JP4162880B2 - カラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタに関する。本発明はまた、カラーフィルタを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
本発明は特に、カラーフィルタの一方の主面側からの入射光が当該フィルタを１回だけ透過して着色されて当該他方の主面側に導かれるような単一方向性光路を形成する第１の光と、カラーフィルタの他方の主面側からの入射光が当該フィルタを透過して着色され、その透過した光が当該一方の主面側に配された光反射素子等により反射されて再度当該フィルタに入射し透過し着色されて当該他方の主面側に戻るような双方向性光路を形成する第２の光とを扱うカラーフィルタ及びその製造方法に関する。本発明はさらに、このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
正面側から入射する外光に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを反射させて当該正面側に導くとともに、裏面側からのバックライトシステムによる入射光に同様に表示すべき画像に応じた光変調を施しつつこれを透過させて同じ正面側へと導く、いわゆる半透過反射型液晶表示装置が本格的に実用化されつつある。このタイプの液晶表示装置は、使用環境が明るいときには主として外光（周囲光）により（反射モード）、暗いときには主としてバックライトシステムの自発光光により（透過モード）、効果的な画像表示をなすものである。
【０００４】
先行技術文献の記事 M. Kubo, et al. ”Development of Advanced TFT with Good Legibility under Any Intensity of Ambient Light”, IDW’99, Proceedings of The Sixth International Display Workshops, AMD3-4, page 183-186, Dec. 1, 1999, sponsored by ITE and SID には、このようなタイプの液晶表示装置が開示されている。この装置においては、各画素電極が反射領域と透過領域とに分割されている。反射領域は、凸凹状の表面を有するアクリル樹脂上に被膜されたアルミニウム製反射電極部とされ、透過領域は、平坦な表面を有するＩＴＯ（インジウム錫酸化物）製透明電極部とされている。また、透過領域は、１つの矩形画素領域において中央に配されかつ当該画素領域に略相似の矩形状を呈している一方で、反射領域は、この矩形透過領域以外の当該画素領域における部分であってこれを取り巻く形を呈している。かかる画素の構成等により、視認性の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先行技術の液晶表示装置においては、同一画素内であるにもかかわらず、透過領域と反射領域とで表示色の色純度が異なってしまう。これは、先行技術のカラーフィルタは、互いに光路の異なるバックライトシステムからの光と外光とを同じ様に着色することに起因すると考えられる。その結果、画面全域における表示色の品質低下に繋がることになる。
【０００６】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、画素内において均衡のとれた色純度を得ることのできるカラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００７】
本発明はまた、画面全域において良好な色再生をなすことのできるカラーフィルタ及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００８】
本発明はさらに、このようなカラーフィルタ及び液晶表示装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による一態様のカラーフィルタは、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するためのカラーフィルタであって、画素毎に前記第１の光を透過させる第１領域部と前記第２の光を透過させる第２領域部とを含み、前記第１領域部と前記第２領域部とは、同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる着色効果を呈する構造を有する、カラーフィルタとしている。
【００１０】
この態様によれば、かかる構造により、当該第１領域部の透過モードでの第１の光の着色効果と当該第２領域部の反射モードでの第２の光の着色効果とのバランスを所望に設定することができるので、画素内において均衡のとれた色純度を得ることができる。
【００１１】
この態様において、前記第１領域部と前記第２領域部とは、所定条件下における前記第１の光の前記第１領域部により施される画素内着色効果と前記第２の光の前記第２領域部により施される画素内着色効果とが略等しくなるような構造の差異があるものとすることができる。これにより、着色効果を略等しくすることができ、反射モードと透過モードとで常に同様の良好な視認性を確保することができる。
【００１２】
また、本態様において、前記第１領域部及び前記第２領域部は、それらの着色材形成密度が互いに異なる構造を有するものとしてもよいし、前記第２領域部は、前記第２の光を着色させる着色部と、前記第２の光を略無着色にて透過させる少なくとも１つの無着色部とを有するものとしてもよい。こうすることにより、第１領域部と第２領域部とで簡単に着色効果を異ならせることができる。
【００１３】
また、本態様において、前記第１及び第２領域部の各々は、複数の着色材構造単位より形成され、前記第１領域部の着色材構造単位は、前記第２領域部の着色材構造単位よりも密であるものとすることができる。これによれば、複数の着色材構造単位により第１領域部と第２領域部の着色材形成密度を変えるので、普通のパターニング処理などで簡単に所望の着色効果を生じさせることができる。他方、これに代わり前記第１及び第２領域部の各々は、複数の単位パターンにてパターン化された着色材表面を有し、前記第１領域部と前記第２領域部とは、それらの単位パターンの密度が異なるものとすることもできる。これによれば、パターニング処理により第１及び第２領域部の着色材の有効表面積又は体積の違いを簡単に得ることができる。例えば、前記単位パターンは凸状であり、前記第１領域部の単位パターンは、前記第２領域部の単位パターンよりも密であることを特徴とするカラーフィルタとしたり、前記単位パターンは凹状であり、前記第１領域部の単位パターンは、前記第２領域部の単位パターンよりも疎であることを特徴とするカラーフィルタとしたりすることで、確実かつ簡単に実現可能である。
