JP2006003520A - 半透過型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なり、且つ反射領域と透過領域とでカラーフィルタ層を独立して形成した構造の半透過型液晶表示装置において、構造を簡素化し、加工工程数の削減を図る。
【解決手段】 アレイ基板２と、液晶層を挟んでアレイ基板２と対向配置される対向基板３とを有するとともに、１画素内に反射表示を行なう反射領域Ａと透過表示を行なう透過領域Ｂとを有し、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みが異なる半透過型液晶表示装置であって、アレイ基板２は、透明基板１１の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層１２と、第１のカラーフィルタ層１２の反射領域Ａに対応する領域上に形成された反射電極１３とを有し、対向基板３は、透明基板２１の反射領域Ａに対応する領域上に形成された第２のカラーフィルタ層２２を有し、第２のカラーフィルタ層２２の厚みによって反射領域Ａに対応する液晶層１の厚みが調整される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１画素内に反射表示を行なう反射領域と透過表示を行なう透過領域とを有し、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なる半透過型液晶表示装置に関するものであり、さらにはその製造方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、テレビ、ワードプロセッサ又は携帯電話等への液晶表示装置の応用がさらに進展し、小型化、省電力化及び低コスト化等のさらなる高機能化に対する要望がある。これらの要望を満たすべく、透過機能と反射機能との両方を兼ね備えた半透過型液晶表示装置の開発が進んでいる。

半透過型液晶表示装置としては、画素電極を透過領域と反射領域とに分割し、各領域で液晶層の厚みがほぼ均一とされたシングルギャップ方式と、各領域での液晶層の厚みが異なるように構成されたマルチギャップ方式とが存在するが、透過表示と反射表示の光学特性を独立に最適化することが可能であることから、マルチギャップ方式に注目が集まっている。

従来のマルチギャップ方式の半透過型液晶表示装置の構成を、図３及び図４に示す。半透過型液晶表示装置は、液晶層１０１を挟んでアレイ基板１０２と対向基板１０３とが対向配置された構成をとる。アレイ基板１０２には、スイッチング素子としてのＴＦＴ(Thin Film Transistor)に信号を供給するためのゲート線１３１と信号線１３２とが互いに直交するように複数設けられるとともに、これらゲート線１３１と信号線１３２との交差部に対応してＴＦＴが設けられる。ＴＦＴには、ＴＦＴによって制御される、反射電極及び透明電極から構成される画素電極が接続される。ゲート線１３１と信号線１３２とによって囲まれる各画素は、反射電極が形成され、外光を利用して画像表示を行なう反射領域Ａと、透明電極が形成され、背面側に配されたバックライトを光源として画像表示を行なう透過領域Ｂとを有している。

アレイ基板１０２は、反射領域Ａにおいては、ガラス基板等の絶縁透明基板１１１の対向基板１０３と対向する側の面に、ＴＦＴ１１２と、ＴＦＴ１１２上に重ねられた透明樹脂層１１３と、透明樹脂層１１３に重ねられ、ＴＦＴ１１２にコンタクトホール１１４を介して接続された反射電極１１５と、ポリイミド等からなる配向膜とを有している。なお、配向膜の図示は省略する。また、アレイ基板１０２の反射領域Ａには、液晶層１０１の厚みを規制するためのスペーサ１１６が形成される。

このように、アレイ基板１０２側にマルチギャップ構造形成用の段差層（透明樹脂層１１３）を設けるような従来の半透過型液晶表示装置は、図４に示すように、アレイ基板１０２上のある１つの画素に着目すると、ゲート線１３１及び信号線１３２上に形成された反射領域Ａ内に、窓状に透過領域Ｂが形成されている。反射領域Ａは、ゲート線１３１や信号線１３２の絶縁のためにこれらの配線上に形成された透明樹脂層１１３と、透明樹脂層１１３上に形成された反射電極１１５とを有する。

また、アレイ基板１０２は、透過領域Ｂにおいては、反射領域Ａに存在する透明樹脂層１１３及び反射電極１１５は形成されずに開口部とされ、透明基板１０４上に透明電極１１７及び配向膜が形成されている。

対向基板１０３は、ガラス基板等の絶縁透明基板１２１のアレイ基板１０２と対向する側の面に、カラーフィルタ層１２２と、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料からなる対向電極１２３と、配向膜とをこの順に有している。カラーフィルタ層１２２は、顔料や染料等の色素によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。

この半透過型液晶表示装置においては、アレイ基板１０２側の反射領域Ａのみに透明樹脂層１１３を配置することで、反射領域Ａでの液晶層１０１の厚みを透過領域Ｂでの液晶層１０１の厚みより薄くすることにより、反射表示の際に液晶層１０１を往復する光の光路長と透過表示の際に液晶層１０１を通過する光の光路長とを近づけ、透過表示と反射表示の光学特性を独立に最適化して、高品位な表示を実現できる。

