〜４μｍより好ましくは１．５μｍ〜３μｍである。着色層の膜厚が０．５μｍより小さいと、ＮＴＳＣ比６０％以上の広い色再現範囲を得るために、着色層中の顔料の濃度が高くする必要があり、加工性の悪化や強度の低下によるクラックの発生が起こりやすくなる。また、ブラックマトリクス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、着色層の膜厚が４μｍを超えると、着色層を均一に塗布することや、均一に加工することが難しくなり、現像後に残膜・残渣が発生する。
【００５９】
（透明保護膜）
着色層を形成した後に、透明保護膜を形成する。
【００６０】
透明保護膜に用いられる樹脂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系樹脂等の感光性、非感光性の材料が好ましく用いられる。
【００６１】
透明保護膜は、樹脂を溶媒に溶解して塗布、乾燥させて得られる。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を行う。この時、平坦性の向上を目的として、必要に応じて真空乾燥、予備加熱乾燥（プレベイク）を行っても良い。また、透明保護膜として感光性樹脂を用いる場合はプレベイクにより溶剤をとばした後に、露光し、光硬化させ、加熱乾燥を行う。プレベイク温度は使用する樹脂、溶媒、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。また、加熱乾燥時の条件は使用する樹脂、溶媒、膜厚により異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分間加熱するのが一般的である。
【００６２】
透明保護膜の膜厚は、０．５〜３．０μｍが好ましい。平坦性を向上させるためには厚い方が効果的であるが、３．０μｍを超えると塗布均一性の悪化や硬度の低下によりギャップムラが発生し易くなるなどの問題が発生するため、好ましくない。また、０．５μｍより薄い場合には十分な平坦性が得られず、好ましくない。
【００６３】
透明保護膜の塗液に使用する溶媒は、透明保護膜の樹脂を溶解するものであれば特に限定されず、例えばエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピ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ブ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、３−メトキシー３―メチルー１―ブタノール、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、γ−ブチルラクトン、ｎ―メチルー２―ピロリドン等が好ましく用いられる。特に、本発明を達成する為には、緑の着色層を薄くしたことにより生じる着色層の段差を平坦化させる目的から、上記の揮発速度の遅い溶剤が好ましく用いられる。より好ましくは、ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチルラクトンである。また、塗布性を改善する目的で、適宜界面活性剤などを添加してもよい。
【００６４】
この後、必要により透明保護膜の上にスペーサ等に用いる突起を形成してもよい。
【実施例】
【００６５】
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。
【００６６】
以下に説明する実施例、比較例において、カラーフィルタおよびカラー液晶表示装置は、以下のようにして作成した。また、以下に説明する実施例、比較例においては、表示への影響を比較評価するために、カラーフィルタの式度を統一し、顔料とバインダ樹脂の比率および膜厚のみを変更したものを作成した。
【００６７】
（１）樹脂ブラックマトリクスの作成
以下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、７０００ｒｐｍで３０分間分散し、ガラスビーズを濾過してブラックペーストを調整した。
【００６８】
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、三菱化学）        ４．６部
ポリイミド前駆体溶液                          ２４．０部
Ｎ−メチルー２−ピロリドン                    ６１．４部
ガラスビーズ                                  ９０．０部
【００６９】
