JPH11337717A - カラーフィルター基板及びそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】色に対して視角依存性が強く、斜めからの入射
光が、本来の色のみを通過した出射光と、隣接画素の色
を通過した出射光が重なり混色し、色純度が低くなって
しまうという、従来の反射型カラー液晶表示装置におけ
る課題を解決したカラーフィルター基板及びそれを用い
た液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 反射型液晶表示装置に用いられるカラー
フィルターの構造において、カラーフィルターのＲＧＢ
の色要素、１０２、１０３、１０４の断面が、凸型レン
ズ形状を有しており、斜めから入射する光１４１、１４
２の反射光１５１、１５２をパネルの法線方向へ集光さ
せ隣接する画素間の混食を防止する。

Description

【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ーの
構造に関し、さらに該カラーフィルターを用いてカラー
表示を行う反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置は一般にパネル内部
に微細なカラーフィルターを形成することによりカラー
表示を実現している。カラーフィルターは染料又は顔料
を含有する有機膜を基板上に成膜し、フォトリソグラフ
ィーにより微細加工される。多色表示を行う場合、赤、
緑、青のカラーフィルターを一ドット毎に形成するのが
一般的である。

【０００３】近年、低消費電力を魅力として、暗い環境
下でも明るく・高色純度といった高い表示品質を目指し
た反射型カラー液晶表示装置の研究が注目されている。

【０００４】反射型カラー液晶表示装置のカラーフィル
ターは透過型カラー液晶表示装置のカラーフィルターと
同じく染料または顔料を含有した有機膜をフォトリソグ
ラフィーを用いて形成される。しかし、反射型カラー液
晶表示装置は外光を有効利用する必要から、用いられる
カラーフィルターには高い透過率が要求され、透過型カ
ラー液晶表示装置のカラーフィルター材料に比べて色純
度の低い材料が用いられ、その成膜条件も異なるのが常
である。

【０００５】図２は、従来の反射型液晶表示装置の構造
平面図（ａ）とそのａ−ａ’断面図（ｂ）である。カラ
ーフィルター基板２００上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）のカラーフィルター２０２、２０３，２０４、
更に保護膜２０５を介した短冊状の透明コモン電極２０
６上には配向膜２０７が形成されている。一方、対向基
板２１０上には、短冊状の透明セグメント電極２１２が
あり、その上に配向膜２１７が形成されている。両基板
間には特定ギャップを隔てて液晶２３０が封入されてい
る。また、片方のカラーフィルター基板２００には偏光
板２０８、もう片方の対向基板２１０には偏光板２１８
と反射板２１９がそれぞれ指定の透過・吸収軸に合わせ
て貼り付けられており、周辺環境の入射光の反射光量を
液晶にかかる電極間の電界で制御することにより表示す
るものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射型
液晶表示装置は、色に対して強い視角依存性を有してい
た。すなわち、図２に示すように、斜めからの入射光２
４１は本来の色のみを通過する出射光２５１と、入射光
２４２のように、隣接画素の色を通過する出射光２５２
が重なり混色するという欠点があった。

【０００７】そこで、本発明は、斜めから入射する光を
パネルの法線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止
するカラーフィルターの構造とそれを用いた反射型液晶
表示装置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】請求項１記載のカラーフ
ィルター基板は、基板上にカラーフィルターが配設され
その上に保護膜と駆動電極が設けられたカラーフィルタ
ー基板において、前記カラーフィルターの断面が凸型レ
ンズ形状を有する構造であることを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、駆動電極がカラーフィ
ルターと保護層の上に配設された構造において、カラー
フィルターがレンズの役割を果たし、斜めから入射する
光をパネルの法線方向に集光させて隣接画素間の混色を
防止するという効果を有する。

【００１０】請求項２記載のカラーフィルター基板は、
基板上に駆動電極が配設されその上にカラーフィルター
と保護膜が形成されたカラーフィルター基板において、
前記カラーフィルターの断面が凸型レンズ形状であるこ
とを特徴とする。

