JP3606312B2 - Reflective liquid crystal device and electronic apparatus using the same - Google Patents

Reflective liquid crystal device and electronic apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラー液晶装置及びこれを用いた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯情報端末に搭載されるディスプレイは、まず第一に低消費電力である必要がある。従ってこの用途には、バックライトが不要な反射型液晶装置が最適である。しかしながら、従来の反射型液晶装置はモノクロ表示が主流であって、未だ良好な反射型カラー表示が得られていない。
【0003】
反射型カラー液晶装置の開発は、1980年代中頃から本格的に着手されたようである。それ以前は、例えば特開昭50−80799号公報にもあるように、透過型カラー液晶装置のバックライトを反射板に替えれば、反射型カラー表示が出来るだろうといった程度の認識しかなかった。しかしながら実際に作ってみるとわかることだが、このような構成では暗くて使いものにならない。原因は三つあって、一つは偏光板で光の1/2以上を捨てていること、二つめはカラーフィルタによりさらに光の2/3以上を捨てていること、そして最後に視差の問題である。視差の問題は、透過型液晶装置で一般的に用いられているTN(ツイステッドネマチック)モードやSTN(スーパーツイステッドネマチック)モードでは避けて通れない。何故ならば、これらのモードでは必ず偏光板を2枚用いるため、セル内に偏光板を作り込まない限り、反射板と液晶層との間に無視できない間隔が生じるからである。なお、ここで言う視差の問題とは、従来の反射型モノクロ液晶装置にもあった表示の二重映りといった問題だけではなく、反射型カラー液晶装置に特有の問題をも指す。
【0004】
視差の問題について、図を用いて説明する。図77(a)(b)は、いずれもTNモードあるいはSTNモードを利用した反射型カラー液晶装置の断面図である。この液晶装置は、上側偏光板7701、上側ガラス基板7702、液晶層7703、下側ガラス基板7704、下側偏光板7705、光反射板7706、赤緑青の三色カラーフィルタ7707からなる。上下ガラス基板間には、他に透明電極、配向膜、絶縁膜等も存在するが、視差の問題を説明する上で必要が無いので省略する。視差の問題は二つ存在する。その一つは色の打ち消し合いである。図77(a)において、観察者7712は緑のフィルタを通って出て来た反射光7711を見ているが、この光は赤、緑、青のフィルタを通過して入射した光7713が光反射板で散乱反射され混じり合ったものである。下側ガラス基板の厚みがカラーフィルタのピッチに比べて十分に厚ければ、どの色のフィルタを通って来た光も等確率で混じり合う。ところが赤→緑、青→緑の経路を通った光は、どの波長の光もいずれかのカラーフィルタで吸収されて真っ暗になり、緑→緑の経路を通った光しか残らない。同じことは青や赤のフィルタを通って出て来る反射光についても言えるから、結局白表示の明るさが視差の無い場合の1/3になってしまうという問題になる。もう一つの問題は色表示が暗くなることである。図77(b)は、緑色表示状態を示す。また液晶層7703において格子状のハッチングを施した部分は、非点灯状態(暗状態)にあることを示している。入射光7713は赤、緑、青のドットを等確率で通過するが、その内の2/3をオフ状態にある赤と青のドットで吸収される。さらに光反射板で散乱され混じりあった後、再びオフ状態にある赤と青のドットで2/3を吸収されて、観察者7712に達する。従って、緑色表示は「白表示の1/9の明るさマイナス緑色フィルタの吸収分」となり、大変に暗くなる。このように視差の問題があるTNモードやSTNモードを反射型カラー液晶装置に用いることは大変に難しい。
【0005】
そこで従来は、液晶モードを変更して明るい反射型カラー表示を得る試みが為されてきた。例えば、内田龍男氏らの論文(IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.ED−33, No.8,pp.1207−1211(1986))では、そのFig.2で各種液晶モードの明るさの比較を行った上で、偏光板が要らないPCGH(相転移型ゲストホスト)モードを採用している。また特開平5−241143号公報でも、反射型カラー液晶装置を実現するために、偏光板が要らないPDLC(高分子分散型液晶)モードを採用している。偏光板が要らない液晶モードを使用すると、偏光板による光の吸収が無くなるばかりでなく、液晶層に隣接して反射板を設けることで視差の問題を根本的に無くすことが出来るメリットがある。しかしながらその一方で、偏光板が要らない液晶モードは概してコントラストが低いこと、また特にPCGHモードは電圧透過率特性のヒステリシスがあって中間調表示が出来ないといった課題がある。また液晶中に別の物質を添加するこれらの液晶モードは、信頼性の面でも課題が多い。従ってやはり従来から広く用いられており、実績があるTNモードやSTNモードが使えればこれに越したことがない。
【0006】
また従来は、明るいカラーフィルタを用いて明るい反射型カラー表示を得る試みも為されていた。一般的に、透過型カラー液晶装置で使われているカラーフィルタは、図78に示したような分光特性を有している。図78の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、7801が赤フィルタのスペクトル、7802が緑フィルタのスペクトル、7803が青フィルタのスペクトルである。人間が感知できる光は、個人差もあるが概ね380nmから780nmの波長範囲であり、特に450nmから660nmの波長範囲で視感度が高い。図78のカラーフィルタは、いずれもこの範囲で、透過率が10%以下になる波長が存在しており、多くの光を無駄にしている。また、この波長範囲で透過率を単純平均した値を平均透過率と定義すると、赤フィルタの平均透過率が28%、緑フィルタが33%、青フィルタが30%であった。
【0007】
反射型カラー液晶装置に利用するためにはもっと明るいカラーフィルタが必要である。そこで前述の内田龍男氏らの論文では、そのFig.8に示すような互いに補色関係にある2色のカラーフィルタを利用することで、3色の場合よりも明るくすることが提案されていた。その分光特性を図79に示す。図79の横軸は光の波長、縦軸は反射率であり、7901が緑フィルタのスペクトル、7902がマゼンタフィルタのスペクトルである。縦軸が反射率で表示してあるため比較する上では注意が必要だが、やはり450nmから660nmの波長範囲で、いずれのカラーフィルタも透過率が10%以下になる波長が存在している。平均透過率は緑フィルタが41%、マゼンタフィルタが48%であった。
【0008】
また、三ツ井精一氏らの論文(SID92 DIGEST, pp.437−440(1992))も、同じPCGHモードを採用した反射型カラー液晶装置に関するものであるが、彼らはそのFig.2にあるような明るい2色のカラーフィルタを利用している。その分光特性を図80に示す。図80の横軸は光の波長、縦軸は反射率であり、8001が緑フィルタのスペクトル、8002がマゼンタフィルタのスペクトルである。縦軸が反射率で表示してあるが、各波長における反射率の平方根が透過率であると仮定すると、少なくとも緑フィルタの透過率が470nm以下の波長で50%よりも小さい。平均透過率は、緑フィルタが68%、マゼンタフィルタが67%であった。なお、同論文では、カラーフィルタを挟んで液晶層と隣接する位置に反射板を設けているため視差の問題が無い。従って光は必ずカラーフィルタを2回通るため、このような明るいカラーフィルタを用いても、十分な着色が確保できる。
【0009】
また、先の特開平5−241143号公報の第2図(a)、(b)、(c)で提案されていたカラーフィルタは、赤、緑、青の3色ではなく、イエロー、シアン、マゼンタの3色を利用して、明るくしている。その分光特性を図81に示す。図81の横軸は光の波長、縦軸は反射率であり、8101がイエローフィルタのスペクトル、8102がシアンフィルタのスペクトル、8103がマゼンタフィルタのスペクトルである。縦軸が反射率で表示してある上、軸に目盛りが打たれていないため、比較することが難しいが、450nmから660nmの波長範囲で、いずれのカラーフィルタも透過率が10%以下になる波長が存在することは間違いない。平均透過率を大ざっぱに見積もると、イエローフィルタが約0%、シアンフィルタが約60%、マゼンタフィルタが約50%であった。
【0010】
このように、従来の反射型カラー液晶装置開発の取り組みは、偏光板を用いない明るい液晶モードと、明るいカラーフィルタを組み合わせて、明るい表示を得ようという発想に基づくものであった。但し明るいカラーフィルタといっても、450nmから660nmの波長範囲で透過率が10%を切る波長が存在するカラーフィルタを用いることが多かった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、明るく、コントラストの良好な表示ができる反射型カラー液晶装置を提供し、また、これを利用した電子機器を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、対向する内面に電極を備え、マトリクス状のドット群を形成した一対の基板と、互いに色が異なる複数のカラーフィルタを有し、前記一対の基板のうち一方の基板上に配置された反射層を有してなる反射型カラー液晶装置において、前記互いに色が異なる複数のカラーフィルタの各々は、各ドット内の光変調により反射表示する領域の一部にのみ設けられ、かつ、前記領域に対して前記カラーフィルタの面積率が15%以上であり、前記反射層は散乱反射層であり、該散乱反射層に反射される光の80%以上が、30゜コーン中に含まれることを特徴とするものである。
【0013】
請求項2に記載の発明は、電子機器において、表示部として請求項1に記載の反射型カラー液晶装置を備えたことを特徴とするものである。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の電子機器において、周囲光を観察者に効率よく反射できるよう、前記反射型カラー液晶装置の表示部が本体に対して動かせるように取り付けられていることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の概要について説明する。本発明は、対向する内面に電極を備えマトリクス状のドット群を形成した一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶と、少なくとも2色のカラーフィルタと、少なくとも1枚の偏光板と、反射板を有する構成とすることができる。液晶モードは、TNモードやSTNモードといった偏光板を利用する液晶モードを用いることができる。
【0016】
また、前記一対の基板の内、反射板側に位置する基板の厚みが200μm以上とすることができる。またより好ましくは、反射板側に位置する基板の厚みを700μm以上とすることができる。言い換えれば、反射板側に位置する基板の厚みは縦横いずれかのドットピッチの短い方の1.25倍以上とすることができ、より好ましくは4倍以上とすることができる。このように構成することにより、駆動面積率が小さくとも視差の効果によって高コントラストが確保できるという利点がある。
【0017】
従来、例えば特公平3−64850号公報では、反射型モノクロ液晶装置の下側基板の厚みを300μm以下にすることを提案している。確かに反射型モノクロ表示では二重像(影)を少なくするという観点から下側基板は可能な限り薄い方が良い。しかしながら反射型カラー表示では、色表示を明るくするという観点からドット間を広く取りたい。ドット間を広く取ると必然的にコントラストが低下するが、下側基板が十分に厚いと隣接画素の影の効果によって、高コントラストが確保できる。
【0018】
また、前記カラーフィルタの内、少なくとも1色のカラーフィルタは、450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有するようにすることができる。より好ましくは、少なくとも2色のカラーフィルタが450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有するようにすることができる。さらに好ましくは、いずれのカラーフィルタも450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有するようにすることができる。最も好ましくは、いずれのカラーフィルタも450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して60%以上の透過率を有するようにすることができる。また、言葉で表現すると、いずれのカラーフィルタも450nmから660nmの範囲の波長の光に対して70%以上の平均透過率を有するようにすることができる。より好ましくは、いずれのカラーフィルタも450nmから660nmの範囲の波長の光に対して75%以上90%以下の平均透過率を有するようにすることができる。
【0019】
なお、ここで言うカラーフィルタの透過率とは、ガラス基板や透明電極、オーバーコート、アンダーコートの透過率を含まない、カラーフィルタ単体の透過率である。またカラーフィルタの濃度に分布がある場合、あるいはドットの一部にだけカラーフィルタを設けた場合には、ドット内の平均の透過率をカラーフィルタの透過率とする。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、明るい色が表示できるという利点がある。従来、例えば特開平7−239469号公報の請求項においては、いずれのカラーフィルタも光透過領域の透過率を80%以上、光吸収領域の透過率を50%以下としている。またその実施例を見ても、光吸収領域の透過率は20〜30%しかない。このようなカラーフィルタでは、偏光板を利用した液晶モードを利用すると表示が暗くなり実用的ではない。
【0020】
また、前記カラーフィルタが、赤色系、緑色系、青色系の3色からなり、しかも前記赤色系あるいは青色系カラーフィルタのいずれかはオレンジ色あるいはシアン色であるようにすることができる。但し、オレンジ色フィルタは、少なくとも波長570nmから660nmの範囲の光に対して70%以上、望ましくは75%以上の透過率を有するようにすることができる。また、シアン色フィルタは、少なくとも波長450nmから520nmの範囲の光に対して70%以上、望ましくは75%以上の透過率を有することを特徴とする。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、明るい白、明るい色が表示できるという利点がある。
【0021】
また、前記カラーフィルタが、赤色系、緑色系、青色系の3色からなり、しかも赤色系のカラーフィルタの450nmから660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率が、青色系、緑色系のカラーフィルタのカラーフィルタの450nmから660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率に比べて小さいことを特徴とする。より好ましくは、青色系と緑色系のカラーフィルタが450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有することを特徴とする。より好ましくは青色系のカラーフィルタが、シアン色であることを特徴とする。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、明るく色付きが小さい白が表示できる上、鮮やかな赤も表示できるという利点がある。赤は最も人間の目にアピールする色刺激であるから、赤を強調して表示することは大変好ましい。
【0022】
また、前記カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられていることを特徴とする。このように構成することにより、本発明の反射型カラー液晶装置は、従来通りのカラーフィルタ製造技術を利用できる上、視差による色混じりが小さくなるという利点がある。また特にカラーフィルタが電極と液晶の間の位置に設けられる場合には、広視角が得られ、中間調における色純度が向上するという利点がある。従来、例えば特公平7−62723号公報でもドットの一部にカラーフィルタを設けることが提案されているが、これは透過型液晶装置である上、染色法カラーフィルタに限定されている点、カラーフィルタを設ける面積がドットの67%から91%と大きい点が本発明と異なる。(特公平7−62723号公報の表現は「非着色部の面積を着色部の面積の10〜50%とする」とある。従ってドットにしめる着色部の面積は、100/150=67%から100/110=91%となる。)
【0023】
また、前記光変調可能な領域でカラーフィルタが設けられていない領域と、光変調不可能な領域に、可視光域で透明な層を前記カラーフィルタとほほ同じ厚みで形成したことを特徴とする。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、液晶配向の乱れもなく高画質な表示が出来るという利点がある。
【0024】
また、前記カラーフィルタが総ドット数の4分の3以下の数のドットにのみ設けられていることを特徴とする。より好ましくは、総ドット数の3分の2以下の数のドットにのみ設けられていることを特徴とする。このように構成することにより、明るい表示が可能であり、また、中間調の色表示を行う場合も主としてカラーフィルタが無いドットで明るさを調整すれば、常に鮮やかな色が表示できるという利点がある。従来から、透過型液晶装置では赤、緑、青、白の4ドットで1画素を形成することが一部で実施されていたが、反射型液晶装置で提案されたことはない。特にTNモードやSTNモードを利用する反射型カラー液晶装置では視差の問題が避けられず、色表示を行ったときに大変暗くなるが、カラーフィルタを設けないドットを設けることにより、明るい色表示が可能である。
【0025】
また、前記カラーフィルタが、隣り合うドットの色が異なるよう配列されているようにすることができる。これはいわゆるモザイク配置やトライアングル配置を指しており、逆にストライプ配置はこの範囲に入らない。このように構成することにより、特に視差がある場合において、視角によって着色の度合いが異なるという現象を緩和するという利点がある。従来、例えば特開平8−87009号公報では、その請求項6において縦方向のストライプ配列を推奨している。また、特開平5−241143号公報では、その明細書第6頁右欄第17行目〜第18行目において、ストライプ配列と千鳥配列とで原理的な差がないと言明している。また、内田龍男氏らの論文(IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.ED−33, No.8, pp.1207−1211(1986))のFig.1では、モザイク配置カラーフィルタを採用しているが、これは反射電極をセル内に設けた場合であり、視差が無いので本発明とは異なる。
【0026】
また、前記カラーフィルタが有効表示領域全体に設けられているようにすることができる。このように構成することにより、表示が明るく見えるという利点がある。「有効表示領域」は、日本電子機械工業会規格(EIAJ)のED−2511Aにおいて「駆動表示領域とそれに続く画面として有効な領域」と定義されている。通常、透過型カラー表示では、駆動表示領域にのみカラーフィルタが設けられ、その外側の領域にはメタルか樹脂によるブラックマスクが設けられる。ところが反射型カラー表示では、メタルのブラックマスクはぎらつくため利用できない。また、樹脂のブラックマスクは、もともとのカラーフィルタにブラックマスクを設けていないため、コストアップになる。かといって駆動表示領域の外側に何も設けないと、外側が明るくなり、相対的に駆動表示領域が暗く見える。そこで駆動表示領域の外側にも内側と同様のカラーフィルタを、好ましくは同じパターンで設けることが有効である。
【0027】
また、前記各ドットの外側の領域にブラックマスクを設けず、代わりにドット内の領域と同程度かそれよりも小さい吸収を有するカラーフィルタを設けるようにすることができる。この構成は、要はドット外にブラックマスクやカラーフィルタの重なりを設けないことを意味している。またドット外に何も設けないのではなく、一部あるいは全部にカラーフィルタが設けられていることを意味している。このように構成することにより、明るい表示が得られるという利点がある。これは、特に視差がある場合は表示の明るさが開口率のほぼ2乗に比例するためにブラックマスクを設けると非常に暗くなるためであり、逆にドット外に全くカラーフィルタを設けないとコントラストが著しく低下するためである。従来、例えば特開昭59−198489号公報では、画素電極上にのみカラーフィルタを設け、その外側には何も設けていない。また特開平5−241143号公報では、ブラックマスクがある場合と無い場合の両方の説明をしているが、その中間がない。
【0028】
また、前記一対の基板の内、反射板側に位置する基板の外面に、カラーフィルタを設けるようにすることができる。このように構成することにより、安価に提供できるという利点がある。また、この構成とカラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている構成とを組み合わせることにより、組立マージンが拡大し、視角が広がるという利点がある。
【0029】
また、前記一対の基板の内、反射板側に位置する基板の内面に、非線形素子を各ドットに対応して設けるようにすることができる。このように構成することにより、不要な表面反射を低減し、高コントラストが得られるという利点がある。
【0030】
また、前記一対の基板の内、一方の基板の内面に、非線形素子を各ドットに対応して設け、これをドットの短辺と平行な方向に結線した構成とすることができる。通常、特にPC用途のデータディスプレイでは、ドットは縦長になることが多いので、ドットの短辺に平行な方向とは横方向(水平方向)である。このように構成することにより、開口率が高まり、明るい表示が得られるという利点がある。これはブラックマスクを設けないときに、また、視差のある反射型構成であるときに、特に効果的である。
【0031】
また、駆動面積率が60%以上85%以下であるようにすることができる。ここで駆動面積率は、画素内の金属配線やMIM素子等の不透明な部分を除いた領域の中で、液晶が駆動される領域がしめる割合として定義される。このように構成することにより、コントラストを確保した上で明るい色表示が得られるという利点がある。
【0032】
また、前記反射板が、これにビーム光を入射したときに、その正反射方向を中心とした30度コーンの中に80%以上の光が反射するような散乱特性を有するようにすることができる。好ましくは、30度コーンの中に95%以上の光が反射するような散乱特性を有するようにすることができる。このように構成することにより、明るい表示が得られるという利点がある。従来、例えば特開平8−87009号公報では、その明細書第6頁右欄第43行目〜第44行目において、半値幅30度の指向性を有する反射板を利用している。半値幅30度だと、大ざっぱに計算して30度コーンの中に約30%の光が反射するような散乱特性であり、本発明に比べて散乱が大きすぎる。このような特性では表示が暗くなり実用に耐えない。
【0033】
また、前記反射板が半透過反射板であって、その背面にバックライトを備えている構成とすることができる。好ましくは、前記反射板が入射光の80%以上を反射することを特徴とする。このように構成することにより、暗い環境下でも見えるという利点がある。
【0034】
また、前記液晶が略90度ねじれたネマチック液晶であり、2枚の偏光板をその透過軸が各々隣接する基板のラビング方向と直交するよう配置した構成とすることができる。これは、特公昭51−013666号公報で提案されたTNモードを反射型カラー液晶装置に応用したものである。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、明るく、高コントラストで、視角が広いという利点がある。
【0035】
また、液晶の複屈折率△nと、液晶層厚dの積△n×dが0.34μmよりも大きく、0.52μmよりも小さいようにすることができる。より好ましくは、△n×dが0.40μm以上、0.52μm以下であるようにすることができる。最も好ましくは、△n×dが0.42μmであるようにすることができる。このように構成することにより、反射型カラー液晶装置は、明るく、かつ視角が広いという利点がある。
【0036】
従来の反射型モノクロ液晶装置では、着色が少ないセカンドミニマム条件、即ち△n×dが1.1μm〜1.3μm位の条件を利用していた。しかしながら、反射型カラー液晶装置では、少々の着色はカラーフィルタで補償できるため、セカンドミニマム条件を採用する必要はない。また、特開平8−87009号公報では、その明細書第5頁第27行目〜29行目にあるように、△n×d=0.55μmの条件を採用している。しかしながら、この条件では、△n×dが0.34μmよりも大きく、0.52μmよりも小さいようにする条件に比べ、暗い上に着色も大きい。
【0037】
また、前記液晶が90度以上ねじれたネマチック液晶であり、2枚の偏光板と少なくとも1枚の位相差フィルムを配置した構成とすることができる。できれば、これを特開平6−348230号公報に開示されている手法に従って多ライン同時選択駆動を行うことが望ましい。このように構成することにより、低コストで、明るいという利点がある。
【0038】
また、前記反射板を一対の基板間に備え、偏光板を1枚だけ配置した構成とすることができる。これは、特開平3−223715号公報で提案された1枚偏光板型のネマチック液晶モードを反射型カラー液晶装置に応用したものである。このように構成することにより、明るく、色純度が高い色が表示できるという利点がある。
【0039】
また、前記反射板が鏡面反射板であり、かつ入射光側に位置する基板の外面に散乱板を備えた構成とすることができる。このように構成することにより、明るく、色純度が高い色が表示できるという利点がある。
【0040】
また、金属配線上の液晶も画素部の液晶と同様に配向している構成とすることができる。このように構成することにより、明るいという利点がある。
【0041】
また、表示がノーマリホワイト型であるようにすることができる。このように構成することにより、明るいという利点がある。
【0042】
また、1ドットで1画素を構成するようにすることができる。このように構成することにより、モノクロ表示時に解像度を上げることができるという利点がある。
【0043】
また、本発明の電子機器は、表示部として反射型カラー液晶装置を備えた構成とすることができる。このように構成することにより、電子機器は、低消費電力で、薄型軽量、かつ直射日光下でも視認性が良いという利点がある。
【0044】
また、周囲光を観察者に効率よく反射できるよう、表示部が本体に対し動かせるよう取り付けた構成とすることができる。このように構成することにより、どのような照明条件下であっても、明るい表示を得ることが出来るという利点がある。
【0045】
上述したことから理解できるように、本発明は、偏光板を用いた液晶モードを利用し、これを明るいカラーフィルタと組み合わせたところに特徴がある。偏光板を用いる液晶表示モードは数多く存在するが、本発明の目的には、明るく白黒表示が可能な液晶表示モード、例えば特公昭51−013666号公報で提案されたTNモード、特公平3−50249号公報で提案された位相差板補償型のSTNモード、特開平3−223715号公報で、提案された1枚偏光板型のネマチック液晶モード、特開平6−235920号公報で提案された双安定スイッチングを行うネマチック液晶モード、等が適している。
【0046】
偏光板を用いる液晶モードは、偏光板の存在だけで光の1/2以上を捨てている。従って反射型カラー液晶装置には偏光板を用いない液晶モードの方が適しているはずである。ところが偏光板を用いない液晶モードは、PCGHモードにしてもPDLCモードにしても、概してコントラストが低い。従って、例えば赤緑青3色のドットで画素を構成しているときに、緑の表示をするために緑のドットを明状態、青と赤の画素を暗状態にしたとしても、コントラストが不十分だと緑表示に青と赤が混ざり色純度が低下する。ところが偏光板を用いる液晶モードでは、コントラストが高いために、このような現象が起こらない。従って、同じ色を表示するならば偏光板を用いる液晶モードの方が、色純度の低いカラーフィルタを用いることが出来る。色純度が低いカラーフィルタは、即ち明るいカラーフィルタであるから、その分明るい表示になるはずである。また特にPCGHは、ノーマリブラック表示であるためドット間の領域が黒くなり明るさに寄与しないことや、パネル法線方向以外の視角方向からの光が色素で吸収されることもあって、偏光板を用いていないにも関わらず、TNモードの2割増し程度の明るさしか得られない。この程度の明るさの差であるならば、カラーフィルタの色設計次第で容易に克服できる。
【0047】
偏光板を用いる液晶モードを利用する上でのもう一つの問題は、視差の存在である。偏光板を1枚しか用いない場合には、セル内に反射板を作り込むことでこの問題から逃れることもできるが、偏光板を2枚用いるTNモードやSTNモードでは逃れようがない。視差については、既に「従来の技術」の項でも詳しく述べたが、二つの問題がある。ひとつは色の打ち消し合いであり、もう一つは色表示が暗くなることである。
【0048】
色の打ち消し合いの問題とは、要は入射時に通ったカラーフィルタと出射時に通ったカラーフィルタの色が異なると、互いに打ち消しあって真っ暗になるため、白表示の明るさが視差がない場合の1/3になるということである。このような問題は、図78に示すような透過型で用いていたカラーフィルタをそのまま利用するために生じる。明るいカラーフィルタを利用すれば、異なる色のカラーフィルタを通っても真っ暗になることはない。
【0049】
また、色表示が暗くなる問題とは、要はある単色を表示する場合、全体の2/3のドットが暗状態にあるため、入射時に光の2/3が吸収され出射時にさらに2/3が吸収されて、1/9の光しか利用できないということである。これは視差が無い場合の1/3の明るさである。これを解決するためにはまず開口率を上げる必要がある。具体的にはドット外にブラックマスクを設けない、金属配線が一方向にしかないMIMを利用する、MIMを横方向に配線する、金属配線が不要なSTNを利用するといった手段を取った。その上でさらに駆動面積率を小さくすることによって、単色を表示するときに全体の2/3の面積よりもはるかに小さい面積(例えば1/2程度)が暗状態になるようにする。このようにすれば視差があっても明るい色表示が可能である。なお駆動面積率を小さくしたりブラックマスクを設けないといった手段はコントラストの低下に繋がるが、下側基板を厚くすることによって、コントラストの低下を最小限に抑えることが出来る。
【0050】
以下本発明を図面に基づいて、本発明の実施例を説明する。
【0051】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図であり、対向する内面に電極を備えマトリクス状のドット群を形成した一対の基板と、前記基板間に挟持された液晶と、少なくとも2色のカラーフィルタと、少なくとも1枚の偏光板と、反射板を構成要素としている。図において、101は上側偏光板、102は対向基板、103は液晶、104は素子基板、105は下側偏光板、106は散乱反射板であり、対向基板102上にはカラーフィルタ107と、対向電極(走査線)108を設け、素子基板104上には信号線109、画素電極110、MIM素子111を設けた。ここで101と102、104と105、105と106は、離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には糊で接着している。また対向基板102と素子基板104の間も広く離して描いてあるが、これも同様の理由からであって実際には数μmから十数μm程度のギャップしかない。また、図1は反射型カラー液晶装置の要部を示しているため、3×3の9ドット分しか図示していないが、本実施例ではそれ以上のドット数を有し、480×640の307200ドット又はそれ以上のドットを有する場合もある。
【0052】
対向電極108と画素電極110は透明なITOで形成し、信号線109は金属Taで形成した。MIM素子は絶縁膜Taを金属Taと金属Crで挟んだ構造である。液晶103は90度ねじれたネマチック液晶であり、上下の偏光板は互いに偏光軸が直交している。これは一般的なTNモードの構成である。またカラーフィルタ107は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っていて、ストライプ状に配列した。
【0053】
図2はカラーフィルタ107の分光特性を示す図である。図2の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、201が赤フィルタのスペクトル、202がシアンフィルタのスペクトルを示している。スペクトルの測定は、顕微分光光度計を使用して対向基板単体で行い、ガラス基板と透明電極、そしてもし存在するならばオーバーコートとアンダーコートも加えた透過率を100%にして補正した。従って、カラーフィルタ単体の分光特性を測定したものである。以下、カラーフィルタの分光特性は全てこの方法により測定した。また本発明における透過率も、この方法で測定した値と定義する。赤フィルタもシアンフィルタも、450nmから660nmの波長範囲で、常に30%以上の透過率を示している。また同じ波長範囲での平均透過率は、赤フィルタが52%、シアンフィルタが66%であった。このように非常に淡い色調のカラーフィルタであるから、本来ならば「赤」ではなく「ピンク」と表記した方が正確であるが、混乱を避けるため、以下では純色の表現で統一する。
【0054】
以上のようにして作成した反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が24%、コントラスト比が1:15、白と赤とシアンと黒の4色表示が可能で、赤表示色はx=0.39、y=0.32、シアン表示色はx=0.28、y=0.31であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の約6割の明るさ、同等のコントラスト比であり、通常の室内照明光の下で、あるいは昼間の屋外で十分に使用できる特性である。
【0055】
450nmから660nmの波長範囲で、一部でも30%未満の透過率を示すようなカラーフィルタを用いた反射型カラー液晶装置は、表示が暗く特別な照明を必要とするか、あるいはホワイトバランスが狂って白が表示出来ないかのいずれかの理由で、通常の使用に耐えられない。
【0056】
なお、実施例1においては、カラーフィルタ上に透明電極を設けた構造を取ったが、逆に透明電極上にカラーフィルタを設けても特に支障はない。またアクティブ素子としてMIM素子を使用したが、これは開口率を高める上で有利であるからで、開口率が同じであればTFT素子を用いても本発明の効果に変わりはない。
【0057】
(実施例2)
図3は、本発明の実施例2における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタの分光特性を示す図である。実施例2の構成は、図1に示した実施例1の場合と同様であり、やはり赤とシアンの2色から成るカラーフィルタを備えている。図3の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、301が赤フィルタのスペクトル、302がシアンフィルタのスペクトルを示している。いずれの色のカラーフィルタも、450nmから660nmの波長範囲で、50%以上の透過率を有している。また同じ波長範囲での平均透過率は、赤フィルタが71%、シアンフィルタが78%であった。
【0058】
この反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が30%、コントラスト比が1:15、白と赤とシアンと黒の4色表示が可能で、赤表示色はx=0.34、y=0.32、シアン表示色はx=0.29、y=0.31であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の7割強の明るさ、同等のコントラスト比である。
【0059】
このように、少なくとも一色のカラーフィルタが450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有すると、従来の反射型モノクロ液晶装置とほぼ同等の環境下で使用できる、明るい反射型カラー液晶装置が得られる。なお本実施例のようにカラーフィルタが2色からなる場合には、一方のカラーフィルタが450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有すると、良好なホワイトバランスを得る上で、必然的にもう一方のカラーフィルタも同じように50%以上の透過率を有するようになる。しかしながら3色以上のカラーフィルタを利用する場合には、必ずしもそうならない。その例を後に実施例9で紹介する。
【0060】
(実施例3)
図1は、本発明の実施例3における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。また、図2はカラーフィルタの分光特性を示す図である。この実施例では、一対の基板の内、反射板側に位置する基板の厚みを200μm以上とした。実施例3の構成は、基本的に実施例1記載の反射型カラー液晶装置と同様であるから、各々の符号の説明を省略する。但し、液晶103の△n×dを0.42μmに設定した。またドットピッチは縦横ともに160μmとし、駆動面積率を75%とした。
【0061】
実施例3では下側基板の厚みを様々に変化させた。図4に素子基板104の厚さを変えたときのコントラストを示す。図4において横軸は素子基板104の厚さ、縦軸はコントラスト、401は実施例3における各素子基板104の厚さに対するコントラストを示す点の集まり、402は比較例における各素子基板104の厚さに対するコントラストを示す点の集まりである。色表示時の表示色はいずれも赤表示時にはx=0.39、y=0.32、シアンがx=0.28、y=0.31付近であった。
【0062】
駆動面積率が75%であるから、素子基板の厚みがゼロのときには、コントラストは最大でも100/(100−75)=4しか取れない。ところが素子基板104の厚さを200μm以上とすることにより、視差の効果、即ち隣接ドットの影がドット間の光漏れを緩和することによって、1:15以上の良好なコントラストを得た。また素子基板の厚さを700μm以上にすることによって、さらに高いコントラストを得ることが出来た。
【0063】
なお、この厚みの最適値はドットピッチとも密接な関係にあるため、「200μm以上」、「700μm以上」という表現を、「縦横いずれかのドットピッチの短い方の1.25倍以上」、「同じく4倍以上」という表現にしても良い。
【0064】
(実施例4)
図5は、本発明の実施例4における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタの分光特性を示す図である。実施例3の構成は、第1図に示した実施例1の場合と同様であり、やはり赤とシアンの2色から成るカラーフィルタを備えている。図5の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、501が赤フィルタのスペクトル、502がシアンフィルタのスペクトルを示している。いずれの色のカラーフィルタも、450nmから660nmの波長範囲で、60%以上の透過率を有している。また同じ波長範囲での平均透過率は、赤フィルタが75%、シアンフィルタが80%であった。
【0065】
この反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が31%、コントラスト比が1:15、白と赤とシアンと黒の4色表示が可能で、赤表示色はx=0.33、y=0.33、シアン表示色はx=0.30、y=0.31であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の約8割の明るさ、同等のコントラスト比である。
【0066】
このように、どの色のカラーフィルタも、450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して60%以上の透過率を有していると、タッチキー等の入力手段を液晶装置の全面に取り付けても支障無く使用できる、明るい反射型カラー液晶装置が得られる。但し、同じ波長範囲での平均透過率が90%を越すようなカラーフィルタを用いると、表示色が極めて淡くなって色の識別が困難になる。
