JP2691955C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッターアレイ等に用いるカラーフィル
ター基板および液晶素子に関し、更に詳しくは、液晶分子の初期配向状態を改善
することにより配向欠陥のない均一なモノドメインの液晶相を得、表示ならびに
駆動特性を改善したカラーフィルターを有するカラーフィルター基板およびそれ
を用いた液晶素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の液晶素子としては、例えばエム・シャット(M.Schadt)とダブ
リュー・ヘルフリッヒ(W.Helfrich)著“アプライド・フィジックス
・レターズ”(“Applied Physics Letters”)第18
巻、第4号(1971年2月15日発行)、第127頁〜128頁の“ボルテー
ジ・ディペンダント・オプティカル・アクティビティー・オブ・ア・ツイステッ
ド・ネマチック・リキッド・クリスタル(“Voltage Dependen
t Optical Activity of a Twisted Nema
tic Liquid Crystal”)に示されたツイステッド・ネマチッ
ク(Twisted nematic)液晶を用いたものが知られている。この
TN液晶は、画素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆動の時、
クロストークを発生する問題点があるため、画素数が制限されていた。
【0003】
また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素子を接続し、各画素毎
をスイッチングする方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜トランジス
タを形成する工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成することが難しい
問題点がある。
【0004】
これらの問題点を解決するものとして、クラーク(Clark)等により米国
特許第4,367,924号明細書で強誘電性液晶素子が提案されている。
【0005】
図2は強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例を模式的に描いたものであ
る。21aと21bは、In2 O3 、SnO2 やITO(Indium T
in Oxide)等の薄膜からなる透明電極で被覆された基板(ガラス板)で
あり、その間に複数の液晶分子層22がガラス面に垂直になる様に配向したS
mC* 相またはSmH* 相の液晶が封入されている。太線で示した線23が液
晶分子を表わしており、この液晶分子23は、その分子に直交した方向に双極子
モーメント(P⊥)24を有している。基板21aと21b上の電極間に一定の
閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子23のらせん構造がほどけ、双極子モー
メント(P⊥)24はすべて電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を変
えることができる。液晶分子23は細長い形状を有しており、その長軸方向と短
軸方向で屈折率異方性を示し、従って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコ
ルの位置関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わ
る液晶光学変調素子となることは容易に理解される。
【0006】
本発明の強誘電性液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、その厚さを充分
に薄く(例えば10μ以下)することができる。このように液晶相が薄くなるに
したがい、図3に示すように電界を印加していない状態でも液晶分子のらせん構
造はほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメントPa又はPbは上向き
(34a)又は下向き(34b)のどちらかの状態をとる。このようなセルに、
図3に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界EaまたはEbを付与すると
、双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界ベクトルに対応して上向き34
a又は、下向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は第一の安定状態3
3a、あるいは第二の安定状態33bの何れか一方に配向する。
【0007】
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いることの利点は、先に述べ
たが2つある。その第1は、応答速度が極めて速いことであり、第2は液晶分子
の配向が双安定性を有することである。第2の点を、例えば図3によって更に説
明すると、電界Eaを印加すると液晶分子は第一の安定状態33aに配向するが
、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向きの電界Ebを印加すると、
液晶分子は第二の安定状態33bに配向して、その分子の向きを変えるが、やは
り電界を切ってもこの状態に留っている。また、与える電界Eaが一定の閾値を
越えない限り、それぞれの配向状態にやはり維持されている。このような応答速
度の速さと、双安定性が有効に実現されるには、セルとしては出来るだけ薄い方
が好ましい。
【0008】
この強誘電性液晶素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平行基板
間に配置される強誘電性液晶が、電界の印加状態とは無関係に、上記2つの安定
状態の間での変換が効果的に起こるような分子配列状態にあることが必要である
。例えばカイラルスメクティック相を有する強誘電性液晶については、カイラル
スメクティック相の液晶分子層が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸
が基板面にほぼ平行に配列した領域(モノドメイン)が形成される必要がある。
しかしながら、これまでの強誘電性液晶素子においては、このようなモノドメイ
ン構造を有する液晶の配向状態が、必ずしも満足に形成されなかったために、充
分な特性が得られなかった実情である。
【0009】
図4は従来の強誘電性液晶素子の断面図を表わし、図5は従来の強誘電性液晶
素子に現われた配向欠陥の状態を表わす概略説明図である。
【0010】
すなわち、図4に示す従来の強誘電性液晶素子40は、一対の平行基板41と
42を有しており、基板41と42にはそれぞれマトリクス電極構造をなすスト
ライプ状の透明電極43と44が設けられている。
【0011】
一般に、カラーフィルターは赤(R)、緑(G)、青(B)の色素またはこれ
を含む層からなっているが、各色素層の膜厚はその形成法にかかわらずそれぞれ
異なるので、2000Å〜1μm程度の段差Aが形成される。この結果、降温過
程を利用して配向制御を行うと、上述の段差Aが原因となって、その段差Aを境
にして強誘電性液晶47に配向欠陥を生じることになる。また、この段差Aが存
在する基板41と42の上にそれぞれ配向制御膜45と46を設けると、この配
向制御膜にも段差Aに応じて形成された段差Cが画素のほぼ膜厚分で生じ、上述
の同様に強誘電性液晶47に配向欠陥を生じる。
【0012】
図5は、上記強誘電性液晶素子をクロスニコルの偏光顕微鏡で観察した時のス
ケッチで、図中の白線51は液晶素子に使用したスペーサー(図示せず)のライ
ンに対応し、線52及び53は図4の基板41上の段差Cに対応して観察されて
いる。また、図中の部分54は対向電極間にはさまれた強誘電性液晶である。偏
光顕微鏡中に多数現出した刃状線55は強誘電性液晶の配向欠陥を表わしている
。
【0013】
この様に強誘電性液晶の接する面である程度の段差が存在すると、その段差か
ら配向欠陥を生じ、強誘電性液晶のモノドメイン形成は阻害される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、この様な基板上の段差、特にカラーフィルターを強誘電性液晶
素子に内設する場合に、各画素の間隔が5μmをこえた場合に生じる段差が強誘
電性液晶に対する著しい配向欠陥を発生させる原因となっていることを実験によ
り明らかにした。
【0015】
本発明の目的は、上記の配向欠陥の発生を防止し、強誘電性液晶素子が本来も
っている高速応答性とメモリー効果特性を充分に発揮することのできるカラーフ
ィルター基板および液晶素子を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、とくに強誘電性液晶が等方相(高温状態)より液晶相(低温状
態)へ移行する降温過程における初期配向性に着目し、強誘電性液晶の双安定性
に基づく素子の作動特性と液晶層のモノドメイン性を両立し得る構造を有する強
誘電性液晶素子を見出したものである。
【0017】
本発明の液晶素子は、このような知見に基づくものであり、より詳しくは、液
晶層と接する面に配向欠陥を誘発する様な段差がなく、つまり液晶層の膜厚に急
激な変化を生じさせなくすることにより降温過程における初期配向性を良好な状