【００１１】上記構成によれば、駆動電極が、カラーフ
ィルターと保護層の下に配設された構造において、カラ
ーフィルターがレンズの役割を果たし、斜めから入射す
る光をパネルの法線方向に集光させて隣接画素間の混色
を防止するという効果を有する。

【００１２】請求項３記載のカラーフィルター基板は、
前記カラーフィルターは、前記基板上にモザイクまたは
デルタ配置されるともに、該カラーフィルターの断面形
状は、その端部近傍の一部に曲率を有することを特徴と
する。

【００１３】上記構成によれば、モザイクまたはデルタ
配置するカラーフィルターのパターン端部近傍の曲率を
有する部分がレンズの役割を果たし、斜めから入射する
光をパネルの法線方向に集光させて隣接画素間の混色を
防止するという効果を有する。

【００１４】請求項４記載のカラーフィルター基板は、
前記カラーフィルターは、前記基板上にストライプ配置
されるとともに、該カラーフィルターの断面形状は、そ
の端部近傍の一部に曲率を有することを特徴とする。

【００１５】上記構成によれば、ストライプ配置された
カラーフィルターのパターン周縁の曲率を有する部分が
レンズの役割を果たし、斜めから入射する光をパネルの
法線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止するとい
う効果を有する。

【００１６】請求項５記載のカラーフィルター基板は、
前記カラーフィルターの屈折率を前記保護膜の屈折率よ
り高くしたことを特徴とする。

【００１７】上記構成によれば、カラーフィルターのレ
ンズの役割をさらに向上するものであり、斜めから入射
する光をパネルの法線方向に、より集光させて隣接画素
間の混色を防止するという効果を高めるものである。

【００１８】請求項６記載の反射型液晶表示装置は、請
求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のカラーフィル
ター基板からなる第一の基板と、前記第一の基板に対向
して配置され透明な駆動電極を有する第二の基板と、前
記第一、第二の基板間に封入される液晶と、前記第一、
第二の基板の外側に配置される一対の偏光板と、どちら
か一方の前記偏光板の外側に配置される反射板とを有す
ることを特徴とする。

【００１９】上記構成によれば、カラーフィルターがレ
ンズの役割を果たし、斜めから入射する光をパネルの法
線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止するため、
斜めから見ても色純度の高い反射型液晶表示装置を実現
できるという効果を有する。

【００２０】請求項７記載の反射型液晶表示装置は、請
求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のカラーフィル
ター基板からなる第一の基板と、前記第一の基板に対向
して配置され反射駆動電極を有する第二の基板と、前記
第一、第二の基板間に封入される液晶と、前記第一の基
板の外側に配置される偏光板とを有することを特徴とす
る。

【００２１】上記構成によれば、カラーフィルターがレ
ンズの役割を果たし、斜めから入射する光をパネルの法
線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止するため、
斜めから見ても色純度が高い他に、像が二重に見えない
反射型液晶表示装置を実現できるという効果を有する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２３】〔実施例１〕図１は本発明に係るカラーフ
ィルター基板を用いた単純マトリクス方式の反射型液晶
表示装置の第１の実施例を説明する図である。

【００２４】図１（ａ）は、構造平面図、（ｂ）はその
ａ−ａ’断面図である。カラーフィルター基板（コモン
基板）１００上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
カラーフィルター１０２、１０３，１０４、更に保護膜
１０５を介した短冊状の透明電極１０６上には配向膜１
０７が形成されている。一方、セグメント基板１１０上
には、セグメント電極１１２が短冊状に並び、配向膜１
１７が形成されている。両基板間には特定ギャップを隔
てて液晶１３０が封入されている。また、片方のコモン
基板１００には偏光板１０８、もう片方のセグメント基
板１１０には偏光板１１８と反射板１１９がそれぞれ指
定の透過・吸収軸に合わせて貼り付けられており、周辺
環境の入射光の反射光量を液晶にかかる電極間の電界で
制御することにより表示するものである。

