(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１画素内に光透過領域と光反射領域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において、１画素内の光透過領域と光反射領域を有する着色画素が同一の感光性着色樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法により形成された着色層を有し、前記着色層は、均一な厚さに形成された光透過領域と、平面形状（パターン）が格子状或いは点状で、断面形状が波状凹凸状であり、平均厚さが、光透過領域の厚さの４５％〜９５％に形成された光反射領域を有することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過型液晶表示装置用カラーフィルタに関するものであり、特に、透過型のカラー表示においても、反射型のカラー表示においても、優れた明度、彩度を有する半透過型液晶表示装置を可能とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないので、その表示には他からの光を必要とし、例えば、その後方にバックライトを設け、後方からの光によって表示を行っている。このような液晶表示装置は透過型液晶表示装置と称され、主に屋内のような暗い環境下で用いられる。
また、例えば、その後方に反射層を設け、液晶表示装置を観視する際の周囲からの外光によって表示を行っている。このような液晶表示装置は反射型液晶表示装置と称され、主に屋外のような非常に明るい環境下で用いられる。
【０００３】
上記透過型液晶表示装置においては、その後方に設けられたバックライトからの光はカラーフィルタの着色画素を透過し、液晶表示装置が観視される前方の外部へ射出されるようになっている。
この際の着色画素の分光透過率は、例えば、図５における実線で示すように、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高いものが好ましいものである。
【０００４】
図６は、従来法における反射型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図であるが、図６に示すように、反射型液晶表示装置（７０）は、対向基板（７８）、液晶（７５）、カラーフィルタ（７９）などで構成されている。図６において、対向基板（７８）は、画素表示に必要な駆動素子（図示せず）や光拡散反射性の電極層（７６）などが基板（７７）上に形成されたもので構成されている。
また、カラーフィルタ（７９）は、ガラス基板（７１）、着色画素（７２）、オーバーコート層（７３）、透明電極層（７４）などで構成されている。
【０００５】
図６において、外光（Ｌ１）は着色画素（７２）を通過し色光となり、光拡散反射性の電極層（７６）にて反射され、再び着色画素（７２）を通過して、外部へ反射光（Ｌ２）として射出されるようになっている。
このような反射型液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素（７２）の色濃度は、透過型液晶表示装置用カラーフィルタのカラーフィルタ画素の色濃度より低い色濃度のものである。
【０００６】
これは、上記のように外部からの光は、入射の際と反射の際の２回にわたり赤色の着色画素を透過し、外部へ射出されるので、例えば、図５における点線で示すように、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がやや高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率がやや高いものを用いることにより、実線で示す透過型に用いられる赤色の着色画素の分光透過率と同様の効果が得られるようにしているものである。
【０００７】
しかし、このような反射型液晶表示装置においては、その照明は外光によるものであり、各色の着色画素による分光（透過・吸収）により、各色の着色画素を透過した外光の光量は大幅に減少され、また、光拡散反射性の電極層などの反射性能により外光の光量はさらにに減少されてしまうため、表示装置としては暗いものとなってしまう。
【０００８】
そこで、このような反射型液晶表示装置におけるカラー表示においては、色光の彩度が劣化することを犠牲にしてでも明度（透過率）の高いものがカラーフィルタに要望されることになる。
従って、例えば、図５における一点鎖線で示すように、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がかなり高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率が高いものを用い、彩度が劣化することを犠牲にして明度（透過率）の減少を補ったものにしている。
【０００９】
そして、このような一点鎖線で示すような分光透過率を有する着色画素の形成は、例えば、着色画素に含まれる顔料の含有量を少なくすることにより行われているものである。
【００１０】
