(57)【要約】【課題】表示品位が高く、かつ、低コストで製造可能な液晶表示装置用カラーフィルターおよび液晶表示装置を提供する。【解決手段】基板上に少なくとも第１の着色層、第２の着色層および土台層が形成され、一画素中に第１の着色層および第２の着色層がこの順に積層された第１の領域と土台層と第２の着色層がこの順に形成された第２の領域が設けられ、かつ、表示領域外にも第１の着色層および第２の着色層がこの順に積層された領域が設けられた液晶表示装置用カラーフィルター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも第１の着色層、第２の着色層および土台層が形成され、一画素中に第１の着色層および第２の着色層がこの順に積層された第１の領域と土台層と第２の着色層がこの順に形成された第２の領域が設けられ、かつ、表示領域外に第１の着色層および／または第２の着色層が形成され、土台層は形成されない領域が設けられた液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項２】
第１の着色層および／または第２の着色層が形成され、土台層は形成されない領域が、額縁部に形成された請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項３】
表示領域外にダミー画素が設けられ、かつ、該ダミー画素の中に第１の着色層および／または第２の着色層が形成され土台層は形成されない領域が設けられた請求項１または２に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項４】
第１の着色層がポリイミド樹脂を含む請求項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。
【請求項５】
第２の着色層が感光性アクリル系樹脂の硬化物を含む請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項６】
第１の領域が透過用領域であり、第２の領域が反射用領域である請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィルターを用いた液晶表示装置。
【請求項８】
半透過型液晶表示装置である請求項７に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルター、特に、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に適したカラーフィルター、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。
【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、半透過半反射型表示方式（いわゆる半透過型）の液晶表示装置、（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】
半透過型液晶表示装置では、暗い場所ではバックライト光を利用する透過表示を行い、明るい場所では環境光を利用する反射表示を行うため、環境光強度によらず、視認性のよい表示を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。しかし、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。具体的には透過光の色鮮やかさ（色純度）を向上させると、反射光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（色純度、明るさ、および、色調）を同一に近づける方法が検討されてきた。たとえば、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方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。図１０は、この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、色調は反射表示と透過表示で異なってしまい、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できないという問題点があった。
【０００６】
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、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を積層させたカラーフィルターが提案されている（特許文献３、参照）。図１１は、特許文献３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、半透過フォトマスクを使用することにより、反射用領域の着色層２４ａの膜厚を、透過用領域の着色層２４ａの膜厚の１／２以下に調整することができ、反射表示での明るさを向上させることができる。また、着色層２４ａ、２４ｂ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の表示特性をそれぞれ所望の色調にすることができる。
【０００７】
しかし、感光性樹脂を含む着色層２４ａについては、反射用領域７の着色層を薄くすることができるものの、下層の非感光性樹脂を含む着色層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。
【０００８】
また、別の方法としては、図１２に示すように、透過用領域および／または反射用領域を複数の色材料で塗り分ける方法がある（例えば、特許文献４、特許文献５参照）。この方法では、透過用領域６と反射用領域７にそれぞれ適切な色材料を用いることで、反射表示と透過表示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。しかし、現在主流のフォトリソ法でこのようなカラーフィルターを作成するには、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。
【０００９】
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。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１０９４１７号公報（図１）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−３３７７８号公報（第３〜４頁、第２図、第８図）
【００１２】
【特許文献３】
特開２００２−３６５４１９号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−１８３６４６号公報（第１図）
【００１４】
【特許文献５】
