JP3989822B2 - 液晶表示パネルおよび電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタ基板およびその製造方法、ならびに当該カラーフィルタ基板を用いた液晶表示パネルおよび電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示パネルは、シール材を介して貼り合わされた一対の基板と、両基板の間に封止された液晶とを有する。また、電圧が印加されていないときの液晶の配向状態を規定するために、各基板のうち液晶に対向する面にポリイミドなどからなる配向膜を設け、この配向膜に対してラビング処理を施した構成が一般的である。このラビング処理は、ローラに巻きつけられたラビング布(バフ布)で配向膜の表面を一定方向に擦る処理である(例えば特許文献1および2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−154198号公報(第4頁、第1図)
【特許文献2】
特開2001−154199号公報(第5頁、第6頁、第1図、第4図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配向膜の表面をラビング布で擦るときに塵が発生し、これが表示領域に付着することによって、表示ムラなどの表示品位の低下が生じ得るといった問題があった。また、ラビング処理が施された配向膜の表面状態は、ラビング布の毛先が配向膜表面に当接する強さやラビング布の材質、あるいは配向膜をラビング布で擦る速さといった、ラビング処理に関わる多様な条件によって決定される。しかしながら、これらの条件は不確定な要素が多く、定量的に制御することが困難であるものが多い。このため、所期の品質を有する配向膜の作成が困難となり、ひいては液晶表示パネルの歩留まりを低下させる原因ともなっていた。さらに、TFD(Thin Film Diode)素子やTFT(Thin Film Transistor)素子といったスイッチング素子を有する液晶表示パネルにおいては、ラビング布で配向膜を擦ったときに生じる静電気によって、これらのスイッチング素子が破壊され得るという問題がある。このように、ラビング処理を原因として様々な問題が引き起こされるため、配向膜へのラビング処理によることなく液晶の配向状態を規定する技術が望まれているところである。
【0005】
本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、配向膜へのラビング処理に起因した不具合の発生を抑えることができるカラーフィルタ基板およびその製造方法、ならびにこのカラーフィルタ基板を用いた液晶表示パネルおよび電子機器を提供することを目的としている。
【0008】
具体的なカラーフィルタの表面形状としては、頂上部が一方向に延在する配向制御突起を複数有する形状とすることが考えられる。この構成を採ることにより、電圧が印加されていないときの液晶分子を、その長軸方向が上記一方向に沿うように配列(平行配向)させることができる。また、前記カラーフィルタの表面形状を、前記一の基板の基板面に対して傾斜した複数の面を有するとともに当該各面の交線において当該一の基板と反対側に突起する配向制御突起を有する形状としてもよい。この構成を採ることにより、電圧が印加されていないときの液晶分子を、その長軸方向が上記傾斜面と垂直方向に向くように配列(垂直配向)させることができる。カラーフィルタの表面形状を、前記一の基板とは反対側に突起する曲面を有する形状としても同様である。
【0009】
また、上記課題を解決するために、本発明は、相互に対向する一対の基板の間に液晶を有する液晶表示パネルにおいて、前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶と対向する面側に設けられて特定の波長の光を透過させるカラーフィルタであって、前記液晶の配向状態を規定する配向制御突起を有するカラーフィルタと、前記一方の基板における前記カラーフィルタの面上に設けられ、前記液晶に電圧を印加するための電極と、前記一対の基板の他方の基板のうち前記液晶と対向する面側に、前記カラーフィルタの配向制御突起と平面的にみて重なり合わないように設けられた配向制御突起とを具備し、前記カラーフィルタの配向制御突起の底部の縁と、前記他方の基板の配向制御突起の底部の縁との間隔は20μmから40μmであり、前記カラーフィルタの配向制御突起は、前記液晶の分子の長軸方向が前記一方の基板の基板面に対して傾斜するように前記液晶の配向状態を規定しており、前記電極は前記カラーフィルタの配向制御突起を覆うように設けられていることを特徴とする液晶表示パネル。
【0010】
この液晶表示パネルにおいては、カラーフィルタの表面形状が液晶の配向状態を規定し得るものとなっているため、配向膜へのラビング処理に起因した種々の不具合の発生を抑えることができる。なお、前記カラーフィルタの表面を、頂上部が一方向に延在する配向制御突起を複数有する形状としてもよいし、前記一の基板の基板面に対して傾斜した複数の面を有するとともに当該各面の交線において当該一の基板と反対側に突起する配向制御突起を有する形状としてもよい。あるいは、カラーフィルタの表面を、前記一の基板とは反対側に突起する曲面を有する形状としてもよい。換言すると、カラーフィルタの表面形状を、前記液晶の分子の長軸方向が前記一の基板の基板面と略平行となるように、すなわち平行配向(ホモジニアス配向)するように選定してもよいし、前記液晶の分子の長軸方向が前記一の基板の基板面に対して傾斜するように、すなわち垂直配向(ホメオトロピック配向)するように選定してもよい。もっとも、液晶の配向状態はこれに限られるものではなく、他の配向としてもよいことはもちろんである。すなわち、カラーフィルタの表面形状は、上述した形状に限られるものではなく、液晶分子が所期の配向となるように適宜に選定されることが望ましい。
【0011】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電子機器は、上述した液晶表示パネルを備えることを特徴としている。上述したように、本発明に係る液晶表示パネルによれば、カラーフィルタ基板の歩留まり低下を抑えることができるから、これを搭載した電子機器の製造コストも低く抑えることができる。このような電子機器としては、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話機などが考えられる。
