(57)【要約】【課題】光透過領域用着色層と、該層と同色・同一厚さで一定の大きさのホールを有する光反射領域用着色層とを有する赤色画素を具備し、透過型液晶表示装置としても反射型液晶表示装置としても優れた明度、彩度を有する表示が可能な半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ、およびその製造に好適に用いられる感光性赤色組成物の提供。【解決手段】遮光部と幅W1μmの直線型開口部を有するフォトマスクを用いて形成した直線パターンの最上部の幅をWpとし、開口部とホール径W2μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを用いて形成したホールの基板に接する側の径をWhとしたとき、−5.0μm≦(Wp−W1)+(Wh−W2)≦5.0μmとなる感光性赤色組成物、該感光性赤色組成物を用いて形成された同一厚さの光透過領域用着色層と欠落部を有する光反射領域用着色層とからなる赤色画素を具備する半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光重合開始剤、エチレン性不飽和単量体、アルカリ可溶性樹脂、および赤色着色剤を含む感光性赤色組成物であって、該感光性赤色組成物の乾燥塗膜に、遮光部と幅W1μmの直線型開口部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像して直線パターンを形成した後の直線パターン最上部の幅をWpとし、また開口部とホール径W2μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像してパターン欠落部(ホール)を形成した後の基板に接する側のホールの径をWhとしたとき、−5.0μm≦(Wp−W1)+(Wh−W2)≦5.0μmとなることを特徴とする感光性赤色組成物。
【請求項２】
光重合開始剤の重量をエチレン性不飽和単量体の重量で割った値が0.05以上0.20以下であって、且つエチレン性不飽和単量体の重量をアルカリ可溶性樹脂の重量で割った値が0.20以上1.00以下であることを特徴とする請求項1記載の感光性赤色組成物。
【請求項３】
請求項１または２記載の感光性赤色組成物を用いて形成された光透過領域用着色層と、前記感光性赤色組成物と同一の感光性赤色組成物を用いて形成され、前記光透過領域用着色層と同一厚さの光反射領域用着色層とからなる赤色画素を具備し、前記光反射領域用着色層に欠落部が形成されていることを特徴とする、半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ。
【請求項４】
透明基板上に請求項１または２記載の感光性赤色組成物を塗布、乾燥して乾燥塗膜を形成する工程と、前記乾燥塗膜に、全遮光部と幅10〜200μmの開口部からなり、前記開口部の中にホール径5〜100μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して紫外線を露光し、未露光部分を現像して光透過領域用着色層と光反射領域用着色層を一括形成する工程を含むことを特徴とする半透過型液晶表示装置用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、感光性赤色組成物、及びそれを用いて形成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、自発光型の表示装置ではないので表示に他からの光を必要とし、光源によって、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の２種類に大別される。透過型液晶表示装置は、その後方に設けられたバックライトからの光によって表示を行っており、主に屋内のような暗い環境下で用いられる。また、反射型液晶表示装置は、その後方に設けられた反射層により液晶表示装置を観視する際の周囲からの外光を反射させ、その反射光によって表示を行っており、主に屋外のような非常に明るい環境下で用いられる。しかし、透過型液晶表示装置は、屋外のような非常に明るい環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。また、反射型液晶表示装置は、主に屋外のような非常に明るい環境下で用いられるものであり、屋内のような暗い環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。
【０００３】
このような透過型液晶表示装置および反射型液晶表示装置の欠点を解消するため、透過型と反射型の両機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置が開発された。この半透過型液晶表示装置は、屋外のような非常に明るい環境下でも、屋内のような暗い環境下でも用いることができ、モバイル機器に用いられる液晶表示装置として期待されている。
半透過型液晶表示装置は、カラーフィルタ、カラーフィルタ上に形成された透明電極、液晶、ＴＦＴ素子などが形成されたＴＦＴ基板、ＴＦＴ基板上に形成された透明電極及び反射電極で構成されている。カラーフィルタは、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素が形成されたものである。また、透明電極及び反射電極はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。
