JPWO2006064905A1 - カラーフィルタ基板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、明るさと色再現性を両立させた反射表示を行うことができる反射透過型の液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置において、ガラス基板１の液晶層２０側の表面上には、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のフィルタ２が形成され、各フィルタ２間には必要に応じてブラックマスク５が形成される。フィルタ２は、第１の領域ａと、第１の領域ａよりも膜厚が薄い第２の領域ｂとを備えている。第２の領域ｂの内側には、フィルタ２が形成されない無着色の領域ｃが設けられる。これらの領域ａ〜ｃは、１つの画素領域ｄのうち、透過領域ｆに第１の領域ａが対応し、反射領域ｅに第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃが対応するように形成される。ガラス基板１１の液晶層２０側の表面上には、反射電極１２及び透明電極１３が形成される。

Description

本発明は、反射表示と透過表示との双方によって画像を表示する液晶表示装置、及びそれに用いるカラーフィルタ基板に関するものである。

現在、液晶表示装置は、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（以下、「ＰＤＡ」とする）等の電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置には、反射型、透過型、反射透過型等がある。

反射型の液晶表示装置は、液晶パネルの内部に周囲の光を導き、これを反射層で反射することによって反射表示を得る構成である。また、透過型の液晶表示装置は、液晶パネルの背面に設けられた光源（所謂バックライト）からの光を出射することによって透過表示を得る構成である。

さらに、反射透過型の液晶表示装置は、周囲の光を利用した反射表示とバックライトから照射された光を利用した透過表示を得る構成であり、周囲の明るさに拘らず、表示を認識することができるので、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されてきている。

このような反射透過型の液晶表示装置は、１つの画素領域に、反射表示に使用される反射領域と透過表示に使用される透過領域とが形成されている。そして、透過領域では、バックライトから照射された光がカラーフィルタを１回だけ透過して外部に出射され、反射領域では、カラーフィルタを透過した周囲の光が反射層で反射し、再びカラーフィルタを透過して外部に出射される。

このように、透過領域と反射領域とでは表示にかかる光がカラーフィルタを透過する回数が異なり、反射領域ではカラーフィルタを光が２回透過するため、反射表示が暗くなってしまう。そこで、次のような方式が提案されている。

第１の方式は、特許文献１に記載されているように、反射領域のカラーフィルタを透過領域と同じ構成、すなわち同じ色材で等しい膜厚に形成するとともに、反射領域に無着色の領域を設けることで、反射表示を明るくする方式である。

第２の方式は、特許文献２に記載されているように、反射領域には反射表示に適したカラーフィルタを形成し、透過領域には透過表示に適したカラーフィルタを形成することで、反射表示を明るくする方式である。

第３の方式は、特許文献３〜５に記載されているように、反射領域のカラーフィルタを透過領域と同じ色材で透過領域よりも薄い膜厚に形成することで、反射表示を明るくする方式である。
特開２０００−１１１９０２号公報 特開２００１−１８３６４６号公報 特開２００２−２９６５８２号公報 特開２００４−２０６４８号公報 特開２００４−８５９８６号公報

上記第１の方式は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）等のフィルタを透過した光と、無着色の領域を透過した白色光との混色により表示が行われるため、明るさは確保できるものの色再現性が低い表示となってしまう。

上記第２の方式は、反射領域に所望する特性のカラーフィルタを形成できるため、第１の方式と同等の明るさであっても、第１の方式よりも色再現性を高くすることができる。しかしながら、倍の色数のフィルタを形成する必要があり、カラーフィルタの製造プロセスが倍増するという産業上極めて重大な問題点がある。

上記第３の方式は、反射領域に透過領域よりも膜厚の薄いカラーフィルタを形成するため、第１の方式と同等の明るさであっても、第１の方式よりも色再現性を高くすることができる。しかも、フィルタの色数を増やす必要は無い。したがって、総合的にみれば、これらの３つの方式のうち、第３の方式が最も優れているということができる。

近年、反射領域のカラーフィルタとして、より明るい表示ができるもの、例えばＮＴＳＣ比で５〜１５％程度のものが要求されている。尚、透過領域のカラーフィルタは、ＮＴＳＣ比で５０〜７０％程度のものが要求されている。

この要求を満たそうとすれば、第３の方式では、反射領域のカラーフィルタの膜厚を透過領域の５分の１程度まで薄くしなければならない。しかしながら、現在の製造技術では、このように薄膜化したカラーフィルタを安定して製造することは極めて困難であり、実質的には第３の方式では対応できない。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、明るさと色再現性を両立させた反射表示を行うことができる反射透過型の液晶表示装置を提供することにある。

