JP2005099271A - 半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着色画素が光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを廉価に、容易に製造する半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ及び製造方法を提供すること。
【解決手段】一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタで、該透明層がガラス基板の表面をエッチングで形成された透明層。ガラス基板の表面にエッチングで透明層を形成する、透明層が形成されたガラス基板上にブラックマトリックス、着色層を形成すること。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、一画素中の着色画素が、一画素中の光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成されるカラーフィルタを廉価に製造することのできる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ、及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないので、その表示には他からの光を必要とし、例えば、その後方にバックライトを設け、後方からの光によって表示を行っている。このような液晶表示装置は透過型液晶表示装置と称され、主に屋内のような暗い環境下で用いられる。
また、例えば、その後方に光反射層を設け、液晶表示装置を観視する際の周囲からの外光によって表示を行う液晶表示装置がある。このような液晶表示装置は反射型液晶表示装置と称され、主に屋外のような周囲が明るい環境下で用いられる。

上記透過型液晶表示装置においては、その後方に設けられたバックライトからの光はカラーフィルタの着色画素を透過し、液晶表示装置が観視される前方の外部へ射出されるようになっている。
この際の着色画素の分光透過率は、例えば、図５における実線で示すように、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高いものが好ましいものである。

図６は、従来法の反射型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図であるが、図６に示すように、反射型液晶表示装置（６０）は、対向基板（６８）、液晶（６５）、カラーフィルタ（６９）などで構成されている。図６において、対向基板（６８）は、画素表示に必要な駆動素子（図示せず）や光拡散反射性の電極層（６６）などが基板（６７）上に形成されたもので構成されている。
また、カラーフィルタ（６９）は、ガラス基板（６１）、着色画素（６２）、オーバーコート層（６３）、透明電極層（６４）などで構成されている。

図６において、外光（Ｌ１）は着色画素（６２）を通過し色光となり、光拡散反射性の電極層（６６）にて反射され、再び着色画素（６２）を通過して、外部へ反射光（Ｌ２）として射出されるようになっている。
このような反射型液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素（６２）の色濃度は、透過型液晶表示装置用カラーフィルタのカラーフィルタ画素の色濃度より低い色濃度のものである。

これは、上記のように外部からの光は、入射の際と反射の際の２回にわたり赤色の着色画素を透過し、外部へ射出されるので、例えば、図５における点線で示すように、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がやや高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率がやや高いものを用いることにより、実線で示す透過型に用いられる赤色の着色画素の分光透過率と同様の効果が得られるようにしているものである。
そして、このような点線で示すような分光透過率を有する着色画素の形成は、例えば、着色画素に含まれる顔料の含有量を少なくすることにより行われている。

さて、液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素の形成は、種々な方法により行われて
いるが、感光性樹脂組成物に顔料を分散させた感光性着色樹脂組成物（着色フォトレジスト）を材料として用い、フォトリソグラフィー法により着色画素を形成する顔料分散法が広く採用されている。

この顔料分散法、すなわち、着色フォトレジストを用いフォトリソグラフィー法により、上記のような反射型液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素を形成する場合には、画素の色濃度を低くするため、その着色画素に含まれる顔料の含有量を少なくしたり、または、着色画素の厚さを薄く形成する手段が用いられている。

上記透過型液晶表示装置は、主に屋内のような暗い環境下で用いられるものであり、屋外のような周囲が明るい環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。また、上記反射型液晶表示装置は、主に屋外のような周囲が明るい環境下で用いられるものであり、屋内のような暗い環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。

このような透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置に対し、半透過型液晶表示装置と称される液晶表示装置は、１基の液晶表示装置において透過型と反射型の両機能を兼ね備えた液晶表示装置である。
この半透過型液晶表示装置は、屋外のような非常に明るい環境下でも、屋内のような暗い環境下でも用いることができるものであり、モバイル機器に用いられる液晶表示装置として期待されている液晶表示装置である。

図３は、半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を示したものであり、一画素に対応する部位を拡大して示す平面図である。また、図４は、図３に示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置の一画素の部分を示す断面説明図である。図３におけるＸ−Ｘ’線の断面が、図４に示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ（３０）の断面に相当する。

