ディスプレイ用カラーフィルタ
【課題】ネガ型フォトレジストを使用して形成した遮光膜と透明着色膜を有するカラーフィルタでありながら光洩れを防止することのできるカラーフィルタであって、しかも安価に製造できるカラーフィルタを提供すること。
【解決手段】透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタで、遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上とし、かつ、前記透明着色膜の膜厚を遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成する。この膜厚の差のため、重なり部に突起が生じないか、あるいは実害のない程度の突起が生じているに過ぎず、光洩れが生じない。
【解決手段】透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタで、遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上とし、かつ、前記透明着色膜の膜厚を遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成する。この膜厚の差のため、重なり部に突起が生じないか、あるいは実害のない程度の突起が生じているに過ぎず、光洩れが生じない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用カラーフィルタに関する。例えば液晶ディスプレイに利用するカラーフィルタである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、２枚の基板の間に液晶を挟み、この液晶に画素ごとに電圧を印加して光の透過と非透過（遮断）とを制御して、この透過部分と遮断部分とで画面表示を行うディスプレイである。そして、２枚の前記基板のうち一方の基板に画素ごとに透明着色膜を設けて、その透過光を着色することにより、カラー表示を可能としている。
【０００３】
この透明着色膜を設けた基板は一般にカラーフィルタと呼ばれるが、このカラーフィルタは、例えば、図２の断面説明図に示すような構造を有している。すなわち、カラーフィルタは、透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備えて構成されている。透明着色膜は画素領域ごとに異なる色彩を有しており、代表的には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の三色の透明着色膜が利用される。これら三色は光の三原色であり、これら三原色及びその混合によって色彩のほぼ全てを表示することが可能となる。また、遮光膜は、特定の画素領域を透過する光と隣接する画素領域を透過する光との混合を防止するものである。例えば、赤色（Ｒ）画素に隣接して緑色（Ｇ）画素が存在する場合、この両者を透過する光同士の混合を防ぐことで鮮明なカラー画面の表示が可能となる。
【０００４】
前記遮光膜としてはクロム等の金属の薄膜が知られている。この金属薄膜は、例えば真空蒸着やスパッタリングによって透明基板上に設けることができる。その厚みは１μｍ以下である。金属薄膜はその光遮断性が高いが、反面、光反射性が高く、表示画面の光反射が表示品質を低下させることがある。
【０００５】
また、前記遮光膜として、合成樹脂に遮光性顔料を混合した被膜も知られている。例えば、特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂に遮光性顔料を混合して透明基板に塗布して遮光性被膜を形成し、この被膜上にポジ型フォトレジストを塗布した後ポジ型フォトレジストを露光現像してパターニングし、このパターン状レジストをマスクとして前記遮光性被膜をエッチングして、前記遮光膜を形成する技術を開示している。遮光性顔料としては、例えば、カーボンブラックが好適に用いられる。
【０００６】
他方、合成樹脂に遮光性顔料を混合した被膜から構成される遮光膜として、ネガ型フォトレジストに遮光性顔料を混合して透明基板に塗布した後、露光現像して前記遮光膜を形成する技術も知られている（特許文献４）。
【０００７】
また、前記透明着色膜としては、一般に、合成樹脂に着色顔料を混合した被膜が利用されている。また、その製膜方法も遮光膜の形成方法と同様である。例えば、前記特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂と着色顔料の混合物の被膜上にポジ型フォトレジストを塗布した後ポジ型フォトレジストを露光現像してパターニングし、このパターン状レジストをマスクとして前記被膜をエッチングして、前記透明着色膜を形成する。また、前記特許文献４では、ネガ型フォトレジストと着色顔料の混合物の被膜を露光現像して前記透明着色膜を形成する。遮光膜と透明着色膜とを同様の方法によって形成することにより、その製造設備が共通となって管理が容易となるばかりでなく、遮光膜と透明着色膜との密着性を高めることが可能となる。
【０００８】
ところで、透明着色膜と遮光膜との厳密な位置合わせは困難である等の理由から、図３に示すように、前記透明着色膜は、その端部が遮光膜の端部に重ねられるように設けられる。しかしながら、こうして重ねられた部分は透明着色膜や遮光膜の膜厚より厚くなって突起状に盛り上がり、この結果、電圧を印加して液晶を制御しても、重なり部においてはその液晶分子の配向方向が乱れることになる。そして、この配向の乱れに起因して、透明着色膜と遮光膜との境界に沿って光の洩れが生じるのである。
【０００９】
これを防ぐため、前記特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂の厚みやポジ型フォトレジストの厚み、あるいは露光条件やエッチング条件を制御することにより、遮光膜の端部や透明着色膜の端部をテーパー状に薄くする技術を開示している。しかし、この技術をネガ型フォトレジストを使用する方法に適用することはできない。
【００１０】
また、前記特許文献４は、透明基板上に遮光膜を形成した後、この遮光膜を被覆して全面に透明樹脂膜を形成することにより平坦化し、この平坦化によって前記突起を防止する技術を開示している。しかし、この技術によれば、平坦化のための透明樹脂膜を形成する工程が必要となり、また、その材料も要するため、その製造コストを押し上げるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０９−１１３７２１号公報
【特許文献２】特開平０９−１１３７２２号公報
【特許文献３】特開平０９−１２００６３号公報
【特許文献４】特開平１０−２６８１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、ネガ型フォトレジストを使用して形成した遮光膜と透明着色膜を有するカラーフィルタでありながら光洩れを防止することのできるカラーフィルタであって、しかも安価に製造できるカラーフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明は、遮光膜の遮光性を高めてその膜厚を薄くし、他方、透明着色膜の膜厚を厚くすることによって、両者の重なり部の突起を小さくし、前記突起の高さを低くすることに成功したものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明は透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記画素領域ごとに透過光を着色するディスプレイ用カラーフィルタであって、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、他方、前記透明着色膜が透明着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタにおいて、
前記遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上であり、かつ、前記透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成されていることを特徴とするディスプレイ用カラーフィルタである。
【００１５】
後述する実施例から分かるように、遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０に満たない場合、その遮光性が不十分で、この遮光膜の部位から光洩れが生じることがある。これに対し、光学密度が４．０以上であれば遮光性は十分である。
【００１６】
また、これも後述する実施例から明らかなように、透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より大きく、その差が０．５μｍ以上の場合には、前記重なり部からの光洩れが生じない。この重なり部に突起が生じないか、あるいは実害のない程度の突起が生じているに過ぎないのである。
【００１７】
なお、透明着色膜の膜厚と遮光膜の膜厚の差が１．５μｍを超える場合には、透明着色膜が厚くなってその正確なパターニングが困難となる。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明は、前記遮光膜の膜厚を特定したものである。遮光膜は遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、しかも、その遮光性を高めているから、その膜厚が厚い場合には正確なパターニングが困難である。他方、膜厚が薄い場合には遮光性が不足する。請求項２に記載の発明は、このような理由から遮光膜の適正な膜厚を特定したものである。
【００１９】
すなわち、請求項２に記載の発明は、前記遮光膜の膜厚が０．９〜１．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用カラーフィルタである。
【００２０】
次に、請求項３及び４は、前記遮光膜の端部と透明着色膜の端部とを重ねることにより、両者の間に隙間が生じることを防止したことを明らかにしたものである。
【００２１】
すなわち、請求項３に記載の発明は、前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタであり、他方、請求項４に記載の発明は、前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部の上に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ネガ型フォトレジストを使用して形成した遮光膜と透明着色膜を有するカラーフィルタでありながら両者の重なり部からの光洩れを防止することができる。また、その光学密度と厚みを制御するだけなので、別異の工程や材料を要することがなく、その製造コストも安価である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るカラーフィルタの要部を説明するための断面説明図
【図２】カラーフィルタの断面説明図
【図３】従来のカラーフィルタの要部を説明するための断面説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示すように、本発明は、透明基板上に遮光膜と透明着色膜とを設けて構成されるカラーフィルタである。透明着色膜は表示画面の画素領域に設けられ、表示光を着色してカラー表示を可能とする。また、遮光膜は画素領域の画素領域との間の部位に設けられ、画素領域を区画する。遮光膜は一般にストライプ状又はマトリクス状に設けられることから、ブラックストライプ又はブラックマトリクスと呼ばれることがある。そして、この遮光膜は光の透過を防止して、隣接する画素を透過する表示光同士の混合を防止する役割を果たす。
【００２５】
