(57)【要約】【課題】透過表示および反射表示がともに良好で、特に反射率が大きくかつ安価なカラーフィルターを提供する。【解決手段】高屈折率膜と低屈折率膜を交互に３層以上積層した多層膜を設け、その上に顔料を分散した着色膜を設けた多層膜付きカラーフィルターであって、多層膜の最上層膜の屈折率をｎ１、着色膜の屈折率をｎ２としたとき、｜ｎ１−ｎ２｜≧０．３を満たす液晶表示用カラーフィルター、およびそれを用いた液晶表示装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に高屈折率膜と低屈折率膜を交互に３層以上積層した多層膜を設け、その上に顔料を分散した着色膜を設けた多層膜付きカラーフィルターであって、多層膜の最上層膜の屈折率をｎ１、着色膜の屈折率をｎ２としたとき、｜ｎ１−ｎ２｜≧０．３を満たすことを特徴とする液晶表示用カラーフィルター。
【請求項２】
多層膜が誘電体からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示用カラーフィルター。
【請求項３】
着色膜が、ポリイミド樹脂に着色用顔料を分散した着色膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示用カラーフィルター。
【請求項４】
着色用顔料に体質顔料を加え、屈折率を調整した着色膜を用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示用カラーフィルター。
【請求項５】
多層膜上に樹脂からなるブラックマトリックスおよび着色膜をこの順に設け、さらにその上に透明保護膜および透明導電膜を設けたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示用カラーフィルター。
【請求項６】
多層膜上に樹脂からなるブラックマトリックス、着色膜、透明保護膜および透明導電膜をこの順に設け、さらにその上に樹脂からなる固定されたスペーサーを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示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ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示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し、とくに透過および反射の両特性を具備する半透過型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。
【背景技術】
【０００２】
現在の液晶表示装置は簡便な画像表示能力の利点を活かし、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、デスクトップモニタを初め様々な用途で使用されている。従来の技術としてバックライトを光源として使用する透過型液晶表示装置があるが、低消費電力化を進めるために光源光の利用効率を高めることが求められており、その１つの手段としてカラーフィルターの高透過率化が要求されている。しかし、カラーフィルターの透過率は年々向上しているものの、現状ではこれ以上の消費電力の大幅な低下は望めなくなってきており、電力消費量の大きなバックライト光源を必要とせず、光源を外光に求めた反射型液晶表示装置の開発が進められている。これは透過型液晶表示装置に比べ、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るが、十分な外光強度が確保されない場所では視認性が極端に低下するという問題点がある。そこで、外光強度を補い視認性を向上する方法として、反射膜に光を透過するための開口部を設け、面積分割した開口ミラーとすることにより、バックライトの光利用効率を向上させ透過および反射をともに表示できる機能を兼ね備えた方式が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、補助光源としてフロントライトを設けた反射表示方式（特許文献２参照）や透過表示と反射表示の機能を兼ね備えた半透過膜を背面側に装備するいわゆる半透過型表示方式などが提案されている（特許文献３参照）。また、半透過膜上にカラーフィルターを作成する方式も提案されている（特許文献４）。
【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、Ｐ．１２６
【特許文献１】特開平１１−５２３６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１５６５２号公報
【特許文献３】特開平１１−１８３８９２号公報
【特許文献４】特開平１０−７８５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記半透過方式のうち、反射膜に開口部を設けて透過領域と反射領域を分割する方式としては、反射膜として主にアルミニウムや銀などの金属および金属酸化物が用いられている。これらの金属膜は、可視領域、特に400〜500nmの低波長域において吸収をもっているため反射率が低下するという問題があった。また、反射膜上にカラーフィルターを作製する際においても、金属膜の耐熱性や耐溶剤性が悪く、使用する材料や温度条件を限定せざるを得なかった。
