JP5099174B2

JP5099174B2 - 垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板および垂直配向液晶表示装置

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Publication number: JP5099174B2
Application number: JP2010121909A
Authority: JP
Inventors: 英聡萩原; 美絵清水; 健蔵福吉; 貴雄田口
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: JP2011248132A

Description

本発明は、垂直配向液晶表示装置のカラーフィルタ基板及びこれを用いた垂直配向液晶表示装置に関する。特に、本発明は、カラーフィルタ基板に配設される透明導電膜と、液晶を駆動する素子をマトリクス状に配設したアレイ基板側の第１及び第２の電極による斜め電界による駆動に最適なカラーフィルタ基板、及びこれを具備する液晶表示装置に関する。

近年、液晶ディスプレイなどの薄型表示装置のさらなる高画質化、低価格化および省電力化が求められている。液晶表示装置向けカラーフィルタにおいては、十分な色純度や高いコントラスト、平坦性など、より高画質表示に合わせた要求がでてきている。

高画質液晶ディスプレイにおいて、ＶＡ（Vertically Alignｍent）、ＨＡＮ（Hybrid-aligned Neｍatic）、ＴＮ（Twisted Neｍatic）、ＯＣＢ（Optically Coｍpensated Bend）、ＣＰＡ（Continuous Pinwheel Alignｍent）などの液晶の配向方式あるいは液晶駆動方式が提案され、それにより、広視野角・高速応答のディスプレイが実用化されている。

液晶をガラスなど基板面に並行に配向させた広視野角で高速応答に対応しやすいＶＡ方式、また広視野角に有効なＨＡＮ方式などの液晶表示装置では、カラーフィルタに対する平坦性（膜厚の均一性やカラーフィルタ表面の凹凸の低減）と誘電率など電気的特性について、さらに高いレベルが要求されている。このような高画質液晶ディスプレイでは、斜め方向視認での着色の低減のため、液晶セル厚（液晶層の厚み）を薄くする技術が主要な課題となっている。ＶＡ方式では、ＭＶＡ（Multi-Doｍain Vertically Alignｍent）、ＰＶＡ（Patterned Vertically Alignｍent）、ＶＡＥＣＢ（Vertically Alignｍent Electrically Controlled Birefringence）、ＶＡＨＡＮ（Vertical Alignｍent Hybrid-aligned Neｍatic）、ＶＡＴＮ（Vertically Alignｍent Twisted Neｍatic）種々の改良モードの開発が進んでいる。また、ＶＡ方式などの液晶の厚み方向に駆動電圧を印加する縦電界方式の液晶表示装置では、より高速の液晶応答、広い視野角技術、より高い透過率が主要な課題となっている。ＭＶＡ技術は、液晶駆動の電圧印加時に不安定な垂直配向液晶（基板表面に対し初期垂直である液晶の、電圧印加時に倒れる方向が定まりにくいこと）の問題を解消するために、スリット状の凸部を複数設け、これらのスリット間に液晶ドメインを形成するとともに複数の配向方向のドメインを形成することにより、広い視野角を確保する技術である。特許文献４に、第１及び第２の配向規制構造体（スリット）を用いて液晶ドメインを形成する技術が開示されている。

カラーフィルタ基板側の透明導電膜（透明電極、表示電極あるいは第３電極）と、アレイ基板側の第１及び第２の電極を用い、斜め電界により垂直配向の液晶を制御する技術は、特許文献３および特許文献５に開示されている。特許文献３では負の誘電率異方性の液晶を用いており、特許文献５では、正の誘電率異方性の液晶が記載されている。なお、特許文献５には、負の誘電率異方性の液晶の記載は見られない。

通常、ＶＡ方式やＴＮ方式などの液晶表示装置の基本的構成は、共通電極を備えたカラーフィルタ基板と、液晶を駆動する複数の画素電極（例えば、ＴＦＴ素子と電気的に接続され、櫛歯状パターン状に形成された透明電極）とアレイ基板とで、液晶を挟持する構成である。この構成では、カラーフィルタ上の共通電極とアレイ基板側に形成された画素電極との間に駆動電圧を印加して液晶を駆動する。画素電極やのカラーフィルタ表面の共通電極としての透明導電膜は、通常、ＩＴＯ（Indiuｍ Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indiuｍ Zinc Oxide）、ＩＧＺＯ(Indiuｍ Gariuｍ Zinc Oxide)などの導電性の金属酸化物の薄膜を用いる。

青色画素・緑色画素・赤色画素及びブラックマトリクスなどカラーフィルタを開示する技術として、例えば、ブラックマトリクスと着色画素上に透明導電膜を形成し、さらにオーバーコートを積層する技術が特許文献１に開示されている。また、ブラックマトリクスの断面を台形状に形成する技術は、特許文献２に記載されている。また、複数のストライプ電極と正の誘電率異方性を用いる技術ではあるが、透明電極（透明導電膜）上にカラーフィルタを形成する技術が、特許文献５（例えば、図７、図９）に記載されている。

特開平１０−３９１２８号公報特許第３２２８１３９号公報特許第２８５９０９３号公報特許第３９５７４３０号公報特許第４３６４３３２号公報

上述したように、垂直配向の液晶表示装置では、広い視野角を確保するため、スリットと呼ばれる配向規制構造体により液晶のドメインを形成する（ＭＶＡ技術）。液晶が負の誘電率異方性の場合、具体的には、カラーフィルタなどの上に形成した２つの樹脂製のスリット間に位置する液晶は、駆動電圧の印加時に、例えば、平面視で、このスリットに垂直な方向に倒れ、基板面に水平に並ぼうとする。しかし、２つのスリット間の中央の液晶は、電圧印加にも関わらず倒れる方向が一義的に定まらず、スプレー配向やベンド配向をとることがある。このような液晶の配向乱れは、液晶表示でのざらつきや表示ムラにつながっていた。また、ＭＶＡ方式の場合、上記問題も含め、液晶の倒れる量を駆動電圧で細かく制御することが難しく、中間調表示に難点があった。特に、駆動電圧と表示（応答時間）とのリニアリティが低く、低い駆動電圧での中間調表示に難点があった。

このような問題を解決するため、特許文献３や特許文献５に示されるように、第１と第２と第３の電極を用い、斜め電界にて液晶配向を制御する手法は極めて有効である。斜め電界により、液晶の倒れる方向を設定することができる。また、斜め電界により液晶の倒れる量を制御しやすくなり、中間調表示に大きな効果が出てくる。

しかし、これらの技術でも、液晶のディスクリネーション対策が不十分である。ディスクリネーションとは、意図しない液晶の配向乱れや未配向により光の透過率の異なる領域が画素（画素は、液晶表示の最小単位で、本発明で表記の矩形画素と同義）内に生じる問題である。

