JP5625424B2 - カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法およびそれを備える液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置などに用いられるカラーフィルタおよびそのカラーフィルタ製造方法に関する。

液晶表示装置は、カラーフィルタ等の表示側基板と液晶駆動側基板とを対向させ、両者の間に液晶層を形成し、液晶駆動側基板により液晶層内の液晶分子の配列を電気的に制御して表示側基板の透過光又は反射光の量を選択的に変化させ、表示を行うものである。

表示側基板には、表示側基板と液晶駆動側基板との間のギャップを保持するスペーサーが設けられている。従来では、スペーサーを形成するためのフォトリソグラフィー工程を、着色層を形成するためのフォトリソグラフィー工程とは別に行う必要があった。しかしながら、独立したスペーサー形成工程を設けるとカラーフィルタの生産に必要な工程が増え、生産効率が低下し、さらには生産コストの上昇に至る。

そこで、カラーフィルタの生産効率を向上させる等の目的から、ブラックマトリクス上に着色層を積層し、積層した着色層をスペーサーとする方法が提案されている。（特許文献１を参照）

特開２００９−１６９０６４号公報

しかしながら、図７に示すように、着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがストライプ形状として作成される従来のカラーフィルタ２１においては、着色層形成後に、透明樹脂を塗布して透明保護層（オーバーコート層とも呼ばれる）１３を形成すると、ブラックマトリクス５や積層柱により、透明保護層１３の表示領域の部分に傾斜が形成されていた。このようなカラーフィルタ２１を液晶表示装置に用いる場合、この傾斜が、液晶の配向を乱す原因となり、鮮明な表示がされないという問題がある。特に、透明保護層１３は、平坦であることが必要であり、透明保護層１３の材料として平坦化しやすい材料を使用しているため、透明保護層１３の傾斜ができやすい。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、カラーフィルタの生産工程において工程数が削減されながら、表示領域において透明保護層が液晶の配向を乱すことがないカラーフィルタなどを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための本発明は、以下のとおりである。
（１）基板と、前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上に形成された前記表示用第１着色層と同色の柱用第１着色層と、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上に形成された、前記表示用第２着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第１着色層の上面よりも小さい柱用第２着色層と、前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上に形成された、前記表示用第３着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第２着色層の上面よりも小さい柱用第３着色層と、前記柱用第１着色層と、前記柱用第２着色層と、前記柱用第３着色層とが形成する積層柱と、前記ブラックマトリクス、前記各着色層及び前記積層柱を覆う透明の樹脂による透明保護層と、を具備し、前記積層柱は、前記表示用第３着色層の間の前記ブラックマトリクス上に形成され、前記柱用第１着色層の端部が、前記表示用第３着色層の端部より１μｍ〜５μｍ離れることでスリット部が形成され、前記スリット部に前記透明の樹脂が流れ込み、前記表示用第３着色層上の前記透明保護層が平坦となることを特徴とするカラーフィルタ
（２）前記柱用第１着色層の底面が円形又は多角形であることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルタ
（３）前記柱用第１着色層の底面が四角形であり、前記柱用第１着色層の底面の四角形の辺が、前記開口部を形成する辺に対して斜めであることを特徴とする（２）に記載のカラーフィルタ
（４）（１）ないし（３）のいずれかに記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置
（５）基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の、前記表示用第１着色層と同色の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の、前記表示用第２着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第１着色層の上面よりも小さい柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の、前記表示用第３着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第２着色層の上面よりも小さい柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、前記ブラックマトリクス、前記各着色層及び前記柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層による積層柱を覆う透明の樹脂による透明保護層を形成する工程（ｅ）と、を具備し、前記工程（ｂ）において、前記柱用第１着色層を、前記表示用第３着色層が形成される予定の開口部の間の前記ブラックマトリクス上で、前記表示用第３着色層の端部より１μｍ〜５μｍ離して形成し、前記柱用第１着色層が前記表示用第３着色層の端部より離れることで形成されたスリット部に、前記透明の樹脂が流れ込み、前記表示用第３着色層上の前記透明保護層が平坦となることを特徴とするカラーフィルタの製造方法

