JPH04301604A - カラーフィルタおよびその製造方法およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタおよび
その製造方法、さらに、これを用いた液晶表示装置に関
する。

【０００３】

【従来の技術】需要の拡大が近年著しい液晶表示装置や
、屋外で使用される大型表示装置の画素を構成する蛍光
放電管などには、これらの装置のカラ−表示を可能とす
るカラーフィルタが使用されている。

【０００４】図３に、カラ−液晶表示装置に用いられて
いるカラーフィルタの一例を示す。同図において、この
カラーフィルタ３１は、透明基板３２の一方の面上の個
々の画素を仕切る部分にブラックマトリクス３３を設け
、このブラックマトリクス３３により形成された画素部
に着色層３４を形成し、これらの上に透明保護膜３５、
透明電極３６、配向膜３７を順に積層した構造を有する
。そして、カラ−液晶表示装置は、上記カラーフィルタ
３１を、透明基板３８上に個々の画素に対応する位置に
画素電極３９を形成したアレイ基板４０と対向配置させ
、これらの間に液晶組成物４１を挟持させるとともに、
これらの両面に偏光板４２、４３を一体に積層した構造
を有する。

【０００５】ところで、カラ−液晶表示装置の特性は、
カラーフィルタの品質に大きく依存することは知られて
いるところであるが、従来、カラーフィルタ３１の透明
基板３２にはガラス基板などが用いられ、ブラックマト
リクス３３は、スパッタリング法により形成したＣｒ薄
膜をパタ−ンエッチングする方法、あるいは感光剤を含
む黒色染料を塗布して形成した薄膜を露光してパタ−ン
作製する方法などにより形成されている。また、着色層
は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応する
　３種類の色素が　１種類づつ各画素部に配置され、各
色素を画素部に配置する方法としては、染色法、染料分
散法、顔料分散法、印刷法、電着法、色素蒸着法などの
方法が用いられている。さらに、透明保護膜３５にはア
クリル樹脂やエポキシ樹脂などが使用され、透明電極３
６にはＩ．Ｔ．Ｏ．（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄ
ｅ）薄膜が、配向膜３７にはポリイミド薄膜が一般に用
いられている。

【０００６】しかしながら、このような従来のカラーフ
ィルタに係る技術には、未だ改善すべき点が少なくなく
、なかでも色素の配置プロセスは、得られるカラーフィ
ルタの特性や製造コストに大きく影響するところで、上
述したように各種の方式が知られているものの、それぞ
れに一長一短があった。

【０００７】すなわち、染色法では、耐水性、耐薬品性
特に耐アルカリ性、および耐熱性に乏しい着色層となる
。このため、たとえば、透明電極形成時にその抵抗率を
低下させるために、通常、Ｉ．Ｔ．Ｏ．などの薄膜形成
後、加熱処理を行っているが、その処理温度を高く上げ
ることができず、十分に低抵抗率の透明電極を得ること
ができなくなって、これを用いた表示装置の画像コント
ラストが低下する。

【０００８】染色分散法では、耐水性、耐薬品性は染色
法より改善されるが、耐熱性は染料本来の性質によるも
のであるため改善されず、そのうえ工程数が多く、また
、高価な分散剤を使用するため製造コストが高くなると
いう難点がある。

【０００９】顔料分散法では、耐熱性は十分で上記のよ
うな問題はないが、高価な有機顔料を使用し、しかも、
この顔料は画素部でない部分にも一旦塗布する工程を経
るため、多量の顔料を必要とし製造コストが非常に高い
ものとなる。

【００１０】印刷法では、画素部に正確に色素を配置す
るための精度がカラ−フィルタ寸法が大きくなると乏し
くなるため、印刷寸法に限界を有し、また、印刷画素の
表面平滑性に劣るという難点がある。

【００１１】電着法では、その原理上、透明基板上に透
明電極を設け、この上に色素を配置して着色層を形成す
ることになるため、耐熱性の要求は上記各方式に比較し
て小さいという利点がある一方、液晶表示装置を駆動す
る際には、透明電極と対向する電極との間に着色層を挟
んで電圧を印加することになり、しかも、電着法により
形成された着色層は導電率が極めて小さいため、液晶層
にかかる電圧が低くなり、得られる画像のコントラスト
が低下するという難点がある。この難点を解消するため
、特開昭６４−８０９８４号公報に示されているように
、透明電極上に高分子膜を電解重合により形成し、その
後、染料を含有する溶液に浸漬し電圧を印加して高分子
膜を染料する方法が提案されているが、この方法では高
分子膜形成と高分子膜染色の　２工程が必要になり、コ
スト高となる難点を生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のカ
ラ−フィルタの着色層形成方式にはそれぞれ難点があり
、したがって、またかかる方法で得られたカラ−フィル
タおよびこれを用いた液晶表示装置も、特性面や製造コ
スト面で未だ満足すべきものが得られていないのが実状
である。

