JP2004279764A - 液晶表示装置用カラーフィルター、および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示と透過表示とでそれぞれ所望の色特性（色純度、明るさ、色調）をもつ半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを低コストに製造する。
【解決手段】一画素中に透過用領域と反射用領域を含み、複数色の画素が配されたカラーフィルターであって、少なくとも１色の画素の透過用領域には複数の着色層が積層され、かつ反射用領域には透過用領域よりも少ない数の着色層が形成されており、透過用領域と反射用領域の少なくとも境界部には着色層以外の樹脂層が形成され、有効表示領域以外の着色層の一部に除去部を形成したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター、および、該カラーフィルターを用いた液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶表示と反射型液晶表示の両方の方式を兼ね備えた半透過型液晶表示装置用カラーフィルター、およびそれを用いた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力等の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、デスクトップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用されている。バックライトを使用した液晶表示装置においては、低消費電力化を進めるためにバックライト光の利用効率を高めることが求められ、カラーフィルターの高透過率化が要求されている。一方、カラーフィルターの透過率は年々向上しているが、透過率向上による消費電力の大幅な低下は望めなくなってきている。最近では電力消費量の大きなバックライト光源を必要としない反射型液晶表示装置の開発が進められており、透過型液晶表示装置にくらべ約１／７と大幅な消費電力の低減が可能であることが発表されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置に比べ低消費電力であり、屋外での視認性に優れるという利点はあるものの、十分な環境光強度が確保されない場所では表示が暗くなってしまい、視認性が極端に悪くなるという問題点がある。暗い環境下でも表示が視認されるようにするために、（１）バックライトを設け、反射膜の一部に切り欠きを入れ、一部が透過型表示方式、一部を反射型表示方式とした液晶表示装置、半透過半反射型表示方式（いわゆる半透過型表示方式、例えば、非特許文献２参照）、（２）フロントライトを設けた液晶表示装置などが考案されている。
【０００４】
反射膜の一部に切り欠きを入れ、バックライトを設けた半透過型液晶表示装置では、バックライト光を利用する透過表示と環境光を利用する反射表示が１画素内に共存するため、環境光強度によらず、視認性のよい表示を行うことが出来る（例えば、特許文献１参照）。しかし、図１０に示すような従来の構成のカラーフィルター、すなわち、反射用領域と透過用領域が特別には設けられていない、１画素内での着色が均一なカラーフィルターを用いた場合には、鮮やかな透過表示を得ようとすると問題点が生じていた。具体的には透過色の色鮮やかさ（色純度）を向上させると、反射色もそれに伴いさらに色純度が高くなり、色純度とトレードオフの関係にある明るさが極端に低下し、十分な視認性が得られないというものである。この問題点は、透過表示を行うときにはバックライト光がカラーフィルターを１回透過するのに対して、反射表示では、環境光が入射時と反射時の２回カラーフィルターを透過することに起因する。また、半透過型液晶表示装置では透過表示での光源がバックライト光である一方、反射表示での光源が環境光であるために、色純度だけでなく色調も変化してしまうという問題点もある。これは、環境光がＤ６５光源に代表されるような連続的なスペクトルを持つのに対して、バックライト光源がある特定の波長にスペクトルのピークをもつという光源のスペクトル特性の違いに起因する。
【０００５】
そこで、透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする（色純度、明るさ、色調を同一にする）方法として、反射用領域にスペーサー部を形成して、透過用領域と反射用領域で着色層の膜厚を変えることが記載されている（例えば、特許文献２参照）。図１１は、従来知られている膜厚を調整する方式での半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの断面図を模式的に示したものである。反射用領域７には透明樹脂層３が形成され、反射用領域７の着色層４の膜厚は、透過用領域６の着色層４の膜厚に比べて、薄くなっている。しかし、反射用領域７の着色層膜厚を薄く変えただけでは、色純度、明るさは大きな違いをなくすことができるものの赤、緑、青それぞれ単色の反射表示の色調は透過表示での色調と異なってしまい、反射と透過における見え方に違和感があるという問題点があった。また、透過表示での色純度を向上させた場合には、反射表示での十分な明るさを得ることが出来ないという問題点があった。
【０００６】
また、透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする別の方法としては、図１２に示すような透過用領域および／または反射用領域をバックライト光と環境光を考慮した適切な複数の色材料で塗り分ける方法がある（例えば、特許文献３参照）。透過用領域および／または反射用領域を塗り分ける方法では、透過用領域６と反射用領域７の色調を同じにして色純度、明るさを変え、目的にあった透過表示色と反射表示色を達成することができると考えられるが、現在主流のフォトリソ法では、一色の画素を形成するのに二度以上の色材料塗布、フォトリソ加工をすることになる。すなわち、赤、緑、青の三色の画素を形成するには各色２回、計６回のフォトリソ加工が必要となり、製造コストが増加してしまうという問題点があった。
【０００７】
一方、製造コストを増加させず、明るい反射表示を実現する方法として、図１３に示すような反射用領域７に着色層を形成する領域４と形成しない領域５とを含む構成が提案されている（特許文献４、参照）。この方法によれば、着色層を形成しない領域５を各色毎に異ならせることにより、反射表示での適切な色純度と明るさを得ることが出来るとされている。しかし、本来波長選択性が要求されるカラーフィルターに選択性のない無着色領域を形成することにより、カラーフィルターとしての特性が低下してしまう。すなわち、同じ色純度で比較すると明るさに劣ったカラーフィルターとなってしまう。この傾向は、透過用領域の色純度を向上させると顕著になり、反射表示での十分な明るさが得られなくなってしまう。
【０００８】
こうした問題点を解消するために、一画素中に透過用領域と反射用領域を含み、少なくとも１色の画素については、非感光性樹脂を含む着色層２４ｂ上に感光性樹脂を含む着色層２４ａを積層させ、一括加工したカラーフィルターが提案されている（特許文献５、参照）。図１４は、特許文献５に記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの断面図を模式的に示したものである。この方法によれば、反射用領域の感光性樹脂を含む着色層２４ａは、半透過フォトマスクを使用することにより、透過用領域の感光性樹脂層膜厚の１／２以下に調整することが出来、反射表示での明るさを向上させることが出来る。また、積層させる着色層の着色特性をそれぞれ最適化することで、透過用領域６と反射用領域７とでの表示特性を所望の色調にすることができる。
【０００９】
しかし、感光性樹脂からなる着色層２４ａについては、反射用領域７の着色層を薄くすることが出来るものの、下層の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂは、透過用領域６と反射用領域７との膜厚が同等であるため、透過表示での色純度を向上させた場合には、反射表示での十分な明るさを実現することが困難であった。
【００１０】
すなわち、従来知られている方法では、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて安価に製造することを両立することが困難であった。
【００１１】
本発明者らは、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて安価に製造することを両立するカラーフィルターとして、複数の着色層が積層され、かつ、最上層が感光性カラーレジストからなる構造を有し、かつ、反射用領域において基板と着色層の間に透明樹脂層を有することを特徴とするカラーフィルターを提案している（特願２００２−３５０８３０号、参照）。その中でも、反射用領域の着色層数が透過用領域に積層された着色層数よりも少ないカラーフィルター構成では、反射表示での明るさが特に向上できる。しかしながら、反射用領域に塗布された最上層以外の着色層を安定的に除去する加工条件や、歩留まりをさらに高くすることが望まれていた。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−１０９４１７号公報（第１図）
