JP4124684B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半透過型液晶表示装置、特に反射と透過の明るさと色再現性に優れた半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半透過型液晶表示装置は、液晶表示素子の背面のバックライトを構成する導光板の背面に反射層を形成し、液晶表示素子の外から入射した外光を前記導光板の背面の反射層によって反射し表示するとともに、バックライトの光は液晶表示素子を透過させて表示する、半透過型液晶表示装置である。その中心技術としては、反射層にホログラムを使用して反射の明るさを改善している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８２２１０号公報（第３−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の技術だけでは、半透過型液晶装置として使用すると、次のような欠点を有している。カラーフィルターは反射時と透過時で兼用している。反射時の場合、透過時の場合と比較して、外光は液晶表示素子を２回透過する光路をとる。そのため、カラーフィルターの発色は透過時と反射時で大きな差が生ずる事となる。反射時の場合は、透過時の場合と比較して、彩度が濃くなり明度が暗くなる。この差を問題視する記述は従来技術には無く、解決方法の記載も無い。
【０００５】
カラーフィルターの彩度と明度の差に関して、国際照明委員会の勧告によるＣＩＥ１９３１−ＸＹＺ表色系によれば、彩度は、ＸＹＺ表色系における色度座標ｘｙにおいて、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各々の色度座標を結んで得られる三角形の面積に全米テレビジョン方式委員会の定めるＮＴＳＣ１９５３方式のＲＧＢ各々の色度座標を結んで得られる三角形の面積の比率で表現する。一般にＮＴＳＣ比として使用されている。明度はＹ値で表現し、カラーフィルターの場合はＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各々のＹ値を合計した白色のＹ値を透過率として使用する。また、反射時の透過率は、光源としてＤ６５を用いたときのダブルパスの透過率を示す。
【０００６】
透過型液晶ディスプレイに使用される色の濃い透過用カラーフィルターと反射型液晶ディスプレイで使用される色の薄い反射用カラーフィルターについて、透過率とＮＴＳＣ比の関係を図２に示す。それぞれのカラーフィルターの色材をコントロールして、透過率とＮＴＳＣ比を調整している。図中菱形でプロットするように、透過用カラーフィルターを反射、つまり行きと帰りのダブルパスで使用すると透過率が下がり、ＮＴＳＣ比は大きくなる。反対に図中丸印でプロットするように反射用カラーフィルターを透過で、つまりシングルパス使用すると透過率は大きくなり、ＮＴＳＣ比は小さくなる。このように、カラーフィルターの色材をコントロールしても、透過時と反射時の光路差による透過率とＮＴＳＣ比の差を調整する事は不可能である。そこで、本発明の目的は、半透過型液晶表示装置で、液晶表示素子の外から入射した外光を導光板の背面の反射層によって反射し表示する（ダブルパス）反射時と、バックライトからの光を透過させて表示する（シングルパス）透過時の、光路差により生じる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、第１の基板と第２の基板との間に、カラーフィルター、透明電極、液晶を挟持した液晶表示素子と、第２の基板の背面側に設けられ、光源と導光板と反射層を有するバックライトとを備え、第１の基板側から入射した外光を反射層によって反射し表示するとともに、第２の基板側から入射したバックライトの光を透過させて表示する半透過型液晶表示装置において、液晶表示素子若しくはバックライトに、透過時で使用するバックライトの光路と反射時で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を有することとした。
【０００８】
このような構成により、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射でも透過でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。
【０００９】
さらに、バックライトの発光する光が特定の波長帯域に複数のピークを有し、この複数のピークの各ピーク波長がカラーフィルターを構成する着色と同じ色に対応した波長帯域を透過することとした。具体的な補償構造としては、バックライトの光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の波長帯域にピークを有し、各ピーク波長がカラーフィルターの同じ色に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の波長帯域を透過することとした。
【００１０】
このような構成により、カラーフィルターの色材を調整し、反射時の透過率を大きくしても透過時のＮＴＳＣ比を維持できる。よって、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射時でも透過時でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。
【００１１】
更に、補償構造として、カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域を形成し、この色材層の無い領域に対応して、カラーフィルターの下側に反射領域を形成しても良い。このような構成により、カラーフィルターの各画素内にある色材層の無い領域は、反射時に限定して反射率を向上させ、反射時でのＮＴＳＣ比を下げて透過時のＮＴＳＣに近づけることができる。よって、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を更に改善できる。
【００１２】
また、カラーフィルターの各画素内にある色材層の無い領域の面積を、カラーフィルターの下部に設けられた反射領域の面積よりも小さくすることにより、製造時の色材層の無い領域と反射領域のアライメント許容公差を拡大でき、アライメントミスによる透過時のＮＴＳＣ比低下を低減できる。
【００１３】
更に、補償構造として、バックライトの光源に紫外線光源を用いて、カラーフィルターのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体からなるパターンが、カラーフィルターの下側から導光板の上面部の間に形成されている。このような構成により、透過時では、蛍光体の特定色のパターンで発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射し、その他の色のパターンには少なく入射させることが可能となる。その結果、透過時でのカラーフィルターのＮＴＳＣ比は向上する。従って、色の薄い反射用カラーフィルターを用いても、透過時のＮＴＳＣ比を反射時のＮＴＳＣ比に近づけることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による半透過型液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板との間に、カラーフィルター、透明電極、液晶が挟持された液晶表示素子と、光源と導光板と反射層を有するバックライトを備えるとともに、第１の基板側から入射した外光を反射層によって反射することで表示し、第２の基板側から入射したバックライトの光を透過させて表示する半透過型液晶表示装置であって、液晶表示素子とバックライトの少なくとも一方に、透過で使用するバックライトの光路と反射で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を備えている。
