JP2004198618A

JP2004198618A - カラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置並びにその製造方法

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Publication number: JP2004198618A
Application number: JP2002365325A
Authority: JP
Inventors: Takenari Ugawa; 鵜川　雄成
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: CN100451757C; EP1576414A1; AU2003302982A1; CN1729421A; NO20053372L; US20060072055A1; JP4233862B2; KR20050085688A; WO2004055581A1; TW200413793A; NO20053372D0

Abstract

【課題】画素内において均等な色純度を得て良好な色再生を可能とするとともに、制約が少なく容易に製造する。
【解決手段】画素（１０）毎に単一方向性の光路を呈する第１の光Ｌ１と双方向性の光路を呈する第２の光Ｌ２とを着色するカラーフィルタ。このカラーフィルタは、第１の光Ｌ１を着色するための第１着色部１０ｔと第２の光Ｌ２を着色するための第２着色部Ｌ２とを有し、第１着色部１０ｔは、第２着色部１０ｒよりも大なる厚さを有し、第１着色部１０ｔは、第２着色部１０ｒから沈下して形成され、第１着色部１０ｔの主面と第２着色部１０ｒの主面とに所定の値Ｄの高さの差がある。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタに関する。本発明はまた、カラーフィルタを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
本発明は特に、カラーフィルタの一方の主面側からの入射光が当該フィルタを１回だけ透過して着色されて当該他方の主面側に導かれるような単一方向性光路を形成する第１の光と、カラーフィルタの他方の主面側からの入射光が当該フィルタを透過して着色され、その透過した光が当該一方の主面側に配された光反射素子等により反射されて再度当該フィルタに入射し透過し着色されて当該他方の主面側に戻るような双方向性光路を形成する第２の光とを扱うカラーフィルタ及びその製造方法に関する。本発明はさらに、このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
正面側から入射する外光に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを反射させて当該正面側に導くとともに、裏面側からのバックライトシステムによる入射光に同様に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを透過させて同じ正面側へと導く、いわゆる半透過反射型液晶表示装置が本格的に実用化されつつある。このタイプの液晶表示装置は、使用環境が明るいときには主として外光（周囲光）により（反射モード）、暗いときには主としてバックライトシステムの自発光光により（透過モード）、効果的な画像表示をなすものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
M. Kubo, et al. “Development of Advanced TFT with Good Legibility under Any Intensity of Ambient Light”, IDW’99, Proceedings of The Sixth International Display Workshops, AMD3-4, sponsored by ITE and SID, （日本）, Dec. 1, 1999, page 183-186
【０００５】
上記文献に開示されている装置においては、各画素電極が反射領域と透過領域とに分割されている。反射領域は、凸凹状の表面を有するアクリル樹脂上に被膜されたアルミニウム製の反射電極部とされ、透過領域は、平坦な表面を有するＩＴＯ（インジウム錫酸化物）製の透明電極部とされている。また、透過領域は、１つの矩形画素領域において中央に配されかつ当該画素領域に略相似の矩形状を呈している一方で、反射領域は、この矩形透過領域以外の当該画素領域における部分であってこれを取り巻く形を呈している。かかる画素の構成等により、視認性の向上を図っている。
【０００６】
しかしながら、この先行技術の液晶表示装置においては、同一画素内であるにもかかわらず、透過領域と反射領域とで表示色の色純度が異なってしまう。これは、先行技術のカラーフィルタは、互いに光路の異なるバックライトシステムからの光と外光とを同じ様に着色することに起因すると考えられる。その結果、画面全域における表示色の品質低下に繋がることになる。
【０００７】
また、当該先行技術においては、反射電極部下のアクリル樹脂の存在により、反射電極部を透過電極部よりも高く形成している。そしてこの構造に基づき、透過領域における液晶セルギャップを反射領域におけるものの２倍の厚さとし、両領域の光学特性を調整している。
【０００８】
しかしながら、このような画素内で２重のセルギャップを形成する構造は、ＴＦＴを形成する層など他のエレメントによる制約が多く、製造上不利な面がある。また、反射電極部の導電体がそれより高さの低い透過電極部の端部にまで延びて結合するので、その結合部（又は境界部）及びその傾斜面において望ましくない反射光が生じてしまう。すなわち当該結合部に対応するセルギャップは、本来、透過光のためのものであるので、ここで生じた反射光は当該透過モードにおいて液晶部分により生起されるリタデーションに適合せず、光学的なノイズともなりうる。これが、コントラストを低下させる要因ともなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、画素内において均等な色純度を得て良好な色再生を可能とするとともに、制約が少なく容易に製造することのできるカラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【００１０】
