(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に画素を形成し、オーバーコート膜を形成してなるカラーフィルターにおいて、オーバーコート膜のヤング率が２００℃で２．５ＧＰａ以上の値をもつことを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】
オーバーコート膜上に導電膜を形成してなることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項３】
オーバーコート膜の厚みが０．０１μｍから５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜２いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項４】
オーバーコート膜がポリイミド系高分子膜であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項５】
ポリイミド系高分子膜がベンゼン環を含む分子骨格を有することを特徴とする請求項４記載のカラーフィルター。
【請求項６】
オーバーコート膜がエポキシ系高分子膜であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項７】
オーバーコート膜がアクリル系高分子膜であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項８】
ブラックマトリックスを有することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項９】
ブラックマトリックスが黒色顔料を分散させてなる樹脂からなることを特徴とする請求項８記載のカラーフィルター。
【請求項１０】
画素が、顔料が分散されたポリイミドからなることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項１１】
固定されたスペーサーを有することを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載のカラーフィルター。
【請求項１２】
基板上に画素および固定されたスペーサーを配した後、オーバーコート膜を形成してなることを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルター。
【請求項１３】
固定されたスペーサーが、画素を形成する着色層の積層または単層で形成されていることを特徴とする請求項１２記載のカラーフィルター。
【請求項１４】
基板上に画素およびオーバーコート膜を配した後、固定されたスペーサーを形成してなることを特徴とする請求項１１記載のカラーフィルター。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか記載のカラーフィルターを有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーバーコート膜を有するカラーフィルターおよびかかるカラーフィルターを有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
一般にカラーフィルターは、任意の色の光を透過するパターン状の着色層からなる画素を有する。通常、基板上に着色層が形成され、場合によりさらにオーバーコート膜が形成された構成をもつ。
【０００３】
液晶表示装置は、液晶の電気光学応答を用いることにより、画像や文字の表示や、情報処理などに用いられるものであり、具体的には、パソコン、ワードプロセッサー、ナビゲーションシステム、液晶テレビ、ビデオなどの表示画面や、液晶プロジェクターなどに用いられる。
【０００４】
【従来の技術】
従来のカラー液晶表示装置のセルの構造は、基本的にはカラーフィルターと基板上に導電膜を形成した対向基板からなっているものである。ここでカラーフィルターの通常の製造工程としては、例えば特公平２−１３１１号公報に示されているように、まず基板上にブラックマトリクス、次いで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素を形成せしめ、この上に必要に応じてオーバーコート剤を塗布、加熱硬化せしめてオーバーコート膜を形成させるものである。オーバーコート膜形成後、必要に応じて液晶を電界で駆動させるために必要な導電膜が形成される。
【０００５】
このオーバーコート膜は、画素の段差の平坦化、表面平滑化に機能し、液晶分子の配向の乱れを抑制し、表示時のコントラスト比の向上をもたらし、また画素やブラックマトリクスの保護膜として、液晶表示装置製造工程での傷つき防止、さらにはセルへの液晶注入後の画素から液晶への不純物拡散防止に有効である。特に、低消費電力や高速応答性に伴うセルギャップの短間隔化が要求される液晶表示装置に使用されるカラーフィルターや、高精度のセルギャップ制御が要求される液晶表示装置に使用されるカラーフィルター（例えば、基板に平行な向きの電界で駆動される液晶表示装置（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＩＰＳ）に使用されるカラーフィルターや強誘電性液晶や反強誘電性液晶に使用されるカラーフィルターなど）については、特に平坦化膜としてのオーバーコート膜形成が期待されている。
【０００６】