【００１３】
【特許文献２】
特開２００１−３３７７８号公報（第３〜４頁、第２図、第８図）
【００１４】
【特許文献３】
特開２００１−１８３６４６号公報（第１図）
【００１５】
【特許文献４】
特開２０００−１１１９０２号公報
【００１６】
【特許文献５】
特開２００２−３６５４１９号公報
【００１７】
【非特許文献１】
「日経マイクロデバイス別冊フラットパネル・ディスプレイ」、１９９８年、ｐ．１２６。
【００１８】
【非特許文献２】
「ファインプロセステクノロジージャパン’９９、専門技術セミナーテキストＡ５」、１９９８年７月２日、ｐ．６。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み創案されたもので、半透過型液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて安定的に製造することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、以下のカラーフィルターによって半透過型液晶表示装置の反射表示と透過表示とで所望の色特性（色純度、明るさ、色調）を得ることが可能であって、かつ工程増加を抑えて、低コストにカラーフィルターを製造可能であることを見いだした。また、表示品位の高い半透過型液晶表示装置を低コストに実現可能であることを見出した。
【００２１】
すなわち、
（１）一画素中に透過用領域と反射用領域を含み、複数色の画素が配されたカラーフィルターであって、少なくとも１色の画素の透過用領域には複数の着色層が積層され、かつ反射用領域には透過用領域よりも少ない数の着色層が形成されており、透過用領域と反射用領域の少なくとも境界部には着色層以外の樹脂層が形成され、有効表示領域以外の着色層の一部に除去部を形成したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
（２）除去部を、遮光部、固定スペーサー形成部、コンタクトホール形成部、または配向制御用突起形成部に対応する領域の少なくとも何れか１ヶ所に形成したことを特徴とする上記（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（３）積層された着色層のうち下層の着色層がポリイミド樹脂からなる上記（１）または（２）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルターを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のカラーフィルターは一画素内に透過用領域と反射用領域を持つ半透過液晶表示装置に好適に用いることができる。
【００２３】
外光を利用するための反射膜が形成される基板は、カラーフィルター側基板、カラーフィルターに対向する基板のいずれでもよい。カラーフィルター側に反射膜が形成されている場合は、色材料が形成されている画素領域の内、反射膜が形成されている領域が反射用領域となり、画素領域の中で反射膜が形成されていない領域が透過用領域となる。反射膜がカラーフィルターに対向する基板上に形成されている場合は、該基板の反射膜形成領域に対応するカラーフィルター画素領域が反射用領域となり、該基板の反射膜が形成されていない領域に対応するカラーフィルター画素領域が透過用領域となる。
【００２４】
本発明においては、反射用領域と透過用領域の配置について特に限定はないが、反射用領域の内側に透過用領域が含まれることが好ましい。また、透過用領域は画素領域のおおむね中間に位置することが好ましい。
【００２５】
本発明者らは、反射用領域の着色層数を透過用領域の着色層よりも少なくする、すなわち反射表示での明るさを向上させるための手段として、感光性レジストと非感光性ペーストとの現像特性の違いに着目し、それぞれからなる着色層を積層させ、一括パターン加工する加工方法を考案した。透過用領域に複数の着色層を積層させること、ならびに反射用領域の着色層数を透過用領域の着色層よりも少なくすることで、透過表示での色純度を向上させた場合でも、明るい反射表示を得ることが出来る。また、積層させるそれぞれの着色塗膜の着色を適宜異ならせることで、透過表示と反射表示のそれぞれで所望の色純度、明るさ、色調を得ることが可能となる。
【００２６】
ここで、ネガ型感光性レジストと非感光性ペーストの現像特性の違いについて述べる。ネガ型感光性レジストでは、紫外線などにより露光された領域は、光架橋反応が進行し、現像液に不溶となる一方、未露光部分は、現像液に溶解する。したがって、十分な露光量の紫外線を照射することで、現像時間によらず、一定のパターンを形成することが出来る。
【００２７】
一方、非感光性ペーストのフォトリソ加工では、それ自体が感光性能を持たないため、感光性のレジストを非感光性ペーストからなる塗膜上に塗布する必要がある。紫外線などの露光により、感光性レジストは露光部分、未露光部分での溶解性が変化するが、非感光性ペーストからなる塗膜層は、光照射によって、なんら溶解性が変化することがない。そのため、適正現像時間よりも現像時間を長くした過現像条件とすることで、上層の感光性レジストに比べて、下層の非感光性ペーストのエッチングをさらに進めることが出来る。
【００２８】
本発明者らは、このような現像特性の違いに着目し、感光性レジストならびに非感光性ペーストの積層膜を露光後、過現像条件で一括現像することにより、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを異なった形状に形成出来ることを見出した。
【００２９】
さらに、本発明者らは凹状に形成された樹脂層上に、非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層し、パターン加工する際に、凹状樹脂層の段差部分で非感光性ペーストのエッチング速度が非常に遅くなり、非感光着色層の現像性が制御出来ることを見出した。すなわち、段差形状を作るための樹脂層をあらかじめ任意のパターンに形成しておき、その上に非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層し、一括現像することで、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを所望の形状に加工出来ることを見出した。
【００３０】
本発明においては、透過用領域と反射用領域の少なくとも境界部には着色層以外の樹脂層を形成し、その段差をエッチング速度の制御に利用することで反射用領域の着色層数を透過用領域の着色層よりも少なくする構成を実現する。透過用領域と反射用領域の境界部に作られた段差形状により、非感光性ペーストのエッチング速度が非常に遅くはなるものの、ある時間が経過すると現像液の浸透がおこる。すなわち、本来現像されるべきではない透過用領域へのエッチングが進行する。したがって、反射用領域の非感光性ペーストからなる着色層は、カラーフィルターを安定に加工するために、速やかに現像される方が好ましい。
【００３１】
本発明者らは、着色層の一部に除去部を形成することで、下層の非感光性ペーストからなる着色層への現像液の浸透が促進され、速やかに現像が進むことにより、安定したカラーフィルター製造が可能になることを見出した。
ここでいう「除去部」とは、着色層をすべて取り除いた領域、もしくは着色層膜厚がハーフエッチング状に薄くなった領域を指す。本発明においては、反射用領域の下層非感光性ペーストからなる着色層への現像液の浸透が促進されることが重要であり、ここでいう「除去部」とは、その目的を達するものであれば、その形状については特に限定されない。
【００３２】
例えば、除去部の平面形状については、スリット形状、長方形、円形などいずれであってもよい。スリット形状である場合は、そのスリット間隙が１０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以下であることがさらに好ましい。１０μｍより大きなスリット間隙の場合、現像時に着色パターンの欠け、剥がれなどが起こる可能性があり、好ましくない。
【００３３】
除去部は、表示への影響が少ない有効表示領域以外の領域に形成することが好ましい。ここでいう有効表示領域以外の領域とは、遮光部、コンタクトホール部、固定スペーサー突き当て部、配向制御用突起状樹脂形成部、パターン加工された透明導電膜の間隙など、表示領域として使用されない領域、または表示特性が著しく低下している領域を指す。有効表示領域内に除去部を形成した場合は、反射表示および／または透過表示での色純度が低下してしまう。
【００３４】
また、除去部を遮光部上に形成する場合、該遮光部の位置は、隣接する画素の透過用領域のおおむね中間に位置することがさらに好ましい。隣接する画素の透過用領域の中間に除去部が位置する場合、透過用領域への現像液浸透の抑制効果が高いので好ましい。
【００３５】
フォトリソ加工時の着色層アライメントずれに対するマージンを広くするよう、遮光部、ならびに反射用領域、透過用領域の形状を着色層の除去部形状に合わせることは好ましい。