上記構成のカラーフィルタによれば、柱用第１着色層の端部が、表示用第３着色層の端部より１μｍ以上離れているため、このスリット部に透明保護層の材料が流れ込み、表示領域の透明保護層は傾斜がなく平坦となる。その結果、表示領域の透明保護層が液晶の配向を乱すことがない。また、本発明では、独立したスペーサー形成工程を設けずに、スペーサーを形成可能である。

本発明により、カラーフィルタの生産工程において工程数が削減されながら、表示領域において透明保護層が液晶の配向を乱すことがないカラーフィルタなどを提供することができる。

（ａ）第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の部分平面図（ただし、保護層１３の図示は省略している）、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造工程のブラックマトリクスの作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第１着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第２着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）カラーフィルタ１の製造工程の第３着色層の作製を説明する部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 （ａ）第２の実施形態に係る積層柱１５を有するカラーフィルタの部分平面図、（ｂ）第２の実施形態に係る積層柱１７を有するカラーフィルタの部分平面図。 （ａ）従来のカラーフィルタ２１の部分平面図、（ｂ）（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図。 実施例１に係るカラーフィルタの積層柱周辺の高さプロファイル。 比較例１に係るカラーフィルタの積層柱周辺の高さプロファイル。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明のカラーフィルタの実施形態は、カラーフィルタと、共通電極と画素電極を設けた液晶駆動側基板（不図示）と、カラーフィルタと液晶駆動側基板との間に形成される液晶層（不図示）とを具備し、液晶駆動側基板が液晶駆動側基板に対し水平な方向（横方向）に電界を発生させ、液晶を駆動させるＩＰＳ方式（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式、横電界液晶駆動方式）液晶表示装置（不図示）におけるカラーフィルタとして説明する。

（カラーフィルタ１の構成）
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１について説明する。なお、各図面は、各構成要素を模式的に示したもので、実際の大きさや相対的な大きさの比率を正確に示したものではない。また、図１（ａ）は、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の部分平面図である。ただし、図１（ａ）において、保護層１３を図示すると、平面図は全面が保護層１３となってしまうため、保護層１３の図示は省略している。図１（ｂ）は図１（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図である。

カラーフィルタ１は、透明基板３上にブラックマトリクス５を有し、第１着色層７Ｒ、９Ｒ、第２着色層７Ｇ、９Ｇ、第３着色層７Ｂ、９Ｂ、透明保護層１３などが設けられる。着色層のうち、表示用の着色層は、ブラックマトリクス５の開口部を覆うように設けられ、柱用の着色層が積層して積層柱を作り、スペーサーとしての役割を果たしている。また、柱用第１着色層９Ｒと、表示用第３着色層７Ｂの間は間隔があり、スリット部１１が存在する。

（透明基板３）
透明基板３は特に限定されるものではなく、カラーフィルタに一般的に用いられる基板を使用することができる。例えば、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。前記フレキシブル材としては、ポリメチルメタクリレート等のアクリル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、シンジオタクティック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリシクロヘキセン、ポリノルボルネン系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等からなるものを挙げることができるが、一般的なプラスチックからなるものも使用可能である。特に、無アルカリガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れており、好ましい。

（ブラックマトリクス５）
ブラックマトリクス５は、遮光性粒子を含む感光性樹脂で形成され、０．５μｍ〜２μｍ程度の厚さを有し、透明基板３上に、複数の開口部を有するように配置される。各開口部は、液晶表示基板の各画素の位置に対応する。

