JP4300853B2

JP4300853B2 - Color filter for liquid crystal display device and liquid crystal display device

Info

Publication number: JP4300853B2
Application number: JP2003111210A
Authority: JP
Inventors: 英幸小嶋; 純司梶田; 昌志狩野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004317766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶表示と反射型液晶表示の両方の方式を兼ね備えた半透過型液晶表示装置用カラーフィルター、およびそれを用いた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力等の特性を生かし、ノートＰＣ、携帯情報端末、デスクトップモニタ、デジタルカメラなど様々な用途で使用されている。バックライトを使用した液晶表示装置においては、低消費電力化を進めるためにバックライト光の利用効率を高めることが求められ、カラーフィルターの高透過率化が要求されている。一方、カラーフィルターの透過率は年々向上しているが、透過率向上による消費電力の大幅な低下は望めなくなってきている。最近では電力消費量の大きなバックライト光源を必要としない反射型液晶表示装置の開発が進められており、透過型液晶表示装置にくらべ約１／７と大幅な消費電力の低減が可能であることが発表されている（例えば、非特許文献１参照）。反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置に比べ消費電力が低く、屋外での視認性に優れるという利点はあるものの、十分な環境光強度が確保されない場所では表示が暗くなってしまい、視認性が極端に悪くなるという問題点がある。暗い環境下でも表示が視認されるようにするために、（１）バックライトを設け、反射膜の一部に切り欠きを入れ、一部を透過型表示方式、一部を反射型表示方式とした液晶表示装置、半透過半反射型表示方式（いわゆる半透過型表示方式、例えば、非特許文献２参照）、（２）フロントライトを設けた液晶表示装置などが考案されている。
【０００３】
反射膜の一部に切り欠きを入れ、バックライトを設けた半透過型液晶表示装置では、バックライト光を利用する透過表示と環境光を利用する反射表示が１画素内に共存するため、環境光強度によらず、視認性のよい表示を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。しかし、図５に示すような従来の構成のカラーフィルター、すなわち、反射用領域と透過用領域が特別には設けられていない、１画素内での着色が均一なカラーフィルターを用いた場合には、鮮やかな透過表示を得ようとすると問題点が生じていた。透過色の色鮮やかさ（色純度）を向上させると、反射色もそれに伴いさらに色純度が高くなり、色純度とトレードオフの関係にある明るさが極端に低下し、十分な視認性が得られないというものである。この問題点は、透過表示を行うときにはバックライト光がカラーフィルターを１回透過するのに対して、反射表示では、環境光が入射時と反射時の２回カラーフィルターを透過することに起因する。また、半透過型液晶表示装置では透過表示での光源がバックライト光である一方、反射表示での光源が環境光であるために、色純度だけでなく色調も変化してしまうという問題点もある。これは、環境光がＤ６５光源に代表されるような連続的なスペクトルを持つのに対して、バックライト光源がある特定の波長にスペクトルのピークをもつという光源のスペクトル特性の違いに起因する。
【０００４】
そこで、透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする（色純度、明るさ、色調を同一にする）方法として、反射用領域にスペーサー部を形成して、透過用領域と反射用領域で着色層の膜厚を変えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図６は、従来知られている膜厚を調整する方式での半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの断面図を模式的に示したものである。反射用領域７には透明樹脂層３が形成され、反射用領域７の着色層４の膜厚は、透過用領域６の着色層４の膜厚に比べて、薄くなっている。しかし、反射用領域７の着色層膜厚を薄く変えただけでは、色純度、明るさは大きな違いをなくすことができるものの赤、緑、青それぞれ単色の反射表示の色調は透過表示での色調と異なってしまい、反射と透過における見え方に差があるという問題点があった。また、透過表示での色純度を向上させた場合には、反射表示での十分な明るさを得ることができないという問題点があった。
【０００５】
また、透過用領域と反射用領域の表示色を同一にする別の方法としては、図７に示すような透過用領域および／または反射用領域をバックライト光と環境光を考慮した適切な複数の色材料で塗り分ける方法がある（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。透過用領域および／または反射用領域を塗り分ける方法では、透過用領域６と反射用領域７の色調を同じにして色純度、明るさを変え、目的にあった透過表示色と反射表示色を達成することができると考えられるが、現在主流のフォトリソ法では、一色の画素を形成するのに二度以上の色材料塗布、フォトリソ加工をすることになる。すなわち、赤、緑、青の三色の画素を形成するには各色２回、計６回のフォトリソ加工が必要となり、製造コストが増加してしまうという問題点があった。
【０００６】
一方、製造コストを増加させず、明るい反射表示を実現する方法として、図８に示すような反射用領域７に着色層を形成する領域４と形成しない領域５とを含む構成が提案されている（特許文献５、参照）。この方法によれば、着色層を形成しない領域５を各色毎に異ならせることにより、反射表示での適切な色純度と明るさを得ることができるとされている。しかし、本来波長選択性が要求されるカラーフィルターに選択性のない無着色領域を形成することにより、カラーフィルターとしての特性が低下してしまう。すなわち、同じ色純度で比較すると明るさに劣ったカラーフィルターとなってしまう。この傾向は、透過用領域の色純度を向上させると顕著になり、反射表示での十分な明るさが得られなくなってしまう。
【０００７】
こうした問題点を解消するために、一画素中に透過用領域と反射用領域を含み、少なくとも１色の画素については、非感光性樹脂を含む着色層２４ｂ上に感光性樹脂を含む着色層２４ａを積層させ、一括加工したカラーフィルターが提案されている（特許文献６、参照）。図９は、特許文献５に記載の半透過型液晶表示装置用カラーフィルターの断面図を模式的に示したものである。この方法によれば、反射用領域の感光性樹脂を含む着色層２４ａは、半透過フォトマスクを使用することにより、透過用領域の感光性樹脂層膜厚の１／２以下に調整することができ、反射表示での明るさを向上させることができる。また、積層させる着色層の着色特性をそれぞれ最適化することで、透過用領域６と反射用領域７とでの表示特性を所望の色調にすることができる。
【０００８】
しかし、感光性樹脂からなる着色層２４ａについては、反射用領域７の着色層を薄くすることができるものの、下層の非感光性樹脂からなる着色層２４ｂは、透過用領域７と反射用領域６との膜厚が同等であるため、透過表示での色純度を向上させた場合には、反射表示での十分な明るさを実現することが困難であった。
【０００９】
すなわち、従来知られている方法では、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて安価に製造することを両立することが困難であった。
【００１０】
本発明者らは、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて安価に製造することを両立するカラーフィルターとして、複数の着色層が積層され、かつ、最上層が感光性カラーレジストからなる構造を有し、かつ、反射用領域において基板と着色層の間に透明樹脂層を有することを特徴とするカラーフィルターを提案している（特願２００２−３５０８３０号）。その中でも、反射用領域の着色層数が透過用領域に積層された着色層数よりも少ないカラーフィルター構成では、反射表示での明るさが特に向上できる。しかしながら、この構成では基板と着色層の間に樹脂層を有するため、必然的に一画素内の段差が大きくなるので、その後の液晶表示装置作成における配向膜塗布工程で配向膜の塗布不良が発生しないようにすることが望まれていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１０９４１７号公報（図１）
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−３３７７８号公報（第３〜４頁、第２図、第８図）
【００１３】
【特許文献３】
特開２００１−１８３６４６号公報（第１図）
【００１４】
【特許文献４】
特開２００１−２８１６４８号公報（第２〜３頁、図２）
【００１５】
【特許文献５】
特開２０００−１１１９０２号
【００１６】
【特許文献６】
特開２００２−３６５４１９号公報
【００１７】
【非特許文献１】
「日経マイクロデバイス別冊フラットパネル・ディスプレイ」、１９９８年、ｐ．１２６。
【００１８】
【非特許文献２】
「ファインプロセステクノロジージャパン’９９、専門技術セミナーテキストＡ５」、１９９８年７月２日、ｐ．６。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み創案されたもので、半透過型液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にすること、ならびに製造工程増加を抑えて製造すること、さらには配向膜塗布工程での不良発生を防止できるカラーフィルターを提供することを目的とする。
【００２０】
（１）透明基板上に赤、緑、青の各色の画素を有し、そのうちの少なくとも一色の画素が、一画素中に、複数の着色層が積層された領域と、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域とを有する液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域には着色層以外の樹脂層が形成され、着色層以外の樹脂層が無い領域の着色層上にのみオーバーコート層を形成し、かつ一画素内の表面の段差が０．５μｍ以下であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２１】
（２）複数の着色層が積層された領域が透過用領域であり、該複数の着色層よりも少ない数の着色層が形成された領域が反射用領域であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２２】
（３）着色層以外の樹脂層が形成されている位置が、透過領域と反射領域の境界部であることを特徴とする（２）に記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２６】
（４）積層された着色層のうち下層の着色層がポリイミド樹脂からなる（１）〜（３）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター。
【００２７】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルターを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明のカラーフィルターは一画素内に透過用領域と反射用領域を持つ半透過液晶表示装置に好適に用いることができる。
【００２９】
外光を利用するための反射膜が形成される基板は、カラーフィルター側基板、カラーフィルターに対向する基板のいずれでもよい。カラーフィルター側に反射膜が形成されている場合は、色材料が形成されている画素領域の内、反射膜が形成されている領域が反射用領域となり、画素領域の中で反射膜が形成されていない領域が透過用領域となる。反射膜がカラーフィルターに対向する基板上に形成されている場合は、該基板の反射膜形成領域に対応するカラーフィルター画素領域が反射用領域となり、該基板の反射膜が形成されていない領域に対応するカラーフィルター画素領域が透過用領域となる。
【００３０】
本発明においては、反射用領域と透過用領域の配置について特に限定はないが、反射用領域の内側に透過用領域が存在することが好ましい。また、透過用領域は画素領域のおおむね中間に位置することが好ましい。
【００３１】
本発明者らは、反射用領域の着色層数を透過用領域の着色層よりも少なくする、すなわち反射表示での明るさを向上させるための手段として、感光性レジストと非感光性ペーストとの現像特性の違いに着目し、それぞれからなる着色層を積層させ、一括パターン加工する加工方法を考案した。透過用領域に複数の着色層を積層させること、ならびに反射用領域の着色層数を透過用領域の着色層よりも少なくすることで、透過表示での色純度を向上させた場合でも、明るい反射表示を得ることができる。また、積層させるそれぞれの着色塗膜の着色を適宜異ならせることで、透過表示と反射表示のそれぞれで所望の色純度、明るさ、色調を得ることが可能となる。
【００３２】
ここで、ネガ型感光性レジストと非感光性ペーストの現像特性の違いについて述べる。ネガ型感光性レジストでは、紫外線などにより露光された領域は、光架橋反応が進行し、現像液に不溶となる一方、未露光部分は、現像液に溶解する。したがって、十分な露光量の紫外線を照射することで、現像時間によらず、一定のパターンを形成することができる。
【００３３】
一方、非感光性ペーストのフォトリソ加工では、それ自体が感光性能を持たないため、感光性のレジストを非感光性ペーストからなる塗膜上に塗布する必要がある。紫外線などの露光により、感光性レジストは露光部分、未露光部分での溶解性が変化するが、非感光性ペーストからなる塗膜層は、光照射によって、なんら溶解性が変化することがない。そのため、適正現像時間よりも現像時間を長くした過現像条件とすることで、上層の感光性レジストに比べて、下層の非感光性ペーストのエッチングをさらに進めることができる。
【００３４】
本発明者らは、このような現像特性の違いに着目し、感光性レジストならびに非感光性ペーストの積層膜を露光後、過現像条件で一括現像することにより、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを異なった形状に形成できることを見出した。
【００３５】
さらに、本発明者らは凹状に形成された樹脂層上に、非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層し、パターン加工する際に、凹状樹脂層の段差部分で非感光性ペーストのエッチング速度が非常に遅くなり、非感光着色層の現像性が制御できることを見出した。すなわち、段差形状を作るための樹脂層をあらかじめ任意のパターンに形成しておき、その上に非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層し、一括現像することで、感光性レジスト層と非感光性ペースト層とを所望の形状に加工できることを見出した。
【００３６】
本発明者らはさらに、上記のように樹脂層を設ける場合には必然的に一画素内の段差が大きくなるものの、その段差を適当な値以下に抑えることによって、その後の液晶表示装置作成における配向膜塗布工程で配向膜の塗布不良が発生しないようにできることを見出した。
【００３７】
ここで、より具体的に本発明のカラーフィルター加工の一例について述べる。図１（ａ）には透過用領域と反射用領域の境界に段差をもつようパターン加工された着色層以外の樹脂層３を示す。この樹脂層上に、非感光性ペースト、さらにその上に感光性レジストを積層したものが図１（ｂ）である。フォトマスクを介した露光の後、現像液に浸漬すると、上層の感光性レジスト層２４ａのうち、未露光部２６は溶解し、露光部２５は溶解せずに現像される。一方、下層の非感光性ペースト層２４ｂは、現像時間と共に溶解が進行するが、樹脂層３の段差部分で非感光性ペーストのエッチング速度が極めて遅くなり、透過用領域６の非感光性ペースト２４ｂは現像されずに、反射用領域７の非感光性ペースト２４ｂのみが選択的に現像される。結果として、透過用領域６に感光性レジスト層２４ａと非感光性ペースト２４ｂが積層され、反射用領域７には感光性レジスト層２４ａのみが得られる（図１（ｃ））。
【００３８】
本発明においては、積層される着色層は最上層に感光性レジストからなる着色層が形成されることが必要であるが、感光性レジストの下の非感光性ペーストおよび／または感光性レジスト着色層は何層でも積層することが可能である。何層積層するかは目標の色特性を達成するために適宜選択されるが、生産性の観点からは着色層としては感光性レジストと他の１層を組み合わせた２層積層構造であることがより好ましい。
【００３９】
本発明においては、現像性を制御するために着色層以外の樹脂層を、少なくとも透過用領域と反射用領域の境界部に形成する必要がある。ここでいう着色層とは、液晶表示装置の発色のために用いられる層を指し、例えば透明樹脂層、遮光層などは含まないものとする。また、ここでいう境界部とは、１画素内で透過用領域と反射用領域にまたがり、透過用領域と反射用領域の境界から１０μｍ以内に含まれる領域を指す。
【００４０】
着色層以外の樹脂層が遮光層である場合は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに樹脂層が形成されている方が、画素の有効表示面積（開口率）の減少が抑えられ好ましい。図１０はこれを示したものであり、境界部２７に遮光層が形成されている。開口率の低下をさらに少なくするため、その線幅は１０μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。また、パターン加工性の観点からは、遮光層の膜厚は、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下がさらに好ましい。また、この場合、遮光層２と樹脂層３は同一材料で同時に形成しても良く、工程数が減少するためその方が好ましい。
【００４１】
一方、着色層以外の樹脂層が透明樹脂層である場合は、透過用領域と反射用領域の境界部のみに樹脂層が形成されていてもよく、反射用領域全体について樹脂層が形成されていてもよい。図１１は反射用領域全体に樹脂層が形成されている例を示したものであり、透過用領域６は複数の着色層が積層されており、反射用領域７は着色層と樹脂層３が積層されている。
【００４２】
反射用領域に形成される透明樹脂層の膜厚は、光源の違いを勘案したうえで反射用領域と透過用領域の色純度、明るさ、色調が所望の特性となるように選択させる。透明樹脂の膜厚が大きいほど、平坦化により反射用領域と透過用領域に形成される着色層の段差が大きくなり、反射用領域の明るさを明るくする効果が大きい。しかし、膜厚があまり厚くなると、基板全体に均一な膜厚と形状で形成することが困難になるという問題があり、１０μｍ以下が好ましい。また、「透明」とは、具体的には可視光領域の平均透過率が８０％以上であることをいう。
【００４３】
