(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられた液晶表示素子において、
前記対向基板側から入射した光を反射する反射膜を有する反射領域と、前記基板側から入射した光を前記対向基板側に透過する透過領域とを有すると共に前記反射領域および前記透過領域にはカラーフィルター層が設けられており、
前記反射領域のカラーフィルター層の厚みは、前記透過領域のカラーフィルタ層の厚みと同一であり、
前記反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度が、前記反射領域のカラーフィルタ層と同系色を有する前記透過領域のカラーフィルタ層の光学濃度より小さく、
前記反射領域のカラーフィルター層の光学濃度が前記透過領域のカラーフィルタ層の光学濃度と比較しておよそ２分の１になるように、前記反射領域のカラーフィルター層に含まれる顔料または染料の量と、前記透過領域のカラーフィルタ層に含まれる顔料または染料の量とが調整されている、液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、明るい場所では、外光を利用した反射形カラー液晶として、暗い場所では、バックライトを利用した透過形カラー液晶として使用することができる液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射形カラー液晶表示素子は、反射板を有し外光を利用して表示を行うものである。これは、バックライトを有する透過形のカラー液晶表示素子に比べて消費電力が小さいことが特長であり、電池駆動の携帯用機器などに利用されている。反射形カラー液晶表示素子の構成としては、反射板を有する基板とカラーフィルタを有する対向基板の基板間に液晶を充填し、１枚の偏光板と光学補償板を組み合わせた１枚偏光板方式や、基板間に黒色のゲストホスト液晶を充填してカラーフィルタで色を出す方式などがある。
【０００３】
しかし、これらの反射形カラー液晶は外光を利用するため、周囲が暗く充分な外光が得られない場所では、表示が見えなくなるという欠点を有している。
【０００４】
そこで、周囲が明るい場合には外光を利用し、暗い場合には光源による光で表示させることが考えられる。このような方法には、１）反射形カラー液晶表示素子の前面に補助光源（フロントライト）を配置し、外光の代わりとして用いる、２）反射形と透過形の両方の性質を併せ持った、いわゆる半透過形の液晶表示素子により、暗いときにはバックライトからの光で表示する、という２つの方法がある。
【０００５】
このうち、後者の半透過形液晶表示素子は、例えば特開平１１−５２３６６に開示されている。この従来例は、反射形液晶表示素子の構成において、反射板に、光を透過するための微細な開孔を設けたものであり、明るいときには反射形、周囲が暗い場合には、開孔からバックライトの光を得て透過形として使用するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような、カラーフィルタを有する方式の反射形液晶表示素子では、パネルに入射した光は、入射時および反射時の２回、カラーフィルタを通過する。このため、反射形液晶表示素子のカラーフィルタは、光が２回通過した後に得られる光が、カラー表示を行う上で適切になるように調整されており、一般的に、透過形液晶のカラーフィルタに比べて光の吸収が小さい（透過率が高い）、言い換えれば、「淡い」カラーフィルタが使用される。
【０００７】
しかしながら、前記従来例のように、反射形液晶の反射板に開孔を設け、周囲が暗い場合に透過形液晶として使用する場合、前述のような「淡い」カラーフィルタを用いると、表示色も淡い色に限定され、色再現範囲が狭くなってしまう。一方、カラーフィルタとして、通常の透過形液晶に用いられるような反射形液晶のカラーフィルタに比べて「淡い」ものを用いると、反射形として使用した場合に、カラーフィルタに光が２回通過するため、カラーフィルタでの光の吸収が大きすぎて、反射率が低くなり、また、色再現範囲が狭くなるという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するものであり、反射形として用いた場合、および透過形として用いた場合のいずれでも、適切な色再現が可能な半透過形の液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る液晶表示素子は、基板上に液晶層を介在して対向基板が設けられた液晶表示素子において、前記対向基板側から入射した光を反射する
