(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に順次積層した反射層、複数色の着色パターンからなる着色層および共通透明電極層とを備え、前記反射層の着色層側の表面が各着色パターンごとに凹形状であることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
基板と、該基板上に順次積層した駆動素子層、反射電極層および複数色の着色パターンからなる着色層とを備え、前記反射電極層を構成する各反射電極の着色層側の表面が凹形状であることを特徴とするカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタに係り、特に反射型液晶表示装置用のカラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されており、このカラー液晶表示装置は反射型と透過型とに分けられる。反射型のカラー液晶表示装置は、例えば、基板上に反射層と複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層（必要に応じてブラックマトリックスや平坦化層も備える）と透明電極層を備えたカラーフィルタと、透明基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）と画素電極を備えたＴＦＴアレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶層が形成されるとともに、カラーフィルタ上（観測者側）には位相差板、偏光板等が設けられた構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の反射型カラー液晶表示装置では、表示画面に対して小さな入射角で入射して液晶層、着色パターンを通過した光は、そのほとんどが反射層で反射されて、同じ色の着色パターン、液晶層を通過し表示画面から出射して観測者に認識される。しかしながら、表示画面に対して大きな入射角で斜めに入射して液晶層、着色パターンを通過し反射層で反射された光のなかには、他の色の着色パターンによって吸収されるものがある。このため光利用効率に限界があり、表示画像の明度、指向性に支障を来していた。
【０００４】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、明度が高く色特性に優れた反射型カラー液晶表示装置を可能とするカラーフィルタを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、基板と、該基板上に順次積層した反射層、複数色の着色パターンからなる着色層および共通透明電極層とを備え、前記反射層の着色層側の表面が各着色パターンごとに凹形状であるような構成とした。
【０００６】
また、本発明は、基板と、該基板上に順次積層した駆動素子層、反射電極層および複数色の着色パターンからなる着色層とを備え、前記反射電極層を構成する各反射電極の着色層側の表面が凹形状であるような構成とした。
【０００７】
上記のような本発明では、種々の角度で着色層の着色パターンを通過して反射層あるいは反射電極層に入射した光を、凹形状の反射層あるいは反射電極層が同じ着色パターンを通過するように反射させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す概略縦断面図である。図１において、カラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に順次積層した反射層３、着色層５および共通透明電極層６とを備えており、着色層５は赤色着色パターン５Ｒ、緑色着色パターン５Ｇおよび青色着色パターン５Ｂから構成されている。
【００１０】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、各種のガラス基板、金属基板、樹脂基板、これらの２種以上の材料からなる複合基板等を使用することができ、その厚みは、カラーフィルタ１の用途等を考慮して適宜設定することができ、例えば、０．３〜１０ｍｍ程度とすることができる。
【００１１】
カラーフィルタ１を構成する反射層３は、着色層５側の表面３ａが各着色パターン（５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ）ごとに凹形状となっている。図２は、図１に示されるカラーフィルタ１のＡ−Ａ線における反射層３の断面形状を説明するための概略縦断面図である。図１および図２に示されるように、カラーフィルタ１では、反射層３の表面３ａの凹形状は、縦横両方向で構成されている。すなわち、反射層３の各着色パターンに対応した領域において、周囲から中央に向けて徐々に深くなるような曲面によって凹形状が構成されている。このような凹形状には特に制限はなく、上記の曲面の曲率は適宜設定することができ、また、凹形状の表面が複数の小面積平面の集合からなっていてもよい。
【００１２】