【００１４】
或いは、前記第１及び第２領域部は、それぞれ第１及び第２の複数単位パターンにてパターン化された着色材表面を有し、前記第１領域部と前記第２領域部とは、それらの着色材形成密度が互いに異なる構造を有するよう、それらの単位パターンの密度が定められているものとすることもできる。これは、当該単位パターンとして複数の異なる種類の単位パターンを用意して構成される例を提案するものである。同様に、簡単に所望の着色効果を生じさせる第１及び第２領域部を得ることができる。ここでは、前記第１の単位パターンは、凸状及び凹状のうちの一方を呈し、前記第２の単位パターンは、凸状及び凹状のうちの他方を呈するものとすることができ、確実かつ簡単に第１及び第２領域部を得ることができる。
【００１５】
単位パターンを用いる構成では、前記単位パターンは、入射光を拡散させる形状を有するのが好ましい。これにより、その拡散性の付与された光は、表示面において視野角特性を向上させるので、良好な視認性に寄与することになる。
【００１６】
上記態様及びその種々の具体的形態においては、いずれも前記第１及び第２領域部は、同一着色材料で形成可能である。ここでは、第１領域部と第２領域部とにおける着色材の、材料特性ではなく構造を変えることにより、同一着色材料でそれらの着色効果を異ならせることを特徴にしている。このような特徴により、同じ色画素について、第１領域部用の着色材の形成工程と第２領域部用の着色材の形成工程との２度の処理を避けることができる。すなわち、着色効果を異ならせるのに同一の着色材料により着色材形成構造を変えるものとしているので、第１領域部と第２領域部とを個別の材料で形成する必要がなく、両方を同一の着色材料で（同時に）形成する単一の処理で済ますことができ、製造の簡素化が図られるのである。
【００１７】
上記各態様及び形態においては、前記第１及び第２領域部を被覆する保護膜をさらに有するのが好ましい。こうすることによって、異なる構造とされた第１領域部及び第２領域部の表面を平坦にしたり、カラーフィルタの構造を強化することができる。
【００１８】
第２領域部に少なくとも１つの無着色部を有する特定の形態において、前記無着色部は、前記第２領域部において複数分散配置されているものとすることができる。これにより、当該無着色部が第２の光を無着色にて透過させるので、第２の光に対する着色作用を軽減させることとなる。これにより、得られる第１の光と第２の光との色純度のバランスを良好に保つことができ、もって画面全域における色表示の品質が向上する。
【００１９】
この特定の形態においてはまた、前記画素の領域は、平面図上略多角形であり、前記無着色部は、１つの画素の領域において前記多角形の１つの角の近傍に配されているものとすることができる。このように画素領域の隅に無着色部を置くことにより、画素領域の奥（すなわち中央寄り）に置く場合に比べ当該無着色部を正確に形成し易くなる側面がある。
【００２０】
或いは、前記画素の領域は、平面図上略多角形であり、前記無着色部は、１つの画素の領域において前記多角形の１つの角を含みかつ当該角に対向する斜辺を有する略三角形の形状を呈するものとしてもよい。かかる三角形の無着色部は、着色部に対するその輪郭部分の距離を最小化するのに貢献するので、着色部と無着色部との段差を小さくし当該段差部分で生じうる不要な光の振る舞いを抑制することができる。ここではさらに、前記無着色部は、前記平面図において二等辺三角形であるものとしてもよく、この場合、着色部のパターニング用マスクのずれに対しその有効面積の変動を一律的なものに制限することができる。
【００２１】
また、この特定の形態においては、前記画素の領域の境界に遮蔽手段が施されるものとすることが好ましい。こうすることにより、無着色部の無着色有効面積を所望値に正しく設定し易くなる。特に、上記三角形の無着色部とした場合には、無着色部のコーナ部が全て、遮蔽手段としての例えばブラックマトリクスにより隠され、画素内に現れる無着色部の輪郭部分が全て直線状となるので、得られるその着色有効面積のばらつきを極めて少なくすることができる。すなわち、このブラックマトリクスは、前記無着色部の略直線状とみなされない輪郭部分の全てを当該カラーフィルタの表示面側に対して隠すのである。但し、このような効果は、ブラックマトリクスを設ける構成だけに限定されるものでもない。例えば、カラーフィルタに対向する側の基板に形成される画素駆動用バスラインが当該遮蔽手段としてブラックマトリクスの機能を併せ持つ構成の場合でも、同様の効果を奏し得る。
【００２２】
さらに当該特定の形態においては、前記画素の領域は、平面図上略多角形であり、前記無着色部は、前記多角形のいずれか１つの側辺の近傍にその側辺に沿って形成されているものとすることもできる。こうすることによっても画素内に現れる無着色部の輪郭部分が全て直線状としうるので、上述した効果が得られるとともに、平易な工程で済むという利点を奏しうる。
【００２３】
この形態のさらに有利な形態は、前記着色部及び前記無着色部を被覆する保護層をさらに有することである。これにより、着色層の保護のみならず、前記保護層が、前記着色層及び無着色部全体の表面を平坦化することが可能となり、好ましい。
【００２４】
