JP4127654B2 - 半透過型液晶貼り合せ体および半透過型液晶表示装置 - Google Patents
半透過型液晶貼り合せ体および半透過型液晶表示装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は反射モードと透過モードの双方に用いられるカラー表示用の半透過型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。さらにバックライトを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されており、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。
【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が提案されている(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した半透過型液晶表示装置が提案されている(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が提案されている(特許文献4と特許文献5参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平8−292413号
【特許文献2】
特開平7−318929号
【特許文献3】
特許第2878231号
【特許文献4】
特開2000-298271号
【特許文献5】
特開2001-166289号
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献3などのように光透過用ホール等を画素内に形成した場合、ホール部分は透過モードのみ,ホール以外の部分は反射モードのみにしか利用できず、それぞれのモードに対し画素を有効に使用することができなかった。
【0010】
また、特許文献4と特許文献5によれば、カラーフィルターをそれぞれの膜厚を変える必要があるため、表面の平坦性の問題などが未だ満足し得る程度にまで解消されていなかった。
【0011】
さらにまた、半透過型液晶表示装置において、そのパネルの外側に光散乱層を用いることで光散乱機能を具備させた技術があるが、このような構成の装置によれば、つぎのような課題がある。
【0012】
すなわち、ガラス基板1とガラス基板2に挟まれた部分によって構成される液晶表示セルよりも外側に光散乱層を形成することで、主に反射モード時に利用する外部光線が、その光散乱材の表面でもって表面反射を起こし、これにより、光利用効率の低下ならびに液晶表示のコントラスト低下を引き起こす要因となっていた。
【0013】
したがって、本発明の目的は透過モードと反射モードの双方に対し、それぞれ有効になるような構造にした高性能な半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【0014】
また、本発明の他の目的は光利用効率や液晶表示のコントラストを向上させた高性能な半透過型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】
本発明に係る半透過型液晶貼り合せ体は、透明基板上に、光反射膜、透明電極、および配向膜を有する一方部材と、透明基板上に、カラーフィルター、透明電極、および配向膜を有する他方部材と、前記一方部材と前記他方部材との間に介在する液晶層と、を備え、前記一方部材における前記透明電極および前記他方部材における前記透明電極を含んで構成される複数の画素をマトリクス状に配列してなるものであって、前記光反射膜は、前記複数の画素に対応する領域に光透過部を有し、前記カラーフィルターは、光散乱粒子を含む第1カラーフィルターと光散乱粒子を含まない第2カラーフィルターとを有し、前記光透過部に対応する平面視領域において、前記第1カラーフィルターが存在する第1部位と前記第2カラーフィルターのみが存在する第2部位とを有することを特徴とする。本半透過型液晶貼り合せ体における前記第1部位では、前記第1カラーフィルターと前記第2カラーフィルターとが積層されているのが好ましい。本半透過型液晶貼り合せ体において前記光散乱粒子は球状の透明粒子であるのが好ましい。本半透過型液晶貼り合せ体において前記第1カラーフィルターは、前記光散乱粒子が分散される着色樹脂を有しており、前記光散乱粒子がシリカにより構成される場合において、前記着色樹脂は、比重が1.02以上1.16以下のアクリル系樹脂であるのが好ましい。本半透過型液晶貼り合せ体において前記液晶層は、その厚さが前記複数の画素の各画素間に対応する領域においてその他の領域より大きいのが好ましい。
【0016】
本発明に係る半透過型液晶表示装置は、上述の本発明に係る半透過型液晶貼り合せ体と、前記一方部材の外面側に位置する光源と、を備えることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、STN型液晶表示装置を例にして図面にて詳述する。
図1は半透過型液晶表示装置Aの断面図である。
【0018】
この半透過型液晶表示装置Aによれば、1はコモン側のガラス基板、2はセグメント側のガラス基板であって、はじめに一方部材(セグメント側)の構成を述べる。