【０００４】
１つの着色画素は、ブラックマトリックスを除くと、光透過領域と光反射領域とで構成されている。光透過領域は、透過型液晶表示装置として機能する領域であり、光透過領域においてはバックライトからの白色光が、ＴＦＴ基板、透明電極、液晶、透明電極を経て着色画素を通過し色光となり外部へ射出するようになっている。
また、光反射領域は、反射型液晶表示装置として機能する領域であり、光反射領域においては周囲からの外光が、ガラス基板、着色画素を通過し色光となり、次いで反射電極にて反射され、再び外部へ射出するようになっている。この半透過型液晶表示装置は、屋内のような暗い環境下では、バックライトを点灯して透過型液晶表示装置として機能させ、また、屋外のような非常に明るい環境下では、バックライトを消灯して反射型液晶表示装置として機能させて用いられる。
【０００５】
半透過型液晶表示装置を構成するカラーフィルタの着色画素は、例えば、（１）各々に適切な分光透過率を有する光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）を、透過型液晶表示装置用の感光性着色組成物と、反射型液晶表示装置用の感光性着色組成物の２種を用い、各々形成する手法、（２）光反射領域の一部に微小な透明領域、すなわちホールを設ける方法などにより形成される。（１）の手法ではカラーフィルタの製造工程が煩雑なものとなり、高価なカラーフィルタとなってしまう。これに対し（２）の手法では光透過領域と光反射領域を、同一の感光性着色組成物により形成するためコスト的な問題は生じない。
しかし、（２）の手法に従来の感光性赤色組成物を用いると、図1に示す直線パターン最上部の幅(Wp)とホール径(Wp)をバランス良く調整して、透過表示・反射表示ともに視認性良好な半透過型液晶表示装置を作製することが困難であった。
【特許文献１】特開２００２−１６９１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光透過領域用着色層と、該光透過領域用着色層と同色・同一厚さで一定の大きさのホールを有する光反射領域用着色層とを有する赤色画素を一括形成するのに好適に用いられる感光性赤色組成物の提供を課題とする。また、本発明は、同色・同一厚さの光透過領域用着色層と光反射領域用着色層とからなる赤色画素を具備するカラーフィルタであって、そのカラーフィルタを用いて製造した半透過型液晶表示装置が、透過型液晶表示装置として使用した際には透過型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する表示をし、また、反射型液晶表示装置として使用した際には暗くならず、反射型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する表示をすることが可能な半透過型液晶表示装置用カラーフィルタおよびその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の感光性赤色組成物は、光重合開始剤、エチレン性不飽和単量体、アルカリ可溶性樹脂、および赤色着色剤を含む感光性赤色組成物であって、該感光性赤色組成物の乾燥塗膜に、遮光部と幅W1μmの直線型開口部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像して直線パターンを形成した後の直線パターン最上部の幅をWpとし、また開口部とホール径W2μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像してパターン欠落部(ホール)を形成した後の基板に接する側のホールの径をWhとしたとき、−5.0μm≦(Wp−W1)+(Wh−W2)≦5.0μmとなることを特徴とする。
本発明の感光性赤色組成物において、光重合開始剤の重量をエチレン性不飽和単量体の重量で割った値が0.05以上0.20以下であって、且つエチレン性不飽和単量体の重量をアルカリ可溶性樹脂の重量で割った値が0.20以上1.00以下であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明のカラーフィルタは、本発明の感光性赤色組成物を用いて形成された光透過領域用着色層と、前記感光性赤色組成物と同一の感光性赤色組成物を用いて形成され、前記光透過領域用着色層と同一厚さの光反射領域用着色層とからなる赤色画素を具備し、前記光反射領域用着色層に欠落部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、透明基板上に本発明の感光性赤色組成物を塗布、乾燥して乾燥塗膜を形成する工程と、前記乾燥塗膜に、全遮光部と幅10~200μmの開口部からなり、前記開口部の中にホール径5~100μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して紫外線を露光し、未露光部分を現像して光透過領域用着色層と光反射領域用着色層を一括形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の感光性赤色組成物を用いることにより、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの赤色画素の光反射領域に一定の大きさのホールを安定して形成することができる。また、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの赤色画素の光透過領域用着色層と光反射領域用着色層を、同一の感光性着色組成物にて製造工程を増やさず形成することができるため、容易かつ安価に視認性の良好な半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、本発明の感光性赤色組成物について説明する。
