(57)【要約】【課題】液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持でき、かつ、低価格化なカラーフィルタを提供する。【解決手段】カラーフィルタは、開口部を有するブラックマトリクス１２と、開口部に形成された着色部１７とを備える。着色部１７は、液状の成膜材料を開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部１７ａを有する膜である。着色部１７の周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分は、ブラックマトリクス１２の上方に位置する。着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角θが４５°以下である。これにより、リバースチルトドメインによる光漏れを抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタにおいて、
前記透明着色膜は、液状の成膜材料を前記遮光膜の開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部を有する膜であり、
前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分は、前記遮光膜の上方に位置し、かつ、
前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下であることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように設けられ、前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜をさらに備え、
前記機能膜は、前記透明着色膜に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなってい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に記載のカラーフィルタを備える第１基板と、
前記第１基板のカラーフィルタに対向して配置される第２基板と、
前記第１基板と第２基板とに挟持される液晶層とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタの遮光膜及び透明着色膜上には、透明電極と前記液晶層に接する配向膜とが、この順に積層されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタの製造方法において、
基板上に形成された前記遮光膜の開口部に対して、前記透明着色膜を形成するための液状の成膜材料を塗布する成膜材料塗布工程と、
前記塗布した成膜材料を乾燥させて硬化させることにより前記透明着色膜を形成する成膜材料硬化工程とを含み、
前記成膜材料硬化工程では、前記透明着色膜の周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成され、前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が前記遮光膜の上方に位置し、かつ、前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となるように成膜材料を硬化させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜を、前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように形成する機能膜形成工程をさらに含み、
前記機能膜形成工程では、前記機能膜における前記透明着色膜を形成する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなるように前記機能膜を形成することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に好適に用いることができるカラーフィルタ、このカラーフィルタを用いた液晶表示装置、及びこのカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の特徴を活かし、ワードプロセッサ、コンピュータ、ナビゲーションシステム用ディスプレイをはじめ、各種のディスプレイとしてより広く市場を拡大している。また、液晶表示装置は、カラー表示にも十分対応できるより表示品位の良いものへと発展してきている。
【０００３】
特に、画素をマトリクス状に配し、各画素に薄膜トランジスタ等の能動素子を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の液晶表示装置が主流となってきている。
【０００４】
一般的なアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、走査線、階調信号線、スイッチング素子及び画素電極を配置した第１ガラス基板と、ブラックマトリクス、カラーフィルタ及び共通電極を配置した第２ガラス基板とを備えている。この第１及び第２ガラス基板は、互いの間に所定の間隙を保って対向配置され、その間隙に液晶材料を充填し、周囲を熱又は光によって硬化するシール材によりシールする。そして、画素電極と共通電極との間の電圧を画素ごとに制御することにより、画素ごとの階調表示が可能になっている。
【０００５】
この液晶表示装置は、その製造工程の複雑さや部品点数の多さに起因して依然として高価なものである。したがって、液晶表示装置の更なる市場の拡大を進めるためには、最終売価の低減が必須である。このような状況において、液晶表示装置の構成部材のうちで最も効果な部材の１つであるカラーフィルタの低価格化に向けた様々な提案がなされている。
【０００６】
一般に、カラーフィルタの製造には顔料分散法が採用されている。この顔料分散法は、フォトプロセスによりフィルタパターンを形成する。つまり、顔料分散法では、顔料を分散した感光性樹脂をスピンコート法などにより基板全面に塗布し、この感光性樹脂の膜を紫外線によりパターン露光して現像処理を施すことで単一色分のフィルタパターンを形成する。そして、この工程を複数回繰り返すことにより、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層を形成する。
【０００７】
この顔料分散法では、各色のフィルタパターンを形成する際の現像処理において、顔料を分散した感光性樹脂の大半を除去することになる。そのため、顔料分散法では、材料コストがかさんでしまい、カラーフィルタの製造コストの低減が困難である。
【０００８】