【0019】
ガラス基板2上に多数平行に配列したITOからなる前記透明電極であるストライプ状透明電極群3を形成し、この透明電極群3上に前記光反射膜であるCr膜4とAl膜5との積層からなるストライプ状光反射性金属層を被着する。
【0020】
このストライプ状光反射性金属層は、図3に示す如く、スパッタリングにより一様に成膜したCr膜4、Al膜5をフォトリソグラフィ工程によって、画素間および光透過部をパターニングして取り除くことにより得られる。
【0021】
図3によれば、セグメント側ガラス基板2(同図にてGlassと表示する)上に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(セグメント電極)をフォトリソグラフィによって形成する。この工程は、従来周知のとおりであり、同図にて「レジスト塗布」、「露光、現像」、「ITOエッチング」、「レジスト剥離」として示す。
【0022】
ついでスパッタリングによりCr膜(350Å)、Al膜(1000Å)を一様に成膜し、フォトリソグラフィによって画素間および光透過部を同時にパターニングして取り除くことで、光透過部を設けた光反射性金属層とした。これらの工程は図3に示すとおり、「Cr、Al成膜」、「レジスト塗布」、「露光、現像」、「Al,Crエッチング」、「レジスト剥離」として示す。
【0023】
なお、Cr膜4はITO層とAl膜との接着性を高めるために介在させる。
【0024】
上記の如く光透過部を設けた光反射性金属層については、Cr層とAl層との積層構造を設けたが、この積層構造に代えて、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良い。
【0025】
以上のように、ストライプ状光反射性金属層に対しフォトリソグラフィ工程によって、スリット状の光透過部をパターニングする。
【0026】
また、上記のような構成の光反射性金属層によれば、ITOからなるストライプ状透明電極群3上にCr膜4とAl膜5との積層からなるストライプ状光反射性金属層を被着し、さらに光透過部はその金属層を取り除くことで形成したことで、光透過部の形成部位には透明電極層が存在している。したがって、ストライプ状透明電極群3とCr膜4・Al膜5のストライプ状光反射性金属層との組み合わせ全体でもって電極機能を果たす。
【0027】
そして、これらストライプ状の透明電極群3と光反射性金属層の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6を形成している。
【0028】
一方の他方部材(コモン側)を述べると、ガラス基板1の上には透明微粒子を分散したカラーフィルター7aと通常の(透明微粒子を分散していない)カラーフィルター7bとを組み合わせた構造である。
【0029】
これらカラーフィルターの形成は、次のように行う。
まず、前記光散乱粒子である透明微粒子を分散したカラーフィルター7aをガラス基板1の上に形成する。
【0030】
このような微粒子には、たとえばアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、酸化チタン等のセラミックス粒子、あるいはシリカ粒子、樹脂粒子を用いることができる。透明微粒子の形状は、球形、フットボール状、柱状、針状等のさまざまな形状、あるいは不定形でもよい。
【0031】
透明微粒子としては、とくに球状の透明微粒子(2μm径、SiO2系樹脂)がカラーフィルター樹脂への微粒子の分散性および光散乱性という点で好適である。かかる光散乱微粒子は、アルミナ,酸化チタン等のセラミックス粒子あるいは樹脂粒子(積水化学社製「ミクロパール」等),シリカ粒子等の透明材料により構成し、それを含む透明樹脂については、双方間にて屈折率に差ももたせるとよく、これにより、カラーフィルター7aに入った入射光は着色樹脂と光散乱微粒子の界面で屈折を生じ、光散乱が生じるという点でよい。
【0032】
たとえば、光散乱微粒子をシリカにより成した場合には、着色樹脂をアクリル系樹脂,ポリイミド系樹脂,シリコーン系樹脂により成すとよいが、就中、アクリル系樹脂を用いて、その比重を1.02〜1.16にした場合、表面平坦性が良好になるという点でよい。
【0033】
上記透明微粒子を均一に分散したカラーフィルター樹脂を、従来より知られているフォトリソグラフィ技術を用いてR(赤)、G(緑),B(青)に対応して、それぞれ形成し、カラーフィルター7aとする。
【0034】
このようなカラーフィルター7aについては、半透過型液晶表示装置Aの光透過部および光反射部の双方に対応して形成するとよく、光反射膜で反射しカラーフィルター7aに入射する光線を散乱させ、反射モードにおいて鏡面的な表示を緩和させるという点で好適である。
【0035】
以上のごとく、透明微粒子を分散したカラーフィルター7aを形成したことで、光散乱機能が付与される。
【0036】
次にカラーフィルター7bとして、上記透明微粒子を分散していないカラーフィルター樹脂を、従来周知の技術でもってフォトリソグラフィ技術によりR(赤)、G(緑),B(青)に対応して、それぞれ形成し、カラーフィルター7bとする。
