JP4561552B2 - 液晶装置、液晶装置の製造方法、及び、電子機器 - Google Patents

液晶装置、液晶装置の製造方法、及び、電子機器 Download PDF

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Description

本発明は液晶装置、液晶装置の製造方法、及び、電子機器に係り、特に、液晶を配向させるための配向膜を有する液晶装置の構造及び製法に関する。
一般に、液晶装置は、一対の基板間に液晶を封入したセル構造を有し、基板の内面に、液晶の初期配向状態を規制する配向膜が形成される。配向膜の形成方法としては、たとえば、ポリイミド等の未硬化の樹脂を基板の内面上にスピンコート法や印刷法などにより塗布し、乾燥あるいは焼成を施すことなどによって形成される。
一方、液晶装置の表示形式としては、バックライト等の照明光を透過させることによって透過光で表示を行う透過型液晶装置と、外光などを反射させて反射光で表示を行う反射型液晶装置とがあるが、特に、携帯型電子機器には、透過表示と反射表示の双方を可能にした半透過反射型の液晶装置が搭載されることが多い。この半透過反射型の液晶装置は、有効駆動領域内に、バックライトによる透過表示を可能とする光透過領域と、外光による反射表示を可能とする光反射領域を共に備えた画素を配列したものである。
上記の半透過反射型の液晶装置では、透過表示を構成する透過光は液晶層を一回だけ通過するのに対して、反射表示を構成する反射光は液晶層を往復二回通過するため、透過表示と反射表示で表示光に対する液晶層の光変調の度合(リタデーション)が大きく異なることになる。このため、透過表示と反射表示における光変調の差を低減するために、通常、光反射領域における液晶層の厚みを光透過領域における液晶層の厚みよりも小さくしている。
具体的には、基板の内面上に透明絶縁膜を部分的に形成することで、液晶層の厚みをコントロールしている。すなわち、画素の光反射領域には透明絶縁膜を形成し、光透過領域には透明絶縁膜を形成しないことにより、一対の基板間に挟まれた液晶層の厚みを光反射領域と光透過領域で異なるものとしている。
ところが、上記の半透過反射型の液晶装置では、基板上に透明絶縁膜が部分的に形成されているため、その基板上に未硬化の配向樹脂を塗布したとき、透明絶縁膜の非形成領域(光透過領域)に配向樹脂が溜まり、これが配向膜の厚みムラを招来して、表示品位を低下させるという問題点があった。そこで、隣接する画素間で凹状の光透過領域が連続するように構成することにより、配向樹脂の流動性を高め、配向膜の厚みムラを低減することが提案されている(たとえば、以下の特許文献1参照)。
特開2004−325822号公報(特に、図3、図13乃至図17)
しかしながら、前述の液晶装置では、凹状の光透過領域が画素間で連続しているために配向樹脂の流動性が向上しているものの、光透過領域における配向膜の厚みムラが充分に解消されない場合がある。たとえば、光反射領域もまた画素間で連続するようなパターンで透明絶縁膜を形成した場合には、連続する光透過領域の間に、連続する光反射領域が介在することとなるので、光反射領域から流入した配向樹脂が光透過領域の連続方向にばらつき、特に、光反射領域に近い光透過領域の周縁部で配向膜の厚みムラが生じ、表示品位が低下することがある。また、印刷法によって配向樹脂を塗布する場合には、その印刷方向と光透過領域の連続方向の関係によっては表示品位の低下が避けられない場合があった。
一方、前述の液晶装置では画素毎に島状の光反射領域を形成する例も開示され、この場合には各画素の光反射領域間にも溝状の凹部が形成されることとなるため、縦横に配向樹脂が流動できるようになって配向膜の厚みムラが低減されるものと考えられる。しかし、この場合には、光反射領域の面積に比べてその周縁距離が長くなるため、光反射領域の周縁に形成された段差によって液晶の配向不良が発生しやすくなり、表示品位が悪化するという問題点がある。
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、透明絶縁膜による配向樹脂の流動性阻害を抑制することにより配向膜の厚みムラに起因する表示品位の低下を抑制できるとともに、透明絶縁膜の周縁における液晶の配向不良に起因する表示品位の低下をも抑制できる液晶装置を実現することにある。
斯かる実情に鑑み、本発明の液晶装置は、一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置であって、 前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域は互いに隣接して配置されており、一方の前記基板は、カラーフィルタ及び当該カラーフィルタ上に配置された透明絶縁膜を有し、前記透明絶縁膜は、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に設けられ、前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜は、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を有し、前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域には、3つの前記サブ画素を周期とした前記薄肉部を備え、前記液晶は、反射表示領域を反映して、前記透過表示領域における層厚より前記反射表示領域における層厚の方が薄いことを特徴とする。
この発明によれば、透明絶縁膜において隣接するサブ画素の境界に沿って薄肉部を設けることによって透明絶縁膜に表面溝が形成されることから、配向材の流動性を高めることができるので、配向膜の厚みムラに起因する表示品位の低下を防止できるとともに、この表面溝は透明絶縁膜の薄肉部で構成されることにより、下地面に達しないように形成されているため、透明絶縁膜の表面溝に臨む周縁部における液晶の配向不良を抑制することができるため、表面溝の形成による液晶の配向不良に起因する表示品位の悪化を低減することができる。また、薄肉部がサブ画素の境界上にその境界に沿って形成されることにより、液晶の配向不良に起因する表示品位の低下をさらに低減できる。特に、サブ画素の境界に対して平面的に重なる位置に、遮光膜、或いは、カラーフィルタの異なる色の重なり部などの遮光構造が設けられていることにより、液晶の配向不良に起因する表示品位の低下をより確実に防止できる。
