JP2005308871A - Interference color filter - Google Patents

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Kazunori Miwa
一典 三輪
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Aterio Design Kk
アテリオデザイン株式会社
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a light reflection type display device which has high color purity and a reflection type color filter with which microfabrication is possible and which has high light resistance as a new reflection type interference color filter which is useful to make pixel intervals fine and improve light resistance. <P>SOLUTION: On a reflective metal film 1, an optical interference film is arranged which comprises at least a pair of a transparent material thin film 2b and an absorber translucent film 2a. Consequently, the light resistance is high and microfabrication by etching becomes possible, so the reflection type color filter is usable as a micro color filter for micro liquid crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は液晶表示装置等の表示装置用のカラーフィルターに関するものであり、特に画素ピッチの微細化や耐光性の向上に資する新規の反射型干渉カラーフィルターに関するものである。 The present invention relates to a color filter for a display device such as a liquid crystal display device, the present invention relates to a novel reflection type interference color filters particularly conducive to the improvement of the miniaturization and light resistance of the pixel pitch.

特開平8−122766 JP-A-8-122766 特開平10−115704 JP-A-10-115704 特開平8−313898 JP-A-8-313898 特開平9−222512 JP-A-9-222512 特開2002−23149 JP 2002-23149 特開2002−341126 Patent 2002-341126

近年、携帯端末の普及によって外光下における表示装置のコントラストの低下が問題となっている。 Recently, reduction in contrast of the display device under the external light has become a problem by the spread of portable terminals. 例えば携帯電話等の表示装置に直射日光が入射すると光が散乱して表示が見えなくなる現象がある。 For example, the display direct sunlight on the display device such as a mobile phone is the light scattered incident there is a phenomenon that becomes invisible. また消費電力低減の要請も強く、照明を必要としない表示装置への期待が高まっている。 Also strongly requested to reduce power consumption, there is a growing expectation to the display device that does not require illumination.

反射型液晶パネルはバックライトによる照明を必要としないことから、液晶本来の低消費電力の利点を最大限に活用できるデバイスである。 Reflective liquid crystal panel because it does not require illumination by the backlight, is a device that can take advantage of the liquid crystal original low power as possible. しかし構造上表示輝度が非常に低くなるという問題がある。 But there is a problem that the structure on the display brightness is very low. 暗さの原因は大きく分けて、反射率の問題と開口率の問題に分けられる。 Cause of darkness is roughly divided into problems in question and the aperture ratio of the reflectance. 反射率では偏光板を用いない相転移型ゲストホスト液晶が有利だが、応答速度の面では、ツイストネマティック(TN)液晶、垂直配光ネマティック液晶、強誘電性液晶などが有利であり、コスト面などから反射型TN液晶等の改良が強く望まれている。 It is advantageous phase transition type guest-host liquid crystal without using a polarizing plate in reflectivity but, in terms of response speed, twisted nematic (TN) liquid crystal, a vertical light distribution nematic liquid crystal, such as a ferroelectric liquid crystal is advantageous, cost, etc. is strongly desired improvements, such as the reflection-type TN liquid crystal from.

カラーフィルターの製造方法としては、染色法、顔料分散法、着色感材法、印刷法が知られているが、一般的には顔料分散法が広く用いられている。 As a method for producing a color filter, dyeing, pigment dispersion method, a color resist method, a printing method is known, and is generally widely used pigment dispersing method. 顔料分散法では、例えば基板上に赤色顔料を含む感光性樹脂を塗布し、プリベーク・露光・現像した後、乾燥工程を経て赤色着色層を形成する。 In the pigment dispersion method, for example, a photosensitive resin containing a red pigment is applied to a substrate, prebaked, exposure, development and drying step to form the red colored layer. 次に同様の工程を2回繰り返すことで緑色着色層および青色着色層を形成し、3色の着色層を有するカラーフィルターを製作する。 Then the same process to form a green color layer and a blue colored layer by repeating twice to manufacture a color filter having a colored layers of three colors.

通常の反射型液晶のカラーフィルターは観察者側基板に設けられるので、入射光は反射金属膜によって反射することによってカラーフィルターを2回通過することになる。 Since the usual color filters of a reflective type liquid crystal is provided on the viewer-side substrate, the incident light will pass through 2 times a color filter by reflected by the reflective metal film. したがってカラーフィルターの吸光度と色純度を下げて明るさを優先しているものの、外光はフィルターによって透過する波長成分が冷陰極管の光と比べて少ないこともあり、従来の反射型液晶は非常に暗いのが現状である。 Thus although in favor of the absorbance and the brightness lowers the color purity of the color filter, external light is also the wavelength component transmitted by the filter is small compared to the light of the cold cathode tube, a conventional reflection type liquid crystal is very the dark is currently in.

アクティブマトリックス方式では、TFT基板側の反射金属膜上にカラーフィルターを形成して開口率を改善する方法も提案されているが、1μm以上のカラーフィルター上に透明電極を形成してコンタクトホールを設けて導通させる必要があり、一般的にはあまり用いられていない。 In an active matrix method, but form a color filter on the TFT substrate side of the reflective metal film has been proposed a method of improving the aperture ratio, a contact hole is provided by forming a transparent electrode on 1μm or on the color filter It is necessary to conduct Te there is generally not used much.