本発明のカラーフィルターは上記のような着色層以外の樹脂層が存在するため必然的に表面の段差が大きくなり、その後の液晶表示装置作成における配向膜塗布工程で配向膜の塗布不良が発生しやすい。本発明者らはこれに対して鋭意検討を進めた結果、一画素内の段差を０．５μｍ以下に抑えることで配向膜塗布不良を防止できることを見出した。ここでいう段差とは、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚と最も低い部分の膜厚の差である。
【００４４】
着色層以外の樹脂層を透明樹脂層とし、反射用領域全体に形成する場合は、基板表面からの高さが反射用領域で最も高く、透過用領域でもっとも低くなることが多い。この場合、反射用領域と透過用領域の段差を上記条件に合わせればよい。ただし、上述したように透明樹脂層の膜厚は所望する色特性にも関係するため、段差のみを考えて膜厚を決定する訳にはいかない。特に透過用領域の色純度を上げた場合、透過用領域と反射用領域の段差が大きくなり、図１（ｃ）のような構成のままでは段差が上記条件を満たさない場合がある。このような場合は、図２に示すように平坦化のためにオーバーコート層９をカラーフィルター全面に形成して、段差が上記条件を満たすようにしてやればよい。真に基板の全面であっても良いが、少なくとも画面部分全面に形成されれば良い。カラーフィルターは一枚の基板上に複数の画面を有することが多く、画面部分と画面外部分とからなる。画面は赤、緑、青および遮光部の繰り返しパターン部と遮光層による額縁部からなる。また、図３に示すように、透過用領域にのみオーバーコート層９を形成しても良い。
【００４５】
また本発明においては、図４に示すように、着色層の最上部層２４ａのパターンに除去部を入れて下層の着色層２４ｂの現像をしやすくすることがある。
この場合、この除去部での段差により配向膜塗布不良が発生する可能性がある。この場合には、図４に示すように、最上層の着色層除去部にオーバーコート層９を形成することにより上記段差の条件を満たすようにできる。また、同じく図４に示すように、遮光層の形成された非表示領域にもオーバーコート層を形成しても良い。非表示部であっても表示部の境界部での不良は表示部に影響することがあるからである。
【００４６】
遮光層としては通常Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属薄膜（厚さ約０．１〜０．２μｍ）や樹脂中に遮光材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、段差によりエッチング速度を落とす機能が必要であり、樹脂中に遮光材を分散させた樹脂ブラックマトリックスが好ましい。樹脂としては、耐熱性、耐薬品性等の点からポリイミドやアクリルが好ましい。遮光材としての黒色顔料の例としてはピグメントブラック７、チタンブラックなどが挙げられるが、これらに限定されず、種々の顔料を使用することができる。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ものを使用してもよい。
【００４７】
透明樹脂層およびオーバーコート層は感光性レジストを使用して形成することができる。感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用できる。感光性を持たせるためには、少なくとも光重合開始剤を含有させ、単官能または多官能モノマー、オリゴマーを有するのが一般的である。
【００４８】
アクリル系樹脂は、可視光域での透明性が高く好ましく用いられるが、エポキシモノマーを加えたいわゆるアクリルエポキシ樹脂としてもよい。
【００４９】
透明樹脂層を感光性レジストで形成した場合は、フォトリソ加工の露光工程で、露光マスクと透明樹脂層を形成する基板の距離を変えることで透明樹脂層の表面の丸みや平坦性を制御することが可能である。
【００５０】
透明樹脂層およびオーバーコート層は非感光性ペーストを使用しても形成することができる。非感光性樹脂材料としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が使用でき、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。透明樹脂層を非感光性ペーストで形成した場合は、透明樹脂層の上部表面が平坦な構造になり、より小さな面積の透明樹脂層を形成することが可能である。
【００５１】
感光性レジストを用いて透明樹脂層またはオーバーコート層を形成する方法としては、透明基板上に感光性レジストを塗布し、ホットプレート、オーブン、真空乾燥を用いて加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、後に加熱硬化することで、透明樹脂層またはオーバーコート層を得る。
【００５２】
非感光性ペーストを用いて透明樹脂層またはオーバーコート層を形成する方法としては、透明基板上に非感光性ペーストを塗布し、ホットプレート、オーブン、真空乾燥などを用いて加熱乾燥（セミキュア）する。セミキュア膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、フォトレジストを溶剤で剥離することで透明樹脂層またはオーバーコート層を形成し加熱硬化させる。
【００５３】
反射用領域に形成する透明樹脂層には光の散乱機能を持たせても良い。これにより反射膜による光の干渉現象を抑え、反射表示で虹色の模様が見えてしまう問題を解消できる。かつ透過表示領域には透明樹脂層は存在しないので光散乱せずに効率的にバックライトを使用でき、輝度やコントラストの低下を避けることができる。透明樹脂層に光の散乱機能を持たせる方法の一つは、透明樹脂層中に透明樹脂層とは屈折率の異なる粒子を存在させることである。透明樹脂と粒子の境界部分で光を複雑に屈折させることにより散乱機能を持たせることができる。粒子としてはシリカ、アルミナ、チタニアなどの無機酸化物粒子、金属粒子、アクリル、スチレン、シリコーン、フッ素含有ポリマーなどの樹脂粒子などの材料を使用することができ、マトリクス樹脂との屈折率差が大きい粒子を用いることが好ましい。光散乱粒子の粒径としては０．１〜１０μｍの範囲で用いることができる。
【００５４】
本発明においては、透過表示と反射表示の色純度、明るさ、色調を所望の特性とするために、透過用領域の着色と反射用領域の着色が異なることが好ましい。反射用領域の着色と透過用領域の着色を変える方法としては、最上層の感光性カラーレジストからなる着色層とそれ以外の着色層の着色が異なる構成とすることがあげられる。「着色が異なる」とは、同一光源（例えばＣ光源）で透過用領域と反射用領域を見たときの色純度、明るさ（透過率）、色調が異なることを指す。最上層の感光性カラーレジストと感光性カラーレジストおよび／または非感光性カラーペーストからなる下層着色層との着色は同一とする必要はなく目的に応じて異なることが好ましい。
【００５５】
着色を異ならせる方法としては、使用する着色剤数、着色剤種類、着色剤組成、着色剤濃度を異ならせることで達成することができる。勿論、使用される着色剤が同じであっても混合比率を変えれば達成される色度を異ならせることができる。たとえば、最上層を主顔料と副顔料の両者を使用した着色とし、下層着色層には主顔料あるいは副顔料のみを使用した着色とする、あるいは、最上層と下層着色層で主顔料の種類を変えるなどが可能である。
【００５６】
また、着色塗液の平坦化（レベリング）によっても、反射用領域の着色と透過用領域の着色（同一光源（例えばＣ光源）で見たときの「色の濃さ」）を変えることができる。例えば、基板上の反射用領域に透明樹脂層を形成すると反射用領域は透明樹脂層部分の膜厚分凸になり、透過用領域は反射用領域に比べて低い部分的に凸のある基板となる。凸のある基板上に非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストを塗布し着色層を形成すると、透過用領域の着色層の膜厚は、非感光性カラーペーストや感光性カラーレジストによる平坦化（レベリング）によって凸が形成されている反射用領域の膜厚に比べて厚くなる。すなわち、反射用領域の着色に比べ、透過用領域の着色を濃くすることができる。
【００５７】
着色塗液の平坦化（レベリング）の程度は、塗液の粘度、固形分濃度により調整することができる。塗液の粘度が低いとより平坦化しやすくなり、また塗液中の固形分濃度が高いとより平坦化しやすくなる。最上層の着色層に用いる感光性カラーレジスト中の固形分濃度は１０重量％から３０重量％であることが好ましく、下層の着色層に用いる非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジスト中の固形分濃度は３重量％から１５重量％であることが好ましい。
【００５８】
本発明では少なくとも一色の画素について非感光性カラーペーストおよび／または感光性カラーレジストからなる着色層と感光性カラーレジストからなる着色層を積層させるが、積層させる色については、特に限定はなく赤画素、緑画素、青画素のいずれでもよく、積層させる色画素は１色でも２色でも３色でもよいが、用いるバックライト光源と環境光の特性差を勘案し、目標の着色を達成できるように個々の積層させる色材料の着色を決めることが好ましい。
【００５９】
好ましい画素の着色設計には、光源の違いを考慮に入れるため、透過用領域はバックライトに用いられる光源としてＣ光源、２波長型光源、３波長型光源の内のいずれか、反射用領域は環境光としての太陽光（自然光）に近いＤ６５光源で行うことが好ましい。ここでいう２波長型のＬＥＤ光源の例としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体または黄緑色蛍光体とを組み合わせて白色光を発するＬＥＤ光源があげられる。また、３波長型光源の例としては、３波長冷陰極管、紫外ＬＥＤと赤、青、緑蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、赤、青、緑各色のＬＥＤを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、青色ＬＥＤと赤色蛍光体ならびに緑色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ光源、有機エレクトロルミネッセンス光源などがあげられる。
【００６０】
本発明で使用する色材料は、着色成分と樹脂成分を含むペーストである。樹脂成分としては、ポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられる。感光性、非感光性のどちらの材料でも使用することが可能である。
【００６１】
感光性カラーレジストは、着色成分と樹脂成分を含み、樹脂成分は光によって反応する感光成分を含む。光照射された樹脂が現像液への溶解速度のあがるポジ型と、光照射された樹脂が現像液への溶解速度の下がるネガ型があり、どちらも使用することが可能であるが、可視光で感光成分の透明性の高いネガ型樹脂が好ましく用いられる。感光性カラーレジストの樹脂成分としてはポリイミド系樹脂、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、ポリオレフィン系樹脂等の材料が好ましく用いられる。
【００６２】
感光性カラーレジストに使用する樹脂成分の例として、アクリル系樹脂について述べる。感光性アクリル系樹脂としては、感光性を持たせるため、少なくともアクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤を含有させた構成を有するのが一般的である。さらにエポキシを加えた、いわゆるアクリルエポキシ樹脂も用いることができる。
【００６３】
使用できるアクリル系ポリマーとしては、特に限定はないが、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物の共重合体を好ましく用いることができる。不飽和カルボン酸の例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル酢酸、あるいは酸無水物などがあげられる。
【００６４】
これらは単独で用いても良いが、他の共重合可能なエチレン性不飽和化合物と組み合わせて用いても良い。共重合可能なエチレン性不飽和化合物としては、具体的には、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎープロピル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｓｅｃ−ブチル、メタクリル酸ｓｅｃ−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、メタクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ペンチル、メタクリル酸ｎ−ペンチル、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸アルキルエステル、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、アミノエチルアクリレートなどの不飽和カルボン酸アミノアルキルエステル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸グリシジルエステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、１，３−ブタジエン、イソプレンなどの脂肪族共役ジエン、それぞれ末端にアクリロイル基、あるいはメタクリロイル基を有するポリスチレン、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリシリコーンなどのマクロモノマーなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
また、側鎖にエチレン性不飽和基を付加したアクリル系ポリマーを用いると、加工の際の感度がよくなるので好ましく用いることができる。エチレン性不飽和基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基のようなものがある。このような側鎖をアクリル系（共）重合体に付加させる方法としては、アクリル系（共）重合体のカルボキシル基や水酸基などを有する場合には、これらにグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドを付加反応させる方法が一般的である。その他、イソシアネートを利用してエチレン性不飽和基を有する化合物を付加させることもできる。ここでいうグリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物やアクリル酸またはメタクリル酸クロライドとしては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、α−エチルアクリル酸グリシジル、クロトニルグリシジルエーテル、クロトン酸グリシジルエーテル、イソクロトン酸グリシジルエーテル、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどがあげられる。
【００６６】
多官能モノマーとしては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレートカルバメート、変性ビスフェノールＡエポキシ（メタ）アクリレート、アジピン酸１，６−ヘキサンジオール（メタ）アクリル酸エステル、無水フタル酸プロピレンオキサイド（メタ）アクリル酸エステル、トリメリット酸ジエチレングリコール（メタ）アクリル酸エステル、ロジン変性エポキシジ（メタ）アクリレート、アルキッド変性（メタ）アクリレートのようなオリゴマー、あるいはトリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、トリアクリルホルマール、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレートなどがあげられる。これらは単独または混合して用いることができる。また、次にあげるような単官能モノマーも併用することができ、例えば、エチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレートなどがあり、これらの２種以上の混合物、あるいはその他の化合物との混合物などが用いられる。これらの多官能及び単官能モノマーやオリゴマーの選択と組み合わせにより、ペーストの感度や加工性の特性をコントロールすることが可能である。特に、硬度を高くするにはアクリレート化合物よりメタクリレート化合物が好ましく、また、感度を上げるためには、官能基が３以上ある化合物が好ましい。また、メラミン類、グアナミン類などもアクリル系モノマーの代わりに好ましく用いることができる。
【００６７】
光重合開始剤としては、特に限定はなく、公知のものが使用でき、例えば、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ’−テトラエチル−４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４−メトキシ−４’−ジメチルアミノベンゾフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−メチル−１−[４−（メチルチオ）フェニル]−２−モルホリノ−１−プロパン、ｔ−ブチルアントラキノン、１−クロロアントラキノン、２，３−ジクロロアントラキノン、３−クロル−２−メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、１，４−ナフトキノン、９，１０−フェナントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、１，４−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキノン、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール２量体などがあげられる。また、その他のアセトフェノン系化合物、イミダゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、チオキサントン系化合物、リン系化合物、トリアジン系化合物、あるいはチタネート等の無機系光重合開始剤なども好ましく用いることができる。また、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エステルなどの増感助剤を添加すると、さらに感度を向上させることができ好ましい。また、これらの光重合開始剤は２種類以上を併用して用いることもできる。
【００６８】
光重合開始剤の添加量としては、特に限定はないが、ペースト全固形分に対して、好ましくは１〜３０ｗｔ％、より好ましくは５〜２５ｗｔ％、さらに好ましくは１０〜２０ｗｔ％である。
【００６９】
本発明のカラーフィルターは、少なくとも赤、緑、青の３色の色画素から構成され、使用される着色材料は、有機顔料、無機顔料、染料問わず着色剤全般を使用することができる。代表的な顔料の例として、ピグメントレッド（ＰＲ−）、２、３、２２、３８、１４９，１６６、１６８、１７７，２０６、２０７、２０９、２２４、２４２，２５４、ピグメントオレンジ（ＰＯ−）５、１３、１７、３１、３６、３８、４０、４２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１、ピグメントイエロー（ＰＹ−）１２、１３、１４、１７、２０、２４、８３、８６、９３、９４、１０９、１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０，１５３、１５４、１６６、１７３、１８５、ピグメントブルー（ＰＢ−）１５（１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６）、２１、２２、６０、６４、ピグメントバイオレット（ＰＶ−）１９、２３、２９、３２、３３、３６、３７、３８、４０、５０などが挙げられる。本発明ではこれらに限定されずに種々の顔料を使用することができる。
