JPH0949914A

JPH0949914A - カラーフィルタおよびカラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0949914A
Application number: JP19990295A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamada; 申一山田; Tetsuya Goto; 哲哉後藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】表示品位に優れ、信頼性に優れる液晶表示素子
を、従来に比べて簡易な製法により作成する。【解決手段】樹脂ブラックマトリクスおよび額縁上に３
原色からなる着色層の積層により形成されたスペーサー
を設けたカラーフィルタと透明電極基板を用いたカラー
液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スペーサー機能を
有するカラーフィルタを用いたカラー液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用されているカラー液晶表示素
子は、液晶層の厚み（セルギャップ）を保持するため
に、一般に、図２に示すように、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）や複数の走査電極などを具備した電極基板とカラ
ーフィルタ側の基板との間にプラスチックビーズまたは
ガラス繊維をスペーサーとして使用している。ここでプ
ラスチックビーズなどのスペーサーは散布されるため、
電極基板とカラーフィルタ側の基板間のどの位置（面内
位置）に配置されるかは定まっていない。

【０００３】特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−
８２４０５、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６
９４６には、カラーフィルタを形成する着色層を重ね合
わせた構造をスペーサーとして用いた液晶表示素子が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックビーズな
どをスペーサーとして用いるカラー液晶表示素子におい
ては、プラスチックビーズなどのスペーサーの位置が定
まっておらず、画素上に位置するスペーサーによる光の
散乱や透過により液晶表示素子の表示品位が低下すると
いう問題があった。

【０００５】プラスチックビーズなどのスペーサーを散
布して使用する液晶表示素子には、この他にも下記の問
題がある。すなわち、スペーサーが球状あるいは棒状の
形であり、セル圧着時に点または線で接触するために、
配向膜や透明電極が破損し、表示欠陥が発生しやすいと
いう欠点があった。さらに配向膜や透明電極の破損によ
り、液晶が汚染され、電圧が低下しやすいという欠点も
あった。

【０００６】また、スペーサーを均一に散布する工程が
必要であったり、あるいはスペーサーの粒度分布を高精
度に管理することが必要であることから、簡便な方法で
安定した表示品位の液晶表示素子を得ることが難しかっ
た。

【０００７】さらに、カラーフィルタにおける画素部と
額縁部の厚みが異なり、かつ、額縁部へのスペーサーの
散布密度が画素部に比較して低くなり易いため、そのよ
うな状態で決まるセルギャップの不均一性を反映して、
額縁に近い画面に干渉縞を生じるなどの不具合が起こり
易かった。

【０００８】特開昭５６−１４０３２４、特開昭６３−
８２４０５、特開平４−９３９２４、特開平５−１９６
９４６では、２色あるいは３色の着色層を重ね合わせた
構造をスペーサーとして用ることが提案されている。こ
れら開示技術で実際に得られる液晶層の厚み（セルギャ
ップ）は、着色層の１層あるいは２層分の厚みとなり、
十分なセルギャップを持った液晶表示素子を得ることが
難しく、また、着色層の１層あるいは２層分の厚みでセ
ルギャップを保持できたとしても着色層の厚膜化に伴
う、例えば、カラーフィルタ上に形成されるＩＴＯ膜の
耐久性の低下など、満足な信頼性を有する液晶表示素子
が得られにくかった。

【０００９】更に、着色層を重ね合わせた構造を持つス
ペーサーが画素部周辺のみに存在することから上記のよ
うに画面周辺部においてセルギャップを均一に保持する
ことが難しいという問題点があった。

【００１０】本発明は、前記の問題点に鑑み、十分なセ
ルギャップを実現するとともに、画面全体で均一なセル
ギャップを保持し、前記した従来の欠点を克服するカラ
ーフィルタおよびカラー液晶表示素子を提供することを
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のカラーフィルタおよびカラー液晶表示素子
は、以下の構成を有するものである。

