JP2000066190A - 液晶表示装置用カラーフィルター基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】入射した光のうち可能な限りの光を観察者位置
に集光する機能を持たせた液晶表示装置用カラーフィル
ター基板を提供し、視野角が広く明るい画面表示が可能
な液晶表示装置を得る。 【解決手段】表示画面に着色を行なうため液晶表示装置
に組み込まれる、少なくとも、透過光を所定の色に着色
するカラーフィルターと、透明な保護膜と、光散乱膜と
を透明基板上に積層した構成とした液晶表示装置用カラ
ーフィルター基板であって、前記光散乱膜を、屈折率の
異なる２種類以上の透明樹脂で形成し、かつ、高屈折率
樹脂と低屈折率樹脂とを入れ子の構造としたことを特徴
とする液晶表示装置用カラーフィルター基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に組
み込まれ、表示画面に着色を行なうカラーフィルター基
板に係わる。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一般に、偏光膜と透明
電極が各々配設された対向する一対の基板と、これら基
板間に封入された液晶物質とでその主要部が構成されて
いる。また、カラー画像を表示するカラー液晶表示装置
にあっては、上記一対とした基板のいずれか一方に偏光
を着色するためのカラーフィルターを設けている。

【０００３】画面表示を行なう際、対向する透明電極間
に電圧を印加することにより基板間に封入された液晶物
質の配向状態を変化させて、この液晶物質を透過する光
の偏光面を制御すると共に、偏光フィルムによりその透
過、不透過を制御している。

【０００４】ここで、液晶表示装置としては、液晶表示
装置の背面側の基板（対向する一対の基板のうち観察者
と反対側に位置する基板をいい、以下、背面側基板と記
す）の裏面もしくは、側面に内蔵式光源（バックライ
ト）を配置し、内蔵式光源より照射された光線を背面側
基板に入射し表示画面を得る、いわゆるバックライト型
あるいはライトガイド型と呼称されるライト内蔵式の透
過型液晶表示装置が広く普及している。しかし、この透
過型液晶表示装置は、内蔵式光源に要する電力の消費が
大きく、液晶表示装置以外の他の表示装置（例えばＣＲ
Ｔ、プラズマディスプレイ装置等）と大差のない消費電
力となっている。このため、透過型液晶表示装置は、低
消費電力でしかも携帯可能であるべき液晶表示装置の本
来の特徴を損なっているといえる。また、透過型液晶表
示装置は、内蔵式光源の経時的な消耗があり、内蔵式光
源が消耗した時には表示品位が著しく損なわれるもので
ある。しかも、消耗した内蔵式光源の交換等は困難もし
くは不可という構造となっている場合が多い。

【０００５】一方、液晶表示装置として、光源を内蔵し
ない反射型液晶表示装置が知られている。すなわち、反
射型液晶表示装置は、観察者側に位置する基板（対向す
る一対の基板のうち、観察者側に位置する基板をいい、
以下、観察者側基板と記す）側から室内光や外光を表示
装置内に入射させ、この入射光を背面側基板に設けた金
属板等からなる光反射板で反射させ、この反射光で画面
表示を行なうものである。反射型液晶表示装置は、内蔵
式光源を使用しないため低消費電力の理想的な表示装置
といえ、しかも、軽量とすることができ携帯用としても
便利なものといえる。

【０００６】従来より、反射型液晶表示装置の構造とし
て、以下に記すもの等が知られている。すなわち、図４
に示すように、背面側基板60にＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）アレイを形成し、ＴＦＴアレイ上に絶縁膜を形成す
る。次いで、絶縁膜上の所定の部位にアルミ（Ａｌ）等
からなる金属反射膜69を積層する。なお、絶縁膜の表面
には、金属反射膜69を積層した際に金属反射膜69の表面
が凹凸となり光散乱性を有するよう、凹凸を付けてい
る。すなわち、金属反射膜69に光散乱性を付与し、反射
光を散乱させることで、ある程度の入射角度を有する入
射光を画面表示を行なう反射光とできるため、表示装置
の視野角が上がるものである。また、金属反射膜69とＴ
ＦＴアレイとは、液晶65への電圧印加のため、バイアホ
ールを介し電気的に接続されている。図４に示すよう
に、観察者側基板61には透明電極64を形成しており、基
板間に挟持した液晶65を駆動する際、金属反射膜69と透
明電極64間に電圧を印加する。

【０００７】また、従来の反射型液晶表示装置の他の構
造として、図５に示すものが知られている。すなわち、
透明電極76を形成した背面側基板70の透明電極76の形成
面とは反対面側に、一様に金属反射膜79を設けたもので
ある。なお、この金属反射膜79の表面には、入射した光
を散乱させるため、凹凸を形成することが一般的であ
る。挟持した液晶75を駆動する際、観察者側基板71に形
成した透明電極74と背面側基板70に形成した透明電極76
との間に電圧を印加する。

【０００８】しかし、図４に示した構造の反射型液晶表
示装置においては、金属反射膜69が液晶駆動用の電極と
反射散乱膜とを兼ねているため、各画素部（挟持した液
晶へ電圧を印加し、液晶の配向状態を変化させる部位で
あり、通常は、観察者側基板に形成した電極と背面側基
板に形成した電極とが平面視で重なる部位）の間の領域
に入射した光は画面表示に利用されないことになり、光
の利用効率が悪いという問題がある。なお、以下の記述
において、画素となる領域を画素部と記し、また、画素
部の間の領域を非画素部と記す。

