JP2008191201A - 液晶表示用カラーフィルターおよびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示では明るい白黒表示、透過表示では高色純度のカラー表示を得る方式において、低コストを実現でき、光学特性に優れ、生産性の問題を解決する。
【解決手段】透明基板上に着色画素層、透明導電膜の順に設けられたカラーフィルターであって、前記着色画素層と前記透明導電膜の間に透明導電膜と屈折率の異なる無機薄膜を形成することを特徴とする液晶表示用カラーフィルター
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示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し、特に透過および反射の両特性を具備する半透過型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。

液晶表示装置は簡便な画像表示能力の利点を有し、パーソナルコンピュータ、テレビ、デスクトップモニターなどの用途のほか、近年では携帯電話、デジタルカメラなどのモバイル用途にも多く用いられている。
モバイル用途の液晶表示装置は、屋内だけではなく、屋外にも持ち運び使用するが、バックライトを光源として使用する従来の透過型液晶表示装置では、外光の強い屋外での視認性が悪いという欠点があった。

このため外光を光源とした反射型液晶表示装置の開発も行われており、透過型液晶表示装置の約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）。こうした反射型液晶表示装置は、屋外での使用に適しているが、逆に屋内など十分な外光強度が確保されない場所では視認性が極端に低下するという問題点を有していた。
そこで、屋内、屋外でも視認性を向上させることができる半透過型液晶表示装置が開発されている。

半透過型液晶表示装置の表示方法としては、光を透過するための開口部を設けた反射膜を開口ミラーとして設け、透過および反射をともに表示できる機能を兼ね備えた方式がある（例えば、特許文献１参照）。
また、補助光源としてフロントライトを設けた反射表示方式（特許文献２参照）や透過表示と反射表示の機能を兼ね備えた半透過反射膜を背面側に装備するいわゆる半透過型表示方式（特許文献３参照）。また、誘電体の多層膜による半透過反射膜上にカラーフィルターを作成する方式（特許文献４）など多くの方式の半透過型液晶表示装置が開発されている。
また、誘電体の多層膜をカラーフィルターの上に形成する方式も提案されている（特許文献５、６）。
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、Ｐ．１２６ 特開平１１−５２３６６号公報 特開平１０−１５６５２号公報 特開平１１−１８３８９２号公報 特開平１０−７８５０６号公報 特開２００３−２１８３２号公報 特開２００３−１６０３６２号公報 半透過型液晶表示装置は、透過表示の場合も反射表示の場合も同じカラーフィルターを用いる構成であるが、液晶表示装置自体を透過重視設計とするか反射重視設計とするかによってカラーフィルターの設計が異なってくる。つまり、透過表示を重視する場合には、濃い色のカラーフィルターを使用する。こうすればカラーフィルターを１回だけ通過する透過表示では高い色再現性を有することができる。ただし、反射表示ではカラーフィルターを２回通過することになるので非常に輝度の低い暗い画像となり表示内容の認識が困難である。一方、反射表示を重視する場合には、淡い色のカラーフィルターを使用する。こうすればカラーフィルターを２回通過する反射表示でも十分な輝度を確保することができる。ただし透過表示の色再現性は不十分である。

このように、透過表示の色再現性と反射表示の明るさの両方を十分に見たし、視認性のよい表示を得ることが重要であるが、これまでの方式では上述のように、反射光はカラーフィルターを２回通り、透過光りは１回通るという構成のため、所望の特性を得ることができず透過表示の色再現性或いは反射表示の明るさのどちらかが犠牲になっていた。

