JP2887317B2 - Color filter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はフルカラー液晶装置に用いると好適なカラー
フィルターに係わり、更に詳細には透明基体上に多数の
微細な色分解用カラーフィルター素子及び遮光層を設け
たカラーフィルターに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a color filter suitable for use in a full-color liquid crystal device, and more particularly, to a large number of fine color separation color filter elements and light shielding on a transparent substrate. The present invention relates to a color filter provided with a layer.
＜従来技術＞ フルカラー液晶表示装置は、幾つかの方式が実用化さ
れているが、第２図は薄膜トランジスタ（TFT）素子を
用いたアクテイブマトリックス方式の一例であり、以下
第２図を参照しながら説明する。ここでパネル（Ａ）は
透明基体（１）の一方の面上に色分解用の微細なカラー
フィルター素子（４），（４′），（４″）及び遮光層
（３）、透明電極（５）、配向膜（８）を形成し、裏面
に検光子（10）を設ける。パネル（Ｂ）は透明基体
（２）の上にTFT素子（６）、透明電極（７）及び配向
膜（８）を形成し、反対面に偏光子（９）を設け、パネ
ル（Ａ）とパネル（Ｂ）の間に液晶（11）を封入する。<Prior Art> Although several types of full-color liquid crystal display devices have been put into practical use, FIG. 2 shows an example of an active matrix type using thin film transistor (TFT) elements. explain. Here, the panel (A) has fine color filter elements (4), (4 '), (4 ") for color separation, a light-shielding layer (3), and a transparent electrode (1) on one surface of a transparent substrate (1). 5), an alignment film (8) is formed, and an analyzer (10) is provided on the back surface.The panel (B) has a TFT element (6), a transparent electrode (7) and an alignment film (7) on a transparent substrate (2). 8) is formed, a polarizer (9) is provided on the opposite surface, and a liquid crystal (11) is sealed between the panel (A) and the panel (B).
カラーフィルター素子（４）と透明電極（７）及びTF
T素子（６）は対をなして、フルカラー液晶画素を構成
する。各カラーフィルター素子の境界部分に不透明な遮
光層（３）を設けることにより、画像の境界がより鮮明
になり、視覚的効果が期待できる。またTFTを用いた第
２図のような構造の液晶ディスプレーでは、外光による
TFT素子特性の劣化を防ぐことができる。Color filter element (4), transparent electrode (7) and TF
The T elements (6) form a pair to form a full-color liquid crystal pixel. By providing the opaque light-shielding layer (3) at the boundary of each color filter element, the boundary of the image becomes clearer and a visual effect can be expected. In a liquid crystal display using a TFT as shown in FIG.
Deterioration of TFT element characteristics can be prevented.
遮光層（３）は大別して無機系と有機系に分類でき
る。無機系ではガラス基板上に金属クロム、酸化クロム
等の単体又は二つ以上の組合せ方式がある。The light-shielding layer (3) can be roughly classified into an inorganic type and an organic type. In the case of inorganic materials, there is a single or a combination of two or more of chromium metal, chromium oxide and the like on a glass substrate.
有機系では水溶性コロイド中に重クロム酸塩等を添加
して感光化をなし、常法に従ってパターン化した後、染
料で染色する方式や、ハロゲン化銀を分散させた後、還
元して銀を析出させて黒化する方式がある。また感光性
樹脂にカーボン等を分散させた後、露光，現像してパタ
ーニングする方式、黒色インキで印刷する方式がある。In the case of an organic system, dichromate is added to a water-soluble colloid for photosensitization, followed by patterning according to a conventional method, dyeing with a dye, or dispersing silver halide, and then reducing silver. There is a method of precipitating and blackening. In addition, there are a method in which carbon or the like is dispersed in a photosensitive resin, patterning by exposure and development, and a method in which printing is performed with black ink.