【0067】
(実施例5)
図6は、本発明の実施例5における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。この実施例では、カラーフィルタが、隣り合うドットの色が異なるよう配列されている。まず構成を説明する。601は上側偏光板、602は対向基板、603は液晶、604は素子基板、605は下側偏光板、606は散乱反射板であり、対向基板602上にはカラーフィルタ607と、対向電極(走査線)608を設け、素子基板604上には信号線609、画素電極610、MIM素子611を設けた。
【0068】
ここでカラーフィルタ7は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っていて、モザイク状に市松模様を描くよう配列した。図1のようにカラーフィルタをストライプ状に配列すると、上下方向には極めて広い視角特性を有するが、左右方向に視角を振ると着色する視角方向と消色する視角方向が交互に現れてしまう。これは下側基板(この場合は素子基板)の厚み分だけ、液晶層およびカラーフィルタ層と、反射板との間に距離があるために起こる現象である。図5のようにモザイク状に市松模様を描くように配列すると、このような現象がかなり緩和されることが実験により確かめられた。特に画素数が比較的少ない場合でも、色の混色が良好であることもわかった。これはモザイク配置の場合、着色する視角方向と消色する視角方向が混在するために、少なくとも両眼の一方では着色して見えるためだと考えられる。なおカラーフィルタは、実施例2の図3と同様の分光特性を有しており、明るさ、コントラスト比ともに実施例2と同程度であった。またここではモザイク配列の例をあげたが、隣あうドットの色が異なる配列であるならば、トライアングル配列を始め他の配列でも効果がある。
【0069】
(実施例6)
図7は、本発明の実施例6における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタの分光特性を示す図である。実施例2の構成は、図6に示した実施例5と同様であるが、赤とシアンの代わりに緑とマゼンタの2色から成るカラーフィルタを備えている。図7の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、701が緑フィルタのスペクトル、702がマゼンタフィルタのスペクトルを示している。いずれの色のカラーフィルタも、450nmから660nmの波長範囲で、50%以上の透過率を有している。また同じ波長範囲での平均透過率は、緑フィルタが76%、マゼンタフィルタが78%であった。
【0070】
この反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が31%、コントラスト比が1:17、白と緑とマゼンタと黒の4色表示が可能で、緑表示色はx=0.31、y=0.35、マゼンタ表示色はx=0.32、y=0.29であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の約8割の明るさ、同等のコントラスト比である。
【0071】
互いに補色の関係にある2色としては、赤とシアン、緑とマゼンタの他に、青とイエローの組み合わせも考えられるが、前二者のように赤系統の色が表示出来た方が、見栄えがするという点でより好ましい。
【0072】
(実施例7)
図8は、本発明の実施例7における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。801は上側偏光板、802は対向基板、803は液晶、804は素子基板、805は下側偏光板、806は散乱反射板であり、対向基板802上にはカラーフィルタ807と、対向電極(走査線)808を設け、素子基板804上には信号線809、画素電極810、MIM素子811を設けた。上側偏光板上には照明光のぎらつきを抑える目的で弱いアンチグレア処理を施した。
【0073】
ここでカラーフィルタ807は赤(図中「R」で示した)と緑(図中「G」で示した)と青(図中「B」で示した)の3色から成っていて、図のようにモザイク状に配列した。
【0074】
図9はカラーフィルタ807の分光特性を示す図である。図9の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、901が赤フィルタのスペクトル、902が緑フィルタのスペクトル、903が青フィルタのスペクトルを示している。いずれの色のカラーフィルタも、いずれも450nmから660nmの波長範囲で、50%以上の透過率を有している。また同じ波長範囲での平均透過率は、赤フィルタが74%、緑フィルタが75%、青フィルタが63%であった。
【0075】
以上のようにして作成した反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が28%、コントラスト比が1:14、フルカラー表示が可能で、赤表示色はx=0.39、y=0.32、緑表示色はx=0.31、y=0.35、青表示色はx=0.29、y=0.27であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の約7割の明るさ、同等のコントラスト比であり、特別の照明を必要とせずに、ビデオ映像を楽しめる特性である。
【0076】
(実施例8)
図10は、本発明の実施例8における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。この実施例では、カラーフィルタの内、少なくとも1色のカラーフィルタは、450nmから660nmの範囲の全ての波長の光に対して50%以上の透過率を有するものである。また、前記カラーフィルタを、赤色系、緑色系、青色系の3色とし、しかも前記赤色系あるいは青色系カラーフィルタのいずれかはオレンジ色あるいはシアン色である。まず構成を説明する。1001は上側偏光板、1002は素子基板、1003は液晶、1004は対向基板、1005は下側偏光板、1006は散乱反射板であり、対向基板1004上には対向電極(走査線)1011とカラーフィルタ1010を設け、素子基板1002上には信号線1007、MIM素子1008、画素電極1009を設けた。カラーフィルタ1010は顔料分散タイプであって、赤(図中「R」で示した)、緑(図中「G」で示した)、青(図中「B」で示した)の3色から成っている。
【0077】
図11はカラーフィルタ1010の分光特性を示す図である。図11の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、1101が赤フィルタのスペクトル、1102が緑フィルタのスペクトル、1103が青フィルタのスペクトルである。1101、1102、1103はいずれも色の薄いカラーフィルタであるが、このようなカラーフィルタで表示する画像は淡い。特に赤と青は視感度が低いこともあって、色の判別がしがたい。そこで多少色味が変わっても、より広い波長範囲で光を透過する明るいカラーフィルタを使用した。
【0078】
赤フィルタの代わりに、色純度の低い赤フィルタを使用したところ、若干オレンジ色っぽいが大変明るい赤が表示できた。このフィルタのスペクトルを1111に示す。このフィルタは、少なくとも波長570nmから660nmの範囲の光に対して70%以上、望ましくは75%以上の透過率を有することを特徴としている。また青フィルタの代わりに、色純度の低い青フィルタを使用したところ、若干シアン色っぽいが大変明るい青が表示できた。このフィルタのスペクトルを1113に示す。このフィルタは、少なくとも波長450nmから520nmの範囲の光に対して70%以上、望ましくは75%以上の透過率を有することを特徴としている。しかしながら、このようなカラーフィルタを用いると、白表示が青っぽく、あるいは赤っぽくなる傾向がある。そこで上記カラーフィルタを用いる場合には、より色純度が高い緑フィルタと組み合わせて色バランスを調整することが望ましい。色純度が高い緑フィルタの一例を1112に示す。このフィルタは、波長510nmから590nmの範囲の光に対してのみ70%以上の透過率を有することを特徴としている。
【0079】
(実施例9)
図12は、本発明の実施例9における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタの分光特性を示す図である。実施例9の構成は、図8に示した実施例7の場合と同様であり、やはり赤、緑、青の3色から成るカラーフィルタを備えている。図12の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、1201が赤フィルタのスペクトル、1202が緑フィルタのスペクトル、1203が青フィルタのスペクトルを示している。赤色系のカラーフィルタの450nmから660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率は、青色系、緑色系のカラーフィルタの450nmかち660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率に比べて小さい。ここで緑フィルタだけは、450nmから660nmの波長範囲で、50%以上の透過率を有している。また赤フィルタの450nmから660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率は、青フィルタ、緑フィルタに比べてはっきりと小さい。このような赤フィルタを用いることにより、最も人間の目にアピールする赤色を鮮やかに表示することが出来る。また赤を濃くしたことを補償する目的で、青フィルタのスペクトル1203をシアン色に近くした。このため、明るく色付きが小さい白が表示できた。
【0080】
以上のようにして作成した反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が26%、コントラスト比が1:13、フルカラー表示が可能で、赤表示色はx=0.41、y=0.30、緑表示色はx=0.31、y=0.36、青表示色はx=0.26、y=0.28であった。これは従来の反射型モノクロ液晶装置の約7割の明るさ、同等のコントラスト比である。赤色を特に強調しているために、色再現性が十分ではない。従ってビデオ映像の表示よりも、携帯情報機器等の表示に適している。
【0081】
(実施例10)
図10は、本発明の実施例10における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。構成を説明する。1001は上側偏光板、1002は素子基板、1003は液晶、1004は対向基板、1005は下側偏光板、1006は散乱反射板であり、対向基板1004上には対向電極(走査線)1011とカラーフィルタ1010を設け、素子基板1002上には信号線1007、MIM素子1008、画素電極1009を設けた。カラーフィルタ1010は顔料分散タイプであって、赤(図中「R」で示した)、緑(図中「G」で示した)、青(図中「B」で示した)の3色から成っている。
【0082】
図13はカラーフィルタ1010の分光特性を示す図である。図13の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、1301と1311が赤フィルタのスペクトル、1302と1312が緑フィルタのスペクトル、1303と1313が青フィルタのスペクトルを示している。また1301と1311、1302とI312、1303と1313とでは、それぞれカラーフィルタ材料は同じであるが、その厚みが異なり、いずれも前者が0.8μm、後者が0.2μmである。450nmから660nmの波長範囲の光に対する赤フィルタの平均透過率は、厚み0.8μmのとき28%、厚み0.2μmのとき74%であった。また緑フィルタの平均透過率は、厚み0.8μmのとき33%、厚み0.2μmのとき75%であった。また青フィルタの平均透過率は、厚み0.8μmのとき30%、厚み0.2μmのとき74%であった。
【0083】
図14は、カラーフィルタの厚みを様々に変化させたときの平均透過率をプロットした図である。図中1401は青フィルタ、1402は緑フィルタ、1403は赤フィルタの場合である。いずれもカラーフィルタが薄くなるほど、平均透過率が高くなる傾向にある。透過型で用いられる通常の顔料分散型カラーフィルタの厚みは0.8μm程度であるが、そのようなカラーフィルタを用いた場合、屋外の直射日光の下か、スポットライトのような特殊な照明を行わない限り判別できないほど暗い表示しかできなかった。厚みが0.23μm以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も70%以上の場合には、照度1000ルクス程度の比較的明るい室内、例えば蛍光灯スタンドで照明された事務机といった環境の下で、快適に使用できる明るさが得られた。厚みが0.18μm以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も75%以上の場合には、照度200ルクス程度の通常の室内照明光の下でも十分使用できる明るさが得られた。また厚みが0.8μm以上、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も90%以下の場合には、はっきりと色が認識できる程度に表示できた。このように顔料分散タイプのカラーフィルタは、その厚みが0.23μm以下、好ましくは0.18μm以下であって、さらに好ましくは0.08μm以上に設けることが望ましい。
【0084】
(実施例11)
図15は、本発明の実施例11における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。この実施例では、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている。まず構成を説明する。1501は上側偏光板、1502は素子基板、1503は液晶、1504は対向基板、1505は下側偏光板、1506は散乱反射板であり、対向基板1504上には対向電極(走査線)1511とカラーフィルタ1510を設け、素子基板1502上には信号線1507、MIM素子1508、画素電極1509を設けた。なお1ドット中で光変調可能な領域は、素子基板上の凹型形状のITOと、対向基板上の短冊形状のITOが重なる領域であって、対向基板のITO上に破線でその輪郭を示した。(一部カラーフィルタと重なって見えないが、同様の輪郭を示した図20を参照して欲しい。)
【0085】
対向電極1511と画素電極1509は透明なITOで形成し、信号線1507は金属Taで形成した。MIM素子は絶縁膜Taを金属Taと金属Crで挟んだ構造である。液晶1503は90度ねじれたネマチック液晶であり、液晶セルの△n×dが1.34μmになるよう、液晶の△nとセルギャップdを選択した。また上下の偏光板は、その吸収軸が隣接基板のラビング軸と平行になるように配置した。これは最も明るく着色の少ないTNモードの構成である。またカラーフィルタ1510は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っているが、光変調可能な領域の一部にのみ設けた。
【0086】
図16はカラーフィルタ1510の分光特性を示す図である。図16の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、1601が赤フィルタのスペクトル、1602がシアンフィルタのスペクトルを示している。450nmから660nmの波長範囲で透過率を単純平均した平均透過率は、赤フィルタが30%、シアンフィルタが58%であった。但しこれは、カラーフィルタが全面に設けられている場合であって、一部にのみ設けられている場合には、光変調可能な領域内での平均値を平均透過率と呼ぶことにする。
【0087】
図17は、光変調可能な領域内でカラーフィルタを設ける面積の割合を様々に変えて、そのときの平均透過率を求めた結果である。1701が赤フィルタを設けたドットにおける平均透過率、1702がシアンフィルタを設けたドットにおける平均透過率である。
【0088】
カラーフィルタ面積率が100%、即ち全面にカラーフィルタを設けた場合には、屋外の直射日光の下か、スポットライトのような特殊な照明を行わない限り表示が判別できないほど暗かった。カラーフィルタ面積率が45%以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も70%以上の場合には、照度1000ルクス程度の比較的明るい室内、例えば蛍光灯スタンドで照明された事務机といった環境の下で、快適に使用できる明るさが得られた。カラーフィルタ面積率が35%以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も75%以上の場合には、照度200ルクス程度の通常の室内照明光の下でも十分使用できる明るさが得られた。またカラーフィルタ面積率が15%以上、即ちいずれかのカラーフィルタの平均透過率が90%以下の場合には、赤とシアンが判別できる程度に表示できた。カラーフィルタ面積率が25%以上、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も90%以下の場合には、はっきりと色が認識できる程度に表示できた。またいずれのカラーフィルタを用いた場合にも、1:15以上の高いコントラスト比が得られた。
【0089】
実施例11で用いたカラーフィルタは、シアン色を用いている点を除けば、通常の透過型で用いられるカラーフィルタと同程度の分光特性、同程度の明るさである。このようなカラーフィルタは、光変調可能な領域の45%以下、好ましくは35%以下であって、しかも15%以上、好ましくは25%以上の面積に設けることが望ましい。
【0090】
なお実施例1においては、アクティブ素子としてMIM素子を使用したが、これは開口率を高める上で若干有利であるからで、TFT素子を用いても同じ開口率が取れるならば本発明の効果に変わりはない。
【0091】
(実施例12)
実施例12も、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている反射型カラー液晶装置である。この実施例における反射型カラー液晶装置の構造は図15に示した実施例11の反射型カラー液晶装置と同様であるが、実施例12は、カラーフィルタの特性が異なる。
【0092】
図18は実施例12で用いたカラーフィルタの分光特性を示す図である。図18の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、1801が赤フィルタのスペクトル、1802がシアンフィルタのスペクトルを示している。赤フィルタの平均透過率は41%、シアンフィルタの平均透過率が62%であった。顔料の分散性等の問題無しに従来通りの工程で製造できるカラーフィルタとしては、この程度の明るさが最大である。
【0093】
図19は、光変調可能な領域内でカラーフィルタを設ける面積の割合を様々に変えて、そのときの平均透過率を求めた結果である。1901が赤フィルタを設けたドットにおける平均透過率、1902がシアンフィルタを設けたドットにおける平均透過率である。
【0094】
カラーフィルタ面積率が100%、即ち全面にカラーフィルタを設けた場合には、屋外の直射日光の下か、スポットライトのような特殊な照明を行わないと、表示が暗く、見づらかった。カラーフィルタ面積率が50%以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も70%以上の場合には、照度1000ルクス程度の比較的明るい室内、例えば蛍光灯スタンドで照明された事務机といった環境の下で、快適に使用できる明るさが得られた。カラーフィルタ面積率が40%以下、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も75%以上の場合には、照度200ルクス程度の通常の室内照明光の下でも十分使用できる明るさが得られた。またカラーフィルタ面積率が15%以上、即ちいずれかのカラーフィルタの平均透過率が90%以下の場合には、赤とシアンが判別できるに表示できた。カラーフィルタ面積率が25%以上、即ちいずれのカラーフィルタの平均透過率も90%以下の場合には、はっきりと色が認識できる程度に表示できた。またいずれのカラーフィルタを用いた場合にも、1:15以上の高いコントラスト比が得られた。
【0095】
実施例12で用いたカラーフィルタは、通常の透過型で用いられるカラーフィルタと比べるとずっと明るい。このようなカラーフィルタは、光変調可能な領域の50%以下、好ましくは40%以下であって、しかも15%以上、好ましくは25%以上の面積に設けることが望ましい。
【0096】
(実施例13)
図20は、本発明の実施例13における反射型カラー液晶装置の図構造の要部を示す図である。この実施例でも、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている。構成を説明する。2001は上側偏光板、2002は素子基板、2003は液晶、2004は対向基板、2005は下側偏光板、2006は散乱反射板であり、対向基板2004上には対向電極(走査線)2011とカラーフィルタ2010を設け、素子基板2002上には信号線2007、MIM素子2008、画素電極2009を設けた。また1ドット中で光変調可能な領域は、素子基板上の凹状のITOと、対向基板上の短冊状のITOが重なる領域であって、対向基板のITO上に破線でその輪郭を示した。
【0097】
カラーフィルタ2010は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っており、光変調可能な領域のほぼ中央に設けた。各々のカラーフィルタの周囲には、他のカラーフィルタが無いように配置することが望ましい。このように配置すると、色の混じりが少ない表示が可能である。何故ならば、通常はカラーフィルタ層と反射板との間に少なくとも対向基板の厚み分だけの距離が存在するために、赤フィルタを通って入射した光がシアンフィルタを通って出射したり、あるいはその逆によって色混じりが生じるが、上記配置を取るとその確率が減るためである。
【0098】
(実施例14)
図21は、本発明の実施例14における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。この実施例でも、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている。構成を説明する。2101は上側偏光板、2102は素子基板、2103は液晶、2104は対向基板、2105は下側偏光板、2106は散乱反射板であり、対向基板2104上には対向電極(走査線)2112とカラーフィルタ2111を設け、素子基板2102上には信号線2107、MIM素子2108、画素電極2109を設けた。
【0099】
カラーフィルタ2111は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っており、各々光変調可能な領域の中で5つの領域に分かれて市松状に配置した。ドットの一部にのみカラーフィルタを設けると、カラーフィルタの無い部分が白く目立ちやすいが、このように細かい領域に分割して配置すると色の混じりが良いという利点がある。分割数はもちろん2つでも構わないが、3つ以上に分けた方が効果が大きい。
【0100】
また走査線を覆う位置にブラックマスク2110(図中「BK」で示した)を設けた。このブラックマスクは、図21において対向基板2104が上側に、素子基板2102が下側に配置されているときに、特に反射防止の効果がある。またわざわざ黒色顔料を用いずとも、赤、シアン、あるいはその重ね合わせによって代用しても良い。
【0101】
(実施例15)
実施例15の反射型カラー液晶装置も、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられている。この実施例における反射型カラー液晶装置の構造は、図15に示した実施例12の反射型カラー液晶装置、図20に示した実施例13記載の反射型カラー液晶装置、図21に示した実施例14記載の反射型カラー液晶装置と同様である。
【0102】
その特徴は、カラーフィルタが電極と液晶の間の位置に設けられている点にある。一般にカラーフィルタは、液晶に効率的に電圧を印加するために、電極と基板の間の位置に設けられることが多い。しかしながら本実施例のように配置することによって、二つの新しい効果が得られた。一つは視角の拡大であり、もう一つは中間調における色純度の向上である。
【0103】
図22は、本発明の実施例15における反射型カラー液晶装置の電圧反射率特性を示す図である。横軸は液晶に実効的に印加される電圧であり、縦軸は電圧を印加しない時を100%に規格化した反射率である。2201は光変調可能な領域の中で、カラーフィルタを設けない領域の特性であり、2202はカラーフィルタを設けた領域の特性である。容量分割による電圧降下のために、2202は2201よりも電圧反射率特性の急峻性が悪い。言い換えれば、カラーフィルタを設けた領域は設けない領域に比べ、液晶に電圧が印加され難い。このように一画素内に電圧の掛かり具合の異なる二つの領域が存在するために、特開平2−12号公報や特開平4−348323号公報で開示されている効果(一般に「ハーフトーン方式」と呼ばれる)により、視角特性が改善される。また中間調表示状態で、カラーフィルタを設けた領域の方が常に反射率が高くなるために、色が濃く表示されるという効果もある。
【0104】
(実施例16)
図23は、本発明の実施例16における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタ基板の構造を示す図である。この実施例は、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられているものにおいて、光変調可能な領域でカラーフィルタが設けられていない領域と、光変調不可能な領域に、可視光域で透明な層を前記カラーフィルタとほぼ同じ厚みで形成した。(a)が正面図であり、(b)が断面図である。まず、構成を説明する。(a)の破線で囲んだ長方形領域2304が1ドットを示す。2309はガラス基板、2301は赤フィルタ、2303は緑フィルタ、2302は青フィルタ、2305はドット間ギャップ、ハッチング領域2308はアクリル、2307は保護膜、2306はITO透明電極である。
【0105】
ここで用いたカラーフィルタの分光特性を図25に示す。図25の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、2501が青フィルタのスペクトル、2502が緑フィルタのスペクトル、2503が赤フィルタのスペクトルを示している。但しこれはカラーフィルタ形成面積が100%のときの特性である。このような分光特性を示すカラーフィルタを、図23の1ドット2304内に面積率50%で形成した。これによって、1ドット内の平均で、図26に示したような分光特性が得られた。図26の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、2601が青フィルタのスペクトル、2602が緑フィルタのスペクトル、2603が赤フィルタのスペクトルを示している。
【0106】
さらに、図23のカラーフィルタ未形成部分にはアクリル2308をカラーフィルタと同じ厚さで形成した。この時のカラーフィルタ2301、2302、2303とアクリル2308の厚さは、いずれも約0.2μmである。また通常の透過型カラー液晶装置で用いるドット間等に構成する遮光膜(ブラックストライプ)を形成せずに、ドット間ギャップ2305にもアクリル透明層2308を形成した。さらに、このカラーフィルタ上に順次、保護膜2307、ITO電極2306、液晶を配向させるための配向膜(図示せず)を形成して、MIM(金属−絶縁膜−金属)アクティブマトリクス基板と重ね合わせ、液晶装置を構成した。このときの液晶モードはTNモードを採用した。
【0107】
図24は、実施例16における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。2402が素子基板、2403が対向基板、2406がMIM素子、2407が1ドットの表示電極、2408が走査線、2401が上偏光板、2409が部分的に形成した赤カラーフィルタ、2410が部分的に形成した緑カラーフィルタ、2411が部分的に形成した青カラーフィルタ、2412がアクリル、2413が信号電極、2404が下偏光板、2405がアルミニウム反射板である。
【0108】
カラーフィルタを1ドット内に面積率50%で形成しただけの基板を用いた反射型カラー液晶装置ではカラーフィルタ形成部分と未形成部分の段差で液晶の配向が乱れ、コントラストが1:8であったのに対して、アクリルをカラーフィルタ未形成部にカラーフィルタと同じ厚みで形成した基板を用いた反射型カラー液晶装置は液晶配向の乱れもなく高画質な表示が可能となった。このときのコントラストは1:20であった。カラーフィルタ未形成部分にアクリル透明層を形成しない場合のカラーフィルタ構成を図27に示す。(a)が正面図で、(b)が断面図である。2707がガラス基板であり、2701が部分的に形成した赤フィルタ、2703が部分的に形成した緑フィルタ、2702が部分的に形成した青フィルタ、2706が保護膜、2704が1ドット、2705が画素間ギャップである。(b)の断面図からも明らかなようにカラーフィルタ表面に凹凸が存在し、このような表面状態では液晶配向が乱れる。
【0109】
本実施例では、本発明のカラーフィルタ基板とMIM基板を組み合わせたが、TFT基板やTFD(薄膜ダイオード)基板を用いてもよい。また、本実施例ではアクティブマトリクス反射型カラー液晶装置について述べたが、本発明は単純マトリクス反射型カラー液晶装置にも適用できる。STNモードのように基板表面の凹凸が液晶配向に大きく影響を与える場合には、本発明はさらに効果がある。また本実施例では、カラーフィルタ配列に「モザイク配列」を採用したが、’93最新液晶プロセス技術(プレスジャーナル編)pp.321にあるような「トライアングル配列」「ストライプ配列」を用いてもよい。
【0110】
(実施例17)
実施例17も、カラーフィルタが各ドット内の光変調可能な領域の一部にのみ設けられているものにおいて、光変調可能な領域でカラーフィルタが設けられていない領域と、光変調不可能な領域に、可視光域で透明な層を前記カラーフィルタとほぼ同じ厚みで形成した。
【0111】
図28は、本発明の実施例17における反射型カラー液晶装置の、カラーフィルタ基板の構造を示す図である。(a)が正面図であり、(b)が断面図である。まず、構成を説明する。(a)の破線で囲んだ長方形領域2804が1ドットを示す。2808はガラス基板、2807はITO電極、2801は赤カラーフィルタ、2803は緑カラーフィルタ、2802は青カラーフィルタ、ハッチング領域2806はアクリルである。
【0112】
ここで用いたカラーフィルタの分光特性を図29に示す。図29の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、2901が青フィルタのスペクトル、2902が緑フィルタのスペクトル、2903が赤フィルタのスペクトルを示している。但しこれはカラーフィルタ形成面積が100%のときの特性である。このような分光特性を示すカラーフィルタを、図28の1ドット内に面積率30%で形成した。これによって、1ドット内の平均で、図26に示したような分光特性が得られた。
【0113】
さらに、図28のカラーフィルタ未形成部分にはアクリル2807をカラーフイルタと同じ厚さで形成した。この時のカラーフィルタとアクリルの厚さは、約0.8μmであり、通常透過型カラー液晶装置で用いるドット間等に構成する遮光膜(ブラックストライプ)は形成せずに、ドット間にもアクリル2807透明層を形成した。さらに、液晶を配向させるための配向膜を形成して、TFT基板と重ね合わせ、液晶装置を構成した。このときの液晶モードはTNモードを採用し、ガラス基板外側に偏光板をそれぞれ貼付し、さらに観察面と反対側に銀反射板を配置した。
【0114】
カラーフィルタを1ドット内に面積率30%で形成しただけの基板を用いた反射型カラー液晶装置ではカラーフィルタ形成部分と未形成部分の段差で液晶の配向が乱れ、コントラストが1:5であったのに対して、アクリルをカラーフィルタ未形成部にカラーフィルタと同じ厚みで形成した基板を用いた反射型カラー液晶装置は液晶配向の乱れもなく高画質な表示が可能となった。このときのコントラストは1:18であった。
【0115】
本実施例では、本発明のカラーフィルタ基板とTFT基板を組み合わせたが、MIM基板やTFD基板を用いてもよい。また、本実施例ではアクティブマトリクス反射型カラー液晶装置について述べたが、単純マトリクス反射型カラー液晶装置にも適用できる。STNモードのように基板表面の凹凸が液晶配向に大きく影響を与える場合には、本発明はさらに効果がある。
【0116】
実施例16及び実施例17では、カラーフィルタに赤緑青の3原色を用いたが、図30に示すシアン3001と赤3002、図31に示すマゼンタ3101と緑3102、あるいはイエローと青のような補色関係にある2色のカラーフィルタを用いることもできる。
【0117】
(実施例18)
実施例16及び実施例17ではカラーフィルタを1ドットのほぼ中央部に部分的に形成したが、図32(a)(b)に示すような配置で形成しても構わない。(a)は1ドット3201の上半分もしくは下半分がカラーフィルタを形成した領域3202であり、残り半分がカラーフィルタを形成しない領域3203である。(b)は1ドット3201の右半分もしくは左半分がカラーフィルタを形成した領域3202を形成した領域であり、残り半分がカラーフィルタを形成しない領域3203である。また、図32(c)(d)に示すように1ドット3201内を2つ以上に分割し、一部をカラーフィルタを形成する領域3202、残りをカラーフィルタを形成しない領域3203としてもよい。このような様々なパターンのカラーフィルタを用いても、やはり高画質な反射型カラー液晶装置が実現できた。
【0118】
(実施例19)
実施例16において、カラーフィルタと透明な層の段差を変化させたときの特性の変化を表1に示す。段差が小さくなるに従い、画質・コントラストともにアップしている。段差が0.5μm以下になれば、1:10以上のコントラストが得られ、さらに0.1μm以下になれば、1:15以上のコントラストが得られる。
【表1】

Figure 0003606312
【0119】
(実施例20)
実施例16及び実施例17では、カラーフィルタ形成部と未形成部の段差を埋める透明な層にアクリルを用いたが、ポリイミドを用いても高画質な反射型カラー液晶装置が実現できた。また、同様に透明な層にポリビニールアルコールを用いても高画質な反射型カラー液晶装置を実現できた。この結果を表2にまとめた。透明な層がない場合に比べ、画質、コントラストともに向上している。
【表2】
Figure 0003606312
【0120】
なお、実施例16や実施例17では、反射板に一般的なアルミニウム反射板や銀反射板を用いたが、A.G.Chen氏らが発表したホログラフィ反射板(SID’95 DIGEST、PP.176−179)を用いることもできる。
【0121】
(実施例21)
図33は、本発明の実施例21における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。この実施例では、カラーフィルタが総ドット数の4分の3以下の数のドットにのみ設けられている。構成を説明する。3301は上側偏光板、3302は素子基板、3303は液晶、3304は対向基板、3305は下側偏光板、3306は散乱反射板であり、対向基板3304上には対向電極(走査線)3311とカラーフィルタ3310を設け、素子基板3302上には信号線3307、MIM素子3308、画素電極3309を設けた。
【0122】
カラーフィルタ3310は互いに補色の関係にある赤(図中「R」で示した)とシアン(図中「C」で示した)の2色から成っているが、一部のドットにはカラーフィルタを設けなかった。ここで用いたカラーフィルタは、実施例1と同様であり、その分光特性を図16に示した。
【0123】
図34はカラーフィルタの配置を、図33の上方から見た形で示した図である。図中の「R」は赤フィルタを設けたドット、「C」はシアンフィルタを設けたドットを示し、「W」はカラーフィルタが無いドットを示している。全体の1/3のドットには赤フィルタを、1/3のドットにはシアンフィルタを設け、残りの1/3のドットにはカラーフィルタを設けなかった。また図34の(a)(b)(c)(d)はそれぞれ白、赤、シアン、黒を表示したときの、オンドット、オフドットの分布を示している。ハッチングを施したドットがオンドット即ち暗状態であり、ハッチングを施さないドットがオフドット即ち明状態である。このように表示を行うと、全体の2/3のドットで色表示を行うために、通常よりも明るい表示が可能になる。また色表示で中間調を表示する場合も、主としてカラーフィルタが無いドットで明るさを調整すれば、常に鮮やかな色が表示できるというメリットがある。例えば暗めの赤を表示する場合には、赤フィルタを設けたドットを全オフ、シアンフィルタを設けたドットをオンとして、カラーフィルタを設けないドットを半オンとすればよい。
【0124】
別のカラーフィルタ配置を図35に示す。全体の1/4のドットには赤フィルタを、1/4のドットにはシアンフィルタを設け、残りの1/2のドットにはカラーフィルタを設けなかった。また図35の(a)(b)(c)(d)はそれぞれ白、赤、シアン、黒を表示したときの、オンドット、オフドットの分布を示している。このように表示を行うと、全体の3/4のドットで色表示を行うために、図35のカラーフィルタ配置よりもさらに明るい表示が可能である。
【0125】
もう一つの例として、赤緑青3色のカラーフィルタを用いた場合の配置を図36に示す。図中の「R」は赤フィルタを設けたドット、「G」は緑フィルタを設けたドット、「B」は青フィルタを設けたドットを示し、「W」はカラーフィルタが無いドットを示している。全体の1/6のドットには赤フィルタを、1/6のドットには緑フィルタを、1/6のドットには青フィルタを設け、残りの1/2のドットにはカラーフィルタを設けなかった。また図36の(a)(b)(c)(d)はそれぞれ白、赤、緑、青を表示したときの、オンドット、オフドットの分布を示している。このように表示を行うと、全体の4/6のドットで色表示を行うために、明るい表示が可能である。
【0126】
また全体の1/4のドットには赤フィルタを、1/4のドットには緑フィルタを、1/4のドットには青フィルタを設け、残りの1/4のドットにはカラーフィルタを設けない構成も可能である。このように表示を行うと、全体の1/2のドットで色表示を行うために、明るい表示が可能である。
【0127】
(実施例22)
図37は、本発明の実施例22における反射型カラー液晶装置の構造の概略を示す図であり、(a)が正面図、(b)が断面図である。この実施例では、カラーフィルタが有効表示領域全体に設けられている。構成を説明する。3701は枠ケース、3702は上側偏光板、3703は上側基板、3704のハッチング領域はカラーフィルタ、3705は下側基板、3706は反射板付き偏光板である。図面が煩雑になるため、透明電極、非線形素子、信号線、配向膜等は省略した。また3711は駆動表示領域、3712は有効表示領域、3713はカラーフィルタを設けた領域である。(b)は横の断面図であるが、縦の断面図も(b)と同様である。なお「駆動表示領域」と「有効表示領域」という用語は、日本電子機械工業会規格(EIAJ)のED−2511Aにおいて、それぞれ「液晶表示デバイスで表示機能を保有する領域」「駆動表示領域とそれに続く画面として有効な領域」と定義されている。つまり駆動表示領域とは液晶に電圧をかけることができる領域であり、有効表示領域とは枠ケースに隠されない液晶パネル領域全てである。
【0128】
実施例22の特徴は、カラーフィルタを設けた領域3713が有効表示領域3712と同じか、または広いことにある。このように構成することにより、実施例22の反射型カラー液晶装置は、表示が明るく見えるという利点がある。通常、透過型カラー表示では、駆動表示領域にのみカラーフィルタが設けられ、その外側の領域にはメタルか樹脂によるブラックマスクが設けられる。ところが反射型カラー表示では、メタルのブラックマスクはぎらつくため利用できない。また樹脂のブラックマスクは、もともとのカラーフィルタにブラックマスクを設けていないため、コストアップになる。かといって駆動表示領域の外側に何も設けないと、外側が明るくなり、相対的に駆動表示領域が暗く見える。そこで駆動表示領域の外側にも内側と同様のカラーフィルタを、好ましくは同じパターンで設けることが、表示を明るく見せる上で有効である。
【0129】
(実施例23)