本発明において、前記透過表示領域は、前記画素内において島状に設けられてなり、周囲を前記反射表示領域に囲まれてなることが好ましい。このように透過表示領域が島状に設けられている場合には、隣接するサブ画素間において透過表示領域が連続していないので、隣接するサブ画素間に設けられた薄肉部で構成される表面溝による効果がきわめて大きくなる。
また、本発明の別の液晶装置は、一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置であって、 前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域は互いに隣接して配置されており、一方の前記基板は、カラーフィルタ及び当該カラーフィルタ上に配置された透明絶縁膜と、を有し、前記透明絶縁膜は、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に設けられ、前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜は、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を有し、前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界、及び前記反射表示領域の前記列方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿って前記薄肉部が設けられ、前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境に設けられた前記薄肉部は、3つの前記サブ画素を周期として設けられ、前記液晶は、前記薄肉部を反映して、前記透過表示領域における層厚より前記反射表示領域における層厚の方が薄くなっていることを特徴とする。
この発明によれば、行方向及び列方向の双方に隣接するサブ画素間にも薄肉部が設けられるので、さらに高い効果を得ることができる。
本発明において、前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は、前記透明絶縁膜の膜厚の30%以上90%以下の深さの表面溝を形成することが好ましい。これによれば、表面溝による配向材の流動性を充分に高めることができるとともに、透明絶縁膜の周縁部における液晶の配向不良を抑制することができる。すなわち、上記範囲を下回ると、配向材の流動性を高める効果が得られにくくなり、また、上記範囲を上回ると、透明絶縁膜の表面溝に臨む周縁部における液晶の配向不良が発生しやすくなる。特に、表面溝が透明絶縁膜の膜厚の40%以上80%以下であることが望ましい。
本発明において、前記透明絶縁膜は少なくとも2層構造とされ、前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は少なくとも最下層を残して形成されていることが好ましい。透明絶縁膜を2層以上で構成し、それらのうち少なくとも最下層を残して表面溝を形成することにより、表面溝の深さを容易かつ高精度に制御することができる。ただし、本発明では、薄肉部において、単層の透明絶縁膜の厚み方向の途中まで到達する表面溝が形成されていても構わない。
本発明において、前記隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は前記透過表示領域に開口していることが好ましい。透明絶縁膜の薄肉部に設けられた表面溝が透過表示領域に開口していることにより、透明絶縁膜(凸部)から表面溝に流入した配向材を直接に透過表示領域(凹部)に流入させることができ、配向材の流動性をさらに高めることができるため、配向膜の厚みムラをさらに低減できる。
本発明において、前記隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部の幅が10〜19μmの範囲内であることが好ましい。これによれば、配向膜の厚みムラの低減と、液晶の配向不良の抑制とをバランスさせることができる。
本発明において、前記複数色の着色層のそれぞれ一つを配置した複数の前記サブ画素が含まれる画素が前記有効駆動領域内に周期的に配列され、前記隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は前記画素の配列周期に対応して周期的に形成されていることが好ましい。カラーフィルタを有するカラー表示液晶装置においては、上記画素が最小の表示単位として認識されることとなるため、この画素に対応してサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部を周期的に形成することで、表示ムラの発生を効率的に防止できる。すなわち、画素に対応させて表面溝を形成することで、表面溝の作用効果の均一性を確保しつつ、画素毎に表面溝を形成する場合に比べて表面溝の形成場所や形成密度の自由度を高めることができる。したがって、配向膜の厚みムラの低減と、液晶の配向不良の抑制とをより高レベルで両立することが可能になる。
次に、本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置の製造方法において、
前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域は互いに隣接して形成する工程と、 一方の前記基板にカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタ上に、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に前記透明絶縁膜形成する工程と、
前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜に、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を形成する工程と、
前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域には、3つの前記サブ画素を周期とした前記薄肉部を形成する工程と、
前記一方の基板の内面上に未硬化の配向材が配置される工程と、
を具備することを特徴とする
