JP2006030896A - 液晶表示装置 - Google Patents

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剛 平瀬
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Abstract

【課題】表示品位を保ちながら広い有効表示領域を確保する。
【解決手段】第1の基板32と第2の基板31との間に液晶層33を設けている液晶表示装置29であって、第1の基板32の主面および第2の基板31の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、第1の基板32側から液晶層33に入射する光を第1の基板32側に反射して映像を表示する複数の反射領域Rと、第1の基板32の主面および第2の基板31の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、第2の基板31側から液晶層33に入射する光を第1の基板32側へ透過して映像を表示する複数の透過領域Tとを備え、第1の基板32は、反射領域Rに配置されて所定の色を透過する第1の着色層51を含み、第2の基板31は、透過領域Tのみに配置されて所定の色の光を透過する第2の着色層44を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、外光を反射する反射領域と光源からの光を透過する透過領域とを1絵素内に設けている半透過型の液晶表示装置に関するものである。
近年、携帯電話やPDA端末等のように液晶表示装置を備えた携帯用情報機器が急速に発達している。この携帯用情報機器に用いられる液晶表示装置には、屋外・屋内等の環境によらない高表示品位と低消費電力とが求められている。これら要求を満たす液晶表示装置として1絵素内に反射領域と透過領域とを備えて反射型と透過型の両モードで表示可能な半透過型の液晶表示装置が注目されている。
たとえば、特開2002−296582号公報において図8に示すような半透過型の液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、下側基板1とカラーフィルタ基板2との間に液晶層3を介設しており、観測者側である上方から入射する外光を反射させて表示を行う反射領域Rと、下方のバックライト(図示せず)からの光を透過させて表示を行う透過領域Tとを1絵素内に備えている。下側基板1の液晶層3側の主面の透過領域Tには透明電極4を形成している。下側基板1の液晶層3側の主面の反射領域Rには凹凸部5を形成すると共にその上層に反射電極6を形成している。カラーフィルタ基板2は、ガラス基板7にカラーフィルタ層8を形成し、そのカラーフィルタ層8の液晶層側に対向電極9を形成している。
上記した半透過型液晶表示装置では、透過領域Tにおける表示品位と反射領域Rにおける表示品位とを等しくするため、図9に示すように、1絵素内のカラーフィルタ層8には、互いに色濃度が異なる透過用カラーフィルタ領域8aと反射用カラーフィルタ領域8bとの2種類を形成している。すなわち、カラーフィルタ層8は全部で6色(赤緑青3色×透過・反射2種類=6色)を使用している。具体的には、透過領域Tに存在する透過用カラーフィルタ領域8aにはバックライト(図示せず)からの透過光が1回通過するだけであるが、反射領域Rに存在する反射用カラーフィルタ領域8bには外光が反射電極6で反射して2回通過することになる。したがって、反射モードと透過モードとで表示品位を合わせるために、反射用カラーフィルタ領域8bの色濃度を透過用カラーフィルタ領域8aの色濃度よりも小さくしている。
しかしながら、上記のようなカラーフィルタ層8を6色としている半透過型液晶表示装置では、透過用カラーフィルタ領域8aと反射用カラーフィルタ領域8bとが異なる工程で作成される。そのため、図10に示すように、フォトリソグラフィ工程でのマスク位置あわせのマージンなどを考慮すると、隣接する2つのカラーフィルタ領域8a、8bの境界はきれいにつながらずに、カラーフィルタ領域8a、8bの端部同士が互いに被さってしまう。その結果、正しい表示に寄与できない無効領域Aが発生してしまい、有効表示領域の開口率の向上が実現できない問題が生じる。
特開2002−296582号公報
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、表示品位を保ちながら、広い有効表示領域を確保することを課題としている。