反射膜を有する反射領域と、前記基板側から入射した光を前記対向基板側に透過する透過領域とを有すると共に前記反射領域および前記透過領域にはカラーフィルター層が設けられており、前記反射領域のカラーフィルター層の厚みは、前記透過領域のカラーフィルタ層の厚みと同一であり、前記反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度が、前記反射領域のカラーフィルタ層と同系色を有する前記透過領域のカラーフィルタ層の光学濃度より小さく、前記反射領域のカラーフィルター層の光学濃度が前記透過領域のカラーフィルタ層の光学濃度と比較しておよそ２分の１になるように、前記反射領域のカラーフィルター層に含まれる顔料または染料の量と、前記透過領域のカラーフィルタ層に含まれる顔料または染料の量とが調整されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、反射形として用いる場合のカラーフィルタを、透過形として用いる場合のカラーフィルタに比べて「淡い」カラーフィルタとすることができ、反射形、透過形のいずれでも適切な色再現が可能となる。
【００１８】
ここで、光学濃度Ｄは、Ｄ＝―ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）＝−ｌｏｇＴ、Ｉ０＝入射光強度、Ｉ＝媒質通過後の光強度、Ｔ＝透過率（０≦Ｔ≦１）、で表わすことができる。光学濃度Ｄと透過率Ｔ（０≦Ｔ≦１）の関係は、光学濃度Ｄがｎ倍になった場合、透過率Ｔはｎ乗倍となる。また、媒質の厚みｄと光学濃度Ｄは比例し、媒質の厚みｄがｎ倍になった場合、光学濃度もｎ倍となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１の液晶表示素子の表示部分中央の一画素分の断面図を示す。また、図２は、実施の形態１の液晶表示素子の画素部分の平面図を示すものであり、図２のＡ−Ａ断面が、図１に相当する。なお、これらの図には省略部分が存在し、また、図の縮尺も実際と異なる部分がある。
【００３５】
図１の液晶表示素子は、基板１と対向基板２との間に５μｍの間隙が設けられ、この間隙に黒の二色性色素を含むゲストホスト液晶が充填された液晶層３を有する。基板１上のそれぞれの画素１１は、反射膜５が設けられた反射領域１１ｂと、反射膜が設けられていない透過領域１１ａとから構成されている。反射領域１１ｂでは、基板１上に、表面に凹凸形状を有する樹脂層４が１μｍの厚みで設けられ、樹脂層４上にアルミニウムの金属反射膜５が蒸着により成膜されている。凹凸形状の上に反射膜５が形成されていることにより、拡散性の反射膜となる。反射領域１１ｂの反射膜５上および透過領域の基板１上には、カラーフィルタ層６（または７、８）が設けられている。カラーフィルタ層６、７、８はそれぞれ赤、緑、青の各色のカラーフィルタであり、各色の顔料または染料を混入したネガ形フォトレジストからなる。カラーフィルタ層の厚みは、反射領域１１ｂでは１μｍ、透過領域１１ａでは２μｍである。カラーフィルタ層６、７、８上には、透明な画素電極１２が設けられており、カラーフィルタ層６（または７、８）および反射膜５、樹脂層４に設けたコンタクトホール１０において、基板１上の駆動素子の端子と電気的に接続している。対向基板２には、透明な共通電極９が設けられており、基板１上の駆動素子によって、画素電極１２と共通電極９の間に印加する電圧を変化させ、液晶層３による光の吸収、透過を制御する。
【００３６】
液晶表示素子の表示動作について説明する。周辺が暗い場合には、基板１側に設けたバックライトにより透過形液晶表示素子として利用する。透過領域１１ａにおいて、バックライトから照射され基板１側から入射した光は、カラーフィルタ層６（または７、８）、画素電極１２、液晶層３、共通電極９を通過し、対向基板２側に出て、観察者の目に入る。このように、透過領域を用いて透過形として使用した場合には、バックライトの光がカラーフィルタ層を１回通過する。
【００３７】
