JP2003344843A - カラーフィルターおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程を増やすことなく半透過型の性能を
十分に発揮するカラーフィルター構成であり、かつセル
ギャップムラが発生しにくく、画質を向上させたカラー
フィルターおよび液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 透明基板上に少なくとも着色層と保護膜
層を有し、着色層が透過用領域と反射用領域からなるカ
ラーフィルターであって、前記着色層の少なくとも一色
は透過用領域と反射用領域が同一色材料からなり、反射
用表示領域には透明領域を含むカラーフィルターであ
り、かつ樹脂からなるスペーサー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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーフィルタ
ー、およびそれを用いた液晶表示装置、とくに透過型液
晶表示装置と反射型液晶表示装置の両特性を具備する半
透過型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の液晶表示装置は簡便な画像表示能
力の利点を生かし、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始め様々な用途で使用され
ている。バックライトを光源として使用する透過型液晶
表示装置においては、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、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、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（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．１２
６）。

【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。外光強度を補い視認性を向上する方法としては、
例えば特開平１１−５２３６６号公報記載の反射膜に光
を透過するための切り欠きを入れ、バックライトの光利
用効率を向上する方式、また、特開平１０−１５６５２
号公報記載の補助光源としてフロントライトを設けた反
射表示方式、あるいは特開平１１−１８３８９２号公報
に記載の透過表示と反射表示の機能を兼ね備えた半透過
膜を装置内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。

【０００４】前述の半透過型表示方式では、バックライ
ト光を利用して表示を行う透過表示と外光を利用して表
示を行う反射表示とでは、光源光がカラーフィルターを
通過する回数が異なるため各領域の表示色や色調を同一
とするのは困難であったが、特開２００１−３３７７８
号公報に記載のように膜厚補正層となるスペーサ−を形
成し、１回通過の透過用領域に対し、２回通過の反射用
領域の膜厚を薄くする方式が提案されているが、色材料
の膜厚を変える場合では、透過表示での光源がバックラ
イト光、反射表示での光源が外光であることによる色調
の変化を補正することはできない。一方では、特開平２
００１−１６７８１０号公報に記載のように、同一色材
料で構成した透過用領域と反射用領域の内、反射用領域
に透明領域を形成する方式も提案されているが、表示色
や色調は一致するものの、着色層中の透明領域により平
坦性が損なわれるため、液晶表示装置の組み立てにおい
て、対向基板とカラーフィルター間の間隙、すなわちセ
ルギャップの適正化が得られない欠点があった。透明領
域近傍での液晶材料の配向不良を防ぐため保護膜が用い
られるが、着色層の膜厚および透明領域率などにより十
分な平坦性が得らない場合があり、均一なセルギャップ
を得るには十分であるとは言い難い。セルギャップを形
成するためには、従来はプラスチックビーズまたは、ガ
ラス繊維をスペーサーとして使用する。このスペーサー
部材は基板上に篩で散布する乾式法或いはアルコールや
クロロホルム中にスペーサー部材を分散し塗布する湿式
法などによりできるだけ均一に散布される。しかしなが
ら、この方式では以下のような問題点があった （１）液晶浸透時にスペーサー部材が動いてしまい分布
が偏りギャップムラが生じ表示ムラの原因となる。
（２）スペーサーが存在する位置が制御できないので非
表示部のみならず表示部上にものってしまい画質の低下
を招く。特に前述の着色層に透明領域を含む半透過型の
カラーフィルターにおいては概して透明領域の部分の総
膜厚が着色層部分より低くなるため、ギャップの分布が
一定にならず、ギャップムラを生じやすいという問題が
あった。

【０００５】

【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、反射用表示領域と
透過用表示領域を有し、反射領域に透明領域を有する半
透過型液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、着色
層中に含まれる透明領域部分により平坦性が損なわれて
も、液晶表示装置において均一なセルギャップを発揮す
ることが可能なカラーフィルターを簡便に提供すること
にある。