【０００９】また、図５に示した、背面側基板の裏面に
金属反射膜79（散乱膜）を配設した構成の反射型液晶表
示装置においては、非画素部に入射した光の一部が利用
される。しかし、金属反射膜79（散乱膜）は、表示装置
としての視野角を向上させることを主目的としており、
また、金属反射膜79（散乱膜）は多くの場合フィルムシ
ート状の金属薄膜にて形成されているため、選択的な集
光、光散乱性はなく、光の利用効率は依然として悪いと
いえる。

【００１０】また、図５に示す構成の反射型液晶表示装
置では、金属反射膜79（散乱膜）が背面側基板70の裏面
にあるため、基板70の厚みによる光路差を生じることに
なる。すなわち、観察者側基板71より入射し画素部を通
過した光が金属反射膜79で反射した後、基板70の厚みに
より光路差を生じることで、入射し通過した画素部と隣
接する画素部に反射光が入射することになる。このた
め、表示画面に混色等の表示欠陥を生じることになり、
また、背面側基板70に入射した光が、背面側基板70に形
成された透明電極76表面と裏面の金属反射膜79表面とで
反射し、２重像を生じるという問題も有するといえる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題に鑑みなされたものであり、その課題とするとこ
ろは、入射した光のうち可能な限りの光を観察者位置に
集光する機能を持たせた液晶表示装置用カラーフィルタ
ー基板を提供し、視野角が広く明るい画面表示が可能な
液晶表示装置を得ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を行い、本発明に至ったものであ
る。すなわち、本発明の請求項１においては、表示画面
に着色を行なうため液晶表示装置に組み込まれる、少な
くとも、透過光を所定の色に着色する複数のカラーフィ
ルターと、透明な保護膜と、光散乱膜とを透明基板上に
積層した液晶表示装置用カラーフィルター基板であっ
て、前記光散乱膜を、屈折率の異なる２種類以上の透明
樹脂で形成し、かつ、高屈折率樹脂と低屈折率樹脂とを
入れ子の構造としたことを特徴とする液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板としたものである。

【００１３】請求項１に係わる液晶表示装置用カラーフ
ィルター基板においては、カラーフィルター上もしく
は、カラーフィルター下の領域に上述した光散乱膜を形
成するものである。このため、本発明に係わるカラーフ
ィルター基板を例えば反射型液晶表示装置に組み込め
ば、前述した従来の反射型液晶表示装置に見られたよう
な２重像が生じず、ボケの少ない画面表示が可能とな
る。なお、光散乱膜をカラーフィルターの上もしくは下
のどちらの領域に形成するかは、必要とする液晶表示装
置の構造に応じて適宜選択して構わない。

【００１４】また、上記の本発明に係わるカラーフィル
ター基板を反射型液晶表示装置に組み込みセル化すれ
ば、観察者側基板より液晶表示装置内に入射した光は、
光散乱素子により均一に散乱され、かつ、別途設けた反
射膜で反射され、観察者側基板より射出される。そのた
め、反射型液晶表示装置に入射する光の入射角度の如何
によらず、広い視野角で明るい表示画面を観察すること
が可能となる。

【００１５】ここで、光散乱膜をカラーフィルター上に
形成する場合、カラーフィルター上に透明樹脂等よりな
る透明な保護膜を形成している。これは、光散乱膜の形
成前に保護膜を形成することで、保護膜表面、もしく
は、カラーフィルター表面および保護膜表面にて平坦な
面を形成でき、光散乱膜をカラーフィルターおよび遮光
部（各カラーフィルター間の領域）上に有効に形成する
ことができるためである。これにより、遮光部に入射し
た光をも利用することが可能となり、光の利用効率が向
上する。

【００１６】なお、請求項１に係わる液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板は反射型液晶表示装置だけでなく、
透過型液晶表示装置にも適用できる。すなわち、請求項
１に係わるカラーフィルター基板を透過型液晶表示装置
に組み込んだ場合、内蔵式光源（バックライト）からの
透過光を上述した光散乱膜で散乱させ、広い視野角で明
るい表示画面を観察することが可能となる。

【００１７】また、本発明の液晶表示装置用カラーフィ
ルター基板は上述したように、光散乱膜を屈折率の異な
る２種類以上の透明樹脂で形成し、かつ、高屈折率の樹
脂と低屈折率の樹脂とを入れ子の構造とするものである
が、入れ子の構造として、高屈折率樹脂を所定のパター
ンに形成した後に低屈折率樹脂を塗布形成し光散乱膜と
して平坦性を付与したもの、屈折率の異なる樹脂を混合
した混合樹脂にて光散乱膜を塗布形成したもの、あるい
は、高屈折率樹脂と低屈折率樹脂とを交互に積層したも
の等が上げられる。また、透明樹脂にて形成するパター
ンを変えて、もしくは高屈折率樹脂と低屈折率樹脂とを
交差するよう交互に積層させて、３次元的に積層した構
成としても構わない。すなわち、上述した入れ子の構造
とは、平面的もしくは、膜厚方向に入れ子になっていれ
ば構わないといえる。

【００１８】次いで、本発明者らは、光散乱現象をより
向上させうる光散乱膜を得るため、さらに検討を行った
ものであり、その結果、光散乱膜をマイクロレンズにて
形成することに想達したものである。すなわち、請求項
２に係わる発明は、請求項１に係わる液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板を前提とし、前記光散乱膜を、平面
的に配置、配列した複数のマイクロレンズと、マイクロ
レンズを被覆する、マイクロレンズの屈折率と異なる屈
折率の平坦化層とで構成し、かつ、マイクロレンズを各
カラーフィルター上もしくは各カラーフィルター下の領
域に複数個配設したことを特徴とする液晶表示装置用カ
ラーフィルター基板としたものである。

