(57)【要約】【課題】  半透過型液晶表示装置において、簡単な方法で、透過領域における表示品位を損なうことなく反射領域における表示品位を向上させる。【解決手段】  透明絶縁基板４上に画素電極を有するアレイ基板１と、透明絶縁基板１１上にカラーフィルタ層１２を有するカラーフィルタ基板２とが液晶層３を介して対向配置されるとともに、一画素内に反射表示を行う反射領域Ａと透過表示を行う透過領域Ｂとを有する。反射領域Ａに対応する領域におけるカラーフィルタ層１２の少なくとも一部の厚みが、透過領域に対応する領域におけるカラーフィルタ層１２の厚みに比べて小とされている。カラーフィルター層１２上には、光散乱層１３が形成され、それにより表面が平坦化されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁基板上にカラーフィルタ層を有し、一画素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有する半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルター基板であって、
前記反射領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部の厚みが、前記透過領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の厚みに比べて小とされるとともに、
光散乱層が前記カラーフィルタ層上に形成され、表面が平坦化されていることを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記反射領域に対応してカラーフィルター層に凹部が形成され、前記光散乱層は、この凹部を埋めるとともに、カラーフィルター層を覆う形で形成されていることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルター基板。
【請求項３】
前記凹部は、カラーフィルター層を除去することにより形成されていることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルター基板。
【請求項４】
前記凹部は、カラーフィルター層の厚さを薄くすることにより形成されていることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルター基板。
【請求項５】
前記光散乱層は、樹脂ビーズを混入した透明樹脂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１項記載のカラーフィルター基板。
【請求項６】
透明絶縁基板上に画素電極を有するアレイ基板と透明絶縁基板上にカラーフィルタ層を有するカラーフィルタ基板とが液晶層を介して対向配置され、一画素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有する半透過型液晶表示装置であって、
前記反射領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部の厚みが、前記透過領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の厚みに比べて小とされるとともに、
光散乱層が前記カラーフィルタ層上に形成され、表面が平坦化されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項７】
前記反射領域に対応してカラーフィルター層に凹部が形成され、前記光散乱層は、この凹部を埋めるとともに、カラーフィルター層を覆う形で形成されていることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項８】
前記凹部は、カラーフィルター層を除去することにより形成されていることを特徴とする請求項７記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項９】
前記凹部は、カラーフィルター層の厚さを薄くすることにより形成されていることを特徴とする請求項７記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項１０】
前記光散乱層は、樹脂ビーズを混入した透明樹脂により形成されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光散乱層上に透明電極及び配向膜が形成されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項記載の半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一画素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有する半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板、及びこのカラーフィルタ基板を有する半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、テレビ、ワードプロセッサ又は携帯電話等への液晶表示装置の応用がさらに進展し、小型化、省電力化及び低コスト化等のさらなる高機能化に対する要望がある。これらの要望を満たすべく、透過機能と反射機能との両方を兼ね備えた半透過型液晶表示装置の開発が進んでいる。このような半透過型液晶表示装置においては、バックライトを用いずに外部から入射した周囲光を反射させて表示する反射表示時にどれだけ周囲光を効率良く利用して表示面を明るくできるかが重要となる。
