JPH09292514A - カラーフィルター及び液晶表示装置 - Google Patents

カラーフィルター及び液晶表示装置

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JPH09292514A
JPH09292514A JP10742496A JP10742496A JPH09292514A JP H09292514 A JPH09292514 A JP H09292514A JP 10742496 A JP10742496 A JP 10742496A JP 10742496 A JP10742496 A JP 10742496A JP H09292514 A JPH09292514 A JP H09292514A
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JP
Japan
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film
liquid crystal
color filter
crystal display
display device
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JP10742496A
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English (en)
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Takaharu Tsuda
敬治 津田
Shinichi Yamada
申一 山田
Tetsuya Goto
哲哉 後藤
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、基板に平行な向きの電界にて
駆動される液晶表示装置において、液晶中に有効かつ安
定に電界をかけられるカラーフィルター及びそれを有す
る液晶表示装置を提供することにある。 【解決手段】透明基板上に着色膜を形成してなるカラー
フィルターにおいて、着色膜の比誘電率が4.5以下で
あることを特徴とするカラーフィルター及びそれを有す
る液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に平行な向き
を持つ電界により駆動される液晶表示装置に使用される
カラーフィルター関する。
【0002】
【従来の技術】基板に平行な向きの電界で駆動される液
晶表示装置に使用されるカラーフィルターについては、
基板に平行な向きに有効に電界をかけるためにカラーフ
ィルターを液晶より低い比誘電率の材料、好ましくは半
分以下の比誘電率の材料で構成することが重要である
が、従来使用されていたカラーフィルターにおいては、
金属ブラックマトリックス等の高比誘電率の材料が使わ
れていたため液晶中に有効な横電界をかけることが困難
であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、基板
に平行な向きの電界にて駆動される液晶表示装置におい
て、液晶中に有効かつ安定に電界をかけられるカラーフ
ィルター及びそれを有する液晶表示装置を提供すること
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次の構成を有する。
【0005】透明基板上に着色膜を形成してなるカラー
フィルターにおいて、該着色膜の比誘電率が4.5以下
であることを特徴とするカラーフィルター。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で言うところのカラーフィ
ルターとは、任意の色数で各色別に所望のパタ−ン状に
設けられた着色層からなる画素を有し、図1で示すとこ
ろの層構成、つまり透明基板上に着色層が形成されたカ
ラーフィルターであり、主に透明基板に対して平行な向
きの電界(横電界)により駆動されるカラ−液晶表示装
置に用いられる。
【0007】本発明で言うところの着色膜とは任意の色
の光を透過する性能を有する膜であり、その比誘電率が
4.5以下、より好ましくは3.6以下であることが好
ましい。
【0008】液晶中に基板に平行な向きに有効に電界を
かけるためには、カラーフィルター構成材料の比誘電率
が、液晶の比誘電率の短軸成分、若しくは長軸成分のい
ずれかより小さいこと、より好ましくは1/2以下であ
ることが望ましい。カラーフィルター構成材料の比誘電
率が大きくなるにつれ、液晶とカラーフィルターとの界
面において電界の向きが基板に平行な向きからのずれが
大きくなり実効電界が低下するため、液晶のスイッチン
グ効率が低下するからである。着色膜は、オーバーコー
トレスカラーフィルターの場合は、液晶に直接接する、
若しくは配向膜を介して接する部分であるため、より低
比誘電率の材料であることが好ましい。
【0009】又、オーバーコート膜を有する場合でもカ
ラーフィルター全体の比誘電率を下げるという点から、
より低比誘電率の材料であることが好ましい。
【0010】薄膜トランジスタにて駆動される液晶表示
装置に使用される液晶の比誘電率の最大成分は通常8〜
12程度、少なくとも4.5以上である。従って、該着
色膜の比誘電率は4.5以下、より好ましくは3.6以
下であることが好ましい。ここで言う比誘電率は20
℃、周波数100〜100kHzでの測定値を指す。
【0011】着色膜の具体的材質としては、顔料及び染
料分散されたポリイミド膜、若しくはアクリル膜、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、顔料分散されたポリイミド膜である事がより好ま
しい。耐熱性、耐加工性、耐薬品性、プロセスの簡便
さ、という点では顔料分散されたポリイミド膜、アクリ
ル膜が好ましく、比誘電率の点からはポリイミド膜がア
クリル膜より低比誘電率であるためより好ましいからで
ある。又、ポリイミド膜を使用した場合は着色膜を直接
ラビング処理することにより、着色膜に液晶の配向規制
力を持たせることも可能であるからである。
【0012】本発明で用いられるカラーフィルターはブ
ラックマトリクスと呼ばれる、各画素間に配列された遮
光領域を有することが望ましい。液晶表示装置のコント
ラストを向上させることができるからである。
【0013】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0.1〜0.2μ
