JP3795233B2 - カラーフィルターおよび該カラーフィルターを用いたカラー液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルターおよび該カラーフィルターを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電子機器の高性能化にともなって、これらに用いられる表示素子の高性能化、軽量化と低価格化が強く望まれている。特に携帯用表示素子として優れる液晶表示素子に対するこのような要求は切実で、特にカラー化による表示性能の向上と低価格化のテンポは早い。したがって高性能カラー液晶表示素子に必要なカラーフィルターの低価格化への要求も強いのであるが、一般にカラーフィルターの製造工程は複雑で、低価格化を達成するのは困難である。
カラーフィルターの実際の製法には染色法、顔料分散法、印刷法、電着法、ミセル電解法等があり、要求仕様や価格に応じて夫々が適宜適用されている。一般的な電着法においては、形成されるカラーフィルター層が非導電性であるために、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色の着色を行う場合に、各々の電極の長さを変えておくことで簡単に着色しわけることが可能である。
【０００３】
図１を用いてこれを説明する。電着用電極はＲ、Ｇ、Ｂの夫々に対応して、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのように長さを変えてある。最初に２Ｒと示した点線部分を導電ペーストなどで短絡して電着を行うと、１Ｒの電極のみが着色され図２のようになる。１Ｒ部分の電着を終えて乾燥させると、１Ｒ部分は非導電性となるために、次の１Ｇの着色工程において、２Ｇ部分を短絡して電着を行っても、１Ｇのみが着色され、１Ｒには色の変化は起こらない。３色目の着色工程も同様に行うことができる。
このように一般的な電着法では、Ｒ、Ｇ、Ｂを着色しわけることは比較的に簡単に行うことができるが、電着用電極の長さが色によって異なってしまうために、この電極を液晶駆動用の電極として用いることはむずかしい。したがって、駆動回路との接続用電極パターンは別途形成する必要がある。電着用電極を駆動回路との接続にも利用できる方法が特開平０５−３３３３２９に開示されているが、この方法ではマスキング部材を予めパターニングしておく必要があるために、電着法の簡便さを十分にいかすことができない。
また、電着法においてはカラーフィルター層が非導電性であるため、着色工程の後に透明導電膜の成膜と、カラーフィルターパターンにアライメントを行って、透明導電膜のパターニングを行うことが必要になる。この工程には高精度のアライメントが必要になるために、高額な露光装置が必要となり、タクト時間も長くなってしまう。
【０００４】
ミセル電解法や電着法の中でも、着色微粒子と導電性材料の微粒子からなるカラーフィルター層を形成する方法では（特開平０２−２６７２９８、０６−３４８０９）、カラーフィルター層が導電性であるために、カラーフィルターを形成した後に透明導電膜を成膜し、パターニングするという工程が不要となる。
しかしながら、たとえば顔料微粒子と導電材料の微粒子を同時に成膜する一般的なミセル電解法では、各色に対応する電極を選択的に短絡するための方法が必要になってしまい、このためにマスキング材料のパターニングや、スルーホールの形成が必要になってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、着色工程が簡単で、生産性が高く、従って低コストの液晶表示素子用カラーフィルターおよび前記低コストのカラーフィルターを用いた低コストのカラー液晶表示素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴の第１は、３種類以上の色のカラーフィルター層が基板片面に設けてなるカラーフィルターにおいて、該カラーフィルター層のうちの少なくとも１種の色に対応するカラーフィルター層が非導電性、その他の種類の色のカラーフィルター層が導電性であることを特徴とするカラーフィルターを提供することにより、前記課題を解決したことにある。
本発明の特徴の第２は、基板両面に３色以上の導電性カラーフィルターまたは導電性および非導電性カラーフィルターを設けてなるカラーフィルターにおいて、基板の一つの面には、２種類以下の色の導電性カラーフィルター層が設けられていることを特徴とするカラーフィルターを提供することにより、前記課題を解決したことにある。
本発明の特徴の第３は、前記第１および２のカラーフィルターを用いたことを特徴とするカラー液晶表示素子を提供することにより、前記課題を解決した。