【００１２】すなわち、本発明は透明基板上に樹脂中に
遮光剤を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスを設
け、さらにその上に３原色からなる着色層を複数配列し
たカラーフィルタにおいて、（Ａ）前記樹脂ブラックマ
トリクスが表示領域内のマトリクスおよび表示領域周辺
部に設けられた額縁を形成し、（Ｂ）前記樹脂ブラック
マトリクスの表示領域内のマトリクスおよび表示領域周
辺部に設けられた額縁上に３原色からなる着色層の積層
により形成されたスペーサーを有することを特徴とする
カラーフィルタであり、また、透明電極基板と透明電極
を有するカラフィルタにより液晶層を挟持したカラー液
晶表示素子において、カラーフィルタが、透明基板上に
樹脂中に遮光剤を分散させてなる樹脂ブラックマトリク
スと３原色からなる着色層を設けたカラーフィルタであ
り、（Ａ）前記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内の
マトリクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁を形
成し、（Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内
のマトリクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁上
に３原色からなる着色層の積層により形成されたスペー
サーを有することを特徴とするカラー液晶表示素子であ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。

【００１４】本発明の液晶表示素子に使用するカラーフ
ィルタは、透明基板上に樹脂および遮光剤からなる樹脂
ブラックマトリクスを設け、さらにその上に３原色から
なる着色層を複数配列したものである。カラーフィルタ
は３原色からなる各着色層により被覆された画素を一絵
素とし、多数の絵素により構成されている。ここで言う
ブラックマトリクスは、表示領域内のマトリクス、すな
わち、各画素間に配列された遮光領域を形成するととも
に、表示領域周辺部に設けられた額縁を形成する。表示
領域内のマトリクスは液晶表示素子の表示コントラスト
を向上させるために設けられており、表示領域周辺部に
設けられた額縁は画面周辺部における光の漏れ込みを防
ぐために形成されている。

【００１５】本発明のカラーフィルタに用いられる透明
基板としては、特に限定されるものでなく、石英ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、表面
をシリカコートしたソーダライムガラスなどの無機ガラ
ス類、有機プラスチックのフィルムまたはシートなどが
好ましく用いられる。

【００１６】この透明基板上に樹脂および遮光剤からな
る樹脂ブラックマトリクスを設けるが、ブラックマトリ
クスに用いられる樹脂としては、特に限定されないが、
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、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン
系樹脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が
好ましく用いられる。ブラックマトリクス用樹脂は、画
素や保護膜に用いられる樹脂よりも高い耐熱性を有する
樹脂が好ましく、また、ブラックマトリクス形成後の工
程で使用される有機溶剤に耐性を持つ樹脂が好ましいこ
とからポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられる。

【００１７】ポリイミド系樹脂としては、特に限定され
ないが、通常一般式（１）で表される構造単位を主成分
とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を、加熱もしく
は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いら
れる。

【００１８】

【化１】また、ポリイミド系樹脂には、イミド結合の他に、アミ
ド結合、スルホン結合、エーテル結合、カルボニル結合
などのイミド結合以外の結合が含まれていても差支えな
い。

【００１９】上記一般式（１）中、Ｒ₁ は少なくとも２
個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基であ
る。耐熱性の面から、Ｒ₁ は環状炭化水素、芳香族環又
は芳香族複素環を含有し、かつ、炭素数６〜３０の３価
または４価の基が好ましい。

【００２０】Ｒ₁ の例として、フェニル基、ビフェニル
基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフ
ェニルエーテル基、ジフェニルスルホン基、ジフェニル
プロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオ
ロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基など
が挙げられるが、これらに限定されない。

【００２１】Ｒ₂ は少なくとも２個以上のい炭素原子を
有する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ₂ は
環状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、か
つ炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ₂ の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルホン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノ
ン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニル
メタン基、ジシクロヘキシルメタン基などが挙げられる
が、これらに限定されない。構造単位（１）を主成分と
するポリマは、Ｒ₁ 、Ｒ₂ がこれらのうち各々１種から
構成されていても良いし、各々２種以上から構成される
共重合体であつてもよい。さらに、基板との接着性を向
上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン
成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノ
プロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合する
のが好ましい。

