JP4145544B2

JP4145544B2 - 半透過型液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP4145544B2
Application number: JP2002088800A
Authority: JP
Inventors: 雅之亀谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003287745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過型の液晶表示装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは透過領域と反射領域とでカラーフィルタ層の厚さを変えた半透過型液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信機器等への液晶表示装置の応用が急速に普及している。特に携帯型のものについては反射型の液晶表示装置が多く用いられている。この反射型の液晶表示装置は外光を光源として表示を行うため、室内などの暗い場所では見えにくくなってしまう。そこで透過型と反射型の性質を併せ持った半透過型の液晶表示装置が知られている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置はバックライトを備えており、画素には透過領域と反射領域が形成されている。そして透過領域ではバックライトの光を利用し、反射領域では外光を利用して表示を行っている。しかしながら外光を利用する反射領域では、カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層を通過してきた外光がアレイ基板の反射電極で反射して再度カラーフィルタ層を通過する。つまりカラーフィルタ層を２回通過することになる。これに対してバックライトの光を利用する透過領域では、アレイ基板の透明電極を通過した光がカラーフィルタ層を通過する。つまりカラーフィルタ層を１回だけしか通過しない。したがって透過領域の光は反射領域の光に比べてどうしても淡い色になってしまい、色の再現性が悪くなっていた。
【０００４】
そこで透過領域と反射領域とで色の再現性を略同じにする必要があり、このような技術としては特開２０００-２９８２７１等が知られている。これはカラーフィルタ層の厚さを透過領域と反射領域とで変えており、具体的には透過領域のカラーフィルタ層の厚さを、反射領域のカラーフィルタ層の厚さの約２倍にして、透過領域と反射領域とで色の再現性を略同じにしようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラーフィルタ層の厚さを透過領域と反射領域とで変えただけでは、カラーフィルタ層の透過領域と反射領域との境に段差が生じてしまう。そのためカラーフィルタ層の上に配向膜を形成する際に、この段差部分に配向膜材料が溜まってしまい、この配向膜材料が溜まった部分では液晶分子に印加される電圧が高くなってしまう。したがってこの部分と他の部分とで色の再現性が異なってしまう。さらにはカラーフィルタ層の上面全体には透明電極を形成し、その上に配向膜を形成するが、カラーフィルタ層の透過領域と反射領域との境に生じてしまう段差部分において、透明電極に切れが発生してしまう。
【０００６】
とくに、特開２０００-２９８２７１においては、透過領域と反射領域とのカラーフィルタ層の層厚の差をドライエッチングにより設けている。したがって透過領域と反射領域との境は略垂直な壁のような段差になってしまうため、上記問題の発生する可能性が非常に高くなる。
【０００７】
そこで本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、色の再現性をよくし、より一層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板を備えた液晶パネルの１つの画素が透過領域と反射領域からなる半透過型液晶表示装置であって、前記カラーフィルタ基板は、前記透過領域に位置し表面が平坦な第１層部と、前記反射領域に位置し表面が平坦であると共に第１層部よりも薄い第２層部と、前記第１層部と前記第２層との間であって前記反射領域に位置し表面が傾斜している第３層部と、を備えるカラーフィルタ層を有していることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、１つの画素で前記透過領域の占める割合が１０〜２０％であることを特徴とする。