また半導体技術の進展により、半導体回路上に液晶層を形成するLCOS(Liquid Crystal on Silicon)デバイス等のマイクロ液晶やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いたディスプレイ装置が注目されている。 Advances in semiconductor technology The display device using a LCOS (Liquid Crystal on Silicon) devices such as a micro liquid crystal or a digital micro mirror device of (DMD) for forming a liquid crystal layer is focused on a semiconductor circuit. これらの表示装置では画素ピッチが非常に狭く、カラーフィルターを形成することが極めて困難になる。 Very narrow pixel pitch in these display devices, it is extremely difficult to form a color filter. 通常の顔料分散法によるカラーフィルターでは膜厚が1μm以上必要であり、LCOS等によるマイクロ液晶では画素ピッチが10μm程度と極めて微小であるためにアスペクト比が高くなる。 In the color filter by conventional pigment dispersion method is required thickness above 1 [mu] m, the aspect ratio becomes higher because the pixel pitch is extremely small as about 10μm in micro liquid crystal by LCOS like. このため加工が難しくて開口率が犠牲になる上に、反射率の確保や偏光の維持等が困難となる。 Therefore machining is difficult on the aperture ratio is sacrificed, maintenance, etc. of the reflectance of securing and polarization becomes difficult. また非常に高強度の光を反射させる必要があるため、染色法や顔料分散法によるカラーフィルターでは耐光性が劣るため、焼き着きが起こるという問題もある。 Also it is necessary to reflect the very high intensity light, the color filter by dyeing or pigment dispersion method is for poor lightfastness, a problem that tempering arrived occurs. また画素の微細化によって視差が問題となる。 The disparity is the problem by reducing the pixel.

このような問題の解決のために、特許文献1や特許文献2に示されているようなダイクロイックフィルターを用いた反射型カラーフィルターが提案されている。 In order to solve such a problem, a reflective color filter using the dichroic filter as shown in Patent Documents 1 and 2 have been proposed. ダイクロイックフィルターは、高屈折率誘電体と低屈折率誘電体を多層積層して形成し、光の干渉によって特定の波長範囲の光を透過し、その補色となる光を反射する。 Dichroic filter, a high refractive index dielectric and low refractive index dielectric formed by multi-layer laminate, and transmits light of a specific wavelength range by the interference of light, and reflects the light as a complementary color. 通常干渉型カラーフィルターと称するものは、このダイクロイックフィルターであり、特徴としては吸収がないことがあげられる。 Those commonly referred to as an interference-type color filter is a dichroic filter, it can be mentioned no absorption as features.

このような透明多層膜による薄膜フィルターは二種類の薄膜の屈折率と膜厚が規定されるので、所定の屈折率の材料をなかなか見つけることができない場合がある。 Since a thin film filter using such a transparent multilayer film has a refractive index and film thickness of the two kinds of thin films are defined, it may not be able to find easily a material having a predetermined refractive index. 通常高屈折率材料としてTa やTiO が、低屈折率材料としてSiO やMgF が用いられる。 Ta 2 O 5 and TiO 2 as a normal high refractive index material, SiO 2 and MgF 2 is used as a low refractive index material. ダイクロイックフィルターではこれらの誘電体を積層して数μmの膜厚に形成する必要がある。 The dichroic filter has to be formed to a thickness of several by stacking these dielectric [mu] m. これらの誘電体は耐薬品性が高く、ウェットエッチングを行うことができないために、微細加工を行う場合には、ダイクロイックフィルターを成膜する前に、感光レジストでパターン形成をしておき、その上に成膜して、レジストと一緒に余分な部分の膜を取り去るリフトオフ法によってパターン形成をする必要がある。 These dielectrics have high chemical resistance, because of the inability to perform the wet etching, in the case of fine processing, before the deposition of the dichroic filter, photosensitive resist leave the patterned with, on its to be deposited, it is necessary to patterning by a lift-off method of removing the excess portion of the film along with the resist. そのために歩留りが悪くコスト高になるという問題がある。 There is a problem that the yield for that is bad high cost.

また特許文献3および特許文献4に示されている反射型ホログラムを用いたものも提案されているが、反射型ホログラムは製造装置が大型化しコスト面で不利である。 Although there has been proposed one using a reflection-type hologram shown in Patent Documents 3 and 4, the reflection hologram is disadvantageous in cost manufacturing apparatus becomes large in size. また特許文献5および特許文献6ではコレスティック液晶を固化させて形成するタイプも提案されているが、コレスティック液晶を固化させたカラーフィルターは固化液晶層に0.1μm程度の段差をつける必要があり、プロセスの安定性やコスト面で問題がある。 Also has been proposed type formed by solidifying the Patent Documents 5 and cholecalciferol stick LCD Patent Document 6. However, the color filter obtained by solidifying the Kore stick liquid crystal has to keep in step of about 0.1μm solidified liquid crystal layer There, there is a problem in stability and cost of the process.

このように従来方式ではマイクロカラーフィルターを実用的に実現することができないために3板式や時間分割方式がとられている。 Thus practically 3 thing because it can not be realized plate type or time division method is taken micro color filter in the conventional manner. 3板式の装置では赤・緑・青の各原色ごとに一枚の液晶表示装置を使用し、それらの画像を合成してひとつの画像とするため、装置が大型で高価になるという問題があった。 In three-plate type of device uses a single liquid crystal display device of each red, green, and blue primaries, to the single image by synthesizing these images, there is a problem that the apparatus becomes expensive large It was. また単板式の装置では、カラーホイール等を介して時間分割駆動を行うめに、カラーブレーキング現象を伴い、小型化にも限界があるという問題があった。 Also in the apparatus of the single plate type, in order to perform time-division driving through a color wheel or the like, with a color braking phenomenon, there is a problem that to downsizing is limited.

本発明は、明るく色純度の高い反射型表示装置を実現する技術に関する。 The present invention relates to a technique for realizing high reflective display device bright color purity. さらに、微細加工が可能であり、耐光性の高い構造とすることでマイクロカラーフィルターを実現する技術に関する。 Furthermore, it can be microfabricated, to a technique for realizing a micro color filter by a high light resistance structure.

本発明では、Al等の金属からなる反射金属膜と、前記反射金属膜上に形成された少なくとも一対の透明体薄膜と吸収体半透過膜による光干渉膜によってカラーフィルターの赤・緑・青の各サブピクセルを構成する。 In the present invention, a reflective metal film made of a metal such as Al, wherein the optical interference film according to at least a pair of transparent thin film formed on the reflective metal film absorber semipermeable membrane of the color filter of red, green and blue constituting each sub-pixel. 赤・緑・青の発色は透明体薄膜と吸収体半透過膜の膜厚の組み合わせを変更することによって実現する。 The color of red, green, and blue is achieved by changing the combination of the film thickness of the transparent thin film and the absorber semi-permeable membrane. また前記吸収体半透過膜に代わり、吸収体微粒子を分散した透明体膜を用いることによってより安価で扱いやすいプロセスを実現することができる。 Further alternatively the absorber semipermeable membrane, it is possible to realize a tractable process less expensive by using a transparent film containing dispersed absorbent particles.

