JP2006338055A - 反射透過両用型カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射透過両用型カラー液晶表示装置の反射表示時の明るさとコントラストを維持したまま透過表示時の表示色彩度を向上させる。
【解決手段】反射透過両用型カラー液晶表示装置は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在するＳＴＮ型液晶層と、前記ＳＴＮ型液晶層側の前記第２基板上に形成された反射膜１１と、前記反射膜１１上に形成されたカラーフィルタ１０と、前記カラーフィルタ１０上に形成されたオーバーコート層とを備え、前記第１基板側から入射した光を前記反射膜１１によって前記第１基板側へ反射させる反射領域Ｒｅと、前記第２基板側から入射した光を前記第１基板側へ透過させる透過領域Ｔｒとを有する画素領域がマトリクス状に複数形成されている。前記カラーフィルタ１０は、前記反射領域Ｒｅ内に開口部１０ａを有し、前記開口部１０ａが複数あると共に、前記開口部が前記透過領域Ｔｒを挟んで設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射機能および透過機能を備えた反射透過両用型カラー液晶表示装置に関し、特には透過表示を重視した反射透過両用型カラー液晶表示装置に関する。反射透過両用型カラー液晶表示装置とは、周囲環境が明るいときには外部から入射する外部光を用いて反射表示を行い、周囲環境が暗いときにはバックライト光を用いて透過表示を行うカラー液晶表示装置である。本発明の液晶表示装置は、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、電子手帳などの携帯情報機器、あるいは液晶モニターを備えたカメラ一体型ＶＴＲなどに用いられる。

反射透過両用型カラー液晶表示装置は、消費電力が少ない事やバックライトを利用した透過表示が可能であり、あらゆる環境において使用できるといった特徴から、携帯機器等のディスプレイとして広く使用されようとしている。

従来の反射透過両用型カラー液晶表示装置では、カラー表示を行うために、カラーフィルタが、背面基板に形成された反射膜上に積層され、かつ、前記反射膜には、一部に光透過用の開口を有する反射膜が反射透過両用反射膜として採用されている。

ここで、カラーフィルタと反射膜は、基板厚による視差による表示色彩度低下を防ぐため液晶パネル内に形成され、反射時の明るさを稼ぐためカラーフィルタは高透過率のものが使用されている。

また、他の半透過反射膜としては、アルミや銀等のメタルを薄膜化しハーフミラーにしたものや、メタルをエッチングによりパターニングし、メタルが残っている部分を反射用として使用し、メタルを除去した部分を透過用として使用するものや、屈折率の異なる誘電体を積層し干渉を利用したものがある。

上記の液晶表示装置は、例えば特許文献１（特開平１１−０５２３６６号公報）に示されている。該公報では、背面基板に形成された反射膜上にカラーフィルタが積層され、かつ、前記反射膜として、カラーフィルタの画素と対向する部位の一部に、光透過用の開孔を有する反射膜が採用されている。

さらに、特許文献２（特開平１１−１８３８９２号公報）では、前側基板に設けられたカラーフィルタに開口を設け、後側基板の内面には、カラーフィルタの開口に対応する位置に反射膜を設け、さらに、その背面側に半透過反射板を設けた液晶表示素子が提案されている。これにより、反射表示時は、カラーフィルタの開口以外の部分を透過して半透過反射板で反射された着色光と、カラーフィルタの開口を透過して反射膜で反射された高輝度の非着色光で、高輝度のカラー画素の表示が可能となり、透過表示時は、カラーフィルタの開口以外の部分を透過した着色光だけを素子前方に出射させてコントラストの高いカラー画素の表示が可能となることが示されている。
特開平１１−０５２３６６号公報 特開平１１−１８３８９２号公報

しかしながら、特許文献１記載の液晶表示装置では、反射時の明るさを稼ぐための高透過率のカラーフィルタを採用した場合は、反射表示時はカラーフィルタを２回通過するため表示色彩度は高くなるものの、透過表示時はカラーフィルタを１回しか通過しないので表示色彩度が大きく低下するといった問題があり、また、透過表示時の表示色彩度を上げようと高彩度（低透過率）のカラーフィルタを採用すると、反射時の明るさが大きく低下し、視認性を著しく低下させるといった問題があった。

さらに、特許文献２記載の液晶表示素子では、二つの反射膜を用意することが必要であり、さらに、反射表示時には、後側基板内面に設けられた反射膜と、背面側に設けられた半透過反射板による２つの反射光を利用するので、後側基板の存在による視差の影響を受けて色純度が低下する等の問題があった。

