JPH1123836A

JPH1123836A - ブラックマトリクス、カラーフィルターおよび液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1123836A
Application number: JP17944697A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Nomura; 秀史野村; Mikio Tsuda; 幹雄津田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】顔料分散樹脂ブラックマトリクスを具備するカ
ラーフィルターと、対向基板を張り合わせて製造される
液晶表示装置において、顔料分散樹脂ブラックマトリク
スへの円柱状スペーサのめり込みなどによるギャップの
変動にともなう表示品位の低下を抑制する。【解決手段】ブラックマトリクスに含まれる全顔料中の
１重量％以上を、該ブラックマトリクスの厚みの０．８
〜１．２倍の粒径の顔料とする顔料分散樹脂ブラックマ
トリクス、該ブラックマトリクスを具備するカラーフィ
ルター、および、該カラーフィルターを用いて作製した
液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、特に液晶表示装置に用いられる、ブラック
マトリクスを具備するカラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置をカラー化するために、透
明基板上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の画素
を、ライン状またはモザイク状に配置したカラーフィル
ターが用いられている。たとえば、現在広く普及してい
るＴＮ（ツイステッド・ネマティック）方式のＴＦＴ
（薄膜トランジスター）カラー液晶表示装置は、カラー
フィルターが形成された透明ガラス基板と、ＴＦＴが形
成された透明ガラス基板の間に液晶を封入した構造とな
っている。

【０００３】カラーフィルターは、ガラスなどの透明基
板上に、染料により着色された樹脂膜や、顔料が分散さ
れた樹脂膜、あるいは、無機物からなる多重干渉膜など
からなる、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素膜のパ
ターンがガラスなどの透明基板上に形成されているもの
である。通常、画素と画素の間隙には、ブラックマトリ
クスが設けられている。ブラックマトリクスは、光漏れ
によるコントラストの低下およびＴＦＴの誤動作を防止
する役割を担っている。

【０００４】ブラックマトリクスとしては、クロムやニ
ッケルなどの金属薄膜が一般に用いられる。しかし、金
属薄膜からなるブラックマトリクスには、反射率が大き
いためディスプレイの表示品位を低下させるという問題
がある。反射率を低減するために、たとえば特開平６−
１３０２１７号公報に示されているようにクロムと酸化
クロムの多層膜からなるブラックマトリクスが提案され
ているが、この種のブラックマトリクスには製造コスト
および廃棄物処理コストが高いという問題がある。

【０００５】製造コストおよび廃棄物処理コストが比較
的低く、反射率の小さいブラックマトリクスとして、た
とえば特開平２−２３９２０４号公報に示されているよ
うな黒色顔料が分散された樹脂からなるブラックマトリ
クスがある。金属薄膜や金属／酸化物多層膜からなるブ
ラックマトリクスよりも容易に膜厚を大きくすることが
可能で、たとえば、特開平７−３１８９５０号公報に示
されているように、樹脂ブラックマトリクス上に画素膜
を積層し、高さの大きい柱状スペーサを形成することが
できる。

【０００６】カラーフィルターが形成された透明ガラス
基板と、ＴＦＴが形成された透明ガラス基板が張り合わ
せられる際、基板間のギャップを一定に保つために、基
板間の接着には、ガラスなどからなる円柱状のスペーサ
が分散されたエポキシ樹脂などからなるシール材が用い
られる。通常、高温での高圧によるプレス下で、エポキ
シ樹脂の硬化は行われる。

【０００７】顔料分散樹脂ブラックマトリクスは、金属
薄膜や金属／酸化物多層膜からなるブラックマトリクス
よりも一般に押し込み硬度が小さい。このため、シール
部にブラックマトリクスが存在した場合、高圧によるプ
レスにより円柱状のスペーサがめり込むなどして膜の塑
性変形が起こり、基板間のギャップが表示部の面内で変
動する場合があった。基板間のギャップが変動すると、
液晶表示装置の表示品位が低下するという問題が生じ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とする
ところは、カラーフィルターが形成された基板と、ＴＦ
Ｔなどが形成された基板を張り合わせる際に、顔料分散
樹脂ブラックマトリクス上のシール部において、円柱状
のスペーサのめり込みなどにより、液晶表示装置の表示
部の面内で基板間のギャップが変動し、液晶表示装置の
表示品位が低下することを抑制することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
ブラックマトリクスに含まれる全顔料中の１重量％以上
が、該ブラックマトリクスの厚みの０．８〜１．２倍の
粒径の顔料であることを特徴とする、顔料分散樹脂ブラ
ックマトリクス、および、このブラックマトリクスを具
備するカラーフィルター、また、このカラーフィルター
を具備する液晶表示装置によって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、ブラックマトリクス
に含まれる全顔料中の１重量％以上が、該ブラックマト
リクスの厚みの０．８〜１．２倍の粒径の顔料であるこ
とが重要である。すなわち、ブラックマトリクスの厚み
と同程度の粒径の顔料を顔料分散樹脂ブラックマトリク
スに含有させることにより、高圧によるプレスの際、円
柱状のスペーサのブラックマトリクスへのめり込みを抑
制し、膜の塑性変形による基板間のギャップの変動を抑
えることができる。