本発明のカラーフィルターは、前記のような特徴点を有するため、特に基板の片側に３色以上の導電性カラーフィルター層を設けないことにより、導電性カラーフィルターの着色工程が簡単化でき低コストのカラーフィルターを提供することが可能となる。
また、本発明のカラーフィルターを用いて液晶表示素子を作製することにより、同様に低コストのカラー液晶表示素子を提供することが可能となる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき、具体的に説明する。
【０００８】
実施例１
請求項１に対応するカラーフィルターの実施例を図３に示す。１Ｒおよび１Ｂは電着用電極であり、３Ｇは非導電性カラーフィルター層である。このカラーフィルターは、３Ｇをたとえば顔料分散法によって予め基板上に形成しておき、この基板上全面に透明電極を成膜した後、導電性をカラーフィルター着色用電極１Ｒと１Ｂをパターニングによって形成すると同時に非導電性カラーフィルター層３Ｇの上には、液晶駆動用透明電極を形成することによって作製することができる。
次に２Ｒ部分を短絡して、１Ｒ部分に導電性カラーフィルター層を形成する。更に、２Ｂ部分を短絡して、１Ｂ部分に導電性カラーフィルター層を形成すれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターが完成できる。
三色の導電性カラーフィルター層を設けるには、マスキング材のパターニングやスルーホールのパターニングが必要になって工程が煩雑になるが、この実施例のように一色のみでも非導電性のカラーフィルター層を設けると、その後の二色の導電性カラーフィルターの着色工程は、非常に簡略化することが可能となる。
【０００９】
実施例２
実施例１に記載の導電性カラーフィルター層の形成方法としては、顔料微粒子と導電性材料の微粒子の分散液を用いるミセル電解法があげられる。図４にこのようなカラーフィルター層の断面を示す。基板４上にパターニングされた着色用電極５の上に、ミセル電解によって形成された顔料微粒子６と導電性材料微粒子７が堆積している。このため、このカラーフィルターは十分な色濃度と導電性を持つ。
図４のようなカラーフィルター層の形成は、顔料微粒子からなる非導電性カラーフィルター層を形成した後、導電性微粒子の分散液に浸漬、乾燥することによっても得られる。このように顔料微粒子からなる薄膜を形成する方法としても、ミセル電解法が最も有力な方法である。たとえば電着法によってこのような薄膜を成膜しようとすると、顔料微粒子は有機バインダーとともに分散されるために、電極表面には有機バインダーと顔料微粒子からなる緻密な膜が形成されてしまう。このため後から導電性微粒子の分散液に浸漬しても、このカラーフィルター層に導電性を付与することは不可能となる。
【００１０】
実施例３
請求項３に対応する発明の一実施例を図５で説明する。電着用電極１１Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは色によってその長さを変えておく。１０Ｒ部分を導電ペーストなどで短絡し、電着法によって１１Ｒ部分に非導電性カラーフィルター層を形成する。乾燥後、１０Ｇ部分を短絡し、ミセル電解法によって１２Ｇ部分に導電性カラーフィルター層を形成する。同様に１０Ｂ部分を短絡して、１２Ｂ部分に導電性カラーフィルター層を形成する。
電着法とミセル電解法では、電解液の組成が異なる以外はほとんど同じ操作なので、他の方法で非導電性カラーフィルター層を設けるよりは、工程の整合性が良い。ただし１１Ｒ部分に形成した非導電性カラーフィルター層の上には液晶駆動用電極が必要であり、例えば印刷法などによって導電性材料を塗布したり、導電性材料の前駆体を塗布した後に熱処理などで導電膜を形成する。
【００１１】
実施例４
図６に請求項４に対応する発明の一実施例を示す。上述してきたように、導電性カラーフィルター層を一平面内に３種類以上パターニングするより、２種類以下であれば非常にパターニングが容易になる。このため本実施例では、一色のカラーフィルター層１４Ｂを基板１５の裏面に形成している。表側カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇは導電性カラーフィルターであることが好ましい。
【００１２】
実施例５
図６に示したような構成のカラーフィルターを作製する手順の一例としては、図７に示したものがある。まず基板表側に透明電極を成膜し、電着用兼液晶駆動用電極１６Ｒ′、１６Ｇ′、１６Ｂ′をパターニングする〔図７の（ａ）〕。次に１６Ｒ′と１６Ｇ′を用いて、その上の導電性カラーフィルター層１６Ｒ、１６Ｇを形成する〔図７の（ｂ）〕。
