JP2010266579A - カラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ基板上にはフォトスペーサ、配向制御用の突起、ストライプ状やアイランド状のパターンまで作り込むようになっており、カーフィルタ基板の完成に要する工程数が増加して、製造歩留まりの低下とコストアップを来たしている。
【解決手段】少なくとも、着色画素、ブラックマトリックス、及び同一の樹脂組成物からなるフォトスペーサおよび透明樹脂層を具備することを特徴とするカラーフィルタ基板である。前記透明樹脂層はブラックマトリックスの上部に平坦化・絶縁層として、もしくは着色画素に形成された光透過用のスルーホールを埋設するように形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に用いる、フォトスペーサと透明樹脂層を備えたカラーフィルタ基板に関する。

液晶表示装置は、一対の透光性基板間に液晶を狭持している。一方の透光性基板上にはTFT等の駆動回路が形成され、他方の透光性基板上には、ブラックマトリックス、カラーフィルタ等が形成されている。液晶表示装置の大型化にともなって透光性基板間の数μｍの距離（以下、セルギャップ）を精密に制御する必要から、従来の樹脂製もしくはガラス製のビーズスペーサを液晶内に散布する方式から、フォトリソグラフィー技術により樹脂組成物からなる柱状の突起物を形成する方法に移行しつつある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ビーズを散布する方式の液晶表示装置においては、黒色表示時にスペーサ用ビーズを介して光が散乱によって漏れたり、ビーズ近傍において液晶配向が乱れることにより、コントラストが低下し表示画質が劣化するなどの問題があった。これに対し、フォトリソグラフィー技術により形成する突起物、いわゆる、フォトスペーサと称されるものは、配置の自由度、高さの均一性、液晶中を移動しない、工程中での汚染が少ないなど、ビーズ散布方式に較べ多くの利点を有し、通常はカラーフィルタ基板側のカラーフィルタ層の上方側に敷設される。カラーフィルタ製造と同様の工程で製造できるからである。

一方、カラーフィルタ基板は、一般的に赤・緑・青の三色からなる着色層が、透光性基板上にストライプ状あるいはトライアングル配列等、適切なパターンで配置されるものである。先ず、透光性基板上に着色画素を区画して混色を防止するための仕切り堰となるブラックマトリックスを形成する。ブラックマトリックス材料としては金属薄膜あるいは黒色の感光性樹脂組成物を用い、定法のフォトリソグラフィー法によりパターン形成する。続いて、緑色感光性樹脂組成物を塗布し、これもフォトリソグラフィー法により、例えばストライプ状にパターニングして緑色着色層を形成する。この工程を、赤、青の感光性樹脂組成物に繰り返して、緑、赤、青の着色層が配置したカラーフィルタ基板を得ることができる。

最近では前記着色画素に加えて、明度を上げるため着色画素の一部を透明な画素に置換した４色のカラーフィルタとする場合もある。また、液晶の配向を制御するための突起やオーバーコート層も樹脂組成物を用いて、カラーフィルタを形成するのと同じ工程を使用してフォトリソグラフィー技術により形成される（特許文献３、特許文献４参照）。

特開２００１−２０１７５０号公報 特開２００３−１８６０２１号公報 特開２００７−３２８５６４号公報 特開２００３−１８６０２１号公報

従来のカラーフィルタ基板においては、感光性樹脂組成物を使用してブラックマトリックス、カラーフィルタ、オーバーコート層を形成すれば十分であったが、最近では、これ
らに加えて、基板間のギャップを制御するためのフォトスペーサ、配向制御用の突起、ストライプ状やアイランド状のパターンまでもカラーフィルタ基板上に作り込むようになっている。

かかる状況では、上記の部材を含むカラーフィルタ基板の完成に要する工程数が増加して、製造歩留まりの低下とコストアップを来たしているため、本発明は、上記の部材を備える場合であっても製造工程数が増加しないカラーフィルタ基板を提供することを課題とした。

請求項１に係る第１の発明は、少なくとも、着色画素、ブラックマトリックス、透明電極、フォトスペーサ及び透明樹脂層を具備し、前記フォトスペーサと透明樹脂層は同一の樹脂組成物からなることを特徴とするカラーフィルタ基板としたものである。

請求項２に係る第２の発明は、前記透明樹脂層がブラックマトリックスの上部にブラックマトリックスに沿って形成さ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基板としたものである。

