JP3282156B2 - カラーフィルタおよびカラー液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スペーサー機能を
有するカラーフィルタを用いたカラー液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用されているカラー液晶表示装
置は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するため
に、一般に、図３に示すように、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）や複数の走査電極などを具備した電極基板とカラ
ーフィルタ側の基板との間にプラスチックビーズまたは
ガラス繊維をスペーサーとして使用し、周辺シール部に
使用する接着剤（シール剤）にはガラス繊維をスペーサ
ーとして混ぜ込んでいる。ここで表示部および額縁部の
スペーサーとして使用されるプラスチックビーズなどは
散布されるため、電極基板とカラーフィルタ側の基板間
のどの位置（面内位置）に配置されるかは定まっていな
い。また、シール剤へのガラス繊維の混練りもコストが
かかる工程であり、かつ、プラスチックビーズと硬さが
異なるなど、セル組み立て条件の最適化に対して複雑化
する要因を与えている。

【０００３】特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−
８２４０５、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６
９４６には、カラーフィルタを形成する着色層を重ね合
わせた構造をスペーサーとして用いた液晶表示装置が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックビーズな
どをスペーサーとして用いるカラー液晶表示装置におい
ては、プラスチックビーズなどのスペーサーの位置が定
まっておらず、画素上に位置するスペーサーによる光の
散乱や透過により液晶表示装置の表示品位が低下すると
いう問題があった。

【０００５】プラスチックビーズなどのスペーサーを散
布して使用する液晶表示装置には、この他にも下記の問
題がある。すなわち、スペーサーが球状あるいは棒状の
形であり、セル圧着時に点または線で接触するために、
配向膜や透明電極が破損し、表示欠陥が発生しやすいと
いう欠点があった。さらに配向膜や透明電極の破損によ
り、液晶が汚染され、電圧が低下しやすいという欠点も
あった。

【０００６】また、スペーサーを均一に散布する工程が
必要であったり、あるいはスペーサーの粒度分布を高精
度に管理することが必要であることから、簡便な方法で
安定した表示品位の液晶表示装置を得ることが難しかっ
た。

【０００７】さらに、カラーフィルタにおける画素部と
額縁部の厚みが異なり、かつ、額縁部へのスペーサーの
散布密度が画素部に比較して低くなり易いため、そのよ
うな状態で決まるセルギャップの不均一性を反映して、
額縁に近い画面に干渉縞を生じるなどの不具合が起こり
易かった。

【０００８】特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−
８２４０５、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６
９４６では、２色あるいは３色の着色層を重ね合わせた
構造をスペーサーとして用ることが提案されている。こ
れら開示技術で実際に得られる液晶層の厚み（セルギャ
ップ）は、着色層の１層あるいは２層分の厚みとなり、
十分なセルギャップを持った液晶表示装置を得ることが
難しく、また、着色層の１層あるいは２層分の厚みでセ
ルギャップを保持できたとしても着色層の厚膜化に伴
う、例えば、カラーフィルタ上に形成されるＩＴＯ膜の
耐久性の低下など、満足な信頼性を有する液晶表示装置
が得られにくかった。

【０００９】更に、着色層を重ね合わせた構造を持つス
ペーサーが画素部周辺のみに存在することから上記のよ
うに画面周辺部においてセルギャップを均一に保持する
ことが難しいという問題点があった。

【００１０】同時に、繁雑なガラス繊維のシール剤への
混練りが必要であること、ガラス繊維がプラスチックビ
ーズと硬さが異なるというセル組み工程の複雑化の要因
を排することができないなどの問題点があった。

【００１１】本発明は、前記の問題点に鑑み、十分なセ
ルギャップを実現するとともに、画面全体で均一なセル
ギャップを保持し、前記した従来の欠点を克服するカラ
ーフィルタおよびカラー液晶表示装置を提供することを
目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のカラーフィルタおよびカラー液晶表示装置
は、以下の構成を有するものである。