近年、カラーフィルタの製造における材料コストの削減、及び工程数の削減を目的として、インクジェット方式を用いたカラーフィルタの製造方法が、例えば特許文献１などに提案されている。
【０００９】
特許文献１に開示されているカラーフィルタの製造方法を、図８（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。なお、図８（ａ）〜（ｆ）は、以下の工程ａ〜ｆに対応している。
【００１０】
工程ａでは、基板１０１上に開口部１０２ａを有する遮光層１０２（ブラックマトリクス）を形成する。この遮光層１０２は、ライン状又は格子状にパターニングされた遮光性部材からなり、感光性黒色樹脂層などをフォトリソ工程によりパターニングして形成することができる。ここでは、遮光層１０２に後述する硬化型インクを塗布する際の隔壁作用を持たせるため、黒色樹脂などを用いて厚さの厚い遮光層を形成する。
【００１１】
工程ｂでは、遮光層１０２を形成した基板１０１全面に感光層１０３を形成する。この感光層１０３は、光照射によって親水性が増加或いは発現する層であり、好ましくは、感光性化合物としてＴｉ３Ｏ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ，ＷＯ３，ＳｒＴｉＯ３，Ｂｉ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３の少なくとも一種を含有する。これらの感光性化合物を用いて形成された感光層１０３に光を照射すると、この光照射によって励起生成した電子と正孔が感光性化合物表面の吸着酸素や水と反応して活性酸素を生成し、光照射領域の表面が親水化される。一方、上記感光性化合物等金属酸化物は元来撥水、撥油性を有するという性質があるため、光照射していない領域では親水性を発現せずにインクをはじく傾向にある。したがって、後述するインクジェット方式による硬化型インクの塗布の際に、隣接する光照射領域（すなわち、親水性領域）間において、光未照射領域（すなわち、非親水性領域）がインクをはじいて混色防止機能を呈するため、異なる色のインクの混色（色材のマイグレーションにより生じる混色も含む）を防止することができる。
【００１２】
上記感光性化合物を用いて感光層１０３を形成する具体的な方法としては、この感光性化合物を基板上に高温加熱（結晶化以上の温度加熱）によって焼結させる方法や、アルコキシシランとこの感光性化合物をアルコール等溶媒に分散させた組成物を基板１０１上に塗布して加熱することにより成膜させる方法が挙げられる。
【００１３】
上記焼結方法では、４００℃以上の高温加熱を行う必要があり、基板１０１上に樹脂材料を主原料とする材料を用いてなる遮光層１０２などが形成されている場合にはこの遮光層１０２が熱劣化する恐れがあり好ましくない。また、遮光層１０２がクロム等の金属材料であっても、高温加熱により寸法精度に狂いが生じやすいため好ましくない。したがって、ここではより低温での成膜が可能な上記組成物を塗布して焼成する方法が好ましく用いられる。
【００１４】
上記のようにして形成された感光層１０３は、パターン露光することにより、露光部分で水分子等が吸着され、親水性が向上する。上記パターン露光に用いる光の波長としては、用いる感光性化合物によって、紫外線領域の比較的短波長の光のみ用いるもの、あるいは、比較的長波長の可視光の光でも感光するもの等があり、最適な波長を種々選択することができる。
【００１５】
感光層１０３の形成において、上記組成物を塗布する方法としては、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等の塗布方法を用いることができる。
【００１６】
感光層１０３の厚さは、０．０１〜１０μｍが好ましく、望ましくは０．０１〜５μｍである。
【００１７】
工程ｃでは、基板１０１の裏面より感光層１０３を露光し、露光部に親水性が増加又は発現した親水性領域１０４を形成する。未露光部はこの親水性領域１０４よりも親水性が低いため、ここでは便宜上非親水性領域１０５と称する。感光層１０３は遮光層１０２を形成した上に形成されているため、遮光層１０２をマスクとして感光層１０３を露光することができる。なお、カラーフィルタの白抜け（着色部と遮光層との境界部に生じる色抜け）を防止するためには、遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広い面積にわたって着色部を形成することが望ましく、そのためには感光層１０３を遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広く露光する必要がある。具体的には、露光の際に照射光として拡散光を用いるのが好ましい。あるいは、オーバー露光を行って反応を拡散させる等の手段も有効である。
【００１８】
なお、ここでは基板裏面からの露光を示しているが、フォトマスクを用いて基板表面から露光してもかまわない。その場合には、上記白抜けを防止するために、遮光層１０２の開口部１０２ａよりも広い開口部を有するマスクを用いることが望ましい。具体的には、遮光層１０２の開口部１０２ａのエッジ部から３μｍ以上内側の遮光層１０２上に未露光部が形成されるようにすることが望ましい。
【００１９】
このパターン露光は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ストライプ状又は格子状のいずれで行ってもよい。図９（ａ）はストライプ状にパターン露光を行った例で、この場合、遮光層１０２には画素ごとに開口部１０２ａを設けてあるが、着色部１０７は行方向に連続したストライプ状に形成される。また、図９（ｂ）は遮光層１０２の開口部１０２ａに対応して格子状にパターン露光を行った例である。
【００２０】
工程ｄでは、所定の着色パターンに応じて、インクジェット方式によって硬化型インク１０６を親水性領域１０４に塗布する。硬化型インク１０６は通常カラーフィルタを構成する上で、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のインクが用いられる。
【００２１】
ここで用いられる硬化型インク１０６は、感光層１０３のインク吸収性が低いことから、ポリマー及びオリゴマー等の熱又は光照射による架橋成分、すなわちバインダー成分を含有することが好ましい。このようなポリマー、オリゴマー材料としては、以下の化学式（１）に示した構造単位からなる単量体の単独及び／又は他のビニル系単量体との共重合体が挙げられる。なお、化学式（１）におけるＲ１、Ｒ２は互いに異なっていてもよい置換基である。
【００２２】
【化１】
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【００２３】
