JP2004361531A

JP2004361531A - カラーフィルタ及びそれを用いた半透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004361531A
Application number: JP2003157615A
Authority: JP
Inventors: Takumi Saito; 匠齋藤; Tadatoshi Maeda; 忠俊前田; Masayuki Kawashima; 正行川島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタにおいて、反射表示で波長分散性の違いを低減させ、透過表示でコントラストの高い表示を可能とし、また、光モレや透過率の減少を解消し、反射及び透過表示で良好な画面表示を可能とするカラーフィルタ、半透過型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】反射部Ｒｅに光散乱性をもたせ、光散乱性が各色毎に設計された光散乱性を有し、カラーフィルタ１１７ａが形成された観測者側電極基板１００ａと、背面側電極基板１０１とで液晶１１０を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで１．８対１〜２．２対１の割合であること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板間に保持された液晶材料に電荷を印加して画像を表示する液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは透過型と反射型の両方のカラーフィルタ機能を併せ持つカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、入射された光の偏光方向を液晶の配向状態を用いて制御することによって画面表示をするものである。この液晶表示装置は、透過型、反射型、半透過型の３種類の表示装置に大別することが出来る。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、背面側電極基板の裏面もしくは側面に光源を配置し、この光源より射出された光によって画面表示を行なう液晶表示装置である。また反射型液晶表示装置は光源を内蔵せず、装置の前面から入射された光を利用して画面表示を行なう液晶表示装置である。更に、近年においては、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の両方の機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
半透過型液晶表示装置における反射部は、前方から入射した室内光あるは自然光を光源として利用する。このため、この液晶表示装置の反射部は、背面側電極基板の表面に前方から入射した光を反射する反射電極、および観察者の表示認識角度すなわち視野角を広くするため、射出する光を散乱させる光散乱機能を表示装置内のいずれかの場所に有する構造となっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６６２８９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３３６１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半透過型液晶表示装置の構造としては、図３に示すように、背面側電極基板３０１の表面に反射電極３０８を設け、観察者側電極基板３００の表面に光散乱層３０６を設けた構造、あるいは図４に示すように、背面側電極基板４０１の表面の反射電極４０８表面に凹凸を設け、観察者側電極基板４００の表面に光散乱層４０６を設けた構造が実用化されている。
【０００７】
いずれの構造であっても、観察者側電極基板の表面に光散乱層を設けた構造は、反射部では後方散乱により光の利用効率が劣り画面表示が暗くなる欠点や、反射電極で反射されて液晶を透過した光は観察者側電極基板の厚みを介して散乱されるため解像度が劣る欠点がある。
一方、透過部では透過部上も光散乱層で覆われてしまうため、透過光を拡散させてしまい、コントラストが低下してしまうという問題点があった。
【０００８】
また、反射部の光は前方から入射して、反射電極で反射して前方に戻るので、観測者側電極基板と背面側電極基板とで液晶を挟持した間隔Ｄ１を二回通過する。また、透過部はバックライトからの光を利用するため、観測者側電極基板と背面側電極基板とで液晶を挟持した間隔を一回透過するのみである。
【０００９】
半透過型液晶表示装置では、透過部と反射部の位相をそろえなければ良好な表示を得ることができない。位相がそろっていないと光モレや透過率の減少といった問題が生じる。このため、液晶を挟持した間隔Ｄ１を、透過部：反射部≒２：１にする必要がある。
また、単位画素中に透過部と反射部をあわせ持つカラーフィルタの反射部においては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）画素内を通過する光の波長がそれぞれ違うために、視野角に依存する散乱光の波長分散性の違いが発生する。従って、それぞれの各色画素において独立に光散乱性を設計する事が望ましい。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。すなわち、単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタの各色反射部に、各色毎に独立に設計した光散乱性をもたせて、反射表示においては波長分散性の違いを低減させ、透過表示においてはコントラストの高い画面表示を可能とし、また、セル内の透過部を通過する光の光路長と、反射部を通過する光の光路長を略等しくして、光モレや透過率の減少を解消し、良好な画面表示を可能とするカラーフィルタを提供することを課題とするものである。