【００１１】本発明で用いられるブラックマトリクスの
厚みの０．８倍〜１．２倍の粒径の顔料の具体的例とし
ては、カーボンブラック、チタンブラック、グラファイ
トなどが挙げられる。スペーサのめりこみを抑制するた
めに機能する顔料としては、遮光性が大きく、硬度の大
きい顔料が望ましく、グラファイトが特に好ましいが、
これらに限定されずに、種々の顔料を使用することがで
きる。

【００１２】スペーサのめりこみを抑制するために機能
する顔料の粒径は、ブラックマトリクスの厚みとほぼ等
しいことが望まれる。使用される顔料の粒径は、ブラッ
クマトリクスの厚みの０．８〜１．２倍、好ましくは
０．９〜１．１倍、さらに好ましくは０．９５〜１．０
５倍である。ブラックマトリクスの厚みと含有される顔
料の粒径の比較は、ブラックマトリクスの断面を電子顕
微鏡により観察することにより行うことができる。ま
た、ブラックマトリクス形成用ペーストを用いて粒子ア
ナライザーなどによりペースト中に含まれる顔料の粒径
を測定し、ブラックマトリクス形成後に触針法などによ
りブラックマトリクスの厚みを測定することにより、ブ
ラックマトリクスの厚みと含有される顔料の粒径の比較
を行うこともできる。

【００１３】ブラックマトリクスに含有されるブラック
マトリクスの厚みの０．８倍〜１．２倍の粒径の顔料
は、量が少なすぎればスペーサのめりこみを抑制する機
能を発揮しない。このため、ブラックマトリクスに含ま
れる全顔料中の１重量％以上、好ましくは５重量％以
上、より好ましくは１０重量％以上、さらに好ましくは
２０重量％以上の量のブラックマトリクスの厚みと同程
度の粒径の顔料が、ブラックマトリクスに含有される。

【００１４】本発明の顔料分散樹脂ブラックマトリクス
で用いられる、ブラックマトリクスの厚みの０．８倍〜
１．２倍の粒径の顔料以外の顔料の具体的な例として
は、前記のカーボンブラック、チタンブラック、グラフ
ァイトが挙げられる。また、ブラックマトリクスの色調
を整えるために、青色顔料や紫色顔料を一部用いること
もできる。カラーインデックス（ＣＩ）ナンバーで青色
顔料および紫色顔料の具体的な例を挙げると、青色顔料
の例としてはピグメントブルー１５（１５：３、１５：
４、１５：６など）、２１、２２、６０、６４などが挙
げられ、紫色顔料の例としてはピグメントバイオレット
１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８など
が挙げられる。

【００１５】ブラックマトリクスの厚みの０．８倍〜
１．２倍の顔料以外の顔料の粒径は、ブラックマトリク
スの光学密度を均一に保ち、表面荒れを防ぐために、ブ
ラックマトリクスの厚みより小さいことが望まれる。望
ましいこれらの顔料の粒径は、ブラックマトリクスの厚
みの５０％以下、好ましくは２０％以下、より好ましく
は１０％以下である。

【００１６】本発明では、顔料を分散保持する樹脂につ
いては、一般に顔料分散樹脂ブラックマトリクスの形成
に使用される樹脂であれば特に限定されず、どのような
ものも使用が可能である。たとえば、アクリル樹脂、ア
ルキド樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポ
リアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなど種々の樹
脂を用いることができる。パターン形成の容易さという
面からは、感光性のアクリル樹脂を用いることが好まし
い。しかし、耐熱性の面からは、ポリイミドの使用が好
ましい。

【００１７】ポリイミドは、通常、ポリイミド前駆体を
熱的または化学的にイミド化することにより得られる。
ポリイミド前駆体としては、ポリアミック酸およびその
エステル化物が通常用いられる。ここで言うポリアミッ
ク酸は、通常、次の一般式（１）で表される。

【００１８】

【化１】（ここでＲ₁は炭素数２〜２２の４価の有機基、Ｒ₂は炭
素数１〜２２の２価の有機基、ｎは１以上の整数を示
す。）ポリイミド膜の力学的特性は、分子量が大きいほ
ど良好である。このため、ポリイミド前駆体であるポリ
アミック酸の分子量も大きいことが望まれる。一方、ポ
リイミド前駆体膜を湿式エッチングによりパターン加工
を行う場合、ポリアミック酸の分子量が大きすぎると、
現像に要する時間が長くなりすぎるという問題がある。
したがって、ｎの好ましい範囲は２〜１０００、より好
ましくは４〜４００、さらに好ましくは６〜１００であ
る。なお、ポリアミック酸の分子量には一般にばらつき
があるため、ここでいうｎの好ましい範囲とは、この範
囲の中に全ポリアミック酸の５０モル％以上、好ましく
は７０モル％以上、さらに好ましくは９０モル％以上が
入っていることを意味する。

【００１９】ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無
水物とジアミンを反応させることにより得ることができ
る。

