(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に色毎に親水性の異なる複数色からなる着色層を形成する第１の工程、
保護層用の塗布液を用いて前記着色層を覆うように塗布膜を形成し、各着色層が有する親水性と前記塗布膜が有する親水性との関係から、前記塗布膜に作用する表面張力の差によって前記塗布膜が流動するような温度に加熱して、着色層の色毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて保護層を形成する第２の工程、を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程での着色層形成は顔料分散法により行い、使用する樹脂成分に導入するカルボキシル基、水酸基、あるいは、アルキル基の量を変えることにより、色毎に着色層の親水性を制御することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程での着色層形成は顔料分散法により行い、形成した着色層の表面に対して選択的に酸処理、紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏ3）処理、あるいは、界面活性剤処理を施すことにより、色毎に着色層の親水性を制御することを特徴とする請求項１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】
本発明はカラーフィルタの製造方法に係り、特に表示品質に優れた液晶表示装置用のカラーフィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されている。一般に、カラー液晶表示装置は、ブラックマトリックスおよび複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）を備えたＴＦＴアレイ基板とを向かい合わせ、所定の間隙をもたせて貼り合わせており、この間隙部に液晶材料を注入している。したがって、この間隙部は液晶層の厚みそのものであり、液晶層の厚みにムラがあると、カラー液晶表示装置内で輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品質を著しく損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均一であることが望ましい。
【０００３】
一方、液晶層が均一であっても、カラーフィルタの画素の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって光透過率が異なるという事実がある。したがって、均一で最適な光透過率を得るためには、液晶層の厚みを各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に最適なものとする必要がある。
【０００４】
このため、従来からＲ、Ｇ、Ｂの色毎に着色層の厚みに変化をもたせ、色毎に液晶層を所定の厚みに設定することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなＲ、Ｇ、Ｂの色毎に厚みの異なる着色層を、例えば、従来公知の顔料分散法により形成する場合、最も厚みの小さい着色層の形成において使用する感光性塗料の着色材含有率が高くなり、地汚れ、色ムラ、基板との密着性不良等が発生するという問題があった。このため、色毎に必要な厚みの差を有する着色層を備えたカラーフィルタを簡便に製造できる方法の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、着色層の色毎に最適な液晶層の厚みをもち表示品質に優れた液晶表示装置を可能とするカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタの製造方法は、基板上に色毎に親水性の異なる複数色からなる着色層を形成する第１の工程、保護層用の塗布液を用いて前記着色層を覆うように塗布膜を形成し、各着色層が有する親水性と前記塗布膜が有する親水性との関係から、前記塗布膜に作用する表面張力の差によって前記塗布膜が流動するような温度に加熱して、着色層の色毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて保護層を形成する第２の工程、を有するような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記第１の工程での着色層形成は顔料分散法により行い、使用する樹脂成分に導入するカルボキシル基、水酸基、あるいは、アルキル基の量を変えることにより、色毎に着色層の親水性を制御するような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記第１の工程での着色層形成は顔料分散法により行い、形成した着色層の表面に対して選択的に酸処理、紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏ3）処理、あるいは、界面活性剤処理を施すことにより、色毎に着色層の親水性を制御するような構成とした。
【０００８】
このような本発明では、着色層上に形成された塗布膜が、着色層の各色が有する親水性の程度に応じた表面張力の差により厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させることによって色毎に必要な厚みの差を有する保護層が形成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明のカラーフィルタの製造方法では、まず、第１の工程として、所定のパターン形状でブラックマトリックス（遮光層）３を備えた基板２上に、赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂが配列されてなる着色層４を形成する（図１（Ａ））。
