JP2011158537A - カラーフィルタ基板、並びにその製造に用いる感光性着色組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】着色画素の膜厚を優先した際に、画素部分とＢＭ上に乗り上げる部分の感光性着色組成物との膜厚の差が低減され、積層ＰＳを所望の高さに制御できるカラーフィルタ基板と、その製造に用いることのできる感光性着色組成物とを提供する。
【解決手段】基板上にブラックマトリックス、複数色の着色画素、前記ブラックマトリックス上に前記着色画素を構成する感光性着色組成物を１色以上積層して形成された積層フォトスペーサを有するカラーフィルタ基板において、前記感光性着色組成物の全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有している。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶表示装置やカラー撮像管素子に用いられるカラーフィルタ基板、並びにその製造に用いられる感光性着色組成物に関する。

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ごとにアクティブ素子（薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）を形成した基板と、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（以下、アクティブ素子を形成した基板をＴＦＴ基板と略称する）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。

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液晶を挟持するように貼り合わせて構成される。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発生する。従来、液晶表示装置においては、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に均一なセルギャップを確保するために、スペーサと呼ぶガラス、又は、樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）をこれら基板間に介在させていたが、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表示品質が悪化し、また間隔の正確な保持の面でも問題があった。

そこで、液晶にスペーサと称する直径１０μｍないし５０μｍの柱状突起を形成する方法が提案されている。特許文献１〜４には、液晶表示装置用スペーサを、カラーフィルタ基板の上にフォトリソグラフィーの手法で形成する技術が開示されている。また、特許文献５〜７には、工程数を増やすことなく液晶表示装置用スペーサを着色層の重ね合わせにより形成する積層ＰＳ（Ｐｈｏｔｏ Ｓｐａｃｅｒ）の技術が開示されている。

積層ＰＳはカラーフィルタの開口率を低下させないように通常ブラックマトリックス（ＢＭ）の上に感光性着色組成物を複数色乗り上げ重ねることで形成される。しかしながら、各着色組成物の硬膜物への濡れ性が悪くはじき現象が起こることや、ポストベーキング工程で着色組成物が画素領域に流れ込むために、幅が狭いＢＭ部分に乗り上げ・形成される着色組成物の膜厚は、画素平坦部の膜厚に較べ薄くなり、２色、３色と重ねて必要なＰＳ積層高さを得ることになる。そのため、所望の色相を得るために着色画素の膜厚を優先した際には、積層ＰＳを所望の高さに制御することが困難であった。

特開平９−２５８１９２号公報 特開平１１−２４８９２１号公報 特開２００１−２０１７５０号公報 特開２００１−１０８８１３号公報 特開平４−９３９２４号公報 特開平４−１８４４２３号公報 特開２００７−２１２８２６号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたもので、着色画素の膜厚を優先した際に、画素部分とＢＭ上に乗り上げる部分の感光性着色組成物との膜厚の差が低減され、積層ＰＳを所望の高さに制御できるカラーフィルタ基板と、その製造に用いることのできる感光性着色組成物とを提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、基板上にブラックマトリックス、複数色の着色画素、前記ブラックマトリックス上に前記着色画素を構成する感光性着色組成物を１色以上積層して形成された積層フォトスペーサを有するカラーフィルタ基板において、
前記感光性着色組成物の全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることを特徴とするカラーフィルタ基板である。

次に、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載するカラーフィルタ基板の着色画素および積層フォトスペーサ形成に用いられる感光性着色組成物であって、
少なくとも、着色顔料あるいは染料、透明樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶剤、透明体質顔料からなる感光性着色組成物であり、且つ、全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることを特徴とする感光性着色組成物である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記透明体質顔料が、酸化ケイ素、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの群れから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項２に記載する感光性着色組成物である。