【００２２】構造単位（１）を主成分とするポリマーの
具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、３、３
´，４、４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、３、３´，４、４´−ビフェニルトリフルオロプロ
パンテトラカルボン酸二無水物、３、３´，４、４´−
ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、２，
３，５，−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物
などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無
水物と、パラフェニレンジアミン、３、３´−ジアミノ
ジフェニルエーテル、４、４´−ジアミノジフェニルエ
ーテル、３、４´ジアミノジフェニルエーテル、３、３
´−ジアミノジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノ
ジフェニルスルホン、４、４´−ジアミノジシクロヘキ
シルメタン、４、４´−ジアミノジフェニメタンなどの
群から選ばれた１種以上のジアミンから合成されたポリ
イミド前駆体が挙げられるが、これらに限定されない。
これらのポリイミド前駆体は公知の方法すなわち、テト
ラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わ
せ、溶媒中で反応させることにより合成される。

【００２３】ブラックマトリクス用の遮光剤としては、
カーボンブラック、酸化チタン、四酸化鉄などの金属酸
化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他に、赤、青、緑色の
顔料の混合物などを用いることができる。この中でも、
特にカーボンブラックは遮光性が優れており、特に好ま
しい。分散のよい粒径の小さいカーボンブラックは主と
して茶系統の色調を呈するので、カーボンブラックに対
する補色の顔料を混合させて無彩色にするのが好まし
い。

【００２４】ブラックマトリクス用の樹脂がポリイミド
の場合、黒色ペースト溶媒としては、通常、Ｎ−メチル
−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどのアミド系極性溶
媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒など
が好適に使用される。

【００２５】カーボンブラックやカーボンブラックに対
して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法としては、
例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤等を
混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、ボー
ルミル等の分散機中で分散させる方法などがあるが、こ
の方法に特に限定されない。また、カーボンブラックの
分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上のため
に種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２６】樹脂ブラックマトリクスの製法としては、
黒色ペーストを透明基板上に塗布・乾燥した後に、パタ
ーニングを行う。黒色ペーストを塗布する方法として
は、ディップ法、ロールコータ法、スピナー法、ダイコ
ーティング法、ワイヤーバーによる方法などが好適に用
いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加
熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用
する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常
６０〜２００℃で１〜６０分加熱することが好ましい。

【００２７】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、
また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、前
駆体からポリイミド系樹脂を得る場合には、塗布量によ
り若干異なるが、通常２００〜３００℃で１〜６０分加
熱するのが一般的である。以上のプロセスにより、透明
基板上に額縁を有するブラックマトリクスが形成され
る。

【００２８】本発明で用いられる樹脂ブラックマトリク
スの膜厚は、好ましくは０．５〜１．５μｍ、より好ま
しくは０．８μｍ〜１．２μｍである。後述するように
樹脂ブラックマトリクスの膜厚は液晶表示素子のセルギ
ャップを確保する上で重要であり、膜厚が０．５μｍよ
りも薄い場合は、十分なセルギャップの確保が難しくな
り、また、遮光性が不十分になることからも好ましくな
い。また、膜厚が１．５μｍよりも厚い場合は、遮光性
は確保できるものの、カラーフィルタの平坦性が犠牲に
なり易く、段差が生じ易い。表面段差が生じた場合、カ
ラーフィルタ上部に透明導電膜や液晶配向膜を形成させ
ても段差は殆ど軽減されず、液晶配向膜のラビングによ
る配向処理が不均一になったり、セルギャップにバラツ
キが生じたりして、液晶表示素子の表示品位が低下す
る。表面段差を小さくするためには、着色層上に透明保
護膜を設けることが有効であるが、カラーフィルタの構
造が複雑になり、製造コストが高くなる点では不利であ
る。