特開２００１−２８１６４８号公報（第２〜３頁、図２）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、表示品位が高く、かつ、低コストで製造可能な液晶表示装置用カラーフィルターおよび液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【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）を得ることが工程増加を抑えて低コストで実現可能であり、かつ最外画素の反射用領域でのはがれを防止することができることを見出した。
【００１７】
すなわち、
（１）  基板上に少なくとも第１の着色層、第２の着色層および土台層が形成され、一画素中に第１の着色層および第２の着色層がこの順に積層された第１の領域と土台層と第２の着色層がこの順に形成された第２の領域が設けられ、かつ、表示領域外に第１の着色層および／または第２の着色層が形成され、土台層は形成されない領域が設けられた液晶表示装置用カラーフィルター。
【００１８】
（２）  第１の着色層および／または第２の着色層が形成され、土台層は形成されない領域が、額縁部に形成された（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００１９】
（３）  表示領域外にダミー画素が設けられ、かつ、該ダミー画素の中に第１の着色層および／または第２の着色層が形成され土台層は形成されない領域が設けられた（１）または（２）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２０】
（４）  第１の着色層がポリイミド樹脂を含む（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。
【００２１】
（５）  第２の着色層が感光性アクリル系樹脂の硬化物を含む（１）〜（４）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２２】
（６）  第１の領域が透過用領域であり、第２の領域が反射用領域である（１）〜（５）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２３】
（７）  （１）〜（６）のいずれかに記載のカラーフィルターを用いた液晶表示装置。
【００２４】
（８）  半透過型液晶表示装置である（７）に記載の液晶表示装置。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカラーフィルターについて、半透過液晶表示装置に基づいて説明する。半透過液晶表示装置においては、一画素内に透過用領域と反射用領域が設けられる。暗い場所ではバックライト光を利用する透過表示を行い、明るい場所では環境光を利用する反射表示を行う。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向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向するカラーフィルター画素領域が透過用領域となる。
【００２６】
本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図を図１に、模式平面図を図７に示す。基板上に、少なくとも第１の着色層２４ｂと、第２の着色層２４ａとが形成され、一画素中に、第１の着色層２４ｂおよび第２の着色層２４ａがこの順に積層された第１の領域６と、土台層３と第２の着色層２４ａがこの順に積層された第２の領域７とが設けられている。なお、ここでいう着色層とは、着色剤と樹脂を含み、液晶表示装置の発色のために用いられる層を指す。
【００２７】
第１の領域６と、第２の領域７との境界部には、土台層３によって段差１０が形成されている。ここで境界部とは、第１の着色層の輪郭線、すなわち、第１の着色層の最も外側の部分から±１０μｍ以内の範囲に含まれる領域のことを言う。なお、図１に示すように、第１の着色層の輪郭線が厚み方向に傾斜している場合には、第１の着色層が最も外側に出ている部分で見ればよい。これにより、簡単な工程で、正確な寸法の段差を形成することができる。ここで、土台層３としては、液晶表示装置の表示品位に悪影響を与えない点から、透明樹脂層または遮光層であることが好ましい。詳しくは、後述する。
【００２８】
第１の領域６は、液晶表示装置において、透過用領域として用いられ、第２の領域７は、液晶表示装置において、反射用領域として用いられる。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できる。また、第１の着色層と第２の着色層の着色および膜厚を適宜調整することで、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。なお、第１の着色層を複数の着色層を積層することによって形成しても良い。また、第２の着色層についても、同様に複数の着色層を積層することによって形成しても良い。しかしながら生産性の観点からは、第１の着色層１層と、第２の着色層１層とを組み合わせた２層積層構造であることがより好ましい。また必要に応じて、これらの層の上に、さらに第３の着色層や、オーバーコート層を積層しても良い。
【００２９】
第１の領域６と、液晶表示装置における透過用領域は、一致していることが好ましいが、厳密に一致して無くてもよい。第１の領域６のうち、面積にして１０％以下の領域が反射用領域となっていてもよい。第２の領域７と、液晶表示装置における反射用領域の関係についても同様である。
【００３０】
このような構成は、上記のように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、反射表示での明るさを向上することができ、さらに製造工程増加を抑えて安価に製造することができる。しかし、一方で、最外画素の反射用領域ではがれが発生しやすいという問題がある。特に、最外画素の中で、土台層が存在する領域において、着色層がはがれやすくなる。ここで、最外画素とは、図３における有効表示領域内の画素の中で最も外側に存在する画素のことである。
【００３１】
本発明のカラーフィルターは、上記のように第２の領域に土台層が存在し、第１の領域には土台層が存在しない。そのため、第２の領域の基板表面からの高さは第１の領域の基板表面からの高さより高くなる。したがって、第２の領域と第１の領域の両方にまたがる第２の着色層には応力がかかり、第２の領域で着色層が浮き上がる方向に力がかかってしまう。その場合でも着色層が隣の画素に連続していればはがれるようなことは少ないが、最外画素では隣の画素が存在しないため、はがれが発生しやすくなる。特に土台層が透明樹脂層である場合は、着色層と透明樹脂層の密着性が悪い傾向にあり、さらにはがれが発生しやすくなる。
【００３２】
本発明者らは、このようなはがれを防止する方法を鋭意検討した結果、図１３に示すように、着色層が形成され、土台層は形成されない領域３０を、最外画素３１より外側に設けることで、はがれ防止が可能であることを見出した。この有効表示領域外に着色層が形成され、土台層は形成されない領域３０を、以後接着用領域と呼ぶ。接着用領域３０は土台層が形成されていないため基板からの高さが低く、最外画素の反射用領域７の着色層を下に押さえる方向に力を働かせるため、はがれを防止することができる。また、万一、接着用領域の周辺に多少のはがれが生じたとしても、表示領域外であるため、表示に悪影響を与えない。