本発明のカラーフィルタ基板および感光性着色組成物によれば、画素及び積層ＰＳを形成している感光性着色組成物がその全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることで、感光性着色組成物の流動性を低く制御でき、ＢＭ上あるいは他色の着色組成物の硬膜物へのはじき現象が起きにくく、ポストベーキング工程でも着色組成物が画素領域に流れ込むことが少なくなる。そのため、ＢＭ部分に乗り上げ・形成される着色組成物の膜厚の画素平坦部の膜厚に比較した乗り上げ率が大きくなり、従来より薄い膜厚の着色画素とした場合や、少ない色数の感光性着色組成物で必要なＰＳ積層高さを得ることが可能になる。即ちフォトリソ工程で適用する感光性着色組成物の量が削減できる、あるいは、積層の色数を削減できる大きなコストダウン効果が得られる。

積層ＰＳを形成した一例のカラーフィルタ基板を部分断面で示す模式図。 本発明に係るカラーフィルタ基板の着色画素とＢＭ上に乗り上げた着色組成物の膜厚を断面で示す説明図。 本発明に係る青色感光性着色組成物中の全顔料割合と乗り上げ率の関係を示すグラフ。 本発明に係る青色感光性着色組成物中の透明体質顔料割合と乗り上げ率の関係を示すグラフ。

本発明のカラーフィルタ基板及びこれに用いる感光性着色組成物について、一実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

本発明のカラーフィルタ基板は、基板（１）上にブラックマトリックス（２）、複数色の着色画素（３）、ブラックマトリックス上に着色画素を構成する感光性着色組成物を１色以上積層して形成された積層フォトスペーサ（４）を有している。そして、本発明のカラーフィルタ基板においては、この感光性着色組成物の全固形文中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有しているを特徴としている。また、本発明に係る感光性着色組成物は、少なくとも、着色顔料あるいは染料、透明樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶剤、透明体質顔料からなる感光性着色組成であり、且つ、全固形文中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることを特徴とする感光性着色組成物である。

透明基板上に着色画素やブラックマトリックスを形成する方法としては顔料分散法が主流となっている。顔料分散法は、有機顔料などの色材を分散した感光性着色組成物の塗布層を公知のフォトリソグラフィー法によってパターニングすることにより、カラーフィルタを複数の着色層（赤色、緑色、青色など）の画素に形成する方法である。複数の着色層の入色順を限定するものでないが、アライメントの都合及び積層ＰＳの形成性からブラックマトリクス層のパターン形成後に着色層の塗布、露光、現像等により赤色画素、緑色画素、青色画素などを順次形成し画素形成と同時に所望の高さの積層ＰＳを形成する。

スペーサとして、着色層を積層して使用する場合、積層部は、ブラックマトリクス層上に１色以上の着色層を積層する。重ねる色の数は、液晶表示装置として必要なセルギャップで規定されるものであるが、２色ないし３色が望ましい。２色の積層の場合、赤色と青色の着色層を積層すると黒色に近くなり、色ズレ発生時の画素部分への混色防止となる。あるいは、２色と３色の２種類の積層部とすることにより、低い方の積層部をサブスペーサとして用いることができる。サブスペーサは、表示装置として使用している時に、液晶パネルに大きな圧力が加わったときに、セルの破壊を防ぐスペーサとなる。スペーサとサブスペーサの形成比率は限定するものでないが、１：２程度（後者がサブスペーサ）が実用的である。あるいは、例えば、２色での積層部として形成し、当該積層部上にさらに突起形成の有無にてスペーサ、サブスペーサとして用いることも可能である。