【００１５】
このような構成の半透過型液晶表示装置は、従来技術の構成と比較して、大きく異なる点は、カラーフィルターの透過時と反射時の光路差により生じる彩度差と明度差を補償する補償構造を、液晶表示素子若しくはバックライトに設けている。その補償構造により、カラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を改善している。具体的には、透過時はバックライトの光源色によりカラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を評価し、反射時は外光の代わりにＤ６５光源によりカラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を評価する。但し、反射時の透過率はダブルパスでの透過率である。
【００１６】
補償構造は、色の濃い透過用カラーフィルターを反射時で使用すると、透過率が下がりＮＴＳＣ比は大きくなる課題に対して、反射時での透過率とＮＴＳＣ比を透過時に近づける作用がある。また、反対に色の薄い反射用カラーフィルターを透過で使用するとＮＴＳＣ比は小さくなる課題に対しては、透過時のＮＴＳＣ比を反射時に近づける作用がある。結果として、反射でも透過でも色の濃い表示と明るさを両立した表示を可能とする。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明にかかわる半透過型液晶表示装置の実施例を説明する。
（実施例１）
本実施例の構成を図１０に模式的に示す。図示するように、本発明の半透過型液晶表示装置は、バックライト１６と液晶表示素子２２を備えている。液晶表示素子２２で用いられる液晶はＴＮ型でもＳＴＮ型でも良く、カラーフィルターを用いた加法混色によりカラー表示を可能としている。
【００１８】
バックライト１６は導光板１３と反射層１４と光源１５を備えている。本実施例では、光源１５の発する光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の波長帯域にピークを有し、各ピーク波長が液晶表示素子２２で使用されているカラーフィルターの同じ色に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の波長帯域を透過する構成にしている。この様な光源としては、３波長型光源があり、本実施例では赤発光ＬＥＤチップと緑発光ＬＥＤチップと青発光ＬＥＤチップが１バッケージになったＲＧＢ−ＬＥＤを使用した。その他の利用可能な３波長型光源としては、３波長型蛍光管、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体、有機ＥＬ光源などがある。
【００１９】
ノートパソコンなどの透過型液晶ディスプレイとして使用される透過用カラーフィルター（膜厚１μｍ）を顕微分光法により測定した分光透過率と、ＲＧＢ−ＬＥＤの発光スペクトルを図４に示す。ＲＧＢ−ＬＥＤの発光スペクトルはＲ、Ｇ、Ｂの３色の波長帯域にピークがあり、そのピーク波長はカラーフィルターのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色に対応する透過率の良い領域にある。このカラーフィルターとＲＧＢ−ＬＥＤを組み合わせたときのＮＴＳＣ比と透過率を表１に示す。表１には、また、反射時は光源としてＤ６５を用いたときのＮＴＳＣ比とダブルパスの透過率を示す。ダブルパスの透過率はシングルバスの分光透過率の各波長での二乗した値より求めている。
【００２０】
ここで、比較の為に従来使用されていた、２波長型の光源を用いた場合の特性を図３に示す。図３では、顕微分光法により測定した分光透過率と２波長型光源の発光スペクトルを示している。２波長型光源としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体で構成される白色ＬＥＤが用いられている。白色ＬＥＤの発光スペクトルはＢ（青色）とＹ（黄色）の２色の波長帯域にピークを有している。そのピーク波長は、カラーフィルターのＢ（青色）の１色としか透過率の良い領域に対応していない。その結果、表２に示したシングルパス時のＮＴＳＣ比と透過率は、表１のシングルパス時のＮＴＳＣ比と透過率に比較して悪くなっている。
【００２１】
本発明では、この図３から図４に示す透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善によるマージンを、反射時のＮＴＳＣ比と透過率を改善するために、カラーフィルターの膜厚を薄くしている。図５は図３、図４の例で使用したカラーフィルターと同じ材料で膜厚を１μｍから０.８μｍに薄くしたときの透過時と反射時のＮＴＳＣ比と透過率の測定値である。光源は図４と同じＲＧＢ−ＬＥＤを使用している。
【００２２】
図５の表に示すように、透過時のＮＴＳＣ比を図３に示す透過時のＮＴＳＣ比と同じ値に出来るにもかかわらず、反射時のＮＴＳＣ比と透過率を改善して、透過時のＮＴＳＣ比と透過率に少し近づける事が出来ている。
【００２３】
本実施例では、３波長型光源を使用することによるカラーフィルターの透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善によるマージンをカラーフィルターの膜厚を薄くして、反射時のＮＴＳＣ比と透過率の改善を行っているが、カラーフィルターの膜厚を変えずに、顔料濃度、顔料材料の変更により対応しても良い。
【００２４】
本発明では、上記に説明した構成にする事で、液晶表示素子の外から入射した外光を導光板の背面の反射層によって反射し表示するとともに、バックライトの光は液晶表示素子透過させて表示する、半透過型液晶表示装置で課題となる透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる半透過型液晶表示装置を実現できる。
（実施例２）
本実施例では、実施例１に比べて、更に透過時と反射時の光路差による透過率とＮＴＳＣ比の差を改善出来る構成について説明する。図１は本実施例の概略構成を示す断面図である。第一基板５はガラス、プラスチック等の透明基板を上基板２として使用している。その基板の裏面には、染料や顔料の色材層によって赤色着色層Ｒ３、緑色着色層Ｇ３および青色着色層Ｂ３がパターニング形成されたカラーフィルター３が配置されている。各着色層の間には、色材層の無い領域６が設けられている。また、カラーフィルター３上には上透明電極４が設けられている。一般的な液晶表示素子と同様に図示はしないが配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。
【００２５】
下基板９にもガラス、プラスチック等の透明基板を使用する。下基板１１の表面には、第一基板５のうち色材層の無い領域６に対向して反射領域１０が設けられている。反射領域１０はアルミニウム、銀等の金属膜をパターニンクして形成できる。反射領域１０を覆うように、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等からなる透明樹脂層８が設けられ、更にその上には下透明電極７を形成して第二基板１２を構成している。透明樹脂層８は、反射領域１０を下透明電極７のパターニングから保護するとともに、下透明電極７の密着性を向上させる。材料の異なる複数層の膜で透明樹脂層８を構成しても良い。第二基板１２は第一基板５と同様に図示しない配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。
【００２６】