上記化学式（１）で表される構造単位からなる単量体としては、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、Ｎ−メトキシメチルメタクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられるが、これらに限られるものではない。これらの単量体は、単独、あるいは、他のビニル系単量体と共重合される。他のビニル系単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、ヒドロキシメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート等の水酸基を含有したビニル系単量体、その他スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアミン、ビニルアミン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等を挙げることができるが、もちろんこれらに限られるものではない。
【００２４】
また、上記化合物（バインダー成分）の分子量としては、インクジェットによる吐出適性を考慮すると、好ましくは５００〜５００００、より好ましくは１０００〜２００００のものを主成分とするのがよい。さらに、インク中含有量としては、０．１〜１５重量％、より好ましくは、１〜１０重量％とするのがよい。
【００２５】
さらに、上記硬化型インク１０６は着色材を含有しており、この着色材としては、色素系及び顔料系のいずれも用いることが可能である。
【００２６】
また、インクジェット方式としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイプ（「バブルジェット」は登録商標）、あるいは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能であり、着色面積及び着色パターンは任意に設定することができる。
【００２７】
工程ｅでは、加熱処理や光照射等必要な処理を施して硬化型インク１０６を硬化させ、Ｒ，Ｇ，Ｂの着色部１０７を形成する。
【００２８】
工程ｆでは、保護層１０８を形成する。保護層１０８としては、光硬化タイプ、熱硬化タイプ、光熱併用タイプの樹脂層、蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用いることができ、カラーフィルタとした場合の透明性を有し、その後のＩＴＯ膜（透明電極）形成プロセス、配向膜形成プロセスに耐えるものであれば使用可能である。
【００２９】
【特許文献１】
特開２０００−２５８６２２号公報（公開日２０００年９月２２日）
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記カラーフィルタを用いて液晶表示装置を構成する場合、保護層１０８上に透明電極及び配向膜を形成し、この配向膜上に液晶層が形成されることになる。ここで、保護層１０８は、この保護層１０８は、着色部１０７と感光層１０３との段差を平坦化するために、着色部１０７及び感光層１０３を被うようにして設けられる。
【００３１】
保護層１０８を設けずに、着色部１０７と感光層１０３との段差が平坦化されていないカラーフィルタを用いた場合、図１０に示すように、一般に、上記の段差に起因して、液晶層における液晶分子１０９の配向の向きが本来の配向の向きとは逆転している領域（リバースチルトドメイン）ＲＴＤが発生してしまう。これは、透明電極１１０及びその上に形成された配向膜１１１が、上記の段差の形状にならって形成されるため、位置によって配向膜１１１の配向方向が変化するためである。
【００３２】
このように、液晶層にリバースチルトドメインＲＴＤが発生していると、リバースチルトドメインＲＴＤにおいて光漏れが生じ、液晶表示装置の表示品位を低下させてしまうことになる。
【００３３】
したがって、液晶表示装置を構成する場合には、着色部１０７及び感光層１０３上に保護層１０８を形成し、その上に透明電極１１０及び配向膜１１１を形成する必要があった。
【００３４】
一方、カラーフィルタのさらなる低価格化を図るためには、保護層１０８を排除することによる工程の簡略化が有効である。
【００３５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、低価格化を図ることができるカラーフィルタを提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルタは、開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタであって、上記の課題を解決するために、前記透明着色膜は、液状の成膜材料を前記遮光膜の開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部を有する膜であり、前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分は、前記遮光膜の上方に位置し、かつ、前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下であることを特徴としている。
【００３７】
液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填し、これを乾燥させることにより硬化させて形成した透明着色膜は、その周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成されるのが一般的である。このようなカラーフィルタを液晶表示装置に用いる場合、リバースチルトドメインの発生による光漏れを防ぐために、表面を平坦化するための膜（平坦化膜）を別途設ける必要があった。しかし、表面を平坦化するための膜を別途設けることは、カラーフィルタのコストアップを招来するという問題があった。
【００３８】
そこで、平坦化膜を別途設けることなく液晶表示装置における光漏れを防ぐために、上記の構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が、前記遮光膜の上方に位置し、かつ、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となっている。
【００３９】
この構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が前記遮光膜の上方に位置することにより、この部分における透明着色膜の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインは遮光膜に重なることになる。
