JP2003315785A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】透過モードにおけるパネル表示の色純度が反射
モードと同等にして高い表示性能を達成した半透過型液
晶表示装置を提供する。 【解決手段】ガラス基板４上に光反射膜１１と光散乱微
粒子を含む透明樹脂膜５との積層体を形成し、この積層
体上にカラーフィルター６とオーバーコート層７と透明
電極８と配向膜９が順次積層されている。他方のガラス
基板４上には透明電極１２と配向膜９が順次積層されて
いる。そして、双方の基板４を液晶１０を介してシール
部材により貼り合わせる。また、各画素ごとに積層体が
形成されていない部分を設けて、この部分に対応して透
過モードとなし、各画素の積層体を形成した部分に対応
して反射モードとなしている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は半透過型液晶表示装
置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、液晶表示装置は小型もしくは中型
の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精
細のモニターにまで使用されている。さらにバックライ
トを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されて
おり、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。 【０００３】反射型液晶表示装置には、後方に配設した
基板の内面に対し凹凸形状の光反射層を形成した散乱反
射型があるが、バックライトを用いないことで、周囲の
光を有効に利用している。 【０００４】また、光反射層に代えて、半透過膜を形成
し、バックライトを設け、反射モードや透過モードに使
い分ける半透過型液晶表示装置も開発されている。 【０００５】この半透過型液晶表示装置によれば、太陽
光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として
用いたり、あるいはバックライトを装着して透過型の装
置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるため
に、ハーフミラーの半透過膜を使用している（特開平８
−２９２４１３号参照）。また、アクティブマトリクス
型半透過型液晶表示装置にも同様な目的で半透過膜を使
用することが提案されている（特開平７−３１８９２９
号参照）。 【０００６】また、かかるハーフミラーの半透過膜を使
用すると、反射率と透過率の双方の機能をともに向上さ
せることが難しいという課題があり、この課題を解消す
るために、光透過用ホールを設けた反射膜を上記の半透
過膜に代えて使用した半透過型液晶表示装置が提案され
ている（特許第２８７８２３１号参照）。 【０００７】しかしながら、上記半透過液晶表示装置に
よれば、透過モードでは光はカラーフィルターを１回通
過するのに対して、反射モードは光がカラーフィルター
を２回通過することで、反射モードに比べて透過モード
の色純度が低下していた。 【０００８】これに対し、透過モードと反射モードで使
用する領域を空間分割し、透過モードの領域のカラーフ
ィルターを、反射モードの領域のカラーフィルターに比
べて、膜厚を厚くすることによって、透過モードの色純
度を向上させた半透過型液晶表示装置が提案されている
（特開２０００-２９８２７１号と特開２００１-１６６
２８９号参照）。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】特開２０００-２９８
２７１号の液晶表示装置によれば、凹凸形状を有する散
乱性反射膜の一部に段差を設け、この上にカラーフィル
ターを形成することによって、透過モードで光が通過す
る部分のカラーフィルターを、反射モードで光が反射す
る部分のカラーフィルターより厚くし、反射モードの色
純度と透過モードの色純度が同等となるような構造にし
ている。 【００１０】しかしながら、この液晶表示装置において