態とし、配向欠陥のないモノドメインを形成する点に特徴を有している。
【0018】
すなわち、本発明は、感光性基を分子内に有し、400nm〜700nmの波
長域で90%以上の光透過率を持ち、200℃以下の温度で硬化するポリイミド
樹脂と、該ポリイミド樹脂中に分散された着色材料とからなる着色樹脂を有する
ほぼ均一膜厚のカラーフィルターを基板上に有するカラーフィルター基板であっ
て、隣接する各画素のカラーフィルターの間は、間隔αを有し、該間隔αは、0
μm<α≦5μmに設定されているとともに、該カラーフィルター及び該間隔α
の上は、一様に保護層が形成され、該カラーフィルター上の保護層表面と該間隔
α上の保護層表面との間で形成される段差を1000Å以下に設定し、該保護層
上にパターン形状の透明電極が設けられていることを特徴とするカラーフィルタ
ー基板である。
【0019】
また、本発明は、一対の基板間にカイラルスメクチック液晶を挟持し、少なく
とも一方の基板にカラーフィルターを有する液晶素子であって、該カラーフィル
ターは、感光性基を分子内に有し、400nm〜700nmの波長域で90%以
上の光透過率を持ち、200℃以下の温度で硬化するポリイミド樹脂と、該ポリ
イミド樹脂中に分散された着色材料とからなる赤色樹脂、青色樹脂及び緑色樹脂
を有し、該カラーフィルターの膜厚はほぼ均一であり、隣接する各画素のカラー
フィルターの間は、間隔αを有し、該間隔αは、0μm<α≦5μmに設定され
ているとともに、該カラーフィルター及び該間隔αの上は、一様に保護層が形成
され、該カラーフィルター上の保護層表面と該間隔α上の保護層表面との間で形
成される段差を1000Å以下に設定し、該保護層上にパターン形状の透明電極
が設けられていることを特徴とする液晶素子である。
【0020】
以下、本発明を図面に基ずき説明する。
図1は本発明に係わる強誘電性液晶素子の基本構成を示す断面図である。図1
において、強誘電性液晶素子1はガラス板またはプラスチック板などの透明板を
用いた基板2と3を有し、その間には強誘電性液晶4が挟持されている。各基板
2と3にはマトリクス電極構造を形成するストライプ状のパターン形状の透明電
極5と6が配設され、この透明電極の上には配向制御膜7及び8が形成されてい
る。R(赤),G(緑),B(青)の各カラーフィルターは、等しい膜厚にて所
望の分光特性となるよう、あらかじめ着色材料濃度を設定したものにて形成され
ている。一方、より平坦化を行なうために、必要に応じては、各カラーフィルタ
ー間の窪みに遮光層10が形成され、さらにその上に保護膜または平坦化膜9が
形成されている。
【0021】
上記の構成による基板では、カラーフィルターの膜厚がほぼ同一に設定されて
いること及び画素間の間隔を5μm以下におさえることにより、その窪みによる
段差が補正されているため、画素上に透明電極、配向制御膜を順に形成しても、
基板面をほぼ平坦に保つことができる。
【0022】
本発明では、前述の平坦化により、カラーフィルター基板の段差を1000Å
以下とすることができるが、好ましくは500Å以下とするのが望ましい。この
段差が1000Åをこえると、言いかえれば各画素の間隔を5μmをこえる範囲
で設定した非平坦化層を用いた液晶素子は、前述の図5で示した刃状線の配向欠
陥を生じることになる。
【0023】
本発明に適するカラーフィルターとしては、各画素の膜厚が、ほぼ同一に設定
することが可能な方式であればよいが、特に本発明としての効果が大きく、かつ
簡便な製造プロセスにより微細パターンを形成することができ、さらに機械的特
性をはじめ、耐熱性、耐光性、耐溶剤性等の諸特性の優れたカラーフィルターで
ある以下の方式が好ましい。
【0024】
すなはち、本発明に最適なカラーフィルターは、感光性を有する基を分子内に
持つ低温硬化型ポリイミド樹脂中に着色材料を分散してなる着色樹脂のフォトリ
ソ工程のくり返しにより形成する方法である。
【0025】
さらに詳しくは、カラーフィルターの有する着色樹脂層を形成する感光性を有
する基を分子内に有する低温硬化型ポリイミド樹脂(以下、感光性ポリイミド樹
脂と称す)としては、200℃以下にて硬化膜の得られるもの、例えば150℃
×30分程度の熱で硬化膜を形成できる、例えば感光性基をその分子内に持つ芳
香族系のポリイミド樹脂で、特に、可視光波長域(400〜700nm)で特定
の光吸収特性を持たないもの(光透過率で90%程度以上のもの)が好ましい。
この観点からは、特に芳香族系のポリイミド樹脂が好ましい。
【0026】
また、本発明における感光性を有する基としては、以下に示す様な感光性の炭
化水素不飽和基をもつ芳香族鎖であれば良く、例えば、
(1)安息香酸エステル類
【0027】
【化1】
【0028】
(式中R1 はCHX=CY−COO−Z−、Xは−H又は−C6 H5 、Yは
−H又は−CH3 、Zは−又はエチル基又はグリシジル基を示す)
(2)ベンジルアクリレート類
【0029】
【化2】
【0030】
(式中Yは−H又はCH3 を示す)
(3)ジフェニルエーテル類
【0031】
【化3】
【0032】
( 式中R2 はCHX=CY−CONH−、CH2=CY−COO−(CH2 )
2 −OCO−又はCH2 =CY−COO−CH2 −を1個以上含むもの、X
,Yは前記意義を示す)
(4)カルコン類及びその他化合物鎖
【0033】
【化4】
【0034】
(式中R3 はH−,アルキル基、アルコシキ基を示す)
【0035】
【化5】
【0036】
等が挙げられる。
【0037】
これ等の基を分子内に持つ芳香族系のポリイミド樹脂の具体例を示すと、“リ
ソコートPI−400”(商品名、宇部興産(株)製)等が挙げられる。
【0038】
一般にフォトリソ工程で用いられる感光性樹脂は、その化学構造によって差は
あるものの、機械的特性をはじめ耐熱性、耐光性、耐溶剤性等の耐久性に優れた
ものは少ない。これに対し、上記本発明の感光性ポリイミド樹脂は、化学構造的
にも、これらの耐久性に優れた樹脂系であり、これらを用いて形成したカラーフ
ィルターの耐久性も非常に良好なものとなる。特に、強誘電性液晶素子のカラー
フィルターとして問題となりうる透明導電膜のスパッタ形成時の耐熱性および液
晶素子組み立て時のインナースペーサーによるカラーフィルターの破損等に対し
て優れた性能を発揮するものである。
【0039】
本発明におけるカラーフィルターの有する着色樹脂層を形成する着色材料とし
ては、有機顔料、無機顔料、染料等のうち所望の分光特性を得られるものであれ
ば、特に限定されるものではない。この場合、各材料を単体で用いることも、こ
れらのうちのいくつかの混合物として用いることもできる。ただし、染料を用い
た場合には、染料自体の耐久性により、カラーフィルターの性能が支配されてし
まうが、上記本発明の樹脂系を用いれば、通常の染色カラーフィルターに比べ性
能の優れたものが形成可能である。従って、カラーフィルターの色特性及び諸性
能から勘案すると有機顔料が着色材料として最も好ましい。
【0040】
有機顔料としては、溶性アゾ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系等のアゾ系顔料を
はじめ、フタロシアニン系顔料,そしてインジゴ系,アントラキノン系,ペリレ
ン系,ペリノン系,ジオキサジン系,キナクリドン系,イソインドリノン系,フ
タロン系,メチン・アゾメチン系、その他金属錯体系を含む縮合多環系顔料、あ
るいはこれらのうちのいくつかの混合物が用いられる。
【0041】
本発明において、着色樹脂層を形成するために使用する着色樹脂は、上記感光
性ポリイミド樹脂溶液に、各色同一膜厚にて所望の分光特性を有する上記着色材
料をそれぞれ10〜50%程度の任意の割合で配合し、超音波あるいは三本ロー
ル等により充分に分散させた後、好ましくは1μm以下のフィルターにて粒径の
大きいものを除去して調製する。
【0042】
本発明におけるカラーフィルターの有する着色樹脂層は、前記着色樹脂をスピ
ンナー,ロールコーター等の塗布装置により基板上に塗布し、フォトリソ工程に
よりパターン状に形成され、その層厚は所望とする分光特性に応じて決定される
が、通常は各色同一膜厚で、0.5〜5μm程度、好ましくは0.5〜1.5μ
m程度が望ましい。
【0043】
着色樹脂層と下地の基板間との接着性を更に増す必要がある場合には、基板上
にあらかじめシランカップリング剤等で薄く塗布した後に着色樹脂パターンを形
成するか、あるいは、あらかじめ着色樹脂中にシランカップリング剤等を少量添
加したものを用いてカラーフィルターを形成することにより、一層効果的である
。
【0044】
なお、本発明におけるカラーフィルターの有する着色樹脂層は、それ自体充分
な耐久性を有する良好な材料で構成されているが、特に、より各種の環境条件か
ら、着色樹脂層を保護するため、またはカラーフィルター表面を平坦化するため
には、着色樹脂層表面に、ポリアミド,ポリイミド,ポリウレタン,ポリカーボ
ネート,シリコン系等の有機樹脂やSi3 N4 ,SiO2 ,SiO,Al2
O3 ,Ta2 O3 等の無機膜をスピンコート,ロールコートの塗布法で、あ
るいは蒸着法によって、保護膜または平坦化膜として設けることができる。
【0045】
この場合には、カラーフィルター表面が、より段差のない形状になるため、本
発明の目的とする強誘電性液晶の配向欠陥をなくすためにより好適である。また
、保護膜9の膜厚は、強誘電性液晶4の膜厚を決定することができるので、従っ
て液晶材料の種類や要求される応答速度などにより変化するが、一般的には0.
