JP2004341098A - カラー液晶パネル - Google Patents
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Abstract
【課題】反射型表示機能と透過型表示機能とを有するカラー液晶パネルにおいて、反射表示の際も透過表示の際も彩度の良い表示を得る。
【解決手段】カラー液晶パネルは、光源側に配置される第１基板１０と、第１基板１０に対向し、観察者側に配置される第２基板２と、第１基板１０および第２基板２の間に介在する液晶層６と、第１基板１０および第２基板２の間に介在するカラーフィルタ層３と、液晶層６およびカラーフィルタ層３よりも光源側に配置され、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる第１透過反射膜９と、カラーフィルタ層３よりも観察者側に配置され、外光を反射させ、かつ光源光を透過させる第２透過反射膜１３とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】カラー液晶パネルは、光源側に配置される第１基板１０と、第１基板１０に対向し、観察者側に配置される第２基板２と、第１基板１０および第２基板２の間に介在する液晶層６と、第１基板１０および第２基板２の間に介在するカラーフィルタ層３と、液晶層６およびカラーフィルタ層３よりも光源側に配置され、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる第１透過反射膜９と、カラーフィルタ層３よりも観察者側に配置され、外光を反射させ、かつ光源光を透過させる第２透過反射膜１３とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型表示機能と透過型表示機能とを有するカラー液晶パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４および図５は、それぞれ、反射型表示機能と透過型表示機能とを有する従来例１および従来例２の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【０００３】
図４に示す液晶表示装置の製造工程について説明する。観察者側のガラス基板２上にカラーフィルタ層３を形成し、スピンコート法でオーバーコート処理を施した後、スパッタされた透明電極４をパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行う。
【０００４】
光源側のガラス基板１０上にＳｉＯ２膜とアルミ薄膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透過反射膜９（例えばスリットつきの反射膜）を形成する。上記と同様に、透明電極８と配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。基板２と基板１０とを対向させて貼り合わせ、両基板２，１０間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。基板２の観察者側および基板１０の光源側に、それぞれ偏光板１および１１を配置し、光源１２を設けることによって、図４に示す液晶表示装置が製造される。
【０００５】
次に、図５に示す液晶表示装置の製造工程について説明する。観察者側のガラス基板２上に透明導電膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透明電極４にパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行う。
【０００６】
光源側のガラス基板１０上にＳｉＯ２膜とアルミ薄膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透過反射膜９（例えばスリットつきの反射膜）を形成し、その上にカラーフィルタ層３を形成する。上記と同様に、透明電極８と配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。基板２と基板１０とを対向させて貼り合わせ、両基板２，１０間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。基板２の観察者側および基板１０の光源側に、それぞれ偏光板１および１１を配置し、光源１２を設けることによって、図５に示す液晶表示装置が製造される。
【０００７】
図４および図５に示す液晶表示装置では、観察者側からの外光を用いる反射表示と、光源光を用いる透過表示との両方の機能を持たせるために、透過反射膜９が使用されている。透過反射膜９としては、スリットつきの反射膜やハーフミラーが用いられる。
【０００８】
図４に示す従来例１および図５に示す従来例２の液晶表示装置では、それぞれ以下の問題が生じる。反射表示における光（反射光）１６は、観察者側からの外光がカラーフィルタ層３を通り、半透過反射膜９で反射され、カラーフィルタ層３を再度通り、観察者側へ出射した光である。ところが、透過表示における光（透過光）１７は、光源１２からの光源光がそのまま観察者側から出た光であるので、カラーフィルタ層３を１回しか通らない。したがって、同色のカラーフィルタ層３を２回通る反射光１６と、１回しか通らない透過光１７とでは、彩度が著しく異なるという問題が生じる。また、これら液晶表示装置では、反射表示を行うために、カラーフィルタ層３の透過率を上げているので、透過表示では色がほとんど認識できない状態となっていた。
【０００９】
反射表示と透過表示とで、彩度の差を解消することができる液晶表示装置が特許文献１に開示されている。この液晶表示装置では、反射板に対して、表面側と裏面側双方にカラーフィルタ層が配置されている。これにより、外光および光源光はともにカラーフィルタ層を２回通るので、反射表示と透過表示とで彩度に差がつくことがなく、鮮やかな表示が可能になる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３２１５６４号公報
【００１１】