また、ブラックマトリクス５としては、無機系の遮光膜を用いることもできる。遮光膜は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。遮光膜としては、一般にカラーフィルタに用いられる遮光膜を用いることができ、例えばクロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素などの膜が挙げられる。中でも、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜が好適に用いられる。このようなクロム系膜は、最も使用実績があり、コスト、品質の点で好ましいからである。このクロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。無機系の遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、例えばクロム膜の場合には５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすることができる。

無機系の遮光膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。成膜後、遮光膜のパターニングを行う。パターニング方法は特に限定されないが、通常はリソグラフィー法が用いられる。

（第１〜第３の着色層）
第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは、各色の着色剤を含む感光性樹脂で形成され、０．５μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、透明基板３上に孤立パターン形状に配置される。表示用第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂがブラックマトリクス５の開口部を覆うよう配置される。

（積層柱）
本実施形態に係る積層柱は、ブラックマトリクス５の上に柱用第１着色層９Ｒ、柱用第２着色層９Ｇ、柱用第３着色層９Ｂを積層して形成され、１μｍ〜５μｍ程度の高さを有する。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、積層柱は、表示用第３着色層７Ｂの間のブラックマトリクス５の上に配置される。積層柱は、カラーフィルタ１と、カラーフィルタ１の着色層側で液晶層を挟んで設けられる液晶駆動側基板とが接しないように両者の間に適切な間隔を設ける役割を果たす。この空隙には液晶分子が充填され、液晶層が形成される。

なお、積層柱を形成する場所は、本実施形態のように、表示用第３着色層７Ｂの間のブラックマトリクス５の上に限ることはなく、表示用第２着色層７Ｇの間のブラックマトリクス５の上に設けることもできるが、表示用第１着色層７Ｒの間に設けることは好ましくない。表示用第１着色層７Ｒの間に柱用第１着色層９Ｒを設ける場合、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒとの間に１μｍ程度のスリット部１１を設ける必要があるが、そのような細かいスリットを形成することは、フォトリソグラフィーの位置精度と解像度の問題により困難であるためである。

柱用第１着色層９Ｒと表示用第３着色層７Ｂとの間のスリット部１１の幅は、１μｍ以上有することが好ましい。スリット部１１の好ましい幅は、透明保護層１３の形成に使用する透明感光性樹脂の材料にもよって異なるが、現在広く用いられている材料であれば、スリット部１１の幅が１μｍ以上あれば、スリット部１１に透明加工性樹脂が流れ込み、積層柱の傾斜の影響を表示領域上の透明保護層１３に与えることはなく、表示領域上で平坦な透明保護層１３を得ることができる。

また、開口部間のブラックマトリクスの幅は、開口部の長辺方向で通常３５μｍ〜９０μｍ程度であるため、スリット部１１の幅が広すぎると、柱用第１着色層９Ｒの面積が小さくなる。その結果、柱用第２着色層９Ｇと柱用第３着色層９Ｂの面積も小さくなり、各柱用着色層の厚みも小さくなり、積層柱全体の高さが低くなり、スペーサーとしての役割を果たさなくなる可能性がある。そこで、スリット部１１の幅は、好ましくは１μｍ〜５μｍであり、より好ましくは１μｍ〜３μｍである。なお、スリット部１１の幅とは、柱用第１着色層９Ｒと、表示用第３着色層７Ｂとの間の最も接近した箇所の距離である。

（透明保護層１３）
透明保護層１３は、可視光域で透明な感光性樹脂で形成され、０．１μｍ〜２．０μｍ程度の厚みを有し、ブラックマトリクス５や第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの表面を覆うように配置される。透明保護層１３は、顔料等の各着色層の含有物が、各着色層から液晶層中に溶出しないように設けられる。透明保護層は、オーバーコート層とも呼ばれる。

ブラックマトリクス５、第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ等は、感光性樹脂を塗布した後、所定の適切なパターンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像してパターニングすることにより形成される。ブラックマトリクス５、第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂについては、各色に応じた適切な着色剤等を分散し含有させた感光性樹脂を用いる。例えば、本実施形態においては、第１着色層は赤色であり、第２着色層は緑色であり、第３着色層は青色である。