2μm〜20μm、好適には0.5μm〜10μmの範囲に設定される。
【0046】
さらに、場合によっては、表示特性を向上させるため、および各画素の間隙を
うめ、画素間から生じる段差をより小さくするために、各画素間に合わせて遮光
層をクロム,アルミニウム等の遮光能力を持つ金属薄膜を蒸着法で、あるいは感
光性ポリイミド樹脂中にカーボンブラック、複合酸化物黒顔料、金属粉等の遮光
能力を有する材料を分散させた遮光樹脂層を塗布法で形成することができる。
【0047】
本発明に用いられる配向制御膜の材料としては、例えば、ポリビニルアルコー
ル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ピリビ
ニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン
、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂などの樹脂類、あ
るいは感光性ポリイミド、感光性ポリアミド、環状ゴム系フォトレジスト、フェ
ノールノボラック系フォトレジストあるいは電子線フォトレジスト(ポリメチル
メタクリレート、エポキシ化−1,4−ポリブタジエンなど)などから選択して
形成することができる。配向制御膜7は、強誘電性液晶の膜厚にも依存するが、
一般的には10Å〜1μm、好適には100Å〜3000Åの範囲に設定する。
【0048】
本発明で用いる液晶材料として、とくに適したものは双安定性を有する液晶で
あって、強誘電性を有するものである。具体的にはカイラルスメクティックC相
(SmC*) ,H相(SmH*) ,I相(Sml*),J相(SmJ*),K相
(SmK*),G相(SmG*)またはF相(SmF*)の液晶を用いることがで
きる。
【0049】
この強誘電性液晶については、“ル・ジュールナル・ド・フィジーク・ルテー
ル”(“LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTRES”)
1975年、36(L−69)号、「フェロエレクトリック・リキッド・クリス
タルス」(「Ferroelectric Liquid Crystals」
);“アプライド・フィジックス・レターズ”(“Applied Physi
cs Letters”)1980年、36(11)号 、「サブミクロ・セカ
ンド・バイステイブル・エレクトロオプチック・スイッチング・イン・リキッド
・クリスタルス」(「Submicro Second Bistble El
ectrooptic Switching in Liquid Cryst
als」);“固体物理”1981年,16(141)号、「液晶」等に記載さ
れており、本発明においては、これらに開示された強誘電性液晶を使用すること
ができる。
【0050】
強誘電性液晶の具体例としては、例えばデシロキシベンジリデン−p′−アミ
ノ−2−メチルブチルシンナメート(DOBAMBC)、ヘキシルオキシベンジ
リデン−p′−アミノ−2−クロルプロピルシンナメート(HOBACPC)、
4−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチルアニリン(M
BRAS)が挙げられる。
【0051】
これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合物がカイラルスメクティ
ック相となるような温度状態に保持するため、必要に応じて素子をヒーターが埋
め込まれたブロック等により支持することができる。
【0052】
【作用】
本発明のカラーフィルター基板およびそれを用いた液晶素子は各画素のカラー
フィルターがほぼ同一の膜厚に形成され、また隣接する各画素のカラーフィルタ
ーの間隔α(μm)が0≦α≦5μmであるので、基板の平面性が良好となるた
めに液晶相と接する面に段差がなく、該平面性のよい基板に挟持された液晶相は
等方相より、液晶相に移行する降温過程において、徐冷することにより、液晶相
領域が次第に広がり均一なモノドメインの液晶相を形成するようになる。
【0053】
例えば、液晶として強誘電性液晶相を示す前述のDOBAMBCを例にあげて
説明すると、DOBAMBCの等方相より徐冷していくとき、約115℃でスメ
クティックA相(SmA相)に相転移する。このとき、基板にラビングあるい
はSiO2 斜め蒸着などの配向処理が施されていると、液晶分子の分子軸が基
板に、平行で、かつ一方向に配向したモノドメインが形成される。さらに、冷却
を進めていくと、液晶層の厚みに依存する約90〜75℃の間の特定温度でカイ
ラルスメクティックC相(SmC* 相)に相転移する。また、液晶層の厚みを
約2μm以下とした場合は、SmC* 相のらせんが解け、双安定性を示す。
【0054】
【実施例】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1
図6(a)〜(f)は、R,G,B3色の色画素の形成工程を示す工程図であ
る。
【0055】
まず、コーニング社の#7059ガラス基板61上に、所望の分光特性を得る
ことのできる青色着色樹脂材[ヘリオゲン ブルー (Heliogen Bl
ue)L7080(商品名,BASF社製,C.I.No.74160)をPI
−400C (商品名,宇部興産社製,ポリマー分=10%、溶剤:N−メチル
−2−ピロリドン、顔料:ポリマー=1:2配合)に分散させ作製した感光性の
着色樹脂材]をスピンナー塗布法により、1.5μmの膜厚に塗布して着色樹脂
層62を形成した。(図6(a)参照)
【0056】
次に該着色樹脂層62に80℃、30分間のプリベークを行なった後、形成し
ようとするパターン形状に対応したフォトマスク63を介して高圧水銀灯にて露
光した。(図6(b)参照)
【0057】
露光終了後、図6(c)のごとく、光硬化部分62aを有する着色樹脂層62
の未露光部のみを溶解する専用現像液(N−メチル−2−ピロリドンを主成分と
する現像液)にて超音波を使用して現像し、専用リンス液(例えば、イソプロピ
ルアルコールを主成分とするリンス液)で処理した後、200℃、 30分間の
ポストベークを行ない、パターン形状を有する青色のパターン状着色樹脂層64
を形成した。(図6(d)参照)
【0058】
続いて、青色着色パターンの形成されたガラス基板上に、第2色目として緑色
着色樹脂材[リオノール グリーン(Lionol Green)6YK(商品
名,東洋インキ社製,C.I.No.74265)をPI−400C(商品名,
宇部興産社製,ポリマー分=10%、溶剤:N−メチル−2−ピロリドン、顔料
:ポリマー=1:2配合)に分散させ作製した感光性の着色樹脂材]を用いる以
外は、上記と同様にして、緑色のパターン状着色樹脂層65を基板上の所定の位
置に青色着色樹脂層との間隔を5μm以下に設定して形成した。
【0059】
さらに、この様にして青色及び緑色パターンの形成されている基板上に、第3
色目として、赤色着色樹脂材[イルガジン レッド(Irgazin Red)
BPT(商品名,チバガイギー(Ciba−Geigy)社製,C.I.No.
71127)をPI−400C(商品名,宇部興産社製,ポリマー分=10%、
溶剤:N−メチル−2−ピロリドン、顔料:ポリマー=1:2配合)に分散させ
作製した感光性の着色樹脂材]を用いる以外は、上記と同様にして、赤色のパタ
ーン状着色樹脂層66を基板上の所定の位置に青色着色樹脂層および緑色着色樹
脂層との間隔をそれぞれ5μm以下に設定して形成し、R(赤),G(緑),B
(青)の3色ストライプの着色パターンを得た。(図6(e)参照)
【0060】
次に、3色着色パターンの形成されたガラス基板上に、遮光層として、黒色着
色樹脂材[カーボンブラック(C.I.No.77266)をPI−400C(
ポリマー分=10%、顔料:ポリマー=1:4配合)に分散させて作製した感光
性の着色樹脂材]を用い、上記と同様の方法にて各画素間の間隙に合致させて遮
光パターンの遮光層67を形成した。これにより、各画素間の間隔α(μm)は
、0≦α≦5μmの範囲におさめることができた。
【0061】
この様にして得られたカラーフィルターパターン上に、保護膜または平坦化膜
68として着色樹脂材に用いたものと同様の透明樹脂材[PI−400C(商品
名,宇部興産社製,ポリマー分=10%、溶剤:N−メチル−2−ピロリドン)
]をスピンナー塗布方法により約0.5μm厚の膜厚にて形成した。(図6(f
)参照)
以上により、同一平面化されたカラーフィルター基板を形成することができた
。
【0062】
次に図1に示す様に、ITOを500Åの厚さにスパッタリング法により成膜
し、透明電極5とした。この上に配向制御膜7として、ポリイミド形成溶液(日
立化成工業「PIQ」)を3000rpmで回転するスピンナーで塗布し、15
0℃で30分間加熱を行って2000Åのポリイミド被膜を形成した。しかる後
、このポリイミド被膜表面をラビング処理した。
【0063】
このようにして形成したカラーフィルター基板と、対向する基板3を貼り合せ
てセル組し、強誘電性液晶を注入、封口して液晶素子を得た。この液晶素子をク
ロスニコルの偏光顕微鏡で観察したところ、内部の液晶分子は配向欠陥を生じて
いないことが確認された。
【0064】
比較例1
前記実施例1の着色樹脂材に用いた感光性ポリイミド樹脂を、本発明外の感光
性ポリイミド樹脂である“フォトニース”UR−3100(商品名,東レ(株)
製,固形分=17%,溶剤:N−メチル−2−ピロリドン/メチルセロソルブ混
合系)に代え、専用現像液(“DV−140”)、専用リンス液(イソプロピル
アルコール)を用いてパターニングし、250℃、30分間のポストベーク処理
を行なう以外は、実施例1と同様にして、R(赤),G(緑),B(青)の3色
ストライプカラーフィルターを得た。
【0065】
この様にして得られたカラーフィルターは、実施例1の場合に比べ、樹脂と顔
料との親和性が低く、分散状態の劣る着色樹脂材を用いて形成されているため、
表面平坦性の劣るものであった。
また、樹脂の特性より、透明性の劣るカラーフィルターであった。
【0066】
さらに、得られたカラーフィルター基板を用いて、実施例1と同様の方法で強
誘電性液晶素子を形成し、クロスニコルの偏光顕微鏡で観察を行なったところ、
表面平坦性の劣る部分から生じる配向不良部が認められ、表示特性に影響を及ぼ
し、この時の表示コントラストは前述の実施例1で得た表示コントラストに対し
て0.5倍に低下していた。
【0067】
比較例2
前記実施例1の着色樹脂材に用いた感光性ポリイミド樹脂を、感光性アクリル
樹脂である“フォトレック”RFG−10(商品名,積水ファインケミカル(株
)製,固形分=10%,溶剤:シクロヘキサン)に代え、専用現像液(MEKを
主成分とする現像液)、専用リンス液(MIBKを主成分とするリンス液)を用
いてパターニングし、180℃、30分間のポストベーク処理を行なう以外は、
