JPH11337932A - 反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板 - Google Patents

反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板

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JPH11337932A
JPH11337932A JP14625998A JP14625998A JPH11337932A JP H11337932 A JPH11337932 A JP H11337932A JP 14625998 A JP14625998 A JP 14625998A JP 14625998 A JP14625998 A JP 14625998A JP H11337932 A JPH11337932 A JP H11337932A
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color filter
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display device
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JP14625998A
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Tomohito Kitamura
智史 北村
Tadashi Ishimatsu
忠 石松
Osamu Koga
修 古賀
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】反射型液晶プロジェクション装置に用いられる
反射型液晶表示装置10において、明度の高い(反射率
の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示品質を有
し、開口率の高い反射型液晶表示装置用カラーフィルタ
基板15を提供すること。 【解決手段】Siチップ・ベースド基板11上に、低反
射層25、干渉防止層26、多層膜干渉フィルタ層1
8、保護膜層19の積層を具備すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は単板式の反射型液晶
プロジェクション装置や液晶空間変調素子に用いられる
液晶表示装置用基板に係わるものであり、特に、Siチ
ップ・ベースド基板上に多層膜干渉フィルタ層を形成し
た反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の単板式反射型液晶プロジェクショ
ン装置や液晶空間変調素子に用いられる液晶表示装置の
構成は、Siチップ・べースド基板上に形成された電極
上にAlなどの反射膜を設け、対向するカラーフィルタ
基板上の、例えば、顔料分散方式によるカラーフィルタ
により分光された透過光をその反射膜で反射させ外部へ
射出する方式をとっていた。図10は、従来法における
単板式反射型液晶プロジェクション装置に用いられる液
晶表示装置の一例を、その部分を拡大して断面で示す説
明図である。
【0003】図10に示すように、液晶表示装置(8
0)は、対向基板(85)、液晶(86)、カラーフィ
ルタ基板(87)などで構成されている。図10におい
て、対向基板(85)は、画素表示に必要な素子(図示
せず)や画素電極(83)などがSi上に形成されたS
iチップ・ベースド基板(81)、及びAl反射膜(8
4)などで構成されている。また、カラーフィルタ基板
(87)は、ガラス基板(92)、カラーフィルタ層
(88)、オーバーコート層(89)、透明電極層(9
0)、遮光層(91)などで構成されている。
【0004】液晶表示装置(80)は、対向基板(8
5)とカラーフィルタ基板(87)を液晶(86)を介
して貼り合わせて作製されるものであるが、対向基板
(85)の画素電極(83)とカラーフィルタ基板(8
7)のカラーフィルタ層(88)との位置合わせのため
に、遮光層(91)の幅に余裕(93)をもたせてい
る。このため、画素の開口部(94)の面積はその分小
さなものとなる。すなわち、画素の開口率は低下したも
のとなってしまう。
【0005】図10において、外光(I)はカラーフィ