【００１１】
上記の基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるＬＣＤ用のカラー液晶表示装置に適している。
【００１２】
また、基板２に形成されているブラックマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み５００〜１５００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、感光性ポリビニルアルコール樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００１３】
着色層４は、赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂがモザイク型、トライアングル型、ストライプ型、４画素配置型等の所望のパターンで配列されたものである。この着色層４の形成は、公知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストに着色材を含有させた感光性着色材料を用いた顔料分散法により形成することができ、さらに、染色法、印刷法、電着法等の公知の方法により形成することができる。
【００１４】
本発明では、この着色層４の形成において、着色層４を構成する赤色パターン４Ｒ、緑色パターン４Ｇおよび青色パターン４Ｂ毎に所望の親水性を付与することを特徴とする。
【００１５】
各色パターンの親水性は、後述の保護層形成用の塗布膜の表面の親水性、各パターン上に形成する液晶層に要求される最適な厚み等を考慮して設定することができる。例えば、赤色パターン４Ｒ上に形成される液晶層の最適厚みが最も大きく、以下、緑色パターン４Ｇ、青色パターン４Ｂの順に液晶層の最適厚みが小さくなる場合、各色パターンの親水性と塗布膜の親水性を、▲１▼４Ｒ＞４Ｇ＞４Ｂ＞塗布膜の順、あるいは、▲２▼４Ｒ＜４Ｇ＜４Ｂ＜塗布膜の順とすることができる。着色層の各色パターン毎の親水性の制御は、例えば、顔料分散法により着色層を形成する場合では、使用する樹脂成分に導入するカルボキシル基、水酸基、アルキル基等の導入基の量を適宜変える方法、表面に対して選択的に酸処理、紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏ3 ）処理、あるいは界面活性剤処理を施す方法等により行うことができる。
【００１６】
尚、本発明は液晶層の最適化を保護層の厚みにより制御可能とするので、着色層４の厚みは０．７〜２．０μｍ程度の範囲で均一に形成することができる。
【００１７】
次に、第２の工程として、まず、着色層４を覆うように保護層用の塗布液を用いて塗布膜５を形成する（図１（Ｂ））。保護層用の塗布液としては、例えば、感光性アクリル樹脂、感光性エポキシ樹脂、感光性ウレタン樹脂、スチルバゾリウムキノリウム基を導入したポリビニルアルコール樹脂等の光透過性の感光性樹脂の１種または２種以上を使用し、これに硬化剤、溶剤等を適宜添加したものを使用することができる。尚、使用する感光性樹脂は、上記の感光性樹脂の水酸基に適宜カルボキシル基等を反応させることにより所望の親水性を具備させたものを使用することができる。
【００１８】
この段階の塗布膜５の厚みは均一であり、後述する各色のパターン毎に最適な厚みをもつ保護層の最終形状等を考慮して厚みを設定することができ、例えば、０．５〜５．０μｍ程度の範囲で設定することができる。
【００１９】
上述のように形成した塗布膜５は、溶剤を除去することによってある程度の形状安定性を付与した後、着色層４の各パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが有する親水性と塗布膜５が有する親水性との関係から塗布膜５に作用する表面張力の差によって、塗布膜５が流動するような温度に加熱する。この加熱温度は、着色層４の各パターンの親水性と塗布膜５の親水性、および、塗布膜５を構成する樹脂成分等を考慮して設定することができ、例えば、７０〜１５０℃程度の範囲で設定することができる。尚、使用する保護層用の塗布液によっては、塗布膜５を形成した後、乾燥工程を経ることなく所定の温度に加熱して塗布膜５の流動を生じさせてもよい。
【００２０】
上述のような操作により、塗布膜５は着色層４の各パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ毎に所定の厚みをもつことになる（図１（Ｃ））。図示例では、赤色パターン４Ｒ上の塗布膜５Ｒの厚みが最も小さく、次いで、緑色パターン４Ｇ上の塗布膜５Ｇ、青色パターン４Ｂ上の塗布膜５Ｂの順に厚みが大きくなっている。
【００２１】
次に、塗布膜５を冷却し、必要に応じて所定のフォトマスクを介しての露光・現像等により塗布膜５を硬化させて、着色層４の形成領域とその周辺の必要箇所に保護層６を形成する。着色層４の形成領域では、形成された保護層６は各パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに対応して所定の厚みを有する保護層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂから構成されている。各保護層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの厚みは、例えば、保護層６Ｒを０．３〜２．０μｍの範囲、保護層６Ｇを１．０〜３．０μｍの範囲、保護層６Ｂを２．０〜４．０μｍの範囲で設定することができる。
【００２２】
その後、上記の保護層６上に所定のパターンで透明導電膜７を形成する（図１（Ｄ））。透明導電膜７としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜を用いることができる。ＩＴＯ膜は蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法により形成することでき、厚さは２００〜２０００Å程度が好ましい。これにより、カラーフィルタ１が得られる。