【００１９】かかる構成の光散乱膜とすることで、斜め
方向より光散乱膜に入射した光は、マイクロレンズによ
り画素部領域に集められることになり、観察者位置で明
るい表示画面を観察することが可能となる。ここで、単
に光散乱性を追求するだけであれば、マイクロレンズの
屈折率は、マイクロレンズ上に形成される平坦化膜の屈
折率より低いものであっても構わないといえる。しか
し、斜め方向より入射した光をマイクロレンズにて屈折
させ中央部（画素部領域）に集めるためには、マイクロ
レンズの屈折率を平坦化膜の屈折率より高くすることが
望ましい。

【００２０】すなわち、請求項３に係わる発明は、光散
乱膜に集光（ゲイン）性を持たせるため、マイクロレン
ズの屈折率を、マイクロレンズを被覆する平坦化層の屈
折率より高くしたことを特徴とするものである。なお、
平坦化層には、平坦化層の主材である樹脂等の屈折率と
は異なった屈折率を有する透明な無機材料や樹脂を少量
添加しても構わない。

【００２１】ここで、観察者側から入射してくる光をマ
イクロレンズにより効率良く集光させて画素部領域に入
射させるためには、マイクロレンズを配置する際に平面
的な充填率を高めれば、入射光がマイクロレンズに取り
込まれる率が高くなるため、光の利用効率が高くなり、
明るい画面表示が可能となる。このため、マイクロレン
ズは各画素当たり２個以上配設することが望ましい。

【００２２】また、マイクロレンズの形状としては、そ
の表面形状が球面の一部を構成する形状（いわゆる凸レ
ンズ形状）が望ましい。また、画素部のみにマイクロレ
ンズを形成するだけでなく、画素部と非画素部とに跨が
るようなマイクロレンズを形成することも望ましい。す
なわち、かかる形状および形成位置とすることで、マイ
クロレンズが球面レンズの機能を有することとなり、非
画素部に入射した光を集光させ画素部へと導くことがで
き、また、各画素に向けて入射した光を屈折させ、その
反射光を散乱光とすることができるためである。

【００２３】次いで本発明者らは、マイクロレンズの充
填率を上げ、マイクロレンズの形状を所望するものとす
べくさらに検討を行い、請求項４および請求項５に係わ
る発明に想達したものである。すなわち、請求項４に係
わる発明は、マイクロレンズ上に、平坦化層の屈折率よ
り高くマイクロレンズと同等以下の屈折率の透明樹脂を
薄く塗布し、しかる後平坦化層を形成したことを特徴と
する液晶表示装置用カラーフィルター基板としたもので
あり、請求項５においては、マイクロレンズ上に塗布す
る透明樹脂をマイクロレンズと同じ材料としたことを特
徴とする液晶表示装置用カラーフィルター基板としたも
のである。

【００２４】すなわち、マイクロレンズ上に、平坦化層
の屈折率より高くマイクロレンズと同等以下の屈折率の
透明樹脂の層を塗布等により薄く形成することにより、
透明樹脂で覆われたマイクロレンズの表面形状は球面に
近くなる。また、マイクロレンズ間にも透明樹脂にて疑
似的にマイクロレンズが形成されることになり、見掛け
上マイクロレンズの充填率が上がることになる。

【００２５】なお、マイクロレンズ上に形成する平坦化
層は、マイクロレンズ間に生じる段差を埋めつつ平坦な
面を形成することで、光散乱膜上に設けられる透明電極
や配向膜を平坦に形成することを目的として形成するも
のである。透明電極や配向膜を平坦に形成することで、
画面の表示ムラや応答ムラ等の発生を防止することがで
きる。上述した、平坦化層の形成前にマイクロレンズ上
に薄く塗布する透明樹脂は、平坦化層の役目をも持つも
のであり、このため、透明樹脂を間に介して平坦化層を
形成すれば、平坦化層表面の平坦性はより向上するとい
える。

【００２６】かかる平坦性の優れたカラーフィルター基
板上に透明電極を形成すれば、当然のことながら、透明
電極の平坦性も優れたものが得られることになる。この
ため、本発明のカラーフィルター基板は、透明電極表面
に高い平坦性が要求される液晶表示装置（例えば、ＳＴ
Ｎ液晶、ＯＣＢ、ＨＡＮ、ＥＣＢあるいはＢＴＮ液晶、
強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を使用した液晶表示装
置）に適しているといえ、ＴＦＴに代表されるＴＮ液晶
にも好適に用いることができる。なお、本発明のカラー
フィルター基板上に形成する透明電極パターンの形状は
周知のパターン形状で良く、単純マトリクッス駆動、ア
クティブマトリックス駆動等、本発明のカラーフィルタ
ー基板を組み込む液晶表示装置の駆動方式に応じて適宜
パターン形状を選択して構わない。

【００２７】次いで、複数のマイクロレンズを規則性を
もって配置、配列した場合、干渉効果により散乱光の強
度分布差が顕著に現れ、これにより表示画面の観察位置
によっては表示光が急に暗くなり、さらに干渉が強くな
ると虹色の表示ムラが発生しやすくなる。これは、無彩
色の画面表示を妨げることとなる。

【００２８】請求項６に係わる発明は、この干渉効果を
防止するためなされたもので、個々のマイクロレンズの
大きさもしくは配置位置の少なくとも一方を不規則とし
たことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター基
板としたものである。

