(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、反射膜を配置した反射領域と反射膜を有さない透過領域を有し、反射領域及び透過領域にはカラーフィルター層が設けられ、更に保護膜層が形成された層構造を有している半透過型液晶表示装置において、反射領域及び透過領域を有する単位カラーフィルターの反射領域上のカラー層が、凸部間隔４０μｍ以下であるライン状の凹凸形状を有し、反射領域のカラー層の凸部平均膜厚が透過領域のカラー層の平均膜厚の0.8〜1.1倍の範囲であり、かつ、反射領域上の凹凸形状における凹部の平均膜厚が凸部の平均膜厚の0.2〜0.8倍の範囲にあり、保護膜層上における段差が0.2μｍ以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法において、反射領域及び透過領域を有する単位カラーフィルター層を形成するにあたり、透明基板上に着色感光性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、フォトマスクを介して前記塗膜の透過領部分と反射領域部分の一部に光照射し、その後、アルカリ水溶液により未露光部分を除去することにより、反射領域上のカラー層が、凸部間隔４０μｍ以下であるライン状の凹凸形状を有し、反射領域のカラー層の凸部平均膜厚が透過領域のカラー層の平均膜厚の0.8〜1.1倍の範囲であり、かつ、反射領域上の凹凸形状における凹部の平均膜厚が凸部の平均膜厚の0.2〜0.8倍の範囲にあり、保護膜層上における段差が0.2μｍ以下とすることを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。
【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に関するものである。詳しくはバックライトからの照射光を透過して得られる表示色と外光からの入射光を反射して得られる表示色との色純度の差を調整したカラーフィルターを持つ半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯端末、携帯電話の表示体として、半透過型液晶パネルが用いられているが、そのカラーフィルターにおいて、外光からの入射光を反射する場合、入射光がカラーフィルターを2回通るため、透過型液晶パネルのカラーフィルターより色純度が低く設計されている。このため、バックライトからの照射光を透過する画像表示においては淡い色となってしまい、外光からの入射光を反射する画像表示と合わなくなる問題を有している。
【０００３】
また、特開2000-111902号公報において、反射透過両用型の液晶表示として、本来であればカラーフィルター層が設けられる反射基板対応域部分にカラーフィルター層を形成しない領域を設けることにより反射領域と透過領域の色純度を調整する方式が開示されており、また、特開2001-281648号公報では反射領域に反射膜となる段差物を形成し、その上にカラーフィルター層を形成している方式が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特開2000-111902号公報の方式では、カラーフィルターを形成しない領域では20〜30μmの開口径が必要となり、その上に保護膜層を形成しても画素段差が0.1μm以上となり、液晶層のみだれを生じてしまう。また、特開2001-281648号公報に開示された方法は、反射領域におけるカラーフィルター層と透過領域におけるカラーフィルター層とをそれぞれ形成しているため、2度の塗工工程を必要とするものであった。また、同公報に記載された形態のカラーフィルター層を1度の塗工により形成した場合、膜厚の厚い透過領域には段差の発生が生じてしまうということもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記した反射領域で反射して得られる表示色の色純度と透過領域を透過して得られる表示色の色純度の差を調整したカラーフィルター層を有する半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。