本発明のよる干渉カラーフィルターでは、色純度が高く、明るい反射型表示装置を可能とする。 The interference color filter according the present invention, the color purity is high, enabling a bright reflective type display device. また、耐光性が高く、エッチングによる微細加工が可能なので、マイクロ液晶向けのマイクロカラーフィルターとして活用できる。 Also, high light resistance, so that can be microfabricated by etching, it can be used as a micro color filter for a micro liquid crystal.

以下、図をもとに具体的に説明する。 It will be specifically described with reference to FIG. 図1は本発明の構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing a configuration of the present invention. 1は反射金属膜、2は光干渉膜で、3はオーバーコート膜である。 1 reflective metal film, 2 is an optical interference film, 3 is an overcoat layer. 光干渉膜2は吸収体半透過膜2aと透明体薄膜2bで構成されており、反射金属膜1とオーバーコート膜3の間に少なくとも一対の光干渉膜を配置する。 Light interference film 2 is composed of absorbent semi-transmissive film 2a and the transparent thin film 2b, placing at least a pair of optical interference film between the reflective metal film 1 and the overcoat film 3. オーバーコート膜3は配置しないことも可能である。 Overcoat film 3 can be not disposed.

吸収体半透過膜は例えばMoの質量膜厚で数十nm程度の真空蒸着膜である。 Absorber semipermeable membrane is a vacuum deposited film of about several tens of nm, for example, Mo mass thickness of. この程度の膜厚の金属蒸着膜は、蒸着の初期に形成される核を中心に成長した島状構造から、島同士が連結しあう網状構造へ変化しつつある段階であり、入射光の一部が透過することから半透過膜となる。 Metal deposition film having a film thickness of this order, from the island structure grown around the nuclei formed in the initial deposition, a stage is changing to network island each other mutually connected, of the incident light one the semipermeable membrane since the part is transmitted. 半透過膜の微細構造は波長に対して十分に小さく、半透過膜全体で均質と見ることができる。 The microstructure of the semi-permeable membrane is sufficiently small with respect to wavelength, it can be viewed as homogeneous throughout the semi-transmissive film. 成膜法は真空蒸着法に限らずスパッタリング法や気相成長法など多くの成膜法を適用できる。 Film-forming method can be applied to many of the film formation method such as a sputtering method or a vapor deposition method is not limited to the vacuum deposition method.

いま、オーバーコート膜の屈折率をn 、第1層の吸収体半透過膜の複素屈折率をn =n −ik 、膜厚をd 、第2層の透明体薄膜の屈折率をn 、膜厚をd 、反射金属膜の複素屈折率をn =n −ik とする。 Now, the refractive index of the overcoat film n 0, n 1 * = n 1 -ik 1 the complex refractive index of the absorber semitransparent film of the first layer, the film thickness d 1, the transparent thin film of the second layer the refractive index n 2, the thickness d 2, the complex refractive index of the reflective metal film and n b * = n b -ik b . 入射光はオーバーコート膜を通って、第1層である吸収体半透過膜に入射し、入射した光のうち一部は反射し、一部は吸収され、一部は透過する。 The incident light passes through the overcoat film, incident on the absorber semipermeable membrane is a first layer, a portion of the incident light is reflected, a portion is absorbed and partially transmitted. 第1層である吸収体半透過膜を透過した光は第2層である透明体薄膜を通り、反射金属膜に入射し、一部が吸収され一部が反射する。 The light transmitted through the absorber semipermeable membrane is a first layer passes through the transparent thin film which is the second layer, is incident on the reflective metal film, part of a part is absorbed is reflected. 反射金属膜で反射した光は、再び第2層である透明体薄膜を通って、第1層である吸収体半透過膜に到達し、再度一部が反射、一部が吸収、一部が透過する。 Light reflected by the reflective metal film, through the transparent thin film which is the second layer again, reaches the absorber semipermeable membrane is a first layer, again partially reflected and partially absorbed, some To Penetrate.

このようなオーバーコート膜/吸収体半透過膜/透明体薄膜/反射金属膜による多層薄膜で繰り返し反射による光干渉をシミュレーションするためには、それぞれの光学定数n 、n 、k 、d 、n 、d 、n 、k を正確に知る必要がある。 To simulate light interference by repeatedly reflected multilayer thin film by such overcoat film / absorber semipermeable membrane / transparent thin film / reflective metal film, each of the optical constants n 0, n 1, k 1 , d 1, n 2, d 2, n b, it is necessary to know exactly k b. それぞれの光学定数は入射する波長によって分散があり、第1層である吸収体半透過膜は、膜厚や成膜法、下地の状態によって屈折率n および吸収係数k が大きく変動する。 Each of the optical constants have dispersed by wavelength entering the absorber semipermeable membrane is a first layer, the film thickness and film formation method, the refractive index n 1 and the absorption coefficient k 1 by the state of the underlying vary greatly.

一般に非常に薄い金属蒸着膜は、蒸着の初期に生成した核から成長するために、成長段階により島状構造や網状構造をとり、半透過膜となる。 Generally very thin metal deposited film in order to grow from the initial to generate nuclei of deposition, taking the island structure or network by growth stage, the semi-transmissive film. このような半透過膜ではバルク金属では見られない、表面プラズマ振動等に起因する可視域の異常吸収が存在することが知られている。 Not seen in bulk metal in such a semi-permeable membrane, it is known that abnormal absorption in the visible region caused by the surface plasma oscillation and the like are present. その結果、膜厚によって光学定数が大幅に変化するものと考えられる。 As a result, it is considered that the optical constant changes significantly by the film thickness. したがって、蒸着条件や下地の状態、膜厚、波長等、それぞれの条件による光学定数を測定し、分散状況を把握しながら、光学計算をする必要がある。 Therefore, deposition conditions and underlying conditions, film thickness, wavelength, etc., to measure the optical constants by the respective conditions, while grasping the dispersion conditions, it is necessary that the optical calculation.