【００３３】
接着用領域の配置場所は最外画素に近い方が、はがれやすい着色層の領域が小さくなるので好ましい。接着用領域の端部と最外画素の透過用領域の端部との距離（図１３の４０）は、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００３４】
接着用領域の配置場所が表示領域外であるため、その大きさに特に限定はないが、あまり小さいと接着用領域としての効果が小さくなるので、その面積として、好ましくは５００μｍ２以上、より好ましくは１０００μｍ２以上である。逆にあまり大きくなってシール部にかかると好ましくないので、数画素分程度の大きさまでに抑えることが好ましい。接着用領域の形状には特に限定はないが、長方形や円形などの加工しやすい形状であることが好ましい。
【００３５】
接着用領域からはみ出した着色層の長さは可能な限り短い方が好ましい。ここでいう接着用領域からはみ出した着色層の長さとは、接着用領域の端部から着色層の端部までの長さ（図１３でいう４１）を指す。接着用領域からはみ出した着色層は、最外画素と同様にはがれが生じやすくなる。表示には直接関わらないものの、はがれが生じると不要な異物を発生させることになり好ましくない。はがれを生じさせないための長さは、好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下である。
【００３６】
図３に示すように、カラーフィルターは通常、複数の表示用画素が並んだ有効表示領域３２と、その外側にある額縁部３３からなる。したがって、この場合、接着用領域は額縁部３３に形成されることになる。額縁部が無い場合は、実質的に表示に使用される領域の外側に設けることになる。
【００３７】
接着用領域は、上記の条件を満たしていれば、どのような構造をとっても良いが、一つの方法は、図１４に示すように、ダミー画素３４を設ける方法である。ここで、ダミー画素とは、表示領域外に設けられた画素とほぼ同様の構造を有する構造物である。したがって、ダミー画素は、画素と同様に第１の領域および第２の領域が設けられているが、表示領域外であるので、表示には寄与しない。この場合、ダミー画素の第１の領域が接着用領域になる。ダミー画素は、画素とほぼ同様の構造を有するため、製造する際に、画素と同時に形成することが容易であるため好ましい。
【００３８】
ダミー画素を設ける場合は、図１５に示すように画面の上下左右全てに均等に設けることが好ましい。最外画素では現像液による加工がされやすく、上記した理由以外でもはがれが生じやすいからである。また、パネル工程でのラビングの均一性などの面からも上下左右均等であることが好ましい。通常、液晶表示装置の画素は、赤画素、緑画素、青画素の一組で正方形のピクセルを構成しているので、均等にするには、図１６に示すように赤画素５１Ｒ、緑画素５１Ｇ、青画素５１Ｂの一組分のダミー画素ピクセル５０を設けることが好ましい。
【００３９】
接着用領域における着色層は、第１の着色層および第２の着色層の両方を形成しても良いし、いずれか一方のみを形成しても良い。ダミー画素内に接着用領域を設ける場合は、第１の着色層および第２の着色層をこの順に形成した方が、画素と同じ構造になって、製造が容易になるので好ましい。特に、第１の着色層がポリイミド樹脂を含むものである場合は、ポリイミド樹脂の接着力が高いため、はがれを防止する効果がより高くなるので好ましい。
【００４０】
土台層の膜厚は、好ましくは１．５μｍ以上、１０μｍ以下、より好ましくは２．５μｍ以上、８μｍ以下、さらに好ましくは４μｍ以上、６μｍ以下である。膜厚が１０μｍを越えると、樹脂層を基板全体に均一な膜厚と形状で形成することが困難になることがある。逆に膜厚が１．５μｍより小さくなると、透過用領域と反射用領域の段差部が小さくなり、本発明のカラーフィルター製造に必要な、段差部でのエッチング速度低下が十分でなくなることがある。
【００４１】
第１の着色層の膜厚は、好ましくは０．３μｍ以上、５μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上、３μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以上、２．５μｍ以下である。膜厚は、第１の領域６の中央で測定する。膜厚が５μｍを越えるとパターン解像性が悪くなり、また耐溶剤性も悪くなりやすい。逆に膜厚が０．３μｍより小さくなると、土台層を形成した基板に塗布した際、凹凸に追随できず、膜切れによる未着色部が発生しやすくなる。
【００４２】
第２の着色層の膜厚は、好ましくは０．３μｍ以上、５μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上、３μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以上、２．５μｍ以下である。膜厚は、第２の領域７で測定する。膜厚が５μｍを越えるとパターン解像性が悪くなり、また耐溶剤性も悪くなりやすい。逆に膜厚が０．３μｍより小さくなると、樹脂層を形成した基板に塗布した際、凹凸に追随できず、膜切れによる未着色部が発生しやすくなる。
【００４３】
しかしながら、各層膜厚は所望するカラーフィルターの色特性や加工性とも関係するため、必ずしも膜厚差のみを考えて膜厚を決定する訳にはいかない。膜厚差よりもカラーフィルター色特性や加工性を優先させた場合、図１の構成のままでは適切な膜厚差範囲から外れることもあり得る。このような場合は、膜厚差を好ましい範囲にするために、オーバーコート層を設けることが出来る。例えば、図４に示すように、オーバーコート層９をカラーフィルターの第２の領域部分に形成して膜厚差を大きくしたり、図５に示すようにオーバーコート層９を形成して、オーバーコートのレベリング性を利用して膜厚差を小さくすることが出来る。また図６に示すように、オーバーコート層９をカラーフィルターの第１の領域部分に形成して膜厚差を小さくする方法も使用することができる。
【００４４】
なお、このようなオーバーコート層の形成は工程増加によるコストアップを伴うので、できればオーバーコート層なしで適切な膜厚差になるよう設計するのが好ましい。
【００４５】
必ずしも、カラーフィルターの全ての画素を、このような構造にする必要はなく、たとえば、赤画素、緑画素、青画素のうちの一色または二色をこのような構造にしても良い。どの画素を本発明の構造とするかは、用いるバックライト光源と環境光の特性差を勘案し、液晶表示装置の表示色（色純度、明るさ、色調）が目標の表示品位となるように決めればよい。通常の場合、カラーフィルターの全ての画素を、本発明の構造にすることが、表示品位の点で最も好ましい。
【００４６】