また、透明保護層１３は、感光性樹脂を塗布した後、フォトマスクを用いずに全面に露光し、現像することにより形成される。

上記の感光性樹脂としては、ネガ型感光性樹脂およびポジ型感光性樹脂のいずれも用いることができる。本実施形態では、ネガ型感光性樹脂を用いるものとして説明する。

ネガ型感光性樹脂は特に限定されることはなく、一般的に使用されるネガ型感光性樹脂を用いることができる。例えば、架橋型樹脂をベースとした化学増幅型感光性樹脂、具体的にはポリビニルフェノールに架橋剤を加え、さらに酸発生剤を加えた化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。また、アクリル系ネガ型感光性樹脂として、紫外線照射によりラジカル成分を発生する光重合開始剤と、分子内にアクリル基を有し、発生したラジカルにより重合反応を起こして硬化する成分と、その後の現像により未露光部が溶解可能となる官能基（例えば、アルカリ溶液による現像の場合は酸性基をもつ成分）とを含有するものを用いることができる。上記のアクリル基を有する成分のうち、比較的低分子量の多官能アクリル分子としては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＰＡ）、テトラメチルペンタトリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）等が挙げられる。また、高分子量の多官能アクリル分子としては、スチレン‐アクリル酸‐ベンジルメタクリレート共重合体の一部のカルボン酸基部分にエポキシ基を介してアクリル基を導入したポリマーや、メタクリル酸メチル‐スチレン‐アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、ポジ型感光性樹脂も特に限定されるものではなく、一般的に使用されるものを用いることができる。具体的には、ノボラック樹脂をベース樹脂とした化学増幅型感光性樹脂等が挙げられる。

また、感光性樹脂の塗布方法としては、例えばスピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、ダイコート法等がある。

ブラックマトリクス５、第１〜第３の着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに用いる感光性樹脂に含有させる着色剤も特に限定されるものではなく、一般的に使用される顔料を始めとして、種々の公知のものを適切に選択し用いることができる。ブラックマトリクス５に添加する遮光性粒子としては、酸化チタンや四酸化鉄などの金属酸化物粉末、金属硫化物粉末、金属粉末、カーボンブラックの他に、赤、青や緑などの顔料の混合物を用いることができる。

なお、本実施形態においては、第１着色層は赤色であり、第２着色層は緑色であり、第３着色層は青色であるとしているが、第１、第２、第３着色層が、それぞれ緑色、青色、赤色でも、緑色、赤色、青色でもよく、青色、緑色、赤色であってもよい。しかし、第３着色層は、緑色でないほうが好ましい。現在の緑色着色層が含有する顔料分散材や密着助剤などが、電圧保持率などの信頼性に悪影響を及ぼす傾向があるため、積層柱の最外層の着色層が緑色でないほうが好ましい。

なお、本実施形態においてはカラーフィルタ１は、赤色、青色、緑色の三色の着色層のみを有するが、黄色やシアンなどの他色の着色層を設けてもよい。その際に、他色の着色層を積層柱の形成に加えても良いし、加えなくてもよい。

（カラーフィルタ１の製造方法）
続いて、図２〜図５を用いて、図１に示したカラーフィルタ１を形成するカラーフィルタの製造方法について説明する。図２〜図５の各（ａ）は、第１の実施形態に係るカラーフィルタ１の製造工程を説明する部分平面図であり、図２〜図５の各（ｂ）は、それぞれ図２〜図５（ａ）でのＡ−Ａ´断面のＢ部分を示す部分断面図である。

まず、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、透明基板３上に、複数の開口部を有するブラックマトリクス５を形成する。

ブラックマトリクス５の形成は、透明基板３上にブラックマトリクス形成用の黒色感光性樹脂を塗布し、ブラックマトリクス５の形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して黒色感光性樹脂のパターニングを行い、ブラックマトリクス５を形成する。

