カラーフィルタ基板、及びそれを備えた液晶表示装置
【課題】液晶表示装置に用いる液晶の使用量を削減することで、液晶表示装置の原価を低減することができるカラーフィルタ基板及びそれを備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有する。
【解決手段】透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板、及びそれを備えた液晶表示装置に関するものであり、特に液晶の使用量を削減し、省資源、低価格化に貢献することのできるカラーフィルタ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置はコンピュータ端末表示装置、テレビ画像表示装置、携帯電話、携帯情報機器等を中心に急速に普及が進んでいる。その中でも、特にテレビ画像表示装置への普及は急速で、画面の大型化も著しい。画面が大型化することに伴って、液晶表示装置に用いる液晶の量も増大している。
【０００３】
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置では、一般に、ガラス基板上に各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を形成したＴＦＴ基板と、ガラス基板上にカラーフィルタと一様な透明電極を形成したカラーフィルタ基板とが、間に液晶を挟んで対向して配置されている。そして、ＴＦＴ基板の各ＴＦＴ素子のスイッチング作用によって各画素の液晶のシャッター作用を制御している。
【０００４】
近時、液晶表示装置の大型化、高精細化、広い視野角や高コントラスト化などの高画質化にあわせて、垂直配向と呼称されるＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶表示装置や、液晶の配向を制御する配向制御用突起を形成したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶表示装置や、画素の横方向に液晶駆動用の電界が印加されるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置が採用されるようになってきている。
【０００５】
ＴＦＴを用いた液晶表示装置は、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを所定の間隔を設けて対向させて配置し、エポキシ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤によってこれら基板を貼り合わせることにより構成される。カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間には液晶が封入されているが、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間隔を正確に保持しないと、液晶層の厚みに差異が出て、液晶の旋光特性差による着色を生じたり、あるいは部分的な色むらが生じて、正しく表示されなくなるという現象が生じる。そのため、従来は液晶にスペーサと称する直径２μｍないし１０μｍの樹脂、ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数混合し、液晶のセルギャップ（挟持間隔）の保持を図っていた。
【０００６】
このスペーサは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一緒にスペーサが入っていると、黒色表示時にスペーサを介して光が漏れてしまう。また、通常の液晶表示装置では、スペーサとして１００個／ｍｍ２程度の大量の粒子を液晶に混合しているので、粘性の高い液晶と混合して、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との挟持間隔内に注入した場合には、均一にスペーサが分散せずに、スペーサが一部に偏るという現象が生じることがある。このような現象が生じると、スペーサが集まった部分の近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光漏れを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす問題があった。またセルギャップの正確な保持の面でも問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する技術として、例えば、感光性樹脂を用い、部分的なパターン露光〜現像というフォトファブリケーション法により画素間の遮光層の位置にスペーサ機能を有する突起部を形成する方法が提案されている。特許文献１には、スイッチング素子に対向しない領域のゲート配線とドレイン配線の交差部に対応させた位置で、対
向する基板の少なくとも一方にスペーサ支柱を形成した技術が開示されており、また、特許文献２には、アレイ基板上の積層構造と対向基板上の柱の高さの和をもってセルギャップを規定する技術が開示され、いずれも、スペーサを用いることなく、セルギャップを一定に保つ液晶表示装置がしめされている。
【０００８】
ところで、柱状スペーサが面内において、ある密度で形成されている際に、柱状スペーサの断面積が小さいとパネル組み立て工程で基板間のギャップが均一になりにくく、液晶表示装置に色ムラなどが発生し易くなる。すなわち、柱状スペーサの断面積はある大きさ以上のものを用いることになる。また、局部的に過剰な荷重を受けた場合には液晶表示装置に色ムラなどが発生し易くなる。一方、柱状スペーサの断面積が大きいと、パネル組み立て工程で基板間のギャップは均一なものとなるが、液晶セル内で真空気泡が発生し易くなる。
【０００９】
この問題を解決する方法として、例えば特許文献３には、基板間のギャップを保持する第一柱状スペーサと、この第一柱状スペーサよりも高さが０．２〜０．３μｍ程度低く、断面積の大きい第二柱状スペーサ（サブスペーサ）を有するカラーフィルタの形成方法が開示されている。また、特許文献４にも同様に、２種類以上の異なる高さまたは接触面積を有する基板間隔材を有する表示装置用表示板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２６２４８４号公報
【特許文献２】特開平１０−４８６３６号公報
【特許文献３】特許第３９２５１４２号明細書
【特許文献４】特開２００４−１１８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方で、液晶表示装置を用いたテレビ画像表示装置の価格は急速に低下しており、原価の低減が強く求められている。特に液晶は液晶表示装置に不可欠でありながら価格が非常に高いため、使用量の削減が強く求められていた。
【００１２】
しかし、前記したように、従来の、液晶の使用量に直接影響するセルギャップを規定する技術に関しては多数の技術提案がなされているが、液晶表示装置の開口性を確保し、且つ、表示品位や動作特性により決定される規定のセルギャップを保ったまま、液晶使用量を削減できる技術は提案されていなかった。
【００１３】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置に用いる液晶の使用量を削減することで、液晶表示装置の原価を低減することができるカラーフィルタ基板及びそれを備えた液晶表示装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、
液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上
低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る発明は、液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサを有し、前記突起物が、前記フォトスペーサと同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板である。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記突起物が、前記ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の前記着色組成物を積重してなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板である。
【００１７】
次に、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか1項に記載するカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、液晶表示画面内の非表示領域に、液晶表示装置の液晶層の厚みよりも高さが小さく、かつ総面積が非表示領域の面積の５０％以上となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板であるので、液晶表示装置に組み込んだときに、用いる液晶の使用量を削減し、液晶表示装置の原価の低減を実現できる。また、この突起物の形成は、フォトスペーサの形成と同時に、又は、着色画素の形成と同時に行えるため、工程数を増やすことなく実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のカラーフィルタ基板の、一実施形態例を断面で示す模式図である。
【図２】本発明のカラーフィルタ基板の、他の実施形態例を断面で示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明のカラーフィルタ基板を、一実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
本発明のカラーフィルタ基板１０は、図１及び図２に示すように、透明基板１上に、少なくとも、ブラックマトリックス層２と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、必要に応じて液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサ５とを有し、さらに前記フォトスペーサとは別に突起物６、６’を有する。図１は、透明電極４を介して、フォトスペーサ５と同一の材料で形成した突起物６を有するカラーフィルタ基板の例である。また、図２は、着色組成物の積重により形成した突起物６’を有するカラーフィルタ基板の例であり、この場合、透明電極４は突起物６’を覆う形で形成される。
【００２２】
本発明のカラーフィルタ基板において、この突起物６、６’は、液晶表示画面の非表示領域に、即ち遮光層であるグラックマトリックス層２の上に、高さが１μｍ以上で、フォトスペーサより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となるよう形成される。この突起物を有する本発明のカラーフィルタ基板１０は、樹脂ブラックマトリクス層２、着色画素３、突起物６，６’の形成面を液晶７挟持面側に向けて、フォトスペーサ５を介して図示しないＴＦＴが形成されたアレイ基板２０と貼り合わされ、液晶表示装置に組み込まれて使用される。なお、フォトスペーサ５は、カラーフィルタ基板１０側でなく、アレイ基板２０側に設けることも可能である。
【００２３】
この突起物は、通常は液晶表示画面内の非表示領域、すなわち樹脂ブラックマトリクスが形成されている領域に形成され、液晶が狭持される層の体積の一部を占めることで、液晶表示装置の液晶の使用量を削減することができる。
【００２４】
突起物の高さは１μｍ以上が好ましく、１μｍ未満では液晶の使用量を削減する効果が十分に得られない。また、液晶表示装置の液晶層の厚み、即ちフォトスペーサの高さより０．２μｍ以上低いことが好ましい。液晶層の厚み、フォトスペーサの高さとの差が０．２μｍ未満であると、液晶表示装置に押し圧を加えた際に液晶を狭持する対向基板と接してしまい、表示不良の原因となってしまう。
【００２５】
また、突起物は平面視した上面部の総面積が非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となるよう形成される。総面積が液晶表示装置の非表示領域の面積の５０％以上であることが好ましい。５０％未満であると、液晶の使用量を削減する効果が十分に得られない。滴下方式(ＯＤＦ）で液晶表示装置を製造する限りにおいて本質的な上限はないが、フォトスペーサ等を配置するための面積等を考慮すると９０％が上限となる。
【００２６】
突起物は、カラーフィルタ基板がフォトスペーサを有する場合、フォトスペーサの形成と同時に行うことが好ましいが、着色画素形成時に、ブラックマトリクス層上に着色組成物を積重させて形成することも可能である。
【００２７】