特許文献３では、画素中央のディスクリネーション固定化のため、対向電極（第３の電極）の画素中央に透明導電膜のない配向制御窓を設けている。しかし、画素周辺のディスクリネーションの改善策は開示されていない。また、画素中央のディスクリネーション固定化はできるものの、ディスクリネーションの最小化への方策も示されていない。さらに、液晶の応答性の改善技術についても記載されていない。

特許文献５では、透明導電膜（透明電極）上に誘電体層を積層した分、斜め電界の効果が増長され、好ましい。しかし、特許文献５の図７に示されるように電圧印加後も画素中央および画素端部には垂直配向の液晶が残り、透過率あるいは開口率の低下につながる問題がある。また、正の誘電率異方性の液晶を用いる場合（特許文献５は、負の誘電率異方性の液晶はその記載・実施例において開示していない）、画素中央部のディスクリネーションのため、透過率を向上させにくい。このため、半透過型液晶表示装置では採用しにくい技術となっている。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされ、垂直配向方式の液晶表示装置に好適なカラーフィルタ基板を提供すること、及びそのようなカラーフィルタ基板を具備する垂直配向方式の液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色の着色画素のみが形成されており、前記着色画素が、中央部に線状の凹部を有することを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供する。
本発明の第２の態様は、透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色の着色画素のみが形成されており、前記透明基板と透明導電膜との間の、前記画素領域に対応する部分の中央に、透明樹脂からなる線状パターンが形成されていることを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供する。
本発明の第３の態様は、透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色の着色画素のみが形成されており、前記透明基板と透明導電膜との間の、前記画素領域に対応する部分の中央に、遮光層からなる線状パターンが形成されていることを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供する。

以上のように構成される垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板において、前記ブラックマトリクスが、傾斜した側面を有することができる。

前記複数色の着色画素のそれぞれの隣接する端部が、前記透明導電膜上の前記ブラックマトリクスに対応する部分上に重畳部を形成し、この重畳部とブラックマトリクスの膜厚の合計が前記着色画素の膜厚より厚く、前記重畳部が前記着色画素の表面から突出する凸部を形成することができる。

本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様に係る垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板を具備することを特徴とする垂直配向液晶表示装置を提供する。

以上のように構成される垂直配向液晶表示装置は、前記垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板と液晶を駆動する素子をマトリクス状に配設したアレイ基板とを間に液晶を介在させて対向させて貼り合わせてなる液晶表示装置であって、前記アレイ基板が、着色画素を駆動するために、異なる電位が印加された第１電極及び第２電極を具備することができる。

前記第１電極と、前記第２および第３電極との間に駆動電圧を印加したときに、前記液晶表示装置の画素領域における液晶分子は、前記画素領域を２分する直線における線対称である逆方向に倒れる動作を行うことができる。

前記アレイ基板の、前記ブラックマトリクスのパターン幅の中心に対応する位置には、前記第１電極及び／又は第２電極を配置されていない構成とすることができる。

前記第１電極を、液晶を駆動するアクティブ素子と接続された櫛歯状パターンとし、前記第２電極を、絶縁層を介して前記第１電極の下に配設された櫛歯状パターンとし、かつ前記第２電極を、前記第１電極と重なる部分を有するとともに、液晶分子が倒れる方向に前記第１電極からはみ出る部分を有するものとすることができる。

前記第１電極と前記第２電極を、可視域で透明な導電性金属酸化物から構成することができる。

前記液晶として、負の誘電率異方性を有するものを用いることができる。

本発明によると、垂直配向方式の液晶表示装置に最適な垂直配向液晶装置用電極基板を提供することができる。また、本発明によると、より明るい垂直配向液晶表示装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る垂直配向液晶表示装置の模式断面図である。図１に示す垂直配向液晶表示装置の緑色画素１４の１／２部分を拡大して示す断面図である。図１に示す垂直配向液晶表示装置の駆動電圧の印加直後の倒れ始めた液晶の動きを説明する図である。図１に示す垂直配向液晶表示装置の駆動電圧印加後の、白表示時の液晶分子の配向状態を示す図である。図１に示す垂直配向液晶表示装置の第１及び第２電極を櫛歯状パターンとした場合の、第１電極の近傍の垂直に配向した液晶分子を示す図である。図５に示す垂直配向液晶表示装置の液晶を駆動する電圧を印加した直後の液晶分子の動作と電気力線を示す図である。実施例１に係るカラーフィルタ基板を示す部分断面図である。実施例２に係るカラーフィルタ基板を示す部分断面図である。実施例３に係るカラーフィルタ基板を示す部分断面図である。実施例４に係るカラーフィルタ基板を示す部分断面図である。実施例５に係る液晶表示装置を示す部分断面図である。実施例６に係る液晶表示装置を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態は、初期配向が垂直配向の液晶を対象とし、カラーフィルタ基板とＴＦＴなどの液晶駆動素子が形成されたアレイ基板とを対向させ、間に垂直配向用の液晶層を挟持する形で貼り合わせた垂直配向液晶表示装置を前提とする。また、本発明の一実施形態では、加えて、第３電極である透明導電膜を、カラーフィルタ基板上にブラックマトリクスを覆うように配設し、画素電極である第１電極と、この第１電極とは電位の異なる第２電極とからなる電極構成において生じる斜め電界を活用する技術を用いるものである。

更に、本発明者らは、ブラックマトリクスの上方に着色画素の面より突出した凸部と、着色画素の中央を通る領域に凹部を設け、これらを液晶の配向制御に利用できることを見いだし、この知見と第３電極（透明導電膜）の構成を加えた、新規な技術を提案するものである。凸部は、異なる２色の着色画素の重畳部により構成され、この凸部における傾斜部での液晶配向を、駆動電圧印加時の液晶の倒れに利用するものである。

凹部も同様に、ショルダー部（肩の部分）での液晶配向を液晶の倒れに利用する。液晶の動作については後の実施例で詳述する。凸部の高さは、０．５μｍから２μｍが好ましい範囲である。０．４μｍ以下の高さでは、電圧印加時の「液晶の倒れのトリガー」として効果が不十分であり、その高さが２μｍを超えると液晶セル製造時の液晶の流れに支障が生じることがある。