また、透明基板１２１上に一様にカラーフィルタ層１２２を形成した後、反射領域Ａに対応するカラーフィルタ層１２２のみにピンホール１２４を設け、さらにオーバーコート層で被覆している。なお、オーバーコート層の図示は省略する。これにより、反射領域Ａでの濃度を薄くし、反射領域Ａと透過領域Ｂとでカラーフィルタ層１２２を共用しつつ、反射の色相と透過表示の色相とを略等しくするようにしている。対向基板１０３にカラーフィルタ層１２２が設けられた半透過型液晶表示装置においては、反射領域Ａと透過領域Ｂとで均一なカラーフィルタ層を用いると、液晶セルに入射した光は、反射領域Ａにおいては２回、透過領域Ｂにおいては１回、カラーフィルタ層１２２を通過するので、反射表示が暗くなるおそれがあるためである。

ここで、樹脂層をフォトリソグラフィ法等によりパターニングする工程を１工程として数えるとする。この場合、図３の半透過型液晶表示装置の製造工程のうち、画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色とされたカラーフィルタ層１２２を形成する工程と、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１０１の厚みを異ならせるための層である透明樹脂層１１３を形成する工程とに着目すると、前述の図３に示すような半透過型液晶表示装置を製造する際には、以下の５加工工程を必要とする。
（１）対向基板１０３側の透明基板１２１の所定の画素に、赤（Ｒ）のカラーフィルタ層１２２を形成する工程
（２）対向基板側の透明基板１２１の所定の画素に、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層１２２を形成する工程
（３）対向基板１０３側の透明基板１２１の所定の画素に、青（Ｂ）のカラーフィルタ層１２２を形成する工程
（４）カラーフィルタ層１２２のうち反射領域Ａに対応する領域のみにピンホール１２４及びオーバーコート層を形成する工程
（５）アレイ基板１０２の反射領域Ａに対応する領域のみに透明樹脂層１１３を形成する工程

ところで、近年の半透過型液晶表示装置においては、反射表示では、着色よりも高い反射率が要求されている。そこで、反射領域において高い反射率を得るためにピンホール１２４の面積を増加させると、例えば反射領域Ａでの着色にムラが生じる等、反射表示特性の低下を招くおそれがある。すなわち、前述のピンホール１２４を設ける構造では、近年の反射率の向上に対する要望に対応できない状況にある。

そこで、カラーフィルタ１２２にピンホール１２４を設ける構成に代わり、例えば図５に示すように、反射領域Ａと透過領域Ｂとにカラーフィルタをそれぞれ独立して形成する構造が採用されつつある。具体的には、例えば反射領域Ａと透過領域Ｂとで色素等の材料やその含有量を各々独立に設定することにより、反射領域Ａに形成されるカラーフィルタ層１２２ａの濃度を透過領域Ｂに形成されるカラーフィルタ層１２２ｂの濃度に比べて薄くすることで、適度な濃度と高い反射率とを両立できるため、今後はこちらの構造が有利であると考えられる。

また、図６に示すように、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１０１の厚みを異ならせるための段差層１２５を、アレイ基板１０２ではなく対向基板１０３側に設ける構造も考えられる。この場合、信号線と透明電極１１７又は反射電極１１５とを絶縁して開口率の向上を図るため、また、反射電極１１５の表面に凹凸を付与するために、アレイ基板１０２側に透明樹脂層１１８を設けることが必須となる。

さらに、例えば図７に示すように、反射領域Ａに形成されるカラーフィルタ層１２２ａの厚みと、透過領域Ｂに形成されるカラーフィルタ層１２２ｂの厚みとを異ならせる構造も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この半透過型液晶表示装置によれば、反射領域Ａの液晶層１０１の厚みを透明樹脂層１１３の厚みと反射領域Ａのカラーフィルタ層１２２ａの厚みによって調整し、透過領域Ｂの液晶層１０１の厚みを透過領域Ｂのカラーフィルタ層１２２ｂの厚みによって調整することにより、容易に明るい表示の半透過型液晶表示装置を提供することができるとされる。
特開２００３−１５６７５６号公報

しかしながら、図５に示すように、反射領域Ａのカラーフィルタ層１２２ａ及び透過領域Ｂのカラーフィルタ層１２２ｂがそれぞれ独立して形成されたものである場合、画素毎に赤（Ｒ）のフィルタ層、緑（Ｇ）のフィルタ層、青（Ｂ）のフィルタ層の３色が配置されたカラーフィルタ層１２２、及び、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１０１の厚みを異ならせるための層である透明樹脂層１１３を形成するに際しては、以下の７加工工程を必要とする。
（１）対向基板１０３を構成する透明基板１２１の反射領域Ａの所定の画素に、赤（Ｒ）のカラーフィルタ層１２２ａを形成する工程
（２）透明基板１２１の反射領域Ａの所定の画素に、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層１２２ａを形成する工程
（３）透明基板１２１の反射領域Ａの所定の画素に、青（Ｂ）のカラーフィルタ層１２２ａを形成する工程
（４）透明基板１２１の透過領域Ｂの所定の画素に、赤（Ｒ）のカラーフィルタ層１２２ｂを形成する工程
（５）透明基板１２１の透過領域Ｂの所定の画素に、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層１２２ｂを形成する工程
（６）透明基板１２１の透過領域Ｂの所定の画素に、青（Ｂ）のカラーフィルタ層１２２ｂを形成する工程
（７）アレイ基板１０２を構成する透明基板１１１の反射領域Ａのみに、透明樹脂層１１３を形成する工程