【００３６】
また、除去部の位置、個数などを各色毎に変えてもよい。例えば、１色目に比べ、下層の非感光性ペースト層の現像が進みにくい２色目、３色目の除去部は、１色目に比べ、数を増やす、面積を大きくするなどがあげられる。より具体的には、２色目の除去部については、１色目と色重なりの可能性があるストライプ片側の端面に除去部を形成し、３色目については、ストライプ両側の端面に除去部を形成することなどである。
【００３７】
図９（ａ）には透過用領域と反射用領域の境界に段差をもつようパターン加工された透明樹脂層３の例を示す。この樹脂層上に、非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層したものが図９（ｂ）である。フォトマスクを介して、反射用領域７、透過用領域６を共に露光した後、現像液に浸漬すると、上層の感光性レジスト層２４ａのうち、未露光部２６は溶解し、露光部２５は溶解せずに現像される。一方、下層の非感光性ペースト層２４ｂは、現像時間と共に溶解が進行するが、樹脂層の段差部分で非感光性ペーストのエッチング速度が極めて遅くなり、透過用領域６の非感光性ペースト２４ｂは現像されずに、反射用領域７の非感光性ペースト２４ｂのみが選択的に現像される。結果として、透過用領域６に感光性レジスト層２４ａと非感光性ペースト２４ｂが積層され、反射用領域７には感光性レジスト層２４ａのみが得られる（図９（ｃ））。この際、適切な現像時間を超えて、現像時間が長くなると、非感光性ペーストのエッチングがさらに進行し、透過用領域６の非感光性ペーストからなる着色層への現像液の浸透が起こることになる。
【００３８】
反射用領域７の下層にある非感光性ペースト層を速やかにエッチングし、透過用領域への現像液の浸透を抑制するための本発明における「除去部」の位置の例について、図１〜図５に示す。図１は、同色の隣接画素の透過領域おおむね中央に位置する遮光部２上に除去部を形成した例である。図２〜図４は、固定スペーサー突き当て部に対応する遮光部２上に除去部３６を形成した例である。図５は、コンタクトホール部に対応する領域上に除去部３６を形成した例である。図６は、配向制御用の突起形成物３７に対応する領域に除去部３６を形成した例である。
【００３９】
ここで、本発明のカラーフィルターの形状、使用する材料、構成などの例について述べる。
本発明においては、現像性を制御するよう透過用領域と反射用領域の境界部に、段差形状を形成することが重要である。現像性を制御するための着色層以外の樹脂層は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに形成されていてもよく、反射用領域の全体に渡って形成されていてもよい。ここでいう着色層とは、液晶表示装置の発色のために用いられる層を指し、例えば透明樹脂層、遮光層などは含まないものとする。
【００４０】
着色層以外の樹脂層が遮光層である場合は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに樹脂層が形成されている方が、画素の有効表示面積（開口率）の減少が抑えられ好ましい。また、開口率の低下をさらに少なくするため、その線幅は１０μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。また、パターン加工性の観点からは、遮光層の膜厚は、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下がさらに好ましい。
【００４１】
一方、着色層以外の樹脂層が透明樹脂層である場合は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに樹脂層が形成されていてもよく、反射用領域全体について樹脂層が形成されていてもよい。
反射用領域の全体に渡って、樹脂層を形成する場合は、樹脂層は透明であることが好ましい。ここで「透明」とは、具体的には可視光領域の平均透過率が８０％以上であることをいう。
【００４２】
反射用領域に形成される透明樹脂層の膜厚は、光源の違いを勘案したうえで反射用領域と透過用領域の色純度、明るさ、色調が所望の特性となるように選択させる。透明樹脂の膜厚が大きいほど、平坦化により反射用領域と透過用領域に形成される着色層の膜厚差が大きくなり、反射用領域の明るさを明るくする効果が大きい。透明樹脂層の膜厚があまり大きくなるとカラーフィルター表面の段差が大きくなり、液晶配向に悪影響を及ぼし表示品位が悪化するので透明樹脂層の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。
【００４３】
透明樹脂層は感光性レジストを使用して形成することができる。感光性樹脂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材料が使用できる。感光性を持たせるためには、少なくとも光重合開始剤を含有させ、単官能または多官能モノマー、オリゴマーを有するのが一般的である。
アクリル系樹脂は、可視光域での透明性が高く好ましく用いられるが、エポキシモノマーを加えたいわゆるアクリルエポキシ樹脂としてもよい。
【００４４】
透明樹脂層を感光性レジストで形成した場合は、フォトリソ加工の露光工程で、露光マスクと透明樹脂層を形成する基板の距離を変えることで透明樹脂層の表面の丸みや平坦性を制御することが可能である。
【００４５】
透明樹脂層は非感光性ペーストを使用しても形成することができる。非感光性樹脂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材料が使用でき、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。透明樹脂層を非感光性ペーストで形成した場合は、透明樹脂層の上部表面が平坦な構造になり、より小さな面積の透明樹脂層を形成することが可能である。
【００４６】
反射用領域に形成する透明樹脂層には光散乱のための粒子を含んでもよい。透明樹脂層に光拡散の粒子を含むことで、正反射成分による表示のギラツキを押さえ、良好な表示特性を得ることができ、かつ透過用領域には透明樹脂層は存在しないので光散乱せずに効率的にバックライトを使用することができる。光散乱のための粒子としてはシリカ、アルミナ、チタニアなどの無機酸化物粒子、金属粒子、アクリル、スチレン、シリコーン、フッ素含有ポリマーなどの樹脂粒子などの材料を使用することができ、シリカ粒子を用いることが好ましい。光散乱粒子の粒径としては０．１〜１０μｍの範囲で用いることができる。光拡散の粒子径が透明樹脂層の厚み以下である場合は透明樹脂層が平坦になるのでより好ましい。
【００４７】
非感光性ペーストを用いて透明樹脂層を形成する例としては、透明基板上に非感光性ペーストを塗布し、ホットプレート、オーブン、真空乾燥などを用いて加熱乾燥（セミキュア）する。セミキュア膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、フォトレジストを溶剤で剥離することで透明樹脂層を形成し加熱硬化させる。
【００４８】
感光性レジストを用いて透明樹脂層を形成する方法としては、透明基板上に感光性レジストを塗布し、ホットプレート、オーブン、真空乾燥を用いて加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、後に加熱硬化することで、透明樹脂層を得る。
【００４９】
本発明においては、積層される樹脂層は最上層に感光性レジストからなる樹脂層が形成されることが必要であるが、感光性レジストの下の非感光性ペーストおよび／または感光性レジスト樹脂層は何層でも積層することが可能である。何層積層するかは目標の色特性を達成するために適宜選択されるが、生産性の観点からは樹脂層としては感光性レジストと他の１層を組み合わせた２層積層構造であることがより好ましい。
【００５０】
本発明では少なくとも一色の画素について非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストからなる着色層と感光性カラーレジストからなる着色層を積層させるが、積層させる色については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよく、積層させる色画素は１色でも２色でも３色でもよいが、用いるバックライト光源と環境光の特性差を勘案し、目標の着色を達成できるように個々の積層させる色材料の着色を決めることが好ましい。
【００５１】
本発明においては、透過表示と反射表示の色純度、明るさ、色調を所望の特性とするためには、透過用領域の着色と反射用領域の着色が異なることが好ましい。反射用領域の着色と透過用領域の着色を変える方法としては、最上層の感光性カラーレジストからなる着色層とそれ以外の着色層の着色が異なる構成とすることがあげられる。「着色が異なる」とは、同一光源（例えばＣ光源）で透過用領域と反射用領域を見たときの色純度、明るさ（透過率）、色調が異なることを指す。最上層の感光性カラーレジストと感光性カラーレジストおよび／または非感光性カラーペーストからなる下層着色層との着色は同一とする必要はなく目的に応じて異なることが好ましい。