このようなカラーフィルターを製造する方法の一例について、図２を参照しながら説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ブラックマトリクス２を設けた基板１上に透明樹脂層３を設けることにより、段差を形成する。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の着色層２４ｂを形成するための非感光性着色被膜を形成し、続いてその上に第２の着色層２４ａを形成するための感光性カラーレジストを積層する。そして、フォトマスクを通して紫外線等を照射することにより、感光性カラーレジストの透過用領域６および反射用領域７に対応する領域を露光する。
【００４８】
次に、この基板を現像液で現像し、感光性カラーレジストの非露光部分を除去する。通常の現像条件で現像を行うと、感光性カラーレジストが除去されて露出した部分、すなわち非露光部分に対応する非感光性着色被膜がエッチングされて、いっしょに除去される。しかし、本発明においては、通常の現像条件よりも現像時間を長くするなどした、過現像条件で現像を行う。この場合、感光性カラーレジストについては、十分な露光量が照射されていれば、架橋が進行しており、現像条件によらず、一定のパターンを得ることができる。一方、非感光性着色被膜は、現像条件の影響を受けるので、現像時間が長くなると、エッチングがさらに進行する。ここで、発明者らは、非感光性着色被膜のエッチングが、透明樹脂層３により設けられた段差に到達すると、エッチング速度が非常に遅くなることを見いだした。この現象を利用して、非感光性着色被膜のエッチングを段差を設けた位置で止めることができる。その後、加熱硬化することにより、図２（ｃ）に示すように、第１の領域６に第１の着色層２４ｂと第２の着色層２４ａが積層され、第２の領域７には、透明樹脂層の上に第２の着色層２４ａのみが形成されたカラーフィルターが得られる。すなわち、一色の画素につき、１回の露光工程および１回の現像工程だけで、本発明の構造を有するカラーフィルターを製造することができる。
【００４９】
段差が小さすぎる場合は、非感光性ペーストのエッチング速度の低下が十分でなく、わずかな時間経過で現像液の浸透がおこり、本来現像されるべきではない第１の領域へのエッチングが進行する。すなわち、現像時間のマージンが狭くなり、安定した加工が難しくなる。反対に段差が大きすぎる場合は、特にダイコーティング法で塗布工程を行う場合、段差部において非感光着色被膜や、感光性カラーレジストの膜切れが生じ、未着色部（色抜け）が発生するおそれがある。
【００５０】
前記のように、本発明においては、現像性を制御するために、基板上に土台層を設けることによって、第１の領域（以下、透過用領域という）と第２の領域（以下、反射用領域という）の境界部に、段差形状を形成する。
【００５１】
土台層としては、液晶表示装置の表示品位に悪影響を与えない点から、透明樹脂層もしくは遮光層が好ましい。より好ましくは、土台層が透明樹脂層であって、反射用領域全体に透明樹脂層が形成される方が、液晶表示装置の表示品位をより高くしやすいので好ましい。ここで「透明」とは、具体的には、透明樹脂層を形成する樹脂の可視光領域の光の平均透過率が８０％以上であることをいう。図１、図７は反射用領域全体に樹脂層が形成されている例を示したものであり、透過用領域６は２層の着色層が積層されており、反射用領域７は１層の着色層と透明樹脂層３が積層されている。
【００５２】
反射用領域に形成する透明樹脂層には、光の散乱機能を持たせても良い。これにより反射膜による光の干渉現象を抑え、反射表示で虹色の模様が見えてしまう問題を解消できる。また、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る。さらに、透過表示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。透明樹脂層に光の散乱機能を持たせる方法の一つは、透明樹脂層中に透明樹脂層とは屈折率の異なる粒子を存在させることである。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。粒子の粒径としては０．１〜１０μｍの範囲が好ましく、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。
【００５３】
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配置されることが好ましい。特に、各画素において、段差パターンの形状および第２の着色層パターンの形状の両方がアイランド形状であるか、もしくは、両方がストライプ形状であり、かつ、段差パターンの重心と、第２の着色層パターンの重心とが同じであることが好ましい。ここで、段差パターンおよび第２の着色層パターンとは、画素を上面から見た際の段差の平面形状および第２の着色層の輪郭線の平面形状のことを言う。また、アイランド形状とは、図８に示すように、パターンが各画素ごとに独立していることを言う。また、ストライプ形状とは、図９に示すように、パターンが長辺方向に連続していることを言う。また、ここでいう「重心」とは、パターン長辺の中心線とパターン短辺の中心線の交点を指す。「重心が同じ」とは、段差パターンの重心が、第２の着色層パターンの重心から、第２の着色層パターンの長辺、および短辺の長さのそれぞれ５％以内にあることをいう。ちなみに、ストライプ形状の場合は、短辺のみで見ればよい。
【００５４】
また、アイランド形状の場合、段差パターンおよび第２の着色層パターンの形状が類似していることが好ましい。ここでパターンの形状が類似しているとは、それぞれのパターンの縦横比、すなわち短辺を１として、長辺を規格化したときの値を比較し、段差パターンの縦横比が第２の着色層パターンの縦横比の３０％以内になることを言う。
【００５５】
段差パターン、および第２の着色層パターンの配置および形状をこのようにすることにより、パターン端部より進行する第１の着色層の現像の進行が、各方向から、ほぼ同時に段差に到達するようになる。これにより透過用領域への不要なエッチングを起こりにくくすることができ、カラーフィルターを安定的に製造可能であるため好ましい。段差パターン、および第２の着色層パターンの配置および形状が上記の範囲から外れると、ある特定の段差部分のみが長い時間現像液にさらされ、その結果、透過用領域の第１の着色までも現像液が浸透して、溶解してしまうおそれがある。
【００５６】
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、第１の着色層と第２の着色層の着色が異なることが好ましい。「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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、第１の着色層および第２の着色層の膜厚を調整することによっても、透過表示と反射表示の色純度、明るさ、色調を調整することができる。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できる。
