CN100451757C - 滤色器和使用滤色器的液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的在于在像素内获得均匀的色纯度，以进行良好的颜色再现，并易于制造，具有为数不多的限制。滤色器用于为每个像素(10)将具有单向光路的第一光线L1和具有双向光路的第二光线L2着色。该滤色器包括：用于着色第一光线L1的第一着色部分10t和用于着色第二光线L2的第二着色部分10r，第一着色部分10t的厚度大于第二着色部分10r的厚度，相对于第二着色部分10r下沉地形成第一着色部分10t，使第一着色部分10t的主平面与第二着色部分10r的主平面的高度相差预定值D。

Description

滤色器和使用滤色器的液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种滤色器。本发明还涉及一种使用该滤色器的液晶显示装置。
本发明特别涉及一种处理第一光线和第二光线的滤色器。第一光线形成单向光路，其中从滤色器的一个主平面侧入射的光仅透射穿过该滤色器一次，从而被着色并被引导到另一主平面侧。第二光线形成双向光路，其中从滤色器的所述另一主平面侧入射的光透射穿过滤色器从而被着色，透射光被设置在所述一个主平面侧的光反射元件等反射，再次进入滤色器，透射通过滤色器以便被着色，并返回所述另一主平面侧。本发明还涉及滤色器的一种制造方法。本发明另外还涉及一种使用这种滤色器的液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法。
背景技术
所谓的透射反射式液晶显示装置进入了充分发展的实际应用阶段，其中从前侧入射的外光被反射，引导到前侧，同时根据所显示的图像被光调制，来自后侧背光系统的入射光同样到达前侧，同时同样根据所显示的图像被光调制。当工作环境明亮时这种液晶显示装置主要基于外光(环境光)(反射模式)，当工作环境较暗时主要基于背光系统的发射光(透射模式)，有效地进行图像显示(例如，参见非专利文献1)。
[非专利文献1]
M.Kubo等人，“Development of Advanced TFT with GoodLegibility under Any Intensity of Ambient Light”，IDW’99，Proceedings of The Sixth International Display Workshops(第六届国际显示研讨会会议录)，AMD3-4，由ITE和SID主办(日本)，1999年12月1日，第183-186页。
在上述文献所披露的装置中，每个像素电极分成反射区和透射区。在由处于丙烯酸树脂上的铝制成的具有不平坦表面的反射电极部分中形成反射区，在由ITO(氧化铟锡)制成的具有平坦表面的透明电极部分中形成透射区。此外，透射区位于矩形像素区的中心，并且具有与像素区类似的基本上相同的矩形图案，而反射区构成除矩形透射区以外的像素区域部分，并具有围绕透射区的形状。利用这种像素结构，提高清晰度。
不过，在根据这种现有技术的液晶显示装置中的情形中，透射和反射区尽管处于相同像素中，但是其所显示颜色的色纯度不同。这可归因于通过不同光路传播的来自背光系统的光线和外部光线，被现有技术的滤色器按照相同的方式着色。这就导致显示区域上所显示颜色的质量降低。
此外，根据现有技术，由于反射电极部分下面存在丙烯酸树脂，反射电极部分形成得高于透射电极部分。从而，基于这种结构，使透射区域中液晶单元间隙的厚度是反射区域的两倍，以便调节各区域的光学性质。
不过，在一个像素中形成这种双单元间隙的结构，对于其他元件如TFT形成层具有诸多限制，在制造方面是不利的。另外，由于反射电极部分的导体延伸并与高度小于反射电极部分的透射电极部分的端部连接，在连接区域(或者边界区域)和其倾斜表面中会发生不希望的反射光。即，由于与连接区域相应的单元间隙最初打算是用于透射光的，该处所产生的反射光与透射模式中液晶部分所引起的延迟不匹配，可形成光噪声。这也是构成对比度下降的一个因素。
发明内容
鉴于上述情形做出本发明，本发明的一个目的在于提供一种滤色器和使用该滤色器的液晶显示装置，其在像素内获得均匀的色纯度，提供良好的颜色再现，并且易于制造，具有为数不多的限制。
本发明的另一目的在于提供一种滤色器和使用该滤色器的液晶显示装置，其在像素内可获得均匀的色纯度，提供良好的颜色再现，并且避免发生上面所述的不希望的反射光。