第一基板５と第二基板１２はスペーサの混入されたシール材によって一定の間隙を保った状態で貼付されるとともに、これらの基板の間隙に液晶１７が封入され、液晶表示素子を構成している。アクティブ駆動方式の場合は薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が第一基板と第二基板のいずれか一方に形成される。また、第一基板５に薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子を配置する場合には、素子の上部及び配線部の上部に絶縁層を介して反射領域１０を設けることで、透過部の開口率を高めることができる。また、第一基板５の観察者側には上偏光板１が、第二基板１２の背面側には下偏光板１１がそれぞれ貼着されている。各偏光板の偏光軸は、貼着された基板に形成される配向膜のラビング方向に応じて設定され、必要に応じて位相差板を積層しても良い。
【００２７】
一方、第二基板１２の背面側にはバックライト１６を配置した。バックライト１６は導光板１３を介して光源１５の光を液晶表示素子に照射する。導光板１３の背面側には反射層１４が配置されている。導光板１３には光を液晶表示素子に照射する溝が設けられ、反射層１４は金属コートされたシートや適度に拡散のある反射シートやホログラム反射層を利用できる。このような構成において、第一基板５側から外光（すなわち、太陽光や室内照明の光等）が入射した場合には、この入射光は液晶表示素子を透過し、バックライト１６の反射層１４によって反射され、再度液晶表示素子を逆向きに透過し、これにより反射表示を行うことができる。一方、バックライト１６からの照射光は、液晶表示素子を透過し、これにより透過型表示を行うことができる。
【００２８】
従来技術の課題に対して、本実施例でも実施例１と同じ構成で、図５で示した透過型のカラーフィルターと同じ色材と膜厚のカラーフィルターとＲＧＢ-ＬＥＤ光源を使用している。更に本実施例では、カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域６を形成し、この色材層の無い領域６に対応して、カラーフィルターの下部に反射領域１０を形成している。
【００２９】
このような構成による、反射時での表示について、カラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率が改善出来るしくみを更に詳細説明する。第１の基板５側から外光が入射した場合、この入射光はカラーフィルターを透過し反射層１４で反射し再度カラーフィルターを透過した光とカラーフィルターの色材層の無い領域６を透過し反射領域１０で反射し再度カラーフィルターの色材層の無い領域６を透過した光の合成により各画素のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の色度と透過率が決定される。色材層の無い領域６の面積と画素面積の比（以後画素面積比と呼ぶ）を調整する事で色度と透過率を調整出来る。画素面積比を大きくすると明るく色は薄くなり、画素面積比を小さくすると暗く色は濃くなる。
【００３０】
Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各画素の画素面積比を全て同じ値に設定しても良く、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各各画素の画素面積比の値を異なって設定しても良く、設定値によってホワイトバランスを調整しても良い。
【００３１】
本実施例では全て１５％に設定し、図５で示した透過型のカラーフィルターと同じ色材と膜厚のカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を図６の表に示す。図中、色材層の無い領域に無しと記載の条件は、図５で示した実施例１の効果であり、有りと記載の条件は本実施例の効果による改善値である。カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域は、反射時に限定して透過率を向上させ、反射時でのＮＴＳＣ比を下げて透過時のＮＴＳＣに近づける事を可能とする。透過時のＮＴＳＣ比と透過率は開口率を含めなければ変わらない。これは、透過時のバックライトの光は反射層１４により遮光されカラーフィルターの色材層の無い領域６を透過しないからである。
【００３２】
また、カラーフィルターの各画素内の色材層の無い領域６の面積は、カラーフィルターの下部に反射領域１０の面積よりも小さくすることで、製造時の色材層の無い領域と反射領域のアライメント公差を拡大でき、アライメントミスにより透過光が色材層の無い領域６を透過して、ＮＴＳＣ比を低下させる事を防止している。
（実施例３）
本実施例では、反射用カラーフィルターを透過時で使用するとＮＴＳＣ比が小さくなる課題を解決する構成を示す。本実施例の概略構成を図８に示す。ここでは、第一の基板５はガラス、プラスチック等の透明基板を上基板２として使用している。その裏面にカラーフィルター３が、染料や顔料の色材層によってＲ（赤色）Ｒ３、Ｇ（緑色）Ｇ３およびＢ（青色）Ｂ３に着色パターニングされて設けられている。更にその裏面には上透明電極４を設けている。一般的な液晶表示素子と同様に図示はしないが配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。下基板９はガラス、プラスチック等の透明基板を使用し、下基板９の表面には、下透明電極７を設けて、第２の基板１２を構成している。第１の基板５と第２の基板１２はスペーサの混入されたシール材によって一定の間隙を保った状態で貼付されるとともに、これらの基板の間隙に液晶１７が封入され、液晶表示素子を構成している。図示はしないがアクティブ駆動方式の場合は薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が第１の基板５と第２の基板１２のいずれか一方に形成されても良い。また、第１の基板５の前面側には上偏光板１が、第２の基板１２の背面側には下偏光板１１がそれぞれ貼着され、その偏光軸は、貼着された基板に形成される配向膜のラビング方向に応じて設定され、必要に応じて位相差板を積層しても良い。
【００３３】
第２の基板１２の背面側にはプリズムシート１８を配置し、更にその背面側には、透明な支持基板２０に第１の基板５のカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体１９からなるパターンが形成している。一方、バックライト１６を支持基板２０の背面側に配置した。バックライト１６は光源１５に紫外線光源を使用している以外は実施例２と同じ構成である。紫外線光源としては、紫外線発光ＬＥＤを使用している。
【００３４】
反射用カラーフィルターを透過時で使用するとＮＴＳＣ比が小さくなる従来技術の課題に対して、本発明では、バックライト１６の光源１５に紫外線光源を用いて、反射用のカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体１９からなるパターンが、カラーフィルター３の下部から導光板１３の上面部の間に形成している。蛍光体１９のパターンＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）はカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とアライメント調整され、紫外光源から発せられる紫外線が導光板１３を経て蛍光体１９のパターンＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）で蛍光発光し、蛍光体の特定色のパターンで蛍光発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射し、その他の色のパターンには少なく入射させる。
【００３５】