本発明はまた、画素内において均等な色純度を得て良好な色再生を可能とするとともに、上述したような不要な反射光の発生を回避することのできるカラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明はさらに、このようなカラーフィルタ及び液晶表示装置の製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による一態様のカラーフィルタは、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタであって、前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを有し、前記第１着色部は、前記第２着色部よりも大なる厚さを有し、前記第１着色部は、第２着色部から沈下して形成され、前記第１着色部の主面と前記第２着色部の主面とに所定の値の高さの差がある、カラーフィルタとしている。
【００１３】
この態様によれば、当該第１着色部は当該第２着色部よりも厚いので、単一方向性の光路を呈し、従って着色作用を１度しか受け得ない第１の光に比較的大なる着色効果を施す一方で、双方向性の光路を呈し、従って着色作用を２度受け得る第２の光に比較的小なる着色効果を施すことができる。これにより、第１及び第２着色部が同じ材料で形成されても、当該第１の光と第２の光とに対し画素内で均等な色純度でその色を再現させることができ、もって画面全域における色表示の品質が向上する。
【００１４】
しかも、当該第１着色部の主面を当該第２着色部の主面よりも所定程度低く、すなわち外観上陥没させることにより、第１の光と第２の光とについての液晶セルギャップ差を簡単に形成することを達成している。より詳しくは、従来のような背面基板にセルギャップ差を作るための構造を形成する際のＴＦＴ形成層等の他の複雑な構造体による制約から解放され、比較的簡素な構造体で済む前面基板において、実際上簡単にセルギャップ差を作ることができるのである。特にパターン形成し易いカラーフィルタを利用するので有利である。さらにこの手法によれば、セルギャップ差のための構造ないしはその値を自由度を高く規定することができる、という利点もある。
【００１５】
この態様において、前記所定の値は、当該カラーフィルタが適用される液晶表示パネルに用いられる液晶層の前記第１着色部に対応する部分が前記第１の光に対し奏する光学作用と当該液晶層の前記第２着色部に対応する部分が前記第２の光に対し奏する光学作用とを互いに略同等又は共に適正なものとするのに要求される値であるものとしうる。こうすることによって、適用する液晶表示装置において扱われる第１の光と第２の光とに互いに略同等の又は共に適正な光学作用を奏させるための液晶セルギャップを、主にカラーフィルタによって形成することができる。そして、当該光学作用は、リタデーション生起作用であるものとすることにより、第１の光と第２の光とに略同等の又は共に適正なリタデーションを付与することができ、用いられる偏光板その他の光学素子の光学的な軸を同じにしたまま当該第１の光と当該第２の光とに同様の又は相応しい光学変調を施すことができる。
【００１６】
また、前記第１着色部と前記第２着色部は、同一光路及び同一特性の光が透過したときに前記第１着色部が前記第２着色部よりも大なる着色効果を呈するような厚さをそれぞれ有するものとすることができ、さらに前記第１着色部は、前記第２着色部の略２倍の厚さを有するものとすることができる。これにより、当該第１及び第２着色部の厚さがより適切又は高度に規定され、上述した画素内での均等な色純度の達成も確実となる。また、第１着色部を第２着色部の２倍の厚さとすることで、画素内及び表示面全体において満足のいく色再現性を得ている。
【００１７】
さらに、前記第１着色部と前記第２着色部とに当該所定の値だけ異なる高さを持たせるための前記第２着色部を支持する光透過性材質の段差形成層を有するものとすることが好ましい。このようにすると、当該着色層を堆積すべき表面に予め段差を形成することができ、第１着色部と第２着色部との高さの違いを容易に形成することができる。また、前記段差形成層は、無色透明であるものとすれば、第２着色部の着色作用に影響を与えることがない。
【００１８】
当該態様においてはまた、前記段差形成層は、光透過性母材と、この母材とは異なる屈折率を有しかつこれに散在して混入された多数の光透過性粒子とを含むものとすることができる。こうすることによって、段差形成層に光拡散（散乱）特性を持たせることができるので、第２の光のみを選択的に拡散させることができる。これにより、他の部材に第２の光の拡散機能を持たせる必要性が軽減するとともに、第１の光の拡散とは独立して反射モードにおける第２の光に適した拡散効果を施すことが可能となる。すなわち、第１の光は、拡散の作用を受けなくて済むので、コントラスト低下や透過率低下を招来しない、というメリットがある。さらに、当該段差形成層に十分な拡散特性を持たせれば、例えばＴＦＴ等の形成される基板において光拡散性の層を形成する必要もなくなり、そうした光拡散性の層を形成する工程を省くことが可能となる。特に、段差形成層は液晶セルギャップ差をつくるため相当に厚く形成される特徴があるので、当該光透過性粒子をより多く混入することが可能となり、かかる十分な拡散特性を持たせるのに好都合であり、本形態は、このような特徴との相乗効果を奏することとなる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明による他の態様の液晶表示装置は、上記態様のカラーフィルタを用いている。