しかし、カラーフィルタ層の作成は、フォトリソグラフィー工程によるものが主流であるので、赤、緑および青の各色のカラーフィルタ層に対してそれぞれフォトリソグラフィー工程を行う必要がある。したがって、製造が煩雑であり、価格が非常に高くなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、反射型表示機能と透過型表示機能とを有するカラー液晶パネルにおいて、反射表示の際も透過表示の際も彩度の良い表示を得ることを目的とする。また、比較的簡便に製造することができ、よってコストの上昇を抑えることをさらなる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラー液晶パネルは、光源側に配置される第１基板と、前記第１基板に対向し、観察者側に配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に介在する液晶層と、前記第１基板および前記第２基板の間に介在するカラーフィルタ層と、前記液晶層および前記カラーフィルタ層よりも前記光源側に配置され、前記観察者側から入射する外光を反射させ、かつ前記光源側から入射する光源光を透過させる第１透過反射膜と、前記カラーフィルタ層よりも前記観察者側に配置され、前記外光を反射させ、かつ前記光源光を透過させる第２透過反射膜とを有する。すなわち、観察者側から入射する外光を反射する機能と、光源の光を透過する機能とを有する第２透過反射膜を有し、カラーフィルタ層を用いたカラー液晶パネルにおいて、カラーフィルタ層に対して観察者側に、透過時と反射時の明度および色度を調整する第２透過反射膜が配置されている。
【００１４】
本発明によれば、透過光は、カラーフィルタ層の性能に見合った彩度となる。厳密には、光源光の一部は、第２透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通り、第１透過反射膜で反射し、再度カラーフィルタ層を通過し、第２透過反射膜を透過する。したがって、透過光の彩度は若干良好となる。
【００１５】
また、反射光は、第２透過反射膜により反射され、カラーフィルタ層を通らない無着色光と、第２透過反射膜を通り抜け、カラーフィルタ層を通り、第１透過反射膜で反射して、カラーフィルタ層を再度通り、さらに第２透過反射膜を通り抜けた着色光との合成光となって、出射する。したがって、カラーフィルタ層の性能の割には、反射光の彩度が低くなるが、外光の反射率は高くなる。言い換えれば、反射率と反射表示色の彩度とを従来並にした場合、色純度のより高いカラーフィルタ層を使うことができるので、透過表示色の彩度が格段に良好になる。
【００１６】
なお、第１透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通過した光の一部は、第２透過反射膜で反射して、カラーフィルタ層を再度通過し、再び第１透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通過することによって、彩度を高めていく。
【００１７】
本発明のカラー液晶パネルは、前記カラーフィルタ層、前記第１透過反射膜および前記第２透過反射膜が、前記液晶層よりも前記光源側に配置され、前記液晶層側から前記第２透過反射膜、前記カラーフィルタ層および前記第１透過反射膜の順で配置されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、従来の液晶パネルと比較して、コントラストなどの光学特性の低下がなく、良好な表示を実現できる。具体的には、第２透過反射膜が液晶層よりも光源側に配置されることにより、第１透過反射膜で反射される光および第２透過反射膜で反射される光はともに、光学補償に影響を与える液晶層を同じ回数だけ通過するので、コントラストへの影響がない。また、典型的には、観察者側基板の観察者側に、光学補償に影響を与える偏光板が配置される。この場合にも、第１透過反射膜で反射される光および第２透過反射膜で反射される光はともに、観察者側の偏光板を同じ回数だけ通過するので、コントラストへの影響がない。
【００１９】
本発明のカラー液晶パネルは、前記第２透過反射膜が、前記液晶層を駆動させるための電極として機能することが好ましい。これにより、従来の液晶パネルの製造工程と比較して、第２透過反射膜を製造する工程を別途増やすことなく、製造が可能となる。
【００２０】
本発明のカラー液晶パネルは、前記第２透過反射膜が、３０％以下の反射率を有することが好ましい。反射率が３０％を超えると、第２透過反射膜を配置することによる利点、すなわち透過時と反射時の明度および色度を調整するという利点がなくなるおそれがある。
【００２１】
本発明のカラー液晶表示装置は、本発明のカラー液晶パネルと、前記第１基板の光源側および前記第２基板の観察者側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、光源とを有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、液晶層の駆動方式として、パッシブ（マルチプレックス）駆動方式を用いた場合について説明するが、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの三端子素子やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ） などの二端子素子によるアクティブ駆動方式を用いても良い。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、液晶パネルと、光源１２と、液晶パネルの外側面に設けられた一対の偏光板１，１１とを有する。液晶パネルは、光源１２側に配置される光源側基板２０と、光源側基板２０に対向し、かつ観察者側に配置される観察者側基板３０と、両基板２０，３０の間に介在する液晶層６とを有する。
【００２４】
光源側基板２０は、ガラス基板１０上に、第１透過反射膜９、カラーフィルタ層３、第２透過反射膜１３、透明電極８および配向膜７が順次積層された構造を有する。一方、観察者側基板３０は、ガラス基板２上に、透明電極４および配向膜５が順次積層された構造を有する。本実施形態では、液晶層６はパッシブ駆動されるので、透明電極４はストライプ状に設けられた列電極となり、透明電極８は列電極と直交するように設けられた行電極となる。なお、ガラス基板２，１０に代えて、透明な樹脂製基板を用いても良い。
【００２５】
第１透過反射膜９は、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる。第１透過反射膜９は、アルミニウムや銀などの金属膜、あるいは干渉方式による反射膜（以下、「干渉膜」ともいう。）などから形成される。干渉膜は、ＳｉＯ２などの誘電体から形成され、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて成膜することができる。屈折率の異なる誘電体層を何層も重ね、各層間の反射を調節することで、全体の反射率を制御することができる。