以下に、本発明のカラーフィルタ基板を得るための方法を記述する。本発明のカラーフィルタ基板は、透明基板上に、少なくとも樹脂ブラックマトリクス層と、着色層とを備えており、着色層は通常複数色の着色組成物から構成された画素を形成している。複数色には赤、緑、青（ＲＧＢ）の組み合わせやイエロー、マゼンダ、シアン（ＹＭＣ）の組み合わせが挙げられる。
【００２８】
透明基板は可視光に対してある程度の透過率を有するものが好ましく、より好ましくは８０％以上の透過率を有するものを用いることができる。一般に液晶表示装置に用いられているものでよく、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。また、ガラス板や樹脂板の表面には、液晶パネル化後の液晶駆動のために、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アンチモンなどの金属酸化物の組み合わせからなる透明電極が形成されていてもよい。
【００２９】
樹脂ブラックマトリクス層は、求める遮光性、すなわち光学濃度が達成できるものであれば特に組成、形成方法に制限はない。しかしながら、形成が容易であること、比較的好ましい均一性が得られることなどの観点から、カーボンブラック顔料などの黒色顔料を樹脂中に分散した分散体に、少なくとも光重合開始剤、重合性モノマーを添加して得られる感光性黒色樹脂組成物を、適切な方法で透明基板上に塗布、パターン露光、現像、焼成する、いわゆるフォトレジスト法にて形成することが一般的である。この他、印刷法、エッチング法などを用いることも可能である。
【００３０】
黒色組成物に用いることのできる顔料は、カーボンブラック顔料の他、チタンカーボンブラック顔料などがあり、また必要に応じて赤色顔料、緑色顔料、青色顔料を混合して用いても問題ない。遮光剤として用いられるカーボンブラックとしては、三菱化学社製のカーボンブラック＃２４００、＃２３５０、＃２３００、＃２２００、＃１０００、＃９８０、＃９７０、＃９６０、＃９５０、＃９００、＃８５０、ＭＣＦ８８、＃６５０、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、ＭＡ１００、ＭＡ２２０、ＩＬ３０Ｂ、ＩＬ３１Ｂ、ＩＬ７Ｂ、ＩＬ１１Ｂ、ＩＬ５２Ｂ、＃４０００、＃４０１０、＃５５、＃５２、＃５０、＃４７、＃４５、＃４４、＃４０、＃３３、＃３２、＃３０、＃２０、＃１０、＃５、ＣＦ９、＃３０５０、＃３１５０、＃３２５０、＃３７５０、＃３９５０、ダイヤブラックＡ、ダイヤブラックＮ２２０Ｍ、ダイヤブラックＮ２３４、ダイヤブラックＩ、ダイヤブラックＬＩ、ダイヤブラックＩＩ、ダイヤブラック３３９、ダイヤブラックＳＨ、ダイヤブラックＳＨＡ、ダイヤブラックＬＨ、ダイヤブラックＨ、ダイヤブラックＨＡ、ダイヤブラックＳＦ、ダイヤブラックＮ５５０Ｍ、ダイヤブラックＥ、ダイヤブラックＧ、ダイヤブラックＲ、ダイヤブラックＮ７６０Ｍ、ダイヤブラックＬＲ。キャンカーブ社製のカーボンブラックサーマックスＮ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０７、Ｎ９０８、Ｎ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０８。旭カーボン社製のカーボンブラック旭＃８０、旭＃７０、旭＃７０Ｌ、旭Ｆ−２００、旭＃６６、旭＃６６ＨＮ、旭＃６０Ｈ、旭＃６０Ｕ、旭＃６０、旭＃５５、旭＃５０Ｈ、旭＃５１、旭＃５０Ｕ、旭＃５０、旭＃３５、旭＃１５、アサヒサーマル、デグサ社製のカーボンブラックＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２００、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２Ｖ、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ１、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ１８、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＳ１７０、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｓ１６０、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ６、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４Ａ、ＰｒｉｎｔｅｘＵ、ＰｒｉｎｔｅｘＶ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｕ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｖ等が挙げられる。
【００３１】
黒色組成物に用いることの樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。
【００３２】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００３３】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００３４】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００３５】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、黒色組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと黒色組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化したり、現像液溶解性が著しく低下して現像適性が不良となってしまう。
【００３６】
黒色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００３７】
光重合開始剤の使用量は、黒色組成物の全固形分量を基準として０．５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは３〜３０質量％である。
【００３８】
さらに、増感剤として、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸２−ジメチルアミノエチル、４−ジメチルアミノ安息香酸２−エチルヘキシル、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン、４，４'−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（エチルメチルアミノ）ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００３９】
増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として０．５〜６０質量％が好ましく、より好ましくは３〜４０質量％である。
【００４０】
さらに、黒色組成物には、連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４−ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４−ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６−トリメルカプト−ｓ−トリアジン、２−（Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ）−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン等が挙げられる。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。
【００４１】
多官能チオールの使用量は、黒色組成物の全固形分量を基準として、０．１〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％である。０．１質量％未満では多官能チオールの添加効果が不充分であり、３０質量％を越えると感度が高すぎて逆に解像度が低下する。
【００４２】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４３】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００４４】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００４５】
黒色組成物に用いることのできる有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００４６】
透明基板上に、上述の感光性黒色組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は任意で通常はプリベーク後の膜厚で１〜２μｍ程度である。感光性黒色組成物を塗布し、パターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００４７】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成してパターン化された樹脂ブラックマトリクス層が得られる。
【００４８】
画素となる着色層の形成方法は、公知のインクジェット法、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法など何れの方法で作製しても構わない。しかし、高精細、分光特性の制御性及び再現性等を考慮すれば、透明な樹脂中に顔料を、光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させた着色組成物を透明基板上に塗布製膜して、パターン露光、現像することで一色の画素を形成する工程を各色毎に繰り返し行ってカラーフィルタを作製するフォトレジスト法が好ましい。
【００４９】
本発明のカラーフィルタの着色画素は、感光性着色組成物を調製してフォトリソ法により形成する場合は例えば以下の方法に従う。着色剤となる顔料を透明な樹脂中に光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させる。分散させる方法はミルベース、３本ロール、ジェットミル等様々な方法があり特に限定されるものではない。
【００５０】
本発明のカラーフィルタの着色画素を形成する着色組成物に用いることのできる有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。
【００５１】
赤色画素を形成するための赤色着色組成物には、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等の赤色顔料を用いることができる。赤色着色組成物には、黄色顔料、橙色顔料を併用することができる。
【００５２】
黄色顔料としては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等が挙げられる。
【００５３】
橙色顔料としてはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等が挙げられる。
【００５４】
緑色画素を形成するための緑色着色組成物には、例えばＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、１０、３６、３７、５８等の緑色顔料、を用いることができる。緑色着色組成物には赤色着色組成物と同様の黄色顔料を併用することができる。
【００５５】
青色画素を形成するための青色着色組成物には、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。また、青色着色組成物には、Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の紫色顔料、好ましくはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３を併用することができる。
【００５６】
また、上記有機顔料と組み合わせて、彩度と明度のバランスを取りつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、無機顔料を組み合わせて用いることも可能である。無機顔料としては、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、コバルト緑等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉等が挙げられる。さらに、調色のため、耐熱性を低下させない範囲内で染料を含有させることができる。
【００５７】