m)や樹脂中に遮光剤を分散させてなる樹脂ブラックマ
トリクスが用いられる。本発明においては金属薄膜のブ
ラックマトリクスも使用可能であるが、ポリイミド膜中
に黒色顔料を分散させてなる樹脂ブラックマトリクスを
用いることがより好ましい。低反射、耐熱性, 、耐溶剤
性に優れるという特徴を持つうえ、画素上と同様にラビ
ング処理により液晶の配向規制力を持たせることも可能
であるからである。又、樹脂を用いることによりカラー
フィルターの誘電率を低くすることができる。
【0014】本発明で用いられる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
物が望ましい。代表的な顔料の具体的な例をカラーイン
デックス(CI)ナンバ−で示す。黄色顔料の例として
はピグメントイエロー20、24、83、86、93、
94、109、110、117、125、137、13
8、139、147、148、153、154、16
6、173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、4
2、43、51、55、59、61、64、65などが
挙げられる。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、215、216、2
24などが挙げられる。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などが挙げられる。緑色
顔料の例としてはピグメントグリーン7、10、36、
47などが挙げられる。黒色顔料の例としてはピグメン
トブラック7などが挙げられる。本発明ではこれらに限
定されず種々の顔料を使用する事ができる。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物を使用してもよい。
【0015】本発明で言うところの顔料分散されたポリ
イミド膜とは、該顔料を分散したポリアミック酸溶液を
基板上に塗布する事により形成される一般式(1)で表
わされる構造単位を主成分とするポリイミド前駆体着色
被膜を加熱処理し,イミド環やその他の環状構造を有す
るポリマ(ポリイミド、ポリアミドイミド)となすこと
によって得られる着色被膜のことである。
【0016】
【化1】 ここで一般式(1)のnは1〜2である。R1は少なく
とも2個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
または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数6から30の
3価または4価の基が好ましい。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
ルフォン基、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
されるものではない。またR2は少なくとも2個の炭素
原子を有する2価の有機基である。
【0017】耐熱性の面から、R2は環状炭化水素、芳
香族環または芳香族複素環を含有し、かつ炭素数6から
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、ジフェニルスルフォ
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、
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
定されるものではない。一般式(1)で表わされる構造
単位を主成分とするポリマはR1、R2がこれらの内各
々1個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っても良い。 基板との接着力
を向上させるため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させ
ても良い。またアミン末端の封止剤として無水マレイン
酸などの無水物をポリイミド前駆体の重合終了後に末端
濃度に応じて加え、反応させても良い。ポリイミド膜の
力学的特性は、分子量が大きいほど良好である。このた
め、ポリイミド前駆体の分子量も大きい事が望まれる。
一方、ポリイミド前駆体を湿式エッチングによりパタ−
ン加工を行う場合、ポリイミド前駆体の分子量が大き過
ぎると、現像に要する時間が長くなり過ぎるという問題
がある。このため通常重合度は、5から1000の範囲
にする事が望ましい。
【0018】本発明で言うところのカラーフィルターは
該着色膜上にオーバーコート膜を有していてもかまわな
い。オーバーコート膜とは、該着色被膜が耐熱性、耐薬
品性、硬度、段差平坦性等の点で実用上問題を有する場
合に、該着色被膜の保護、カラーフィルター表面の平坦
化のため形成される膜であり。本発明においては、オー
バーコート膜を有する場合には、着色膜と同様にその比
誘電率が4.5未満、より好ましくは3.6以下である
ことが望ましい。
【0019】具体的には、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
膜等があげられるが、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のポリイミド系高分
子膜であることがより好ましい、平坦性、塗布性、耐熱
性の点でよりすぐれていることに加え、これらポリイミ
ド系の膜はアクリル系の膜と比較して低比誘電率である
からである。
【0020】本発明のカラーフィルタを用いて、基板と
平行な向きの電界により液晶を駆動する液晶表示装置を
作成する事により、液晶成分より着色膜の比誘電率が低
いという理由で、液晶中において基板に平行な向きに、
有効かつ安定に電界を印加することができるので、応答
速度が速く表示品位のよい液晶表示装置を提供すること
ができる。
【0021】
【実施例】
実施例1 無アルカリガラス基板上に、真空蒸着装置を用いてアル
ミニウム膜1000〓を蒸着し共通電極を作製した。
【0022】アルミニウム膜上に、ポリアミック酸溶液
に顔料が分散された、赤、青、緑、各色のカラーペース
トをスピンコートし、クリーンオーブン中において11
0℃で20分、引き続いて290℃で40分加熱処理
し、膜厚1μmのポリイミド着色被膜を形成した。
【0023】着色膜膜面に1cm角の穴が複数個あいた