＜発明が解決しようとする課題＞ 第２図に示すフルカラー液晶ディスプレーでは光源
（12）から出た光（i1）は透明電極（７）、液晶（1
1）、カラーフィルター素子（４）を通過して（i1′）
として観察者に至る。この間に光源（12）から出た光
（i1）は信号に応じて変化する。同様なことがカラーフ
ィルター素子（４′）、（４″）についてもいえる。<Problems to be Solved by the Invention> In the full-color liquid crystal display shown in FIG. 2, light (i 1 ) emitted from the light source (12) is transmitted by the transparent electrode (7) and the liquid crystal (1).
1) After passing through the color filter element (4) (i 1 ′)
As the observer. During this time, the light (i 1 ) emitted from the light source (12) changes according to the signal. The same applies to the color filter elements (4 ') and (4 ").
一方観察者に至る光として、外部光（i2）が遮光層
（３）で反射する場合がある。特に、（i1′）が弱い場
合（暗部の映像）、相対的に（i1′）に比較して
（i2′）が明るくなる。前述のごとく、遮光層の役割の
一つは、カラーフィルター素子間の境界を明確にするの
であるから、外光の反射光（i2′）は少ないことが望ま
しい。On the other hand, as light reaching the observer, external light (i 2 ) may be reflected by the light shielding layer (3). In particular, when (i 1 ′) is weak (image of a dark part), (i 2 ′) becomes relatively brighter than (i 1 ′). As described above, since one of the roles of the light-shielding layer is to clarify the boundary between the color filter elements, it is desirable that the reflected light (i 2 ′) of the external light be small.
遮光層（３）の材質として耐久性のすぐれた金属系を
用いると、（i2′）値は更に高くなり、液晶ディスプレ
ーの品質をそこなう。したがって遮光層（３）の反射率
を下げると同時に、全反射を少なくすることによって視
覚しうる画質を改善することができる。When a metal material having excellent durability is used as the material of the light-shielding layer (3), the value (i 2 ′) is further increased, thereby deteriorating the quality of the liquid crystal display. Therefore, the visual quality can be improved by reducing the total reflection while reducing the reflectance of the light-shielding layer (3).
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は上述のように、遮光層の反射率を下げると同
時に全反射の少ない視覚画像の良好なカラーフィルター
を提供するものであり、第１図に従って本発明を説明す
る。<Means for Solving the Problems> As described above, the present invention is to provide a good color filter of a visual image with less total reflection while lowering the reflectance of the light-shielding layer. Will be described.
即ち、ガラス板等の透明基体（１）の片面に微細な凹
凸を設け、その上に遮光層（３）を設ける。このような
構造の場合外光（i2）の反射光（i2′）は拡散されるの
で、第２図に示す場合より観察者に視覚しうる外光の反
射光は少なくなり、反射率が同じ材質による遮光層
（３）でも、第１図の場合と第２図の場合では、視覚的
効果に大きい差が生じる。That is, fine irregularities are provided on one surface of a transparent substrate (1) such as a glass plate, and a light-shielding layer (3) is provided thereon. In the case of such a structure, the reflected light (i 2 ′) of the external light (i 2 ) is diffused, so that the reflected light of the external light that is visible to the observer is smaller than that shown in FIG. However, there is a large difference in the visual effect between the case of FIG. 1 and the case of FIG.
＜発明の詳述＞ 第１図に示すカラーフィルターの透明基体（１）の凹
凸の深さは10μｍ以下、望ましくは、３μｍ以下であ
る。ガラス板等の透明基体（１）の表面を凹凸に加工す
る技術として、化学エッチング方式、及び物理的、機械
的加工方式がある。また平坦なガラス板上に粒状性透明
顔料を塗布して形成することができる。<Detailed Description of the Invention> The depth of the irregularities of the transparent substrate (1) of the color filter shown in Fig. 1 is 10 µm or less, preferably 3 µm or less. Techniques for processing the surface of a transparent substrate (1) such as a glass plate into irregularities include a chemical etching method and a physical and mechanical processing method. Further, it can be formed by applying a granular transparent pigment on a flat glass plate.
遮光層（３）の形成にあたっては、金属あるいは金属
酸化物をスパッタ等の方法で形成し、化学エッチングに
よってパターン化する技術は極めて一般的に行われてい
る。In forming the light-shielding layer (3), a technique of forming a metal or a metal oxide by a method such as sputtering and patterning the same by chemical etching is very generally performed.
