JP4161629B2

JP4161629B2 - 液晶表示装置とその製造方法、及びカラーフィルタとその製造方法

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Publication number: JP4161629B2
Application number: JP2002214063A
Authority: JP
Inventors: 雅之亀谷; 薫武田; 直子安信
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP2004054117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、特に各画素内に外光を反射することにより画像を表示する反射部とバックライト光を透過することによって画像を表示する透過部を有する半透過型の液晶表示装置、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は多様化の傾向にあり、その用途はパーソナルコンピュータをはじめ、モニター、テレビ、モバイル端末等へ広く普及している。更に、携帯端末においては、屋外・屋内の双方に使用できる半透過型の液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置においては、自然光や室内照明光等の外光を利用し表面側から入射する光を反射させて表示する反射型表示機能と、バックライトからの光を裏面側から入射させて表示する透過型表示機能の双方の機能をもたせるために半透過反射板を設けている（特開平１１−１８３８９２号参照）。
【０００４】
又、反射型表示機能（反射モード）と透過型表示機能（透過モード）の両方の機能をもたせるために、カラーフィルタの厚みを変化させることにより、同一のカラーフィルタで両機能を併せもつ半透過型液晶表示装置が提案されている（特開２０００−２６７０８１号参照）。
【０００５】
即ち、特開２０００−２６７０８１号において提案された半透過型液晶表示装置では、反射部におけるカラーフィルタの膜厚を透過部におけるカラーフィルタより薄く形成している。
【０００６】
一般に、従来のカラーフィルタを備えた半透過型液晶表示装置は、外光を利用して反射型表示を行う際に、液晶表示装置にその前方から入射した光が、背面側の反射層で反射されて前方に出射するまでの間にカラーフィルタを二度通るため、カラーフィルタの光の吸収が更に大きくなり、反射型表示を行う場合、透過型表示を行う場合に比し表示がかなり暗くなってしまうという問題があるが、上記従来例による半透過型液晶表示装置は、この問題を解決し、反射表示時においても、透過表示時と同等の色再現を実現するために提案されたものである。
【０００７】
しかしながら、これらの従来例による半透過型液晶表示装置においては、反射型表示を行う際のカラーフィルタによる光の吸収を小さくするために、カラーフィルタの色純度を低くするとともに、光の透過率を高くしており、又、透過表示を行う際、バックライトからの光はカラーフィルタを一度しか通過しないため、透過モードの色純度は反射モードの色純度に比し低下してしまうという問題が生じていた。
【０００８】
そこで、特開平２００１−１８３６４６号においては、１画素内に透過部と反射部を有する半透過型液晶表示装置において、透過部と反射部にそれぞれ分光特性の異なるカラーフィルタを形成している。
【０００９】
即ち、特開平２００１−１８３６４６号において提案された半透過型液晶表示装置では、透過モードに対応する分光特性のカラーフィルタと、光反射領域に対応する分光特性のカラーフィルタとを個別に配設することにより各画素毎にカラーフィルタを形成している。このような半透過型液晶表示装置は、反射モードもしくは透過モードのいずれの場合であっても安定した鮮明な色表示ができ、色補償が十分となるというメリットがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、特開平２００１−１８３６４６号にて提案された半透過型液晶表示装置においては、まず透過モード用のカラーフィルタを形成し、その後、反射モード用のカラーフィルタを形成するため、カラーフィルタの製造工程が２倍になるという問題がある。