【０００３】
そこで、透過領域のカラーフィルタ層の層厚を反射領域のカラーフィルタ層の層厚より厚く設計した構成の半透過型液晶表示素子が提案されている（例えば、特許文献１等を参照。）。このような構成により、液晶層を通過する光線が反射領域ではカラーフィルタ層を２回通過し、透過領域では１回通過するので、同じ濃度のカラーフィルタ層を使った場合、反射・透過の各々の色再現性が充実したものとなる。
【０００４】
半透過型液晶表示装置において、一般に反射領域のセルギャップは、透過領域のセルギャップ以下となるように設計されている。これは、カラーフィルタ層同様に、液晶層を通過する光線が反射領域では２回通過し、透過領域では１回通過するためである。
【０００５】
しかしながら、前記のようにカラーフィルタ層の厚みが透過領域より反射領域の方が薄い場合、対向配置するアレイ基板が平坦であると、反射領域のセルギャップは透過領域より厚くなってしまう。もしくは、反射領域のセルギャップが透過領域のセルギャップ以下となるようアレイ基板側に段差を設けると、カラーフィルタ基板とアレイ基板の組み立てズレによって、基板間のショート不良が発生するという問題がある。
【０００６】
そこで、従来の半透過型液晶表示装置においては、凹凸のあるカラーフィルタ層の表面を平坦にして、反射領域と透過領域とで液晶層の厚みを均一化するための平滑化層を設ける構成が一般的である。例えば、カラーフィルタ基板上の反射領域に対応する領域がカラーフィルタ層の形成された領域とカラーフィルタ層の形成されていない領域とにより構成され、少なくともカラーフィルタ層の形成されていない領域に光透過性の平坦化層が形成されている液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献２等を参照。）。この技術によれば、前記のような不具合は発生せず、暗状態から明状態に至るまで均一な表示を実現できる。
【０００７】
また、反射表示の明るさを向上する別の方法として、反射領域に対応する領域に、光散乱効果を有する光散乱層を設ける技術が知られている。
【特許文献１】特開２００２−２２８８２４
【特許文献２】特開２０００−１１１９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば図４（ａ）に示すように、透明基板１００上に反射領域Ａに対応した領域の一部が除去されたカラーフィルタ層１０１と、カラーフィルタ層１０１表面を平坦とする平滑化層１０２とを有する構成のカラーフィルタ基板を例に挙げると、反射領域Ａに対応する領域で十分な明るさを得るために必要な光散乱量を有する光散乱層１０３を、平坦な平滑化層１０２上に一様に塗布して形成した場合、光散乱を必要としない透過領域Ｂに対応する領域において、光透過率が低下するという問題がある。この問題は、図４（ｂ）に示すように、反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層１０１が透過領域Ｂにおけるカラーフィルタ層１０１の厚みに比べて薄くされる構成のカラーフィルタ基板においても同様に起こりうる。
【０００９】
そこで、図４（ｃ）や図４（ｄ）に示すように、透過領域Ｂに対応する領域に光散乱層１０３を設けず、反射領域Ａに対応する領域のみに光散乱層１０３を設ける構成の液晶表示装置も考えられる。しかしながら、図４（ｃ）に示すように、平坦な平滑化層１０２上に、反射領域Ａに対応する領域のみに光散乱層１０３を設ける構成とするには、光散乱層１０３の露光処理やエッチング処理が必要になる。また、数μｍ径の樹脂ビーズを含むアクリル樹脂は、加工端面にビーズの凹凸が残存するため、精度良く加工することは非常に困難である。これらの影響を最小にするために、さらに平滑化層を設けると、工程数が増えることにより、製造コストが上昇する問題がある。また、図４（ｄ）に示すように、平滑化層１０２を設けず、カラーフィルタ層１０１と面一となるように、カラーフィルタ層１０１の凹部に光散乱層１０３を埋め込む方法も考えられる。しかしながら、図４（ｃ）同様に、光散乱層をカラーフィルタ層１０１の凹部のみに高精度に均一に形成するのは製造上困難である。
