JP3700611B2 - 半透過反射型電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、外光を用いた反射型表示と光源光を用いた透過型表示とを切り替え可能な半透過反射型電気光学装置及びそのような装置を備えた電子機器の技術分野に属する。
【0002】
【背景技術】
半透過反射型液晶装置等の半透過反射型電気光学装置では、明所において光源がオフにされて外光を用いた反射型表示が行われ、暗所において光源がオンされて光源光を用いた透過型表示が行われる。より具体的には、外部からの外光を、光透過用のスリット等が開けられた半透過反射膜のうちスリット等を除く部分によって、液晶層等の電気光学物質層を介して反射することで、反射型表示が行なわれる。他方、半透過反射膜の裏側から来る光源光を、スリット等を介して透過し、更に液晶層等の電気光学物質層を介して外部へ出射することで、透過型表示が行なわれる。この種の半透過反射型電気光学装置は、電源節約の要請が強いと共に暗所で適宜使用することもある、携帯電話等の携帯型電子機器用の表示装置などとして既に普及している。
【0003】
他方、樹脂材料を染料や顔料で着色したカラーフィルタ(本願明細書では適宜「選択透過型カラーフィルタ」と称す)を用いることでカラー表示を行なう、カラー反射型電気光学装置も開発されている。但し、このようなカラーフィルタは、画素毎に所定波長範囲内の光を選択的に透過させると共にこの範囲外の光を選択的に吸収するように構成されているので、基本的に光の利用効率が低い。従って、限られた光強度しか持たない外光に基づいて、このような選択透過型カラーフィルタを用いてカラー反射型表示を行なうと、一般に暗くなってしまう。そこで、明るいカラー反射型表示を行なうべく、所定波長範囲の光を選択的に透過させる方式ではなく、選択的に反射する方式も開発されている。例えば、特開平8−304626号公報、特開平9−146088号公報、特開2000−231097号公報等には、コレステリック液晶、ポリマー膜等を用いて所定波長範囲の光を選択的に反射する方式のカラーフィルタ(本願明細書では適宜「選択反射型カラーフィルタ」と称す)が開示されている。これらの技術によれば、外光の利用効率を高めることで、明るいカラー反射型表示が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した選択反射型カラーフィルタを、前述の半透過反射型電気光学装置に応用した場合、明るい反射型表示は可能となるものの、透過型表示の際に、光源光のうち選択反射型カラーフィルタを選択的に透過する光、即ち、選択的に反射する光の色に対する補色の光が光源光として選択反射型カラーフィルタを透過した後に、外部に出射されることになる。即ち、透過型表示時には、反射型表示に対して補色表示となってしまう。従って、カラー反射型表示における色合いが正常となるように装置を構成すると、カラー透過型表示における色合いが異常となってしまうという問題点がある。
【0005】
以上の結果、上述したいずれの技術によっても、正常な色合いのカラー表示を行えるようにすることと、半透過反射型電気光学装置において明るいカラー反射型表示を行えるようにすることとが両立し得ないという解決困難な問題点がある。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、正常な色合いのカラー透過型表示が可能であり、しかも明るいカラー反射型表示が可能な半透過反射型電気光学装置及びこれを具備する電子機器を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の半透過反射型電気光学装置は上記課題を解決するために、一対の基板間に電気光学物質が挟持されてなり、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上の前記電気光学物質側に設けられた表示用電極と、前記一対の基板のうち一方の基板上における前記電気光学物質側に設けられており画素毎に所定波長範囲内の光を選択的に反射する選択反射領域及び画素毎に前記所定波長範囲内外の光を透過する光透過領域を有する第1カラーフィルタと、該第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記選択反射領域に対向配置された遮光膜と、前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記光透過領域に対向配置されており画素毎に前記所定波長範囲内の光を選択的に透過する選択透過領域を有する第2カラーフィルタと、前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側に設けられた光源手段とを備えており、前記一対の基板のうち前記電気光学物質を介して前記第1カラーフィルタと対向する側の基板は、透明基板からなる。
【0008】
本発明の半透過反射型電気光学装置によれば、明所における反射型表示を行う場合には、光源手段をオフ状態、即ち光源光を出射しない状態とする。この状態で、透明基板側から入射される外光が電気光学物質を介して第1カラーフィルタの選択反射領域で反射され、透明基板側から出射される。この際、第1カラーフィルタは、画素毎に、例えばR(赤色)、G(緑色)、B(青色)別など、所定波長範囲内の光を選択的に反射する。このような第1カラーフィルタは、公知のコレステリック型液晶、ホログラム、ダイクロイックミラー等からなる。従って、例えば透明基板に偏光板を重ねて配置すれば、基板に設けられた表示用電極で液晶等の電気光学物質を駆動することにより、透明基板側を表示画面として、外光に基づいて、例えばRGBカラーなどの複数色の反射型表示を行える。
【0009】
他方、暗所における透過型表示を行う場合には、光源手段をオン状態、即ち光源光を出射する状態とする。この状態で、光源手段から出射される光源光が第2カラーフィルタの選択透過領域を透過し、これに相前後して遮光膜の設けられていない個所を透過した後に、第2カラーフィルタの光透過領域を透過し、更に電気光学物質を介して透明基板側から出射される。この際、第2カラーフィルタは、画素毎に、例えばR、G、B別など、所定波長範囲内の光を選択的に透過する。このような第2カラーフィルタは、樹脂材料を染料や顔料で着色した公知のカラーフィルタ等からなる。従って、例えば基板に偏光板を夫々重ねて配置すれば、基板に設けられた表示用電極で液晶等の電気光学物質を駆動することにより、透明基板側を表示画面として、光源光に基づいて、例えばRGBカラーなどの複数色の透過型表示を行える。
【0010】