上記課題を解決するため、本発明は、第1の基板と、当該第1の基板に対向するように配置される第2の基板と、当該第1の基板と当該第2の基板との間に設けられる液晶層とを有する液晶表示装置であって、
前記第1の基板の主面および第2の基板の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、前記第1の基板側から前記液晶層に入射する光を当該第1の基板側に反射して映像を表示する複数の反射領域と、
前記第1の基板の主面および前記第2の基板の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、前記第2の基板側から前記液晶層に入射する光を当該第1の基板側へ透過して映像を表示する複数の透過領域とを備え、
前記第1の基板は、所定の色の光を透過し、各前記反射領域に配置されて第1の着色層を含み、
前記第2の基板は、所定の色の光を透過し、各前記反射領域と各前記透過領域との内、各当該透過領域のみに配置される第2の着色層を含む、液晶表示装置を提供している。
前記構成とすると、透過表示に寄与する第2の着色層と、反射表示に寄与する第1の着色層とが異なる基板に形成されるので、従来例のように第1の着色層の端部と第2の着色層の端部とがオーバラップして重なり無効領域を生じるといったことがなく、有効表示領域の開口率を向上させることができる。また、1絵素内において一方の基板に異なる着色層を混在させずに、対向する別の基板に夫々分けて形成しているので、重なり部分の不具合を修正することが不要となりプロセス工程が簡素化されて製造工数の増加を抑制することもできる。
前記第1の着色層は、前記第1の基板の前記透過領域にも配置されていることを特徴とする。
前記構成とすると、第1の着色層は、反射表示と透過表示の両方に寄与し、反射領域と透過領域との両方に配置される。すなわち、第1の着色層は反射領域と透過領域との間に境界を生じない。したがって、第1の基板と第2の基板とを貼り合わせる際に、反射領域と透過領域との境界における位置合わせを意識する必要がないので、第1の基板を第2の基板に貼り合わせる際の位置あわせに要求される精度を緩和させることが可能となる。
前記第1の着色層と前記第2の着色層とは、略同一の色素含有濃度を有し、かつ略同一の膜厚を有することを特徴とする。
即ち、第1の着色層が反射領域と透過領域の両方に配置される際に、色素含有濃度が同じである第1の着色層と第2の着色層とをそれぞれ同じ膜厚に形成すれば、第1の着色層を1度通過する反射領域と、第2の着色層および第1の着色層をそれぞれ1度通過する透過領域とで光の吸収率が略同一となる。したがって、反射モードと透過モードとの間で光透過率の整合を図ることができる。
前記第2の基板の前記液晶層側における主面には、前記反射領域における前記液晶層の層厚が前記透過領域における前記液晶層の層厚よりも小さくなるように、凸部が形成されていることを特徴とする。
前記構成のように、反射領域に凸部を設けて液晶層の厚さを変化させたマルチギャップ構造とすることにより、透過領域の光路長と反射領域の光路長とを整合させることができ、反射モードと透過モードとの両方で最適な輝度を確保できる。具体的には、透過領域における液晶層の厚さが反射領域における液晶層の厚さの約2倍となるようにして、反射表示と透過表示との光路長の整合を図ることで、両モードでの光の利用効率を最適化することができる。
前記反射領域であって、かつ前記第2の基板の前記液晶層側における主面には、凹凸面が形成されていることを特徴とする。
前記構成とすると、凹凸面により反射光が散乱されて光の指向性が低減され、紙のように良好な視認性を得ることができる。この際、第2の着色層は透過領域にのみ設けているため、膜厚制御が行いにくい凹凸面の上に着色層を形成する必要がないという大きな利点がある。
前記第1の着色層および前記第2の着色層の構造は、前記第1の着色層を光が2度通過したときの光透過率と前記第2の着色層を1度通過したときの光透過率とが略同一となる構成であることを特徴とする。
前記構成とすることで、第1の着色層を反射領域に形成すると共に第2の着色層を透過領域に形成した場合には、観測者側からの外光が第1の着色層を2回通過することで表示を行う反射モードと、バックライトからの光が第1の着色層および第2の着色層とを透過することで表示を行う透過モードとの間で、輝度および色再現性の整合性がとれるので、両モードでギャップのない優れた表示を行うことができる。
