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Dokumentenidentifikation DE60213712T2 13.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001265082
Titel Farbfilter und Flüssigkristallanzeige
Anmelder Toray Industries, Inc., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kojima, Hideyuki, Otsu-shi, Shiga 520-0842, JP;
Yamashita, Tetsuo, Kyoto-shi, Kyoto 607-8353, JP;
Kasai, Shigetaka, Itabashi-ku, Tokyo 173-0003, JP;
Hada, Ikumi, Kusatsu-shi, Shiga 525-0027, JP;
Yoshioka, Masahiro, Otsu-shi, Shiga 520-0842, JP;
Nonaka, Haraushi, Otsu-shi, Shiga 520-0843, JP;
Sasaki, Hiroyuki, Shiga-gun, Shiga 520-0532, JP
Vertreter LEINWEBER & ZIMMERMANN, 80331 München
DE-Aktenzeichen 60213712
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 31.05.2002
EP-Aktenzeichen 022538599
EP-Offenlegungsdatum 11.12.2002
EP date of grant 09.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse G02B 5/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G02F 1/1335(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G02B 5/22(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeige, der sowohl für eine Anzeige des Transmissionstyps als auch des Reflexionstyps verwendet werden kann.

2. Stand der Technik

Flüssigkristallanzeigen werden heute verschiedenen Verwendungszwecken zugeführt, z.B. in PCs in Notebook-Größe, in tragbaren Informationsterminals, in Desktop-Monitoren und digitalen Kameras, wobei man sich in diesen Fällen ihre günstigen Eigenschaften wie z.B. ihr geringes Gewicht, ihre Schlankheit und ihren niedrigen Stromverbraucht zunutze macht. Flüssigkristallanzeigen mit Hintergrundbeleuchtung sollen den Energiewirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung verbessern und auf diese Weise den Stromverbrauch reduzieren wie auch die Durchlässigkeit des Farbfilters verbessern. Während man im Bereich der Durchlässigkeit des Farbfilters in den letzten Jahren viele Fortschritte erzielt hat, kann man nicht davon ausgehen, dass der Stromverbrauch durch Verbesserung der Durchlässigkeit des Farbfilters stark abnimmt.

Es wurden daher in den letzten Jahren Flüssigkristallanzeigen des Reflexionstyps entwickelt, um die viel elektrischen Strom verbrauchenden Hintergrundbeleuchtungen überflüssig zu machen. Solche Flüssigkristallanzeigen des Reflexionstyps verbrauchen nur etwa 1/7 der Energie von Flüssigkristallanzeigen des Transmissionstyps (siehe „Flat-Panel Display", Supplement Edition Nikkei Micro-Device, 1998, S. 126).

Anzeigen des Reflexionstyps weisen zwar gegenüber Anzeigen des Transmissionstyps den Vorteil des geringen Stromverbrauchs und der hervorragenden Anzeigequalität auch im Freien auf, doch der Anzeigeschirm wird dunkel, wenn in der Umgebung nicht ausreichende Lichtintensität gegeben ist, was die Anzeigequalität naturgemäß dramatisch sinken lässt. Eine vorgeschlagene Flüssigkristallanzeige zur Verbesserung der Bildqualität in dunkler Umgebung umfasst daher Folgendes: (1) eine Flüssigkristallanzeige teilweise vom Transmissionstyp und teilweise vom Reflexionstyp, die einen geschnittenen Abschnitt in einem Teil des Reflexionsfilms sowie eine Hintergrundbeleuchtung besitzt (auf der Grundlage des so genannten Semitransmissions- und Semireflexions-Anzeigeverfahrens, das in „Fine Process Technology Japan" '99, Texbook of Specialized Technology Seminar, beschrieben ist), und (2) eine Anzeigevorrichtung mit Frontbeleuchtung.

3 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeige des Semitransmissionstyps. 3 zeigt einen Transmissionsmodus, der mithilfe einer Hintergrundbeleuchtungsquelle 3 anzeigt, und einen Reflexionsmodus, der mithilfe von natürlichem Licht anzeigt. Diese Art von Farbflüssigkristallanzeige umfasst einen Transmissionsbereich 8 und einen Reflexionsbereich 7, und die Farbe im Transmissionsbereich wird für die Transmissionsanzeige angezeigt, während die Farbe im Reflexionsbereich für die Reflexionsanzeige angezeigt wird. Während das Hintergrundlicht für die Transmissionsanzeige einmal durch den Transmissionsbereich des Farbfilters gelangt (gekennzeichnet durch den Pfeil 6), gelangt das natürliche Licht zweimal durch den Reflexionsbereich des Farbfilters, oder dies erfolgt als auftreffendes Licht 4 und reflektiertes Licht 5, das mittels einer Reflexionsschicht 2 reflektiert wird. Anders formuliert: Da sich die Anzahl an Durchgängen durch den Farbfilter zwischen der Transmissionsanzeige und der Reflexionsanzeige unterscheidet, weisen auch die angezeigte Farbdichte bzw. die Farbreinheit und Helligkeit große Unterschiede zwischen der Anzeige des Transmissionstyps und der Anzeige des Reflexionstyps auf, wenn das gleiche Farbmaterial 1 für den Transmissionsbereich und den Reflexionsbereich verwendet wird. Da die Lichtquellen in der Anzeige des Transmissionstyps bzw. in der Anzeige des Reflexionstyps einer Hintergrundbeleuchtung 3 bzw. natürliches Licht 4 sind, sind die Farbreinheit sowie der Farbton zwischen der Anzeige des Transmissionstyps und der Anzeige des Reflexionstyps unterschiedlich.

Es besteht die Möglichkeit, den Transmissionsbereich und den Reflexionsbereich mit unterschiedlichen Farbmaterialien 1 bzw. 1' zu versehen, wie dies aus 5 ersichtlich ist, um die gleiche Anzeigefarbe sowohl im Transmissionsbereich als auch im Reflexionsbereich zu erzielen. Allerdings scheinen die Herstellungskosten für eine derartige Flüssigkristallanzeige zu steigen, wenn das derzeit gängige fotolithografische Verfahren zur Anwendung kommt, da sechs Beschichtungen in drei Farben erforderlich sind.

JP-2001-33778 offenbart das Vorsehen eines Abstandhalters im Reflexionsbereich, um die Dicke der Farbschichten zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich zu verändern und auf diese Weise die Farbdichte (Farbwiederholbarkeit) zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich anzugleichen. 6 ist ein schematischer Querschnitt eines Farbfilters für eine herkömmliche Flüssigkristallanzeige des Semitransmissionstyps. Eine transparente Harzschicht 14 ist im Reflexionsbereich 7 ausgebildet, und die Farbschicht 1 des Reflexionsbereichs 7 ist dünner als die Farbschicht 1 des Transmissionsbereichs 8. Allerdings können die Veränderungen im Farbton infolge der Unterschiede der Lichtquellen – d.h. zwischen der Hintergrundbeleuchtung in der Transmissionsanzeige und dem natürlichen Licht in der Reflexionsanzeige – nicht einfach durch Veränderung der Dicke der Farbmaterialien korrigiert werden. Anders formuliert: Während man große Unterschiede in der Farbreinheit und Helligkeit durch Verringerung der Dicke der Farbschicht des Reflexionsbereichs 7 eliminieren kann, treten Unterschiede im monochromatischen Farbton jeder roten, grünen und blauen Farbe in der Anzeige des Reflexionstyps gegenüber der Anzeige des Transmissionstyps auf, wodurch keine einheitliche Bildqualität mehr zwischen der Anzeige des Reflexionstyps und der Anzeige des Transmissionstyps gegeben ist.

In 3, 5 und 6 kennzeichnet Bezugszeichen 9 einen Pixelbereich.

Es wurden Farbfilter mit Lichtöffnungen vorgeschlagen, um die weiter oben beschriebenen Probleme zu lösen und kostengünstig Farbfilter bereitzustellen, deren Helligkeit und Farbtöne weniger Unterschiede zwischen der Transmissionsanzeige und der Reflexionsanzeige aufweisen und in denen ein transparenter Bereich im Reflexionsbereich vorhanden ist; siehe JP-2000-111902. Da für jede Farbe nur ein Verarbeitungsgang notwendig ist, kann dieser Filter mittels der gleichen Anzahl an Fertigungsschritten erzeugt werden wie herkömmliche Filter, wodurch auch die Produktionskosten nicht steigen.

1 zeigt die Querschnittsstruktur des Light-hole-Farbfilters. Ein Transmissionsbereich 9 und ein Reflexionsbereich 7 sind in einem Pixel für jede Farbe in diesem Farbfilter ausgebildet. Beide Bereiche können in einem Pixel vorhanden sein, oder es kann nur einer von ihnen in einem Pixel und der andere in einem anderen Pixel vorhanden sein, um so beide Bereiche in einer Vielzahl an Pixeln auszubilden. Das Substrat, auf dem die Reflexionsschicht 2 ausgebildet ist, kann entweder ein Substrat auf der Seite des Farbfilters oder ein Substrat gegenüber dem Farbfilter sein. Der Bereich, in dem der Reflexionsfilm 2 ausgebildet ist, dient als Reflexionsbereich 7 innerhalb des Pixelbereichs 9, wenn der Reflexionsfilm auf der Farbfilterseite ausgebildet ist; der Bereich ohne Reflexionsfilm 2 innerhalb des Pixelbereichs 9 dient als Transmissionsbereich 8. Wenn hingegen der Reflexionsfilm auf einem Substrat gegenüber dem Farbfilter ausgebildet ist, dient der Pixelbereich, der mit dem den Reflexionsfilm bildenden Bereich des Substrats korrespondiert, als Reflexionsbereich, während der Pixelbereich, der mit dem Bereich korrespondiert, in dem kein Reflexionsfilm 2 auf dem Substrat ausgebildet ist, als Transmissionsbereich 8 fungiert. Der Reflexionsbereich 7 enthält einen transparenten Bereich 10 und einen gefärbten Bereich 11. Der transparente Bereich 10 ist ein Bereich, in dem keine Farbschicht 1 ausgebildet ist.

Diese Farbfilter mit Lichtöffnungen sind allerdings mit dem Problem verbunden, dass infolge des Vorsehens eines transparenten Bereichs ohne Farbschicht eine Stufenhöhe auf der Oberfläche des Farbfilters vorhanden ist. Eines der grundlegenden Merkmale, das die Anzeigeleistung der Flüssigkristallanzeige massiv beeinträchtigt, ist der Zellenabstand. Da die Stufenhöhe auf der Oberfläche des Farbfilters einen direkten Einfluss auf die Veränderung des Zellenabstands hat, ist es vorzuziehen, dass die Stufenhöhe so gering wie möglich ist. Da überdies eine größere Stufenhöhe die Planheit des Farbfilters negativ beeinflussen kann, so dass Nachteile für die ausrichtende Behandlung der Schicht entstehen, können Anzeigedefekte vorliegen, wenn der Filter in ein Flüssigkristallfeld eingebaut wird.

