JP2005148276A

JP2005148276A - 液晶表示装置用カラーフィルターおよび液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005148276A
Application number: JP2003383611A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kano; 昌志狩野; Hideyuki Kojima; 英幸小嶋; Junji Kajita; 純司梶田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】反射表示と透過表示とでそれぞれ所望の色特性（色純度、明るさおよび色調）の半透過型液晶表示装置用カラーフィルターを低コストに製造し、また、液晶表示装置作製におけるラビング工程を省いて配向膜不良を防止し、かつ、視野特性の良好なカラーフィルターを提供する。
【解決手段】画素上に透明電極が形成されており、一画素中に、複数の着色層が積層された領域と、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域とを有する液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域には着色層以外の樹脂層が形成され、さらに、前記画素上に形成された透明電極上に液晶配向用突起が設けられてい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１

Description

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。

現在、液晶表示装置は、軽量、薄型および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および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（非特許文献１参照）。

この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、半透過型表示方式）の液晶表示装置（非特許文献２参照）や、（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。

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（特許文献１参照）。しかしながら、図３に示すような透明基板１上に単に着色層４を設けただけの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。

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、明るさおよび色調を同一にする）方法として、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ことが提案されている（特許文献２参照）。図４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。透明基板１上の反射用領域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。しかしながら、反射用領域７の着色層膜厚を薄く変えただけでは、色純度と明るさについては大きな違いをなくすことができるものの、赤、緑、青それぞれ単色の反射表示の色調は透過表示での色調と異なってしまい、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出来ないという問題点があった。

また、透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする別の方法としては、図５に示すような透明基板１上の透過用領域６および／または反射用領域７をバックライト光と環境光を考慮した適切な複数の色材料で濃色着色層１４ａと淡色着色層１４ｂに塗り分ける方法がある（特許文献３および特許文献４参照）。透過用領域６および／または反射用領域７を塗り分ける方法では、透過用領域６と反射用領域７の色調を同じにして色純度と明るさを変え、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が、現在主流のフォトリソ法では、一色の画素を形成するのに二度以上の色材料塗布し、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。

一方、製造コストを増加させず明るい反射表示を実現する方法として、図６に示すような透明基板１上の反射用領域７に着色層４を形成する領域と無着色層５の領域とを含む構成のものが提案されている（特許文献５参照）。この方法によれば、着色層を形成しない無着色層５の領域を各色毎に異ならせることにより、反射表示での適切な色純度と明るさを得ることが出来るとされている。しかしながら、本来波長選択性が要求されるカラーフィルターに選択性のない無着色の領域を形成することにより、カラーフィルターとしての特性が低下してしまう。すなわち、同じ色純度で比較すると、明るさに劣ったカラーフィルターとなってしまう。この傾向は、透過用領域の色純度を向上させると顕著になり、反射表示での十分な明るさが得られなくなってしまう。

このような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、少なくとも１色の画素については、非感光性樹脂を含む着色層上に感光性樹脂を含む着色層を積層させ、一括加工したカラーフィルターが提案されている（特許文献６参照）。

図７は、上記の特許文献６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、一画素中に透過用領域６と反射用領域７があり、その反射用領域７の感光性樹脂を含む着色層２４ａは、半透過フォトマスクを使用することにより、透過用領域６の感光性樹脂層膜厚の１／２以下に調整することが出来、反射表示での明るさを向上させることが出来る。また、積層させる着色層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とでの表示特性を所望の色調にすることができる。しかしながら、感光性樹脂からなる着色層２４ａについては、反射用領域７の着色層を薄くすることが出来るものの、下層の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂは、透過用領域７と反射用領域６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。

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。

本発明者らは、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カラーフィルターとして、複数の着色層が積層され、かつ、最上層が感光性カラーレジストからなる構造を有し、かつ、反射用領域において基板と着色層の間に透明樹脂層を有することを特徴とするカラーフィルターを提案している（特許文献７参照）。その中でも、反射用領域の着色層数が透過用領域に積層された着色層数よりも少ないカラーフィルター構成では、反射表示での明るさを特に向上させることができる。しかしながら、この構成のカラーフィルターでは、基板と着色層の間に樹脂層を有するため、必然的に一画素内の段差が大きくなり、その後の液晶表示装置作製におけるラビング工程での配向膜不良が発生しやすいという問題があった。

