(57)【要約】【課題】単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタで、透過表示においてコントラストの高い画面表示を可能とし、透過表示の画質及び反射表示の画質が良好なカラーフィルタ、及び半透過型液晶表示装置を提供すること。【解決手段】反射部Ｒｅの上部あるいは下部にのみ光散乱層１０６が形成され、カラーフィルタ１１７が形成された観測者側電極基板１００と、背面側電極基板１０１とで液晶１１０を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合であること。反射部あるいは透過部上にポストスペーサ２１３が形成されたこと。上記カラーフィルタを用いたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタであって、該反射部の上部あるいは下部にのみ光散乱層が形成され、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタであって、該反射部の上部あるいは下部にのみ光散乱層が形成され、該反射部あるいは透過部上にポストスペーサが形成され、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項３】
単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、請求項１記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項４】
単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、請求項２記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板間に保持された液晶材料に電荷を印加して画像を表示する液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは透過型と反射型の両方のカラーフィルタ機能を併せ持つカラーフィルタ及び該カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、入射された光の偏光方向を液晶の配向状態を用いて制御することによって画面表示をするものである。この液晶表示装置は、透過型、反射型、半透過型の３種類の表示装置に大別することが出来る。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、背面側電極基板の裏面もしくは側面に光源を配置し、この光源より射出された光によって画面表示を行なう液晶表示装置である。また反射型液晶表示装置は光源を内蔵せず、装置の前面から入射された光を利用して画面表示を行なう液晶表示装置である。更に、近年においては、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の両方の機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
半透過型液晶表示装置における反射部は、前方から入射した室内光あるは自然光を光源として利用する。このため、この液晶表示装置の反射部は、背面側電極基板の表面に前方から入射した光を反射する反射電極、および観察者の表示認識角度すなわち視野角を広くするため、射出する光を散乱させる光散乱機能を表示装置内のいずれかの場所に有する構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６６２８９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５８０１４号公報
【特許文献３】
特開２００２−２５８２７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半透過型液晶表示装置の構造としては、図３に示すように、背面側電極基板３０１の表面に反射電極３０８を設け、観察者側電極基板３００の表面に光散乱層１０６を設けた構造、あるいは図４に示すように、背面側電極基板４０１の表面の反射電極４０８表面に凹凸を設け、観察者側電極基板４００の表面に光散乱層４０６を設けた構造が実用化されている。
【０００７】
いずれの構造であっても、観察者側電極基板の表面に光散乱層を設けた構造は、反射部では後方散乱により光の利用効率が劣り画面表示が暗くなる欠点や、反射電極で反射されて液晶を透過した光は観察者側電極基板の厚みを介して散乱されるため解像度が劣る欠点がある。
一方、透過部では透過部上も光散乱層で覆われてしまうため、透過光を拡散させてしまい、コントラストが低下してしまうという問題点があった。
【０００８】
また、反射部の光は前方から入射して、反射電極で反射して前方に戻るので、観測者側電極基板と背面側電極基板とで液晶を挟持した間隔Ｄ１を二回通過する。また、透過部はバックライトからの光を利用するため、観測者側電極基板と背面側電極基板とで液晶を挟持した間隔を一回透過するのみである。
【０００９】
半透過型液晶表示装置では、透過部と反射部の位相をそろえなければ良好な表示を得ることができない。位相がそろっていないと光モレや透過率の減少といった問題が生じる。
このため、液晶を挟持した間隔Ｄ１を、透過部：反射部＝２：１にする必要がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。すなわち、背面側電極基板と観察者側電極基板の２枚の電極基板で挟まれた間隔内（以下セル内とする）に、反射部のみに光散乱機能を有する光散乱層を形成して、透過表示においてコントラストの高い画面表示を可能とし、また、セル内の透過部を通過する光の光路長と、反射部を通過する光の光路長を等しくして、光モレや透過率の減少を解消し、良好な画面表示を可能とするカラーフィルタを提供することを課題とするものである。また、上記カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタであって、該反射部の上部あるいは下部にのみ光散乱層が形成され、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１２】
