JP2005084511A - カラーフィルタ基板及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器 - Google Patents

カラーフィルタ基板及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】 反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることにより、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことのできるカラーフィルタ基板を提供する。
【解決手段】 光を反射する反射部と光を透過する透過部とを有するカラーフィルタ基板4aである。このカラーフィルタ基板4aは、透明な基材9aと、基材9a上に形成された下地層11と、下地層11上に形成された反射膜12と、反射膜12上に形成されたバンク15と、バンク15によって囲まれた領域内に設けられた着色要素16とを有する。下地層11は透過部に対応して低い段差部38を有し、さらに着色要素16は透過部で厚く(Tt0)、反射部で薄い(Tr0)。反射部と透過部で光の明るさ及び色の濃さが均一になる。下地層11に段差部38を設けたので、着色要素16の膜厚を反射部と透過部とで正確に設定できる。
【選択図】 図2



Description

本発明は、液晶装置等といった電気光学装置に用いられるカラーフィルタ基板及びその製造方法に関する。また、本発明は、そのカラーフィルタ基板を用いて構成される電気光学装置に関する。また、本発明は、その電気光学装置を用いて構成される携帯電話機、携帯情報端末機等といった電子機器に関する。
液晶装置、有機EL装置等といった電気光学装置によってカラー表示を行うことは従来から知られている。このような電気光学装置では、その内部にカラーフィルタ基板が組み込まれる。このカラーフィルタ基板は、例えば、透明ガラスから成る基材上にR(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色要素を所定の配列となるように形成することによって形成される。
ところで、液晶装置として次の3種類が知られている。第1は、太陽光、室内光等といった外部光を装置内部で反射させ、その反射光を用いて表示を行う、いわゆる反射型の液晶装置である。第2は、冷陰極管、LED(Light Emitting Diode)等といった光源から放出されて液晶装置の内部を透過する光を用いて表示を行う、いわゆる透過型の液晶装置である。第3は、反射型及び透過型の2つの機能を併せて持つ半透過反射型の液晶装置である。
上記の反射型液晶装置及び半透過反射型液晶装置においては、反射光を用いて表示を行う際に、外部光がカラーフィルタの着色要素を2回通過するので光の吸収が多くなって表示の明るさが低下するという問題があった。この問題を解消するため、画素領域の中に着色要素を形成しない領域、すなわち反射膜が剥き出しの領域を形成するようにした反射型液晶装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この液晶装置では、反射膜が剥き出しの部分を通して明るい光を通過させることにより、カラー表示の明るさが低下することを防止している。
また、従来、半透過反射型の液晶装置において、光反射膜の光透過用開口を着色要素の最大膜厚部分に合わせるという技術、すなわち、透過部に相当する着色要素の膜厚を厚くするという技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。この技術によれば、反射部における光の光路長と透過部における光の光路長とを近づけることにより、反射表示時と透過表示時との間で均一な色表示が可能となっている。
特開平10−186347号公報(第3〜4頁、図1) 特開2002−287131号公報(第7頁、図5)
しかしながら、特許文献1に開示された液晶装置では、反射膜剥き出し部分がブラックマスクの内側領域、すなわち、ブラックマスクとは別の領域に設けられるので、着色要素の面積が狭くなって彩度が低下するという問題があった。また、特許文献2に開示された液晶装置では、透過部と反射部との間で着色要素の膜厚差を希望通りに大きくとることが難しく、それ故、反射部で十分に明るい表示を得るために着色要素の膜厚を薄くすると、彩度が不十分であった。また、彩度を得るために着色要素の膜厚を厚くすると、明るさが不十分であった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることにより、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことのできるカラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、電気光学装置、及び電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係るカラーフィルタ基板は、光を反射する反射部と光を透過する透過部とを有するカラーフィルタ基板において、透明な基材と、該基材上に形成された下地層と、該下地層上に形成された反射膜と、該反射膜上に形成されたバンクと、該バンクによって囲まれた領域内に設けられた着色要素とを有し、前記下地層は前記透過部に対応して低い段差部を有し、さらに前記着色要素は前記透過部で厚く前記反射部で薄いことを特徴とする。
このカラーフィルタ基板によれば、着色要素の下地層について透過部に対応して低い段差部を形成したので、透過部に対応して着色要素の膜厚を十分に厚くすることができ、それ故、反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることができる。それ故、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことができる。
上記構成のカラーフィルタ基板において、前記着色要素は前記反射部と前記透過部とで同じ材質であることが望ましい。一般に、フォトリソグラフィ処理を用いれば、反射部と透過部との間で着色要素の膜厚を独自に決めることができる。しかしながら、この場合には、反射部と透過部のそれぞれに対してフォトリソグラフィ処理を繰り返さなければならず、コストも時間もかかり過ぎる。これに対し、反射部と透過部との間で着色要素の材質を同じにすれば、作業が簡単でコストも低く抑えることができる。