図３、及び図４に示すように、この半透過型液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ（３０）、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された透明導電膜（１４）、液晶（５０）、ＴＦＴ素子（図示せず）などが形成されたＴＦＴ基板（４０）、ＴＦＴ基板上に形成された透明電極（４１）及び反射電極（４２）で構成されている。

半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ（３０）は、ガラス基板（１１）上にブラックマトリックス（１２）、透明層（１７）、着色画素（１３）が形成されたものである。また、透明電極（４１）及び反射電極（４２）はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。
１画素の領域（Ｐｘ）はブラックマトリックス（１２）を除くと、光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）とで構成されている。

光透過領域（Ｔｒ）は、透過型液晶表示装置として機能する領域であり、光反射領域（Ｒｅ）は、反射型液晶表示装置として機能する領域である。

１画素の領域（Ｐｘ）内の着色層（１５）、及び透明層（１７）上に形成された着色層（１６）は、同一の着色層形成材料を用いて設けられた異なる厚さの着色層である。図４にては、説明上、左斜線と右斜線で表記してある。また、図４中、透明層（１７）は反射電極（４２）の上方に位置し、反射電極（４２）の両端の上方が着色層（１５）と透明層（１７）上に形成された着色層（１６）との境界であり、鎖線で表記してある。

着色画素（１３）の光透過領域（Ｔｒ）には、その全領域に厚さＤ１の均一な着色層（１５）が形成され、また、光反射領域（Ｒｅ）には、その全領域に厚さＤ３の均一な透明層（１７）及び厚さＤ２の均一な着色層（１６）が形成されている。

すなわち、１画素の領域（Ｐｘ）内では、光透過領域（Ｔｒ）の均一な着色層（１５）と、光反射領域（Ｒｅ）の透明層（１７）上に形成された均一な着色層（１６）とで着色画素（１３）が構成されている。

そして、透明層（１７）は、無色透明な樹脂で形成するのが一般的である。

図４に示す、厚さＤ１を有する均一な着色層（１５）の分光透過率は図５に実線で示すような、例えば、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高い透過型液晶表示装置に好適な分光透過率を有する。
光透過領域（Ｔｒ）においては白太矢印（Ａ）で示すバックライトからの白色光が、ＴＦＴ基板（４０）、透明電極（４１）、液晶（５０）、透明導電膜（１４）を経て着色画素（１３）の光透過領域（Ｔｒ）の着色層（１５）を通過し色光となり白細矢印（ａ）で示すように、外部へ射出するようになっている。
従って、この半透過型液晶表示装置のバックライトを点灯し透過型液晶表示装置として使用した際には、透過型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をする。

また、この半透過型液晶表示装置のバックライトを消灯し、屋外のような非常に明るい環境下で反射型液晶表示装置として使用した際には、光反射領域（Ｒｅ）において、斜線太矢印（Ｂ）で示す周囲からの外光が、ガラス基板（１１）、透明層（１７）、着色層（１６）を通過し色光となり反射電極（４２）にて反射され、斜線細矢印（ｂ）で示すように、再び外部へ射出するようになっている。

この際の反射光は、厚さ（Ｄ２）の着色層（１６）を２回にわたり通過しているので、例えば、図５に点線で示すような、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がかなり高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率が高いものを用いることにより、実線で示す透過型液晶表示装置に用いられる赤色の着色画素の分光透過率と同様の分光透過率を有するものとなる。

このような半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを用いることにより、透過型液晶表示装置としての優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をし、また、反射型液晶表示装置として暗くならず、優れた明度、彩度を有する反射カラー表示をすることが可能となる。