【０００６】
全面において透過および反射機能を持った半透過膜は、いわゆるハーフミラー膜と呼ばれ、金属薄膜で作製する方式と誘電体の多層膜で作製する方式とがある。金属薄膜を用いる方式では、前記開口部方式と同様にアルミニウムや銀などの金属を用いるため、可視領域、特に低波長域での吸収による反射率低下があり、また耐熱性および耐溶剤性が悪いため使用材料、温度条件などが限定される。
【０００７】
これに対して誘電体の多層膜自体は膜での吸収がなく光学特性に優れており、かつ耐熱性、耐溶剤性にも優れている。ただし、誘電体の多層膜単体で所定の反射率を有していても、半透過膜上にカラーフィルターを作製した場合は着色膜の屈折率が反射率に影響する。多層膜の層数が１層、あるいは特許文献４に記載されているように多層膜の層数が２層では、カラーフィルターを作製しても高い反射率が得られず、液晶パネルとして必要とする反射率が得られない。反射率を高くするためには誘電体の層数を多くする必要があるが、層数をあまり多くすることは製造コストが大きくなり実用的ではなく、製造コストか反射率のどちらかを犠牲にする必要があった。
【０００８】
そこで本発明の課題は、多層膜を有するカラーフィルターにおいて、低コストで反射率を向上し、かつ液晶パネルの透過率、反射率の光学設計を容易にすることが可能な液晶表示用カラーフィルター、およびそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示用カラーフィルターは、透明基板上に高屈折率膜と低屈折率膜を交互に３層以上積層した多層膜を設け、その上に顔料を分散した着色膜を設けた多層膜付きカラーフィルターであって、多層膜の最上層膜の屈折率をｎ１、着色膜の屈折率をｎ２としたとき、｜ｎ１−ｎ２｜≧０．３を満たすことを特徴とするものからなる。
【００１０】
この液晶表示用カラーフィルターにおいては、上記多層膜が誘電体からなることが好ましい。
【００１１】
また、上記着色膜としては、ポリイミド樹脂に着色用顔料を分散した着色膜であることが好ましい。
【００１２】
また、上記着色膜として、着色用顔料に体質顔料を加え、屈折率を調整した着色膜を用いることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る液晶表示用カラーフィルターにおいては、多層膜上に樹脂からなるブラックマトリックスおよび着色膜をこの順に設け、さらにその上に透明保護膜および透明導電膜を設けた構成を採ることができる。
【００１４】
さらに、多層膜上に樹脂からなるブラックマトリックス、着色膜、透明保護膜および透明導電膜をこの順に設け、さらにその上に樹脂からなる固定されたスペーサーを有する構成を採ることもできる。
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置は、このようなカラーフィルターを用いたことを特徴とするものからなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に３層以上積層した多層膜とその上に設けられた着色膜について、多層膜の最上層膜の屈折率ｎ１と着色膜の屈折率ｎ２とが｜ｎ１−ｎ２｜≧０．３を満たす液晶表示用カラーフィルターとしたので、多層膜と着色膜の界面での反射率を向上させることができ、多層膜の層数を多くすることなく低コストで、液晶表示パネルとしての反射率を向上させることができる。
【００１７】
また、多層膜を誘電体にすることによって、吸収がなく可視領域全域で均一な望ましい透過率および反射率を得ることができ、また、耐熱性および耐溶剤性に優れているため、カラーフィルター作製工程や液晶表示装置作製の後工程などにおける高温での処理等に耐えることができる。
【００１８】
さらに、ポリイミド樹脂を着色膜のマトリックス樹脂として使用してカラーフィルターを作製することによって、より耐熱性の高いカラーフィルターを作製することができる。また、着色膜中の体質顔料の含有量を変化させることにより着色膜の屈折率を調整することが可能となり、多層膜の積層数を増やすことなく、低コストで反射率を目標とする値に調整できる。このため、液晶表示パネルとしての透過／反射の設計を容易に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、本発明に係るカラーフィルターを用いた液晶表示装置の構成例を示す。図１において、１は透明基板を示しており、この透明基板１上に、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に３層以上積層した多層膜からなる半透過膜２が設けられている。半透過膜２の上には、樹脂ブラックマトリックス３、着色膜４がこの順に設けられ、その上に、透明保護膜５、透明導電膜６がこの順に設けられており、さらにその上に、樹脂からなるスペーサー７（図示例ではプラスチックビーズ）が設けられている。このスペーサー７を介して対向基板８が設けられるとともに、反対側にはバックライト９が設けられている。図１における１０は自然光、１１は反射表示光、１２は透過表示光を、それぞれ示している。図２は、別の実施態様に係る液晶表示装置の構成例を示しており、本実施態様では、図１に示したものに比べ、スペーサー１３が固定されたスペーサーに構成されている。