【0012】
また、液晶を挟持するための一対の基板のうちの一の基板と、特定の波長の光を透過させるカラーフィルタとを有するカラーフィルタ基板を製造する方法において、前記一の基板のうち前記液晶と対向すべき面上に樹脂層を形成する第1工程と、前記樹脂層を選択的に除去することにより、前記液晶の配向方向を規定する表面形状を有する前記カラーフィルタを形成する第2工程とを有することが好ましい。
【0013】
この方法によれば、液晶の配向方向を規定する表面形状を有するカラーフィルタが形成されるため、配向膜へのラビング処理を行う必要はない。したがって、このラビング処理に起因した種々の不具合の発生を抑えることができる。さらに、カラーフィルタの形成と同時に、液晶の配向方向を規定するための形状が形成されるため、液晶の配向方向を規定するための部材をカラーフィルタと別個に形成した場合と比較して、製造工程の簡略化および製造コストの低減が図られる。
【0014】
なお、前記第2工程においては、前記樹脂層表面における複数の線状の領域を、当該樹脂層の厚さ方向における一部分にわたって除去するようにしてもよいし、さらに、前記樹脂層の一部分を、当該樹脂層表面の位置に応じて連続的に変化する深さにわたって除去するようにしてもよい。もっとも、樹脂層のうち除去される部分はこれに限られるものではなく、液晶分子の所期の配向状態に応じて適宜に選定されることが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。なお、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【0016】
<A:第1実施形態>
まず、本発明をアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルに適用した形態について説明する。なお、以下では、スイッチング素子として二端子型スイッチング素子であるTFD(Thin Film Diode)素子を用いた場合を例示する。また、以下に示す液晶表示パネルは、太陽光や室内照明光などの外光を反射させて表示を行なう反射型表示と、バックライトユニットからの照射光を用いて表示を行なう透過型表示の双方が可能な、いわゆる半透過反射型の液晶表示パネルである。
【0017】
<A−1:液晶表示パネルの構成>
図1は、本実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。同図に示すように、この液晶表示パネル1は、相互に対向する第1基板10と第2基板20とがシール材30を介して貼り合わされるとともに、両基板とシール材30とによって囲まれた領域に液晶40が封止された構成となっている。なお、以下では、図1に示すように、液晶40からみて第1基板10側を「観察側」と表記する。すなわち、当該液晶表示パネル1による表示を視認する観察者の側という意味である。これに対し、液晶40からみて第2基板20側を「背面側」と表記する。
【0018】
第1基板10および第2基板20は、ガラスや石英、プラスチックなどの光透過性を有する板状部材である。第1基板10および第2基板20の外側(液晶40とは反対側)には、入射光を偏光させるための偏光板101および201と、干渉色を補償するための位相差板102および202とがそれぞれ貼着されている。なお、実際には、液晶表示パネル1の背面側にバックライトユニット(照明装置)が配設されるが、図示は省略されている。
【0019】
図2は、液晶表示パネル1の要部を拡大して示す斜視図である。図2におけるI−I線からみた断面図が図1に相当する。なお、図2においては、図面が煩雑になるのを防ぐため、図1に示す偏光板101および201や位相差板102および202などの図示が適宜省略されている。図1および図2に示すように、第1基板10の内側表面には、マトリクス状に配列する複数の画素電極11と、各画素電極11の間隙部分において一方向(図2に示すY方向)に延在する複数の走査線12とが形成されている。各画素電極11は、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により形成された略矩形状の電極である。
【0020】
図2に示すように、各画素電極11と、当該画素電極11に隣接する走査線12とは、TFD素子13を介して接続されている。各TFD素子13は、非線形な電流−電圧特性を有する二端子型スイッチング素子である。図1に示すように、画素電極11、走査線12およびTFD素子13が形成された第1基板10の表面は、配向膜14(図2においては図示略)によって覆われている。この配向膜14は、ポリイミドなどの有機薄膜であり、電圧が印加されていないときの液晶40の配向状態を規定するためのラビング処理が施されている。
【0021】
一方、第2基板20の内側(液晶40側)表面には、図1に示すように、反射層21、遮光層22、カラーフィルタ23(23R、23G、23B)、データ線24および配向膜25が、第2基板20側からみてこの順に設けられている。図2に示すように、複数のデータ線24の各々は、ITOなどの透明導電材料によって形成された帯状の電極であり、カラーフィルタ23および遮光層22の面上に形成されている。さらに、各データ線24は、上述した走査線12と交差する方向(図2に示すX方向)に延在し、第1基板10上に列をなす複数の画素電極11と対向するようになっている。かかる構成のもと、第1基板10と第2基板20とによって挟持された液晶40は、画素電極11とこれに対向するデータ線24との間に電圧が印加されることによってその配向方向が変化する。すなわち、図2に示すように、各画素電極11と各データ線24とが対向する領域はマトリクス状に配列し、その各々がサブ画素7として機能するのである。換言すると、サブ画素7は、液晶の配向方向が電圧の印加に応じて変化する領域の最小単位であるということができる。
【0022】
図1に示すように、データ線24が形成されたカラーフィルタ23および遮光層22の表面は配向膜25によって覆われている。この配向膜25は、ポリイミドなどからなる有機薄膜である点で上述した配向膜14と共通するが、ラビング処理が施されていない点で配向膜14とは異なっている。
【0023】
反射層21は、例えばアルミニウムや銀といった単体金属、またはこれらの金属を主成分とする合金などによって形成され、光反射性を有する薄膜である。観察側から液晶表示パネル1に入射した光(例えば室内照明光や太陽光など)は反射層21の表面において反射する。この反射層21が観察側に出射して観察者に視認される結果、反射型表示がなされるのである。なお、第2基板20の内側表面は粗面化されており(図示略)、反射層21の表面にはこの粗面を反映した散乱構造が形成されている。
