JP4365498B2

JP4365498B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4365498B2
Application number: JP33441999A
Authority: JP
Inventors: 清輝黒木; 美津雄宮崎; 一行久長
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: JP2001154195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過膜を設けた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。さらに携帯情報端末においては、屋外・屋内の双方に使用できる半透過型液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
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る場合（反射モード）と、バックライトを内部照明として装着した透過型の装置として用いる場合（透過モード）があり、双方の機能を併せもたせるために、半透過膜を使用する技術が提示されている（特開平８−２９２４１３号参照）。
【０００４】
カラーフィルタを設けたカラー表示用の半透過型液晶表示装置を図３と図４により説明する。
【０００５】
図３は半透過型液晶表示装置１の概略断面図、図４は他の半透過型液晶表示装置２の概略断面図である。
【０００６】
最初に図３の半透過型液晶表示装置１の構成を述べる。
【０００７】
半透過型液晶表示装置１の主要部である液晶パネル３は２枚のガラス基板４、５を対向配置したものであって、ガラス基板４の外面上に位相差板と偏光板とを順次積み重ねている。また、ガラス基板５の外面上に位相差板と偏光板とを順次積み重ね、この偏光板上にバックライトを配設している。なお、バックライトの照射光については示すが、これら位相差板と偏光板は図示しない。
【０００８】
液晶パネル３については、セグメント側となるガラス基板４上には多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極６と、ＳｉＯ₂からなる絶縁層７と、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８とを順次形成している。
【０００９】
また、ガラス基板５の内面に半透過膜９を形成している。この半透過膜９は光透過性と光反射性の双方の特性を具備している。
【００１０】
さらにカラーフィルタをなす着色部１０を形成し、その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層１１と、ＩＴＯからなる透明電極１２とを形成している。この透明電極１２は上記透明電極６と直交している。しかも、透明電極１２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１３を形成している。
【００１１】
そして、ガラス基板４、５を２００〜２７０°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１４を介してシール剤１５により貼り合わせる。液晶層１４にはスペーサ１６を多数個配している。
【００１２】
かくして上記構成の液晶表示装置１を反射モードにて用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板と位相差板と液晶パネル３とを順次通過し、さらに半透過膜９でもって反射され、その反射光が液晶パネル３を通過し、位相差板と偏光板とを通過し、輝度が得られる。
【００１３】
また、液晶表示装置１を透過モードにて用いた場合には、バックライトの照射光が偏光板と位相差板と半透過膜９とを順次通過し、液晶パネル３を通って位相差板と偏光板とを順次通過し、これによって反射型にて使用したパネルを、そのままで透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも色表示ができた。
【００１４】
他方の図４に示す半透過型液晶表示装置２の液晶パネル３ａにおいては、前記液晶パネル３の構成に比べて一部変更している。なお、図４の半透過型液晶表示装置２の各部材について、図３と同一箇所には同一符号を付す。
【００１５】
すなわち、前記半透過型液晶表示装置１の液晶パネル３では、各画素をカラーフィルタをなす着色部１０だけで形成しているが、これに代えて液晶パネル３ａにおいては、各着色部１０の隣接部分にブラックマトリックス１７を形成している。このブラックマトリックス１７はクロム金属もしくは感光性レジストにより形成している。
【００１６】