次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第１着色層７Ｒと、表示用第３着色層が形成される予定の開口部の間のブラックマトリクス５上の柱用第１着色層９Ｒとを形成する。第１着色層７Ｒ、９Ｒの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５の上に、赤色着色層形成用の赤色感光性樹脂を塗布し、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒを形成する。図３（ａ）に示すように、表示用第１着色層７Ｒは、隣の画素の開口部に形成された表示用第１着色層７Ｒとの間がつながっておらず、孤立パターン形状に形成される。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第２着色層７Ｇと、柱用第１着色層９Ｒの上の柱用第２着色層９Ｇとを形成する。第２着色層７Ｇ、９Ｇの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層７Ｒ、９Ｒの上に、緑色着色層形成用の緑色感光性樹脂を塗布し、表示用第２着色層７Ｇと柱用第２着色層９Ｇの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第２着色層７Ｇと柱用第２着色層９Ｇを形成する。図４（ａ）に示すように、表示用第２着色層７Ｇは、孤立パターン形状に形成される。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ブラックマトリクス５の開口部を覆う表示用第３着色層７Ｂと、柱用第２着色層９Ｇの上の柱用第３着色層９Ｂとを形成する。第３着色層７Ｂ、９Ｂの形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層７Ｒ、９Ｒと第２着色層７Ｇ、９Ｇの上に、青色着色層形成用の青色感光性樹脂を塗布し、表示用第３着色層７Ｂと柱用第３着色層９Ｂの形成位置に対応する部分に透過部を有し、その他の部分に遮光部を有するフォトマスクを用いて露光、現像して感光性樹脂のパターニングを行い、表示用第３着色層７Ｂと柱用第３着色層９Ｂを形成する。図５（ａ）に示すように、表示用第３着色層７Ｂは、孤立パターン形状に形成される。

次に、ブラックマトリクス５と第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを覆う透明保護層１３を形成し、図１に示すカラーフィルタ１を作製する。透明保護層１３の形成は、透明基板３とブラックマトリクス５と第１着色層と第２着色層と第３着色層の上に、可視光域で透明な感光性樹脂を塗布し、露光、現像して透明保護層１３を形成する。図１に示すように、透明保護層１３は、ブラックマトリクス５、表示用第１〜第３着色層７Ｒ、７Ｇ、７Ｂと、柱用第１〜第３着色層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを覆っている。

（第１の実施形態の効果）
以上説明したように、第１の実施形態によれば、独立したスペーサー形成工程を設けずに、各色の着色層とブラックマトリクスを積層することで、スペーサーとしての役割を果たす積層柱を形成可能であるため、カラーフィルタの製造工程の削減が可能である。

また、第１の実施形態によれば、柱用第１着色層と、最も近い表示用着色層との間が、１μｍ以上離れているため、透明保護層形成時には、塗布された透明感光性樹脂はこのスリット部に流れ込み、表示用着色層上の透明保護層に、積層柱由来の傾斜部が生じることはない。よって、このカラーフィルタを液晶表示装置に使用しても、表示領域内の液晶の配向が、透明保護層の傾斜で乱されることはない。

（第２の実施形態）
次に、本発明のカラーフィルタの第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態に係る積層柱１５、１７について説明する図である。なお、図６においては、ブラックマトリクス５の図示を省略している。以下の実施形態で第１の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。

第２の実施形態においては、カラーフィルタは積層柱１５又は積層柱１７を有する。積層柱１５は、柱用第１着色層９Ｒの底面が円形である。積層柱１５を構成する柱用第２着色層９Ｇは、底面が円柱である必要はないが、できるだけ面積を広く取り、柱用第２着色層９Ｇの厚さを確保したいため、柱用第１着色層９Ｒの形状に合わせて底面を円にすることが好ましい。