ここで、透過型表示時にも第1カラーフィルタを用いてカラー表示を行う場合、即ち、上述の如き本発明の構成において第2カラーフィルタや遮光膜を設けることなく且つ第1カラーフィルタに光透過領域も存在しない場合を仮定する。すると、光源光のうち第1カラーフィルタを選択的に透過した光が透明基板側から出射されることになるので、透過型表示では、反射型表示に対して画素毎に補色が表示されることになってしまう。これに対して、本発明では第2カラーフィルタや遮光膜を設け且つ第1カラーフィルタに光透過領域も存在するので、透過型表示時には、第2カラーフィルタを透過した光が第1カラーフィルタの光透過領域を素通りして透明基板側から出射されることになるので、反射型表示に対して画素毎に補色が表示されることはないのである。
【0011】
このような本発明における表示用電極は、駆動方式に応じて、一対の基板の両方又は片方に設けられる。例えば、パッシブマトリクス駆動であれば、相交差するストライプ状の電極が対向するように基板の両方に設けられる。TFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)アクティブマトリクス駆動であれば、島状の画素電極とストライプ状の電極とが対向するように基板の両方に設けられる。TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)アクティブマトリクス駆動であれば、島状の画素電極と一面に形成された対向電極とが対向するように基板の両方に設けられる。或いは、例えば横電界駆動方式のTFTアクティブマトリクス駆動であれば、いずれか一方の基板に島状の画素電極がマトリクス状に配列される。また、偏光板の配置方法についても、液晶等の電気光学物質の配置状態に応じて各種態様が考えられ、加えて色補正用の位相差板を偏光板に重ねて配置してもよい。
【0012】
尚、上述した本発明の構成においては、透明基板に対向する側の他の基板は、透明基板でよいが、該他の基板の電気光学物質側に、第1カラーフィルタ、遮光膜、第2カラーフィルタ及び光源手段を配置する構成を採用すれば、該他の基板については、透明基板である必要はない。
【0013】
以上の結果、本発明の半透過反射型電気光学装置によれば、明所では、選択反射方式の第1カラーフィルタにより、光の利用効率が高く、よって明るいカラー反射型表示が可能となる。暗所では、第1カラーフィルタの存在に関係なく、第2カラーフィルタにより、画素毎にカラー反射型表示時と同じように色付けされたカラー透過型表示が可能となる。
【0014】
本発明の半透過反射型電気光学装置の一態様では、前記第1カラーフィルタは、画素毎に前記選択反射領域に設けられた選択反射層を備え、前記光透過領域では、前記選択反射層が局所的に欠如している。
【0015】
この態様によれば、第1カラーフィルタにおける選択反射領域では、例えば公知のコレステリック型液晶、ホログラム、ダイクロイックミラー等からなる選択反射層によって、外光を反射することにより、明るいカラー反射型表示が可能となる。他方、第1カラーフィルタにおける光透過領域では、このような選択反射層が局所的に欠如しているので、光源光を素通りさせることにより、反射型表示と比べて補色表示でなく且つ明るい透過型表示が可能となる。
【0016】
この態様では、前記選択反射層には、前記光透過領域に孔又はスリットが開けられているように構成してもよい。
【0017】
このように構成すれば、規則的或いは不規則的に画素毎に1個或いは複数個開けた孔やスリットにより、比較的簡単且つ確実に光透過領域を用意できる。
【0018】
或いはこの態様では、相隣接する選択反射層間に隙間が空けられており、該隙間が前記光透過領域とされているように構成してもよい。
【0019】
このように構成すれば、各画素における開口領域(即ち、表示に寄与する光が反射又は透過する領域)の輪郭に対して、一回り小さい輪郭の選択反射層を設けることで、その隙間として比較的簡単且つ確実に光透過領域を用意できる。
【0020】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記表示用電極は、前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質側に配置されたストライプ状の一の透明電極と、該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置されると共に前記一の透明電極と相交差するストライプ状の他の透明電極とを含む。
【0021】
この態様によれば、第1カラーフィルタの電気光学物質側には、例えばITO(Indium Tin Oxide)膜等からなるストライプ状の一の透明電極が形成されている。これに対して、例えばITO膜等からなるストライプ状の他の透明電極が、この一の透明電極と電気光学物質を介して対向配置される。即ち、この場合には、一の透明電極は、光源手段が設けられた側の基板に設けられ、他の透明電極は、外光が入射する側の透明基板に設けられる。従って、パッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型電気光学装置を実現できる。
【0022】
或いは本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記表示用電極は、前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質側に配置されると共に画素毎に島状に設けられた一の透明電極と、該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置される他の透明電極とを含む。
【0023】
この態様によれば、第1カラーフィルタの電気光学物質側には、例えばITO膜等からなる島状の一の透明電極、即ち画素電極が形成されている。これに対して、例えばITO膜等からなる透明電極、即ち基板一面に形成又はストライプ状に形成された対向電極が、この一の透明電極と電気光学物質を介して対向配置される。即ち、この場合には、画素電極は、光源手段が設けられた側の基板に設けられ、対向電極は、外光が入射する側の透明基板に設けられる。従って、アクティブマトリクス駆動方式が可能となる。
【0024】
或いは本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記表示用電極は、前記第1カラーフィルタと前記電気光学物質を介して対向配置されると共に画素毎に島状に設けられた一の透明電極と、該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置される他の透明電極とを含む。
【0025】