【００２３】
図２は、上述の本発明の製造方法により作製されたカラーフィルタ１を使用した液晶表示装置の一例を示す縦断面図である。図２において、カラーフィルタ１は、液晶層２０を介してＴＦＴアレイ基板１１と対向されている。ＴＦＴアレイ基板１１は、基板１２上に薄膜トランジスタ（図示せず）に接続された表示電極１３を備えており、カラーフィルタ１の各パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂと、対応するＴＦＴアレイ基板１１の表示電極１３とが対向するように位置合わせがなされている。
【００２４】
このような液晶表示装置では、液晶層２０の厚みＴは均一ではなく、各色パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ上においてそれぞれ最適な厚みとなっている。図示例では、各色パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ上の保護層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの厚みに対応して、液晶層２０の厚みは、それぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとなっており、液晶層の厚みの最適化がなされている。したがって、カラーフィルタの画素の各色パターン４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにおける光透過率が均一で最適なものとなり、表示品質に優れた液晶表示装置が可能となる。
【００２５】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
（実施例）
まず、ガラス基板（コーニング（株）製７０５９ガラス  厚み１．１ｍｍ）上に真空蒸着法によりクロム薄膜（厚み１０００Å）を成膜し、このクロム薄膜上にスピン塗布方法により感光性レジスト（東京応化工業（株）製ＯＦＰＲ８００）を塗布し乾燥した。次いで、ブラックマトリックス用のフォトマスクを介して感光性レジスト層を露光・現像しレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてクロム薄膜をエッチングし、レジストパターンを剥離除去してブラックマトリックスを形成した。エッチング液は硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を混合した水溶液を使用した。
【００２６】
一方、下記組成の各色の着色層用の感光性樹脂組成物Ｒ、Ｇ、Ｂを調製した。これらの感光性樹脂組成物Ｒ、Ｇ、Ｂは、使用する感光性樹脂の水酸基をカルボキシル基に交換することによって各色毎に親水性を設定した。
【００２７】
赤色感光性樹脂組成物Ｒ
・ピラゾロンレッド（赤色顔料）                      …  １０重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …    ５重量部
（ポリビニルアルコールの水酸基の１０％をカルボキシル基に交換）
・水                                                …  ８５重量部
緑色感光性樹脂組成物Ｇ
・リオノールグリーン２Ｙ−３０１（緑色顔料）        …    ９重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …    ５重量部
（ポリビニルアルコールの水酸基の５％をカルボキシル基に交換）
・水                                                …  ８６重量部
青色感光性樹脂組成物Ｂ
・フォストゲンブルー（青色顔料）                    …    ３重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …    ５重量部
・水                                                …  ９２重量部
また、下記組成の保護層用の感光性塗布液を調製した。
【００２８】
保護層用の感光性塗布液
・ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート
（水酸基の５０％が無水フタル酸と反応したもの）    …９．８重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート          …９．８重量部
・イルガキュア３６９（チバガイギ社製）              …０．４重量部
・酢酸３−メトキシブチルアルコール                  …  ８０重量部
上述の着色層用の感光性樹脂組成物Ｒ、Ｇ、Ｂおよび保護層用の感光性塗布液の親水性は、Ｒ＞Ｇ＞Ｂ＞保護層用塗布液の順となっている。
【００２９】
次に、上記のガラス基板上に感光性樹脂組成物Ｒをスピンコート法（回転数６００r.p.m.）により塗布して乾燥し、赤色パターン用のフォトマスクを介して露光し現像して赤色パターン（厚み１．４μｍ）を形成した。同様にして、感光性樹脂組成物Ｇ、感光性樹脂組成物Ｂを用いて、緑色パターン、青色パターンを形成して着色層を形成した（図１（Ａ）に相当）。
【００３０】
次いで、着色層を形成したガラス基板上に上記保護層用塗布液をスピンコート法（回転数９００r.p.m.）により塗布し、７０℃で３分間乾燥して塗布膜を形成した（図１（Ｂ）に相当）。その後、基板を１２０℃に５分間保持し、着色層の各色パターンが有する親水性と塗布膜が有する親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって塗布膜を流動させ膜厚差を発生させた（図１（Ｃ）に相当）。
【００３１】