さて、液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素の形成は、種々な方法により行われているが、感光性樹脂組成物に顔料を分散させた感光性着色樹脂組成物を材料として用い、フォトリソグラフィー法により着色画素を形成する顔料分散法が多く採用されている。
【００１１】
この顔料分散法、すなわち、感光性着色樹脂組成物を用いフォトリソグラフィー法により、上記のような反射型液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素を形成する際にも同様に、その着色画素に含まれる顔料の含有量を少なくすることになり、例えば、着色画素の厚さを薄く形成したり、或いは使用する感光性着色樹脂組成物は顔料の含有量を少なくしたものを用いることになる。
【００１２】
そして、上記透過型液晶表示装置は、主に屋内のような暗い環境下で用いられるものであり、屋外のような非常に明るい環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。また、上記反射型液晶表示装置は、主に屋外のような非常に明るい環境下で用いられるものであり、屋内のような暗い環境下では、その表示が見にくいといった欠点がある。
【００１３】
このような透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置に対し、半透過型液晶表示装置と称される液晶表示装置は、１基の液晶表示装置において透過型と反射型の両機能を兼ね備えた液晶表示装置である。
この半透過型液晶表示装置は、屋外のような非常に明るい環境下でも、屋内のような暗い環境下でも用いることができるものであり、モバイル機器に用いられる液晶表示装置として期待されている液晶表示装置である。
【００１４】
図４は、半透過型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図である。図４に示すように、この半透過型液晶表示装置は、カラーフィルタ（４０）、カラーフィルタ上に形成された透明電極（４４）、液晶（５０）、ＴＦＴ素子（図示せず）などが形成されたＴＦＴ基板（６０）、ＴＦＴ基板上に形成された透明電極（６１）及び反射電極（６２）で構成されている。
カラーフィルタ（４０）は、ガラス基板（４１）上にブラックマトリックス（４２）、着色画素（４３）が形成されたものである。また、透明電極（６１）及び反射電極（６２）はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。
【００１５】
１画素の領域（Ｐｘ）はブラックマトリックス（４２）を除くと、光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）とで構成されている。
光透過領域（Ｔｒ）は、透過型液晶表示装置として機能する領域であり、光透過領域（Ｔｒ）においては白太矢印（Ａ）で示すバックライトからの白色光が、ＴＦＴ基板（６０）、透明電極（６１）、液晶（５０）、透明電極（４４）を経て着色画素（４３）を通過し色光となり白細矢印（ａ）で示すように、外部へ射出するようになっている。
【００１６】
また、光反射領域（Ｒｅ）は、反射型液晶表示装置として機能する領域であり、光反射領域（Ｒｅ）においては斜線太矢印（Ｂ）で示す周囲からの外光が、ガラス基板（４１）、着色画素（４３）を通過し色光となり斜線細矢印（ｂ）で示すように、反射電極（６２）にて反射され、再び外部へ射出するようになっている。
この半透過型液晶表示装置は、屋内のような暗い環境下ではバックライトを点灯し、透過型液晶表示装置として機能させ、また、屋外のような非常に明るい環境下ではバックライトを消灯し、反射型液晶表示装置として機能させて用いるものである。
【００１７】
この半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの着色画素（４３）は、図４に示すように、１画素内では同色・同一厚さの着色層、すなわち、光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）の区別なく同色・同一厚さの着色層が形成されたものである。
また、この着色画素（４３）の分光透過率は、例えば、赤色の着色画素の分光透過率は、図５における実線で示すような、波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高い分光透過率を有する。
【００１８】
従って、このような半透過型液晶表示装置においては、透過型液晶表示装置として用いた際には、着色画素の分光透過率が適切なものなので優れた明度、彩度を有する液晶表示装置となる。
しかし、反射型液晶表示装置として用いた際には、着色画素の分光透過率は、本来の図５における一点鎖線で示すような、例えば、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がかなり高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率が高いものではないので、暗い液晶表示装置となってしまう。