本形態はまた、着色する色毎に１の画素領域における前記第２の光の光路の占める領域の有効面積に対する前記無着色部の有効面積の比が規定されたり、着色する色毎に１の画素領域における前記第１の光の前記第１領域の着色効果により得られる色度と前記第２の光の前記第２領域の着色効果により得られる色度とが略等しくなるように前記無着色部の有効面積が定められることとすることができる。これにより、無着色部の着色効果低減作用を合理的に規定することができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、本発明による他の態様の液晶表示装置は、上記態様によるカラーフィルタを用いている。ここで、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の一方の基板に設けられ、当該他方の基板には、前記第１の光を透過させる透明電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、前記カラーフィルタにおける前記第１領域部は、前記透明電極部と対応し、前記第２領域部は、前記反射電極部と対応している、ことを特徴とする半透過反射型液晶表示装置とすることが可能である。このような液晶表示装置によって、各画素内の色純度のバランスが良くなり、高い色表示品質を得ることができる。上述したようにバスラインがブラックマトリクスの機能を持つ場合であって、無着色部を設けるときには、当該無着色部の非直線的形状部分がバスラインで隠れるように無着色部を配置することで、先述したような有効面積のばらつき抑制効果が得られることになる。
【００２６】
さらに、上記目的を達成するために、本発明によるさらに他の態様のカラーフィルタ製造方法は、画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタを製造する方法であって、基体層上に前記第１及び第２の光を着色させるための着色材料を堆積する着色材堆積工程と、前記着色材料の堆積層をもとに、画素毎に前記第１の光を透過させる第１領域部と前記第２の光を透過させる第２領域部とを、これら領域部が同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる着色効果を呈する構造となるよう当該堆積層をパターン化する工程と、を有するカラーフィルタの製造方法としている。またこの態様において、前記着色材堆積工程の前に、前記基体層上に画素領域を画定するブラックマトリクスを形成する工程をさらに有するようにすることができる。さらに、前記第１及び第２領域部上に保護層を形成する工程をさらに有するようにしてもよい。これにより、上述したような作用効果を発揮するカラーフィルタを比較的簡単な方法で製造することができる。
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明によるまた別の態様の液晶表示装置製造方法は、上記カラーフィルタを用いた液晶表示装置の製造方法であって、当該製造方法において、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の一方の基板に設けられ、当該他方の基板には、前記第１の光を透過させる透明電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、当該製造方法は、前記カラーフィルタにおける前記第１領域部と前記透明電極部とを位置合わせし、又は前記第２領域部と前記反射電極部とを位置合わせする工程を有する、液晶表示装置の製造方法としている。こうすることによって、上述したカラーフィルタの有利性を遺憾なく発揮する液晶表示装置を確実に製造することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、上述の各態様その他の本発明の態様を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
【実施例１】
図１は、本発明による一実施例の反透過反射型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ１を平面図にて概略的に示している。
【００３０】
このカラーフィルタ１は、各々が表示画面の垂直方向（図１の上下方向）に延び例えば光の３原色たる赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色素をそれぞれ有する長手状着色領域部に区切られている。これら長手状着色領域部は、Ｒ，Ｇ，Ｂの順に当該表示画面の水平方向に循環的に配列される。１つの長手状着色領域部（縦１列）は、さらに垂直方向において区切ることができ、区切られたそれぞれの部分が１つの画素に対応する。この部分を以下では画素部１０と呼ぶ。画素部１０の境界には、画素部間の隙間による光漏れ等を防ぐためのブラックマトリクス１ＢＭが設けられている。なお、長手状着色領域部は、図１においては垂直方向に区切られているが、１つの長手状着色領域部における各画素部１０（縦に並んだ複数の画素部１０）は、本例では材質上も物理的にも分離している訳ではない。
【００３１】
画素部１０は、バックライトから発せられた単一方向性の光路を呈する第１の光Ｌ１を透過させる、図では点線で囲まれた領域で示される第１領域部１０ｔと、当該画素部１０のうち第１領域部１０ｔの領域以外の部分であって表示面から入射し透過後に再び反対側から入射する双方向性の光路を呈する第２の光Ｌ２を透過させる第２領域部１０ｒとを含む。第１領域部１０ｔと第２領域部１０ｒとは、以下に説明されるように、同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる着色効果を呈する構造を有する。
【００３２】
図２は、１つの画素部１０の拡大した平面図を概略的に示しており、図３は、このカラーフィルタを液晶表示パネル１００に組み込んだ場合における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。図２は、図３の液晶表示パネル１００の正面側（図の上方側）から見た画素部１０の平面図である。なお、図３は液晶表示パネルの基本的構成を示したものであり、説明を簡明とするために詳細な層及び膜並びに構造は省略している。
【００３３】
画素部１０における第１領域部１０ｔ及び第２領域部１０ｒは、共に同一の着色材料により形成されるが、それぞれの構造が異なる。第１領域部１０ｔは、液晶層ＬＣを介してこれに対向する基板７０に設けられた画素電極８０における透過領域（透過性電極部）８ｔに対応している。第２領域部１０ｒは、画素電極８０における反射領域（反射性電極部）８ｒに対応している。第２領域部１０ｒは、特に図２において明らかなように、無着色部としての多数の貫通孔１ｈが設けられている。したがって第２領域部１０ｒは、かかる無着色部とこれ以外の部分の着色部とからなるものである。
【００３４】