【０００６】

【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平坦性を改善することが可能であ
ることを見いだした。すなわち、（１）透明基板上に少
なくとも着色層と保護膜層を有し、着色層が透過用領域
と反射用領域からなるカラーフィルターであって、前記
着色層の少なくとも一色は透過用領域と反射用領域が同
一色材料からなり、反射用表示領域には透明領域を含む
カラーフィルターであり、かつ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液晶表示装置用カ
ラーフィルターであって、（２）樹脂からなるスペーサ
ーがカラーフィルター上の遮光部に形成されていること
を特徴とする（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィ
ルターであって、（３）樹脂からなるスペーサーが少な
くとも２色以上の着色層の重なり部分に形成されている
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であって、（４）カラーフィル
ター上の透過表示用領域と反射表示用領域の少なくとも
一方に樹脂からなるスペーサーを有することを特徴とす
る（１）〜（３）のいずれかに記載の液晶表示装置用カ
ラーフィルターであって、（５）樹脂からなるスペーサ
ーが透明樹脂からなることを特徴とする（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で
あって、（６）樹脂からなるスペーサーがネガ型レジス
トであることを特徴とする（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であって、
（７）樹脂からなるスペーサーがポジ型レジストである
ことを特徴とする（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であって、（８）樹脂か
らなるスペーサーが非感光性樹脂であることを特徴とす
る（１）〜（５）のいずれかに記載の液晶表示装置用カ
ラーフィルターであって、（９）（１）〜（８）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
る液晶表示装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に本発明におけるカラーフィ
ルターを用いた液晶表示装置の構成例を示すが、発明の
効果が損なわなければ本構成例に特に限定されるもので
はない。

【０００８】本発明のカラーフィルターは透過用領域Ｔ
と反射用領域Ｒにより構成される。透過用領域とは図１
の構成例においてアレイ基板等の対向基板７を通してバ
ックライト９からの透過光により色表示を行う着色層領
域を示す。一方、反射用領域とはアレイ基板７上に形成
された反射手段８からの反射光による色表示着色領域を
示す。反射手段を形成する基板は、カラーフィルター側
基板１、または対向基板７のいずれでもよい。すなわ
ち、液晶表示装置中の反射手段に対応するカラーフィル
ター上の着色層領域が反射用領域Ｒとなる。一方、液晶
表示装置中の反射手段が形成されていない部分に対応す
る着色層領域は透過用領域Ｔとなる。

【０００９】本発明のカラーフィルターによれば、透明
基板２上に形成される少なくとも一色の着色層について
は、透過用領域と反射用領域に同一色材料（６Ｒ）によ
る着色層からなり、反射用領域Ｒは着色領域６Ｒと透明
領域６Ｒ₁により構成される。ここで、色材料とは着色
層の膜の組成全体であり、同一色材料とは膜の組成が同
一であることを言う。透明領域とは具体的には可視領域
での平均透過率が８０％以上である領域である。カラー
フィルター上の透過用領域や反射用領域は金属、遮光性
物質を含む樹脂、隣り合う着色層の重なり部などによる
遮光層３により区画された画素内で分割されて形成され
てもよく、または画素毎、または複数の画素を含む領域
に形成されてもよい。各領域の配置および比率は最適な
表示品位を得るため任意に設計することができる。透明
領域が存在する色が少なくとも一色あれば、より透過表
示と反射表示の差が小さくなり、製造工程数も少なくな
りコストダウンができるので、効果が発揮される。

【００１０】透明領域を含む画素については、透明領域
の面積の反射用領域全体の面積に対する割合（以下「透
明領域率」と呼ぶ）が重要である。透明領域を含む着色
層が複数ある場合は、透明領域率が緑＞赤＞青の順に大
きいことが好ましい。具体的には、緑色着色層について
いえば、透明領域率が１５％以上３５％以下、赤色着色
層についていえば、５％以上２０％以下、青色着色層に
ついていえば、２％以上１５％以下であることが好まし
い。さらには緑色着色層についていえば、透明領域率が
２０％以上３０％以下、赤色着色層についていえば、８
％以上１６％以下、青色着色層についていえば、５％以
上１２％以下であることがより好ましい。

