JP3924518B2

JP3924518B2 - 半透過型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP3924518B2
Application number: JP2002281003A
Authority: JP
Inventors: 康成永田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004117823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型（反射モード）と透過型（透過モード）の双方の機能を有する半透過型カラー液晶表示装置に関し、とくにホワイトバランス調整をおこなう半透過型カラー液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。とくに携帯情報端末などのように屋外・屋内両方にわたって使用される機器においては、外光が十分強い環境では表示装置の照明手段として積極的に外光を利用し、外光が弱い環境ではバックライトを使用するという半透過型の表示装置が主流として用いられている。
【０００３】
反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面に対し凹凸形状の光反射層を形成した散乱反射型があるが、バックライトを用いないことで、周囲の光を有効に利用している。
【０００４】
また、光反射層に代えて、半透過膜を形成し、バックライトを設け、反射モードや透過モードに使い分ける半透過型液晶表示装置も開発されている。
【０００５】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いたり、あるいはバックライトを装着して透過型の装置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるために、半透過膜を使用している（特許文献１参照）。また、アクティブマトリクス型半透過型液晶表示装置に同様な目的で半透過膜を使用することも提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、かかるハーフミラーの半透過膜を使用すると、反射率と透過率の双方の機能をともに向上させることが難しいという課題があり、この課題を解消するために、光透過用ホールを設けた反射膜を上記の半透過膜に代えて使用する半透過型液晶表示装置も提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、上記半透過液晶表示装置では、透過モードでは光はカラーフィルターを１回通過するのに対して、反射モードは光がカラーフィルターを２回通過することで、反射モードに比べて透過モードの色純度が低下していた。そのため、透過モードと反射モードで使用する領域を空間分割し、透過モードの領域のカラーフィルターを、反射モードの領域のカラーフィルターに比べて、膜厚を厚くすることによって、透過モードの色純度を向上させた半透過型液晶表示装置も提案されている（特許文献４と特許文献５参照）。
【０００８】
また、反射モードの領域のカラーフィルターにピンポールをあけることによって、反射モードの色純度を透過モードの色純度と同等にさせた半透過型液晶表示装置も提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２９２４１３号公報
【特許文献２】
特開平７−３１８９２９号公報
【特許文献３】
特許第２８７８２３１号公報
【特許文献４】
特開２０００-２９８２７１号公報
【特許文献５】
特開２００１-１６６２８９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したごとき半透過型液晶表示装置においては、透過モードにて光源としてＬＥＤランプを使用し、他方、反射モードにおいては、室内で使用する際、光源として蛍光灯を、屋外で使用する際、光源として太陽光を利用することになり、このように透過モードと反射モードにおいて光源が異なっていた。
【００１１】
したがって、透過モードおよび反射モードとの双方に対し、色設計、ホワイトバランス設計をそれぞれ独立して行う必要がある。
【００１２】
また、カラーフィルターについては、Ｒ（赤）Ｇ（青）Ｂ（緑）により形成するが、特許文献４と特許文献５により提案された技術でもってしても、透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定することはできなかった。
【００１３】
