JP4232950B2

JP4232950B2 - 半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法

Info

Publication number: JP4232950B2
Application number: JP2002314064A
Authority: JP
Inventors: 正雄尾関; 一郎高崎; 治樹森; 幸一倉重
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2003202566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内面に光透過部と光反射部とを有する半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法に関し、さらに詳しく言えば、光透過時・光反射時ともに色純度・明るさを両立させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半透過型カラー液晶表示素子においては、通常、その液晶表示素子を構成するその一方の透明基板の内面に、例えばアルミニウムなどの薄膜からなる半透過反射膜を配置し、その半透過反射膜上もしくは他方の透明基板側にカラーフィルタを形成するようにしている。
【０００３】
また、上記の半透過反射膜に代えて完全反射膜を使用し、その完全反射膜の一部に開口を設けて光透過部とする方法も知られている。これを図５により説明すると、液晶表示素子を構成する一方の透明基板１上に完全反射膜２を成膜し、その一部分をエッチングにより除去して光透過部２ａと光反射部２ｂとを形成した後、その上にカラーフィルタ３を形成する。
【０００４】
周辺が暗い状況では、バックライトを点灯させて、光透過部２ａからの照射光により明るい表示を得、周辺が明るい状況では、外光を完全反射膜２による光反射部２ｂで反射させて明るい表示を得る。
【０００５】
このように、部分的に光透過部２ａを有する完全反射膜２を利用する場合、カラーフィルタを形成する際に、その色再現特性を光反射部２ｂに合わせようとすると、明るさを重視する反射用の設計となるため、光透過部２ａでの色純度が悪くなる。これに対して、カラーフィルタの色再現特性を光透過部２ａに合わせようとすると、色純度を重視する透過用の設計となるため、光反射部２ｂでの表示が暗くなる。
【０００６】
これを解決する方法の一つとして、透過用カラーフィルタと反射用カラーフィルタを塗り分ける方法があるが、これによると、カラーフィルタの作成工程が別々になるため、コスト的に好ましくない。
【０００７】
また、完全反射膜２の厚みを厚くして、光透過部２ａと光反射部２ｂとの間に十分な段差を設けてカラーフィルタ３の厚みを異ならせ、透過・反射のいずれの場合でも、カラーフィルタ３内を通過する光路長をほぼ同じとすることにより、透過・反射の特性を両立させることも考えられるが、通常、完全反射膜２の厚みは０．２μｍ程度であり、これを厚くすると応力が大きくなり剥がれの問題が発生するおそれがあるので、好ましい方法とは言えない。
【０００８】
また、別の方法として、光拡散層の凹凸面にカラーフィルタを形成する際、その凸部に反射膜を設けるとともに、凹部には穴を穿設して、透過・反射のいずれの場合でもカラーフィルタ内を通過する光路長をほぼ同じとする方法が知られているが、これにはきわめて精度の高いフォトリソグラフィ技術を要し実用的ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、完全反射膜を使用する半透過型液晶表示素子において、光透過時・光反射時ともに色純度・明るさを両立させることができる経済的かつ実用的な手段を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、液晶表示素子に含まれる一方の透明基板の内面に、完全反射膜からなる光反射部と、上記完全反射膜のない開口よりなる光透過部とを設け、上記光反射部および上記光透過部の各々にカラーフィルタを形成してなる半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法において、上記一方の透明基板の内面に上記光反射部と上記光透過部とを形成した後、上記光反射部と上記光透過部とを覆うように上記一方の透明基板の内面に感光性樹脂を塗布し、上記一方の透明基板の背面側から上記光反射部の完全反射膜をフォトマスクとして上記感光性樹脂に紫外線を照射し、上記光反射部にのみ上記感光性樹脂よりなる透明レジストを形成し、焼成してから、上記光反射部および上記光透過部の各々にカラーフィルタを形成することを特徴としている。