【００２０】
多層膜からなる半透過膜２は、例えば図３に示すような積層構成を有している。図示例では、高屈折率膜１４と低屈折率膜１５が交互に各々３層づつ積層されている。
【００２１】
本発明における透明基板としては、特に限定されるものではないが、アルカリガラス、無アルカリガラスなどのガラス板やポリカーボネート、ポリメタクリレートなどの樹脂板を用いることができる。これらの中で１７３７（コーニング社製）、ＯＡ１０、ＯＡ１０Ｆ（日本電気硝子社製）、ＮＡ３５（ＮＨテクノグラス社製）などの無アルカリガラスがアルカリ溶出性、耐熱性、耐薬品性、清浄度などから好適である。
【００２２】
本発明における半透過膜は、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に順次積層した積層構造からなり、これによって入射した光の一部は高屈折率膜にて反射され、高屈折率膜を透過した光は低屈折率膜で反射され、これらの反射光が干渉することによって増反射が生じて反射性能が著しく高められる。設計により高屈折率膜と低屈折率膜のどちらが透明基板のすぐ上でもよく、また最上層がどちらになってもよい。
【００２３】
高屈折率膜の材質としてはＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＳｎＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5などを用いることができ、屈折率の範囲は２．０〜２．８が好ましい。これに対して低屈折率膜の材質としては、例えばＳｉＯ2、ＡｌＦ3、ＣａＦ2、ＭｇＦ2、Ａl2Ｏ3などを用いることができ、屈折率の範囲は１．３〜１．７が好ましい。このとき高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚をそれぞれ２．５〜２００ｎｍの範囲で半透過膜を作製すると増反射が顕著になる。半透過膜の作製方法は特に限定されるものではないが、通常真空蒸着やスパッタリングなどで作製される。
【００２４】
半透過膜の積層数を変更することによって反射率や透過率の設定を変更することができるため、液晶パネルとしての透過／反射の光学設計が可能である。しかし前述の真空蒸着やスパッタリングで積層膜を多くすると製造コストが大となるため、３層〜１２層程度が好ましい。また製造コストの面では少しでも積層数および総膜厚は少ない方がよい。
【００２５】
本発明で規定したように、半透過膜の最上層膜とカラーフィルターの屈折率差を０．３以上とすることにより、半透過膜の最上層膜とカラーフィルター層の屈折率差による反射分が寄与することになり、半透過膜の層数を増やすことなく低コストで反射輝度を高めることができる。
【００２６】
着色層は少なくとも赤、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。ただし、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。
【００２７】
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よい。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．を付するものである（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４など）。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．の表記は省略する（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４ならば、ＰＲ２５４）。
【００２８】
本発明のカラーフィルターによれば、赤着色層用着色剤は、ＰＲ２４２、ＰＲ２５４、キナクリドン骨格を持つ顔料、ＰＯ３８、ＰＹ１７、ＰＹ１３８、ＰＹ１５０を使用することがより好ましい。緑着色層用着色剤は、ＰＧ７、ＰＧ３６、ＰＹ１７、ＰＹ１３８、ＰＹ１５０を使用することがより好ましい。また、青着色層用着色剤はＰＢ１５（１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６）、６０、ＰＶ１９、２３を使用することがより好ましい。
【００２９】
また、着色層のマトリックス樹脂としては特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂などあるいはこれらの２種以上の混合物などからなるポリマーに前記顔料などの着色剤を分散混合して赤、青、緑の画素を形成したものが用いられる。なかでもポリイミド樹脂膜またはアクリル樹脂膜であることが好ましい。これらの樹脂は、他の材料で着色膜を形成する場合と比べて同等若しくはより簡便なプロセスで着色層を形成できるからである。とくにポリイミド樹脂膜は、パターン加工性がよく、耐熱性、耐溶剤性に優れるため特に好ましい。
【００３０】
ポリイミド樹脂としては、特に限定されないが、通常下記の一般式化１で表される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を、加熱もしく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。
