JP2001324713A - 液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた液晶表示装置

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JP2001324713A
JP2001324713A JP2000141420A JP2000141420A JP2001324713A JP 2001324713 A JP2001324713 A JP 2001324713A JP 2000141420 A JP2000141420 A JP 2000141420A JP 2000141420 A JP2000141420 A JP 2000141420A JP 2001324713 A JP2001324713 A JP 2001324713A
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transparent substrate
crystal display
light
electrode
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Sota Nemoto
壮太 根本
Kazutoshi Yoshida
和俊 吉田
Masao Uehara
正男 上原
Noboru Hoshino
登 星野
Yoshiaki Nakamura
善明 中村
Masayoshi Fujieda
正芳 藤枝
Koji Hiraga
浩二 平賀
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Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
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Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】透過光と反射光の何れの表示モードでも明る
く、良好なコントラストで画像表示が得られ、また何れ
の表示モードでも良好なカラー表示を可能とする。 【解決手段】一方の電極ＩＴＯ１を複数有する第１の透
明基板ＳＵＢ１と、一方の電極と対向した他方の電極Ｉ
ＴＯ２を複数有する第２の透明基板ＳＵＢ２の間に液晶
ＬＣを挟持し、一方の電極ＩＴＯ１と他方の電極ＩＴＯ
２の各対向部に画素領域を形成し、第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１と一方の電極ＩＴＯ１の間に半透過・反射膜Ｔ／Ｒ
を配置し、この半透過・反射膜Ｔ／Ｒの画素領域に光透
過孔ＡＰを形成し、あるいは隣接する画素領域間にスリ
ットＳＬＴを形成して、第１の透明基板ＳＵＢ１側から
入射する照明光の一部を液晶ＬＣに入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に透過光と反射光を選択的に利用可能として画像
を表示する半透過・反射型の液晶表示素子とこの液晶表
示素子を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】作像手段を液晶表示素子で構成した所謂
液晶表示装置は、薄型で軽量、低消費電力であることか
ら、ノート型パソコン、ワードプロセッサ、電子手帳、
携帯電話機、カメラ一体型ビデオレコーダ等、広範囲の
電子機器の表示装置として使用されている。
【０００３】液晶表示素子は、ブラウン管やプレズマデ
ィスプレイ装置と異なり、それ自体が発光するのではな
く、外部から入射した光の光量を制御して画像等を表示
するものである。液晶表示素子は、光制御素子として複
数色のカラーフィルタを具備させることで多色のカラー
画像表示が可能となる。
【０００４】現在最も一般的に用いられている液晶表示
装置は、蛍光管等を用いたバックライトと称する照明光
源を液晶表示素子の背面に設置し、バックライトが発光
する光が液晶表示素子を透過する量を制御して画像を表
示する構成とした、所謂透過型の液晶表示装置である。
【０００５】しかし、この透過型の液晶表示装置では、
バックライトによる電力消費が全消費電力の約半分を占
め、前記した携帯型の電子機器が電池駆動の場合、その
使用時間を短縮する大きな要因となっている。また、透
過型の液晶表示装置は、明るい屋外等で使用する場合に
は表示領域の表面で外光が反射し、このため表示画像の
識別が著しく困難になる。
【０００６】屋外等の明るい環境で常時携帯して使用す
るものとしては、通常、バックライトを用いずに、反射
板を具備して周囲からの外光の反射光を液晶層で制御す
る、所謂反射型の液晶表示素子がある。このような液晶
表示素子には、例えば特開平７−３３３５９８号公報に
開示されているような、半透過・反射膜を用いて、透過
型表示と反射型表示を行うようにしたものが知られてい
る。
【０００７】また、この種の液晶表示素子の他の例とし
て、例えば特開平７−３３３５９８号公報に開示されて
いるように、一つの画素電極を反射領域と透過領域の二
つの領域で構成したものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の液晶表示素子では、使用環境（光源環境）変化でその
表示品質が異なったものとなる。すなわち、反射光を用
いた場合（反射光モード）と透過光を用いた場合（透過
光モード）の表示にコントラスト比が異なり、また白黒
表示で着色現象が生じたり、色表示での色調にずれが発
生する。コントラスト比のずれは、黒表示輝度すなわち
オフ透過率と白表示輝度すなわちオン透過率が反射光と
透過光とで異なるためであり、表示画像の視認性を劣化
させる。また、色調のずれは特に透過光における色調が