ルタ層(88)を通過し色光となり、Al反射膜(8
4)にて反射され、再びカラーフィルタ層(88)を通
過して、外部へ反射光(R)として射出されるようにな
っている。このような反射型液晶表示装置においては、
色素として、例えば顔料を用いた際、外光(I)はカラ
ーフィルタ層(88)を通過し色光となるが、その色光
の彩度、明度(透過率)などの性能は、その顔料により
制約され、また、対向基板(85)での反射性能は、A
l反射膜(84)により制約されたものとなり、特に、
反射型液晶プロジェクション装置に用いられる反射型液
晶表示装置としては、明るさ(輝度)及び色の鮮やかさ
の面で満足された性能ではない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決すべくされたものであり、反射型液晶プロジェ
クション装置に用いられる反射型液晶表示装置におい
て、明るく(輝度の高い)、色の鮮やかな表示品質を有
する反射型液晶プロジェクション装置となる、反射型液
晶表示装置用カラーフィルタ基板、すなわち、反射型液
晶表示装置用カラーフィルタ基板としては、明度の高い
(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示
品質を有する反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板
を提供することを課題とするものである。また、反射型
液晶表示装置として、開口率の高い反射型液晶表示装置
となる反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供
することを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、Siチップ・
ベースド基板上に、低反射層、干渉防止層、多層膜干渉
フィルタ層、保護膜層の積層を具備することを特徴とす
る反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板である。ま
た、本発明は、上記発明の反射型液晶表示装置用カラー
フィルタ基板において、前記低反射層が3層以上の多層
構成であり、該Siチップ・ベースド基板側からの、第
1層〜第n層における、第1層の「屈折率n1 、吸収係
数k1 」〜第n層の「屈折率nn 、吸収係数kn 」の関
係が、n1 >・・・>nn-1 >nn 、k1 >・・・>k
n-1 >kn 、であることを特徴とする反射型液晶表示装
置用カラーフィルタ基板である。また、本発明は、上記
発明の反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板におい
て、前記低反射層の、干渉防止層側の層の「屈折率
a 、吸収係数ka 」と、前記干渉防止層の「屈折率n
b 、吸収係数kb 」と、前記多層膜干渉フィルタ層の、
干渉防止層側の層の「屈折率nc 」の関係が、nb <n
a 、nb <nc 、kb <ka 、干渉防止層の層厚が中心
波長の略1/2以上、であることを特徴とする反射型液
晶表示装置用カラーフィルタ基板である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明による反射型液晶表
示装置用カラーフィルタ基板を、その一実施形態に基づ
いて説明する。図1は、本発明における反射型液晶表示
装置用カラーフィルタ基板が、反射型液晶表示装置に用
いられた一実施例の断面図である。この反射型液晶表示
装置が単板式反射型液晶プロジェクション装置に使用さ
れるものである。また、図1は、反射型液晶表示装置の
一部分を拡大して示したものである。
【0009】図1に示すように、反射型液晶表示装置
(10)は、カラーフィルタ基板(15)、液晶(1
6)、対向基板(17)などで構成されている。図1に
おいて、カラーフィルタ基板(15)は、画素表示に必
要な素子(図示せず)や画素電極(13)などがSi
(12)上に形成されたSiチップ・ベースド基板(1
1)、低反射層(25)、干渉防止層(26)、多層膜
干渉カラーフィルタ層(18)、オーバーコート層(1
9)、遮光層(21)などで構成されている。また、対
向基板(17)は、ガラス基板(22)上に透明電極層
(20)が形成されたものである。
【0010】反射型液晶表示装置(10)は、カラーフ
ィルタ基板(15)と対向基板(17)を液晶(16)