このような反射層３は、例えば、エレクトロンビーム描画等の方法で加工された金型によりアクリル樹脂等の樹脂を基板２上に転写して形成した樹脂パターン上、あるいは、基板２上に感光性樹脂を塗布し、微小パターンのマスクを用いて露光・現像することにより得られた凹形状を有する樹脂パターン上に、アルミニウム等の金属薄膜を蒸着法、スパッタリング法等の公知の成膜手段により形成することにより作成することができる。
【００１３】
着色層５は、公知の顔料分散法、染色法、電着法等により形成することができ、また、各着色パターン（５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ）も、ストライプ型、モザイク型、トライアングル型、４画素配置型等、特に制限はない。
【００１４】
さらに、カラーフィルタ１を構成する共通透明電極層６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、および、その合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができる。このような共通透明電極層６の厚みは０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．５μｍ程度である。
【００１５】
上述の実施形態では、反射層３の着色層５側の表面３ａに各着色パターン（５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ）ごとに形成されている凹形状は、１つの凹部で構成されているが、凹形状が２以上の凹部で構成されたものでもよい。図３は、このような本発明のカラーフィルタを示す概略縦断面図であり、図４は、図３に示されるカラーフィルタのＢ−Ｂ線における反射層の断面形状を説明するための概略縦断面図である。図３および図４において、カラーフィルタ１´は、基板２と、この基板２上に順次積層した反射層３´、着色層５および共通透明電極層６とを備えており、着色層５は赤色着色パターン５Ｒ、緑色着色パターン５Ｇおよび青色着色パターン５Ｂから構成されている。そして、反射層３´は、着色層５側の表面３´ａが各着色パターン（５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ）ごとに凹形状となっており、かつ、１つの着色パターンに対応する凹形状は４つの凹部で構成されている。１つの凹形状を構成する４つの凹部は、それぞれ周囲から中央に向けて徐々に深くなるような曲面によって形成されている。
【００１６】
このようなカラーフィルタ１、１´では、種々の角度で着色層５の着色パターンを通過して反射層３に入射した光が、同じ着色パターンを通過するように反射層３で反射される。例えば、図１に例示するように、カラーフィルタ１に対して小さな入射角で入射して着色パターン５Ｒを通過した光ａは、反射層３で反射されて同じ着色パターン５Ｒを通過して出射し観測者に認識される。また、カラーフィルタ１に対して大きな入射角で入射して着色パターン５Ｒを通過した光ｂも、凹形状の反射層３で反射され同じ着色パターン５Ｒを通過して出射（実線で示す）し観測者に認識される。このため、本発明のカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置は、光利用効率が高く明度と指向性に優れたものとなる。これに対して、従来のカラーフィルタでは、上記のような入射光ｂは破線で示すような反射光となるため、他の色の着色パターンによって吸収され、光利用効率が低いものであった。
【００１７】
図５は本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す概略縦断面図である。図５において、カラーフィルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に順次積層した駆動素子層１３、反射電極層１４および着色層１５を備えており、着色層１５は赤色着色パターン１５Ｒ、緑色着色パターン１５Ｇおよび青色着色パターン１５Ｂから構成されている。
【００１８】
カラーフィルタ１１を構成する駆動素子層１３は、所定のパターンで形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）およびドレイン、ソース、ゲートの各電極からなっている。
【００１９】
また、反射電極層１４はドレイン電極に接続された画素電極であり、アクリル樹脂等からなる絶縁層を介して駆動素子層１３上に形成され、反射電極層１４を構成する各反射電極の着色層１５側の表面１４ａは、周囲から中央に向けて徐々に深くなるような曲面によって構成された凹形状となっている。このような凹形状には特に制限はなく、上記の曲面の曲率は適宜設定することができ、また、凹形状の表面が複数の小面積平面の集合からなっていてもよい。
【００２０】