【００２０】
この態様において、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の表示面側の基板に設けられ、当該反対側の基板には、前記第１の光を透過させる透過電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、前記第１着色部の領域は前記透過電極部の領域と、前記第２着色部の領域は前記反射電極部の領域と位置合わせされているものとされうる。このような液晶表示装置によって、各画素内の色純度が均一化され、反射モード及び透過モード並びにこれらの混在する形態のいずれにおいても高い色表示品質を得ることが可能となる。
【００２１】
ここで、前記透過電極部と前記反射電極部とは、互いに略同一の高さの主面を有するものとすることができる。これにより、画素内において均等な色純度を得て良好な色再生を可能とするだけでなく、上述したような不要な反射光の発生を回避することができる。すなわち、従来のような、反射電極部の導電体の透過電極部との結合に形成される傾斜部分が小さくなるので、当該傾斜部分で生じうる不測の反射光を抑えることが可能となる。よって、液晶層のリタデーションに不適合な光は少なくなり、コントラストの向上に寄与することができるのである。
【００２２】
或いは、前記透過電極部の主面と前記反射電極部の主面とは高さの差があり、この差と前記所定の値との総合値は、当該液晶表示装置に用いられる液晶層の前記透過電極部に対応する部分が前記第１の光に対し奏する光学作用と当該液晶層の前記反射電極部に対応する部分が前記第２の光に対し奏する光学作用とを略同等にするのに要求される値であるものとしてもよい。このようにすれば、上述したような透過電極部と反射電極部との高さ合わせをそれ程高い精度で行わなくとも、逆に透過電極部に生じた凹みを活用して効率的に適正な液晶セルギャップ差を形成することができる。
【００２３】
さらに、上記目的を達成するために、本発明によるさらに他の態様のカラーフィルタ製造方法は、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタを製造する方法であって、基体層上に光透過性材料を堆積する工程と、前記光透過性材料の堆積層を、１つの画素において前記第１の光を透過させる領域に対応する所定の形状の底面及び所定の高さの壁面を有する少なくとも１つの凹状部が形成されるようパターン化して段差形成層を形成する工程と、前記凹状部及び前記段差形成層に、前記第１及び第２の光を着色させるための材料を堆積し、それぞれ前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを形成し、前記第１着色部は、前記２着色部よりも大なる厚さを有し、前記第１着色部は、第２着色部から沈下して形成され、前記第１着色部の主面と前記第２着色部の主面とに所定の値の高さの差があるようにした工程と、を有するカラーフィルタの製造方法としている。
【００２４】
これにより、上述したような効果を発揮するカラーフィルタを比較的簡単な方法で製造することができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、本発明によるまた別の態様の液晶表示装置の製造方法は、上記カラーフィルタ製造方法に含まれる工程を有する液晶表示装置の製造方法であって、当該製造方法において、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の表示面側の基板に設けられ、当該反対側の基板には、前記第１の光を透過させる透過電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、当該製造方法は、前記第１着色部と前記透過電極部とを、前記第２着色部と前記反射電極部とを位置合わせする工程をさらに有する、液晶表示装置の製造方法としている。
【００２６】
こうすることによって、上述したカラーフィルタの有利性を遺憾なく発揮する液晶表示装置を製造することができる。
【００２７】
この態様において、前記透明電極部と前記反射電極部とを略同等の高さで形成する画素電極形成工程をさらに有するものとすることができる。これにより、透明電極部と反射電極部とを異なる高さで形成しなければならない複雑な構造から解放され、当該反対側の基板、すなわち、いわゆる画素駆動素子が形成される基板アセンブリの仕上がり表面をほぼ平坦にすることができるので、取り扱いその他の処理が容易となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、上記各態様その他の本発明の実施の形態を、実施例に基づき添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
【実施例１】
図１は、本発明による一実施例の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ１を平面図にて概略的に示している。
【００３０】
このカラーフィルタ１は、各々が表示画面の垂直方向に延び赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色素をそれぞれ有する長手状着色領域に区切られている。これら長手状着色領域は、Ｒ，Ｇ，Ｂの順に当該表示画面の水平方向に循環的に配列される。１つの長手状着色領域は、さらに垂直方向において区切ることができ、区切られるそれぞれの部分が１つの画素に対応する。この部分を以下では画素領域部１０と呼ぶ。なお、長手状着色領域は、図１においては点線で垂直方向に区切られているが、１つの長手状着色領域における各画素領域部１０（縦に並んだ画素領域部１０）は、本例では材質上も物理的にも分離している訳ではない。かかる点線は、画素の境界を示したものである。
【００３１】