本発明のカラーフィルタ基板は、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを有するカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板において、前記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、第１の膜厚を有する第１の領域と、前記第１の領域よりも膜厚の薄い第２の領域とを備え、前記第２の領域には無着色の領域が形成されることを特徴としている。言い換えると、本発明のカラーフィルタ基板は、カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板であって、上記カラーフィルタは、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備え、上記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、第１の膜厚を有する第１の領域と、第１の領域よりも膜厚の薄い第２の領域と、第２の領域内に設けられた無着色の領域とを備えるものである。

また、本発明の液晶表示装置は、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを有するカラーフィルタを備え、複数の画素のそれぞれに対応して前記ｎ色のフィルタのうちいずれか１色のフィルタが形成され、反射表示を行う反射領域と透過表示を行う透過領域とが１つの画素領域に形成される液晶表示装置において、前記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、前記反射領域の膜厚が前記透過領域の膜厚よりも薄く形成され、前記反射領域には無着色の領域が形成されることを特徴としている。言い換えると、本発明の液晶表示装置は、画素領域内に反射表示を行う反射領域と透過表示を行う透過領域とを含む液晶表示装置であって、上記液晶表示装置は、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備えるカラーフィルタを有し、かつ複数の画素領域のそれぞれに対応して該ｎ色のフィルタのうちいずれか１色のフィルタが設けられ、上記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、反射領域の膜厚が透過領域の膜厚よりも薄く、かつ反射領域に無着色の領域を有するものである。

更に、本発明の液晶表示装置は、バックライトと、上記バックライトよりも前面に配置され、バックライトからの光を透過させる透明電極と、上記バックライトよりも前面に配置され、前面から入射した光を反射する反射層と、上記透明電極及び反射層よりも前面に配置され、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備えるカラーフィルタとを有し、上記ｎ色のフィルタは、画素領域毎に１色ずつ設けられ、上記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、反射層の前面に位置する部分の膜厚が、透明電極の前面に位置する部分の膜厚よりも薄く、かつ反射層の前面に位置する部分に無着色の領域を有するものであってもよい。

本発明によれば、カラーフィルタの膜厚の薄い領域に無着色の領域を設けるので、この膜厚の薄い領域はもともと明るい表示を得られるから、無着色の領域の面積が小さくても非常に明るい表示を得ることができる。そして、無着色の領域の面積を小さくすることができるので、色再現性の低下も少なく抑えることができる。

本発明によれば、反射表示と透過表示を行う液晶表示装置において、非常に明るく色再現性の高い反射表示を実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板及び液晶表示装置について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の断面図であり、図２は本発明の他の実施形態に係るカラーフィルタ基板の断面図であり、図３は本実施形態に係る液晶表示装置の断面図であり、図４は色再現性と明るさの関係を示すグラフである。

まず、カラーフィルタ基板の構成について説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板は、ガラス基板１の一方の表面上に、例えば、赤色（Ｒ）フィルタ、緑色（Ｇ）フィルタ、青色（Ｂ）フィルタが形成される。尚、図１では、説明の便宜上、１色のフィルタ２のみを示している。Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタは、それぞれ入射光の赤色成分、緑色成分、青色成分を主として透過させるようになっている。

フィルタ２は、第１の領域ａと、第１の領域ａよりも膜厚が薄くなるように形成された第２の領域ｂとを備えている。第１の領域ａと第２の領域ｂのフィルタ２は、同じ色材で膜厚が異なるように形成される。例えば、第１の領域ａは厚さ２μｍ程度で形成され、第２の領域ｂは厚さ１μｍ程度に形成される。第２の領域ｂの内側には、フィルタ２が形成されない無着色の領域ｃが設けられる。このような構成を有する本発明のカラーフィルタ基板を以下では実施形態１と呼ぶ。

尚、これらの領域ａ〜ｃの膜厚の差を埋めて、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けてもよい。また、必要に応じて、各フィルタ２間にブラックマスク（遮光膜）を設けてもよい。

また、カラーフィルタ基板の他の構成では、図２に示すように、ガラス基板１の一方の表面上に無着色の樹脂膜４を形成した後、例えば、赤色（Ｒ）フィルタ、緑色（Ｇ）フィルタ、青色（Ｂ）フィルタが形成される。尚、図２でも、説明の便宜上、１色のフィルタ２のみを示している。Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタは、それぞれ入射光の赤色成分、緑色成分、青色成分を主として透過させるようになっている。

フィルタ２は、第１の領域ａと、樹脂膜４によって第１の領域ａよりも膜厚が薄くなるように形成された第２の領域ｂとを備えている。第１の領域ａと第２の領域ｂのフィルタ２は、同じ色材で膜厚が異なるように形成される。例えば、第１の領域ａは厚さ２μｍ程度で形成され、第２の領域ｂは厚さ１μｍ程度に形成される。第２の領域ｂの内側には、フィルタ２が形成されない無着色の領域ｃが設けられる。このような構成を有する本発明のカラーフィルタ基板を以下では実施形態２と呼ぶ。