【００５９】
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できる。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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、各層の好ましい組成および形成方法について説明する。遮光層としては通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ  約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスが用いられる。樹脂ブラックマトリックスが好ましい。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック７、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。
【００６２】
透明樹脂層およびオーバーコート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。中でも、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。アクリル系樹脂に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。
【００６３】
感光性レジストを用いて透明樹脂層またはオーバーコート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、透明樹脂層またはオーバーコート層が得られる。
【００６４】
透明樹脂層またはオーバーコート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またはオーバーコート層を形成する基板の距離を変えることで透明樹脂層またはオーバーコート層の表面の丸みや平坦性を制御することが可能である。
【００６５】
透明樹脂層およびオーバーコート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。透明樹脂層またはオーバーコート層を非感光性ペーストで形成した場合は、透明樹脂層またはオーバーコート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またはオーバーコート層を形成することが可能である。
【００６６】
非感光性ペーストを用いて透明樹脂層またはオーバーコート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またはオーバーコート層を形成し加熱硬化させる。
【００６７】
第１の着色層は、非感光性カラーペーストを塗布した後、乾燥することにより非感光性着色塗膜を形成し、該非感光性着色塗膜をパターン加工した後、加熱硬化させることにより、好ましく形成することができる。また、第２の着色層は、感光性カラーレジストの溶液を塗布した後、乾燥することにより感光性カラーレジスト層を形成し、該感光性カラーレジスト層を光硬化させることにより、好ましく形成することができる。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。
【００６８】
感光性カラーレジストは、着色剤と樹脂成分を含み、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。
【００６９】
感光性カラーレジストに使用する好ましい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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。これらの多官能およ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。
【００７４】
光重合開始剤としては、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。
【００７５】
光重合開始剤の添加量としては、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。
【００７６】
非感光性カラーペーストは、着色剤と樹脂成分を含み、感光成分を含まない以外は、上記の感光性レジストに用いられる材料と、同様の材料を用いることができる。
【００７７】
非感光性カラーペーストに使用する好ましい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、加熱また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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
次に、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。
【００８２】
本発明に使用される着色剤は、有機顔料、無機顔料、染料を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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
本発明のカラーフィルターの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。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分加熱乾燥（セミキュア）を行うことが好ましい。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（プリベーク）。次に、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た後、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。
【００８７】
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た後、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。この時に、最外画素の外側に接着用領域が形成されたフォトマスクを使用する。透明樹脂層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００８８】