通常のカラーフィルタ基板において、ブラックマトリックス層の厚さは０．５〜３μｍ、幅は３〜３０μｍの範囲である。また、赤色画素、緑色画素、青色画素のそれぞれの膜厚（厚さ）は０．５〜３μｍである。この膜厚は、感光性着色組成物の組成や塗布方法で大きく左右されるが、従来の感光性着色組成物を用いて各画素の膜厚をおよそ１．８μｍで形成した場合には、例えば、図１に示すように、ブラックマトリックス（２）上に乗り上げ・形成する赤色層（４Ｒ）の厚さは１．４０μｍ程度、その上に乗り上げ・形成する緑色層（４Ｇ）の厚さは０．９５μｍ程度、さらにその上に乗り上げ・形成する青色層（４Ｂ）の厚さは０．８８μｍ程度と薄く形成される傾向にある。すなわち、所望の色相を得るために着色画素の膜厚を優先した際には、積層ＰＳ（４）を所望の高さに制御することは困難であった。

ブラックマトリックス層は、黒色樹脂を用いて形成された液晶表示装置のコントラストアップのために各画素間に形成する細い遮光パターンである。ブラックマトリックス層を
形成する方法としては、黒色非感光性樹脂を用いフォトリソグラフィー法によって保護レジストを形成し、エッチングによってマトリックス状に形成する方法、或いは黒色感光性樹脂を用いフォトリソグラフィー法によってマトリックス状に形成する方法がある。黒色の色材としては、カーボンブラックや酸化チタン、あるいは複数の有機顔料を用いることができる。

本発明に係る感光性着色組成物は、前述したように、少なくとも、着色顔料あるいは染料、透明樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶剤、透明体質顔料からなる。ブラックマトリックス及び着色画素の形成に用いる黒色感光性樹脂及び感光性着色組成物は、例えば、透明樹脂バインダに顔料成分を、分散剤を用いて分散させ、この分散液に光重合性モノマー、光重合開始剤、増感剤、溶剤などを添加して調製される。感光性着色組成物には、更に、透明体質顔料を全固形文中に1〜３０質量％添加して調整される。

本発明の実施形態においては、ブラックマトリックス及び着色画素の形成に用いる黒色感光性樹脂及び感光性着色組成物は、樹脂バインダと開始剤を主成分として、樹脂バインダが光重合、又は熱重合、或いは光重合及び熱重合を経て、三次元架橋される。ブラックマトリックス及び着色組成物の樹脂バインダを三次元架橋させることによって、パネル組み立て工程における荷重によりブラックマトリックス及び着色画素並びに積層ＰＳの厚みが減じるのを抑制することができる。

光重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、アクリレート樹脂、熱重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、エポキシ樹脂、光重合及び熱重合に適合する樹脂バインダとしては、例えば、エポキシアクリレート樹脂があげられる。

本発明に係る感光性着色組成物に含有される着色顔料としては、一般に市販されている有機顔料を用いることができる。また、形成するフィルタセグメントの色相に応じて、染料、天然色素、無機顔料を併用することができる。有機顔料としては、発色性が高く、且つ耐熱性、特に耐熱分解性の高いものが好適に用いられる。有機顔料は、1種を単独で、または２種以上を混合して用いることができる。また、有機顔料は、ソルトミリング、アシッドペースティング等により微細化したものであってもよい。

以下に、本発明に係る感光性着色組成物に使用可能な有機顔料の具体例を、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．）番号で示す。赤色画素には、例えば、色材として、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、１４、４１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、８１：４、１４６、１６８、１７７、１７８、１７９、１８４、１８５、１８７、２００、２０２、２０８、２１０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７０、２７２、２７９等の赤色顔料を用いることができ、黄色顔料や橙色顔料を併用することもできる。

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、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、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１３８、１３９、１４７、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、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、１９８、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、６
１、７１、７３等が挙げられる。

赤色画素が、これら顔料のなかでジケトピロロピロール系赤色顔料、アントラキノン系赤色顔料のうち１種類以上を含む場合には、任意のＲｔｈ（リタデーションの値）を得ることが容易になるため、好ましい。なぜなら、ジケトピロロピロール系赤色顔料は、その微細化処理を工夫することにより、Ｒｔｈを正負のどちらにすることも可能であり、その絶対値もある程度制御可能である。また、アントラキノン系赤色顔料は、微細化処理に関わらず０に近いＲｔｈを得やすい。