上記のような構成の液晶表示装置２についても、反射モードでは太陽光、蛍光灯などの照射光が偏光板と位相差板と液晶パネル３ａとを順次通過し、さらにブラックマトリックス１７にて各画素の領域範囲が規制されながら半透過膜９に到り、半透過膜９にて反射され、その反射光が液晶パネル２を通過し、位相差板と偏光板とを通過し、輝度が得られる。一方、透過モードの場合には、バックライトの照射光が偏光板と位相差板と半透過膜９とを順次通過し、さらにブラックマトリックス１７にて各画素の領域範囲が規制されながら液晶パネル３ａを通って位相差板と偏光板とを順次通過し、これによって反射モードにて使用したパネルを、そのままで透過モードにも使用することができた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の各液晶表示装置１、２については、つぎのような課題がある。
【００１８】
液晶表示装置１については、カラーフィルタをなす着色部１０を各画素ごとに形成していることで、反射モードの場合、このカラーフィルタにてなんら光が遮断されなくなることで、見かけ上反射率が高くなるが、その反面、透過モードの場合にはコントラスト比が顕著に低下するという課題があった。
【００１９】
一方、液晶表示装置２においては、カラーフィルタに対しブラックマトリックス１７を形成したことで、反射モードおよび透過モードともにコントラスト比が高くなるが、その反面、各画素の開口率が低下し、これによって、とくに反射モードにて輝度（反射率）が顕著に低下していた。
【００２０】
したがって本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は反射モードにて反射率を高めることで、より明るい輝度の表示を得て、また、透過モードでは高いコントラスト比が得られ、これによって反射型および透過型の両機能を満足し得る程度にまで高め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。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、半透過膜と、該半透過膜の上に設けられる透明電極とを有する一方透明基板と、前記一方透明基板と対向して配置され、透明電極を有する他方透明基板と、前記一方透明基板および他方透明基板間に配置されるカラーフィルタおよび液晶層と、を有し、前記一方透明基板の透明電極と前記他方透明基板の透明電極とが対向する部位を画素とする、液晶表示装置であって、前記画素の外周に沿って設けられ、かつ断面視して前記半透過膜と前記一方透明基板との間で前記カラーフィルタと異なる高さ位置に配置される遮光部材をさらに有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液晶表示装置を図１と図２ならびに図５により説明する。なお、図３および図４に示す液晶表示装置１、２と同一箇所には同一符号を付す。
【００２３】
例１
図１は液晶表示装置１８の断面図であり、図２は液晶表示装置１８の要部拡大断面図である。
【００２４】
図１において、液晶パネル１９の一方主面上にポリカーボネイトなどからなる位相差板２０とヨウ素系の偏光板２１とを順次積み重ね、他方主面上にポリカーボネイトなどからなる位相差板２２とヨウ素系の偏光板２３とを順次積み重ねる。これらはアクリル系の材料からなる粘着材を用いて貼り付ける。さらに偏光板２３上にバックライト２４を配設している。
【００２５】
また、図２に示す液晶パネル１９においては、４、５はそれぞれ前記透明基板であるセグメント側のガラス基板およびコモン側のガラス基板であって、ガラス基板４上には多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極６と、ＳｉＯ₂等からなる絶縁層７と、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８とを順次形成している。
【００２６】
また、ガラス基板５の内面に前記遮光膜であるブラックマトリックス２５を形成し、ブラックマトリックス２５上にＳｉＯ₂や樹脂からなるオーバーコート層２６を被覆し、オーバーコート層２６の上に半透過膜９とカラーフィルタをなす着色部１０とを形成している。
【００２７】
各着色部１０は画素ごとに配し、さらに各着色部１０の周辺領域を規定するようにブラックマトリックス２５には光通過孔が多く形成され、各光通過孔がそれぞれ画素に対応する。このブラックマトリックス２５はアルミニウムやクロムなどの金属からなる薄膜もしくは感光性レジストにて形成する。なお、本例では前記遮光膜をマトリックス状に形成したが、これに代えてストライプ状に形成してもよい。
【００２８】