次に第１の着色層と第２の着色層を積層して画素を形成する。まず、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乾燥し、非感光性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の上に、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、フォトマスクと露光装置を用いて、感光性アクリル着色被膜に紫外線をパターン状に照射する。この時に、最外画素の外側に接着用領域が形成されたフォトマスクを使用する。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非感光性ポリアミック酸着色被膜のエッチングを同時に行う。
【００８９】
非感光性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。
【００９０】
感光性アクリル着色層を積層しない画素がある場合は、非感光性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、フォトマスクと露光装置を用いて、該フォトレジスト被膜に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非感光性ポリアミック酸着色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、非感光性ポリアミック酸着色被膜を加熱硬化することでポリイミド着色膜を得る。
【００９１】
以上の工程を赤、緑、青の画素について行う。必要であれば、さらに以下のようにオーバーコート層を形成する。
【００９２】
オーバーコート層をパターン加工する場合、たとえば、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーおよび光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂と溶剤とからなる感光性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〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル被膜に所望のパターンが形成されたフォトマスクと露光装置を用いて紫外線を所望のパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル被膜のエッチングを行う。オーバーコート層のパターン加工をしない場合は、たとえば、非感光性のエポキシ、アクリルエポキシ、アクリル、シロキサンポリマ系、ポリイミド、ケイ素含有ポリイミド、ポリイミドシロキサン等の樹脂と溶剤からなる溶液を塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより被膜を形成する。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〜３時間行うのが好ましい。このようにして液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。
【００９３】
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。カラーフィルターの上にＩＴＯ膜などの透明電極を製膜する。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対向基板とを、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、対向基板上には、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。次に、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。
【００９４】
【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。
【００９５】
実施例１
Ａ．ポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）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。
【００９６】
Ｂ．ポリマー分散剤（ＰＤ）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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを調製した。
【００９９】
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％）、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。このようにして顔料としてＰＲ２５４とＰＲ１７７を含む分散液（ＲＤ）を得た。
【０１００】
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。
【０１０１】
Ｅ．透明樹脂層に用いる非感光性ペーストの作製
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。
【０１０２】
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て除去し、赤色分散液を得た。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（登録商標）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（登録商標）”３６９  １５．００ｇにシクロペンタノン２６０．００ｇを加え、濃度２０重量％の感光性アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）を得た。前記赤色分散液に感光性アクリル樹脂溶液（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。
【０１０３】
Ｇ．カラーフィルターの作製と評価
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、上記Ｃで調製した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て、黒色塗膜を形成した。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／ｃｍ２（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および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。
【０１０４】
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４．０μｍになるよう上記Ｅで調製した非感光性透明ペーストをスピンナーで塗布して塗膜を形成した。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。額縁上に接着用領域を設けたフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。