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、第1の着色層と第2の着色層とが異なる基板に形成されるので、従来例のように1絵素内で隣接する着色層の端部同士が重なり無効領域を生じるといった問題がなくなり、有効表示領域を広くすることができる。さらに、1絵素内において一方の基板に異なる着色層を混在させずに、対向する別の基板に分けて形成しているので、プロセス工程が簡素化されて製造効率が向上する。また、第1の着色層を反射領域と透過領域との両方に配置した場合には、反射領域と透過領域との間に着色層の境界を生じないので、第1の基板を第2の基板に貼り合わせる際の位置合わせ精度を緩和させることができる。さらに、反射領域に光散乱のための凹凸面を形成した場合、本発明では第2の着色層を透過領域のみに形成するため、膜厚制御が行いにくい凹凸面の上に着色層を形成する必要がない利点もある。
本発明の第1実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の半透過型液晶表示装置29は、図1に示すように、アクティブマトリクス基板(第2の基板)31の主面S2と、対向基板(第1の基板)32の主面S1とで液晶層33を挟持した液晶パネル30を備え、液晶パネル30の背面側(図1中の下側)にバックライト(図示せず)を配置している。液晶表示装置29は、1つの絵素領域内にバックライトからの光を上方に透過して表示を行う透過領域Tと、観測者側からの外光を反射して表示を行う反射領域Rとを備えた半透過型の液晶表示装置としている。なお、対向基板32の主面S1とは、観測者側の面ではない液晶層33側に対向する面を意味する。また、アクティブマトリクス基板31の主面S2とは、バックライト側の面ではない液晶層33側に対向する面を意味する。
アクティブマトリクス基板31は、ガラス等からなる絶縁性の透明基板34上にTFT(薄膜トランジスタ)35が形成されている。TFT35は、下から順にゲート電極36、ゲート絶縁膜37、半導体薄膜38を備えていると共にチャネル領域がストッパ39により保護されており、層間絶縁膜41で被覆している。その層間絶縁膜41にはコンタクトホール49が開口していると共に、ドレイン電極43およびソース電極40が半導体薄膜38に電気接続されている。また、透明樹脂からなり上面に滑らかな凹凸面42aを有する凸部42を層間絶縁膜41の一部を覆うように設けてマルチギャップ構造が形成されている。凸部42は、透過領域T以外の領域に設けられ、反射領域Rに位置する上面を凹凸面42aとしている。凸部42の厚さは、透過領域Tにおける液晶層33の厚さTdと、反射領域Rにおける液晶層33の厚さRdとの関係が、Td≒2Rdとなるようにして、反射表示と透過表示との光路長の整合を図り、両モードでの光の利用効率を最適化している。
透過領域Tでは層間絶縁膜41の上面に第2の着色層44を形成している。すなわち、アクティブマトリクス基板31では透過領域Tのみに着色層44を形成し、反射領域Rには着色層を形成しない。第2の着色層44および凸部42の上面には透過領域Tと反射領域Rの両方にわたって透明電極45が形成されている。この透明電極45はコンタクトホール49を介してTFT35のドレイン電極43と電気接続している。凹凸面42a上に位置する透明電極45の上には反射電極46を形成している。即ち、反射電極46の表面が凹凸状になるようにして反射光の光散乱を促してペーパーホワイト表示を行っている。なお、反射電極の表面を平坦にして、別途、観測者側に拡散手段を設置しても良い。また、透明基板34の下面側には1/4波長板47と偏光板48とを積層している。
対向基板32は、ガラス等からなる絶縁性の透明基板50上に、反射表示と透過表示の両方に寄与する第1の着色層51を絵素領域の全面に形成している。また、第1の着色層51の液晶層側には透明電極52が形成されており、透明基板50の上面側には1/4波長板53と偏光板54とを積層している。
上記液晶表示装置29は、観測者側である上方から入射した外光が反射領域Rにおいて反射電極46で反射され、第1の着色層51を2回通過して表示する。一方、透過領域Tではバックライト(図示せず)からの光が第2の着色層44と第1の着色層51とをそれぞれ1回透過することで表示を行うが、透過領域Tの色度特性と反射領域Rの色度特性をできるだけ一致させるように(若しくは近づけるように)設定することが望ましい。そこで、第2の着色層44の色素含有濃度を第1の着色層51の色素含有濃度と実質的に同一にすると共に、第2の着色層44の膜厚を第1の着色層51の膜厚と実質的に同一にしている。その結果、第1の着色層51を1回通過したときの光透過率が、第2の着色層44を1回通過したときの光透過率と略同一となり、両モードで輝度および色再現性の整合性がとれた優れた表示品位を確保している。なお、ここで、「実質的に同一」とは±5%の誤差範囲を許容するものである。