また、図６に示すような、対向基板１０３側に段差形成用の透明樹脂層１２５を設ける構造の場合、前述のようにアレイ基板１０２側に透明樹脂層１１８を設けることが必須となる。このため、図５の構造の半透過型液晶表示装置に比べて、製造に必要な加工工程はさらに増加し、合計８加工工程が必要となる。

また、図７に示す構造の半透過型液晶表示装置は、反射領域Ａ用のカラーフィルタ層１２２ａ及び透過領域Ｂ用のカラーフィルタ層１２２ｂを対向基板１０３側に形成するためにそれぞれ３工程ずつ、さらにアレイ基板１０２側に段差形成用の絶縁膜１１９を形成するために１工程、合計７加工工程が必要となり、やはり加工工程数の増加が問題となる。

そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なり、且つ反射領域と透過領域とでカラーフィルタ層を独立して形成した構造の半透過型液晶表示装置において、構造を簡素化し、加工工程数の削減を図ることが可能な半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なり、且つ反射領域と透過領域とでカラーフィルタ層を独立して形成した構造の半透過型液晶表示装置を、少ない加工工程数で製造可能とする半透過型液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る半透過型液晶表示装置は、アレイ基板と、液晶層を挟んで前記アレイ基板と対向配置される対向基板とを有するとともに、１画素内に反射表示を行なう反射領域と透過表示を行なう透過領域とを有し、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なる半透過型液晶表示装置であって、前記アレイ基板は、透明基板の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層と、前記第１のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域上に形成された反射電極とを有し、前記対向基板は、透明基板の反射領域に対応する領域上に形成された第２のカラーフィルタ層を有し、前記第２のカラーフィルタ層の厚みによって反射領域に対応する液晶層の厚みが調整されることを特徴とする。

以上のような半透過型液晶表示装置においては、対向基板の反射領域に対応する領域のみに第２のカラーフィルタ層が形成されることで、反射領域の液晶層の厚みが透過領域の液晶層の厚みより薄くされる。このため、反射表示の際の光路長と透過表示の際の光路長とが略等しくなり、反射表示及び透過表示のそれぞれで光学特性が独立して最適化される。また、アレイ基板に形成された第１のカラーフィルタ層が透過表示用カラーフィルタとして機能し、対向基板に形成された第２のカラーフィルタ層が反射表示用カラーフィルタとして機能するので、各領域でカラーフィルタの特性を独立して設定でき、例えば第２のカラーフィルタ層の濃度を薄くし、第１のカラーフィルタ層の濃度を濃くすることにより、適度な濃度と高い反射率とを両立できる。

そして、本発明に係る半透過型液晶表示装置においては、アレイ基板の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層が、透過表示用カラーフィルタの他に画素電極と信号線等との絶縁層としての機能を兼ね、また、対向基板の反射領域のみに形成された第２のカラーフィルタ層が、反射表示用カラーフィルタの他に、反射領域と透過領域とで液晶層厚みを異ならせる層として機能を兼ねる。このため、本発明に係る半透過型液晶表示装置は、画素電極と信号線等との絶縁層や、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みを異ならせるための層等を別途設ける必要がなく、構造が簡単になり、製造工程数を削減することができる。例えば、第１のカラーフィルタ層がＲ、Ｇ、Ｂの３色からなり、第２のカラーフィルタ層がＲ、Ｇ、Ｂの３色からなる場合、第１のカラーフィルタ層、第２のカラーフィルタ層及びマルチギャップ構造を、以下の６加工工程で形成できる。本発明に係る半透過型液晶表示装置は、例えば合計７加工工程を必要とする図５に示す半透過型液晶表示装置と比較して、工程数を１工程削減することが可能となる。
（１）アレイ基板を構成する透明基板の所定の画素に、赤（Ｒ）の第１のカラーフィルタ層を形成する工程
（２）アレイ基板を構成する透明基板の所定の画素に、緑（Ｇ）の第１のカラーフィルタ層を形成する工程
（３）アレイ基板を構成する透明基板の所定の画素に、青（Ｂ）の第１のカラーフィルタ層を形成する工程
（４）対向基板を構成する透明基板の透過領域Ｂの所定の画素に、赤（Ｒ）の第２のカラーフィルタ層を形成する工程
（５）対向基板を構成する透明基板の透過領域Ｂの所定の画素に、緑（Ｇ）の第２のカラーフィルタ層を形成する工程
（６）対向基板を構成する透明基板の透過領域Ｂの所定の画素に、青（Ｂ）の第２のカラーフィルタ層を形成する工程

