JP4175300B2 - カラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、表示装置、電気光学装置および電子機器 - Google Patents

カラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、表示装置、電気光学装置および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、視認性が良好なカラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、表示装置、電気光学装置および電子機器に関する。
従来、外部光による反射型表示と、バックライトによる透過型表示とを併せ持ち、カラー表示用の着色層を隙間無く接して配置した液晶表示装置において、反射型表示の場合に、外部からの入射光が着色層を通過して着色光となるため、入射光の一部が着色層に吸収され着色光による表示が暗いという問題を有していた。そこで、特許文献1に開示されているように、着色層の一部に着色されていない開口部と、開口部に対応した反射層とを設け、外部入射光を着色層に吸収されることなく非着色光として反射させることにより、着色光と合わせて明るい表示となることが示されている。
また、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が、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2参照)。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。
特開平11−183892号公報(図1) 特開平10−186347号公報(図1)
しかし、上記の特許文献1に開示された従来技術では、着色層の一部を開口部として非着色層とするため、着色層を着色部と非着色部とに分けて形成する必要がある。また、各着色層間に境となる境界層が無く、着色層は隙間無く隣接して配置されているため、着色層相互の色の重なりや色の無い隙間が不規則に生じて、反射型表示だけでなく透過型表示においてもコントラストの悪い表示に成るという問題を有していた。そして、特許文献2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るという問題があった。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、反射膜を剥き出しにする領域を確保しつつ、明るくコントラストの良い、視認性に優れたカラーフィルタ基板、カラーフィルタ基板の製造方法、表示装置、電気光学装置およ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、透明な基材と、該基材上に形成された反射膜と、該反射膜上に形成された色の異なる複数の着色要素と、前記反射膜上であって前記複数の着色要素の境界に形成された複数の透明なバンクとを有することを特徴とする。ここで、上記バンクについて『透明』とは、着色要素よりも光透過率が高いということであり、具体的には、波長400nm〜700nmの光に対して光透過率が50%以上、望ましくは80%以上のことである。
このカラーフィルタ基板によれば、着色要素を区画するバンクを透明としたので、バンクそのものが反射膜剥き出し部として機能する。そのため、従来のようにブラックマスクの内側に反射膜剥き出し部を設けた場合と比較して、着色要素の領域を大きくとることが可能となり、十分な彩度を確保できる。また、バンクによって囲まれる領域内に着色要素を配置する構成なので、着色要素を液滴吐出技術、すなわちインクジェット技術を利用して形成できる。
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は、前記複数の着色要素の境界であって前記バンクが無い部分に複数の遮光部材を有することが望ましい。この遮光部材は、いわゆるブラックマスクとして機能するので、鮮明なカラー像を表示できる。
上記構成のカラーフィルタ基板において、前記複数のバンクは第1方向に線状に延びると共にそれと直角な第2方向に前記着色要素の幅に相当する間隔をもって互いに平行に並べられ、さらに、前記複数の遮光部材は第2方向に線状に延びると共に第1方向に前記着色要素の幅に相当する間隔をもって互いに平行に並べられることが望ましい。この構成によれば、縦方向又は横方向の一方向に遮光部材が設けられ、それと直交する方向に透明バンクが設けられ、これらの遮光部材及び透明バンクによって各着色要素の周囲が囲まれる。
上記構成のカラーフィルタ基板において、前記バンクの面積は、当該バンクに隣接する前記着色要素の色に対応して異なる値に設定されることが望ましい。本出願人は、特願2002−230291号において、個々の画素領域内にバンク層や島状バンク領域等といった無着色反射領域を設けることにより、無着色の明るい反射光を得ることができるカラーフィルタ基板を提案した。ここで用いられる無着色反射領域の大きさは着色要素の色と密接に関連している。例えば、着色要素としてR,G,Bの3色を用いる場合、無着色反射領域の大きさをR,G,Bのそれぞれに対応して変化させれば、カラー表示における色のバランスを観察者の希望に応じて自由に設定できる。このことは本願発明についても同様である。つまり、本願発明においては、透明バンクの面積を着色要素の色に対応して変化させることにより、各色の明るさを個別に調節でき、これにより、カラー表示における色のバランスを希望に応じて調節できる。
バンクの面積を着色要素の色に対応して変化させるようにした上記構成のカラーフィルタ基板においては、着色要素の第1色に対して面積A1の透明領域が要求され、前記第1色に隣接する第2色に対して面積A2の透明領域が要求されるとき、前記第1色と前記第2色との間に設けられる前記バンクの面積は、(A1/2+A2/2)であることが望ましい。つまり、この場合には、1つのバンクに関して、その両隣の着色要素のそれぞれに必要とされる透明領域の半分ずつを合計した寸法に設定される。換言すれば、1つの着色要素に関しては、その着色要素の色に対して要求される透明領域の大きさの半分がその着色要素の両側に振り分けられることになる。
本発明に係るカラーフィルタ基板において、前記複数の着色要素の色の種類はR(赤)、G(緑)、B(青)や、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)等の3色であり、それらはストライプ配列で並べられることが望ましい。ここで、ストライプ配列とは、例えば図20(a)に示すように、R,G,Bのそれぞれの色が縦方向に1列に並び、横方向に順番に1つずつ繰り返して変化する配列である。
なお、着色要素の配列としては、ストライプ配列以外に種々採用でき、例えば、図20(b)に示すモザイク配列や、図20(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。
次に、本発明に係るカラーフィルタ基板は、ライン配線を備えた素子基板に対向して配置されることがある。この場合には、前記バンクは平面的に見て前記ライン配線を包含するようにそのライン配線よりも太く形成されることが望ましい。素子基板側に設けられるライン配線は光を透過させない領域であるので、ブラックマスクとして機能する。透明なバンクをライン配線よりも太く形成すれば、バンクを通過する無着色反射光を有効に利用できる。
平面的に見て透明バンクの中にライン配線が包含される構造のカラーフィルタ基板において、着色要素の第1色に対して面積A1の透明領域が要求され、前記第1色に隣接する第2色に対して面積A2の透明領域が要求され、さらに前記ライン配線の面積がALであるとき、前記第1色と前記第2色との間に設けられる前記バンクの面積は、(A1/2+A2/2+AL)であることが望ましい。こうすれば、透明バンクを通過する無着色反射光を有効に利用できる。
本発明のカラーフィルタ基板は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され開口部を有する反射層と、反射層の上に形成された境界層と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層とを備えたカラーフィルタ基板であって、境界層は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に光透過性の境界層が形成されてなることを特徴とする。
この構成によれば、着色層(着色要素)の境に境界層を設けることにより、規則正しく境界層を配置でき、着色層相互の不規則な色の重なり等も無くなり、色のコントラスト向上が図れるとともに、広い面積の光透過性の境界層において、外部入射光の明るさの低下を抑えた反射光が十分に得られるため、表示の明るさも向上する。また、同じ色の着色層間に有色の境界層(遮光部材)が形成されており、同じ色の着色層を形成する時に、着色材料が飛ぶなどして有色の境界層が着色されても、表示に影響がないため着色層の形成が容易である。
この場合、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なることが好ましく、着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることが好ましい。これらの構成によれば、境界層の幅を変えるだけで、他部分に影響を与えることなく着色層の大きさを簡単に変えられるため、認識されやすい色の着色層の面積を小さくする等のバランス調整が容易に行える。また、吐出装置によって着色層を形成することにより、液滴を均一に塗布できるため、塗布の厚さおよび塗布範囲のバラツキの無い着色層が形成できる。
また、本発明のカラーフィルタ基板は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され開口部を有する反射層と、反射層の上に形成された境界層と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層と、境界層および着色層を覆うように形成されたオーバーコート層とを備えたカラーフィルタ基板であって、境界層が形成された反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であり、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に光透過性の境界層が形成されてなることを特徴とする。
この構成によれば、反射層(反射膜)の面が凹凸形状であるため光が散乱して反射し、入射光方向からの像、例えば表示を見ている人の目や顔などの写りこみを防ぐことができる。
この場合、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なることが好ましく、着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることが好ましい。
さらに、オーバーコート層は、反射層に対応する領域での厚さが他部分の厚さより厚く形成されていることが好ましく、この構成では、反射層の領域でオーバーコート層が厚い分だけ同じ領域の液晶部分の厚みが少なくなり、光透過性の境界層(バンク)および着色層からの反射光が液晶部分を通過する際の明るさの低下が抑えられ、より明るい表示が可能となる。
本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、光透過性を有する基板上に開口部を有する反射層を形成する工程と、反射層の上に境界層を形成する工程と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層を形成する工程を備えたカラーフィルタ基板の製造方法であって、前記反射層の上の第1の領域に有色の境界層を形成する工程と、前記反射層の上の前記第1の領域とは異なる第2の領域に光透過性を有する境界層を形成する工程とを有し、同じ色の着色層の間に前記有色の境界層が、且つ異なる色の着色層の間に前記光透過性を有する境界層が、それぞれ形成されるように前記着色層を形成する。また、境界層を形成する工程は、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なり、着色層を形成する工程は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により前記着色層を形成することが好ましい。