【００３１】
【化１】
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【００３２】
また、ポリイミド樹脂には、イミド結合の他に、アミド結合、スルフォン結合、エーテル結合、カルボニル結合などのイミド結合以外の結合が含まれていても差し支えない。上記一般式化１中、Ｒ1は少なくとも２個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基である。耐熱性の面から、Ｒ1は環状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０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が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３３】
上記一般式化１中、Ｒ2は少なくとも２個以上の炭素原子を有する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ2は環状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０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、ジシクロヘキシルメタン基などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
一般式化１を主成分とするポリマにおいては、Ｒ1、Ｒ2が上記したもののうち、各々１種類から構成されていてもよいし、各々２種以上から構成される共重合体であってもよい。さらに、基板との接着性を向上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合するのが好ましい。
【００３５】
一般式化１を主成分とするポリマの具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノ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’−ビフェニルトリフルオロプロパンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無水物と、パラフェニレンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、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、３，３’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノベンズアニリドなどの群から選ばれた少なくとも１種以上のジアミンから合成されたポリイミド前駆体が挙げられるが、これらに限定されない。これらのポリイミド前駆体は公知の方法、すなわち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わせ、溶媒中で反応させることにより合成される。
【００３６】
これらの樹脂および着色用顔料による着色膜を用いて半透過膜上のカラーフィルターを設計することも可能であるが、着色膜中に各種の体質顔料を入れると着色膜の屈折率を調整することができる。これにより半透過膜の使用材料および積層数の自由度が高まり、液晶表示パネルの透過／反射設計が容易になる。
【００３７】
例えば、ポリイミド樹脂の屈折率は通常１．７０〜１．７５であるが、所望の色特性にするために使用される顔料の種類や含有量の違いによって着色層の屈折率は１．３〜２．０まで変化する。このとき半透過膜の最上層膜との屈折率を最適にするために着色膜中に各種の体質顔料を入れて含有量を変化させるすることにより屈折率を調整することができる。
【００３８】
体質顔料としては、例えば無機粒子では、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料などが好ましい。これらの体質顔料の屈折率は１．３〜２．８であり、樹脂への含有量としては１０〜５０重量％が好ましい。
【００３９】
これらの体質顔料を着色膜中に含有し、屈折率を調整したポリイミド樹脂の着色膜でカラーフィルターを作製することにより、半透過膜として使用する材料の選択幅が広がり、液晶パネルの透過率、反射率を所望の状態にすることが可能となる。また半透過膜の積層数を少なくすることが可能となるため製造コストを低くすることも可能となる。
【００４０】
これらの着色用顔料、樹脂および必要に応じて体質顔料から構成される着色膜のパターン形状については、ストライプ状、アイランド形状などが挙げられるが、特に限定されるものではない。着色膜の形成方法については、フォトリソ法、印刷法、電着法等が挙げられるが特に限定されない。パターン形成性などを考慮すると、フォトリソ法で行うことがより好ましい。フォトリソ法で行われる場合はペースト状にした着色膜をスピンコータ、ロールコータ、ダイコータなどの塗布装置で均一に塗布し、その後、露光、現像などを含む加工を行ってパターン形成する。
【００４１】