さらにまた、反射モードの領域のカラーフィルターにピンポールを設けた構造においても、透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定することはできなかった。
【００１４】
したがって、本発明の目的は反射モードの色純度を透過モードの色純度とほぼ同等にさせた半透過型液晶表示装置に対し、さらに透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定し得るようにした半透過型カラー液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半透過型カラー液晶表示装置は、基板の一主面上に光反射膜と、着色が異なる複数の着色層とを順次積層し、さらに透明導電材からなる一方電極と配向膜とを順次積層してなる一方部材と、透明基板上に透明導電材からなる他方電極と配向層とを順次積層してなる他方部材とを、これら一方電極と他方電極とにより各着色層ごとに画素を形成するように液晶層を介して貼り合わせるとともに、上記光反射膜に対し個々の着色層に対応して異なる光通過面積の光透過部を設けて、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなし、さらに各着色層の反射モード用領域に切欠部を形成したものであって、上記複数の着色層は、赤の着色層と、緑の着色層と、青の着色層とを含み、上記青の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積は、上記赤の着色層および上記緑の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積より小さいことを特徴とする。本半透過型液晶表示装置において上記赤の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積は、上記緑の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積に等しいのが好ましい。本半透過型液晶表示装置において上記切欠部の面積は、上記各着色層に対応する画素とも等しいのが好ましい。本半透過型液晶表示装置において上記切欠部は、上記反射モードの領域の端部に位置しているのが好ましい。本半透過型液晶表示装置において上記切欠部は、その平面視形状が三角形状であるのが好ましい。
【００１６】
以上のごとく、本発明の半透過型カラー液晶表示装置によれば、上記構成のように、上記光反射性金属層に対し画素ごとに光透過部を設けて、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなし、これによって半透過型液晶表示装置としている。
【００１７】
加えて、本発明の半透過型カラー液晶表示装置によれば、各着色層の反射モード用領域に切欠部を形成したことによって、次のような作用効果を得ることができる。
【００１８】
透過モードに必要とされる透過率・色再現性を基準にして、光反射性金属層の光透過部の面積とカラーフィルター（着色層）の各要素(色の濃さ・厚み)を設定した場合、従来の半透過型カラー液晶表示装置によれば、そのカラーフィルターでは反射モード用領域にも同じ色の濃さ・厚みの着色層が形成され、これによって、反射モードにおいて表示が暗くなっていた。
【００１９】
これに対し、本発明のように各着色層の反射モード用領域に切欠部を形成することによって、その反射モード用領域のカラーフィルター（着色層）の色の濃さ・厚みは、透過モード用領域と同じであるが、着色層が占める部分と着色層の存在しない部分(着色層の切欠部）とを総合してみると、その切欠部でもって表示の暗さを防ぐことができる。要するに、反射モード用領域の着色層は、透過モード用領域の着色層に比べて、その厚みを薄く形成したのと同じ効果を得ることができ、反射モードにおける明るさの低下を減少させたり、その低下がないようにできる。
【００２０】
ちなみに、反射モード用着色層の厚さを透過モード用着色層の厚さに比べて薄くする技術が提案されているが（特許文献５参照）、この技術によれば、着色層の形成前に反射領域となる部分にあらかじめ透明層を形成することで、その分、工程が増大するが、これに対する本発明では、ＲＧＢの各着色層をそれぞれ形成する際に着色層の切欠部も同時に形成することができ、これにより、工程数の増大がなく、製造コストが低減される。
【００２１】