【００２９】なお、上述した干渉効果を防止する手段と
して、マイクロレンズの大きさもしくは配置位置の少な
くとも一方を不規則とする他に、複数形成するマイクロ
レンズの形状を、三角形や六角形等の多角形を混在させ
たものとする、もしくは、マイクロレンズの形状を例え
ば六角形等の同一の多角形形状に統一し、多角形の偏心
させた位置に穴（凹部）を形成し、この穴（凹部）の位
置をマイクロレンズの形成位置に応じて不規則なものと
する等があげられる。さらには、１μｍ〜１０μｍ程度
の幅の曲線を、形状および長さを変えて透明樹脂で密に
形成する、もしくは、マイクロレンズ上に塗布形成する
透明樹脂に、１μｍ〜１０μｍ程度の幅であり形状およ
び長さを適宜変化させた溝を配設する等の方法もあげら
れる。

【００３０】また、マイクロレンズの充填率を上げ、か
つ、マイクロレンズの生産性や形成収率を増加させるた
め、平面視した際のマイクロレンズの底辺形状を三角
形、長方形、六角形等の多角形形状に、あるいは、各マ
イクロレンズを独立させず、隣接する辺部のみを除去し
アレイ形状になるよう配置することも可能である。さら
に加えて、所望する散乱効果を得るため、マイクロレン
ズの表面形状を球面に限らず、一部を非球面としても構
わない。

【００３１】次いで、マイクロレンズを形成するための
高屈折率材料としては、光透過率と屈折率が高いものが
好ましく、さらには、波長分散の小さいものが好まし
い。このような材料としては、例えば、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリルエポキシ樹脂、フ
ローレン系アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、脂肪族縮合
多環化物等が適用できる。なお、脂肪族縮合多環化物は
化学構造中にブロム原子やイオウ原子を含むものであっ
ても良い。

【００３２】また、上記有機樹脂を用いてマイクロレン
ズを形成する方法としては、例えば、印刷によって形成
する方法等が利用できる。また、有機樹脂を感光性樹脂
で構成すると共に、この感光性樹脂を光反射膜上もしく
は保護膜上に塗布して被膜を形成した後、所定のパター
ン露光、現像を感光性樹脂被膜に行い各画素および非画
素に相当する部位に選択的に感光性樹脂を残存させ、し
かる後、この残存した感光性樹脂を加熱等により溶融さ
せ、その際の表面張力によりマイクロレンズ形状に変形
させる等の方法も可能である。さらにまた以下の方法も
適用できる。すなわちまず、上記有機樹脂を光反射膜上
もしくは保護膜上に塗布して被膜を形成した後、その有
機樹脂被膜上に感光性樹脂被膜を塗布形成する。次い
で、感光性樹脂被膜に所定のパターン露光後、現像を行
い、この現像の際のサイドエッチング現象を利用して上
記感光性樹脂被膜をマイクロレンズ形状に加工する。次
いで、ドライエッチングを行う。その際、上記感光性樹
脂被膜の膜厚に応じて有機樹脂被膜のエッチング量が制
御されることで、有機樹脂被膜をマイクロレンズとして
成形するという方法である。

【００３３】次いで、カラーフィルターの屈折率と、平
坦化を行なうためカラーフィルター上に形成する透明な
保護膜の屈折率とは異ならせることが望ましい。何故な
らば、カラーフィルターと保護膜との屈折率が異なった
場合、その屈折率差により若干の集光効果が得られるこ
とになり、観察者位置で明るい表示画面を観察すること
が可能となるためである。

【００３４】すなわち、請求項７においては、上述した
請求項１から請求項６に係わる液晶表示装置用カラーフ
ィルター基板を前提とし、カラーフィルターの屈折率と
保護膜の屈折率とを異ならせたことを特徴とする液晶表
示装置用カラーフィルター基板としたものである。な
お、カラーフィルター自体に光散乱効果を持たせるた
め、断面形状が弱い曲率を持つようカラーフィルターを
形成しても構わない。

【００３５】また、光散乱性を得るためには、カラーフ
ィルターの屈折率は保護膜の屈折率より低いものであっ
ても良いといえるが、斜め方向からの入射光を中央部領
域（画素部領域）に集めるためには、カラーフィルター
の屈折率を保護膜の屈折率より高くすることが望まし
い。すなわち、請求項８においては、カラーフィルター
の屈折率を保護膜の屈折率より高くしたことを特徴とす
る液晶表示装置用カラーフィルター基板としたものであ
る。なお、カラーフィルターより低屈折率とする保護膜
の素材としては、例えば低屈折率の有機樹脂等が考えら
れ、マイクロレンズ上に形成する平坦化膜と同じ材質の
透明樹脂を用いても構わない。

【００３６】次いで、請求項９に係わる発明は、マイク
ロレンズとカラーフィルターの平面視でのパターン方向
を特定することで、マイクロレンズを例えばアレイ状等
に規則正しく配置した際に生じる干渉効果を、マイクロ
レンズとカラーフィルターのパターン方向で解消するこ
とを目的としてなされたものである。すなわち、請求項
９に係わる発明は、上述した請求項１から請求項８に係
わる液晶表示装置用カラーフィルター基板を前提とし、
平面視でマイクロレンズパターンの長軸方向とカラーフ
ィルターパターンの長軸方向とを交差させたことを特徴
とする液晶表示装置用カラーフィルター基板としたもの
である。

【００３７】例えば、カラーフィルターがストライプ状
もしくは長方形状等の長軸を有する形状であった場合、
高屈折率樹脂で形成するマイクロレンズも、平面視で菱
形、二等辺三角形、長方形等の長軸を有する形状に形成
し、かつ、マイクロレンズの長軸方向とカラーフィルタ
ーの長軸方向が交差あるいは直交するようマイクロレン
ズを配設させるものである。