尚、無着色の領域ｃの段差を埋めて、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けてもよい。また、必要に応じて、各フィルタ間にブラックマスクを設けてもよい。

本発明の実施形態において、ガラス基板１は、樹脂基板であってもよく、光を透過する材料であれば特に限定されるものではない。また、保護膜３及び樹脂膜４についても、光を透過する材料であれば特に限定されるものではない。さらに、フィルタ２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタに限定されるものではなく、黄色、シアン、マゼンタの３色のフィルタを用いてもよいし、４色以上のフィルタを備えるようにしてもよい。なお、本明細書における「以上」、「以下」は、当該数値を含むものである。すなわち、「以上」とは、不少（当該数値及び当該数値以上）を意味するものである。

また、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造方法としては、特に限定されるものではなく、特許文献３〜５に記載されているような公知の方法を用いればよい。また、特許文献３〜５に記載されていなくても、膜厚の異なる樹脂膜を形成する方法であれば、どのような方法を用いても構わない。

以下に、本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の製造方法の実施例を示す。以下では、顔料分散法を用いた実施例について説明するが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、染色法、印刷法、電着法等を用いてもよい。尚、顔料分散法は、フィルタ材料と製造工程の違いから、エッチング法、着色感材法、転写法等に区別される。

（実施例１）
図５を用いて、実施形態１に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例１について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、透過率が異なる２以上の透光領域、及び、遮光領域を有するフォトマスク（ハーフトーンマスク）を用い、着色感材法又は転写法によりカラーフィルタ基板を作製する。

まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）等の顔料が分散されたフォトレジスト膜である感光性着色樹脂膜２１を形成する。ここで、感光性着色樹脂膜２１の膜厚は２μｍとする。感光性着色樹脂膜２１としては、例えば、感光性アクリル樹脂中に顔料を分散させてなるもの等を用いることができる。また、本実施例においてはネガ型フォトレジスト膜を用いるが、ポジ型フォトレジスト膜を用いてもよい。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）等の顔料としては特に限定されない。

感光性着色樹脂膜２１の成膜方法としては、液体レジスト（顔料分散型感光液）を用いたスピンコート法、ロールコート法等の塗布法、支持体上に感光性着色樹脂層が設けられたフィルム（ドライフィルム）を転写するドライフィルムレジスト法等が挙げられる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、透光領域３１、ハーフトーン領域３２及び遮光領域３３を有するフォトマスク（ハーフトーンマスク）３０を用いて感光性着色樹脂膜２１を露光する。ここで、透光領域３１は第１の領域ａに対応して、ハーフトーン領域３２は第２の領域ｂに対応して、遮光領域３３は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。尚、ハーフトーン領域３２とは、透過率が透光領域３１よりも小さく、かつ遮光領域３３よりも大きい領域のことである。

上述のハーフトーンマスクを用いたことにより、ネガ型フォトレジスト膜を用いた本実施例においては、後の現像処理によっても透光領域３１に対応する感光性着色樹脂膜２１はほとんど溶解せず、その一方、ハーフトーン領域３２に対応する感光性着色樹脂膜２１はある程度溶解し、遮光領域３３に対応する感光性着色樹脂膜２１は容易に溶解することとなる。

ハーフトーン領域３２の形態としては、特に限定されず、微細な開口パターンが設けられた形態、膜厚を遮光領域３３よりも薄くした形態等が挙げられる。開口パターンの形状としては、例えば、スリットパターン、ドットパターン等が挙げられる。各パターンの大きさや膜厚等は、第２の領域ｂの所望の膜厚に応じて適宜設定すればよい。

また、感光性着色樹脂膜２１の露光は、例えば、レンズステッパー方式、プロキシミティ方式、ミラープロジェクション方式等を用いて行うことができる。また、露光量は、感光性着色樹脂膜２１の膜厚や感度により適宜設定すればよい。

続いて、現像液を用いて感光性着色樹脂膜２１の現像を行うことによって、図５（ｃ）に示すように、透光領域３１に対応する部分に厚さ２μｍ程度の第１の領域ａ、ハーフトーン領域３２に対応する部分に厚さ１μｍ程度の第２の領域ｂ及び遮光領域３３に対応する部分に開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。

尚、現像液としては、界面活性剤を含有するアルカリ現像液等が好適であり、例えば、非イオン系の界面活性剤を含有するＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｏｒｏｘｉｄｅ；テトラメチルアンモニウム水酸化物）溶液等が挙げられる。また、現像処理後に、感光性着色樹脂膜２１をベーキングする処理を含むことが好ましく、ベーキング処理を施した感光性着色樹脂膜２１を洗浄する処理を含むことがより好ましい。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態１のカラーフィルタ基板を作製する。

