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【発明の名称】 カラーフィルター及びこれを用いた液晶表示装置
【発明者】 【氏名】野中 晴支

【氏名】赤松 孝義
【要約】 【課題】本発明の課題は、表示品位に優れるとともに高視野角を達成できる液晶表示装置を提供することと、さらに生産性に優れ、かつ基板の貼り合わせズレによるカラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間の短絡が発生しない液晶表示装置を提供することにある。

【解決手段】カラーフィルター上に固定されたドット状スペーサーと分割配向用の突起とを有するカラーフィルター、さらには、前記ドット状スペーサー最上層と分割配向用突起とが同じ材料からなるカラーフィルターおよびこれを使用した液晶表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】カラーフィルター上に固定された複数個のドット状スペーサーを有し、かつカラーフィルター上に分割配向のための突起を有することを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】前記ドット状スペーサーが非表示領域にあることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項３】カラーフィルターが少なくとも３原色からなる着色層および３原色の少なくとも１色を積層して形成された複数個のドット状スペーサーから構成されることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項４】前記ドット状スペーサーを構成する最上層と前記突起が同一の組成であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項５】前記ドット状スペーサーを構成する最上層と前記突起が着色されていることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項６】導電層上に前記ドット状スペーサーの最上層および前記突起が配置されてなることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項７】前記ドット状スペーサーの最上層の体積抵抗値が１０7Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項８】前記ドット状スペーサーおよび前記突起がポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項９】請求項１〜８に記載のカラーフィルターを使用したことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スペーサー機能を有するカラーフィルター及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されている液晶表示装置は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するために、一般に、２枚の液晶表示装置用基板間にプラスチックビーズ、ガラスビーズ又はガラス繊維を挟んでスペーサーとして使用している。プラスチックビーズ等のスペーサーは気流に乗せて散布されるため、電極基板とカラーフィルター基板のどの位置に配置されるか定まらない。
【０００３】セルギャップを保持するために、特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−８２４０５４、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６９４６、特開平７−３１８９５０には、カラーフィルターを形成する着色層を重ね合わせた構造をスペーサーとして用いた液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プラスチックビーズ等をスペーサーとして用いる液晶表示装置においては、プラスチックビーズ等のスペーサーの位置が定まらず、液晶表示装置用基板上の表示領域（遮光部を除く画面内の光透過部）にもスペーサーが存在する。このスペーサーによる光の散乱や透過により、液晶表示装置の表示品位が低下するという問題がある。
【０００５】プラスチックビーズ等のスペーサーを散布して使用する液晶表示装置には、この他にも下記の問題がある。すなわち、気流や静電気の影響でスペーサーが均一に散布されず、スペーサーが凝集することがある。スペーサーが凝集すると凝集部分の表示品質が悪化し、またセルギャップの正確な保持の面でも問題がある。
【０００６】この問題点に対して、特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−８２４０５４、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６９４６では、２色あるいは３色の着色層を重ね合わせた構造をスペーサーとして用いることが提案されている。一方、液晶表示装置の大画面化やモニタ用途への展開に伴い視野角の拡大が求められている。視野角拡大のために液晶の配向方向を１ピクセル内で分割する分割配向技術が採用されているが、その１つとしてセルギャップ内に形成したテーパー付き突起で液晶の配向方向を変える技術が提案されている。
【０００７】本発明の目的は、十分なセルギャップを実現するとともに、セルギャップ内に形成された突起による配向分割を実現するカラーフィルターの簡素化された構成を提供し、表示品位を向上し、液晶表示装置の生産性を上げることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は以下の構成により達成される。
【０００９】１）カラーフィルター上に固定された複数個のドット状スペーサーを有し、かつカラーフィルター上に分割配向のための突起を有することを特徴とするカラーフィルター。
【００１０】２）ドット状スペーサーが非表示領域にあることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１１】３）カラーフィルターが少なくとも３原色からなる着色層および３原色の少なくとも１色を積層して形成された複数個のドット状スペーサーから構成されることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１２】４）ドット状スペーサーを構成する最上層と前記突起が同一の組成であることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１３】５）前記突起が着色されていることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１４】６）導電層上に前記ドット状スペーサーの最上層および前記突起が配置されてなることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１５】７）ドット状スペーサーを構成する最上層の体積抵抗値が１×１０7Ωｃｍ以上であることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１６】８）ドット状スペーサーおよび突起がポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂であることを特徴とする（１）に記載のカラーフィルター。
【００１７】９）（１）〜（８）に記載のカラーフィルターを使用したことを特徴とする液晶表示装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】通常、液晶表示装置はスペーサーを介して貼り合わされた２枚の基板の間に液晶を挟んだ構造をとる。本発明の液晶表示装置は、カラーフィルターおよびカラーフィルターと対向する電極基板とが貼り合わせられる。本発明の電極基板は、例えばＴＦＴ基板のようなトランジスターで駆動される電極を複数個有する基板や透明導電膜による配線が施された基板である。本発明のドット状スペーサーはカラーフィルター上に形成されるが、これと対向する位置の電極基板上にもドット状スペーサーを形成してもよい。