【００５２】
着色を異ならせる方法としては、使用する着色剤数、着色剤種類、着色剤組成、着色剤濃度を異ならせることで達成することができる。勿論、使用される着色剤が同じであっても混合比率を変えれば達成される色度を異ならせることができる。たとえば、最上層を主顔料と副顔料の両者を使用した着色とし、下層着色層には主顔料あるいは副顔料のみを使用した着色とする、あるいは、最上層と下層着色層で主顔料の種類を変えるなどが可能である。
【００５３】
また、着色塗液の平坦化（レベリング）によっても、反射用領域の着色と透過用領域の着色（同一光源（例えばＣ光源）で見たときの「色の濃さ」）を変えることができる。例えば、基板上の反射用領域に透明樹脂層を形成すると反射用領域は透明樹脂層部分の膜厚分凸になり、透過用領域は反射用領域に比べて低い部分的に凸のある基板となる。凸のある基板上に非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストを塗布し着色層を形成すると、透過用領域の着色層の膜厚は、非感光性カラーペーストや感光性カラーレジストによる平坦化（レベリング）によって凸が形成されている反射用領域の膜厚に比べて厚くなる。すなわち、反射用領域の着色に比べ、透過用領域の着色を濃くすることが出来る。
【００５４】
着色塗液の平坦化（レベリング）の程度は、塗液の粘度、固形分濃度により調整することが出来る。塗液の粘度が低いとより平坦化しやすくなり、また塗液中の固形分濃度が高いとより平坦化しやすくなる。最上層の着色層に用いる感光性カラーレジスト中の固形分濃度は１０重量％から３０重量％であることが好ましく、下層の着色層に用いる非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジスト中の固形分濃度は３重量％から１５重量％であることが好ましい。
【００５５】
好ましい画素の着色設計には、光源の違いを考慮に入れるため、透過用領域はバックライトに用いられる光源としてＣ光源、２波長型光源、３波長型光源の内のいずれか、反射用領域は環境光としての太陽光（自然光）に近いＤ６５光源で行うことが好ましい。ここでいう２波長型のＬＥＤ光源の例としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体または黄緑色蛍光体とを組み合わせて白色光を発するＬＥＤ光源があげられる。また、３波長型光源の例としては、３波長冷陰極管、紫外ＬＥＤと赤、青、緑蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、赤、青、緑各色のＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、青色ＬＥＤと赤色蛍光体ならびに緑色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、有機エレクトロルミネッセンス光源などがあげられる。
【００５６】
本発明で使用する色材料は、着色成分と樹脂成分を含むペーストである。樹脂成分としては、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材料が好ましく用いられる。感光性、非感光性のどちらの材料でも使用することが可能である。
【００５７】
非感光性カラーペーストに使用する樹脂成分の例としてポリイミド系樹脂について述べる。ポリイミド系樹脂としてはポリイミド前駆体であるポリアミック酸を、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。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。
【００５８】
本発明におけるポリアミック酸の合成には、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、耐熱性の良好な膜に変換しうるポリアミック酸を得ることができ、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膜に変換しうるポリアミック酸を得ることができ、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。
【００５９】
また、本発明におけるポリアミック酸の合成には、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、耐熱性の良好な膜に変換しうるポリアミック酸を得ることができ、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−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膜に変換しうるポリアミック酸を得ることができ、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。
【００６０】
また、ジアミンの一部として、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。本発明は、これに限定されずにジアミンが１種または２種以上用いられる。
【００６１】
ポリアミック酸の合成は、極性有機溶媒中でテトラカルボン酸二無水物とジアミン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。 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。
【００６２】
次に、本発明で使用する非感光性カラーペーストに使用するポリアミック酸の構造単位の繰り返し数について述べる。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、ポリアミック酸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、構造単位の繰り返し数の好ましい範囲は１５〜１０００、より好ましくは１８〜４００、さらに好ましくは２０〜１００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、ここでいう構造単位の繰り返し数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。
本発明で用いる溶媒としては、樹脂成分を容易に溶解するものを使用することができる。
【００６３】
非感光性樹脂であるポリアミック酸の例では、溶解する溶媒として、例えば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などのアミド系極性溶媒、β―プロピオラクトン、γ―ブチロラクトン、γ―バレロラクトン、δ―バレロラクトン、γ―カプロラクトン、ε―カプロラクトンなどのラクトン類などが挙げられる。また、感光性樹脂であるアクリル系樹脂の例では、これらに加え、例えばメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのエチレングリコールあるいはプロピレングリコール誘導体、あるいは、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセト酢酸エチル、メチル―３―メトキシプロピオネート、３―メチル―３―メトキシブチルアセテートなどの脂肪族エステル類、あるいは、エタノール、３―メチル―３―メトキシブタノールなどの脂肪族アルコール類、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類を用いることも可能である。
【００６４】
感光性カラーレジストは、着色成分と樹脂成分を含み、樹脂成分は光によって反応する感光成分を含む。光照射された樹脂が現像液への溶解速度のあがるポジ型と、光照射された樹脂が現像液への溶解速度の下がるネガ型があり、どちらも使用することが可能であるが、可視光で感光成分の透明性の高いネガ型樹脂が好ましく用いられる。感光性カラーレジストの樹脂成分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材料が好ましく用いられる。
【００６５】
感光性カラーレジストに使用する樹脂成分の例として、アクリル系樹脂について述べる。感光性アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的である。さらにエポキシを加えた、いわゆるアクリルエポキシ樹脂も用いることができる。
【００６６】
使用できるアクリル系ポリマーとしては、特に限定はないが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体を好ましく用いることができる。不飽和カルボン酸の例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物などがあげられる。
【００６７】