【0024】
さらに、図1および図2に示すように、反射層21のうち各サブ画素7の中央部近傍には透光部211が設けられている。透光部211は、液晶表示パネル1に対して背面側から入射した光を観察側に通過させるために開口した部分である。すなわち、バックライトユニットによる照射光は、反射層21の透光部211を通って観察側に出射する。この光が観察者によって視認される結果、透過型表示が実現されるのである。
【0025】
遮光層22は、マトリクス状に配列する各サブ画素7の間隙部分(つまり、画素電極11とデータ線24とが対向する領域以外の領域)と重なるように格子状に形成され、各サブ画素7同士の隙間を遮光する役割を担っている。この遮光層22は、カーボンブラックや顔料といった黒色着色材を含む樹脂材料、またはクロム(Cr)などの金属などによって形成される。
【0026】
カラーフィルタ23は、各サブ画素7に対応して形成された樹脂層であり、染料や顔料によって赤色(R)、緑色(G)および青色(B)のうちのいずれかに着色されている。すなわち、各色のカラーフィルタ23は、その色に対応する波長の光を選択的に透過させる。そして、赤色、緑色および青色の3色のカラーフィルタ23にそれぞれ対応する3つのサブ画素7R、7Gおよび7Bによって、表示の最小単位であるひとつの画素(ドット)が構成される。なお、本実施形態においては、図2に示すように、走査線12の延在方向に列をなす複数のサブ画素7にわたって同一色のカラーフィルタ23が配列された構成(いわゆるストライプ配列)を採用した場合を例示する。
【0027】
次に、図3は、第2基板20上の各要素を拡大して示す断面図であり、図4は、カラーフィルタ23の構成を示す斜視図である。図4におけるIII−III線からみた断面図が図3に相当する。なお、これらの図においては、赤色、緑色および青色の3色に対応した3つのサブ画素7からなるひとつの画素に関わる要素が図示されている。
【0028】
図3に示すように、各色のカラーフィルタ23の表面には突起(以下、「配向制御突起」と表記する)231が形成されている。この配向制御突起231は、図4に示すように、カラーフィルタ23表面の他の部分からみて突起した頂上部233がY方向に延在する形状となっている。換言すると、カラーフィルタ23表面のうち配向制御突起231以外の部分には、当該配向制御突起231の頂上部233よりも高さが低い溝部232が一方向に延在しているということもできる。溝部232の底からみた配向制御突起231の頂上部233の高さは1μm程度であり、各配向制御突起231の間隔(すなわち溝部232の幅)は20μm程度である。
【0029】
図3に示すように、データ線24および配向膜25は、かかる配向制御突起231が設けられたカラーフィルタ23の表面に薄膜状に形成されている。このため、配向膜25の表面には、配向制御突起231を反映した突起(または溝部232を反映した窪み)が形成される。この結果、当該配向膜25に近接する液晶40の分子は、その長軸方向が、配向膜25表面に延在する突起および窪みに沿った状態に配列することとなる。つまり、電圧が印加されていないときの液晶40の配向は、その長軸方向が配向制御突起231の延在方向に沿ったホモジニアス配向、すなわち当該長軸方向が第2基板20の基板面と平行となる配向(平行配向)に規定されることとなる。
【0030】
このように、本実施形態においては、カラーフィルタ23が液晶の配向状態を規定し得る表面形状を有するため、配向膜25に対してラビング処理を施す必要はない。したがって、塵の付着や静電気の発生といった、配向膜25へのラビング処理に起因した種々の不具合を有効に抑えることができる。
【0031】
ところで、液晶分子41の配向方向を規定する作用(以下「配向制御作用」という)は、液晶40が配向膜25に接触する面積が広いほど大きくなる。したがって、カラーフィルタ23表面における配向制御突起231の寸法や隣接する配向制御突起231同士の間隔(溝部232の幅)は以下のように選定されることが望ましい。
【0032】
まず、図5に示す配向制御突起231の幅Wは小さいことが望ましい。具体的には、配向制御突起231の幅が10μm程度よりも小さければ、表示画像について十分なコントラストを実現するための適度な配向制御作用が得られる。一方、配向制御突起231の幅を1μmよりも小さくすることは製造技術上の理由から困難であるのが現状である。したがって、配向制御突起231の幅Wは1μm以上10μm以下であることが望ましい。
【0033】
次に、図5に示す配向制御突起231の高さHは大きいことが望ましい。しかしながら、配向制御突起231の高さHをセルギャップ(液晶40からなる層の厚さ)よりも大きくすることはできない。一般的にセルギャップの厚さは3μmないし5μm程度であるから、高さHは3μm程度よりも小さいことが望ましい。ただし、配向制御突起231の高さHをあまりに小さくすると、カラーフィルタ23上に設けられるデータ線24および配向膜25によって溝部232と頂上部233との段差(高さH)が平坦化され、配向制御作用が得られない場合が生じ得る。したがって、高さHは、データ線24の厚さと配向膜25の厚さとの合計値よりも大きいことが望ましい。一般に、データ線24の厚さは0.1μm程度であり、配向膜25の厚さは0.05μm程度である。したがって、高さHを、これらの厚さの合計値(0.15μm)よりも十分に大きい1μm程度とすれば、十分な配向制御作用が得られる。このように、配向制御突起231の高さHは1μm以上3μm以下であることが望ましい。
【0034】
また、隣接する配向制御突起231同士の間隔D(図5参照)は小さいことが望ましい。具体的には、間隔Dが70μm程度よりも小さければ、表示画像について十分なコントラストを実現するための適度の配向制御作用が得られる。一方、間隔Dをあまりに小さくすると、データ線24および配向膜25が溝部232と頂上部233との段差に入り込まずに配向膜25の表面が平坦化され、所期の配向制御作用が得られない場合が生じ得る。これを回避するために、間隔Dは、データ線24の厚さと配向膜25の厚さとの合計値の2倍よりも大きいことが望ましい。例えば、上述したようにデータ線24の厚さと配向膜25の厚さとの合計値が0.15μm程度である場合には、間隔Dを3μm程度よりも大きくすれば十分な配向制御作用が得られる。このように、隣接する配向制御突起231同士の間隔Dは3μm以上70μm以下であることが望ましい。