よって本発明は、反射透過両用型カラー液晶表示装置、特に透過表示重視の反射透過両用型カラー液晶表示装置において、製造工程数を増やすことなく、反射表示時の明るさコントラストを維持したまま透過表示時の表示色彩度を向上させることにある。

上記課題を解決するために、本発明の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、前記液晶層側の前記第２基板上に形成された反射膜と、前記反射膜上に形成されたカラーフィルタとを備え、前記第１基板側から入射した光を前記反射膜によって前記第１基板側へ反射させる反射領域と、前記第２基板側から入射した光を前記第１基板側へ透過させる透過領域とを有する画素領域がマトリクス状に複数形成された反射透過両用型カラー液晶表示装置であって、前記カラーフィルタは、前記反射領域内に開口部を有する。

すなわち、本発明の反射透過両用型カラー液晶表示装置（以下、単に「液晶表示装置」ともいう。）は、カラーフィルタの開口部が、１画素中の反射領域内に位置するように設けられ、透過領域に重ならないように設けられている。

本発明の液晶表示装置では、液晶表示装置背面に設けた光源を利用する透過表示時には、透過領域を透過した光が、カラーフィルタを通過し出射されることで、表示色彩度を満足する明るい表示が得られる。このときに、光源の輝度、第２基板上の透過領域の面積及び形状と、カラーフィルタの彩度や透過率または膜厚を調整することで所望の特性が得られるのである。

透過領域は、通常は、反射膜が形成されていない領域であるが、反射膜の膜厚を薄くして、液晶表示装置背面に設けた光源からの光が透過率９０％以上、好ましくは９５％以上で透過する領域も透過領域に含められる。また、反射領域は、第１基板側（観察者側）からの光が全反射（反射率１００％）する領域だけでなく、第１基板側からの光の一部が透過し、反射率９０％以上、好ましくは９５％以上で反射する領域も含む。

外光を利用する反射表示時には、液晶表示装置前方（観察者側）から入射した光が、カラーフィルタあるいはカラーフィルタの開口部を通り、反射膜の反射領域部で反射され、再び、カラーフィルタあるいはカラーフィルタの開口部を通過し出射されるので、着色のない出射光と着色された出射光の合成出射光となり、明るい表示が得られる。このときに、カラーフィルタの特性、カラーフィルタの開口部の面積及び形状を適時調整することにより、出射光の明るさや彩度を調整することが可能になる。また、カラーフィルタの開口部を大きくすることで、色純度の高いカラーフィルタを採用することも可能となるのである。

本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィルタが、前記反射領域内に複数の開口部を有することが好ましい。これにより、反射表示時において、着色のない出射光が一画素中に分散されて第１基板側へ出射されるので、一画素中の明るい領域が分散され、視認性が向上する。

本発明の液晶表示装置は、前記反射膜が、前記液晶層側の表面が凹凸形状を有する拡散反射膜であることが好ましい。これにより、反射表示時において、反射膜による反射光が拡散されてカラーフィルタを透過し、第１基板側へ出射されるので、合成出射光の明るさや彩度が一画素中で均質化され、視認性が向上する。

本発明の液晶表示装置は、前記画素領域に対する前記透過領域の面積比は１０％以上５０％以下であり、前記反射領域に対する、前記開口部が形成された領域の面積比は５％以上３０％以下であることが好ましい。これにより、反射表示時および透過表示時において実使用を満足できる反射透過両用型カラー液晶表示装置が実現できる。詳細には、反射膜が形成されていない領域（透過領域）の面積比率を１０％以上とすることで、透過表示時の明るさが確保でき、５０％以下とすることで、反射表示時における明るさが確保される。一方、カラーフィルタの開口部比率を５％以上とすることで、反射表示時における明るさが確保され、３０％以下とすることで、反射表示時の色面積が確保され、色差判別が可能となるのである。ここで、カラーフィルタの開口部比率は、反射表示時における評価を行うために、反射領域の面積との相対比率で表す。これはカラーフィルタの開口部の大きさは、反射表示に大きく影響するからである。

本明細書においては、表示の最小単位である「画素」に対応する液晶表示装置の領域を「画素領域」と呼ぶ。カラー液晶表示装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの「画素」が１つの「絵素」に対応することとする。単純マトリクス型液晶表示装置においては、ストライプ状に設けられる列電極と、列電極に直交するように設けられる行電極とが互いに交差するそれぞれの領域が画素領域を規定する。また、アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素電極と画素電極に対向する対向電極とが画素領域を規定する。なお、ブラックマトリクスが設けられる構成においては、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクスの開口部に対応する領域が画素領域に対応することになる。

