JP2007010820A - カラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
樹脂ブラックマトリクスを用い、スペーサーをセルギャップ制御手段として有するカラーフィルタおよび液晶表示装置であって、ラビング起因の表示不良やセルギャップムラに起因する表示不良が発生しにくいカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】
透明基板上に遮光剤を樹脂中に分散させて成るブラックマトリクスを設け、ブラックマトリクスの開口部と同時に、スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス領域の一部に着色層との重なりを設けることでスペーサー周囲に凹部と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層を形成したカラーフィルタ及び液晶表示装置を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、カラーフィルタ及び液晶表示装置に関する。特に、樹脂ブラックマトリクスが形成された液晶表示装置に関する。

通常の液晶表示装置は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するために、一般に、カラーフィルタ基板と対向する基板との間にプラスチックビーズまたはガラス繊維をスペーサーとして有する。このスペーサー部材は基板上に篩で散布する乾式法、あるいはアルコールやクロロホルム中にスペーサー部材を分散し塗布する湿式法などによりできるだけ均一に散布される。しかしながら、この方式においては、以下の問題点がある。
（１）液晶浸透時にスペーサー部材が移動して分布が偏り、ギャップムラが生じ、表示ムラの原因となる。
（２）スペーサーが存在する位置が制御できないので、非表示部のみならず表示部上にも乗ってしまい画質の低下を招く。特にこれは投射型ディスプレイのライトバルブとして用いたり、空間変調素子として用いるとスペーサーが拡大され著しく画質が低下する。
（３）一般にスペーサーと液晶の表面張力およびガラスの剛性によりセルギャップが一定に規制されるが、特に１５インチ以上の大面積ではセルギャップのムラが大きくなり、表示ムラの原因となる。

これらの問題点を解決する方法として、フォトリソ法により基板上に適切な形状のスペーサーを形成する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。しかしながら、この方式においては、以下の問題点がある。
（４）ラビング時にラビングロールに付着する不純物がスペーサーに堆積し、堆積した不純物がさらに画素内に飛散し、表示不良の原因となる。
（５）ラビング時にスペーサーに大きな力がかかり、スペーサーが欠落してギャップムラが生じ、表示不良の原因となる。
（６）特に平坦化層を設けたカラーフィルタにおいて、平坦化層の流れ込みのばらつきによってスペーサーの土台となる領域の形状がばらつき、結果としてセルギャップのムラが生じ、表示不良の原因となる。

上記（５）及び（６）の問題点を解決する方法として、スペーサーの土台領域周縁部の樹脂ブラックマトリクスに着色層との重なりを設ける方法がある（例えば、特許文献３）が、上記（４）の問題点に関しては必ずしも解決されない。
特開平１０−８２９０９号公報（第１２頁、図１） 特開平１０−２０３１４号公報（第５頁、図１） 特開２００３−９８５３１号公報（第６頁、図５）

上記問題点に鑑み、本発明は、スペーサーをセルギャップ制御手段として設けたカラーフィルタおよび液晶表示装置において、ラビングに起因する表示不良の発生を防止し、かつ、スペーサーの土台となる領域の形状ばらつきに起因する表示不良の発生を防止することをその課題とする。

本発明者らは、上記問題点を鋭意検討した結果、上記課題を解決するためには、スペーサーの土台領域の樹脂ブラックマトリクス領域と着色層との重なり領域の幅を十分考慮する必要があることを見いだし本発明を完成させた。すなわち、本発明のカラーフィルタおよび液晶表示装置は以下の構成から成る。
（１）透明基板上に、遮光剤を樹脂中に分散させて成る樹脂ブラックマトリクスと、該樹脂ブラックマトリクスの開口部および該開口部の周縁部の該樹脂ブラックマトリクス上に赤、緑、青のそれぞれの着色層を設け、該樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーを設けたカラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリクス上の開口部周縁部に積層された着色層に対して凹部となる領域を該スペーサーの周囲に有し、かつ凹部の底部幅が１．５〜３．０μｍであり、凹部における底部と該樹脂ブラックマトリクスの開口部周縁部に積層された着色層の頂部との段差が０．２〜２．０μｍであることを特徴とするカラーフィルタ。
（２）前記スペーサー底部面積が、５０〜４００μｍ^２であることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルタ。
（３）表示領域の少なくとも一部に平坦化層が設けられていることを特徴とする（１）または（２）に記載のカラーフィルタ。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のカラーフィルタを用いた液晶表示装置。