【0035】
<A−2:液晶表示パネルの製造方法>
次に、図6および図7を参照して、本実施形態に係る液晶表示パネル1の製造方法について説明する。ただし、第1基板10上の各要素については公知の各種技術を用いて製造することができるためその説明を省略し、以下では、主に第2基板20上の各要素の製造方法について説明する。
【0036】
まず、第2基板20のうち第1基板10と対向すべき面の全面を覆うように、光反射性を有する金属の薄膜をスパッタリング法などを用いて形成する。この後、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて当該薄膜をパターニングすることにより、図6に工程aとして示すように、各サブ画素に対応して透光部211が設けられた反射層21を形成する。なお、反射層21の表面に散乱構造を形成するために、反射層21の形成に先立って第2基板20の表面を粗面化することが望ましい。あるいは、反射層21の形成に先立って第2基板20の表面を覆う樹脂層を形成し、この樹脂層の表面を粗面化してもよい。
【0037】
次いで、反射層21が形成された第2基板20を覆うように、クロム(Cr)からなる薄膜をスパッタリング法などを用いて形成する。この後、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて当該薄膜をパターニングすることにより、図6に工程bとして示すように、各サブ画素7の間隙に重なる格子状の遮光層22を形成する。なお、ここではクロムによって遮光層22を形成したが、カーボンブラックなどによって黒色に着色された樹脂材料を用いて遮光層22を形成してもよい。また、後の工程により形成される3色分のカラーフィルタ23R、23Gおよび23Bを、各サブ画素7の間隙部分に積層することによって遮光層22を形成してもよい。
【0038】
続いて、以下に詳述するように、第2基板20の面上に赤色、緑色および青色の3色のカラーフィルタ23R、23Gおよび23Bを順次形成する。なお、ここでは、赤色のカラーフィルタ23R、緑色のカラーフィルタ23G、青色のカラーフィルタ23Bの順に形成するものとするが、各色のカラーフィルタ23の形成順序をこれに限定する趣旨ではない。
【0039】
まず、図6に工程cとして示すように、第2基板20の全面を覆うように樹脂層61を形成する。この樹脂層61は、顔料によって赤色に着色されたアクリル系やエポキシ系などの樹脂材料によって、2μm程度の厚さに形成される。なお、ここでは、露光に伴う光反応で硬化するネガ型の樹脂材料によって樹脂層61を形成するものとする。次いで、図6に工程dとして示すように、マスク62を介して樹脂層61に紫外線を照射する。同図に示すように、マスク62には、樹脂層61のうち赤色のカラーフィルタ23Rが形成されるべき領域(すなわちサブ画素7Rに対応する領域)と重なるように、紫外線を透過させる透光部621が形成されており、その他の部分、すなわち緑色および青色のカラーフィルタ23Gおよび23Bが形成されるべき領域と遮光層22とに向かう紫外線は遮られるようになっている。さらに、赤色のカラーフィルタ23Rが形成されるべき領域への露光量は、樹脂層61のうち厚さ方向の一部(1μm程度)のみが光反応によって硬化するように、すなわち厚さ方向の全部にわたって硬化しないように調整されている。図6においては、樹脂層61のうち当該露光工程によって硬化した部分にハッチングが施されている。
【0040】
次に、図7に工程eとして示すように、上記マスク62とは別のマスク63を介して樹脂層61に紫外線を照射する。同図に示すように、このマスク63には、赤色のカラーフィルタ23Rが形成されるべき領域のうち、上述した配向制御突起231が形成されるべき領域と重なるように透光部631が形成されている。換言すれば、赤色のカラーフィルタ23Rが形成されるべき領域のうち配向制御突起231以外の領域と、緑色および青色のカラーフィルタ23Gおよび23Bが形成されるべき領域と、遮光層22が形成された領域とに対して、紫外線は照射されない。この露光工程においては、図7にハッチングを施して示すように、光反応によって硬化する部分が樹脂層61の表面まで達するように、露光量が調整されている。
【0041】
続いて樹脂層61を現像し、露光によって硬化した部分を残して樹脂層61を除去する。この現像工程により、図7に工程fとして示すように、樹脂層61のうち赤色のサブ画素7R以外の部分が除去されるとともに、赤色のサブ画素7Rに対応する部分のうち表面における複数の線状の部分(溝部232に相当する部分)が、当該樹脂層61の厚さ方向における一部分にわたって除去される。この結果、頂上部が一方向に延在する複数の配向制御突起231を表面に有する赤色のカラーフィルタ23Rが得られる。
【0042】
この後、図6の工程cおよび工程d、ならびに図7の工程eおよび工程fに示した赤色のカラーフィルタ23Rの形成と同様の手順で、緑色および青色のカラーフィルタ23Gおよび23Bを順次形成する。すなわち、第1に、各色に対応する樹脂層を第2基板20の全面にわたって形成し、第2に、当該色のカラーフィルタ23が形成されるべき領域を一部の厚さにわたって硬化させ、第3に、その領域のうち配向制御突起231が形成されるべき領域を硬化させ、第4に、当該樹脂層を現像する。この一連の工程を繰り返すことによって、図7に工程gとして示すように、赤色、緑色および青色の3色のカラーフィルタ23R、23Gおよび23Bが得られる。
【0043】
なお、ここではネガ型の樹脂材料を用いてカラーフィルタ23を形成するものとしたが、露光に伴う光反応によって軟化するポジ型の樹脂材料を用いてもよい。この場合には、上述したマスク62の透光部621とそれ以外の部分とを反転させたマスクを用いて図6の工程dに示した露光を行なうとともに、マスク63の透光部631とそれ以外の部分とを反転させたマスクを用いて図7の工程eに示した露光を行なうようにすればよい。
【0044】
次いで、カラーフィルタ23および遮光層22を覆うようにITOからなる薄膜を形成し、これをパターニングすることによってデータ線24を形成した後、これらのデータ線24を覆うように配向膜25を形成する(図3参照)。上述したように、この配向膜25に対してラビング処理は施されない。
【0045】