また、カラーフィルター層が保護膜を有する場合にも、保護膜形成後の段差が小さいカラーフィルター層を有する半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明はこのような半透過型液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は半透過型液晶表示装置における、透明基板上の反射領域と透過領域上のカラー層の厚み、形状等について検討を重ねた結果、特に反射領域におけるカラー層の厚みと形状を透過領域のそれと異ならせることで上記課題が解決し得ることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、透明基板上に、反射膜を配置した反射領域と反射膜を有さない透過領域を有し、反射領域及び透過領域にはカラーフィルター層が設けられ、更に保護膜層が形成された層構造を有している半透過型液晶表示装置において、反射領域及び透過領域を有する単位カラーフィルターの反射領域上のカラー層が、凸部間隔４０μｍ以下であるライン状の凹凸形状を有し、反射領域のカラー層の凸部平均膜厚が透過領域のカラー層の平均膜厚の0.8〜1.1倍の範囲であり、かつ、反射領域上の凹凸形状における凹部の平均膜厚が凸部の平均膜厚の0.2〜0.8倍の範囲にあり、保護膜層上における段差が0.2μｍ以下であることを特徴とする半透過型液晶表示装置である。
【０００８】
更に、本発明は、上記半透過型液晶表示装置の製造方法において、反射領域及び透過領域を有する単位カラーフィルター層を形成するにあたり、透明基板上に着色感光性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、フォトマスクを介して前記塗膜の透過領部分と反射領域部分の一部に光照射し、その後、アルカリ水溶液により未露光部分を除去することにより、反射領域上のカラー層が、凸部間隔４０μｍ以下であるライン状の凹凸形状を有し、反射領域のカラー層の凸部平均膜厚が透過領域のカラー層の平均膜厚の0.8〜1.1倍の範囲であり、かつ、反射領域上の凹凸形状における凹部の平均膜厚が凸部の平均膜厚の0.2〜0.8倍の範囲にあり、保護膜層上における段差が0.2μｍ以下とすることを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法である。
【０００９】
本発明でいうカラーフィルターは液晶表示装置に組み込まれるものであり、本発明の単位カラーフィルターを含む多数の単位カラーフィルターから構成される。単位カラーフィルターはカラーフィルター層の他、基板や反射板を含む一つの画素（ＲＧＢ）である。カラーフィルター層はカラー層と保護膜（保護膜層を有する場合）からなる透過層である。カラー層はＲＧＢいずれかのカラーレジスト層と定義される。
【００１０】
半透過型液晶表示装置を構成するカラーフィルターには、ＳＴＮの場合に使用される反射膜とカラーフィルター層が同一基板上にあるものと、それぞれが別の基板上にあるものとがある。代表的な前者のカラーフィルターを構成する単位カラーフィルターの断面図を図１に示し、後者のカラーフィルターを構成する単位カラーフィルターの断面図を図２に示す。
図１及び図２において、1は下側基板、2は反射膜、3は反射領域、4は透過領域、5は保護膜層、6はカラー層である。また、７は液晶であり、8は上側基板（ＴＦＴアレイ基板又はＳＴＮの対向基板）である。保護膜層5及びカラー層6からカラーフィルター層9が構成される。下側基板1、上側基板8は通常透明なガラスやプラスチック板からなる透明基板である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１を参照して詳細に説明する。
半透過型液晶表示装置を構成する単位カラーフィルターは、下側基板1上に反射膜2を配置した部分と反射膜を有さない部分が少なくとも各１つある。反射膜を配置した部分は反射領域3となり、反射膜を有さない部分は透過領域4となる。反射領域と透過領域にはカラー層6と保護膜層5からなるカラーフィルター層9が設けられるが、反射領域のカラー層6は凸部カラー層6aと凹部カラー層6bを少なくとも各１つ有し、しかもその平均厚みは、透過領域のカラー層6cのそれよりも薄い。このように、反射領域のカラー層の平均厚みを減らすことにより、光が透過する反射領域と透過領域のカラー層の距離を合わせることができる。
反射領域と透過領域のカラー層は1度に塗工して、後に、露光、現像等の処理により、反射領域の平均厚みを透過領域の色純度に合わせて調整することができる。透過領域のカラー層6cの厚さは、0.3〜3μｍの範囲にあることが好ましく、この層は反射膜を介さずに透明基板1上に直接形成することができる。各領域におけるカラー層の上部には段差を埋める保護膜層5を設けることが好ましい。
【００１２】
図２はカラーフィルター層9を反射膜2に向かい合わせて形成した場合の例である。この場合、カラー層6は上側基板8に直接設けることができる。図2に示した態様の場合、反射膜2は下側基板1と液晶7間に配置される。
【００１３】
表示装置の画面に表れる色又は明るさ（色純度）は、反射光となる入射光の強度とバックライトからの入射光の強度の関係、反射領域の面積と透過領域の面積の関係が因子としてあるが、これらは最適な値に設計される。
通常、反射領域からの光と透過領域からの光の強度をほぼ同じとし、反射領域の面積と透過領域の面積をほぼ同じとして設計することが有利である。
【００１４】