本発明の感光性赤色組成物は、光重合開始剤、エチレン性不飽和単量体、アルカリ可溶性樹脂、および赤色着色剤を含む感光性赤色組成物であって、図1に示すように、該感光性赤色組成物の乾燥塗膜に、遮光部と幅W1μmの直線型開口部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像し直線パターンを形成した後の直線パターン最上部の幅をWpとし、また開口部とホール径W2μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を露光し、次いで未露光部分を現像してパターン欠落部(ホール)を形成した後の基板側のホールの径をWhとしたとき、−6.0μm≦(Wp−W1)+(Wh−W2)≦6.0μmとなることが好ましく、より好ましくは(Wp−W1)+(Wh−W2) が−5.0μm以上5.0μm以下であり、更に好ましくは(Wp−W1)+(Wh−W2) が−4.0μm以上4.0μm以下である。 (Wp−W1)+(Wh−W2)が−6.0μmより小さいとき、透過表示・反射表示ともに視認性良好な半透過型液晶表示装置を作製することが困難である。また、(Wp−W1)+(Wh−W2)が6.0μmより大きいとき、パターンの形状がオーバーハング（逆テーパー）状となり、その結果、カラーフィルタ上に、蒸着法等で透明電極を膜付けする際、ＲＧＢ画素層のオーバーハング部により、側壁部の膜付けが妨げられ、透明電極の断線不良を発生してしまう。
【００１１】
本発明の感光性赤色組成物は、赤色着色剤を含み、得られるカラーフィルタの用途に応じて適宜他の色、例えば黄色・橙色・紫色・青色・緑色・茶色・黒色などの着色剤を用いて調色されてもよい。また、着色剤は有機着色剤でも無機着色剤でもよい。前記有機着色剤は、具体的には染料、有機顔料、天然色素等を意味し、前記無機着色剤は、具体的には無機顔料のほか、体質顔料と呼ばれる無機塩等を意味するが、カラーフィルタには高精細な発色と耐熱性が求められることから、着色剤としては、発色性が高く、かつ耐熱性の高い着色剤、特に耐熱分解性の高い着色剤が好ましく、通常、有機着色剤、特に好ましくは有機顔料が用いられる。以下に、カラーインデックス（C.I.；The Society of Dyers and Colourists 社発行） においてピグメント（Pigment）に分類されている有機顔料のカラーインデックス（C.I.）番号を、色相ごとに示す。
【００１２】
本発明の感光性赤色組成物に用いられる赤色顔料としては、C.I.ピグメントレッド１、C.I.ピグメントレッド２、C.I.ピグメントレッド３、C.I.ピグメントレッド４、C.I.ピグメントレッド５、C.I.ピグメントレッド６、C.I.ピグメントレッド７、C.I.ピグメントレッド８、C.I.ピグメントレッド９、C.I.ピグメントレッド１０、C.I.ピグメントレッド１１、C.I.ピグメントレッド１２、C.I.ピグメントレッド１４、C.I.ピグメントレッド１５、C.I.ピグメントレッド１６、C.I.ピグメントレッド１７、C.I.ピグメントレッド１８、C.I.ピグメントレッド１９、C.I.ピグメントレッド２１、C.I.ピグメントレッド２２、C.I.ピグメントレッド２３、C.I.ピグメントレッド３０、C.I.ピグメントレッド３１、C.I.ピグメントレッド３２、C.I.ピグメントレッド３７、C.I.ピグメントレッド３８、C.I.ピグメントレッド４０、C.I.ピグメントレッド４１、C.I.ピグメントレッド４２、C.I.ピグメントレッド４８：１、C.I.ピグメントレッド４８：２、C.I.ピグメントレッド４８：３、C.I.ピグメントレッド４８：４、C.I.ピグメントレッド４９：１、C.I.ピグメントレッド４９：２、C.I.ピグメントレッド５０：１、C.I.ピグメントレッド５２：１、C.I.ピグメントレッド５３：１、C.I.ピグメントレッド５７、C.I.ピグメントレッド５７：１、C.I.ピグメントレッド５８：２、C.I.ピグメントレッド５８：４、C.I.ピグメントレッド６０：１、C.I.ピグメントレッド６３：１、C.I.ピグメントレッド６３：２、C.I.ピグメントレッド６４：１、C.I.ピグメントレッド８１：１、C.I.ピグメントレッド８３、C.I.ピグメントレッド８８、C.I.ピグメントレッド９０：１、C.I.ピグメントレッド９７、C.I.ピグメントレッド１０１、C.I.ピグメントレッド１０２、C.I.ピグメントレッド１０４、C.I.ピグメントレッド１０５、C.I.ピグメントレッド１０６、C.I.ピグメントレッド１０８、C.I.ピグメントレッド１１２、C.I.ピグメントレッド１１３、C.I.ピグメントレッド１１４、C.I.