また、半透過型の液晶表示装置において、透過型の液晶表示装置同様、広視野角化や高速応答化など、視野特性の向上も重視されている。従来の技術では、主にモニターやノート型の透過型液晶表示装置において、ＩＰＳ(In-Plane Switching)方式（特許文献８参照）やＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）方式（特許文献９参照）等が用いられ、これらの方式によって、ＴＮ(Twisted Nematic)方式以上に優れた視野特性が得られるようになった。中でも、ＭＶＡ方式は、液晶が斜めに配向される配向方向が１画素内で複数の方向になるように規制する液晶配向用突起を設けることで、広視野角化、高コントラスト化および高速応答化が可能となっている。本方式ではこの液晶配向用突起の形成が技術的に重要となる。
特開平１１−１０９４１７号公報特開２００１−３３７７８号公報特開２００１−１８３６４６号公報特開２００１−２８１６４８号公報特開２０００−１１１９０２号特開２００２−３６５４１９号公報特願２００２−３５０８３０号特公昭５３−４８４５２号公報特許第２９４７３５０号公報「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。「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。

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、半透過型液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、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製造すること、また、液晶表示装置作製におけるラビング工程を省いて配向膜不良を防止し、さらには、視野特性の良好なカラーフィルターを提供することを目的とするものである。

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、明るさおよび色調）を得ることができ、かつ工程増加を抑えて、低コストのカラーフィルターの製造を可能とし、また、液晶表示装置作製におけるラビング工程を省いて配向膜不良を防止し、さらには、画面表示での視野特性が良好で表示品位の高い半透過型液晶表示装置を実現可能であることを見出した。
すなわち、
（１）一画素中に、複数の着色層が積層された領域と、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域とを有する液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域には着色層以外の樹脂層が形成され、さらに、前記画素上に形成された透明電極上に液晶配向用突起が設けられてい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）複数の着色層が積層された領域が透過用領域であり、該複数の着色層よりも少ない数の着色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前記（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。

（３）着色層以外の樹脂層が形成されている位置が、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部にあることを特徴とする前記（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）液晶配向用突起を形成する材料が透明樹脂からなることを特徴とする前記（１）から（３）のいずれかに記載のカラーフィルター。

（５）液晶配向用突起を形成する材料が電気的に絶縁性であることを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載のカラーフィルター。

（６）積層された着色層のうち下層の着色層がポリイミド樹脂からなる前記（１）から（５）のいずれかに記載のカラーフィルター。

（７）前記（１）から（６）のいずれかに記載のカラーフィルターを用いてなる液晶表示装置。

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、カラーフィルターを低コストに製造し、さらには配向膜ラビング工程を省いて配向膜の不良発生を防止し、かつ、視野特性の良好なカラーフィルターを得ることができる。

本発明のカラーフィルターは、一画素内に透過用領域と反射用領域を持つ半透過液晶表示装置に好適に用いることができる。

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および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。また、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。

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存在することが好ましい。また、透過用領域は画素領域のおおむね中間に位置することが好ましい。

本発明者らは、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、一括パターン加工する加工方法を考案した。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、明るさおよび色調を得ることが可能となる。

ここで、ネガ型感光性レジストと非感光性ペーストの現像特性の違いについて述べる。ネガ型感光性レジストでは、紫外線などにより露光された領域は、光架橋反応が進行し、現像液に不溶となる一方、未露光部分は、現像液に溶解する。したがって、十分な露光量の紫外線を照射することで、現像時間によらず、一定のパターンを形成することが出来る。

一方、非感光性ペーストのフォトリソ加工では、それ自体が感光性能を持たないため、感光性のレジストを非感光性ペーストからなる塗膜上に塗布する必要がある。紫外線などの露光により、感光性レジストは露光部分と未露光部分で溶解性が変化するが、非感光性ペーストからなる塗膜層は、光照射によってなんら溶解性が変化することがない。そのため、適正現像時間よりも現像時間を長くした過現像条件とすることで、上層の感光性レジストに比べて、下層の非感光性ペーストのエッチングをさらに進めることが出来る。