【００１９】
今後、モバイル機器などへの展開をすすめる上で、このような半透過型液晶表示装置における欠点を克服するようにといった要望が強く出されている。
このような欠点を解決する一手法として、例えば、１画素内の光透過領域（Ｔｒ）と、光反射領域（Ｒｅ）の各々に適切な分光透過率を有する着色画素を、透過型液晶表示装置用の感光性着色樹脂組成物と、反射型液晶表示装置用の感光性着色樹脂組成物の２種を用い、各々形成する手法が考えられるが、このような手法ではカラーフィルタの製造工程が煩雑なものとなり、高価なカラーフィルタとなってしまう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記要望に応えるべくなされたものであり、１画素内に光透過領域と光反射領域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において、そのカラーフィルタの着色画素が１画素内にて同一の感光性着色樹脂組成物を用いて形成された着色画素であっても、そのカラーフィルタを用いて製造した半透過型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置として使用した際には、透過型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をし、また、反射型液晶表示装置として使用した際には、暗くならず、反射型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する反射カラー表示をすることが可能な半透過型液晶表示装置用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。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１画素内に光透過領域と光反射領域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において、１画素内の光透過領域と光反射領域を有する着色画素が同一の感光性着色樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法により形成された着色層を有し、前記着色層は、均一な厚さに形成された光透過領域と、平面形状（パターン）が格子状或いは点状で、断面形状が波状凹凸状であり、平均厚さが、光透過領域の厚さの４５％〜９５％に形成された光反射領域を有することを特徴とする半透過型液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを、その一実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を用いた半透過型液晶表示装置の１画素部分を断面で示す説明図である。
【００２５】
図１に示すように、この半透過型液晶表示装置は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された透明電極（１４）、液晶（５０）、ＴＦＴ素子（図示せず）などが形成されたＴＦＴ基板（６０）、ＴＦＴ基板上に形成された透明電極（６１）及び反射電極（６２）で構成されている。
半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ（１０）は、ガラス基板（１１）上にブラックマトリックス（１２）、着色画素（１３）が形成されたものである。また、透明電極（６１）及び反射電極（６２）はＴＦＴ素子のドレイン電極と接続されている。
【００２６】
１画素の領域（Ｐｘ）はブラックマトリックス（１２）を除くと、光透過領域（Ｔｒ）と光反射領域（Ｒｅ）とで構成されている。
光透過領域（Ｔｒ）は、透過型液晶表示装置として機能する領域であり、光反射領域（Ｒｅ）は、反射型液晶表示装置として機能する領域である。
１画素の領域（Ｐｘ）内の着色層（１５）、（１６）は、同一の感光性着色樹脂組成物を用いて形成された着色層であり、着色画素（１３）の光透過領域（Ｔｒ）には、図１に示すようように、その全領域に着色層（１５）が均一な厚さ（Ｄ１）に形成され、また、光反射領域（Ｒｅ）には、着色層（１６）は平面形状（パターン）が格子状或いは点状で、断面形状が波状凹凸に形成されている。
【００２７】
すなわち、１画素の領域（Ｐｘ）内では、光透過領域（Ｔｒ）の着色層（１５）と、光反射領域（Ｒｅ）の着色層（１６）とで着色画素（１３）が構成されている。そして、この着色層（１６）の厚さは、平均厚さ（Ｄ２）を有するものである。
そして、均一な厚さ（Ｄ１）を有する着色層（１５）の分光透過率は図５に実線で示すような、例えば、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいては透過率が低く、波長６００〜７００ｎｍにおいては透過率が高い透過型液晶表示装置に好適な分光透過率を有する。
【００２８】