その使用量は、顔料の合計質量を基準として、ジケトピロロピロール系赤色顔料を１０〜９０質量％、アントラキノン系赤色顔料を５〜７０質量％とすることが、画素の色相や明度、膜厚、コントラスト等の点から好ましい。特に、コントラストに着目した場合、ジケトピロロピロール系赤色顔料を２５〜７５質量％、アントラキノン系赤色顔料を３０〜６０質量％とすることがより好ましい。

緑色画素には、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、黄色顔料を併用することもできる。黄色顔料としては、赤色画素に用いる顔料として挙げたものと同様のものが使用可能である。

青色画素には、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４等の青色顔料を用いることができ、紫色顔料を併用することもできる。紫色顔料としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等が挙げられる。

青色画素が、これら顔料のなかで金属フタロシアニン系青色顔料と、ジオキサジン系紫色顔料のうち１種類以上を含む場合には、０に近い位相差を得ることが容易になる。その使用量は、顔料の合計質量を基準として、金属フタロシアニン系青色顔料を４０〜１００質量％、ジオキサジン系紫色顔料を１〜５０質量％とすることが、画素の色相や明度、膜厚等の点から好ましい。さらに、金属フタロシアニン系青色顔料を５０〜９８質量％、ジオキサジン系紫色顔料を２〜２５質量％とすることがより好ましい。上記において金属フタロシアニン系青色顔料としてはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６、ジオキサジン系紫色顔料としてはＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３が、優れた耐光性、耐熱性、透明性、および着色力等の点から好適である。

本発明の感光性着色組成物に含有される透明体質顔料は、酸化ケイ素（シリカ）、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの群れから選ばれる少なくとも一種を用いることができる。また、透明性の点から、体質顔料の平均粒子径が５００ｎｍ以下であることが好ましい。特に、屈折率がバインダー樹脂に近似し、樹脂への分散性に優れ、増粘性を発揮する微粉末シリカゲルがより好ましく用いることができる。

本発明に係る感光性着色組成物においては、感光性着色組成物の全固形分に対して1〜３０質量％、好ましくは５〜２５質量％の透明体質顔料を含有する。なお、上記した着色顔料と透明体質顔料を合わせた固形分量は、感光性着色組成物の全固形分に対して２０〜５５質量％とするのが好ましい。感光性着色組成物の全固形分中に含まれる透明体質顔料量が１質量％未満では増粘効果が発揮されず、３０質量％を超えると、コントラストが大きく低下し皮膜の断面形状が逆テーパーになる不具合が生じる。また、着色顔料と透明体質顔料を合わせた固形分量が５５質量％を超えてしまうと、光重合性モノマーや光重合開始剤を減らさなくてはならず、画素形成ができなくなるため好ましくない。

前述したように、感光性着色組成物中に透明体質顔料を含有することにより、感光性着色組成物の流動性を低く制御でき、ＢＭ上あるいは他色の着色組成物の硬膜物へのはじき現象が起きにくく、ポストベーキング工程でも着色組成物が画素領域に流れ込むことが少なくなる。そのため、ＢＭ部分に乗り上げ・形成される着色組成物の膜厚の画素平坦部の膜厚に比較した乗り上げ率が大きくなり、従来より薄い膜厚の着色画素とした場合や、少ない色数の感光性着色組成物で必要なＰＳ積層高さを得ることが可能になる。後述するように、透明体質顔料の含有量と乗り上げ率にはある程度の直線関係が得られることから、色相を優先して着色顔料の含有量と着色画素の膜厚を優先した場合でも、透明体質顔料の含有量を変化させることで積層ＰＳの高さを制御することが可能となる。