本発明者らは、このような現像特性の違いに着目し、感光性レジストならびに非感光性ペーストの積層膜を露光後、過現像条件で一括現像することにより、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを異なった形状に形成出来ることを見出した。

さらに、本発明者らは、凹状に形成された樹脂層上に非感光性ペーストを積層し、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、凹状樹脂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り、非感光着色層の現像性が制御出来ることを見出した。すなわち、段差形状を作るための樹脂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を積層し、さらにその上に感光性レジストを積層し、一括現像することで、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを所望の形状に加工出来ることを見出した。

本発明者らはさらに、上記のように樹脂層を設ける場合には必然的に１画素内の段差が大きくなるものの、その後、形成した透明電極上に液晶配向用突起を設けることによって、その後の液晶表示装置作製におけるラビング工程を省き、配向膜不良が発生しないようにできることを見出した。

また、上記液晶配向用突起の形成によって、液晶表示装置において良好な視野特性が得られることを見出した。ここでいう１画素内の段差とは、１画素内の反射用領域と透過用領域における基板表面からの各領域の膜厚の差である。

ここで、より具体的に本発明のカラーフィルター加工の一例について述べる。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明のカラーフィルター加工を例示説明するための模式断面図である。

図１（ａ）において、透明基板上１に、透過用領域６と反射用領域７の境界に段差をもつようパターン加工された透明樹脂層３が遮光層（ブラックマトリックス）２を介して形成されている。図１（ｂ）においては、上記の透明樹脂層３上に、非感光性樹脂（ペースト）からなる着色層２４ｂと、さらにその上に感光性樹脂からなる着色層２４ａが積層されている。フォトマスクを介した露光の後、現像液に浸漬すると、上層の感光性樹脂からなる着色層２４ａのうち、非露光部２７は溶解し、露光部２６は溶解せずに現像される。
一方、下層の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂは、現像時間と共に溶解が進行するが、樹脂層の段差部分で非感光性樹脂のエッチング速度が極めて遅くなり、透過用領域６の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂは現像されずに、反射用領域７の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂのみが選択的に現像される。結果として、透過用領域６に感光性樹脂からなる着色層２４ａと非感光性樹脂からなる着色層２４ｂが積層され、反射用領域７には感光性レジスト層２４ａのみが得られる（図１（ｃ））。図１（ｄ）は、こようにして得られた基板上に、透明電極２８を形成し、次いでその透明電極２８上に液晶配向用突起２５をパターン形成した本発明のカラーフィルターを例示している。

本発明においては、液晶配向用突起を除いた積層樹脂層の最上層が、感光性樹脂からなる着色層で形成されることが好ましいが、その最上層の感光性樹脂からなる着色層の下の非感光性樹脂からなる着色層および／または感光性樹脂からなる着色層は何層でも積層することが可能である。何層積層するかは目標の色特性を達成するために適宜選択されるが、生産性の観点からは樹脂層としては感光性樹脂と他の１層を組み合わせた２層積層構造であることがより好ましい。このとき下層に用いられる非感光性樹脂は、耐熱性、耐久性に優れるポリイミドを用いることが好ましい。

また、本発明においては、現像性を制御するために着色層以外の樹脂層を、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部に形成することが好ましい。ここでいう着色層とは、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、透明樹脂層や遮光層（ブラックマトリックス）などは含まないものとする。また、境界部１０とは、図１の領域のように画素内で透過用領域６と反射用領域７にまたがり、透過用領域６と反射用領域７の境界から好適には１０μｍ以内に含まれる領域のことをいう。

着色層以外の樹脂層が遮光層である場合は、透過用領域６と反射用領域７の境界部１０のみに樹脂層が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。また、この場合、図１における遮光層２と透明樹脂層３は同一材料で同時に形成しても良く、工程数が減少するためその方が好ましい。

一方、着色層以外の樹脂層が透明樹脂層である場合は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに着色層以外の樹脂層が形成されていてもよく、反射用領域全体について着色層以外の樹脂層が形成されていてもよい。ここでいう透明樹脂層とは、具体的には可視光領域の平均透過率が８０％以上の樹脂層であることをいう。

