JP2004258527A - Liquid crystal display - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transflective liquid crystal display in which favorable display quality with sufficient intensity of light can be obtained in both of transmissive display and reflective display without having a defocused image. <P>SOLUTION: A rough base layer 16 is formed on the inner face of a back side transparent substrate 12 and in a part corresponding to the reflective part Dr of a pixel region Dp, and a scattering reflective layer 17 is deposited thereon. A color filter layer 18 is formed to cover the scattering reflective layer 17. A pixel electrode 13 and a thin film transistor 14 are arranged in each pixel region Dp on the inner face of a front side transparent substrate 11, and a liquid crystal layer is sealed between the transparent substrates 11, 12. Front and back and front retardation plates 4, 5 and front and back polarizing plates 2, 3 are successively layered as interposing the liquid crystal cell 1 to constitute a liquid crystal display element LD. Then a surface light source back light BL with a light guide plate is disposed in the back side of the liquid crystal display element LD. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透過表示と反射表示の両方の表示が可能な液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話機や携帯情報端末機等の携帯ツールに好適なディスプレイとして、消費電力の少ない半透過反射型液晶表示装置が多用されている。この半透過反射型液晶表示装置は、自然光や室内照明等の使用環境から得られる外光が豊富な場所ではそれら外光を利用した反射表示とし、外光が弱い場所では内蔵の照明装置を利用した透過表示に切り換えることにより、主に照明装置に費やされる消費電力を少なく抑えるようにした液晶表示装置である。
【0003】
そのような半透過反射型液晶表示装置は、大略、半透過反射層を設けた液晶セルを挟んで、その液晶セルを観察する側である前側に前方散乱フィルムと偏光板を積層し、後側に偏光板を積層して液晶表示素子とし、この液晶表示素子の後側にバックライトを配設して構成されている。この場合、液晶セル内に設ける半透過反射層としては、入射光をそれぞれ所定の割合で反射させると共に透過させる半透過反射板タイプのものや、画素領域に部分的に反射膜を設けて反射部と透過部を形成するタイプのものがあり、それら半透過反射層は、液晶セルの後側基板と液晶層の間に設置されている。また、前方散乱フィルムは、半透過反射層の反射面を反射効率を高めるために鏡面反射面とした場合に、鏡面特有の強いミラー反射や外景の写り込みを抑制するために設けてある(例えば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−303865号公報(第3〜4頁、図13(a)、(b))
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記半透過反射型液晶表示装置においては、隣り合う各画素での異なる情報に対応する各画素光が、液晶表示素子から出射される際に前方散乱フィルムにより散乱され、表示像の境界がにじむ所謂画像ボケが発生する傾向がある。また、透過表示においては、バックライトからの射出光を集光して液晶表示素子に入射させているが、その入射光が出射する際に前方散乱フィルムにより散乱されるために、光強度が低下して表示が暗くなる。
【0006】
本発明は、反射表示における写り込みやミラー反射が抑制されるだけでなく、透過表示と反射表示の両方で画像ボケがなく且つ充分な光強度を備えた良好な表示品質が得られる、半透過反射型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、表示の観察側である前側の基板とこの前側基板に対向配置された後側基板との間に液晶層が設けられ、前記前側基板と後側基板の対向する内面の一方に少なくとも一つの電極が、他方の内面に前記少なくとも一つの電極に対向させて複数の画素を形成するための複数の電極が、それぞれ設けられるとともに、前記液晶層と前記後側基板との間に前記複数の画素の各画素毎に予め定めた一方の領域を除いた他方の領域に反射膜がそれぞれ設けられて成り、前記複数の各画素毎に、前記反射膜が設けられた他方の領域により前側から入射した光を前記反射膜により反射して前側に出射させる反射部と、前記反射膜が設けられていない一方の領域により後側から入射した光を前側に出射させる透過部とが形成されている液晶素子と、前記液晶素子の前側と後側とにそれぞれ配置された前側偏光板と後側偏光板と、前記後側偏光板の後側に配置されたバックライトとを、備えた液晶表示装置であって、前記後側基板の内面側の少なくとも前記反射部に対応する他方の領域に表面が凹凸に形成された下地層が形成され、この下地層の凹凸表面上に前記反射膜が形成されていることを特徴とするものである。
【0008】
この液晶表示装置によれば、液晶層と後側透明基板間の反射部に対応する領域に選択配置する反射膜を凹凸表面を有する下地層に被着形成して凹凸反射膜とし、外光の反射と散乱を同時に行った後に液晶層を透過させる構成としたから、反射表示において画像ボケが防止される。また、透過表示においても、液晶層の前方に凹凸面が存在しないから、画像ボケは発生せず、且つ凹凸下地層が存在した場合の光の散乱によるロスも少ない。従って、反射表示におけるミラー反射や写り込みが防止されることは勿論、透過表示と反射表示の両方において、画像ボケがなく充分な光強度を備えた良好な表示品質が得られる。
【0009】
本発明の液晶表示装置においては、請求項2に記載のように前記下地層と前記反射膜を覆って少なくとも各画素領域全体に所定の色のカラーフィルタを形成することが好ましく、これにより、ミラー反射や画像ボケの無い良好な反射カラー表示を得ることができる。そしてこの場合、請求項3に記載のように、前記下地層を少なくとも前記透過部を除いた領域に設け、前記カラーフィルタを反射部における膜厚が透過部における膜厚よりも薄くなるように形成することが好ましく、これにより、透過カラー表示と反射カラー表示の各表示品質をほぼ同一にするために反射部のカラーフィルタの膜厚を透過部の膜厚よりも薄くした液晶表示装置を容易に製造することができる。
【0010】
また、本発明の液晶表示装置は、請求項4に記載のように、カラーフィルタは反射部に対応する領域に透孔が穿設されていることが好ましく、これにより、充分に明るい反射カラー表示が得られ、各色の画素毎の透孔の開口面積比を最適設定して反射表示においてより純白色に近い白色を得ることが可能となる。
【0011】
更に、請求項5に記載のように、前記液晶素子を、前側基板の内面に設けられた電極がマトリクス状に画素毎に配置されるとともにスイッチング素子としての薄膜トランジスタがそれぞれ接続された複数の画素電極であるアクティブマトリックス型液晶素子とすることが好ましく、これにより、アクティブマトリックス型液晶表示装置における薄膜トランジスタを形成しない後側基板に、凹凸が規則性を有さずにランダムに形成された下地層を転写法や印刷法により容易に形成することができ、反射表示において反射光の干渉による不良着色が防止され、反射/透過の両方において画像ボケの無い良好な表示品質を備えた、アクティブマトリックス型液晶表示装置を歩留まり良く製造することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態としての液晶表示装置について、図1及び図2に基づき説明する。図1は本実施形態の液晶表示装置を示す分解斜視図で、図2はその要部の構成を示す模式的断面図である。
【0013】
本例の液晶表示装置は携帯電話機のディスプレイとして用いられる半透過反射式カラー液晶表示装置であり、図1に示すように、大別して、液晶表示素子LDとその後側(反観察側)に配置された面光源バックライトBLからなる。液晶表示素子LDは、液晶セル1と、この液晶セル1を挟んでその前側(表示の観察側)と後側にそれぞれ設置された前偏光板2と後偏光板3、液晶セル1と前偏光板2との間に設置された前位相差板4、及び、液晶セル1と後偏光板3との間に設置された後位相差板5から構成されている。
【0014】
液晶セル1は、図2に示すように、前側の透明基板11と後側透明基板12とが図示されていない枠状に配置されたシール材により所定の間隙を保って接合され、このシール材に囲まれた両透明基板11、12間に液晶Lcが封入されてなる。
【0015】
本例の液晶表示素子LDは、アクティブマトリックス型液晶表示素子であり、両透明基板11、12間に液晶を封入して形成されている液晶層Lcは、TN(ツイストネマチック)型液晶層である。従って、前側透明基板11の後側透明基板12に対向させる面(以下、内面という)には、複数の画素電極13がマトリクス状に配置されている。各画素電極13には、印加電圧のスイッチング素子としてのTFT(薄膜トランジスタ)14がそれぞれ設けられている。これら各TFT14は、図示しないゲート配線とドレイン配線に接続されており、これら配線を通じて印加される各種駆動電圧に応じて各TFT14がオン・オフし、各画素電極13に信号電圧が印加される。そして、全ての画素電極13と薄膜トランジスタ14を覆って、前配向膜15が被着されている。前配向膜15の液晶に接する表面には、液晶層Lcの液晶分子をツイスト配向させるために、ラビング等の方法により所定の方向に配向処理が施されている。
【0016】
一方、後側透明基板12の内面には、前側透明基板11の各画素電極13に対応させて下地層16が配置されている。これら下地層16は、前側透明基板11の各薄膜トランジスタ14からこれに接続された各画素電極13の約半分に至るまでの領域と対向する各領域に、それぞれ配置されている。これら下地層16の各表面(液晶層Lc側に向いた面)は、微細な凹凸面に形成されている。なお、図2ではその凹凸が実物よりも大きく図示されている。
【0017】
そして、各下地層16の凹凸表面には、スパッタ法や蒸着法によりアルミニウム、銀、銀−パラジウム合金等の金属からなる薄膜が成膜され、散乱反射層17が形成されている。この場合、散乱反射層17はその膜厚が1000〜1500Å程度に薄く形成され、これにより、散乱反射層17の表面も下地層16の凹凸表面に追従した微細な凹凸面となる。この微細な凹凸の散乱反射面により反射光が干渉しないようにランダムに入射光を反射させるには、凹凸が規則性を有しないランダムな凹凸であることが要求される。
【0018】
そのようなランダムな凹凸反射面を備えた散乱反射層17は、下地層16をフォトリソグラフィー法により形成して得ることは極めて難しい。ところが、本例のアクティブマトリックス型の液晶表示素子LDでは、薄膜トランジスタ14を前側透明基板11に設けるから、後側透明基板12に下地層16を形成する方法として、フォトリソグラフィー法以外の転写法や印刷法を用いることができる。転写法や印刷法を用いれば、所望のランダムな凹凸面を備えた下地層16を容易に形成することができ。従って、薄膜トランジスタ14を形成しない後側透明基板12上に転写法を用いてランダムな凹凸面を備えた下地層16を形成し、その上に上述したようにスパッタ法等により金属薄膜を形成することにより、所望のランダムな凹凸反射面を有する散乱反射層を容易に得ることができる。また、前側透明基板11は薄膜トランジスタ14と画素電極13をマトリクス状に設けただけの通常のアクティブマトリックス用基板である。その結果、ランダムな凹凸反射面を有する散乱反射層を備えたアクティブマトリックス型液晶表示素子を高い歩留まりで製造することが可能となる。