これら遮光膜と透明着色膜とは、いずれも、着色剤を含有するネガ型フォトレジストを露光現像して硬化させたものから構成される。遮光膜に含まれる着色剤は、例えばカーボンブラック等の遮光性着色剤である。また、透明着色膜に含まれる着色剤は、透過光を着色するもので、画素によって色彩の異なる着色剤を使用する。透明着色膜に含まれる代表的な着色剤は、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）を示す着色剤である
。
【００２６】
そして、遮光膜はその遮光性が高いものであることが必要である。すなわち、その光学密度が１μｍ当たり４．０以上である必要がある。このような遮光性の高い遮光膜は、例えば、カーボンブラック等の黒色顔料を高濃度に含有するネガ型フォトレジストを０．９μｍ以上の膜厚に塗布することで形成することができる。もっとも、その着色剤の種類に応じて必要な含有量及び膜厚は異なる。なお、後述する実験例から分かるように、遮光膜は７５％以上の黒色顔料を含むことが望ましい。すなわち、ネガ型フォトレジストの固形分に対して７５％以上の黒色顔料を含むことが望ましい。また、後述する実験例から分かるように、塗布前のネガ型フォトレジスト（溶剤分を含む）は５５重量％の黒色顔料を含むことができる。なお、遮光膜の膜厚は０．９〜１．８μｍの範囲にあることが望ましい。
【００２７】
また、透明着色膜の膜厚は遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚いことを要する。透明着色膜の膜厚と遮光膜の膜厚の差が０．５μｍに満たない場合、透明着色膜と遮光膜の境界部位から光洩れが生じることがある。また、１．５μｍを越える場合、透明着色膜の正確なパターニングが困難である。
【００２８】
次に、本発明に係るカラーフィルタを構成する材料及び製造方法について説明する。
【００２９】
本発明に係る透明基板としては、その代表例として、ガラス基板を例示することができる。このほか、透明な合成樹脂基板を使用することもできる。例えば、アクリル樹脂基板である。
【００３０】
次に、遮光膜及び透明着色膜は、それぞれ、着色剤を含有するネガ型フォトレジストを塗布硬化して得られた被膜で構成される。このフォトレジストは、前記着色剤の他、バインダー樹脂、光重合開始剤の作用により硬化するモノマー、光重合開始剤、有機溶剤を混合して製造することができる。なお、これらを混合するに当たっては、まず、着色剤として顔料を使用して、この顔料をバインダー樹脂溶液に混合し微分散させて顔料分散体を製造した後、この顔料分散体に前記モノマーと光重合開始剤とを混合して感光性を付与して製造することが望ましい。なお、モノマーと光重合開始剤とを混合する際、併せて、バインダー樹脂と有機溶剤とを追加することもできる。
【００３１】
前記バインダー樹脂としては塗膜形成能を有する高分子化合物であれば特に制限は無く、具体的な例としては例えば下記の化合物が挙げられる。
【００３２】
１）ポリオレフィン系ポリマー
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン等
２）ジエン系ポリマー
ポリブタジエン、ポリイソプレン等
３）共役ポリエン構造を有するポリマー
ポリアセチレン系ポリマー、ポリフェニレン系ポリマー等
４）ビニルポリマー
ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルフェノール等
５）ポリエーテル
ポリフェニレンエーテル、ポリオキシラン、ポリオキセタン、ポリテトラヒドロフラン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール等
６）フェノール樹脂
ノボラック樹脂、レゾール樹脂等
７）ポリエステル
ポリエチレンテレフタレート、ポリフェノールフタレインテレフタレート、ポリカーボネート、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等
８）ポリアミド
ナイロン−６、ナイロン６６、水溶性ナイロン、ポリフェニレンアミド等
９）ポリペプチド
ゼラチン、カゼイン等
１０）エポキシ樹脂およびその変性物
ノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシアクリレートおよび酸無水物により変性樹脂等
１１）その他
ポリウレタン、ポリイミド、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイミダゾール、ポリオキサゾール、ポリピロール、ポリアニリン、ポリスルフィド、ポリスルホン、セルロース類等
これらの樹脂の中では樹脂側鎖または主鎖にカルボキシル基あるはいフェノール性水酸基等を有する樹脂を含有すると、レジスト組成物がアルカリ現像可能なため、公害防止の観点から好ましい。特にカルボキシル基を有する樹脂、例えば、アクリル酸（共）重合体、スチレン／無水マレイン酸樹脂、ノボラックエポキシアクリレートの酸無水物変性樹脂等は高アルカリ現像性なので好ましい。さらに、アクリル系樹脂は現像性に優れているので好ましく、様々なモノマーを選択して種々の共重合体を得ることが可能なため、性能および製造制御の観点からより好ましい。
【００３３】
より具体的にはカルボキシル基を含有するアクリル樹脂は、例えば、（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、等のカルボキシル基を有するモノマーとスチレン、α−メチルスチレン、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸イソプロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、酢酸ビニル、アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、グリシジル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテル、エチルアクリル酸グリシジル、クロトン酸グリシジルエーテル、（メタ）アクリル酸クロライド、ベンジル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メタクリロイルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリルアミド、等のコモノマーを共重合させたポリマーが挙げられる。
【００３４】
次に、前記モノマーとしては、光重合開始剤の発生するラジカルの作用によりラジカル重合するモノマーおよび光重合開始剤から発生する酸の作用で付加縮合するモノマー等公知のいずれのものも用い得る。前者の代表的例としては、エチレン性二重結合を有するモノマーが挙げられ、より具体的には、イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ラウリルアクリレート、セチルアクリレート、ステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボニルアクリレート、ベンジルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレート、３−メトキシブチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフリルアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−アクリロイルオキシエチルハイドロゲンフタレート、２−アクリロイルオキシプロピルハイドロゲンフタレート、２−アクリロイルオキシプロピルテトラヒドロハイドロゲンフタレート、モルホリノエチルメタクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、ヘキサフルオロプロピル（メタ）アクリレート、オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート、ヘプタデカフルオロドデシルアクリレート、トリメチルシロキシエチルメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，９−ノナンジオ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、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、グリセリンメタクリレートアクリレート、ビスフェノールＡ、エチレンオキサイド付加物ジアクリレート、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、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド付加トリアクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド付加トリアクリレート、トリスアクリロイルオキシエチレンフォスフェート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ノボラックエポキシのアクリル酸変性物、ノボラックエポキシのアクリル酸および酸無水物の変性物、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、アクリル化イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ウレタンアクリレート、不飽和ポリエステルアクリレート等が挙げられる。これらのモノマーのなかではアクリルモノマー、特に３個以上のエチレン性二重結合を有するアクリルモノマーが好ましい。これらのモノマーは単独または複数組み合わせて使用される。
【００３５】
一方、光重合開始剤から発生する酸の作用で付加縮合するモノマーとしては、メラミン、ベンゾグアナミン，グリコールウリルもしくは尿素にホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそれらのアルキル変性化合物、エポキシ化合物およびレゾール化合物等の架橋作用を有する化合物が挙げられる。具体的には、三井サイアナミド社のサイメル（登録商標）３００、３０１、３０３、３５０、７３６、７３８、３７０、７７１、３２５、３２７、７０３、７０１、２６６、２６７、２８５、２３２、２３５、２３８、１１４１、２７２、２５４、２０２、１１５６、１１５８は、メラミンにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。サイメル（登録商標）１１２３、１１２５、１１２８は、ベンゾグアナミンにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。サイメル（登録商標）１１７０、１１７１、１１７４、１１７２はグリコールウリルにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。尿素にホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例として三井サイアナミド社のＵＦＲ（登録商標）６５、３００を挙げることができる。
【００３６】