反射用領域に形成される透明樹脂層の膜厚は、光源の違いを勘案した上で反射用領域と透過用領域の色純度、明るさおよび色調が所望の特性となるように選択させる。透明樹脂の膜厚が大きいほど、平坦化により反射用領域と透過用領域に形成される着色層の膜厚差が大きくなり、反射用領域の明るさを明るくする効果が大きい。しかしながら、膜厚があまり厚くなると、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という問題があるため、上記透明樹脂層の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。一方、膜厚が薄くなると、反射領域と透過領域の着色層の現像性を制御できなくなるため、上記透明樹脂層の膜厚は１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましい。

本発明のカラーフィルターは、上記のような着色層以外の樹脂層が存在するため必然的に基板全体の表面段差が大きくなり、その後の液晶表示装置作製における配向膜ラビング工程での配向膜不良が発生しやすい。ゆえに、透明電極上に液晶配向用突起を設けることで、配向膜のラビング処理を省くことが可能となり、ラビング起因の配向膜不良を無くすことができる。また、液晶表示装置の画面においても良好な視野特性を得ることができる。

本発明において、液晶配向用突起に用いられる材料としては、特に限定されないが、ＣＦ全体での透過率を考慮し、透明樹脂であることが好ましい。ここでいう透明樹脂とは、具体的には可視光領域の平均透過率が６０％以上の樹脂であることをいう。その中でも、感光性レジストは、製造工程でも広く用いられているため、生産上、新たな設備を導入することなく適用することができる。

また、上記材料は、着色層に用いられる樹脂、例えば、アクリルやポリイミド樹脂などの材料を用いても構わない。

この場合、液晶配向用突起の材料として、パターン加工性や力学的強度の点から、絶縁性の白色顔料を分散させた材料を用いることが好ましい。白色顔料としては、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉛、酸化クロム、酸化鉄、ジルコニアおよび硫酸バリウム等が挙げられる。また、上記液晶配向用突起は、カラーフィルター基板とＴＦＴ電極基板とが短絡して欠陥となることを防ぐため、電気的に絶縁体であることが好ましく、その体積抵抗率としては、１０⁷Ω・ｃｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１０⁹Ω・ｃｍ以上である。

また、液晶配向用突起の形状は、断面形状としては、三角形状、半円形状ないし台形状で連続の線状パターン、三角錐ないし、三角断面円錐、台形断面円錐のドット状パターンなどが好適に用いられる。パターンとしては、画素上の液晶分子の配向方向を２分割以上に分割できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、液晶配向用突起が三角形または台形の断面を持つストライプであれば、２つの斜面により２方向に分割配向でき、三角波状（くの字型の折れ線）であれば４分割配向できる。また、液晶配向用突起が角錘であればその斜面の数によって分割配向数が決まり、例えば四角錘であれば４分割配向が得られる。円錐であれば無限の分割配向が得られる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のカラーフィルターの液晶配向用突起を例示説明するための模式平面図である。すなわち、図２（ａ）はドット形の液晶配向用突起２５ａを、図２（ｂ）は線形の液晶配向用突起２５ｂを、図２（ｃ）は、弦形の液晶配向用突起２５ｃを、それぞれ示している。

液晶配向用突起の高さは、０．５μｍ〜６μｍであることが好ましく、０．６μｍ〜３μｍの範囲がより好ましい。突起高さが０．５μｍ未満であると液晶配向の効果が十分でなく、好ましくない。一方、突起高さが６μｍを超えると塗布ムラが発生したり、フォトリソグラフィーによる突起形成が困難となる他、液晶注入の妨げになり、好ましくない。

遮光層としては、通常Ｃｒ、Ａｌおよび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。本発明においては、段差によりエッチング速度を落とす機能が必要であり、樹脂中に遮光材を分散させた樹脂ブラックマトリックスが好ましい。樹脂としては、耐熱性と耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましく用いられる。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や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、酸性基処理あるいは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。

透明樹脂層およびオーバーコート層は、感光性レジスト（樹脂材料）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およびポリオレフィン系樹脂等の材料が挙げられる。感光性を持たせるためには、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を有することが一般的である。アクリル樹脂は、可視光域での透明性が高く好ましく用いられるが、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樹脂で形成した場合は、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。

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（樹脂材料）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およびポリオレフィン系樹脂等の材料が使用することができ、中でも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。

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、オーブンあるいは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を得ることができる。