これらは単独で用いても良いが、他の共重合可能なエチレン性不飽和化合物と組み合わせて用いても良い。共重合可能なエチレン性不飽和化合物としては、具体的には、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎープロピル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｓｅｃ−ブチル、メタクリル酸ｓｅｃ−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、メタクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ペンチル、メタクリル酸ｎ−ペンチル、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸アルキルエステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、アミノエチルアクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、１，３−ブタジエン、イソプレンなどの脂肪族共役ジエン、それぞれ末端にアクリロイル基、あるいはメタクリロイル基を有するポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリシリコーンなどのマクロモノマーなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
【００６８】
また、側鎖にエチレン性不飽和基を付加したアクリル系ポリマーを用いると、加工の際の感度がよくなるので好ましく用いることができる。エチレン性不飽和基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基のようなものがある。このような側鎖をアクリル系（共）重合体に付加させる方法としては、アクリル系（共）重合体のカルボキシル基や水酸基などを有する場合には、これらにグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドを付加反応させる方法が一般的である。その他、イソシアネートを利用してエチレン性不飽和基を有する化合物を付加させることもできる。ここでいうグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドとしては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、クロトニルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテル、イソクロトン酸グリシジルエーテル、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどがあげられる。
【００６９】
多官能モノマーとしては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートカルバメート、変性ビスフェノールＡエポキシ（メタ）アクリレート、アジピン酸１，６−ヘキサンジオール（メタ）アクリル酸エステル、無水フタル酸プロピレンオキサイド（メタ）アクリル酸エステル、トリメリット酸ジエチレングリコール（メタ）アクリル酸エステル、ロジン変性エポキシジ（メタ）アクリレート、アルキッド変性（メタ）アクリレートのようなオリゴマー、あるいはトリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（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、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリアクリルホルマール、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、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレートなどがあげられる。これらは単独または混合して用いることができる。また、次にあげるような単官能モノマーも併用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレートなどがあり、これらの２種以上の混合物、あるいはその他の化合物との混合物などが用いられる。これらの多官能及び単官能モノマーやオリゴマーの選択と組み合わせにより、ペーストの感度や加工性の特性をコントロールすることが可能である。特に、硬度を高くするにはアクリレート化合物よりメタクリレート化合物が好ましく、また、感度を上げるためには、官能基が３以上ある化合物が好ましい。また、メラミン類、グアナミン類などもアクリル系モノマーの代わりに好ましく用いることができる。
【００７０】
光重合開始剤としては、特に限定はなく、公知のものが使用でき、例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノ−１−プロパン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、９，１０−フェナントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体などがあげられる。また、その他のアセトフェノン系化合物、イミダゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、リン系化合物、トリアジン系化合物、あるいはチタネート等の無機系光重合開始剤なども好ましく用いることができる。また、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エステルなどの増感助剤を添加すると、さらに感度を向上させることができ好ましい。また、これらの光重合開始剤は２種類以上を併用して用いることもできる。
【００７１】
光重合開始剤の添加量としては、特に限定はないが、ペースト全固形分に対して、好ましくは１〜３０ｗｔ％、より好ましくは５〜２５ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜２０ｗｔ％である。
【００７２】
本発明に用いるカラーペースト用溶媒としては使用樹脂を溶解する単独あるいは２種類以上の溶媒の混合溶媒を、適宜組み合わせて使用するのが好ましい。この場合は、副溶剤として、使用する樹脂に対する貧溶媒を用いることも可能である。好ましい溶媒としては、特に限定されるわけではないが、例えばＮ−メチルピロリドンとシクロペンタノンの混合溶媒などがあげられ、特にアクリル系樹脂の場合には、シクロペンタノン単独でも好ましく用いることができる。
【００７３】
本発明のカラーぺーストにおいて、ポリアミック酸あるいはアクリル系樹脂といった樹脂成分と、着色剤とは、通常、重量比で１：９〜９：１、好ましくは２：８〜８：２、より好ましくは３：７〜７：３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着色度が問題となる。また、該ペーストにおいては、塗工性、乾燥性などの観点から、樹脂成分と顔料をあわせた固形分濃度は、２〜４０％、好ましくは３〜３０％、さらに好ましくは５〜２５％の範囲で使用する。
【００７４】
本発明のカラーフィルターは、少なくとも赤、緑、青の３色の色画素から構成され、使用される着色材料は、有機顔料、無機顔料、染料問わず着色剤全般を使用することができる。代表的な顔料の例として、ピグメントレッド（ＰＲ−）、２、３、２２、３８、１４９，１６６、１６８、１７７，２０６、２０７、２０９、２２４、２４２，２５４、ピグメントオレンジ（ＰＯ−）５、１３、１７、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１、ピグメントイエロー（ＰＹ−）１２、１３、１４、１７、２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０，１５３、１５４、１６６、１７３、１８５、ピグメントブルー（ＰＢ−）１５（１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６）、２１、２２、６０、６４、ピグメントバイオレット（ＰＶ−）１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８、４０、５０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。
【００７５】