透過型カラー液晶装置では、一般にドット外にブラックマスクを設けるが、反射型カラー液晶装置にブラックマスクを設けると、高コントラストが得られる反面、表示が極端に暗くなる。特にTNモードやSTNモードのように視差が避けられない液晶モードでは、光が入射するときと出射するときの2回ブラックマスクで吸収されるため、明るさが開口率のほぼ2乗に比例するという性質がある。従って反射型カラー液晶装置にブラックマスクを設けることは出来ないが、逆にドット外に全く光吸収体を設けないと、コントラストが著しく低下し、好ましくない。そこで本発明の実施例23では、ドット外にブラックマスクを設けず、代わりにドット内の領域と同程度かそれよりも小さい吸収を有するカラーフィルタを設けたことを特徴とする。
【0130】
図38は、本発明の実施例23における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ配置を示す図である。上述したように、この実施例では、各ドットの外側の領域にブラックマスクを設けず、代わりにドット内の領域と同程度かそれよりも小さい吸収を有するカラーフィルタを設けた。基本的な構成ならびにカラーフィルタの分光特性は実施例5の図6ならびに図3と同様であるが、ドット外の領域におけるカラーフィルタの配置に工夫を凝らした。図38において、3801に示した「横凸」状の領域は、対向電極と画素電極が重なっていて、液晶に電界が印加される領域であり、上述のドットに相当する。また右上から左下に斜めにハッチングを施した領域3802はシアンフィルタであり、クロスにハッチングを施した領域3803は赤フィルタである。
【0131】
図38の(a)では、赤フィルタとシアンフィルタがドット外でぴったり接するように配置した。また(b)では、ドット外にもフィルタを設けたが互いに離して配置した。また(c)では、ドット外に赤フィルタを配置した。いずれもドット外の領域にドット内と同程度あるいはそれよりも小さいがゼロではない吸収を有しているため、明るくコントラストが高い表示が得られる。各々の特性は、(a)が白表示時の反射率30%でコントラスト比1:15、(b)が反射率33%でコントラスト比1:13、(c)が29%で1:16であった。
【0132】
(実施例24)
図39は、本発明の実施例24における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ配置を示す図である。この実施例も、各ドットの外側の領域にブラックマスクを設けず、代わりにドット内の領域と同程度かそれよりも小さい吸収を有するカラーフィルタを設けたものである。基本的な構成ならびにカラーフィルタの分光特性は実施例9の図8と図12と同様であるが、ドット外の領域におけるカラーフィルタの配置に工夫を凝らした。図39において、3901に示した「横凸」状の領域は、対向電極と画素電極が重なっていて、液晶に電界が印加される領域であり、実施例23のドットに相当する。また左上から右下に斜めにハッチングを施した領域3902は青フィルタであり、右上から左下に斜めにハッチングを施した領域3903は緑フィルタであり、クロスにハッチングを施した領域3904は赤フィルタである。
【0133】
図39の(a)では、3色のフィルタをドット外にも設けたが互いに離して配置した。離す距離は、カラーフィルタ作成時の最大のアライメントずれを見越して設定した。即ち、図39の(b)は想定される最大のアライメントずれを起こした場合のカラーフィルタ配置であるが、その場合でも異なる色のカラーフィルタが互いに重なることがないようにした。カラーフィルタが重なることは、ブラックマスクが存在することと殆ど同義であるから、可能な限りこれを避けなければならない。以上のようにカラーフィルタを配置することによって、明るく高コントラストな反射型カラー表示が出来た。
【0134】
(実施例25)
図40は、本発明の実施例25における反射型カラー液晶装置の要部を示す図である。この実施例も、各ドットの外側の領域にブラックマスクを設けず、代わりにドット内の領域と同程度かそれよりも小さい吸収を有するカラーフィルタを設けた。まず構成を説明する。4001は上側偏光板、4002は対向基板、4003は液晶、4004は素子基板、4005は下側偏光板、4006は散乱反射板であり、対向基板4002上にはカラーフィルタ4007と、対向電極(走査線)4008を設け、素子基板4004上には信号線4009、画素電極4010、MIM素子4011を設けた。このカラーフィルタは、PC等のデータディスプレイで一般的なストライプ配列である。なおカラーフィルタの分光特性は実施例9の図12と同様である。
【0135】
図41は、本発明の実施例25における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ配置を示す図である。図41において、4101に示した「横凸」状の領域は、対向電極と画素電極が重なっていて、液晶に電界が印加される領域であり、実施例23のドットに相当する。また左上から右下に斜めにハッチングを施した領域4102は青フィルタであり、右上から左下に斜めにハッチングを施した領域4103は緑フィルタであり、クロスにハッチングを施した領域4104は赤フィルタである。
【0136】
図41の(a)では、3色のフィルタをドット外にも設けたが、上下には連続して配置し、左右には互いに離して配置した。離す距離は、カラーフィルタ作成時の最大のアライメントずれを見越して設定した。即ち、図41の(b)は想定される最大のアライメントずれを起こした場合のカラーフィルタ配置であるが、その場合でも異なる色のカラーフィルタが互いに重なることがないようにした。以上のようにカラーフィルタを配置することによって、明るく高コントラストな反射型カラー表示が出来た。
【0137】
(実施例26)
図42は、本発明の実施例26における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す断面図である。この実施例は、一対の基板の内、反射板側に位置する基板の外面に、カラーフィルタを設けた。構成を説明する。4201は上側偏光板、4202は素子基板、4203は液晶、4204は対向基板、4205は下側偏光板、4206は散乱反射板であり、素子基板4202上には信号線4207と画素電極4208を設け、対向基板4204上には対向電極(走査線)4209を設けた。この断面図では現れないが、信号線と画素電極はMIM素子を介してつながっている。また対向基板4204の反射板側表面に赤フィルタ4210、緑フィルタ4211、青フィルタ4212を設けた。
【0138】
カラーフィルタの分光特性は、もしドットの全面に設けるならば図12に示したような、またドットの一部に設けるならばその割合に応じて図16や図18に示したような特性を持たせる。
【0139】
このようにカラーフィルタを基板の外側に設けることにより、安価なカラーフィルタを利用することができる。このカラーフィルタは別にフィルム等の上に設けておいて、後で張り合わせても良い。また特にドットの一部にだけカラーフィルタを設けることにより、組立マージンが拡大し、視角が広がるという利点がある。
【0140】
(実施例27)
実施例27では、一対の基板の内、反射板側に位置する基板の内面に、非線形素子を各ドットに対応して設けている。この実施例における反射型カラー液晶装置の構造は、実施例1の図1、実施例6の図6、実施例7の図8と同様である。その特徴は反射板側に位置する基板104、604、804上に、MIM素子111、611、811を設けたことにある。このように配置することによって、その逆の溝成、即ち基板102、602、802上にMIM素子を設けた場合に比べて、不要な表面反射が減り、高いコントラストが得られた。その理由は三つある。一つは信号線109、609、809とMIM素子による反射がカラーフィルタ107、607、807によって一部吸収されることであり、二つ目は信号線自体が金属Ta上に金属Crを重ねた構造であり、TaよりもCrの方が反射率が小さいことである。三つ目は反射光が液晶層103、603、803を通ることによって複屈折干渉による吸収が生じることである。
【0141】
(実施例28)
実施例28では、一対の基板の内、一方の基板の内面に、非線形素子を各ドットに対応して設け、これをドットの短辺と平行な方向に結線した。この実施例における反射型カラー液晶装置の全体の構造は、例えば実施例7の図8等と同様である。その特徴はMIM素子の配線方法にある。
【0142】
図43は、実施例28における反射型カラー液晶装置のMIM素子の配線方法を示す図である。4301は信号線、4302はMIM素子、4303は画素電極である。画素電極は各々対向基板の赤、緑、青のカラーフィルタと対応しているため、対応関係を画素電極上に「R」「G」「B」で示した。
【0143】
図43の各ドットは全て縦長の形状をしており、横に並んだ3つのドットで1つの正方画素を形成している。これはパソコン用のデータディスプレイでよく見られる構成である。このとき、信号線はドットの短辺と平行、即ち横方向に配線されている。このように配線すると、配線数が少なくなり開口率が高くなるという効果があった。ここで開口率とは金属等の不透明な部分を除いた領域の占める割合である。
【0144】
これを従来の構成と比較する。図44は、従来のMIM素子を用いた(透過型)カラー液晶装置の配線方法を示す図である。4401は信号線、4402はMIM素子、4403は画素電極である。ドットピッチは図43と同じであり、ドットは縦長の形状をしているが、信号線はドットの長辺と平行、即ち縦方向に配線されている。このように配線すると配線数が図43の場合の3倍になり開口率が低い。従来このような配線を行っていた理由は、一つは横長パネルでは縦方向の配線の方が距離が短いからであり、もう一つはブラックマスクを設ければ縦に配線しても横に配線しても開口率が変わらないからであった。
【0145】
このように開口率が高くなると、表示が明るくなる。開口率が明るさに効くこと、特に視差のある反射型構成でそれが顕著であることに関しては、既に実施例23から25で詳しく説明した。
【0146】
(実施例29)
実施例29では、駆動面積率が60%以上85%以下である。図45は、この実施例における反射型カラー液晶装置の特性を示す。実施例2と同様の構成をとり、駆動面積率を50%から100%に変えた時の、駆動面積率とコントラスト、及び駆動面積率と反射率の関係を示している。ここで駆動面積率は、画素内の金属配線やMIM素子等の不透明な部分を除いた領域の中で、液晶が駆動される領域がしめる割合として定義される。横軸に駆動面積率、縦軸にコントラストと反射率をとり、4501は本実施例のコントラスト、4502は比較例のコントラスト、4503は本実施例のシアン表示時の反射率、4504は比較例のシアン表示時の反射率である。
【0147】
駆動面積率が60%以上であれば1:5以上の良好なコントラストを得ることが出来る。また駆動面積率85%以下であればシアン表示で23%以上の良好な明るさを得ることが出来る。
【0148】
(実施例30)
反射型カラー液晶装置においては、散乱反射板の特性が、明るさやコントラスト、視角特性を大きく左右する。散乱反射板には鏡面のように散乱性の弱いものから、紙のように散乱性の強いものまで各種存在し、周囲環境に応じて選択されるが、反射型カラー液晶装置向けには、明るさとコントラストを重視して散乱性の弱いものが望ましい。
【0149】
図46と図47は、本発明の実施例30における反射型カラー液晶装置の反射板の特性を示す図である。反射板が、これにビーム光を入射したときに、その正反射方向を中心とした30度コーンの中に80%以上の光が反射するような散乱特性を有している。
【0150】
図46において、4604は散乱反射板、4601は散乱反射板表面に45゜の角度で入射する光、4602はその正反射光、4603は正反射を中心にした30度コーンである。また図47の横軸は反射光の受光角、縦軸は相対反射強度である。実施例30の反射板は、入射光の約95%が、図46の30゜コーンの中に反射する特性を有する。これが80%未満になると、通常の室内環境のもとで、1:10以上のコントラスト比が得られなくなる。
【0151】
参考のために図48には計算機シミュレーションの結果を示した。図の横軸は図46に示した30度コーンの中に反射される光の割合であり、図の縦軸は明るさとコントラスト比である。光源には積分球のような完全散乱白色光を仮定し、基板法線方向に反射してくる光を計算した。明るさは標準白色板の明るさを100%とした。このシミュレーション結果からも明らかなように30度コーンの中に反射される光の割合が多いほど、即ち反射板の散乱度が弱いほど、明るく高コントラストな表示が得られる。但し入射光の95%よりも大きい光が30度コーンの中に反射されるような反射板では、視角特性が著しく狭く、実用に耐えないことが実験により確かめられている。
【0152】
(実施例31)
図49は、本発明の実施例31における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。反射板が半透過反射板であって、その背面にバックライトを備えている。まず構成を説明する。4901は上側偏光板、4902は対向基板、4903は液晶、4904は素子基板、4905は下側偏光板、4906は半透過反射板、4912はバックライトであり、対向基板4902上にはカラーフィルタ4907と、対向電極(走査線)4908を設け、素子基板4904上には信号線4909、画素電極4910、MIM素子4911を設けた。またカラーフィルタは、実施例2の図3と同様の分光特性を有している。
【0153】
半透過反射板の反射率は、通常の散乱反射板の7割程度であるから、バックライトを点灯せずに反射モードで使用する際には、白色表示時の反射率が24%程度に、なる。一方バックライトを点灯した透過モードでは、透過率が22%程度になり、表面輝度400cd/mといったモノクロ用のバックライトでも十分な明るさが得られる。また図3に示したようなカラーフィルタの特性では、本来透過で色を表示するには不十分であるが、半透過反射板を用いると、透過モードでも周囲光の反射で色純度が高まるという効果がある。
【0154】
なお半透過反射板は、入射光の80%以上を反射することが、明るい表示を得る上で望ましい。必然的に透過モードで使用する際には暗い表示となるが、透過モードの明るさを追求することは、えてして透過表示も反射表示も不満足な結果になりやすい。透過モードは真っ暗闇でかろうじて見えれば良いと割り切る方が、市場に受け入れられやすい良いディスプレイが得られる。
【0155】
(実施例32)
実施例32では、液晶が略90度ねじれたネマチック液晶であり、2枚の偏光板をその透過軸が各々隣接する基板のラビング方向と直交するよう配置した。この実施例における反射型カラー液晶装置の基本的な構成、およびカラーフィルタの分光特性は、実施例5の図6、図3と同様である。その特徴は、TNモードのセル条件が反射型カラー液晶装置用に最適化されていることにある。
【0156】
図50は、実施例32における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。5021は液晶パネルの左右方向(長手方向)であり、5001は上側偏光板の透過軸方向、5002が上側に位置する対向基板のラビング方向、5003が下側に位置する素子基板のラビング方向、5004が下側偏光板の透過軸方向である。ここで対向基板のラビング方向と液晶パネルの左右方向がなす角度5011を45゜に、上側偏光板の透過軸方向と対向基板のラビング方向がなす角度5012を90゜に、液晶のツイスト角5013を右90゜に、下側偏光板の透過軸方向と素子基板のラビング方向がなす角度5014を90゜に設定した。このように配置すると、液晶層中心の分子が電圧印加時に観察者側(即ち図の下側)から立ち上がり、TN液晶の視角特性とも相まって、高コントラストで影の見えにくい表示が可能になる。また偏光板の透過軸が隣接基板のラビング方向と直交する配置(いわゆるOモード)は、平行配置(いわゆるEモード)に比べて視角方向による色変化が少なく、より好ましい。
【0157】
また液晶材料の複屈折率△nを0.189、セルギャップを7.1μmにすることで、液晶セルの△n×dを1.34μmに設定した。これは非選択電圧印加時に最も明るく色づきの少ない条件であって、△n×d<1.30μmでは表示色が青っぽくなり、△n×d>1.40μmでは表示が暗くなるという問題があり好ましくない。
【0158】
(実施例33)
実施例33では、液晶の複屈折率△nと、液晶層厚dの積△n×dが0.34μmよりも大きく、0.52μmよりも小さい。この実施例における反射型カラー液晶装置の基本的な構成は、実施例2の図1と同様である。その特徴は、TNモードのセル条件が反射型カラー液晶装置用にさらに最適化されていることにある。
【0159】
図50は実施例33における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。5021は液晶パネルの左右方向(長手方向)であり、5001は上側偏光板の透過軸方向、5002が上側に位置する対向基板のラビング方向、5003が下側に位置する素子基板のラビング方向、5004が下側偏光板の透過軸方向である。ここで対向基板のラビング方向と液晶パネルの左右方向がなす角度5011を45゜に、上側偏光板の透過軸方向と対向基板のラビング方向がなす角度5012を90゜に、液晶のツイスト角5013を右90゜に、下側偏光板の透過軸方向と素子基板のラビング方向がなす角度5014を90゜に設定した。このように配置すると、液晶層中心の分子が電圧印加時に観察者側(即ち図の下側)から立ち上がり、TN液晶の視角特性とも相まって、高コントラストで影の見えにくい表示が可能になる。また偏光板の透過軸が隣接基板のラビング方向と直交する配置(いわゆるOモード)は、平行配置(いわゆるEモード)に比べて視角方向による色変化が少なく、より好ましい。
【0160】
ここで液晶材料の複屈折率△nを0.084とし、セルギャップを変えて△n×dの異なるパネルを作製した。
【0161】
図51に△n×dと白表示時の反射率の関係を示す。5101は実施例の各△n×dに対する反射率、5102は比較例の各△n×dに対する反射率を示す。測定には積分球を利用して全方位から均等に光が入射するようにして測定した。反射率は標準白色板を100%に取った。図51より、△n×dが大きくなるほど視角が狭まって斜めからの入射光の利用効率が低下するために、表示が暗くなる様子が読みとれる。従って明るい表示を得る上では、△n×dが小さい、いわゆるファーストミニマム条件を利用することが好ましい。ところがファーストミニマム条件は表示の色付きが大きいという欠点がある。そのために、従来の反射型モノクロ液晶装置では実施例32のような、△n×dが大きい条件を利用していた。しかしながら反射型カラー液晶装置では、カラーフィルタを調整することで少々の色付きは補正できる。実施例33ではカラーフィルタを長波長側で高い透過率を持つように調整することで、どの△n×dでも白は無色に近く、色付きもほとんど変らない表示を得た。
【0162】
△n×dが0.42μmの時にもっとも高い反射率を示すが、この付近の△n×dに対応する反射率を以下の表3に示す。
【表3】
Figure 0003606312
【0163】
このように、△n×dが0.34μmよりも大きく、0.52μmよりも小さくすることで明るい表示が得られる。
【0164】
なお△n×dが0.40μmより小さい時は、視角が広いために明るい表示が得られているが、一方で正面方向の明るさが低くスポット光源下では暗く見えるため、△n×dは0.40μm以上の方が好ましい。また、0.48μm以下にすることにより極端に大きな色付きを無くすことができるため、△n×dは0.48μm以下であることが好ましい。最も好ましい△n×dは最大の明るさが得られる0.42μmである。
【0165】
(実施例34)
本発明の実施例34では、液晶が90度以上ねじれたネマチック液晶であり、2枚の偏光板と少なくとも1枚の位相差フィルムを配置した。図52は、実施例34における反射型カラー液晶装置の要部を示す図である。まず構成を説明する。5201は上側偏光板、5202は位相差フイルム、5203は上側基板、5204は液晶、5205は下側基板、5206は下側偏光板、5207は散乱反射板であり、上側基板5203上にはカラーフィルタ5208と、走査電極5209を設け、下側基板5205上には信号電極5210を設けた。位相差フィルム5202はポリカーボネートの一軸延伸フィルムで、正の位相差を示す。またカラーフィルタは、実施例2の図3と同様の分光特性を有している。
【0166】
図53は、実施例34における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。5321は液晶パネルの左右方向(長手方向)であり、5301は上側偏光板の透過軸方向、5302が上側基板のラビング方向、5303が下側基板のラビング方向、5304が下側偏光板の透過軸方向、5305が位相差フイルムの延伸方向である。ここで上側基板のラビング方向と液晶パネルの左右方向がなす角度5311を30゜に、上側偏光板の透過軸方向と位相差フィルムの延伸方向がなす角度5314を54゜に、位相差フィルムの延伸方向と上側基板のラビング方向がなす角度5315を80゜に、液晶のツイスト角5312を左240゜に、下側偏光板の透過軸方向と下側基板のラビング方向がなす角度5313を43゜に設定した。このように配置すると、液晶層中心の分子が電圧印加時に観察者側(即ち図の下側)から立ち上がり、視角特性とも相まって、高コントラストで影の見えにくい表示が可能になる。
【0167】
これは、特公平3−50249号公報で提案された位相差板補償型のSTNモードであって、単純マトリクスでデューテイ比1/480までのマルチプレクス駆動ができる点に特徴がある。また実施例2と同じカラーフィルタを用いたにもかかわらず、信号線やMIM素子が不要な分だけ開口率が高く、白色表示時の反射率が33%と、非常に明るい表示が可能である。なおコントラスト比は1:8と比較的低めだったが、色補償を行う位相差フィルムを1枚増やし、特開平6−348230号公報に開示されている手法に従って多ライン同時選択駆動を行うことにより、MIM素子を備えた場合と同等のコントラストで、同等の色を表示することができる。
【0168】
(実施例35)
本発明の実施例34でも、液晶が90度以上ねじれたネマチック液晶であり、2枚の偏光板と少なくとも1枚の位相差フィルムを配置した。図55は、実施例35における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。5501は上側偏光板、5502は位相差フイルム、5503は上側基板、5504は液晶、5505は下側基板、5506は下側偏光板、5507は散乱反射板であり、上側基板5503上にはカラーフィルタ5508と、走査電極5509を設け、下側基板5505上には信号電極5510を設けた。位相差フィルム5502はポリカーボネートの一軸延伸フィルムで、正の587nmの位相差を有する。液晶の△nとセルギャップの積△n×dは0.85μmである。
【0169】
図53は、実施例35における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。5321は液晶パネルの左右方向(長手方向)であり、5301は上側偏光板の透過軸方向、5302が上側基板のラビング方向、5303が下側基板のラビング方向、5304が下側偏光板の透過軸方向、5305が位相差フィルムの延伸方向である。ここで上側基板のラビング方向と液晶パネルの左右方向がなす角度5311を30゜に、上側偏光板の透過軸方向と位相差フィルムの延伸方向がなす角度5314を38゜に、位相差フィルムの延伸方向と上側基板のラビング方向がなす角度5315を92゜に、液晶のツイスト角5312を左240゜に、下側偏光板の透過軸方向と下側基板のラビング方向がなす角度5313を50゜に設定した。
【0170】
図54は、実施例35における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。図54の横軸は光の波長、縦軸は透過率であり、5401が赤フィルタのスペクトル、5402が緑フィルタのスペクトル、5403が青フィルタのスペクトルを示している。このカラーフィルタ特性は、前記液晶装置からカラーフィルタを除いた場合のオフ状態における分光特性5411から、ホワイトバランスが取れるよう最適化したものである。ここで緑フィルタと青フィルタは、450nmから660nmの波長範囲で、50%以上の透過率を有している。また赤フィルタの450nmから660nmの範囲の波長の光に対する最小透過率は、青フィルタ、緑フィルタに比べてはっきりと小さい。このような赤フィルタを用いることにより、最も人間の目にアピールする赤色を鮮やかに表示することが出来る。また赤を濃くしたことを補償する目的で、青フィルタのスペクトル5403をシアン色に近くした。
【0171】
これは、特公平3−50249号公報で提案された位相差板補償型のSTNモードであって、単純マトリクスでデューテイ比1/480までのマルチプレクス駆動ができる点に特徴がある。但し従来の位相差板補償型のSTNモードは、白黒表示が出来るとは言ってもシアン色っぽい白しか出せなかった。ところが実施例35の反射型カラー液晶装置は、カラーフィルタを最適化したことにより、従来よりもずっとニュートラルに近い白が表示できるようになった。また実施例9と特性の似たカラーフィルタを用いたにもかかわらず、信号線やMIM素子が不要な分だけ開口率が高く、白色表示時の反射率が29%と、非常に明るい表示が可能である。
【0172】
(実施例36)
本発明の実施例36では、反射板を一対の基板間に備え、偏光板を1枚だけ配置した。図56は、実施例36における反射型カラー液晶装置の要部を示す図である。まず構成を説明する。5601は上側偏光板、5602は対向基板、5603は液晶、5604は素子基板であり、対向基板5602上にはカラーフィルタ5605と、対向電極(走査線)5606を設け、素子基板5604上には信号線5607、散乱反射板を兼ねた画素電極5608、MIM素子5609を設けた。散乱反射板を兼ねた画素電極は、金属アルミニウムのスパッタ膜の表面に機械的、化学的手法により凹凸をつけたものを用いた。またカラーフィルタは、実施例2の図3と同様の分光特性を有している。
【0173】
図57は、実施例36における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。5721は液晶パネルの左右方向(長手方向)であり、5701は上側偏光板の透過軸方向、5702が上側基板のラビング方向、5703が下側基板のラビング方向である。ここで上側基板のラビング方向と液晶パネルの左右方向がなす角度5711を62゜に、上側偏光板の透過軸方向と上側基板のラビング方向がなす角度5712を94゜に、液晶のツイスト角5713を右56゜に設定した。このように配置すると、液晶層中心の分子が電圧印加時に観察者側(即ち図の下側)から立ち上がり、視角特性とも相まって、高コントラスト表示が可能になる。
【0174】
これは、特開平3−223715号公報で提案された1枚偏光板型のネマチック液晶モードであって、下側偏光板を用いずに高コントラストの白黒表示ができるため、液晶と接する位置に散乱反射板を設けることができる点に特徴がある。
【0175】
この反射型カラー液晶装置は、白色表示時の反射率が30%、コントラスト比が1:10、白と赤とシアンと黒の4色表示が可能で、赤表示色はx=0.38、y=0.31、シアン表示色はx=0.28、y=0.32であった。その表示には全く影が生じず、視角依存性も極めて少ない。また例えば赤フィルタを通って入射した光は必ず赤フィルタを通って出射するため、色の濁りが生じず、明るく色純度の高い表示ができた。
【0176】
上記実施例ではMIM素子を用いたが、その代わりにTFT素子を用いることもできる。図58は、反射板を一対の基板間に備え、偏光板を1枚だけ配置した本発明の反射型カラー液晶装置をTFT素子を用いて作成した場合の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。5801は上側偏光板、5802は対向基板、5803は液晶、5804は素子基板であり、対向基板5802上にはカラーフィルタ5805と、対向電極(共通電極)5806を設け、素子基板5804上にはゲート信号線5807、ソース信号線5808、TFT素子5809、散乱反射板を兼ねた画素電極5810を設けた。MIM素子の場合は金属配線が上下方向に走るだけであったが、TFT素子では上下方向と左右方向に金属配線が走るため、開口率が低下する。幸いこの実施例36では下側偏光板を必要としない。そこでTFT素子を利用する場合には、素子、信号線のレイヤー上に絶縁膜を設け、その上に改めて画素電極を兼ねる反射板を設け、コンタクトホールを通して両者を接続する手法を取ることが好ましい。
【0177】
(実施例37)
実施例37は、反射板を一対の基板間に備え、偏光板を1枚だけ配置した反射型カラー液晶装置において、前記反射板が鏡面反射板であり、かつ入射光側に位置する基板の外面に散乱板を備えたものに関するが、まず反射型モノクロ液晶装置に関する例を6つ紹介する。これらはいずれもカラーフィルタの付加により、反射型カラー液晶装置として利用できる。
【0178】
〈第1の例〉
図59は、第1の例における反射型液晶装置の断面図である。まず構成を説明する。590lは散乱板、5902は上側偏光板、5903は上側基板、5904は上側電極、5905は液晶、5906は下側電極、5907は下側基板、5908は下側偏光板、5909は鏡面反射板である。液晶5905はセル内で90度ねじれており、偏光板5902と5908の吸収軸は近接する界面の液晶5の遅相軸に一致するTNモードである。液晶5905の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。
【0179】
以上の構成の反射型液晶装置は、室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが25%、コントラストが1:15であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが45%、コントラストが1:12であった。正反射方向であっても散乱板の後方散乱の効果で天井灯が映り込むことがなく、高いコントラストが得られる。 このように十分なコントラストを保ちつつ正反射方向の光が有効に利用出来るために、とても明るい表示が得られる。
【0180】
〈第2の例〉
図60は第2の例における反射型液晶装置No.1からNo.3の断面図である。6001は散乱板、6002は上側偏光板、6003は上側基板、6004は上側電極、6005は液晶、6006は下側電極、6007は下側基板、6008は鏡面反射板である。
【0181】
図61に第2の例における反射型液晶装置No.1からNo.3の偏光板等の軸方向を示す。6101は上側偏光板6002の透過軸方向、6103は上側基板6003のラビング方向、6103は下側基板6007のラビング方向であり、6104が上側偏光板6002の透過軸方向6101の水平と成す角度θ1、6105が上側基板6003のラビング方向6102の水平と成す角度θ2、6106が下側基板6007のラビング方向6103の水平と成す角度θ3である。角度は反時計回りに正とし、−180度から180度で示す。
【0182】
図62は第2の例における反射型液晶装置No.4からNo.6の断面図である。6201は散乱板、6202は上側偏光板、6203は位相差板、6204は上側基板、6205は上側電極、6206は液晶、6207は下側電極、6208は下側基板、6209は鏡面反射板である。
【0183】
図63に第2の例における反射型液晶装置No.4からNo.6の偏光板等の軸方向を示す。6301は上側偏光板6202の透過軸方向、6302は位相差板6203の遅相軸方向、6303は上側基板6204のラビング方向、6304は下側基板6208のラビング方向であり、6305が上側偏光板6202の透過軸方向6301の水平と成す角度θ1、6306が上側基板6204のラビング方向6303の水平と成す角度θ2、6307が下側基板6208のラビング方向6304の水平と成す角度θ3、6308が位相差板6203の遅相軸方向6302の水平と成す角度θ4である。
【0184】
これらの角度条件と液晶セルの△n×d、位相差板の位相差の値を以下の表4に示す。図中△n×dと位相差の単位はμmである。
【表4】
Figure 0003606312
【0185】
これらの特性を以下の表5に示す。
【表5】
Figure 0003606312
第1の例と同様に十分なコントラストと明るい表示が得られる。
【0186】
〈第1の例、第2の例の比較例〉
図64に比較例における反射型液晶装置の断面図を示す。6401は上側偏光板、6402は上側基板、6403は上側電極、6404は液晶、6405は下側電極、6406は下側基板、6407は下側偏光板、6408は散乱反射板である。液晶6404は第1の例と同様にセル内で90度にねじっており、偏光板6401と6407の吸収軸は近接する界面の液晶5の遅相軸に一致するTNモードである。液晶6404の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。
【0187】
以上の構成の反射型液晶装置は、室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが28%、コントラストが1:15であったが、天井灯の正反射方向では天井灯の映り込みのために、白表示の明るさが62%、コントラストが1:2となり、実用に耐えなかった。
【0188】
〈第3の例〉
図65は第3の例における反射型液晶装置の散乱板の特性を示す図である。第65図において、6501は散乱板、6502は入射光、6503は正反射光、6504は正反射光6503を中心とした10度コーンである。第3の例の散乱板6501は10度コーン6503の中に入射光の5%の光が散乱する。
【0189】
以上の特性を持つ散乱板は、信学技報EID95−146にあるように、媒質と異なる屈折率を持つ粒子の混入により前方散乱を作り、表面に微小な凹凸を設けて後方散乱を調整することで得た。この散乱光が10%よりも大きいと光源の映り込みが大きくなってコントラストが低下し、逆に0.5%よりも小さくなると表示のぼけが大きくなりすぎる。
【0190】
また、本実施例の構成は第1の例の図59に示した構成と同様であり、液晶5905はセル内で90度にねじっており、偏光板5902と5908の吸収軸は近接する界面の液晶5905の遅相軸に一致するTNモードである。液晶5905の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。
【0191】
以上の構成の反射型液晶装置は、室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが26%、コントラストが1:15であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが43%、コントラストが1:13であった。
【0192】
〈第4の例〉
第3の例の図65に示した散乱板を、第2の例の図60、図62の構成に適用した。
【0193】
図61、図63で示した各軸方向と液晶の△n×dと位相差を第2の例と同様に設定した。特性を以下の表6に示す。
【表6】
Figure 0003606312
実施例1同様に十分なコントラストと明るい表示が得られる。
【0194】
〈第5の例〉
図66は第5の例における反射型液晶装置の断面図である。まず構成を説明する。6601は散乱板、6602は上側偏光板、6603は上側基板、6604は上側電極、6605は液晶、6606は下側偏光板、6607は下側電極兼鏡面反射板、6608は下側基板である。液晶6605はセル内で90度にねじれており、偏光板6602、6606の吸収軸は近接する界面の液晶5の遅相軸に一致するTNモードである。液晶6605の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。下側電極にはアルミニウムを蒸着して、偏光板はポリイミド配向膜上に黒色2色性色素を含有させた液晶性高分子の溶液を塗布、配向させることで得た。散乱板には第3の例と同様のものを使用した。
【0195】
以上の構成の反射型液晶装置は、室内において基板法線方向での白表示時の明るさが28%、コントラストが1:18であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが44%、コントラストが1:16であった。
【0196】
〈第6の例〉
図67は第6の例における反射型液晶装置No.1からNo.3の断面図である。6701は散乱板、6702は上側偏光板、6703は上側基板、6704は上側電極、6705は液晶、6706は下側電極兼鏡面反射板、6707は下側基板である。
【0197】
図61に第6の例における反射型液晶装置No.1からNo.3の偏光板等の軸方向を示す。6101は上側偏光板6002の透過軸方向、6103は上側基板6003のラビング方向、6103は下側基板6007のラビング方向であり、6104が上側偏光板6002の透過軸方向6101の水平と成す角度θ1、6105が上側基板6003のラビング方向6102の水平と成す角度θ2、6106が下側基板6007のラビング方向6103の水平と成す角度θ3である。
【0198】
図68は第6の例における反射型液晶装置No.4からNo.6の断面図である。6801は散乱板、6802は上側偏光板、6803は位相差板、6804上側基板、6805は上側電極、6806は液晶、6807は下側電極兼鏡面反射板、6808は下側基板である。
【0199】
図63に第6の例における反射型液晶装置No.4からNo.6の偏光板等の軸方向を示す。6301は上側偏光板6202の透過軸方向、6302は位相差板6203の遅相軸方向、6303は上側基板6204のラビング方向、6304は下側基板6208のラビング方向であり、6305が上側偏光板6202の透過軸方向6301の水平と成す角度θ1、6306が上側基板6204のラビング方向6303の水平と成す角度θ2、6307が下側基板6208のラビング方向6304の水平と成す角度θ3、6308が位相差板6203の遅相軸方向6302の水平と成す角度θ4である。
【0200】
角度、液晶の△n×d、位相差板の位相差の条件は、第2の例で示した表4と同じである。また散乱板には第3の例と同様のものを使用した。
【0201】
以上の構成の反射型液晶表示素子の特性を以下の表7に示す。
【表7】
Figure 0003606312
いずれも十分なコントラストと明るい表示が得られる。
【0202】
以上示した6つの反射型モノクロ液晶装置は、いずれもカラーフィルタの付加により反射型カラー液晶装置として利用できるが、次にその例を一つ示す。
【0203】
図69は、本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の要部を示した図である。6901は散乱板、6902は上側偏光板、6903は位相差板、6904は上側基板、6905は液晶、6906は下側基板、6907は対向電極(走査線)、6908は信号線、6909は画素電極兼鏡面反射板、6910はMIM素子、6911はカラーフィルタである。画素と画素の間隔を信号線に直交、平行の両方向共に160μmとし、信号線の幅を10μm、信号線と画素電極の間隙を10μm、隣り合う画素電極と画素電極の間隔を10μmとした。
【0204】
図63に偏光板等の軸方向を示す。6301は上側偏光板6202の透過軸方向、6302は位相差板6203の遅相軸方向、6303は上側基板6204のラビング方向、6304は下側基板6208のラビング方向であり、6305が上側偏光板6202の透過軸方向6301の水平と成す角度θ1、6306が上側基板6204のラビング方向6303の水平と成す角度θ2、6307が下側基板6208のラビング方向6304の水平と成す角度θ3、6308が位相差板6203の遅相軸方向6302の水平と成す角度θ4である。
【0205】
液晶6905の△n×dは0.33μm、θ1は−82度、θ2は−74度、θ3は74度、θ4は9度、位相差板6903の位相差は0.31μmに設定し、信号線6908上も画素電極兼鏡面反射板6909上と同様に配向処理を施した。
【0206】
散乱板には第3の例と同様のものを使用した。またカラーフィルタ6911には平均透過率75%のシアン(図中C)とレッド(図中R)のカラーフィルターを使用した。
【0207】
以上の構成の反射型液晶装置は、室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが30%、コントラストが1:15であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが51%、コントラストが1:12であった。何れも表示色はレッドがx=0.39、y=0.32、シアンがx=0.28、y=0.31であった。十分に色を認識でき、明るい表示である。
【0208】
(実施例38)