この態様によれば、例えばITO膜等からなる島状の一の透明電極、即ち画素電極が第1カラーフィルタと電気光学物質を介して対向配置される。これに対して、例えばITO膜等からなる透明電極、即ち基板一面に形成又はストライプ状に形成された対向電極が、この一の透明電極と電気光学物質を介して対向配置される。即ち、この場合には、画素電極は、外光が入射する側の透明基板に設けられ、対向電極は、光源手段が設けられた側の基板に設けられる。従って、アクティブマトリクス駆動方式が可能となる。
【0026】
これらの表示用電極が島状の一の透明電極を含む態様では、画素毎に前記一の透明電極に接続されたスイッチング素子を更に備えてもよい。
【0027】
このように構成すれば、TFT、TFD等のスイッチング素子で、一の透明電極即ち画素電極をスイッチング駆動することにより、アクティブマトリクス駆動できる。
【0028】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記第2カラーフィルタは、前記一方の基板の前記電気光学物質側に設けられている。
【0029】
この態様によれば、一方の基板上における電気光学物質側に、この順に積層された第2カラーフィルタ及び第1カラーフィルタによって、透過型表示及び反射型表示を夫々行える。
【0030】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記第2カラーフィルタは、前記一方の基板の前記電気光学物質と反対側に設けられている。
【0031】
この態様によれば、一方の基板上における電気光学物質と反対側に設けられた第2カラーフィルタ及び一方の基板上における電気光学物質側に設けられた第1カラーフィルタによって、透過型表示及び反射型表示を夫々行える。
【0032】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記光源手段は、前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記第2カラーフィルタに対向配置された導光板と、前記導光板に光を入射する光源とを含む。
【0033】
この態様によれば、暗所における透過型表示の際に、光源から光源光を出射して、導光板で第2カラーフィルタに導く。このように導かれた光源光は、第2カラーフィルタを選択的に透過し、更に第1カラーフィルタの光透過領域を素通りして電気光学物質を介して透明基板から出射されるので、反射型表示と比べて補色表示でなく且つ明るい透過型表示が可能となる。
【0034】
或いは本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記光源手段は、前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記第2カラーフィルタを介して前記光透過領域に夫々対向配置された複数の点光源を含む。
【0035】
この態様によれば、暗所における透過型表示の際に、光源から光源光を第1カラーフィルタの光透過領域に向けて出射する。この光源光は、第2カラーフィルタを選択的に透過し、更に第1カラーフィルタの光透過領域を素通りして電気光学物質を介して透明基板から出射される。従って、遮光膜で遮られる無駄な光源光が殆ど存在しないので、光源におけるエネルギー効率が高く且つ明るい透過型表示が可能となる。
【0036】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記光透過領域に夫々対向配置された複数のマイクロレンズを更に備える。
【0037】
この態様によれば、暗所における透過型表示の際に、光源から出射された光源光は、第2カラーフィルタを透過するのに相前後して、マイクロレンズにより第1カラーフィルタの光透過領域に集光される。この光源光は、第1カラーフィルタの光透過領域を素通りして電気光学物質を介して透明基板から出射される。従って、遮光膜で遮られる無駄な光源光が少ないので、光源におけるエネルギー効率が高く且つ明るい透過型表示が可能となる。
【0038】
本発明の半透過反射型電気光学装置の他の態様では、前記遮光膜は、前記第1カラーフィルタと前記第2カラーフィルタとの間に挟持されている。
【0039】
この態様によれば、第1カラーフィルタと第2カラーフィルタとの間に挟持された遮光膜により、透過型表示の際に光源光が第1カラーフィルタの選択反射領域を選択的に透過することを防止でき、即ち反射型表示と比べて補色表示を構成する光源光の発生を防止できる。但し、このような遮光膜は、第2カラーフィルタと同一層内に設けられてもよいし、第2カラーフィルタの第1カラーフィルタと反対側に設けられてもよい。
【0040】
本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の半透過反射型電気光学装置(但し、その各種態様を含む)を具備する。
【0041】
本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置を具備するので、明るい反射型表示及び透過型表示が可能な、液晶テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネル、投射型表示装置などの各種電子機器を実現できる。
【0042】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、本発明の半透過反射型電気光学装置を半透過反射型液晶装置に適用したものである。(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。第1実施形態は、本発明をパッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置に適用したものである。図1は、第1実施形態の半透過反射型液晶装置を第1基板上に形成されるカラーフィルタ、遮光膜等を便宜上取り除いて第2基板側から見た様子を示す図式的平面図であり、図2は、図1のA−A’断面をカラーフィルタ、遮光膜等を含めて示す半透過反射型液晶装置の図式的断面図であり、図3は、図2における選択反射型カラーフィルタ、選択透過型カラーフィルタ及び遮光膜に係る部分を拡大して示す図式的拡大断面図である。図4は、選択反射型カラーフィルタに開けられるスリットや開口部に係る各種具体例を示す拡大平面図である。尚、図1では、説明の便宜上ストライプ状電極を縦横6本づつ図式的に示しているが実際には、多数本の電極が存在しており、図2及び図3においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【0044】