各画素間にはコントラストの向上などのため遮光膜を設けてもよい。具体的にはカーボンや酸化チタンなどの顔料を分散した樹脂などが使用される。樹脂はアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂などあるいはこれらの２種以上の混合物などからなるポリマーが用いられる。特にポリイミド樹脂はパターン加工精度に優れ好適である。これらの顔料分散されたブラック用樹脂も前述の着色膜と同様な方式でパターン形成される。
【００４２】
また、カラーフィルターの平坦性を向上させるため着色膜上に保護膜を設けることができる。保護膜材料としては、エポキシ樹脂、アクリルエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素含有ポリイミド樹脂、ポリイミドシロキサン樹脂等が挙げられるが、好ましくは、アクリルモノマーやエポキシモノマーを含む硬化収縮の小さい付加重合化合物による樹脂が好適である。透明保護膜はスピンコータ、ロールコータ、ダイコータ、印刷法、ディップ法などの塗布装置により、カラーフィルター上に塗布して形成される。
【００４３】
塗布に用いられる樹脂溶液組成物は、固形分濃度が高く塗膜収縮が小さいこと、粘度が低くカラーフィルター全体に均一に塗布できることが求められる。好ましくは、固形分濃度２０重量％以上５０重量％以下、さらに好ましくは２５重量％以上３５重量％以下である。また、粘度は好ましくは、５ｍＰａ・ｓ以上３５ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは５ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下である。
【００４４】
半透過膜上に形成したカラーフィルター基板と対向基板を貼り合わせる際には、所定のセルギャップを得るために通常球状のスペーサーが散布されるが（図１）、樹脂からなる固定されたスペーサーをカラーフィルター上に設けてもよい（図２）。散布された球状スペーサーの場合は、スペーサーの凝集やめり込みなどが起こりやすく、基板間のギャップが不均一になりギャップムラが発生し、反射光でこのムラが顕著に見える場合がある。カラーフィルター上に樹脂からなる固定されたスペーサーを設けることによりこの問題を防止することができる。
【００４５】
樹脂からなる固定されたスペーサーは、ポジ型およびネガ型の感光性樹脂のいずれを用いてもよいが、要求される機械的強度などを考慮して選択される。ポジ型レジストとしては、特に限定されるものではないが、ノボラック樹脂とナフトキノンジアジスルホン酸エステルとの混合物が好ましく用いられる。またネガ型レジストとしては、環化ゴムービスアジド系、フェノール樹脂ーアジド系、アクリル系樹脂、化学増感系などが挙げられ、たとえばアクリル系樹脂の場合、分子量１０００〜２０００のオリゴマーが好適に用いられ、ポリエステルアクリレートまたは、フェノールノボラックエポキシアクリレート、ｏ−クレゾールノボラックエポキシアクリレート等のエポキシアクリレート、あるいは、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴマーアクリレート、アルキドアクリレート、メラミンアクリレート等を挙げることができ、また多官能光重合性アクリレートモノマーとしては、１，４−ブタンジオールジアクリレート、ジ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、ペンタエリスリトールトリアクリレート、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アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどが挙げられる。
【００４６】
樹脂からなる固定されたスペーサーを形成する方法としては、たとえば、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などがある。樹脂を塗布する方法としては、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーによる方法などがあるが、均一な高さの形状を形成する点からはダイコーティング法が好ましい。この後、真空乾燥を行い、さらにオーブンやホットプレートを用いて加熱してもよい。このようにして得られたスペーサーはその後、露光・現像を行い再度加熱する。このとき露光量は樹脂の膜厚、スペーサーの面積などにより異なる。
【００４７】
スペーサーの形状としては、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、長円系、正方形、長方形、三角形、その他の多角形等適宜選択される。スペーサーの大きさも特に限定されるものではなく、適正な大きさはパネルの設計やパネルの製造条件により異なるが、円形であれば１０μｍφ〜２０μｍφが望ましい。
【００４８】