着色組成物に用いることのできる透明樹脂は、可視光領域の４００〜７００ｎｍの全波長領域において透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の樹脂である。透明樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。透明樹脂には、必要に応じて、その前駆体である、放射線照射により硬化して透明樹脂を生成するモノマーもしくはオリゴマーを単独で、または２種以上混合して用いることができる。
【００５８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００５９】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００６０】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００６１】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、着色組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと着色組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化したり、現像液溶解性が著しく低下して現像適性が不良となってしまう。
【００６２】
着色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６３】
光重合開始剤の使用量は、着色組成物の全固形分量を基準として０．５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは３〜３０質量％である。
【００６４】
さらに、増感剤として、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸２−ジメチルアミノエチル、４−ジメチルアミノ安息香酸２−エチルヘキシル、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン、４，４'−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（エチルメチルアミノ）ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６５】
増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として０．５〜６０質量％が好ましく、より好ましくは３〜４０質量％である。
【００６６】
さらに、着色色組成物には、連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４−ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４−ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６−トリメルカプト−ｓ−トリアジン、２−（Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ）−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン等が挙げられる。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６７】
多官能チオールの使用量は、着色組成物の全固形分量を基準として、０．１〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％である。０．１質量％未満では多官能チオールの添加効果が不充分であり、３０質量％を越えると感度が高すぎて逆に解像度が低下する。
【００６８】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００６９】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００７０】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００７１】
着色組成物は、必要に応じて有機溶剤を含有することができる。有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００７２】
透明基板上に、上述の感光性着色組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１０〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は任意であるが、分光透過率などを考慮すると通常はプリベーク後の膜厚で２〜２．５μｍ程度である。感光性着色組成物を塗布しパターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００７３】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成して任意の一色の着色組成物による画素が得られる。
【００７４】
以上の一連の工程を、感光性着色組成物およびパターンを替え、必要な数だけ繰り返すことで必要な色数が組み合わされた着色パターンすなわち複数色の着色組成物による画素を得ることができる。
【００７５】
本発明のカラーフィルタには必要に応じてフォトスペーサ（ＰＳ）を形成することができる。
【００７６】
本発明のカラーフィルタのＰＳは、感光性組成物を調製してフォトリソ法により形成する場合は、例えば以下の方法に従う。感光性組成物は、主に樹脂、光架橋剤、光開始剤を適当な溶剤に溶解し調整する。
【００７７】
感光性組成物に用いることの樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。
【００７８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００７９】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００８０】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００８１】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、感光性組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと感光性組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化する、あるいは現像液溶解性が著しく低下し現像適性が不良となってしまう。
【００８２】
感光性組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００８３】
光重合開始剤の使用量は、感光性組成物の全固形分量を基準として０．０５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは０．５〜３０質量％である。
【００８４】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００８５】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００８６】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）・ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００８７】
感光性組成物に用いることのできる有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００８８】
ブラックマトリックス層、着色画素等を形成した基板上に、上記した感光性組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１０〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は所定のスペーサ高さが得られるよう適宜調整が必要であり、スペーサ高さは液晶層の厚さに依存するため通常は２〜５μｍ程度である。感光性組成物を塗布しパターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００８９】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例とし
ては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成してフォトスペーサが得られる。
【００９０】
本発明のカラーフィルタ基板の突起物は、上記ＰＳを形成する感光性組成物を用いて同様のパターン形成工程にて形成することができる。ＰＳの形成工程と別工程で行うことも同一工程で行うことも可能である。
【００９１】
また、本発明のカラーフィルタの突起物は、樹脂ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の着色組成物を積重することでも形成することができる。各層の露光に用いるパターンマスクを適切に設計し、積重する層の数を適切に調整することで、所定の高さ、面積の突起物を形成することが可能となる。
【実施例】
【００９２】
以下、具体的実施例により本発明を説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてこれに限定されるものではない。なお、以下で部及び％はすべて質量部、質量％である。
【００９３】
＜実施例１＞
［感光性黒色組成物の作製］
感光性黒色組成物は、以下の組成の混合物を混合攪拌して作製した（固形分中の顔料濃度：３０．７％）。
・カーボンブラック分散液：御国色素社製（ＴＰＢＫ−２０１６） ２８．５部
・樹脂：Ｖ２５９−ＭＥ（新日鐵化学社製）（固形分５６．１％） １０．３部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） ２．５８部
・開始剤：ＯＸＥ−０２（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製） ０．８６部
・溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
エチル−３−エトキシプロピオネート ９２．０部
・レベリング剤 １．３部
［樹脂ブラックマトリクス層の形成］
ガラス基板上に上記黒色組成物をスピンコートにより膜厚１．５μｍとなるように塗布した。１００℃で３分乾燥の後、露光機にて格子状のパターン露光を２００ｍＪし、アルカリ現像液にて６０秒間現像、２３０℃で６０分加熱処理をして定着、格子状のブラックマトリクス層をガラス基板上に形成した。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。以下、実施例及び比較例ではこのアルカリ現像液を用いて現像を行う。
・炭酸ナトリウム １．５％
・炭酸水素ナトリウム ０．５％
・陰イオン系界面活性剤 ８．０％
（花王（株）製「ペリレックスＮＢＬ」）
・水 ９０％
［赤色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ−ＣＦ」）
１８部
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）
２部
・分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」） ２部
・アクリルワニス（固形分２０％） ５０部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色着色組成物を得た。
・上記赤色顔料の記分散体 ７２部
・カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ８部
（日本化薬（株）製「カヤラッドＤＰＣＡ−３０」）
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート １０部
（日本化薬（株）製「カヤラッドＤＰＨＡ」）
・メチル化メラミン樹脂 １０部
（三和ケミカル（株）製「ＭＷ３０」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ３部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ−Ｆ」） １部
・シクロヘキサノン ２５３部
［緑色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色顔料の分散体を作製した。
・緑色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６
（東洋インキ製造（株）製「リオノールグリーン ６ＹＫ」） １６部
・黄色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０