【００１９】液晶表示装置において、表示品位を向上させるために、基板上の非表示領域に固定されたスペーサーを有することが好ましい。非表示領域とは、液晶表示装置に組みあがった状態での画面内の遮光部と画面外に相当する領域を指す。遮光部は基板上に形成された金属配線やＴＦＴなどの能動素子を外部から見えないように黒色樹脂や黒色金属酸化物を配置した部分である。また、遮光部は、画素間や画素と配線間の隙間から抜けてくる光を遮光する役割もある。また、本発明においては液晶に電圧が印加されず実質的に常時黒表示状態である部分も非表示領域とする。一方、表示領域は、前記の非表示領域以外の領域を指す。
【００２０】本発明のドット状スペーサーは非表示領域にあることが開口率を高め光を有効利用できる点や傾斜による液晶配向の乱れが表示不良につながりにくい点で好ましい。
【００２１】本発明のドット状スペーサーを構成する材料としては、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられる。着色層でスペーサーを形成する場合には、これらの樹脂中に着色剤を分散又は溶解させたものを用いる。
【００２２】感光性の樹脂としては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノマ、オリゴマ又はポリマと紫外線によりラジカルを発生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成物等が好適に用いられる。
【００２３】非感光性の樹脂としては、上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なものが好ましく用いられるが、透明導電層の製膜工程や液晶表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好ましく、中でもポリイミド系樹脂が特に好ましい。
【００２４】ここで、ポリイミド系樹脂としては、特に限定されるものではないが、通常下記一般式で表される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体を、加熱又は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いられる。
【００２５】
【化１】

ここで上記一般式のｎは０あるいは１〜４の数である。Ｒ1は酸成分残基であり、Ｒ1は少なくとも２個の炭素原子を有する３価または４価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ1は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３価または４価の基が好ましい。Ｒ1の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００２６】Ｒ2は少なくなくとも２個の炭素原子を有する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ2は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ2の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導された基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。一般式（１）で表される構造単位を主成分とするポリマーはＲ1、Ｒ2がこれらの内各々１個から構成されていても良いし、各々２種以上から構成される共重合体であっても良い。
【００２７】またアクリル系樹脂を含むスペーサーも好ましく使用される。このとき用いられるアクリル系樹脂は、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリレートなどの内から３〜５種類程度のモノマを用いて、分子量５０００〜２０００００程度に重合した樹脂を用いる。なお、スペーサーがアクリル樹脂を含むものである場合、スペーサーを構成する成分中のアクリル樹脂の含有量は、５０重量％以上が好ましく、６０重量％以上がさらに好ましい。アクリル系樹脂スペーサーを構成する材料が感光性か非感光性は制限されないが、スペーサーの微細加工のしやすさの点から感光性の材料が好ましく用いられる。感光性樹脂の場合には、アクリル系樹脂と光重合性モノマ、光重合開始剤を配合した組成物が好ましく用いられる。光重合性モノマとしては、２官能、３官能、多官能モノマがあり、２官能モノマとして、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリエチレングリコールアクリレートなどがあり、３官能モノマとして、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアネートなどがあり、多官能モノマとしてジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレートなどがある。また、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、チオキサントン、イミダゾール、トリアジン系などが単独もしくは混合で用いられる。
【００２８】上記スペーサーを構成する樹脂には、必要に応じて、着色剤を添加しても良い。着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々の添加剤を添加してもよい。スペーサーに遮光性が要求される際には、カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉といった遮光剤の他に、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ましい。スペーサーに遮光性と絶縁性が要求される際には、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄等の絶縁性無機化合物微粒子や表面に樹脂を被覆したカーボンブラックを用いても良い。
【００２９】ドット状スペーサーを構成する樹脂に着色剤や遮光剤を添加する量に特に制限はないが、樹脂成分と着色剤と遮光剤成分との重量比が１０：０〜１：９であることが、ドット状スペーサー形成の点から好ましい。
【００３０】スペーサーを形成する工程としては、未硬化の樹脂を基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行う方法が、精度良くスペーサーを形成できる点から好ましく用いられる。未硬化の樹脂を塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、樹脂塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。このようにして得られた樹脂被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレジスト膜又は酸素遮断膜を除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹脂の種類や塗布量により若干異なるが、ポリイミド系樹脂の場合には、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明基板上にスペーサーが形成される。１回のパターニングで十分な高さを得られることが困難である場合には、複数の樹脂層を積層することも可能である。
【００３１】転写法によってスペーサーを形成してもよい。すなわち、あらかじめ基材上に感光性を付与した樹脂層を形成した転写基板を準備し、これを必要に応じ熱や圧力を加えつつ基板の上に重ね合わせ、露光・現像し、しかる後に基材を剥離してスペーサーを基板上に形成する方法、もしくはあらかじめフォトリソグラフィー等にて転写基板上にスペーサーを形成しておいてから基板上に熱や圧力を加えてスペーサーを転写する方法である。