【００２６】
第１透過反射膜９の反射率は、反射表示および透過表示における明度および色度を考慮して適宜設定されるが、好ましくは５０％以上９０％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下である。
【００２７】
第２透過反射膜１３は、第１透過反射膜９と同様に、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる。第２透過反射膜１３としては、アルミニウムや銀などの金属膜の反射によるハーフミラー、あるいは干渉膜を用いることができる。第２透過反射膜１３の反射率は、反射表示および透過表示における明度および色度を考慮して適宜設定されるが、好ましくは３０％以下、より好ましくは３％以上２０％以下である。
【００２８】
透過反射膜９，１３の反射率の測定法について説明する。スパッタ装置などを用いて、ガラス基板上に第１透過反射膜９または第２透過反射膜１３をそれぞれ成膜する。分光測色計（例えばミノルタ製、ＣＭ−２００２ ）を用いて、拡散照明方式により、各透過反射膜の反射率を測定する。拡散照明方式とは、積分球などを使って、試料をあらゆる方向から均等に照明する方法である。なお、積分球は、光をほぼ完全に拡散反射するように、硫酸バリウムなどの白い塗料で内面を塗布した球状の測色器具である。白色板をリファレンスとして用い、このときの反射率を１００％とする。
【００２９】
本実施形態の液晶表示装置では、観察者側から入射した外光が第１透過反射膜９で反射した光１６と、第２透過反射膜１３で反射した光１６’との合成光として観察者側へ出射する。すなわち、反射表示の出射光は、第１透過反射膜９で反射する光１６と、第２透過反射膜１３で反射する光１６’との合成光である。両光１６，１６’が偏光板１や液晶層６などを通過することによる光学補償効果は略同じである。しかし、光１６はカラーフィルタ層３を２回通過するのに対して、光１６’はカラーフィルタ層３を通過していないので、着色がなく（光の吸収がなく）白色である。したがって、光１６と光１６’との合成光は、同じカラーフィルタ層３を使用した従来例と比較して、より明るくなり、彩度がより淡くなる。
【００３０】
一方、光源１２から入射した光源光は、第１透過反射膜９、カラーフィルタ層３、第２透過反射膜１３を順次通過して、観察者側へ出射する。但し、第１透過反射膜９およびカラーフィルタ層３を通過した光の一部は、第２透過反射膜１３で反射して、カラーフィルタ層３を再び通過し、第１透過反射膜９で反射される。第１透過反射膜９で反射された光の一部は、カラーフィルタ層３を通過し、第２透過反射膜１３を通過して、観察者側へ出射する。すなわち、透過光１７は、カラーフィルタ層３を３回通過して彩度が高められた光を含むので、従来例よりも彩度のさらに高い光となる。なお、第１透過反射膜９で反射された光の一部は、第２透過反射膜１３で反射して、さらに彩度が高められる。
【００３１】
反射表示時の彩度は高いが、透過表示時の彩度は低くしかできなかった従来のカラー液晶パネルに本発明を適用することで、反射表示時および透過表示時における彩度の差を小さくすることができる。あるいは、第１透過反射膜９および第２透過反射膜１３の各反射率のバランスを調整することにより、反射表示時および透過表示時における明度および色度を自由に設定することができる。
【００３２】
実用的な観点から、反射表示時の明度と透過表示時の彩度とが重要である。本実施形態の液晶表示装置によれば、従来の半透過型カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタよりも色純度（彩度）を向上させたカラーフィルタ層３を用いることができる。したがって、従来の半透過型カラー液晶表示装置よりも、透過表示時における彩度を向上させることができる。
【００３３】
次に、本実施形態のカラー液晶表示装置を製造する工程について説明する。観察者側のガラス基板２上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物） などの透明導電膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透明電極４にパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行うことにより、観察者側基板３０が作成される。
【００３４】
次に、光源側のガラス基板１０上に、アルミニウムまたは銀などの金属膜を蒸着して、第１透過反射膜９を形成する。その上にカラーフィルタ層３を形成し、さらにオーバーコート処理を施す。オーバーコート膜（不図示）の上に、第２透過反射膜１３を形成する。蒸着法やコーティング法などの適宜な方法を用いて、金属膜からハーフミラーを形成するか、あるいは干渉方式による反射膜を形成することにより、第２透過反射膜１３が形成される。
【００３５】
観察者側基板３０と同様に、第２透過反射膜１３上に透明電極８および配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。なお、第２透過反射膜１３が金属などの導電体から形成されている場合は、絶縁膜を用いて第２透過反射膜１３を遮蔽して、透明電極８から第２透過反射膜１３へのリークを防ぐ必要がある。
【００３６】
光源側基板２０と観察者側基板３０とを互いに対向させて貼り合わせ、両基板２０，３０の間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。これにより、カラー液晶パネルが作成される。光源側基板２０の光源側および観察者側基板３０の観察者側に、所定の位相差をもった位相差板（不図示）や所定の光軸をもった偏光板１，１１をそれぞれ貼り合わせ、さらに光源１２を配置することによって、本実施形態のカラー液晶表示装置が作成される。
【００３７】
（実施形態２）
図２は、実施形態２の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。以降の図面においては、実施形態１の液晶表示装置と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の液晶表示装置は、実施形態１における透明電極８がなく、第２透過反射膜１４が、液晶層６を駆動させるための電極として機能する。言い換えれば、第２透過反射膜１４は、反射透過機能付きの電極である。第２透過反射膜１４は、金属などの導電膜から形成され、反射機能および透過機能を有する程度の膜厚に調整される。
【００３９】
