JPH10123312A - カラーフィルター、カラー液晶表示装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な明るさと色純度とを兼ね備えたカラー
画像を表示することのできるカラーフィルターを提供す
る。 【解決手段】 透明基板上に設けられた複数色パターン
化されている各透明着色画素中に、実質上肉視しえない
大きさの透明無着色部を設けることによりカラーフィル
ターの明るさと色純度とを同時に向上させる方法。特に
基板上に、黒色を含む複数色パターン化されて設けられ
ている着色画素が、透明着色画素と黒色画素からなり、
透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上であ
る光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％
以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域
全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色
部とからなり、黒色画素は可視領域全域にわたって光透
過率が５％以下であることを特徴とするカラーフィルタ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラーフィルターに
関し、更に詳しくはカラー液晶表示装置、カラーファク
シミリ、三管式および単管式カラービデオカメラ、固体
カラービデオカメラなどに装着されるカラーフィルタ
ー、ならびにこのカラーフィルターを用いた液晶表示装
着およびそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置は、一般にガラス等
の基板上にカラーフィルターを形成してその上に電極を
形成してカラー画像を表示する。このようにカラー液晶
表示装置等で用いられるカラーフィルターは、色相の異
なる３種以上の色相に着色された極めて微細な領域を基
板上に設けることによって形成される。

【０００３】この各色相の微細な領域からなるパターン
としては、縞状のいわゆるストライプ状パターンや相異
なる色相の領域が互いに隣り合うモザイク状パターンが
知られているが、ある条件下では、モザイク状パターン
の方が視覚上優れた効果が得られることが知られてい
る。またこれらのパターンにおいては、着色画素が直接
隣接している場合は色のコントラストが出にくいため、
色画素と色画素の間には黒色画素が形成されることが好
ましい。

【０００４】このようなカラーフィルターは、顔料分散
法、電着法、印刷法等の方法により形成されている。し
かしこれまではいずれの方法で得られたカラーフィルタ
ーも画像の明るさと色純度とをともに満足するに至って
いない。即ち色純度を高めようとすれば明るさが不十分
になり、明るさを優先すれば色純度がある程度犠牲にな
らざるを得なかった。

【０００５】一方、液晶表示装置には、光源がバックラ
イトとして液晶セルの背面に置かれた透過型と、外部光
源を利用し、その液晶セルからの反射光を観察する反射
型とがあり、透過型ではある程度までは画像が明るく、
且つ高い色純度を出すことができる。しかし透過型の場
合、光源のための電源および光源ランプを内蔵する必要
があり、小型化、薄型化および軽量化は困難で、したが
って携帯用としては適さない。そのため反射型は、最近
では携帯用に適する方式として、また薄型化できる方法
として注目されてきている。

【０００６】しかし反射型液晶表示装置は光源を内蔵し
ていないため、室内等の暗い所では画面が暗く、見にく
いという欠点がある。黒色画素の幅が広い場合には一層
この問題は顕著である。画像の色純度を薄くすることに
より画面を明るくすることができるが、そうすることに
より当然色純度は悪くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は十分な明るさ
と色純度とを兼ね備えたカラー画像を表示することので
きるカラーフィルターを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は透明基板上に設
けられた複数色パターン化されている各透明着色画素中
に、実質上肉視しえない大きさの透明無着色部を設ける
ことによりカラーフィルターの明るさと色純度とを同時
に向上させる方法に関する。より詳しくは、本発明は、
透明基板上に、複数色パターン化されて設けられている
着色画素が、透明着色画素と黒色画素からなり、透明着
色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である光透
過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下で
ある分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全域に
わたって光透過率が４０％以上である透明無着色部とか
らなり、黒色画素は可視領域全域にわたって光透過率が
５％以下であることを特徴とするカラーフィルター。

【０００９】また、本発明は、透明基板上に設けられた
透明導電層表面に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に
可視領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有
し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特
性曲線を有する透明着色部と可視領域全域にわたって光
透過率が４０％以上である透明無着色部とを形成するよ
うにパターン化されたマスクを載置したのちこれを露光
・現像して透明導電層の一部を露出させ、次いで電着塗
装法により透明着色部を形成し、必要回数のフォトリソ
グラフィ法と電着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被
膜の残部を露光して露出し電着塗装して透明無着色部を
形成することを特徴とする上記カラーフィルターの製造
方法に関する。