積層柱１７は、柱用第１着色層９Ｒの底面が四角形である。積層柱１７を構成する柱用第２着色層９Ｇは、底面が四角形である必要はないが、積層柱１５と同様、面積を広く取るために柱用第１着色層９Ｒの形状に合わせて断面を四角形にすることが好ましい。積層柱１７において、柱用第１着色層９Ｒの底面の四角形の辺は、ブラックマトリクス５の開口部を形成する辺に対して斜めであることが好ましい。さらに、柱用第１着色層９Ｒの底面の四角形の辺は、ブラックマトリクス５の開口部を形成する辺に対して４５°であること、つまり柱用第１着色層９Ｒの底面の四角形の対角線は、ブラックマトリクス５の開口部の長軸方向と垂直又は平行であることがより好ましい。これは、四角形の頂点を、できる限り表示層第１着色層７Ｒより離すことで、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒとの距離を確保し、フォトリソグラフィーによるパターニングを容易にするためである。

なお、柱用第１着色層９Ｒの底面の形状は、四角形または円形に限る必要はなく、六角形や八角形などの他の多角形形状や楕円形状、直線と曲線を組み合わせた角丸多角形形状なども採用することもできる。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果に加えて、表示用第１着色層７Ｒと柱用第１着色層９Ｒとが距離が離れているため、フォトリソグラフィーによる第１着色層７Ｒ、９Ｒのパターニングが容易である。

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
［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メチルエーテル（ＤＭＤＧ）を８８重量部仕込み、攪拌して溶解させた後、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、窒素気流下において、８５℃で２時間攪拌し、さらに１００℃で１時間反応させた。さらに、このようにして得られた溶液に、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、これにより、共重合樹脂溶液（固形分５０％）を得た。
次に、このようにして得られた共重合樹脂溶液（固形分５０％）を、下記の材料とともに室温で攪拌して混合し、感光性樹脂組成物を得た。

＜感光性樹脂組成物の組成＞
・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

（ブラックマトリクスの形成）
次いで、下記の材料を混合し、サンドミルにて十分に分散させることにより、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（カーボンブラック）：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に混合し、ブラックマトリクス用感光性樹脂組成物を得た。

＜ブラックマトリクス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

そして、厚み１．１ｍｍのガラス基板（旭硝子（株） ＡＮ材）上に上記のブラックマトリクス用感光性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布し、１００℃で３分間乾燥させ、厚み１．３μｍの遮光膜を形成した。
その後、上記遮光膜を超高圧水銀ランプでパターン露光した後、０．０５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液で現像し、２００℃で３０分間の加熱処理を施すことにより、縦ストライプ線幅１０μｍ、縦ストライプピッチ１６０μｍ、横ストライプ線幅８０μｍ、横ストライプピッチ５３０μｍとなる格子状のブラックマトリックスパターンを形成した。これにより、短辺が１５０μｍで、長辺が４５０μｍの開口部が形成された。また、長辺方向に隣接する開口部に挟まれる領域のうち、表示用第３着色層が形成される開口部に挟まれる領域を積層柱形成部位とした。

（着色層の形成）
次に、下記組成の赤色用感光性樹脂組成物、緑色用感光性樹脂組成物、および青色用感光性樹脂組成物を調製した。

＜赤色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

上記ブラックマトリクスが形成されたガラス基板上に、上記赤色用感光性樹脂組成物をスピンコーティング法により塗布した後、７０℃のオーブン中で３分間乾燥させ、塗膜を形成した。その後、塗膜から１００μｍの距離のところにフォトマスクを配置し、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、赤色パターン（赤色画素）を形成すべき領域にのみ紫外線を１０秒間照射した。次いで、塗膜が形成されたガラス基板を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。そして、塗膜が形成されたガラス基板に２００℃で３０分間の加熱処理を施して、赤色パターン（第１着色層）を形成すべき領域に赤色パターンを形成した。この表示用第１着色層の膜厚は２．０μｍであった。また、このパターニングにより、表示用第１着色層と柱用第１着色層を同時に形成した。表示用第１着色層は、所定の開口部を覆うように形成され、柱用第１着色層は、表示用第３着色層が形成される予定の箇所に挟まれたブラックマトリクスの上に形成される。表示用第１着色層は、長辺４６７μｍ、短辺１５４μｍであり、柱用第１着色層は、下底の直径が６０．６μｍの円形の円錐台形状に形成した。