そして、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、光透過性を有する基板の上に開口部を有する反射層を形成する工程と、反射層の上に境界層を形成する工程と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層を形成する工程と、境界層および着色層を覆うようにオーバーコート層を形成する工程とを備えたカラーフィルタ基板の製造方法であって、前記反射層の上の第1の領域に有色の境界層を形成する工程と、前記反射層の上の前記第1の領域とは異なる第2の領域に光透過性を有する境界層を形成する工程とを有し、前記境界層が形成された前記反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であることを特徴とする。また、境界層を形成する工程は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層を形成する工程と、互いに異なる色の着色層の間に光透過性の境界層を形成する工程とからなることが好ましく、さらに、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なることが好ましい。そして、着色層を形成する工程は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により前記着色層を形成することが好ましい。
次に、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造方法は、基材上に反射膜を形成する工程と、前記反射膜上に複数の帯状の遮光部材を表示用ドットの一方向の幅に対応する間隔を開けて互いに平行に形成する工程と、前記反射膜上に帯状で透明なバンクを表示用ドットの前記一方向と直角な方向の幅に対応する間隔を開けて互いに平行に形成する工程と、前記遮光部材と前記バンクとによって囲まれる複数の領域内に液滴吐出によって色の異なる複数の着色要素を所定の配列となるように形成する工程とを有す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、着色要素を区画するバンクを透明としたので、バンクそのものが反射膜剥き出し部として機能する。そのため、従来のようにブラックマスクの内側に反射膜剥き出し部を設けた場合と比較して、着色要素の領域を大きくとることが可能となり、十分な彩度を確保できる。また、液滴吐出技術、すなわちインクジェット技術を利用して着色要素を形成するので、従来用いられていたフォトリソグラフィ処理に比べて、作業が簡単になり、インクの消費量を節約できる等といった効果が得られる。
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、前記複数のバンクの面積は、個々のバンクに隣接する前記着色要素の色に対応して異なる値に設定されることが望ましい。こうすれば、カラー表示における色バランスを希望に応じて調節できる。
また、上記構成のカラーフィルタ基板の製造方法において、着色要素の第1色に対して面積A1の透明領域が要求され、前記第1色に隣接する第2色に対して面積A2の透明領域が要求されるとき、前記バンクを形成する工程では、前記第1色と前記第2色との間に設けられる前記バンクの面積は(A1/2+A2/2)に設定されることが望ましい。こうすれば、1つの着色要素に対して要求される透明領域は、その着色要素の両側に振り分けて配置されることになる。
また、上記構成のカラーフィルタ基板の製造方法において、前記液滴吐出によって複数の着色要素を形成する工程では、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色要素がストライプ配列で並べられることが望ましい。
また、本発明に係るカラーフィルタ基板の製造方法であって、ライン配線を備えた素子基板に対向して用いられる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、前記バンクは平面的に見て前記ライン配線を包含するようにそのライン配線よりも太く形成されることが望ましい。
また、上記構成のカラーフィルタ基板の製造方法において、着色要素の第1色に対して面積A1の透明領域が要求され、前記第1色に隣接する第2色に対して面積A2の透明領域が要求され、さらに前記ライン配線の面積がALであるとき、前記バンクを形成する工程では、前記第1色と前記第2色との間に設けられる前記バンクの面積は(A1/2+A2/2+AL)に設定されることが望ましい。
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に対向する対向基板と、前記カラーフィルタ基板と前記対向基板との間に配置された電気光学物質の層とを有することを特徴とする。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を区画するバンクを透明としたので、バンクそのものが反射膜剥き出し部として機能する。そのため、従来のようにブラックマスクの内側に反射膜剥き出し部を設けた場合と比較して、着色要素の領域を大きくとることが可能となり、十分な彩度を確保できる。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。
本発明の表示装置は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され開口部を有する反射層と、反射層の上に形成された境界層と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層とを備えたカラーフィルタ基板を有する表示装置であって、境界層は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に光透過性の境界層が形成されてなることを特徴とする。この場合、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なることが好ましく、着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることが好ましい。
また、本発明の表示装置は、光透過性を有する基板と、基板の上に形成され開口部を有する反射層と、反射層の上に形成された境界層と、境界層によって取り囲まれた複数の着色層と、境界層および着色層を覆うように形成されたオーバーコート層とを備えたカラーフィルタ基板を有する表示装置であって、前記境界層が形成された前記反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であり、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に光透過性の境界層が形成されてなることを特徴とする。
この場合、前記着色層の領域の面積が個別に異なるように前記境界層の幅が異なることが好ましい。そして、着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成され、オーバーコート層は、反射層に対応する領域での厚さが他部分の厚さより厚く形成されていることが好ましい。
本発明の電気光学装置は、光透過性の部分を含む境界層に囲まれた着色層を有するカラーフィルタ部と、着色層にそれぞれ対応した個別光源である有機EL部とから構成されたことを特徴とする。この構成によれば、目的の色の着色層に対応する有機ELのみ発光する無駄のない省エネルギー型光源と、光透過性の境界層を通った明るい有機EL光とにより、視認性の良い電気光学装置が得られる。
本発明の電子機器は、カラーフィルタ基板あるいは表示装置あるいは電気光学装置を搭載したことを特徴とし、この構成によれば、色のコントラストおよび明るさが向上した、見やすい表示装置を備えた各種表示装置、例えば携帯電話、腕時計、電子辞書、携帯ゲーム機、小型テレビなどが実現できる。
本発明の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、及び電子機器によれば、着色層を無色と有色の境界層で整然と仕切り、無色の境界層からは明るい反射光を得て表示の明るさが向上し、有色の境界層によって、着色層形成時の着色材料の飛びなどを、表示に影響に無しとして容認できるため、着色層形成が容易になるとともにコントラストの向上が図れる。また、着色要素を区画するバンクを透明としたので、バンクそのものが反射膜剥き出し部として機能する。そのため、従来のようにブラックマスクの内側に反射膜剥き出し部を設けた場合と比較して、着色要素の領域を大きくとることが可能となり、十分な彩度を確保できる。また、バンクの中に着色要素を配置する構成なので、着色要素を液滴吐出技術、すなわちインクジェット技術を利用して形成できる。このため、インクジェット技術を用いたときに得られる効果、例えば、工程が簡略化されたり、インクの無駄な消費が無くなる等といった効果が得られる。
以下に、添付図面を参照して、本発明のカラーフィルタ基板を搭載した表示装置である液晶表示装置の実施形態を説明する。この液晶表示装置は、外部光を取り入れてその反射光によって表示を行う反射型表示と、バックライトの光によって表示を行う透過型表示とを併せ持ち、周囲の明るさに応じて最適な表示方法で表示を行う、省エネルギータイプのいわゆる半透過反射型液晶表示装置であり、カラー表示のための着色層を備えたカラーフィルタ基板を有している。
(実施形態1)
図1は、本発明の半透過反射型液晶表示装置の断面図である。この断面図において液晶15に対して光源20が配置されている側を背面側と称し、反対側を前面側と称する。通常、前面側から表示内容の確認が行われる。また、図2は、本発明の要部である境界層の配置を前面側から見て示した図であり、X軸方向に複数延在する光透過性の無色境界層5と、X軸と直交するY軸方向に複数延在する光透過性の無い有色境界層21とが格子状に形成されている。無色境界層5の断面(A−A’)を示した図が図1であり、有色境界層21の断面(B−B’)を示した図が図3である。
図1および図2に示すように、半透過反射型液晶表示装置1は、光透過性の背面基板2と前面基板11とが対向して配置され、背面基板2の前面側に形成された開口部4を有する反射層3と、反射層3の上に開口部4を取り囲むように形成された無色境界層5および有色境界層21と、無色境界層5および有色境界層21により形成され後述する吐出装置により所定の着色液を塗布される複数の被吐出部7と、各被吐出部7に塗布された着色液の層である着色層6R、6G、6Bと、無色境界層5、有色境界層21および着色層6R、6G、6Bを一面に覆うオーバーコート層8とから成るカラー表示のためのカラーフィルタ基板40を有する。
また、前面基板11の背面側には、着色層6R、6G、6Bに対応して配置された画素電極12と、画素電極12を覆う配向膜13が形成され、上述したオーバーコート層8の上には画素電極12に対応して配置された対向電極9と、対向電極9を覆って配向膜10が形成されている。そして、配向膜10と配向膜13との間に前面基板11の外周部に沿うようにシール材14が形成され、シール材14、配向膜10および配向膜13で作られる空間に液晶15が封入されている。さらに、前面基板11の前面側に貼着された前面偏光板17と、背面基板2の背面側に貼着された背面偏光板16と、背面偏光板16の背面側全面を覆うように緩衝材18を介して設けられた導光板19と、導光板19へ光を供給する光源20とを備えている。
なお、着色層6R、6G、6Bは格子状に規則正しく配置されており、X軸方向に同じ色の着色層6が列をなし、Y軸方向に着色層6R、6G、6Bが順に配列されていて、異なる色の着色層6の境には無色境界層5が配置され、同じ色の着色層6の境には有色境界層21が配置されている。これらの着色層6は境界層5、21で仕切られていて、互いの色が重なりあったり、隙間ができたりして色のコントラストが悪くなるというようなことが無く、鮮明な表示が表現できる。また、無色境界層5、対向電極9、画素電極12、配向膜10、13およびオーバーコート層8は光透過性である。
このような構成の半透過反射型液晶表示装置1が行う反射型表示を最初に説明する。外部光Q、Sは、前面偏光板17へ入射すると、前面偏光板17が透過する方向(透過軸方向)の光だけが通過して、他方向の光は前面偏光板17に吸収される。前面偏光板17を通過した外部光Qおよび外部光Sは画素電極12→配向膜13→液晶15→配向膜10→対向電極9→オーバーコート層8の経路で入射する。ここで外部光Sは、着色層6R、6G、6Bのいずれかを通過して反射層3に至り、反射層3で反射して再び着色層6を通過して、着色層6のそれぞれの色に着色された着色光となって、入射と逆の経路を辿って前面側へ出射する。一方、外部光Qは、無色境界層5を通過して反射層3に至り、反射層3で反射して再び無色境界層5を通過して、非着色光として入射と逆の経路を辿って前面側へ出射する。