【００１３】ところで、上記各着色層形成方式を再度総
括し検討すると、染色法、染料分散法、顔料分散法、お
よび印刷法では、透明基板上に着色層を形成した後に透
明電極を形成している。他方、電着法では、透明基板上
に透明電極を形成した後に着色層を形成している。そし
て、透明電極の形成は、いずれの方法でも、スパッタリ
ング法などによるＩ．Ｔ．Ｏ．などの薄膜形成後、抵抗
率を下げるために加熱処理を行っている。したがって、
前者の染色法などでは、十分に低抵抗率の透明電極を得
るだけの加熱処理温度に耐え得る耐熱性が要求されるが
、染料を使用する方法では加熱処理温度を上げられず、
十分に低抵抗率の透明電極を得ることができずに、画像
のコントラストが低くなる。顔料を使用する場合は耐熱
性は十分であるが、前述したように製造コストが高くな
る。印刷法では、印刷寸法に限界があるうえに表面平滑
性に劣る。他方、後者の電着法では、透明電極形成後着
色層を形成するため、十分に低抵抗率の透明電極を得る
ことにおいては問題がないが、透明電極上に絶縁物であ
る着色層があるため液晶層へかかる実効電圧が減少し、
画像のコントラストが低下する。また、この電着法を改
善した高分子膜染色法においては製造コストの問題が残
る。

【００１４】以上を総合すると、特性上、透明電極の形
成は着色層の形成前に行われることが望ましく、かつ、
透明電極上に形成される着色層は液晶層へかかる実効電
圧を減少させないものとすることが望ましい。しかも、
形成面積の制限や製造コストの上昇をもたらさないこと
が望ましい、本発明はこのような知見に基づいてなされ
たもので、透明電極の形成が着色層の形成前に行われ、
かつ、透明電極上に形成される着色層を液晶層へかかる
実効電圧を減少させないものとすることを、形成面積の
制限や製造コストの上昇を招くことなく実現することに
よって、従来技術の上記問題点を解決し、画像コントラ
ストが良好で色むらもない大面積で製造コストも安価な
カラーフィルタおよびその製造方法、さらに、これを用
いた液晶表示装置を提供することを目的とする。　　［
発明の構成］

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
は、透明基板上に透明電極を有し、この透明電極上に前
記透明基板に対しほぼ垂直に配向した鎖状の有色導電性
高分子の集合体からなる透明着色層を具備することを特
徴としている。

【００１６】また、本発明のカラーフィルタの製造方法
は、透明基板上に透明電極を形成する工程と、前記透明
電極上にニトリルブタジエンラバ−からなる薄膜を形成
する工程と、前記透明電極とニトリルブタジエンラバ−
からなる薄膜が形成された透明基板を、有色導電性高分
子のモノマ−と支持塩とを含む溶液中に対向電極ととも
に浸漬し、前記透明電極と前記対向電極との間に電圧を
印加して前記透明電極上に着色された導電性高分子の薄
膜を前記ニトリルブタジエンラバ−からなる薄膜中を通
して前記透明電極上に形成する工程とを有することを特
徴としている。さらに、本発明の液晶表示装置は、前記
カラーフィルタ、すなわち透明基板上に透明電極を有し
、この透明電極上に前記透明基板に対しほぼ垂直に配向
した鎖状の有色導電性高分子の集合体からなる透明着色
層を具備したことを特徴としている。