Die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich kann durch Beschichten mit einer Überzugsschicht in einem gewissen Ausmaß planiert werden. Wenn allerdings ein Pigment, das ein durch Pigment Rot 209 dargestelltes Chinacridonderivat umfasst (siehe JP-2000-249824), als Hauptpigment verwendet wird, nimmt die Stufenhöhe infolge der höheren Dicke des Pixels – dies mit dem Ziel, die Farbreinheit und die Farbeigenschaften des Farbfilters zu verbessern – zu, wodurch sich sogar das Füllen der Stufe mittels Beschichten mit der Überzugsschicht schwierig gestaltet.

Die Steuerung der Dimensionen des transparenten Bereichs ist für Farbfilter mit Lichtöffnungen wichtig. Daher führt mangelhafte Verarbeitungsleistung zu geringer Ausbeute des Filters, was seine Fertigungskosten ansteigen lässt.

Die vorliegende Erfindung versucht, die oben erläuterten Probleme zu lösen, indem sie einen kostengünstigen Farbfilter bereitstellt, dessen Unterschiede in der Helligkeit und im Farbton zwischen der Transmissionsanzeige und der Reflexionsanzeige gering sind und dessen Stufenhöhe klein ist.

Die obigen Probleme können gemäß der Erfindung mithilfe eines Farbfilters nach Anspruch 1 gelöst werden.

Vorzugsweise ist die Form des Subbereichs im Farbfilter entweder ein Kreis, ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 5 &mgr;m oder mehr oder ein Rechteck mit einer kürzeren Seitenlänge von 5 &mgr;m oder mehr.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

1 veranschaulicht in Form einer schematischen Querschnittsansicht ein Beispiel für die Konstruktion der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige.

2 zeigt in schematischer Draufsicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige.

3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für eine herkömmliche Flüssigkristallanzeige.

4 zeigt ein Beispiel für ein Flächenberechnungsverfahren des rechteckigen transparenten Bereichs gemäß der Erfindung.

5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine herkömmliche Flüssigkristallanzeige.

6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine herkömmliche Flüssigkristallanzeige.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung.

Der Farbfilter der Erfindung kann eine Wiederholung einer Vielzahl unterschiedlicher Farbpixel mit einem Abstand von einigen Dutzend bis zu mehreren Hundert &mgr;m umfassen. Der Farbfilter umfasst rote (R), grüne (G) und blaue (B) Pixel.

Der Reflexionsbereich des Pixels im Farbfilter der Erfindung umfasst einen Farbbereich und einen transparenten Bereich. Der transparente Bereich ist hierin ein Bereich mit einer mittleren Durchlässigkeit von 80% oder mehr im sichtbaren Bereich. Die Wirkung der Erfindung entfaltet sich durch Ausbilden des transparenten Bereichs mit zumindest einer Farbe, da die Unterschiede zwischen der Transmissionsanzeige und der Reflexionsanzeige verringert werden, ohne die Anzahl an Fertigungsschritten zu erhöhen. In anderen Farben können der Transmissionsbereich und der Reflexionsbereich das gleiche Farbmaterial umfassen, und die Dicke des Farbmaterials im Transmissionsbereich kann sich von jener im Reflexionsbereich unterscheiden, da im Transmissionsbereich eine transparente Harzschicht vorgesehen ist. Der Reflexionsbereich kann einen konvexen Abschnitt aufweisen, der mit der Dicke der transparenten Harzschicht korrespondiert, die im Reflexionsbereich auf dem Substrat ausgebildet ist; der Transmissionsbereich kann im Verhältnis zum Reflexionsbereich mit teilweise konvexen Abschnitten tiefer sein. Die Dicke der Farbschicht im Transmissionsbereich ist größer als die Dicke des Reflexionsbereichs, in dem durch Planierung bzw. Nivellierung konvexe Abschnitte ausgebildet sind; dies erfolgt mit einer lichtunempfindlichen Farbpaste oder einem lichtempfindlichem Farbresist, wenn die Farbschicht durch Beschichten des Substrats mit teilweise konvexen Abschnitten mittels der lichtunempfindlichen Farbpaste und/oder dem lichtempfindlichen Farbresist ausgebildet wird. Die Farbe zur Ausbildung der transparenten Harzschicht unterliegt keinen besonderen Einschränkungen – sie kann entweder ein rotes, grünes oder blaues Pixel sein. Wenn allerdings die Farbeigenschaften im Reflexionsbereich verbessert werden sollen, ist es vorzuziehen, die transparente Harzschicht im grünen Pixel vorzusehen, um die Helligkeit der Reflexionsanzeige zu erhöhen. Es ist ebenso vorzuziehen, die transparente Harzschicht im blauen Pixel auszubilden, um den Weißpegel im Reflexionsbereich zu verbessern, wenn dessen Farbeigenschaften verbessert werden sollen.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete transparente Harzschicht ist eine Harzschicht mit einer mittleren Durchlässigkeit von 80% oder mehr im sichtbaren Bereich. Die Dicke der transparenten Harzschicht im Reflexionsbereich ist so ausgewählt, dass sie die Unterschiede hinsichtlich der Farbreinheit, der Helligkeit und des Farbtons zwischen der Reflexionsanzeige und der Transmissionsanzeige infolge der unterschiedlichen Lichtquelle verringert. Der Dickeunterschied zwischen den Farbschichten im Reflexionsbereich und im Transmissionsbereich wird durch Planieren größer, da die Dicke der transparenten Harzschicht größer ist, wodurch die Unterschiede hinsichtlich Farbreinheit, Helligkeit und Farbton zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich wirkungsvoller verringert werden können. Da allerdings die Stufenhöhe auf der Oberfläche des Farbfilters zunimmt und so die Ausrichtung des Flüssigkristalls wie auch die Bildqualität der Anzeige beeinträchtigt werden, wenn die transparente Harzschicht zu dick ist, beträgt die bevorzugte Dicke der transparenten Harzschicht 5 &mgr;m oder weniger.

Die erfindungsgemäße transparente Harzschicht kann unter Verwendung eines lichtempfindlichen Resists gebildet werden. Das lichtempfindliche Resist kann ein Polyimidharz, ein Epoxyharz, ein Acrylharz, ein Urethanharz, ein Polyesterharz und ein Polyolefinharz sein, wobei Acrylharz vorzuziehen ist. Während das lichtempfindliche Acrylharz üblicherweise zumindest ein Acrylpolymer, ein polyfunktionales Acrylmonomer oder -Oligomer sowie einen Fotopolymerisationsinitiator umfasst, um dem Harz Lichtempfindlichkeit zu verleihen, kann das Harz auch ein so genanntes Acrylepoxharz sein, dem ein Epoxymonomer zugesetzt ist. Es ist möglich, die Rundheit und Planheit der Oberfläche der transparenten Harzschicht zu regulieren, indem der Abstand zwischen einer Belichtungsmaske und einem Substrat, auf dem die transparente Harzschicht ausgebildet ist, im Belichtungsschritt der fotolithografischen Verarbeitung verändert wird, wenn die transparente Harzschicht auf dem lichtempfindlichen Resist ausgebildet wird.

Die transparente Harzschicht der Erfindung kann auch unter Verwendung einer lichtunempfindlichen Paste ausgebildet werden. Für das lichtunempfindliche Harz geeignete Materialien sind ein Polyimidharz, ein Epoxyharz, ein Acrylharz, ein Urethanharz, ein Polyesterharz und ein Polyolefinharz, wobei das Polyimidharz davon vorzuziehen ist. Die Deckfläche der transparenten Harzschicht kann durch Ausbilden der transparenten Harzschicht mit der lichtunempfindlichen Paste planiert werden, wodurch die transparente Harzschicht eine kleinere Oberfläche besitzt.

Es können Teilchen für die Lichtstreuung in die transparente Harzschicht im Reflexionsbereich inkorporiert sein. Funkeln in der Anzeige infolge direkter Reflexion kann unterdrückt werden, indem Lichtstreuungsteilchen in der transparenten Harzschicht vorhanden sind, wodurch man zufrieden stellende Anzeigeeigenschaften erzielen kann. Es wird im Übrigen kein Licht im Transmissionsbereich gestreut, da keine transparente Harzschicht dort ausgebildet ist, wodurch die Hintergrundbeleuchtung wirkungsvoll verwendet wird. Die Teilchen für die Lichtstreuung sind z.B. anorganische Oxidteilchen wie z.B. Silica-, Aluminiumoxid- und Titanoxidteilchen, Metallteilchen und Harzteilchen wie etwa fluorierte Polymerteilchen, wobei Silicateilchen vorzuziehen sind. Der Teilchendurchmesser der Lichtstreuungsteilchen liegt im Bereich von 0,1 bis 10 &mgr;m. Ein Teilchendurchmesser der Lichtstreuungsteilchen von weniger als der Dicke der transparenten Harzschicht ist in Bezug auf das Planieren der transparenten Harzschicht bevorzugter.

Der erfindungsgemäße Farbfilter kann aus einzelnen Farbschichten bestehende Pixel für den Transmissionsbereich und den Reflexionsbereich umfassen. Unter „farbgleicher Schicht" ist hierin eine Farbschicht zu verstehen, die die gleiche Zusammensetzung und das gleiche Gewichtsverhältnis zwischen Pigment und Harz aufweist. Unter „nicht-farbgleicher Schicht" ist hierin eine Farbschicht zu verstehen, in der entweder die Pigmentzusammensetzung oder das Gewichtsverhältnis zwischen Pigment und Harz unterschiedlich ist. Das Pixel, das nicht-farbgleiche Schichten zwischen der Transmissionsschicht und der Reflexionsschicht umfasst, unterliegt keinen besonderen Einschränkungen – es können rote, grüne und blaue Pixel verwendet werden. Es ist in Hinblick auf die Verbesserung der Helligkeit der Reflexionsanzeige noch bevorzugter, wenn in der Farbschicht des grünen Pixels zwischen der Transmissionsschicht und der Reflexionsschicht Unterschiede bestehen, um so die Farbeigenschaften im Reflexionsbereich zu verbessern. Es ist in Hinblick auf die Verbesserung des Weißpegels in der Reflexionsanzeige bevorzugter, wenn sich die Farbschicht des blauen Pixels zwischen der Transmissionssicht und der Reflexionsschicht unterscheidet, um so die Farbeigenschaften des Reflexionsbereichs zu verbessern.