【００１０】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、反射領域と透過領域とを一画素内に有するとともに、カラーフィルタ層の厚みが反射領域と透過領域とで異なる構成のカラーフィルタ基板において、簡単な方法で、透過領域における表示品位を損なうことなく反射領域における表示品位を向上させることが可能なカラーフィルタ基板及びこれを用いた半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らが前記の問題について検討を重ねた結果、反射領域と透過領域とでカラーフィルタ層の凹凸を平坦化するために必須であると考えられていた平滑化層を省略し、光散乱機能を有する光散乱層に平滑化層の役割を担わせることにより、構造が極めて簡略化されるとの結論に至った。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づいて案出されたものである。すなわち、本発明に係るカラーフィルタ基板は、透明絶縁基板上にカラーフィルタ層を有し、一画素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有する半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルター基板であって、前記反射領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部の厚みが、前記透過領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の厚みに比べて小とされるとともに、光散乱層が前記カラーフィルタ層上に形成され、表面が平坦化されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半透過型液晶表示装置は、透明絶縁基板上に画素電極を有するアレイ基板と透明絶縁基板上にカラーフィルタ層を有するカラーフィルタ基板とが液晶層を介して対向配置され、一画素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有する半透過型液晶表示装置であって、前記反射領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部の厚みが、前記透過領域に対応する領域における前記カラーフィルタ層の厚みに比べて小とされるとともに、光散乱層が前記カラーフィルタ層上に形成され、表面が平坦化されていることを特徴とする。
【００１４】
以上のようなカラーフィルタ基板及び半透過型液晶表示装置においては、反射領域と透過領域とでカラーフィルタ層の厚みを異ならせることにより、光が２回通過する反射領域と光が１回通過する透過領域とで光の吸収の度合いを同じ程度とするように調整可能である。このため、反射領域と透過領域との双方で必要な光量が確保され、明るい表示が実現される。
【００１５】
また、以上のようなカラーフィルター基板及び半透過型液晶表示装置では、反射領域と透過領域とで層厚の異なるカラーフィルタ層の表面を、光散乱機能を有しない平滑化層を介することなく、平滑化機能と光散乱機能とを兼ね備える光散乱層によって平坦化される。その結果、透過領域での光散乱層の層厚が反射領域での光散乱層の層厚に比べて薄くされ、透過領域における透過率を低下させることなく、反射領域における光散乱量が十分に確保される。
【００１６】
さらに、光散乱層は、カラーフィルタ層表面の凹凸を埋め込むようにカラーフィルタ層上に一様に形成するだけでよく、露光やエッチング処理を必要としない。このため、製造工程が大幅に簡略化される。なお、場合によっては、カラーフィルタ基板側の、アレイ基板との合わせとなるパターンの上に、これら光散乱層が配置すると、パターンのボケにより、認識が困難になる。その場合は、合わせパターン上のみ光散乱層の露光やエッチング処理を要するが、その際に要求される加工精度は、表示領域に比べると非常に低いため、製造上の問題は少ない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、反射領域と透過領域とで層厚の異なるカラーフィルタ層の表面を、平滑化機能と光散乱機能とを兼ね備える光散乱層で平坦化することで、透過領域の層厚が反射領域の層厚に比べて薄い光散乱層を有するカラーフィルタ基板を容易に得ることができる。そして、このようなカラーフィルタ基板を用いることで、極めて簡単な方法で、透過領域における透過率を低下させることなく、反射領域における十分な光散乱量を確保し、透過領域と反射領域とで表示品位を両立した半透過型液晶表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るカラーフィルタ基板及び半透過型液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、説明に用いる図面は、説明を容易とするために特定の部分を拡大して示す場合があり、各構成要素の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
本発明の半透過型液晶表示装置は、図１に示すように、画素電極が形成されたアレイ基板１とカラーフィルタ層が形成されたカラーフィルタ基板２とで、液晶が封入された液晶層３を挟持した構成とされる。
【００２０】