上記顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性処理、顔料誘導体処理などの表面処理が施されているものを使用しても良い。 なお、ＰＲ（ピグメントレッド）、ＰＹ（ピグメントイエロー）、ＰＶ（ピグメントバイオレット）、ＰＯ（ピグメントオレンジ）等は、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．；Ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｄｙｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ社発行）の記号であり、正式には頭にＣ．Ｉ．を付するもの（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４など）である。これは染料や染色の標準を規定したものであり、それぞれの記号は特定の標準となる染料とその色を指定するものもである。なお、以下の本発明の説明においては、原則として、前記Ｃ．Ｉ．の表記は省略（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４ならば、ＰＲ２５４）する。
【００７６】
非感光性カラーペーストまたは感光性カラーレジ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、スピンコーティング法、ダイコーティング法、ダイコーティングとスピンコーティング併用法、ワイヤーバーコーティング法などが好適に用いられる。
【００７７】
画素を形成する方法としては、画素の反射用領域に透明樹脂層が形成された透明基板上に、たとえば非感光性カラーペーストを塗布、ホットプレート、オーブン、真空乾燥を用いて加熱乾燥（セミキュア）する。このセミキュア膜上に感光性カラーレジストを塗布し、加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、加熱硬化させるフォトリソ工程で非感光性カラーペースト層と感光性カラーレジスト層とを同時にパターニングでき、積層構成でありながら１回のフォトリソ加工で１色の画素を形成することができる。
【００７８】
カラーフィルターの形成は、ガラス、高分子フィルム等の透明基板側に限定されず、駆動素子側基板にも行うことができる。カラーフィルターのパターン形状については、ストライプ状、アイランド状などがあげられるが特に限定されるものではない。また、必要に応じてカラーフィルター上に柱状の固定式スペーサーが配置されていてもよい。
【００７９】
本発明のカラーフィルターは、半透過型液晶表示装置に組み込まれて使用される。ここで、半透過型液晶表示装置とは、対向基板あるいはカラーフィルターの反射領域にはアルミニウム膜や銀膜等から成る反射膜を備え、透過領域にはそのような反射膜がないことを特徴とする液晶表示装置である。本発明のカラーフィルターは、液晶表示装置の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢ、ＶＡモードなど種々の液晶表示装置に適用される。また、液晶表示装置の構成、例えば偏光板の数、散乱体の位置等にも限定されずに使用することができる。
【００８０】
本発明のカラーフィルター作製方法の一例を述べる。
透明基板上に少なくともポリアミック酸、黒色着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリアミック酸黒色着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分行うのが好ましい。次にこのようにして得られたポリアミック酸黒色被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで樹脂ブラックマトリクス層を得る。樹脂ブラックマトリクス層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００８１】
次にポリアミック酸と溶剤からなる非感光性ペーストをブラックマトリクスが形成された透明基板の全面に塗布し、ホットプレートを使用し、６０〜２００℃の範囲で１〜６０分間加熱乾燥する。次にこのようにして得られたポリアミック酸被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで透明樹脂層を得る。透明樹脂層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００８２】
次に着色層を積層して画素を形成する。少なくともポリアミック酸、着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを透明樹脂層が形成された透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリアミック酸着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリアミック酸着色被膜に、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を積層形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜とポリアミック酸着色被膜のエッチングを同時に行う。
【００８３】
ポリアミック酸着色被膜は、その後、加熱硬化することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱硬化は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００８４】
感光性アクリル着色層を積層しない他の色の画素がある場合は、ポリアミック酸着色被膜を形成した後、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フォトマスクと露光装置を用いてパターン状に紫外線照射する。露光後、アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリアミック酸被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し、ポリアミック酸を加熱硬化することでポリイミド着色膜を得る。
以上の工程を赤、緑、青の画素について行うと、液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。
【００８５】
次に、このカラーフィルターを用いて作成した半透過型液晶表示装置の一例について述べる。上記カラーフィルター上に、透明保護膜を形成し、さらにその上にＩＴＯ膜などの透明電極を製膜する。次に、このカラーフィルター基板と、金属蒸着膜などがパターニングされた半透過反射膜、半透過反射膜上の透明絶縁膜、さらにその上にＩＴＯ膜などの透明電極が形成された半透過反射基板とを、さらにそれらの基板上に設けられた液晶配向のためのラビング処理を施した液晶配向膜、およびセルギャップ保持のためのスペーサーを介して、対向させてシールし貼りあわせる。なお、半透過反射基板上には、反射膜、透明電極以外に、光拡散用の突起物、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、および走査線、信号線などを設け、ＴＦＴ液晶表示装置や、ＴＦＤ液晶表示装置を作成することができる。次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封止する。つぎに、ＩＣドライバー等を実装することによりモジュールが完成する。
【００８６】
【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。
以下で用いる「最適現像時間」とは、反射用領域の非感光性ペースト層が完全に現像される時間を指し、「現像マージン」とは反射用領域の非感光性ペースト層が完全に現像されてから、透過用領域の非感光性ペースト層へ現像液が浸透し始めるまでの時間をいう。
【００８７】
実施例１
Ａ．ポリアミック酸溶液の作製
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル ９５．１ｇおよびビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン ６．２ｇをγ−ブチロラクトン ５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 １４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ３．０ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
【００８８】
Ｂ．ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド １６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン １７６．７ｇ、およびビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン １８．６ｇをγ−ブチロラクトン ２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 ４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ２．２ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００８９】
Ｃ．非感光性黒色ペーストの作製
