(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に着色膜が形成されてなるカラーフィルターにおいて、該着色膜上に配向処理可能なオーバーコート膜が形成されており、該オーバーコート膜が分子内に少なくとも２級以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物とテトラカルボン酸２無水物を有機溶剤中で反応せしめて得られたポリイミドシロキサン膜であることを特徴とするカラーフィルター。
【請求項２】
透明基板上に着色膜が形成されてなるカラーフィルターにおいて、該着色膜上に配向処理されたオーバーコート膜が形成されており、該オーバーコート膜が分子内に少なくとも２級以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物とテトラカルボン酸２無水物を有機溶剤中で反応せしめて得られたポリイミドシロキサン膜であることを特徴とするカラーフィルター。
【請求項３】
基板に平行な向きに電界をかける構成を持つ液晶表示装置用カラーフィルターである請求項１または２記載のカラーフィルター。
【請求項４】
オーバーコート膜の表面粗度がＲａ値で０．０１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルター。
【請求項５】
透明基板上にブラックマトリクスが設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルター。
【請求項６】
ブラックマトリクスが樹脂中に遮光剤を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスであることを特徴とする請求項５記載のカラーフィルター。
【請求項７】
樹脂ブラックマトリクスが、ポリイミド樹脂中に遮光剤を分散させてなることを特徴とする請求項６記載のカラーフィルター。
【請求項８】
請求項１〜７記載のカラーフィルターが配向処理されたオーバーコート膜を有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に平行な向きを持つ電界により駆動される液晶表示装置に使用されるカラーフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、使用されていたカラーフィルターは液晶表示装置に用いられる際、さらにその上に別途配向膜を形成するという工程を必要としていた。
【０００３】
又、コントラストを向上させるためにブラックマトリクスと呼ばれる遮光帯を有している。このブラックマトリックスは十分な遮光性を得るため通常クロム等の単層金属膜若しくは金属酸化物膜等を積層した多層膜が通常使われていた、このようなカラーフィルターを基板に平行な向きの電界（横電界）で駆動される液晶表示装置に使用すると、導電体である金属膜により電界が乱され電界が液晶に有効にかからないため、電界を遮蔽するため別途絶縁膜をカラーフィルター上に形成する必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、カラーフィルター上に配向膜を形成する工程を必要としないカラーフィルターを提供することと、横電界で駆動される液晶表示装置において、液晶中により有効に電界をかけうることができる液晶表示装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は次の構成を有する．
すなわち、透明基板上に着色膜が形成されてなるカラーフィルターにおいて、該着色膜上に配向処理可能なオーバーコート膜が形成されており、該オーバーコート膜が分子内に少なくとも２級以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物とテトラカルボン酸２無水物を有機溶剤中で反応せしめて得られたポリイミドシロキサン膜であることを特徴とするカラーフィルター。
【０００６】
透明基板上にブラックマトリクスを設けさらにその上に３原色の着色膜を形成してなるカラーフィルタ基板と、基板に平行な向きに電界をかけるよう構成された電極を備えた電極付き基板を貼り合わせた後、液晶を注入してなる液晶表示装置において、カラーフィルタ基板のブラックマトリクスが樹脂中に遮光剤を分散させてなることを特徴とする液晶表示装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で言うところのカラーフィルターとは、任意の色数で各色別に所望のパターン状に設けられた着色層からなる画素を有し、図１で示すところの層構成、つまり透明基板上に着色層が形成され、さらに該着色層上にオーバーコート膜が形成されたカラーフィルターであり、主に透明基板に対して平行な向きの電界（横電界）により駆動されるカラー液晶表示装置に用いられる。
【０００８】
本発明で言うところの着色膜とは任意の色の光を透過する性能を有する膜のことであり、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、どのような材質のものであってもかまわない。
【０００９】