図２は、このカラーフィルタが組み込まれた液晶表示パネル１００の断面を示している。なお、図２は液晶表示パネルの基本的構成を示したものであり、説明を簡明とするためにここで図示されていない層及び膜並びに構造は省略している。
【００３２】
カラーフィルタの画素領域部１０は、第１の光としての透過光Ｌ１のための第１着色部１０ｔ（図１において右上に示される画素領域部のうちクロスハッチングで示される領域。他の画素についても同じ）と、第２の光としての反射光Ｌ２のための第２着色部１０ｒ（図１において右下に示される画素領域部のうちクロスハッチングで示される領域。他の画素についても同じ）とに分けられている。第１着色部１０ｔと第２着色部１０ｒは、液晶層ＬＣを介してこれらに対向する透明基板７０に設けられた画素電極８０の透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとに対応しかつ位置合わせされている。
【００３３】
第１着色部１０ｔは、ここでは当該画素領域の中央にその中心が位置する略円形とされ、第２着色部１０ｒは、これ以外の部分であって当該第１着色部を取り巻く形とされている（図１参照）。したがって本例では、画素電極８０における各電極部もこれら着色部１０ｔ，１０ｒと平面図上同等の形状となっていることを前提としている。
【００３４】
カラーフィルタ１は、図２に示されるように、液晶表示パネル１００の正面側の透明基板２０上に設けられ当該パネルの内側に形成された段差形成層としての透明樹脂層３０と、透明基板２０及び透明樹脂層３０の全面に同じ材料で積層形成された着色層１Ｃとにより構成される。この着色層１Ｃは、上述した第１着色部１０ｔと第２着色部１０ｒとを画素毎に形成するものである。
【００３５】
透明樹脂層３０は、平面図上は、全第１着色部１０ｔ以外の領域（すなわち全第２着色部１０ｒの領域）と同じ形状にパターン化される。より詳しくは、透明樹脂層３０は、基板２０により支持されることが可能となっており、１つの画素（領域）において透過光Ｌ１を透過させる領域に対応する所定の形状の底面３ｂ及び所定の高さの壁面３ｗを有する凹状部が形成されるようパターン化され、着色層１Ｃを堆積させるべき表面に段差を形成している。
【００３６】
本実施例においては、第１着色部１０ｔの部分のみ透明樹脂材が除去され当該除去部分において透明基板２０を露出させる開口（又は窓）が形成される。着色層１Ｃは、かかる開口部において第１着色部１０ｔを形成し、それ以外の部分すなわちパターン化された透明樹脂層３０の部分において第２着色部１０ｒを形成する。
【００３７】
また、図示から明らかなように、第１着色部１０ｔは、第２着色部１０ｒよりも厚く形成される。さらに、第１着色部１０ｔは、第２着色部１０ｒから陥没すなわち沈んだ形で設けられ、第１着色部１０ｔの主面は、第２着色部１０ｒの主面と所定の値Ｄの高さの違いがある。
【００３８】
なお、本例では、第１着色部１０ｔは直接、第２着色部１０ｒは透明樹脂層３０を介して透明基板２０に支持されており、ここで言う高さは、かかる着色部１０ｔ，１０ｒの透明基板２０との支持面（主面）２０ｐからの高さｄｔ，ｄｒを指している。
【００３９】
本例における液晶表示パネル１００は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素駆動素子として用いたアクティブマトリクス方式を採用しているが、本発明はこれに必ずしも限定されるものではない。
【００４０】
液晶表示パネル１００は、液晶媒体ＬＣを挟持する部材として、外光の入射側に配された前面側の透明基板２０と、この基板２０に対して所定の間隔をもって対向配置された背面側の透明基板７０とを備えている。前面基板２０と背面基板７０との間の間隙には、図示せぬシール材を用いてスペーサの混在した液晶層ＬＣが封入される。液晶層ＬＣは、表示すべき画像に応じた光変調をなす電気光学媒体を担うものである。
【００４１】
前面基板２０の内側には、上記カラーフィルタ１と、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）などの透明導電体からなる共通電極４と、液晶層ＬＣの上側の初期配向を規定する配向膜５とが順に設けられる。
【００４２】
背面基板７０には、その内側において、画素駆動用ＴＦＴ等が形成されたＴＦＴ複合層９０と、上記画素電極層８０と、液晶層ＬＣの下側の初期配向を規定する配向膜６とが順に設けられる。
【００４３】
ＴＦＴ複合層９０においては、基板７０上にトランジスタ毎に形成された遮光膜９１とこれに積層するＳｉＯ_２などの電気的絶縁層９２が設けられ、さらにこの絶縁層の上に当該遮光膜９１に対応してソース電極９３とドレイン電極９４とが離間して形成され、ソース電極９３とドレイン電極９４との間にはそれらの各端部において結合する半導体層９５が形成される。半導体層９５上には、ゲート絶縁膜９６が積層され、さらにドレイン電極接続用の開口部を有する第２のゲート絶縁膜９７を介してゲート電極９８が形成される。このような構成のＴＦＴは、全ての画素につき画素毎に形成される。
【００４４】
かかるＴＦＴ複合層９０上には、上述した画素電極８０の反射電極部８ｒに光拡散特性を持たせるため、そして反射電極部８ｒと透過電極部８ｔとの平均高さを同等にするための構造体が形成される。
【００４５】
この構造体においては、ゲート絶縁膜９７及びゲート電極９８の上記反射電極部８ｒに対応する領域に比較的微細な多数の凸凹断面８１ｒを有し上記透過電極部８ｔに対応する領域に一塊りの平坦に延びる断面８１ｔを有するレジスト膜８１が設けられる。このレジスト膜８１上に、ドレイン電極接続用開口部（コンタクトホール）を有して凹凸調整用レジスト膜８２が設けられる。
【００４６】
なお、本例では、レジスト膜８１の断面部８１ｔの頂面は、レジスト膜８２が被覆されない構造を採用している。これは、当該レジストの硬化処理においてはレジスト膜８１の凸凹断面部８１ｒよりも平坦断面部８１ｔの方が収縮する程度が低いことを考慮しているからである。すなわち、平坦断面部８１ｔは、収縮する程度が低いが故に凸凹断面部８１ｒよりも高く形成されてしまうので、敢えて第２のレジスト膜８２を積層せず、凸凹断面部８１ｒに重なった当該第２のレジスト膜８２の平均高さと同じになるようにしているのである。