また、本発明に係る半透過型液晶表示装置の製造方法は、アレイ基板と、液晶層を挟んで前記アレイ基板と対向配置された対向基板とを有するとともに、１画素内に反射表示を行なう反射領域と透過表示を行なう透過領域とを有し、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なる半透過型液晶表示装置の製造方法であって、透明基板の略全面に第１のカラーフィルタを形成し、前記第一のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域上に反射電極を形成してアレイ基板とする工程と、透明基板の反射領域に対応する領域上に第２のカラーフィルタ層を形成して対向基板とし、前記第２のカラーフィルタ層の厚みによって反射領域に対応する液晶層の厚みを調整する工程とを有することを特徴とする。

以上のような本発明に係る半透過型液晶表示装置の製造方法によれば、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なり、且つ反射領域と透過領域とでカラーフィルタの特性が最適化された半透過型液晶表示装置を、従来に比べて少ない工程数にて製造できる。

本発明に係る半透過型液晶表示装置においては、アレイ基板側の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層が、透過表示用カラーフィルタの他に画素電極と信号線等との絶縁層としての機能を兼ね、また、対向基板の反射領域のみに形成された第２のカラーフィルタ層が、反射表示用カラーフィルタの他に、反射領域と透過領域とで液晶層厚みを異ならせる層としての機能を兼ねる。したがって、本発明によれば、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なり、且つ反射領域と透過領域とで独立したカラーフィルタを有する構造の利点を享受しつつ、構造が簡単であり、少ない工程数で製造可能な半透過型液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明に係る半透過型液晶表示装置の製造方法によれば、アレイ基板側に第１のカラーフィルタ層を略全面に形成するとともに、第２のカラーフィルタ層を対向基板側の反射領域のみに形成することで、反射表示、透過表示の両方で光学特性が最適化され、各領域でカラーフィルタの特性を独立して設定可能な半透過型液晶表示装置を、従来に比べて少ない工程数で製造できる。したがって、本発明によれば、優れた表示特性の半透過型液晶表示装置を低コストにて製造することができる。

以下、本発明を適用した半透過型液晶表示装置及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

以下で説明する液晶表示装置は、１画素内に外光を利用して画像表示を行なう反射領域と、背面に配置された光源からの透過光を利用して画像表示を行なう透過領域とを有する半透過型の液晶表示装置である。また、以下で説明する半透過型液晶表示装置は、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なるように構成された、いわゆるマルチギャップ方式の半透過型液晶表示装置である。

本発明を適用した半透過型液晶表示装置は、図１に示すように、液晶層１を挟んでアレイ基板２と対向基板３とが対向して配置されて構成される。図２に示すように、アレイ基板２には、スイッチング素子としてのＴＦＴ(Thin Film Transistor)に信号を供給するためのゲート線３１と、画素電極に信号を供給するための信号線３２とが互いに直交するように複数設けられる。これらゲート線３１と信号線２３との交差部に対応してＴＦＴが設けられる。ＴＦＴには、ＴＦＴによって制御される、反射電極及び透明電極から構成される画素電極が接続される。ゲート線３１と信号線３２とによって囲まれる各画素は、反射電極が形成され、外光を利用して画像表示を行なう反射領域Ａと、透明電極が形成され、背面側に配されたバックライトを光源として画像表示を行なう透過領域Ｂとを有している。

アレイ基板２においては、ガラス基板等の絶縁透明基板１１の対向基板３と対向する側の略全面に、第１のカラーフィルタ層１２が形成されている。第１のカラーフィルタ層１２の反射領域Ａに対応する領域上には、光反射率の高い金属材料等からなる反射電極１３が形成され、透過領域Ｂに対応する領域上には、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料等からなる透明電極１４が形成される。第１のカラーフィルタ層１２の反射領域Ａに対応する領域の表面にはランダムな凹凸が形成され、この凹凸上に反射電極１３が重ねられることにより反射電極１３の表面も微小な凹凸形状を呈する。反射電極１３の表面が凹凸を有することで、適度な光拡散性が与えられ、反射表示の際に十分な視角特性が得られる。反射電極１３の下方にはＴＦＴ１５が形成され、ＴＦＴ１５と反射電極１３とは、第１のカラーフィルタ層１２に形成されたコンタクトホール１６を介して電気的に接続される。また、反射電極１３及び透明電極１４の略全面には、ポリイミド等からなる配向膜が形成される。また、アレイ基板２の反射領域Ａには、液晶層１の厚みを規制するための柱状のスペーサ１７が形成される。スペーサ１７は、対向基板３側に形成されてもよい。