そして、本発明によれば、上記のごとく光反射性金属層に対し画素ごとに光透過部を設けて、透過モードと反射モードの双方に適用するに当り、かかる光反射膜に対し個々の着色層に対応して異なる光通過面積の光透過部を設け、これによって透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定し得るようになし、このようなホワイトバランス調整をおこなうことで高品質かつ高性能な半透過型カラー液晶表示装置が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明をＳＴＮ型単純マトリックス方式の液晶表示装置でもって図面により説明する。
【００２３】
図１は本発明の半透過型液晶表示装置Ａの断面模式図であり、図２は半透過型液晶表示装置Ａに係る光反射膜と着色層との双方の関係を示す模式図である。
【００２４】
液晶表示装置Ａの一方部材によれば、１はコモン側のガラス基板であり、このガラス基板１の上に、たとえばアルミニウム金属材などからなる光反射膜２を形成し、この上に着色層３を形成し、さらに着色層３を覆うようにアクリル系樹脂からなるオーバーコート層４を被覆する。そして、オーバーコート層４の上に多数平行にストライプ状配列したＩＴＯから成る透明電極５、および一定方向にラビングしたポリイミド樹脂から成る配向膜６を順次積層する。なお、透明電極５と配向膜６との間に樹脂やＳｉＯ₂等から成る絶縁膜を介在させてもよい。
【００２５】
本発明においては、光反射膜２に対し個々の着色層３に対応して、すなわち赤、緑、青という色の違いに応じて異なる光通過面積の光透過部７を設ける。
【００２６】
かかる構成の光反射膜２は、まずガラス基板１の上にスパッタリングにより一様にアルミニウム金属膜を成膜し、次いでこのアルミニウム金属膜に対し、レジスト塗布、露光、現像、アルミニウム金属膜のエッチング、レジスト剥離という一連のフォトリソグラフィ工程によって、所要通りの形状になるように光透過部７をパターニングして取り除く。
【００２７】
このように光反射膜２に対し個々の着色層３に対応して、赤、緑、青という色の違いに応じて異なる光通過面積の光透過部７を設けるが、かように画素ごとに光透過部を設けることで、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなす。
【００２８】
なお、光反射膜２の材料としてＡｌ材に代えて、ＡｌＮｄなどのＡｌ合金、Ａｇ金属およびＡｇ合金等の金属膜を使用してもよい。
【００２９】
さらに本発明によれば、各着色層３の反射モード用領域に切欠部８を形成する点も特徴である。
【００３０】
着色層３であるカラーフィルターは顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料（赤、緑、青）により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成してもよい。この顔料分散方式によれば、そのフォトリソグラフィにおいて同時に形成することができる。
【００３１】
なお、着色層３であるカラーフィルターを形成するに当り、上記のような顔料分散方式に代えて、染色法を用いてもよい。
【００３２】
また、光反射膜２と着色層３との双方の関係を示す図２によれば、各着色層３をブラックマトリックス１８によって囲んだ構成にしてもよく、このような構成によれば、ブラックマトリックス１８の内部において、着色層３の一部を切り欠くことで、切欠部８を形成する。
【００３３】
つぎに他方部材においては、９はセグメント側のガラス基板であり、このガラス基板９の上には多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状透明電極群１０とを順次形成し、さらにストライプ状透明電極群１０上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１１を形成している。
【００３４】
ついで、これらガラス基板９とガラス基板１とを、たとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１２を介して、双方のストライプ状透明電極群５、１０が交差（直交）するように、シール部材(図示せず)により貼り合わせる。また、図示していないが、両ガラス基板１、９間には液晶層１２の厚みを一定にするためにスペーサを多数個配している。
【００３５】
さらにガラス基板９の外側にポリカーボネートからなる第１位相差板１３、第２位相差板１４、ヨウ素系の偏光板１５とを順次積み重ね、ガラス基板１の外側にポリカーボネートからなる第３位相差板１６、ヨウ素系の偏光板１７とを順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り付ける。
【００３６】
