JP3883238B2 - カラーフィルター、カラー液晶表示装置およびそれらの製造方法 - Google Patents
カラーフィルター、カラー液晶表示装置およびそれらの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルターに関し、更に詳しくはカラー液晶表示装置、カラーファクシミリ、三管式および単管式カラービデオカメラ、固体カラービデオカメラなどに装着されるカラーフィルター、ならびにこのカラーフィルターを用いた液晶表示装着およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置は、一般にガラス等の基板上にカラーフィルターを形成してその上に電極を形成してカラー画像を表示する。このようにカラー液晶表示装置等で用いられるカラーフィルターは、色相の異なる３種以上の色相に着色された極めて微細な領域を基板上に設けることによって形成される。
【０００３】
この各色相の微細な領域からなるパターンとしては、縞状のいわゆるストライプ状パターンや相異なる色相の領域が互いに隣り合うモザイク状パターンが知られているが、ある条件下では、モザイク状パターンの方が視覚上優れた効果が得られることが知られている。
またこれらのパターンにおいては、着色画素が直接隣接している場合は色のコントラストが出にくいため、色画素と色画素の間には黒色画素が形成されることが好ましい。
【０００４】
このようなカラーフィルターは、顔料分散法、電着法、印刷法等の方法により形成されている。しかしこれまではいずれの方法で得られたカラーフィルターも画像の明るさと色純度とをともに満足するに至っていない。即ち色純度を高めようとすれば明るさが不十分になり、明るさを優先すれば色純度がある程度犠牲にならざるを得なかった。
【０００５】
一方、液晶表示装置には、光源がバックライトとして液晶セルの背面に置かれた透過型と、外部光源を利用し、その液晶セルからの反射光を観察する反射型とがあり、透過型ではある程度までは画像が明るく、且つ高い色純度を出すことができる。しかし透過型の場合、光源のための電源および光源ランプを内蔵する必要があり、小型化、薄型化および軽量化は困難で、したがって携帯用としては適さない。そのため反射型は、最近では携帯用に適する方式として、また薄型化できる方法として注目されてきている。
【０００６】
しかし反射型液晶表示装置は光源を内蔵していないため、室内等の暗い所では画面が暗く、見にくいという欠点がある。黒色画素の幅が広い場合には一層この問題は顕著である。画像の色純度を薄くすることにより画面を明るくすることができるが、そうすることにより当然色純度は悪くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は十分な明るさと色純度とを兼ね備えたカラー画像を表示することのできるカラーフィルターを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は透明基板上に設けられた透明着色画素の内部に、肉視しえない大きさの透明膜からなる透明無着色部が設けられたカラーフィルターに関する。
より詳しくは、本発明は、透明基板上に、複数色パターン化されて設けられている着色画素が、透明着色画素と黒色画素からなり、透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなり、黒色画素は可視領域全域にわたって光透過率が５％以下であることを特徴とするカラーフィルター。
【０００９】
また、本発明は、透明基板上に設けられた透明導電層表面に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とを形成するようにパターン化されたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明着色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光して露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを特徴とする上記カラーフィルターの製造方法に関する。
【００１０】
更に本発明は、少なくとも一対の電極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも一方の電極基板が透明基板上に複数の色相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素とから形成されたカラーフィルターを有し、前記透明着色画素の少なくとも一つが、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなることを特徴とするカラー液晶表示装置に関する。
【００１１】