【００４０】
また、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角を４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインが遮光膜と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【００４１】
したがって、上記構成のカラーフィルタを液晶表示装置に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタの低価格化を図ることができる。
【００４２】
本発明のカラーフィルタは、上記のカラーフィルタにおいて、前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように設けられ、前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜をさらに備え、前記機能膜は、前記透明着色膜に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【００４３】
上記の構成では、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填する際に、成膜材料の周縁部が、機能膜の濡れ性が相対的に高い部分と低い部分との境界に位置することになる。上記成膜材料の周縁部は、成膜材料の硬化後には透明着色膜の周縁部となる。したがって、機能膜における上記境界の位置を定めることにより、透明着色膜の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部の頂点の位置を定めることができる。
【００４４】
その結果、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【００４５】
本発明の液晶表示装置は、上記のカラーフィルタを備える第１基板と、前記第１基板のカラーフィルタに対向して配置される第２基板と、前記第１基板と第２基板とに挟持される液晶層とを備えることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成では、上述したように、カラーフィルタに平坦化膜を設けることなく表示品位を維持することができる。したがって、表示品位を維持しつつ低下価格の液晶表示装置を実現することができる。
【００４７】
この液晶表示装置では、例えば、前記カラーフィルタの遮光膜及び透明着色膜上には、透明電極と配向膜とがこの順で積層されており、前記配向膜が前記液晶層に接しているように構成することができる。
【００４８】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部に形成された透明着色膜とを備えたカラーフィルタの製造方法であって、基板上に形成された前記遮光膜の開口部に対して、前記透明着色膜を形成するための液状の成膜材料を塗布する成膜材料塗布工程と、前記塗布した成膜材料を乾燥させて硬化させることにより前記透明着色膜を形成する成膜材料硬化工程とを含み、前記成膜材料硬化工程では、前記透明着色膜の周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成され、前記透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が前記遮光膜の上方に位置し、前記透明着色膜の周縁部において、前記遮光膜の表面に対する前記透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となるように成膜材料を硬化させることを特徴としている。
【００４９】
上記の方法では、液晶表示装置に用いた場合に、表示品位を維持しつつ低価格化を図ることができる上記のカラーフィルタを製造することができる。
【００５０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記の方法において、前記液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜を、前記遮光膜と透明着色膜との間に介在するように形成する機能膜形成工程をさらに含み、前記機能膜形成工程では、前記機能膜における前記透明着色膜を形成する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなるように前記機能膜を形成する方法であってもよい。
【００５１】
上記の方法では、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１から図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５３】
本実施形態のカラーフィルタ１０の平面図を図２（ａ）に、断面図を図２（ｂ）に示す。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００５４】
カラーフィルタ１０は、基板（第１基板）１１上に形成されており、遮光膜としてのブラックマトリクス１２、及び透明着色膜としての着色部１７を備えて構成されている。この着色部１７は、ＲＧＢの三原色に対応するように、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂから構成されている。
【００５５】
ここで、着色部１７は、後述するように、インクジェット方式により成膜材料を塗布し、塗布した成膜材料を硬化させることで成膜される膜である。このようにして形成される着色部１７は、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂがストライプ状のパターンを形成している。
【００５６】
ブラックマトリクス１２は、成膜材料を塗布する際に着色部１７の互いに隣り合うパターン、すなわち、赤色着色部１７ｒと緑色着色部１７ｇ、緑色着色部１７ｇと青色着色部１７ｂ、青色着色部１７ｂと赤色着色部１７ｒをそれぞれ分離する隔壁として機能する。この隔壁として機能する部分の延設方向（長手方向）、つまり図１（ａ）の縦方向を、説明の便宜上「列方向」と称する。なお、ブラックマトリクス１２の列方向における両端部は、図１（ａ）に示すようにつながっていてもよいが、分離されていてもよい。
【００５７】
そして、赤色着色部１７ｒ、緑色着色部１７ｇ及び青色着色部１７ｂは、ブラックマトリクス１２の開口部に形成されている。なお、この開口部の幅方向を、列方向に直交する方向、つまり図１（ａ）の横方向とし、この方向を説明の便宜上「行方向」と称する。