【００２９】また、樹脂ブラックマトリクスの遮光性
は、ＯＤ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、
液晶表示素子の表示品位を向上させるためには、好まし
くは２．５以上であり、より好ましくは３．０以上であ
る。また、樹脂ブラックマトリクスの膜厚の好適な範囲
を前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定めら
れるべきである。

【００３０】樹脂ブラックマトリクスの反射率は、反射
光による影響を低減し液晶表示素子の表示品位を向上さ
せるために、４００〜７００ｎｍの可視領域での視感度
補正された反射率（Ｙ値）で２％以下が好ましく、より
好ましくは１％以下である。樹脂ブラックマトリクス間
には、通常（２０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μ
ｍの開口部が設けられるが、この開口部を少なくとも被
覆するように３原色からなる着色層が複数配列される。

【００３１】カラーフィルタを構成する着色層は、少な
くとも３原色の色彩を含む。すなわち、加色法によりカ
ラー表示を行う場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色が選ばれ、減色法によりカラー表示を行う場合
は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の
３原色が選ばれる。一般には、これらの３原色を含んだ
要素を１単位としてカラー表示の絵素とすることができ
る。着色層には、着色剤により着色された樹脂が用いら
れる。

【００３２】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料などを好適に用いることができ、
さらには、紫外線吸収剤、分散剤、レベリング剤などの
種々の添加剤を添加しても良い。有機顔料としては、フ
タロシアニン系、アジレーキ系、縮合アゾ系、キナクリ
ドン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系が
好適に用いられる。

【００３３】着色層に用いられる樹脂としては、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、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ゼラチンなどの感光性または非感光性の材料が好ま
しく用いられ、着色剤をこれらの樹脂中に分散あるいは
溶解させて着色することが好ましい。感光性の樹脂とし
ては、光分解型樹脂、光架橋型樹脂光重合型樹脂などの
タイプがあり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノ
マ、オリゴマまたはポリマと紫外線によりラジカルを発
生する開始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミッ
ク酸組成物などが好適に用いられる。非感光性の樹脂と
しては、上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なもの
が好ましく用いられるが、透明導電膜の成膜工程や液晶
表示素子の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱
性を有する樹脂が好ましく、また、液晶表示素子の製造
工程で使用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好まし
いことから、ポリイミド系樹脂が特に好ましく用いられ
る。

【００３４】着色層を形成する方法としては、着色ペー
ストを樹脂ブラックマトリクスを形成した基板上に塗布
・乾燥した後に、パターニングを行う。着色剤を分散ま
たは溶解させ着色ペーストを得る方法としては、溶媒中
に樹脂と着色剤を混合させた後、三本ロール、サンドグ
ラインダー、ボールミル等の分散機中で分散させる方法
などがあるが、この方法に特に限定されない。

【００３５】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコータ
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーに
よる方法などが好適に用いられ、この後、オーブンやホ
ットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行う。
セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト塗布
量によりことなるが通常６０〜２００℃で１〜６０分加
熱することが好ましい。

【００３６】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にポジ
型フォトレジストの被膜を形成した後に、また、樹脂が
感光性の樹脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮
断膜を形成した後に、露光・現像を行う。必要に応じ
て、ポジ型フォトレジストまたは酸素遮断膜を除去し、
また、加熱乾燥（本キュア）する。本キュア条件は、樹
脂により異なるが、前駆体からポリイミド系樹脂を得る
場合には、通常２００〜３００℃で１〜６０分加熱する
のが一般的である。以上のプロセスにより、ブラックマ
トリクスを形成した基板上にパターニングされた着色層
が形成される。