上記構成のカラーフィルタ基板において、前記バンクの表面には撥インク処理が施されるか、あるいは、前記バンクは撥インク性の樹脂によって形成されることが望ましい。ここでいう撥インク性の対象となるインクは、着色要素の材料のことである。上記のようにバンクに撥インク性を持たせれば、インクジェット技術、すなわち液滴吐出技術を用いて着色要素を液滴吐出によって成膜するとき、バンクへの着色要素の付着を防止できるので非常に有利である。
ここで、インクジェット技術とは、着色要素の材料をインク滴としてノズルから吐出して希望の個所に吐着させる技術である。インクの吐出方法としては、通電に応じて振動する圧電素子を用いてノズルの内部容積を変化させてインクを吐出する方法や、ノズル内部のインクを熱膨張させて吐出する方法や、その他任意の液滴吐出技術を採用できる。
上記構成のカラーフィルタ基板において、前記透過部における前記着色要素の厚さをTtとし、前記反射部における前記着色要素の厚さをTrとするとき、それらの厚さの関係は
Tt:Tr=(1.3〜5):1
であることが望ましい。これにより、反射部における明るい表示と、透過部における濃くて鮮明な表示の両方を実現できる。
次に、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造方法は、光を反射する反射部と光を透過する透過部とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、基材上に下地層を形成する工程と、前記下地層上に反射膜を形成する工程と、前記反射膜上にバンクを形成する工程と、前記バンクによって囲まれた領域内に液滴吐出によって着色要素を形成する工程とを有し、前記下地層を形成する工程では前記透過部に対応して低い段差部が形成され、前記反射膜を形成する工程では前記透過部に対応して開口が形成されることを特徴とする。
このカラーフィルタ基板の製造方法によれば、着色要素の下地層について透過部に対応して低い段差部が形成され、さらに反射膜について透過部に対応して開口が形成されるので、透過部に対応して着色要素の膜厚を十分に厚くすることができ、それ故、反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることができる。それ故、本製造方法によって製造されたカラーフィルタ基板を用いたカラー表示において、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことができる。
上記構成のカラーフィルタ基板の製造方法において、前記着色要素を形成する工程では前記透過部に対応して液滴の吐出量が多いことが望ましい。これにより、透過部に多量の着色要素材料を供給できるので、透過部における着色要素の膜厚を確実に厚くできる。なお、液滴の吐出量を多くするための具体的な手法としては、例えば、インクジェットヘッドのノズルから吐出される1滴当りの液滴量を多くしたり、透過部における液滴の吐出回数を多くしたりすることが考えられる。
上記構成のカラーフィルタ基板の製造方法において、前記バンクを形成する工程では、当該バンクの表面に撥インク処理が施されるか、あるいは、当該バンクは撥インク性の樹脂によって形成されることが望ましい。こうすれば、液滴吐出技術、すなわちインクジェット技術を用いて基材上に着色要素を形成する際に、バンクへの着色要素材料の付着を防止でき、それ故、着色要素を常に安定して一定形状に形成でき、しかも着色要素間での混色を防止できる。
次に、本発明に係るカラーフィルタ基板は、以上に記載したカラーフィルタ基板の製造方法によって製造されることを特徴とする。このカラーフィルタ基板によれば、着色要素の下地層について透過部に対応して低い段差部が形成されるので、透過部に対応して着色要素の膜厚を十分に厚くすることができ、それ故、反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることができる。それ故、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことができる。
次に、本発明に係る電気光学装置は、以上に記載した構成のカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板上に設けられた電気光学物質の層とを有することを特徴とする。ここで、電気光学物質としては、液晶装置で用いられる液晶や、有機EL装置で用いられる有機ELや、プラズマディスプレイ装置で用いられる放電用ガス等がある。これらの電気光学物質は、カラーフィルタ基板に直接に接触するように設けられたり、カラーフィルタ基板と対向基板との間に挟持されたり、その他、電気光学装置の構造に適合した種々の方法で設けられる。このような電気光学装置としては、例えば、液晶装置、有機EL装置、プラズマディスプレイ装置、その他各種の装置が考えられる。
この電気光学装置においては、内蔵するカラーフィルタ基板において着色要素の下地層について透過部に対応して低い段差部を形成したので、透過部に対応して着色要素の膜厚を十分に厚くすることができ、それ故、反射部と透過部との双方で着色要素の膜厚をそれぞれの適正値に正確に合わせることができる。それ故、反射部で明るく、透過部で濃い表示を行うことができる。これにより、電気光学装置に関する各種の表示を鮮やかな色彩で表示することができる。
次に、本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置と、該電気光学装置の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。このような電子機器としては、例えば、携帯電話機、携帯情報端末機、PDA(Personal Digital Assistant)、その他各種の機器が考えられる。
(カラーフィルタ基板及び電気光学装置の実施形態)