Ｒ（赤色）蛍光体を例にすれば、紫外線を受けたＲ（赤色）蛍光体は赤色の蛍光発光し、その光はプリズムシート１８で集光され下偏光板１１と下基板９と液晶１７を透過してカラーフィルター３のＲ（赤色）に効率良く入射し、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）には少なく入射する。Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）についても同様に同じ色のカラーフィルターに効率良く入射する。蛍光体の特定色のパターンで蛍光発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射させるには、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を出来るだけ短くするのが望ましい。本実施例では、プリズムシート６０μｍで下偏光板１００μｍと下基板２００μｍと薄くしてそれぞれの間隔を出来るだけ薄くした。
【００３６】
一方、反射時においては、第１の基板５側から外光（すなわち、太陽光や室内照明の光等）が入射した場合、この入射光は液晶表示素子を透過し、プリズムシート１８と蛍光体１９と支持基板２０を透過してバックライト１６の反射層１４によって反射し、逆向きに透過しこれにより反射型表示を行うことができる。反射時は、プリズムシート１８は拡散作用を示してロスになるが、使用しているカラーフィルターが透過率の良い反射用のため、このロスを補うことが出来る。また、蛍光体１９は可視光域で拡散や着色がない事が望ましい。本実施例では無機蛍光体より透明な有機蛍光体を使用した。更らに、半導体ナノ粒子を分散したガラスでできた蛍光体を使用すると透明性が向上して反射ロスを低減できる。
【００３７】
本実施例では反射型のカラーフィルターとして図７の表に示す膜厚０．８μｍのカラーフィルターを使用している。その分光スペクトルを図７にＲ、Ｇ、Ｂで示す。また、蛍光体の発する蛍光光源のスペクトルも図７のＲ蛍光光源、Ｇ蛍光光源、Ｂ蛍光光源として示す。
【００３８】
反射時と透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を同じく図７の表に示す。図中、方式項目に従来技術と記載の条件は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた２波長光源によるＮＴＳＣ比と透過率である。方式項目に３波長光源のみと記載の条件は、３波長型光源としてＲＧＢ−ＬＥＤを使用したＮＴＳＣ比と透過率である。方式項目にＲＧＢパターン蛍光体と記載の条件は、本実施例のＮＴＳＣ比と透過率である。図７で示した本実施例の効果は透過時のＮＴＳＣ比を格段に向上させている。
【００３９】
更に、図９に示す構成は、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を更に近づけた別の例の概略図である。第１の基板５とバックライト１６は同じで、蛍光体１９を第２の基板１２側に内設している。これに伴って、下偏光板１１は取り除かれ代わりに内面偏光板２１を下透明電極７の上に設けている。
【００４０】
蛍光体１９は下基板９の上にホトリソグラフィーによるパターニングで形成している。下基板９側に薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が有る場合は、素子開口部に蛍光体１９をホトリソグラフィーによるパターニングで形成し、さらにその上に下透明電極７を形成する。
【００４１】
内面偏光板２１は分子結晶化薄膜偏光板であり、また、液晶の配向膜の機能も併せ持つものである。従って、液晶１７にはＴＮモードを使用して上透明電極４の上には通常の配向膜を使用している。内面偏光板２１を使用しない場合は液晶モードとして２色性色素を液晶に混入させたゲスト−ホストモードを使用しても良い。
【００４２】
このような構成では、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を２０μｍ以内に出来るので、蛍光体から発せられる蛍光発光はほとんど同じ色のカラーフィルターに入射するので、色の薄いカラーフィルターを使用しても透過時のカラーフィルターのＮＴＳＣ比は蛍光発光の光源の色が支配的となる。従って、色の薄い反射用カラーフィルターを用いても、透過時のＮＴＳＣ比を反射時のＮＴＳＣ比に近づけることが可能になる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による半透過型液晶表示装置によれば、従来技術の構成と比較して、透過時で使用するバックライトの光路と反射時で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を設けた事で、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射時でも透過時でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。これによって、民生品市場で半透過型液晶表示装置が多用されているパソコン、カメラ、携帯電話、時計をはじめとする電子機器分野で商品価値を高めることができる。
【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実施例２について説明する概略図である。
【図２】従来の技術におけるカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比の関係を示すグラフである。
【図３】従来の技術における２波長型光源の発光スペクトルと透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図４】本発明の半透過型液晶表示装置に使用される３波長型光源の発光スペクトルとカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図５】本発明の半透過型液晶表示装置に使用される３波長型光源の発光スペクトルと膜厚を薄くしたカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図６】本発明の半透過型液晶表示装置の実施例２に係わるカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を示す図である。
【図７】本発明の半透過型液晶表示装置の実施例３に係わるカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を示す図である。
【図８】本発明の半透過型液晶表示装置における実施例３の概略図である。
【図９】本発明の半透過型液晶表示装置の他の構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明の半透過型液晶表示装置における実施例１の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 上偏光板
２ 上基板
３ カラーフィルター
４ 上透明電極
５ 第１の基板
６ 色材層の無い領域
７ 下透明電極
８ 透明樹脂層
９ 下基板
１０ 反射領域
１１ 下偏光板
１２ 第２の基板
１３ 導光板
１４ 反射層
１５ 光源
１６ バックライト
１７ 液晶
１８ プリズムシート
１９ 蛍光体
２０ 支持基板
２１ 内面偏光板
２２ 液晶表示素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、半透過型液晶表示装置、特に反射と透過の明るさと色再現性に優れた半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半透過型液晶表示装置は、液晶表示素子の背面のバックライトを構成する導光板の背面に反射層を形成し、液晶表示素子の外から入射した外光を前記導光板の背面の反射層によって反射し表示するとともに、バックライトの光は液晶表示素子を透過させて表示する、半透過型液晶表示装置である。その中心技術としては、反射層にホログラムを使用して反射の明るさを改善している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８２２１０号公報（第３−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の技術だけでは、半透過型液晶装置として使用すると、次のような欠点を有している。カラーフィルターは反射時と透過時で兼用している。反射時の場合、透過時の場合と比較して、外光は液晶表示素子を２回透過する光路をとる。そのため、カラーフィルターの発色は透過時と反射時で大きな差が生ずる事となる。反射時の場合は、透過時の場合と比較して、彩度が濃くなり明度が暗くなる。この差を問題視する記述は従来技術には無く、解決方法の記載も無い。