実施例38は、反射板を一対の基板間に備え、偏光板を1枚だけ配置したことを特徴とする反射型カラー液晶装置において、または、前記反射板が鏡面反射板であり、かつ入射光側に位置する基板の外面に散乱板を備えたことを特徴とする反射型カラー液晶装置において、金属配線上の液晶も画素部の液晶と同様に配向している反射型カラー液晶装置に関するが、まず反射型モノクロ液晶装置に関する例を2つ紹介する。これらはいずれもカラーフィルタの付加により、反射型カラー液晶装置として利用できる。
【0209】
〈第1の例〉
図70は第1の例における反射型液晶装置の要部を示した図である。7001は散乱板、7002は上側偏光板、7003は上側基板、7004は液晶、7005は下側基板、7006は下側偏光板、7007は鏡面反射板、7008は対向電極(走査線)、7009は信号線、7010は画素電極、7011はMIM素子である。液晶7004はセル内で90度にねじっており、偏光板7002と7006の吸収軸は近接する界面の液晶7004の遅相軸に一致するTNモードである。液晶7004の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。散乱板には実施例37の第3の例と同様のものを使用した。
【0210】
画素と画素の間隔を信号線に直交、平行の両方向共に160μmとし、信号線の幅を10μm、信号線と画素電極の間隙を10μm、隣り合う画素電極と画素電極の間隔を10μmとした。
【0211】
以上の構成の反射型液晶装置で、信号線7009上及び対向電極7008の画素部以外の領域も画素電極7010上の領域と同様にラビング処理を施して液晶を配列させたところ、室内において基板法線方向での白表示時の明るさが23%、コントラストが1:14であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが43%、コントラストが1:11であった。
【0212】
ところで金属電極上は画素電極のITOとは塗れ性が異なるため、配向膜を塗布してもはじかれることが多い。このような場合、即ち信号線7009上に配向処理を施さないときには、室内において基板法線方向での白表示時の明るさが19%、コントラストが1:14であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが40%、コントラストが1:11であった。
【0213】
いずれの場合も高コントラストと非常に明るい表示を得ることが出来るが、金属配線上も配向処理することによりさらに明るい表示を得ることが出来た。
【0214】
〈第2の例〉
図71は第2の例における反射型液晶装置No.1とNo.3の要部を示した図である。7101は散乱板、7102は上側偏光板、7103は上側基板、7104は液晶、7105は下側基板、7106は鏡面反射板、7107は対向電極(走査線)、7108は信号線、7109は画素電極、7110はMIM素子である。画素と画素の間隔を信号線に直交、平行の両方向共に160μmとし、信号線の幅を10μm、信号線と画素電極の間隙を10μm、隣り合う画素電極と画素電極の間隔を10μmとした。
【0215】
図61に第2の例における反射型液晶装置No.1からNo.3の偏光板等の軸方向を示す。6101は上側偏光板6002の透過軸方向、6103は上側基板6003のラビング方向、6103は下側基板6007のラビング方向であり、6104が上側偏光板6002の透過軸方向6101の水平と成す角度θ1、6105が上側基板6003のラビング方向6102の水平と成す角度θ2、6106が下側基板6007のラビング方向6103の水平と成す角度θ3である。
【0216】
図72は第2の例における反射型液晶装置のNo.2とNo.4の要部を示した図である。7201は散乱板、7202は位相差板、7203は上側偏光板、7204は上側基板、7205は液晶、7206は下側基板、7207は鏡面反射板、7208は対向電極(走査線)、7209は信号線、7210は画素電極、7211はMIM素子である。画素と画素の間隔を信号線に直交、平行の両方向共に160μmとし、信号線の幅を10μm、信号線と画素電極の間隙を10μm、隣り合う画素電極と画素電極の間隔を10μmとした。
【0217】
図63に第2の例における反射型液晶装置No.4からNo.6の偏光板等の軸方向を示す。6301は上側偏光板6202の透過軸方向、6302は位相差板6203の遅相軸方向、6303は上側基板6204のラビング方向、6304は下側基板6208のラビング方向であり、6305が上側偏光板6202の透過軸方向6301の水平と成す角度θ1、6306が上側基板6204のラビング方向6303の水平と成す角度θ2、6307が下側基板6208のラビング方向6304の水平と成す角度θ3、6308が位相差板6203の遅相軸方向6302の水平と成す角度θ4である。
【0218】
散乱板には実施例37の第3の例と同様のものを使用した。
以上の構成の反射型液晶装置で、No.1とNo.2は画素部以外の領域にも配向処理を施したものであり、No.3とNo.4は画素部だけに配向処理を施したものとした。
【0219】
液晶7205の△n×d、偏光板等の角度、位相差板の位相差を以下の表8に示す。
【表8】
Figure 0003606312
【0220】
またその特性を以下の表9に示す。
【表9】
Figure 0003606312
【0221】
いずれの例も高コントラストで明るい表示を得ることが出来るが、画素部以外の領域にも配向処理を施すことによりさらに明るい表示を得ることが出来た。
【0222】
(実施例39)
実施例39は、表示がノーマリホワイト型である反射型カラー液晶装置に関するが、まず反射型モノクロ液晶装置に関する例を紹介する。これはカラーフィルタの付加により、反射型カラー液晶装置として利用できる。
【0223】
図59は、実施例39の反射型液晶装置No.1、No.2の断面図である。まず構成を説明する。5901は散乱板、5902は上側偏光板、5903は上側基板、5904は上側電極、5905は液晶、5906は下側電極、5907は下側基板、5908は下側偏光板、5909は鏡面反射板である。液晶5905はセル内で90度にねじっており、No.1は偏光板5902、5908の吸収軸が近接する界面の液晶5905の遅相軸に一致、No.2は偏光板5902の吸収軸、5908の吸収軸がそれぞれ近接する界面の液晶5905の遅相軸に一致するTNモードである。液晶5905の厚さdと複屈折率△nの積△n×dは0.48μmである。
散乱板には実施例37の第3の例と同様のものを使用した。
【0224】
図73は実施例37の反射型液晶装置の電圧透過率特性を示す図である。ここで7301はNo.1の電圧に対する透過率の変化の様子であり、7302はNo.2の電圧に対する透過率の変化の様子である。No.1はノーマリーホワイト、No.2はノーマリーブラックの表示である。
【0225】
以上の構成の反射型液晶装置は、No.1は室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが25%、コントラストが1:15であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが45%、コントラストが1:12であった。No.2は室内において、基板法線方向での白表示時の明るさが23%、コントラストが1:15であり、天井灯の正反射方向での白表示の明るさが42%、コントラストが1:13であった。
【0226】
双方共に十分なコントラストと明るい表示が得られるが、ノーマリーホワイトモードの方がより明るい表示が得られる。これは画素外の領域が明るさに寄与するためであり、また斜め方向から入射した光を透過しやすい視角特性を有するためである。
【0227】
(実施例40)
以上の実施例1から39における反射型カラー液晶装置で表示を行う際には、従来の透過型カラー液晶装置では存在しなかった問題が生じる。それは単独のドットでは十分に発色せず、色を表示するためにはある程度広い領域にわたって同一色を表示する必要があるということである。これはカラーフィルターの色が淡いことや、液晶層と反射板との間に距離があって(実施例36から39を除く)、隣のドットの色が混じりやすいことなどが原因である。
【0228】
従って白地に赤い文字を表示するような使い方よりは、白地に黒色の文字を表示してその背景の一部を赤にするような使い方、即ちマーカーのような使い方が適している。しかしながら単独の画素で十分に発色しないということは、逆に言えばカラー液晶装置でありながら容易に白黒表示ができるということでもある。
【0229】
実施例40の反射型カラー液晶装置は、1ドットで1画素を構成することを特徴とする。画素とは表示に必要な機能を実現できる最小単位のことであり、通常のカラー液晶装置では、1画素は赤緑青各1ドット計3ドットで構成される。従って480×640画素のVGAの表示を行うためには、480×640×3ドットが必要であった。シアンと赤の2色カラーフィルタを用いる場合には、480×640×2ドットが必要であった。しかしながら実施例40は、カラー液晶装置でありながら480×640画素でVGA表示を行うことができる。
【0230】
実施例40の構成は、例えば実施例5等と同様である。ただ表示を行う場合に次のような工夫をする。図74に一例を示したので、この図に沿って説明する。ここには16×48画素が図示されている。(a)はカラーフィルタの配列を示す図であり、赤(「R」で示した)とシアン(「C」で示した)がモザイク状に並んでいる。また(b)と(c)はオンドットとオフドットの分布を示す図である。オンドットは暗表示であるためハッチングで示した。(b)の表示は、カラーフィルタ配列を無視して「LCD」という形にオンさせたものであるが、先に述べたようにこの反射型カラー液晶装置は単独のドットでは十分に発色しないため、白地に黒く「LCD」と表示されて見える。従ってVGAの解像度で白黒表示が可能である。一方(c)の表示は、(b)の背景のシアン色ドットだけをオンしたもので、赤字に黒く「LCD」と表示されて見える。このように10ドットあるいはそれよりも広い面積にわたって同一色を表示すると、色を表示することが可能になる。
【0231】
このようなマーカーとしての使い方以外にも、例えば地図情報を表示する場合に、特定の路線だけを着色することも、道路幅が数ドットあれば可能になる。またパソコン画面のアイコン等もある程度の面積があるため、カラー表示することが可能である。
【0232】
(実施例41)
以上の実施例1から40における反射型カラー液晶装置を電子機器のディスプレイとして採用した。
【0233】
図75は、実施例1から40における反射型カラー液晶装置を採用した電子機器の一例を示す図である。これはいわゆるPDA(Personal Digital Assistant)であって、携帯情報端末の一種である。7501は反射型カラー液晶装置であり、その前面にはペン入力のためのタブレットを装着した。PDA用のディスプレイには、従来反射型モノクロ液晶装置、あるいは透過型カラー液晶装置が利用されていた。これらを反射型カラー液晶装置で置き換えることによって、前者に比べるとカラー表示による情報量の飛躍的増大というメリットが、また後者に比べると電池寿命の長期化と小型軽量化というメリットがあった。
【0234】
図76は、実施例41の電子機器において、周囲光を観察者に効率よく反射できるよう、表示部が本体に対し動かせるよう取り付けた電子機器の一例を示す図である。これはいわゆるデジタルスチルカメラである。7601は反射型カラー液晶装置であって、本体に対してその角度が変えられるように取り付けてある。また図示されていないが、レンズはこの反射型カラー液晶装置取り付け部の裏側にある。デジタルスチルカメラ用のディスプレイには、従来透過型カラー液晶装置が利用されていた。これを反射型カラー液晶装置に置き換えることによって、電池寿命の長期化と小型化はもちろんのこと、直射日光下での視認性が格段に向上した。なぜならば、透過型カラー液晶装置はバックライトの明るさが限られているため直射日光下で表面反射が大きくなると見えにくくなるが、反射型カラー液晶装置は周囲光が明るくなるほど表示も明るくなるからである。この周囲光を有効に利用するためにも、液晶装置の角度が変えられるように取り付けることが有効である。
【0235】
反射型カラー液晶装置は、上記電子機器以外にもパームトップPCやサブノートPC、ノートPC、ハンディーターミナル、カムコーダ、液晶テレビ、ゲーム機、電子手帳、携帯電話、ページャーといった携帯性を重視する様々な電子機器に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1〜4、27、29、33における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図2】本発明の実施例1における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図3】本発明の実施例2、3、5、23、29、31、32、34、36、40における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例3における反射型カラー液晶装置において、素子基板の厚さを変化させたときのコントラストの変化をプロットした図である。
【図5】本発明の実施例4における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図6】本発明の実施例5、6、23、27、32、40における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図7】本発明の実施例6における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図8】本発明の実施例7、9、24、27、28における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図9】本発明の実施例7における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図10】本発明の実施倒8、10における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図11】本発明の実施例8における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図12】本発明の実施例9、24、25、26における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図13】本発明の実施例10における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図14】本発明の実施例10における反射型カラー液晶装置において、カラーフィルタの厚みを変化させたときの平均透過率の変化をプロットした図である。
【図15】本発明の実施例11、12、15における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図16】本発明の実施例11、21、26における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図17】本発明の実施例11における反射型カラー液晶装置において、カラーフィルタを設ける面積の割合を変化させたときの平均透過率の変化をプロットした図である。
【図18】本発明の実施例12、26における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図19】本発明の実施例12における反射型カラー液晶装置において、カラーフィルタを設ける面積の割合を変化させたときの平均透過率の変化をプロットした図である。
【図20】本発明の実施例13、15における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図21】本発明の実施例14、15における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図22】本発明の実施例15における反射型カラー液晶装置の電圧反射率特性を示す図である。
【図23】本発明の実施例16における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ基板の構造を示す図である。
【図24】本発明の実施例16における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図25】本発明の実施例16における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図26】本発明の実施例16、17における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの1ドット内の平均分光特性を示す図である。
【図27】本発明の実施例16で言及した比較例における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ基板の構造を示す図である。
【図28】本発明の実施例17における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタ基板の構造を示す図である。
【図29】本発明の実施例17における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図30】本発明の実施例17における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図31】本発明の実施例17における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図32】本発明の実施例18における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図33】本発明の実施例21における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図34】本発明の実施例21における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図35】本発明の実施例21における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図36】本発明の実施例21における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図37】本発明の実施例22における反射型カラー液晶装置の構造の概略を示す図である。
【図38】本発明の実施例23における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図39】本発明の実施例24における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図40】本発明の実施例25における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図41】本発明の実施例25における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの配置を示す図である。
【図42】本発明の実施例26における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図43】本発明の実施例28における反射型カラー液晶装置のMIM素子の配線方法を示す図である。
【図44】本発明の実施例28で言及した比較例における反射型カラー液晶装置のMIM素子の配線方法を示す図である。
【図45】本発明の実施例29における反射型カラー液晶装置において、駆動面積を変化させたときのコントラストと反射率の変化をプロットした図である。
【図46】本発明の実施例30における反射型カラー液晶装置の反射板の散乱特性を説明するための図である。
【図47】本発明の実施例30における反射型カラー液晶装置の反射板の散乱特性を示す図である。
【図48】本発明の実施例30における反射型カラー液晶装置において、30度コーンの中に反射される光の割合を変化させたときの明るさとコントラスト比をプロットした図である。
【図49】本発明の実施例31における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図50】本発明の実施例32、33における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。
【図51】本発明の実施例33における反射型カラー液晶装置において、液晶セルの△n×dを変化させたときの白表示の反射率の変化をプロットした図である。
【図52】本発明の実施例34における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図53】本発明の実施例34、35における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。
【図54】本発明の実施例35における反射型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図55】本発明の実施例35における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図56】本発明の実施例36における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図57】本発明の実施例36における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。
【図58】本発明の実施例36における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図59】本発明の実施例37、39における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図60】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図61】本発明の実施例37、38における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。
【図62】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図63】本発明の実施例37、38における反射型カラー液晶装置の各軸の関係を示す図である。
【図64】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図65】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の散乱板の特性を示す図である。
【図66】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図67】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図68】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図69】本発明の実施例37における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図70】本発明の実施例38における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図71】本発明の実施例38における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図72】本発明の実施例38における反射型カラー液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図73】本発明の実施例39における反射型カラー液晶装置の電圧透過率特性を示す図である。
【図74】本発明の実施例40における反射型カラー液晶装置の表示法の一例を示す図である。
【図75】本発明の実施例41における反射型カラー液晶装置を用いた電子機器の一例を示す図である。
【図76】本発明の実施例41における反射型カラー液晶装置を用いた電子機器の一例を示す図である。
【図77】反射型カラー液晶装置に特有の視差の問題について説明した図である。
【図78】従来の透過型カラー液晶装置のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図79】内田龍男氏らの論文(IEEE Transactions on Electron Devices,Vol.ED−33,No.8,pp.1207−1211(1986))のFig.8で提案されていたカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図80】三ツ井精一氏らの論文(SID92 DIGEST,pp.437−440(1992))のFig.2で提案されていたカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図81】特開平5−241143号公報の第2図(a)、(b)、(c)で提案されていたカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【符号の説明】
101…上側偏光板、102…対向基板、103…液晶、104…素子基板、105…下側偏光板、106…散乱反射板、107…カラーフィルタ、108…対向電極(走査線)、109…信号線、110…画素電極、111…MIM素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective color liquid crystal device and an electronic apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
First of all, a display mounted on a portable information terminal needs to have low power consumption. Therefore, a reflective liquid crystal device that does not require a backlight is optimal for this application. However, the conventional reflection type liquid crystal device is mainly monochrome display, and a good reflection type color display has not been obtained yet.
[0003]
The development of the reflective color liquid crystal device seems to have started in earnest since the mid-1980s. Prior to that, there was only recognition that a reflective color display would be possible if the backlight of a transmissive color liquid crystal device was replaced with a reflector, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 50-80799. However, as you can see when you actually make it, this configuration is too dark to be useful. There are three causes, one is that the polarizing plate throws away more than 1/2 of the light, the second is that more than 2/3 of the light is thrown away by the color filter, and finally the parallax problem It is. The problem of parallax is unavoidable in the TN (twisted nematic) mode and STN (super twisted nematic) mode that are generally used in transmissive liquid crystal devices. This is because in these modes, since two polarizing plates are always used, a non-negligible gap occurs between the reflector and the liquid crystal layer unless a polarizing plate is formed in the cell. Note that the parallax problem mentioned here refers not only to the problem of double reflection of the display that was also present in the conventional reflective type monochrome liquid crystal device, but also to a problem peculiar to the reflective type color liquid crystal device.
[0004]
The parallax problem will be described with reference to the drawings. 77 (a) and 77 (b) are cross-sectional views of a reflective color liquid crystal device using a TN mode or an STN mode. This liquid crystal device includes an upper polarizing plate 7701, an upper glass substrate 7702, a liquid crystal layer 7703, a lower glass substrate 7704, a lower polarizing plate 7705, a light reflection plate 7706, and a red, green and blue three-color filter 7707. Other transparent electrodes, alignment films, insulating films, and the like exist between the upper and lower glass substrates, but they are omitted because they are not necessary for explaining the parallax problem. There are two parallax problems. One is color cancellation. In FIG. 77 (a), an observer 7712 sees reflected light 7711 that has exited through a green filter. This light is incident on light 7713 that has passed through red, green, and blue filters. It is scattered and reflected by the reflector and mixed. If the thickness of the lower glass substrate is sufficiently larger than the pitch of the color filter, light passing through any color filter is mixed with equal probability. However, the light passing through the red → green and blue → green paths is absorbed by any of the color filters and becomes dark, leaving only the light passing through the green → green path. The same can be said for the reflected light coming out through the blue and red filters, which eventually results in a problem that the brightness of the white display becomes 1/3 of that without parallax. Another problem is that the color display becomes dark. FIG. 77 (b) shows a green display state. In addition, a lattice-shaped hatched portion in the liquid crystal layer 7703 indicates that it is in a non-lighting state (dark state). Incident light 7713 passes through red, green, and blue dots with equal probability, but 2/3 of them is absorbed by red and blue dots in the off state. Further, after being scattered and mixed by the light reflector, 2/3 is absorbed again by the red and blue dots in the off state, and reaches the observer 7712. Therefore, the green display becomes “1/9 the brightness of the white display minus the absorption amount of the green filter”, which is very dark. As described above, it is very difficult to use the TN mode or STN mode having a parallax problem in the reflective color liquid crystal device.
[0005]
Therefore, conventionally, attempts have been made to obtain a bright reflective color display by changing the liquid crystal mode. For example, in the paper by Tatsuo Uchida et al. (IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-33, No. 8, pp. 1207-1212 (1986)), FIG. After comparing the brightness of various liquid crystal modes in No. 2, a PCGH (phase transition guest host) mode that does not require a polarizing plate is adopted. Japanese Patent Laid-Open No. 5-241143 also adopts a PDLC (polymer dispersed liquid crystal) mode that does not require a polarizing plate in order to realize a reflective color liquid crystal device. Use of a liquid crystal mode that does not require a polarizing plate not only eliminates light absorption by the polarizing plate, but also has an advantage that the problem of parallax can be fundamentally eliminated by providing a reflector adjacent to the liquid crystal layer. However, on the other hand, the liquid crystal mode that does not require a polarizing plate generally has a low contrast, and the PCGH mode in particular has a problem that a halftone display cannot be performed due to hysteresis of voltage transmittance characteristics. Further, these liquid crystal modes in which another substance is added to the liquid crystal have many problems in terms of reliability. Therefore, it has been widely used in the past, and if a proven TN mode or STN mode can be used, this will not be exceeded.
[0006]
Conventionally, an attempt has been made to obtain a bright reflective color display using a bright color filter. In general, a color filter used in a transmissive color liquid crystal device has spectral characteristics as shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 78 is the wavelength of light, the vertical axis is the transmittance, 7801 is the spectrum of the red filter, 7802 is the spectrum of the green filter, and 7803 is the spectrum of the blue filter. The light that can be sensed by humans is generally in the wavelength range of 380 nm to 780 nm, although there are differences among individuals, and particularly has high visibility in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. All the color filters in FIG. 78 have a wavelength within which the transmittance is 10% or less, and a lot of light is wasted. Further, when a value obtained by simply averaging the transmittance in this wavelength range is defined as an average transmittance, the average transmittance of the red filter is 28%, the green filter is 33%, and the blue filter is 30%.