光透過領域（Ｔｒ）においては白太矢印（Ａ）で示すバックライトからの白色光が、ＴＦＴ基板（６０）、透明電極（６１）、液晶（５０）、透明電極（１４）を経て着色画素（１３）の光透過領域（Ｔｒ）の着色層（１５）を通過し色光となり白細矢印（ａ）で示すように、外部へ射出するようになっている。
従って、この半透過型液晶表示装置のバックライトを点灯し透過型液晶表示装置として使用した際には、透過型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をする。
【００２９】
また、この半透過型液晶表示装置のバックライトを消灯し、屋外のような非常に明るい環境下で反射型液晶表示装置として使用した際には、光反射領域（Ｒｅ）において、斜線太矢印（Ｂ）で示す周囲からの外光が、ガラス基板（１１）、光反射領域（Ｒｅ）の平均厚さ（Ｄ２）を有する着色層（１６）を通過し色光となり斜線細矢印（ｂ’）で示すように、反射電極（６２）にて反射され、再び外部へ射出するようになっている。
【００３０】
この際の反射光は、着色層（１６）を２回にわたり通過しているが、着色層（１５）の均一な厚さ（Ｄ１）より薄い平均厚さ（Ｄ２）を有する着色層なので、その分光透過率は図５に一点鎖線で示すような、赤色の着色画素の分光透過率は波長４００〜６００ｎｍにおいて透過率がかなり高く、波長６００〜７００ｎｍにおいても透過率が高い、すなわち、反射型液晶表示装置の分光透過率として好適な分光透過率を有するものとなる。
【００３１】
このように、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタを用いることにより、透過型液晶表示装置としての優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をし、また、反射型液晶表示装置として暗くならず、優れた明度、彩度を有する反射カラー表示をすることが可能となる。
また、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの着色画素（１３）の形成は、１色１回の工程で形成できるので高価なカラーフィルタとはならない。
【００３２】
また、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおいては、光反射領域（Ｒｅ）の着色層（１６）の平均厚さ（Ｄ２）が、光透過領域（Ｔｒ）の着色層（１５）の均一な厚さ（Ｄ１）の４５％〜９５％の厚さであると良好な結果が得られるものとなる。
【００３３】
図２は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタをフォトリソグラフィー法によって製造する際に用いるフォトマスクの一例を示す部分平面図である。
図２に示すフォトマスクの一例は、１画素の領域を示すものであり、感光性着色樹脂組成物としてネガ型の感光性着色樹脂組成物を用い、光透過領域には均一な厚さを有する着色層（１５）を形成し、光反射領域には断面形状が波状凹凸で、その凹部の平面形状（パターン）が格子状を有する着色層（１６）を形成する場合に用いるものである。
【００３４】
図２に示すように、フォトマスク上での１画素の面積は、［Ｘ方向の領域（Ｐｘ−ｘ1 ）］×［Ｙ方向の領域（Ｐｘ−ｙ1 ）］であり、Ｘ方向の光透過領域、光反射領域は、各々Ｔｒ−ｘ1 、Ｒｅ−ｘ1 で、Ｙ方向の光透過領域、光反射領域は、各々Ｔｒ−ｙ1 、Ｒｅ−ｙ1 で表している。
Ｍａはフォトマスクの透過部、Ｍｂは遮光部を示し、ｐ１はフォトマスク上の平面形状（パターン）のピッチを示している。
【００３５】
本発明にける半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、このフォトマスク上の平面形状（パターン）のピッチ（ｐ１）が、感光性着色樹脂組成物への露光時において、用いるフォトリソグラフィー法の系の解像度以下であるフォトマスクを使用することを特徴とするものである。
フォトリソグラフィー法の系とは、着色層を形成する際の光学系、フォトマスク、感光性着色樹脂組成物、現像処理などのプロセス全体を指し、得られる着色層のパターンの解像度は、この系の解像度によって定まる。
【００３６】
例えば、フォトマスクを縮小投影して用いる場合と、原寸にて用いる場合、或いはフォトマスクの構造形式によりフォトマスクの実効解像度が異なるなど、また、感光性着色樹脂組成物の解像度によって解像度が異なるなどである。
本発明においては、着色層（１６）を平面形状（パターン）が格子状で、断面形状が波状凹凸に形成させるために、格子状の平面形状（パターン）のフォトマスク上の実効ピッチを、感光性着色樹脂組成物への露光時において、そのフォトリソグラフィー法の系の解像度以下とするものである。
【００３７】
一方では、このフォトマスク上の実効ピッチが、過度に小さく、例えば、サブミクロンとなると、着色層（１６）の平均厚さ（Ｄ２）が着色層（１５）の均一な厚さ（Ｄ１）に比べ、所望する厚さまで十分に小さくならないことが発生するので、フォトリソグラフィー法の系の解像度と、フォトマスク上の実効ピッチとの関係は、面積２００μｍ×３００μｍ程度の画素にて、フォトマスク上の実効ピッチがフォトリソグラフィー法の系の解像度以下であって、それを用いて得られる平面形状（パターン）のピッチが５μｍ〜２０μｍ程度となるものが好ましい。