【００３２】スペーサーの形状、すなわち、スペーサーを基板と平行な面で切断した場合の横断面の形状は、特に限定されないが、円、楕円、角が丸い多角形、十字、Ｔ字又はＬ字形が好ましい。また、積層によりスペーサーを形成する場合においても、それぞれの層のスペーサーの形状は、特に制限されないが、円、楕円、角が丸い多角形、十字、Ｔ字又はＬ字形が好ましく、これらを任意に積層しスペーサーを形成してよい。
【００３３】ドット状スペーサーの高さは、１〜９μｍが好ましく、さらには２〜８μｍが好ましい。スペーサーの高さが１μｍよりも低いと、十分なセルギャップを確保することが困難である。一方、９μｍを超えると、液晶表示装置のセルギャップが大きくなりすぎて駆動に要する電圧が高くなり好ましくない。なお、スペーサーの高さとは、１個のスペーサーに着目し、カラーフィルターの開口部着色層と該スペーサーの最上表面との間の距離を意味する。基板上の表示部平坦部の高さにムラがある場合には、スペーサーの最上表面と各表示部平坦部との間の距離の内、最大のものを指す。
【００３４】ドット状スペーサーの形成方法としては、着色層形成時に画素の着色部分とスペーサーとが同時に形成されることが生産性を高める点と十分な高さのスペーサーを形成できる点で好ましい。ただし本発明においてはスペーサーの最上層は配向分割用突起と同時に形成される。また、ドット状スペーサーの高さが分割配向用突起と同じ高さであっても良い場合、すなわち、分割配向用突起の一部または全部が対向する電極基板に接触しても良い場合、もしくはドット状スペーサー下に着色層層よりも厚いブラックマトリックスが配置されて、ドット状スペーサーと分割配向用突起とを同時に形成してもドット状スペーサーの高さが大きくなることで分割配向用突起が対向電極基板に接しない場合などでは、着色層をドット状スペーサー位置に置かなくとも良い。つまりこのときドット状スペーサーは分割配向用突起と同じく１層からなる。
【００３５】スペーサーによって保たれる２枚の液晶表示装置用基板間の間隔の画面内均一性を高める点から、画面内および画面外の非表示領域にスペーサーを形成することが好ましいが、場合によっては画面内または画面外のどちらか一方の非表示領域に形成しても良い。
【００３６】スペーサーの１個あたりの面積や配置場所は液晶表示装置の構造に大きく影響を受ける。固定されたドット状スペーサーを有するカラーフィルターにおいて１画素中の非表示領域の面積の制約から、画面内の１個あたりのスペーサー面積は、１０μｍ2〜１０００μｍ2であることが好ましい。さらに好ましくは、１０μｍ2〜２５０μｍ2である。ここでいうスペーサー面積とはカラーフィルター上に形成されたスペーサー最頂部であって、液晶表示装置を作製した際に対向基板に接触する部分の面積もしくは対向基板上に作製されたスペーサーに接触する部分の面積を指す。１個あたりのスペーサーの面積が１０μｍ2よりも小さい場合は、精密なパターンの形成や積層が難しくなる他、液晶表示装置装置製造時の圧力印加でスペーサーが破壊されることがある。１個あたりのスペーサーの面積が１０００μｍ2よりも大きい場合は、スペーサーの周辺においてラビングによる十分な配向処理が困難になる。また、画面内のスペーサーは、スペーサー部の形状にもよるが画面内の非表示領域に完全に配置することが難しくなる。一方、画面外のスペーサーは、表示領域に現れることが無い。したがって、面内および画面外にスペーサーを有する液晶表示装置用基板の場合、画面外のスペーサーのひとつ当たりの面積は、スペーサーの形成を容易にするために画面内のスペーサーのひとつ当たりの面積と等しいかもしくは大きいことが好ましい。
【００３７】また、本発明のカラーフィルターは透明導電層形成前に透明保護層を形成しても良い。このような透明保護層の形成は、カラーフィルターの構造を複雑にし製造コストが高くする点で不利であるが、一方スペーサー高さの制御、カラーフィルターからの不純物のシミ出し防止、表面平坦化に有利である。
【００３８】３色の着色層を形成後、もしくは透明保護層形成後に透明導電層が形成される。透明導電層としてはＩＴＯなどの酸化物薄膜を採用することができる。
【００３９】液晶分子の傾きが一方向だけであると液晶分子が傾いた方向において視野角の非対称性が大きく、かつ視野角が小さくなる。分割配向とは液晶表示装置の１画素内を複数の領域に分け、各領域で液晶分子の傾きを変える技術である。分割配向技術としてはフォトリソグラフィーを利用して液晶配向膜のラビングの向きが異なる領域を１画素内に作る技術が知られているが、工程が多いフォトリソグラフィーを採用することによる生産性の低下やフォトリソグラフィーで使用する現像液や剥離液で先に形成した液晶配向膜がダメージを受ける問題があった。
【００４０】一方、液晶表示方式として電圧無印加のときに液晶分子長軸が基板表面に対して垂直に配向しており、電圧印加で液晶長軸が基板面と平行方向に倒れる垂直配向方式が提案されている。また、垂直配向方式の分割配向技術として基板上に形成した傾斜を利用するものが提案されている。すなわち、基板上の一部に突起を作り、この側面の傾斜で基板面に垂直方向に長軸を配向しようとする液晶分子を傾け、将棋倒し状に表示領域の液晶分子の配向をわずかに垂直方向から倒す方法である。液晶分子は電圧印加すると突起の作用で傾いている方向にさらに深く倒れていく。突起が三角形または台形の断面を持つストライプであれば２つの斜面において液晶分子は二方向に分かれて倒されて二方向の分割配向ができる。また、突起が角錐であればその斜面の数によって配向分割数が決まり、突起が円錐であれば放射状の液晶配向が得られる。該側面の傾斜は順テーパである。また、突起の頂部は表示に寄与しないのでなるべく狭いことが望ましい。
【００４１】該突起はカラーフィルター側と対向する電極基板側とで一対になっている必要があるので断面が台形または三角形のストライプ状でカラーフィルター側と対向する電極基板側とで交互に配置されていることが特に好ましい。
【００４２】本発明のドット状スペーサーの最上層の体積抵抗値は１０7Ωｃｍ以上であることが好ましい。ドット状スペーサーの最上部の体積抵抗値が１０7Ωｃｍ未満であると、貼り合わせずれによりカラーフィルター上の透明電極層と対向する電極基板とが導通し、表示不良を引き起こす。該体積抵抗値は１０9Ωｃｍ以上であることがさらに好ましい。
【００４３】本発明は固定された複数個のドット状スペーサーと分割配向用の突起を備えたことによって表示性能に優れた液晶表示装置を提供すると共にドット状スペーサーと分割配向用突起とを同時に形成する生産性に優れた液晶表示装置を提供する。また、ドット状スペーサーの最上層を透明導電層上に配置した場合は、基板貼り合わせ時の位置ずれによってカラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡する欠陥を避けることができる。短絡の防止は、電極や配線が密に配置されている高開口率の液晶表示装置において効果が大きい。
【００４４】本発明の分割配向用突起は、この上に液晶配向膜が形成されることから、高い耐熱性、耐溶媒性が要求される。また、０．１μｍ以下の薄い液晶配向膜を介して液晶と分割配向用突起とが隣接することから、不純物の溶出が少ないことも要求される。本発明の分割配向用突起は上記の条件を備えたポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂の採用が好ましい。
【００４５】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４６】本発明のカラーフィルターは、透明基板上に必要に応じてブラックマトリックスを設け、さらにその上に３原色から成る着色層を複数配列したものが好ましい。カラーフィルターは３原色から成る各着色層により被覆された画素を１絵素とし、多数の絵素により構成されている。ここで言う、ブラックマトリックスは、各画素間に配列された遮光領域を示し、液晶表示装置の表示コントラストを向上させ、またＴＦＴなどの能動素子に光が入射して誤動作することを防ぐために設けられる。
【００４７】カラーフィルターに用いられる透明基板としては、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラス類、有機プラスチックのフィルム又はシート等が好ましく用いられる。