【００２０】テトラカルボン酸二無水物は、一般式
（２）で示される。

【００２１】

【化２】（式中のＲ1は、前記の炭素数２〜２２の４価の有機基
を表す。）本発明では、テトラカルボン酸二無水物として、たとえ
ば、脂肪族系または脂環式系のものを用いることがで
き、その具体的な例として、１，２，３，４−シクロブ
タンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シク
ロペンタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，５
−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，
４，５−ビシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、
１，２，４，５−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無
水物、１，３，３ａ，４，５，９ｂ−ヘキサヒドロ−５
−（テトラヒドロ−２，５−ジオキソ−３−フラニル）
−ナフト［１，２−ｃ］フラン−１，３−ジオンなどが
挙げられる。また、芳香族系のものを用いると、耐熱性
の良好なポリイミドに変換しうるポリイミド前駆体組成
物を得ることができ、その具体的な例として、３，３
´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、ピロメリット酸二無水物、３，４，９，１０−ペリ
レンテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−
ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、４，４
´−オキシジフタル酸二無水物、３，３´，４，４´−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６
−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３”，
４，４”−パラターフェニルテトラカルボン酸二無水
物、３，３”，４，４”−メタターフェニルテトラカル
ボン酸二無水物が挙げられる。また、フッ素系のものを
用いると、短波長領域での透明性が良好なポリイミドに
変換しうるポリイミド前駆体組成物を得ることができ、
その具体的な例として、４，４´−（ヘキサフルオロイ
ソプロピリデン）ジフタル酸二無水物などが挙げられ
る。なお、本発明は、これらに限定されずにテトラカル
ボン酸二無水物が１種または２種以上用いられる。

【００２２】ジアミンは、一般式（３）Ｈ₂Ｎ−Ｒ₂−ＮＨ₂ （３）（式中のＲ₂は、前記の炭素数１〜２２の２価の有機基
を表す。）で示される。本発明ではジアミンとして、た
とえば、脂肪族系または脂環式系のものを用いることが
でき、その具体的な例として、エチレンジアミン、１，
３−ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロ
ヘキサン、４，４´−ジアミノ−３，３´−ジメチルジ
シクロヘキシルメタン、４，４´−ジアミノ−３，３´
−ジメチルジシクロヘキシルなどが挙げられる。また、
芳香族系のものを用いると、耐熱性の良好なポリイミド
に変換しうるポリイミド前駆体組成物を得ることがで
き、その具体的な例として、４，４´−ジアミノジフェ
ニルエーテル、３，４´−ジアミノジフェニルエーテ
ル、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、３，３´−
ジアミノジフェニルメタン、４，４´−ジアミノジフェ
ニルスルホン、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サルファイド、ｍ−
フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４
−ジアミノトルエン、２，５−ジアミノトルエン、２，
６−ジアミノトルエン、ベンジジン、３，３´−ジメチ
ルベンジジン、３，３´−ジメトキシベンジジン、ｏ−
トリジン、４，４”−ジアミノターフェニル、１，５−
ジアミノナフタレン、３，３´−ジメチル−４，４´−
ジアミノジフェニルメタン、４，４´−ビス（４−アミ
ノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス［４−（４−
アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−
（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、ビス
［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、
ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホ
ンなどが挙げられる。また、フッ素系のものを用いる
と、短波長領域での透明性が良好なポリイミドに変換し
うるポリイミド前駆体組成物を得ることができ、その具
体的な例として、２，２−ビス［４−（４−アミノフェ
ノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパンなどが挙げ
られる。

【００２３】また、一般式（４）

【化３】（式中のＲ₃は炭素数１〜１０の２価の有機基、Ｒ₄、Ｒ
₅、Ｒ₆、およびＲ₇は炭素数１〜１０の１価の有機基で
これらは同一であっても異なっていてもよく、ｍは１〜
１０の整数を示す。）で示されるシロキサンジアミンを
用いると、無機基板との接着性を良好にすることができ
る。シロキサンジアミンは、通常、全ジアミン中の１〜
２０モル％量用いる。シロキサンジアミンの量が少なす
ぎれば接着性向上効果が発揮されず、多すぎれば耐熱性
が低下する。シロキサンジアミンの具体例としては、ビ
ス−３−（アミノプロピル）テトラメチルシロキサンな
どが挙げられる。本発明では、これらに限定されずにジ
アミンを１種または２種以上用いることができる。

【００２４】ポリアミック酸の合成は、極性有機溶媒中
でジアミンとテトラカルボン酸二無水物を混合して反応
させることにより行うのが一般的である。この時、ジア
ミンとテトラカルボン酸二無水物の混合比により得られ
るポリアミック酸の重合度を調節することができる。

【００２５】このほか、テトラカルボン酸ジクロライド
とジアミンを極性有機溶媒中で反応させて、その後、塩
酸と溶媒を除去することによってポリアミック酸を得る
など、ポリアミック酸を得るには種々の方法がある。し
かし、本発明はその合成法によらずにポリアミック酸に
対して適用が可能である。また、上記のポリアミック酸
のエステル化物などの誘導体に対しても適用が可能であ
る。