図1及び図2において、第1実施形態における半透過反射型液晶装置は、透明の第1基板10と、第1基板10に対向配置された透明の第2基板20と、第1基板10及び第2基板20間に挟持された液晶層50と、第1基板10の第2基板20に対向する側(即ち、図2で上側表面)に配置された複数のストライプ状の透明電極14と、透明電極14上に配置された配向膜15とを備える。半透過反射型液晶装置は、第2基板20上の第1基板10に対向する側(即ち、図2で下側表面)に透明電極14と相交差するように配置された複数のストライプ状の透明電極21と、透明電極21上に配置された配向膜25とを備える。半透過反射型液晶装置は更に、第1基板10の液晶層50と反対側に、偏光板107及び位相差板108を備えており、偏光板107の外側には、蛍光管119と蛍光管119からの光を偏光板107から液晶パネル内に導くための導光板118とを備える。第1基板10及び第2基板20は、液晶層50の周囲において、シール材31により貼り合わされており、液晶層50は、シール材31及び封止材32により、第1基板10及び第2基板20間に封入されている。更に半透過反射型液晶装置は、第2基板20の液晶層50と反対側に、偏光板105、第1位相差板106及び第2位相差板116を備えて構成されている。
【0045】
第1基板10及び第2基板20は、可視光に対して透明或いは少なくとも半透明であることが要求されており、例えばガラス基板や石英基板等からなる。
【0046】
透明電極14及び透明電極21は夫々、例えばITO膜などの透明導電性薄膜からなる。
【0047】
配向膜15及び25は夫々、ポリイミド薄膜などの有機薄膜からなり、スピンコート又はフレキソ印刷により形成され、ラビング処理等の所定の配向処理が施されている。
【0048】
液晶層50は、透明電極14及び透明電極21間で電界が印加されていない状態で配向膜15及び25により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合したSTN(Super Twisted Nematic)液晶からなる。
【0049】
シール材31は、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる接着剤である。
【0050】
封止材32は、シール材31の注入口を介して液晶を真空注入した後に、当該注入口を封止する樹脂性接着剤等からなる。
【0051】
導光板118は、裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管119の光を端面にて受けて、図の上面からほぼ均一な光を放出するようになっている。
【0052】
本実施形態では特に、第1基板10上における透明電極14の下側に、画素毎に所定形状のスリット或いは開口部が開けられていると共に所定波長範囲内の光を選択的に反射する選択反射型カラーフィルタ141と、所定波長範囲内の光を選択的に透過する選択透過型カラーフィルタ142とが形成されている。そして、これら選択反射型カラーフィルタ141と選択透過型カラーフィルタ142との間には、スリットが設けられた遮光膜143が形成されている。
【0053】
図3に拡大して示すように、第1カラーフィルタの一例たる選択反射型カラーフィルタ141は、画素毎にR光を反射すると共にG光及びB光を透過する選択反射層141R、G光を反射すると共にR光及びB光を透過する選択反射層141G、及びB光を反射すると共にR光及びG光を透過する選択反射層141Bを有する。このような選択反射層141R、141G及び141Bは、公知のコレステリック型液晶、ホログラム、ダイクロイックミラー等からなる。他方、第2カラーフィルタの一例たる選択透過型カラーフィルタ142は、画素毎にR光を透過すると共にG光及びB光を吸収する選択透過層142R、G光を透過すると共にR光及びB光を吸収する選択透過層142G、及びB光を透過すると共にR光及びG光を吸収する選択透過層142Bを有する。このような選択透過層142R、142G及び142Bは、公知の樹脂材料を染料や顔料で着色して構成されている。
【0054】
選択反射層141R、141G及び141Bには、夫々所定系所のスリット141h或いは開口部が開けられている。このスリット141hは、遮光膜143にも連続して開けられている。他方、選択透過層142R、142G及び142Bは、このスリット141hに対向する領域に設けられており、選択透過型カラーフィルタ142におけるその他の部分は、平坦化膜142fからなる。
【0055】
ここで選択反射層141R、141G及び141Bに開けられるスリット141h或いは開口部の各種具体例について図4を参照して説明する。
【0056】
図4(a)に示すように、各画素毎に4つの矩形スロットを4方に配置してもよいし、図4(b)に示すように各画素毎に5つの矩形スロットを横並びに配置してもよいし、図4(c)示すように各画素毎に多数の円形開口(例えば、2μm径の開口)を離散配置してもよいし、図4(d)示すように各画素毎に1つの比較的大きな矩形スロットを配置してもよい。このような開口部は、レジストを用いたフォト工程/現像工程/剥離工程で容易に作製することができる。開口部の平面形状は図示のほかにも、正方形でもよいし、或いは、多角形、楕円形、不規則形でもよいし、複数の画素に跨って延びるスリット状でもよい。また、選択反射層141R、141G及び141Bをパターニングするときに同時に開口部を開けることも可能であり、このようにすれば製造工程数を増やさず済む。特に、図4(a)、(b)又は(d)に示した如きスリットの場合、スリットの幅は、好ましくは約3〜20μmとされる。このように構成すれば、反射型表示時にも透過型表示時にも、明るく高コントラストな表示が可能となる。尚、このようなスリット或いは開口部を設ける以外に、例えば、相隣接する選択反射層141R、141G及び141Bの間隙を光が透過可能なように第2基板20に垂直な方向から平面的に見て相互に分断された選択反射層141R、141G及び141Bとしてもよい。
【0057】
尚、選択透過型カラーフィルタ142を構成するRGB別の選択透過層選択透過層142R、142G及び142Bは、デルタ配列、ストライプ配列、モザイク配列、トライアングル配列等で配列される。
【0058】
尚、図1及び図2では省略しているが、シール材52の内側に並行して、例えば遮光膜143と同じ或いは異なる材料から成る画像表示領域の周辺を規定する額縁としての遮光膜が設けられてもよい。或いはこのような額縁は、半透過反射型液晶装置を入れる遮光性のケースの縁により規定してもよい。
【0059】
次に、以上の如く構成された第1実施形態の半透過反射型液晶装置の動作について図3を参照して説明する。第1実施形態の半透過反射型液晶装置は、例えばノーマリーブラックモードのパッシブマトリクス駆動方式により駆動される。
【0060】
まず、反射型表示について説明する。
【0061】