本発明のカラーフィルタは、スペーサーをセルギャップ制御手段として有し、かつ、ラビングに起因する不良を抑制する機能を備えている。該カラーフィルタを用いて作製した液晶表示装置は、ラビングによって生じた不純物がスペーサーの周囲の凹部にトラップされるため、不純物に起因する表示不良が防止され、優れた画質を表示できる。同時に、該カラーフィルタを用いて作製した液晶表示装置は、ラビング時にスペーサーにかかる力がスペーサー周囲の凸部によって緩和されることでスペーサー欠落が防止されるため、スペーサー欠落によって生じるセルギャップムラに起因する表示不良が防止され、優れた画質を表示できる。また、平坦化層を設けた場合においては、スペーサーの周囲の凸部が堰となって土台領域への平坦化層の流れ込みが安定して土台領域形状ばらつきが低減するため、土台領域形状ばらつきによって生じるセルギャップムラに起因する表示不良が防止され、優れた画質を表示できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明のカラーフィルタは、透明基板上に、遮光剤を樹脂中に分散させて成るブラックマトリクス層を設け、さらにその上に３原色から成る各着色層を塗布、パターン加工して開口部およびスペーサーの土台領域の周縁部を含むブラックマトリクス上の一部に積層せしめ、さらに該土台領域上に直接あるいは平坦化層および／または透明電極を介してスペーサーを設けて成る。

本発明に用いられる透明基板としては、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機プラスチックのフィルムまたはシートなどが好ましく用いられる。

ブラックマトリクス層に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性または非感光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリクス層に用いられる樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、樹脂ブラックマトリクス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。

ここで、ポリイミド系樹脂としては、特に限定されるものではないが、通常下記一般式（Ｉ）で表される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を加熱または適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いられる。

また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合の他に、アミド結合、スルホン結合、エーテル結合、カルボニル結合などのイミド結合以外の結合が含まれていても差し支えない。

上記一般式（Ｉ）中、Ｒ１は少なくとも２個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基である。耐熱性の面から、Ｒ１は環状炭化水素、芳香族または芳香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価または４価の基が好ましい。Ｒ１の例としてフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基などが挙げられるがこれらに限定されない。

Ｒ２は少なくとも２個以上の炭素原子を有する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ２は環状炭化水素、芳香族環または芳香族樹脂環を含有し、かつ炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ２の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などが挙げられるがこれらに限定されない。構造単位（Ｉ）を主成分とするポリマーはＲ１、Ｒ２がこれらのうち各々１種から構成されていてもよいし、各々２種以上から構成される共重合体であってもよい。さらに、基板との接着性を向上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合するのが好ましい。

構造単位（Ｉ）を主成分とするポリマーの具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルトリフルオロプロパンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミン、３，３’−ジアミノフェニルエーテル、４，４’−ジアミノフェニルエーテル、３，４’−ジアミノフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらのポリイミド前駆体は公知の方法、すなわち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わせて、溶媒中で反応させることにより合成される。

樹脂ブラックマトリクス用遮光剤としては、カーボンブラック、チタン酸窒化物、酸化チタン、四酸化鉄などの金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色の顔料の混合物などを用いることができる。この中でも、特にカーボンブラック、チタン酸窒化物は遮光性が優れており、特に好ましい。また、色度調整等のために、遮光剤に他の顔料を混合させて無彩色にするのが好ましい。

ブラックマトリクス用の樹脂がポリイミドの場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド系極性溶媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒などが好適に使用される。

遮光剤や、遮光剤に対して他の顔料などを分散させる方法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤などを混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。また、遮光剤の分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のために種々の添加剤が加えられていてもよい。

樹脂ブラックマトリクスを形成する方法としては、黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常５０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

黒色ペースト被膜は感光性または非感光性の樹脂を用いたペーストを使用し、上記手法により形成される。樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３５０℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明基板上に樹脂ブラックマトリクスが形成される。

樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、より好ましくは０．７〜１．５μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には遮光性が不十分になることからも好ましくない。

樹脂ブラックマトリクス間には開口部が設けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３原色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、１つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被覆され、各色の着色層が複数配列される。