また、上記半透過方式のうち、反射膜に開口部を設けて透過領域と反射領域を分割する方式では、反射膜として主にアルミニウムや銀などの金属および金属酸化物が用いられているが、これらの金属膜は、可視領域、特に400〜500nmの低波長域において吸収をもっているため反射率が低下するという問題がある。また、反射膜上にカラーフィルターを作製する際においても、金属膜の耐熱性や耐溶剤性が悪く、使用する材料や温度条件を限定せざるを得ないという欠点を有する
全面において透過および反射機能を持った半透過反射膜は、いわゆるハーフミラー膜と呼ばれ、金属薄膜で作製する方式と誘電体の多層膜で作製する方式とがある。金属薄膜を用いる方式では、前記開口部方式と同様にアルミニウムや銀などの金属を用いるため、可視領域、特に低波長域での吸収による反射率低下があり、また耐熱性および耐溶剤性が悪いため使用材料、温度条件などが限定される。
一方、誘電体の多層膜による半透過反射膜は、各膜の屈折率および膜厚を設計することによって透過および反射機能を有する。膜での吸収がなく光学特性に優れており、かつ耐熱性、耐溶剤性にも優れているものの、上記のようにカラーフィルターを透過時に２回通り、反射時に１回通る構成では、透過時の色再現性と反射時の輝度を両立することは困難であった。

そこで、最近ではモバイル用途の使用形態を検討し、透過および反射ともにカラー表示にせずに透過はカラー表示、反射は白黒表示との方式が検討されている。
これは、屋内では色再現性のよいカラー表示によって画面をよく見たいとのニーズがあるが、屋外で液晶画面をみるのは時計表示やメールなどの内容であり、明るさの足らないカラー表示よりも明るい白黒表示がよいとのニーズから来ている。
また、屋外では光源の種類および輝度が様々であるため反射カラー表示に適さず、白黒表示の方が内容を適切に伝えることができる場合が多い。

透過をカラー表示、反射を白黒表示という方式に関しては、前記特許文献５にあるように誘電体膜の多層膜をカラーフィルターの上に形成することにして、透過時には色再現性のよいカラー表示を、反射時には明るいモノクロ表示を得る方式が考えられているが、以下のような欠点を有している。

第１に該誘電体多層膜は層数が多くなれば非常にコストが大きくなるという難点がある。
前記特許文献５では、カラーフィルター上にＴｉＯ_２とＳｉＯ_２からなる誘電体多層膜を
１２層形成することが提案されているが、これは非常にコストがかかり現実的ではない。
多層膜を１２層形成することは真空蒸着法で実施することができるが、非常にコストかかり経済的な製造方法ではない。また通常カラーフィルター製造における薄膜形成の手段としてスパッタリング法が用いられるが、このような多層膜の膜厚制御をすることは非常に困難であり、これも現実的ではなく層数を少なくすることが必要である。層数は少なければ少ないほどよい。

しかしながら、層数を少なくした場合の問題として、所望の光学特性を得ることができるものの、可視領域における光反射スペクトル又は光透過スペクトルに、入射角依存性がありリップルが発生する可能性があった。所望のフラットな光学特性を常に安定的に得ることができず、反射光による着色が発生するという問題があった。

更なる問題として、誘電体膜の外観欠点がある。誘電体膜を少ない層数で反射させようとすると５０〜６０ｎｍの膜を形成する必要があるが、ＴｉＯ_２やＳiＯ_２の成膜時に、下地である着色層あるいは透明保護膜から発生するガスの影響などで、膜に外観ムラが発生したり、パネル作成をしたときに膜から気泡が発生する原因などになっていた。

更に、無機薄膜を形成したために基板全体の反射率が異なり、液晶パネル作成時の基板の流品に対してセンサー類への影響が大きく、液晶パネルの生産に著しく影響を及ぼしていた。
また特許文献６にも無機薄膜をカラーフィルター上に形成する例があるが、これは電気抵抗を低く、可視領域での透過率を高くするための提案であり、本発明の、色再現性の高い透過カラー表示と明るい反射表示という目的とは異なる提案であった。