【００１１】透明領域の形状は円、長方形、スリットな
どの形状にすることが可能であるが反射領域と加工性の
点から適宜選ばれる。また透明領域が１画素内に分割さ
れていてもよい。透明保護膜による平坦性を少しでも向
上させるには透明領域が分割され、個々の面積が小さ
く、かつ反射領域内で各々ができるだけ離れて形成され
ていることが望ましい。例えば、透明領域を円形で形成
する場合を以下に説明する。これは多角形やスリットの
場合も同じである。円の直径は１０〜５０μｍにするこ
とが望ましい。直径１０μｍ以下では色材料を精度よく
加工することが難しく透明領域面積のバラツキが大きく
なるため反射色の透過率のバラツキも大きくなる。また
直径５０μｍ以上では、上部に透明保護膜をつけても透
明領域全体の膜厚の低下が大きくなりギャップムラの原
因となる。また、円は１つとは限らず、必要な透明領域
の面積分を形成することになるが、各円と円の間隔を１
０μｍ以上あけることが望ましい。１０μｍ以下の間隔
では色材料の加工精度により各々の円がつながり、透明
領域が必要以上に大きくなってしまう場合がある。また
各透明領域が近接していると、その部分に透明保護膜が
十分に流れ込まず、透明保護膜の膜厚が薄くなりやはり
ギャップムラの原因となる。

【００１２】透過用領域色度（ｘ₀，ｙ₀）と反射用領域
色度（ｘ、ｙ）の色度差δについては、δ＝（ｘ−
ｘ₀）²＋（ｙ−ｙ₀）²≧１×１０^-3である着色層を含ま
ないことが好ましく、δ＝（ｘ−ｘ₀）²＋（ｙ−ｙ₀）²
≧５×１０^-4である着色層を含まないことがより好まし
い。ここでいう透過用領域色度とは、上述のカラーフィ
ルター透過用領域の着色層を顕微分光光度計などで測定
したときに得られる分光スペクトルから求められるもの
である。透過用領域が複数の領域に分割されている場合
は、それぞれの領域の分光スペクトルを測定し、面積に
ついての加重平均を取ることにより求める。反射用領域
色度とは該領域中の着色層領域の分光スペクトル、透明
領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色
層領域と透明領域との面積についての加重平均を取るこ
とにより求められるものである。

【００１３】色度の計算には、光源の違いを考慮に入れ
るため、透過用領域はＣ光源、２波長型光源、３波長型
光源の内のいずれかにより、反射用領域はＣ光源、Ｄ６
５光源で行うことが好ましい。ここでいう２波長型のＬ
ＥＤ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
波長蛍光管、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、有機エレクトロルミネッセン
ス光源などがあげられる。

【００１４】本発明の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。画素
の形成方法については、フォトリソ法、印刷法、電着法
等があ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。

【００１５】本発明のカラーフィルターによれば、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、３
８、１４９，１６６、１６８、１７７，２０６、２０
７、２０９、２２４、２４２，２５４、ピグメントオレ
ンジ（ＰＯ−）５、１３、１７、３１、３６、３８、４
０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６
５、７１、ピグメントイエロー（ＰＹ−）１２、１３、
１４、１７、２０、２４、８３、８６、９３、９４、１
０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３
９、１４７、１４８、１５０，１５３、１５４、１６
６、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、３
７、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。

【００１６】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 Societ
y 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．Ｐ
Ｒ２５４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、ＰＲ２５
４）する。

【００１７】しかしながら、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、ＰＲ２５
４、キナクリドン骨格を持つ顔料、ＰＯ３８、ＰＹ１
７、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、ＰＹ１
７、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、Ｐ
Ｖ１９、２３を使用することがより好ましい。

【００１８】本発明のカラーフィルターを用いる液晶表
示装置は反射光を得るための反射手段とバックライト光
源の両方を兼ね備えていることを特徴とする。反射手段
はアルミニウム、銀などを含む反射率の高い金属反射膜
が好んで用いられるが特に限定されない。また、透過用
領域は金属反射膜のエッチングなど部分的に反射手段を
形成する方法や、金属反射膜中にスリットを形成する方
法等があるが、特に限定されない。また、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、Ｓ
ＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢ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、形状等にも限定され
ずに使用することができる。また、本発明のカラーフィ
ルターでは透明領域の形成による液晶材料の配向不良が
発生するため、着色層上に保護膜層４を有することが好
ましい。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。保護膜は前記樹脂
組成物を構成するための原材料を含む樹脂溶液組成物を
スピンコータ、ダイコータ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。