ブラックマトリクスの傾斜部は、丸みを帯びた形状でも良く、表示領域でのブラックマトリクスの断面形状は、半月状、台形、三角形などが例示できる。ブラックマトリクスの基板面からの傾斜角度は、上述した凸部の高さが０．５μｍを超えれば特に規定しなくても良い。開口率（矩形画素としての透過率）を別にすれば、２°とか３°などの低い傾斜角度でも良く、逆テーパ（上辺の大きい逆向きの台形状）でなければ良い。しかしながら、開口率の制限のため、実効的には３０°から８０°の範囲の傾斜が好ましい。

ここで、本明細書における技術用語について、簡単に説明する。

ブラックマトリクスとは、液晶表示のコントラストをアップさせるため、表示の最小単位である絵素の周囲、あるいは絵素の両辺に配設される遮光性のパターンである。遮光層は透明樹脂に遮光性の顔料を分散させた塗膜であり、一般に感光性を付与され、露光・現像を含むフォトリソグラフィの手法によりパターン形成を行うことにより得られた遮光性の塗膜である。

矩形画素は、ブラックマトリクスの開口部を指し、上記絵素と同義である。着色層は、後述する有機顔料を透明樹脂に分散させた塗膜であり、これをフォトリソグラフィの手法で矩形画素上にパターン形成したものを着色画素と呼ぶ。

また、本実施形態に適用可能な液晶は、初期配向（駆動電圧の無印加の時）が垂直配向の液晶である。液晶の誘電率異方性は、正であっても負であっても良い。なお、負の誘電率異方性の液晶を本実施形態に適用した場合、矩形画素の中央の透過率を上げることができるため、色純度より明るさを重視する、たとえば、半透過型液晶表示装置に好適なカラーフィルタ基板を提供することができる。

本実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板側の第１電極、第２電極の材料は、上述したＩＴＯなどの導電性の金属酸化物薄膜を用いることができる。あるいは、金属酸化物薄膜より導電性の高い金属薄膜を採用することができる。さらに、反射型や半透過型の液晶表示装置の場合には、第１電極、第２電極のいずれかにアルミニウム、アルミニウム合金の薄膜を用いても良い。

本実施形態において、着色層の比誘電率は、比較的重要な特性であるものの、着色剤として添加する有機顔料の透明樹脂に対する比率によってほぼ一義的に決定されるため、比誘電率を大きく調整することは困難である。換言すれば、着色層中の有機顔料の種類や含有量は、液晶表示装置として必要な色純度から設定され、それによって、着色層の比誘電率もほぼ決まることになる。なお、有機顔料の比率を高くして着色層を薄膜化することで、比誘電率を４以上とすることが可能である。また、透明樹脂として高屈折率材料を用いることで、若干の比誘電率をアップすることができる。
着色層あるいは樹脂層の厚みは、用いる液晶のセルギャップ（液晶層の厚み）との関係で最適化すればよい。必要な電気特性の観点で、たとえば、着色層あるいは樹脂層の厚みが薄くなる場合に、液晶層の厚みを厚くすることができる。前者の膜厚が厚い場合、これに対応して液晶層の厚みを薄くすることができる。なお、前記樹脂層は、以下の実施例で後述するアクリル樹脂などの透明な樹脂で形成される保護層と同義である。

本実施形態に係るカラーフィルタ基板のブラックマトリクス上に透明導電膜を積層した構成における作用、また、ブラックマトリクス上の着色層の重畳部、あるいは、着色画素中央の平面視線状の凹部の作用について、以下に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る垂直配向液晶表示装置の模式断面図である。この液晶表示装置は、カラーフィルタ基板（以下、カラーフィルタ基板と略称する）１１とアレイ基板２１とを液晶１７を挟持する形で貼り合わせた構成を有する。カラーフィルタ基板１１は、透明基板１ａ上に、ブラックマトリクス２、透明導電膜である第３電極３、緑色画素１４、赤色画素１５、及び青色画素１６を順次形成することにより構成される。アレイ基板２１では、透明基板１ｂ上に第２電極４及び第３電極５が形成されている。保護層や配向膜、また、偏光板、位相差板などは図示を省略されている。

図２は、図１の平面視で矩形画素である緑色画素１４の１／２部分を拡大して示す断面図である。なお、偏光板は、クロスニコルとし、ノーマリブラックの液晶表示装置とした。図２は、カラーフィルタ基板に設けられた透明導電膜である第３電極３、及びアレイ基板２１に設けられた第１電極４、第２電極５に電圧が印加されていない状態での、垂直配向の液晶１７における液晶分子１７a、１７b、１７c、１７dの配向状態を示している。

緑色画素１４（１／２画素）の中央部の液晶は緑色画素面に垂直に配向されているが、凹部２３のショルダー部１４ａの液晶分子１７ａ、凸部２４のショルダー部分１４ｂの液晶分子１７ｂ，１７ｃは、やや斜めに配向している。この斜めの配向の状態で液晶駆動の電圧が印加されると、液晶分子１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、矢印Ａの方向に倒れることになる。凹部２３及び凸部２４の形成によって、ラビングなどの配向処理を実施しなくとも液晶分子１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、実質的にチルトを付与されていることになる。

図３は、駆動電圧の印加直後の倒れ始めた液晶の動きを説明する図である。即ち、電圧印加にともない、まず、液晶分子１７ａ，１７ｂ，１７ｃが倒れ始め、続いてこれら液晶分子周辺の液晶分子が倒れていく。凹部２３及び凸部２４は、誘電体である着色層が薄いか、あるいは存在しないので、着色画素中央部分と異なり、印加される駆動電圧が液晶分子に伝搬しやすく、液晶の倒れる動作のトリガーとなる。なお、図３には図示されていないが、緑色画素１４の反対側の１／２画素では、液晶の倒れる方向が逆向きとなる。このことは、中間調表示での光学的補償を駆動電圧の大きさだけで実施することができ、ＭＶＡ液晶のように４つのマルチドメインを形成しなくとも広い視野角を確保できることになる。中間調（例えば、液晶分子それぞれが斜めの状態）では、図３の１／２緑色画素と反対側の１／２緑色画素が反対向きの傾斜勾配をもつ液晶配向となり、これら相対する１／２画素で光学補償を行う。

図４は、駆動電圧印加後の、白表示時の液晶分子の配向状態を示す図である。図４に示すように、液晶分子はほぼ基板面に平行に配向している。

以上は、カラーフィルタ基板側に近い液晶分子の挙動について説明したが、本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置では、アレイ基板側にも上記カラーフィルタ基板側と同様の方向に液晶分子を倒すことが出来る。以下、そのような例について、誘電率異方性が負である液晶を用いた場合を説明する。

図５に示す液晶表示装置では、第１電極が櫛歯状電極４a，４b，４c，４dとされ、また同様に第２電極も櫛歯状電極５a，５b，５c，５dとされている。第１電極４a，４b，４c，４dの近傍における液晶分子２７ａ，２７b，２７c，２７dは、垂直に配向している。