そして、ガラス基板１側の偏光板１７に対し、たとえばLEDや冷陰極管などの光源部と導光板からなるバックライトユニットを密着させて配設する。
【００３７】
かくして本発明の半透過型液晶表示装置Ａによれば、各着色層３の反射モード用領域に切欠部８を形成することで、すなわち、各着色層３に対応するほぼ同じ面積の各画素に対し、ほぼ同じ面積の切欠部８を形成した場合において、その反射モード用領域のカラーフィルター（着色層）の色の濃さ・厚みは、透過モード用領域と同じであるが、着色層が占める部分と着色層の存在しない部分(着色層の切欠部）とを総合してみると、その切欠部でもって表示の暗さを防ぐことができる。要するに、反射モード用領域の着色層は、透過モード用領域の着色層に比べて、その厚みを薄く形成したのと同じ効果を得ることができ、反射モードにおける明るさの低下を減少させたり、その低下がないようにできる。
【００３８】
併せて、本発明によれば、上記のごとく光反射膜２に対し個々の着色層３に対応して、赤、緑、青という色の違いに応じて異なる光通過面積の光透過部７を設け、これによって各ＲＧＢに対し、それぞれ透過率と反射率とを違えて、透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定し得るように色設計をなし、このような色設計とホワイトバランス調整をおこなうことで高品質かつ高性能な半透過型液晶表示装置Ａが得られる。
【００３９】
つぎに実施例を述べる。
上述した本発明の半透過型液晶表示装置Ａに対し、透過モード、反射モードそれぞれ独立して色設計、ホワイトバランスを設定すべく、各着色層３に対し、ＲＧＢごとに透過率と反射率を所要とおりに決定する。
【００４０】
すなわち、実施例においては、光反射膜２に対し個々の着色層３に対応して、赤、緑、青という色の違いに応じて異なる光通過面積の光透過部７を形成するが、表１に示すごとく、この光透過部７の面積は、R（赤）の画素において画素全体に対して３９％、G（緑）の画素では画素全体に対して３９％、B（青）の画素では画素全体に対して２７％を占めるように、さらに着色層３の切欠部８の面積を、ＲＧＢ各画素とも共通して、その反射領域に対し１５％を占めるような構造にする（同表中ＣＦ開口率として示す）。
【００４１】
【表１】

【００４２】
また、従来例（比較例）として、上記構成の半透過型液晶表示装置Ａにおいて、その光反射膜２に対し個々の着色層３に対応して、赤、緑、青という各色に対し同じ大きさの光通過面積の光透過部７を形成し、その他の構成を半透過型液晶表示装置Ａと同じにした半透過型液晶表示装置Ｂを作製した。
【００４３】
かかる半透過型液晶表示装置Ｂに係る光反射膜と着色層との双方の関係を示す模式図として図３〜図５を示す。なお、図３は図２に対応する模式図である。
【００４４】
図４は図３に示す切断面線ａ−ａによる断面図であり、図５は図３に示す切断面線ｂ−ｂによる断面図である。
【００４５】
また、光反射膜２の光透過部７の光通過面積は、表２に示すごとく、ＲＧＢ各画素とも画素全体に対し３０％を占めている。さらにまた、着色層３の切欠部８の面積を、ＲＧＢ各画素とも共通して、その反射領域に対し１５％を占めるような構造にする（同表中ＣＦ開口率として示す）。
【００４６】
また、本発明の半透過型液晶表示装置Ａと比較例の半透過型液晶表示装置Ｂとの双方の光学特性における色度図を図６と図７に示す。
【００４７】
図６は双方の透過モードにおける色度図を示し、図７は双方の反射モードにおける色度図を示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
以上のごとく、本発明に係る実施例については、従来例（比較例）に比べて、R、G、BのホワイトバランスWの色度が、透過モードでは（ｘ、ｙ）＝（０．０１５、０．０１４）大きくなり、反射モードでは（ｘ、ｙ）＝（０．０１４、０．０１７）小さくなっている。そして、実施例によれば、従来例に比べて、ホワイトバランスが、透過モードにて黄色い方向に、反射モードにて青い方向に移動していることが分かる。
【００５０】
参考までに、本実施例にて用いた光学特性の評価方法を説明する。
反射モードの場合には、液晶表示装置の表示面に対し、斜め上部１５°から光（Ｃ光源）を入射させ、そして、液晶表示装置を駆動させた際（白表示、黒表示、赤表示、緑表示、青表示）の垂直方向の反射光の反射率、コントラスト、色域面積を測定することで評価結果を得た。
【００５１】
また、透過モードについては、バックライトを除く液晶パネルの裏面に対し、光（Ｃ光源）を入射させ、そして、液晶表示装置を駆動させた際（白表示、黒表示、赤表示、緑表示、青表示）の垂直方向の透過光の透過率、コントラスト、色域面積を測定することで評価結果を得た。