青色にシフトする現象であり、色再現性を劣化させてし
まう。
【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
消して、透過型と反射型の何れの表示モードでも良好な
コントラスト比で画像表示が得られ、また何れの表示モ
ードでも良好なカラー表示が可能な液晶表示素子を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に、本発明は、一方の電極を複数有する第１の透明基板
と、前記一方の電極と対向した他方の電極を複数有する
第２の透明基板の間に液晶を挟持し、前記一方の電極と
他方の電極の各対向部に画素領域を形成し、前記第１の
透明基板と前記一方の電極の間に半透過・反射膜を配置
し、この半透過・反射膜の画素領域に光透過孔を形成
し、あるいは隣接する画素領域間にスリットを形成し
て、第１の透明基板側から入射する照明光の一部を液晶
に入射させるようにした。
【００１１】この構成としたことで、透過光モードで第
１の透明基板の外側から入射する照明光の一部がカラー
フィルタを通して第２の透明基板側に出射するため、表
示画像の視認性が向上するとともに、透過光における色
調ずれが低減し、色再現性が向上する。
【００１２】隣接する画素領域間にも半透過・反射膜を
形成することで、透過光モードにおけるコントラストが
向上する。
【００１３】また、上記第２の透明基板と前記他方の電
極の間に形成したカラーフィルタ層の隣接端縁を重畳し
て遮光機能を付与した。隣接するカラーフィルタ層を重
ね合わせることで、この重ね合わせ部分に遮光層として
の機能が付与され、コントラストが向上する。
【００１４】さらに、上記第１の透明基板側に形成した
スリットの下層に光吸収膜を配置するか、あるいは上記
スリットに光吸収膜を充填した。これにより、隣接画素
間の混色が抑制され、コントラストが向上する。
【００１５】そして、前記液晶表示素子の前記第１の透
明基板の背面に照明光源を配置して半透過・反射型の液
晶表示装置を構成した。周囲の明るさが充分な環境では
照明光源をオフして反射光モードで使用し、暗い環境で
はこれをオンとして透過光モードで使用する。何れのモ
ードでも、色再現性が向上する。
【００１６】上記の液晶表示素子を用いた半透過・反射
型の液晶表示装置は、液晶表示素子の表示画面側（第２
の透明基板側）とその反対側（第１の透明基板側）の面
に上偏光板と下偏光板をそれぞれ積層し、それらの吸収
軸（偏光軸）をほぼ直交させた。
【００１７】透過光モードでの照明光の入射側基板（第
１の透明基板）の内面に第１の配向膜を有し、この第１
の配向膜の配向軸と下偏光板の吸収軸とをほぼ平行にな
るように配置する。液晶表示素子の画素電極に黒表示と
なる電圧を印加したときに黒表示輝度（オフ透過率）を
低くし、白表示となる電圧を印加したときに白表示輝度
（オン透過率）を高くして表示モードに係わらずに表示
画像のコントラスト比を大きくした。
【００１８】また、液晶表示素子の表示画面側の基板に
第１の上位相差板と第２の上位相差板を積層し、それら
の延伸軸を互いに約３０°（３０°±２０°）ずらして
液晶層を通過した光をほぼ直線偏光に変換する。これに
より、白黒表示での着色現象やカラー表示での表示色調
のずれを防止（表示色のニュートラル化）して色調ずれ
のない高品質での色再現を可能とした。
【００１９】本発明の代表的な構成を記述すれば、下記
のとおりである。すなわち、 （１）一方の電極を複数有する第１の透明基板と、上記
一方の電極と対向した他方の電極を複数有する第２の透
明基板の間に液晶を挟持し、上記一方の電極と他方の電
極の各対向部に画素領域を形成し、上記第１の透明基板
と前記一方の電極の間に、上記画素領域に一または複数
の光透過孔を有する半透過・反射膜を具備した。 （２）上記第２の透明基板と上記他方の電極の間に、隣
接端縁を重畳したカラーフィルタ層を備え、重畳した上
記隣接端縁で隣接画素間に遮光膜を形成した。 （３）一方の電極を複数有する第１の透明基板と、上記
一方の電極と対向した他方の電極を複数有する第２の透
明基板の間に液晶を挟持し、上記一方の電極と他方の電
極の各対向部に画素領域を形成し、上記第１の透明基板
と上記一方の電極の間の上記画素領域に一または複数の
光透過孔を有するとともに、上記画素領域の端縁に沿っ
てスリットを有する半透過・反射膜を具備した。 （４）上記スリットの上記第１の透明基板側の下層に光
吸収膜を形成するか、あるいは上記スリットに光吸収膜
を充填した。 （５）上記（１）〜（４）の液晶表示素子の上記第２の
透明基板側と上記第１の透明基板側の各面に、それらの
吸収軸（偏光軸）をほぼ直交させた上偏光板と下偏光板
をそれぞれ積層し、上記第１の透明基板と上記第２の透
明基板の各内面の液晶との界面にそれぞれ第１の配向膜
と第２の配向膜を備え、上記第１の配向膜の配向軸と上
記下偏光板の吸収軸とをほぼ平行になるように配置し、
上記第２の透明基板の外面に延伸軸を互いに約３０°
（３０°±２０°）ずらした第１の上位相差板と第２の
上位相差板を積層し、上記第１の透明基板の背面に照明
光源を配置して半透過・反射型の液晶表示装置を構成し
た。
【００２０】この構成により、液晶表示素子の一方およ
び他方の画素電極に黒表示となる電圧を印加したときに
黒表示輝度（オフ透過率）が低くなり、白表示となる電
圧を印加したときに白表示輝度（オン透過率）が高くな
り、表示モードに係わらずに表示画像のコントラスト比
が大きくなる。したがって、視認性が向上し、高品質の
液晶表示素子が実現できる。
【００２１】また、上記第１の上位相差板と第２の上位
相差板の間に拡散層を備えた。この拡散層は既知の拡散
シートを用いてもよいが、第１の上位相差板と第２の上