実施例1と同様にして、R(赤),G(緑),B(青)の3色ストライプカラー
フィルターを得た。
【0068】
この様にして得られたカラーフィルターは、実施例1の場合に比べ、樹脂と顔
料との親和性が低く、分散状態の劣る着色樹脂材を用いて形成されているため、
表面平坦性の劣るものであった。
また、樹脂の特性より、耐久性の劣るカラーフィルターであった。
【0069】
さらに、得られたカラーフィルター基板を用いて、実施例1と同様の方法で強
誘電性液晶素子を形成し、クロスニコルの偏光顕微鏡で観察を行なったところ、
表面平坦性の劣る部分から生じる配向不良部が認められ、表示特性に影響を及ぼ
していた。この時の表示コントラストは前述の実施例1で得た表示コントラスト
に対して0.4倍に低下していた。
【0070】
比較例3
前記実施例1の着色樹脂材に用いた感光性ポリイミド樹脂を、遠紫外線用ネガ
型レジストであるODUR−110WR(商品名,東京応化(株)製,溶剤:キ
シレン)に代え、遠紫外光による露光後、専用現像液、専用リンス液を用いてパ
ターニングし、180℃、30分間のポストベーク処理を行なう以外は、実施例
1と同様にして、R(赤),G(緑),B(青)の3色ストライプカラーフィル
ターを得た。
【0071】
この様にして得られたカラーフィルターは、実施例1の場合に比べ、樹脂と顔
料との親和性が低く、分散状態の劣る着色樹脂材を用いて形成されているため、
表面平坦性の劣るものであった。
また、樹脂の特性より、耐久性の劣るカラーフィルターであった。
【0072】
さらに、得られたカラーフィルター基板を用いて、実施例1と同様の方法で強
誘電性液晶素子を形成し、クロスニコルの偏光顕微鏡で観察を行なったところ、
表面平坦性の劣る部分から生じる配向不良部が認められ、表示特性に影響を及ぼ
していた。この時の表示コントラストは前述の実施例1で得た表示コントラスト
に対して0.5倍に低下していた。
【0073】
比較例4
前記実施例1の着色樹脂材に用いた感光性ポリイミド樹脂を、感光性PVA樹
脂であるFR−14(商品名,富士薬品工業(株)製,溶剤:水)にジアゾ化合
物を添加したものに代え、水による現像、リンスでパターニングし、120℃、
30分間のポストベーク処理を行なう以外は、実施例1と同様にして、R(赤)
,G(緑),B(青)の3色ストライプカラーフィルターを得た。
【0074】
この様にして得られたカラーフィルターは、実施例1の場合に比べ、樹脂と顔
料との親和性が低く、分散状態の劣る着色樹脂材を用いて形成されているため、
表面平坦性の劣るものであった。
また、樹脂の特性より、耐久性の劣るカラーフィルターであった。
【0075】
さらに、得られたカラーフィルター基板を用いて、実施例1と同様の方法で強
誘電性液晶素子を形成し、クロスニコルの偏光顕微鏡で観察を行なったところ、
表面平坦性の劣る部分から生じる配向不良部が認められ、表示特性に影響を及ぼ
していた。この時の表示コントラストは前述の実施例1で得た表示コントラスト
に対して0.4倍まで低下していた。
【0076】
比較例5
実施例1において、感光性の着色ポリイミド樹脂を用いる代りに、非感光性の
着色ポリイミド樹脂を用いて3色カラーフィルターを形成した。
【0077】
すなわち、ガラス基板上に青色着色ポリイミド樹脂材[ヘリオゲン ブルー(
Heliogen Blue)L7080(商品名,BASF社製,C.I.
No.74160)をセミコファインSP−910(商品名,東レ社製,固形分
=22%、顔料:ポリマー=1:2配合)に分散させ作成した着色樹脂材]をス
ピンナー塗布法により、2.0μmの膜厚に塗布した。次に、該着色樹脂層を1
50℃で30分間乾燥した後、200℃で30分間加熱した。
【0078】
その後、該青色層上にポジ型レジスト[OFPR−2(商品名,東京応化社製
)]をスピンナー塗布し、80℃、20分間のプリベーク後、形成しようとする
パターン形状に対応したパタ−ンマスクを介して高圧水銀灯にて露光した。
【0079】
露光終了後、アルカリ現像液でレジストを現像するとともに、該青色層をエッ
チングし、続いてアセトンにてレジスト剥離を行い、250℃、30分間の加熱
焼成によりパタ−ン形状を有した青色着色樹脂膜を形成した。
【0080】
次に、青色着色パターンの形成されたガラス基板上に、第2色目として緑色着
色ポリイミド樹脂材[リオノール グリーン(Lionol Green)6Y
K(商品名,東洋インキ社製,C.I.No.74265)をセミコファイン
(商品名,東レ社製,固形分=22%、顔料:ポリマー=1:2配合)に分散さ
せ作成した着色樹脂材]を用いる以外は、上記と同様にして、緑色着色パターン
を基板上の所定の位置に形成した。
【0081】
さらに、この様にして青色及び緑色パターンの形成されている基板上に、第3
色目として、赤色着色ポリイミド樹脂材[イルガジン レッド(Irgazin
Red)BPT(商品名,チバガイギー(Ciba−Geigy)社製,C.
I.No.71127)をセミコファイン(商品名,東レ社製,固形分=22%
、顔料:ポリマー=1:2配合)に分散させ作成した着色樹脂材]を用いる以外
は、上記と同様にして、赤色着色パターンを基板上の所定の位置に形成し、R(
赤),G(緑),B(青)の3色ストライプカラーフィルターを得た。
【0082】
この様にして得られたカラーフィルターは、実施例1の場合に比べ、樹脂と顔
料との親和性が低く、分散状態の劣る着色樹脂材を用いて形成されているため、
表面平坦性の劣るものであった。
【0083】
また、樹脂の特性より、透明性の劣るカラーフィルターであった。さらに、パ
タ−ニング用のレジスト工程が各色形成毎に必要であるため、非常に煩雑なプロ
セスであり、生産性に劣ったものであった。
【0084】
続いて、得られたカラーフィルター基板を用いて、実施例1と同様の方法で強
誘電性液晶素子を形成し、クロスニコルの偏光顕微鏡で観察を行なったところ、
表面平坦性の劣る部分から生じる配向不良部が認められ、表示特性に影響を及ぼ
していた。この時の表示コントラストは前述の実施例1で得た表示コントラスト
に対して0.3倍まで低下していた。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば基板上のカラーフィルター層の膜厚の差
がない上、各画素間隔α(μm)を0≦α≦5μmの範囲におさえる様に位置さ
せ、さらに必要に応じて遮光層、保護膜・平坦化膜を設けることにより、カラー
フィルター各画素間に生じる微小な段差をもなくすことが可能となり、配向欠陥
の発生を防止することができ、強誘電性液晶の特性を十分に発揮し得る液晶素子
を提供することができる。
【0086】
さらに、本発明によれば、機械的強度にも優れ、かつ、耐熱性、耐光性、耐溶
剤性等の諸特性に優れた微細パターンを有するカラーフィルター部分を、簡便な
製造工程により作製することが可能となり、カラー強誘電性液晶素子として性能
の優れたものを簡便に提供することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a color filter used for a liquid crystal display element or a liquid crystal-optical shutter array.
More specifically, the initial alignment state of liquid crystal molecules is improved
To obtain a uniform monodomain liquid crystal phase without alignment defects,
Color filter substrate having color filter with improved driving characteristics and the same
And a liquid crystal element using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventional liquid crystal elements include, for example, M. Schadt and Dub.
"Applied Physics" by W. Helfrich
・ Letters ”(“ Applied Physics Letters ”) No. 18
Vol. 4, No. 4 (published February 15, 1971), pp. 127-128, “Volte
The Dependent Optical Activity of a Twist
De Nematic Liquid Crystal (“Voltage Dependen
t Optical Activity of a Twisted Nema
tic Liquid Crystal ”)
A liquid crystal using a twisted nematic liquid crystal is known. this
The TN liquid crystal is used for time-division driving using a matrix electrode structure with a high pixel density.
Since there is a problem that crosstalk occurs, the number of pixels is limited.
[0003]
In addition, a switching element composed of a thin film transistor is connected to each pixel, and each pixel is
A display element that switches the current is known, but a thin film transistor is provided on the substrate.
Is very complicated, and it is difficult to produce a large-area display element.
There is a problem.
[0004]
To solve these problems, Clark et al.
Japanese Patent No. 4,367,924 proposes a ferroelectric liquid crystal device.
[0005]
FIG. 2 schematically illustrates a cell example for explaining the operation of the ferroelectric liquid crystal.