[0007]
A brighter color filter is required for use in a reflective color liquid crystal device. Therefore, in the aforementioned paper by Tatsuo Uchida et al., FIG. It has been proposed to use two color filters that are complementary to each other as shown in FIG. The spectral characteristics are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 79 is the wavelength of light, the vertical axis is the reflectance, 7901 is the spectrum of the green filter, and 7902 is the spectrum of the magenta filter. Since the vertical axis represents the reflectance, care must be taken in comparison. However, in the wavelength range of 450 nm to 660 nm, there is a wavelength at which the transmittance of each color filter is 10% or less. The average transmittance was 41% for the green filter and 48% for the magenta filter.
[0008]
Also, a paper by Seiichi Mitsui et al. (SID92 DIGEST, pp. 437-440 (1992)) relates to a reflective color liquid crystal device adopting the same PCGH mode. A bright two-color filter as shown in FIG. The spectral characteristics are shown in FIG. In FIG. 80, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the reflectance, 8001 represents the spectrum of the green filter, and 8002 represents the spectrum of the magenta filter. Although the vertical axis represents the reflectance, assuming that the square root of the reflectance at each wavelength is the transmittance, at least the transmittance of the green filter is less than 50% at a wavelength of 470 nm or less. The average transmittance was 68% for the green filter and 67% for the magenta filter. In this paper, there is no problem of parallax because the reflector is provided at a position adjacent to the liquid crystal layer with the color filter interposed therebetween. Therefore, since light always passes through the color filter twice, sufficient coloring can be ensured even if such a bright color filter is used.
[0009]
Further, the color filters proposed in FIGS. 2 (a), (b), and (c) of Japanese Patent Laid-Open No. 5-241143 are not red, green, and blue, but yellow, cyan, It is brightened using three colors of magenta. The spectral characteristics are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 81 is the wavelength of light, the vertical axis is the reflectance, 8101 is the spectrum of the yellow filter, 8102 is the spectrum of the cyan filter, and 8103 is the spectrum of the magenta filter. Although the vertical axis represents the reflectance and the axis is not graduated, it is difficult to compare, but in the wavelength range from 450 nm to 660 nm, all the color filters have a transmittance of 10% or less. There is no doubt that wavelengths exist. When the average transmittance was roughly estimated, the yellow filter was about 0%, the cyan filter was about 60%, and the magenta filter was about 50%.
[0010]
Thus, the conventional efforts to develop a reflective color liquid crystal device are based on the idea of obtaining a bright display by combining a bright liquid crystal mode that does not use a polarizing plate and a bright color filter. However, even if it is a bright color filter, a color filter having a wavelength with a transmittance of less than 10% in a wavelength range of 450 nm to 660 nm is often used.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a reflective color liquid crystal device capable of displaying a bright image with good contrast, and to provide an electronic device using the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 has a pair of substrates provided with electrodes on opposite inner surfaces and formed with a matrix-like dot group, and a plurality of color filters having different colors, and one of the pair of substrates. In a reflective color liquid crystal device having a reflective layer disposed on a substrate, each of the plurality of color filters having different colors is provided only in a part of a region to be reflected and displayed by light modulation in each dot. And the area ratio of the color filter with respect to the region is 15% or more, the reflection layer is a scattering reflection layer, and 80% or more of the light reflected by the scattering reflection layer is 30 ° cone It is included in the inside.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the electronic apparatus, the reflective color liquid crystal device according to the first aspect is provided as a display unit.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the electronic device according to the second aspect, the display unit of the reflective color liquid crystal device is attached to be movable with respect to the main body so that ambient light can be efficiently reflected to the observer. It is characterized by that.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The outline of the present invention will be described. The present invention comprises a pair of substrates having electrodes on the inner surfaces facing each other to form a matrix-like dot group, a liquid crystal sandwiched between the substrates, a color filter of at least two colors, at least one polarizing plate, It can be set as the structure which has a reflecting plate. As the liquid crystal mode, a liquid crystal mode using a polarizing plate such as a TN mode or an STN mode can be used.
[0016]
Moreover, the thickness of the board | substrate located in the reflecting plate side among said pair of board | substrates can be 200 micrometers or more. More preferably, the thickness of the substrate located on the reflecting plate side can be set to 700 μm or more. In other words, the thickness of the substrate located on the reflecting plate side can be 1.25 times or more, more preferably 4 times or more of the shorter one of the vertical and horizontal dot pitches. With this configuration, there is an advantage that high contrast can be secured due to the parallax effect even if the drive area ratio is small.
[0017]
Conventionally, for example, Japanese Patent Publication No. 3-64850 has proposed that the thickness of the lower substrate of the reflective monochrome liquid crystal device is 300 μm or less. Certainly, in the reflective monochrome display, the lower substrate should be as thin as possible from the viewpoint of reducing double images (shadows). However, in the reflection type color display, it is desired to widen the space between dots from the viewpoint of brightening the color display. If the space between the dots is wide, the contrast is inevitably lowered. However, if the lower substrate is sufficiently thick, high contrast can be secured due to the shadow effect of adjacent pixels.
[0018]
In addition, at least one color filter among the color filters may have a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. More preferably, the color filters of at least two colors can have a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. More preferably, any color filter can have a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. Most preferably, any color filter may have a transmittance of 60% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. In other words, any color filter can have an average transmittance of 70% or more for light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm. More preferably, any color filter can have an average transmittance of 75% or more and 90% or less with respect to light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm.
[0019]
The transmittance of the color filter referred to here is the transmittance of a single color filter that does not include the transmittance of the glass substrate, the transparent electrode, the overcoat, and the undercoat. When there is a distribution in the density of the color filter, or when a color filter is provided only for a part of the dots, the average transmittance in the dots is used as the transmittance of the color filter. With this configuration, the reflective color liquid crystal device has an advantage that a bright color can be displayed. Conventionally, for example, in the claims of Japanese Patent Laid-Open No. 7-239469, the transmittance of the light transmission region is 80% or more and the transmittance of the light absorption region is 50% or less in any color filter. Moreover, even if it sees the Example, the transmittance | permeability of a light absorption area | region is only 20-30%. In such a color filter, when a liquid crystal mode using a polarizing plate is used, the display becomes dark and is not practical.
[0020]
The color filter may be composed of three colors of red, green, and blue, and any one of the red or blue color filters may be orange or cyan. However, the orange filter can have a transmittance of 70% or more, preferably 75% or more with respect to light having a wavelength in the range of 570 nm to 660 nm. The cyan filter has a transmittance of at least 70%, preferably at least 75% with respect to light having a wavelength in the range of 450 nm to 520 nm. With this configuration, the reflective color liquid crystal device has an advantage that bright white and bright colors can be displayed.
[0021]
The color filter is composed of three colors of red, green, and blue, and the minimum transmittance for light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm of the red color filter is blue or green. It is characterized in that it is smaller than the minimum transmittance of light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm of the color filter of the filter. More preferably, the blue and green color filters have a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. More preferably, the blue color filter is cyan. With this configuration, the reflective color liquid crystal device has an advantage that it can display bright white with little color and can also display bright red. Since red is the color stimulus that most appeals to the human eye, it is very preferable to display it with emphasis on red.
[0022]
Further, the color filter is provided only in a part of the light-modulable region in each dot. With such a configuration, the reflective color liquid crystal device of the present invention has the advantages that the conventional color filter manufacturing technique can be used and color mixing due to parallax is reduced. In particular, when the color filter is provided at a position between the electrode and the liquid crystal, there is an advantage that a wide viewing angle is obtained and the color purity in a halftone is improved. Conventionally, for example, Japanese Patent Publication No. 7-62723 proposes to provide a color filter on a part of a dot, but this is a transmission type liquid crystal device and is limited to a dyeing method color filter. It differs from the present invention in that the area where the filter is provided is as large as 67% to 91% of the dots. (The expression of Japanese Examined Patent Publication No. 7-62723 is that “the area of the non-colored portion is 10 to 50% of the area of the colored portion.” Therefore, the area of the colored portion to be formed into dots is 100/150 = 67% to 100%. / 110 = 91%.)
[0023]
Further, a transparent layer in the visible light region is formed to have almost the same thickness as the color filter in a region where the color filter is not provided in the light-modulable region and a region where the light modulation is impossible. With such a configuration, the reflective color liquid crystal device has an advantage that a high-quality display can be performed without disturbing liquid crystal alignment.
[0024]
Further, the color filter is provided only for the number of dots that is three quarters or less of the total number of dots. More preferably, it is provided only for the number of dots that is two-thirds or less of the total number of dots. With this configuration, bright display is possible, and even when halftone color display is performed, if brightness is adjusted mainly with dots that do not have a color filter, there is an advantage that vivid colors can always be displayed. is there. Conventionally, in a transmissive liquid crystal device, one pixel is formed by four dots of red, green, blue, and white, but this has never been proposed for a reflective liquid crystal device. In particular, in the reflective color liquid crystal device using the TN mode or the STN mode, the parallax problem is unavoidable, and it becomes very dark when color display is performed. However, by providing dots without a color filter, a bright color display is achieved. Is possible.
[0025]
Further, the color filters may be arranged so that adjacent dots have different colors. This indicates a so-called mosaic arrangement or triangle arrangement, and conversely, the stripe arrangement does not fall within this range. This configuration has an advantage of alleviating the phenomenon that the degree of coloring varies depending on the viewing angle, particularly when there is parallax. Conventionally, for example, in JP-A-8-87009, a vertical stripe arrangement is recommended in claim 6. Japanese Patent Laid-Open No. 5-241143 states that there is no difference in principle between the stripe arrangement and the zigzag arrangement in the 17th to 18th lines of the right column on page 6 of the specification. Also, in the paper by Tatsuo Uchida et al. (IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-33, No. 8, pp. 1207-1212 (1986)). In No. 1, a mosaic arrangement color filter is employed, but this is a case where a reflective electrode is provided in the cell, which is different from the present invention because there is no parallax.
[0026]
Further, the color filter may be provided over the entire effective display area. With this configuration, there is an advantage that the display looks bright. The “effective display area” is defined as “a drive display area and an area effective as a screen subsequent thereto” in ED-2511A of the Japan Electronic Machinery Manufacturers Association (EIAJ) standard. Usually, in transmissive color display, a color filter is provided only in the drive display area, and a black mask made of metal or resin is provided in the outer area. However, in the reflective color display, the metal black mask is glaring and cannot be used. In addition, the resin black mask increases the cost because the original color filter is not provided with a black mask. However, if nothing is provided outside the drive display area, the outside becomes bright and the drive display area looks relatively dark. Therefore, it is effective to provide the same color filter on the outside of the drive display area as that on the inside, preferably in the same pattern.
[0027]
In addition, a black mask is not provided in the area outside each dot, but instead, a color filter having an absorption comparable to or smaller than the area in the dot can be provided. This configuration basically means that no black mask or color filter overlaps outside the dots. In addition, nothing is provided outside the dots, which means that some or all of the color filters are provided. This configuration has an advantage that a bright display can be obtained. This is because, particularly when there is parallax, the brightness of the display is proportional to the square of the aperture ratio, so it is very dark when a black mask is provided. Conversely, no color filter is provided outside the dots. This is because the contrast is significantly lowered. Conventionally, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-198489, a color filter is provided only on the pixel electrode, and nothing is provided outside the color filter. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-241143 describes both the case where there is a black mask and the case where there is no black mask.
[0028]
Moreover, a color filter can be provided on the outer surface of the substrate located on the reflector side of the pair of substrates. This configuration has an advantage that it can be provided at a low cost. Further, by combining this configuration with a configuration in which the color filter is provided only in a part of the light-modulable region in each dot, there is an advantage that the assembly margin is expanded and the viewing angle is widened.
[0029]
Moreover, a nonlinear element can be provided corresponding to each dot on the inner surface of the substrate located on the reflector side of the pair of substrates. This configuration has the advantage that unnecessary surface reflection is reduced and high contrast can be obtained.
[0030]
Further, a non-linear element may be provided corresponding to each dot on the inner surface of one of the pair of substrates and connected in a direction parallel to the short side of the dot. Usually, especially in a data display for PC use, the dot is often vertically long, and the direction parallel to the short side of the dot is the horizontal direction (horizontal direction). This configuration has the advantage that the aperture ratio is increased and bright display can be obtained. This is particularly effective when a black mask is not provided and when the reflection type configuration has parallax.
[0031]
Further, the drive area ratio can be set to 60% to 85%. Here, the drive area ratio is defined as the ratio of the area where the liquid crystal is driven in the area excluding opaque portions such as metal wirings and MIM elements in the pixel. This configuration has an advantage that a bright color display can be obtained while ensuring contrast.
[0032]
Further, the reflecting plate may have a scattering characteristic such that when a light beam is incident thereon, 80% or more of light is reflected in a 30 ° cone centered on the regular reflection direction. it can. Preferably, it is possible to have a scattering characteristic such that 95% or more of light is reflected in the 30 degree cone. This configuration has an advantage that a bright display can be obtained. Conventionally, for example, JP-A-8-87009 uses a reflector having directivity with a half-value width of 30 degrees in the 43rd to 44th lines in the right column of page 6 of the specification. When the half-value width is 30 degrees, the scattering characteristic is such that approximately 30% of light is reflected in a 30-degree cone, and the scattering is too large compared to the present invention. Such characteristics make the display dark and unusable.
[0033]
Moreover, the said reflecting plate is a semi-transmissive reflecting plate, Comprising: It can be set as the structure provided with the backlight on the back surface. Preferably, the reflecting plate reflects 80% or more of incident light. This configuration has an advantage that it can be seen in a dark environment.
[0034]
Further, the liquid crystal is a nematic liquid crystal twisted approximately 90 degrees, and two polarizing plates can be arranged such that their transmission axes are orthogonal to the rubbing direction of the adjacent substrates. This is an application of the TN mode proposed in Japanese Patent Publication No. 51-013666 to a reflective color liquid crystal device. With this configuration, the reflective color liquid crystal device has the advantages of being bright, having high contrast, and having a wide viewing angle.
[0035]
Further, the product Δn × d of the birefringence Δn of the liquid crystal and the liquid crystal layer thickness d can be made larger than 0.34 μm and smaller than 0.52 μm. More preferably, Δn × d can be 0.40 μm or more and 0.52 μm or less. Most preferably, Δn × d can be 0.42 μm. With this configuration, the reflective color liquid crystal device has the advantage of being bright and having a wide viewing angle.
[0036]
In the conventional reflective type monochrome liquid crystal device, the second minimum condition with little coloring, that is, the condition that Δn × d is about 1.1 μm to 1.3 μm is used. However, in the reflection type color liquid crystal device, since the slight coloration can be compensated by the color filter, it is not necessary to adopt the second minimum condition. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-87009, the condition of Δn × d = 0.55 μm is adopted as in the 27th line to the 29th line of page 5 of the specification. However, under this condition, Δn × d is darker and more colored than the condition that Δn × d is larger than 0.34 μm and smaller than 0.52 μm.
[0037]
Further, the liquid crystal is a nematic liquid crystal twisted by 90 degrees or more, and two polarizing plates and at least one retardation film can be arranged. If possible, it is desirable to perform multi-line simultaneous selection driving according to the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-348230. This configuration has the advantage of being bright at low cost.
[0038]
Moreover, it can be set as the structure which provided the said reflecting plate between a pair of board | substrates, and has arrange | positioned only one polarizing plate. This is an application of the single-polarization-type nematic liquid crystal mode proposed in JP-A-3-223715 to a reflective color liquid crystal device. This configuration has an advantage that a bright color with high color purity can be displayed.
[0039]
Further, the reflection plate may be a specular reflection plate, and a scattering plate may be provided on the outer surface of the substrate located on the incident light side. This configuration has an advantage that a bright color with high color purity can be displayed.
[0040]
In addition, the liquid crystal on the metal wiring can be aligned in the same manner as the liquid crystal in the pixel portion. This configuration has the advantage of being bright.
[0041]
Further, the display can be a normally white type. This configuration has the advantage of being bright.
[0042]
Further, one pixel can be constituted by one dot. This configuration has the advantage that the resolution can be increased during monochrome display.
[0043]
In addition, the electronic device of the present invention can be configured to include a reflective color liquid crystal device as a display portion. With this configuration, the electronic device has the advantages of low power consumption, thin and light weight, and good visibility even in direct sunlight.
[0044]
Moreover, it can be set as the structure attached so that a display part could be moved with respect to a main body so that ambient light could be reflected efficiently to an observer. With this configuration, there is an advantage that a bright display can be obtained under any illumination condition.
[0045]
As can be understood from the above description, the present invention is characterized by using a liquid crystal mode using a polarizing plate and combining it with a bright color filter. There are many liquid crystal display modes using a polarizing plate. For the purpose of the present invention, a liquid crystal display mode capable of bright and black and white display, for example, the TN mode proposed in Japanese Patent Publication No. 51-013666, and Japanese Patent Publication No. 3-50249. Retardation plate compensation type STN mode proposed in Japanese Laid-open Patent Publication No. 3-223715, nematic liquid crystal mode proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-223715, and bistable proposed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-235920 A nematic liquid crystal mode for switching is suitable.
[0046]
In the liquid crystal mode using a polarizing plate, more than half of the light is discarded only by the presence of the polarizing plate. Therefore, a liquid crystal mode that does not use a polarizing plate should be more suitable for a reflective color liquid crystal device. However, the liquid crystal mode that does not use a polarizing plate generally has a low contrast in both the PCGH mode and the PDLC mode. Therefore, for example, when a pixel is composed of three dots of red, green, and blue, the contrast is insufficient even if the green dot is set to the bright state and the blue and red pixels are set to the dark state to display green. If so, blue and red are mixed with the green display and the color purity is lowered. However, in the liquid crystal mode using a polarizing plate, such a phenomenon does not occur because the contrast is high. Therefore, if the same color is displayed, a liquid crystal mode using a polarizing plate can use a color filter with lower color purity. Since the color filter having a low color purity is a bright color filter, the display should be brighter accordingly. In particular, since PCGH is normally black display, the area between dots is black and does not contribute to brightness, and light from a viewing angle direction other than the normal direction of the panel is absorbed by the dye. Despite not using a plate, only about 20% more brightness than the TN mode can be obtained. If the brightness difference is about this level, it can be easily overcome depending on the color design of the color filter.
[0047]
Another problem in using a liquid crystal mode using a polarizing plate is the presence of parallax. When only one polarizing plate is used, it is possible to escape from this problem by forming a reflecting plate in the cell, but in the TN mode or STN mode using two polarizing plates, it cannot be escaped. The parallax has already been described in detail in the section “Prior Art”, but there are two problems. One is cancellation of colors, and the other is that the color display becomes dark.
[0048]
The problem of color cancellation is that, if the color filter that has passed at the time of incidence and the color filter that has passed at the time of emission are different, they cancel each other out and become completely dark. That is 1/3. Such a problem occurs because the color filter used in the transmission type as shown in FIG. 78 is used as it is. If a bright color filter is used, even if it passes through a color filter of a different color, there is no darkness.
[0049]
Further, the problem that the color display becomes dark is that when displaying a certain single color, since 2/3 of the entire dots are in a dark state, 2/3 of the light is absorbed at the time of incidence and further 2/3 at the time of emission. Is absorbed, and only 1/9 of the light can be used. This is 1/3 of the brightness when there is no parallax. In order to solve this, it is first necessary to increase the aperture ratio. Specifically, measures were taken such that no black mask was provided outside the dots, MIM using metal wiring in only one direction, MIM wiring in the horizontal direction, and STN using no metal wiring were used. In addition, by further reducing the drive area ratio, an area much smaller than 2/3 of the entire area (for example, about 1/2) is darkened when displaying a single color. In this way, bright color display is possible even with parallax. Note that a means for reducing the drive area ratio or not providing a black mask leads to a decrease in contrast, but a decrease in contrast can be minimized by increasing the thickness of the lower substrate.
[0050]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0051]
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device according to Embodiment 1 of the present invention. A pair of substrates each having an electrode on the inner surface facing each other to form a matrix dot group, The constituent elements are a liquid crystal sandwiched between, a color filter of at least two colors, at least one polarizing plate, and a reflector. In the figure, 101 is an upper polarizing plate, 102 is a counter substrate, 103 is a liquid crystal, 104 is an element substrate, 105 is a lower polarizing plate, and 106 is a scattering reflection plate. Electrodes (scanning lines) 108 were provided, and signal lines 109, pixel electrodes 110, and MIM elements 111 were provided on the element substrate 104. Here, 101 and 102, 104 and 105, and 105 and 106 are drawn apart from each other, but this is for clarity of illustration and is actually bonded with glue. Further, the counter substrate 102 and the element substrate 104 are also drawn widely apart. This is also for the same reason, and there is actually only a gap of several μm to several tens of μm. Since FIG. 1 shows the main part of the reflective color liquid crystal device, only 3 × 3 9 dots are shown, but in this embodiment, the number of dots is larger and 480 × 640. It may have 307200 dots or more.
[0052]
The counter electrode 108 and the pixel electrode 110 were made of transparent ITO, and the signal line 109 was made of metal Ta. MIM element is insulating film Ta 2 O 5 Is sandwiched between metal Ta and metal Cr. The liquid crystal 103 is a nematic liquid crystal twisted 90 degrees, and the polarization axes of the upper and lower polarizing plates are orthogonal to each other. This is a general TN mode configuration. The color filter 107 is composed of two colors of red (indicated by “R” in the figure) and cyan (indicated by “C” in the figure), which are complementary to each other, and arranged in a stripe pattern.
[0053]
FIG. 2 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter 107. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 201 indicates the spectrum of the red filter, and 202 indicates the spectrum of the cyan filter. Spectral measurements were made on a single counter substrate using a microspectrophotometer and corrected for 100% transmission including glass substrate and transparent electrode, and overcoat and undercoat if present. Therefore, the spectral characteristics of the color filter alone are measured. Hereinafter, all the spectral characteristics of the color filters were measured by this method. The transmittance in the present invention is also defined as a value measured by this method. Both the red filter and the cyan filter always show a transmittance of 30% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. The average transmittance in the same wavelength range was 52% for the red filter and 66% for the cyan filter. Since this is a very light color filter, it is more accurate to express “pink” instead of “red”. However, in order to avoid confusion, the following description is unified with pure color expression.
[0054]
The reflection type color liquid crystal device produced as described above has a reflectance of 24% during white display, a contrast ratio of 1:15, and can display four colors of white, red, cyan and black. x = 0.39, y = 0.32, cyan display colors were x = 0.28, y = 0.31. This is about 60% brighter and the same contrast ratio of the conventional reflective type monochrome liquid crystal device, and is a characteristic that can be sufficiently used under normal indoor illumination light or outdoors in the daytime.
[0055]
Reflective color liquid crystal devices using color filters that exhibit a transmittance of less than 30% in the wavelength range of 450 nm to 660 nm are either dark and require special illumination, or white balance is out of order. Therefore, it cannot withstand normal use for either reason that white cannot be displayed.
[0056]
In Example 1, the transparent electrode is provided on the color filter, but conversely, there is no particular problem even if the color filter is provided on the transparent electrode. Further, although the MIM element is used as the active element, this is advantageous in increasing the aperture ratio. Therefore, if the aperture ratio is the same, the effect of the present invention is not changed even if the TFT element is used.
[0057]
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter of the reflective color liquid crystal device in Example 2 of the present invention. The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 and also includes a color filter composed of two colors of red and cyan. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 301 indicates the spectrum of the red filter, and 302 indicates the spectrum of the cyan filter. Each color filter has a transmittance of 50% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. The average transmittance in the same wavelength range was 71% for the red filter and 78% for the cyan filter.
[0058]
This reflective color liquid crystal device has a reflectance of 30% when displaying white, a contrast ratio of 1:15, and can display four colors of white, red, cyan and black, and the red display color is x = 0.34. y = 0.32, the cyan display color was x = 0.29, and y = 0.31. This is a brightness of slightly more than 70% of a conventional reflective type monochrome liquid crystal device and an equivalent contrast ratio.
[0059]
As described above, when at least one color filter has a transmittance of 50% or more with respect to light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm, it can be used in an environment substantially equivalent to a conventional reflective monochrome liquid crystal device. A bright reflective color liquid crystal device can be obtained. When the color filter is composed of two colors as in the present embodiment, a good white color can be obtained if one of the color filters has a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. In order to obtain a balance, the other color filter inevitably has a transmittance of 50% or more as well. However, this is not always the case when using three or more color filters. An example of this will be introduced later in Example 9.
[0060]
(Example 3)
FIG. 1 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 3 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter. In this example, the thickness of the substrate located on the reflecting plate side of the pair of substrates was set to 200 μm or more. Since the configuration of the third embodiment is basically the same as that of the reflective color liquid crystal device described in the first embodiment, the description of each symbol is omitted. However, Δn × d of the liquid crystal 103 was set to 0.42 μm. The dot pitch was 160 μm both vertically and horizontally, and the drive area ratio was 75%.
[0061]
In Example 3, the thickness of the lower substrate was variously changed. FIG. 4 shows the contrast when the thickness of the element substrate 104 is changed. In FIG. 4, the horizontal axis represents the thickness of the element substrate 104, the vertical axis represents the contrast, 401 represents a collection of points indicating the contrast to the thickness of each element substrate 104 in Example 3, and 402 represents the thickness of each element substrate 104 in the comparative example. It is a collection of points indicating contrast with respect to the height. The display colors at the time of color display were x = 0.39 and y = 0.32 at the time of red display, and cyan was near x = 0.28 and y = 0.31.
[0062]
Since the drive area ratio is 75%, when the thickness of the element substrate is zero, the contrast can only be 100 / (100−75) = 4 at the maximum. However, when the thickness of the element substrate 104 is set to 200 μm or more, the parallax effect, that is, the shadow of the adjacent dots alleviates light leakage between the dots, thereby obtaining a good contrast of 1:15 or more. Further, by setting the thickness of the element substrate to 700 μm or more, higher contrast could be obtained.
[0063]
Since the optimum value of the thickness is closely related to the dot pitch, the expressions “200 μm or more” and “700 μm or more” are expressed as “1.25 times or more of the shorter one of the vertical and horizontal dot pitches”, “ It may be expressed as “same as four times or more”.
[0064]
Example 4
FIG. 5 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter of the reflective color liquid crystal device in Example 4 of the present invention. The configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and also includes a color filter composed of two colors of red and cyan. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 501 indicates the spectrum of the red filter, and 502 indicates the spectrum of the cyan filter. Each color filter has a transmittance of 60% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. The average transmittance in the same wavelength range was 75% for the red filter and 80% for the cyan filter.
[0065]
This reflective color liquid crystal device has a reflectance of 31% during white display, a contrast ratio of 1:15, can display four colors of white, red, cyan and black, and the red display color is x = 0.33. y = 0.33, cyan display color was x = 0.30, y = 0.31. This is about 80% of the brightness of a conventional reflective monochrome liquid crystal device and an equivalent contrast ratio.
[0066]
As described above, when any color filter has a transmittance of 60% or more with respect to light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm, input means such as a touch key is provided on the entire surface of the liquid crystal device. A bright reflective color liquid crystal device can be obtained which can be used without any problem even if it is attached. However, if a color filter having an average transmittance exceeding 90% in the same wavelength range is used, the display color becomes very light and it becomes difficult to identify the color.
[0067]
(Example 5)
FIG. 6 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 5 of the present invention. In this embodiment, the color filters are arranged so that the colors of adjacent dots are different. First, the configuration will be described. Reference numeral 601 denotes an upper polarizing plate, 602 denotes a counter substrate, 603 denotes a liquid crystal, 604 denotes an element substrate, 605 denotes a lower polarizing plate, and 606 denotes a scattering reflection plate. Line) 608, and a signal line 609, a pixel electrode 610, and an MIM element 611 are provided over the element substrate 604.
[0068]
Here, the color filter 7 is composed of two colors of red (indicated by “R” in the figure) and cyan (indicated by “C” in the figure) that are complementary to each other, and draws a checkered pattern in a mosaic pattern. Arranged as follows. When the color filters are arranged in a stripe pattern as shown in FIG. 1, the viewing angle characteristics are extremely wide in the vertical direction, but when the viewing angle is shifted in the left-right direction, the viewing angle direction to be colored and the viewing angle direction to be decolored appear alternately. This is a phenomenon that occurs because there is a distance between the liquid crystal layer and the color filter layer and the reflection plate by the thickness of the lower substrate (in this case, the element substrate). It has been confirmed by experiments that such a phenomenon is considerably mitigated by arranging the checkerboard pattern in a mosaic pattern as shown in FIG. It was also found that color mixing is good even when the number of pixels is relatively small. This is considered to be because, in the case of the mosaic arrangement, the viewing angle direction to be colored and the viewing angle direction to be decolored coexist, so that at least one of the eyes looks colored. The color filter had the same spectral characteristics as in FIG. 3 of Example 2, and the brightness and contrast ratio were comparable to those of Example 2. Although an example of the mosaic arrangement has been described here, other arrangements including the triangle arrangement are effective as long as the adjacent dots have different colors.
[0069]
(Example 6)
FIG. 7 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter of the reflective color liquid crystal device in Example 6 of the present invention. The configuration of the second embodiment is the same as that of the fifth embodiment shown in FIG. 6, but includes a color filter composed of two colors of green and magenta instead of red and cyan. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 701 indicates the spectrum of the green filter, and 702 indicates the spectrum of the magenta filter. Each color filter has a transmittance of 50% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. The average transmittance in the same wavelength range was 76% for the green filter and 78% for the magenta filter.
[0070]
This reflective color liquid crystal device has a reflectance of 31% when displaying white, a contrast ratio of 1:17, and can display four colors of white, green, magenta, and black. The green display color is x = 0.31. y = 0.35, magenta display color was x = 0.32, y = 0.29. This is about 80% of the brightness of a conventional reflective monochrome liquid crystal device and an equivalent contrast ratio.
[0071]
As two complementary colors, red and cyan, green and magenta, as well as blue and yellow can be considered. However, it is better to display red colors like the former two. It is more preferable in terms of
[0072]
(Example 7)
FIG. 8 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 7 of the present invention. First, the configuration will be described. Reference numeral 801 denotes an upper polarizing plate, 802 denotes a counter substrate, 803 denotes a liquid crystal, 804 denotes an element substrate, 805 denotes a lower polarizing plate, 806 denotes a scattering reflector, and a color filter 807 and a counter electrode (scanning) are provided on the counter substrate 802. Line) 808, and a signal line 809, a pixel electrode 810, and an MIM element 811 are provided over the element substrate 804. A weak anti-glare treatment was applied on the upper polarizing plate for the purpose of suppressing glare of illumination light.
[0073]
Here, the color filter 807 is composed of three colors of red (indicated by “R” in the drawing), green (indicated by “G” in the drawing), and blue (indicated by “B” in the drawing). As shown in FIG.
[0074]
FIG. 9 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter 807. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 901 indicates the spectrum of the red filter, 902 indicates the spectrum of the green filter, and 903 indicates the spectrum of the blue filter. Any color filter has a transmittance of 50% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. The average transmittance in the same wavelength range was 74% for the red filter, 75% for the green filter, and 63% for the blue filter.
[0075]
The reflection type color liquid crystal device produced as described above has a reflectance of 28% during white display, a contrast ratio of 1:14, and a full color display is possible, and the red display color is x = 0.39 and y = 0. .32, the green display color was x = 0.31, y = 0.35, and the blue display color was x = 0.29, y = 0.27. This is about 70% of brightness and equivalent contrast ratio of the conventional reflective type monochrome liquid crystal device, and it is a characteristic that video images can be enjoyed without requiring special illumination.