上記構成からなる半透過型の液晶表示装置29であれば、第1の着色層51と第2の着色層44とが別々の基板31、32に形成されているため、図3に示すように、第2の着色層44の端部44aが第1の着色層51と重なって無効領域が発生するといった問題が起きず、有効表示領域の開口率が向上する構造となっている。また、アクティブマトリクス基板31と対向基板32とに分けて第1の着色層51と第2の着色層44とを形成しており、1絵素内において一方の基板に異なる着色層を混在させていないので、プロセス工程が簡素化でき製造工数を低減することができる。
また、第1の着色層51は反射領域Rと透過領域Tとに連続して形成され、反射領域Rと透過領域Tとの間において第1の着色層51の境界が生じないので、アクティブマトリクス基板31に対向基板32を貼り合わせる際の位置合わせ精度を緩和させることができる。このように、対向基板32は反射領域Rと透過領域Tとで違いがないため、アクティブマトリクス基板31に対して対向基板32を貼り合わせる際に、反射領域Rと透過領域Tとの境界の位置合わせを意識する必要がなくなり、製造効率が向上する。
また、着色層は膜厚により光透過率が異なるため、1つの着色層を形成する際には膜厚が均一になるように形成して表示品位を保つ必要がある。本実施形態では、第2の着色層44は透過領域Tのみに形成しているため、膜厚制御が行いにくい凹凸面42aの上に着色層を形成する必要がなく、表示品位が良好に保たれると共に生産性が良好になるメリットがある。
(実施例)
以下に、アクティブマトリクス基板31の製造工程を具体的に説明する。
ガラス基板34上に公知の手法によりTFT(薄膜トランジスタ)35を形成する。そして、層間絶縁膜41の上に赤の顔料が分散された樹脂フィルム(ドライフィルム)を全面にラミネートし、露光、現像及びベーク(熱処理)を行って所要の絵素領域内における透過領域Tに第2の着色層(赤)44Aを形成する(図2)。
次に、これに重ねて、緑の顔料が分散されたドライフィルムを全面にラミネートし、露光、現像及びベークを行って隣接する絵素領域内における透過領域Tに第2の着色層(緑)44Bを形成する。
次に、これに重ねて、青の顔料が分散されたドライフィルムを全面にラミネートし、露光、現像及びベークを行って隣接する絵素領域内における透過領域Tに第2の着色層(青)44Cを形成してRGB3色の第2の着色層44が形成される。該第2の着色層44の膜厚は約1.2μmとしている。なお、ドライフィルムをラミネートする代わりに、顔料が分散された感光性樹脂材料をスピンコートにより全面に塗布してもよい。また、各色の形成順序は他の順序であってもよい。
次に、層間絶縁膜41上の透過領域T以外の領域にアクリル樹脂を塗布して凸部42を形成し(膜厚約2.5μm)、凸部42の上面の反射領域Rにおいてフォトリソグライフィ工程と熱処理工程により滑らかな凹凸面42aを形成する。
次に、スパッタリング法により、IZO(Indium Zinc Oxide)またはITO(Indium Tin Oxide)膜を形成(約1.000Å)し、フォトリソグラフィ工程とエッチングにより透明電極45を形成する。
次に、スパッタリング法により、アルミ、モリブデン膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程によりパターン形成した後(アルミ、モリブデンそれぞれ約1.000Å)、エッチングを行うことにより凹凸面42a上に位置する透明電極45の上に反射電極46を形成する。
続いて、対向基板32の製造工程を説明する。
まず、ガラス基板34上に、第2の着色層44を形成した手法と同様にして、赤の顔料が分散された樹脂フィルム(ドライフィルム)を全面にラミネートし、露光、現像及びベーク(熱処理)を行って所要の絵素領域内の全面に第1の着色層(赤)51Aを形成する(図2)。
次に、これに重ねて、緑の顔料が分散されたドライフィルムを全面にラミネートし、露光、現像及びベークを行って隣接する絵素領域内の全面に第1の着色層(緑)51Bを形成する。