カラーフィルタを構成する着色層は、少なくとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色が選択される。一般には、これらの３原色を含んだ要素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができる。着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いられる。

着色層に用いられる着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さらには、紫外線吸収剤、分散材、レベリング剤等の種々の添加剤を添加してもよい。有機顔料としては、フタロシアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が好適に用いられる。

着色層に用いられる樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられ、着色剤をこれらの樹脂中に分散あるいは溶解させて着色することが好ましい。感光性の樹脂としては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂等のタイプがあり、特にエチレン不飽和結合を有するモノマー、オリゴマー又はポリマーと紫外線によりラジカルを発生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成物等が好適に用いられる。非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリマー等で現像処理が可能なものが好ましく用いられるが、透明導電膜の成膜工程や、液晶表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造工程で使用される有機溶媒への耐性を持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。ここで、好ましいポリイミド系樹脂としては、上記した樹脂ブラックマトリクスの材料として好ましく用いられるポリイミド樹脂を挙げることができる。

着色層を形成する方法としては、樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散又は溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミル等の分散機中で分散させる方法等があるが、この方法に特に限定されない。

着色ペーストを塗布する方法としては、黒色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

このようにして得られた着色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、ブラックマトリクスを形成した基板上にパターニングされた着色層が形成される。

上記のようにブラックマトリクスを形成した基板上に第１色目の着色層を全面にわたって形成した後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により除去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成する。この場合、ブラックマトリクスの開口部を少なくとも被覆する部分と、ブラックマトリクス上の一部、すなわちブラックマトリクスの開口部周縁部に着色層を残す部分とが形成される。このとき、後の工程でにブラックマトリクス上にスペーサーが形成される部分の周囲には凹部とブラックマトリクスの開口部周縁部の積層された着色層部分が形成されている。

着色層の上には必要に応じて平坦化層（透明保護膜、オーバーコート）を形成できる。平坦化層に用いられる樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ゼラチンなどが好ましく用いられるが、透明性導電膜の成膜工程や液晶表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造装置で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好ましいことから、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂が好ましく用いられる。

平坦化層を塗布する方法としては、黒色ペースト、着色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥を行う。このとき、レベリング性向上を目的として、必要に応じて真空乾燥、予備加熱乾燥（セミキュア）を行ってもよい。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。また、加熱乾燥（本キュア）時のキュア条件は、樹脂および塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。

平坦化層の膜厚は、前記凸部における最頂部と、前記凹部における底部との段差が０．２〜２．０μｍとなるように形成するのが好ましく、０．３〜１．５μｍとなるように形成するのがより好ましい。前記段差が０．２μｍよりも小さくなると、ラビングによって生じた不純物が凹部にトラップされにくくなるため、表示不良になりやすく、かつ、凸部がラビング時にスペーサーにかかる力を緩和する効果も小さくなるためスペーサーが欠損しやすくなり、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。また、前記段差が２．０μｍよりも大きくなると、スペーサー材料を塗布したときの流れ込みが安定せず、スペーサー高さがばらつき、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。

必要により、さらに透明導電膜が形成される。導電膜の材料としては特に制限はないが、透明性に優れた材料が好ましく用いられ、特に好ましくはＩＴＯが用いられる。

成膜方法に特に制限はなく、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＥＢ法、導電性微粒子をポリイミドなどの樹脂に分散させた材料を黒色ペーストなどの場合と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーにより塗布、加熱処理する方法などが好適に用いられる。

スペーサーを形成するために用いる樹脂としては、樹脂自体に感光性を持たせたもの、あるいは非感光性樹脂を用いてもよい。

感光性樹脂としては、ポジ型およびネガ型の感光性樹脂のいずれを用いてもよいが、要求される機械的強度などを考慮して選定することができる。

ポジ型レジストとしては、特に限定されるものではないが、ノボラック樹脂とナフトキノンジアジスルホン酸エステルとの混合物が好ましく用いられる。

またネガ型レジストとしては、環化ゴムービスアジド系、フェノール樹脂ーアジド系、アクリル系樹脂、化学増感系などが挙げられ、たとえばアクリル系樹脂の場合、分子量１０００〜２０００のオリゴマーが好適に用いられ、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレート、あるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマーアクリレート、アルキドアクリレート、メラミンアクリレート等を挙げることができ、また多官能光重合性アクリレートモノマーとしては、１，４−ブタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、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アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどが挙げられる。