[0076]
(Example 8)
FIG. 10 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 8 of the present invention. In this embodiment, at least one color filter among the color filters has a transmittance of 50% or more for light of all wavelengths in the range of 450 nm to 660 nm. In addition, the color filter has three colors, red, green, and blue, and either the red or blue color filter is orange or cyan. First, the configuration will be described. Reference numeral 1001 denotes an upper polarizing plate, 1002 denotes an element substrate, 1003 denotes a liquid crystal, 1004 denotes a counter substrate, 1005 denotes a lower polarizing plate, and 1006 denotes a scattering reflection plate. A filter 1010 is provided, and a signal line 1007, an MIM element 1008, and a pixel electrode 1009 are provided over the element substrate 1002. The color filter 1010 is a pigment dispersion type, and can be selected from three colors of red (indicated by “R” in the figure), green (indicated by “G” in the figure), and blue (indicated by “B” in the figure). It is made up.
[0077]
FIG. 11 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter 1010. In FIG. 11, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 1101 represents the spectrum of the red filter, 1102 represents the spectrum of the green filter, and 1103 represents the spectrum of the blue filter. 1101, 1102, and 1103 are all light color filters, but images displayed with such color filters are light. In particular, red and blue have low visibility and are difficult to distinguish colors. Therefore, a bright color filter that transmits light in a wider wavelength range was used even if the color changed slightly.
[0078]
When a red filter with low color purity was used in place of the red filter, a very bright red was displayed although it looked slightly orange. The spectrum of this filter is shown at 1111. This filter is characterized by having a transmittance of at least 70%, preferably at least 75%, for light in the wavelength range of 570 nm to 660 nm. In addition, when a blue filter with low color purity was used instead of the blue filter, a very bright blue was displayed although it was slightly cyanish. The spectrum of this filter is shown at 1113. This filter is characterized by having a transmittance of at least 70%, preferably at least 75%, for light in the wavelength range of 450 nm to 520 nm. However, when such a color filter is used, the white display tends to be bluish or reddish. Therefore, when the color filter is used, it is desirable to adjust the color balance in combination with a green filter having higher color purity. An example of a green filter with high color purity is shown at 1112. This filter is characterized by having a transmittance of 70% or more only for light in the wavelength range of 510 nm to 590 nm.
[0079]
Example 9
FIG. 12 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter of the reflective color liquid crystal device in Example 9 of the present invention. The configuration of the ninth embodiment is the same as that of the seventh embodiment shown in FIG. 8, and also includes a color filter composed of three colors of red, green, and blue. In FIG. 12, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 1201 represents the spectrum of the red filter, 1202 represents the spectrum of the green filter, and 1203 represents the spectrum of the blue filter. The minimum transmittance of light having a wavelength in the range of 450 to 660 nm of the red color filter is smaller than the minimum transmittance of light having a wavelength in the range of 450 to 660 nm of the blue and green color filters. Here, only the green filter has a transmittance of 50% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. Further, the minimum transmittance of the red filter for light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm is clearly smaller than that of the blue filter and the green filter. By using such a red filter, the most appealing red color can be displayed vividly. In addition, the blue filter spectrum 1203 is made close to cyan for the purpose of compensating for the darkening of red. For this reason, bright white and small white could be displayed.
[0080]
The reflective color liquid crystal device produced as described above has a reflectance of 26% during white display, a contrast ratio of 1:13, and can display full color, and the red display color is x = 0.41 and y = 0. .30, the green display color was x = 0.31, y = 0.36, and the blue display color was x = 0.26, y = 0.28. This is about 70% of brightness and equivalent contrast ratio of the conventional reflective type monochrome liquid crystal device. Since red is particularly emphasized, color reproducibility is not sufficient. Therefore, it is more suitable for displaying a portable information device or the like than displaying a video image.
[0081]
(Example 10)
FIG. 10 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 10 of the present invention. The configuration will be described. Reference numeral 1001 denotes an upper polarizing plate, 1002 denotes an element substrate, 1003 denotes a liquid crystal, 1004 denotes a counter substrate, 1005 denotes a lower polarizing plate, and 1006 denotes a scattering reflection plate. A filter 1010 is provided, and a signal line 1007, an MIM element 1008, and a pixel electrode 1009 are provided over the element substrate 1002. The color filter 1010 is a pigment dispersion type, and can be selected from three colors of red (indicated by “R” in the figure), green (indicated by “G” in the figure), and blue (indicated by “B” in the figure). It is made up.
[0082]
FIG. 13 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter 1010. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the wavelength of light, and the vertical axis indicates the transmittance. 1301 and 1311 indicate the red filter spectrum, 1302 and 1312 indicate the green filter spectrum, and 1303 and 1313 indicate the blue filter spectrum. 1301 and 1311, 1302 and I312, and 1303 and 1313 have the same color filter material, but the thicknesses are different, and the former is 0.8 μm and the latter is 0.2 μm. The average transmittance of the red filter for light in the wavelength range of 450 nm to 660 nm was 28% when the thickness was 0.8 μm and 74% when the thickness was 0.2 μm. The average transmittance of the green filter was 33% when the thickness was 0.8 μm and 75% when the thickness was 0.2 μm. The average transmittance of the blue filter was 30% when the thickness was 0.8 μm and 74% when the thickness was 0.2 μm.
[0083]
FIG. 14 is a graph plotting the average transmittance when the thickness of the color filter is variously changed. In the figure, 1401 is a blue filter, 1402 is a green filter, and 1403 is a red filter. In either case, the thinner the color filter, the higher the average transmittance. The thickness of a normal pigment-dispersed color filter used in the transmission type is about 0.8 μm. However, when such a color filter is used, special illumination such as spotlight is used under direct sunlight outdoors. Unless it was done, the display was dark enough to be discerned. When the thickness is 0.23 μm or less, that is, when the average transmittance of any of the color filters is 70% or more, in a relatively bright room with an illuminance of about 1000 lux, for example, an office desk illuminated by a fluorescent lamp stand Brightness that can be used comfortably was obtained. When the thickness was 0.18 μm or less, that is, when the average transmittance of any of the color filters was 75% or more, a brightness that could be sufficiently used under normal room illumination light with an illuminance of about 200 lux was obtained. Further, when the thickness was 0.8 μm or more, that is, when the average transmittance of any color filter was 90% or less, it was possible to display the color clearly. Thus, the pigment dispersion type color filter has a thickness of 0.23 μm or less, preferably 0.18 μm or less, and more preferably 0.08 μm or more.
[0084]
(Example 11)
FIG. 15 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 11 of the present invention. In this embodiment, the color filter is provided only in a part of the light-modulable area in each dot. First, the configuration will be described. Reference numeral 1501 denotes an upper polarizing plate, 1502 denotes an element substrate, 1503 denotes a liquid crystal, 1504 denotes a counter substrate, 1505 denotes a lower polarizing plate, and 1506 denotes a scattering reflection plate. A filter 1510 is provided, and a signal line 1507, an MIM element 1508, and a pixel electrode 1509 are provided over the element substrate 1502. The region where light modulation can be performed in one dot is a region where the concave ITO on the element substrate overlaps with the strip-shaped ITO on the counter substrate, and the outline is indicated by a broken line on the ITO of the counter substrate. . (Please refer to FIG. 20 which shows a similar outline, although it does not partially overlap with the color filter.)
[0085]
The counter electrode 1511 and the pixel electrode 1509 are formed of transparent ITO, and the signal line 1507 is formed of metal Ta. MIM element is insulating film Ta 2 O 5 Is sandwiched between metal Ta and metal Cr. The liquid crystal 1503 is a nematic liquid crystal twisted 90 degrees, and the Δn of the liquid crystal and the cell gap d were selected so that Δn × d of the liquid crystal cell would be 1.34 μm. The upper and lower polarizing plates were arranged so that their absorption axes were parallel to the rubbing axis of the adjacent substrate. This is the brightest and least colored TN mode configuration. The color filter 1510 is composed of two colors of red (indicated by “R” in the drawing) and cyan (indicated by “C” in the drawing) that are complementary to each other. It was provided only in the department.
[0086]
FIG. 16 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter 1510. In FIG. 16, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 1601 represents the spectrum of the red filter, and 1602 represents the spectrum of the cyan filter. The average transmittance obtained by simply averaging the transmittance in the wavelength range of 450 nm to 660 nm was 30% for the red filter and 58% for the cyan filter. However, this is a case where the color filter is provided on the entire surface, and when the color filter is provided only on a part thereof, the average value in the region where the light modulation is possible is referred to as the average transmittance.
[0087]
FIG. 17 shows the result of obtaining the average transmittance at that time by changing the ratio of the area where the color filter is provided in the light-modulable region. 1701 is the average transmittance of dots provided with a red filter, and 1702 is the average transmittance of dots provided with a cyan filter.
[0088]
When the color filter area ratio was 100%, that is, when a color filter was provided on the entire surface, it was dark enough that the display could not be determined unless it was exposed to direct sunlight outdoors or special illumination such as a spotlight. When the color filter area ratio is 45% or less, that is, when the average transmittance of any color filter is 70% or more, the environment of a relatively bright room with an illuminance of about 1000 lux, for example, an office desk illuminated with a fluorescent lamp stand. The brightness that can be used comfortably was obtained below. When the color filter area ratio was 35% or less, that is, when the average transmittance of any color filter was 75% or more, the brightness that can be sufficiently used under normal room illumination light with an illuminance of about 200 lux was obtained. Further, when the color filter area ratio was 15% or more, that is, when the average transmittance of any one of the color filters was 90% or less, display was possible to the extent that red and cyan could be distinguished. When the color filter area ratio was 25% or more, that is, when the average transmittance of any color filter was 90% or less, it was possible to display the color clearly. In addition, when any color filter was used, a high contrast ratio of 1:15 or more was obtained.
[0089]
The color filter used in Example 11 has the same spectral characteristics and the same brightness as the color filter used in the normal transmission type except that cyan is used. Such a color filter is desirably provided in an area of 45% or less, preferably 35% or less, and 15% or more, preferably 25% or more, of the light-modulable region.
[0090]
In the first embodiment, the MIM element is used as the active element. However, this is slightly advantageous in increasing the aperture ratio. Therefore, if the same aperture ratio can be obtained even if the TFT element is used, the effect of the present invention is achieved. There is no change.
[0091]
(Example 12)
The twelfth embodiment is also a reflective color liquid crystal device in which the color filter is provided only in a part of the light-modulable region in each dot. The structure of the reflective color liquid crystal device in this example is the same as that of the reflective color liquid crystal device of Example 11 shown in FIG. 15, but Example 12 differs in the characteristics of the color filter.
[0092]
FIG. 18 is a graph showing the spectral characteristics of the color filter used in Example 12. In FIG. In FIG. 18, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 1801 represents the spectrum of the red filter, and 1802 represents the spectrum of the cyan filter. The average transmittance of the red filter was 41%, and the average transmittance of the cyan filter was 62%. This level of brightness is the maximum for a color filter that can be manufactured by conventional processes without problems such as dispersibility of the pigment.
[0093]
FIG. 19 shows the result of obtaining the average transmittance at that time by changing the ratio of the area where the color filter is provided in the light-modulable region. Reference numeral 1901 denotes the average transmittance of dots provided with a red filter, and 1902 denotes the average transmittance of dots provided with a cyan filter.
[0094]
When the color filter area ratio was 100%, that is, a color filter was provided on the entire surface, the display was dark and difficult to see unless it was exposed to direct sunlight outdoors or special illumination such as a spotlight. When the color filter area ratio is 50% or less, that is, when the average transmittance of any color filter is 70% or more, the environment of a relatively bright room with an illuminance of about 1000 lux, for example, an office desk illuminated with a fluorescent lamp stand. The brightness that can be used comfortably was obtained below. When the color filter area ratio was 40% or less, that is, when the average transmittance of any color filter was 75% or more, the brightness that can be sufficiently used under normal room illumination light with an illuminance of about 200 lux was obtained. Further, when the color filter area ratio was 15% or more, that is, when the average transmittance of any one of the color filters was 90% or less, red and cyan could be distinguished. When the color filter area ratio was 25% or more, that is, when the average transmittance of any color filter was 90% or less, it was possible to display the color clearly. In addition, when any color filter was used, a high contrast ratio of 1:15 or more was obtained.
[0095]
The color filter used in Example 12 is much brighter than the color filter used in the normal transmission type. Such a color filter is desirably provided in an area of 50% or less, preferably 40% or less, and 15% or more, preferably 25% or more, of the light-modulable region.
[0096]
(Example 13)
FIG. 20 is a diagram showing the main part of the diagram structure of the reflective color liquid crystal device in Example 13 of the present invention. Also in this embodiment, the color filter is provided only in a part of the light-modulable area in each dot. The configuration will be described. Reference numeral 2001 denotes an upper polarizing plate, 2002 denotes an element substrate, 2003 denotes a liquid crystal, 2004 denotes a counter substrate, 2005 denotes a lower polarizing plate, and 2006 denotes a scattering reflector. A counter electrode (scanning line) 2011 and a color are provided on the counter substrate 2004. A filter 2010 is provided, and a signal line 2007, an MIM element 2008, and a pixel electrode 2009 are provided over the element substrate 2002. The region where light modulation is possible in one dot is a region where the concave ITO on the element substrate and the strip-like ITO on the counter substrate overlap each other, and the outline thereof is indicated by a broken line on the ITO of the counter substrate.
[0097]
The color filter 2010 is composed of two colors, red (indicated by “R” in the figure) and cyan (indicated by “C” in the figure), which are complementary to each other. Provided. It is desirable to dispose each color filter so that there is no other color filter. With such an arrangement, display with little color mixing is possible. Because there is usually a distance at least as much as the thickness of the counter substrate between the color filter layer and the reflector, light incident through the red filter exits through the cyan filter, or Color confusion occurs due to the reverse, but the probability decreases when the above arrangement is adopted.
[0098]
(Example 14)
FIG. 21 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 14 of the present invention. Also in this embodiment, the color filter is provided only in a part of the light-modulable area in each dot. The configuration will be described. Reference numeral 2101 denotes an upper polarizing plate, 2102 denotes an element substrate, 2103 denotes a liquid crystal, 2104 denotes a counter substrate, 2105 denotes a lower polarizing plate, 2106 denotes a scattering reflector, and a counter electrode (scanning line) 2112 and a color are provided on the counter substrate 2104. A filter 2111 is provided, and a signal line 2107, an MIM element 2108, and a pixel electrode 2109 are provided on the element substrate 2102.
[0099]
The color filter 2111 is made up of two colors, red (indicated by “R” in the figure) and cyan (indicated by “C” in the figure), which are complementary to each other. Divided into five areas and arranged in a checkered pattern. If a color filter is provided only in a part of the dots, the part without the color filter is easily noticeable in white, but there is an advantage that the color mixture is good if it is arranged in such a fine area. Of course, the number of divisions may be two, but it is more effective to divide the number into three or more.
[0100]
Further, a black mask 2110 (indicated by “BK” in the drawing) is provided at a position covering the scanning lines. This black mask is particularly effective for preventing reflection when the counter substrate 2104 is disposed on the upper side and the element substrate 2102 is disposed on the lower side in FIG. Further, it is possible to substitute red, cyan, or a superposition thereof without using a black pigment.
[0101]
(Example 15)
In the reflective color liquid crystal device of Example 15, the color filter is provided only in a part of the light-modulable region in each dot. The reflective color liquid crystal device in this embodiment has the same structure as the reflective color liquid crystal device of the twelfth embodiment shown in FIG. 15, the reflective color liquid crystal device of the thirteenth embodiment shown in FIG. 20, and the embodiment shown in FIG. This is the same as the reflective color liquid crystal device described in Example 14.
[0102]
The feature is that the color filter is provided at a position between the electrode and the liquid crystal. In general, a color filter is often provided at a position between an electrode and a substrate in order to efficiently apply a voltage to a liquid crystal. However, two new effects were obtained by arranging as in this embodiment. One is an increase in viewing angle, and the other is an improvement in color purity in a halftone.
[0103]
FIG. 22 is a diagram showing the voltage reflectance characteristics of the reflective color liquid crystal device in Example 15 of the present invention. The horizontal axis represents the voltage that is effectively applied to the liquid crystal, and the vertical axis represents the reflectance normalized to 100% when no voltage is applied. Reference numeral 2201 denotes a characteristic of a region where no color filter is provided in a region where light modulation is possible, and 2202 denotes a characteristic of a region where a color filter is provided. Due to the voltage drop due to the capacitive division, 2202 is worse in voltage reflectivity characteristics than 2201. In other words, it is less likely that a voltage is applied to the liquid crystal as compared with a region where the color filter is not provided. As described above, since two regions having different voltage application conditions exist in one pixel, the effects disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2-12 and 4-348323 (generally “halftone method”). The viewing angle characteristics are improved. Further, in the halftone display state, the area where the color filter is provided always has a higher reflectance, so that there is an effect that the color is displayed darker.
[0104]
(Example 16)
FIG. 23 is a diagram showing the structure of the color filter substrate of the reflective color liquid crystal device in Example 16 of the present invention. In this embodiment, the color filter is provided only in a part of the light-modulable area in each dot, and the light-modulable area is not provided with the color filter, and the light-modulation is impossible. In the region, a transparent layer in the visible light region was formed with substantially the same thickness as the color filter. (A) is a front view, (b) is sectional drawing. First, the configuration will be described. A rectangular area 2304 surrounded by a broken line in FIG. 2309 is a glass substrate, 2301 is a red filter, 2303 is a green filter, 2302 is a blue filter, 2305 is a gap between dots, hatching area 2308 is acrylic, 2307 is a protective film, and 2306 is an ITO transparent electrode.
[0105]
The spectral characteristics of the color filter used here are shown in FIG. In FIG. 25, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 2501 represents the spectrum of the blue filter, 2502 represents the spectrum of the green filter, and 2503 represents the spectrum of the red filter. However, this is a characteristic when the color filter forming area is 100%. A color filter exhibiting such spectral characteristics was formed in one dot 2304 in FIG. 23 at an area ratio of 50%. As a result, spectral characteristics as shown in FIG. 26 were obtained on average within one dot. In FIG. 26, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 2601 indicates the spectrum of the blue filter, 2602 indicates the spectrum of the green filter, and 2603 indicates the spectrum of the red filter.
[0106]
Further, acrylic 2308 is formed in the same thickness as the color filter in the portion where the color filter is not formed in FIG. At this time, the thicknesses of the color filters 2301, 2302, 2303 and acrylic 2308 are all about 0.2 μm. In addition, an acrylic transparent layer 2308 was formed in the inter-dot gap 2305 without forming a light-shielding film (black stripe) formed between the dots used in a normal transmissive color liquid crystal device. Further, a protective film 2307, an ITO electrode 2306, and an alignment film (not shown) for aligning liquid crystals are sequentially formed on the color filter, and are superimposed on an MIM (metal-insulating film-metal) active matrix substrate. A liquid crystal device was constructed. The TN mode was adopted as the liquid crystal mode at this time.
[0107]
FIG. 24 is a diagram illustrating a main part of the structure of the reflective color liquid crystal device according to the sixteenth embodiment. 2402 is an element substrate, 2403 is a counter substrate, 2406 is an MIM element, 2407 is a 1-dot display electrode, 2408 is a scanning line, 2401 is an upper polarizing plate, 2409 is a partially formed red color filter, and 2410 is partially The formed green color filter, 2411 a partially formed blue color filter, 2412 an acrylic, 2413 a signal electrode, 2404 a lower polarizing plate, and 2405 an aluminum reflector.
[0108]
In a reflective color liquid crystal device using a substrate in which a color filter is simply formed with an area ratio of 50% in one dot, the alignment of the liquid crystal is disturbed by the step between the color filter forming portion and the unformed portion, and the contrast is 1: 8. On the other hand, a reflective color liquid crystal device using a substrate in which acrylic is formed on the color filter non-formed portion with the same thickness as the color filter can display a high quality image without disturbing the liquid crystal alignment. The contrast at this time was 1:20. FIG. 27 shows a color filter configuration in the case where the acrylic transparent layer is not formed in the portion where the color filter is not formed. (A) is a front view, (b) is a sectional view. 2707 is a glass substrate, 2701 is a partially formed red filter, 2703 is partially formed green filter, 2702 is partially formed blue filter, 2706 is a protective film, 2704 is 1 dot, 2705 is a pixel Is the gap between. As apparent from the sectional view of (b), the color filter surface has irregularities, and in such a surface state, the liquid crystal alignment is disturbed.
[0109]
In this embodiment, the color filter substrate of the present invention and the MIM substrate are combined, but a TFT substrate or a TFD (thin film diode) substrate may be used. In this embodiment, the active matrix reflective color liquid crystal device is described. However, the present invention can also be applied to a simple matrix reflective color liquid crystal device. The present invention is more effective when unevenness on the substrate surface greatly affects the liquid crystal alignment as in the STN mode. In this embodiment, the “mosaic arrangement” is adopted as the color filter arrangement, but the '93 latest liquid crystal process technology (press journal) pp. “Triangle arrangement” and “stripe arrangement” as shown in FIG.
[0110]
(Example 17)
In the seventeenth embodiment, the color filter is provided only in a part of the region where light modulation is possible in each dot, and the region where the color filter is not provided in the region where light modulation is possible is impossible. In the region, a transparent layer in the visible light region was formed with substantially the same thickness as the color filter.
[0111]
FIG. 28 is a diagram showing the structure of the color filter substrate of the reflective color liquid crystal device in Example 17 of the present invention. (A) is a front view, (b) is sectional drawing. First, the configuration will be described. A rectangular area 2804 surrounded by a broken line in FIG. 2808 is a glass substrate, 2807 is an ITO electrode, 2801 is a red color filter, 2803 is a green color filter, 2802 is a blue color filter, and a hatching area 2806 is acrylic.
[0112]
The spectral characteristics of the color filter used here are shown in FIG. In FIG. 29, the horizontal axis indicates the wavelength of light, the vertical axis indicates the transmittance, 2901 indicates the spectrum of the blue filter, 2902 indicates the spectrum of the green filter, and 2903 indicates the spectrum of the red filter. However, this is a characteristic when the color filter forming area is 100%. A color filter exhibiting such spectral characteristics was formed in one dot in FIG. 28 at an area ratio of 30%. As a result, spectral characteristics as shown in FIG. 26 were obtained on average within one dot.
[0113]
Further, acrylic 2807 was formed in the same thickness as the color filter in the portion where the color filter was not formed in FIG. At this time, the thickness of the color filter and the acrylic is about 0.8 μm, and the light shielding film (black stripe) that is configured between the dots used in a normal transmission type color liquid crystal device is not formed. A 2807 transparent layer was formed. Further, an alignment film for aligning the liquid crystal was formed and superimposed on the TFT substrate to constitute a liquid crystal device. At this time, a TN mode was adopted as the liquid crystal mode, a polarizing plate was attached to the outside of the glass substrate, and a silver reflector was disposed on the side opposite to the observation surface.
[0114]
In a reflective color liquid crystal device using a substrate in which a color filter is only formed at an area ratio of 30% in one dot, the alignment of the liquid crystal is disturbed by the step between the color filter forming portion and the unformed portion, and the contrast is 1: 5. On the other hand, a reflective color liquid crystal device using a substrate in which acrylic is formed on the color filter non-formed portion with the same thickness as the color filter can display a high quality image without disturbing the liquid crystal alignment. The contrast at this time was 1:18.
[0115]
In this embodiment, the color filter substrate and the TFT substrate of the present invention are combined, but an MIM substrate or a TFD substrate may be used. In this embodiment, the active matrix reflective color liquid crystal device has been described. However, the present invention can also be applied to a simple matrix reflective color liquid crystal device. The present invention is more effective when unevenness on the substrate surface greatly affects the liquid crystal alignment as in the STN mode.
[0116]
In the sixteenth and seventeenth embodiments, three primary colors of red, green, and blue are used for the color filter, but complementary colors such as cyan 3001 and red 3002 shown in FIG. 30, magenta 3101 and green 3102 shown in FIG. 31, or yellow and blue are used. Two related color filters can also be used.
[0117]
(Example 18)
In the sixteenth and seventeenth embodiments, the color filter is partially formed at substantially the center of one dot. However, the color filter may be formed as shown in FIGS. 32 (a) and 32 (b). In (a), the upper half or the lower half of one dot 3201 is a region 3202 where a color filter is formed, and the remaining half is a region 3203 where a color filter is not formed. (B) is an area 3202 where the right half or left half of one dot 3201 is formed with a color filter, and the remaining half is an area 3203 where no color filter is formed. In addition, as shown in FIGS. 32C and 32D, the inside of one dot 3201 may be divided into two or more, and a part 3202 may be formed as a color filter area, and the rest may be set as a region 3203 where no color filter is formed. Even when such various color filters are used, a high-quality reflective color liquid crystal device can be realized.
[0118]
(Example 19)
Table 1 shows changes in characteristics when the level difference between the color filter and the transparent layer was changed in Example 16. As the level difference becomes smaller, both image quality and contrast are improved. When the step is 0.5 μm or less, a contrast of 1:10 or more is obtained, and when it is 0.1 μm or less, a contrast of 1:15 or more is obtained.
[Table 1]
Figure 0003606312
[0119]
(Example 20)
In Example 16 and Example 17, acrylic was used for the transparent layer filling the level difference between the color filter forming part and the non-forming part, but a high-quality reflective color liquid crystal device could be realized even if polyimide was used. Similarly, a reflective color liquid crystal device with high image quality could be realized even when polyvinyl alcohol was used for the transparent layer. The results are summarized in Table 2. Both image quality and contrast are improved compared to the case without a transparent layer.
[Table 2]
Figure 0003606312
[0120]
In Examples 16 and 17, a general aluminum reflector or silver reflector was used as the reflector. G. A holographic reflector (SID '95 DIGEST, PP. 176-179) announced by Chen et al. Can also be used.
[0121]
(Example 21)
FIG. 33 is a diagram showing the main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 21 of the invention. In this embodiment, the color filter is provided only for the number of dots that is three quarters or less of the total number of dots. The configuration will be described. Reference numeral 3301 denotes an upper polarizing plate, 3302 denotes an element substrate, 3303 denotes a liquid crystal, 3304 denotes a counter substrate, 3305 denotes a lower polarizing plate, 3306 denotes a scattering reflector, and a counter electrode (scanning line) 3311 and a color are provided on the counter substrate 3304. A filter 3310 is provided, and a signal line 3307, an MIM element 3308, and a pixel electrode 3309 are provided over the element substrate 3302.
[0122]
The color filter 3310 is composed of two colors, red (indicated by “R” in the figure) and cyan (indicated by “C” in the figure), which are complementary to each other. Was not provided. The color filter used here is the same as that of Example 1, and its spectral characteristics are shown in FIG.
[0123]
FIG. 34 is a diagram showing the arrangement of the color filters as seen from above in FIG. In the figure, “R” indicates a dot provided with a red filter, “C” indicates a dot provided with a cyan filter, and “W” indicates a dot without a color filter. A red filter was provided for 1/3 of all dots, a cyan filter was provided for 1/3 dots, and a color filter was not provided for the remaining 1/3 dots. Further, (a), (b), (c), and (d) in FIG. 34 show distributions of on dots and off dots when white, red, cyan, and black are displayed, respectively. The hatched dots are on dots, that is, the dark state, and the dots that are not hatched are off dots, that is, the bright state. When display is performed in this manner, color display is performed with 2/3 of the dots as a whole, so that brighter display than usual is possible. Further, when displaying halftones by color display, there is an advantage that vivid colors can always be displayed by adjusting the brightness mainly with dots having no color filter. For example, when dark red is displayed, the dots provided with the red filter are all turned off, the dots provided with the cyan filter are turned on, and the dots not provided with the color filter are turned on half.
[0124]
Another color filter arrangement is shown in FIG. A red filter was provided for the entire ¼ dot, a cyan filter was provided for the ¼ dot, and a color filter was not provided for the remaining ½ dot. 35A, 35B, 35C, and 35D show the distribution of on dots and off dots when white, red, cyan, and black are displayed, respectively. When display is performed in this way, color display is performed with 3/4 dots as a whole, so that a brighter display than the color filter arrangement of FIG. 35 is possible.
[0125]
As another example, FIG. 36 shows an arrangement when three color filters of red, green, and blue are used. In the figure, “R” indicates a dot provided with a red filter, “G” indicates a dot provided with a green filter, “B” indicates a dot provided with a blue filter, and “W” indicates a dot without a color filter. Yes. Red filter is provided for 1/6 dots, green filter is provided for 1/6 dots, blue filter is provided for 1/6 dots, and no color filter is provided for the remaining 1/2 dots. It was. In addition, (a), (b), (c), and (d) of FIG. 36 show the distribution of on dots and off dots when white, red, green, and blue are displayed, respectively. When display is performed in this manner, bright display is possible because color display is performed with 4/6 dots as a whole.
[0126]
In addition, a red filter is provided for the entire ¼ dot, a green filter is provided for the ¼ dot, a blue filter is provided for the ¼ dot, and a color filter is provided for the remaining ¼ dot. No configuration is possible. When display is performed in this manner, bright display is possible because color display is performed with half of the dots as a whole.
[0127]
(Example 22)
FIGS. 37A and 37B are diagrams schematically showing the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 22 of the invention, in which FIG. 37A is a front view and FIG. 37B is a cross-sectional view. In this embodiment, a color filter is provided over the entire effective display area. The configuration will be described. 3701 is a frame case, 3702 is an upper polarizing plate, 3703 is an upper substrate, 3704 is a color filter, 3705 is a lower substrate, and 3706 is a polarizing plate with a reflector. Since the drawing becomes complicated, transparent electrodes, nonlinear elements, signal lines, alignment films and the like are omitted. Reference numeral 3711 denotes a drive display area, 3712 denotes an effective display area, and 3713 denotes an area provided with a color filter. Although (b) is a horizontal cross-sectional view, the vertical cross-sectional view is the same as (b). Note that the terms “drive display area” and “effective display area” refer to “area having a display function in a liquid crystal display device”, “drive display area, and it” in ED-2511A of the Japan Electronic Machinery Manufacturers Association (EIAJ). It is defined as an “effective area as a subsequent screen”. That is, the drive display area is an area where voltage can be applied to the liquid crystal, and the effective display area is the entire liquid crystal panel area that is not hidden by the frame case.
[0128]
The feature of the twenty-second embodiment is that an area 3713 provided with a color filter is the same as or wider than the effective display area 3712. By configuring in this way, the reflective color liquid crystal device of Example 22 has the advantage that the display looks bright. Usually, in transmissive color display, a color filter is provided only in the drive display area, and a black mask made of metal or resin is provided in the outer area. However, in the reflective color display, the metal black mask is glaring and cannot be used. In addition, the resin black mask increases the cost because the original color filter is not provided with a black mask. However, if nothing is provided outside the drive display area, the outside becomes bright and the drive display area looks relatively dark. Therefore, it is effective to provide the same color filter as the inner side outside the drive display area, preferably in the same pattern, in order to make the display brighter.
