JP3767255B2

JP3767255B2 - 液晶装置及び電子機器

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Publication number: JP3767255B2
Application number: JP20363399A
Authority: JP
Inventors: 強前田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001033768A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置に係り、特に、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる液晶装置の構造及びこの液晶装置を用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点があった。このため、明るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形式の液晶装置が提案されている。これは、実開昭５７−０４９２７１号公報などに記載されているように、液晶セルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成をしている。この液晶装置では、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。
【０００３】
別の液晶装置としては、反射型表示の明るさを向上させた特開平８−２９２４１３号公報に記載されたものがある。この液晶装置は、液晶セルの観察側と反対側の外面に半透過反射板、偏光板、バックライトを順次配置した構成をしている。周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して偏光板と半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板がないため、前述した液晶装置よりも明るい反射型表示が得られる。
【０００４】
しかし、上記公報に記載されている液晶装置は、液晶層と半透過反射板との間に透明基板が介在するため、二重映りや表示のにじみなどが発生してしまう。
【０００５】
また、近年の携帯機器やＯＡ機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求されるようになっており、反射型液晶装置を用いるような機器においてもカラー化が必要な場合が多い。ところが、上記公報に記載されている液晶装置とカラーフィルタを組み合わせた方法では、半透過反射板を液晶セルの後方に配置しているため、液晶層やカラーフィルタと半透過反射板との間に液晶セルの厚い透明基板が介在し、視差によって二重映りや表示のにじみなどが発生してしまい、十分な発色を得ることができないという問題点がある。この問題を解決するために、特開平９−２５８２１９号公報などに記載されているような液晶層と接するように反射板を配置する反射型カラー液晶装置が提案されている。しかし、この液晶装置は周囲が暗くなると表示を認識することができない。
【０００６】
そこで、特開平１０−２８２４８８号公報や特開平１１−１０９４１７号公報に記載されているように、反射板に開口部を設け半透過反射状態にし、さらに液晶セルの後方に偏光板、光源を順次用いた半透過反射型カラー液晶装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載されている液晶装置は、反射表示のときと透過表示のときで同じカラーフィルタを用いている。このカラーフィルタの設計にあたっては反射表示を重視した設計にするかまたは透過型表示を重視した設計にするかによって設計指針が異なり、カラーフィルタの特性も異なる。反射型表示を重視する場合には、反射時の明るさをできるだけ高くする観点から明るい、つまり淡い色のカラーフィルタを用いる。この液晶装置に入射した外光はカラーフィルタ層を通過後、反射板で反射され、再びカラーフィルタ層を通過する。例え淡い色のカラーフィルタであっても２度光がカラーフィルタ層を通過するので、発色の良い反射型カラー表示を得ることができる。次に、透過型表示を重視する場合には、バックライトからの光は１度しかカラーフィルタ層を通過しないため、色純度の高い、つまり濃い色のカラーフィルタを用いる。透過表示時は発色の良いカラー表示を得ることができるが、反射表示は非常に暗く表示内容を認識することは困難であった。
【０００８】
このように、これまで提案されてきた半透過反射型カラー液晶装置は反射表示と透過表示の両方で同時に視認性の高いカラー表示を得ることができなかった。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、反射表示、透過表示ともに、明るく発色が良く、視認性の高い半透過反射型カラー液晶装置を提供することにある。また、この液晶装置を用いた電子機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。
【００１１】
本願発明の液晶装置は、第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、前記第２基板の前記液晶層側に形成された反射層が配置され、反射型表示を行う領域と、前記反射層が配置されず透過型表示を行う領域と、前記反射型表示を行う領域及び前記透過型表示を行う領域に対応して配置された第１カラーフィルター層と、前記透過型表示を行う領域に対応して配置された第２カラーフィルター層とを備え、前記第２カラーフィルター層の幅は、前記透過型表示を行う領域の幅よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
この手段によれば、反射表示時に第１カラーフィルタ層、透過表示時に第１及び第２カラーフィルタ層を用いることができるので、反射表示、透過表示ともに明るく発色が良く、視認性の高いカラー表示を得ることができる。