2 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige. Wie aus der Abbildung ersichtlich, ist es möglich, den transparenten Bereich 10 in zumindest zwei und vorzugsweise eine Vielzahl an Bereichen zu unterteilen. Jeder unterteilte transparente Bereich wird hierin als Subbereich 12 bezeichnet. Die Gesamtfläche der Subbereiche in einem Pixel ist als Größe des transparenten Bereichs definiert. Obwohl die Fläche beliebig oft unterteilt sein kann, kann der Subbereich nicht richtig ausgebildet werden, wenn die Teilung in zu kleine Bereiche erfolgt; dies ist auf die Grenzen der Verarbeitungsgenauigkeit zurückzuführen, und wenn diese erreicht sind, sinkt die Wirksamkeit des Farbfilters, wodurch dessen Kosten steigen. Aber auch eine Unterteilung in zu große Bereiche ist nicht vorzuziehen, da sonst die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich zu groß ist. Die Stufenhöhe bezieht sich hierin auf den Unterschied zwischen der Gesamtdicke des transparenten Bereichs und der Gesamtdicke des Farbschichtbereichs. Die Gesamtdicke ist die Dicke vom Substrat bis zur obersten Schicht des Farbfilters, und die Dicke einer Überzugsschicht oder transparenten leitenden Schicht (falls vorhanden) kann Teil der Gesamtdicke sein. Die Größe des Subbereichs muss aus den oben angeführten Gründen im Bereich von 20 bis 2.000 &mgr;m2, noch bevorzugter im Bereich von 70 bis 1.500 &mgr;m2, liegen.

Der transparente Bereich kann jede beliebige Form aufweisen. Da zu kleine Unterteilungen für die richtige Ausgestaltung ungeeignet sind, ist eine Form vorzuziehen, die keine kleinen Unterteilungen enthält – z.B. ein Kreis, ein Quadrat oder ein Rechteck. Da ein Quadrat mit einer Seitenlänge von weniger als 5 &mgr;m oder ein Rechteck mit einer kürzeren Seitenlänge von weniger als 5 &mgr;m hinsichtlich der Verarbeitung problematisch ist, ist eine Länge von mehr als 5 &mgr;m vorzuziehen. Es stellt kein Problem dar, wenn das Rechteck keine genauen rechtwinkeligen Kanten, sondern die Form abgerundeter Kantenspuren hat. Da der transparente Bereich eine Größe aufweisen soll, die der geplanten Größe entspricht, kann der transparente Bereich die gleiche Größe wie das beabsichtigte Rechteck aufweisen. Beispielsweise wird die Größe wie folgt berechnet, wenn der transparente Bereich die in 4 gezeigte Spurform besitzt: S = y × (x – y) + &pgr; × (y/2)2

Der Subbereich des transparenten Bereichs kann an einer beliebigen Position im Reflexionsbereich angeordnet sein. Es ist zwar die Positionierung beliebig, doch ist es in Hinblick auf die einheitliche Bildanzeige vorzuziehen, die Subbereiche im transparenten Bereich gleichmäßig anzuordnen und dafür zu sorgen, dass sie nicht ineinander übergehen. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Abstand 13 von einem Subbereich zum benachbarten Subbereich (nachstehend als Abstand zwischen benachbarten Subbereichen bezeichnet) 10 &mgr;m oder mehr beträgt, um zu verhindern, dass Subbereiche einander beeinträchtigen; dies ist aufgrund der Verarbeitungsgenauigkeit unerlässlich. Der Abstand beträgt noch bevorzugter 20 &mgr;m oder mehr. Die Gesamtdicke des Farbschichtabschnitts zwischen den zwei Subbereichen ist kleiner als die Dicke des üblichen Farbschichtabschnitts, wenn der Abstand weniger als 20 &mgr;m beträgt, wodurch die Stufenhöhe entsteht.

Es ist vorzuziehen, als Planierungsschicht auf der Farbschicht eine Überzugsschicht vorzusehen, um die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich zu verringern. Beispiele für Materialien für die Überzugsschicht sind ein Epoxyharz, ein Acrylepoxyharz, ein Harz auf Siloxyanpolymerbasis, Polyimidharz, Silicium enthaltendes Polyimidharz und Polyimidsiloxanharz. Die Stufenhöhe des transparenten Bereichs ist mit der Überzugsschicht in einem bestimmten Ausmaß aufgefüllt, um auf diese Weise die Stufenhöhe des Farbfilters zu verringern. Je dicker die Überzugsschicht, desto besser ist dies zur Verringerung der Stufenhöhe. Wenn allerdings die Überzugsschicht zu dick ist, treten Probleme auf, da häufig unregelmäßige Zellabstände bei der Fertigung von Anzeigen entstehen, weil die Schicht zu weich ist oder sich leicht Luftblasen bilden. Daher liegt die bevorzugte Dicke im Bereich von etwa 1,0 bis 4,0 &mgr;m.

Die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich beträgt vorzugsweise 0,5 &mgr;m oder weniger. Die Stufenhöhe ist noch bevorzugter 0,4 &mgr;m oder weniger, da Planheit von etwa 0,4 &mgr;m in einer TN-Flüssigkristallanzeige (TN = twisted nematic, nematische Drehzelle), die von einem Dünnfilmtransistor (TFT) angesprochen wird, erforderlich ist. Die Dicke der Farbschicht liegt im Bereich von 0,6 bis 1,5 &mgr;m, da es eine Farbschicht mit zu großer Dicke schwierig macht, die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich sogar mittels der Überzugsschicht aufzufüllen. Eine große Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich führt zu fehlerhafter Ausrichtung (Fehlneigung) der Flüssigkristallanzeige, bei der die Helligkeit der weißen Abschnitte in der Reflexionsanzeige extrem sinkt. Licht tritt in dunklem Hintergrund in der Reflexionsanzeige aus, so dass der Kontrast der Flüssigkristallanzeige abnimmt.

Der Reflexionsbereich enthält vorzugsweise den transparenten Bereich im roten Pixel. Der grüne und der blaue Pixel unterliegen allerdings keinen besonderen Einschränkungen – beide von ihnen, eines von ihnen oder keines von ihnen kann den transparenten Bereich enthalten. Der Anteil der Größe des transparenten Bereichs an der Gesamtgröße des Reflexionsbereichs (nachstehend als Verhältnis des transparenten Bereichs bezeichnet) ist vorzugsweise solcherart festgelegt, dass der Chromatizitätsunterschied zwischen der Reflexionsanzeige und der Transmissionsanzeige aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Hintergrundbeleuchtungsquelle und der natürlichen Lichtquelle sinkt. Die Chromatizität x des Transmissionsbereichs des roten Pixels in einem Chomatizitätsdiagramm eines CIE 1931-Standard-Farbkoordinatensystems unter einer Standardlichtquelle C liegt im Bereich von 0,4 < x < 0,6, insbesondere im Bereich von 0,45 < x < 0,58, noch bevorzugter im Bereich von 0,50 x < 0,58.

In Bezug auf die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen den Farbkoordinaten (x0, y0) im CIE 1931-Standard-Farbkoordinatensystem des Transmissionsbereichs und den Farbkoordinaten (x, y) im CIE 1931-Standard-Farbkoordinatensystem des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle C ist es vorzuziehen, dass zumindest die zwei Chromatizitätskoordinaten die folgende Gleichung erfüllen: &dgr; = (x – x0)2 + (y – y0)2 ≤ 3 × 10–3

Noch bevorzugter erfüllen die Koordinaten die folgende Gleichung &dgr; = (x – x0)2 + (y – y0)2 ≤ 1 × 10–3

Die Chromatizität des Transmissionsbereichs wird hierin anhand von Spektren bestimmt, die man durch Messen des Transmissionsbereichs des Farbfilters mit einem mikroskopischen Spektrophotometer erhält. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs wird durch Berechnen von Quadraten der Spektralintensitäten des Farbbereichs und transparenten Bereichs im Reflexionsbereich auf jeder Wellenlänge bestimmt, gefolgt von der Berechnung der gewichteten Mittelwerte in Bezug auf die Größen des Farbbereichs und des transparenten Bereichs.

Es ist vorzuziehen, die Chromatizität unter Verwendung einer der Standardlichtquellen C zu berechnen – der Doppelwellenlängen-Lichtquelle oder der Dreifachwellenlängen-Lichtquelle für den Transmissionsbereich und einer Standardlichtquelle D65 für den Reflexionsbereich. Ein Beispiel für die Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle ist hierin eine LED-Lichtquelle, die ein weißes Licht durch eine Kombination einer blauen LED und einer gelben oder gelblich-grünen fluoreszierenden Substanz ausstrahlt. Beispiele für die Dreifachwellenlängen-Lichtquelle sind eine Dreifachwellenlängen-Fluoreszenzlampe, eine weiße LED-Lichtquelle als Kombination einer ultravioletten LED und roter, blauer und grüner fluoreszierender Substanzen und eine weiße LED-Lichtquelle als Kombination roter, blauer und grüner LED sowie eine organische Elektromuninszenz-Lichtquelle.

Das Verhältnis des transparenten Bereichs ist im Pixel wichtig, das den transparenten Bereich im erfindungsgemäßen Farbfilter enthält. Das Verhältnis des transparenten Bereichs nimmt vorzugsweise in der Reihenfolge von grün > rot ~ blau zu, wenn eine Vielzahl an den transparenten Bereich enthaltenden Pixeln verwendet werden. Es ist besonders vorzuziehen, dass die Verhältnisse des transparenten Bereichs 15% oder mehr und 35% oder weniger für das grüne Pixel, 5% oder mehr und 20% oder weniger für das rote Pixel sowie 20% oder weniger für das blaue Pixel betragen. Noch bevorzugter betragen die Verhältnisse des transparenten Bereichs 20% oder mehr und 30% oder weniger für das grüne Pixel, 8% oder mehr und 16% oder weniger für das rote Pixel sowie 5% oder mehr und 16% oder weniger für das blaue Pixel. Das Verhältnis des transparenten Bereichs nimmt vorzugsweise in der Größenordnung rot > blau zu, wenn die Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle verwendet wird, während das Verhältnis des transparenten Bereichs vorzugsweise in der Größenordnung von blau > rot zunimmt, wenn die Dreifachwellenlängen-LED-Lichtquelle verwendet wird. Es ist keine helle Anzeige in der Reflexionsanzeige möglich, wenn sich das Verhältnis des transparenten Bereichs von einem eingeschränkten Bereich in den oben beschriebenen Bereich verlagert; es ist keine klare Anzeige im Reflexionsbereich möglich, wenn sich das Verhältnis des transparenten Bereichs von einem breiteren Bereich in den oben beschriebenen Bereich verlagert.

Jedes beliebige Material kann für das erfindungsgemäße Substrat verwendet werden, sofern es transparent und starr ist. Beispielsweise eignen sich alkalifreies Glas, Natronglas und Kunststoffsubstrat. Die Farbschicht kann auf der Substratseite des aktiven Elements ausgebildet sein.