位相差板を貼り合わせるための粘着剤に光拡散粒子を混
入したものを使用するとで、光学的な損失を最小として
明るい表示を得ることができる。
【００２２】上記の各構成により、透過光と反射光を選
択的に利用して明るい外光がある環境と暗い環境の何れ
においても、明るくコントラスト比が高く鮮明な画像あ
るいは色調ずれのない高品質のカラー画像表示が得られ
る。
【００２３】なお、本発明は上記各構成および後述する
実施例の構成に限るものではなく、本発明の技術思想を
逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言う
までもない。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示素子
の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に
説明する。
【００２５】図１は本発明による液晶表示素子の第１実
施例の構成を説明する模式図であり、図１（ａ）は要部
断面を、図１（ｂ）は同（ａ）の矢印Ａ−Ａ方向からみ
た第１の透明基板の要部平面図を示す。なお、図１で
は、液晶の初期配向方向を規制する配向膜や、偏光板、
位相差板などは図示を省略した。
【００２６】この液晶表示素子ＰＮＬは単純マトリクス
型（ＳＴＮ−ＬＣＤ）であり、第１の透明基板ＳＵＢ１
と第２の透明基板ＳＵＢ２の間に液晶層（または、単に
液晶という）ＬＣを挟持している。
【００２７】第１の透明基板ＳＵＢ１は硬質板であり、
ここではガラス板を用いた。第１の透明基板ＳＵＢ１の
内面には半透過・反射膜Ｔ／Ｒが形成され、オーバーコ
ート層ＯＣ１を介して画素を構成する複数の一方の電極
（透明画素電極）ＩＴＯ１が平行して形成されている。
一方の電極ＩＴＯ１としてはＩＴＯ（インジウム・チン
・オキサイド：酸化インジュム）やＩＺＯ（インジウム
・ジンク・オキサイド：酸化亜鉛）が用いられるが、こ
こではＩＴＯを採用した。この一方の電極ＩＴＯ１を覆
ってラビング等で配向処理が施された下配向膜が形成さ
れるが図示は省略してある。
【００２８】また、第２の透明基板ＳＵＢ２もガラス板
であり、その内面に前記一方の電極ＩＴＯ１と対向した
位置に３色（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣ
Ｆを有している。各隣接するカラーフィルタＣＦは互い
に重ね合わせることで遮光機能（縦方向のブラックマト
リクス（縦ＢＭ）としての機能）を付与してある。この
重ね合わせ幅は一方の電極ＩＴＯ１間の幅と略同一幅に
してある。
【００２９】カラーフィルタＣＦを覆ってオーバーコー
ト層ＯＣ２が形成され、その上層（液晶ＬＣ側）に他方
の電極ＩＴＯ２を有している。この他方の電極ＩＴＯ２
も上記一方の電極ＩＴＯ１と同様の導電材料で形成され
る。
【００３０】他方の電極ＩＴＯ２は第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１に形成した一方の透明電極ＩＴＯ１と交差させて配
置され、交差部に単位画素が形成される。
【００３１】図１（ｂ）におけるＢＭ（Ｈ）は第２の透
明基板ＳＵＢ２側に当該他方の電極ＩＴＯ２を横断する
ように形成した横方向遮光膜（横ＢＭ）であり、上記縦
ＢＭとこの横ＢＭで囲まれた横（Ｘ）×縦（Ｙ）の領域
が１つのカラーフィルタに対応する１色分の画素領域
（単位画素）である。
【００３２】第１の透明基板ＳＵＢ１に形成した半透過
・反射膜Ｔ／Ｒは当該第１の透明基板ＳＵＢ１の上にＡ
ｌ合金またはＡｇ合金の金属膜の全面べタ形成でなり、
横（Ｘ）×縦（Ｙ）の１画素領域に光透過孔ＡＰを形成
してある。本実施例では、光透過孔ＡＰの数は各画素領
域に４個の丸孔としているが、その数、形状は後述する
如く任意である。
【００３３】なお、第１と第２の透明基板ＳＵＢ１とＳ
ＵＢ２の間に挟持する液晶ＬＣを構成する液晶材料はＳ
ＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶である。
【００３４】第２の透明基板ＳＵＢ２に形成したカラー
フィルタは顔料分散型レジストを用いたホトリソグラフ
ィープロセスにより形成した。しかし、染色剤に染料を
用いて着色する方法、インクジェットを用いるもの、予
め３色を印刷したカラーシートを貼り付ける方法、他の
既知の方法で形成できる。
【００３５】オーバーコート層ＯＣ１、ＯＣ２は、半透
過・反射膜Ｔ／Ｒ、カラーフィルタＣＦ、液晶ＬＣを構
成する液晶材料の材質保護、表面平坦化による均一な液
晶配向の確保等を目的としたものである。このオーバー
コート層ＯＣ１（ＯＣ２）の材料としては、熱硬化型ア
クリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリグリシジルメタクリレ
ート系樹脂、シリカ系無機材などが使用できる。
【００３６】以上のように、本実施例によれば、半透過
・反射膜Ｔ／Ｒに光透過孔ＡＰを設けることで、透過光
モードでの輝度が向上する。また、光透過孔ＡＰを丸孔
形状としたことで、半透過・反射膜Ｔ／Ｒをフォトリソ
エッチングで形成する場合のばらつきを最小化でき、当
該光透過孔ＡＰの開口面積の均一化が容易である。
【００３７】さらに、各画素電極を構成する一方の電極
ＩＴＯ１の間（隣接する画素領域の間隙：スリット）部
分に半透過・反射膜Ｔ／Ｒを形成したことで、液晶表示
素子の背面に設置するバックライトを点灯したときに当
該一方の電極ＩＴＯ１間からの光漏れを遮断することが
でき、透過光モードでのコントラストを向上させること
ができる。
【００３８】図２は本発明による液晶表示素子の第２実
施例の構成を説明する模式図であり、図２（ａ）は要部
断面を、図２（ｂ）は同（ａ）の矢印Ｂ−Ｂ方向からみ