図７は、上述した半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造する従来の方法の一例の説明図である。この方法は、先ず、ブラックマトリックス（１２）が形成されたガラス基板（１１）上に、ネガ型無色透明フォトレジスト（７８）を塗布し、透明層（１７）を形成する部分を光透過させるフォトマスク（ＰＭ１）を介して露光（Ｃ）、現像処理を行い、透明層（１７）を形成する。（図７（ａ）〜（ｃ））
次に、透明層が形成されたガラス基板（１１）上に、ネガ型着色フォトレジスト（７９）を塗布し、着色層の部分を光透過させるフォトマスク（図示せず）を介して露光、現像処理を行い、着色層（１５）と透明層上の着色層（１６）とで構成される着色画素（１３）を形成するといった方法である。（図７（ｄ）〜（ｅ））
この方法によれば、透過表示に好適な厚さＤ１の着色層（１５）と、反射表示に好適な厚さＤ２の着色層（１６）で構成される着色画素を有するカラーフィルタが得られる。
しかし、この方法は、透明層の形成、及び赤色、緑色、青色の３色の形成、合計４回のフォトリソグラフィー工程によって製造されるので、工程の長いこと、及びそれに伴う収率
の低下があり、基本的にコストの高い製造方法である。
特願２００３−１８６８号公報 特願２００３−１６６１３１号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、着色画素が光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを廉価に、容易に製造することのできる半透過型液晶表示装置用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、上記半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、該透明層がガラス基板の表面をエッチングすることによって形成された透明層であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタである。

また、本発明は、一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
１）ガラス基板の表面にエッチングによって透明層を形成する工程、
２）該透明層が形成されたガラス基板上にブラックマトリックス、着色層を順次に形成する工程、
を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。

本発明は、一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、透明層がガラス基板の表面をエッチングすることによって形成された透明層であるので、廉価に、容易に製造することのできる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタとなる。

また、本発明は、一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、ガラス基板の表面にエッチングによって透明層を形成する工程、透明層が形成されたガラス基板上にブラックマトリックス、着色層を順次に形成する工程を具備するので、廉価に、容易に製造することのできる半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法となる。

以下に本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを、その一実施形態に基づいて説明する。
図２は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を示したものであり、一画素に対応する部位を拡大して示す断面図である。

一実施例として示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（２１）上
にブラックマトリックス（１２）、着色画素（１３）が形成されたものである。
ガラス基板（２１）の表面には、ガラス基板の表面をエッチングすることによって形成された透明層（２７）が設けられている。１画素の領域（Ｐｘ）はブラックマトリックス（１２）を除くと、光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）とで構成されている。

１画素の領域（Ｐｘ）内の着色層（１５）及びガラス基板の表面をエッチングすることによって形成された透明層（２７）上の着色層（１６）は、同一の着色層形成材料を用いて同時に設けられた異なる厚さの着色層である。
また、図２中、光透過領域（Ｔｒ）の着色層（１５）と透明層（２７）上の着色層（１６）との境界を点線で表記してある。

着色画素（１３）の光透過領域（Ｔｒ）には、その全領域に厚さＤ１の均一な着色層（１５）が形成され、また、光反射領域（Ｒｅ）の透明層（２７）上には、その全領域に厚さＤ２の均一な着色層（１６）が形成されている。

すなわち、１画素の領域（Ｐｘ）内では、光透過領域（Ｔｒ）の均一な着色層（１５）と、光反射領域（Ｒｅ）の均一な着色層（１６）とで着色画素（１３）が構成されている。
図２に示す、着色層（１５）の分光透過率は図５に実線で示すような、例えば、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高い透過型液晶表示装置に好適な分光透過率を有する。

また、透明層（２７）上の着色層（１６）の分光透過率は図５に点線で示すような、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がかなり高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率が高い、すなわち、反射型液晶表示装置の分光透過率として好適な分光透過率を有する。
このような半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを用いることにより、透過型液晶表示装置としての優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をし、また、反射型液晶表示装置として暗くならず、優れた明度、彩度を有する反射カラー表示をすることが可能となる。

図２に示す、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、その透明層（２７）が予めガラス基板の表面をフォトエッチングすることによって形成された透明部であるが、着色層のフォトリソグラフィー工程としては赤色、緑色、青色の３色の着色層の形成、すなわち、合計３回のフォトリソグラフィー工程によって製造されるので、基本的に廉価なものとなる。

