JP2008083364A - カラーフィルタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、基材と、上記基材上にパターン状に形成された遮光部と、上記基材上に上記遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、上記遮光部上に配置され、上記着色層上に形成された柱状スペーサとを有するカラーフィルタであって、上記遮光部が、上記遮光部上で隣接する上記着色パターンとは異なる色の着色パターンで覆われている部位を少なくとも一部に有することを特徴とするカラーフィルタを提供することにより、上記目的を達成するものである。
【選択図】図2
Description
しかしながら、特許文献1には、着色層用感光性樹脂組成物の残渣や、電気信頼性については、開示されていない。
A.カラーフィルタ
まず、本発明のカラーフィルタについて説明する。
本発明のカラーフィルタは、基材と、上記基材上にパターン状に形成された遮光部と、上記基材上に上記遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、上記遮光部上に配置され、上記着色層上に形成された柱状スペーサとを有するカラーフィルタであって、上記遮光部が、上記遮光部上で隣接する上記着色パターンとは異なる色の着色パターンで覆われている部位を少なくとも一部に有することを特徴とするものである。
図1および図2に例示するカラーフィルタ1は、基材2と、基材2上にマトリクス状に形成された遮光部3と、基材2上に遮光部3を覆うように形成され、赤色パターン4R、緑色パターン4G、青色パターン4Bの3色の着色パターンからなる着色層4と、遮光部3上に配置され、着色層4上に形成された柱状スペーサ5とを有している。また、緑色パターン4Gおよび青色パターン4B間の遮光部3は、赤色パターン4Rで覆われており、カラーフィルタ1は、遮光部3が、この遮光部3上で隣接する着色パターン(緑色パターン4Gおよび青色パターン4B)とは異なる色の着色パターン(赤色パターン4R)で覆われている部位を少なくとも一部に有している。さらに、カラーフィルタ1は、赤色画素領域6R、緑色画素領域6G、青色画素領域6B、および非画素領域(遮光部3の形成領域)を有しており、各画素領域6R,6G,6B間の遮光部3上に赤色パターン4Rが形成され、遮光部3の全面が着色層4で覆われている。また、各画素領域6R,6G,6B間の遮光部3上には、柱状スペーサ5が設けられている。なお、図1において、柱状スペーサは省略されている。
また、遮光部がこの遮光部上で隣接する着色パターンとは異なる色の着色パターンで覆われているとは、2色の着色パターンが遮光部を挟んで所定の間隔をおいて形成されており、この2色の着色パターン間の遮光部が、この2色とは異なる色の着色パターンで覆われていることをいう。例えば図1および図2においては、緑色パターン4Gおよび青色パターン4Bが遮光部3を挟んで所定の間隔をおいて形成されており、緑色パターン4Gおよび青色パターン4B間の遮光部3が緑色および青色とは異なる色である赤色パターン4Rで覆われている。すなわち、遮光部3が、この遮光部3上で隣接する緑色パターン4Gおよび青色パターン4Bとは異なる色の赤色パターン4Rで覆われているのである。
上述したように本発明においては、残渣による影響を低減させることができるので、着色層上にオーバーコート層が形成されていない横電界方式の液晶表示装置に、本発明のカラーフィルタを好適に用いることができる。
以下、本発明のカラーフィルタの各構成について説明する。
本発明における着色層は、基材上に遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなるものである。また、本発明のカラーフィルタは、遮光部上で隣接する着色パターンとは異なる色の着色パターンが遮光部を覆うように形成されている部位を少なくとも一部に有している。
緑色パターンに用いられる着色剤としては、例えば、ハロゲン多置換フタロシアニン系顔料もしくはハロゲン多置換銅フタロシアニン系顔料等のフタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料等が挙げられる。これらの顔料もしくは染料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
青色パターンに用いられる着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、インダンスレン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料等が挙げられる。これらの顔料は単独で用いてもよく2種以上を混合して用いてもよい。
本発明における柱状スペーサは、遮光部上に配置され、着色層上に形成されるものである。
本発明における遮光部は、基材上にパターン状に形成され、全面が着色層で覆われているものである。また、本発明のカラーフィルタは、遮光部が、この遮光部上で隣接する着色パターンとは異なる色の着色パターンで覆われている部位を少なくとも一部に有している。
また、上記の場合であって、遮光部の形成方法としてフォトリソグラフィー法を用いる場合、バインダ樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、ポリ桂皮酸ビニル系、もしくは環化ゴム系等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂が用いられる。この場合、黒色着色剤および感光性樹脂を含有する遮光部用感光性樹脂組成物には、光重合開始剤を添加してもよく、さらには必要に応じて増感剤、塗布性改良剤、現像改良剤、架橋剤、重合禁止剤、可塑剤、難燃剤等を添加してもよい。
本発明に用いられる基材としては、可視光に対して透明な基材であれば特に限定されるものではなく、一般的なカラーフィルタに用いられる透明基板を用いることができる。具体的には、石英ガラス、無アルカリガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジッド材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材が挙げられる。