【００３７】上記のように樹脂ブラックマトリクスを形
成した基板上に第１色目の着色層を全面にわったて形成
した後に、不必要な部分をフォトリソグラフィ法により
除去し、所望の第１色目の着色層のパターンを形成す
る。この場合、樹脂ブラックマトリクスの開口部を少な
くとも被覆する部分と着色層の積層によりスペーサーを
形成する部分に着色層を残す。着色層の積層によりスペ
ーサーを形成する部分は表示領域内のマトリクス上およ
び表示領域周辺部に設けられた額縁上の双方である。第
２色目、第３色目も同様な操作を繰り返し、樹脂ブラッ
クマトリクスの開口部上には１層の着色層が、また、ス
ペーサーには３層の着色層が残るように着色層を形成す
る。開口部上の着色層とスペーサーを形成する着色層と
は連続していても、また、分離されていても差支えな
い。ただし、カラーフィルタ上に形成するＩＴＯ膜を開
口部上の着色層とスペーサー間で断線させ、カラーフィ
ルタ側と対向基板との導通を防止する場合は、開口部上
の着色層とスペーサーを形成する着色層とは分離・分画
されている方が好ましい。

【００３８】３原色の着色層の膜厚は、特に限定されな
いが、１層当たり１〜３μｍであることが好ましく、こ
の場合の３原色の着色層の各膜厚の合計は、３〜９μｍ
となる。合計膜厚が３μｍよりも小さい場合には、十分
なセルギャップが得られず、また、９μｍを越える場合
には、着色層の均一塗布が難しくなり、さらにカラーフ
ィルタ上に形成される透明導電膜の信頼性が低下し、好
ましくない。

【００３９】本発明のカラーフィルタを用いてセルギャ
ップを保持した場合は、例えば、３原色としてＲ、Ｇ、
Ｂを選んだ場合、Ｒに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋ（樹脂ブラ
ックマトリクス）の膜厚が、Ｇに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂｋ
の膜厚が、また、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚が液
晶表示素子におけるセルギャップに相当することにな
る。

【００４０】着色層を形成するペーストにおいて着色剤
の分散性を上げたり、均一塗布などを目的としてレベリ
ング性を向上させた場合には、３原色からなる着色層の
積層により形成されたスペーサー高さは、画素部におけ
る３原色の着色層の各膜厚の合計よりも小さくなる。す
なわち、セルギャップはＲに対してはＧ＋Ｂ＋Ｂｋの膜
厚よりも小さくなり、同様にＧに対してはＢ＋Ｒ＋Ｂ
ｋ、また、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚よりも小さ
くなる。

【００４１】本発明における３原色からなる着色層の積
層により形成されたスペーサーが樹脂ブラックマトリク
ス上および額縁上に形成されるが、スペーサーの面積や
配置場所は液晶表示素子を作成する場合にカラーフィル
タと対向するアクテイブマトリクス基板の構造に大きく
影響を受ける。そのため対向する透明電極基板側の制約
がない場合は、スペーサーの面積や配置場所は、特に限
定されないが、画素のサイズを考えた場合、表示領域内
のマトリクス上に設けられるスペーサーひとつ当たりの
面積は、１０μｍ² 〜１０００μｍ² であることが好ま
しい。１０μｍ² よりも小さい場合は、精密なパターン
の形成や積層が難しく、また、１０００μｍ² よりも大
きい場合は、スペーサー部の形状にもよるがブラックマ
トリクス上に完全に配置することが難しくなる。また、
表示領域周辺部に設けられた額縁上のスペーサーの面積
は、１０μｍ² 以上であれば特に限定されるものでな
い。表示領域内のマトリクス上に設けられるスペーサー
とは面積を変えることも、単位面積当たりの数を変える
ことも可能である。液晶表示素子を製造する際のカラー
フィルタと透明電極基板との貼り合わせ条件にもよる
が、例えば、表示領域内のマトリクス上に設けられるス
ペーサーよりも面積を大きくしても差支えない。

