JP2002333622A

JP2002333622A - 反射透過両用型カラー液晶表示装置

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Publication number: JP2002333622A
Application number: JP2002052821A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Matsushita; 友久松下; 和也 ▲吉▼村; Kazuya Yoshimura
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2002-11-22
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP3723511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反射透過両用型カラー液晶表示装置の反射表
示時の明るさとコントラストを維持したまま透過表示時
の表示色彩度を向上させる。【解決手段】開口部１１ａを有する反射膜１１と、開
口部１０ａを有するカラーフィルタ１０とを、それぞれ
の開口部１０ａ，１１ａが１画素中の異なる領域に位置
するように、一方の基板上に設ける。透過表示時には、
反射膜１１の開口部１１ａを透過した光が、カラーフィ
ルタ１０を通過し出射されることで、表示色彩度を満足
する明るい表示が得られる。反射表示時には、入射光
が、カラーフィルタ１０あるいはカラーフィルタ開口部
１０ａを通り、反射膜１１の反射領域部で反射され、再
び、カラーフィルタ１０あるいはカラーフィルタ開口部
１０ａを通過し出射されるので、着色のない出射光と着
色された出射光の合成出射光となり、明るい表示が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射機能および透
過機能を備えた反射透過両用型カラー液晶表示装置に関
し、特には透過表示を重視した反射透過両用型カラー液
晶表示装置に関する。反射透過両用型カラー液晶表示装
置とは、周囲環境が明るいときには外部から入射する外
部光を用いて反射表示を行い、周囲環境が暗いときには
バックライト光を用いて透過表示を行うカラー液晶表示
装置である。本発明の液晶表示装置は、ワードプロセッ
サやパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、電子手帳
などの携帯情報機器、あるいは液晶モニターを備えたカ
メラ一体型ＶＴＲなどに用いられる。

【０００２】

【従来の技術】反射透過両用型カラー液晶表示装置は、
消費電力が少ない事やバックライトを利用した透過表示
が可能であり、あらゆる環境において使用できるといっ
た特徴から、携帯機器等のディスプレイとして広く使用
されようとしている。

【０００３】従来の反射透過両用型カラー液晶表示装置
では、カラー表示を行うために、カラーフィルタが、背
面基板に形成された反射膜上に積層され、かつ、前記反
射膜には、一部に光透過用の開口を有する反射膜が反射
透過両用反射膜として採用されている。

【０００４】ここで、カラーフィルタと反射膜は、基板
厚による視差による表示色彩度低下を防ぐため液晶パネ
ル内に形成され、反射時の明るさを稼ぐためカラーフィ
ルタは高透過率のものが使用されている。

【０００５】また、他の半透過反射膜としては、アルミ
や銀等のメタルを薄膜化しハーフミラーにしたものや、
メタルをエッチングによりパターニングし、メタルが残
っている部分を反射用として使用し、メタルを除去した
部分を透過用として使用するものや、屈折率の異なる誘
電体を積層し干渉を利用したものがある。

【０００６】上記の液晶表示装置は、例えば特開平１１
−０５２３６６号公報に示されている。該公報では、背
面基板に形成された反射膜上にカラーフィルタが積層さ
れ、かつ、前記反射膜として、カラーフィルタの画素と
対向する部位の一部に、光透過用の開孔を有する反射膜
が採用されている。

【０００７】さらに、特開平１１−１８３８９２号公報
では、前側基板に設けられたカラーフィルタに開口を設
け、後側基板の内面には、カラーフィルタの開口に対応
する位置に反射膜を設け、さらに、その背面側に半透過
反射板を設けた液晶表示素子が提案されている。これに
より、反射表示時は、カラーフィルタの開口以外の部分
を透過して半透過反射板で反射された着色光と、カラー
フィルタの開口を透過して反射膜で反射された高輝度の
非着色光で、高輝度のカラー画素の表示が可能となり、
透過表示時は、カラーフィルタの開口以外の部分を透過
した着色光だけを素子前方に出射させてコントラストの
高いカラー画素の表示が可能となることが示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−０５２３６６号公報記載の液晶表示装置では、反
射時の明るさを稼ぐための高透過率のカラーフィルタを
採用した場合は、反射表示時はカラーフィルタを２回通
過するため表示色彩度は高くなるものの、透過表示時は
カラーフィルタを１回しか通過しないので表示色彩度が
大きく低下するといった問題があり、また、透過表示時
の表示色彩度を上げようと高彩度（低透過率）のカラー
フィルタを採用すると、反射時の明るさが大きく低下
し、視認性を著しく低下させるといった問題があった。

【０００９】さらに、特開平１１−１８３８９２号公報
記載の液晶表示素子では、二つの反射膜を用意すること
が必要であり、さらに、反射表示時には、後側基板内面
に設けられた反射膜と、背面側に設けられた半透過反射
板による２つの反射光を利用するので、後側基板の存在
による視差の影響を受けて色純度が低下する等の問題が
あった。