【００１０】更に本発明は、少なくとも一対の電極基板
の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置であっ
て、少なくとも一方の電極基板が透明基板上に複数の色
相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透明着色
画素と可視領域全域にわたって光透過率が５％以下であ
る黒色画素とから形成されたカラーフィルターを有し、
前記透明着色画素の少なくとも一つが、可視領域に光透
過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領
域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する
透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％
以上である透明無着色部とからなることを特徴とするカ
ラー液晶表示装置に関する。

【００１１】更にまた、本発明は、少なくとも一対の電
極基板の間に液晶を封入してなるカラー液晶表示装置で
あって、少なくとも一方の電極基板が、透明基板上に複
数の色相の異なる透明着色部と透明無着色部からなる透
明着色画素と黒色画素とから形成されたカラーフィルタ
ーを有するカラー液晶表示装置の製造において、可視領
域全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素を
形成し、次いで可視領域に光透過率が５０％以上である
光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以
下である分光特性曲線を有する透明着色部と、可視領域
全域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色
部とからなる第１の色相の透明着色画素を第１のパター
ンにしたがって形成し、次いで第１の色相と異なる第２
の色相および第３の色相を同様に繰り返して第２、第３
の透明着色画素をパターン状に形成した後、黒色画素お
よび第１ないし第３のパターン状画素の上に透明導電膜
を形成することを特徴とする、カラー液晶表示装置の製
造方法に関する。

【００１２】即ち、本発明のカラーフィルターは複数色
パターン化された透明着色画素中に微細な透明無着色
部、即ち可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上
である透明領域、を分散または分割して有するように形
成されたものであり、この透明無着色部により透明着色
画素の明るさを増すことが可能となった。しかも透明着
色部の色濃度を増すことによって色純度を大きくするこ
とができる。かくして十分な明るさと色純度を兼備した
カラーフィルターが得られるに至った。

【００１３】

【発明の実施の態様】本発明のカラーフィルターは、複
数色パターン化されて設けられている透明着色画素と黒
色画素からなり、各透明着色画素中に、実質上肉視しえ
ない大きさの透明無着色部を設けたことを特徴とする。

【００１４】本発明において透明無着色部とは、可視領
域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明度の
高い領域をいう。即ち、本発明のカラーフィルターの透
明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％以上である
光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が２０％以
下である分光特性曲線を有する透明着色部と可視領域全
域にわたって光透過率が４０％以上である透明無着色部
とからなる。

【００１５】透明無着色部は、複数色パターン化された
透明着色画素中に微細な分散状態または分割状態で設け
られ、透明着色画素全体としての光透過率を高くするよ
うに働く。ひとつの透明着色画素内に於ける透明無着色
部の占める面積比率は３０％以下、好ましくは２５％以
下、より好ましくは２０％以下である。分散して存在す
る個々の透明無着色部の大きさは最大部分で２０μｍ以
下である。

【００１６】透明無着色部は露出された電極基板上に電
着により透明膜を形成するのが好ましいが、例えば透明
粒子を透明着色画素を形成する透明着色膜中に分散させ
る等の他の手段により導入してもよい。

【００１７】複数色パターン化された透明着色画素は、
ガラス等の基板上に形成された透明導電層上に感光性樹
脂層を形成し、これに色ごとにパターン化されたマスク
を載置して、露光・現像してパターンに相当した形状に
透明導電層を露出させ、露出した透明導電層上に電着塗
装により着色画素を形成することができる。透明着色画
素の色数は特に制限がないが、青、緑、赤の３原色を用
いるのが好ましい。

【００１８】黒色画素は必ずしも必要とはしないが、こ
れを他の色画素どうしの境界に設けることにより、色の
コントラストを向上させることができ、本発明にとって
は黒色画素を設けるのが好ましい。黒色画素は可視領域
全域にわたって光透過率が５％以下とする。

【００１９】黒以外のひとつの着色画素の大きさは５０
〜３００μｍ、好ましくは６０〜１５０μｍ、より好ま
しくは７０〜９０μｍであり、黒色画素の幅は５〜７０
μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは１５
〜３０μｍである。

【００２０】各透明着色画素は、その透明着色画像部分
が可視領域の分光特性曲線に於けるその色に相当する光
透過領域の光透過率が５０％以上であり、光吸収領域の
光透過率が２０％以下になるように形成される。例えば
図２は緑色の画素の分光特性曲線を示したものである
が、光透過領域は５４０μｍをピークとし、その長波長
側および短波長側に光透過率が２０％以下の光吸収領域
が存在する。その厚さは必要とする色純度と明るさとの
兼合いによって決めればよく、通常０.２〜５.０μｍ、
好ましくは０.５〜３.０μｍ、より好ましくは１.７〜
２.０μｍである。