また、光重合開始剤としては、公知のいずれのものも用いることができ、紫外線によりエチレン性不飽和基を重合させるラジカルを発生させることのできる化合物および紫外線により酸を発生させる化合物が挙げられる。具体的には２−（４−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−（４−メトキシナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４−エトキシナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４−エトキシカルボニルナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、等のハロメチル化トリアジン誘導体、ハロメチル化オキサジアゾール誘導体、２−（２′−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、２−（２′−クロロフェニル）−４，５−ビス（３′−メトキシフェニル）イミダゾール２量体、２−（２′−フルオロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、２−（２′−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、（４′−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体等のイミダゾール誘導体、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル類、２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン等のアントラキノン誘導体、ベンズアンスロン誘導体、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、２−メチルベンゾフェノン、３−メチルベンゾフェノン、４−メチルベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、４−ブロモベンゾフェノン、２−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α−ヒドロキシ−２−メチルフェニルプロパノン、１−ヒドロキシ−１−メチルエチル−（ｐ−イソプロピルフェニル）ケトン、１−ヒドロキシ−１−（ｐ−ドデシルフェニル）ケトン、２−メチル−（４′−（メチルチオ）フェニル）−２−モルホリノ−１−プロパノン、１，１，１−トリクロロメチル−（ｐ−ブチルフェニル）ケトン等のアセトフェノン誘導体、チオキサントン、２−エチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、２、４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ｐ−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体、９−フェニルアクリジン、９−（ｐ−メトキシフェニル）アクリジン等のアクリジン誘導体、９，１０−ジメチルベンズフェナジン等のフェナジン誘導体、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ジ−クロライド、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−フェニル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，４，５，６−ペンタフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，５，６−テトラフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，４，６−トリフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，６−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，４−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，４，５，６−ペンタフルオロフェニ−１−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，６−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，６−ジ−フルオロ−３−（ピル−１−イル）−フェニ−１−イル等のチタノセン誘導体、２−（ジメチルアミノ）−２−[（４−メチルフェニル）メチル]−１−[４−（４−モルホリニル）フェニル]−１−ブタノン等のα−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤が挙げられる。
【００３７】
また、溶剤としては具体的に、ジイソプロピルエーテル、ミネラルスピリット、ｎ−ペンタン、アミルエーテル、エチルカプリレート、ｎ−ヘキサン、ジエチルエーテル、イソプレン、エチルイソブチルエーテル、ブチルステアレート、ｎ−オクタン、バルソル＃２、アプコ＃１８ソルベント、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、アプコシンナー、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキセン、メチルノニルケトン、プロピルエーテル、ドデカン、Ｓｏｃａｌ ｓｏｌｖｅｎｔ Ｎｏ．１およびＮｏ．２、アミルホルメート、ジヘキシルエーテル、ジイソプロピルケトン、ソルベッソ＃１５０、酢酸ブチル（ｎ、ｓｅｃ、ｔ）、ヘキセン、シェル ＴＳ２８ ソルベント、ブチルクロライド、エチルアミルケトン、エチルベンゾネート、アミルクロライド、エチレングリコールジエチルエーテル、エチルオルソホルメート、メトキシメチルペンタノン、メチルブチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルイソブチレート、ベンゾニトリル、エチルプロピオネート、メチルセロソルブアセテート、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピルアセテート、アミルアセテート、アミルホルメート、ビシクロヘキシル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジペンテン、メトキシメチルペンタノール、メチルアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、プロピルプロピオネート、プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、カルビトール、シクロヘキサノン、酢酸エチル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、３−メトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−メトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸プロピル、３−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールアセテート、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブタノール、トリプロピレングリコールメチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート等の有機溶剤が挙げられる。溶剤は沸点が１００〜２００℃の範囲のものを選択するのが好ましい。より好ましくは１２０〜１７０℃の沸点をもつものである。これらの溶剤は単独もしくは混合して使用される。
【００３８】
次に、遮光性着色剤に適する顔料としては、カーボンブラック、黒鉛、アニリンブラック、シアニンブラックなどの有機顔料、もしくはミロリブルー、酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、アルミナ、コバルト系、マンガン系、タルク、クロム酸塩、フェロシアン化物、各種金属硫酸塩、硫化物、セレン化物、リン酸塩群青、紺青、コバルトブルー、セルリアンブルー、ビリジアン、エメラルドグリーン、コバルトグリーン等の無機顔料が使用できる。また、これらの顔料は複数を混合して使用するか、さらには無機顔料、有顔料機、染料の赤、青、緑色などを混色させることも可能である。
【００３９】
これら遮光性顔料の中で、遮光性、表面平滑性、分散安定性、樹脂との相溶性の面から、カーボンブラックが好ましい。具体的には、例えば、三菱化学社製 商品名「ＭＡ７」、「ＭＡ８」、「ＭＡ１１」、「ＭＡ１００」、「ＭＡ２２０」、「ＭＡ２３０」、「＃５２」、「＃５０」、「＃４７」、「＃４５」、「＃２７００」、「＃２６５０」、「＃２２００」、「＃１０００」、「＃９９０」、及び「＃９００」等、テグサ社製 商品名「Ｐｒｉｎｔｅｘ９５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ９０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ８５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ７５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ５５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３」、「ＰｒｉｎｔｅｘＡ」、「ＰｒｉｎｔｅｘＧ」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ３５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ２５０」、及び「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ１００」等、キャボット社製 商品名「Ｍｏｎａｒｃｈ４６０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４３０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ２８０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ１２０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ８００」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４６３０」、「ＲＥＧＡＬ９９」、「ＲＥＧＡＬ９９Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ４１５」、「ＲＥＧＡＬ４１５Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ２５０」、「ＲＥＧＡＬ２５０Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ３３０」、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ４８０」、及び「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ１３０」等、コロンビアンカーボン社製 商品名「ＲＡＶＥＮ１１、「ＲＡＶＥＮ１５」、「ＲＡＶＥＮ３０」、「ＲＡＶＥＮ３５」、「ＲＡＶＥＮ４０」、「ＲＡＶＥＮ４１０」、「ＲＡＶＥＮ４２０」、「ＲＡＶＥＮ４５０」、「ＲＡＶＥＮ５００」、「ＲＡＶＥＮ７８０」、「ＲＡＶＥＮ８５０」、「ＲＡＶＥＮ８９０Ｈ」、「ＲＡＶＥＮ１０００」、「ＲＡＶＥＮｌ０２０」、「ＲＡＶＥＮ１０４０」等が挙げられる。これらの顔料は単独で、あるいは複数を混合して用いることができる。
【００４０】
また、透明着色層に適用される着色顔料としては、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリノン系、チオインジコ系、ジケトピロロピロール系、ペリレン系あるいはこれらの顔料の混合物が例示できる。
【実施例】
【００４１】
次に、具体的な実験データによって本発明を説明する。説明する実験データは、遮光膜の光学密度とその膜厚、及び透明着色膜の膜厚を互いに異なるように製造した７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）に関するものである。なお、これら実験例１〜７のカラーフィルタに使用された材料及びその製造工程は共通である。