た第１の透明基板の要部平面図を示す。なお、図２で
は、液晶の初期配向方向を規制する配向膜や、偏光板、
位相差板などは図示を省略した。
【００３９】この液晶表示素子ＰＮＬは第１実施例と同
様の単純マトリクス型（ＳＴＮ−ＬＣＤ）であり、第１
の透明基板ＳＵＢ１と第２の透明基板ＳＵＢ２の間に液
晶ＬＣを挟持している。
【００４０】第１の透明基板ＳＵＢ１、第２の透明基板
ＳＵＢ２は共に第１実施例と同様のガラス板を用いた。
第１の透明基板ＳＵＢ１の内面には半透過・反射膜Ｔ／
Ｒが形成され、オーバーコート層ＯＣ１を介して画素を
構成する複数の一方の電極ＩＴＯ１が平行して形成され
ている。一方の電極ＩＴＯ１は第１実施例と同様に、Ｉ
ＴＯを用いた。この一方の電極ＩＴＯ１を覆ってラビン
グ等で配向処理が施された下配向膜が形成されるが図示
は省略してある。
【００４１】また、第２の透明基板ＳＵＢ２の内面に前
記一方の電極ＩＴＯ１と対向した位置に３色（例えば、
Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣＦを有している。各隣
接するカラーフィルタＣＦは互いに重ね合わせることで
遮光機能（縦方向のブラックマトリクス（縦ＢＭ）とし
ての機能）を付与してある。この重ね合わせ幅は一方の
電極ＩＴＯ１間の幅と略同一幅にしてある。
【００４２】カラーフィルタＣＦを覆ってオーバーコー
ト層ＯＣ２が形成され、その上層（液晶ＬＣ側）に他方
の電極ＩＴＯ２を有している。この他方の電極ＩＴＯ２
も上記一方の電極ＩＴＯ１と同様の導電材料で形成され
る。
【００４３】他方の電極ＩＴＯ２は第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１に形成した一方の透明電極ＩＴＯ１と交差させて配
置され、交差部に単位画素が形成される。
【００４４】図２（ｂ）におけるＢＭ（Ｈ）は第２の透
明基板ＳＵＢ２側に当該他方の電極ＩＴＯ２を横断する
ように形成した横方向遮光膜（横ＢＭ）であり、上記縦
ＢＭとこの横ＢＭで囲まれた横（Ｘ）×縦（Ｙ）の領域
が１つのカラーフィルタに対応する１色分の画素領域
（単位画素）である。
【００４５】第１の透明基板ＳＵＢ１に形成した半透過
・反射膜Ｔ／Ｒは当該第１の透明基板ＳＵＢ１の上に第
１実施例と同様の材料の形成でなり、隣接する一方の電
極ＩＴＯ１間にスリットＳＬＴが形成され、画素領域間
対応で分離されている。
【００４６】そして、この半透過・反射膜Ｔ／Ｒの横
（Ｘ）×縦（Ｙ）の１画素領域に光透過孔ＡＰを形成し
てある。本実施例でも、光透過孔ＡＰの数は各画素領域
に４個の丸孔としているが、その数、形状は後述する如
く任意である。
【００４７】なお、第１と第２の透明基板ＳＵＢ１とＳ
ＵＢ２の間に挟持する液晶ＬＣを構成する液晶材料はＳ
ＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶である。
【００４８】第２の透明基板ＳＵＢ２に形成したカラー
フィルタは顔料分散型レジストを用いたホトリソグラフ
ィープロセスにより形成した。しかし、第１実施例と同
様に、染色剤に染料を用いて着色する方法、インクジェ
ットを用いるもの、予め３色を印刷したカラーシートを
貼り付ける方法、他の既知の方法で形成できる。
【００４９】オーバーコート層ＯＣ１、ＯＣ２は、半透
過・反射膜Ｔ／Ｒ、カラーフィルタＣＦ、液晶ＬＣを構
成する液晶材料の材質保護、表面平坦化による均一な液
晶配向の確保等を目的としたものである。このオーバー
コート層ＯＣ１（ＯＣ２）の材料としては、熱硬化型ア
クリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリグリシジルメタクリレ
ート系樹脂、シリカ系無機材などが使用できる。
【００５０】以上のように、本実施例によれば、半透過
・反射膜Ｔ／Ｒに光透過孔ＡＰを設けることで、透過光
モードでの輝度が向上する。また、光透過孔ＡＰを丸孔
形状としたことで、半透過・反射膜Ｔ／Ｒをフォトリソ
エッチングで形成する場合のばらつきを最小化でき、当
該光透過孔ＡＰの開口面積の均一化が容易である。
【００５１】さらに、各画素電極を構成する一方の電極
ＩＴＯ１の間（隣接する画素領域の間隙：スリット）部
分の半透過・反射膜Ｔ／ＲにスリットＳＬＴを形成した
ことで、液晶表示素子の背面に設置するバックライトを
点灯したときにバックライト光の一部を液晶ＬＣに導入
でき、透過光モードでの明るさを向上させることができ
る。
【００５２】図３は本発明による液晶表示素子の第３実
施例の構成を説明する模式図であり、図３（ａ）は要部
断面を、図３（ｂ）は同（ａ）の矢印Ｃ−Ｃ方向からみ
た第１の透明基板の要部平面図を示す。なお、図３で
は、液晶の初期配向方向を規制する配向膜や、偏光板、
位相差板などは図示を省略した。
【００５３】この液晶表示素子ＰＮＬは第１、第２実施
例と同様の単純マトリクス型（ＳＴＮ−ＬＣＤ）であ
り、第１の透明基板ＳＵＢ１と第２の透明基板ＳＵＢ２
の間に液晶ＬＣを挟持している。
【００５４】第１の透明基板ＳＵＢ１、第２の透明基板
ＳＵＢ２は共に第１、第２実施例と同様のガラス板を用
いた。第１の透明基板ＳＵＢ１の内面には半透過・反射
膜Ｔ／Ｒが形成され、オーバーコート層ＯＣ１を介して
画素を構成する複数の一方の電極ＩＴＯ１が平行して形
成されている。一方の電極ＩＴＯ１は第１、第２実施例
と同様に、ＩＴＯを用いた。この一方の電極ＩＴＯ１を
覆ってラビング等で配向処理が施された下配向膜が形成
されるが図示は省略してある。
【００５５】また、第２の透明基板ＳＵＢ２の内面に前
記一方の電極ＩＴＯ１と対向した位置に３色（例えば、
Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣＦを有している。