を介して貼り合わせて作製されるものであるが、本発明
においては、多層膜干渉カラーフィルタ層(18)はカ
ラーフィルタ基板(15)側に形成されており、画素電
極(13)と多層膜干渉カラーフィルタ層(18)との
位置合わせは、フォトリソグラフィー法によるSiチッ
プ・ベースド基板(11)上への形成となるので、画素
電極(13)と多層膜干渉カラーフィルタ層(18)と
の位置合わせのための遮光層(21)の幅の余裕(2
3)は小さなものとなる。すなわち、画素の開口率の低
下は殆どないものとなる。
【0011】図1において、外光(I)は多層膜干渉カ
ラーフィルタ層(18)により反射光(R1 )と透過光
(図示せず)に分光され、反射光(R1 )は外部へ射出
されるようになっている。また、透過光は干渉防止層
(26)を経て低反射層(25)により吸収されるよう
になっている。本発明における多層膜干渉カラーフィル
タ層(18)は、高屈折率膜と低屈折率膜の交互の多層
膜であり、高屈折率膜の材料としてはTiO2 ,ZrO
2 ,CeO2 など、低屈折率膜の材料としてはSi
2 ,SiO,MgF2 などである。
【0012】図2は本発明における多層膜干渉カラーフ
ィルタ層(18)の層構成を拡大して示す説明図であ
る。図2において、低反射層(25)、干渉防止層(2
6)の上に形成される多層膜干渉カラーフィルタ層(1
8)は、高屈折率膜(27、127)として、例えばT
iO2 、低屈折率膜(28)として、例えばSiO2
用いたものである。この多層膜干渉カラーフィルタ層
(18)において、外光(I)は反射光(R 1 )と透過
光(T1 )に分光されるものである。反射型液晶表示装
置用カラーフィルタ基板は、この多層膜干渉カラーフィ
ルタ層(18)の反射光(R1 )を外部へ射出し、この
反射光(R1 )が反射型液晶表示装置(10)からの反
射光となる。
【0013】図3は、本発明による明度の高い(反射率
の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示品質を有
する反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板の原理を
示す説明図である。図3において、低反射層(25)は
光を吸収する機能を有するものである。すなわち、外光
(I)は多層膜干渉カラーフィルタ層(18)で反射光
(R1)と透過光(T1 )に分光され、分光された透過
光(T1 )が干渉防止層(26)を経て透過光(T2
として低反射層(25)に至った際に、低反射層(2
5)は透過光(T2 )が再反射することのないように吸
収してしまうものである。これにより、多層膜干渉カラ
ーフィルタ層(18)で分光された反射光(R1)は透
過光の再反射に影響されずに、明度、彩度を保って外部
へ射出することとなる。
【0014】図4は、Si(12)上に形成された本発
明における低反射層(25)の断面を拡大して示す説明
図である。図4に示すように、この低反射層(25)は
3層(31、32、33)で構成され、この3層の膜の
材料は、その屈折率及び吸収係数がSi(12)側から
順に低く傾斜さるように設定するものである。これは、
この低反射層(25)が図3における透過光(T2 )を
吸収しSi(12)には透過光(T2 )が到達しないよ
う、すなわち、図3における反射光(R3 )が生ぜぬよ
うな機能をもたせるものである。
【0015】本発明における低反射層(25)は3層以
上の多層構成であり、Siチップ・ベースド基板側から
の、第1層〜第n層における、第1層の「屈折率n1
吸収係数k1 」〜第n層の「屈折率nn 、吸収係数
n 」の関係を、n1 >・・・>nn-1 >nn 、k1
・・・>kn-1 >kn 、に設定するものである。
【0016】本発明における干渉防止層(26)は、多
層膜干渉カラーフィルタ層(18)と低反射層(25)
とが直接に接した際に、多層膜干渉カラーフィルタ層
(18)と低反射層(25)間の界面で生じる反射光を
低減・防止するためのものである。図1及び図3におい
ては、多層膜干渉カラーフィルタ層(18)と低反射層
(25)との間に干渉防止層(26)が設けられている
が、この干渉防止層(26)によって多層膜干渉カラー
フィルタ層(18)と低反射層(25)間の界面で生じ
る反射光(R2 )を低減・防止し、多層膜干渉カラーフ
ィルタ層(18)からの反射光(R1 )に悪影響を与え
ない機能をもたせているものである。