また、透明樹脂は、前記着色顔料、透明体質顔料を分散させる樹脂であって、画素パターン露光後の現像において、未露光部がアルカリ現像液により溶解除去できる樹脂を言う。具体的には、アルキルアクリレート、環状アクリレート、環状メタクリレート、ヒドロキシエチルエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のアクリル系モノマートエチレン性の不飽和基を有するラジカル重合性のモノマーからなるアクリル系透明樹脂、フルオレン骨格を有するエポキシアクリレート透明樹脂、多官能エポキシ樹脂にエチレン性の不飽和基を有するラジカル重合性のモノマーを付加させたタイプの樹脂を使用することが出来る。ただし、上記樹脂に限定されるものではない。

光重合性モノマーとしては、例えば、以下に示すようなモノマーを混合して、又は単独で使用することができる。例えば、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、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート等の水酸基を含むモノマーや、エチレングリコールジ（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、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラメチレングリコールジ（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、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ（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、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ（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、グリセロール（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル類、あるいは、ペンタエリストールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリストールヘキサ（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、ジペンタエリストールヘキサ（メタ）アクリレートのカプロラクトン付加物のヘキサ（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレートなどがあげられる。前記重合性モノマーの一部が、カルボキシル基含有多官能性単量体を含む重合性モノマーであることは、好ましい。例えば、ペンタエリスリトール又はその誘導体であっても良い。

ラジカル重合性モノマーの重合反応を開始させる活性種を発生する光重合開始剤としては、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−ｉｓｏ−ブタレ−ト、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ベンゾイルジオキシ）ヘキサン、１,４−ビス［α−（ｔｅｒｔ−ブチルジオキシ）−ｉｓｏ−プロポキシ］ベンゼン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルジオキシ）ヘキセンヒドロペルオキシド、α−（ｉｓｏ−プロピルフェニル）−ｉｓｏ−プロピルヒドロペルオキシド、２,５−ビス（ヒドロペルオキシ）−２,５−ジメチルヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、１,１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルジオキシ）−３,３,５−トリメチルシクロヘキサン、ブチル−４,４−ビス（t−ブチルジオキシ）バレレ−ト、シクロヘキサノンペルオキシド、２,２',５,５'−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３,３',４,４'−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３,３',４,４'−テトラ（ｔｅｒｔ−アミルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３,３',４,４'−テトラ（ｔｅｒｔ−ヘキシルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３,３'−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシカルボニル）−４,４'−ジカルボキシベンゾフェノン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾエ-ト、ｔ−ブチルジペルオキシイソフタレ-トなどの有機過酸化物や、９,１０−アンスラキノン、１−クロロアンスラキノン、２−クロロアンスラキノン、オクタメチルアンスラキノン、１,２−ベンズアンスラキノンなどのキノン類や、ベンゾインメチル、ベンゾインエチルエーテル、α−メチルベンゾイン、α−フェニルベンゾインなどのベンゾイン誘導体などを挙げることができる。さらに、本発明で使用することのできる光重合開始剤としては、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製のＩｒｇａｃｕｒｅ６５１、１８４、１１７３、９０７、３６９、３７９、８１９、ＣＧＩ １２４やＢＡＳＦ社製のＴＰＯ、日本化薬（株）製のＫａｙａｃｕｒｅ ＤＴＥＸ、あるいは４，４‘−ジエチルアミノベンゾフェノン、４，４’−ジメチルアミノベンゾフェノンのようなベンゾフェノン類の他に、ビイミダゾール化合物、トリアジン化合物などを挙げることができる。

また、感光性着色組成物には、顔料を充分に組成物中に分散させ、基板上の塗布を容易にするために有機溶剤を含有させる。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。

樹脂に顔料を分散する際には、適宜、界面活性剤、樹脂型顔料分散剤、色素誘導体等の分散剤が使用できる。また、塗布性向上、感度の向上、密着性の向上などを目的として、連鎖移動剤、界面活性剤、シランカップリング剤等の添加剤を添加しても良い。