そこで本発明は、半透過型液晶表示において透過表示および反射表示の両方の視認性を向上させ、特に透過表示には色再現性のよいカラー表示、反射表示では明るいモノクロ表示を両立させる場合において、低コストで、かつ可視領域のフラット光学特性、外観特性の向上、生産性の向上などを全て可能にする液晶表示用カラーフィルター、およびそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示用カラーフィルターは、以下の構成をとる。
（１）透明基板上に、赤、緑、青の少なくとも１色の着色層からなる画素が２次元的に複数配置された表示領域を有し、該表示領域が形成された側の面であって少なくとも表示領域の表面に屈折率の異なる複数の無機薄膜が積層されてなる半透過反射膜が設けられたカラーフィルター基板であって、該無機薄膜のうちの少なくとも１層がインジウム・スズ酸化物からなる透明導電膜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基板。
（２）前記半透過反射膜が、少なくともＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のいずれかからなる無機薄膜と前記インジウム・スズ酸化物からなる無機薄膜がこの順に積層されたものであることを特徴とする（１）項記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
（３）前記少なくとも１色の着色層が体質顔料を含有することを特徴とする（１）項または（２）項に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
（４）前記画素と前記半透過反射膜との間に透明保護層が形成されていることを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
（５）前記表示領域外に前記半透過反射膜が形成されていない領域を含むことを特徴とする（１）項〜（４）項のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
（６）前記半透過反射膜が、前記少なくともＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のいずれかからなる無機薄膜と前記インジウム・スズ酸化物からなる無機薄膜との間にＳｉＯ_２からなる無機薄膜を有することを特徴とする（２）項〜（５）項のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
（７）（１）項〜（６）項のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板と画素電極を形成した対向基板を液晶層を介して貼り合わせてなり、かつ表示用光源を有する液晶表示装置であって、該液晶表示装置用カラーフィルター基板を、表示用光源の側に有することを特徴とする液晶表示装置

本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、反射表示では明るい白黒表示が得て、透過表示では高色純度のカラー表示を得る際に、低コストなカラーフィルターを提供できる。吸収がなく可視領域全域で均一な望ましい反射率を得ることができ
膜の外観ムラが発生したり、パネル作成をしたときに膜から気泡の発生を低減することができる。また液晶パネル生産上の問題を解決することができる。

以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、本発明に係るカラーフィルターを用いた液晶表示装置の構成例を示す。図１において、１は透明基板を示しており、この透明基板１上に樹脂ブラックマトリックス２、着色膜３がこの順に設けられ、その上に、透明保護膜４，無機薄膜５，透明導電膜６がこの順に設けられており、さらにその上に、樹脂からなるスペーサー７（図示例ではプラスチックビーズ）が設けられている。このスペーサー７を介して対向基板８が設けられるとともに、反対側にはバックライト９が設けられている。図１における１０は自然光、１１は反射表示光、１２は透過表示光を、それぞれ示している。

本発明における透明基板としては、特に限定されるものではないが、アルカリガラス、無アルカリガラスなどのガラス板やポリカーボネート、ポリメタクリレートなどの樹脂板を用いることができる。これらの中で１７３７（コーニング社製）、ＯＡ１０、ＯＡ１０Ｆ（日本電気硝子社製）、ＮＡ３５（ＮＨテクノグラス社製）などの無アルカリガラスがアルカリ溶出性、耐熱性、耐薬品性、清浄度などから好適である。他にロール状に巻き上げられたフィルムなどを使用することもできる。

着色層は少なくとも赤、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、染料を問わず、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。ただし、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。

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よい。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．を付するものである（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４など）。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．の表記は省略する（例えば、Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４ならば、ＰＲ２５４）。

本発明のカラーフィルターによれば、赤着色層用着色剤は、ＰＲ２４２、ＰＲ２５４、キナクリドン骨格を持つ顔料、ＰＯ３８、ＰＹ１７、ＰＹ１３８、ＰＹ１５０を使用することがより好ましい。緑着色層用着色剤は、ＰＧ７、ＰＧ３６、ＰＹ１７、ＰＹ１３８、ＰＹ１５０を使用することがより好ましい。また、青着色層用着色剤はＰＢ１５（１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６）、６０、ＰＶ１９、２３を使用することがより好ましい。