また、上記カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割し、該反射部に光散乱性をもたせたカラーフィルタであって、該光散乱性が各色毎に設計された光散乱性を有し、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで１．８対１〜２．２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１２】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記セル間隔を保持するために、反射部上及び／又は透過部上にポストスペーサが形成されたことを特徴とするカラーフィルタである。
【００１３】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記反射部が透明樹脂、着色剤、及び透明微粒子を主成分とすることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１４】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記反射部が透明樹脂、着色剤、透明微粒子、及び着色微粒子を主成分とすることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１５】
また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタにおいて、前記透明微粒子、又は前記着色微粒子の粒径が１μｍ〜３μｍであることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１６】
また、本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、上記発明によるカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明のカラーフィルタ及び半透過型液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明のカラーフィルタ１１７ａは、観察者側の透明基板１１２上に形成されたものである。このカラーフィルタ１１７ａは、単位画素Ｐｘ中で透過部Ｔｒおよび反射部Ｒｅに分かれた構造になっており、透過部Ｔｒには着色層１０２ａが、反射部Ｒｅには着色層１０３ａが設けられている。
【００１８】
上記透過部の着色層１０２ａおよび反射部の着色層１０３ａは、公知の顔料分散法や染料法を用いて形成することができる。
また、反射部の着色層１０３ａは、着色剤を含有した透明樹脂１０５および透明微粒子１０４から構成され、光散乱機能を有する構造としている。
透明微粒子１０４としては、耐熱性や薬品耐性のあるものであればよく、シリコン樹脂、メラミン樹脂、フッ素系アクリレート樹脂等の有機物、あるいは、アモルファスシリカ、酸化アルミニウム等の無機物、さらには、有機物と無機物の複合物等が使用可能である。
【００１９】
また、透明樹脂としては、耐熱性や薬品耐性のあるものであればよく、例えば、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコン系アクリル樹脂、フルオレン樹脂、エポキシアクリレート樹脂等が使用可能である。
透明微粒子１０４と着色剤を含有した透明樹脂１０５の組み合わせとしては、好ましくは透明微粒子と透明樹脂の屈折率の比が、０．９３以下あるいは１．０８以上であり、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以内の範囲である粒子を使用することが望ましいが、特にこれに限定されるわけではない。
【００２０】
着色層１０２ａからなる透過部と、着色層１０３ａからなる反射部の膜厚は、特に限定されるものではない。しかし、このカラーフィルタ１１７ａを用いた時、観察者側電極基板１００ａと背面側電極基板１０１との間隔において、透過部の間隔Ｄ２と反射部の間隔Ｄ３とを１．８対１〜２．２対１にすることが可能な膜厚に設定する。
これにより、透過部を通過する光の光路長と、反射部を通過する光の光路長を略等しいものとし、良好な画面表示を可能とする。
【００２１】
なお、フォトリソグラフィー法等を用い、透過部の着色層１０２ａ、及び反射部の着色層１０３ａを所定のパターン形状に成形する場合には、パターニング可能な樹脂としてメタクリル酸、ブチルメタクリレート、ヒドロキシメタクリレート等からなるアクリル重合体、アクリルモノマー、光重合開始剤の混合液が使用可能である。
【００２２】
次いで、着色層１０２ａ及び着色層１０３ａ上にＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合酸化物）からなる透明電極１０７を形成し、透明基板１１２の着色層が形成されていない面に偏光板１１１を設け、本発明に係る半透過型液晶表示装置用電極基板（観察者側電極基板１００ａ）を得る。
上記構成とした半透過型液晶表示装置用電極基板（観察者側電極基板１００ａ）と、別途作成した光反射機能を有する電極基板（背面側電極基板１０１）にて液晶を挟持し図１（ａ）に示す半透過型液晶表示装置を作製する。