【００１０】よって本発明は、反射透過両用型カラー液
晶表示装置、特に透過表示重視の反射透過両用型カラー
液晶表示装置において、製造工程数を増やすことなく、
反射表示時の明るさコントラストを維持したまま透過表
示時の表示色彩度を向上させることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、互
いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板
と前記第２基板との間に介在する液晶層と、前記液晶層
側の前記第２基板上に形成された反射膜と、前記反射膜
上に形成されたカラーフィルタとを備え、前記第１基板
側から入射した光を前記反射膜によって前記第１基板側
へ反射させる反射領域と、前記第２基板側から入射した
光を前記第１基板側へ透過させる透過領域とを有する画
素領域がマトリクス状に複数形成された反射透過両用型
カラー液晶表示装置であって、前記カラーフィルタは、
前記反射領域内に開口部を有する。

【００１２】すなわち、本発明の反射透過両用型カラー
液晶表示装置（以下、単に「液晶表示装置」ともい
う。）は、カラーフィルタの開口部が、１画素中の反射
領域内に位置するように設けられ、透過領域に重ならな
いように設けられている。

【００１３】本発明の液晶表示装置では、液晶表示装置
背面に設けた光源を利用する透過表示時には、透過領域
を透過した光が、カラーフィルタを通過し出射されるこ
とで、表示色彩度を満足する明るい表示が得られる。こ
のときに、光源の輝度、第２基板上の透過領域の面積及
び形状と、カラーフィルタの彩度や透過率または膜厚を
調整することで所望の特性が得られるのである。

【００１４】透過領域は、通常は、反射膜が形成されて
いない領域であるが、反射膜の膜厚を薄くして、液晶表
示装置背面に設けた光源からの光が透過率９０％以上、
好ましくは９５％以上で透過する領域も透過領域に含め
られる。また、反射領域は、第１基板側（観察者側）か
らの光が全反射（反射率１００％）する領域だけでな
く、第１基板側からの光の一部が透過し、反射率９０％
以上、好ましくは９５％以上で反射する領域も含む。

【００１５】外光を利用する反射表示時には、液晶表示
装置前方（観察者側）から入射した光が、カラーフィル
タあるいはカラーフィルタの開口部を通り、反射膜の反
射領域部で反射され、再び、カラーフィルタあるいはカ
ラーフィルタの開口部を通過し出射されるので、着色の
ない出射光と着色された出射光の合成出射光となり、明
るい表示が得られる。このときに、カラーフィルタの特
性、カラーフィルタの開口部の面積及び形状を適時調整
することにより、出射光の明るさや彩度を調整すること
が可能になる。また、カラーフィルタの開口部を大きく
することで、色純度の高いカラーフィルタを採用するこ
とも可能となるのである。

【００１６】本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィ
ルタが、前記反射領域内に複数の開口部を有することが
好ましい。これにより、反射表示時において、着色のな
い出射光が一画素中に分散されて第１基板側へ出射され
るので、一画素中の明るい領域が分散され、視認性が向
上する。

【００１７】本発明の液晶表示装置は、前記反射膜が、
前記液晶層側の表面が凹凸形状を有する拡散反射膜であ
ることが好ましい。これにより、反射表示時において、
反射膜による反射光が拡散されてカラーフィルタを透過
し、第１基板側へ出射されるので、合成出射光の明るさ
や彩度が一画素中で均質化され、視認性が向上する。

【００１８】本発明の液晶表示装置は、前記画素領域に
対する前記透過領域の面積比は１０％以上５０％以下で
あり、前記反射領域に対する、前記開口部が形成された
領域の面積比は５％以上３０％以下であることが好まし
い。これにより、反射表示時および透過表示時において
実使用を満足できる反射透過両用型カラー液晶表示装置
が実現できる。詳細には、反射膜が形成されていない領
域（透過領域）の面積比率を１０％以上とすることで、
透過表示時の明るさが確保でき、５０％以下とすること
で、反射表示時における明るさが確保される。一方、カ
ラーフィルタの開口部比率を５％以上とすることで、反
射表示時における明るさが確保され、３０％以下とする
ことで、反射表示時の色面積が確保され、色差判別が可
能となるのである。ここで、カラーフィルタの開口部比
率は、反射表示時における評価を行うために、反射領域
の面積との相対比率で表す。これはカラーフィルタの開
口部の大きさは、反射表示に大きく影響するからであ
る。

【００１９】本明細書においては、表示の最小単位であ
る「画素」に対応する液晶表示装置の領域を「画素領
域」と呼ぶ。カラー液晶表示装置においては、Ｒ，Ｇ，
Ｂの「画素」が１つの「絵素」に対応することとする。
単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ
状に設けられる列電極と、列電極に直交するように設け
られる行電極とが互いに交差するそれぞれの領域が画素
領域を規定する。また、アクティブマトリクス型液晶表
示装置においては、画素電極と画素電極に対向する対向
電極とが画素領域を規定する。なお、ブラックマトリク
スが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき
状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマ
トリクスの開口部に対応する領域が画素領域に対応する
ことになる。