図５に示す液晶表示装置において、第２電極５a，５b，５c，５dは、その端部が、液晶２７aを倒す方向である緑色画素１４からブラックマトリクス２へ向かう方向に、第１電極４ａ，４b，４c，４dの端部からはみ出るように配置されている。はみ出た量２８は、用いる液晶材料や駆動電圧、液晶セル厚みなどのディメンションで種々調整することができる。はみ出た量２８は、１μｍから５μｍの小さい量でも十分である。第１電極４a，４b，４c，４dと第２電極５a，５b，５c，５dの重なり部分の幅は、２９で示されている。なお、配向膜は図示を省略した。重なり部分の幅は、適宜調整できる。

図６に、液晶を駆動する電圧を印加した直後の液晶分子２７ａ，２７b，２７c，２７dの動作と、電気力線３０ａ，３０b，３０c，３０dをあわせて示した。電圧印加により電気力線の方向Ａに液晶分子２７ａ，２７b，２７c，２７dが倒れ始める。この液晶分子の倒れる方向は、図３に示した液晶分子１７a，１７b，１７cが倒れる方向と同一方向なので、図示した緑色画素１４の液晶分子は、同じ方向に瞬時に倒れることになり、液晶の応答性を大きく向上させることができる。

図６は、緑色画素１４の１／２画素を図示しているが、残る１／２画素における第２電極のずれの方向は、図６の１／２画素に対し点対称又は線対称で、逆の方向であるのが望ましい。櫛歯状電極のパターンは、平面視でＶ字状や斜めに傾斜した形でも良い。あるいは、１／４画素単位で９０°向きを変えた櫛歯状パターンでも良い。これら電極パターンは、画素中心から見て点対称もしくは線対称であることが望ましい。

なお、第１電極には液晶を駆動する電圧を印加するが、第２電極、第３電極は共通の電位（コモン）とすることができる。図６に示した第１電極と第２電極の重なり部分２９は、補助容量として利用することができる。

以下に、本実施形態に係るカラーフィルタ基板に用いることが可能な透明樹脂及び有機顔料等について例示する。

（透明樹脂）
遮光層あるいは着色層の形成に用いる感光性着色組成物は、顔料分散体に加え、さらに、多官能モノマー、感光性樹脂ないし非感光性樹脂、重合開始剤、溶剤等を含有する。感光性樹脂及び非感光性樹脂など、本実施形態に用いることの可能な透明性の高い有機樹脂を総称して透明樹脂と呼ぶ。

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。熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレンー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、ポリスチレン樹脂、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、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリプロピレン、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。熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂とイソシアネート基を含有する化合物とを反応させてなるものを用いてもよい。

（アルカリ可溶性樹脂）
本実施形態に用いる遮光層、光散乱層、着色層、セルギャップ規制層の形成には、フォトリソグラフィによるパターン形成可能な感光性樹脂組成物を用いることが好ましい。これらの透明樹脂は、アルカリ可溶性を付与された樹脂であることが望ましい。アルカリ可溶性樹脂としては、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂であれば特に限定はない。例えば、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹脂等が挙げられる。中でもエポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、特に、エポキシアクリレート系樹脂やノボラック系樹脂が好ましい。

（アクリル樹脂）
本実施形態に採用可能な透明樹脂の代表として、以下のアクリル系樹脂が例示できる。

アクリル系樹脂は、単量体として、例えば（メタ）アクリル酸；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレートペンジル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の水酸基含有（メタ）アクリレート；エトキシエチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート等のエーテル基含有（メタ）アクリレート；及びシクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート等の脂環式（メタ）アクリレート等を用いて得た重合体が挙げられる。

なお、以上挙げた単量体は、単独で、または、２種以上を併用して使用することができる。さらに、これら単量体と共重合可能なスチレン、シクロヘキシルマレイミド、及びフェニルマレイミド等の化合物との共重合体でもよい。

また、例えば（メタ）アクリル酸等のエチレン性不飽和基を有するカルボン酸を共重合し、得られた共重合体と、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基及び不飽和二重結合を含有する化合物とを反応させることや、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有（メタ）アクリレートの重合体、又はそれとその他の（メタ）アクリレートとの共重合体に、（メタ）アクリル酸等のカルボン酸含有化合物を付加させることによっても、感光性を有する樹脂を得ることができる。

さらに、例えばヒドロキシエチルメタアクリレート等のモノマーの、水酸基を有する重合体に、メタクリロイルオキシエチルイソシアネート等のイソシアネート基及びエチレン性不飽和基を有する化合物とを反応させることによっても、感光性を有する樹脂を得ることができる。

また、上述したように、複数の水酸基を有するヒドロキシエチルメタクリレート等の共重合体と多塩基酸無水物を反応させて、共重合体にカルボキシル基を導入し、カルボキシル基を有する樹脂を得ることが出来る。カルボキシル基を有する樹脂の製造方法は、この方法のみに限るものではない。

上記の反応に用いる酸無水物の例として、例えばマロン酸無水物、コハク酸無水物、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物、フタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、及びトリメリト酸無水物等が挙げられる。

上述したアクリル系樹脂の固形分酸価は、２０〜１８０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましい。酸価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇより小さい場合には、感光性樹脂組成物の現像速度が遅すぎて現像に要する時間が多くなり、生産性に劣る傾向となる。また、固形分酸価が１８０ｍｇＫＯＨ／ｇより大きい場合には、逆に現像速度が速すぎて、現像後でのパターンハガレやパターン欠けの不具合が生じる傾向となる。

さらに、上記アクリル系樹脂が感光性を有する場合、このアクリル樹脂の二重結合当量は１００以上であることが好ましく、より好ましくは１００〜２０００であり、最も好ましくは１００〜１０００である。二重結合当量が２０００を越える場合には十分な光硬化性が得られない場合がある。

（光重合性モノマー）
光重合性モノマーの例として、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、ポリエチレングリコールジ（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、トリメチロールプロパントリ（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、メラミン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）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、（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、アクリロニトリル等が挙げられる。

また、水酸基を有する（メタ）アクリレートに多官能イソシアネートを反応させて得られる（メタ）アクリロイル基を有する多官能ウレタンアクリレートを用いることが好ましい。なお、水酸基を有する（メタ）アクリレートと多官能イソシアネートとの組み合わせは任意であり、特に限定されるものではない。また、１種の多官能ウレタンアクリレートを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

