JPH09269406A - カラーフィルタの製造方法及び液晶パネル並びに電子機器 - Google Patents

カラーフィルタの製造方法及び液晶パネル並びに電子機器

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JPH09269406A
JPH09269406A JP7765296A JP7765296A JPH09269406A JP H09269406 A JPH09269406 A JP H09269406A JP 7765296 A JP7765296 A JP 7765296A JP 7765296 A JP7765296 A JP 7765296A JP H09269406 A JPH09269406 A JP H09269406A
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pigment
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black matrix
surfactant
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JP7765296A
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Kuniyasu Matsui
邦容 松井
Fumiaki Matsushima
文明 松島
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミセル電解法により作製されるカラーフィル
タにおいて、有機顔料膜形成前にブラックマトリックス
を形成する場合、ブラックレジストの残さによるブラッ
クマトリックス近傍での有機顔料膜のつきまわりを改善
し、白抜け欠陥をなくし、ミセルカラーフィルタを使用
した液晶カラーパネルにおいて高コントラストを得られ
る高性能なカラーフィルタを提供する。 【解決手段】 ガラス基板13上にITO電極(導電性
透明電極)11をフォトリソ法によりパターニングし、
カラーフィルタ電極基板とする。この電極基板上に非導
電性顔料ブラックレジストを用いてブラックマトリック
ス12を形成したのち、前処理として短波長紫外線照射
を行い、さらに活性剤等の洗浄剤水溶液14中に浸漬す
る。その後、ミセルコロイド水溶液中で電解し、Red
・Green・Blueの有機顔料膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶テレビ
・パーソナルコンピューター用ディスプレイ等に用いら
れる、アクティブマトリックス及び単純マトリックスカ
ラー液晶パネルに用いるカラーフィルタの製造方法、お
よびそのカラーフィルタを有する液晶パネル並びにその
液晶パネルを有する電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】水に不溶性もしくは難溶性の顔料粒子お
よびITO(導電性透明電極)微粒子を、電界により荷
電する界面活性剤および支持電解質を基本成分とし、顔
料粒子を界面活性剤で取り囲んだ顔料のミセルコロイド
水溶液を調整し、このミセルを電解により破壊して導電
体上に顔料粒子及びITO微粒子を析出させ、導電性の
ある顔料薄膜を形成するという薄膜形成方法を用いて、
Red・Green・Blue3原色からなるカラーフ
ィルタを製造し、これを液晶パネル用のカラーフィルタ
として使用することを本出願人は発明した(特開平2−
24603号公報、特開平6−18716号公報、特開
平6−59117号公報)。
【0003】一般的なSTNパネル用カラーフィルタの
構造を図4の断面図で示す。ガラス基板13上の隣あっ
たRed・Green・Blueの顔料膜16の顔料膜
間のギャップに、ブラックマトリックス12を形成す
る。顔料膜16上には、導電性透明電極11が形成され
ている。ブラックマトリックスを疑似ブラックマトリッ
クスとした構造を図5の断面図に示す。薄膜で充分な遮
光率を得るために金属薄膜を用いたり、カーボンブラッ
ク、あるいは顔料、またはそれらの混合物からなる黒色
顔料レジスト、あるいはRed・Green・Blue
有機顔料膜16のエッジ部に一部Blue膜を重ねて透
過率を低下させ、疑似ブラックマトリックス15として
いる。
【0004】しかしながら、ミセル電解法においては、
パターニングした電極上に前記のミセル電解法でRed
・Green・Blue有機顔料膜の形成を行うが、電
極自体を液晶駆動用電極として用いるために、Red・
Green・Blue有機顔料膜16にITO微粒子を
含有させ、有機顔料膜16自体を導電性にすることを特
徴としている。したがって、前記図4のようなRed・