【００４２】
そこで、まず、これらカラーフィルタの材料及び製造工程を説明する。製造工程は、バ
インダー樹脂の合成、顔料分散体の製造、フォトレジストの製造、カラーフィルタの製造の各工程に分かれている。これら各工程ごとにその材料と製造方法を説明する。
【００４３】
（バインダー樹脂の合成）
反応容器にシクロヘキサノン３７０重量部を収容し、この容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加熱して、この温度に維持しながら、メタクリル酸２０．０重量部、メチルメタクリレート１０．０重量部、ｎ−ブチルメタクリレート５５．０重量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５．０重量部及び２−２’−アゾビスイソブチロニトリル４．０重量部の混合物を１時間かけて滴下し、重合反応を行った。
【００４４】
滴下終了後、２−２’−アゾビスイソブチロニトリル１．０重量部をシクロヘキサノン５０重量部に溶解させた溶液を添加し、さらに８０℃で１時間反応を続けて、アクリル樹脂共重合体溶液を製造した。
【００４５】
このアクリル樹脂共重合体溶液を室温まで冷却した後、このアクリル樹脂共重合体溶液２ｇをサンプリングして、１８０℃で２０分間加熱乾燥して不揮発分を測定した。この測定結果に基づき、前記アクリル樹脂共重合体溶液にシクロヘキサノンを追加して、不揮発分２０重量％のアクリル樹脂共重合体溶液を製造した。なお、このアクリル樹脂の重量平均分子量は４０，０００であった。
【００４６】
（顔料分散体の製造）
下記表１に示す組成の混合物を均一に撹拌混合し、直径１ｍｍのガラスビーズを用いてサンドミルにて５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過し、赤色顔料分散体Ｒ−１，緑色顔料分散体Ｇ−１，青色顔料分散体Ｂ−１及び黒色顔料分散体ＢＭ−１を製造した。
【００４７】
【表１】
なお、表１中、ＰＲ２５４はジケトピロロピロール系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４）、ＰＲ１７７はアントラキノン系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７）、ＰＧ３６はハロゲン化銅フタロシアニン系緑色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６）、ＰＢ１５：６はε型銅フタロシアニン系青色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６）、ＰＹ１５０はニッケルアゾ錯体系黄色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０）、ＣＢはカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌａｃｋ ７）を示している。また、顔料分散剤としては日本ルーブリゾール社製「ソルスパース２００００」を使用した。溶剤はシクロヘキサノンである。また、表１中、組成はすべて重量部で表示している。
【００４８】
（フォトレジストの製造）
次に、前記顔料分散体Ｒ−１，Ｇ−１，Ｂ−１及びＢＭ−１を使用して、赤色フォトレジストＲ１，緑色フォトレジストＧ１，青色フォトレジストＢ１，黒色フォトレジストＢＭ１、黒色フォトレジストＢＭ２及び黒色フォトレジストＢＭ３を製造した。その組成は表３のとおりである。なお、各フォトレジストは、それぞれ、表２に示す材料を撹拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して製造した。
【００４９】
【表２】
なお、表２中、アクリル樹脂溶液は先に製造したアクリル樹脂共重合体溶液である。また、モノマーとしては字ペンタエリスリトールヘキサアクリレート（東亜合成社製「アロニックスＭ−４０２」）、光重合開始剤としては、α−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤（２−（ジメチルアミノ）−２−[（４−メチルフェニル）メチル]−１−[４−（４−モルホリニル）フェニル]−１−ブタノン）を使用した。溶剤はシクロヘキサノンである。また、表２中、組成はすべて重量部で表示している。
【００５０】
（カラーフィルタの製造）
透明基板として１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板を使用して、表１に示すカラーフィルタ（実験例１〜７）を製造した。このガラス基板上に、黒色フォトレジストＢＭ１、黒色フォトレジストＢＭ２及び黒色フォトレジストＢＭ３のいずれかをスピンコーターで塗布し、７０℃のオーブン内に１５分間静置し、余剰の溶剤を除去乾燥した。この後、フォトレジストの塗膜から１５０μｍの間隔をあけて、２０μｍのパターンを有するフォトマスクを用い、光源として超高圧水銀灯ランプを用いて２００ｍＪ／ｃｍ２の照射エネルギーとなるように露光し、２．５％炭酸ナトリウム水溶液で６０秒間現像し、水洗し、さらに乾燥後、２３０℃で６０分間加熱処理して遮光膜を形成した。
【００５１】
次に、遮光膜を形成した前記ガラス基板上に、赤色フォトレジストＲ１を、スピンコーターで塗布し、７０℃のオーブン内に１５分間静置し、余剰の溶剤を除去乾燥した。この後、フォトレジストの塗膜から１５０μｍの間隔をあけて、１００のストライプパターンを有するフォトマスクを用い、光源として超高圧水銀灯ランプを用いて２００ｍＪ／ｃｍ２の照射エネルギーとなるように露光し、２．５％炭酸ナトリウム水溶液で６０秒間現像し、水洗し、さらに乾燥後、２３０℃で６０分間加熱処理して赤色透明着色膜を形成した。この後、同様に緑色透明着色膜と青色透明着色膜を形成して、表３に示す７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）を製造した。
【００５２】
（評価及び考察）
これら７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）について、遮光膜と透明着色膜との境界部からの光漏れの有無、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れの有無、遮光膜及び透明着色膜のパターニング性について評価し、これらの評価結果に基づいて総合判定した。その結果を表３に示す。なお、表３中、光学密度は遮光膜（ＢＭ）の１μｍ当たりの光学密度を意味する。
【００５３】
【表３】
このデータから読み取れる要点は次のとおりである。
【００５４】
（１）まず遮光膜（ＢＭ）の光学密度に着目すると、実験例７の光学密度は３．４であり、遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じている。これに対し、その他の実験例ではすべて４．０〜４．８であり、遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じていないか、あるいは光漏れが生じていてもごくわずかであることが分かる。
【００５５】
なお、実験例５と実験例１とを比較すると、両者の遮光膜（ＢＭ）の光学密度は共に４であるが、実験例５は遮光膜（ＢＭ）の膜厚が０．８μｍと薄いためにわずかに遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じているのに対し、実験例１の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は１．０μｍであり、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れは生じていない。
【００５６】
この結果、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れを防止するためにはその光学密度が４以上であればよいこと、望ましくは遮光膜（ＢＭ）の膜厚が０．９μｍ以上であることが分かる。る。
【００５７】
（２）次に、透明着色膜と遮光膜（ＢＭ）との膜厚差に着目すると、実験例４の膜厚差が０．３μｍであって、その境界部からの光漏れが生じているのに対し、その他の実験例ではいずれも膜厚差が０．５μｍ以上であり、境界部からの光漏れは生じていない。この結果、境界部からの光漏れを防止するためには膜厚差が０．５μｍ以上であればよいことが分かる。
【００５８】
なお、実験例５及び実験例６の膜厚差は２．０μｍであるが、このような大きな膜厚差を得るために、透明着色膜の膜厚を、それぞれ、２．８μｍ、３．０μｍと大きくしており、このため、そのパターニング性が劣り、正確なパターニングが困難であることが分かる。また、この実験例５と実験例６との比較から、透明着色膜の膜厚が大きいほど正確なパターニングが一層困難となることが分かる。
【００５９】
この結果から、境界部からの光漏れを防いでしかも正確なパターンを形成するためには、透明着色膜と遮光膜（ＢＭ）との膜厚差が０．５〜１．５μｍの範囲にある必要があることが分かる。
【００６０】
（３）次に、遮光膜（ＢＭ）の膜厚に着目する。前記（１）に記載のように、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れを防止するため、遮光膜（ＢＭ）の膜厚は０．９μｍ以上であることが望ましい。他方、その上限値について検討すると、実験例３の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は２．０μｍであり、そのパターニング性が劣り、正確なパターン形成が困難であることが分かる。これに対し、実験例２の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は１．８μｍであり、パターニング性に優れている。この結果、遮光膜（ＢＭ）の正確なパターン形成のため、望ましくはその膜厚が１．８μｍ以下であることが分かる。
【００６１】
（４）次に、遮光膜の中の黒色顔料の濃度に着目して検討する。遮光膜はフォトレジストの固形分から構成されており、したがって、遮光膜の中の黒色顔料の濃度はフォトレジストの固形分に対する黒色顔料の濃度で表現できるから、実験例７の黒色顔料濃度は、４０．０／（４０．０＋１２．５＋１．３０＋４．００＋４２．２）×１００＝約６９％であり、その光学密度は３．４である。これに対し、実験例１〜６の黒色顔料濃度は約７５％であり、その光学密度は４．０である。この結果、光学密度を４．０以上とするためには、黒色顔料濃度を約７５％以上とすればよいことが分かる。
【００６２】
なお、実験例８は、フォトレジストＢＭ３中の黒色顔料が５５．０重量％であるにも拘らず、パターニング性にもすぐれていることから、溶剤分を含む塗布前のフォトレジストは、この程度の高濃度の黒色顔料を含有することができることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用カラーフィルタに関する。例えば液晶ディスプレイに利用するカラーフィルタである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、２枚の基板の間に液晶を挟み、この液晶に画素ごとに電圧を印加して光の透過と非透過（遮断）とを制御して、この透過部分と遮断部分とで画面表示を行うディスプレイである。そして、２枚の前記基板のうち一方の基板に画素ごとに透明着色膜を設けて、その透過光を着色することにより、カラー表示を可能としている。
【０００３】