このようにして求めた光学定数を元に、オーバーコート膜/吸収体半透過膜/透明体薄膜/反射金属膜の反射率シミュレーションを行うと、実際に作製したサンプルとよく合致する。 Based on the optical constant obtained in this manner, when the reflectance simulation of the overcoat film / absorber semipermeable membrane / transparent thin film / reflective metal film, matches well with the actually manufactured samples. 光学定数の組み合わせによって、特定の波長範囲の光に対して低反射率を実現できる。 The combination of the optical constants, it is possible to realize a low reflectance for light of a specific wavelength range. Mo半透過膜/Al 透明体薄膜/Al反射金属膜の構成では、第1層の吸収体半透過膜の膜厚d および第2層の透明体薄膜の膜厚d を変えることで、赤色、青色、黄色等の強い呈色を示すことが見出された。 In the configuration of Mo translucent film / Al 2 O 3 transparent thin film / Al reflective metal film, changing the film thickness d 2 of the transparent thin film having a thickness d 1 and a second layer of absorbent semi-transparent film of the first layer it is, red, blue, to exhibit a strong color yellow, etc. were found.

実験により多くの材料を検討した結果、Moの吸収体半透過膜のほかに、Au、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Ge、Nb、Ni、Pb、Pd、Pt、Sb、Se、Si、Sn、Ta、Ti、W、Zn、Zr等多くの金属や半金属で、強い呈色を示すことが見出された。 Results of examining the number of materials by experiments, in addition to the absorber semipermeable membrane of Mo, Au, Ag, Al, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Nb, Ni, Pb, Pd, Pt, Sb , Se, Si, Sn, Ta, Ti, W, Zn, in Zr and many other metals and metalloids has been found to exhibit a strong color. このような半透過膜は膜厚の増加によって島状膜から網状の薄膜へと成長するにつれて光の吸収機構が変化して光学定数も変化する。 Such semipermeable membranes may optical constant light absorbing mechanism changes as it grows from an island-shaped film by an increase in thickness to the thin film mesh varies. しかし、すべての光学定数が独立ではなく、関連して変化するために吸収体半透過膜の膜厚変化に対して吸収帯の移動は鈍感であり、多くの吸収体半透過膜で透過率がおおむね10〜90%の範囲で呈色が認められた。 However, not all of the optical constants independent, the movement of the absorption band for a film thickness change of the absorber semipermeable membrane to changes associated is insensitive, the transmittance in a number of absorber semipermeable membrane coloration was observed in approximately 10% to 90% of range.

第2層の透明体薄膜は、Y やIn 、Al 、Si などの金属や半金属の酸化物や窒化物あるいはフッ化物のほか透明樹脂など、透明であればほとんどの材料が利用できる。 Transparent thin film of the second layer, such as Y 2 O 3 and In 2 O 3, Al 2 O 3, Si 3 N 4 , etc. of the metal or semi-metal oxide or nitride or other transparent resin of fluoride, transparent if most of the material is available. また、In やSi など金属や半金属の酸化物や窒化物では成膜条件によって化学量論比からのずれによって若干の吸収を伴う場合があるが、このような吸収のある膜でも、色純度に多少影響するものの問題なく使用することができる。 Further, there is a case with a slight absorbed by the deviation from the stoichiometric ratio by the film formation conditions in the In 2 O 3 and Si 3 N 4 metal or semi-metal oxide or nitride, such absorption in some films, it can be used without problems of those somewhat affect color purity. また、反射金属膜材料では、AlのほかAu、Ag、Au、Cr、Co、Cu、Fe、Mo、Nb、Ni、Pb、Pd、Pt、Sn、Ta、Ti、W、Znなど多くの金属に対して有効である。 Further, the reflective metal film material, other Au, Ag, Au, Cr, Co, Cu, Fe, Mo, Nb, Ni, Pb, Pd, Pt, Sn, Ta, Ti, W, Zn and many metals Al it is effective against.

このようなオーバーコート膜/吸収体半透過膜/透明体薄膜/反射金属膜による多層薄膜では、第1層の吸収体半透過膜の膜厚は、反射率に影響するものの吸収帯の中心波長には鈍感であることから主に反射光の強度を調整し、第2層の透明体薄膜の膜厚は、吸収帯の中心波長が大きく移動することから干渉の位相条件は主にこの第2層の透明体薄膜の膜厚によって決定する。 The multilayer thin film by such overcoat film / absorber semipermeable membrane / transparent thin film / reflective metal film, the thickness of the absorber semitransparent film of the first layer, the center wavelength of the absorption band of those that affect reflectivity adjusts primarily the intensity of the reflected light since it is insensitive to the thickness of the transparent thin film of the second layer, the phase condition of the interference from the center wavelength of the absorption band is largely moved mainly the second determined by the thickness of the transparent thin film layer. 吸収体表面からの反射光と光干渉膜からの反射光をバランスさせ、干渉する波長を調整することによって、吸収帯が生ずるものと考えられる。 Balance the reflected light from the reflection light and the optical interference film from the absorber surface, by adjusting the interfering wave, it is considered that the absorption band occurs.