さらに、上記に示した樹脂のみでは目的の機械的物性が満たせなかった場合、樹脂の中に各種の添加剤を入れて調整しても良い。添加剤としては、たとえば、無機粒子では、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料、および黒、赤、青、緑などの着色顔料、およびアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライトなどのセラミック粉末、およびガラス−セラミックス複合粉末などが用いられる。体質顔料のうち、バライト、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクが好ましい。

スペーサーを形成する方法としては、たとえば、樹脂を基板上に塗布・乾燥した後に、パターニングを行う方法などがある。樹脂を塗布する方法としては、着色層と同様、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などがあるが、均一な高さの形状を形成する点からはダイコーティング法が好ましい。この後、真空乾燥を行い、さらにオーブンやホットプレートを用いて加熱しても良い。

このようにして得られたスペーサーはその後、露光・現像を行い再度加熱する。このとき露光量は樹脂の膜厚、スペーサー底部面積などにより異なる。

ポジ型フォトレジストの場合、露光量は６０〜３００ｍＪ／ｃｍ^２が好ましく、より好ましくは８０〜１６０ｍＪ／ｃｍ^２である。また、現像液濃度もスペーサーの形状や高さ、面積により異なるが０．５〜３％がより好ましく、より好ましくは１〜２．５％、さらに好ましくは２〜２．４％である。

ネガ型フォトレジストの場合、露光量は６０〜５００ｍＪ／ｃｍ^２が好ましくより好ましくは１００〜３００ｍＪ／ｃｍ^２ である。現像液濃度については０．０５〜３％が好ましく、より好ましくは０．１〜１％である。

この後オーブンやホットプレートで再加熱して硬化を完了させる。再加熱の温度は、用いる樹脂の種類に応じて適宜選択すればよいが、たとえばポリイミド系樹脂を用いた場合、好ましくは１８０〜３００℃の範囲であり、より好ましくは２５０〜２９０℃の範囲である。またアクリル系樹脂を用いた場合、好ましくは１８０〜２９０℃の範囲であり、より好ましくは２２０〜２５０℃の範囲である。

使用する樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの材料が好ましく用いられる。

さらに、上記に示した樹脂のみでは目的の機械的物性が満たせなかった場合、樹脂の中に各種の添加剤を入れて調整しても良い。添加剤としては、たとえば、無機粒子では、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料、および黒、赤、青、緑などの着色顔料、およびアルミナ、ジルコニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライトなどのセラミック粉末、およびガラス−セラミックス複合粉末などが用いられる。体質顔料のうち、バライト、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタルクが好ましい。

非感光性樹脂を用いてスペーサーを形成する方法としては、たとえば、樹脂を基板上に塗布・乾燥した後に、パターニングを行う方法などがある。樹脂を塗布する方法としては、着色層と同様、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などがあるが、均一な高さの形状を形成する点からはダイコーティング法が好ましい。この後、真空乾燥を行い、さらにオーブンやホットプレートを用いて加熱しても良い。

この様にして得られた非感光性樹脂被膜は、その上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ型フォトレジストを除去し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。

スペーサーの形状としては、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、長円系、正方形、長方形、三角形、その他の多角形等適宜選択される。

スペーサー底部面積はパネルの設計やパネルの製造条件により異なるが５０〜４００μｍ^２が好ましい。スペーサーが円形であれば底面積５０〜３００μｍ２がより好ましく、５０〜２００μｍ^２がさらに好ましい。スペーサーが正方形であれば底面積６０〜４００μｍ^２がより好ましく、６０〜２５０μｍ^２がさらに好ましい。前記面積が５０μｍ^２より小さくなると、スペーサーが潰れやすくなり、セルギャップムラになりやすくなるため好ましくない。前記面積が４００μｍ^２より大きくなると、ラビングロールのスペーサーとの接触が過剰になり、スペーサーが脱落しやすくなるため、好ましくない。

スペーサーの高さ、すなわち、スペーサーの底部から頂点までの距離も特に限定されるものではない。適正な高さはパネルの設計やパネルの製造条件により異なるが、０．５〜５．０μｍが好ましい。