【0019】
上述の各散乱反射層17を覆ってその上には、カラーフィルタ層18が積層されている。本例のカラーフィルタ層18は、赤、緑、青の各色フィルタ要素18R、18G、18Bからなり、各色フィルタ要素18R、18G、18Bは、画素電極13が配置された各画素領域Dp毎にそれぞれ所定の配列で配置されている。従って、一つの画素領域Dpは、拡散反射層17上に対応する例えば赤色フィルタ要素18Rが積層されている反射部Drと、後側透明基板12の内面にその同じ赤色フィルタ要素18Rが直接積層された透過部Dtとからなる。ここで、赤色フィルタ要素18Rの反射部Drに対応する部分の膜厚は透過部Dtに対応する部分の膜厚よりも薄く形成されている。これら、透過部Dtと反射部Drにおける各フィルタ膜厚は、透過部Dtと反射部Drにおける各カラー表示の色特性が最適となるように設定されている。
【0020】
すなわち、反射部Drのフィルタ膜厚は、液晶表示素子LDの前側から反射部Drに入射し散乱反射層17で反射されて前側に出射する光、例えば赤色フィルタ要素18Rの薄肉部(反射部Drに対応する部分)を往復透過して出射する光Ra1等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定され、液晶表示素子LDの後側から透過部Dtに入射してこの透過部Dtを透過して前側に出射する光、例えば赤色フィルタ要素18Rの厚肉部(透過部Dtに対応する部分)を一方向に透過して出射する光Rb1等を、色純度及び強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されている。この膜厚構成は、他の緑色、青色の各色フィルタ要素18G、18Bについても同様に適用されている。
【0021】
カラーフィルタ層18の上には、透明な平坦化保護層19が積層されている。この平坦化保護層19は、反射部Dr毎に選択配置された凹凸下地層16と散乱反射層17に起因するカラーフィルタ層18表面の凹凸を吸収して平坦な表面を得るために設けられるものであり、本例ではアクリル樹脂材料をスピンコート法によりカラーフィルタ層18上に一様に塗布して形成されている。
【0022】
平坦化保護膜19の平坦な表面には、一枚平面状の透明な対向電極20が積層され、その上には後配向膜21が一様に積層されている。従って、この後配向膜21の表面は後側透明基板12に平行な平坦面であり、画素領域Dpにおける前、後配向膜15、21の各表面間の距離つまり液晶層厚dは、反射部Dr及び透過部Dtの両方の領域において共にd0で一定ある。
【0023】
後配向膜21には、液晶層Lcを挟んで対向する前配向膜15と同様に、液晶層Lcの液晶分子をツイスト配向させるために所定の方向に沿ってラビングによる配向処理が施されている。
【0024】
そして、上述の前、後配向膜15、21間に液晶を封入して形成されている液晶層Lcにおいては、画素電極13と対向電極20間に電圧が印加されていない無電界時における液晶層Lcにおける液晶分子の初期配向状態におけるツイスト角度と、この初期配向状態の屈折率異方性Δn、及び画素領域Dpにおける液晶層厚dは、次のように設定されている。
【0025】
まず、液晶分子が初期のツイスト配向状態にある無電界時において、透過光の常光と異常光との間に1/4波長の位相差を与えるリタデーションをもつように、液晶の屈折率異方性Δnと層厚dとの積Δndが設定されている。この場合のΔndとしては、195±10nm〜235±10nmの範囲が好ましく、本例では195±10nmに設定し、また液晶分子のツイスト角度は、60°〜70°が好ましく、本例では64°に設定してある。この64°のツイスト角度を得るために、本例では、図1に示すように、前、後各配向膜15、21の配向処理方向が設定されている。
【0026】
すなわち、前透明基板11側の配向膜15に施される配向処理方向11aを液晶表示装置の画面(前偏光板2の前面)の横軸xに平行で矢印方向に向かう(図中右から左に向かう)方向とし、後透明基板12側の配向膜21に施される配向処理方向12aを、横軸xに対して64°で交差し矢印方向に向かう方向としてある。これにより、液晶分子は前側透明基板11の方から視て反時計回り(左回り)方向へ64°にわたりツイスト配向する。
【0027】
ここで、上述のように液晶分子が配向した液晶層Lcの遅相軸1aは、二点鎖線で示すように、横軸xに対して45°の角度で交差する方向に存在する。
【0028】
以上のように構成された液晶セル1に対し、その前側に設置されている前偏光板2は、その透過軸2aが液晶セル1の前側透明基板11側の配向処理方向11aに対し平行となる配置で設置され、後側に設置されている後偏光板3は、その透過軸3aが前偏光板2の透過軸2a対し直交する配置で設置されている。
【0029】
液晶セル1と両偏光板2、3との間に配置されている前位相差板4と後位相差板5は、何れも透過光の常光と異常光との間に1/4波長の位相差を与えるλ/4位相差板であり、それぞれ、各遅相軸4a、5aを隣接する前、後偏光板2、3の各透過軸2a、3aに対し45°で交差させて、設置されている。従って、前位相差板4の遅相軸4aが液晶セル1の仮想遅相軸1aに対して直交し、後位相差板5の遅相軸5aがその仮想遅相軸1aに対して平行となり、各遅相軸4a、5aが互いに直交する、光学軸配置となっている。
【0030】
そして、後偏光板3の後側に設置されている面光源バックライトBLは、アクリル樹脂等の透明板からなる導光板30と、その一方の端面に対向配置された例えばLED(発光ダイオード)等の複数の発光素子31とからなる。
【0031】
この面光源バックライトBLは、発光素子31から射出された光を導光板30により導いてその前面から面状に出射させるものであり、発光素子31からの射出光は、対向端面から導光板30内に入射し、この導光板30の前後面と外側の空気相との界面において全反射を繰り返しながら導光板30内を進行するうちに前面から出射し、前面全域から後偏光板3に向けて面状に光が照射される。なおこのバックライトBLの光源は、LED等の発光素子に限らず、冷陰極管等の線状光源でもよい。
【0032】
上述のように構成された液晶表示装置によれば、使用環境の光である外光の照度が充分な条件下では、その外光を利用する反射表示を行い、外光の照度が不充分な暗い環境下では内蔵されている面光源バックライトBLの照射光による透過表示を行うことができる。
【0033】
まず、外光を利用する反射表示動作について説明する。、液晶セル1において、入力情報に応じて駆動電圧が印加される画素領域Dp毎に、電極間に電界が形成されず液晶分子が初期のツイスト配向状態にある画素領域Dp(以下、オフ画素という)と、電極間に所定の強さの電界が形成されて液晶分子が立上がり配向した状態の画素領域Dp(以下、オン画素という)とが、形成されている。因みに、図2では、赤色フィルタ要素18Rに対応する画素領域Dp1がオフ画素であり、緑色フィルタ要素18Gと青色フィルタ要素18Bに対応する両画素領域Dp2、Dp3がオン画素である。
【0034】
図2において、オフ画素の例えば赤色フィルタ要素18Rが設けられた画素領域Dp1の反射部Drに入射した外光(非偏光)Ra1は、前偏光板2を透過することによりその振動方向がその透過軸2aに沿った直線偏光となり、前位相差板4に入射する。前位相差板4に入射した直線偏光は、これを透過することによりλ/4の位相差が付与されて円偏光となり液晶セル1に入射する。
【0035】
液晶セル1に入射した上記円偏光は、液晶分子が64°にわたって初期ツイストし、λ/4の位相差に相当するリタデーション(Δnd)を備えたオフ状態の液晶層Lcを透過する。ここで、液晶層Lcが前述したように液晶分子が初期ツイスト配向したオフ状態にある場合は、その透過軸1aが前位相差板4の遅相軸4aに対して直交する方向に存在するから、これを透過することによりλ/4の位相差が相殺されて、元の直線偏光と振動方向が同じ直線偏光となる。
【0036】
この直線偏光は、赤色フィルタ要素18Rを透過して赤色に着色された後、散乱反射層17に入射して散乱反射される。この散乱反射においては、入射位置に応じて反射方向が不規則に散乱するが、偏光状態の変化は僅かである。
【0037】
散乱反射層17により散乱反射された直線偏光は、散乱反射層17に至るまでの往光路とは逆順の復光路を進行する。すなわち、赤色フィルタ要素18Rを透過した後、オフ状態の液晶層Lcと前位相差板4を透過する。オフ状態の液晶層Lcと位相差板4は、これらを逆方向に透過する復光路においても、往光路と同様に互いに位相差を相殺しあうから、振動方向が前偏光板2を透過した後の直線偏光と同じ直線偏光として前位相差板4から出射され、前偏光板2に入射する。この入射直線偏光の振動方向は、前偏光板2の透過軸2aに沿っているから、前偏光板2をそのまま吸収さることなく透過して観察側である前方に効率良く出射され、画素領域Dp1に対応する画素が充分な光強度で赤色表示される。
【0038】
なお、画素領域Dp1の透過部に入射した外光Ra1は、液晶セル1においてオフ状態の液晶層Lcを透過して直線偏光に戻った後、散乱反射されずにその直線偏光のまま液晶セル1を透過して後側へ出射される。この後、その直線偏光は後位相差板5を透過して円偏光となり、後偏光板3の吸収軸に沿った偏光成分光が吸収され、透過軸に沿った偏光成分光だけが後側に透過されて最終的には消失する。
【0039】
一方、オン状態の画素領域である例えば青色フィルタ要素18Bが設けられた画素領域Dp3の反射部Drに入射する外光(非偏光)Ra2は、前偏光板2を透過して前位相差板4を透過し、上述したオフ状態の画素領域の場合と同様に円偏光となってオン状態の液晶層Lcに入射する。
【0040】
オン状態の液晶層Lcでは、電極間に形成された電界により液晶分子が立上がり配向している。立上がり配向した液晶層Lcは層厚方向に透過する光に対するリタデーション(Δnd)は実質的に0であるから、入射した円偏光はその円偏光のまま出射し、散乱反射層16で散乱反射されて再び円偏光のままオン状態の液晶層Lcを透過し、前位相差板4に入射する。前位相差板4に入射した円偏光は、ここでλ/4の位相差を付与されて直線偏光となり出射される。この出射された直線偏光の振動方向に沿った面(以下、偏光面という)は、往光路で前偏光板2を透過して出射された直線偏光にλ/2の位相差が付与されてその偏光面が90°回転され、前偏光板2の透過軸2aに直交する吸収軸(不図示)に沿った方向になる。従って、この前位相差板4から前側に出射された直線偏光は、前偏光板2に入射し吸収されて観察側(前側)には出射されず、このオン状態の画素領域Dp3に対応する画素は黒表示となる。
【0041】
なお、このオン状態の画素領域Dp3の透過部Dtは、一対の前後偏光板2、3間に、リタデーション値が同じでそれぞれの遅相軸を互いに直交させて配置された前、後位相差板4、5が、リタデーションが略0の液晶層Lcを挟んで設置された構成であるから、この透過部Dtを透過する外光は、透過軸を直交させた2枚の偏光板だけを透過する場合と同じであり、全て両偏光板2、3により吸収される。
【0042】
以上のように、本例の液晶表示装置による反射表示は、液晶層Lcの後側に散乱反射層17を設け、散乱反射させた後に再度液晶層Lcを透過させた反射光により画像表示を行うものであり、従って、反射光が液晶層Lcを透過した後は散乱されないで観察側に出射されるから、表示が滲む所謂画像ボケの発生が防止される。また、その反射表示は、オン状態の画素が黒表示となる所謂ノーマリーホワイト表示であるが、オフ状態において前偏光板2による光のロスが最小限に抑制されると共にオン状態において入射光が前、後偏光板2、3によって略完全に吸収されるから、コントラストの高いカラー反射表示が得られる。更に、各色フィルタ要素の反射部Drに対応する部分の膜厚は、これを往復透過する光を色純度及び光強度が共に充分に高い着色光として出射させる厚さに設定されているから、色純度及び強度が共に充分に高いカラー表示が得られる。よって、本例の反射表示モードの液晶表示装置によれば、色純度、光強度及びコントラストが充分に高く、且つ、散乱反射層により画像ボケを発生させることなく写り込みや鏡面反射特有のギラツキが抑制された、良好なカラー反射表示が得られる。