Green・Blueの画素電極の電極間のギャップに
形成するブラックマトリックスとして、金属薄膜やカー
ボンブラックを多く含んだ導電性のある顔料ブラックを
用いた場合、パターン間で電流のリークが生じるために
駆動特性が低下する。また、図5のようなRed・Gr
een・Blue有機顔料膜16のエッジ部に一部、B
lue膜を重ねてブラックマトリックス15とした構造
でも、同様にパターン同士が接触していてもリークが起
こる。従って、必然的にミセル電解法においてはブラッ
クマトリックスは非導電性であることが要求される。
【0005】上記のような課題を回避するために、ブラ
ックマトリックスをRed・Green・Blue有機
顔料膜形成後に形成する方法が考えられる。
【0006】この、ブラックマトリックスをRed・G
reen・Blue有機顔料膜形成後に形成した場合の
構造を図6の断面図で説明する。各有機顔料膜16は基
本的には顔料微粒子の堆積膜であるために、Red・G
reen・Blue有機顔料膜16上に直接ブラックレ
ジストをコートしパターニングを行うと、顔料粒子の隙
間にブラックレジストの残さが残り、透過率を低下させ
たり、色調を変化させたりという不具合が生じる。この
ため、有機顔料膜16上に一担アクリル樹脂等により保
護膜17をコーティングしたあとにブラックマトリック
ス12を形成する方法が考えられる。しかしながらこの
場合でも、凹凸のある有機膜(有機顔料膜+保護膜)上
に有機膜(顔料レジスト)をフォトリソにより形成する
ために、パターニング性が低下したり、残さが課題にな
ったりする。また、有機膜上に金属膜をスパッタし、エ
ッチングにより、金属ブラックパターンを形成する場合
には、パターニング性を向上させるため保護膜の膜厚を
厚膜にし、平坦化する必要があるため、その場合は保護
膜の抵抗により、有機顔料膜16が高抵抗化してしま
い、導電化した効果が失われてしまう。さらには、耐薬
品性も考慮しなければならず、材料的にも制約を生じ
る。また、保護膜上に顔料レジストによりブラックマト
リックスを形成できたとしても、顔料レジストで充分な
遮光率を得るには1μm以上の膜厚が必要であり、パネ
ルにした場合、Red・Green・Blue有機顔料
膜16上とブラックマトリックス上でセル厚に大きな差
が生じ、配向不良などの原因になる。
【0007】以上のような理由から、ミセル電解法にお
いてはブラックマトリックスはRed・Green・B
lue有機顔料膜を形成する前に形成しておくことが望
ましく、その場合材料的には非導電性の材料である必要
がある。
【0008】従って、ミセル電解法によりカラーフィル
タを製造する場合は、以下のような構造になる。
【0009】ブラックレジストを先に形成した場合のミ
セル電解法カラーフィルタの断面構造を図7に示す。ま
ず、ガラス基板13上に導電性透明電極11を形成し、
次に非導電性材料からなるブラックレジストを用い、フ
ォトリソ法によりブラックマトリックス12を形成し、
最後にミセル電解法により、Red・Green・Bl
ueの有機顔料膜16を順番に形成するものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブラッ
クマトリックスを先に形成した場合、以下のような課題
が生じる。すなわち、ブラックマトリックスとして用い
るブラックレジストのパターニング時の現像残さ(単分
子膜程度のきわめて薄い有機膜と考えられる)が、有機
顔料膜16を成膜するための導電性透明電極11上に残
り、特にブラックマトリックス12近傍において成膜を
阻害してしまうため、ミセル電解法により、有機顔料膜
16を形成する際に、ブラックマトリックス12近傍で
有機顔料膜16のつきまわりが悪くなり、ブラックマト
リックス12近傍で光抜け欠陥を生じ、パネルとしての
コントラストを低下させてしまう。また、この残さは充
分に洗浄を加えても完全には除去することができないこ
とがわかった。
【0011】そこで、本発明の目的とするところは、以
上のような課題を解決し、ブラックマトリックスを先に
形成した場合でも、ブラックマトリックス近傍での光抜
け欠陥のないカラーフィルタを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
の製造方法は、水に不溶性もしくは難溶性の顔料粒子及
びITO(導電性透明電極、以下同じ)微粒子、および
電界により荷電する界面活性剤、および支持電解質を基
本成分とし、顔料粒子及びITO微粒子を界面活性剤で
取り囲んだ顔料のミセルコロイド水溶液を調整し、該ミ
セルを電解により破壊し、導電体上に顔料粒子及びIT
O微粒子を析出させ、顔料薄膜を形成するカラーフィル
タの製造方法において、 a)透明導電膜上に、非導電性顔料ブラックレジストを
用いて、フォトリソ法によりブラックマトリックスパタ