【００５６】カラーフィルタＣＦを覆ってオーバーコー
ト層ＯＣ２が形成され、その上層（液晶ＬＣ側）に他方
の電極ＩＴＯ２を有している。この他方の電極ＩＴＯ２
も上記一方の電極ＩＴＯ１と同様の導電材料で形成され
る。
【００５７】他方の電極ＩＴＯ２は第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１に形成した一方の透明電極ＩＴＯ１と交差させて配
置され、交差部に単位画素が形成される。
【００５８】第１の透明基板ＳＵＢ１には、横ＢＭ（Ｂ
Ｍ（Ｈ））と縦ＢＭ（ＢＭ（Ｖ））からなる遮光膜（ブ
ラックマトリクスＢＭ）が形成され、上記横ＢＭ（ＢＭ
（Ｈ））とこの縦ＢＭ（ＢＭ（Ｖ））で囲まれた横
（Ｘ）×縦（Ｙ）の領域が１つのカラーフィルタに対応
する１色分の画素領域（単位画素）である。
【００５９】第１の透明基板ＳＵＢ１に形成した遮光膜
の上層に半透過・反射膜Ｔ／Ｒが形成してある。この半
透過・反射膜Ｔ／Ｒは第１、第２実施例と同様の材料の
形成でなり、隣接する一方の電極ＩＴＯ１間にスリット
ＳＬＴが形成され、このスリットＳＬＴで遮光膜を露呈
させ、画素領域をこの遮光膜で分離している。遮光膜Ｂ
Ｍは感光性レジストを混入した遮光材料を塗布し、所定
の開口パターンを有するフォトマスクを介して露光する
既知のフォトリソグラフィ技法を用いて形成できる。ま
た、遮光膜ＢＭはスクリーン印刷法で形成することもで
きる。
【００６０】本実施例では、上記遮光膜ＢＭの実効幅
（光学的幅）はその後の半透過・反射膜Ｔ／Ｒに形成す
るスリットＳＬＴの加工精度で決まる。したがって、遮
光膜の形成幅はオーバーコート層ＯＣ１の上層に形成す
る一方の電極ＩＴＯ１の間の隣接間隙より広ければよ
い。そのため、遮光膜ＢＭの形成精度はさ程高い必要は
なく、上記の印刷法でも充分である。
【００６１】そして、この半透過・反射膜Ｔ／Ｒの横
（Ｘ）×縦（Ｙ）の１画素領域に光透過孔ＡＰを形成し
てある。本実施例でも、光透過孔ＡＰの数は各画素領域
に４個の丸孔としているが、その数、形状は後述する如
く任意である。
【００６２】なお、第１と第２の透明基板ＳＵＢ１とＳ
ＵＢ２の間に挟持する液晶ＬＣを構成する液晶材料はＳ
ＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶である。
【００６３】第２の透明基板ＳＵＢ２に形成したカラー
フィルタは顔料分散型レジストを用いたホトリソグラフ
ィープロセスにより形成した。しかし、第１実施例と同
様に、染色剤に染料を用いて着色する方法、インクジェ
ットを用いるもの、予め３色を印刷したカラーシートを
貼り付ける方法、他の既知の方法で形成できる。
【００６４】オーバーコート層ＯＣ１、ＯＣ２は、半透
過・反射膜Ｔ／Ｒ、遮光膜ＢＭ、カラーフィルタＣＦ、
液晶ＬＣを構成する液晶材料の材質保護、表面平坦化に
よる均一な液晶配向の確保等を目的としたものである。
このオーバーコート層ＯＣ１（ＯＣ２）の材料として
は、熱硬化型アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリグリシ
ジルメタクリレート系樹脂、シリカ系無機材などが使用
できる。
【００６５】以上のように、本実施例によれば、半透過
・反射膜Ｔ／Ｒに光透過孔ＡＰを設けることで、透過光
モードでの輝度が向上する。また、光透過孔ＡＰを丸孔
形状としたことで、半透過・反射膜Ｔ／Ｒをフォトリソ
エッチングで形成する場合のばらつきを最小化でき、当
該光透過孔ＡＰの開口面積の均一化が容易である。
【００６６】さらに、各画素電極を構成する一方の電極
ＩＴＯ１の間（隣接する画素領域の間隙：スリット）部
分の半透過・反射膜Ｔ／ＲにスリットＳＬＴを形成し、
この部分に遮光膜ＢＭを設けたことで、液晶表示素子の
背面に設置するバックライトを点灯したときにバックラ
イト光の光漏れを防止し、かつ隣接する画素領域の光を
分離することでコントラストを向上できる。
【００６７】図４は本発明による液晶表示素子の第４実
施例の構成を説明する模式図であり、図４（ａ）は要部
断面を、図４（ｂ）は同（ａ）の矢印Ｄ−Ｄ方向からみ
た第１の透明基板の要部平面図を示す。なお、図４で
は、液晶の初期配向方向を規制する配向膜や、偏光板、
位相差板などは図示を省略した。
【００６８】この液晶表示素子ＰＮＬは第１〜第３実施
例と同様の単純マトリクス型（ＳＴＮ−ＬＣＤ）であ
り、第１の透明基板ＳＵＢ１と第２の透明基板ＳＵＢ２
の間に液晶ＬＣを挟持している。
【００６９】第１の透明基板ＳＵＢ１、第２の透明基板
ＳＵＢ２は共に第１〜第３実施例と同様のガラス板を用
いた。第１の透明基板ＳＵＢ１の内面には半透過・反射
膜Ｔ／Ｒが形成され、オーバーコート層ＯＣ１を介して
画素を構成する複数の一方の電極ＩＴＯ１が平行して形
成されている。一方の電極ＩＴＯ１は第１〜第３実施例
と同様に、ＩＴＯを用いた。この一方の電極ＩＴＯ１を
覆ってラビング等で配向処理が施された下配向膜が形成
されるが図示は省略してある。
【００７０】また、第２の透明基板ＳＵＢ２の内面に前
記一方の電極ＩＴＯ１と対向した位置に３色（例えば、
Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタＣＦを有している。
【００７１】カラーフィルタＣＦを覆ってオーバーコー
ト層ＯＣ２が形成され、その上層（液晶ＬＣ側）に他方
の電極ＩＴＯ２を有している。この他方の電極ＩＴＯ２
も上記一方の電極ＩＴＯ１と同様の導電材料で形成され
る。
【００７２】他方の電極ＩＴＯ２は第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１に形成した一方の透明電極ＩＴＯ１と交差させて配
置され、交差部に単位画素が形成される。