また、着色層のマトリックス樹脂としては特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂などあるいはこれらの２種以上の混合物などからなるポリマーに前記顔料などの着色剤を分散混合して赤、青、緑の画素を形成したものが用いられる。なかでもポリイミド樹脂膜またはアクリル樹脂膜であることが好ましい。これらの樹脂は、他の材料で着色膜を形成する場合と比べて同等若しくはより簡便なプロセスで着色層を形成できるからである。とくにポリイミド樹脂膜は、パターン加工性がよく、耐熱性、耐溶剤性に優れるため特に好ましい。
ポリイミド樹脂としては、特に限定されないが、通常下記の一般式１で表される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体（ｎ＝１〜２）を、加熱もしくは適当な触媒によってイミド化したものが好適に用いられる。

また、ポリイミド樹脂には、イミド結合の他に、アミド結合、スルフォン結合、エーテル結合、カルボニル結合などのイミド結合以外の結合が含まれていても差し支えない。上記一般式１中、Ｒ1は少なくとも２個以上の炭素原子を有する３価または４価の有機基である。耐熱性の面から、Ｒ1は環状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０の３価または４価の基が好ましい。Ｒ1の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンチル基などが挙げられるが、これらに限定されない。

上記一般式１中、Ｒ2は少なくとも２個以上の炭素原子を有する２価の有機基であるが、耐熱性の面から、Ｒ2は環状炭化水素、芳香族環又は芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６〜３０の２価の基が好ましい。Ｒ2の例として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニルメタン基、ジシクロヘキシルメタン基などが挙げられるが、これらに限定されない。

一般式１を主成分とするポリマにおいては、Ｒ1、Ｒ2が上記したもののうち、各々１種類から構成されていてもよいし、各々２種以上から構成される共重合体であってもよい。さらに、基板との接着性を向上させるために、耐熱性を低下させない範囲でジアミン成分として、シロキサン構造を有するビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサンなどを共重合するのが好ましい。

一般式１を主成分とするポリマの具体的な例として、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、４，４’−オキシジフタル酸無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルトリフルオロプロパンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物などからなる群から選ばれた１種以上のカルボン酸二無水物と、パラフェニレンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノベンズアニリドなどの群から選ばれた少なくとも１種以上のジアミンから合成されたポリイミド前駆体が挙げられるが、これらに限定されない。これらのポリイミド前駆体は公知の方法、すなわち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを選択的に組み合わせ、溶媒中で反応させることにより合成される。

また、これらの樹脂および着色用顔料による着色膜を用いてカラーフィルターを設計することも可能であるが、着色膜中に各種の体質顔料を入れると着色膜の屈折率を調整することができる。これにより無機薄膜とカラーフィルターの屈折率差により、無機薄膜とカラーフィルター層の反射分が寄与することになり、無機薄膜の層数を増やすことなく低コストで反射輝度を高めることができカラーフィルター上に形成する無機薄膜の使用材料および膜厚の自由度が高まり、液晶表示パネルの透過／反射設計が容易になる。

例えば、ポリイミド樹脂の屈折率は通常１．７０〜１．７５であるが、所望の色特性にするために使用される顔料の種類や含有量の違いによって着色層の屈折率は１．３〜２．０まで変化する。このとき無機薄膜との屈折率を最適にするために着色膜中に各種の体質顔料を入れて含有量を変化させるすることにより屈折率を調整することができる。
体質顔料としては、例えば無機粒子では、シリカ、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、タルクなどの体質顔料などが好ましい。これらの体質顔料の屈折率は１．３〜２．８であり、樹脂への含有量としては１０〜６０重量％が好ましい。