【0043】
次に、本例の液晶表示装置による透過表示動作について説明する。
図2において、発光素子31(図1参照)から射出されて導光板30に入射したバックライト光のうち、オフ状態の画素領域Dp1に向けて出射されたバックライト光(非偏光)Rb1は、後偏光板3を透過し、偏光面がその透過軸3aに沿った直線偏光となり、後位相差板5に入射する。この直線偏光は、後位相差板5を透過することにより円偏光となって液晶セル1に入射し、赤色フィルタ要素18Rの透過部Dtに対応する部分を透過して赤色に着色され、オフ状態の液晶層Lcに入射する。この赤色に着色された円偏光は、オフ状態の液晶層Lcを透過する際にλ/4の位相差が付与されて直線偏光となり、液晶セル1を出射する。この出射直線偏光は偏光面が後偏光板3を透過した時点から90°回転されてx軸に沿った直線偏光であり、この直線偏光は位相差がλ/4で遅相軸をx軸に対して45°に交差させた前位相差板4を透過することにより円偏光となる。この円偏光が前偏光板2に入射し、偏光面がその透過軸2aに沿った偏光成分光だけが前側に出射される。これにより、このオフ画素は、赤色に着色された透過偏光成分光により赤色表示される。
【0044】
一方、オン状態の画素領域である例えば青色フィルタ要素18Bが設けられた画素領域Dp3の透過部Dtに入射するバックライト光Rb2も、上述したオフ状態の画素領域Dp1の場合と同様の作用を経て青色の円偏光となりオン状態の液晶層Lcに入射する。オン状態の液晶層Lcはリタデーション(Δnd)が略0であるから、入射した円偏光はそのまま透過して液晶セル1から出射し、前位相差板4に入射する。前位相差板4は後位相差板5とは互いに遅相軸を直交させた配置関係にあって互いに付与する位相差を打ち消し合うから、入射した円偏光は前位相差板4を透過することにより偏光面が後偏光板3の透過軸に沿った元の直線偏光に戻り、この直線偏光は偏光面が前偏光板2の吸収軸に沿った方向の直線偏光であるから前偏光板2に入射して吸収される。従って、このオン状態の画素領域Dp3に対応する画素は黒表示となる。なお、本例の散乱反射層17は入射光を実質的に透過させない反射層であるから、各画素領域の反射部をバックライト光Rbが透過することはなく、従って、漏れ光のない良好な黒表示が得られる。
【0045】
このように、本例の液晶表示装置による透過表示も、オン状態の画素が黒表示となるノーマリーホワイト表示であり、オン状態の画素領域Dp3の透過部Dtでは入射光が前、後偏光板2、3によって略完全に吸収されるから、コントラストの高いカラー透過表示が得られる。また、各画素領域の透過部には散乱反射層が存在しないから、透過光が散乱されて画像ボケが発生したりカラー表示の光強度つまり輝度が低下することもない。
【0046】
次に、本発明の第2実施形態について、図3に基づき説明する。なお、以下の実施形態においては、上述した第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【0047】
本例の液晶表示装置は、第1実施形態の液晶表示装置においてカラーフィルタ層18と対向電極20との間に介設していた平坦化保護層19を省略した構造となっている。そして、凹凸下地層16等の層厚を調整し、各画素領域Dpにおける反射部Drと透過部Dtの各液晶層厚(ギャップ)d1、d2を、次のように個々に最適設定してある。
【0048】
すなわち、反射部Drの液晶層厚d1は、これと液晶の屈折率異方性Δnとの積Δn・d1が、透過光の波長をλ、0を含む正の整数をkとした場合に、
Δn・d1=λ(2k+1)/4
となるように設定する。
【0049】
一方、透過部Dtの液晶層厚d2は、これと液晶分子がオフ状態の配向状態にあるときの屈折率異方性Δnとの積Δn・d2が、透過光の波長をλ、0を含む正の整数をk´とした場合に、
Δn・d2=λ (2k´+1) /2
となるように設定する。
【0050】
本例では、反射部Drの液晶層厚d1を、第1実施形態と同様に反射部Drの液晶層のΔn・d1がλ/4となる値とし、透過部Drの液晶層厚d2をそのΔn・d2がλ/2となる値としてある。そして、このような液晶層厚構成を得るために、凹凸下地層16の厚さを第1実施形態のものより厚くしてある。その他の、各色フィルタ要素18R、18G、18Bの反射部と透過部での膜厚比等の構成は、第1実施形態と同じである。
【0051】
このように構成された液晶表示装置における動作は、第1実施形態における動作とほぼ同じであるが、オフ画素での透過表示作用だけが異なっている。
【0052】
本例の液晶表示装置におけるオフ画素領域Dp1の透過部Dtでは、互いに遅相軸が直交し同じ値の位相差を相殺し合う前、後位相差板4、5間に位相差がλ/2の液晶層Lcをその遅相軸1aを何れか一方の位相差板の遅相軸に対して平行に揃えて配置した構成となっているから、これらを透過する光にはλ/2の位相差が与えられる。したがって、後偏光板3を透過した直線偏光が、それらを透過することにより偏光面が90°回転され、偏光面が前偏光板2の透過軸2a(図1参照)に沿った直線偏光となって出射される。この出射直線偏光は、前偏光板2を吸収されることなくそのまま透過し、各色フィルタ要素で着色された明るい着色光が観察側である液晶表示装置前方に出射される。この場合の出射着色光の強度は、第1実施形態において、円偏光のまま前偏光板2に入射させてその透過軸に沿った偏光成分光だけを透過させ出射させた着色光よりも強度が高く、極めて明るい着色表示がなされる。したがって、本例の液晶表示装置によれば、第1実施形態により得られる透過カラー表示よりもコントラストがより高く且つ色純度及び光強度も充分に高い高品質な透過カラー表示が得られる。
【0053】
従って、本第2実施形態の液晶表示装置によれば、反射表示と透過表示の双方において、光の散乱による画像ボケや光強度の低下が解消されるだけでなく、色純度及び光強度が共に高く且つコントラストも極めて高い良好なカラー表示品質が得られる。
【0054】
次いで、本発明の第3実施形態を図4に基づき説明する。
本例の液晶表示装置は、第1実施形態の液晶表示装置において、各色フィルタ要素18R、18G、18Bの各反射部Drに対応する部分に、所定の大きさの円柱又は角柱形状の透孔h1〜h3をそれぞれ部分的に穿設したものである。この場合、各色フィルタ要素18R、18G、18Bに設けた各透孔h1〜h3の開口面積は、反射部Dr全体の面積(総面積)の50%以下が好ましい。このように、反射部の色フィルタ要素部分に透孔を設けることにより、反射カラー表示における表示品質がより一層改善される。
【0055】
すなわち、反射表示は外光を利用するため内蔵の照明光を用いる透過表示に比べて入射光量が少なく且つカラーフィルタ層を往復透過させるために表示の明るさが暗くなる傾向があり、それを補うために第1乃至第2実施形態の場合と同様に反射部のカラーフィルタの層厚を透過部のそれよりも所定の厚さだけ薄くしてあるが、カラーフィルタの層厚は必要な色純度を得るのに最低限必要な膜厚以上に薄くはできない。そこで、本例の液晶表示装置においては、上述した透孔h1〜h3を穿設してある。これら透孔h1〜h3に入射した外光は、散乱反射膜17に反射されて、同じ透孔から出射されれば非着色光として、周囲の色フィルタ要素部分から出射されればその色の着色光として出射されるが、いずれの出射光も色フィルタ要素を往復透過した光よりは強度が大きい。従って、その色フィルタ要素から出射される光は、往復透過した色純度の高い光と透孔を介した強度の大きい光が混合された色純度及び強度が共に充分に高い着色光である。
【0056】
そして、本例の液晶表示装置においては、緑色フィルタ要素18Gに設けた透孔(以下、緑画素の透孔という)h2の開口面積を他の赤、青の各色フィルタ要素18R、18Gに設けた透孔(以下、赤画素の透孔、青画素の透孔という)h1、h3の開口面積より大きく設定してある。これは、赤、緑、青の各着色光の視感度のうちでは緑色光の視感度が最も低く、その視感度の差を補償するためであり、これにより、赤、緑、青の各反射着色光の視感度が補正され、それらの加法混色による白色光がより純白色に近い光となる。すなわち、ホワイトポイントが改善される。この場合、緑画素の透孔h2の開口面積は、緑色フィルタ要素18Gの反射部Drに対応する部分の総面積(以下、緑反射部総面積という)の5〜50%、赤、青の各画素の透孔h1、h3の各開口面積は、赤、青反射部総面積の0〜50%が好ましく、そのうちでも、緑画素の透孔h2の開口面積率は20〜40%、赤、青各画素の透孔h1、h3の各開口面積率は0〜30%がより好ましく、本例では、緑画素の透孔h2の開口面積率を30%とし、赤、青各画素の透孔h1、h3の開口面積率を1%としてある。
【0057】
以上のように、本例の液晶表示装置によれば、反射表示と透過表示の両方において、画像ボケが防止されることは勿論、色純度及び強度が共に充分に高く且つホワイトポイントが改善された良好なカラー画像表示を得ることができる。
【0058】
次に、本発明の第4実施形態について、図5に基づき説明する。
本例の液晶表示装置は、第2の実施形態の液晶表示装置において、凹凸下地層16を後透明基板12の内面の略全域にわたって一様に形成された凹凸下地層16´とし、カラーフィルタ層18´と対向電極20との間に画素領域Dpの透過部Dtを除いて透明ギャップ調整層22を設け、反射部Drと透過部Dtにおける各ギャップつまり液晶層厚d1、d2を第2実施形態と同様に適正化したものである。
【0059】
本例の凹凸下地層16´は、後透明基板11の内面に一様に積層形成されるものであるから、大きさが均一であるが規則性が無くランダムな配置の凹凸を、反射部Drに選択的に設ける場合に比べて転写法或いは印刷法により容易に形成できる。
【0060】
凹凸下地層16´上の画素領域Dpの透過部Dtに対応する部分を除いた領域には、散乱反射層17´が被着形成されている。このように、反射部Drに対応する領域だけでなく薄膜トランジスタ14に対向する領域にも散乱反射層17´を延在配置することにより、薄膜トランジスタ14に対するバックライト光Rbの照射を遮断してその誤動作を防止することができる。
【0061】
散乱反射層17´が選択配置された凹凸下地層16´上には、それら散乱反射層17´上も含めてカラーフィルタ層18´が一様に積層されている。従って、各色フィルタ要素18´R、18´G、18´Bは層厚が等しく、個々の色フィルタ要素においても反射部Drと透過部Dtの区別無くその層厚で一定である。このように、本例のカラーフィルタ層18´は、色フィルタ要素18´R、18´G、18´B毎及び反射部Drと透過部Dtの区別無く層厚が一定であるから、極めて容易に積層することができる。
【0062】
そして、その一定の層厚は、透過カラー表示において充分な色純度と強度が得られる厚さに設定されている。このため、反射カラー表示においては、反射部Drの色フィルタ要素の層厚を単に透過部Dtと同じ層厚に形成しただけでは層厚が必要以上に厚くなり、色純度は充分であるが強度が不足して暗いカラー表示となる。そこで、本例においては、各色フィルタ要素18´R、18´G、18´Bの反射部Drに対応する部分に第3実施形態と同様に透孔h1〜h3をそれぞれ穿設してある。各透孔h1〜h3の開口面積比も同様に緑色フィルタ要素18Gの透孔h2を他の透孔h1、h3より所定の同じ比率で大きくしてある。これにより、反射カラー表示においても、色純度と強度が充分で且つ白色特性が改善された良好なカラー表示品質を得ることができる。
【0063】
また、本例のカラーフィルタ層18´は、凹凸下地層16´と屈折率が略同じ材料を用いて形成されている。例えば、凹凸下地層16´の材質を屈折率が約1.5程度のアクリル樹脂とした場合、カラーフィルタ層の基材として屈折率が1.5程度のアクリル系樹脂基材を用いる。これにより、透過部Dtの凹凸下地層16´からカラーフィルタ層18´に透過するバックライト光Rbが凹凸下地層16´とカラーフィルタ層18´の凹凸界面で散乱されるのを防止することができる。その結果、透過表示における光の散乱が略解消され、画像ボケと光強度の低下がより顕著に抑制される。
【0064】
カラーフィルタ層18´上の本例では透過部Dtに対応する領域を除いた略全域に、例えばアクリル樹脂等の透明樹脂材料からなるギャップ調整層22が設置されている。このギャップ調整層22は、各画素領域Dpにおける反射部Drのギャップつまり液晶層厚d1を適正に設定するために設けられるものであり、従って、少なくとも反射部Drに対応する領域に設ければよい。そして、ギャップ調整層22上とそれらの間のカラーフィルタ層18´上を覆って、対向電極20と後配向膜21が順次積層されている。