以下にカラーフィルター作製方法の一例を述べるが、本発明のカラーフィルターの製造方法は特に限定されない。ＴｉＯ2とＳｉＯ2を各３層ずつスパッタリング法によって積層した透明基板上に少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペーストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリイミド前駆体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、５０〜１８０℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリイミド前駆体着色被膜に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。まず、ポリイミド前駆体着色被膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて該フォトレジスト被膜上にマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体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する。
【００４９】
ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２９０℃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。以上の工程を赤、緑、青のカラーぺースト、必要に応じてブラックのカラーぺーストについて行うと、液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。
【００５０】
次に、このカラーフィルターを用いて作成した液晶表示装置の一例について述べるが、本発明のカラーフィルターを使用する半透過液晶表示装置は特に限定されない。上記半透過膜付き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膜などの透明導電膜を成膜する。さらに必要に応じて樹脂からなるスペーサーを形成する。このカラーフィルター基板と対向電極を設けた基板とを、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を設けた後、カラーフィルター上の樹脂からなるスペーサーを介して、対向させて貼り合わせる。樹脂からなるスペーサーを形成していない場合はビーズスペーサーを散布してから貼り合わせる。なお、対向電極基板は、電極を設けたＳＴＮ方式、薄膜トランジスタ素子を設けたＴＦＴ方式、薄膜ダイオードを設けたＴＦＤ方式などを用いることができる。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。
【実施例】
【００５１】
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。なお、屈折率の測定は、偏光解析（エリプソメトリ）法により求めた。偏光解析はガラス基板の膜面側に、偏光を照射し膜表面で偏光を反射させ、このときに起こる偏光状態の変化を測定することにより求める方法である。本実施例では島津製作所社製  ＡＥＰ−１００にて、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光の単一波長光を用いて測定した。また、反射率や透過率は大塚電子株式会社製顕微分光光度計“ＭＣＰＤ−２０００”を用いて測定した。
【００５２】
実施例１
Ａ．半透過膜の作製
ガラス基板（日本電気硝子社製、ＯＡ１０Ｆ）上にＴｉＯ2からなる高屈折率膜を５０ｎｍスパッタリングにより形成した。次にＴｉＯ2膜上に厚み５０ｎｍのＳｉＯ2 からなる低屈折率膜をスパッタリングにより形成した。このようにＴｉＯ2とＳｉＯ2 を順次積層して総積層数を６層として半透過膜を作製した。最上層はＳｉＯ2でありその屈折率は１．４５であった。
【００５３】
Ｂ．ポリアミック酸溶液の作製
γ−ブチロラクトン５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２２０ｇ中に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３０℃で溶解後、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℃に昇温した。３時間反応後、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。
【００５４】
Ｃ．分散剤の合成
γ−ブチロラクトン２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５２７ｇ中に、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を添加し３０℃で溶解させた後、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℃に昇温した。３時間反応後、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。
【００５５】
Ｄ．樹脂ブラックマトリクス用ブラックペーストの作成
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。カーボンブラックとポリイミド前駆体溶液を混合した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分分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックミルベースを得、これをポリイミド前駆体溶液で希釈してブラックペーストとした。