Jedes beliebige Material kommt für die erfindungsgemäße Farbschicht in Frage, sofern das Material Licht mit jeder beliebigen Farbe überträgt. Beispiele für das Material der Farbschicht sind ein Polymerfilm, in den ein Pigment bzw. Farbstoff dispergiert ist, mit einem Farbstoff behandelter PVA (Polyvinylalkohol) und ein SiO2-Film mit gesteuerter Dicke, so dass er jedes beliebige Licht übertragen kann; der Polymerfilm mit dispergiertem Pigment ist vorzuziehen, wobei der Polymerfilm noch bevorzugter ein Polyimidfilm oder ein Acrylfilm ist, in dem ein Pigment dispergiert ist. Diese Harze können die Farbschicht mithilfe eines kürzeren und einfacheren Verfahrens bilden als andere Materialien, und außerdem besitzen sie hervorragende Hitze-, Licht- und Chemikalienbeständigkeit. Der Polyimidharzfilm ist zur Ausbildung des transparenten Bereichs von den obigen Beispielen am bevorzugtesten, da er sich zur Ausbildung eines Musters eignet. Wenn das Polymer, in dem ein Pigment bzw. Farbstoff dispergiert ist, für die Farbschicht verwendet wird, wird eine Paste des Farbschichtmaterials gleichmäßig auf dem Substrat aufgetragen, gefolgt von der Musterbildung mithilfe eines fotolithografischen Verfahrens wie z.B. Belichtung und Entwicklung.

Das Pixel besteht aus einer in einem vorbestimmten Muster ausgebildeten Farbschicht. Beispiele für das Muster sind die Streifen- oder Inselform, doch es ist nicht auf diese beschränkt. Die Farbschicht wird zwar durch Fotolithografie, Drucken oder Elektroablagerung geformt, doch sind auch dies nur Beispiele. Das fotolithografische Verfahren ist in Hinblick auf die Fähigkeit zur Musterbildung vorzuziehen. Da die Farbschicht mithilfe fotolithografischer Verarbeitung mit Muster versehen wird, wenn der derzeit bevorzugte Polymerfilm mit dispergiertem Pigment als Farbschicht verwendet wird, wird der transparente Bereich mit einer Fotomaske gebildet.

Pigmente mit hervorragender Licht-, Hitze- und Chemikalienbeständigkeit werden hierin bevorzugt verwendet. Beispiele für Pigmente sind nachstehend gemeinsam mit ihren Farbindex-(CI-)Nummern angeführt:

Beispiele für gelbe Pigmente sind Pigment Gelb Nr. 13, 17, 20, 24, 83, 86, 93, 94, 109, 110, 117, 125, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 153, 154, 166, 173 und 180. Beispiele für orange Pigmente sind Pigment Orange Nr. 13, 31, 36, 38, 40, 42, 43, 51, 55, 59, 61, 64, 65 und 71. Beispiele für rote Pigmente sind Pigment Rot Nr. 9, 97, 122, 123, 144, 149, 166, 168, 177, 180, 192, 206, 207, 209, 215, 216, 224, 242 und 254. Beispiele für lila Pigmente sind Pigment Lila Nr. 19, 23, 29, 32, 33, 36, 37 und 38. Beispiele für blaue Pigmente sind Pigment Blau Nr. 15 (z.B. 15:3, 15:4 und 15:6), 21, 22, 60 und 64. Beispiele für grüne Pigmente sind Pigment Grün Nr. 7, 10, 36 und 47.

Ein Pigment, das Oberflächenbehandlung wie z.B. Rosinbehandlung, Säurebehandlung oder Basenbehandelung unterzogen wird, kann verwendet werden. Abkürzungen wie z.B. PR (Pigment Rot), PY (Pigment Gelb), PV (Pigment Violett) und PO (Pigment Orange) sind Symbole der Farbindizes (C.I.; veröffentlicht von The Society of Dyes and Color List Co.); vor ihrer Bezeichnung steht üblicherweise auch das Kürzel „C.I." (z.B. C.I. PR254). Diese Symbole beziehen sich auf die im Bereich von Farbstoffen und Färbung gängigen Standards, wobei jedes Symbol bzw. jede Bezeichnung für einen Farbstoff und seine Farbe als festgelegter Standard steht. Bezugnahmen auf C.I. entfallen hierin im Wesentlichen – C.I. PR254 ist hierin gleichbedeutend mit PR254.

Das rote Pixel des erfindungsgemäßen Farbfilters enthält das Pigment PR254, um die Chromatizität im Bereich von 0,4 < x < 0,6 innerhalb eines Dickebereichs von 0,6 bis 1,5 &mgr;m zu halten. Es ist noch bevorzugter, dass das Pixel ein Pigment enthält, das ein Chinacridonderivat umfasst. Das Pigment PR254 ist eine Verbindung, die durch die nachstehend angeführte Strukturformel (1) dargestellt ist:

Das Chinacridonderivat der Erfindung ist eine Verbindung, die durch folgende Strukturformel (2) dargestellt ist:

(In der Strukturformel (2) kennzeichnen R1 bis R8 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Allylgruppe wie z.B. eine Alkylgruppe oder ein Halogenatom wie z.B. ein Chloratom.)

PR209 (in der Strukturformel (2) kennzeichnen R3 und R6 Chloratome, und R1, R2, R4, R5, R7 und R8 kennzeichnen Wasserstoffatome; siehe die Strukturformel (3)) ist unter den Pigmenten mit den Chinacridonderivaten besonders vorzuziehen, da die PR209 enthaltende Farbpaste unter Beibehaltung der Helligkeit im Vergleich zur nur PR254 enthaltenden Farbpaste einen rötlicheren Farbton anzeigen kann.

Der Gehalt von PR254 im roten Pixel beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 30 bis 100 Gew.-% der gesamten Pigmente, noch bevorzugter 40 bis 90 Gew.-%. Der Anteil des Pigments PR209 mit dem Chinacridonderivat beträgt vorzugsweise 1 bis 60 Gew.-% der gesamten Pigmente. Wenn die Menge an Pigment außerhalb dieses Bereichs liegt, kann keine klare Farbanzeige erhalten werden, da die angestrebte Chromatizität nicht erzielt wird, oder es ist die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich infolge der größeren Pixeldicke groß.

Der erfindungsgemäße Farbfilter kann in Kombination mit einer Semitransmissions-Flüssigkristallanzeige verwendet werden. Die Semitransmissions-Flüssigkristallanzeige bezieht sich hierin auf eine Flüssigkristallanzeige, die eine Reflexionsschicht sowie eine Hintergrundbeleuchtungsquelle umfasst und die sowohl zur Reflexionsanzeige wie auch zur Transmissionsanzeige fähig ist. Jedes beliebige Material kann für die Reflexionsanzeige verwendet werden, sofern es Teil des auftreffenden Lichts reflektieren kann; üblicherweise wird Aluminiumfolie oder eine Folie einer Silber-Palladium-Kupfer-Legierung verwendet. Der Farbfilter der Erfindung ist nicht durch ein bestimmtes Ansprechverfahren und Anzeigeverfahren der Flüssigkristallanzeige eingeschränkt – er kann auf verschiedene Arten von Flüssigkristallanzeigen angewendet werden, die im aktiven Matrixmodus, passiven Matrixmodus, TN-Modus, STN-Modus, ECB-Modus oder OCB-Modus betrieben werden. Der Farbfilter der Erfindung kann auch ohne Einschränkungen hinsichtlich der Konstruktion der Flüssigkristallanzeige – z.B. in Bezug auf Anzahl an Polarisatoren und Position der Streuelemente – verwendet werden.

Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Farbfilters.

Es wird zunächst ein einen transparenten Bereich enthaltendes Farbpixel gebildet. Nach dem Auftragen einer Farbpaste, die zumindest eine Polyaminsäure, ein Farbmittel und ein Lösungsmittel umfasst, auf einem transparenten Substrat wird nach Trocknen in Luft mithilfe von Erhitzen oder in Vakuum eine Farbschicht der Polyaminsäure gebildet. Ein Ofen oder eine Heizplatte dient zum Wärmetrocknen, das vorzugsweise durch Erhitzen über den Zeitraum von 1 Minute bis zu 3 Stunden bei einer Temperatur von 50°C bis 180°C erfolgt. Danach wird ein Muster auf der Farbschicht der Polyaminsäure (gebildet wie oben) mithilfe von konventionellem Nassätzen erhalten. Ein positives Fotoresist wird auf die Farbschicht der Polyaminsäure aufgetragen, um eine Fotoresistschicht zu bilden. Anschließend wird eine Maske, die ein Muster zur Ausbildung des transparenten Bereichs umfasst, auf die Fotoresistschicht gelegt, gefolgt von der Bestrahlung mit UV-Licht mittels eines Belichtungsgeräts. Die Fotoresistschicht und die Polyaminsäure umfassende Farbschicht werden nach der Belichtung mit einem alkalischen Entwickler für das Positivresist gleichzeitig geätzt. Die nach dem Ätzvorgang verbleibende Fotoresistschciht wird abgezogen.

Die Polyaminsäure-Farbschicht wird danach durch Wärmebehandlung in eine Polyimid-Farbschicht umgewandelt. Die Wärmebehandlung erfolgt fortlaufend oder schrittweise in Luft, in einer Stickstoffatmosphäre oder in Vakuum bei 150°C bis 350°C, vorzugsweise bei 180°C bis 250°C, über den Zeitraum von 0,5 bis 5 Stunden.

Gegebenenfalls wird eine transparente Harzschicht im Reflexionsbereich und eine Farbschicht auf einem Pixel gebildet, so dass die Dicke der Farbschicht im Reflexionsbereich und im Transmissionsbereich unterschiedlich ist. Die transparente Harzschicht wird im Reflexionsbereich vor dem Ausbilden des den transparenten Bereich umfassenden Farbpixels abgelagert. Eine lichtunempfindliche Paste mit Polyaminsäure und einem Lösungsmittel wird auf die gesamte Oberfläche des transparenten Substrats aufgebracht, auf dem sich die transparente Harzschicht befindet, und das Substrat über einer Heizplatte 1 bis 60 Minuten lang bei 60°C bis 200°C getrocknet. Anschließend wird ein positives Fotoresist auf die Polyaminsäureschicht aufgetragen (erhalten wie oben) und die Fotoresistschicht 1 bis 30 Minuten lang auf einer Heizplatte bei 60°C bis 150°C getrocknet. Ein geeignetes Muster wird mittels Bestrahlen mit UV-Licht unter Einsatz einer Belichtungsvorrichtung auf die Fotoresistschicht aufgedruckt und eine transparente Harzschicht mit erwünschtem Muster an einer erwünschten Position durch Alkalientwicklung erhalten. Die transparente Harzschicht wird durch Erwärmen bei 200°C bis 300°C gehärtet.