は、かかる構造により、カラーフィルターを一方の基板
に設置する構造に限られ、カラーフィルターを他方の基
板に設置する構造を取ることができなかった。 【００１１】一方、特開２００１-１６６２８９号によ
れば、透明樹脂の上にカラーフィルターを形成すること
によって、透過モードで光が通過する部分のカラーフィ
ルターを、反射モードで光が反射する部分のカラーフィ
ルターより厚くし、これにより、反射モードの色純度と
透過モードの色純度が同等となる構造にしている。そし
て、このような構造によれば、カラーフィルターを一方
の基板もしくは他方の基板のいずれにも設置することが
できた。 【００１２】しかしながら、この技術によれば、上記の
ような透明樹脂を形成する必要があり、そのために製造
工程が増大するという課題があった。 【００１３】したがって、本発明の目的は、製造工程を
増やさないで、製造コストを下げ、これによって低コス
トな液晶表示装置を提供することにある。 【００１４】本発明の他の目的は、透過モードにおける
パネル表示の色純度が反射モードと同等にして高い表示
性能を達成した半透過型液晶表示装置を提供することに
ある。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明の半透過型液晶表
示装置は、基板上に光反射膜と光散乱微粒子を含む透明
樹脂膜との積層体を形成し、この積層体上にカラーフィ
ルターと透明電極と配向層を被覆してなる一方部材と、
透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる他
方部材とを、ネマティック型液晶を介在し、さらに双方
の透明電極にて画素をマトリクス状に配列するようにて
貼り合わせるとともに、各画素ごとに積層体が形成され
ていない部分を設けて、この部分に対応して透過モード
となし、各画素の積層体を形成した部分に対応して反射
モードとなしたことを特徴とする。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図面にて詳述す
る。図１は半透過型液晶表示装置の断面図であり、図２
はその要部拡大断面図である。 【００１７】最初に図１に示す液晶表示装置の構造を説
明する。一方部材については、ガラス基板４の内面に、
アルミニウム金属材などからなる光反射膜１１と光散乱
微粒子を含む透明樹脂膜５との積層体を形成し、そし
て、この積層体の上にカラーフィルター６、アクリル系
樹脂からなるオーバーコート層７、多数平行にストライ
プ状配列したＩＴＯからなる透明電極８、および一定方
向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜９が順
次積層されている。なお、透明電極８と配向膜９との間
に樹脂やＳｉＯ₂等からなる絶縁膜を介在させてもよ
い。 【００１８】カラーフィルター６は顔料分散方式、すな
わちあらかじめ顔料（赤、緑、青）により調合された感
光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィに
より形成している。 【００１９】他方部材については、ガラス基板４の内面
には多数平行にストライプ状配列したＩＴＯからなる透
明電極１２、および一定方向にラビングしたポリイミド
樹脂からなる配向膜９が順次積層されている。また、配
向膜９は透明電極１２上に直接成膜形成しているが、配
向膜９と透明電極１２との間に樹脂やＳｉＯ₂等からな
る絶縁膜を介在させてもよい。 【００２０】そして、このような構成の一方部材および
他方部材を、たとえば２００°〜２６０°の角度でツイ
ストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶１０を
介してシール部材により貼り合わせる。また、両部材間
には液晶１０の厚みを一定にするためにスペーサを多数
個配している。 【００２１】さらに一方部材のガラス基板４の外側にポ
リカーボネイト等からなる位相差板１３とヨウ素系の偏
光板１とを順次形成する。また、他方部材のガラス基板
４の外側にポリカーボネイト等からなる第１位相差板３
と第２位相差板２とヨウ素系の偏光板１とを順次形成す