【0017】この干渉防止層(26)の層厚は、該当す
る多層膜干渉カラーフィルタ層(18)の中心波長の略
1/2以上のものである。そして、この干渉防止層(2
6)の屈折率は、干渉防止層(26)に接する多層膜干
渉カラーフィルタ層(18)の第1層、図2における1
27(TiO2 )の屈折率、及び干渉防止層(26)に
接する低反射層(25)の第3層、図4における33
(CrON)の屈折率、より小さいことが望ましい。
【0018】すなわち、本発明においては、低反射層
(25)の、干渉防止層(26)側の層の「屈折率
a 、吸収係数ka 」と、干渉防止層(26)の「屈折
率nb 、吸収係数kb 」と、多層膜干渉フィルタ層(1
8)の、干渉防止層(26)側の層の「屈折率nc 」の
関係が、nb <na 、nb <nc 、kb <ka 、干渉防
止層の層厚が中心波長の略1/2以上、であるように設
定するものである。
【0019】また、干渉防止層(26)と低反射層(2
5)の屈折率、吸収係数の関係は、低反射層(25)の
第1層(31)の「屈折率n1 、吸収係数k1 」、第2
層の「屈折率n2 、吸収係数k2 」、第3層の「屈折率
3 、吸収係数k3 」、とし、干渉防止層(26)の
「屈折率n4 、吸収係数k4 」としたとき、n1 >n2
>n3 >n4 、k1 >k2 >k3 >k4 、であることが
望ましいものである。
【0020】上記のように、外光(I)の多層膜干渉カ
ラーフィルタ層(18)による反射光(R1 )は外部へ
射出されるが、多層膜干渉カラーフィルタ層(18)に
よる透過光(T1 )の多層膜干渉カラーフィルタ層(1
8)と低反射層(25)間の界面で生じる反射光
(R2 )は低減・防止され、また、干渉防止層(26)
を経た透過光(T2 )は低反射層(25)により吸収さ
れ反射光(R3 )は殆ど発生しないものとなる。
【0021】すなわち、多層膜干渉カラーフィルタ層
(18)による明度の高い(反射率の高い)、彩度の高
い(色の鮮やかな)反射光(R1 )のみが、多層膜干渉
カラーフィルタ層(18)による透過光の再反射に影響
されることなく外部へ射出されるものとなる。
【0022】従って、本発明による反射型液晶表示装置
用カラーフィルタ基板を用いることにより、明度の高い
(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示
品質を有し、光効率の高い反射型液晶表示装置となる。
また、この反射型液晶表示装置を用いることにより、明
度の高い(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やか
な)色表示品質を有し、光効率の高い反射型液晶プロジ
ェクション装置となる。
【0023】また、前記のように、多層膜干渉カラーフ
ィルタ層(18)はカラーフィルタ基板(15)側に形
成されており、画素電極(13)と多層膜干渉カラーフ
ィルタ層(18)との位置合わせは、フォトリソグラフ
ィー法によるSiチップ・ベースド基板(11)上への
形成となるので、画素電極(13)と多層膜干渉カラー
フィルタ層(18)との位置合わせは正確なものとな
り、画素の開口率の低下は殆どないものとなる。すなわ
ち、本発明による反射型液晶表示装置用カラーフィルタ
基板を用いることにより、反射型液晶表示装置としては
開口率の高い反射型液晶表示装置となる。
【0024】
【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に説明する。 <実施例1> (低反射層の形成)素子、画素電極、配線などが形成さ
れたSiチップ・ベースド基板上に、低反射層としてス
パック法にてクロム,酸化クロム,酸化窒化クロムを順
次成膜した。それぞれの光学定数及び膜厚は下記の通り
であった。 屈折率 吸収係数 膜厚(nm) クロム 3.3 2.5 90.0 酸化クロム 2.76 1.0 40.0 酸化窒化クロム 2.0 0.5 50.0 この構成での反射特性は図5に示すように全波長域にわ
たって1%以下と低い反射のものであった。
【0025】(干渉防止層の形成)低反射層を形成した
Siチップ・ベースド基板上に、干渉防止層としてスパ
ック法にて二酸化珪素を成膜した。その光学定数及び膜
厚は下記の通りであった。 屈折率 吸収係数 膜厚(nm) 二酸化珪素 1.46 0.0 100.0
【0026】(多層膜干渉カラーフィルタ層の形成)図