第１のカラーフィルタ層１２は、顔料や染料等の色素によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色のフィルタ層が画素毎に対応して配置されている。第１のカラーフィルタ層１２は、透過表示用のカラーフィルタとしての機能とともに、信号線３２と透明電極１４又は反射電極１３とを絶縁して開口率を向上する機能、及び反射電極１３の表面にランダムな凹凸を付与して反射特性を高める機能を兼ねる。第１のカラーフィルタ層１２の厚みや色素濃度は、所望の透過表示特性が得られるように適当に選択すればよい。

ところで、従来の半透過型液晶表示装置における液晶駆動用のＴＦＴ上には、例えば図５〜図７に示すように、絶縁層となる透明樹脂層が重ねられている。また、透過領域の開口率を高める観点から、ＴＦＴは、対向基板側から液晶セルを見たとき透明樹脂層上に形成された反射電極に隠れる位置に配置されている。このような構造の半透過型液晶表示装置においては、ＴＦＴは、背面に配置されたバックライトから直接照射される光と、バックライトから照射され、凹凸を有する反射電極で拡散反射してくる光との両方を、ほぼそのままの強度で受ける。この結果、ＴＦＴのオフ特性を悪化させる光リーク現象の発生を招き、半透過型液晶表示装置の表示品位を低下させるおそれがある。

これに対して本発明の半透過型液晶表示装置においては、反射電極１３の下にＴＦＴ１５が配置される。すなわち、着色された第１のカラーフィルタ層１２がＴＦＴ１５と反射電極１３との間に介在するので、バックライトから照射され反射電極１３で拡散反射してくる光に関しては、第１のカラーフィルタ層１２を往復する間にほとんどが吸収され、ＴＦＴ１５に到達するまでに充分減衰する。このため、バックライトからの光に起因するＴＦＴ１５の光リークの発生が抑制され、表示品位の向上を図ることができる。

対向基板３においては、ガラス基板等の透明基板２１のアレイ基板２と対向する側の面であって、反射領域Ａに対応する領域のみに、第２のカラーフィルタ層２２が形成される。また、透明基板２１及び第２のカラーフィルタ層２２上には、ＩＴＯ等の透明導電材料等からなる透明電極２３が形成される。また、透明電極２３の略全面には、ポリイミド等からなる配向膜が形成される。

第２のカラーフィルタ層２２は、顔料や染料等によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色のフィルタ層が画素毎に対応して配置されている。第２のカラーフィルタ層２２は、反射表示用のカラーフィルタとしての機能とともに、反射領域Ａの液晶層１の厚みを調整して反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みを異ならせる、いわゆるマルチギャップ構造を形成する層としての機能を兼ねる。第２のカラーフィルタ層２２の厚みや色素の含有量等は、所望の反射表示特性が得られるように適当に選択すればよい。ただし、第２のカラーフィルタ層２２の厚みは、第２のカラーフィルタ層２２の色毎に異ならせることが好ましい。第２のカラーフィルタ層２２の厚みを調整することで、各色に最適な反射領域Ａの液晶層１の厚みを設定でき、良好な反射表示が実現される。例えば、第２のカラーフィルタ層２２がＲ、Ｇ、Ｂの３色から成るとすると、カラーフィルタ層の夫々の層の厚さはＲが約１．５μｍ、Ｇが約１．６μｍ、Ｂが約１．８μｍとし、対応する反射領域のセルギャップ値を、Ｒが３．１μｍ、Ｇが３．０μｍ、Ｂが２．８μｍとする。このように、反射領域Ａで各色毎にセルギャップ値を変えることで、液晶の印加電圧によるホワイトバランスが変動するのを抑制することができる。

第２のカラーフィルタ層２２の厚みを色毎に異ならせる場合には、スペーサ１７が設けられる下地の高さを均一にするために、スペーサ１７は反射領域Ａの同色の画素上に配置されるか、又は、第２のカラーフィルタ層２２が形成されていない領域（透過領域Ｂを含む）に配置されることが好ましい。反射領域Ａの同色の画素上にスペーサ１７を配置することで、一つの色について、セル全体での反射セルギャップ値を均一にすることができる。他の色については、同様にカラーフィルタ層の厚みの差分を反映したセルギャップを均一に作ることができる。すなわち、対向基板３に形成された各色毎に異なる第２のカラーフィルタ層２２の厚みにより、各色毎に反射のセルギャップ値が異なるセルを均一に形成することができる。

また、第１のカラーフィルタ層１２と第２のカラーフィルタ層２２の色素濃度は、反射領域Ａと透過領域Ｂとで色相が略同じとなるように調整されることが好ましい。このようにすることで、表示装置全体での表示品位を高めることができる。