以下、本発明に係るカラーフィルタ基板をそれが用いられる電気光学装置と共に一例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、2端子型のスイッチング素子であるTFD(Thin Film Diode)を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置であって、半透過反射型の液晶装置を例に挙げるものとする。なお、本発明がその実施形態に限定されるものでないことは、もちろんである。
図4において、電気光学装置としての液晶装置1は、液晶パネル2と、それに組みつけられる照明装置3とを有する。液晶パネル2は、第1基板4aと第2基板4bとを矢印A方向から見て環状のシール材6によって貼り合わせることによって形成されている。第1基板4aはカラーフィルタが形成されるカラーフィルタ基板であり、第2基板4bはTFD素子が形成される素子基板である。図5は図4の液晶パネル2における1つの表示用ドット領域Dの部分を拡大して示している。図5に示すように、第1基板4aと第2基板4bとの間には、スペーサ7によって維持される隙間、いわゆるセルギャップGが形成され、このセルギャップG内に液晶が封入されて液晶層8が形成されている。
図1は、図4の第1基板4aの1画素領域を矢印A方向、すなわち観察側方向から見た場合の平面的な構成を示している。また、図2(a)は図1のA−A線に従った第1基板4aの断面構造を示している。図2(a)において、第1基板4aは、透光性のガラス、透光性のプラスチック等によって形成された第1基材9aを有する。その第1基材9aの液晶側表面には下地層としての樹脂層11が形成され、その上に反射膜12が形成される。
また、反射膜12の上には遮光部材13が形成され、その遮光部材13の上に撥インク層14が形成される。これら遮光部材13及び撥インク層14によってバンク15が形成される。撥インク層14は、後述するインクジェット技術によって吐出される着色要素材料を撥ねることができる材料の層である。遮光部材13を撥インク性の樹脂によって形成するのであれば、この撥インク層14は不要である。なお、バンク15は後述するインクジェット処理の際に着色要素材料の吐出領域を区画するように機能する。
バンク15は、1本ずつが図2(a)の紙面垂直方向及び紙面左右方向に延びるように形成され、全体としては図1に示すように格子状に形成される。バンク15によって囲まれる方形状の領域内には着色要素16が形成される。この着色要素16にはR,G,Bの3色があり、それらが、バンク15によって囲まれる1つの領域に1色ずつ形成される。なお、図1に示すように、R色の着色要素を16r、G色の着色要素を16g、B色の着色要素16bを16bと呼ぶことにする。本実施形態では、これらのR,G,B各色の着色要素16を図7(a)のストライプ配列で並べるものとし、これらの着色要素16によってカラーフィルタが構成される。
なお、着色要素16の配列としては、ストライプ配列以外に種々採用でき、例えば、図7(b)に示すモザイク配列や、図7(c)に示すデルタ配列等が考えられる。モザイク配列とは、R,G,Bが縦列と横列の両方で順番に繰り返して並べられる配列である。また、デルタ配列とは、R,G,Bが三角形の頂点に相当する位置に配列されると共に横列方向でR,G,Bが順番に繰り返して並べられる配列である。
図2(a)において、着色要素16の上にはオーバーコート層17が形成され、その上に帯状の透明電極18aが形成され、その上に配向膜19aが形成される。配向膜19aには配向処理、例えばラビング処理が施され、これにより、その配向膜19aの近傍の液晶分子の配向が決められる。また、第1基材9aの外側表面には、図4に示すように偏光板21aが貼着等によって装着されている。
図2(a)において、樹脂層11の表面には凹凸が形成され、その樹脂層11に積層された反射膜12の表面にも凹凸が形成される。この凹凸パターンは、矢印A方向から見て平面内でランダムに形成されている。この凹凸の存在により、反射膜12に入射した光は散乱光となって反射する。1本の帯状の透明電極18aは、図2(a)の紙面垂直方向へ延びており、隣り合う電極18aの間にはバンク15の幅にほぼ一致する間隔が設けられている。これにより、複数の電極18aは、矢印A方向から見てストライプ状に形成されている。
図5において、液晶層8を挟んで第1基板4aに第2基板4bが対向する。図3(a)は、その第2基板4bの1画素領域の平面構造を図4の矢印A方向から見た状態を示している。また、図3(b)は、図3(a)のB−B線に従った第2基板4bの断面構造を示している。図3(b)において、第2基板4bは、透光性のガラス、透光性のプラスチック等によって形成された第2基材9bを有する。その第2基材9bの液晶側表面には、線状のライン配線22、アクティブ素子としてのTFD素子23及び透明なドット電極18bが形成される。さらに、それらの要素の上に配向膜19bが形成され、その配向膜19bに配向処理、例えばラビング処理が施され、これにより、その配向膜19bの近傍の液晶分子の配向が決められる。図5の第1基板4a側の配向膜19aのラビング方向と第2基板4b側の配向膜19bのラビング方向は、液晶の特性に応じて適宜の角度で交差するようになっている。また、第2基材9bの外側表面には、図4において偏光板21bが貼着等によって装着されている。
図3(a)において、ドット電極18bは正方形又は長方形に近いドット形状に形成されており、TFD素子23を介してライン配線22に接続されている。なお、参考のために、第1基板4a側に形成される帯状電極18aを鎖線で示している。ドット電極18bと帯状電極18aとが平面的に重なる領域が1つの表示用ドット領域Dを構成する。この1つの表示用ドット領域DがR,G,Bの1つの色に対応する領域である。カラー表示を行う本実施形態では、R,G,Bの3色に対応する3つの表示用ドット領域Dによって1つの画素が構成される。図5において、反射膜12には、個々の表示用ドットDに対応して光通過用の開口24が設けられている。これらの開口24は、反射膜12に光を透過させる機能を持たせるための構成であり、これにより、透過部が構成される。透過部以外の反射膜12が存在する部分が反射部である。