【００３８】マイクロレンズとカラーフィルターの長軸
方向を交差させることで、マイクロレンズを規則正しく
配列しても、規則性パターンの配列に起因する干渉色が
発生せず、白い散乱光が得られる。

【００３９】次いで、本発明に係わるマイクロレンズ上
に形成する平坦化膜を構成する材料としては、屈折率が
低いもの程好ましく、例えば、屈折率１．３４〜１．４
５のフッ素系樹脂、あるいは、屈折率１．４６〜１．４
８の有機シリケート等が利用できる。請求項１０および
請求項１１に係わる発明は、この理由に基づきなされた
もので、平坦化膜の材質を特定したものである。

【００４０】すなわち、請求項１０においては、平坦化
膜の材質をフッ素系樹脂としたことを特徴とする液晶表
示装置用カラーフィルター基板としたものであり、請求
項１１においては、平坦化膜の材質を有機シリケートと
したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター
基板としたものである。

【００４１】なお、上記請求項１０に係わるフッ素系樹
脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体（屈折率１．３４）や、フ
ッ素系アクリル樹脂（屈折率１．３４〜１．４０）等が
利用できる。また、上記請求項１１に係わる有機シリケ
ートとしては、例えば東京応化（株）製、商品名「ＦＰ
ＣＦシリーズ」（屈折率１．４６〜１．４８）等が利用
できる。

【００４２】上述したように、カラーフィルターと、透
明樹脂からなる保護膜と、光散乱膜とを少なくとも構成
要素とする本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基
板の最上部に液晶駆動用の透明電極を形成したうえで、
観察者側基板として反射型液晶表示装置に使用すれば、
観察者側より観察者側基板に入射した光は、２種類以上
の透明樹脂より形成された光散乱膜により均一に散乱さ
れ、かつ、光反射膜で反射されて観察者側基板から射出
される。このため、本発明のカラーフィルター基板を用
いた反射型液晶表示装置では、入射光の入射角度の如何
によらず広い視野角で明るい表示画面を観察することが
可能となる。

【００４３】さらに、本発明のカラーフィルター基板
は、透過型液晶表示装置にも適用できる。その場合、内
蔵式光源（バックライト）より発せられた光は光散乱膜
で散乱されることになり、本発明のカラーフィルター基
板を組み込んだ透過型液晶表示装置においては、広い視
野角で明るい表示画面を観察することが可能となる。

【００４４】また、上述したように、光散乱膜の光散乱
子としてマイクロレンズを形成することも有効である。
本発明に係わる光散乱膜は、カラーフィルター上もしく
はカラーフィルター下の領域に１画素当たり複数個配設
した微細なマイクロレンズと、マイクロレンズ上に薄く
塗布した、平坦化層の屈折率より高くマイクロレンズと
同等以下の屈折率の透明樹脂と、マイクロレンズの屈折
率より低屈折率の平坦化膜との積層構成としている。か
かる構成とした光散乱膜を有するカラーフィルター基板
を、例えば反射型液晶表示装置に組み込めば、観察者側
基板から入射した光は、上記カラーフィルター基板に形
成された光散乱膜（光散乱素子としてのマイクロレン
ズ）により均一に散乱された後、散乱光は反射型液晶表
示装置の構成部品である光反射膜で反射され、観察者側
基板より射出される。すなわち、本発明のカラーフィル
ター基板を組み込んだ反射型液晶表示装置にあっては、
入射光を観察者位置に集光させることができ、入射光の
入射角度の如何によらず、視野角が広く明るい画面表示
を得ることができる。

【００４５】また、本発明のカラーフィルター基板にお
いては、マイクロレンズ上に、平坦化層の屈折率より高
くマイクロレンズと同等以下の屈折率の透明樹脂を塗布
している。これにより、透明樹脂とマイクロレンズとで
形成される形状は、半球形に近くなり、また、個々のマ
イクロレンズの間の領域（パターンギャップ部）にも塗
布された透明樹脂からなる疑似的なマイクロレンズが形
成されることになる。すなわち、前記透明樹脂の塗布に
よりマイクロレンズの充填率が向上することとなり、従
来は非画素部を透過し正反射成分として画面表示に寄与
していなかった光成分も散乱光として画面表示に利用す
ることができるようになる。

【００４６】このため、本発明のカラーフィルター基板
を組み込んだ液晶表示装置にあっては、従来の液晶表示
装置より例えば約１０％程度明るい画面表示とすること
が可能となる。また、正反射成分の光が減少すること
で、画面の表示品位も改善されることとなる。

【００４７】また、マイクロレンズのパターン形状、屈
折率、カラーフィルターとの屈折率差、および、配置等
を適宜変更することで、容易に散乱光分布を制御するこ
とができ、任意の視野角を設定することができる。

【００４８】さらにまた、上述した平坦化膜は、各マイ
クロレンズ間を埋めて平坦面を形成するものであり、平
坦化膜上に設けられる透明電極や配向膜の平坦性を向上
させることが可能となる。これにより、画面表示におけ
る表示ムラや応答ムラを防止することができる。すなわ
ち、本発明に係わるカラーフィルター基板は、透明電極
の形成面に高度の平坦性が要求される液晶表示装置（例
えば、ＳＴＮ液晶、ＯＣＢ、ＨＡＮ、ＥＣＢやＢＴＮ液
晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いる液晶表示
装置）への適用も可能といえる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態の例に
つき、説明を行う。