次に、これに重ねて、青の顔料が分散されたドライフィルムを全面にラミネートし、露光、現像及びベークを行って隣接する絵素領域内の全面に第1の着色層(青)51Cを形成してRGB3色の第1の着色層51が形成される。該第1の着色層51は、第2の着色層44と同じ膜厚(約1.2μm)としている。
なお、ドライフィルムをラミネートする代わりに、顔料を分散した感光性樹脂材料をスピンコートにより全面に塗布してもよい。さらに、各色の形成順序は他の順序であってもよい。また、着色層の形成方法は上記以外にも、Electron deposition、Printing、Ink-jet方式を用いてもよい。
次に、スパッタリング法によりIZO(Indium Zinc Oxide)またはITO(Indium Tin Oxide)を形成し、フォトリソグラフィ工程によりマスクを用いて絵素単位毎に所要形状に成膜(約1.000Å)し、透明電極52を形成する。
最終的には、アクティブマトリクス基板31と対向基板32の対向面に配向処理を施した後に互いを貼り合わせ、液晶材料を注入して液晶層33を形成し液晶パネル30を製造する。さらに、液晶パネル30の両面に偏光板48、54や位相差板(ex.1/4波長板など)47、53を貼りあわせ、バックライト(図示せず)を背面側に配置して液晶表示装置29が完成する。
液晶層33の層厚に関しては、反射領域Rにおける液晶層33の層厚をRd、透過領域Tにおける液晶層33の層厚をTd、凸部42の厚さをZdとすると、Td≒Rd+Zdの関係が成り立つように設計している。ここでは、Td=約5.0μm、Rd=約2.5μm、Zd=約2.5μmに設定している。アクティブマトリクス基板31と対向基板32との間に柱状スペーサ(図示せず)を介設する際に、反射領域Rに設ける場合はスペーサ高さを約2.5μmとし、透過領域Tやゲートバスライン上、ソースバスライン上に設ける場合はスペーサ高さを約5.0μmに設定する。球状スペーサを用いる場合は基板全面に散布するため、粒径が約2.5μmのものを使用する。
図4および図5は、本実施例に係る液晶表示装置29の光学特性に関するシミュレーション結果を示している。図4は光の波長と反射率との関係を表すグラフであり、図5は色再現性を表す色度グラフを示す。これらの結果から、本発明によれば反射率と色再現性において良好な表示が実現できることが確認された。
図6は第2実施形態を示す。
本実施形態に係る液晶表示装置60の液晶パネル61は、対向基板63側の第1の着色層65が透過領域Tを除いた領域に形成されている。また、アクティブマトリクス基板62に形成された第2の着色層64の膜厚は、対向基板63に形成された第1の着色層65の膜厚の約2倍にしている。例えば、第2の着色層64の膜厚を約2.4μm、第1の着色層65の膜厚を約1.2μmとしている。また、第1の着色層65の色素含有濃度と第2の着色層64の色素含有濃度とは略同一としている。
反射領域Rでは外光が反射電極46で反射して第1の着色層65を2回通過して表示を行う一方、透過領域Tではバックライト(図示せず)からの光が第2の着色層64のみを1回透過して表示を行うことになる。本実施形態では、第2の着色層64の膜厚を第1の着色層65の膜厚の約2倍にし、かつ、第1の着色層65と第2の着色層64の色素含有濃度が略同一とすることで、第2の着色層64を1度通過したときの光透過率が、第1の着色層65を2度通過したときの光透過率と略同一となる構成としているので、透過領域Tの色度特性と反射領域Rの色度特性を整合させることができる。
また、透過表示に寄与する第2の着色層64と反射表示に寄与する第1の着色層65とが異なる基板62、63に形成されるので、第2の着色層64の端部64aと第1の着色層65の端部65aとが接触して重なることもない。したがって、目的とする表示に寄与しない無効領域が生じず、有効表示領域の開口率が向上する。また、第2の着色層64と第1の着色層65とが別基板62、63に分けて形成されることで、プロセス工程が簡素化されて製造工数を低減することができる。なお、他の構成は第1実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
図7は第3実施形態を示す。