（光重合開始剤）
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等のベンゾフェノン系化合物；チオキサンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン、２，４−ジイソプロピルチオキサンソン等のチオキサンソン系化合物；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挙げられる。感度向上には、オキシム誘導体類（オキシム系化合物）が有効である。これらは１種を単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

（増感剤）
光重合開始剤と増感剤とを併用することが好ましい。増感剤として、α−アシロキシエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル−９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、４，４’−ジエチルイソフタロフェノン、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、４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノン等の化合物を併用することもできる。

増感剤は、光重合開始剤１００質量部に対して、０．１質量部から６０質量部の量を含有させることができる。

（エチレン性不飽和化合物）
上述した光重合開始剤は、エチレン性不飽和化合物と共に用いることが好ましい。エチレン性不飽和化合物としては、エチレン性不飽和結合を分子内に１個以上有する化合物を意味する。中でも、重合性、架橋性、及びそれに伴う露光部と非露光部との現像液溶解性の差異を拡大できる等の点から、エチレン性不飽和結合を分子内に２個以上有する化合物であることが好ましい。また、その不飽和結合が（メタ）アクリロイルオキシ基に由来する（メタ）アクリレート化合物が特に好ましい。

エチレン性不飽和結合を分子内に１個以上有する化合物としては、例えば、（メタ）アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和カルボン酸、及びそのアルキルエステル；（メタ）アクリロニトリル；（メタ）アクリルアミド；スチレン等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を分子内に２個以上有する化合物としては、代表的には、例えば、不飽和カルボン酸とポリヒドロキシ化合物とのエステル類、（メタ）アクリロイルオキシ基含有ホスフェート類、ヒドロキシ（メタ）アクリレート化合物とポリイソシアネート化合物とのウレタン（メタ）アクリレート類、及び（メタ）アクリル酸又はヒドロキシ（メタ）アクリレート化合物とポリエポキシ化合物とのエポキシ（メタ）アクリレート類等が挙げられる。

上記光重合性開始剤、増感剤、及びエチレン性不飽和化合物は、後述する位相差層の形成に用いられる重合性液晶化合物を含む組成物に加えても良い。

（多官能チオール）
感光性着色組成物には、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。多官能チオールは、感光性着色組成物中に、顔料１００質量部に対して、好ましくは０．２〜１５０質量部、より好ましくは０．２〜１００質量部の量で用いることができる。

（貯蔵安定剤）
感光性着色組成物には、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有させることができる。貯蔵安定剤としては、例えばベンジルトリメチルクロライド、ジエチルヒドロキシアミンなどの４級アンモニウムクロライド、乳酸、シュウ酸などの有機酸およびそのメチルエーテル、ｔ−ブチルピロカテコール、トリエチルホスフィン、トリフェニルフォスフィンなどの有機ホスフィン、亜リン酸塩等が挙げられる。貯蔵安定剤は、感光性着色組成物中の顔料１００質量部に対して、０．１質量部から１０質量部の量で含有させることができる。

（密着向上剤）
感光性着色組成物には、基板との密着性を高めるためにシランカップリング剤等の密着向上剤を含有させることもできる。シランカップリング剤としては、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン類、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の（メタ）アクリルシラン類；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン類；Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジエトキシシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン類；γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のチオシラン類等が挙げられる。シランカップリング剤は、感光性着色組成物中に、顔料１００質量部に対して、０．０１質量部から１００質量部で含有させることができる。

（溶剤）
感光性着色組成物には、基板上への均一な塗布を可能とするために、水や有機溶剤等の溶剤が配合される。また、本実施形態に用いる組成物がカラーフィルタの着色層である場合、溶剤は、顔料を均一に分散させる機能も有する。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ことができる。溶剤は、着色組成物中に、顔料１００質量部に対して、８００質量部から４０００質量部、好ましくは１０００質量部から２５００質量部で含有させることができる。

（有機顔料）
赤色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ７、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等を用いることができる。

黄色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１、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、６０、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。

青色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８０等を用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６が好ましい。

紫色顔料として、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ１、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等を用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ２３が好ましい。

緑色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ１、２、４、７、８、１０、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２６、３６、４５、４８、５０、５１、５４、５５、５８等を用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ５８が好ましい。

以下、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔの顔料種の記載において、単にＰＢ（ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ）、ＰＶ（ＰｉｇｍｅｎｔＶｉｏｌｅｔ）、ＰＲ（ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ）、ＰＹ（ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ）、ＰＧ（ＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ）などと省略して記載することがある。

（遮光層の色材）
遮光層あるいはブラックマトリクス含まれる遮光性の色材は、可視光波長領域に吸収を有することにより遮光機能を示す色材である。本実施形態において遮光性の色材には、例えば、有機顔料、無機顔料、染料等が挙げられる。無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。染料としては、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料等が挙げられる。有機顔料については、前記した有機顔料が採用できる。なお、遮光性成分は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、これら色材の表面による樹脂被覆による高体積抵抗化、逆に、樹脂の母材に対して色材の含有比率を上げて若干の導電性を付与することによる低体積抵抗化を行っても良い。しかし、こうした遮光性材料の体積抵抗値は、およそ１×１０^８〜１×１０^１５Ω・cｍの範囲であるので、透明導電膜の抵抗値に影響するレベルではない。同様に、遮光層の比誘電率も色材の選択や含有比率でおよそ３〜１１の範囲で調整できる。

（分散剤・分散助剤）
顔料分散剤として高分子分散剤を用いると、経時の分散安定性に優れるので好ましい。高分子分散剤としては、例えば、ウレタン系分散剤、ポリエチレンイミン系分散剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系分散剤、ポリオキシエチレングリコールジエステル系分散剤、ソルビタン脂肪族エステル系分散剤、脂肪族変性ポリエステル系分散剤等を挙げることができる。中でも、特に窒素原子を含有するグラフト共重合体からなる分散剤が、顔料を多く含む本実施形態に用いる遮光性感光性樹脂組成物に対しては、現像性の点で好ましい。

これら分散剤の具体例としては、商品名で、ＥＦＫＡ（エフカーケミカルズビーブイ（ＥＦＫＡ）社製）、Ｄｉｓｐｅｒｂｉｋ（ビックケミー社製）、ディスパロン（楠本化成社製）、ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ（ルーブリゾール社製）、ＫＰ（信越化学工業社製）、ポリフロー（共栄社化学社製）等を挙げることができる。これらの分散剤は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用することができる。

分散助剤としては、例えば色素誘導体等を用いることができる。色素誘導体としては、例えば、アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系、ベンズイミダゾロン系、キノフタロン系、イソインドリノン系、ジオキサジン系、アントラキノン系、インダンスレン系、ペリレン系、ペリノン系、ジケトピロロピロール系、ジオキサジン系等の誘導体が挙げられるが、中でもキノフタロン系が好ましい。