更にまた、本発明は、少なくとも一対の電極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも一方の電極基板が、透明基板上に複数の色相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と黒色画素とから形成されたカラーフィルターを有するカラー液晶表示装置の製造において、可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素を形成し、次いで可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなる第１の色相の透明着色画素を第１のパターンにしたがって形成し、次いで第１の色相と異なる第２の色相および第３の色相を同様に繰り返して第２、第３の透明着色画素をパターン状に形成した後、黒色画素および第１ないし第３のパターン状画素の上に透明導電膜を形成することを特徴とする、カラー液晶表示装置の製造方法に関する。
【００１２】
即ち、本発明のカラーフィルターは複数色パターン化された透明着色画素中に微細な透明無着色部、即ち可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明領域、を分散または分割して有するように形成されたものであり、この透明無着色部により透明着色画素の明るさを増すことが可能となった。しかも透明着色部の色濃度を増すことによって色純度を大きくすることができる。かくして十分な明るさと色純度を兼備したカラーフィルターが得られるに至った。
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明のカラーフィルターは、複数色パターン化されて設けられている透明着色画素と黒色画素からなり、各透明着色画素中に、実質上肉視しえない大きさの透明無着色部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において透明無着色部とは、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明度の高い領域をいう。
即ち、本発明のカラーフィルターの透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなる。
【００１５】
透明無着色部は、複数色パターン化された透明着色画素中に微細な分散状態または分割状態で設けられ、透明着色画素全体としての光透過率を高くするように働く。ひとつの透明着色画素内に於ける透明無着色部の占める面積比率は３０％以下、好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下である。
分散して存在する個々の透明無着色部の大きさは最大部分で２０μｍ以下である。
【００１６】
透明無着色部は露出された電極基板上に電着により透明膜を形成するのが好ましいが、例えば透明粒子を透明着色画素を形成する透明着色膜中に分散させる等の他の手段により導入してもよい。
【００１７】
複数色パターン化された透明着色画素は、ガラス等の基板上に形成された透明導電層上に感光性樹脂層を形成し、これに色ごとにパターン化されたマスクを載置して、露光・現像してパターンに相当した形状に透明導電層を露出させ、露出した透明導電層上に電着塗装により着色画素を形成することができる。
透明着色画素の色数は特に制限がないが、青、緑、赤の３原色を用いるのが好ましい。
【００１８】
黒色画素は必ずしも必要とはしないが、これを他の色画素どうしの境界に設けることにより、色のコントラストを向上させることができ、本発明にとっては黒色画素を設けるのが好ましい。黒色画素は可視領域全域にわたって光透過率が５％以下とする。
【００１９】
黒以外のひとつの着色画素の大きさは５０〜３００μｍ、好ましくは６０〜１５０μｍ、より好ましくは７０〜９０μｍであり、黒色画素の幅は５〜７０μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１５〜３０μｍである。
【００２０】
各透明着色画素は、その透明着色画像部分が可視領域の分光特性曲線に於けるその色に相当する光透過領域の光透過率が５０％以上であり、光吸収領域の光透過率が２０％以下になるように形成される。例えば図２は緑色の画素の分光特性曲線を示したものであるが、光透過領域は５４０μｍをピークとし、その長波長側および短波長側に光透過率が２０％以下の光吸収領域が存在する。その厚さは必要とする色純度と明るさとの兼合いによって決めればよく、通常０.２〜５.０μｍ、好ましくは０.５〜３.０μｍ、より好ましくは１.７〜２.０μｍである。
【００２１】
透明着色画素中に透明無着色部が設けられた本発明のカラーフィルターは、従来からの顔料分散法、電着法、印刷法等のいずれの製造法によって製造されたものであってもよい。しかし、基板上に形成された透明導電層上にポジ型感光性樹脂層を形成して行うレジスト電着法によって製造するのが好ましい。レジスト電着法を用いる場合は電着時の印加電圧と印加時間だけを制御することによりカラーフィルターの厚さを高精度に制御することができる。したがってまた複数色の画素からなる場合もカラーフィルターの表面平坦性は良好である。更に画素の寸法精度が高いため色のコントラストも良好となる。