【００２６】ブラックマトリクスが形成される基板とし
ては、通常、ソーダガラス、無アルカリガラス、ホウケ
イ酸ガラス、石英ガラスなどの透明基板が用いられる
が、プラスチック基板などを用いることもできる。ま
た、反射型液晶表示装置用として、たとえば、ガラス上
に金属薄膜が形成された反射板が基板として用いられる
場合もある。

【００２７】本発明のブラックマトリクスを作製する代
表的な方法のひとつとして、水または有機溶媒にマトリ
クス樹脂が溶解した溶液に顔料が分散された黒色ペース
トを用いる方法が挙げられる。黒色ペーストに用いられ
る溶媒に特に制限はない。水および一般的な有機溶媒を
用いることができる。ブラックマトリクスの樹脂成分と
して、ポリイミドを用いる場合、黒色ぺーストに用いら
れる溶媒は、ポリイミド前駆体を溶解する溶媒であるこ
とが望ましい。ポリイミド前駆体を溶解する溶媒として
は、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類、γ−ブチロラクトン、β
−プロピルラクトンなどのラクトン類、２−ピロリド
ン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどのピロリドン類な
どの極性有機溶媒が挙げられる。また、通常、単独では
ポリイミド前駆体を溶解しない、エタノール、ブタノー
ル、エチレングリコールなどのアルコール類、メチルセ
ロソルブ、エチルセロソルブなどのセロソルブ類などの
有機溶媒をポリイミド前駆体を溶解する溶媒と混合して
用いることができる。

【００２８】黒色ペーストは、分散機を用いて樹脂溶液
中に直接顔料を分散させる方法や、分散機を用いて水ま
たは有機溶媒中に顔料を分散して顔料分散液を作製し、
その後樹脂溶液と混合する方法などにより製造される。
顔料の分散方法には特に限定はなく、ボールミル、サン
ドグラインダー、３本ロールミル、高速度衝撃ミルな
ど、種々の方法がとりうる。

【００２９】黒色ぺーストにおいて、樹脂成分と顔料
は、通常、重量比で２：８〜９：１、好ましくは３：７
〜８：２、より好ましくは４：６〜７：３の範囲で混合
して用いられる。樹脂成分の量が少なすぎると、着色被
膜の基板との接着性が不良となり、逆に顔料の量が少な
すぎると遮光性が小さくなる。

【００３０】黒色ペーストの塗布性および黒色膜の表面
の均一性を良好にする目的で、あるいは、顔料の分散性
を良好にする目的で、黒色ぺーストに界面活性剤を添加
することができる。界面活性剤の添加量は通常、顔料の
０．００１〜１０重量％、好ましくは０．０１〜１重量
％である。添加量が少なすぎると塗布性、黒色膜表面の
均一性の改良、あるいは顔料の分散性の改良の効果がな
く、多すぎると逆に塗布性が不良となったり、顔料の凝
集が起こる。界面活性剤の具体例としては、ラウリル硫
酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル
硫酸トリエタノールアミンなどの陰イオン界面活性剤、
ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアン
モニウムクロライドなどの陽イオン界面活性剤、ラウリ
ルジメチルアミンオキサイド、ラウリルカルボキシメチ
ルヒドロキシエチルイミダゾリウムベタインなどの両性
界面活性剤、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポ
リオキシエチレンステアリルエーテル、ソルビタンモノ
ステアレートなどの非イオン界面活性剤などが挙げられ
る。これらに限定されずに、界面活性剤が１種または２
種以上用いることができる。界面活性剤の添加は、顔料
の分散工程中またはその工程の前後のどの時点でも行う
ことができる。しかし、添加の時点により顔料の分散性
が変わる場合があるので、注意を要する。

【００３１】黒色ぺーストを基板上に塗布する方法とし
ては、スピンコーター、バーコーター、ブレードコータ
ー、ロールコーター、ダイコーター、スクリーン印刷法
などで基板に塗布する方法、基板を黒色ペースト中に浸
漬する方法、黒色ペーストを基板に噴霧する方法や、黒
色ペースト中の樹脂成分が電解質である場合には電極上
に電着する方法などの種々の方法を用いることができ
る。なお、基板上に黒色ペーストを塗布する場合、シラ
ンカップリング剤などの接着助剤で基板表面を処理して
おくと、黒色膜と基板の接着力を向上させることができ
る。また、電着を行う場合には、基板上に電極を形成し
ておかなければならない。

【００３２】本発明でブラックマトリクスとして用いら
れる黒色膜の厚みには特に制限は無いが、通常、０．１
〜１０μｍ、好ましくは、０．５〜３μｍである。膜厚
が小さすぎれば、光の吸収が小さくなりすぎ、遮光性が
満足されない。膜厚が大きすぎる場合には、表面の段差
が大きくなり、液晶分子の配向が乱されるなどの問題が
生じるおそれがある。

【００３３】次に、樹脂成分としてポリイミドを、さら
にその前駆体としてポリアミック酸を使用した場合の、
顔料分散樹脂ブラックマトリクスの作製法の一例を以下
に示す。

