(57)【要約】【課題】ブラックマトリクスの高抵抗率化を図ることなくコントラスト向上を図る。【解決手段】基板上にブラックマトリクスと着色レジスト層が形成され、さらに着色レジスト層の上部にフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタにおいて、フォトスペーサの頂点とブラックマトリクスの表面との間の距離を６μｍ以上にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にブラックマトリクスと着色レジスト層が形成され、さらに着色レジスト層の上部にフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタにおいて、
前記フォトスペーサの頂点と前記ブラックマトリクスの表面との間の距離が６μｍ以上であることを特徴とする、カラーフィルタ。
【請求項２】
前記着色レジスト層と前記フォトスペーサとの間にオーバーコート層が形成されていることを特徴とする、請求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
基板上にブラックマトリクスと着色レジスト層が形成され、さらに着色レジスト層の上部にフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタの製造方法であって、
前記基板上に前記ブラックマトリクス及び前記着色レジスト層を順次形成する工程と、
前記着色レジスト層の上面に前記オーバーコート層及び前記フォトスペーサを順次形成する工程とを備え、
前記フォトスペーサの頂点と前記ブラックマトリクスの表面との間の距離が６μｍ以上となるように前記着色レジスト層及び前記オーバーコート層の膜厚の少なくとも一方を設定したことを特徴とする、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、例えば液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一対の透光性基板間に液晶を挟持して構成されている。一方の透光性基板上にはＴＦＴ等の駆動回路が形成され、他方の透光性基板上にはカラーフィルタ等が形成されている。
【０００３】
液晶表示装置のうち、例えばＩＰＳ（In-Plane-Switching：登録商標）方式やＦＦＳ（Fringe-Field-Switching）方式のように、基板の横方向に電界を印加する、いわゆる横電界駆動方式の液晶表示装置にあっては、基板内の電界の乱れにより基板の縦方向に電界が生じた場合、液晶表示装置内において黒色を表示する部分に光漏れが発生し、白色表示と黒色表示との間の輝度差であるコントラストを悪化させるおそれがある。
【０００４】
このようなコントラスト悪化への対策として、カラーフィルタを構成する着色レジスト層の抵抗率を高くし、カラーフィルタ自体の帯電を防止することが一般的であった。ここに、カーボン顔料を含む樹脂からなるブラックマトリクスは、カーボンを含有するがためにその抵抗値を高くすることが技術的に難しい。このため、カラーフィルタを構成する着色レジスト層の中でブラックマトリクスは抵抗率が最も低い着色レジスト層となり、このブラックマトリクスの高抵抗率化によるブラックマトリクス自身の帯電防止について様々な提案がなされてきた（例えば特許文献１参照）。現在使用されているブラックマトリクスは、一般的に体積抵抗率（印加電圧１〜１０Ｖ）で１×１０10Ω・ｃｍ以上である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６７８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の高抵抗率化されたブラックマトリクスには、次に掲げるような課題があった。
【０００７】
まず、高抵抗率化を実現するためにはブラックマトリクス内のカーボン濃度を一定以上に上昇させることが難しいため、ブラックマトリクスの光学濃度（ＯＤ値）が低くなる傾向にあり、ブラックマトリクスとして必要とされるＯＤ値を得るためにはブラックマトリクスの厚膜化が必要となる。しかし、ブラックマトリクスを厚膜化すると、カラーフィルタ自身の、ひいては液晶表示装置の細線幅の解像を得ることが難しくなる。また、特許文献１に示すように、高抵抗率化を実現するためにはブラックマトリクスを形成する素材に特殊処理が必要となり、コスト上昇の要因ともなりかねない。さらに、高抵抗率化を実現したブラックマトリクスといえども、カラーフィルタを形成する他のレジスト層、例えば着色レジスト層、オーバーコート層、ＭＶＡ（Multi-Domain Vertical Alignment）方式用配向制御突起、フォトスペーサと比較すれば依然として抵抗率は低く、帯電しやすい層であることは避けられなかった。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、ブラックマトリクスの高抵抗率化を図ることなくコントラスト向上を図ることの可能なカラーフィルタ及びその製造法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基板上にブラックマトリクスと着色レジスト層が形成され、さらに着色レジスト層の上部にフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタに適用され、そして、フォトスペーサの頂点とブラックマトリクスの表面との間の距離が６μｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