このような反射電極層１４は、例えば、駆動素子層１３上に、エレクトロンビーム描画等の方法で加工された金型にアクリル樹脂等の樹脂を充填し、この樹脂を転写することにより凹形状を有する樹脂パターンを形成し、あるいは、感光性樹脂を塗布し微小パターンのマスクを介して露光・現像することにより凹形状を有する樹脂パターンを形成し、このような樹脂パターン上にアルミニウム、クロム、金、銀、銅等の金属薄膜を蒸着法、スパッタリング法等の公知の成膜手段により形成して鏡面仕上げが施されたものである。上記の金属薄膜の厚みは５００〜１００００Å、好ましくは１０００〜３０００Åの範囲で設定することができる。
【００２１】
尚、カラーフィルタ１１を構成する基板１２、着色層１５は、上述のカラーフィルタ１における基板２、着色層５と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００２２】
また、本発明では、図６に示されるように、着色層１５´が反射電極層１４の凹形状に対応した表面形状を有するようなカラーフィルタ１１´であってもよい。また、上記のカラーフィルタ１´と同様に、反射電極層１４を構成する反射電極の着色層１５側の表面１４ａの凹形状が、２以上の凹部で構成されたものであってもよい。
【００２３】
このようなカラーフィルタ１１、１１´も上記のカラーフィルタ１と同様に、種々の角度で着色層１５、１５´の着色パターンを通過して反射電極層１４に入射した光は、同じ着色パターンを通過するように反射電極層１４で反射されるので、このカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置は、光利用効率が高く明度と指向性に優れたものとなる。。
【００２４】
尚、本発明のカラーフィルタは、着色層５、１５、１５´を構成する各着色パターンの間に位置するブラックマトリックスを備えるものであってもよい。この場合、ブラックマトリックスは遮光性樹脂、クロム等の金属により形成することができる。
【００２５】
次に、本発明のカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置の例を挙げる。
【００２６】
図７は図１に示される本発明のカラーフィルタ１を用いた反射型カラー液晶表示装置を示す概略縦断面図である。図７において、反射型カラー液晶表示装置２１は、透明基板３２の一方の面に画素電極を有する駆動素子層３３を備え他の面に位相差板３４と偏光板３５を備えた対向電極基板３１と、本発明のカラーフィルタ１の共通透明電極層６とを所定のギャップを介して向かい合わせ、間隙部に液晶層２２を形成したものである。
【００２７】
また、図８は図５に示される本発明のカラーフィルタ１１を用いた反射型カラー液晶表示装置を示す概略縦断面図である。図８において、反射型カラー液晶表示装置４１は、透明基板５２の一方の面に共通透明電極層５３を備え他の面に位相差板５４と偏光板５５を備えた対向電極基板５１と、本発明のカラーフィルタ１１の着色層１５とを所定のギャップを介して向かい合わせ、間隙部に液晶層４２を形成したものである。
【００２８】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
基板として、厚み０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）を準備した。このガラス基板上に、エレクトロンビーム描画法で加工した金型を用いてアクリル樹脂を転写し硬化させて樹脂層を形成し、次いで、この樹脂層上にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜（厚み１０００Å）を成膜することにより反射層を形成した。この反射層は、３００×１００μｍの領域ごとに凹形状を有し、個々の凹形状は短辺に平行な方向に、周囲から中央へ向けて徐々に深くなるような曲面で、最大深さが１μｍ程度になる面で構成される。
【００２９】
次に、反射層上に赤色着色パターン用の感光性着色材料をスピンコート法により塗布し、所定のフォトマスクを介して塗布膜を露光し、その後、現像液を用いて現像し、ガラス基板を８０℃に３分間保持して着色層を硬化させ赤色の着色パターンを形成した。
【００３０】
同様に、緑色着色パターン用の感光性着色材料および青色着色パターン用の感光性着色材料を使用して、上記と同様にして緑色の着色パターン、青色の着色パターンを形成し着色層とした。尚、この着色層形成では、反射層の個々の凹形状に対応して各着色パターンを形成した。
【００３１】
次いで、上記の着色層上に定法にしたがって透明電極（ＩＴＯ）層を形成し、この透明電極層上にポリイミド樹脂の配向膜（厚み９００μｍ）を形成して、図１に示されるような構造のカラーフィルタ（実施例１）を得た。
【００３２】
そして、厚み０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）の一方の面にＴＦＴ駆動素子層とポリイミド樹脂の配向膜（厚み９００μｍ）を形成し、ガラス基板の他の面に位相差板と偏光板を積層して対向電極基板とし、この対向電極基板と上述のように作製したカラーフィルタ（実施例１）の配向膜を対向させ、ネマティック液晶層（厚み６．０μｍ）を設けて反射型カラー液晶表示装置を作製した。
（実施例２）