これらの体質顔料を着色膜中に含有し、屈折率を調整したポリイミド樹脂の着色膜でカラーフィルターを作製することにより、無機薄膜として使用する材料の選択幅が広がり、液晶パネルの透過率、反射率を所望の状態にすることが可能となる。また無機薄膜の積層数を少なくすることが可能となるため製造コストを低くすることも可能となる。
これらの着色用顔料、樹脂および必要に応じて体質顔料から構成される着色膜のパターン形状については、ストライプ状、アイランド形状などが挙げられるが、特に限定されるものではない。着色膜の形成方法については、フォトリソ法、印刷法、電着法等が挙げられるが特に限定されない。パターン形成性などを考慮すると、フォトリソ法で行うことがより好ましい。フォトリソ法で行われる場合はペースト状にした着色膜をスピンコータ、ロールコータ、ダイコータなどの塗布装置で均一に塗布し、その後、露光、現像などを含む加工を行ってパターン形成する。

各画素間にはコントラストの向上などのため遮光膜を設けてもよい。具体的にはカーボンや酸化チタンなどの顔料を分散した樹脂などが使用される。樹脂はアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂などあるいはこれらの２種以上の混合物などからなるポリマーが用いられる。特にポリイミド樹脂はパターン加工精度に優れ好適である。これらの顔料分散されたブラック用樹脂も前述の着色膜と同様な方式でパターン形成される。

また、カラーフィルターの平坦性を向上させるため着色膜上に保護膜を設けることができる。保護膜材料としては、エポキシ樹脂、アクリルエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素含有ポリイミド樹脂、ポリイミドシロキサン樹脂等が挙げられるが、好ましくは、アクリルモノマーやエポキシモノマーを含む硬化収縮の小さい付加重合化合物による樹脂が好適である。透明保護膜はスピンコータ、ロールコータ、ダイコータ、印刷法、ディップ法などの塗布装置により、カラーフィルター上に塗布して形成される。

塗布に用いられる樹脂溶液組成物は、固形分濃度が高く塗膜収縮が小さいこと、粘度が低くカラーフィルター全体に均一に塗布できることが求められる。好ましくは、固形分濃度２０重量％以上５０重量％以下、さらに好ましくは２５重量％以上３５重量％以下である。また、粘度は好ましくは、５ｍＰａ・ｓ以上３５ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは５ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下である。

本発明における半透過反射膜は透明導電膜であるインジウム・スズ酸化物膜（ＩＴＯ膜）と他の無機薄膜との干渉により、入射した光の一部は反射される。無機薄膜の材質としてはＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅などを用いることができ、屈折率の範囲は２．０〜２．８が好ましい。無機薄膜の作製方法としては真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＥＢ蒸着法などの成膜方法を用いることができるが、膜質の均一性が良好で大面積化にも適し、長時間の安定生産ができ、安価である点でスパッタリング法が最も好ましい。
成膜装置の形式としては、バッチ式、インライン式などの形式のものが使用できる。

本発明では、他の無機薄膜としてＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のいずれかを用いることを特徴としている。無機薄膜の層数はコストの面から少なければ少ないほどよく、１層が最も好ましい。このときの無機薄膜の膜厚は３００オングストローム〜１０００オングストロームが好ましく、４００〜７００オングストロームが最も好ましい。これはコストの面で最もすぐれているだけでなく、可視領域における透過スペクトルと反射スペクトルに入射依存性が発生し所望のフラットな光学特性を得る膜を１層でも得ることができるからである。

また、ＴｉＯ_２やＳｉＯ_２の膜厚を厚く成膜する場合には、カラーフィルターの着色画素層や透明保護層から出るガスを取り込みやすく、膜全体の外観状のムラや気泡発生などに
影響しやすいため、本発明にて提案したＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅
いずれかを用いることが好ましい。
また本発明は、画面外に無機薄膜を成膜しない領域を含むことが好ましい。これにより無機薄膜と透明導電膜の反射により基板流品のためのセンサー類などに影響なく生産することが可能になる。

更に、無機薄膜と透明導電膜の間に第２の無機薄膜としてＳｉＯ_２ を積層してもよい。
これは、無機薄膜は疎水性を有し水溶性の洗浄液により洗浄しにくいという欠点があるため疎水性を緩和することと透明導電膜であるＩＴＯとの密着性を向上させるためである。
これは光学特性を損なわないように５００オングストローム以下の膜厚がよい。
以下にカラーフィルター作製方法の一例を述べるが、本発明のカラーフィルターの製造方法は特に限定されない。