スペーサー周縁部に形成される凹部の底部幅は、１．５〜３．０μｍが好ましく、２．０〜２．５μｍがより好ましい。

なお、本発明で言う「凹部の底部幅」とは、スペーサーが形成された場合のスペーサー底面の最外周部における任意の点から該スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部端までの最短水平距離である。凹部の底部幅が１．５μｍよりも小さくなると、スペーサー材料を塗布したときの流れ込みが安定せず、スペーサー高さがばらつき、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。また、凹部の底部幅が３．０μｍよりも大きくなると、凹部が広すぎてラビングによって生じた不純物が凹部にトラップされにくくなるため、表示不良になりやすく、かつ、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部がラビング時にスペーサーにかかる力を緩和する効果も小さくなるためスペーサーが欠損しやすくなり、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。第２色目および第３色目も同様な操作を繰り返して着色層を形成する。

また、凹部における底部とは、樹脂ブラックマトリクス上のスペーサーと樹脂ブラックマトリクス上に積層された着色層あるいはその上に形成されたオーバーコート層とに囲まれた、凹部における最も低い部分をいい、例えば図５ではブラックマトリクスが露出した部分であり、図６ではスペーサー周辺部のオーバーコート部分のうち最も低い部分を言う。

凹部の平面形状は、カラーフィルタ上面から見た時にスペーサーの平面形状と略相似になることが好ましい。すなわち、凹部の底部幅がスペーサー底面の任意の点においてほぼ等しいことが好ましい。また、スペーサーの配置される位置により、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部を形成する着色層を適宜選択できる。図１、図２、図３、及び図４に基づいて、凹部の形状とスペーサーの形状、及び、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部を形成する着色層とスペーサーの配置される位置について説明する。図１〜図４に示されるカラーフィルタは、透明基板２２上に図１３に示される樹脂ブラックマトリクス２４を形成した後、樹脂ブラックマトリクス２４の開口部上及び樹脂ブラックマトリクス２４の一部上に設けられた着色層２６及びスペーサー３０を有し、スペーサー３０の周囲に凹部４０と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部４１が形成されている。図１に示すとおり、縦横に形成された樹脂ブラックマトリクス２４の交点に円形のスペーサー３０が形成される場合、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部４１は２つの着色層２６Ａ、２６Ｂによって凹部４０が円状になるように形成される。図２に示すとおり、前記交差点以外に円形のスペーサーが形成される場合、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部４１は１つの着色層２６Ａのみによって凹部４０が円状になるように形成される。図３に示すとおり、縦横に形成された樹脂ブラックマトリクス２４の交点に正方形のスペーサー３０が形成される場合、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部４１は２つの着色層２６Ａ、２６Ｂによって凹部４０が正方形状になるように形成される。図４に示すとおり、前記交差点以外に正方形のスペーサーが形成される場合、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部４１は１つの着色層２６Ａのみによって凹部４０が正方形状になるように形成される。

３原色の膜厚は、前記樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部における最頂部と、前記凹部における底部との段差が０．２〜２．０μｍとなるように形成するのが好ましく、０．３〜１．５μｍとなるように形成するのがより好ましい。前記段差が０．２μｍよりも小さくなると、ラビングによって生じた不純物が凹部にトラップされにくくなるため、表示不良になりやすく、かつ、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の頂部がラビング時にスペーサーにかかる力を緩和する効果も小さくなるためスペーサーが欠損しやすくなり、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。また、前記段差が２．０μｍよりも大きくなると、スペーサー材料を塗布したときの流れ込みが安定せず、スペーサー高さがばらつき、セルギャップムラが発生しやすくなるため、好ましくない。

以下、好ましい実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明するが、下記実施例によって本発明の効力は何ら制限されるものではない。

実施例１
（樹脂ブラックマトリクスの作成）
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４、４’−ジアミノジフェニルエーテル、及び、ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。

表１の組成を有するカーボンブラックミルベースをホモジナイザ−を用いて、７０００ｒｐｍで３０分分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペーストを調整した。

ガラス基板（コーニング製、１７３７材）に上記ブラックペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートで１４０℃、１０分間乾燥し、黒色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（クラリアント社製、ＡＺ ＲＦＰ２５０ＳＡ）をカーテンフローコータで塗布、ホットプレートで１１０℃、５分間プリベイクし、超高圧水銀灯を用いて１２０ｍＪ／ｃｍ^２紫外線照射してマスク露光した後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱することでイミド化させ、ブラックマトリクス層を形成した。