また、前記第３層部の表面の傾斜角度は３０度〜６０度であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板を備えた液晶パネルの１つの画素が透過領域と反射領域からなる半透過型液晶表示装置の製造方法であって、前記カラーフィルタ基板の製造工程には、透明な基板上のブラックマトリクスにより形成されている開口部を覆うようにカラーレジストを塗布する工程と、前記カラーレジストに、前記透過領域に位置し表面が平坦な第１層部と、前記反射領域に位置し表面が平坦であると共に第１層部よりも薄い第２層部と、前記第１層部と前記第２層部との間であって前記反射領域に位置し表面が傾斜している第３層部とに対応する形状を一度の露光で形成する露光工程と、前記第１層部と前記第２層部と前記第３層部とを残してカラーレジストを取り除く現像工程と、が含まれていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は半透過型液晶パネル１のアレイ基板１０側の平面図であり、図２は半透過型液晶パネル１の断面図を示す。１１はガラスなどの透明な絶縁性を有している第１基板である。第１基板１１上にはアルミニウムやクロムなどの金属からなる厚さ約２５００Åの複数の走査線１２が略等間隔で平行に形成されている。走査線１２からはゲート電極１３が分かれて伸びている。また走査線１２やゲート電極１３を覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどから成るゲート絶縁膜１４が約４０００Åの厚さで積層されている。ゲート電極１３の上にはゲート絶縁膜１４を介して非晶質シリコンや多結晶シリコンなどからなる半導体層１５が形成されている。またゲート絶縁膜１４上にはアルミニウムなどの金属からなる厚さ約２５００Åの複数の映像線１６が走査線１２と直交するようにして形成されている。走査線１２と映像線１６で囲まれた領域が１画素に相当する。映像線１６からはソース電極１７が分かれて伸びており半導体層１５と接続している。また映像線１６、ソース電極１７と同一の材料で且つ同時形成されたドレイン電極１８が設けられており半導体層１５と接続している。このゲート電極１３、ゲート絶縁膜１４、半導体層１５、ソース電極１７、ドレイン電極１８によってスイッチング素子となるＴＦＴ１９が構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴ１９が形成される。
【００１８】
また、映像線１６、ＴＦＴ１９、を覆うようにして有機絶縁物から成る膜厚１．５μｍ程度の保護膜２０が積層されている。保護膜２０にはそれぞれのＴＦＴ１９のドレイン電極１８に対応する部分にコンタクトホール２１が設けられている。さらに保護膜２０には長方形状の溝部２２が設けられている。また保護膜２０の表面には複数の凹凸が設けられている。
【００１９】
保護膜２０の表面にはそれぞれの画素に画素電極２３が形成されている。この画素電極２３は、ＩＴＯなどの透明電極２４を一画素の全体に積層して形成すると共に、透明電極２４の上にアルミニウム、銀などの反射率の高い金属からなる反射電極２５を、溝部２２を除いて一画素の全体に積層して形成している。また画素電極２３は隣接する画素電極２３と接しないで、且つ保護膜２０を介して走査線２２と映像線１６と若干重なるようにして形成されている。
【００２０】
画素電極２３のうち透明電極２４が表面に露出した範囲が透過領域２６であり、この透過領域２６においてバックライトからの光が通過する。本実施例においては、透過領域２６は長方形状をした領域であり、一画素の略中央に位置している。また反射電極２５が表面に露出した範囲が反射領域２７であり、この反射領域２７において外光が反射される。保護膜２０表面に設けられた凹凸によって反射領域２７の表面にも凹凸が形成されることになり、この凹凸により外光の反射特性が向上する。１つの画素において透過領域２６の占める割合は大体１０〜２０％となっている。これはあまり透過領域２６の占める割合が多くなってしまうと反射領域２７を設けて光源に外光を利用する意味がなくなってしまうからであり、少なすぎると光源としての外光の不足をバックライトの光で補うのには不十分となるからである。なお本実施例では透明電極２４を一画素全体に形成しているが、溝部２２にだけ透明電極３４を形成し、他の部分については反射電極２５だけを形成してもよい。そして、総ての画素を覆うようにアレイ基板１０側の配向膜２８を形成して半透過型液晶パネル１のアレイ基板１０となる。
【００２１】
このアレイ基板１０と対向するカラーフィルタ基板３０とを貼り合せ、両基板間に液晶２９を注入して半透過型液晶パネル１となる。