透明基板上に少なくともポリイミド前駆体、着色剤、溶剤からなるカラーペーストを塗布した後、風乾、加熱乾燥、真空乾燥などにより、ポリイミド前駆体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、５０〜１８０℃の範囲で１分〜３時間行うのが好ましい。次に、このようにして得られたポリイミド前駆体着色被膜に、通常の湿式エッチングによりパターンを形成する。まず、ポリイミド前駆体着色被膜上にポジ型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マスクを置き、露光装置を用いて紫外線を照射する。露光後、ポジ型フォトレジスト用アルカリ現像液により、フォトレジスト被膜とポリイミド前駆体着色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する。

ポリイミド前駆体着色被膜は、その後、加熱処理することによって、ポリイミド着色被膜に変換される。加熱処理は通常、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１８０〜２９０℃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。以上の工程を赤、緑、青のカラーぺースト、必要に応じてブラックのカラーぺーストについて行う、
上記カラーフィルター上に透明保護膜を形成し、その上にＮｂ_２Ｏ_５からなる無機薄膜をスパッタリング法によって成膜する。更にＩＴＯ膜などの透明導電膜を成膜する。さらに必要に応じて樹脂からなるスペーサーを形成する。このカラーフィルター基板と対向電極を設けた基板とを、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を設けた後、カラーフィルター上の樹脂からなるスペーサーを介して、対向させて貼り合わせる。樹脂からなるスペーサーを形成していない場合はビーズスペーサーを散布してから貼り合わせる。なお、対向電極基板は、電極を設けたＳＴＮ方式、薄膜トランジスタ素子を設けたＴＦＴ方式、薄膜ダイオードを設けたＴＦＤ方式などを用いることができる。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。

実施例１
以下本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、屈折率の測定は偏光解析（エリプソメトリ）法により求めた。偏光解析はガラス基板の膜面側に、偏光を照射し膜表面で偏光を反射させ、このときに起こる偏光状態の変化を測定することにより求める方法である。本実施例では島津製作所社製 ＡＥＰ−１００にて、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光の単一波長光を用いて測定した。また
光学特性は大塚電子株式会社製顕微分光光度計“ＭＣＰＤ−２０００”を用いて測定した。

Ａ．ポリアミック酸溶液の作製
γ−ブチロラクトン５２５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２２０ｇ中に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３０℃で溶解後、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℃に昇温した。３時間反応後、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。

Ｂ．分散剤の合成
γ−ブチロラクトン２６６７ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５２７ｇ中に、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を添加し３０℃で溶解させた後、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℃に昇温した。３時間反応後、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。

Ｃ．樹脂ブラックマトリクス用ブラックペーストの作成
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４、４’−ジアミノジフェニルエーテル、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。カーボンブラックとポリイミド前駆体溶液を混合したカーボンブラックミルベースを、ホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３０分分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックミルベースを得、これをポリイミド前駆体溶液で希釈してブラックペーストとした。

Ｄ．着色層形成用ペーストの作製
溶媒の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中に、着色用顔料であるピグメントレッドＰＲ２０９、３．８３ｇ（８５ｗｔ％）、ピグメントオレンジＰＯ３８、０．６７ｇ（１５重量％）とポリマー分散剤（ＰＤ）２２．５ｇを添加し、ガラスビーズ９０ｇと共に小型分散機（ホモジナイザー）に封入し、７０００ｒｐｍで５時間分散した。ガラスビーズを濾過除去し、ＰＲ２０９とＰＯ３８からなる分散液５％溶液を得た後、この分散液５０．０ｇをポリアミック酸溶液（ＰＡＡ）８．０ｇとγ−ブチロラクトン４２．０ｇの希釈混合溶液に添加混合し、赤色着色層形成用ペースト（Ｒ１）を得た。以下同様の手順により、着色用顔料としてピグメントグリーンＰＧ３６、７５重量％とピグメントイエローＰＹ１３８、２５重量％を含む緑色着色層形成用ペースト（Ｇ１）、着色用顔料としてピグメントブルーＰＢ１５：１、９３重量％、ピグメントバイオレットＰＶ２３、７重量％を含む青色着色層形成用ペースト（Ｂ１）を得た。