【００７０】
上記顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処理、塩基性処理、顔料誘導体処理などの表面処理が施されているものを使用しても良い。なお、ＰＲ（ピグメントレッド）、ＰＹ（ピグメントイエロー）、ＰＶ（ピグメントバイオレット）、ＰＯ（ピグメントオレンジ）等は、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．；The Society of Dyers and Colourists社発行）の記号であり、正式には頭にＣ．Ｉ．を付するもの（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４など）である。これは染料や染色の標準を規定したものであり、それぞれの記号は特定の標準となる染料とその色を指定するものもである。なお、以下の本発明の説明においては、原則として、前記Ｃ．Ｉ．の表記は省略（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４ならば、ＰＲ２５４）する。
【００７１】
非感光性カラーペーストまたは感光性カラーレジストを塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーター法、スピンコーティング法、ダイコーティング法、ダイコーティングとスピンコーティング併用法、ワイヤーバーコーティング法などが好適に用いられる。
【００７２】
画素を形成する方法としては、画素の反射用領域に透明樹脂層が形成された透明基板上に、たとえば非感光性カラーペーストを塗布、ホットプレート、オーブン、真空乾燥を用いて加熱乾燥（セミキュア）する。このセミキュア膜上に感光性カラーレジストを塗布し、加熱乾燥（プリベーク）する。プリベーク後にマスク露光し、アルカリ現像し、加熱硬化させるフォトリソ工程で非感光性カラーペースト層と感光性カラーレジスト層とを同時にパターニングでき、積層構成でありながら１回のフォトリソ加工で１色の画素を形成することができる。
【００７３】
カラーフィルターの形成は、ガラス、高分子フィルム等の透明基板側に限定されず、駆動素子側基板にも行うことができる。カラーフィルターのパターン形状については、ストライプ状、アイランド状などがあげられるが特に限定されるものではない。また、必要に応じてカラーフィルター上に柱状の固定式スペーサーが配置されていてもよい。
【００７４】
本発明のカラーフィルターは、半透過型液晶表示装置に組み込まれて使用される。ここで、半透過型液晶表示装置とは、対向基板あるいはカラーフィルターの反射領域にはアルミニウム膜や銀膜等から成る反射膜を備え、透過領域にはそのような反射膜がないことを特徴とする液晶表示装置である。本発明のカラーフィルターは、液晶表示装置の駆動方法、表示方式にも限定されず、アクティブマトリクス方式、パッシブマトリクス方式、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード、ＯＣＢ、ＶＡモードなど種々の液晶表示装置に適用される。また、液晶表示装置の構成、例えば偏光板の数、散乱体の位置等にも限定されずに使用することができる。
【００７５】
本発明のカラーフィルター作製方法の一例を述べる。
【００７６】
透明基板上に少なくともポリアミック酸、黒色着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリアミック酸黒色着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分行うのが好ましい。次にこのようにして得られたポリアミック酸黒色被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで樹脂ブラックマトリクス層を得る。樹脂ブラックマトリクス層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００７７】
次にポリアミック酸と溶剤からなる非感光性ペーストをブラックマトリクスが形成された透明基板の全面に塗布し、ホットプレートを使用し、６０〜２００℃の範囲で１〜６０分間加熱乾燥する。次にこのようにして得られたポリアミック酸被膜にポジ型フォトレジストを塗布し、ホットプレートを使用して６０〜１５０℃の範囲で１〜３０分加熱乾燥させる。露光装置を用いて、紫外線を照射し目的のパターンを焼き付け、アルカリ現像して所望位置に所望パターンで透明樹脂層を得る。透明樹脂層は２００〜３００℃で加熱硬化させる。
【００７８】
次に着色層を積層して画素を形成する。少なくともポリアミック酸、着色剤、溶剤からなる非感光性カラーペーストを透明樹脂層が形成された透明基板上に塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリアミック酸着色被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜６０分行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリアミック酸着色被膜に、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、着色剤、溶剤からなる感光性カラーレジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル着色被膜を積層形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル着色被膜にフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル着色被膜とポリアミック酸着色被膜のエッチングを同時に行う。
【００７９】
ポリアミック酸着色被膜は、その後、加熱硬化することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱硬化は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２５０℃の温度のもとで、０．５〜５時間、連続的または段階的に行われる。
【００８０】
感光性アクリル着色層を積層しない他の色の画素がある場合は、ポリアミック酸着色被膜を形成した後、フォトレジストを塗布し、フォトレジスト被膜を形成する。続いて該フォトレジスト被膜上にフォトマスクと露光装置を用いてパターン状に紫外線照射する。露光後、アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリアミック酸被膜のエッチングを同時に行う。エッチング後、不要となったフォトレジスト被膜を剥離し、ポリアミック酸を加熱硬化することでポリイミド着色膜を得る。以上の工程を赤、緑、青の画素について行う。
【００８１】
必要であれば、得られた基板上に以下のようにオーバーコート層を形成する。オーバーコート層をパターン加工する場合、アクリル系ポリマー、アクリル系多官能モノマー、光重合開始剤からなる感光性アクリル樹脂、溶剤からなる感光性レジストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、感光性アクリル被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。続いて感光性アクリル被膜に所望のパターンが形成されたフォトマスクと露光装置を用いて紫外線をパターン状に照射する。露光後、アルカリ現像液により、感光性アクリル被膜のエッチングを行う。オーバーコート層のパターン加工をしない場合は、非感光性のエポキシ、アクリルエポキシ、アクリル、シロキサンポリマ系、ポリイミド、ケイ素含有ポリイミド、ポリイミドシロキサン等の樹脂と溶剤からなる溶液を塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより被膜を形成する。加熱乾燥の場合、オーブン、ホットプレートなどを使用し、６０〜２００℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。このようにして液晶表示装置用カラーフィルターが作製できる。
【００８２】
次に、このカラーフィルターを用いて作成した半透過型液晶表示装置の一例について述べる。カラーフィルターの上にＩＴＯ膜などの透明電極を製膜する。このカラーフィルター基板と、金属蒸着膜などがパターニングされた半透過反射膜、半透過反射膜上の透明絶縁膜、さらにその上にＩＴＯ膜などの透明電極が形成された対向基板とを、さらにそれらの基板上に設けられた液晶配向のためのラビング処理を施した液晶配向膜、およびセルギャップ保持のためのスペーサーを介して、対向させてシールし貼りあわせる。なお、対向基板上には、反射膜、透明電極以外に、光拡散用の突起物、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、信号線などを設け、ＴＦＴ液晶表示装置や、ＴＦＤ液晶表示装置を作成することができる。次に、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。次に、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。
【００８３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００８４】
参考例１
Ａ．ポリアミック酸溶液の作製
４，４′−ジアミノジフェニルエーテル９５．１ｇ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６．２ｇをγ−ブチロラクトン５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２２０ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸３．０ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２５重量％のポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）を得た。
【００８５】
Ｂ．ポリマー分散剤の合成
４，４′−ジアミノベンズアニリド１６１．３ｇ、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン１７６．７ｇ、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１８．６ｇをγ−ブチロラクトン２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５２７ｇと共に仕込み、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物４３９．１ｇを添加し、７０℃で３時間反応させた後、無水フタル酸２．２ｇを添加し、さらに７０℃で２時間反応させ、２０重量％のポリアミック酸溶液であるポリマー分散剤（ＰＤ）を得た。
【００８６】
Ｃ．非感光性黒色ペーストの作製
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及びビス（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。
【００８７】
三菱化成（株）製カーボンブラック“ＭＡ１００”４．６ｇ、ポリイミド前駆体溶液２４ｇおよびＮ−メチルピロリドン６１．４ｇををホモジナイザーを用いて、7000 rpmで３０分間分散し、ガラスビーズをろ過してブラックペーストを調製した。
【００８８】
Ｄ．非感光性カラーペーストの作製
ピグメントレッドＰＲ２５４、３．６ｇ（８０ｗｔ％）、ピグメントレッドＰＲ１７７、０．９ｇ（２０ｗｔ％）とポリマー分散剤（ＰＤ）２２．５ｇおよびγ−ブチロラクトン４２．８ｇ、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール２０．２ｇをガラスビーズ９０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。このようにしてＰＲ２５４とＰＲ１７７からなる分散液５％溶液（ＲＤ）を得た。
【００８９】
分散液（ＲＤ）４５．６ｇにポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）１８．２ｇをγ−ブチロラクトン３９．５２ｇで希釈した溶液を添加混合し、顔料／樹脂比率が２５／７５である赤色カラーペーストを得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が６０／４０で、顔料／樹脂比率が３５／６５である緑色カラーペースト、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が２０／８０である青色カラーペーストを得た。各カラーペーストの固形分濃度は５．３％に調製した。
【００９０】
Ｅ．非感光性ペースト（透明樹脂層に用いる）の作製
ポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）１６．０ｇをγ−ブチロラクトン３４．０ｇで希釈し非感光性透明ペーストを得た。
【００９１】
Ｆ．感光性カラーレジストの作製
ピグメントレッドＰＲ２０９、７．０５ｇを３−メチル−３−メトキシブタノール５０ｇとともに仕込み、ホモジナイザーを用い、７０００ｒｐｍで５時間分散後、ガラスビーズを濾過し、除去した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３ｗｔ％溶液）７０．００ｇ、多官能モノマーとしてペンタエリスリトールテトラメタクリレート３０．００ｇ、光重合開始剤として“イルガキュア”３６９１５．００ｇにシクロペンタノン２６０．００ｇを加えた濃度２０重量％の感光性樹アクリル樹脂溶液（ＡＣ−１）１００ｇを加え、顔料／樹脂比率が２６／７４である赤色カラーレジストを得た。同様にして、ピグメントグリーンＰＧ３６とピグメントイエローＰＹ１５０の重量混合比（Ｇ／Ｙ）が７０／３０で、顔料／樹脂比率が１０／９０である緑色カラーレジスト、ピグメントブルーＰＢ１５：６からなり、顔料／樹脂比率が１０／９０である青色カラーレジストを得た。各カラーレジストの固形分濃度は１７．２％に調製した。
【００９２】
Ｇ．着色塗膜の作製と評価
コーニングジャパン株式会社製０．７ｍｍ厚ガラス基板“１７３７”上に、ポリアミック酸、カーボンブラック、溶剤からなる非感光性黒色ペーストを熱処理後の膜厚が１．０μｍとなるようスピンナーで塗布した。該塗膜を、１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジスト（東京応化株式会社製“ＯＦＰＲ−８００”）を塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。キャノン株式会社製紫外線露光機“ＰＬＡ−５０１Ｆ”を用い、各色画素の周辺部に格子状にブラックマトリクスが残るフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ/ｃｍ²（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。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２．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の黒色塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、樹脂ブラックマトリクスを得た。
【００９３】
ブラックマトリクスがパターン加工されたガラス基板上に熱処理後の膜厚が３．５μｍになるようポリアミック酸、溶剤からなる非感光性ペーストをスピンナーで塗布した。該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥し、この上にポジ型フォトレジストを塗布し、９０℃で１０分オーブン乾燥した。透過用領域が画素の中央に配置され、赤、緑、青、各画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層が残るフォトマスクパターンを介して、６０ｍＪ/ｃｍ²（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。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２．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、フォトレジストの現像、ポリアミック酸の塗膜のエッチングを同時に行った。エッチング後不要となったフォトレジスト層をアセトンで剥離し、２４０℃で３０分熱処理し、赤、緑、青画素の透過用領域以外の領域に透明樹脂層を得た。
【００９４】
次に透過用領域の画素中央での熱処理後の膜厚が１．４μｍになるように、ポリアミック酸、赤顔料、溶剤からなる非感光性赤ペーストをスピンナーで基板上に塗布し、該塗膜を１２０℃のオーブンで２０分乾燥した。該塗膜の上に、反射用領域での熱処理後の膜厚が１．２μｍになるように、アクリルポリマー、アクリル系２官能モノマー、光開始剤、赤顔料、溶剤からなる感光性赤レジストをスピンナーで塗布した。該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理し、紫外線露光機を用い、フォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ²（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．０％の水溶液からなる現像液に浸漬し、非感光性赤ペーストならびに感光性赤レジストが積層された着色層を現像した。
【００９５】
赤画素と同様にして、緑画素、青画素についても、非感光性ペーストならびに感光性レジストからなる積層着色層を、現像時間を変えてフォトリソ加工してカラーフィルターを作成した。
【００９６】
カラーフィルターの一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の４．７μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、段差は０．３μｍであった。膜厚は表面粗さ計：（株）東京精密製、“サーフコム１３０Ａ”を用いて測定した。
【００９７】
このカラーフィルターに１４０nmの膜厚でＩＴＯ膜を製膜し、次に高さ３μｍの固定スペーサーを形成した。一方、薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子、走査線、信号線、透明電極からなる駆動素子基板上に、コンタクトホールを備えた光拡散用の樹脂突起層、さらにその上にアルミ蒸着膜をパターンニングした半透過反射膜を形成し、対向基板を作成した。次に、カラーフィルター基板と対向基板の双方に配向膜を形成してラビング処理を施し、両基板を対向させて、シールし貼りあわせた。次に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した後に、注入口を封入した。配向膜、液晶としては、通常のＴＮ方式用の配向膜ならびにＴＮ液晶を用いた。次に、ＩＣドライバー等を実装することにより液晶表示装置を完成させた。カラーフィルターの配向膜塗布工程において、配向膜の塗布不良は発生しなかった。