以下、本発明を適用した半透過型液晶表示装置で画像を表示する場合について説明すると、反射型の場合、対向基板３側から入射した光は、反射電極１３で反射されて液晶層１を往復し、対向基板３側から出射して画像を表示する。この際、反射表示に利用される光は、第２のカラーフィルタ層２２を２回通過することになる。また、透過型の場合、アレイ基板２側から入射した光は、液晶層１を通過して対向基板３側から出射して、画像を表示する。この際、透過表示に利用される光は、第１のカラーフィルタ層１２を１回通過することになる。

このような半透過型液晶表示装置においては、アレイ基板２側の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層１２が、透過表示用カラーフィルタとしての機能、信号線３２と透明電極１４又は反射電極１３とを絶縁する機能、及び反射電極１３の表面にランダムな凹凸を付与する機能を兼ね、対向基板３側の反射領域Ａに対応した領域に形成された第２のカラーフィルタ層２２が、反射表示用カラーフィルタとしての機能と、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みを異ならせる機能とを兼ねる構造とされる。このような構造とすることで、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みが異なり、且つ反射領域Ａと透過領域Ｂとで濃度の異なるカラーフィルタを用いる半透過型液晶表示装置の構造を簡単にし、加工工程数を削減することができる。

また、第２のカラーフィルタ層２２を設けることで反射領域Ａの液晶層１の厚みが透過領域Ｂの液晶層１の厚みより薄くされるので、反射表示の際に液晶層１を往復する光の光路長と透過表示の際に液晶層１を通過する光の光路長とを近づけることができる。このため、反射表示及び透過表示の両方で光学特性が独立して最適化され、反射表示及び透過表示の両方で高品位な表示が実現される。

さらに、第１のカラーフィルタ層１２及び第２のカラーフィルタ層２２の濃度をそれぞれ独立して設定し、反射表示用の第２のカラーフィルタ層２２の濃度を透過表示用の第１のカラーフィルタ層１２の濃度より薄くすることで、反射表示時に色ムラのない高い反射率を得ることができる。

ところで、図３〜図５に示すような、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層の厚みを異ならせるための層がアレイ基板側に形成されている従来の半透過型液晶表示装置においては、アレイ基板側での段差用の絶縁層（透明樹脂層）及び反射電極の有無によって、表示領域は反射領域Ａ及び透過領域Ｂに分けられる。すなわち、段差形成用の透明樹脂層上に反射電極が形成されて反射領域Ａが形成され、透明樹脂層及び反射電極の一部が除去されて透過領域Ｂが形成されている。この構造では、絶縁を確保するために、透過領域Ｂは、ゲート線や信号線付近を避けるように画素の略中央に窓状の開口部として形成される必要がある。このように、従来の半透過型液晶表示装置においては、画素の構造が複雑であり、透過領域Ｂの形状に制約を受けるため、透過開口率を高めにくいという不都合がある。

これに対して本発明では、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みを異ならせるための層（第２のカラーフィルタ層２２）が対向基板３側に形成されているので、アレイ基板２側の絶縁層等の一部を除去する必要がないため、ゲート線３１や信号線３２の位置にかかわらず、反射領域Ａ及び透過領域Ｂを任意に形成できる。このため、透過領域Ｂの形状の自由度が高まり、透過領域Ｂの面積を容易に拡大することができ、高輝度な透過表示を実現する半透過型液晶表示装置が得られる。例えば、図２に示すように、画素の構造を極めて単純なものとすることができる。アレイ基板２上のある１つの画素に着目すると、図２に示すように、信号線３２に直交する１本の直線を境界として矩形状の１画素を任意に２分割し、一方の領域の第１のカラーフィルタ層１２上に反射電極１４を形成すれば反射領域Ａ、他方の領域の第１のカラーフィルタ層１２上に透明電極１３を形成すれば透過領域Ｂとなる。

また、本発明の半透過型液晶表示装置においては、第１のカラーフィルタ層１２により信号線３２等と透明電極１４との距離が離されているので、信号線３２と透明電極１４との間に異物等が介在することに起因するショートが抑制される。このため、半透過型液晶表示装置の歩留まりが向上する。

以下、図１に示す半透過型液晶表示装置の製造方法について説明する。アレイ基板２を作製するためには、先ず、ガラス基板等の透明基板１１上に、ＴＦＴ１５、ゲート線、信号線等を常法に従って形成し、その上に、第１のカラーフィルタ層１２を形成する。例えばＲ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタ層が各画素に対応するように配置されて第１のカラーフィルタ層１２を構成する場合、第１のカラーフィルタ層１２は、例えば、透明基板１１の略全面に赤色の樹脂層を形成し、パターニングして、所定の画素に赤（Ｒ）のフィルタ層を形成する工程と、透明基板１１の略全面に緑色の樹脂層を形成し、パターニングして、所定の画素に緑（Ｇ）のフィルタ層を形成する工程と、透明基板１１の略全面に青色の樹脂層を形成し、パターニングして、所定の画素に青（Ｂ）のフィルタ層を形成する工程との、合計３加工工程を経て形成される。次に、第１のカラーフィルタ層１２の反射領域Ａに対応する領域の表面にランダムな凹凸形状をフォトリソグラフィにより形成し、この上に、Ａｌ等の高反射率金属材料を成膜し、パターニングを行うことにより反射電極１６を形成する。また、有機膜をパターニングして、例えば反射電極１３上にスペーサ１７を形成する。さらに、ＩＴＯ等を成膜し、パターニングを行なうことにより、透過領域Ｂに対応する領域に透明電極１４を形成し、アレイ基板２が得られる。

