JPH1090509A

JPH1090509A - カラーフィルター及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1090509A
Application number: JP24219796A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Tsuda; 敬治津田; Shinichi Yamada; 申一山田; Tetsuya Goto; 哲哉後藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な表示品位を有するカラー液晶表示装置を
提供する。【解決手段】透明基板上に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
ラーフィルターにおいて、（Ａ）ブラックマトリクス上
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
サーを有し、（Ｂ）着色層の積層により形成されたスペ
ーサーの対向基板への接触部の面積がスペーサーの底部
の面積より小さい、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、スペーサー機能を
有するカラーフィルター及びそれを用いたカラー液晶表
示装置に関する。

【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
ーフィルター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
プラスッチ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ー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】このため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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】これらの問題点に対して、特開昭５６−１
４０３２４、特開昭６３−８２４０５、特開平４−９３
９２４、特開平５−１９６９４６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、カラーフィルター
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装置が得られにくかった。

【０００７】３層の色重ねによりスペーサーを形成する
場合は、十分な高さを容易に得ることができる。但し、
スペーサー上層部にＩＴＯ膜が形成されるため、スペー
サー最頂部の対向基板へ接触する部分の面積が大きい場
合には、液晶表示装置を作成する際、対向基板側の透明
電極や配線部のむきだしになった部分にスペーサー最頂
部が接触し短絡してしまうため、対向基板への接触部の
面積に制限を設ける必要がある。しかし、面積の小さい
同サイズのパターンを３層重ねる作成手法は、加工精度
の点から非常に困難である上、ラビング時に破損しやす
い、液晶セル作成時に必要な十分なスペーサー強度が得
られにくい等の欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点に鑑み創案されたもので、その目的とするところ
は、スペーサーと対向基板の間で短絡を起こしにくく、
結果的に、欠陥のない表示品位に優れたカラーフィルタ
ーを得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に、本発明のカラー液晶表示素子は、以下の構成を有す
るものである。

【００１０】すなわち、透明基板上にブラックマトリク
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ーにおいて、（Ａ）ブラックマ
トリクス上に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し、（Ｂ）着色層の積層により形成
されたスペーサーの対向基板への接触部の面積がスペー
サーの底部の面積より小さい、ことを特徴とするカラー
フィルター。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。

【００１２】本発明の液晶表示素子に使用するカラーフ
ィルターは、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
ターは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、各画素間に配列された遮光
領域を示し、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いる。

【００１３】本発明のカラーフィルターに用いられる透
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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【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。

【００１７】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。Ｒ1 の例として、フェニル
基、ビフェニル基、タ−フェニル基、ナフタレン基、ペ
リレン基、ジフェニルエ−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。

【００１８】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−フェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエ−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。

【００１９】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フォロプ
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−テル、４、４´−ジアミノジフェニルエ
−テル、３、４´ジアミノジフェニルエ−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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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
基板上にブラックマトリクスが形成される。

【００２５】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、カラーフィルターの平坦性が犠牲
になり易く、段差が生じ易い。表面段差が生じた場合、
カラーフィルター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、カラーフィルター
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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】カラーフィルター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。

【００２９】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。

【００３０】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
表示装置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、液晶表示装置の製造
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。

【００３１】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。

【００３２】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。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。

【００３３】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たって形成
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。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
ルター上に形成するＩＴＯ膜を開口部上の着色層とスペ
ーサー間で断線させ、カラーフィルター側と対向基板と
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。

【００３４】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
ィルター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。

【００３５】本発明のカラーフィルターを用いてセルギ
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
が液晶表示装置におけるセルギャップに相当することに
なる。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＋Ｂｋ、ま
た、Ｂに対してはＲ＋Ｇ＋Ｂｋの膜厚よりも小さくな
る。

【００３６】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ーと対向す
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、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。ここでいうスペーサー面積とはスペーサー最
頂部の、液晶表示装置を作成した際に対向基板に接触す
る部分の面積を指す。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、１０００
μｍ2 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。