（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ−５６８８」） ８部
・分散剤（ビックケミー社製「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−１６３」） ２部
・アクリルワニス（固形分２０％） １０２部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色着色組成物を得た。
・上記緑色顔料の分散体 １２８部
・トリメチロールプロパントリアクリレート １４部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ−Ｆ」） ２部
・シクロヘキサノン ２５７部
［青色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して青色顔料の分散体を作製した。
・青色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５
（東洋インキ製造（株）製「リオノールブルーＥＳ」） ３０部
・紫色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３
（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット ５８９０」） ２部
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６部
・アクリルワニス（固形分２０％） ２００部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して青色着色組成物を得た。
・上記青色顔料の分散体 ２３８部
・トリメチロールプロパントリアクリレート １９部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２部
・シクロヘキサノン ２１４部
［着色層の形成］
得られた赤色着色組成物、緑色着色組成物、青色着色組成物を用いて下記の要領で画素となる着色層を形成した。
前述した樹脂ブラックマトリクス層を形成したガラス基板上に、赤色着色組成物をスピンコートにより膜厚２μｍとなるように塗布した。乾燥の後、露光機にてストライプ状のパターン露光をし、アルカリ現像液にて９０秒間現像し、２３０℃で２０分加熱して定着させ、ストライプ状の赤色着色層を透明基板上に形成した。
【００９４】
次に、緑色着色組成物も同様にスピンコートにて膜厚が２μｍとなるように塗布した。乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色着色層とはずらした場所に露光し現像することで、前述赤色着色層と隣接した緑色着色層を形成した。
【００９５】
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色着色組成物についても膜厚２μｍで赤色着色層、緑色着色層と隣接した青色着色層を形成した。
【００９６】
次に、上記した、樹脂ブラックマトリクス層、各色着色層を形成した透明基板上に、酸化インジウムスズをスパッタリング法で成膜することで透明導電層を形成した。透明導電層の厚さは１４０ｎｍとした。
【００９７】
［フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物の作製］
フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を以下のようにして作製した
内容量が２リットルの５つ口反応容器内に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＡｃ）６８６ｇ、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）３３２ｇ、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）６．６ｇを加え、窒素を吹き込みながら８０℃で６時間加熱し、ＧＭＡのポリマー溶液を得た。
次いで、得られたＧＭＡのポリマー溶液に、アクリル酸（ＡＡ）１６８ｇ、メトキノン（ＭＱ）０．０５ｇ、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）０．５ｇを加え、空気を吹き込みながら１００℃で２４時間加熱し、ＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液を得た。
次に、得られたＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物１８６ｇを加え、７０℃で１０時時間加熱し、樹脂a溶液を得た。
その後、下記組成の混合物を、レジスト中の固形分が３０％になるようにシクロヘキサノンで希釈し、感光性樹脂組成物を調製した。
・ペンタエリスリトールトリアクリレート
（日本化薬（株）社製「ＰＥＴ−３０」） ８０部
・樹脂ａ溶液 ２０部
・光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製「イルガキュア９０７」） １４部
［フォトスペーサの形成］
上記したフォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を用いてフォトスペーサを形成した。
前述した、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層を形成したガラス基板上に、感光性樹脂組成物を仕上り膜厚が４μｍになるようにスピンコートし、９０℃で２分間乾燥した。次いで、マスク開口直径が８μｍφの円形のフォトスペーサ形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ２の照射量で照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）を１００μｍとして露光した。その後、樹脂ブラックマトリクス層および着色層の形成と同様のアルカリ現像液を用いて現像し、水洗を施したのち、２３０℃で３０分ポストベークして、フォトスペーサをカラーフィルタ上に形成した。
【００９８】
［突起物の形成］
上記フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を用いて突起物を形成した。
前述した、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサを形成した
ガラス基板状に、感光性樹脂組成物を仕上り膜厚が３μｍになるようにスピンコートし、９０℃で２分間乾燥した。次いで、開口面積が非表示領域の６０％となるように設定された突起物形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ２の照射量で照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）を１００μｍとして露光した。その後、樹脂ブラックマトリクス層および着色層の形成と同様のアルカリ現像液を用いて現像し、水洗を施したのち、２３０℃で３０分ポストベークして、突起物をカラーフィルタ上に形成し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサおよび突起物を有する、図1に示した断面構成を有する、実施例１のカラーフィルタ基板を得た。
【００９９】
<実施例２＞
実施例１と同様にして、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリクス層、赤色着色層、緑色着色層、青色着色層を形成した。各色の着色層を形成する際に着色層の端部が互いに重積するよう露光パターンを調整することで、着色層の重積により非表示領域の６０％となるように突起物を形成した。さらに、上記のカラーフィルタに実施例１と同様にしてフォトスペーサを形成し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサおよび突起物を有する、図２に示した断面構成を有する、実施例２のカラーフィルタ基板を得た。
【０１００】
<比較例１＞
実施例２と同様の工程にて、着色層を形成する際の露光パターンを着色層が互いに重積しないように調整し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層およびフォトスペーサ有する、比較例１のカラーフィルタ基板を得た。
【０１０１】
実施例１、実施例２および比較例１のカラーフィルタ基板を用いて液晶表示装置を作製し、液晶の使用量を比較した結果を表１に示す。実施例１および実施例２のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置では、比較例１のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置と比較して、液晶の使用量が削減できていた。
【０１０２】
【表１】
【符号の説明】
【０１０３】
１・・透明基板（ガラス基板） ２・・ブラックマトリクス層
３・・着色層（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ） ４・・透明導電層 ５・・フォトスペーサ ６・・突起物（フォトスペーサ材料で形成した突起物）
６’・・突起物（着色層を重積して形成した突起物）
７・・液晶 １０・・カラーフィルタ基板 ２０・・アレイ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板、及びそれを備えた液晶表示装置に関するものであり、特に液晶の使用量を削減し、省資源、低価格化に貢献することのできるカラーフィルタ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置はコンピュータ端末表示装置、テレビ画像表示装置、携帯電話、携帯情報機器等を中心に急速に普及が進んでいる。その中でも、特にテレビ画像表示装置への普及は急速で、画面の大型化も著しい。画面が大型化することに伴って、液晶表示装置に用いる液晶の量も増大している。
【０００３】
アクティブマトリックス方式の液晶表示装置では、一般に、ガラス基板上に各画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子を形成したＴＦＴ基板と、ガラス基板上にカラーフィルタと一様な透明電極を形成したカラーフィルタ基板とが、間に液晶を挟んで対向して配置されている。そして、ＴＦＴ基板の各ＴＦＴ素子のスイッチング作用によって各画素の液晶のシャッター作用を制御している。
【０００４】
近時、液晶表示装置の大型化、高精細化、広い視野角や高コントラスト化などの高画質化にあわせて、垂直配向と呼称されるＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶表示装置や、液晶の配向を制御する配向制御用突起を形成したＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶表示装置や、画素の横方向に液晶駆動用の電界が印加されるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置が採用されるようになってきている。
【０００５】
ＴＦＴを用いた液晶表示装置は、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを所定の間隔を設けて対向させて配置し、エポキシ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤によってこれら基板を貼り合わせることにより構成される。カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間には液晶が封入されているが、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間隔を正確に保持しないと、液晶層の厚みに差異が出て、液晶の旋光特性差による着色を生じたり、あるいは部分的な色むらが生じて、正しく表示されなくなるという現象が生じる。そのため、従来は液晶にスペーサと称する直径２μｍないし１０μｍの樹脂、ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数混合し、液晶のセルギャップ（挟持間隔）の保持を図っていた。
【０００６】