【００９８】
参考例２
参考例１において、熱処理後の透明樹脂層膜厚が５．０μｍになるようにし、その他は参考例１と同様にして赤、緑、青の着色層形成までを行った。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の６．２μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、この段階での段差は１．８μｍであった。
【００９９】
この基板にγ−アミノプロピルメチルジエトキシシランの加水分解物と、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とを反応させることにより得られる硬化性組成物の溶液を、基板にスピンコートし２６０℃で１０分間熱処理し、画素外領域で膜厚１．５μｍのオーバーコート層を形成した。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の６．６μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の６．２μｍであった。したがって、段差は０．４μｍであった。
【０１００】
その後、参考例１と同様に液晶表示装置を作成した。配向膜の塗布不良は発生しなかった。
【０１０１】
実施例１
参考例１において、熱処理後の透明樹脂層膜厚が５．０μｍになるようにし、その他は参考例１と同様にして赤、緑、青の着色層形成までを行った。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の６．２μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、この段階での段差は１．８μｍであった。
【０１０２】
この基板に、画素外領域での熱処理後の膜厚が１．５μｍになるように、アクリルポリマー、アクリル系２官能モノマー、光開始剤、溶剤からなる感光性レジストをスピンナーで塗布した。該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理し、紫外線露光機を用い、透過用領域にパターンが形成されているフォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ²（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．０％の水溶液からなる現像液に浸漬して感光性レジストを現像し、オーバーコート層を透過用領域に形成した。
【０１０３】
一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の６．２μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の６．１μｍであった。したがって、この段階での段差は０．１μｍであった。
【０１０４】
その後、参考例１と同様に液晶表示装置を作成した。配向膜の塗布不良は発生しなかった。
【０１０５】
実施例２
参考例１において、熱処理後の透明樹脂層膜厚が４．０μｍになるようにし、また、反射用領域での熱処理後の膜厚が２．５μｍになるように、感光性着色層を形成した。またその露光時に、下層の着色層の現像を進行させるための５μｍ幅のスリット部を形成した。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は、スリット部以外の反射用領域の６．５μｍ、最も低い部分の膜厚はスリット部の４．０μｍであった。したがって、この段階での段差は２．５μｍであった。
【０１０６】
この基板に、画素外領域での熱処理後の膜厚が２．０μｍになるように、アクリルポリマー、アクリル系２官能モノマー、光開始剤、溶剤からなる感光性レジストをスピンナーで塗布した。該塗膜を８０℃のオーブンで１０分熱処理し、紫外線露光機を用い、スリット部など、着色層の最上層が無い部分にパターンが形成されているフォトマスクを介して、１００mJ／ｃｍ²（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの１．０％の水溶液からなる現像液に浸漬して感光性レジストを現像し、オーバーコート層を透過用領域に形成した。
【０１０７】
一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚はスリット部位外の反射用領域６．５μｍ、最も低い部分の膜厚はスリット部の６．２μｍであった。したがって、段差は０．３μｍであった。
【０１０８】
その後、参考例１と同様に液晶表示装置を作成した。配向膜の塗布不良は発生しなかった。
【０１０９】
参考例３
参考例１において、透明樹脂層加工時に、反射用領域と透過用領域の境界部に線幅６μｍのパターンが残るフォトマスクを用い、その他は参考例１と同様にして加工を行った。
【０１１０】
一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は境界部の４．５μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、この段階での段差は０．１μｍであった。
【０１１１】
その後、参考例１と同様に液晶表示装置を作成した。配向膜の塗布不良は発生しなかった。
【０１１２】
比較例１
参考例１において、熱処理後の透明樹脂層膜厚が４．０μｍになるようにし、その他は参考例１と同様にして赤、緑、青の着色層形成までを行った。一画素内で、基板表面からの高さが最も高い部分の膜厚は反射用領域の５．２μｍ、最も低い部分の膜厚は透過用領域の４．４μｍであった。したがって、この段階での段差は０．８μｍであった。
【０１１３】
この基板を使用して、参考例１と同様に液晶表示装置を作成したところ、配向膜を塗布する際に配向膜が膜切れする塗布不良が発生し、透過用領域には配向膜が形成されない領域が発生した。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明は上述のごとく構成したので、反射用領域と透過用領域とをそれぞれ所望の色特性にし、カラーフィルターを低コストに製造し、さらには配向膜塗布工程での不良発生を防止するカラーフィルターを提供することすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルター加工の模式説明図
【図２】本発明のカラーフィルターの模式断面図例（１）
【図３】本発明のカラーフィルターの模式断面図例（２）
【図４】本発明のカラーフィルターの模式断面図例（３）
【図５】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図６】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図７】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図８】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図９】従来のカラーフィルターの模式断面図
【図１０】本発明のカラーフィルターの模式平面図例（１）
【図１１】本発明のカラーフィルターの模式平面図例（２）
【符号の説明】
１：透明基板
２：ブラックマトリックス
３：透明樹脂層
４：着色層
５：無着色領域
６：透過用領域
７：反射用領域
８Ｂ：青画素領域
８Ｇ：緑画素領域
８Ｒ：赤画素領域
９：オーバーコート層
１４ａ：濃色着色層（透過用領域用）
１４ｂ：淡色着色層（反射用領域用）
２４ａ：感光性樹脂からなる着色層
２４ｂ：非感光性樹脂からなる着色層
２５：露光部
２６：未露光部
２７：境界部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color filter for a transflective liquid crystal display device having both a transmissive liquid crystal display and a reflective liquid crystal display, and a liquid crystal display device using the same.
[0002]
[Prior art]
Currently, liquid crystal display devices are used in various applications such as notebook PCs, portable information terminals, desktop monitors, and digital cameras, taking advantage of characteristics such as light weight, thinness, and low power consumption. In a liquid crystal display device using a backlight, it is required to increase the utilization efficiency of backlight light in order to reduce power consumption, and a high transmittance of a color filter is required. On the other hand, the transmittance of the color filter has been improved year by year, but it has become impossible to expect a significant reduction in power consumption due to the improved transmittance. Recently, the development of a reflective liquid crystal display device that does not require a backlight light source, which consumes a large amount of power, has been promoted, and the power consumption can be significantly reduced by about 1/7 compared to a transmissive liquid crystal display device. Has been announced (for example, see Non-Patent Document 1). Reflective liquid crystal display devices have the advantages of lower power consumption and better visibility in the outdoors than transmissive liquid crystal display devices, but the display becomes dark in places where sufficient ambient light intensity is not secured. There is a problem that the sex becomes extremely worse. In order to make the display visible even in a dark environment, (1) a backlight is provided, a notch is cut in a part of the reflective film, a part is a transmissive display system, and a part is a reflective display system. Liquid crystal display devices, transflective display methods (so-called transflective display methods, see Non-Patent Document 2, for example), (2) liquid crystal display devices provided with a front light, and the like have been devised.
[0003]
In a transflective liquid crystal display device in which a notch is formed in a part of a reflective film and a backlight is provided, a transmissive display using backlight and a reflective display using ambient light coexist in one pixel. Regardless of the light intensity, display with good visibility can be performed (see, for example, Patent Document 1). However, when a color filter having a conventional structure as shown in FIG. 5 is used, that is, a color filter that is not provided with a reflective area and a transparent area and is uniformly colored within one pixel is used. However, there was a problem when trying to obtain a vivid transmissive display. Increasing the vividness (color purity) of the transmitted color further increases the color purity of the reflected color, and the brightness that is in a trade-off relationship with the color purity is drastically reduced, resulting in sufficient visibility. It is not possible. This problem is caused by the fact that the backlight is transmitted once through the color filter when performing transmissive display, whereas the ambient light is transmitted through the color filter twice at the time of incidence and reflection in the reflective display. . Further, in the transflective liquid crystal display device, the light source for transmissive display is backlight light, while the light source for reflective display is ambient light, so that not only the color purity but also the color tone changes. is there. This is because the ambient light has a continuous spectrum as typified by the D65 light source, whereas the backlight light source has a spectrum peak at a specific wavelength and has a spectral characteristic difference.
[0004]
Therefore, as a method of making the display colors of the transmission area and the reflection area the same (color purity, brightness, and color tone are the same), a spacer portion is formed in the reflection area so that the transmission area and the reflection area are formed. It has been proposed to change the thickness of the colored layer (see, for example, Patent Document 2). FIG. 6 schematically shows a cross-sectional view of a color filter for a transflective liquid crystal display device using a conventionally known method of adjusting the film thickness. The transparent resin layer 3 is formed in the reflective region 7, and the thickness of the colored layer 4 in the reflective region 7 is smaller than the thickness of the colored layer 4 in the transmissive region 6. However, even if the color layer thickness of the reflective region 7 is changed thinly, the color purity and brightness can be eliminated, but the red, green, and blue single-color reflective display colors are those of the transmissive display. There is a problem that there is a difference in appearance between reflection and transmission. In addition, when the color purity in the transmissive display is improved, there is a problem that sufficient brightness in the reflective display cannot be obtained.