る。これらの配設については、アクリル系の材料からな
る粘着材を塗布することで行う。 【００２２】そして、偏光板１に対し、光源部と導光板
からなるバックライトユニットを密着させて配設する。 【００２３】本発明によれば、光散乱微粒子を含む透明
樹脂膜５を形成するが、かかる光散乱微粒子は、透明な
無機材料からなり、そして、透明樹脂膜５との間にて,
双方の屈折率が異なるような材料を用いるとよい。 【００２４】たとえば、光散乱微粒子がシリカ（酸化シ
リコン）からなる場合には、透明樹脂膜５をアクリル系
透明樹脂により構成するとよい。 【００２５】このような組合せにより、入射光は透明樹
脂と光散乱微粒子の界面において屈折を生じさせ、その
結果、光散乱が生じる。 【００２６】上記構成の液晶表示装置によれば、太陽
光、蛍光灯などの外部照明による入射光は偏光板１、位
相差板２、３およびガラス基板４を通過し、液晶１０、
カラーフィルター６等を通して光散乱微粒子を含む透明
樹脂膜５を通して光反射膜１１に到達し、そして、反射
モードとしてその反射光が出射される。 【００２７】また、バックライトユニットから出射光
は、偏光板１、位相差板１３およびガラス基板４を通過
し、さらに各画素ごとに積層体が形成されていない部分
に対応して透過する。このような透過でもってカラーフ
ィルター６、液晶１０、ガラス基板４、位相差板２、
３、偏光板１を通過して透過モードとして出射される。 【００２８】つぎに上記構成の半透過型液晶表示装置の
うち、一方部材について、その工程を図３にて説明す
る。 【００２９】この工程によれば、順次ａ〜ｅの各工程か
らなる。 【００３０】（ａ）工程：ガラス基板４の上に、Ａｌ、
Ａｌ合金（ＡｌＮｄ、ＡｌＣＭｇ等）、Ａｇ、Ａｇ合金
（ＡｇＰｄ、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｇＲｕＣｕ、ＡｕＣｕＡ
ｇ等）から選択する材料でもって金属膜を形成する。 【００３１】Ａｌ、Ａｌ合金であれば、１０００Å程度
の厚みで、Ａｇ、Ａｇ合金を用いた場合には１５００Å
程度の膜厚で成膜を行う。 【００３２】また、ガラス基板と金属膜の密着性を向上
させるために、金属膜の下地にＳｉＯ₂、ＩＴＯ、ＩＮ₂
Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の酸化物を１００Å程度の膜厚で成膜し
てもよい。 【００３３】つぎに図４に示すフォトマスク１６を用い
てフォトリソし、そして、エッチングを行う。ここで、
エッチングにより金属膜を除去する部位は、光通過する
部分であり、画素内において、光通過部と金属膜部の面
積比率を変えることによって、反射領域と透過領域の比
率を適宜に変えることができる。 【００３４】本例においては、面積比率が、光通過部：
金属膜部＝６０：４０になるように形成する。 【００３５】（ｂ）工程：（ａ）工程で作成した基板上
に、光散乱微粒子である径０.１μｍ〜０.５μｍ程度の
シリカビーズを分散させた感光性レジスト材料（新日鐵
化学「ＰＲ−０２３Ｘ」等のアクリル系樹脂）を１.０
±０.５μｍの厚さで塗布し、つぎにフォトリソグラフ
ィーにより所定の部位に形成し、これにより、光散乱微
粒子を含む透明樹脂膜５を形成する。 【００３６】図５にてフォトマスク１６ａを示す（ネガ
型レジストを使用）。ここで、現像により感光性レジス
トを除去する部位は透過モードにおいて光通過する部分
であり、感光性レジストを残す部位は反射モードにおい
て光散乱する部分である。 【００３７】（ｃ）工程：（ｂ）工程の基板の上に、カ
ラーフィルター形成として、赤色顔料により調合された
感光性レジスト（Ｒ）を光散乱樹脂上で１.０±０.１μ
ｍの厚さで塗布し、つぎにフォトリソグラフィーにて所
定の部位に形成する。図６にてフォトマスク１６ｂの構
造を示す（ネガ型レジストを使用）。 【００３８】同様に緑色顔料により調合された感光性レ
ジスト（Ｇ）を１.０±０.１μｍの厚さで塗布し、つぎ
にフォトリソグラフィーにて所定の部位に形成する。つ
づけて青色顔料により調合された感光性レジスト（Ｂ）
を１.０±０.１μｍの厚さで塗布し、つぎにフォトリソ
グラフィーにて所定の部位に形成する。これらフォトリ