本发明的再一目的在于提供这种滤色器和液晶显示装置的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明一个方面的滤色器，是为每个像素将具有单向光路的第一光线和具有双向光路的第二光线着色的滤色器，包括：用于着色第一光线的第一着色部分，和用于着色第二光线的第二着色部分，第一着色部分的厚度大于第二着色部分，相对于第二着色部分下沉地形成第一着色部分，使第一着色部分的主平面的高度与第二着色部分的主平面的高度相差预定值。
根据这一方面，第一着色部分比第二着色部分厚，从而具有单向光路且在其上仅施加一次着色作用的第一光线，受到相对较大的着色作用，而具有双向光路且在其上施加两次着色作用的第二光线，受到相对较小的着色作用。由此，即使第一和第二着色部分由相同材料构成，在像素内对于第一光线和第二光线也能再现出具有更均匀色纯度的颜色，从而提高屏幕上颜色显示的质量。
此外，通过将第一着色部分的主平面形成为高度低于第二着色部分的主平面，即，外表上看下沉地形成第一着色部分，易于针对第一光线和第二光线在液晶单元间隙中形成差异。更具体而言，本发明消除了传统技术中对其他复杂结构，如用于在后基板上产生单元间隙差异的TFT形成层的限制，并且实际上可在仅要求相对简单结构的前基板上简单地产生单元间隙差异。这尤为有益，因为可使用易于构造的滤色器。此外，该方案还具有能高自由度地指定单元间隙差异的结构、大小等优点。
在这一方面，所述的预定值可以为使第一光学作用与第二光学作用基本上相等或者相互优化所需的值，当采用滤色器的液晶显示板中使用液晶层时，通过与第一着色部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，通过与第二着色部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线。由此，滤色器可以成为形成液晶单元间隙的主要元件，使采用滤色器的液晶显示装置所处理的第一光线和第二光线上被施加的光学作用大致相等或者相互优化。此外，通过使光学作用成为引起延迟的作用，可给予第一光线和第二光线大致相等或者相互优化的延迟，并且向第一光线和第二光线施加相等或相互适当的光调制，同时其中所用的偏振片和其他光学元件保持相同光轴。
第一和第二着色部分可具有其各自的厚度，从而当相同光路和相同性质的光线穿过第一和第二着色部分时，第一着色部分提供大于第二着色部分的着色作用，另外第一着色部分的厚度可以大致为第二着色部分的两倍。由此，适当地指定第一和第二着色部分的厚度或高度，保证上述的在像素内获得均匀色纯度。此外，使第一着色部分的厚度大致为第二着色部分的两倍，在像素内或显示面上获得令人满意的颜色再现。
最好，该滤色器还包括光学透射材料制成的台阶形成层，其支撑第二着色部分，用于提供厚度彼此相差预定值的第一和第二着色部分。由此，可以在将要沉积着色层的表面上预先形成台阶，易于在第一与第二着色部分之间形成高度差。此外，如果台阶形成层是无色透明的，则对于第二着色部分的着色作用没有影响。
此外，在本发明这一方面，台阶形成层可包括光学透射基材，和折射率与基材的折射率不同且分散混合到基材中的多个光学透射材料粒子。因而，可提供具有光漫射(散射)性质的台阶形成层，从而有选择地仅漫射第二光线。这样就减少了对为第二光线提供具有漫射功能的其他元件的需要，并且允许在反射模式中，提供适合第二光线的漫射作用与用于第一光线的漫射无关。即，由于第一光线可以不受到任何漫射作用，所以具有不会引起对比度任何降低或者不会引起透射率减小的优点。此外，提供具有足够大漫射性质的台阶形成层，消除了对在上面形成有TFT等的基板上形成光漫射层的需要，从而可省略形成这种光漫射层的工艺。特别是，由于台阶形成层的特征在于，其用于产生液晶单元间隙的厚度相当大，可以将大量的光学透射粒子混合到台阶形成层中，更便于使其具有足够大的充分的漫射性质，从而本实施例与该特征发挥出协同作用。
此外，为了实现上述目的，根据本发明另一方面的液晶显示装置使用了上述方面的滤色器。
在这一方面，滤色器可设置在液晶显示装置的显示面一侧的基板上；相对基板可设有像素电极，其中像素电极包括使第一光线透过的透射电极部分，和使第二光线从该处反射的反射电极部分；并且第一着色部分的区域可以与透射电极部分的区域对准，第二着色部分的区域与反射电极部分的区域对准。这种液晶显示装置使每个像素内的色纯度均匀，并且在反射模式、透射模式和这些模式的混合模式的任何模式中，都能获得高质量的彩色显示。