【００３７】パターンを積層する際には、図３若しくは
図４に示すように対向基板への接触部の面積がスペーサ
ーの底部の面積より小さくなるように積層する事が望ま
しい。

【００３８】特に対向基板への接触部の面積が１００μ
ｍ2 以下のスペーサーを形成する場合には、上記の構成
をとることが好ましい。パターンサイズが小さいとき
は、図５に示すように同サイズのパターンを３層積層す
る事によりスペーサーの形成を試みると、精度よく３層
積層する事が困難であることに加え、耐ラビング性が弱
くなる、スペーサー強度が弱くなる等の欠点があるため
である。

【００３９】上記構造のスペーサーを形成する手法とし
ては大きく分けて、次の二通りの手法が考えられる。

【００４０】第１には、図４に示すように、スペーサー
の最上層に積層されるパターンの面積が２層目並びに１
層目に積層されるパターンの面積より小さい構造であ
る。第２には図３に示すようにスペーサーの最上層に積
層されるパターンの面積が２層目若しくは１層目に積層
されるパターンの面積より大きく、下層部に形成される
スペーサーパターンを覆う形になっている構造である。

【００４１】第１の構成をとった場合、スペーサーの２
層目に積層されるパターンの面積を大きくとれるため、
３層目に積層される着色膜の膜厚を厚くしやすくなり、
十分な高さを持つスペーサーを容易に得ることができ
る。また、対向基板側と平面で接触するため、接触部の
面積を容易に予測、測定できるためスペーサー構成の設
計や評価は容易になるといった利点を持つ。第２の構
成をとった場合、最上層の積層される部分のパターンが
下層部に積層されるパターンの面積より大きいためフォ
トリソグラフィーによりパターンを形成する工程におい
て、マスクパターンの遮光部と非遮光部の境界が、着色
膜が１層若しくは２層積層されている部分にくる、この
部分は着色膜若しくはレジスト膜厚がストライプ部の膜
厚に近い部分であるため、スペーサー部と開口部の画素
パターン部でのエッチング速度が比較的近くなり加工条
件の安定化を図ることができ、加工精度が向上する。さ
らに、この構成では、対向基板への接触部をなめらかな
上に凸な形状とすることができ、対向基板の損傷といっ
た弊害を防ぐことができるといった利点を持つ。

【００４２】次に本発明のカラー液晶表示素子について
説明する。

【００４３】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ーと透明電極基板とを対向させ
て作成する。カラーフィルターには、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、
カラーフィルター上にはＩＴＯ膜などの透明電極を形成
する。カラーフィルター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
カラーフィルター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ーおよび
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。

【００４４】本発明の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、鮮明な画像を提
供する液晶プロジェクションなどにも好適に用いられ
る。

【００４５】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。

【００４６】

【実施例】

実施例１（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。

【００４７】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。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、ポシ型レジスト
（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。

【００４８】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、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、０．９
０μｍ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。

【００４９】（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。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、１２０℃２０分間セミキュアし
た。この後、ポジ型レジスト（Shipley "Microposit" R
C100 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（Shiple
y "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２．３μｍ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にスペ
ーサーの１段目を形成した。尚、スペーサーのサイズは
２０μｍ角であった。

【００５０】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にスペーサーの２段目
を形成した。緑色画素部の膜厚は、２．３μｍ、スペー
サーのサイズは１０μｍ角であった。

【００５１】さらに水洗後に、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にスペーサーの
３段目を形成し、カラーフィルターを作成した。赤色画
素部の膜厚は、２．３μｍ、スペーサーのマスクサイズ
は２０μｍ角であった。

【００５２】着色層の積層により樹脂ブラックマトリク
ス上に設けられたスペーサーの接触部の面積は、一個当
たり約１００μｍ2 であった。この時、スペーサーの形
状は上に凸ななめらかな形状となり、３層目パターンサ
イズの面内ばらつきも３σ値で２μｍ以下となり良好な
加工精度が得られた。スペーサーの高さ（樹脂ブラック
マトリクス上の着色層３層分の厚さ）は、５．６μｍで
あり、これは着色層の各膜厚の合計（６．９μｍ）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
形成した額縁上の一部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。