【0037】
このようなカラーフィルター7bについては、半透過型液晶表示装置Aの光透過部に対応する部分に形成するが、これにより、カラーフィルター7aのみでは透過モード時に液晶表示の色調が淡くなってしまうことを補完する点で望ましい。
【0038】
そして、これらカラーフィルター7aとカラーフィルター7bの上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層8と、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9とを順次形成し、さらにストライプ状透明電極群9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10を形成している。
【0039】
ついで、これらガラス基板2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11を介して、双方のストライプ状透明電極群3、9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、2間には液晶層11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。
【0040】
さらにガラス基板1の外側にポリカーボネートからなる第1位相差板12、第2位相差板13、ヨウ素系の偏光板14とを順次積み重ね、ガラス基板2の外側にポリカーボネートからなる第3位相差板15、ヨウ素系の偏光板16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。
【0041】
そして、一方部材の外面側にバックライトなどの光源を配する。
【0042】
かくして本発明の半透過型液晶表示装置Aによれば、光反射性金属層に対しスリット形状の光透過部を設けたことで、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している。
【0043】
(比較例)
つぎに比較例の半透過型液晶表示装置Bを述べる。図2はこの装置Bの概略断面図である。なお、図1に示す半透過型液晶表示装置Aと同一箇所には同一符号を付す。
【0044】
半透過型液晶表示装置Bによれば、ガラス基板2上に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3を形成し、この透明電極群3上にCr膜4とAl膜5との積層からなるストライプ状光反射性金属層を被着する。
【0045】
このストライプ状光反射性金属層は、前述したごとく、図3に示す工程を経る。すなわち、スパッタリングにより一様に成膜したCr膜4、Al膜5をフォトリソグラフィ工程によって、画素間および光透過部をパターニングして取り除くことにより得られる。
【0046】
そして、ストライプ状の透明電極群3と光反射性金属層の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6を形成している。
【0047】
一方、ガラス基板1の上にはカラーフィルター7とアクリル系樹脂からなるオーバーコート層8と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9とを順次形成し、さらにストライプ状透明電極群9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10を形成している。
【0048】
また、これらガラス基板2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11を介して、双方のストライプ状透明電極群3、9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。
【0049】
さらにガラス基板1の外側に光散乱材からなる光散乱層12、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2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。
【0050】
このような半透過型液晶表示装置Bによれば、前述した半透過型液晶表示装置Aのごとく、光反射性金属層に対しスリット形状の光透過部を設けたことで、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している。
【0051】
しかしながら、かかる半透過型液晶表示装置Bによれば、ガラス基板1の外側に光散乱材からなる光散乱層12を用いたことで、光散乱機能を持たせたが、その反面、主に反射モード時に利用する外部光線が光散乱材表面で表面反射を起こすことで、光利用効率の低下および液晶表示のコントラスト低下を引き起こしていた。
【0052】
これに対し、本発明の半透過型液晶表示装置Aによれば、透明微粒子を分散したカラーフィルター7aを形成したことで、光線を散乱させるための光散乱材をガラス基板外側に設置しなくてもよく、光散乱材での表面反射をなくすことができ、その結果、反射モード時のコントラストが向上する。
【0053】