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方法としては、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、オーブンあるいは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。

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。かつ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、輝度やコントラストの低下を避けることができる。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。透明樹脂と粒子の境界部分で光を複雑に屈折させることにより散乱機能を持たせることができる。かかる粒子としては、シリカ、アルミナおよび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、シリコーンおよび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、マトリクス樹脂との屈折率差が大きい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。

本発明においては、透過表示と反射表示の色純度、明るさおよび色調を所望の特性とするために、透過用領域の着色と反射用領域の着色が異なることが好ましい。反射用領域の着色と透過用領域の着色を変える方法としては、最上層の感光性カラーレジストからなる着色層とそれ以外の着色層の着色が異なる構成とすることがあげられる。「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）または／および色調が異なることを指す。最上層の感光性カラーレジストと感光性カラーレジストおよび／または非感光性カラーペーストからなる下層着色層との着色は同一とする必要はなく、目的に応じて異なることが好ましい。

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、着色剤組成または／および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。例えば、最上層を主顔料と副顔料の両者を使用した着色とし、下層着色層には主顔料あるいは副顔料のみを使用した着色とする、あるいは、最上層と下層着色層で主顔料の種類を変えることなどが可能である。

また、着色塗液の平坦化（レベリング）によっても、反射用領域の着色と透過用領域の着色（同一光源（例えばＣ光源）で見たときの「色の濃さ」）を変えることができる。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。

着色塗液の平坦化（レベリング）の程度は、塗液の粘度や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られ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、また、下層の着色層に用いられ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。

本発明では少なくとも一色の画素について複数の着色層、好適には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を積層させるが、積層させる色については、特に限定はなく赤画素、緑画素および青画素のいずれでもよく、積層させる色画素は１色でも２色でも３色でもよいが、用いられるバックライト光源と環境光の特性差を勘案し、目標の着色を達成できるように個々の積層させる色材料の着色を決めることが好ましい。

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波長型光源および３波長型光源の内のいずれかを用い、そして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、青および緑蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、赤、青および緑各色の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、および有機エレクトロルミネッセンス光源などがあげられる。

本発明で用いられる色材料は、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およびポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられる。

次に、感光性カラーレジストに使用する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ことが一般的である。さらにこれ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。

好ましく使用することができるアクリル系ポリマーとしては、例えば、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等が挙げられる。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、ビニル酢酸および酸無水物などがあげられる。

これらのアクリル系ポリマー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および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。

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、アクリル基および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およびメタクリル酸クロライドなどがあげられる。

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）アクリレートおよび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る。単官能モノマーとしては、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）アクリレートおよびイソボルニル（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。これらの多官能及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。

光重合開始剤としては、特に限定はなく、公知のものを使用することができる。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、および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、および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る。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。

光重合開始剤の添加量は、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。

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、およびワイヤーバーコーティング法などが好適に用いられる。

画素を形成する方法としては、画素の反射用領域に透明樹脂層が形成された透明基板上に、例えば、非感光性カラーペーストを塗布し、ホットプレート、オーブンあるいは真空乾燥を用いて加熱乾燥（セミキュア）する。このセミキュア膜上に感光性カラーレジストを塗布し、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、加熱硬化させるフォトリソ工程で非感光性カラーペースト層と感光性カラーレジスト層とを同時にパターニングでき、積層構成でありながら１回のフォトリソ加工で１色の画素を形成することができる。

カラーフィルターの形成は、ガラス板や高分子フィルム等の透明基板側に限定されず、ＴＦＴ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、ストライプ状や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。

本発明のカラーフィルターは、好適に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。

次に、本発明のカラーフィルター作製方法の一例を述べる。
まず、透明基板上に少なくともポリアミック酸、黒色着色剤および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、加熱乾燥あるいは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、オーブンやホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の温度範囲で１分〜６０分間加熱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℃の温度範囲で１〜３０分間加熱乾燥させる。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℃の温度で加熱硬化させる。

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て、６０〜２００℃の温度範囲で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℃の温度範囲で１〜３０分間加熱乾燥させる。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透明樹脂層を得る。透明樹脂層は２００〜３００℃の温度で加熱硬化させる。