貫通孔１ｈは、着色材の無い部分であるので、第２領域部１０ｒにおいて第２の光の一部Ｌ２ｔを無着色にて透過させる。一方、第２領域部１０ｒの着色部は、着色材の形成された部分であるので、第２領域部１０ｒにおいて第２の光の一部Ｌ２ｃを着色させて透過させる。これに対し第１領域部１０ｔは、無着色部の全くない着色層からなるものであり、ここを透過する第１の光Ｌ１はその領域のいずれの箇所においても着色を受ける。
【００３５】
第１領域部１０ｔは、平面図上、ここでは当該画素領域の中央にその中心が位置する四角形とされ、第２領域部１０ｒは、これ以外の部分であって該第１領域部を取り巻く形とされている。したがって本例では、画素電極８０における各電極部もこれら領域部１０ｔ，１０ｒと平面図上同等の形状となっていることを前提としている。
【００３６】
画素部１０は、図３にも示されるように、液晶表示パネル１００の正面側の透明基板２０上に設けられ当該パネルの内側に形成された光遮断材料からなる遮蔽手段としてのブラックマトリクス１ＢＭにより画定された領域において基板２０及びブラックマトリクス１ＢＭ上に形成される。
【００３７】
貫通孔１ｈは、上記長手状着色領域部を各色につき着色材を形成する際に、当該孔を形成するためのマスクを使用したパターニングを行うことによって簡単に形成することができる。かかるパターニング自体は、周知のものであるので詳述しない。
【００３８】
次に、本実施例の作用効果につき説明する。
【００３９】
第１の光Ｌ１は、図示せぬバックライトシステムから発せられ、透明電極部８ｔを透過し液晶層ＬＣを経た後に第１領域部１０ｔにおける着色材により着色されてパネル正面側外部へと導かれる。一方、パネル正面側からの第２の光Ｌ２は、透明基板２０を透過した後、第２領域部１０ｒの着色部又は貫通孔１ｈを透過し一旦着色されるか又は全く着色されずに液晶層ＬＣを介し反射電極部８ｒに達する。反射電極部８ｒはこの第２の光Ｌ２を反射すると、再び液晶層ＬＣを経て第２領域部１０ｒへと導かれる。こうして第２領域部１０ｒに戻った第２の光Ｌ２は、ここでも第２領域部１０ｒの着色部又は貫通孔１ｈを着色又は無着色にて透過しパネル正面側の外部へと導かれる。図３に示した第２の光Ｌ２ｃは、第２領域部１０ｒに最初に入射するときも再度入射するときも、着色部を透過するケースを示し、第２の光Ｌ２ｔは、貫通孔１ｈを透過するケースを示している。これらケースにおいては、第２の光Ｌ２ｃが着色効果を存分に受け、第２の光Ｌ２ｔは、全く受けないこととなるが、実際は第２の光Ｌ２の光路のうちの往路及び復路の一方だけが着色又は無着色となるケースも含む。
【００４０】
上述したように貫通孔１ｈは、入射光を着色しないので、第２領域部１０ｒに入る第２の光Ｌ２の着色効果を、第１領域部１０ｔにおいて第１の光Ｌ１がなされるものとは異ならせ、所望に軽減させることができる。すなわち、第１領域部と１０ｔ第２領域部１０ｒとは、同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに所望に異なる着色効果を呈する構造を有している。これにより、次のような利点がある。
【００４１】
すなわち、第１領域部１０ｔは、バックライトシステムからの単一方向性光路を有する透過光Ｌ１を着色するので、着色効果を奏する機会が唯１回であるのに対し、第２領域部１０ｒは、双方向性光路を有する反射光Ｌ２を着色するので、着色効果を奏する機会が２回ある。したがって、同等の特性（強度、波長特性等を含む）の光で考えたときには、反射光Ｌ２は、透過光Ｌ１よりも（感覚的には）略２倍の着色効果を受けることになる。これにより、画素内において反射光Ｌ２と透過光Ｌ１とで再現される色純度が異なり、ひいては画面全域における表示色の品質低下に繋がることになる。しかしながら本実施例においては、上述のように着色効果が反射光に偏らないように、反射光に着色を施す部分と透過光に着色を施す部分との構造を変え、第２領域部１０ｔだけに無着色部として複数の貫通孔１ｈを設けている。これにより、反射光Ｌ２の着色領域を減らし反射光Ｌ２の通過する領域を部分的に無着色とすることができるので、画素内における当該反射光については着色効果を減じ、透過光Ｌ１の着色効果とのバランスをとることを達成しているのである。なお、ここで言う着色効果とは、入射光の強度や波長特性、入射面積など所定の条件下において得られる色純度、色度、輝度その他の着色の程度を示す特性を指すものである。
【００４２】
この結果、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とで画素内で総合的に勘案したときに均衡のとれた色純度が得られるとともに、画面全域における表示色の向上に寄与することができるのである。
【００４３】
上記実施例では、第１領域部１０ｔと第２領域部１０ｒとで着色効果を異ならせるのに、第２領域部１０ｒに格子状に散在配置された複数の貫通孔１０ｈを設けたが、かかる貫通孔を敢えて不規則に配置したりこれ以外の配列形態としたりすることもできるし、その孔の数や面積等も適宜に定めることができる。
【００４４】
以上は、無着色部１０ｈが反射光Ｌ２の着色効果を減じるためのものであることを説明したが、以下に、その領域のサイズ等に関しより具体的な一例を説明する。
【００４５】
いま、１つの画素において、当該画素の有効面積をＳ、第１領域部１０ｔの有効面積をＳｔ、第２領域部１０ｒの有効面積（反射電極部８ｒの面積又は反射光Ｌ２全部の入射面積）をＳｒ、無着色部１ｈの全有効面積をＳｎとすると、液晶層ＬＣの所定光変調状態下における反射モードの分光反射率Ｒを、
Ｒ＝｛Ｌ２ｔ・Ｓｎ／Ｓｒ＋Ｌ２ｃ・（Ｓｒ−Ｓｎ）／Ｓｒ｝・Ｓｒ／Ｓ…(1)
と表すことができる。一方、同状態下における透過モードの分光透過率Ｔは、
Ｔ＝Ｌ１・Ｓｔ／Ｓ …(2)
と表せる。なお上記各式において、Ｌ１，Ｌ２ｔ，Ｌ２ｃは、当該液晶表示パネルに入射する光の元の強度に対する比率を示している。
【００４６】
かかる式に基づき、Ｒ，Ｇ，Ｂの色毎に、Ｌ２ｃ，Ｌ２ｔを実質的な自然光（又はフロントライトからの光）によるものとしてＲを計算しこれに基づいて当該着色層部分で得られる色度と、Ｌ１を使用されるバックライトによるものとしてＴを計算しこれに基づいて当該着色層部分で得られる色度とが等しくなるように、Ｓｎの値を決定することができる。かかる趣旨により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色につきＳｒに対するＳｎの比率（Ｓｎ／Ｓｒ）を求めることができる。各比率の例を百分率で表すと次のようになり、これらの値を採用することにより良好な結果が得られた。