【００１３】すなわち、本発明は透明基板上に樹脂中に
遮光剤を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスを設
け、さらにその上に３原色からなるポリイミド着色層を
複数配列したカラーフィルタにおいて、（Ａ）前記樹脂
ブラックマトリクスが表示領域内のマトリクスおよび表
示領域周辺部に設けられた額縁とさらに額縁周辺のシー
ル部に相当する領域に設けられた独立したパターンを形
成し、（Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内
のマトリクスおよび額縁周辺のシール部に相当する領域
に設けられた独立したパターン上に３原色からなるポリ
イミド着色層の積層により形成されたスペーサーを有
し、（Ｃ）表示領域内のマトリクス上に形成された３原
色からなるポリイミド着色層の積層により形成されたス
ペーサーの１個当りの面積が、額縁周辺のシール部に相
当する領域に形成されたスペーサーの１個当りの面積と
異なる、ことを特徴とするカラーフィルタであり、ま
た、透明電極基板と透明電極を有するカラーフィルタに
より液晶層を狭持したカラー液晶表示装置において、カ
ラーフィルタが、透明基板上に樹脂中に遮光剤を分散さ
せてなる樹脂ブラックマトリクスと３原色からなるポリ
イミド着色層を設けたカラーフィルタであり、（Ａ）前
記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内のマトリクスお
よび表示領域周辺部に設けられた額縁とさらに額縁周辺
のシール部に相当する領域に設けられた独立したパター
ンを形成し、（Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示
領域内のマトリクスおよび表示領域周辺部に設けられた
独立したパターン上に３原色からなるポリイミド着色層
の積層により形成されたスペーサーを有し、（Ｃ）表示
領域内のマトリクス上に形成された３原色からなるポリ
イミド着色層の積層により形成されたスペーサーの１個
当りの面積が、額縁周辺のシール部に相当する領域に形
成されたスペーサーの１個当りの面積と異なる、ことを
特徴とするカラー液晶表示装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。

【００１５】本発明の液晶表示装置に使用するカラーフ
ィルタは、透明基板上に樹脂および遮光剤からなる樹脂
ブラックマトリクスを設け、さらにその上に３原色から
なる着色層を複数配列したものである。カラーフィルタ
は３原色からなる各着色層により被覆された画素を一絵
素とし、多数の絵素により構成されている。ここで言う
ブラックマトリクスは、表示領域内のマトリクス、すな
わち、各画素間に配列された遮光領域を形成するととも
に、表示領域周辺部に設けられた額縁および額縁周辺の
シール部（液晶表示装置を作成の基板貼り合わせ時にシ
ール剤を塗布する部分）に相当する領域に設けられた独
立したパターンを形成する。表示領域内のマトリクスは
液晶表示装置の表示コントラストを向上させるために設
けられており、表示領域周辺部に設けられた額縁は画面
周辺部における光の漏れ込みを防ぐために形成されてい
る。

【００１６】本発明のカラーフィルタに用いられる透明
基板としては、特に限定されるものでなく、石英ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面
をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラ
ス類、有機プラスチックのフィルムまたはシートなどが
好ましく用いられる。

【００１７】この透明基板上に樹脂および遮光剤からな
る樹脂ブラックマトリクスを設けるが、ブラックマトリ
クスに用いられる樹脂としては、特に限定されないが、
エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン
系樹脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が
好ましく用いられる。ブラックマトリクス用樹脂は、画
素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐熱性を有する
樹脂が好ましく、また、ブラックマトリクス形成後の工
程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂が好ましいこ
とからポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。

【００１８】ポリイミド系樹脂としては、特に限定され
ないが、通常一般式（１）で表される構造単位を主成分
とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を、加熱もしく
は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いら
れる。

【００１９】

【化１】 また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合の他に、アミ
ド結合、スルホン結合、エーテル結合、カルボニル結合
などのイミド結合以外の結合が含まれていても差支えな
い。

【００２０】上記一般式（１）中、Ｒ₁ は少なくとも２
個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基であ
る。耐熱性の面から、Ｒ₁ は環状炭化水素、芳香族環又
は芳香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価
または４価の基が好ましい。

【００２１】Ｒ₁ の例として、フェニル基、ビフェニル
基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフ
ェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニル
プロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオ
ロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基など
が挙げられるが、これらに限定されない。

【００２２】Ｒ₂ は少なくとも２個以上の炭素原子を有
する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ₂ は環
状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ
炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ₂ の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノ
ン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニル
メタン基、ジシクロヘキシルメタン基などが挙げられる
が、これらに限定されない。構造単位（１）を主成分と
するポリマは、Ｒ₁ 、Ｒ₂ がこれらのうち各々１種から
構成されていても良いし、各々２種以上から構成される
共重合体であつてもよい。さらに、基板との接着性を向
上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン
成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノ
プロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合する
のが好ましい。