この場合には、図2及び図3において、偏光板105の側(即ち、図2で上側)から外光L1(図3参照)が入射すると、偏光板105、透明な第2基板20及び液晶層50を介して第1基板10上に設けられた選択反射型カラーフィルタ141により反射され、所定色に着色された反射光L2(図3参照)として、再び液晶層50、第2基板20及び偏光板105を介して偏光板105側から出射される。ここで、外部回路から透明電極14及び透明電極21に、画像信号及び走査信号を所定タイミングで供給すれば、透明極14及び透明電極21が交差する個所における液晶層50部分には、行毎又は列毎若しくは画素毎に電界が順次印加される。従って、この印加電圧により液晶層50の配向状態を各画素単位で制御することにより、偏光板105を透過する光量を変調し、カラーの階調表示が可能となる。
【0062】
次に透過型表示について説明する。
【0063】
この場合には、図2及び図3において第1基板10の下側から偏光板107を介して光源光L3(図3参照)が入射すると、選択透過型カラーフィルタ141及びスリット141hを透過し、所定色に着色された透過光L4として、液晶層50、第2基板20及び偏光板105を介して偏光板105側から出射される。ここで、外部回路から透明電極14及び透明電極21に、画像信号及び走査信号を所定タイミングで供給すれば、透明電極14及び透明電極21が交差する個所における液晶層50部分には、行毎又は列毎若しくは画素毎に電界が順次印加される。これにより液晶層50の配向状態を各画素単位で制御することにより、光源光を変調し、階調表示が可能となる。
【0064】
以上の結果、第1実施形態によれば、透過型表示の際に、反射型表示に対して画素毎に補色が表示されることはなく、反射型表示時に選択反射型カラーフィルタ141によって正常な色合いのカラー表示を行えるように装置構成すれば、透過型表示時にも、選択透過型カラーフィルタ142によって正常な色合いのカラー表示を行える。しかも、限られた光強度しか持たない外光を利用する反射型表示時に、伝統的な選択透過型カラーフィルタではなく、選択反射型カラーフィルタ141を用いるので、明るい反射型表示を行なうことができる。
【0065】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図5を参照して説明する。ここに図5は、第2実施形態の構成を示す断面図であるが、図2に示した第1実施形態と同様の構成要素については同様の参照符号を付し、その説明は適宜省略する。
【0066】
図5に示すように、第2実施形態では、第1実施形態の構成と異なり、選択透過型カラーフィルタ142及び遮光膜143が第1基板10の液晶層50と反対側に設けられている。その他の構成については第1実施形態の場合と同様である。
第2実施形態によれば、第1基板10上における液晶層50と反対側に設けられた選択透過型カラーフィルタ142及び第1基板10上における液晶層50側に設けられた選択反射型カラーフィルタ141によって、透過型表示及び反射型表示を夫々行える。
【0067】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について、図6を参照して説明する。ここに図6は、第3実施形態の構成を示す断面図であるが、図2に示した第1実施形態と同様の構成要素については同様の参照符号を付し、その説明は適宜省略する。
【0068】
図6に示すように、第3実施形態では、第1実施形態の構成と異なり、導光板118及び蛍光管119に代えて、LED(Light Emitting Diode)、EL(Electro-Luminescence)等からなる複数の点光源120が、選択反射型カラーフィルタ141のスリット141hに対向する位置、即ち選択透過型カラーフィルタ142の選択透過層142R、142G及び142Bに対向する位置に点在して設けられている。その他の構成については第1実施形態の場合と同様である。
第2実施形態によれば、点光源120からは、遮光膜143で遮られる無駄な光源光が殆ど出射されない。従って、光源におけるエネルギ効率が高くなり、同一消費電力では、より一層明るい透過型表示が可能となる。
【0069】
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について、図7を参照して説明する。ここに図7は、第4実施形態の構成を示す断面図であるが、図2に示した第1実施形態と同様の構成要素については同様の参照符号を付し、その説明は適宜省略する。
【0070】
図7に示すように、第4実施形態では、第1実施形態の構成に加えて、導光板118上に複数のマイクロレンズ121が、選択反射型カラーフィルタ141のスリット141hに対向する位置、即ち選択透過型カラーフィルタ142の選択透過層142R、142G及び142Bに対向する位置に設けられている。その他の構成については第1実施形態の場合と同様である。
第4実施形態によれば、導光板118から出射される光源光は、マイクロレンズ121で集光されるので、遮光膜143で遮られる無駄な光源光が低減される。従って、光源におけるエネルギ効率が高くなり、同一消費電力では、より一層明るい透過型表示が可能となる。
【0071】
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について、図8から図11を参照して説明する。第5実施形態は、本発明をTFDアクティブマトリクス駆動方式の半透過反射型電気光学装置に適用したものである。ここに図8は、第5実施形態の半透過反射型電気光学装置における液晶素子及び駆動回路と共に示した等価回路図であり、図9は、図8に示したTFD駆動素子の一具体例を画素電極等と共に模式的に示す平面図であり、図10は、図9のB−B’断面図である。また、図11は、第5実施形態の半透過反射型電気光学装置の全体構造を示す図式的断面図である。尚、図11では、説明の便宜上画素電極を6個だけ図式的に示しているが実際には、多数個の画素電極が存在しており、図10及び図11においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【0072】
先ず、TFDアクティブマトリクス駆動方式の反射型液晶装置の構成及び動作について図8を参照して説明する。
【0073】
図8において、TFDアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置は、第2基板上に配列された複数の走査線3bが、走査線駆動回路100に接続されており、第1基板上に配列された複数のデータ線6bが、データ線駆動回路110に接続されている。尚、走査線駆動回路100及びデータ線駆動回路110は、第2基板又は第1基板上に形成されてもよいし、外部ICから構成され、所定の配線を経て走査線3bやデータ線6bに接続されてもよい。