ピグメントレッド１２２、C.I.ピグメントレッド１２３、C.I.ピグメントレッド１４４、C.I.ピグメントレッド１４６、C.I.ピグメントレッド１４９、C.I.ピグメントレッド１５０、C.I.ピグメントレッド１５１、C.I.ピグメントレッド１６６、C.I.ピグメントレッド１６８、C.I.ピグメントレッド１７０、C.I.ピグメントレッド１７１、C.I.ピグメントレッド１７２、C.I.ピグメントレッド１７４、C.I.ピグメントレッド１７５、C.I.ピグメントレッド１７６、C.I.ピグメントレッド１７７、C.I.ピグメントレッド１７８、C.I.ピグメントレッド１７９、C.I.ピグメントレッド１８０、C.I.ピグメントレッド１８５、C.I.ピグメントレッド１８７、C.I.ピグメントレッド１８８、C.I.ピグメントレッド１９０、C.I.ピグメントレッド１９３、C.I.ピグメントレッド１９４、C.I.ピグメントレッド２０２、C.I.ピグメントレッド２０６、C.I.ピグメントレッド２０７、C.I.ピグメントレッド２０８、C.I.ピグメントレッド２０９、C.I.ピグメントレッド２１５、C.I.ピグメントレッド２１６、C.I.ピグメントレッド２２０、C.I.ピグメントレッド２２４、C.I.ピグメントレッド２２６、C.I.ピグメントレッド２４２、C.I.ピグメントレッド２４３、C.I.ピグメントレッド２４５、C.I.ピグメントレッド２５４、C.I.ピグメントレッド２５５、C.I.ピグメントレッド２６４、C.I.ピグメントレッド２６５等が挙げられる。
【００１３】
黄色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー１、C.I.ピグメントイエロー３、C.I.ピグメントイエロー１２、C.I.ピグメントイエロー１３、C.I.ピグメントイエロー１４、C.I.ピグメントイエロー１５、C.I.ピグメントイエロー１６、C.I.ピグメントイエロー１７、C.I.ピグメントイエロー２０、C.I.ピグメントイエロー２４、C.I.ピグメントイエロー３１、C.I.ピグメントイエロー５５、C.I.ピグメントイエロー６０、C.I.ピグメントイエロー６１、C.I.ピグメントイエロー６５、C.I.ピグメントイエロー７１、C.I.ピグメントイエロー７３、C.I.ピグメントイエロー７４、C.I.ピグメントイエロー８１、C.I.ピグメントイエロー８３、C.I.ピグメントイエロー９３、C.I.ピグメントイエロー９５、C.I.ピグメントイエロー９７、C.I.ピグメントイエロー９８、C.I.ピグメントイエロー１００、C.I.ピグメントイエロー１０１、C.I.ピグメントイエロー１０４、C.I.ピグメントイエロー１０６、C.I.ピグメントイエロー１０８、C.I.ピグメントイエロー１０９、C.I.ピグメントイエロー１１０、C.I.ピグメントイエロー１１３、C.I.ピグメントイエロー１１４、C.I.ピグメントイエロー１１６、C.I.ピグメントイエロー１１７、C.I.ピグメントイエロー１１９、C.I.ピグメントイエロー１２０、C.I.ピグメントイエロー１２６、C.I.ピグメントイエロー１２７、C.I.ピグメントイエロー１２８、C.I.ピグメントイエロー１２９、C.I.ピグメントイエロー１３８、C.I.ピグメントイエロー１３９、C.I.ピグメントイエロー１５０、C.I.ピグメントイエロー１５１、C.I.ピグメントイエロー１５２、C.I.ピグメントイエロー１５３、C.I.ピグメントイエロー１５４、C.I.ピグメントイエロー１５５、C.I.ピグメントイエロー１５６、C.I.ピグメントイエロー１６６、C.I.ピグメントイエロー１６８、C.I.ピグメントイエロー１７５等が挙げられる。
【００１４】
橙色顔料としては、C.I.ピグメントオレンジ１、C.I.ピグメントオレンジ５、C.I.ピグメントオレンジ１３、C.I.ピグメントオレンジ１４、C.I.ピグメントオレンジ１６、C.I.ピグメントオレンジ１７、C.I.ピグメントオレンジ２４、C.I.ピグメントオレンジ３４、C.I.ピグメントオレンジ３６、C.I.ピグメントオレンジ３８、C.I.ピグメントオレンジ４０、C.I.ピグメントオレンジ４３、C.I.ピグメントオレンジ４６、C.I.ピグメントオレンジ４９、C.I.ピグメントオレンジ５１、C.I.ピグメントオレンジ６１、C.I.ピグメントオレンジ６３、C.I.ピグメントオレンジ６４、C.I.ピグメントオレンジ７１、C.I.ピグメントオレンジ７３等が挙げられる。
【００１５】
紫色顔料としては、C.I.ピグメントバイオレット１、C.I.ピグメントバイオレット１９、C.I.ピグメントバイオレット２３、C.I.ピグメントバイオレット２９、C.I.ピグメントバイオレット３２、C.I.ピグメントバイオレット３６、C.I.ピグメントバイオレット３８等が挙げられる。
青色顔料としては、C.I.ピグメントブルー１５、C.I.ピグメントブルー１５：３、C.I.ピグメントブルー１５：４、C.I.ピグメントブルー１５：６、C.I.ピグメントブルー６０等が挙げられる。
緑色顔料としては、C.I.ピグメントグリーン７、C.I.ピグメントグリーン３６等が挙げられる。
茶色顔料としては、C.I.ピグメントブラウン２３、C.I.ピグメントブラウン２５等が挙げられる。
黒色顔料としては、C.I.ピグメントブラック１、ピグメントブラック７等が挙げられる。