Ｅ．ブラックマトリックス層の作製
ガラス基板（日本電気硝子製、ＯＡ１０Ｆ）上にブラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、これをホットプレートで１３０℃、１０分間乾燥することにより黒色の樹脂塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレイ・ファー・イースト株式会社製、ＳＲＣ−１００）をスリットコーターで塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイクし、大日本スクリーン製造株式会社製露光機“ＸＧ−５０００”を用い、フォトマスクを介して、１００ｍｊ／ｃｍ2 の紫外線を照射して露光した。その後、２．２５％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パターンを形成し、これをメチルセロソルブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで２９０℃、１０分間加熱することでイミド化させ、ブラックマトリクスを形成した。

Ｆ．着色膜の作製
ブラックマトリックスを形成した後、該基板上にカーテンフローコータで赤着色膜形成用ペースト（Ｒ１）を塗布した。該塗膜を１２０℃で２０分間熱処理後、ポジ型フォトレジスト（シプレー社製、ＳＲＣ−２００）を塗膜上に塗布し、９０℃で１０分乾燥した。前記レジスト塗膜上より、クロム製のフォトマスクを通して３６５ｎｍで６０ｍｊ／ｃｍ2の強度を有する紫外線により露光した。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２．２３％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、ポリイミド前駆体の着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メチルセロソルブアセテートで剥離し、ポリイミド前駆体の着色塗膜を２７０℃で３０分熱処理し、ポリイミドからなる着色膜を形成した。同様な方法により、青色着色膜形成用ペースト（Ｂ１）を用い、赤色着色膜の隣に青色着色膜を配置した。次に、ペースト（Ｇ１）を用い、赤色着色膜と同様フォトリソ加工により緑反射用領域内に着色膜を配置した。この着色膜の屈折率を測定すると、Ｒ画素１．７８、Ｇ画素１．８０、Ｂ画素１．８３であった。

Ｇ．無機薄膜およびＩＴＯ膜の形成
次にバッチ式のスパッタリング成膜装置を用いて無機薄膜およびＩＴＯ膜を形成した。
まず、スパッタリング装置の真空チャンバーの内側面にＮｂ_２Ｏ_５とＩＴＯのターゲットを
取り付け、基板を回転させて成膜する。基板温度は２００℃で放電ガスとしてＡｒ＋Ｏ２
を用いることにより成膜を行い、Ｎｂ_２Ｏ_５膜を５００オングストローム、さらにその上にＩＴＯ膜を膜厚１３００オングストロームとなるようスパッタリング成膜した。

Ｈ．液晶表示装置の作製と評価
カラーフィルター基板上にポリイミド系配向膜を塗布・加熱した後、ラビング処理をして、同様に配向膜を形成した、ラビング処理をしたＴＦＴ基板とをプラスチックビーズを散布した後にシール剤を用いて貼り合わせた。次にシール部に設けられた注入口から液晶を注入後注入口を封止し、さらに偏光板などの光学フィルムを貼り合わせて液晶表示装置を得た。

実施例１で得られたカラーフィルターは、Ｎｂ₂Ｏ₅成膜時に着色層から発生するガスの影響による膜のムラなどもなく良好な膜が得られた。
また、液晶表示パネルの反射率は可視領域で均一に１４％であり所望の光学特性が得られた。

比較例１
実施例１において、無機薄膜としてＴｉＯ_２をスパッタリング法で５００オングストローム成膜すること以外は実施例１と同じにした。透過率、反射率はＮｂ_２Ｏ_５を用いた時と同等であったが膜を形成中にカラーフィルターから発生するガスの影響により、膜全体にムラが発生し外観の品位がよくないものであった。