このように双方が一対に対応するブラックマトリックス２５の光通過孔と着色部１０は、それぞれ所定の部位に精度よく配置する。そのためにはブラックマトリックス２５を成膜形成した際に、アライメントマーカをガラス基板（実際には、たとえば３００×３６０ｍｍのマザーガラスを使用することで、一度に複数の液晶表示装置１８を作製できる）上に形成することで、その後の着色部１０を形成するに当たり、露光マスクを精度よく配置することができ、これによって高い精度でもって着色部１０を配列形成することができる。
【００２９】
半透過膜９は光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも、２枚の偏光板の間に挟んだ時に位相差を生じないようにする。また、半透過膜９は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよい。散乱性を有する半透過膜９は樹脂によって凹凸形状となし、その上に半透過膜を形成することで得られる。
【００３０】
上記カラーフィルタである着色部１０は顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料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いる。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、緑、青に着色した着色部１０である。
【００３１】
その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層１１と、ＩＴＯからなる透明電極１２とを形成している。この透明電極１２は上記透明電極６と直交している。しかも、透明電極１２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１３を形成している。なお、透明電極１２と配向膜１３との間にＳｉＯ₂等からなる絶縁層を設けてもよい。
【００３２】
上記のように形成した各ガラス基板４、５をたとえば２００〜２７０°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１４を介してシール剤１５により貼り合わせる。さらに両ガラス基板４、５間には液晶層１４の厚みを一定にするためにスペーサ１６を多数個配している。なお、本例では絶縁層７、オーバーコート層１１を設けているが、それを設けなくてもよい。
【００３３】
かくして上記構成の液晶表示装置１８を反射型として用いた場合（反射モード）には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板２１と位相差板２０と液晶パネル１９とを順次通過するが、液晶パネル１９の内部に入射された光はカラーフィルタである着色部１０を透過しても、ブラックマトリックス２５にて光の通過が規制されないで、半透過膜９に至り、そして、半透過膜９にて反射され、そして、液晶パネル１９を通過し、位相差板２０と偏光板２１とを通過して光出射される。
【００３４】
このように反射モードでは、ブラックマトリックス２５にて光の通過が規制されないことで、図３に示す液晶表示装置１と同程度にまで高い反射率およびコントラスト比を得ることができる。
【００３５】
一方、液晶表示装置１８を透過モードにした場合には、バックライト２４の照射光が偏光板２３と位相差板２２と、さらに液晶パネル１９のガラス基板５とを順次通過し、つづけてブラックマトリックス２５にて光の通過が規制されながら半透過膜９を通過し、カラーフィルタである着色部１０を透過し、そして、液晶パネル１９を通過し、位相差板２０と偏光板２１とを通過して光出射される。
【００３６】
このような透過モードにおいては、図４に示す液晶表示装置２と同程度にまで高い透過率およびコントラスト比を得ることができる。
【００３７】
以上のとおり、本発明の液晶表示装置１８においては、反射モードに優れた、すなわち高い反射率が得られる従来の液晶表示装置１と、透過モードにおいて優れたコントラストが得られる従来の液晶表示装置２との双方の特長を、兼ねそなえたことで、反射モードでは、とくに反射率を高めることで、より明るい輝度の表示が得られ、透過モードでは高いコントラストが得られ、これによって反射モードおよび透過モードの両機能を満足し得る程度にまで高めることができ、反射モードにて使用したパネルを、そのままの条件で透過モードにも使用することができ、反射モードもしくは透過モードのいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた。
【００３８】
しかも、本発明の液晶表示装置１８によれば、ブラックマトリックス２５の製造条件にマージンをもたせることができる。
【００３９】
