(57)【要約】    【課題】土台層による段差があるカラーフィルターにおいて、表示領域内に流れ込みの影響がなく、膜厚が均一である半透過型液晶表示装置を得る。    【解決手段】基板上の表示領域内には複数の開口部を有する遮光層、および表示領域外には表示領域を囲む遮光層が形成され、表示領域内には該開口部に着色層が形成された透過用領域および反射用領域を有する画素が複数色配されており、そのうちの少なくとも一色の画素については基板と着色層の間に土台層が形成されているカラーフィルターであって、表示領域外の遮光層上には土台層が形成されていない領域を有することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の表示領域内には複数の開口部を有する遮光層、および表示領域外には表示領域を囲む遮光層が形成され、表示領域内には該開口部に着色層が形成された透過用領域および反射用領域を有する画素が複数色配されており、そのうちの少なくとも一色の画素については基板と着色層の間に土台層が形成されているカラーフィルターであって、表示領域外の遮光層上には土台層が形成されていない領域を有することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項２】
表示領域外の遮光層における土台層が形成されていない領域が、表示領域境界部から表示領域外側１５０μmの範囲内である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。
【請求項３】
遮光層上に固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部を有し、少なくとも表示領域外の遮光層部分の固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部には、土台層または着色層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項４】
表示領域外の遮光層上にシール部分が形成され、少なくともシール部分の遮光層上には土台層または着色層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項５】
複数色の画素のうち最後に形成する着色層を、表示領域外の遮光層上であって土台層が形成されていない領域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。
【請求項６】
土台層が、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部分に形成されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項７】
土台層が形成された領域が、反射用領域であることを特徴とする請求項１〜６に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項８】
オーバーコート層を形成していることを特徴とする請求項１〜７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９】
請求項１〜８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。  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（いわゆる半透過半反射型液晶表示装置、以降、単に半透過型液晶表示装置という。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。
【０００３】
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１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。
【０００４】
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、反射用領域に透明樹脂層を形成して、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２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６には透明樹脂層３が形成され、反射用領域６の着色層４の膜厚は、透過用領域７の着色層４の膜厚に比べて、薄くなっている。
【０００５】
また、反射用領域に透明樹脂層を形成し、複数の着色層を積層させ、ならびに積層させる着色層の着色特性を異ならせることで、透過表示と反射表示のそれぞれで所望の色調を得ることが考案されている（例えば、特許文献３参照）。図３は、上記カラーフィルターの一例を示す模式図である。ここで、最上層に感光性カラーレジストを用いれば、下層着色層との一括パターン加工ができ、製造工程の増加を抑えることが可能となる。パターン加工の際には、反射用領域の下層着色層のみを現像時に溶解させ、反射用領域の着色層については最上層の感光性カラーレジストのみとすることもできる。このような加工をすることでも、透過表示と反射表示のそれぞれで所望の特性を得ることが可能となる。
【０００６】
上記のような透明樹脂層などの土台層を有する従来のカラーフィルターでは、表示領域内外でのセルギャップを均一にするために、表示領域内外の積層構造を同一としている。つまり、表示領域外の遮光部分一面にわたり土台層を形成している（図４〜８）。しかしながら、表示領域外の遮光部分に土台層が形成されていると、表示領域境界部（特に図７，８）の段差が表示領域中心より大きくなるため、着色層の流れ込み挙動が内外で異なってしまう。そのため、表示領域の中心より、表示領域境界部の方が膜厚が厚くなり、表示領域内で均一な膜厚を得ることが困難であった。また、表示領域中心と表示領域境界部で色特性が異なり、表示領域全面において明るい液晶表示装置を得ることができないという問題点があった。
【特許文献１】特開平１１−１０９４１７号公報（図１）