次に、着色層を積層して画素を形成する。少なくともポリアミック酸、着色剤および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、加熱乾燥あるいは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、オーブンやホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の温度範囲で１分〜６０分間加熱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着色被膜に、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーと光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、着色剤、および溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥あるいは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、オーブンやホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の温度範囲で１分〜３時間加熱を行うことが好ましい。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。

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。

感光性アクリル着色層を積層しない他の色の画素がある場合は、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、該フォトレジスト被膜上にフォトマスクと露光装置を用いて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ポリアミック酸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、ポリアミック酸を加熱硬化することでポリイミド着色膜を得る。以上の工程を赤、緑および青の画素について行う。

さらに必要であれば、このようにして得られた基板上に、以下のようにオーバーコート層を形成する。オーバーコート層をパターン加工する場合、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、溶剤からなる感光性レジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥あるいは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、オーブンやホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の温度範囲で１分〜３時間熱処理を行うことが好ましい。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、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、または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、加熱乾燥あるいは真空乾燥などにより被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブンやホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の温度範囲で１分〜３時間熱処理を行うことが好ましい。

次に、カラーフィルターの上に透明電極を成膜する。本発明で用いられる透明導電膜としては、ディッピング法、化学気相成長法、真空蒸着膜、スパッタリング法、あるいはイオンプレーティング法等の方法を経て作製される。代表的な透明導電膜の具体例を示すと、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ等およびそれらの合金を用いることができる。

最後に、液晶配向用突起を前述した材料により形成する。該材料を塗布した後、風乾、加熱乾燥あるいは真空乾燥などにより被膜を形成する。続いて、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パターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により被膜のエッチングを行い、最後に１５０〜３００℃の温度で加熱硬化させて、液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。

次に、このカラーフィルターを用いて作製した半透過型液晶表示装置の一例について述べる。

無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極をパターニングする。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁膜として窒化珪素膜、アモルファスシリコン膜およびエッチングストッパとして窒化珪素膜を連続形成する。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパの窒化珪素膜をパターニングする。ＴＦＴ端子が金属電極とオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜の成膜とパターニングをし、さらに、表示電極となるＩＴＯ膜を成膜しパターニングする。さらに、配線材料としてアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製する。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去し、ＴＦＴ素子を備えた電極基板を得る。表示電極は、アルミニウムや銀などの反射率の高い材料とすることが好ましい。また、カラーフィルター上に設けた液晶配向用突起と対応するように、対向する電極基板にも上記突起を設けることが好ましい。

パネル組みについて説明する。まず、上記カラーフィルター上に配向膜を設け、同様にして対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても配向膜を設ける。この２枚の基板をエポキシ接着材等のシール剤を用いて貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入する。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製する。

（体積抵抗値の測定法）
アルミニウム薄膜を蒸着したガラス基板上に、対象となる材料を２μｍの厚さにコーティングする。コーティング膜上に、さらに直径１５ｍｍのアルミニウム電極を蒸着する。コーティング膜を挟んだ２つの電極間に直流１Ｖを印加して、電圧印加後５分での電流値とコーティング膜の厚みから体積抵抗値を求めた。

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および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℃の温度で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℃の温度で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。

Ｂ．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および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℃の温度で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℃の温度で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。

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。

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、7000 rpm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。

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％）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て、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ＰＲ２５４とＰＲ１７７からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。

このようにして得られた分散液（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。

Ｅ．非感光性ペースト（透明樹脂層に用いる）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を得た。

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て、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”（登録商標）、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）３６９１５．００ｇ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）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。

Ｇ．着色塗膜の作製と評価
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、ポリアミック酸、カーボンブラックおよび溶剤からなる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た。該塗膜を、１２０℃の温度のオーブンで２０分間乾燥し、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”（登録商標）を塗布し、９０℃の温度で１０分間オーブン乾燥した。キャノン株式会社製紫外線露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”（登録商標）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と、ポリアミック酸の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℃の温度で３０分熱処理し、樹脂ブラックマトリクスを得た。

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になるようポリアミック酸と溶剤からなる非感光性ペーストをスピンナーで塗布した。該塗膜を１２０℃の温度のオーブンで２０分乾燥し、この上に感光性フォトレジストを塗布し、９０℃の温度で１０分オーブン乾燥した。透過用領域が画素の中央に配置され、赤、緑、青、各画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層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、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℃の温度で３０分間熱処理し、赤、緑および青画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層を得た。