このような場合、反射領域でカラー層を2度光が透過して得られる色純度と、透過領域でカラー層を1度光が透過して得られる色純度とは、反射領域のカラー層3の形状を凹凸形状とすることで近似したものとすることができる。
例えば、凸部のカラー層6aと凹部のカラー層6bの平均厚み（反射領域のカラー層体積/反射領域の面積）が、カラー層6cの平均厚みと一致するようにすれば、反射領域と透過領域の色純度が略一致する。したがって、反射領域の面積と透過領域の面積が略同じ場合、反射領域のカラー層平均厚みは、透過領域の約1/2の厚みとすることが好ましい。
【００１５】
前記凸部カラー層6aのピーク高さは、透過領域のカラー層6cと一致させてもさせなくてもよいが、一致させるようにすれば塗布又は製造が容易となる。カラー層の形成に感光性樹脂を用い、露光、現像して形成する場合には、塗布厚みを一定としても、露光、現像等の条件によって、反射領域のカラー層のピーク高さを透過領域の高さよりも低くすることができる。
カラーフィルター層上に保護膜を形成する場合であっても、形成しない場合であっても、反射領域のカラー層のピーク高さは透過領域の高さとの差が小さい方が望ましく、また、反射領域のカラー層の凹凸比も小さい方がよい。保護膜形成後の段差の抑制の観点から、好ましい反射領域の凸部の高さは、透過領域に対し、80%以上、好ましくは80〜110％、更に好ましくは約90〜100％である。反射領域の高さがこの範囲より低くなるとカラーフィルター層上に保護膜を形成した場合に段差が生じ易くなる。
段差は、6c、6a、6b間に生じるが、6cと6aを近似した厚みとすれば、反射領域と透過領域との段差を小さくすることができる。また、6aと6bの厚みには多少大きな凹凸があったとしても、その間隔等を調整することにより、反射領域内の段差を小さくすることができる。
【００１６】
反射領域のカラー層の凹凸は凹凸形状を変化させることで、その上に保護膜5を形成した場合においても段差を小さく抑えることが可能となる。そのためには凹凸段差が一定範囲にあることが望ましく、凸部1に対して凹部の膜厚比0.2〜0.8の範囲にあることがよい。凹凸形状における凹凸比、すなわち膜厚比が0.2より小さくなるとカラーフィルター上に保護膜5を形成した場合に段差が生じ易くなり、0.8より大きいと透過領域との色純度の調整が困難になる。保護膜上の段差は画像のみだれの原因となるので、好ましくは0.2μm未満、特に好ましくは0.1μm未満とすることが望ましい。
【００１７】
なお、凹凸形状を変化させるとは、凸部カラー層6aのピーク厚み（高さ）、凹部カラー層6bの最低厚み（高さ）を変化させること、凹凸の数又は間隔を変化させること、凹凸の断面形状を変化させることなどである。凸部は一つの山のようなものであっても、これが連続した山脈状のようなものであってもよい。凸部の断面形状は、図１に示すように山型であっても、曲線状であっても、四角形状であってもよい。これらを調整することにより保護膜を有するカラーフィルター層の画素段差を所定範囲に収めることが可能となる。
【００１８】
カラー層に凹凸形状を形成する方法としては、カラー層形成のための感光性樹脂組成物を予め反射膜を任意の位置に設けた透明基板上に塗布し、感光性樹脂組成物中の溶媒を予備加熱によりある程度除去した後、遮光部と透過部を任意に形成したフォトマスクを用いて紫外線照射等による露光を行ない、未露光部分（未硬化部分）を現像液でフォトエッチングを行うことにより形成することができる。カラー層下に反射膜を必要としない図２の態様の場合には、感光性樹脂は透明基板上に直接形成することができる。
【００１９】
凹凸形状形成時に使用されるフォトマスクのマスク形状は特に限定されるものではないが、反射膜上に形成されるカラーフィルター層の凹凸形状の凸部間隔は40μm以下、特に10〜40μmとすることが好ましく、そのためには、フォトマスクの遮光部を30μm以下、5〜30μmの間隔にすることで可能となる。また、凹部間隔も凸部間隔と同様の範囲に制御することが望ましい。フォトマスクの一例を示せば、紫外線の遮光部と透過部が5μm〜30μmのラインで連続的に線状に形成したパターン、凹凸形状を点状にランダムに配置するために、点状又は縞状の透過部（遮光部）を5〜30μmの間隔に形成したパターン等が挙げられる。図3は紫外線の遮光部21と透過部20をラインで連続的に線状に形成したパターンの例である。凹凸を不規則な位置に形成しようとする場合には、前記凹凸間隔は平均値でこの間隔に入ればよい。反射領域上のカラーフィルター層の凸部間隔を10〜40μmとすることで、好ましくは、凹部も同様の範囲とすることで、微細な凹凸形状となり、液晶層ギャップを均一にするための保護膜を形成した場合でも、保護膜層5形成後の段差が0.1μm以下となり、液晶層のみだれを抑制することができる。
【００２０】