実験では、吸収体半透過膜の質量膜厚が200nm以下、特に50から100nmで良好な発色が見られ、第2層の透明体薄膜の膜厚を調整して吸収帯の中心波長を変化させることにより、様々な色を発色することができる。 In the experiment, the mass thickness of the absorber semipermeable membrane 200nm or less, particularly good color is observed in the 100nm from 50 to vary the center wavelength of the absorption band by adjusting the film thickness of the transparent thin film of the second layer it is thereby possible to develop the various colors. 第1層の吸収体半透過膜の膜厚を数十nmから増加させていくと、徐々に反射率が低下して色純度の高い発色を示すようになるが、吸収体半透過膜の膜厚が所定の膜厚、例えば200nm以上になると連続膜となって光が透過しなくなるために発色しなくなる。 As you increase the thickness of the absorber semitransparent film of the first layer of several tens nm, although gradually reflectance exhibits a high color color purity decreases, the film of the absorber semipermeable membrane thickness predetermined thickness, for example, the light becomes a continuous film made above 200nm will not color to no longer transmitted. また第2層である透明体薄膜の膜厚を増加していくと徐々に光の吸収帯の中心波長が長波長側に移動する。 The center wavelength of gradual light absorption band of the increases the thickness of the transparent thin film as the second layer is moved to the long wavelength side. 着色膜として有効な範囲は第1層が島状または網状構造を維持できる1nm以上200nm以下、第2層がおおむね1nm以上1μm以下である。 The valid range as colored film 1nm or 200nm or less the first layer can maintain an island or network, the second layer is approximately 1nm or 1μm or less.

このようにして作製した試料は、吸収帯の範囲によって特定の色を発色する。 Thus sample manufactured by the color development of the specific color by the scope of the absorption band. 例えば長波長側が吸収され、短波長の光が反射されると青色に見える。 For example the long wavelength side is absorbed and light having a short wavelength is reflected appear blue. 逆に短波長側が吸収され、長波長の光が反射されると赤色に見える。 Short wavelength side is absorbed Conversely, it appears red when the long wavelength light is reflected. 反射光が呈する色は、反射金属膜材料と吸収体半透過膜材料の組み合わせ、および吸収体半透過膜と透明体薄膜の膜厚の組み合わせによってさまざまに変化する。 Color exhibited by the reflected light is variously changed by reflecting a combination of the metal film material and the absorber semipermeable membrane material, and the absorber semipermeable membrane and a combination of the film thickness of the transparent thin film.

また、吸収体半透過膜と透明体薄膜の組み合わせを複数配置することによって、複数の吸収帯を形成することができる。 Further, by arranging a plurality of combinations of absorbent semi-transmissive film and the transparent thin film, it is possible to form a plurality of absorption bands. それぞれの吸収帯が特定の波長域の光を吸収し、吸収された波長域以外の光が反射されて色純度の高い反射型のカラーフィルター画素を形成することができる。 Each of the absorption band absorbs light of a specific wavelength region, light other than the absorbed wavelength region can form a color filter pixels of high reflective been reflected color purity.

吸収体半透過膜と透明体薄膜による光干渉膜の特徴は、全体の膜厚が薄く、選択できる材料の範囲が広いことである。 Features of the absorber transflective film and the optical interference film of a transparent thin film is thinner film thickness of the whole, is that a wide range of materials that can be selected. 透明体薄膜としてはITO(Indium Tin Oxide)などの導電性を持った材料も用いることができるので、反射金属膜を含むカラーフィルター全体を導電性材料で形成できる。 Since as the transparent thin film can also be used materials having conductivity, such as ITO (Indium Tin Oxide), it can form an overall color filter comprising a reflective metal film with a conductive material. そのため例えばカラーフィルター・オン・アレイとしてTFT基板上にカラーフィルターを形成した場合に、表面に透明導電膜を形成してコンタクトホールを設ける必要がなく、簡単な構成でカラーフィルター電極を形成できる。 In the case of forming a color filter on the TFT substrate as a reason such as color filter-on-array, there is no need to provide a contact hole by forming a transparent conductive film on a surface to form a color filter electrode with a simple structure.

また、本発明による干渉カラーフィルターは、膜厚が薄くエッチング加工が可能な材料を選択することが可能である。 Further, interference color filter according to the present invention is capable of thickness to select a thin etched capable materials. 例えば、透明体薄膜としてY や前述のITO等を用いることによって、例えばリン酸系のAlエッチング液を用いてMo/Y /Alからなる干渉カラーフィルターをエッチング加工することができる。 For example, by using a Y 2 O 3 or above, such as ITO as a transparent thin film, for example, an interference color filter composed of Mo / Y 2 O 3 / Al using an Al etchant of phosphoric acid system etching process it can.

また、本発明による第二の発明では、第1層の島状または網状の吸収体半透過膜に代わり、吸収体微粒子を分散した透明体膜を用いる。 Further, in the second invention according to the present invention, instead of the absorber semipermeable membrane of the island-like or net of the first layer, a transparent film containing dispersed absorbent particles. 吸収体微粒子は300nm以下の粒径を持つ微粒子で、可視光の波長に対して十分に小さく、吸収体微粒子を分散した透明体膜全体で均質と見ることができる。 Absorbent particles in fine particles having a particle size of 300 nm, can be seen much smaller than the wavelength of visible light, homogeneous throughout transparent film containing dispersed absorbent particles. ナノサイズの金属超微粒子は、金属島状膜や網状膜と同様に表面プラズモン等に起因する可視光域での強い吸収があり、吸収体微粒子を分散した透明体膜と、さらに反射金属膜側に配置した透明体薄膜による2層によって光干渉膜を構成することによって、第一の発明と同様の吸収帯を実現できる。 Nano-sized metal ultrafine particles, there is strong absorption in the visible light region due to the metal island film or net film as well as the surface plasmon or the like, a transparent film containing dispersed absorbent particles, further reflective metal film side by forming the light interference film by two layers of a transparent thin film disposed on, it can realize an absorption band similar to the first invention.