本実施形態によれば、第２透過反射膜の形成により電極が形成されるので、電極を別途形成する必要がない。また、第２透過反射膜と電極とを絶縁する絶縁膜を形成する必要がない。したがって、従来の液晶パネルと同等の製造工程により製造が可能となり、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４０】
（実施形態３）
図３は、実施形態３の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、第２透過反射膜が、透過機能および反射機能だけでなく、光拡散機能をも有する光拡散機能付き透過反射膜１５である。
【００４１】
光拡散機能付き透過反射膜１５は、例えば、表面に凹凸を有する透明樹脂膜と、透明樹脂膜上に成膜された透過反射膜との積層体から構成される。具体的には、アクリル樹脂膜を成膜した後、加熱処理を施すことによって、表面が変形して表面が凹凸状になる。この表面にスパッタ法等を用いて、透過反射膜を形成することで、光拡散機能を持った透過反射膜を形成することができる。透過反射膜の膜厚を調節することで、反射率を制御することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、第１透過反射膜９が鏡面である場合に、光拡散層を別途設ける必要がないので、製造コストの上昇を抑え、低価格が可能となる。
【００４３】
なお、光拡散機能付き透過反射膜１５に代えて、または透過反射膜１５とともに、第１透過反射膜９についても、光拡散機能を付与しても良い。また、透過反射膜を鏡面に形成し、光拡散層を別途形成しても良い。この場合、光拡散層は、透明樹脂層中に透明な微粒子を分散させるなどの方法により、形成することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
実施形態１〜３では、第２透過反射膜１３，１４，１５が光源側基板２０に配置されている。しかし、第２透過反射膜１３，１４，１５の配置はこれに限らず、カラーフィルタ層３と偏光板１との間であれば、いずれに配置しても良い。例えば、第２透過反射膜１３，１４，１５が観察者側基板３０に配置されていても良く、ガラス基板２と偏光板１との間に配置されていても良い。但し、第２透過反射膜１３，１４，１５は光源側基板２０に配置されるのが好ましい。第２透過反射膜１３，１４，１５が観察者側基板３０に配置された場合、第１透過反射膜９と第２透過反射膜１３，１４，１５との間に液晶層６が介在するので、第２透過反射膜１３，１４，１５で反射した光の光学補償と、第１透過反射膜９で反射した光の光学補償とが異なり、コントラストが低下するおそれがある。
【００４５】
実施形態１〜３では、カラーフィルタ層３が光源側基板２０に配置されている場合について説明したが、カラーフィルタ層３は観察者側基板３０に配置されていても良い。この場合、第２透過反射膜１３，１４，１５も観察者側基板３０に配置される。第１透過反射膜９は、液晶層６と偏光板１との間であれば、いずれに配置しても良い。例えば、ガラス基板１０と偏光板１１との間に配置しても良い。
【００４６】
しかし、カラーフィルタ層３と透過反射膜９，１３，１４，１５とは、できる限り近接しているのが好ましい。例えば、カラーフィルタ層３と第１透過反射膜９とが離れている場合、混色を生じる可能性がある。具体的には、カラーフィルタ層３で赤色に着色された入射光が、第１透過反射膜９を反射して観察者側に出射されるとき、緑色のカラーフィルタ層を通ることがある。この場合、出射光は赤色と緑色が混じり、暗くなる。また、カラーフィルタ層３と第２透過反射膜１３，１４，１５とが、液晶層６を挟む程度にまで離れている場合、第２透過反射膜１３，１４，１５で反射した光の光学補償と、第１透過反射膜９で反射した光の光学補償とが異なり、コントラストの低下を起こすことがある。
【００４７】
カラーフィルタ層３は、スリット状または円形状の無色透明な領域を有していても良い。また、無色透明な領域が占める面積は、色相の異なるカラーフィルタ層３の間で異なっていても良い。例えば、青色のカラーフィルタ層３中の無色透明領域の面積が、赤色および緑色の各カラーフィルタ層３中の無色透明領域の面積よりも大きくても良い。
【００４８】
次に、実施形態２の液晶表示装置による表示特性について、比較例と対比しながら述べる。実施形態２の第２透過反射膜１４は、アルミニウムの蒸着膜で作成し、反射率が６％となるように膜厚を調整する。カラーフィルタ層３はＹ＝４３であり、第１透過反射膜９は反射率と透過率との比が７０：３０である。
【００４９】
比較例は従来例２に相当し、第２透過反射膜１４をＩＴＯの蒸着膜に変更した場合である。比較例におけるカラーフィルタ層３はＹ＝６０である。なお、反射表示時における彩度を「反射時彩度」と呼び、透過表示時における彩度を「透過時彩度」と呼ぶ。反射時彩度および透過時彩度のそれぞれは、ＸＹＺ表色系におけるＲＧＢ各々の色度座標ｘｙを結んで得られる三角形の面積から算出することができる。彩度は、色彩輝度計を用いて測定する。
【００５０】
実施形態２の液晶表示装置は、反射時彩度が比較例のものと同等でありながら、透過時彩度が比較例のものよりも格段に向上している。第２透過反射膜を配置することで、反射時彩度を従来の液晶表示装置並に維持しながら、透過時彩度を大幅に向上させることができる。第２透過反射膜の反射率を適宜設定することにより、反射時彩度と透過時彩度とのバランスを任意に設定できる。したがって、ユーザの要望により、彩度バランスの変更を容易に行うことができる。なお、実施形態２の液晶表示装置は、反射表示時および透過表示時のいずれにおいても、コントラストが比較例のものと同等である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のカラー液晶パネルによれば、反射表示の際も透過表示の際も彩度の良い表示を得ることができる。また、比較的簡便に製造することができ、よってコストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態２の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態３の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図４】従来例１の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図５】従来例２の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１ 偏光板
２，１０ ガラス基板