【0065】
以上のように形成された本例の液晶表示装置においては、凹凸下地層16´とギャップ調整層22の各層厚を適宜調整することにより、反射部Drと透過部Dtにおける各ギャップつまり液晶層厚d1、d2が第2実施形態と同様に最適設定されている。
【0066】
すなわち、反射部Drの液晶層厚d1は、これと液晶の屈折率異方性Δnとの積Δn・d1がλ/4となるように設定されまた、透過部Dtの液晶層厚d2は、これと液晶の屈折率異方性Δnとの積Δn・d2がλ /2となるように設定されている。
【0067】
上述のように反射部Drと透過部Dtの各液晶層厚を設定することにより、反射表示と透過表示の両方において第2実施形態の場合と同様にコントラストの高いカラー表示が得られる。よって、反射表示と透過表示の両方において、色純度及び光強度が共に充分に高く且つ高コントラストで画像ボケの無い良好なカラー表示が得られる半透過反射式カラー液晶表示装置を、より簡単な製造工程によって容易に製造することができる。
【0068】
なお、本発明の液晶表示装置は上記第1乃至第4実施形態に限定されるるものではない
例えば、液晶層は、ツイスト配向角度が64°のTN配向に限らず、ツイスト配向角度が180°以上の所謂STN(Super Twist Nematic)でも良く、またツイスト配向以外のホモジニアス配向の液晶層でも良い。
【0069】
また、前、後位相差板はλ/4の位相差を付与する位相差板に限らず、適宜省略することも可能であり、また、位相差板や偏光板及び液晶層の各光学軸や配向処理方向の配置も上記実施形態の配置に限定されるものではない。
【0070】
すなわち、外光による往復反射表示光路と内蔵バックライト光による透過表示光路のそれぞれにおいて、液晶層のオン・オフに応じ観察側(前側)に出射される光量の差つまり表示のコントラストが最大となる位相差が得られるように、前、後位相差板の位相差と遅相軸の配置、前、後偏光板の透過軸の配置、及び液晶層のツイスト角度と配向処理方向等の光学条件を最適設定すればよい。
【0071】
さらに、上記実施形態では、各画素領域の略半分の領域を反射部とし残りの略半分の領域を透過部としたが、これら反射部と透過部は液晶表示装置の用途等に応じ任意の形状で任意の面積比に形成すればよく、或いは、反射部と透過部の一方または両方を一つの画素に複数形成してもよい。
【0072】
また更に、各実施形態のカラーフィルタ層や第4実施形態のギャップ調整層は前側透明基板の内面に設けてもよい。
【0073】
加えて、液晶表示素子は、アクティブマトリックス型に限らず、単純マトリクス型液晶表示素子としてもよい。
【0074】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、液晶層と後側透明基板間の反射部に対応する領域に選択配置する反射膜を凹凸表面を有する下地層に被着形成して凹凸反射膜とし、外光の反射と散乱を同時に行った後に液晶層を透過させる構成としたから、反射表示において画像ボケが防止される。また、透過表示においても、液晶層の前方に凹凸面が存在しないから、画像ボケは発生せず、且つ凹凸下地層が存在した場合の光の散乱によるロスも少ない。従って、反射表示におけるミラー反射や写り込みが防止されることは勿論、透過表示と反射表示の両方において、画像ボケがなく充分な光強度を備えた良好な表示品質が得られる。
【0075】
本発明の液晶表示装置においては、請求項2に記載のように、前記下地層と前記反射膜を覆って少なくとも各画素領域全体に所定の色のカラーフィルタを形成することにより、ミラー反射や画像ボケの無い良好な反射カラー表示を得ることができる。この場合、請求項3に記載のように、前記下地層を少なくとも透過部を除いた領域に設け、カラーフィルタを反射部における膜厚が透過部における膜厚よりも薄くなるように形成することにより、透過カラー表示と反射カラー表示の各表示品質をほぼ同一にするために反射部のカラーフィルタの膜厚を透過部の膜厚よりも薄くした液晶表示装置を容易に製造することができる。
【0076】
また、請求項4に記載のように、カラーフィルタの反射部に対応する領域に透孔を穿設することにより、充分に明るい反射カラー表示を得ることができ、各色の画素毎の透孔の開口面積比を最適設定して反射表示においてより純白色に近い白色を得ることが可能となる。
【0077】
更に、請求項5に記載のように、前記液晶素子を、前側基板の内面に設けられた電極がマトリクス状に画素毎に配置されるとともにスイッチング素子としての薄膜トランジスタがそれぞれ接続された複数の画素電極であるアクティブマトリックス型液晶素子とすることにより、アクティブマトリックス型液晶表示装置における薄膜トランジスタを形成しない後側基板に、凹凸が規則性を有さずにランダムに形成された下地層を転写法や印刷法により容易に形成することができ、反射表示において反射光の干渉による不良着色が防止され、反射/透過の両方において画像ボケの無い良好な表示品質を備えたアクティブマトリックス型液晶表示装置を歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としての液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【図2】上記第1実施形態の要部構成を示す模式的断面図である。
【図3】本発明の第2実施形態としての液晶表示装置の要部構成を示す模式的断面図である。
【図4】本発明の第3実施形態としての液晶表示装置の要部構成を示す模式的断面図である。
【図5】本発明の第4実施形態としての液晶表示装置の要部構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
1…液晶セル
2…前偏光板
3…後偏光板
4…前位相差板
5…後位相差板
11…前側透明基板
12…後側透明基板
13…画素電極
14…薄膜トランジスタ(TFT)
15…前配向膜
16、16´…凹凸下地層
17、17´…散乱反射層
18、18´…カラーフィルタ層
19…平坦化保護膜
20…対向電極
21…後配向膜
22…ギャップ調整層
LD…液晶表示素子
Lc…液晶層
Dp…画素領域
Dr…反射部
Dt…透過部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device capable of performing both transmissive display and reflective display.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a transflective liquid crystal display device with low power consumption has been widely used as a display suitable for a portable tool such as a mobile phone or a portable information terminal. This transflective liquid crystal display device uses a reflective display that uses external light where there is abundant external light obtained from the usage environment such as natural light or indoor lighting, and uses a built-in lighting device where the external light is weak. This is a liquid crystal display device in which power consumption mainly consumed by the lighting device is reduced by switching to the transparent display.
[0003]
Such a transflective liquid crystal display device generally includes a liquid crystal cell provided with a transflective layer, and a forward scattering film and a polarizing plate laminated on a front side, which is a side on which the liquid crystal cell is observed, and a rear side. A liquid crystal display element is formed by laminating a polarizing plate on the liquid crystal display, and a backlight is provided on the rear side of the liquid crystal display element. In this case, the transflective layer provided in the liquid crystal cell may be a transflective plate type that reflects and transmits incident light at a predetermined ratio, or a reflective portion provided with a partial reflective film in the pixel region. And a transmissive portion. The transflective layer is provided between the rear substrate of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer. Further, the forward scattering film is provided to suppress strong mirror reflection specific to the mirror surface and reflection of the outside scene when the reflection surface of the semi-transmissive reflection layer is a mirror reflection surface in order to increase the reflection efficiency (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-303865 (pages 3 and 4, FIGS. 13A and 13B)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the transflective liquid crystal display device, each pixel light corresponding to different information in each adjacent pixel is scattered by the forward scattering film when emitted from the liquid crystal display element, and the boundary of the display image is reduced. So-called image blurring tends to occur. In the transmissive display, the light emitted from the backlight is condensed and made incident on the liquid crystal display element. However, when the incident light is emitted, it is scattered by the forward scattering film, so that the light intensity decreases. Display becomes dark.