【００５８】
カラーフィルタ１０は、図２（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス１２上、及び開口部において、ブラックマトリクス１２の上層、かつ、着色部１７の下層となる層として、機能膜１３が設けられている。
【００５９】
機能膜１３は、着色部１７を形成するための成膜材料に対する濡れ性が制御可能な膜である。また、機能膜１３は、ブラックマトリクス１２上の一部分が相対的に濡れ性の低い領域（「非親和性領域」と称する。）となり、その他の領域、特に、開口部１２ｃに相当する部分が相対的に濡れ性の高い領域（「親和性領域」と称する。）となるように濡れ性が調整されている。
【００６０】
機能膜１３としては、特定光で露光することにより、成膜材料に対する濡れ性が向上する感光膜を用いることができる。このような感光膜を用いると、機能膜１３を所定のパターンで特定光により露光することにより、親和性領域及び非親和性領域を形成することができる。なお、特定光とは、特定の波長領域の波長を有する光である。
【００６１】
図３（ａ）〜（ｅ）に基づいて、本実施形態のカラーフィルタ１０の製造方法について説明する。この製造方法では、ブラックマトリクス形成工程、機能膜形成工程、露光工程、成膜材料塗布工程、及び成膜材料硬化工程をこの順に行う。
【００６２】
ブラックマトリクス形成工程では、まず、ガラスなどからなる基板１１の全面に、スピンコート法によりカーボンを分散した光感光性樹脂材料を１．５μｍの膜厚で塗布し、１１０℃のオーブンで１２０秒間のベーク乾燥を行い、光感光性樹脂膜を形成する。その後、プロキシミティ露光により５０μｍの露光ギャップ（プロキシミティギャップ）を介して、基板１１上に形成した光感光性樹脂膜に対して所定の露光パターンによる露光を行い、非感光領域をアルカリ現像液で除去する。このときの露光パターンは、図３（ａ）に示したブラックマトリクス１２のパターンを得るためのパターンである。その後、２５０℃で９０分間の乾燥を行い、図３（ａ）に示すようにブラックマトリクス１２を形成する。
【００６３】
ここでは感光性樹脂材料としてネガ型の材料を用いた。しかし、感光性樹脂材料はこれに限られるものではなく、感光性樹脂膜からなるブラックマトリクス１２に要求される特性、つまり基板１１との密着性、露光時の解像度、ブラックマトリクスとしての遮光性などの要件を満たすものであれば、ネガ型、ポジ型を問わずどのようなものであってもよい。また、ここでは、ブラックマトリクス１２の行方向の幅を８μｍ、画素の行方向のピッチを１０８μｍとした。
【００６４】
機能膜形成工程（感光膜形成工程）では、ブラックマトリクス１２を形成した基板１１の全面に、スピンコート方により、光触媒反応を示す酸化チタン（ＴｉＯ２）を分散した塗布液を０．３μｍの膜厚で塗布し、１１０℃のオーブンで１２０秒間のベーク乾燥を行い、図３（ｂ）に示すように機能膜１３を形成する。この状態における機能膜１３の表面は、純水に対する接触角が１１°を示す撥水状態となっており、比較的濡れ性の低い状態であった。
【００６５】
露光工程では、図３（ｃ）に示すように、超高圧水銀ランプＬａの光Ｌを特定光として用い、この特定光を基板１１の裏面側から照射することで、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして機能膜１３を露光する。このときの光Ｌの露光強度は、３６５ｎｍの波長における積算露光量において８Ｊ／ｃｍ２とした。この特定光に対して、基板１１は透光性を有し、ブラックマトリクス１２は遮光性を有している。これにより、機能膜１３は、ブラックマトリクス１２上の一部分が非親和性領域となり、その他の領域は親和性領域となる。
【００６６】
なお、ここでは、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして用いた裏面露光をおこなっているが、所定の露光マスクを用いて前面露光を行ってもよい。ただし、裏面露光の場合には、ブラックマトリクス１２を露光マスクとして用いることができるため、露光マスクを別途準備し、基板１１との位置合わせをして露光する、といった手間を省くことができる。
【００６７】
ここで、超高圧水銀ランプＬａからの光Ｌは、平行光ではなく散乱光とする。これにより、機能膜１３のブラックマトリクス１２上の部分にも、光Ｌが部分的に回り込むことになる。したがって、ブラックマトリクス１２のテーパ部分を含む外周部分をも親和性領域とすることができる。なお、図３（ｃ）では、機能膜１３の斜線を付した部分が親和性領域となっている。また、ブラックマトリクス１２上に回り込んだ親和性領域を平面的に示すと図４の斜線部のようになり、この回り込みの幅は２．５μｍであった。
【００６８】
このように親和性領域及び非親和性領域を形成することにより、次の成膜材料塗布工程における成膜材料１６の塗布の際に、成膜材料１６の混色を効果的に防ぐことができる。なぜなら、非親和性領域は成膜材料１６に対する濡れ性が相対的に低いため、ブラックマトリクス１２上に形成された非親和性領域により、成膜材料１６の行方向への広がりが抑制されるからである。
【００６９】
成膜材料塗布工程では、図３（ａ）に示したブラックマトリクス１２の開口部１２ｃに対して、インクジェット方式により、図３（ｄ）に示すように、ＲＧＢの色ごとの液状の成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂを塗布する。なお、成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂの塗布は、並行して同時に行ってもよく、別々に順次行ってもよい。成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂは、各色の顔料を分散し、粘度を２０ｃｐｓに調整した硬化型インクである。なお、成膜材料１６ｒ・１６ｇ・１６ｂの色を区別しないときは、成膜材料１６と記す。
【００７０】
成膜材料硬化工程では、成膜材料１６を塗布した基板１１を加熱処理することにより、図３（ｅ）に示すように成膜材料１６を硬化させて着色部１７を形成する。これにより、カラーフィルタ１０が完成する。上記の加熱処理の詳細については後述する。
【００７１】
なお、本実施形態の製造方法におけるブラックマトリクス形成工程、機能膜形成工程、露光工程、成膜材料塗布工程、及び成膜材料硬化工程は、従来の技術の項で説明した工程ａ〜ｅにそれぞれ対応しており、工程ａ〜ｅで説明した方法や材料を適用することもできる。なお、本実施形態における部材等と、従来の技術の項における部材等との対応関係は次の通りである。基板１１は基板１０１に、ブラックマトリクス１２はブラックマトリクス１０２に、機能膜１３は感光層１０３に、親和性領域は親水性領域１０４に、非親和性領域は非親水性領域１０５に、成膜材料１６は硬化型インク１０６に、着色部１７は着色部１０７にそれぞれ対応している。