【００３４】黒色ぺーストを、前記のような方法で基板
上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などによ
り、ポリイミド前駆体黒色膜を形成する。加熱乾燥の場
合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜１
８０℃の範囲、より好ましくは８０〜１２０℃で３０秒
〜３時間行う。温度が低すぎる場合、溶媒がなかなか蒸
発せず、逆に温度が高すぎると現像液への溶解性が低下
する。このようにして得られたポリイミド前駆体黒色膜
に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。
まず、ポリイミド前駆体着色膜上にポジ型フォトレジス
トを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて該
フォトレジスト被膜上にマスクを置き、露光装置を用い
て紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用
アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミ
ド前駆体黒色膜のエッチングを同時に行う。エッチング
後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離する。

【００３５】ポリイミド前駆体黒色膜は、その後、加熱
処理することによって、ポリイミド黒色膜に変換され
る。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるい
は、真空中などで、１５０〜４００℃、好ましくは１８
０〜３５０℃、より好ましくは２００〜３００℃の温度
のもとで、１分〜３時間、連続的、または段階的に行わ
れる。

【００３６】本発明の顔料分散ブラックマトリクスの開
口部に、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素膜を形成することにより、本
発明のカラーフィルターを作製することができる。画素
膜としては、染色膜、顔料分散膜、多重干渉膜、選択反
射膜などが用いられるが、作製の容易さ、耐熱性、耐光
性などの点から、顔料分散膜が好ましい。

【００３７】本発明で用いることのできる顔料に特に制
限はないが、耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れたものが
好ましい。代表的な顔料の具体的な例をカラーインデッ
クス（ＣＩ）ナンバーで示す。黄色顔料の例としてはピ
グメントイエロー２０、２４、８３、８６、９３、９
４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３
８、１３９、１４７、１４８、１５３、１５４、１６
６、１７３などが挙げられる。橙色顔料の例としてはピ
グメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４
２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５などが
挙げられる。赤色顔料の例としてはピグメントレッド
９、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、
１６８、１７７、１８０、１９２、２１５、２１６、２
２４などが挙げられる。紫色顔料の例としてはピグメン
トバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、３６、
３７、３８などが挙げられる。青色顔料の例としてはピ
グメントブルー１５（１５：３、１５：４、１５：６な
ど）、２１、２２、６０、６４などが挙げられる。緑色
顔料の例としてはピグメントグリーン７、１０、３６、
４７などが挙げられる。本発明ではこれらに限定されず
に種々の顔料を使用することができる。

【００３８】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ
ーのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の画素は、Ｃ
ＲＴ蛍光体の色度特性に類似させる必要があるため、上
記の顔料はバックライトと液晶表示装置の光線透過特性
に合うよう、数色組み合わせて調色されて用いられる場
合がある。たとえば、Ｒ（赤）は赤色顔料と黄色顔料ま
たは橙色顔料、Ｇ（緑）は緑色顔料と黄色顔料または橙
色顔料、Ｂ（青）は青色顔料と紫色顔料の組み合わせな
どにより調色される。

【００３９】本発明のカラーフィルターを作製する代表
的な方法のひとつとして、水または有機溶媒にマトリク
ス樹脂が溶解した溶液に顔料が分散されたカラーペース
トを用いる方法が挙げられる。このようなカラーペース
トは、前記の黒色ペーストと同様な方法で作製される。
作製されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のカラ
ーぺ−ストを用いて、顔料分散樹脂ブラックマトリクス
の場合と同様な方法を繰り返すことにより、パターン化
された画素膜が基板上に形成され、本発明のカラーフィ
ルターが得られる。また、画素膜のパターン加工を行う
際、樹脂ブラックマトリクス上に、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の画素膜のうちの一部または全部をパ
ターン化して積層させることにより、柱状スペーサを具
備するカラーフィルターを得ることができる。

【００４０】このようにして作製されたカラーフィルタ
ー上に、必要に応じて、オーバーコート膜や透明導電膜
が形成される。その後、カラーフィルターと対向基板と
の間に液晶が封入され、本発明の液晶表示装置が作製さ
れる。液晶の表示方式には特に制限は無く、ＴＮ、ＳＴ
Ｎ（スーパー・ツイステッド・ネマティック）、ＩＰＳ
（イン・プレーン・スイッチング）、ＧＨ（ゲスト・ホ
スト）、ＦＬＣ（強誘電性液晶）、ＡＦＬＣ（反強誘電
性液晶）、ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）などの表示方
式に適用可能である。

【００４１】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００４２】実施例１温度計および乾燥空気導入口と攪拌装置を付した５００
０ｍｌの４つ口フラスコに、４，４´−ジアミノジフェ
ニルエーテル１３０．１ｇ（０．６５モル当量）、３，
４´−ジアミノジフェニルエーテル６０．１ｇ（０．３
モル当量）、ビス−３−（アミノプロピル）テトラメチ
ルシロキサン１２．４ｇ（０．０５モル当量）、γ−ブ
チロラクトン１０００ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン
を２００ｇを投入し、乾燥窒素流入下、３０℃で１時間
攪拌した後、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物１６１．１ｇ（０．５モル当
量）、ピロメリット酸二無水物８７．２ｇ（０．４モル
当量）、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物２６．５ｇ（０．０９倍モル当量）、γ−
ブチロラクトン１３１６．７ｇを投入し、乾燥窒素流入
下、７０℃で２時間攪拌し、その後、無水マレイン酸を
１．９６ｇ（０．０２モル当量）添加し１時間攪拌し
て、ポリアミック酸溶液（ポリマー濃度１６ｗｔ％）を
得た。