【００２５】ここで、コモン基板１００上には、各カラ
ーフィルター間に透過型液晶表示装置において使われる
遮光膜（ブラックマトリクス）はなく、短冊状のコモン
電極１０６と保護膜１０５の下のＲ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）層は、画素中央部の膜厚が厚く形成された凸型
レンズ構造のカラーフィルターである。この実施形態で
は、保護膜１０５の厚さは、少なくとも、カラーフィル
ターによる凹凸を吸収して平坦化できる程度に形成され
るのが望ましい。この保護膜により平坦化することによ
り、配向も安定させることができ、画面全体の画質を均
質なものとできる。

【００２６】図３は、カラーフィルター基板１００の様
子を詳細に示す斜視図である。（ａ）は、ストライプ配
置の場合を示すもので、セグメント電極１１２の短冊方
向に沿って中央部が厚い尾根型構造のカラーフィルター
である。（ｂ）はモザイク配置の場合を示すもので、セ
グメント電極１１２の短冊方向に沿って中央部が厚い尾
根型構造をとりながら、 Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）間が分割されたカラーフィルターである。

【００２７】図１に示すように、斜めからの入射光１４
１はレンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、レンズ
作用によりパネル法線方向に屈折されて反射板１１９に
て反射後、再度レンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過
して、出射光１５１となる。同様に入射光１４２も、レ
ンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、再度レンズ構
造のＧ（緑）フィルターを通過して、出射光１５２とな
るため、従来のような混色が発生しにくい。

【００２８】従って、駆動電極がカラーフィルターと保
護層の上に配設された構造において、カラーフィルター
がレンズの役割を果たし、斜めから入射する光をパネル
の法線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止するこ
とが可能になる。

【００２９】〔実施例２〕図６は本発明に係るカラーフ
ィルターを用いた単純マトリクス方式の反射型液晶表示
装置の第２の実施例を説明する構造断面図である。図６
に付された記号は、図１の記号の末尾２桁を共通にして
表現している。

【００３０】図１とは異なり、カラーフィルター基板
（コモン基板）６００上には、短冊状の透明電極６０
６、更にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィル
ター６０２、６０３，６０４、と保護膜６０５の上には
配向膜６０７が形成されている。一方、セグメント基板
６１０上には、セグメント電極６１２が短冊状に並び、
配向膜６１７が形成されている。両基板間には特定ギャ
ップを隔てて液晶６３０が封入されている。また、片方
のコモン基板６００には偏光板６０８、もう片方のセグ
メント基板６１０には偏光板６１８と反射板６１９がそ
れぞれ指定の透過・吸収軸に合わせて貼り付けられてお
り、周辺環境の入射光の反射光量を液晶にかかる電極間
の電界で制御することにより表示するものである。しか
し、図１とは異なり、両基板の電極間には、カラーフィ
ルター６０２、６０３，６０４、と保護膜６０５の存在
によって電圧降下があり、カラ−フィルターや保護膜の
膜厚はあまり厚く設定できない。ただし、保護膜は、少
なくともカラーフィルターによる凹凸を吸収して平坦化
できる程度の厚さであることが望ましい。保護膜により
平坦化することにより、配向も安定させることができ、
画面全体の画質を均質なものとできる。

【００３１】ここで、コモン基板６００上には、各カラ
ーフィルター間に透過型液晶表示装置において使われる
遮光膜（ブラックマトリクス）はなく、短冊状のコモン
電極６０６と保護膜６０５の間にあるＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）層は、画素中央部の膜厚が厚く形成さ
れた凸型レンズ構造のカラーフィルターである。