アレイ基板１には、ＴＦＴに信号を供給するための走査線と信号線とが互いに直交するように複数設けられるとともに、これら走査線と信号線との交差部に対応して設けられるＴＦＴによって制御される複数の画素電極が、マトリクス状に配列されている。各画素は、外光を利用して反射表示を行う反射領域Ａと、背面側に配されたバックライト等を光源として透過表示を行う透過領域Ｂとに面積的に分割される。反射領域Ａに対応する領域においては反射電極材料が形成され、透過領域Ｂに対応する領域においては透明電極材料が形成される。
【００２１】
アレイ基板１は、反射領域Ａにおいて、ガラス基板等からなる絶縁透明基板４のカラーフィルタ基板２と対向する側の面に、液晶駆動用のスイッチング素子としてのＴＦＴ５と、表面に微細な凹凸を多数有する絶縁凹凸層６と、電極としての機能と反射膜としての機能を併せ持つ反射電極７を有している。また、アレイ基板１の透過領域Ｂにおいては、絶縁透明基板４上に例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明電極材料からなる透明電極９が形成されている。さらに、アレイ基板１の液晶層３側の面には、反射領域Ａと透過領域Ｂの全面にわたって、液晶層３の液晶分子の配向方向を規定する配向膜８が形成されている。また、アレイ基板１の液晶層３と反対側の主面には、偏光板等の光学フィルム１０が配置される。
【００２２】
絶縁凹凸層６は、反射領域Ａにおけるアレイ基板１の厚みを制御し、反射領域Ａと透過領域Ｂとの液晶層３の層厚（セルギャップ）の差を所定の値に調整する機能を有する。
【００２３】
反射電極７の表面は、絶縁凹凸層６の表面形状に沿った形状とされており、外光を散乱させるための微細な凹凸形状が多数形成されている。反射電極７は、例えばアルミニウム等の光反射効率の高い金属材料等からなる。
【００２４】
カラーフィルタ基板２は、図２に示すように、ガラス基板等の絶縁透明基板１１のアレイ基板１と対向する側の面に、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えば赤（１２Ｒ），緑（１２Ｇ），青（１２Ｂ）の３色のフィルタ層が画素毎に対応して配置されているカラーフィルタ層１２を有する。図２に示す例では、反射領域Ａと透過領域Ｂとで色再現性を満足させるため、反射領域Ａに対応する一部の領域においては、カラーフィルタ層１２が完全に除去され、凹部１２ａが形成されている。なお、図３に示すように、カラーフィルタ基板２上のカラーフィルタ層１２は、反射領域Ａにおいて、透過領域Ｂのカラーフィルタ層１２に比べて層厚を薄くされ、凹部１２ｂが形成されていてもよい。
【００２５】
カラーフィルタ層１２の上には、カラーフィルタ層１２表面の凹凸形状を埋め込むように、通過する光を散乱させる機能を有する光散乱層１３が重ねられる。具体的には、光散乱層１３は、前記凹部１２ａや凹部１２ｂを埋めるとともに、カラーフィルター層１２を覆う形で形成されている。したがって、光散乱層１３は、パターニング等の必要がなく、単純に塗布、あるいは印刷することにより形成することができる。
【００２６】
光散乱層１３としては、カラーフィルタ層１２表面の凹凸形状を埋め込んで平坦とすることが可能であり、且つ通過光を拡散させる機能を有する層であれば特に材料は問わない。例えば、アクリル樹脂等の透明樹脂材料中に、当該樹脂材料とは異なる屈折率を有し、直径が数μｍ程度とされた樹脂等のビーズを分散したものを用いることができる。
【００２７】
光散乱層１３上には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる対向電極１４と、液晶層３の液晶分子の配向方向を規定する配向膜１５とがこの順に形成される。また、カラーフィルタ基板２の液晶層３と反対側の主面には、偏光板等の光学フィルム１６が配置される。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明が以下の実施例の記載に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２９】
（実施例１）
実施例１では、図１及び図２に示す半透過型液晶表示装置を作製した。ガラス基板等の絶縁透明基板１１上に例えばＣｒＯx／Ｃｒを連続成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行い遮光層１７を形成した。その上に顔料を分散させた感光性アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、パターン露光、現像処理を３色分、即ち３回施すことで、カラーフィルタ層１２として、反射領域Ａ及び透過領域Ｂからなる赤１２Ｒ、緑１２Ｇ、青１２Ｂのストライプパターンを形成した。ここで、反射領域Ａに対応する領域の一部は、図２に示すように、カラーフィルタ層１２の形成されない非着色の凹部１２ａとした。
【００３０】
次に、カラーフィルタ層１２の上に、透明アクリル樹脂に樹脂ビーズを混入させたものを全面塗付し、カラーフィルタ層１２の凹部１２ａを埋めて表面を平坦とし、光散乱層１３を形成した。次いで、酸化インジウム系の透明性導電膜からなる透明電極をマスクを用いたスパッタ法で光散乱層１３の全面に成膜して透明電極１４を形成した。さらに、この透明電極１４上に配向膜材料を全面塗付して配向膜１５を形成し、図１に示す半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板２を得た。