ソグラフィーにも図６に示すフォトマスク１６ｂを用い
る。なお、３色の感光性レジスト形成の順序が入れ替わ
ってもよい。 【００３９】（ｄ）工程：オーバーコート層７を形成す
るために、アクリル系樹脂を２.２±０.２μｍの厚さで
塗布する。 【００４０】（ｅ）工程：透明電極８を形成するため
に、ＩＴＯ膜を１０００〜３７００Åの膜厚で形成す
る。 【００４１】ここで、オーバーコート層とＩＴＯ膜の密
着性を向上させるために、ＩＴＯ膜の下地にＳｉＯ₂等
の中間層を形成してもよい。 【００４２】かくして上記工程により得られたカラーフ
ィルター基板によれば、図７に示すように、光散乱微粒
子を含む透明樹脂膜５の膜厚を１μｍとし（図７にてＡ
と表示する部分）、この透明樹脂膜５上の各カラーフィ
ルター（赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジスト）
の膜厚を１μｍとすると、光散乱微粒子を含む透明樹脂
膜５を設けていない部分の各カラーフィルター（赤色レ
ジスト、緑色レジスト、青色レジスト）の膜厚は２μｍ
となる（図７にてＢと表示する部分）。 【００４３】よって、反射モードにて使用する反射領域
でのカラーフィルターの膜厚は１μｍとなり、透過モー
ドにて使用する透過領域でのカラーフィルターの膜厚は
２μｍとなる。 【００４４】そして、上記工程により得られたカラーフ
ィルター基板（一方部材）を用いて、図１に示すような
本発明の液晶表示装置が得られる。 【００４５】つぎに入射光の振る舞いについて図２に
て、反射モードと透過モードを説明する。 【００４６】反射モード：液晶表示装置上側からの入射
光をととに分け、その光線の進み方を順に説明す
る。 【００４７】については、光反射膜１１と透明樹脂膜
５との積層体が形成されていない部分に入射する光であ
る。この部分は、光反射膜１１が形成されていないた
め、反射光がない。 【００４８】については、光反射膜１１と透明樹脂膜
５との積層体が形成された部位に、すなわち反射領域
（光反射膜１１）に入射する光であるが、厚み１μmの
カラーフィルターを通過して、光反射膜１１にて反射さ
れ、もう一度透明樹脂膜５と厚み１μmのカラーフィル
ターを通過して、反射光となる。ここで、この反射光
'は透明樹脂膜５を通過しているため、散乱光となる。透過モード ：液晶表示装置下側からの入射をとと分
け、図２を用いて、その光線の進み方を順に説明する。 【００４９】については、反射領域（光反射膜１１）
に入射する光である。この部分は、金属反射膜に遮光さ
れて、透過光がない。 【００５０】については、反射領域（光反射膜１１）
以外の領域に入射する光である。この部分は、反射膜が
形成されていないため、そのまま２μmのカラーフィル
ターを通過して、透過光となる。ここで、この反射光
'は透明樹脂膜５を通過しないため、散乱光にならな
い。つぎに、これらの液晶表示装置に対し、それぞれ光
学特性を測定したところ、表１と表２に示すような結果
が得られた。 【００５１】図８は液晶表示装置に対する入射光の投光
路を示す。反射モードの場合、図８（ａ）に示すよう
に、液晶表示装置の斜め上部１５°から光（Ｃ光源）を
入射させ、液晶表示装置を駆動させた際（白表示、黒表
示、赤表示、緑表示、青表示）、垂直方向における反射
光の反射率、コントラストならびに色域面積を測定し
た。 【００５２】また、透過モードの場合は、図８（ｂ）に
示すように、液晶表示装置の下部から光（Ｃ光源）を入
射させ、液晶表示装置を駆動させた際（白表示、黒表
示、赤表示、緑表示、青表示）、垂直方向の透過光の透
過率、コントラスト、色域面積を測定した。 【００５３】参考までに、図９にて色域面積の定義図を
示す。色域面積は各ＲＧＢ色度点を囲んだ面積を示し、
この面積が大きいほど、色再現性が高くなり、色純度の
高いパネル表示が得られる。 【００５４】従来の半透過型液晶表示装置を図１０に示
す。この装置を比較例にしている。本発明の液晶表示装
置によれば、ガラス基板４の上に光反射膜１１と透明樹
脂膜５との積層体の上にカラーフィルター６を形成した
が、これに代えて、ガラス基板４の上に凹凸状の樹脂層