【００１３】
なお、カラーフィルタ層は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発色を示す複数のミクロフィルタからなる。カラーフィルタ層は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲のすべての光に対して２５％以上の透過率を有しているのが好ましい。このようにすることで、明るい反射型カラー表示と透過型カラー表示を実現することができる。
【００１４】
２つのカラーフィルタ層はその間に少なくとも反射層が形成されている。このようにすることで、反射表示では第１のカラーフィルタを２度利用し、透過表示では第１と第２のカラーフィルタを利用できるので、発色が良い表示が可能となる。
【００１５】
本願発明の液晶装置は、前記第１カラーフィルタ層は第１基板の液晶層側に形成され、前記第２カラーフィルタ層は前記第２基板と前記反射層の間に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この手段によれば、反射表示時に第１カラーフィルタ層、透過表示時に第１及び第２カラーフィルタ層を用いることができるので、反射表示、透過表示ともに明るく発色が良く、視認性の高いカラー表示を得ることができる。２層のカラーフィルタ層が第１及び第２基板にそれぞれ形成されているので、製造工程に費やす時間をほぼ同じにできる。さらに、製造工程における歩留まりを第１及び第２基板ともほぼ同じにできる。
【００１７】
本願発明の液晶装置は、前記第１カラーフィルタ層は前記液晶層と前記反射層の間に形成され、前記第２カラーフィルタ層は前記反射層と前記第２基板の間に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この手段によれば、反射表示時に第１カラーフィルタ層、透過表示時に第１及び第２カラーフィルタ層を用いることができるので、反射表示、透過表示ともに明るく発色が良く、視認性の高いカラー表示を得ることができる。第２カラーフィルタ層上に形成された反射層の表面が凸凹した形状であっても、反射層上に形成した第１カラーフィルタ層が存在するので、液晶層に悪影響を及ぼす凸凹形状の効果を極力抑えることができる。
【００１９】
なお、第１及び第２カラーフィルタ層上に平坦化膜や保護膜を用いても構わない。
【００２０】
本願発明の液晶装置は、前記第１カラーフィルタ層と前記第２カラーフィルタ層は異なる分光特性を示すことを特徴とする。
【００２１】
この手段によれば、第１カラーフィルタ層は反射型カラー表示用に設計し、第２カラーフィルタ層は透過型カラー表示用に設計することができるので、反射表示、透過表示ともに明るく発色が良く、視認性の高いカラー表示を得ることができる。
【００２２】
なお、第２カラーフィルタ層は第１カラーフィルタ層と同時に使用されるので、第１カラーフィルタ層の特性を考慮に入れて設計される。つまり、所定の透過型カラー表示を実現するためには、第１カラーフィルタ層の分光特性と第２カラーフィルタ層の分光特性を加えた分光特性を設計するのが望ましい。
【００２３】
本願発明の液晶装置は、前記第１カラーフィルタ層の透過率は前記第２カラーフィルタ層の透過率より高いことを特徴とする。
【００２４】
この手段によれば、第１カラーフィルタ層は反射型カラー表示用に明るく設計し、第２カラーフィルタ層は透過型カラー表示用に色純度が高く設計することができるので、反射表示、透過表示ともに明るく発色が良く、視認性の高いカラー表示を得ることができる。
【００２５】
本願発明の液晶装置は、前記反射層は複数の開口部を有する反射層で形成されており、前記第１基板側から入射する外光を前記第１基板側に反射させ、かつ前記第２基板側から入射する前記照明装置の光を前記第１基板側に透過させることを特徴とする。
【００２６】
この手段によれば、第１基板側から入射する外光を第１基板側に反射させ、かつ第２基板側から入射する照明装置の光を第１基板側に透過させるので、半透過反射表示を可能になる。
【００２７】
なお、開口部を幅２．５μｍ程度の複数のライン状スリットで形成すると、反射層を液晶を駆動する画素電極として用いることもできる。
【００２８】
通常、反射層にはＡｌが主成分の金属が用いられるが、ＣｒやＡｇなどの可視光領域の外光を反射させることのできる金属であれば、その材料は特に限定されるものではない。
【００２９】
開口部の大きさは、０．０１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、人間が認識することが困難であり、開口部を設けたことで生じる表示品質の劣化を抑えることができ、反射型表示と透過型表示を同時に実現できる。
【００３０】
また、開口部は反射層に対して、５％以上３０％以下の面積比で形成することが好ましい。このようにすることで、反射型表示の明るさの低下を抑えることができとともに、反射層の開口部から液晶層に導入される光によって透過型表示が実現できる。
【００３１】
薄膜とは、膜厚が５０ｎｍ以下の金属膜のことである。
【００３２】
本願発明の液晶装置は、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板を備え、前記第１基板と前記第１偏光板の間に少なくとも１枚の第１位相差板を配置することを特徴とする。
【００３３】
この手段によれば、反射型表示と透過型表示のいずれにおいても良好な表示制御ができるとともに、光の波長分散に起因する液晶の色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【００３４】
本願発明の液晶装置は、前記第２基板の前記液晶層と異なる側に配置された第２偏光板を備え、前記第２基板と前記第２偏光板の間に少なくとも１枚の第２位相差板を配置することを特徴とする。
【００３５】