【０００５】
カラーフィルターの彩度と明度の差に関して、国際照明委員会の勧告によるＣＩＥ１９３１−ＸＹＺ表色系によれば、彩度は、ＸＹＺ表色系における色度座標ｘｙにおいて、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各々の色度座標を結んで得られる三角形の面積に全米テレビジョン方式委員会の定めるＮＴＳＣ１９５３方式のＲＧＢ各々の色度座標を結んで得られる三角形の面積の比率で表現する。一般にＮＴＳＣ比として使用されている。明度はＹ値で表現し、カラーフィルターの場合はＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）各々のＹ値を合計した白色のＹ値を透過率として使用する。また、反射時の透過率は、光源としてＤ６５を用いたときのダブルパスの透過率を示す。
【０００６】
透過型液晶ディスプレイに使用される色の濃い透過用カラーフィルターと反射型液晶ディスプレイで使用される色の薄い反射用カラーフィルターについて、透過率とＮＴＳＣ比の関係を図２に示す。それぞれのカラーフィルターの色材をコントロールして、透過率とＮＴＳＣ比を調整している。図中菱形でプロットするように、透過用カラーフィルターを反射、つまり行きと帰りのダブルパスで使用すると透過率が下がり、ＮＴＳＣ比は大きくなる。反対に図中丸印でプロットするように反射用カラーフィルターを透過で、つまりシングルパス使用すると透過率は大きくなり、ＮＴＳＣ比は小さくなる。このように、カラーフィルターの色材をコントロールしても、透過時と反射時の光路差による透過率とＮＴＳＣ比の差を調整する事は不可能である。そこで、本発明の目的は、半透過型液晶表示装置で、液晶表示素子の外から入射した外光を導光板の背面の反射層によって反射し表示する（ダブルパス）反射時と、バックライトからの光を透過させて表示する（シングルパス）透過時の、光路差により生じる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、第１の基板と第２の基板との間に、カラーフィルター、透明電極、液晶を挟持した液晶表示素子と、第２の基板の背面側に設けられ、光源と導光板と反射層を有するバックライトとを備え、第１の基板側から入射した外光を反射層によって反射し表示するとともに、第２の基板側から入射したバックライトの光を透過させて表示する半透過型液晶表示装置において、液晶表示素子若しくはバックライトに、透過時で使用するバックライトの光路と反射時で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を有することとした。
【０００８】
このような構成により、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射でも透過でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。
【０００９】
さらに、バックライトの発光する光が特定の波長帯域に複数のピークを有し、この複数のピークの各ピーク波長がカラーフィルターを構成する着色と同じ色に対応した波長帯域を透過することとした。具体的な補償構造としては、バックライトの光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の波長帯域にピークを有し、各ピーク波長がカラーフィルターの同じ色に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の波長帯域を透過することとした。
【００１０】
このような構成により、カラーフィルターの色材を調整し、反射時の透過率を大きくしても透過時のＮＴＳＣ比を維持できる。よって、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射時でも透過時でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。
【００１１】
更に、補償構造として、カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域を形成し、この色材層の無い領域に対応して、カラーフィルターの下側に反射領域を形成しても良い。このような構成により、カラーフィルターの各画素内にある色材層の無い領域は、反射時に限定して反射率を向上させ、反射時でのＮＴＳＣ比を下げて透過時のＮＴＳＣに近づけることができる。よって、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を更に改善できる。
【００１２】
また、カラーフィルターの各画素内にある色材層の無い領域の面積を、カラーフィルターの下部に設けられた反射領域の面積よりも小さくすることにより、製造時の色材層の無い領域と反射領域のアライメント許容公差を拡大でき、アライメントミスによる透過時のＮＴＳＣ比低下を低減できる。
【００１３】
更に、補償構造として、バックライトの光源に紫外線光源を用いて、カラーフィルターのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体からなるパターンが、カラーフィルターの下側から導光板の上面部の間に形成されている。このような構成により、透過時では、蛍光体の特定色のパターンで発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射し、その他の色のパターンには少なく入射させることが可能となる。その結果、透過時でのカラーフィルターのＮＴＳＣ比は向上する。従って、色の薄い反射用カラーフィルターを用いても、透過時のＮＴＳＣ比を反射時のＮＴＳＣ比に近づけることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による半透過型液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板との間に、カラーフィルター、透明電極、液晶が挟持された液晶表示素子と、光源と導光板と反射層を有するバックライトを備えるとともに、第１の基板側から入射した外光を反射層によって反射することで表示し、第２の基板側から入射したバックライトの光を透過させて表示する半透過型液晶表示装置であって、液晶表示素子とバックライトの少なくとも一方に、透過で使用するバックライトの光路と反射で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を備えている。
【００１５】
このような構成の半透過型液晶表示装置は、従来技術の構成と比較して、大きく異なる点は、カラーフィルターの透過時と反射時の光路差により生じる彩度差と明度差を補償する補償構造を、液晶表示素子若しくはバックライトに設けている。その補償構造により、カラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を改善している。具体的には、透過時はバックライトの光源色によりカラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を評価し、反射時は外光の代わりにＤ６５光源によりカラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率を評価する。但し、反射時の透過率はダブルパスでの透過率である。