【００２３】
なお、背面側電極基板１０１には光反射機能を持たせるため、光反射板と液晶駆動用の電極とを別途形成しても、もしくは、光反射板と液晶駆動用の電極とを兼用させた反射電極を形成しても構わない。図１（ａ）の背面電極基板１０１には、反射電極１０８を形成しており、着色層１０３ａにて光散乱を生じさせるために反射電極１０８の表面は平坦としているが、光散乱性を有している反射電極と組み合わせてもよい。
また、半透過型型液晶表示装置の構成部材として配向膜等があげられるが図１（ａ）では図示を省略している。
【００２４】
図１（ｂ）は、本発明のカラーフィルタ及び半透過型液晶表示装置の他の例を示す断面図である。
図１（ｂ）に示すように、本発明のカラーフィルタ１１７ｂは、観察者側の透明基板１１２上に形成されたものである。このカラーフィルタ１１７ｂは、単位画素Ｐｘ中で透過部Ｔｒおよび反射部Ｒｅに分かれた構造になっており、透過部Ｔｒには着色層１０２ｂが、反射部Ｒｅには着色層１０３ｂが設けられている。
【００２５】
反射部の着色層１０３ｂは、着色剤を含有した透明樹脂１０５、透明微粒子１０４、および着色微粒子１０６から構成され、光散乱機能を有する構造としている。着色剤を含有した透明樹脂１０５および透明微粒子１０４は一実施例のものと同様の材料を用いることができる。
図１（ｂ）に示す半透過型液晶表示装置は、カラーフィルタ１１７ｂの部位を除き一実施例のものと同一の構成で実施され説明を省略する。
着色微粒子１０６としては、耐熱性や薬品耐性のあるものであればよく、例えば、染料或いは顔料を分散させたシリコン樹脂、メラミン樹脂、フッ素系アクリレートなどの有機物、アモルファスシリカなどの無機物、さらには、有機物と無機物の複合物などが可能である。
【００２６】
図２は、請求項２に係るカラーフィルタ及びそれを用いた半透過型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
図２に示すように、請求項２に係るカラーフィルタ２１７は、観察者側の透明基板２１２上に形成されたものである。このカラーフィルタ２１７の透過部Ｔｒと反射部Ｒｅの構成は、一実施例と同一の構成である。
【００２７】
上記カラーフィルタ２１７には、着色層２０２からなる透過部上と、着色層２０３からなる反射部上の両方にポストスペーサ２１３が形成されている。ポストスペーサ２１３は透過部上と反射部上どちらか一方に形成してもよい。
ポストスペーサ２１３の高さは、特に制限されるものではなく、観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１との間隔を１．８対１〜２．２対１にすることが可能な高さに設定する。
このポストスペーサ２１３によるセルギャップ制御によって、観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１との間隔を正確に１．８対１〜２．２対１にすることが容易になる。また、この時の液晶表示は間隔を正確に１．８対１〜２．２対１に出来ることから非常に良好な表示を得る事が可能となる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によって詳細に説明を行なう。
＜実施例１＞
図１（ａ）に示すように、透明基板１１２としてガラス基板を用い、ガラス基板上に公知の顔料分散法にてＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）からなる透過部の着色層１０２ａを形成した。透過部の着色層１０２ａの膜厚はＲ、Ｇ、Ｂ何れも１．３５μｍ±０．２μｍであった。透過部の着色層１０２ａはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれ以下の処方によるレジストにて形成した。
【００２９】

【００３０】
次いで、上記の透過部の着色層１０２ａを形成したガラス基板上に、Ｒ、Ｇ、Ｂの上記各色着色層用レジスト中に透明微粒子を分散させた下記各色光散乱レジストを用いて反射部の着色層１０３ａを形成した。

【００３１】
得られた反射部の着色層１０３ａの各色膜厚及びヘイズ値は以下の通りであった。
・Ｒ：膜厚３．５±０．２μｍ、ヘイズ値６１％
・Ｇ：膜厚３．５±０．２μｍ、ヘイズ値５９％
・Ｂ：膜厚３．５±０．２μｍ、ヘイズ値５７％
【００３２】
また、反射部の着色層１０３ａの形成に用いる光散乱レジストを調製する際の各色着色層用レジストは、上記のように、透過部の着色層１０２ａに用いるものと同一の組成である必要はなく、それぞれ独立に選択することができる。
次いで、公知のスッパタリング法にてＩＴＯからなる透明電極１０７を成膜し、半透過型液晶表示装置用電極（観察者側電極基板１００ａ）を得た。
【００３３】
続いて、透明基板１１２としてガラス基板を準備し、ここにゲート電極、ＳｉＮ膜、ａ−Ｓｉ膜、ドレイン電極、ソース電極等からなる薄膜トランジスタと該薄膜トランジスタにコンタクトした透過部の透明電極１０９及び反射部の反射電極１０８を形成して背面電極基板１０１を準備した。この時、透過部の透明電極１０９と反射部の反射電極１０８は同一の高さだった。
上記の工程で得られた観察者側電極基板１００ａと、背面側電極基板１０１にて液晶１１０を挟持し、図１（ａ）に示す半透過型液晶表示装置を作製した。ここで透過部のセルギャップを４．４μｍとすることにより、反射部では２．２５μｍとなり透過部のギャップは反射部のギャップのおよそ２倍であった。
【００３４】
＜実施例２＞