この手段によれば、透過型表示において良好な表示制御ができるとともに、光の波長分散に起因する液晶の色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【００３６】
本願発明の液晶装置は、前記第１偏光板と前記反射層の間のいずれかに散乱層を配置することを特徴とする。
【００３７】
この手段によれば、反射層の鏡面感を散乱層によって散乱面（白色面）に見せることができる。また、散乱層による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。なお、散乱層の位置は、第１偏光板と反射層の間であれば、どの位置にあっても特に構わない。散乱層は後方散乱（外光が入射した場合、入射光側への散乱）が小さいかほとんどないものが好ましい。
【００３８】
本願発明の液晶装置は、前記反射層が凹凸を有するように前記反射層の下地を形成したことを特徴とする。
【００３９】
この手段によれば、反射層の鏡面感を凸凹によってなくし、散乱面（白色面）に見せることができる。また、凹凸による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。この凹凸形状は、反射層の下地に感光性のアクリル樹脂等を用いて形成したり、下地のガラス基板自身をフッ酸によって荒らしたりすることによって形成することができる。
【００４０】
本願発明の電子機器は、上記液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される携帯機器であることを特徴とする。
【００４１】
この手段によれば、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる半透過反射型カラー液晶装置を用いた携帯型電子機器を実現することができる。このような電子機器は、明るい場所でも暗い場所でも、周囲の外光に関係なく高画質のカラー表示を実現できる。明るい場所では照明装置を点灯させる必要がないので、長時間のバッテリー駆動が可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００４３】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００４４】
この実施形態では、２枚の透明基板１０３，１０５の間に液晶層１１９が枠状のシール材１０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層１１９は、７０度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板１０３の内面上には第１のカラーフィルタ１１０が形成され、このカラーフィルタ１１０には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜１１１が被覆されており、この保護膜１１１の表面上に複数のストライプ状の透明電極１１２がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極１１２の表面上には配向膜１１３が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００４５】
一方、下側の透明基板１０５の内面上には、開口部１１８を有する反射電極１１５が形成されている。さらに、開口部１１８を有する反射電極１１５の下には開口部１１８を通過する光を着色するために第２のカラーフィルタ１１６が形成されている。この第２のカラーフィルタ１１６の色は、上側基板１０３の内面に形成された第１のカラーフィルタ１１０の色とそれぞれ一致している。本実施形態では、反射電極１１５と第２のカラーフィルタ１１６の間に保護膜１１７を用いたが、この保護膜１１７は形成しなくとも良い。上側の透明基板１０３と同様に反射電極１１５の表面上には配向膜１１４が形成され、所定方向にラビング配向処理が施されている。ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、反射電極１１５は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。この反射電極１１５はＣｒやＡｌなどにより形成され、その表面は透明基板１０３の側から入射する光を反射する反射層となっている。また、反射電極１１５は開口部１１８を有しているので、照明光を液晶層１１９に導入させることができる。
【００４６】
上側の透明基板１０３の外面上に偏光板１０１が配置され、偏光板１０１と透明基板１０３との間に位相差板１０２が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板１０５の背後に位相差板１０６が配置され、この位相差板１０６の背後に偏光板１０７が配置されている。そして、偏光板１０７の下側には、白色光を発する蛍光管１０９と、この蛍光管１０９に沿った入射端面を備えた導光板１０８とを有するバックライトが配置されている。導光板１０８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１０９の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることもできる。
【００４７】
まず、反射型表示について説明する。外光は図１における偏光板１０１、位相差板１０２、上側透明基板１０３をそれぞれ透過し、第１のカラーフィルタ１１０、液晶層１１９を通過後、反射電極１１５によって反射され、再び第１のカラーフィルタ１１０を通過して、偏光板１０１から出射される。このとき、透明電極１１２と反射電極１１５によって液晶層１１９へ電圧を印加する。この印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００４８】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板１０７及び位相差板１０６によって所定の偏光となり、第２のカラーフィルタ１１６を透過後、反射電極１１５の開口部１１８から液晶層１１９に導入される。ここで、液晶層１１９に導入された光は、反射電極１１５と透明電極１１２とによる斜め電界で液晶層１１９が駆動され、この結果、所定の偏光が変調される。それから、第１のカラーフィルタ１１０を通過後、位相差板１０２を透過する。このとき、液晶層１１９への印加電圧に応じて、偏光板１０１を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態（明るさ）を制御することができる。