【００２２】
カラーフィルタ基板３０は、透明な絶縁性を有している第２基板３１上に各画素の間を仕切るように形成されたブラックマトリクス３２を有している。このブラックマトリクス３２は隣接する画素間からの光漏れを防止する等の理由で設けられており、遮光性に優れた材料、たとえば金属クロム等により形成されている。
【００２３】
このブラックマトリクス３２により形成された開口を埋めるようにして各画素にはカラーフィルタ層３３が形成されている。カラーフィルタ層３３はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色あり、ＲＧＢ３色はモザイク配列、ストライプ配列、デルタ配列等に配列されている。各カラーフィルタ層３３それぞれには、透過領域２６にだけ位置し表面が平坦な第１層部３４と、透過領域２６には位置せず反射領域２７に位置し表面が平坦な第２層部３５、そして第１層部３４と第２層部３５の間に位置する第３層部３６とで構成されている。また、第３層部３６は第１層部３４の周りを取り囲んでおり、第２層部３５はさらにその第３層部３６の周りを取り囲んで形成されている。
【００２４】
カラーフィルタ層３３の表面上には、ＩＴＯ等の透明電極３７が全面を覆うようにして積層されている。本実施例においてはカラーフィルタ層３３の上にアクリル樹脂等の透明樹脂材料からなる保護膜を介さないで透明電極３７を積層しているので、保護膜を積層する工程を省略できると共にコストの削減が図れる。透明電極３７上には、カラーフィルタ基板３０側の配向膜３８が全面を覆うようにして積層されている。この配向膜３８はポリイミド等の配向膜材料からなっており、まずこの配向膜材料を滴下し、スピンナーで拡散させて、硬化処理を行った後、ラビングによる配向処理が施されている。
【００２５】
第1層部３４はカラーフィルタ層３３の厚さが第２層部３５の厚さよりも厚くなっている。これはバックライトからの光を利用する透過領域２６と外光を利用する反射領域２７とでカラーフィルタ層３３を通過した光の色の再現性を略同じにするためである。本実施例では第1層部３４の層厚が第２層部３５の層厚の約２倍となっている。
【００２６】
第３層部３６は第１層部３４から第２層部３５にかけてその表面が傾斜している。傾斜の角度は配向膜３８の材料が溜まり過ぎない程度に傾斜していればよく、好ましくはだいたい３０度〜６０度の傾斜角を有していると良い。こうすることで、層厚の異なる第１層部３４と第２層部３５との間に配向膜３８材料が溜まり、その部分で液晶分子に印加される電圧が高くなってしまうという問題を防止することができる。また第１層部３４と第２層部３５との間で表面上の透明電極３７が切れたり、配向膜３８の材料が溜まりすぎたりする恐れは少なくなる。なお第３層部３６は本実施例においては反射領域２７に位置している。透過領域２６に比べて広い反射領域２７に第３層部３６を設けることで、透過領域２６におけるバックライトからの光をより有効に利用できる。
【００２７】
このように半透過型液晶パネル１とこの半透過型液晶パネル１の下方に配置するバックライト（図示せず）とを備えることにより、本発明の半透過型液晶表示装置となる。
【００２８】
図３はカラーフィルタ基板３０を製造する際に、カラーフィルタ層３３を形成するときに用いるフォトマスクの概略平面図を示す。フォトマスク４０はたとえばガラス基板にクロムでパターンを描いたもの等である。フォトマスク４０はカラーフィルタ層３３の第１層部３４と第２層部３５と第３層部３６を形成するためのパターン部にそれぞれ分かれている。このフォトマスク４０はフォトマスク４０を通過した露光光の光量を、露光する領域によって調整可能となっている。フォトマスク４０は光を通過させるための窓の大きさ、またその窓のピッチ等が適切に調整されたものである。これによりレジストに照射される光の露光量を適切に調整することが可能となり、レジストの厚さを任意に調整できる。
【００２９】
本実施例においてはポジレジスト用のフォトマスク４０を示している。第１層部３４を形成するために露光する光を遮断しているパターン部３４ｐが透過領域３４の大きさと略同じ形状で描かれている。またパターン部３４ｐの周りを囲んで第３層部３６のパターン部３６ｐが描かれている。そして第３層部３６のパターン部３６ｐの周りを囲んで第２領域３５のパターン部３５ｐが描かれている。第３層部３６のパターン部３６ｐはパターン部３４ｐから離れるにしたがって露光量が増えていくようなパターンが描かれている。つまり第１層部３４から離れるにしたがってカラーフィルタ層３３が徐々に薄くなっていくようなパターンとなっている。また第２層部３５のパターン部３５ｐは露光量が第２層部３５全域で略一定になるようなパターンが描かれている。つまり第２層部３５全域において、カラーフィルタ層３３が略一定の厚さになるようなパターンとなっている。