【００２０】本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィ
ルタの開口部内に、透過率が９０％以上である透明樹脂
が充填されていることが好ましい。これにより、カラー
フィルタの開口部の段差が解消されるので、カラーフィ
ルタの開口部近傍における液晶分子の立ち上がりが均一
になり、コントラスト（特に反射時のコントラスト）が
向上するのである。カラーフィルタの表面には、カラー
フィルタの表面の凹凸を平坦化するために、アクリル系
樹脂などからなる平坦化膜が積層される。したがって、
カラーフィルタの開口部が浅い場合には、平坦化膜によ
り開口部が埋まる。しかし、カラーフィルタの開口部が
深い場合には、開口部内に透明樹脂を充填しなければ、
開口部における段差が平坦化膜では解消されず、段差が
残ってしまう。特にＳＴＮ液晶においては、カラーフィ
ルタの開口部による段差の存在により、画素内で液晶分
子の立ち上がりが不均一となり、反射表示時のコントラ
ストが低下するといった大きな問題が生じるおそれがあ
る。

【００２１】透明樹脂は、カラーフィルタよりも透過率
が高ければよい。但し、透過表示時の明るさを確保する
ためには、透過率は高い方が良く、色調補正用の顔料等
を透明樹脂に混入する場合でも、透過率９０％以上、好
ましくは９５％以上を確保することが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、
液晶表示装置として単純マトリクス駆動方式のＳＴＮ液
晶表示装置を例にするが、本発明の反射透過両用型カラ
ー液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Trasistor:薄膜
トランジスタ）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）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駆
動方式のカラー液晶表示装置にも適用することができ
る。

【００２３】図１は、本実施形態の反射透過両用型カラ
ー液晶表示装置を模式的に示す図である。本実施形態の
反射透過両用型カラー液晶表示装置は、観察者側（図１
においては上側）から、上側偏光板１、第一位相差板
２、第二位相差板３、上側基板４、透明表示用電極５
ａ、配向膜７ａ、ＳＴＮ液晶層８、配向膜７ｂ、透明表
示用電極５ｂ、オーバーコート層９、カラーフィルタ１
０、反射膜１１、下側基板１２、第三位相差板１３、下
側偏光板１４、導光板１５１、バックライト１６１の順
序で積層された構造を有する。なお、上側基板４と、下
側基板１２とは、シール樹脂６を介して貼り合わされ
て、ＳＴＮ液晶層８が形成される。

【００２４】本実施形態の液晶表示装置には、上側基板
４側から入射した光を反射膜１１によって上側基板４側
へ反射させる反射領域と、下側基板１２側から入射した
光を上側基板４側へ透過させる透過領域とを有する画素
領域がマトリクス状に複数形成されている。

【００２５】図２は、反射領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒ
とカラーフィルタの開口部との位置関係を示す、カラー
フィルタ１０および反射膜１１の断面図である。ここで
は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画素それぞれに、反射
領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒを有する画素領域が形成さ
れ、各画素のカラーフィルタ１０には、開口部１０ａが
複数設けられており、カラーフィルタ１０のそれぞれの
開口部１０ａは反射領域に設けられている。

【００２６】本実施形態では、下側基板１２の片面を覆
う反射膜１１に、フォトリソ法を用いて、透過用のスル
ーホール部１１ａを形成することによって、透過領域Ｔ
ｒが形成されるので、透過領域Ｔｒは、反射膜１１の開
口部（光透過領域部）１１ａと表現することもできる。
したがって、本実施形態の液晶表示装置は、一対の基板
４，１２間に液晶層８を狭持し、表示の単位となる画素
領域に、カラーフィルタ１０と、開口部（光透過領域
部）１１ａを有する反射膜１１が形成された反射透過両
用型カラー液晶表示装置であって、前記開口部（光透過
領域部）１１ａ以外の反射膜１１の領域に、カラーフィ
ルタ１０の開口部１０ａが設けられた反射透過両用型カ
ラー液晶表示装置と表現することもできる。

【００２７】図３は、本実施形態に用いられる反射膜１
１を示す平面図であり、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各
画素領域における反射膜１１を示している。反射膜１１
は、下側基板１２上にアルミニウムを１０００Å（１０
０ｎｍ）蒸着して形成され、フォトリソ法を用いたアル
ミニウム膜のパターニングにより、透過用のスルーホー
ル部１１ａが形成される。

【００２８】本実施形態では、下側基板１２上における
スルーホール部１１ａの面積は、画素領域における下側
基板１２上の面積に対して、３０％に設定されている。
スルーホール部１１ａの面積比は、本実施形態に限定さ
れず、１０％以上５０％以下にするのが好ましい。スル
ーホール部１１ａの面積比が１０％未満では、透過光の
利用が少なく透過表示時の画面が暗くなり、５０％を超
えると透過表示重視型であっても反射表示画面が暗く視
認性に問題がでる。

【００２９】開口部１０ａを有するカラーフィルタ１０
の製造には、例えば電着法を用いることができる。電着
法によるカラーフィルタ１０の製造工程の一例を説明す
る。反射膜１１上に電着用ＩＴＯ膜（電極）を形成す
る。フォトリソ法により、カラーフィルタ１０の開口部
１０ａの形成領域に対応する位置に、電着用ＩＴＯ膜を
厚み方向に貫通する開口部を形成する。電着用ＩＴＯ膜
上にレジストを形成した後、電着対象となる色の画素領
域のレジストを除去する。電着用ＩＴＯ膜に通電して、
電着対象となる色のカラーフィルタ材料を露出した電着
用ＩＴＯ膜に電着させる。このとき、電着用ＩＴＯ膜の
開口部の領域にはカラーフィルタ材料が電着されないの
で、カラーフィルタ１０に開口部１０ａが形成される。
レジストを除去した後、新たなレジストを電着用ＩＴＯ
膜上に形成する。電着対象となる他色の画素領域のレジ
ストを除去する。以下同様にして、他色のカラーフィル
タ１０を形成する。