このスペーサは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一緒にスペーサが入っていると、黒色表示時にスペーサを介して光が漏れてしまう。また、通常の液晶表示装置では、スペーサとして１００個／ｍｍ２程度の大量の粒子を液晶に混合しているので、粘性の高い液晶と混合して、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との挟持間隔内に注入した場合には、均一にスペーサが分散せずに、スペーサが一部に偏るという現象が生じることがある。このような現象が生じると、スペーサが集まった部分の近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光漏れを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす問題があった。またセルギャップの正確な保持の面でも問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する技術として、例えば、感光性樹脂を用い、部分的なパターン露光〜現像というフォトファブリケーション法により画素間の遮光層の位置にスペーサ機能を有する突起部を形成する方法が提案されている。特許文献１には、スイッチング素子に対向しない領域のゲート配線とドレイン配線の交差部に対応させた位置で、対
向する基板の少なくとも一方にスペーサ支柱を形成した技術が開示されており、また、特許文献２には、アレイ基板上の積層構造と対向基板上の柱の高さの和をもってセルギャップを規定する技術が開示され、いずれも、スペーサを用いることなく、セルギャップを一定に保つ液晶表示装置がしめされている。
【０００８】
ところで、柱状スペーサが面内において、ある密度で形成されている際に、柱状スペーサの断面積が小さいとパネル組み立て工程で基板間のギャップが均一になりにくく、液晶表示装置に色ムラなどが発生し易くなる。すなわち、柱状スペーサの断面積はある大きさ以上のものを用いることになる。また、局部的に過剰な荷重を受けた場合には液晶表示装置に色ムラなどが発生し易くなる。一方、柱状スペーサの断面積が大きいと、パネル組み立て工程で基板間のギャップは均一なものとなるが、液晶セル内で真空気泡が発生し易くなる。
【０００９】
この問題を解決する方法として、例えば特許文献３には、基板間のギャップを保持する第一柱状スペーサと、この第一柱状スペーサよりも高さが０．２〜０．３μｍ程度低く、断面積の大きい第二柱状スペーサ（サブスペーサ）を有するカラーフィルタの形成方法が開示されている。また、特許文献４にも同様に、２種類以上の異なる高さまたは接触面積を有する基板間隔材を有する表示装置用表示板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２６２４８４号公報
【特許文献２】特開平１０−４８６３６号公報
【特許文献３】特許第３９２５１４２号明細書
【特許文献４】特開２００４−１１８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方で、液晶表示装置を用いたテレビ画像表示装置の価格は急速に低下しており、原価の低減が強く求められている。特に液晶は液晶表示装置に不可欠でありながら価格が非常に高いため、使用量の削減が強く求められていた。
【００１２】
しかし、前記したように、従来の、液晶の使用量に直接影響するセルギャップを規定する技術に関しては多数の技術提案がなされているが、液晶表示装置の開口性を確保し、且つ、表示品位や動作特性により決定される規定のセルギャップを保ったまま、液晶使用量を削減できる技術は提案されていなかった。
【００１３】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置に用いる液晶の使用量を削減することで、液晶表示装置の原価を低減することができるカラーフィルタ基板及びそれを備えた液晶表示装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、
液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上
低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板である。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る発明は、液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサを有し、前記突起物が、前記フォトスペーサと同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板である。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記突起物が、前記ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の前記着色組成物を積重してなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板である。
【００１７】
次に、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか1項に記載するカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、液晶表示画面内の非表示領域に、液晶表示装置の液晶層の厚みよりも高さが小さく、かつ総面積が非表示領域の面積の５０％以上となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板であるので、液晶表示装置に組み込んだときに、用いる液晶の使用量を削減し、液晶表示装置の原価の低減を実現できる。また、この突起物の形成は、フォトスペーサの形成と同時に、又は、着色画素の形成と同時に行えるため、工程数を増やすことなく実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のカラーフィルタ基板の、一実施形態例を断面で示す模式図である。
【図２】本発明のカラーフィルタ基板の、他の実施形態例を断面で示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明のカラーフィルタ基板を、一実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
本発明のカラーフィルタ基板１０は、図１及び図２に示すように、透明基板１上に、少なくとも、ブラックマトリックス層２と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、必要に応じて液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサ５とを有し、さらに前記フォトスペーサとは別に突起物６、６’を有する。図１は、透明電極４を介して、フォトスペーサ５と同一の材料で形成した突起物６を有するカラーフィルタ基板の例である。また、図２は、着色組成物の積重により形成した突起物６’を有するカラーフィルタ基板の例であり、この場合、透明電極４は突起物６’を覆う形で形成される。
【００２２】
本発明のカラーフィルタ基板において、この突起物６、６’は、液晶表示画面の非表示領域に、即ち遮光層であるグラックマトリックス層２の上に、高さが１μｍ以上で、フォトスペーサより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となるよう形成される。この突起物を有する本発明のカラーフィルタ基板１０は、樹脂ブラックマトリクス層２、着色画素３、突起物６，６’の形成面を液晶７挟持面側に向けて、フォトスペーサ５を介して図示しないＴＦＴが形成されたアレイ基板２０と貼り合わされ、液晶表示装置に組み込まれて使用される。なお、フォトスペーサ５は、カラーフィルタ基板１０側でなく、アレイ基板２０側に設けることも可能である。
【００２３】
この突起物は、通常は液晶表示画面内の非表示領域、すなわち樹脂ブラックマトリクスが形成されている領域に形成され、液晶が狭持される層の体積の一部を占めることで、液晶表示装置の液晶の使用量を削減することができる。
【００２４】
突起物の高さは１μｍ以上が好ましく、１μｍ未満では液晶の使用量を削減する効果が十分に得られない。また、液晶表示装置の液晶層の厚み、即ちフォトスペーサの高さより０．２μｍ以上低いことが好ましい。液晶層の厚み、フォトスペーサの高さとの差が０．２μｍ未満であると、液晶表示装置に押し圧を加えた際に液晶を狭持する対向基板と接してしまい、表示不良の原因となってしまう。
【００２５】
また、突起物は平面視した上面部の総面積が非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となるよう形成される。総面積が液晶表示装置の非表示領域の面積の５０％以上であることが好ましい。５０％未満であると、液晶の使用量を削減する効果が十分に得られない。滴下方式(ＯＤＦ）で液晶表示装置を製造する限りにおいて本質的な上限はないが、フォトスペーサ等を配置するための面積等を考慮すると９０％が上限となる。
【００２６】
突起物は、カラーフィルタ基板がフォトスペーサを有する場合、フォトスペーサの形成と同時に行うことが好ましいが、着色画素形成時に、ブラックマトリクス層上に着色組成物を積重させて形成することも可能である。
【００２７】
以下に、本発明のカラーフィルタ基板を得るための方法を記述する。本発明のカラーフィルタ基板は、透明基板上に、少なくとも樹脂ブラックマトリクス層と、着色層とを備えており、着色層は通常複数色の着色組成物から構成された画素を形成している。複数色には赤、緑、青（ＲＧＢ）の組み合わせやイエロー、マゼンダ、シアン（ＹＭＣ）の組み合わせが挙げられる。
【００２８】
透明基板は可視光に対してある程度の透過率を有するものが好ましく、より好ましくは８０％以上の透過率を有するものを用いることができる。一般に液晶表示装置に用いられているものでよく、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。また、ガラス板や樹脂板の表面には、液晶パネル化後の液晶駆動のために、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アンチモンなどの金属酸化物の組み合わせからなる透明電極が形成されていてもよい。
【００２９】
樹脂ブラックマトリクス層は、求める遮光性、すなわち光学濃度が達成できるものであれば特に組成、形成方法に制限はない。しかしながら、形成が容易であること、比較的好ましい均一性が得られることなどの観点から、カーボンブラック顔料などの黒色顔料を樹脂中に分散した分散体に、少なくとも光重合開始剤、重合性モノマーを添加して得られる感光性黒色樹脂組成物を、適切な方法で透明基板上に塗布、パターン露光、現像、焼成する、いわゆるフォトレジスト法にて形成することが一般的である。この他、印刷法、エッチング法などを用いることも可能である。
【００３０】
黒色組成物に用いることのできる顔料は、カーボンブラック顔料の他、チタンカーボンブラック顔料などがあり、また必要に応じて赤色顔料、緑色顔料、青色顔料を混合して用いても問題ない。遮光剤として用いられるカーボンブラックとしては、三菱化学社製のカーボンブラック＃２４００、＃２３５０、＃２３００、＃２２００、＃１０００、＃９８０、＃９７０、＃９６０、＃９５０、＃９００、＃８５０、ＭＣＦ８８、＃６５０、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、ＭＡ１００、ＭＡ２２０、ＩＬ３０Ｂ、ＩＬ３１Ｂ、ＩＬ７Ｂ、ＩＬ１１Ｂ、ＩＬ５２Ｂ、＃４０００、＃４０１０、＃５５、＃５２、＃５０、＃４７、＃４５、＃４４、＃４０、＃３３、＃３２、＃３０、＃２０、＃１０、＃５、ＣＦ９、＃３０５０、＃３１５０、＃３２５０、＃３７５０、＃３９５０、ダイヤブラックＡ、ダイヤブラックＮ２２０Ｍ、ダイヤブラックＮ２３４、ダイヤブラックＩ、ダイヤブラックＬＩ、ダイヤブラックＩＩ、ダイヤブラック３３９、ダイヤブラックＳＨ、ダイヤブラックＳＨＡ、ダイヤブラックＬＨ、ダイヤブラックＨ、ダイヤブラックＨＡ、ダイヤブラックＳＦ、ダイヤブラックＮ５５０Ｍ、ダイヤブラックＥ、ダイヤブラックＧ、ダイヤブラックＲ、ダイヤブラックＮ７６０Ｍ、ダイヤブラックＬＲ。キャンカーブ社製のカーボンブラックサーマックスＮ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０７、Ｎ９０８、Ｎ９９０、Ｎ９９１、Ｎ９０８。旭カーボン社製のカーボンブラック旭＃８０、旭＃７０、旭＃７０Ｌ、旭Ｆ−２００、旭＃６６、旭＃６６ＨＮ、旭＃６０Ｈ、旭＃６０Ｕ、旭＃６０、旭＃５５、旭＃５０Ｈ、旭＃５１、旭＃５０Ｕ、旭＃５０、旭＃３５、旭＃１５、アサヒサーマル、デグサ社製のカーボンブラックＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２００、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ２Ｖ、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ１、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｆｗ１８、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＳ１７０、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ Ｓ１６０、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ６、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４Ａ、ＰｒｉｎｔｅｘＵ、ＰｒｉｎｔｅｘＶ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｕ、Ｐｒｉｎｔｅｘ１４０Ｖ等が挙げられる。