【００４７】
レジスト膜８２及びその開口部上には、ＩＴＯなどの透明導電体層８３が、画素領域毎にドレイン電極９４に膜８２及びゲート絶縁膜９７に設けられた開口部を通じて接続しつつ当該画素領域全体に延びるように形成される。透明導電体層８３の上には、導電性だけでなく光反射性もあるアルミニウムなどの材料によって反射導電体層８４が形成される。この反射導電体層８４は、上記反射電極部８ｒを形成し、上記透過電極部８ｔの領域に対応する開口部（本例では円形）が形成されるようパターン化されている。かかる開口部において露出される透明導電体層８３の部分が、上記透明電極部８ｔを形成する。配向膜６は、全画素電極８０の全域にわたり形成される。
【００４８】
前面側基板２０は、さらにその外側に４分の１波長板２１と偏光板２２とが順に設けられる。背面側基板７０も、その外側に４分の１波長板７１と偏光板７２とが順に設けられる。偏光板７２のさらに外側には、バックライト７３が配される。
【００４９】
カラーフィルタ１の第１着色部１０ｔは、主として以下の理由により、第２着色部１０ｒの略２倍の厚さとするのが好ましい。
【００５０】
バックライト７３からの光Ｌ１は、透明電極部８ｔ等を透過すると液晶層ＬＣ、配向膜５，共通電極４を経て第１着色部１０ｔを透過し、ここで着色されつつパネル正面側外部へと導かれる。一方、パネル正面側からの外光Ｌ２は、透明基板２０及び透明樹脂層３０を透過すると第２着色部１０ｒを透過しここで一旦着色されるだけでなく、さらに透過した光は液晶層ＬＣを介して反射電極部８ｒに達しここで反射電極部８ｒにより反射され再び液晶層ＬＣを通じて第２着色部１０ｒに戻り、もう一度着色され透明樹脂層３０及び透明基板２０等を透過してパネル正面側の外部へと導かれる。
【００５１】
上述したように第１着色部１０ｔは第２着色部１０ｒよりも厚いので、透過光Ｌ１がその部分を１度透過しただけでも当該光に対して比較的大きな着色効果を与えることができる。これに対し、第２着色部１０ｒは第１着色部１０ｔよりも薄いので、第１着色部１０ｔほどの着色効果は得られない。しかしながら、反射光Ｌ２は、この第２着色部１０ｒを２度透過するので、２度の着色効果が付与されることになる。故に、第２着色部１０ｒは、反射光Ｌ２が２度透過したときに十分な大きさの着色効果を与えることができる程度の厚さで十分であり、第１着色部１０ｔの着色効果とのバランスをとることからすれば、第１着色部１０ｔの着色層部分よりも薄くすべきである。同一特性の透過光と反射光が第１着色部と第２着色部とで着色したときに概ね同一の着色効果を与えるために、第１着色部の厚さを第２着色部の大略２倍とすることとすることができる。但し、透過光はバックライト７３からの光であり、反射光は外光か又はフロントライト（図示せず）からの光であることなどを考慮して、かかる着色効果ないしは各着色部の厚さを規定することもできる。
【００５２】
かくして、パネル正面側の外部に現れる透過光Ｌ１及び反射光Ｌ２は、均等又は適正な着色が施されたものとすることができ、画素内及び画面全域における色表示特性は良好なものとなる。
【００５３】
また、第１着色部１０ｔの主面の高さｄｔと第２着色部１０ｒの主面の高さｄｒとは次のように規定することができる。
【００５４】
本実施例では、主としてこれらの高さｄｔ及びｄｒによって透過光の扱う領域と反射光の扱う領域とにおける液晶層ＬＣの厚さを定めている。上述から分かるように、液晶層ＬＣを、透過光は唯１回透過するのに対し反射光は２回透過する。故に、液晶層ＬＣが奏する光学的作用も一方は１度だけであるのに他方は２度も受けることになる。そこで、液晶層ＬＣにおける光路長を等しくして透過光が反射光と同等の光学作用を液晶層ＬＣから受け得るようにしているのである。
【００５５】
より具体的には、かかる光学的作用はリタデーションの生起作用であり、同じ厚さの液晶部分であった場合、反射光が受けるリタデーションは、透過光の２倍となってしまう。このリタデーションの違いを相殺するため、透過光Ｌ１を扱う液晶部分の厚さ（セルギャップ）を反射光Ｌ２を扱う液晶部分の２倍にするために必要な高さの差を、カラーフィルタの第１着色部１０ｔと第２着色部１０ｒとに持たせているのである。
【００５６】
例えば、液晶層ＬＣの反射光Ｌ２を扱う液晶部分の厚さｇ_２をλ／４とした場合（λは光の波長）、透過光Ｌ１を扱う液晶部分の厚さｇ_１はλ／２とされる。したがって、この場合の上記所定の値Ｄには、λ／４が採用されることになる。段差形成層３０は、この値Ｄと上述した着色効果の釣り合わせのために規定される第２着色部１０ｒの厚さとを実現するための高さを有することになる。
【００５７】
このようにすることにより、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とについての適正な液晶セルギャップ差が簡単に形成される。すなわち、背面基板７０において透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとを同等の高さで形成することが可能となり、当該背面基板にセルギャップ差を作るための構造を形成する際のＴＦＴ形成層等の他の複雑な構造体による制約から解放される。そして、比較的簡素な構造体で済む前面基板において、簡単にセルギャップ差を作ることができる。特に、パターン形成し易いカラーフィルタを利用するので容易である。さらに、セルギャップ差のための構造ないしはその値を自由度を高く規定することができる、という利点もある。
【００５８】
【実施例２】
上記実施例をさらに改良したものが、第２実施例として図３に示される。
【００５９】
図３におけるカラーフィルタ１Ａの画素領域部１０Ａは、段差形成層として、光透過性母材（又はマトリクス材）３Ｓと、この母材とは異なる屈折率を有しかつこれに散在して混入された多数の光透過性粒子３Ｐとを含む層３０Ａを有している。これ以外の構成は、図２と同様である。