また、上述した第１着色層の形成と同様の工程で、上記緑色用感光性樹脂組成物を用いて、緑色パターン（第２着色層）を形成すべき領域に第２着色層を形成した。表示用第２着色層の膜厚は２．０μｍであった。また、このパターニングにより、表示用第２着色層と柱用第２着色層を同時に形成した。表示用第２着色層は、長辺４６７μｍ、短辺１５４μｍであり、柱用第２着色層は、底面が直径５５μｍの円形の円錐台形状になるように形成した。

さらに、上述した第１着色層の形成と同様の工程で、上記青色用感光性樹脂組成物を用いて、青色パターン（第３着色層）を形成すべき領域に第３着色層を形成した。表示用第３着色層の膜厚は２．０μｍであった。また、このパターニングにより、表示用第３着色層と柱用第３着色層を同時に形成した。表示用第３着色層は、長辺４６７μｍ、短辺１５４μｍであり、柱用第３着色層は底面が直径１５μｍの円形状の円錐台形状である。また、柱用第１着色層と、表示用第３着色層の間のスリット部の幅は、１．２μｍとした。

（透明保護層の形成）
上記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ティング法により塗布して乾燥させ、乾燥時の厚み２μｍの塗膜を形成した。その後、塗膜から１００μｍの距離のところにフォトマスクを配置し、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、透明保護層を形成すべき領域にのみ紫外線を１０秒間照射した。次いで、塗膜が形成されたガラス基板を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。そして、塗膜が形成されたガラス基板に２００℃で３０分間の加熱処理を施して、膜厚１．０μｍの透明保護層を形成した。
以上により、実施例１に係るカラーフィルタ基板を作製した。

（カラーフィルタ基板の評価）
カラーフィルタ基板の評価として、透明保護層の形成前と、形成後の積層柱近辺の高さプロファイルを測定した。高さプロファイルは、触針式膜厚計（ケー・エル・エー（株）社製、Ｐ−１５）により測定した。図８は、実施例１に係るカラーフィルタの積層柱周辺の高さプロファイルを示す図である。

［比較例１］
（遮光部および着色層の形成）
実施例１と同様にして、ブラックマトリクスを形成した。次に、ブラックマトリクスの開口部を覆うような幅１５５μｍの赤色着色層からなるストライプ状の第１着色層を形成した。次いで、ブラックマトリクスの開口部を覆うような幅１５５μｍの緑色着色層からなるストライプ状の表示用第２着色層と、ブラックマトリクス上の第１着色層の上に、下底の直径が５５μｍの円錐台形状の柱用第２着色層を形成した。次いで、ブラックマトリクスの開口部を覆うような幅１５５μｍの緑色着色層からなるストライプ状の表示用第３着色層と、柱用第２着色層の上に、下底の直径が１５μｍの円錐台形状の柱用第３着色層を形成した。各着色層は、パターンが異なる以外は、実施例１と同様の材料、方法で着色層を形成した。

（透明保護層の形成）
実施例１と同様にして、透明保護層を形成した。
以上により、比較例１に係るカラーフィルタ基板を作製した。

（カラーフィルタ基板の評価）
カラーフィルタ基板の評価として、実施例１と同様に、透明保護層の形成前と、形成後の積層柱近辺の高さプロファイルを測定した。図９は、比較例１に係るカラーフィルタの積層柱周辺の高さプロファイルを示す図である。