【００２２】
以下に本発明のカラーフィルターおよびカラー液晶表示装置の製造方法を、レジスト電着法を例にとって、図１を用いて詳細に説明する。
まず、図１(Ａ)に示すように基板１上に透明導電層を形成する。基板１は通常多色表示装置に用いられるいかなる基板を用いてもよく、ガラス基板あるいはプラスチック基板等が挙げられる。透明導電層にはたとえば酸化スズ,酸化インジウム,または酸化アンチモン等を主成分とするものが好適に用いられる。この透明導電層は蒸着もしくはスパッタリング等の方法により形成される。
【００２３】
次に図１(Ｂ)に示すように、該導電層２上にポジ型感光性樹脂層３を形成する。このポジ型感光性樹脂は一回塗布された感光性樹脂層で複数回露光、現像できるものであり、例えばカルボン酸のtert−ブチルエステルまたはフェノールのtert−ブチルカルボナートよりなる酸に対して不安定な枝分れした基を有する重合体と露光時に酸を生じる光重合開始剤とを含むポジ型感光性樹脂組成物（例えば、特公平２−２７６６０号公報および特開平２−３０９３５８号公報に開示されている）が好ましい。
【００２４】
このポジ型感光性樹脂組成物３上に所定のパターンを有するマスク４を載置し（図１(Ｃ)）、露光することにより露光部分の感光性樹脂組成物層を溶出可能にし、次いで所定の溶出液により溶出することによりパターン化された基板を得る（図１(Ｄ)）。マスクおよび溶出技術は公知である。この基板は、図１(Ｄ)に示すように着色必要箇所に導電層２が露出している形となっている。図１(Ｅ)に示されるように導電層２に通電して電着浴中で電着により黒色画素８が形成される。
【００２５】
この方法に用いる電着浴の造膜成分として使用される合成高分子樹脂はカチオン性、アニオン性または両性のいずれであってもよく、従来公知の種々のもの、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、カルボキシル基導入ポリブタジエン、カルボキシル基導入アルキド樹脂等が挙げられる。尚、合成高分子樹脂のイオン性によっては導電層２を侵すものもあり、この点を考慮して造膜成分を選択する必要がある。
電着浴その他の詳しい内容は特開昭５９−１１４５９２号および本発明者等による特願昭６２−４６３２１号等（特開昭６３−２１０９０１号公報）に詳細に記載されている。この電着塗料は光硬化性または熱硬化性のいずれであってもよい。
【００２６】
次に図１(Ｆ)に示すように基板１上に形成された黒色画素とポジ型感光性樹脂層に、透明無着色部に相当する光遮蔽部（１０）を残した着色画像に相当する光透過部を有するポジマスク４′を載置し（図１(Ｆ)）、露光することにより前記と同様に露光部分の感光性樹脂組成物層を溶出しパターン化された基板を得る（図１(Ｇ)）。
【００２７】
更に図１(Ｈ)に示されるように導電層２に通電して電着浴中で電着により第１の着色画像（例えば、赤(Ｒ)）５が形成される。
次に図１(Ｆ)〜(Ｈ)のくり返しにより２色目の着色画素（例えば、緑(Ｇ)）６が形成される(図１(Ｉ)〜(Ｋ))。
【００２８】
同様にして第３色目の着色画素（例えば青(Ｂ)）７が形成される（図１(Ｌ)〜(Ｎ)）。
【００２９】
最後にポジ型感光性樹脂層の残った基板に全面露光し、更に溶出することにより導電層２を露出させ(図１(Ｐ))て、図１(Ｑ)に示されるように導電層２に通電して透明造膜成分からなる電着浴中で電着により透明無着色部９を形成する。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例 １
ガラス基板上に、従来技術と同様にして透明導電膜ＩＴＯ（酸化インジウム錫）化合物を形成した。この透明導電膜上にポジ型感光性樹脂組成物「エクセリードＰＲ-１４６」（日本ペイント社製）をスピナーにて３.０μｍの厚さに塗布し、乾燥して、透明導電膜上にポジ型感光性樹脂組成物層を形成した。次に２５μｍの格子状のブラックマトリックス用フォトマスクを介して高圧水銀ランプで露光し、更に１００℃で３分間加熱し、これをアルカリ水溶液で現像すると、露光部は塩を形成して溶出し、透明導電層の表面が露出した。次に黒色のアニオン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電層が露出された基板を浸漬し、透明導電膜を正電極として３０ボルトの直流電圧を１０秒間印加した。その後、基板を引き上げ十分に水洗した。この際、透明導電膜の上にあるポジ型感光性樹脂組成物の上には電着樹脂組成物は付着せず、水洗により洗い流されるが、電圧を印加した電極上に付着した高分子は水に不溶性となっているため、水洗で洗い流されない。水洗後、乾燥させると、透明電極上に遮光性の良好な黒色高分子膜が形成された。
【００３１】