【００３１】
黒色組成物に用いることの樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。
【００３２】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００３３】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００３４】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００３５】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、黒色組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと黒色組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化したり、現像液溶解性が著しく低下して現像適性が不良となってしまう。
【００３６】
黒色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００３７】
光重合開始剤の使用量は、黒色組成物の全固形分量を基準として０．５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは３〜３０質量％である。
【００３８】
さらに、増感剤として、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸２−ジメチルアミノエチル、４−ジメチルアミノ安息香酸２−エチルヘキシル、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン、４，４'−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（エチルメチルアミノ）ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００３９】
増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として０．５〜６０質量％が好ましく、より好ましくは３〜４０質量％である。
【００４０】
さらに、黒色組成物には、連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４−ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４−ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６−トリメルカプト−ｓ−トリアジン、２−（Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ）−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン等が挙げられる。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。
【００４１】
多官能チオールの使用量は、黒色組成物の全固形分量を基準として、０．１〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％である。０．１質量％未満では多官能チオールの添加効果が不充分であり、３０質量％を越えると感度が高すぎて逆に解像度が低下する。
【００４２】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４３】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００４４】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００４５】
黒色組成物に用いることのできる有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００４６】
透明基板上に、上述の感光性黒色組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は任意で通常はプリベーク後の膜厚で１〜２μｍ程度である。感光性黒色組成物を塗布し、パターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００４７】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成してパターン化された樹脂ブラックマトリクス層が得られる。
【００４８】
画素となる着色層の形成方法は、公知のインクジェット法、印刷法、フォトレジスト法、エッチング法など何れの方法で作製しても構わない。しかし、高精細、分光特性の制御性及び再現性等を考慮すれば、透明な樹脂中に顔料を、光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させた着色組成物を透明基板上に塗布製膜して、パターン露光、現像することで一色の画素を形成する工程を各色毎に繰り返し行ってカラーフィルタを作製するフォトレジスト法が好ましい。
【００４９】
本発明のカラーフィルタの着色画素は、感光性着色組成物を調製してフォトリソ法により形成する場合は例えば以下の方法に従う。着色剤となる顔料を透明な樹脂中に光開始剤、重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させる。分散させる方法はミルベース、３本ロール、ジェットミル等様々な方法があり特に限定されるものではない。
【００５０】
本発明のカラーフィルタの着色画素を形成する着色組成物に用いることのできる有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。
【００５１】
赤色画素を形成するための赤色着色組成物には、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等の赤色顔料を用いることができる。赤色着色組成物には、黄色顔料、橙色顔料を併用することができる。
【００５２】
黄色顔料としては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等が挙げられる。
【００５３】
橙色顔料としてはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等が挙げられる。
【００５４】
緑色画素を形成するための緑色着色組成物には、例えばＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、１０、３６、３７、５８等の緑色顔料、を用いることができる。緑色着色組成物には赤色着色組成物と同様の黄色顔料を併用することができる。
【００５５】
青色画素を形成するための青色着色組成物には、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。また、青色着色組成物には、Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の紫色顔料、好ましくはＣ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３を併用することができる。
【００５６】
また、上記有機顔料と組み合わせて、彩度と明度のバランスを取りつつ良好な塗布性、感度、現像性等を確保するために、無機顔料を組み合わせて用いることも可能である。無機顔料としては、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、コバルト緑等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉等が挙げられる。さらに、調色のため、耐熱性を低下させない範囲内で染料を含有させることができる。
【００５７】
着色組成物に用いることのできる透明樹脂は、可視光領域の４００〜７００ｎｍの全波長領域において透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の樹脂である。透明樹脂には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。透明樹脂には、必要に応じて、その前駆体である、放射線照射により硬化して透明樹脂を生成するモノマーもしくはオリゴマーを単独で、または２種以上混合して用いることができる。
【００５８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００５９】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００６０】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００６１】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、着色組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと着色組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化したり、現像液溶解性が著しく低下して現像適性が不良となってしまう。
【００６２】
着色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６３】
光重合開始剤の使用量は、着色組成物の全固形分量を基準として０．５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは３〜３０質量％である。
【００６４】
さらに、増感剤として、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸２−ジメチルアミノエチル、４−ジメチルアミノ安息香酸２−エチルヘキシル、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン、４，４'−ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４'−ビス（エチルメチルアミノ）ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６５】
増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として０．５〜６０質量％が好ましく、より好ましくは３〜４０質量％である。
【００６６】
さらに、着色色組成物には、連鎖移動剤としての働きをする多官能チオールを含有させることができる。多官能チオールは、チオール基を２個以上有する化合物であればよく、例えば、ヘキサンジチオール、デカンジチオール、１，４−ブタンジオールビスチオプロピオネート、１，４−ブタンジオールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオグリコレート、エチレングリコールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、トリメルカプトプロピオン酸トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、１，４−ジメチルメルカプトベンゼン、２、４、６−トリメルカプト−ｓ−トリアジン、２−（Ｎ，Ｎ−ジブチルアミノ）−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン等が挙げられる。これらの多官能チオールは、１種または２種以上混合して用いることができる。
【００６７】
多官能チオールの使用量は、着色組成物の全固形分量を基準として、０．１〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％である。０．１質量％未満では多官能チオールの添加効果が不充分であり、３０質量％を越えると感度が高すぎて逆に解像度が低下する。