【特許文献２】特開２００１−３３７７８号公報（第３〜４頁、第２図、第８図）
【特許文献３】特開２００５−３５０８３０号公報（第１〜３図）
【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。
【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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、土台層による段差により着色層の流れ込みがあるカラーフィルターにおいて、表示領域の中心と境界部での色特性が同等であり、表示領域全面において明るい半透過型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】
【０００８】
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、表示領域の中心と境界部での色特性が同等であり、表示領域全面において明るい半透過型液晶表示装置を得ることが可能であることを見いだした。
【０００９】
本発明の半透過型液晶表示装置は、以下の構成を有するものである。
すなわち、
（１）基板上の表示領域内には複数の開口部を有する遮光層、および表示領域外には表示領域を囲む遮光層が形成され、表示領域内には該開口部に着色層が形成された透過用領域および反射用領域を有する画素が複数色配されており、そのうちの少なくとも一色の画素については基板と着色層の間に土台層が形成されているカラーフィルターであって、表示領域外の遮光層上には土台層が形成されていない領域を有することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
（２）表示領域外の遮光層における土台層が形成されていない領域が、表示領域境界部から表示領域外側１５０μmの範囲内であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（３）遮光層上に固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部を有し、少なくとも表示領域外の遮光層部分の固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部には、土台層または着色層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（４）表示領域外の遮光層上にシール部分が形成され、少なくともシール部分の遮光層上には土台層または着色層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする（１）〜（３）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（５）複数色の画素のうち、最後に形成する着色層を表示領域外の遮光層上に形成する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。
（６）土台層が、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部分に形成されていることを特徴とする（１）〜（５）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（７）土台層が形成された領域が、反射用領域であることを特徴とする（１）〜（６）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（８）オーバーコート層を形成していることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
（９）（１）〜（８）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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上述のごとく構成したので、ディスプレイの全面において明るい、半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
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。
【００１３】
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、透過用領域が反射用領域に囲まれる配置（図１〜３の配置）、もしくは画素の短辺方向を上下とした場合に上下で反射用領域、透過用領域と分割される配置（図５の配置）が好ましい。
【００１４】
表示領域外の遮光層は、少なくとも遮光機能を有していればよい。従って、金属薄膜ブラックマトリックス、樹脂ブラックマトリックスなどいずれも好適に用いることができるが、樹脂ブラックマトリクスは、金属薄膜ブラックマトリックスに比べて膜厚が厚く、表示領域境界部の段差を大きくするため、本発明は、特に樹脂ブラックマトリックスを用いたカラーフィルターで効果が大きい。ここで、表示領域境界部とは、表示領域内の画素と遮光層の境界部分（図５の１２で示される部分）のことをいう。
【００１５】
本発明は、画素内に基板と着色層の間に土台層が形成され、土台層上に１層以上の着色層が塗布されたカラーフィルターにおいて、その効果が発揮される。ここでいう土台層とは、透明樹脂層、遮光層、反射膜、光拡散膜などを指し、好ましく用いられるが、基板と着色層の間に凸形状の層を形成することができればこれらに限定されるものではない。また、土台層は積層されていてもよい。例えば、透明樹脂層上に光拡散膜を積層したり、反射膜上に透明樹脂層を積層したものも好ましく用いることができる。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。
【００１６】
土台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。
【００１７】