【００１７】本発明のカラーフィルタの着色層を構成す
る導電性高分子としては、チオフェン、３−メチルチオ
フェン、２−ベンゾチオフェンなどのチオフェン誘導体
、フラン、２−メチルチオフェン、ベンゾフランなどの
フラン誘導体などのヘテロ５員環化合物を単量体とする
ポリマー、アニリンやその誘導体、ジフェニルアミンな
どの芳香族アミノ化合物を単量体とするポリマー、ピレ
ン、アズレン、フルオレンなどの芳香族炭化水素化合物
を単量体とするポリマー、ビニルカルバゾ−ルなどのビ
ニル化合物を単量体とするポリマー、ジブロムピリジン
、テトラブロモキシレンなどの芳香族ハロゲン化合物を
単量体とするポリマーなどがあげられるが、その他単量
体の分子内に２重結合あるいは３重結合を有する構造の
高分子で、かつ色を有するものであれば、特に前記のも
のに限定されるものではない。

【００１８】本発明においては、透明基板、たとえばガ
ラス基板の上に、Ｉ．Ｔ．Ｏ．、酸化スズ、酸化インジ
ウムなどをスパッタリング法や真空蒸着法などにより成
膜して透明電極が形成される。

【００１９】また、この透明電極上に透明基板に対しほ
ぼ垂直に配向した鎖状の有色導電性高分子の集合体から
なる透明着色層を形成するには、まず、透明電極上にニ
トリルブタジエンラバ−の薄膜を、スピンコ−ト法やキ
ャスト法などの方法により形成する。なお、ニトリルブ
タジエンラバ−は次式で示す構造式を有する。

【００２０】

【化１】

【００２１】次いで、図２に示すように、透明電極２１
とニトリルブタジエンラバ−からなる薄膜２２が順に形
成された透明基板２３を、上に挙げたような有色導電性
高分子のモノマ−と支持塩とを含む溶液（電解重合液）
２４中に対向電極２５、たとえば白金などからなる電極
とともに浸漬し、両電極２１、２５間に所要の電圧を印
加することにより、ニトリルブタジエンラバ−からなる
薄膜２２を通して透明電極２１上に、有色導電性高分子
を重合析出させる。この結果、透明基板２３に対しほぼ
垂直に配向した鎖状の有色導電性高分子の集合体からな
る透明着色層（図示なし）が最終的に形成される。ここ
で形成された透明着色層は導電性を有し、たとえばポリ
チオフェンでは１０２　　Ｓｃｍ−１、ポニアニリンで
は１０　Ｓｃｍ−１の導電率を有する。図２中、２６は
、両電極２１、２５間に電圧を印加するための定電圧電
源、２７および２８は、それぞれ参照電極および電位差
計である。

【００２２】なお、上記支持塩としては、特に限定はな
いが、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４　、ＬｉＰＦ４　など
の化学式で表されるものの中から　１種を選択して使用
することが望ましい。また、有色導電性高分子のモノマ
−と支持塩を溶解させる溶媒としては、プロピレンカ−
ボネ−ト、アセトニトリル、水などが使用される。

【００２３】上記有色導電性高分子は酸化還元に伴って
その吸収スペクトルが可逆的に変わる。各種の有色導電
性高分子が、酸化還元状態で有する色を、チオフェン誘
導体とアニリン誘導体を単量体とする高分子を例にして
表１に示す。

【００２４】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　［表１］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　単量体　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　高分子の色　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化体　　　　　
　還元体　　　　　　　　　　　　　　チオフェン　　
　　　　　　　　　　　　　　青色　　　　　　　　赤
色　　　　　　　　　　　　３−メチルチオフェン　　
　　　　　　深青色　　　　　　赤色　　　　　　　　
　　　　２−ベンゾチオフェン　　　　　　　　無色　
　　　　　　　青色　　　　　　　　　　　　アニリン
　　　　　　　　　　　　　　　　　　緑色　　　　　
　　　無色　　　　したがって、各種導電性高分子の中
から、酸化還元のいずれかの状態で所望の色を有する導
電性高分子を選択し、これらを構成するモノマーを用い
て電解重合液を調製するとともに、透明電極上を適宜マ
スキングなどして導電性高分子を形成することにより、
所望の位置に所望の形状で所望の色に着色された層を有
するカラ−フィルタを作製することができる。

【００２５】

【作用】本発明のカラーフィルタは、透明基板上に透明
電極を有し、この透明電極上に着色層を設けた構造とさ
れているので、透明電極形成にあたって十分に高い加熱
処理を行うことができ、これを用いた表示装置において
良好なコントラストを得ることができる。

【００２６】しかも、着色層は、透明基板に対し実質的
にほぼ垂直に配向した鎖状の有色導電性高分子の集合体
からなり、導電性を有するので、これを用いた表示装置
において液晶層に印加される実効電圧を低下させること
もない。