対向基板３を作製するためには、ガラス基板等の透明基板２１の反射領域Ａに対応する領域のみに、第２のカラーフィルタ層２２を形成する。例えばＲ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタ層が各画素に対応するように配置されて第２のカラーフィルタ層２２を構成する場合、第２のカラーフィルタ層２２は、透明基板２１の略全面に赤色の樹脂層を形成し、パターニングして、反射領域Ａの所定の画素に赤（Ｒ）のフィルタ層を形成する工程と、透明基板２１の略全面に緑色の樹脂層を形成し、パターニングして、反射領域Ａの所定の画素に緑（Ｇ）のフィルタ層を形成する工程と、透明基板２１の略全面に青色の樹脂層を形成し、パターニングして、反射領域Ａの所定の画素に青（Ｂ）のフィルタ層を形成する工程との、合計３加工工程を経て形成される。次に、透明基板２１及び第２のカラーフィルタ層２２の全面にＩＴＯ等を成膜して透明電極２３を形成することにより、対向基板３が得られる。

次に、アレイ基板２及び対向基板３に配向膜材料を塗布して配向膜を形成し、アレイ基板２と対向基板３とを配向膜を内側にして対向配置し、液晶注入口を残して周縁をシールして貼り合わせる。液晶注入口から液晶材料を注入した後、液晶注入口を封止して得られる液晶セルの外面に光学フィルム等を貼り付け、バックライト等を設置することにより、半透過型液晶表示装置が得られる。

以上のように、アレイ基板２の略全面に３色のフィルタ層からなる第１のカラーフィルタ層１２、対向基板３の反射領域Ａのみに３色のフィルタ層からなる第２のカラーフィルタ層２２をそれぞれ形成することで、反射領域Ａと透過領域Ｂとで液晶層１の厚みが異なり、反射表示・透過表示にそれぞれ最適なカラーフィルタ層を有する半透過型液晶表示装置を、従来に比べて少ない工程（例えば６加工工程）で製造することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施例の記載に限定されるものではない。

透明基板上にＣｒＯ_x／Ｃｒを連続成膜し、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行い、遮光層を形成した。その上に顔料を分散させた感光性アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、パターン露光、現像処理、及び除去処理を３色分、即ち３回施すことで、画素の反射領域に対応する領域に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）の第２のカラーフィルタ層を形成した。なお、第２のカラーフィルタ層は透過領域には形成されておらず、対向基板の透過領域は非着色の凹部とされている。第２のカラーフィルタ層の各色の厚みは、Ｒが約１．５μｍ、Ｇが約１．６μｍ、Ｂが約１．８μｍとなるように形成した。

次に、酸化インジウム系の透明性導電膜からなる透明電極を、全面にマスクを用いたスパッタ法で成膜し、透明電極を形成した。これにより、実施例１に係る半透過型液晶表示装置の対向基板を得た。この透明電極の全面上に、配向膜材料を塗付し、配向膜を形成した。

また、前記対向基板の透明基板とは別に透明基板を用意し、この透明基板上に、通常のＴＦＴを形成するプロセスと同様に成膜及びパターニングを繰り返し、ＴＦＴと電極配線を形成し、表示電極を形成しない状態のＴＦＴアレイ基板を得た。次に、基板の全面に顔料を分散させた感光性アクリル樹脂レジストをスピンナーにて塗布し、露光、現像処理、及び除去処理を３色分、即ち３回施すことで、基板の略全面に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）の第１のカラーフィルタ層を形成した。

反射領域に対応する第１のカラーフィルタ層については、各色のパターニングのための露光に前後して、１画素内の凹凸を形成する部分に８〜１０μｍ程度の円が最密充填されるように配置したマスクを用いた露光を実施した。レジストがネガ型である場合には円の部分に光が照射されるようにし、ポジ型である場合には円の部分に光が照射されないように露光、現像、除去を行った後、焼成して形成した。これにより、第１のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域の表面に微小な凹凸が形成される。この微小な凹凸上に反射電極を重ねることで、反射電極の表面形状に微小な凹凸が反映され、反射表示において適度に光を拡散させ、視角を広げることができる。