【００４８】この透明基板上に必要に応じてブラックマトリックスが設けられる。ブラックマトリックスは、クロムやニッケル等の金属又はそれらの酸化物等や着色膜の重ね塗りで形成してもよいが、樹脂及び遮光剤から成る樹脂ブラックマトリックスを形成することが製造コストや廃棄物処理コストの面から好ましい。また、スペーサーを高くする面からも樹脂ブラックマトリックスの採用が好ましい。この場合、ブラックマトリックスに用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられる。ブラックマトリックス用樹脂は、画素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐熱性を有する樹脂が好ましく、また、ブラックマトリックス形成後の工程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂が好ましいことからポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。なお、好ましいポリイミド系樹脂としては、前述のスペーサーを形成するのに適した樹脂を挙げることができる。
【００４９】ブラックマトリックス用の遮光剤としては、カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることができる。この中でも、特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ましい。分散の良い粒径の小さいカーボンブラックは主として茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好ましい。
【００５０】ブラックマトリックス用の樹脂がポリイミドの場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系極性溶媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒等が好適に使用される。
【００５１】カーボンブラックや、カーボンブラックに対して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のために種々の添加剤が加えられていてもよい。
【００５２】樹脂ブラックマトリックスの製法としては、黒色ペーストを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００５３】このようにして得られた黒色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ形フォトレジスト膜まは酸素遮断膜を除去し、また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、基板上にブラックマトリックスが形成される。
【００５４】また、転写法によって樹脂ブラックマトリックスを形成してもよい。後述する着色層を重ねてブラックマトリックスを形成しても良い。
【００５５】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、より好しくは０．８〜１．５μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合には、樹脂ブラックマトリックス上に樹脂層を積層してスペーサーを作製する場合、十分な高さのスペーサーを形成することが難しくなり、また、遮光性が不十分になることからも好ましくない。一方、膜厚が２．０μｍよりも厚い場合には、遮光性は確保できるものの、カラーフィルターの平坦性が犠牲になり易く、段差が生じやすい。
【００５６】樹脂ブラックマトリックスの遮光性は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶表示装置の表示品位を向上させるためには、好ましくは１．６以上であり、より好ましくは２．０以上である。また、樹脂ブラックマトリックスの膜厚の好適な範囲を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定められるべきである。
【００５７】樹脂ブラックマトリックス間には通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍの開口部が設けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３原色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、１つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により被覆され、各色の着色層が複数配列される。
【００５８】カラーフィルターの場合、着色層は、少なくとも３原色、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）または、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３層を包含するものであり、各画素にはこれらの３色のいずれかの１つの着色層が設けられる。
【００５９】着色層に用いられる着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤等の種々の添加剤を添加してもよい。顔料としては、赤（Ｒ）としてColor Index No.９、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５など、緑（Ｇ）としてColor Index No.７、３６など、青（Ｂ）としてはColor Index No.１５、２２、６０、６４などが一般的に用いられる。分散剤としては界面活性剤、顔料の中間体、染料の中間体、高分子分散剤などの広範囲のものが使用される。
【００６０】着色層に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感光性の材料が採用できる。本発明のドット状スペーサーは微細な加工が可能でかつ加圧に耐えるような強靱な樹脂で形成されていることが好ましいので、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂の採用が好ましく、ポリイミド系樹脂がより好ましく用いられる。
【００６１】着色層を形成する方法としては、ブラックマトリックスを形成した基板上に着色剤を含むペーストを塗布、乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散又は溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがあるが、この方法に特に限定されない。
【００６２】着色ペーストを塗布する方法としては、黒色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法等が好適に用いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。
【００６３】このようにして得られた着色ペースト被膜は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォトレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレジスト膜まは酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥（本キュア）する。
【００６４】本キュア条件は、前駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、ブラックマトリックスを形成した基板上にパターニングされた着色層が形成される。また、いわゆる転写法で着色層を形成してもよい。