【００１６】
補償構造は、色の濃い透過用カラーフィルターを反射時で使用すると、透過率が下がりＮＴＳＣ比は大きくなる課題に対して、反射時での透過率とＮＴＳＣ比を透過時に近づける作用がある。また、反対に色の薄い反射用カラーフィルターを透過で使用するとＮＴＳＣ比は小さくなる課題に対しては、透過時のＮＴＳＣ比を反射時に近づける作用がある。結果として、反射でも透過でも色の濃い表示と明るさを両立した表示を可能とする。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明にかかわる半透過型液晶表示装置の実施例を説明する。
（実施例１）
本実施例の構成を図１０に模式的に示す。図示するように、本発明の半透過型液晶表示装置は、バックライト１６と液晶表示素子２２を備えている。液晶表示素子２２で用いられる液晶はＴＮ型でもＳＴＮ型でも良く、カラーフィルターを用いた加法混色によりカラー表示を可能としている。
【００１８】
バックライト１６は導光板１３と反射層１４と光源１５を備えている。本実施例では、光源１５の発する光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の波長帯域にピークを有し、各ピーク波長が液晶表示素子２２で使用されているカラーフィルターの同じ色に対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の波長帯域を透過する構成にしている。この様な光源としては、３波長型光源があり、本実施例では赤発光ＬＥＤチップと緑発光ＬＥＤチップと青発光ＬＥＤチップが１バッケージになったＲＧＢ−ＬＥＤを使用した。その他の利用可能な３波長型光源としては、３波長型蛍光管、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体、有機ＥＬ光源などがある。
【００１９】
ノートパソコンなどの透過型液晶ディスプレイとして使用される透過用カラーフィルター（膜厚１μｍ）を顕微分光法により測定した分光透過率と、ＲＧＢ−ＬＥＤの発光スペクトルを図４に示す。ＲＧＢ−ＬＥＤの発光スペクトルはＲ、Ｇ、Ｂの３色の波長帯域にピークがあり、そのピーク波長はカラーフィルターのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色に対応する透過率の良い領域にある。このカラーフィルターとＲＧＢ−ＬＥＤを組み合わせたときのＮＴＳＣ比と透過率を表１に示す。表１には、また、反射時は光源としてＤ６５を用いたときのＮＴＳＣ比とダブルパスの透過率を示す。ダブルパスの透過率はシングルバスの分光透過率の各波長での二乗した値より求めている。
【００２０】
ここで、比較の為に従来使用されていた、２波長型の光源を用いた場合の特性を図３に示す。図３では、顕微分光法により測定した分光透過率と２波長型光源の発光スペクトルを示している。２波長型光源としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体で構成される白色ＬＥＤが用いられている。白色ＬＥＤの発光スペクトルはＢ（青色）とＹ（黄色）の２色の波長帯域にピークを有している。そのピーク波長は、カラーフィルターのＢ（青色）の１色としか透過率の良い領域に対応していない。その結果、表２に示したシングルパス時のＮＴＳＣ比と透過率は、表１のシングルパス時のＮＴＳＣ比と透過率に比較して悪くなっている。
【００２１】
本発明では、この図３から図４に示す透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善によるマージンを、反射時のＮＴＳＣ比と透過率を改善するために、カラーフィルターの膜厚を薄くしている。図５は図３、図４の例で使用したカラーフィルターと同じ材料で膜厚を１μｍから０.８μｍに薄くしたときの透過時と反射時のＮＴＳＣ比と透過率の測定値である。光源は図４と同じＲＧＢ−ＬＥＤを使用している。
【００２２】
図５の表に示すように、透過時のＮＴＳＣ比を図３に示す透過時のＮＴＳＣ比と同じ値に出来るにもかかわらず、反射時のＮＴＳＣ比と透過率を改善して、透過時のＮＴＳＣ比と透過率に少し近づける事が出来ている。
【００２３】
本実施例では、３波長型光源を使用することによるカラーフィルターの透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善によるマージンをカラーフィルターの膜厚を薄くして、反射時のＮＴＳＣ比と透過率の改善を行っているが、カラーフィルターの膜厚を変えずに、顔料濃度、顔料材料の変更により対応しても良い。
【００２４】
本発明では、上記に説明した構成にする事で、液晶表示素子の外から入射した外光を導光板の背面の反射層によって反射し表示するとともに、バックライトの光は液晶表示素子透過させて表示する、半透過型液晶表示装置で課題となる透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる半透過型液晶表示装置を実現できる。
（実施例２）
本実施例では、実施例１に比べて、更に透過時と反射時の光路差による透過率とＮＴＳＣ比の差を改善出来る構成について説明する。図１は本実施例の概略構成を示す断面図である。第一基板５はガラス、プラスチック等の透明基板を上基板２として使用している。その基板の裏面には、染料や顔料の色材層によって赤色着色層Ｒ３、緑色着色層Ｇ３および青色着色層Ｂ３がパターニング形成されたカラーフィルター３が配置されている。各着色層の間には、色材層の無い領域６が設けられている。また、カラーフィルター３上には上透明電極４が設けられている。一般的な液晶表示素子と同様に図示はしないが配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。
【００２５】
下基板９にもガラス、プラスチック等の透明基板を使用する。下基板１１の表面には、第一基板５のうち色材層の無い領域６に対向して反射領域１０が設けられている。反射領域１０はアルミニウム、銀等の金属膜をパターニンクして形成できる。反射領域１０を覆うように、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等からなる透明樹脂層８が設けられ、更にその上には下透明電極７を形成して第二基板１２を構成している。透明樹脂層８は、反射領域１０を下透明電極７のパターニングから保護するとともに、下透明電極７の密着性を向上させる。材料の異なる複数層の膜で透明樹脂層８を構成しても良い。第二基板１２は第一基板５と同様に図示しない配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。
【００２６】
第一基板５と第二基板１２はスペーサの混入されたシール材によって一定の間隙を保った状態で貼付されるとともに、これらの基板の間隙に液晶１７が封入され、液晶表示素子を構成している。アクティブ駆動方式の場合は薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が第一基板と第二基板のいずれか一方に形成される。また、第一基板５に薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子を配置する場合には、素子の上部及び配線部の上部に絶縁層を介して反射領域１０を設けることで、透過部の開口率を高めることができる。また、第一基板５の観察者側には上偏光板１が、第二基板１２の背面側には下偏光板１１がそれぞれ貼着されている。各偏光板の偏光軸は、貼着された基板に形成される配向膜のラビング方向に応じて設定され、必要に応じて位相差板を積層しても良い。
【００２７】