【００４９】
このように、反射型カラー表示では第１のカラーフィルタ１１０を２度光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。また、透過型のカラー表示では第２のカラーフィルタ１１６と第１のカラーフィルタ１１０を光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。
【００５０】
上述したような本実施例の構成によれば、視認性の高い反射型カラー表示と透過型カラー表示を同時に実現できることを確認した。
【００５１】
（第２実施形態）
図２は本発明に係る液晶装置の第２実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００５２】
この実施形態では、２枚の透明基板２０３，２０５の間に液晶層２１９が枠状のシール材２０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層２１９は、２４０度のツイスト角を持つカイラルネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板２０３の内面上には、複数のストライプ状の透明電極２１２がＩＴＯなどにより形成されている。さらに、透明電極２１２の表面上には配向膜２１３が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００５３】
一方、下側の透明基板２０５の内面上には、第２のカラーフィルタ２１６、保護膜２１７、開口部２１８を有する反射層２１５、第１のカラーフィルタ２１０、保護膜２１４、透明電極、配向膜が順次形成されている。図２では、下側透明基板２０５の内面に形成されている透明電極と配向膜が省かれているが、実際の実施形態では構成した。第１及び第２のカラーフィルタには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。第２のカラーフィルタ２１６の色は、第１のカラーフィルタ２１０の色とそれぞれ一致している。本実施形態では２層の保護膜２１４、２１７を用いたが、この保護膜は形成しなくとも良く、本実施形態ではカラーフィルタ層の保護の目的で構成した。ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、下側透明基板２０５内面の透明電極は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。また、反射層２１５はＡｇ、Ｃｒ、Ａｌなどを主成分とする金属膜により形成され、その表面は透明基板２０３の側から入射する光を反射する反射層となっている。この反射層２１５は開口部２１８を有しているので、照明光を液晶層２１９に導入させることができる。
【００５４】
上側の透明基板２０３の外面上に偏光板２０１が配置され、偏光板２０１と透明基板２０３との間に位相差板２０２が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板２０５の背後に位相差板２０６が配置され、この位相差板２０６の背後に偏光板２０７が配置されている。そして、偏光板２０７の下側には、白色光を発する蛍光管２０９と、この蛍光管２０９に沿った入射端面を備えた導光板２０８とを有するバックライトが配置されている。導光板２０８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２０９の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることもできる。
【００５５】
まず、反射型表示について説明する。外光は図２における偏光板２０１、位相差板２０２、上側透明基板２０３をそれぞれ透過し、液晶層２１９、第１のカラーフィルタ２１０を通過後、反射層２１５によって反射され、再び第１のカラーフィルタ２１０、液晶層２１９を通過して、偏光板２０１から出射される。このとき、上下透明基板２０３、２０５の内面にそれぞれ形成されている透明電極によって液晶層２１９へ電圧を印加する。この印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００５６】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板２０７及び位相差板２０６によって所定の偏光となり、第２のカラーフィルタ２１６を透過後、反射層２１５の開口部２１８から第１のカラーフィルタ２１０を通過して、液晶層２１９に導入される。ここで、液晶層２１９に導入された光は、上下透明基板２０３、２０５の内面にそれぞれ形成されている透明電極によって液晶層２１９が駆動され、この結果、所定の偏光が変調される。それから、上側透明基板２０３を通過後、位相差板２０２を透過する。このとき、液晶層２１９への印加電圧に応じて、偏光板２０１を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態（明るさ）を制御することができる。
【００５７】
このように、反射型カラー表示では第１のカラーフィルタ２１０を２度光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。また、透過型のカラー表示では第２のカラーフィルタ２１６と第１のカラーフィルタ２１０を光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。