【００４７】
Ｒの画素：５〜１５％
【００４８】
Ｇの画素：１５〜３０％
【００４９】
Ｂの画素：３〜８％
【００５０】
【実施例２】
次に本発明による他の実施例について説明する。
【００５１】
図４は、本実施例の反透過反射型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ４を平面図にて概略的に示している。
【００５２】
このカラーフィルタ４においても、その分割部分である画素部４０の配列形態や使用されるブラックマトリクス４ＢＭの構成については基本的に上記カラーフィルタ１における対応構成部と同様である。また、上記第１領域部１０ｔ及び第２領域部１０ｒにそれぞれ対応する部分４０ｔ及び４０ｒが存在することも同様である。
【００５３】
しかし本実施例においては、上記貫通孔１ｈの代わりに、上述した計算又はその他の経験に基づいて定められた有効面積を有する無着色部４Ｈが設けられる。換言すれば、第２領域部４０ｒは、画素部４０のうち第１領域部４０ｔを除く部分であって、単一の無着色部４Ｈとこれ以外の着色部とからなる。或いは、画素部４０は、着色材の層４Ｃ（図５参照）と無着色部４Ｈとからなる。本例では、無着色部４Ｈは、四角形の当該画素領域の左下の隅に位置付けられ、当該隅に直角が割り当てられた二等辺三角形を呈している。
【００５４】
図５は、１つの画素部４０の拡大した平面図を概略的に示しており、図６は、このカラーフィルタを液晶表示パネル１００′に組み込んだ場合における図５のＶＩ−ＶＩ断面を示している。図５は、図６の液晶表示パネル１００′の正面側（図の上方側）から見た平面図である。なお、図６は液晶表示パネルの基本的構成を示したものであり、説明を簡明とするために詳細な層及び膜並びに構造は省略している。
【００５５】
画素部４０における着色部４Ｃは、第１の光Ｌ１のための第１領域部４０ｔと、第２の光の一部Ｌ２ｃのための、第２領域部４０ｒのうちの無着色部４Ｈを除く部分とを含む。上記第１領域部１０ｔと同様に、第１領域部４０ｔも、透過電極部８ｔに対応しており、第２領域部４０ｒ（無着色部４０Ｈを含む）は、画素電極８０における反射電極部８ｒに対応している。
【００５６】
無着色部４Ｈは、第２の光の一部である無着色反射光Ｌ２ｔを透過させる領域となっており、本例では、着色部４Ｃが開口部を形成しその下層すなわち支持層の基板２０を露出させることによって形成されている。したがってこの無着色部４Ｈを透過する光は着色効果を受けない。
【００５７】
着色部４Ｃ内に位置付けられる第１領域部４０ｔは、ここでは当該画素領域の中央にその中心が位置する四角形とされ、無着色部４Ｈを含む第２領域部４０ｒは、これ以外の部分であって当該第１領域部を取り巻く形とされている。したがって本例では、画素電極８０における各電極部もこれら領域部４０ｔ及び４０ｒと平面図上同等の形状となっていることを前提としている。
【００５８】
画素部４０は、図６にも示されるように、液晶表示パネル１００′の正面側の透明基板２０上に設けられ当該パネルの内側に形成された光遮断材料からなるブラックマトリクス４ＢＭと、ブラックマトリクス４ＢＭにより画定された領域において基板２０及びブラックマトリクス４ＢＭ上に形成される、着色成分を有する例えば合成樹脂からなる着色層４Ｃと、本例ではこれにより外形ないし輪郭が定まる開口（空所）からなる無着色部４Ｈとを含む。
【００５９】
着色部４Ｃは、図５に示されるように、矩形状画素部４０において無着色部４Ｈの三角形部分を欠いた形状にパターン化される。
【００６０】
本実施例においては、無着色部４Ｈの部分について当該着色材が除去され当該部分において透明基板２０に対して開口（又は窓）が形成される。
【００６１】
図示せぬバックライトシステムからの光Ｌ１は、透明電極部８ｔを透過し液晶層ＬＣを経た後に第１領域部４０ｔの着色材により着色されつつパネル正面側外部へと導かれる。一方、パネル正面側からの一方の外光Ｌ２ｃは、透明基板２０及び着色部４Ｃを透過し第２領域部４０ｒにおける着色部４Ｃの着色材により一旦着色されて液晶層ＬＣを介し反射電極部８ｒに達するとともに、反射電極部８ｒにより反射され液晶層ＬＣを介して再び第２領域部４０ｒにおける着色部４Ｃの部分に戻り、ここでもう一度着色されて透明基板２０を透過してパネル正面側の外部へと導かれる。さらに、パネル正面側から無着色部４Ｈに入る他方の外光Ｌ２ｔは、透明基板２０を透過した後にカラーフィルタの色素による着色を受けずに液晶層ＬＣを経て反射電極部８ｒに達するとともに、反射電極部８ｒにより反射され液晶層ＬＣを経て再び無着色部４Ｈに戻り、ここでも着色されずに透明基板２０を透過してパネル正面側の外部へと導かれる。
【００６２】
上述したように、無着色部４Ｈは入射光を着色しないので、画素領域に入る外光の着色効果を軽減させることができる。これにより、上述したような第１実施例と同様の効果を奏することとなる。
【００６３】
なお、本構成は、本来着色すべき反射光を独立した１つの領域で無着色としているので、微視的には画素内に斑な領域を作ることになるが、巨視的に画面全体で見たときには、かかる部分的無着色光は画像表示の上で無視できるものとなる。
【００６４】
また、無着色部４Ｈによる反射光の着色効果低減作用も、第１実施例と同様の考え方でその領域のサイズ等を設定することができる。
【００６５】
本実施例はまた、無着色部４Ｈを図５のような三角形としたことにより、特有の効果を得ている。
【００６６】
図７は、無着色部４Ｈのより実際上の拡大図を示しており、図８は、これに対しかかる特有の効果を説明するために挙げた比較例を示している。
【００６７】
無着色部４Ｈを形成するために、着色部４Ｃは、上記長手状着色領域部に対応する通常のストライプ状のマスクを用いたパターニングと同様に部分的にエッチング除去するパターニングにより、図５に示される形状（一種の鋸歯様形状）となるよう形成される。しかしながら、微視的に見ると、実際得られる着色部４Ｃは、図７に示される如くなる。すなわち、着色部４Ｃの平面図における輪郭の角部は、図５に示されるような尖ったものとはならず、図７に示されるような鈍ったものとなる。換言すれば、着色部４Ｃの各コーナーは丸みを帯びたものとなるのである。一方、着色部４Ｃの平面図における輪郭の直線状部分は、比較的に精度良くほぼ期待通りの直線形状に形成し易い。
【００６８】