【００５６】
Ｅ．着色層形成用ペーストの作製
溶媒の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中に、着色用顔料であるピグメントレッドＰＲ２０９、３．８３ｇ（８５ｗｔ％）、ピグメントオレンジＰＯ３８、０．６７ｇ（１５重量％）とポリマー分散剤（ＰＤ）２２．５ｇを添加し、ガラスビーズ９０ｇと共に小型分散機（ホモジナイザー）に封入し、７０００ｒｐｍで５時間分散した。ガラスビーズを濾過除去し、ＰＲ２０９とＰＯ３８からなる分散液５％溶液を得た後、この分散液５０．０ｇをポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）８．０ｇとγ−ブチロラクトン４２．０ｇの希釈混合溶液に添加混合し、赤色着色層形成用ペースト（Ｒ１）を得た。以下同様の手順により、着色用顔料としてピグメントグリーンＰＧ３６、７５重量％とピグメントイエローＰＹ１３８、２５重量％を含む緑色着色層形成用ペースト（Ｇ１）、着色用顔料としてピグメントブルーＰＢ１５：１、９３重量％、ピグメントバイオレットＰＶ２３、７重量％を含む青色着色層形成用ペースト（Ｂ１）を得た。
【００５７】
Ｆ．ブラックマトリックス層の作製
半透過膜上にブラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、これをホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥することにより黒色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製、ＳＲＣ−１００）をリバースロールコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、大日本スクリーン製造株式会社製露光機“ＸＧ−５０００”を用い、フォトマスクを介して、１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、これをメチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱することでイミド化させ、ブラックマトリクスを形成した。
【００５８】
Ｇ．着色膜の作製
ブラックマトリックスを形成した後、該基板上にカーテンフローコータで赤着色膜形成用ペースト（Ｒ１）を塗布した。該塗膜を１２０℃で２０分間熱処理後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製、ＳＲＣ−２００）を塗膜上に塗布し、９０℃で１０分乾燥した。前記レジスト塗膜上より、クロム製のフォトマスクを通して３６５ｎｍで６０ｍｊ／ｃｍ2の強度を有する紫外線により露光した。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２．２３％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、ポリイミド前駆体の着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メチルセロソルブアセテートで剥離し、ポリイミド前駆体の着色塗膜を２７０℃で３０分熱処理し、ポリイミドからなる着色膜を形成した。同様な方法により、青色着色膜形成用ペースト（Ｂ１）を用い、赤色着色膜の隣に青色着色膜を配置した。次に、ペースト（Ｇ１）を用い、赤色着色膜と同様フォトリソ加工により緑反射用領域内に着色膜を配置した。この着色膜の屈折率はＲ画素１．７８、Ｇ画素１．８０、Ｂ画素１．８３であった。
【００５９】
Ｈ．透明保護膜およびＩＴＯの形成
この後、アクリル系樹脂（ＪＳＲ社製”オプトマー６９１７Ｈ”）溶液をカーテンフローコーターで塗布し、オーブンで２６０℃、３０分加熱して透明保護膜を形成した、素ガラス部分の膜厚を測定したところ１．５μｍであった。さらにその上にＩＴＯ膜を膜厚０．１４μｍとなるようスパッタリング成膜した。
【００６０】
Ｉ．液晶表示装置の作製と評価
カラーフィルター基板上にポリイミド系配向膜を塗布・加熱した後、ラビング処理をして、同様に配向膜を形成した、ラビング処理をしたＴＦＴ基板とをプラスチックビーズを散布した後にシール剤を用いて貼り合わせた。次にシール部に設けられた注入口から液晶を注入後注入口を封止し、さらに偏光板などの光学フィルムを貼り合わせて液晶表示装置を得た。
【００６１】
比較例１
実施例１において、カラーフィルターの着色膜に使用するマトリックス樹脂をアクリル樹脂にしたこと以外は実施例１と同じとした。着色膜の屈折率はＲ画素１．４５、Ｇ画素１．５１、Ｂ画素１．４７であった。
【００６２】
実施例２
実施例１において、着色材料の１００重量部に対して屈折率調整用体質顔料である酸化チタンを６７重量部加えて着色膜形成用ペーストを作製することによって屈折率がＲ画素２．３３、Ｇ画素２．３７、Ｇ画素２．４０の着色膜を形成すること以外は実施例１と同じとした。
【００６３】
実施例３