ここで、着色レジスト層とフォトスペーサとの間にオーバーコート層が形成されていてもよい。
【００１１】
また、本発明は、基板上にブラックマトリクスと着色レジスト層が形成され、さらに着色レジスト層の上部にフォトスペーサが形成されてなるカラーフィルタの製造法に適用され、そして、基板上にブラックマトリクス及び着色レジスト層を順次形成する工程と、着色レジスト層の上面にオーバーコート層及びフォトスペーサを順次形成する工程とを備え、フォトスペーサの頂点とブラックマトリクスの表面との間の距離が６μｍ以上となるように着色レジスト層及びオーバーコート層の膜厚の少なくとも一方を設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フォトスペーサの頂点とブラックマトリクスの表面との間の距離を６μｍ以上としたので、ブラックマトリクスへの帯電を有効に抑制することができ、これにより、ブラックマトリクスの高抵抗率化を図ることなくコントラスト向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態であるカラーフィルタを示す概略図
【図２】ＴＦＴ基板とブラックマトリクス表面との間の距離とコントラスト値との相関性を示す図
【図３】従来のカラーフィルタを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるカラーフィルタ及びその製造方法について説明する。
【００１５】
まず、従来のカラーフィルタの構造について、図３を参照して説明する。図３において、１はカラーフィルタが上面に形成されるガラス基板等の透明基板、２は透明基板１に形成された着色レジスト層である。本図に示す従来例及び本実施形態においては、カラーフィルタは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３色の着色レジスト層により構成される。各色の着色レジスト層をそれぞれ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂとして区別する。３はこれら着色レジスト層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを区画するために透明基板１上面に形成されたブラックマトリクスである。４は着色レジスト層２上面に形成されたオーバーコート層である。これら透明基板１、着色レジスト層２、ブラックマトリクス３及びオーバーコート層４によりカラーフィルタＣが構成されている。カラーフィルタＣのオーバーコート層４上方には電極基板であるＴＦＴ基板５が配置されている。より詳細には、オーバーコート層４の上面にはフォトスペーサ６が形成され、このフォトスペーサ６によりカラーフィルタＣとＴＦＴ基板５との間に所定のセルギャップＢが形成される。このＴＦＴ基板５とカラーフィルタＣとの間の空隙が液晶層として利用される。
【００１６】
ＴＦＴ基板５が電界を形成するのであるから、ブラックマトリクス３への帯電を可能な限り防止するためには、ＴＦＴ基板５とカラーフィルタＣとの間の間隔、より詳細にはフォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａを広げればよいことになる。距離Ａを広げるには、単純にはフォトスペーサ６の高さを高くすれば良いが、フォトスペーサ６の高さはセルギャップＢの間隔にほぼ等しく、このセルギャップＢを変更すると液晶表示装置全体の表示性能に影響を与える。従って、セルギャップＢは、液晶表示装置として適正な表示性能を与える数値に限定されざるを得ない。
【００１７】
そこで、本発明者は、セルギャップＢの間隔を変更することなく、カラーフィルタＣを構成する着色レジスト層２及びオーバーコート層４の少なくとも一方の膜厚を厚くすることで、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａを広げ、ブラックマトリクス３への帯電を抑制して液晶表示装置全体のコントラストの向上を図れるのではないかと考えた。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態であるカラーフィルタＣを示す概略図である。この図において、上述の図３と共通する構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化する。本実施形態のカラーフィルタＣは、図３に示す従来のカラーフィルタＣに比較して、着色レジスト層２及びオーバーコート層４の膜厚が厚く形成され、その結果、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′が従来の距離Ａ（図３参照）と比較して大きく確保できている。一方、液晶表示装置の表示性能に影響する、フォトスペーサ６の高さ、言い換えればセルギャップＢの間隔は従来と変動がない。
【００１９】
適切なフォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′の値を知るために、本発明がこの距離Ａ′と液晶表示装置のコントラスト値との関係を実験したところ、図２に示すような結果となった。なお、図２では、適切なフォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′のかわりに、ほぼ同等の値となるＴＦＴ基板５とブラックマトリクス３の表面との間の距離を測定した。図２の実験結果から、距離Ａ′が６μｍ以上であれば、好ましいコントラスト値を得ることができることが判明した。従って、本実施形態においては、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′は好ましくは６μｍ以上とされる。