[0006]
The present invention not only suppresses reflection and mirror reflection in reflective display, but also achieves transflective display and good display quality with sufficient light intensity without image blur in both transmissive display and reflective display. It is an object to provide a reflection type liquid crystal display device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the liquid crystal display device of the present invention, a liquid crystal layer is provided between a front substrate that is a display observation side and a rear substrate that is disposed to face the front substrate, and the inner surfaces of the front substrate and the rear substrate that face each other. At least one electrode is provided on one side, and a plurality of electrodes for forming a plurality of pixels are provided on the other inner surface so as to face the at least one electrode, respectively, and the liquid crystal layer and the rear substrate are connected to each other. A reflective film is provided in the other region except for one predetermined region for each of the plurality of pixels, and the other of the plurality of pixels is provided with the reflective film. A reflection portion that reflects light incident from the front side by the region and emits the light to the front side by the reflection film, and a transmission portion that emits light incident from the rear side to the front side by one region where the reflection film is not provided. Formed liquid Element, a front polarizing plate and a rear polarizing plate disposed on the front side and the rear side of the liquid crystal element, respectively, and a backlight disposed on the rear side of the rear polarizing plate. A base layer having an uneven surface formed on at least the other area corresponding to the reflective portion on the inner surface side of the rear substrate; and the reflective film is formed on the uneven surface of the base layer. It is characterized by having.
[0008]
According to this liquid crystal display device, a reflective film selectively disposed in a region corresponding to a reflective portion between the liquid crystal layer and the rear transparent substrate is formed on an underlayer having an uneven surface to form an uneven reflective film. Since the liquid crystal layer is transmitted after the reflection and the scattering are performed at the same time, image blur is prevented in the reflective display. Also, in the transmissive display, since there is no uneven surface in front of the liquid crystal layer, image blur does not occur and loss due to light scattering when the uneven underlying layer exists is small. Accordingly, not only mirror reflection and reflection in the reflective display are prevented, but also in both the transmissive display and the reflective display, a good display quality with sufficient light intensity without image blur can be obtained.
[0009]
In the liquid crystal display device according to the present invention, it is preferable that a color filter of a predetermined color is formed on at least the entire pixel region so as to cover the base layer and the reflective film as described in claim 2, thereby forming a mirror. A good reflection color display without reflection or image blur can be obtained. In this case, as described in claim 3, the underlayer is provided at least in a region excluding the transmission part, and the color filter is formed such that the film thickness in the reflection part is smaller than the film thickness in the transmission part. Therefore, it is easy to provide a liquid crystal display device in which the thickness of the color filter in the reflection part is smaller than the thickness of the transmission part in order to make the display quality of the transmission color display and the reflection color display substantially the same. Can be manufactured.
[0010]
In the liquid crystal display device according to the present invention, it is preferable that the color filter is provided with a through hole in a region corresponding to the reflection portion, thereby providing a sufficiently bright reflective color display. Is obtained, and it is possible to obtain a white color closer to pure white in the reflective display by optimally setting the opening area ratio of the through holes for each pixel of each color.
[0011]
Further, as set forth in claim 5, the liquid crystal element includes a plurality of pixel electrodes in which electrodes provided on the inner surface of the front substrate are arranged in a matrix for each pixel and a thin film transistor as a switching element is connected to each pixel. It is preferable to use an active matrix type liquid crystal element which is an active matrix type liquid crystal display device, whereby a base layer in which irregularities are randomly formed without regularity is transferred to a rear substrate on which a thin film transistor is not formed in an active matrix type liquid crystal display device. Active matrix liquid crystal display that can be easily formed by a method or printing method, prevents defective coloring due to interference of reflected light in reflective display, and has good display quality without image blur in both reflection and transmission. The device can be manufactured with high yield.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a liquid crystal display device of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part thereof.
[0013]
The liquid crystal display device of this example is a transflective color liquid crystal display device used as a display of a mobile phone. As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device is roughly divided into a liquid crystal display element LD and a rear side (non-observation side). Surface light source backlight BL. The liquid crystal display element LD includes a liquid crystal cell 1, a front polarizing plate 2 and a rear polarizing plate 3 disposed on the front side (display observation side) and the rear side of the liquid crystal cell 1, respectively. It comprises a front retardation plate 4 disposed between the liquid crystal cell 1 and the rear polarizing plate 3, and a rear retardation plate 5 disposed between the liquid crystal cell 1 and the rear polarizing plate 3.
[0014]
In the liquid crystal cell 1, as shown in FIG. 2, a front transparent substrate 11 and a rear transparent substrate 12 are joined to each other with a predetermined gap maintained by a sealing material arranged in a frame shape (not shown). A liquid crystal Lc is sealed between the two transparent substrates 11 and 12 surrounded by.
[0015]
The liquid crystal display element LD of this example is an active matrix type liquid crystal display element, and the liquid crystal layer Lc formed by enclosing liquid crystal between the transparent substrates 11 and 12 is a TN (twisted nematic) liquid crystal layer. . Therefore, a plurality of pixel electrodes 13 are arranged in a matrix on a surface (hereinafter referred to as an inner surface) facing the rear transparent substrate 12 of the front transparent substrate 11. Each pixel electrode 13 is provided with a TFT (thin film transistor) 14 as a switching element of an applied voltage. Each of these TFTs 14 is connected to a gate wiring and a drain wiring (not shown), and each TFT 14 is turned on / off according to various drive voltages applied through these wirings, and a signal voltage is applied to each pixel electrode 13. A pre-alignment film 15 is provided so as to cover all the pixel electrodes 13 and the thin film transistors 14. The surface of the pre-alignment film 15 that is in contact with the liquid crystal is subjected to an alignment process in a predetermined direction by a method such as rubbing in order to twist-align the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer Lc.
[0016]
On the other hand, a base layer 16 is arranged on the inner surface of the rear transparent substrate 12 so as to correspond to each pixel electrode 13 of the front transparent substrate 11. These underlayers 16 are respectively arranged in regions facing the region from each thin film transistor 14 on the front transparent substrate 11 to about half of each pixel electrode 13 connected thereto. Each surface (the surface facing the liquid crystal layer Lc side) of the underlayer 16 is formed as a fine uneven surface. In FIG. 2, the unevenness is shown larger than the actual one.
[0017]
Then, a thin film made of a metal such as aluminum, silver, or a silver-palladium alloy is formed on the uneven surface of each underlayer 16 by a sputtering method or a vapor deposition method, and the scattering reflection layer 17 is formed. In this case, the scattering reflection layer 17 is formed to have a small thickness of about 1000 to 1500 °, whereby the surface of the scattering reflection layer 17 also becomes a fine uneven surface following the uneven surface of the base layer 16. In order to randomly reflect the incident light so that the reflected light does not interfere with the scattering reflection surface having the fine unevenness, the unevenness is required to be a random unevenness having no regularity.
[0018]
It is extremely difficult to obtain the scattering reflection layer 17 having such a random uneven reflection surface by forming the underlayer 16 by photolithography. However, in the active matrix type liquid crystal display element LD of this example, since the thin film transistor 14 is provided on the front transparent substrate 11, as a method of forming the base layer 16 on the rear transparent substrate 12, a transfer method other than photolithography or printing is used. Method can be used. If a transfer method or a printing method is used, the underlayer 16 having a desired random uneven surface can be easily formed. Therefore, the base layer 16 having a random uneven surface is formed on the rear transparent substrate 12 on which the thin film transistor 14 is not formed by using a transfer method, and a metal thin film is formed thereon by the sputtering method or the like as described above. Thereby, a scattering reflection layer having a desired random uneven reflection surface can be easily obtained. The front transparent substrate 11 is a normal active matrix substrate in which thin film transistors 14 and pixel electrodes 13 are simply provided in a matrix. As a result, it becomes possible to manufacture an active matrix type liquid crystal display device having a scattering reflection layer having a random uneven reflection surface at a high yield.
[0019]
A color filter layer 18 is laminated on and covers each of the scattering reflection layers 17 described above. The color filter layer 18 of this example includes red, green, and blue color filter elements 18R, 18G, and 18B. Each color filter element 18R, 18G, and 18B is provided for each pixel region Dp in which the pixel electrode 13 is disposed. They are arranged in a predetermined arrangement. Therefore, in one pixel region Dp, for example, the reflection part Dr on which the corresponding red filter element 18R is laminated on the diffuse reflection layer 17 and the same red filter element 18R are directly laminated on the inner surface of the rear transparent substrate 12. And a transmission portion Dt. Here, the film thickness of the portion corresponding to the reflection part Dr of the red filter element 18R is formed smaller than the film thickness of the part corresponding to the transmission part Dt. The thickness of each filter in the transmission part Dt and the reflection part Dr is set so that the color characteristics of each color display in the transmission part Dt and the reflection part Dr are optimized.
[0020]
That is, the filter film thickness of the reflection part Dr is such that light that enters the reflection part Dr from the front side of the liquid crystal display element LD, is reflected by the scattering reflection layer 17 and exits to the front side, for example, a thin part (the reflection part Dr) of the red filter element 18R. Is set to a thickness such that the light Ra1 and the like which are transmitted and reciprocated through the liquid crystal display element LD are emitted as colored light having sufficiently high color purity and intensity, and are incident on the transmission part Dt from the rear side of the liquid crystal display element LD. Then, the light Rb1 transmitted through the transmission portion Dt and emitted to the front side, for example, the light Rb1 transmitted through the thick portion (corresponding to the transmission portion Dt) of the red filter element 18R in one direction and emitted is subjected to color purity. And the thickness is set to a thickness at which the light is emitted as a sufficiently high colored light. This film thickness configuration is similarly applied to the other green and blue color filter elements 18G and 18B.
[0021]
On the color filter layer 18, a transparent flattening protective layer 19 is laminated. The flattening protective layer 19 is provided for absorbing the unevenness of the surface of the color filter layer 18 caused by the uneven underlayer 16 and the scattering / reflection layer 17 selectively arranged for each reflection part Dr to obtain a flat surface. In this example, the color filter layer 18 is formed by uniformly applying an acrylic resin material on the color filter layer 18 by spin coating.
[0022]
On the flat surface of the flattening protective film 19, a single transparent opposing electrode 20 is laminated, and a rear alignment film 21 is uniformly laminated thereon. Therefore, the surface of the rear alignment film 21 is a flat surface parallel to the rear transparent substrate 12, and the distance between the front and rear alignment films 15 and 21 in the pixel region Dp, that is, the liquid crystal layer thickness d is equal to the thickness of the reflecting portion. In both regions of the Dr and the transmissive portion Dt, d0 is constant.
[0023]
The rear alignment film 21 is subjected to an alignment process by rubbing along a predetermined direction in order to twist-align the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer Lc, like the front alignment film 15 facing the liquid crystal layer Lc. .
[0024]
In the liquid crystal layer Lc formed by enclosing the liquid crystal between the front and rear alignment films 15 and 21, the liquid crystal layer when no electric field is applied between the pixel electrode 13 and the counter electrode 20 is applied. The twist angle in the initial alignment state of the liquid crystal molecules in Lc, the refractive index anisotropy Δn in the initial alignment state, and the liquid crystal layer thickness d in the pixel region Dp are set as follows.
[0025]
First, in the absence of an electric field in which the liquid crystal molecules are in the initial twist alignment state, the liquid crystal molecules have a refractive index anisotropy so as to have a retardation that gives a phase difference of 1/4 wavelength between the ordinary light and the extraordinary light. The product Δnd of Δn and the layer thickness d is set. In this case, Δnd is preferably in the range of 195 ± 10 nm to 235 ± 10 nm, and is set to 195 ± 10 nm in this example, and the twist angle of the liquid crystal molecule is preferably 60 ° to 70 °, and is 64 ° in this example. Is set to In order to obtain the twist angle of 64 °, in this example, as shown in FIG. 1, the alignment processing directions of the front and rear alignment films 15 and 21 are set.