【0074】
マトリクス状の各画素領域において、走査線3bは、TFD駆動素子40の一方の端子に接続されており、データ線6bは、液晶層50及び画素電極を介してTFD駆動素子40の他方の端子に接続されている。
【0075】
従って、各画素領域に対応する走査線3bに走査信号が供給され、データ線6bにデータ信号が供給されると、当該画素領域におけるTFD駆動素子40がオン状態となり、TFD駆動素子40を介して、画素電極及びデータ線6b間にある液晶層50に駆動電圧が印加される。
【0076】
ここで図9及び図10を参照して、このような画素スイッチング用のTFT駆動素子40の一具体例を説明する。
【0077】
図9及び図10において、TFD駆動素子40は、TFDアレイ基板を構成する第2基板20上に形成された第2絶縁膜13を下地として、その上に形成されており、第2絶縁膜13の側から順に第1金属膜42、絶縁層44及び第2金属膜46から構成され、TFD構造或いはMIM(Metal Insulator Metal)構造を持つ。そして、TFD駆動素子40の第1金属膜42は、第2基板20上に形成された走査線3bに接続されており、第2金属膜46は、画素電極9bに接続されている。尚、走査線3bに代えてデータ線6aを第2基板20上に形成し、画素電極9bに接続して、走査線3bを第1基板10側に設けてもよい。
【0078】
第1基板20は、例えばガラス、プラスチックなどの絶縁性及び透明性を有する基板或いは不透明な半導体基板等からなる。このように本実施形態では、第2絶縁膜13は、TFD駆動素子40の下地膜としても機能するが、第2絶縁膜13とは異なる下地膜専用の絶縁膜を酸化タンタル等から形成しても良いし、或いは、第2基板20の表面状態に問題が無ければ、このような下地膜は省略することも可能である。第1金属膜42は導電性の金属薄膜からなり、例えばタンタル単体又はタンタル合金からなる。絶縁膜44は、例えば化成液中で第1金属膜42の表面に陽極酸化により形成された酸化膜からなる。第2金属膜46は導電性の金属薄膜からなり、例えばクロム単体又はクロム合金からなる。
【0079】
更に、画素電極9b、TFD駆動素子40、走査線3b等の液晶に面する側には、第1絶縁膜12が設けられており、その上に配向膜15が設けられている。
【0080】
以上、TFD駆動素子の他に、ZnO(酸化亜鉛)バリスタ、MSI(Metal Semi-Insulator)駆動素子、RD(Ring Diode)などの双方向ダイオード特性を有する2端子型非線形素子を本実施形態の半透過反射型液晶装置に適用可能である。
【0081】
図11に示すように、第5実施形態の半透過反射型電気光学装置は、第1実施形態の場合と比べて、第1基板10上に、ストライプ状の透明電極14に代えて、好ましくは短冊状の透明なデータ線6bを備える。更に、第2基板20上に、透明のストライプ状の透明電極21に代えて、透明の画素電極9b及びこれに隣接してTFD駆動素子40を備えて構成されている。そして、第2基板10側には、TFD駆動素子40に接続されている、図8から図10で説明した走査線3b等が設けられている。その他の構成については、第1実施形態の場合と同様である。
【0082】
第5実施形態によれば、第1基板10上において透明電極としてのデータ線6bの下側に選択反射型カラーフィルタ141が設けられており、これに開けられたスリットに対向する位置に選択透過型カラーフィルタ142が設けられており且つこれらのフィルタ間にはスリットを除く領域に遮光膜143が形成されている。従って、外光を選択反射型カラーフィルタ141におけるスリットを除く領域で反射して、第2基板20側から出射させることにより、TFDアクティブマトリクス駆動における反射型表示が可能となる。他方、蛍光管119をオンすれば、光源光を選択透過型フィルタ142及び選択反射型カラーフィルタ141のスリットを介して第2基板20側から出射させることにより、TFDアクティブマトリクス駆動における透過型表示が可能となる。特に、TFD駆動素子40を介して各画素電極9bに電圧を供給するため、画素電極9b間におけるクロストークを低減でき、より高品位の画像表示が可能となる。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について、図12から図14を参照して説明する。第6実施形態は、本発明をTFTアクティブマトリクス駆動方式の半透過反射型電気光学装置に適用したものである。ここに図12は、第6実施形態の電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路であり、図13は、画素スイッチング用のTFTの断面構造を示す図式的断面図である。図14は、第6実施形態の半透過反射型電気光学装置の全体構造を示す図式的断面図である。尚、図14では、説明の便宜上画素電極を6個だけ図式的に示しているが実際には、多数個の画素電極が存在しており、図13及び図14においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【0083】
図1において、本実施形態における電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素には夫々、画素電極9aと当該画素電極9aをスイッチング制御するためのTFT30とが形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aが当該TFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。画素電極9aを介して電気光学物質の一例としての液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、対向基板(後述する)に形成された対向電極(後述する)との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ノーマリーホワイトモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として電気光学装置からは画像信号に応じたコントラストを持つ光が出射する。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70を付加する。蓄積容量70は、容量線300の一部からなる固定電位側容量電極と、TFT30のドレイン側及び画素電極に9aに接続された画素電位側容量電極とを備える。
【0084】
次に、図12に示した画素スイッチング用のTFT30の一具体例について図13に示す。
【0085】