【００３０】本実施形態では、カラーフィルタ１０の製
造に電着法を用いているが、電着法以外に、顔料分散
法、印刷法、染色法等のカラーフィルタの一般的な製造
方法を用いて、開口部１０ａを有するカラーフィルタ１
０を作成してもよい。

【００３１】図４は、反射膜１１、電着用ＩＴＯ膜およ
びカラーフィルタ１０を示す平面図である。図４の左側
は、一画素の平面図であり、反射膜１１上に電着用ＩＴ
Ｏ膜を蒸着、パターニングして、スリット状のＩＴＯ膜
除去部を複数形成した状態を示している。図４の中央
は、電着用ＩＴＯ膜上に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各
画素のカラーフィルター（ＣＦ）を電着した状態を示し
ている。図４の右側は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各
画素がマトリクス状に配列された状態を示している。図
４に示すように、本実施形態では、反射膜１１のスルー
ホール部１１ａは、１画素領域の略中央部に形成されて
いる。また、カラーフィルタ１１の各画素には、列方向
に延びる互いに平行な４本の開口部１０ａが、反射膜１
１のスルーホール部１１ａを挟んで、上下２段にそれぞ
れ形成されている。カラーフィルタ１０が、反射領域Ｒ
ｅ内に複数の開口部１０ａを有するので、反射表示時に
おいて、着色のない出射光が一画素中に分散されて上側
基板４側へ出射される。したがって、一画素中の明るい
領域が分散され、視認性が向上する。

【００３２】反射膜１１およびカラーフィルタ１０それ
ぞれの最適な開口部面積の割合について説明する。以
下、反射膜の開口部比率を“１画素領域の面積に対する
反射膜開口部の面積比率”と、カラーフィルタの開口部
比率を“１画素領域中の反射膜形成面積に対するカラー
フィルタの開口部の面積比率”とそれぞれ定義する。な
お、１画素、反射膜の開口部、カラーフィルタの開口部
それぞれの面積は、それぞれの領域を基板面の法線方向
から見たときの面積、言いかえれば基板面に平行な面内
において規定される面積である。

【００３３】１画素に対する反射膜開口部比率と反射部
に対するカラーフィルタ開口部比率とをそれぞれ変化さ
せた液晶表示装置を作成し、反射表示時および透過表示
時の光学特性を測定した。結果を図５〜図７に示す。

【００３４】図５は、カラーフィルタ開口部比率を変化
させたときの反射表示時の色再現性を示すグラフであ
り、カラーフィルタ開口部比率と反射表示時の色面積と
の関係が示されている。色面積は、色再現性の指標とな
るものであり、次のように定義される。色面積が大きい
程、色再現性に優れると言える。

【００３５】色面積＝ＲＧＢ各色度座標を結んだ三角形
の面積×１０００図５に示す測定では、反射膜開口部比率が４０％の反射
膜を用い、カラーフィルタにはＹ値が４０のものを用い
ている。

【００３６】図６は、カラーフィルタ開口部比率を変化
させたときの反射率を示すグラフである。図６に示す測
定においても、図５の測定と同様に、反射膜開口部比率
が４０％の反射膜を用い、カラーフィルタにはＹ値が４
０のものを用いている。

【００３７】図５および図６に示される測定結果から、
カラーフィルタ開口部比率が増加するに従って、反射表
示時の色面積が減少するのに対して、反射率は逆に増加
することが判る。図５の測定結果から、反射時の色面積
が４未満になると、Ｒ、Ｇ、Ｂの色度差が小さくなり、
特に多色表示した場合、色差が判別し難くなる。したが
って、ぼやけた表示となるので、実使用レベルでないこ
とが判明した。よって、カラーフィルタ開口部比率の上
限は、色面積が４となる３０％とすることが好ましい。

【００３８】反射表示時は外光を利用するので、反射時
の表示品位は、使用するときの環境の明るさに左右され
る。晴天時の屋外等の非常に明るい環境の下では、反射
率が１％程度でも十分認識可能であるが、モバイル機器
等で最も使用頻度が高いと思われるオフィス環境下で
は、屋外に比較し暗いので、表示を認識するために最低
限必要な反射率は４％程度と考えられる。図６の測定結
果によれば、反射率が４％となるカラーフィルタ開口部
比率は５％であるので、カラーフィルタ開口部比率の下
限は５％が好ましい。