このように、ハーフトーン領域を有する１枚のマスクを用いて、第１の領域ａ、第１の領域ａよりも膜厚が薄い第２の領域ｂ及び第２の領域ｂ内に無着色の領域ｃを同時に形成することができる。

尚、本実施例においては、感光性着色樹脂膜２１側にフォトマスク３０を配置し、露光を行うが、図６に示すように、フォトマスク３０をガラス基板１側に配置して、裏面から感光性着色樹脂膜２１を露光することによってフィルタ２を形成してもよい。感光性着色樹脂膜２１のうちフィルタ２として残る部分はガラス基板１と密着しているので、裏面から露光することによって、感光性着色樹脂膜２１に、より微細な開口部２５を精度よく形成することができる。

（実施例２）
次に、図７を用いて、実施形態１に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例２について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、マスク２枚を用い、着色感材法又は転写法によりカラーフィルタ基板を作製する。本実施例においては、マスクの形態及び露光条件以外は、実施例１と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。

まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板１上に感光性着色樹脂膜２１を形成する。続いて、図７（ｂ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第１のフォトマスク３４を介在させた状態で、低露光量で感光性着色樹脂膜２１の１回目の露光を行う。ここで、透光領域３１は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応して、遮光領域３３は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

続いて、図７（ｃ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第２のフォトマスク３５を介在させた状態で、感光性着色樹脂膜２１がほとんど現像されなくなる程度の１回目の露光よりも大きな露光量で、感光性着色樹脂膜２１の２回目の露光を行う。ここで、透光領域３１は第１の領域ａに対応して、遮光領域３３は第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

このように、異なる露光量により感光性着色樹脂膜２１を露光することによって、続く現像処理において、高露光量で露光された感光性着色樹脂膜２１はほとんど溶解せず、その一方、低露光量で露光された感光性着色樹脂膜２１はある程度溶解することとなり、異なる膜厚を有するフィルタを形成することができる。

続いて、感光性着色樹脂膜２１の現像を行うことによって、図７（ｄ）に示すように、高露光量で露光された領域に厚さ２μｍ程度の第１の領域ａ、低露光量で露光された領域に厚さ１．５μｍ程度の第２の領域ｂ及び露光されなかった領域に開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態１のカラーフィルタ基板を作製する。

このように本実施例においては、ハーフトーンマスクを用いずとも、露光量を変えて感光性着色樹脂膜２１を露光することによって、異なる膜厚と開口部を有するフィルタを形成することができる。

（実施例３）
次に、図８を用いて、実施形態１に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例３について説明する。図８−１（ａ）〜（ｄ）、図８−２（ｅ）〜（ｈ）及び図８−３（ｉ）〜（ｊ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、エッチング法によりカラーフィルタ基板を作製する。

まず、図８−１（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の色材が分散された着色樹脂膜２２を形成する。着色樹脂膜２２の膜厚は２μｍとする。着色樹脂膜２２としては、例えば、ポリイミド等の樹脂中に顔料を分散させてなるもの等を用いることができる。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の顔料としては特に限定されない。

続いて、図８−１（ｂ）に示すように、着色樹脂膜２２上に第１のフォトレジスト膜２３を形成する。ここで、第１のフォトレジスト膜２３としては、ポジ型フォトレジスト膜を用いる。また、着色樹脂膜２２及び第１のフォトレジスト膜２３は、実施例１の感光性着色樹脂膜２１と同様の方法で成膜する。

続いて、図８−１（ｃ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第１のフォトマスク３４を用いて第１のフォトレジスト膜２３を露光する。ここで、遮光領域３３は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応して、透光領域３１は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

続いて、現像を行うことによって、図８−１（ｄ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２３のパターニングを行う。尚、現像液としては、実施例１と同様のものを用いる。

続いて、図８−２（ｅ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２３をマスクとして、ガラス基板１が露出するまで、無着色の領域ｃに対応する着色樹脂膜２２のエッチングを行うことで開口部２５を形成する。

尚、エッチングは、上記現像液と同様のアルカリ現像液等を用いたウェットエッチングで行うことが好ましい。これにより、第１のフォトレジスト膜２３のパターニングと着色樹脂膜２２のエッチングを連続して行うことができ、製造プロセスの簡略化が可能となる。

続いて、第１のフォトレジスト膜２３を着色樹脂膜２２から剥離後、図８−２（ｆ）に示すように、ガラス基板１及び着色樹脂膜２２上に第２のフォトレジスト膜２４を形成する。

続いて、図８−２（ｇ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第２のフォトマスク３５を用いて第２のフォトレジスト膜２４を露光する。ここで、透光領域３１は第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する位置に形成され、遮光領域３３は第１の領域ａに対応する位置に形成される。

続いて、上記現像液を用いて現像を行うことによって、図８−２（ｈ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２４のパターニングを行う。