【００２１】透明着色画素中に透明無着色部が設けられ
た本発明のカラーフィルターは、従来からの顔料分散
法、電着法、印刷法等のいずれの製造法によって製造さ
れたものであってもよい。しかし、基板上に形成された
透明導電層上にポジ型感光性樹脂層を形成して行うレジ
スト電着法によって製造するのが好ましい。レジスト電
着法を用いる場合は電着時の印加電圧と印加時間だけを
制御することによりカラーフィルターの厚さを高精度に
制御することができる。したがってまた複数色の画素か
らなる場合もカラーフィルターの表面平坦性は良好であ
る。更に画素の寸法精度が高いため色のコントラストも
良好となる。

【００２２】以下に本発明のカラーフィルターおよびカ
ラー液晶表示装置の製造方法を、レジスト電着法を例に
とって、図１を用いて詳細に説明する。まず、図１(Ａ)
に示すように基板１上に透明導電層を形成する。基板１
は通常多色表示装置に用いられるいかなる基板を用いて
もよく、ガラス基板あるいはプラスチック基板等が挙げ
られる。透明導電層にはたとえば酸化スズ,酸化インジ
ウム,または酸化アンチモン等を主成分とするものが好
適に用いられる。この透明導電層は蒸着もしくはスパッ
タリング等の方法により形成される。

【００２３】次に図１(Ｂ)に示すように、該導電層２上
にポジ型感光性樹脂層３を形成する。このポジ型感光性
樹脂は一回塗布された感光性樹脂層で複数回露光、現像
できるものであり、例えばカルボン酸のtert−ブチルエ
ステルまたはフェノールのtert−ブチルカルボナートよ
りなる酸に対して不安定な枝分れした基を有する重合体
と露光時に酸を生じる光重合開始剤とを含むポジ型感光
性樹脂組成物（例えば、特公平２−２７６６０号公報お
よび特開平２−３０９３５８号公報に開示されている）
が好ましい。

【００２４】このポジ型感光性樹脂組成物３上に所定の
パターンを有するマスク４を載置し（図１(Ｃ)）、露光
することにより露光部分の感光性樹脂組成物層を溶出可
能にし、次いで所定の溶出液により溶出することにより
パターン化された基板を得る（図１(Ｄ)）。マスクおよ
び溶出技術は公知である。この基板は、図１(Ｄ)に示す
ように着色必要箇所に導電層２が露出している形となっ
ている。図１(Ｅ)に示されるように導電層２に通電して
電着浴中で電着により黒色画素８が形成される。

【００２５】この方法に用いる電着浴の造膜成分として
使用される合成高分子樹脂はカチオン性、アニオン性ま
たは両性のいずれであってもよく、従来公知の種々のも
の、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹
脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、カルボキシ
ル基導入ポリブタジエン、カルボキシル基導入アルキド
樹脂等が挙げられる。尚、合成高分子樹脂のイオン性に
よっては導電層２を侵すものもあり、この点を考慮して
造膜成分を選択する必要がある。電着浴その他の詳しい
内容は特開昭５９−１１４５９２号および本発明者等に
よる特願昭６２−４６３２１号等（特開昭６３−２１０
９０１号公報）に詳細に記載されている。この電着塗料
は光硬化性または熱硬化性のいずれであってもよい。

【００２６】次に図１(Ｆ)に示すように基板１上に形成
された黒色画素とポジ型感光性樹脂層に、透明無着色部
に相当する光遮蔽部（１０）を残した着色画像に相当す
る光透過部を有するポジマスク４′を載置し（図１
(Ｆ)）、露光することにより前記と同様に露光部分の感
光性樹脂組成物層を溶出しパターン化された基板を得る
（図１(Ｇ)）。

【００２７】更に図１(Ｈ)に示されるように導電層２に
通電して電着浴中で電着により第１の着色画像（例え
ば、赤(Ｒ)）５が形成される。次に図１(Ｆ)〜(Ｈ)のく
り返しにより２色目の着色画素（例えば、緑(Ｇ)）６が
形成される(図１(Ｉ)〜(Ｋ))。

【００２８】同様にして第３色目の着色画素（例えば青
(Ｂ)）７が形成される（図１(Ｌ)〜(Ｎ)）。

【００２９】最後にポジ型感光性樹脂層の残った基板に
全面露光し、更に溶出することにより導電層２を露出さ
せ(図１(Ｐ))て、図１(Ｑ)に示されるように導電層２に
通電して透明造膜成分からなる電着浴中で電着により透
明無着色部９を形成する。