此处，透射电极部分和反射电极部分可具有大致相同高度的主表面。由此，不仅可以在像素内获得均匀的色纯度并进行良好的颜色再现，而且可避免发生上述的不需要的反射光。换言之，由于将结合反射电极部分和透射电极部分的电导体而形成的倾斜部分变得较小，所以可抑制倾斜部分中产生不希望的反射光。从而，减小与液晶层的延迟不匹配的光，并有助于提高对比度。
或者，透射电极部分和反射电极部分的主表面之间可存在高度差，并且该高度差与预定值之和，可以是使第一光学作用与第二光学作用大致相等所需的数值，当采用该滤色器的液晶显示装置中使用液晶层时，通过与透射电极部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，通过与反射电极部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线。由此，通过使用从后侧观看时位于透射电极部分中的凹进，可有效地形成适当的液晶单元间隙差异，无需对透射电极部分和反射电极部分的高度进行相当高精度的上述调节。
另外，为了实现上述目的，根据本发明另一方面滤色器的制造方法是一种用于制造滤色器的方法，该滤色器用于为每个像素将具有单向光路的第一光线和具有双向光路的第二光线着色，该方法包括以下步骤：在基层上沉积光学透射材料层；将所沉积的光学透射材料层构图，形成台阶形成层，其中为每个像素形成至少一个凹进形状部分，该凹进形状部分具有与使第一光线透过的区域相应的预定形状的底面，和预定高度的壁面；并在台阶形成层和凹进形状部分上沉积用于将第一和第二光线着色的材料，以便形成用于着色第一光线的第一着色部分和用于着色第二光线的第二着色部分，第一着色部分的厚度大于第二着色部分，下沉地形成第一着色部分，使第一着色部分的主表面的高度与第二着色部分的主表面的高度相差预定值。
这样就通过相对简单的方法制造出发挥上述作用的滤色器。
此外，为了实现上述目的，根据本发明又一方面的液晶显示装置的制造方法是一种制造液晶显示装置的方法，包括上述滤色器制造方法中所包括的步骤，其中滤色器设置在液晶显示装置的一个基板上，并且另一相对基板设有像素电极，该像素电极包括用于使第一光线透过的透射电极部分和用于使第二光线从该处反射的反射电极部分，该显示装置制造方法还包括将第一着色部分与透射电极部分对准的步骤，和将第二着色部分与反射电极部分对准的步骤。
由此，可制造出充分利用上述滤色器最大优点的液晶显示装置。
这一方面还包括像素电极形成步骤，用于形成大致相同高度的透射和反射电极部分。这样就无需复杂结构的系统，在该结构中必需将透明电极部分和反射电极部分形成为不同高度，从而使相对侧基板平坦，即，使上面形成有所谓的像素驱动元件的基板组件的最终表面平坦，导致易于对其进行装卸或其他处理。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的液晶显示装置中所用的滤色器的示意平面图。
图2为包含图1滤色器的液晶显示板的示意剖面图。
图3为包含根据本发明第二实施例的滤色器的基板组件的示意剖面图。
图4表示在根据本发明的液晶显示装置中，使透射电极部分的高度与反射电极部分的高度相等的示例形式。
图5表示在根据本发明的液晶显示装置中，使透射电极部分的高度与反射电极部分的高度相等的另一示例形式。
图6表示在根据本发明的液晶显示装置中，使透射电极部分的高度与反射电极部分的高度相等的又一示例形式。
图7为包含根据本发明一种变型的滤色器的基板组件的示意剖面图。
具体实施方式
现在将参照附图通过实施例更详细地描述上述方面和实现本发明的其他方式。
[实施例1]
图1表示根据本发明第一实施例液晶显示装置中所用的滤色器1的示意平面图。
滤色器1是划分的纵向着色区域，每个着色区域沿显示屏的垂直方向延伸，并且具有红(R)，绿(G)和蓝(B)着色物质其中之一。这些纵向着色区域按照R，G和B的顺序沿显示屏的水平方向循环设置。可将一个纵向着色区域沿着垂直方向进一步划分，并且每个划分部分相应于一个像素。下面，将这种划分部分称作“像素区部分10”。注意，尽管在图1中沿虚线所示的垂直方向划分纵向着色区域，但在本实施例中，一个纵向着色区域中的像素区部分10(沿垂直方向设置的像素区部分10)无论在材料上还是在物理上都并未隔离。虚线仅表示像素之间的边界。
图2表示包含这种滤色器的液晶显示板100的剖面图。图2表示液晶显示板的基本结构，其中此处为了简化说明而忽略了其中的层、膜和结构。