また、本発明の別の液晶装置の製造方法は、一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置の製造方法において、前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域を互いに隣接して形成する工程と、一方の前記基板にカラーフィルタを形成する工程と、前記カラーフィルタ上に、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に前記透明絶縁膜形成する工程と、前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜に、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を形成する工程と、前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界、及び前記反射表示領域の前記列方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿って前記薄肉部を設け、前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境に設けられた前記薄肉部を、3つの前記サブ画素を周期として形成する工程と、前記一方の基板の内面上に未硬化の配向材が配置される工程と、を具備することを特徴とする。
この場合において、前記透明絶縁膜を形成する工程では、感光性樹脂が前記基板の内面上に配置され、前記感光性樹脂に露光処理及び現像処理が施されることにより、透明絶縁膜及び前記薄肉部が形成されることが好ましい。
また、前記透明絶縁膜を形成する工程には、前記透明絶縁膜の形成領域に第1透明絶縁層が形成される段階と、前記第1透明絶縁層上における前記薄肉部以外の領域に第2透明絶縁層が形成される段階とが設けられることが好ましい。
また、前記隣接する前記サブ画素の境界に沿って設けられた薄肉部の幅が10〜19μmとされることが好ましい。
次に、本発明の電子機器は、上記のいずれかに記載の液晶装置を搭載したことを特徴とする。本発明の電子機器は特に限定されるものではないが、携帯電話機、携帯型情報端末、電子時計などの携帯型電子機器として構成することが効果的である。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図7は本発明に係る実施形態の液晶装置の概略縦断面図、図8は同実施形態の概略平面図である。なお、本願に添付した各図面はそれぞれ構造を明確に示すために、縦横寸法を適宜に変更し、電極等の数を適宜に省略して示してある。
本実施形態の液晶装置100は、ガラスやプラスチック等の透明な素材で構成された基板101と、この基板101に対向配置される基板102とをシール材103を介して貼り合わせ、基板101と102の間に液晶104を封入したものである。基板101には画素電極101aが形成され、基板102には画素電極101aに対向する共通電極102aが形成されている。図示例の場合、基板101及び102はそれぞれ矩形(正方形若しくは長方形)の平面形状を備えている。
基板101には基板102の外形より張り出してなる基板張出部が設けられ、この基板張出部の表面上には、上記画素電極101a又は画素電極101aに接続された図示しない能動素子(TFTなどの三端子スイッチング素子やTFDなどの二端子スイッチング素子など)並びに上記共通電極102aに導電接続された配線105が引き出されている。また、上記基板張出部上には外部からの制御信号やデータ信号を入力するための入力端子106が形成されている。そして、上記配線105及び入力端子106に対して半導体チップ等で構成された駆動回路107が実装されている。
なお、基板101の外面上には偏光板108が配置され、基板102の外面上には偏光板109が配置される。偏光板108,109は液晶セルのモードに応じて配置されるが、偏光板を必要としない液晶表示体である場合(例えば、高分子分散型の液晶表示体)には偏光板108,109は不要である。
シール材103により液晶104が封入されてなる液晶封入領域の内側には、上記画素電極101aと共通電極102aが対向配置される有効駆動領域100Aが設けられ、この有効駆動領域100Aには、画素電極101aによって画成されたサブ画素Gが縦横にマトリクス状に配列されている。また、有効駆動領域100Aとシール材103との間には周辺領域100Bが有効駆動領域100Aを枠状に取り囲むように設けられている。ここで、有効駆動領域100Aの平面形状は矩形(正方形若しくは長方形)となっている。
図1及び図2は本発明に係る実施形態の拡大縦断面図、図3はカラーフィルタ基板の概略拡大平面図、図6は図1及び図2と直交する断面を示す拡大縦断面図である。ここで、図3のI−I線に沿った断面を図1に示し、図3のII−II線に沿った断面を図2に示し、図3のVI−VI線に沿った断面を図6に示してある。なお、図3には、素子基板側に設けられた構造の一部(画素電極及び柱状スペーサ)についても破線で示してある。
本実施形態では、基板101上に能動素子111が形成され、この能動素子111上に下地絶縁膜112が形成されている。能動素子111は図示しない配線、例えば、TFTなどの三端子スイッチング素子の場合、相互に交差する走査線及びデータ線にそれぞれ接続されている。下地絶縁膜112はアクリル樹脂等で構成された透明な絶縁膜であり、フォトリソグラフィ法等によって表面の一部に微細な凹凸構造が形成されている。そして、この下地絶縁膜112の微細な凹凸構造上にAl、Crなどの反射性素材で構成される反射層113が形成されることにより、この反射層113の表面が上記微細な凹凸構造を反映して粗面化された状態とされている。
上記反射層113上にはITO(インジウムスズ酸化物)等の透明導電体よりなる上記の画素電極101aが形成される。この画素電極101aは、上記の能動素子111に対してコンタクト部111aを介して導電接続されている。具体的には、図示例の場合、能動素子111のコンタクト部111aは反射層113に導電接続され、この反射層113が上記画素電極101aに導電接続されている。
図6に示すように、反射層113は画素電極101aで画成されるサブ画素Gの一部にのみ形成され、これによって、サブ画素Gには、反射層113の形成部分で構成される光反射領域Grと、反射層113の非形成部分で構成される光透過領域Gtとが設けられている。
