JP4026415B2 - カラーフィルターおよびその製造方法、ならびに液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過表示、反射表示の両方で使用することのある液晶表示素子に用いられるカラーフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示素子は軽量、薄型、低消費電力等の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、デスクトップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用されている。バックライトを使用した液晶表示素子においては、低消費電力化を進めるためにバックライト光の利用効率を高めることが求められている。そのため、カラーフィルターの高透過率化が要求され、年々向上している。しかし、その一方で大幅な改善は困難になってきた。したがって、カラーフィルターの透過率向上による液晶表示素子の消費電力の大幅な低下は望めなくなってきている。
【０００３】
このため、電力消費量の大きなバックライト光源を必要としない反射型液晶表示素子の開発が進められており、透過型液晶表示素子にくらべ約１／７と大幅な消費電力の低減が可能な液晶表示素子が発表されている（日経マイクロデバイス別冊フラットパネル・ディスプレイ１９９８、Ｐ．１２６）。
【０００４】
反射型液晶表示素子は、透過型液晶表示素子に比べ低消費電力であり、屋外での視認性に優れるという利点がある。しかし、十分な環境光強度が確保されない場所では表示が暗くなってしまい、視認性が極端に悪くなるという問題点がある。そこで、暗い環境下でも表示が視認されるようにするために、（１）バックライトを設け、反射膜の一部に切り欠きを入れ、一部を透過型表示方式、一部を反射型表示方式とした液晶表示素子（いわゆる半透過半反射型表示方式、文献としては例えばファインプロセステクノロジージャパン’９９、専門技術セミナーテキストＡ５）、（２）フロントライトを設けた液晶表示素子などが考案されている。
【０００５】
図３は通常の半透過型液晶表示素子の模式図であり、着色層１、反射膜２、バックライト３からなっている。画素９には透過用領域８と反射用領域７が存在し、透過表示を行うときには透過用領域の色が表示され、反射表示を行うときには反射用領域の色が表示されることになる。透過表示を行うときには、バックライト光が着色層１を１回透過する（６）のに対して、反射表示では環境光が入射時４と反射時５の２回着色層１を透過する。すなわち、透過表示と反射表示とで着色層を透過する回数が異なるために透過用領域と反射用領域の着色層を同一にした場合には、表示される色純度および明るさが透過表示と反射表示とで大きく異なる。また、透過表示では光源がバックライト光である一方、反射表示では光源が環境光であるために、色純度だけでなく色調も透過表示と反射表示とで変化してしまう。
【０００６】
透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする方法としては、図５に示すように透過用領域と反射用領域を別の色材料で構成することが考えられる。しかし、現在主流のフォトリソ法を用いた場合には、３色で６回着色層を塗布形成することになり、コストが増大する。
【０００７】
透過表示と反射表示の色純度を同じにする別の方法としては、反射用領域にスペーサー部を形成して、透過用領域と反射用領域で着色層の膜厚を変えることが特開２００１−３３７７８号公報に記載されている。反射用領域にスペーサー部を形成することにより、反射用領域の着色層の膜厚は、透過用領域の着色層の膜厚に比べて薄くなっている。しかし、着色層の膜厚を変えただけでは、透過表示での光源がバックライト光、反射表示での光源が環境光であることによる色調の変化を補正することはできない。そのため、色純度、明るさは大きな違いをなくすことができるものの、赤、緑、青それぞれ単色の反射表示の色調は透過表示での色調と異なってしまい、反射表示と透過表示における見え方に違和感があるという問題点があった。
【０００８】
上記のような問題を解決し、透過表示と反射表示の明るさおよび色の差が少なく、かつ安価なカラーフィルターを提供するするために考案されたのが、例えば特開２０００−１１１９０２号公報にあるような反射用領域に透明な領域を設けた、ライトホールタイプのカラーフィルターである。この方法によれば、一色に付き一回の加工で済むため、通常のカラーフィルターと同じ工程数で加工が可能であり、製造コストが高くなる等の問題は生じない。
【０００９】
図１にライトホールタイプのカラーフィルターの構成（断面図）を示す。このカラーフィルターでは、一色の画素に透過用領域８と反射用領域７が存在する。一画素内に両領域が有ってもよいし、一画素内はどちらか一方のみで、複数画素で両領域が存在してもよい。反射膜２が形成される基板は、カラーフィルター側基板、カラーフィルターに対向する基板のいずれでもよい。カラーフィルター側に反射膜が形成されている場合は、画素領域９の内、反射膜２が形成されている領域が反射用領域７となり、反射膜２が形成されていない領域が透過用領域８となる。反射膜がカラーフィルターに対向する基板上に形成されている場合は、該基板の反射膜形成領域に対応する画素領域が反射用領域７となり、該基板の反射膜２が形成されていない領域に対応する画素領域が透過用領域８となる。反射用領域７の中には透明領域１０と着色領域１１を含む。透明領域１０とは具体的には可視光での平均透過率が８０％以上である領域である。全反射用領域に対する透明領域の面積割合を種々変更することによって、透過表示と反射表示の色純度、色調、明るさの差を小さくできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ライトホールタイプのカラーフィルターの問題点は、着色層の無い透明領域を設けることによってカラーフィルター表面に段差が生じてしまうことである。液晶表示素子の表示性能に重要な影響を及ぼす基本特性にセルギャップがあるが、カラーフィルター表面の段差は直接セルギャップの変化となるため、段差はできる限り小さい方が好ましい。また、段差が大きくなるとカラーフィルターの平坦性が悪くなるため、配向不良（ディスクリネーション）を起こしてしまうことがある。その結果、反射表示での白色の明るさが極端に低くなってしまったり、反射表示の黒表示において光漏れを起こしてコントラストが低下したりする。
【００１１】
また、ライトホールタイプのカラーフィルターでは透明領域の面積制御が表示特性にとって非常に重要である。したがって、その加工性が悪いと歩留まりの低下を招き、ひいてはカラーフィルターの製造コストを上昇させてしまう。
【００１２】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、透過表示と反射表示の明るさおよび色の差が少なく、表面段差が小さく、かつ安価なカラーフィルターを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は以下のような手段で達成できる。
（１）透過用領域と反射用領域とを有するカラーフィルターであって、少なくとも一色の画素において、透過用領域と反射用領域が同一着色層により形成され、反射用領域には着色層のある着色領域と着色層のない透明領域が存在し、透明領域は一つ以上の副領域からなり、全ての副領域の面積が２０μｍ２以上２０００μｍ２以下であり、かつ最上部に透明導電層を有し、該透明導電層上に突起状の柱が画面内および画面外に形成されてなることを特徴とするカラーフィルター。
（２）副領域の形状が円形、一辺が５μｍ以上の正方形、または短辺が５μｍ以上の長方形の何れかである前記（１）項に記載のカラーフィルター。
（３）副領域の端部から隣接する副領域の端部までの距離が１０μｍ以上である前記（１）項または（２）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（４）着色層の上にオーバーコート層を形成した前記（１）〜（３）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（５）反射用領域内の着色領域と透明領域の段差が０．５μｍ以下である前記（１）〜（４）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（６）反射用領域において、基板と着色層の間に透明樹脂層を有し、反射用領域と透過用領域の着色層膜厚が異なる少なくとも一色の画素を含む前記（１）〜（５）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（７）透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる少なくとも一色の画素を含む前記（１）〜（６）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（８）少なくとも二色について、透過用領域の色度（ｘ０，ｙ０）と、反射用領域の色度（ｘ、ｙ）の色度差δが以下の式を満たす前記（１）〜（７）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
δ＝（ｘ−ｘ０）２＋（ｙ−ｙ０）２≦３×１０−３
（９）（１）〜（８）項のカラーフィルターを用いた液晶表示素子。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明でいうカラーフィルターは、数十〜数百μｍピッチの複数色の画素の繰り返しで構成されている。カラーフィルターには少なくとも２色以上の画素が存在し、通常、カラーフィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の画素からなる。
【００１６】
本発明のカラーフィルターにおける画素の反射用領域は、着色領域と透明領域からなる。ここでいう透明領域とは、具体的には可視領域での平均透過率が８０％以上である領域である。全反射用領域に対する透明領域の面積割合を種々変更することによって、透過表示と反射表示の色純度、色調、明るさの差を小さくできる。透明領域が存在する色が少なくとも一色あれば、工程数を増やさず、透過表示と反射表示の差が小さくなるため、本発明の効果が発揮される。他の色では、透過用領域と反射用領域で着色層の種類と膜厚が従来のように同じであっても良いが、透過用領域と反射用領域で膜厚を変えてもよいし、着色層種類を変えても良い。
【００１７】
図２は本発明の液晶表示素子の平面図である。ここに示すように、透明領域１０は複数に分割することも可能である。分割された透明領域の一つずつを副領域１２と呼ぶ。この場合は一画素内の各副領域の合計の面積を透明領域の面積とする。どれだけ細かく分割するかは任意であるが、加工には精度の限界が存在するので、あまり小さく分割すると副領域がうまく形成されない場合がある。その場合、歩留まりが低下し、高価なカラーフィルターとなってしまう。一方、あまり大きいと、着色領域と透明領域の段差が大きくなってしまうので好ましくない。ここでいう段差とは、着色領域でのトータル膜厚と透明領域でのトータル膜厚の差をいう。トータル膜厚とは、基板からカラーフィルター最表面までの膜厚のことであり、オーバーコート層や透明導電層などがある場合はそれらを含むものである。上記のような理由で、副領域の面積としては２０〜２０００μｍ2 の範囲内である必要がある。また、より好ましくは、７０〜１５００μｍ2である。
【００１８】
透明領域をどのような形状にするかは任意であり、基本的にはどんな形状でも良い。ただし、あまり細い部分を含む形状だと、その部分がうまく形成されない場合があるので、円形、正方形または長方形などの、細い部分を含まない形状が好ましい。正方形または長方形でも一辺の長さが５μｍ未満であると加工性の問題が生じるので、正方形の一辺の長さおよび長方形の短辺方向の長さは５μｍ以上であることが好ましい。また、長方形といっても実際には角部は完全な直角にはならず、丸みを帯びたトラック形状になるが、面積が設計通りであることが必要十分な要件なので、意図した長方形の面積と同じ面積が得られれば良い。例えばトラック形状の場合図４に示すように、下式のような面積計算を行うことができる。
【００１９】
Ｓ＝ｙ×（ｘ−ｙ）＋π×（ｙ／２）2
透明領域の副領域を反射用領域内にどのように配置するかも任意であるが、副領域を集中させずに全体にまんべんなく配置するのが表示の均一性の点で好ましい。また、副領域同志の加工時の干渉を避けるために、ある副領域の端から隣接する副領域の端までの距離１３（以下副領域間距離と呼ぶ）は１０μｍ以上離れていることが好ましい。さらに好ましくは２０μｍ以上離れていると良い。２０μｍ以下であると、オーバーコート層形成時に、副領域間の着色領域から両側の透明領域にオーバーコートが流れてしまう。そのため、通常の着色領域に比べてトータル膜厚が薄くなり、段差が生じてしまうことがあるためである。
【００２０】
着色領域と透明領域の段差を減少させるため、着色層の上に平坦化層としてオーバーコート層を形成するのが好ましい。オーバーコート層の材質としては、エポキシ膜、アクリルエポキシ膜、アクリル膜、シロキサンポリマ系の膜、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等が挙げられる。オーバーコート層により透明領域がある程度オーバーコートで充填され、カラーフィルターの段差が減少する。段差を考えればオーバーコート層の膜厚は厚い方が好ましい。しかし、厚すぎると、パネルを作成する時に柔らかすぎてセルギャップムラが出やすい、気泡が発生しやすいなどの問題がある。実質的には１．０〜４．０μｍ程度が好ましい。
【００２１】
反射用領域内における着色領域と透明領域の段差は０．５μｍ以下であることが好ましい。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動のねじれネマチック（ＴＮ）モードでは、０．４μｍ程度の平坦性が要求されるので、より好ましくは０．４μｍ以下であるとよい。着色層の膜厚が厚くなると、オーバーコート層を用いても着色領域と透明領域の段差を埋めるのが難しくなるので、着色層の膜厚は０．６〜１．５μｍの範囲であることが好ましい。段差が大きくなるとカラーフィルターの平坦性が悪くなるため、配向不良（ディスクリネーション）を起こしてしまうことがある。その結果、反射表示での白色の明るさが極端に低くなってしまったり、反射表示の黒表示において光漏れを起こしてコントラストが低下したりする。