【００３２】図６に示すように、斜めからの入射光６４
１はレンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、レンズ
作用によりパネル法線方向に屈折されて反射板６１９に
て反射後、再度レンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過
して、出射光６５１となる。同様に入射光６４２も、レ
ンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、再度レンズ構
造のＧ（緑）フィルターを通過して、出射光６５２とな
るため、従来のような混色が発生しにくい。

【００３３】従って、駆動電極がカラーフィルターと保
護層の下に配設された構造において、カラーフィルター
がレンズの役割を果たし、斜めから入射する光をパネル
の法線方向に集光させて隣接画素間の混色を防止するこ
とが可能になる。

【００３４】〔実施例３〕図４は本発明に係るカラーフ
ィルター基板を用いた単純マトリクス方式の反射型液晶
表示装置の第３の実施例を説明する図である。

【００３５】図４（ａ）は、構造平面図、（ｂ）はその
ａ−ａ’断面図である。図４に付された記号は、図１の
記号の末尾２桁を共通にして表現している。図１とは異
なり、短冊状のコモン電極電極４０６と保護膜４０５の
下のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）層は、画素中央部が
平坦に形成され（平坦領域４０２’）、セグメント電極
４１２のパターン端に近づくにつれて、薄くなるような
曲率を持った構造のカラーフィルターである。本実施形
態においても、保護膜の厚さは、少なくとも、カラーフ
ィルターによる凹凸を吸収でき平坦化る程度に、形成さ
れるのが望ましい。保護膜により平坦化することによ
り、配向も安定させることができ、画面全体の画質を均
質なものとできる。

【００３６】図４に示すように、斜めからの入射光４４
１はレンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、レンズ
作用によりパネル法線方向に屈折されて反射板４１９に
て反射後、再度レンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過
して、出射光４５１となる。同様に入射光４４２も、レ
ンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、再度レンズ構
造のＧ（緑）フィルターを通過して、出射光４５２とな
るため、従来のような混色が発生しにくい。また、平坦
領域４０２’については、隣接画素と離れているためこ
の領域を透過する入射光は、隣接画素を透過する反射光
とはならないため、混色が発生しにくい。

【００３７】従って、実施例１と同様に、カラーフィル
ターの端の曲率を持った部分がレンズの役割を果たし、
斜めから入射する光をパネルの法線方向に集光させて隣
接画素間の混色を防止することが可能になる。

【００３８】図５は、カラーフィルター基板４００の様
子を詳細に示す斜視図である。

【００３９】図５（ａ）は、ストライプ配置の場合を示
すもので、セグメント電極４１２の短冊方向に沿って中
央部が厚い尾根型構造のカラーフィルターであり、かつ
平坦領域４０２’を有する。（ｂ）はモザイク配置の場
合を示すもので、図３の（ｂ）と異なり、セグメント電
極４１２の短冊方向とコモン電極４０６の短冊方向に沿
って中央部が厚く平坦領域４０２”、４０３”、４０
４”を有する山型構造のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）
カラーフィルターである。

【００４０】ここで、図６に示した、駆動電極がカラー
フィルター及び保護層の下に配設される構造において、
凸型レンズ構造のカラーフィルター６０２、６０３、６
０４に代えて、本実施形態の、画素中央部が平坦に形成
されパターン端に近づくにつれて、薄くなるような曲率
を持った形状のカラーフィルターを用いることにより、
カラーフィルター部分は、凸型レンズ構造よりも薄く形
成することができるため、カラーフィルターの厚さによ
る、駆動電圧の降下を少なくすることができる。

【００４１】〔実施例４〕図７は、本発明の、カラーフ
ィルター基板を用いるとともに、反射板がパネル基板の
内側に配置された単純マトリクス方式の反射型液晶表示
装置の第４の実施例を説明する構造断面図である。図７
に付された記号は、図１の記号の末尾２桁を共通にして
表現している。

【００４２】７１２は、薄膜アルミニウムから成る反射
板であり、図１、図４、図６よりも偏光板が１枚少ない
分、色純度が高く且つ明るい表示が実現できる。また、
反射板をパネル表示面に内蔵することにより、像が二重
に見えないという長所がある。