画素電極101a上には、ポリイミド樹脂等で構成された配向膜114が形成されている。この配向膜114は、液晶104の初期配向状態(閾値以上の電界が印加されていないときの配向状態)を規制するためのものであり、例えば、垂直配向モードの液晶セルを構成する場合には配向膜114に対してほぼ垂直に液晶分子が配向し、TNモードの液晶セルを構成する場合には配向膜114に対してほぼ平行に液晶分子が配向するように作用する。
上記の下地絶縁膜112上には、有機樹脂や無機化合物で構成された柱状スペーサ115が形成される。この柱状スペーサ115は、後述する基板102の内面に当接して、液晶104の厚みを規制するためのものである。柱状スペーサ115は基板101の内面上に固定されているが、基板102の内面上に固定されていてもよく、或いは、いずれの基板にも固定されていない遊離状態のスペーサを用いても構わない。柱状スペーサ115は後述する透明絶縁膜123の表面に重なるように配置されている。これによって柱状スペーサ115の高さを低減することができる。
基板102の内面上にはカラーフィルタ121を構成する複数色の着色層121r、121b、121gが形成されている。カラーフィルタ121では、複数色の着色層121r,121b,121gは所定のパターンで配列されており、図示例の場合には各着色層がストライプ状に伸びるストライプ配列で構成されている。ただし、デルタ配列や斜めモザイク配列など、他のパターンで配列されていてもよい。また、図示例の場合には、赤色の着色層121rと、青色の着色層121bと、緑色の着色層121gの3色が周期的に配列されているが、シアン、マゼンタ、イエローなどの他の色の組み合わせの着色層を用いても構わない。各着色層は樹脂基材中に顔料や染料等の着色材を分散させたものを印刷法、スピンコーティング法、ロールコーティング法などによって塗布し、フォトリソグラフィ法等によってパターニングしたものである。特に、着色材料として感光性樹脂を用いて露光・現像を施すことによって直接形成したものであることが好ましい。
カラーフィルタ121の着色層121r、121b、121g上には透明保護膜122が形成される。この透明保護膜122は、着色層の変質を防止するとともに、カラーフィルタ121の表面を平坦化するためのものであり、アクリル樹脂等で構成される。
透明保護膜122上には、部分的に透明絶縁膜123が形成される。この透明絶縁膜123は、上記光透過領域Gtには形成されず、光反射領域Grに形成される。透明保護膜123は、アクリル樹脂や透明無機膜(SiOやTiOなど)で構成することができる。ただし、パターニングの容易性を考慮すると、感光性樹脂をフォトリソグラフィ法でパターニングしたもので構成することが望ましい。
透明保護膜122及び透明絶縁膜123上には、ITO等の透明導電体で構成される共通電極102aが形成される。この共通電極102aは、能動素子111が三端子スイッチング素子である場合には面状の電極パターンとして構成され、能動素子111が二端子スイッチング素子である場合にはストライプ状に形成された複数の帯状の電極パターンとして形成される。
共通電極102a上には、ポリイミド樹脂等からなる配向膜124が形成される。この配向膜124は上記配向膜114と同様のものであり、必要に応じて液晶104に対して所定の配向能を有するものとされる。配向膜124は、印刷法、スピンコーティング法、ロールコーティング法等によって未硬化の配向樹脂を基板上に塗布し、乾燥若しくは焼成処理を施すことによって形成される。
本実施形態では、図6に示すように、透明絶縁膜123の有無によって、光透過領域Gtにおける液晶104の厚みDtと、光反射領域Grにおける液晶104の厚みDrが異なるものとされている。すなわち、厚みDtは厚みDrより厚くなっている。特に、厚みDtが厚みDrの1.5〜2.0倍程度とされることが好ましい。これによって、反射光に対する液晶104の光変調度合と透過光に対する液晶104の光変調度合の差を低減することができるため、反射表示と透過表示の表示態様の差異を緩和することができる。
図3に示すように、本実施形態においては、異なる着色層121r、121b、121g(図示点線)の一つがそれぞれ配置されたサブ画素Gが図示左右方向に繰り返し配列されている。ここで、カラーフィルタ121に含まれる複数色の着色層にそれぞれ対応した全てのサブ画素G、すなわち、着色層121rが配置されたサブ画素G、着色層121bが配置されたサブ画素G、及び、着色層121gが配置されたサブ画素Gによって一つの画素Pが構成される。この画素Pは、液晶装置100で構成される透過表示及び反射表示における最小の表示単位を構成するものである。
各画素P内に配列された複数のサブ画素Gの配列方向(図示左右方向)には、透過領域Gt及び反射領域Grがそれぞれ連続して形成されている。これによって、透明絶縁膜123によって構成される凸部及び凹部が複数の画素に亘って連続する構成となるため、後述する配向樹脂の塗布時において配向樹脂の流動性を高めることができ、配向膜124の厚みムラを低減することができる。
各サブ画素G内には、上記配列方向と直交する方向に光透過領域Gtと光反射領域Grが順次に配列されている。本実施形態の場合、一つのサブ画素G内において、上記配列方向と直交する方向の両側に光反射領域Grがそれぞれ配置され、これらの光反射領域Grの間に光透過領域Gtが配置される。また、上記配列方向と直交する方向に隣接するサブ画素G間では、光反射領域Grが連続して形成されている。すなわち、上記配列方向と直交する方向に隣接するサブ画素G間では透明絶縁膜123が一体に構成されている。
図1及び図3に示すように、上記透明絶縁膜123には表面溝123aが形成されている。この表面溝123aは、透明絶縁膜123の表面において所定方向に伸びるスリット状に構成されたものである。表面溝123aは、画素P内の同一位置に必ず形成されている。具体的には、上記配列方向に隣接するサブ画素G間の境界、特に、着色層121rと121bの境界上をこの境界に沿って伸びるように形成されている。
表面溝123aは、いずれも、透明絶縁膜123の形成されていない光透過領域Gtに開くように構成されている。すなわち、表面溝123aの端部が光透過領域Gtに臨むように構成されている。より具体的に述べると、表面溝123aは、透明絶縁膜123を貫通してその両側に存在する透明絶縁膜123の非形成部分(光透過領域Gt)に共に開くように構成されている。
表面溝123aは、透明絶縁膜123の下地面(図示例では透明保護膜122の表面、一般的には、透明絶縁膜123の非形成部分(光透過領域Gt)の表面と同じ面)に達しないように構成されている。すなわち、表面溝123aの内底部123x(図1参照)は上記下地面より高い位置にあり、当該内底部123xの下に透明絶縁膜123の一部が存在する状態となっている。