【００２２】
本発明のカラーフィルターでは、図６に示されるような、透過用領域８と反射用領域７で着色層１の膜厚が異なる画素を含んでも良い。これは反射用領域に透明樹脂層１４を形成することによって実現できる。反射用領域に透明樹脂層を形成すると、反射用領域は透過用領域に比べて透明樹脂層の膜厚分だけ凸になる。このように部分的に凸のある基板上に非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストを塗布すると、平坦化（レベリング）の効果によって、凸部が形成されている反射用領域の膜厚は、透過用領域の着色層の膜厚に比べて薄くなる。このような平坦化の手法により反射用領域と透過用領域の色を変えることができる。透明樹脂層を形成させる色については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよい。ただし、緑画素に透明樹脂層を形成すれば、反射表示での明るさを向上できるのでより好ましい。また、青画素に透明樹脂層を形成すれば、反射表示でのホワイトバランスを向上できるのでより好ましい。
【００２３】
本発明での透明樹脂層とは、具体的には可視光領域の平均透過率が８０％以上である樹脂層である。反射用領域に形成される透明樹脂層の膜厚は、光源の違いを勘案したうえで反射用領域と透過用領域の色純度、明るさ、色調の差が小さくなるように選択させる。透明樹脂の膜厚が厚いほど、平坦化により反射用領域と透過用領域に形成される着色層の膜厚差が大きくなり、透過用領域と反射用領域の色純度、明るさ、色調の差を小さくする効果が大きい。ただし、透明樹脂層の膜厚があまり大きくなると、カラーフィルター表面の段差が大きくなり、液晶配向に悪影響を及ぼし表示品位が悪化するので、透明樹脂層の膜厚は５μｍ以下が好ましい。
【００２４】
本発明の透明樹脂層は感光性レジストを使用して形成することができる。感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、アクリル系樹脂が好ましく用いられる。感光性アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的であるがエポキシモノマーを加えたいわゆるアクリルエポキシ樹脂としてもよい。透明樹脂層を感光性レジストで形成した場合は、フォトリソ加工の露光工程で、露光マスクと透明樹脂層を形成する基板の距離を変えることで透明樹脂層の表面の丸みや平坦性を制御することが可能である。
【００２５】
本発明の透明樹脂層は非感光性ペーストを使用しても形成することができる。非感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。透明樹脂層を非感光性ペーストで形成した場合は、透明樹脂層の上部表面が平坦な構造になり、より小さな面積の透明樹脂層を形成することが可能である。
【００２６】
反射用領域に形成する透明樹脂層には光散乱のための粒子を含んでもよい。透明樹脂層に光散乱の粒子を含むことで、正反射成分による表示のギラツキを押さえ、良好な表示特性を得ることができる。かつ、透過用領域には透明樹脂層は存在しないので光散乱せずに効率的にバックライトを使用することができる。光散乱のための粒子としてはシリカ、アルミナ、チタニアなどの無機酸化物粒子、金属粒子、アクリル、スチレン、シリコーン、フッ素含有ポリマーなどの樹脂粒子などの材料を使用することができ、シリカ粒子を用いることが好ましい。光散乱粒子の粒径としては０．１〜１０μｍの範囲で用いることができる。光散乱の粒子径が透明樹脂層の厚み以下である場合は透明樹脂層が平坦になるのでより好ましい。
【００２７】
本発明のカラーフィルターでは、透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる画素を含んでもよい。ここでいう同一の着色層とは、顔料組成、顔料と樹脂の重量比が同じである着色層をいう。また、異なる着色層とは、顔料組成、顔料と樹脂の重量比のいずれかが異なる着色層をいう。透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる画素については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよい。緑画素の着色層を透過用領域と反射用領域で異ならせるようにすれば、反射表示での明るさを向上できることからより好ましい。また、青画素の着色層を透過用領域と反射用領域で異ならせるようにすれば、反射表示でのホワイトバランスを向上できることからより好ましい。
【００２８】
本発明のカラーフィルターでは、少なくとも二色について、以下の式を満たすことが好ましい。
【００２９】
δ＝（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2≦３×１０-3
さらには、以下の式を満たすことがより好ましい。
【００３０】
δ＝（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2≦１×１０-3
ここで、（ｘ0，ｙ0）は透過用領域色度であり、透過用領域の着色領域を顕微分光光度計などで測定したときに得られる分光スペクトルから求められる。（ｘ、ｙ）は反射用領域色度であり、反射用領域中の着色領域の分光スペクトルと透明領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色領域と透明領域との面積についての加重平均を取ることにより求められる。δは透過用領域色度と反射用領域色度の違いを表す尺度である。
【００３１】
色度の計算には、光源の違いを考慮に入れるため、透過用領域はＣ光源、２波長型光源、３波長型光源の内のいずれかにより、反射用領域はＤ６５光源で行うことが好ましい。ここでいう２波長型のＬＥＤ光源の例としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体または黄緑色蛍光体とを組み合わせて白色光を発するＬＥＤ光源があげられる。また、３波長型光源の例としては、３波長蛍光管、紫外ＬＥＤと赤、青、緑蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、赤、青、緑各色のＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、有機エレクトロルミネッセンス光源などがあげられる。
【００３２】
本発明のカラーフィルターにおいて、透明領域を含む画素については、透明領域の面積の反射用領域全体の面積に対する割合（以下「透明領域率」と呼ぶ）が重要である。透明領域を含む色画素が複数ある場合は、透明領域率が緑＞赤≒青の順に大きいことが好ましい。具体的には、緑画素では、透明領域率が１５％以上３５％以下、赤画素にでは、５％以上２０％以下、青画素では、２０％以下であることが好ましい。さらには緑画素では、透明領域率が２０％以上３０％以下、赤画素では、８％以上１６％以下、青画素では、５％以上１６％以下であることがより好ましい。２波長型のＬＥＤ光源を用いる場合は、透明領域率が赤＞青の順に大きいことが好ましく、３波長型のＬＥＤ光源を用いる場合は、透明領域率が青＞赤の順に大きいことが好ましい。上記範囲から透明領域率が狭い方向にはずれると、反射表示の時に明るい表示が得られず、また、透明領域率が広い方向にはずれると反射表示の時に色鮮やかな表示を得ることができない。
【００３３】
本発明でいう基板は実質的に透明で剛性を持つものであれば材質はどのようなものであってもかまわない。例えば無アルカリガラス、ソーダガラス、プラスティック基板等が用いられる。また、駆動素子側基板に着色層を形成することもできる。
【００３４】
本発明でいう着色層とは任意の色の光を透過する性能を有する材料であればその材質はどのようなものであってもかまわない。着色層の具体的材質としては、顔料および染料分散された高分子膜、染色処理されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、任意の光のみを透過するように膜厚制御されたＳｉＯ2 膜等があるが、顔料分散された高分子膜であることが好ましく、高分子膜はポリイミド樹脂膜またはアクリル樹脂膜であることがさらに好ましい。これらの樹脂は、他の材料で着色層を形成する場合と比べて同等若しくはより簡便なプロセスで着色層を形成できることに加えて、耐熱性、耐光性、耐薬品性においてより優れているからである。なかでもポリイミド樹脂膜は、パターン加工性がよく、透明領域の形成には有利である。顔料または染料分散された高分子膜を着色層に使用する場合、ペースト状にした着色層を均一に塗布し、その後、露光、現像などを含むフォトリソ加工を行ってパターン形成する。
【００３５】
画素を構成するのは、所定のパターンで形成された着色層である。パターン形状についてはストライプ状、アイランド形状などが上げられるが特に限定されるものではない。着色層の形成方法については、フォトリソ法、印刷法、電着法等があげられるが特に限定されない。パターン形成性などを考慮すると、フォトリソ法で行うことがより好ましい。現在主流の顔料分散された高分子膜を着色層とする場合、着色層はフォトリソ加工によりパターン形成されるため、透明領域の形成は、透明領域を形成したフォトマスクを用いる。
【００３６】
本発明でいう顔料には特に制限はないが、顔料の中でも耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れたものが望ましい。代表的な顔料の具体的な例を以下にカラーインデックス（ＣＩ）ナンバーで示す。
【００３７】
黄色顔料の例としてはピグメントイエロー１３，１７，２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１７３、１８０などがあげられる。橙色顔料の例としてはピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１などがあげられる。赤色顔料の例としてはピグメントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１８０、１９２、２０６、２０７、２０９、２１５、２１６、２２４、２４２、２５４などがあげられる。紫色顔料の例としてはピグメントバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８などが挙げられる。青色顔料の例としてはピグメントブルー１５（１５：３、１５：４、１５：６など）、２１，２２、６０、６４などがあげられる。緑色顔料の例としてはピグメントグリーン７、１０、３６、４７などがあげられる。
【００３８】
顔料は必要に応じて、ロジン処理，酸性基処理，塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。なお、ＰＲ（ピグメントレッド）、ＰＹ（ピグメントイエロー）、ＰＶ（ピグメントバイオレット）、ＰＯ（ピグメントオレンジ）等は、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．；The Society of Dyers and Colourists社発行）の記号であり、正式には頭にＣ．Ｉ．を付するもの（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２０９など）である。これは染料や染色の標準を規定したものであり、それぞれの記号は特定の標準となる染料とその色を指定するものもである。なお、以下の本発明の説明においては、原則として、前記Ｃ．Ｉ．の表記は省略（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２０９ならば、ＰＲ２０９）する。
【００３９】
本発明のカラーフィルターは、半透過型液晶表示素子と組み合わせて使用される。ここで、半透過型液晶表示素子とは、反射膜とバックライト光源の両方を備え、反射表示と透過表示の両方の表示を可能とする液晶表示素子である。反射膜は、入射光の一部を反射するものであれば何でも良い。通常はアルミニウムの薄膜、銀・パラジウム・銅合金の薄膜などが用いられる。本発明のカラーフィルターは、液晶表示素子の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢモードなど種々の液晶表示素子に適用される。また、本発明のカラーフィルターは、液晶表示素子の構成、例えば偏光板の数、散乱体の位置等にも限定されずに使用することができる。
【００４０】
本発明のカラーフィルター作製方法の一例を述べる。
【００４１】
まずはじめに透明領域を含む着色画素を形成する。少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペーストを透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリイミド前駆体着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜１８０℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリイミド前駆体着色被膜に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。まず、ポリイミド前駆体着色被膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて該フォトレジスト被膜上に透明領域を形成するためのパターンを含むマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体着色被膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離する。
【００４２】
ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００４３】