[0026]
That is, the orientation direction 11a applied to the alignment film 15 on the front transparent substrate 11 is parallel to the horizontal axis x of the screen of the liquid crystal display device (the front surface of the front polarizer 2) and directed in the direction of the arrow (from right to left in the figure). And the direction of the alignment treatment 12a applied to the alignment film 21 on the rear transparent substrate 12 side is a direction crossing the horizontal axis x at 64 ° and heading in the direction of the arrow. As a result, the liquid crystal molecules are twisted in a counterclockwise (counterclockwise) direction by 64 ° when viewed from the front transparent substrate 11.
[0027]
Here, the slow axis 1a of the liquid crystal layer Lc in which the liquid crystal molecules are aligned as described above exists in a direction crossing the horizontal axis x at an angle of 45 °, as indicated by a two-dot chain line.
[0028]
With respect to the liquid crystal cell 1 configured as described above, the transmission axis 2a of the front polarizing plate 2 installed on the front side thereof is parallel to the alignment processing direction 11a on the front transparent substrate 11 side of the liquid crystal cell 1. The rear polarizing plate 3 installed on the rear side is disposed in such a manner that its transmission axis 3a is orthogonal to the transmission axis 2a of the front polarizing plate 2.
[0029]
Both the front retardation plate 4 and the rear retardation plate 5 disposed between the liquid crystal cell 1 and the polarizing plates 2 and 3 have a quarter wavelength between the transmitted ordinary light and the extraordinary light. A λ / 4 retardation plate that provides a phase difference, and is installed such that each slow axis 4a, 5a crosses each transmission axis 2a, 3a of the adjacent polarizing plate 2, 3 at 45 ° before and adjacent thereto. ing. Therefore, the slow axis 4a of the front retarder 4 is orthogonal to the virtual slow axis 1a of the liquid crystal cell 1, and the slow axis 5a of the rear retarder 5 is parallel to the virtual slow axis 1a. The optical axes are arranged such that the slow axes 4a and 5a are orthogonal to each other.
[0030]
The surface light source backlight BL installed on the rear side of the rear polarizing plate 3 includes a light guide plate 30 made of a transparent plate such as an acrylic resin and an LED (light emitting diode) or the like disposed opposite to one end surface thereof. And a plurality of light emitting elements 31.
[0031]
In the surface light source backlight BL, light emitted from the light emitting element 31 is guided by the light guide plate 30 and emitted in a planar manner from the front surface thereof. While traveling in the light guide plate 30 while repeating total reflection at the interface between the front and rear surfaces of the light guide plate 30 and the outer air phase, and from the front surface toward the rear polarizing plate 3 from the entire front surface. Light is irradiated in a planar manner. The light source of the backlight BL is not limited to a light emitting element such as an LED, but may be a linear light source such as a cold cathode tube.
[0032]
According to the liquid crystal display device configured as described above, under conditions where the illuminance of the external light, which is light in the use environment, is sufficient, reflection display using the external light is performed, and the illuminance of the external light is insufficient. In a dark environment, it is possible to perform transmissive display using light emitted from the built-in surface light source backlight BL.
[0033]
First, a reflection display operation using external light will be described. In the liquid crystal cell 1, for each pixel region Dp to which a drive voltage is applied in accordance with input information, an electric field is not formed between the electrodes, and the liquid crystal molecules are in an initial twist alignment state. ) And a pixel region Dp (hereinafter, referred to as an ON pixel) in which an electric field of a predetermined strength is formed between the electrodes and liquid crystal molecules are vertically aligned. Incidentally, in FIG. 2, the pixel region Dp1 corresponding to the red filter element 18R is an off pixel, and both the pixel regions Dp2 and Dp3 corresponding to the green filter element 18G and the blue filter element 18B are on pixels.
[0034]
In FIG. 2, external light (non-polarized light) Ra1 incident on the reflection part Dr of the pixel area Dp1 provided with, for example, the red filter element 18R of the off pixel is transmitted through the front polarizer 2 so that its vibration direction is transmitted. It becomes linearly polarized light along the axis 2a and enters the front retardation plate 4. The linearly polarized light that has entered the front phase difference plate 4 is transmitted therethrough, is given a phase difference of λ / 4, becomes circularly polarized light, and enters the liquid crystal cell 1.
[0035]
The above-mentioned circularly polarized light incident on the liquid crystal cell 1 is transmitted through the liquid crystal layer Lc in the off state, in which the liquid crystal molecules are initially twisted over 64 ° and have a retardation (Δnd) corresponding to a phase difference of λ / 4. Here, when the liquid crystal layer Lc is in the off state in which the liquid crystal molecules are initially twist-aligned as described above, the transmission axis 1a exists in a direction orthogonal to the slow axis 4a of the front retardation plate 4. By transmitting the light, the phase difference of λ / 4 is cancelled, and the linearly polarized light has the same vibration direction as the original linearly polarized light.
[0036]
The linearly polarized light passes through the red filter element 18R and is colored red, and then enters the scattering reflection layer 17 and is scattered and reflected. In the diffuse reflection, the reflection direction is irregularly scattered according to the incident position, but the change in the polarization state is slight.
[0037]
The linearly polarized light scattered and reflected by the scattering / reflection layer 17 travels on a return path in the reverse order of the outward light path up to the scattering / reflection layer 17. That is, after passing through the red filter element 18R, the light passes through the liquid crystal layer Lc and the front retardation plate 4 in the off state. The liquid crystal layer Lc and the phase difference plate 4 in the OFF state cancel each other out of the phase difference in the reverse light path similarly to the outgoing light path, so that the oscillation direction is transmitted through the front polarizing plate 2. Is emitted from the front phase difference plate 4 as the same linearly polarized light as above, and enters the front polarizing plate 2. Since the oscillation direction of the incident linearly polarized light is along the transmission axis 2a of the front polarizer 2, the incident linearly polarized light is transmitted through the front polarizer 2 without being absorbed as it is, and is efficiently emitted forward on the observation side. Are displayed in red with sufficient light intensity.
[0038]
The external light Ra1 incident on the transmission portion of the pixel region Dp1 passes through the liquid crystal layer Lc in the OFF state in the liquid crystal cell 1 and returns to linearly polarized light. And is emitted to the rear side. Thereafter, the linearly polarized light passes through the rear retardation plate 5 to become circularly polarized light, the polarized component light along the absorption axis of the rear polarizer 3 is absorbed, and only the polarized component light along the transmission axis is transmitted to the rear side. It is transmitted and eventually disappears.
[0039]
On the other hand, the external light (non-polarized light) Ra2 incident on the reflection portion Dr of the pixel region Dp3 provided with the blue filter element 18B, which is an ON-state pixel region, transmits through the front polarizer 2 and passes through the front retarder 4 , And becomes a circularly polarized light as in the case of the above-described pixel region in the off state, and enters the liquid crystal layer Lc in the on state.
[0040]
In the liquid crystal layer Lc in the ON state, the liquid crystal molecules are vertically oriented by the electric field formed between the electrodes. Since the liquid crystal layer Lc in the rising orientation has substantially zero retardation (Δnd) with respect to light transmitted in the layer thickness direction, incident circularly polarized light is emitted as the circularly polarized light and is scattered and reflected by the scattering reflection layer 16. The light passes through the liquid crystal layer Lc in the ON state again as circularly polarized light, and enters the front phase difference plate 4. The circularly polarized light that has entered the front phase difference plate 4 is given a phase difference of λ / 4 here and is emitted as linearly polarized light. A plane along the oscillation direction of the emitted linearly polarized light (hereinafter, referred to as a polarization plane) is given a phase difference of λ / 2 to the linearly polarized light transmitted through the front polarizer 2 on the outward optical path and emitted. The polarization plane is rotated by 90 °, and becomes a direction along an absorption axis (not shown) orthogonal to the transmission axis 2a of the front polarizer 2. Accordingly, the linearly polarized light emitted to the front side from the front phase difference plate 4 enters the front polarizing plate 2 and is absorbed and is not emitted to the observation side (front side), and the pixel corresponding to the pixel region Dp3 in the ON state. Indicates a black display.
[0041]
The transmissive portion Dt of the pixel region Dp3 in the ON state is provided between the pair of front and rear polarizers 2 and 3 before and after the retardation plates are arranged with the same retardation value and their slow axes are orthogonal to each other. Since the liquid crystal panels 4 and 5 have a configuration in which the liquid crystal layer Lc having a retardation of about 0 is interposed therebetween, the external light transmitted through the transmission section Dt transmits only two polarizing plates whose transmission axes are orthogonal to each other. This is the same as in the case, and all are absorbed by both polarizing plates 2 and 3.
[0042]
As described above, in the reflection display by the liquid crystal display device of this example, the scattering reflection layer 17 is provided on the rear side of the liquid crystal layer Lc, and the image display is performed by the reflected light that has been scattered and reflected and then transmitted through the liquid crystal layer Lc again. Therefore, since the reflected light is emitted to the observation side without being scattered after passing through the liquid crystal layer Lc, the occurrence of so-called image blur which blurs the display is prevented. The reflective display is a so-called normally white display in which the pixels in the ON state are displayed in black, but the loss of light by the front polarizer 2 is minimized in the OFF state, and the incident light is reduced in the ON state. Since it is almost completely absorbed by the front and rear polarizers 2 and 3, a color reflection display with high contrast can be obtained. Further, the film thickness of the portion corresponding to the reflection portion Dr of each color filter element is set to a thickness that allows light that reciprocates through the light to be emitted as colored light having sufficiently high color purity and light intensity. A color display with sufficiently high purity and strength can be obtained. Therefore, according to the liquid crystal display device of the reflective display mode of the present example, color purity, light intensity and contrast are sufficiently high, and glare peculiar to reflection and specular reflection is caused without causing image blur due to the scattering reflection layer. Suppressed and favorable color reflection display is obtained.
[0043]
Next, a transmissive display operation by the liquid crystal display device of this example will be described.
2, among the backlight light emitted from the light emitting element 31 (see FIG. 1) and incident on the light guide plate 30, the backlight light (non-polarized light) Rb1 emitted toward the pixel region Dp1 in the OFF state is The light passes through the rear polarizing plate 3 and becomes a linearly polarized light whose polarization plane is along the transmission axis 3 a, and enters the rear retardation plate 5. The linearly polarized light passes through the rear retardation plate 5 to become circularly polarized light, enters the liquid crystal cell 1, passes through a portion of the red filter element 18R corresponding to the transmission portion Dt, and is colored red, and is turned off. To the liquid crystal layer Lc. The circularly polarized light colored red is given a phase difference of λ / 4 when transmitting through the liquid crystal layer Lc in the off state, becomes linearly polarized light, and exits the liquid crystal cell 1. The output linearly polarized light is a linearly polarized light that is rotated by 90 ° from the point when the polarization plane has passed through the rear polarizer 3 and is along the x-axis. The linearly polarized light has a phase difference of λ / 4 and the slow axis is on the x-axis. On the other hand, the light passes through the front phase difference plate 4 crossed at 45 ° to be circularly polarized. This circularly polarized light is incident on the front polarizer 2, and only the polarized component light whose polarization plane is along the transmission axis 2a is emitted to the front side. As a result, the off pixel is displayed in red by the transmitted polarization component light colored red.