すなわち、液晶表示装置２において開口率を大きくして高い反射率を得るためには、ブラックマトリックス１７の線幅を狭くする必要があるが、この線幅がばらつき、太くなってしまった場合、開口率が低下し、反射率が低下するという課題があったが、これに対し本発明の液晶表示装置１８の反射モードでは太陽光、蛍光灯などの照射光がブラックマトリックス２５にて規制されないで半透過膜９にて反射されるために、ブラックマトリックスの線幅がばらついても反射モードで高い反射率を得ることができる。
【００４０】
加えて、このようにガラス基板５の内面上に半透過膜９を形成すると、反射モードにて使用してもガラス基板５を通過しなくなり、これにより、ガラス基板５に起因して表示が二重に見えるという現象が生じなくなる。さらには入射光と反射光が同じ画素を通過することで、明るさや色純度の低下が防止される。
【００４１】
〔半透過膜９の構成例〕
半透過膜９は、たとえばアルミニウムやクロム、ＳＵＳ系、Ａｇなどの金属薄膜にするが、膜厚が大きくなると、光透過性が小さくなり、光反射性が大きくなる。このような金属薄膜の厚みは金属の種類により光の吸収係数が異なり、しかも、反射モードおよび透過モードという双方の用途のうち、いずれの用途に対し性能の向上を求めるかによっても規定されるが、通常、５０〜５００Å、好適には１００〜４００Åにするとよい。これによって反射率３０〜７０％、透過率５〜５０％という半透過型液晶表示装置としての特性が得られる。
【００４２】
たとえば、半透過膜９を膜厚２５０Åのアルミニウム金属薄膜により形成した場合、反射率が６５％、透過率が１５％となる。
【００４３】
上記半透過膜９については、金属薄膜に代えて、誘電体ハーフミラーにより形成してもよい。すなわち図５に示すように低屈折率層および高屈折率層とを交互に順次積層した積層構造にしてもよく、これによって液晶１１を通して入射した光の一部は高屈折率層にて反射され、その他の高屈折率層を透過した光は低屈折率層にて反射され、そして、これら反射光が干渉され、反射性能が著しく高められ、いわゆる増反射が生じる。
【００４４】
上記のような高屈折率層と低屈折率層とはその間にて屈折率差があれば、どのような材料でもって構成してもよいが、たとえば高屈折率層の屈折率の範囲は２．０〜２．８がよく、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂などで構成するとよい。これに対する低屈折率層の屈折率の範囲は１．３〜１．６がよく、たとえばＳｉＯ₂、ＡｌＦ₃、ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂などで構成するとよい。
【００４５】
高屈折率層の厚み範囲は２５〜２０００Å、低屈折率層の厚み範囲は２５〜２０００Åにすることで、前述した増反射がもっとも顕著になる。これらを積層し、半透過膜９の厚み範囲を５０〜１４０００Åにすることで、この増反射が顕著になる。
【００４６】
また、半透過膜９は高屈折率層と低屈折率層とを交互に順次積層した積層構造にしたことで、各層の総数は２層、４層、６層、８層１０層あるいはそれ以上の層数にて構成する。
【００４７】
さらにまた、このような積層構造の場合には、積層数を変えることで、反射率や透過率を所要とおりに設定することができ、その設計が容易になる。
【００４８】
たとえば、ＳｉＯ₂からなる低屈折率層（２００〜１５００Å）とＴｉＯ₂からなる高屈折率層（２００〜１０００Å）とを交互に順次積層し、その総数を１６層にした積層構造の場合には、反射率が７５％、透過率が２５％となる。
【００４９】
例２
本例においては、液晶表示装置１８に対し、さらに液晶パネル１９の主面（ガラス基板４）と位相差板２０との間の光散乱性の板状体を形成してもよい。この光散乱性の板状体にはたとえば大日本印刷（珠）製のＩＤＳ(Internal Diffusing Sheet)の光散乱膜があり、樹脂中にビーズ等を含有させたものである。その他に平板の表面に光散乱性の凹凸を設けてもよい。
【００５０】
このような光散乱膜を液晶パネル１９と位相差板２０との間に設けることで、反射モードとして用いた場合、半透過膜９でもって反射された反射光は光散乱膜でもって正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、画像表示の認識領域が広くなった。
【００５１】
【実施例】
本発明の液晶表示装置１８を反射モードに使用した場合の反射率およびコントラストを、さらに透過型に使用した場合の透過率およびコントラストを測定したところ、表１に示すような結果が得られた。ただし、いずれも液晶パネル１９と位相差板２０との間に光散乱膜を形成している。
【００５２】
半透過膜９をなす低屈折率層ａはＳｉＯ₂にて構成し、その厚みを２００〜１５００Åに、高屈折率層ｂはＴｉＯ₂にて構成し、その厚みを２００〜１０００Åにした。これらが全体で１６層からなり、その厚みを１２０００Åにした。