SUSマスクを重ね再びアルミニウムを真空蒸着し対向
電極を作製した。
【0024】着色膜を一部はがして電極取り出し部を作
製した後、対向電極と、共通電極に銀ペーストを用いて
導線をとりつけた。
【0025】LCRメーターで共通電極と対向電極間の
容量を周波数領域100Hz〜100kHzの範囲で測
定した。別途ポリイミドの膜厚と対向電極面積を測定
し、比誘電率を計算した。図3に示す測定結果の通り、
比誘電率は該周波数領域において4.3以下であった。
【0026】実施例2 無アルカリガラス上に、ポリアミック酸溶液中に黒色顔
料を分散した黒色ペーストを該ガラス基板上にスピンコ
ートし、50℃で10分間、90℃で10分間,110
℃で20分間オ−ブンを用いて空気中で加熱乾燥して、
膜厚1.6μmのポリイミド前駆体着色膜を得た。この
膜上にポジ型フォトレジスト(東京応化社製OFPR−
800)を塗布し80℃で20分加熱乾燥して膜厚1μ
mのレジスト膜を得た。キャノン社製紫外線露光機PL
A−501Fを用い、クロム製のフォトマスクを介し
て、波長365nmでの強度が50mJ/cm2の紫外
線を照射した。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2.38wt%の水溶液からなる現像
液に浸漬し、フォトレジスト及びポリイミド前駆体の現
像を同時に行った。エッチング後、不要となったフォト
レジスト層をメチルセロソルブアセテートで剥離した。
さらにこのようにして得られたポリイミド前駆体着色被
膜を窒素雰囲気中で300℃で30分間熱処理し、膜厚
1.2μmのポリイミド着色被膜によりブラックマトリ
クスパターンを得た。
【0027】同様に、実施例1で使用したポリアミック
酸溶液中に顔料分散してなる青、赤、緑のペーストにつ
いても各色につき順次同様のプロセスによりパターン化
されたポリイミド着色被膜を作製した。該着色膜をラビ
ング処理機にてラビング処理した。
【0028】ついで薄膜トランジスタ素子を備えた対向
基板を次の手順で作製した。まず、無アルカリガラス上
にクロムを用いてフォトエッチングの手法によりゲート
電極とコモン電極をパターニングした後、これらの電極
を覆うように窒化シリコン(SiN)膜からなる絶縁膜
を形成した。ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン(a―S
i)膜を形成し、この膜上にアルミニウムを用いて、ソ
ース電極とドレイン電極を形成した。その際、コモン電
極とドレイン電極の間に基板に平行な向きに電界がかか
るよう電極をパターニングした。これらの電極上にSi
N膜で保護膜を形成した。最後にポリイミド系の配向膜
を最上層に設け、ラビング処理して薄膜トランジスタを
備えた電極付き対向基板を得た。
【0029】電極付き対向基板とカラーフィルタとを貼
り合わせ、ツイストネマチック型液晶ZLIー4792
(ε〓=3.1、ε‖=8.3)を注入し液晶表示装置
を作製したところ、応答時間50msの良好なスイッチ
ング特性が得られた。
【0030】比較例1 着色膜として、顔料分散したアクリル膜を使用して実施
例2と同様の手法で液晶表示装置を作製した。但し、カ
ラーフィルター上に配向膜として1000〓のポリイミ
ド膜を別途形成し、ラビング処理した。該着色膜のうち
緑の着色膜の比誘電率が最も大きくその値は100Hz
で5.0であった。該液晶表示装置を動作したところ、
液晶の応答時間は100msであった。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、液晶表示装置を作製し
た際、液晶中により有効かつ安定に横電界をかけうるカ
ラーフィルターを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例2におけるカラーフィルター基
板の断面図。
【図2】本発明の実施例2におけるカラーフィルター基
板を使用した液晶表示装置の断面図の一例。
【図3】本発明で使用した着色膜の比誘電率の測定結
果。 1 透明基板 2 遮光層 3 着色膜 4 配向膜 5 保護膜 6 絶縁膜 7 ゲート電極 8 ドレイン電極 9 ソース電極(画素電極) 10 コモン電極 11 薄膜トランジスタ 12 液晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02F 1/136 500 G02F 1/136 500

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上に着色膜を形成してなるカラー
    フィルターにおいて、該着色膜の比誘電率が4.5以下
    であることを特徴とするカラーフィルター。
  2. 【請求項2】透明基板上に着色膜を形成してなるカラー
    フィルターにおいて、該着色膜の比誘電率が3.6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
    ー。
  3. 【請求項3】着色膜が顔料分散されたポリイミド膜であ
    ることを特徴とする請求項1記載のカラーフィルター。
  4. 【請求項4】ポリイミド膜中に黒色顔料を分散させてな
    る樹脂ブラックマトリクスを有することを特徴とする請
    求項1記載のカラーフィルター。
  5. 【請求項5】請求項1記載のカラーフィルターを有する
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】請求項1記載のカラーフィルターと、基板
    に平行な向きに電界をかけられるよう構成された対向基
    板を有することを特徴とする液晶表示装置。
  7. 【請求項7】液晶表示装置に用いる電極付き対向基板が
    薄膜トランジスタを備えていることを特徴とする請求項
    5記載の液晶表示装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1898256A3 (en) * 1998-03-13 2008-04-23 Lg.Philips Lcd Co., Ltd High aperture liquid crystal display including thin film diodes, and method of making same
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