滤色器的像素区部分10分成用于作为第一光线的透射光线L1的第一着色部分10t(在图1中右上部示出的像素区部分的交叉阴影线所表示的区域；这同样适用于其他像素)，和用于作为第二光线的反射光线L2的第二着色部分10r(图1中右下部示出的像素区部分的交叉阴影线所表示的区域；这同样适用于其他像素)。与通过液晶层LC的介质与这些着色部分相面对的透明基板70上设置的像素电极80的透射电极部分8t和反射电极部分8r相应且对准地，来设置第一着色部分10t和第二着色部分10r，像素电极80。
此处，第一着色部分10t的形状大体上为圆形，其中心处于像素区的中心，第二着色部分10r是像素区的其余部分，为围绕着第一着色部分10t的形式(参见图1)。从而，在本实施例中，假设像素电极80中的电极部分还分别具有与平面图中这些着色部分10t和10r相同的形状。
如图2中所示，滤色器1包括：在液晶显示板100前侧上的透明基板20上设置的且形成在显示板内部的、作为台阶形成层的透明树脂层30；和由相同种类的材料制成且层叠在透明基板20和透明树脂层30的整个表面上的着色层1C。该着色层1C为每个像素形成上述的第一着色部分10t和第二着色部分10r。
将透明树脂层30构图成与平面图中除了全部第一着色部分10t以外的区域(即，全部第二着色部分10r的区域)相同的形式。更具体而言，透明树脂层30可由基板20支撑，并且构图成凹进形状的部分，该凹进形状部分包括具有与允许透射光L1穿过其的区域相应的预定形状的底面3b，和在一个像素(区域)中具有预定高度的壁面3w，从而在其将要沉积着色层1C的其表面上形成台阶。
在本实施例中，仅去除与第一着色部分10t相应的一部分透明树脂材料，从而在所去除部分的区域中形成暴露出透明基板20的开口(或窗口)。着色层1C在该开口区域中形成第一着色部分10t，并在其他区域即透明树脂层30被构图区域中形成第二着色部分10r。
从图中显然可以看出，将第一着色部分10t形成为比第二着色部分10r更厚。此外，将第一着色部分10t形成为凹入，即相对于第二着色部分10r下沉，第一着色部分10t的主平面与第二着色部分10r的主平面之间具有预定值D的差别。
注意，在本例中，第一着色部分10t直接由透明基板20支撑，第二着色部分10r由透明树脂层30支撑，并且此处高度指的是着色部分10t和10r距透明基板20的支撑面(主平面)20p的高度dt和dr。
本实施例中液晶显示板100采用有源矩阵系统，使用薄膜晶体管(TFT)作为像素驱动元件，不过本发明并非必需局限于此。
液晶显示板100包括设置在外光入射侧的前透明基板20，和与基板20面对、相距预定距离设置的后透明基板70。使用密封件(未示出)将其中混有间隔物的液晶层LC密封在前侧基板20与后侧基板70之间的间隙中。液晶层LC用作电光介质，根据所显示的图像进行光调制。
在前侧基板20的内部，依次设有上述的滤色器1，由透明导电材料如ITO(氧化铟锡)制成的公共电极4，以及定义液晶层LC的最上层的初始取向的取向膜5。
后侧基板70在内部依次设有TFT复合层90，在其中形成有像素驱动TFT等；上述的像素电极层80和用于定义液晶层LC最下层的初始取向的取向膜6。
在TFT复合层90中，为每个晶体管在基板70上形成遮光膜91和层叠在遮光膜91上的由例如SiO2构成的电绝缘层92，在该绝缘层的顶部上，彼此远离、与遮光膜91关联地形成源极93和漏极94，并在源极93与漏极94之间形成在其各自的端部处连接它们的半导体层95。栅绝缘膜96层叠在半导体层95上，并且进而通过第二栅绝缘膜97形成栅极98，在第二栅绝缘膜97中具有用于连接漏极的开口。为所有像素中的每一个形成具有这种结构的TFT。
在这种TFT复合层90上形成某种结构，为上述像素电极80的反射电极部分8r提供光漫射性质，并且使反射电极部分8r的平均高度与透射电极部分8t的平均高度相等。
该结构设有抗蚀剂膜81，抗蚀剂膜81在与上述反射电极部分8r相应的栅绝缘膜97和栅极98的区域中，具有许多相当微小的不平坦截面部分81r，以及在与上述透射电极部分8t相应的区域中具有一块平坦延伸截面部分81t。在该抗蚀剂膜81上，设有凸凹调节抗蚀剂膜82，凸凹调节抗蚀剂膜82具有漏极连接开口(接触孔)。
注意，本实施例采用这样一种结构，其中抗蚀剂膜81的截面部分81t的顶面未被抗蚀剂膜82覆盖。这是因为考虑到在抗蚀剂凝固过程中，抗蚀剂膜81的平坦截面部分81t的收缩程度要低于不平整截面部分81r的收缩程度。即，由于平坦截面部分81t具有更低的收缩度，并且由于这一非常原因，可以将其形成得高于不平整截面部分81r，不再有意地层叠第二抗蚀剂膜82，而是使部分81的高度与层叠在不平整截面部分81r上的第二抗蚀剂膜82的平均高度相同。