【００７３】第１の透明基板ＳＵＢ１には、横ＢＭ（Ｂ
Ｍ（Ｈ））と縦ＢＭ（ＢＭ（Ｖ））からなる遮光膜（ブ
ラックマトリクス）ＢＭが形成され、上記横ＢＭ（ＢＭ
（Ｈ））とこの縦ＢＭ（ＢＭ（Ｖ））で囲まれた横
（Ｘ）×縦（Ｙ）の領域が１つのカラーフィルタに対応
する１色分の画素領域（単位画素）である。
【００７４】第１の透明基板ＳＵＢ１に形成した遮光膜
の上層に半透過・反射膜Ｔ／Ｒが形成してある。この半
透過・反射膜Ｔ／Ｒは第１〜第３実施例と同様の材料の
形成でなり、隣接する一方の電極ＩＴＯ１間にスリット
ＳＬＴが形成され、このスリットＳＬＴに遮光膜ＢＭが
充填されて画素領域を分離している。
【００７５】そして、この半透過・反射膜Ｔ／Ｒの横
（Ｘ）×縦（Ｙ）の１画素領域に光透過孔ＡＰを形成し
てある。本実施例でも、光透過孔ＡＰの数は各画素領域
に４個の丸孔としているが、その数、形状は後述する如
く任意である。
【００７６】遮光膜ＢＭは、半透過・反射膜Ｔ／Ｒにス
リットＳＬＴ、光透過孔ＡＰを形成した後、感光性レジ
ストを混入した遮光材料を塗布し、第１の透明基板ＳＵ
Ｂ１側からの背面露光を施すことによってスリットＳＬ
Ｔ部分の上記遮光材料を硬化させて残す、所謂フォトリ
ソグラフィ技法を用いて形成できる。
【００７７】このとき、光透過孔ＡＰ部分を適宜のマス
クで遮蔽するか、遮光材料の塗布時に光透過孔ＡＰ部分
を適宜のマスクで遮蔽して遮光材料が当該光透過孔ＡＰ
部分に塗布されないようにして置く。
【００７８】なお、第１と第２の透明基板ＳＵＢ１とＳ
ＵＢ２の間に挟持する液晶ＬＣを構成する液晶材料はＳ
ＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶である。
【００７９】第２の透明基板ＳＵＢ２に形成したカラー
フィルタは顔料分散型レジストを用いたホトリソグラフ
ィープロセスにより形成した。しかし、第１実施例と同
様に、染色剤に染料を用いて着色する方法、インクジェ
ットを用いるもの、予め３色を印刷したカラーシートを
貼り付ける方法、他の既知の方法で形成できる。
【００８０】オーバーコート層ＯＣ１、ＯＣ２は、半透
過・反射膜Ｔ／Ｒ、遮光膜ＢＭ、カラーフィルタＣＦ、
液晶ＬＣを構成する液晶材料の材質保護、表面平坦化に
よる均一な液晶配向の確保等を目的としたものである。
このオーバーコート層ＯＣ１（ＯＣ２）の材料として
は、熱硬化型アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリグリシ
ジルメタクリレート系樹脂、シリカ系無機材などが使用
できる。
【００８１】以上のように、本実施例によれば、半透過
・反射膜Ｔ／Ｒに光透過孔ＡＰを設けることで、透過光
モードでの輝度が向上する。また、光透過孔ＡＰを丸孔
形状としたことで、半透過・反射膜Ｔ／Ｒをフォトリソ
エッチングで形成する場合のばらつきを最小化でき、当
該光透過孔ＡＰの開口面積の均一化が容易である。
【００８２】さらに、各画素電極を構成する一方の電極
ＩＴＯ１の間（隣接する画素領域の間隙：スリット）部
分の半透過・反射膜Ｔ／ＲにスリットＳＬＴを形成し、
この部分に遮光膜ＢＭを充填したことで、液晶表示素子
の背面に設置するバックライトを点灯したときにバック
ライト光の光漏れを防止し、かつ隣接する画素領域の光
を分離するとでコントラストを向上できる。
【００８３】図５は本発明による液晶表示素子の半透過
・反射膜に形成する光透過孔の他の形状および配置例の
説明図であり、半透過・反射膜は単位画素分（Ｘ×Ｙ）
として示してある。
【００８４】前記各実施例では、半透過・反射膜に形成
する光透過孔ＡＰの形状を、加工精度の観点から丸孔と
したが、本発明はこれに限るものではない。本発明は、
第１の透明基板ＳＵＢ１の背面に設置した照明光源から
の光の一部を画素領域を通して液晶に入射させる点を特
徴の一つとしている。
【００８５】したがって、原理的には半透過・反射膜に
形成する光透過孔ＡＰの形状を問わないものである。こ
の光透過孔ＡＰはフォトリソグラフィ技法のみならず、
レーザ加工などの既知の精密加工技法で形成することが
可能である。
【００８６】図５の（ａ）は光透過孔ＡＰを楕円形状と
したもの、同（ｂ）は四角形状としたものである。ま
た、同（ｃ）は大きさが同じか、あるいは異なる丸孔を
画素領域内で非直線配列（図では千鳥配列）したもので
ある。そして、同（ｄ）はスリット形状の光透過孔ＡＰ
を配列したものである。
【００８７】上記した光透過孔ＡＰの形状や配列を組合
せてもよく、また液晶表示素子の電極形状やサイズに合
わせて適宜の形状で適宜の個数を適宜の配列で形成する
ことはできる。
【００８８】以上の各実施例により、反射光モードおよ
び透過光モードでの反射光量や透過光量を増大でき、明
るく、コントラストを向上した液晶表示素子を得ること
ができる。
【００８９】また、遮光膜ＢＭを第２の透明基板に形成
される各色のカラーフィルタの間に形成することもでき
る。その遮光膜ＢＭとしては、クロム、酸化クロム、あ
るいは樹脂ブラックと呼ばれる黒いレジスト等を用いる
ことが可能である。
【００９０】次に、本発明の液晶表示素子とこの液晶表
示素子を用いた液晶表示装置について、その具体的な構
造例を説明する。しかし、本発明は以下で説明するもの
に限定されるものではない。
【００９１】図６は液晶表示素子を用いた半透過・反射
型の液晶表示素子の模式的な断面図であり、前記図１で
説明した本発明の第１実施例に相当する。
【００９２】第１の透明基板ＳＵＢ１の外面には、第１
の下位相差板ＰＤ１ａと第２の下位相差板ＰＤ１ｂおよ
び下偏光板ＰＯＬ１がこの順で積層されている。第１の
下位相差板ＰＤ１ａは所謂λ／４板であり、そのΔｎｄ
は１４０ｎｍ（測定波長＝５５０ｎｍ）である。
【００９３】そして、第２の下位相差板ＰＤ１ｂは所謂