一方、第二基板１２の背面側にはバックライト１６を配置した。バックライト１６は導光板１３を介して光源１５の光を液晶表示素子に照射する。導光板１３の背面側には反射層１４が配置されている。導光板１３には光を液晶表示素子に照射する溝が設けられ、反射層１４は金属コートされたシートや適度に拡散のある反射シートやホログラム反射層を利用できる。このような構成において、第一基板５側から外光（すなわち、太陽光や室内照明の光等）が入射した場合には、この入射光は液晶表示素子を透過し、バックライト１６の反射層１４によって反射され、再度液晶表示素子を逆向きに透過し、これにより反射表示を行うことができる。一方、バックライト１６からの照射光は、液晶表示素子を透過し、これにより透過型表示を行うことができる。
【００２８】
従来技術の課題に対して、本実施例でも実施例１と同じ構成で、図５で示した透過型のカラーフィルターと同じ色材と膜厚のカラーフィルターとＲＧＢ-ＬＥＤ光源を使用している。更に本実施例では、カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域６を形成し、この色材層の無い領域６に対応して、カラーフィルターの下部に反射領域１０を形成している。
【００２９】
このような構成による、反射時での表示について、カラーフィルターのＮＴＳＣ比と透過率が改善出来るしくみを更に詳細説明する。第１の基板５側から外光が入射した場合、この入射光はカラーフィルターを透過し反射層１４で反射し再度カラーフィルターを透過した光とカラーフィルターの色材層の無い領域６を透過し反射領域１０で反射し再度カラーフィルターの色材層の無い領域６を透過した光の合成により各画素のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の色度と透過率が決定される。色材層の無い領域６の面積と画素面積の比（以後画素面積比と呼ぶ）を調整する事で色度と透過率を調整出来る。画素面積比を大きくすると明るく色は薄くなり、画素面積比を小さくすると暗く色は濃くなる。
【００３０】
Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各画素の画素面積比を全て同じ値に設定しても良く、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各各画素の画素面積比の値を異なって設定しても良く、設定値によってホワイトバランスを調整しても良い。
【００３１】
本実施例では全て１５％に設定し、図５で示した透過型のカラーフィルターと同じ色材と膜厚のカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を図６の表に示す。図中、色材層の無い領域に無しと記載の条件は、図５で示した実施例１の効果であり、有りと記載の条件は本実施例の効果による改善値である。カラーフィルターの各画素内に色材層の無い領域は、反射時に限定して透過率を向上させ、反射時でのＮＴＳＣ比を下げて透過時のＮＴＳＣに近づける事を可能とする。透過時のＮＴＳＣ比と透過率は開口率を含めなければ変わらない。これは、透過時のバックライトの光は反射層１４により遮光されカラーフィルターの色材層の無い領域６を透過しないからである。
【００３２】
また、カラーフィルターの各画素内の色材層の無い領域６の面積は、カラーフィルターの下部に反射領域１０の面積よりも小さくすることで、製造時の色材層の無い領域と反射領域のアライメント公差を拡大でき、アライメントミスにより透過光が色材層の無い領域６を透過して、ＮＴＳＣ比を低下させる事を防止している。
（実施例３）
本実施例では、反射用カラーフィルターを透過時で使用するとＮＴＳＣ比が小さくなる課題を解決する構成を示す。本実施例の概略構成を図８に示す。ここでは、第一の基板５はガラス、プラスチック等の透明基板を上基板２として使用している。その裏面にカラーフィルター３が、染料や顔料の色材層によってＲ（赤色）Ｒ３、Ｇ（緑色）Ｇ３およびＢ（青色）Ｂ３に着色パターニングされて設けられている。更にその裏面には上透明電極４を設けている。一般的な液晶表示素子と同様に図示はしないが配向膜や絶縁膜などの製膜処理及びラビングなどの配向処理がされていても良い。下基板９はガラス、プラスチック等の透明基板を使用し、下基板９の表面には、下透明電極７を設けて、第２の基板１２を構成している。第１の基板５と第２の基板１２はスペーサの混入されたシール材によって一定の間隙を保った状態で貼付されるとともに、これらの基板の間隙に液晶１７が封入され、液晶表示素子を構成している。図示はしないがアクティブ駆動方式の場合は薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が第１の基板５と第２の基板１２のいずれか一方に形成されても良い。また、第１の基板５の前面側には上偏光板１が、第２の基板１２の背面側には下偏光板１１がそれぞれ貼着され、その偏光軸は、貼着された基板に形成される配向膜のラビング方向に応じて設定され、必要に応じて位相差板を積層しても良い。
【００３３】
第２の基板１２の背面側にはプリズムシート１８を配置し、更にその背面側には、透明な支持基板２０に第１の基板５のカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体１９からなるパターンが形成している。一方、バックライト１６を支持基板２０の背面側に配置した。バックライト１６は光源１５に紫外線光源を使用している以外は実施例２と同じ構成である。紫外線光源としては、紫外線発光ＬＥＤを使用している。
【００３４】
反射用カラーフィルターを透過時で使用するとＮＴＳＣ比が小さくなる従来技術の課題に対して、本発明では、バックライト１６の光源１５に紫外線光源を用いて、反射用のカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の各画素パターンに対応したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色の蛍光体１９からなるパターンが、カラーフィルター３の下部から導光板１３の上面部の間に形成している。蛍光体１９のパターンＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）はカラーフィルター３のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）とアライメント調整され、紫外光源から発せられる紫外線が導光板１３を経て蛍光体１９のパターンＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）で蛍光発光し、蛍光体の特定色のパターンで蛍光発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射し、その他の色のパターンには少なく入射させる。
【００３５】
Ｒ（赤色）蛍光体を例にすれば、紫外線を受けたＲ（赤色）蛍光体は赤色の蛍光発光し、その光はプリズムシート１８で集光され下偏光板１１と下基板９と液晶１７を透過してカラーフィルター３のＲ（赤色）に効率良く入射し、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）には少なく入射する。Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）についても同様に同じ色のカラーフィルターに効率良く入射する。蛍光体の特定色のパターンで蛍光発光する光がカラーフィルターの同色パターンに効率良く入射させるには、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を出来るだけ短くするのが望ましい。本実施例では、プリズムシート６０μｍで下偏光板１００μｍと下基板２００μｍと薄くしてそれぞれの間隔を出来るだけ薄くした。
【００３６】