【００７２】
次に、カラーフィルタ１０を用いた表示装置としての液晶ディスプレイ（液晶表示装置）１について説明する。液晶ディスプレイ１は、図５に示すように、液晶ディスプレイパネル２、ソースドライバ３、及びゲートドライバ４を備えている。なお、ソースドライバ３及びゲートドライバ４は周知のものであるので説明を省略し、ここでは液晶ディスプレイパネル２について説明する。
【００７３】
液晶ディスプレイパネル２は、図６に示すアクティブマトリクス基板２０を備えている。なお、図６には、アクティブマトリクス基板２０の１画素分を主に示している。また、図６のＣ−Ｃ線に相当する部分における液晶ディスプレイパネル２の断面を図７に示す。
【００７４】
液晶ディスプレイパネル２では、カラーフィルタ１０と対向するようにアクティブマトリクス基板２０が配置される。そして、カラーフィルタ１０とアクティブマトリクス基板２０との間に液晶層３２が挟持される。
【００７５】
なお、液晶ディスプレイパネル２を構成する場合、カラーフィルタ１０の表面、つまりブラックマトリクス１２及び着色部１７上には、スパッタ法などにより例えば１４０ｎｍの膜厚のＩＴＯ膜などからなる透明電極が共通電極３３として形成され、この共通電極３３の上に配向膜３４が形成される。
【００７６】
アクティブマトリクス基板（第２基板）２０は、ガラスなどからなる基板２１上に、ゲートバスライン２２、補助容量配線２９、ゲート絶縁膜２３、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５、スイッチング素子２６、保護膜２７、透明画素電極２８、及び配向膜３５を備えたものである。
【００７７】
ゲートバスライン２２は、基板２１上に形成され、ゲートドライバ４に接続されている。ゲート絶縁膜２３は、ＳｉＮｘなどからなり、基板２１及びゲートバスライン２２上に形成されている。ソースバスライン２４は、ゲート絶縁膜２３上に形成され、ソースドライバ３に接続されている。ドレイン引き出し線２５は、ゲート絶縁膜２３上にソースバスライン２４と同一層で形成されている。補助容量配線２９は、ゲートバスライン２２と同一層で形成され、ドレイン引き出し線２５との間で補助容量を形成する。スイッチング素子２６は、ゲートバスライン２２及びソースバスライン２４の一部、並びに図示しない半導体膜によって構成されたＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。保護膜２７は、ゲート絶縁膜２３、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５上に形成され、スイッチング素子２６を保護している。透明画素電極２８は、保護膜２７上に形成され、表示のための電極となる。
【００７８】
この液晶ディスプレイパネル２では、基板２１側から入射した光の基板１１側への透過性を液晶層３２により制御することで表示を行う。このとき、ゲートバスライン２２、ソースバスライン２４、ドレイン引き出し線２５、スイッチング素子２６、補助容量配線２９などの、図６において斜線を付した領域は光を遮光する遮光部になり、その他の領域が光の透過性を制御できる開口部となる。また、カラーフィルタ１０におけるブラックマトリクス１２も遮光部となる。液晶ディスプレイパネル２では、高輝度の表示を実現できるように、遮光部の割合を極力小さくし、開口部の割合、つまり開口率を極力大きくすることが望ましい。そこで、カラーフィルタ１０のブラックマトリクス１２と、アクティブマトリクス基板２０の遮光部とが重なりあうように、カラーフィルタ１０とアクティブマトリクス基板２０との位置関係を定めることが望ましい。
【００７９】
ここで、液晶ディスプレイパネル２では、カラーフィルタ１０の表面上に保護層を形成することなく共通電極３３を形成し、この共通電極３３の上に配向膜３４を形成している。このように平坦化されていないカラーフィルタ１０の表面に共通電極３３及び配向膜３４を形成した場合であっても、リバースチルトドメインの発生による表示品位の低下を、実用上問題とならない程度に抑えるための条件について検討を行った。この検討結果について説明する。
【００８０】
成膜材料１６を塗布し、硬化させることによって着色部１７を形成する場合、成膜材料１６の表面は、塗布時には、図３（ｄ）に示したように、中央部分が盛り上がった凸形状となり、硬化後には、図３（ｅ）に示したように、中央部分が凹み、両端部が盛り上がった凸形状となるのが一般的である。
【００８１】
この場合、成膜材料１６を硬化させた着色部１７の表面形状によりリバースチルトドメインが発生する。
【００８２】
リバースチルトドメインが発生したとしても、表示品位への影響が小さくなるようにするためには、リバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なる範囲内に収まるようにすればよい。なぜなら、リバースチルトドメインでは光漏れが生じ得るが、ブラックマトリクス１２と重なっておれば、ブラックマトリクス１２によって光漏れを防ぐことができるからである。
【００８３】
リバースチルトドメインについて、図１に基づいてより詳細に説明する。ここで、図１に示した配向膜３４は、図１に向かって右上がりの傾きを有しているものとする。また、図１に現れている断面における横方向の位置Ｐ０〜Ｐ２は、それぞれ次の位置を示している。Ｐ０は着色部１７の中央位置を示し、Ｐ１は着色部１７の端部の盛り上がり部（凸部）１７ａにおける頂点位置を示し、Ｐ２は機能膜１３における親和性領域（斜線を付した領域）と非親和性領域（斜線を付していない領域）との境界位置、つまり、着色部１７の周縁部位置を示している。なお、添字「Ｒ」及び「Ｌ」は、中央位置Ｐ０に対し、それぞれ図１に向かって右側の位置及び左側の位置であることを示している。
【００８４】
右側頂点位置Ｐ１Ｒと右側周縁部位置Ｐ２Ｒとの間の領域では、リバースチルトドメインが発生し難い。これは、配向膜３４の傾斜の関係上、この領域での着色部１７の表面の傾斜は、液晶分子３６の傾斜を逆転させ難い傾斜になっているからである。
【００８５】
また、左側頂点位置Ｐ１Ｌと右側頂点位置Ｐ１Ｒとの間の領域でも、リバースチルトドメインが発生し難い。これは、この領域では、一般に、着色部１７の表面が緩やかなカーブとなり、傾斜が比較的小さいからである。
【００８６】
結局、リバースチルトドメインは、左側頂点位置Ｐ１Ｌ付近から左側の領域で主に発生することになる。
【００８７】