[0005]
Further, as another method for making the display colors of the transmission region and the reflection region the same, a plurality of transmission regions and / or reflection regions as shown in FIG. There is a method of painting with different color materials (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). In the method of painting the transmissive area and / or the reflective area separately, the transmissive area 6 and the reflective area 7 have the same color tone, the color purity and the brightness are changed, and the transmissive display color and reflective display color suitable for the purpose are changed. Although it is thought that this can be achieved, in the current mainstream photolithographic method, a color material is applied and photolithographic processing is performed twice or more to form one color pixel. That is, in order to form pixels of three colors of red, green, and blue, photolithography processing is required twice for each color, a total of six times, resulting in an increase in manufacturing cost.
[0006]
On the other hand, as a method for realizing bright reflective display without increasing the manufacturing cost, a configuration including a region 4 in which a colored layer is formed and a region 5 in which a colored layer is not formed is proposed in the reflective region 7 as shown in FIG. (See Patent Document 5). According to this method, it is supposed that appropriate color purity and brightness in reflective display can be obtained by making the region 5 where the colored layer is not formed different for each color. However, by forming a non-colored region having no selectivity in a color filter that originally requires wavelength selectivity, the characteristics as a color filter are degraded. That is, when compared with the same color purity, the color filter is inferior in brightness. This tendency becomes prominent when the color purity of the transmissive region is improved, and sufficient brightness in the reflective display cannot be obtained.
[0007]
In order to solve such problems, a transmission region and a reflection region are included in one pixel, and for at least one color pixel, a colored layer 24a containing a photosensitive resin on a colored layer 24b containing a non-photosensitive resin. A color filter obtained by laminating and batch processing has been proposed (see Patent Document 6). FIG. 9 schematically shows a cross-sectional view of a color filter for a transflective liquid crystal display device described in Patent Document 5. According to this method, the colored layer 24a containing the photosensitive resin in the reflective region can be adjusted to ½ or less of the thickness of the photosensitive resin layer in the transmissive region by using a transflective photomask. And the brightness in the reflective display can be improved. Further, by optimizing the coloring characteristics of the colored layers to be laminated, the display characteristics in the transmission region 6 and the reflection region 7 can be set to a desired color tone.
[0008]
However, for the colored layer 24a made of a photosensitive resin, the colored layer in the reflective region 7 can be made thin, but the colored layer 24b made of a lower non-photosensitive resin has the transmissive region 7 and the reflective region 6 in it. Therefore, when the color purity in the transmissive display is improved, it is difficult to realize sufficient brightness in the reflective display.
[0009]
That is, in the conventionally known methods, it has been difficult to achieve both of making the reflective region and the transmissive region have desired color characteristics and manufacturing at low cost while suppressing an increase in manufacturing steps.
[0010]
The present inventors have laminated a plurality of colored layers as a color filter that achieves a desired color characteristic for each of the reflective region and the transmissive region and can be manufactured at a low cost while suppressing an increase in the number of manufacturing steps. In addition, a color filter has been proposed in which the uppermost layer has a structure made of a photosensitive color resist and a transparent resin layer is provided between the substrate and the colored layer in the reflective region (Japanese Patent Application). 2002-350830). Among these, in the color filter configuration in which the number of colored layers in the reflective region is smaller than the number of colored layers stacked in the transmissive region, the brightness in reflective display can be particularly improved. However, in this configuration, since the resin layer is provided between the substrate and the colored layer, the step in one pixel is inevitably large, so that the alignment film is poorly applied in the alignment film application process in the subsequent liquid crystal display device creation. It was hoped that it would not.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-109417 (FIG. 1)
[0012]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-33778 (pages 3 to 4, FIGS. 2 and 8)
[0013]
[Patent Document 3]
JP 2001-183646 A (FIG. 1)
[0014]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-281648 (pages 2 and 3, FIG. 2)
[0015]
[Patent Document 5]
JP 2000-111902 A
[0016]
[Patent Document 6]
JP 2002-365419 A
[0017]
[Non-Patent Document 1]
"Nikkei Microdevices separate volume flat panel display", 1998, p. 126.
[0018]
[Non-Patent Document 2]
“Fine Process Technology Japan '99, Special Technology Seminar Text A5”, July 2, 1998, p. 6.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was devised in view of the drawbacks of the prior art. In a color filter for a transflective liquid crystal display device, the reflective region and the transmissive region are each made to have desired color characteristics, and the number of manufacturing processes is increased. Another object of the present invention is to provide a color filter that can be manufactured while suppressing the occurrence of defects, and can prevent the occurrence of defects in the alignment film coating process.
[0020]
    (1) It has pixels of each color of red, green, and blue on a transparent substrate, and at least one of the pixels is an area where a plurality of colored layers are stacked in one pixel, and the plurality of colored layers In a color filter for a liquid crystal display device having a region where a small number of colored layers are formed, a resin layer other than the colored layer is formed in a region where a smaller number of colored layers than the plurality of colored layers are formed. ,Form an overcoat layer only on the colored layer in the region where there is no resin layer other than the colored layer,And within one pixelSurfaceA color filter for a liquid crystal display device, wherein the step is 0.5 μm or less.
[0021]
(2) A region in which a plurality of colored layers are laminated is a transmission region, and a region in which a smaller number of colored layers than the plurality of colored layers is formed is a reflection region (1) A color filter for a liquid crystal display device according to 1.
[0022]
(3) The color filter for a liquid crystal display device according to (2), wherein the position where the resin layer other than the colored layer is formed is a boundary portion between the transmission region and the reflection region.
[0026]
  (4) Of the laminated colored layers, the lower colored layer is made of polyimide resin (1) to (3) The color filter for a liquid crystal display device according to any one of the above.
[0027]
  (5(1) to (4A liquid crystal display device using the color filter for a liquid crystal display device according to any one of the above.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The color filter of the present invention can be suitably used for a transflective liquid crystal display device having a transmission region and a reflection region in one pixel.
[0029]
The substrate on which the reflective film for using external light is formed may be either a color filter side substrate or a substrate facing the color filter. When a reflective film is formed on the color filter side, the area where the reflective film is formed is the reflective area among the pixel areas where the color material is formed, and the reflective film is formed within the pixel area. The non-transmitting area is a transmission area. When the reflective film is formed on the substrate facing the color filter, the color filter pixel area corresponding to the reflective film forming area of the substrate becomes a reflective area, and the reflective film is not formed on the area of the substrate. The corresponding color filter pixel area becomes the transmission area.
[0030]
In the present invention, the arrangement of the reflection region and the transmission region is not particularly limited, but it is preferable that the transmission region exists inside the reflection region. Further, it is preferable that the transmission region is located approximately in the middle of the pixel region.
[0031]
As a means for reducing the number of colored layers in the reflective region as compared with the colored layers in the transmissive region, that is, improving the brightness in reflective display, the present inventors have used a photosensitive resist and a non-photosensitive paste. Focusing on the difference in development characteristics, we devised a processing method that stacks colored layers composed of each of them and performs batch pattern processing. Even when the color purity in transmissive display is improved by laminating a plurality of colored layers in the transmissive area and by reducing the number of colored layers in the reflective area compared to the colored layers in the transmissive area, bright reflection is achieved. An indication can be obtained. In addition, by appropriately changing the coloring of the respective colored coating films to be laminated, desired color purity, brightness, and color tone can be obtained in each of the transmissive display and the reflective display.
[0032]
Here, the difference in development characteristics between the negative photosensitive resist and the non-photosensitive paste will be described. In a negative photosensitive resist, a photo-crosslinking reaction proceeds in an area exposed by ultraviolet rays or the like, and becomes insoluble in the developer, while an unexposed portion dissolves in the developer. Therefore, by irradiating with a sufficient exposure amount of ultraviolet rays, a constant pattern can be formed regardless of the development time.
[0033]
On the other hand, in the photolithographic processing of a non-photosensitive paste, since it does not have a photosensitivity per se, it is necessary to apply a photosensitive resist onto a coating film made of the non-photosensitive paste. Exposure to ultraviolet rays or the like changes the solubility of the photosensitive resist in the exposed portion and the unexposed portion, but the solubility of the coating layer made of the non-photosensitive paste does not change at all by light irradiation. Therefore, by setting the over-development condition in which the development time is longer than the appropriate development time, the etching of the lower non-photosensitive paste can be further advanced as compared with the upper photosensitive resist.
[0034]
The present inventors pay attention to such a difference in development characteristics, and after exposing the laminated film of the photosensitive resist and the non-photosensitive paste, the photosensitive resist layer and the non-photosensitive layer are collectively developed under over-development conditions. It has been found that the paste layer can be formed in a different shape.
[0035]
Furthermore, the present inventors laminated a non-photosensitive paste on a resin layer formed in a concave shape, and further laminated a photosensitive resist on the non-photosensitive paste, and when processing the pattern, the non-photosensitive paste was formed at the step portion of the concave resin layer. It has been found that the etching rate of the film becomes very slow, and the developability of the non-photosensitive colored layer can be controlled. That is, a resin layer for forming a step shape is formed in an arbitrary pattern in advance, a non-photosensitive paste is further laminated thereon, and a photosensitive resist is further laminated thereon, and the photosensitive resist layer is developed at once. And the non-photosensitive paste layer can be processed into a desired shape.
[0036]
Further, when the resin layer is provided as described above, the present inventors inevitably have a large step in one pixel. However, by suppressing the step to an appropriate value or less, the subsequent liquid crystal display device can be manufactured. It has been found that the application failure of the alignment film can be prevented in the alignment film application process.
[0037]
Here, an example of the color filter processing of the present invention will be described more specifically. FIG. 1A shows a resin layer 3 other than a colored layer that is patterned so as to have a step at the boundary between the transmission region and the reflection region. FIG. 1B shows a non-photosensitive paste and a photosensitive resist layered thereon on this resin layer. After exposure through a photomask, when immersed in a developer, the unexposed portion 26 of the upper photosensitive resist layer 24a is dissolved, and the exposed portion 25 is developed without being dissolved. On the other hand, dissolution of the lower non-photosensitive paste layer 24b progresses with the development time, but the etching speed of the non-photosensitive paste becomes extremely slow at the stepped portion of the resin layer 3, and the non-photosensitive paste 24b in the transmission region 6 is obtained. Is not developed, and only the non-photosensitive paste 24b in the reflective region 7 is selectively developed. As a result, the photosensitive resist layer 24a and the non-photosensitive paste 24b are laminated in the transmissive region 6, and only the photosensitive resist layer 24a is obtained in the reflective region 7 (FIG. 1C).
[0038]
In the present invention, it is necessary that a colored layer made of a photosensitive resist is formed on the uppermost layer of the colored layer to be laminated. However, a non-photosensitive paste and / or a photosensitive resist colored layer under the photosensitive resist is required. Any number of layers can be stacked. The number of layers to be laminated is appropriately selected in order to achieve the target color characteristics, but from the viewpoint of productivity, the colored layer may have a two-layer laminated structure in which a photosensitive resist and another layer are combined. More preferred.
[0039]
In the present invention, in order to control developability, it is necessary to form a resin layer other than the colored layer at least at the boundary between the transmission region and the reflection region. The colored layer herein refers to a layer used for color development of a liquid crystal display device, and does not include, for example, a transparent resin layer, a light shielding layer, or the like. In addition, the boundary portion here refers to a region that spans the transmission region and the reflection region within one pixel and is included within 10 μm from the boundary between the transmission region and the reflection region.
[0040]
When the resin layer other than the colored layer is a light shielding layer, a reduction in the effective display area (aperture ratio) of the pixel can be suppressed when the resin layer is formed only at the boundary between the transmission region and the reflection region. preferable. FIG. 10 shows this, and a light shielding layer is formed at the boundary 27. In order to further reduce the decrease in the aperture ratio, the line width is preferably 10 μm or less, and more preferably 7 μm or less. From the viewpoint of pattern processability, the thickness of the light shielding layer is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 3 μm or less. In this case, the light shielding layer 2 and the resin layer 3 may be formed of the same material at the same time, which is preferable because the number of steps is reduced.
[0041]
On the other hand, when the resin layer other than the colored layer is a transparent resin layer, the resin layer may be formed only at the boundary between the transmission region and the reflection region, and the resin layer is formed over the entire reflection region. May be. FIG. 11 shows an example in which a resin layer is formed on the entire reflection region. The transmission region 6 includes a plurality of colored layers, and the reflection region 7 includes a colored layer and a resin layer 3. Are stacked.
[0042]
The film thickness of the transparent resin layer formed in the reflective region is selected so that the color purity, brightness, and color tone of the reflective region and the transmissive region have desired characteristics in consideration of the difference in the light source. The greater the film thickness of the transparent resin, the greater the level difference between the colored layers formed in the reflective region and the transmissive region due to planarization, and the greater the effect of increasing the brightness of the reflective region. However, if the film thickness becomes too thick, there is a problem that it becomes difficult to form a uniform film thickness and shape on the entire substrate, and 10 μm or less is preferable. In addition, “transparent” specifically means that the average transmittance in the visible light region is 80% or more.