本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィルタの開口部内に、透過率が９０％以上である透明樹脂が充填されていることが好ましい。これにより、カラーフィルタの開口部の段差が解消されるので、カラーフィルタの開口部近傍における液晶分子の立ち上がりが均一になり、コントラスト（特に反射時のコントラスト）が向上するのである。カラーフィルタの表面には、カラーフィルタの表面の凹凸を平坦化するために、アクリル系樹脂などからなる平坦化膜が積層される。したがって、カラーフィルタの開口部が浅い場合には、平坦化膜により開口部が埋まる。しかし、カラーフィルタの開口部が深い場合には、開口部内に透明樹脂を充填しなければ、開口部における段差が平坦化膜では解消されず、段差が残ってしまう。特にＳＴＮ液晶においては、カラーフィルタの開口部による段差の存在により、画素内で液晶分子の立ち上がりが不均一となり、反射表示時のコントラストが低下するといった大きな問題が生じるおそれがある。

透明樹脂は、カラーフィルタよりも透過率が高ければよい。但し、透過表示時の明るさを確保するためには、透過率は高い方が良く、色調補正用の顔料等を透明樹脂に混入する場合でも、透過率９０％以上、好ましくは９５％以上を確保することが望ましい。

本発明の構成によれば、開口部を有する反射膜と、開口部を有するカラーフィルタとを、それぞれの開口部が１画素中の異なる領域に位置するように、一方の基板上に設けることで、本発明の液晶表示装置を、従来の工程を増やすことなく、得ることが可能になる。

さらに、本発明の液晶表示装置では、液晶表示装置背面に設けた光源を利用する透過表示時には、反射膜の開口部を透過した光が、カラーフィルタを通過し出射されることで、表示色彩度を満足する明るい表示が得られる。

外光を利用する反射表示時には、液晶表示装置前方から入射した光が、カラーフィルタあるいはカラーフィルタ開口部を通り、反射膜の反射領域部で反射され、再び、カラーフィルタあるいはカラーフィルタ開口部を通過し出射されるので、着色のない出射光と着色された出射光との合成出射光となり、明るい表示が得られる。

さらに、カラーフィルタの特性、カラーフィルタ開口部の面積及び形状を適時調整することにより、出射光の明るさや彩度を調整することが可能になることから、色純度の高いカラーフィルタを採用することも可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、液晶表示装置として単純マトリクス駆動方式のＳＴＮ液晶表示装置を例にするが、本発明の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Trasistor:薄膜トランジスタ）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）などのスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス駆動方式のカラー液晶表示装置にも適用することができる。

図１は、本実施形態の反射透過両用型カラー液晶表示装置を模式的に示す図である。本実施形態の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、観察者側（図１においては上側）から、上側偏光板１、第一位相差板２、第二位相差板３、上側基板４、透明表示用電極５ａ、配向膜７ａ、ＳＴＮ液晶層８、配向膜７ｂ、透明表示用電極５ｂ、オーバーコート層９、カラーフィルタ１０、反射膜１１、下側基板１２、第三位相差板１３、下側偏光板１４、導光板１５１、バックライト１６１の順序で積層された構造を有する。なお、上側基板４と、下側基板１２とは、シール樹脂６を介して貼り合わされて、ＳＴＮ液晶層８が形成される。

本実施形態の液晶表示装置には、上側基板４側から入射した光を反射膜１１によって上側基板４側へ反射させる反射領域と、下側基板１２側から入射した光を上側基板４側へ透過させる透過領域とを有する画素領域がマトリクス状に複数形成されている。

図２は、反射領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒとカラーフィルタの開口部との位置関係を示す、カラーフィルタ１０および反射膜１１の断面図である。ここでは、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画素それぞれに、反射領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒを有する画素領域が形成され、各画素のカラーフィルタ１０には、開口部１０ａが複数設けられており、カラーフィルタ１０のそれぞれの開口部１０ａは反射領域に設けられている。

本実施形態では、下側基板１２の片面を覆う反射膜１１に、フォトリソ法を用いて、透過用のスルーホール部１１ａを形成することによって、透過領域Ｔｒが形成されるので、透過領域Ｔｒは、反射膜１１の開口部（光透過領域部）１１ａと表現することもできる。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、一対の基板４，１２間に液晶層８を狭持し、表示の単位となる画素領域に、カラーフィルタ１０と、開口部（光透過領域部）１１ａを有する反射膜１１が形成された反射透過両用型カラー液晶表示装置であって、前記開口部（光透過領域部）１１ａ以外の反射膜１１の領域に、カラーフィルタ１０の開口部１０ａが設けられた反射透過両用型カラー液晶表示装置と表現することもできる。