【００１６】
また、前記無機着色剤あるいは体質顔料の具体例としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、亜鉛黄、べんがら（赤色酸化鉄(III)）、カドミウム赤、群青、紺青、酸化クロム緑、コバルト緑、アンバー、チタンブラック、合成鉄黒、カーボンブラック等を挙げることができる。これらの無機着色剤あるいは体質顔料は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
着色剤の含有量は、通常、感光性赤色組成物の固形分を基準として1〜80重量％が好ましく、より好ましくは2〜70重量％である。着色剤の含有量が1重量%未満であると、カラーフィルタの膜厚が過剰に厚くなるため好ましくなく、70重量%を超えると、良好な分散状態が得られず好ましくない。
【００１７】
感光性赤色組成物には、所望により、分散剤を含有させることができる。前記分散剤としては、界面活性剤、樹脂型分散剤、色素誘導体などが挙げられる。
界面活性剤としては、ラウリル硫酸ソーダ、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ソーダ、スチレン−アクリル酸共重合体のアルカリ塩、ステアリン酸ナトリウム、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。界面活性剤の使用量は、着色剤１００重量部に対して、通常、５０重量部以下、好ましくは３０重量部以下である。
【００１８】
樹脂型分散剤は、着色剤に吸着する性質を有する着色剤親和性部位と、アルカリ可溶性樹脂と相溶性のある部位とを有し、着色剤に吸着して着色剤のアルカリ可溶性樹脂への分散を安定化する働きをするものである。樹脂型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。樹脂型分散剤の使用量は、着色剤１００重量部に対して、通常、５０重量部以下、好ましくは３０重量部以下である。
【００１９】
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、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、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。色素誘導体の使用量は、着色剤１００重量部に対して、０．１〜３０重量部が好ましく、０．５〜２０重量部がより好ましい。０．１重量部より少ない場合は、色素誘導体の添加効果が発現しにくく、３０重量部より多く使用した場合は、分散が不安定になるため好ましくない。
【００２０】
本発明の感光性赤色組成物に好適に用いられる光重合開始剤としては、例えば、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、ベンゾフェノン系光重合開始剤、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、チオキサンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン、２，４-ジエチルチオキサンソン、２，４−ジイソプロピルチオキサンソン等のチオキサンソン系光重合開始剤、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、２−[９−(２−メトキシ−１−メチルエトキシ)カルボニルメチル−３−カルバゾル]−４，６−ビス(トリクロロメチル)−１，３，５−トリアジン等のトリアジン系光重合開始剤およびカルバゾール系光重合開始剤、１，２−オクタジオン−１−[４−(フェニルチオ)−，２−(O−ベンゾイルオキシム)]等のオキシムエステル系光重合開始剤、ヨードニウムボレート、スルホニウムボレート、アンモニウムボレートなどのオニウムボレート系光重合開始剤、イミダゾール系光重合開始剤等の化合物が用いられる。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てもよい。
さらに、上記光重合開始剤の反応性を向上させる目的で、増感剤として下記のような光重合開始剤を併用することも好ましく、例えばα−アシロキシムエステル、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使用することもでき、単独あるいは２種以上を混合して使用してもよい。
【００２１】
本発明の感光性赤色組成物に含まれるエチレン性不飽和単量体としては、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、（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、スチレン、酢酸ビニル、アクリロニトリル等が挙げられる。
エチレン性不飽和単量体の含有量は、通常、感光性赤色組成物の固形分を基準として1〜80重量％が好ましく、より好ましくは3〜70重量％である。また、本発明の感光性赤色組成物では、感光性赤色組成物中に含まれる光重合開始剤の全重量（I）を、感光性赤色組成物中に含まれるエチレン性不飽和単量体の全重量（M）で割った値I/Mが0.04以上0.25以下であることが好ましい。より好ましくはI/Mが0.05以上0.20以下であり、更に好ましくはI/Mが0.08以上0.19以下である。I/M＜0.04であると、紫外線の照射により十分な硬化塗膜が得られず、I/M＞0.25であると反射領域用着色層に設けられるホールの径が小さくなり、液晶表示装置の反射色表示が暗くなる。