在抗蚀剂膜82及其开口上面，为每个像素区形成由ITO等制成的透明导体层83，使之延伸到整个像素区上面，同时通过薄膜82和栅绝缘膜97中形成的开口与漏极94保持连接。在透明导体层83上，由诸如铝的不仅具有导电性而且还具有光学反射性的材料形成反射导体层84。该反射导体层84构成上述的反射电极部分8r，并被构图，从而在其中形成与上述透射电极部分8t相应的开口(在本例中为圆形)。通过这种暴露出开口的透明导体层部分83，构成上述的透明电极部分8t。在像素电极80的整个区域上面形成取向膜6。
在前侧基板20的外部，依次设置四分之一波片21和偏振片22。在后侧基板70的外部，也依次设置四分之一波片71和偏振片72。进而在偏振片72的外部设置背光73。
主要由于下述原因，滤色器1的第一着色部分10t的厚度最好大致为第二着色部分10r的两倍。
在穿过透明电极部分8t等之后，来自背光73的光L1穿过液晶层LC、取向膜5和公共电极4，然后在穿过第一着色部分10t的同时被着色，并被引导到显示板前侧的外部。另一方面，在穿过透明基板20和透明树脂层30之后，来自显示板前侧的外光L2，在穿过第二着色部分10r的同时被着色一次，并且另外，透射光通过液晶层LC到达反射电极部分8r，在该处被反射电极部分8r反射，再次通过液晶层LC返回第二着色部分10r，被再次着色，然后通过透明树脂层30和透明基板20等，射向显示板前侧的外部。
如上所述，第一着色部分10t比第二着色部分10r厚，从而即使透射光L1仅通过相关部分一次，第一着色部分10t也会对该光赋予相对较大的着色作用。相反，由于第二着色部分10r比第一着色部分10t薄，所以其不能获得与第一着色部分10t同等的这种着色作用。不过，由于反射光L2两次通过第二着色部分10r，故赋予光L2双倍的着色作用。从而，第二着色部分10r仅需要具有在反射光L2通过两次时产生充分着色作用的足够大的厚度，并且从与第一着色部分10t的着色作用相平衡的观点看，第二着色部分10r应当比第一着色部分10t薄。为了在相同性质的透射和反射光被第一着色部分和第二着色部分着色时产生大致相同的着色作用，将第一着色部分的厚度设定为大致为第二着色部分厚度的两倍。不过，还可以考虑到透射光是来自背光73的光，反射光是外光或者来自前光(未示出)的光等，指定每个着色部分的这种着色作用或厚度。
因而，在显示板前面外部出现的透射光L1和反射光L2可以被均匀或适当地着色，并且像素内和整个屏幕上的彩色显示性质是令人满意的。
此外，可按照如下方式指定第一着色部分10t的主平面的高度dt和第二着色部分10r的主平面的高度dr。
本实施例主要通过高度dt和dr确定处理透射光的区域和处理反射光的区域中液晶层LC的厚度。从上面的描述显然可以得出，在透射光仅通过液晶层LC一次的同时，而反射光通过液晶层LC两次。从而，前者仅受到液晶层LC所实施的光学作用一次，而后者受到两次。因此，使液晶层LC中的光程长度相等，从而使透射光和反射光可受到液晶层LC产生的相同的光学作用。
更具体而言，这种光学作用是产生延迟的一种作用，并且在液晶部分具有相同厚度的情形中，影响反射光的延迟为影响透射光的延迟的两倍。为了消除延迟差异，使滤色器的第一着色部分10t和第二着色部分10r具有必需的高度差，使处理透射光L1的液晶部分的厚度(单元间隙)为处理反射光L2的液晶层部分的厚度的两倍。
例如，当假设处理反射光L2的液晶层LC的液晶层部分的厚度g2为λ/4(λ为光波长)时，处理透射光L1的液晶部分的厚度g1为λ/2。从而，在此情形中采用λ/4作为上述的预定值D。台阶形成层30具有用于实现数值D的高度，并且为了上面所述着色作用的平衡指定第二着色部分10r的厚度。
通过实现这种方案，易于为透射光L1和反射光L2形成适当的液晶单元间隙差。即，允许在后基板70中将透射电极部分8t和反射电极部分8r形成为相同的高度，从而该系统摆脱在后基板上产生单元间隙差时包括TFT形成层等其他复杂结构的限制。从而，在仅需要相对简单结构的前基板中易于形成单元间隙差。这更加容易，因为使用了易于构图的滤色器。其还具有能高自由度地指定单元间隙差结构或其大小的优点。
[实施例2]
图3中表示出上述实施例的另一种改进，作为第二实施例。