【００３０】
具体的には、図３の斜線部分は光を遮断する遮断部分であり、第１層部３４のパターン部３４ｐ以外では光を通過させる通過部分と遮断部分とが交互に配置されている。通過部分と遮断部分とは第１層部３４のパターン部３４ｐを囲んでいくような枠状をしている。また第１層部３４のパターン部３４ｐから離れるにしたがって、第３層部３６のパターン部３６ｐでは通過部分が遮断部分を挟みながらその枠の大きさを徐々に広げている。これによりレジストに照射される単位面積あたりの露光量が徐々に増えていく。第２層部３５のパターン部３５ｐでは通過部分と遮断部分との関係が一定のままとなっている。これによりレジストに照射される単位面積あたりの露光量は第２層部３５全体で見た場合略全域で同じになる。このようなフォトマスク４０を用いてレジストを露光することによって、レジストの厚さを任意に調整可能となる。
【００３１】
なお、フォトマスク４０のパターンは当然上記の実施例に限定されるものではなく、カラーフィルタ層３３に第１層部３４と第２層部３５と第３層部３６を形成できるパターンであればいかなるパターンが描かれていてもよい。たとえば第１層部３４のパターン部３４ｐを囲んで大小複数の円形や四角形等からなる遮光部分または通過部分の組合せにより第２層部３５のパターン部３５ｐ、第３層部３６のパターン部３６ｐを描いたものでも良い。
【００３２】
また、本実施例においてはポジレジスト用のフォトマスク４０を用いているが、ネガレジスト用のフォトマスクの場合にはフォトマスク４０の通過部分と遮断部分との関係が逆になる。
【００３３】
図４はカラーフィルタ層３３を形成するための製造工程を示す。図４（ａ）では、第２基板３１上に各画素間を仕切るような形状にブラックマトリクス３２を形成しておく。そして第２基板３１上のブラックマトリクス３２により形成されている開口部分を覆うようにＲ（赤）のカラーレジスト３３Ｒを塗布する。このカラーレジスト３３Ｒは赤の顔料を光可溶化するポジレジストに分散したものである。したがって露光により光が照射された部分が溶ける。
【００３４】
図４（ｂ）では、フォトマスク４０を用いてカラーフィルタ層３３の内、Ｒ（赤）に該当する部分のみを露光する。そしてＲ（赤）に該当する部分ではフォトマスク４０によって、破線で示すような形状にカラーレジスト３３Ｒが露光されることになる。つまりカラーレジスト３３Ｒが第１層部３４、第２層部３５、第３層部３６を有するように露光される。
【００３５】
図４（ｃ）では、現像液を用いて現像を行う。この現像によって露光部が溶解する。つまり、透過領域２６に形成され、バックライトからの光が透過するカラーフィルタ層３３の第１層部３４が現れる。また反射領域２７に形成され、外光が通過する第２層部３５が現れる。第２層部３５はカラーフィルタ層３３の層厚が第１層部３４の厚さに比べ略２倍になっており、具体的には第１層部３４の層厚がだいたい１．０μｍ、第２層部３５の層厚がだいたい０．５μｍとなっている。この第１層部３４と第２層部３５の表面は平坦となっている。なお平坦とはカラーフィルタ層３３全体で見た場合に、層の厚さが第１層部３４と第２層部３５それぞれの全面で略同じ厚さになっていることであり、露光や現像によって表面上に微細な凹凸が多少存在していても、ここでいう表面が平坦に含まれることは当然である。また第１層部３４と第２層部３５の間には、第１層部３４から離れるにしたがってカラーフィルタ層３３の厚さが徐々に薄くなるように表面が傾斜している第３層部３６が現れる。
【００３６】
図４（ｄ）では、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、の工程をＧ（緑）のカラーレジスト３３Ｇ、Ｂ（青）のカラーレジスト３３Ｂについても行う。そして第２基板３１上にカラーフィルタ層３３が形成される。
【００３７】
そして、カラーフィルタ層３３の上に直接ＩＴＯ等の透明電極３７を積層し、透明電極３７上に配向膜３８が積層されてカラーフィルタ基板３０が完成する。このとき本発明ではカラーフィルタ層３３に第３層部３６が形成されているため、カラーフィルタ層３３の上に透明電極３７を積層してもカラーフィルタ基板３０側で段切れの発生する可能性は極めて低くなる。また第１層部３４から第２層部３５にかけて第３層部３６が存在するために配向膜３８の材料が溜まってしまうことも少なくなる。また透過領域２６に位置する第１層部３４と反射領域２７に位置する第２層部３５とカラーフィルタ層３３の厚さが異なっているため、透過領域２６と反射領域２７とで色の特性が略同じとなり、色の再現性も向上する。またフォトマスク４０を用いて、層厚の異なるカラーフィルタ層３３を１度に形成してしまうため、たとえば第１層部３４の厚さでカラーフィルタ層３３を形成した後第２層部３５、第３層部３６をエッチング等により設けたりする必要がないため、製造工程を削減できる。