次に、ガラス基板を室温まで冷却した後、フォトマスクを使用したアライナーにより２．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて着色層の形成領域およびその周辺部の塗布膜に紫外線を１０秒間照射した。その後、０．０５％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）に１分間浸漬してアルカリ現像を行い、塗布膜の未硬化部分を除去して所定パターンの保護層を形成した。更に、１８０℃で６０分間の熱処理を行った後、保護層上にスパッタリング法によりＩＴＯの透明導電膜（厚み１０００Å）を形成してカラーフィルタを得た（図１（Ｄ）に相当）。
【００３２】
このカラーフィルタの保護層の厚みは、赤色パターン部で０．７μｍ、緑色パターン部で１．７μｍ、青色パターン部で３．３μｍであった。また、このカラーフィルタは、地汚れ、色ムラ、ガラス基板と着色層との密着性不良等がない良好なものであった。
【００３３】
さらに、上記のカラーフィルタを用いて、液晶層の厚みを赤色パターン部で８．０μｍ、緑色パターン部で７．０μｍ、青色パターン部で５．５μｍとして図２に示されるような液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置の表示品質は優れたものであった。
（比較例）
まず、下記組成の各色の着色層用の感光性樹脂組成物Ｒ´、Ｇ´、Ｂ´を調製した。
【００３４】
赤色感光性樹脂組成物Ｒ´
・ピラゾロンレッド（赤色顔料）                      …  １０重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …    ３重量部
・水                                                …  ８７重量部
緑色感光性樹脂組成物Ｇ´
・リオノールグリーン２Ｙ−３０１（緑色顔料）        …    ９重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …    ７重量部
・水                                                …  ８４重量部
青色感光性樹脂組成物Ｂ´
・フォストゲンブルー（青色顔料）                    …    ３重量部
・ポリビニルアルコール／５％スチルバゾリウムキノリウム
（感光性樹脂）                                    …  １０重量部
・水                                                …  ８７重量部
次に、ガラス基板（コーニング（株）製７０５９ガラス  厚み１．１ｍｍ）上に感光性樹脂組成物Ｒ´をスピンコート法（回転数７００r.p.m.）により塗布して乾燥し、赤色パターン用のフォトマスクを介して露光し現像して赤色パターン（厚み０．９μｍ）を形成した。同様にして、感光性樹脂組成物Ｇ´、感光性樹脂組成物Ｂ´を用いて、緑色パターン（厚み２．０μｍ）、青色パターン（厚み３．５μｍ）を形成して各色パターン毎に厚みの異なる構造を有する着色層を形成した。
【００３５】
次いで、下記組成の保護層用塗布液をスピンコート法（回転数９５０r.p.m.）により塗布して乾燥し、次に、フォトマスクを使用したアライナーにより２．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて着色層の形成領域およびその周辺部にのみ紫外線を１０秒間照射した。
【００３６】
保護層用塗布液
・ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート
（水酸基の５０％が無水フタル酸と反応したもの）    …９．８重量部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート          …９．８重量部
・イルガキュア３６９（チバガイギ社製）              …０．４重量部
・酢酸３−メトキシブチルアルコール                  …  ８０重量部
その後、０．０５％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）に１分間浸漬してアルカリ現像を行い未硬化部分を除去して所定パターンの保護層（厚み１．５μｍ）を形成した。更に、１８０℃で６０分間の熱処理を行った後、保護層上にスパッタリング法によりＩＴＯの透明導電膜（厚み１０００Å）を形成して比較としてのカラーフィルタ（比較試料１）を得た。
【００３７】
このカラーフィルタは、特に赤色パターンの地汚れ、色ムラ、ガラス基板との密着性不良が発生し、液晶表示装置用のカラーフィルタとして使用に供し得ないものであった。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば第１の工程において基板上に色毎に親水性の異なる複数色からなる着色層を形成し、第２の工程において、まず、この着色層上に保護層用の塗布液を用いて塗布膜を形成するので、形成された塗布膜が着色層の各色が有する親水性の程度に応じて厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させて保護層を形成するので、形成された保護層は着色層の色毎に必要な厚みの差を有するものとなり、このようなカラーフィルタを用いて製造される液晶表示装置では、着色層の色毎に最適な液晶層の厚みを設定することができ、表示品質に優れた液晶表示装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
２…基板
３…ブラックマトリックス
４…着色層
５…塗布膜
６…保護層
【図１】
0003992801.tif 000002
【図２】
0003992801.tif 000003