Ein lichtempfindliches Acrylharz, umfassend zumindest ein Acrylpolymer, ein polyfunktionales Acrylmonomer und einen Fotopolymerisationsinitiator, wird auf das transparente Substrat aufgetragen, auf dem die transparente Harzschicht ausgebildet ist, und das Substrat in Luft, mittels Erwärmung oder in Vakuum getrocknet, um eine lichtempfindliche Acrylfarbschicht zu formen. Ein Ofen oder eine Heizplatte dienen zum Trocknen mittels Erwärmen; dies erfolgt 1 Minute bis 3 Stunden lang vorzugsweise bei 60°C bis 200°C. Dann wird UV-Licht auf die lichtempfindliche Acrylfarbschicht gestrahlt, um mithilfe einer Fotomaske und eines Belichtungselements ein Muster auszubilden. Die lichtempfindliche Acrylfarbschicht wird nach der Belichtung unter Einsatz eines Alkalientwicklers geätzt.

Es wird gegebenenfalls auf einem Farbpixel eine andere Farbschicht für den Transmissionsbereich als für den Reflexionsbereich ausgebildet. Eine Farbpaste, umfassend zumindest Polyaminsäure, ein Farbmittel und ein Lösungsmittel, oder ein lichtempfindliches Farbresist, umfassend ein Acrylpolymer, ein polyfunktionales Acrylmonomer, einen Fotopolymerisationsinitiator, ein Farbmittel und ein Lösungsmittel, wird auf das Substrat aufgetragen, gefolgt von Trocknen in Luft, durch Erwärmen oder in Vakuum zur Bildung einer Farbschicht. Ein Ofen oder eine Heizplatte dient zum Trocknen bei 50°C bis 200°C über den Zeitraum von 1 Minute bis zu 3 Stunden.

Eine Fotoresistschicht wird durch Beschichten des positiven Fotoresists ausgebildet, wenn die Farbschicht Polyaminsäure umfasst. Danach wird eine Maske, die ein Muster zur Ausbildung des Transmissionsbereichs enthält, auf die Fotoresistschicht gelegt, die mit UV-Licht mittels eines Belichtungsgeräts bestrahlt wird. Die Fotoresistschicht und die Polyaminsäure-Farbschicht werden gleichzeitig mit einem Alkalientwickler für das positive Fotoresist nach der Belichtung geätzt. Die nach dem Ätzvorgang verbleibende Fotoresistschicht wird abgezogen. Die Polyaminsäure-Farbschicht wird danach durch Erwärmen in eine Polyimid-Farbschicht umgewandelt.

Wenn die Farbschicht ein lichtempfindliches Acrylharz umfasst, wird unter Einsatz einer Lichtmaske und eines Belichtungselements ein Muster auf der lichtempfindlichen Acrylfarbschicht ausgebildet. Die lichtempfindliche Acrylharzschicht wird nach der Belichtung mithilfe eines Alkalientwicklers geätzt. Die lichtempfindliche Acrylfarbschicht wird danach mittels Erwärmen gehärtet. Die Heizbehandlung erfolgt fortlaufend oder schrittweise in Luft, in Stickstoffatmosphäre oder in Vakuum bei 150°C bis 350°C, vorzugsweise bei 180°C bis 250°C, 0,5 bis 5 Stunden lang. Schließlich wird die Farbschicht auf dem Reflexionsbereich mithilfe des gleichen Verfahrens ausgebildet wird zur Ausbildung der Transmissionsschicht.

Der Farbfilter für die Flüssigkristallanzeige wird durch die oben erläuterten Schritte in Bezug auf die rote, grüne und blaue Farbpaste und – falls erforderlich – in Bezug auf die schwarze Farbpaste hergestellt.

Schwarze Matrizen können zwischen den Pixeln vorgesehen sein, um einen Licht abschirmenden Bereich zwecks Verbesserung des Kontrasts der Flüssigkristallanzeige zu bilden. Zwar wird eine Metallfolie (mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 &mgr;m) aus Cr, Al oder Ni bzw. ein Harzfilm, hergestellt durch Dispergieren eines Licht abschirmenden Materials im Harz, für die schwarze Matrix verwendet, doch wird in der vorliegenden Erfindung üblicherweise eine reflexionsfreie schwarze Harzmatrix verwendet, da man sie für die Licht abschirmende Schicht für den Reflexionsbereich verwenden kann. Polyimid- und Acrylharze sind für das Licht abschirmende Harz in Hinblick auf Hitze und Chemikalienbeständigkeit vorzuziehen. Beispiele für das schwarze Pigment als Licht abschirmendes Material sind Pigment Schwarz 7 (Ruß) und Titanschwarz, doch ist das Material nicht auf diese Beispiele beschränkt – es kommen auch zahlreiche andere Pigmente in Frage. Ein Rosin-, Säure oder Basenbehandlung ausgesetztes Pigment kann gegebenenfalls verwendet werden.

Auf der obersten Oberfläche des Farbfilters ist üblicherweise ein transparenter leitender Film ausgebildet. Der transparente leitende Film wird z.B. mithilfe von Eintauchen, chemischem Dampfwachstum, Vakuumdampfablagerung, Sputtern oder Ionenplattieren ausgebildet. Beispiele für transparente leitende Filme sind Indiumzinnoxid (ITO), Zinkoxid und Zinnoxid sowie eine Legierung davon. Die Dicke des transparenten leitenden Films ist so ausgewählt, dass sie die Farbanzeige nicht beeinträchtigt, und beträgt vorzugsweise 0,5 &mgr;m oder weniger.

Es können gegebenenfalls Vorsprünge auf dem Farbfilter angeordnet sein. Die Vorsprünge werden durch Laminieren oder nachträgliche Befestigung ausgebildet. Die Form der Vorsprünge unterliegt zwar keinen besonderen Einschränkungen, doch sind die bevorzugten Formen in Draufsicht Kreise, Quadrate oder Rechtecke. Der vertikale Querschnitt des Vorsprungs ist üblicherweise trapezförmig, wobei die obere Seite etwas kürzer ist als die untere Seite. Die Vorsprünge können in einem bestimmten Abstand positioniert sein – z.B. ein Vorsprung pro mehrere Pixel –, oder sie können wahllos angeordnet sein.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der mit dem erfindungsgemäßen Farbfilter ausgestatteten Flüssigkristallanzeige beschrieben. Eine transparente Überzugsschicht wird auf dem Farbfilter ausgebildet, gefolgt vom Ausbilden einer transparenten Elektrode z.B. aus ITO-Film darauf. Danach wird das Farbfiltersubstrat mit einem Reflexionselektrodensubstrat verklebt, auf dem sich eine Reflexionselektrode wie z.B. ein Metallablagerungsfilm befindet. Sie sind aufgrund einer Flüssigkristall-Ausrichtungsschicht gegenüber voneinander angeordnet, welche Schicht einer Reib-Behandlung ausgesetzt wurde, um den Flüssigkristall auf dem Substrat auszurichten; außerdem ist ein Abstandhalter zur Beibehaltung des Zellenabstands vorgesehen. TFT-Flüssigkristallanzeigen und TFD-Flüssigkristallanzeigen können mit Vorsprüngen für Lichtstreuung, Dünnfilmtransistoren (TFT) und Dünnfilmdioden (TFD), Abtastlinien und Signallinien auf dem Reflexionselektrodensubstrat zusätzlich zur Reflexionselektrode versehen sein. Anschließend wird ein Flüssigkristall durch eine Einspritzöffnung in einem Abdichtungsteil eingespritzt und die Flüssigkristallanzeige nach dem Einspritzen abgedichtet. Schließlich werden IC-Treiber u.dgl. montiert, um den Modul abzuschließen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Während die vorliegende Erfindung hierin ausführlich in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben ist, ist zu beachten, dass die Vorteile der Erfindung keinesfalls auf die angeführten Ausführungsformen beschränkt sind.

Beispiel 1 Konstruktion des Farbfilters

Es wurden transparente Bereiche in den Reflexionsbereichen (15.100 &mgr;m2) für rote, grüne und blaue Pixel mit einem Verhältnis des transparenten Bereichs von 8% (1.208 &mgr;m2), 15% (2.290 &mgr;m2) bzw. 6% (906 &mgr;m2) ausgebildet. Subbereiche des transparenten Bereichs wurden durch eine Kombination roter Kreise mit Durchmessern von 20 &mgr;m (314 &mgr;m2) und 13 &mgr;m (133 &mgr;m2), grüner Kreise mit einem Durchmesser von 38 &mgr;m (1.134 &mgr;m2) und blauer Kreise mit Durchmessern von 20 &mgr;m (314 &mgr;m2) und 5 &mgr;m (20 &mgr;m2) ausgebildet. Die Subbereiche waren im Reflexionsbereich zufällig angeordnet, und der Abstand zwischen den Subbereichen betrug 10 &mgr;m.

Herstellung schwarzer Paste für schwarze Harzmatrix

Es wurden 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 4,4'-Diaminodiphenylether und Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan in N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel umgesetzt, um eine Polyaminsäurelösung zu erhalten. Eine Rußmischpaste, hergestellt durch Vermischen von Ruß und Polyaminsäurelösung, wurde unter Verwendung eines Homogenisators 30 Minuten lang bei 7.000 U/min dispergiert. Das Homogenat wurde durch Glasperlen gefiltert, um die schwarze Mischpaste zu erhalten, die mit der Poylaminsäurelösung verdünnt war, um die schwarze Paste zu bilden.

Herstellung von Farbpaste zur Ausbildung von Farbschicht A. Herstellung von Polyaminsäurelösung

Mit 525 g &ggr;-Butylolacton und 220 g N-Methyl-2-pyrrolidon wurden 95,1 g 4,4'-Diaminodophenylether und 6,2 g Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan vermischt, gefolgt der Zugabe von 144,1 g 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid. Nach dem 3-stündigen Umsetzen des Gemisches bei 70°C wurden 3,0 g Phthalsäureanhydrid zugesetzt. Das Gemisch wurde weitere 2 Stunden lang bei 70°C umgesetzt, um eine Polyaminsäure-(PAA-)Lösung mit einer Konzentration von 25 Gew.-% zu erhalten.

B. Synthese von Polymerdispergiermittel

Es wurden 161,3 g 4,4'-Diaminobenzanilid, 176,7 g 3,3'-Diaminodiphenylsulfon und 18,6 g Bis(3-Aminopropyl)tetramethyldisiloxan mit 2.667 g &ggr;-Butylolacton und 527 g N-Methyl-2-pyrrolidon vermischt; es wurden 439,1 g 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid dem Gemisch zugesetzt. Nach dem 3-stündigen Umsetzen des Gemisches bei 70°C wurden 2,2 g Phthalsäureanhydrid zugesetzt, gefolgt vom weiteren 2-stündigen Umsetzen bei 70°C, wodurch ein Polymerdispergiermittel (PD) als Polyaminsäurelösung mit einer Konzentration von 20 Gew.-% erhalten wurde.