この表面溝123aは、基板102上に配向樹脂を塗布したとき、上記配列方向と直交する方向(図3の上下方向)に配向樹脂を移動させる移動路を構成する。具体的には、透明絶縁膜123の表面(凸部)上の配向樹脂が表面溝123aを通って透明絶縁膜123の非形成部分(凹部)に流れ込むので、配向樹脂の基板102上における流動性が向上し、これによって配向膜124の厚みムラが低減される。特に、本実施形態では、表面溝123aが透明絶縁膜123の非形成部分(凹部)に開口しているので、透明絶縁膜123上に配置された配向樹脂がスムーズに透明絶縁膜123の非形成部分(凹部)に移動することができる。
また、表面溝123aは上記配列方向と直交する方向に貫通する態様で設けられているので、上記配列方向と直交する方向に透明絶縁膜123を介して配列された透明絶縁膜123aの非形成部分間の配向樹脂の流動性を向上させることができる。したがって、上記配列方向だけでなく、上記配列方向と直交する方向の配向樹脂の均一性をも高めることができる。
本実施形態において、表面溝123aは基本的に隣接するサブ画素G間の境界上に形成されているので、本来的に液晶104の配向不良による表示品位の低下を抑制することができるようになっており、図示例の場合にはさらに隣接するサブ画素G間の境界線上に隣接する着色層が重なることによる遮光構造が設けられているため、液晶104の配向不良が表示品位に影響しにくくなっている。この場合、表面溝123aの形成範囲全体を上記の遮光構造、或いはその他の構造(例えば、金属や黒色樹脂で構成された遮光膜など)で遮光することによってさらに液晶104の配向不良による影響を低減できる。
しかし、透明絶縁膜123の周縁は、上記光反射領域Grと光透過領域Gtにおける液晶104の厚みを変えるために必要な段差を有しているため、本来的には透明絶縁膜123の周縁において生ずる液晶104の配向不良を完全に防止することはできないし、また、上記の遮光構造を広い範囲に形成してしまうと、表示の明るさを減じてしまうことになる。すなわち、表面溝123aを形成することで液晶104の多少の配向不良は避けられないので、表面溝123aと遮光範囲との関係により、表示のコントラストと明るさのいずれかが犠牲になることになる。
ところが、本実施形態では上記のように表面溝123aが下地面に達しないように浅く形成されているので、表面溝123aの凹部構造を反映した配向膜124の表面の凹部を小さくすることができ、その結果、表面溝123aの存在による液晶104の配向不良を低減できる。すなわち、表面溝123aによる配向樹脂の流動性向上の効果を確保しつつ、表面溝123aによる液晶104の配向不良を低減することができる。
表面溝123aの幅は10〜19μm程度であることが好ましい。この範囲を下回ると、充分な配向樹脂を流動させることができず、表面溝123aを設けた効果がほとんど得られなくなる。また、上記範囲を上回ると、表面溝123aにより配向膜124に形成された段差に起因して液晶104の配向不良が増大し、これを上記の遮光構造によってカバーすることが難しくなる。すなわち、表面溝123aの幅が20μm以上になると、遮光構造の幅も大きくする必要があるが、これによって画素の開口率が低下するので、表示の明るさを確保することが難しくなる。特に、反射表示では表示の明るさを確保することが本来的に困難であるので、反射表示への悪影響が著しくなる。
表面溝123aの深さは、例えば、透明絶縁膜123の厚みの30%〜90%の範囲内であることが好ましく、特に、40%〜80%の範囲内であることが望ましい。ここで、透明絶縁膜123の標準的な厚みは通常、1.0〜3.0μm程度、好ましくは1.8〜2.2μm程度である。表面溝123aの深さが上記範囲よりも小さいと、表面溝の断面積を充分に確保することができず、配向樹脂の流動性を向上させることができない。一方、表面溝123aの深さが上記範囲よりも大きいと、透明絶縁膜123の表面溝123aに臨む周縁部における液晶104の配向不良が顕著となり、光抜け等が生じて表示のコントラストが低下する。
特に、本実施形態では表面溝123aが赤の着色層121rと青の着色層121bの境界上に形成されているので、表面溝123aの存在に起因する配向膜124の表面段差による表示品位の低下を抑制できる。すなわち、赤と青はカラーフィルタ121を構成する3原色のなかでは、赤と青は視感度が低く目立ちにくいため、赤と青の境界線上に表面溝123aを形成することで、表面溝123aによる液晶104の配向不良による表示品位の低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、表面溝123aの形成されていない画素間の境界上に柱状スペーサ115が配置されるように形成している。具体的には、着色層121bが配置されたサブ画素Gと、着色層121gが配置されたサブ画素Gとの境界線(境界線の端部)上に柱状スペーサ115が配置される。このようにすると、柱状スペーサ115が表面溝123aと平面的に重なることがなくなるので、柱状スペーサ115が表面溝123a上の配向膜部分に当接するといったことが防止されるため、柱状スペーサ115による基板間隔の規制精度を向上させることができる。
本実施形態では、画素P内の3つのサブ画素Gのうち、2つのサブ画素G間の境界上にのみ表面溝123aを形成しているが、他の画素間の境界上にも表面溝を形成しても構わない。この場合、表面溝123aが増加するために配向樹脂の流動性は向上するが、透明絶縁膜123と表面溝123aの境界長さも増加するので、液晶104の配向不良による表示品位の低下が問題となる。しかし、本実施形態では表面溝123aを透明絶縁膜123の下地面に達しないように浅く構成しているので、表面溝に起因する液晶104の配向不良による影響が抑制される。したがって、本実施形態の場合、表面溝123の形成個所を増加させることによる影響は、表面溝を透明絶縁膜123の下地面まで達するように形成した場合に比べて大幅に低減される。