また、特開平４−３１８８１６号公報に示されているようなスペーサーを有するカラーフィルターを製造する場合に、上記目的の他に、スペーサーの高さの調節、高さのばらつきの低減、スペーサーの欠落防止等の目的でオーバーコート膜が形成されることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなカラーフィルターを用いて液晶表示装置を作製した場合、オーバーコート膜上に導電膜を形成したものでは、オーバーコート膜上の導電膜にシワまたはクラックが起こることがあった。特に、該カラーフィルターに液晶配向膜を塗布し、加熱処理する際に導電膜にシワやクラックが生じやすかった。導電膜にシワやクラックが起きた場合、発生箇所の局所的な抵抗率が高くなり、残像等の問題が生じたり、また導電膜のシワやクラックに追随して、液晶配向膜にシワやクラックが発生し、液晶の配向が乱れることで表示時のコントラストの低下等の問題が生じ、液晶表示装置の表示品位が大きく低下する場合があった。また、導電膜のシワやクラックに追随してオーバーコート膜にシワ、またはクラックが生じ、上記オーバーコートの目的、すなわち平坦化、表面平滑化、画素から液晶への不純物拡散防止等が達成されず、表示品位の低下が生じる場合があった。スペーサー形成後導電膜を形成したカラーフィルターにおいては、スペーサー付近のオーバーコート膜上の導電膜がクラックにより剥がれ、液晶駆動不良が発生し、表示不良の原因となる場合があった。また導電膜を形成した後にスペーサーを形成したカラーフィルターにおいては、スペーサーが導電膜に発生したシワやクラックによって剥がれ落ちセルギャップ不良が発生し、表示不良となる場合があった。
【０００８】
また一方、オーバーコート膜上に導電膜を有しないカラーフィルターにおいても次のような問題が生じた。すなわちオーバーコート膜を形成したカラーフィルターを用いて液晶表示装置を作製すると、セルギャップが不均一になることがあった。これは、パネル組工程で、カラーフィルターと対向する基板とを固定するシール剤を加熱硬化させる高温条件下で、オーバーコートにスペーサーがめり込むことが原因であった。固定されたスペーサーを有するカラーフィルターの場合においては、スペーサーの上または下に形成されたオーバーコート膜がパネル組工程内で大きく潰れるまたは変形する場合があった。スペーサー部のオーバーコート膜の潰れまたは変形により所望のスペーサーの高さより低くなることでセルギャップが狭くなり、表示品位が著しく低下する場合があった。
【０００９】
本発明の課題は、オーバーコート膜を有するカラーフィルターにおいて、導電膜を有するカラーフィルターにおいて導電膜のシワまたはクラックが発生しにくくスペーサーの剥がれのないカラーフィルターを提供することにある。更に導電膜をオーバーコート膜上に形成しないカラーフィルターにおいてもセルギャップの不均一が発生しにくいカラーフィルターを提供することにある。また本カラーフィルターを用いることでこれらの課題に起因する液晶表示装置の表示品位の低下を防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は次の構成を有する。
【００１１】
基板上に画素を形成し、オーバーコート膜を形成してなるカラーフィルターにおいて、オーバーコート膜のヤング率が２００℃で２．５ＧＰａ以上の値をもつことを特徴とするカラーフィルター、およびこれを有する液晶表示装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においてはオーバーコート膜のヤング率が２００℃で２．５ＧＰａ以上、より好ましくは３ＧＰａ以上、さらに好ましくは４ＧＰａ以上の値をもつことが重要である。
【００１３】
これにより、オーバーコート膜上に導電膜を有するカラーフィルターにおいて液晶配向膜塗布後の加熱処理時に発生する、導電膜のシワやクラックを防ぐことができる。
【００１４】
本発明者らは、温度上昇により導電膜に変形が起こりシワやクラックが生じるメカニズムを詳細に検討した結果、温度上昇に伴って、導電膜内部の応力が増加することと、オーバーコート膜や画素のヤング率が低下し柔らかくなることが原因と推定した。シワやクラックを低減するには、導電膜やオーバーコート膜や画素の、熱膨張率やヤング率等を最適化させるとよいと考えられる。しかしながら、導電膜の場合には、その高透明化や低電気抵抗化等と、シワやクラックを低減させる熱膨張率やヤング率とを同時に満たすことは、非常に困難であった。また、画素の場合には、その色特性と、熱膨張率とヤング率とを同時に満たすことは、非常に困難であった。そこで本発明者らは、特に、オーバーコート膜のヤング率に着目し、２００℃で２．５ＧＰａ以上という高いヤング率を有することで、シワまたはクラックが低減されることを見出した。スペーサー形成後導電膜を形成したカラーフィルターや、導電膜を形成した後にスペーサーを形成したカラーフィルターにおいては、特にスペーサー部およびその付近で加熱による応力がかかりやすく、従って前述の課題として挙げた導電膜の剥がれやスペーサーの剥がれといった問題が発生した。かかる課題を解決するためには、同様に２００℃で２．５ＧＰａ以上と高いヤング率を有するオーバーコート膜を用いることが有効であることがわかった。
【００１５】
また、オーバーコート膜上に導電膜を有しないカラーフィルターにおいても本発明のオーバーコート膜を用いることでセルギャップの均一性が、著しく向上した。セルギャップの均一性、セルギャップの保持性に大きく影響を与えるのがパネル組時の高温でのセルギャップの安定性、セルギャップ保持性であることが解析により判明した。さらに解析を進めた結果、オーバーコートが高温で高いヤング率をもつことで、パネル組み時の高温でのセルギャップの安定性およびセルギャップ保持性が著しく向上することがわかった。
【００１６】
本発明における、オーバーコート膜のヤング率は次のようにして測定することができる。すなわち、ガラス基板上または金属上に形成されたオーバーコート膜を、微小圧縮試験機等を用いて負荷をかけ、変位を測定する。従って、金属ブラックマトリクスを用いたカラーフィルターでは、額縁部（オーバーコート膜／金属ＢＭ／ガラスの層構成をしている箇所）、画面外（オーバーコート膜／ガラスの層構成をしている箇所）で測定することが好ましい。樹脂ブラックマトリクスを用いたカラーフィルターでは、画面外（オーバーコート膜／ガラスの層構成をしている箇所）で測定することが好ましい。この負荷−変位データからオーバーコート膜のヤング率を求めることができる。但し、装置によっては、ヤング率の相対値しか測定できない場合がある。このような場合、ヤング率が既知の試料とヤング率が未知のヤング率を測定し、比較すればよい。つまり、ヤング率が２．５ＧＰａ以上であることを示すには、ヤング率が２．５ＧＰａ以上であることが既知の試料と、ヤング率が未知のオーバーコート膜を同装置で測定すればよい。ヤング率の測定は、２００℃に試料を保った後、１分〜１２０分の間で行うのが好ましい。
【００１７】