You. 21a and 21b are InTwo OThree , SnOTwo And ITO (Indium T
In a substrate (glass plate) covered with a transparent electrode composed of a thin film such as in oxide
In which a plurality of liquid crystal molecular layers 22 are oriented so as to be perpendicular to the glass surface.
mC* Phase or SmH* Phase liquid crystals are enclosed. The line 23 indicated by the bold line is the liquid
The liquid crystal molecule 23 has a dipole in a direction perpendicular to the molecule.
It has a moment (P⊥) 24. Constant between the electrodes on the substrates 21a and 21b
When a voltage higher than the threshold is applied, the helical structure of the liquid crystal molecules 23 is unwound, and the dipole mode is applied.
The orientation of the liquid crystal molecules 23 is changed so that the
Can be obtained. The liquid crystal molecule 23 has an elongated shape, and its long axis direction is short.
It exhibits refractive index anisotropy in the axial direction, so that, for example,
If polarizers are placed in a positional relationship, the optical characteristics will change depending on the polarity of the applied voltage.
It can be easily understood that the liquid crystal optical modulation element becomes a liquid crystal optical modulation element.
[0006]
The liquid crystal cell preferably used in the ferroelectric liquid crystal element of the present invention has a sufficient thickness.
(For example, 10 μm or less). As the liquid crystal phase becomes thinner
Therefore, even when no electric field is applied as shown in FIG.
The structure is unwound and becomes a non-helical structure, and its dipole moment Pa or Pb is upward
(34a) or downward (34b). In such a cell,
As shown in FIG. 3, when an electric field Ea or Eb having a different polarity or more than a certain threshold is applied.
, The dipole moment is upwards corresponding to the electric field vector of the electric field Ea or Eb.
a or the downward direction 34b, and accordingly, the liquid crystal molecules are in the first stable state 3
It is oriented in either 3a or the second stable state 33b.
[0007]
The advantages of using such a ferroelectric liquid crystal as an optical modulation element are described above.
There are two. The first is that the response speed is extremely fast, and the second is that the liquid crystal molecules
Has bistability. The second point is further explained by, for example, FIG.
Specifically, when the electric field Ea is applied, the liquid crystal molecules are oriented to the first stable state 33a.
This state is stable even when the electric field is turned off. When an electric field Eb in the opposite direction is applied,
The liquid crystal molecules are oriented to the second stable state 33b and change the direction of the molecules.
This state remains even when the electric field is turned off. Also, the applied electric field Ea has a fixed threshold value.
As long as they do not exceed, each alignment state is also maintained. Such response speed
In order to achieve the speed and bistability effectively, the thinner the cell, the better
Is preferred.
[0008]
In order for this ferroelectric liquid crystal element to exhibit predetermined driving characteristics, a pair of parallel substrates
The ferroelectric liquid crystal interposed between the two stable liquid crystals is independent of the applied electric field.
Must be in molecular alignment so that conversion between states can occur effectively
. For example, for a ferroelectric liquid crystal having a chiral smectic phase,
The liquid crystal molecular layer of the smectic phase is perpendicular to the substrate surface, and therefore the liquid crystal molecular axis
It is necessary to form a region (mono domain) arranged substantially parallel to the substrate surface.
However, in conventional ferroelectric liquid crystal devices, such a monodomain
The alignment state of the liquid crystal having the liquid crystal structure was not always satisfactorily formed.
It is a fact that no proper characteristics were obtained.
[0009]
FIG. 4 is a sectional view of a conventional ferroelectric liquid crystal device, and FIG. 5 is a conventional ferroelectric liquid crystal device.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a state of an alignment defect appearing in an element.
[0010]
That is, the conventional ferroelectric liquid crystal element 40 shown in FIG.
42, and substrates 41 and 42 each have a matrix electrode structure.
Wipe-shaped transparent electrodes 43 and 44 are provided.
[0011]
Generally, color filters are red (R), green (G), blue (B) dyes or
Each dye layer has a thickness regardless of its formation method.
Since they are different, a step A of about 2000 ° to 1 μm is formed. As a result,
When the alignment is controlled using the process, the above-described step A causes the step A to be a boundary.
As a result, an alignment defect occurs in the ferroelectric liquid crystal 47. Also, this step A exists.
When alignment control films 45 and 46 are provided on existing substrates 41 and 42, respectively,
In the direction control film, a step C formed in accordance with the step A is generated by the film thickness of the pixel.
In the same manner as above, an alignment defect occurs in the ferroelectric liquid crystal 47.
[0012]
FIG. 5 shows a scan when the ferroelectric liquid crystal element was observed with a crossed Nicol polarizing microscope.
The white line 51 in the figure is the line of the spacer (not shown) used for the liquid crystal element.
4 and lines 52 and 53 are observed corresponding to steps C on the substrate 41 of FIG.
I have. The portion 54 in the figure is a ferroelectric liquid crystal sandwiched between the opposing electrodes. side
A large number of edge lines 55 appearing in the light microscope represent alignment defects of the ferroelectric liquid crystal.
.
[0013]
If there is a certain level of step on the surface in contact with the ferroelectric liquid crystal,
Then, an alignment defect is generated, and the monodomain formation of the ferroelectric liquid crystal is inhibited.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have proposed such a step on a substrate, particularly a color filter as a ferroelectric liquid crystal.
In the case where the pixel is internally provided, a step generated when the distance between pixels exceeds 5 μm is strongly induced.
It has been experimentally confirmed that it is a cause of significant alignment defects for the conductive liquid crystal.
Clarified.
[0015]
An object of the present invention is to prevent the occurrence of the above-described alignment defects and to provide a ferroelectric liquid crystal element.
Color filter that can fully demonstrate the high-speed response and memory effect characteristics
Filter board andLiquid crystal elementIs to provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that ferroelectric liquid crystals in particular have a liquid crystal phase (low temperature state) rather than an isotropic phase (high temperature state).
Focusing on the initial orientation during the cooling process, the ferroelectric liquid crystal moves to
With a structure that can achieve both the operating characteristics of the device based on GaN and the monodomain properties of the liquid crystal layer
They have found a dielectric liquid crystal element.
[0017]
The liquid crystal element of the present invention is based on such knowledge, and more specifically,
There is no step that induces alignment defects on the surface in contact with the crystal layer.
Good initial orientation during cooling process by avoiding drastic change
It is characterized in that a monodomain having no alignment defect is formed.
[0018]
That is, the present invention has a photosensitive group in a molecule, and has a wavelength of 400 nm to 700 nm.
Polyimide that has a light transmittance of 90% or more in the long range and cures at a temperature of 200 ° C or less
Having a colored resin comprising a resin and a colored material dispersed in the polyimide resin
A color filter substrate having a color filter with a substantially uniform thickness on the substrate.
Of the color filter of each adjacent pixelThe interval has an interval α, and the interval α is 0
μm <α ≦ 5 μm, the color filter and the space α
On the top, a protective layer is formed uniformly, and the surface of the protective layer on the color filter is
The step formed between the surface of the protective layer on α and the surface of the protective layer is set at 1000 ° or less.
aboveA color filter comprising a pattern-shaped transparent electrode.
-Substrate.
[0019]
In addition, the present invention sandwiches a chiral smectic liquid crystal between a pair of substrates to reduce
And a liquid crystal element having a color filter on one of the substrates.
Has a photosensitive group in the molecule, and has a sensitivity of 90% or less in a wavelength region of 400 nm to 700 nm.
A polyimide resin having the above light transmittance and curing at a temperature of 200 ° C. or less;
Red resin, blue resin and green resin consisting of a coloring material dispersed in an imide resin
The color filter has a substantially uniform thickness, and the color of each adjacent pixel is
Of the filterThe interval has an interval α, and the interval α is set to 0 μm <α ≦ 5 μm.
And a protective layer is uniformly formed on the color filter and the space α.
Between the surface of the protective layer on the color filter and the surface of the protective layer on the space α.
The step formed is set at 1000 ° or less, andPatterned transparent electrode
Is provided.
[0020]
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a basic configuration of a ferroelectric liquid crystal device according to the present invention. FIG.
In the above, the ferroelectric liquid crystal element 1 comprises a transparent plate such as a glass plate or a plastic plate.
Substrates 2 and 3 are used, and a ferroelectric liquid crystal 4 is interposed between them. Each board
The transparent electrodes 2 and 3 have a striped pattern forming a matrix electrode structure.
The poles 5 and 6 are provided, and the orientation control films 7 and 8 are formed on the transparent electrodes.
You. Each of the R (red), G (green), and B (blue) color filters has the same thickness.
It is formed by setting the coloring material concentration in advance so as to obtain the desired spectral characteristics.
ing. On the other hand, in order to further planarize, if necessary,
A light-shielding layer 10 is formed in the recess between the layers, and a protective film or planarizing film 9 is further formed thereon.
Is formed.
[0021]
In the substrate having the above configuration, the thickness of the color filter is set to be substantially the same.
And the gap between pixels is kept to 5μm or less,
Since the steps are corrected, even if a transparent electrode and an alignment control film are formed in order on the pixel,
The substrate surface can be kept almost flat.