次に、透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が１．４μｍになるように、ポリアミック酸、赤顔料および溶剤からなる非感光性赤ペーストをスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃の温度のオーブンで２０分間乾燥した。該塗膜の上に、反射用領域での熱処理後の膜厚が１．２μｍになるように、アクリルポリマー、アクリル系２官能モノマー、光開始剤、赤顔料および溶剤からなる感光性赤レジストをスピンナーで塗布した。該塗膜を８０℃の温度のオーブンで１０分間熱処理し、紫外線露光機を用い、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コンサイドの１．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、非感光性赤ペーストならびに感光性赤レジストが積層された着色層を現像した。

赤画素と同様にして、緑画素と青画素についても、非感光性ペーストならびに感光性レジストからなる積層着色層を、現像時間を変えてフォトリソ加工を行った。このとき、一画素内で基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は、反射用領域の５．２μｍ、最も低い部分の膜厚は、透過用領域の４．４μｍであった。したがって、表面の段差は０．８μｍであった。

次に、１４０ｎｍの膜厚でＩＴＯ膜を製膜し、次いで、感光性レジストを塗布し、１１０℃の温度で２０分間セミキュアした。この後、フォトマスクを介して露光、現像し、２５０℃の温度で３０分間キュアして、図２（a）に示すようなドット形状の液晶配向用突起パターンを形成した。画素上の液晶配向用突起の断面形状は、底辺が１４μｍ、厚さが１．７μｍの半円形とした。かくして本発明のカラーフィルターを得た。

（電極基板の作製）
無アルカリガラス基板上にスパッタリングによりクロム薄膜を形成し、フォトリソグラフィーにてゲート電極にパターニングした。次に、プラズマＣＶＤにより、絶縁層として厚さ７００ｎｍの窒化珪素膜、チャンネル層として厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン膜、エッチングストッパ層として厚さ５００ｎｍの窒化珪素膜を連続形成した。次に、フォトリソグラフィーにてエッチングストッパ層の窒化珪素膜をパターニングした。ＴＦＴ端子と金属電極がオーミックコンタクトをとるためのｎ＋アモルファスシリコン膜を形成した。この上に表示電極となるＩＴＯ膜を成膜し、パターニングした。さらに配線材料としてのアルミニウムをスパッタリングにより膜付けし、フォトリソグラフィーにて信号配線およびＴＦＴの金属電極を作製した。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネル部のｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチング除去しＴＦＴ素子を備えた電極基板を得た。

（カラー液晶表示装置の作製と評価）
本発明のカラーフィルター上に垂直配向膜を設けた。同様にして、対向する薄膜トランジスタを備えた電極基板についても、垂直配向膜を設けた。エポキシ接着材をシール剤として用いてこの２枚の基板を貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から垂直配向する液晶を注入した。液晶注入速度は速く、液晶注入性は非常に良好であった。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ液晶表示装置を作製した。液晶表示装置は、液晶の配向は良好であり、画質は良好であった。さらに、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間で短絡した部分が無く、良好であった。液晶配向用突起材の体積固有抵抗は１０¹³Ω・ｃｍであった。

実施例２
実施例１と同様にしてブラックマトリクス、透明樹脂層、赤、緑および青の着色層、ＩＴＯ透明電極の形成までを行ない、実施例１と同様の膜厚を得た。この上に、図２（ｂ）に示すような直線状の配向制御用突起パターンを形成した。画素上の液晶配向用突起の断面形状は、底辺が１４μｍ、最大膜厚が１．７μｍの半円形とした。かくして、本発明のカラーフィルターを得た。このようにして得られた基板を使用して、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。液晶表示装置は、液晶の配向は良好であり、画質は良好であった。さらに、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間で短絡した部分が無く、良好であった。

実施例３
実施例１と同様にしてブラックマトリクス、透明樹脂層、赤、緑および青の着色層、ＩＴＯ透明電極の形成までを行ない、実施例１と同様の膜厚を得た。この上に、図２（ｃ）に示すような弦形状の配向制御用突起パターンを形成した。画素上の液晶配向用突起の断面形状は、底辺が１４μｍ、最大膜厚が１．７μｍの半円形とした。かくして、本発明のカラーフィルターを得た。このようにして得られた基板を使用して、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。液晶表示装置は、液晶の配向は良好であり、画質は良好であった。さらに、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間で短絡した部分が無く、良好であった。

