JP2004233532A

JP2004233532A - 液晶表示素子

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Publication number: JP2004233532A
Application number: JP2003020555A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Saito; 豊齋藤; Kiyoshi Tamai; 喜芳玉井; Haruki Mori; 治樹森
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP4431317B2

Abstract

【課題】反射光の黄味着色の発生を抑制して、良好な視認性を確保した液晶表示素子を提供する。
【解決手段】視認側に位置する透明基板と背面側に位置する透明基板１との間に液晶層が配置された液晶セルの透明電極が対向配置されてなる各画素内に、前記背面側に位置する透明基板１の上面に銀系合金からなる反射層２が形成された領域Ａを設け、前記反射層２が形成された領域の上面に赤、緑、青の各色カラーフィルタ層５が形成されており、前記各色のカラーフィルタ層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂにそれぞれカラーフィルタ層５を構成しない開口部６を有する液晶表示素子において、前記各色カラーフィルタ層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの各開口部６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを、前記赤のカラーフィルタ層５Ｒに形成された開口部６Ｒの面積をｒ、前記緑のカラーフィルタ層５Ｇに形成された開口部６Ｇの面積をｇ、前記青のカラーフィルタ層５Ｂに形成された開口部５Ｂの面積をｂとした場合における前記ｒ，ｇ，ｂの関係が、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０となるように形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶を利用したディスプレイに使用される液晶表示素子に係り、特に、透明基板上に銀系合金からなる反射膜を配設した反射領域を有する（半透過の場合を含む）液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子として、外光を利用して表示を行なう反射型液晶表示素子や、液晶セルの内面における１画素内に前述の反射型液晶表示素子のように外光を利用して表示を行なう反射領域とバックライトユニットからの照射光を利用して表示を行なう透過領域の双方を有する構成の半透過反射型液晶表示素子は一般に知られている。
【０００３】
この二つの液晶表示素子の共通点としては、いずれもその液晶セル内に、外光を利用して表示を行なうための反射領域が形成されていることがあげられる。
【０００４】
ここで、その一例として、半透過反射型液晶表示素子の構成を簡単に説明する。
【０００５】
半透過反射型液晶表示素子は、間隔を隔ててほぼ平行に配置された２枚のガラスのような材質からなる透明基板を有しており、これらの両透明基板間の外周は周辺シール材により密閉されている。
【０００６】
このうち、視認側に位置する一方の透明基板の下面には、透明電極が密着するように配設されており、また、この透明電極の下方には、電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向を制御する配向膜が密着するように配設されている。
【０００７】
一方、背面側に位置する他方の透明基板の上面には、外光を利用して表示を行なう反射領域及びバックライトユニットからの照射光を利用して表示を行なう透過領域が形成されており、前記反射領域にはアルミニウム、銀等の金属膜からなる反射膜が配設されている。そして、前記反射領域および透過領域が形成された透明基板上には、赤、緑および青のカラーフィルタ層が配設されている。
【０００８】
そして、前記カラーフィルタの上方には、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等からなる透明電極が配設されており、透明電極の上方には配向膜が配設されている。
【０００９】
前記両透明基板および周辺シール材により囲繞された密閉空間内には前記配向膜によって配向制御された液晶が封入されている。
【００１０】
また、視認側に位置する一方の透明基板の上面、および、背面側に位置する他方の透明基板の下面には、光の振動方向を規制する役割を果たす偏光板が配設されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００ー３３８４８１号公報
【特許文献２】
特開２００１ー１２５１０５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の半透過反射型の液晶表示素子においては、高透過輝度、透過高コントラスト、無彩色性など、良好な透過特性を確保することが要求されている。この要求に応じて透過特性を良好にしようとすれば、前記液晶層のリタデーション値を０．８以上とすることが必要になるが、その場合においては、外光を利用して表示を行なう反射表示の際に遮光度が低下することや白色に黄みがかかって無彩色化ができないという問題点があった。
【００１３】
特に、透過特性を重視した液晶表示素子において、少しでも高反射を得るべく、前記反射膜を構成する材料として、良好な反射率を示し、高い輝度を得ることのできる、銀単体や、パラジウムなどの金属類と銀との合金、あるいは銀合金層と金属酸化物層との多層構造体（これらを銀系合金という）を用いたときに、その反射膜に反射する反射光の色が白色系から黄色系にシフトしてしまい（黄味着色という）、良好な視認性を得ることができなかった。