【００５０】＜実施例１＞図１は、本実施例１に係わる
液晶表示装置用カラーフィルター基板を模式的に示す断
面図である。図１に示すように、本実施例１に係わる液
晶表示装置用カラーフィルター基板８は、厚さ０．７ｍ
ｍのガラス板を基板１とし、この基板１上に、従来通り
に所定のパターンおよび色を有するカラーフィルター２
（本実施例１では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）
色とした各々のカラーフィルター２）を形成している。
カラーフィルター２上には保護膜３を形成し平坦化を行
っている。次いで、保護膜３上に、各カラーフィルター
２毎に複数個配設するようにした厚み１．３μｍの凸レ
ンズ状のマイクロレンズ４を形成している。マイクロレ
ンズ４上にはマイクロレンズ４と同じ素材を用いた透明
樹脂膜５を厚さ０．２μｍにて形成している。次いで、
これら複数のマイクロレンズ４および透明樹脂膜５を被
覆してその表面を平坦にする平坦化層６を形成し液晶表
示装置用カラーフィルター基板８とした。なお、本実施
例１においては、カラーフィルター２部位に対応する平
坦化膜６上にストライプ状の透明電極７を形成してお
り、これをもって反射型液晶表示装置を構成する一対の
基板のうちの観察者側基板９としたものである。

【００５１】ここで、各カラーフィルター２の形成にあ
たっては、まず、基板１上にアクリル系透明感光性樹脂
と赤色顔料との混合物からなる赤色感光性樹脂を塗布し
赤色感光性樹脂被膜を形成した後、所定のパターン露
光、現像を行い、各赤色の画素に対応する部位に上記被
膜を選択的に残存させ、赤色のカラーフィルター２Ｒと
した。続いて、アクリル系透明感光性樹脂と緑色顔料と
の混合物からなる緑色感光性樹脂および、アクリル系透
明感光性樹脂と青色顔料との混合物からなる青色感光性
樹脂を各々用い上記と同様の方法により、緑色のカラー
フィルター２Ｇおよび青色のカラーフィルター２Ｂをそ
れぞれ形成した。カラーフィルター２の形成後、保護膜
３を形成した。

【００５２】マイクロレンズ４の素材は、屈折率１．６
２のポジタイプの感光性アクリル樹脂を用いたものであ
り、保護膜３上に感光性アクリル樹脂を塗布後、所定の
パターン露光、現像を行い、各画素に対応する部位に感
光性アクリル樹脂を残存させた。次いで、残存した感光
性アクリル樹脂に加熱を行い、その表面を溶融させ、そ
の際に発生する表面張力により凸レンズ形状に変形させ
マイクロレンズ４を形成した。本実施例１で形成した各
マイクロレンズ４は、寸法１２μｍ×１２μｍ、厚さ
１．５μｍ、パターンギャップ３μｍとしている。

【００５３】また、透明樹脂膜５は、マイクロレンズ４
と同じ素材である感光性アクリル樹脂を膜厚０．２μｍ
でマイクロレンズ４上に塗布して形成した。次いで、平
坦化層６は、屈折率１．４０のフッ素化合物変成アクリ
ル樹脂を塗布して形成した。その際、カラーフィルター
２、マイクロレンズ４、透明樹脂膜５および、平坦化層
６の合計の厚みが約５μｍとなるようにした。

【００５４】次いで、透明電極７の形成にあたっては、
平坦化膜６上にＩＴＯ（酸化スズと酸化インジウムから
なる混合酸化物）薄膜を一様にスパッタリング成膜した
後、ポジ型レジストを用いた周知のフォトリソグラフィ
処理を施し、ストライプ状の透明電極７を形成した。

【００５５】＜実施例２＞図２は、本実施例２に係わる
液晶表示装置用カラーフィルター基板28を模式的に示す
断面図である。図２に示すように、本実施例２に係わる
液晶表示装置用カラーフィルター基板28は、厚さ０．７
ｍｍのガラス板を基板21とし、この基板21上に、ストラ
イプパターン状の遮光用のブラックマトリクス30を形成
した後、ブラックマトリクス30間にストライプパターン
状のカラーフィルター22（本実施例２では、Ｒ（赤
色）、Ｇ（緑）色、Ｂ（青）色とした各々のカラーフィ
ルター22）を形成している。次いで、カラーフィルター
22上には保護膜23を形成し平坦化を行っている。次い
で、保護膜23上に、各カラーフィルター22毎に複数個配
設するようにした厚み１．５μｍの凸レンズ状のマイク
ロレンズ24を形成している。マイクロレンズ24は、図２
を平面視した際の要部を示す図３に示すように、二等辺
三角形パターンとしたものであり、マイクロレンズ24の
長軸方向（図３中の長軸方向Ａ）とストライプ状のカラ
ーフィルター22の長軸方向（図３中の長軸方向Ｂ）とを
交差（本実施例２では直交）させている。

【００５６】次いで、マイクロレンズ24上には、マイク
ロレンズ24と同じ素材を用いた透明樹脂膜25を厚さ０．
２μｍにて塗布形成した。次いで、これら複数のマイク
ロレンズ24および透明樹脂膜25を被覆してその表面を平
坦にする平坦化層26を形成し液晶表示装置用カラーフィ
ルター基板28とした。なお、本実施例２においては、平
坦化層26上の各カラーフィルター22に対応する部位にス
トライプ状の透明電極27を形成しており、これをもって
反射型液晶表示装置を構成する一対の基板のうちの観察
者側基板29としたものである。