【００１９】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２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以
上、さらに好ましくは２５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下で
ある。また、粘度は好ましくは、５ｍＰａ・ｓ以上３５
ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは５ｍＰａ・ｓ以上２
０ｍＰａ・ｓ以下である。

【００２０】これら保護膜用樹脂溶液組成物がカラーフ
ィルター上に塗布された場合、反射用領域中に含まれる
透明領域は樹脂溶液組成物が充填され、着色領域との段
差は緩和される。一方、複数の着色領域間に段差が生じ
る場合、すなわち、着色層の膜厚が異なる場合も、樹脂
溶液組成物は厚い膜厚の着色層から低い膜厚の着色層方
向に流れ込み、着色層間に生じる段差を緩和する。した
がって、膜厚の厚い着色層上の保護膜層は薄く、膜厚の
薄い着色層上の保護膜層は厚くなる。

【００２１】反射用領域に透明領域が形成された着色層
の膜厚が他の着色層の膜厚に比べ厚い場合において、前
記樹脂溶液が低い着色層側に流れ込み透明領域への充填
が行われにくく、段差の緩和が不十分となる。したがっ
て、少なくとも一色以上の透明領域を有する着色層とそ
の他の着色層の段差は好ましくは０．４μｍ以下であ
り、さらに好ましくは０．２μｍ以下にしなければなら
ない。さらに、透明領域を有する着色層の膜厚ｄ１は、
他の着色層の膜厚ｄ２に比べｄ１≦ｄ２であることが好
ましい。また、全ての着色層が透明領域を有する場合、
その着色層間の段差は０．２μｍ以下が好ましく、さら
に好ましくは０．１μｍである。着色層の膜厚段差を低
減することで、透明領域への保護膜用樹脂溶液組成物の
充填が十分に行われるため、液晶材料の配向不良が防げ
る。

【００２２】更に均一なセルギャップを得るために、本
発明では樹脂からなるスペーサーを用いる。樹脂からな
るスペーサーは、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。

【００２３】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。

【００２４】さらに、上記に示した樹脂のみでは目的の
機械的物性が満たせなかった場合、樹脂の中に各種の添
加剤を入れて調整しても良い。添加剤としては、たとえ
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、および
黒、赤、青、緑などの着色顔料、およびアルミナ、ジル
コニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライ
トなどのセラミック粉末、およびガラス−セラミックス
複合粉末などが用いられる。体質顔料のうち、バライ
ト、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタル
クが好ましい。

【００２５】スペーサー４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、着色層と同様、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
も良い。

【００２６】このようにして得られたスペーサー４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。

【００２７】ポジ型フォトレジストの場合、露光量は６
０〜３００ｍｊ／ｃｍ² が好ましく、より好ましくは８
０〜１６０ｍｊ／ｃｍ² である。また、現像液濃度もス
ペーサーの形状や高さ、面積により異なるが０．５〜３
％がより好ましく、より好ましくは１〜２．５％、さら
に好ましくは２〜２．４％である。

【００２８】ネガ型フォトレジストの場合、露光量は１
００〜５００ｍｊ／ｃｍ² が好ましくより好ましくは１
５０〜３００ｍｊ／ｃｍ² である。現像液濃度について
は０．０５〜３％が好ましく、より好ましくは０．１〜
１％である。

【００２９】この後オーブンやホットプレートで再加熱
して硬化を完了させる。再加熱の温度は、用いる樹脂の
種類に応じて適宜選択すればよいが、たとえばポリイミ
ド系樹脂を用いた場合、好ましくは１８０〜３００℃の
範囲であり、より好ましくは２５０〜２９０℃の範囲で
ある。またアクリル系樹脂を用いた場合、好ましくは１
８０〜２９０℃の範囲であり、より好ましくは２２０〜
２５０℃の範囲である。