【００５８】
上述したような本実施例の構成によれば、視認性の高い反射型カラー表示と透過型カラー表示を同時に実現できることを確認した。
【００５９】
（第３実施形態）
図３は第１及び第２のカラーフィルタの分光特性を示したものである。図３の横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表している。実線は第１のカラーフィルタの分光特性（赤Ｒ：３０１、緑Ｇ：３０２、青Ｂ：３０３）で、点線は第２のカラーフィルタの分光特性（赤Ｒ：３０４、緑Ｇ：３０５、青Ｂ：３０６）である。第１のカラーフィルタの方が第２のカラーフィルタより明るい。第１のカラーフィルタの平均透過率（＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３）を４０％以上７０％以下としたとき、良好な反射型カラー表示が得られた。また、第２のカラーフィルタの平均透過率を２０％以上６０％以下としたとき、第１のカラーフィルタと組み合わせて良好な透過型カラー表示が得られた。
【００６０】
さらに、第１のカラーフィルタの分光特性において、ＲＧＢ３色の中で最も低い透過率の値３０７を２０％以上５０％以下としたとき、良好な反射型カラー表示が得られることを確認した。
【００６１】
（第４実施形態）
図４は本発明に係る液晶装置の第４実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００６２】
この実施形態では、２枚の透明基板４０３、４０５の間に液晶層４１９が枠状のシール材４０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層４１９は、２５５度のツイスト角を持つカイラルネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板４０３の内面上には、複数のストライプ状の透明電極４１２がＩＴＯなどにより形成されている。さらに、透明電極４１２の表面上には配向膜４１３が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００６３】
一方、下側の透明基板４０５の内面上には、第２のカラーフィルタ４１６、薄膜Ａｌからなる半透過反射層４１５、第１のカラーフィルタ４１０、保護膜４１１、透明電極４１４、配向膜が順次形成されている。図４では、下側透明基板４０５の内面に形成されている配向膜が省かれているが、実際の実施形態では構成した。第１及び第２のカラーフィルタには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。第２のカラーフィルタ４１６の色は、第１のカラーフィルタ４１０の色とそれぞれ一致している。第２のカラーフィルタ４１６には各着色フィルタ間に遮光層４１７を形成した。これは、透過型表示をした時に液晶が駆動されない画素間またはドット間からの光漏れを抑えるためであり、コントラストが高い透過型表示を得るためである。また、本実施形態では遮光層４１７を第２のカラーフィルタ４１６と同層に配置したが、第１のカラーフィルタ４１０と同じ層に形成しても構わない。このようにすることで、反射型表示においても、画素間やドット間からの表示に不要な反射光を抑えることができるので、コントラストが高い表示を得ることができる。このときの遮光層４１７はＣｒ層を被着したり、感光性ブラック樹脂で形成した。本実施形態では保護膜４１１を用いたが、この保護膜は形成しなくとも良く、本実施形態ではカラーフィルタ層の保護の目的で構成した。
【００６４】
ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、下側透明基板４０５内面の透明電極は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。また、半透過反射層４１５はＡｇ、Ｃｒ、Ａｌなどを主成分とする厚さ５０ｎｍ以下の金属膜により形成され、その機能は透明基板４０３の側から入射する光を反射し、照明光を液晶層４１９に導入させるというものである。
【００６５】
上側の透明基板４０３の外面上に偏光板４０１が配置され、偏光板４０１と透明基板４０３との間に位相差板４０２が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板４０５の背後に位相差板４０６が配置され、この位相差板４０６の背後に偏光板４０７が配置されている。そして、偏光板４０７の下側には、白色光を発する蛍光管４０９と、この蛍光管４０９に沿った入射端面を備えた導光板４０８とを有するバックライトが配置されている。導光板４０８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４０９の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることもできる。
【００６６】
まず、反射型表示について説明する。外光は図４における偏光板４０１、位相差板４０２、上側透明基板４０３をそれぞれ透過し、液晶層４１９、第１のカラーフィルタ４１０を通過後、一部の光は半透過反射層４１５によって反射され、再び第１のカラーフィルタ４１０、液晶層４１９を通過して、偏光板４０１から出射される。このとき、上下透明基板４０３、４０５の内面にそれぞれ形成されている透明電極４１２、４１４によって液晶層４１９へ電圧を印加する。この印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００６７】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板４０７及び位相差板４０６によって所定の偏光となり、第２のカラーフィルタ４１６を透過後、半透過反射層４１５で一部の光が通過し、第１のカラーフィルタ４１０、さらに液晶層４１９に導入される。ここで、液晶層４１９に導入された光は、上下透明基板４０３、４０５の内面にそれぞれ形成されている透明電極４１２、４１４によって液晶層４１９が駆動され、この結果、所定の偏光が変調される。それから、上側透明基板４０３を通過後、位相差板４０２を透過する。このとき、液晶層４１９への印加電圧に応じて、偏光板４０１を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態（明るさ）を制御することができる。