【００２３】構造単位（１）を主成分とするポリマーの
具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、３、３
´，４、４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、３、３´，４、４´−ビフェニルトリフルオロプロ
パンテトラカルボン酸二無水物、３、３´，４、４´−
ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、２，
３，５，−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無
水物と、パラフェニレンジアミン、３、３´−ジアミノ
ジフェニルエーテル、４、４´−ジアミノジフェニルエ
ーテル、３、４´ジアミノジフェニルエーテル、３、３
´−ジアミノジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノ
ジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノジシクロヘキ
シルメタン、４、４´−ジアミノジフェニメタンなどの
群から選ばれた１種以上のジアミンから合成されたポリ
イミド前駆体が挙げられるが、これらに限定されない。
これらのポリイミド前駆体は公知の方法すなわち、テト
ラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わ
せ、溶媒中で反応させることにより合成される。

【００２４】ブラックマトリクス用の遮光剤としては、
カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄などの金属酸
化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色の
顔料の混合物などを用いることができる。この中でも、
特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ま
しい。分散のよい粒径の小さいカーボンブラックは主と
して茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対
する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好まし
い。

【００２５】ブラックマトリクス用の樹脂がポリイミド
の場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド系極性溶
媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒など
が好適に使用される。

【００２６】カーボンブラックやカーボンブラックに対
して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、
例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を
混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボー
ルミル等の分散機中で分散させる方法などがあるが、こ
の方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの
分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のため
に種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２７】樹脂ブラックマトリクスの製法としては、
黒色ペーストを透明基板上に塗布・乾燥した後に、パタ
ーニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法として
は、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコ
ーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用
いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加
熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用
する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常
６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

【００２８】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、
また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前
駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量によ
り若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加
熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明
基板上に額縁を有するブラックマトリクスが形成され
る。

【００２９】本発明で用いられる樹脂ブラックマトリク
スの膜厚は、好ましくは０．５〜１．５μｍ、より好ま
しくは０．８μｍ〜１．２μｍである。後述するように
樹脂ブラックマトリクスの膜厚は液晶表示装置のセルギ
ャップを確保する上で重要であり、膜厚が０．５μｍよ
りも薄い場合は、十分なセルギャップの確保が難しくな
り、また、遮光性が不十分になることからも好ましくな
い。また、膜厚が１．５μｍよりも厚い場合は、遮光性
は確保できるものの、カラーフィルタの平坦性が犠牲に
なり易く、段差が生じ易い。表面段差が生じた場合、カ
ラーフィルタ上部に透明導電膜や液晶配向膜を形成させ
ても段差は殆ど軽減されず、液晶配向膜のラビングによ
る配向処理が不均一になったり、セルギャップにバラツ
キが生じたりして、液晶表示装置の表示品位が低下す
る。表面段差を小さくするためには、着色層上に透明保
護膜を設けることが有効であるが、カラーフィルタの構
造が複雑になり、製造コストが高くなる点では不利であ
る。

【００３０】また、樹脂ブラックマトリクスの遮光性
は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、
液晶表示装置の表示品位を向上させるためには、好まし
くは２．５以上であり、より好ましくは３．０以上であ
る。また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚の好適な範囲
を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定めら
れるべきである。

【００３１】樹脂ブラックマトリクスの反射率は、反射
光による影響を低減し液晶表示装置の表示品位を向上さ
せるために、４００〜７００ｎｍの可視領域での視感度
補正された反射率（Ｙ値）で２％以下が好ましく、より
好ましくは１％以下である。

【００３２】樹脂ブラックマトリクス間には、通常（２
０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍの開口部が設
けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３
原色からなる着色層が複数配列される。

【００３３】カラーフィルタを構成する着色層は、少な
くとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカ
ラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行う場合
は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の
３原色が選ばれる。一般には、これらの３原色を含んだ
要素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができ
る。着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いら
れる。

【００３４】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料などを好適に用いることができ、
さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤などの
種々の添加剤を添加しても良い。有機顔料としては、フ
タロシアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリ
ドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が
好適に用いられる。

【００３５】着色層に用いられる樹脂としては、エポキ
シ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が好ま
しく用いられ、着色剤をこれらの樹脂中に分散あるいは
溶解させて着色することが好ましい。感光性の樹脂とし
ては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂光重合型樹脂などの
タイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノ
マ、オリゴマまたはポリマと紫外線によりラジカルを発
生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミッ
ク酸組成物などが好適に用いられる。非感光性の樹脂と
しては、上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なもの
が好ましく用いられるが、透明導電膜の成膜工程や液晶
表示装置の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱
性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造
工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好まし
いことから、ポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられ
る。