【００５７】ここで、各カラーフィルター22の形成にあ
たっては、まず、低反射クロムからなるストライプパタ
ーン状のブラックマトリクス30を形成した基板21上に、
アクリル系透明感光性樹脂と赤色顔料との混合物からな
る赤色感光性樹脂を塗布し、赤色感光性樹脂被膜を形成
した後、所定のパターン露光、現像を行い、各赤色の画
素に対応する部位に上記被膜をストライプパターン状に
選択的に残存させ、赤色のカラーフィルター22Ｒとし
た。続いて、アクリル系透明感光性樹脂と緑色顔料との
混合物からなる緑色感光性樹脂および、アクリル系透明
感光性樹脂と青色顔料との混合物からなる青色感光性樹
脂を各々用い上記と同様の方法により、緑色のカラーフ
ィルター22Ｇおよび青色のカラーフィルター22Ｂをそれ
ぞれ形成した。カラーフィルター22の形成後、屈折率
１．４０のフッ素化合物変成アクリル樹脂を用いて保護
膜23を形成した。

【００５８】マイクロレンズ24の素材は、屈折率１．５
８のポジタイプの感光性アクリル樹脂を用いたものであ
り、保護膜23上に感光性アクリル樹脂を塗布後、カラー
フィルター22の長軸方向と長軸方向が交差する二等辺三
角形のパターン露光、現像を感光性アクリル樹脂に行
い、画素部および隣接するブラックマトリクス領域であ
る非画素部に感光性アクリル樹脂を選択的に残存させ
た。次いで、残存した感光性アクリル樹脂に加熱を行い
その表面を溶融させ、その際に発生する表面張力により
断面が凸レンズ形状かつ平面視で二等辺三角形のマイク
ロレンズ24を形成した。なお、本実施例２で形成した各
マイクロレンズ24は、平面視で底辺１５μｍ、高さ３０
μｍの二等辺三角形であり、厚さ１．５μｍ、パターン
ギャップ３μｍとしている。

【００５９】次いで、平坦化層26は、屈折率１．４０の
フッ素化合物変成アクリル樹脂を塗布して形成した。そ
の際、カラーフィルター22、マイクロレンズ24、透明樹
脂膜25および、平坦化膜26の合計の厚みが約４μｍとな
るようにした。

【００６０】次いで、透明電極27の形成にあたっては、
平坦化層26上にＩＴＯ（酸化スズと酸化インジウムから
なる混合酸化物）薄膜を一様にスパッタリング成膜した
後、ポジ型レジストを用いた周知のフォトリソグラフィ
処理を施し、ストライプ状の透明電極27を形成した。

【００６１】上記実施例１および実施例２に係わるカラ
ーフィルター基板を反射型液晶表示装置に組み込みセル
化することにより、観察者側から入射した外光の正反射
成分は観察者位置で視野角範囲に散乱されることにな
り、広い視野角で明るいカラー表示が可能となった。ま
た、入射した外光の正反射成分の減少により表示品位も
改善された。

【００６２】なお、マイクロレンズのレンズ厚、パター
ン形状、および屈折率等は、上記の実施例１および実施
例２に限定されるものではなく、必要とされる光散乱性
に応じて適宜変更しても構わない。また、平坦化層や保
護膜の形成に際しては、その平坦性を向上させるため
に、平坦化層や保護膜の形成後にその表面の研磨を行っ
ても構わない。

【００６３】

【発明の効果】上述したように、カラーフィルターと、
透明樹脂からなる保護膜と、光散乱膜とを少なくとも構
成要素とする本発明の液晶表示装置用カラーフィルター
基板の最上部に液晶駆動用の透明電極を形成したうえ
で、観察者側基板として反射型液晶表示装置に使用すれ
ば、観察者側より観察者側基板に入射した光は、２種類
以上の透明樹脂より形成された光散乱膜により均一に散
乱され、かつ、光反射膜で反射されて観察者側基板から
射出される。このため、本発明のカラーフィルター基板
を用いた反射型液晶表示装置では、入射光の入射角度の
如何によらず広い視野角で明るい表示画面を観察するこ
とが可能となる。

【００６４】さらに、本発明のカラーフィルター基板
は、透過型液晶表示装置にも適用できる。その場合、内
蔵式光源（バックライト）より発せられた光は光散乱膜
で散乱されることになり、本発明のカラーフィルター基
板を組み込んだ透過型液晶表示装置においては、広い視
野角で明るい表示画面を観察することが可能となる。

【００６５】また、上述したように、光散乱膜の光散乱
子としてマイクロレンズを形成することも有効である。
本発明に係わる光散乱膜は、カラーフィルター上もしく
はカラーフィルター下の領域に１画素当たり複数個配設
された微細なマイクロレンズと、マイクロレンズ上に薄
く塗布した、平坦化層の屈折率より高くマイクロレンズ
と同等以下の屈折率の透明樹脂と、マイクロレンズの屈
折率より低屈折率の平坦化膜との積層構成としている。
かかる構成とした光散乱膜を有するカラーフィルター基
板を、例えば反射型液晶表示装置に組み込めば、観察者
側基板から入射した光は、上記カラーフィルター基板に
形成された光散乱膜により均一に散乱された後、散乱光
は反射型液晶表示装置の構成部品である光反射膜で反射
され、観察者側基板より射出される。すなわち、本発明
のカラーフィルター基板を組み込んだ反射型液晶表示装
置にあっては、入射光を観察者位置に集光させることが
でき、入射光の入射角度の如何によらず、視野角が広く
明るい画面表示を得ることができる。