【００１４】
前記反射光の黄味着色の問題点は、前述の構成の半透過反射型の液晶表示素子のもののみならず、銀系合金からなる反射膜を配設した領域を有する液晶表示素子に共通する問題である。
【００１５】
そこで、本発明はこのような点に鑑み、前記反射光の黄味着色の発生を抑制して、良好な視認性を確保した液晶表示素子を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の液晶表示素子の特徴は、視認側に位置する透明基板と背面側に位置する透明基板との間に液晶層が配置された液晶セルの透明電極が対向配置されてなる各画素内に、前記背面側に位置する透明基板の内面に銀系合金からなる反射層が形成された領域を設け、前記反射層が形成された領域の上方に赤、緑、青の各色カラーフィルタ層が形成されており、前記各色カラーフィルタ層は少なくとも一つがカラーフィルタ層を構成しない開口部を有する液晶表示素子において、前記各色カラーフィルタ層の各開口部は、前記赤のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｒ、前記緑のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｇ、そして、前記青のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｂとした場合、前記ｂは少なくともｒまたはｇの何れかよりも小さい点にある。
【００１７】
また、本発明の請求項二に記載の液晶表示素子の特徴亜ｈ、前記ｒ，ｇ，ｂが、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０の関係にある点にある。
【００１８】
本発明によれば、青のカラーフィルタ層に形成される開口部の面積を、赤のカラーフィルタ層に形成される開口部および緑のカラーフィルタに形成される開口部の平均以下の面積とすることで、常に、青のカラーフィルタを透過する光の影響が強い反射光を得ることができ、黄味着色を解消することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示素子について、半透過反射型の構成を有する液晶表示素子を例として、図１および図２を用いて説明する。
【００２０】
本実施形態の液晶表示素子は、間隔を隔ててほぼ平行に配置された２枚の例えばガラスからなる透明基板１を有しており、これらの両透明基板間の外周は図示しない周辺シール材により密閉されている。
【００２１】
このうち、視認側に位置する一方の透明基板（図示せず）の下面には、透明電極（図示せず）が密着するように配設されており、また、この透明電極の下方には、電極間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向を制御する配向膜（図示せず）が密着するように配設されている。
【００２２】
一方、背面側に位置する他方の透明基板１の上面には、銀系合金等の金属膜からなる高反射タイプの反射層２が配設されている。本実施形態において、前記反射層２は、銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）の合金に、インジウム酸化物層、シリカ（ＳｉＯ_２）層を積層した、８５％以上の高反射率を得られる構成のものを使用する。この反射膜２上に透明樹脂からなる段差層３が形成された反射領域Ａと、前記反射膜２が形成されていない透過領域Ｂとが形成されている。
【００２３】
前記反射領域Ａの段差層３及び透過領域Ｂの透明基板１の上面には、各ドットを格子状に区画して配置する遮光膜４が形成されており、この遮光膜４により区画された各ドット内の前記反射領域Ａの段差層３及び透過領域Ｂの透明基板１の上面には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂが上面を面一にして形成されている。なお、ここでドットとは、カラー画像を形成する１画素表示中における赤、緑、青の各１色単位をいう。
【００２４】
また、この半透過反射型液晶表示パネルにおいては、各ドットの反射領域Ａに形成される赤、緑、青の各色のカラーフィルタ層５の、隣位する異なる色のドットの配設側には開口部（以下、ＣＦ開口部）６が形成されている。
【００２５】
前記赤のカラーフィルタ層５Ｒに形成されたＣＦ開口部６Ｒ、および、緑のカラーフィルタ層５Ｇに形成されたＣＦ開口部６Ｇおよび青のカラーフィルタ層５Ｂに形成されたＣＦ開口部６Ｂは、前記赤のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｒの面積をｒ、前記緑のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｇの面積をｇ、そして、前記青のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｂの面積をｂとした場合において、前記ｒ，ｇ，ｂの関係が、ｂ＜ｒ、ｂ＜ｇであり、かつ、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０となるように形成されている。なお、図１および図２に示す本実施形態においては、前記ｒ＝ｇとしたが、ｒ≠ｇであっても構わない。
【００２６】
そして、前記カラーフィルタ層５、前記ＣＦ開口部６に露出する段差層３及び遮光膜４の上にはカラーフィルタ層５の保護および平滑化のための保護膜７が形成されている。
【００２７】
前記視認側に位置する一方の透明基板と背面側に位置する他方の透明基板１はシール材（図示せず）を介して貼り合わせられ、液晶注入口（図示せず）から液晶が注入されて、半透過反射型液晶表示素子が形成されることとなる。
【００２８】