6(イ)〜(ニ)は、多層膜干渉カラーフィルタ層を形
成する工程を断面で示す説明図である。上記低反射層
(25)、干渉防止層(26)を形成したSiチップ・
ベースド基板上に、耐熱性レジスト(東京応化工業製、
OFPR800)を用い、レジスト厚0.6μmに塗布
し、プレベーク処理(90℃、1時間)した後、ニコン
製ステッパーにて±0.3μmの精度で露光した。現像
・ポストベークして図6(イ)に示すように、第1色目
用のレジストパターン(61)を形成した。
【0027】次にそのレジストパターンを形成した基板
上に第1色目の多層膜(62)を図6(ロ)に示すよう
に形成した。装置はシンクロン製EB蒸着機(BMC1
050)にカウマン型イオン銃を配置したものである。
材料は高屈折率膜としてTiO2 、低屈折率膜としてS
iO 2 を用い、下記の条件で11層を交互に積層した。 到達真空圧:5×10-4Pa、 基板温度:130℃以下 レート IAD O2 ガス圧 TiO2 2.0 500eV 2×10-2Pa SiO2 2.0 500eV −
【0028】次にその基板を約90℃に加温した剥離液
(シプレイ製:リムーバ1165)に約1時間浸漬し、
第1色目フィルタ層以外のエリアに位置するレジスト及
び多層膜を除去し、第1色目のフィルタ層を図6(ハ)
に示すように得た。第2色目,第3色目は以上の繰り返
しにより形成して、3色の多層膜干渉カラーフィルタ層
を得た。3色の分光特性は、透過光ではシアン,マゼン
タ,イエローであり、反射光ではレッド,グリーン,ブ
ルーである。層構成は下記の通りである。
【0029】 色 中心波長 TiO2 /(SiO2 /TiO2 4 /SiO2 /TiO2 (透過)(λ) nm シアン 740 1.0/( 1.0/ 1.0) / 1.0/ 1.2 マゼンタ 420 4.0/( 0.5/ 2.0) / 0.5/ 4.0 イエロー 400 0.6/( 1.0/ 1.0) / 1.0/ 0.6 [ 数値 1.0=λ/4 ]
【0030】次に、保護膜層(63)となる透明な有機
樹脂(日本化薬製:HOC−338J)をその多層膜干
渉カラーフィルタ層上に塗布し、クリーンオーブンにて
220℃・30分の条件で硬化させた。このようにして
図6(ニ)に示すような反射型液晶表示装置用カラーフ
ィルタ基板を得た。得られた多層膜干渉カラーフィルタ
層の反射光の分光特性は図7〜図9に示すように、明度
の高い(反射率の高い、約98%)、彩度の高い(色の
鮮やかな)色表示品質を有している。また、画素電極と
多層膜干渉カラーフィルタ層との位置合わせは、従来法
における位置精度の±1.0μmから±0.3μmへと
向上し、開口率に換算すると約5%の向上となった。
【0031】
【発明の効果】本発明は、Siチップ・ベースド基板上
に、低反射層、干渉防止層、多層膜干渉フィルタ層、保
護膜層の積層を具備する反射型液晶表示装置用カラーフ
ィルタ基板であるので、明度の高い(反射率の高い)、
彩度の高い(色の鮮やかな)色表示品質を有する反射型
液晶表示装置用カラーフィルタ基板となる。また、開口
率の高い反射型液晶表示装置となる反射型液晶表示装置
用カラーフィルタ基板を提供できる。
【0032】また、本発明は、上記発明の反射型液晶表
示装置用カラーフィルタ基板において、低反射層が3層
以上の多層構成であり、Siチップ・ベースド基板側か
らの、第1層〜第n層における、第1層の「屈折率
1 、吸収係数k1 」〜第n層の「屈折率nn 、吸収係
数kn 」の関係が、n1 >・・・>nn-1 >nn 、k1
>・・・>kn-1 >kn 、であるので、明度の高い(反
射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示品質
を有する反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板とな
る。また、開口率の高い反射型液晶表示装置となる反射
型液晶表示装置用カラーフィルタ基板を提供できる。
【0033】また、本発明は、上記発明の反射型液晶表
示装置用カラーフィルタ基板において、低反射層の、干
渉防止層側の層の「屈折率na 、吸収係数ka 」と、干
渉防止層の「屈折率nb 、吸収係数kb 」と、多層膜干
渉フィルタ層の、干渉防止層側の層の「屈折率nc 」の
関係が、nb <na 、nb <nc 、kb <ka 、干渉防
止層の層厚が中心波長の略1/2以上、であるので、明