一方、土台層が透明樹脂層、反射膜、光拡散膜である場合は、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、反射用領域全体にわたって形成されていてもよい。
【００１８】
反射用領域の全体に渡って、土台層を形成する場合は、土台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。反射用領域に形成した土台層によって、反射用領域の着色膜の膜厚を透過用領域より薄くし、反射用領域の着色を透過用領域の着色より薄く、明るくすることができ、好ましい。
【００１９】
上記のように、基板上の反射用領域に土台層を形成すると反射用領域は土台層の膜厚分凸になるため、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、凸が形成されている反射用領域の膜厚は、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流れ込みによって透過用領域の着色層の膜厚に比べて薄くなる。
【００２０】
着色塗液の流れ込みの程度は、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流れ込みやすくなり、また塗液中の固形分濃度が低いとより流れ込みやすい。土台層上に塗布する着色層の固形分濃度は感光性カラーレジストの場合、１０重量％から３０重量％であることが好ましく、非感光性カラーペーストの場合は、３重量％から１５重量％であることが好ましい。
【００２１】
基板と着色層の間に形成される土台層の膜厚は、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。土台層の膜厚が大きいほど、流れ込みによる着色層の膜厚差が大きくなるため、本発明の効果が大きい。しかしながら、土台層の膜厚があまりに大きくなると表示エリア内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土台層の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。特に、土台層の膜厚が５μm以下であると、オーバーコートなどの平坦化膜による平坦化が容易にできるため、より好ましい。
【００２２】
土台層として透明樹脂層を形成する場合は感光性レジストを使用することができる。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、アクリル系樹脂が好ましく用いられる。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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
反射用領域に土台層として透明樹脂層を形成する場合、透明樹脂層には光散乱のための粒子を含んでもよい（光拡散膜）。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
土台層が形成される画素には特に限定はなく、赤、緑、青のいずれか１色でもよく、または全ての色でもよい。透過型と反射型の色特性の向上という観点から考えると、全ての色において土台層を形成することが特に好ましい。
【００２８】
土台層は、表示領域外の遮光層上に形成されると、表示領域境界部の段差が大きくなり、それに伴い、流れ込みも大きくなる。そのため、土台層上に塗布される着色層の膜厚が、表示領域の中心に比べ表示領域境界部近傍の着色層の膜厚が厚くなってしまうため、表示領域外の遮光層上には、着色層が塗布される前には、何も形成されていない領域が存在することが重要となる。遮光層と土台層の積層の膜厚が１５μmの場合、表示領域境界部から表示領域内側３００μmの範囲において、表示領域中心より着色層の膜厚が厚くなるため、表示領域境界部から表示領域外側３００μmの範囲には、表示領域外の遮光層上に土台層などが形成されていない領域が存在することが好ましい。さらに、遮光層と土台層の積層の膜厚が６μmの場合は、表示領域境界部から１５０μmの範囲には、表示エリア外の遮光部分に土台層などが形成されていない領域が存在することが特に好ましい（図９〜１１）。
【００２９】
本発明のカラーフィルターにおいては、土台層による段差が存在するため、カラーフィルター基板上または駆動素子側基板のいずれかに固定スペーサーが形成されることが好ましい。固定スペーサーの形状は、形成基板との接着面があるならば、柱状体、ドーム状体、球状体やその他の形状のものであっても差し支えない。柱状体の固定スペーサーは、圧縮時の変形が制御しやすく、セルギャップの均一性という観点からは特に好ましく用いることができる。また、対向基板に接触する面の断面形状は、正方形や長方形、円形などいずれであってもよい。固定スペーサーの直径、または対角線の長さは、１５μm以下であることが好ましい。固定スペーサーの直径、または対角線の長さが１５μm以上となると、表示領域に影響を及ぼし、画質低下の原因となりうる。また、固定スペーサーの変形量が少なくなってしまい、ギャップ調整が難しくなるという問題点もある。固定スペーサーの力学特性としては、固定スペーサーの上部の面に対して均一に５ｍＮ〜１００ｍＮの圧縮応力を負荷したときに、その変形量が０．００１〜１μm／ｍＮの範囲であることが好ましい。この範囲を超えると、柔らかすぎる、または硬すぎるためにセルギャップの均一性を保つことが困難となる。柱の力学特性の測定方法としては、ガラス基板上に固定スペーサーを形成したサンプルを用いてもよいし、カラーフィルター上、または駆動素子基板上に形成された固定スペーサーを直接測定してもよい。
【００３０】