【００４２】また、本発明では、透明電極基板がカラー
フィルタのスペーサーと接触する部位に絶縁膜を形成す
ることが好ましい。スペーサー上にも均一に透明導電膜
が形成されており、対向基板である透明電極基板側の透
明導電膜や回路と極く薄い配向膜を挟んで近接・接触
し、電気的に短絡してしまう危険が大きい。スペーサー
と接触する部位の絶縁膜は、抵抗値の大きい無機酸化物
あるいはポリマーから選ばれる。無機酸化物としては例
えば、ＳｉＮｘ（シリコンナイトライド）、ＳｉＯ₂
（シリコンオキサイド）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）、Ｔ
ａＯｘ（タンタルオキサイド）、ＭｏＯｘ（モリブデン
オキサイド）、Ｃｒ₂ Ｏ₃ （クロムオキサイド）、Ｔｉ
Ｏ₂ （チタニア）、ＺｒＯ₂ （ジルコニア）、ＣｅＯ₂
（セリウムオキサイド）、ＭｇＯ（マグネシウムオキサ
イド）、ＢｅＯ（ベリリウムオキサイド）などであり、
ポリマーとしてはポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル
樹脂など絶縁性を保ち、液晶に不溶ならば何でもよい。

【００４３】スペーサーと接触する部位の絶縁膜は、Ｔ
ＦＴの形成工程中あるいは別途設けられた工程で設置す
る。絶縁膜の設置位置は、表示のための開口部を除いて
任意に選べる。ＴＦＴ上でも配線上でも、また、額縁上
でも、絶縁面積としてはスペーサーの面積より大きくし
て位置ズレが多少起こっても導通しないよう配慮する。
以上のアクティブマトリクス基板側への絶縁膜の設置
により、カラーフィルタのスペーサーとアクティブマト
リクス基板との導通の危険性をより確実に回避すること
ができる。

【００４４】次に本発明のカラーフィルタを用いて作成
したカラー液晶表示素子について説明する。本発明のカ
ラー液晶表示素子を図１に示すが、上記カラーフィルタ
と透明電極基板とを対向させて作成する。カラーフィル
タには、必要に応じて着色層上に透明保護膜を設けても
差支えないが、構成が複雑になり、製造コストを考えた
場合に不利である。また、カラーフィルタ上にはＩＴＯ
膜などの透明電極を形成する。カラーフィルタと対向す
る透明電極基板としては、ＩＴＯ膜などの透明電極が透
明基板上にパターン化されて設けられる。透明電極基板
上には、透明電極以外に、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、
信号線などとともに本発明の絶縁部位を設け、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。透明電極を有するカラーフィルタおよび透明電極基
板上には液晶配向膜が設けられ、ラビングなどによる配
向処理が施される。配向処理後にシール剤を用いてカラ
ーフィルタおよび透明電極基板を貼り合わせ、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。偏光板を基板の外側に貼り合わせ後に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。

【００４５】本発明のカラーフィルタおよびそれを用い
たカラー液晶表示素子は、パソコン、ワードプロセッサ
ー、エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲー
ションシステム、液晶テレビ、ビデオなどの表示画面に
用いられ、また、鮮明な画質の液晶プロジェクションな
どにも好適に用いられる。

【００４６】以下、好ましい実施態様を用いて本発明を
更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。

【００４７】

【実施例】

（樹脂ブラックマトリクスの作成）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、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、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。

【００４８】下記の組成を有する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、ブラックペーストを調製
した。

【００４９】カーボンブラックミルベースカーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化成（株）製）４．６部ポリイミド前駆体溶液２４．０部Ｎ−メチルピロリドン６１．４部ガラスビーズ９０．０部３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用
いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃
で２０分間セミキュアした。続いて、ポジ型レジスト
（Shipley “Microposit”RC100 30cp）をスピナーで塗
布し、９０℃で１０分間乾燥した。レジスト膜厚は１．
５μｍとした。キャノン（株）製露光機ＰＬＡ−５０１
Ｆを用い、フォトマスクを介して、露光を行った。

【００５０】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、
基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒
で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型レジスト
の現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行っ
た。現像時間は、６０秒であった。その後、メチルセル
ソルブアセテートでポジ型レジストを剥離し、さらに、
３００℃で３０分間キュアし、額縁を有する樹脂ブラッ
クマトリクス基板を得た。樹脂ブラックマトリクスの膜
厚は、０．９０μｍであり、ＯＤ値は３．０であった。
また、樹脂ブラックマトリクスとガラス基板との界面に
おける反射率（Ｙ値）は１．２％であった。