本発明の感光性着色組成物は、各成分を混合し、シェーカー、デスパー、三本ロールミル、二本ロールミル、サンドミル、ニーダー、アトライター等の各種分散手段を用いて微細に分散することにより製造することが出来る。本発明の感光性着色組成物は、遠心分離、焼結フィルタ、メンブレンフィルタ等の手段にて、５μｍ以上の粗大粒子、好ましくは１μｍ以上の粗大粒子、さらに好ましくは０．５μｍ以上の粗大粒子および混入した塵の除去を行うことが好ましい。

透明基板としては、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を用いる。アルカリ現像型着色レジスト材として調整した上記組成の黒色感光性樹脂及び感光性着色組成物を用いて、それぞれ1色ずつ、透明基板上に、スプレーコートやスピンコート、スリットコート、ロールコート等の塗布方法により、乾燥膜厚が０．５〜３μｍとなるように塗布する。必要により乾燥された膜には、この膜と接触あるいは非接触状態で設けられた所定のパターンを有するマスクを通して紫外線露光を行う。その後、炭酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等の水性アルカリ現像液に浸漬するか、もしくはスプレーなどにより現像液を噴霧して未硬化部を除去し所望のパターンを形成してブラックマトリックス、各色のフィルタセグメントおよび積層ＰＳを形成する。さらに、感光性着色組成物の重合を促進して硬膜するため、それぞれ必要に応じて加熱（ポストベーキング）を施す。

本発明に係るカラーフィルタ基板では着色画素及び積層ＰＳ部の上に透明保護層を形成しても良い。垂直配向の液晶やＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）と呼ばれる液晶、強誘電性液晶、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）と呼ばれる液晶など、透明電極による液晶セルギャップの厚み方向の電界駆動が必要な液晶では、着色画素および
積層ＰＳを形成する工程と透明保護層を形成する工程の後に、透明導電膜を形成する工程を入れる事もできる。この場合には積層上の透明電極の上か対向基板のスペーサが接触する部位に絶縁層を形成する。この絶縁層は、視野角や応答性改善などの液晶配向規制（配向制御）を目的とした配向規制突起と同時に形成しても良い。絶縁層は、カラーフィルタ基板として透明導電膜形成が不必要な、たとえばＩＰＳ（横電界）方式の液晶表示装置の場合はこれを省く事ができる。

液晶が垂直に配向する、たとば、ＶＡ方式の液晶表示装置では、あらかじめブラックマトリクスと着色画素層および積層ＰＳ上に透明電極を形成し、この透明電極上に、さらに透明樹脂を用いたスペーサや配向制御用の突起を形成しても良い。

透明導電膜を形成する方法は、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングと呼ばれる真空成膜の手法が一般的である。透明導電膜には、インジウム、スズ、ガリウム、亜鉛などの金属酸化物の複合酸化物を用いることができる。

以下に、本発明に係わる実施例を図２を参照して説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例中、「部」および「％」とは「質量部」および「質量％」をそれぞれ意味する。

０．７ｍｍ厚のガラス基板上にブラックマトリックス、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色画素を設けた。なお以下の実施例および比較例では、本発明の効果を明確にするために、ブラックマトリックス上に透明体質顔料の含有量の異なる青色着色組成物のみを積層した積層部を有するカラーフィルタを作製した。

まず、実施例および比較例で用いたアクリル樹脂溶液および着色顔料分散体の調製について説明する。樹脂の分子量は、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィ）により測定したポリスチレン換算の質量平均分子量である。