表示領域の内外で膜の積層状態が異なると圧力を加えた際に変形挙動が異なってしまうため、均一なセルギャップを得ることができない。そのため、表示領域外の遮光層上の固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部、さらにはシール部分（液晶注入口）には、土台層などが形成されていることが好ましい。表示領域の内外で膜の積層状態を同じくする方法には、複数色の画素のうち、最後に塗布する画素の着色層を表示領域外の遮光層上に形成してもよい。例えば、赤、青、緑の３画素をこの順に塗布するカラーフィルターの場合では、緑の着色層を表示領域外の遮光層上に形成することになる。緑の着色層（最後に塗布する画素）であれば、表示領域外の遮光層上に段差となる土台層などがない状態で、赤、青、緑の３画素を全て塗布することができるため、表示領域境界部で流れ込みは生じない。これは、表示領域外の遮光層上の土台層（ここでは緑着色層）は、緑画素加工時に同時に形成されるため、赤、青、緑画素の塗布時には形成されていないからである。
【００３１】
遮光層全面ではなく、固定スペーサー形成部、固定スペーサー付き当て部に土台層、あるいは着色層などを形成する場合、その形成する面積は、固定スペーサーの断面積の２〜８倍が好ましい。２倍より小さいと、基板の張り合わせ精度、または応力がかかりすぎてしまうなどの問題が生じるおそれがある。また、８倍より大きいと、着色層の流れ込みなどに影響を及ぼすおそれがある。
【００３２】
土台層上に塗布する着色層としては、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。感光性カラーレジスト、非感光性ペーストのどちらの材料でも使用することが可能である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、土台層上に塗布する着色層は、１層でもよく、必要に応じて複数層重ねてもよい。
着色層を複数層重ねたカラーフィルターの例としては、図３に示すようなカラーフィルターが考案されている。該カラーフィルターは、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、一括パターン加工を行っている。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。該構成のカラーフィルターでは、土台層上に、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、土台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ることを利用し、非感光着色層の現像性の制御を行う。すなわち、段差形状を作るための土台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、一括現像する際に、現像時間を長く（過現像状態）することにより、土台層上の非感光性ペースト層のみを除去する。これにより、反射用領域には土台層と感光性レジストの着色層の積層、透過用領域には非感光性ペーストの着色層と感光性レジストの着色層の積層といった構造のカラーフィルターを得ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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土台層を得る。土台層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００４１】
次に画素を形成する。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土台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、ポジ型フォトレジストを塗布し、封緘、加熱乾燥、真空乾燥などにより、フォトレジスト被膜を形成する。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。
【００４２】
また、ポジ型フォトレジストの変わり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てもよい。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。この場合、非感光性カラーペー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の２層が同時に形成できる。
【００４３】
形成した着色層は、さらに加熱することにより硬化を促進することができる。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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、カラーフィルター上に、オーバーコート層を形成し、さらにその上にＩＴＯ膜などの透明電極を製膜する。
【００４６】
次に固定スペーサーを形成する。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樹脂と溶剤からなる感光性レジストをカラーフィルターが形成された透明基板の全面に塗布し、封緘、加熱乾燥、真空乾燥などを行う。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。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固定スペーサーを得る。固定スペーサーは１５０〜３５０℃で加熱硬化させる。
【００４７】
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。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固定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、シール部分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。
【実施例】
【００４８】
＜測定法＞
画素の膜厚は表面粗さ計：（株）東京精密製、“サーフコム１３０Ａ”を用いて測定した。
【００４９】