図３は、本実施形態に用いられる反射膜１１を示す平面図であり、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各画素領域における反射膜１１を示している。反射膜１１は、下側基板１２上にアルミニウムを１０００Å（１００ｎｍ）蒸着して形成され、フォトリソ法を用いたアルミニウム膜のパターニングにより、透過用のスルーホール部１１ａが形成される。

本実施形態では、下側基板１２上におけるスルーホール部１１ａの面積は、画素領域における下側基板１２上の面積に対して、３０％に設定されている。スルーホール部１１ａの面積比は、本実施形態に限定されず、１０％以上５０％以下にするのが好ましい。スルーホール部１１ａの面積比が１０％未満では、透過光の利用が少なく透過表示時の画面が暗くなり、５０％を超えると透過表示重視型であっても反射表示画面が暗く視認性に問題がでる。

開口部１０ａを有するカラーフィルタ１０の製造には、例えば電着法を用いることができる。電着法によるカラーフィルタ１０の製造工程の一例を説明する。反射膜１１上に電着用ＩＴＯ膜（電極）を形成する。フォトリソ法により、カラーフィルタ１０の開口部１０ａの形成領域に対応する位置に、電着用ＩＴＯ膜を厚み方向に貫通する開口部を形成する。電着用ＩＴＯ膜上にレジストを形成した後、電着対象となる色の画素領域のレジストを除去する。電着用ＩＴＯ膜に通電して、電着対象となる色のカラーフィルタ材料を露出した電着用ＩＴＯ膜に電着させる。このとき、電着用ＩＴＯ膜の開口部の領域にはカラーフィルタ材料が電着されないので、カラーフィルタ１０に開口部１０ａが形成される。レジストを除去した後、新たなレジストを電着用ＩＴＯ膜上に形成する。電着対象となる他色の画素領域のレジストを除去する。以下同様にして、他色のカラーフィルタ１０を形成する。

本実施形態では、カラーフィルタ１０の製造に電着法を用いているが、電着法以外に、顔料分散法、印刷法、染色法等のカラーフィルタの一般的な製造方法を用いて、開口部１０ａを有するカラーフィルタ１０を作成してもよい。

図４は、反射膜１１、電着用ＩＴＯ膜およびカラーフィルタ１０を示す平面図である。図４の左側は、一画素の平面図であり、反射膜１１上に電着用ＩＴＯ膜を蒸着、パターニングして、スリット状のＩＴＯ膜除去部を複数形成した状態を示している。図４の中央は、電着用ＩＴＯ膜上に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各画素のカラーフィルター（ＣＦ）を電着した状態を示している。図４の右側は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各画素がマトリクス状に配列された状態を示している。図４R>４に示すように、本実施形態では、反射膜１１のスルーホール部１１ａは、１画素領域の略中央部に形成されている。また、カラーフィルタ１１の各画素には、列方向に延びる互いに平行な４本の開口部１０ａが、反射膜１１のスルーホール部１１ａを挟んで、上下２段にそれぞれ形成されている。カラーフィルタ１０が、反射領域Ｒｅ内に複数の開口部１０ａを有するので、反射表示時において、着色のない出射光が一画素中に分散されて上側基板４側へ出射される。したがって、一画素中の明るい領域が分散され、視認性が向上する。

反射膜１１およびカラーフィルタ１０それぞれの最適な開口部面積の割合について説明する。以下、反射膜の開口部比率を“１画素領域の面積に対する反射膜開口部の面積比率”と、カラーフィルタの開口部比率を“１画素領域中の反射膜形成面積に対するカラーフィルタの開口部の面積比率”とそれぞれ定義する。なお、１画素、反射膜の開口部、カラーフィルタの開口部それぞれの面積は、それぞれの領域を基板面の法線方向から見たときの面積、言いかえれば基板面に平行な面内において規定される面積である。

１画素に対する反射膜開口部比率と反射部に対するカラーフィルタ開口部比率とをそれぞれ変化させた液晶表示装置を作成し、反射表示時および透過表示時の光学特性を測定した。結果を図５〜図７に示す。

図５は、カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの反射表示時の色再現性を示すグラフであり、カラーフィルタ開口部比率と反射表示時の色面積との関係が示されている。色面積は、色再現性の指標となるものであり、次のように定義される。色面積が大きい程、色再現性に優れると言える。

色面積＝ＲＧＢ各色度座標を結んだ三角形の面積×１０００図５に示す測定では、反射膜開口部比率が４０％の反射膜を用い、カラーフィルタにはＹ値が４０のものを用いている。

図６は、カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの反射率を示すグラフである。図６に示す測定においても、図５の測定と同様に、反射膜開口部比率が４０％の反射膜を用い、カラーフィルタにはＹ値が４０のものを用いている。