ーンを形成する第一の工程、 b)短波長紫外線をブラックマトリックスパターンを含
む基板上に照射する第二の工程、 c)界面活性剤液中に紫外線を照射した基板を浸漬する
第三の工程、 d)ポジレジストを用い、フォトリソ法により選択的に
1色目の膜を形成する場所に穴を明ける第四の工程、 e)RedまたはGreenまたはBlue膜形成を前
記薄膜形成方法を用いて形成した後レジストを剥離する
第五の工程、 f)d)、e)を繰り返し3色形成する工程、からなる
ことを特徴とする。
【0013】また、前記第二の工程の短波長紫外線の照
射光量が波長254nmで600から2000mj/c
2 であることを特徴とする。
【0014】また、前記第三の工程の界面活性剤とし
て、アルカリ性界面活性剤またはシランカップリング剤
を用いることを特徴とする。
【0015】更に、本発明の液晶パネルは、前記製造方
法で得られたカラーフィルタを有することを特徴とす
る。
【0016】加えて、本発明の電子機器は、前記液晶パ
ネルを有することを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明によるカラーフィルタの製造方法は、ブ
ラックマトリックス近傍における有機顔料膜のつきまわ
りを改善できることにより、ブラックマトリックス近傍
での光抜け欠陥をなくし、また副次的効果として、ブラ
ックマトリックスを先に形成することで、Red・Gr
een・Blue膜とブラックマトリックスの膜厚段差
を極力小さくできる。
【0018】その作用は、工程b)における短波長紫外
線を照射することにより、単分子膜程度のきわめて薄い
ブラックレジスト残さ、もしくはその溶剤残さによる有
機膜が除去されることで、成膜の阻害がなくなり、つき
まわりが向上することにある。その上、短波長紫外線を
照射することにより、ITO表面の活性が高くなり、工
程d)でのミセル電解法による有機顔料膜の密着力が向
上するという効果もあることが実験の結果わかった。
【0019】ここで、工程b)における短波長紫外線の
最適照射光量としては、鋭意検討の結果、照射ピーク波
長254nmで600から2000mj/cm2 が望ま
しく、これより少ないと残さが除去し切れず膜のつきま
わりが悪くなる場合があり、これより多いと残さは除去
できるが、表面の活性がさらに上がり、空気中の水分や
炭化水素等の吸着が起こるため、そのあとの工程d)で
形成する、ミセル電解法により成膜した有機顔料膜の密
着性が低下してしまう場合のあることが実験によりわか
った。
【0020】また、加えて、工程c)を省略した場合、
すなわち工程a)、b)、d)だけでも有機膜残さの除
去の効果は認められ、つきまわりは改善できることがわ
かった。しかしながら、工程b)を行ったあと数日をお
いてから工程d)を行う場合、短波長紫外線による表面
の高活性状態は、通常の大気中では時間と共に低下し、
ITO表面の接触角でみると紫外線照射直後はITO表
面は完全に親水性になり、接触角は0°に近くである
が、およそ24時間後には未処理と同等の状態に戻って
しまう。この変化をグラフ化したものを図8に示す。こ
れは短波長紫外線によるITO表面の活性の向上は短期
間で急速に低下することを示している。従って、工程
b)だけでは、長期間経過後には、表面の活性が低下
し、その結果、工程d)において形成する有機顔料膜の
密着力が低下し、膜はがれが起こりやすくなり、問題で
あることがわかった。
【0021】実際の製造においては、工程b)のあと、
日数をおいてから工程d)を行う場合がある。以上のよ
うな理由から、工程b)のあと工程c)を行うことによ
り、紫外線を照射することで活性化したITO表面に、
洗浄剤等の界面活性剤を先に吸着させることで、表面に
OH基等を吸着させ、ITO表面を親水化しておくこと
により、長期間表面を親水化状態にしておくことがで
き、長期間経過後も密着性が低下せずに有機顔料膜を形
成できる作用があることが実験の結果明らかになった。
【0022】以上の結果から量産性の向上が期待でき
る。なお工程c)で使用する界面活性剤は特に限定はな
く一般の洗浄剤として用いる界面活性剤であれば、イオ
ン性でも非イオン性でもどちらでも良い。その濃度も一
般に使用される濃度である数%でよい。しかしながら、
最も有機顔料膜の密着性向上に効果的であるものは、鋭
意検討の結果、アルカリ性界面活性剤もしくはシランカ
ップリング剤であることがわかった。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づき、
詳細に説明する。
【0024】(実施例1)本発明の第1の実施例を図1
に基づき詳細に説明する。
【0025】ガラス基板13上にITO電極(導電性透
明電極)11をフォトリソ法により、100μmピッチ