外部光Sのうち、着色の該当色以外の波長の光は着色層6に吸収される。そして、外部光Sは、着色層6を2回通過するので明るさが低下する。色の濃さを上げる目的で、着色層6の層厚を厚くすれば、明るさがさらに低下する。一方、非着色の外部光Qは、着色層6を通過せず無色境界層5を通過するため、明るい状態のまま出射する。そこで、外部光Sの明るさを上げるため、外部光Qと外部光Sとを同時に前面から出射させるようにして、相乗効果として全体の明るさを確保している。着色光と非着色光とが混ざって明るくなった光は、人間の目には着色光と非着色光の区別がされず、それぞれの着色光として認識される。
このような効果のある無色境界層5は、光透過性の良いアクリル樹脂やエポキシ樹脂から成り、異なる色の着色層6の境界に規則正しく形成されているため、各着色層6全体の明るさのバランスがとれて見やすい表示となる。また、同じ色の着色層6の境界に形成された樹脂製の有色境界層21は、黒色であって色のコントラストを良好にするとともに、後述する吐出装置での着色層6の形成において、着色液が有色境界層21上に吐出しても表示に影響を与えないため、連続して着色液の吐出が行える利点がある。これら両境界層とも通常、ディスペンサやスクリーン印刷などで形成される。
着色層6R、6G、6Bを通過した着色光のうち、緑色光は他の赤および青の光と比べて、人間の目で見た時の認識度が高い。すなわち、図2(b)に示すように緑の着色層6Gの領域を狭くしても、着色層6Gを通過した着色光は、人間の目には他の色の着色光と同じように認識される。このため、緑の表示が不鮮明に感じられない。つまり、着色層6Gの領域が比較的小さくても色バランスが崩れることはない。これを利用して、着色層6Gに接する無色境界層5の幅を、着色層6G側へ広げることで非着色光の外部光Qの領域を広げ、反射型表示での明るさを全体的に向上させることができる。このように無色境界層5の幅を調整することにより、表示の明るさを向上させるだけでなく、使用する緑の着色液の削減を図ることができる。緑色だけでなく他の色においても、同様なバランス調整が容易に行える。
また、背面基板2の上に形成された反射層3は、銀、アルミニウム、ニッケル、クロムなどの薄膜であり、光を反射する。オーバーコート層8は、無色境界層5、有色境界層21、着色層6R、6G、6Bの形成による凹凸を平坦化して対向電極を形成し易くする。
配向膜10、13はそれぞれ対向電極9および画素電極12を覆って保護するとともに、有機材料等が染み出して液晶15を劣化させることを防ぐ目的がある。
液晶15は、液晶15を挟んで対峙する対向電極9と、画素電極12との間に印加される電界に応じて、液晶分子の配向状態が変化して通過する光を制御できる。従って、対向電極9と、画素電極12とは、着色層6R、6G、6Bのそれぞれと無色境界層5とに対応した位置で対になるように配置され、光の透過、遮断やそれぞれの色の明るさを制御して所定の表示を描く。無色境界層5の領域では、互いに隣り合う対向電極9のそれぞれが、無色境界層5の幅の半分ずつを覆うように配置されている。すなわち、外部光Qと外部光Sとの透過、遮断は、対になった対向電極9、画素電極12のそれぞれの領域毎に制御されている。なお外部光Q、Sは、着色層6の通過と同様、液晶15を2回通過する。
次に、透過型表示について簡単に説明する。透過型表示では、反射型表示と異なり外部光Q、Sの替わりに光源20から発せられた透過光Pを用いる。透過光Pは導光板19によって背面偏光板16へ導かれ、背面偏光板16が光を透過する方向(透過軸方向)の光だけが背面偏光板16を通過して、さらに背面基板2を通過して、開口部4から着色層6R、6G、6Bへ入射する。着色層6R、6G、6Bに入射した透過光Pは、入射した着色層6のそれぞれの色に着色されて、オーバーコート層8→対向電極9→配向膜10→液晶15→配向膜13→画素電極12→前面基板11→前面偏光板17の経路を経て前面側へ出射する。通常、透過光Pは着色層6および液晶15を1回通過するだけであるので、前面から入射時の外部光Sと光源からの透過光Pとが同じ明るさとすると、前面からの出射時の明るさは透過光Pの方が明るい。本発明は、外部光Sに明るい外部光Qを加えることにより反射型表示の明るさを増し、透過型表示との明るさの差を極めて少なくするものである。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。図4は、実施形態2の半透過反射型液晶表示装置30の断面図である。実施形態1と同様に、この断面図において液晶15に対して光源20が配置されている側を背面側、反対側を前面側と称する。境界層の配置については、図2に示すようにX軸方向に複数延在する無色境界層5と、X軸と直交するY軸方向に複数延在する有色境界層21とが格子状に形成されている。無色境界層5の断面(A−A’)を示した図が図4であり、有色境界層21の断面(B−B’)を示した図が図5である。実施形態1との相違点は、樹脂散乱層32を新たに設けたことと、反射層3に凹凸を設けて散乱反射層31としたことと、オーバーコート層8の厚さを部分的に変えたことである。
図4および図5に示すように、半透過反射型液晶表示装置30は、光透過性の背面基板2と前面基板11とが対向して配置され、背面基板2の前面側に形成され前面側表面に凹凸を設けた樹脂散乱層32と、樹脂散乱層32の上に形成された開口部4および前面側表面に光を散乱させる凹凸面を有する散乱反射層31と、散乱反射層31の上で開口部4を取り囲むように形成された無色境界層5および有色境界層21と、無色境界層5および有色境界層21により形成され後述する吐出装置により所定の着色液が塗布される複数の被吐出部7と、各被吐出部7に塗布された着色液の層である着色層6R、6G、6Bと、無色境界層5、有色境界層21および着色層6R、6G、6Bを一面に覆うとともに散乱反射層31に対応する部分が厚く形成されているオーバーコート層8とから成るカラー表示のためのカラーフィルタ基板45を有する。
また、前面基板11の背面側には、着色層6R、6G、6Bに対応して配置された画素電極12と、画素電極12を覆う配向膜13が形成され、上述したオーバーコート層8の上には画素電極12に対応して凹状に配置された対向電極9と、対向電極9を覆って配向膜10が形成されている。そして、配向膜10と配向膜13との間に前面基板11の外周部に沿うようにシール材14が形成され、シール材14、配向膜10および配向膜13で作られる空間に液晶15が封入されている。さらに、半透過反射型液晶表示装置30は、前面基板11の前面側に貼着された前面偏光板17と、背面基板2の背面側に貼着された背面偏光板16と、背面偏光板16の全面を覆うように緩衝材18を介して設けられた導光板19と、導光板19へ光を供給する光源20とを備えている。
なお、着色層6R、6G、6Bは格子状に規則正しく配置されており、X軸方向に同じ色の着色層6が列をなし、Y軸方向に着色層6R、6G、6Bが順に配列されていて、異なる色の着色層6の境には無色境界層5が配置され、同じ色の着色層6の境には有色境界層21が配置されている。また、無色境界層5、対向電極9、画素電極12、配向膜10、13、オーバーコート層8および樹脂散乱層32は光透過性である。
このような構成の半透過反射型液晶表示装置30における反射型表示をまず説明する。
外部光Qおよび外部光Sが前面偏光板17へ入射すると、前面偏光板17が透過する方向(透過軸方向)の光だけが通過して、通過した光は、画素電極12→配向膜13→液晶15→配向膜10→対向電極9→オーバーコート層8の経路で入射する。ここで外部光Sは、着色層6R、6G、6Bのいずれかを通過して散乱反射層31に至り、散乱反射層31で反射して再び着色層6を通過して、着色層6のそれぞれの色に着色された着色光となって、入射と逆の経路を辿って前面側へ出射する。一方、外部光Qは、無色境界層5を通過して散乱反射層31に至り、散乱反射層31で反射して再び無色境界層5を通過して、非着色光として入射と逆の経路を辿って前面側へ出射する。
ここで、外部光Q、Sは散乱反射層31で反射する際に、散乱反射層31の表面の凹凸によって種々の方向へ散乱する。これにより、凹凸が無い場合に生じる前面からの人の目や顔などの像の映り込みを防ぐことができ、より鮮明な表示が得られる。この散乱反射層31は、銀、アルミニウム、ニッケル、クロムなどの薄膜であり、光を反射する。さらに、散乱反射層31の表面には、光を散乱させるために酸素プラズマ処理等により凹凸が設けられている。また、開口部4へ入射した外部光はほとんど反射されないが、わずかな映り込みをも防いで表示を鮮明にするために、樹脂散乱層32の前面側表面にも凹凸を設けている。
外部光Sは、着色層6を2回通過して所定の色と色の濃さに着色され明るさが減少し、外部光Qは、着色層6を通過せずに無色境界層5を通過して明るい状態のまま出射する。
このように、外部光Qと外部光Sとを同時に前面から出射させるようにして、全体の明るさを確保している。このような効果のある無色境界層5は、光透過性の良いアクリル樹脂やエポキシ樹脂から成り、異なる色の着色層6の境界に規則正しく形成されているため、各着色層6全体の明るさのバランスがとれて見やすい表示となる。
そして、同じ色の着色層6の境界に形成された樹脂製の有色境界層21は、黒色であって色のコントラストを良好にするとともに、後述する吐出装置での着色層6形成において、着色液が有色境界層21上に吐出しても表示に影響を与えないため、連続して着色液の吐出が行える利点がある。
また、緑の光は赤および青の光に比べて、人間の目に認識されやすいため、図2(b)に示すように、無色境界層5を広げて緑の着色層6Gの領域を狭くしても視認性に問題は生じない。加えて、無色境界層5を広げた分、外部光Qが増えて反射型表示の明るさが向上する。さらに、図4、図5に示すように、散乱反射層31によって反射された外部光Q、Sの明るさを維持するため、散乱反射層31に対応するオーバーコート層8を、その部分だけ厚く形成して、散乱反射層31で反射した外部光Q、Sが通過する液晶15部分の長さを他の部分より短く設定している。これにより液晶15通過による明るさの減少が抑えられ、前面からの出射光の明るさを向上させることができる。
なお、無色境界層5と有色境界層21との配置について補足すると、無色境界層5と有色境界層21とは、図2に示すように、無色境界層5がX軸方向に連続して延在し、有色境界層21がY軸方向に断続的に延在する構成だけでなく、図13に示すように、有色境界層21がY軸方向に連続して延在し、無色境界層5がX軸方向に断続的に延在する構成であっても良い。
透過型表示については、既に説明した半透過反射型液晶表示装置1と同様である。実施形態2においては、外部光Q、Sが通過する液晶15の長さを短くして明るさの減少を抑える工夫が付加されており、入射する時の外部光Q、Sと光源20からの透過光Pとが同じ明るさとすると、前面に出射する透過光Pと外部光Q、Sとの明るさの差異が無い設定となっている。すなわち、半透過反射型液晶表示装置30は、透過光Pおよび外部光Q、Sの通過経路の違いによる明るさの差異を解消する表示バランスの良い表示装置である。
このような実施形態1および2で説明した半透過反射型液晶表示装置1、30において、カラー表示の要である着色層6R、6G、6Bを均一に形成するには、液滴吐出装置を用いて着色液を液滴の状態で被吐出部7へ吐出して塗布することによって可能である。この場合、オーバーコート層8も液滴吐出装置によって形成可能である。
液滴吐出装置100は、図6に示すように、液滴を吐出するヘッド部110を有するヘッド機構部102と、ヘッド部110から吐出された液滴の吐出対象であるワーク120を載置するワーク機構部103と、ヘッド部110に液体133を供給する液体供給部104と、これら各機構部および供給部を総括的に制御する制御部105とを含む。
液滴吐出装置100は、床上に設置された複数の支持脚106と、支持脚106の上側に設置された定盤107を備えている。定盤107の上側には、ワーク機構部103が定盤107の長手方向(X軸方向)に延在するように配置されており、ワーク機構部103の上方には、定盤107に固定された2本の柱で両持ち支持されているヘッド機構部102が、ワーク機構部103と直交する方向(Y軸方向)に延在して配置されている。また、定盤107の一方の端部上には、ヘッド機構部102のヘッド部110から連通して液体133を供給する液体供給部104が配置されている。さらに、定盤107の下側には、制御部105が収容されている。