图3中滤色器1A的像素区部分10A包括作为台阶形成层的层30A，其包括光学透射基材(或基体材料)3S，和折射率与基材的折射率不同且分散地混入其中的多个光学透射粒子3P。该结构的其余部分与图2中相同。
台阶形成层30A具有使进入和通过该层的光漫射(或散射)的作用。这种漫射作用主要是由于基材3S与粒子3P之间的折射率差异所引起的，不过还依赖于以下参数，如粒子的形状和尺寸、粒子在基材中的密度或者粒子在基材中的分布状态。为了防止干涉所致的着色，粒子3P最好随机地分散于基材中，或者它们最好形状或尺寸在一定程度上是不均匀的。基材3S和粒子3P均由合成树脂制成。
从而，提议反射光L2被台阶形成层30A反射，从而具有以下优点。
即，透射光L1一般为来自背光的光，并且通常用于光被光导板等所漫射，则入射在滤色器上，而反射光L2除了来自前光的光以外，通常为外光，并且外光未被漫射就入射到滤色器上。尽管实施例1打算通过用凸起和凹进进行粗糙化而使像素电极的反射区域部分的表面变粗糙，以便由于视角性质等使反射光发生漫射，不过本实施例不依赖这种粗糙化，或者允许台阶形成层30A可实施进一步漫射，以补充粗糙化所引起的漫射。
此外，由于台阶形成层30A能有选择地仅漫射反射光L2，所以通过上述参数等可使反射光L2具有适当的漫射性质。例如，在漫射膜扩展到显示板外表面上的显示区上面的结构中，存在对于已经通过上述光导板等漫射的光L1施加了过量漫射的情形，从而在透射模式下，透射率和对比度降低。本实施例还针对这种情形。
另外，本发明还采用使透射电极部分的高度与反射电极部分的高度相等的原理。即，使反射电极部分平坦化，还便于使两个电极部分的高度相等，并且如果台阶形成层30A能承担光漫射性的话，将是非常方便的，这不要求平坦的反射电极部分。
因而，在提供具有漫射性的台阶形成层30A的情形中，不需要在抗蚀剂层81上形成凸起和凹进，或者不需要如此严格的粗糙度。从而，可省略或者简化抗蚀剂膜81的凸起和凹进形成步骤。
在日本专利申请未审公开No.2000-330106中详细说明了图3中所示具有漫射性质的树脂层本身，可参照其来实现。
图4到6表示使透射电极部分与反射电极部分的高度相等的方式。
在图4中，使上述的抗蚀剂膜82在透射区域和反射区域中都平坦地设置，然后在薄膜82上全面设置透明导体层83，并形成被构图成具有用于透射电极部分8t的开口的形式的反射导体层84。这样就使透射电极部分8t与反射电极部分8r之间的高度差仅为与反射导体层84一层相应的厚度。
在图5中，在透射区域和反射区域中都平坦地设置抗蚀剂膜82，然后全面设置透明导体层83，不过增大了与透射电极部分8t相应的区域的厚度。使透明导体层83的较厚部分高于其他部分，高出反射导体层84的厚度。然后，在其顶部上，形成被构图成具有用于透射电极部分8t的开口的形式的反射导体层84。这样就基本上消除了透射电极部分8t与反射电极部分8r之间的高度差。
在图6中，按照使仅与透射电极部分8t的区域相应的部分更厚的方式设置抗蚀剂膜82，并且在其上全面设置透明导体层83。此处抗蚀剂膜82的较厚部分比其他部分高出反射导体层84的厚度。然后，在其顶部上，形成被构图成具有用于透射电极部分8t的开口的形式的反射导体层84。这样就基本上消除了透射电极部分8t与反射电极部分8r之间的高度差。
因此，这些使透射电极部分与反射电极部分的高度相等的结构，可减小它们的连接部分中倾斜表面的面积，导致可减小不必要的反射光，并且有效利用像素电极区域进行图像显示，有助于抑制孔径比。
具有使透射电极部分8t与反射电极部分8r的高度相等的其他多种技术，不过本发明还可应用于产生高度差的情形。
即，当透射电极部分8t的主平面与反射电极部分8r的主平面之间存在高度差，并且能定量地获取该差别时，可通过与上述原理相同的方法，基于所述高度差与上述预定值D的总值，使透射光L1与反射光L2在液晶层LC中的光程长度彼此相等。在上述示例中，电极部分之间高度差和滤色器的高度差的总值可以设定为λ/4，并且如果电极部分之间的高度差为某一数值D’，则可使用值λ/4-D’作为为滤色器设定的预定值D。
基本上，可通过以下步骤制造上述的滤色器1和1A。即，
(1)在基板20上沉积光学透射材料的步骤；
(2)通过用每个像素具有至少一个凹进的形式将光学透射材料沉积层构图，形成台阶形成层30、30A的步骤，其中凹进形状部分具有预定形状的底面3b和预定高度的壁面3w，底面3b与使透射光L1通过的区域相应；以及