【００４３】本実施例においても、斜めからの入射光７
４１はレンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、レン
ズ作用によりパネル法線方向に屈折されて反射板７１２
にて反射後、再度レンズ構造のＧ（緑）フィルターを通
過して、出射光７５１となる。同様に入射光７４２も、
レンズ構造のＧ（緑）フィルターを通過後、再度レンズ
構造のＧ（緑）フィルターを通過して、出射光７５２と
なるため、従来のような混色が発生しにくい。本実施形
態においても、保護膜の厚さは、少なくとも、カラーフ
ィルターによる凹凸を吸収でき平坦化る程度に、形成さ
れるのが望ましい。保護膜により平坦化することによ
り、配向も安定させることができ、画面全体の画質を均
質なものとできる。

【００４４】次に、図５の（ｂ）に相当するカラーフィ
ルターを例にあげ、作製方法について説明する。

【００４５】まず、カラーフィルターは染料又は顔料を
含有する感光性有機膜を基板上に成膜する。次に、レチ
クルマスクを用いてフォトリソグラフィーにより微細加
工する。図８は、１画素についてのみ表わしており、斜
線部（黒部）が遮光部分、残りの部分（白部）が透過部
分である。黒白パターンは、（ａ）は鋸状に、（ｂ）は
枠状に、（ｃ）は枠状に穴が配列されたものであり、パ
ターン周辺に沿って中央部より露光量を減らしている。
実際のレチクルマスクは上記パターンがマトリクス状に
配置されている。通常、感光性有機膜はネガ型であり光
の照射部分が膜として残るため、パターン周辺部が中央
部より薄くなる。以上のパターンを焼成することで全体
的になだらかな面を形成することができる。染色法であ
れば、パターン化された有機膜を指定の色で染色すれば
よい。このあと、保護膜を塗布し、透明導電膜をスパッ
ター後パターニングして電極を形成する。

【００４６】実施例１から４については、単純マトリク
ス方式の反射型液晶表示装置について説明してきたが、
ＭＩＭ（金属／酸化膜／金属）やＴＦＴ（薄膜トランジ
スター）がマトリクス状に形成された素子基板を、カラ
ーフィルター基板に対向配置するアクティブマトリクス
方式の反射型液晶表示装置についても同様に適用でき
る。

【００４７】ここで、カラーフィルターの屈折率を保護
膜の屈折率より高くすれば、カラーフィルターのレンズ
の役割はさらに向上し、斜めから入射する光をパネルの
法線方向により集光させて隣接画素間の混色はさらに改
善できるという効果を有する。

【００４８】また、カラーフィルターの色としては、
Ｒ、Ｇ、Ｂの補色であるシアン、マゼンタ、イエローを
用いても同様に適用できる。

【００４９】特にＲ、Ｇ、Ｂとして染色せずに透明膜と
して用いれば、当然のことながら、白黒反射型液晶表示
装置を実現できる。この場合、隣接画素間の混色という
よりは、コントラストの向上が期待できる。

【００５０】また、カラーフィルターの配置について
は、デルタ配置の場合もモザイク配置と同様な効果を得
ることができることは、当然のことである。

【００５１】

【発明の効果】単純マトリクス方式の反射型液晶表示装
置や、ＭＩＭ、ＴＦＴなどのスイッチング素子を用いた
アクティブマトリクス方式の反射型液晶表示装置におい
て、カラーフィルターを凸型レンズ構造とすることで、
カラーフィルターがレンズの役割を果たし、斜めから入
射する光をパネルの法線方向に集光させて隣接画素間の
混色を防止し、斜めから見ても色純度の高い反射型液晶
表示装置を実現できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例のカラーフィルターを用
いた単純マトリクス方式の反射型液晶表示装置の構造平
面図（ａ）とそのａ−ａ’断面図（ｂ）である。