次に基板表面にカラーレジストを塗布し、基板表側から露光することによって、基板表側の透明な部分に対応する部分１７Ｂと１８Ｂに青色着色層を設ける〔図７の（ｃ）〕。一般に青色着色部の視感度上の明るさは低いので、このままでもカラーフィルターとして使用することは可能であるが、必要に応じて１７Ｂ部分のみをマスキングした後に１８Ｂを除去したり（図６）、または１８Ｂの部分をさらに着色してブラックマトリクスとすることもできる。
【００１３】
実施例６
図６や図７の構成のカラーフィルターでは、斜め方向から見た場合に基板裏面にあるカラーフィルター層１４Ｂあるいは１７Ｂを通った光が、基板表側にあるカラーフィルター層１３Ｇあるいは１３Ｒ、または１６Ｒあるいは１６Ｇを透過するために混色が起きる。この混色の程度は基板１５の厚みと屈折率に依存する。
基板の屈折率に関しては、ガラス基板を用いた場合には、１．４〜１．５、ポリマー基板では１．５〜１．６とほぼ限られた値しか取り得ない。屈折率は大きいほうが屈折角（基板法線からの角度）が小さくなるために、ポリマー基板を用いた場合のほうがこの混色に関しては有利であるが、上述のように基板の屈折率は自由に変えられるものではなく、また基板の材質による差も小さい。
一方、基板の厚さに関しては薄い方が有利であるが、ガラスとポリマーではその下限値が異なっている。現在一般的に用いられているカラー液晶表示素子の画素ピッチは、一色に関して約１００ミクロンとなっている。この場合、基板法線からの角度が３０°までの入射光が反射側画素の半分まで侵入することを許すとすれば、基板の厚さは約２００ミクロンとなる。
すなわち、基板の屈折率をｎ、厚さをｋ、入射角をｉ，基板入射点と出射点の基板平面内のずれをｘとするとｘは下式（１）のようになる。
【数１】
ｘ＝ｋ ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ ｉ／ｎ） （１）
ｎ＝１．４〜１．６を用いてｘが約５０ミクロンとなるｋの値を求めると、約２００ミクロンとなる。よって基板の厚さは約２００ミクロン以下であることが望ましく、より薄い方が望ましいということになるが、実際にはあまり薄い場合にはＬＣＤを作製する工程でのハンドリングに問題を生じる。この点からすると、約５０〜２００ミクロンが望ましい。
【００１４】
実施例７
この混色を低減するためには、液晶表示素子面の近傍に、外光の入射角を小さくするような手段を設けるという方法がある。図８にその概略を示す。大きな入射角を持って光学手段２１に入射した光２２は、光学手段２１によって光路を曲げられ、カラー液晶表示素子２０に対しては小さな入射角を持って入射する。
このような効果を持つ光学手段の例としては、図９に示すような断面を持つプリズムアレイシート２３がある。これは一般にはバックライトの集光板として用いられているが、本発明においてはバックライトがない場合でも効果を持つ。
光学手段２１の例としてはこの他に、レンチキュラーレンズアレイシート２４（図１０）や透明基板表面に、微細なレンズを部分的に埋め込んだようなものが挙げられる。
【００１５】
以下、本発明の実施態様を示す。
１．３種類以上の色のカラーフィルター層が基板片面に設けてなるカラーフィルターにおいて、該カラーフィルター層のうちの少なくとも１種の色に対応するカラーフィルター層が非導電性、その他の種類の色のカラーフィルター層が導電性であることを特徴とするカラーフィルター。
２．導電性カラーフィルター層が色剤と導電性材料を含むものである前記１のカラーフィルター。
３．色剤と導電性材料が粒子状のものである前記２のカラーフィルター。
４．導電性カラーフィルター層がミセル電解法で、形成されたものである前記１〜３のカラーフィルター。
５．非導電性カラーフィルター層が電着法によって形成されたものである前記１〜４のカラーフィルター。
６．基板両面に３色以上の導電性カラーフィルターまたは導電性および非導電性カラーフィルターを設けてなるカラーフィルターにおいて、基板の一つの面には、２種類以下の色の導電性カラーフィルター層が設けられていることを特徴とするカラーフィルター。
７．基板表側の透明な部分に対応する部分の基板裏側に着色層および／またはブラックマトリクスを用いた前記６のカラーフィルター。
８．基板の厚さが２００ミクロン以下である前記６〜７のカラーフィルター。
９．基板の厚さが約５０〜２００ミクロンである前記８のカラーフィルター。
10．前記１〜９のカラーフィルターを用いたことを特徴とするカラー液晶表示素子。
11．液晶表示素子面に対する入射光の入射角が小さくなるような光学手段を設けた前記１０のカラー液晶表示素子。
12．光学手段がプリズムアレイシートである前記１１のカラー液晶表示素子。
13．光学手段がレンチキュラーレンズアレイシートである前記１１のカラー液晶表示素子。