図3(a)のTFD素子23は、図6に示すように、第1TFD要素23aと第2TFD要素23bとを直列に接続することによって形成されている。このTFD素子23は、例えば、次のようにして形成される。すなわち、まず、TaW(タンタルタングステン)によってライン配線22の第1層22a及びTFD素子23の第1金属26を形成する。次に、陽極酸化処理によってライン配線22の第2層22b及びTFD素子23の絶縁膜27を形成する。次に、例えばCr(クロム)によってライン配線22の第3層22c及びTFD素子23の第2金属28を形成する。
第1TFD要素23aの第2金属28はライン配線22の第3層22cから延びている。また、第2TFD要素23bの第2金属28の先端に重なるように、ドット電極18bが形成される。ライン配線22からドット電極18bへ向けて電気信号が流れることを考えれば、その電流方向に沿って、第1TFD要素23aでは第2電極28→絶縁膜27→第1金属26の順に電気信号が流れ、一方、第2TFD要素23bでは第1金属26→絶縁膜27→第2金属28の順に電気信号が流れる。
つまり、第1TFD要素23aと第2TFD要素23bとの間では電気的に逆向きの一対のTFD要素が互いに直列に接続されている。このような構造は、一般に、バック・ツー・バック(Back-to-Back)構造と呼ばれており、この構造のTFD素子は、TFD素子を1個のTFD要素だけによって構成する場合に比べて、安定した特性を得られることが知られている。
図4において、第2基板4bは第1基板4aの外側に張り出す張出し部29を有し、その張出し部29の第1基板4a側の表面には配線31及び端子32が形成されている。これらの配線31及び端子32が集まる領域に1つの駆動用IC33a及び2つの駆動用IC33bが図示しないACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電膜)によって実装されている。
配線31及び端子32は第2基板4b上にライン配線22やドット電極18bを形成するときに同時に形成される。なお、ライン配線22は張出し部29の上にそのまま延び出て配線31となって、駆動用IC33aに接続されている。また、第1基板4aと第2基板4bとを接着するシール材6の内部には球形又は円筒形の導通材(図示せず)が混入されている。第1基板4a上に形成された帯状電極18aは第1基板4aの上でシール材6の所まで引き回された後、シール材6中の導通材を介して第2基板4b上の配線31に接続されている。これにより、第1基板4a上の帯状電極18aは第2基板4b上の駆動用IC33bに接続されている。
図4において、液晶パネル2を構成する第1基板4aの外側表面に対向して配設された照明装置3は、例えば、透明なプラスチックによって形成された方形状で板状の導光体36と、点状光源としてのLED37とを有する。導光体36のうち液晶パネル2と反対側の面には光反射シート(図示せず)を装着することができる。また、導光体36のうち液晶パネル2に対向する面には光拡散シート(図示せず)を装着することができる。また、光拡散シートの上に、さらに、プリズムシート(図示せず)を装着することもできる。LED37は本実施形態では3個使用されているが、LED37は必要に応じて1個とすることもでき、あるいは、3個以外の複数個とすることもできる。また、LED等といった点状光源に代えて、冷陰極管等といった線状光源を用いることも出来る。
以下、上記構成より成る液晶装置に関してその動作を説明する。
太陽光、室内光等といった外部光が十分な場合、図5に矢印Fで示すように、外部光が第2基板4bを通して液晶パネル2の内部へ取り込まれ、この外部光が液晶層8を通過した後に反射膜12で反射して液晶層8へ供給される。他方、外部光が不十分である場合には、図4の照明装置3を構成するLED37を点灯する。このとき、LED37から点状に出た光は導光体36の入光面36aから該導光体36の内部へ導入され、その後、液晶パネル2に対向する面、すなわち光出射面36bから面状に出射する。このようにして光出射面36bの各所から出射する光が、図5において矢印Gで示すように反射膜12に形成した開口24を通って面状の光として液晶層8へ供給される。
以上のようにして液晶層8へ光が供給される間、液晶パネル2に関しては、図4の駆動用IC33a及び33bによって制御されて、ライン配線22に例えば走査信号が供給され、同時に、帯状電極18aに例えばデータ信号が供給される。このとき、走査信号とデータ信号との電位差に応じて特定の表示用ドットに付属するTFD素子23(図3(a)参照)が選択状態(すなわち、オン状態)になると、その表示用ドット内の液晶容量に映像信号が書き込まれ、その後、当該TFD素子23が非選択状態(すなわち、オフ状態)になると、その信号は当該表示ドットに蓄えられて当該表示ドット内の液晶層を駆動する。
こうして、液晶層8内の液晶分子が表示用ドットDごとに制御され、それ故、液晶層8を通過する光が表示用ドットDごとに変調される。そして、このように変調された光が図4の第2基板4b側の偏光板21bを通過することにより、液晶パネル2の有効表示領域内に文字、数字、図形等といった像が表示される。図5の反射膜12で反射する外部光を利用して行われる表示が反射型表示である。また、照明装置3からの光を利用して行われる表示が透過型表示である。本実施形態では、それらの反射型表示及び透過型表示を使用者の希望に応じて、あるいは外部環境の変化に応じて自動的に選択する。
図5において、1つの表示用ドットDに対応して透過部及び反射部が形成されることは記述の通りである。また、透過部は反射膜12に開口24を設けることによって形成されることも記述の通りである。本実施形態では、図2に示すように、この透過部に対応して樹脂層、すなわち下地層11に低い段差部、すなわち窪み38が形成される。この窪み38の平面形状は反射膜12の開口24と同じ又は略同じである。低い段差部38は、窪みに代えて、基材9aに達する貫通穴としても良い。
透過部に窪み38を設けたことにより、透過部における着色要素16の膜厚Tt0は反射部における着色要素16の膜厚Tr0よりも厚くなっている。このように透過部における着色要素16の膜厚Tt0を反射部における膜厚Tr0よりも厚くすれば、図5において反射表示時の反射光Fが着色要素16を通過する光路長は短くなるので、明るい反射表示を行うことができる。また、透過表示時の透過光Gが着色要素16を通過する光路長は長くなるので色の濃い透過表示を行うことができる。