また、視認側に位置する一方の透明基板の上面および背面側に位置する他方の透明基板１の下面には、光の振動方向を規制する役割を果たす偏光板（図示せず）がそれぞれ配設されている。
【００２９】
そして、本実施形態の半透過反射型の液晶表示素子において、視認側に位置する一方の透明基板と、この上面に配設された前記偏光板とを接着させる接着層（図示せず）には、粒状ビーズが分散されて拡散性を得るようになされており、外部拡散のための光拡散層として機能するように構成されている。
【００３０】
さらに、内部拡散を得るべく、前記背面側に位置する他方の透明基板１とその上面に配設される反射層２との間に表面が微細な凹凸により粗面化された光拡散層（図示せず）を配設した構成とされている。これらの光拡散層は任意の構成となるが、光拡散層を配設した場合には、より、高反射、高輝度の特性を示す液晶表示素子を得ることができる。
【００３１】
そして、当該半透過反射型液晶表示パネルにおいては、前記液晶セルの反射層２の背面側にバックライトユニット（図示しない）が設けられており、外光が十分入射される場合には前記反射領域Ａにおいて外光を反射層２で反射させ、その反射光を反射領域Ａに形成されたカラーフィルタ層５に透過させてカラー画像を表示し、外光が入射されにくい等の場合には、前記反射層２を遮光膜４として作用させ、前記透過領域Ｂにおいてバックライトユニットからの照射光を透過領域Ｂに形成されたカラーフィルタ層５に透過させてカラー画像を表示するようになっている。
【００３２】
このような構成の半透過反射型液晶表示パネルにおいては、前記ＣＦ開口部６を通過する外光または反射光は、カラーフィルタ層５による光の吸収が生じることがないので、色調の点では本来の目的の色調とは異なるものの、その輝度は増すことになる。そして、前記色調の問題はカラー表示全体として見た場合に他の部分で補うことが可能であり、結果として、このようなＣＦ開口部６を形成した場合のカラー表示の方が鮮明なものとすることができる。
【００３３】
そして、本実施形態の液晶表示素子においては、前記赤のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｒの面積ｒ、前記緑のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｇの面積ｇ、および、青のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｂの面積ｂの関係について、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０とし、さらには、ｒ＝ｇとして形成したことで、青のカラーフィルタ層５を透過する光の量が、赤のカラーフィルタ層５を透過する光の量や緑のカラーフィルタ層５を透過する光の量よりも多くなるので、得られる反射光を青色系の強い光とすることができ、銀系合金からなる反射層を配設した場合の反射光の黄味着色の問題を解消することができる。
【００３４】
なお、仮に本実施形態のようにｒ＝ｇとせずに、ｒ＞ｂ＞≧ｇ、あるいは、ｇ＞ｂ≧ｒとして前記各ＣＦ開口部６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを形成したとしても、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０の式を満たせば、前記青のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｂの面積ｂは、必ず、赤のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｒの面積ｒと緑のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｇの面積ｇの平均以下の面積となるので、ＣＦ開口部６の面積が小さく形成された赤または緑の何れかのカラーフィルタ層５を透過する光とともに、青のカラーフィルタ層５を透過する光の量は、赤、緑、青の各カラーフィルタ層５を透過する光の量の平均以上となり、得られる反射光を青色系の強い光とすることができ、銀系合金からなる反射層を配設した場合の反射光の黄味着色の問題を解消することができる。
【００３５】
ここで、前記赤のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｒの面積ｒ、前記緑のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｇの面積ｇ、および、青のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｂの面積ｂの関係について、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０とする根拠を、次の表１乃至表４に示す反射色調の検査結果を用いて説明する。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１は、液晶表示素子の各ドットを構成する赤および緑の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を８０：２０とした場合において、青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を、ＣＦ開口部６Ｒの面積ｒおよびＣＦ開口部６Ｇの面積ｇと同一に８０：２０とした場合（第１ケース）、８５：１５とした場合（第２ケース）、９０：１０とした場合（第３ケース）、９５：５とした場合（第４ケース）、ＣＦ開口部６Ｂを形成せずに１００：０とした場合（第５ケース）の５つのケースについて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた結果を示している。なお、前記カラーフィルタ層は色材として三菱化学社製ＲＥ０４０４シリーズを用いて１．２μｍ厚に形成した。
【００３８】
【表２】