必要に応じて、反射用領域に透明樹脂層が形成され、反射用領域と透過用領域の着色層膜厚が異なる画素について着色層を形成する。その際には、透明領域を含む着色画素を形成する前に、透明樹脂層を反射用領域に製膜する。透明樹脂層を製膜した透明基板上にポリアミック酸と溶剤からなる非感光性ペーストを全面に塗布し、ホットプレートを使用し、６０〜２００℃の範囲で１〜６０分間加熱乾燥する。次にこのようにして得られたポリアミック酸被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し、目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで透明樹脂層を得る。透明樹脂層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００４４】
透明樹脂層を製膜した透明基板上に少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂と、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜のエッチングを行う。
【００４５】
また、必要に応じて１色の画素について、透過用領域と反射用領域が異なる着色層を形成する。少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペースト、もしくは少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。
【００４６】
着色被膜がポリイミド前駆体である場合にはポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて透過領域を形成するためのパターンを含むマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体着色被膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離する。ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。
【００４７】
着色被膜が感光性アクリル樹脂である場合は、感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜のエッチングを行う。感光性アクリル着色被膜は、その後加熱硬化を行う。加熱硬化は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。次に、透過領域の形成と同様にして反射用領域に着色塗膜を形成する。
【００４８】
赤、緑、青のカラーぺーストについて、以上の工程のいずれかを行う。
【００４９】
各画素の間にはブラックマトリックスを形成しても良い。これは、液晶表示素子のコントラストを向上させることを目的とした遮光領域である。ブラックマトリックスとしては通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ 約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスが用いられるが、本発明に用いる場合、反射領域に対する遮光膜にもなるように、反射のない樹脂ブラックマトリックスが用いられるのが普通である。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック７（カーボンブラック）、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。
【００５０】
カラーフィルターの最上部には通常、透明導電膜が形成される。透明導電膜としては、ディッピング法、化学気相成長法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の方法を経て作製される。具体例として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ等及びその合金を用いることができる。このような透明導電膜の厚みは、カラー表示を損なわないことが好ましく、０．５μm以下であることが好ましい。液晶表示素子では球状のプラスチックであるビーズがセルギャップの保持のために散布されるが、代わりに突起状の柱が形成されることがある。反射型液晶表示素子ではセルギャップが透過型液晶表示素子より狭く、この場合ビーズよりも突起状の柱の方が均一性が高く好ましい。また、本発明のようにライトホールタイプのカラーフィルターを用いる場合、カラーフィルター表面の段差が大きくなりやすいので、セルギャップ形成には不利であり、突起状の柱がより求められる。
【００５１】
また、必要に応じて透明導電膜上に突起状の柱が配置されていてもよい。突起状の柱の形状には特に制限はないが、平面的に見て円形、正方形、長方形などの形状が好ましく採用される。断面形状としては台形のように、下部より上部の方が小さい形状が通常用いられる。柱の配置については、数画素に一個などのように一定のピッチで配置される場合もあれば、完全にランダムに配置される場合もある。
【００５２】
次に、このカラーフィルターを用いて作成した液晶表示素子の一例について述べる。金属蒸着膜などの反射電極が形成された反射電極基板とカラーフィルター基板上に液晶配向膜を設け、液晶配向のためのラビング処理を施す。その後、シール剤を介して両者を対向させて貼りあわせる。なお、反射電極基板上には、反射電極以外に、光拡散用の突起物、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、および走査線、信号線などを設け、ＴＦＴ液晶表示素子や、ＴＦＤ液晶表示素子を作成することができる。次に、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。次に、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。
【００５３】
【実施例】
以下、好ましい実施態様を用いて本発明をさら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。
【００５４】
実施例１
（カラーフィルターの設計）
赤画素、緑画素、青画素において反射用領域（＝１５１００μｍ2）中に透明領域を形成し、透明領域率をそれぞれ、８％（１２０８μｍ2）、１５％（２２９０μｍ2）、６％（９０６μｍ2）とした。透明領域の副領域は赤：２０μｍφ（＝３１４μｍ2 ）と１３μｍφ（＝１３３μｍ2 ）の組み合わせ、緑：３８μｍφ（＝１１３４μｍ2 ）、青：２０μｍφ（＝３１４μｍ2 ）と５μｍφ（＝２０μｍ2 ）の組み合わせの円形とした。副領域は反射用領域中にランダムに形成した。副領域間距離は１０μｍとした。
【００５５】
（樹脂ブラックマトリクス用ブラックペーストの作成）
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、及び、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。カーボンブラックとポリイミド前駆体溶液を混合した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、ブラックミルベースを得、これをポリイミド前駆体溶液で希釈してブラックペーストとした。
【００５６】
（着色層形成用着色ペーストの作成）
Ａ．ポリアミック酸溶液の作成
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル ９５．１ｇ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 ６．２ｇをγ−ブチロラクトン ５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 １４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ３．０ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
【００５７】
Ｂ．ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド １６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン １７６．７ｇ、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 １８．６ｇをγ−ブチロラクトン ２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 ４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．２ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００５８】
Ｃ．非感光性カラーペーストの作成
ピグメントレッドＰＲ２０９、４．５ｇとポリマー分散剤（ＰＤ） ２２．５ｇおよびγ−ブチロラクトン ４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール ２０．２ｇをガラスビーズ ９０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてＰＲ２０９からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。
【００５９】
分散液（ＲＤ） ８０ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） ８ｇをγ−ブチロラクトン ７０．０ｇで希釈した溶液を添加混合し、赤色カラーペースト（ＲＰＩ−１）を得た。同様にして、表１に示す割合で赤ペースト（ＲＰＩ−２）、緑ペースト（ＧＰＩ−１、ＧＰＩ−２）、青ペースト（ＢＰＩ−１、ＢＰＩ−２）を得た。
【００６０】
Ｄ．感光性カラーレジストの作製
ピグメントブルーＰＢ１５：６、３５．２ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、分散液を得た。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製“サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０”４３重量％溶液）３５．００ｇ、多官能モノマーとしてペンタエリスリトールテトラメタクリレート１５．００ｇ、光重合開始剤としてチバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製“イルガキュア３６９”７．５０ｇにシクロペンタノン１３０．００ｇを加えた濃度２０重量％の感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）を得た。青分散液１０ｇと感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）２２．４ｇを加え、青レジスト（ＢＡＣ−１）を得た。
【００６１】
【表１】
【００６２】
（透明樹脂層に用いる非感光性ペーストの作製）
ポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １６．０ｇをγ−ブチロラクトン ３４．０ｇで希釈し非感光性透明ペースト（ＴＰＩ−１）を得た。
【００６３】
（カラーフィルターの作製）
無アルカリガラス基板（コーニングジャパン株式会社製“１７３７”）上にアルミ反射膜がパターン形成された基板に、ブラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、これをホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥することにより黒色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“ＳＲＣ−１００”）をリバースロールコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、大日本スクリーン製造株式会社製露光機“ＸＧ−５０００”を用い、フォトマスクを介して、１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、これをメチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱することでイミド化させ、ブラックマトリクスを形成した。ブラックマトリクスの膜厚を測定したところ、１．１０μｍであり、ＯＤ値は３．０であった。
【００６４】
次に、樹脂ブラックマトリクス基板上に赤ペースト（ＲＰＩ−１）をカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートで１３０℃、１０分乾燥することにより、上記赤色の樹脂塗膜を形成した。この後、ブラックペーストの時と同様に、ポジ型フォトレジストをリバースロールコータで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクした。その後ブラックペーストの場合と同じ露光機を用い、赤ペーストとレジストが形成された樹脂ブラックマトリクス基板に、反射用領域中に透明領域が形成されたフォトマスクを介して１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２８０℃、１０分加熱することでイミド化させ、赤画素を形成した。赤画素の膜厚を測定したところ１．１μｍであった。
【００６５】
水洗後、緑ペースト（ＧＰＩ−１）を塗布し、赤画素の時と同様にパターン加工して緑画素を形成した。さらに、水洗後、青ペースト（ＢＰＩ−１）を塗布し、同様にパターン加工して青画素を形成した。さらに、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物と、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを反応させることにより得られる硬化性組成物の溶液を、基板にスピンコートし２６０℃で１０分間熱処理し、画素外領域で膜厚１．５μｍのオーバーコート層を形成した。
【００６６】
