(57)【要約】【課題】  半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を安価に製造するとともに、反射表示時の画面を明るくし、カラーフィルタ基板表面の平坦性を向上させる。【解決手段】  透過領域を有する反射膜と、この透過領域に設けられた複数色の着色層を有するカラーフィルタ基板を備える半透過型液晶表示装置において、反射膜上には各画素共通の着色層を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極が設けられた透明基板と、対向電極が設けられた対向基板と、前記透明基板と前記対向基板の間隙に設けられた液晶層を備え、前記透明電極と前記対向電極が交差する部分に画素を構成する液晶表示装置において、
前記透明基板には前記画素内に透過部と反射部が形成され、前記透過部の上には複数の着色層のうちいずれか一つの着色層が画素に応じて形成され、前記反射部の上には全ての画素に共通の着色層が形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射部上の着色層がシアン、マゼンタ、イエローのいずれかの色で形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射部上の着色層が、前記透過部上に形成された着色層のうちいずれかの色で形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
透明基板上に透過領域を有する反射膜が設けられ、前記透過領域に複数色の着色層からなるカラーフィルタが設けられたカラーフィルタ基板であって、前記反射膜上に単一色の着色層が形成されたことを特徴とするカラーフィルタ基板。
【請求項５】
前記単一色の着色層が前記透過領域の着色層の膜厚よりも薄く、前記単一色の着色層と前記透過領域の着色層を覆うように平坦化膜が設けられたことを特徴とする請求項４に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項６】
複数色の着色層からなるカラーフィルタが設けられた透過領域と、反射領域が形成されたカラーフィルタ基板の製造方法において、
透明基板上に反射膜を形成する工程と、前記反射領域に相当する前記反射膜上に着色層を形成する工程と、前記着色層をレジストマスクとして、前記着色層が設けられていない反射膜を除去して透過領域を形成する工程と、前記透過領域に着色層を設ける工程を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用環境の光である外光を利用する反射型表示と、バックライト等の照明光を利用する透過型表示の両方の表示が可能な液晶表示装置に関するものである。液晶表示装置に用いられる液晶表示素子は自発光型ではない表示素子であり、薄型で低消費電力である。そのため、時計、ワードプロセッサやパーソナルコンピューターなどのＯＡ機器、電子手帳や携帯電話などの携帯機器、ＡＶ機器などの電子機器に広く用いられている。
【背景技術】
【０００２】
近年、明所でも暗所でも表示が観察できるように、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と、バックライトからの照明光を利用する透過型表示との両方の表示モードで観察が可能な液晶表示装置が望まれている。従来から、このような透過反射両用型のカラー液晶表示装置として、開口が形成された反射膜上に透過領域と共通の着色層を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成で、透過表示を観察する場合には、反射膜の無い開口部（透過領域）を通過する照明光が観察者に届くことになる。このときは、バックライトからの照明光が着色層を一度だけ通過するために比較的明るい表示が得られる。一方、このような構成で、反射表示を観察する場合には、反射膜の部分（反射領域）で反射された外光が観察者に届くことになる。このときは、一度着色層を通過した光が反射膜で跳ね返って、再度着色層を通過することになる。すなわち、透過率の低い着色層を２回通過するため、表示が暗くなる。
【０００３】
そこで、反射時の暗い表示画面を明るく改善するために、反射領域の着色層を一部除去して着色層を通過しない部位を設ける構成が開示されている（例えば特許文献２参照）。この構成の場合、反射領域の一部に着色層を全く設けていないため、着色層による光のロスが無くなる。したがって、着色層が無い部分への入射光は反射膜に当たった後もほとんど暗くならずに観察者側へ戻り、反射時の表示を明るくする効果が得られる。
【特許文献１】特許３４８２８２７号公報
【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】
【０００４】
従来の透過反射両用型のカラー液晶表示装置では、上述したように着色層に穴をあけて反射膜を露出させ、反射表示時の明るさを確保できる構造を用いているため、着色層がある領域と無い領域では着色層の膜厚分だけ段差が生じることになる。一般に、液晶表示装置では、カラーフィルタ基板表面を平坦化するため、着色層を設けた後で平坦化膜の塗布工程が設けられている。しかしながら、着色層の膜厚は通常１μｍ前後あるため、平坦化膜の塗布工程を設けても平坦性の高い表面を得るのは困難であり、０．２μｍ程度の段差（凹凸）が残ってしまう。