以上が第2基板20上の各要素の製造方法である。以後、この方法により得られた第2基板20と、画素電極11、走査線12、TFD素子13および配向膜14が形成された第1基板10とを、電極形成面を対向させた状態でシール材30を介して貼り合わせる。そして、両基板とシール材30とによって囲まれた領域に液晶40を封止し、位相差板102および202と偏光板101および201とを貼着することによって、図1に示した液晶表示パネル1が得られる。
【0046】
このように、本実施形態に係る製造方法によれば、第2基板20上の配向膜25に対してラビング処理を施す必要がないから、ラビング処理を原因とする歩留まりの低下や、ラビング処理に伴って発生した塵の付着、あるいは静電気の発生によるTFD素子13の破壊といった、配向膜25へのラビング処理に起因した種々の不具合を防止することができる。
【0047】
ところで、ラビング処理を要することなく配向膜25の表面形状を液晶40の配向状態を規定し得るものとするために、以下の方法を採ることも考えられる。すなわち、カラーフィルタ23および遮光層22の上に、これらとは別個の樹脂材料などによって突起を形成し、この突起を覆うように配向膜25を形成するのである。しかしながら、この突起を形成するためには、樹脂材料によって樹脂層を形成する工程と、この樹脂層を選択的に除去して突起を形成する工程とを要する。
【0048】
これに対し、本実施形態に係る製造方法によれば、液晶40の配向状態を規定するための配向制御突起231がカラーフィルタ23の形成と同時に形成される。このため、配向制御突起231をカラーフィルタ23とは別個に形成した場合と比較して、製造工程を簡易化することができ、ひいては製造コストを低く抑えることもできるという利点がある。
【0049】
<B:第2実施形態>
<B−1:液晶表示パネルの構成>
次に、本発明の第2実施形態に係る液晶表示パネルについて説明する。本実施形態に係る液晶表示パネルは、カラーフィルタの形状を除いて、図1に示した第1実施形態に係る液晶表示パネル1と同様の構成である。このため、以下では、本実施形態に係る液晶表示パネルのうちカラーフィルタの形状についてのみ説明し、その他の構成要素については説明を省略する。また、以下に示す図面においては、本実施形態に係る液晶表示パネルのうち第1実施形態に示した液晶表示パネルと共通する要素について同一の符号が付されている。
【0050】
図8は、本実施形態に係る液晶表示パネルにおける第2基板20上の各要素を拡大して示す断面図であり、上記第1実施形態における図3に対応する図である。また、図9は、ひとつの画素に対応するカラーフィルタの構成を示す斜視図であり、上記第1実施形態における図4に対応する図である。図8は、図9におけるV III−VIII線からみた断面図に相当する。
【0051】
図8および図9に示すように、本実施形態におけるカラーフィルタ26(26R、26Gおよび26B)の各々は、頂上部がY方向に延在する配向制御突起261を有する。すなわち、配向制御突起261は、第2基板20の基板面に対して傾斜した2つの面262および263を有する。この面262と263とはY方向に延在する交線264を有し、配向制御突起261はこの交線264において観察側に突起するようになっている。カラーフィルタ26の断面に着目して換言すれば、図8に示すように略五角形である当該断面のうちひとつの頂点が、観察側に突出した形状であるということができる。
【0052】
図8に示すように、データ線24および配向膜25は、かかる配向制御突起261が設けられたカラーフィルタ26の表面上に薄膜状に形成されている。このため、配向膜25の表面には、配向制御突起261を反映した突起が形成される。この結果、図8に破線で示すように、当該配向膜25に近接する液晶40の分子41は、その長軸方向を配向制御突起261の傾斜面262および263と垂直な方向に向けて起立した状態で配列することとなる。つまり、電圧が印加されていないときの液晶40の配向は、ホメオトロピック配向、すなわち当該長軸方向が第2基板20の基板面に対して傾いた配向(垂直配向)に規定されるのである。
【0053】
本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、カラーフィルタ26が液晶40の配向状態を規定し得る表面形状を有するため、配向膜25にラビング処理を施す必要はない。このため、配向膜25へのラビング処理に起因した種々の不具合を防ぐことができる。
【0054】
<B−2:カラーフィルタ26の製造方法>
次に、本実施形態に係る液晶表示パネルの製造方法を説明する。ただし、本実施形態に係る液晶表示パネルの製造方法は、カラーフィルタ26を製造する工程を除いて上記第1実施形態に係る液晶表示パネルと同様であるため、ここではカラーフィルタ26の製造方法のみについて説明し、その他の製造方法については説明を省略する。
【0055】
まず、図6の工程aおよび工程bにより、反射層21および遮光層22を第2基板20上に形成した後、図10に工程aとして示すように、赤色に着色された樹脂層61を、第2基板20の全面を覆うように形成する。次いで、図10に工程bとして示すように、マスク62を介して樹脂層61に紫外線を照射する。上記第1実施形態に示したように、このマスク62には、樹脂層61のうち赤色のカラーフィルタ26Rが形成されるべき領域と重なるように透光部621が形成されており、その他の部分に向かう紫外線は遮られるようになっている。さらに、赤色のカラーフィルタ26Rが形成されるべき領域への露光量は、樹脂層61のうち厚さ方向の一部(1μm程度)のみが光反応によって硬化するように調整されている。なお、図10においては、樹脂層61のうち当該露光工程によって硬化する部分にハッチングが施されている。
【0056】
次に、図10に工程cとして示すように、上記マスク62とは別のマスク64を介して樹脂層61に紫外線を照射する。同図に示すように、このマスク64には、樹脂層61のうち赤色のカラーフィルタ26Rが形成されるべき領域に、紫外線を透過させる透光部641が設けられている。ただし、この透光部641の光学濃度は、赤色のカラーフィルタ26Rが形成されるべき領域のうち配向制御突起261の頂上部と重なる位置において最小となり、この位置からカラーフィルタ26の縁辺に向かって離れるにつれて連続的に低くなるように設定されている。したがって、樹脂層61のうち赤色のカラーフィルタ26Rが形成されるべき領域に対する紫外線の露光量は、配向制御突起261の頂上部に相当する位置において最大となり、この位置から離れるにつれて連続的に低くなる。かかる露光の結果、図10の工程cにおいてハッチングを施して示すように、樹脂層61のうち配向制御突起261に対応する三角形状の部分が硬化する。