度の高い(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やか
な)色表示品質を有する反射型液晶表示装置用カラーフ
ィルタ基板となる。また、開口率の高い反射型液晶表示
装置となる反射型液晶表示装置用カラーフィルタ基板を
提供できる。
【0034】従って、本発明による反射型液晶表示装置
用カラーフィルタ基板を用いることにより、明度の高い
(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やかな)色表示
品質を有し、光効率の高い反射型液晶表示装置となる。
また、この反射型液晶表示装置を用いることにより、明
度の高い(反射率の高い)、彩度の高い(色の鮮やか
な)色表示品質を有し、且つ光効率の高い反射型液晶プ
ロジェクション装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における反射型液晶表示装置用カラーフ
ィルタ基板が、反射型液晶表示装置に用いられた断面図
である。
【図2】多層膜干渉カラーフィルタ層の層構成を拡大し
て示す説明図である。
【図3】本発明による反射型液晶表示装置用カラーフィ
ルタ基板の原理を示す説明図である。
【図4】低反射層の断面を拡大して示す説明図である。
【図5】低反射層の反射特性図である。
【図6】(イ)〜(ニ)は、多層膜干渉カラーフィルタ
層を形成する工程を断面で示す説明図である。
【図7】多層膜干渉カラーフィルタ層のブルー反射光の
分光特性図である。
【図8】多層膜干渉カラーフィルタ層のレッド反射光の
分光特性図である。
【図9】多層膜干渉カラーフィルタ層のグリーン反射光
の分光特性図である。
【図10】従来法における単板式反射型液晶プロジェク
ション装置に用いられる液晶表示装置を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
10…反射型液晶表示装置 11、81…Siチップ・ベースド基板 12、82…Si 13、83…画素電極 15…カラーフィルタ基板 16、86…液晶 17…対向基板 18…多層膜干渉カラーフィルタ層 19、89…オーバーコート層 20、90…透明電極層 21、91…遮光層 22、92…ガラス基板 23、93…遮光層の幅の余裕 24、94…画素の開口部 25…低反射層 26…干渉防止層 27…高屈折率膜 28…低屈折率膜 31、32、33…低反射層の3層 61…第1色目用のレジストパターン 62…第1色目の多層膜 63…保護膜層 80…従来法における液晶表示装置 84…従来法におけるAl反射膜 85…従来法における対向基板 87…従来法におけるカラーフィルタ基板 88…従来法におけるカラーフィルタ層 127…干渉防止層に接する多層膜干渉カラーフィルタ
層の第1層 I…外光 R、R1 、R2 、R3 …反射光 T1 、T2 …透過光

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Siチップ・ベースド基板上に、低反射
    層、干渉防止層、多層膜干渉フィルタ層、保護膜層の積
    層を具備することを特徴とする反射型液晶表示装置用カ
    ラーフィルタ基板。
  2. 【請求項2】前記低反射層が3層以上の多層構成であ
    り、該Siチップ・ベースド基板側からの、第1層〜第
    n層における、第1層の「屈折率n1 、吸収係数k1
    〜第n層の「屈折率nn 、吸収係数kn 」の関係が、 n1 >・・・>nn-1 >nn 、k1 >・・・>kn-1
    n 、であることを特徴とする請求項1記載の反射型液
    晶表示装置用カラーフィルタ基板。
  3. 【請求項3】前記低反射層の、干渉防止層側の層の「屈
    折率na 、吸収係数ka 」と、前記干渉防止層の「屈折
    率nb 、吸収係数kb 」と、前記多層膜干渉フィルタ層
    の、干渉防止層側の層の「屈折率nc 」の関係が、 nb <na 、nb <nc 、kb <ka 、 干渉防止層の層厚が中心波長の略1/2以上、であるこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2記載の反射型液晶
    表示装置用カラーフィルタ基板。
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