ヘッド機構部102は、液体133を吐出するヘッド部110と、ヘッド部110を搭載したキャリッジ111と、キャリッジ111のY軸方向への移動をガイドするY軸ガイド113と、Y軸ガイド113の下側にY軸方向に設置されたY軸ボールねじ115と、Y軸ボールねじ115を正逆回転させるY軸モータ114と、キャリッジ111の下部にあって、Y軸ボールねじ115と螺合してキャリッジ111を移動させる雌ねじ部が形成されたキャリッジ螺合部112とを備えている。
ワーク機構部103は、ヘッド機構部102の下方に位置し、ヘッド機構部102とほぼ同様の構成でX軸方向に配置されており、ワーク120を載置している載置台121と、載置台121の移動をガイドするX軸ガイド123と、X軸ガイド123の下側に設置されたX軸ボールねじ125と、X軸ボールねじ125を正逆回転させるX軸モータ124と、載置台121の下部にあって、X軸ボールねじ125と螺合して載置台121を移動させる載置台螺合部122とから成っている。
なお、ヘッド機構部102およびワーク機構部103には、図示していないが、ヘッド部110と載置台121の移動した位置を検出する位置検出手段が、それぞれ備えられている。また、キャリッジ111と載置台121には、回転方向(いわゆるΘ軸)を調整する機構が組込まれ、ヘッド部110の中心を回転中心とした回転方向調整、および載置台121の回転方向調整が可能である。
これらの構成により、ヘッド部110とワーク120とは、それぞれY軸方向およびX軸方向に往復自在に移動することができる。まず、ヘッド部110の移動について説明する。Y軸モータ114の正逆回転によってY軸ボールねじ115が正逆回転し、Y軸ボールねじ115に螺合しているキャリッジ螺合部112が、Y軸ガイド113に沿って移動することで、キャリッジ螺合部112と一体のキャリッジ111が任意の位置に移動する。すなわち、Y軸モータ114の駆動により、キャリッジ111に搭載したヘッド部110が、Y軸方向に自在に移動する。同様に、載置台121に載置されたワーク120もX軸方向に自在に移動する。
このように、ヘッド部110は、Y軸方向の吐出位置まで移動して停止し、下方にあるワーク120のX軸方向の移動に同調して、液滴を吐出する構成となっている。X軸方向に移動するワーク120と、Y軸方向に移動するヘッド部110とを相対的に制御することにより、ワーク120上に所定の描画等を行うことができる。
次に、ヘッド部110に液体133を供給する液体供給部104は、ヘッド部110に連通する流路を形成するチューブ131aと、チューブ131aへ液体を送り込むポンプ132と、ポンプ132へ液体133を供給するチューブ131b(流路)と、チューブ131bに連通して液体133を貯蔵するタンク130とから成っており、定盤107上の一端に配置されている。液体133の補充および交換を考慮すると、タンク130は、定盤107の上側あるいは下方に設置することが望ましいが、配置上、ヘッド部110の上方に設置できれば、ポンプ132無しに一本のフレキシブルチューブでタンク130とヘッド部110を連結し、重力により液体の自然供給が可能となる。
ヘッド部110は、図7(a)に示すように互いに同じ構造を有する複数の吐出ヘッド116を保持している。ここで、図7(a)は、ヘッド部110を載置台121側から観察した図である。ヘッド部110には6個の吐出ヘッド116からなる列が、それぞれの吐出ヘッド116の長手方向がX軸方向に対して角度をなすように2列配置されている。
また、液体133を吐出するための吐出ヘッド116は、それぞれが吐出ヘッド116の長手方向に延びる2つのノズル列118、119を有している。1つのノズル列は、それぞれ180個のノズル117が一列に並んだ列のことであり、このノズル列118、119の方向に沿ったノズル117の間隔は、約140μmである。2つのノズル列118、119間のノズル117はそれぞれ半ピッチ(約70μm)ずれて配置されている。
図7(b)に示すように、それぞれの吐出ヘッド116は、振動板143と、ノズルプレート144とを、備えている。振動板143と、ノズルプレート144との間には、タンク130から孔147を介して供給される液体133が常に充填される液たまり145が位置している。また、振動板143と、ノズルプレート144との間には、複数の隔壁141が位置している。そして、振動板143と、ノズルプレート144と、1対の隔壁141とによって囲まれた部分がキャビティ140である。キャビティ140はノズル117に対応して設けられているため、キャビティ140の数とノズル117の数とは同じである。キャビティ140には、1対の隔壁141間に位置する供給口146を介して、液たまり145から液体133が供給される。
図8に示すように、振動板143上には、それぞれのキャビティ140に対応して、振動子142が位置する。振動子142は、ピエゾ素子142cと、ピエゾ素子142cを挟む1対の電極142a、142bとから成る。この1対の電極142a、142bに駆動電圧を与えることで、対応するノズル117から液体133が液滴150となって吐出される。半透過反射型液晶表示装置1、30の場合、着色液の液滴150は、無色境界層5および有色境界層21に囲まれた被吐出部7へ吐出されて、着色層6R、6G、6Bを形成する。
次に、以上述べた構成を制御する制御系について図10を参考に説明する。制御系は、制御部105と駆動部175とを備え、制御部105は、CPU170、ROM、RAMおよび入出力インターフェイス171からなり、CPU170が入出力インターフェイス171を介して入力される各種信号を、ROM、RAMのデータに基づき処理し、入出力インターフェイス171を介して駆動部175へ制御信号を出力して、それぞれを制御する。
駆動部175は、ヘッドドライバ176、モータドライバ177、ポンプドライバ178から構成されている。モータドライバ177は、制御部105の制御信号により、X軸モータ124、Y軸モータ114を正逆回転させ、ワーク120、ヘッド部110の移動を制御する。ヘッドドライバ176は、吐出ヘッド116からの液体133の吐出を制御し、モータドライバ177の制御と同調して、ワーク120上に所定の描画が行えるようにする。また、ポンプドライバ168は、液体133の吐出状態に対応してポンプ132を制御し、吐出ヘッド116への液体供給を最適に制御する。
制御部105は、ヘッドドライバ176を介して、複数の振動子142のそれぞれに互いに独立な信号を与えるように構成されている。このため、ノズル117から吐出される液滴150の体積は、ヘッドドライバ176からの信号に応じてノズル117毎に制御される。さらに、ノズル117のそれぞれから吐出される液滴150の体積は、0pl〜42pl(ピコリットル)の間で可変である。
具体的に、背面基板2、反射層3、開口部4、無色境界層5、有色境界層21、被吐出部7、着色層6R、6G、6Bおよびオーバーコート層8とを含む実施形態1のカラーフィルタ基板40の製造方法について図11を参照して説明する。まず、図11(a)に示すように、背面基板2上で開口部4に対応する位置に有機物のレジスト膜27を形成し、その上に反射層3となるアルミニウム、クロム等の金属薄膜を蒸着等で形成する。金属薄膜は背面基板2には密着して形成されるがレジスト上には密着されない。金属薄膜形成後、レジスト膜27とレジスト膜27上の金属薄膜とを溶剤によって除去すると、図11(b)のように反射層3が形成される。次に、反射層3の上に、アクリル等の光透過性樹からなる無色境界層5と黒色樹脂からなる有色境界層21とを、スクリーン印刷などで図2に示すような格子状に形成し、これら背面基板2と、反射層3と、境界層5、21とで囲まれた領域の被吐出部7が図11(c)のように形成される。
ここで、被吐出部7に着色液の液滴150を、液滴吐出装置100によって吐出して着色層6を形成する方法について、赤の着色液を吐出して着色層6Rを形成する場合を例にして説明する。まず、反射層3と無色境界層5と有色境界層21とが形成された背面基板2をワーク120として載置台121に載置する。載置する方向は図2に示すように無色境界層5の延在する方向をX軸方向、有色境界層21の延在する方向をY軸方向とする。
吐出ヘッド116はX軸方向へ相対移動しながら、図8に示すようにノズル117から赤の着色液の液滴150を吐出し、X軸方向に一列に並んでいる赤の着色層が設けられるべき一端の被吐出部7から他端の被吐出部7まで、順番に液滴150を配置して行く。このとき、赤の着色層6Rに対応する他の被吐出部7の列にも、他のノズル117によって同時に液滴150を配置することができる。この操作を赤の着色層6Rである被吐出部7の列の数に応じて、何回か繰り返すことによって、赤の着色層6Rが完成する。
この場合、X軸方向に並んだ赤の着色層6Rの境界は、Y軸方向へ延在する光透過性の無い有色境界層21なので、有色境界層21に液滴150が着弾しても表示装置としての性能に影響が無い。したがって、X軸方向の液滴吐出は、有色境界層21を避けて間欠的な吐出でなく、連続して吐出を行うことができ効率的である。図2に示すような矩形の着色層6Rに液滴150を配置する場合、4隅の部分は液滴150が充満しにくい領域である。境界層5、21に液滴150の着弾を避けて液滴150を配置すると、着色層6Rの中央部に液滴150を配置することになり、隅部まで充満しにくい傾向がある。この隅部に液滴150を十分充満させるために、隅部に近い有色境界層21に液滴150が着弾するように配置することが効果的であり、各着色層6の均一な形成が行える。また、隣の緑の着色層6Gの列との境は無色境界層5であるため、液滴150の着弾は避けなくてはならないが、無色境界層5はX軸と平行であり、ノズル117もX軸方向へ相対移動するので、互いが交差することなく回避が容易である。従来の例では、各被吐出部7内の一部に非着色部分を設けて、本発明の無色境界層5の作用をさせる構成なので、各被吐出部7への液滴150の吐出毎に、非着色部分を避けて吐出する必要があり、制御が複雑となる。
これらのことは、着色層6G、6Bのそれぞれの場合についても、同様のことが言える。
以上のように着色層6R、6G、6Bが形成された後、着色層6R、6G、6Bと無色境界層5と有色境界層21とを覆うようにオーバーコート層8を設けて(図11(d))カラーフィルタ基板40が完成する。
また、実施形態2におけるカラーフィルタ基板45についても、基本的に実施形態1のカラーフィルタ基板40と同様な製造方法であるため、主な相違点についてのみ説明する。背面基板2の前面側には、前面側表面に凹凸を設けた光透過性の樹脂散乱層32が一面に追加貼着され、樹脂散乱層32の上にレジスト膜27と散乱反射層31とが形成される。散乱反射層31は金属薄膜であるため、樹脂散乱層32表面の凹凸に沿って形成されるが、酸素プラズマ処理等により表面にさらに凹凸を設けて、散乱の効果を上げている。この後のレジスト膜27の除去工程以降は、実施形態1に準ずる。
この液滴吐出装置100により効率的に着色層6R、6G、6Bを形成するために、以下に説明する製造装置が有効である。図9に示す製造装置200は、半透過反射型液晶表示装置1、30を製造する装置群であり、図1および図4の着色層6R、6G、6Bのそれぞれに対して、対応する着色液の液滴150を吐出する液滴吐出装置100を含んでいる。製造装置200は、赤の着色液を塗布する着色層6Rのすべてに、赤の着色液を塗布する吐出装置210Rと、着色層6R上の着色液を乾燥させる乾燥装置220Rと、緑の着色液を塗布する着色層6Gのすべてに緑の着色液を塗布する吐出装置210Gと、着色層6G上の着色液を乾燥させる乾燥装置220Gと、同様に青の着色液を塗布する着色層6Bのすべてに、青の着色液をそれぞれ塗布および乾燥させる吐出装置210B、乾燥装置220Bと、各色の着色液を再度加熱(ポストベーク)するオーブン230と、ポストベークされた着色液の層の上にオーバーコート層8を設ける吐出装置210Cと、オーバーコート層8を乾燥させる乾燥装置220Cと、乾燥されたオーバーコート層8を再度加熱して硬化する硬化装置240とを備えている。さらに製造装置200は、吐出装置210R、乾燥装置220R、吐出装置210G、乾燥装置220G、吐出装置210B、乾燥装置220B、オーブン230、吐出装置210C、乾燥装置220C、硬化装置240の順番に着色層6R、6G、6Bを搬送する搬送装置250も備えている。