[0129]
(Example 23)
In a transmissive color liquid crystal device, a black mask is generally provided outside the dots. However, if a black mask is provided in a reflective color liquid crystal device, high contrast can be obtained, but the display becomes extremely dark. In particular, in the liquid crystal mode where parallax is inevitable, such as the TN mode and STN mode, the brightness is proportional to the square of the aperture ratio because light is absorbed by the black mask twice when light enters and exits. It has the nature of Accordingly, it is impossible to provide a black mask in the reflective color liquid crystal device, but conversely, if no light absorber is provided outside the dots, the contrast is remarkably lowered. Therefore, Embodiment 23 of the present invention is characterized in that a black mask is not provided outside the dots, but a color filter having an absorption comparable to or smaller than the area inside the dots is provided instead.
[0130]
FIG. 38 is a diagram showing the color filter arrangement of the reflective color liquid crystal device in Example 23 of the present invention. As described above, in this embodiment, a black mask is not provided in the area outside each dot, but instead, a color filter having an absorption comparable to or smaller than the area in the dot is provided. Although the basic configuration and the spectral characteristics of the color filter are the same as those in FIGS. 6 and 3 of Example 5, the arrangement of the color filter in the region outside the dots has been devised. In FIG. 38, a “laterally convex” area 3801 is an area where the counter electrode and the pixel electrode overlap and an electric field is applied to the liquid crystal, and corresponds to the above-described dot. A region 3802 hatched obliquely from the upper right to the lower left is a cyan filter, and a region 3803 hatched in the cross is a red filter.
[0131]
In FIG. 38A, the red filter and the cyan filter are arranged so as to be in close contact with each other outside the dots. In (b), filters are provided outside the dots, but they are arranged apart from each other. In (c), a red filter is disposed outside the dot. In either case, since the region outside the dot has absorption that is the same as or smaller than that in the dot but is not zero, a bright and high-contrast display can be obtained. Each characteristic is as follows: (a) 30% reflectivity for white display and a contrast ratio of 1:15, (b) 33% reflectivity and a contrast ratio of 1:13, (c) 29% and a ratio of 1:16. there were.
[0132]
(Example 24)
FIG. 39 is a diagram showing the color filter arrangement of the reflective color liquid crystal device in Example 24 of the present invention. In this embodiment as well, a black mask is not provided in the area outside each dot, but a color filter having an absorption comparable to or smaller than the area in the dot is provided instead. The basic configuration and spectral characteristics of the color filters are the same as those in FIGS. 8 and 12 of Example 9, but the arrangement of the color filters in the area outside the dots has been devised. In FIG. 39, a “laterally convex” area 3901 is an area where the counter electrode and the pixel electrode overlap and an electric field is applied to the liquid crystal, and corresponds to the dot of Example 23. A region 3902 hatched diagonally from the upper left to the lower right is a blue filter, a region 3903 hatched diagonally from the upper right to the lower left is a green filter, and a region 3904 hatched in the cross is a red filter. is there.
[0133]
In FIG. 39A, three color filters are provided outside the dots, but they are arranged apart from each other. The separation distance was set in anticipation of the maximum misalignment when creating the color filter. That is, FIG. 39B shows the color filter arrangement in the case where the maximum possible misalignment occurs, but even in this case, the color filters of different colors are prevented from overlapping each other. Since overlapping color filters is almost synonymous with the presence of a black mask, this should be avoided as much as possible. By arranging the color filters as described above, a bright and high-contrast reflective color display was achieved.
[0134]
(Example 25)
FIG. 40 is a diagram showing a main part of the reflective color liquid crystal device in Example 25 of the invention. Also in this example, a black mask was not provided in the area outside each dot, but instead a color filter having an absorption comparable to or smaller than the area in the dot was provided. First, the configuration will be described. Reference numeral 4001 denotes an upper polarizing plate, 4002 denotes a counter substrate, 4003 denotes a liquid crystal, 4004 denotes an element substrate, 4005 denotes a lower polarizing plate, and 4006 denotes a scattering reflector. On the counter substrate 4002, a color filter 4007 and a counter electrode (scanning) Line) 4008, and a signal line 4009, a pixel electrode 4010, and an MIM element 4011 are provided over the element substrate 4004. This color filter has a stripe arrangement that is common in data displays such as PCs. The spectral characteristics of the color filter are the same as those in FIG.
[0135]
FIG. 41 is a diagram showing a color filter arrangement of the reflective color liquid crystal device in Example 25 of the present invention. In FIG. 41, a “laterally convex” area 4101 is an area where the counter electrode and the pixel electrode overlap and an electric field is applied to the liquid crystal, and corresponds to the dot of Example 23. A region 4102 hatched diagonally from the upper left to the lower right is a blue filter, a region 4103 hatched diagonally from the upper right to the lower left is a green filter, and a region 4104 hatched in the cross is a red filter. is there.
[0136]
In FIG. 41A, three color filters are also provided outside the dots, but they are continuously arranged on the top and bottom and separated from each other on the left and right. The separation distance was set in anticipation of the maximum misalignment when creating the color filter. That is, FIG. 41B shows the color filter arrangement in the case where the maximum possible misalignment occurs, but even in this case, the color filters of different colors are prevented from overlapping each other. By arranging the color filters as described above, a bright and high-contrast reflective color display was achieved.
[0137]
(Example 26)
FIG. 42 is a cross sectional view showing an essential part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 26 of the invention. In this example, a color filter was provided on the outer surface of the substrate located on the reflector side of the pair of substrates. The configuration will be described. Reference numeral 4201 denotes an upper polarizing plate, 4202 denotes an element substrate, 4203 denotes a liquid crystal, 4204 denotes a counter substrate, 4205 denotes a lower polarizing plate, 4206 denotes a scattering reflector, and a signal line 4207 and a pixel electrode 4208 are provided on the element substrate 4202. A counter electrode (scanning line) 4209 is provided over the counter substrate 4204. Although not shown in this cross-sectional view, the signal line and the pixel electrode are connected via the MIM element. Further, a red filter 4210, a green filter 4211, and a blue filter 4212 are provided on the surface of the counter substrate 4204 on the reflection plate side.
[0138]
The spectral characteristics of the color filter have characteristics as shown in FIG. 12 if they are provided on the entire surface of the dot, and those shown in FIGS. 16 and 18 depending on the proportion if they are provided on a part of the dots. Make it.
[0139]
By providing the color filter on the outside of the substrate in this way, an inexpensive color filter can be used. This color filter may be separately provided on a film or the like, and may be attached later. In particular, by providing a color filter only at a part of the dots, there is an advantage that the assembly margin is expanded and the viewing angle is widened.
[0140]
(Example 27)
In Example 27, a non-linear element is provided corresponding to each dot on the inner surface of the substrate located on the reflector side of the pair of substrates. The structure of the reflective color liquid crystal device in this example is the same as that of FIG. 1 of Example 1, FIG. 6 of Example 6, and FIG. 8 of Example 7. The feature is that MIM elements 111, 611, and 811 are provided on the substrates 104, 604, and 804 located on the reflector side. By disposing in this way, unnecessary surface reflection is reduced and high contrast is obtained as compared with the reverse groove formation, that is, when the MIM element is provided on the substrates 102, 602, and 802. There are three reasons for this. One is that the reflection by the signal lines 109, 609, and 809 and the MIM element is partially absorbed by the color filters 107, 607, and 807, and the second is that the signal line itself has metal Cr stacked on metal Ta. The structure is that the reflectance of Cr is smaller than that of Ta. The third is that absorption due to birefringence interference occurs when reflected light passes through the liquid crystal layers 103, 603, and 803.
[0141]
(Example 28)
In Example 28, a nonlinear element was provided corresponding to each dot on the inner surface of one of the pair of substrates, and this was connected in a direction parallel to the short side of the dot. The overall structure of the reflective color liquid crystal device in this embodiment is the same as that of FIG. The feature is in the wiring method of the MIM element.
[0142]
FIG. 43 is a diagram illustrating a wiring method of MIM elements of the reflective color liquid crystal device in Example 28. Reference numeral 4301 denotes a signal line, 4302 denotes an MIM element, and 4303 denotes a pixel electrode. Since the pixel electrodes respectively correspond to the red, green, and blue color filters on the counter substrate, the corresponding relationship is indicated by “R”, “G”, and “B” on the pixel electrode.
[0143]
Each dot in FIG. 43 has a vertically long shape, and one square pixel is formed by three dots arranged horizontally. This is a configuration often found in data displays for personal computers. At this time, the signal line is wired parallel to the short side of the dot, that is, in the horizontal direction. Wiring in this way has the effect of reducing the number of wires and increasing the aperture ratio. Here, the aperture ratio is a ratio occupied by an area excluding an opaque portion such as a metal.
[0144]
This is compared with the conventional configuration. FIG. 44 is a diagram showing a wiring method of a (transmissive) color liquid crystal device using a conventional MIM element. Reference numeral 4401 denotes a signal line, 4402 denotes an MIM element, and 4403 denotes a pixel electrode. The dot pitch is the same as in FIG. 43, and the dots have a vertically long shape, but the signal lines are wired in parallel to the long sides of the dots, that is, in the vertical direction. When wiring is performed in this manner, the number of wirings is three times that in the case of FIG. 43 and the aperture ratio is low. The reason why such wiring has been performed in the past is because the distance of the vertical wiring is shorter in the horizontally long panel, and the other is horizontal if the black mask is provided. This is because the aperture ratio does not change even when wiring is performed.
[0145]
As the aperture ratio increases, the display becomes brighter. Examples 23 to 25 have already explained in detail that the aperture ratio has an effect on the brightness, and that it is particularly prominent in the reflection type configuration with parallax.
[0146]
(Example 29)
In Example 29, the drive area ratio is 60% or more and 85% or less. FIG. 45 shows the characteristics of the reflective color liquid crystal device in this embodiment. The relationship between the driving area ratio and the contrast and the driving area ratio and the reflectance when the driving area ratio is changed from 50% to 100% with the same configuration as that of the second embodiment is shown. Here, the drive area ratio is defined as the ratio of the area where the liquid crystal is driven in the area excluding opaque portions such as metal wirings and MIM elements in the pixel. The horizontal axis represents the drive area ratio, the vertical axis represents the contrast and the reflectance. 4501 is the contrast of the present embodiment, 4502 is the contrast of the comparative example, 4503 is the reflectance in the cyan display of the present embodiment, and 4504 is the comparative example. This is the reflectance at the time of cyan display.
[0147]
If the drive area ratio is 60% or more, a good contrast of 1: 5 or more can be obtained. If the driving area ratio is 85% or less, good brightness of 23% or more can be obtained in cyan display.
[0148]
(Example 30)
In the reflective color liquid crystal device, the characteristics of the scattering reflector greatly affect the brightness, contrast, and viewing angle characteristics. There are various types of scattering reflectors, from those with low scattering properties such as mirror surfaces to those with strong scattering properties such as paper, which are selected according to the surrounding environment. It is desirable to have a low scattering property with emphasis on contrast and contrast.
[0149]
46 and 47 are diagrams showing the characteristics of the reflection plate of the reflective color liquid crystal device in Example 30 of the present invention. The reflector has a scattering characteristic such that when beam light is incident thereon, 80% or more of light is reflected in a 30 ° cone centered on the regular reflection direction.
[0150]
In FIG. 46, 4604 is a scattering reflection plate, 4601 is light incident on the scattering reflection plate surface at an angle of 45 °, 4602 is its regular reflection light, and 4603 is a 30 ° cone centered on regular reflection. In FIG. 47, the horizontal axis represents the light receiving angle of the reflected light, and the vertical axis represents the relative reflection intensity. The reflector of Example 30 has a characteristic that about 95% of incident light is reflected in the 30 ° cone of FIG. When this is less than 80%, a contrast ratio of 1:10 or more cannot be obtained under a normal indoor environment.
[0151]
For reference, FIG. 48 shows the result of computer simulation. The horizontal axis in the figure is the ratio of the light reflected in the 30 degree cone shown in FIG. 46, and the vertical axis in the figure is the brightness and contrast ratio. Assuming perfectly scattered white light like an integrating sphere as the light source, the light reflected in the normal direction of the substrate was calculated. The brightness of the standard white plate was 100%. As is clear from this simulation result, a brighter and higher-contrast display can be obtained as the proportion of the light reflected into the 30 ° cone increases, that is, as the scattering degree of the reflector decreases. However, it has been experimentally confirmed that a reflector that reflects light larger than 95% of incident light into a 30-degree cone has a very narrow viewing angle characteristic and cannot withstand practical use.
[0152]
(Example 31)
FIG. 49 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 31 of the invention. The reflecting plate is a semi-transmissive reflecting plate, and has a backlight on the back surface. First, the configuration will be described. Reference numeral 4901 denotes an upper polarizing plate, 4902 denotes a counter substrate, 4903 denotes a liquid crystal, 4904 denotes an element substrate, 4905 denotes a lower polarizing plate, 4906 denotes a transflective plate, 4912 denotes a backlight, and a color filter 4907 is provided on the counter substrate 4902. In addition, a counter electrode (scanning line) 4908 is provided, and a signal line 4909, a pixel electrode 4910, and an MIM element 4911 are provided over the element substrate 4904. Further, the color filter has the same spectral characteristic as that of FIG.
[0153]
Since the reflectance of the transflective reflector is about 70% of that of a normal scattering reflector, the reflectance during white display is about 24% when used in the reflective mode without turning on the backlight. Become. On the other hand, in the transmission mode in which the backlight is turned on, the transmittance is about 22% and the surface brightness is 400 cd / m. 2 Sufficient brightness can be obtained even with a monochrome backlight. In addition, the characteristics of the color filter as shown in FIG. 3 are not sufficient for displaying colors by transmission, but when a transflective plate is used, the color purity is increased by reflection of ambient light even in the transmission mode. effective.
[0154]
In order to obtain a bright display, it is desirable that the transflective plate reflects 80% or more of incident light. Inevitably, the display becomes dark when used in the transmissive mode, but pursuing the brightness of the transmissive mode tends to cause unsatisfactory results for both transmissive display and reflective display. If the transmission mode should be barely visible in the dark, you can get a good display that is more acceptable to the market.
[0155]
(Example 32)
In Example 32, the liquid crystal is a nematic liquid crystal twisted approximately 90 degrees, and two polarizing plates are arranged so that their transmission axes are orthogonal to the rubbing direction of the adjacent substrates. The basic configuration of the reflective color liquid crystal device in this embodiment and the spectral characteristics of the color filter are the same as those in FIGS. The feature is that the cell condition of the TN mode is optimized for the reflection type color liquid crystal device.
[0156]
FIG. 50 is a diagram illustrating the relationship between the axes of the reflective color liquid crystal device in Example 32. In FIG. Reference numeral 5021 denotes a horizontal direction (longitudinal direction) of the liquid crystal panel, 5001 is a transmission axis direction of the upper polarizing plate, 5002 is a rubbing direction of the counter substrate positioned on the upper side, 5003 is a rubbing direction of the element substrate positioned on the lower side, 5004 Is the transmission axis direction of the lower polarizing plate. Here, the angle 5011 formed by the rubbing direction of the counter substrate and the horizontal direction of the liquid crystal panel is 45 °, the angle 5012 formed by the transmission axis direction of the upper polarizing plate and the rubbing direction of the counter substrate is 90 °, and the twist angle 5013 of the liquid crystal is set. The angle 5014 formed by the transmission axis direction of the lower polarizing plate and the rubbing direction of the element substrate was set to 90 ° to the right 90 °. With this arrangement, molecules at the center of the liquid crystal layer rise from the observer side (ie, the lower side in the figure) when a voltage is applied, and in combination with the viewing angle characteristics of the TN liquid crystal, display with high contrast and less visible shadows becomes possible. In addition, an arrangement in which the transmission axis of the polarizing plate is orthogonal to the rubbing direction of the adjacent substrate (so-called O mode) is more preferable because color change due to the viewing angle direction is less than that in a parallel arrangement (so-called E mode).
[0157]
Further, by setting the birefringence Δn of the liquid crystal material to 0.189 and the cell gap to 7.1 μm, Δn × d of the liquid crystal cell was set to 1.34 μm. This is the brightest and least colored condition when a non-selection voltage is applied. The display color becomes bluish when Δn × d <1.30 μm, and the display becomes dark when Δn × d> 1.40 μm. Absent.
[0158]
(Example 33)
In Example 33, the product Δn × d of the birefringence Δn of the liquid crystal and the liquid crystal layer thickness d is larger than 0.34 μm and smaller than 0.52 μm. The basic configuration of the reflective color liquid crystal device in this embodiment is the same as that of FIG. The feature is that the cell condition of the TN mode is further optimized for the reflection type color liquid crystal device.
[0159]
FIG. 50 is a diagram showing the relationship between the axes of the reflective color liquid crystal device in Example 33. In FIG. Reference numeral 5021 denotes a horizontal direction (longitudinal direction) of the liquid crystal panel, 5001 is a transmission axis direction of the upper polarizing plate, 5002 is a rubbing direction of the counter substrate positioned on the upper side, 5003 is a rubbing direction of the element substrate positioned on the lower side, 5004 Is the transmission axis direction of the lower polarizing plate. Here, the angle 5011 formed by the rubbing direction of the counter substrate and the horizontal direction of the liquid crystal panel is 45 °, the angle 5012 formed by the transmission axis direction of the upper polarizing plate and the rubbing direction of the counter substrate is 90 °, and the twist angle 5013 of the liquid crystal is set. The angle 5014 formed by the transmission axis direction of the lower polarizing plate and the rubbing direction of the element substrate was set to 90 ° to the right 90 °. With this arrangement, molecules at the center of the liquid crystal layer rise from the observer side (ie, the lower side in the figure) when a voltage is applied, and in combination with the viewing angle characteristics of the TN liquid crystal, display with high contrast and less visible shadows becomes possible. In addition, an arrangement in which the transmission axis of the polarizing plate is orthogonal to the rubbing direction of the adjacent substrate (so-called O mode) is more preferable because color change due to the viewing angle direction is less than that in a parallel arrangement (so-called E mode).
[0160]
Here, a birefringence Δn of the liquid crystal material was set to 0.084, and a cell gap was changed to produce a panel having a different Δn × d.
[0161]
FIG. 51 shows the relationship between Δn × d and the reflectance during white display. Reference numeral 5101 denotes the reflectance for each Δn × d of the example, and 5102 denotes the reflectance for each Δn × d of the comparative example. For the measurement, an integrating sphere was used so that light was incident uniformly from all directions. The reflectance was taken as 100% of a standard white plate. As can be seen from FIG. 51, as Δn × d increases, the viewing angle narrows and the utilization efficiency of incident light from an oblique direction decreases, so that the display becomes dark. Therefore, in order to obtain a bright display, it is preferable to use a so-called first minimum condition in which Δn × d is small. However, the first minimum condition has a drawback that the display color is large. For this reason, the conventional reflection type monochrome liquid crystal device uses a condition where Δn × d is large as in the thirty-second embodiment. However, in the reflection type color liquid crystal device, a little coloring can be corrected by adjusting the color filter. In Example 33, by adjusting the color filter so as to have a high transmittance on the long wavelength side, white was almost colorless at any Δn × d, and a display with little change in color was obtained.
[0162]
The highest reflectance is exhibited when Δn × d is 0.42 μm. The reflectance corresponding to Δn × d in the vicinity thereof is shown in Table 3 below.
[Table 3]
Figure 0003606312
[0163]
Thus, a bright display can be obtained by making Δn × d larger than 0.34 μm and smaller than 0.52 μm.
[0164]
When Δn × d is smaller than 0.40 μm, a bright display is obtained due to the wide viewing angle, but on the other hand, since the brightness in the front direction is low and it looks dark under a spot light source, Δn × d is 0.40 μm or more is preferable. Moreover, since extremely large coloring can be eliminated by setting it to 0.48 μm or less, Δn × d is preferably 0.48 μm or less. The most preferable Δn × d is 0.42 μm at which the maximum brightness is obtained.
[0165]
(Example 34)
In Example 34 of the present invention, the liquid crystal is a nematic liquid crystal twisted by 90 degrees or more, and two polarizing plates and at least one retardation film are arranged. FIG. 52 is a diagram showing a main part of the reflective color liquid crystal device in Example 34. In FIG. First, the configuration will be described. 5201 is an upper polarizing plate, 5202 is a retardation film, 5203 is an upper substrate, 5204 is a liquid crystal, 5205 is a lower substrate, 5206 is a lower polarizing plate, 5207 is a scattering reflector, and a color filter is placed on the upper substrate 5203. 5208 and a scanning electrode 5209 are provided, and a signal electrode 5210 is provided on the lower substrate 5205. The retardation film 5202 is a uniaxially stretched polycarbonate film and exhibits a positive retardation. Further, the color filter has the same spectral characteristic as that of FIG.
[0166]
FIG. 53 is a diagram showing the relationship between the axes of the reflective color liquid crystal device in Example 34. In FIG. 5321 is the horizontal direction (longitudinal direction) of the liquid crystal panel, 5301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate, 5302 is the rubbing direction of the upper substrate, 5303 is the rubbing direction of the lower substrate, and 5304 is the transmission axis of the lower polarizing plate. A direction 5305 is a stretching direction of the retardation film. Here, the angle 5311 formed by the rubbing direction of the upper substrate and the horizontal direction of the liquid crystal panel is 30 °, and the angle 5314 formed by the transmission axis direction of the upper polarizing plate and the stretching direction of the retardation film is 54 °. The angle 5315 formed by the direction of the upper substrate and the rubbing direction of the upper substrate is 80 °, the twist angle 5312 of the liquid crystal is 240 ° to the left, and the angle 5313 formed by the transmission axis direction of the lower polarizing plate and the rubbing direction of the lower substrate is 43 °. Set. With this arrangement, the molecule at the center of the liquid crystal layer rises from the viewer side (ie, the lower side in the figure) when a voltage is applied, and in combination with the viewing angle characteristics, a display with high contrast and less visible shadows becomes possible.
[0167]
This is a retardation plate compensation type STN mode proposed in Japanese Patent Publication No. 3-50249, and is characterized in that multiplex driving up to a duty ratio of 1/480 can be performed with a simple matrix. Despite the use of the same color filter as in the second embodiment, the aperture ratio is as high as the signal line and MIM element are unnecessary, and the reflectance during white display is 33%, enabling a very bright display. . Although the contrast ratio was relatively low at 1: 8, the number of retardation films for color compensation was increased by one, and multi-line simultaneous selection driving was performed according to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-348230. The same color can be displayed with the same contrast as when the MIM element is provided.
[0168]
(Example 35)
Also in Example 34 of the present invention, the liquid crystal was a nematic liquid crystal twisted by 90 degrees or more, and two polarizing plates and at least one retardation film were arranged. FIG. 55 is a diagram showing a main part of the structure of the reflective color liquid crystal device in Example 35. In FIG. First, the configuration will be described. 5501 is an upper polarizing plate, 5502 is a phase difference film, 5503 is an upper substrate, 5504 is a liquid crystal, 5505 is a lower substrate, 5506 is a lower polarizing plate, 5507 is a scattering reflection plate, and a color filter is provided on the upper substrate 5503. 5508 and a scanning electrode 5509 are provided, and a signal electrode 5510 is provided on the lower substrate 5505. The retardation film 5502 is a uniaxially stretched film of polycarbonate and has a positive retardation of 587 nm. The product Δn × d of Δn and cell gap of the liquid crystal is 0.85 μm.
[0169]
FIG. 53 is a diagram illustrating the relationship between the axes of the reflective color liquid crystal device in Example 35. In FIG. 5321 is the horizontal direction (longitudinal direction) of the liquid crystal panel, 5301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate, 5302 is the rubbing direction of the upper substrate, 5303 is the rubbing direction of the lower substrate, and 5304 is the transmission axis of the lower polarizing plate. A direction 5305 is a stretching direction of the retardation film. Here, the angle 5311 formed by the rubbing direction of the upper substrate and the horizontal direction of the liquid crystal panel is 30 °, and the angle 5314 formed by the transmission axis direction of the upper polarizing plate and the stretching direction of the retardation film is 38 °. The angle 5315 formed by the direction of the upper substrate and the rubbing direction of the upper substrate is 92 °, the twist angle 5312 of the liquid crystal is 240 ° to the left, and the angle 5313 formed by the transmission axis direction of the lower polarizing plate and the rubbing direction of the lower substrate is 50 °. Set.
[0170]
FIG. 54 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filters of the reflective color liquid crystal device in Example 35. In FIG. In FIG. 54, the horizontal axis represents the light wavelength, the vertical axis represents the transmittance, 5401 represents the spectrum of the red filter, 5402 represents the spectrum of the green filter, and 5403 represents the spectrum of the blue filter. This color filter characteristic is optimized so as to achieve white balance from the spectral characteristic 5411 in the off state when the color filter is removed from the liquid crystal device. Here, the green filter and the blue filter have a transmittance of 50% or more in the wavelength range of 450 nm to 660 nm. Further, the minimum transmittance of the red filter for light having a wavelength in the range of 450 nm to 660 nm is clearly smaller than that of the blue filter and the green filter. By using such a red filter, the most appealing red color can be displayed vividly. In addition, the blue filter spectrum 5403 was made close to cyan for the purpose of compensating for the darkening of red.
[0171]
This is a retardation plate compensation type STN mode proposed in Japanese Patent Publication No. 3-50249, and is characterized in that multiplex driving up to a duty ratio of 1/480 can be performed with a simple matrix. However, in the conventional retardation plate compensation type STN mode, although it was possible to perform black and white display, it was possible to produce only a cyan-like white. However, the reflective color liquid crystal device of Example 35 can display white that is much more neutral than before by optimizing the color filter. Even though a color filter having characteristics similar to those of the ninth embodiment is used, the aperture ratio is high as much as signal lines and MIM elements are unnecessary, and the reflectance during white display is 29%, which is very bright. Is possible.
[0172]
(Example 36)
In Example 36 of the present invention, a reflecting plate was provided between a pair of substrates, and only one polarizing plate was disposed. FIG. 56 is a diagram showing a main part of the reflective color liquid crystal device in Example 36. In FIG. First, the configuration will be described. Reference numeral 5601 denotes an upper polarizing plate, 5602 denotes a counter substrate, 5603 denotes a liquid crystal, and 5604 denotes an element substrate. A color filter 5605 and a counter electrode (scanning line) 5606 are provided on the counter substrate 5602, and a signal is provided on the element substrate 5604. A line 5607, a pixel electrode 5608 which also serves as a scattering reflector, and an MIM element 5609 are provided. The pixel electrode that also serves as the scattering reflector was a surface of a sputtered metal aluminum film that was roughened by mechanical and chemical techniques. Further, the color filter has the same spectral characteristic as that of FIG.
[0173]
FIG. 57 is a diagram illustrating the relationship between the axes of the reflective color liquid crystal device in Example 36. In FIG. Reference numeral 5721 denotes the horizontal direction (longitudinal direction) of the liquid crystal panel, 5701 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate, 5702 is the rubbing direction of the upper substrate, and 5703 is the rubbing direction of the lower substrate. Here, the angle 5711 formed by the rubbing direction of the upper substrate and the horizontal direction of the liquid crystal panel is 62 °, the angle 5712 formed by the transmission axis direction of the upper polarizing plate and the rubbing direction of the upper substrate is 94 °, and the twist angle 5713 of the liquid crystal is set. Set to 56 ° to the right. With this arrangement, molecules at the center of the liquid crystal layer rise from the observer side (ie, the lower side in the figure) when a voltage is applied, and high contrast display is possible in combination with viewing angle characteristics.
[0174]
This is a single polarizing plate type nematic liquid crystal mode proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-223715, and can display black and white with high contrast without using a lower polarizing plate. It is characterized in that a reflector can be provided.
[0175]
This reflective color liquid crystal device has a reflectance of 30% when displaying white, a contrast ratio of 1:10, and can display four colors of white, red, cyan and black, and the red display color is x = 0.38. y = 0.31, the cyan display color was x = 0.28, and y = 0.32. There is no shadow in the display, and the viewing angle dependency is very small. Further, for example, since light incident through the red filter is always emitted through the red filter, color turbidity does not occur, and a bright and high-purity display can be achieved.
[0176]
Although the MIM element is used in the above embodiment, a TFT element can be used instead. FIG. 58 is a diagram showing the main part of the structure when a reflective color liquid crystal device of the present invention in which a reflective plate is provided between a pair of substrates and only one polarizing plate is arranged using a TFT element. First, the configuration will be described. Reference numeral 5801 denotes an upper polarizing plate, 5802 denotes a counter substrate, 5803 denotes a liquid crystal, and 5804 denotes an element substrate. A color filter 5805 and a counter electrode (common electrode) 5806 are provided on the counter substrate 5802, and a gate is provided on the element substrate 5804. A pixel electrode 5810 serving also as a signal line 5807, a source signal line 5808, a TFT element 5809, and a scattering reflector is provided. In the case of the MIM element, the metal wiring only runs in the vertical direction, but in the TFT element, the metal wiring runs in the vertical direction and the horizontal direction, so that the aperture ratio decreases. Fortunately, this Example 36 does not require a lower polarizing plate. Therefore, when using a TFT element, it is preferable to provide a method of providing an insulating film on the element and signal line layer, providing a reflective plate also serving as a pixel electrode on the layer, and connecting the two through a contact hole.
[0177]
(Example 37)
Example 37 is a reflective color liquid crystal device in which a reflective plate is provided between a pair of substrates and only one polarizing plate is disposed, and the reflective plate is a specular reflective plate, and the outer surface of the substrate located on the incident light side First, six examples relating to a reflective monochrome liquid crystal device will be introduced. Any of these can be used as a reflective color liquid crystal device by adding a color filter.
[0178]
<First example>
FIG. 59 is a cross-sectional view of the reflective liquid crystal device in the first example. First, the configuration will be described. 590l is a scattering plate, 5902 is an upper polarizing plate, 5903 is an upper substrate, 5904 is an upper electrode, 5905 is a liquid crystal, 5906 is a lower electrode, 5907 is a lower substrate, 5908 is a lower polarizing plate, and 5909 is a specular reflector. is there. The liquid crystal 5905 is twisted 90 degrees in the cell, and the absorption axes of the polarizing plates 5902 and 5908 are TN modes that coincide with the slow axis of the liquid crystal 5 at the adjacent interface. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 5905 and the birefringence Δn is 0.48 μm.
[0179]
The reflection type liquid crystal device having the above configuration has a brightness of 25% and a contrast of 1:15 when displaying white in the normal direction of the substrate indoors, and brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp. Was 45% and the contrast was 1:12. Even in the regular reflection direction, the ceiling light is not reflected due to the backscattering effect of the scattering plate, and high contrast can be obtained. As described above, since the light in the regular reflection direction can be used effectively while maintaining a sufficient contrast, a very bright display can be obtained.
[0180]
<Second example>
60 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 1 to No. FIG. Reference numeral 6001 denotes a scattering plate, 6002 denotes an upper polarizing plate, 6003 denotes an upper substrate, 6004 denotes an upper electrode, 6005 denotes a liquid crystal, 6006 denotes a lower electrode, 6007 denotes a lower substrate, and 6008 denotes a specular reflector.
[0181]
61 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 1 to No. 3 shows the axial direction of the polarizing plate 3 and the like. Reference numeral 6101 denotes a transmission axis direction of the upper polarizing plate 6002, 6103 denotes a rubbing direction of the upper substrate 6003, 6103 denotes a rubbing direction of the lower substrate 6007, and 6104 denotes an angle θ 1 formed horizontally with the transmission axis direction 6101 of the upper polarizing plate 6002. Reference numeral 6105 denotes an angle θ2 formed horizontally with the rubbing direction 6102 of the upper substrate 6003, and reference numeral 6106 represents an angle θ3 formed horizontally with the rubbing direction 6103 of the lower substrate 6007. The angle is positive in the counterclockwise direction and is shown as -180 degrees to 180 degrees.