C. Herstellung lichtunempfindlicher Farbpaste

Es wurden einem Gemisch, das 4,5 g Pigment Rot PR254, 22,5 g Polymerdispergiermittel (PD), 42,8 g &ggr;-Butylolacton und 20,2 g 3-Methoxy-3-methyl-1-butanol umfasst, 90 g Glasperlen zugesetzt. Nach Dispergieren des Gemisches mit einem Homogenisator bei 7.000 U/min 5 Stunden lang wurden die Glasperlen abgefiltert, wodurch eine 5%ige Dispersionslösung (RD) mit PR254 entstand.

Eine Lösung, hergestellt durch Verdünnen von 24 g der PAA mit 120.0 g &ggr;-Butylolacton, wurde 51 g der der Dispersionslösung RD zugesetzt und damit vermischt, um eine rote Farbpaste (RPI-1) zu erhalten. Die roten Pasten (RPI-2, RPI-3, RPI-4 und RPI-5), die grünen Pasten (GPI-1 und GPI-2) und die blauen Pasten (BPI-1 und BP-2) mit den aus Tabelle 1 ersichtlichen Pigmentzusammensetzungen wurden durch das gleiche Verfahren wie oben erhalten.

D. Herstellung von lichtempfindlichem Farbresist

Es wurden 35,2 g Pigment Blau BP15:6 mit 50 g 3-Methyl-3-methoxybutanol vermischt. Nach dem Dispergieren des Gemisches mit einem Homogenisator 5 Stunden lang bei 7.000 U/min wurden Glasperlen abgefiltert, um eine Dispersionslösung zu erhalten. Eine lichtempfindliche Acrylharzlösung (AC-1) mit einer Konzentration von 20 Gew.-% wurde hergestellt, indem 35,00 g einer Acrylcopolymerlösung (eine 43 Gew.-% Lösung von Saikuroma P, ACA-250, erzeugt von DAICEL Chemical Industries, Ltd.), 15,00 g Pentaerythritoltetramethacrylat als polyfunktionales Monomer und 7,50 g IRGACURE 369 als Fotopolymerisationsinitiator (erzeugt von Ciba Specialty Chemicals Co.) 130 g Cyclopentanon zugesetzt wurden. Ein blaues Resist (BAC-1) wurde durch Zugabe von 10 g der blauen Dispersion zu 22,4 g der lichtempfindlichen Acrylharzlösung erhalten.

TABELLE 1

Herstellung der lichtunempfindlichen Paste für die transparente Harzschicht

Es wurde eine lichtunempfindliche transparente Paste durch Verdünnen von 16,0 g PAA mit 34,0 g &ggr;-Butylolacton erhalten.

Herstellung des Farbfilters

Die schwarze Paste wurde auf ein Substrat, das durch Ausbilden eines Musters einer Aluminiumreflexionsschicht auf einem nichtalkalischen Glassubstrat (Nr. 1737 von Corning Japan Co.) entstand, mittels Vorhanggießen aufgetragen und die schwarze Harzschicht durch Trocknen des Substrats auf einer Heizplatte bei 130°C 10 Minuten lang ausgebildet. Ein positives Fotoresist (SRC-100, erzeugt von Shipley Co.) wurde mit einem gegenläufigen Walzenstreicher auf die Harzschicht aufgebracht, auf einer Heizplatte 5 Minuten lang bei 100°C getrocknet und 5 Minuten lang vorgebrannt. Die Beschichtung wurde mit UV-Licht mit einer Leuchtkraft von 100 mJ/cm2 durch eine Lichtmaske unter Verwendung von Proximity Exposure XG-5000 (Produkt von Dainippon Screen MFG. Co., Ltd.) bestrahlt. Das Fotoresist wurde gleichzeitig mit dem Ätzen der Harzschicht mithilfe von 2,25% einer wässrigen Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid entwickelt, um ein Muster zu bilden. Das Fotoresist wurde mit Methylcellosolveacetat abgeschält und eine schwarze Matrix durch Umwandeln der Harzschicht in ein Imidderivat durch 10-minütiges Erhitzen auf einer Heizplatte bei 290°C gebildet. Die schwarze Matrix besaß eine Dicke von 1,10 &mgr;m und einen OD-Wert von 3,0.

Danach wurde die rote Paste (RPI-1) mittels Vorhanggießen auf die schwarze Harzmatrix aufgetragen und auf einer Heizplatte 10 Minuten lang bei 130°C getrocknet, um die rote Harzschicht zu bilden. Das positive Forotreist wurde anschließend mit einem gegenläufigen Walzenstreicher wie bei der Bildung der schwarzen Paste beschichtet, gefolgt von 5-minütigem Vorbrennen bei 100°C auf einer Heizplatte. Danach wurde UV-Licht mit einer Leuchtkraft von 100 mJ/cm2 zwecks Belichtung durch eine Fotomaske gestrahlt, auf der sich der transparente Bereich im Reflexionsbereich auf dem Matrixsubstrat der schwarzen Harzmaske befand, auf der die rote Paste und das Fotoresist unter Verwendung der gleichen Belichtungsvorrichtung wie im Fall der schwarzen Paste ausgebildet worden waren. Anschließend wurde das Fotoresist gleichzeitig mit dem Ätzen der Harzschicht entwickelt, um ein Muster mithilfe einer 2,25% wässrigen Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid zu bilden. Das Resist wurde mit Methylcellosolveacetat abgeschält und die Harzschicht durch 10-minütiges Erhitzen bei 280°C auf einer Heizplatte in ein Imidderivat umgewandelt, um das rote Pixel zu bilden. Die rote Harzschicht besaß eine Dicke von 1,1 &mgr;m, und die durch Messen unter der Standardlichtquelle C erhaltene Chromatizitätkoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,511, 0,286).

Die oben beschriebene grüne Paste (GPI-1) wurde auf das Substrat aufgetragen, umfassend das rote Pixel, das auf der schwarzen Harzmatrix nach dem Waschen des Substrats mit Wasser ausgebildet wurde, wodurch das grüne Pixel mittels Musterbildung unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie beim roten Pixel entstand. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,304, 0,508). Im nächsten Schritt wurde die blaue Paste (BPI-1) auf das Substrat aufgetragen, umfassend die roten und grünen Pixel, die nach dem Waschen des Substrats mit Wasser auf der schwarzen Harzmatrixschicht ausgebildet waren, gefolgt von der Musterbildung, um die blauen Pixel zu erhalten. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,146, 0,178). Anschließend wurde eine Lösung einer härtbaren Zusammensetzung, erhalten durch Umsetzen eines Hydrolyseprodukts von &ggr;-Aminopropylmethyldiethoxysilan mit 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, auf das Substrat schleuderbeschichtet, gefolgt von 10-minütiger Wärmebehandlung bei 260°C, wodurch eine Überzugsschicht mit einer Dicke von 1,5 &mgr;m im Bereich außerhalb der Pixel entstand.

Schließlich wurde eine ITO-Schicht mit einer Dicke von 0,1 &mgr;m gesputtert. Die Größe des Subbereichs, die Dicke der Farbschicht, die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich sowie die Differenz der Chromatizität &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich des wie oben erhaltenen Farbfilters sind alle aus Tabelle 2 ersichtlich. Die unter der Standardlichtquelle D65 gemessene Chromatizität des Reflexionsbereichs und die unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle gemessene Chromatizität des transparenten Bereichs sind in Tabelle 3 dargestellt.

TABELLE 3 (BEISPIELE 1 UND 2)

Die Durchlässigkeit und Chromatizitätskoordinate wurden unter Verwendung eines Glases gemessen, auf das ITO unter den gleichen Ablagerungsbedingungen wie bei der Bildung von ITO auf den Farbfiltern abgelagert wurde; dies erfolgte mit einem Multi-Channel Photo Detector MCPD-2000 (Produkt von Otsuka Electronics Co., Ltd.).

Die Chromatizität des Transmissionsbereichs wird hierin anhand von Spektren erhalten, die durch Messen des Transmissionsbereichs des Farbfilters mit dem oben angeführten Multi-Kanal-Fotodetektor ermittelt werden. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs wird durch Quadrieren jeder Spektralintensität im Reflexionsbereich und im transparenten Bereich bei korrespondierenden Wellenlängen sowie durch Berechnen der gewichteten Mittelwerte der Quadrate in Bezug auf die Größen des Farbbereichs und des transparenten Bereichs bestimmt.

Die Stufenhöhe wurde mit einem Nadeldruck von 10 mg/cm2 und einer Abtastgeschwindigkeit von 10 &mgr;m/s unter Verwendung des Oberflächentextur-Messinstruments Surfcour 1500A von Tokyo Seimitsu Co. bewertet.

Herstellung von Vorsprüngen

Es wurden in N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 4,4-Diaminophenylether und Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan umgesetzt, um eine Polyaminsäurelösung als Material zur Bildung von Vorsprüngen zu erhalten. Die Polyaminsäurelösung wurde auf das Substrat aufgebracht und in heißer Luft 15 Minuten lang bei 90°C getrocknet, gefolgt von Halbhärten bei 125°C 20 Minuten lang. Ein Positivresist (SRC-100, ein Produkt von Shipley Far-East Co.) wurde anschließend mit einem Schleuderbeschichter beschichtet, gefolgt von 20-minütigem Trocknen bei 80°C. Das Fotoresist wurde unter Verwendung einer Maske belichtet und das Substrat in einen alkalischen Entwickler getaucht (Microposit 351, ein Produkt von Shipley Far-East Co.), um das Positivresist gleichzeitig mit dem Ätzen der Polyaminsäureschicht entwickeln zu können. Das Positivresist wurde anschließend mit Methylcellosolveacetat abgeschält, gefolgt von 30-minütigem Härten der Polyaminsäureschicht bei 300°C. Die Dicke der Harzschicht betrug 5,2 &mgr;m. Vorsprünge waren im Rahmen des Monitors der Flüssigkristallanzeige und in der Basis der schwarzen Matrix außerhalb des Monitors ausgebildet.

Die Fläche der Oberseite der Vorsprünge auf der Harzschicht innerhalb des Monitors betrug etwa 110 &mgr;m2 und die Fläche der Unterseite der Vorsprünge unterhalb der Harzschicht innerhalb des Monitors 120 &mgr;m2. Die Vorsprünge mit einer Oberseitengröße von 110 &mgr;m2 und einer Unterseitengröße von 120 &mgr;m2 waren auch auf dem Rahmen ausgebildet. Die Oberseitengröße bzw. die Unterseitengröße der Vorsprünge außerhalb des Monitors betrugen 10.000 &mgr;m2 (100 × 100 &mgr;m) bzw. 12.000 &mgr;m2 (110 × 100 &mgr;m); die Erhebung der Vorsprünge betrug 6 &mgr;m. Es war ein Vorsprung pro drei Pixel innerhalb des Monitors vorgesehen.