また、感光性樹脂をパターン化して、黒色染料で染色
することや、感光性樹脂中にカーボンブラック、有機黒
色顔料、または不透明顔料を分散し、マスク露光するこ
とにより、黒色パターンを製造することも可能である。It is also possible to pattern a photosensitive resin and dye it with a black dye, or to disperse carbon black, an organic black pigment, or an opaque pigment in the photosensitive resin, and perform a mask exposure to produce a black pattern. It is possible.
微細な色分解用カラーフィルター素子（４）は通常
赤、青、緑色であり、各種方式によって形成できる。透
明基板の凹凸を外光を散乱させるためには有効である
が、液晶セルとしてみた場合、セル間隔が部分的に異な
るために色の純度を劣化させる。したがってカラーフィ
ルタ素子（４）の表面は十分に平坦であることが必要と
なる。そのためには凹凸の深さを３μｍ以下にし、第３
図のように遮光層（３）を形成後、アンダーコート層
（13）をコートして後、カラーフィルタ素子を形成する
か、又は第４図のように遮光層（３）およびカラーフィ
ルタ素子（４）の上にトップコート層（14）を設ける。The color filter element (4) for fine color separation is usually red, blue, and green, and can be formed by various methods. It is effective for scattering the external light on the irregularities of the transparent substrate, but when viewed as a liquid crystal cell, the cell spacing is partially different, thereby deteriorating the color purity. Therefore, the surface of the color filter element (4) needs to be sufficiently flat. For this purpose, the depth of the unevenness is set to 3 μm or less,
After forming the light-shielding layer (3) as shown in the figure, coating the undercoat layer (13) and then forming a color filter element, or as shown in FIG. 4, the light-shielding layer (3) and the color filter element ( 4) A top coat layer (14) is provided on top.
＜参考例＞ 透明基体（１）として薄板ガラスの表面をフロスト加
工により微細な凹凸を形成した。1200メッシュの研摩材
による加工の場合、凹凸は10μｍ以下であった。次に該
透明基体（１）の凹凸面を十分洗浄後、スパッタリング
によって酸化クロム膜を1350Åの膜厚で製膜した。<Reference Example> As a transparent substrate (1), fine irregularities were formed on a surface of a thin glass by frost processing. In the case of processing with an abrasive of 1200 mesh, the unevenness was 10 μm or less. Next, the irregular surface of the transparent substrate (1) was sufficiently washed, and a chromium oxide film was formed to a thickness of 1350 ° by sputtering.
このときの透過濃度は2.8、反射率は31％であった。
次にフオトリソグラフィーの常法に従って該酸化クロム
膜をエッチング加工して遮光層（３）を形成した。更に
該遮光層（３）上に、分子量１万のゼラチン10重量部お
よび重クロム酸アンモン２重量部を純水500重量部に混
合溶解してえられた水溶性感光剤を塗布乾燥し、常法に
よりパターン化し、その後酸性染料により赤色に着色
し、タンニン酸溶液に浸漬して防染処理を行ない、カラ
ーフィルター素子（４）を形成した。以下同様にして緑
色のカラーフィルター素子（４′）及び青色のカラーフ
ィルター素子（４″）を形成して第１図で示すカラーフ
ィルターを製造した。遮光層（３）の反射率は31％であ
ったが、全反射が少ないため、視覚的にはより黒色に近
い感を与えた。At this time, the transmission density was 2.8 and the reflectance was 31%.
Next, the chromium oxide film was etched in accordance with the usual method of photolithography to form a light-shielding layer (3). Further, on the light-shielding layer (3), a water-soluble photosensitive agent obtained by mixing and dissolving 10 parts by weight of gelatin having a molecular weight of 10,000 and 2 parts by weight of ammonium dichromate in 500 parts by weight of pure water is applied and dried. The pattern was formed by a method, and then colored red with an acid dye, and immersed in a tannic acid solution to perform anti-dyeing treatment, thereby forming a color filter element (4). Thereafter, a green color filter element (4 ') and a blue color filter element (4 ") were formed in the same manner to manufacture the color filter shown in Fig. 1. The light-shielding layer (3) had a reflectance of 31%. However, since the total reflection was small, a visually closer black color was given.