[0182]
62 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 4 to No. 6 is a cross-sectional view of FIG. 6201 is a scattering plate, 6202 is an upper polarizing plate, 6203 is a retardation plate, 6204 is an upper substrate, 6205 is an upper electrode, 6206 is a liquid crystal, 6207 is a lower electrode, 6208 is a lower substrate, and 6209 is a specular reflector. .
[0183]
63 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 4 to No. 6 shows the axial direction of the polarizing plate 6 and the like. 6301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate 6202, 6302 is the slow axis direction of the retardation plate 6203, 6303 is the rubbing direction of the upper substrate 6204, 6304 is the rubbing direction of the lower substrate 6208, and 6305 is the upper polarizing plate 6202. Angles θ1 and 6306 formed horizontally in the transmission axis direction 6301 of the substrate 6204 are angles θ2 and 6307 formed horizontally in the rubbing direction 6303 of the upper substrate 6204, and angles θ3 and 6308 formed horizontally in the rubbing direction 6304 of the lower substrate 6208 are retardation plates. 6203 is an angle θ4 formed with the horizontal in the slow axis direction 6302.
[0184]
Table 4 below shows these angle conditions, Δn × d of the liquid crystal cell, and the retardation value of the retardation plate. In the figure, Δn × d and the unit of phase difference are μm.
[Table 4]
Figure 0003606312
[0185]
These characteristics are shown in Table 5 below.
[Table 5]
Figure 0003606312
As in the first example, sufficient contrast and bright display can be obtained.
[0186]
<Comparative example of the first example and the second example>
FIG. 64 is a cross-sectional view of a reflective liquid crystal device in a comparative example. Reference numeral 6401 denotes an upper polarizing plate, 6402 denotes an upper substrate, 6403 denotes an upper electrode, 6404 denotes a liquid crystal, 6405 denotes a lower electrode, 6406 denotes a lower substrate, 6407 denotes a lower polarizing plate, and 6408 denotes a scattering reflector. The liquid crystal 6404 is twisted by 90 degrees in the cell as in the first example, and the absorption axes of the polarizing plates 6401 and 6407 are TN modes that coincide with the slow axis of the liquid crystal 5 at the adjacent interface. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 6404 and the birefringence Δn is 0.48 μm.
[0187]
In the reflection type liquid crystal device having the above configuration, the brightness when displaying white in the normal direction of the substrate is 28% and the contrast is 1:15 in the room, but the reflection of the ceiling lamp is in the regular reflection direction of the ceiling lamp. Therefore, the brightness of white display was 62% and the contrast was 1: 2, which was not practical.
[0188]
<Third example>
FIG. 65 is a diagram showing the characteristics of the scattering plate of the reflective liquid crystal device in the third example. In FIG. 65, reference numeral 6501 denotes a scattering plate, reference numeral 6502 denotes incident light, reference numeral 6503 denotes specular reflection light, and reference numeral 6504 denotes a 10 degree cone centered on the specular reflection light 6503. The scattering plate 6501 of the third example scatters 5% of incident light into the 10 degree cone 6503.
[0189]
The scattering plate having the above characteristics creates forward scattering by mixing particles having a refractive index different from that of the medium, and adjusts the back scattering by providing minute irregularities on the surface, as described in EID95-146. I got it. When the scattered light is larger than 10%, the reflection of the light source is increased and the contrast is lowered. Conversely, when the scattered light is smaller than 0.5%, the display blur is excessively increased.
[0190]
The configuration of this example is the same as the configuration shown in FIG. 59 of the first example, the liquid crystal 5905 is twisted 90 degrees in the cell, and the absorption axes of the polarizing plates 5902 and 5908 are close to each other. The TN mode coincides with the slow axis of the liquid crystal 5905. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 5905 and the birefringence Δn is 0.48 μm.
[0191]
The reflective liquid crystal device having the above configuration has a brightness of 26% and a contrast of 1:15 when displaying white in the normal direction of the substrate indoors, and brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp. Was 43% and the contrast was 1:13.
[0192]
<Fourth example>
The scattering plate shown in FIG. 65 of the third example was applied to the configuration of FIGS. 60 and 62 of the second example.
[0193]
Each axial direction shown in FIGS. 61 and 63, Δn × d and phase difference of the liquid crystal were set in the same manner as in the second example. The properties are shown in Table 6 below.
[Table 6]
Figure 0003606312
As in the first embodiment, sufficient contrast and bright display can be obtained.
[0194]
<Fifth example>
FIG. 66 is a cross-sectional view of the reflective liquid crystal device in the fifth example. First, the configuration will be described. Reference numeral 6601 denotes a scattering plate, 6602 denotes an upper polarizer, 6603 denotes an upper substrate, 6604 denotes an upper electrode, 6605 denotes a liquid crystal, 6606 denotes a lower polarizer, 6607 denotes a lower electrode / specular reflector, and 6608 denotes a lower substrate. The liquid crystal 6605 is twisted by 90 degrees in the cell, and the absorption axes of the polarizing plates 6602 and 6606 are TN modes that coincide with the slow axis of the liquid crystal 5 at the adjacent interface. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 6605 and the birefringence Δn is 0.48 μm. Aluminum was vapor-deposited on the lower electrode, and the polarizing plate was obtained by applying and aligning a liquid crystalline polymer solution containing a black dichroic dye on a polyimide alignment film. The same scattering plate as in the third example was used.
[0195]
The reflection type liquid crystal device having the above configuration has a brightness of 28% when displaying white in the substrate normal direction and a contrast of 1:18 indoors, and the brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp. 44% and contrast was 1:16.
[0196]
<Sixth example>
67 shows a reflection type liquid crystal device No. 6 in the sixth example. 1 to No. FIG. Reference numeral 6701 denotes a scattering plate, 6702 denotes an upper polarizing plate, 6703 denotes an upper substrate, 6704 denotes an upper electrode, 6705 denotes a liquid crystal, 6706 denotes a lower electrode / specular reflector, and 6707 denotes a lower substrate.
[0197]
61 shows a reflection type liquid crystal device No. 6 in the sixth example. 1 to No. 3 shows the axial direction of the polarizing plate 3 and the like. Reference numeral 6101 denotes a transmission axis direction of the upper polarizing plate 6002, 6103 denotes a rubbing direction of the upper substrate 6003, 6103 denotes a rubbing direction of the lower substrate 6007, and 6104 denotes an angle θ 1 formed horizontally with the transmission axis direction 6101 of the upper polarizing plate 6002. Reference numeral 6105 denotes an angle θ2 formed horizontally with the rubbing direction 6102 of the upper substrate 6003, and reference numeral 6106 represents an angle θ3 formed horizontally with the rubbing direction 6103 of the lower substrate 6007.
[0198]
68 shows a reflection type liquid crystal device No. 6 in the sixth example. 4 to No. 6 is a cross-sectional view of FIG. Reference numeral 6801 denotes a scattering plate, 6802 denotes an upper polarizing plate, 6803 denotes a retardation plate, 6804 upper substrate, 6805 denotes an upper electrode, 6806 denotes liquid crystal, 6807 denotes a lower electrode / specular reflector, and 6808 denotes a lower substrate.
[0199]
63 shows a reflection type liquid crystal device No. 6 in the sixth example. 4 to No. 6 shows the axial direction of the polarizing plate 6 and the like. 6301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate 6202, 6302 is the slow axis direction of the retardation plate 6203, 6303 is the rubbing direction of the upper substrate 6204, 6304 is the rubbing direction of the lower substrate 6208, and 6305 is the upper polarizing plate 6202. Angles θ1 and 6306 formed horizontally in the transmission axis direction 6301 of the substrate 6204 are angles θ2 and 6307 formed horizontally in the rubbing direction 6303 of the upper substrate 6204, and angles θ3 and 6308 formed horizontally in the rubbing direction 6304 of the lower substrate 6208 are retardation plates. 6203 is an angle θ4 formed with the horizontal in the slow axis direction 6302.
[0200]
The conditions for the angle, Δn × d of the liquid crystal, and the phase difference of the retardation plate are the same as those in Table 4 shown in the second example. The scattering plate was the same as that in the third example.
[0201]
Table 7 below shows the characteristics of the reflective liquid crystal display device having the above-described configuration.
[Table 7]
Figure 0003606312
In both cases, sufficient contrast and bright display can be obtained.
[0202]
Any of the six reflection type monochrome liquid crystal devices described above can be used as a reflection type color liquid crystal device by adding a color filter.
[0203]
FIG. 69 is a diagram showing a main part of the reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention. Reference numeral 6901 denotes a scattering plate, 6902 denotes an upper polarizing plate, 6903 denotes a retardation plate, 6904 denotes an upper substrate, 6905 denotes a liquid crystal, 6906 denotes a lower substrate, 6907 denotes a counter electrode (scanning line), 6908 denotes a signal line, and 6909 denotes a pixel electrode. A mirror reflector, 6910 is an MIM element, and 6911 is a color filter. The distance between the pixels was 160 μm in both directions orthogonal to and parallel to the signal line, the width of the signal line was 10 μm, the gap between the signal line and the pixel electrode was 10 μm, and the distance between the adjacent pixel electrode and the pixel electrode was 10 μm.
[0204]
FIG. 63 shows the axial direction of the polarizing plate or the like. 6301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate 6202, 6302 is the slow axis direction of the retardation plate 6203, 6303 is the rubbing direction of the upper substrate 6204, 6304 is the rubbing direction of the lower substrate 6208, and 6305 is the upper polarizing plate 6202. Angles θ1 and 6306 formed horizontally with the transmission axis direction 6301 of the substrate are angle θ2 and 6307 formed horizontally with the rubbing direction 6303 of the upper substrate 6204 and angles θ3 and 6308 formed horizontally with the rubbing direction 6304 of the lower substrate 6208 are retardation plates. 6203 is an angle θ4 formed with the horizontal in the slow axis direction 6302.
[0205]
Δn × d of the liquid crystal 6905 is set to 0.33 μm, θ1 is set to −82 degrees, θ2 is set to −74 degrees, θ3 is set to 74 degrees, θ4 is set to 9 degrees, and the phase difference of the phase difference plate 6903 is set to 0.31 μm. The alignment treatment was performed on the line 6908 in the same manner as on the pixel electrode / specular reflector 6909.
[0206]
The same scattering plate as in the third example was used. As the color filter 6911, cyan (C in the figure) and red (R in the figure) color filters having an average transmittance of 75% were used.
[0207]
The reflection type liquid crystal device having the above configuration has a brightness of 30% and a contrast of 1:15 when displaying white in the normal direction of the substrate indoors, and brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp. Was 51% and the contrast was 1:12. In all cases, the display colors were x = 0.39 and y = 0.32 for red, x = 0.28 for cyan, and y = 0.31. The color can be recognized sufficiently and the display is bright.
[0208]
(Example 38)
Example 38 is a reflection type color liquid crystal device comprising a reflection plate between a pair of substrates and a single polarizing plate, or the reflection plate is a specular reflection plate and incident light. In the reflective color liquid crystal device characterized in that a scattering plate is provided on the outer surface of the substrate located on the side, the liquid crystal on the metal wiring is also related to the reflective color liquid crystal device in the same manner as the liquid crystal in the pixel portion. First, two examples related to the reflective type monochrome liquid crystal device will be introduced. Any of these can be used as a reflective color liquid crystal device by adding a color filter.
[0209]
<First example>
FIG. 70 is a diagram showing a main part of the reflective liquid crystal device in the first example. 7001 is a scattering plate, 7002 is an upper polarizing plate, 7003 is an upper substrate, 7004 is a liquid crystal, 7005 is a lower substrate, 7006 is a lower polarizing plate, 7007 is a specular reflector, 7008 is a counter electrode (scanning line), and 7009 is A signal line, 7010 is a pixel electrode, and 7011 is an MIM element. The liquid crystal 7004 is twisted 90 degrees in the cell, and the absorption axes of the polarizing plates 7002 and 7006 are TN modes that coincide with the slow axis of the liquid crystal 7004 at the adjacent interface. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 7004 and the birefringence Δn is 0.48 μm. The same scattering plate as in the third example of Example 37 was used.
[0210]
The distance between the pixels was 160 μm in both directions orthogonal to and parallel to the signal line, the width of the signal line was 10 μm, the gap between the signal line and the pixel electrode was 10 μm, and the distance between the adjacent pixel electrode and the pixel electrode was 10 μm.
[0211]
In the reflective liquid crystal device having the above structure, the regions other than the pixel portion of the signal line 7009 and the counter electrode 7008 are rubbed in the same manner as the region on the pixel electrode 7010 to arrange the liquid crystal. The brightness when displaying white in the line direction was 23% and the contrast was 1:14, and the brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp was 43% and the contrast was 1:11.
[0212]
By the way, since the paintability on the metal electrode is different from that of ITO of the pixel electrode, it is often repelled even if an alignment film is applied. In such a case, that is, when the orientation process is not performed on the signal line 7009, the brightness when displaying white in the normal direction of the substrate in the room is 19% and the contrast is 1:14, and the regular reflection direction of the ceiling lamp The white display brightness was 40% and the contrast was 1:11.
[0213]
In either case, a high contrast and a very bright display can be obtained, but a brighter display can be obtained by orienting the metal wiring.
[0214]
<Second example>
71 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 1 and No. FIG. Reference numeral 7101 denotes a scattering plate, 7102 denotes an upper polarizing plate, 7103 denotes an upper substrate, 7104 denotes a liquid crystal, 7105 denotes a lower substrate, 7106 denotes a specular reflector, 7107 denotes a counter electrode (scanning line), 7108 denotes a signal line, and 7109 denotes a pixel electrode. , 7110 are MIM elements. The distance between the pixels was 160 μm in both directions orthogonal to and parallel to the signal line, the width of the signal line was 10 μm, the gap between the signal line and the pixel electrode was 10 μm, and the distance between the adjacent pixel electrode and the pixel electrode was 10 μm.
[0215]
61 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 1 to No. 3 shows the axial direction of the polarizing plate 3 and the like. 6101 is a transmission axis direction of the upper polarizing plate 6002, 6103 is a rubbing direction of the upper substrate 6003, 6103 is a rubbing direction of the lower substrate 6007, and 6104 is an angle θ1 formed horizontally with the transmission axis direction 6101 of the upper polarizing plate 6002. Reference numeral 6105 denotes an angle θ2 formed horizontally with the rubbing direction 6102 of the upper substrate 6003, and reference numeral 6106 represents an angle θ3 formed horizontally with the rubbing direction 6103 of the lower substrate 6007.
[0216]
72 shows the reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 2 and No. FIG. 7201 is a scattering plate, 7202 is a retardation plate, 7203 is an upper polarizing plate, 7204 is an upper substrate, 7205 is a liquid crystal, 7206 is a lower substrate, 7207 is a specular reflection plate, 7208 is a counter electrode (scanning line), and 7209 is a signal. Reference numeral 7210 denotes a pixel electrode, and 7211 denotes an MIM element. The distance between the pixels was 160 μm in both directions orthogonal to and parallel to the signal line, the width of the signal line was 10 μm, the gap between the signal line and the pixel electrode was 10 μm, and the distance between the adjacent pixel electrode and the pixel electrode was 10 μm.
[0217]
63 shows a reflection type liquid crystal device No. 2 in the second example. 4 to No. 6 shows the axial direction of the polarizing plate 6 and the like. 6301 is the transmission axis direction of the upper polarizing plate 6202, 6302 is the slow axis direction of the retardation plate 6203, 6303 is the rubbing direction of the upper substrate 6204, 6304 is the rubbing direction of the lower substrate 6208, and 6305 is the upper polarizing plate 6202. Angles θ1 and 6306 formed horizontally in the transmission axis direction 6301 of the substrate 6204 are angles θ2 and 6307 formed horizontally in the rubbing direction 6303 of the upper substrate 6204, and angles θ3 and 6308 formed horizontally in the rubbing direction 6304 of the lower substrate 6208 are retardation plates. 6203 is an angle θ4 formed with the horizontal in the slow axis direction 6302.
[0218]
The same scattering plate as in the third example of Example 37 was used.
In the reflection type liquid crystal device having the above-described structure, 1 and No. No. 2 is obtained by subjecting the region other than the pixel portion to orientation treatment. 3 and no. In the case of No. 4, only the pixel portion was subjected to an alignment process.
[0219]
Table 8 below shows Δn × d of the liquid crystal 7205, the angle of the polarizing plate, and the retardation of the retardation plate.
[Table 8]
Figure 0003606312
[0220]
The characteristics are shown in Table 9 below.
[Table 9]
Figure 0003606312
[0221]
In any of the examples, a bright display with high contrast can be obtained, but a brighter display can be obtained by applying an alignment process to a region other than the pixel portion.
[0222]
(Example 39)
Example 39 relates to a reflective color liquid crystal device whose display is a normally white type. First, an example related to a reflective monochrome liquid crystal device will be introduced. This can be used as a reflective color liquid crystal device by adding a color filter.
[0223]
59 shows a reflection type liquid crystal device No. 1, no. FIG. First, the configuration will be described. 5901 is a scattering plate, 5902 is an upper polarizing plate, 5903 is an upper substrate, 5904 is an upper electrode, 5905 is a liquid crystal, 5906 is a lower electrode, 5907 is a lower substrate, 5908 is a lower polarizing plate, and 5909 is a specular reflector. is there. The liquid crystal 5905 is twisted 90 degrees in the cell. 1 coincides with the slow axis of the liquid crystal 5905 at the interface where the absorption axes of the polarizing plates 5902 and 5908 are close to each other. Reference numeral 2 denotes a TN mode in which the absorption axis of the polarizing plate 5902 and the absorption axis of the 5908 coincide with the slow axis of the liquid crystal 5905 at the adjacent interface. The product Δn × d of the thickness d of the liquid crystal 5905 and the birefringence Δn is 0.48 μm.
The same scattering plate as in the third example of Example 37 was used.
[0224]
FIG. 73 is a graph showing voltage transmittance characteristics of the reflective liquid crystal device of Example 37. In FIG. Here, 7301 is No. 1 is a change in transmittance with respect to the voltage of 1. 2 shows a change in transmittance with respect to a voltage of 2. FIG. No. 1 is normally white, no. 2 is a display of normally black.
[0225]
The reflection type liquid crystal device having the above structure is No. In the room 1, the brightness of white display in the normal direction of the substrate is 25% and the contrast is 1:15, the brightness of white display in the regular reflection direction of the ceiling lamp is 45%, and the contrast is 1: It was 12. No. In the room 2, the white display brightness in the normal direction of the substrate is 23% and the contrast is 1:15, the white display brightness in the regular reflection direction of the ceiling lamp is 42%, and the contrast is 1: 13.
[0226]
Both provide sufficient contrast and bright display, but the normally white mode provides brighter display. This is because the area outside the pixel contributes to the brightness, and it has a viewing angle characteristic that easily transmits light incident from an oblique direction.
[0227]
(Example 40)
When displaying with the reflection type color liquid crystal device in the above-described Examples 1 to 39, there arises a problem that does not exist in the conventional transmission type color liquid crystal device. That is, a single dot does not produce sufficient color, and in order to display a color, it is necessary to display the same color over a certain wide area. This is due to the fact that the color of the color filter is light, the distance between the liquid crystal layer and the reflecting plate is long (except for Examples 36 to 39), and the colors of adjacent dots are likely to be mixed.
[0228]
Therefore, rather than displaying red characters on a white background, using black characters on a white background and making a part of the background red, that is, using a marker is more suitable. However, the fact that a single pixel does not sufficiently develop color means that, on the contrary, it is possible to easily perform black and white display even though it is a color liquid crystal device.
[0229]
The reflective color liquid crystal device of Example 40 is characterized in that one pixel is constituted by one dot. A pixel is a minimum unit capable of realizing a function required for display. In a normal color liquid crystal device, one pixel is composed of 3 dots in total, each of red, green, and blue. Accordingly, 480 × 640 × 3 dots are necessary to display a VGA with 480 × 640 pixels. When using two color filters of cyan and red, 480 × 640 × 2 dots were necessary. However, Example 40 can perform VGA display with 480 × 640 pixels even though it is a color liquid crystal device.
[0230]
The configuration of the fortieth embodiment is the same as that of the fifth embodiment, for example. However, the following measures should be taken when displaying. An example is shown in FIG. 74, which will be described with reference to this figure. Here, 16 × 48 pixels are illustrated. (A) is a diagram showing an arrangement of color filters, in which red (indicated by “R”) and cyan (indicated by “C”) are arranged in a mosaic. (B) and (c) are diagrams showing the distribution of on dots and off dots. Since the on-dot is a dark display, it is indicated by hatching. The display in (b) is turned on in the form of “LCD” ignoring the color filter arrangement. However, as described above, this reflective color liquid crystal device does not sufficiently develop color with a single dot. , "LCD" appears black on a white background. Therefore, monochrome display is possible with VGA resolution. On the other hand, the display of (c) is the one in which only the cyan dots in the background of (b) are turned on, and it appears that “LCD” is displayed in black in red. Thus, when the same color is displayed over an area of 10 dots or wider, it is possible to display the color.
[0231]
In addition to such usage as a marker, for example, when displaying map information, it is possible to color only a specific route if the road width is several dots. In addition, since the icons on the personal computer screen have a certain area, they can be displayed in color.
[0232]
(Example 41)
The reflective color liquid crystal devices in Examples 1 to 40 described above were employed as displays for electronic devices.
[0233]
FIG. 75 is a diagram illustrating an example of an electronic apparatus that employs the reflective color liquid crystal device according to the first to the forty embodiments. This is a so-called PDA (Personal Digital Assistant), which is a kind of portable information terminal. 7501 is a reflective color liquid crystal device, and a tablet for pen input is mounted on the front surface thereof. Conventionally, a reflective monochrome liquid crystal device or a transmissive color liquid crystal device has been used for a PDA display. Replacing these with a reflective color liquid crystal device has the advantage of a dramatic increase in the amount of information by color display compared to the former, and the advantages of longer battery life and smaller size and weight than the latter.
[0234]
FIG. 76 is a diagram illustrating an example of an electronic device attached so that the display unit can be moved with respect to the main body so that ambient light can be efficiently reflected by an observer in the electronic device of Example 41. This is a so-called digital still camera. Reference numeral 7601 denotes a reflective color liquid crystal device which is attached so that its angle can be changed with respect to the main body. Although not shown, the lens is on the back side of the reflection type color liquid crystal device mounting portion. Conventionally, a transmissive color liquid crystal device has been used for a display for a digital still camera. By replacing this with a reflective color liquid crystal device, not only the battery life and size were reduced, but also the visibility under direct sunlight was greatly improved. This is because, since the brightness of the backlight is limited in the transmissive color liquid crystal device, it becomes difficult to see when the surface reflection increases under direct sunlight, but the display of the reflective color liquid crystal device becomes brighter as the ambient light becomes brighter. It is. In order to effectively use the ambient light, it is effective to mount the liquid crystal device so that the angle of the liquid crystal device can be changed.
[0235]
In addition to the above-mentioned electronic devices, the reflective color liquid crystal device is a variety of devices that place importance on portability, such as palmtop PCs, sub-notebook PCs, notebook PCs, handy terminals, camcorders, liquid crystal televisions, game machines, electronic notebooks, mobile phones, pagers Applicable to electronic devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main part of a structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 1 to 4, 27, 29, and 33 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Examples 2, 3, 5, 23, 29, 31, 32, 34, 36, and 40 of the present invention.
FIG. 4 is a graph plotting changes in contrast when the thickness of an element substrate is changed in a reflective color liquid crystal device in Example 3 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter of a reflective type color liquid crystal device in Example 4 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 5, 6, 23, 27, 32, and 40 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Example 6 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 7, 9, 24, 27, and 28 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Example 7 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Embodiments 8 and 10 of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Example 8 of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating spectral characteristics of color filters of a reflective color liquid crystal device according to Examples 9, 24, 25, and 26 of the present invention.
13 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Example 10 of the present invention. FIG.
14 is a graph plotting changes in average transmittance when the thickness of a color filter is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 10 of the present invention. FIG.
FIG. 15 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 11, 12, and 15 of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Examples 11, 21, and 26 of the present invention.
FIG. 17 is a graph plotting changes in average transmittance when the proportion of the area where a color filter is provided is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 11 of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Examples 12 and 26 of the present invention.
FIG. 19 is a graph plotting changes in average transmittance when the ratio of the area where a color filter is provided is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 12 of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 13 and 15 of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 14 and 15 of the invention.
FIG. 22 is a diagram showing voltage reflectance characteristics of a reflective color liquid crystal device in Example 15 of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing the structure of a color filter substrate of a reflective color liquid crystal device in Example 16 of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 16 of the invention.
FIG. 25 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Example 16 of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing average spectral characteristics within one dot of a color filter of a reflective type color liquid crystal device in Examples 16 and 17 of the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing the structure of a color filter substrate of a reflective color liquid crystal device in a comparative example referred to in Example 16 of the present invention.
FIG. 28 is a diagram showing the structure of a color filter substrate of a reflective color liquid crystal device in Example 17 of the present invention.
FIG. 29 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Embodiment 17 of the present invention.
FIG. 30 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device in Example 17 of the present invention.
FIG. 31 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Embodiment 17 of the present invention.
FIG. 32 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 18 of the present invention.
FIG. 33 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 21 of the invention.
FIG. 34 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 21 of the present invention.
FIG. 35 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 21 of the present invention.
FIG. 36 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 21 of the present invention.
FIG. 37 is a diagram schematically showing the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 22 of the invention.
FIG. 38 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 23 of the present invention.
FIG. 39 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 24 of the present invention.
FIG. 40 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 25 of the invention.
FIG. 41 is a diagram showing the arrangement of color filters of a reflective color liquid crystal device in Example 25 of the present invention.
FIG. 42 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 26 of the invention.
FIG. 43 is a diagram showing a wiring method of MIM elements of a reflective color liquid crystal device in Example 28 of the present invention.
44 is a diagram showing a wiring method of MIM elements of a reflective color liquid crystal device in a comparative example referred to in Example 28 of the present invention. FIG.
FIG. 45 is a graph plotting changes in contrast and reflectance when the drive area is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 29 of the present invention.
FIG. 46 is a diagram for explaining the scattering characteristics of the reflecting plate of the reflective color liquid crystal device in Example 30 of the invention.
FIG. 47 is a diagram showing the scattering characteristics of the reflecting plate of the reflective color liquid crystal device in Example 30 of the present invention.
FIG. 48 is a diagram plotting brightness and contrast ratio when the ratio of light reflected in a 30 degree cone is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 30 of the present invention.
FIG. 49 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 31 of the invention.
FIG. 50 is a diagram showing the relationship between the axes of a reflective color liquid crystal device in Examples 32 and 33 of the present invention.
FIG. 51 is a graph plotting changes in white display reflectance when Δn × d of a liquid crystal cell is changed in the reflective color liquid crystal device in Example 33 of the present invention.
52 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 34 of the invention. FIG.
FIG. 53 is a diagram showing the relationship between axes of a reflective color liquid crystal device in Examples 34 and 35 of the present invention.
FIG. 54 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a reflective color liquid crystal device according to Embodiment 35 of the present invention.
FIG. 55 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 35 of the invention.
FIG. 56 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 36 of the invention.
FIG. 57 is a diagram showing the relationship between axes of a reflective color liquid crystal device in Example 36 of the present invention.
FIG. 58 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 36 of the invention.
FIG. 59 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Examples 37 and 39 of the invention.
FIG. 60 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 61 is a diagram showing the relationship between axes of a reflective color liquid crystal device in Examples 37 and 38 of the present invention.
FIG. 62 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 63 is a diagram showing the relationship between axes of a reflective color liquid crystal device in Examples 37 and 38 of the present invention.
FIG. 64 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 65 is a diagram showing the characteristics of the scattering plate of the reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 66 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 67 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 68 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 69 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 37 of the invention.
FIG. 70 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 38 of the invention.
71 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 38 of the present invention. FIG.
72 is a diagram showing the main part of the structure of a reflective color liquid crystal device in Example 38 of the present invention. FIG.
FIG. 73 is a diagram showing voltage transmittance characteristics of the reflective color liquid crystal device in Example 39 of the invention.
74 is a diagram showing an example of a display method of the reflective color liquid crystal device in Example 40 of the present invention. FIG.
75 is a diagram showing an example of an electronic apparatus using a reflective color liquid crystal device in Example 41 of the present invention. FIG.
FIG. 76 is a diagram showing an example of an electronic apparatus using a reflective color liquid crystal device in Example 41 of the present invention.
77 is a diagram illustrating a parallax problem peculiar to a reflective color liquid crystal device. FIG.
FIG. 78 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter of a conventional transmissive color liquid crystal device.
Fig. 79: Fig. Of Tatsuo Uchida et al. (IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-33, No. 8, pp. 1207-1212 (1986)). FIG. 8 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter proposed in FIG.
FIG. 80 is a copy of FIG. Of Seiichi Mitsui et al. (SID92 DIGEST, pp. 437-440 (1992)). 2 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter proposed in FIG.
FIG. 81 is a diagram showing the spectral characteristics of the color filter proposed in FIGS. 2 (a), (b) and (c) of Japanese Patent Laid-Open No. 5-241143.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Upper polarizing plate, 102 ... Counter substrate, 103 ... Liquid crystal, 104 ... Element substrate, 105 ... Lower polarizing plate, 106 ... Scattering reflector, 107 ... Color filter, 108 ... Counter electrode (scanning line), 109 ... Signal Line, 110... Pixel electrode, 111... MIM element.

Claims (3)

対向する内面に電極を備え、マトリクス状のドット群を形成した一対の基板と、互いに色が異なる複数のカラーフィルタを有し、前記一対の基板のうち一方の基板上に配置された反射層を有してなる反射型カラー液晶装置において、
前記互いに色が異なる複数のカラーフィルタの各々は、各ドット内の光変調により反射表示する領域の一部にのみ設けられ、かつ、前記領域に対して前記カラーフィルタの面積率が15%以上であり、
前記反射層は散乱反射層であり、
該散乱反射層に反射される光の80%以上が、30゜コーン中に含まれることを特徴とする反射型カラー液晶装置。
A reflective layer disposed on one of the pair of substrates, having a pair of substrates provided with electrodes on opposite inner surfaces and forming a matrix-like dot group, and a plurality of color filters having different colors. In a reflective color liquid crystal device having
Each of the plurality of color filters having different colors is provided only in a part of the region to be reflected and displayed by light modulation in each dot, and the area ratio of the color filter is 15% or more with respect to the region. Yes,
The reflective layer is a scattering reflective layer;
A reflective color liquid crystal device, wherein 80% or more of the light reflected by the scattering reflection layer is contained in a 30 ° cone.
表示部として請求項1に記載の反射型カラー液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the reflective color liquid crystal device according to claim 1 as a display unit. 請求項2に記載の電子機器において、周囲光を観察者に効率よく反射できるよう、前記反射型カラー液晶装置の表示部が本体に対して動かせるように取り付けられていることを特徴とする電子機器。3. The electronic apparatus according to claim 2, wherein the display unit of the reflective color liquid crystal device is attached so as to be movable with respect to the main body so that ambient light can be efficiently reflected by an observer. .
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