本実施例においては、無着色部４Ｈを四角形画素部４０の１つの角を大きく面取りして得られるような三角形としたことにより、着色部４Ｃの丸みを帯びた部分を、画素境界部に相当する部分すなわち図７における左側と下側のみに限定することができ、ブラックマトリクス４ＢＭによってそれら丸い部分の全てを隠すことができる。このブラックマトリクスとの組み合わせによって、所望の形状及び面積の無着色部４Ｈを正確に形成することができる。また、三角形状の無着色部４Ｈは、ばらつきが少なく比較的に等しい面積で形成し易いという側面もある。
【００６９】
これに対して無着色部（４Ｈ）を四角形とした場合は、図８に示されるように、ブラックマトリクス（４ＢＭ）と組み合わせても、着色部（４Ｃ）に丸みを帯びた部分４Ｃoが残ることとなる。このような丸みを帯びた部分は、その程度において予測しづらいものであり、ばらつきが激しく所望形状及び面積の無着色部を形成する上で極めて不利となるのである。
【００７０】
本実施例においては、無着色部４Ｈの平面形状を二等辺三角形としており、それを不等辺三角形とした場合よりも有利なものともしている。すなわち、無着色部４Ｈが二等辺三角形であれば、着色部４Ｃのパターニングに使用するマスクが上下及び左右のどちらにずれても、無着色部４Ｈは相似の二等辺三角形を呈しかつそのずれに応じて一律的な程度で面積が変化するのに対し、不等辺三角形の場合は、上下にずれたときと左右にずれたときとで当該面積変化の程度が異なることになる。したがって、本実施例の如き二等辺三角形の場合は、かかるマスクのずれに対する無着色部４Ｈの面積変化を把握し易く、マスク形成等に際して高い精度を要求しない、という効果を奏するのである。
【００７１】
また、同じ面積の無着色部を形成する場合、その領域を三角形とすることにより、当該無着色部４Ｈの輪郭を形成する着色部４Ｃのエッジの距離を他の形状とした場合に比べて簡単に短くすることができるので、着色部４Ｃと無着色部４Ｈとの段差の部分を小さくすることができ、もってカラーフィルタ表面の平坦化に寄与することになり、好都合となるのである。
【００７２】
【実施例３】
第２実施例では、無着色部４Ｈを三角形とした例を説明したが、他の形状とすることによっても特有の効果を得ることができる。
【００７３】
図９は、本実施例のカラーフィルタ４′の全体像を概略的に平面図にて示しており、図１０はその一部拡大図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ断面図を示している。
【００７４】
図９から分かるように、無着色部４Ｈ′は、矩形状の画素部４０′の１つの側辺全体に沿ってかつその側辺近傍に直線状に延在する長方形に形成されている。この無着色部４Ｈ′は、本例では図１１からも分かるように表示画面の垂直方向に延びる溝状部とすることができる。
【００７５】
このような無着色部４Ｈ′とすることによっても、画素領域内で現れる着色部４Ｃ′のエッジは全て直線状となるので、ばらつきが少なく、無着色部４Ｈ′を所望の面積に正確に形成し易い、という利点がある。しかもこの実施例では、単に着色部４Ｃ′の幅を狭めただけで、従来より使用されているようなストライプ状の着色部のパターニングとほぼ同様のままで済むので製造工程管理上も有利である。
【００７６】
【実施例４】
第１領域部と第２領域部とに異なる着色効果を持たせるには、図１２及び図１３に示される構造とすることもできる。
【００７７】
図１２は、第４実施例によるカラーフィルタの画素部５０の拡大した平面図を概略的に示しており、図１３は、このカラーフィルタを液晶表示パネル１００″′に組み込んだ場合における図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面を示している。
【００７８】
本実施例においては、第１領域部５０ｔ及び第２領域部５０ｒは、それらの着色材形成密度が互いに異なる構造を有するようにしている。そのために、第１領域部５０ｔ及び第２領域部５０ｒの各々は、複数の着色材構造単位、本例では着色材の凸状体部（バンプ、より詳しくは略半球状突起）を構造単位パターンとして少なくともその表層部が形成されるようにし、第１領域部５０ｔのバンプ５ｂは、第２領域部５０ｒのバンプ５ｂよりも高い密度で形成される。
【００７９】
こうすることにより、所期の目的を達成するための第１領域部と第２領域部との構造の差異をつくることができるとともに、パターニング処理により第１及び第２領域部５０ｔ，５０ｒにおける着色材の入射光着色効果上の有効表面積又は体積の違いを簡単に得ることができる。
【００８０】
【実施例５】
また、図１４及び図１５に示される構造とすることもできる。
【００８１】
図１４は、第５実施例によるカラーフィルタの画素部６０の拡大した平面図を概略的に示しており、図１５は、このカラーフィルタを液晶表示パネル１００″″に組み込んだ場合における図１４のＸＶ−ＸＶ断面を示している。
【００８２】
本実施例においても、第１領域部６０ｔ及び第２領域部６０ｒは、それらの着色材形成密度が互いに異なる構造を有するようにしている。そのために、第１及び第２領域部６０ｔ，６０ｒの各々は、複数の着色材構造単位、本例では着色材の凹状体部（ディンプル、より詳しくは略半球面状窪み）を構造単位パターンとして少なくともその表層部が形成されるようにし、第２領域部６０ｒのディンプル６ｄは、第１領域部６０ｔのディンプル６ｄよりも、今度は高い密度で形成される。
【００８３】
このようにしても、所期の目的を達成するための第１領域部と第２領域部との構造の差異をつくることができるとともに、パターニング処理により第１及び第２領域部５０ｔ，５０ｒにおける着色材の入射光着色効果上の有効表面積又は体積の違いを簡単に得ることができる。
【００８４】
なお、第４及び第５実施例は、隆起又は陥没したパターンに基づいて第１及び第２領域部を形成しているので、それらの表面が粗面化されることになり、入射光を拡散させることができる。このようにして拡散された光は、表示面において視野角特性を向上させ視認性のさらなる改善に貢献する。特に、反射モードにおける光Ｌ２に有効である。
【００８５】
また、第４及び第５実施例の特徴を組み合わせる形態としてもよい。すなわち、第４実施例における第１領域部５０ｔ（着色材高密度形成構造）と第５実施例における第２領域部６０ｒ（同低密度形成構造）とを組み合わせて所望の着色効果の相違を得てもよいし、第５実施例における第１領域部６０ｔ（同高密度形成構造）と第４実施例における第２領域部５０ｒ（同低密度形成構造）とを組み合わせて所望の着色効果の相違を得てもよい。