＜実施例１＞ 参考例で使用した透明基体（１）の表面に同様に酸化
クロム膜を形成し遮光層（３）を形成した。次に東レ
（株）製セミコファインSP−910 １重量部に対しＮ−
メチル２ピロリジノン（以下、NMPと記す）0.5重量部添
加してスピンナーコートにより膜厚３μｍで形成し、10
0℃より50℃きざみで300℃まで各30分間保持して、第３
図に示すアンダーコート層（13）を形成した。<Example 1> A chromium oxide film was similarly formed on the surface of the transparent substrate (1) used in the reference example to form a light-shielding layer (3). Next, 1 part by weight of Semico Fine SP-910 manufactured by Toray Industries, Inc.
0.5 parts by weight of methyl 2-pyrrolidinone (hereinafter referred to as NMP) was added, and a film having a thickness of 3 μm was formed by spinner coating.
Hold for 30 minutes each from 0 ° C to 300 ° C in increments of 50 ° C.
An undercoat layer (13) shown in the figure was formed.
次に同じくセミコファインSP−910 90.1gに対し顔料
及び分散剤をそれぞれ9.0g、0.9g添加して三本ロールで
十分混合して、赤、緑、青色ワニスを作った。顔料の一
例を下記に示す。Next, 9.0 g and 0.9 g of a pigment and a dispersant were added to 90.1 g of Semicofine SP-910, respectively, and mixed well with a three-roll mill to produce red, green and blue varnishes. An example of the pigment is shown below.
赤色フィルター用；リオトゲンレッドGD（東洋インキ製
造（株）製） 緑色フィルター用；リオノールグリーン2YS（東洋イン
キ製造（株）製） 青色フィルター用；リオノールES（東洋インキ製造
（株）製） 次に赤色ワニス10gに対してNMPを5g添加して、十分撹
拌し、前記アンダーコート層（13）を形成したガラス板
上にスピンナーにより1250rpmで60秒間回転塗布し、60
℃15分間及び引き続いて130℃30分間加熱し赤色フィル
ター層上に日本合成ゴム（株）製“JSR−CBR−M901"ネ
ガレジストを2000rpmでスピンコートし80℃30分間のプ
レベーク後パターン露光して専用現像剤で現像した。For red filter; Rioton Red GD (Toyo Ink Mfg. Co., Ltd.) For green filter: Lionol Green 2YS (Toyo Ink Mfg. Co., Ltd.) For blue filter: Lionol ES (Toyo Ink Mfg.) Next 10 g of a red varnish, 5 g of NMP was added thereto, and the mixture was sufficiently stirred and spin-coated at 1250 rpm for 60 seconds on a glass plate on which the undercoat layer (13) was formed by a spinner.
C. for 15 minutes and subsequently at 130.degree. C. for 30 minutes, spin-coated a "JSR-CBR-M901" negative resist manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. on the red filter layer at 2000 rpm, and pre-baked at 80.degree. Developed with a special developer.
次に125℃30分間ポストベーク後マイクロポジット現
像剤MF−312（シプレイ・ファーイースト（株））を純
水で1:1に稀釈したアルカリ溶液で該赤色被膜の開口部
をエッチング除去した。次に窒素気流中で250℃60分間
過熱してカラーフィルター素子（４）を形成した。Next, after post-baking at 125 ° C. for 30 minutes, the opening of the red coating was removed by etching with an alkaline solution obtained by diluting a microposit developer MF-312 (Shipley Far East Co., Ltd.) 1: 1 with pure water. Next, it was heated at 250 ° C. for 60 minutes in a nitrogen stream to form a color filter element (4).
以下、前掲の緑色ワニス及び青色ワニスをもちいて順
次同様の工程でカラーフィルター素子（４′）及びカラ
ーフィルター素子（４″）を形成し、第３図で示すカラ
ーフィルターを製造した。A color filter element (4 ') and a color filter element (4 ") were sequentially formed in the same steps using the green varnish and the blue varnish described above, and the color filter shown in FIG. 3 was manufactured.