この領域で発生するリバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なるようにするためには、着色部１７の凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２と重なっている必要がある。凸部１７ａの頂点をブラックマトリクス１２に重ねるためには、親和性領域のブラックマトリクス１２上への回り込みの幅Ｗをある程度大きくとればよい。ここでは、回り込みの幅Ｗを２．５μｍとし、これにより凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２に重なっている。
【００８８】
また、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角θが大きいと、着色部１７の表面が急峻になるため、左側頂点位置Ｐ１Ｌの左側に発生するリバースチルトの度合いが大きくなり、その影響が左側頂点位置Ｐ１Ｌの右側の領域にまで及ぶことになる。このため、傾斜角θが大きいと、凸部１７ａの頂点がブラックマトリクス１２と重なっていたとしても表示品位が大きく低下してしまうことになる。
【００８９】
なお、図１では、傾斜角θを、機能膜１３の表面に対する着色部１７の表面の角度として図示しているが、これは、機能膜１３は薄く、ほぼ平行とみなせるからである。
【００９０】
そこで、傾斜角θの上限値を求めるべく、傾斜角θを変化させた複数のカラーフィルタのサンプルを作製し、各サンプルを用いて構成した液晶ディスプレイそれぞれの表示品位を確認した。結果を表１に示す。
【００９１】
【表１】
2004302240.tif 000004
【００９２】
このように、傾斜角θが４５°以下では良好な表示品位が得られたが、傾斜角θが５０°では斜め視角において光漏れが観察され、傾斜角θが７０°では正面視角においても光漏れによるざらつきが観察された。よって、傾斜角θを４５°以下にする必要があることがわかった。
【００９３】
傾斜角θは、成膜材料硬化工程における加熱処理の温度によって制御することができる。加熱処理における昇温勾配及び到達基板温度と、傾斜角θとの関係を表２に示す。
【００９４】
【表２】
2004302240.tif 000005
【００９５】
表２において、「◎」は傾斜角θが約４０°となったことを示し、「○」は傾斜角θが約４５°となったことを示し、「×」は傾斜角θが約５０°以上となったことを示す。なお、ここで用いた成膜材料１６としては、各色顔料を主にはポリエチレングリコールモノメチルエチルアセテートの溶剤に分散したものを用いた。
【００９６】
以上のように、本発明のカラーフィルタ１０は、開口部１２ｃを有するブラックマトリクス１２と、開口部１２ｃに形成された着色部１７とを備えており、次の特徴を有している。
【００９７】
すなわち、着色部１７は、液状の成膜材料１６を開口部１２ｃに充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部１７ａを有する膜であり、着色部１７の周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分は、ブラックマトリクス１２の上方に位置し、かつ、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角が４５°以下となっている。
【００９８】
この構成では、着色部１７の周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分がブラックマトリクス１２の上方に位置することにより、この部分における着色部１７の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインはブラックマトリクス１２に重なることになる。
【００９９】
また、着色部１７の周縁部において、ブラックマトリクス１２の表面に対する着色部１７の表面の傾斜角θを４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインがブラックマトリクス１２と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【０１００】
したがって、上記構成のカラーフィルタ１０を液晶ディスプレイ１に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶ディスプレイ１に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタ１０の低価格化を図ることができる。
【０１０１】
また、本発明のカラーフィルタ１０は、ブラックマトリクス１２と着色部１７との間に介在するように設けられ、成膜材料１６に対する濡れ性が制御可能な機能膜１３をさらに備え、この機能膜１３が、着色部１７に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【０１０２】
この構成では、成膜材料１６を開口部１２ｃに充填する際に、成膜材料１６の周縁部が、機能膜１３の濡れ性が相対的に高い部分（親和性領域）と低い部分（非親和性領域）との境界に位置することになる。成膜材料１６の周縁部は、硬化後には着色部１７の周縁部となる。したがって、機能膜１３における上記境界の位置を定めることにより、着色部１７の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部１７ａの頂点の位置を定めることができる。
【０１０３】
その結果、着色部１７を、その周縁部から凸部１７ａの頂点までの部分がブラックマトリクス１２の上方に位置するように形成することが容易になる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のカラーフィルタは、透明着色膜が、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填し、乾燥により硬化させて形成されることで、周縁部付近に表面が凸形状となる凸部を有する膜であり、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分は、遮光膜の上方に位置し、かつ、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下である構成である。
【０１０５】
この構成では、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置することにより、この部分における透明着色膜の表面の傾斜によってリバースチルトドメインが発生したとしても、そのリバースチルトドメインは遮光膜に重なることになる。
【０１０６】