【００６８】
このように、反射型カラー表示では第１のカラーフィルタ４１０を２度光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。また、透過型のカラー表示では第２のカラーフィルタ４１６と第１のカラーフィルタ４１０を光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。
【００６９】
上述したような本実施例の構成によれば、視認性の高い反射型カラー表示と透過型カラー表示を同時に実現できることを確認した。
【００７０】
本実施形態では特に規定していないが、半透過反射層４１５は第６の実施形態に記載されている凸凹を有していても構わない。
【００７１】
（第５実施形態）
図５は本発明に係る液晶装置の第５実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００７２】
この実施形態では、２枚の透明基板５０３、５０５の間に液晶層５１９が枠状のシール材５０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層５１９は、誘電異方性が負のネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板５０３の内面上には、第１のカラーフィルタ５１０、保護膜５１１、複数のストライプ状の透明電極５１２が形成されていて、透明電極５１２の表面上には液晶を垂直に配向させる配向膜５１３が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。このラビング処理によって、液晶分子はラビング方向に約８５度のプレティルト角を有している。
【００７３】
一方、下側の透明基板５０５の内面上には、第２のカラーフィルタ５１６、保護膜５１７、開口部を設けた反射電極５１５、垂直配向膜５１４が順次形成されている。なお、この垂直配向膜５１４にはラビング処理を施さない。
【００７４】
上側の透明基板５０３の外面上に偏光板５０１が配置され、偏光板５０１と透明基板５０３との間に位相差板（１／２波長板）５０２、位相差板（１／４波長板）５２０、散乱板５２１が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板５０５の背後に位相差板（１／４波長板）５０６が配置され、この位相差板（１／４波長板）５０６の背後に偏光板５０７が配置されている。そして、偏光板５０７の後方には、白色光を発する蛍光管５０９と、この蛍光管５０９に沿った入射端面を備えた導光板５０８とを有するバックライトが配置されている。導光板５０８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５０９の光を端面にて受けて、ほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることができる。
【００７５】
反射型表示について説明する。外光は図５における偏光板５０１、位相差板５０２、５２０、散乱板５２１、透明基板５０３、第１のカラーフィルタ５１０をそれぞれ透過し、液晶層５１９を通過後、反射電極５１５によって反射され、再び第１のカラーフィルタ５１０を通過して偏光板５０１から出射される。このとき、液晶層５１９への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。
【００７６】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板５０７及び位相差板５０６によって所定の円偏光（または楕円偏光）となり、第２のカラーフィルタ５１６を通過後、反射電極５１５の開口部５１８より液晶層５１９に導入され、液晶層５１９を通過後、第１のカラーフィルタ５１０、透明基板５０３、散乱板５２１、位相差板５２０、５０２を透過する。このとき、液晶層５１９への印加電圧に応じて、偏光板５０１から光が透過（明状態）した状態と吸収（暗状態）した状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００７７】
このように、反射型カラー表示では第１のカラーフィルタ５１０を２度光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。また、透過型のカラー表示では第２のカラーフィルタ５１６と第１のカラーフィルタ５１０を光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。
【００７８】
上述したような本実施例の構成によれば、視認性の高い反射型カラー表示と透過型カラー表示を同時に実現できることを確認した。
【００７９】
本実施形態では、液晶セルの上側の面に散乱板５２１を配置したので、Ａｌ反射電極５１５によって反射された反射光を広角に出射させることができ、広視野角の液晶装置が実現できた。本実施形態では、散乱板５２１を偏光板５０１と透明基板５０３の間に配置したが、偏光板５０１と反射電極５１５の間であれば、どこにあっても構わない。例えば、第１のカラーフィルタ５１０やその保護膜５１１が散乱機能を有していも良い。
【００８０】
（第６実施形態）
図６は本発明に係る液晶装置の第６実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００８１】