図５および図６に示される測定結果から、カラーフィルタ開口部比率が増加するに従って、反射表示時の色面積が減少するのに対して、反射率は逆に増加することが判る。図５の測定結果から、反射時の色面積が４未満になると、Ｒ、Ｇ、Ｂの色度差が小さくなり、特に多色表示した場合、色差が判別し難くなる。したがって、ぼやけた表示となるので、実使用レベルでないことが判明した。よって、カラーフィルタ開口部比率の上限は、色面積が４となる３０％とすることが好ましい。

反射表示時は外光を利用するので、反射時の表示品位は、使用するときの環境の明るさに左右される。晴天時の屋外等の非常に明るい環境の下では、反射率が１％程度でも十分認識可能であるが、モバイル機器等で最も使用頻度が高いと思われるオフィス環境下では、屋外に比較し暗いので、表示を認識するために最低限必要な反射率は４％程度と考えられる。図６の測定結果によれば、反射率が４％となるカラーフィルタ開口部比率は５％であるので、カラーフィルタ開口部比率の下限は５％が好ましい。

図７は、反射膜開口部比率を変化させたときの反射率及び透過率の変化を示すグラフである。図７に示す測定では、開口部比率が１０％であり、Ｙ値が４０のカラーフィルタを用いた。透過率の下限は、バックランプの発光輝度レベル等に左右される。例えば、携帯電話用途の表示装置では、概ね１０００ｃｄ／ｍ^２ の発光輝度が得られるバックランプが用いられる。オフィス環境下及びそれより暗い環境下では、透過時の輝度が１０ｃｄ／ｍ^２ あれば十分認識可能である。したがって、携帯電話用途の表示装置では、反射率が１％程度あれば十分である。図７の結果によれば、反射率が１％となるのは、反射膜開口部比率が１０％のときであるので、反射膜開口部比率の下限は１０％が好ましい。反射率については、前述の通り、オフィス環境下での使用を前提とした場合、反射率は４％程度必要である。図７の結果によれば、反射率が４％となるのは、反射膜開口部比率が５０％のときであるので、反射膜開口部比率の上限は５０％が好ましい。

本実施形態の液晶表示装置は、カラーフィルタ１０上にアクリル系樹脂のオーバーコート層９が形成されている。オーバーコート層９は、カラーフィルタ１０の凹凸表面を平坦化して、液晶分子の立ち上がりを均一にするために形成される。一方の基板にカラーフィルタが設けられ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置の場合、カラーフィルタおよび反射膜上にそれぞれオーバーコート層を形成する必要がある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置は、反射膜１１上にカラーフィルタ１０が積層されているので、カラーフィルタ１０上にのみオーバーコート層９を設ければ良く、製造プロセスが簡略化される。また、反射膜として拡散反射膜を用いた場合でも、表面の凹凸がオーバーコート層９により解消される。

図８は、拡散反射膜を有する下側基板を模式的に示す断面図である。拡散反射膜は、滑らかな凹凸形状の表面を有する、アクリル系樹脂などからなる透明樹脂層３０と、透明樹脂層３０上に積層された反射膜１１とから構成される。透明樹脂層３０は、例えば次の工程により製造される。下側基板１２上に感光性樹脂膜を形成し、フォトリソ法により複数の開口を形成する。さらに加熱処理を施すと、熱だれ現象によって表面が変形し、開口部の角がとれてなだらかな凹凸状の表面となる。反射膜として拡散反射膜を用いることにより、反射表示時において、拡散反射膜による反射光が拡散されてカラーフィルタ１０を透過し、上側基板４側へ出射されるので、合成出射光の明るさや彩度が一画素中で均質化され、視認性が向上する。なお、反射膜１１を鏡面形成し、光散乱性物質を分散させた透明樹脂からなるオーバーコート膜を散乱層として反射膜１１上に別途形成して、液晶表示装置に光拡散機能を付与しても良い。

カラーフィルタ１０の膜厚が大きい場合、言いかえればカラーフィルタ１０の開口部１０ａが深い場合、カラーフィルタ形成部と開口部１０ａとの段差が大きくなり、オーバーコート層９ではこの段差を解消できず、平坦化が不十分になることがある。特にＳＴＮ液晶層を用いた表示装置では、この段差の存在により、カラーフィルタ開口部１０ａ近傍での液晶分子の立ち上がりが遅れ、画素内で液晶分子の立ち上がりが不均一となるので、反射表示時のコントラストが低下するといった問題が生じる。