このとき、樹脂ブラックマトリクス層の膜厚は１．２５μｍであった。
（着色層の形成）
次に、赤、緑、青の顔料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔料、Color index No.74265 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color index No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリイミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。

次に、樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に赤ペーストをカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートで１２０℃、１０分乾燥、赤色の樹脂塗膜を形成した。この後、ポジ型フォトレジスト（クラリアント社製、ＡＺ ＲＦＰ２５０ＳＡ）をカーテンフローコータで塗布、ホットプレートで１２０℃、５分間プリベイクし、超高圧水銀灯を用いて１２０ｍＪ／ｃｍ^２紫外線照射してマスク露光した後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２８０℃、１０分加熱することでイミド化させ、赤色着色層を形成した。

水洗後同様にして、樹脂ブラックマトリクス、赤色着色層を形成した基板に、緑ペーストを塗布、パターン加工し、緑色着色層を形成した。

さらに水洗後同様にして樹脂ブラックマトリクス、赤、緑の着色層を形成した基板上に青ペーストを塗布、パターン加工し、青色着色層を形成した。

このとき、赤色、緑色、青色着色層は、スペーサーが形成される位置には着色層を形成しないようにパターン加工した。

また、赤色、緑色、青色着色層の膜厚はそれぞれ１．５μｍであった。
（透明導電膜の形成）
水洗後、次にスパッタリング法によりＩＴＯ膜をマスク成膜した。

このとき、ＩＴＯ膜の膜厚は、１４０ｎｍであり、表面抵抗は２０Ω／□であった。
（スペーサーの形成）
さらに水洗後に、感光性アクリル樹脂オプトマＮＮ−８１０（ＪＳＲ製）をカーテンフローコーターで塗布し、８０℃で加熱しながら真空乾燥を実施した。さらに、高圧水銀灯を用いて３００ｍＪ／ｃｍ^２紫外線照射してマスク露光を実施した後、０．３％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像し、ホットプレートで２４０℃、１０分間加熱して反応を完了させ、円形のスペーサーを形成した。

このとき、スペーサーの高さは１．５μｍであった。また、スペーサー周囲の凹部の底部幅は２μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の最頂部と凹部の底部の段差は１．４μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ２であった。

以上によって、図５の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。
（液晶表示装置の作製と評価）
得られたカラーフィルタ上にポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。また、同様に、対向する液晶表示素子用基板についても、ポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。この２枚の基板を樹脂ブラックマトリクスにかかるようにシール剤を塗布し貼り合わせた。次にシール部に設けられた注入口から液晶を注入した後注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせることによって液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良は発生せず、セルギャップばらつきも良好であった。

実施例２
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクス、および、着色層を形成した後、アクリル系樹脂溶液をカーテンフローコーターで塗布し、ホットプレートで２６０℃、１０分加熱して平坦化層を形成した。

このとき、素ガラス上の平坦化層の膜厚を測定したところ１．５μｍであった。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は０．３μｍであった。また、スペーサー周囲の凹部の底部幅は２μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図６の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良はほとんど発生せず、セルギャップばらつきも良好であった。

比較例１
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用して着色層を作成した。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の凹部の底部幅は０．５μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の最頂部と凹部の底部の段差は１．４μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図７の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良はほとんど発生しなかったが、スペーサー材料の流れ込みが安定しないためセルギャップばらつきが大きかった。

比較例２
比較例１と同様に樹脂ブラックマトリクス、および、着色層を形成した後、実施例２と同様に平坦化層を形成した。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は０．３μｍであった。また、スペーサー周囲の凹部の底部幅は０．５μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図８の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良はほとんど発生しなかったが、スペーサー材料の流れ込みが安定しないためセルギャップばらつきが大きかった。

比較例３
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用して着色層を作成した。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の凹部の底部幅は３．５μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は１．４μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図９の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、セルギャップばらつきは良好であったが、ラビングによって発生した不純物のトラップが十分できないため、ラビング起因の表示不良が多発した。