一方、周辺が明るい場合には、外光を利用した反射形液晶表示素子として利用する。反射領域１１ｂにおいて、対向基板２側から入射した光は、共通電極９、液晶層３、画素電極１２、カラーフィルタ層６（または７、８）の順に通過し、樹脂層４上の反射膜５で反射されて、再びカラーフィルタ層６（または７、８）、画素電極１２、液晶層３、共通電極９を通過して、対向基板２側に出て、観察者の目に入る。このように反射領域を用いて反射形として使用した場合には、外光がカラーフィルタ層を２回通過する。このため、反射領域では、カラーフィルタ層が２層重なっているのと同じだけ光が吸収される。そこで、反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度を、透過領域の２分の１にすれば、反射形、透過形のいずれの方式で用いた場合も、良好な色再現を得ることができる。
【００３８】
実施の形態１では、反射領域１１ｂのカラーフィルタ層の厚みを透過領域１１ａの２分の１にすることで、光学濃度Ｄを、透過領域の２分の１にする。具体的には、反射領域１１ｂのカラーフィルタ層６の厚みを、１μｍの厚みの樹脂層４および反射膜５上に設けることにより１μｍとし、透過領域のカラーフィルタ層の厚み２μｍに比べ、薄くしている。反射領域１１ｂのカラーフィルタ層の厚みは、透過領域１１ａのカラーフィルタ層の厚みの２分の１とすることにより、反射領域のカラーフィルタ層での光の吸収と、透過領域でのカラーフィルタ層での光の吸収が同じになり、反射形として用いた場合と、透過形として用いた場合のいずれおいても良好な色再現性を得ることができる。
【００３９】
また、このような構成により、樹脂層４と反射膜５を基板１上に形成後、反射領域のカラーフィルタ層と透過領域のカラーフィルタ層を同時に形成することができ、反射領域と反射領域のカラーフィルタ層が一体的に形成される。こうすることで、反射領域と透過領域のカラーフィルタ層を塗り分けるなどの必要がなく、工程の簡略化が図れる。
【００４０】
また、実施の形態１では、反射領域のカラーフィルタ層の厚み、すなわち光学濃度を、透過領域の２分の１にしたが、反射形として用いる場合には、外光を利用するために、透過形として用いる場合に比べて表示が暗くなる場合がある。そこで、反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度を透過領域の２分の１より小さい範囲とすることで、より明るい表示を実現することができる。なお、このようにした場合には、反射領域のカラーフィルタ層の光学濃度が透過領域の２分の１のときに比べ色再現範囲は狭くなる。
【００４１】
また透過領域と反射領域の面積比は各画素内で１対１とし、図２のように、透過領域１１ａは画素の中央部に配置し、反射領域１１ｂは、その周囲にロの字上に形成した。こうすることで、基板上のゲート線およびソース線など、透過領域としては使用できない範囲に反射領域を形成することができ、開口率を向上させることができる。
【００４２】
また、本発明の液晶表示素子を、周囲が明るい環境においてバックライトを点灯して観察すると、バックライトからの光による透過形としての表示と、外光による反射形としての表示の両方を一度に見るため、バックライトを点灯しない場合に比べて明るい表示が可能となる。また、透過形の液晶表示素子では、強い外光がある場合に表示が非常に見づらくなるという課題があったが、本発明のように、反射形と透過形の機能を併せ持つことにより、強い外光のもとでも反射形の機能により見やすい表示が可能となる。
【００４３】
実施の形態１の液晶表示素子の製造方法について、図１および図５を用いて説明する。図５は、樹脂層４の形成工程の説明図であり、図１の画素１１の一部のみを示す。
【００４４】
まず、各画素の駆動素子を形成した基板１上に、特開平６−１１７１１に開示された方法と同様にして、樹脂層４を形成する。ポストベークによりメルトフローする性質を有するポジ形フォトレジストを１μｍの厚みで塗布し、反射領域１１ｂの凹凸形状の凸部となる箇所のみを遮光するマスクにより露光、現像して、図５（ａ）の樹脂層４ａを形成する。次にこれをポストベークすると、レジストがメルトフローにより変形し、図５（ｂ）の樹脂層４ｂのように表面に凹凸形状を有する樹脂層４を形成できる。次に、この上に薄くポジ形レジスト４ｃを塗布し、反射領域１１ｂのみを遮光するマスクで露光現像すると、図５（ｃ）の樹脂層４を形成できる。
【００４５】