請求項３に係る第３の発明は、前記着色画素が光透過用のスルーホールを備え、前記スルーホールが前記樹脂組成物で埋設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

請求項４に係る第４の発明は、前記着色画素が光透過用のスルーホールを備え、前記スルーホールが透明電極で被覆されている場合にあっては、前記スルーホール直上の前記透明電極上に前記透明樹脂が敷設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

請求項５に係る第５の発明は、前記透明樹脂層のパターン形状は、ストライプ形状、アイランド形状（立方体、直方体、三角錐、四角錐、円錐）またはリベット形状（半球状）のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板としたものである。

請求項1の発明によれば、フォトスペーサと透明樹脂層を一括形成するので、これらの形成に要する工程数が半減する。

請求項２の発明によれば、ブラックマトリックスの上部で該ブラックマトリックスの延長方向に延びる透明樹脂層が絶縁層の機能を果たすので対抗基板電極との短絡が防止されるという効果がある。また、当該部位は異なる着色画素が会合する部位であり、隣接する着色画素が重なったり離れた際にできる凹凸を平坦化する効果がある。

請求項３の発明によれば、半透過型の液晶表示装置に使用されるカラーフィルタ基板においては、フォトスペーサと透明画素の一括形成に加え、着色画素に形成されている光透過用スルーホールも同時に埋設することができる。この態様とすれば画素の平坦性が増すので液晶配向に対するスルーホールの悪影響を低減することができる。

請求項4の発明によれば、スールーホール直上にある透明電極に形成される凹み部分に透明樹脂層を選択的に敷設することで画素内平坦性が向上する。

請求項５の発明によれば、着色画素の一部を透明な画素とすることで明度を上げること
ができる。

全体としては、工程数が少なくなるので製造歩留まりが向上し、低価格で高品質なカラーフィルタ基板が得られる。

同一の透明樹脂層を用いて同時形成の対象となる部材を示す断面視の図である。 本発明になる樹脂突起一括形成の一例を説明する工程図である。（ａ）はフォトスペサとブラックマトリックス上の樹脂層。（ｂ）はフォトスペーサと透明画素。 本発明になる樹脂突起一括形成の一例を説明する断面視の図。（ａ）は透明電極がない場合のフォトスペーサと透明画素。（ｂ）は透明電極がない場合のフォトスペーサとスルーホールの埋設及び透明画素。（ｃ）は透明電極がある場合のフォトスペーサとスルーホールの埋設。 ハーフトーンマスクの構成を説明する断面視の図である。

以下に、本発明になるカラーフィルタ基板の構成及び製造方法の一例を、図１〜図４を参照して説明する。

まず、透光性基板上に、黒色の感光性樹脂組成物を塗布、乾燥した後に、フォトマスクを用いて所定のパターンに露光し、現像およびポストベークを行うことで、ブラックマトリックスを形成する。ブラックマトリックスの膜厚は、含有するカーボンブラック量から必要な光学濃度を見積もり所望の膜厚に設定することが望ましく、一般には、およそ１〜２μｍ程度である。ブラックマトリックスの形成方法としては、スピンコート法やスリットコート法、バーコート法などの塗布法を用いて塗布した後に、上記定法のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングするか、インクジェット法、印刷法などを用いて直接にパターン形成をすることも可能である。

透光性基板としては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどの無機ガラス、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＣなどのプラスチック基板、又はこれらガラス基板やプラスチック基板上に、酸化シリコンや酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの無機薄膜を成膜したものを、使用の目的・用途に応じて使い分けて用いることができる。

次に、ブラックマトリックスを形成した透光性基板上に、カラーフィルタとなる着色層を形成する。着色層は、複数色の着色画素から構成されており、色としては、赤、緑、青（ＲＧＢ）の組み合わせあるいはイエロー、マゼンダ、シアン（ＹＭＣ）の組み合わせが挙げられる。これに加え、明度を上げるために着色画素の一部を透明な画素とすることができる。

着色層の製法としては、スリットコート法やスピンコート法、ロールコート法などの塗布法で着色層を形成し、その後フォトリソグラフィー法によりパターニングするか、インクジェット法や、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などの方法が使用できる。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、光開始剤、重合性モノマー等と共に適当な溶剤に分散させた感光性着色樹脂組成物を透明基板上に塗布製膜して特定の色の着色層を形成し、この着色層をパータン露光、現像することで特定色の着色画素を形成し、この工程を必要な色数だけ繰り返し行ってカラーフィルタとするフォトリソグラフー法が最も好ましい。