図８に示すように、実施例１においては、表示領域において、積層柱による影響を受けず、透明保護層は高低差が０．２〜０．３μｍ以内であり、ほぼ平坦である。このようなカラーフィルタを液晶表示装置に使用すれば、表示領域の液晶の配列が透明保護層によって乱されることはない。
一方、図９に示すように、比較例１においては、表示領域において、積層柱の影響を強く受け、透明保護層は高低差が１μｍ以上であり、傾斜を有している。このようなカラーフィルタを液晶表示装置に使用すると、表示領域の液晶の配列が透明保護層によって乱され、液晶表示装置のコントラストの低下などの不具合を生じる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係るカラーフィルタ等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………カラーフィルタ
３………透明基板
５………ブラックマトリクス
７Ｒ………表示用第１着色層
７Ｇ………表示用第２着色層
７Ｂ………表示用第３着色層
９Ｒ………柱用第１着色層
９Ｇ………柱用第２着色層
９Ｂ………柱用第３着色層
１１………スリット部
１３………透明保護層
１５………積層柱
１７………積層柱
２１………カラーフィルタ
２３Ｒ………第１着色層
２３Ｇ………表示用第２着色層
２３Ｂ………表示用第３着色層
２５Ｇ………柱用第２着色層
２５Ｂ………柱用第３着色層

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、複数の開口部を備えるブラックマトリクスと、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第１着色層と、
   前記ブラックマトリクス上に形成された前記表示用第１着色層と同色の柱用第１着色層と、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第２着色層と、
   前記柱用第１着色層上に形成された、前記表示用第２着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第１着色層の上面よりも小さい柱用第２着色層と、
   前記開口部に形成された孤立パターン形状の表示用第３着色層と、
   前記柱用第２着色層上に形成された、前記表示用第３着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第２着色層の上面よりも小さい柱用第３着色層と、
   前記柱用第１着色層と、前記柱用第２着色層と、前記柱用第３着色層とが形成する積層柱と、
   前記ブラックマトリクス、前記各着色層及び前記積層柱を覆う透明の樹脂による透明保護層と、
   を具備し、
   前記積層柱は、前記表示用第３着色層の間の前記ブラックマトリクス上に形成され、前記柱用第１着色層の端部が、前記表示用第３着色層の端部より１μｍ〜５μｍ離れることでスリット部が形成され、
   前記スリット部に前記透明の樹脂が流れ込み、前記表示用第３着色層上の前記透明保護層が平坦となることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 前記柱用第１着色層の底面が円形又は多角形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. 前記柱用第１着色層の底面が四角形であり、
   前記柱用第１着色層の底面の四角形の辺が、前記開口部を形成する辺に対して斜めであることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のカラーフィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 基板上に、複数の開口部を有するようにブラックマトリクスを形成する工程（ａ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第１着色層と、前記ブラックマトリクス上の、前記表示用第１着色層と同色の柱用第１着色層とを形成する工程（ｂ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第２着色層と、前記柱用第１着色層上の、前記表示用第２着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第１着色層の上面よりも小さい柱用第２着色層とを形成する工程（ｃ）と、
   前記開口部を覆うような孤立パターン形状の表示用第３着色層と、前記柱用第２着色層上の、前記表示用第３着色層と同色であり、かつ底面の面積が前記柱用第２着色層の上面よりも小さい柱用第３着色層とを形成する工程（ｄ）と、
   前記ブラックマトリクス、前記各着色層及び前記柱用第１着色層、柱用第２着色層、柱用第３着色層による積層柱を覆う透明の樹脂による透明保護層を形成する工程（ｅ）と、
   を具備し、
   前記工程（ｂ）において、前記柱用第１着色層を、前記表示用第３着色層が形成される予定の開口部の間の前記ブラックマトリクス上で、前記表示用第３着色層の端部より１μｍ〜５μｍ離して形成し、
   前記柱用第１着色層が前記表示用第３着色層の端部より離れることで形成されたスリット部に、前記透明の樹脂が流れ込み、前記表示用第３着色層上の前記透明保護層が平坦となることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。