[0043]
Since the color filter of the present invention has a resin layer other than the colored layer as described above, the surface level difference is inevitably large, and the alignment film is poorly applied in the alignment film application process in the subsequent liquid crystal display device creation. Cheap. As a result of diligent investigations, the present inventors have found that alignment film application defects can be prevented by suppressing the step in one pixel to 0.5 μm or less. The step here is the difference between the film thickness at the highest part and the film thickness at the lowest part from the substrate surface.
[0044]
When the resin layer other than the colored layer is a transparent resin layer and is formed on the entire reflection region, the height from the substrate surface is often highest in the reflection region and lowest in the transmission region. In this case, the step between the reflective region and the transmissive region may be matched to the above conditions. However, as described above, since the film thickness of the transparent resin layer is also related to the desired color characteristics, it is not possible to determine the film thickness considering only the level difference. In particular, when the color purity of the transmissive region is increased, the step between the transmissive region and the reflective region becomes large, and the step may not satisfy the above condition with the configuration as shown in FIG. In such a case, an overcoat layer 9 may be formed on the entire surface of the color filter for planarization as shown in FIG. Although it may be the entire surface of the substrate, it may be formed on at least the entire screen portion. The color filter often has a plurality of screens on a single substrate, and is composed of a screen portion and a portion outside the screen. The screen is made up of a red, green, blue and light-shielding repeating pattern part and a frame part made up of a light-shielding layer. Further, as shown in FIG. 3, the overcoat layer 9 may be formed only in the transmission region.
[0045]
Further, in the present invention, as shown in FIG. 4, a removal portion may be added to the pattern of the uppermost layer 24 a of the colored layer to facilitate development of the lower colored layer 24 b.
In this case, alignment film application failure may occur due to a step at the removed portion. In this case, as shown in FIG. 4, the overcoat layer 9 can be formed in the uppermost colored layer removal portion to satisfy the above-mentioned step difference condition. Similarly, as shown in FIG. 4, an overcoat layer may be formed also in the non-display area where the light shielding layer is formed. This is because even in the non-display portion, a defect at the boundary portion of the display portion may affect the display portion.
[0046]
As the light shielding layer, a metal thin film (thickness: about 0.1 to 0.2 μm) such as Cr, Al, or Ni or a resin black matrix in which a light shielding material is dispersed in a resin is usually used. In the present invention, it is necessary to have a function of decreasing the etching rate due to a step, and a resin black matrix in which a light shielding material is dispersed in a resin is preferable. As the resin, polyimide and acrylic are preferable from the viewpoints of heat resistance and chemical resistance. Examples of the black pigment as the light shielding material include Pigment Black 7 and Titanium Black, but are not limited thereto, and various pigments can be used. In addition, you may use the pigment to which surface treatments, such as a rosin process, an acidic group process, a basic group process, are given as needed.
[0047]
The transparent resin layer and the overcoat layer can be formed using a photosensitive resist. As the photosensitive resin material, materials such as polyimide resin, epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, polyester resin, and polyolefin resin can be used. In order to impart photosensitivity, it is common to contain at least a photopolymerization initiator and to have a monofunctional or polyfunctional monomer or oligomer.
[0048]
The acrylic resin is preferably used because of its high transparency in the visible light range, but may be a so-called acrylic epoxy resin to which an epoxy monomer is added.
[0049]
When the transparent resin layer is formed of a photosensitive resist, the roundness and flatness of the surface of the transparent resin layer can be controlled by changing the distance between the exposure mask and the substrate on which the transparent resin layer is formed in the photolithographic exposure process. Is possible.
[0050]
The transparent resin layer and the overcoat layer can also be formed using a non-photosensitive paste. As the non-photosensitive resin material, materials such as polyimide resin, epoxy resin, acrylic resin, urethane resin, polyester resin, and polyolefin resin can be used, and polyimide resin is preferably used. When the transparent resin layer is formed of a non-photosensitive paste, the upper surface of the transparent resin layer has a flat structure, and a transparent resin layer having a smaller area can be formed.
[0051]
As a method of forming a transparent resin layer or an overcoat layer using a photosensitive resist, a photosensitive resist is applied on a transparent substrate, and is heated and dried (prebaked) using a hot plate, oven, or vacuum drying. After pre-baking, mask exposure, alkali development, and subsequent heat-curing are performed to obtain a transparent resin layer or an overcoat layer.
[0052]
As a method of forming a transparent resin layer or an overcoat layer using a non-photosensitive paste, a non-photosensitive paste is applied on a transparent substrate, and then heated and dried (semi-cured) using a hot plate, oven, vacuum drying, or the like. . A positive photoresist is applied on the semi-cured film, and is heated and dried (pre-baked). After pre-baking, mask exposure is performed, alkali development is performed, and the photoresist is peeled off with a solvent to form a transparent resin layer or an overcoat layer, which is cured by heating.
[0053]
The transparent resin layer formed in the reflective region may have a light scattering function. As a result, the light interference phenomenon caused by the reflective film can be suppressed, and the problem that the rainbow-colored pattern can be seen in the reflective display can be solved. In addition, since the transparent resin layer does not exist in the transmissive display area, the backlight can be used efficiently without light scattering, and a reduction in luminance and contrast can be avoided. One method for imparting a light scattering function to the transparent resin layer is to make particles having a refractive index different from that of the transparent resin layer in the transparent resin layer. A scattering function can be provided by refracting light in a complicated manner at the boundary between the transparent resin and the particles. As the particles, materials such as inorganic oxide particles such as silica, alumina and titania, metal particles, resin particles such as acrylic, styrene, silicone, and fluorine-containing polymers can be used, and the difference in refractive index from the matrix resin is large. It is preferable to use particles. The particle diameter of the light scattering particles can be used in the range of 0.1 to 10 μm.
[0054]
In the present invention, it is preferable that the color of the transmissive region and the color of the reflective region are different in order to obtain the desired color purity, brightness, and color tone of the transmissive display and the reflective display. As a method of changing the coloring of the reflective region and the coloring of the transmissive region, a configuration in which the colored layer made of the uppermost photosensitive color resist and the other colored layers are different from each other can be mentioned. “Different colors” means that the color purity, brightness (transmittance), and color tone are different when the transmission region and the reflection region are viewed with the same light source (for example, C light source). The coloring of the uppermost photosensitive color resist and the lower colored layer made of the photosensitive color resist and / or the non-photosensitive color paste need not be the same and are preferably different depending on the purpose.
[0055]
As a method of varying the coloration, it can be achieved by varying the number of colorants to be used, the type of colorant, the colorant composition, and the colorant concentration. Of course, even if the same colorant is used, the chromaticity achieved can be varied by changing the mixing ratio. For example, the uppermost layer is colored using both the main pigment and the sub-pigment, and the lower colored layer is colored using only the main pigment or the sub-pigment, or the type of the main pigment is selected in the uppermost layer and the lower colored layer. It can be changed.
[0056]
Further, the coloration of the reflective region and the color of the transmissive region (“color intensity” when viewed with the same light source (eg, C light source)) can also be changed by flattening (leveling) the colored coating liquid. . For example, when a transparent resin layer is formed on a reflective area on a substrate, the reflective area becomes convex by the film thickness of the transparent resin layer portion, and the transmissive area is a partially convex substrate lower than the reflective area. Become. When a colored layer is formed by applying a non-photosensitive color paste and / or a photosensitive color resist on a convex substrate, the thickness of the colored layer in the transmission region is flat with the non-photosensitive color paste or the photosensitive color resist. It becomes thicker than the film thickness of the reflective region where the projections are formed by leveling. That is, the coloring of the transmission region can be made deeper than the coloring of the reflection region.
[0057]
The degree of flattening (leveling) of the colored coating liquid can be adjusted by the viscosity and solid content concentration of the coating liquid. When the viscosity of the coating liquid is low, it becomes easier to flatten, and when the solid content concentration in the coating liquid is high, it becomes easier to flatten. The solid content concentration in the photosensitive color resist used for the uppermost colored layer is preferably 10% by weight to 30% by weight, and in the non-photosensitive color paste and / or photosensitive color resist used for the lower colored layer. The solid content concentration is preferably 3 to 15% by weight.
[0058]
In the present invention, a non-photosensitive color paste and / or a colored layer made of a photosensitive color resist and a colored layer made of a photosensitive color resist are laminated for at least one color pixel. The color pixels to be stacked may be one color, two colors, or three colors, but the target coloring can be achieved in consideration of the difference in characteristics between the backlight light source used and the ambient light. It is preferable to determine the coloring of the individual color materials to be laminated.
[0059]
In order to take into account the difference in the light source in the preferred pixel coloring design, the transmissive region is one of a C light source, a two-wavelength light source, and a three-wavelength light source as a light source used for the backlight. It is preferable to use a D65 light source that is close to sunlight (natural light) as ambient light. An example of the two-wavelength LED light source here is an LED light source that emits white light by combining a blue LED and a yellow phosphor or a yellow-green phosphor. Examples of the three-wavelength light source include a three-wavelength cold cathode tube, a white LED light source combining an ultraviolet LED and red, blue, and green phosphors, a white LED light source combining red, blue, and green LEDs, Examples include a white LED light source, an organic electroluminescence light source, and the like that combine a blue LED, a red phosphor, and a green phosphor.
[0060]
The color material used in the present invention is a paste containing a coloring component and a resin component. As the resin component, materials such as a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a polyester resin, and a polyolefin resin are preferably used. Both photosensitive and non-photosensitive materials can be used.
[0061]
The photosensitive color resist includes a coloring component and a resin component, and the resin component includes a photosensitive component that reacts with light. There are two types: a positive type, where the resin irradiated with light increases the dissolution rate in the developer, and a negative type, where the resin irradiated with light decreases in the dissolution rate in the developer. A negative type resin having a high transparency of the photosensitive component is preferably used. As the resin component of the photosensitive color resist, materials such as a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, a polyester resin, and a polyolefin resin are preferably used.
[0062]
An acrylic resin will be described as an example of a resin component used for the photosensitive color resist. The photosensitive acrylic resin generally has a configuration containing at least an acrylic polymer, an acrylic polyfunctional monomer or oligomer, and a photopolymerization initiator in order to impart photosensitivity. Furthermore, so-called acrylic epoxy resin to which epoxy is added can also be used.
[0063]
The acrylic polymer that can be used is not particularly limited, but a copolymer of an unsaturated carboxylic acid and an ethylenically unsaturated compound can be preferably used. Examples of the unsaturated carboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, vinyl acetic acid, and acid anhydrides.
[0064]
These may be used alone or in combination with other copolymerizable ethylenically unsaturated compounds. Specific examples of the copolymerizable ethylenically unsaturated compound include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-propyl methacrylate, and methacrylic acid. Isopropyl, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, sec-butyl acrylate, sec-butyl methacrylate, iso-butyl acrylate, iso-butyl methacrylate, tert-butyl acrylate, tert-butyl methacrylate, N-pentyl acrylate, n-pentyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, benzyl acrylate, benzyl methacrylate, and other unsaturated carboxylic acid alkyl esters, styrene, p-methyls Rene, aromatic vinyl compounds such as o-methylstyrene, m-methylstyrene and α-methylstyrene, unsaturated carboxylic acid aminoalkyl esters such as aminoethyl acrylate, unsaturated carboxylic acid glycidyl esters such as glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, Carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate, vinyl cyanide compounds such as acrylonitrile, methacrylonitrile, and α-chloroacrylonitrile, aliphatic conjugated dienes such as 1,3-butadiene and isoprene, acryloyl groups at the terminals, Alternatively, macromonomers such as polystyrene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, and polysilicone having a methacryloyl group And the like, but is not limited to these.
[0065]
Further, when an acrylic polymer having an ethylenically unsaturated group added to the side chain is used, it can be preferably used because the sensitivity during processing is improved. Examples of ethylenically unsaturated groups include vinyl groups, allyl groups, acrylic groups, and methacrylic groups. As a method of adding such a side chain to an acrylic (co) polymer, when the acrylic (co) polymer has a carboxyl group or a hydroxyl group, an ethylenically unsaturated compound having a glycidyl group therein In general, an addition reaction of acrylic acid or methacrylic acid chloride is used. In addition, a compound having an ethylenically unsaturated group can be added using isocyanate. Examples of the ethylenically unsaturated compound having glycidyl group and acrylic acid or methacrylic acid chloride include glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl α-ethyl acrylate, crotonyl glycidyl ether, glycidyl crotonic acid, and glycidyl isocrotonate. Examples include ether, acrylic acid chloride, and methacrylic acid chloride.