具体的には、まず、赤色のネガ型感光性樹脂組成物を塗布、乾燥した後に、赤色着色層のパターンに対応した開口部を有するフォトマスクを用いてパターン露光し、定法の現像
及びポストベーク処理を施すことで、赤色着色層を形成することができる。半透過型液晶表示装置用のカラーフィルタでは、光透過用のスルーホールを着色画素ごとに形成するが、その場合にはスルーホールに対応する部位に開口部を備えたフォトマスクを用いてパターン露光する。

以下、同一の手順を繰り返すことにより、緑色着色画素および青色着色画素、場合によっては透明画素が形成されたカラーフィルター基板を得ることができる。各色の塗布膜厚は、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１〜３μｍ程度である。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、乾燥して特定色の着色パターンもしくは着色画素が得られる。
このようにして本発明が適用されるブラックマトリックスとカラーフィルタ層を備える出発基板が得られる。

ブラックマトリックスおよび、着色画素形成用の感光性着色樹脂組成物は、透明樹脂中に、着色剤となる顔料、光開始剤、重合性モノマー等を適切な溶剤により分散させて製造する。
これらを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。本発明に用いることができる感光性着色樹脂組成物の原材料の一例を説明する。

＜遮光材料＞
遮光材としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸窒化チタン、四酸化鉄などの金属酸化物や顔料、その他既知の遮光材料を用いることができる。また、遮光層の色調を調整するために、以下に示す補色の着色顔料を必要に応じて混合してもよい。

＜着色顔料＞
赤色着色層もしくは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、橙色顔料を添加併用することができる。

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、６
０、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。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。

緑色着色組成物には、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、１０、３６、３
７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添加併用することができる。

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を添加併用することができる。

また、上記着色組成物あるいは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で染料を含有させることができる。

＜透明樹脂＞
透明樹脂は、可視光領域の４００〜７００ｎｍの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。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレン−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。

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。

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、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。

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。 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重量％が好ましく、より好ましくは３〜３０重量％である。

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。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重量％が好ましく、より好ましくは３〜４０重量％である。

さらに、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。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重量％が好ましく、より好ましくは１〜２０重量％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。

また、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。

次に、フォトスペーサ、隣接する着色画素間の被覆、スルーホールの埋設、透明着色画素等の形成に使用する感光性のある樹脂組成物について説明する。

<樹脂組成物用材料＞
透明着色画素およびフォトスペーサの材料としては、感光性樹脂が好ましく、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂など、市販の感光性樹脂を用いることができる。形成方法としては、スリットコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ラミネート法などの塗布法や転写法を用いて材料を塗布した後に、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングする。フォトスペーサの膜厚は、液晶表示装置の液晶配向の方式等により異なるが、着色層表面から概ね３〜５μm程度である。

<樹脂組成物用溶剤＞
上記感光性樹脂の溶剤として、特に制限はなく、ｎ−ブチルアルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチ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モノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、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アセテート、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１，２，３−トリクロロプロパン、ｏ−クロロトルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、１，３−ブタンジオール、３−メチル−１，３−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、ジイソブチルケトン、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピ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ジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、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プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシブチルアセテート、３− メトキシ−３−メチルブチルアセテート、γ−ブチロラクトン、Ｎ ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ｐ−クロロトルエン、ｏ−ジエチルベンゼン、ｍ−ジエチルベンゼン、ｐ−ジエチルベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、シクロヘキサノン、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、酢酸ｎ−アミル、メチルイソブチルケトン等を１種もしくは２種以上混合して用いることができ、より好ましくは沸点が１４０℃〜２５０℃の溶剤を１種以上含み、粘度やレベリング性の調整を行うことがよい。またこれら溶剤に加えて、塗工性向上、密着性の向上、貯蔵安定性などを目的として、界面活性剤、シランカップリング剤、分散剤、安定剤等を添加しても良い。