なお、試作などにおいては、吐出装置210R、吐出装置210G、吐出装置210B、吐出装置210Cが1つの同じ液滴吐出装置100であってもよい。この場合、液滴吐出装置100は、ヘッド部110が吐出ヘッド116によって赤(R)、緑(G)、青(B)、オーバーコートのそれぞれの着色液の液滴を吐出する構成を有すればよい。例えば、赤の着色層6Rの形成では、赤(R)の着色液が供給された吐出ヘッド116を用いて、液滴吐出装置100が製造装置200の吐出装置210Rと同じ機能を果たし、緑(G)の着色層6Gの形成では、緑(G)の着色液が供給された吐出ヘッド116を用いて、製造装置200の吐出装置210Gと同じ機能を果たし、青(B)、オーバーコートについても同様な対応をすることによって可能である。さらに、ディスペンサやスクリーン印刷で行っているカラーフィルタ基板40、45の無色境界層5や有色境界層21の形成、半透過反射型液晶表示装置1、30の配向膜10、13の形成、液晶15の塗布も液滴吐出装置100によって可能であり、上述の製造装置200にこれらの機能を付加することができる。
以上述べた実施形態1および2のカラーフィルタ基板40、45を、それぞれ搭載した半透過反射型液晶表示装置1および30の製造方法について、図1の半透過反射型液晶表示装置1を代表として説明する。まず、背面基板2、反射層3、開口部4、無色境界層5、有色境界層21、被吐出部7、着色層6R、6G、6Bおよびオーバーコート層8とから成るカラーフィルタ基板40のオーバーコート層8上に、透明材のITO(Indium Tin Oxide)により構成されている対向電極9を、各着色層6に対応して形成する。さらに、対向電極9とオーバーコート層8の全面を覆ってポリイミド等の配向膜10を形成して背面基板部が出来上がる。
一方、前面基板11の背面側に、対向電極9と同様にITOにより構成され、対向電極と対応する位置に配置された画素電極12を形成し、画素電極12と前面基板11との全面を覆うようにポリイミド等の配向膜13を形成して前面基板部が出来上がる。次に、背面基板部の配向膜10上に、一部に切欠部を有し液晶15の領域を形成する矩形のシール材14を、スクリーン印刷等で形成する。このシール材14の内側に、液滴吐出装置100を用いて、吐出性の良い温度に保持された液晶15を、吐出ヘッド116のノズル117から吐出する。液晶15が満たされた後、シール材の上に前面基板部の配向膜13面を張り合わせ、切欠部から溢れた液晶を除去したのち、切欠部を封止する。この時吐出する液晶15の体積は、液晶領域内に空間が生じたり余分に溢れたりしないように、液晶領域の容積の100%から110%とすることが望ましい。
そして、前面基板11および背面基板2にそれぞれ前面偏光板17、背面偏光板16を貼着し、さらに背面偏光板16の周囲に緩衝材18を設け、緩衝材18を介して背面偏光板16全面に対向するように導光板19を貼着し、導光板19に直結して光源20を配置する。このようにして色視認性に優れた半透過反射型液晶表示装置1が完成する。樹脂散乱層32が付加された半透過反射型液晶表示装置30においても同様な製造工程で製造される。
(実施形態3)
次に、本発明に関する無色境界層5を備えたカラーフィルタ部を、白色発光する有機EL(エレクトロルミネッセンス)と組み合わせた表示装置である電気光学装置について簡単に説明する。図12に示すように、この電気光学装置50は、カラーフィルタ部51と有機EL部52とから成る。
カラーフィルタ部51は、前面基板11と、前面基板11と対向して配置された共通基板64と、共通基板64の前面基板11側に形成された無色境界層5と、有色境界層21と、赤、緑、青それぞれの着色層6R、6G、6Bと、無色境界層5、有色境界層21および着色層6R、6G、6Bを覆うオーバーコート層8とから成っている。
有機EL部52は、EL基板55と、EL基板55上に形成された複数のスイッチング素子56と、スイッチング素子56上に形成された絶縁膜57と、絶縁膜57上に形成された複数のEL画素電極59と、複数のEL画素電極59の間に形成された無機物バンク58aおよび有機物バンク58bからなるバンク部58と、EL画素電極59上に形成された正孔輸送層60と、正孔輸送層60上に形成された白色の発光層61と、発光層61およびバンク部58を覆うように設けられたEL対向電極62とからなる。さらに、EL対向電極62上にEL基板55と互いの周辺部で接着されたカラーフィルタ部51の共通基板64を配置し、共通基板64とEL対向電極62との間に不活性ガス63を封入して電気光学装置50となる。
このような構成の電気光学装置50において、EL基板55、共通基板64、前面基板11は光透過性を有する例えばガラス基板であり、カラーフィルタ部51の着色層6R、6G、6Bは図2に示すような格子状に配置されていて、各着色層6に対応して有機EL部52の発光層61、EL画素電極59、正孔輸送層60、発光層61、EL対向電極62がそれぞれ配置されている。正孔輸送層60はEL画素電極59と、発光層61との間に位置し発光層61の発光効率を高くする。EL画素電極59およびEL対向電極62は、光透過性を有する例えばITO電極であり、それぞれスイッチング素子56と電気的に接続されて発光層61の発光を制御する。発光層61は白色の光を発光し、この白色光は対応する着色層6の赤、緑、青のいずれかの色の着色光となって前面基板11より出射する。すなわち有機EL部52は、着色層6R、6G、6Bの個々に対応した光源として作用する。
有機EL部52の要部である正孔輸送層60および発光層61は、液滴吐出装置100によって形成すれば効率的である。まず、スイッチング素子56、絶縁膜57、EL画素電極59、バンク部58が形成されたEL基板55をワーク120として載置台121に載置し、載置する方向は図2に示す着色層6R、6G、6Bに対応するように、X軸方向およびY軸方向を決める。吐出ヘッド116はX軸方向へ相対移動しながら、ノズル117から正孔輸送層形成材料の液滴を吐出し、X軸方向に一列に並んでいるEL画素電極59とバンク部58とで規定される凹部へ、順番に液滴を配置して行く。この凹部のY軸方向の列数とノズル117の配置に応じて、相対移動を何回か繰り返すことによって、正孔輸送層60が完成する。次に、正孔輸送層形成材料の液滴を乾燥させた後、EL発光材料の液滴を正孔輸送層60形成と同様にして、正孔輸送層60の上に吐出し発光層61を形成する。吐出装置100による工程終了後、発光層61を乾燥させて、EL対向電極62を形成し、有機EL部52の発光層61とカラーフィルタ部51の着色層6とが対応するように、両部を張り合わせる。そして、最後にEL対向電極62と共通基板64との間に不活性ガス63を封入する。
この電気光学装置50によれば、カラーフィルタ部51の着色層6R、6G、6Bのそれぞれに対応して有機EL部52の発光層61が配置され、必要な色の着色層6に対応した発光層61のみが発光するため、極めて省電力タイプの表示装置が得られる。また、カラーフィルタ部51の無色境界層5によって、着色されない明るい光が前面基板11から出射し、全体的な表示が明るく見やすいものとなる。なお、有機EL部52は、電子放出素子のFED(Field Emission Display)およびSED(Surface-Conduction Electron-Emitter Display)であってもよい。
(実施形態4)
(カラーフィルタ基板及び電気光学装置の実施形態)
以下、さらに、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17において、電気光学装置としての液晶装置300は、液晶パネル302と、それに組みつけられる照明装置303とを有する。液晶パネル302は、第1基板304aと第2基板304bとを矢印A方向から見て環状のシール材306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304a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304bはTFD素子が形成される素子基板である。図18は図17の液晶パネル302における1つの表示用ドット部分を拡大して示している。図18に示すように、第1基板304aと第2基板304bとの間には、スペーサ307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308が形成されている。
図14は、図17の第1基板304a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15(a)は図14のA−A線に従った第1基板304aの断面構造を示している。また、図15(b)は図14のB−B線に従った第1基板304aの断面構造を示している。図15(a)及び図15(b)において、第1基板304a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(背面基板)309aを有する。その第1基材309aの液晶側表面には樹脂層311が形成され、その上に反射膜312が形成される。なお、樹脂層311は、樹脂散乱層として機能し、反射膜312は、散乱反射層として機能する。
また、反射膜312の上には遮光部材313及び透明バンク314が形成される。遮光部材313は、有色境界層として機能し、透明バンク314は無色境界層として機能する。遮光部材313は、図15の紙面垂直方向、従って図14の上下方向に延びるように形成される。さらに、透明バンク314は、図15の左右方向、従って図14の左右方向、すなわち遮光部材313と直交する方向に延びるように形成される。透明バンク314と遮光部材313とによって囲まれる方形状の領域内には着色要素(着色層)316が形成される。この着色要素316にはR,G,Bの3色があり、それらが、透明バンク314と遮光部材313とによって囲まれる1つの領域に1色ずつ形成される。なお、図14に示すように、R色の着色要素を316r、G色の着色要素を316g、B色の着色要素を316b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316を図20(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316によってカラーフィルタが構成される。
図15(a)及び図15(b)において、遮光部材313、透明バンク314及び着色要素316の上にはオーバーコート層317が形成され、その上に帯状の透明電極(対向電極)318aが形成され、その上に配向膜319aが形成される。配向膜319a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319aの近傍の液晶分子の配向が決められる。また、第1基材309aの外側表面には、図17に示すように偏光板321aが貼着等によって装着されている。
図15(a)及び図15(b)において、樹脂層311の表面には凹凸が形成され、その樹脂層311に積層された反射膜312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312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318aは、図15(a)及び図15(b)の紙面垂直方向へ延びており、隣り合う透明電極318aの間には遮光部材313の幅にほぼ一致する間隔が設けられている。これにより、複数の透明電極318a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18において、液晶層308を挟んで第1基板304aに第2基板304bが対向する。図16(a)は、その第2基板304bの1画素領域の平面構造を図17の矢印A方向から見た状態を示している。また、図16(b)は、図16(a)のC−C線に従った第2基板304bの断面構造を示している。図16(b)において、第2基板304b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(前面基板)309bを有する。その第2基材309bの液晶側表面には、線状のライン配線322、アクティブ素子としてのTFD素子323及び透明なドット電極(画素電極)318bが形成される。さらに、それらの要素の上に配向膜319bが形成され、その配向膜319b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319bの近傍の液晶分子の配向が決められる。図18の第1基板304a側の配向膜319aのラビング方向と第2基板304b側の配向膜319b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309bの外側表面には、図17において偏光板321bが貼着等によって装着されている。