図９は、カラーフィルタ部とカラーフィルタ開口部との段差と、反射表示時のコントラストとの関係を示すグラフである。カラーフィルタ部と開口部との段差の測定には、カラーフィルタ１０上に成膜される各種膜の平坦性を考慮して、配向処理完（言いかえれば上下基板を貼り合わせる前）の基板を用い、触診計により測定をおこなった。また、色調補正用の顔料のみを添加した透過率９５％のカラーフィルタ材料を用いて、カラーフィルタ１０の開口部１０ａに透明樹脂を充填して、段差の調整を行った。

なお、開口部を有する電着用ＩＴＯ膜を用いてカラーフィルタを形成した場合、カラーフィルタ１０の開口部１０ａに透明樹脂を電着させることができないので、レジストダイレクト電着法を用いて開口部１０ａに透明樹脂を電着させる。レジストダイレクト電着法とは、電着用ＩＴＯ上に塗布した感光性樹脂をパターニングして電着用ＩＴＯを部分的に露出させ、露出した部分に電着カラーフィルタを形成する方法である。この方法を用いて、ＲＧＢの各色のカラーフィルタと、開口部１０ａ内の透明樹脂層とを形成することができる。

図９によれば、段差が小さくなるに従って（すなわち、段差がゼロに近づくに従って）、反射コントラストが向上することが判る。具体的には、カラーフィルタ開口部膜厚（すなわち、開口部２０内に充填された透明樹脂層の膜厚）に対してカラーフィルタ膜厚が大きいと、カラーフィルタ開口部１０ａ近傍における液晶分子の立ち上がりが遅れ、逆にカラーフィルタ膜厚に対してカラーフィルタ開口部膜厚が大きくなると、開口部１０ａにおける液晶分子の立ち上がりが早くなるので、結果的にいずれの場合にもコントラストが低下する。したがって、開口部１０ａ内に充填する透明樹脂の膜厚は、カラーフィルタ形成部との段差が生じないように調整することが望ましい。

なお、本実施形態では、カラーフィルタ１０の開口部１０ａは、カラーフィルタ１０を厚み方向に貫通する貫通孔であるが、開口部１０ａにおける透過率を９０％以上、好ましくは９５％以上確保することができるならば、深さがカラーフィルタ１０の膜厚よりも短い開口部でも良い。

本実施形態の液晶表示装置は、上側基板４および下側基板１２のＳＴＮ液晶層８側に、それぞれ透明表示用電極５ａ，５ｂが形成されている。透明電極５ａ，５ｂは、上側基板４上と、下側基板１２のオーバーコート層（平坦化層）９上とにＩＴＯ（インジウム錫酸化物）をそれぞれ蒸着し、エッチングすることによりストライプ状に形成され、互いに交差する領域がマトリックス状の画素電極を形成する。画素の周囲を光吸収性の物質でブラックマトリクスを形成しても良く、これにより光を遮る効果が向上し高コントラスト化に寄与できる。透明表示用電極５ａ，５ｂの上に、ポリイミド樹脂を印刷により塗布し、焼成を行うことにより配向膜７ａ，７ｂを形成する。さらに、液晶分子のねじれ角が、２４０°ツイストとなるように、配向膜７ａ，７ｂにラビング処理を行う。

上下基板４，１２をシール樹脂６で貼り合わせた後、複屈折Δｎとピッチを調整した液晶材料を注入することによってＳＴＮ液晶層８を形成して、ＳＴＮ液晶セルを形成する。これに、それぞれが所望のｄΔｎを持つポリカーボネート延伸の第一位相差板２、第二位相差板３および第三位相差板１３と、ニュートラルグレイの上側偏光板１及び下側偏光板１４とを、各部材の光軸が液晶セルに対してそれぞれ所定の方向になるように貼り付ける。なお、ｄは位相差板の厚さである。さらに、観察者側に対して反対側に、導光板１５１およびバックライト１６１を設けて、液晶セルにバックライト光が入射されるようにする。

図１０に、本実施形態における各光学素子の軸角度を示す。ＳＴＮ液晶層８の下側基板１２側の配向方向１５から上側基板４側の配向方向１６までに液晶分子がねじれる角度を２４０°とする。時計回りを正とし、反時計回りを負としたとき、第二位相差板３の遅相軸１７に対して液晶分子の上側配向方向１６がなす角を１２０°、第一位相差板２の遅相軸１８に対して第二位相差板の遅相軸１７がなす角を４０°、上側偏光板１の吸収軸１９に対して第一位相差板２の遅相軸１８がなす角を７５°とする。また、下側基板１２側の配向方向１５に対して第三位相差板１３の遅相軸２０がなす角を５０°、第三位相差板１３の遅相軸２０に対して下側偏光板１４の吸収軸２１がなす角を−４０°とする。