実施例４
実施例１と同様にしてブラックマトリクス、透明樹脂層、赤、緑および青の着色層を形成した。次いで、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、メチルトリメ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１７対５対１４．５の割合で反応させることにより得られたオーバーコート層を膜厚１．０μｍ形成した。このとき、一画素内で基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は、反射用領域の５．９μｍ、最も低い部分の膜厚は、透過用領域の５．７μｍであった。したがって、表面の段差は０．２μｍであった。次いで、ＩＴＯ透明電極を実施例１と同様に形成した。この上に、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような各形状の配向制御用突起パターンを形成した。画素上の液晶配向用突起の断面形状は、底辺が１４μｍ、最大膜厚が１．７μｍの半円形とした。かくして、本発明のカラーフィルターを得た。この基板を使用して、実施例１と同様に液晶表示装置を作製した。液晶表示装置は、液晶の配向は良好であり、画質は良好であった。さらに、カラーフィルター上の透明導電層と対向する電極基板間で短絡した部分が無く、良好であった。

比較例１
実施例１と同様にして、ブラックマトリクス、透明樹脂層、赤、緑および青の着色層、ＩＴＯ透明電極を形成し、液晶配向用突起を形成しないカラーフィルターを作製した。このようにして得られた基板を使用して、実施例１と同様に液晶表示装置を作製したところ、配向膜のラビング工程にて、カラーフィルターの表面の段差による配向膜不良が発生した。

比較例２
実施例１と同様にして、ブラックマトリクスを形成し、次いで、熱処理後の透明樹脂層膜厚が３．５μｍになるように形成し、その他は実施例１と同様にして赤、緑および青の着色層形成までを行った。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の４．７μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、この段階での表面の段差は０．３μｍであった。次いで、実施例１と同様にＩＴＯ透明電極までを形成し、液晶配向用突起の無いカラーフィルターを作製した。この基板を使用して、実施例１と同様に液晶表示装置を作製したところ、配向膜ラビング工程にて配向膜不良は発生しなかったものの、液晶表示装置の視野特性は実施例１〜３に比べて視野角が狭く、また液晶配向速度の遅延によって画像が不鮮明であった。

本発明によれば、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、カラーフィルターを低コストに製造し、さらには配向膜ラビング工程を省いて配向膜の不良発生を防止し、かつ、視野特性の良好なカラーフィルターを得ることができる。本発明のカラーフィルターは、一画素内に透過用領域と反射用領域を持つ半透過液晶表示装置に好適に用いることができる。

本発明のカラーフィルター加工を例示説明するための模式断面図である。本発明のカラーフィルターの液晶配向用突起を例示説明するための模式平面図である。従来のカラーフィルターの模式断面図である。従来の他のカラーフィルターの模式断面図である。従来の他のカラーフィルターの模式断面図である。従来の他のカラーフィルターの模式断面図である。従来の他のカラーフィルターの模式断面図である。

符号の説明

１：透明基板
２：遮光層（ブラックマトリックス）
３：透明樹脂層
４：着色層
５：無着色領域
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
１０：境界部
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：液晶配向用突起
２５ａ：液晶配向用突起（ドット形）
２５ｂ：液晶配向用突起（線形）
２５ｃ：液晶配向用突起（弦形）
２６：露光部
２７：非露光部
２８：透明電極

Claims

一画素中に、複数の着色層が積層された領域と、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域とを有する液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域には着色層以外の樹脂層が形成され、さらに、画素上に形成された透明電極上に液晶配向用突起が設けられていることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
複数の着色層が積層された領域が透過用領域であり、該複数の着色層よりも少ない数の着色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記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
着色層以外の樹脂層が形成されている位置が、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部にあることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
液晶配向用突起を形成する材料が透明樹脂からなることを特徴とする請求項１から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。
液晶配向用突起を形成する材料が電気的に絶縁性であることを特徴とする請求項１から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。
積層された着色層のうち下層の着色層がポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１から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１から６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てなる液晶表示装置。