【００３９】図７は、反射膜開口部比率を変化させたと
きの反射率及び透過率の変化を示すグラフである。図７
に示す測定では、開口部比率が１０％であり、Ｙ値が４
０のカラーフィルタを用いた。透過率の下限は、バック
ランプの発光輝度レベル等に左右される。例えば、携帯
電話用途の表示装置では、概ね１０００ｃｄ／ｍ²の発
光輝度が得られるバックランプが用いられる。オフィス
環境下及びそれより暗い環境下では、透過時の輝度が１
０ｃｄ／ｍ²あれば十分認識可能である。したがって、
携帯電話用途の表示装置では、反射率が１％程度あれば
十分である。図７の結果によれば、反射率が１％となる
のは、反射膜開口部比率が１０％のときであるので、反
射膜開口部比率の下限は１０％が好ましい。反射率につ
いては、前述の通り、オフィス環境下での使用を前提と
した場合、反射率は４％程度必要である。図７の結果に
よれば、反射率が４％となるのは、反射膜開口部比率が
５０％のときであるので、反射膜開口部比率の上限は５
０％が好ましい。

【００４０】本実施形態の液晶表示装置は、カラーフィ
ルタ１０上にアクリル系樹脂のオーバーコート層９が形
成されている。オーバーコート層９は、カラーフィルタ
１０の凹凸表面を平坦化して、液晶分子の立ち上がりを
均一にするために形成される。一方の基板にカラーフィ
ルタが設けられ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶
表示装置の場合、カラーフィルタおよび反射膜上にそれ
ぞれオーバーコート層を形成する必要がある。これに対
して、本実施形態の液晶表示装置は、反射膜１１上にカ
ラーフィルタ１０が積層されているので、カラーフィル
タ１０上にのみオーバーコート層９を設ければ良く、製
造プロセスが簡略化される。また、反射膜として拡散反
射膜を用いた場合でも、表面の凹凸がオーバーコート層
９により解消される。

【００４１】図８は、拡散反射膜を有する下側基板を模
式的に示す断面図である。拡散反射膜は、滑らかな凹凸
形状の表面を有する、アクリル系樹脂などからなる透明
樹脂層３０と、透明樹脂層３０上に積層された反射膜１
１とから構成される。透明樹脂層３０は、例えば次の工
程により製造される。下側基板１２上に感光性樹脂膜を
形成し、フォトリソ法により複数の開口を形成する。さ
らに加熱処理を施すと、熱だれ現象によって表面が変形
し、開口部の角がとれてなだらかな凹凸状の表面とな
る。反射膜として拡散反射膜を用いることにより、反射
表示時において、拡散反射膜による反射光が拡散されて
カラーフィルタ１０を透過し、上側基板４側へ出射され
るので、合成出射光の明るさや彩度が一画素中で均質化
され、視認性が向上する。なお、反射膜１１を鏡面形成
し、光散乱性物質を分散させた透明樹脂からなるオーバ
ーコート膜を散乱層として反射膜１１上に別途形成し
て、液晶表示装置に光拡散機能を付与しても良い。

【００４２】カラーフィルタ１０の膜厚が大きい場合、
言いかえればカラーフィルタ１０の開口部１０ａが深い
場合、カラーフィルタ形成部と開口部１０ａとの段差が
大きくなり、オーバーコート層９ではこの段差を解消で
きず、平坦化が不十分になることがある。特にＳＴＮ液
晶層を用いた表示装置では、この段差の存在により、カ
ラーフィルタ開口部１０ａ近傍での液晶分子の立ち上が
りが遅れ、画素内で液晶分子の立ち上がりが不均一とな
るので、反射表示時のコントラストが低下するといった
問題が生じる。

【００４３】図９は、カラーフィルタ部とカラーフィル
タ開口部との段差と、反射表示時のコントラストとの関
係を示すグラフである。カラーフィルタ部と開口部との
段差の測定には、カラーフィルタ１０上に成膜される各
種膜の平坦性を考慮して、配向処理完（言いかえれば上
下基板を貼り合わせる前）の基板を用い、触診計により
測定をおこなった。また、色調補正用の顔料のみを添加
した透過率９５％のカラーフィルタ材料を用いて、カラ
ーフィルタ１０の開口部１０ａに透明樹脂を充填して、
段差の調整を行った。

【００４４】なお、開口部を有する電着用ＩＴＯ膜を用
いてカラーフィルタを形成した場合、カラーフィルタ１
０の開口部１０ａに透明樹脂を電着させることができな
いので、レジストダイレクト電着法を用いて開口部１０
ａに透明樹脂を電着させる。レジストダイレクト電着法
とは、電着用ＩＴＯ上に塗布した感光性樹脂をパターニ
ングして電着用ＩＴＯを部分的に露出させ、露出した部
分に電着カラーフィルタを形成する方法である。この方
法を用いて、ＲＧＢの各色のカラーフィルタと、開口部
１０ａ内の透明樹脂層とを形成することができる。

【００４５】図９によれば、段差が小さくなるに従って
（すなわち、段差がゼロに近づくに従って）、反射コン
トラストが向上することが判る。具体的には、カラーフ
ィルタ開口部膜厚（すなわち、開口部２０内に充填され
た透明樹脂層の膜厚）に対してカラーフィルタ膜厚が大
きいと、カラーフィルタ開口部１０ａ近傍における液晶
分子の立ち上がりが遅れ、逆にカラーフィルタ膜厚に対
してカラーフィルタ開口部膜厚が大きくなると、開口部
１０ａにおける液晶分子の立ち上がりが早くなるので、
結果的にいずれの場合にもコントラストが低下する。し
たがって、開口部１０ａ内に充填する透明樹脂の膜厚
は、カラーフィルタ形成部との段差が生じないように調
整することが望ましい。