λ／２板であり、そのΔｎｄは２７０ｎｍ（測定波長＝
５５０ｎｍ）である。
【００９４】一方、第２の透明基板ＳＵＢ２の表面に
は、第２の上位相差板ＰＤ２ｂと第１の上位相差板ＰＤ
２ａおよび上偏光板ＰＯＬ２がこの順で積層されてい
る。第２の上位相差板ＰＤ２ｂと第１の上位相差板ＰＤ
２ａは光拡散剤を添加した粘着層ＡＤで貼り合わされて
いる。
【００９５】なお、第１の透明基板ＳＵＢ１と第２の透
明基板ＳＵＢ２の貼り合わせ間隙、すなわち液晶ＬＣの
セルギャップはポリマービーズなどのスペーサＳＰで維
持されている。このスペーサＳＰは、第１の透明基板Ｓ
ＵＢ１あるいは第２の透明基板ＳＵＢ２の内面に固定的
に形成した、所謂柱状のスペーサとしてもよい。あるい
は、他の手段でセルギャップを維持できる場合には、こ
のスペーサＳＰを配置しない構造とすることもできる。
【００９６】図７は図６に示した液晶表示素子の光学軸
構成を説明する模式図である。液晶表示素子を構成する
各部材の光学軸（光吸収軸（単に吸収軸とも言う）、延
伸軸、配向軸、等）の方向をそれぞれの層に矢印で示
し、その角度は反時計周りで示してある。
【００９７】図中、θ1 は上偏光板ＰＯＬ２の吸収軸で
あり、基準線Ｘ−Ｘ（画面の横方向に相当）に対して１
２５°、第２の上位相差板ＰＤ２ｂの延伸軸θ2 は１０
８°、第１の上位相差板ＰＤ２ａの延伸軸θ3 は７２
°、第１の下位相差板ＰＤ１ａの延伸軸θ4 は１３０
°、第２の下位相差板ＰＤ１ｂの延伸軸θ5 は１２．５
°、下偏光板ＰＯＬ１の吸収軸θ6 は３０°である。
【００９８】そして、第１の透明下基板に形成した下配
向膜ＯＲＩ１の配向軸θ7 は３５°、上基板に形成した
上配向膜ＯＲＩ２の配向軸θ8 は３５°である。液晶の
ツイスト各θT は２４０°以上であり、ここでは２５０
°としてある。
【００９９】図８は本発明による液晶表示素子を用いて
構成したタッチパネル付きの携帯情報端末の構成例を説
明する模式断面図である。本構成例は前記した半透過・
反射型の液晶表示素子ＰＮＬと照明光源、所謂バックラ
イトＢＬを備えている。
【０１００】液晶表示素子ＰＮＬの背面に積層したバッ
クライトＢＬは、周囲が暗い環境では液晶表示素子ＰＮ
Ｌを透過するバックライトＰＮＬからの照明光を液晶表
示素子ＰＮＬに形成した画像で変調し、これを液晶表示
素子ＰＮＬの表示面側に出射することによって画像を可
視化する。また、明るい環境では、表示面側から入射す
る周囲の外光を照明光とした反射型の液晶表示素子とし
て動作する。
【０１０１】この液晶表示素子ＰＮＬの表示面側にはペ
ン先等で押圧することにより手書き入力が可能な、所謂
タッチパネルＴＰが積層され、液晶表示素子ＰＮＬの表
示面から情報を入力する。
【０１０２】すなわち、この液晶表示装置は、液晶表示
素子ＰＮＬの背面に、略々矩形の透明な導光板ＧＬＢ２
と導光板ＧＬＢの一縁に沿って設置したランプＣＦＬと
ランプ反射シートＲＦＬを有するバックライトＢＬを有
し、透過表示モードではこのバックライトＢＬからの光
を導光板ＧＬＢに伝播させる途上で液晶表示素子ＰＮＬ
方向に指向させて液晶表示素子ＰＮＬを背面から照明す
る構成としている。また、導光板ＧＬＢの背面にはドッ
ト印刷ＤＯＴ等が印刷などで形成され、液晶表示素子Ｐ
ＮＬの全域で均一な輝度を得るようになっている。
【０１０３】導光板ＧＬＢのさらに背面側には、導光板
ＧＬＢから背面に出射した光を全反射させて液晶表示素
子ＰＮＬ側に戻す反射板ＲＦが設置されている。
【０１０４】バックライトＢＬは、光拡散フィルムＤＤ
Ｐ、あるいはプリズム板（図示せず）等の光量分布補正
部材を介して液晶表示素子ＰＮＬに積層される。
【０１０５】なお、照明光源のランプＣＦＬに代えて発
光ダイオードなどの他の光源を用いることもできる。
【０１０６】図９は本発明による液晶表示装置を実装し
た電子機器の一例としての携帯型情報端末の構成例を説
明する斜視図である。この携帯型情報端末（ＰＤＡ）は
ホストコンピュータＨＯＳＴやバッテリーＢＡＴを収納
し、表面にキーボードＫＢを備えた本体部ＭＮと、液晶
表示装置ＬＣＤやバックライト用のインバータＩＮＶを
実装した表示部ＤＰで構成されている。
【０１０７】本体部ＭＮには接続ケーブルＬ２を介して
携帯電話機ＰＴＰが接続できるようになっており、遠隔
地との間で通信が可能となっている。
【０１０８】表示部ＤＰの液晶表示装置ＬＣＤとホスト
コンピュータＭＮとの間はインターフェースケーブルＬ
１で接続されている。
【０１０９】また、表示部ＤＰの一部にはペンホルダＰ
ＮＨが設けてあり、ここに入力ペンＰＮが収納される。
【０１１０】この液晶表示装置は、キーボードＫＢを使
用した情報の入力と入力ペンＰＮでタッチパネルの表面
を押圧操作したり、なぞり、あるいは記入で種々の情報
を入力し、あるいは液晶表示素子ＰＮＬに表示された情
報の選択、処理機能の選択、その他の各種操作を可能と
してある。
【０１１１】なお、この種の携帯型情報端末（ＰＤＡ）
の形状や構造は図示したものに限るものではなく、この
他に多様な形状、構造および機能を具備したものが考え
られる。
【０１１２】また、図９の携帯電話機ＰＴＰの表示部に
使われる液晶表示素子ＬＣＤ２に本発明の液晶表示素子
を用いることにより、携帯電話機ＰＴＰでカラーで見や
すいデータ表示を行うことが出来る。
【０１１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周囲が明るい環境では反射光モード、暗い環境では透過
光モードを選択し、環境の明るさに関係なく常に明る
い、かつ鮮明なフルカラーの画像表示が得られる半透過
・反射型の液晶表示素子における上記透過光と反射光の
何れの表示モードでも明るく、かつ良好なコントラスト
の画像表示が得られ、また何れの表示モードでも良好な