【００５３】（カラー液晶表示素子の作成）上記カラー
フィルター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ＩＴ
Ｏ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。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。

【００５４】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。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。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。

【００５５】最後に、カラーフィルター同様にポリイミ
ド系の配向膜を設け、ラビング処理を施した。

【００５６】配向膜を設けたカラーフィルターと薄膜ト
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、良好な表示品位のものであった。

【００５７】実施例２透明な無アルカリガラス基板上に実施例１と同様な手順
により樹脂ブラックマトリックスパターンを形成した。
さらに樹脂ブラックマトリックスパターン上に青、緑、
赤の着色層のパターンを形成した。この時、スペーサの
マスクパターンが１層目２０μｍ角、２層目が２０μｍ
角、３層目が１０μｍ角であることを除いては実施例１
と同様の手順により着色層のパターンを形成した。この
時スペーサーパターンエッジが角状となり、最上層部が
下に凸な形状となった。スペーサーパターンサイズの面
内ばらつきは３σ値で５μｍであったが重なりずれ等に
よるスペーサーの欠落は見られなかった。

【００５８】このカラーフィルターを用いて実施例１と
同様な手順により液晶表示装置を作製し良好な表示品位
のものが得られた。

【００５９】比較例１透明な無アルカリガラス基板上に実施例１と同様な手順
により樹脂ブラックマトリックスパターンを形成した。
さらに樹脂ブラックマトリックスパターン上に青、緑、
赤の着色層のパターンを形成した。この時、スペーサー
のマスクパターンが１層目１０μｍ角、２層目が１０μ
ｍ角、３層目が１０μｍ角であることを除いては実施例
１と同様の手順により着色層のパターンを形成した。重
なりずれにより十分な高さが得られないスペーサーが一
部見受けられた。又、カラーフィルターを用いて液晶表
示装置の作成を試みたところ、ラビング時におけるスペ
ーサーの破損が顕著に見られた。また、一部十分な高さ
の得られていないスペーサーが発生したために、十分な
スペーサー密度を得ることができず、セルギャップむら
が発生した。

【００６０】

【発明の効果】本発明のスペーサーを有するカラーフィ
ルターを用いることにより、対向基板側透明電極との短
絡による表示不良の恐れのない液晶表示装置を得ること
ができる。さらに、耐ラビング性の向上、対向基板の破
損防止、スペーサーの加工精度の向上を図ることも可能
になる。

【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ーを使用
したカラー液晶表示素子の断面図

【図２】従来のカラー液晶表示素子の断面図である。

【図３】実施例１で得られるスペーサ形状の断面図

【図４】実施例２で得られるスペーサー形状の断面図

【図５】比較例１で得られるスペーサー形状の断面図

【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
ラーフィルターにおいて、（Ａ）ブラックマトリクス上
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
サーを有し、（Ｂ）着色層の積層により形成されたスペ
ーサーの対向基板への接触部の面積がスペーサーの底部
の面積より小さい、ことを特徴とするカラーフィルタ
ー。
【請求項２】スペーサーを形成するドットパターンのう
ち最上層に積層されるドットパターンの面積が２層目及
び、１層目に積層されるドットパターンの面積より小さ
いことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター。
【請求項３】スペーサーを形成するドットパターンのう
ち最上層に積層されるドットパターンの面積が２層目若
しくは１層目に形成されるドットパターンの面積より大
きいことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ
ー。
【請求項４】ブラックマトリクスが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。
【請求項５】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
ィルター。
【請求項６】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ー。
【請求項７】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
ター。
【請求項８】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
ー。
【請求項９】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ー。
【請求項１０】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
ー。
【請求項１１】請求項１記載のカラーフィルターを用い
て作製されていることを特徴とする液晶表示装置。