色素誘導体の置換基としては、例えばスルホン酸基、スルホンアミド基及びその４級塩、フタルイミドメチル基、ジアルキルアミノアルキル基、水酸基、カルボキシル基、アミド基等が顔料骨格に直接又はアルキル基、アリール基、複素環基等を介して結合したものが挙げられる。これらの中では、スルホン酸基が好ましい。また、これら置換基は、一つの顔料骨格に複数置換していてもよい。

色素誘導体の具体例としては、フタロシアニンのスルホン酸誘導体、キノフタロンのスルホン酸誘導体、アントラキノンのスルホン酸誘導体、キナクリドンのスルホン酸誘導体、ジケトピロロピロールのスルホン酸誘導体、ジオキサジンのスルホン酸誘導体等が挙げられる。

以上の分散助剤及び色素誘導体は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。

以下、本発明の種々の実施例について説明する。

以下の実施例では、着色画素を、赤色画素、緑色画素、青色画素の３色を用いたが、これに、黄色画素などの補色の画素や、白色画素（透明画素）を加えてもよい。

実施例１
図７に示すカラーフィルタ基板を、以下のようにして製造した。

（ブラックマトリクス形成用分散液）
カーボン顔料＃４７（三菱化学社製）２０質量部、高分子分散剤BYK-182（ビックケミー社製）８．３質量部、銅フタロシアニン誘導体（東洋インキ製造社製）１．０質量部、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート７１質量部を、ビーズミル分散機にて、攪拌してカーボンブラック分散液を作製した。

（ブラックマトリクス形成用フォトレジスト）
ブラックマトリクス形成用レジストは、以下の材料を使用して作製した。

カーボンブラック分散液：顔料＃４７（三菱化学社製）
樹脂：V259-ME（新日鐵化学社製）（固形分５６．１質量％）
モノマー：DPHA（日本化薬社製）
開始剤：OXE-02（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）
OXE-01（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）
溶剤：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
エチル−3-エトキシプロピオネート
レベリング剤：BYK-330（ビックケミー社製）
以上の材料を、以下の組成比で混合攪拌し、ブラックマトリクス形成用レジストとした（固形分中の顔料濃度：約２０％）。

カーボンブラック分散液３．０質量部
樹脂１．４質量部
モノマー０．３質量部
開始剤 OXE−０１０．６７質量部
開始剤 OXE−０２０．１７質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１４質量部
エチル−3-エトキシプロピオネート５．０質量部
レベリング剤１．５質量部
（ブラックマトリクス形成条件）
図７に示すように、上記フォトレジストをガラスからなる透明基板１ａにスピンコートし、乾燥させ、膜厚１．９μｍの塗膜を作製した。かかる塗膜を１００℃で３分間、乾燥した後、ブラックマトリクスとしてパターン幅（ブラックマトリクスの画線幅に相当）２０．５μｍ開口のある露光用のフォトマスクを用い、光源として超高圧水銀灯ランプを用いて２００ｍＪ/ｃｍ^２照射した。

次に、２．５％炭酸ナトリウム水溶液で６０秒間現像し、現像後よく水洗し、さらに乾燥した後、２３０℃で６０分加熱処理してパターンを定着させ、透明基板１ａ上にブラックマトリクス２を形成した。ブラックマトリクス２の画線幅は、約２０μｍであり、矩形画素の周囲（４辺）に形成した。透明基板面からの画線端部の傾斜角度は約４５度とした。

（透明導電膜の成膜）
スパッタリング装置を用いて、前記したブラックマトリクス２の全面を覆うように、ＩＴＯ（インジウム・スズの金属酸化物薄膜）からなる透明導電膜３（第３電極）を０．１４μｍの膜厚で形成した。

（着色画素の形成）
《着色層形成用分散液》
着色層に分散する有機顔料として、以下のものを使用した。

赤色用顔料：C.I.Pigｍent Red 254（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド B-CF」）、C.I.Pigｍent Red 177（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「クロモフタールレッドA2B」）
緑色用顔料：C.I.Pigｍent Green 58、C.I.Pigｍent Yellow 150（バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Y-5688」）
青色用顔料：C.I.Pigｍent Blue 15（東洋インキ製造製「リアノールブルーES」）
C.I.Pigｍent Violet 23（BASF社製「バリオゲンバイオレット 5890」）
以上の顔料を用いて、赤色、緑色、及び青色の各色分散液を作製した。

<赤色顔料分散液＞
赤色顔料：C.I.Pigｍent Red 254・・・・・・１８質量部
赤色顔料：C.I.Pigｍent Red 177・・・・・・・２質量部
アクリルワニス（固形分20質量％）・・１０８質量部
上記の組成の混合物を均一に攪拌した後、ガラスビーズを用いて、サンドミルで５時間分散し、５μｍフィルタで濾過して赤色顔料分散液を作製した。

＜緑色顔料分散液＞
緑色顔料：C.I.Pigｍent Green 58 １６質量部
緑色顔料：C.I.Pigｍent Yellow 150 ８質量部
アクリルワニス（固形分２０質量％）：１０２質量部
上記の組成の混合物に対して、赤色顔料分散液と同様の作製方法を用いて、緑色顔料分散液を作製した。

＜青色顔料分散液＞
青色顔料：C.I.Pigｍent Blue 15 ５０質量部
青色顔料：C.I.Pigｍent Violet 23 ２質量部
分散剤（ゼネカ社製「ソルスバース20000」）：６質量部
アクリルワニス（固形分２０質量％）：２００質量部
上記の組成の混合物に対して、赤色顔料分散液と同様の作製方法を用いて、青色顔料分散液を作製した。

《着色画素形成カラーレジスト》
＜赤色画素形成カラーレジスト＞
赤色分散液１５０質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート１３質量部
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
光開始剤４質量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）２質量部
溶剤：シクロヘキサノン２５７質量部
上記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して赤色画素形成カラーレジストを得た。

＜緑色画素形成カラーレジスト＞
緑色分散液１２６質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート１４質量部
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
光開始剤４質量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）２質量部
シクロヘキサノン２５７質量部
上記組成の混合物を均一になるように攪拌混合した後、５μｍのフィルタで濾過して、緑色画素形成カラーレジストを得た。

＜青色画素形成カラーレジスト＞
組成がそれぞれ下記組成となるように，赤色画素形成カラーレジストと同様の方法で作製した。

青色分散液２５８質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート１９質量部
（大阪有機化学工業社製「TMP3A」）
光開始剤４質量部
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７」）
増感剤（保土ヶ谷化学社製「ＥＡＢ−Ｆ」）２質量部
シクロヘキサノン２１４質量部
《着色画素形成》
上記の如き方法によって得られた着色画素形成カラーレジストを用いて着色層を形成した。