ガラス基板（日本電気硝子製、ＯＡ−１０）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をカーテンフローコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、１０分間プレベイクし、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。この後、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液のエッチングを同時に行い、パターンを形成した。この後、メチルセロソルブアセテートでレジストを剥離し、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、ブラックマトリクス層を形成した。作製したブラックマトリクスの膜厚は１．１５μｍ、光学濃度（ＯＤ値）は３．５であった。
【００７０】
（２）着色層の作成
次に、赤、緑、青の着色層を形成した。
【００７１】
着色ペーストはブラックペーストと同様にポリイミド前駆体に赤、緑、青などの顔料を各々分散させることで作製した。本実施例、比較例で用いた各着色層の基本構成は以下の通りである。所定の色度と膜厚を得るために比率を調整したものを用いた。
【００７２】
赤色着色ペースト：赤色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７：ＰＲ１７７
赤色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ２５４：ＰＲ２５４
ポリイミド前駆体
溶媒（ｎーメチルー２−ピロリドン、γ―ブチロラクトン）
【００７３】
緑色着色ペースト：緑色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６：ＰＧ３６
黄色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １３８：ＰＹ１３８
ポリイミド前駆体
溶媒（ｎ―メチルー２−ピロリドン、γ―ブチロラクトン）
【００７４】
青色着色ペースト：青色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：ＰＢ１５
紫色顔料  Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ  ２３：ＰＶ２３
ポリイミド前駆体
溶媒（ｎ−メチルー２―ピロリドン、γ―ブチロラクトン）
【００７５】
樹脂ブラックマトリクスを形成したガラス基板上に赤色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、赤色の樹脂塗膜を形成した。その後、ポジ型フォトレジストをスリットコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プレベイクし、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。この後、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、パターンを形成した。この後、メチルセロソルブアセテートでレジストを剥離し、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。
【００７６】
次に、赤色着色層を形成した基板に、同様にして緑色着色パターンを形成し、緑色着色層を形成した。更に、赤色、緑色層を形成した基板に、同様にして青色着色パターンを形成し、ブラックマトリクス上への赤緑青の着色層を形成した。
【００７７】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
下記表１の組成を有する、実施例１〜３、比較例１〜３のカラーフィルタを作成した。なお、表１の各単位は、重量％を意味する。
【表１】
2008249947.tif 000009
【００７８】
各実施例及び比較例は、以下のような特長を有する。
比較例１：銅フタロシアンの塩素１６置換体で５０％を超える塩素を臭素に置換した緑顔料を用いたカラーフィルタである。
比較例２：比較例１で緑顔料の臭素化率を下げ、５０％以下としたカラーフィルタである。
比較例３：比較例２で緑色層中に含まれる緑顔料の濃度を下げたカラーフィルタである。
実施例１：比較例２の各着色層上で均一に透明保護膜の膜厚を厚くしたカラーフィルタである。
実施例２：比較例３の各着色層上で均一に透明保護膜の膜厚を厚くしたカラーフィルタである。
実施例３：比較例３で緑色着色層の膜厚を薄くして、緑色着色層上の透明保護膜の膜厚を薄くしたカラーフィルタである。
【００７９】
（３）透明保護膜およびスペーサの形成
（保護膜用硬化性樹脂溶液の調整）