カラー表示が可能な液晶表示素子を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示素子の第１実施例の構成
を説明する模式図である。
【図２】本発明による液晶表示素子の第２実施例の構成
を説明する模式図である。
【図３】本発明による液晶表示素子の第３実施例の構成
を説明する模式図である。
【図４】本発明による液晶表示素子の第４実施例の構成
を説明する模式図である。
【図５】本発明による液晶表示素子の半透過・反射膜に
形成する光透過孔の他の形状および配置例の説明図であ
る。
【図６】液晶表示素子を用いた半透過・反射型の液晶表
示素子の模式的な断面図である。
【図７】図６に示した液晶表示素子の光学軸構成を説明
する模式図である。
【図８】本発明による液晶表示素子を用いて構成したタ
ッチパネル付きの携帯情報端末の構成例を説明する模式
断面図である。
【図９】本発明による液晶表示装置を実装した電子機器
の一例としての携帯型情報端末の構成例を説明する斜視
図である。
【符号の説明】
ＰＮＬ 液晶表示素子 ＳＵＢ１ 第１の透明基板 ＳＵＢ２ 第２の透明基板 ＬＣ 液晶 Ｔ／Ｒ 半透過・反射膜 ＡＰ 光透過孔 ＳＬＴ スリット ＯＣ１，ＯＣ２ オーバーコート層 ＩＴＯ１ 一方の電極 ＩＴＯ２ 他方の電極 ＯＲＩ１ 下配向膜 ＰＲＩ２ 上配向膜 ＣＦ カラーフィルタ ＢＭ 遮光膜（ブラックマトリクス） ＰＤ１ａ，ＰＤ１ｂ 下位相差板 ＰＤ２ａ，ＰＤ２ｂ 上位相差板 ＰＯＬ１ 下偏光板 ＰＯＬ２ 上偏光板 ＳＰ スペーサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９ Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９Ｃ ３４９Ｄ (72)発明者 吉田 和俊 千葉県茂原市早野3300番地 日立製作所 ディスプレイグループ内 (72)発明者 上原 正男 千葉県茂原市早野3300番地 日立製作所 ディスプレイグループ内 (72)発明者 星野 登 千葉県茂原市早野3300番地 日立製作所 ディスプレイグループ内 (72)発明者 中村 善明 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 藤枝 正芳 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 平賀 浩二 千葉県茂原市早野3300番地 日立製作所 ディスプレイグループ内 Ｆターム(参考） 2H042 DA08 DA12 DA22 DB01 DE00 2H048 BA02 BA11 BA15 BA24 BA55 BA64 BB02 BB42 BB44 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA14Z FA16X FA34Y FA41Z FB03 FD06 FD15 GA02 GA08 HA10 LA15 LA17 5C094 AA06 AA08 AA22 AA48 AA51 BA43 CA19 CA24 DA12 DA13 EA05 EB03 ED03 ED14 ED15 ED20 FA01

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一方の電極を複数有する第１の透明基板
    と、前記一方の電極と対向した他方の電極を複数有する
    第２の透明基板の間に液晶を挟持し、前記一方の電極と
    他方の電極の各対向部に画素領域を形成した液晶表示素
    子であって、 前記第１の透明基板と前記一方の電極の間に、前記画素
    領域に一または複数の光透過孔を有する半透過・反射膜
    を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項２】前記第２の透明基板と前記他方の電極の間
    に、隣接端縁を重畳したカラーフィルタ層を備え、重畳
    した前記隣接端縁で隣接画素間に遮光膜を形成したこと
    を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項３】一方の電極を複数有する第１の透明基板
    と、前記一方の電極と対向した他方の電極を複数有する
    第２の透明基板の間に液晶を挟持し、前記一方の電極と
    他方の電極の各対向部に画素領域を形成した液晶表示素
    子であって、 前記第１の透明基板と前記一方の電極の間の前記画素領
    域に一または複数の光透過孔を有するとともに、前記画
    素領域の端縁に沿ってスリットを有する半透過・反射膜
    を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
  4. 【請求項４】前記スリットの前記第１の透明基板側の下
    層に形成した光吸収膜を具備したことを特徴とする請求
    項３記載の液晶表示素子。
  5. 【請求項５】前記スリットに光吸収膜を充填したことを
    特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。
  6. 【請求項６】前記液晶表示素子の前記第１の透明基板の
    背面に照明光源を配置したことを特徴とする請求項１〜
    ５記載の液晶表示装置。
JP2000141420A 2000-05-15 2000-05-15 液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いた液晶表示装置 Pending JP2001324713A (ja)

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