着色層の形成は、まずガラス基板１ａ上に、赤色画素形成用カラーレジストをスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍとなるように塗布した。９０℃で５分間乾燥した後、着色画素形成用のフォトマスクを通して高圧水銀灯の光を３００ｍＪ／ｃｍ^２の照射量で照射し、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１５を得た。その後、２３０℃で３０分焼成した。ＢＭ部とカラー部の重なりを１４．０μｍとして作製した。なお、矩形画素の中央部にはハーフトーン（透過率の低い半透過部）のスリットを設け、平面視で線状の凹部１３を形成した。凹部１３の深さは、約１μｍとした。

次に、緑色画素形成用レジストも同様にスピンコートにより仕上り膜厚が１．８μｍ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１５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１４を形成した。同様に、矩形画素の中央部にはハーフトーン（透過率の低い半透過部）のスリットを設け、平面視で線状の凹部１３を形成した。凹部１３の深さは、約１μｍとした。その後、２３０℃で３０分間熱処理して硬膜した。

さらに、赤色、緑色と全く同様にして、青色画素形成用レジストについても仕上り膜厚が１．８μｍで赤色画素、緑色画素と隣接した青色画素１６を得た。これで、基板１ａ上に赤、緑、青３色の着色画素を持つカラーフィルタが得られた。その後、２３０℃で３０分間熱処理して硬膜し、カラーフィルタ基板を得た。

画線幅２０μｍのブラックマトリクス２上での、赤色画素１５と緑色画素１４、また緑色画素１４と青色画素１６の重なり幅は約８μｍとなり、重畳部である凸部２４の高さＨは約１．１μｍとなった。凸部２４の傾斜は、透明基板面からの角度で約４５度であった。なお、凸部２４の高さＨは、緑色画素１４の画素表面から重畳部のトップまでの高さとした。

実施例２
図８に示すカラーフィルタ基板を、以下のようにして製造した。

本実施例では、用いたブラックマトリクス形成用フォトマスク及びフォトレジストは、実施例１と同じである。

ガラス基板１ａ上にブラックマトリクス２を形成した後、このブラックマトリクス２を含むガラス基板１ａ上にアルカリ可溶型、感光性フォトレジストのアクリル樹脂を乾燥後膜厚が１．２μｍとなるような厚さに塗布した。感光性矩形画素中央部のみに１０μｍの開口幅のあるフォトマスクを用いて露光し、さらに現像及び硬膜処理して、１２μｍ画線幅の透明線状パターン２２を形成した。

次いで、実施例１と同様にして透明導電膜３を積層した。

その後、着色画素を形成するが、それに使用したカラーレジスト及びその形成方法は、実施例１と同じである。ただし、着色画素形成用フォトマスクとしては、実施例１と異なり、矩形画素中央部に線状遮光パターンのあるフォトマスクを用いた。

図８を参照して、製造したカラーフィルタ基板について説明する。赤色画素１５、緑色画素１４、青色画素１６の膜厚は、いずれも１．８μｍである。着色層の重畳部である凸部２４の高さは、１μｍである。矩形画素の中央部には、透明樹脂（アクリル樹脂）からなる線状パターン２２が形成され、この線状パターン２２上には、７μｍの透明導電膜の開口幅と約０．６μｍの深さのある凹部３３が形成されている。

なお、本実施例で用いたアクリル樹脂に代えて、着色画素より高い濃度の有機顔料を含む着色層により線状パターンを形成しても良い。顔料濃度の高い着色層からなる線状パターンにより、線状の光の抜けをなくし、色純度の高い表示が可能となる。

実施例３
図９に示すカラーフィルタ基板を、以下のようにして製造した。

本実施例では、実施例１で用いたブラックマトリクス形成用フォトマスクに代えて、ブラックマトリクス形成用開口パターンに加え、矩形画素中央部にさらに１１μｍ幅の開口のあるフォトマスクを用いた。開口幅を狭くすることで露光量が急減するため、矩形画素中央に、高さの低い線状の遮光パターン３２を形成することができる。

その後、実施例１と同様にして透明導電膜３を積層した。

また、着色画素形成用フォトマスクとして、矩形画素中央部にさらに１２μｍ幅の遮光パターンのあるフォトマスクを用いた。ほか、使用したカラーレジスト、製造方法は実施例１と同じである。

図９を用いて、製造したカラーフィルタ基板を説明する。赤色画素１５、緑色画素１４、青色画素１６の膜厚は、いずれも１．８μｍである。着色層の重畳部である凸部２４の高さは、１．１μｍである。矩形画素の中央部には、遮光層（ブラック形成レジスト）による遮光パターン３２が形成され、この遮光パターン３２上には、７μｍの透明導電膜の開口幅と約０．６μｍの深さのある凹部４３が形成されている。

本実施例では、ブラックマトリクスと矩形画素中央の遮光パターンを１つのフォトマスクを用いて形成したが、ブラックマトリクスと遮光パターンと分けて２つのフォトマスクを用い、かつ２回のフォトリソグラフィの手法で形成しても良い。

実施例４
図１０に示すカラーフィルタ基板を、以下のようにして製造した。

本実施例は、ブラックマトリクス及び着色画素形成に用いる材料、製造方法は実施例１と同じとした。ただし、着色画素形成に用いるフォトマスクは、矩形画素部分が開口部となったフォトマスク（矩形画素の中央部にハーフトーンや線状の遮光パターンのないもの）を使用した。

図１０を参照して、製造したカラーフィルタ基板を説明する。赤色画素１５、緑色画素１４、青色画素１６の膜厚は、いずれも１．８μｍである。着色層の重畳部である凸部２４の高さは１μｍである。本実施例では、カラーフィルタ上に熱硬化型のアクリル樹脂による保護層５０を０．３μｍの膜厚で積層した構成とした。

実施例５
実施例４に係るカラーフィルタ基板とＴＦＴのアクティブ素子を形成したアレイ基板を貼り合わせ、負の誘電率異方性の液晶を封入し、さらに両面に偏光板を貼付して、図１１に示す液晶表示装置とした。カラーフィルタ基板及びアレイ基板の表面には、あらかじめ垂直配向膜を塗布、形成してある。なお、アクティブ素子の形成された基板は、図５及び図６で示した櫛歯状電極を有するアレイ基板とした。

