JP2007003758A

JP2007003758A - 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

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Publication number: JP2007003758A
Application number: JP2005183023A
Authority: JP
Inventors: Atsuko Kamata; 敦子釜田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）の位相をそろえるための段差（Ｄ）があっても、反射表示領域（Ｒｅ）の液晶が良好に配向され、反射表示の際に広い視野角を得る半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ、その製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板４０上に、少なくとも、透過表示の着色画素４２Ｔｒ、反射表示の着色画素４２Ｒｅ、該反射表示の着色画素上に散乱膜層４３、配向制御用突起が形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記透過表示の着色画素上に第一配向制御用突起Ｍｖ１が、前記散乱膜層上に第二配向制御用突起Ｍｖ２が形成されたこと。
【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、反射表示の際に広い視野角を得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に関する。

図４は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図５は、図４に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図４、及び図５に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ（４）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
図４、及び図５はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックス（４１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。

ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_Xなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。
或いは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。

また、着色画素（４２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。
また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。

図４、及び図５に示すカラーフィルタ（４）は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して下記のような、種々な機能が付加されるようになった。

例えば、スペーサー機能。従来の液晶表示装置に於いては、基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布している。
このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光がもれてしまい、また、液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光もれを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有していた。

このような問題を解決する技術として、感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィ法により、例えば、画素間のブラックマトリックスの位置にスペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）を形成する方法が開発された。
図７は、このような液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図７に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（７）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成され、ブラックマトリックス（４１）上方の透明導電膜（４３）上にスペーサー機能を有する突起部としてのフォトスペーサー（４４）が形成されている。このような液晶表示装置用カラーフィルタ（７）を用いた液晶表示装置には、フォトスペーサー（４４）が画素内を避けた位置に形成されているので、上記コントラストの改善がみられる。

例えば、配向分割機能。従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。
しかし、多くの液晶表示装置に用いられているＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、中間調表示状態では斜め視角において光がもれ、コントラストが低下し表示品質が悪化する。すなわち、コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。

このような問題を解決する一技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように制御し、複数の方向で均一な中間調表示をするようにした、すなわち視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ、Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ−ＬＣＤ）が開発された。

図３（ａ）は、このようなＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。図３（ａ）に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤ（８０）は、液晶分子（２１）を介して配向制御用突起（２２ａ）、（２２ｂ）が設けられたＴＦＴ側基板（２０）と、配向制御用突起（２３）が設けられたカラーフィルタ（８）とを配置した構造であるが、配向制御用突起（２２ａ）、（２２ｂ）及び配向制御用突起（２３）は一画素内で互い違いの位置に設けられている。

図３（ａ）に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御用突起（２２ａ）〜配向制御用突起（２３）間の液晶分子は、図中左斜めに傾斜し、配向制御用突起（２３）〜配向制御用突起（２２ｂ）間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわ
ち、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。
図３（ａ）に示す例では、一画素が２分割されたものとなり、一画素内で液晶分子の傾斜方向が２方向になり視野角特性の優れた液晶表示装置となる。また、図３（ｂ）、（ｃ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタの他例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例は、平面形状が円形の配向制御用突起（９３）が形成されたカラーフィルタ（９）である。一画素内で液晶分子の傾斜方向が多方向になる。

例えば、透過・反射併用機能。一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半透過型液晶表示装置は、屋外の明るい環境下でも、屋内の暗い環境下でも用いることができる。図６は、半透過型液晶表示装置に用いるカラーフィルタの一例の断面図である。図６に示すように、このカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が形成されたものである。
着色画素（４２）は透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）と反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）で構成されている。反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）は着色部（４５）とスルーホール部（４６）で構成されている。

透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）と反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）の着色部（４５）は、透過表示用として適切な分光特性のものである。反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）にスルーホール部（４６）を設けることによって、着色部（４５）の色光とスルーホール部（４６）の白色光が混色し、反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）の分光特性は反射表示用として適切な分光特性に調節されたものとなる。このスルーホール部（４６）は、例えば、透明樹脂によって充填される。

上記スペーサー機能、配向分割機能、透過・反射併用機能は、図４に示すカラーフィルタ（４）に追加されるものであるが、上記機能の内、そのカラーフィルタの用途、仕様にもとずき１機能或いは複数の機能が追加される。
これらの機能は、基本となるカラーフィルタに付随する層として、各々対応したフォトスペーサー、配向制御用突起、反射表示のスルーホール部を形成し具備させる。

図１は、基本となるカラーフィルタに、反射表示のスルーホール部、配向制御用突起、フォトスペーサーを具備させた半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一例の部分断面図である。
図１に示すように、一例として示す、この半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（図示せず）、着色画素（４２）、散乱膜層（４７）、透明導電膜（４３）、配向制御用突起（Ｍｖ）、及びフォトスペーサー（Ｐｓ）が形成されたものである。