【００３８】
なお、本実施例ではカラーレジストとしてポジレジストを用いているが、光硬化するネガレジストを用いても構わない。その際フォトマスクとしては、フォトマスク４０の光を通過させる部分と光を遮断する部分との関係が逆になるものを用いる。
【００３９】
また、本発明の要旨はカラーフィルタ層３３の第１層部３４と第２層部３５の間に第３層部３６を設けることにより、第１層部３４と第２層部３５との間で透明電極３７の段切れを防止し、また配向膜３８が溜まってしまうのを防止するものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば上記実施形態以外の形態も可能である。たとえば第３層部３６を設けない場合の第１層部３４と第２層部３５の間にできる段差に比べると非常に小さい段差であれば、第３層部３６の表面はそのような小さな段差をつないだ階段状の傾斜でも良い。また第３層部３６の表面がテーパー状であっても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、カラーフィルタ層の層厚の異なる第１層部と第２層部との間に大きな段差が生じないため、第１層部と第２層部との間で透明電極に切れが生じ難くなり、また配向膜材料が溜まり難くなる。したがって透過領域と反射領域とで色の再現性をよくし、より一層表示品位を向上させた半透過型液晶表示装置およびその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半透過型液晶表示装置を構成する半透過型液晶パネルのアレイ基板側平面図である。
【図２】本発明の半透過型液晶表示装置を構成する半透過型液晶パネルの断面図である。
【図３】カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層を形成するときに用いるフォトマスクの概略平面図である。
【図４】カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層を形成するための製造工程である。
【符号の説明】
１半透過型液晶パネル
１０アレイ基板
２４透明電極
２５反射電極
２６透過領域
２７反射領域
３０カラーフィルタ基板
３３カラーフィルタ層
３４第１層部
３５第２層部
３６第３層部
３７透明電極
３８配向膜
４０フォトマスク

Claims

アレイ基板とカラーフィルタ基板を備えた液晶パネルの１つの画素が透過領域と反射領域からなる半透過型液晶表示装置であって、
前記カラーフィルタ基板は、前記透過領域に位置し表面が平坦な第１層部と、前記反射領域に位置し表面が平坦であると共に第１層部よりも薄い第２層部と、前記第１層部と前記第２層部との間であって前記反射領域に位置し表面が傾斜している第３層部と、を備えるカラーフィルタ層を有していることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
１つの画素で前記透過領域の占める割合が１０〜２０％であることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
前記第３層部の表面の傾斜角度は３０度〜６０度であることを特徴とする請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置。
アレイ基板とカラーフィルタ基板を備えた液晶パネルの１つの画素が透過領域と反射領域からなる半透過型液晶表示装置の製造方法であって、
前記カラーフィルタ基板の製造工程には、透明な基板上のブラックマトリクスにより形成されている開口部を覆うようにカラーレジストを塗布する工程と、
前記カラーレジストに、前記透過領域に位置し表面が平坦な第１層部と、前記反射領域に位置し表面が平坦であると共に第１層部よりも薄い第２層部と、前記第１層部と前記第２層部との間であって前記反射領域に位置し表面が傾斜している第３層部とに対応する形状を一度の露光で形成する露光工程と、
前記第１層部と前記第２層部と前記第３層部とを残してカラーレジストを取り除く現像工程と、が含まれていることを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。