次にこの基板に横７０μｍ、縦２１０μｍの着色画素のうち、透過画像の総面積と着色画素の面積との比が３０／７０の割合で穴があくように径が５μｍの多数の透明無着色部を設けて設計されたフォトマスクを載置し、前述と同様に高圧水銀ランプで露光し、更に１００℃で３分間加熱し、更にアルカリ水溶液で現像すると、同様に透明導電膜の表面が露出した。次に緑色のアニオン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電膜が露出された黒色層が形成された基板を浸漬し、透明導電膜を正電極として３５ボルトの直流電圧を１５秒間印加して、その後基板を引き上げて十分に水洗した。水洗後、乾燥させると透明性の良好なる色純度の高い緑色高分子膜が形成された。
【００３２】
更に同様にして、赤色、青色に関して同様なる工程を繰り返し行うことで、赤色、青色高分子膜が同様に形成された。最後に残りのポジ型感光性樹脂組成物と黒、緑、赤、青の着色層の形成された基板を全面に高圧水銀ランプで露光し、アルカリ水溶液で現像すると、着色層を残したポジ型感光性樹脂組成物を溶出して透明導電膜の表面が露出した。次いで透明膜を同様にして電着塗布した。それぞれの着色膜および透明無着色膜の膜厚はいずれも３μｍであった。
【００３３】
このカラーフィルターの緑部分の画素は、図２の曲線ａに示すように、５００〜６００ｎｍの光透過率が８０％以上であった。またこのときのＹ値は５８となった。これらの測定値は色純度および明るさともに従来法によるカラーフィルターの特性値より大きく改良されていた。
ここでＹ値とは、「色をはかる」（平井敏夫著、日本規格協会編）に定義された色の明るさ（あるいは輝度率）を定める値をいう。
【００３４】
実施例 ２
実施例１と同様の方法で得られたカラーフィルター上に透明導電膜を低温スパッタ法により９０ｎｍの膜厚で設け、次いでポリイミドをこの上に１００ｎｍの膜厚で塗布形成した後、ラビング処理を行い、対向電極となる薄膜トランジスタと組み合わせた。次いで電極間に液晶を注入して液晶セルの組み立てを行い、上記画像を有するカラーフィルターを液晶セル内部に具備するカラー液晶表示装置が得られた。
【００３５】
比較例 １
カラーフィルターの透明なクリアー膜のない従来法のカラーフィルターの構造をもつ以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを形成した後、光透過率を測定し、図の曲線ｂに示した。またこのときのＹ値は４０であった。
図の曲線ｂとＹ値から透明なクリアー膜を着色画素内に設けなければ、色純度と明るさの両立が困難で、十分な性能を有する着色画素が得られないことがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルターは色純度および明るさともに従来のものより改良された特性を有する。またカラーフィルターの厚さは均一で表面平坦性に優れており、上記特性とともに反射型カラー液晶表示装置用のカラーフィルターとしての適性を備えていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法を示す工程図であり、断面図を表す。
【図２】 透明着色画素の分光特性曲線。
【符号の説明】
１：ガラス基板、 ２：透明導電膜、 ３：ポジ型感光性樹脂層、
４：フォトマスク、 ５：透明着色画素の着色部(赤)、
６：透明着色画素の着色部(緑)、７：透明着色画素の着色部(青)、
８：黒色画素、 ９：透明無着色部、
１０：透明無着色部に相当するフォトマスクの遮蔽部
ａ：透明着色画像と透明無着色部とを有する画素の分光特性曲線、
ｂ：透明無着色部を有しない着色画素の分光特性曲線。
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルターに関し、更に詳しくはカラー液晶表示装置、カラーファクシミリ、三管式および単管式カラービデオカメラ、固体カラービデオカメラなどに装着されるカラーフィルター、ならびにこのカラーフィルターを用いた液晶表示装着およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置は、一般にガラス等の基板上にカラーフィルターを形成してその上に電極を形成してカラー画像を表示する。このようにカラー液晶表示装置等で用いられるカラーフィルターは、色相の異なる３種以上の色相に着色された極めて微細な領域を基板上に設けることによって形成される。
【０００３】
この各色相の微細な領域からなるパターンとしては、縞状のいわゆるストライプ状パターンや相異なる色相の領域が互いに隣り合うモザイク状パターンが知られているが、ある条件下では、モザイク状パターンの方が視覚上優れた効果が得られることが知られている。
またこれらのパターンにおいては、着色画素が直接隣接している場合は色のコントラストが出にくいため、色画素と色画素の間には黒色画素が形成されることが好ましい。
【０００４】
このようなカラーフィルターは、顔料分散法、電着法、印刷法等の方法により形成されている。しかしこれまではいずれの方法で得られたカラーフィルターも画像の明るさと色純度とをともに満足するに至っていない。即ち色純度を高めようとすれば明るさが不十分になり、明るさを優先すれば色純度がある程度犠牲にならざるを得なかった。