(3)通过在凹进形状部分和台阶形成部分30、30A上沉积用于透射光和反射光的着色材料而形成第一着色部分10t和第二着色部分10r的步骤，同时如上所述设定厚度和高度。
可通过以下步骤制造使用这种滤色器的液晶显示装置，包括使滤色器的透射和反射区域与像素电极对准的步骤。此情形可采取将像素电极的透射电极部分和反射电极部分形成为大致相同高度的步骤。
注意，提供覆盖着色部分10t和10r的保护膜，可防止着色物质与其他层如公共电极层4和取向膜5直接接触，从而预计还具有防止污染其他层的优点。
此外，在上述实施例中，已经描述了将与滤色器的像素相应的像素区部分10分成两个子区域的情形：用于透射的圆形第一着色部分10t和用于反射的围绕第一着色部分的第二着色部分10r，不过本发明不必局限于该示例。还可以将像素区10分成三个或更多子区域，并且还可以适当地限定子区域的形状、排列和数量。
基本上，滤色器中的透射区和反射区同与分配给上述第一和第二光的区域相应，由所讨论的显示装置处理第一光和第二光(在此处给出的实施例中，为像素电极中形成的透射部分和反射部分的区域)，并且具有相同形状、排列和区域的数量。从而，并非如上述实施例中那样为圆形第一着色部分10t和围绕第一着色部分的第二着色部分10r的结构，还可以使第一着色部分在平面图中为矩形或者大致为矩形，不过也可以为圆形(包括椭圆形)或者诸如由5个或更多线段所围绕的多边形。应当注意，就精确形成所需图案而言，将台阶形成层30、30A的凹进形状部分在形状上形成为，使平面图中多边形的至少一部分轮廓具有较大内角或者具有较大曲率半径的曲线，是有利的。这对于具有由更精细像素组成的屏幕的显示装置而言更加重要。
毫无疑问，在本发明中可进行多种变型。例如，像素区部分自然不需要如图1中所示的夹紧构图(grip-pattern)。此外，透明树脂层30、30A中形成的凹进形状部分，形成可将基板20即支撑层暴露出的完全的开口，并且其底面是基板20的表面，不过如图7中所示，可按照以下方式形成具有凹进形状部分的壁面3w’的台阶形成层30’，即用由相同材料制成的且更薄的底部部分透明树脂层30b构成底面3b’。
此外，以滤色器直接形成在基板20上为例描述了上述实施例，不过在基板20与滤色器1或1A之间还可以插入某些基本层。即，本发明意指由包括这种基本层和基板的任何基层支撑的任何滤色器。
另外，除了使透明树脂层完全无色和透明以外，为了所需目的，还可以使用具有某些着色性质的透明树脂层。此外，针对具有产生全彩色图像的R，G和B三原色的滤色器描述了上述实施例，不过本发明还适用于具有专用于单色图像的单色滤色器。在上述实施例中，并没有描述某些显示系统所需的诸如黑色矩阵等的附加部件，不过本发明不排除这些部件。
从而，此处所述的优选实施例是示意性而非限定性的。本发明的范围由所附权利要求表示，并且本发明意在包含处于权利要求含义内的所有改变。
[附图标记的含义]
1：滤色器
10，10A：像素区部分
10t：第一着色部分
10r：第二着色部分
1C：着色层
100：液晶显示板
20：透明基板
21：四分之一波片
22：偏振片
30、30A、30b：透明树脂层
3b、3b’：凹进形状部分的底
3w、3w’：凹进形状部分的壁
3P：光学透射粒子
3S：光学透射基材
LC：液晶层
70：后侧基板
71：四分之一波片
72：偏振片
73：背光
80：像素电极层
8t：透射电极部分
8r：反射电极部分
81：抗蚀剂膜
82：凸起和凹进调节膜
83：透明导体层
84：反射导体层
90：TFT复合层
91：遮光膜
92：绝缘层
93：源极
94：漏极
95：半导体层
96：栅绝缘膜
97：第二栅绝缘膜
L1：透射光
L2：反射光

Claims (14)

1.一种滤色器，用于为每个像素将具有单向光路的第一光线和具有双向光路的第二光线着色，包括：
用于将第一光线着色的第一着色部分和用于将第二光线着色的第二着色部分，第一着色部分的厚度大于第二着色部分，相对于第二着色部分下沉地形成第一着色部分，第一着色部分的主平面的高度与第二着色部分的主平面的高度相差一预定值，其中该第二着色部分的厚度小于该预定值，所述预定值是使第一光学作用与第二光学作用基本上相等或者相互优化所需的值，当在采用滤色器的液晶显示板中使用液晶层时，通过与第一着色部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，并且通过与第二着色部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线.