【００３９】
また、表２は、液晶表示素子の各ドットを構成する赤および緑の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を７０：３０とした場合において、青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を、ＣＦ開口部６Ｒの面積ｒおよびＣＦ開口部６Ｇの面積ｇと同一に７０：３０とした場合（第１ケース）、７５：２５とした場合（第２ケース）、８０：２０とした場合（第３ケース）、８５：１５とした場合（第４ケース）、ＣＦ開口部６Ｂを形成せずに１００：０とした場合（第５ケース）の５つのケースについて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた結果を示している。なお、カラーフィルタ層５は色材として三菱化学社製ＲＥ０４０４シリーズを用い、１．２μｍ厚に形成した。
【００４０】
【表３】

【００４１】
そして、表３は、液晶表示素子の、各ドットを構成する赤および緑の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を７５：２５とした場合において、青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を、ＣＦ開口部６Ｒの面積ｒおよびＣＦ開口部６Ｇの面積ｇと同一に７５：２５とした場合（第１ケース）、８０：２０とした場合（第２ケース）、８５：１５とした場合（第３ケース）、９０：１０とした場合（第４ケース）、ＣＦ開口部６Ｂを形成せずに１００：０とした場合（第５ケース）の５つのケースについて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた結果を示している。なお、カラーフィルタ層５は色材として三菱化学社製ＲＥ０４０８シリーズを用い、１．２μｍ厚に形成した。
【００４２】
【表４】

【００４３】
さらに、表４は、液晶表示素子の各ドットを構成する赤および緑の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を６５：３５とした場合において、青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を、ＣＦ開口部６Ｒの面積ｒおよびＣＦ開口部６Ｇの面積ｇと同一に６５：３５とした場合（第１ケース）、７０：３０とした場合（第２ケース）、７５：２５とした場合（第３ケース）、８０：２０とした場合（第４ケース）、ＣＦ開口部６Ｂを形成せずに１００：０とした場合（第５ケース）の５つのケースについて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた結果を示している。なお、カラーフィルタ層５は色材として三菱化学社製ＲＥ０４０８シリーズを用い、１．２μｍ厚に形成した。
【００４４】
この表１乃至表４の検査結果に示すように、いずれの表に示す検査においても、前記ＣＦ開口部６Ｂの面積ｂを、ＣＦ開口部６Ｒの面積ｒ、ＣＦ開口部６Ｇの面積ｇよりも小さく形成するにしたがって、透過光のホワイトバランスは好ましいものとなっている。
【００４５】
そして、白色Ｗの色度座標値について、それぞれ、第１ケースに示す、前記赤のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｒの面積ｒ、前記緑のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｇの面積ｇ、および、青のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｂの面積ｂを同一面積に形成した場合（従来の構成）の白色Ｗの色度座標値（ｘ，ｙ）の数値を約０．００５ずつ改善し、黄味着色の問題を解消することができたケースは、いずれの表に示す検査結果においても第３ケースから第５ケースの場合であった。
【００４６】
そして、この４つの表に示す検査における各５つのパターンの結果を前記赤のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｒの面積ｒ、前記緑のカラーフィルタ層５に形成されたＣＦ開口部６Ｇの面積ｇ、および、青のカラーフィルタ層５に形成されるＣＦ開口部６Ｂの面積ｂの関係で勘案することにより、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０の式を導くことができた。
【００４７】
次に、本発明のより具体的な液晶表示素子（実施例）の反射表示に関する光学特性の検査結果について、表４を用いて従来の構成の液晶表示素子（比較例）と比較し、説明する。
【００４８】
【表５】