Herstellung der Flüssigkristallanzeige

Eine Polyimid-Ausrichtungsschicht wurde auf dem Farbfilter ausgebildet und die Schicht reibbehandelt. Die dieser Behandlung ausgesetzten Polyimid-Ausrichtungsschichten wurden auch auf der Dünnfilmtransistoren umfassenden transparenten Elektrode und auf dem eine Reflexionsschicht umfassenden gegenüberliegenden Substrat ausgebildet. Nach dem Verkleben des die Ausrichtungsschicht umfassenden Farbfilters mit der den Dünnfilmtransistor umfassenden transparenten Elektrode unter Verwendung eines Dichtungsmittels wurde der Flüssigkristall durch eine Einspritzöffnung im Dichtungsteil in den Spalt eingespritzt. Zum Einspritzen des Flüssigkristalls setzte man eine leere Flüssigkristallzelle reduziertem Druck aus, und die Einspritzöffnung wurde in ein Flüssigkristallgefäß getaucht; danach kehrte der Druck zu atmosphärischem Druck zurück. Die Einspritzöffnung wurde nach dem Einspritzen des Flüssigkristalls abgedichtet. Schließlich wurde ein Polarisator mit der Außenseite des Substrats verklebt, um die Flüssigkristallzelle herzustellen.

Beispiel 2

Ein Farbfilter wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein roter Subbereich mit einem Rechteck von 50 × 12 &mgr;m (600 &mgr;m2), ein grüner Subbereich mit einem Rechteck von 76 × 15 &mgr;m (1.140 &mgr;m2) und ein blauer Subbereich mit einem Rechteck von 60 × 5 &mgr;m (300 &mgr;m2) im transparenten Bereich ausgebildet wurden. Das ausgebildete Muster umfasst zwar Rechtecke mit abgerundeten Ecken, doch treten keine Probleme auf, sofern die Rechtecke die gleiche Gesamtgröße wie die geplante Größe besitzen, da die Gesamtgröße für den transparenten Bereich entscheidend ist. Die Gesamtgröße wurde mittels des Verfahrens von 4 bewertet.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde ein Farbfilter unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass der Subbereich des blauen Pixels durch eine Kombination von Kreisen mit einem Durchmesser von 30 &mgr;m (707 &mgr;m2) und mit einem Durchmesser von 4 &mgr;m (12,6 &mgr;m2) ausgebildet wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde ein Farbfilter unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass die Subbereiche des roten, grünen und blauen Pixels als Kreise mit einem Durchmesser von 54 &mgr;m (2.290 &mgr;m2) ausgebildet wurden.

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde ein Farbfilter unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 2 hergestellt, außer dass der Subbereich des blauen Pixels durch eine Kombination von Rechtecken mit einer Dimension von 52 &mgr;m × 4 &mgr; (208 &mgr;m2) und mit einer Dimension von 6 &mgr;m × 3 &mgr; (18 &mgr;m2) ausgebildet wurde.

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde ein Farbfilter unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 gefertigt, außer dass der Abstand zwischen den in jedem Pixel ausgebildeten Subbereichen auf 8 &mgr;m eingestellt war.

Ein Vergleich zwischen Beispielen 1 und 2 sowie Vergleichsbeispielen 1 bis 4 ist in Tabelle 2 dargestellt.

Farbfilter mit kleinen Helligkeits- und Chromatizitätsunterschieden zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich wurden in Beispielen 1 und 2 erhalten. Die Zahl der Herstellungsschritte ist bei diesen Farbfiltern im Vergleich zu herkömmlichen Farbfiltern nicht höher. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Farbfilter mit hervorragenden Anzeigeeigenschaften und ausgezeichneter Verarbeitungsleistung erhalten werden können.

Der Farbfilter in Vergleichsbeispiel 1 war infolge des zu kleinen Subbereichs im blauen Pixel schwierig zu verarbeiten.

Im Farbfilter von Vergleichsbeispiel 2 war der Subbereich so groß, dass die Stufenhöhe auf der Oberfläche des Reflexionsbereichs auf 0,5 &mgr;m oder mehr zunahm, wodurch sich Probleme hinsichtlich der Anzeigeeigenschaften ergaben.

Der Farbfilter in Vergleichsbeispiel 3 war infolge des zu kleinen Subbereichs im blauen Pixel schwierig zu verarbeiten.

Der transparente Bereich konnte in Vergleichsbeispiel 4 nicht zur richtigen Form und Größe verarbeitet werden, da der Abstand zwischen benachbarten Subbereichen 10 &mgr;m oder weniger betrug. Die Musterbildung des Subbereichs war ebenfalls schwierig, da der Subbereich im blauen Pixel zu klein war.

Beispiel 3

Es wurde ein Farbfilter gemäß dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 gefertigt, außer dass RPI-2 als rote Paste verwendet wurde. Die rote Paste RPI-2 enthält PR254 und PR209 mit dem Chinacridonderivat in einem Anteil von PR543/PR209 = 60:40 (Gewichtsverhältnis). Die Dicke der erhaltenen roten Harzschicht betrug 1,1 &mgr;m. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,511, 0,290). Die Größe des Subbereichs, die Dicke des Pixels, die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich sowie die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich sind alle aus Tabelle 2 ersichtlich. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionsbereichs unter der Doppelwellen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 4 ersichtlich.

TABELLE 4 (BEISPIEL 3)

Vergleichsbeispiel 5

Es wurde ein Farbfilter unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass RPI-3 als rote Paste verwendet wurde. Nur PR209 mit dem Chinacridonderivat (hauptsächlich im Reflexionsfarbfilter verwendet) wurde in der roten Paste RPI-3 als Pigmentkomponente eingesetzt, und das Gewichtsverhältnis zwischen dem Pigment und dem Harz betrug in der Paste 90:10. Das erhaltene rote Pixel wies die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m wie die Dicke der Farbschicht in Beispiel 1 auf. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,511, 0,290) und besaß den gleichen Grad an Farbreinheit wie in Beispiel 1. Es traten im Pixel sowie in der ITO-Schicht allerdings während der fotolithografischen Verarbeitung feine Risse auf. Die Größe des Subbereichs im blauen Pixel war so klein, dass die Musterbildung schwierig war.

Vergleichsbeispiel 6

Ein Farbfilter wurde mithilfe des gleichen Verfahrens wie in Vergleichsbeispiel 1 gefertigt, außer dass RPI-4 als rote Paste verwendet wurde. Nur PR209 mit dem Chinacridonderivat (hauptsächlich im Reflexionsfarbfilter verwendet) wurde in der roten Paste RPI-4 als Pigmentkomponente eingesetzt, und das Gewichtsverhältnis zwischen dem Pigment und dem Harz in der Paste betrug 40:60, so dass fotolithografische Verarbeitung stattfinden konnte. Die Farbpaste wurde aufgetragen, um den gleichen Grad an Farbreinheit wie in Vergleichsbeispiel 1 zu erzielen; die resultierende Dicke der Farbschicht betrug 2,9 &mgr;m. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Transmissionsbereichs betrug (0,511, 0,290). Die Stufenhöhe im Reflexionsbereich betrug nach dem Aufbringen der Überzugsschicht 0,9 &mgr;m. Die Größe des Subbereichs im blauen Pixel war so klein, dass die Musterbildung schwierig war.

Es wurde in Beispiel 3 wie in Beispielen 1 und 2 ein Farbfilter mit geringen Helligkeits- und Chromatizitätsunterschieden zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich erhalten. Der Farbton des roten Lichts in der Transmissionsanzeige war rötlich und klarer. Außerdem war die Anzahl an Fertigungsschritten im Vergleich zur Herstellung herkömmlicher Farbfilter nicht höher – somit konnte ein Farbfilter mit hervorragenden Anzeigeeigenschaften und ausgezeichneter Verarbeitungsleistung erhalten werden.

Der Farbfilter von Vergleichsbeispiel 5 konnte infolge von Rissen im roten Pixel nicht für die Flüssigkristallanzeige verwendet werden.

Auf der Oberfläche des Reflexionsbereichs in Vergleichsbeispiel 6 wurde eine Stufenhöhe von 0,5 &mgr;m oder mehr festgestellt, was die Anzeigeeigenschaften beeinträchtigt.

Beispiel 4

Es wurde mithilfe des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 ein Farbfilter erzeugt, außer dass eine aus der grünen Paste GPI-1 bestehende Farbschicht im Transmissionsbereich abgelagert wurde und eine aus der grünen Paste GPI-2 bestehende Farbschicht im Reflexionsbereich abgelagert wurde. Sowohl der Transmissionsbereich als auch der Reflexionsbereich des erhaltenen grünen Pixels besaßen die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Reflexionsbereichs betrug (0,328, 0,421). Die Größe des Subbereichs, die Dicke der Farbschicht, die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich sowie die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich sind alle aus Tabelle 2 ersichtlich. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionbereichs unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 5 ersichtlich.

TABELLE 5 (BEISPIEL 4)

Beispiel 5

Es wurde unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 ein Farbfilter erzeugt, außer dass eine aus der blauen Paste BPI-1 bestehende Farbschicht im Transmissionsbereich abgelagert wurde und eine aus der blauen Paste BPI-2 bestehende Farbschicht im Reflexionsbereich abgelagert wurde. Sowohl der Transmissionsbereich als auch der Reflexionsbereich des erhaltenen blauen Pixels wiesen die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m auf. Die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromatizitätskoordinate (x, y) des Reflexionsbereichs betrug (0,185, 0,223). Die Größe des Subbereichs, die Dicke der Farbschicht, die Stufenhöhe zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich sowie die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich sind alle aus Tabelle 2 ersichtlich. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionbereichs unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 6 ersichtlich.

TABELLE 6 (BEISPIEL 5)

Beispiel 6

Die lichtunempfindliche Paste (TPI-1) wurde auf ein Glassubstrat mit schwarzer Matrix (siehe Beispiel 1) mit einem Schleuderbeschichter aufgetragen.

Die beschichtete Schicht wurde in einem Ofen bei 120°C 20 Minuten lang getrocknet, ein positives Fotoresist (OFPR-800, Produkt von Tokyo Ohka Kogyo Co.) wurde auf die Schicht aufgetragen, und die Fotoresistschicht wurde 10 Minuten lang in einem Ofen bei 90°C getrocknet. Das Fotoresist wurde mithilfe eines Fotomaskenmusters mit einer Leuchtkraft von 60 mJ/cm2 (UV-Lichtintensität bei 365 nm) belichtet, so dass transparente Harzschichten in den Reflexionsbereichen des roten, grünen und blauen Pixels verblieben. Nach der Belichtung wurde das Substrat in einen Entwickler eingetaucht, der 1,6% wässrige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid umfasst, um das Fotoresist gleichzeitig mit dem Ätzen der Polyaminsäureschicht zu entwickeln. Die nach dem Ätzvorgang verbleibende Fotoresistschicht wurde mit Aceton abgezogen und das Substrat 30 Minuten lang bei 240°C wärmebehandelt, um eine transparente Harzschicht im Reflexionsbereich jedes Pixels auszubilden. Die Dicke der transparenten Harzschicht betrug 1,5 &mgr;m.