この実施形態では、２枚の透明基板６０３、６０５の間に液晶層６１９が枠状のシール材６０４によって封止された液晶セルが形成されている。液晶層６１９は、誘電異方性が負のネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板６０３の内面上には、第１のカラーフィルタ６１０、保護膜６１１、複数のストライプ状の透明電極６１２が形成されていて、透明電極６１２の表面上には液晶を垂直に配向させる配向膜６１３が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。このラビング処理によって、液晶分子はラビング方向に約８５度のプレティルト角を有している。
【００８２】
一方、下側の透明基板６０５の内面上には、第２のカラーフィルタ６１６、保護膜６１７、感光性のアクリル樹脂によって高低さ約０．５μｍの凹凸を付与した反射電極６１５が形成されている。反射電極６１５には、ライン状の開口部が設けられている。さらに、その表面上には配向膜６１４が形成されている。なお、この配向膜６１４にはラビング処理を施さない。
【００８３】
上側の透明基板６０３の外面上に偏光板６０１が配置され、偏光板６０１と透明基板６０３との間に位相差板（１／２波長板）６０２、位相差板（１／４波長板）６２０が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板６０５の背後に位相差板（１／４波長板）６０６が配置され、この位相差板（１／４波長板）６０６の背後に偏光板６０７が配置されている。そして、偏光板６０７の後方には、白色光を発する蛍光管６０９と、この蛍光管６０９に沿った入射端面を備えた導光板６０８とを有するバックライトが配置されている。導光板６０８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６０９の光を端面にて受けて、ほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることができる。
【００８４】
反射型表示について説明する。外光は図６における偏光板６０１、位相差板６０２、６２０、透明基板６０３、第１のカラーフィルタ６１０をそれぞれ透過し、液晶層６１９を通過後、反射電極６１５によって反射され、再び第１のカラーフィルタ６１０を通過して偏光板６０１から出射される。このとき、液晶層６１９への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。
【００８５】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板６０７及び位相差板６０６によって所定の円偏光（または楕円偏光）となり、第２のカラーフィルタ６１６を通過後、反射電極６１５の開口部６１８より液晶層６１９に導入され、液晶層６１９を通過後、第１のカラーフィルタ６１０、透明基板６０３、位相差板６２０、６０２を透過する。このとき、液晶層６１９への印加電圧に応じて、偏光板６０１から光が透過（明状態）した状態と吸収（暗状態）した状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００８６】
このように、反射型カラー表示では第１のカラーフィルタ６１０を２度光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。また、透過型のカラー表示では第２のカラーフィルタ６１６と第１のカラーフィルタ６１０を光が通過するので、発色の良いカラー表示を得ることができる。
【００８７】
上述したような本実施例の構成によれば、視認性の高い反射型カラー表示と透過型カラー表示を同時に実現できることを確認した。
【００８８】
本実施形態では、凹凸を付与した反射電極６１５が、反射光を広角に反射させることができるので、広視野角の液晶装置を実現することができる。本実施形態では、凸凹をアクリル系の感光性樹脂で第２のカラーフィルタ６１６の保護膜６１７上に形成したが、反射電極６１５に凸凹を付与することができれば第２のカラーフィルタ層６１６と透明基板６０５の間にあっても構わない。また、透明基板６０５自身の表面や第２のカラーフィルタ６１６自身が凹凸を有していても良い。
【００８９】
（第７実施形態）
本発明の請求項１１記載の電子機器の例を３つ示す。
【００９０】
本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【００９１】
図７（ａ）は携帯電話であり、本体の前面上方部に表示部が設けられる。携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表示でも従来の液晶装置より明るく、発色が良く、コントラスト比が高い。
【００９２】
図７（ｂ）はウォッチであり、本体の中央に表示部が設けられる。ウォッチ用途における重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置は、明るく、発色が良く、コントラストが高いことはもちろん、光の波長による特性変化が少ないために色づきも小さい。従って、従来の液晶装置と比較して、大変に高級感あるカラー表示が得られる。
【００９３】
図７（ｃ）は携帯情報機器であり、本体の上側に表示部、下側に入力部が設けられる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けることが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型液晶装置は、常時バックライトを利用するため消費電力が大きく、電池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶装置は、反射型でも半透過反射型でも、透過型でも表示が明るく鮮やかであるため、携帯情報機器に利用することが出来る。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、反射表示、透過表示ともに、明るく発色が良く、視認性の高い半透過反射型カラー液晶装置を実現することができる。