なお、透過部と反射部との間で着色要素16の材料を異ならせれば、透過部と反射部との間で着色要素16の膜厚を異ならせなくとも、上記のような明るい反射表示と色の濃い透過表示を行うことができるかもしれない。しかしながらその場合には、着色要素16を形成するための工程が非常に複雑になる。これに対し,本実施形態のように透過部と反射部との間で着色要素16の材料を同じにすれば、着色要素の形成工程が非常に簡単になる。
(変形例)
以上の実施形態では2端子型のスイッチング素子であるTFD素子を用いたアクティブマトリクス方式で半透過反射型の液晶装置に本発明を適用したが、本発明は、3端子型のスイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置にも適用できる。また、スイッチング素子を用いない単純マトリクス方式の液晶装置にも適用できる。また、本発明は、反射型の液晶装置にも適用できる。さらに、本発明は,液晶装置以外の電気光学装置、例えば、有機EL装置、プラズマディスプレイ装置等にも適用できる。
(カラーフィルタ基板の製造方法の実施形態)
次に、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一実施形態を図1及び図2(a)に示したカラーフィルタ基板4aを製造する場合を例に挙げて説明する。
図8は、そのようなカラーフィルタ基板の製造方法の一実施形態を示している。まず、工程P1において、図2(a)の樹脂層11の材料、本実施形態では感光性樹脂を基材9a上に一様にコート、すなわち塗布する。次に、工程P2において、その樹脂層の材料層を露光及び現像して樹脂層11を形成する。このとき、その樹脂層11の表面にランダムな凹凸パターンを形成する。また、このとき、透過部に対応させて窪み38を形成する。以上により、個々の表示用ドットDの中に窪み38を備え、表面にランダムな凹凸パターンを備えた樹脂層11が基材9a上に形成される。
次に、工程P3において、図2(a)の反射膜12の材料、例えばCrをスパッタによって樹脂層11の上に一様に塗布する。次に、工程P4において、レジスト材料をその反射膜材料層の上に一様に塗布し、さらに露光現像して所望のパターンのレジスト膜を形成する。次に、工程P5において、そのレジスト膜をマスクとして上記の反射膜材料層を露光及び現像し、さらに工程P6でエッチング処理を行うことにより、樹脂層11上に反射膜12を形成する。このとき、個々の表示用ドットDの透過部に対応して反射膜12に光透過用の開口24を形成する。以上により、個々の表示用ドットDに対して開口24を備えた反射膜12が形成される。
次に、工程P7において、反射膜12の上に遮光部材13の材料、例えば黒色等で熱硬化タイプの樹脂を一様にコートする。さらに、工程P8において、遮光部材13の材料層の上に感光性撥インク材料を一様にコートする。これにより、遮光部材13の材料と撥インク材料とが重ね塗りされる。次に、工程P9において、上記の2層の材料層を露光及び現像して、図1に示すような格子状のバンク15を形成する。なお、本実施形態で用いる遮光部材13はそれ自体は撥インク性を持たない材料であり、それ故、その表面に撥インク層14を形成することにしている。仮に、遮光部材13それ自体を感光性撥インク性の材料によって形成するならば、撥インク層14は不要であり、その場合には、遮光部材13だけによってバンク15が形成される。
なお、このバンク15は、後述のインクジェット技術による液滴吐出工程における区画部材として機能すると共に、カラー表示の際のブラックマスクとして機能する。撥インク層14は、液滴吐出される着色要素を撥ねるための要素であり、この撥インク層は、例えばフッ素系の材料によって形成されるのが望ましい。以上により、基材9a上には、図1に示すように、バンク15によって囲まれる方形状の領域が複数個、ドットマトリクス状に形成されることになる。
次に、図8の工程P10において、バンク15によって囲まれるドット領域内にインクジェット技術を用いて、着色要素16の材料を液滴として吐出する。ここで、インクジェットヘッド方式による膜形成は、例えば、図9に示すインクジェットヘッド41を矢印X及び矢印Yで示すように平面的に走査移動させることにより行われる。このインクジェットヘッド41は、ほぼ長方形状のケーシング42を有し、そのケーシング42の底面には複数のノズル43が設けられている。これらのノズル43は、直径約0.02〜0.1mm程度の微小な開口を有する。
本実施形態では、複数のノズル43は2列にわたって設けられ、これにより、2本のノズル列44,44が形成されている。個々のノズル列44において、ノズル43は一定の間隔で直線上に設けられている。これらのノズル列44には、矢印Hで示す方向から液状材料が供給される。供給された液状材料は圧電素子の振動に従って各ノズル43から微小な液滴として吐出される。なお、ノズル列44の個数は、1本又は3本以上であっても良い。3本以上とすれば、R,G,Bの各色着色要素材料を1つのインクジェットヘッド41の各ノズル列44から別々に吐出することも可能である。
インクジェットヘッド41は、図10に示すように、例えばステンレス製のノズルプレート46と、それに対向して配置された振動板47と、その両者を互いに接合する複数の仕切り部材48とを有する。また、ノズルプレート46と振動板47との間には、液状材料を貯留するための複数の貯留室49と、液状材料が一時的に溜る個所である液溜り51とが、各仕切り部材48によって形成されている。さらに、複数の貯留室49と液溜り51とが通路52を介して互いに連通している。また、振動板47の適所に液状材料の供給孔53が形成されており、この供給孔53にパイプ54を介して材料容器56が接続されている。容器56内には着色要素の材料が収容されており、この容器56から供給された液状材料M0は、液溜り51に充填され、さらに、通路52を通って貯留室49に充填される。