【0057】
続いて樹脂層61を現像し、露光によって硬化した部分を残して当該樹脂層61を除去する。この現像工程により、図11に工程dとして示すように、樹脂層61のうち赤色のサブ画素7R以外の部分が除去されるとともに、赤色のサブ画素7Rに対応する部分が、当該樹脂層61表面の位置に応じて連続的に変化する深さにわたって除去される。この結果、断面形状が略三角形の配向制御突起261を有する赤色のカラーフィルタ26Rが得られる。
【0058】
以後、図10の工程aないし工程bおよび図11の工程dに示したのと同様の手順により、緑色および青色のカラーフィルタ26Gおよび26Bを順次形成する。この結果、図11に工程eとして示すように、赤色、緑色および青色の3色について、各々が配向制御突起261を有するカラーフィルタ26R、26Gおよび26Bが得られる。続いて、上記第1実施形態に示したのと同様の手順により、カラーフィルタ26および遮光層22の面上にデータ線24および配向膜25を形成する。
【0059】
このように、本実施形態によれば、第2基板20上の配向膜25に対してラビング処理を施す必要がないから、上記第1実施形態と同様に、配向膜26へのラビング処理に起因した種々の不具合を防止することができる。さらに、液晶40の配向を制御するための突起をカラーフィルタ26とは別個に形成した場合と比較して、製造工程の簡易化、および製造コストの低減を図ることができる。
【0060】
<C:変形例>
以上この発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまでも例示であり、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。変形例としては、例えば以下のようなものが考えられる。
【0061】
<C−1:変形例1>
上記各実施形態においては、背面側に位置する第2基板20上にカラーフィルタおよび遮光層が設けられた構成を例示したが、観察側に位置する第1基板10上にカラーフィルタおよび遮光層を設けた構成としてもよい。図12は、本変形例に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【0062】
同図に示すように、この液晶表示パネル1’においては、観察側に位置する第1基板10の面上に遮光層16およびカラーフィルタ17が設けられている。このカラーフィルタ17は、電圧が印加されていないときの液晶40の配向状態を規定するための配向制御突起を有する。すなわち、カラーフィルタ17は、図3および4に示したカラーフィルタ23、または図8および図9に示したカラーフィルタ26と同様の形状となっている。さらに、このカラーフィルタ17および遮光層16の面上に、画素電極11、走査線12、TFD素子13および配向膜14が設けられている。この配向膜14の表面には、カラーフィルタ17表面の配向制御突起を反映した突起および窪みが形成される。この突起および窪みによって液晶40の配向状態が規定されるため、配向膜14に対してラビング処理を施す必要はない。
【0063】
一方、第2基板20の内側表面に設けられた反射層21は、樹脂材料などからなる絶縁層27によって覆われている。データ線24および配向膜25は絶縁層27の面上に設けられる。この配向膜25には、液晶40の配向状態を規定するためにラビング処理が施されている。
【0064】
このように、観察側に位置する第1基板10にカラーフィルタ17および遮光層16を設けた構成によっても、上記第1および第2実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、本発明に係るカラーフィルタ基板は、液晶表示パネルにおいて観察側または背面側のいずれに配置されるかを問わず、カラーフィルタが設けられた基板を意味する。
【0065】
<C−2:変形例2>
上記第1実施形態においては、カラーフィルタ23の表面にストライプ状の配向制御突起231を設けて液晶をホモジニアス配向させた構成を例示し、第2実施形態においては、カラーフィルタ26の表面に断面視三角形状の配向制御突起261を設けて液晶分子を垂直配向させた構成を例示したが、カラーフィルタの表面形状(つまり配向制御突起の形状)、および液晶の配向状態はこれに限られるものではない。すなわち、液晶の配向状態がこれ以外のものであってもよいことはもちろんであり、所期の配向状態に応じてカラーフィルタの表面形状が選定されることが望ましい。例えば、第2実施形態と同様に液晶40を垂直配向させるために、カラーフィルタ26を図13から図15に示す形状とすることが考えられる。なお、図13から図15においては、ひとつのサブ画素7に対応するカラーフィルタ26のみが示されている。図13に示すカラーフィルタ26は、第2基板20の板面に対して傾斜する4つの平面からなる略四角錐状の配向制御突起261aを有する。また、図14に示すカラーフィルタ26は、第2基板20の板面に対して傾斜する4つの平面からなり、このうち2つの平面が直線にて交差する配向制御突起261bを有する。図13および図14に破線で示すように、これらのカラーフィルタ26によれば配向制御突起261aまたは261bを構成する4つの平面の各々に対して液晶分子41を略垂直に配向させることができる。一方、図15に示すように、第2基板20とは反対側に突起する曲面を有する配向制御突起261cを採用してもよい。
【0066】
また、図16に示すように、カラーフィルタ26’のうち幅方向の一部に配向制御突起261dを設けた構成としてもよい。図16に示すカラーフィルタ26は、傾斜面262および263を有する上記第1実施形態と同様の配向制御突起261に加えて、第2基板20の板面と平行な平面部265を有する。この構成のもとでも、液晶分子41が配向制御突起261dの傾斜面262および263と垂直な方向に配向する。
【0067】
また、上記各実施形態および変形例においては第1基板10上の配向膜14にラビング処理を施す構成としたが、図17に示すように、カラーフィルタ26の配向制御突起261d(261、261aから261cであってもよい)と同様の配向制御突起17を第1基板10上に設けてもよい。すなわち、この配向制御突起17は、上記第1または第2実施形態に示したのと同様の製造プロセスによって、例えばアクリル系やエポキシ系などの樹脂材料によって形成される。この構成によれば、第1基板10近傍の液晶分子41は配向制御突起17によって配向方向が規定されるから、配向膜14へのラビング処理を不要とすることができる。