最後に、ＩＴＯ膜を膜厚０．１μｍとなるようにスパッタリングした。この様にして得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
なお、透過率、色座標は、大塚電子株式会社製顕微分光光度計“ＭＣＰＤ−２０００”を用い、カラーフィルター上に製膜されているものと同一製膜条件により作製されるＩＴＯを製膜したガラスをリファレンスとして測定した。
ここでいう透過領域色度は、上述のカラーフィルター透過領域を顕微分光光度計などで測定したときに得られる分光スペクトルから求められるものである。反射領域色度は該領域中の着色領域の分光スペクトル、透明領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色領域と透明領域との面積についての加重平均を取ることにより求められるものである。
また、段差の評価は東京精密株式会社製膜厚測定器“サーフコム１５００Ａ”を用い、針圧１０ｍｇ／ｃｍ2、スキャンスピードは１０μｍ／ｓｅｃで行った。
（突起状の柱の形成）
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、柱材料としてポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。このポリイミド前駆体溶液を塗布し、９０℃で１５分熱風乾燥し、１２５℃で２０分間セミキュアした。この後、ポジ型レジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“ＳＲＣ−１００”）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（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“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。樹脂層の膜厚は５．２μｍであった。このパターニングにより柱を、画面内と額縁上、画面外のブラックマトリックスの土台上に形成した。
【００６９】
画面内の樹脂の柱の上面積は約１１０μｍ2であり、樹脂層の下面積は約１２０μｍ2であった。額縁上にも上面積約１１０μｍ2であり、下面積も約１２０μｍ2ものを形成した。画面外の樹脂の柱の上面積は約１００００μｍ2で（サイズ１００×１００μｍ）あり、樹脂層の下面積は約１２０００μｍ2（サイズ１１０×１１０μｍ）であった。柱高さは６μｍであった。
なお、画面内の柱は、３画素に１個の割合で設けた。
【００７０】
（液晶表示素子の作成）
カラーフィルタ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。また、薄膜トランジスタ素子を備えた透明電極ならびに反射膜を備えた対向基板を作成し、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。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シール剤を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液晶表示素子を作製した。
実施例２
透明領域の副領域を赤：５０μｍ×１２μｍ（＝６００μｍ2 ）、緑：７６μｍ×１５μｍ（＝１１４０μｍ2 ）、青：６０μｍ×５μｍ（＝３００μｍ2 ）の長方形とした。その他は実施例１と同様とした。加工されたパターンは、長方形の角部分が丸みを帯びた形状になったが、図４に示した方法で面積を評価し、設計された長方形と同じ面積とした。
【００７１】
比較例１
青色画素の副領域を３０μｍφ（＝７０７μｍ2 ）と４μｍφ（＝１２．６μｍ2 ）の円形の組み合わせとし、その他は実施例１と同じとした。
【００７２】
比較例２
赤色画素、緑色画素、青色画素の副領域を５４μｍφ（＝２２９０μｍ2）の円形とし、その他は実施例１と同じとした。
【００７３】
比較例３
青色画素の副領域を５２μｍ×４μｍ（＝２０８μｍ2 ）の長方形と６μｍ×３μｍ（＝１８μｍ2 ）の長方形の組み合わせとし、その他は実施例２と同じとした。
【００７４】
比較例４
各色画素に形成する副領域間距離を８μｍとし、その他は比較例１と同じとした。
【００７５】
比較例５
赤色の色目標値を濃くする以外は比較例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。色層膜厚は２．９μｍであった。また、オーバーコート層を塗布後の反射領域内の画素段差は０．９μｍであった。また、青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
【００７６】
実施例１、２と比較例１〜５の比較を行ったのが表２である。
【００７７】
実施例１、２では、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。しかも工程数は従来のカラーフィルターから増えていない。すなわち、極めて表示特性および加工性に優れたカラーフィルターができたといえる。
比較例１では青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
比較例２では副領域が大きすぎて、反射用領域内の表面の段差が０．５μｍ以上となった。したがって、表示特性に問題が生じてしまった。
比較例３では青色画素の副領域の形状が細すぎたため加工性に問題があった。
比較例４では副領域間距離が１０μｍ未満であり、透明領域が正しい形状、大きさに加工できなかった。また、青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
比較例５では、反射用領域内の表面の段差が０．５μｍ以上となった。したがって、表示特性に問題が生じてしまった。
【００７８】
実施例３
緑ペーストＧＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、緑ペーストＧＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜したこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られた緑画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００７９】
実施例４
青ペーストＢＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、青ペーストＢＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜したこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られた青画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８０】
実施例５
実施例１と同様に作製したブラックマトリクス付きガラス基板上に非感光性ペースト（ＴＰＩ−１）をスピンナーで塗布した。
【００８１】
該塗膜を、１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジスト（東京応化工業株式会社製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。キャノン株式会社製露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”を用い、フォトマスクパターンを介して赤、緑、青の各画素の反射用領域に透明樹脂層が残るように６０ｍＪ/ｃｍ2（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．６％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、各画素の反射用領域に透明樹脂層を得た。このときの透明樹脂層の膜厚は１．５μｍであった。
【００８２】
次に、実施例１と同様にして、赤画素と緑画素を形成した。赤画素の着色層膜厚膜厚を測定したところ反射用領域、透過用領域共に１．１μｍであった。また、緑画素の着色層膜厚膜厚を測定したところ反射用領域、透過用領域共に１．１μｍであった。透明樹脂層、赤画素、緑画素を形成したガラス基板上に青レジスト（ＢＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理した。紫外線露光機を用い、青画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ2（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．６％の水溶液からなる現像液に浸漬し、着色層を現像した。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をし、青画素を得た。透過用領域の画素の中央での膜厚は１．１μｍであった。また、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８３】
比較例６
赤画素、緑画素、青画素の反射領域に透明領域を形成しないこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られたカラーフィルターの反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８４】
比較例７
実施例１と同様の工程で、赤ペーストＲＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、赤ペーストＲＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜した。また、緑ペーストＧＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、緑ペーストＧＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜し、青ペーストＢＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、青ペーストＢＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜した。得られた各色画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８５】
実施例３のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。また、実施例４のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は反射での白色表示が、実施例１〜３より明るく、視認性が良好であった。しかも工程数は従来のカラーフィルターから１工程増えただけである。すなわち、極めて優れたカラーフィルターができたといえる。
【００８６】
実施例４，５のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。実施例４，５のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は反射での白色表示が、実施例１〜２より明るく、色調もより自然な白色であり、視認性が良好であった。しかも工程数は従来のカラーフィルターから１工程増えただけである。すなわち、極めて優れたカラーフィルターができたといえる。
【００８７】
一方、比較例６のカラーフィルターは透過と反射の明るさおよび色度の差が大きく異なっていた。比較例６のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は、反射表示での明るさが非常に暗く、視認性が非常に悪かった。
【００８８】
比較例７のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターであった。しかし、着色層のフォトリソ工程が６回必要であり、コストの高いものであった。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、反射用領域中に透明領域を形成することによって、透過用領域と反射用領域の明るさや色度の差、および表面段差を小さくでき、かつ工程数増加を抑え、安価なカラーフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図２】本発明における液晶表示素子の一例を示す構成図（概略平面図）である。
【図３】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図４】本発明における長方形透明領域の面積計算方法の一例を示す概略図である。
【図５】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図６】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【符号の説明】
１ ：色材料
２ ：反射膜
３ ：バックライト光源
４ ：自然光
５ ：反射表示光
６ ：透過表示光
７ ：反射用領域
８ ：透過用領域
９ ：画素領域
１０：透明領域
１１：着色領域
１２：副領域
１３：副領域間距離
１４：透明樹脂層
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過表示、反射表示の両方で使用することのある液晶表示素子に用いられるカラーフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示素子は軽量、薄型、低消費電力等の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、デスクトップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用されている。バックライトを使用した液晶表示素子においては、低消費電力化を進めるためにバックライト光の利用効率を高めることが求められている。そのため、カラーフィルターの高透過率化が要求され、年々向上している。しかし、その一方で大幅な改善は困難になってきた。したがって、カラーフィルターの透過率向上による液晶表示素子の消費電力の大幅な低下は望めなくなってきている。