また、本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割したカラーフィルタであって、該反射部の上部あるいは下部にのみ光散乱層が形成され、該反射部あるいは透過部上にポストスペーサが形成され、該カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合であることを特徴とするカラーフィルタである。
【００１３】
また、本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、請求項１記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置である。
【００１４】
また、本発明は、単位画素を透過部と反射部に分割した半透過型液晶表示装置であって、請求項２記載のカラーフィルタを用いたことを特徴とする半透過型液晶表示装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のカラーフィルタ及び半透過型液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
図１に示すように、本発明のカラーフィルタ１１７は、観察者側の透明基板１１２上に形成されたものである。このカラーフィルタ１１７は、単位画素Ｐｘ中で透過部Ｔｒおよび反射部Ｒｅに分かれた構造になっており、透過部Ｔｒには着色層１０２が、反射部Ｒｅには着色層１０３が設けられている。
更に詳しくは、透過部Ｔｒは着色層１０２のみで、反射部Ｒｅは着色層１０３および光散乱層１０６で構成されている。
【００１６】
反射部Ｒｅの構成として、図１には、着色層１０３上に光散乱層１０６を形成する構成を示しているが、特にこの構造に限定されるものではなく、光散乱層１０６上に着色層１０３を形成する構成も可能である。
上記透過部の着色層１０２および反射部の着色層１０３は、公知の顔料分散法や染料法を用いて形成することができる。
【００１７】
また、図１においては、光散乱層１０６は、透明粒子１０４および透明樹脂１０５から構成され、着色層１０３上部に形成されている。
透明粒子１０４としては、耐熱性や薬品耐性のあるものであればよく、シリコン樹脂、メラミン樹脂、フッ素系アクリレート樹脂等の有機物、あるいは、アモルファスシリカ、酸化アルミニウム等の無機物、さらには、有機物と無機物の複合物等が使用可能である。
【００１８】
また、透明樹脂１０５としては、耐熱性や薬品耐性のあるものであればよく、例えば、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコン系アクリル樹脂、フルオレン樹脂、エポキシアクリレート樹脂等が使用可能である。
透明粒子１０４と透明樹脂１０５の組み合わせとしては、好ましくは透明粒子と透明樹脂の屈折率の比が、０．９３以下あるいは１．０８以上であリ、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以内の範囲である粒子を使用することが望ましいが、特にこれに限定されるわけではない。
【００１９】
着色層１０２からなる透過部と、着色層１０３および光散乱層１０６からなる反射部の膜厚は、特に限定されるものではない。しかし、このカラーフィルタ１１７を用いた時、観察者側電極基板１００と背面側電極基板１０１との間隔において、透過部の間隔Ｄ２と反射部の間隔Ｄ３とを２対１にすることが可能な膜厚に設定する。
これにより、透過部を通過する光の光路長と、反射部を通過する光の光路長を等しいものとし、良好な画面表示を可能とする。
【００２０】
なお、フォトリソグラフィー法等を用い、塗布、形成した光散乱層１０６を所定のパターン形状に成形する場合には、パターニング可能な樹脂としてメタクリル酸、ブチルメタクリレート、ヒドロキシメタクリレート等からなるアクリル重合体、アクリルモノマー、光重合開始剤の混合液が使用可能である。
【００２１】
次いで、光散乱層１０６上にＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合酸化物）からなる透明電極１０７を形成し、透明基板１１２の着色層が形成されていない面に偏光板１１１を設け、本発明に係る半透過型液晶表示装置用電極基板（観察者側電極基板１００）を得る。
上記構成とした半透過型液晶表示装置用電極基板（観察者側電極基板１００）と、別途作成した光反射機能を有する電極基板（背面側電極基板１０１）にて液晶を挟持し図１に示す半透過型液晶表示装置１を作製する。
【００２２】
なお、背面側電極基板１０１には光反射機能を持たせるため、光反射板と液晶駆動用の電極とを別途形成しても、もしくは、光反射板と液晶駆動用の電極とを兼用させた反射電極を形成しても構わない。図１の背面電極基板１０１には、反射電極１０８を形成しており、光散乱層１０６にて光散乱を生じさせるために反射電極１０８の表面は平坦としている。
また、半透過型型液晶表示装置の構成部材として配向膜等があげられるが図１では図示を省略している。
【００２３】
図２は、請求項２に係るカラーフィルタ及びそれを用いた半透過型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
図２に示すように、請求項２に係るカラーフィルタ２１７は、観察者側の透明基板２１２上に形成されたものである。このカラーフィルタ２１７の透過部Ｔｒと反射部Ｒｅの構成、及び反射部Ｒｅにおける光散乱層２０６の構成は、一実施例と同一の構成である。
【００２４】
上記カラーフィルタ２１７上にはポストスペーサ２１３が形成されている。ポストスペーサ２１３は透過部と反射部上どちらか一方に形成することが出来る。ポストスペーサ２１３の高さは、特に制限されるものではなく、観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１との間隔を２対１にすることが可能な高さに設定する。このポストスペーサ２１３によるセルギャップ制御によって、観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１との間隔を正確に２対１にすることが容易になる。また、この時の液晶表示は間隔を正確に２対１に出来ることから非常に良好な表示を得る事が可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によって詳細に説明を行なう。
＜実施例１＞