【０００５】
このようにカラーフィルタ基板表面に段差がある場合、場所によって対向基板との間にギャップの違いが生じる。ギャップが違うと、間隙に注入されている液晶分子の配向が異なってしまい、コントラストが悪くなる等の表示品質低下を引き起こすことになる。この段差は、特にＳＴＮ液晶を用いたカラー表示装置において、表示品質を低下させる要因となっている。
【０００６】
そこで、本発明は、明るい反射表示が可能で、表示ムラのない、表示品質の高い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】
【０００７】
本発明のカラーフィルタ基板は、透明基板上に開口を有する反射膜と、開口に設けられたカラーフィルタを備えており、反射膜上にはカラーフィルタを構成する着色層とは異なる色の特定色の着色層が設けられている。そのため、反射表示は各画素共通の着色層を利用して行なわれるため、効率の良い明るい単色表示が可能となる。
【０００８】
また、本発明は、反射膜上に設けられる特定色の着色層をシアン、マゼンタ、イエローのいずれかの色で形成することとした。これにより、透過率の良い画素が得られ、明るい反射表示が可能となる。あるいは、反射膜上の着色層を透過領域の着色層のいずれかの色で形成することとした。これにより、工数を増加させることなく、単色表示用の画素を有するカラーフィルタ基板を提供することができる。
【０００９】
また、反射膜上の着色層を透過領域の着色層膜厚よりも薄い膜厚に設定し、生じた段差を平坦化膜により平坦にすることとした。これにより、容易に明るい反射表示用画素が得られ、表面を平坦化膜で平坦にすることで、コントラストを損なうことがない。
【００１０】
また、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、透明基板上に反射膜を全面に形成する工程と、反射領域に着色層を形成する工程と、反射領域の着色層以外の領域で反射膜を除去する工程と、透過領域に着色層を形成する工程とを備えている。したがって、反射膜エッチング時に特別にレジスト塗布を行なう必要がないため工数が削減でき、低コストで良好な品質のカラーフィルタ基板提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液晶表示装置によれば、反射表示は各画素共通の着色層を利用して行なわれるため、効率の良い明るい単色表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のカラーフィルタ基板は、透明基板上に開口を有する半透過反射膜およびカラーフィルタが形成されており、透過領域に遮光膜であるブラックマトリックスおよび複数色の着色層からなるカラーフィルタが形成され、反射膜上には各画素共通の着色層が形成されている。このような構成により、反射表示は各画素共通の着色層を利用して行なわれることになり、効率の良い明るい単色表示が可能となる。したがって、このカラーフィルタ基板は、カラー液晶表示装置に搭載されるにあたり、半透過型に適用可能である。
【００１３】
また、本発明は、透明電極が設けられた透明基板、対向電極が設けられた対向基板、及び透明基板と対向基板の間隙に設けられた液晶層を備え、透明電極と対向電極が交差する部分に画素を構成する液晶表示装置に関し、透明基板には画素内に透過部と反射部が形成され、透過部の上には複数の着色層のうちいずれか一つの着色層が画素に応じて形成されており、反射部の上には全ての画素に共通の着色層が設けられている。
【００１４】
また、本発明は、複数色の着色層からなるカラーフィルタが設けられた透過領域と、反射領域が形成されたカラーフィルタ基板の製造方法に関し、透明基板上に反射膜を形成する工程と、反射領域に相当する反射膜上に着色層を形成する工程と、着色層をレジストマスクとして、着色層が設けられていない反射膜を除去して透過領域を形成する工程と、透過領域に着色層を設ける工程を備えている。したがって、反射領域の着色層以外の領域で反射膜を除去する工程において、反射膜をエッチングする時に特別にレジスト塗布を行なう必要がないため工数が削減できる。
【実施例】
【００１５】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図１に本実施例の半透過型液晶表示装置の断面を模式的に示す。本実施例では、パッシブ型のカラー液晶表示装置の場合を説明する。図示するように、カラーフィルタ基板１と対向基板１６は液晶層９を介して互いに対向している。カラーフィルタ基板１は、ガラス基板２上に反射膜４とカラーフィルタを形成する着色層が設けられた構成である。着色層の上には表面の凹凸を平坦にするための平坦化膜７が設けられており、本実施例では、２μｍ程度の厚さで形成されている。そして、この平坦化膜７の上に液晶層に電圧を印加するための透明電極８が設けられている。透明電極８の液晶層９側の面には図示しない配向膜が設けられている。一方、対向基板１６には所定のパターンで形成された対向電極１７と、対向電極１７の液晶層９側の面に設けられた図示しない配向膜が設けられている。ガラス基板２と対向基板１６はシール材１０で接合されている。液晶層９は、カラーフィルタ基板１と対向基板１６との間に封入される液晶１５と、液晶層の厚みを均一にするためのスペーサ１１を有している。