続いて、図８−３（ｉ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２４をマスクとして、第２の領域ｂに対応する着色樹脂膜２２を０．８μｍ程度の膜厚となるまでエッチングを行う。続いて、図８−４（ｊ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２４を着色樹脂膜２２から剥離することによって、厚さ２μｍ程度の第１の領域ａ、厚さ０．８μｍ程度の第２の領域ｂ及び開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態１のカラーフィルタ基板を作製する。

（実施例４）
次に、図９を用いて、実施形態１に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例４について説明する。図９−１（ａ）〜（ｄ）及び図９−２（ｅ）〜（ｇ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、エッチング法によりカラーフィルタ基板を作製する。本実施例においては、マスクの形態及びエッチングの態様以外は、実施例３と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。

まず、図９−１（ａ）に示すように、ガラス基板１上に着色樹脂膜２２及び第１のフォトレジスト膜２３を順に形成する。続いて、図９−１（ｂ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第１のフォトマスク３４を用いて第１のフォトレジスト膜２３を露光する。ここで、透光領域３１は第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する位置に形成され、遮光領域３３は第１の領域ａに対応する位置に形成される。

続いて、現像を行うことによって、第１のフォトレジスト膜２３のパターニングを行った後、図９−１（ｃ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２３をマスクとして、第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する着色樹脂膜２２を１．２μｍ程度の膜厚となるまでエッチングを行う。

続いて、第１のフォトレジスト膜２３を着色樹脂膜２２から剥離後、図９−１（ｄ）に示すように、ガラス基板１及び着色樹脂膜２２上に第２のフォトレジスト膜２４を形成する。

続いて、図９−２（ｅ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第２のフォトマスク３５を用いて第２のフォトレジスト膜２４を露光する。ここで、遮光領域３１は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応する位置に形成され、無着色の領域ｃは透光領域３１となる。

続いて、現像を行うことによって、図９−２（ｆ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２４のパターニングを行った後、第２のフォトレジスト膜２４をマスクとして、ガラス基板１が露出するまで、無着色の領域ｃに対応する着色樹脂膜２２のエッチングを行うことで開口部２５を形成する。

続いて、図９−２（ｇ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２４を着色樹脂膜２２から剥離することによって、厚さ２μｍ程度の第１の領域ａ、厚さ１．２μｍ程度の第２の領域ｂ及び開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態１のカラーフィルタ基板を作製する。

以下では、実施形態２に係るカラーフィルタ基板の製造方法を示す。実施形態２は、ガラス基板１上の第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する位置に無着色の樹脂膜４が設けられたこと以外は、実施形態１と同様の構成である。

（実施例５）
図１０を用いて、実施形態２に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例５について説明する。図１０（ａ）〜（ｅ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、着色感材法又は転写法によりカラーフィルタ基板を作製する。尚、樹脂膜４及び感光性着色樹脂膜２１の成膜方法、露光方法、現像方法等は、実施例１の感光性着色樹脂膜２１のときと同様であるので、重複する内容については説明を省略する。

まず、図１０（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、感光性を有する無着色の樹脂膜４を形成する。ここで、樹脂膜４としては、光を透過する材料であれば特に限定されず、アクリル樹脂等が挙げられる。また、本実施例においてはネガ型フォトレジスト膜を用いるが、ポジ型フォトレジスト膜を用いてもよい。

続いて、図１０（ｂ）に示すように、第１のフォトマスク３４を用いて樹脂膜４の露光・現像を行うことによって、第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃに対応する位置にストライプ状の樹脂膜４を形成する。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、ガラス基板１及び樹脂膜４上に、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）等の顔料が分散されたフォトレジスト膜である感光性着色樹脂膜２１を形成する。ここで、顔料及び感光性着色樹脂膜２１としては、実施例１と同様のものを用い、感光性着色樹脂膜２１のガラス基板１上における膜厚は２μｍとする。このとき、樹脂膜４上の感光性着色樹脂膜２１の厚さは１μｍ程度となる。尚、本実施例においては、樹脂膜４をストライプ状に形成したが、第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃ内であれば、複数の島状に形成してもよい。

続いて、図１０（ｄ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有する第２のフォトマスク３５を用いて感光性着色樹脂膜２１を露光する。ここで、透光領域３１は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応して、遮光領域３３は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

続いて、感光性着色樹脂膜２１の現像を行うことによって、図１０（ｅ）に示すように、厚さ２μｍ程度の第１の領域ａ、厚さ１μｍ程度の第２の領域ｂ及び開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態２のカラーフィルタ基板を作製する。

このように、樹脂膜４を設けることによって、第１の領域ａ、第１の領域ａよりも膜厚が薄い第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃを有するフィルタ２を容易に形成することができる。