で縦ストライプ状にパターニングし、カラーフィルタ電
極基板を作製した(図1(a))。この基板に以下の工
程でカラーフィルタを形成した。
【0026】工程(a):カラーフィルタ電極基板上に
スピンコーターにより1.2μmの膜厚で全面にブラッ
クレジストを塗布した。ブラックレジスト材料としては
非導電性の黒色顔料ネガレジスト(富士ハントエレクト
ロニクス(株)社製)を用いた。露光・現像を行い、ブ
ラックマトリックス12を形成できた(図1(b))。
ブラックマトリックス12はITO電極(導電性透明電
極)11の電極間ギャップを埋めるような形で形成され
ている。180℃でポストベークを行い、充分硬化させ
た状態で以下の工程を行った。
【0027】工程(b):UV照射機(オーク(株)社
製)により短波長紫外線を照射した。照射光量は計測波
長254nmで1200mj/cm2 (オーク(株)社
製紫外線光量計UV−350/25による実測値)とし
た(図1(c))。
【0028】工程(c):アルカリ性洗浄剤(リンダセ
ミクリーンLRG、横浜油脂(株)製)の2.5体積%
水溶液14中(55℃)に5分間揺動浸漬した後、純水
で充分リンスし、乾燥した(図1(d))。
【0029】工程(d):ポジレジストOFPR800
(東京応化(株)社製)を用い、これを基板上に全面に
塗布し、露光・現像のいわゆるフォトリソ工程を行い、
Blue膜を形成する電極上にのみ穴を明けた。すなわ
ち2本おきのITO電極のみが露出し、他の部分はレジ
ストでおおわれている。
【0030】工程(e):ミセル電解法によりBlue
・Green・Redの順にそれぞれの電極パターンに
通電し、電解成膜した。ミセル電解液として以下の組成
の液を使用した。溶媒は全て純水である。なお1色目の
Blue膜形成後、工程(d)で形成したポジレジスト
は、100℃で20分間焼成した後、7%KOH水溶液
中で剥離し、ポストベーク180℃、30分間行った。
その後工程(d)(e)を繰り返し、3色を形成してい
る。
【0031】 Blue電解液 有機顔料 6g/リットル (フタロシアニン系(青):アゾ系(黄)顔料=9:1 混合物) 導電性微粒子 ITO微粉末(住友金属鉱山製) 18g/リットル 界面活性剤 フェロセニルPEG(同仁化学製) 3.7g/リットル 支持電解質 LiBr 10g/リットル Green電解液 有機顔料 12g/リットル (フタロシアニングリーン系(緑):アゾ系(黄)顔料=8:2混合物) 導電性微粒子 ITO微粉末(住友金属鉱山製) 18g/リットル 界面活性剤 フェロセニルPEG(同仁化学製) 3.8g/リットル 支持電解質 LiBr 1g/リットル Red電解液 有機顔料 10g/リットル (アントラキノン系(赤):アゾ系(黄)顔料=9:1 混合物) 導電性微粒子 ITO微粉末(住友金属鉱山製) 36g/リットル 界面活性剤 フェロセニルPEG(同仁化学製) 5.2g/リットル 支持電解質 LiBr 10g/リットル 界面活性剤のフェロセニルPEGは、レドックス反応性
をもつ界面活性剤であり、顔料粒子の表面に吸着し、コ
ロイド分散化させるとともに、電解により、アノード電
極基板表面に顔料粒子を析出させる性質を持つ。
【0032】これらを支持電解質と共に純水中に混合
し、超音波ホモジナイザーにより、有機顔料粒子をコロ
イド分散し電解液とした。
【0033】ブラックマトリックスを形成したガラス基
板をアノードに、Ti/Pt電極をカソードにして、電
解を行った。電解電圧はSCEに対し、Red/1V、
電解時間は15分間、Green/0.6V、20分
間、Blue/0.6V、15分間とした。
【0034】本実施例により作製したカラーフィルタは
つきまわりも良好であり、パネル化しても白抜け欠陥と
ならないことが確認できた。
【0035】(比較例1)上記実施例1における工程
(b)及び工程(c)を省略して作製した基板に、実施
例1と同様のミセル液中で電解成膜を行った結果、つき
まわりが悪く、パネル化しても白抜け欠陥となり、コン
トラストが悪いことが確認できた。
【0036】(実施例2)実施例1で使用した基板と同
一の電極パターニング基板に、実施例1における工程
(a)から工程(c)までと同一の工程でカラーフィル
タ用基板を作製した。
【0037】本基板に以下の工程(d´)を行いカラー
フィルタを作製した。
【0038】工程(d´):上記基板にポジレジスト
(東京応化(株)社製、OFPR800)を塗布しRe
d・Green・Blueの画素がモザイク状(図2)
に配置されるように作製したマスクを使用して、パター
ニングを行った。本基板に1色目としてRed膜をミセ
ル電解法により形成した。ミセル液並びに成膜条件は実
施例1と同様である。この膜を100℃で20分間焼成
した後、7%KOH水溶液中でレジストを剥離し、18