【００１６】
その後、カラーフィルタ基板１と対向基板１４を挟むように、下偏光板１２、上偏光板１３が設けられている。なお、上偏光板１３には、反射膜４で反射して位相がずれた光を戻すための１／４波長板と、反射膜４で正反射した光のまぶしさを防止するための散乱機能を有する層を付加することができる。
【００１７】
図２に、図１に示したカラーフィルタ基板１を拡大した断面図を示す。カラーフィルタ基板１は、ガラス基板２の表面に成膜された反射膜４上に反射表示に用いる着色層６を設け、透過領域には所望のパターンで、赤（５Ｒ）、緑（５Ｇ）、青（５Ｂ）の着色層が１μｍ前後の厚さで設けられている。各着色層の間には所望のパターンを有した遮光膜（ブラックマトリックス）３を設けている。これらはいずれもフォトリソグラフィー法によって形成されている。なお、反射膜４はスパッタリングまたは真空蒸着法等の真空成膜法により、０．１０〜０．２０μｍ程度の膜厚で成膜されている。反射膜４の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、銀あるいは銀合金等が一般的である。また、反射膜４の開口は、開口を設ける部位以外の反射膜４上にフォトリソグラフィー法により形成したレジストを残存させ、露出した反射膜４をエッチングにより除去することで形成される。ここで、反射膜４上に設けられた反射表示に用いる着色層６として、シアン、マゼンタあるいはイエローのような透過率の高い着色層を採用することによって、反射表示で明るい単色表示を得ることができる。着色層の上には表面の凹凸を平坦にするための平坦化膜７が設けられており、本実施例では２μｍ程度の厚さで平坦化膜７が形成されている。そして、この平坦化膜７の上に液晶層に電圧を印加するための透明電極８が設けられている。透明電極８の液晶層９側の面には図示しない配向膜が形成されている。透明電極８はスズ（Ｓｎ）を不純物に含有したインジウム（Ｉｎ）を酸化させたＩＴＯと呼ばれる透明導電膜であり、所望の抵抗値が設定できる。ＩＴＯは低抵抗の半導体物質であるので、その抵抗値はシート抵抗で１０Ω／□から１００Ω／□のものが最も汎用レベルである。通常ＩＴＯはスパッタリング法や蒸着法と呼ばれる真空成膜法で形成する。また、対向基板１６の表面にも同様の方法で対向電極１７を形成する。
【００１８】
図３に、反射部の着色層を透過部の着色層と同一にした場合のカラーフィルタ基板１を拡大した断面を示す。図２に示したカラーフィルタ基板１と重複する部分は同じ符号を図示するに留め説明を省略する。このカラーフィルタ基板１には、反射膜４上の着色層が透過領域のいずれかの色、ここでは赤色５Ｒで形成されている。このような構成とすることで、工数を増加させることなく、単色表示用の画素を形成することができる。
【００１９】
図４に、反射部の着色層膜厚を透過部の着色層膜厚よりも薄くした場合のカラーフィルタ基板１を拡大した断面を示す。図２に示したカラーフィルタ基板１と重複する部分は同じ符号を図示するに留め説明を省略する。このカラーフィルタ基板１には、反射膜４上の着色層が透過領域の着色層の膜厚よりも薄い膜厚で形成されている。このような構成とすることで、容易に明るい反射表示用画素が得られる。また、その表面に平坦化膜７を塗布する。従来の、着色層に開口を設ける構造の場合には、着色層膜厚が１μｍ程度あるため平坦化が困難であり、表示のコントラストを低下させる要因となっていたが、本発明の構造では反射膜４の上にも着色層が設けられているため、平坦化膜７による平坦化が容易となり、表示のコントラストを低下させる心配が少ない。
【００２０】
図５に、本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一部のフローチャートを示した。基板洗浄工程（Ｓ１）に次いで、反射膜成膜工程（Ｓ２）を行なう。ここで、反射膜４はスパッタリングまたは真空蒸着法等の真空成膜法により、０．１０ないし０．２０μｍ程度の膜厚で成膜されている。反射膜４の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、銀あるいは銀合金等が一般的である。反射膜成膜工程（Ｓ２）の後に洗浄工程（Ｓ３）を行ない、次いで反射部に用いるレジストコート（Ｓ４）を行なう。ここでは、液状のフォトレジストを塗布する。フォトレジストは、感光性のアクリル系樹脂に、形成すべき反射部着色層６の色に応じた顔料等を混ぜた顔料分散型レジストである。レジストコート（Ｓ４）に次いで、プリベーク（Ｓ５）を行ない、続いて所定のパターンで露光して（Ｓ６）レジストを硬化させ、現像（Ｓ７）によって硬化した部分以外のレジストを除去し、ポストベーク（Ｓ８）を行ない、完全に硬化させる。