【００５２】
さらにまた、図８において色域面積の定義図を示す。色域面積は各ＲＧＢ色度点を囲んだ面積とＮＴＳＣとの比を示す。この面積が大きいほど、色再現性が高くなり、色純度の高いパネル表示が得られる。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。たとえば、上記半透過型液晶表示装置ＡはＳＴＮ型単純マトリックス方式であるが、この方式に代えてＴＦＴやＴＦＤを内設したアクティブ型の液晶表示装置でも同じ作用効果を奏する。
【００５４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の半透過型カラー液晶表示装置によれば、基板の一主面上に光反射膜と、着色が異なる複数の着色層とを順次積層し、さらに透明導電材からなる一方電極と配向膜とを順次積層してなる一方部材と、透明基板上に透明導電材からなる他方電極と配向層とを順次積層してなる他方部材とを、これら一方電極と他方電極とにより各着色層ごとに画素を形成するように液晶層を介して貼り合わせ、そして、上記光反射膜に対し個々の着色層に対応して異なる光通過面積の光透過部を設けて、半透過型となし、さらに各着色層の反射モード用領域に切欠部を形成したことで、反射モード用領域の着色層は、透過モード用領域の着色層に比べて、その厚みを薄く形成したのと同じ効果を得ることができ、反射モードにおける明るさの低下を減少させたり、その低下がないようにでき、加えて、光反射膜に対し個々の着色層に対応して異なる光通過面積の光透過部を設け、これによって透過モードと反射モードのＲＧＢからなるホワイトバランスを独立に設定し得るようになし、その結果、高品質かつ高性能な半透過型カラー液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半透過型液晶表示装置の断面模式図である。
【図２】本発明の半透過型液晶表示装置に係る光反射膜と着色層との双方の関係を示す模式図である。
【図３】従来の半透過型液晶表示装置に係る光反射膜と着色層との双方の関係を示す模式図である。
【図４】図３に示す切断面線ａ−ａによる断面図である。
【図５】図３に示す切断面線ｂ−ｂによる断面図である。
【図６】本発明の半透過型液晶表示装置と比較例の半透過型液晶表示装置との双方の透過モードにおける色度図である。
【図７】本発明の半透過型液晶表示装置と比較例の半透過型液晶表示装置との双方の反射モードにおける色度図である。
【図８】色域面積の定義図を示す図である。
【符号の説明】
１…コモン側のガラス基板
２…光反射膜
３…着色層
４…オーバーコート層
５、１０…透明電極
６、１１…配向膜
７…光透過部
８…切欠部
９…セグメント側のガラス基板
１２…液晶層
１３、１４、１６…位相差板
１７…偏光板
１８…ブラックマトリックス

Claims

基板の一主面上に光反射膜と、着色が異なる複数の着色層とを順次積層し、さらに透明導電材からなる一方電極と配向膜とを順次積層してなる一方部材と、透明基板上に透明導電材からなる他方電極と配向層とを順次積層してなる他方部材とを、これら一方電極と他方電極とにより各着色層ごとに画素を形成するように液晶層を介して貼り合わせるとともに、上記光反射膜に対し個々の着色層に対応して異なる光通過面積の光透過部を設けて、この光透過部にて透過モードとなし、光透過部以外の領域にて反射モードとなし、さらに各着色層の反射モード用領域に切欠部を形成した半透過型カラー液晶表示装置であって、
上記複数の着色層は、赤の着色層と、緑の着色層と、青の着色層とを含み、
上記青の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積は、上記赤の着色層および上記緑の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積より小さいことを特徴とする、半透過型カラー液晶表示装置。
上記赤の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積は、上記緑の着色層に対応する画素での上記光透過部の光通過面積に等しい、請求項１に記載の半透過型カラー液晶表示装置。
上記切欠部の面積は、上記各着色層に対応する画素とも等しい、請求項１または２に記載の半透過型カラー液晶表示装置。
上記切欠部は、上記反射モードの領域の端部に位置している、請求項１から３のいずれか一つに記載の半透過型カラー液晶表示装置。
上記切欠部は、その平面視形状が三角形状である、請求項１から４のいずれか一つに記載の半透過型カラー液晶表示装置。