一画素の領域（Ｐｘ）は、透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）で構成されている。着色画素（４２）は、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）と反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）で構成されている。反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）は着色部（４５）とスルーホール部（４６）で構成されている。
透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）と、反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）の着色部（４５）は連続しており、フォトリソグラフィ法によって同時に形成されたものである。

反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）上には、散乱膜層（４７）が設けられており、スルーホール部（４６）には散乱膜層（４７）の形成に用いた散乱樹脂が充填されている。ブラックマトリックス、着色画素（４２）、散乱膜層（４７）が形成されたガラス基板（４０）上の全面に、透明導電膜（４３）が形成されている。
透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上には、透明導電膜（４３）を介して配向制御用突起（Ｍｖ）が形成されている。また、散乱膜層（４７）上には、透明導電膜（４３）を介してフォトスペーサー（Ｐｓ）が形成されている。

半透過型液晶表示装置においては、透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）の位相をそろえるために、基板間の間隔を、透過表示領域：反射表示領域＝２：１としている。すなわち、図１において、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ２）と、散乱膜層（４７）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ１）の比を２：１としている（Ｈ２：Ｈ１＝２：１）。具体的には、５μｍ：２．５μｍ程度のものである。尚、一画素の領域（Ｐｘ）のサイズは３００μｍ程度である。

しかし、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た半透過型液晶表示装置においては、反射表示の際に、視野角が狭いといった問題がある。
これは、カラーフィルタの表面には、上記、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ２）と、散乱膜層（４７）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ１）の差（段差（Ｄ））があるために、反射表示領域（Ｒｅ）においては液晶は良好に配向されていないものと推量されている。
特開２００４−３０２２９１号公報特開２００４−３６１５３１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、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ２）と、散乱膜層（４７）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ１）との間に、透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）の位相をそろえるための段差（Ｄ）があっても、反射表示領域（Ｒｅ）の液晶が良好に配向され、反射表示の際に広い視野角を得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。
また、上記反射表示の際に広い視野角を得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を提供することを課題とする。

本発明は、ガラス基板上に、少なくとも、透過表示の着色画素、反射表示の着色画素、該反射表示の着色画素上に散乱膜層、透明導電膜、配向制御用突起が形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記透過表示の着色画素上に第一配向制御用突起が形成され、前記散乱膜層上に第二配向制御用突起が形成された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、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、散乱膜層、透明導電膜、配向制御用突起、及びフォトスペーサーを順次に形成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において、前記配向制御用突起として、前記着色画素を構成する透過表示の着色画素上に透明導電膜を介して第一配向制御用突起を形成し、前記散乱膜層上に透明導電膜を介して第二配向制御用突起を形成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、ガラス基板上に、少なくとも、透過表示の着色画素、反射表示の着色画素、該反射表示の着色画素上に散乱膜層、配向制御用突起が形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記透過表示の着色画素上に第一配向制御用突起が形成され、前記散乱膜層上に第二配向制御用突起が形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであるので、透過表示の着色画素上の透明導電膜上面からフォトスペーサーの上部までの高さと、散乱膜層上の透明導電膜上面からフォトスペーサーの上部までの高さとの間に、透過表示領域と反射表示領域の位相をそろえるための段差があっても、反射表示領域の液晶が良好に配向され、反射表示の際に広い視野角を得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、ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、散乱膜層、透明導電膜、配向制御用突起、及びフォトスペーサーを順次に形成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において、前記配向制御用突起として、前記着色画素を構成する透過表示の着色画素上に透明導電膜を介して第一配向制御用突起を形成し、前記散乱膜層上に透明導電膜を介して第二配向制御用突起を形成するので、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ２）と、散乱膜層（４７）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ１）との間に、透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）の位相をそろえるための段差（Ｄ）があっても、反射表示領域（Ｒｅ）の液晶が良好に配向され、反射表示の際に広い視野角を得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。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
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の部分断面図である。図２に示すように、この半透過型液晶表示装置用カラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（図示せず）、着色画素（４２）、散乱膜層（４７）、透明導電膜（４３）、第一配向制御用突起（Ｍｖ１）、第二配向制御用突起（Ｍｖ２）、及びフォトスペーサー（Ｐｓ）が形成されたものである。