[0022]
According to the present invention, the level difference of the color filter substrate is reduced by 1000 °
Although it can be set as follows, it is desirable that it is preferably set to 500 ° or less. this
When the step exceeds 1000 °, in other words, the interval between each pixel exceeds 5 μm.
The liquid crystal element using the non-planarizing layer set in the above step has the alignment defect of the edge line shown in FIG.
It will cause a fall.
[0023]
As a color filter suitable for the present invention, the film thickness of each pixel is set to be substantially the same.
Any method can be used as long as it is possible, but the effect of the present invention is particularly large, and
Fine patterns can be formed by a simple manufacturing process.
Color filters with excellent properties such as heat resistance, light resistance, solvent resistance, etc.
Certain of the following schemes are preferred.
[0024]
That is, the optimal color filter for the present invention has a photosensitive group in the molecule.
Of a colored resin made by dispersing a coloring material in a low-temperature curing type polyimide resin
This is a method of forming by repeating a so-called process.
[0025]
More specifically, it has photosensitivity to form the colored resin layer of the color filter.
Temperature-curable polyimide resin (hereinafter referred to as photosensitive polyimide resin)
(Hereinafter referred to as fat), a cured film can be obtained at 200 ° C. or lower, for example, 150 ° C.
A cured film can be formed by heat of about 30 minutes, for example, a polymer having a photosensitive group in its molecule.
Aromatic polyimide resin, especially specified in the visible light wavelength range (400 to 700 nm)
(A light transmittance of about 90% or more) is preferred.
In this respect, an aromatic polyimide resin is particularly preferable.
[0026]
Further, the photosensitive group in the present invention includes a photosensitive carbon group as shown below.
Any aromatic chain having a hydride unsaturated group may be used.
(1) Benzoic acid esters
[0027]
Embedded image
[0028]
(Where R1 Is CHX = CY-COO-Z-, X is -H or -C6 HFive , Y is
-H or -CHThree , Z represents-or an ethyl group or a glycidyl group)
(2) Benzyl acrylates
[0029]
Embedded image
[0030]
(Where Y is -H or CHThree Indicates)
(3) diphenyl ethers
[0031]
Embedded image
[0032]
(Where RTwoIs CHX = CY-CONH-, CHTwo= CY-COO- (CHTwo )
Two -OCO- or CHTwo = CY-COO-CHTwo -Containing one or more, X
, Y indicate the above significance)
(4) Chalcone and other compound chains
[0033]
Embedded image
[0034]
(Where RThree Represents H-, an alkyl group or an alkoxy group)
[0035]
Embedded image
[0036]
And the like.
[0037]
Specific examples of aromatic polyimide resins having these groups in the molecule are described as follows.
Socoat PI-400 "(trade name, manufactured by Ube Industries, Ltd.) and the like.
[0038]
Generally, the difference in the photosensitive resin used in the photolithography process depends on its chemical structure.
Despite its excellent mechanical properties, heat resistance, light resistance, and solvent resistance
There are few things. In contrast, the photosensitive polyimide resin of the present invention has a chemical structural
Also, these are resin systems with excellent durability, and color filters formed using them are
The durability of the filter is also very good. In particular, the color of ferroelectric liquid crystal devices
Heat resistance and liquid during sputter formation of transparent conductive film, which can be a problem as a filter
Damage to color filters due to inner spacers when assembling crystal elements
It demonstrates excellent performance.
[0039]
As a coloring material for forming a colored resin layer of the color filter in the present invention
Of organic pigments, inorganic pigments, dyes, etc.
However, there is no particular limitation. In this case, each material may be used alone.
It can also be used as a mixture of some of them. However, using a dye
In this case, the performance of the color filter is dominated by the durability of the dye itself.
However, when the resin system of the present invention is used, the performance is higher than that of a normal dyed color filter.
Excellent performance can be formed. Therefore, the color characteristics and various characteristics of the color filter
Considering performance, organic pigments are most preferable as the coloring material.
[0040]
As organic pigments, azo pigments such as soluble azo, insoluble azo, and condensed azo pigments can be used.
First, phthalocyanine pigments, and indigo, anthraquinone, peryl
Based, perinone based, dioxazine based, quinacridone based, isoindolinone based,
Condensed polycyclic pigments including taron, methine / azomethine, and other metal complex
Alternatively, mixtures of some of these are used.
[0041]
In the present invention, the colored resin used to form the colored resin layer is the photosensitive resin described above.
Colorant having desired spectral characteristics at the same film thickness for each color in a conductive polyimide resin solution
Ingredients are mixed at an arbitrary ratio of about 10 to 50%, respectively, and
After sufficiently dispersing with a filter or the like, the particle size is preferably reduced with a filter of 1 μm or less.
Prepare by removing large ones.
[0042]
The colored resin layer of the color filter according to the present invention spins the colored resin.
Coating on the substrate with a coating device such as an inner coater or a roll coater.
It is formed in a more pattern shape, and its layer thickness is determined according to a desired spectral characteristic.
However, usually, the same film thickness of each color, about 0.5 to 5 μm, preferably 0.5 to 1.5 μm
m is desirable.
[0043]
If it is necessary to further increase the adhesion between the colored resin layer and the underlying substrate,
After thin coating with silane coupling agent etc. in advance,
Or add a small amount of a silane coupling agent, etc.
It is more effective to form a color filter using the additive.
.
[0044]
Note that the colored resin layer of the color filter in the present invention is itself sufficient.
Although it is composed of a good material with excellent durability,
To protect the colored resin layer or to flatten the color filter surface
In addition, polyamide, polyimide, polyurethane, polycarbonate
Organic resins such as silicates and siliconThree NFour , SiOTwo, SiO, AlTwo
OThree , TaTwo OThree Inorganic films such as spin coating and roll coating
Alternatively, the protective film or the planarizing film can be provided by an evaporation method.
[0045]
In this case, the surface of the color filter has a shape with less steps.
The present invention is more suitable for eliminating the alignment defect of the ferroelectric liquid crystal. Also
Since the thickness of the protective film 9 can determine the thickness of the ferroelectric liquid crystal 4,
It depends on the type of liquid crystal material, required response speed, etc.
It is set in the range of 2 μm to 20 μm, preferably 0.5 μm to 10 μm.
[0046]
Further, in some cases, in order to improve display characteristics and to increase the gap between each pixel.
In order to reduce the level difference between pixels, light is shielded between pixels.
The layer is made of a metal thin film such as chrome
Light-shielding of carbon black, composite oxide black pigment, metal powder, etc. in optical polyimide resin
A light-shielding resin layer in which a material having a capability is dispersed can be formed by a coating method.
[0047]
Examples of the material for the alignment control film used in the present invention include polyvinyl alcohol.
, Polyimide, polyamide imide, polyester, polycarbonate, pyribi
Nyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyamide, polystyrene
, Cellulose resin, melamine resin, urea resin, acrylic resin, etc.
Or photosensitive polyimide, photosensitive polyamide, cyclic rubber-based photoresist,
Nord novolak photoresist or electron beam photoresist (polymethyl
Methacrylate, epoxidized-1,4-polybutadiene, etc.)
Can be formed. Although the orientation control film 7 depends on the thickness of the ferroelectric liquid crystal,
Generally, it is set in the range of 10 to 1 μm, preferably 100 to 3000 °.
[0048]
A particularly suitable liquid crystal material used in the present invention is a liquid crystal having bistability.
It has ferroelectricity. Specifically, chiral smectic C phase
(SmC*), H phase (SmH*), Phase I (Sml*), J phase (SmJ*), K phase
(SmK*), G phase (SmG*) Or F phase (SmF*) Can use liquid crystal
Wear.
[0049]
This ferroelectric liquid crystal is described in "Le Journal de Physique
("LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTRES")
1975,36(L-69), "Ferroelectric Liquid Chris
Tarus "(" Ferroelectric Liquid Crystals "
); "Applied Physics Letters" ("Applied Physi
cs Letters ") 1980,36(11), “Submicro Seca
By bistable electro-optic switching in liquid
・ Crystals ”(“ Submicro Second Bistble El ”
electrooptic Switching in Liquid Cryst
als ");" Solid State Physics "1981,16(141), “Liquid crystal” etc.
In the present invention, the ferroelectric liquid crystal disclosed therein is used.
Can be.
[0050]
Specific examples of the ferroelectric liquid crystal include, for example, desyloxybenzylidene-p'-amido.
No-2-methylbutylcinnamate (DOBAMBC), hexyloxybenzide
Riden-p'-amino-2-chloropropylcinnamate (HOBACPC),
4-o- (2-methyl) -butylresorcylidene-4'-octylaniline (M
BRAS).
[0051]
When an element is formed using these materials, the liquid crystal compound is used as a chiral smectic.
In order to maintain the temperature in such a state that the phase becomes
It can be supported by an embedded block or the like.
[0052]
[Action]
The color filter substrate of the present invention and the liquid crystal element using the same are provided with a color filter for each pixel.