[0044]
On the other hand, the backlight Rb2 incident on the transmission portion Dt of the pixel region Dp3 provided with the blue filter element 18B, which is the ON-state pixel region, also undergoes the same operation as the above-described OFF-state pixel region Dp1. The light becomes blue circularly polarized light and is incident on the liquid crystal layer Lc in the ON state. Since the liquid crystal layer Lc in the ON state has a retardation (Δnd) of substantially 0, the incident circularly polarized light is transmitted as it is, exits from the liquid crystal cell 1, and enters the front phase difference plate 4. Since the front retardation plate 4 and the rear retardation plate 5 are arranged so that the slow axes are orthogonal to each other and cancel out the phase difference given to each other, the incident circularly polarized light must pass through the front retardation plate 4. As a result, the plane of polarization returns to the original linearly polarized light along the transmission axis of the rear polarizer 3, and since this linearly polarized light is linear in the direction along the absorption axis of the front polarizer 2, Incident and absorbed. Therefore, the pixels corresponding to the pixel region Dp3 in the ON state perform black display. In addition, since the scattering reflection layer 17 of this example is a reflection layer that does not substantially transmit incident light, the backlight Rb does not transmit through the reflection portion of each pixel region, and therefore, there is no leak light. A black display is obtained.
[0045]
As described above, the transmissive display by the liquid crystal display device of the present example is also a normally white display in which the pixels in the on state are black, and the incident light is the front and rear polarizers in the transmission part Dt of the pixel region Dp3 in the on state. Since the light is absorbed almost completely by the two or three, a color transmission display with high contrast can be obtained. Further, since there is no scattering / reflection layer in the transmission portion of each pixel region, the transmitted light is not scattered, so that the image is not blurred and the light intensity, that is, the luminance of the color display is not reduced.
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following embodiments, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0047]
The liquid crystal display of this example has a structure in which the flattening protective layer 19 interposed between the color filter layer 18 and the counter electrode 20 in the liquid crystal display of the first embodiment is omitted. Then, the layer thicknesses of the uneven underlayer 16 and the like are adjusted, and the liquid crystal layer thicknesses (gap) d1 and d2 of the reflection part Dr and the transmission part Dt in each pixel region Dp are individually and optimally set as follows. .
[0048]
That is, when the product Δn · d1 of the liquid crystal layer thickness d1 of the reflection part Dr and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal is λ, the wavelength of transmitted light is λ, and a positive integer including 0 is k,
Δn · d1 = λ (2k + 1) / 4
Set so that
[0049]
On the other hand, the liquid crystal layer thickness d2 of the transmission portion Dt is the product Δn · d2 of the thickness d2 and the refractive index anisotropy Δn when the liquid crystal molecules are in the off-state alignment state, and the wavelength of the transmitted light includes λ and 0. When a positive integer is k ′,
Δn · d2 = λ (2k ′ + 1) / 2
Set so that
[0050]
In the present example, the liquid crystal layer thickness d1 of the reflection part Dr is set to a value such that Δn · d1 of the liquid crystal layer of the reflection part Dr becomes λ / 4 as in the first embodiment, and the liquid crystal layer thickness d2 of the transmission part Dr is set to the value. Δn · d2 is a value that becomes λ / 2. In order to obtain such a liquid crystal layer thickness configuration, the thickness of the uneven underlayer 16 is made larger than that of the first embodiment. Other configurations such as the film thickness ratio between the reflection part and the transmission part of each color filter element 18R, 18G, 18B are the same as those of the first embodiment.
[0051]
The operation of the liquid crystal display device configured as described above is almost the same as the operation in the first embodiment, except for the transmissive display function in the off pixels.
[0052]
In the transmissive portion Dt of the off-pixel region Dp1 in the liquid crystal display device of the present example, the phase difference between the phase difference plates 4 and 5 is λ / 2 before and after the slow axes are orthogonal to each other and cancel out the phase difference of the same value. Is arranged such that its slow axis 1a is aligned parallel to the slow axis of one of the phase difference plates, so that light passing through these layers has a λ / 2 order. The difference is given. Therefore, the linearly polarized light transmitted through the rear polarizer 3 is rotated by 90 ° by transmitting the linearly polarized light, and becomes a linearly polarized light along the transmission axis 2a (see FIG. 1) of the front polarizer 2. And is emitted. The emitted linearly polarized light passes through the pre-polarizing plate 2 without being absorbed, and bright colored light colored by each color filter element is emitted to the front of the liquid crystal display device on the observation side. In this case, the intensity of the outgoing colored light in this case is higher than that of the colored light that is made to enter the pre-polarizing plate 2 as circularly polarized light, transmits only the polarized component light along the transmission axis, and is emitted in the first embodiment. High and extremely bright colored display is provided. Therefore, according to the liquid crystal display device of this example, a high-quality transmissive color display having higher contrast and sufficiently high color purity and light intensity than the transmissive color display obtained in the first embodiment can be obtained.
[0053]
Therefore, according to the liquid crystal display device of the second embodiment, in both the reflective display and the transmissive display, not only the image blur and the decrease in the light intensity due to the light scattering are eliminated, but also the color purity and the light intensity are reduced. Good color display quality with high and very high contrast is obtained.
[0054]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The liquid crystal display device of this example is different from the liquid crystal display device of the first embodiment in that a cylindrical or prismatic through hole h1 of a predetermined size is provided in a portion corresponding to each reflective portion Dr of each color filter element 18R, 18G, 18B. To h3 are partially perforated. In this case, the opening area of each of the through holes h1 to h3 provided in each of the color filter elements 18R, 18G, and 18B is preferably 50% or less of the entire area (total area) of the reflection section Dr. As described above, by providing the through-holes in the color filter element portion of the reflection section, the display quality in the reflection color display is further improved.
[0055]
That is, the reflective display uses a smaller amount of incident light than the transmissive display that uses built-in illumination light to utilize external light, and tends to have a lower display brightness because of the reciprocating transmission through the color filter layer. Therefore, as in the first and second embodiments, the layer thickness of the color filter in the reflection section is made smaller than that of the transmission section by a predetermined thickness. Cannot be made thinner than the minimum thickness required to obtain Therefore, in the liquid crystal display device of this example, the above-described through holes h1 to h3 are formed. The external light that has entered the through holes h1 to h3 is reflected by the scattering reflection film 17, and is uncolored when emitted from the same through hole, and is colored when emitted from the surrounding color filter element. The light is emitted as light, and each emitted light has a higher intensity than the light that has transmitted and reciprocated through the color filter element. Therefore, the light emitted from the color filter element is colored light having both sufficiently high color purity and intensity, which is a mixture of light having high color purity transmitted and reciprocated and light having high intensity through the through-hole.
[0056]
In the liquid crystal display device of the present example, the opening area of the through hole (hereinafter, referred to as the through hole of the green pixel) h2 provided in the green filter element 18G is provided in the other red and blue filter elements 18R and 18G. The opening areas of the through holes (hereinafter, referred to as red pixel through holes and blue pixel through holes) h1 and h3 are set to be larger than the opening areas. This is for compensating for the difference in the luminosity of the green light among the luminosity of the red, green and blue colored lights, and thereby, the reflection of each of the red, green and blue is performed. The visibility of the colored light is corrected, and the white light due to the additive color mixture becomes light closer to pure white. That is, the white point is improved. In this case, the opening area of the through-hole h2 of the green pixel is 5% to 50% of the total area of the portion corresponding to the reflection portion Dr of the green filter element 18G (hereinafter, referred to as the green reflection portion total area), and each of red and blue. The opening area of each of the through holes h1 and h3 of the pixel is preferably 0 to 50% of the total area of the red and blue reflecting portions, and among them, the opening area ratio of the through hole h2 of the green pixel is 20 to 40%, and the red and blue portions. The opening area ratio of each of the through holes h1 and h3 of each pixel is more preferably 0 to 30%. In this example, the opening area ratio of the through hole h2 of the green pixel is 30%, and the through hole h1 of each of the red and blue pixels is set. , H3 is 1%.
[0057]
As described above, according to the liquid crystal display device of the present example, in both the reflective display and the transmissive display, not only the image blur is prevented, but also the color purity and the intensity are both sufficiently high and the white point is improved. Good color image display can be obtained.
[0058]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The liquid crystal display device of this example is the same as the liquid crystal display device of the second embodiment, except that the uneven underlayer 16 is an uneven underlayer 16 ′ formed uniformly over substantially the entire inner surface of the rear transparent substrate 12, and a color filter layer. The transparent gap adjusting layer 22 is provided between the pixel electrode 18 'and the counter electrode 20 except for the transmission part Dt in the pixel region Dp, and the gaps in the reflection part Dr and the transmission part Dt, that is, the liquid crystal layer thicknesses d1 and d2 are set to the second embodiment. It has been optimized as well.
[0059]
Since the uneven underlayer 16 ′ of this example is uniformly laminated on the inner surface of the rear transparent substrate 11, irregularities having a uniform size but no regularity and a random arrangement are formed on the reflective portion Dr. It can be easily formed by a transfer method or a printing method as compared with the case where it is selectively provided.
[0060]
A scattering / reflection layer 17 'is formed on the uneven base layer 16' in a region other than a portion corresponding to the transmission portion Dt of the pixel region Dp. In this way, by arranging the scattering reflection layer 17 ′ not only in the region corresponding to the reflection part Dr but also in the region facing the thin film transistor 14, the irradiation of the backlight Rb to the thin film transistor 14 is cut off and the malfunction occurs. Can be prevented.
[0061]
On the uneven base layer 16 'on which the scattering / reflecting layers 17' are selectively arranged, the color filter layers 18 'are evenly stacked including those on the scattering / reflecting layers 17'. Accordingly, the layer thicknesses of the respective color filter elements 18'R, 18'G, 18'B are equal, and the layer thicknesses of the individual color filter elements are constant without distinction between the reflection part Dr and the transmission part Dt. As described above, the color filter layer 18 'of this example has a constant layer thickness without distinction between the color filter elements 18'R, 18'G, and 18'B and the reflection portion Dr and the transmission portion Dt. Can be laminated.