反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）上には、散乱膜層（４７）が設けられており、スルーホール部（４６）には散乱膜層（４７）の形成に用いた散乱樹脂が充填されている。ブラックマトリックス、着色画素（４２）、散乱膜層（４７）が形成されたガラス基板（４０）上の全面に、透明導電膜（４３）が形成されている。透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上には、透明導電膜（４３）を介して第一配向制御用突起（Ｍｖ１）が形成されている。また、散乱膜層（４７）上には、透明導電膜（４３）を介して第二配向制御用突起（Ｍｖ２）が形成されている。また、散乱膜層（４７）上には、透明導電膜（４３）を介してフォトスペーサー（Ｐｓ）も形成されている。

透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ２）と、散乱膜層（４７）上の透明導電膜（４３）上面からフォトスペーサー（Ｐｓ）の上部までの高さ（Ｈ１）の比は２：１となっている。
このように、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタには、透過表示領域（Ｔｒ）と反射表示領域（Ｒｅ）の位相をそろえるための段差（Ｄ）はあるが、散乱膜層（４７）上に、透明導電膜（４３）を介して第二配向制御用突起（Ｍｖ２）が形成されているので、反射表示領域（Ｒｅ）において液晶は良好に配向されたものとなる。
従って、反射表示の際に広い視野角を得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。

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、先ず、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスを形成する。次に、着色画素（４２）を形成する。着色画素（４２）は、透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）と反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）で構成されている。反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）の着色部（４５）と透過表示の着色画素（４２Ｔｒ）は連続している。
着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色の着色画素からなり（図示せず）、例えば、赤色、緑色、青色の順に形成する。

次に、３色の着色画素の、各反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）上に、散乱膜層（４７）を設ける。各スルーホール部（４６）には散乱膜層（４７）の形成に用いた散乱樹脂を充填する。
次に、ブラックマトリックス、３色の着色画素（４２）、散乱膜層（４７）が形成されたガラス基板（４０）上の全面に、透明導電膜（４３）を形成する。

次に、３色の着色画素の、各反射表示の着色画素（４２Ｒｅ）上に透明導電膜（４３）を介して第一配向制御用突起（Ｍｖ１）を形成する。また、散乱膜層（４７）上に透明導電膜（４３）を介して第二配向制御用突起（Ｍｖ２）を形成する。第一配向制御用突起（Ｍｖ１）と第二配向制御用突起（Ｍｖ２）は、一工程で同時に形成する。

次に、散乱膜層（４７）上に透明導電膜（４３）を介してフォトスペーサー（Ｐｓ）を形成する。

基本となるカラーフィルタに、反射表示のスルーホール部、配向制御用突起、フォトスペーサーを具備させた半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一例の部分断面図である。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の部分断面図である。（ａ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタの他例の一画素を拡大して示す平面図である。（ｃ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤ用カラーフィルタの他例の一画素を拡大して示す断面図である。液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。図４に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。半透過型液晶表示装置に用いるカラーフィルタの一例の断面図である。フォトスペーサー（突起部）を形成した液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。

符号の説明

４、７、８、９・・・カラーフィルタ
２０・・・ＴＦＴ側基板
２１・・・液晶分子
２２ａ、２２ｂ、２３、Ｍｖ・・・配向制御用突起
４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４１Ａ・・・ブラックマトリックスのマトリックス部
４１Ｂ・・・ブラックマトリックスの額縁部
４２・・・着色画素
４２Ｔｒ・・・透過表示の着色画素
４２Ｒｅ・・・反射表示の着色画素
４３・・・透明導電膜
４４、Ｐｓ・・・フォトスペーサー
４５・・・着色部
４６・・・スルーホール部
４７・・・散乱膜層
８０・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
９３・・・平面形状が円形の配向制御用突起
Ｄ・・・段差
Ｈ１・・・散乱膜層上の透明導電膜の上面からフォトスペーサーの上部までの高さ
Ｈ２・・・透過表示の着色画素上の透明導電膜の上面からフォトスペーサーの上部までの高さ
Ｍｖ１・・・第一配向制御用突起
Ｍｖ２・・・第二配向制御用突起
Ｐｘ・・・一画素の領域
Ｒｅ・・・反射表示領域
Ｔｒ・・・透過表示領域

Claims

ガラス基板上に、少なくとも、透過表示の着色画素、反射表示の着色画素、該反射表示の着色画素上に散乱膜層、透明導電膜、配向制御用突起が形成された半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいて、前記透過表示の着色画素上に第一配向制御用突起が形成され、前記散乱膜層上に第二配向制御用突起が形成された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。
ガラス基板上に、ブラックマトリックス、着色画素、散乱膜層、透明導電膜、配向制御用突起、及びフォトスペーサーを順次に形成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において、前記配向制御用突起として、前記着色画素を構成する透過表示の着色画素上に透明導電膜を介して第一配向制御用突起を形成し、前記散乱膜層上に透明導電膜を介して第二配向制御用突起を形成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。