【００６５】ブラックマトリックスを形成した基板上に、上記のように、第１色目の着色層を全面にわたって形成した後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により除去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成する。同様の操作を繰り返し、第２色目の着色パターン、第３色目の着色パターンを形成する。
【００６６】カラーフィルターにスペーサーを形成する際に、スペーサーを形成する工程が別途必要とならないように、または十分な高さのスペーサーを実現するために着色層の加工と同時にカラーフィルターの着色層で構成されたスペーサーを形成するのが好ましい。ただし本発明においては前記スペーサーを構成する最上層と分割配向用の突起とが同一の組成で同時に加工されることが好ましい。スペーサーを構成する最上層と分割配向用突起は着色されていても透明であっても良いが、スペーサーを構成する最上層と分割配向用突起とが着色されている場合はブラックマトリックス、画面の非表示部を遮光する額縁やアクティブ素子の遮光部も同時に加工することが可能であり製造工程を短縮できる点で本発明の効果を大きくし好ましい。
【００６７】スペーサーを構成する最上層と分割配向用の突起とが同一組成で同時に加工されることが好ましいことから、カラーフィルターを構成する３原色の着色層とは別にこれらを作製することが好ましい。着色層を透明導電層の上に配置すると着色層による電圧降下で液晶駆動電圧が大きくなる問題がある。
【００６８】分割配向用突起の高さは０．５μｍ〜６μｍであることが好ましい。突起高さが０．５μｍ未満であると分割配向の効果が十分でなく、一方、突起高さが６μｍ超であると１回のフォトリソグラフィーによる突起形成が難しくなる他、液晶注入の妨げになる。分割配向用突起の高さは０．６μｍ〜３μｍの範囲がさらに好ましい。
【００６９】ドット状スペーサーはその最上層以外は着色層の１層、２層又は３層で構成することができる。例えば、上記のようにブラックマトリックスを形成した基板上に第１色目の着色層で所望の第１色目の着色層のパターンを形成する際に、ブラックマトリックスの開口部を被覆する部分と、着色層の積層によりスペーサーを形成する部分に着色層を残す。第２色目、第３色目も同様な操作を繰り返し、ブラックマトリックスの開口部上には１層の着色層が形成される。また、スペーサーとして十分なセルギャップを確保するためには、好ましくは２層から３層の着色層がスペーサー形成位置に積層されることが好ましい。
【００７０】非表示領域であるブラックマトリックス上に着色層を１層、２層又は３層積層しスペーサーを構成することが、表示部の面積を減じることなく、また十分なセルギャップを確保する点から好ましい。しかしながら、ドット状スペーサーの高さが分割配向用突起と同じ高さであっても良い場合、すなわち、分割配向用突起の一部または全部が対向する電極基板に接触しても良い場合、もしくはドット状スペーサー下に着色層層よりも厚いブラックマトリックスが配置されて、ドット状スペーサーと分割配向用突起とを同時に形成してもドット状スペーサーの高さが大きくなることで分割配向用突起が対向電極基板に接しない場合などでは、着色層をドット状スペーサー位置に置かなくとも良い。つまりこのときドット状スペーサーは分割配向用突起と同じく１層からなる。
【００７１】また、スペーサーの形成とともに、スペーサーとして機能しない高さの積層物を形成しても良い。例えば、ドット状スペーサーが４層で形成される場合、３層、２層もしくは１層からなる積層物で形成され、ドット状スペーサーが３層で形成される場合、２層もしくは１層からなる積層物で形成される。これらは、通常時は対向する電極基板と接することは無いが、液晶表示装置に圧力が加わった際に対向する電極基板と接することでセルギャップを確保して、液晶表示装置の表示品位の信頼性を高めることができる。
【００７２】着色層の積層によりスペーサーを形成する場合は、スペーサーを構成する着色層の樹脂成分と着色剤成分との重量比が３：７〜９：１であることが、所望のスペーサーの高さをもたせる点とカラーフィルターに所望のカラー表示性能をもたせる点などから、好ましい。
【００７３】開口部上の着色層とスペーサーを形成する着色層とは連続していても、また、分離されていてもよい。
【００７４】本発明のスペーサーは、パターンを積層する際には、対向基板への接触部の面積がスペーサーの底部の面積より小さくなるように設計することが望ましい。
【００７５】本発明のカラーフィルターおよびこれを用いた液晶表示装置の製造方法を図１および図２を用いて以下に説明するがこれに限定されるものではない。
【００７６】無アルカリガラス１の上に黒ペーストを用いてブラックマトリックス２を形成する。ブラックマトリックスの開口部を埋めるように青着色層３を形成し同時にブラックマトリックス上にドット状スペーサー形成位置に青着色層４を配置した。同様にして、赤着色層をブラックマトリックスの開口部５とドット状スペーサー形成位置６を形成し、次いで緑着色層をブラックマトリックスの開口部７とドット状スペーサー形成位置８を形成する。次に透明保護層９を形成し、さらに透明導電層１０を積層する。透明導電層の上に分割配向用突起１１およびドット状スペーサー最上層１２を同時に形成する。
【００７７】ＴＦＴ素子を備えた電極基板の製造方法の一例を以下に示す。
【００７８】無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極をパターニングする。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁膜として窒化珪素膜、アモルファスシリコン膜およびエッチングストッパとして窒化珪素膜を連続形成する。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパの窒化珪素膜をパターニングする。ＴＦＴ端子が金属電極とオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜の成膜とパターニングをし、さらに、表示電極となるＩＴＯ膜を成膜しパターニングする。さらに配線材料としてアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製する。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去し、ＴＦＴ素子備えた電極基板を得る。反射型の液晶表示素子の場合は、表示電極をアルミニウムや銀などの反射率の高い材料とする。
【００７９】カラーフィルター上に垂直配向膜を設ける。同様にして対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても垂直配向膜を設ける。対向する電極基板にカラーフィルター上に設けた配向分割用突起と対応するように配向分割用突起を設ける。この２枚の基板をエポキシ接着材をシール剤として用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入する。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製する。
【００８０】図２に本発明のカラーフィルターの平面図の一例を示す。ブラックマトリックス１３の開口部１４とブラックマトリックス上のドット状スペーサー形成位置１５に着色膜を形成する。ブラックマトリックス開口部の長辺方向を二分するように断面が台形のストライプ状突起１６を画素一つおきに形成する。対向する電極基板上にはカラーフィルター上のストライプ状突起と交互に配置されるように画素一つおきにストライプ状突起を形成する。
【００８１】本発明のカラーフィルターおよびこれを用いた液晶表示装置は、パソコン、ワードプロセッサー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲーションシステム、液晶テレビなどの表示画面に用いられ、また、液晶プロジェクション等にも好適に用いられる。また、光通信や光情報処理の分野において、液晶を用いた空間変調素子としても好適に用いられる。空間変調素子は、素子への入力信号に応じて、素子に入射する光の強度や位相、偏光方向等を変調させるもので、実時間ホログラフィーや空間フィルター、インコヒーレント／コヒーレント変換等に用いられるものである。