【０００３】
このため、電力消費量の大きなバックライト光源を必要としない反射型液晶表示素子の開発が進められており、透過型液晶表示素子にくらべ約１／７と大幅な消費電力の低減が可能な液晶表示素子が発表されている（日経マイクロデバイス別冊フラットパネル・ディスプレイ１９９８、Ｐ．１２６）。
【０００４】
反射型液晶表示素子は、透過型液晶表示素子に比べ低消費電力であり、屋外での視認性に優れるという利点がある。しかし、十分な環境光強度が確保されない場所では表示が暗くなってしまい、視認性が極端に悪くなるという問題点がある。そこで、暗い環境下でも表示が視認されるようにするために、（１）バックライトを設け、反射膜の一部に切り欠きを入れ、一部を透過型表示方式、一部を反射型表示方式とした液晶表示素子（いわゆる半透過半反射型表示方式、文献としては例えばファインプロセステクノロジージャパン’９９、専門技術セミナーテキストＡ５）、（２）フロントライトを設けた液晶表示素子などが考案されている。
【０００５】
図３は通常の半透過型液晶表示素子の模式図であり、着色層１、反射膜２、バックライト３からなっている。画素９には透過用領域８と反射用領域７が存在し、透過表示を行うときには透過用領域の色が表示され、反射表示を行うときには反射用領域の色が表示されることになる。透過表示を行うときには、バックライト光が着色層１を１回透過する（６）のに対して、反射表示では環境光が入射時４と反射時５の２回着色層１を透過する。すなわち、透過表示と反射表示とで着色層を透過する回数が異なるために透過用領域と反射用領域の着色層を同一にした場合には、表示される色純度および明るさが透過表示と反射表示とで大きく異なる。また、透過表示では光源がバックライト光である一方、反射表示では光源が環境光であるために、色純度だけでなく色調も透過表示と反射表示とで変化してしまう。
【０００６】
透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする方法としては、図５に示すように透過用領域と反射用領域を別の色材料で構成することが考えられる。しかし、現在主流のフォトリソ法を用いた場合には、３色で６回着色層を塗布形成することになり、コストが増大する。
【０００７】
透過表示と反射表示の色純度を同じにする別の方法としては、反射用領域にスペーサー部を形成して、透過用領域と反射用領域で着色層の膜厚を変えることが特開２００１−３３７７８号公報に記載されている。反射用領域にスペーサー部を形成することにより、反射用領域の着色層の膜厚は、透過用領域の着色層の膜厚に比べて薄くなっている。しかし、着色層の膜厚を変えただけでは、透過表示での光源がバックライト光、反射表示での光源が環境光であることによる色調の変化を補正することはできない。そのため、色純度、明るさは大きな違いをなくすことができるものの、赤、緑、青それぞれ単色の反射表示の色調は透過表示での色調と異なってしまい、反射表示と透過表示における見え方に違和感があるという問題点があった。
【０００８】
上記のような問題を解決し、透過表示と反射表示の明るさおよび色の差が少なく、かつ安価なカラーフィルターを提供するするために考案されたのが、例えば特開２０００−１１１９０２号公報にあるような反射用領域に透明な領域を設けた、ライトホールタイプのカラーフィルターである。この方法によれば、一色に付き一回の加工で済むため、通常のカラーフィルターと同じ工程数で加工が可能であり、製造コストが高くなる等の問題は生じない。
【０００９】
図１にライトホールタイプのカラーフィルターの構成（断面図）を示す。このカラーフィルターでは、一色の画素に透過用領域８と反射用領域７が存在する。一画素内に両領域が有ってもよいし、一画素内はどちらか一方のみで、複数画素で両領域が存在してもよい。反射膜２が形成される基板は、カラーフィルター側基板、カラーフィルターに対向する基板のいずれでもよい。カラーフィルター側に反射膜が形成されている場合は、画素領域９の内、反射膜２が形成されている領域が反射用領域７となり、反射膜２が形成されていない領域が透過用領域８となる。反射膜がカラーフィルターに対向する基板上に形成されている場合は、該基板の反射膜形成領域に対応する画素領域が反射用領域７となり、該基板の反射膜２が形成されていない領域に対応する画素領域が透過用領域８となる。反射用領域７の中には透明領域１０と着色領域１１を含む。透明領域１０とは具体的には可視光での平均透過率が８０％以上である領域である。全反射用領域に対する透明領域の面積割合を種々変更することによって、透過表示と反射表示の色純度、色調、明るさの差を小さくできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ライトホールタイプのカラーフィルターの問題点は、着色層の無い透明領域を設けることによってカラーフィルター表面に段差が生じてしまうことである。液晶表示素子の表示性能に重要な影響を及ぼす基本特性にセルギャップがあるが、カラーフィルター表面の段差は直接セルギャップの変化となるため、段差はできる限り小さい方が好ましい。また、段差が大きくなるとカラーフィルターの平坦性が悪くなるため、配向不良（ディスクリネーション）を起こしてしまうことがある。その結果、反射表示での白色の明るさが極端に低くなってしまったり、反射表示の黒表示において光漏れを起こしてコントラストが低下したりする。
【００１１】
また、ライトホールタイプのカラーフィルターでは透明領域の面積制御が表示特性にとって非常に重要である。したがって、その加工性が悪いと歩留まりの低下を招き、ひいてはカラーフィルターの製造コストを上昇させてしまう。
【００１２】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、透過表示と反射表示の明るさおよび色の差が少なく、表面段差が小さく、かつ安価なカラーフィルターを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は以下のような手段で達成できる。
（１）透過用領域と反射用領域とを有するカラーフィルターであって、少なくとも一色の画素において、透過用領域と反射用領域が同一着色層により形成され、反射用領域には着色層のある着色領域と着色層のない透明領域が存在し、透明領域は一つ以上の副領域からなり、全ての副領域の面積が２０μｍ２以上２０００μｍ２以下であり、かつ最上部に透明導電層を有し、該透明導電層上に突起状の柱が画面内および画面外に形成されてなることを特徴とするカラーフィルター。
（２）副領域の形状が円形、一辺が５μｍ以上の正方形、または短辺が５μｍ以上の長方形の何れかである前記（１）項に記載のカラーフィルター。
（３）副領域の端部から隣接する副領域の端部までの距離が１０μｍ以上である前記（１）項または（２）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（４）着色層の上にオーバーコート層を形成した前記（１）〜（３）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（５）反射用領域内の着色領域と透明領域の段差が０．５μｍ以下である前記（１）〜（４）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（６）反射用領域において、基板と着色層の間に透明樹脂層を有し、反射用領域と透過用領域の着色層膜厚が異なる少なくとも一色の画素を含む前記（１）〜（５）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（７）透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる少なくとも一色の画素を含む前記（１）〜（６）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
（８）少なくとも二色について、透過用領域の色度（ｘ０，ｙ０）と、反射用領域の色度（ｘ、ｙ）の色度差δが以下の式を満たす前記（１）〜（７）項のいずれかに記載のカラーフィルター。
δ＝（ｘ−ｘ０）２＋（ｙ−ｙ０）２≦３×１０−３
（９）（１）〜（８）項のカラーフィルターを用いた液晶表示素子。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明でいうカラーフィルターは、数十〜数百μｍピッチの複数色の画素の繰り返しで構成されている。カラーフィルターには少なくとも２色以上の画素が存在し、通常、カラーフィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の画素からなる。
【００１６】
本発明のカラーフィルターにおける画素の反射用領域は、着色領域と透明領域からなる。ここでいう透明領域とは、具体的には可視領域での平均透過率が８０％以上である領域である。全反射用領域に対する透明領域の面積割合を種々変更することによって、透過表示と反射表示の色純度、色調、明るさの差を小さくできる。透明領域が存在する色が少なくとも一色あれば、工程数を増やさず、透過表示と反射表示の差が小さくなるため、本発明の効果が発揮される。他の色では、透過用領域と反射用領域で着色層の種類と膜厚が従来のように同じであっても良いが、透過用領域と反射用領域で膜厚を変えてもよいし、着色層種類を変えても良い。
【００１７】
図２は本発明の液晶表示素子の平面図である。ここに示すように、透明領域１０は複数に分割することも可能である。分割された透明領域の一つずつを副領域１２と呼ぶ。この場合は一画素内の各副領域の合計の面積を透明領域の面積とする。どれだけ細かく分割するかは任意であるが、加工には精度の限界が存在するので、あまり小さく分割すると副領域がうまく形成されない場合がある。その場合、歩留まりが低下し、高価なカラーフィルターとなってしまう。一方、あまり大きいと、着色領域と透明領域の段差が大きくなってしまうので好ましくない。ここでいう段差とは、着色領域でのトータル膜厚と透明領域でのトータル膜厚の差をいう。トータル膜厚とは、基板からカラーフィルター最表面までの膜厚のことであり、オーバーコート層や透明導電層などがある場合はそれらを含むものである。上記のような理由で、副領域の面積としては２０〜２０００μｍ2 の範囲内である必要がある。また、より好ましくは、７０〜１５００μｍ2である。
【００１８】
透明領域をどのような形状にするかは任意であり、基本的にはどんな形状でも良い。ただし、あまり細い部分を含む形状だと、その部分がうまく形成されない場合があるので、円形、正方形または長方形などの、細い部分を含まない形状が好ましい。正方形または長方形でも一辺の長さが５μｍ未満であると加工性の問題が生じるので、正方形の一辺の長さおよび長方形の短辺方向の長さは５μｍ以上であることが好ましい。また、長方形といっても実際には角部は完全な直角にはならず、丸みを帯びたトラック形状になるが、面積が設計通りであることが必要十分な要件なので、意図した長方形の面積と同じ面積が得られれば良い。例えばトラック形状の場合図４に示すように、下式のような面積計算を行うことができる。
【００１９】
Ｓ＝ｙ×（ｘ−ｙ）＋π×（ｙ／２）2
透明領域の副領域を反射用領域内にどのように配置するかも任意であるが、副領域を集中させずに全体にまんべんなく配置するのが表示の均一性の点で好ましい。また、副領域同志の加工時の干渉を避けるために、ある副領域の端から隣接する副領域の端までの距離１３（以下副領域間距離と呼ぶ）は１０μｍ以上離れていることが好ましい。さらに好ましくは２０μｍ以上離れていると良い。２０μｍ以下であると、オーバーコート層形成時に、副領域間の着色領域から両側の透明領域にオーバーコートが流れてしまう。そのため、通常の着色領域に比べてトータル膜厚が薄くなり、段差が生じてしまうことがあるためである。
【００２０】
着色領域と透明領域の段差を減少させるため、着色層の上に平坦化層としてオーバーコート層を形成するのが好ましい。オーバーコート層の材質としては、エポキシ膜、アクリルエポキシ膜、アクリル膜、シロキサンポリマ系の膜、ポリイミド膜、ケイ素含有ポリイミド膜、ポリイミドシロキサン膜等が挙げられる。オーバーコート層により透明領域がある程度オーバーコートで充填され、カラーフィルターの段差が減少する。段差を考えればオーバーコート層の膜厚は厚い方が好ましい。しかし、厚すぎると、パネルを作成する時に柔らかすぎてセルギャップムラが出やすい、気泡が発生しやすいなどの問題がある。実質的には１．０〜４．０μｍ程度が好ましい。
【００２１】
反射用領域内における着色領域と透明領域の段差は０．５μｍ以下であることが好ましい。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動のねじれネマチック（ＴＮ）モードでは、０．４μｍ程度の平坦性が要求されるので、より好ましくは０．４μｍ以下であるとよい。着色層の膜厚が厚くなると、オーバーコート層を用いても着色領域と透明領域の段差を埋めるのが難しくなるので、着色層の膜厚は０．６〜１．５μｍの範囲であることが好ましい。段差が大きくなるとカラーフィルターの平坦性が悪くなるため、配向不良（ディスクリネーション）を起こしてしまうことがある。その結果、反射表示での白色の明るさが極端に低くなってしまったり、反射表示の黒表示において光漏れを起こしてコントラストが低下したりする。
【００２２】
本発明のカラーフィルターでは、図６に示されるような、透過用領域８と反射用領域７で着色層１の膜厚が異なる画素を含んでも良い。これは反射用領域に透明樹脂層１４を形成することによって実現できる。反射用領域に透明樹脂層を形成すると、反射用領域は透過用領域に比べて透明樹脂層の膜厚分だけ凸になる。このように部分的に凸のある基板上に非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストを塗布すると、平坦化（レベリング）の効果によって、凸部が形成されている反射用領域の膜厚は、透過用領域の着色層の膜厚に比べて薄くなる。このような平坦化の手法により反射用領域と透過用領域の色を変えることができる。透明樹脂層を形成させる色については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよい。ただし、緑画素に透明樹脂層を形成すれば、反射表示での明るさを向上できるのでより好ましい。また、青画素に透明樹脂層を形成すれば、反射表示でのホワイトバランスを向上できるのでより好ましい。