図16(a)において、ドット電極318b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323を介してライン配線322に接続されている。なお、参考のために、第1基板304a側に形成される帯状の透明電極318aを鎖線で示している。ドット電極318bと透明電極318a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18において、反射膜312には、個々の表示用ドットDに対応して光通過用の開口324が設けられている。これらの開口324は、反射膜312に光を透過させる機能を持たせるための構成であるが、この開口324を設ける代わりに反射膜312の厚さを薄くして、光を反射する機能と光を透過させる機能の両方を持たせるようにすることもできる。
図16(a)のTFD素子323は、図19に示すように、第1TFD要素323aと第2TFD要素323b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323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322の第1層322a及びTFD素子323の第1金属326を形成する。
次に、陽極酸化処理によってライン配線322の第2層322b及びTFD素子323の絶縁膜327を形成する。次に、例えばCr(クロム)によってライン配線322の第3層322c及びTFD素子323の第2金属328を形成する。
第1TFD要素323aの第2金属328はライン配線322の第3層322cから延びている。また、第2TFD要素323bの第2金属328の先端に重なるように、ドット電極318bが形成される。ライン配線322からドット電極318b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323aでは第2金属328→絶縁膜327→第1金属326の順に電気信号が流れ、一方、第2TFD要素323bでは第1金属326→絶縁膜327→第2金属328の順に電気信号が流れる。
つまり、第1TFD要素323aと第2TFD要素323b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17において、第2基板304bは第1基板304aの外側に張り出す張出し部329を有し、その張出し部329の第1基板304a側の表面には配線331及び端子332が形成されている。これらの配線331及び端子332が集まる領域に1つの駆動用IC333a及び2つの駆動用IC333b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331及び端子332は第2基板304b上にライン配線322やドット電極318bを形成するときに同時に形成される。なお、ライン配線322は張出し部329の上にそのまま延び出て配線331となって、駆動用IC333aに接続されている。また、第1基板304aと第2基板304bとを接着するシール材306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304a上に形成された透明電極318aは第1基板304aの上でシール材306の所まで引き回された後、シール材306中の導通材を介して第2基板304b上の配線331に接続されている。これにより、第1基板304a上の透明電極318aは第2基板304b上の駆動用IC333bに接続されている。
図17において、液晶パネル302を構成する第1基板304aの外側表面に対向して配設された照明装置303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336と、点状光源としてのLED337とを有する。導光体336のうち液晶パネル302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336のうち液晶パネル302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。LED337は本実施形態では3個使用されているが、LED337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18に矢印Fで示すように、外部光が第2基板304bを通して液晶パネル302の内部へ取り込まれ、この外部光が液晶層308を通過した後に反射膜312で反射して液晶層308へ供給される。他方、外部光が不十分である場合には、図17の照明装置303を構成するLED337を点灯する。
このとき、LED337から点状に出た光は導光体336の入光面336aから該導光体336の内部へ導入され、その後、液晶パネル302に対向する面、すなわち光出射面336bから面状に出射する。このようにして光出射面336bの各所から出射する光が、図18において矢印Gで示すように反射膜312に形成した開口324を通って面状の光として液晶層308へ供給される。
以上のようにして液晶層308へ光が供給される間、液晶パネル302に関しては、図17の駆動用IC333a及び333bによって制御されて、ライン配線322に例えば走査信号が供給され、同時に、透明電極318a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323(図16(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323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308を駆動する。
こうして、液晶層308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308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17の第2基板304b側の偏光板321bを通過することにより、液晶パネル302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18の反射膜312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303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14に示したように、本実施形態では、複数の着色要素316r、316g、316bの境界に透明バンク314が設けられる。この透明バンク314の所では図15(a)及び図15(b)の反射膜312が外部に剥き出しの状態になっている。そのため、液晶パネル302の内部に外部光が入射した場合、着色要素316が存在する領域ではその着色要素316の色に対応する色光が反射光となるが、透明バンク314の所では反射膜312で反射した無着色で明るい光が反射光となる。このように透明バンク314の所で無着色の明るい反射光が得られることにより、反射型表示時の際に明るいカラー表示を行うことができる。
従来の一般的な液晶装置では、本実施形態における透明バンク314の所には、遮光部材313と同様の遮光部材が設けられて、ブラックマスクとして機能していた。そして、反射表示時における明るさを確保するための無着色光反射領域、すなわち反射膜の剥き出し領域は、特開平10−186347号公報や特願2002−230291号に記載されたように、ブラックマスクによって囲まれる領域内にブラックマスクとは別個に設けられていた。これに対し本実施形態では、透明バンク314のそのものを透明に形成したので、着色要素316を十分な面積で形成できるようになった。このため、本実施形態の液晶装置では、明るい反射光が得られるにも関わらず、十分な彩度の色光が得られるようになった。
ところで、個々の着色要素316に設ける反射膜の剥き出し部の面積、すなわち透明領域の面積は、R,G,Bの色のバランスを適正に合わせるために、R,G,Bの各色間で異ならせることが望ましい。例えば、1つの表示用ドットの面積が15123μm2であるときに、R色着色要素316rに必要とされる透明領域の面積はAr=681μm2、G色着色要素316gに必要とされる透明領域の面積はAg=2003μm2、そして、B色着色要素316bに必要とされる透明領域の面積はAb=1014μm2のように異なった値に設定される。
本実施形態では、反射膜剥き出し面積、すなわち透明領域の必要量がR,G,Bの各色間で異なることから、透明バンク314の面積はそれに隣接する着色要素316の色に対応して異なった値とされている。つまり、R色着色要素316rとG色着色要素316gとの境界にある透明バンク314の面積をArgとし、G色着色要素316gとB色着色要素316bとの境界にある透明バンク314の面積をAgbとし、B色着色要素316bとR色着色要素316rとの境界にある透明バンク314の面積をAbrとするとき、 Arg≠Agb≠Abr
に設定してある。
具体的には、R,G,Bの反射膜剥き出し面積を上記のようにAr,Ag,Abとしたとき、
Arg=Ar/2+Ag/2
Agb=Ag/2+Ab/2
Abr=Ab/2+Ar/2
のように設定する。このことは、1つの着色要素について考えれば、その着色要素に関して必要とされる反射膜剥き出し面積の半分の量を、その1つの着色要素の両側に振り分けたことに相当する。
ところで、図14と図16(a)とを見れば分かるように、第1基板304aと第2基板304bとを組み合わせて液晶パネル302(図17参照)を形成すると、図17の矢印A方向から見た場合、第2基板304b上のライン配線322は第1基板304a上の透明バンク314に重なり合う。この場合、ライン配線322は一種のブラックマスクとして機能し、この領域では光が直接的には観察者の眼に入らない。このことを考慮して、透明バンク314の面積は、ライン配線322の面積よりも太く形成することが望ましい。さらには、ライン配線322の面積をALとしたとき、各着色要素316r,16g,316bの間に設けられる透明バンク314の面積は、それぞれ、
Arg=Ar/2+Ag/2+AL
Agb=Ag/2+Ab/2+AL
Abr=Ab/2+Ar/2+AL
のように設定する。こうすれば、各3に必要とされる反射膜剥き出し面積がブラックマスクとして機能するライン配線322の外側に完全に配置されるので、反射表示時の希望する明るさを希望通りに得ることができる。
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14及び図15に示したカラーフィルタ基板304aを製造する場合を例に挙げて説明する。
図21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15の樹脂層311の材料、本実施形態では感光性樹脂を基材309a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311を形成する。このとき、その樹脂層311の表面にランダムな凹凸パターンを形成する。以上により、表面にランダムな凹凸を備えた樹脂層311が基材309a上に形成される。
次に、工程P3において、図15の反射膜312の材料、例えばCrをスパッタによって樹脂層311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311上に反射膜312を形成する。このとき、個々の表示用ドットDに対して反射膜312に光透過用の開口324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324を備えた反射膜312が形成される。
次に、工程P7において、反射膜312の上に遮光部材313の材料、例えば黒色等の感光性樹脂を一様にコートする。次に、工程P8において、その材料を露光及び現像して、図14に示すようなストライプ状の遮光部材313を形成する。次に、工程P9において、反射膜312の上に透明バンク314の材料、例えば透明な感光性樹脂を一様にコートし、さらに、工程P10において、そのバンク材料を露光及び現像して、図14に示すように、遮光部材313に対して直角方向へ延びる複数のストライプ状の透明バンク314を形成する。ここで、透明というのは、着色要素316よりも光透過率が高いということであり、望ましくは、波長400nm〜700nmの光に対して光透過率が50%以上であり、さらに望ましくは80%以上のことである。後で行われるインクジェット工程を考慮して、この透明バンク314は撥インク性の材料、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。
なお、各透明バンク314の面積Arg,Agb,Abrは、それに隣り合う着色要素316の色に対応して異なった値となるように決められるが、具体的な決め方は、上記のカラーフィルタ基板の実施形態の説明の場合と同じであるので、その説明は省略する。