＜実施例２＞ ガラス板上にフッ酸をもちいてフロスト加工した青板
ガラスに、チッソ（株）製CSG−Ｌ−0800をスピンナー
コートして後450℃60分加熱焼成した。このガラスに金
属クロムをスパッタリングにより1000Åの膜厚のクロム
薄膜を形成した。<Example 2> CSG-L-0800 manufactured by Chisso Corporation was spin-coated on a soda frosted glass plate using hydrofluoric acid on a glass plate, and then heated and baked at 450 ° C for 60 minutes. A chromium thin film having a thickness of 1000 mm was formed on the glass by sputtering chromium metal.
次にフォトアプリケーションの常法に従って、遮光層
（３）を形成した。この膜の透過率は0.2％以下、反射
率は約50％であった。次に実施例１と同様にして第４図
で示すカラーフィルター素子（４）（４′）（４″）を
それぞれ形成した。次に住友バイエルウレタン（株）製
スミジュールＮ−75;758に対し住友バイエルウレタン
（株）製ディスモヘン1200;100gを混合し、セロソルブ
アセテート及び酢酸ブチルをそれぞれ30ml及び10ml添加
して、ただちにスピンナー1000rpmで回転塗布し、150℃
90分加熱硬化しオーバーコート層（17）を形成し、第４
図に示すようなカラーフィルターを作製した。Next, a light-shielding layer (3) was formed according to a usual method of a photo application. The transmittance of this film was 0.2% or less, and the reflectance was about 50%. Next, the color filter elements (4), (4 ') and (4 ") shown in Fig. 4 were formed in the same manner as in Example 1. Next, Sumidur N-75; 758 manufactured by Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd. was used. On the other hand, 100 g of Dismohen 1200 manufactured by Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd. was mixed, 30 ml and 10 ml of cellosolve acetate and butyl acetate were added, and the mixture was immediately spin-coated at 1000 rpm with a spinner and heated at 150 ° C.
Heat cured for 90 minutes to form overcoat layer (17),
A color filter as shown in the figure was produced.
＜実施例３＞ 参考例で使用したフロスト加工ガラスに以下の組成か
らなる黒色ワニスを塗布しパターン化した。<Example 3> A black varnish having the following composition was applied to the frosted glass used in the reference example to form a pattern.
（１） セミコファインSP−710 東レ（株）製 86.1部 （２） カーボンブラック 4.5部 （３） チタン白 1.3部 （４） リオノールES（東洋インキ製造（株）製） 3.5部 （５） リオトゲンレッドGD（東洋インキ製造（株）
製） 3.2部 （６） 分散助剤 1.4部 以上（１）〜（６）の組成を３本ロールで十分混合分
散し、黒色ワニスを得た。(1) Semico Fine SP-710 manufactured by Toray Industries, Inc. 86.1 parts (2) Carbon black 4.5 parts (3) Titanium white 1.3 parts (4) Lionol ES (manufactured by Toyo Ink Manufacturing Co., Ltd.) 3.5 parts (5) Riotogen Red GD (Toyo Ink Manufacturing Co., Ltd.)
3.2 parts (6) Dispersing aid 1.4 parts The above compositions (1) to (6) were sufficiently mixed and dispersed with a three-roll mill to obtain a black varnish.
次に該黒色ワニス１部に対しNMP1部、ジメチルホルム
アミド１部を混合して、上記ガラス基板上に適当量滴下
し、スピンナーで1000rpm10秒間回転塗布し、150℃で乾
燥した。Next, 1 part of NMP and 1 part of dimethylformamide were mixed with 1 part of the black varnish, dropped in an appropriate amount on the glass substrate, spin-coated with a spinner at 1000 rpm for 10 seconds, and dried at 150 ° C.