３ カラーフィルタ層
４，８ 透明電極
５，７ 配向膜
６ 液晶層
９ 第１透過反射膜
１２ 光源
１３ 第２透過反射膜
１４ 透過反射機能付き電極
１５ 光拡散機能付き透過反射膜
１６，１６’反射表示における光（反射光）
１７ 透過表示における光（透過光）
２０ 光源側基板
３０ 観察者側基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型表示機能と透過型表示機能とを有するカラー液晶パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４および図５は、それぞれ、反射型表示機能と透過型表示機能とを有する従来例１および従来例２の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【０００３】
図４に示す液晶表示装置の製造工程について説明する。観察者側のガラス基板２上にカラーフィルタ層３を形成し、スピンコート法でオーバーコート処理を施した後、スパッタされた透明電極４をパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行う。
【０００４】
光源側のガラス基板１０上にＳｉＯ２膜とアルミ薄膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透過反射膜９（例えばスリットつきの反射膜）を形成する。上記と同様に、透明電極８と配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。基板２と基板１０とを対向させて貼り合わせ、両基板２，１０間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。基板２の観察者側および基板１０の光源側に、それぞれ偏光板１および１１を配置し、光源１２を設けることによって、図４に示す液晶表示装置が製造される。
【０００５】
次に、図５に示す液晶表示装置の製造工程について説明する。観察者側のガラス基板２上に透明導電膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透明電極４にパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行う。
【０００６】
光源側のガラス基板１０上にＳｉＯ２膜とアルミ薄膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透過反射膜９（例えばスリットつきの反射膜）を形成し、その上にカラーフィルタ層３を形成する。上記と同様に、透明電極８と配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。基板２と基板１０とを対向させて貼り合わせ、両基板２，１０間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。基板２の観察者側および基板１０の光源側に、それぞれ偏光板１および１１を配置し、光源１２を設けることによって、図５に示す液晶表示装置が製造される。
【０００７】
図４および図５に示す液晶表示装置では、観察者側からの外光を用いる反射表示と、光源光を用いる透過表示との両方の機能を持たせるために、透過反射膜９が使用されている。透過反射膜９としては、スリットつきの反射膜やハーフミラーが用いられる。
【０００８】
図４に示す従来例１および図５に示す従来例２の液晶表示装置では、それぞれ以下の問題が生じる。反射表示における光（反射光）１６は、観察者側からの外光がカラーフィルタ層３を通り、半透過反射膜９で反射され、カラーフィルタ層３を再度通り、観察者側へ出射した光である。ところが、透過表示における光（透過光）１７は、光源１２からの光源光がそのまま観察者側から出た光であるので、カラーフィルタ層３を１回しか通らない。したがって、同色のカラーフィルタ層３を２回通る反射光１６と、１回しか通らない透過光１７とでは、彩度が著しく異なるという問題が生じる。また、これら液晶表示装置では、反射表示を行うために、カラーフィルタ層３の透過率を上げているので、透過表示では色がほとんど認識できない状態となっていた。
【０００９】
反射表示と透過表示とで、彩度の差を解消することができる液晶表示装置が特許文献１に開示されている。この液晶表示装置では、反射板に対して、表面側と裏面側双方にカラーフィルタ層が配置されている。これにより、外光および光源光はともにカラーフィルタ層を２回通るので、反射表示と透過表示とで彩度に差がつくことがなく、鮮やかな表示が可能になる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３２１５６４号公報
【００１１】
しかし、カラーフィルタ層の作成は、フォトリソグラフィー工程によるものが主流であるので、赤、緑および青の各色のカラーフィルタ層に対してそれぞれフォトリソグラフィー工程を行う必要がある。したがって、製造が煩雑であり、価格が非常に高くなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、反射型表示機能と透過型表示機能とを有するカラー液晶パネルにおいて、反射表示の際も透過表示の際も彩度の良い表示を得ることを目的とする。また、比較的簡便に製造することができ、よってコストの上昇を抑えることをさらなる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラー液晶パネルは、光源側に配置される第１基板と、前記第１基板に対向し、観察者側に配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の間に介在する液晶層と、前記第１基板および前記第２基板の間に介在するカラーフィルタ層と、前記液晶層および前記カラーフィルタ層よりも前記光源側に配置され、前記観察者側から入射する外光を反射させ、かつ前記光源側から入射する光源光を透過させる第１透過反射膜と、前記カラーフィルタ層よりも前記観察者側に配置され、前記外光を反射させ、かつ前記光源光を透過させる第２透過反射膜とを有する。すなわち、観察者側から入射する外光を反射する機能と、光源の光を透過する機能とを有する第２透過反射膜を有し、カラーフィルタ層を用いたカラー液晶パネルにおいて、カラーフィルタ層に対して観察者側に、透過時と反射時の明度および色度を調整する第２透過反射膜が配置されている。
【００１４】