【０００５】
一方、液晶表示装置には、光源がバックライトとして液晶セルの背面に置かれた透過型と、外部光源を利用し、その液晶セルからの反射光を観察する反射型とがあり、透過型ではある程度までは画像が明るく、且つ高い色純度を出すことができる。しかし透過型の場合、光源のための電源および光源ランプを内蔵する必要があり、小型化、薄型化および軽量化は困難で、したがって携帯用としては適さない。そのため反射型は、最近では携帯用に適する方式として、また薄型化できる方法として注目されてきている。
【０００６】
しかし反射型液晶表示装置は光源を内蔵していないため、室内等の暗い所では画面が暗く、見にくいという欠点がある。黒色画素の幅が広い場合には一層この問題は顕著である。画像の色純度を薄くすることにより画面を明るくすることができるが、そうすることにより当然色純度は悪くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は十分な明るさと色純度とを兼ね備えたカラー画像を表示することのできるカラーフィルターを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は透明基板上に設けられた透明着色画素の内部に、肉視しえない大きさの透明膜からなる透明無着色部が設けられたカラーフィルターに関する。
より詳しくは、本発明は、透明基板上に、複数色パターン化されて設けられている着色画素が、透明着色画素と黒色画素からなり、透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなり、黒色画素は可視領域全域にわたって光透過率が５％以下であることを特徴とするカラーフィルター。
【０００９】
また、本発明は、透明基板上に設けられた透明導電層表面に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とを形成するようにパターン化されたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明着色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光して露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを特徴とする上記カラーフィルターの製造方法に関する。
【００１０】
更に本発明は、少なくとも一対の電極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも一方の電極基板が透明基板上に複数の色相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素とから形成されたカラーフィルターを有し、前記透明着色画素の少なくとも一つが、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなることを特徴とするカラー液晶表示装置に関する。
【００１１】
更にまた、本発明は、少なくとも一対の電極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも一方の電極基板が、透明基板上に複数の色相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と黒色画素とから形成されたカラーフィルターを有するカラー液晶表示装置の製造において、可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素を形成し、次いで可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなる第１の色相の透明着色画素を第１のパターンにしたがって形成し、次いで第１の色相と異なる第２の色相および第３の色相を同様に繰り返して第２、第３の透明着色画素をパターン状に形成した後、黒色画素および第１ないし第３のパターン状画素の上に透明導電膜を形成することを特徴とする、カラー液晶表示装置の製造方法に関する。
【００１２】
即ち、本発明のカラーフィルターは複数色パターン化された透明着色画素中に微細な透明無着色部、即ち可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明領域、を分散または分割して有するように形成されたものであり、この透明無着色部により透明着色画素の明るさを増すことが可能となった。しかも透明着色部の色濃度を増すことによって色純度を大きくすることができる。かくして十分な明るさと色純度を兼備したカラーフィルターが得られるに至った。
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明のカラーフィルターは、複数色パターン化されて設けられている透明着色画素と黒色画素からなり、各透明着色画素中に、実質上肉視しえない大きさの透明無着色部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において透明無着色部とは、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明度の高い領域をいう。