インクジェットヘッド41の一部を構成するノズルプレート46には、液状材料を貯留室49からジェット状に噴射するためのノズル43が設けられている。このノズル43が複数個並べられてノズル列44を構成することは図9に関連して既述した通りである。また、振動板47において貯留室49に対応する面には液状材料を加圧するための加圧体57が取り付けられている。この加圧体57は、図11に示すように、圧電素子58及びこれを挟持する一対の電極59a及び59bを有している。
圧電素子58は、電極59a及び59bへの通電によって矢印Jで示す外側へ突出するように撓み変形し、これにより貯留室49の容積を増大させる機能を有する。そして、貯留室49の容積が増大すると、その増大した容積分に相当する液状材料M0が液溜り51から通路52を通って貯留室49内へ流入する。
一方、圧電素子58への通電を解除すると、圧電素子58と振動板47とが共に元の形状に戻り、貯留室49も元の容積に戻る。そのため、貯留室49の内部にある液状材料の圧力が上昇し、ノズル43から液状材料が液滴61となって吐出される。なお、液滴61は、液状材料に含まれる溶剤等の種類にかかわらず、微小な液滴としてノズル43から安定して吐出される。
なお、インクジェットヘッド41はR,G,Bの3色の着色要素16に対して専用のものが用意され、製造ライン上の異なるステージに設置される。そして、これら3色用のインクジェットヘッド41によって別々に各色の着色要素16が形成される。なお、場合によっては、1つのインクジェットヘッド41に3色の着色要素材料の供給系を組み込み、その1つのインクジェットヘッド41だけによって3色の着色要素を吐出することも可能である。以上のようなインクジェットヘッド方式のインク吐出技術を用いて着色要素16を形成すれば、従来のフォトリソグラフィ処理によるパターニング手法に比べて、着色要素材料の消費量を大幅に低減できる。また、フォトリソグラフィ処理に比べて工程が著しく簡単になる。
なお、本実施形態のインクジェット工程では、着色要素16の材料16’は図2(b)に示すように、透過部の膜厚がTt1で、反射部の膜厚がTr1となるように液滴吐出される。つまり、反射部に比べて透過部に多量の材料が吐出される。このように透過部に多量の材料を吐出するためには、図9のインクジェットヘッド41によって液滴吐出を行う際に、透過部に対応して1滴の量を多くしたり、透過部に対応して液滴の吐出回数を増加したりすることが望ましい。
図2(b)のように着色要素材料16’を基材9a上に供給した後、ベーク処理、すなわち乾燥処理を行うことにより、図2(a)に示すように、透過部における着色要素16の膜厚をTt0に成形し、反射部における膜厚をTr0に成形する。最終的には、Tt0>Tr0に設定する。このようなベーク処理は、例えば所定の温度に発熱するホットプレート上に基板4aを載せることによって行われる。
インクジェット方式によって着色要素16が形成された後、図8の工程P11において、図2(a)のオーバーコート層17が形成される。さらに、工程P12において、図2(a)の帯状電極18aがITO(Indium Tin Oxide)等といった透明導電材料を材料としてフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。さらに、工程P13において、配向膜19aがポリイミド等によって形成される。以上により、カラーフィルタ基板4aが製造される。
本実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法によれば、図1及び図2(a)に示したカラーフィルタ基板をインクジェット技術を用いることにより、非常に簡単に且つ経済的に製造できる。また、本実施形態の製造方法を用いれば、図2(a)のように、透過部に窪み38が形成されるので、透過部における着色要素16の膜厚Tt0は反射部における着色要素16の膜厚Tr0よりも厚くなる。このように透過部における着色要素16の膜厚Tt0を反射部における膜厚Tr0よりも厚くすれば、図5において反射表示時の反射光Fが着色要素16を通過する光路長は短くなるので、明るい反射表示を行うことができる。また、透過表示時の透過光Gが着色要素16を通過する光路長は長くなるので色の濃い透過表示を行うことができる。
(変形例)
以上の実施形態では、2端子型のスイッチング素子であるTFD素子を用いたアクティブマトリクス方式で半透過反射型の液晶装置を製造する場合に本発明を適用したが、本発明の方法は、3端子型のスイッチング素子であるTFT(Thin Film Transistor)を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置を製造する場合にも適用できる。また、スイッチング素子を用いない単純マトリクス方式の液晶装置を製造する場合にも適用できる。また、本発明は、反射型の液晶装置を製造する場合にも適用できる。さらに、本発明は、液晶装置以外の電気光学装置、例えば、有機EL装置、プラズマディスプレイ装置、電子放出素子(Field Emission Display 及び Surface-Conduction Electron-Emitter Display 等)等を製造する場合にも適用できる。
(電子機器の実施形態)
以下、本発明に係る電子機器を実施形態を挙げて説明する。なお、この実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
図12は、本発明に係る電子機器の一実施形態を示している。ここに示す電子機器は、表示情報出力源101、表示情報処理回路102、電源回路103、タイミングジェネレータ104及び液晶装置105によって構成される。そして、液晶装置105は液晶パネル107及び駆動回路106を有する。
表示情報出力源101は、RAM(Random Access Memory)等といったメモリや、各種ディスク等といったストレージユニットや、ディジタル画像信号を同調出力する同調回路等を備え、タイミングジェネレータ104により生成される各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等といった表示情報を表示情報処理回路102に供給する。