【００２７】また、本発明の製造方法においては、ニト
リルブタジエンラバ−薄膜が電解重合液中で管状にエッ
チングされ、その後、このエッチングされた管状部に導
電性高分子が電解重合されるため、導電性高分子鎖を透
明電極に対してほぼ垂直にかつ均一な長さに配向させる
ことができ、平滑性に優れた着色層を形成することがで
き、色むらのないカラーフィルタを製造することができ
る。また、導電性高分子鎖の長さは電解時間、電流密度
、電圧などにより調整でき、これらの条件を一定に保持
することにより、大面積の透明基板上にも均一の長さの
導電性高分子鎖すなわち均一な膜厚の着色層を形成する
ことができる。

【００２８】さらに、本発明の液晶表示装置は、上記カ
ラーフィルタを用いているので、コントラストが良好で
色むらもなく高い信頼性を有したものとなる。

【００２９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００３０】まず、図１に示すように、透明基板１とし
てガラス基板を用い、このガラス基板の一主面上に、Ｉ
．Ｔ．Ｏ．をスパッタリング法により厚さ０．１　μｍ
成膜し、加熱処理して低抵抗率の透明電極２を形成した
。次いで、この透明電極２上に、厚さ０．１μｍのＣｒ
薄膜をスパッタリング法により形成し、その上にポジ型
レジスト（東京応化（株）社製　　ＰＭＥＲ　Ｐ−４０
０）をスピンナーを用いて厚さ　１μｍに塗布し、露光
、現像、エッチング、レジスト除去の各処理を順に施し
て所定の黒色パタ−ン３を形成した。続いて、この上に
ニトリルブタジエンラバ−薄膜４をスピンコ−ト法によ
り厚さ０．５μｍ形成した。

【００３１】この後、この上に、上記黒色パタ−ン３の
非形成部の一部と対応する所要の位置に所定形状の開孔
部を設けた遮蔽板（図示なし）を重ねて固定し、これを
先述の図２に示したような電解重合溶液槽に、予めその
中に対向電極および参照電極としてそれぞれ配置してお
いた白金電極およびリチウム電極に、透明電極２が対向
するように浸漬した。なお、電解重合溶液槽には、溶媒
プロピレンカーボネート中に導電性高分子を形成するモ
ノマーとしてチオフェンと支持塩としてＬｉＣｌＯ４　
をそれぞれ０．１ｍｏｌ／　ｄｍ３　溶解した電解重合
液が収容されている。

【００３２】この状態で、透明電極２と対向電極間に透
明電極電位が＋０．７５ＶｖｓＬｉ／Ｌｉ＋　となるよ
うに電圧を印加して、透明電極２上に厚さ０．５　μｍ
のポリチオフェンの薄膜を形成し、還元状態にして赤色
に着色した透明な導電性高分子膜を得た。

【００３３】この後、導電性高分子膜を形成したガラス
基板を電解重合溶液槽から取りだし、遮蔽板を取り外し
たところ、透明電極２上の黒色パタ−ン３の非形成部の
所定の位置に所定の形状の赤色に着色した透明な導電性
高分子の薄膜５ａが配置されていた。

【００３４】同様にして、緑色、青色の透明な導電性高
分子膜５ｂ、５ｃを透明電極２上に形成し、赤色、緑色
、青色の３原色を有する着色層５を形成した。なお、緑
色の透明な導電性高分子膜５ｂの形成には、電解重合液
として、溶媒プロピレンカーボネート中に導電性高分子
を形成するモノマーとしてアニリンと支持塩としてＬｉ
ＣｌＯ４　をそれぞれ０．１ｍｏｌ／　ｄｍ３　溶解し
た液を用い、薄膜形成後、酸化状態にして緑色に着色さ
せた。また、青色の透明な導電性高分子膜５ｃの形成に
は、電解重合液として、溶媒プロピレンカーボネート中
に導電性高分子を形成するモノマーとして２−ベンゾチ
オフェンと支持塩としてＬｉＣｌＯ４　をそれぞれ０．
１ｍｏｌ／　ｄｍ３　溶解した液を用い、薄膜形成後、
還元状態にして青色に着色させた。