本発明によれば、透過光は、カラーフィルタ層の性能に見合った彩度となる。厳密には、光源光の一部は、第２透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通り、第１透過反射膜で反射し、再度カラーフィルタ層を通過し、第２透過反射膜を透過する。したがって、透過光の彩度は若干良好となる。
【００１５】
また、反射光は、第２透過反射膜により反射され、カラーフィルタ層を通らない無着色光と、第２透過反射膜を通り抜け、カラーフィルタ層を通り、第１透過反射膜で反射して、カラーフィルタ層を再度通り、さらに第２透過反射膜を通り抜けた着色光との合成光となって、出射する。したがって、カラーフィルタ層の性能の割には、反射光の彩度が低くなるが、外光の反射率は高くなる。言い換えれば、反射率と反射表示色の彩度とを従来並にした場合、色純度のより高いカラーフィルタ層を使うことができるので、透過表示色の彩度が格段に良好になる。
【００１６】
なお、第１透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通過した光の一部は、第２透過反射膜で反射して、カラーフィルタ層を再度通過し、再び第１透過反射膜で反射し、カラーフィルタ層を通過することによって、彩度を高めていく。
【００１７】
本発明のカラー液晶パネルは、前記カラーフィルタ層、前記第１透過反射膜および前記第２透過反射膜が、前記液晶層よりも前記光源側に配置され、前記液晶層側から前記第２透過反射膜、前記カラーフィルタ層および前記第１透過反射膜の順で配置されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、従来の液晶パネルと比較して、コントラストなどの光学特性の低下がなく、良好な表示を実現できる。具体的には、第２透過反射膜が液晶層よりも光源側に配置されることにより、第１透過反射膜で反射される光および第２透過反射膜で反射される光はともに、光学補償に影響を与える液晶層を同じ回数だけ通過するので、コントラストへの影響がない。また、典型的には、観察者側基板の観察者側に、光学補償に影響を与える偏光板が配置される。この場合にも、第１透過反射膜で反射される光および第２透過反射膜で反射される光はともに、観察者側の偏光板を同じ回数だけ通過するので、コントラストへの影響がない。
【００１９】
本発明のカラー液晶パネルは、前記第２透過反射膜が、前記液晶層を駆動させるための電極として機能することが好ましい。これにより、従来の液晶パネルの製造工程と比較して、第２透過反射膜を製造する工程を別途増やすことなく、製造が可能となる。
【００２０】
本発明のカラー液晶パネルは、前記第２透過反射膜が、３０％以下の反射率を有することが好ましい。反射率が３０％を超えると、第２透過反射膜を配置することによる利点、すなわち透過時と反射時の明度および色度を調整するという利点がなくなるおそれがある。
【００２１】
本発明のカラー液晶表示装置は、本発明のカラー液晶パネルと、前記第１基板の光源側および前記第２基板の観察者側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、光源とを有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、液晶層の駆動方式として、パッシブ（マルチプレックス）駆動方式を用いた場合について説明するが、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの三端子素子やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ） などの二端子素子によるアクティブ駆動方式を用いても良い。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、液晶パネルと、光源１２と、液晶パネルの外側面に設けられた一対の偏光板１，１１とを有する。液晶パネルは、光源１２側に配置される光源側基板２０と、光源側基板２０に対向し、かつ観察者側に配置される観察者側基板３０と、両基板２０，３０の間に介在する液晶層６とを有する。
【００２４】
光源側基板２０は、ガラス基板１０上に、第１透過反射膜９、カラーフィルタ層３、第２透過反射膜１３、透明電極８および配向膜７が順次積層された構造を有する。一方、観察者側基板３０は、ガラス基板２上に、透明電極４および配向膜５が順次積層された構造を有する。本実施形態では、液晶層６はパッシブ駆動されるので、透明電極４はストライプ状に設けられた列電極となり、透明電極８は列電極と直交するように設けられた行電極となる。なお、ガラス基板２，１０に代えて、透明な樹脂製基板を用いても良い。
【００２５】
第１透過反射膜９は、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる。第１透過反射膜９は、アルミニウムや銀などの金属膜、あるいは干渉方式による反射膜（以下、「干渉膜」ともいう。）などから形成される。干渉膜は、ＳｉＯ２などの誘電体から形成され、真空蒸着法やスパッタ法などを用いて成膜することができる。屈折率の異なる誘電体層を何層も重ね、各層間の反射を調節することで、全体の反射率を制御することができる。
【００２６】
第１透過反射膜９の反射率は、反射表示および透過表示における明度および色度を考慮して適宜設定されるが、好ましくは５０％以上９０％以下、より好ましくは６０％以上８０％以下である。
【００２７】
第２透過反射膜１３は、第１透過反射膜９と同様に、観察者側から入射する外光を反射させ、かつ光源側から入射する光源光を透過させる。第２透過反射膜１３としては、アルミニウムや銀などの金属膜の反射によるハーフミラー、あるいは干渉膜を用いることができる。第２透過反射膜１３の反射率は、反射表示および透過表示における明度および色度を考慮して適宜設定されるが、好ましくは３０％以下、より好ましくは３％以上２０％以下である。
【００２８】
透過反射膜９，１３の反射率の測定法について説明する。スパッタ装置などを用いて、ガラス基板上に第１透過反射膜９または第２透過反射膜１３をそれぞれ成膜する。分光測色計（例えばミノルタ製、ＣＭ−２００２ ）を用いて、拡散照明方式により、各透過反射膜の反射率を測定する。拡散照明方式とは、積分球などを使って、試料をあらゆる方向から均等に照明する方法である。なお、積分球は、光をほぼ完全に拡散反射するように、硫酸バリウムなどの白い塗料で内面を塗布した球状の測色器具である。白色板をリファレンスとして用い、このときの反射率を１００％とする。
【００２９】