透過率、色座標は、顕微分光光度計：大塚電子（株）製、“ＭＣＰＤ−２０００”を用い、カラーフィルター上に製膜されているものと同一製膜条件により作製されるＩＴＯを製膜したガラスをリファレンスとして測定した。
【００５０】
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
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。
【００５１】
Ｂ．非感光性ペースト（土台層に用いる）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（ＴＰＩ−１）を得た。
【００５２】
Ｃ．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。
【００５３】
Ｄ．非感光性カラーペーストの作製
ピグメントレッドＰＲ２０９、３．６ｇ（８０ｗｔ％）、ピグメントオレンジＰＯ３８、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ＰＲ２０９とＰＯ３８からなる分散液５％溶液（ＧＤ）を得た。
【００５４】
分散液（ＧＤ）  ４５．６ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １４．８８ｇをγ−ブチロラクトン ３９．５２ｇで希釈した溶液を添加混合し、赤色カラーペーストを得た。同様にして、緑ペースト（ＰＧ３６／ＰＹ１３８＝６５／３５（ｗｔ％）、顔料／樹脂比＝３０／７０（ｗｔ％））、青ペースト（ＰＢ１５：６／ＰＶ２３＝９３／７（ｗｔ％）、顔料／樹脂比＝１５／８５（ｗｔ％））を得た。各カラーペーストの固形分濃度は８．３％に調製した。
【００５５】
Ｅ．感光性カラーレジストの作製
ピグメントレッドＰＲ２５４、８．０５ｇ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）１３４．７５ｇを加え、赤レジストを得た。同様にして、緑レジスト（ＰＧ３６／ＰＹ１３８＝６５／３５（ｗｔ％）、顔料／樹脂比＝４２／５８（ｗｔ％））、青レジスト（ＰＢ１５＝１００（ｗｔ％）、顔料／樹脂比＝１８／８２（ｗｔ％））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。
（カラーフィルターの作成）
樹脂ブラックマトリクスが膜厚２．０μmで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になるように非感光性ペースト（ＴＰＩ−１）をスピンナーで塗布した。
【００５６】
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、フォトマスクパターンを介して赤、緑、青の各画素の反射用領域に透明樹脂層が残るように６０ｍＪ/ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。このとき用いたフォトマスクは、表示領域外の樹脂ブラックマトリクス上には、透明樹脂層が形成されないパターンであった。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、青画素の反射用領域に透明樹脂層を得た。
【００５７】
次に透過用領域の画素の中央での熱処理後の膜厚が２．０μｍになるように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。該塗膜上にポジ型フォトレジスト（東京応化（株）製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分乾燥した。キャノン（株）製紫外線露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”を用い、クロム製のフォトマスクを介して６０ｍＪ／ｃｍ２  （３６５ｎｍの紫外線強度）露光した。このとき用いたフォトマスクの画素ピッチは、４０×１２０μmであった。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２．２５％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アセトンで剥離した。さらにポリイミド前駆体の着色塗膜を２４０℃で３０分熱処理し、ポリイミドに転換した。同様に、緑画素、青画素を形成した。
【００５８】
実施例２
透明樹脂層の形成において、表示領域境界部から１５０μmの範囲には表示領域外の遮光層上に透明樹脂層が形成されなく、１５０μm以上の範囲には透明樹脂層が形成されるフォトマスクを用いたことを除き、実施例１と同様にカラーフィルターを作製した。
【００５９】
実施例３
透明樹脂層の形成において、表示領域外の遮光層上の固定スペーサー形成部または固定スペーサー付き当て部にのみ透明樹脂層が形成されるフォトマスクを用いたことを除き、実施例１と同様にカラーフィルターを作製した。なお、固定スペーサーは、断面積が、直径１０μmの円形で、高さが３μm、スペーサー間隔３００μmで形成されるため、表示領域外の遮光層上の透明樹脂層は直径２０μmとなるようにした。
【００６０】
実施例４
透明樹脂層の形成において、表示領域外の遮光層上のシール部分に透明樹脂層が形成されるフォトマスクを用いたことを除き、実施例１と同様にカラーフィルターを作製した。
【００６１】
実施例５
青画素の形成において、表示領域外の遮光層上にも青の着色層が形成されるフォトマスクを用いたことを除き、実施例１と同様にカラーフィルターを作製した。
【００６２】
実施例６
樹脂ブラックマトリクスが膜厚２．０μmで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になるように非感光性ペースト（ＴＰＩ−１）をスピンナーで塗布した。
【００６３】