[0062]
The constant layer thickness is set to a thickness that allows sufficient color purity and intensity to be obtained in a transmission color display. For this reason, in the reflective color display, simply forming the layer thickness of the color filter element of the reflective portion Dr to the same layer thickness as the transmissive portion Dt results in an unnecessarily large layer thickness, and the color purity is sufficient but the intensity is sufficient. Is insufficient, resulting in a dark color display. Therefore, in the present embodiment, through holes h1 to h3 are respectively formed in portions corresponding to the reflection portions Dr of the respective color filter elements 18'R, 18'G, 18'B, as in the third embodiment. Similarly, the opening area ratio of each of the through holes h1 to h3 is set such that the through hole h2 of the green filter element 18G is larger than the other through holes h1 and h3 at a predetermined same ratio. Thereby, even in the reflection color display, it is possible to obtain good color display quality with sufficient color purity and intensity and improved white characteristics.
[0063]
Further, the color filter layer 18 'of this example is formed using a material having a refractive index substantially the same as that of the uneven base layer 16'. For example, when the material of the uneven base layer 16 'is an acrylic resin having a refractive index of about 1.5, an acrylic resin base material having a refractive index of about 1.5 is used as a base material of the color filter layer. Thus, it is possible to prevent the backlight Rb transmitted from the uneven base layer 16 'of the transmission portion Dt to the color filter layer 18' from being scattered at the uneven interface between the uneven base layer 16 'and the color filter layer 18'. it can. As a result, light scattering in the transmissive display is substantially eliminated, and image blur and a decrease in light intensity are more significantly suppressed.
[0064]
In this example on the color filter layer 18 ′, a gap adjusting layer 22 made of a transparent resin material such as an acrylic resin is provided over substantially the entire region except for the region corresponding to the transmission portion Dt. The gap adjustment layer 22 is provided for appropriately setting the gap of the reflection portion Dr in each pixel region Dp, that is, the liquid crystal layer thickness d1, and therefore, may be provided at least in a region corresponding to the reflection portion Dr. . Then, the counter electrode 20 and the rear alignment film 21 are sequentially laminated so as to cover the gap adjusting layer 22 and the color filter layer 18 ′ therebetween.
[0065]
In the liquid crystal display device of the present example formed as described above, the respective thicknesses of the reflective portion Dr and the transmissive portion Dt, that is, the liquid crystal layer thickness are adjusted by appropriately adjusting the thicknesses of the uneven underlayer 16 ′ and the gap adjusting layer 22. d1 and d2 are optimally set as in the second embodiment.
[0066]
That is, the liquid crystal layer thickness d1 of the reflection part Dr is set so that the product Δn · d1 of this and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal becomes λ / 4, and the liquid crystal layer thickness d2 of the transmission part Dt is: The product Δn · d2 of this and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal is set to be λ / 2.
[0067]
By setting the respective liquid crystal layer thicknesses of the reflective part Dr and the transmissive part Dt as described above, color display with high contrast can be obtained in both reflective display and transmissive display as in the second embodiment. Therefore, in both reflective display and transmissive display, a transflective color liquid crystal display device with sufficiently high color purity and light intensity, high contrast, and good color display without image blur can be manufactured more easily. It can be easily manufactured by a process.
[0068]
Note that the liquid crystal display device of the present invention is not limited to the first to fourth embodiments.
For example, the liquid crystal layer is not limited to a TN alignment having a twist alignment angle of 64 °, but may be a so-called STN (Super Twist Nematic) having a twist alignment angle of 180 ° or more, or a liquid crystal layer having a homogeneous alignment other than the twist alignment.
[0069]
Further, the front and rear retardation plates are not limited to the retardation plates providing a phase difference of λ / 4, and may be omitted as appropriate. Further, each optical axis of the retardation plate, the polarizing plate, the liquid crystal layer, The arrangement in the alignment processing direction is not limited to the arrangement in the above embodiment.
[0070]
That is, in each of the reciprocating reflection display optical path by external light and the transmissive display optical path by built-in backlight light, the difference in the amount of light emitted to the observation side (front side) according to ON / OFF of the liquid crystal layer, that is, the display contrast is maximized. Optical conditions such as the arrangement of the phase difference and the slow axis of the front and rear retardation plates, the arrangement of the transmission axes of the front and rear polarizers, the twist angle of the liquid crystal layer and the direction of the alignment treatment, etc. The optimal setting may be used.
[0071]
Further, in the above-described embodiment, substantially half of each pixel region is a reflection portion and the remaining substantially half region is a transmission portion. However, the reflection portion and the transmission portion may have any shape according to the application of the liquid crystal display device. May be formed to have an arbitrary area ratio, or one or both of the reflection part and the transmission part may be formed in one pixel.
[0072]
Further, the color filter layer of each embodiment and the gap adjusting layer of the fourth embodiment may be provided on the inner surface of the front transparent substrate.
[0073]
In addition, the liquid crystal display device is not limited to the active matrix type, but may be a simple matrix type liquid crystal display device.
[0074]
【The invention's effect】
According to the liquid crystal display device of the present invention, a reflective film selectively disposed in a region corresponding to the reflective portion between the liquid crystal layer and the rear transparent substrate is formed on the underlayer having the uneven surface to form an uneven reflective film. Since the liquid crystal layer is transmitted after the reflection and scattering of light are performed at the same time, image blur is prevented in the reflective display. Also, in the transmissive display, since there is no uneven surface in front of the liquid crystal layer, image blur does not occur and loss due to light scattering when the uneven underlying layer exists is small. Accordingly, not only mirror reflection and reflection in the reflective display are prevented, but also in both the transmissive display and the reflective display, a good display quality with sufficient light intensity without image blur can be obtained.
[0075]
In the liquid crystal display device according to the present invention, as described in claim 2, by forming a color filter of a predetermined color over at least the entire pixel region so as to cover the base layer and the reflective film, mirror reflection and image formation can be achieved. Good reflection color display without blur can be obtained. In this case, as described in claim 3, the base layer is provided at least in a region excluding the transmission part, and the color filter is formed so that the film thickness in the reflection part is smaller than the film thickness in the transmission part. In addition, it is possible to easily manufacture a liquid crystal display device in which the thickness of the color filter in the reflection part is smaller than the thickness of the transmission part in order to make each display quality of the transmission color display and the reflection color display substantially the same.
[0076]
Further, as described in claim 4, by forming a through-hole in a region corresponding to the reflection portion of the color filter, a sufficiently bright reflective color display can be obtained, and the through-hole of each pixel of each color can be obtained. By setting the aperture area ratio optimally, it is possible to obtain a white color closer to pure white in the reflective display.
[0077]
Further, as set forth in claim 5, the liquid crystal element includes a plurality of pixel electrodes in which electrodes provided on the inner surface of the front substrate are arranged in a matrix for each pixel and a thin film transistor as a switching element is connected to each pixel. By using an active matrix type liquid crystal element that is an active matrix type liquid crystal display device, a base layer in which irregularities are randomly formed without regularity is transferred or printed on a rear substrate on which a thin film transistor is not formed in an active matrix type liquid crystal display device. In this manner, an active matrix type liquid crystal display device having a good display quality which is free from image blurring in both reflection and transmission is prevented, and defective coloration due to interference of reflected light is prevented in a reflective display. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a main part of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a liquid crystal display device according to a third embodiment of the invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a liquid crystal display device according to a fourth embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
1: Liquid crystal cell
2. Front polarizing plate
3: Post-polarizing plate
4: Front retardation plate
5. Rear retardation plate
11 Front transparent substrate
12 Rear transparent substrate
13: Pixel electrode
14 ... Thin film transistor (TFT)
15 ... Pre-alignment film
16, 16 ': uneven underlayer
17, 17 ': scattering reflection layer
18, 18 ': color filter layer
19: Flattening protective film
20: Counter electrode
21 ... post-alignment film
22 ... Gap adjusting layer
LD: Liquid crystal display element
Lc: liquid crystal layer
Dp: Pixel area
Dr ... Reflector
Dt ... Transmissive part

Claims (5)

表示を観察する側である前側の基板とこの前側基板に対向配置された後側基板との間に液晶層が設けられ、前記前側基板と後側基板の対向する内面の一方に少なくとも一つの電極が、他方の内面に前記少なくとも一つの電極に対向させて複数の画素を形成するための複数の電極が、それぞれ設けられるとともに、前記液晶層と前記後側基板との間に前記複数の画素の各画素毎に、予め定めた一方の領域を除いた他方の領域に反射膜がそれぞれ設けられて成り、前記複数の各画素毎に、前記反射膜が設けられた他方の領域により前側から入射した光を前記反射膜により反射して前側に出射させる反射部と、前記反射膜が設けられていない一方の領域により後側から入射した光を前側に出射させる透過部とが形成されている液晶素子と、
前記液晶素子の前側と後側とにそれぞれ配置された前側偏光板と後側偏光板と、
前記後側偏光板の後側に配置されたバックライトとを、
備えた液晶表示装置であって、
前記後側基板の内面側の少なくとも前記反射部に対応する他方の領域に、表面が凹凸に形成された下地層が形成され、前記反射膜は前記下地層の凹凸表面上に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal layer is provided between a front substrate on which a display is viewed and a rear substrate opposed to the front substrate, and at least one electrode is provided on one of the opposing inner surfaces of the front substrate and the rear substrate. However, a plurality of electrodes for forming a plurality of pixels facing the at least one electrode are provided on the other inner surface, and the plurality of pixels are provided between the liquid crystal layer and the rear substrate. For each pixel, a reflection film is provided on the other region except for one predetermined region, and for each of the plurality of pixels, light is incident from the front side by the other region provided with the reflection film. A liquid crystal element in which a reflection part for reflecting light by the reflection film and emitting the light to the front side and a transmission part for emitting light incident from the rear side to the front side are formed by one of the regions where the reflection film is not provided. When,
A front polarizer and a rear polarizer disposed on the front side and the rear side of the liquid crystal element, respectively.
A backlight disposed on the rear side of the rear polarizing plate,
A liquid crystal display device comprising:
At least the other region corresponding to the reflection portion on the inner surface side of the rear substrate is provided with an underlayer having an uneven surface, and the reflection film is formed on the uneven surface of the underlayer. A liquid crystal display device characterized by the above-mentioned.
前記下地層と前記反射膜を覆って少なくとも各画素領域全体に所定の色のカラーフィルタが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a color filter of a predetermined color is formed on at least the entire pixel region so as to cover the base layer and the reflection film. 前記下地層は少なくとも前記透過部を除いた領域に設けられ、前記カラーフィルタの前記反射部における膜厚が前記透過部における膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。3. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the underlayer is provided at least in a region excluding the transmission portion, and a film thickness of the color filter in the reflection portion is smaller than a film thickness in the transmission portion. 4. . 前記カラーフィルタは、前記反射部に対応する領域に透孔が穿設されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の液晶表示装置。4. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the color filter has a through-hole formed in a region corresponding to the reflection unit. 5. 前記液晶素子は、前側基板の内面に設けられた電極がマトリクス状に画素毎に配置されるとともにスイッチング素子としての薄膜トランジスタがそれぞれ接続された複数の画素電極からなるアクティブマトリックス型液晶素子であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。The liquid crystal element is an active matrix type liquid crystal element in which electrodes provided on the inner surface of the front substrate are arranged in a matrix for each pixel and a plurality of pixel electrodes each connected to a thin film transistor as a switching element. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein:
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