本実施形態の液晶表示装置では、観察者側から入射した外光が第１透過反射膜９で反射した光１６と、第２透過反射膜１３で反射した光１６’との合成光として観察者側へ出射する。すなわち、反射表示の出射光は、第１透過反射膜９で反射する光１６と、第２透過反射膜１３で反射する光１６’との合成光である。両光１６，１６’が偏光板１や液晶層６などを通過することによる光学補償効果は略同じである。しかし、光１６はカラーフィルタ層３を２回通過するのに対して、光１６’はカラーフィルタ層３を通過していないので、着色がなく（光の吸収がなく）白色である。したがって、光１６と光１６’との合成光は、同じカラーフィルタ層３を使用した従来例と比較して、より明るくなり、彩度がより淡くなる。
【００３０】
一方、光源１２から入射した光源光は、第１透過反射膜９、カラーフィルタ層３、第２透過反射膜１３を順次通過して、観察者側へ出射する。但し、第１透過反射膜９およびカラーフィルタ層３を通過した光の一部は、第２透過反射膜１３で反射して、カラーフィルタ層３を再び通過し、第１透過反射膜９で反射される。第１透過反射膜９で反射された光の一部は、カラーフィルタ層３を通過し、第２透過反射膜１３を通過して、観察者側へ出射する。すなわち、透過光１７は、カラーフィルタ層３を３回通過して彩度が高められた光を含むので、従来例よりも彩度のさらに高い光となる。なお、第１透過反射膜９で反射された光の一部は、第２透過反射膜１３で反射して、さらに彩度が高められる。
【００３１】
反射表示時の彩度は高いが、透過表示時の彩度は低くしかできなかった従来のカラー液晶パネルに本発明を適用することで、反射表示時および透過表示時における彩度の差を小さくすることができる。あるいは、第１透過反射膜９および第２透過反射膜１３の各反射率のバランスを調整することにより、反射表示時および透過表示時における明度および色度を自由に設定することができる。
【００３２】
実用的な観点から、反射表示時の明度と透過表示時の彩度とが重要である。本実施形態の液晶表示装置によれば、従来の半透過型カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタよりも色純度（彩度）を向上させたカラーフィルタ層３を用いることができる。したがって、従来の半透過型カラー液晶表示装置よりも、透過表示時における彩度を向上させることができる。
【００３３】
次に、本実施形態のカラー液晶表示装置を製造する工程について説明する。観察者側のガラス基板２上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物） などの透明導電膜をスパッタした後、フォトリソグラフィーによって透明電極４にパターン加工する。その上にロールコーター法により配向膜５を形成してラビング処理を行うことにより、観察者側基板３０が作成される。
【００３４】
次に、光源側のガラス基板１０上に、アルミニウムまたは銀などの金属膜を蒸着して、第１透過反射膜９を形成する。その上にカラーフィルタ層３を形成し、さらにオーバーコート処理を施す。オーバーコート膜（不図示）の上に、第２透過反射膜１３を形成する。蒸着法やコーティング法などの適宜な方法を用いて、金属膜からハーフミラーを形成するか、あるいは干渉方式による反射膜を形成することにより、第２透過反射膜１３が形成される。
【００３５】
観察者側基板３０と同様に、第２透過反射膜１３上に透明電極８および配向膜７を形成した後、ラビング処理を行う。なお、第２透過反射膜１３が金属などの導電体から形成されている場合は、絶縁膜を用いて第２透過反射膜１３を遮蔽して、透明電極８から第２透過反射膜１３へのリークを防ぐ必要がある。
【００３６】
光源側基板２０と観察者側基板３０とを互いに対向させて貼り合わせ、両基板２０，３０の間に液晶材料を注入して液晶層６を形成する。これにより、カラー液晶パネルが作成される。光源側基板２０の光源側および観察者側基板３０の観察者側に、所定の位相差をもった位相差板（不図示）や所定の光軸をもった偏光板１，１１をそれぞれ貼り合わせ、さらに光源１２を配置することによって、本実施形態のカラー液晶表示装置が作成される。
【００３７】
（実施形態２）
図２は、実施形態２の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。以降の図面においては、実施形態１の液晶表示装置と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の液晶表示装置は、実施形態１における透明電極８がなく、第２透過反射膜１４が、液晶層６を駆動させるための電極として機能する。言い換えれば、第２透過反射膜１４は、反射透過機能付きの電極である。第２透過反射膜１４は、金属などの導電膜から形成され、反射機能および透過機能を有する程度の膜厚に調整される。
【００３９】
本実施形態によれば、第２透過反射膜の形成により電極が形成されるので、電極を別途形成する必要がない。また、第２透過反射膜と電極とを絶縁する絶縁膜を形成する必要がない。したがって、従来の液晶パネルと同等の製造工程により製造が可能となり、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４０】
（実施形態３）
図３は、実施形態３の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、第２透過反射膜が、透過機能および反射機能だけでなく、光拡散機能をも有する光拡散機能付き透過反射膜１５である。
【００４１】
光拡散機能付き透過反射膜１５は、例えば、表面に凹凸を有する透明樹脂膜と、透明樹脂膜上に成膜された透過反射膜との積層体から構成される。具体的には、アクリル樹脂膜を成膜した後、加熱処理を施すことによって、表面が変形して表面が凹凸状になる。この表面にスパッタ法等を用いて、透過反射膜を形成することで、光拡散機能を持った透過反射膜を形成することができる。透過反射膜の膜厚を調節することで、反射率を制御することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、第１透過反射膜９が鏡面である場合に、光拡散層を別途設ける必要がないので、製造コストの上昇を抑え、低価格が可能となる。
【００４３】
なお、光拡散機能付き透過反射膜１５に代えて、または透過反射膜１５とともに、第１透過反射膜９についても、光拡散機能を付与しても良い。また、透過反射膜を鏡面に形成し、光拡散層を別途形成しても良い。この場合、光拡散層は、透明樹脂層中に透明な微粒子を分散させるなどの方法により、形成することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