【００３１】
もう一方のアレイ基板１は、以下のように作製した。透明絶縁基板４上に、通常のＴＦＴを形成するプロセスと同様に成膜及びパターニングを繰り返し、ＴＦＴ５と電極配線を形成し、表示電極を形成しない状態のＴＦＴアレイ基板を得た。次いで、基板全面に感光性有機膜材料を塗布し、露光、現像処理、及び除去処理を行って、透過領域Ｂの感光性有機膜を除去して凹部を形成する。凸部が絶縁凹凸層６である。反射領域Ａの絶縁凹凸層６の表面にはさらに微小な凹凸を形成することで、反射表示を適度に光拡散し、視角を広げるようにする。この微小な凹凸は、８〜１０μｍの円が一画素内の凹凸を形成する部分に最密充填されるように配置したマスクを用い、感光性有機膜材料がネガ型である場合には円の部分に光が照射されるようにし、ポジ型である場合には円の部分に光が照射されないように露光、現像、除去を行った後、焼成して形成した。さらに、表示電極としてＭｏ膜とＡｌ膜を合計で０．１５μｍ成膜し、パターニングを行い、反射電極７を形成した。
【００３２】
さらに、カラーフィルタ基板２とのスペーサを形成するために、有機膜を塗付、露光、現像、除去、焼成を行った。次にＩＴＯを成膜し、パターニングを行い、透過領域の透明電極９を形成した。
【００３３】
このアレイ基板１にも配向膜材料を全面に塗布し、配向膜８を形成した。この後、カラーフィルタ基板２の配向膜１５の周辺に沿って接着剤を注入口幅９ｍｍを除いて印刷した。配向膜８，１５が対向するようにアレイ基板１及びカラーフィルタ基板２を配置し、加熱して接着剤を硬化させ、アレイ基板１及びカラーフィルタ基板２を貼り合わせた。接着剤の硬化後、２枚の基板を所定の液晶セルのサイズに切り出し、次に通常の方法により注入口より液晶組成物を注入し、この後注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。
【００３４】
ここで、液晶表示装置の重量や薄さが求められる場合は、ガラス基板を研磨して薄くし軽量化する。メカニカル研磨の場合は、前記Ｃｒ膜の除去とガラス基板研磨を兼ねることが可能である。ガラス基板を所望の厚さに研磨した後、セルの洗浄、再配向アニールを実施し、セルの両面に偏光板と位相差板を貼付した。
【００３５】
こうして得られた実施例１の半透過型液晶表示装置は、透過表示の表示品位を損なうことなく、十分明るい反射表示が得られ、高い表示品位を示した。
【００３６】
（実施例２）
実施例２として、図３に示すカラーフィルタ基板２を作製した。実施例１と同様の遮光層１７が形成された透明絶縁基板１１上に、カラーフィルタ層１２として、顔料を分散させた感光性アクリル樹脂レジストをスピンナーにて全面塗布し、パターン露光、現像処理を６色分、即ち６回施すことで、反射領域Ａにおいて３色及び透過領域Ｂにおいて３色からなる赤、緑、青のストライプパターンを形成した。ここで、反射領域Ａに形成されたカラーフィルタ層１２は、透過領域Ｂに形成されたカラーフィルタ層１２よりも薄い着色となるように薄い層厚とされている。ゆえに、反射領域Ａに形成されたカラーフィルタ層１２は、透過領域Ｂに形成されたカラーフィルタ層１２表面に対して凹部１２ｂとされている。
【００３７】
このカラーフィルタ層１２の上に、透明アクリル樹脂に樹脂ビーズを混入したものを全面塗付し、反射領域のカラーフィルタの凹部を埋めて表面を平坦とし、光散乱層１３を形成した。次いで、酸化インジウム系の透明性導電膜からなる透明電極１４を、全面にマスクを用いたスパッタ法で成膜した。
【００３８】
カラーフィルタ層１２を有するカラーフィルタ基板２を以上のように作製したこと以外は、実施例１と同様の液晶セル作製方法により、実施例２の半透過型液晶表示装置を得た。その結果、実施例２の半透過型液晶表示装置は、実施例１のものと同様に、透過表示の表示品位を損なうことなく、十分明るい反射表示が得られ、高い表示品位を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用した半透過型液晶表示装置の一例を示す要部概略断面図である。
【図２】本発明を適用したカラーフィルタ基板の一例を示す要部概略断面図である。
【図３】本発明を適用したカラーフィルタ基板の他の例を示す要部概略断面図である。
【図４】従来の半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アレイ基板、２  カラーフィルタ基板、３  液晶層、４  絶縁透明基板、５  ＴＦＴ、６  絶縁凹凸層、７  反射電極、８  配向膜、９  透明電極、１０  光学フィルム、１１  絶縁透明基板、１２  カラーフィルタ層、１３  光散乱層、１４  対向電極、１５  配向膜、１６  光学フィルム
【図１】
2005283684.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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