具体的材質としては、染色、染料分散あるいは顔料分散されたポリイミド膜やアクリル膜および感光性アクリル膜、染色あるいは染料分散されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、任意の光のみを透過するように膜厚制御されたＳｉＯ2 膜等がある。なかでも顔料分散されたポリイミド膜である事がより好ましい。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膜を形成できる事に加えて、耐熱性、耐光性、耐薬品性においてより優れており、オーバーコート膜等の形成時においてより高温のプロセス条件に耐えうるからである。
【００１０】
本発明で言うところのオーバーコート膜とは、該着色被膜が耐熱性、耐薬品性、硬度、段差平坦性等の点で実用上問題を有する場合に、該着色被膜の保護、カラーフィルター表面の平坦化のため形成される膜であり、本発明においては，なおかつラビング等の配向処理により接触した液晶分子を配向させる性能を有する膜のことである。
【００１１】
具体的には、エポキシ膜、アクリルエポキシ膜、アクリル膜、シロキサンポリマ系の膜、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等があげられる。が、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等のポリイミド系高分子膜であることがより好ましい、平坦性、塗布性、耐熱性の点でよりすぐれている上に、その他の膜と比べて液晶の配向規制力の点で優れているからである。
【００１２】
本発明で言うところのポリイミド膜とは、ポリアミック酸溶液を基板上に塗布する事により形成される一般式（１）で表わされる構造単位を主成分とするポリイミド前駆体膜を加熱処理し，イミド環やその他の環状構造を有するポリマ（ポリイミド、ポリアミドイミド）となすことによって得られる膜のことである。
【００１３】
【化１】
0003952421.tif 000002
ここで一般式（１）のｎは１〜２である。Ｒ1 は少なくとも２個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、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から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るものではない。またＲ2 は少なくとも２個の炭素原子を有する２価の有機基である。耐熱性の面から、Ｒ2 は環状炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から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、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るものではない。一般式（１）で表わされる構造単位を主成分とするポリマはＲ1 、Ｒ2 がこれらの内各々１個から構成されていても良いし、各々２種以上から構成される共重合体であっても良い。接着力を向上させるため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させても良い。またアミン末端の封止剤として無水マレイン酸などの無水物をポリイミド前駆体の重合終了後に末端濃度に応じて加え、反応させても良い。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。このため、ポリイミド前駆体の分子量も大きい事が望まれる。
【００１４】
本発明で言うところのポリイミドシロキサン膜とは、ポリイミドシロキサン前駆体被膜を加熱処理する事により作製される膜のことであり、該ポリイミドシロキサン前駆体を製造する手法としては種々の手法があるが、代表的な手法としては、分子内に少なくとも１個以上の１級アミノ基あるいは２級以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物とテトラカルボン酸２無水物を有機溶剤中で反応せしめることにより、もしくはこの化合物を加水分解・縮合せしめることにより製造する事ができる。
【００１５】
本発明で用いられるオーバーコート膜の表面はできるだけなめらかであることが望ましい。具体的には表面粗度を表す測定値であるＲａ値で０．０１μｍ以下であることが望ましい。表示不良の原因となるラビング時における配向不良の発生を防ぐことができるからである。
【００１６】
本発明で言うところの配向処理とは、該オーバーコート膜上に接触した液晶分子を配向させる性能を該膜に付与する処理であればどのような方法であってもよい。具体的にはラビング法、斜方蒸着法、グレーティング法等が挙げられるが、より好ましくはラビング法が用いられる。比較的簡便な装置で行えるため工業的な生産性が高いうえ、高い配向性能を示すからである。
【００１７】
本発明でいうところのラビング法とは、配向処理を施す膜に対して、布等を使用して一方向にこする手法のことであり、ラビング処理された膜上に接触した液晶分子はこすられた方向に配向する。膜をこするのに用いられる材料は、対象とする膜の硬度に応じて種々のものがあるが，ポリイミド膜に対しては通常、毛足が２〜３ｍｍのレーヨンや綿布が用いられる。