次に、表示情報処理回路102は、増幅・反転回路や、ローテーション回路や、ガンマ補正回路や、クランプ回路等といった周知の回路を多数備え、入力した表示情報の処理を実行して、画像信号をクロック信号CLKと共に駆動回路106へ供給する。ここで、駆動回路106は、走査線駆動回路(図示せず)やデータ線駆動回路(図示せず)と共に、検査回路等を総称したものである。また、電源回路103は、上記の各構成要素に所定の電源電圧を供給する。液晶装置105は、例えば、図4に示した液晶装置1と同様に構成できる。
図13は、本発明を電子機器の一例である携帯電話機に適用した場合の一実施形態を示している。ここに示す携帯電話機120は、本体部121と、これに開閉可能に設けられた表示体部122とを有する。液晶装置等といった電気光学装置によって構成された表示装置123は、表示体部122の内部に配置され、電話通信に関する各種表示は、表示体部122にて表示画面124によって視認できる。本体部121の前面には操作ボタン126が配列して設けられる。
表示体部122の一端部からアンテナ127が出没自在に取付けられている。受話部128の内部にはスピーカが配置され、送話部129の内部にはマイクが内蔵されている。表示装置123の動作を制御するための制御部は、携帯電話機の全体の制御を司る制御部の一部として、又はその制御部とは別に、本体部121又は表示体部122の内部に格納される。
図14は、本発明に係る電子機器のさらに他の実施形態であるデジタルカメラであって、液晶装置をファインダとして用いるものを示している。このデジタルカメラ130におけるケース131の背面には液晶表示ユニット132が設けられる。この液晶表示ユニット132は、被写体を表示するファインダとして機能する。この液晶表示ユニット132は、例えば図4に示した液晶装置1を用いて構成できる。
ケース131の前面側(図においては裏面側)には、光学レンズやCCD等を含んだ受光ユニット133が設けられている。撮影者が液晶表示ユニット132に表示された被写体像を確認して、シャッタボタン134を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板135のメモリに転送されてそこに格納される。
ケース131の側面には、ビデオ信号出力端子136と、データ通信用の入出力端子137とが設けられている。ビデオ信号出力端子136にはテレビモニタ138が必要に応じて接続され、また、データ通信用の入出力端子137にはパーソナルコンピュータ139が必要に応じて接続される。回路基板135のメモリに格納された撮像信号は、所定の操作によって、テレビモニタ138や、パーソナルコンピュータ139に出力される。
以上の各電子機器に用いられる液晶装置では、図2(a)に示したように、透過部に対応して樹脂層、すなわち下地層11に低い段差部、すなわち窪み38が形成される。透過部にこのような窪み38を設けたことにより、透過部における着色要素16の膜厚Tt0は反射部における着色要素16の膜厚Tr0よりも厚くなっている。このように透過部における着色要素16の膜厚Tt0を反射部における膜厚Tr0よりも厚くすれば、図5において反射表示時の反射光Fが着色要素16を通過する光路長は短くなるので、明るい反射表示を行うことができる。また、透過表示時の透過光Gが着色要素16を通過する光路長は長くなるので色の濃い透過表示を行うことができる。このように本実施形態の電子機器によれば、電子機器に関連する情報を液晶装置によって非常に見易く表示できる。
(変形例)
電子機器としては、以上に説明した携帯電話機や、デジタルカメラの他に、パーソナルコンピュータ、腕時計型電子機器、PDA(Personal Digital Assistant)、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話機、POS端末器等が挙げられる。
(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
本発明者は、図2(a)の透過部膜厚Tt0と反射部膜厚Tr0とを種々に変えて複数種類の液晶装置を製造し、それらの液晶装置によるカラー表示を観察した。その結果、
Tt0:Tr0=1.3:1〜Tt0:Tr0=5:1
の条件となるようにTt0とTr0の寸法を設定した場合に、反射部を使った反射表示と透過部を使った透過表示とが均一になること、すなわち反射部で明るく透過部で濃い表示を行うことができることを知見した。すなわち、透過部における着色要素16の膜厚Tt0は、反射部における着色要素16の膜厚Tr0の1.3倍〜5倍の範囲内に設定することが望ましい。
さらに本発明者は、着色要素16の膜厚が異なる複数種類の液晶装置を製造し、反射表示と透過表示とが均一であるもの、すなわち反射表示が明るく、透過表示が濃い表示を行えるものを選別した。そして、その選別されたものの構造を調べたところ、透過部における着色要素16の膜厚はTt0=1.2μmで、反射部における着色要素16の膜厚はTr0=0.62μmであることを知見した。従って、図2(a)の構造のカラーフィルタ基板4aを製造する際には、着色要素16の膜厚をそれらの値又はそれらの近傍の値に設定することが望ましい。
なお、Tt0=1.2μm,Tr0=0.62μmの寸法を実現するためには、図2(b)において、インクジェット技術による液滴吐出およびホットプレート乾燥により、透過部における材料膜厚をTt1=3.90μm、反射部における材料膜厚をTr1=2.0μmに設定した状態を経過するように40°C〜120°Cで5分間程度加熱してベーク処理を行うことが良い。
本発明に係るカラーフィルタ基板は、液晶装置、有機EL装置等といった電気光学装置にカラー表示機能を持たせるために用いられる。また、本発明に係る電気光学装置は、携帯電話機、携帯情報端末機、PDA等といった電子機器の表示部として好適に用いられる。また、本発明に係る電子機器は、携帯電話機、携帯情報端末機、PDA等といった電子機器であって、特に、種々の情報を視覚的に表示できる機能を備えた電子機器として構成される。