各レターデーション値の設定は、ＳＴＮ液晶層８（８００ｎｍ）、第一位相差板２（６８０ｎｍ）、第二位相差板３（１８０ｎｍ）、第三位相差板１３（１４０ｎｍ）とし、反射時・透過時にノーマリーブラックモードとなる液晶表示装置を構成する。

本実施形態の液晶表示装置は、開口部１１ａを有する反射膜１１と、開口部１０ａを有するカラーフィルタ１０とが、それぞれの開口部１１ａ，１０ａが１画素中の異なる領域に位置するように、下側基板１２上に設けられている。これにより、本実施形態の液晶表示装置を、従来の工程を増やすことなく、得ることが可能になる（後述の比較例を参照）。

また、一方の基板にカラーフィルタが設けられ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置の場合、カラーフィルタおよび反射膜上にそれぞれオーバーコート層を形成する必要がある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置は、反射膜１１上にカラーフィルタ１０が積層されているので、カラーフィルタ１０上にのみオーバーコート層９を設ければ良く、製造プロセスが簡略化される。

さらに、一方の基板にカラーフィルタが設けられ、他方の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置を製造する場合、両基板を貼り合わせる際に、貼り合わせ精度が低いので、カラーフィルタおよび反射膜の双方の開口部が重なって形成されるなどの不具合を生じるおそれがある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置では、精度の高いフォトリソ法により、カラーフィルタおよび反射膜の双方の開口部が相対的に位置決めされるので、双方の開口部が重なって形成されるなどの不具合を防ぐことができる。

本実施形態の液晶表示装置では、液晶表示装置の背面に設けた光源（バックライト１６１）を利用する透過表示時には、反射膜１１の開口部１１ａを透過した光が、カラーフィルタ１０を通過し出射されることで、表示色彩度を満足する明るい表示が得られる。光源の輝度、反射膜１１の開口部１１ａの面積や形状、カラーフィルタ１０の彩度、透過率や膜厚を調整することによって、所望の特性の透過表示が得られる。

外光を利用する反射表示時には、液晶表示装置の前方から入射した光が、カラーフィルタ１０またはカラーフィルタ開口部１０ａを通り、反射膜１１の反射領域部（開口部１１ａ以外の領域部）で反射され、再びカラーフィルタ１０またはカラーフィルタ開口部１０ａを通過し出射される。したがって、着色のない出射光と着色された出射光との合成出射光となり、明るい表示が得られる。カラーフィルタ１０の特性、カラーフィルタ開口部１０ａの面積や形状を適時調整することにより、出射光の明るさや彩度を調整することが可能になる。また、カラーフィルタ開口部１０ａを大きくすることで、色純度の高いカラーフィルタを採用することも可能となる。

また、観察者側の基板にカラーフィルタが設けられ、背面側の基板に反射膜が設けられた液晶表示装置の場合、カラーフィルタと反射膜とが液晶層を介して離れて設けられているので、混色を生じるおそれがある。具体的には、例えば観察者側の基板に設けられた青色のカラーフィルタにより着色された入射光が、背面側の基板に設けられた反射膜により反射され、観察者側へ出射されるとき、観察者側の基板に設けられた緑色のカラーフィルタを通過することがある。この場合、出射光は、青色と緑色が混じって暗くなり、色純度を低下させるおそれがある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置は、反射膜上にカラーフィルタが形成されているので、反射表示時に混色を生じて、色純度を低下させるおそれがない。

（比較例）
本実施形態の液晶表示装置と対比するための比較例を図１１を参照しながら説明する。比較例の反射透過両用型カラー液晶表示装置は、カラーフィルタと反射膜を除き実施形態で説明したものと同じであるので、カラーフィルタと反射膜以外の構成の説明を省略する。

比較例に用いられる反射膜は、図１１に示す様に、透過用スルーホール部を形成したアルミニウム膜が１０００Å（１００ｎｍ）の厚さで、図示しない下側基板上に製膜されることにより形成されている。スルーホール部の面積は、画素の３０％になるよう設定されている。その上に電着用電極を介してＲＧＢのストライプ状のカラーフィルタが形成されている。

さらに、この比較例では、図１１に示す様に、反射膜透過領域（ここでは反射膜スルーホール部）と反射膜反射領域（ここでは反射膜のスルーホール部以外の部分）でカラーフィルタの顔料濃度を変えている。透過領域と反射領域で顔料濃度の異なるカラーフィルタを製造するには、レジストダイレクト電着法が用いられる。この方法を用いて、各色ごとに、顔料濃度の異なるカラーフィルタを透過領域部と反射領域部に形成する。