＜同一樹脂組成物による透明樹脂層の同時形成＞]
先ず、同時一括形成の対象となる部材について説明する。
感光性着色樹脂組成物を調合し着色画素（層）を形成した出発基板を観察した。すると隣接する着色層同士が会合するブラックマトリックスの上部部分においては、ブラックマトリックス上に着色層が乗り上げることによりツノ段差と呼ばれる突起や、着色層同士が乗り上げて重なることにより生じる凸部、逆に着色層同士が重ならず隙間となった凹部など多様な凹凸構造を呈していた。当該部位では、この後に透明電極が形成されると断線したりして、カラーフィルタ表面の電気抵抗値が上昇する可能性が高い。またこのような部分では応力が集中しやすいために、透明電極形成工程以降での加熱・冷却工程において、透明電極膜にクラックが生じることによりパネル品質が低下することが予想される。
また、これとは別に液晶パネルではブラックマトリクスの形成エリアに透明電極配線を設けるため、この部分に導電性の異物があるとコモンショートと呼ばれるパネル不良が発生するため、品質の低下が予測される。

そこで、本発明では、着色画素３１，３２，３３が会合する境界部位８（図１を参照のこと）を破線で示すように樹脂層で被覆することとした。被覆する領域は、パネルの設計に応じて決めればよいが、着色画素が線状に形成されている場合には、隣接する着色画素が会合する境界領域部分を、線状に樹脂組成物で被覆すればよい。樹脂組成物の被覆する範囲は、少なくとも着色層が会合する境界部位８を被覆する必要があるが、ブラックマトリックスの幅とほぼ同程度の範囲内に収めることが好ましい。
尚、図1以下では表示を簡単にするため画素が会合する部位８を隙間として示してあるが、重なって突起状になる場合もあり、この場合も含むものとする。

次に、半透過型液晶表示装置においては、カラーフィルタを構成する着色画素３１，３２，３３には、図1に示すようにスルーホール９が形成される。当該スルーホール９も破線で示すように樹脂層で埋めるのが望ましい。凹みがあるとスルーホール９周辺の液晶配向が乱れることがあるからである。スルーホール９内部だけが埋まるように選択的に樹脂層を形成する。

樹脂組成物で形成可能な更に別の対象は、透過型または半透過型の液晶表示装置用カラーフィルタ基板上に、透過率を高めるために敷設する破線で示した透明画素１１である。

図１に破線で示すフォトスペーサ６は従来より樹脂組成物で形成されている。したがって、樹脂組成物を用いて一括形成される可能性のある対象物は、着色層が会合するブラックマトリックス上の部位８の平坦化・絶縁性樹脂層(以下、平坦化・絶縁性層と記す）、スルーホール９埋設用の樹脂層（以下、埋設層と記す）、透過率を高める透明画素１１、フォトスペーサ６である。但し、スルーホール９については、透明電極層をスルーホール上に形成した場合には、透明電極部位がスルーホール直上で凹むため当該凹みを埋めるように透明樹脂層を形成することができる（図３（ｃ）を参照のこと）。

フォトスペーサ６は、一般にカラーフィルタ基板の最上層に形成し、ブラックマトリックス上か着色画素３１，３２，３３の一部に食い込んだ位置に形成する。

次に、着色画素上に透明電極層７を形成した後の同時一括形成の態様の一例を図２示す。図２（ａ）はフォトスペーサ６と平坦化・絶縁性層５形成を同時にする場合の工程図である。図２（ｂ）はフォトスペーサ６と透過率を高める用透明画素１１を同時に形成する場合の工程図である。

図３（ａ）、（ｂ）は透明電極層７がない場合の例であるが、（ａ）はフォトスペーサ６と透明画素１１の同時一括形成の場合、（ｂ）はフォトスペーサ６とスルーホール埋設層５、透明画素１１の同時一括形成の場合である。図示はしていないが平坦化・絶縁性層も同時形成できる。図３（ｃ）は透明電極層７がある場合に、フォトスペーサ６、スルーホール直上の透明電極層の凹み部分の埋設５の同時一括形成の場合である。

スルーホール埋設とフォトスペーサ同時形成については、透明電極層７形成の前後で行うことができる。スルーホールは透明電極７形成で浅くはなるが凹みが残るので、該凹みを樹脂層で覆うことは平坦化に有効である。

樹脂組成物の露光については、露光用フォトマスクに光透過量の異なる部位を所定位置に設けることにより同時に上記４個の樹脂層を形成できる。その際、所望の厚みが異なる場合には、図４に示すようなフォトマスク２０の所定の位置に、純粋開口部２１や、モザイク状の開口部、あるいはハーフトーン２２、グレートーン２３など、部分的に透過光量を調整した部位を設け、このフォトマスク２０を介して露光し現像処理を施すことで一括形成ができる。