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、フォトマスクパターンを介して赤、緑、青の各画素の反射用領域に透明樹脂層が残るように６０ｍＪ/ｃｍ２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。このとき用いたフォトマスクは、表示エリア外の樹脂ブラックマトリクス上には、透明樹脂層が形成されないパターンであった。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、青画素の反射用領域に透明樹脂層を得た。
【００６４】
次に透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が０．７μｍになるように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。該塗膜の上に透過用領域の画素の中央で熱処理後の膜厚が赤ペーストからなる塗膜との合計が、２．２μmになるように赤レジストをスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃で１５分乾燥した。紫外線露光機を用い、赤画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ２（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０．１％の水溶液からなる現像液に浸漬し赤ペースト、赤レジストから得た積層した着色層を同時に現像した。このとき、反射用領域に形成した透明樹脂層上の赤ペースト層は現像により除去された。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をした。
【００６５】
次に緑画素を赤画素と同様に塗布し、フォトリソ加工して緑画素を得た。
次に青画素を赤画素と同様に塗布し、フォトリソ加工して青画素を得た。
【００６６】
比較例１
透明樹脂層の形成において、表示領域外の遮光層全領域にわたり透明樹脂層が形成されるフォトマスクを用いたことを除き、実施例１と同様にカラーフィルターを作製した。
（カラーフィルター画素上の膜の形成）
得られた画素上に１．５μmの膜厚でオーバーコートをスピンナーで塗布した。さらに、ＩＴＯ膜を膜厚０．１４μｍとなるようにスパッタリングした。
【００６７】
実施例１〜６および比較例１の表示領域中心と表示領域境界部から内側１画素目の色座標と膜厚を測定した。
【００６８】
【表１】
2007065118.tif 000003
【００６９】
【表２】
2007065118.tif 000004
【００７０】
【表３】
2007065118.tif 000005
【００７１】
（液晶表示装置の作製）
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固定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、信号線などを設けることができる。また、固定スペーサー形成部は、対向基板上で遮光部となるようにした。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。
【００７２】
実施例１〜６および比較例１と２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について、屋外の環境光下と屋内でのバックライト点灯状態で比較した。
実施例１〜６のカラーフィルターを用いた半透過型液晶表示装置は、屋外、屋内ともディスプレイの全面において明るい良好な表示特性であった。
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は、ディスプレイの端部周辺が暗くなり、良好な表示特性とはいえなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図２】カラーフィルターの模式断面図
【図３】カラーフィルターの模式断面図
【図４】カラーフィルターの全体図
【図５】図４のＡの拡大図
【図６】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成した場合の図５のａ線での断面図（１）
【図７】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成した場合の図５のｂ線での断面図（１）
【図８】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成した場合の図５のｃ線での断面図（１）
【図９】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成しない場合の図５のａ線での断面図（２）
【図１０】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成しない場合の図５のｂ線での断面図（２）
【図１１】表示領域境界部の遮光層に土台層を形成しない場合の図５のｃ線での断面図（２）
【符号の説明】
【００７４】
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  ：透過用領域
６  ：反射用領域
７Ｂ：青画素領域
７Ｇ：緑画素領域
７Ｒ：赤画素領域
８  ：オーバーコート層
９ａ：感光性樹脂からなる着色層
９ｂ：非感光性樹脂からなる着色層
１０：表示領域外の遮光層
１１：表示領域
１２：表示領域境界部
１３：着色層１
１４：着色層２
【図１】
2007065118.tif 000006
【図２】
2007065118.tif 000007
【図３】
2007065118.tif 000008
【図４】
2007065118.tif 000009
【図５】
2007065118.tif 000010
【図６】
2007065118.tif 000011
【図７】
2007065118.tif 000012
【図８】
2007065118.tif 000013
【図９】
2007065118.tif 000014
【図１０】
2007065118.tif 000015
【図１１】
2007065118.tif 000016