【００４３】ポリアミック酸溶液２５ｇと、カーボンブ
ラック４．５ｇ、ピグメントブルー１５（フタロシアニ
ンブルー）１．０ｇ、および、粒径１．０μｍのグラフ
ァイト０．５ｇと、Ｎ−メチル−２−ピロリドン４５．
３ｇ、ブチルセロソルブ１４ｇをガラスビーズ１５０ｇ
とともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０
分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除去し、黒
色カラーペーストを得た。この黒色カラーペースト中に
含まれる顔料の粒径分布をコールター社製サブミクロン
粒子アナライザー”Ｎ４ＰＬＵＳ”で測定したところ、
粒径０．９〜１．３μｍの粒子が全顔料中の８重量％存
在するという結果が得られた。

【００４４】黒色カラーペーストを厚さ１．１ｍｍの無
アルカリガラス基板上にスピンコートし、１１０℃で１
５分間オーブンを用いて空気中で加熱乾燥して、膜厚
１．５μｍのポリイミド前駆体膜を得た。この膜上にポ
ジ型フォトレジストを塗布し、８０℃で２０分間加熱乾
燥して膜厚１．２μｍのレジスト膜を得た。紫外線露光
機を用い、クロム製のフォトマスクを介して紫外線を照
射した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドの２．３８ｗｔ％の水溶液からなる現像液に浸
漬し、フォトレジストおよびポリイミド前駆体着色膜の
現像を同時に行った。エッチング後、不要となったフォ
トレジスト層をメチルセロソルブアセテートで剥離し
た。さらにこのようにして得られたポリイミド前駆体黒
色被膜を窒素雰囲気中で３１０℃で２０分間熱処理し、
本発明の、膜厚１．１μｍのポリイミド黒色着色膜から
なる格子状のブラックマトリクスを得た。

【００４５】次に、温度計および乾燥窒素導入口と攪拌
装置を付した５０００ｍｌの４つ口フラスコに、４，４
´−ジアミノジフェニルエーテル１４０．２ｇ（０．７
モル当量）、３，３´−ジアミノジフェニルスルホン６
２．１ｇ（０．２５モル当量）、ビス−３−（アミノプ
ロピル）テトラメチルシロキサン１２．４ｇ（０．０５
モル当量）、γ−ブチロラクトン１０００ｇ、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドンを５００ｇを投入し、乾燥窒素流入
下、４０℃で１時間攪拌した後、３，３´，４，４´−
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物３２２．２ｇ
（１モル当量）、γ−ブチロラクトン９４５．９ｇを投
入し、乾燥窒素流入下、６０℃で３時間攪拌し、ポリア
ミック酸溶液（ポリマー濃度１８ｗｔ％）を得た。

【００４６】このポリアミック酸溶液を２０ｇ取り出
し、それにγ−ブチロラクトン１８．６ｇ、ブチルセロ
ソルブ６．４ｇを添加して、ポリマー濃度８ｗｔ％の溶
液を得た。

【００４７】ピグメントレッド１７７（アントラキノン
レッド）４ｇ、γ−ブチロラクトン４０ｇ、ブチルセロ
ソルブ６ｇをガラスビーズ１００ｇとともにホモジナイ
ザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処理後、ガ
ラスビーズを濾過により除去し、顔料濃度８ｗｔ％の顔
料分散液を得た。顔料分散液３０ｇに、ポリマー濃度８
重量％の溶液３０ｇを添加混合し、赤色カラーぺースト
を得た。

【００４８】また、黒色ペーストの作製に用いたポリア
ミック酸溶液（ポリマー濃度１６ｗｔ％）２０ｇに、γ
−ブチロラクトン７．７ｇ、３−メチル−３−メトキシ
ブタノール４ｇを添加して、ポリマー濃度１０ｗｔ％の
溶液を得た。

【００４９】ピグメントグリーン７（フタロシアニング
リーン）３．６ｇ、ピグメントイエロー８３（ベンジジ
ンイエロー）０．４ｇ、γ−ブチロラクトン３２ｇ、ブ
チルセロソルブ４ｇをガラスビーズ１２０ｇとともにホ
モジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで３０分間分散処
理後、ガラスビーズを濾過により除去し、顔料濃度１０
ｗｔ％の顔料分散液を得た。顔料分散液３２ｇにポリマ
ー濃度１０ｗｔ％の溶液２８ｇを添加混合し、緑色カラ
ーぺーストを得た。