また、フィルム状のオーバーコート膜を作製し、非共振強制伸張振動型装置等を用いて、オーバーコート膜のヤング率を求めることができる。
【００１８】
本発明において、オーバーコート膜は画素上に形成される膜であり、主に着色被膜の保護、カラーフィルター表面の平坦化等のため形成される。固定されたスペーサーを有するカラーフィルターでは、さらにスペーサーの高さ調節等のためにも形成される。
【００１９】
本発明のオーバーコート膜は、具体的には、エポキシ膜、アクリルエポキシ膜、アクリル膜といったエポキシ系高分子膜やアクリル系高分子膜、シロキサンポリマ系の膜、ポリイミド膜やケイ素含有ポリイミド膜やポリイミドシロキサン膜といったポリイミド系高分子膜があげられる。これらのオーバーコート膜は平坦性、塗布性、耐熱性の点でよりすぐれているからである。なかでも、、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等のポリイミド系高分子膜であることが耐薬品性の観点からより好ましい。また一方、エポキシ系高分子膜、アクリル系高分子膜は平坦性の点から好ましい。なおオーバーコート膜を構成する材料が感光性か非感光性かは制限されない。
【００２０】
ポリイミド系高分子膜を形成する方法のひとつとして、ポリアミック酸をイミド化して用いる方法がある。ポリアミック酸は、通常一般式（１）で表される構造単位を主成分とする。
【００２１】
【化１】
0003941241.tif 000002
ここで一般式（１）のｎは１〜２の数である。Ｒ1は酸成分残基であり、Ｒ1は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または４価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ1 は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３価または４価の基が好ましい。Ｒ1 の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。またＲ2 はジアミン成分残基であり、Ｒ2は少なくとも２個の炭素原子を有する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ2 は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ2 の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。一般式（１）で表される構造単位を主成分とするポリマーはＲ1 、Ｒ2 がこれらの内各々１個から構成されていても良いし、各々２種以上から構成される共重合体であっても良い。
【００２２】
基板との接着力を向上させるため耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合させても良い。またアミン末端の封止剤として無水マレイン酸などの無水物をポリイミド前駆体の重合終了後に末端濃度に応じて加え、反応させても良い。
【００２３】
このようなポリアミック酸からなる膜を、化学処理または加熱処理し，イミド環やその他の環状構造を有するポリマ（ポリイミド、ポリアミドイミド）となすことによりポリイミド膜が得られる。このほか、ポリアミック酸エステルなどからポリイミド膜を得ることもできる。
【００２４】
ポリイミドシロキサン膜とは、ポリイミドシロキサン前駆体被膜を加熱処理する事により作膜される膜のことである。該ポリイミドシロキサン前駆体を製造する手法としては種々の手法があるが、代表的な手法としては、分子内に少なくとも１個以上の１級アミノ基あるいは２級以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物とテトラカルボン酸２無水物を有機溶剤中で反応せしめることにより、もしくはこの化合物を加水分解・縮合せしめることにより製造することができる。
【００２５】
ポリイミド系高分子膜が２００℃でヤング率が２．５ＧＰａ以上であるためには、剛直な構造であるベンゼン骨格を含有することが好ましい。このような高分子膜を形成する方法としては、ベンゼン骨格を有するポリアミック酸をイミド化して用いる方法がある。
【００２６】
例えば、一般式（１）のＲ1の一部または全部がフェニル基、ビフェニル基、またはターフェニル基であり、Ｒ2の一部または全部がフェニル基、ビフェニル基、またはターフェニル基のポリアミック酸を使用する手法が取りうる。また、高ヤング率のポリイミドシロキサン膜を形成するためにも、同様に剛直な分子骨格を導入する手法が取りうる。
【００２７】
エポキシ系高分子膜としては、エポキシ化合物と硬化剤を反応させたものを使用することができる。
【００２８】
ここで、エポキシ化合物としては、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、フェノールノボラックエポキシ化合物、クレゾールノボラックエポキシ化合物、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、グリシジルエステル系エポキシ化合物、グリシジルアミン系エポキシ化合物、複素環式エポキシ化合物、フルオレン基含有エポキシ化合物などが使用できる
一方、硬化剤としては、アルコール、フェノール、アミン、酸無水物、カルボン酸、活性水素を有する化合物などの通常のものが使用できる。また、オニウム塩などのカチオン系の硬化触媒を使用しても良い。
【００２９】
また、エポキシ系高分子膜には、密着性などを高めるため、オルガノアルコキシシランを添加しても良い。オルガノアルコキシシランの具体的な例としては、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ジビニルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、エポキシ化合物との相溶性を高めるために、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランなどのエポキシ基含有オルガノアルコキシシランを使用することができる。また、オルガノアルコキシシランが、エポキシ化合物と反応する官能基（アミン、カルボン酸など）を有していても良い。これらのオルガノアルコキシシランは、単独で、または、複数のものを併用して使用することができる。また、これらのオルガノアルコキシシランは、そのままの状態で使用できるが、加水分解物、加水分解縮合物の状態でも使用できる。加水分解は、オルガノアルコキシシランに水を加えて、低温で反応させることにより行い、加水分解縮合は、オルガノアルコキシシランに水を加えて、加熱することにより、水とアルコールを留去することにより行う。ここで、加水分解、加水分解縮合には、酸触媒を添加しても良い。