【００６６】また、本発明のカラーフィルター基板にお
いては、マイクロレンズ上に、平坦化層の屈折率より高
くマイクロレンズと同等以下の屈折率の透明樹脂を塗布
している。これにより、透明樹脂とマイクロレンズとで
形成される形状は、半球形に近くなり、また、個々のマ
イクロレンズの間の領域（パターンギャップ部）にも塗
布された透明樹脂からなる疑似的なマイクロレンズが形
成されることになる。すなわち、前記透明樹脂の塗布に
よりマイクロレンズの充填率が向上することとなり、従
来は非画素部を透過し正反射成分として画面表示に寄与
していなかった光成分も散乱光として画面表示に利用す
ることができるようになる。

【００６７】このため、本発明のカラーフィルター基板
を組み込んだ液晶表示装置にあっては、従来の液晶表示
装置より例えば約１０％程度明るい画面表示とすること
が可能となる。また、正反射成分の光が減少すること
で、画面の表示品位も改善されることとなる。

【００６８】また、マイクロレンズのパターン形状、屈
折率、カラーフィルターとの屈折率差、および、配置等
を適宜変更することで、容易に散乱光分布を制御するこ
とができ、任意の視野角を設定することができる。

【００６９】さらにまた、上述した平坦化層は、各マイ
クロレンズ間を埋めて平坦面を形成するものであり、平
坦化層上に設けられる透明電極や配向膜の平坦性を向上
させることが可能となる。これにより、画面表示におけ
る表示ムラや応答ムラを防止することができる。すなわ
ち、本発明に係わるカラーフィルター基板は、透明電極
の形成面に高度の平坦性が要求される液晶表示装置（例
えば、ＳＴＮ液晶、ＯＣＢ、ＨＡＮ、ＥＣＢやＢＴＮ液
晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いる液晶表示
装置）への適用も可能といえる。

【００７０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板
の一実施例の要部を示す断面説明図。

【図２】本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板
の他の実施例の要部を示す断面説明図。

【図３】本発明の液晶表示装置用カラーフィルター基板
に形成するマイクロレンズの配置の一例を示す平面説明
図。

【図４】従来の反射型液晶表示装置の一例の要部を示す
断面説明図。

【図５】従来の反射型液晶表示装置の他の例の要部を示
す断面説明図。

【符号の説明】

１、21 基板 60、61、70、71 基板 ２、22 カラーフィルター ３、23 保護膜 ４、24 マイクロレンズ ５、25 透明樹脂膜 ６、26 平坦化層 ７、27 透明電極 ８、28 カラーフィルター基板 ９、29 観察者側基板 30 ブラックマトリクス 64、74、76 透明電極 65、75 液晶 77 平坦化層 68、78 カラーフィルター 69、79 反射膜

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 BA01 BA14 BA15 BA20 2H048 BA42 BB02 BB10 BB14 BB22 BB28 BB37 BB44 2H091 FA02Y FA14Z FA28Y FA31Y FA35Y FA41Z FC12 FD04 FD05 FD06 GA13 GA16 HA07 HA09 HA10 HA12 KA01 LA18 LA19

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示画面に着色を行なうため液晶表示装置
   に組み込まれる、少なくとも、透過光を所定の色に着色
   する複数のカラーフィルターと、透明な保護膜と、光散
   乱膜とを透明基板上に積層した構成とした液晶表示装置
   用カラーフィルター基板であって、前記光散乱膜を、屈
   折率の異なる２種類以上の透明樹脂で形成し、かつ、高
   屈折率樹脂と低屈折率樹脂とを入れ子の構造としたこと
   を特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター基板。
2. 【請求項２】前記光散乱膜を、平面的に配置、配列した
   複数のマイクロレンズと、マイクロレンズを被覆する、
   マイクロレンズの屈折率と異なる屈折率の平坦化層とで
   構成し、かつ、マイクロレンズを各カラーフィルター上
   もしくは各カラーフィルター下の領域に複数個配設した
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラ
   ーフィルター基板。
3. 【請求項３】マイクロレンズの屈折率を、マイクロレン
   ズを被覆する平坦化層の屈折率より高くしたことを特徴
   とする請求項１または２に記載の液晶表示装置用カラー
   フィルター基板。
4. 【請求項４】前記マイクロレンズ上に、平坦化層の屈折
   率より高くマイクロレンズと同等以下の屈折率の透明樹
   脂を薄く塗布し、しかる後平坦化層を形成したことを特
   徴とする請求項１、２または３に記載の液晶表示装置用
   カラーフィルター基板。
5. 【請求項５】前記透明樹脂をマイクロレンズと同じ材料
   としたことを特徴とする請求項１、２、３または４に記
   載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。
6. 【請求項６】個々のマイクロレンズの大きさもしくは配
   置位置の少なくとも一方を不規則としたことを特徴とす
   る請求項１、２、３、４または５に記載の液晶表示装置
   用カラーフィルター基板。
7. 【請求項７】カラーフィルターの屈折率と保護膜の屈折
   率とを異ならせたことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５または６に記載の液晶表示装置用カラーフィルタ
   ー基板。
8. 【請求項８】カラーフィルターの屈折率を保護膜の屈折
   率より高くしたことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、６または７に記載の液晶表示装置用カラーフィ
   ルター基板。
9. 【請求項９】平面視でマイクロレンズパターンの長軸方
   向とカラーフィルターパターンの長軸方向とを交差させ
   たことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７
   または８に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基
   板。
10. 【請求項１０】平坦化膜の材質がフッ素系樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８
    または９に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基
    板。
11. 【請求項１１】平坦化膜の材質を有機シリケートとした
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８または９に記載の液晶表示装置用カラーフィルター基
    板。