【００４９】
本実施例は、前記反射層２を銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）の合金に、インジウム酸化物層、シリカ（ＳｉＯ_２）層を積層した、８５％以上の高反射率を得られる構成のものを使用し、カラーフィルタ層５は色材として三菱化学社製ＲＥ０４０４シリーズを用い、１．１μｍ厚に形成した液晶表示素子において、各ドットを構成する赤および緑の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比を７９：２１とし、青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５については、前記ＣＦ開口部６Ｂを形成しない、つまり、前記形成領域と非形成領域との面積比を１００：０とした試料を用いて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた。
【００５０】
その結果の白色Ｗの視感度透過率Ｙは４６．２、色度座標値（ｘ，ｙ）は（０．２９８，０．３０１）であった。
【００５１】
一方、比較例は、前述の本実施例の液晶表示素子において、各ドットを構成する赤、緑および青の各反射領域Ａにおけるカラーフィルタ層５の形成領域と非形成領域との面積比をすべて同一に７９：２１とした試料を用いて、赤、緑、青の各色および白色Ｗの視感度透過率Ｙおよび色度座標値（ｘ，ｙ）等を求めた。
【００５２】
その結果の白色Ｗの視感度透過率Ｙは５２．２、色度座標値（ｘ，ｙ）は（０．３０８，０．３１２）であった。
【００５３】
この結果に示すように、具体的な本実施例に示す液晶表示素子は、従来例の液晶表示素子に比して、白色Ｗの色度座標値を約０．０１ずつ改善したものとなり、黄味着色を除去して、良好な視認性を有するものとなった。
【００５４】
なお、本発明は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、前記カラーフィルタ層は視認側の透明基板に配設してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の液晶表示素子によれば、反射表示において、前記反射光の黄味着色の発生を抑制することができ、良好な表示特性を示す液晶表示素子を得ることができるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の基本的な構造を示す要部平面図
【図２】図１の液晶表示素子の要部断面図
【符号の説明】
１透明基板
２反射層
３段差層
４遮光膜
５カラーフィルタ層
６ＣＦ開口部
７保護膜
Ａ反射領域
Ｂ透過領域

Claims

視認側に位置する透明基板と背面側に位置する透明基板との間に液晶層が配置された液晶セルの透明電極が対向配置されてなる各画素内に、前記背面側に位置する透明基板の内面に銀系合金からなる反射層が形成された領域を設け、前記反射層が形成された領域の上方に赤、緑、青の各色カラーフィルタ層が形成されており、前記各色カラーフィルタ層は少なくとも一つがカラーフィルタ層を構成しない開口部を有する液晶表示素子において、前記各色カラーフィルタ層の各開口部は、前記赤のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｒ、前記緑のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｇ、そして、前記青のカラーフィルタ層に形成された開口部の面積をｂとした場合、前記ｂは少なくともｒまたはｇのいずれかよりも小さいことを特徴とする液晶表示素子。
前記ｒ、ｇ、ｂが、（７／２０）・（ｒ＋ｇ）≧ｂ≧０の関係である請求項１に記載の液晶表示素子。