【００８６】
上記各実施例においては、画素部に孔１ｈ、無着色部４Ｈ，４Ｈ′を形成し、また、バンプ５ｂやディンプル６ｄによる凸凹を形成しているので、何らかの着色部の段差ができ、カラーフィルタ全体の表面平坦性を落としている。このような段差はしばしば光学特性その他の面で不利である。
【００８７】
この点につき第２実施例を改良した例を代表として図１６に示す。本例においては、合成樹脂からなるオーバーコート層としての保護層９を着色部４Ｃ及び無着色部４Ｈ上に積層し、着色部４Ｃの保護をなすとともに、無着色部４Ｈにおける開口部を埋めてカラーフィルタの表面を平坦化させている。この保護層は、光学的に透明な材料からなり、カラーフィルタの着色効果には影響を与えないようにすることができる。
【００８８】
この保護層９によるカラーフィルタ表面の平坦化により、当該表面における光の入射面が均一化され、無着色部４Ｈの隙間に係る凸凹による不測の光漏れがなくなるなどして光学特性の向上に大きく寄与することになる。
【００８９】
また、カラーフィルタ上に配向膜（図示せず）などの他の層を設けても、当該他の層に着色部４Ｃが直接触れることがなくなるので、液晶層への汚染を防止することができる、という利点もある。さらに、カラーフィルタの表面が平坦になったことにより、その上及び上方に配される配向層及び液晶層ＬＣにおける配向乱れをも避けることができて好都合である。
【００９０】
他の実施例についても、同様に保護膜９を設けることにより、同じ効果が得られるが、第１実施例並びに第４及び第５実施例の如き特定の構成の場合は、形成される凹凸の程度が小さいので、同一のフィルタ平坦性を保とうとしたときには第２実施例に適用する場合よりも保護膜を薄いものとすることができる。すなわち、かかる特定の構成自体、カラーフィルタ表面の平坦性が高く、凹凸形状に起因する他の層への影響が少ないと言える。
【００９１】
なお、これまでは、カラーフィルタの画素部が矩形であり、四角形の透過用第１領域部とこれを取り巻く形の反射用第２領域部とを含む例を説明したが、本発明は必ずしもこのような例に限定されない。かかる画素部（画素領域）は矩形以外の他の形状例えば５辺以上の多角形のものでもよいし、第１領域部も、同様に四角形以外の形状としてもよいしまた複数の領域に別れていてもよい。
【００９２】
基本的には、カラーフィルタにおける透過用の領域と反射用の領域は、当該表示デバイスにおいて扱われる上記第１の光と上記第２の光とにそれぞれ割り当てられる領域（ここに挙げた実施例においては画素電極に形成された透過部及び反射部の各領域）に対応し、その形状、配置及び数と同じである。したがって、上記実施例におけるが如き矩形の第１領域部とこれを囲繞する形の第２領域部に代えて、当該第１領域部を平面図上円形としたり、大略矩形だが丸みを帯びた形状（楕円を含む）を呈するものとしたり、５辺以上の線分によって囲まれた多角形とすることもできる。
【００９３】
本発明において他に色々な改変例が可能なことは言うまでもない。例えば、画素部も図１、図４及び図９に示したような格子状でなくともよいことは勿論である。また、上記実施例においては、基板２０上に直接カラーフィルタを形成する例を説明しているが、基板２０とカラーフィルタとの間に何らかの下地層を介挿してもよい。すなわち本発明は、こうした下地層及び基板を含めた基体層により支持されうるカラーフィルタを指向するものである。
【００９４】
また、上記保護層９を完全に無色透明なものとする他に、所望の目的で何らかの着色性を有するものとすることもできる。また、上記実施例においては、フルカラー画像を形成するためにＲ，Ｇ，Ｂの３原色についてのカラーフィルタにつき説明したが、本発明は、モノクロ画像専用の単色についてのカラーフィルタに対しても適用可能である。
【００９５】
このように、ここに記述された好適実施例は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は添付の請求項により示されており、かかる請求項の意味の中に入る全ての変形例は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの概略平面図。
【図２】 図１のカラーフィルタの１画素分の領域を示す概略的拡大平面図。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ破断線により得られるカラーフィルタの、液晶表示パネル組み込み態様における概略断面図。
【図４】 本発明の第２実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの概略平面図。
【図５】 図４のカラーフィルタの１画素分の領域を示す概略的拡大平面図。
【図６】 図５のＶＩ−ＶＩ破断線により得られるカラーフィルタの、液晶表示パネル組み込み態様における概略断面図。
【図７】 第２実施例の効果を説明するための第２実施例によるカラーフィルタの概略平面図。
【図８】 第２実施例の効果を説明するための比較例によるカラーフィルタの概略平面図。
【図９】 本発明の第３実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの概略平面図。
【図１０】 図９のカラーフィルタの１画素分の領域を示す概略的拡大平面図。
【図１１】 図１０のＸＩ−ＸＩ破断線により得られるカラーフィルタの、液晶表示パネル組み込み態様における概略断面図。
【図１２】 本発明の第４実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの１画素分の領域を示す概略的拡大平面図。
【図１３】 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ破断線により得られるカラーフィルタの、液晶表示パネル組み込み態様における概略断面図。
【図１４】 本発明の第５実施例による液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの１画素分の領域を示す概略的拡大平面図。
【図１５】 図１４のＸＶ−ＸＶ破断線により得られるカラーフィルタの、液晶表示パネル組み込み態様における概略断面図。
【図１６】 第２実施例の改変例を示すカラーフィルタの概略断面図。
【符号の説明】