基板として、厚み０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）を準備し、このガラス基板上にＴＦＴ駆動素子層、樹脂パターンおよびアルミニウムからなる反射電極層を形成した。この反射電極層は、ＴＦＴ駆動素子層上に、エレクトロンビーム描画法で加工した金型に充填したアクリル樹脂を転写し硬化させて凹形状を有する樹脂パターンを形成し、このアクリル樹脂層上にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜（厚み１０００Å）を成膜することにより形成した。この反射電極層は、３００×１００μｍの領域ごとに凹形状を有し、個々の凹形状は短辺に平行な方向に、周囲から中央へ向けて徐々に深くなるような曲面で、最大深さが１μｍ程度になる面で構成される。
【００３３】
次に、反射電極層上に赤色着色パターン用の感光性着色材料をスピンコート法により塗布し、所定のフォトマスクを介して塗布膜を露光し、その後、現像液を用いて現像し、ガラス基板を８０℃に３分間保持して着色層を硬化させ赤色の着色パターンを形成した。
【００３４】
同様に、緑色着色パターン用の感光性着色材料および青色着色パターン用の感光性着色材料を使用して、上記と同様にして緑色の着色パターン、青色の着色パターンを形成し着色層とした。尚、この着色層形成では、反射電極層の個々の凹形状に対応して各着色パターンを形成した。
【００３５】
次いで、上記の着色層上にポリイミド樹脂の配向膜（厚み９００μｍ）を形成して、図５に示されるような構造のカラーフィルタ（実施例２）を得た。
【００３６】
そして、厚み０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製７０５９ガラス）の一方の面に共通透明電極（ＩＴＯ）層を形成し、さらにポリイミド樹脂の配向膜（厚み９００μｍ）を形成し、ガラス基板の他の面に位相差板と偏光板を積層して対向基板を形成した。この対向基板と上述のように作製したカラーフィルタ（実施例２）の配向膜を対向させ、ネマティック液晶層（厚み６．０μｍ）を設けて反射型カラー液晶表示装置を作製した。
（比較例）
ガラス基板上にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜（厚み１０００Å）を成膜して平坦な反射層を形成した他は、実施例１と同様にしてカラーフィルタ（比較例）を作製し、このカラーフィルタを用いて反射型カラー液晶表示装置を作製した。
【００３７】
次に、本発明のカラーフィルタ（実施例１）と比較のカラーフィルタ（比較例）をそれぞれ用いた上述の各反射型カラー液晶表示装置について、その表示画像を評価した。すなわち、表示画像Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、一色表示時の正面方向での反射率を比較した結果、実施例１は比較例に比べて反射率が約８％向上し、画像品質が優れるものであった。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば反射層や反射電極層の着色層側の表面が凹形状であるため、種々の角度で着色層の着色パターンを通過して反射層あるいは反射電極層に入射した光は、同じ着色パターンを通過するように反射層あるいは反射電極層で反射されるので、本発明のカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置は、従来に比べて光利用効率、指向性が向上したものとなり、表示画像は明度が高く色特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１に示されるカラーフィルタのＡ−Ａ線における概略縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】図３に示されるカラーフィルタのＢ−Ｂ線における概略縦断面図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図６】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図７】本発明のカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図８】本発明のカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶表示装置の他の例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１，１´…カラーフィルタ
２…基板
３，３´…反射層
５…着色層
６…共通透明電極層
１１，１１´…カラーフィルタ
１２…基板
１３…駆動素子層
１４…反射電極層
１５，１５´…着色層
２１，４１…反射型カラー液晶表示装置
【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】
0004361979.tif 000007
【図７】
0004361979.tif 000008
【図８】
0004361979.tif 000009