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４，４’− ジアミノジフェニルエーテル及びビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。
三菱化成（株）製カーボンブラック“ＭＡ１００”４．６ｇ、ポリイミド前駆体溶液２４ｇおよびＮ−メチルピロリドン６１．４ｇををホモジナイザーを用いて、７０００ ｒｐｍで３０分間分散し、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを調製した。
【００９０】
Ｄ．非感光性カラーペーストの作製
ピグメントレッドＰＲ２５４、３．６ｇ（８０ｗｔ％）、ピグメントレッドＰＲ１７７、０．９ｇ（２０ｗｔ％）とポリマー分散剤（ＰＤ） ２２．５ｇおよびγ−ブチロラクトン ４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール ２０．２ｇをガラスビーズ ９０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてＰＲ２５４とＰＲ１７７からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。
【００９１】
分散液（ＲＤ） ４５．６ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １８．２ｇをγ−ブチロラクトン ３９．５２ｇで希釈した溶液を添加混合し、顔料／樹脂比率が２５／７５である赤色カラーペーストを得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が６０／４０で、顔料／樹脂比率が３５／６５である緑色カラーペースト、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が２０／８０である青色カラーペーストを得た。各カラーペーストの固形分濃度は５．３％に調製した。
【００９２】
Ｅ．非感光性ペースト（透明樹脂層に用いる）の作製
ポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １６．０ｇをγ−ブチロラクトン ３４．０ｇで希釈し非感光性透明ペーストを得た。
【００９３】
Ｆ．感光性カラーレジストの作製
ピグメントレッドＰＲ２０９、７．０５ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３ｗｔ％溶液）７０．００ｇ、多官能モノマーとしてペンタエリスリトールテトラメタクリレート３０．００ｇ、光重合開始剤として“イルガキュア”３６９ １５．００ｇにシクロペンタノン２６０．００ｇを加えた濃度２０重量％の感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）１００ｇを加え、顔料／樹脂比率が２６／７４である赤色カラーレジストを得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が７０／３０で、顔料／樹脂比率が１０／９０である緑色カラーレジスト、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が１０／９０である青色カラーレジストを得た。各カラーレジストの固形分濃度は１７．２％に調製した。
【００９４】
コーニングジャパン株式会社製０．７ｍｍ厚ガラス基板“１７３７”上に、ポリアミック酸、カーボンブラック、溶剤からなる非感光性黒色ペーストを熱処理後の膜厚が１．０μｍとなるようスピンナーで塗布した。該塗膜を、１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジスト（東京応化株式会社製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。キャノン株式会社製紫外線露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”を用い、各色画素の周辺部に格子状にブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。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２．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の黒色塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、樹脂ブラックマトリクスを得た。
【００９５】
ブラックマトリクスがパターン加工されたガラス基板上に熱処理後の膜厚が５．０μｍになるようポリアミック酸、溶剤からなる非感光性ペーストをスピンナーで塗布した。該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジストを塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。透過用領域が画素の中央に配置され、赤、緑、青、各画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層が残るフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。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２．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、赤、緑、青画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層を得た。
【００９６】
次に透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が１．２μｍになるように、ポリアミック酸、赤顔料、溶剤からなる非感光性赤ペーストをスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。該塗膜の上に、反射用領域での熱処理後の膜厚が１．０μｍになるように、アクリルポリマー、アクリル系２官能モノマー、光開始剤、赤顔料、溶剤からなる感光性赤レジストをスピンナーで塗布した。該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理し、紫外線露光機を用い、同色画素の透過用領域間の遮光層上に５μｍのスリットが形成されるフォトマスクを介して、１００ｍＪ／ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、非感光性赤ペーストならびに感光性赤レジストが積層された着色層を現像時間を変えて、現像した。
【００９７】
赤画素と同様にして、緑画素、青画素についても、非感光性ペーストならびに感光性レジストからなる積層着色層を現像時間を変えて、フォトリソ加工し、カラーフィルターを作成した。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図１に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【００９８】
実施例２
各色画素の周辺部を格子状に、かつ異色隣接画素の透過用領域間にふくらみ線幅が周辺部遮光層の２倍の線幅となる領域を持つようにブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介し、樹脂ブラックマトリクス層を形成したこと、ならびに異色隣接画素の透過用領域間の着色層に除去部を形成するフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。透過用領域横の線幅のおおきな遮光領域は、固定スペーサーの突き当て部として設計されたものである。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図２に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【００９９】
実施例３
各色画素の周辺部が格子状に、かつ同色隣接画素の透過用領域間、ストライプ端部にふくらみ線幅が周辺部遮光層の２倍の線幅となる領域を持つようにブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介し、樹脂ブラックマトリクス層を形成したこと、ならびに同色隣接画素の透過用領域間であり、かつストライプの端部である領域の着色層に除去部を形成するフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。同色隣接画素の透過用領域間であり、かつストライプ端部に形成された線幅のおおきな遮光領域は、固定スペーサーの突き当て部として設計されたものである。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図３に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１００】