【００１１】
この場合において、上記光透過部のカラーフィルタ厚みを上記光反射部のカラーフィルタ厚みの１．２〜４．５倍とすることが好ましい。特に、２倍となるようにすれば、透過時および反射時のカラーフィルタ内を通過する光路長が等しくなるが、この倍率をさらに大きい２．２〜４．５倍とすることが、光透過時の色純度と、光反射時の明るさの両立を図る上で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
液晶表示素子は、その基本的な構成として一対の透明基板、すなわち、表示観察面側の基板と裏面側（反表示観察面側）の基板とを備えるが、本発明の実施形態を説明するにあたって、図１にその一方の基板として用いられる裏面側基板１０の３画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）分の構成を拡大して示す。なお、本発明において、他方の表示観察面側の基板には特徴的要素がないため、その図示は省略する。
【００１３】
裏面側基板１０は、ガラスもしくは合成樹脂基板であってよく、その内面側（図示しない表示観察面側基板と対向する面）には、各画素ごとに、完全反射膜１１ａよりなる光反射部１１と、その完全反射膜を例えばエッチングにて除去して開口とした光透過部１２とが設けられている。
【００１４】
各光反射部１１の完全反射膜１１ａ上には、透明レジスト１３が所定の厚みをもって形成されている。この透明レジスト１３は完全反射膜１１ａよりも十分厚い厚みを有し、これにより、光透過部１２には透明レジスト１３の厚みとほぼ等しい穴が形成される。
【００１５】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素ごとに、光反射部１１および光透過部１２の各々に、カラーフィルタ１４がその表面を平滑として形成されるが、光反射部１１には透明レジスト１３が設けられているため、カラーフィルタ１４の厚みは光反射部１１で薄く、光透過部１２で厚くなる。
【００１６】
周辺から入射される外光は光反射部１１にて反射され、図示しないバックライトから照射される光は光透過部１２を透過する。この場合、反射光はその部分のカラーフィルタ１４の厚みが薄いため明るい表示に寄与する。また、透過光はその部分のカラーフィルタ１４の厚みが厚いため色純度のよい表示に寄与する。
【００１７】
この光反射時の明るさと、光透過時の色純度を両立させるには、光透過部１２でのカラーフィルタ１４の厚みが、光反射部１１でのカラーフィルタ１４の厚みの２．２〜４．５倍となるように、透明レジスト１３の厚みを選択することが好ましい。
【００１８】
次に、図２を参照して、本発明による裏面側基板１０の製造方法について説明する。例えばガラスからなる透明基板の内面となる一方の面に完全反射膜１１ａを成膜した後、フォトレジストを塗布し、光透過部分を形成するためのパターンを有するフォトマスクを介して露光し、現像を行い、完全反射膜の所定の一部を露出させる。そして、エッチングにより光透過部分の完全反射膜１１ａを除去した後、不要なフォトレジストを除去する。
【００１９】
このようにして、透明基板に光反射部１１と光透過部１２とを形成した後、透明なポジ型感光性樹脂１３ａを表面が平坦となるように所定の厚みをもって塗布する。そして、光反射部１１の完全反射膜１１ａをフォトマスクとして利用して、透明基板の他方の面（背面）側から露光して現像する。
【００２０】
ポジ型感光性脂は露光された部分が可溶となるため、現像により光透過部１２の樹脂が除去され、残されたポジ型感光性樹脂１３ａを焼成することにより、透明レジスト１３が形成される。その後、光反射部１１と光透過部１２とにカラーフィルタ１４を形成する。このようにして、本発明の製造方法によれば、特にフォトマスクを用いることなく、透明レジスト１３を形成することができる。
【００２１】