以上により、基材309a上には、遮光部材313と透明バンク314と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。このとき、遮光部材313が在る所はその下の反射膜312が見えない状態にある。一方、透明バンク314が在る所は、その透明バンク314が透明材料で形成されたことにより、その下の反射膜312が外部へ剥き出した状態、すなわち透明な状態になる。なお、透明バンク314の面積は、上述したカラーフィルタ基板の実施形態で述べたように、各着色要素316で必要とされる反射膜剥き出し領域の面積に対応して決められる。また、必要に応じて対向基板側のライン配線の面積が加味されて決められる。
次に、図21の工程P11において、遮光部材313と透明バンク314と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316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22に示すインクジェットヘッド341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341は、ほぼ長方形状のケーシング342を有し、そのケーシング342の底面には複数のノズル343が設けられている。これらのノズル343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343は2列にわたって設けられ、これにより、2本のノズル列344,344が形成されている。個々のノズル列344において、ノズル343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344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343から微小な液滴として吐出される。なお、ノズル列344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341の各ノズル列344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341は、図23に示すように、例えばステンレス製のノズルプレート346と、それに対向して配置された振動板347と、その両者を互いに接合する複数の仕切り部材348とを有する。また、ノズルプレート346と振動板347との間には、液状材料を貯留するための複数の貯留室349と、液状材料が一時的に溜る個所である液溜り351とが、各仕切り部材348によって形成されている。さらに、複数の貯留室349と液溜り351とが通路352を介して互いに連通している。また、振動板347の適所に液状材料の供給孔353が形成されており、この供給孔353にパイプ354を介して材料容器356が接続されている。材料容器356内には着色要素の材料が収容されており、この材料容器356から供給された液状材料M0は、液溜り351に充填され、さらに、通路352を通って貯留室349に充填される。
インクジェットヘッド341の一部を構成するノズルプレート346には、液状材料を貯留室349からジェット状に噴射するためのノズル343が設けられている。このノズル343が複数個並べられてノズル列344を構成することは図22に関連して既述した通りである。また、振動板347において貯留室349に対応する面には液状材料を加圧するための加圧体357が取り付けられている。この加圧体357は、図24に示すように、圧電素子358及びこれを挟持する一対の電極359a及び359bを有している。
圧電素子358は、電極352a及び352b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349の容積を増大させる機能を有する。そして、貯留室349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351から通路352を通って貯留室349内へ流入する。
一方、圧電素子358への通電を解除すると、圧電素子358と振動板347とが共に元の形状に戻り、貯留室349も元の容積に戻る。そのため、貯留室349の内部にある液状材料の圧力が上昇し、ノズル343から液状材料が液滴361となって吐出される。
なお、液滴361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343から安定して吐出される。
なお、インクジェットヘッド341はR,G,Bの3色の着色要素316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341によって別々に各色の着色要素316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341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341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316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。
インクジェット方式によって着色要素316が形成された後、図21の工程P12において、図15のオーバーコート層317が形成される。さらに、工程P13において、図15の透明電極318aがITO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P14において、配向膜319a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304a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14及び図15に示したカラーフィルタ基板をインクジェットヘッド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、透明バンク314そのものを透明に形成したので、反射表示時に無着色の明るい反射光を利用して明るいカラー表示を行うことができ、しかも着色要素316の面積を大きくとれるので彩度を高く維持することもできる。
本実施形態では、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。
(実施形態5)
(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25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401、表示情報処理回路402、電源回路403、タイミングジェネレータ404及び液晶装置405によって構成される。そして、液晶装置405は液晶パネル407及び駆動回路406を有する。
表示情報出力源401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404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402に供給する。
次に、表示情報処理回路402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406へ供給する。ここで、駆動回路406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403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405は、例えば、図17に示した液晶装置300と同様に構成できる。
図26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420は、本体部421と、これに開閉可能に設けられた表示体部422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423は、表示体部422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422にて表示画面424によって視認できる。本体部421の前面には操作ボタン426が配列して設けられる。
表示体部422の一端部からアンテナ427が出没自在に取付けられている。受話部428の内部にはスピーカが配置され、送話部429の内部にはマイクが内蔵されている。
表示装置423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421又は表示体部422の内部に格納される。
図27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430におけるケース431の背面には液晶表示ユニット432が設けられる。この液晶表示ユニット432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432は、例えば図17に示した液晶装置300を用いて構成できる。
ケース431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433が設けられている。撮影者が液晶表示ユニット432に表示された被写体像を確認して、シャッタボタン434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435のメモリに転送されてそこに格納される。
ケース431の側面には、ビデオ信号出力端子436と、データ通信用の入出力端子437とが設けられている。ビデオ信号出力端子436にはテレビモニタ438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437にはパーソナルコンピュータ439が必要に応じて接続される。回路基板435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438や、パーソナルコンピュータ439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14に関連して説明したように、着色要素316を区画する透明バンク314それ自体を透明部材によって形成したので、その透明バンク314の所に反射膜の剥き出し領域が形成され、この領域で反射する光により、反射表示時にも明るいカラー表示を達成できる。しかも、透明バンク314それ自体を透明部材によって形成したので、着色要素316の領域には反射剥き出し領域を形成しなくて済み、それ故、彩度の高いカラー表示を達成できる。
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、電子辞書、携帯ゲーム機、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。
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。
本発明の実施形態1の半透過反射型液晶表示装置を示す断面図。 (a)半透過反射型液晶表示装置における境界層の配置を示す平面図。(b)緑の境界層を狭くした境界層の配置を示す平面図。 有色境界層周りの拡大断面図。 本発明の実施形態2の半透過反射型液晶表示装置を示す断面図。 実施形態2の着色部の拡大断面図。 液滴吐出装置の外観斜視図。 (a)吐出ヘッドとノズルの配置を示す平面図。(b)吐出ヘッドの構造を示す詳細図。 着色部への液滴吐出の状態を示す断面図。 液晶表示装置の製造装置を示す模式図。 液滴吐出装置の制御系のブロック図。 カラーフィルタ基板の製造工程図。 電気光学装置を示す断面図。 半透過反射型液晶表示装置における境界層の配置を示す平面図。 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。 (a)図14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。(b)図14のB−B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。 (a)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。(b)(a)のC−C線に従った断面図。 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。 図17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。 図17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。 図14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。(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。 図21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。 図22のインクジェットヘッドの内部構造を示す分解斜視図。 図2310のD−D線に従った断面図。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示すブロック図。 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。 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。