【００３０】
エポキシ系高分子膜に使用される溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、３−メトキシ−３−メチルブチルアセテート、エチ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エ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メ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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトンなどのエステル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドンなどのピロリドン類などが挙げられる。
【００３１】
アクリル系高分子膜としては、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリレートなどの内から３〜５種類程度のモノマーを用いて、分子量５，０００〜１００，０００程度に合成した樹脂を用いる。樹脂を感光性にする場合には、アクリル系樹脂と光重合性モノマー、光重合開始剤を配合した組成物が好ましく用いられる。光重合性モノマーとしては、２官能、３官能、多官能モノマーがあり、２官能モノマーとして、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリエチレングリコールアクリレートなどがあり、３官能モノマーとして、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアネートなどがあり、多官能モノマーとしてジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレートなどがある。また、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、チオキサントン、イミダゾール、トリアジン系などが単独もしくは混合で用いられる。
【００３２】
オーバーコート膜を基板上に塗布する方法としては、後述の着色ペースト膜の場合と同様、ディップ法、ロールコータ法、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および硬化を行う。加熱条件は、使用する樹脂、溶媒、オーバーコート塗布量により異なるが、通常５０〜４００℃で、１〜３００分加熱することが好ましい。
【００３３】
こうして得られた、加熱硬化後のオーバーコートの厚みは、凹凸のある基板上に塗布された場合、オーバーコート剤のレベリング性により、凹部（周囲より低い部分）では厚く、凸部（周囲より高い部分）では薄くなる傾向がある。本発明においてのオーバーコートの厚みには、特に制限がないが、前述したオーバーコートの目的を達成し、かつ本発明によりクラックまたはシワの発生を低減させるためには、０．０１〜５μm、好ましくは０．０３〜４μm、さらに好ましくは０．０４〜３μmである。
【００３４】
本発明でのカラーフィルターの画素の具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散あるいは顔料分散された着色樹脂膜などがある。着色樹脂膜として用いられる樹脂に特に制限は無く、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミドなどを使用することができる。製造プロセスの簡便さや、耐熱性、耐光性などの面から画素としては顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。パターン形成の容易さの点からは顔料分散された感光性のアクリル樹脂を用いることが好ましい。しかし、耐熱性、耐薬品性の面からは、顔料分散されたポリイミド膜を用いることが好ましい。
【００３５】
本発明でのカラーフィルターにおいては、画素間にブラックマトリクスを配置することが望ましい。ブラックマトリクスは、画素間の非表示部に形成された遮光膜である。ブラックマトリクスの配置により、液晶表示装置のコントラストを向上させることができることに加え、光による液晶表示装置の駆動素子の誤動作を防止することができる。
【００３６】
ブラックマトリクスとしては、通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属、およびその酸化物、窒化物の膜や、樹脂中に炭素系黒色顔料や金属酸化物、金属酸窒化物等の遮光剤を分散させた樹脂膜が用いられる。これらのブラックマトリクスは、いずれも好適に用いられるが、低コストで製造でき、かつ低反射化が容易なことから、ポリイミドやアクリルなどの樹脂中に黒色顔料などを分散した樹脂膜からなるブラックマトリクスを用いることが好ましい。
【００３７】