【００６０】
段差形成層３０Ａは、これに入射し透過する光を拡散（又は散乱）させる作用をなす。かかる拡散作用は、主として母材３Ｓと粒子３Ｐとの屈折率の差に起因するが、当該粒子の形状や大きさ、母材中の密度の他、母材中の分布状態といったパラメータ等にも依存する。干渉による着色を発生させないためには、粒子３Ｐは母材においてランダムに分散されるのが好ましく、また形状や大きさもある程度不揃いであるのが好ましい。母材３Ｓ及び粒子３Ｐは、それぞれ合成樹脂により形成することができる。
【００６１】
したがって、反射光Ｌ２は、この段差形成層３０Ａにより拡散されることになるので、次のような利点がある。
【００６２】
すなわち、透過光Ｌ１は、通常バックライトからの光であって、大抵は導光板などにより拡散された光としてカラーフィルタに入射するものであるのに対し、反射光Ｌ２は、フロントライトからのものを除き外光であるのが普通であり、このような外光は、未拡散のままカラーフィルタに入射する。実施例１では、視角特性等を考慮し、この反射光を拡散させるために画素電極の反射領域部の表面を凸凹に粗面化しているが、本実施例では、このような粗面化に頼ることなく或いは当該粗面化による拡散を補うようなさらなる拡散を段差形成層３０Ａにおいて奏させることができる。
【００６３】
また、段差形成層３０Ａは、反射光Ｌ２だけを選択的に拡散させることができるので、上述したようなパラメータ等により反射光Ｌ２に相応しい拡散特性を呈させることが可能となる。例えば表示パネルの外面上における表示領域の全面に延びる拡散フィルムを配した構成では、上述したような導光板等で既に拡散された光Ｌ１に過度の拡散を施してしまい、透過モードにおいて透過率及びコントラストの低下を誘発する、といった事態が考えられるのである。本実施例はこのような事態にも対処することができるのである。
【００６４】
しかも、本発明においては、透過電極部の高さと反射電極部の高さとを同等にする趣旨にも適合する。すなわち、反射電極部を平坦にすることにより、両電極部の高さ合わせも容易であり、平坦な反射電極部では期待できない光拡散を段差形成層３０Ａで受け持つことができれば非常に好都合となるのである。
【００６５】
このように段差形成層３０に拡散性を持たせた構成とした場合には、レジスト膜８１における凹凸の形成の必要性がなくなるか又は厳格な粗度を要求しなくて済むことになる。したがって、レジスト膜８１の凹凸形成工程を省略又は簡素化することができる。
【００６６】
なお、図３に示したような拡散特性を持った樹脂層自体は、特開２０００−３３０１０６に詳述されており、これを参考に実現することができる。
【００６７】
図４ないし図６には、透過電極部と反射電極部との高さを同等にする形態が示されている。
【００６８】
図４においては、上述したレジスト膜８２を透過領域及び反射領域共に平坦にするように敷設し、その上に透明導電体層８３を一面に重ね、さらに透過電極部８ｔのための開口部を空けた形にパターン化された反射導電体層８４を形成するようにしている。これにより、透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとの高さの違いは、反射導電体層８４の一層分の厚さだけのものとなる。
【００６９】
図５においては、レジスト膜８２を透過領域及び反射領域共に平坦にするように敷設し、その上に透明導電体層８３を一面に重ねるものの透過電極部８ｔに対応する領域のみ厚さを厚くするようにしている。透明導電体層８３の当該厚い部分は、他の部分よりも反射導電体層８４の厚さ分高くされている。そして、この上に透過電極部８ｔのための開口部を空けた形にパターン化された反射導電体層８４を形成するようにしている。これにより、透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとの高さの違いは、ほとんどなくなる。
【００７０】
図６においては、レジスト膜８２を透過電極部８ｔの領域に対応する部分のみ厚くして敷設し、その上に透明導電体層８３を一面に重ねている。ここでのレジスト膜８２の当該厚い部分は、反射導電体層８４の厚さ分だけ他の部分よりも高くされている。そして、この上に透過電極部８ｔのための開口部を空けた形にパターン化された反射導電体層８４を形成するようにしている。これにより、透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとの高さの違いは、ほとんどなくなる。
【００７１】
このように透過電極部と反射電極部との高さを合わせた構成は、従来のような両者の結合部における傾斜面の領域を小さくするので、不要な反射光を減らすととともに当該画素電極の面積を画像表示のために有効活用され開口率の低下抑制に寄与することになる。
【００７２】
透過電極部８ｔと反射電極部８ｒとの高さを同等にする手法は、他にも種々考えられるが、これらに高さの違いが生じる場合でも、本発明を適用することは可能である。
【００７３】
すなわち、透過電極部８ｔの主面と反射電極部８ｒの主面とに高さの差があり、この差を定量的に把握できるのであれば、かかる差と上記所定の値Ｄとの総合値に基づいて、上述した趣旨と同様に、液晶層ＬＣにおける透過光Ｌ１と反射光Ｌ２との光路長を等しくすればよいのである。上記例においては、当該電極部の高さの差とカラーフィルタにおける高さの違いとの合計値がλ／４になるようにすればよく、当該電極部の高さの差が、ある値Ｄ′である場合には、カラーフィルタに設定される所定値Ｄにはλ／４−Ｄ′を採用すればよいことになる。
【００７４】
上述したカラーフィルタ１，１Ａは、基本的に次のような工程によって製造することができる。すなわち、
（１）基板２０上に光透過性材料を堆積する工程
（２）光透過性材料の堆積層を、１つの画素において透過光Ｌ１を透過させる領域に対応する所定の形状の底面３ｂ及び所定の高さの壁面３ｗを有する少なくとも１つの凹状部が形成されるようパターン化して段差形成層３０，３０Ａを形成する工程