【００４６】なお、本実施形態では、カラーフィルタ１
０の開口部１０ａは、カラーフィルタ１０を厚み方向に
貫通する貫通孔であるが、開口部１０ａにおける透過率
を９０％以上、好ましくは９５％以上確保することがで
きるならば、深さがカラーフィルタ１０の膜厚よりも短
い開口部でも良い。

【００４７】本実施形態の液晶表示装置は、上側基板４
および下側基板１２のＳＴＮ液晶層８側に、それぞれ透
明表示用電極５ａ，５ｂが形成されている。透明電極５
ａ，５ｂは、上側基板４上と、下側基板１２のオーバー
コート層（平坦化層）９上とにＩＴＯ（インジウム錫酸
化物）をそれぞれ蒸着し、エッチングすることによりス
トライプ状に形成され、互いに交差する領域がマトリッ
クス状の画素電極を形成する。画素の周囲を光吸収性の
物質でブラックマトリクスを形成しても良く、これによ
り光を遮る効果が向上し高コントラスト化に寄与でき
る。透明表示用電極５ａ，５ｂの上に、ポリイミド樹脂
を印刷により塗布し、焼成を行うことにより配向膜７
ａ，７ｂを形成する。さらに、液晶分子のねじれ角が、
２４０°ツイストとなるように、配向膜７ａ，７ｂにラ
ビング処理を行う。

【００４８】上下基板４，１２をシール樹脂６で貼り合
わせた後、複屈折Δｎとピッチを調整した液晶材料を注
入することによってＳＴＮ液晶層８を形成して、ＳＴＮ
液晶セルを形成する。これに、それぞれが所望のｄΔｎ
を持つポリカーボネート延伸の第一位相差板２、第二位
相差板３および第三位相差板１３と、ニュートラルグレ
イの上側偏光板１及び下側偏光板１４とを、各部材の光
軸が液晶セルに対してそれぞれ所定の方向になるように
貼り付ける。なお、ｄは位相差板の厚さである。さら
に、観察者側に対して反対側に、導光板１５１およびバ
ックライト１６１を設けて、液晶セルにバックライト光
が入射されるようにする。

【００４９】図１０に、本実施形態における各光学素子
の軸角度を示す。ＳＴＮ液晶層８の下側基板１２側の配
向方向１５から上側基板４側の配向方向１６までに液晶
分子がねじれる角度を２４０°とする。時計回りを正と
し、反時計回りを負としたとき、第二位相差板３の遅相
軸１７に対して液晶分子の上側配向方向１６がなす角を
１２０°、第一位相差板２の遅相軸１８に対して第二位
相差板の遅相軸１７がなす角を４０°、上側偏光板１の
吸収軸１９に対して第一位相差板２の遅相軸１８がなす
角を７５°とする。また、下側基板１２側の配向方向１
５に対して第三位相差板１３の遅相軸２０がなす角を５
０°、第三位相差板１３の遅相軸２０に対して下側偏光
板１４の吸収軸２１がなす角を−４０°とする。

【００５０】各レターデーション値の設定は、ＳＴＮ液
晶層８（８００ｎｍ）、第一位相差板２（６８０ｎ
ｍ）、第二位相差板３（１８０ｎｍ）、第三位相差板１
３（１４０ｎｍ）とし、反射時・透過時にノーマリーブ
ラックモードとなる液晶表示装置を構成する。

【００５１】本実施形態の液晶表示装置は、開口部１１
ａを有する反射膜１１と、開口部１０ａを有するカラー
フィルタ１０とが、それぞれの開口部１１ａ，１０ａが
１画素中の異なる領域に位置するように、下側基板１２
上に設けられている。これにより、本実施形態の液晶表
示装置を、従来の工程を増やすことなく、得ることが可
能になる（後述の比較例を参照）。

【００５２】また、一方の基板にカラーフィルタが設け
られ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置の
場合、カラーフィルタおよび反射膜上にそれぞれオーバ
ーコート層を形成する必要がある。これに対して、本実
施形態の液晶表示装置は、反射膜１１上にカラーフィル
タ１０が積層されているので、カラーフィルタ１０上に
のみオーバーコート層９を設ければ良く、製造プロセス
が簡略化される。

【００５３】さらに、一方の基板にカラーフィルタが設
けられ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置
を製造する場合、両基板を貼り合わせる際に、貼り合わ
せ精度が低いので、カラーフィルタおよび反射膜の双方
の開口部が重なって形成されるなどの不具合を生じるお
それがある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置
では、精度の高いフォトリソ法により、カラーフィルタ
および反射膜の双方の開口部が相対的に位置決めされる
ので、双方の開口部が重なって形成されるなどの不具合
を防ぐことができる。

