JPH07113717B2 - カラーフィルター基板および液晶素子 - Google Patents

カラーフィルター基板および液晶素子

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JPH07113717B2
JPH07113717B2 JP20274586A JP20274586A JPH07113717B2 JP H07113717 B2 JPH07113717 B2 JP H07113717B2 JP 20274586 A JP20274586 A JP 20274586A JP 20274586 A JP20274586 A JP 20274586A JP H07113717 B2 JPH07113717 B2 JP H07113717B2
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優 神尾
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating, or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating, or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating, or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514Colour filters
    • G02F1/133516Methods of making thereof, e.g. printing, electro-deposition, photolithography

Description

【発明の詳細な説明】 [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。

[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.Sc
hadt)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 Ph
ysics 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(“Volt
age Dependent Optical Activity of a Twisted Nemati
c 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。

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。

これらの問題点を解決するものとして、クラーク(Clar
k)等により米国特許第4,367,927号明細書で強誘電性液
晶素子が提案されている。

第2図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、In2O3、SnO2
やITO(Indium Tin 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SmC
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に容易に理解され
る。

本発明の液晶素子の中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10
μ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、第3図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(34
a)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、第3図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34a
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33a、あるいは第二の安定状態33bの何
れか一方に配向する。

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、例えば第3
図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31b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。

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
イン構造を有する結晶の配向状態が、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。

第4図は従来の強誘電性液晶素子の断面図を表わし、第
5図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。

すなわち、第4図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34と44が設けられている。

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。

第5図は、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は第4図の基板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。

この様に強誘電性液晶の接する面で1000Å以上の段差が
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。

[発明が解決しようとする問題点] 本発明者等は、この様な基板上の段差が強誘電性液晶に
対する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。

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。

[問題点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。

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。

すなわち、本発明は、基板上に、感光性基を分子内に結
合してなり、且つ芳香族基をもつポリアイド樹脂中に着
色材料を分散してなる着色樹脂の膜を設け、該膜を露光
し硬化させて得たカラーフィルターを有し、該カラーフ
ィルター上に保護層およびパターン形状の透明電極を順
次積層してなることを特徴とするカラーフィルター基板
である。

また、本発明は、透明電極の形成された一対の基板間に
カイラルスメクティック液晶を配置し、少なくとも一方
の透明電極と基板間にカラーフィルターを有する液晶素
子において、前記カラーフィルターが感光性基を分子内
に結合してなり、且つ芳香族基をもつポリアミド樹脂中
に着色材料を分散してなる着色樹脂の膜を露光して硬化
させて形成され、該カラーフィルター上に保護層、パタ
ーン形状の透明電極および配向制御膜を順次積層してな
ることを特徴とする液晶素子である。

以下、本発明を図面に基ずき説明する。

第1図は本発明の液晶素子の中で強誘電性液晶素子の基
本構成を示す断面図である。第1図において、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、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。R,G,Bか
らなる3つのカラーフィルター単位で1つの画素を構成
する。

上記の構成による基板では、カラーフィルターの膜厚及
び画素間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。

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、特に1200Å以上で形成された非平坦化層を用
いた液晶素子は、前述の第5図で示した刃状線の配向欠
陥を生じることになる。

本発明におけるカラーフィルターの有する着色樹脂膜を
形成する感光性基を分子内に有するポリアミド樹脂(以
下、感光性ポリアミド樹脂と称す)としては、感光性基
をその分子内に有する芳香族系のポリアミド樹脂で、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アミド樹脂
が好ましい。

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 (式中R1はCHX=CY−COO−Z−、Xは−H又は−C6H5
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 (式中Yは−H又はCH3を示す) (3)ジフェニルエーテル類 (式中R2はCHX=CY−CONH、CH2=CY−COO−(CH2
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 (式中R3はH−,アルキル基、アルコシキ基を示す) 等が挙げられる。

これ等の基を分子内に持つ芳香族系のポリアミド樹脂の
具体例を示すと、“リソコートPA−1000 C"(商品名、
宇部興産(株)製)が挙げられる。上記のポリアミド樹
脂のリソコートPA−1000 Cの構造式を示すと、下記の
通りである。

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アミド樹脂
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。

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。

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。

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、上記感光性ポリアミド樹脂溶液に、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。

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、0.5〜5
μm程度、好ましくは0.5〜1.5μm程度が望ましい。

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
ング剤等の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。

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Ni3N4,SiO2,SiO,Al2O3,Ta2O3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。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。

さらに、表示特性を向上させる為に、以下に示す3通り
のいずれかの方法により遮光層を設けることができる。

(1)ガラス基板上または着色樹脂パターン上、或いは
保護膜または平坦化膜上のいずれかに、前記着色樹脂層
を形成するのと同様の感光性ポリアミド樹脂に、カーボ
ンブラック,鉄黒,黒鉛,銅−クロム系、銅−鉄−マン
ガン系の複合酸化物黒顔料、またはその他遮光能力を持
つ金属粉等の遮光材料を遮光樹脂を用い、各画素間の窪
みに合わせて、フォトリソ工程により遮光パターンを形
成する方法。

(2)ガラス基板上あるいは着色樹脂パターン上、或い
は保護膜または平坦化膜上のいずれかに、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、スパッタ
等により形成し、各画素間の窪みに合わせてレジストマ
スクを形成し、各画素上の金属薄膜をエッチング除去す
ることにより遮光パターンを形成する方法。