[0066]
Examples of the polyfunctional monomer include bisphenol A diglycidyl ether (meth) acrylate, poly (meth) acrylate carbamate, modified bisphenol A epoxy (meth) acrylate, adipic acid 1,6-hexanediol (meth) acrylic acid ester, anhydrous Phthalic acid propylene oxide (meth) acrylic acid ester, trimellitic acid diethylene glycol (meth) acrylic acid ester, rosin modified epoxy di (meth) acrylate, oligomer such as alkyd modified (meth) acrylate, or tripropylene glycol di (meth) acrylate 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, bisphenol A diglycidyl ether di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate , Pentaerythritol tri (meth) acrylate, triacrylformal, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate. These can be used alone or in combination. In addition, the following monofunctional monomers can be used in combination, for example, ethyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, n-butyl methacrylate, glycidyl methacrylate, lauryl ( There are meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate and the like, and a mixture of two or more of these or a mixture with other compounds is used. By selecting and combining these polyfunctional and monofunctional monomers and oligomers, it is possible to control the sensitivity and processability characteristics of the paste. In particular, a methacrylate compound is preferable to an acrylate compound for increasing the hardness, and a compound having 3 or more functional groups is preferable for increasing the sensitivity. Melamines and guanamines can also be preferably used in place of the acrylic monomers.
[0067]
There are no particular limitations on the photopolymerization initiator, and known ones can be used, such as benzophenone, N, N′-tetraethyl-4,4′-diaminobenzophenone, 4-methoxy-4′-dimethylaminobenzophenone, 2 , 2-diethoxyacetophenone, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin isobutyl ether, benzyldimethyl ketal, α-hydroxyisobutylphenone, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- [4- (Methylthio) phenyl] -2-morpholino-1-propane, t-butylanthraquinone, 1-chloroanthraquinone, 2,3-dichloroanthraquinone, 3-chloro-2-methylanthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 1, 4-naphthoquinone, 9,10-phenanthraquinone, 1,2-benzoanthraquinone, 1,4-dimethylanthraquinone, 2-phenylanthraquinone, 2- (o-chlorophenyl) -4,5-diphenylimidazole dimer, etc. Can be given. Further, inorganic photopolymerization initiators such as other acetophenone compounds, imidazole compounds, benzophenone compounds, thioxanthone compounds, phosphorus compounds, triazine compounds, and titanates can also be preferably used. Further, it is preferable to add a sensitizing aid such as p-dimethylaminobenzoic acid ester because the sensitivity can be further improved. Moreover, these photoinitiators can also be used in combination of 2 or more types.
[0068]
The addition amount of the photopolymerization initiator is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 wt%, more preferably 5 to 25 wt%, and still more preferably 10 to 20 wt% with respect to the total solid content of the paste.
[0069]
The color filter of the present invention is composed of at least three color pixels of red, green and blue, and the coloring material used can be any colorant regardless of whether it is an organic pigment, an inorganic pigment or a dye. Examples of typical pigments include Pigment Red (PR-), 2, 3, 22, 38, 149, 166, 168, 177, 206, 207, 209, 224, 242, 254, Pigment Orange (PO-) 5 13, 17, 31, 36, 38, 40, 42, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65, 71, Pigment Yellow (PY-) 12, 13, 14, 17, 20, 24, 83 86, 93, 94, 109, 110, 117, 125, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 153, 154, 166, 173, 185, Pigment Blue (PB-) 15 (15: 1, 15 : 2, 15: 3, 15: 4, 15: 6), 21, 22, 60, 64, Pigment Violet (PV-) 19, 23, 29, 32, 33, 36, 37, 3 , And the like 40, 50. In the present invention, various pigments can be used without being limited thereto.
[0070]
If necessary, the pigment may be subjected to surface treatment such as rosin treatment, acidic group treatment, basic treatment, pigment derivative treatment and the like. In addition, PR (Pigment Red), PY (Pigment Yellow), PV (Pigment Violet), PO (Pigment Orange), etc. are symbols of the color index (CI; issued by The Society of Dyers and Colorists) Formally C.I. I. (For example, CI PR254 etc.). This prescribes standards for dyes and dyeings, and each symbol designates a specific standard dye and its color. In the following description of the present invention, in principle, the C.I. I. Is omitted (for example, PR254 for CI PR254).
[0071]
As a method for applying the non-photosensitive color paste or the photosensitive color resist, a dipping method, a roll coater method, a spin coating method, a die coating method, a die coating and spin coating combined method, a wire bar coating method, or the like is preferably used. .
[0072]
As a method of forming the pixel, for example, a non-photosensitive color paste is applied on a transparent substrate having a transparent resin layer formed in the reflective region of the pixel, and then heated and dried using a hot plate, oven, vacuum drying (semi-cure) To do. A photosensitive color resist is applied on the semi-cured film and is heated and dried (pre-baked). The non-photosensitive color paste layer and the photosensitive color resist layer can be patterned at the same time in a photolithographic process in which mask exposure is performed after pre-baking, alkali development, and heat-curing. Can be formed.
[0073]
The formation of the color filter is not limited to the transparent substrate side such as glass or polymer film, but can also be performed on the driving element side substrate. The pattern shape of the color filter includes a stripe shape and an island shape, but is not particularly limited. A columnar fixed spacer may be disposed on the color filter as necessary.
[0074]
The color filter of the present invention is used by being incorporated in a transflective liquid crystal display device. Here, the transflective liquid crystal display device is characterized in that the reflective area of the counter substrate or the color filter is provided with a reflective film made of an aluminum film, a silver film, or the like, and the reflective area does not have such a reflective film. The liquid crystal display device. The color filter of the present invention is not limited to the driving method and display method of the liquid crystal display device, and is applicable to various liquid crystal display devices such as active matrix method, passive matrix method, TN mode, STN mode, ECB mode, OCB, and VA mode. Applied. Moreover, it can be used without being limited to the structure of the liquid crystal display device, for example, the number of polarizing plates, the position of the scatterers, and the like.
[0075]
An example of the color filter manufacturing method of the present invention will be described.
[0076]
A non-photosensitive color paste comprising at least a polyamic acid, a black colorant, and a solvent is applied on the transparent substrate, and then a polyamic acid black colored film is formed by air drying, heat drying, vacuum drying, or the like. In the case of heat drying, it is preferable to use an oven, a hot plate, or the like and perform the treatment at 60 to 200 ° C. for 1 minute to 60 minutes. Next, a positive type photoresist is applied to the thus obtained polyamic acid black film, and then heated and dried at 60 to 150 ° C. for 1 to 30 minutes using a hot plate. Using an exposure apparatus, the desired pattern is printed by irradiating ultraviolet rays, and alkali development is performed to obtain a resin black matrix layer in a desired pattern at a desired position. The resin black matrix layer is heated and cured at 200 to 300 ° C.
[0077]
Next, a non-photosensitive paste composed of polyamic acid and a solvent is applied to the entire surface of the transparent substrate on which the black matrix is formed, and is heated and dried at 60 to 200 ° C. for 1 to 60 minutes using a hot plate. Next, a positive type photoresist is applied to the polyamic acid film thus obtained, and is heated and dried at 60 to 150 ° C. for 1 to 30 minutes using a hot plate. An exposure apparatus is used to irradiate ultraviolet rays to print a target pattern, and alkali development is performed to obtain a transparent resin layer in a desired pattern at a desired position. The transparent resin layer is cured by heating at 200 to 300 ° C.
[0078]
Next, a colored layer is laminated to form a pixel. A non-photosensitive color paste comprising at least a polyamic acid, a colorant, and a solvent is applied on a transparent substrate on which a transparent resin layer is formed, and then a polyamic acid colored coating is formed by air drying, heat drying, vacuum drying, or the like. In the case of heat drying, it is preferable to use an oven, a hot plate, or the like and perform the treatment at 60 to 200 ° C. for 1 minute to 60 minutes. Next, a photosensitive color resist consisting of an acrylic polymer, an acrylic polyfunctional monomer, a photosensitive acrylic resin composed of a photopolymerization initiator, a colorant, and a solvent was applied to the polyamic acid colored coating thus obtained. Thereafter, a photosensitive acrylic colored film is laminated and formed by air drying, heat drying, vacuum drying or the like. In the case of heat drying, it is preferable to use an oven, a hot plate, etc., and perform it in the range of 60-200 degreeC for 1 minute-3 hours. Subsequently, the photosensitive acrylic colored film is irradiated with ultraviolet rays in a pattern using a photomask and an exposure apparatus. After the exposure, the photosensitive acrylic colored coating and the polyamic acid colored coating are simultaneously etched with an alkali developer.
[0079]
The polyamic acid colored coating is then converted into a polyimide colored coating by heating and curing. The heat curing is usually performed continuously or stepwise in air, in a nitrogen atmosphere, or in a vacuum at a temperature of 150 to 350 ° C., preferably 180 to 250 ° C., for 0.5 to 5 hours. Done.
[0080]
When there is a pixel of another color not laminated with the photosensitive acrylic colored layer, after forming a polyamic acid colored coating, a photoresist is applied to form a photoresist coating. Subsequently, the photoresist film is irradiated with ultraviolet rays in a pattern using a photomask and an exposure apparatus. After the exposure, the photoresist film and the polyamic acid film are simultaneously etched with an alkali developer. After etching, the photoresist film that is no longer needed is peeled off and the polyamic acid is heated and cured to obtain a polyimide colored film. The above process is performed for red, green, and blue pixels.
[0081]
If necessary, an overcoat layer is formed on the obtained substrate as follows. When patterning the overcoat layer, apply an acrylic polymer, an acrylic polyfunctional monomer, a photosensitive acrylic resin composed of a photopolymerization initiator, a photosensitive resist composed of a solvent, and then air dry, heat dry, vacuum dry, etc. A photosensitive acrylic film is formed. In the case of heat drying, it is preferable to use an oven, a hot plate, etc., and perform it in the range of 60-200 degreeC for 1 minute-3 hours. Subsequently, ultraviolet rays are irradiated in a pattern using a photomask having a desired pattern formed on the photosensitive acrylic film and an exposure apparatus. After the exposure, the photosensitive acrylic film is etched with an alkali developer. If the overcoat layer is not patterned, apply a solution of resin and solvent such as non-photosensitive epoxy, acrylic epoxy, acrylic, siloxane polymer, polyimide, silicon-containing polyimide, polyimide siloxane, etc., then air dry, heat A film is formed by drying, vacuum drying or the like. In the case of heat drying, it is preferable to use an oven, a hot plate, etc., and perform it in the range of 60-200 degreeC for 1 minute-3 hours. In this way, a color filter for a liquid crystal display device can be produced.
[0082]
Next, an example of a transflective liquid crystal display device created using this color filter will be described. A transparent electrode such as an ITO film is formed on the color filter. The color filter substrate, a transflective film patterned with a metal deposition film, a transparent insulating film on the transflective film, and a counter substrate on which a transparent electrode such as an ITO film is further formed A liquid crystal alignment film that has been subjected to a rubbing treatment for liquid crystal alignment provided on the substrate and a spacer for maintaining a cell gap are sealed and bonded together. In addition to the reflective film and the transparent electrode, a light diffusion protrusion, a thin film transistor (TFT) element, a thin film diode (TFD) element, a scanning line, a signal line, and the like are provided on the counter substrate. Alternatively, a TFD liquid crystal display device can be created. Next, after injecting liquid crystal from the injection port provided in the seal portion, the injection port is sealed. Next, a module is completed by mounting an IC driver or the like.
[0083]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these.
[0084]
  Reference example 1
A. Preparation of polyamic acid solution
9,5 'of 4,4'-diaminodiphenyl ether and 6.2 g of bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane were charged with 525 g of γ-butyrolactone and 220 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 3,3', 4,4 After adding 144.1 g of '-biphenyltetracarboxylic dianhydride and reacting at 70 ° C for 3 hours, adding 3.0 g of phthalic anhydride and further reacting at 70 ° C for 2 hours, 25% by weight of polyamic acid was added. An acid solution (PAA) was obtained.
[0085]
B. Synthesis of polymer dispersant
161.3 g of 4,4'-diaminobenzanilide, 176.7 g of 3,3'-diaminodiphenylsulfone, and 18.6 g of bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, 2667 g of γ-butyrolactone, N-methyl-2 -Charged together with 527 g of pyrrolidone, added 439.1 g of 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, reacted at 70 ° C for 3 hours, then added 2.2 g of phthalic anhydride, Furthermore, it was made to react at 70 degreeC for 2 hours, and the polymer dispersing agent (PD) which is a 20 weight% polyamic acid solution was obtained.
[0086]
C. Preparation of non-photosensitive black paste
Reaction of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4′-diaminodiphenyl ether and bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent A polyimide precursor (polyamic acid) solution was obtained.
[0087]
Disperse 4.6 g of carbon black “MA100” manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd., 24 g of polyimide precursor solution and 61.4 g of N-methylpyrrolidone at 7000 rpm for 30 minutes using a homogenizer, and filter the glass beads to black. A paste was prepared.
[0088]
D. Preparation of non-photosensitive color paste
Pigment Red PR254, 3.6 g (80 wt%), Pigment Red PR177, 0.9 g (20 wt%), 22.5 g of a polymer dispersant (PD), and 42.8 g of γ-butyrolactone, 3-methoxy-3-methyl-1 -20.2 g of butanol was charged together with 90 g of glass beads, and after dispersing for 5 hours at 7000 rpm using a homogenizer, the glass beads were filtered and removed. In this way, a 5% dispersion (RD) of PR254 and PR177 was obtained.