また、本発明における透明層（２７）は、無色透明な樹脂を用いて形成されたものではなく、ガラス基板の表面をエッチングすることによって形成されたもの、すなわち、ガラスを材料とした透明層（２７）であるので、透明層（２７）が形成されたガラス基板として再利用することができる。
例えば、図２に示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの完成品、或いは中間製品において、何らかの欠陥によって不良品となった際、ガラス基板（２１）上に形成された樹脂型ブラックマトリックス、着色層（１３）を除去することにより、透明層（２７）が形成されたガラス基板（２１）として再利用することができ、コスト低減に寄与することができる。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の一実施例を示す断面図である。
図１に示すように、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、エッチングによって透明層（２７）が形成されたガラス基板（２１）上に、ブラックマトリックス（１２）、光透過領域に形成される着色層（１５）と、透明層（２７）上の着色
層（１６）とで構成される着色画素（１３）を有するカラーフィルタを製造する方法である。

図１（ａ）は、透明層（２７）が形成された段階のものである。この透明層（２７）はガラス基板（２１）の表面をエッチングすることによって形成されたものである。透明層（２７）の厚さ（Ｄ４）は、着色層（１５）と着色層（１６）を同一の着色層形成材料を用いて同時に設けた際に、各々が厚さＤ１、Ｄ２に形成されるのに好適な厚さであり、１．０μｍ〜３．０μｍ程度である。
次に、図１（ｂ）に示すように、透明層（２７）が形成されたガラス基板（２１）上にブラックマトリックス（１２）を形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように、ブラックマトリックス（１２）が形成されたガラス基板（２１）上に着色フォトレジスト（２８）を塗布する。
次に、フォトマスク（図示せず）を介した露光を行う。図１は、例えば、赤色の一画素を拡大して示したものであり、この一画素内にはフォトマスクを介した均一な露光がなされ、緑色、青色などが続いて形成される他色の着色画素の部分はフォトマスクによって遮光されている。すなわち、このフォトマスクは、緑色、青色など他色の着色画素が形成される部分を遮光し、赤色の着色画素内を露光する。

次に、露光した着色フォトレジストに現像を行い赤色の着色画素を形成する。この際、ガラス基板（２１）上には既にＤ４で示す厚さを有する透明層（２７）が形成されており、着色層（１５）の厚さは透過表示に好適な厚さ（Ｄ１）に、着色層（１６）の厚さは反射表示に好適な厚さ（Ｄ２）に形成される。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法の一実施例を示す断面図である。 本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を示す断面図である。 半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を示したものであり、一画素に対応する部位を拡大して示す平面図である。 図３に示す半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置の一画素の部分を示す断面説明図である。 透過型液晶表示装置用及び反射型液晶表示装置用カラーフィルタの赤色の着色画素の分光透過率を示した説明図である。 従来法における反射型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを製造する方法の一例の説明図である。

符号の説明

１１、２１…ガラス基板
１２…ブラックマトリックス
１３、６２…着色画素
１４…透明導電膜
１５…光透過領域の均一な着色層
１６…光反射領域の均一な着色層
１７…透明層
２７…本発明における透明層
２８…着色フォトレジスト
３０…半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ
４０…ＴＦＴ素子などが形成されたＴＦＴ基板
４１…ＴＦＴ基板上に形成された透明電極
４２…ＴＦＴ基板上に形成された反射電極
５０、６５…液晶
６０…反射型液晶表示装置の一例
６１…ガラス基板
６３…オーバーコート層
６４…透明電極層
６６…光拡散反射性の電極層
６７…基板
６８…対向基板
６９…カラーフィルタ
７８…ポジ型無色透明フォトレジスト
７９…ネガ型着色フォトレジスト
Ａ…バックライトからの白色光
Ｂ…周囲からの外光
Ｌ１…外光
Ｌ２…反射光
ＰＭ１…透明層の部分を光透過させるフォトマスク
Ｄ１…光透過領域の着色層の厚さ
Ｄ２…透明層上の着色層の厚さ
Ｄ３…透明層の厚さ
Ｄ４…本発明における透明層の厚さ
Ｐｘ…１画素の領域
Ｒｅ…光反射領域
Ｔｒ…光透過領域

Claims (2)

1. 一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであって、該透明層がガラス基板の表面をエッチングすることによって形成された透明層であることを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
2. 一画素中の着色画素が、光透過領域に形成された着色層と、光反射領域の透明層上に形成された着色層とで構成される半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法において、
   １）ガラス基板の表面にエッチングによって透明層を形成する工程、
   ２）該透明層が形成されたガラス基板上にブラックマトリックス、着色層を順次に形成する工程、
   を具備することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。