即ち、本発明のカラーフィルターの透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とからなる。
【００１５】
透明無着色部は、複数色パターン化された透明着色画素中に微細な分散状態または分割状態で設けられ、透明着色画素全体としての光透過率を高くするように働く。ひとつの透明着色画素内に於ける透明無着色部の占める面積比率は３０％以下、好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下である。
分散して存在する個々の透明無着色部の大きさは最大部分で２０μｍ以下である。
【００１６】
透明無着色部は露出された電極基板上に電着により透明膜を形成するのが好ましいが、例えば透明粒子を透明着色画素を形成する透明着色膜中に分散させる等の他の手段により導入してもよい。
【００１７】
複数色パターン化された透明着色画素は、ガラス等の基板上に形成された透明導電層上に感光性樹脂層を形成し、これに色ごとにパターン化されたマスクを載置して、露光・現像してパターンに相当した形状に透明導電層を露出させ、露出した透明導電層上に電着塗装により着色画素を形成することができる。
透明着色画素の色数は特に制限がないが、青、緑、赤の３原色を用いるのが好ましい。
【００１８】
黒色画素は必ずしも必要とはしないが、これを他の色画素どうしの境界に設けることにより、色のコントラストを向上させることができ、本発明にとっては黒色画素を設けるのが好ましい。黒色画素は可視領域全域にわたって光透過率が５％以下とする。
【００１９】
黒以外のひとつの着色画素の大きさは５０〜３００μｍ、好ましくは６０〜１５０μｍ、より好ましくは７０〜９０μｍであり、黒色画素の幅は５〜７０μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１５〜３０μｍである。
【００２０】
各透明着色画素は、その透明着色画像部分が可視領域の分光特性曲線に於けるその色に相当する光透過領域の光透過率が５０％以上であり、光吸収領域の光透過率が２０％以下になるように形成される。例えば図２は緑色の画素の分光特性曲線を示したものであるが、光透過領域は５４０μｍをピークとし、その長波長側および短波長側に光透過率が２０％以下の光吸収領域が存在する。その厚さは必要とする色純度と明るさとの兼合いによって決めればよく、通常０.２〜５.０μｍ、好ましくは０.５〜３.０μｍ、より好ましくは１.７〜２.０μｍである。
【００２１】
透明着色画素中に透明無着色部が設けられた本発明のカラーフィルターは、従来からの顔料分散法、電着法、印刷法等のいずれの製造法によって製造されたものであってもよい。しかし、基板上に形成された透明導電層上にポジ型感光性樹脂層を形成して行うレジスト電着法によって製造するのが好ましい。レジスト電着法を用いる場合は電着時の印加電圧と印加時間だけを制御することによりカラーフィルターの厚さを高精度に制御することができる。したがってまた複数色の画素からなる場合もカラーフィルターの表面平坦性は良好である。更に画素の寸法精度が高いため色のコントラストも良好となる。
【００２２】
以下に本発明のカラーフィルターおよびカラー液晶表示装置の製造方法を、レジスト電着法を例にとって、図１を用いて詳細に説明する。
まず、図１(Ａ)に示すように基板１上に透明導電層を形成する。基板１は通常多色表示装置に用いられるいかなる基板を用いてもよく、ガラス基板あるいはプラスチック基板等が挙げられる。透明導電層にはたとえば酸化スズ,酸化インジウム,または酸化アンチモン等を主成分とするものが好適に用いられる。この透明導電層は蒸着もしくはスパッタリング等の方法により形成される。
【００２３】
次に図１(Ｂ)に示すように、該導電層２上にポジ型感光性樹脂層３を形成する。このポジ型感光性樹脂は一回塗布された感光性樹脂層で複数回露光、現像できるものであり、例えばカルボン酸のtert−ブチルエステルまたはフェノールのtert−ブチルカルボナートよりなる酸に対して不安定な枝分れした基を有する重合体と露光時に酸を生じる光重合開始剤とを含むポジ型感光性樹脂組成物（例えば、特公平２−２７６６０号公報および特開平２−３０９３５８号公報に開示されている）が好ましい。
【００２４】
このポジ型感光性樹脂組成物３上に所定のパターンを有するマスク４を載置し（図１(Ｃ)）、露光することにより露光部分の感光性樹脂組成物層を溶出可能にし、次いで所定の溶出液により溶出することによりパターン化された基板を得る（図１(Ｄ)）。マスクおよび溶出技術は公知である。この基板は、図１(Ｄ)に示すように着色必要箇所に導電層２が露出している形となっている。図１(Ｅ)に示されるように導電層２に通電して電着浴中で電着により黒色画素８が形成される。