１，４…カラーフィルタ
１０，４０，４０′，５０，６０…画素部
１ＢＭ，４ＢＭ，５ＢＭ，６ＢＭ…ブラックマトリクス
１０ｔ，４０ｔ，５０ｔ，６０ｔ…第１領域部
１０ｒ，４０ｒ，４０ｒ′，５０ｒ，６０ｒ…第２領域部
１ｈ…貫通孔（無着色部）
４Ｈ，４Ｈ′…無着色部
４Ｃ…着色部
５ｂ…バンプ
６ｄ…ディンプル
１００，１００′，１００″，１００″′，１００″″…液晶表示パネル
２０…透明基板
ＬＣ…液晶層
７０…背面側基板
８０…画素電極
８ｔ…透過電極部
８ｒ…反射電極部
Ｌ１…透過光
Ｌ２ｃ…着色反射光
Ｌ２ｔ…無着色反射光
９…保護層

Claims (14)

1. 画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するためのカラーフィルタであって、
   画素毎に前記第１の光を透過させる第１領域部と前記第２の光を透過させる第２領域部とを含み、
   前記第１領域部と前記第２領域部とは、同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる色純度を呈する構造を有し、
   前記第１及び第２領域部の各々は、入射光を拡散させることの可能な表面形状を有する複数の着色材構造単位により形成され、前記第１及び第２領域部の各々における着色材構造単位は、異なる形成密度によって形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。
2. 請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記着色材構造単位は凸状であり、前記第１領域部の着色材構造単位は、前記第２領域部の着色材構造単位よりも形成密度が密であることを特徴とするカラーフィルタ。
3. 請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記着色材構造単位は凹状であり、前記第１領域部の着色材構造単位は、前記第２領域部の着色材構造単位よりも形成密度が疎であることを特徴とするカラーフィルタ。
4. 請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記第１及び第２領域部の着色材構造単位は、それぞれ異なる表面形状を有し、前記第１領域部と前記第２領域部は、同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる色純度を呈する構造を有するようにそれぞれの着色材構造単位の形成密度が定められていることを特徴とするカラーフィルタ。
5. 請求項４に記載のカラーフィルタであって、前記第１領域部の着色材構造単位は、凸状及び凹状のうちの一方を呈し、前記第２領域部の着色材構造単位は、凸状及び凹状のうちの他方を呈することを特徴とするカラーフィルタ。
6. 請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記着色材構造体単位は、略半球状突起体である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
7. 請求項１に記載のカラーフィルタであって、前記着色材構造体単位は、略半球面状窪み体である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
8. 請求項１ないし７のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタであって、前記第１及び第２領域部は、同一着色材料で形成される、ことを特徴とするカラーフィルタ。
9. 請求項１ないし８のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタであって、前記第１及び第２領域部を被覆する保護膜をさらに有することを特徴とするカラーフィルタ。
10. 請求項１ないし９のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタであって、前記第１領域部は、平面図上円形又は丸みを帯びた形状である、ことを特徴とするカラーフィルタ。
11. 画素毎に単一方向性の光路を呈する第１の光と双方向性の光路を呈する第２の光とを着色するカラーフィルタを製造する方法であって、
    基体層上に前記第１及び第２の光を着色させるための着色材料を堆積する着色材堆積工程と、
    前記着色材料の堆積層をもとに、画素毎に前記第１の光を透過させる第１領域部と前記第２の光を透過させる第２領域部とを、これら領域部が同一光路及び同一特性の光が透過したときに互いに異なる色純度を呈する構造となるように当該堆積層を複数の着色材構造体単位にパターン化する工程と、
    を有し、
    前記第１及び第２領域部の各々は、入射光を拡散させることの可能な表面形状を有する複数の着色材構造単位により形成され、前記第１及び第２領域部の各々における着色材構造単位は、異なる形成密度によって形成されていることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記着色材堆積工程の前に、前記基体層上に画素領域を画定するブラックマトリクスを形成する工程をさらに有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の方法であって、前記第１領域部及び第２領域部上に保護層を少なくとも部分的に形成する工程をさらに有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
14. 請求項１ないし１３のうちいずれか１つに記載のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の製造方法であって、
    当該製造方法において、前記カラーフィルタは、当該液晶表示装置の一方の基板に設けられ、当該他方の基板には、前記第１の光を透過させる透過電極部と前記第２の光を反射させる反射電極部とを有する画素電極が設けられ、
    当該製造方法は、前記カラーフィルタにおける前記第１領域部と前記透過電極部とを位置合わせし、又は前記第２領域部と前記反射電極部とを位置合わせする工程を有する、
    液晶表示装置の製造方法。

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