この透明着色膜を設けた基板は一般にカラーフィルタと呼ばれるが、このカラーフィルタは、例えば、図２の断面説明図に示すような構造を有している。すなわち、カラーフィルタは、透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備えて構成されている。透明着色膜は画素領域ごとに異なる色彩を有しており、代表的には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の三色の透明着色膜が利用される。これら三色は光の三原色であり、これら三原色及びその混合によって色彩のほぼ全てを表示することが可能となる。また、遮光膜は、特定の画素領域を透過する光と隣接する画素領域を透過する光との混合を防止するものである。例えば、赤色（Ｒ）画素に隣接して緑色（Ｇ）画素が存在する場合、この両者を透過する光同士の混合を防ぐことで鮮明なカラー画面の表示が可能となる。
【０００４】
前記遮光膜としてはクロム等の金属の薄膜が知られている。この金属薄膜は、例えば真空蒸着やスパッタリングによって透明基板上に設けることができる。その厚みは１μｍ以下である。金属薄膜はその光遮断性が高いが、反面、光反射性が高く、表示画面の光反射が表示品質を低下させることがある。
【０００５】
また、前記遮光膜として、合成樹脂に遮光性顔料を混合した被膜も知られている。例えば、特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂に遮光性顔料を混合して透明基板に塗布して遮光性被膜を形成し、この被膜上にポジ型フォトレジストを塗布した後ポジ型フォトレジストを露光現像してパターニングし、このパターン状レジストをマスクとして前記遮光性被膜をエッチングして、前記遮光膜を形成する技術を開示している。遮光性顔料としては、例えば、カーボンブラックが好適に用いられる。
【０００６】
他方、合成樹脂に遮光性顔料を混合した被膜から構成される遮光膜として、ネガ型フォトレジストに遮光性顔料を混合して透明基板に塗布した後、露光現像して前記遮光膜を形成する技術も知られている（特許文献４）。
【０００７】
また、前記透明着色膜としては、一般に、合成樹脂に着色顔料を混合した被膜が利用されている。また、その製膜方法も遮光膜の形成方法と同様である。例えば、前記特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂と着色顔料の混合物の被膜上にポジ型フォトレジストを塗布した後ポジ型フォトレジストを露光現像してパターニングし、このパターン状レジストをマスクとして前記被膜をエッチングして、前記透明着色膜を形成する。また、前記特許文献４では、ネガ型フォトレジストと着色顔料の混合物の被膜を露光現像して前記透明着色膜を形成する。遮光膜と透明着色膜とを同様の方法によって形成することにより、その製造設備が共通となって管理が容易となるばかりでなく、遮光膜と透明着色膜との密着性を高めることが可能となる。
【０００８】
ところで、透明着色膜と遮光膜との厳密な位置合わせは困難である等の理由から、図３に示すように、前記透明着色膜は、その端部が遮光膜の端部に重ねられるように設けられる。しかしながら、こうして重ねられた部分は透明着色膜や遮光膜の膜厚より厚くなって突起状に盛り上がり、この結果、電圧を印加して液晶を制御しても、重なり部においてはその液晶分子の配向方向が乱れることになる。そして、この配向の乱れに起因して、透明着色膜と遮光膜との境界に沿って光の洩れが生じるのである。
【０００９】
これを防ぐため、前記特許文献１〜３では、ポリイミド樹脂の厚みやポジ型フォトレジストの厚み、あるいは露光条件やエッチング条件を制御することにより、遮光膜の端部や透明着色膜の端部をテーパー状に薄くする技術を開示している。しかし、この技術をネガ型フォトレジストを使用する方法に適用することはできない。
【００１０】
また、前記特許文献４は、透明基板上に遮光膜を形成した後、この遮光膜を被覆して全面に透明樹脂膜を形成することにより平坦化し、この平坦化によって前記突起を防止する技術を開示している。しかし、この技術によれば、平坦化のための透明樹脂膜を形成する工程が必要となり、また、その材料も要するため、その製造コストを押し上げるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０９−１１３７２１号公報
【特許文献２】特開平０９−１１３７２２号公報
【特許文献３】特開平０９−１２００６３号公報
【特許文献４】特開平１０−２６８１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、ネガ型フォトレジストを使用して形成した遮光膜と透明着色膜を有するカラーフィルタでありながら光洩れを防止することのできるカラーフィルタであって、しかも安価に製造できるカラーフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明は、遮光膜の遮光性を高めてその膜厚を薄くし、他方、透明着色膜の膜厚を厚くすることによって、両者の重なり部の突起を小さくし、前記突起の高さを低くすることに成功したものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明は透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記画素領域ごとに透過光を着色するディスプレイ用カラーフィルタであって、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、他方、前記透明着色膜が透明着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタにおいて、
前記遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上であり、かつ、前記透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成されていることを特徴とするディスプレイ用カラーフィルタである。
【００１５】
後述する実施例から分かるように、遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０に満たない場合、その遮光性が不十分で、この遮光膜の部位から光洩れが生じることがある。これに対し、光学密度が４．０以上であれば遮光性は十分である。
【００１６】
また、これも後述する実施例から明らかなように、透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より大きく、その差が０．５μｍ以上の場合には、前記重なり部からの光洩れが生じない。この重なり部に突起が生じないか、あるいは実害のない程度の突起が生じているに過ぎないのである。
【００１７】
なお、透明着色膜の膜厚と遮光膜の膜厚の差が１．５μｍを超える場合には、透明着色膜が厚くなってその正確なパターニングが困難となる。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明は、前記遮光膜の膜厚を特定したものである。遮光膜は遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、しかも、その遮光性を高めているから、その膜厚が厚い場合には正確なパターニングが困難である。他方、膜厚が薄い場合には遮光性が不足する。請求項２に記載の発明は、このような理由から遮光膜の適正な膜厚を特定したものである。
【００１９】
すなわち、請求項２に記載の発明は、前記遮光膜の膜厚が０．９〜１．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用カラーフィルタである。
【００２０】
次に、請求項３及び４は、前記遮光膜の端部と透明着色膜の端部とを重ねることにより、両者の間に隙間が生じることを防止したことを明らかにしたものである。
【００２１】
すなわち、請求項３に記載の発明は、前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタであり、他方、請求項４に記載の発明は、前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部の上に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ネガ型フォトレジストを使用して形成した遮光膜と透明着色膜を有するカラーフィルタでありながら両者の重なり部からの光洩れを防止することができる。また、その光学密度と厚みを制御するだけなので、別異の工程や材料を要することがなく、その製造コストも安価である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るカラーフィルタの要部を説明するための断面説明図
【図２】カラーフィルタの断面説明図
【図３】従来のカラーフィルタの要部を説明するための断面説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示すように、本発明は、透明基板上に遮光膜と透明着色膜とを設けて構成されるカラーフィルタである。透明着色膜は表示画面の画素領域に設けられ、表示光を着色してカラー表示を可能とする。また、遮光膜は画素領域の画素領域との間の部位に設けられ、画素領域を区画する。遮光膜は一般にストライプ状又はマトリクス状に設けられることから、ブラックストライプ又はブラックマトリクスと呼ばれることがある。そして、この遮光膜は光の透過を防止して、隣接する画素を透過する表示光同士の混合を防止する役割を果たす。
【００２５】
これら遮光膜と透明着色膜とは、いずれも、着色剤を含有するネガ型フォトレジストを露光現像して硬化させたものから構成される。遮光膜に含まれる着色剤は、例えばカーボンブラック等の遮光性着色剤である。また、透明着色膜に含まれる着色剤は、透過光を着色するもので、画素によって色彩の異なる着色剤を使用する。透明着色膜に含まれる代表的な着色剤は、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）を示す着色剤である
。
【００２６】
そして、遮光膜はその遮光性が高いものであることが必要である。すなわち、その光学密度が１μｍ当たり４．０以上である必要がある。このような遮光性の高い遮光膜は、例えば、カーボンブラック等の黒色顔料を高濃度に含有するネガ型フォトレジストを０．９μｍ以上の膜厚に塗布することで形成することができる。もっとも、その着色剤の種類に応じて必要な含有量及び膜厚は異なる。なお、後述する実験例から分かるように、遮光膜は７５％以上の黒色顔料を含むことが望ましい。すなわち、ネガ型フォトレジストの固形分に対して７５％以上の黒色顔料を含むことが望ましい。また、後述する実験例から分かるように、塗布前のネガ型フォトレジスト（溶剤分を含む）は５５重量％の黒色顔料を含むことができる。なお、遮光膜の膜厚は０．９〜１．８μｍの範囲にあることが望ましい。
【００２７】
また、透明着色膜の膜厚は遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚いことを要する。透明着色膜の膜厚と遮光膜の膜厚の差が０．５μｍに満たない場合、透明着色膜と遮光膜の境界部位から光洩れが生じることがある。また、１．５μｍを越える場合、透明着色膜の正確なパターニングが困難である。
【００２８】
次に、本発明に係るカラーフィルタを構成する材料及び製造方法について説明する。
【００２９】
本発明に係る透明基板としては、その代表例として、ガラス基板を例示することができる。このほか、透明な合成樹脂基板を使用することもできる。例えば、アクリル樹脂基板である。
【００３０】
次に、遮光膜及び透明着色膜は、それぞれ、着色剤を含有するネガ型フォトレジストを塗布硬化して得られた被膜で構成される。このフォトレジストは、前記着色剤の他、バインダー樹脂、光重合開始剤の作用により硬化するモノマー、光重合開始剤、有機溶剤を混合して製造することができる。なお、これらを混合するに当たっては、まず、着色剤として顔料を使用して、この顔料をバインダー樹脂溶液に混合し微分散させて顔料分散体を製造した後、この顔料分散体に前記モノマーと光重合開始剤とを混合して感光性を付与して製造することが望ましい。なお、モノマーと光重合開始剤とを混合する際、併せて、バインダー樹脂と有機溶剤とを追加することもできる。