【００２５】
この方法に用いる電着浴の造膜成分として使用される合成高分子樹脂はカチオン性、アニオン性または両性のいずれであってもよく、従来公知の種々のもの、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、カルボキシル基導入ポリブタジエン、カルボキシル基導入アルキド樹脂等が挙げられる。尚、合成高分子樹脂のイオン性によっては導電層２を侵すものもあり、この点を考慮して造膜成分を選択する必要がある。
電着浴その他の詳しい内容は特開昭５９−１１４５９２号および本発明者等による特願昭６２−４６３２１号等（特開昭６３−２１０９０１号公報）に詳細に記載されている。この電着塗料は光硬化性または熱硬化性のいずれであってもよい。
【００２６】
次に図１(Ｆ)に示すように基板１上に形成された黒色画素とポジ型感光性樹脂層に、透明無着色部に相当する光遮蔽部（１０）を残した着色画像に相当する光透過部を有するポジマスク４′を載置し（図１(Ｆ)）、露光することにより前記と同様に露光部分の感光性樹脂組成物層を溶出しパターン化された基板を得る（図１(Ｇ)）。
【００２７】
更に図１(Ｈ)に示されるように導電層２に通電して電着浴中で電着により第１の着色画像（例えば、赤(Ｒ)）５が形成される。
次に図１(Ｆ)〜(Ｈ)のくり返しにより２色目の着色画素（例えば、緑(Ｇ)）６が形成される(図１(Ｉ)〜(Ｋ))。
【００２８】
同様にして第３色目の着色画素（例えば青(Ｂ)）７が形成される（図１(Ｌ)〜(Ｎ)）。
【００２９】
最後にポジ型感光性樹脂層の残った基板に全面露光し、更に溶出することにより導電層２を露出させ(図１(Ｐ))て、図１(Ｑ)に示されるように導電層２に通電して透明造膜成分からなる電着浴中で電着により透明無着色部９を形成する。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例 １
ガラス基板上に、従来技術と同様にして透明導電膜ＩＴＯ（酸化インジウム錫）化合物を形成した。この透明導電膜上にポジ型感光性樹脂組成物「エクセリードＰＲ-１４６」（日本ペイント社製）をスピナーにて３.０μｍの厚さに塗布し、乾燥して、透明導電膜上にポジ型感光性樹脂組成物層を形成した。次に２５μｍの格子状のブラックマトリックス用フォトマスクを介して高圧水銀ランプで露光し、更に１００℃で３分間加熱し、これをアルカリ水溶液で現像すると、露光部は塩を形成して溶出し、透明導電層の表面が露出した。次に黒色のアニオン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電層が露出された基板を浸漬し、透明導電膜を正電極として３０ボルトの直流電圧を１０秒間印加した。その後、基板を引き上げ十分に水洗した。この際、透明導電膜の上にあるポジ型感光性樹脂組成物の上には電着樹脂組成物は付着せず、水洗により洗い流されるが、電圧を印加した電極上に付着した高分子は水に不溶性となっているため、水洗で洗い流されない。水洗後、乾燥させると、透明電極上に遮光性の良好な黒色高分子膜が形成された。
【００３１】
次にこの基板に横７０μｍ、縦２１０μｍの着色画素のうち、透過画像の総面積と着色画素の面積との比が３０／７０の割合で穴があくように径が５μｍの多数の透明無着色部を設けて設計されたフォトマスクを載置し、前述と同様に高圧水銀ランプで露光し、更に１００℃で３分間加熱し、更にアルカリ水溶液で現像すると、同様に透明導電膜の表面が露出した。次に緑色のアニオン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電膜が露出された黒色層が形成された基板を浸漬し、透明導電膜を正電極として３５ボルトの直流電圧を１５秒間印加して、その後基板を引き上げて十分に水洗した。水洗後、乾燥させると透明性の良好なる色純度の高い緑色高分子膜が形成された。
【００３２】
更に同様にして、赤色、青色に関して同様なる工程を繰り返し行うことで、赤色、青色高分子膜が同様に形成された。最後に残りのポジ型感光性樹脂組成物と黒、緑、赤、青の着色層の形成された基板を全面に高圧水銀ランプで露光し、アルカリ水溶液で現像すると、着色層を残したポジ型感光性樹脂組成物を溶出して透明導電膜の表面が露出した。次いで透明膜を同様にして電着塗布した。それぞれの着色膜および透明無着色膜の膜厚はいずれも３μｍであった。
【００３３】
このカラーフィルターの緑部分の画素は、図２の曲線ａに示すように、５００〜６００ｎｍの光透過率が８０％以上であった。またこのときのＹ値は５８となった。これらの測定値は色純度および明るさともに従来法によるカラーフィルターの特性値より大きく改良されていた。
ここでＹ値とは、「色をはかる」（平井敏夫著、日本規格協会編）に定義された色の明るさ（あるいは輝度率）を定める値をいう。
【００３４】
実施例 ２