【００５０】さらに、黒色および緑色カラーぺースト作
製に用いたのと同じポリアミック酸溶液（ポリマー濃度
１６ｗｔ％）４５ｇと、ピグメントブルー１５（フタロ
シアニンブルー）２．８ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン２５．５ｇ、ブチルセロソルブ１０ｇをガラスビーズ
１５０ｇとともにホモジナイザーを用い、７０００ｒｐ
ｍで３０分間分散処理後、ガラスビーズを濾過により除
去し、青色カラーペーストを得た。

【００５１】赤色カラーぺーストをブラックマトリクス
が形成された無アルカリガラス基板上にスピンコート
し、１００℃で２０分間オーブンを用いて空気中で加熱
乾燥して、膜厚１．６μｍのポリイミド前駆体膜を得
た。この膜に黒色ポリイミド前駆体膜と同様なパターン
加工処理を施し、ストライプ状のパターンを形成した
後、窒素雰囲気中で３００℃で３０分間熱処理し、膜厚
１．２μｍのポリイミド赤色着色膜からなる画素を形成
した。なお、赤色着色膜のパターン加工の際、ブラック
マトリクスとの境界部で、赤色着色膜はブラックマトリ
クス上に乗り上げるようにし、ブラックマトリクスと赤
色着色膜の間に空隙が生じないようにした。

【００５２】また、緑色カラーぺーストを無アルカリガ
ラス基板上にスピンコートし、１１０℃で２０分間オー
ブンを用いて空気中で加熱乾燥して、膜厚１．５μｍの
緑色ポリイミド前駆体膜を得た。この膜を赤色ポリイミ
ド前駆体膜と同様にパターン加工し、窒素雰囲気中で２
８０℃で１時間熱処理して、膜厚１．２μｍのポリイミ
ド緑色着色膜からなる画素を形成した。

【００５３】さらに、青色カラーペーストを無アルカリ
ガラス基板上にスピンコートし、１３０℃で２０分間オ
ーブンを用いて空気中で加熱乾燥して、膜厚１．５μｍ
の青色ポリイミド前駆体膜を得た。この膜を赤色ポリイ
ミド前駆体膜と同様にパターン加工し、窒素雰囲気中で
２８０℃で１時間熱処理し、膜厚１．２μｍのポリイミ
ド青色着色膜からなる画素を形成して、本発明のカラー
フィルターを作製した。カラーフィルターの画素部
に、膜厚１２０ｎｍの酸化スズ・インジウム（ＩＴＯ）
膜をスパッタリングにより形成した。ＩＴＯ膜上に配向
膜形成用ポリイミド前駆体溶液をアニロックスロールを
用いて印刷し、窒素雰囲気中で１２０℃で１０分間、２
５０℃で２０分間熱処理を行い、膜厚１００ｎｍの配向
膜を形成した後、ラビング処理を施した。

【００５４】ロッド径５μｍのガラスロッドスペーサを
分散したエポキシ樹脂を、表示画面の外側に位置する樹
脂ブラックマトリクスの額縁部上に、一部に開口部を設
けて印刷した。この基板と、ＩＴＯ膜および配向膜を形
成しラビング処理を施した後、直径６μｍの球状スペー
サを散布した無アルカリガラス基板とを重ね合わせた。
９０℃で２０分間、予備加熱を行った後、１５０℃で３
０分間熱プレスを行った。その後、開口部より液晶を注
入し、開口部を紫外線硬化樹脂で封止した。このように
して作製した液晶セルを偏光板で挟んで本発明の液晶表
示装置を作製した。

【００５５】液晶表示装置の表示特性を評価したとこ
ろ、ギャップの変動に起因する表示不良は認められず、
その他表示特性にも特に問題はなかった。その後、装置
を分解して、電子顕微鏡により額縁部のブラックマトリ
クスの表面を観察したが、突起物やガラスロッドスペー
サーのめりこみによる膜の変形等の異常はみられなかっ
た。表面の凹凸を、表面粗さ計”サーフコム”１５００
Ａ（東京精密（株）製）で測定したところ深さ０．１μ
ｍ以上のくぼみは認められなかった。また、断面写真よ
りブラックマトリクス中に粒径０．９μｍ〜１．３μｍ
の範囲にあるグラファイト粒子が存在することが観測さ
れた。さらに、断面写真からグラファイトとその他顔料
との体積比を求め、その重量比を計算したところ８重量
％であった。

【００５６】比較例１粒径１．０μｍのグラファイト０．５ｇのかわりに、粒
径０．１μｍ以下のグラファイト０．５ｇを使用する以
外は実施例１と同様にして、黒色カラーペーストを作製
した。作製した黒色カラーペースト中に含まれる顔料の
粒径分布をコールーター社製サブミクロン粒子アナライ
ザー”Ｎ４プラス”で測定したところ、実施例１とは異
なり、粒径０．９〜１．３μｍの粒子は存在しないとい
う結果が得られた。

【００５７】実施例１と同様にして、膜厚１．１μｍの
樹脂ブラックマトリクスおよびカラーフィルターを作製
し、液晶表示装置を作製した。液晶表示装置の表示特性
を調べたところ、画面の周辺部にムラが生じているのが
観察された。装置を分解し、電子顕微鏡により額縁部の
ブラックマトリクスの表面を観察したところ、ガラスロ
ッドスペーサがブラックマトリクスにめり込んでいるこ
とが判明した。めりこみの深さを、表面粗さ計”サーフ
コム”１５００Ａ（東京精密（株）製）で測定したとこ
ろ０．３μｍであった。また、断面写真からは、顔料粒
子はすべて０．１μｍ以下でブラックマトリクスの厚み
と同程度の粒径の顔料粒子は観測されなかった。