【００５１】（着色層の作成）次に、赤、緑、青の顔料
として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で示
されるジアントラキノン系顔料、Color Index No.74265
Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリーン
系顔料、Color Index No.74160 Pigment Blue15-4で示
されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリイ
ミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、赤、
緑、青の３種類の着色ペーストを得た。

【００５２】まず、樹脂ブラックマトリックス基板上に
青ペーストを塗布し、８０℃で１０分熱風乾燥し、１２
０℃２０分間セミキュアした。この後、ポジ型レジスト
（Shipley "Microposit" RC100 30cp ）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（Shipley "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。着色画素部の膜厚は２．０μｍであっ
た。このパターニングにより青色画素の形成とともに樹
脂ブラックマトリクス上および額縁上にスペーサーの１
段目を形成した。

【００５３】水洗後に、同様にして、赤色画素の形成と
ともに樹脂ブラックマトリクス上および額縁上にスペー
サーの２段目を形成した。赤色画素部の膜厚は、１．８
μｍであった。

【００５４】さらに水洗後に、同様にして、緑色画素の
形成とともに樹脂ブラックマトリクス上および額縁上に
スペーサーの３段目を形成し、カラーフィルタを作成し
た。緑色画素部の膜厚は、１．９μｍであった。

【００５５】着色層の積層により樹脂ブラックマトリク
ス上および額縁上に設けられたスペーサー部の面積は、
一個当たり約１００μｍ² であった。スペーサーの高さ
（樹脂ブラックマトリクスおよび額縁上の着色層３層分
の厚さ）は、５．０μｍであり、これは着色層の各膜厚
の合計（５．７μｍ）よりも低い。なおスペーサーは、
１画素に１個の割合で画面内に設けた。また画面周辺に
樹脂ブラックマトリクスで形成した額縁上にも画面内と
同様な密度で色重ねによるスペーサーを設けた。

【００５６】（カラー液晶表示素子の作成）上記カラー
フィルタ上にスパッタリング法によりＩＴＯ膜をマスク
成膜した。ＩＴＯ膜の膜厚は、１５００オングストロー
ムであり、表面抵抗は２０Ω／□であった。このＩＴＯ
膜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。

【００５７】一方、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を
備えた透明電極基板は以下のように作成した。

【００５８】まず、透明の無アルカリガラス基板（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）上にクロムを真空蒸着
により膜付けし、フォトエッチングの手法によってゲー
ト電極をパターニングした。次に、プラズマＣＶＤによ
り、約５０００オングストローム厚さのシリコンナイト
ライド膜（ＳｉＮｘ）を形成し、絶縁膜とした。引き続
いて、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）およびエッ
チングストッパ膜層としてのＳｉＮｘを連続形成した。
次に、フォトエッチングの手法によってエッチングスト
ッパ層のＳｉＮｘをパターニングした。この時、スペー
サと接触する部位はエッチングせず、一個当たり面積を
約２５０μｍ² として残した。オーミックコンタクトを
とるためのｎ＋ａ−Ｓｉの成膜とパターニング、さら
に、表示電極となる透明電極（ＩＴＯ）を成膜し、パタ
ーニングした。この時、スペーサと接触する部位をエッ
チングして、一個当たりの面積約２５０μｍ² の透明電
極がなく下地のＳｉＮｘが剥きだしとなる部分を作成し
た。さらに配線材料としてのアルミの全面蒸着を行い、
フォトエッチングの手法によってドレイン電極とソース
電極を作成した際、前記したスペーサと接触する部位と
なる一個当たりの面積約２５０μｍ² のＳｉＮｘが剥き
だし部分に蒸着されたアルミをエッチングにより除い
た。ドレイン電極とソース電極をマスクとしてチャンネ
ル部のｎ＋ａ−Ｓｉをエッチング除去し、ＴＦＴを完成
させた。

【００５９】最後に、カラーフィルタ同様にポリイミド
系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。