【００３６】着色層を形成する方法としては、着色ペー
ストを樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に塗布
・乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散ま
たは溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中
に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグ
ラインダー、ボールミル等の分散機中で分散させる方法
などがあるが、この方法に特に限定されない。

【００３７】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコータ
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホ
ットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。
セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布
量によりことなるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加
熱することが好ましい。

【００３８】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、
また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹
脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る
場合には、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱する
のが一般的である。以上のプロセスにより、ブラックマ
トリクスを形成した基板上にパターニングされた着色層
が形成される。

【００３９】上記のように樹脂ブラックマトリクスを形
成した基板上に第１色目の着色層を全面にわったて形成
した後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により
除去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成す
る。この場合、樹脂ブラックマトリクスの開口部を少な
くとも被覆する部分と着色層の積層によりスペーサーを
形成する部分に着色層を残す。着色層の積層によるスペ
ーサーを形成する部分は表示領域内のマトリクス上およ
び額縁周辺部のシール部に相当する領域上の双方であ
る。また、スペーサーによるセルギャップの制御をより
均一に行うために、着色層の積層によるスペーサーを表
示領域周辺部に設けられた額縁上にも形成することがで
きる。第２色目、第３色目も同様な操作を繰り返し、樹
脂ブラックマトリクスの開口部上には１層の着色層が、
また、スペーサーには３層の着色層が残るように着色層
を形成する。開口部上の着色層とスペーサーを形成する
着色層とは連続していても、また、分離されていても差
支えない。ただし、カラーフィルタ上に形成するＩＴＯ
膜を開口部上の着色層とスペーサー間で断線させ、カラ
ーフィルタ側と対向基板との導通を防止する場合は、開
口部上の着色層とスペーサーを形成する着色層とは分離
・分画されている方が好ましい。

【００４０】３原色の着色層の膜厚は、特に限定されな
いが、１層当たり１〜３μｍであることが好ましく、こ
の場合の３原色の着色層の各膜厚の合計は、３〜９μｍ
となる。合計膜厚が３μｍよりも小さい場合には、十分
なセルギャップが得られず、また、９μｍを越える場合
には、着色層の均一塗布が難しくなり、さらにカラーフ
ィルタ上に形成される透明導電膜の信頼性が低下し、好
ましくない。

【００４１】本発明のカラーフィルタを用いてセルギャ
ップを保持した場合は、例えば、３原色としてＲ、Ｇ、
Ｂを選んだ場合、Ｒに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋ（樹脂ブラ
ックマトリクス）の膜厚が、Ｇに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂｋ
の膜厚が、また、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚が液
晶表示装置におけるセルギャップに相当することにな
る。 着色層を形成するペーストにおいて着色剤の分散
性を上げたり、均一塗布などを目的としてレベリング性
を向上させた場合には、３原色からなる着色層の積層に
より形成されたスペーサー高さは、画素部における３原
色の着色層の各膜厚の合計よりも小さくなる。すなわ
ち、セルギャップはＲに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋの膜厚よ
りも小さくなり、同様にＧに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂｋ、ま
た、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚よりも小さくな
る。

【００４２】本発明における３原色からなる着色層の積
層により形成されたスペーサーが樹脂ブラックマトリク
スの表示領域内のマトリクス上、表示領域周辺部に設け
られた額縁周辺のシール部、場合によっては額縁上に形
成されるが、スペーサーの面積や配置場所は液晶表示装
置を作成する場合にカラーフィルタと対向する透明電極
基板（アクテイブマトリクス基板）の構造に大きく影響
を受ける。そのため対向する透明電極基板側の制約がな
い場合は、スペーサーの面積や配置場所は、特に限定さ
れないが、画素のサイズを考えた場合、表示領域内のマ
トリクス上に設けられるスペーサーひとつ当たりの面積
は、１０μｍ² 〜１０００μｍ² であることが好まし
い。１０μｍ² よりも小さい場合は、精密なパターンの
形成や積層が難しく、また、１０００μｍ² よりも大き
い場合は、スペーサーの形状にもよるがブラックマトリ
クス上に完全に配置することが難しくなる。また、額縁
周辺部のシール部に相当する領域および表示領域周辺部
に設けられた額縁上のスペーサーの面積は、１０μｍ²
以上であれば特に限定されるものでない。表示領域内の
マトリクス上に設けられるスペーサーとは面積を変える
ことも、単位面積当たりの数を変えることも可能であ
る。液晶表示装置を製造する際のカラーフィルタと透明
電極基板との貼り合わせ条件にもよるが、例えば、表示
領域内のマトリクス上に設けられるスペーサーよりも面
積を大きくしても差支えない。