【００３０】非感光樹脂を用いてスペーサー４を形成す
ることも可能である。使用する樹脂としては、特に限定
されないが、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、ポリイミド系樹脂、ポ
リオレフィン系樹脂などの材料が好ましく用いられる。

【００３１】さらに、上記に示した樹脂のみでは目的の
機械的物性が満たせなかった場合、樹脂の中に各種の添
加剤を入れて調整しても良い。添加剤としては、たとえ
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、および
黒、赤、青、緑などの着色顔料、およびアルミナ、ジル
コニア、マグネシア、ベリリア、ムライト、コージライ
トなどのセラミック粉末、およびガラス−セラミックス
複合粉末などが用いられる。体質顔料のうち、バライ
ト、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカおよびタル
クが好ましい。

【００３２】非感光性樹脂を用いてスペーサー４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、着色層と同様、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良い。

【００３３】この様にして得られた非感光性樹脂被膜
は、その上にポジ型フォトレジストの被膜を形成した後
に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ型フォトレ
ジストを除去し、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア
条件は、樹脂により異なるが、前駆体からポリイミド系
樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、通常
２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的であ
る。

【００３４】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い。面積が大
き過ぎると低温発泡の原因となり、また、小さいとスペ
ーサーが潰れやすくギャップムラを生じやすくなる。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。

【００３５】スペーサーの配置場所としては、カラーフ
ィルターを作製後のパネル作製工程から限定される。カ
ラーフィルター上に配向膜を塗布後、ラビングロールに
て基板上を擦り液晶材料の配向処理が行われるが、スペ
ーサー部分は周囲よりも高さを持っているため、スペー
サー近傍は非配向或いは配向の乱れが生じる。このため
正常配向でない部分を表示領域から隠すために、カラー
フィルターの遮光部に設けられるのが普通である。遮光
部が２色以上の画素の重なりにより形成されている場合
はこの部分に設けられる。更に遮光部がない場合や画素
の重なりがあるために平坦性が十分でない場合は、画素
領域にスペーサを設ける場合もある。この場合は画素の
透過領域および反射領域のどちらに設けてもよいが、反
射領域には透明領域を含むために平坦性が悪い場合が多
く、透過領域に設ける方がより好ましい。

【００３６】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。透明基板或いはパターニングされたクロ
ム基板上に、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。

【００３７】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１８
０〜２５０℃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。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。

【００３８】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成膜す
る。更に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、所定の箇所に金属蒸着膜などの反
射電極が形成された反射電極基板とを、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、対向させて貼りあわせる。なお、反
射電極基板上には、反射電極以外に、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、Ｔ
ＦＴ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。本発明は、優れた平坦性が必要な３．５μｍ以下の
狭セルギャップの液晶表示装置などには特に効果を発揮
する。

【００３９】

【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。

【００４０】実施例１ Ａ．ポリアミック酸溶液の作成 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７
０℃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。

【００４１】Ｂ．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。

【００４２】Ｃ．着色層形成用ペーストの作成 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、０．６
７ｇ（１５ｗｔ％）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Ｐ
Ｏ３８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、７５ｗｔ％とピグメントイエローＰＹ
１３８、２５ｗｔ％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ＰＢ１
５：１、９３ｗｔ％、ピグメントバイオレットＰＶ２
３、７ｗｔ％を含む青色着色層形成用ペースト（Ｂ１）
を得た。

【００４３】Ｄ．着色層の作成 ガラス基板（コーニング株式会社製”１７３７”）上の
クロムをパターン加工し、ブラックマトリックスを形成
した後、該基板上にスピンナーで赤着色層形成用ペース
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、反射用領域に１２％の透
明領域率を有するクロム製のフォトマスクを通して３６
５ｎｍ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層を形成した。同
様な方法により、青色着色層形成用ペースト（Ｂ１）を
用い、赤色着色層の隣に青色着色層を配置した。この
際、反射用領域内での透明領域率が９％のフォトマスク
を使用した。次に、ペースト（Ｇ１）を用い、赤色着色
層と同様フォトリソ加工により緑反射用領域内に着色層
を配置した。露光時に使用したフォトマスクは、反射用
領域に２０％の透明領域率を有するクロム製のフォトマ
スクを使用した。なお作製したＲ，Ｇ，Ｂの画素膜厚を
測定したところそれぞれ１．４μｍ１．６μｍ、１．５
μｍであった。