【００２３】
本発明での透明樹脂層とは、具体的には可視光領域の平均透過率が８０％以上である樹脂層である。反射用領域に形成される透明樹脂層の膜厚は、光源の違いを勘案したうえで反射用領域と透過用領域の色純度、明るさ、色調の差が小さくなるように選択させる。透明樹脂の膜厚が厚いほど、平坦化により反射用領域と透過用領域に形成される着色層の膜厚差が大きくなり、透過用領域と反射用領域の色純度、明るさ、色調の差を小さくする効果が大きい。ただし、透明樹脂層の膜厚があまり大きくなると、カラーフィルター表面の段差が大きくなり、液晶配向に悪影響を及ぼし表示品位が悪化するので、透明樹脂層の膜厚は５μｍ以下が好ましい。
【００２４】
本発明の透明樹脂層は感光性レジストを使用して形成することができる。感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、アクリル系樹脂が好ましく用いられる。感光性アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的であるがエポキシモノマーを加えたいわゆるアクリルエポキシ樹脂としてもよい。透明樹脂層を感光性レジストで形成した場合は、フォトリソ加工の露光工程で、露光マスクと透明樹脂層を形成する基板の距離を変えることで透明樹脂層の表面の丸みや平坦性を制御することが可能である。
【００２５】
本発明の透明樹脂層は非感光性ペーストを使用しても形成することができる。非感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。透明樹脂層を非感光性ペーストで形成した場合は、透明樹脂層の上部表面が平坦な構造になり、より小さな面積の透明樹脂層を形成することが可能である。
【００２６】
反射用領域に形成する透明樹脂層には光散乱のための粒子を含んでもよい。透明樹脂層に光散乱の粒子を含むことで、正反射成分による表示のギラツキを押さえ、良好な表示特性を得ることができる。かつ、透過用領域には透明樹脂層は存在しないので光散乱せずに効率的にバックライトを使用することができる。光散乱のための粒子としてはシリカ、アルミナ、チタニアなどの無機酸化物粒子、金属粒子、アクリル、スチレン、シリコーン、フッ素含有ポリマーなどの樹脂粒子などの材料を使用することができ、シリカ粒子を用いることが好ましい。光散乱粒子の粒径としては０．１〜１０μｍの範囲で用いることができる。光散乱の粒子径が透明樹脂層の厚み以下である場合は透明樹脂層が平坦になるのでより好ましい。
【００２７】
本発明のカラーフィルターでは、透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる画素を含んでもよい。ここでいう同一の着色層とは、顔料組成、顔料と樹脂の重量比が同じである着色層をいう。また、異なる着色層とは、顔料組成、顔料と樹脂の重量比のいずれかが異なる着色層をいう。透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる画素については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよい。緑画素の着色層を透過用領域と反射用領域で異ならせるようにすれば、反射表示での明るさを向上できることからより好ましい。また、青画素の着色層を透過用領域と反射用領域で異ならせるようにすれば、反射表示でのホワイトバランスを向上できることからより好ましい。
【００２８】
本発明のカラーフィルターでは、少なくとも二色について、以下の式を満たすことが好ましい。
【００２９】
δ＝（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2≦３×１０-3
さらには、以下の式を満たすことがより好ましい。
【００３０】
δ＝（ｘ−ｘ0）2＋（ｙ−ｙ0）2≦１×１０-3
ここで、（ｘ0，ｙ0）は透過用領域色度であり、透過用領域の着色領域を顕微分光光度計などで測定したときに得られる分光スペクトルから求められる。（ｘ、ｙ）は反射用領域色度であり、反射用領域中の着色領域の分光スペクトルと透明領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色領域と透明領域との面積についての加重平均を取ることにより求められる。δは透過用領域色度と反射用領域色度の違いを表す尺度である。
【００３１】
色度の計算には、光源の違いを考慮に入れるため、透過用領域はＣ光源、２波長型光源、３波長型光源の内のいずれかにより、反射用領域はＤ６５光源で行うことが好ましい。ここでいう２波長型のＬＥＤ光源の例としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体または黄緑色蛍光体とを組み合わせて白色光を発するＬＥＤ光源があげられる。また、３波長型光源の例としては、３波長蛍光管、紫外ＬＥＤと赤、青、緑蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、赤、青、緑各色のＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、有機エレクトロルミネッセンス光源などがあげられる。
【００３２】
本発明のカラーフィルターにおいて、透明領域を含む画素については、透明領域の面積の反射用領域全体の面積に対する割合（以下「透明領域率」と呼ぶ）が重要である。透明領域を含む色画素が複数ある場合は、透明領域率が緑＞赤≒青の順に大きいことが好ましい。具体的には、緑画素では、透明領域率が１５％以上３５％以下、赤画素にでは、５％以上２０％以下、青画素では、２０％以下であることが好ましい。さらには緑画素では、透明領域率が２０％以上３０％以下、赤画素では、８％以上１６％以下、青画素では、５％以上１６％以下であることがより好ましい。２波長型のＬＥＤ光源を用いる場合は、透明領域率が赤＞青の順に大きいことが好ましく、３波長型のＬＥＤ光源を用いる場合は、透明領域率が青＞赤の順に大きいことが好ましい。上記範囲から透明領域率が狭い方向にはずれると、反射表示の時に明るい表示が得られず、また、透明領域率が広い方向にはずれると反射表示の時に色鮮やかな表示を得ることができない。
【００３３】
本発明でいう基板は実質的に透明で剛性を持つものであれば材質はどのようなものであってもかまわない。例えば無アルカリガラス、ソーダガラス、プラスティック基板等が用いられる。また、駆動素子側基板に着色層を形成することもできる。
【００３４】
本発明でいう着色層とは任意の色の光を透過する性能を有する材料であればその材質はどのようなものであってもかまわない。着色層の具体的材質としては、顔料および染料分散された高分子膜、染色処理されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、任意の光のみを透過するように膜厚制御されたＳｉＯ2 膜等があるが、顔料分散された高分子膜であることが好ましく、高分子膜はポリイミド樹脂膜またはアクリル樹脂膜であることがさらに好ましい。これらの樹脂は、他の材料で着色層を形成する場合と比べて同等若しくはより簡便なプロセスで着色層を形成できることに加えて、耐熱性、耐光性、耐薬品性においてより優れているからである。なかでもポリイミド樹脂膜は、パターン加工性がよく、透明領域の形成には有利である。顔料または染料分散された高分子膜を着色層に使用する場合、ペースト状にした着色層を均一に塗布し、その後、露光、現像などを含むフォトリソ加工を行ってパターン形成する。
【００３５】
画素を構成するのは、所定のパターンで形成された着色層である。パターン形状についてはストライプ状、アイランド形状などが上げられるが特に限定されるものではない。着色層の形成方法については、フォトリソ法、印刷法、電着法等があげられるが特に限定されない。パターン形成性などを考慮すると、フォトリソ法で行うことがより好ましい。現在主流の顔料分散された高分子膜を着色層とする場合、着色層はフォトリソ加工によりパターン形成されるため、透明領域の形成は、透明領域を形成したフォトマスクを用いる。
【００３６】
本発明でいう顔料には特に制限はないが、顔料の中でも耐光性、耐熱性、耐薬品性に優れたものが望ましい。代表的な顔料の具体的な例を以下にカラーインデックス（ＣＩ）ナンバーで示す。
【００３７】
黄色顔料の例としてはピグメントイエロー１３，１７，２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１６６、１７３、１８０などがあげられる。橙色顔料の例としてはピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１などがあげられる。赤色顔料の例としてはピグメントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４９、１６６、１６８、１７７、１８０、１９２、２０６、２０７、２０９、２１５、２１６、２２４、２４２、２５４などがあげられる。紫色顔料の例としてはピグメントバイオレット１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８などが挙げられる。青色顔料の例としてはピグメントブルー１５（１５：３、１５：４、１５：６など）、２１，２２、６０、６４などがあげられる。緑色顔料の例としてはピグメントグリーン７、１０、３６、４７などがあげられる。
【００３８】
顔料は必要に応じて、ロジン処理，酸性基処理，塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。なお、ＰＲ（ピグメントレッド）、ＰＹ（ピグメントイエロー）、ＰＶ（ピグメントバイオレット）、ＰＯ（ピグメントオレンジ）等は、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．；The Society of Dyers and Colourists社発行）の記号であり、正式には頭にＣ．Ｉ．を付するもの（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２０９など）である。これは染料や染色の標準を規定したものであり、それぞれの記号は特定の標準となる染料とその色を指定するものもである。なお、以下の本発明の説明においては、原則として、前記Ｃ．Ｉ．の表記は省略（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２０９ならば、ＰＲ２０９）する。
【００３９】
本発明のカラーフィルターは、半透過型液晶表示素子と組み合わせて使用される。ここで、半透過型液晶表示素子とは、反射膜とバックライト光源の両方を備え、反射表示と透過表示の両方の表示を可能とする液晶表示素子である。反射膜は、入射光の一部を反射するものであれば何でも良い。通常はアルミニウムの薄膜、銀・パラジウム・銅合金の薄膜などが用いられる。本発明のカラーフィルターは、液晶表示素子の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢモードなど種々の液晶表示素子に適用される。また、本発明のカラーフィルターは、液晶表示素子の構成、例えば偏光板の数、散乱体の位置等にも限定されずに使用することができる。
【００４０】
本発明のカラーフィルター作製方法の一例を述べる。
【００４１】
まずはじめに透明領域を含む着色画素を形成する。少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペーストを透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリイミド前駆体着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜１８０℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリイミド前駆体着色被膜に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。まず、ポリイミド前駆体着色被膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて該フォトレジスト被膜上に透明領域を形成するためのパターンを含むマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体着色被膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離する。
【００４２】
ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００４３】
必要に応じて、反射用領域に透明樹脂層が形成され、反射用領域と透過用領域の着色層膜厚が異なる画素について着色層を形成する。その際には、透明領域を含む着色画素を形成する前に、透明樹脂層を反射用領域に製膜する。透明樹脂層を製膜した透明基板上にポリアミック酸と溶剤からなる非感光性ペーストを全面に塗布し、ホットプレートを使用し、６０〜２００℃の範囲で１〜６０分間加熱乾燥する。次にこのようにして得られたポリアミック酸被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し、目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで透明樹脂層を得る。透明樹脂層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００４４】
透明樹脂層を製膜した透明基板上に少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂と、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜のエッチングを行う。
【００４５】
また、必要に応じて１色の画素について、透過用領域と反射用領域が異なる着色層を形成する。少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペースト、もしくは少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、５０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。