図13に示すように、TFT30は、チャネル領域1a’を有する半導体層1aと、この上にゲート絶縁膜2を介して対向配置された走査線3aの一部からなるゲート電極とを備える。また、容量線300と半導体層1aのドレイン領域の延設部がゲート絶縁膜2を介して対向配置されることにより蓄積容量70が構築されている。そして、データ線6aが、層間絶縁膜71に開孔されたコンタクトホールを介して半導体層1aのソース領域に接続されている。ITO膜等からなる透明の画素電極9aが、層間絶縁膜72に開孔されたコンタクトホールを介して半導体層1aのドレイン領域に接続されている。従って、走査線3aに走査信号を供給すると、TFT30が導通状態となり、走査線6aに供給される画像信号を画素電極9aに書き込むことができ、更に蓄積容量により、この画素電極9aに書き込まれた電圧を保持できる。
【0086】
尚、図13に示したTFT30は、一例であり、LDD(Lightly Doped Drain)構造のTFT、自己整合型TFT、ダブルゲートのTFT等の各種のTFTを図12に示したTFT30として採用可能であり、更に低温ポリシリコン膜、高温ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜等の各種のシリコン膜などを、半導体層1aとして採用可能である。
【0087】
図14に示すように、第6実施形態の半透過反射型電気光学装置は、第1実施形態の場合と比べて、第1基板10上に、ストライプ状の透明電極14に代えて、画素毎に島状に設けられた透明の画素電極9aを備えており、これに隣接してTFT30が設けられている。更に、第2基板20上に、透明のストライプ状の透明電極21に代えて、基板の一面に形成された対向電極21’を備えて構成されている。そして、第1基板10側には、TFT30に接続されている、図12及び図13で説明した走査線3a、データ線6a、容量線300等が設けられている。その他の構成については、第1実施形態の場合と同様である。尚、走査線3aを駆動する走査線駆動回路、データ線6aを駆動するデータ線駆動回路等の周辺回路を、第1基板10上における周辺領域に作り込んでもよいし、該周辺回路に外付けしてもよい。
【0088】
第6実施形態によれば、第1基板10上において透明な画素電極9aの下側に選択反射型カラーフィルタ141が設けられており、これに開けられたスリットに対向する位置に選択透過型カラーフィルタ142が設けられており且つこれらのフィルタ間にはスリットを除く領域に遮光膜143が形成されている。従って、外光を選択反射型カラーフィルタ141におけるスリットを除く領域で反射して、第2基板20側から出射させることにより、TFTアクティブマトリクス駆動における反射型表示が可能となる。他方、蛍光管119をオンすれば、光源光を選択透過型フィルタ142及び選択反射型カラーフィルタ141のスリットを介して第2基板20側から出射させることにより、TFTアクティブマトリクス駆動における透過型表示が可能となる。特に、TFT30を介して各画素電極9aに電圧を供給するため、画素電極9a間におけるクロストークを低減でき、より高品位の画像表示が可能となる。
【0089】
以上説明した第1から第6実施形態における選択透過型カラーフィルタ142を構成する選択透過層142R、142G及び142Bは、インクジェット方式により形成してもよいし、フレキソ印刷により形成してもよい。このように形成すれば、選択透過層142R、142G及び142Bを、選択反射型カラーフィルタ141のスリット141hに対向する領域にのみに比較的容易に形成できる。
【0090】
また、以上説明した第1から第6実施形態では、第2基板20側にカラーフィルタを設けていないが、第1基板10側の選択反射型カラーフィルタ141及び選択透過型カラーフィルタ142に加えて、第2基板20側に選択透過型カラーフィルタを設けることも可能である。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について、図15を参照して説明する。第7実施形態は、上述した本発明の第1から第6実施形態の半透過反射型電気光学装置を適用した各種の電子機器からなる。
【0091】
先ず、第1から第6実施形態における半透過反射型電気光学装置を、例えば図15(a)に示すような携帯電話1000の表示部1001に適用すれば、明るいカラー反射型表示及びカラー透過型表示を切り替え可能な省エネルギ型の携帯電話を実現できる。
【0092】
また、図15(b)に示すような腕時計1100の表示部1101に適用すれば、明るいカラー反射型表示及びカラー透過型表示を切り替え可能な省エネルギ型の腕時計を実現できる。
【0093】
更に、図15(c)に示すようなパーソナルコンピュータ(或いは、情報端末)1200において、キーボード1202付きの本体1204に開閉自在に取り付けられるカバー内に設けられる表示画面1206に適用すれば、明るいカラー反射型表示及びカラー透過型表示を切り替え可能な省エネルギ型のパーソナルコンピュータを実現できる。
【0094】
以上図15に示した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、エンジニアリング・ワークステーション(EWS)、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた装置等などの電子機器にも、第1から第6実施形態の半透過反射型電気光学装置を適用可能である。
【0095】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう電気光学装置及び電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態であるパッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置を対向基板側から見た様子を示す図式的平面図である。
【図2】図1のA−A’断面をカラーフィルタ等を含めて示す半透過反射型液晶装置の図式的断面図である。
【図3】図2における選択反射型カラーフィルタ、選択透過型カラーフィルタ及び遮光膜に係る部分を拡大して示す図式的拡大断面図である。
【図4】第1実施形態において選択反射型カラーフィルタに開けられるスリットや開口部に係る各種具体例を示す拡大平面図である。
【図5】本発明の第2実施形態であるパッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置の断面図である。
【図6】本発明の第3実施形態であるパッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置の断面図である。
【図7】本発明の第4実施形態であるパッシブマトリクス駆動方式の半透過反射型液晶装置の断面図である。