しかも、さらに透明微粒子を分散していないカラーフィルター7bを光透過部に対応する部分に形成したことで、カラーフィルター7aのみでは透過モード時に液晶表示の色調が淡くなってしまうことを補完し、透過モードと反射モードの双方に対し、最適な特性が得られるような高性能な半透過型液晶表示装置が得られた。
【0054】
叙上のごとく、基板の一主面上に透明導電層と光反射性金属層との積層体をストライプ状に配列してなるストライプ状積層電極群を形成し、ストライプ状積層電極群上に配向層を積層してなる一方部材と、透明基板上にストライプ状透明電極群と配向層とを順次積層してなる他方部材とを、これらストライプ状積層電極群とストライプ状透明電極群とが交差するようスーパーツイステッドネマチック液晶を介して貼り合わせて、画素をマトリクス状に配列せしめるとともに、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透過モードとなし、それ以外の部分(光反射部)を反射モードとなし、さらに一方部材に対し画素に対応するカラーフィルターを配する際に、透明微粒子を分散したカラーフィルターを配することによって、光散乱機能を持たせるようにし、さらに上記光透過部に対応する部分には通常の(透明微粒子を分散していない)カラーフィルターを積層することで光透過部の色純度の低下を防ぐことができた。
【0055】
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、上記によれば、カラーフィルター7aを形成し、その後にカラーフィルター7bを形成したが、これに代えて、さきにカラーフィルター7bを形成し、その後にカラーフィルター7aを形成して、その順序を逆にしてもよい。
【0056】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の半透過型液晶表示装置によれば、光反射性金属層に対し画素の端部に対応して光透過部を設けて、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、さらに他方部材に対し画素に対応してカラーフィルターを配する際に、透明微粒子を分散したカラーフィルターを配したことで光散乱機能をもたせ、従来、液晶表示セル外部に設けていた光散乱機能を液晶表示セル内部に設けることができ、その結果、外部光線の利用効率を向上させ、液晶表示時のコントラストを向上させることができた。
【0057】
また、本発明によれば、上記光透過部に対応する部分には、透明微粒子を分散していないカラーフィルターをさらに積層したことで、光透過部の色純度の低下を防ぐことができた。
【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図である。
【図2】従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。
【図3】本発明の半透過型液晶表示装置における一方部材(セグメント側)を作製する工程図である。
【符号の説明】
1、2・・・ガラス基板
3・・・ストライプ状透明電極群
4・・・Cr膜
5・・・Al膜
6、10・・・配向膜
7a・・・透明微粒子を分散したカラーフィルター
7b・・・透明微粒子を分散しないカラーフィルター
8・・・オーバーコート層
9・・・ストライプ状透明電極群
11・・・液晶層
Claims (6)
- 透明基板上に、光反射膜、透明電極、および配向膜を有する一方部材と、透明基板上に、カラーフィルター、透明電極、および配向膜を有する他方部材と、前記一方部材と前記他方部材との間に介在する液晶層と、を備え、前記一方部材における前記透明電極および前記他方部材における前記透明電極を含んで構成される複数の画素をマトリクス状に配列してなる半透過型液晶貼り合せ体であって、
前記光反射膜は、前記複数の画素に対応する領域に光透過部を有し、
前記カラーフィルターは、光散乱粒子を含む第1カラーフィルターと光散乱粒子を含まない第2カラーフィルターとを有し、前記光透過部に対応する平面視領域において、前記第1カラーフィルターが存在する第1部位と前記第2カラーフィルターのみが存在する第2部位とを有することを特徴とする、半透過型液晶貼り合せ体。 - 前記第1部位では、前記第1カラーフィルターと前記第2カラーフィルターとが積層されている、請求項1に記載の半透過型液晶貼り合せ体。
- 前記光散乱粒子は球状の透明粒子である、請求項1または2に記載の半透過型液晶貼り合せ体。
- 前記第1カラーフィルターは、前記光散乱粒子が分散される着色樹脂を有しており、
前記光散乱粒子がシリカにより構成される場合において、前記着色樹脂は、比重が1.02以上1.16以下のアクリル系樹脂である、請求項1から3のいずれかに記載の半透過型液晶貼り合せ体。 - 前記液晶層は、その厚さが前記複数の画素の各画素間に対応する領域においてその他の領域より大きい、請求項1から4のいずれかに記載の半透過型液晶貼り合せ体。
- 請求項1から5のいずれかに記載の半透過型液晶貼り合せ体と、前記一方部材の外面側に位置する光源と、を備えることを特徴とする、半透過型液晶表示装置。
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