本発明においては、着色層上に透明電極層が形成されていてもよい。本発明のカラーフィルタを、TN方式または垂直配向方式等の液晶表示装置に適用する場合には、通常、透明電極層が設けられる。
本発明においては、図4に例示するように、着色層4および柱状スペーサ5の上に配向膜7が形成されていてもよい。本発明のカラーフィルタを液晶表示装置に適用する場合には、通常、配向膜が設けられる。
本発明のカラーフィルタは、種々の用途に用いることができ、例えば、IPS、FFS等の横電界方式、MVA、PVA等の垂直配向方式、TN方式などの液晶表示装置などに適用することができる。
次に、本発明のカラーフィルタの他の実施態様について説明する。
本発明のカラーフィルタの他の実施態様は、基材と、上記基材上に形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、前記基材上に形成され、前記3色以上の着色パターンのうち、少なくとも2色の着色パターンが積層された積層遮光部と、上記積層遮光部上に形成された柱状スペーサとを有することを特徴とするものである。
まず、感光性樹脂組成物を調製した。重合槽中に、メタクリル酸メチル(MMA)を63重量部、アクリル酸(AA)を12重量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(HEMA)を6重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)を88重量部仕込み、攪拌し溶解させた後、2,2´−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)を7重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、85℃で2時間攪拌し、さらに100℃で1時間反応させた。得られた溶液に、さらにメタクリル酸グリシジル(GMA)を7重量部、トリエチルアミンを0.4重量部、ハイドロキノンを0.2重量部添加し、100℃で5時間攪拌し、共重合樹脂溶液(固形分50%)を得た。
次に、上記の共重合樹脂溶液を、下記の材料とともに室温で攪拌、混合して、感光性樹脂組成物を得た。
<感光性樹脂組成物の組成>
・上記の共重合樹脂溶液(固形分50%):16重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(サートマー社 SR399):24重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社 エピコート180S70):4重量部
・2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン:4重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:52重量部
<赤色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントレッド177:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<緑色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントグリーン36:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<青色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントブルー15:6:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
このようにして、青色パターンと赤色パターンとを積層して積層遮光部を形成した。
また、TFTが形成されたガラス基板(TFT基板)を準備し、このTFT基板上に、IPS液晶を必要量滴下した。次に、IPS液晶が滴下されたTFT基板とカラーフィルタ基板とを重ね合わせ、UV硬化性樹脂をシール材として用い、常温で0.3kgf/cm2の圧力をかけながら400mJ/cm2の照射量で露光することにより接合して、セル組みし、液晶表示装置を得た。
緑色画素領域および非画素領域に緑色パターンを形成して、緑色パターンと青色パターンと赤色パターンとを積層して積層遮光部を形成した以外は、カラーフィルタ1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
まず、下記の材料を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
<黒色顔料分散液の組成>
・黒色顔料:23重量部
・高分子分散剤(ビックケミー・ジャパン(株) Disperbyk111):2重量部
・溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル):75重量部
次に、上記黒色顔料分散液を、下記の材料とともに十分混合して、遮光部用感光性樹脂組成物を得た。
<遮光部用感光性樹脂組成物の組成>
・黒色顔料分散液:61重量部
・上記の感光性樹脂組成物:20重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:30重量部
得られた液晶表示装置について、5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を(株)東陽テクニカ製VHR−1を用いて測定した。結果を表1に示す。
次に、本発明のカラーフィルタの製造方法について説明する。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、基材と、上記基材上にパターン状に形成された遮光部と、上記基材上に上記遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、上記遮光部上に配置され、上記着色層上に形成された柱状スペーサとを有し、上記着色層をフォトリソグラフィー法により形成するカラーフィルタの製造方法であって、上記遮光部と、上記3色以上の着色パターンのうち、1色を除く他の着色パターンとが形成された基材上に、対応する画素領域に設けられるとともに、上記他の着色パターン間の上記遮光部を含む上記遮光部全体を覆うように、残りの1色の着色パターンを形成する最後の着色パターン形成工程を有することを特徴とするものである。