又、この様な製造工程においては、反射モード用のカラーフィルタの内部に透過モード用のカラーフィルタを別途設ける構成となってしまうため、透過モード用のカラーフィルタと反射モード用のカラーフィルタの境界をきれいに合わせることが困難となり、両カラーフィルタの境界に段差や隙間が生じやすくなってしまい、その結果、色むらが生じ、色再現性が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、容易かつ少ない製造工程で、反射モードもしくは透過モードのいずれの場合であっても安定した鮮明な色表示ができる半透過型液晶表示装置、及びその製造方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、対向配置された前後一対の基板と、そのうちの後方の基板の内面に設けられた第１の電極と、前方の基板の内面に設けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とが互いに対向する画素領域に整合して前記基板の内側に設けられたカラーフィルタと、前記一対の基板の間に設けられた電気光学層とを備えている。ここで、第１の電極は金属反射膜によって形成された反射層と透明導電膜によって形成された透過層を有する。又、カラーフィルタは濃色部と薄色部を有しており、反射層と薄色部により反射モードに対応する反射部が構成され、透過層と濃色部により透過モードに対応する透過部が構成されることを特徴とする。
【００１３】
このカラーフィルタは、顔料分散法により製造され、着色材を均一に分散させたカラーレジストを透明基板上に塗布し、露光、現像後、当該カラーフィルタの一部に所定波長の紫外線を照射することにより、反射部のカラーフィルタを退色させることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る半透過型液晶表示装置の基本的な構成を示す概略図である。
【００１５】
本表示装置は、対向配置された前後一対の基板１、２で構成されている。ここで、当該基板１、２には、例えば、無アルカリガラス、無ソーダガラス、又は表面をソーダの流出を防ぐために保護膜で覆った普通ガラスが使用される。基板１の内側には電極７が形成されており、基板２の内面には電極４が形成されている。電極７はＩＴＯ等の透明導電膜により形成され、電極４は後述する反射部に反射率のよい金属膜が、透過部にＩＴＯ等の透明導電膜が形成されている。又、基板１と電極７の間には、カラーフィルタ１０が設けられている。このカラーフィルタ１０は、電極４と電極７とが互いに対向する部分に形成された画素に整合するように設けられている。
【００１６】
基板１、２の間には、電気光学層として、例えば、液晶層３が設けられている。この液晶層３は、電極４、７間に印加される電圧に応答して、入射光を画素毎に遮断／通過させるものである。
【００１７】
本液晶表示装置は、反射型表示機能（反射モード）と透過型表示機能（透過モード）の両方の機能を併せもつ構造を有するため、図１に示すように１画素内に反射部と透過部を有している。ここで、反射部Ｒには、例えば、アルミニウム等からなる金属反射膜によって形成された反射層５が設けられており、前述の電極４を兼ねている。一方、透過部にはＩＴＯ等の透明導電膜からなる透過層３２が形成されており、当該透明導電膜３２は前述の電極４を兼ねている。尚、電極７の内面には配向膜６が形成されている。この配向膜７は、例えば、一定方向にラビング処理されたポリイミド樹脂膜により形成される。以上の説明から明らかな様に、本実施例では、基板２に形成された電極４は反射部Ｒに形成された反射層５と透過部Ｔに設けられた透過層３２により構成されている。
【００１８】
ここで、本発明においては、カラーフィルタ１０は、濃色部８と薄色部９とから形成されており、薄色部９の色濃度は、濃色部８の色濃度より低く形成されている。当該カラーフィルタの薄色部９は、フォトリソグラフィ等の手法により、カラーフィルタ１０を形成した後、当該カラーフィルタ１０の一部に紫外線を当てて退色させたものである。
【００１９】
又、本発明における半透過型の液晶表示装置においては、反射層５とカラーフィルタ１０の薄色部９とから反射部が構成されており、透過層３２とカラーフィルタ１０の濃色部８とから透過部が構成されている。
【００２０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態における表示装置を詳細に説明する。図２は、本発明に係る半透過型液晶表示装置の実施例を示す模式的な部分断面図であり、一画素分を表している。
【００２１】
本表示装置は、いわゆるアクティブマトリクス方式であり、画素の駆動を行うアクティブ素子として、薄膜トランジスタ（TFT）を用いている。
【００２２】