本発明のカラーフィルター層は、感光性樹脂組成物により形成されていることが好ましい。感光性樹脂組成物の好ましい態様を示せば、カルボキシル基含有のアルカリ可溶性樹脂(A)、エチレン性不飽和基含有化合物(B)、光開始剤(C)、有機溶剤(D)及び顔料(E)を含有するものである。中でも、感光性樹脂組成物のカルボキシル基含有のアルカリ可溶性樹脂(A)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した数平均分子量が、30,000未満であることが好ましく、更に好ましくは、1,000〜10,000である。数平均分子量が30,000以上であるとカラーフィルター層3において凹部を深くすることが容易ではなく、微細な凹凸形状が精度よく形成されない結果、反射部と透過部の色純度の調整が困難となるおそれがある。
【００２１】
次に、本発明の半透過型液晶表示装置の製造方法について記述する。本発明の半透過型液晶表示装置におけるカラーフィルターは、感光性樹脂組成物を用いた顔料分散法により製造することができる。詳しくは、透明基板上の任意の位置に反射膜を予め配置した反射膜付き透明基板又は透明基板を準備し、その上から、カラーフィルター層を形成しようとする部分に任意の色の着色感光性樹脂組成物を塗布する。そして、前記着色感光性樹脂組成物中の溶媒を常温〜90℃、2〜10分の予備乾燥で除去した後、反射膜上のカラーフィルター層に少なくとも１以上の凹凸形状が形成されるように紫外線等をフォトマスクを介して照射し、未露光（未硬化）部分を炭酸ナトリウム等のアルカリ水溶液で除去、純水による洗浄を行い凹凸形状を形成する。
【００２２】
有利には、透過領域の全部又は周辺部を除く大部分は紫外線等が通過し、反射領域は前記凹凸形状を形成するフォトマスクを使用する。フォトマスクとしては、反射領域部が市外クロム蒸着により5〜30μmの遮光部と5〜30μmの透過部を有するものとなった石英マスクが例示される。その後、熱風乾燥機等で200〜240℃で15〜60分間加熱乾燥（硬化）処理しカラーフィルター硬化膜を形成することができる。赤、緑、青の各色についてこの塗布、露光、現像を繰り返して、透明基板上に反射領域と透過領域を有する各色についてのカラーフィルター層を形成することができる。図４は、図３に例示した遮光部と透過部をラインで連続的に線状に形成したフォトマスクを用いて凹凸硬化膜を形成した場合におけるカラー層6（凹凸形成部）の一例を示す部分斜視図である。図４では、反射膜は示されていないが、カラー層と透明基板間に必要に応じて設けられる。
【００２３】
透明基板上のカラー層は、前記のような凹凸形状を有するように形成しなければならないが、これは用いる感光性樹脂組成物の種類や特性、フォトマスクのパターン、露光条件等を中心に任意に設定することで可能となる。凹凸形状の凹凸比も前記した範囲にすることが望ましく、同様に使用する感光性樹脂組成物の種類や特性、フォトマスクのパターン、露光条件の設定を調整することで変化させることができる。ここで、微細な凹凸形状形成のためには、前記したように感光性樹脂中のカルボキシル基含有のアルカリ可溶性樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる数平均分子量を30,000未満とすることが好ましく、更に好ましくは10,000未満とすることがよい。
【００２４】
カラー層6上には、保護膜5を設けることが好ましい。保護膜の形成は、熱又は光硬化性樹脂により形成することができる。本発明の半透過型液晶表示装置において、透明電極、液晶層、偏光板、バックライトユニットなどのその他の構成部分については、公知の方法により形成することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
なお、各種の特性の評価は以下の方法で測定した。
【００２６】
（１）凹凸段差
表面粗さ計を用いて凹凸を形成した凸部と凹部の膜厚を測定した。
（２）色純度
カラー層の色純度は、分光光度計（東京電色製オートマティックカラーアナライザーTC1800)を用いて、C光源、視野角2°で、380〜780nmの分光透過率を測定し、x,y,Yを算出して得た。
（３）保護膜形成後の段差
表面粗さ計を用いて透過領域部上と凹凸を形成した反射領域部上とに保護膜を形成し、保護膜層表面の段差を測定した。
【００２７】
実施例１
反射膜厚み0.2μm、幅100μmの反射膜層を設けた脱脂洗浄した厚さ1.2mmのガラス板上に、カルボキシル基含有のアルカリ可溶性樹脂の数平均分子量が4,000である新日鐵化学社製Red,Green,Blue各カラーレジストインキを用いて、約1.2μmの厚さに塗布して80℃で5分間予備乾燥した。その後、凹凸を形成するための石英マスク（クロム蒸着により5μm間隔の幅8μmの光透過するラインを反射領域部分に有し、透過領域部分はクロム蒸着部を有しないように配置）を通して500Ｗの高圧水銀ランプを用いて波長365nmの照度が10mW/cm2の紫外線を20秒間照射した。