実施例１と同様の方法で得られたカラーフィルター上に透明導電膜を低温スパッタ法により９０ｎｍの膜厚で設け、次いでポリイミドをこの上に１００ｎｍの膜厚で塗布形成した後、ラビング処理を行い、対向電極となる薄膜トランジスタと組み合わせた。次いで電極間に液晶を注入して液晶セルの組み立てを行い、上記画像を有するカラーフィルターを液晶セル内部に具備するカラー液晶表示装置が得られた。
【００３５】
比較例 １
カラーフィルターの透明なクリアー膜のない従来法のカラーフィルターの構造をもつ以外は実施例１と同様にしてカラーフィルターを形成した後、光透過率を測定し、図の曲線ｂに示した。またこのときのＹ値は４０であった。
図の曲線ｂとＹ値から透明なクリアー膜を着色画素内に設けなければ、色純度と明るさの両立が困難で、十分な性能を有する着色画素が得られないことがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のカラーフィルターは色純度および明るさともに従来のものより改良された特性を有する。またカラーフィルターの厚さは均一で表面平坦性に優れており、上記特性とともに反射型カラー液晶表示装置用のカラーフィルターとしての適性を備えていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法を示す工程図であり、断面図を表す。
【図２】 透明着色画素の分光特性曲線。
【符号の説明】
１：ガラス基板、 ２：透明導電膜、 ３：ポジ型感光性樹脂層、
４：フォトマスク、 ５：透明着色画素の着色部(赤)、
６：透明着色画素の着色部(緑)、７：透明着色画素の着色部(青)、
８：黒色画素、 ９：透明無着色部、
１０：透明無着色部に相当するフォトマスクの遮蔽部
ａ：透明着色画像と透明無着色部とを有する画素の分光特性曲線、
ｂ：透明無着色部を有しない着色画素の分光特性曲線。
Claims (6)
- 透明基板上に設けられた透明着色画素の内部に、肉視しえない大きさの透明膜からなる透明無着色部が設けられたカラーフィルター。
- 透明基板上に、複数色の透明着色画素と黒色画素が設けられたカラーフィルターであって、
前記透明着色画素は、光透過率が５０％以上である光透過領域と光透過率が２０％以下である光吸収領域を有する透明着色部と、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部からなり、
前記黒色画素は、他の色画素どうしの境界に設けられ、可視領域全域にわたって光透過率が５％以下であることを特徴とする、カラーフィルター。 - ひとつの透明着色画素内における透明無着色部と透明着色部との合計画像面積に占める透明無着色部の面積比率が３０％以下で、個々の透明無着色部の大きさが最大部分で２０μｍ以下である請求項２記載のカラーフィルター。
- 透明基板上に設けられた透明導電層表面に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とを形成するようにパターン化されたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明着色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光して露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。
- 透明基板上に設けられた透明導電層表面に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素をパターン化したマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により黒色画素を形成し、続いて該感光性被膜に可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とを形成するようにパターン化されたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明着色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光して露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィルターの製造方法。
- 少なくとも一対の電極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であって、
少なくとも一方の電極基板には、透明基板上に複数の色相の異なる透明着色画素と可視領域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素とからなるカラーフィルターが設けられ、
前記透明着色画素の少なくとも一つの画素には、光透過率が５０％以上である光透過領域と光透過率が２０％以下である光吸収領域を有する透明着色部と、可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部を有することを特徴とする、カラー液晶表示装置。
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