図３を用いて裏面側基板１０の製造方法を詳しく説明すると、裏面側基板１０の一方の面に銀とパラジウムの合金からなる完全反射膜１１ａをスパッタして成膜する（ａ）。その後、その上にフォトレジスト１６を塗布、露光、現像して、完全反射膜１１ａを一部露出させる（ｂ）。そして、露出している部分をエッチングして完全反射膜１１ａを除去する（ｃ）。そして、除去されていない完全反射膜１１ａの上のフォトレジスト１６を除去し、スピンコート法にて裏面側基板全面にポジ型感光性樹脂１３ａを塗布し、その後裏面側基板１０の背面側から紫外線を照射する（ｄ）。そして、紫外線が照射された部分を現像液で除去し、焼成して透明レジスト１３を完全反射膜１１ａの上に形成する（ｅ）。その後、光反射部１１と光透過部１２にカラーフィルタ１４を形成する（ｆ）。
【００２２】
なお、上記の態様では、完全反射膜のパターニング時の影響を避けるために、この工程に用いたフォトレジストを一旦除去したが、この影響を無視できる場合には、このフォトレジストをそのまま段差形成用の透明レジスト１３として利用することができる。このようにすると、工程がさらに簡便になる。
【００２３】
次に、参考例として、透明レジスト１３を完全反射膜を除去するための膜と共用する場合について図４を用いて説明する。裏面側基板１０の一方の面に、銀とパラジウムの合金からなる完全反射膜１１ａをスパッタして成膜する（ａ）。その上に、スピンコート法を用いて透明なポジ型感光性樹脂１３ａを塗布する（ｂ）。そして、ポジ型感光性樹脂１３ａを露光、現像して所定のパターンを形成し、焼成する（ｃ）。その後、完全反射膜１１ａが露出している部分をエッチングして完全反射膜１１ａを除去する（ｄ）。その後、光反射部１１と光透過部１２にカラーフィルタ１４を形成する（ｅ）。ここで、透明レジスト１３を形成する材料として、ポジ型感光性樹脂１３ａを例示したが、ネガ型感光性樹脂であってもよい。
【００２４】
なお、図示されていないが、この裏面側基板１０のカラーフィルタ１４上に好ましくは平滑化層を設けた後、その上に透明電極および配向膜を形成する。また、他方の表示観察面側基板にも、その内面に透明電極および配向膜を形成し、表示観察面側基板と裏面側基板１０とを周辺シール材を介して圧着し、そのセルギャップ内にＴＮ，ＳＴＮなどの液晶を封入することにより、半透過カラー液晶表示素子が得られる。
【００２５】
【実施例】
〔実施例１〕ガラス基板に全反射ミラー（完全反射膜）を成膜した後、ミラーパターニング用のフォトレジストを塗布し、目的の部分が光透過部となるように露光・現像を行い、エッチングにより光透過部のミラーを除去した後、不要のフォトレジストを除去した。このようにして、全反射ミラーに部分的に光透過部を形成した後、透明なポジ型感光性樹脂としてＪＳＲ社製ポジ型感光性レジストＰＣ４０３を厚みを変えて塗布し、光反射部に残されたミラーをフォトマスクとして基板背面側から全面露光し、現像して光透過部に深さ１．０μｍ，２．０μｍおよび３．０μｍの穴をそれぞれ有する基板を用意した。しかる後、各基板にカラーフィルタ材（三菱化学社製ＲＥＲＲ０４０２，ＲＥＧＧ０４０２およびＲＥＢＢ０４０２）を塗布して、光反射部での厚みがいずれも１．０μｍ，光透過部での厚みが２．０μｍ，３．０μｍおよび４．０μｍであるカラーフィルタを形成した。以後は、通常の液晶表示素子と同じく、平滑化層，透明電極および配向膜をこの順序で形成した後、透明電極および配向膜を有する対向基板と周辺シール材を介して圧着して、半透過型カラー液晶表示素子を作製した。光反射部のカラーフィルタの厚みが薄いため、いずれの場合もその反射光により明るい表示が得られ、光反射部の色面積はいずれも３０であった。また、光透過部のカラーフィルタの厚みが厚いため、その透過光により色純度のよい表示が得られ、厚みが大きくなるにつれて色面積は３０，５０，６７と増加し、一方透過率は４８％，４１％，３６％と低下した。さらに、半透過型カラー液晶表示素子の光透過時のコントラストはそれぞれ同様の値の７：１であった。
【００２６】