【００４３】また、本発明では、透明電極基板がカラー
フィルタのスペーサーと接触する部位（ただし、透明導
電膜が成膜されない額縁周辺部のシール部を除く）に絶
縁膜を形成することが好ましい。スペーサー上にも均一
に透明導電膜が形成されており、対向基板である透明電
極基板側の透明導電膜や回路と極く薄い配向膜を挟んで
近接・接触し、電気的に短絡してしまう危険が大きい。
スペーサーと接触する部位の絶縁膜は、抵抗値の大きい
無機酸化物あるいはポリマーから選ばれる。無機酸化物
としては例えば、ＳｉＮｘ（シリコンナイトライド）、
ＳｉＯ₂ （シリコンオキサイド）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミ
ナ）、ＴａＯｘ（タンタルオキサイド）、ＭｏＯｘ（モ
リブデンオキサイド）、Ｃｒ₂ Ｏ₃ （クロムオキサイ
ド）、ＴｉＯ₂ （チタニア）、ＺｒＯ₂ （ジルコニ
ア）、ＣｅＯ₂ （セリウムオキサイド）、ＭｇＯ（マグ
ネシウムオキサイド）、ＢｅＯ（ベリリウムオキサイ
ド）などであり、ポリマーとしてはポリイミド、エポキ
シ樹脂、アクリル樹脂など絶縁性を保ち、液晶に不溶な
らば何でもよい。

【００４４】スペーサーと接触する部位の絶縁膜は、Ｔ
ＦＴの形成工程中あるいは別途設けられた工程で設置す
る。絶縁膜の設置位置は、表示のための開口部を除いて
任意に選べる。ＴＦＴ上でも配線上でも、また、額縁上
でも、絶縁面積としてはスペーサーの面積より大きくし
て位置ズレが多少起こっても導通しないよう配慮する。

【００４５】透明導電膜が成膜されない額縁周辺部のシ
ール部では絶縁膜を形成してもしなくても良い。

【００４６】以上の透明電極基板側への絶縁膜の設置に
より、カラーフィルタのスペーサーと透明電極基板との
導通の危険性をより確実に回避することができる。

【００４７】次に本発明のカラーフィルタを用いて作成
したカラー液晶表示装置について説明する。本発明のカ
ラー液晶表示装置を図１，２に示す。上記カラーフィル
タと透明電極基板とを対向させて作成する。図２には、
樹脂ブラックマトリクスの表示領域内のマトリクス上、
表示領域周辺部に設けられた額縁上、および、額縁周辺
のシール部に相当する領域に設けられた独立したパター
ン上の全てに３原色からなる着色層の積層により形成さ
れたスペーサーが配置されたカラーフィルタの例を平面
図として示す。カラーフィルタには、必要に応じて着色
層上に透明保護膜を設けても差支えないが、構成が複雑
になり、製造コストを考えた場合に不利である。また、
カラーフィルタ上にはＩＴＯ膜などの透明電極を形成す
る。カラーフィルタと対向する透明電極基板としては、
ＩＴＯ膜などの透明電極が透明基板上にパターン化され
て設けられる。透明電極基板上には、透明電極以外に、
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（Ｔ
ＦＤ）素子、および走査線、信号線などとともに本発明
の絶縁部位を設け、ＴＦＴ液晶表示装置やＴＦＤ液晶表
示装置を作成することができる。透明電極を有するカラ
ーフィルタおよび透明電極基板上には液晶配向膜が設け
られ、ラビングなどによる配向処理が施される。配向処
理後にシール剤を用いてカラーフィルタおよび透明電極
基板を貼り合わせ、シール部に設けられた注入口から液
晶を注入した後に、注入口を封止する。偏光板を基板の
外側に貼り合わせた後にＩＣドライバー等を実装するこ
とによりモジュールが完成する。

【００４８】本発明のカラーフィルタおよびそれを用い
たカラー液晶表示装置は、パソコン、ワードプロセッサ
ー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲー
ションシステム、液晶テレビ、ビデオなどの表示画面に
用いられ、また、鮮明な画質の液晶プロジェクションな
どにも好適に用いられる。