【００２２】
本発明の感光性赤色組成物に含まれるアルカリ可溶性樹脂は、酸価を有する樹脂であり、本発明の感光性赤色組成物をアルカリ現像型とするために用いられる。アルカリ可溶性樹脂としては、カラーフィルタの製造工程において高温加熱の処理が行われるため、加熱処理においても耐性の良い樹脂を用いることが好ましい。さらに、カラーフィルタの製造工程において、種々の溶剤や薬品による処理も行われるため、耐溶剤性や耐薬品性に優れる樹脂を用いることが好ましい。
【００２３】
本発明の感光性緑色組成物に含まれるアルカリ可溶性樹脂は、酸価を有する樹脂であり、本発明の感光性緑色組成物をアルカリ現像型とするために用いられる。アルカリ可溶性樹脂としては、カラーフィルタの製造工程において高温加熱の処理が行われるため、加熱処理においても耐性の良い樹脂を用いることが好ましい。さらに、カラーフィルタの製造工程において、種々の溶剤や薬品による処理も行われるため、耐溶剤性や耐薬品性に優れる樹脂を用いることが好ましい。
アルカリ可溶性樹脂としては、（メタ）アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂や、これらの樹脂の水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等を介して、（メタ）アクリル化合物、ケイヒ酸等の光架橋性基を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て光架橋性基を導入した樹脂も用いられる。
【００２４】
本発明の感光性赤色組成物では、感光性赤色組成物中に含まれるエチレン性不飽和単量体の全重量（M）を、感光性赤色組成物中に含まれるアルカリ可溶性樹脂の全重量（P）で割ったM/Pが0.16以上1.16以下であることが好ましい。より好ましくはM/Pが0.20以上1.00以下であり、更に好ましくはM/Pが0.50以上0.95以下である。M/P＜0.16であると、紫外線の照射により十分な硬化塗膜が得られず、M/P＞1.16であると反射領域用着色層に設けられるホールの径が小さくなり、液晶表示装置の反射色表示が暗くなる。
【００２５】
本発明の感光性赤色組成物には、アルカリ可溶性樹脂に加え、耐熱性や密着性などの特性の付与を目的として、アルカリ可溶性を有しない樹脂を含有させることもできる。
アルカリ可溶性を有しない樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が含まれる。熱可塑性樹脂としては、例えば、 ブチラール樹脂、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、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、ポリイミド樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。
【００２６】
本発明の感光性赤色組成物には、着色剤を充分に分散させ、透明基板上に所望の膜厚になるように塗布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、これらを単独もしくは混合して用いる。
【００２７】
本発明の感光性赤色組成物には、上記以外にも感光性着色組成物の塗工性向上、感度の向上、密着性の向上などを目的として、連鎖移動剤、他の公知の添加剤などを必要に応じて添加しても良い。
感光性赤色組成物は、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。
【００２８】
次に、本発明のカラーフィルタおよびその製造方法について説明する。
本発明のカラーフィルタは、本発明の感光性赤色組成物を用いて形成された光透過領域用着色層と、前記感光性赤色組成物と同一の感光性赤色組成物を用いて形成され、前記光透過領域用着色層と同一厚さの光反射領域用着色層とからなる赤色画素を具備するカラーフィルタであり、前記光反射領域用着色層に欠落部(ホール)が形成されていることを特徴とするカラーフィルタである。
【００２９】
本発明のカラーフィルタは、通常、赤色以外の画素を具備し、赤色以外の色は、青色、緑色、シアン、エロー、マゼンタ、橙色、紫色などから１〜５色程度選択される。赤色以外の画素は、感光性赤色組成物を調色するために用いられる前記黄色・橙色・紫色・青色・緑色・茶色・黒色などの着色剤を赤色着色剤の代わりに含む感光性着色組成物により形成される。
また、カラーフィルタには、液晶表示装置のコントラストを向上させることを目的として、遮光領域であるブラックマトリックスが形成される。ブラックマトリックスとしては、通常、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ 約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリックスが用いられる。
【００３０】