実施例２
実施例１において、着色材料の１００重量部に対して、屈折率調整用体質顔料であるシリカを６７重量部加えて着色形成用ペーストを作製することによって屈折率がＲ画素１．５９、Ｇ画素１．６０ Ｂ画素１．５７の着色膜を形成すること以外は実施例１と同じじとした。実施例２では着色膜中に体質顔料を加えて着色膜の屈折率を小さくしたため、屈折率２．２のＮｂ₂Ｏ₅ との屈折率差が大きくなり反射率は１７％と増大して良好な反射率が得られた。

実施例３．
実施例１において、着色膜を形成した後に、アクリル系樹脂（ＪＳＲ社製”オプトマー６９１７Ｈ”）溶液をカーテンフローコーターで塗布し、オーブンで２６０℃、３０分加熱して１．５μの透明保護膜を形成すること以外は、実施例１と同じにした。
透明保護膜を形成した場合でもＮｂ_２Ｏ_５膜のムラなく良好な膜が得られた。また
光学特性は可視領域において均一に１５％であり、所望の光学特性が得ることができた。

実施例４
実施例１において、Ｎｂ_２Ｏ_５の成膜をする場合にマスク成膜を行い、画面外に無機薄膜を成膜しないようにしたこと以外は実施例１と同じとした。
実施例１，比較例１では、画面外にあるマーク類の上にＮｂ_２Ｏ_{５ ,}ＴｉＯ_２ が形成されているため、基板自体の反射率が異なり、液晶パネルの基板流品においてセンサーの調整や
設備の改造などが必要であった。一方、実施例３では無機薄膜であるＮｂ_２Ｏ_５がマーク上に形成されないため、液晶パネルの生産工程においてセンサー類の変更をすることなく
問題なく流品できた。

実施例５
実施例１において、無機薄膜と透明導電膜の間にＳｉＯ_２をスパッタリング法で３００オングストローム成膜すること以外は実施例１と同じにした。このカラーフィルターは反射率１７％と所望の光学特性を得ることができ、膜自体の外観ムラもなかった。またセロテープ（登録商標）（住友スリーエム株式会社製scotchＢＫ−１８）剥離試験で確認するとＩＴＯの密着性が向上していた。

本発明に係る液晶表示用カラーフィルターを用いた液晶表示装置の一構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 透明基板
２ 樹脂ブラックマトリックス
３ 着色膜
４ 透明保護膜
５ 無機薄膜
６ 透明導電膜
７ スペーサー（プラスチックビーズ）
８ 対向基板
９ バックライト
１０ 自然光
１１ 反射表示光
１２ 透過表示光

Claims (7)

1. 透明基板上に、赤、緑、青の少なくとも１色の着色層からなる画素が２次元的に複数配置された表示領域を有し、該表示領域が形成された側の面であって少なくとも表示領域の表面に屈折率の異なる複数の無機薄膜が積層されてなる半透過反射膜が設けられたカラーフィルター基板であって、該無機薄膜のうちの少なくとも１層がインジウム・スズ酸化物からなる透明導電膜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基板。
2. 前記半透過反射膜が、少なくともＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のいずれかからなる無機薄膜と前記インジウム・スズ酸化物からなる無機薄膜がこの順に積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
3. 前記少なくとも１色の着色層が体質顔料を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
4. 前記画素と前記半透過反射膜との間に透明保護層が形成されていることを特徴とする請求項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基板。
5. 前記表示領域外に前記半透過反射膜が形成されていない領域を含むことを特徴とする請求項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基板。
6. 前記半透過反射膜が、前記少なくともＮｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のいずれかからなる無機薄膜と前記インジウム・スズ酸化物からなる無機薄膜との間にＳｉＯ_２からなる無機薄膜を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルター基板と画素電極を形成した対向基板を液晶層を介して貼り合わせてなり、かつ表示用光源を有する液晶表示装置であって、該液晶表示装置用カラーフィルター基板を、表示用光源の側に有することを特徴とする液晶表示装置

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