【００１６】
【効果】
１．請求項１〜２
導電性カラーフィルターの着色工程が簡略化でき、低コストのカラーフィルターを提供することが可能となる。
２．請求項３
全てのカラーフィルター層を同様の工程で形成することができるため、さらに低コストのカラーフィルターを提供することが可能となる。
３．請求項４
着色工程を簡略化することが可能となり、さらに低コストのカラーフィルターを提供することが可能となる。
４．請求項５
基板表裏にあるカラーフィルターの混色を低減し、高品位で低コストのカラーフィルターを提供することが可能となる。
５．請求項６
低コストのカラーフィルターを用いることにより、やはり高品位の表示が可能で低コストのカラー液晶表示素子を提供することが可能となる。
６．請求項７
基板表裏にあるカラーフィルターの混色を低減し、高品位で低コストのカラー液晶表示素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各々の長さを変えた１Ｒ、１Ｇよび１Ｂ電極を示す図である。
【図２】図１の１Ｒ電極のみを着色したことを示す図である。
【図３】実施例１のカラーフィルターを示す図である。
【図４】実施例２のミセル電解法で作製した導電性カラーフィルター層の断面模式図である。
【図５】実施例３の電着用電極および該電着用電極の短絡部分を示す図である。
【図６】実施例４のカラーフィルターを示す図である。
【図７】図６に示した構成のカラーフィルターを作製する手順の一例を示す図である。（ａ）基板表側に成膜した透明電極をパターニングした１６Ｒ′１６Ｇ′お よび１６Ｂ′を示す図である。
（ｂ）前記（ａ）の１６Ｒ′と１６Ｇ′を用いて、その上に導電性カラーフ ィルター層１６Ｒおよび１６Ｇを形成したことを示す図である。
（ｃ）前記（ｂ）の基板表側の透明な部分に青色着色層１７Ｂと１８Ｂを設 けたものを示す図である。
【図８】液晶表示素子面の近傍に、外光の入射角を小さくするような光学手段を設けたカラー液晶表示素子の模式的断面図である。
【図９】図８の光学手段の１例（プリズムアレイシート）である。
【図１０】図８の光学手段の１例（レンチキュラーレンズアレイシート）である。
【符号の説明】
１Ｒ 電着用電極（赤）
１Ｇ 電着用電極（緑）
１Ｂ 電着用電極（青）
２Ｒ 導電ペースト短絡部分（赤）
２Ｇ 導電ペースト短絡部分（緑）
２Ｂ 導電ペースト短絡部分（青）
３Ｇ 非導電性カラーフィルター層
４ 基板
５ 着色用電極
６ 顔料微粒子
７ 導電性材料微粒子
１０Ｒ 導電ペースト短絡部分（赤）
１０Ｇ 導電ペースト短絡部分（緑）
１０Ｂ 導電ペースト短絡部分（青）
１１Ｒ 電着用電極（赤）
１２Ｇ 電着用電極（緑）
１２Ｂ 電着用電極（青）
１３Ｒ 導電性カラーフィルター層（赤）
１３Ｇ 導電性カラーフィルター層（緑）
１４Ｂ カラーフィルター層（青）
１５ 基板
１６Ｒ′ 電着用兼液晶駆動用電極（赤）
１６Ｇ′ 電着用兼液晶駆動用電極（緑）
１６Ｂ′ 電着用兼液晶駆動用電極（青）
１６Ｒ 導電性カラーフィルター層（赤）
１６Ｇ 導電性カラーフィルター層（緑）
１７Ｂ 青色着色層（青）
１８Ｂ 青色着色層（青）
２０ カラー液晶表示素子
２１ 光学手段
２２ 入射光
２３ プリズムアレイシート
２４ レンチキュラーレンズアレイシート

Claims (7)

1. ３種類以上の色のカラーフィルター層が基板片面に設けてなるカラーフィルターにおいて、該カラーフィルター層のうちの少なくとも１種の色に対応するカラーフィルター層が非導電性、その他の種類の色のカラーフィルター層が導電性であることを特徴とするカラーフィルター。
2. 基板両面に３色以上の導電性カラーフィルターまたは導電性および非導電性カラーフィルターを設けてなるカラーフィルターにおいて、基板の一つの面には、２種類以下の色の導電性カラーフィルター層が設けられていることを特徴とするカラーフィルター。
3. 導電性カラーフィルター層が色剤と導電性材料を含むものである請求項１又は２記載のカラーフィルター。
4. 非導電性カラーフィルター層が電着法によって形成されたものである請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルター。
5. 基板の厚さが２００ミクロン以下である請求項４記載のカラーフィルター。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルターを用いたことを特徴とするカラー液晶表示素子。
7. 液晶表示素子面に対する入射光の入射角が小さくなるような光学手段を設けた請求項６記載のカラー液晶表示素子。

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