垂直配向用の配向膜は、図示を省略した。ＭＶＡやＶＡＴＮなどの垂直配向の液晶表示装置に必要な厳密な配向処理（例えば、チルト角８９°とし、複数ドメインを形成するための複数方向の配向処理）は実施せず、ほぼ９０°の垂直配向とした。

図１１を参照して、製造した液晶表示装置について説明する。液晶６７の動作は、図１１の中央の緑色画素１４で代表して説明する。

初期配向が垂直配向である液晶６７の液晶分子は、駆動電圧印加時に、第１電極４及び第２電極５により、着色画素１４を矩形画素中央から２分する線からショルダー部１４ｃに向かう方向、即ち、矢印Ｂに示す方向に倒れる。なお、第２電極５は、矢印Ｃに示す方向に、第１電極４からずれている。第３電極３と第２電極２は、同電位のグランドとした。

実施例６
本実施例に係る液晶表示装置を図１２に示す。本実施例に用いたカラーフィルタ基板１１は、実施例１と同様の構成のカラーフィルタ基板上に、熱硬化型のアクリル樹脂からなる保護層を０．２μｍの膜厚で積層したものである。アレイ基板２１は、実施例６と同じ構成のアレイ基板とした。

図１２に示す液晶表示装置は、あらかじめ垂直配向膜を形成したカラーフィルタ基板１１及びアレイ基板２１を貼り合わせ、その間に負の誘電率異方性の液晶６７を封入し、さらに両面に偏光板を貼付することにより製造される。垂直配向用の配向膜は、図示を省略した。ＭＶＡやＶＡＴＮなどの垂直配向の液晶表示装置に必要な厳密な配向処理（例えば、チルト角８９°とし、複数ドメインを形成するための複数方向の配向処理）は実施せず、ほぼ９０°の垂直配向とした。

図１２を参照して、製造した液晶表示装置について説明する。液晶６７の動作は、図１２の中央の緑色画素１４で代表して説明する。

本実施例では、緑色画素１４の中央に凹部６３があるため、カラーフィルタ面でも矩形画素中央から２分する形で液晶分子が倒れ、アレイ基板２１の櫛歯状の第１電極４、第２電極５と相まって、ディスクリネーションを抑えた明るい表示が可能となる。本実施例における中央の凹部６３は、光の透過率を上げるため、半透過型や反射型などの明るさを重視する液晶ディスプレイの用途に最適となる。たとえば、バックライトからの光を透過するとともに外光反射の可能な反射偏光板を、バックライトシステムに加えて半透過型液晶表示装置とすることができる。なお、反射偏光板としては、例えば、特許第４１７７３９８号公報に反射偏光子として記載されているようなものを用いることが出来る。

以上説明した本発明の一実施形態に係る液晶表示装置によると、カラーフィルタ基板やアレイ基板の配向処理を軽減することができ、かつ、液晶の応答性を改善することができる。また、凸部や凹部、第１電極や第２電極を設ける構成により、液晶のディスクリネーションを軽減し、液晶表示を向上させることができる。

また、カラーフィルタの有効表示画素を覆うように透明導電膜を積層した構成とすることができるため、副次的効果として、ＩＰＳ（横電界で液晶を駆動する）やＦＦＳ（櫛歯電極のフリンジに生じる電界で液晶を駆動する）方式と異なり、外部電場の影響を受けにくい液晶表示装置を提供することができる。

なお、以上の実施形態に係る液晶表示装置の画素は、線状凹部にて線対称に１／２画素、あるいは点対称に１／４画素に区分されるが、ＴＦＴを一画素に２個ないし４個形成しさらにそれぞれ異なる電圧を印加する駆動方式をとることにより、視野角調整や立体画像表示が可能となる。

１ａ，１ｂ・・・透明基板
２・・・ブラックマトリクス
３・・・透明電極（第３電極）
４，・・・第１電極
５・・・第２電極
１１・・・カラーフィルタ基板
１４・・・緑色画素
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・ショルダー部
１５・・・赤色画素
１６・・・青色画素
１７，２７，６７・・・液晶
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ・・・液晶分子
２１・・・アレイ電極
２３・・・凹部
２４・・・凸部

Claims

透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色の着色画素のみが形成されており、前記着色画素が、中央部に線状の凹部を有することを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色の着色画素のみが形成されており、前記透明基板と透明導電膜との間の、前記画素領域に対応する部分の中央に、透明樹脂からなる線状パターンが形成されていることを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
透明基板上に形成され、遮光性顔料を樹脂に分散した遮光層からなる、複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを備える透明基板上に形成された透明導電膜と、前記透明導電膜上の、前記複数の開口部により区分された画素領域に形成された複数色の着色画素とを具備し、それぞれの開口部に１色のみの着色画素が形成されており、前記透明基板と透明導電膜との間の、前記画素領域に対応する部分の中央に、遮光層からなる線状パターンが形成されていることを特徴とする垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
前記ブラックマトリクスが、傾斜した側面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
前記複数色の着色画素のそれぞれの隣接する端部が、前記透明導電膜上の前記ブラックマトリクスに対応する部分上に重畳部を形成し、この重畳部とブラックマトリクスの膜厚の合計が前記着色画素の膜厚より厚く、前記重畳部が前記着色画素の表面から突出する凸部を形成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板。
請求項１乃至５のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板を具備することを特徴とする垂直配向液晶表示装置。
前記垂直配向液晶表示装置用カラーフィルタ基板と液晶を駆動する素子をマトリクス状に配設したアレイ基板とを間に液晶を介在させて対向させて貼り合わせてなる液晶表示装置であって、前記アレイ基板が、着色画素を駆動するために、異なる電位が印加された第１電極及び第２電極を具備することを特徴とする請求項６に記載の垂直配向液晶表示装置。
前記第１電極と、前記第２および第３電極との間に駆動電圧を印加したときに、前記液晶表示装置の画素領域における液晶分子は、前記画素領域を２分する直線における線対称である逆方向に倒れる動作を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の垂直配向液晶表示装置。
前記アレイ基板の、前記ブラックマトリクスのパターン幅の中心に対応する位置には、前記第１電極及び／又は第２電極が配置されていないことを特徴とする請求項７又は８に記載の垂直配向液晶表示装置。
前記第１電極が、液晶を駆動するアクティブ素子と接続された櫛歯状パターンであり、前記第２電極が、絶縁層を介して前記第１電極の下に配設された櫛歯状パターンであり、かつ前記第２電極が、前記第１電極と重なる部分を有するとともに、液晶分子が倒れる方向に前記第１電極からはみ出る部分を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置。
前記第１電極と前記第２電極が、可視域で透明な導電性金属酸化物からなることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置。
前記液晶が負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載の垂直配向液晶表示装置。