0℃で30分間ポストベークを行った。以上の工程を2
色目、Green、3色目Blueについても同様に行
い、Red・Green・Blueがモザイク状に形成
されたカラーフィルタを作製できた。
【0039】本実施例により作製したカラーフィルタは
つきまわりも良好であり、パネル化しても白抜け欠陥と
ならないことが確認できた。
【0040】(実施例3)図3に示したような、電極が
基板に対し横方向に形成されたガラス基板13に、実施
例1と同一の工程(a)から(c)を行った。
【0041】この際、ブラックマトリックス12が格子
状に形成されるようなマスクを用いた。本基板に、実施
例2に示した工程(d´)を行い、Red・Green
・Blueを形成した。本実施例により作製したカラー
フィルタは、つきまわりも良好であり、パネル化しても
白抜け欠陥とならないことが確認できた。
【0042】
【発明の効果】本発明により作製されるカラーフィルタ
は、ブラックマトリックス近傍における有機顔料膜のつ
きまわりを改善できることにより白抜け欠陥をなくし、
またブラックマトリックスを先に形成することで、Re
d・Green・Blueとブラックマトリックス間の
段差が極力小さくでき、STN液晶を用いた単純マトリ
ックスカラーパネルにおいても、配向不良のない高性能
なカラーフィルタを提供することができる。従って、こ
のようなカラーフィルタを有する液晶表示パネル及びこ
の液晶表示パネルを有するパソコンや携帯端末機器など
の電子機器は、優れた表示品質を具備する優れた商品を
もたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図2】本発明の実施例2で作製したカラーフィルタの
構造を示す図。
【図3】本発明の実施例3で作製したカラーフィルタの
構造を示す図。
【図4】STNパネルに用いるカラーフィルタのブラッ
クマトリックス形成例を示す図。
【図5】STNパネルに用いるカラーフィルタのブラッ
クマトリックス形成例を示す図。
【図6】従来のミセル電解法カラーフィルタの構造を示
す断面図。
【図7】カラーフィルタの構造を示す断面図。
【図8】短波長紫外線照射によるITO表面の濡れ性の
経時変化を示す図。
【符号の説明】
11 導電性透明電極 12 ブラックマトリックス 13 ガラス基板 14 界面活性剤洗浄液 16 有機顔料膜(カラーフィルタ層)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水に不溶性もしくは難溶性の顔料粒子及
    びITO微粒子、および電界により荷電する界面活性
    剤、および支持電解質を基本成分とし、顔料粒子及びI
    TO微粒子を界面活性剤で取り囲んだ顔料のミセルコロ
    イド水溶液を調整し、該ミセルを電解により破壊して導
    電体上に顔料粒子及びITO微粒子を析出させ、顔料薄
    膜を形成するカラーフィルタの製造方法において、 a)透明導電膜上に、非導電性顔料ブラックレジストを
    用いて、フォトリソ法によりブラックマトリックスパタ
    ーンを形成する第一の工程、 b)短波長紫外線をブラックマトリックスパターンを含
    む基板上に照射する第二の工程、 c)界面活性剤液中に紫外線を照射した基板を浸漬する
    第三の工程、 d)ポジレジストを用い、フォトリソ法により選択的に
    1色目の膜を形成する場所に穴を明ける第四の工程、 e)RedまたはGreenまたはBlue膜形成を前
    記薄膜形成方法を用いて形成した後レジストを剥離する
    第五の工程、 f)d)、e)を繰り返して3色形成する工程、からな
    ることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第二の工程の短波長紫外線の照射光
    量が、波長254nmで600から2000mj/cm
    2 であることを特徴とする請求項1記載のカラーフィル
    タの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第三の工程の界面活性剤として、ア
    ルカリ性界面活性剤またはシランカップリング剤を用い
    ることを特徴とする請求項1または2記載のカラーフィ
    ルタの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の製造
    方法により得られたカラーフィルタを有する液晶パネ
    ル。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の液晶パネルを有する電子
    機器。
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