一方、反射時においては、第１の基板５側から外光（すなわち、太陽光や室内照明の光等）が入射した場合、この入射光は液晶表示素子を透過し、プリズムシート１８と蛍光体１９と支持基板２０を透過してバックライト１６の反射層１４によって反射し、逆向きに透過しこれにより反射型表示を行うことができる。反射時は、プリズムシート１８は拡散作用を示してロスになるが、使用しているカラーフィルターが透過率の良い反射用のため、このロスを補うことが出来る。また、蛍光体１９は可視光域で拡散や着色がない事が望ましい。本実施例では無機蛍光体より透明な有機蛍光体を使用した。更らに、半導体ナノ粒子を分散したガラスでできた蛍光体を使用すると透明性が向上して反射ロスを低減できる。
【００３７】
本実施例では反射型のカラーフィルターとして図７の表に示す膜厚０．８μｍのカラーフィルターを使用している。その分光スペクトルを図７にＲ、Ｇ、Ｂで示す。また、蛍光体の発する蛍光光源のスペクトルも図７のＲ蛍光光源、Ｇ蛍光光源、Ｂ蛍光光源として示す。
【００３８】
反射時と透過時のＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を同じく図７の表に示す。図中、方式項目に従来技術と記載の条件は、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた２波長光源によるＮＴＳＣ比と透過率である。方式項目に３波長光源のみと記載の条件は、３波長型光源としてＲＧＢ−ＬＥＤを使用したＮＴＳＣ比と透過率である。方式項目にＲＧＢパターン蛍光体と記載の条件は、本実施例のＮＴＳＣ比と透過率である。図７で示した本実施例の効果は透過時のＮＴＳＣ比を格段に向上させている。
【００３９】
更に、図９に示す構成は、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を更に近づけた別の例の概略図である。第１の基板５とバックライト１６は同じで、蛍光体１９を第２の基板１２側に内設している。これに伴って、下偏光板１１は取り除かれ代わりに内面偏光板２１を下透明電極７の上に設けている。
【００４０】
蛍光体１９は下基板９の上にホトリソグラフィーによるパターニングで形成している。下基板９側に薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの素子が有る場合は、素子開口部に蛍光体１９をホトリソグラフィーによるパターニングで形成し、さらにその上に下透明電極７を形成する。
【００４１】
内面偏光板２１は分子結晶化薄膜偏光板であり、また、液晶の配向膜の機能も併せ持つものである。従って、液晶１７にはＴＮモードを使用して上透明電極４の上には通常の配向膜を使用している。内面偏光板２１を使用しない場合は液晶モードとして２色性色素を液晶に混入させたゲスト−ホストモードを使用しても良い。
【００４２】
このような構成では、蛍光体１９とカラーフィルター３の距離を２０μｍ以内に出来るので、蛍光体から発せられる蛍光発光はほとんど同じ色のカラーフィルターに入射するので、色の薄いカラーフィルターを使用しても透過時のカラーフィルターのＮＴＳＣ比は蛍光発光の光源の色が支配的となる。従って、色の薄い反射用カラーフィルターを用いても、透過時のＮＴＳＣ比を反射時のＮＴＳＣ比に近づけることが可能になる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による半透過型液晶表示装置によれば、従来技術の構成と比較して、透過時で使用するバックライトの光路と反射時で使用する外光の光路差によって生ずるカラーフィルターの彩度差と明度差を補償する補償構造を設けた事で、透過時と反射時の光路差によるによる透過率とＮＴＳＣ比の差を改善できる。そのため、反射時でも透過時でも色の濃い表示と明るさを両立した半透過型液晶表示装置を実現できる。これによって、民生品市場で半透過型液晶表示装置が多用されているパソコン、カメラ、携帯電話、時計をはじめとする電子機器分野で商品価値を高めることができる。
【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実施例２について説明する概略図である。
【図２】従来の技術におけるカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比の関係を示すグラフである。
【図３】従来の技術における２波長型光源の発光スペクトルと透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図４】本発明の半透過型液晶表示装置に使用される３波長型光源の発光スペクトルとカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図５】本発明の半透過型液晶表示装置に使用される３波長型光源の発光スペクトルと膜厚を薄くしたカラーフィルターの透過率とＮＴＳＣ比を示した図である。
【図６】本発明の半透過型液晶表示装置の実施例２に係わるカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を示す図である。
【図７】本発明の半透過型液晶表示装置の実施例３に係わるカラーフィルターでのＮＴＳＣ比と透過率の改善効果を示す図である。
【図８】本発明の半透過型液晶表示装置における実施例３の概略図である。
【図９】本発明の半透過型液晶表示装置の他の構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明の半透過型液晶表示装置における実施例１の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 上偏光板
２ 上基板
３ カラーフィルター
４ 上透明電極
５ 第１の基板
６ 色材層の無い領域
７ 下透明電極
８ 透明樹脂層
９ 下基板
１０ 反射領域
１１ 下偏光板
１２ 第２の基板
１３ 導光板
１４ 反射層
１５ 光源
１６ バックライト
１７ 液晶
１８ プリズムシート
１９ 蛍光体
２０ 支持基板
２１ 内面偏光板
２２ 液晶表示素子
Claims (6)
- 透明電極が形成された第１の基板と、前記透明電極と対向して画素を構成するための対向電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に設けられた液晶と、着色パターニングされたカラーフィルターとを有する液晶表示素子と、
光源と導光板と反射層とを有するバックライトを備え、
前記第１の基板側から入射した外光を前記反射層によって反射することで表示し、前記第２の基板側から入射したバックライトの光を透過させて表示する半透過型液晶表示装置であって、
前記光源が紫外線光源であり、前記カラーフィルターの着色に対応した色の蛍光体でパターン化された蛍光体層が前記カラーフィルターと前記導光板の間に設けられたことを特徴とする半透過型液晶表示装置。 - 前記蛍光体が有機蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記蛍光体層は、半導体ナノ粒子が分散されたガラスに設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記カラーフィルターが０．８μｍの厚みであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記蛍光体層と前記カラーフィルターの間にプリズムが設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半透過型液晶表示装置。
- 前記蛍光体層が前記第２の基板の表面と前記対向電極の間に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半透過型液晶表示装置。
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