【0068】
さらに、第1基板10上に配向制御突起17を設けた構成のもとでは、図17に示したように、この配向制御突起17の頂上と第2基板20上の配向制御突起261dの頂上とが、板面と垂直な方向からみて重なり合わない構成としてもよい。すなわち、第1基板10上の配向制御突起17をカラーフィルタ26の平面部265と対向させる一方、第2基板20上の配向制御突起261dを、第1基板10のうち配向制御突起17が設けられていない領域に対向させるのである。
【0069】
ところで、上記第2実施形態や図13ないし図16に示したように第2基板20に対して傾斜する面を有する配向制御突起261(261a、261bおよび261cを含む)を有する構成のもとでは、この配向制御突起261の高さが以下のように選定されることが望ましい。ここで、図18は、図17に示した配向制御突起261の高さHと液晶表示パネルの透過率との関係を示すグラフである。なお、図18においては、それぞれ値の異なる3種類の電圧を液晶40に印加したときの透過率特性が示されている。同図から明らかなように、液晶表示パネルの透過率は配向制御突起261の高さHが大きくなるほど増加する。したがって、第2基板20に対する傾斜面を有する配向制御突起261を有する構成においては、この配向制御突起261の高さHを高くすることが望ましい。ただし、この高さHはセルギャップよりも小さくする必要がある。
【0070】
また、図17に示した構成を採用する場合、第1基板10上の配向制御突起17と第2基板20上の配向制御突起261との間隔Dは以下のように選定されることが望ましい。ここで、図19は、間隔Dと液晶表示パネルの透過率との関係を示すグラフである。同図においても図18と同様に、液晶40に対して3種類の電圧が印加されたときの特性が示されている。同図に示すように、間隔Dが約30μm以下であるときには間隔Dの増加に伴なって透過率も上昇する。一方、間隔Dが約30μmを越えると、透過率は間隔Dによらずほぼ一定となる。したがって、透過率と液晶配向作用とをともに高い水準に維持するためには、間隔Dは20μmから40μm程度であることが望ましく、30μm程度とすることがさらに好ましいといえる。
【0071】
<C−3:変形例3>
一方、第1基板10上の配向膜14のラビング方向は、第2基板20上の配向制御突起231(または261)の延在方向との関係で液晶40が所期の配向方向となるように適宜に選択されることが望ましい。例えば、配向膜14には、配向制御突起231または261の延在方向と略平行方向にラビング処理が施されていてもよいし、あるいは配向制御突起231または261の延在方向と一定の角度をなす方向にラビング処理が施されていてもよい。また、第2実施形態に示したように液晶40(液晶分子41)を垂直配向させる場合には、配向膜14に対するラビング処理は不要である。
【0072】
<C−4:変形例4>
上記各実施形態および各変形例においては、透光部211が形成された反射層21を用いて反射型表示および透過型表示を行なう半透過反射型の液晶表示パネルを例示したが、透光部211を持たない反射層を用いて反射型表示のみを行なう反射型の液晶表示パネルや、反射層21を備えず、透過型表示のみを行なう透過型の液晶表示パネルにも本発明を適用できる。また、上記各実施形態および各変形例においては、同一色のカラーフィルタが一列をなすストライプ配列を採用した場合を例示したが、カラーフィルタの配列の態様としては、この他にモザイク配列やデルタ配列を採用することもできる。さらに、TFT(Thin Film Transistor)素子に代表される三端子型スイッチング素子を用いた液晶表示パネルや、スイッチング素子を持たないパッシブマトリクス方式の液晶表示パネルにも本発明を適用できる。このように、カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板、およびこのカラーフィルタ基板を用いた液晶表示パネルであれば、その他の構成要素に係る態様の如何を問わず本発明を適用可能である。
【0073】
また、IPS(In Plane Switching)方式の液晶表示パネルにも本発明を適用できる。図20は、この種の液晶表示パネルに本発明を適用した場合の部分的な構成を示す斜視図である。同図に示すように、カラーフィルタ23は、液晶分子41をホモジニアス配向させるための表面形状を有する。具体的には、カラーフィルタ23の表面には、ひとつの方向に延在する複数の配向制御突起231が設けられている。このカラーフィルタ23の面上には、図20にハッチングを施して示すように、画素電極281および共通電極282が設けられている。画素電極281および共通電極282は、配向制御突起231の延在方向と垂直な方向に延在する略線状の電極である。これらの電極が設けられたカラーフィルタ23の表面は配向膜25によって覆われている。一方、第2基板20に対向する第1基板(図示略)の面上には、配向膜は設けられているものの電極は設けられていない。この構成のもと、画素電極281と共通電極282との間に電圧が印加されていないときには、図20に破線で示すように、液晶分子41の長軸は配向制御突起231の延在方向と略垂直な方向に向く。一方、画素電極281と共通電極282との間に電圧が印加されて両電極間に横方向(水平方向)の電界が発生すると、液晶分子41は、第2基板20の板面と平行な面内において電界方向に沿って回転する。この構成のもとでも上記各実施形態と同様の効果が得られる。
【0074】
<D:電子機器>
次に、本発明に係る液晶表示パネルを用いた電子機器について説明する。
【0075】
<D−1:モバイル型コンピュータ>
まず、本発明に係る液晶表示パネルを、可搬型のパーソナルコンピュータ(いわゆるノート型パソコン)の表示部に適用した例について説明する。図21は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ91は、キーボード911を備えた本体部912と、本発明に係る液晶表示パネルを適用した表示部913とを備えている。
【0076】
<D−2:携帯電話機>
続いて、本発明に係る液晶表示パネルを、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図22は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機92は、複数の操作ボタン921のほか、受話口922、送話口923とともに、本発明に係る液晶表示パネルを適用した表示部924を備える。