攪拌モータ、攪拌翼、温度計を備えた四つ口フラスコに、無水トリメリット酸をγ―ブチロラクトンに溶解した後に、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン（商品名：ＫＢＥ―９０３、信越化学社製）を添加し、１２０℃で２時間加熱し、同一分子内にアルコキシシランとカルボン酸を含む化合物を得た。得られた溶液にビスフェノールＡ型エポキシ化合物（商品名エピコート：１００１Ｂ８０  油化シェルエポキシ社製）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（商品名：ハイソルブＭＤＭ  東邦化学社製）を加えて、室温で２時間攪拌して透明保護膜用熱硬化性樹脂溶液組成物を得た。
【００８０】
（カラーフィルタへの透明保護膜の形成）
上記カラーフィルタに、透明保護膜用熱硬化性溶液組成物をカーテンフローコーターで塗布し、真空乾燥機で乾燥した後にホットプレートで２８０℃、１０分間ポストベイクを行い、透明保護膜を形成した。
【００８１】
（フォトスペーサの形成）
この後に、透明保護膜の上にスペーサ用の突起を形成した。フォトスペーサ用材料としては、感光性アクリル樹脂の塗液からなるＪＳＲ製  オプトマＮＮ８１０を使用した。スペーサ材料は、他の材料と同様にカーテンフローコーターで塗布した。真空乾燥機で乾燥した後にホットプレートで１００℃、５分間プレベイクを行った後、超高圧水銀灯を用いて１８０ｍＪ／ｃｍ２紫外線照射してマスク露光した。この後、０．３％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、塗膜の現像を行い、パターンを形成した。この後、ホットプレートで２４０℃、１０分間加熱し、フォトスペーサを形成した。
【００８２】
（４）カラーフィルタの評価
以上の様にして作成したカラーフィルタの色度、色膜厚等諸特性の評価を行った。
【００８３】
（色特性の測定）
着色層の色特性は顕微分光光度計ＭＣＰＤ−２０００（大塚電子製）を用いて行った。本実施例、比較例においては色度の違いが表示に与える影響を低減するために、以下に記す色度になるようにカラーフィルタを作製し、測定した。以下に記す実施例・比較例においても特に記述のない限りは、以下の目標色度に対して±２／１０００以内であった。
【００８４】
目標色度    赤    ｘ＝０．６５０、ｙ＝０．３２２
緑    ｘ＝０．２８８、ｙ＝０．５９３
青    ｘ＝０．１４１、ｙ＝０．０７４
このときの色再現性範囲はＮＴＳＣ比７１．９７％である。
【００８５】
（膜厚の測定）
膜厚の測定は表面段差計（ＤＥＫＴＡＫ、日本真空製）と断面ＳＥＭにより実施した。表面段差計の測定は透明保護膜を形成する前に、ガラス表面からのＢＭ開口部に於ける色層の最表層までの距離を測定した。透明保護膜の膜厚は、透明保護膜形成後、カラーフィルタの画素領域より外側で、ガラス基板表面からの距離を測定した。各実施例、比較例に於ける各画素の膜厚を表２―（１）に記す。
【００８６】
断面ＳＥＭでの測定は透明保護膜加工後に行った。本方法を用いた場合にはパネル作製後にこれを解体して実施することも出来る。本測定では、カラーフィルタ基板を切断し、その破断面をＳＥＭ観察し、着色層および透明保護膜の膜厚をそれぞれ計測出来る。本方法により測定した結果を表２―（２）に記す。表２において、膜厚の単位は、μｍである。
【表２】
2008249947.tif 000010
【００８７】
（５）カラー液晶表示パネルの作製と表示特性の評価
上記作製した実施例比較例のカラーフィルタ基板と、ＴＦＴアレイ基板との表面にそれぞれポリイミド樹脂からな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０．０７μｍであった。この後、両基板をラビング処理し、シール剤を塗布後、ホットプレートで９０℃、１０分間焼成、更に２毎の基板を重ね合わせて、加圧しながら１６０℃で９０分間焼成した。基板間に液晶を注入した後、ＵＶ硬化樹脂を用いて液晶注入孔を封孔した。次に、偏光版をセルの２枚のガラス基板に貼り付け、セルを完成させた。
【００８８】
（６）カラー液晶表示パネルの評価
完成した液晶表示パネルの特性の評価を以下の様に実施した。
【００８９】
セルギャップの測定をセルギャップ測定装置（大塚電子製、ＲＥＴＳ―３０００）で実施し、更に、パネル点灯装置で点灯し、ギャップムラに起因するムラ等は確認出来なかった。
【００９０】
次に５０℃に維持されらチャンバー中で高温連続駆動試験を行い、顔料に起因する表示不良の発生を調べた。表示の評価は、白表示から黒表示に階調を変化させながら観察を行い、初期に比べて、４８時間後、９６時間後、５００時間後にそれぞれ変化しないかを確認した。以上の観察の結果を表３に記す。セルギャップの単位は、μｍである。