図１に示すように、透明基板１１２としてガラス基板を用い、ガラス基板上に公知の顔料分散法にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなる透過部の着色層１０２および反射部の着色層１０３を形成した。透過部着色層１０２の膜厚はＲ、Ｇ、Ｂ何れも２．０μｍ±０．２μｍであった。また反射部の着色層１０３の膜厚はＲ、Ｇ、Ｂ何れも１．８μｍ±０．２μｍであった。
【００２６】
次いで、反射部の着色層１０３上に透明樹脂１０５中に透明粒子１０４を分散させた光散乱層１０６を形成した。光散乱層１０６は以下の処方とした塗布液にて形成した。すなわち、
Ａ：メラミン粒子（日本触媒（株）製、商品名「Ｓ１２」）・・・１０重量部
Ｂ：以下の組成からなるアニオン性アクリル系共重合体・・・・・２０重量部
・メチルメタクリレート・・・２重量部
・メタクリル酸  ・・・・・・１重量部
・ヒドロキシメタクリレート・２重量部
・ブチルメタクリレート・・・２重量部
・シクロヘキシルアクリレート３重量部
Ｃ：多官能アクリルモノマー
（東亞合成（株）製、商品名「アロニックスＭ―３００」）・・１０重量部
Ｄ：光重合開始剤（チバスペシャリティケミカルズ社製、
商品名「イルガキュアー９０７」）・・・・・・・・・・・０．５重量部
Ｅ：有機溶媒  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１２０重量部
以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を準備した。
【００２７】
上記塗布液を着色層上に滴下後、ガラス基板を毎分８００回転の回転速度にて５秒間回転し全面に塗布した。次いで、反射部のみにパターニング可能なフォトマスクを用いて、１５０ｍＪ／ｃｍ２  の露光量にて反射部のみに膜厚２．７μｍの光散乱層１０６を形成し、カラーフィルタ１１７を形成することが出来た。
光散乱層１０６中には上記Ａの粒子がほぼ一層で均一に分散されていた。また、光散乱層１０６の表面は極めて平坦なものであり、表面の平坦性は０．１μｍ以下であった。
【００２８】
次いで、上記カラーフィルタ１１７に公知のスッパタリング法にてＩＴＯからなる透明電極１０７を成膜し、観察者側電極基板１００を得た。
続いて、透明基板１１２としてガラス基板を準備し、ここにゲート電極、ＳｉＮ膜、ａ−Ｓｉ膜、ドレイン電極、ソース電極等からなる薄膜トランジスタと該薄膜トランジスタにコンタクトした透過部の透明電極１０７及び反射部の反射電極１０８を形成して背面電極基板１０１を準備した。
この時、透過部の透明電極１０７と反射部の反射電極１０８は同一の高さだった。
【００２９】
上記の工程で得られた観察者側電極基板１００と、背面側電極基板１０１にて液晶１１０を挟持し、図１に示す半透過型液晶表示装置１を作製した。
【００３０】
＜実施例２＞
実施例２は、図２に示すカラーフィルタ２１７上にポストスペーサ２１３を形成した観察者側電極基板２００を用いた半透過型液晶表示装置の実施例であり、ポストスペーサ２１３を用いた以外の構造および工程は実施例１と同一である。実施例２で用いたポストスペーサ２１３は、特開平１３−０９２１２８、特開平１３−０９１９５４で開示したスチレン系樹脂を材料、及びプロセスを用いた。このポストスペーサ２１３を上記カラーフィルタ２１７上に形成し、観察者側電極基板２００を得た。
【００３１】
上記の工程で得られた観察者側電極基板２００と背面側電極基板２０１にて液晶２１０を挟持し、図２に示す半透過型液晶表示装置を作製した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、反射部の上部あるいは下部にのみ光散乱層が形成され、カラーフィルタが形成された観測者側電極基板と、背面側電極基板とで液晶を挟持した場合のセル間隔が透過部と反射部とで２対１の割合を有するカラーフィルタであるので、透過表示においてコントラストの高い画面表示を可能とし、セル内の透過部を通過する光の光路長と、反射部を通過する光の光路長が等しく、透過表示における画質および反射表示における画質の両方の画質を満足するきれいな画面表示が可能となる。
また、表面に凹凸を形成する方法よりも製造コストを抑えることが可能であるため、安価で高品質な半透過型液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタ及び液晶表示装置の一実施例の断面図である。
【図２】請求項２に係わるカラーフィルタ及び液晶表示装置の一実施例の断面図である。
【図３】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図４】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１・・・本発明の液晶表示装置
２・・・請求項２に係わる液晶表示装置
１００、２００、３００、４００・・・観測者側電極基板
１０１、２０１、３０１、４０１・・・背面側電極基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・透過部の着色層
１０３、２０３、３０３、４０３・・・反射部の着色層
１０４、２０４、３０４、４０４・・・透明粒子
１０５、２０５、３０５、４０５・・・透明樹脂
１０６、２０６、３０６、４０６・・・光散乱層
１０７、２０７、３０７、４０７・・・透明電極
１０８、２０８、３０８、４０８・・・反射電極
１０９、２０９、３０９、４０９・・・透明電極
１１０、２１０、３１０、４１０・・・液晶
１１１、２１１、３１１、４１１・・・偏光板
１１２、２１２、３１２、４１２・・・透明基板
２１３・・・ポストスペーサ
１１４、２１４、３１４、４１４・・・透過入射光
１１５、２１５、３１５、４１５・・・入射光
１１６、２１６、３１６、４１６・・・散乱光
１１７、２１７・・・本発明のカラーフィルタ
３１７、４１７・・・従来のカラーフィルタ
Ｐｘ・・・単位画素
Ｒｅ・・・反射部
Ｔｒ・・・透過部
Ｄ１・・・液晶を挟持した間隔（基板の間隔）
Ｄ２・・・透過部の間隔
Ｄ３・・・反射部の間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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