図9は、本実施形態の有効駆動領域100Aと周辺領域100Bの境界部分近傍を示す概略平面図である。有効駆動領域100Aにおいては、上述のように透明絶縁膜123の所定部位に表面溝123aが周期的に形成されているが、周辺領域100Bでも、有効駆動領域100Aと同様に表面溝123aを有する透明絶縁膜123の周期構造が少なくとも1周期以上形成されている。図示例の場合、表面溝123aは画素Pの配列周期と同じ周期で構成され、画素P内の常に同じ位置に設けられている。そして、周辺領域100Bにおいても、有効駆動領域100A側において画素Pと同じ構造(透明絶縁膜123及びここに形成された表面溝123a)が少なくとも一つ設けられている。このようにすることで、有効駆動領域100Aの周縁部における配向樹脂の流動性が有効駆動領域100Aの中央部分と同様に確保されるので、当該周縁部の表示ムラの発生を抑制することができる。
図4(a)〜(c)は、上記実施形態の製造方法の主要部を示す概略工程説明図である。この製造方法では、図4(a)に示すように、最初に、基板102の内面上にカラーフィルタ121及び透明保護膜122を形成し、その上に未硬化の感光性樹脂123Xを塗布する。塗布方法は、印刷法、スピンコーティング法やロールコーティング法などを用いることができる。
次に、図4(b)に示すように、マスク10を用いて感光性樹脂123Xに対する露光を行う。マスク10は、感光性樹脂123Xを残して透明絶縁膜123を形成する範囲に対応する第1領域10Aと、感光性樹脂123Xの一部を除去して上記表面溝123aを形成する範囲に対応する第2領域10Bと、感光性樹脂123Xを全て除去して透明絶縁膜123の非形成部分を構成する範囲に対応する図示しない第3領域とを形成するように構成されている。例えば、ネガ型の感光性樹脂を用いる場合には、マスク10は、第1領域10Aが透光部として構成され、第2領域10Bが半透過部(ハーフトーンマスク)として構成され、図示しない第3領域が遮光部として構成される。一方、ポジ型の感光性樹脂を用いる場合には、上記とは逆に、第1領域10Aが遮光部、第2領域10Bが半透過部、図示しない第3領域が透光部として構成される。
上記の露光後、所定の現像液で現像処理を行い、必要に応じて焼成処理を行うことにより、図4(c)に示す表面溝123aを備えた透明絶縁膜123が形成される。上記の半透過部によって露光された部分は露光作用が低減され、現像処理により厚み方向において表面側の一部のみが除去されることにより、表面溝123aが透明絶縁膜123の下地面に達しない形で形成される。また、図示しないが、上記の光透過領域Gtや周辺領域100Bの多くの部分では、感光性樹脂123Xが完全に除去される。
図5(a)〜(c)は、他の製造方法の例を示す概略工程説明図である。この製造方法では、上記の透明絶縁膜123を2層構造で形成する。すなわち、図5(a)に示すように、基板102、カラーフィルタ121及び透明保護膜122を形成した後に、これらの上に第1透明層123Aを形成する。この第1透明層123Aは種々の方法で形成することができるが、層を全面的に形成した後に、フォトリソグラフィ法等によってパターニングすることによって、第1透明層123Aの形成部分(光反射領域)と非形成部分(光透過領域)を設ける。
次に、図5(b)に示すように、上記第1透明層123A上に第2透明層123Bを形成し、その後、図5(c)に示すように、この第2透明層123Bをパターニングすることにより、第2透明層123Bの存在しない部分が上記の表面溝123aとなる。例えば、第2透明層123Bとして感光性樹脂を用いる場合には、感光性樹脂を塗布して、図5(b)に示すマスク20で露光する。ここで、マスク20には第1領域20Aと第2領域20Bが設けられている。そして、感光性樹脂のタイプに応じて第1領域20Aと第2領域20Bのいずれか一方を遮光部、他方を透光部とすることによって、第2領域20Bに対応する部分を除去することができる。
もっとも、第2透明層123B上に適宜のエッチングマスクを形成し、露出部分のみをエッチングすることによって表面溝123aを形成してもよい。この場合、第1透明層123Aがエッチングストップ層となるように第1透明層123Aと第2透明層123Bの構成素材を異なるものとすることが好ましい。
図4及び図5に示すいずれの製造方法においても、透明絶縁膜123を形成した後に、共通電極102aを形成し、その後、配向膜124を形成する。配向膜124は、未硬化の配向樹脂を印刷法、スピンコーティング法、ロールコーティング法等によって塗布し、乾燥・焼成することによって形成される。配向樹脂の塗布方法としては、特に印刷法(例えば凸版印刷)によることが製造効率上好ましい。本実施形態の構造では、印刷法を用いた場合でも、配向膜124の厚みムラを充分に低減することができるので、表示ムラのない高い表示品位を実現できる。
以上説明した実施形態においては、光透過領域Gtには透明保護膜122のみが形成され、光反射領域Grの表面溝123a内では透明保護膜122と透明絶縁膜123の厚み方向の一部が形成され、光反射領域Grの表面溝123a以外の部分では透明保護膜122と透明絶縁膜123の双方が積層されている。したがって、透明保護膜122と透明絶縁膜123の積層構造が本発明の上記透明絶縁膜に相当すると考えると、光透過領域Gt及び表面溝123a内は、透明絶縁膜の薄肉部に相当するものとなる。また、表面溝123aは、本発明における隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部に相当する。本実施形態では、表面溝123a内の薄肉部は、光透過領域Gt(透過表示領域)の薄肉部よりも厚みが大きく構成されている。
図10には、異なる実施形態のカラーフィルタ基板の断面構造を示す。ここで、図10(a)は光反射領域Grの断面構造を示し、図10(b)は光透過領域Gtの断面構造を示す。この例では、上記の透明保護膜122に相当する層が存在せず、カラーフィルタ121(着色層)上に直接に単層の透明絶縁膜123が形成されている。そして、隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられる薄肉部は、表面溝123aによって構成される。ただし、この構造では、表面溝123a内の薄肉部123sの肉厚と、光透過領域Gt内の薄肉部123sの肉厚とは同じであり、これらの薄肉部123sはフォトリソグラフィ法等によって同時に形成することができる。
図11には、さらに異なる実施形態のカラーフィルタ基板の断面構造を示す。ここで、図11(a)は光反射領域Grの断面構造を示し、図11(b)は光透過領域Gtの断面構造を示す。この例では、上記カラーフィルタ121(着色層)上に透明保護膜122と透明絶縁膜123′が積層されている点では先の実施形態と同様であるが、上層にある透明絶縁膜123′が全て除去されることによって表面溝123a′が形成されている点で異なる。すなわち、表面溝123a′の底面は下層にある透明保護膜122の表面である。この例でも、図10に示す例と同様に、表面溝123a内の薄肉部の肉厚と、光透過領域Gt内の薄肉部の肉厚は同じであり、どちらも透明保護膜122の肉厚に等しい。