また、この構造によれば、第一の発明の吸収体半透過膜が連続膜となる膜厚の厚い領域で利用が可能となるうえに、第1層や第2層の膜厚に多少のばらつきがあっても吸収帯の形状があまり変化しないので、製造プロセスの安定性を高めることができる。 Further, according to this structure, on top of the absorber semitransparent film of the first invention it is possible to use a thick region of the film becomes a continuous film thickness, some of the film thickness of the first layer and the second layer since not much change the shape of the absorption band even if there are variations, it is possible to enhance the stability of the manufacturing process. このような吸収体微粒子が分散した透明体膜は吸収体と透明体の共蒸着や、別途作製した吸収体超微粒子を透明樹脂等に分散させ、反射金属膜上にスピンコートする等の方法で形成することができる Such absorbent transparent film having fine particles dispersed in or co-deposition of the absorber and the transparent body, is dispersed in separately fabricated absorber ultrafine particles a transparent resin or the like, a method such as spin-coated on the reflective metal film it can be formed

本発明による反射型干渉カラーフィルターは、カラーフィルターを持つ様々な液晶パネル等に適用することができる。 Reflective interference color filter according to the present invention can be applied to various liquid crystal panel having color filters. 偏光板を通過した直線偏光は本発明による干渉カラーフィルターで反射して円偏光になるので、1枚偏光板のTN型液晶等に適用する場合には、位相調整板を配置して反射光を直線偏光に戻して再度偏光板を通過させる。 Since the linearly polarized light passing through the polarizing plate becomes circularly polarized light is reflected by the interference color filter according to the present invention, when applied to the TN-type liquid crystal or the like of one polarizer, the light reflected by arranging the phase adjusting plate again passes the polarization plate back into linearly polarized light. この場合、赤・緑・青の各サブピクセルごとに液晶の複屈折による着色や光干渉膜による位相のずれ等が生ずることがあるので、それぞれのサブピクセルごとにオーバーコート膜の膜厚を最適化することによって、この問題を解決することができる。 In this case, the optimal because it may red, green, and blue phase shift due coloration and optical interference film due to the liquid crystal of the birefringence for each sub-pixel is generated, the film thickness of the overcoat film for each subpixel by reduction, we can solve this problem.

また、本発明による反射型干渉カラーフィルターは反射金属膜と光干渉膜とからなり、通常の反射型液晶の反射電極とカラーフィルターを兼ねた構造となっている。 The reflection type interference color filter according to the invention the reflective metal film and made of a light interference film has a structure which also serves as the reflective electrode and the color filter of the conventional reflection type liquid crystal. 反射金属膜および光干渉膜を蒸着膜等の平坦な膜で構成することによって、顔料分散型のカラーフィルターで問題となる顔料による光の散乱がなく、迷光のないクリアな反射映像光が得られる。 By configuring the reflective metal film and the optical interference film in flat film such as a vapor deposition film, there is no scattering of light by pigment which is a problem in the color filter of pigment dispersion type, stray light without clear reflected image light is obtained .

また、反射金属膜および光干渉膜に凹凸を形成することによって配光性を持たせ、広い視野角を持たせることができる。 Moreover, to have a light distribution by forming irregularities on the reflective metal film and the optical interference film, it can have a wide viewing angle. 特に反射界面を回転楕円体の一部で構成される凹部または凸部の集合で形成することによって均一に配光することができ、さらに表示装置から外部に出射するときに臨界角に達することのない凹部または凸部の傾斜角を設定することによって、効率のよい明るい反射型カラーフィルターを構成することができる。 Particularly uniform can be light distribution by forming a reflective interface with a set of concave or convex portions constituted by a part of the spheroid, of reaching the critical angle when the further emitted from the display device to the outside by setting the inclination angle of the recesses or protrusions without, it can constitute a good bright reflective color filter efficiency.

また、光干渉膜を構成する透明体薄膜の光学定数n 、d は干渉条件を決める要素となっており、光学距離n を可変とすることによって、1画素で多くの色を発色することができる。 The optical constants n 2 of the transparent thin film constituting the light interference film, d 2 is a factor for determining the interference condition by the optical distance n 2 d 2 is variable, the number of colors in a pixel it is possible to color. したがってサブピクセルに分割しなくても、3原色を時間分割で発色することで、フルカラー表示が実現する。 Without divided into subpixels Therefore, by coloring the three primary colors in a time division, full-color display is realized. このような構成は、透明体薄膜を例えばニオブ酸リチウムのような強誘電体材料で構成した光学距離可変透明膜とし、吸収体半透過膜の上にさらに導電性透明体膜を配置することによって実現することができる。 Such an arrangement, by the optical path length variable transparent film constituting the transparent thin film of a ferroelectric material such as lithium niobate, disposing a further conductive transparent film on the absorber semipermeable membrane it can be realized.

すなわち導電性透明膜と、反射金属膜の間に電圧を印加することによって、強誘電体等で構成された光学距離可変透明膜の屈折率すなわち光学距離が変化し、光干渉膜の干渉条件が変化することによって異なる色が発色する。 That is, the conductive transparent film, by applying a voltage between the reflective metal film, the refractive index or optical distance constituted by a ferroelectric such as an optical length variable transparent film is changed, interference condition of the light interference film is a different color is colored by changing. このような発色の変化は、このほかに、熱や圧力、電場や磁場、光などの電磁波によって膜厚または屈折率に変化を生じる物質によって構成することができる。 This change in color is in this addition, it can be constituted by heat or pressure, electric field or a magnetic field, materials resulting in a change in film thickness or refractive index by electromagnetic waves such as light.

また、光学距離可変透明膜を熱等の外部刺激で不可逆的に光学距離が変化する物質で構成し、レーザーアニール等の手法で光学距離可変透明膜を部分的に加工することによって、フォトリソグラフィによらない簡便な手法で干渉カラーフィルターを作製できる。 Further, by the optical length variable transparent film formed with the material irreversibly optical distance outside stimulus such as heat is changed, to process the optical length variable transparency film partially by a technique such as laser annealing, photolithography the interference color filter with a simple method that does not depend can be produced.

以下に本発明の実施の形態を具体的に説明する。 Specifically described embodiments of the present invention are described below.