その後、0.15％の炭酸ナトリウム水溶液を用いて、23℃の温度で80秒間シャワリングして未露光部分を溶解させ、次に純水を0.5MPaの高圧で30秒間シャワリングし、リンスを行った。次に、熱風乾燥機を用いて220℃で30分間加熱乾燥処理を行ない、カラー塗膜基板を作成した。
更に、その上に新日鐵化学社製カラーフィルター保護膜ワニスを約2μmの厚さに塗布して80℃の温度で5分間予備乾燥した後、熱風乾燥機を用いて220℃で30分間加熱乾燥（硬化）処理を行ないサンプルを作成した。
単位カラーフィルターにおけるカラー層は、透明基板上に反射領域と透過領域を有し、反射領域の平均厚みは透過領域の厚み（約1.2μm）よりも小さく、反射領域の凹凸は、図４に示すように線状の凹凸が規則的に並んだもので、表２に示す膜厚（高さ）で、かつ凸部、凹部間隔は共に13μmであった。得られたカラーフィルター層による色純度を表２に示す。
【００２８】
実施例２
石英マスクをクロム蒸着により10μm間隔の幅30μmの光透過するラインを配置したものに変えた以外は実施例1と同様にした。
反射領域のカラーフィルター層は、表２に示す膜厚（高さ）で、かつ凸部、凹部間隔は共に40μmのものが得られた他は、実施例1で得られた物と同様のものが得られた。得られたカラーフィルター層による色純度を表２に示す。
【００２９】
実施例３
石英マスクをクロム蒸着により10μm間隔の幅40μmの光透過するラインを配置したものに変えた以外は実施例1と同様にした。
反射領域のカラーフィルター層は、表２に示す膜厚（高さ）で、かつ凸部、凹部間隔は共に50μmのものが得られた他は、実施例1で得られたと同様のものが得られた。得られたカラーフィルター層による色純度を表２に示す。
【００３０】
【表１】
0004044344.tif 000002
【００３１】
【表２】
0004044344.tif 000003
【００３２】
表１はカラー層の膜厚と色純度との関係を示したものである。表中、ｘ，ｙは色度値を、Yは明度を表し、色純度の比較はこの3値を比較して行う。表１下段は上段の半分の膜厚におけるカラー層の色純度を示しており、理論的には、表1下段での色純度と本発明における凹凸形状形成部との色純度を等しくすることで、カラー層を形成した場合における反射領域の色純度と透過領域の色純度とを略等しくすることができる。
【００３３】
実施例1は表２に示したように、色純度が表1下段の透過領域の半分の膜厚の場合とほぼ一致しており、反射領域で光が2回通過する場合に得られる色純度に近似させることができることから、反射領域から得られる色純度と透過領域から得られる色純度とを略等しくすることができる。また、狭いピッチで凹凸が配置されているため、保護膜を形成しても画素段差が0.05μm以下となり液晶層の乱れを起こすことはない。
【００３４】
実施例２は色純度が表1下段の透過領域の半分の膜厚の場合とほぼ一致しており、また、実施例1より広いピッチで凹凸が配置されているが凹凸差が小さいため、保護膜を形成しても画素段差が0.05μm以下となり液晶層の乱れを起こすことはない。
【００３５】
実施例３は色純度が表1下段の透過領域の半分の膜厚の場合とほぼ一致しているが、実施例２より更に広いピッチで凹凸が配置されているため、保護膜を形成した場合に画素段差が0.10μm程度とやや大きくなった。
【００３６】
以上の結果より本発明の半透過型液晶表示カラーフィルターは、反射領域上におけるカラー層の色純度を任意に調整することができることから、透過領域で光が通過した色純度に近似でき、更に保護膜形成後も画素段差が小さいものとすることができる。したがって、液晶層の乱れをおこさない良好な半透過型表示装置に用いることが出来ることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の半透過型液晶表示カラーフィルターは、反射領域上におけるカラー層の色純度を任意に調整することができ、反射領域と透過領域の色純度の近似と同時に、液晶層の乱れをおこさない形状とすることができる。このことから、あらゆる環境下でも良好な表示特性を得ることができる半透過型液晶表示装置に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る単位カラーフィルターの断面図
【図２】  本発明に係る他の型の単位カラーフィルターの断面図
【図３】  フォトマスクの平面図
【図４】  カラー層凹凸部の一例を示す斜視図
【符号の説明】
1  下側基板
2  反射膜
3  反射領域
4  透過領域
5  保護膜層
6  カラー層
7  液晶
8  上側基板
9  カラーフィルター層
20  透過部
21  遮光部
【図１】
0004044344.tif 000004
【図２】
0004044344.tif 000005
【図３】
0004044344.tif 000006
【図４】
0004044344.tif 000007