本発明での画素およびブラックマトリクスに用いられる顔料には特に制限はないが、耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れた物が望ましい。代表的な顔料の具体的な例をカラーインデックス（ＣＩ）ナンバーで示す。黄色顔料の例としてはピグメントイエロー２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６６、１７３などがあげられる。橙色顔料の例としてはピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５などが挙げられる。赤色顔料の例としてはピグメントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１９０、１９２、２１５、２１６、２２４などが挙げられる。紫色顔料の例としてはピグメントバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８などが挙げられる。青色顔料の例としてはピグメントブルー１５（１５：３、１５：４、１５：６など）、２１，２２、６０、６４などが挙げられる。緑色顔料の例としてはピグメントグリーン７、１０、３６、４７などが挙げられる。黒色顔料の例としてはピグメントブラック７などが挙げられる。本発明ではこれらに限定されず種々の顔料を、単独でまたは複数を混合して使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理，酸性基処理，塩基性基処理などの表面処理が施されている物を使用してもよい。
【００３８】
本発明で言うところの顔料が分散されたポリイミド膜の形成方法の一つに、顔料を分散したポリアミック酸溶液を基板上に塗布する方法がある。ポリアミック酸は、上記（１）で表される構造単位を主成分とする。ポリイミド膜の力学的特性は、分子量が大きいほど良好である。このため、ポリイミド前駆体の分子量も大きいことが望まれる。顔料が分散されたポリアミック酸膜を湿式エッチングによりパターン加工を行う場合、ポリイミド前駆体の分子量がおおき過ぎると、現像に要する時間が長くなり過ぎるという問題がある。このため通常重合度は、５から１０００の範囲にすることが望ましい。
【００３９】
このような顔料が分散されたポリアミック酸からなる着色膜を、化学処理または加熱処理し，イミド環やその他の環状構造を有するポリマ（ポリイミド、ポリアミドイミド）となすことにより顔料分散ポリイミド膜が得られる。このほか、ポリアミック酸エステルなどからポリイミド膜を得ることもできる。
【００４０】
樹脂を染色、または樹脂中に染料あるいは顔料を分散させて得られた着色ペーストを基板上に塗布する方法としては、ディップ法、ロールコータ法、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（プリベーク）を行う。プリベーク条件は、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。
【００４１】
こうして得られた着色ペースト膜は、通常、フォトリソグラフィーなどの方法を用いてパターン加工される。すなわち、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジストの被膜を形成した後に、また、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膜を形成した後に露光現像を行い所望のパターンにする。
【００４２】
必要に応じて、フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去した後、また、加熱し硬化させる。加熱硬化条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、通常２００〜３００℃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、樹脂膜からなるブラックマトリクスや画素が、基板上に形成される。
【００４３】
本発明においては、固定されたスペーサーの形成はオーバーコート膜の形成の前後どちらでも構わない。特にスペーサーの剥がれを防止するためには、基板上に画素および固定されたスペーサーを配した後、オーバーコート膜を形成してなるカラーフィルターであることがより好ましい。オーバーコートに感光性をもたせた場合には、オーバーコートと固定されたスペーサーを同時に形成することも可能である。この場合、例えば全面のフラッシュ露光と固定されたスペーサー部分のパターン露光とを組み合わせた２重露光を行うことで達成できる。固定されたスペーサーとは、図１、２、４、５、６に示されるように液晶表示装置用基板の特定の場所に固定され、液晶表示装置を作製した際に対向基板との間隔を支えるものである。これにより対向基板との間に、一定のギャップが保持される。このギャップに、液晶が注入される。固定されたスペーサーを配することにより、液晶表示装置の製造工程において球状スペーサーを散布する工程を省略することができる。
【００４４】
固定されたスペーサーの形成される位置には制限はないが、表示品位の向上の点から、非表示領域に形成されることが好ましい。非表示領域は、画像や文字を表示する際に、常に明または暗状態に固定された領域であるが、通常、暗状態すなわち遮光された領域である。具体的には、ＴＦＴ基板の配線部や、配線部上に形成されたブラックマトリクス上、カラーフィルターのブラックマトリクス上や画面外などが挙げられる。これらの遮光された領域に本発明の固定されたスペーサーが配置されるのが好ましい。なお、スペーサー自体が、遮光性を示す場合には、どこに配置されてもよい。
【００４５】
固定されたスペーサーの形成は、フォトリソグラフィーや印刷、電着や転写フィルムなどの方法によって行われる。スペーサーを容易に設計通りの位置に形成でき、例えば、表示部の遮光領域に正確に配置できるので、フォトリソグラフィーによって形成することが好ましい。
【００４６】
本発明における固定されたスペーサーの構成には特に制限はない。画素を形成する着色材と異なる樹脂層の単層を含んでも良いし、画素を形成する着色材の積層または単層を含んでも良いが、製造の容易さから画素を形成する着色層の積層または単層を含むことが好ましい。特に、着色ペースト膜を塗布後にフォトリソグラフィーなどにより、画素とスペーサーの形成を同時に行うことが好ましい。固定されたスペーサーを有しないカラーフィルターと同工程数で、固定されたスペーサーをカラーフィルター上に形成することができるからである。
【００４７】
本発明における導電膜は、ディッピング法、化学気相成長、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれかの方法を経て作成され、主として液晶を駆動させるために用いられるのである。導電膜の形成は固定されたスペーサーの形成の前後どちらでも構わない。本発明に使用される導電膜としては、抵抗値が低く、透明性が高く、カラー表示特性を損なわれないものが好ましい。代表的な導電膜の具体例を示すと、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ等及びその合金を用いることができる。このような導電膜の厚みは、０．０１〜１μm、好ましくは０．０３〜０．５μmである。