実施形態１〜３では、第２透過反射膜１３，１４，１５が光源側基板２０に配置されている。しかし、第２透過反射膜１３，１４，１５の配置はこれに限らず、カラーフィルタ層３と偏光板１との間であれば、いずれに配置しても良い。例えば、第２透過反射膜１３，１４，１５が観察者側基板３０に配置されていても良く、ガラス基板２と偏光板１との間に配置されていても良い。但し、第２透過反射膜１３，１４，１５は光源側基板２０に配置されるのが好ましい。第２透過反射膜１３，１４，１５が観察者側基板３０に配置された場合、第１透過反射膜９と第２透過反射膜１３，１４，１５との間に液晶層６が介在するので、第２透過反射膜１３，１４，１５で反射した光の光学補償と、第１透過反射膜９で反射した光の光学補償とが異なり、コントラストが低下するおそれがある。
【００４５】
実施形態１〜３では、カラーフィルタ層３が光源側基板２０に配置されている場合について説明したが、カラーフィルタ層３は観察者側基板３０に配置されていても良い。この場合、第２透過反射膜１３，１４，１５も観察者側基板３０に配置される。第１透過反射膜９は、液晶層６と偏光板１との間であれば、いずれに配置しても良い。例えば、ガラス基板１０と偏光板１１との間に配置しても良い。
【００４６】
しかし、カラーフィルタ層３と透過反射膜９，１３，１４，１５とは、できる限り近接しているのが好ましい。例えば、カラーフィルタ層３と第１透過反射膜９とが離れている場合、混色を生じる可能性がある。具体的には、カラーフィルタ層３で赤色に着色された入射光が、第１透過反射膜９を反射して観察者側に出射されるとき、緑色のカラーフィルタ層を通ることがある。この場合、出射光は赤色と緑色が混じり、暗くなる。また、カラーフィルタ層３と第２透過反射膜１３，１４，１５とが、液晶層６を挟む程度にまで離れている場合、第２透過反射膜１３，１４，１５で反射した光の光学補償と、第１透過反射膜９で反射した光の光学補償とが異なり、コントラストの低下を起こすことがある。
【００４７】
カラーフィルタ層３は、スリット状または円形状の無色透明な領域を有していても良い。また、無色透明な領域が占める面積は、色相の異なるカラーフィルタ層３の間で異なっていても良い。例えば、青色のカラーフィルタ層３中の無色透明領域の面積が、赤色および緑色の各カラーフィルタ層３中の無色透明領域の面積よりも大きくても良い。
【００４８】
次に、実施形態２の液晶表示装置による表示特性について、比較例と対比しながら述べる。実施形態２の第２透過反射膜１４は、アルミニウムの蒸着膜で作成し、反射率が６％となるように膜厚を調整する。カラーフィルタ層３はＹ＝４３であり、第１透過反射膜９は反射率と透過率との比が７０：３０である。
【００４９】
比較例は従来例２に相当し、第２透過反射膜１４をＩＴＯの蒸着膜に変更した場合である。比較例におけるカラーフィルタ層３はＹ＝６０である。なお、反射表示時における彩度を「反射時彩度」と呼び、透過表示時における彩度を「透過時彩度」と呼ぶ。反射時彩度および透過時彩度のそれぞれは、ＸＹＺ表色系におけるＲＧＢ各々の色度座標ｘｙを結んで得られる三角形の面積から算出することができる。彩度は、色彩輝度計を用いて測定する。
【００５０】
実施形態２の液晶表示装置は、反射時彩度が比較例のものと同等でありながら、透過時彩度が比較例のものよりも格段に向上している。第２透過反射膜を配置することで、反射時彩度を従来の液晶表示装置並に維持しながら、透過時彩度を大幅に向上させることができる。第２透過反射膜の反射率を適宜設定することにより、反射時彩度と透過時彩度とのバランスを任意に設定できる。したがって、ユーザの要望により、彩度バランスの変更を容易に行うことができる。なお、実施形態２の液晶表示装置は、反射表示時および透過表示時のいずれにおいても、コントラストが比較例のものと同等である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のカラー液晶パネルによれば、反射表示の際も透過表示の際も彩度の良い表示を得ることができる。また、比較的簡便に製造することができ、よってコストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態２の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態３の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図４】従来例１の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図５】従来例２の半透過型カラー液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１ 偏光板
２，１０ ガラス基板
３ カラーフィルタ層
４，８ 透明電極
５，７ 配向膜
６ 液晶層
９ 第１透過反射膜
１２ 光源
１３ 第２透過反射膜
１４ 透過反射機能付き電極
１５ 光拡散機能付き透過反射膜
１６，１６’反射表示における光（反射光）
１７ 透過表示における光（透過光）
２０ 光源側基板
３０ 観察者側基板
Claims (5)
- 光源側に配置される第１基板と、
前記第１基板に対向し、観察者側に配置される第２基板と、
前記第１基板および前記第２基板の間に介在する液晶層と、
前記第１基板および前記第２基板の間に介在するカラーフィルタ層と、
前記液晶層および前記カラーフィルタ層よりも前記光源側に配置され、前記観察者側から入射する外光を反射させ、かつ前記光源側から入射する光源光を透過させる第１透過反射膜と、
前記カラーフィルタ層よりも前記観察者側に配置され、前記外光を反射させ、かつ前記光源光を透過させる第２透過反射膜とを有する、カラー液晶パネル。 - 前記カラーフィルタ層、前記第１透過反射膜および前記第２透過反射膜は、前記液晶層よりも前記光源側に配置され、前記液晶層側から前記第２透過反射膜、前記カラーフィルタ層および前記第１透過反射膜の順で配置されている、請求項１に記載のカラー液晶パネル。
- 前記第２透過反射膜は、前記液晶層を駆動させるための電極として機能する、請求項２に記載のカラー液晶パネル。
- 前記第２透過反射膜は、３０％以下の反射率を有する、請求項２に記載のカラー液晶パネル。
- 請求項１から４のいずれか１項に記載のカラー液晶パネルと、前記第１基板の光源側および前記第２基板の観察者側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、光源とを有するカラー液晶表示装置。
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