基板１の外表面、及び基板２の外表面には、偏光板２９、３０が設けられている。この偏光板２９、３０は、例えば、ポリビニルアルコールの高分子フィルムにヨウ素化合物をドープしたものが用いられる。基板１の内表面には、カラーフィルタ１０が形成されている。このカラーフィルタ１０は、前述のごとく、反射モード用の薄色部９と透過モード用の濃色部８により構成されている。又、カラーフィルタ１０を画素毎に区切るようにブラックマトリクス３１が基板１の内表面に形成されている。このカラーフィルタ１０、及びブラックマトリクス３１の表面には、電極７が形成されており、電極７の表面には配向膜６が形成されている。又、基板２の内側は配向膜２２が形成されている。これらの配向膜６、２２は、例えば、ポリイミド樹脂により形成され、ラビング処理がなされており、配向膜６の内側に設けられた液晶層３は、当該配向膜６、２２により、一定方向に配向されている。
【００２３】
基板２上には、TFT４０が配置されている。このTFTはボトムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極２３、ゲート絶縁膜２４、半導体薄膜２８を重ねた積層構造を有している。半導体薄膜２８は、例えば多結晶シリコンからなっており、ゲート電極２３と整合するチャネル領域は、上側からストッパ２７により保護されている。又、TFT４０の表面は、絶縁膜３６により保護されている。ドレイン電極２５には、配向膜２２の下に形成された電極４が接続されている。この電極４は、ITO等の透明導電膜により形成されており、透過部の開口を形成している。この電極４と一部重なるようにして反射層５が形成されている。この反射層５と電極４の間には絶縁膜５０が形成されている。この反射層５は、絶縁膜３６に形成されたコンタクトホール３７を介して、ドレイン電極２５に電気的に接続されている。即ち、反射層５は電極４と同電位に接続されており、反射層５も画素電極の一部を構成している。一方、ソース電極２６には、信号電圧が供給される。
【００２４】
以上説明したように、本発明においては、反射層５とカラーフィルタ１０の薄色部９とから反射部が構成されており、透過層３２とカラーフィルタ１０濃色部８とから透過部が構成されているため、透過モードにおいては、各画素内において、バックライトからの入射光が十分な色濃度を有する濃色部８を１回通過することにより、通常通りの所望の色再現性が得られる。一方、反射モードにおいては、各画素内において、外光からの入射光が、紫外線の照射により色濃度が低下した薄色部９を往復で２回通過することにより、所望の色再現性が得られる。
【００２５】
即ち、本発明においては、カラーフィルタ１０のうち、反射部を構成する部分を紫外線照射により退色させ、薄色部９を形成しているため、反射モードにおいて、外光はカラーフィルタを２回通過しても、過度の吸収を受けることなく、高い反射率を維持できるため、透過モードのみならず、反射モードにおいても安定した鮮明な色表示ができるとともに、十分な色補償が実現できる。
【００２６】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態におけるカラーフィルタの製造工程を詳細に説明する。図３、図４は、本発明の実施例におけるカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【００２７】
本実施形態においては、図１、及び図２において説明した様に、カラーフィルタ１０は、基板１の内面に設けられているが、当該カラーフィルタ１０は顔料分散方式、即ち、あらかじめ顔料によって調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィーにより形成する。より具体的には、まず、図３（A）及び（B）に示すように、画素の枠となるブラックレジスト１１を基板１上に形成し、次いで透過モードに適した赤色用顔料が分散された感光性レジスト１２を基板１上に均一となるように薄く塗布する。ここで、感光性レジスト１２としては、例えば、紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを用いることができる。
【００２８】
次に、感光性レジスト１２を乾燥させた後、図３（C）に示すように、フォトマスク１３を用いて、所定波長の紫外線（波長３６５ｎｍを有するｉ線）を照射することにより露光し、所定の現像液によって現像を行い、図３（D）に示した透過モード用の赤色フィルタ１４を形成する。次いで、透過モード用の緑色フィルタ１５、及び青色フィルタ１６についても、上述した赤色フィルタ１４と同様の工程により形成し、図３（E）に示したカラーフィルタを形成する。尚、図中のR、G、Bの各表示は、各々、赤、緑、青に着色したフィルタ１４、１５、１６であることを示す。
【００２９】