ガラス基板（日本電気硝子社製、ＯＡ１０Ｆ）上にＴｉＯ2からなる高屈折率膜を５０ｎｍスパッタリングにより形成した。次にＴｉＯ2膜上に厚み５０ｎｍのＡｌ2Ｏ3からなる低屈折率膜をスパッタリングにより形成した。このようにＴｉＯ2とＡｌ2Ｏ3を順次積層して総積層数を６層として半透膜を作製した。最上層はＡｌ2Ｏ3膜でありその屈折率は１．６２であった。この半透過膜上に、実施例２で作製した屈折率Ｒ画素２．３３、Ｇ画素２．３７、Ｂ画素２．４０の着色膜を形成すること以外は実施例１と同じとした。
【００６４】
比較例２
実施例３で作製したＴｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の積層された半透過膜を使用すること以外は実施例１と同じとした。
【００６５】
実施例１〜３および比較例１、２の高屈折率膜の屈折率、低屈折率膜の屈折率、最上層膜の屈折率（ｎ１）、着色膜の屈折率（ｎ２）、およびｎ１とｎ２の屈折率差を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2005283787.tif 000004
【００６７】
実施例１によれば最上層膜の屈折率（ｎ１）と着色膜の屈折率（ｎ２）の最小屈折率差は０．３３であり、液晶表示パネルとして良好な反射率が得られた。比較例１では、着色膜の屈折率が小さいため屈折率差が殆どなく、実施例１と比べて反射率が低減し、暗い表示の液晶パネルとなった。
【００６８】
実施例２では着色膜中に体質顔料を加えて着色膜の屈折率を大きくしたため反射率が更に増大して良好な反射率が得られた。実施例３では最上層の屈折率が１．６２であるが、実施例２で作製した体質顔料を含んだ着色膜にすることにより良好な反射率が得られた。しかし比較例２では着色層の屈折率が１．７８〜１．８３であり、屈折率差も殆どないため実施例３と比べて暗い表示の液晶パネルとなった。
【００６９】
実施例４
実施例１のように半透過膜付きカラーフィルター上に透明保護膜およびＩＴＯ膜を形成した後、ＩＴＯ膜の上に樹脂からなる固定されたスペーサーを以下のように作製した。感光性アクリル樹脂（ＪＳＲ社製、ＮＮ−７７７）をカーテンフローコーターで塗布し。８０℃で加熱しながら真空乾燥を実施した。さらに、高圧水銀灯を用いて３００ｍJ/ｃｍ2 紫外線照射してマスク露光を実施した後、０．４％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像し、オーブンで２４０℃、４０分加熱して反応を完了させた。スペーサーは樹脂ブラックマトリックスによる遮光膜の位置に配置した。このように作製された樹脂からなる固定されたスペーサーを形成したカラーフィルターを用いること以外は実施例１と同じとした。このときプラスチックビーズの散布は行わなかった。
【００７０】
比較例３
実施例１において、半透過膜をアルミニウム薄膜で作製すること以外は実施例１と同じとした。
【００７１】
比較例４
実施例１において、半透過膜をアルミニウム薄膜で作製し、着色膜をアクリル樹脂にしたことが以外は実施例１と同じとした。着色膜の屈折率はＲ画素１．４５、Ｇ画素１．５１、Ｂ画素１．４７であった。
【００７２】
実施例４では液晶表示パネルを作製する際にプラスチックビーズを散布する代わりに樹脂からなる固定されたスペーサーを用いているために、ギャップムラの発生がなく反射率も高く、明るくムラがない良好な表示の液晶表示パネルが得られた。比較例３ではアルミニウム薄膜の半透過膜上に、実施例１で記載されたポリイミド樹脂による着色膜を作製した。ポリイミド樹脂をオーブンで２７０℃で硬化したところアルミニウム薄膜が僅かに黄色に着色し半透過膜として適することができなかった。比較例４では着色膜をアクリル樹脂にした。アクリル樹脂は硬化温度が２２０℃と低いため半透過膜としての着色はなかったが、半透過膜自体の吸収のために反射率が低くなり液晶表示パネルとしては実施例１と比べて暗い表示の液晶パネルとなった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係る液晶表示用カラーフィルターは、カラーフィルターを用いるあらゆる液晶表示装置に適用でき、低コストで反射率を向上できるとともに、液晶パネルの透過率、反射率の光学設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る液晶表示用カラーフィルターを用いた液晶表示装置の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る液晶表示用カラーフィルターを用いた液晶表示装置の別の構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明における半透過膜の積層構成の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  透明基板
２  半透過膜
３  樹脂ブラックマトリックス
４  着色膜
５  透明保護膜
６  導電性透明膜
７  スペーサー（プラスチックビーズ）
８  対向基板
９  バックライト
１０  自然光
１１  反射表示光
１２  透過表示光
１３  スペーサー（固定されたスペーサー）
１４  高屈折率膜
１５  低屈折率膜
【図１】
2005283787.tif 000005
【図２】
2005283787.tif 000006
【図３】
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