〔参考例〕ガラス基板に全反射ミラー（完全反射膜）を成膜した後、ミラーパターニングのためと光反射部の膜厚調整のために新日鉄化学社製の透明なネガ型感光性レジスト（Ｖ２３０１ＰＲ）を塗布し、目的の部分が光透過部となるように露光・現像を行った。そして、ネガ型感光性樹脂を焼成して硬化した後、エッチングにより露出しているミラー（光透過部のミラー）を除去した。このとき、ネガ型感光性レジストＶ２３０１ＰＲの厚みを１．０μｍとなるように形成した。そして、各基板にカラーフィルタ材（三菱化学社製ＲＥＲＲ０４０２，ＲＥＧＧ０４０２およびＲＥＢＢ０４０２）を塗布して、光反射部での厚みがいずれも１．０μｍ，光透過部での厚みが１．２，１．５μｍとなるカラーフィルタを形成した。以後は、通常の液晶表示素子と同じく、平滑化層、透明電極および配向膜をこの順序で形成した後、透明電極および配向膜を有する対向基板と周辺シール材を介して圧着して、半透過型カラー液晶表示素子を作成した。作成した半透過型カラー液晶表示素子の光反射部の色面積はいずれも３０であった。また、光透過部の色面積は１４、２０であった。一方、透過率は５８％、５３％と非常に明るい表示であった。さらに、半透過型カラー液晶表示素子の光透過時のコントラストを測定すると、透過部でのカラーフィルタの厚みが１．２μｍのものが１０：１で、１．５μｍのものが９：１であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一方の透明基板の内面に、完全反射膜からなる光反射部と、完全反射膜のない開口よりなる光透過部とを設け、その光反射部および光透過部の各々にカラーフィルタを形成するにあたって、光反射部の完全反射膜上に所定の厚みを有する透明レジストを設けて光透過部を所定深さの穴とすることにより、光反射部と光透過部とでカラーフィルタの厚みを異ならせることにより、光透過時・光反射時ともに色純度・明るさの両立を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半透過型カラー液晶表示素子が備える裏面側基板の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図２】上記裏面側基板の製造方法を説明するための要部拡大断面図。
【図３】本発明の裏面側基板を作成する工程を示す説明図。
【図４】本発明の参考例として裏面側基板を作成する図３とは異なる工程を示す説明図。
【図５】従来例におけるカラーフィルタの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０裏面側基板
１１光反射部
１１ａ完全反射膜
１２光透過部
１３透明レジスト
１３ａポジ型感光性樹脂
１４カラーフィルタ

Claims

液晶表示素子に含まれる一方の透明基板の内面に、完全反射膜からなる光反射部と、上記完全反射膜のない開口よりなる光透過部とを設け、上記光反射部および上記光透過部の各々にカラーフィルタを形成してなる半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法において、
上記一方の透明基板の内面に上記光反射部と上記光透過部とを形成した後、上記光反射部と上記光透過部とを覆うように上記一方の透明基板の内面に感光性樹脂を塗布し、上記一方の透明基板の背面側から上記光反射部の完全反射膜をフォトマスクとして上記感光性樹脂に紫外線を照射し、上記光反射部にのみ上記感光性樹脂よりなる透明レジストを形成し、焼成してから、上記光反射部および上記光透過部の各々にカラーフィルタを形成することを特徴とする半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法。
上記感光性樹脂がポジ型感光性樹脂である請求項１に記載の半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法。
上記感光性樹脂に紫外線を照射した後に、上記光透過部の紫外線が照射された感光性樹脂を現像液で除去する請求項１に記載の半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法。
上記光透過部のカラーフィルタ厚みが、上記光反射部のカラーフィルタ厚みの１．２〜４．５倍である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法。
上記光透過部のカラーフィルタ厚みが、上記光反射部のカラーフィルタ厚みの２．２〜４．５倍である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半透過型カラー液晶表示素子の基板製造方法。