【００６８】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００６９】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００７０】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００７１】
着色組成物は、必要に応じて有機溶剤を含有することができる。有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００７２】
透明基板上に、上述の感光性着色組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１０〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は任意であるが、分光透過率などを考慮すると通常はプリベーク後の膜厚で２〜２．５μｍ程度である。感光性着色組成物を塗布しパターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００７３】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例としては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成して任意の一色の着色組成物による画素が得られる。
【００７４】
以上の一連の工程を、感光性着色組成物およびパターンを替え、必要な数だけ繰り返すことで必要な色数が組み合わされた着色パターンすなわち複数色の着色組成物による画素を得ることができる。
【００７５】
本発明のカラーフィルタには必要に応じてフォトスペーサ（ＰＳ）を形成することができる。
【００７６】
本発明のカラーフィルタのＰＳは、感光性組成物を調製してフォトリソ法により形成する場合は、例えば以下の方法に従う。感光性組成物は、主に樹脂、光架橋剤、光開始剤を適当な溶剤に溶解し調整する。
【００７７】
感光性組成物に用いることの樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および感光性樹脂が含まれる。
【００７８】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、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、ポリエチレン、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、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。
【００７９】
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等の反応性置換基を有する（メタ）アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、（メタ）アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に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たものも用いられる。
【００８０】
光架橋剤としては重合性モノマーあるいはオリゴマーを用いる。重合性モノマーおよびオリゴマーとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、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、β−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ（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、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの（メタ）アクリル酸エステル、エポキシ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタン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、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、（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、Ｎ−ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
【００８１】
添加量は塗布性、現像適正を損なわない範囲で多い方が好ましく、感光性組成物の全固形分量を基準として、２０質量％〜８０質量％程度、さらに好ましくは５０質量％〜７０質量％程度である。この範囲より添加量が少ないと架橋性が不足し耐液晶性が悪化する。この範囲より添加量が多いと感光性組成物の塗布時にムラ、ピンホールが発生しやすくなり塗布性が著しく悪化する、あるいは現像液溶解性が著しく低下し現像適性が不良となってしまう。
【００８２】
感光性組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等が添加される。光重合開始剤としては、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−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化合物、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化合物、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、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、２−クロルチオキサントン、２−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−ピペロニル−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、１，２−オクタンジオン，１−〔４−（フェニルチオ）−，２−（Ｏ−ベンゾイルオキシム）〕、Ｏ−（アセチル）−Ｎ−（１−フェニル−２−オキソ−２−（４'−メトキシ-ナフチル）エチリデン）ヒドロキシルアミン等のオキシムエステル系化合物、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は１種または２種以上混合して用いることができる。
【００８３】
光重合開始剤の使用量は、感光性組成物の全固形分量を基準として０．０５〜５０質量％が好ましく、より好ましくは０．５〜３０質量％である。
【００８４】
また必要に応じ熱架橋剤を加えることもできる。熱架橋剤としては例えばメラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００８５】
メラミン樹脂としては、アルキル化メラミン樹脂（メチル化メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂など）、混合エーテル化メラミン樹脂等があり、高縮合タイプであっても低縮合タイプであってもよい。これらは、いずれも単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。また、必要に応じて、さらにエポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
【００８６】
エポキシ樹脂としては、例えば、グリセロール・ポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパン・ポリグリシジルエーテル、レゾルシン・ジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコール・ジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール・ジグリシジルエーテル、エチレングリコール（ポリエチレングリコール）・ジグリシジルエーテル等がある。これらについても、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。
【００８７】
感光性組成物に用いることのできる有機溶剤としては、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、これらを単独でもしくは混合して用いる。
【００８８】
ブラックマトリックス層、着色画素等を形成した基板上に、上記した感光性組成物を塗布し、プリベークを行う。塗布する手段はスピンコート、ディップコート、ダイコートなどが通常用いられるが、４０〜６０ｃｍ四方程度の基板上に均一な膜厚で塗布可能な方法ならばこれらに限定されるものではない。プリベークは５０〜１２０℃で１０〜２０分ほどすることが好ましい。塗布膜厚は所定のスペーサ高さが得られるよう適宜調整が必要であり、スペーサ高さは液晶層の厚さに依存するため通常は２〜５μｍ程度である。感光性組成物を塗布しパターンマスクを介して露光を行う。光源には通常の高圧水銀灯などを用いればよい。
【００８９】
続いて現像を行う。現像液にはアルカリ性水溶液を用いる。アルカリ性水溶液の例とし
ては、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、または両者の混合水溶液、もしくはそれらに適当な界面活性剤などを加えたものが挙げられる。現像後、水洗、焼成してフォトスペーサが得られる。
【００９０】
本発明のカラーフィルタ基板の突起物は、上記ＰＳを形成する感光性組成物を用いて同様のパターン形成工程にて形成することができる。ＰＳの形成工程と別工程で行うことも同一工程で行うことも可能である。
【００９１】
また、本発明のカラーフィルタの突起物は、樹脂ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の着色組成物を積重することでも形成することができる。各層の露光に用いるパターンマスクを適切に設計し、積重する層の数を適切に調整することで、所定の高さ、面積の突起物を形成することが可能となる。
【実施例】
【００９２】
以下、具体的実施例により本発明を説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においてこれに限定されるものではない。なお、以下で部及び％はすべて質量部、質量％である。
【００９３】
＜実施例１＞
［感光性黒色組成物の作製］
感光性黒色組成物は、以下の組成の混合物を混合攪拌して作製した（固形分中の顔料濃度：３０．７％）。
・カーボンブラック分散液：御国色素社製（ＴＰＢＫ−２０１６） ２８．５部
・樹脂：Ｖ２５９−ＭＥ（新日鐵化学社製）（固形分５６．１％） １０．３部
・モノマー：ＤＰＨＡ（日本化薬社製） ２．５８部
・開始剤：ＯＸＥ−０２（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製） ０．８６部
・溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
エチル−３−エトキシプロピオネート ９２．０部
・レベリング剤 １．３部
［樹脂ブラックマトリクス層の形成］
ガラス基板上に上記黒色組成物をスピンコートにより膜厚１．５μｍとなるように塗布した。１００℃で３分乾燥の後、露光機にて格子状のパターン露光を２００ｍＪし、アルカリ現像液にて６０秒間現像、２３０℃で６０分加熱処理をして定着、格子状のブラックマトリクス層をガラス基板上に形成した。なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。以下、実施例及び比較例ではこのアルカリ現像液を用いて現像を行う。
・炭酸ナトリウム １．５％
・炭酸水素ナトリウム ０．５％
・陰イオン系界面活性剤 ８．０％
（花王（株）製「ペリレックスＮＢＬ」）
・水 ９０％
［赤色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色顔料の分散体を作製した。
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド Ｂ−ＣＦ」）
１８部
・赤色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッド Ａ２Ｂ」）
２部
・分散剤（味の素ファインテクノ社製「アジスパーＰＢ８２１」） ２部
・アクリルワニス（固形分２０％） ５０部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色着色組成物を得た。
・上記赤色顔料の記分散体 ７２部
・カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ８部
（日本化薬（株）製「カヤラッドＤＰＣＡ−３０」）