【図8】本発明の第5実施形態の半透過反射型電気光学装置における液晶素子及び駆動回路と共に示した等価回路図である。
【図9】図8に示したTFD駆動素子の一具体例を画素電極等と共に模式的に示す平面図である。
【図10】図9のB−B’断面図である。
【図11】本発明の第5実施形態の半透過反射型電気光学装置の全体構造を示す図式的断面図である。
【図12】本発明の第6実施形態の電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。
【図13】第6実施形態に係る画素スイッチング用のTFTの断面構造を示す図式的断面図である。
【図14】第6実施形態の半透過反射型電気光学装置の全体構造を示す図式的断面図である。
【図15】本発明の第7実施形態である各種電子機器の外観図である。
【符号の説明】
10…第1基板
14…透明電極
15…配向膜
20…第2基板
21…透明電極
25…配向膜
31…シール材
32…封止材
105…偏光板
106…第1位相差板
116…第2位相差板
118…導光板
119…蛍光管
141…選択反射型カラーフィルタ
141R…選択反射層
141G…選択反射層
141B…選択反射層
141h…スリット
142…選択透過型カラーフィルタ
142R…選択透過層
142G…選択透過層
142B…選択透過層
143…遮光膜
Claims (15)
- 一対の基板間に電気光学物質が挟持されてなり、
前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上の前記電気光学物質側に設けられた表示用電極と、
前記一対の基板のうち一方の基板上における前記電気光学物質側に設けられており画素毎に所定波長範囲内の光を選択的に反射する選択反射領域及び画素毎に前記所定波長範囲内外の光を透過する光透過領域を有する第1カラーフィルタと、
該第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記選択反射領域に対向配置された遮光膜と、
前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記光透過領域に対向配置されており画素毎に前記所定波長範囲内の光を選択的に透過する選択透過領域を有する第2カラーフィルタと、
前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側に設けられた光源手段と
を備えており、
前記一対の基板のうち前記電気光学物質を介して前記第1カラーフィルタと対向する側の基板は、透明基板からなることを特徴とする半透過反射型電気光学装置。 - 前記第1カラーフィルタは、画素毎に前記選択反射領域に設けられた選択反射層を備え、
前記光透過領域では、前記選択反射層が局所的に欠如していることを特徴とする請求項1に記載の半透過反射型電気光学装置。 - 前記選択反射層には、前記光透過領域に孔又はスリットが開けられていることを特徴とする請求項2に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 相隣接する選択反射層間に隙間が空けられており、該隙間が前記光透過領域とされていることを特徴とする請求項2に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記表示用電極は、
前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質側に配置されたストライプ状の一の透明電極と、
該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置されると共に前記一の透明電極と相交差するストライプ状の他の透明電極と
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。 - 前記表示用電極は、
前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質側に配置されると共に画素毎に島状に設けられた一の透明電極と、
該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置される他の透明電極と
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。 - 前記表示用電極は、
前記第1カラーフィルタと前記電気光学物質を介して対向配置されると共に画素毎に島状に設けられた一の透明電極と、
該一の透明電極と前記電気光学物質を介して対向配置される他の透明電極と
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。 - 画素毎に前記一の透明電極に接続されたスイッチング素子を更に備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記第2カラーフィルタは、前記一方の基板の前記電気光学物質側に設けられたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記第2カラーフィルタは、前記一方の基板の前記電気光学物質と反対側に設けられたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記光源手段は、前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記第2カラーフィルタに対向配置された導光板と、前記導光板に光を入射する光源とを含むことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記光源手段は、前記第2カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記第2カラーフィルタを介して前記光透過領域に夫々対向配置された複数の点光源を含むことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記第1カラーフィルタの前記電気光学物質と反対側において前記光透過領域に夫々対向配置された複数のマイクロレンズを更に備えたことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 前記遮光膜は、前記第1カラーフィルタと前記第2カラーフィルタとの間に挟持されていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の半透過反射型電気光学装置を具備することを特徴とする電子機器。
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