Anschließend wurden das rote und das grüne Pixel in gleicher Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet. Die Farbschicht des roten Pixels besaß sowohl im Reflexionsbereich als auch im Transmissionsbereich die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m. Die Farbschicht des grünen Pixels besaß ebenfalls sowohl im Reflexionsbereich als auch im Transmissionsbereich die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m. Das blaue Resist (BAC-1) wurde auf das Glassubstrat aufgetragen, auf dem die transparente Harzschicht, das rote Pixel und das grüne Pixel mittels eines Schleuderbeschichters ausgebildet worden waren, und die aufgebrachte Schicht 10 Minuten lang in einem Ofen bei 80°C wärmebehandelt. Der Transmissionsbereich und der Reflexionsbereich des blauen Pixels wurden mit einer Leuchtkraft von 100 mJ/cm2 (Intensität des UV-Lichts bei 365 nm) durch eine lichtdurchlässige Chromfotomaske unter Verwendung einer UV-Belichtungsvorrichtung belichtet. Das Substrat wurde nach der Belichtung in einen eine wässrige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid umfassenden Entwickler eingetaucht, um die Farbschicht zu entwickeln. Das Substrat wurde in einem Ofen 30 Minuten lang bei 240°C wärmebehandelt, um das blaue Pixel zu erhalten. Die Dicke des Transmissionsbereichs betrug im Mittelpunkt des Pixels 1,1 &mgr;m, und die unter der Standardlichtquelle C gemessene Chromazitätskoordinate (x, y) betrug (0,146, 0,178). Die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich ist in Tabelle 2 dargestellt. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionsbereichs unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 7 ersichtlich.

TABELLE 7 (BEISPIEL 6)

Vergleichsbeispiel 7

Es wurde unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 ein Farbfilter erzeugt, außer dass im Reflexionsbereich des roten, grünen und blauen Pixels kein transparenter Bereich vorgesehen war. Die Chromatizitätsdifferenz &dgr; zwischen dem Reflexionsbereich und dem Transmissionsbereich des erhaltenen Farbfilters ist in Tabelle 2 dargestellt. Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionsbereichs unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 8 ersichtlich.

TABELLE 8 (VERGLEICHSBEISPIEL 7)

Vergleichsbeispiel 8

Eine Farbschicht aus der roten Paste RPI-1 wurde im Transmissionsbereich und eine Farbschicht aus der roten Paste RPI-5 im Reflexionsbereich abgelagert; dies erfolgte unter Befolgung der gleichen Fertigungsschritte wie in Beispiel 1. Eine Farbschicht aus der grünen Paste GPI-1 wurde im Transmissionsbereich und eine Farbschicht aus der grünen Paste GPI-2 im Reflexionsbereich abgelagert. Eine Farbschicht aus der blauen Paste BPI-1 wurde im Transmissionsbereich und eine Farbschicht aus der blauen Paste BPI-2 im Reflexionsbereich abgelagert. Die Farbschicht jedes Pixels besaß sowohl im Reflexionsbereich als auch im Transmissionsbereich die gleiche Dicke von 1,1 &mgr;m. Die unter der Standardlichtquelle C gemessenen Chromatizitätskoordinaten (x, y) der Reflexionsbereiche im roten, grünen und blauen Pixel betrugen (0,441, 0,293), (0,328, 0,421) bzw. (0,185, 0,223). Die Chromatizität des Reflexionsbereichs unter der Standardlichtquelle D65 und die Chromatizität des Transmissionsbereichs unter der Doppelwellenlängen-LED-Lichtquelle sind aus Tabelle 9 ersichtlich.

TABELLE 9 (VERGLEICHSBEISPIEL 8)

Es wurde in Beispiel 4 wie in Beispielen 1 und 2 ein Farbfilter mit geringen Helligkeits- und Chromatizitätsunterschieden zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich erhalten. Der Weißpegel in der Reflexionsanzeige der unter Verwendung des Farbfilters von Beispiel 4 erzeugten Flüssigkristallanzeige war heller als in Beispielen 1 bis 3 und die Anzeigequalität zufrieden stellend. Außerdem war nur ein zusätzlicher Schritt zur Fertigung des Farbfilters von Beispiel 4 im Vergleich zu herkömmlichen Farbfiltern erforderlich. Man kann daraus schließen, dass in Beispiel 4 ein hervorragender Farbfilter erhalten werden kann.

Es wurden in Beispielen 5 und 6 ebenso wie in Beispielen 1 und 2 Farbfilter mit geringen Helligkeits- und Chromatizitätsunterschieden zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich erhalten. Die Weißpegel der unter Verwendung der Farbfilter der Beispiele 5 und 6 erzeugten Flüssigkristallanzeigen waren heller als in den Beispielen 1 bis 3 – sie besaßen einen natürlicheren weißen Farbton und zufrieden stellende Anzeigeeigenschaften. Außerdem war nur ein zusätzlicher Schritt zur Erzeugung der Farbfilter der Beispiele 5 und 6 im Vergleich zu herkömmlichen Farbfiltern erforderlich. Daraus kann man schließen, dass mittels der Beispiele 5 und 6 hervorragende Farbfilter erhalten werden können.

Die Helligkeits- und Chromatizitätsunterschiede zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich waren im Farbfilter von Vergleichsbeispiel 7 groß. Die Helligkeit in der Reflexionsanzeige war in der mittels des Farbfilters von Vergleichsbeispiel 7 erzeugten Flüssigkristallanzeige sehr gering, was die Anzeigeeigenschaften stark beeinträchtigte.

Die Helligkeits- und Chromatizitätsunterschiede zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich waren im Farbfilter von Vergleichsbeispiel 8 wie in den Farbfiltern der Beispiele 1 und 2 sehr gering. Allerdings waren sechs Schritte im fotolithografischen Verfahren der Farbschicht notwendig, wodurch die Fertigungskosten des Farbfilters stiegen.

Die vorliegende Erfindung bietet einen Farbfilter, der zwischen dem Transmissionsbereich und dem Reflexionsbereich geringe Helligkeits- und Chromatizitätsunterschiede wie auch eine kleine Oberflächenstufenhöhe aufweist Er entsteht durch Ausbilden eines transparenten Bereichs im Reflexionsbereich, und es können zusätzliche Herstellungsschritte und daher auch eine Erhöhung der Fertigungskosten vermieden werden.

Somit ermöglicht die Erfindung die Bereitstellung einer kostengünstigen Flüssigkristallanzeige sowohl für Transmissionsanzeigen als auch für Reflexionsanzeigen, wobei die Chromatizitätsdifferenz zwischen der Transmissionsanzeige und der Reflexionsanzeige gering ist; zudem weist die Oberfläche des Transmissionsbereichs und des Reflexionsbereichs kleine Stufenhöhen auf.


Anspruch[de]
Farbfilter für eine Flüssigkristallanzeige, wobei das Farbfilter rote, grüne, und blaue Farbpixel (9) umfasst, worin die Pixel von zumindest einer Farbe einen Transmissionsbereich (8) und einen Reflexionsbereich (7) aufweisen, wobei der Reflexionsbereich (7) einen Farbereich mit einer Farbschicht (11) und zumindest einen transparenten Subbereich (12) ohne Farbschicht umfasst, wobei die Größe des oder eines jeden Subbereichs (12) 20 &mgr;m2 oder mehr und 2.000 &mgr;m2 oder weniger aufweist und die Dicke der Farbschicht 0,6 bis 1,5 &mgr;m beträgt, und wobei der Transmissionsbereich (8) aus dem gleichen Farbmittel wie die Farbschicht (11) des Reflexionsbereichs (7) gebildet ist, und worin das rote Pixel das CI-Pigment Rot 254 als Farbmittel umfasst und der Transmissionsbereich des roten Pixels unter der Standardlichtquelle C eine Farbkoordinate X im Bereich von 0,4 < X < 0,6 aufweist. Farbfilter nach Anspruch 1, worin der Anteil des CI-Pigments Rot PR254 im roten Pixel 30 bis 100 Gew.-% der gesamten Pigmente beträgt. Farbfilter nach Anspruch 2, worin der Anteil des CI-Pigments Rot PR254 im roten Pixel 40 bis 90 Gew.-% beträgt. Farbfilter nach Anspruch 3, worin das rote Pixel einen Anteil des CI-Pigments Rot 209 von 1 bis 60 Gew.-% des gesamten Pigments aufweist. Farbfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der transparente Bereich (10) eine mittlere Durchlässigkeit von 80% oder mehr im sichtbaren Bereich aufweist. Farbfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Verhältnis des transparenten Bereichs, das als Verhältnis des transparenten Bereichs relativ zur Gesamtgröße des Reflexionsbereichs definiert ist, beim grünen Pixel 15% oder mehr und 35% oder weniger, beim roten Pixel 5% oder mehr und 20% oder weniger und beim blauen Pixel 20% oder weniger beträgt. Farbfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Subbereich als Kreis, als Quadrat mit einer Seitenlänge von 5 &mgr;m oder mehr, oder als Rechteck mit einer Länge der kürzeren Seite von 5 &mgr;m oder mehr ausgebildet ist. Farbfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der Abstand von der Seite des Subbereichs zur Seite des zu diesem benachbarten Subbereichs 10 &mgr;m oder mehr beträgt. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin auf der Farbschicht eine Überzugsschicht ausgebildet ist und die Dicke der Farbschicht mit der darauf aufgebrachten Überzugsschicht in einem Bereich von 0,6 bis 1,5 &mgr;m liegt. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin zwischen dem Farbbereich und dem transparenten Bereich im Reflexionsbereich eine Stufe vorliegt und die Stufenhöhe 0,5 &mgr;m oder weniger beträgt. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin eine transparente Harzschicht zwischen dem Substrat und der Farbschicht im Reflexionsbereich (7) eingeführt ist, und welches zumindest ein Farbpixel im Reflexionsbereich (7) umfasst, bei dem sich die Dicke der Farbschicht im Reflexionsbereich (7) von der Dicke der Farbschicht im Transmissionsbereich (8) unterscheidet. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend zumindest ein Farbpixel (9), das jeweils unterschiedliche Farbschichten im Transmissionsbereich (8) und im Reflexionsbereich (7) umfasst. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin an der obersten Schicht Vorsprünge ausgebildet sind. Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin der Farbartunterschied &dgr; zwischen der Farbkoordinate (x0, y0) des Transmissionsbereichs und der Farbkoordinate (x, y) des Reflexionsbereichs die folgende Gleichung erfüllt: &dgr; = (x – x0)2 + (y – y0)2 ≤ 3 × 10–3 Flüssigkristallanzeige, umfassend das Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14.






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