【００４６】
着色被膜がポリイミド前駆体である場合にはポジ型フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて透過領域を形成するためのパターンを含むマスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体着色被膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離する。ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。
【００４７】
着色被膜が感光性アクリル樹脂である場合は、感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜のエッチングを行う。感光性アクリル着色被膜は、その後加熱硬化を行う。加熱硬化は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。次に、透過領域の形成と同様にして反射用領域に着色塗膜を形成する。
【００４８】
赤、緑、青のカラーぺーストについて、以上の工程のいずれかを行う。
【００４９】
各画素の間にはブラックマトリックスを形成しても良い。これは、液晶表示素子のコントラストを向上させることを目的とした遮光領域である。ブラックマトリックスとしては通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ 約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光材を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスが用いられるが、本発明に用いる場合、反射領域に対する遮光膜にもなるように、反射のない樹脂ブラックマトリックスが用いられるのが普通である。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック７（カーボンブラック）、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。なお、顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性基処理などの表面処理が施されているものを使用してもよい。
【００５０】
カラーフィルターの最上部には通常、透明導電膜が形成される。透明導電膜としては、ディッピング法、化学気相成長法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の方法を経て作製される。具体例として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ等及びその合金を用いることができる。このような透明導電膜の厚みは、カラー表示を損なわないことが好ましく、０．５μm以下であることが好ましい。液晶表示素子では球状のプラスチックであるビーズがセルギャップの保持のために散布されるが、代わりに突起状の柱が形成されることがある。反射型液晶表示素子ではセルギャップが透過型液晶表示素子より狭く、この場合ビーズよりも突起状の柱の方が均一性が高く好ましい。また、本発明のようにライトホールタイプのカラーフィルターを用いる場合、カラーフィルター表面の段差が大きくなりやすいので、セルギャップ形成には不利であり、突起状の柱がより求められる。
【００５１】
また、必要に応じて透明導電膜上に突起状の柱が配置されていてもよい。突起状の柱の形状には特に制限はないが、平面的に見て円形、正方形、長方形などの形状が好ましく採用される。断面形状としては台形のように、下部より上部の方が小さい形状が通常用いられる。柱の配置については、数画素に一個などのように一定のピッチで配置される場合もあれば、完全にランダムに配置される場合もある。
【００５２】
次に、このカラーフィルターを用いて作成した液晶表示素子の一例について述べる。金属蒸着膜などの反射電極が形成された反射電極基板とカラーフィルター基板上に液晶配向膜を設け、液晶配向のためのラビング処理を施す。その後、シール剤を介して両者を対向させて貼りあわせる。なお、反射電極基板上には、反射電極以外に、光拡散用の突起物、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、および走査線、信号線などを設け、ＴＦＴ液晶表示素子や、ＴＦＤ液晶表示素子を作成することができる。次に、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。次に、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。
【００５３】
【実施例】
以下、好ましい実施態様を用いて本発明をさら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。
【００５４】
実施例１
（カラーフィルターの設計）
赤画素、緑画素、青画素において反射用領域（＝１５１００μｍ2）中に透明領域を形成し、透明領域率をそれぞれ、８％（１２０８μｍ2）、１５％（２２９０μｍ2）、６％（９０６μｍ2）とした。透明領域の副領域は赤：２０μｍφ（＝３１４μｍ2 ）と１３μｍφ（＝１３３μｍ2 ）の組み合わせ、緑：３８μｍφ（＝１１３４μｍ2 ）、青：２０μｍφ（＝３１４μｍ2 ）と５μｍφ（＝２０μｍ2 ）の組み合わせの円形とした。副領域は反射用領域中にランダムに形成した。副領域間距離は１０μｍとした。
【００５５】
（樹脂ブラックマトリクス用ブラックペーストの作成）
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、及び、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。カーボンブラックとポリイミド前駆体溶液を混合した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、ブラックミルベースを得、これをポリイミド前駆体溶液で希釈してブラックペーストとした。
【００５６】
（着色層形成用着色ペーストの作成）
Ａ．ポリアミック酸溶液の作成
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル ９５．１ｇ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 ６．２ｇをγ−ブチロラクトン ５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 １４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸 ３．０ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
【００５７】
Ｂ．ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド １６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン １７６．７ｇ、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 １８．６ｇをγ−ブチロラクトン ２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 ４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．２ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００５８】
Ｃ．非感光性カラーペーストの作成
ピグメントレッドＰＲ２０９、４．５ｇとポリマー分散剤（ＰＤ） ２２．５ｇおよびγ−ブチロラクトン ４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール ２０．２ｇをガラスビーズ ９０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてＰＲ２０９からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。
【００５９】
分散液（ＲＤ） ８０ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） ８ｇをγ−ブチロラクトン ７０．０ｇで希釈した溶液を添加混合し、赤色カラーペースト（ＲＰＩ−１）を得た。同様にして、表１に示す割合で赤ペースト（ＲＰＩ−２）、緑ペースト（ＧＰＩ−１、ＧＰＩ−２）、青ペースト（ＢＰＩ−１、ＢＰＩ−２）を得た。
【００６０】
Ｄ．感光性カラーレジストの作製
ピグメントブルーＰＢ１５：６、３５．２ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、分散液を得た。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製“サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０”４３重量％溶液）３５．００ｇ、多官能モノマーとしてペンタエリスリトールテトラメタクリレート１５．００ｇ、光重合開始剤としてチバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製“イルガキュア３６９”７．５０ｇにシクロペンタノン１３０．００ｇを加えた濃度２０重量％の感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）を得た。青分散液１０ｇと感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）２２．４ｇを加え、青レジスト（ＢＡＣ−１）を得た。
【００６１】
【表１】
（透明樹脂層に用いる非感光性ペーストの作製）
ポリアミック酸溶液（ＰＡＡ） １６．０ｇをγ−ブチロラクトン ３４．０ｇで希釈し非感光性透明ペースト（ＴＰＩ−１）を得た。
【００６３】
（カラーフィルターの作製）
無アルカリガラス基板（コーニングジャパン株式会社製“１７３７”）上にアルミ反射膜がパターン形成された基板に、ブラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、これをホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥することにより黒色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“ＳＲＣ−１００”）をリバースロールコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、大日本スクリーン製造株式会社製露光機“ＸＧ−５０００”を用い、フォトマスクを介して、１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、これをメチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱することでイミド化させ、ブラックマトリクスを形成した。ブラックマトリクスの膜厚を測定したところ、１．１０μｍであり、ＯＤ値は３．０であった。
【００６４】
次に、樹脂ブラックマトリクス基板上に赤ペースト（ＲＰＩ−１）をカーテンフローコータで塗布し、ホットプレートで１３０℃、１０分乾燥することにより、上記赤色の樹脂塗膜を形成した。この後、ブラックペーストの時と同様に、ポジ型フォトレジストをリバースロールコータで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクした。その後ブラックペーストの場合と同じ露光機を用い、赤ペーストとレジストが形成された樹脂ブラックマトリクス基板に、反射用領域中に透明領域が形成されたフォトマスクを介して１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２８０℃、１０分加熱することでイミド化させ、赤画素を形成した。赤画素の膜厚を測定したところ１．１μｍであった。
【００６５】
水洗後、緑ペースト（ＧＰＩ−１）を塗布し、赤画素の時と同様にパターン加工して緑画素を形成した。さらに、水洗後、青ペースト（ＢＰＩ−１）を塗布し、同様にパターン加工して青画素を形成した。さらに、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物と、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを反応させることにより得られる硬化性組成物の溶液を、基板にスピンコートし２６０℃で１０分間熱処理し、画素外領域で膜厚１．５μｍのオーバーコート層を形成した。
【００６６】
最後に、ＩＴＯ膜を膜厚０．１μｍとなるようにスパッタリングした。この様にして得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００６７】
【表２】
なお、透過率、色座標は、大塚電子株式会社製顕微分光光度計“ＭＣＰＤ−２０００”を用い、カラーフィルター上に製膜されているものと同一製膜条件により作製されるＩＴＯを製膜したガラスをリファレンスとして測定した。
ここでいう透過領域色度は、上述のカラーフィルター透過領域を顕微分光光度計などで測定したときに得られる分光スペクトルから求められるものである。反射領域色度は該領域中の着色領域の分光スペクトル、透明領域の分光スペクトルをそれぞれ各波長で自乗し、着色領域と透明領域との面積についての加重平均を取ることにより求められるものである。
また、段差の評価は東京精密株式会社製膜厚測定器“サーフコム１５００Ａ”を用い、針圧１０ｍｇ／ｃｍ2、スキャンスピードは１０μｍ／ｓｅｃで行った。
（突起状の柱の形成）