比較例４
比較例３と同様に樹脂ブラックマトリクス、および、着色層を形成した後、実施例２と同様に平坦化層を形成した。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は０．３μｍであった。また、スペーサー周囲の凹部の底部幅は３．５μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図１０の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、セルギャップばらつきは良好であったが、ラビングによって発生した不純物のトラップが十分できないため、ラビング起因の表示不良が多発した。

比較例５
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１よりも着色層を厚くして着色層を作成した。このとき、赤色、緑色、青色着色層の膜厚はそれぞれ２．６μｍであった。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の凹部の底部幅は２μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は２．５μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ^２であった。

以上によって、図１１の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良はほとんど発生しなかったが、スペーサー材料の流れ込みが安定しないためセルギャップばらつきが大きかった。

比較例６
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１よりも着色層を薄くして着色層を作成した。このとき、赤色、緑色、青色着色層の膜厚はそれぞれ１．０μｍであった。その後、実施例２と同様に平坦化層を形成した。

透明導電膜の形成以降は、実施例１と同様に実施した。このとき、スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層最頂部と凹部底部の段差は０．１μｍであった。また、スペーサー周囲の凹部の底部幅は２μｍであった。また、スペーサー底部面積は８０μｍ２であった。

以上によって、図１２の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、セルギャップばらつきは良好であったが、ラビングによって発生した不純物のトラップが十分できないため、ラビング起因の表示不良が多発した。

比較例７
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用して着色層を作成した。

透明導電膜を実施例１と同様に形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用してスペーサーを形成した。このとき、スペーサー周囲の凹部の底部幅は０．５μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の最頂部と凹部の底部の段差は１．４μｍであった。また、スペーサー底部面積は３０μｍ^２であった。

以上によって、図１４の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、ラビング起因の表示不良はほとんど発生しなかったが、スペーサーが潰れたためにセルギャップばらつきが大きかった。

比較例８
実施例１と同様に樹脂ブラックマトリクスを形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用して着色層を作成した。

透明導電膜を実施例１と同様に形成した後、実施例１とは異なるフォトマスクを使用してスペーサーを形成した。このとき、スペーサー周囲の凹部の底部幅は０．５μｍであり、樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層の最頂部と凹部の底部の段差は１．４μｍであった。また、スペーサー底部面積は４５０μｍ^２であった。

以上によって、図１５の模式図で示される構造をもつカラーフィルタを得た。

得られたカラーフィルタを用いて実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置５０台中のラビング起因の表示不良発生率を調査したところ、表２の結果を得た。また、セルギャップばらつき（標準偏差）を測定した結果、表２の結果を得た。表２に示すとおり、スペーサーがラビングによって欠落したため、ラビング起因の表示不良が多発し、かつ、セルギャップばらつきが大きかった。

本発明のスペーサー周囲の凹部と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層を説明するための模式平面図である。 本発明のスペーサー周囲の凹部と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層を説明するための模式平面図である。 本発明のスペーサー周囲の凹部と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層を説明するための模式平面図である。 本発明のスペーサー周囲の凹部と樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層を説明するための模式平面図である。 本発明のカラーフィルタの一例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの一例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明の樹脂ブラックマトリクスを形成した領域を説明した図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。 本発明のカラーフィルタの比較例を示す模式断面図である。

符号の説明

２２ ：透明基板
２４ ：樹脂ブラックマトリクス
２６ ：着色層
２６Ａ：着色層
２６Ｂ：着色層
２８ ：平坦化層
３０ ：スペーサー
４０ ：スペーサー周囲の凹部
４１ ：スペーサー周囲の樹脂ブラックマトリクス周縁部に形成された着色層

Claims (4)

1. 透明基板上に、遮光剤を樹脂中に分散させて成る樹脂ブラックマトリクスと、該樹脂ブラックマトリクスの開口部および該開口部の周縁部の該樹脂ブラックマトリクス上に赤、緑、青のそれぞれの着色層を設け、該樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーを設けたカラーフィルタにおいて、該樹脂ブラックマトリクス上の開口部周縁部に積層された着色層に対して凹部となる領域を該スペーサーの周囲に有し、かつ凹部の底部幅が１．５〜３．０μｍであり、凹部における底部と該樹脂ブラックマトリクスの開口部周縁部に積層された着色層の頂部との段差が０．２〜２．０μｍであることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記スペーサー底部面積が、５０〜４００μｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 表示領域の少なくとも一部に平坦化層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルタを用いた液晶表示装置。

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