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート １０部
（日本化薬（株）製「カヤラッドＤＰＨＡ」）
・メチル化メラミン樹脂 １０部
（三和ケミカル（株）製「ＭＷ３０」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ３部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ−Ｆ」） １部
・シクロヘキサノン ２５３部
［緑色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色顔料の分散体を作製した。
・緑色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６
（東洋インキ製造（株）製「リオノールグリーン ６ＹＫ」） １６部
・黄色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０
（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Ｙ−５６８８」） ８部
・分散剤（ビックケミー社製「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ−１６３」） ２部
・アクリルワニス（固形分２０％） １０２部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して緑色着色組成物を得た。
・上記緑色顔料の分散体 １２８部
・トリメチロールプロパントリアクリレート １４部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ−Ｆ」） ２部
・シクロヘキサノン ２５７部
［青色着色組成物の作製］
下記組成の混合物を均一に攪拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビースを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過して青色顔料の分散体を作製した。
・青色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５
（東洋インキ製造（株）製「リオノールブルーＥＳ」） ３０部
・紫色顔料：Ｃ．Ｉ． Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３
（ＢＡＳＦ社製「パリオゲンバイオレット ５８９０」） ２部
・分散剤（ゼネカ社製「ソルスバーズ２００００」） ６部
・アクリルワニス（固形分２０％） ２００部
その後、下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して青色着色組成物を得た。
・上記青色顔料の分散体 ２３８部
・トリメチロールプロパントリアクリレート １９部
（新中村化学（株）製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
・光開始剤
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガキュアー９０７」） ４部
・増感剤（保土ヶ谷化学工業（株）製「ＥＡＢ-Ｆ」） ２部
・シクロヘキサノン ２１４部
［着色層の形成］
得られた赤色着色組成物、緑色着色組成物、青色着色組成物を用いて下記の要領で画素となる着色層を形成した。
前述した樹脂ブラックマトリクス層を形成したガラス基板上に、赤色着色組成物をスピンコートにより膜厚２μｍとなるように塗布した。乾燥の後、露光機にてストライプ状のパターン露光をし、アルカリ現像液にて９０秒間現像し、２３０℃で２０分加熱して定着させ、ストライプ状の赤色着色層を透明基板上に形成した。
【００９４】
次に、緑色着色組成物も同様にスピンコートにて膜厚が２μｍとなるように塗布した。乾燥後、露光機にてストライプ状の着色層を前述の赤色着色層とはずらした場所に露光し現像することで、前述赤色着色層と隣接した緑色着色層を形成した。
【００９５】
さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色着色組成物についても膜厚２μｍで赤色着色層、緑色着色層と隣接した青色着色層を形成した。
【００９６】
次に、上記した、樹脂ブラックマトリクス層、各色着色層を形成した透明基板上に、酸化インジウムスズをスパッタリング法で成膜することで透明導電層を形成した。透明導電層の厚さは１４０ｎｍとした。
【００９７】
［フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物の作製］
フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を以下のようにして作製した
内容量が２リットルの５つ口反応容器内に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＡｃ）６８６ｇ、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）３３２ｇ、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）６．６ｇを加え、窒素を吹き込みながら８０℃で６時間加熱し、ＧＭＡのポリマー溶液を得た。
次いで、得られたＧＭＡのポリマー溶液に、アクリル酸（ＡＡ）１６８ｇ、メトキノン（ＭＱ）０．０５ｇ、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）０．５ｇを加え、空気を吹き込みながら１００℃で２４時間加熱し、ＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液を得た。
次に、得られたＧＭＡ樹脂のアクリル酸付加物溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物１８６ｇを加え、７０℃で１０時時間加熱し、樹脂a溶液を得た。
その後、下記組成の混合物を、レジスト中の固形分が３０％になるようにシクロヘキサノンで希釈し、感光性樹脂組成物を調製した。
・ペンタエリスリトールトリアクリレート
（日本化薬（株）社製「ＰＥＴ−３０」） ８０部
・樹脂ａ溶液 ２０部
・光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製「イルガキュア９０７」） １４部
［フォトスペーサの形成］
上記したフォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を用いてフォトスペーサを形成した。
前述した、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層を形成したガラス基板上に、感光性樹脂組成物を仕上り膜厚が４μｍになるようにスピンコートし、９０℃で２分間乾燥した。次いで、マスク開口直径が８μｍφの円形のフォトスペーサ形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ２の照射量で照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）を１００μｍとして露光した。その後、樹脂ブラックマトリクス層および着色層の形成と同様のアルカリ現像液を用いて現像し、水洗を施したのち、２３０℃で３０分ポストベークして、フォトスペーサをカラーフィルタ上に形成した。
【００９８】
［突起物の形成］
上記フォトスペーサ形成用感光性樹脂組成物を用いて突起物を形成した。
前述した、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサを形成した
ガラス基板状に、感光性樹脂組成物を仕上り膜厚が３μｍになるようにスピンコートし、９０℃で２分間乾燥した。次いで、開口面積が非表示領域の６０％となるように設定された突起物形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を１００ｍＪ／ｃｍ２の照射量で照射した。尚、フォトマスクと基板との間隔（露光ギャップ）を１００μｍとして露光した。その後、樹脂ブラックマトリクス層および着色層の形成と同様のアルカリ現像液を用いて現像し、水洗を施したのち、２３０℃で３０分ポストベークして、突起物をカラーフィルタ上に形成し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサおよび突起物を有する、図1に示した断面構成を有する、実施例１のカラーフィルタ基板を得た。
【００９９】
<実施例２＞
実施例１と同様にして、ガラス基板上に樹脂ブラックマトリクス層、赤色着色層、緑色着色層、青色着色層を形成した。各色の着色層を形成する際に着色層の端部が互いに重積するよう露光パターンを調整することで、着色層の重積により非表示領域の６０％となるように突起物を形成した。さらに、上記のカラーフィルタに実施例１と同様にしてフォトスペーサを形成し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層、フォトスペーサおよび突起物を有する、図２に示した断面構成を有する、実施例２のカラーフィルタ基板を得た。
【０１００】
<比較例１＞
実施例２と同様の工程にて、着色層を形成する際の露光パターンを着色層が互いに重積しないように調整し、樹脂ブラックマトリクス層、着色層、透明導電層およびフォトスペーサ有する、比較例１のカラーフィルタ基板を得た。
【０１０１】
実施例１、実施例２および比較例１のカラーフィルタ基板を用いて液晶表示装置を作製し、液晶の使用量を比較した結果を表１に示す。実施例１および実施例２のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置では、比較例１のカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置と比較して、液晶の使用量が削減できていた。
【０１０２】
【表１】
【符号の説明】
【０１０３】
１・・透明基板（ガラス基板） ２・・ブラックマトリクス層
３・・着色層（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ） ４・・透明導電層 ５・・フォトスペーサ ６・・突起物（フォトスペーサ材料で形成した突起物）
６’・・突起物（着色層を重積して形成した突起物）
７・・液晶 １０・・カラーフィルタ基板 ２０・・アレイ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、
液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサを有し、前記突起物が、前記フォトスペーサと同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板。
【請求項３】
前記突起物が、前記ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の前記着色組成物を積重してなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項に記載するカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
透明基板上に、少なくとも、ブラックマトリックス層と、複数色の着色組成物からなるそれぞれの色の着色画素とを有した液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、
液晶表示画面内の非表示領域に、高さが１μｍ以上で、液晶層の厚みより０．２μｍ以上低く、かつ、平面視した上面部の総面積が前記非表示領域の面積の５０％以上９０％以下となる突起物を有することを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
液晶層の厚みを保持するためのフォトスペーサを有し、前記突起物が、前記フォトスペーサと同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板。
【請求項３】
前記突起物が、前記ブラックマトリクス層の上に、少なくとも1色以上の前記着色組成物を積重してなることを特徴とする請求項１に記載するカラーフィルタ基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項に記載するカラーフィルタ基板を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−６１５２７（Ｐ２０１３−６１５２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００５１６（Ｐ２０１１−２００５１６）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]