【０１０５】
一画素全体のサイズは４６μｍ×１３８μｍの長方形、このうち透過用領域は３０μｍ×８８μｍの長方形で、透過用領域の中心は画素中心から縦方向に１５μｍずらした。接着用領域の形状は３０μｍ×３０μｍの正方形、接着用領域の端部は最外画素の透過用領域の端部から５０μｍ、接着用領域からはみ出した部分の長さは１０μｍとし、額縁の上下左右に赤緑青１セットづつ配置した。
【０１０６】
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および非感光性透明ペースト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形成した。
【０１０７】
次に透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が１．５μｍになるように、上記Ｄで調製した非感光性赤色ペーストをスピンナーで基板上に塗布し、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２．０μｍになるように、上記Ｆで調製した赤色カラーレジストをスピンナーで塗布して塗膜を形成した。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、額縁上に接着用領域を設けたフォトマスクを介して、１００ｍＪ／ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。接着用領域の端部から着色層の端部までの長さは３０μｍとした。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、非感光性赤色被膜ならびに赤色カラー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。
【０１０８】
赤画素と同様にして、緑画素、青画素についても、同様にして非感光性緑色、青色ペーストならびに緑色、青色カラーレジストを塗布し、これらの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。
【０１０９】
このカラーフィルターにγ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物と、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを反応させることにより得られる硬化性組成物の溶液を、スピンコートした後、２６０℃で１０分間熱処理し、画素外領域で膜厚１．５μｍのオーバーコート層を形成した。
【０１１０】
この基板に１４０ｎｍ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。一方、薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、走査線、信号線、透明電極からなる駆動素子基板上に、コンタクトホールを備えた光拡散用の樹脂突起層、さらにその上にアルミ蒸着膜をパターンニングした半透過反射膜を形成し、対向基板を作成した。次に、カラーフィルター基板と対向基板の双方に配向膜を形成してラビング処理を施し、両基板を対向させて、シールし貼りあわせた。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、注入口を封入した。配向膜、液晶としては、通常のＴＮ方式用の配向膜ならびにＴＮ液晶を用いた。次に、ＩＣドライバー等を実装することにより液晶表示装置を完成させた。
【０１１１】
以上の工程でカラーフィルターの着色層のはがれは発生しなかった。
【０１１２】
実施例２
実施例１において、表示領域と全く同じ構成のダミー画素を形成した。すなわち、接着用領域の形状は透過用領域と同じで、３０μｍ×８８μｍの長方形、接着用領域の端部は最外画素の透過用領域の端部から５０μｍ、接着用領域の端部から着色層の端部までの長さは４０μｍとなった。
【０１１３】
液晶表示装置を完成するまでの工程でカラーフィルターの着色層のはがれは発生しなかった。
【０１１４】
比較例１
実施例１において、接着用領域を設けないフォトマスクを使用して加工を行った。その結果、最外画素の反射用領域にはがれが発生した。
【０１１５】
【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、さらには最外画素の反射用領域でのはがれを防止するカラーフィルターおよび液晶表示装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図
【図２】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図
【図３】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図４】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図
【図５】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図
【図６】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式断面図
【図７】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図８】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図９】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【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】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図１４】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図１５】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【図１６】本発明のカラーフィルターの一例を示す模式平面図
【符号の説明】
１  ：透明基板
２  ：ブラックマトリックス
３  ：土台層
４  ：着色層
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
３０：接着用領域
３１：最外画素
３２：表示領域
３３：額縁
３４：ダミー画素
４０：接着用領域の端部と最外画素の透過用領域の端部との距離
４１：接着用領域からはみ出した着色層の長さ
５０：ダミー画素ピクセル
５１Ｒ：赤ダミー画素
５１Ｇ：緑ダミー画素
５１Ｂ：青ダミー画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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