【００１８】
本発明で用いられるカラーフィルターはブラックマトリクスと呼ばれる、各画素間に配列された遮光領域を有することが望ましい。液晶表示装置の混色を防ぎコントラストを向上させることができるからである。
【００１９】
ブラックマトリックスとしては通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ  約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光剤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。これらのブラックマトリクスはいずれも好適に用いられるが、本発明においてはポリイミド膜中に黒色顔料などを分散させてなる樹脂ブラックマトリクスを用いることがより好ましい。低反射、耐熱性,、耐溶剤性に優れるという特徴と、低比誘電率であるため横電界に対して擾乱作用が少ないという特徴を合わせ持つからである。
【００２０】
本発明で用いられる黒色顔料には特に制限はないが、顔料の中でも耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れた物が望ましい。代表的な顔料の具体的な例をカラーインデックス（ＣＩ）ナンバーで示す。黒色顔料の例としてはピグメントブラック７などが挙げられる。本発明ではこれらに限定されず種々の顔料を使用する事ができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理，酸性基処理，塩基性処理などの
表面処理が施されている物を使用してもよい。
【００２１】
本発明のカラーフィルターを用いる場合には、液晶分子に接するカラーフィルター表面にくるオーバーコート層に直接ラビング処理を施して用いることができるため、カラーフィルター表面に別途配向膜を形成することなく液晶表示装置を作製するのに使用することができる。
【００２２】
特に、カラーフィルター基板側に透明電極層を有する必要のない基板に平行な向きの電界により駆動される液晶表示装置に好ましく用いられる。
【００２３】
【実施例】
実施例１
無アルカリガラス基板上に、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２８０℃で３時間熱処理しオーバーコート膜を形成した。
【００２４】
形成したオーバーコート膜の表面粗度を表面粗さ計で測定したところ０．００６μｍであった。
【００２５】
別途無アルカリガラス基板上に、配向膜（日本合成ゴム製  オプトマーＡＬ１０５１）をスピンコートにて形成した。
【００２６】
上記オーバーコート膜並びに配向膜をラビングマシンにてラビング処理した。ラビング処理された配向膜上に，スクリーン印刷機を用いて熱硬化性エポキシ樹脂をガラス基板の縁に沿って、液晶注入口部分を除いて線状に印刷し、ラビング処理されたオーバーコート膜を形成したガラス基板と、配向膜とオーバーコート膜が向かい合い、かつラビング処理方向が互いに直交するようにように張り合わせ、１２０℃で１５分間、１５０℃で１時間加熱処理してエポキシ樹脂を硬化させた。貼り合わせたガラスセル中に、液晶注入口を通じてツイストネマチック型の液晶（メルク社製  ＺＬＩ４７９２）を注入した後、注入口に紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線を照射、硬化させて注入口を封じた。
【００２７】
このようにして得られたガラスセルを偏光顕微鏡にて観察したところ、液晶部分がパラレルニコル下で消光し、クロスニコル下で光を透過した。これによりラビング処理したオーバーコート膜が配向膜として働く事を確認した。
【００２８】
実施例２
無アルカリガラス基板上に、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２８０℃で３時間熱処理しオーバーコート膜を形成した。
【００２９】
上記オーバーコート膜をラビングマシンにてラビング処理した。ラビング処理されたオーバーコート膜膜上に，スクリーン印刷機を用いて熱硬化性エポキシ樹脂をガラス基板の縁に沿って、液晶注入口部分を除いて線状に印刷し、ラビング処理されたもう一枚のオーバーコート膜を形成したガラス基板と、オーバーコート膜同士が向かい合い、かつラビング処理方向が互いに直交するようにように張り合わせ、１２０℃で１５分間，１５０℃で１時間加熱処理してエポキシ樹脂を硬化させた。貼り合わせたガラスセル中に、液晶注入口を通じてツイストネマチック型の液晶（メルク社製  ＺＬＩ４７９２）を注入した後、注入口に紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線を照射、硬化させて注入口を封じた。
【００３０】
このようにして得られたガラスセルを偏光顕微鏡にて観察したところ、液晶部分がパラレルニコル下で消光し、クロスニコル下で光を透過した。これによりラビング処理したオーバーコート膜が配向膜として働く事を確認した。
【００３１】
実施例３