【００５４】本実施形態の液晶表示装置では、液晶表示
装置の背面に設けた光源（バックライト１６１）を利用
する透過表示時には、反射膜１１の開口部１１ａを透過
した光が、カラーフィルタ１０を通過し出射されること
で、表示色彩度を満足する明るい表示が得られる。光源
の輝度、反射膜１１の開口部１１ａの面積や形状、カラ
ーフィルタ１０の彩度、透過率や膜厚を調整することに
よって、所望の特性の透過表示が得られる。

【００５５】外光を利用する反射表示時には、液晶表示
装置の前方から入射した光が、カラーフィルタ１０また
はカラーフィルタ開口部１０ａを通り、反射膜１１の反
射領域部（開口部１１ａ以外の領域部）で反射され、再
びカラーフィルタ１０またはカラーフィルタ開口部１０
ａを通過し出射される。したがって、着色のない出射光
と着色された出射光との合成出射光となり、明るい表示
が得られる。カラーフィルタ１０の特性、カラーフィル
タ開口部１０ａの面積や形状を適時調整することによ
り、出射光の明るさや彩度を調整することが可能にな
る。また、カラーフィルタ開口部１０ａを大きくするこ
とで、色純度の高いカラーフィルタを採用することも可
能となる。

【００５６】また、観察者側の基板にカラーフィルタが
設けられ、背面側の基板に反射膜が設けられた液晶表示
装置の場合、カラーフィルタと反射膜とが液晶層を介し
て離れて設けられているので、混色を生じるおそれがあ
る。具体的には、例えば観察者側の基板に設けられた青
色のカラーフィルタにより着色された入射光が、背面側
の基板に設けられた反射膜により反射され、観察者側へ
出射されるとき、観察者側の基板に設けられた緑色のカ
ラーフィルタを通過することがある。この場合、出射光
は、青色と緑色が混じって暗くなり、色純度を低下させ
るおそれがある。これに対して、本実施形態の液晶表示
装置は、反射膜上にカラーフィルタが形成されているの
で、反射表示時に混色を生じて、色純度を低下させるお
それがない。

【００５７】（比較例）本実施形態の液晶表示装置と対
比するための比較例を図１１を参照しながら説明する。
比較例の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、カラー
フィルタと反射膜を除き実施形態で説明したものと同じ
であるので、カラーフィルタと反射膜以外の構成の説明
を省略する。

【００５８】比較例に用いられる反射膜は、図１１に示
す様に、透過用スルーホール部を形成したアルミニウム
膜が１０００Å（１００ｎｍ）の厚さで、図示しない下
側基板上に製膜されることにより形成されている。スル
ーホール部の面積は、画素の３０％になるよう設定され
ている。その上に電着用電極を介してＲＧＢのストライ
プ状のカラーフィルタが形成されている。

【００５９】さらに、この比較例では、図１１に示す様
に、反射膜透過領域（ここでは反射膜スルーホール部）
と反射膜反射領域（ここでは反射膜のスルーホール部以
外の部分）でカラーフィルタの顔料濃度を変えている。
透過領域と反射領域で顔料濃度の異なるカラーフィルタ
を製造するには、レジストダイレクト電着法が用いられ
る。この方法を用いて、各色ごとに、顔料濃度の異なる
カラーフィルタを透過領域部と反射領域部に形成する。

【００６０】これにより、反射時の明るさを維持したま
ま、透過時の表示色の高彩度化を達成する事が可能にな
る。しかし、透過率の異なるカラーフィルタを透過部・
反射部それぞれに形成するので、カラーフィルタ電着工
程が増えてしまう。具体的には、ＲＧＢのそれぞれにつ
いて、反射用カラーフィルタと透過用カラーフィルタと
を電着させるために、計６回のフォトリソ工程が必要と
なる。また、各色について、２種類の顔料濃度のカラー
フィルタ材料が必要となり、製造コストが上昇する。こ
れに対して、本実施形態の液晶表示装置では、ＲＧＢの
それぞれについて１回のフォトリソ工程を経てカラーフ
ィルタを電着させることができる。電着用ＩＴＯ膜に開
口を設けるためのフォトリソ工程を加えても、計４回の
フォトリソ工程でカラーフィルタを電着させることがで
きる。また、各色について、１種類の顔料濃度のカラー
フィルタ材料で電着させることができるので、製造コス
トの上昇を抑制することができる。

【００６１】比較例では、反射時の明るさを維持する為
に、高透過カラーフィルタ（Ｙ＝６０）を採用している
が、本実施形態の液晶表示装置では、高透過カラーフィ
ルタを用いる必要はなく、例えば前述の実施形態ではＹ
＝４３のカラーフィルタが使用されている。図１２に、
比較例と実施形態とでそれぞれ用いられたカラーフィル
タの特性を示す。図１２に示す色度座標の結果から、彩
度の点でも、本実施形態の液晶表示装置が好ましいこと
が判る。