【００９１】
【表３】
2008249947.tif 000011
【００９２】
（７）結果の考察
臭素置換比率が高い緑顔料を用いた比較例１では高温連続駆動において白表示が赤くなる現象が確認された。特開２００４−６９７４４号公報で開示されたように臭素化比率を下げた緑顔料を用いた比較例２では比較例１に比べて改善は見られたが依然として、連続駆動で白表示が赤くなる現象が確認された。また、特開２００３―３１５７８０号公報で開示されたように緑顔料の濃度を下げた比較例３に於いても白表示が赤くなる現象は低減されたものの、依然として問題は残されたままであることがわかった。
【００９３】
着色層までは比較例２と同様に作製した基板を用いて透明保護膜の膜厚を厚くした実施例１および、着色層までは比較例３と同様に作製した基板を用いて透明保護膜を厚くした実施例２ではいずれも白表示が赤くなる現象は大幅に改善された。しかしながら、透明保護膜を厚くした事に起因して、ギャップの均一性がやや悪化するという現象も見られた。これに対して、緑色着色層の膜厚を、他の着色層の膜厚より薄くして、緑色着色層上透明保護膜の膜厚を他の着色層上の透明保護膜より厚くした、実施例３では、ギャップムラが改善され、白表示が赤くなる現象は改善された。
【００９４】
（実施例４）
そこで、緑着色層上の透明保護膜のみを厚くするために、緑の膜厚を他の２色よりも薄くし、平坦化能力が優れた透明保護膜を形成した実施例４のカラーフィルタ及びカラー液晶表示装置を作製した。実施例４は、実施例３と同一の材料を用いて、上記と同様の方法で、緑の色膜厚のみ変更してカラーフィルタ及びカラー液晶表示装置を作製したものである。
【００９５】
緑色着色層の膜厚として、２．４０μｍ（標準１）、２．３０μｍ（標準２）（＝比較例３）、２．２０μｍ（標準３）、２．１５μｍ（標準４）、２．１０μｍ（標準５）、２．０５μｍ（標準６）のものを作成した。実施例３と同様の方法で、完成した、カラー液晶表示装置のセルギャップ測定、点灯装置での外観検査を行った後、５０℃に維持されらチャンバー中で高温連続駆動試験を行い、他の実施例と同様に顔料に起因する表示不良の発生を調べた。初期状態ではコントラストの測定も合わせて行った。評価の結果を表４に記す。表４（１）は、各水準における着色層と保護膜の膜厚の測定結果である。単位は、μｍである。表４（２）は、各水準のカラー液晶パネルの特性を評価した結果を示す。
【表４】
2008249947.tif 000012
【００９６】
いずれの水準も初期の状態ではギャップムラの発生は無かった。コントラストは緑膜厚を薄くした水準が低下していた（例えば、水準６）。これは、他の着色層との段差が大きくなったことによるラビングの不均一が原因と考えられる。
【００９７】
これらの初期特性を評価した後、高温連続駆動を行った。赤色着色層、青色着色層の膜厚を固定して、緑色着色層の膜厚を変えた水準１〜３から、緑色着色層の膜厚が厚い順番に早く「赤ムラ」が発生し、「赤ムラ」に対しては緑膜厚を薄くする方が有効であることを確認した。一方、緑色着色層の膜厚が、赤色着色層、青色着色層の膜厚より薄い水準４〜６では、「赤ムラ」が発生しなかったことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明のカラーフィルタの構成を説明する概略図である。
【図２】図２は、本発明のカラーフィルタを用いた横電界駆動型液晶表示装置の概念構成を示す断面図である。
【図３】図３は、従来の横電界駆動型液晶表示装置の概念構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１    液晶表示装置
２    カラーフィルタ基板
３    電極基板
４    液晶層
５    横電界
６    液晶分子
１０    カラーフィルタ
１１    透明基板
１２    ブラックマトリクス層
１３    着色層
１４    透明保護膜
１５    配向膜
２１    透明基板
２２    共通電極
２３    画素電極
２４    絶縁層
２５    保護膜
２６    配向膜
１００    液晶表示装置
１１０    第１の透明基板
１１１    共通電極
１１２    画素電極
１１３    層間絶縁膜
１１４    保護膜
１１５    配向膜
１２０    第２の透明基板
１２１    カラーフィルタ
１２２    ブラックマトリクス
１２３    着色層
１２４    透明保護膜
１３０    液晶挟持層
１３１    横電界
１３２    液晶分子
【図１】
2008249947.tif 000015
【図２】
2008249947.tif 000016
【図３】
2008249947.tif 000017