2.如权利要求1所述的滤色器，其特征在于所述光学作用是引起延迟的作用.
3.如权利要求1或2所述的滤色器，其特征在于第一和第二着色部分具有其各自的厚度，使得当相同光路和相同性质的光线透射通过第一和第二着色部分时，第一着色部分提供大于第二着色部分的着色作用.
4.如权利要求3所述的滤色器，其特征在于第一着色部分的厚度基本上为第二着色部分的两倍.
5.如权利要求1所述的滤色器，其特征在于该滤色器还包括光学透射材料的台阶形成层，其支撑第二着色部分，用于使第一和第二着色部分具有彼此相差预定值的厚度.
6.如权利要求5所述的滤色器，其特征在于台阶形成层是无色且透明的.
7.如权利要求5所述的滤色器，其特征在于台阶形成层包括光学透射基材，和折射率与基材的折射率不同且分散混合到基材中的多个光学透射材料粒子.
8.一种液晶显示装置，使用滤色器为每个像素将具有单向光路的第一光线和具有双向光路的第二光线着色，该滤色器包括：
用于将第一光线着色的第一着色部分和用于将第二光线着色的第二着色部分，第一着色部分的厚度大于第二着色部分，相对于第二着色部分下沉地形成第一着色部分，第一着色部分的主平面的高度与第二着色部分的主平面的高度相差一预定值，其中该第二着色部分的厚度小于该预定值，所述预定值是使第一光学作用与第二光学作用基本上相等或者相互优化所需的值，当在采用滤色器的液晶显示板中使用液晶层时，通过与第一着色部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，并且通过与第二着色部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线.
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于：
滤色器设置在液晶显示装置的显示面一侧的基板上；
相对基板设有像素电极，包括用于使第一光线穿过其透射的透射电极部分，和用于使第二光线从该处反射的反射电极部分；以及
第一着色部分的区域与透射电极部分的区域对准，第二着色部分的区域与反射电极部分的区域对准.
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于透射电极部分和反射电极部分具有基本上相同高度的主表面，其中该反射电极部分为一复合层，包括具有多个不平坦截面部分的第一抗蚀剂膜和具有凹凸结构的第二抗蚀剂膜，且该具有凹凸结构的第二抗蚀剂膜还包括一接触孔.
11.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于透射电极部分与反射电极部分的主表面之间存在高度差，并且该高度差与预定值的和值是要求用来使第一光学作用与第二光学作用基本上相等所需的值，当在采用滤色器的液晶显示装置中使用液晶层时，通过与透射电极部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，通过与反射电板部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线.
12.一种用于制造滤色器的方法，该滤色器用于为每个像素将具有单向光路的第一光线和具有双向光路的第二光线着色，该方法包括以下步骤：
在基层上沉积光学透射材料；
将所沉积的光学透射材料层构图成台阶形成层，其中对于一个像素形成至少一个凹进形状部分，该凹进形状部分具有与使第一光线透射的区域相应的预定形状的底面，和预定高度的壁面；以及
在台阶形成层和凹进形状部分上沉积用于将第一和第二光线着色的材料，从而形成用于着色第一光线的第一着色部分和用于着色第二光线的第二着色部分，第一着色部分的厚度大于第二着色部分，下沉地形成第一着色部分，使第一着色部分的主表面与第二着色部分的主表面的高度相差一预定值，其中该第二着色部分的厚度小于该预定值，所述预定值是使第一光学作用与第二光学作用基本上相等或者相互优化所需的值，当在采用滤色器的液晶显示板中使用液晶层时，通过与第一着色部分相应的液晶层部分将第一光学作用施加给第一光线，并且通过与第二着色部分相应的液晶层部分将第二光学作用施加给第二光线.
13.一种用于制造液晶显示装置的方法，包括权利要求13中所述的方法中包含的步骤，其中：
为液晶显示装置的一个基板设置该滤色器，并且另一相对基板设有像素电极，包括用于使第一光线穿过其透射的透射电极部分和用于使第二光线从该处反射的反射电极部分，
该显示装置制造方法还包括将第一着色部分与透射电极部分对准，以及将第二着色部分与反射电极部分对准的步骤.
14.如权利要求13所述的方法，还包括像素电极形成步骤，用于形成基本上相同高度的透射和反射电极部分.
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