Filters are formed with almost the same thickness, and color filters of each adjacent pixel
Since the interval α (μm) is 0 ≦ α ≦ 5 μm, the flatness of the substrate is improved.
There is no step on the surface in contact with the liquid crystal phase, and the liquid crystal phase sandwiched between the substrates having good flatness is
The liquid crystal phase is cooled by slow cooling in the process of temperature transition from the isotropic phase to the liquid crystal phase.
The region gradually expands to form a uniform monodomain liquid crystal phase.
[0053]
For example, the above-mentioned DOBAMBC showing a ferroelectric liquid crystal phase as a liquid crystal is taken as an example.
To explain, when slowly cooling from the isotropic phase of DOBAMBC,
The phase changes to the tactic A phase (SmA phase). At this time, rubbing or
Is SiOTwo If an alignment process such as oblique deposition is performed, the molecular axis of the liquid crystal molecules
Mono-domains are formed in the plate that are parallel and oriented in one direction. Further cooling
At a specific temperature between about 90-75 ° C, which depends on the thickness of the liquid crystal layer.
Larsmectic C phase (SmC* Phase). Also, the thickness of the liquid crystal layer
When the thickness is about 2 μm or less, SmC* The helix of the phase unravels and shows bistability.
[0054]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1
FIGS. 6A to 6F are process diagrams showing a process of forming R, G, and B color pixels.
You.
[0055]
First, desired spectral characteristics are obtained on a Corning # 7059 glass substrate 61.
Blue colored resin material [Heliogen Bl
ue) L7080 (trade name, manufactured by BASF, CI No. 74160) as PI
-400C (trade name, manufactured by Ube Industries, polymer content = 10%, solvent: N-methyl
-2-pyrrolidone, pigment: polymer = 1: 2 blend)
Colored resin material] to a thickness of 1.5 μm by a spinner coating method.
Layer 62 was formed. (See FIG. 6 (a))
[0056]
Next, the colored resin layer 62 is pre-baked at 80 ° C. for 30 minutes and then formed.
Exposure with a high-pressure mercury lamp through a photomask 63 corresponding to the pattern shape
Glowed. (See FIG. 6B)
[0057]
After the completion of the exposure, as shown in FIG. 6C, the colored resin layer 62 having the photocured portion 62a
(N-methyl-2-pyrrolidone as a main component)
Develop with an ultrasonic wave and use a special rinse solution (for example, isopropyl
(Rinse solution mainly containing alcohol) at 200 ° C for 30 minutes.
Post-baking is performed, and a blue patterned colored resin layer 64 having a patterned shape is formed.
Was formed. (See Fig. 6 (d))
[0058]
Subsequently, a green color is formed on the glass substrate on which the blue coloring pattern is formed as a second color.
Colored resin material [Lionol Green 6YK (product
Name, manufactured by Toyo Ink Co., Ltd., C.I. I. No. 74265) to PI-400C (trade name,
Ube Industries, polymer content = 10%, solvent: N-methyl-2-pyrrolidone, pigment
: Polymer = 1: 2)) and a photosensitive colored resin material prepared by dispersing
Outside, in the same manner as described above, the green patterned colored resin layer 65 is placed at a predetermined position on the substrate.
The gap was formed at a distance of 5 μm or less from the blue colored resin layer.
[0059]
Further, on the substrate on which the blue and green patterns are formed, a third
As the color, a red colored resin material [Irgazin Red]
BPT (trade name, manufactured by Ciba-Geigy), C.I.
71127) was replaced with PI-400C (trade name, manufactured by Ube Industries, polymer content = 10%,
(Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone, pigment: polymer = 1: 2)
Red colored resin material] except that the prepared photosensitive colored resin material is used.
A green colored resin layer and a green colored resin layer are placed at predetermined positions on the substrate.
R (red), G (green), B
A colored pattern of a three-color stripe (blue) was obtained. (See FIG. 6 (e))
[0060]
Next, on a glass substrate on which a three-color coloring pattern is formed, a black
Color resin material [Carbon black (CI No. 77266) was replaced with PI-400C (
(Photopolymer prepared by dispersing polymer content = 10%, pigment: polymer = 1: 4)
Colored resin material] to match the gap between each pixel in the same manner as described above.
A light-shielding layer 67 having an optical pattern was formed. Thus, the interval α (μm) between the pixels is
, 0 ≦ α ≦ 5 μm.
[0061]
On the color filter pattern thus obtained, a protective film or a flattening film
The same transparent resin material [PI-400C (product
Name, manufactured by Ube Industries, polymer content = 10%, solvent: N-methyl-2-pyrrolidone)
Was formed to a thickness of about 0.5 μm by a spinner coating method. (FIG. 6 (f
)reference)
As described above, it was possible to form a color filter substrate having the same plane.
.
[0062]
Next, as shown in FIG. 1, ITO is formed to a thickness of 500 ° by a sputtering method.
Thus, a transparent electrode 5 was obtained. On top of this, a polyimide forming solution (Japanese
Rikkasei Industries "PIQ") is applied by a spinner rotating at 3000 rpm, and 15
Heating was performed at 0 ° C. for 30 minutes to form a 2000 ° polyimide coating. After a while
The surface of this polyimide film was rubbed.
[0063]
The color filter substrate thus formed and the opposing substrate 3 are bonded together.
A cell was assembled, and a ferroelectric liquid crystal was injected and sealed to obtain a liquid crystal element. This liquid crystal element is
When observed with a Ross Nicol polarizing microscope, the liquid crystal molecules inside
Not confirmed.
[0064]
Comparative Example 1
The photosensitive polyimide resin used for the colored resin material of Example 1 was replaced with a photosensitive resin other than the present invention.
"Photo Nice" UR-3100 which is a functional polyimide resin (trade name, Toray Industries, Inc.)
Manufacture, solid content = 17%, solvent: N-methyl-2-pyrrolidone / methyl cellosolve mixture
Dedicated developer ("DV-140"), dedicated rinse (isopropyl
Alcohol) and post bake at 250 ° C for 30 minutes
R (red), G (green), and B (blue) in the same manner as in Example 1 except that
A stripe color filter was obtained.
[0065]
The color filter thus obtained was compared with the case of Example 1 with resin and face.
Because it is formed using a colored resin material that has a low affinity for
The surface flatness was poor.
Further, the color filter was inferior in transparency due to the characteristics of the resin.
[0066]
Further, using the obtained color filter substrate, the same method as in Example 1 was used.
When a dielectric liquid crystal element was formed and observed with a crossed Nicols polarizing microscope,
Poorly-aligned portions arising from portions with poor surface flatness were observed, affecting display characteristics.
The display contrast at this time is different from the display contrast obtained in the first embodiment.
Was reduced by a factor of 0.5.
[0067]
Comparative Example 2
The photosensitive polyimide resin used for the colored resin material of the first embodiment was replaced with a photosensitive acrylic resin.
"PHOTOREC" RFG-10 (trade name, Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.)
), Solid content = 10%, solvent: cyclohexane) and a special developer (MEK
Uses a developer containing a main component) and a special rinsing solution (a rinsing solution containing MIBK as a main component)
Patterning and post-baking at 180 ° C for 30 minutes.
Three color stripes of R (red), G (green) and B (blue) in the same manner as in the first embodiment.
A filter was obtained.
[0068]
The color filter thus obtained was compared with the case of Example 1 with resin and face.
Because it is formed using a colored resin material that has a low affinity for
The surface flatness was poor.
Further, the color filter was inferior in durability due to the characteristics of the resin.
[0069]
Further, using the obtained color filter substrate, the same method as in Example 1 was used.
When a dielectric liquid crystal element was formed and observed with a crossed Nicols polarizing microscope,
Poorly-aligned portions arising from portions with poor surface flatness were observed, affecting display characteristics.
Was. The display contrast at this time is the display contrast obtained in the first embodiment.
Was reduced 0.4 times.
[0070]
Comparative Example 3
The photosensitive polyimide resin used for the colored resin material of Example 1 was replaced with a far ultraviolet negative.
ODUR-110WR (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., solvent:
After exposure with far-ultraviolet light, use a dedicated developer and rinse
Example 1 except turning and performing post-baking at 180 ° C for 30 minutes
In the same manner as in 1, the three-color stripe color fill of R (red), G (green), and B (blue)
I got it.
[0071]
The color filter thus obtained was compared with the case of Example 1 with resin and face.
Because it is formed using a colored resin material that has a low affinity for
The surface flatness was poor.
Further, the color filter was inferior in durability due to the characteristics of the resin.
[0072]
Further, using the obtained color filter substrate, the same method as in Example 1 was used.
When a dielectric liquid crystal element was formed and observed with a crossed Nicols polarizing microscope,
Poorly-aligned portions arising from portions with poor surface flatness were observed, affecting display characteristics.
Was. The display contrast at this time is the display contrast obtained in the first embodiment.
Was reduced by a factor of 0.5.
[0073]
Comparative Example 4
The photosensitive polyimide resin used for the colored resin material of Example 1 was replaced with a photosensitive PVA resin.