【００３１】
前記バインダー樹脂としては塗膜形成能を有する高分子化合物であれば特に制限は無く、具体的な例としては例えば下記の化合物が挙げられる。
【００３２】
１）ポリオレフィン系ポリマー
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン等
２）ジエン系ポリマー
ポリブタジエン、ポリイソプレン等
３）共役ポリエン構造を有するポリマー
ポリアセチレン系ポリマー、ポリフェニレン系ポリマー等
４）ビニルポリマー
ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルフェノール等
５）ポリエーテル
ポリフェニレンエーテル、ポリオキシラン、ポリオキセタン、ポリテトラヒドロフラン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール等
６）フェノール樹脂
ノボラック樹脂、レゾール樹脂等
７）ポリエステル
ポリエチレンテレフタレート、ポリフェノールフタレインテレフタレート、ポリカーボネート、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等
８）ポリアミド
ナイロン−６、ナイロン６６、水溶性ナイロン、ポリフェニレンアミド等
９）ポリペプチド
ゼラチン、カゼイン等
１０）エポキシ樹脂およびその変性物
ノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹脂、ノボラックエポキシアクリレートおよび酸無水物により変性樹脂等
１１）その他
ポリウレタン、ポリイミド、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイミダゾール、ポリオキサゾール、ポリピロール、ポリアニリン、ポリスルフィド、ポリスルホン、セルロース類等
これらの樹脂の中では樹脂側鎖または主鎖にカルボキシル基あるはいフェノール性水酸基等を有する樹脂を含有すると、レジスト組成物がアルカリ現像可能なため、公害防止の観点から好ましい。特にカルボキシル基を有する樹脂、例えば、アクリル酸（共）重合体、スチレン／無水マレイン酸樹脂、ノボラックエポキシアクリレートの酸無水物変性樹脂等は高アルカリ現像性なので好ましい。さらに、アクリル系樹脂は現像性に優れているので好ましく、様々なモノマーを選択して種々の共重合体を得ることが可能なため、性能および製造制御の観点からより好ましい。
【００３３】
より具体的にはカルボキシル基を含有するアクリル樹脂は、例えば、（メタ）アクリル酸、（無水）マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、等のカルボキシル基を有するモノマーとスチレン、α−メチルスチレン、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸イソプロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、酢酸ビニル、アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、グリシジル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテル、エチルアクリル酸グリシジル、クロトン酸グリシジルエーテル、（メタ）アクリル酸クロライド、ベンジル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メタクリロイルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリルアミド、等のコモノマーを共重合させたポリマーが挙げられる。
【００３４】
次に、前記モノマーとしては、光重合開始剤の発生するラジカルの作用によりラジカル重合するモノマーおよび光重合開始剤から発生する酸の作用で付加縮合するモノマー等公知のいずれのものも用い得る。前者の代表的例としては、エチレン性二重結合を有するモノマーが挙げられ、より具体的には、イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ラウリルアクリレート、セチルアクリレート、ステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボニルアクリレート、ベンジルアクリレート、２−メトキシエチルアクリレート、３−メトキシブチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフリルアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−アクリロイルオキシエチルハイドロゲンフタレート、２−アクリロイルオキシプロピルハイドロゲンフタレート、２−アクリロイルオキシプロピルテトラヒドロハイドロゲンフタレート、モルホリノエチルメタクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、ヘキサフルオロプロピル（メタ）アクリレート、オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート、ヘプタデカフルオロドデシルアクリレート、トリメチルシロキシエチルメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，９−ノナンジオ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、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、グリセリンメタクリレートアクリレート、ビスフェノールＡ、エチレンオキサイド付加物ジアクリレート、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、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド付加トリアクリレート、グリセリンプロピレンオキサイド付加トリアクリレート、トリスアクリロイルオキシエチレンフォスフェート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ノボラックエポキシのアクリル酸変性物、ノボラックエポキシのアクリル酸および酸無水物の変性物、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、アクリル化イソシアヌレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ウレタンアクリレート、不飽和ポリエステルアクリレート等が挙げられる。これらのモノマーのなかではアクリルモノマー、特に３個以上のエチレン性二重結合を有するアクリルモノマーが好ましい。これらのモノマーは単独または複数組み合わせて使用される。
【００３５】
一方、光重合開始剤から発生する酸の作用で付加縮合するモノマーとしては、メラミン、ベンゾグアナミン，グリコールウリルもしくは尿素にホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそれらのアルキル変性化合物、エポキシ化合物およびレゾール化合物等の架橋作用を有する化合物が挙げられる。具体的には、三井サイアナミド社のサイメル（登録商標）３００、３０１、３０３、３５０、７３６、７３８、３７０、７７１、３２５、３２７、７０３、７０１、２６６、２６７、２８５、２３２、２３５、２３８、１１４１、２７２、２５４、２０２、１１５６、１１５８は、メラミンにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。サイメル（登録商標）１１２３、１１２５、１１２８は、ベンゾグアナミンにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。サイメル（登録商標）１１７０、１１７１、１１７４、１１７２はグリコールウリルにホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例である。尿素にホルムアルデヒドを作用させた化合物またはそのアルキル変性物の例として三井サイアナミド社のＵＦＲ（登録商標）６５、３００を挙げることができる。
【００３６】
また、光重合開始剤としては、公知のいずれのものも用いることができ、紫外線によりエチレン性不飽和基を重合させるラジカルを発生させることのできる化合物および紫外線により酸を発生させる化合物が挙げられる。具体的には２−（４−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−（４−メトキシナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４−エトキシナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（４−エトキシカルボニルナフチル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、等のハロメチル化トリアジン誘導体、ハロメチル化オキサジアゾール誘導体、２−（２′−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、２−（２′−クロロフェニル）−４，５−ビス（３′−メトキシフェニル）イミダゾール２量体、２−（２′−フルオロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、２−（２′−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体、（４′−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体等のイミダゾール誘導体、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等のベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル類、２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン等のアントラキノン誘導体、ベンズアンスロン誘導体、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、２−メチルベンゾフェノン、３−メチルベンゾフェノン、４−メチルベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、４−ブロモベンゾフェノン、２−カルボキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α−ヒドロキシ−２−メチルフェニルプロパノン、１−ヒドロキシ−１−メチルエチル−（ｐ−イソプロピルフェニル）ケトン、１−ヒドロキシ−１−（ｐ−ドデシルフェニル）ケトン、２−メチル−（４′−（メチルチオ）フェニル）−２−モルホリノ−１−プロパノン、１，１，１−トリクロロメチル−（ｐ−ブチルフェニル）ケトン等のアセトフェノン誘導体、チオキサントン、２−エチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、２、４−ジエチルチオキサントン、２，４−ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン誘導体、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ｐ−ジエチルアミノ安息香酸エチル等の安息香酸エステル誘導体、９−フェニルアクリジン、９−（ｐ−メトキシフェニル）アクリジン等のアクリジン誘導体、９，１０−ジメチルベンズフェナジン等のフェナジン誘導体、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ジ−クロライド、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−フェニル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，４，５，６−ペンタフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，５，６−テトラフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，４，６−トリフルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，６−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，４−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，３，４，５，６−ペンタフルオロフェニ−１−イル、ジ−メチルシクロペンタジエニル−Ｔｉ−ビス−２，６−ジ−フルオロフェニ−１−イル、ジ−シクロペンタジエニル−Ｔｉ−２，６−ジ−フルオロ−３−（ピル−１−イル）−フェニ−１−イル等のチタノセン誘導体、２−（ジメチルアミノ）−２−[（４−メチルフェニル）メチル]−１−[４−（４−モルホリニル）フェニル]−１−ブタノン等のα−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤が挙げられる。