【００８２】
【実施例】以下、実施例に基づい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ない。
【００８３】（測定法）
体積抵抗値の測定アルミニウム薄膜を蒸着したガラス基板上に対象となる材料を１μｍの厚さにコーティングする。コーティング膜上にさらに直径１５ｍｍのアルミニウム電極を蒸着する。コーティング膜を挟んだ２つの電極間に直流１Ｖを印加して、電圧印加後５分での電流値とコーティング膜の厚みから体積抵抗値を求めた。
【００８４】調製例１メチルトリメトキシシラン４．０８ｇ、フェニルトリメトキシシラン９．９ｇ、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン２８．８ｇをγ−ブチロラクトン１５６．３ｇ、３−メチル−３−メトキシブタノール１５０ｇに溶解し、３０℃で撹拌しながら９．１２ｇの蒸留水を加えた後、５０℃で２時間加熱撹拌し、加水分解・縮合をおこなった。ついで１３０℃に昇温してさらに縮合を進めながら生成したアルコールと水を留去させた。この溶液を５０℃に冷却した後、撹拌しつつ３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸２無水物２４．１７ｇを添加してアミック酸系ポリオルガノシロキサン溶液を得た。
【００８５】調製例２メチルトリメトキシシラン２７２ｇ、フェニルトリメトキシシラン３９６ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール７８５．６ｇに溶解した後に、撹拌しつつ燐酸３．３４ｇと蒸留水２１６ｇの混合物を加えた。得られた溶液を１０５℃で１時間加熱し、主としてメタノールからなる成分３０２ｇを留去させた。ついで１３０℃で２時間加熱し、主としてアルコールと水からなる成分１４７ｇを留去させた。これを室温まで冷却してから３−メチル−３−メトキシブタノール８６ｇを加えてポリオルガノシロキサン系溶液を得た。
【００８６】調製例３アセト酢酸エチルエステル６５０ｇと３−メチル−３−メトキシブタノール１５６７ｇの混合液にテトラブトキシジルコニウム３８３ｇを添加して３０℃で１時間撹拌した後、２４時間放置してジルコニアキレート溶液を得た。
【００８７】実施例１（樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇをγ−ブチロラクトン１０９５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２０９ｇに混合し、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル９５．１ｇ、ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン６．２ｇを添加して７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．９６ｇを添加してさらに７０℃で１時間反応させてポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。
【００８８】下記の組成を有するカーボンブラックミルベースをホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３０分間分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペーストを調製した。
【００８９】
カーボンブラックミルベース カーボンブラック （ＭＡ１００、三菱化学（株）製） ４．６部 ポリイミド前駆体溶液 ２４．０部 Ｎ−メチル−２−ピロリドン ６１．４部 ガラスビーズ ９０．０部３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃で２０分間セミキュアした。続いて、ポシ型フォトレジスト（シプレー社製“Microposit”SRC100 30cp）をスピナーで塗布し、８０℃２１０分間乾燥した。フォトレジスト膜厚は１．５μｍとした。キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光した。
【００９０】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型フォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行った。現像時間は６０秒とした。その後、メチルセルソルブアセテートでポジ型フォトレジストを剥離し、さらに、３００℃で３０分間キュアし、樹脂ブラックマトリクス基板を得た。樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、０．９０μｍであり、ＯＤ値は３．０であった。
【００９１】（着色層の作成）赤、緑、青の顔料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ブラックマトリックスに使用したポリイミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。まず、樹脂ブラックマトリックス基板上に青ペーストを塗布し、１２０℃２０分間セミキュアした。この後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製"Microposit" SRC100 30cp ）をスピナーで塗布後、８０℃で２０分乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキド２重量％水溶液に基板を浸漬し揺動させながら、ポジ型フォトレジストの現像およびポリイミド前駆体のエッチングを同時に行なった。その後、ポジ型フォトレジストをメチルセルソルブアセテートで剥離し、さらに、３００℃で３０分間キュアした。青着色層の膜厚は２μｍであった。青画素の形成と同時に樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの１段目を形成した。なおスペーサーのサイズは２０μｍ角とした。
【００９２】基板水洗後に、青着色層と同様にして、緑画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの２段目を形成した。緑着色層の膜厚は、２μｍ、スペーサーのサイズは２０μｍ角とした。
【００９３】さらに基板水洗後に、青着色層と同様にして、赤画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの３段目を形成し、カラーフィルターを作製した。赤色画素部の膜厚は２μｍ、スペーサーのサイズは１５μｍ角とした。
【００９４】調製例１で得たアミック酸系ポリオルガノシロキサン溶液７．５ｇと調製例２で得たポリオルガノシロキサン溶液１０ｇおよび調製例３で得たキレート溶液１．５ｇを混合し、透明樹脂用組成物を得た。ブラックマトリックスと３原色の着色層が形成された基板の上に前期透明樹脂を塗布し、８０℃ で１０分間乾燥し、次いで２８０℃ で６０分間キュアして、厚さが１μｍの透明保護層を形成した。
【００９５】透明保護層が形成された基板上に、スパッタリング法にて膜厚が１５０ｎｍで表面抵抗が２０Ω／□のＩＴＯ膜を形成した。
【００９６】前記ＩＴＯ膜上に、ブラックマトリックスに使用したポリイミド前駆体溶液を塗布し１３５℃ で２０分間セミキュアした。この後、ポジ型フォトレジストを塗布して８０℃ で２０分間乾燥した。フォトマスクを介して露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド２重量％水溶液に浸漬してフォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングとを同時に実施した。フォトレジストをメチルセルソルブで剥離し、次いで３００℃ で３０分間キュアして厚さ１μｍのスペーサー最上層と分割配向用のストライプ状突起とを形成した。