図2は本発明の干渉カラーフィルターを用いた反射型カラー液晶表示装置の断面構造図である。 Figure 2 is a cross-sectional view of a reflective type color liquid crystal display device using the interference color filter of the present invention. 4はセグメント側のガラス基板、5は樹脂で形成された凹部を形成した下地層、6は反射金属膜、7は光干渉膜で、Moの吸収体半透過膜7aとITOの導電性透明体薄膜7bからなる。 Glass substrate 4 segment side, the base layer forming a concave portion formed in the resin 5, the reflective metal film 6, 7 with the optical interference film, the absorber transflective film 7a and the ITO conductive transparent body Mo consisting of thin film 7b. 8はオーバーコート膜を兼ねた配光膜、9はシール部材、10は液晶層、11は配光膜、12は透明電極、13はコモン側ガラス基板、14は位相差板、15は偏光板である。 8 alignment layer is also serving as an overcoat layer, the sealing member 9, 10 is a liquid crystal layer, 11 alignment layer, 12 a transparent electrode, 13 is a common-side glass substrate, 14 is a phase difference plate, 15 a polarizing plate it is. 反射金属膜3と光干渉膜4でカラーフィルター電極100を構成する。 A reflective metal film 3 and the optical interference film 4 constituting the color filter electrode 100. またセグメント側のガラス基板4は駆動回路を含むTFT基板やシリコンバックプレーンでもよく、凹部を形成した下地層5は省略することもできる。 The glass substrate 4 of the segment side may be a TFT substrate or a silicon backplane including a drive circuit, the base layer 5 forming the recess may be omitted. 液晶層7は例えば45°ツイステッドネマチック液晶であり、オーバーコート膜8によって平坦化した後、液晶層を注入する。 The liquid crystal layer 7 is 45 ° twisted nematic liquid crystal for example, after flattened by the overcoat film 8, to inject the liquid crystal layer.

カラーフィルター電極100は、異なる波長域の光を反射するように微細に分割された3つの領域からなり、それぞれ青・緑・赤の波長を反射する。 The color filter electrode 100 is composed of three regions divided so finely reflects light in different wavelength ranges, reflecting the wavelength of blue, green and red, respectively. このような反射特性の差は、反射金属膜6上に形成した光干渉膜7の膜厚構成によって実現することができる。 Such a difference in the reflection properties may be achieved by the film thickness structure of the optical interference film 7 formed on the reflective metal film 6.

このような構造は、次のような製法によって形成することができる。 Such structures can be formed by the following method. アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化型樹脂をガラス基板1上にスピンコートし、3μm程度の厚さの下地層を形成する。 A thermosetting resin composed mainly of acrylic resin was spin-coated on a glass substrate 1, forming the base layer of about 3μm thick. この試料をプリベークした後、回転楕円体を多数並置した界面を持つマイクロ金型によるスタンプ法によって、下地層に多数の凹部を形成する。 After prebaking the sample, by stamping by the micro mold having a surface juxtaposed many spheroids, to form a number of recesses in the underlying layer. さらにポストベークした後、この試料を電子ビーム蒸着装置に装着し、Alを200nm程度蒸着する。 After further post-baked, the sample was mounted in an electron beam vapor deposition apparatus to deposit about 200nm to Al. さらに、ITOをO 雰囲気中で60nm程度蒸着し、続いてMo膜を40nm程度蒸着する。 Further, ITO was 60nm approximately deposition in O 2 atmosphere, followed by Mo film deposition of about 40 nm.

このようにして作製した試料上にフォトレジストをスピンコートし、適当なパターンで露光・現像した後、リン酸系のAlエッチング液でエッチングを行うと、カラーフィルターパターンを形成することができ、青色のカラーフィルター電極とすることができた。 Such a photoresist is spin-coated on a sample which is manufactured, after the exposure and development with a suitable pattern, by conducting etching of Al etchant of phosphoric acid system, it is possible to form a color filter pattern, blue It could be a color filter electrode. ITO膜の膜厚を変えながら、延べ3回の成膜とエッチングを繰り返すことによって、3色のカラーフィルター電極を形成できた。 While changing the thickness of the ITO film, by repeating film formation and etching of total 3 times, it was formed a 3-color color filter electrodes. こうして作製したセグメント側基板にポリイミド樹脂からなる配光膜8を形成して、ラビング処理を行った。 Thus the segment side substrate prepared by forming a light distribution film 8 made of a polyimide resin, was subjected to a rubbing treatment.

コモン側基板は、ガラス基板13上にITOからなる透明電極を形成し、ラビング処理したポリイミド樹脂からなる配光膜11を形成する。 Common side substrate, a transparent electrode made of ITO on a glass substrate 13, to form a light distribution film 11 made of rubbed polyimide resin. そして、セグメント側基板とコモン側基板を液晶層10とシール部材9を介して張り合わせ、ガラス基板13の外側にポリカーボネートからなる位相差板14と、偏光板15を順次張り合わせた。 Then, the segment side substrate and the common side substrate bonded through the liquid crystal layer 10 and the sealing member 9, the retardation plate 14 made of polycarbonate on the outer side of the glass substrate 13, sequentially laminated a polarizing plate 15.

このようにして作製した反射型液晶表示装置は、色純度、反射率ともに高く、視差も皆無であった。 Such reflective type liquid crystal display device manufactured in the color purity, reflectivity both high, the parallax was also eliminated. また本発明の干渉カラーフィルターは、耐光性が高くて微細加工が可能であり、数μm幅のカラーフィルターパターンを形成することができる。 The interference color filter of the present invention, high light resistance are possible microfabrication, it is possible to form a color filter pattern of a few μm wide.