（３）当該凹状部及び段差形成層３０，３０Ａに、透過及び反射光の着色用材料を堆積し、厚さ及び高さを既述の如く設定しつつそれぞれ第１着色部１０ｔと第２着色部１０ｒとを形成する工程
である。
【００７５】
かかるカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、カラーフィルタの透過及び反射領域と画素電極のそれらとを位置合わせする工程を含めて製造すればよい。ここでは、画素電極の透明電極部と反射電極部とを略同等の高さで形成する工程を採用することができる。
【００７６】
なお、着色部１０ｔ及び１０ｒを被覆する保護膜を設ければ、共通電極層４や配向膜５などの他の層に着色材が直接触れることがなくなるので、当該他の層への汚染防止の効果を期待することもできる。
【００７７】
また、上記実施例においては、カラーフィルタの画素に対応する画素領域部１０を、円形の透過用第１着色部１０ｔとこれを取り巻く形の反射用第２着色部１０ｒとの２つのサブ領域に分けた例を説明したが、本発明は必ずしもこのような例に限定されない。３つ以上のサブ領域に分割してもよいし、各サブ領域の形状、配置及び数も任意に定めることができる。
【００７８】
基本的には、カラーフィルタにおける透過用の領域と反射用の領域は、当該表示デバイスにおいて扱われる上記第１の光と上記第２の光とにそれぞれ割り当てられた領域（ここに挙げた実施例においては画素電極に形成された透過部及び反射部の各領域）に対応し、その形状、配置及び数と同じである。したがって、上記実施例におけるが如き円形の第１着色部１０ｔとこれを囲繞する第２着色部１０ｒといった構成に代えて、当該第１着色部を平面図上矩形としたり、大略矩形だが丸みを帯びた形状（楕円を含む）を呈するものとしたり、５辺以上の線分によって囲まれた多角形とすることもできる。なお、段差形成層３０，３０Ａの凹部を、平面図上で内角の大きい多角形又は曲率半径の大きい曲線の輪郭の少なくとも一部として有する形状とすることは、所望のパターンを正確に形成する上で有利である。この点は、より微細な画素により構成される画面の表示装置ほど重要である。
【００７９】
本発明において他に色々な改変例が可能なことは言うまでもない。例えば、画素領域部も図１に示したような格子状でなくともよいことは勿論である。また、透明樹脂層３０，３０Ａに形成された凹部は、その支持層たる基板２０を露出させる完全な開口となっておりその底面は基板２０の表面となっているが、図７に示されるように、凹部壁面３ｗ′を有する段差形成層３０′として、底面３ｂ′をその同じ材質で薄く形成された底部透明樹脂層３０ｂで形成するようにしてもよい。
【００８０】
さらに、上記実施例においては、基板２０上に直接カラーフィルタを形成する例を説明しているが、基板２０とカラーフィルタ１，１Ａとの間に何らかの下地層を介挿してもよい。すなわち本発明は、こうした下地層及び基板を含めた何らかの基体層により支持されうるカラーフィルタを指向するものである。
【００８１】
また、透明樹脂層を完全に無色透明なものとする他に、所望の目的で何らかの着色性を有するものとすることもできる。また、上記実施例においては、フルカラー画像を形成するためにＲ，Ｇ，Ｂの３原色についてのカラーフィルタにつき説明したが、本発明は、モノクロ画像専用の単色についてのカラーフィルタに対しても適用可能である。さらに、上記実施例では、表示システムによっては適宜必要とされるブラックマトリクス等の付加的構成要素も説明しなかったが、本発明はこのような構成要素を排除するものでもない。
【００８２】
このように、ここに記述された好適実施例は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は添付の請求項により示されており、かかる請求項の意味の中に入る全ての変形例は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの概略平面図。
【図２】図１のカラーフィルタが組み込まれた液晶表示パネルの概略断面図。
【図３】本発明の第２実施例によるカラーフィルタが組み込まれた基板アセンブリの概略断面図。
【図４】本発明における液晶表示装置の透過電極部と反射電極部との高さを同等にする形態の一例を示す模式図。
【図５】本発明における液晶表示装置の透過電極部と反射電極部との高さを同等にする形態の他の例を示す模式図。
【図６】本発明における液晶表示装置の透過電極部と反射電極部との高さを同等にする形態のさらに他の例を示す模式図。
【図７】本発明による改変例のカラーフィルタが組み込まれた基板アセンブリの概略断面図。
【符号の説明】
１…カラーフィルタ
１０，１０Ａ…画素領域部
１０ｔ…第１着色部
１０ｒ…第２着色部
１Ｃ…着色層
１００…液晶表示パネル
２０…透明基板
２１…４分の１波長板
２２…偏光板
３０，３０Ａ，３０ｂ…透明樹脂層
３ｂ，３ｂ′…凹部底面
３ｗ，３ｗ′…凹部壁面
３Ｐ…光透過性粒子
３Ｓ…光透過性母材
ＬＣ…液晶層
７０…背面側基板
７１…４分の１波長板
７２…偏光板
７３…バックライト
８０…画素電極層
８ｔ…透過電極部
８ｒ…反射電極部
８１…レジスト膜
８２…凹凸調整膜
８３…透明導電体層
８４…反射導電体層
９０…ＴＦＴ複合層
９１…遮光膜
９２…絶縁層
９３…ソース電極
９４…ドレイン電極
９５…半導体層
９６…ゲート絶縁膜
９７…第２ゲート絶縁膜
Ｌ１…透過光
Ｌ２…反射光

Claims

画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタであって、
前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを有し、前記第１着色部は、前記第２着色部よりも大なる厚さを有し、前記第１着色部は、第２着色部から沈下して形成され、前記第１着色部の主面と前記第２着色部の主面とに所定の値の高さの差がある、