【００４４】Ｅ．透明保護膜およびＩＴＯの形成 この後、アクリル系樹脂（ＪＳＲ製”オプトマー３６３
Ｒ８”）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１．０μｍで
あった。透明保護膜を形成後、最も画素膜厚の厚い緑画
素の透明領域部分と通常の着色層部分との段差を測定し
たところ０．３μｍの段差があった。さらにその上にＩ
ＴＯ膜を膜厚０．１４μｍとなるようスパッタリング成
膜した。

【００４５】Ｆ．スペーサーの形成 感光性アクリル樹脂（ＪＳＲ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３０
０ｍJ/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。スペーサーはクロムブラックマト
リックスによる遮光層の位置に配置した。作製されたカ
ラーフィルターのスペーサー高さを接触式表面段差計で
測定したところ、ＩＴＯからのスペーサー高さは３．０
μｍであった。スペーサーの形状は底部１２μｍ、上部
１０μｍの円柱状であり先端は丸みを帯びていた。

【００４６】Ｇ．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。作製し
た液晶表示装置のセルギャップを大塚電子製セルギャッ
プ測定装置ＲＥＴＳ−３０００で測定した結果、平均
２．８μｍであった。この液晶表示装置を非点灯及び点
灯状態で目視観察した結果、ギャップムラはなく、均一
であった。この液晶表示装置を用いて低温発泡および高
温でのギャップムラの評価を行った。低温発泡評価は−
２０℃の環境に２４時間放置した、真空泡の有無を確認
することで実施した。高温時のギャップムラ評価は５０
℃で液晶表示装置を立てて観察することで行った。その
結果、低温発泡の発生はなく、また高温時のギャップム
ラも許容範囲内であった。

【００４７】実施例２ 実施例１においてＩＴＯを形成した後、スペーサーの形
成場所を緑画素と青画素の重なり部分に形成した以外は
実施１と同様に作製した。実施１と同様に液晶表示装置
を作製し、評価した結果、セルギャップは平均２．９μ
ｍであった。この液晶表示装置を非点灯及び点灯状態で
目視観察した結果、ギャップムラはなく、均一であっ
た。

【００４８】実施例３ 実施例１においてＩＴＯを形成した後、スペーサーの形
成場所をＢ画素の透過領域に形成した以外は実施１と同
様に作製した。実施１と同様に液晶表示装置を作製し、
評価した結果、セルギャップは平均２．８ μｍであっ
た。この液晶表示装置を非点灯及び点灯状態で目視観察
した結果、 ギャップムラはなく、均一であった。

【００４９】実施例４ 実施例１においてＩＴＯを形成した後、スペーサーの形
成場所を反射領域に形成した以外は実施１と同様に作製
した。実施１と同様に液晶表示装置を作製し、評価した
結果、セルギャップは２．８μｍであった。この液晶表
示装置を非点灯及び点灯状態で目視観察した結果、ギャ
ップムラはなく、均一であった。

【００５０】実施例５ 実施例１において、スペーサー材料としてポジ型レジス
トを使用した。ポジ型レジストとしてはシプレー社製フ
ォトレジストＳＲＣ−１００を用いた。フォトレジスト
ＳＲＣ−１００をカーテンフローコーターで塗布し、ホ
ットプレートで１００℃、１０分間で加熱した。次に、
高圧水銀灯を用いて１００ｍｊ／ｃｍ² 紫外線照射して
マスク露光を実施した後、２．２５％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、ホット
プレートで２４０℃、１０分間加熱し、反応を完了させ
た。作製したカラーフィルタのスペーサー高さを接触式
表面段差計で測定した。ＩＴＯからのスペーサー高さは
３．０μｍ。スペーサーの形状は底部１１μｍ、上部１
０μｍの円柱上であり、断面形状は台形状になってい
た。 （液晶表示装置の作製と評価）実施例１と同様にして横
電界方式の液晶表示装置の作製を行った。作製した液晶
表示装置のセルギャップを大塚電子製セルギャップ測定
装置ＲＥＴＳ−３０００で測定した結果、平均２．９μ
ｍであった。この液晶表示装置を非点灯および点灯状態
で目視観察した結果、ギャップムラはなく、均一であっ
た。