次に、図４（F）に示すように、フォトマスク４７を用いて、透過モード用の赤色フィルタ１４、緑色フィルタ１５、及び青色フィルタ１６に所定の紫外線を照射し、上記各フィルタ１４、１５、１６の一部を各々退色させ、図４（G）に示す反射モード用の薄色部１７、１８、１９を形成する。この際、図４（G）に示すように、各フィルタ１４、１５、１６のうち、紫外線照射により退色されなかった部分は、透過モード用の濃色部３３、３４、３５として基板１上に残ることになる。
【００３０】
尚、照射する紫外線は、所望の色再現性に合わせて任意に調整することができる。即ち、照射する紫外線の波長や照射時間、強度等を所望の色再現性に合わせて調整することができ、例えば、退色用の紫外線として、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、エキシマレーザ（２５０ｎｍ、１９０ｎｍ）等を照射することができる。カラーフィルタの材料によって吸収しやすい波長が異なり、退色のし易さが異なるため、照射する紫外線としては約１９０ｎｍ〜約４４０ｎｍの波長を有するものが適している。
【００３１】
又、各フィルタの薄色部１７、１８、１９の色濃度は、各々、濃色部３３、３４、３５の色濃度の１／２となるように退色させることが望ましい。このように、薄色部と濃色部の色濃度の比を１：２とすることにより、透過モードにおけるバックライト光、及び反射モードにおける外光は実質的に等しい光学濃度のカラーフィルタを通過することになり、反射モードにおいても透過モードと同等の色再現を実現することが可能となる。
【００３２】
次に、図４（H）に示すように、基板１上に形成された各フィルタを覆うように透明樹脂を塗布し、透明保護膜２０を形成する。当該透明保護層２０は、例えば、アクリル系樹脂により形成される。次に、図４（I）に示すように、基板１の全面に透明導電膜であるITO膜をスパッタリング法により成膜し、電極７を形成する。図４（Ｈ）ではカラーフィルタ上に透明保護膜２０を形成したが、カラーフィルタ上に透明保護膜を形成することなく、直接、透明導電膜を形成してもよい。このときも透明導電膜を積層する前に、カラーフィルタの退色処理を行う。
【００３３】
反射層５の反射効率を向上させるために反射層５の表面に凹凸を形成する場合がある。このとき反射層５の下方に存在する絶縁膜５０の表面に凹凸を形成し、その凹凸の表面に反射層５を積層する。この絶縁膜５０には有機絶縁膜などが用いられ、大きな凹凸を形成するときにはＴＦＴを覆う絶縁膜３６などよりも厚く形成される。この実施例では絶縁膜５０は反射層５の下方にしか存在しないが、この絶縁膜５０を透過部の透過層３２の上方にまで形成する場合がある。そのとき透明部に位置する絶縁膜５０は透明な方が良く、上述したカラーフィルタ１０を退色させる技術をこの絶縁膜５０に適用することで、絶縁膜５０も退色させることができる。特に有機絶縁膜などは少し黄色味かかっているため、紫外線を当てて退色させて透明度を上げることが効果的である。
【００３４】
以上説明したように、本発明においては、カラーフィルタ１０のうち、反射部を構成する部分を紫外線照射により退色させ、薄色部９を形成しているため、透過部と反射部にそれぞれ分光特性の異なるカラーフィルタを別工程で形成する従来技術に比し、少ない製造工程で半透過型の表示装置用のカラーフィルタを製造することができる。又、カラーフィルタ１０の製造工程において、透過部と反射部の境界部分の表面が滑らかに形成されるため、色むらを低減することができ、安定した鮮明な色表示ができるとともに、十分な色補償が実現できる。
【００３５】
また、照射する紫外線を所望の色再現性に合わせて調整することができため、透過モードにおいて所望の色再現性を得るのに十分な色濃度からなるカラーフィルタ１０の一部に紫外線を照射し、薄色部９を形成する際に、照射する紫外線の照射時間や強度を調整することにより、透過型表示としての色純度を損なうことなく、反射型表示としての反射率、色純度や明度を調整することができる。その結果、透過部Tと反射部Rで各々最適な光学濃度を設計することができる。
【００３６】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００３７】
例えば、上記の実施形態においては、アクティブマトリクスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、STN型モノクロ、カラー単純マトリクスタイプの液晶表示装置や双安定型単純マトリクスタイプのモノクロ、カラー液晶表示装置であっても同様の作用効果が得られる。
【００３８】