【００５３】
比較例として図３に示す液晶表示装置１と、図４に示す液晶表示装置２にて、半透過膜の配置構成を除き、その他を同じ構成にした。
【００５４】
反射率と透過率を測定するための輝度の測定にはミノルタ製ＣＳ−１００を使用し、透過型の場合には一定輝度を有する同一のバックライトを使用し、反射モードの場合には同一光源を液晶パネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの輝度を、表示面に対する法線方向で測定した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
表１の結果から明らかなとおり、本発明の液晶表示装置１８によれば、反射モードでは反射率が顕著に大きくなり、より明るい輝度の表示が得られ、透過モードでは高いコントラスト比が得られた。
【００５７】
また、光散乱膜を設けない液晶表示装置１８に対し、同様に透過型と反射型とに使用して、それぞれの輝度を測定したところ、透過モードの場合には表１に示す結果とまったく同じになったが、反射モードの場合には光散乱膜がないことで、正反射方向以外に光が散乱される効果がなくなり、若干、法線方向の輝度（反射率）が低下した。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。たとえば、上記の実施形態においては、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、そのほかに双安定型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の液晶表示装置によれば、透明電極と配向層とを順次積層してなる一方透明基板と、半透過膜と透明電極と配向層とを順次積層してなる他方透明基板との間にネマチック型液晶を介在させて、双方の透明電極が交差する部位を画素となした液晶パネルを有する装置構成に対し、他方透明基板における半透過膜と透明電極との間に各画素ごとに着色部を配列し、かつ他方透明基板と半透過膜との間に着色部の周辺領域を規定する遮光膜を配設したことで、反射モードでは、とくに反射率を高めることで、より明るい輝度の表示が得られ、透過モードでは高いコントラストが得られ、これによって反射モードおよび透過モードの両機能を満足し得る程度にまで高めることができ、その結果、反射モードもしくは透過モードのいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた高性能な半透過型液晶表示装置が提供できた。
【００６０】
また、本発明によれば、反射モードにて、高い反射率が得られたことで、製造条件にマージンをもたせることができ、これにより、製造歩留りを高くすることができ、その結果、低コストな半透過型液晶表示装置が提供できた。
【００６１】
しかも、本発明においては、液晶パネルの一方主面と位相差板との間、もしくは液晶パネルの一方透明基板と位相差板との間に光散乱性の板状体を介在したことで、半透過膜による反射光は正反射方向以外の方向での光反射が多くなり、これによって画像表示の視野角が大きくなり、画像表示の認識領域が広くなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の断面概略図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の他の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置に係る半透過膜の断面概略図である。
【符号の説明】
１、２、１８半透過型液晶表示装置
３、３ａ、１９液晶パネル
４、５ガラス基板
６、１２透明電極
８、１３配向膜
９半透過膜
１０着色部
１４液晶層
１５シール剤
１７、２５ブラックマトリックス
２０、２２位相差板
２１、２３偏光板
２４バックライト

Claims

半透過膜と、
該半透過膜の上に設けられる透明電極とを有する一方透明基板と、
前記一方透明基板と対向して配置され、透明電極を有する他方透明基板と、
前記一方透明基板および他方透明基板間に配置されるカラーフィルタおよび液晶層と、を有し、
前記一方透明基板の透明電極と前記他方透明基板の透明電極とが対向する部位を画素とする、液晶表示装置であって、
前記画素の外周に沿って設けられ、かつ断面視して前記半透過膜と前記一方透明基板との間で前記カラーフィルタと異なる高さ位置に配置される遮光部材をさらに有する液晶表示装置。
前記遮光部材は、前記画素の外周に沿って取り囲むように設けられている、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記半透過膜は、低屈折率層と高屈折率層とを含む積層体からなる、請求項１また２は記載の液晶表示装置。