【００５８】実施例２黒色ペーストを作製する際に、カーボンブラック４．５
ｇ、ピグメントブルー１５（フタロシアニンブルー）
０．５ｇと粒径１．０μｍのグラファイト０．５ｇでは
なく、カーボンブラック４．２ｇ、ピグメントブルー１
５（フタロシアニンブルー）０．８ｇと粒径１．０μｍ
のグラファイト１．０ｇを使用し、実施例１と同様に、
ただし、ブラックマトリクスの膜厚が０．９μｍ、ま
た、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素膜の厚みがそれぞれ１．５倍にな
るようにスピンコート条件を変更し、異なるフォトマス
クを使用して、ブラックマトリクス上に、画素膜の積層
により、樹脂ブラックマトリクス表面からの高さが５μ
ｍの柱状のスペーサが形成されたカラーフィルターを作
製した。

【００５９】実施例１と同様に、ＩＴＯ膜および配向膜
を形成し、ラビング処理を施した後、ロッド径５μｍの
ガラスロッドスペーサを分散したエポキシ樹脂を、表示
画面の外側に位置する樹脂ブラックマトリクスの額縁部
上に、一部に開口部を設けて印刷した。球状スペーサの
散布を省略した以外は実施例１と同様にして、本発明の
液晶表示装置を作製した。

【００６０】液晶表示装置の表示特性を評価したとこ
ろ、ギャップの変動に起因する表示不良は認められず、
その他表示特性にも特に問題はなかった。その後、装置
を分解して、電子顕微鏡により額縁部の樹脂ブラックマ
トリクスを観察した。ブラックマトリクス上に、０．１
μｍの突起が部分的に観察された。しかし、ガラスロッ
ドスペーサのめり込みによる膜の変形はみられなかっ
た。表面粗さ計”サーフコム”１５００Ａ（東京精密
（株）製）で測定したところ、０．１μｍの突起部は認
められたが、深さ０．１μｍ以上のくぼみは認められな
かった。

【００６１】比較例２粒径１．０μｍのグラファイト１．０ｇのかわりに、粒
径０．１μｍ以下のグラファイト１．０ｇを使用する以
外は実施例２と同様にして、樹脂ブラックマトリクスを
作製した。そして、実施例２と同様にして、カラーフィ
ルターを作製し、液晶表示装置を作製した。液晶表示装
置の表示特性を調べたところ、画面の周辺部にムラが生
じているのが観察された。装置を分解し、電子顕微鏡に
より額縁部の樹脂ブラックマトリクスを観察したとこ
ろ、ブラックマトリクス上に突起は観察されなかった
が、ガラスロッドスペーサがブラックマトリクスにめり
込んでいることが観察された。めりこみの深さを、表面
粗さ計”サーフコム”１５００Ａ（東京精密（株）製）
で測定したところ０．３μｍであった。

【００６２】

【発明の効果】本発明の樹脂ブラックマトリクスは、上
述のごとく構成したので、本発明の樹脂ブラックマトリ
クスを用いた液晶表示装置では、組み立て工程において
円柱状スペーサのブラックマトリクスへのめり込みが抑
制される。このため、ギャップの変動にともなう表示品
位の低下を抑制できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された顔料分散樹脂ブラック
マトリクスにおいて、全顔料中の１重量％以上が、該ブ
ラックマトリクスの厚みの０．８〜１．２倍の粒径の顔
料を含む黒色ペーストを用いて作製されることを特徴と
する顔料分散樹脂ブラックマトリクス。
【請求項２】基板上に形成された顔料分散樹脂ブラック
マトリクスにおいて、該ブラックマトリクスに含まれる
全顔料中の１重量％以上が、該ブラックマトリクスの厚
みの０．８〜１．２倍の粒径の顔料であることを特徴と
する顔料分散樹脂ブラックマトリクス。
【請求項３】ブラックマトリクスの厚みの０．８〜１．
２倍の粒径の顔料が、グラファイトであることを特徴と
する請求項１または２記載のブラックマトリクス。
【請求項４】樹脂成分がポリイミド系樹脂であることを
特徴とする請求項１または２記載のブラックマトリク
ス。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか記載のブラックマ
トリクスを具備するカラーフィルター。
【請求項６】カラーフィルターの画素膜が、顔料分散樹
脂であることを特徴とする請求項５記載のカラーフィル
ター。
【請求項７】顔料分散樹脂の樹脂成分がポリイミド系樹
脂であることを特徴とする請求項６記載のカラーフィル
ター。
【請求項８】ブラックマトリクス上に画素膜の積層によ
り形成された柱状スペーサを具備する請求項５記載のカ
ラーフィルター。
【請求項９】請求項５〜８のいずれか記載のカラーフィ
ルターを具備する液晶表示装置。