【図２】従来の単純マトリクス方式の反射型液晶表示装
置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ’断面図（ｂ）であ
る。

【図３】本発明の第一の実施例のカラーフィルター基板
の詳細を示す斜視図である

【図４】本発明の第三の実施例のカラーフィルター基板
を用いた単純マトリクス方式の反射型液晶表示装置の構
造平面図（ａ）とそのａ−ａ’断面図（ｂ）である。

【図５】本発明の第三の実施例のカラーフィルター基板
の詳細を示す斜視図である。

【図６】本発明の第二の実施例のカラーフィルター基板
を用いた単純マトリクス方式の反射型液晶表示装置の構
造断面図である。

【図７】本発明の第四の実施例を示す単純マトリクス方
式の反射板内蔵反射型液晶表示装置の構造断面図であ
る。

【図８】本発明のカラーフィルターを作製するためのレ
チクルパターンの１画素の例を示す図である。

【符号の説明】

１００、２００、４００、６００、７００・・・カラー
フィルター基板 １０２、２０２、４０２、６０２、７０２・・・Ｒ
（赤）カラーフィルター １０３、２０３、４０３、６０３、７０３・・・ Ｇ
（緑）カラーフィルター １０４、２０４、４０４、６０４、７０４・・・ Ｂ
（青）カラーフィルター １０５、２０５、４０５、６０５，７０５・・・保護膜 １０６、２０６、４０６、６０６、７０６・・・短冊透
明電極 １０７、１１７、２０７、２１７、４０７、４１７、６
０７、６１７、７０７、７１７・・・配向膜 １０８、１１８、２０８、２１８、４０８，４１８，６
０８，６１８，７０８・・・偏光板 １１９、２１９、４１９、６１９・・・反射板 １１０、２１０、４１０、６１０，７１０・・・セグメ
ント基板 １１２、２１２、４１２、６１２、７１２・・・セグメ
ント電極 １３０、２３０、４３０、６３０、７３０・・・液晶

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にカラーフィルターが配設されその
   上に保護膜と駆動電極が設けられたカラーフィルター基
   板において、前記カラーフィルターの断面が凸型レンズ
   形状を有する構造であることを特徴とするカラーフィル
   ター基板。
2. 【請求項２】基板上に駆動電極が配設されその上にカラ
   ーフィルターと保護膜が形成されたカラーフィルター基
   板において、前記カラーフィルターの断面が凸型レンズ
   形状であることを特徴とするカラーフィルター基板。
3. 【請求項３】前記カラーフィルターは、前記基板上にモ
   ザイクまたはデルタ配置されるともに、該カラーフィル
   ターの断面形状は、その端部近傍の一部に曲率を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のカラー
   フィルター基板。
4. 【請求項４】前記カラーフィルターは、前記基板上にス
   トライプ配置されるとともに、該カラーフィルターの断
   面形状は、その端部近傍の一部に曲率を有することを特
   徴とする請求項１または請求項２記載のカラーフィルタ
   ー基板。
5. 【請求項５】前記カラーフィルターの屈折率を前記保護
   膜の屈折率より高くしたことを特徴とする請求項１乃至
   請求項４のいずれか１項記載のカラーフィルター基板。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載
   のカラーフィルター基板からなる第一の基板と、前記第
   一の基板に対向して配置され透明な駆動電極を有する第
   二の基板と、前記第一、第二の基板間に封入される液晶
   と、前記第一、第二の基板の外側に配置される一対の偏
   光板と、どちらか一方の前記偏光板の外側に配置される
   反射板とを有することを特徴とする反射型液晶表示装
   置。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載
   のカラーフィルター基板からなる第一の基板と、前記第
   一の基板に対向して配置され反射駆動電極を有する第二
   の基板と、前記第一、第二の基板間に封入される液晶
   と、前記第一の基板の外側に配置される偏光板とを有す
   ることを特徴とする反射型液晶表示装置。