【００４８】
画素およびオーバーコート膜を形成する基板としては、ガラスやプラスチックを用いた透明基板や光反射膜を形成した不透明基板が用いられる。これらの基板上には必要に応じて、薄膜トランジスタのようなスイッチング素子や電極パターンを形成しても良い。
【００４９】
本発明の導電膜およびオーバーコート膜を有するカラーフィルターを用いて、液晶表示装置を作製すると、オーバーコート膜のヤング率が高いために、導電膜の応力に起因する変形量が小さくなり、導電膜にシワやクラックが生じにくく、表示品位のよい液晶表示装置を得ることができる。本発明のオーバーコート膜を有するカラーフィルターを用いて、液晶表示装置を作製すると、オーバーコート膜のヤング率が高いために、セルギャップが均一な表示品位のよい液晶表示装置を得ることができる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき、さらに具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００５１】
実施例１
本実施例により得られたカラーフィルターの断面図を図１に、液晶表示装置の断面図を図２に示す。
【００５２】
（カラーフィルターの作製）
γ−ブチロラクトンとＮ−メチル−２−ピロリドンの混合溶媒中で、ピロメリット酸二無水物（０．５モル当量）、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（０．５モル当量）、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル（０．９５モル当量）、ビス−３−（アミノプロピル）テトラメチルシロキサン（０．０５モル当量）を反応させ、ポリアミック酸溶液（ポリマー濃度２０重量％）を得た。
【００５３】
このポリアミック酸溶液を２００ｇ取り出し、それにγ−ブチロラクトン１８６ｇ、ブチルセロソルブ６４ｇを添加して、ポリマー濃度１０重量％のポリアミック酸溶液を得た。
【００５４】
ピグメントブラック７（カーボンブラック）４ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン４０ｇ、ブチルセロソルブ６ｇをガラスビーズ１００ｇとともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、顔料濃度８重量％の顔料分散液を得た。
【００５５】
顔料分散液３０ｇに、前記のポリマー濃度１０重量％のポリアミック酸溶液２５ｇを添加混合し、黒色ペーストを作製した。本ペーストを無アルカリガラス基板上に塗布後、１２０℃でプリベークを行い、ポリイミド前駆体黒色着色膜を形成した。冷却後、ポジ型フォトレジストを塗布し、９０℃で加熱乾燥してフォトレジスト被膜を形成した。これを紫外線露光機を用いて、フォトマスクを介して露光した。露光後、アルカリ現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリイミド前駆体黒色着色膜のエッチングを同時に行い、開口部を形成した。エッチング後、不要となったフォトレジスト層をメチルセルソルブアセテートにて剥離した。エッチングされたポリイミド前駆体黒色着色膜を２９０℃に加熱して熱硬化を行い、ポリイミドに転換して樹脂ブラックマトリクスを形成した。
【００５６】
ピグメントレッド１７７（アントラキノンレッド）４ｇ、γ−ブチロラクトン４０ｇ、ブチルセロソルブ６ｇをガラスビーズ１００ｇとともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、顔料濃度８重量％の顔料分散液を得た。
【００５７】
顔料分散液３０ｇに、前記のポリマー濃度１０重量％のポリアミック酸溶液３０ｇを添加混合し、赤色ぺーストを得た。
【００５８】
樹脂ブラックマトリクス上に赤色ペーストを塗布し、プリベークを行い、ポリイミド前駆体赤色着色膜を形成した。フォトレジストを用い、前記と同様な手段により、赤色画素の形成とともに、表示画面部および額縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの１段目を形成し、２９０℃に加熱して熱硬化を行った。
【００５９】
ピグメントグリーン７（フタロシアニングリーン）３．６ｇ、ピグメントイエロー８３（ベンジジンイエロー）０．４ｇ、γ−ブチロラクトン３２ｇ、ブチルセロソルブ４ｇをガラスビーズ１２０ｇとともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、顔料濃度１０重量％の顔料分散液を得た。
【００６０】
顔料分散液３２ｇに、前記のポリマー濃度１０重量％のポリアミック酸溶液３０ｇを添加混合し、緑色カラーぺーストを得た。
【００６１】
赤色ぺーストを用いた時と同様にして、緑色画素の形成とともに、表示画面部および額縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリクス上の赤色積層膜上に、スペーサーの２段目を形成し、２９０℃に加熱して熱硬化を行った。
【００６２】
前記のポリマー濃度１０重量％のポリアミック酸溶液６０ｇと、ピグメントブルー１５（フタロシアニンブルー）２．８ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン３０ｇ、ブチルセロソルブ１０ｇをガラスビーズ１５０ｇとともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、青色カラーペーストを得た。
【００６３】
前記と同様な手順により、青色画素の形成とともに、表示画面部および額縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリクス上の赤色および緑色積層膜上に、スペーサーの３段目を形成し、２９０℃に加熱して熱硬化を行った。
【００６４】