本実施形態に係る液晶表示装置70の液晶パネル71では、対向基板73に形成された第1の着色層75は反射領域Rでの膜厚よりも透過領域Tでの膜厚を大きくしている。また、アクティブマトリクス基板72に形成された第2の着色層74の色素含有濃度は、対向基板73に形成された第1の着色層75の色素含有濃度よりも小さくしている。該構成とすることで、観測者側からの外光が反射領域Rで第1の着色層75を2回通過したときの透過率と、バックライト(図示せず)からの光が透過領域Tで第2の着色層74および第1の着色層75をそれぞれ1回通過したときの透過率とを略同一となる構成としている。
これにより、透過領域Tの色度特性と反射領域Rの色度特性を整合させることができる。また、色素含有濃度の異なる第2の着色層74と第1の着色層75とが別々の基板72、73に形成されるので、従来例のように第2の着色層74と第1の着色層75との境界で無効領域が発生するといったこともない。なお、他の構成は第1実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
本発明の第1実施形態の液晶表示装置の断面図である。 第1実施形態の液晶表示装置の模式的な平面図である。 図1の要部拡大図である。 反射率の計算結果を示すグラフである。 色再現性の計算結果を示すグラフである。 第2実施形態の液晶表示装置の断面図である。 第3実施形態の液晶表示装置の断面図である。 従来例を示す断面図である。 従来例のカラーフィルタ層を示す断面図である。 従来例の要部拡大図である。
符号の説明
29、60、70 液晶表示装置
30、61、71 液晶パネル
31、62、72 アクティブマトリクス基板(第2の基板)
32、63、73 対向基板(第1の基板)
33 液晶層
34、50 透明基板
35 TFT
36 ゲート電極
37 ゲート保護膜
38 半導体薄膜
39 ストッパ
40 ソース電極
41 層間絶縁膜
42 凸部
42a 凹凸面
43 ドレイン電極
44、64、74 第2の着色層
45、52 透明電極
46 反射電極
47、53 1/4波長板
48、54 偏光板
51、65、75 第1の着色層
R 反射領域
T 透過領域

Claims (6)

  1. 第1の基板と、当該第1の基板に対向するように配置される第2の基板と、当該第1の基板と当該第2の基板との間に設けられる液晶層とを有する液晶表示装置であって、
    前記第1の基板の主面および第2の基板の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、前記第1の基板側から前記液晶層に入射する光を当該第1の基板側に反射して映像を表示する複数の反射領域と、
    前記第1の基板の主面および前記第2の基板の主面において2次元状に並んだ状態で規定され、前記第2の基板側から前記液晶層に入射する光を当該第1の基板側へ透過して映像を表示する複数の透過領域とを備え、
    前記第1の基板は、所定の色の光を透過し、各前記反射領域に配置されて第1の着色層を含み、
    前記第2の基板は、所定の色の光を透過し、各前記反射領域と各前記透過領域との内、各当該透過領域のみに配置される第2の着色層を含む、液晶表示装置。
  2. 前記第1の着色層は、前記第1の基板の前記透過領域にも配置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。
  3. 前記第1の着色層と前記第2の着色層とは、略同一の色素含有濃度を有し、かつ略同一の膜厚を有することを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2の基板の前記液晶層側における主面には、前記反射領域における前記液晶層の層厚が前記透過領域における前記液晶層の層厚よりも小さくなるように、凸部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。
  5. 前記反射領域であって、かつ前記第2の基板の前記液晶層側における主面には、凹凸面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。
  6. 前記第1の着色層および前記第2の着色層の構造は、前記第1の着色層を光が2度通過したときの光透過率と前記第2の着色層を1度通過したときの光透過率とが略同一となる構成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。
JP2004213385A 2004-07-21 2004-07-21 液晶表示装置 Withdrawn JP2006030896A (ja)

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