また、カラーフィルタとして顔料タイプのものを説明したが、染料タイプのカラーフィルタにも有効である。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明の液晶表示装置によれば、透過モード用のカラーフィルタの一部に紫外線を照射することにより、反射モード用のカラーフィルタを製造することができるため、透過モードに対応するカラーフィルタと反射モードに対応するカラーフィルタとを個別に配設する場合に比し、液晶表示装置の製造工程を少なく、かつ容易にすることができる。又、半透過型の表示装置において、反射型液晶表示装置として機能させる場合であっても、透過型液晶装置として機能させた場合と同等の良好な色再現性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半透過型液晶表示装置の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る半透過型液晶表示装置の実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の実施例におけるカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例におけるカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２基板
３液晶層
４、７電極
５反射層
８濃色部
９薄色部
１０カラーフィルタ
１７、１８、１９反射モード用薄色部
３１ブラックマトリクス
３２透過層
４０ＴＦＴ

Claims

対向配置された前後一対の基板と、そのうちの後方の基板の内面に設けられた第１の電極と、前方の基板の内面に設けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とが互いに対向する画素領域に整合して前記基板の内側に設けられたカラーフィルタと、前記一対の基板の間に設けられた電気光学層とを備えた液晶表示装置において、前記第１の電極は金属反射膜によって形成された反射層と透明導電膜によって形成された透過層を有するとともに、前記カラーフィルタは濃色部と薄色部を有しており、前記反射層と薄色部により反射部が構成され、前記透過層と前記濃色部により透過部が構成され、且つ前記薄色部は、紫外線照射により前記カラーフィルタを退色させることにより形成され、前記薄色部と前記濃色部の色濃度の比が１：２であることを特徴とする液晶表示装置。
基板の内側に設けられ、濃色部と薄色部とを有するカラーフィルタであって、前記薄色部は、紫外線照射により前記カラーフィルタを退色させることにより、形成され、前記薄色部と前記濃色部の色濃度の比が１：２であることを特徴とするカラーフィルタ。
顔料分散法を用いたカラーフィルタの製造方法であって、前記カラーフィルタは濃色部と薄色部を有し、前記薄色部は紫外線照射により前記カラーフィルタを退色させることにより形成され、前記薄色部と前記濃色部の色濃度の比が１：２であることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
反射部と透過部を有する液晶表示装置であって、透明基板上に複数色からなる光透過用カラーフィルタを形成する工程を有する液晶表示装置の製造方法において、前記カラーフィルタの形成後、反射部に位置する前記カラーフィルタに所定の波長を有する紫外線を照射することにより、前記カラーフィルタを退色させる工程と、反射部のカラーフィルタを退色させた後に反射部及び透過部に位置するカラーフィルタ上に透明電極を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記カラーフィルタの形成後であって、反射部の前記カラーフィルタを退色させる前に、カラーフィルタ上に透明保護用の感光性樹脂組成物を用いて透明保護膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記透明基板と対向配置する基板上に反射層と透過層を備えた電極を形成する工程を有する液晶表示装置の製造方法において、前記透過部に前記透過層を形成する工程と、前記反射部に前記反射層を形成する工程と、前記透過層を覆うと共に前記反射層の下方にも存在する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜のうち少なくとも透過層上に位置する部分に所定波長の紫外線を照射して退色させる工程とを有することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。