カラーフィルタ。
請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記所定の値は、当該カラーフィルタが適用される液晶表示パネルに用いられる液晶層の前記第１着色部に対応する部分が前記第１の光に対し奏する光学作用と当該液晶層の前記第２着色部に対応する部分が前記第２の光に対し奏する光学作用とを互いに略同等又は共に適正なものとするのに要求される値である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項２に記載のカラーフィルタであって、当該光学作用は、リタデーション生起作用である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項１，２又は３に記載のカラーフィルタであって、前記第１着色部と前記第２着色部は、同一光路及び同一特性の光が透過したときに前記第１着色部が前記第２着色部よりも大なる着色効果を呈するような厚さをそれぞれ有する、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項４に記載のカラーフィルタであって、前記第１着色部は、前記第２着色部の略２倍の厚さを有する、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項１ないし５のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタであって、前記第１着色部と前記第２着色部とに当該所定の値だけ異なる高さを持たせるための前記第２着色部を支持する光透過性材質の段差形成層を有する、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項６に記載のカラーフィルタであって、前記段差形成層は、無色透明である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
請求項１ないし７のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタであって、前記段差形成層は、光透過性母材と、この母材とは異なる屈折率を有しかつこれに散在して混入された多数の光透過性粒子とを含む、ことを特徴とするカラーフィルタ。
画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタを用いた液晶表示装置であって、前記カラーフィルタは、前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを有し、前記第１着色部は、前記２着色部よりも大なる厚さを有し、前記第１着色部は、第２着色部から沈下して形成され、前記第１着色部の主面と前記第２着色部の主面とに所定の値の高さの差がある、液晶表示装置。
請求項９に記載の液晶表示装置であって、
前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の表示面側の基板に設けられ、
当該反対側の基板には、前記第１の光を透過させる透過電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、
前記第１着色部の領域は前記透過電極部の領域と、前記第２着色部の領域は前記反射電極部の領域と位置合わせされている、
ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置であって、前記透過電極部と前記反射電極部とは、互いに略同一の高さの主面を有する、ことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１０に記載の液晶表示装置であって、前記透過電極部の主面と前記反射電極部の主面とは高さの差があり、この差と前記所定の値との総合値は、当該液晶表示装置に用いられる液晶層の前記透過電極部に対応する部分が前記第１の光に対し奏する光学作用と当該液晶層の前記反射電極部に対応する部分が前記第２の光に対し奏する光学作用とを略同等にするのに要求される値である、ことを特徴とする液晶表示装置。
画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタを製造する方法であって、
基体層上に光透過性材料を堆積する工程と、
前記光透過性材料の堆積層を、１つの画素において前記第１の光を透過させる領域に対応する所定の形状の底面及び所定の高さの壁面を有する少なくとも１つの凹状部が形成されるようパターン化して段差形成層を形成する工程と、
前記凹状部及び前記段差形成層に、前記第１及び第２の光を着色させるための材料を堆積し、それぞれ前記第１の光を着色するための第１着色部と前記第２の光を着色するための第２着色部とを形成し、前記第１着色部は、前記２着色部よりも大なる厚さを有し、前記第１着色部は、第２着色部から沈下して形成され、前記第１着色部の主面と前記第２着色部の主面とに所定の値の高さの差があるようにした工程と、
を有するカラーフィルタの製造方法。
請求項１３に記載の方法に含まれる工程を有する液晶表示装置の製造方法であって、
当該製造方法において、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の表示面側の基板に設けられ、当該反対側の基板には、前記第１の光を透過させる透過電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、
当該製造方法は、前記第１着色部と前記透過電極部とを、前記第２着色部と前記反射電極部とを位置合わせする工程をさらに有する、
液晶表示装置の製造方法。
請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法であって、前記透明電極部と前記反射電極部とを略同等の高さで形成する画素電極形成工程をさらに有する、製造方法。