【００５１】実施例６ 実施例１において、スペーサー材料として非感光ポリイ
ミド樹脂を使用した。ポリイミド樹脂をカーテンフロー
コーターで塗布し、ホットプレートで１３０℃、１０分
間加熱、乾燥させた。ポジ型フォトレジスト（シプレー
社製、ＳＲＣ−１００）をカーテンフローコーターで塗
布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、
超高圧水銀灯を用いて１００ｍｊ／ｃｍ² 紫外線照射し
てマスク露光した後、２．２５％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、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、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３００℃、１０分間加熱することでイ
ミド化させ、スペーサーを完成させた。作成したカラー
フィルタのスペーサー高さを接触式表面段差計で測定し
た。ＩＴＯからの高さは表示領域で２．８μｍであっ
た。スペーサーの形状は円柱上で、頂部の大きさは直径
１０μｍφであった。 （液晶表示装置の作成と評価）実施例１と同様にして液
晶表示装置の作成を行った。この液晶表示装置を非点灯
及び点灯状態で目視観察した結果、ギャップムラはな
く、均一であった。

【００５２】比較例１ 実施例１において、着色層の膜厚、透明領域率、透明保
護膜層の膜厚はそのままでＩＴＯを形成後、樹脂による
スペーサーを設けずにカラーフィルタを作成した。樹脂
スペーサーの形成の代わりにプラスチックビーズを散布
することにより同様に液晶表示装置を作製し、評価した
結果、セルギャップは実施例１と同様に２．８μｍとす
ることができたが、ビーズの分布が一定にならず目視観
察でギャップムラが確認できた。このムラはパネル作成
工程における加熱・加圧時のムラを反映していた。

【００５３】

【発明の効果】着色層の反射表示領域に透明領域部分を
含むカラーフィルターにおいて、樹脂からなるスペーサ
ーを設けることで、液晶セルギャップの均一化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルターを用いた液晶表示装
置を示す図である。

【符号の説明】

１：カラーフィルター ２：透明基板 ３：遮光層 ４：保護膜層 ５：透明電極層 ６Ｒ，６Ｒ1：着色層 ７：対向基板（アレイ基板） ８：反射手段 ９：バックライト １０：液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA11 LA12 LA16 MA03X NA14 NA17 TA12 TA13 TA17 2H091 FA02Y FA15Y FA34Y FD04 FD06 FD23 FD24 LA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に少なくとも着色層と保護膜
   層を有し、着色層が透過用領域と反射用領域からなるカ
   ラーフィルターであって、着色層の少なくとも一色は透
   過用領域と反射用領域が同一色材料からなり、反射用領
   域には透明領域を含むカラーフィルターであり、かつ樹
   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
   する液晶表示装置用カラーフィルター。
2. 【請求項２】 樹脂からなる固定されたスペーサーがカ
   ラーフィルター上の遮光部に形成されていることを特徴
   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。
3. 【請求項３】 樹脂からなる固定されたスペーサーが少
   なくとも２色以上の着色層の重なり部分に形成されてい
   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。
4. 【請求項４】 カラーフィルター上の透過用領域と反射
   用領域の少なくとも一方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１〜３のいずれ
   かに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
5. 【請求項５】 固定されたスペーサーが透明樹脂からな
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液
   晶表示装置用カラーフィルター。
6. 【請求項６】 樹脂からなる固定されたスペーサーがネ
   ガ型レジストであ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装置用カラーフィルター。
7. 【請求項７】 樹脂からなる固定されたスペーサーがポ
   ジ型レジストであ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装置用カラーフィルター。
8. 【請求項８】 樹脂からなる固定されたスペーサーが非
   感光性樹脂であ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装置用カラーフィルター。
9. 【請求項９】 請求項１〜８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。