これにより、反射時の明るさを維持したまま、透過時の表示色の高彩度化を達成する事が可能になる。しかし、透過率の異なるカラーフィルタを透過部・反射部それぞれに形成するので、カラーフィルタ電着工程が増えてしまう。具体的には、ＲＧＢのそれぞれについて、反射用カラーフィルタと透過用カラーフィルタとを電着させるために、計６回のフォトリソ工程が必要となる。また、各色について、２種類の顔料濃度のカラーフィルタ材料が必要となり、製造コストが上昇する。これに対して、本実施形態の液晶表示装置では、ＲＧＢのそれぞれについて１回のフォトリソ工程を経てカラーフィルタを電着させることができる。電着用ＩＴＯ膜に開口を設けるためのフォトリソ工程を加えても、計４回のフォトリソ工程でカラーフィルタを電着させることができる。また、各色について、１種類の顔料濃度のカラーフィルタ材料で電着させることができるので、製造コストの上昇を抑制することができる。

比較例では、反射時の明るさを維持する為に、高透過カラーフィルタ（Ｙ＝６０）を採用しているが、本実施形態の液晶表示装置では、高透過カラーフィルタを用いる必要はなく、例えば前述の実施形態ではＹ＝４３のカラーフィルタが使用されている。図１２に、比較例と実施形態とでそれぞれ用いられたカラーフィルタの特性を示す。図１２に示す色度座標の結果から、彩度の点でも、本実施形態の液晶表示装置が好ましいことが判る。

本実施形態では、下側基板１２に反射膜１１およびカラーフィルタ１０が積層されているが、上側基板４に反射膜１１およびカラーフィルタ１０が積層されていても良い。本実施形態では、偏光板を有する液晶表示装置を例に説明したが、本発明は偏光板が不要なゲストホスト方式、高分子分散方式の液晶表示装置にも適応することができる。本実施形態では、赤、緑、青の３色によりフルカラー画像を表示する場合について説明したが、マゼンタ、イエロー、シアンの３色によりフルカラー画像を表示しても良い。本実施形態の上側基板４および下側基板１２には、フロートガラス、ソーダガラスなどのガラス基板、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板を用いることができる。本発明の液晶表示装置は、ストライプ配列、デルタ配列、モザイク配列、スクエア配列などの画素配列が採用され得る。本発明の液晶表示装置は、画素の色相数が４以上であっても良い。

本発明に係わる実施の形態の反射透過両用型カラー液晶表示装置を模式的に示す図である。 反射領域Ｒｅおよび透過領域Ｔｒとカラーフィルタの開口部との位置関係を示す、カラーフィルタ１０および反射膜１１の断面図である。 実施形態に用いられる反射膜１１を示す平面図であり、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各画素領域における反射膜１１を示している。 反射膜１１、電着用ＩＴＯ膜およびカラーフィルタ１１を示す平面図である。 カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの反射表示時の色再現性を示すグラフである。 カラーフィルタ開口部比率を変化させたときの反射率を示すグラフである。 反射膜開口部比率を変化させたときの反射率及び透過率の変化を示すグラフである。 拡散反射膜を有する下側基板を模式的に示す断面図である。 カラーフィルタ部とカラーフィルタ開口部との段差と、反射表示時のコントラストとの関係を示すグラフである。 実施形態における各光学素子の軸角度を示す図である。 比較例の反射膜とカラーフィルタを示す断面図である。 比較例と実施形態とでそれぞれ用いられたカラーフィルタの特性を示す図である。

符号の説明

１ 上側偏光板
２ 第一位相差板
３ 第二位相差板
４ 上側基板
５ａ，５ｂ 透明表示用電極
６ シール樹脂
７ａ，７ｂ 配向膜
８ ＳＴＮ液晶層
９ オーバーコート層
１０ カラーフィルタ
１０ａ カラーフィルタ開口部
１１ 反射膜
１１ａ 反射膜開口部（スルーホール部）
１２ 下側基板
１３ 第三位相差板
１４ 下側偏光板
１５１ 導光板
１６１ バックライト
Ｒｅ 反射領域
Ｔｒ 透過領域

Claims (1)

1. 互いに対向する第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在するＳＴＮ型液晶層と、前記ＳＴＮ型液晶層側の前記第２基板上に形成された反射膜と、前記反射膜上に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成されたオーバーコート層とを備え、前記第１基板側から入射した光を前記反射膜によって前記第１基板側へ反射させる反射領域と、前記第２基板側から入射した光を前記第１基板側へ透過させる透過領域とを有する画素領域がマトリクス状に複数形成された反射透過両用型カラー液晶表示装置であって、
   前記カラーフィルタは、前記反射領域内に開口部を有し、前記開口部が複数あると共に、前記開口部が前記透過領域を挟んで設けられた、反射透過両用型カラー液晶表示装置。

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