次に、図12を参照して、さらに別の実施形態について説明する。この実施形態では、各サブ画素G内において光透過領域Gtが島状に構成され、この光透過領域Gtを光反射領域Grが取り巻く平面構造を備えている。この構成では、隣接するサブ画素G間において光透過領域Gtが連続しないので、配向材の流れが先の実施形態よりもさらに悪くなる。
この例では、隣接するサブ画素の境界に沿う領域に表面溝123aが形成されている点で先の実施形態と同様である。この表面溝123aの具体的な構成は、最初の実施形態と同じ構成であっても、或いは、図10又は図11に示される構成のいずれであってもよい。本実施形態では、本来的に配向材の流動性が悪いので、透明絶縁膜123におけるサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部である表面溝123aを設けることによる効果がきわめて大きい。
最後に、上記の液晶装置100を搭載した電子機器について説明する。図13及び図14は上記液晶装置100を搭載した電子機器を示す概略斜視図である。
図13は、本発明に係る電子機器の一実施形態であるノート型パーソナルコンピュータを示している。このパーソナルコンピュータ200は、複数の操作ボタン201aや他の操作装置201bを備えた本体部201と、この本体部201に接続され、表示画面202aを備えた表示部202とを備えている。図示例の場合、本体部201と表示部202は開閉可能に構成されている。表示部202の内部には上述の液晶装置100が内蔵されており、表示画面202aに所望の表示画像が表示されるようになっている。この場合、パーソナルコンピュータ200の内部には、上記液晶装置100を制御する表示制御回路が設けられる。この表示制御回路は、液晶装置100に対して映像信号その他の入力データや所定の制御信号を送り、その動作態様を決定するように構成されている。
図14は、本発明に係る電子機器の他の実施形態である携帯電話機を示している。ここに示す携帯電話機300は、複数の操作ボタン301a,301b及び送話口などを備えた操作部301と、表示画面302aや受話口などを備えた表示部302とを有し、表示部302の内部に上記の液晶装置100が組み込まれてなる。そして表示部302の表示画面302aにおいて液晶装置100により形成された表示画像を視認することができるようになっている。この場合、携帯電話機300の内部には、上記液晶装置100を制御する表示制御回路が設けられる。この表示制御回路は、液晶装置100に対して映像信号その他の入力データや所定の制御信号を送り、その動作態様を決定するように構成されている。
尚、本発明の液晶装置及び電子機器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記図示例の表面溝123aは断面が矩形(正方形若しくは長方形)状に構成され、その内底部123xが平坦に構成されているが、これはあくまでも図示の都合上このように示しているに過ぎず、実施にはこのように平坦な内底部123xを有するものでなくてもよい。例えば、溝断面の輪郭がU字、V字、W字状など、種々の形状を有していても構わない。
実施形態の液晶装置の拡大部分縦断面図(図3のI−I線断面図)。 実施形態の液晶装置の拡大部分縦断面図(図3のII−II線断面図)。 実施形態の液晶装置のカラーフィルタ基板の平面図。 実施形態の液晶装置のカラーフィルタ基板の製造工程を示す工程説明図(a)〜(c)。 実施形態の液晶装置のカラーフィルタ基板の製造工程を示す工程説明図(a)〜(c)。 実施形態の液晶装置の拡大部分縦断面図(図3のVI−VI線断面図)。 実施形態の液晶装置の概略縦断面図。 実施形態の液晶装置の概略平面図。 実施形態の有効駆動領域と周辺領域の境界部分近傍を示す概略部分平面図。 異なる実施形態のカラーフィルタ基板の光反射領域及び光透過領域の構造を示す概略断面図(a)及び(b)。 さらに異なる実施形態のカラーフィルタ基板の光反射領域及び光透過領域の構造を示す概略断面図(a)及び(b)。 別の実施形態のカラーフィルタ基板の概略平面図。 実施形態の液晶装置を搭載した電子機器の概略斜視図。 実施形態の液晶装置を搭載した他の電子機器の概略斜視図。
符号の説明
100…液晶装置、100A…有効駆動領域、100B…周辺領域、101…基板、101a…画素電極、102…基板(カラーフィルタ基板)、102a…共通電極、103…シール材、104…液晶、111…能動素子、112…下地絶縁膜、113…反射層、114…配向膜、115…柱状スペーサ、121…カラーフィルタ、121r、121b、121g…着色層、122…透明保護膜、123…透明絶縁膜、123a…表面溝、123x…内底部、124…配向膜

Claims (13)

  1. 一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置であって、
    前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域は互いに隣接して配置されており、
    一方の前記基板は、カラーフィルタ及び当該カラーフィルタ上に配置された透明絶縁膜を有し、
    前記透明絶縁膜は、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に設けられ、
    前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜は、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を有し、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域には、3つの前記サブ画素を周期とした前記薄肉部を備え、
    前記液晶は、反射表示領域を反映して、前記透過表示領域における層厚より前記反射表示領域における層厚の方が薄いことを特徴とする液晶装置。