【００３７】
また、溶剤としては具体的に、ジイソプロピルエーテル、ミネラルスピリット、ｎ−ペンタン、アミルエーテル、エチルカプリレート、ｎ−ヘキサン、ジエチルエーテル、イソプレン、エチルイソブチルエーテル、ブチルステアレート、ｎ−オクタン、バルソル＃２、アプコ＃１８ソルベント、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、アプコシンナー、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキセン、メチルノニルケトン、プロピルエーテル、ドデカン、Ｓｏｃａｌ ｓｏｌｖｅｎｔ Ｎｏ．１およびＮｏ．２、アミルホルメート、ジヘキシルエーテル、ジイソプロピルケトン、ソルベッソ＃１５０、酢酸ブチル（ｎ、ｓｅｃ、ｔ）、ヘキセン、シェル ＴＳ２８ ソルベント、ブチルクロライド、エチルアミルケトン、エチルベンゾネート、アミルクロライド、エチレングリコールジエチルエーテル、エチルオルソホルメート、メトキシメチルペンタノン、メチルブチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルイソブチレート、ベンゾニトリル、エチルプロピオネート、メチルセロソルブアセテート、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピルアセテート、アミルアセテート、アミルホルメート、ビシクロヘキシル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジペンテン、メトキシメチルペンタノール、メチルアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、プロピルプロピオネート、プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、カルビトール、シクロヘキサノン、酢酸エチル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、３−メトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸メチル、３−メトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸プロピル、３−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールアセテート、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブタノール、トリプロピレングリコールメチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブチルアセテート等の有機溶剤が挙げられる。溶剤は沸点が１００〜２００℃の範囲のものを選択するのが好ましい。より好ましくは１２０〜１７０℃の沸点をもつものである。これらの溶剤は単独もしくは混合して使用される。
【００３８】
次に、遮光性着色剤に適する顔料としては、カーボンブラック、黒鉛、アニリンブラック、シアニンブラックなどの有機顔料、もしくはミロリブルー、酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、アルミナ、コバルト系、マンガン系、タルク、クロム酸塩、フェロシアン化物、各種金属硫酸塩、硫化物、セレン化物、リン酸塩群青、紺青、コバルトブルー、セルリアンブルー、ビリジアン、エメラルドグリーン、コバルトグリーン等の無機顔料が使用できる。また、これらの顔料は複数を混合して使用するか、さらには無機顔料、有顔料機、染料の赤、青、緑色などを混色させることも可能である。
【００３９】
これら遮光性顔料の中で、遮光性、表面平滑性、分散安定性、樹脂との相溶性の面から、カーボンブラックが好ましい。具体的には、例えば、三菱化学社製 商品名「ＭＡ７」、「ＭＡ８」、「ＭＡ１１」、「ＭＡ１００」、「ＭＡ２２０」、「ＭＡ２３０」、「＃５２」、「＃５０」、「＃４７」、「＃４５」、「＃２７００」、「＃２６５０」、「＃２２００」、「＃１０００」、「＃９９０」、及び「＃９００」等、テグサ社製 商品名「Ｐｒｉｎｔｅｘ９５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ９０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ８５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ７５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ５５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４５」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ４０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３０」、「Ｐｒｉｎｔｅｘ３」、「ＰｒｉｎｔｅｘＡ」、「ＰｒｉｎｔｅｘＧ」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ５５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ３５０」、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ２５０」、及び「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ１００」等、キャボット社製 商品名「Ｍｏｎａｒｃｈ４６０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４３０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ２８０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ１２０」、「Ｍｏｎａｒｃｈ８００」、「Ｍｏｎａｒｃｈ４６３０」、「ＲＥＧＡＬ９９」、「ＲＥＧＡＬ９９Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ４１５」、「ＲＥＧＡＬ４１５Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ２５０」、「ＲＥＧＡＬ２５０Ｒ」、「ＲＥＧＡＬ３３０」、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ４８０」、及び「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ１３０」等、コロンビアンカーボン社製 商品名「ＲＡＶＥＮ１１、「ＲＡＶＥＮ１５」、「ＲＡＶＥＮ３０」、「ＲＡＶＥＮ３５」、「ＲＡＶＥＮ４０」、「ＲＡＶＥＮ４１０」、「ＲＡＶＥＮ４２０」、「ＲＡＶＥＮ４５０」、「ＲＡＶＥＮ５００」、「ＲＡＶＥＮ７８０」、「ＲＡＶＥＮ８５０」、「ＲＡＶＥＮ８９０Ｈ」、「ＲＡＶＥＮ１０００」、「ＲＡＶＥＮｌ０２０」、「ＲＡＶＥＮ１０４０」等が挙げられる。これらの顔料は単独で、あるいは複数を混合して用いることができる。
【００４０】
また、透明着色層に適用される着色顔料としては、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、アントラキノン系、ペリノン系、チオインジコ系、ジケトピロロピロール系、ペリレン系あるいはこれらの顔料の混合物が例示できる。
【実施例】
【００４１】
次に、具体的な実験データによって本発明を説明する。説明する実験データは、遮光膜の光学密度とその膜厚、及び透明着色膜の膜厚を互いに異なるように製造した７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）に関するものである。なお、これら実験例１〜７のカラーフィルタに使用された材料及びその製造工程は共通である。
【００４２】
そこで、まず、これらカラーフィルタの材料及び製造工程を説明する。製造工程は、バ
インダー樹脂の合成、顔料分散体の製造、フォトレジストの製造、カラーフィルタの製造の各工程に分かれている。これら各工程ごとにその材料と製造方法を説明する。
【００４３】
（バインダー樹脂の合成）
反応容器にシクロヘキサノン３７０重量部を収容し、この容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加熱して、この温度に維持しながら、メタクリル酸２０．０重量部、メチルメタクリレート１０．０重量部、ｎ−ブチルメタクリレート５５．０重量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５．０重量部及び２−２’−アゾビスイソブチロニトリル４．０重量部の混合物を１時間かけて滴下し、重合反応を行った。
【００４４】
滴下終了後、２−２’−アゾビスイソブチロニトリル１．０重量部をシクロヘキサノン５０重量部に溶解させた溶液を添加し、さらに８０℃で１時間反応を続けて、アクリル樹脂共重合体溶液を製造した。
【００４５】
このアクリル樹脂共重合体溶液を室温まで冷却した後、このアクリル樹脂共重合体溶液２ｇをサンプリングして、１８０℃で２０分間加熱乾燥して不揮発分を測定した。この測定結果に基づき、前記アクリル樹脂共重合体溶液にシクロヘキサノンを追加して、不揮発分２０重量％のアクリル樹脂共重合体溶液を製造した。なお、このアクリル樹脂の重量平均分子量は４０，０００であった。
【００４６】
（顔料分散体の製造）
下記表１に示す組成の混合物を均一に撹拌混合し、直径１ｍｍのガラスビーズを用いてサンドミルにて５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過し、赤色顔料分散体Ｒ−１，緑色顔料分散体Ｇ−１，青色顔料分散体Ｂ−１及び黒色顔料分散体ＢＭ−１を製造した。
【００４７】
【表１】