図２（ａ）では、ハーフトーンを用いて、平坦化・絶縁性層５の高さをフォトスペーサ６の高さより低く形成しているが、ハーフトーンを用いず、純粋開口部と純粋遮光部のみのフォトマスクとし、平坦化・絶縁性層５の高さをフォトスペーサ６の高さをほぼ同じに形成してもよい。

透明電極層７の材料としては、導電性および透明性が両立していれば特に制限はないが、一般的なインジウム錫酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物を好適に用いることができ、膜厚は１００〜２００ｎｍである。製膜方法としては、材料に応じて、蒸着法、プラズマ支援蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法などを用いることができる。

透光性基板１として無アルカリガラスを用い、その上に、感光性アクリル樹脂中にカーボンブラックを分散させた黒色感光性樹脂組成物をスピンコート法を用いて塗布、ホットプレートにてプレベークした後に、フォトマスクで所定のパターン露光およびアルカリ現像を行い、ポストベークすることにより、１μｍ厚のパターニングされたブラックマトリ
ックス２を得た。

次に、感光性アクリル樹脂中に、赤色の顔料他を分散させた上記赤色感光性樹脂組成物を、スピンコート法を用いて、塗布し、ホットプレートにてプレベークした後に、フォトマスク１０で所定のパターン露光およびアルカリ現像を行い、ポストベークすることにより、赤色着色層３１、同様の工程にて、緑色着色層３２、青色着色層３３を順次形成することにより、膜厚が１．５μｍの着色層３からなるカラーフィルタ３を形成した。これが出発基板となるが、本実施例ではさらに透明電極層７を形成して出発基板とした（図２を参照のこと）。

そこで、透明電極層７として、スパッタ法を用いて、インジウム錫酸化物を０．１４μｍ積層した。

次に、スピンコート法により透明電極層７上にネガ型の感光性アクリル樹脂４を塗布し減圧乾燥により乾燥し４．４μｍの皮膜を形成した。９０℃で６０秒プレベークした後、図４に類似の構造を有するハーフトーンマスク２０を用いて露光した。ハーフトーン部には３１２ｎｍ、３３４ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍの透過率が、それぞれ０．３％、３．０％、２２％、６２．５％のＩＴＯ膜を用い適切に配置して、露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２、露光照度１４．０ｍＪ／ｃｍ^２の条件で行った。

次に、アルカリ現像を行い、２３０℃で２０分加熱乾燥した。フォトスペーサ６と透明着色画素１１及び平坦化・絶縁性層５の膜厚は、それぞれ３．２μｍ、１．６μｍとなり、同じ樹脂組成物で同時一括形成できることがわかった。

所定の透過率部位を配置したハーフトーンマスクを使用すれば、上記と同様の手順で、フォトスペーサとブラックマトリックス上の平坦化層、フォトスペーサとスルーホールの埋設等が、一括同時形成できる。

１：透光性基板もしくは着色層とブラックマトリックスを備える基板
２：ブラックマトリックス
３：着色層
３１：Ｒ着色層
３２：Ｇ着色層
３３：Ｂ着色層
４：樹脂組成物（ネガ型の感光性アクリル樹脂）
５：透明樹脂層（平坦化・絶縁用、スルーホール埋設用、透明画素用）
６：フォトスペーサ
７：透明電極層
８：着色層の会合部部位
９：スルーホール
１０：スルーホールを埋設する樹脂
１１:透明画素
２０：フォトマスク
２１：開口部
２２：ハーフトーン部
２３：グレートーン部
２４：遮光層

Claims (5)

1. 少なくとも、着色画素、ブラックマトリックス、透明電極、フォトスペーサ及び透明樹脂層を具備し、前記フォトスペーサと透明樹脂層は同一の樹脂組成物からなることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 前記透明樹脂層がブラックマトリックスの上部にブラックマトリックスに沿って形成さ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基板。
3. 前記着色画素が光透過用のスルーホールを備え、前記スルーホールが前記樹脂組成物で埋設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板。
4. 前記着色画素が光透過用のスルーホールを備え、前記スルーホールが透明電極で被覆されている場合にあっては、前記スルーホール直上の前記透明電極上に前記透明樹脂が敷設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタ基板。
5. 前記透明樹脂層のパターン形状は、ストライプ形状、アイランド形状（立方体、直方体、三角錐、四角錐、円錐）またはリベット形状（半球状）のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板。

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