図3は光干渉膜を構成する透明体薄膜の光学距離を可変にした例である。 Figure 3 is an example in which the optical distance of the transparent thin film constituting the optical interference film in the variable. 16aはMoの吸収体半透過膜、16bはニオブ酸リチウム等の強誘電体で形成された光学距離可変透明体薄膜であり、この2層で光学距離可変の光干渉膜16を構成している。 16a absorber semipermeable membrane of Mo, 16b is a strong optical length variable transparent thin film formed of a dielectric material such as lithium niobate, constitute an optical distance variable optical interference film 16 in this two-layer . また反射金属膜6と光学距離可変の光干渉膜16で可変発色のカラーフィルター電極200を構成している。 Also constituting a color filter electrode 200 of the variable color in the reflective metal film 6 and the optical distance variable optical interference film 16. 17は導電性透明体膜で、ITO蒸着膜等で形成している。 17 is a conductive transparent film, it is formed by ITO deposited film or the like. 反射金属膜6と導電性透明体膜17の間に電圧を印加すると、その間の強誘電体膜の屈折率が変化し、光学距離が変化することによって光干渉膜16の干渉条件が変化し、印加電圧によって赤、緑、青およびその中間色を発色することができる。 When a voltage is applied between the reflective metal film 6 and the conductive transparent film 17, and the refractive index changes in between the ferroelectric film, the interference condition of the light interference film 16 is changed by the optical path length is changed, by the applied voltage red, it is possible to color green, blue, and its neutral color.

本発明の干渉カラーフィルターの断面構造図である。 It is a sectional view of an interference color filter of the present invention. 本発明の干渉カラーフィルターを適用した反射型液晶パネルの断面構造図である。 It is a sectional view of the applied reflective liquid crystal panel interference color filter of the present invention. 本発明の可変色型干渉カラーフィルターを適用した反射型液晶パネルの断面構造図である。 It is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal panel to which the variable color type interference color filter of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 反射金属膜2 光干渉膜2a 吸収体半透過膜2b 透明体薄膜3 オーバーコート膜4 セグメント側のガラス基板5 下地層6 反射金属膜7 光干渉膜7a 吸収体半透過膜7b 導電性透明体薄膜8 オーバーコート膜を兼ねた配光膜9 シール部材10 液晶層11 配光膜12 透明電極13 コモン側ガラス基板14 位相差板15 偏光板16 光学距離可変光干渉膜16a 吸収体半透過膜16b 光学距離可変透明体薄膜17 導電性透明体膜100 カラーフィルター電極200 可変発色カラーフィルター電極 1 reflective metal film 2 optical interference film 2a absorber semipermeable membrane 2b transparent thin film 3 overcoat film 4 glass substrate 5 underlayer 6 reflective metal film segment side 7 light interference film 7a absorber semipermeable membrane 7b conductive transparent body thin film 8 overcoat film also serves as the alignment layer 9 sealing member 10 liquid crystal layer 11 alignment layer 12 transparent electrode 13 common side glass substrate 14 retarder 15 polarizing plate 16 optical distance variable optical interference film 16a absorber semipermeable membrane 16b The optical length variable transparent thin film 17 conductive transparent film 100 color filter electrode 200 variable color color filter electrode

Claims (11)

  1. 反射金属膜と、前記反射金属膜上に形成された少なくとも一対の透明体薄膜と吸収体半透過膜による光干渉膜によって構成することを特徴とする干渉カラーフィルター。 Reflective metal film and the interference color filter, characterized in that it constituted by an optical interference film according to the absorber semipermeable membrane with at least a pair of transparent thin film formed on the reflective metal film.
  2. 反射金属膜と、前記反射金属膜上に形成された透明体薄膜と吸収体微粒子を分散した透明体膜による光干渉膜とによって構成することを特徴とする干渉カラーフィルター。 Interference color filter comprising: the reflective metal film, characterized in that it consists of an optical interference film of a transparent film containing dispersed absorbent particles and a transparent thin film formed on the reflective metal film.
  3. 前記吸収体半透過膜または前記吸収体微粒子が、遷移金属元素、典型金属元素、半金属元素から選択される1種類以上の金属または半金属元素で構成されることを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 The absorber semipermeable membrane or the absorber particles, transition metal elements, typical metal elements, claim 1 and characterized in that it is composed of one or more metal or metalloid element selected from a metalloid element interference color filter of the second aspect.
  4. 前記光干渉膜を構成する前記透明体薄膜を導電性透明体で構成することを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1 and 2, wherein the configuring the transparent thin film constituting the light interference film of a conductive transparent material.
  5. 前記光干渉膜を構成する前記透明体薄膜を光学距離可変材料によって形成することを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1 and 2, wherein the forming the transparent thin film constituting the optical interference layer by the optical length variable material.
  6. 前記光干渉膜を構成する前記吸収体半透過膜の膜厚が1nmから200nmの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1, wherein the thickness of the absorber semipermeable film of the light interference film is characterized in that in the range of 1nm to 200 nm.
  7. 前記光干渉膜を構成する前記吸収体微粒子の粒径が300nm以下であることを特徴とする請求項2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 2, wherein the particle size of the absorber particles constituting the optical interference film is characterized in that at 300nm or less.
  8. 前記光干渉膜を構成する前記透明体薄膜の膜厚が1nmから1μmの範囲にあることを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1 and 2 wherein the thickness of said transparent thin film is characterized in that in the range of 1nm to 1μm constituting the optical interference film.
  9. 前記光干渉膜を備えた前記反射金属膜を並列に分割配置してサブピクセルを構成し、前記サブピクセル上にそれぞれ膜厚の異なるオーバーコート膜を配置することを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 As sub-pixel by dividing placing the reflective metal film having the light interference film in parallel, claims 1 and 2, characterized in that placing the different overcoat film thicknesses respectively on the sub-pixels interference color filter according.
  10. 前記反射金属膜の光入射界面を回転楕円体の一部で構成される曲面の集合で構成することを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1 and 2, wherein the configuring of a set of curved composed light incident surface of the reflective metal layer in a part of the spheroid.
  11. 前記光干渉膜を構成する前記吸収体半透過膜に隣接して導電性透明体膜を配置することを特徴とする請求項1および2記載の干渉カラーフィルター。 Interference color filter according to claim 1 and 2, wherein placing the absorber semipermeable membrane adjacent conductive transparent films constituting the optical interference film.
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