にして光散乱性をもたせた凹凸状樹脂層１５を形成し、
この凹凸状樹脂層１５の上にアルミニウム金属層からな
る光半透過膜１４を形成し、さらにカラーフィルター６
を形成した構造である。 【００５５】表１と表２は、本発明の半透過型液晶表示
装置と従来の半透過型液晶表示装置の光学特性の比較で
ある。 【００５６】 【表１】【００５７】 【表２】 【００５８】表１において、Ｒon、Ｔonは白表示の時の
反射率、透過率であり、Ｒoff、Ｔoffは黒表示の時の反
射率、透過率である。ＣＲ（コントラスト）は、Ｒon／
Ｒoff、Ｔon／Ｔoffを示す。 【００５９】表１、表２に示す結果より、反射モードに
おいては従来例も本発明の構造もほぼ同じ特性となって
いる。透過モードにおいては本発明の構造は従来例に比
べて透過率が低くなっているが、色域面積（ＲＧＢの色
度を結んでできる三角形の面積）は０.６９から１.４９
へと２.１６倍向上している。 【００６０】 【発明の効果】以上のとおり、本発明の液晶表示装置に
よれば、基板上に光反射膜と光散乱微粒子を含む透明樹
脂膜との積層体を形成し、この積層体上にカラーフィル
ターと透明電極と配向層を被覆してなる一方部材と、透
明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してなる他方
部材とを貼り合わせるとともに、各画素ごとに積層体が
形成されていない部分を設けて、この部分に対応して透
過モードとなし、各画素の積層体を形成した部分に対応
して反射モードとなしたことで、透過領域が反射領域よ
りカラーフィルターの膜厚が厚くなり、簡単な構造で透
過モードにおけるパネル表示の色純度が反射モードと同
等になり、その結果、製造工程を増やさないで、製造コ
ストを下げ、しかも、高い表示性能を達成することがで
きた。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の液晶表示装置の断面図である 【図２】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図であ
る。 【図３】ａ〜ｅはカラーフィルター基板の作製方法を示
す工程図である。 【図４】光反射膜を形成するために用いるフォトマスク
の平面図である。 【図５】光散乱微粒子を含む透明樹脂膜を形成するため
に用いるフォトマスクの平面図である。 【図６】カラーフィルターを形成するために用いるフォ
トマスクの平面図である。 【図７】カラーフィルター基板の要部平面図である。 【図８】（ａ）は反射モード光学特性の評価方法を示す
説明図であり、（ｂ）は透過モード光学特性の評価方法
を示す説明図である 【図９】色域面積を示す説明図である。 【図１０】従来の液晶表示装置の断面図である 【符号の説明】 １・・・偏光板 ２、３、１３・・・位相差板 ４・・・ガラス基板 ５・・・光散乱微粒子を含む透明樹脂膜 ６・・・カラーフィルター ７・・・オーバーコート層 ８、１２・・・透明電極 １０・・・液晶 １１・・・光反射膜

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 BA45 BA47 BA48 BB07 BB08 BB37 BB44 2H091 FA32Y FA37Y FB08 FB13 FC02 FC29 FC30 FD07 FD12 FD22 FD23 GA02 GA13 GA17 LA03 LA11 LA12 LA13 LA15 LA17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】基板上に光反射膜と光散乱微粒子を含む透
   明樹脂膜との積層体を形成し、この積層体上にカラーフ
   ィルターと透明電極と配向層を被覆してなる一方部材
   と、透明基板上に透明電極と配向層とを順次積層してな
   る他方部材とを、ネマティック型液晶を介在し、さらに
   双方の透明電極にて画素をマトリクス状に配列するよう
   に貼り合わせるとともに、各画素ごとに積層体が形成さ
   れていない部分を設けて、この部分に対応して透過モー
   ドとなし、各画素の積層体を形成した部分に対応して反
   射モードとなした半透過型液晶表示装置。