次に、 この基板上に、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物（１モル当量）およびｐ−フェニレンジアミン（０．５モル当量）と、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（１モル当量）とを反応させることにより得られる硬化性組成物（ポリイミドシロキサン前駆体）の溶液をスピンコートし、２８０℃で４０分熱処理を行い、ポリイミドシロキサンからなる厚さ１．０μｍのオーバーコート膜を形成した。
【００６５】
この遮光層と赤画素、緑画素、青画素を有し、表示画面部および額縁、額縁周辺部のシール部の樹脂ブラックマトリクス上に、スペーサーを有する無アルカリガラス基板上に、スパッタリング法にて導電膜としてＩＴＯ層を形成し、カラーフィルターを得た。
【００６６】
（ヤング率の測定）
微小圧縮試験機（島津製作所  ＭＣＴＥ−５００）を用いて、形成されたオーバーコートのヤング率を測定した。測定は、画面外（オーバーコート膜／ガラスの層構成をしている箇所）で行った。オーバーコート膜のヤング率は、２００℃で２．５ＧＰａであった。
【００６７】
（カラー液晶表示素子の作製と評価）
このスペーサーが設けられたカラーフィルターのＩＴＯ膜上にポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。また、同様に対向する薄膜トランジスタを備えた液晶表示素子用基板についても、ポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。この２枚の基板をエポキシ接着材をシール剤として用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製した。
【００６８】
目視観察により、表示装置の表示品位を評価した。表示ムラは全く認められず非常に良好であった。
【００６９】
作製した液晶表示装置を解体し、導電膜を観察したところ、シワやクラックは、確認できなかった。
【００７０】
実施例２
本実施例により得られた液晶表示装置の断面図を図３に示す。
【００７１】
（カラーフィルターの作製）
実施例１と同様に、ブラックマトリクス形成後、画素を形成した。但し、実施例１とは異なり、画素の形成と同時にスペーサーの形成は行わなかった。その後、オーバーコート膜を形成した。ただし、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（１モル当量）の代わりに、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（０．５モル当量）とピロメリット酸二無水物（０．５モル当量）を反応させることにより得られる硬化性組成物（ポリイミドシロキサン前駆体）の溶液を用いた。オーバーコート膜形成後、ＩＴＯを製膜し、カラーフィルターを得た。
【００７２】
（ヤング率の測定）
微小圧縮試験機（島津製作所  ＭＣＴＥ−５００）を用いて、形成されたオーバーコートのヤング率を測定したところ、２００℃で２．８ＧＰａであった。
【００７３】
（カラー液晶表示素子の作製と評価）
このカラーフィルターを用い、実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００７４】
目視観察により、表示装置の表示品位を評価した。表示ムラは全く認められず非常に良好であった。
【００７５】
作製した液晶表示装置を解体し、導電膜を観察したところ、シワやクラックは、確認できなかった。
【００７６】
実施例３
本実施例により得られた固定されたスペーサーを有するカラーフィルターの断面図を図４に示す。
【００７７】
（カラーフィルターの作製）
実施例２と同様に、ブラックマトリクス形成後、画素を形成しさらにオーバーコート膜を形成した。ただし、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（１モル当量）の代わりに、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（０．５モル当量）とピロメリット酸二無水物（０．５モル当量）を反応させることにより得られる硬化性組成物（ポリイミドシロキサン前駆体）の溶液を用いた。オーバーコート膜形成後、ＩＴＯを製膜し、カラーフィルターを得た。さらにこれにスペーサーを形成した。スペーサー形成用にポリイミド前駆体溶液をもちいた。カラーフィルター上に塗布後、プリベークを行い、ポリイミド前駆体膜を形成した。冷却後、フォトレジストを塗布し、加熱乾燥によりフォトレジスト被膜を形成した。これを紫外線露光機を用いて、フォトマスクを介して露光した。露光後、アルカリ現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリイミド前駆体のエッチングを同時に行った。エッチング後、不要となった、フォトレジスト層をメチルセルソルブアセテートにて剥離した。開口部を形成した後、エッチングされたポリイミド前駆体膜を加熱してキュアを行い、ポリイミドに転換し、スペーサーを形成した。
【００７８】
（ヤング率の測定）
微小圧縮試験機（島津製作所  ＭＣＴＥ−５００）を用いて、形成されたオーバーコートのヤング率を測定したところ、実施例２と同じ２００℃で２．８ＧＰａであった。
【００７９】
（カラー液晶表示素子の作製と評価）
このカラーフィルターを用い、実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。
【００８０】
目視観察により、表示装置の表示品位を評価した。表示ムラは全く認められず非常に良好であった。
【００８１】
作製した液晶表示装置を解体し、導電膜を観察したところ、シワやクラックは、確認できなかった。スペーサーの剥がれ等も観察されなかった。
【００８２】
実施例４
本実施例により得られた固定されたスペーサーを有するカラーフィルターの断面図を図５に示す。
【００８３】
（カラーフィルターの作製）