次にＩＴＯを成膜し、パターニングを行うことにより、透過領域の第１のカラーフィルタ層上に透明電極を形成した。

次に、アレイ基板上に有機膜を塗付し、露光、現像、除去、焼成を行い、アレイ基板の反射領域にスペーサを形成した。このスペーサは、対向配置される複数色のカラーフィルタ層（ここではＲ，Ｇ，Ｂの３色）のうち、一つの色に対応する画素のいくつかに配置した。本実施例の液晶表示装置においては色毎にセルギャップ値が異なっているが、反射領域の同色の画素上にスペーサを配置することで、一つの色について、セル全体の反射セルギャップ値が均一に作成された。他の色については、同様にカラーフィルタ層の厚みの差分を反映したセルギャップが均一に設定された。

最後にＭｏ膜とＡｌ膜を計０．１５μｍ成膜し、パターニングを行い、第１のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域上に反射電極を形成した。

このアレイ基板にも配向膜材料を全面に塗布し、配向膜を形成した。この後、対向基板の配向膜の周辺に沿って接着剤を注入口幅３ｍｍを除いて印刷した。配向膜が対向するようにアレイ基板及び対向基板を配置した。この際、アレイ基板を構成する第１のカラーフィルタ層と対向基板を構成する第２のカラーフィルタ層とで同じ色の画素同士が対向するように、例えば第１のカラーフィルタ層の赤と第２のカラーフィルタ層の赤とが対向するように配置した。対向配置した２枚の基板を加熱して接着剤を硬化させ、アレイ基板及びＴＦＴ基板を貼り合わせた。接着剤の硬化後、２枚の基板を所定の液晶セルのサイズに切り出し、次に通常の方法により注入口より液晶組成物を注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。

次に、液晶セルの洗浄、再配向アニールを実施し、液晶セルの両面に光学フィルムを貼付した後、背面にバックライトを設置し、実施例の半透過型液晶表示装置を得た。

以上のようにして得られた半透過型液晶表示装置は、従来に比べて少ない加工工程数にて製造可能であった。また、反射電極で拡散反射したバックライトからの光は、反射電極の下方に形成された第１のカラーフィルタ層を２回透過することで光吸収され、ＴＦＴに達するまでに充分弱められていた。

本発明の半透過型液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。 図１に示す半透過型液晶表示装置のアレイ基板を示す概略平面図である。 従来の半透過型液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。 図３に示す半透過型液晶表示装置のアレイ基板を示す概略平面図である。 従来の半透過型液晶表示装置の他の例を示す概略断面図である。 従来の半透過型液晶表示装置のさらに他の例を示す概略断面図である。 従来の半透過型液晶表示装置のさらに他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 液晶層、２ アレイ基板、３ 対向基板、１１ 透明基板、１２ 第１のカラーフィルタ層、１３ 反射電極、１４ 透明電極、１５ ＴＦＴ、１６ コンタクトホール、１７ スペーサ、２１ 透明基板、２２ 第２のカラーフィルタ層、２３ 透明電極、３１ ゲート線、３２ 信号線

Claims (7)

1. アレイ基板と、液晶層を挟んで前記アレイ基板と対向配置される対向基板とを有するとともに、１画素内に反射表示を行なう反射領域と透過表示を行なう透過領域とを有し、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なる半透過型液晶表示装置であって、
   前記アレイ基板は、透明基板の略全面に形成された第１のカラーフィルタ層と、前記第１のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域上に形成された反射電極とを有し、
   前記対向基板は、透明基板の反射領域に対応する領域上に形成された第２のカラーフィルタ層を有し、前記第２のカラーフィルタ層の厚みによって反射領域に対応する液晶層の厚みが調整されることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 透過領域と反射領域とで色相が略同じとなるように、前記第１のカラーフィルタ層及び前記第２のカラーフィルタ層の色素濃度が調整されていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
3. 前記第２のカラーフィルタ層の厚みは、各画素の色に対応して異なることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記第１のカラーフィルタ層の透過領域に対応する領域上に、透明電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
5. 前記第１のカラーフィルタ層の下に、画素スイッチ用のトランジスタが形成されていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
6. 前記アレイ基板は、前記透明基板上に信号線及び前記信号線と直交して配されるゲート線を複数有し、
   画素を１本の直線で２分割したときの一方の領域が反射領域とされ、他方の領域が透過領域とされることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
7. アレイ基板と、液晶層を挟んで前記アレイ基板と対向配置された対向基板とを有するとともに、１画素内に反射表示を行なう反射領域と透過表示を行なう透過領域とを有し、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みが異なる半透過型液晶表示装置の製造方法であって、
   透明基板の略全面に第１のカラーフィルタを形成し、前記第一のカラーフィルタ層の反射領域に対応する領域上に反射電極を形成してアレイ基板とする工程と、
   透明基板の反射領域に対応する領域上に第２のカラーフィルタ層を形成して対向基板とし、前記第２のカラーフィルタ層の厚みによって反射領域に対応する液晶層の厚みを調整する工程とを有することを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。

Images