尚、図１０では、便宜的に感光性着色樹脂膜２１の表面が平坦なものであるとして説明を行ったが、実際的には、樹脂膜４の膜厚は３μｍ程度とされ、感光性着色樹脂膜２１の膜厚は２μｍ程度とされることから、樹脂膜４を有する実施形態２においては、図１１に示すように、感光性着色樹脂膜２１が樹脂膜４の端部周辺で段差を有することになる場合が多い。この場合においても、第２の領域ｂの膜厚を第１の領域ａの膜厚よりも薄くすることができる。

（実施例６）
図１２を用いて、実施形態２に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例６について説明する。図１２（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、着色感材法又は転写法によりカラーフィルタ基板を作製する。本実施例においては、露光工程の態様以外は、実施例５と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。

本実施例の露光工程は、図１２（ａ）に示すように、ハーフトーン領域３２及び遮光領域３３を有するフォトマスク３０を用いて感光性着色樹脂膜２１を露光する。ここで、ハーフトーン領域３２は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応して、遮光領域３３は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

続いて、感光性着色樹脂膜２１の現像を行うことによって、図１２（ｂ）に示すように、厚さ１．５μｍ程度の第１の領域ａ、厚さ０．７５μｍ程度の第２の領域ｂ及び開口部２５からなる無着色の領域ｃを有するフィルタ２を形成する。尚、本実施例においては、第１の領域ａ及び第２の領域ｂともに薄膜化され、感光性着色樹脂膜２１の初めの膜厚よりも薄くなる。

その後、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成し、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって実施形態２のカラーフィルタ基板を作製する。

このように、ハーフトーンマスクを用いることによって、第１の領域ａ及び第２の領域ｂの膜厚を所望の膜厚に容易に制御することができる。

（実施例７）
図１３を用いて、実施形態２に係るカラーフィルタ基板の製造方法の一例である実施例７について説明する。図１３（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の製造工程を示す断面模式図である。本実施例では、着色感材法又は転写法及び研磨によりカラーフィルタ基板を作製する。本実施例においては、露光工程の態様及び薄膜化工程の態様以外は、実施例６と同様であるので、重複する内容については説明を省略する。

本実施例の露光工程は、図１３（ａ）に示すように、透光領域３１及び遮光領域３３を有するフォトマスク３０を用いて感光性着色樹脂膜２１を露光する。ここで、透光領域３１は第１の領域ａ及び第２の領域ｂに対応して、遮光領域３３は無着色の領域ｃに対応する位置に形成される。

続いて、感光性着色樹脂膜２１の現像を行うことによって、図１３（ｂ）に示すように、開口部２５からなる無着色の領域ｃを形成する。続いて、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）等のうち、残りの色のフィルタについても、同様にガラス基板１上に形成する。

続いて、図１３（ｃ）に示すように、フィルタ２の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により研磨することによって、フィルタ２を薄膜化する。その後、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けることによって本実施形態のカラーフィルタ基板を作製する。

このように、研磨処理を行うことによって、ハーフトーンマスクを用いることなく、第１の領域ａ及び第２の領域ｂの膜厚を所望の膜厚に容易に制御することができる。また、図１４に示すように、樹脂の粘性等によって感光性着色樹脂膜２１の表面に大きな段差が生じた場合でも、研磨処理を行うことによって、表面が平坦化されたカラーフィルタ基板を作製することができる。

以上のような構成のカラーフィルタ基板は、反射透過型の液晶表示装置に用いることが好ましい。この場合、第１の領域ａをバックライト等の光を利用して透過表示を行う透過領域に対応させ、第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃを周囲の光等を利用して反射表示を行う反射領域に対応させればよい。

次に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図３に示すように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、ガラス基板１とガラス基板１１との間に、液晶層２０を挟んだ構成を有している。１つの画素領域ｄは、周囲の光等を利用して反射表示を行う反射領域ｅと、バックライト（図示しない）等の光を利用して透過表示を行う透過領域ｆとを組み合わせた領域である。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、偏光板を備えていてもよく、さらに位相差板を備えていてもよい。偏光板及び位相差板は、ガラス基板１または１１の液晶層２０側に配置されてもよいし、その逆側に配置されても構わない。また、偏光板及び位相差板は、ガラス基板１または１１に貼り付けられたものだけではなく、塗布することによって形成されたものでも構わない。

ガラス基板１の液晶層２０側の表面上には、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のフィルタ２が形成され、各フィルタ２間には必要に応じてブラックマスク５が形成される。このとき、１つの画素領域ｄに対応してＲ、Ｇ、Ｂのうちいずれか１色のフィルタ２が形成され、複数形成された画素のそれぞれにいずれか１色のフィルタ２が形成されている。

フィルタ２は、厚さ２．０μｍ程度の第１の領域ａと、第１の領域ａよりも膜厚が薄くなるように厚さ０．６６μｍ程度に形成された第２の領域ｂとを備えている。第１の領域ａと第２の領域ｂのフィルタ２は、同じ色材で膜厚が異なるように形成される。第２の領域ｂの内側には、フィルタ２が形成されない無着色の領域ｃが設けられる。尚、これらの領域ａ〜ｃの膜厚の差を埋めて、領域ａ〜ｃを覆うように保護膜３を設けている。