Diazo compound with FR-14 (trade name, manufactured by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd., solvent: water)
In place of the addition of the substance, patterning by development with water and rinsing, 120 ° C,
R (red) in the same manner as in Example 1 except that post-baking for 30 minutes was performed.
, G (green) and B (blue).
[0074]
The color filter thus obtained was compared with the case of Example 1 with resin and face.
Because it is formed using a colored resin material that has a low affinity for
The surface flatness was poor.
Further, the color filter was inferior in durability due to the characteristics of the resin.
[0075]
Further, using the obtained color filter substrate, the same method as in Example 1 was used.
When a dielectric liquid crystal element was formed and observed with a crossed Nicols polarizing microscope,
Poorly-aligned portions arising from portions with poor surface flatness were observed, affecting display characteristics.
Was. The display contrast at this time is the display contrast obtained in the first embodiment.
To 0.4 times.
[0076]
Comparative Example 5
In Example 1, instead of using a photosensitive colored polyimide resin, a non-photosensitive
A three-color filter was formed using a colored polyimide resin.
[0077]
That is, a blue colored polyimide resin material [Heliogen Blue (
Heliogen Blue) L7080 (trade name, manufactured by BASF, CI.
No. 74160) was changed to Semico Fine SP-910 (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc., solid content)
= 22%, pigment: polymer = 1: 2)).
It was applied to a thickness of 2.0 μm by a pinner coating method. Next, the colored resin layer is
After drying at 50 ° C. for 30 minutes, it was heated at 200 ° C. for 30 minutes.
[0078]
Then, a positive resist [OFPR-2 (trade name, manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.) is formed on the blue layer.
)] Is applied by spinner, and after pre-baking at 80 ° C. for 20 minutes, it is to be formed.
Exposure was performed with a high-pressure mercury lamp through a pattern mask corresponding to the pattern shape.
[0079]
After the exposure, the resist is developed with an alkaline developer and the blue layer is etched.
Followed by stripping the resist with acetone and heating at 250 ° C for 30 minutes
By firing, a blue colored resin film having a pattern shape was formed.
[0080]
Next, on the glass substrate on which the blue coloring pattern is formed, a green color is formed as a second color.
Color polyimide resin material [Lionol Green 6Y
K (trade name, manufactured by Toyo Ink Co., Ltd., CI No. 74265)
(Trade name, manufactured by Toray Industries, solid content = 22%, pigment: polymer = 1: 2 blended)
Green colored pattern in the same manner as described above except that
Was formed at a predetermined position on the substrate.
[0081]
Further, on the substrate on which the blue and green patterns are formed, a third
As the color, a red colored polyimide resin material [Irgazin Red (Irgazin Red)
Red) BPT (trade name, manufactured by Ciba-Geigy), C.I.
I. No. 71127) was replaced by Semicofine (trade name, manufactured by Toray Industries, solid content = 22%)
, Pigment: polymer = 1: 2)).
Forms a red colored pattern at a predetermined position on the substrate in the same manner as
Three color striped color filters of red), G (green) and B (blue) were obtained.
[0082]
The color filter thus obtained was compared with the case of Example 1 with resin and face.
Because it is formed using a colored resin material that has a low affinity for
The surface flatness was poor.
[0083]
Further, the color filter was inferior in transparency due to the characteristics of the resin. In addition,
Since a resist step for turning is required for each color formation, a very complicated process is required.
Seth was inferior in productivity.
[0084]
Subsequently, using the obtained color filter substrate, the same method as in Example 1 was used.
When a dielectric liquid crystal element was formed and observed with a crossed Nicols polarizing microscope,
Poorly-aligned portions arising from portions with poor surface flatness were observed, affecting display characteristics.
Was. The display contrast at this time is the display contrast obtained in the first embodiment.
To 0.3 times.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the difference in film thickness of the color filter layer on the substrate
And the pixel interval α (μm) is positioned so that it falls within the range of 0 ≦ α ≦ 5 μm.
Color, by providing a light-shielding layer, a protective film, and a planarizing film as needed.
It is possible to eliminate minute steps that occur between each pixel of the filter,
Liquid crystal element that can prevent the occurrence of cracks and sufficiently exhibit the characteristics of ferroelectric liquid crystal
Can be provided.
[0086]
Furthermore, according to the present invention, it has excellent mechanical strength, and has heat resistance, light resistance,
A color filter part having a fine pattern with excellent properties such as
It can be manufactured by the manufacturing process, and the performance as a color ferroelectric liquid crystal device
Can be easily provided.
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に係わる強誘電性液晶素子の基本構成を示す示す断面図である。
【図2】
本発明で用いる強誘電性液晶を模式的に表わした斜視図である。
【図3】
本発明で用いる強誘電性液晶を模式的に表わした斜視図である。
【図4】
従来の強誘電性液晶素子の断面図である。
【図5】
従来の強誘電性液晶素子に現われた配向欠陥の状態を表わす概略説明図である
。
【図6】
本発明の色画素の形成工程を示す工程図である。
【符号の説明】
1,40 強誘電性液晶素子
2,3,41,42,61 基板
4,47 強誘電性液晶
5,6,43,44 透明電極
7,8,45,46 配向制御膜
9,48,68 保護膜(平坦化膜)
10,67 遮光層BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a ferroelectric liquid crystal device according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a ferroelectric liquid crystal used in the present invention. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a ferroelectric liquid crystal used in the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a conventional ferroelectric liquid crystal element. FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a state of an alignment defect appearing in a conventional ferroelectric liquid crystal element. FIG. 6 is a process chart showing a color pixel forming process of the present invention. [Description of Signs] 1,40 Ferroelectric liquid crystal element 2,3,41,42,61 Substrate 4,47 Ferroelectric liquid crystal 5,6,43,44 Transparent electrode 7,8,45,46 Alignment control film 9 , 48,68 Protective film (planarization film) 10,67 Light shielding layer
Claims (1)
90%以上の光透過率を持ち、200℃以下の温度で硬化するポリイミド樹脂と
、該ポリイミド樹脂中に分散された着色材料とからなる着色樹脂を有するほぼ均
一膜厚のカラーフィルターを基板上に有するカラーフィルター基板であって、隣
接する各画素のカラーフィルターの間は、間隔αを有し、該間隔αは、0μm<
α≦5μmに設定されているとともに、該カラーフィルター及び該間隔αの上は
、一様に保護層が形成され、該カラーフィルター上の保護層表面と該間隔α上の
保護層表面との間で形成される段差を1000Å以下に設定し、該保護層上にパ
ターン形状の透明電極が設けられていることを特徴とするカラーフィルター基板
。 【請求項2】 一対の基板間にカイラルスメクチック液晶を挟持し、少なくと
も一方の基板にカラーフィルターを有する液晶素子であって、該カラーフィルタ
ーは、感光性基を分子内に有し、400nm〜700nmの波長域で90%以上
の光透過率を持ち、200℃以下の温度で硬化するポリイミド樹脂と、該ポリイ
ミド樹脂中に分散された着色材料とからなる赤色樹脂、青色樹脂及び緑色樹脂を
有し、該カラーフィルターの膜厚はほぼ均一であり、隣接する各画素のカラーフ
ィルターの間は、間隔αを有し、該間隔αは、0μm<α≦5μmに設定されて
いるとともに、該カラーフィルター及び該間隔αの上は、一様に保護層が形成さ
れ、該カラーフィルター上の保護層表面と該間隔α上の保護層表面との間で形成
される段差を1000Å以下に設定し、該保護層上にパターン形状の透明電極が
設けられていることを特徴とする液晶素子。Claims: 1. A polyimide resin having a photosensitive group in a molecule, having a light transmittance of 90% or more in a wavelength region of 400 nm to 700 nm, and curing at a temperature of 200 ° C. or less; A color filter substrate having a substantially uniform film thickness color filter having a coloring resin comprising a coloring material dispersed in the polyimide resin on the substrate, and an interval α between the color filters of adjacent pixels. And the interval α is 0 μm <
α ≦ 5 μm, and the color filter and the interval α
A protective layer is uniformly formed, and the surface of the protective layer on the color filter and the space α
A color filter substrate , wherein a step formed between the protective layer and the surface is set to 1000 ° or less, and a transparent electrode having a pattern shape is provided on the protective layer . 2. A liquid crystal element having a chiral smectic liquid crystal sandwiched between a pair of substrates and a color filter on at least one substrate, wherein the color filter has a photosensitive group in a molecule and has a wavelength of 400 nm to 700 nm. It has a red resin, a blue resin and a green resin, which have a light transmittance of 90% or more in a wavelength range of, and which is cured at a temperature of 200 ° C. or less, and a coloring material dispersed in the polyimide resin. The thickness of the color filter is substantially uniform, and there is an interval α between the color filters of adjacent pixels , and the interval α is set to 0 μm <α ≦ 5 μm.
And a protective layer is uniformly formed on the color filter and the space α.
Formed between the surface of the protective layer on the color filter and the surface of the protective layer on the space α.
A liquid crystal device characterized in that a step to be formed is set to 1000 ° or less, and a transparent electrode having a pattern is provided on the protective layer .
Family
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