【００９７】スペーサー最上層の大きさは１２μｍ×１２μｍとし、ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。ストライプ状突起は図２に示したように１画素の長辺を二分する位置に１画素おきに配置し、カラーフィルターの表示部全体を貫いている。
【００９８】かくして本発明のカラーフィルターを得た。突起を形成した透明ポリイミド層の体積抵抗は１０13Ωｃｍであった。
【００９９】ペースト特性により、積層した各色層の厚みと樹脂ＢＭ膜厚との合計から対象の色層の表示部膜厚を引いた厚みと、着色層１層の上に設けられた光透過部分のＩＴＯ層の表面からスペーサー頂部までの高さであるスペーサーの高さは異なる。スペーサー高さは５．５μｍであった。
【０１００】着色層の積層によって樹脂ブラックマトリックス上に設けられたスぺーサー底部、すなわち青色部の面積は４００μｍ2 、対向基板に接触するスペーサー頂部の面積は１４４μｍ2であった。また画面周辺に樹脂ブラックマトリクスで形成した額縁上にも色重ねによるスペーサーを設けた、その際、最上層の面積は画面内のスペーサーの２倍となるようにし、単位面積当たりのスペーサーの個数を１／２とし単位面積あたりの対向基板へのスペーサーの接触面積が画面内と同じになるようにした。さらに額縁外の基板上にも、画面内と同様に樹脂ブラックマトリックスの作製に用いた樹脂層によるパターンと着色膜の作製に用いた樹脂層のパターンの積層により、カラーフィルター並びに画面内のスペーサーを作製するのと同時にスペーサーを形成した。その際単位面積当たりのスペーサーと対向基板との接触面積が画面内と同一になるように形成した。
【０１０１】（電極基板の作製）無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極にパターニングした。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁層として厚さ７００ｎｍの窒化珪素膜、チャンネル層として厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン膜、エッチングストッパ層として厚さ５００ｎｍの窒化珪素膜を連続形成した。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパ層の窒化珪素膜をパターニングした。ＴＦＴ端子と金属電極がオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜を形成した。この上に表示電極となるＩＴＯ膜を成膜しパターニングした。さらに配線材料としてのアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製した。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去しＴＦＴ素子を備えた電極基板を得た。
【０１０２】（カラー液晶表示装置の作製と評価）本発明のカラーフィルター上に垂直配向膜を設けた。同様にして対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても、垂直配向膜を設けた。対向する電極基板についても１画素の長辺を二分する位置に１画素おきにカラーフィルター上のストライプ状突起と同様のストライプ状突起を配置した。ただし、カラーフィルターと貼り合わせたときにストライプ状突起がカラーフィルター上のストライプ突起と１画素毎に交互に配置されるようにした。この２枚の基板をエポキシ接着材をシール剤として用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入した。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製した。
【０１０３】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。液晶の配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
【０１０４】実施例２透明保護層を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして液晶表示装置を２０個作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。液晶配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
実施例３赤、緑、青の顔料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。
【０１０５】スチレン：メタクリル酸メチル：メタクリル酸＝３０：３０：４０であるアクリル共重合体樹脂粉末６ｇ、多官能モノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート６ｇ、光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製”イルガキュア”３６９）３ｇを含むシクロペンタノン溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。
【０１０６】実施例１と同様にして作製した樹脂ブラックマトリックス基板上に青ペーストを塗布し、８０℃で１０分間熱風乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、アルカリ現像液に基板をディップし同時に基板を揺動させながら現像した。次いで、２２０℃で３０分間キュアした。青着色層の膜厚は２μｍであった。青画素の形成と同時に樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの１段目を形成した。なおスペーサーのサイズは３０μｍ角とした。
【０１０７】基板水洗後に、青着色層と同様にして、緑画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの２段目を形成した。緑着色層の膜厚は、２μｍ、スペーサーのサイズは３０μｍ角とした。
【０１０８】さらに基板水洗後に、青着色層と同様にして、赤画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペーサーの３段目を形成し、カラーフィルターを作製した。赤色画素部の膜厚は２μｍ、スペーサーのサイズは２０μｍ角とした。
【０１０９】ブラックマトリックスと赤、青、緑着色層が形成された基板上に、スパッタリング法にて膜厚が１５０ｎｍで表面抵抗が２０Ω／□のＩＴＯ膜を形成した。
【０１１０】スチレン：メタクリル酸メチル：メタクリル酸＝３０：３０：４０であるアクリル共重合体樹脂粉末６ｇ、多官能モノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート６ｇ、光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製”イルガキュア”３６９）３ｇを含むシクロペンタノン溶液を前記ＩＴＯ膜上に塗布し８０℃ で１０分間熱風乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、アルカリ現像液に基板を浸漬し同時に基板を揺動させながら現像した。次いで、２２０℃で３０分間キュアして厚さ１μｍのスペーサー最上層と分割配向用のストライプ状突起とを形成した。スペーサー最上層の大きさは１２μｍ×１２μｍとし、ストライプ状の突起は断面の下辺が１５μｍ、上辺が１４μｍの台形とした。ストライプ状突起は図３に示したように１画素の長辺を二分する位置に１画素おきに配置し、カラーフィルターの表示部全体を貫いている。
【０１１１】かくして本発明のカラーフィルターを得た。突起を形成した透明アクリル樹脂層の体積抵抗は１０12Ωｃｍであった。
【０１１２】ペーストの塗布特性から積層した各色層の厚みと樹脂ＢＭ膜厚との合計から対象の色層の表示部膜厚を引いた厚みと、ＩＴＯ層の表面からスペーサー頂部までの高さであるスペーサーの高さは異なる。スペーサー高さは５．３μｍであった。