次にマイクロポジット1400−25（シュプレー・ファー
イースト（株）製）を1500rpmで15秒スピンコートし
た。90℃30分ソフトベーク後パターン露光し、MF312を
純水で1:1に稀釈した現像液で現像し、同時に黒色パタ
ーンを形成した。Next, Microposit 1400-25 (manufactured by Spree Far East Co., Ltd.) was spin-coated at 1500 rpm for 15 seconds. After soft baking at 90 ° C. for 30 minutes, pattern exposure was performed, and MF312 was developed with a developer diluted 1: 1 with pure water, and at the same time, a black pattern was formed.
次に酢酸ノルマルブチル溶液でマイクロポジット1400
−25を剥離し、280℃で60分加熱した。以上の工程で黒
色パターンを形成した。以下、実施例１と同様にして
Ｒ、Ｇ、Ｂからなるカラーフィルターを製造した。Next, microposit 1400 with normal butyl acetate solution
-25 was peeled off and heated at 280 ° C. for 60 minutes. A black pattern was formed by the above steps. Hereinafter, a color filter composed of R, G, and B was manufactured in the same manner as in Example 1.
＜発明の効果＞ 本発明によるカラーフィルターは、耐久性が優れ、か
つ透過濃度の高い金属並びに金属酸化膜を使用した場合
でも、外光の反射が平均化され遮光層はより黒色に近く
なった。そのために液晶表示装置に使用した場合には、
画像の鮮明度が向上した。<Effect of the Invention> The color filter according to the present invention has excellent durability, and even when a metal and a metal oxide film having a high transmission density are used, the reflection of external light is averaged, and the light-shielding layer is closer to black. . Therefore, when used in a liquid crystal display device,
The sharpness of the image has been improved.
第１図は微細な凹凸を持つ透明基体に遮光層を設けた場
合の反射光の拡散を説明する説明図である。 第２図は従来のカラーフィルターを用いた液晶ディスプ
レーの説明図。 第３図、第４図は本発明のカラーフィルターの他実施例
を示す断面説明図である。 1,2……透明基体、３……遮光層 4,4′,4″……カラーフィルター素子 ６……TFT素子 5,7……透明電極、８……配向膜 ９……偏光子、10……検光子 11……液晶、12……光源 13……アンダーコート層、14……オーバーコート層FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the diffusion of reflected light when a light-shielding layer is provided on a transparent substrate having fine irregularities. FIG. 2 is an explanatory diagram of a liquid crystal display using a conventional color filter. FIGS. 3 and 4 are cross-sectional explanatory views showing another embodiment of the color filter of the present invention. 1,2 ... Transparent substrate, 3 ... Light shielding layer 4,4 ', 4 "... Color filter element 6 ... TFT element 5,7 ... Transparent electrode, 8 ... Alignment film 9 ... Polarizer, 10 …… Analyzer 11 …… Liquid crystal, 12 …… Light source 13 …… Undercoat layer, 14 …… Overcoat layer
Claims (2)
の色分解用カラーフィルタ素子を所望する領域以外の領
域に遮光層を設け、全面に透明な樹脂層を設けて前記凹
凸面を平坦にし、その上の遮光層を設けない領域に多色
の色分解用カラーフィルタ素子を設けてなることを特徴
とするカラーフィルタ。1. A light-shielding layer is provided in a region other than a region where a color filter element for color separation is desired on a transparent substrate having fine unevenness on one surface, and a transparent resin layer is provided on the entire surface to form the uneven surface. A color filter comprising a flattened area and a color filter element for multi-color separation provided in a region where no light-shielding layer is provided.
の色分解用カラーフィルタ素子を所望する領域以外の領
域に遮光層を設け、遮光層を設けない領域に多色の色分
解用カラーフィルタ素子を設け、色分解用カラーフィル
タ素子及び遮光層上に表面を平坦化した透明な樹脂層を
設けてなることを特徴とするカラーフィルタ。2. A light-shielding layer is provided in a region other than a region where a color-separating color filter element is desired on a transparent substrate having fine irregularities on one surface, and a multicolor color-separating region is provided in a region where no light-shielding layer is provided. A color filter, comprising: a color filter element; and a transparent resin layer having a flat surface on the color filter element for color separation and the light-shielding layer.
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