［アクリル樹脂溶液の調製］
反応容器にシクロヘキサノン３７０部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加熱して、同温度で下記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を１時間かけて滴下して、重合反応を行った。
・メタクリル酸 ２０．０部
・メチルメタクリレート １０．０部
・ｎ−ブチルメタクリレート ５５．０部
・２−ヒドロキシエチルメタクリレート １５．０部
・２，２’−アゾビスイソブチロニトリル ４．０部
滴下終了後、さらに８０℃で３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル１．０部をシクロヘキサノン５０部に溶解させたものを添加し、さらに８０℃で１時間反応を続行して、アクリル樹脂の溶液を得た。このアクリル樹脂の質量平均分子量Ｍｗは、約４００００であった。室温まで冷却した後、樹脂溶液約２ｇをサンプリングして１８０℃で２０分間加熱乾燥し、不揮発分を測定し、測定結果に基き、先に合成したアクリル樹脂溶液に不揮発分が３０％になるようにシクロヘキサノンを添加して、アクリル樹脂溶液を調製した。

［顔料分散体の調製］
表１に示す組成（質量比）の混合物を、均一に撹拌混合した後、直径１ｍｍのガラスビーズを用いて、サンドミルで５時間分散した後、５μｍのフィルタで濾過し、赤色顔料分散体ＰＲ、緑色顔料分散体ＰＧ、青色顔料分散体ＰＢをそれぞれ作製した。

表１の組成の具体的内容を以下に示す。
・ＰＲ２５４ ： ジケトピロロピロール系顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２５４）（チバ・ジャパン社製「イルガフォーレッドＢ−ＣＦ」）
・ＰＲ１７７ ： アントラキノン系顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｎｔ Ｒｅｄ １７７）（チバ・ジャパン社製「クロモフタールレッドＡ２Ｂ」）
・ＰＧ３６ ： ハロゲン化銅フタロシアニン系顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６）（東洋インキ製造社製「リオノールグリーン６ＹＫ」）
・ＰＢ１５：６ ： ε型銅フタロシアニン顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６）（ＢＡＳＦ社製「ヘリオゲンブルーＬ−６７００Ｆ」）
・ＰＹ１５０ ： ニッケルアゾ錯体系顔料（Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５０）（ランクセス社製「Ｅ４ＧＮ」）
・樹脂型分散剤 ： 日本ルーブリゾール社製「ソルスパース２００００」）
・アクリル樹脂溶液 ： 先に調整したアクリル樹脂溶液
・溶剤 ： シクロヘキサノン
［感光性着色組成物の製造］
表２に示す組成（質量比）の混合物を、均一になるように攪拌混合した後、１μｍのフィルタで濾過して、比較例１、実施例１〜３の青色感光性着色組成物をそれぞれ調整した。なお、赤色および緑色の感光性着色組成物は、比較例１の青色感光性組成物と同様に、透明体質顔料を含有させずにそれぞれ調整した。

表２の組成の具体的内容を以下に示す。
・着色顔料分散体 ： 先に調整した青色顔料分散体ＰＢ
・透明体質顔料 ： 日産化学社製「オルガノシリカゾル：ＰＭＡ−ＳＴ」
・後添加樹脂 ： アルカリ可溶アクリル樹脂
・光重合性モノマー：東亜合成社製「アロニックスＭ４０２」
・光重合性モノマー： 「ＵＳ−ＴＤ１２Ｐ」
・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 ３７９」
・増感剤 ： 保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）
・増感剤 ： チバ・ジャパン社製「ＤＡＲＯＣＵＲ ＴＰＯ」
・界面活性剤 ： ビックケミー社製「ＢＹＫ３３０」２％シクロヘキサノン溶液
・有機溶剤 ： ＰＧＭＡｃ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）
・有機溶剤 ： ＥＥＰ（エチル―３―エトキシプロピオネート）
・有機溶剤 ： シクロヘキサノン
［着色画素、スペーサ形成］
得られた感光性着色組成物を用いて着色画素層を形成した。予め１．８μｍ膜厚で積層部のみ部分的に幅広としたストライプ状の樹脂ブラックマトリックスが形成してあるガラス基板に、赤色着色組成物をスピンレスコートにより仕上り膜厚が２．０μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥の後、赤色画素形成用のストライプ状フォトマスクを介して、高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、アルカリ現像液にて６０秒間現像して、ストライプ形状の赤色の着色画素を得た。その後、２３０℃３０分で硬膜した。