以下、本発明のカラーフィルタの製造方法における各工程について説明する。
本発明における他の着色パターン形成工程は、遮光部が形成された基材上に、残りの1色の着色パターン以外の他の着色パターンをフォトリソグラフィー法により形成する工程である。
次に、遮光部3および緑色パターン4Gがパターン状に形成された基材2の全面に青色パターン用感光性樹脂組成物24Bを塗布する(図10(c))。この塗布された青色パターン用感光性樹脂組成物24Bに、フォトマスク25を介して紫外線22を照射し、現像して、緑色パターン4Gおよび青色パターン4B間の遮光部3が露出しないように青色パターン4Bを形成する(図10(d))。
続いて、遮光部3、緑色パターン4Gおよび青色パターン4Bがパターン状に形成された基材2の全面に赤色パターン用感光性樹脂組成物24Rを塗布する(図10(e))。この塗布された赤色パターン用感光性樹脂組成物24Rに、フォトマスク25を介して紫外線22を照射し、現像して、緑色パターン4Gおよび青色パターン4B間の遮光部3を覆うように赤色パターン4Rを形成する(図10(f))。
本発明における最後の着色パターン形成工程は、遮光部と、3色以上の着色パターンのうち、1色を除く他の着色パターンとが形成された基材上に、対応する画素領域に設けられるとともに、他の着色パターン間の遮光部を含む遮光部全体を覆うように、残りの1色の着色パターンをフォトリソグラフィー法により形成する工程である。
本発明における柱状スペーサ形成工程は、遮光部上に形成された残りの1色の着色パターン上に柱状スペーサを形成する工程である。
本発明においては、上記の工程以外に、必要に応じて、着色層上に透明電極層を形成する透明電極層形成工程や、着色層および柱状スペーサの上に配向膜を形成する配向膜形成工程を行ってもよい。
[実施例1]
(感光性樹脂組成物の調製)
重合槽中に、メタクリル酸メチル(MMA)を63重量部、アクリル酸(AA)を12重量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(HEMA)を6重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)を88重量部仕込み、攪拌し溶解させた後、2,2´−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)を7重量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、85℃で2時間攪拌し、さらに100℃で1時間反応させた。得られた溶液に、さらにメタクリル酸グリシジル(GMA)を7重量部、トリエチルアミンを0.4重量部、ハイドロキノンを0.2重量部添加し、100℃で5時間攪拌し、共重合樹脂溶液(固形分50%)を得た。
次に、上記の共重合樹脂溶液を、下記の材料とともに室温で攪拌、混合して、感光性樹脂組成物を得た。
・上記の共重合樹脂溶液(固形分50%):16重量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(サートマー社 SR399):24重量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社 エピコート180S70):4重量部
・2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン:4重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:52重量部
まず、下記の材料を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調製した。
<黒色顔料分散液の組成>
・黒色顔料:23重量部
・高分子分散剤(ビックケミー・ジャパン(株) Disperbyk111):2重量部
・溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル):75重量部
<遮光部用感光性樹脂組成物の組成>
・黒色顔料分散液:61重量部
・上記の感光性樹脂組成物:20重量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル:30重量部
次に、下記組成の赤色パターン用感光性樹脂組成物、緑色パターン用感光性樹脂組成物、および青色パターン用感光性樹脂組成物を調製した。
<赤色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントレッド177:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<緑色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントグリーン36:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
<青色パターン用感光性樹脂組成物の組成>
・C.I.ピグメントブルー15:6:10重量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤:3重量部
・上記の感光性樹脂組成物:5重量部
・酢酸−3−メトキシブチル:82重量部
このようにして、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の着色パターンからなる着色層を形成した。
着色層が形成された基板上に、上記の感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布して、乾燥させ、塗膜を形成した。この塗膜から100μmの距離にフォトマスクを配置して、プロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて、紫外線を10秒間照射した。次いで、塗膜が形成された基板を0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、塗膜の未硬化部分のみを除去した。その後、基板に200℃で30分間の加熱処理を施して、上底面積が100μm2で基板表面からの高さが5.0μmの柱状スペーサを遮光部上に所定の個数密度となるように形成した。
着色層およびスペーサが形成された基板上に、ポリイミドからなる配向膜を形成し、カラーフィルタ(カラーフィルタ基板)を得た。