樹脂層４上には、アルミニウムを０．１μｍの厚みで蒸着し、樹脂層以外の部分をフォトリソグラフィーおよびエッチングの方法により取り除くことにより、樹脂層４上のみに反射膜５を形成する。
【００４６】
次に、樹脂層４および反射膜５を形成した基板上にカラーフィルタ層を形成する。カラーフィルタ層は、赤、緑または青の各色ごとに同様の工程を繰り返して形成する。ここでは、赤、緑、青の順に形成する場合を説明するが、別の順序でも差し支えない。まず、赤の顔料を混入したネガ形レジストをスピンナで塗布し、赤の画素の反射領域１１ｂおよび透過領域１１ａを露光、現像し、赤の画素にカラーフィルタ層を形成する。このとき、透過領域１１ａにおいて２μｍの厚みになるように塗布すると、反射領域１１ｂでは、樹脂層４の厚みの分だけカラーフィルタ層の厚みが小さくなり、１μｍの厚みとなる。こうすることで、透過領域と反射領域のそれぞれが適切な厚みを有するカラーフィルタ層を同時に一体的に形成でき、工程を簡略化することができる。緑、青のカラーフィルタ層も同様に形成する。
【００４７】
次にカラーフィルタ層上に、透明電極であるＩＴＯをスパッタ成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチングの方法により画素形状にパターニングする。このとき、画素電極１２は、樹脂層およびカラーフィルタ層に予め設けたコンタクトホール１０を通じて基板１上の駆動素子と電気的に接続する。
【００４８】
次に、基板１上にスペーサビーズを散布し、透明電極であるＩＴＯにより共通電極を形成した対向基板２とを貼り合わせ、黒のゲストホスト液晶を注入したのち封止する。
【００４９】
最後に、基板１の外側にバックライトを配置し、液晶表示素子を完成させた。
【００５０】
以上の方法により、厚みの異なるカラーフィルタ層を少ない工程で容易に形成でき、反射形として用いた場合と、透過形として用いた場合の色再現の不具合を解決することができた。
【００５１】
また、実施の形態１は、液晶層に黒のゲストホスト液晶を充填した方式を用いたが、このような方法ではなく、例えば、従来技術で説明したように、偏光板と光学補償板を用いた１枚偏光板方式の反射形カラー液晶で、透過領域を設けて、反射形、透過形の両方に使用できるようにした構成においても、カラーフィルタ層の構成およびカラーフィルタ層形成工程を本発明と同じようにすることで、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
次に実施の形態２の液晶表示素子について図３を用いて説明する。なお、実施の形態１と重複する部分については省略し、それ以外の部分についてのみ説明する。
【００５３】
図３において、基板１上には、実施の形態１と同様の樹脂層４および反射膜５が形成されている。透過領域１１ａには透明電極であるＩＴＯが成膜されており、樹脂層上の反射膜と接続して画素電極１２を構成している。実施の形態１とは、反射膜５が画素電極を兼ねる点が異なっている。
【００５４】
カラーフィルタ層１４、１５、１６は、対向電極２上に形成されており、カラーフィルタ層上に透明電極であるＩＴＯからなる共通電極１６が成膜されている。基板１と対向基板２の間には、黒のゲストホスト液晶が充填された液晶層３が設けられている。
【００５５】
カラーフィルタ層１３、１４、１５は、それぞれ、反射領域１１ｂで１μｍの厚み、透過領域１１ａで２μｍの厚みがあり、透過領域のほうが厚みが大きい。このようにして、透過領域と反射領域の光学濃度を調整している。また、透過領域と反射領域のカラーフィルタ層は一体的に形成されている。このような構成により、透過領域と反射領域のカラーフィルタの厚みを調整し、色再現の不具合を解決することができる。
【００５６】
実施の形態２の液晶表示素子の製造方法について説明する。このうち、基板１上の樹脂層、反射膜、画素電極の形成については、実施の形態と概ね同様の方法により形成する。このため、ここでは、対向基板２上のカラーフィルタ層の形成方法についてのみ説明する。
【００５７】
カラーフィルタ層は、赤、緑または青の各色ごとに同様の工程を繰り返して形成する。ここでは、赤、緑、青の順に形成する場合を説明するが、別の順序でも差し支えない。まず、赤の顔料を混入したネガ形レジストを２μｍの厚みで塗布し、赤の画素の反射領域および透過領域を露光、現像し、赤の画素にカラーフィルタ層を形成する。次に、緑、青のカラ−フィルタ層を同様にして配置する。この工程により、対向基板上に３色のカラーフィルタ層がいずれも２μｍの厚みで各画素ごとに設ける。