【0077】
なお、本発明に係る液晶表示パネルを適用可能な電子機器としては、図21に示したパーソナルコンピュータや図22に示した携帯電話機のほかにも、液晶テレビや、ビューファインダ型・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、POS端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配向膜へのラビング処理に起因した不具合の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【図2】 同液晶表示パネルの要部構成を示す斜視図である。
【図3】 同液晶表示パネルのカラーフィルタを拡大して示す断面図である。
【図4】 同液晶表示パネルのカラーフィルタの構成を示す斜視図である。
【図5】 同液晶表示パネルのカラーフィルタをさらに拡大して示す断面図である。
【図6】 同液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。
【図7】 同液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。
【図8】 本発明の第2実施形態に係る液晶表示パネルのカラーフィルタを拡大して示す図である。
【図9】 同液晶表示パネルのカラーフィルタの構成を示す斜視図である。
【図10】 同液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。
【図11】 同液晶表示パネルの製造方法を示す断面図である。
【図12】 本発明の変形例に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【図13】 本発明の変形例に係るカラーフィルタの構成を示す三面図である。
【図14】 本発明の変形例に係るカラーフィルタの構成を示す三面図である。
【図15】 本発明の変形例に係るカラーフィルタの構成を示す三面図である。
【図16】 本発明の変形例に係るカラーフィルタの構成を示す斜視図である。
【図17】 本発明の変形例に係る液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【図18】 同変形例に係る配向制御突起の高さと透過率との関係を示すグラフである。
【図19】 同変形例に係る配向制御突起の間隔と透過率との関係を示すグラフである。
【図20】 本発明の変形例に係る液晶表示パネルの構成を示す斜視図である。
【図21】 本発明に係る液晶表示パネルを適用した電子機器の一例たるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【図22】 本発明に係る液晶表示パネルを適用した電子機器の一例たる携帯電話機の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1……液晶表示パネル
10……第1基板
11……画素電極
12……走査線
13……TFD素子
14,25……配向膜
20……第2基板(一の基板)
21……反射層
211……透光部
22……遮光層
23(23R,23G,23B),26(26R,26G,26B),17(17R,17G,17B
)……カラーフィルタ
231,261,261a,261b,261c,261d、17……配向制御突起
24……データ線
27……絶縁層
30……シール材
40……液晶
41……液晶分子
101,201……偏光板
102,202……位相差板
91……パーソナルコンピュータ(電子機器)
92……携帯電話機(電子機器)
Claims (7)
- 相互に対向する一対の基板の間に液晶を有する液晶表示パネルにおいて、
前記一対の基板のうちの一方の基板における前記液晶と対向する面側に設けられて特定の波長の光を透過させるカラーフィルタであって、前記液晶の配向状態を規定する配向制御突起を有するカラーフィルタと、
前記一方の基板における前記カラーフィルタの面上に設けられ、前記液晶に電圧を印加するための電極と、
前記一対の基板の他方の基板のうち前記液晶と対向する面側に、前記カラーフィルタの配向制御突起と平面的にみて重なり合わないように設けられた配向制御突起とを具備し、
前記カラーフィルタの配向制御突起の底部の縁と、前記他方の基板の配向制御突起の底部の縁との間隔は20μmから40μmであり、
前記カラーフィルタの配向制御突起は、前記液晶の分子の長軸方向が前記一方の基板の基板面に対して傾斜するように前記液晶の配向状態を規定しており、
前記電極は前記カラーフィルタの配向制御突起を覆うように設けられていることを特徴とする液晶表示パネル。 - 前記カラーフィルタの配向制御突起は複数設けられ、頂上部が一方向に延在する形状であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
- 前記電極が設けられた前記カラーフィルタの表面を覆う配向膜とを具備し、
隣接する前記カラーフィルタの配向制御突起同士の間隔は、前記電極の厚さと前記配向膜の厚さとの合計の2倍よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示パネル。 - 前記電極が設けられた前記カラーフィルタの表面を覆う配向膜とを具備し、
前記カラーフィルタの配向制御突起の高さは、前記電極の厚さと前記配向膜の厚さとの合計よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示パネル。 - 前記カラーフィルタの配向制御突起は、前記一方の基板の基板面に対して傾斜した複数の面を有するとともに当該各面の交線において当該一方の基板と反対側に突起する形状であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
- 前記カラーフィルタの配向制御突起は、前記一方の基板とは反対側に突起する曲面を有する形状であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示パネル。
- 請求項1に記載の液晶表示パネルを備えることを特徴とする電子機器。
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