これらの領域ａ〜ｃは、１つの画素領域ｄのうち、透過領域ｆに第１の領域ａが対応し、反射領域ｅに第２の領域ｂ及び無着色の領域ｃが対応するように形成される。

尚、フィルタ２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のフィルタに限定されるものではなく、黄色、シアン、マゼンタの３色のフィルタを用いてもよいし、４色以上のフィルタを備えるようにしてもよい。また、無着色の領域ｃは、例えばＲフィルタのみやＲ及びＢフィルタのみ等、必要な色のフィルタ２にのみ設けてもよい。さらに、無着色の領域ｃは、ＲフィルタとＧフィルタとで面積を異ならせる等、色毎にその面積を異ならせてもよい。

ガラス基板１１の液晶層２０側の表面上には、反射電極１２及び透明電極１３が形成される。反射層として機能する反射電極１２は、光反射機能を有する電極であり、Ａｌ、Ａｇ又はこれらの合金等の金属から構成される。また、透明電極１３は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の透明な導電材料からなる電極である。

尚、反射電極１２を電極としての機能を有さない単なる反射層（以下、非電極型反射層ともいう）とし、電極を別途形成しても構わない。この場合、非電極型反射層はガラス基板１１の液晶層２０とは反対側に設けても構わない。また、非電極型反射層または反射電極は、表面を凹凸状等にして光散乱性を持たせても良いし、鏡面としても良い。鏡面にする場合には、別途光散乱層を設けることが好ましい。この光散乱層は、光散乱性を持つ非電極型反射層または反射電極とともに用いても構わない。

また、反射領域ｅに対応する液晶層２０の厚みと透過領域ｆに対応する液晶層２０の厚みとを変えてもよいし、等しくしても構わない。そして、液晶層２０は、正の誘電率異方性を示す液晶材料であっても良いし、負の誘電率異方性を示す液晶材料であっても良く、その配向制御方法もマルチドメインや配向分割等であっても良く、特に限定されるものではない。

次に、カラーフィルタの色再現性と明るさの関係について説明する。反射透過型の液品表示装置では、透過領域では光が１回透過した状態で、反射領域では光が２回透過した状態で表示を行うことになる。したがって、反射領域と透過領域とに同じ色材で等しい膜厚のカラーフィルタを用いると、理論上は反射領域のカラーフィルタの光学濃度が２倍になる。つまり、光源の違いを無視すれば、色材の濃度が２倍または膜厚が２倍のカラーフィルタを用いて透過表示を行う場合と同じになる。そこで、従来の技術として上述した第１の方式や第３の方式が必要になるのである。

しかしながら、上述したように、第１の方式は、Ｒ、Ｇ、Ｂ等のフィルタを透過した光と、無着色の領域を透過した白色光との混色により表示が行われるため、図４に破線で示すように、明るさ（ＣＩＥ（国際照明委員会）に基づくＸＹＺ表色系におけるＹ値）は確保できるものの色再現性が低い表示となってしまう。つまり、換言すれば、例えばＮＴＳＣ比で５〜１５％程度の反射表示が要求される場合、第１の方式では表示の明るさが十分ではない。

また、上述したように、第３の方式では、例えばＮＴＳＣ比で５〜１５％程度の反射表示が要求される場合、現在の製造技術では、これを実現するカラーフィルタを安定して製造することは極めて困難である。例えば、透過領域にＮＴＳＣ比で５０％のカラーフィルタを用いる場合、反射領域ではＮＴＳＣ比を３０％程度にすることが、現在の製造技術では薄膜化の限界である。尚、図４には、第３の方式で薄膜化が可能であったと仮定した場合の理論値を一点鎖線で示す。

ここで、ＮＴＳＣ比とは、ＣＩＥに基づくＸＹＺ表色系色度図上で色再現範囲を示す多角形の面積の比率であり、基準となる多角形は、Ｒ（ｘ＝０．６７０，ｙ＝０．３３０）、Ｇ（ｘ＝０．２１０，ｙ＝０．７１０）、Ｂ（ｘ＝０．１４０，ｙ＝０．０８０）を頂点とする三角形の面積である。そして、対象となるカラーフィルタを透過する光の色度座標（ｘ，ｙ）をＸＹＺ表色系色度図に示したとき、得られる多角形の面積を基準となる三角形の面積で割ったものがＮＴＳＣ比である。