本発明のカラーフィルタは、透明基板上に本発明の感光性赤色組成物を塗布、乾燥して乾燥塗膜を形成する工程と、前記乾燥塗膜に、全遮光部と幅10〜200μmの開口部からなり、前記開口部の中にホール径5〜100μmのホール型遮光部を有するフォトマスクを介して紫外線を露光し、未露光部分を現像して光透過領域用着色層と光反射領域用着色層を一括形成する工程を経て製造することができる。また、カラーフィルタを構成する赤色以外の画素は、赤色以外の色の感光性着色組成物を用いて、赤色画素の形成と同様の工程を経て形成することができる。
具体的には、本発明のカラーフィルタは、透明基板上に、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感光性赤色（着色）組成物を塗布、乾燥し、フォトマスクを介して感光性赤色（着色）組成物塗布面側から紫外線を照射したのち、溶剤またはアルカリ現像液に漬浸するかスプレーなどにより現像液を噴霧して未露光部、すなわち未硬化部を除去して現像を行い、所望のパターンを形成することにより製造することができる。感光性赤色（着色）組成物の塗布膜厚は、０．２〜６μｍ（乾燥時）の範囲であることが好ましく、塗工性の点において０．５〜５μｍの範囲であることがさらに好ましい。
【００３１】
上記フォトマスクに関しては、全遮光部と幅10〜200μmの開口部からなり、前記開口部の中にマスクホール部径5〜100μmのホール型遮光部を有するものを用いることが、液晶表示装置の視認性良好となるカラーフィルタを得ることができるため好ましい。マスクホール部の形状は、特に限定されない。また、ここでいうマスクホール部径とはマスクホール部と面積が等しい円の直径のことをいう。
【００３２】
紫外線としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド灯、ガリウム灯、キセノン灯、カーボンアーク灯等を光源とする光を使用することができる。具体的には、点光源であること、輝度の安定性から、超高圧水銀ランプ、キセノン水銀ランプが用いられることが多い。感光性赤色（着色）組成物塗布面側から照射する紫外線量は、５〜１０００ｍＪ/cm2の範囲で適宜設定できるが、工程上管理しやすい３０〜３００ｍＪ/cm2の範囲であることが好ましい。
アルカリ現像液としては、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。
【実施例１】
【００３３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。また、実施例中、「部」及び「％」は、「重量部」及び「重量％」をそれぞれ表す。
［アクリル樹脂溶液の調整］
反応容器にシクロヘキサノン８００部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら１００℃に加熱して、同温度で、スチレン６０．０部、メタクリル酸６０．０部、メタクリル酸メチル６５．０部、メタクリル酸ブチル６５．０部、およびアゾビスイソブチロニトリル１０．０部の混合物を１時間かけて滴下し、さらに１００℃で３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル２．０部をシクロヘキサノン５０部で溶解させたものを添加し、さらに１００℃で１時間反応を続けて樹脂溶液を合成した。室温まで冷却した後、樹脂溶液約２ｇをサンプリングして１８０℃で２０分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が２０％となるようにシクロヘキサノンを添加してアクリル樹脂溶液を調製した。なお、アクリル樹脂の重量平均分子量は４００００であった。
【００３４】
［感光性赤色組成物の調整］
赤色顔料「C.I.ピグメントレッド254」3.02部、黄色顔料「C.I.ピグメントイエロー150」2.51部、樹脂型分散剤「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−161」(ビックケミー社製)0.02部を、アクリル樹脂溶液、光重合開始剤、エチレン性不飽和単量体、溶剤と混合することにより感光性赤色組成物を得た。ここでは光重合開始剤として、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−オンとイソプロピルチオキサンソンを60/40の割合（重量比）で混合したものを使用した。また、エチレン性不飽和単量体として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートを60/40の割合（重量比）で混合したものを使用した。更に、シクロヘキサノンの配合量を適宜調整することにより、感光性赤色組成物の不揮発分が20%となるよう調整した(実施例１)。表１に感光性赤色組成物の組成及び光重合開始剤とエチレン性不飽和単量体の重量比の値(I/M)、及びエチレン性不飽和単量体とアルカリ可溶性樹脂の重量比の値(M/P)とを示す。
【００３５】
(実施例２)
光重合開始剤として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−オンと４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノンを65/35の割合（重量比）で混合したものを使用し、エチレン性不飽和単量体としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとトリメチロールプロパントリアクリレートを60/40の割合（重量比）で混合したものを使用したことを除き、実施例１と同様にして感光性赤色組成物を得た。