【００３８】
図３は、本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタをフォトリソグラフィー法によって製造する際に用いるフォトマスクの他の例を示す部分平面図である。
図３に示すこの例は、１画素の領域を示すものであり、感光性着色樹脂組成物としてネガ型の感光性着色樹脂組成物を用い、光透過領域には均一な厚さを有する着色層（１５）を形成し、光反射領域には断面形状が波状凹凸で、その凹部の平面形状（パターン）が点状を有する着色層（１６）を形成する場合に用いるものである。
【００３９】
図３に示すように、フォトマスク上での１画素の面積は、［Ｘ方向の領域（Ｐｘ−ｘ2 ）］×［Ｙ方向の領域（Ｐｘ−ｙ2 ）］であり、Ｘ方向の光透過領域、光反射領域は、各々Ｔｒ−ｘ2 、Ｒｅ−ｘ2 で、Ｙ方向の光透過領域、光反射領域は、各々Ｔｒ−ｙ2 、Ｒｅ−ｙ2 で表している。
Ｍａはフォトマスクの透過部、Ｍｂは遮光部を示し、ｐ２はフォトマスク上の平面形状（パターン）のピッチを示している。
【００４０】
このフォトマスク上の点状の平面形状（パターン）の実効ピッチが、感光性着色樹脂組成物への露光時において、用いるフォトリソグラフィー法の系の解像度以下であることは図２における場合と同様である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、１画素内の光透過領域と光反射領域を有する着色画素が同一の感光性着色樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法により形成された着色層を有し、前記着色層は、均一な厚さに形成された光透過領域と、平面形状（パターン）が格子状或いは点状で、断面形状が波状凹凸状であり、平均厚さが、光透過領域の厚さの４５％〜９５％に形成された光反射領域を有する半透過型液晶表示装置用カラーフィルタであるので、このカラーフィルタを用いて製造した半透過型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置として使用した際には、透過型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する透過カラー表示をし、また、反射型液晶表示装置として使用した際には、暗くならず、反射型液晶表示装置として優れた明度、彩度を有する反射カラー表示をすることが可能な半透過型液晶表示装置用カラーフィルタとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの一実施例を用いた半透過型液晶表示装置の部分を断面で示す説明図である。
【図２】本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造に用いるフォトマスクの一例の部分平面図である。
【図３】本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの製造に用いるフォトマスクの他の例の部分平面図である。
【図４】従来法における半透過型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図である。
【図５】透過型液晶表示装置用及び反射型液晶表示装置用カラーフィルタの赤色の着色画素の分光透過率を示した説明図である。
【図６】従来法における反射型液晶表示装置の一例を断面で示す説明図である。
【符号の説明】
１０…本発明による半透過型液晶表示装置用カラーフィルタ
１１、４１、７１…ガラス基板
１２、４２…ブラックマトリックス
１３、４３、７２…着色画素
１４、４４…透明電極
１５…光透過領域の着色層
１６…光反射領域の着色層
４０、７９…カラーフィルタ
５０、７５…液晶
６０…ＴＦＴ素子などが形成されたＴＦＴ基板
６１…ＴＦＴ基板上に形成された透明電極
６２…ＴＦＴ基板上に形成された反射電極
７０…反射型液晶表示装置の一例
７３…オーバーコート層
７４…透明電極層
７６…光拡散反射性の電極層
７７…基板
７８…対向基板
Ｄ１…着色層の均一な厚さ
Ｄ２…着色層の平均厚さ
Ｌ１…外光
Ｌ２…反射光
Ｐｘ…１画素の領域
Ｔｒ…光透過領域
Ｒｅ…光反射領域
Ｐｘ−ｘ1 、Ｐｘ−ｘ2 …フォトマスク上での１画素のＸ方向の領域
Ｐｘ−ｙ1 、Ｐｘ−ｙ2 …フォトマスク上での１画素のＹ方向の領域
Ｔｒ−ｘ1 、Ｔｒ−ｘ2 …フォトマスク上での光透過領域
Ｒｅ−ｙ1 、Ｒｅ−ｙ2 …フォトマスク上での光反射領域
Ｍａ…フォトマスクの透過部
Ｍｂ…フォトマスクの遮光部
ｐ１、ｐ２…フォトマスク上の平面形状（パターン）のピッチ
【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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【図６】
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