図１（ｂ）に示す半透過型液晶表示装置において、反射部の着色層１０３ｂ以外の部分は実施例１と同様の方法で作製した。後述する着色微粒子１０６を混合した各色光散乱レジストを用いて形成した。
実施例１と同一組成の、カラーフィルタに好適な各色着色層用レジストを製造し、次に、各色着色層用レジストに透明微粒子１０４及び着色微粒子１０６を混合して各色光散乱レジストを作製した。各色光散乱レジストの組成は以下の通りである。
【００３５】

【００３６】
＜実施例３＞
実施例３は、図２に示すカラーフィルタ２１７の、透過部の着色層２０２上、及び反射部の着色層２０３上にポストスペーサ２１３を形成した観察者側電極基板２００を用いた半透過型液晶表示装置の実施例である。ポストスペーサ２１３を用いた以外の構造および工程は実施例１と同一である。
実施例３で用いたポストスペーサ２１３は、特開平１３−０９２１２８、特開平１３−０９１９５４で開示したスチレン系樹脂材料、及びプロセスを用いた。このポストスペーサ２１３を上記カラーフィルタ２１７上に形成し、観察者側電極基板２００を得た。
【００３７】
上記の工程で得られた観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１にて液晶２１０を挟持し、図２に示す半透過型液晶表示装置を作製した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割し、反射部に光散乱性をもたせたカラーフィルタであって、光散乱性が各色毎に設計された光散乱性を有し、カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで１．８対１〜２．２対１の割合で光路長が略等しいカラーフィルタであるので、反射表示においては波長分散性の違いを低減させ、透過表示においてはコントラストの高い画面表示を可能とするカラーフィルタとなる。また、光モレや透過率の減少を解消し、反射表示における画質及び透過表示における画質の両方の画質を満足する良好な画面表示を可能とするカラーフィルタとなる。
また、表面に凹凸を形成する方法よりも製造コストを抑えることが可能であるため、安価で高品質な半透過型液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のカラーフィルタ及び半透過型液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
（ｂ）は、本発明のカラーフィルタ及び半透過型液晶表示装置の他の例を示す断面図である。
【図２】請求項２に係るカラーフィルタ及びそれを用いた半透過型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図４】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１００ａ、１００ｂ、２００、３００、４００・・・観測者側電極基板
１０１、２０１、３０１、４０１・・・背面側電極基板
１０２ａ、１０２ｂ、２０２、３０２、４０２・・・透過部の着色層
１０３ａ、１０３ｂ、２０３、３０３、４０３・・・反射部の着色層
１０４、２０４、３０４、４０４・・・透明微粒子
１０５、２０５・・・着色剤を含有した透明樹脂
１０６・・・着色微粒子
１０７、２０７、３０７、４０７・・・透明電極
１０８、２０８、３０８、４０８・・・反射電極
１０９、２０９、３０９、４０９・・・透明電極
１１０、２１０、３１０、４１０・・・液晶
１１１、２１１、３１１、４１１・・・偏光板
１１２、２１２、３１２、４１２・・・透明基板
２１３・・・ポストスペーサ
１１４、２１４、３１４、４１４・・・透過入射光
１１５、２１５、３１５、４１５・・・入射光
１１６、２１６、３１６、４１６・・・散乱光
１１７ａ、１１７ｂ、２１７・・・本発明のカラーフィルタ
３０５、４０５・・・透明樹脂
３０６、４０６・・・光散乱層
３１７、４１７・・・従来のカラーフィルタ
Ｐｘ・・・単位画素
Ｒｅ・・・反射部
Ｔｒ・・・透過部
Ｄ１・・・液晶を挟持した間隔（基板の間隔）
Ｄ２・・・透過部の間隔
Ｄ３・・・反射部の間隔

Claims

単位画素を透過部と反射部に分割し、該反射部に光散乱性をもたせたカラーフィルタであって、該光散乱性が各色毎に設計された光散乱性を有し、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで１．８対１〜２．２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタ。
前記セル間隔を保持するために、反射部上及び／又は透過部上にポストスペーサが形成されたことを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタ。
前記反射部が透明樹脂、着色剤、及び透明微粒子を主成分とすることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のカラーフィルタ。
前記反射部が透明樹脂、着色剤、透明微粒子、及び着色微粒子を主成分とすることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のカラーフィルタ。
前記透明微粒子、又は前記着色微粒子の粒径が１μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項３、又は請求項４記載のカラーフィルタ。
単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置。