(実施例３〜４、比較例１〜４)
アクリル樹脂溶液、光重合開始剤、エチレン性不飽和単量体の配合量を表１記載の様に変更したことを除き、実施例1と同様にして感光性赤色組成物を調整した。
【００３６】
【表１】
2005345883.tif 000002
【００３７】
［感光性緑色組成物の調整］
緑色顔料「C.I.ピグメントグリーン36」3.02部、黄色顔料「C.I.ピグメントイエロー150」2.05部、樹脂型分散剤「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−174」(ビックケミー社製)0.08部、アクリル樹脂溶液8.09部、光重合開始剤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1.40部、エチレン性不飽和単量体ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート1.76部、トリメチロールプロパントリアクリレート1.76部、シクロヘキサノン40.06部を混合し、感光性緑色組成物を得た。
【００３８】
［感光性青色組成物の調整］
青色顔料「C.I.ピグメントブルー15：6」4.68部、樹脂型分散剤「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−160」(ビックケミー社製)0.03部、アクリル樹脂溶液32.57部、光重合開始剤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2.35部、エチレン性不飽和単量体ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート1.76部、トリメチロールプロパントリアクリレート1.76部、シクロヘキサノン40.33部を混合し、感光性青色組成物を得た。
【００３９】
[感光性赤色組成物のパターニング]
ガラス基板(コーニング社製1737)上に、実施例及び比較例で得られた感光性赤色組成物をスピンコーターにより塗布して、70℃のオーブンで20分乾燥し、膜厚3.1μmの塗膜を形成した後、フォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を照射した。  ここで、フォトマスクは全遮光領域と、幅50μmの開口部の中にホール径20μmのホール型遮光部を有するものを使用した。この基板を2%の炭酸ナトリウム水溶液によりスプレー現像して未露光部分を取り除いた後、イオン交換水で洗浄した。このようにして得られたパターンにおいて、パターン最上部の幅Wpと、遮光ホールにより形成されたパターン欠落部(ホール)の幅Whを測定し、ＷpとWhの測定値からX = (Wh−20)+(Wp−50)を求めた。Xの値を表2に示す。
【００４０】
[カラーフィルタの作製]
ガラス基板上にブラックマトリクスをパターン加工し、該基板上にスピンコーターで実施例及び比較例で得られた感光性赤色組成物を塗布した。前記フォトマスクを介して超高圧水銀灯を用いて100mJ/cm2の紫外線を照射した。次いで2%の炭酸ナトリウム水溶液からなる現像液によりスプレー現像して未露光部分を取り除いた後、イオン交換水で洗浄し、この基板を230℃で20分加熱して赤色画素を形成した。同様の方法により感光性緑色組成物をパターニングして赤色画素の隣に緑色画素を配置した後、感光性青色組成物をパターニングして赤色画素と緑色画素の間に青色画素を配置してカラーフィルタを作製した。
[液晶表示装置の視認性評価]
作製されたカラーフィルタを用いた液晶表示装置にて透過表示と反射表示それぞれの視認性を評価した。結果を表２に示す。
【表２】
2005345883.tif 000003
【００４１】
表２より、実施例１〜４においては良好な視認性を呈する液晶表示装置が得られた。一方、I/Mの大きい比較例１とM/Pの大きい比較例３においてはパターン欠落部のホール径が小さくなり、液晶表示装置の反射色表示が暗かった。また、I/Mの小さい比較例２とM/Pの小さい比較例４では紫外線感度不足によりカラーフィルタの形成が困難であった。I/M比、M/P比の大きい比較例５では、パターン形状がオーバーハングとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】フォトマスクの直線型開口部の幅と、基板に形成された直線パターン最上部の幅の関係を示す説明図である。
【図２】フォトマスクのホール型遮光部のホール径と、基板に形成されたパターン欠落部（ホール）の基板に接する側のホール径の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
1・・・フォトマスクの遮光部
2・・・フォトマスクの開口部
3・・・フォトマスクのホール型遮光部
4・・・基板
5・・・直線パターン
6・・・パターン欠落部(ホール)
【図１】
2005345883.tif 000004
【図２】
2005345883.tif 000005