【００２０】
本実施形態のカラーフィルタＣは、従来のカラーフィルタＣの製造方法と同様の方法により製造可能である。すなわち、まず、透明基板１上にブラックマトリクス３を構成する着色レジストを塗布した後、フォトマスクを用いて所定のパターンに露光し、現像およびポストベークを行うことでブラックマトリクス３を形成する。次いで、透明な樹脂中に顔料、光開始剤、重合性モノマー等と共に適当な溶剤に分散させた着色レジストを透明基板１上に塗布製膜して特定の色の着色レジスト層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを形成し、この着色レジスト層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂをパターン露光、現像することで特定色の着色レジスト層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを形成する。具体的には、まず、赤色の着色レジストを塗布、乾燥した後に、着色レジスト層２Ｒのパターンに対応した開口部を有するフォトマスクを用いてパターン露光し、定法の現像及びポストベーク処理を施すことで、着色レジスト層２Ｒを形成することができる。以下、同一の手順を繰り返すことにより、着色レジスト層２Ｇ、２Ｂを得ることができる。
【００２１】
着色レジスト層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの形成に利用可能な有機顔料を以下に列記する。なお、遮光層に含有させる有機顔料は、各種有機顔料の混合物であるが、下記に記載の緑色顔料を抜いても良く、また、遮光層の比誘電率を大きくしない範囲（例えば、比誘電率５以下）でカーボンを加えても良い。加え得るカーボンは、比誘電率を下げるため、カーボン粒子に樹脂被覆や表面処理を施したものがより好ましい。
【００２２】
赤色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７２、２７９等を用いることができる。
【００２３】
緑色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ１、２、４、７、８、１０、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２６、３６、４５、４８、５０、５１、５４、５５、５８等を挙げることができる。緑色着色層に含有させる顔料としては、この中でもＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ５８が好ましい。
【００２４】
青色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８０等の青色顔料、好ましくはＣ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：６を用いることができる。
【００２５】
また、赤・緑・青の３色に加えて、黄色の着色レジスト層を形成する場合は、黄色顔料として、Ｃ．Ｉ．  Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２０、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、８６、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４４、１４６、１４７、１４８、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、２１３、２１４等を利用できる。
【００２６】
ここでは、着色レジスト層に利用できる顔料を例示列挙したが、顔料に変えて染料を使用しても良いことは言うまでもない。
【００２７】
着色レジストは、着色成分（顔料または染料）に加えて、多官能モノマー、樹脂、重合開始剤、溶剤、添加剤等を含有する。樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、アルカリ可溶性樹脂、アクリル樹脂、感光性樹脂が挙げられる。
【００２８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレン−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。
【００２９】
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。熱硬化性樹脂として、メラミン樹脂とイソシアネート基を含有する化合物とを反応させたものを用いてもよい。
【００３０】
アルカリ可溶性樹脂としては、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂であれば特に限定はない。例えばエポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹脂等が挙げられる。中でもエポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、特にエポキシアクリレート系樹脂やノボラック系樹脂が好ましい。
【００３１】