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、柱材料としてポリイミド前駆体（ポリアミック酸）溶液を得た。このポリイミド前駆体溶液を塗布し、９０℃で１５分熱風乾燥し、１２５℃で２０分間セミキュアした。この後、ポジ型レジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“ＳＲＣ−１００”）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（シプレイ・ファー・イースト株式会社製“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。樹脂層の膜厚は５．２μｍであった。このパターニングにより柱を、画面内と額縁上、画面外のブラックマトリックスの土台上に形成した。
【００６９】
画面内の樹脂の柱の上面積は約１１０μｍ2であり、樹脂層の下面積は約１２０μｍ2であった。額縁上にも上面積約１１０μｍ2であり、下面積も約１２０μｍ2ものを形成した。画面外の樹脂の柱の上面積は約１００００μｍ2で（サイズ１００×１００μｍ）あり、樹脂層の下面積は約１２０００μｍ2（サイズ１１０×１１０μｍ）であった。柱高さは６μｍであった。
なお、画面内の柱は、３画素に１個の割合で設けた。
【００７０】
（液晶表示素子の作成）
カラーフィルタ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。また、薄膜トランジスタ素子を備えた透明電極ならびに反射膜を備えた対向基板を作成し、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。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シール剤を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液晶表示素子を作製した。
実施例２
透明領域の副領域を赤：５０μｍ×１２μｍ（＝６００μｍ2 ）、緑：７６μｍ×１５μｍ（＝１１４０μｍ2 ）、青：６０μｍ×５μｍ（＝３００μｍ2 ）の長方形とした。その他は実施例１と同様とした。加工されたパターンは、長方形の角部分が丸みを帯びた形状になったが、図４に示した方法で面積を評価し、設計された長方形と同じ面積とした。
【００７１】
比較例１
青色画素の副領域を３０μｍφ（＝７０７μｍ2 ）と４μｍφ（＝１２．６μｍ2 ）の円形の組み合わせとし、その他は実施例１と同じとした。
【００７２】
比較例２
赤色画素、緑色画素、青色画素の副領域を５４μｍφ（＝２２９０μｍ2）の円形とし、その他は実施例１と同じとした。
【００７３】
比較例３
青色画素の副領域を５２μｍ×４μｍ（＝２０８μｍ2 ）の長方形と６μｍ×３μｍ（＝１８μｍ2 ）の長方形の組み合わせとし、その他は実施例２と同じとした。
【００７４】
比較例４
各色画素に形成する副領域間距離を８μｍとし、その他は比較例１と同じとした。
【００７５】
比較例５
赤色の色目標値を濃くする以外は比較例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。色層膜厚は２．９μｍであった。また、オーバーコート層を塗布後の反射領域内の画素段差は０．９μｍであった。また、青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
【００７６】
実施例１、２と比較例１〜５の比較を行ったのが表２である。
【００７７】
実施例１、２では、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。しかも工程数は従来のカラーフィルターから増えていない。すなわち、極めて表示特性および加工性に優れたカラーフィルターができたといえる。
比較例１では青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
比較例２では副領域が大きすぎて、反射用領域内の表面の段差が０．５μｍ以上となった。したがって、表示特性に問題が生じてしまった。
比較例３では青色画素の副領域の形状が細すぎたため加工性に問題があった。
比較例４では副領域間距離が１０μｍ未満であり、透明領域が正しい形状、大きさに加工できなかった。また、青色画素の副領域が小さすぎてパターンの加工性に問題があった。
比較例５では、反射用領域内の表面の段差が０．５μｍ以上となった。したがって、表示特性に問題が生じてしまった。
【００７８】
実施例３
緑ペーストＧＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、緑ペーストＧＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜したこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られた緑画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００７９】
実施例４
青ペーストＢＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、青ペーストＢＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜したこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られた青画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの副領域サイズ、画素膜厚、反射用領域内での着色領域と透明領域の段差、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８０】
実施例５
実施例１と同様に作製したブラックマトリクス付きガラス基板上に非感光性ペースト（ＴＰＩ−１）をスピンナーで塗布した。
【００８１】
該塗膜を、１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジスト（東京応化工業株式会社製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。キャノン株式会社製露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”を用い、フォトマスクパターンを介して赤、緑、青の各画素の反射用領域に透明樹脂層が残るように６０ｍＪ/ｃｍ2（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．６％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、各画素の反射用領域に透明樹脂層を得た。このときの透明樹脂層の膜厚は１．５μｍであった。
【００８２】
次に、実施例１と同様にして、赤画素と緑画素を形成した。赤画素の着色層膜厚膜厚を測定したところ反射用領域、透過用領域共に１．１μｍであった。また、緑画素の着色層膜厚膜厚を測定したところ反射用領域、透過用領域共に１．１μｍであった。透明樹脂層、赤画素、緑画素を形成したガラス基板上に青レジスト（ＢＡＣ−１）をスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理した。紫外線露光機を用い、青画素の透過用領域と反射用領域は光が透過するクロム製フォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ2（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．６％の水溶液からなる現像液に浸漬し、着色層を現像した。現像後に２４０℃のオーブンで３０分熱処理をし、青画素を得た。透過用領域の画素の中央での膜厚は１．１μｍであった。また、反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８３】
比較例６
赤画素、緑画素、青画素の反射領域に透明領域を形成しないこと以外は実施例１と同様にして、カラーフィルターを作製した。得られたカラーフィルターの反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８４】
比較例７
実施例１と同様の工程で、赤ペーストＲＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、赤ペーストＲＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜した。また、緑ペーストＧＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、緑ペーストＧＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜し、青ペーストＢＰＩ−１から形成される着色層を透過用領域に、青ペーストＢＰＩ−２から形成される着色層を反射用領域に製膜した。得られた各色画素の膜厚は、透過領域、反射領域、共に１．１μｍであった。得られたカラーフィルターの反射領域と透過領域の色度差δを表２に示す。
【００８５】
実施例３のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。また、実施例４のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は反射での白色表示が、実施例１〜３より明るく、視認性が良好であった。しかも工程数は従来のカラーフィルターから１工程増えただけである。すなわち、極めて優れたカラーフィルターができたといえる。
【００８６】
実施例４，５のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターが得られた。実施例４，５のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は反射での白色表示が、実施例１〜２より明るく、色調もより自然な白色であり、視認性が良好であった。しかも工程数は従来のカラーフィルターから１工程増えただけである。すなわち、極めて優れたカラーフィルターができたといえる。
【００８７】
一方、比較例６のカラーフィルターは透過と反射の明るさおよび色度の差が大きく異なっていた。比較例６のカラーフィルターを用いて作製した液晶表示素子は、反射表示での明るさが非常に暗く、視認性が非常に悪かった。
【００８８】
比較例７のカラーフィルターは実施例１、２と同様に、透過と反射の明るさおよび色度の差が小さいカラーフィルターであった。しかし、着色層のフォトリソ工程が６回必要であり、コストの高いものであった。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、反射用領域中に透明領域を形成することによって、透過用領域と反射用領域の明るさや色度の差、および表面段差を小さくでき、かつ工程数増加を抑え、安価なカラーフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図２】本発明における液晶表示素子の一例を示す構成図（概略平面図）である。
【図３】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図４】本発明における長方形透明領域の面積計算方法の一例を示す概略図である。
【図５】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【図６】従来の液晶表示素子の一例を示す構成図（概略断面図）である。
【符号の説明】
１ ：色材料
２ ：反射膜
３ ：バックライト光源
４ ：自然光
５ ：反射表示光
６ ：透過表示光
７ ：反射用領域
８ ：透過用領域
９ ：画素領域
１０：透明領域
１１：着色領域
１２：副領域
１３：副領域間距離
１４：透明樹脂層
Claims (9)
- 透過用領域と反射用領域とを有するカラーフィルターであって、少なくとも一色の画素において、透過用領域と反射用領域が同一着色層により形成され、反射用領域には着色層のある着色領域と着色層のない透明領域が存在し、透明領域は一つ以上の副領域からなり、全ての副領域の面積が２０μｍ２以上２０００μｍ２以下であり、かつ最上部に透明導電層を有し、該透明導電層上に突起状の柱が画面内および画面外に形成されてなることを特徴とするカラーフィルター。
- 副領域の形状が円形、一辺が５μｍ以上の正方形、または短辺が５μｍ以上の長方形の何れかであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルター。
- 副領域の端部から隣接する副領域の端部までの距離が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のカラーフィルター。
- 着色層の上にオーバーコート層を形成した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。
- 反射用領域内の着色領域と透明領域の段差が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラーフィルター。
- 反射用領域において、基板と着色層の間に透明樹脂層を有し、反射用領域と透過用領域の着色層膜厚が異なる少なくとも一色の画素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルター。
- 透過用領域と反射用領域が異なる着色層からなる少なくとも一色の画素を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラーフィルター。
- 少なくとも二色について、透過用領域の色度（ｘ０，ｙ０）と、反射用領域の色度（ｘ、ｙ）の色度差δが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルター。
δ＝（ｘ−ｘ０）２＋（ｙ−ｙ０）２≦３×１０−３ - 請求項１〜８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液晶表示素子。
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