ここまでの工程で、反射膜４上の一部に反射部着色層６が形成された基板が得られる。次いで、反射膜４のエッチング（Ｓ９）を行なうと、反射部着色層６が残存していない、言い換えると反射膜４が露出した部分のみ選択的に反射膜４の除去が可能となる。通常の反射膜４エッチング工程（Ｓ９）では、本発明の製造方法と同様に、反射膜４上に感光性レジストを塗布し（Ｓ４）、プリベーク（Ｓ５）、露光（Ｓ６）、現像（Ｓ７）およびポストベーク（Ｓ８）を経てエッチング工程（Ｓ９）を行ない、その後不要となった感光性レジストを除去する工程が必要となる。本発明では、上記感光性レジストとして、反射部着色層６を採用できるため、レジストの除去工程が不要となり、製造工数を低減しつつ、反射表示が明るい単色表示となる、低コストで良好なカラーフィルタ基板、カラー液晶表示装置の製造に寄与するカラーフィルタ基板の製造方法が提供される。
【００２１】
続いて、基板の洗浄とブラックマトリックスのレジストコート（Ｓ１０）を行なう。その後、プリベーク（Ｓ１１）を行ない、所定のパターンで露光して（Ｓ１２）レジストを硬化させ、現像（Ｓ１３）によって硬化した部分以外のレジストを除去し、ポストベーク（Ｓ１４）を行ない、完全に硬化させる。
【００２２】
続いて、透過領域の着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）についてもＳ１０からＳ１４の工程を順次繰り返し、各着色層（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）を形成する。図５において、ＢＭはブラックマトリックスを意味し、Ｒは着色層５Ｒを意味し、Ｇは着色層５Ｇを意味し、Ｂは着色層５Ｂを意味している。
【００２３】
次に、基板の表面を平坦にする平坦化膜７を形成するために、基板の洗浄を行って（Ｓ１５）から、液状をなす熱硬化性のアクリル系樹脂またはこれとエポキシ樹脂との複合樹脂により、塗布工程すなわち平坦化膜塗布工程を行なう（Ｓ１６）。平坦化膜７は、基板全面に塗布することが望ましい。
【００２４】
続いて、塗布された平坦化膜７を硬化させるためにポストベーク（Ｓ１７）を行ない、平坦化膜７を形成する。平坦化膜７の形成後、平坦化膜７の上面に透明電極８を成膜する（Ｓ１８）。透明電極８には、スズ（Ｓｎ）を不純物に含有したインジウム（Ｉｎ）を酸化させたＩＴＯと呼ばれる透明導電膜を用いる。
【００２５】
また、透明電極８の密着性向上のために、透明電極８の下面に接する酸化ケイ素層を形成する酸化ケイ素層形成工程を行ない、この酸化ケイ素層すなわちシリコン酸化膜を介して間接的に透明電極８を形成しても良い。
【００２６】
上記Ｓ１からＳ１８の工程を経て、本発明のカラーフィルタ基板１が形成される。このカラーフィルタ基板１を用いて図１に示した半透過型液晶表示装置が形成される。すなわち、透明電極１７を透明電極８と同様にして対向基板１６に形成する。スペーサ１１を散布法により均一に分散させ、シール材１０をスクリーン印刷法により形成し、カラーフィルタ基板１と対向基板１６を張り合わせ、カラーフィルタ基板１と対向基板１６との間隙に形成された空間に液晶１５を注入して、半透過型液晶表示装置を形成する。下偏光板１２と上偏光板１３は適宜設けられる。
【００２７】
したがって、このようなカラーフィルタ基板１を備えた半透過型液晶表示装置は、低コストで反射表示が明るい単色表示可能な構成となっている。
【００２８】
以上、本発明を適用したカラーフィルタ基板、半透過型液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を説明したが、本発明によるカラーフィルタ基板、半透過型液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法を構成する各要素については前述した例の各要素に限らず任意に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の半透過型液晶表示装置の構成を示す概略側断面図である。
【図２】本発明に用いた半透過型液晶表示装置の一部の拡大側断面図である。
【図３】本発明に用いた半透過型液晶表示装置の一部の拡大側断面図である。
【図４】本発明に用いた半透過型液晶表示装置の一部の拡大側断面図である。
【図５】本発明に用いたカラーフィルタ基板の製造方法の一部のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  カラーフィルタ基板
２  ガラス基板
３  ブラックマトリックス
４  反射膜
５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ  透過部着色層
６  反射部着色層
７  平坦化膜
８  透明電極
９  液晶層
１０  シール材
１１  スペーサ
１２  下偏光板
１３  上偏光板
１５  液晶
１６  対向基板
１７  対向電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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