また、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角を４５°以下とすることにより、発生するリバースチルトドメインのリバースチルトの度合いを小さく抑え、リバースチルトドメインが遮光膜と重なる部分の外部にまで広がることを防ぐことができる。
【０１０７】
したがって、上記構成のカラーフィルタを液晶表示装置に用いることにより、平坦化膜を設けることなく光漏れを抑えることができる。その結果、液晶表示装置に用いた場合の表示品位を維持しつつ、カラーフィルタの低価格化を図ることができるという効果を奏する。
【０１０８】
本発明のカラーフィルタは、上記のカラーフィルタにおいて、遮光膜と透明着色膜との間に介在するように設けられ、液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜をさらに備え、機能膜は、透明着色膜に接する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなっている構成であってもよい。
【０１０９】
上記の構成では、液状の成膜材料を遮光膜の開口部に充填する際に、成膜材料の周縁部が、機能膜の濡れ性が相対的に高い部分と低い部分との境界に位置することになる。したがって、機能膜における上記境界の位置を定めることにより、透明着色膜の周縁部の位置や、この周縁部付近に形成される凸部の頂点の位置を定めることができる。
【０１１０】
その結果、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【０１１１】
本発明の液晶表示装置は、上記のカラーフィルタを備える第１基板と、第１基板のカラーフィルタに対向して配置される第２基板と、第１基板と第２基板とに挟持される液晶層とを備える構成である。
【０１１２】
上記の構成では、上述したように、カラーフィルタに平坦化膜を設けることなく表示品位を維持することができる。したがって、表示品位を維持しつつ低下価格の液晶表示装置を実現することができる。
【０１１３】
この液晶表示装置では、例えば、カラーフィルタの遮光膜及び透明着色膜上には、透明電極と配向膜とがこの順で積層されており、配向膜が液晶層に接しているように構成することができる。
【０１１４】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に形成された遮光膜の開口部に対して、透明着色膜を形成するための液状の成膜材料を塗布する成膜材料塗布工程と、塗布した成膜材料を乾燥させて硬化させることにより透明着色膜を形成する成膜材料硬化工程とを含み、成膜材料硬化工程では、透明着色膜の周縁部付近に表面が凸形状となる凸部が形成され、透明着色膜の周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置し、透明着色膜の周縁部において、遮光膜の表面に対する透明着色膜の表面の傾斜角が４５°以下となるように成膜材料を硬化させる方法である。
【０１１５】
上記の方法では、液晶表示装置に用いた場合に、表示品位を維持しつつ低価格化を図ることができる上記のカラーフィルタを製造することができるという効果を奏する。
【０１１６】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記の方法において、液状の成膜材料に対する濡れ性が制御可能な機能膜を、遮光膜と透明着色膜との間に介在するように形成する機能膜形成工程をさらに含み、機能膜形成工程では、機能膜における透明着色膜を形成する部分の濡れ性が他の部分の濡れ性よりも相対的に高くなるように機能膜を形成する方法であってもよい。
【０１１７】
上記の方法では、透明着色膜を、その周縁部から凸部の頂点までの部分が遮光膜の上方に位置するように形成することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るカラーフィルタにおける着色部の形状が液晶分子の配向方向に与える影響を説明するための断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の一形態に係るカラーフィルタの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、図２（ａ）（ｂ）のカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図４】図２（ａ）（ｂ）のカラーフィルタにおける、ブラックマトリクスと、ブラックマトリクス上に回り込んだ親和性領域とを示す平面図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る液晶ディスプレイを示す平面図である。
【図６】図５の液晶ディスプレイにおけるアクティブマトリクス基板の１画素を示す平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に相当する部分における液晶ディスプレイパネルの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、従来のカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は、格子状のブラックマトリクス上に形成した非親水性領域のそれぞれ互いに異なるパターンを示す平面図である。
【図１０】従来のカラーフィルタにおける着色部の形状が液晶分子の配向方向に与える影響を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１      液晶ディスプレイ（液晶表示装置）
１０      カラーフィルタ
１１      基板（第１基板）
１２      ブラックマトリクス
１２ｃ    開口部
１３      機能膜
１６      成膜材料
１７      着色部
１７ａ    凸部
２０      アクティブマトリクス基板（第２基板）
３２      液晶層
３３      共通電極（透明電極）
３４      配向膜
３６      液晶分子
【図１】
2004302240.tif 000006
【図２】
2004302240.tif 000007
【図３】
2004302240.tif 000008
【図４】
2004302240.tif 000009
【図５】
2004302240.tif 000010
【図６】
2004302240.tif 000011
【図７】
2004302240.tif 000012
【図８】
2004302240.tif 000013
【図９】
2004302240.tif 000014
【図１０】
2004302240.tif 000015