  2. 前記透過表示領域は、前記画素内において島状に設けられてなり、周囲を前記反射表示領域に囲まれてなることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  3. 一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置であって、
    前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域は互いに隣接して配置されており、
    一方の前記基板は、カラーフィルタ及び当該カラーフィルタ上に配置された透明絶縁膜と、を有し、
    前記透明絶縁膜は、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に設けられ、
    前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜は、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を有し、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界、及び前記反射表示領域の前記列方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿って前記薄肉部が設けられ、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境に設けられた前記薄肉部は、3つの前記サブ画素を周期として設けられ、
    前記液晶は、前記薄肉部を反映して、前記透過表示領域における層厚より前記反射表示領域における層厚の方が薄くなっていることを特徴とする液晶装置。
  4. 前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は、前記透明絶縁膜の膜厚の30%以上90%以下の深さの表面溝を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  5. 前記透明絶縁膜は少なくとも2層構造とされ、前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は少なくとも最下層を残すことにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液晶装置。
  6. 前記隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は前記透過表示領域に開口していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の液晶装置。
  7. 前記隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部の幅が10〜19μmの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液晶装置。
  8. 前記複数色の着色層のそれぞれ一つを配置した複数の前記サブ画素が含まれる画素が前記有効駆動領域内に周期的に配列され、前記隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部は前記画素の配列周期に対応して周期的に形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液晶装置。
  9. 前記隣接するサブ画素の境界に沿う領域に設けられた薄肉部が青色のカラーフィルタと赤色のカラーフィルタとの間に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の液晶装置。
  10. 一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置の製造方法において、
    前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域を互いに隣接して形成する工程と、
    一方の前記基板にカラーフィルタを形成する工程と、
    前記カラーフィルタ上に、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に前記透明絶縁膜形成する工程と、
    前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜に、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を形成する工程と、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿う領域に、3つの前記サブ画素を周期とした前記薄肉部を形成する工程と、
    前記一方の基板の内面上に未硬化の配向材が配置される工程と、
    を具備することを特徴とする液晶装置の製造方法。
  11. 一対の基板及び当該一対の基板間に挟持されてなる液晶を有し、行方向及び列方向に配列されたサブ画素を備えるとともに、当該サブ画素は透過表示領域及び反射表示領域を備える液晶装置の製造方法において、
    前記行方向及び列方向の各々で隣接する前記サブ画素間の前記光反射領域を互いに隣接して形成する工程と、
    一方の前記基板にカラーフィルタを形成する工程と、
    前記カラーフィルタ上に、前記透過表示領域及び前記反射表示領域に前記透明絶縁膜形成する工程と、
    前記透過表示領域に設けられた前記透明絶縁膜に、前記反射表示領域に設けられた前記透明絶縁膜よりも膜厚が薄い薄肉部を形成する工程と、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境界、及び前記反射表示領域の前記列方向に隣接する前記サブ画素の境界に沿って前記薄肉部を設け、
    前記反射表示領域の前記行方向に隣接する前記サブ画素の境に設けられた前記薄肉部を、3つの前記サブ画素を周期として形成する工程と、前記一方の基板の内面上に未硬化の配向材が配置される工程と、を具備することを特徴とする液晶装置の製造方法。
  12. 前記配向材が配置される工程において、前記配向材は、前記透明絶縁膜の前記薄肉部を流動してなることを特徴とする請求項10又は11に記載の液晶装置の製造方法。
  13. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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