次に、緑色着色組成物も同様にスピンレスコートにより仕上り膜厚が２．０μｍとなるように塗布した。９０℃５分間乾燥した後、前述の赤色画素と隣接した位置にパターンが形成されるようにフォトマスクを通して露光し現像することで、緑色画素を得た。その後、２３０℃３０分で硬膜した。

さらに、赤色、緑色と全く同様にして、透明体質顔料を含有しない比較例１の青色着色
組成物については仕上り膜厚が２．０μｍを目標として、また、透明体質顔料を含有する実施例１〜３は比較例と同一塗布条件での成り行き膜厚で、赤色、緑色の着色画素と隣接した位置の青色画素とブラックマトリックス上の直径５２μｍのドット状積層部を得た。その後、２３０℃３０分で硬膜した。これで、透明基板上に赤、緑、青３色のストライプ状の着色画素とブラックマトリックス上に青色組成物からなる積層ＰＳパターンを有するカラーフィルタが得られた。

なお、アルカリ現像液は以下の組成からなる。

炭酸ナトリウム １．５質量％
炭酸水素ナトリウム ０．５質量％
陰イオン系界面活性剤（花王・ペリレックスＮＢＬ） ８．０質量％
水 ９０．０質量％
＜乗り上げ率の測定＞
実施例１〜３および比較例１の感光性青色組成物を用いて作製したカラーフィルタについて、図２に示すように、青色画素の膜厚（ａ）と、ＢＭ上のドット状積層部の膜厚（ｂ）とを接触式膜厚計で測定した。また、乗り上げ率（ｂ／ａ）を算出した。その結果を、表３に示した。

＜評価結果＞
表３に示した結果より、全顔料含有率（Ｐｃｏｎ）と乗り上げ率の関係グラフを図３に、透明体質顔料含有率（Ｐｃｏｎ）と乗り上げ率との関係グラフを図４に示した。実施例１〜３と比較例１との組成の主な違いは透明体質顔料の含有量であり、透明体質顔料の量が増える程乗り上げ率が大きくなる傾向が見られ、図４に示すように透明体質顔料の含有量と乗り上げ率には略直線関係があることがわかった。また、この乗り上げ率の関係は色相が変わっても同じ傾向となる。そのため、本発明のカラーフィルタでは、ＢＭ部分に乗り上げ・形成される着色組成物の膜厚の画素平坦部の膜厚に比較した乗り上げ率が大きくなり、従来より薄い膜厚の着色画素とした場合や、少ない色数の感光性着色組成物で必要なＰＳ積層高さを得ることが可能になる。

１・・・ガラス基板 ２・・・ブラックマトリックス
３Ｒ・・・赤色画素 ３Ｇ・・・・・・緑色画素 ３Ｂ・・・青色画素
４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ・・・積層ＰＳ ５・・・透明電極（ＩＴＯ膜）

Claims (3)

1. 基板上にブラックマトリックス、複数色の着色画素、前記ブラックマトリックス上に前記着色画素を構成する感光性着色組成物を１色以上積層して形成された積層フォトスペーサを有するカラーフィルタ基板において、
   前記感光性着色組成物の全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 請求項１に記載するカラーフィルタ基板の着色画素および積層フォトスペーサ形成に用いられる感光性着色組成物であって、
   少なくとも、着色顔料あるいは染料、透明樹脂、光重合性モノマー、光重合開始剤、溶剤、透明体質顔料からなる感光性着色組成物であり、且つ、全固形分中に1〜３０質量％の透明体質顔料を含有していることを特徴とする感光性着色組成物。
3. 前記透明体質顔料が、酸化ケイ素、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの群れから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項２に記載する感光性着色組成物。