【００３０】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例 １ ガラス基板上に、従来技術と同様にして透明導電膜ＩＴ
Ｏ（酸化インジウム錫）化合物を形成した。この透明導
電膜上にポジ型感光性樹脂組成物「エクセリードＰＲ-
１４６」（日本ペイント社製）をスピナーにて３.０μ
ｍの厚さに塗布し、乾燥して、透明導電膜上にポジ型感
光性樹脂組成物層を形成した。次に２５μｍの格子状の
ブラックマトリックス用フォトマスクを介して高圧水銀
ランプで露光し、更に１００℃で３分間加熱し、これを
アルカリ水溶液で現像すると、露光部は塩を形成して溶
出し、透明導電層の表面が露出した。次に黒色のアニオ
ン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電層が露出され
た基板を浸漬し、透明導電膜を正電極として３０ボルト
の直流電圧を１０秒間印加した。その後、基板を引き上
げ十分に水洗した。この際、透明導電膜の上にあるポジ
型感光性樹脂組成物の上には電着樹脂組成物は付着せ
ず、水洗により洗い流されるが、電圧を印加した電極上
に付着した高分子は水に不溶性となっているため、水洗
で洗い流されない。水洗後、乾燥させると、透明電極上
に遮光性の良好な黒色高分子膜が形成された。

【００３１】次にこの基板に横７０μｍ、縦２１０μｍ
の着色画素のうち、透過画像の総面積と着色画素の面積
との比が３０／７０の割合で穴があくように径が５μｍ
の多数の透明無着色部を設けて設計されたフォトマスク
を載置し、前述と同様に高圧水銀ランプで露光し、更に
１００℃で３分間加熱し、更にアルカリ水溶液で現像す
ると、同様に透明導電膜の表面が露出した。次に緑色の
アニオン型電着樹脂組成物の電着浴中に透明導電膜が露
出された黒色層が形成された基板を浸漬し、透明導電膜
を正電極として３５ボルトの直流電圧を１５秒間印加し
て、その後基板を引き上げて十分に水洗した。水洗後、
乾燥させると透明性の良好なる色純度の高い緑色高分子
膜が形成された。

【００３２】更に同様にして、赤色、青色に関して同様
なる工程を繰り返し行うことで、赤色、青色高分子膜が
同様に形成された。最後に残りのポジ型感光性樹脂組成
物と黒、緑、赤、青の着色層の形成された基板を全面に
高圧水銀ランプで露光し、アルカリ水溶液で現像する
と、着色層を残したポジ型感光性樹脂組成物を溶出して
透明導電膜の表面が露出した。次いで透明膜を同様にし
て電着塗布した。それぞれの着色膜および透明無着色膜
の膜厚はいずれも３μｍであった。

【００３３】このカラーフィルターの緑部分の画素は、
図２の曲線ａに示すように、５００〜６００ｎｍの光透
過率が８０％以上であった。またこのときのＹ値は５８
となった。これらの測定値は色純度および明るさともに
従来法によるカラーフィルターの特性値より大きく改良
されていた。ここでＹ値とは、「色をはかる」（平井敏
夫著、日本規格協会編）に定義された色の明るさ（ある
いは輝度率）を定める値をいう。

【００３４】実施例 ２ 実施例１と同様の方法で得られたカラーフィルター上に
透明導電膜を低温スパッタ法により９０ｎｍの膜厚で設
け、次いでポリイミドをこの上に１００ｎｍの膜厚で塗
布形成した後、ラビング処理を行い、対向電極となる薄
膜トランジスタと組み合わせた。次いで電極間に液晶を
注入して液晶セルの組み立てを行い、上記画像を有する
カラーフィルターを液晶セル内部に具備するカラー液晶
表示装置が得られた。

【００３５】比較例 １ カラーフィルターの透明なクリアー膜のない従来法のカ
ラーフィルターの構造をもつ以外は実施例１と同様にし
てカラーフィルターを形成した後、光透過率を測定し、
図の曲線ｂに示した。またこのときのＹ値は４０であっ
た。図の曲線ｂとＹ値から透明なクリアー膜を着色画素
内に設けなければ、色純度と明るさの両立が困難で、十
分な性能を有する着色画素が得られないことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターは色純度およ
び明るさともに従来のものより改良された特性を有す
る。またカラーフィルターの厚さは均一で表面平坦性に
優れており、上記特性とともに反射型カラー液晶表示装
置用のカラーフィルターとしての適性を備えていた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造方法を示す工程図であり、断面
図を表す。