【００４９】以下、好ましい実施態様を用いて本発明を
更に詳しく説明するが、用いた実施態様によって本発明
の効力はなんら制限されるものでない。

【００５０】

【実施例】

（樹脂ブラックマトリクスおよびシール部パターンの作
成）３，３´、４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル、お
よび、ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロ
キサンをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶媒として反応
させ、ポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得
た。

【００５１】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて、7000rpm で30分分散
し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペーストを調製
した。

【００５２】 カーボンブラックミルベース カーボンブラック （ＭＡ１００、三菱化成（株）製） ４．６部 ポリイミド前駆体溶液 ２４．０部 Ｎ−メチルピロリドン ６１．４部 ガラスビーズ ９０．０部 ３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用
いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃
で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型レジスト
（Shipley “Microposit”RC100 30cp）をスピナーで塗
布し、９０℃で１０分間乾燥した。レジスト膜厚は１．
５μｍとした。キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１
Ｆを用い、フォトマスクを介して、露光を行った。

【００５３】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、
基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒
で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型レジスト
の現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行っ
た。現像時間は、６０秒であった。その後、メチルセル
ソルブアセテートでポジ型レジストを剥離し、さらに、
３００℃で３０分間キュアし、シール部パターンと額縁
を有する樹脂ブラックマトリクス基板を得た。樹脂ブラ
ックマトリクスの膜厚は、０．９０μｍであり、ＯＤ値
は３．０であった。また、樹脂ブラックマトリクスとガ
ラス基板との界面における反射率（Ｙ値）は１．２％で
あった。

【００５４】（着色層の作成）次に、赤、緑、青の顔料
として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示
されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265
Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン
系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue15-4で示
されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリイ
ミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、
緑、青の３種類の着色ペーストを得た。まず、樹脂ブラ
ックマトリクス基板上に青ペーストを塗布し、８０℃で
１０分熱風乾燥し、１２０℃２０分間セミキュアした。
この後、ポジ型レジスト（Shipley "Microposit" RC100
30cp ）をスピナーで塗布後、８０℃で２０分乾燥し
た。マスクを用いて露光し、アルカリ現像液（Shipley
"Microposit" 351）に基板をディップし、同時に基板
を揺動させながら、ポジ型レジストの現像およびポリイ
ミド前駆体のエッチングを同時に行なった。その後、ポ
ジ型レジストをメチルセルソルブアセテートで剥離し、
さらに、３００℃で３０分間キュアした。着色画素部の
膜厚は２．０μｍであった。このパターニングにより青
色画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上、額縁
上、および、額縁周辺部のシール部パターン上にスペー
サーの１段目を形成した。

【００５５】水洗後に、同様にして、赤色画素の形成と
ともに樹脂ブラックマトリクス上、額縁上、および、額
縁周辺部のシール部パターン上にスペーサーの２段目を
形成した。赤色画素部の膜厚は、１．８μｍであった。

【００５６】さらに水洗後に、同様にして、緑色画素の
形成とともに樹脂ブラックマトリクス上、額縁上、およ
び、額縁周辺部のシール部パターン上にスペーサーの３
段目を形成し、カラーフィルタを作成した。緑色画素部
の膜厚は、１．９μｍであった。

【００５７】着色層の積層により樹脂ブラックマトリク
ス上、額縁上、および、額縁周辺部のシール部パターン
上に設けられたスペーサーの面積は、いずれも一個当た
り約２００μｍ² とした。スペーサーの高さ（樹脂ブラ
ックマトリクス上、額縁上、シール部パターン上の着色
層３層分の厚さ）は、５．０μｍであり、これは着色層
の各膜厚の合計（５．７μｍ）よりも低い。なおスペー
サーは、２画素に１個の割合で画面内に設けた。また画
面周辺部の樹脂ブラックマトリクスで形成した額縁上に
も画面内と同様な密度で色重ねによるスペーサーを設け
た。額縁周辺部のシール部パターン上のスペーサーも同
様な密度で形成した。シール部パターンの面積はスペー
サーの約２倍とした。

【００５８】（カラー液晶表示装置の作成）上記カラー
フィルタ上にスパッタリング法によりＩＴＯ膜をマスク
成膜した。ＩＴＯ膜の膜厚は、１５００オングストロー
ムであり、表面抵抗は２０Ω／□であった。このＩＴＯ
膜上にポリイミド系の配向膜を設け、ラビング処理を施
した。