本発明に係るカラーフィルタ基板の一実施形態の1つの画素部分を示す平面図である。 (a)は図1のA−A線に従ってカラーフィルタ基板の断面構造を示す断面図であり、(b)は(a)のカラーフィルタ基板を製造する際の1つの工程を示す図である。 (a)は本発明に係る電気光学装置の一例である液晶装置に含まれる素子側基板の1つの画素部分を示す平面図であり、(b)は(a)のB−B線に従った断面図である。 本発明に係る電気光学装置の一実施形態である液晶装置を示す斜視図である。 図4の液晶装置における1つの表示用ドット領域の断面構造を拡大して示す図である。 図4の液晶装置で用いられるスイッチング素子の1つを示す斜視図である。 図1のカラーフィルタ基板に形成されるR,G,Bの着色要素の配列パターンの例を示す図であり、(a)はストライプ配列、(b)はモザイク配列、(c)はデルタ配列を示している。 本発明に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 図8の製造方法で用いるインクジェットヘッドを示す斜視図である。 図9のインクジェットヘッドの内部構造を示す分解斜視図である。 図10のD−D線に従った断面図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る電子機器の実施形態である携帯電話機を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の実施形態であるデジタルカメラを示す斜視図である。
符号の説明
1.液晶装置(電気光学装置)、 2.液晶パネル、 3.照明装置、
4a,4b.基板、 6.シール材、 7.スペーサ、 8.液晶層、
9a,9b.基材、 11.樹脂層(下地層)、 12.反射膜、 13.遮光部材、
14.撥インク層、 15.バンク、 16,16r,16g,16b.着色要素、
16’.着色要素の材料、 17.オーバーコート層、 18a.透明電極、
18b.ドット電極、 19a,19b.配向膜、 21a,21b.偏光板、
22.ライン配線、 23.TFD素子、 24.開口、 26.第1金属、
27.絶縁膜、 28.第2金属、 29.張出し部、 31.配線、 32.端子、
33.駆動用IC、 36.導光体、 37.LED、 38.窪み(低い段差部)、
41.インクジェットヘッド、 42.ケーシング、 43.ノズル、
44.ノズル列、 46.ノズルプレート、 47.振動板、 48.仕切り部材、
49.貯留室、 51.液溜り、 52.通路、 53.液状材料の供給孔、
54.パイプ、 56.材料容器、 57.加圧体、 58.圧電素子、
59a,59b.電極、 61.液滴、 120.携帯電話機(電子機器)、
130.デジタルカメラ(電子機器)、 D.表示用ドット領域、 G.セルギャップ、
M0.液状材料


Claims (11)

  1. 光を反射する反射部と光を透過する透過部とを有するカラーフィルタ基板において、
    透明な基材と、該基材上に形成された下地層と、該下地層上に形成された反射膜と、該反射膜上に形成されたバンクと、該バンクによって囲まれた領域内に設けられた着色要素とを有し、
    前記下地層は前記透過部に対応して低い段差部を有し、さらに
    前記着色要素は前記透過部で厚く前記反射部で薄い
    ことを特徴とするカラーフィルタ基板。
  2. 請求項1において、前記着色要素は前記反射部と前記透過部とで同じ材質であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  3. 請求項1又は請求項2において、前記バンクの表面には撥インク処理が施されるか、あるいは、前記バンクは撥インク性の樹脂によって形成されることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  4. 請求項1から請求項3の少なくともいずれか1つにおいて、前記着色要素は液滴吐出によって形成されることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  5. 請求項1から請求項4の少なくともいずれか1つにおいて、前記透過部における前記着色要素の厚さをTtとし、前記反射部における前記着色要素の厚さをTrとするとき、
    Tt:Tr=(1.3〜5):1
    であることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  6. 光を反射する反射部と光を透過する透過部とを有するカラーフィルタ基板の製造方法において、
    基材上に下地層を形成する工程と、
    前記下地層上に反射膜を形成する工程と、
    前記反射膜上にバンクを形成する工程と、
    前記バンクによって囲まれた領域内に液滴吐出によって着色要素を形成する工程とを有し、
    前記下地層を形成する工程では前記透過部に対応して低い段差部が形成され、前記反射膜を形成する工程では前記透過部に対応して開口が形成される
    ことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  7. 請求項6において、前記着色要素を形成する工程では前記透過部に対応して液滴の吐出量が多いことを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  8. 請求項6又は請求項7において、前記バンクを形成する工程では、当該バンクの表面に撥インク処理が施されるか、あるいは、当該バンクは撥インク性の樹脂によって形成されることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  9. 請求項6から請求項8の少なくともいずれか1つに記載のカラーフィルタ基板の製造方法によって製造されたことを特徴とするカラーフィルタ基板。
  10. 請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板上に設けられた電気光学物質の層とを有することを特徴とする電気光学装置。
  11. 請求項10記載の電気光学装置と、該電気光学装置の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする電子機器。



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