以上のような場合でも、本発明であれば明るさと色再現性を両立させることができる。図４に示す第１の方式からすれば、無着色の領域をカラーフィルタに設けた場合、大幅に色再現性が低下してしまう。しかしながら、本発明によれば、反射領域のカラーフィルタの膜厚を薄くしていることで、既にある程度明るさが確保されており、無着色の領域を形成する面積を第１の方式よりも小さくすることができる。

したがって、図４に実線で示すように、本発明によれば、上記第３の方式の理論値より劣るものの、第１の方式に比べて同じ明るさにおける色再現性を向上させることができる。あるいは、第１の方式に比べて同じ色再現性における明るさを向上させることができる。

以上の通り、本発明によれば、カラーフィルタの膜厚の薄い領域に無着色の領域を設けるので、この膜厚の薄い領域はもともと明るい表示を得られるから、無着色の領域の面積が小さくても非常に明るい表示を得ることができる。そして、無着色の領域の面積を小さくすることができるので、色再現性の低下も少なく抑えることができる。

なお、本願は、２００４年１２月１７日に出願された日本国特許出願第２００４−３６６２１７号を基礎として、（合衆国法典３５巻第１１９条に基づく）優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

本発明の実施形態に係るカラーフィルタ基板の断面図である。 本発明の他の実施形態に係るカラーフィルタ基板の断面図である。 本実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 色再現性と明るさの関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例１の製造工程を示す断面模式図である。 実施例１の製造工程の別の態様を示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施例２の製造工程を示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施例３の第１の製造工程を示す断面模式図である。 （ｅ）〜（ｈ）は、実施例３の第２の製造工程を示す断面模式図である。 （ｉ）及び（ｊ）は、実施例３の第３の製造工程を示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施例４の第１の製造工程を示す断面模式図である。 （ｅ）〜（ｇ）は、実施例４の第２の製造工程を示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施例５の製造工程を示す断面模式図である。 図１０（ｃ）に対応するカラーフィルタ基板の形態の別例を示す断面模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例６の製造工程を示す断面模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例７の製造工程を示す断面模式図である。 図１３（ａ）に対応するカラーフィルタ基板の形態の別例を示す断面模式図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ フィルタ
３ 保護膜
４ 樹脂膜
５ ブラックマスク
１１ ガラス基板
１２ 反射電極
１３ 透明電極
２０ 液晶層
２１ 感光性着色樹脂膜
２２ 着色樹脂膜
２３ 第１のフォトレジスト膜
２４ 第２のフォトレジスト膜
２５ 開口部
３０ フォトマスク
３１ 透光領域
３２ ハーフトーン領域
３３ 遮光領域
３４ 第１のフォトマスク
３５ 第２のフォトマスク
ａ 第１の領域
ｂ 第２の領域
ｃ 無着色の領域
ｄ １つの画素領域
ｅ 反射領域
ｆ 透過領域

Claims (5)

1. 少なくとも３色であるｎ色のフィルタを有するカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板において、
   前記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、第１の膜厚を有する第１の領域と、前記第１の領域よりも膜厚の薄い第２の領域とを備え、前記第２の領域には無着色の領域が形成されることを特徴とするカラーフィルタ基板。
2. 少なくとも３色であるｎ色のフィルタを有するカラーフィルタを備え、複数の画素のそれぞれに対応して前記ｎ色のフィルタのうちいずれか１色のフィルタが形成され、反射表示を行う反射領域と透過表示を行う透過領域とが１つの画素領域に形成される液晶表示装置において、
   前記ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、前記反射領域の膜厚が前記透過領域の膜厚よりも薄く形成され、前記反射領域には無着色の領域が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
3. カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板であって、
   該カラーフィルタは、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備え、
   該ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、第１の膜厚を有する第１の領域と、第１の領域よりも膜厚の薄い第２の領域と、第２の領域内に設けられた無着色の領域とを備える。
4. 画素領域内に反射表示を行う反射領域と透過表示を行う透過領域とを含む液晶表示装置であって、
   該液晶表示装置は、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備えるカラーフィルタを有し、かつ複数の画素領域のそれぞれに対応して該ｎ色のフィルタのうちいずれか１色のフィルタが設けられ、
   該ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、反射領域の膜厚が透過領域の膜厚よりも薄く、かつ反射領域に無着色の領域を有する。
5. バックライトと、
   該バックライトよりも前面に配置され、バックライトからの光を透過させる透明電極と、
   該バックライトよりも前面に配置され、前面から入射した光を反射する反射層と、
   該透明電極及び反射層よりも前面に配置され、少なくとも３色であるｎ色のフィルタを備えるカラーフィルタとを有し、
   該ｎ色のフィルタは、画素領域毎に１色ずつ設けられ、
   該ｎ色のフィルタのうち少なくとも１色のフィルタは、反射層の前面に位置する部分の膜厚が、透明電極の前面に位置する部分の膜厚よりも薄く、かつ反射層の前面に位置する部分に無着色の領域を有する
   液晶表示装置。

Images