実施例４
各色画素の周辺部が格子状に、同色隣接画素の透過用領域間にふくらみ線幅が周辺部遮光層の２倍の線幅となる領域を持つようにブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介し、樹脂ブラックマトリクス層を形成したこと、ならびに同色隣接画素の透過用領域間に除去部を形成するフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。同色隣接画素の透過用領域間の線幅のおおきな遮光領域は、固定スペーサーの突き当て部として設計されたものである。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図４に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１０１】
実施例５
同色隣接画素の透過用領域のおおむね中間部にあるＴＦＴアレイ基板のコンタクトホールに対応する領域に除去部を形成するフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。
【０１０２】
最適現像条件により、得られた画素パターンを図５に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１０３】
実施例６
透過用領域を画素のストライプ長手方向の一端に寄せるようデザインされたフォトマスクを介して、透明樹脂層を形成したこと、ならびに配向制御用の突起状形成物に対応する領域に除去部を形成するフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図６に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１０４】
実施例７
実施例２で用いたフォトマスクを介して、ブラックマトリクスを形成したこと、ならびに実施例１で用いたフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図７に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１０５】
比較例１
同色隣接画素間の遮光部上にスリットを形成しないフォトマスクを介して、積層着色層を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルターを作成した。
最適現像条件により、得られた画素パターンを図８に示す。また、各色画素の最適現像時間ならびに現像マージンを表１に示す。
【０１０６】
【表１】

【０１０７】
実施例でのカラーフィルターの現像マージンは、いずれの実施例においても２０秒よりも長く、より安定してカラーフィルターを作成することが出来た。一方、比較例でのカラーフィルターの現像マージンがいずれの色でも２０秒以下、特に３色目に加工した青画素では１０秒以下であり、製造工程でのプロセス変動に対してのマージンがほとんど無かった。そのため、比較例で作成したカラーフィルター基板面内の一部には、透過用領域の非感光性ペースト層への現像液浸透が見受けられた。
【０１０８】
＜液晶表示装置の作成＞
実施例、および比較例で作成したカラーフィルター基板に１４００オングストロームの膜厚でＩＴＯ膜を製膜し、次に高さ３μｍの固定スペーサーを形成した。実施例６のカラーフィルター基板については、さらに配向制御用の円錐状樹脂突起物（高さ１．５μｍ、直径９μｍφ）を透明樹脂層と同様にして形成した。金属蒸着膜などがパターニングされた半透過反射膜、半透過反射膜上の透明絶縁膜、さらにその上にパターン加工されたＩＴＯ膜などの透明電極が形成され、さらにそれらの基板上に設けられた液晶配向のためのラビング処理を施した液晶配向膜を形成した半透過反射基板と該カラーフィルター基板とを対向させて、シールし貼りあわせる。なお、半透過反射基板上には、反射膜、透明電極以外に、光拡散用の突起物、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、および走査線、信号線などを設けることができる。次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封入する。つぎに、ＩＣドライバー等を実装することにより液晶表示装置が完成する。
【０１０９】
液晶表示装置の作成において、実施例６を除くすべての実施例、比較例においては、配向膜として通常の使用されているＴＮ方式用の配向膜、ならびにＴＮ液晶を用いた。実施例６については、垂直配向膜、ならびに垂直配向方式用の液晶を用いた。
実施例１から７および比較例１で作製したカラーフィルターを用いた半透過型液晶表示装置、それぞれ１０００個について、表示特性を全数検査した。
【０１１０】
実施例１から７のカラーフィルターを用いた半透過型液晶表示装置では、すべての液晶表示装置について、反射表示、透過表示とも所望の特性が得られた。一方、比較例１のカラーフィルターを用いた半透過型液晶表示装置では、１０００個中１２２個の液晶表示装置が透過表示での色純度が低下していた。これは、透過用領域への現像液の浸透によるカラーフィルターの色純度低下が原因であった。
【０１１１】
以上のように、本発明のカラーフィルターを用いることで反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にし、安定してカラーフィルターを製造することができた。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明は上述のごとく構成したので、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にしたカラーフィルターを低コストに安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例１）
【図２】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例２）
【図３】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例３）
【図４】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例４）
【図５】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例５）
【図６】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例６）
【図７】本発明のカラーフィルター加工の例（実施例７）
【図８】従来技術でのカラーフィルター加工の例（比較例１）
【図９】本発明のカラーフィルター加工の模式説明図
【図１０】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図１１】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図１２】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図１３】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図１４】従来のカラーフィルターの模式断面図
【符号の説明】
１ ：透明基板
２ ：ブラックマトリックス
３ ：透明樹脂層
４ ：着色層
５ ：無着色領域
６ ：透過用領域
７ ：反射用領域
８Ｂ：青画素領域
８Ｇ：緑画素領域
８Ｒ：赤画素領域
９ ：オーバーコート層
１４ａ：濃色着色層（透過用領域用）
１４ｂ：淡色着色層（反射用領域用）
２４ａ：感光性樹脂からなる着色層
２４ｂ：非感光性樹脂からなる着色層
２５：露光部
２６：未露光部
３４：感光性樹脂からなる着色層
３５：感光性樹脂と非感光性樹脂の積層膜からなる着色層
３６：着色層除去部
３７：配向制御用突起部

Claims (4)

1. 一画素中に透過用領域と反射用領域を含み、複数色の画素が配されたカラーフィルターであって、少なくとも１色の画素の透過用領域には複数の着色層が積層され、かつ反射用領域には透過用領域よりも少ない数の着色層が形成されており、透過用領域と反射用領域の少なくとも境界部には着色層以外の樹脂層が形成され、有効表示領域以外の着色層の一部に除去部を形成したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
2. 除去部を、遮光部、固定スペーサー形成部、コンタクトホール形成部、または配向制御用突起形成部に対応する領域の少なくとも何れか１ヶ所に形成したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
3. 積層された着色層のうち下層の着色層がポリイミド樹脂からなる請求項１または２のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルターを用いたことを特徴とする液晶表示装置。

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