【０１１３】着色層の積層によって樹脂ブラックマトリックス上に設けられたスぺーサー底部、すなわち青色部の面積は４００μｍ2 、対向基板に接触するスペーサー頂部の面積は１４４μｍ2であった。また実施例１と同様にして画面周辺に樹脂ブラックマトリクスで形成した額縁上にも色重ねによるスペーサーを設けた。
【０１１４】実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１１５】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。液晶の配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
【０１１６】実施例４ブラックマトリックスを形成する代わりに着色層の重ね塗りで透過率を低減した部分を形成した。すなわち、ブラックマトリックスがない無アルカリガラス基板の上に赤、青、緑の着色層を実施例１と同様に形成し、このときブラックマトリックスが埋めていた隣り合う２つの画素間を２つの画素を着色している着色材料の重ね塗りで埋めた。
【０１１７】画素間の２つの着色層の重ね塗り部分の上に３色目がドット状に形成されてスペーサーの一部を構成する。さらに実施例２と同様にして、透明保護層を設けずにＩＴＯ層を形成した後、ポリイミド前駆体溶液を用いてドット状スペーサーの最上層と配向分割用突起とを同時に形成した。
【０１１８】ＩＴＯ層の表面からスペーサー頂部までの高さであるスペーサーの高さは、４．８μｍであった。
【０１１９】また画面周辺に着色層の重ね塗りで形成した額縁上にも色重ねによるスペーサーを設けた、その際、最上層の面積は画面内のスペーサーの２倍となるようにし、単位面積当たりのスペーサーの個数を１／２とし単位面積あたりの対向基板へのスペーサーの接触面積が画面内と同じになるようにした。さらに額縁外の基板上にも、カラーフィルター並びに画面内のスペーサーを作製するのと同時にスペーサーを形成した。その際単位面積当たりのスペーサーと対向基板との接触面積が画面内と同一になるように形成した。
【０１２０】実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１２１】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。液晶の配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
【０１２２】実施例５実施例１と同様にしてブラックマトリックス、着色層、透明保護膜、ＩＴＯ層を形成した。このＩＴＯ層上に赤ペーストを塗布し、１２０℃ で２０分間セミキュアした。続いてポジ型フォトレジストを塗布し８０℃ で２０分間乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド２重量％水溶液に浸漬してフォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に実施した。メチルセルソルブアセテートでフォトレジストを剥離して、さらに３００℃ で３０分間キュアして実施例１と同じパターンの厚さ１μｍのスペーサー最上層と分割配向用突起とを作製した。さらに同時に額縁部にも赤着色層を重ねて遮光性を向上させた。
【０１２３】分割配向用突起を形成した赤着色層の体積抵抗値は１０12Ωｃｍであった。ＩＴＯ表面からスペーサ頂部までの高さであるスペーサー高さは５．５μｍであった。
【０１２４】実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１２５】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。液晶の配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
【０１２６】実施例６ＩＴＯ膜上にポリイミド前駆体溶液を用いて配向分割用突起のみ形成し、ドット状スペーサーの最上層を作らなかったことと、青着色層によるスペーサー３段目の大きさを１０μｍ角としたこと以外は実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。したがってスペーサー頂部はＩＴＯ層に覆われている。対向基板に接触するスペーサー頂部の面積は１００μｍ2であった。ＩＴＯ層の表面からスペーサー頂部までの高さであるスペーサーの高さは、４．７μｍであった。
【０１２７】実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１２８】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡して動作しない画素が発生した液晶表示装置が３個あった。液晶の配向は良好であり、また、光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れがなかった。
【０１２９】実施例７実施例１と同様にしてブラックマトリックス、着色層、透明保護膜、ＩＴＯ層を形成した。このＩＴＯ層上に実施例１のブラックペーストを塗布し、１３５℃で２０分間セミキュアした。続いてポジ型フォトレジストを塗布し８０℃ で２０分間乾燥した。フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド２重量％水溶液に浸漬してフォトレジストの現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に実施した。メチルセルソルブアセテートでフォトレジストを剥離して、さらに３００℃ で３０分間キュアして実施例１と同じパターンの厚さ１μｍのスペーサー最上層と分割配向用突起とを作製した。
【０１３０】分割配向用突起を形成した黒着色層の体積抵抗値は１０6Ωｃｍであった。
【０１３１】ＩＴＯ表面からスペーサ頂部までの高さであるスペーサー高さは５．５μｍであった。
【０１３２】実施例１と同様にしてカラーフィルターと電極基板とを貼り合わせ、液晶注入、注入口封止、偏光板貼り付けを実施して液晶表示装置を作製した。
【０１３３】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。しかしながら、分割配向用突起の体積抵抗値が不足して突起近傍の液晶の配向が乱れていた。光透過部にスペーサーがないためにスペーサーによる光漏れはなかった。
【０１３４】比較例１着色層を積層したドット状スペーサーを形成せずＩＴＯ膜上に配向分割用突起のみを形成したこと、またこの代わりにカラーフィルターと電極基板貼り合わせ前に、直径５．５μｍのポリスチレン球スペーサーをカラーフィルター上に散布したこと以外は実施例１と同様にして液晶表示装置を作製した。
【０１３５】かくして２０個の液晶表示装置を作製したところ、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板とが短絡した液晶表示装置はなく良好であった。しかしながら、光透過部にスペーサーがあるためにスペーサーによる光漏れがあった他、カラーフィルターと電極基板貼り合わせ時にポリスチレン球が分割配向用突起の上にあった部分で該突起が押しつぶされて、この近傍で液晶の配向乱れが見られた。
【０１３６】
【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、固定されたドット状スペーサーと液晶の分割配向用突起とを有しているので表示品位に優れるとともに高視野角を達成できる。さらにドット状スペーサーと液晶の分割配向用突起とを同時に形成することによって生産性に優れ、かつ基板の貼り合わせズレによるカラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間の短絡が発生しない液晶表示装置を提供できる。
【出願人】 【識別番号】０００００３１５９
【氏名又は名称】東レ株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）２月２７日
【代理人】
【公開番号】 特開平１１−２４８９２１
【公開日】 平成１１年（１９９９）９月１７日
【出願番号】 特願平１０−４６８７５