アクリル系樹脂としては、単量体として、例えば（メタ）アクリル酸；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレートペンジル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の水酸基含有（メタ）アクリレート；エトキシエチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート等のエーテル基含有（メタ）アクリレート；及びシクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート等の脂環式（メタ）アクリレート等を使用した重合体が挙げられる。なお、ここで列挙した単量体は、単独で、または、２種以上を併用して使用することができる。さらに、これらの単量体と共重合可能なスチレン、シクロヘキシルマレイミド、及びフェニルマレイミド等の化合物の共重合体でもよい。
【００３２】
また、感光性樹脂としては、例えば（メタ）アクリル酸等のエチレン性不飽和基を有するカルボン酸を共重合し、得られた共重合体と、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基及び不飽和二重結合を含有する化合物とを反応させたり、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有（メタ）アクリレートの重合体、または、エポキシ基含有（メタ）アクリレートとその他の（メタ）アクリレートとの共重合体に、（メタ）アクリル酸等のカルボン酸含有化合物を付加させたりすることによって得ることができる。さらに、例えばヒドロキシエチルメタアクリレート等のモノマーを重合させた水酸基を有する重合体に、メタクリロイルオキシエチルイソシアネート等のイソシアネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物を反応させることによっても、感光性を有する樹脂を得ることができる。
【００３３】
本実施形態では、図１に示すように、着色レジスト層２の膜厚が従来のカラーフィルタＣの着色レジスト層２よりも厚く形成されている。本実施形態の着色レジスト層２の膜厚は、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′が６μｍ以上となるように設定されている。このため、着色レジスト層２全体の色度が、従来の着色レジスト層２の色度とほぼ同等となるように、着色レジスト層２を構成する顔料や染料といった着色成分の濃度が従来の濃度よりも下げられている。
【００３４】
さらに、スピンコート法等により、着色レジスト層２の上面にオーバーコート層４を形成し、そして、このオーバーコート層４上に感光性レジストを塗布した後、フォトマスクを用いて所定のパターンに露光し、現像及びポストベークを行うことでフォトスペーサ６を形成する。本実施形態では、図１に示すように、オーバーコート層４についてもその膜厚が従来のカラーフィルタＣのオーバーコート層４よりも厚く形成されている。本実施形態のオーバーコート層４の膜厚は、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′が６μｍ以上となるように設定されている。以上の工程により、カラーフィルタＣを製造することができる。この後、ＴＦＴ基板５載置、液晶層形成等の工程を経て液晶表示装置を製造することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトスペーサ６の頂点とブラックマトリクス３の表面との間の距離Ａ′が６μｍ以上となるように着色レジスト層２及びオーバーコート層４の膜厚を設定したので、ブラックマトリクス３への帯電を有効に抑制でき、これにより、ブラックマトリクス３に特段の高抵抗率化処理を図ることなく液晶表示装置全体のコントラスト向上を図ることが可能となる。また、ブラックマトリクス３に特段の高抵抗率化処理をする必要がなくなるため、ブラックマトリクス３を形成する材料の選択幅が広がり、厚膜化をすることもなく、所望のＯＤ値を有するブラックマトリクス３を形成することができるとともに、液晶表示装置の細線幅の解像も可能となる。
【００３６】
なお、本発明のカラーフィルタ及びその製造方法は、その細部が上述の一実施形態に限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、上述の一実施形態では着色レジスト層２及びオーバーコート層４の膜厚をいずれも従来より厚膜化していたが、いずれか一方を厚膜化すれば本発明の目的は達成できる。いずれを厚膜化するか、また、双方を厚膜化するかは、任意に選択可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のカラーフィルタ及びその製造方法は、このカラーフィルタを用いた液晶表示装置及びその製造方法に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１    透明基板
２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ    着色レジスト層
３    ブラックマトリクス
４    オーバーコート層
５    ＴＦＴ基板
６    フォトスペーサ
Ａ、Ａ′  フォトスペーサの頂点とブラックマトリクスの表面との間の距離
Ｂ    セルギャップ
【図１】
2013047762.tif 000003
【図２】
2013047762.tif 000004
【図３】
2013047762.tif 000005