【００５９】一方、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を
備えた透明電極基板は以下のように作成した。

【００６０】まず、透明の無アルカリガラス基板（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）上にクロムを真空蒸着
により膜付けし、フォトエッチングの手法によってゲー
ト電極をパターニングした。次に、プラズマＣＶＤによ
り、約５０００オングストローム厚さのシリコンナイト
ライド膜（ＳｉＮｘ）を形成し、絶縁膜とした。引き続
いて、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）およびエッ
チングストッパ膜層としてのＳｉＮｘを連続形成した。
次に、フォトエッチングの手法によってエッチングスト
ッパ層のＳｉＮｘをパターニングした。この時、スペー
サと接触する部位はエッチングせず、一個当たり面積を
約２５０μｍ² として残した。オーミックコンタクトを
とるためのｎ＋ａ−Ｓｉの成膜とパターニング、さら
に、表示電極となる透明電極（ＩＴＯ）を成膜し、パタ
ーニングした。この時、スペーサと接触する部位をエッ
チングして、一個当たりの面積約２５０μｍ² の透明電
極がなく下地のＳｉＮｘが剥きだしとなる部分を作成し
た。さらに配線材料としてのアルミの全面蒸着を行い、
フォトエッチングの手法によってドレイン電極とソース
電極を作成した際、前記したスペーサと接触する部位と
なる一個当たりの面積約２５０μｍ² のＳｉＮｘが剥き
だし部分に蒸着されたアルミをエッチングにより除い
た。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネ
ル部のｎ＋ａ−Ｓｉをエッチング除去し、ＴＦＴを完成
させた。

【００６１】最後に、カラーフィルタ同様にポリイミド
系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。

【００６２】配向膜を設けたカラーフィルタと薄膜トラ
ンジスタ素子を備えた透明電極基板とをガラス繊維を混
練りしないエポキシ接着剤をシール剤として用いて貼り
合わせた後に、シール部に設けられた注入口から液晶を
注入した。液晶の注入は、空セルを減圧下に放置後、注
入口を液晶槽に浸漬し、常圧に戻すことにより行った。
液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の
外側に貼り合わせセルを作成した。得られた液晶表示装
置は、セルギャップの均一性に優れた良好な表示品位の
ものであった。

【００６３】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタは、着色層の積
層により形成されたスペーサーを樹脂ブラックマトリク
ス上および額縁周辺部シール部相当領域に設け、スペー
サー位置に対応する透明基板側に絶縁部位を設けたもの
であり、これを用いて液晶表示装置を作成した場合に以
下の効果が得られる。

【００６４】(1) スペーサーが画素部上に存在せず、ス
ペーサーによる光の散乱や透過による表示品位の低下が
なく、特に表示のコントラストが向上する。

【００６５】(2) スペーサーが面で対向する透明電極基
板と接触するために、配向膜や透明電極の破損が少な
く、欠陥の少ない表示が得られる。

【００６６】(3) スペーサーを散布する工程が不要にな
り、液晶表示装置の製造工程が簡略化される。

【００６７】(4) スペーサーの粒度分布を高精度に管理
する必要がなく、液晶表示装置の製造が容易になる。

【００６８】(5) 樹脂ブラックマトリクスと着色層２層
分の膜厚のセルギャップが表示領域内およびシール部で
保持され、十分均一なセルギャップを持った液晶表示装
置が得られる。

【００６９】(6) カラーフィルタ上のＩＴＯ膜の耐久性
が良好である。

【００７０】(7) スペーサー上のＩＴＯを介してのカラ
ーフィルタ上の透明（コモン）電極とアクティブマトリ
クス基板側の透明電極や回路との電気的な短絡の危険を
回避できる。

【００７１】(8) シール剤へのギャップ材の混練り工程
が不要になり、液晶表示装置の製造工程が簡略化され
る。

【００７２】(9) 表示画面領域とシール部でのスペーサ
ーとギャップ材硬さの差がなくなり、均一なギャップが
得られやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られたカラーフィルタを使用し
たカラー液晶表示装置の断面図である。