なお、表１中、ＰＲ２５４はジケトピロロピロール系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４）、ＰＲ１７７はアントラキノン系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７）、ＰＧ３６はハロゲン化銅フタロシアニン系緑色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６）、ＰＢ１５：６はε型銅フタロシアニン系青色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６）、ＰＹ１５０はニッケルアゾ錯体系黄色顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０）、ＣＢはカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌａｃｋ ７）を示している。また、顔料分散剤としては日本ルーブリゾール社製「ソルスパース２００００」を使用した。溶剤はシクロヘキサノンである。また、表１中、組成はすべて重量部で表示している。
【００４８】
（フォトレジストの製造）
次に、前記顔料分散体Ｒ−１，Ｇ−１，Ｂ−１及びＢＭ−１を使用して、赤色フォトレジストＲ１，緑色フォトレジストＧ１，青色フォトレジストＢ１，黒色フォトレジストＢＭ１、黒色フォトレジストＢＭ２及び黒色フォトレジストＢＭ３を製造した。その組成は表３のとおりである。なお、各フォトレジストは、それぞれ、表２に示す材料を撹拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して製造した。
【００４９】
【表２】
なお、表２中、アクリル樹脂溶液は先に製造したアクリル樹脂共重合体溶液である。また、モノマーとしては字ペンタエリスリトールヘキサアクリレート（東亜合成社製「アロニックスＭ−４０２」）、光重合開始剤としては、α−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤（２−（ジメチルアミノ）−２−[（４−メチルフェニル）メチル]−１−[４−（４−モルホリニル）フェニル]−１−ブタノン）を使用した。溶剤はシクロヘキサノンである。また、表２中、組成はすべて重量部で表示している。
【００５０】
（カラーフィルタの製造）
透明基板として１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板を使用して、表１に示すカラーフィルタ（実験例１〜７）を製造した。このガラス基板上に、黒色フォトレジストＢＭ１、黒色フォトレジストＢＭ２及び黒色フォトレジストＢＭ３のいずれかをスピンコーターで塗布し、７０℃のオーブン内に１５分間静置し、余剰の溶剤を除去乾燥した。この後、フォトレジストの塗膜から１５０μｍの間隔をあけて、２０μｍのパターンを有するフォトマスクを用い、光源として超高圧水銀灯ランプを用いて２００ｍＪ／ｃｍ２の照射エネルギーとなるように露光し、２．５％炭酸ナトリウム水溶液で６０秒間現像し、水洗し、さらに乾燥後、２３０℃で６０分間加熱処理して遮光膜を形成した。
【００５１】
次に、遮光膜を形成した前記ガラス基板上に、赤色フォトレジストＲ１を、スピンコーターで塗布し、７０℃のオーブン内に１５分間静置し、余剰の溶剤を除去乾燥した。この後、フォトレジストの塗膜から１５０μｍの間隔をあけて、１００のストライプパターンを有するフォトマスクを用い、光源として超高圧水銀灯ランプを用いて２００ｍＪ／ｃｍ２の照射エネルギーとなるように露光し、２．５％炭酸ナトリウム水溶液で６０秒間現像し、水洗し、さらに乾燥後、２３０℃で６０分間加熱処理して赤色透明着色膜を形成した。この後、同様に緑色透明着色膜と青色透明着色膜を形成して、表３に示す７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）を製造した。
【００５２】
（評価及び考察）
これら７種類のカラーフィルタ（実験例１〜７）について、遮光膜と透明着色膜との境界部からの光漏れの有無、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れの有無、遮光膜及び透明着色膜のパターニング性について評価し、これらの評価結果に基づいて総合判定した。その結果を表３に示す。なお、表３中、光学密度は遮光膜（ＢＭ）の１μｍ当たりの光学密度を意味する。
【００５３】
【表３】
このデータから読み取れる要点は次のとおりである。
【００５４】
（１）まず遮光膜（ＢＭ）の光学密度に着目すると、実験例７の光学密度は３．４であり、遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じている。これに対し、その他の実験例ではすべて４．０〜４．８であり、遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じていないか、あるいは光漏れが生じていてもごくわずかであることが分かる。
【００５５】
なお、実験例５と実験例１とを比較すると、両者の遮光膜（ＢＭ）の光学密度は共に４であるが、実験例５は遮光膜（ＢＭ）の膜厚が０．８μｍと薄いためにわずかに遮光膜（ＢＭ）から光漏れが生じているのに対し、実験例１の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は１．０μｍであり、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れは生じていない。
【００５６】
この結果、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れを防止するためにはその光学密度が４以上であればよいこと、望ましくは遮光膜（ＢＭ）の膜厚が０．９μｍ以上であることが分かる。る。
【００５７】
（２）次に、透明着色膜と遮光膜（ＢＭ）との膜厚差に着目すると、実験例４の膜厚差が０．３μｍであって、その境界部からの光漏れが生じているのに対し、その他の実験例ではいずれも膜厚差が０．５μｍ以上であり、境界部からの光漏れは生じていない。この結果、境界部からの光漏れを防止するためには膜厚差が０．５μｍ以上であればよいことが分かる。
【００５８】
なお、実験例５及び実験例６の膜厚差は２．０μｍであるが、このような大きな膜厚差を得るために、透明着色膜の膜厚を、それぞれ、２．８μｍ、３．０μｍと大きくしており、このため、そのパターニング性が劣り、正確なパターニングが困難であることが分かる。また、この実験例５と実験例６との比較から、透明着色膜の膜厚が大きいほど正確なパターニングが一層困難となることが分かる。
【００５９】
この結果から、境界部からの光漏れを防いでしかも正確なパターンを形成するためには、透明着色膜と遮光膜（ＢＭ）との膜厚差が０．５〜１．５μｍの範囲にある必要があることが分かる。
【００６０】
（３）次に、遮光膜（ＢＭ）の膜厚に着目する。前記（１）に記載のように、遮光膜（ＢＭ）からの光漏れを防止するため、遮光膜（ＢＭ）の膜厚は０．９μｍ以上であることが望ましい。他方、その上限値について検討すると、実験例３の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は２．０μｍであり、そのパターニング性が劣り、正確なパターン形成が困難であることが分かる。これに対し、実験例２の遮光膜（ＢＭ）の膜厚は１．８μｍであり、パターニング性に優れている。この結果、遮光膜（ＢＭ）の正確なパターン形成のため、望ましくはその膜厚が１．８μｍ以下であることが分かる。
【００６１】
（４）次に、遮光膜の中の黒色顔料の濃度に着目して検討する。遮光膜はフォトレジストの固形分から構成されており、したがって、遮光膜の中の黒色顔料の濃度はフォトレジストの固形分に対する黒色顔料の濃度で表現できるから、実験例７の黒色顔料濃度は、４０．０／（４０．０＋１２．５＋１．３０＋４．００＋４２．２）×１００＝約６９％であり、その光学密度は３．４である。これに対し、実験例１〜６の黒色顔料濃度は約７５％であり、その光学密度は４．０である。この結果、光学密度を４．０以上とするためには、黒色顔料濃度を約７５％以上とすればよいことが分かる。
【００６２】
なお、実験例８は、フォトレジストＢＭ３中の黒色顔料が５５．０重量％であるにも拘らず、パターニング性にもすぐれていることから、溶剤分を含む塗布前のフォトレジストは、この程度の高濃度の黒色顔料を含有することができることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記画素領域ごとに透過光を着色するディスプレイ用カラーフィルタであって、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、他方、前記透明着色膜が透明着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタにおいて、
前記遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上であり、かつ、前記透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成されていることを特徴とするディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項２】
前記遮光膜の膜厚が０．９〜１．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項３】
前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項４】
前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部の上に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項１】
透明基板と、この透明基板の表面を多数の画素領域に区画する遮光膜と、前記画素領域に設けられた透明着色膜とを備え、前記画素領域ごとに透過光を着色するディスプレイ用カラーフィルタであって、前記遮光膜が遮光性着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成され、他方、前記透明着色膜が透明着色剤を含有するネガ型フォトレジストを硬化したものから構成されているカラーフィルタにおいて、
前記遮光膜の光学密度が１μｍ当たり４．０以上であり、かつ、前記透明着色膜の膜厚が遮光膜の膜厚より０．５〜１．５μｍ厚く構成されていることを特徴とするディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項２】
前記遮光膜の膜厚が０．９〜１．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項３】
前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【請求項４】
前記透明着色膜の端部が遮光膜の端部の上に重なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ用カラーフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２８６５８０（Ｐ２０１０−２８６５８０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８９６０（Ｐ２００９−１３８９６０）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【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２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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