また、TFTが形成されたガラス基板(TFT基板)を準備し、このTFT基板上に、IPS液晶を必要量滴下した。次に、IPS液晶が滴下されたTFT基板とカラーフィルタ基板とを重ね合わせ、UV硬化性樹脂をシール材として用い、常温で0.3kgf/cm2の圧力をかけながら400mJ/cm2の照射量で露光することにより接合して、セル組みし、液晶表示装置を得た。
着色層の形成にて、下記のようにして青色パターンを形成した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
着色層の形成にて、下記のようにして緑色パターンおよび青色パターンを形成した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
次に、青色画素領域に対応する部分および非画素領域に対応する部分が開口されたフォトマスクを用いた以外は、実施例1と同様にして、青色画素領域および遮光部の形成領域に青色パターンを形成した。
着色層の形成にて、下記のようにして緑色パターン、青色パターンおよび赤色パターンを形成した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
次に、所望のストライプパターンが得られるフォトマスクを用いた以外は、実施例1と同様にして、青色画素領域を覆うように青色パターンをストライプ状に形成した。
さらに、2色の画素領域に対応する部分がストライプ状に遮光されたフォトマスクを用いた以外は、実施例1と同様にして、赤色画素領域および遮光部の形成領域に赤色パターンを形成した。
着色層の形成にて、下記のようにして青色パターンを形成した以外は、実施例2と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
着色層の形成にて、下記のようにして緑色パターンおよび青色パターンを形成した以外は、実施例2と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
次に、2色の画素領域に対応する部分がストライプ状に遮光されたフォトマスクを用いた以外は、実施例1と同様にして、青色画素領域および遮光部の形成領域に青色パターンを形成した。
着色層の形成にて、下記のようにして赤色パターンを形成した以外は、実施例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
所望のアイランドパターンが得られるフォトマスクを用いた以外は、実施例1と同様にして、赤色画素領域に赤色パターンをアイランド状に形成した。
着色層の形成にて、赤色パターン、青色パターンおよび緑色パターンの順に形成した以外は、比較例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
着色層上に、下記のようにしてオーバーコート層を形成し、このオーバーコート層上に柱状スペーサを形成した以外は、比較例1と同様にしてカラーフィルタおよび液晶表示装置を作製した。
着色層が形成された基板上に、実施例1の感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布して乾燥させ、200℃で30分間の加熱処理を施して、膜厚1.0μmのオーバーコート層を形成した。
得られた液晶表示装置について、5Vの電圧を60マイクロ秒の印加時間、167ミリ秒のスパンで印加した後、印加解除から167ミリ秒後の電圧保持率を(株)東陽テクニカ製VHR−1を用いて測定した。結果を表2に示す。
2 … 基材
3 … 遮光部
4 … 着色層
4R … 赤色パターン
4G … 緑色パターン
4B … 青色パターン
5 … 柱状スペーサ
6R … 赤色画素領域
6G … 緑色画素領域
6B … 青色画素領域
Claims (6)
- 基材と、前記基材上にパターン状に形成された遮光部と、前記基材上に前記遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、前記遮光部上に配置され、前記着色層上に形成された柱状スペーサとを有するカラーフィルタであって、
前記遮光部が、前記遮光部上で隣接する前記着色パターンとは異なる色の着色パターンで覆われている部位を少なくとも一部に有することを特徴とするカラーフィルタ。 - 前記3色以上の着色パターンのうち、最後に形成される着色パターンで、他の着色パターン間の前記遮光部を含む前記遮光部全体が覆われていることを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。
- 前記遮光部上に、2色以上の前記着色パターンが積層されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記着色層上にオーバーコート層が形成されておらず、横電界方式の液晶表示装置に用いられることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のカラーフィルタ。
- 基材と、前記基材上にパターン状に形成された遮光部と、前記基材上に前記遮光部全面を覆うように形成され、3色以上の着色パターンからなる着色層と、前記遮光部上に配置され、前記着色層上に形成された柱状スペーサとを有し、前記着色層をフォトリソグラフィー法により形成するカラーフィルタの製造方法であって、
前記遮光部と、前記3色以上の着色パターンのうち、1色を除く他の着色パターンとが形成された基材上に、対応する画素領域に設けられるとともに、前記他の着色パターン間の前記遮光部を含む前記遮光部全体を覆うように、残りの1色の着色パターンを形成する最後の着色パターン形成工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 - 前記最後の着色パターン形成工程前に、前記遮光部が形成された基材上に、対応する画素領域に設けられるとともに、前記遮光部上に配置されるように、前記他の着色パターンのうち、少なくとも1色の着色パターンを形成する工程を行い、
前記最後の着色パターン形成工程にて、前記遮光部上に形成された少なくとも1色の着色パターン上に、前記残りの1色の着色パターンを形成する
ことを特徴とする請求項5に記載のカラーフィルタの製造方法。
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