【図２】本発明により得られたカラーフィルタの平面図
（概念図）である。

【図３】従来のカラー液晶表示装置の断面図である。

【符号の説明】

１、１３…透明基板（ガラス基板） ２…樹脂ブラックマトリクス ３…着色層（Ｂ） ４…着色層（Ｒ） ５…着色層（Ｇ） ６…透明電極 ７、９…配向膜 ８…液晶 １０…画素電極 １１…絶縁膜 １２…液晶駆動回路付属電極 １４…３原色からなる着色層の積層により形成されたス
ペーサー １５…シール部に相当する領域に設けられた独立した樹
脂ブラックマトリクスのパターン １６…表示領域 １７…額縁 １８…シール部 １９…クロムブラックマトリクス ２０…保護膜 ２１…プラスチックビーズ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−93924（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−222370（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−49414（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265869（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130401（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274503（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−156403（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−146828（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に樹脂中に遮光剤を分散させ
   てなる樹脂ブラックマトリクスを設け、さらにその上に
   ３原色からなるポリイミド着色層を複数配列したカラー
   フィルタにおいて、 （Ａ）前記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内のマト
   リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁とさらに
   額縁周辺のシール部に相当する領域に設けられた独立し
   たパターンを形成し、 （Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内のマト
   リクスおよび額縁周辺のシール部に相当する領域に設け
   られた独立したパターン上に３原色からなるポリイミド
   着色層の積層により形成されたスペーサーを有し、 （Ｃ）表示領域内のマトリクス上に形成された３原色か
   らなるポリイミド着色層の積層により形成されたスペー
   サーの１個当りの面積が、額縁周辺のシール部に相当す
   る領域に形成されたスペーサーの１個当りの面積と異な
   る、 ことを特徴とするカラーフィルタ。
2. 【請求項２】 表示領域周辺部に設けられた額縁上に３
   原色からなる着色層の積層により形成されたスペーサー
   を有することを特徴とする請求項１記載のカラーフィル
   タ。
3. 【請求項３】 樹脂ブラックマトリクスを形成する樹脂
   がポリイミドであることを特徴とする請求項１記載のカ
   ラーフィルタ。
4. 【請求項４】 樹脂ブラックマトリクスの膜厚が、０．
   ５〜１．５μｍである請求項１記載のカラーフィルタ。
5. 【請求項５】 樹脂ブラックマトリクスのＯＤ値が、
   ２．５以上であることを特徴とする請求項１記載のカラ
   ーフィルタ。
6. 【請求項６】 樹脂ブラックマトリクスの反射率が、２
   ％以下であることを特徴とする請求項１記載のカラーフ
   ィルタ。
7. 【請求項７】 ３原色からなる着色層の各膜厚の合計
   が、３〜９μｍである請求項１記載のカラーフィルタ。
8. 【請求項８】 表示領域内のマトリクス上に形成された
   ３原色からなる着色層の積層により形成されたスペーサ
   ーの面積が１個当り１０μｍ² 〜１０００μｍ² であ
   る請求項１記載のカラーフィルタ。
9. 【請求項９】 表示領域内のマトリクス上に形成された
   ３原色からなる着色層の積層により形成されたスペーサ
   ーの１個当りの面積が、額縁周辺部のシール部に相当す
   る領域に形成されたスペーサーの１個当りの面積より小
   さいことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
10. 【請求項１０】 表示領域内のマトリクス上に形成され
    た３原色からなる着色層の積層により形成されたスペー
    サーの１個当りの面積および／または単位面積当りの数
    が、額縁上に形成されたスペーサの１個当りの面積およ
    び／または単位面積当りの数と異なることを特徴とする
    請求項２記載のカラーフィルタ。
11. 【請求項１１】 透明電極基板と透明電極を有するカラ
    ーフィルタにより液晶層を狭持したカラー液晶表示装置
    において、カラーフィルタが、透明基板上に樹脂中に遮
    光剤を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスと３原色
    からなるポリイミド着色層を設けたカラーフィルタであ
    り、 （Ａ）前記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内のマト
    リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁とさらに
    額縁周辺のシール部に相当する領域に設けられた独立し
    たパターンを形成し、 （Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内のマト
    リクスおよび表示領域周辺部に設けられた独立したパタ
    ーン上に３原色からなるポリイミド着色層の積層により
    形成されたスペーサーを有し、 （Ｃ）表示領域内のマトリクス上に形成された３原色か
    らなるポリイミド着色層の積層により形成されたスペー
    サーの１個当りの面積が、額縁周辺のシール部に相当す
    る領域に形成されたスペーサーの１個当りの面積と異な
    る、 ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
12. 【請求項１２】 透明電極基板がカラーフィルタのスペ
    ーサーと接触する部位に絶縁膜を有することを特徴とす
    る請求項１１記載のカラー液晶表示装置。