符号の説明
1…半透過反射型液晶表示装置、3…反射層、4…開口部、5…無色境界層、6…着色層、7…被吐出部、8…オーバーコート層、15…液晶、21…有色境界層、30…半透過反射型液晶表示装置、31…散乱反射層、32…樹脂散乱層、40、45…カラーフィルタ基板、50…電気光学装置、51…カラーフィルタ部、52…有機EL部、100…液滴吐出装置、116…吐出ヘッド、117…ノズル、200…液晶表示装置の製造装置、300…液晶装置(電気光学装置)、302…液晶パネル、303…照明装置、304a、304b…基板、306…シール材、307…スペーサ、308…液晶層、309a、309b…基材、311…樹脂層、312…反射膜、313…遮光部材、314…透明バンク、316r、316g、316b…着色要素、317…オーバーコート層、318a…透明電極、318b…ドット電極、319a、319b…配向膜、321a、321b…偏光板、322…ライン配線、323…TFD素子、324…開口、326…第1金属、 327…絶縁膜、328…第2金属、329…張出し部、333a、333b…駆動用IC、336…導光体、337…LED、341…インクジェットヘッド、342…ケーシング、343…ノズル、344…ノズル列、346…ノズルプレート、347…振動板、348…仕切り部材、349.貯留室、351.液溜り、352.通路、353.液状材料の供給孔、354…パイプ、357…加圧体、358…圧電素子、359a、359b…電極、361…液滴、420…携帯電話機(電子機器)、430…デジタルカメラ(電子機器)、D…表示用ドット、G…セルギャップ、M0…液状材料。

Claims (26)

  1. 透明な基材と、該基材上に形成された反射膜と、該反射膜上に形成された色の異なる複数の着色要素と、前記反射膜上であって前記複数の着色要素の境界に形成された複数の透明なバンクと、前記複数の着色要素の境界であって前記バンクが無い部分に複数の遮光部材と、
    を有し、
    前記複数のバンクは第1方向に線状に延びると共にそれと直角な第2方向に前記着色要素の幅に相当する間隔をもって互いに平行に並べられ、
    前記複数の遮光部材は第2方向に線状に延びると共に第1方向に前記着色要素の幅に相当する間隔をもって互いに平行に並べられる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、前記複数の着色要素の色の種類はR(赤)、G(緑)、B(青)の3色であり、それらはストライプ配列で並べられることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  3. 請求項1または請求項2において、ライン配線を備えた素子基板に対向して用いられるカラーフィルタ基板において、前記バンクは平面的に見て前記ライン配線を包含するようにそのライン配線よりも太く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のいずれかにおいて、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のいずれかに記載のカラーフィルタ基板と、該カラーフィルタ基板に対向する対向基板と、前記カラーフィルタ基板と前記対向基板との間に配置さ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。
  6. 光透過性を有する基板と、前記基板の上に形成され開口部を有する反射層と、前記反射層の上に形成された境界層と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層とを備えたカラーフィルタ基板であって、
    前記境界層は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に無色の境界層が形成されてなることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  7. 前記着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることを特徴とする請求項に記載のカラーフィルタ基板。
  8. 光透過性を有する基板と、前記基板の上に形成され開口部を有する反射層と、前記反射層の上に形成された境界層と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層と、前記境界層および前記着色層を覆うように形成されたオーバーコート層とを備えたカラーフィルタ基板であって、
    前記境界層が形成された前記反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であり、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に無色の境界層が形成されてなることを特徴とするカラーフィルタ基板。
  9. 前記着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることを特徴とする請求項に記載のカラーフィルタ基板。
  10. 前記オーバーコート層は、前記反射層に対応する領域での厚さが他部分の厚さより厚く形成されていることを特徴とする請求項8または9に記載のカラーフィルタ基板。
  11. 請求項6から10のいずれかに記載のカラーフィルタ基板を搭載したことを特徴とする電子機器。
  12. 基材上に反射膜を形成する工程と、
    前記反射膜上に複数の帯状の遮光部材を表示用ドットの一方向の幅に対応する間隔を開けて互いに平行に形成する工程と、
    前記反射膜上に帯状で透明なバンクを表示用ドットの前記一方向と直角な方向の幅に対応する間隔を開けて互いに平行に形成する工程と、
    前記遮光部材と前記バンクとによって囲まれる複数の領域内に液滴吐出によって色の異なる複数の着色要素を所定の配列となるように形成する工程と、
    を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  13. 請求項12において、前記液滴吐出によって複数の着色要素を形成する工程では、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色要素がストライプ状に配列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。
  14. 請求項12または13のいずれかであって、ライン配線を備えた素子基板に対向して用いられる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、前記バンクは平面的に見て前記ライン配線を包含するようにそのライン配線よりも太く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。
  15. 光透過性を有する基板上に開口部を有する反射層を形成する工程と、前記反射層の上に境界層を形成する工程と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層を形成する工程を備えたカラーフィルタ基板の製造方法であって、
    前記反射層の上の第1の領域に有色の境界層を形成する工程と、前記反射層の上の前記第1の領域とは異なる第2の領域に無色の境界層を形成する工程とを有し、同じ色の着色層の間に前記有色の境界層が、且つ異なる色の着色層の間に前記無色の境界層が、それぞれ形成されるように前記着色層を形成することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  16. 前記着色層を形成する工程は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により前記着色層を形成することを特徴とする請求項15に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
  17. 光透過性を有する基板の上に開口部を有する反射層を形成する工程と、前記反射層の上に境界層を形成する工程と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層を形成する工程と、前記境界層および前記着色層を覆うようにオーバーコート層を形成する工程とを備えたカラーフィルタ基板の製造方法であって、
    前記反射層の上の第1の領域に有色の境界層を形成する工程と、前記反射層の上の前記第1の領域とは異なる第2の領域に無色の境界層を形成する工程とを有し、前記境界層が形成された前記反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であることを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
  18. 前記境界層を形成する工程は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層を形成する工程と、互いに異なる色の着色層の間に無色の境界層を形成する工程とからなることを特徴とする請求項17に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
  19. 前記着色層を形成する工程は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により前記着色層を形成することを特徴とする請求項17または18に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
  20. 前記オーバーコート層を形成する工程は、前記反射層に対応する領域での前記オーバーコート層の厚さが他部分の厚さより厚く形成されていることを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
  21. 光透過性を有する基板と、前記基板の上に形成され開口部を有する反射層と、前記反射層の上に形成された境界層と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層とを備えたカラーフィルタ基板を有する表示装置であって、
    前記境界層は、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に無色の境界層が形成されてなることを特徴とする表示装置。
  22. 前記着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることを特徴とする請求項21に記載の表示装置。
  23. 光透過性を有する基板と、前記基板の上に形成され開口部を有する反射層と、前記反射層の上に形成された境界層と、前記境界層によって取り囲まれた複数の着色層と、前記境界層および前記着色層を覆うように形成されたオーバーコート層とを備えたカラーフィルタ基板を有する表示装置であって、
    前記境界層が形成された前記反射層の面は、光を散乱させる凹凸形状であり、互いに同じ色の着色層の間に有色の境界層が形成されてなり、互いに異なる色の着色層の間に無色の境界層が形成されてなることを特徴とする表示装置。
  24. 前記着色層は、所定の溶液を吐出装置によって吐出された液滴により形成されることを特徴とする請求項23に記載の表示装置。
  25. 前記オーバーコート層は、前記反射層に対応する領域での厚さが他部分の厚さより厚く形成されていることを特徴とする請求項23または24に記載の表示装置。
  26. 請求項21から25のいずれかに記載の表示装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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