本発明の半透過反射型カラー液晶装置は、反射型カラー表示が可能であり、さらに従来の透過型カラー液晶装置並みの発色が良い透過型カラー表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係る液晶装置の第２実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図３】第１のカラーフィルタ及び第２のカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図４】本発明に係る液晶装置の第４実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図５】本発明に係る液晶装置の第５実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図６】本発明に係る液晶装置の第６実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図７】本発明に係る液晶装置を搭載した電子機器の概略図である。
【符号の説明】
１０１、１０７、２０１、２０７、４０１、４０７、５０１、５０７、６０１、６０７…偏光板
１０２、１０６、２０２、２０６、４０２、４０６、５０２、５２０、５０６、６０２、６２０、６０６…位相差板
１０３、２０３、４０３、５０３、６０３…上側透明基板
１０５、２０５、４０５、５０５、６０５…下側透明基板
１１９、２１９、４１９、５１９、６１９…液晶層
１０４、２０４、４０４、５０４、６０４…シール剤
１０８、２０８、４０８、５０８、６０８…導光板
１０９、２０９、４０９、５０９、６０９…蛍光管
１１０、２１０、４１０、５１０、６１０…第１のカラーフィルタ
１１６、２１６、４１６、５１６、６１６…第２のカラーフィルタ
１１１、１１７、２１７、２１４、４１１、５１１、５１７、６１１、６１７…保護膜
１１３、１１４、２１３、４１３、５１３、５１４、６１３、６１４…配向膜
１１２、２１２、４１２、４１４、５１２、６１２…透明電極
１１５、５１５…反射電極
２１５…反射層
４１５…半透過反射層
１１８、２１８、５１８、６１８…開口部
３０１…第１のカラーフィルタにおける赤（Ｒ）の分光特性
３０２…第１のカラーフィルタにおける緑（Ｇ）の分光特性
３０３…第１のカラーフィルタにおける青（Ｂ）の分光特性
３０４…第２のカラーフィルタにおける赤（Ｒ）の分光特性
３０５…第２のカラーフィルタにおける緑（Ｇ）の分光特性
３０６…第２のカラーフィルタにおける青（Ｂ）の分光特性
３０７…第１のカラーフィルタにおける最低透過率の値
４１７…遮光層
５２１…散乱板
６１５…凸凹を有している反射電極

Claims

第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、
前記第２基板の前記液晶層側に形成された反射層が配置され、反射型表示を行う領域と、
前記反射層が配置されず透過型表示を行う領域と、
前記反射型表示を行う領域及び前記透過型表示を行う領域に対応して配置された第１カラーフィルター層と、
前記透過型表示を行う領域に対応して配置された第２カラーフィルター層とを備え、
前記第２カラーフィルター層の幅は、前記透過型表示を行う領域の幅よりも大きいことを特徴とする液晶装置。
前記第１カラーフィルタ層は第１基板の液晶層側に形成され、前記第２カラーフィルタ層は前記第２基板と前記反射層の間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
前記第１カラーフィルタ層は前記液晶層と前記反射層の間に形成され、前記第２カラーフィルタ層は前記反射層と前記第２基板の間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
前記第１カラーフィルタ層と前記第２カラーフィルタ層は異なる分光特性を示すことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の液晶装置。
前記第１カラーフィルタ層の透過率は前記第２カラーフィルタ層の透過率より高いことを特徴とする請求項４記載の液晶装置。
前記反射層は複数の開口部を有する反射層で形成されており、前記第１基板側から入射する外光を前記第１基板側に反射させ、かつ前記第２基板側から入射する前記照明装置の光を前記第１基板側に透過させることを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の液晶装置。
前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板を備え、
前記第１基板と前記第１偏光板の間に少なくとも１枚の第１位相差板を配置することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液晶装置。
前記第２基板の前記液晶層と異なる側に配置された第２偏光板を備え、
前記第２基板と前記第２偏光板の間に少なくとも１枚の第２位相差板を配置することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液晶装置。
前記第１偏光板と前記反射層の間のいずれかに散乱層を配置することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の液晶装置。
前記反射層が凹凸を有するように前記反射層の下地を形成したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の液晶装置。
前記第２カラーフィルター層の幅は、前記第１カラーフィルター層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の液晶装置。
請求項１から１１のいずれかに記載の液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される携帯電子機器。