ポリアミック酸中に黒色顔料を分散してなる黒色ペーストを無アルカリガラス上にスピンコートし、５０℃で１０分間、９０℃で１０分間、１１０℃で２０分間オーブンを用いて空気中で加熱乾燥して、膜厚１．６μｍのポリイミド前駆体着色膜を得た。この膜上にポジ型フォトレジスト（東京応化社製ＯＦＰＲ−８００）を塗布し８０℃で２０分加熱乾燥して膜厚１μｍのレジスト膜を得た。キャノン社製紫外線露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、クロム製のフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍでの強度が５０ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線を照射した。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２．３８ｗｔ％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストおよびポリイミド前駆体の現像を同時に行った。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た。さらにこのようにして得られたポリイミド前駆体着色被膜を窒素雰囲気中で３００℃で３０分間熱処理し、膜厚１．２μｍのポリイミド着色被膜によりブラックマトリクスパターンを得た。
【００３２】
さらにポリアミック酸中に顔料分散してなる青、赤、緑の各色のカラーペーストについて、順次同様のプロセスによりパターン化されたポリイミド着色被膜を作製した。該着色被膜上に、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２８０℃で３時間熱処理しオーバーコート膜を形成しカラーフィルターを得た。
【００３３】
オーバーコート膜の表面粗度を表面粗さ計で測定したところ０．００６μｍであった。こうして得られたカラーフィルターのオーバーコート膜を直接ラビング処理機にてラビング処理した。
【００３４】
ついで薄膜トランジスタ素子を備えた対向基板を次の手順で作製した。
まず、無アルカリガラス上にクロムを用いてフォトエッチングの手法によりゲート電極とコモン電極をパターニングした後、これらの電極を覆うように窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる絶縁膜を形成した。ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）膜を形成し、この膜状にアルミニウムを用いて、ソース電極とドレイン電極を形成した。その際、コモン電極とドレイン電極の間に基板に平行な向きに電界がかかるよう電極をパターニングした。これらの電極上にＳｉＮ膜で保護膜を形成した。最後にポリイミド系の配向膜を最上層に設け、ラビング処理して薄膜トランジスタを備えた電極付き対向基板を得た。
【００３５】
電極付き対向基板とカラーフィルターとを貼り合わせ、液晶表示装置を作製し問題なく動作することを確認した。
【００３６】
比較例１
実施例２と同様なプロセスにより電極付き基板上にオーバーコート膜を作製した。別種のオーバーコート剤を使用した結果、膜の表面粗度が悪化した。オーバーコー膜の表面粗度を表面粗さ計で測定したところ０．０２μｍであった。
この基板を使用して実施例１と同様な手法で液晶セルを作製したところ、液晶の配向不良に起因する表示不良が発生した。
【００３７】
比較例２
実施例３と同様なプロセスによりカラーフィルターを作製した。比較例１で使用したオーバーコート剤を使用した結果、カラーフィルターの表面粗度が悪化した。各着色被膜の表面粗度を表面粗さ計で測定したところ０．０２μｍであった。
このカラーフィルターを使用して実施例３と同様な手法で液晶表示装置を作製したところ、液晶の配向不良に起因する表示不良が発生した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に平行な向きの電界にて駆動される液晶表示装置に使用され、配向膜塗布の工程を省略でき、かつ平坦性のよいカラーフィルターを得ることができる。
【００３９】
さらに、 本発明の液晶表示装置は、樹脂中に遮光剤を分散させてなるブラックマトリクスを有するカラーフィルターを使用しているため、有効に液晶中に横電界がかかるため、表示品位が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例３におけるカラーフィルター基板の断面図
【図２】本発明の実施例３におけるカラーフィルター基板を利用した液晶表示装置の断面図
【図３】実施例１におけるオーバーコート膜の表面粗度測定時の測定チャート
【図４】比較例１におけるオーバーコート膜の表面粗度測定時の測定チャート
【符号の説明】
１    透明基板
２    遮光層
３    着色膜
４    オーバーコート膜
５    配向膜
６    保護膜
７    絶縁膜
８    ゲート電極
９    ドレイン電極
１０  ソース電極（画素電極）
１１  コモン電極
１２  薄膜トランジスタ
１３  液晶層
【図１】
0003952421.tif 000003
【図２】
0003952421.tif 000004
【図３】
0003952421.tif 000005
【図４】
0003952421.tif 000006