実施例２と同様にブラックマトリックス形成後、画素を形成しさらにオーバーコート膜を形成した。オーバーコート膜は次のように作成した。まずトリメリット酸  ６５．０５ｇをγ−ブチロラクトン  ２８０ｇに溶解した後に、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン  ７４．９５ｇを添加し、１２０℃で２時間加熱した。得られた溶液  ２０ｇに、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物（エポキシ当量１８０〜１９０）  ５ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル  １５ｇを加えて、室温（約２３℃）で、２時間攪拌して、熱硬化性樹脂溶液組成物を得た。得られた熱硬化性樹脂溶液組成物をカラーフィルターにスピンコートし、１００℃で５分、２６０℃で３０分加熱することにより、厚さ１．０μｍのオーバーコートとした。これに実施例３と同様にしてスペーサーを形成した。
【００８４】
（ヤング率の測定）
微小圧縮試験機（島津製作所  ＭＣＴＥ−５００）を用いて、形成されたオーバーコートのヤング率を測定したところ、２００℃で３．２ＧＰａであった。
【００８５】
（カラー液晶表示素子の作製と評価）
このカラーフィルターを用い、実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。ただし作製した液晶表示装置はＩＰＳである。目視観察により、表示装置の表示品位を評価した。セルギャップ不均一に起因する表示ムラは全く認められず非常に良好であった。
【００８６】
作製した液晶表示装置を解体し、スペーサー部を観察したところ、オーバーコート膜の異常な潰れは、確認できなかった。
【００８７】
比較例１
実施例１と同様な手法を用い、カラー液晶表示素子を作成した。ただし、ｐ−フェニレンジアミン（０．５モル当量）の代わりに、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（０．５モル当量）を用い、また３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（１モル当量）の代わりに、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（０．４モル当量）と３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（０．６モル当量）を用いてカラーフィルターのオーバーコート膜を作成した。実施例１と同様な手法で、オーバーコート膜の２００℃におけるヤング率を測定したところ１．３ＧＰａであった。該液晶表示装置を動作したところ、大きく表示むらが発生し、表示品位が低下した。作製した液晶表示装置を解体し、導電膜を観察したところ、画素の端や、形成したスペーサーの周辺にクラックが発生していた。
【００８８】
比較例２
実施例２と同様の手法で液晶表示装置を作成した。ただし、ｐ−フェニレンジアミン（０．５モル当量）の代わりに、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（０．５モル当量）を用い、またピロメリット酸二無水物（０．５モル等量）の代わりに、オキシフタル酸二無水物（０．５モル当量）を用いてオーバーコート膜を作製した。実施例１と同様な手法で、オーバーコート膜の２００℃におけるヤング率を測定したところ１．５ＧＰａであった。作製した液晶表示装置を動作したところ、大きく表示むらが発生し、表示品位が低下した。作製した液晶表示装置を解体し、導電膜を観察したところ、画素の辺りの導電膜にクラックが確認された。
【００８９】
比較例３
比較例２と同様の手法で液晶表示装置を作成した。ただしオーバーコート膜およびＩＴＯ成膜後、実施例３と同様にスペーサーを形成した。実施例１と同様な手法で、オーバーコート膜の２００℃におけるヤング率を測定したところ１．５ＧＰａであった。作製した液晶表示装置を動作したところ、大きく表示むらが発生し、表示品位が低下した。作製した液晶表示装置を解体し、表示むら箇所を観察したところ、スペーサーの欠落および導電膜の剥がれが確認された。
【００９０】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルターを用いて、液晶表示装置を作製した際、オーバーコート膜のヤング率が高いために、オーバーコート膜上に導電膜を有するカラーフィルターにおいては、導電膜の応力に起因する変形量が小さくなり、導電膜にシワやクラックの発生を防止でき、表示品位のよい液晶表示装置を得ることができる。さらにスペーサーを有するカラーフィルターにおいては、スペーサー付近のオーバーコート膜上の導電膜の剥がれやスペーサーの剥がれが防止でき表示品位のよい液晶表示装置を得ることができる。また、オーバーコート膜上に導電膜を有しないカラーフィルターにおいてもセルギャップが著しく均一になり表示品位の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるカラーフィルター基板の断面図の一例である。
【図２】本発明の実施例１におけるカラーフィルター基板を使用した液晶表示装置の断面図の一例である。
【図３】本発明の実施例２におけるカラーフィルター基板を使用した液晶表示装置の断面図の一例である。
【図４】本発明の実施例３における固定されたスペーサーを有するカラーフィルター基板の断面図の一例である。
【図５】本発明の実施例４における固定されたスペーサーを有するカラーフィルター基板の断面図の一例である。
【図６】本発明の固定されたスペーサーを有するカラーフィルター基板を使用した液晶表示装置の断面図の一例である。
【符号の説明】
１    青画素
２    緑画素
３    赤画素
４    ブラックマトリクス
５    透明基板
６    オーバーコート膜
７    ＩＴＯ膜
８    固定されたスペーサー
９    配向膜
１０  画素電極
１１  薄膜トランジスタ
１２  液晶層
１３  球状スペーサー
【図１】
0003941241.tif 000003
【図２】
0003941241.tif 000004
【図３】
0003941241.tif 000005
【図４】
0003941241.tif 000006
【図５】
0003941241.tif 000007
【図６】
0003941241.tif 000008