[0089]
A solution obtained by diluting 18.2 g of polyamic acid solution (PAA) with 39.52 g of γ-butyrolactone was added to and mixed with 45.6 g of dispersion (RD) to obtain a red color paste having a pigment / resin ratio of 25/75. . Similarly, a green color paste of pigment green PG36 and pigment yellow PY150 (G / Y) of 60/40 and a pigment / resin ratio of 35/65, pigment blue PB15: 6, A blue color paste having a resin ratio of 20/80 was obtained. The solid content concentration of each color paste was adjusted to 5.3%.
[0090]
E. Production of non-photosensitive paste (used for transparent resin layer)
16.0 g of polyamic acid solution (PAA) was diluted with 34.0 g of γ-butyrolactone to obtain a non-photosensitive transparent paste.
[0091]
F. Preparation of photosensitive color resist
Pigment Red PR209, 7.05 g was charged together with 50 g of 3-methyl-3-methoxybutanol and dispersed at 7000 rpm for 5 hours using a homogenizer, and then the glass beads were filtered and removed. 70.00 g of acrylic copolymer solution (Daicel Chemical Industries, Ltd. Cyclomer P, ACA-250, 43 wt% solution), 30.00 g of pentaerythritol tetramethacrylate as a polyfunctional monomer, “Irgacure” 369 15 as a photopolymerization initiator 100 g of a photosensitive resin resin (AC-1) having a concentration of 20 wt% obtained by adding 260.00 g of cyclopentanone to 0.000 g was obtained to obtain a red color resist having a pigment / resin ratio of 26/74. Similarly, a green color resist having a weight mixing ratio (G / Y) of Pigment Green PG36 and Pigment Yellow PY150 of 70/30 and a pigment / resin ratio of 10/90, Pigment Blue PB15: 6, A blue color resist having a resin ratio of 10/90 was obtained. The solid content concentration of each color resist was adjusted to 17.2%.
[0092]
G. Preparation and evaluation of colored coatings
A non-photosensitive black paste composed of polyamic acid, carbon black, and solvent was applied onto a 0.7 mm thick glass substrate “1737” manufactured by Corning Japan KK using a spinner so that the film thickness after heat treatment was 1.0 μm. The coating film was dried in an oven at 120 ° C. for 20 minutes, and a positive type photoresist (“OFPR-800” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied thereon, followed by oven drying at 90 ° C. for 10 minutes. Using a UV exposure machine “PLA-501F” manufactured by Canon Inc., 60 mJ / cm through a photomask pattern in which a black matrix remains in a lattice pattern around each color pixel.²It was exposed at (ultraviolet intensity of 365 nm). After exposure, the film was immersed in a developer composed of a 2.0% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, and development of the photoresist and etching of the black coating film of polyamic acid were simultaneously performed. The photoresist layer which became unnecessary after the etching was peeled off with acetone and heat-treated at 240 ° C. for 30 minutes to obtain a resin black matrix.
[0093]
A non-photosensitive paste made of polyamic acid and a solvent was applied onto a glass substrate on which a black matrix had been patterned using a spinner so that the film thickness after heat treatment was 3.5 μm. The coating film was dried in an oven at 120 ° C. for 20 minutes, and a positive photoresist was applied thereon, followed by oven drying at 90 ° C. for 10 minutes. Through a photomask pattern in which a transparent region is arranged in the center of the pixel and a transparent resin layer remains in a region other than the transparent region of each pixel of red, green, blue, 60 mJ / cm²It was exposed at (ultraviolet intensity of 365 nm). After the exposure, the film was immersed in a developer composed of a 2.0% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, and development of the photoresist and etching of the polyamic acid coating film were simultaneously performed. The photoresist layer that became unnecessary after etching was peeled off with acetone and heat-treated at 240 ° C. for 30 minutes to obtain a transparent resin layer in regions other than the red, green, and blue pixel transmission regions.
[0094]
Next, a non-photosensitive red paste made of polyamic acid, red pigment, and solvent is applied onto the substrate with a spinner so that the film thickness after heat treatment at the center of the pixel in the transmission region becomes 1.4 μm. Was dried in an oven at 120 ° C. for 20 minutes. A photosensitive red resist comprising an acrylic polymer, an acrylic bifunctional monomer, a photoinitiator, a red pigment, and a solvent is formed on the coating film so that the film thickness after heat treatment in the reflective region is 1.2 μm. It was applied with a spinner. The coating film was heat-treated in an oven at 80 ° C. for 10 minutes, and 100 mJ / cm through a photomask using an ultraviolet exposure machine.²It was exposed at (ultraviolet intensity of 365 nm). After exposure, the film was immersed in a developer composed of a 1.0% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to develop a colored layer on which a non-photosensitive red paste and a photosensitive red resist were laminated.
[0095]
Similarly to the red pixel, for the green pixel and the blue pixel, a laminated colored layer made of a non-photosensitive paste and a photosensitive resist was subjected to photolithography processing at different development times to create a color filter.
[0096]
Within one pixel of the color filter, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 4.7 μm in the reflective area, and the film thickness in the lowest part was 4.4 μm in the transmissive area. Therefore, the step was 0.3 μm. The film thickness was measured using a surface roughness meter: “Surfcom 130A” manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
[0097]
An ITO film having a thickness of 140 nm was formed on the color filter, and then a fixed spacer having a height of 3 μm was formed. On the other hand, a light-diffusing resin protrusion layer having a contact hole is formed on a driving element substrate including a thin film diode (TFD) element, a scanning line, a signal line, and a transparent electrode, and an aluminum vapor deposition film is further patterned thereon. A transmission / reflection film was formed, and a counter substrate was prepared. Next, alignment films were formed on both the color filter substrate and the counter substrate, and a rubbing process was performed. The substrates were opposed, sealed, and bonded. Next, after injecting liquid crystal from the injection port provided in the seal portion, the injection port was sealed. As the alignment film and liquid crystal, a normal alignment film for TN mode and a TN liquid crystal were used. Next, a liquid crystal display device was completed by mounting an IC driver or the like. In the color filter alignment film application step, no alignment film application failure occurred.
[0098]
  Reference example 2
Reference example 1In the transparent resin layer after heat treatment, the film thickness should be 5.0 μm,Reference example 1In the same manner as above, red, green and blue colored layers were formed. Within one pixel, the film thickness at the highest part from the substrate surface was 6.2 μm in the reflective area, and the film thickness at the lowest part was 4.4 μm in the transmissive area. Therefore, the level difference at this stage was 1.8 μm.
[0099]
A solution of a curable composition obtained by reacting a hydrolyzate of γ-aminopropylmethyldiethoxysilane with 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride on this substrate, The substrate was spin-coated and heat-treated at 260 ° C. for 10 minutes to form an overcoat layer having a thickness of 1.5 μm in the region outside the pixel. Within one pixel, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 6.6 μm in the reflective area, and the film thickness in the lowest part was 6.2 μm in the transmissive area. Therefore, the step was 0.4 μm.
[0100]
  afterwards,Reference example 1A liquid crystal display device was prepared in the same manner as described above. An application failure of the alignment film did not occur.
[0101]
  Example 1
Reference example 1In the transparent resin layer after heat treatment, the film thickness should be 5.0 μm,Reference example 1The red, green and blue colored layers were formed in the same manner as described above. Within one pixel, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 6.2 μm in the reflective area, and the film thickness in the lowest part was 4.4 μm in the transmissive area. Therefore, the level difference at this stage was 1.8 μm.
[0102]
A photosensitive resist composed of an acrylic polymer, an acrylic bifunctional monomer, a photoinitiator, and a solvent was applied to this substrate with a spinner so that the film thickness after heat treatment in the region outside the pixel was 1.5 μm. The coating film was heat-treated in an oven at 80 ° C. for 10 minutes, and using an ultraviolet exposure machine, through a photomask having a pattern formed in the transmission region, 100 mJ / cm²It was exposed at (ultraviolet intensity of 365 nm). After exposure, the photosensitive resist was developed by dipping in a developer composed of a 1.0% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to form an overcoat layer in the transmission region.
[0103]
Within one pixel, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 6.2 μm in the reflective area, and the film thickness in the lowest part was 6.1 μm in the transmissive area. Therefore, the level difference at this stage was 0.1 μm.
[0104]
  afterwards,Reference example 1A liquid crystal display device was prepared in the same manner as described above. An application failure of the alignment film did not occur.
[0105]
  Example 2
Reference example 1The photosensitive colored layer was formed so that the film thickness of the transparent resin layer after heat treatment was 4.0 μm, and the film thickness after heat treatment in the reflective region was 2.5 μm. Further, at the time of the exposure, a slit portion having a width of 5 μm for progressing development of the lower colored layer was formed. Within one pixel, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 6.5 μm in the reflective area other than the slit part, and the film thickness of the lowest part was 4.0 μm in the slit part. Therefore, the level difference at this stage was 2.5 μm.
[0106]
A photosensitive resist composed of an acrylic polymer, an acrylic bifunctional monomer, a photoinitiator, and a solvent was applied to this substrate with a spinner so that the film thickness after heat treatment in the region outside the pixel was 2.0 μm. The coating film was heat-treated in an oven at 80 ° C. for 10 minutes, and was exposed to 100 mJ / cm through a photomask in which a pattern was formed on a portion having no uppermost colored layer such as a slit portion using an ultraviolet exposure machine.²It was exposed at (ultraviolet intensity of 365 nm). After the exposure, the photosensitive resist was developed by immersing in a developer composed of a 1.0% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to form an overcoat layer in the transmission region.
[0107]
Within one pixel, the film thickness at the highest part from the substrate surface was 6.5 μm for the reflection area outside the slit part, and the film thickness at the lowest part was 6.2 μm at the slit part. Therefore, the step was 0.3 μm.
[0108]
  afterwards,Reference example 1A liquid crystal display device was prepared in the same manner as described above. An application failure of the alignment film did not occur.
[0109]
  Reference example 3
Reference example 1In the transparent resin layer processing, a photomask having a pattern with a line width of 6 μm is used at the boundary between the reflective region and the transmissive region.Reference example 1Processing was performed in the same manner as described above.
[0110]
Within one pixel, the film thickness at the highest part from the substrate surface was 4.5 μm at the boundary, and the film thickness at the lowest part was 4.4 μm in the transmission region. Therefore, the level difference at this stage was 0.1 μm.
[0111]
  afterwards,Reference example 1A liquid crystal display device was prepared in the same manner as described above. An application failure of the alignment film did not occur.
[0112]
  Comparative Example 1
Reference example 1The thickness of the transparent resin layer after heat treatment is 4.0 μm, and the others areReference example 1In the same manner as described above, red, green, and blue colored layers were formed. Within one pixel, the film thickness of the highest part from the substrate surface was 5.2 μm in the reflective area, and the film thickness in the lowest part was 4.4 μm in the transmissive area. Therefore, the level difference at this stage was 0.8 μm.
[0113]
  Use this boardReference example 1When a liquid crystal display device was produced in the same manner as described above, when the alignment film was applied, the alignment film was cut off, and a region where the alignment film was not formed was generated in the transmission region.
[0114]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the color region for making the reflective region and the transmissive region have desired color characteristics, manufacturing the color filter at low cost, and preventing the occurrence of defects in the alignment film coating process. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of color filter processing of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the color filter of the present invention. Example (1)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the color filter of the present invention. Example (2)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the color filter of the present invention. Example (3)
FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional color filter.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional color filter.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a conventional color filter.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a conventional color filter.
FIG. 9 is a schematic sectional view of a conventional color filter.
FIG. 10 is a schematic plan view of the color filter of the present invention. Example (1)
FIG. 11 is a schematic plan view of the color filter of the present invention. Example (2)
[Explanation of symbols]
1: Transparent substrate
2: Black matrix
3: Transparent resin layer
4: Colored layer
5: Uncolored area
6: Transmission area
7: Reflection area
8B: Blue pixel area
8G: Green pixel area
8R: Red pixel area
9: Overcoat layer
14a: Dark colored layer (for transmission region)
14b: Light colored layer (for reflection region)
24a: colored layer made of photosensitive resin
24b: colored layer made of non-photosensitive resin
25: Exposure part
26: Unexposed area
27: Border

Claims

There are pixels of each color of red, green, and blue on a transparent substrate, and at least one of the pixels is a region in which a plurality of colored layers are stacked in one pixel, and the number of pixels smaller than the plurality of colored layers. of the color filter for a liquid crystal display device which colored layer has a formed region, the resin layer other than the colored layer is formed in a region where the colored layer of fewer than the plurality of colored layers are formed, the colored layer A color filter for a liquid crystal display device, wherein an overcoat layer is formed only on a colored layer in a region having no other resin layer, and a step on the surface in one pixel is 0.5 μm or less.

The region where a plurality of colored layers are laminated is a transmission region, and the region where a smaller number of colored layers than the plurality of colored layers is formed is a reflection region. Color filter for liquid crystal display devices.

The color filter for a liquid crystal display device according to claim 2, wherein the position where the resin layer other than the colored layer is formed is a boundary portion between the transmission region and the reflection region.

The color filter for a liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3, wherein a lower colored layer of the laminated colored layers is made of a polyimide resin.

The liquid crystal display device characterized by using a color filter for a liquid crystal display device according to any one of claims 1-4.