(3)ガラス基板上に着色樹脂パターンを形成する際
に、前記着色樹脂パターンの隣接する各2色の端部(2
〜15μm程度)を重ね合わせることにより遮光パターン
を同時に形成し、該カラーフィルター層上に重ね合わせ
部分を平坦化させる為に、前記保護膜または平坦化膜を
設ける方法。

なお、上記各遮光パターンの遮光層の厚さは、透明電極
を形成する面がほぼ平坦化される様に設定する。

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、液晶の膜厚
にも依存するが、一般的に10Å〜1μm、好適には100
Å〜3000Åの範囲に設定する。

本発明で用いる液状材料として、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(Sm
C),H相(SmH),I相(SmI),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。

この強誘電性液晶については、“ルー・ジュールナル・
ド・フィジーク・ルテール”(“LE JOURNAL DE PHYSIQ
UE 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」(「Ferroelect
ric Liquid Cyrstals」);“アプライド・フィジック
ス・レターズ”(“Applied Physics 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 Bistable
Electrooptic Switching in Liquid Crystals」);
“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。

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(HOBACP
C)、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(MBRAS)が挙げられる。

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めら
れたブロック等により支持することができる。

[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、該カラーフィルター上に透明電極および配向制
御膜が積層され、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。

例えば、液晶として強誘電性液晶相を示す前述のDOBAMB
C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
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℃の間の測定温度でカイラ
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。

[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 第6図(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。

まず、コーニング社の#7059ガス基板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 (Heligen Blue)L7080(商品名,BASF社製,
C.I.No.74160)を感光性ポリアミド樹脂であるリソコー
トPA−1000 C(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。(第6図(a)参照) 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。(第6図
(b)参照) 露光終了後、第6図(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、150℃、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所樹脂層
64を形成した。(第6図(d)参照) 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(Linol Green)6YK(商品名,東洋インキ社製,C.
I.No.74265)をリソコートPA−1000 C(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
位置に形成した。

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)をリソコー
トPA−1000 C(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。(第6図(e)参照) 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)をリソコートPA−1000C(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[リソコートPA−1000 C(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1.0μ
m厚の膜厚にて形成した。(第6図(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。

次に第1図に示す様に、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。

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。

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アミド樹
脂を、感光性ポリアミド樹脂である“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。

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。

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。

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アミド樹
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(ME
K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℃、3
0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。

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。

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。

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アミド樹
脂を、遠紫外線用ネガ型レジストである0DUR−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。

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。

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。

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アミド樹
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、12
0℃、30分間のポストベース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。

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。

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。

比較例5 実施例1において、感光性の着色ポリアミド樹脂を用い
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。

すなわち、ガラス基板上に青色着色ポリアミド樹脂材
[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150℃で30分間乾燥した後、200℃で30分間
加熱した。

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
応したパターンマスクを介して高圧水銀灯にて露光し
た。

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
ターン形状を有した青色着色樹脂膜を形成した。

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)6YK(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。

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。

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。さらに、パター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。

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0.4倍
まで低下していた。

[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、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、例
えば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。

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。

【図面の簡単な説明】

第1図は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、第2図及び第3図は本発明で用いる強
誘電性液晶を模式的に表わした斜視図、第4図は従来の
強誘電性液晶素子の断面図、第5図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お
よび第6図(a)〜(f)は本発明の色画素の形成工程
を示す工程図である。 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 辰雄 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 関村 信行 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−237403(JP,A) 特開 昭60−6725(JP,A) 特開 昭61−100728(JP,A) 特開 昭60−129707(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、感光性基を分子内に結合してな
    り、且つ芳香族基をもつポリアミド樹脂中に着色材料を
    分散してなる着色樹脂の膜を設け、該膜を露光し硬化さ
    せて得たカラーフィルターを有し、該カラーフィルター
    上に保護層およびパターン形状の透明電極を順次積層し
    てなることを特徴とするカラーフィルター基板。
  2. 【請求項2】前記カラーフィルターを互いに間隔を置い
    て複数配置し、隣り合うカラーフィルターの間隔に感光
    性基を分子内に結合してなり、且つ芳香族基をもつポリ
    アミド樹脂に遮光材料を分散してなる遮光樹脂の膜を配
    置し、該膜を露光し硬化させた特許請求の範囲第1項記
    載のカラーフィルター基板。
  3. 【請求項3】透明電極の形成された一対の基板間にカイ
    ラルスメクティック液晶を配置し、少なくとも一方の透
    明電極と基板間にカラーフィルターを有する液晶素子に
    おいて、前記カラーフィルターが感光性基を分子内に結
    合してなり、且つ芳香族基をもつポリアミド樹脂中に着
    色材料を分散してなる着色樹脂の膜を露光して硬化させ
    て形成され、該カラーフィルター上に保護層、パターン
    形状の透明電極および配向制御膜を順次積層してなるこ
    とを特徴とする液晶素子。
  4. 【請求項4】前記カラーフィルターを互いに間隔を置い
    て複数配置し、隣り合うカラーフィルターの間隔に感光
    性基を分子内に結合してなり、且つ芳香族基をもつポリ
    アミド樹脂に遮光材料を分散してなる遮光樹脂の膜を配
    置し、該膜を露光し硬化させた特許請求の範囲第3項記
    載の液晶素子。
JP20274586A 1986-08-30 1986-08-30 カラーフィルター基板および液晶素子 Expired - Lifetime JPH07113717B2 (ja)

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JP8923392A JPH05100112A (ja) 1986-08-30 1992-03-16 カラーフイルター基板および液晶素子

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JPS6360422A JPS6360422A (en) 1988-03-16
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