【００５８】
次に、透過領域のみにフォトレジストを残存させるように、レジストの塗布、マスク露光および現像を行う。これにより、反射領域１１ｂのカラーフィルタ層が露出し、透過領域１１ａのカラーフィルタ層がフォトレジストにより保護された状態とする。次に、ドライエッチングにより、反射領域１１ｂのカラーフィルタ層を１μｍの厚みだけエッチングし、反射領域に１μｍのカラーフィルタ層を残存させた。ドライエッチングは、酸素プラスマによるリアクティブ・イオン・エッチングを実施した。エッチング後は、透過領域のカラーフィルタを保護したフォトレジストを剥離した。
【００５９】
このようにして、反射領域のカラーフィルタ層を削り、反射領域と透過領域の厚みを調整した。この方法により、赤、緑、青のカラーフィルタ層それぞれで厚みを調整する工程を個別に実施する必要がなく、一度に実施でき、厚みの異なるカラーフィルタ層を形成する上で、工程を簡略化できる。
【００６０】
次に、カラーフィルタ層の上に透明電極であるＩＴＯにより共通電極１６を成膜した。さらに、基板１と対向基板２を貼り合わせ、間隙にゲストホスト液晶を注入して液晶層３を形成し、液晶表示素子を完成させた。
【００６１】
なお、実施の形態２では、カラーフィルタ層を対向基板側に設けたが、基板１側にカラーフィルタ層を設けた場合でも、反射領域のカラーフィルタ層を削る工程を、赤、緑、青のカラーフィルタ層それぞれで個別に実施せず、一度に実施ですることで、工程を簡略化できる。
【００６２】
（実施の形態３）
実施の形態３の液晶表示素子について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２と概ね同様の構成であり、ここでは、異なる部分についてのみ説明する。
【００６３】
実施の形態３のカラーフィルタ層は、実施の形態２と同様に対向基板側に設けたが、各色ごとに、反射領域と透過領域のカラーフィルタ層を別の工程により形成したことが異なる。カラーフィルタ層は、実施の形態１、２と同様、顔料を含むネガ形レジストを塗布、マスク露光、現像して各色ごとに形成するが、この工程を各色（赤、緑、青）および反射領域と透過領域について計６回実施し、図４のカラーフィルタ層１７、１８、１９を設けた。ここで、カラーフィルタ層１７、１８、１９の厚みはいずれも２μｍとし、反射領域を構成するカラーフィルタ層１７ｂ、１８ｂ、１９ｂの光学濃度は、透過領域を形成するカラーフィルタ層１７ａ、１８ａ、１９ａの光学濃度のおよそ２分の１になるようにネガ形レジストに混入する顔料の量を調整した。
【００６４】
このようにすることで、実施の形態１、２と同様にカラーフィルタ層の厚みが同じ場合でも、カラーフィルタ層の光学濃度を適切に調整でき、実施の形態１、２と同様に色再現の不具合を解決することができる。
【００６５】
なお、実施の形態２と同様に、基板１側にカラーフィルタ層を形成した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、上記構成により、カラーフィルタ層の光学濃度を適切に調整することができ、反射形として用いた場合、および透過形として用いた場合のいずれでも、適切な色再現が可能な半透過形の液晶表示素子を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の液晶表示素子の画素部分の断面図
【図２】図１の実施の形態１の液晶表示素子の平面図
【図３】実施の形態２の液晶表示素子の画素部分の断面図
【図４】実施の形態３の液晶表示素子の画素部分の断面図
【図５】実施の形態１の液晶表示素子の樹脂層の形成工程を示す説明図
【符号の説明】
１  基板
２  対向基板
３  液晶層
４  樹脂層
５  反射膜
６，７，８，１３，１４，１５，１７，１８，１９  カラーフィルタ層
９，１６  共通電極
１１  画素
１１ａ  透過領域
１１ｂ  反射領域
１０  コンタクトホール
１２  画素電極
【図１】
0003590737.tif 000002
【図２】
0003590737.tif 000003
【図３】
0003590737.tif 000004
【図４】
0003590737.tif 000005
【図５】
0003590737.tif 000006