【００３５】このようにして着色層５を形成した後、そ
の上にアクリル樹脂を有機溶剤に溶解した液をスピンナ
ーにより塗布して透明保護膜６を形成し、さらに、その
上にポリイミド樹脂をスクリーン印刷して配向膜７を形
成してカラ−フィルタを作製した。

【００３６】得られたカラーフィルタについてコントラ
スト比と面内色差を調べ、従来の染色法および顔料分散
法により作製したカラ−フィルタのそれと比較したとこ
ろ、赤色、緑色、青色表示のいずれのコントラスト比も
、実施例のカラーフィルタが従来のものに比べて優れて
おり、また、面内色差も従来のものに比べて小さく良好
な特性を有していた。以上の結果を表２に示す。

【００３７】なお、ここでコントラスト比とは、カラ−
フィルタ後方に　１枚の偏向板とバックライトを置き、
前方に　１枚の偏向板を置き、両偏向板を平行方向と垂
直方向に組み合わせた時のカラ−フィルタを透過したバ
ックライト光の輝度の比である。

【００３８】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［表２
］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　実施例　　　　比較例１　
　　　　　比較例２　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（染色法）　　　（顔料分散法）　　　　コントラ
スト比　　青色　　　　　１４２０　　　　　　　３３
０　　　　　　　　　　　４５０　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　緑色　　　　
　１０５０　　　　　　　３２０　　　　　　　　　　
　４２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　赤色　　　　　１２００　　　　　　
　２８０　　　　　　　　　　　１４０　　　　　　　
　　　　　　　　面内色差　　　　　　　　　　　　　
　　　　　０．９　　　　　　　１．５　　　　　　　
　　　　２．１　　　　　　　　　　　次に、上記カラ
−フィルタを用いて、先に説明した図３に示す液晶表示
装置と同一型の液晶表示装置を製造した。以下、図３を
引用して説明する。

【００３９】すなわち、上記構成のカラーフィルタを、
図３に示すカラ−フィルタ３１として、透明基板３８で
あるガラス基板上に所定の画素電極３９を多数形成した
アレイ基板４０と対向配置させ、これらの間に液晶組成
物４１としてトランス４−ｎ−ペンチルシクロヘキシフ
ルフェニル誘導体化合物を挟持させて、その周囲をエポ
キシ接着剤からなるシール剤４４で封止固定するととも
に、これらの両面に偏光板４２、４３を一体に積層した
。なお、基板間隔は１０μｍとした。

【００４０】このようにして得られた液晶表示装置は、
コントラストに優れ、色むらもなく良好な表示品位を有
していた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低抵抗の透明電極を有し、また、液晶層の実効電圧を低
下させることがないカラ−フィルタを、面積の制限もな
く、かつ安価に得ることができ、このカラ−フィルタを
用いることにより、コントラストに優れ色むらもない表
示品位に優れた液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のカラ−フィルタの構造を示
す断面図である。

【図２】本発明のカラ−フィルタの製造方法を説明する
図である。

【図３】カラーフィルタを用いたアクティブマトリクス
形液晶表示装置の一構造例を示す断面図である。

【符号の説明】

１、２１………透明基板 ２、２１………透明電極 ４、２２………ニトリルブタジエンラバ−薄膜５………
着色した透明な導電性高分子膜５ａ、５ｂ、５ｃ………
赤色、緑色、青色の透明な各導電性高分子膜 ２５………対向電極 ３１………カラーフィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透明基板上に透明電極を有し、この透
   明電極上に前記透明基板に対しほぼ垂直に配向した鎖状
   の有色導電性高分子の集合体からなる透明着色層を具備
   することを特徴とするカラーフィルタ。
2. 【請求項２】　　透明基板上に透明電極を形成する工程
   と、前記透明電極上にニトリルブタジエンラバ−からな
   る薄膜を形成する工程と、前記透明電極とニトリルブタ
   ジエンラバ−からなる薄膜が形成された透明基板を、有
   色導電性高分子のモノマ−と支持塩とを含む溶液中に対
   向電極とともに浸漬し、前記透明電極と前記対向電極と
   の間に電圧を印加して前記透明電極上に有色導電性高分
   子の薄膜を前記ニトリルブタジエンラバ−からなる薄膜
   中を通して形成する工程とを有することを特徴とするカ
   ラ−フィルタの製造方法。
3. 【請求項３】　　請求項１記載のカラーフィルタを具備
   したことを特徴とする液晶表示装置。