【図２】 透明着色画素の分光特性曲線。

【符号の説明】

１：ガラス基板、 ２：透明導電膜、 ３：ポ
ジ型感光性樹脂層、４：フォトマスク、 ５：透明着
色画素の着色部(赤)、 ６：透明着色画素の着色部(緑)、７：透明着色画素の着
色部(青)、８：黒色画素、 ９：透明無着色部、
１０：透明無着色部に相当するフォトマスクの遮蔽部 ａ：透明着色画像と透明無着色部とを有する画素の分光
特性曲線、ｂ：透明無着色部を有しない着色画素の分光
特性曲線。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に設けられた複数色パターン
   化されている各透明着色画素中に、実質上肉視しえない
   大きさの透明無着色部を設けることによりカラーフィル
   ターの明るさと色純度とを同時に向上させる方法。
2. 【請求項２】 透明基板上に、複数色パターン化されて
   設けられている着色画素が、透明着色画素と黒色画素か
   らなり、透明着色画素は、可視領域に光透過率が５０％
   以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率
   が２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と
   可視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透
   明無着色部とからなり、黒色画素は可視領域全域にわた
   って光透過率が５％以下であることを特徴とするカラー
   フィルター。
3. 【請求項３】 ひとつの透明着色画素内における透明無
   着色部と透明着色部との合計画像面積に占める透明無着
   色部の面積比率が３０％以下で、個々の透明無着色部の
   大きさが最大部分で２０μｍ以下である請求項２記載の
   カラーフィルター。
4. 【請求項４】 透明基板上に設けられた透明導電層表面
   に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域に光透
   過率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領
   域の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する
   透明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％
   以上である透明無着色部とを形成するようにパターン化
   されたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明
   導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明
   着色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電
   着塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光
   して露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィ
   ルターの製造方法。
5. 【請求項５】 透明基板上に設けられた透明導電層表面
   に感光性被膜を形成し、該感光性被膜に可視領域全域に
   わたって光透過率が５％以下である黒色画素をパターン
   化したマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明
   導電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により黒色
   画素を形成し、続いて該感光性被膜に可視領域に光透過
   率が５０％以上である光透過領域を有し且つ光吸収領域
   の光透過率が２０％以下である分光特性曲線を有する透
   明着色部と可視領域全域にわたって光透過率が４０％以
   上である透明無着色部とを形成するようにパターン化さ
   れたマスクを載置したのちこれを露光・現像して透明導
   電層の一部を露出させ、次いで電着塗装法により透明着
   色部を形成し、必要回数のフォトリソグラフィ法と電着
   塗装法とを繰り返し、最後に感光性被膜の残部を露光し
   て露出し電着塗装して透明無着色部を形成することを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラーフィル
   ターの製造方法。
6. 【請求項６】 少なくとも一対の電極基板の間に液晶を
   封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも
   一方の電極基板が透明基板上に複数の色相の異なる透明
   着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と可視領域
   全域にわたって光透過率が５％以下である黒色画素とか
   ら形成されたカラーフィルターを有し、前記透明着色画
   素の少なくとも一つが、可視領域に光透過率が５０％以
   上である光透過領域を有し且つ光吸収領域の光透過率が
   ２０％以下である分光特性曲線を有する透明着色部と可
   視領域全域にわたって光透過率が４０％以上である透明
   無着色部とからなることを特徴とするカラー液晶表示装
   置。
7. 【請求項７】 少なくとも一対の電極基板の間に液晶を
   封入してなるカラー液晶表示装置であって、少なくとも
   一方の電極基板が、透明基板上に複数の色相の異なる透
   明着色部と透明無着色部からなる透明着色画素と黒色画
   素とから形成されたカラーフィルターを有するカラー液
   晶表示装置の製造において、可視領域全域にわたって光
   透過率が５％以下である黒色画素を形成し、次いで可視
   領域に光透過率が５０％以上である光透過領域を有し且
   つ光吸収領域の光透過率が２０％以下である分光特性曲
   線を有する透明着色部と、可視領域全域にわたって光透
   過率が４０％以上である透明無着色部とからなる第１の
   色相の透明着色画素を第１のパターンにしたがって形成
   し、次いで第１の色相と異なる第２の色相および第３の
   色相を同様に繰り返して第２、第３の透明着色画素をパ
   ターン状に形成した後、黒色画素および第１ないし第３
   のパターン状画素の上に透明導電膜を形成することを特
   徴とする、カラー液晶表示装置の製造方法。