【００６０】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セルを作成した。得られた液晶
表示素子は、セルギャップの均一性に優れた良好な表示
品位のものであった。

【００６１】

【発明の効果】本発明のカラーフィルタは、着色層の積
層により形成されたスペーサーを樹脂ブラックマトリク
スおよび額縁上に設け、対応する透明基板側に絶縁部位
を設けたものであり、これを用いて液晶表示素子を作成
した場合に以下の効果が得られる。

【００６２】(1) スペーサーが画素部上に存在せず、ス
ペーサーによる光の散乱や透過による表示品位の低下が
なく、特に表示のコントラストが向上する。

【００６３】(2) スペーサーが面で対向する透明電極基
板と接触するために、配向膜や透明電極の破損が少な
く、欠陥の少ない表示が得られる。

【００６４】(3) スペーサーを散布する工程が不要にな
り、液晶表示素子の製造工程が簡略化される。

【００６５】(4) スペーサーの粒度分布を高精度に管理
する必要がなく、液晶表示素子の製造が容易になる。

【００６６】(5) 表示領域内および額縁において樹脂ブ
ラックマトリクスとと着色層２層分の膜厚のセルギャッ
プが保持され、十分均一なセルギャップを持った液晶表
示素子が得られる。

【００６７】(6) カラーフィルタ上のＩＴＯ膜の耐久性
が良好である。

【００６８】(7) スペーサー上のＩＴＯを介してのカラ
ーフィルタ上の透明（コモン）電極とアクティブマトリ
クス基板側の透明電極や回路との電気的な短絡の危険を
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られたカラーフィルタを使用し
たカラー液晶表示素子の断面図である。

【図２】従来のカラー液晶表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１、１３…透明基板（ガラス基板）２…樹脂ブラックマトリクス３…着色層（Ｂ）４…着色層（Ｒ）５…着色層（Ｇ）６…透明電極７、９…配向膜８…液晶１０…画素電極１１…絶縁膜１２…液晶駆動回路付属電極１４…クロムブラックマトリクス１５…保護膜１６…プラスチックビーズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に樹脂中に遮光剤を分散させて
なる樹脂ブラックマトリクスを設け、さらにその上に３
原色からなる着色層を複数配列したカラーフィルタにお
いて、（Ａ）前記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内のマト
リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁を形成
し、（Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内のマト
リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁上に３原
色からなる着色層の積層により形成されたスペーサーを
有することを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】樹脂ブラックマトリクスを形成する樹脂が
ポリイミド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。
【請求項３】樹脂ブラックマトリクスの膜厚が、０．５
〜１．５μｍである請求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項４】樹脂ブラックマトリクスのＯＤ値が、２．
５以上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。
【請求項５】樹脂ブラックマトリクスの反射率が、２％
以下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。
【請求項６】３原色からなる着色層がポリイミドからな
ることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項７】３原色からなる着色層の各膜厚の合計が、
３〜９μｍである請求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項８】表示領域内のマトリクス上に形成された３
原色からなる着色層の積層により形成されたスペーサー
の面積が１個当り１０μｍ² 〜１０００μｍ² である請
求項１記載のカラーフィルタ。
【請求項９】透明電極基板と透明電極を有するカラーフ
ィルタにより液晶層を狭持したカラー液晶表示素子にお
いて、カラーフィルタが、透明基板上に樹脂中に遮光剤
を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスと３原色から
なる着色層を設けたカラーフィルタであり、（Ａ）前記樹脂ブラックマトリクスが表示領域内のマト
リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁を形成
し、（Ｂ）前記樹脂ブラックマトリクスの表示領域内のマト
リクスおよび表示領域周辺部に設けられた額縁上に３原
色からなる着色層の積層により形成されたスペーサーを
有することを特徴とするカラー液晶表示素子。
【請求項１０】透明電極基板がカラーフィルタのスペー
サーと接触する部位に絶縁膜を有することを特徴とする
請求項９記載のカラー液晶表示素子。