【００６２】本実施形態では、下側基板１２に反射膜１
１およびカラーフィルタ１０が積層されているが、上側
基板４に反射膜１１およびカラーフィルタ１０が積層さ
れていても良い。本実施形態では、偏光板を有する液晶
表示装置を例に説明したが、本発明は偏光板が不要なゲ
ストホスト方式、高分子分散方式の液晶表示装置にも適
応することができる。本実施形態では、赤、緑、青の３
色によりフルカラー画像を表示する場合について説明し
たが、マゼンタ、イエロー、シアンの３色によりフルカ
ラー画像を表示しても良い。本実施形態の上側基板４お
よび下側基板１２には、フロートガラス、ソーダガラス
などのガラス基板、ポリエーテルスルホン、ポリカーボ
ネート、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレートな
どのプラスチック基板を用いることができる。本発明の
液晶表示装置は、ストライプ配列、デルタ配列、モザイ
ク配列、スクエア配列などの画素配列が採用され得る。
本発明の液晶表示装置は、画素の色相数が４以上であっ
ても良い。

【００６３】

【発明の効果】本発明の構成によれば、開口部を有する
反射膜と、開口部を有するカラーフィルタとを、それぞ
れの開口部が１画素中の異なる領域に位置するように、
一方の基板上に設けることで、本発明の液晶表示装置
を、従来の工程を増やすことなく、得ることが可能にな
る。

【００６４】さらに、本発明の液晶表示装置では、液晶
表示装置背面に設けた光源を利用する透過表示時には、
反射膜の開口部を透過した光が、カラーフィルタを通過
し出射されることで、表示色彩度を満足する明るい表示
が得られる。

【００６５】外光を利用する反射表示時には、液晶表示
装置前方から入射した光が、カラーフィルタあるいはカ
ラーフィルタ開口部を通り、反射膜の反射領域部で反射
され、再び、カラーフィルタあるいはカラーフィルタ開
口部を通過し出射されるので、着色のない出射光と着色
された出射光との合成出射光となり、明るい表示が得ら
れる。

【００６６】さらに、カラーフィルタの特性、カラーフ
ィルタ開口部の面積及び形状を適時調整することによ
り、出射光の明るさや彩度を調整することが可能になる
ことから、色純度の高いカラーフィルタを採用すること
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる実施の形態の反射透過両用型カ
ラー液晶表示装置を模式的に示す図である。

【図２】反射領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒとカラーフィ
ルタの開口部との位置関係を示す、カラーフィルタ１０
および反射膜１１の断面図である。

【図３】実施形態に用いられる反射膜１１を示す平面図
であり、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各画素領域におけ
る反射膜１１を示している。

【図４】反射膜１１、電着用ＩＴＯ膜およびカラーフィ
ルタ１１を示す平面図である。

【図５】カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの
反射表示時の色再現性を示すグラフである。

【図６】カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの
反射率を示すグラフである。

【図７】反射膜開口部比率を変化させたときの反射率及
び透過率の変化を示すグラフである。

【図８】拡散反射膜を有する下側基板を模式的に示す断
面図である。

【図９】カラーフィルタ部とカラーフィルタ開口部との
段差と、反射表示時のコントラストとの関係を示すグラ
フである。

【図１０】実施形態における各光学素子の軸角度を示す
図である。

【図１１】比較例の反射膜とカラーフィルタを示す断面
図である。

【図１２】比較例と実施形態とでそれぞれ用いられたカ
ラーフィルタの特性を示す図である。

【符号の説明】

１上側偏光板２第一位相差板３第二位相差板４上側基板５ａ，５ｂ透明表示用電極６シール樹脂７ａ，７ｂ配向膜８ＳＴＮ液晶層９オーバーコート層１０カラーフィルタ１０ａカラーフィルタ開口部１１反射膜１１ａ反射膜開口部（スルーホール部）１２下側基板１３第三位相差板１４下側偏光板１５１導光板１６１バックライトＲｅ反射領域Ｔｒ透過領域

フロントページの続きＦターム(参考） 2H048 BA02 BA62 BB02 BB07 BB08 BB10 BB43 2H091 FA02Y FA15Y FA16Y FD04 FD06 GA02 GA16 LA13 LA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する第１基板および第２基板
と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶
層と、前記液晶層側の前記第２基板上に形成された反射
膜と、前記反射膜上に形成されたカラーフィルタとを備
え、前記第１基板側から入射した光を前記反射膜によっ
て前記第１基板側へ反射させる反射領域と、前記第２基
板側から入射した光を前記第１基板側へ透過させる透過
領域とを有する画素領域がマトリクス状に複数形成され
た反射透過両用型カラー液晶表示装置であって、前記カラーフィルタは、前記反射領域内に開口部を有す
る、反射透過両用型カラー液晶表示装置。
【請求項２】前記カラーフィルタは、前記反射領域内
に複数の開口部を有する、請求項１に記載の反射透過両
用型カラー液晶表示装置。
【請求項３】前記反射膜は、前記液晶層側の表面が凹
凸形状を有する拡散反射膜である、請求項１または２に
記載の反射透過両用型カラー液晶表示装置。
【請求項４】前記画素領域に対する前記透過領域の面
積比は１０％以上５０％以下であり、前記反射領域に対
する、前記開口部が形成された領域の面積比は５％以上
３０％以下である、請求項１から３のいずれかに記載の
反射透過両用型カラー液晶表示装置。
【請求項５】前記カラーフィルタの開口部内に、透過
率が９０％以上である透明樹脂が充填された、請求項１
から４のいずれかに記載の反射透過両用型カラー液晶表
示装置。