JP4604511B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の液晶封入側表面(以下、内面という)に光反射膜を設置した反射型液晶表示装置に関するものである。

反射型液晶表示装置には、光反射膜を表示の観察側である前側基板とは反対側の後側基板の内面に設置した内面反射型のものと後側基板の外面に設置した外面反射型のものがある。

外面反射型液晶表示装置は、製造が容易であるが、厚さが他の部材に比べて格段に厚い２枚の基板を光が透過するため、基板の厚さに起因する視差による画像ボケが発生して表示品質が低下するという欠点を備えている。

これに対して、内面反射型液晶表示装置は、特許文献１にも示されるように、光は１枚の前側基板を透過するだけであるから、視差による画像ボケは顕著に解消される。しかし、外光を光源として表示を行う反射型液晶表示装置は、光源として彩色光を用いることが可能な透過型液晶表示装置に比べて、表示が単調で地味になりがちであるため、用途が限られてしまうという欠点がある
特開２００２−２１４６００号公報

本発明の課題は、用途に応じて多様な表示を可能とする内面反射型液晶表示装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の液晶表示装置は、液晶層に入射してきた外光を反射層で内面反射させて複数の表示画素により画像を表示する内面反射型の液晶表示装置であって、前記反射層と前記液晶層との間の層としてカラーフィルタが形成され、前記反射層は、所定の領域にわたってベタ状に形成された第１の反射膜と、前記第１の反射膜の上層側に形成され反射特性が前記第１の反射膜とは異なる第２の反射膜と、を有し、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間の層として耐酸性膜が形成され、前記カラーフィルタは、前記第２の反射膜と重なる領域の厚さが前記第２の反射膜と重ならない領域よりも薄く形成され、前記第１の反射膜と重なる領域に前記第２の反射膜が予め定めた模様の形状に形成されて、前記模様が背景として視認可能に形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の第２の態様の液晶表示装置は、液晶層に入射してきた外光を反射層で内面反射させて複数の表示画素により画像を表示する内面反射型の液晶表示装置であって、前記反射層は、第１の反射膜と、反射特性が前記第１の反射膜とは異なるとともに前記第１の反射膜と同一の層として形成された第２の反射膜と、を有し、前記第１の反射膜が予め定めた模様の形状に形成されるとともに前記第２の反射膜が前記模様のネガ形状に形成されて、前記模様が背景として視認可能に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置によれば、用途に応じて多様な表示を可能とすることができる。

本発明の液晶表示装置においては、光反射膜の表面に複数の色要素からなり表面が実質的に平坦なカラーフィルタ層が積層されていることが好ましく、これにより、変化に富んだ多様なカラー表示が得られる。そして、この場合、光反射膜の表面を凹凸面とすることが好ましく、これにより、光反射膜の凹部と凸部とでは反射させる光のカラーフィルタを透過する距離が異なるために同じ色の色要素を透過した光であっても反射光の色相が微妙に相違し、カラー表示がより多様なものとなる。

また、本発明の液晶表示装置においては、光反射膜は互いに光反射率が異なる少なくとも２種類の光反射エリアが並設されたものであることが好ましく、これにより、輝度の高低からなる所望の背景模様を備えた反射表示が得られる。

さらに、本発明の液晶表示装置においては、光反射膜は光の入射角に対する反射角が互いに異なる少なくとも２種類の光反射エリアが並設されたものであることが好ましく、これにより、視角により輝度の高低からなる背景模様が変化する反射表示が得られる。

またさらに、本発明の液晶表示装置においては、光反射膜は互いに反射光の色味が異なる少なくとも２種類の光反射エリアが並設されたものであることが好ましく、これにより反射光の色味の相違からなる背景模様を備えた特異な反射表示が得られる。

さらにまた、本発明の液晶表示装置においては、膜厚が一定の第１の反射膜上に第２の反射膜を点在状態に積層してもよく、この場合、第１の反射膜と第２の反射膜として、互いに反射率、反射角、或いは色味が異なる反射膜を設置することが好ましく、これにより、同じ色でも輝度や視角特性或いは色味が異なる多様な背景模様を備えた反射表示が得られる。

加えて、本発明の液晶表示装置においては、光反射膜は膜厚が一定の反射膜上に光透過性膜を点在状態に配設したものであることが好ましく、これにより、輝度及び視角特性の双方の相違により形成される背景模様を備えた反射表示が得られる。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態としての単純マトリクス式反射型液晶表示装置を示す模式的断面図である。

図１において、一対のガラス基板１、２が枠状に配置されたシール材(不図示)を介し所定の間隙を保って接合されている。これら一対のガラス基板１、２間には、液晶Ｌｃが封入されている。

一対のガラス基板１、２のうちの表示を観察する前側に位置するガラス基板(以下、前側ガラス基板という)１の内面には、複数の表示電極３が紙面垂直方向に向けて互いに平行に配設されている。これら表示電極３の間には、樹脂ブラック等の遮光材料からなるブラックマトリクス４が配設されている。そして、それら表示電極３とブラックマトリクス４を被って、配向膜５が一様に被着されている。この配向膜５には、液晶分子の配向を規制するために所定の方向に配向処理が施されている。

一方、前側ガラス基板１に対向配置された後側ガラス基板２の内面には、光反射膜６が設置されている。この光反射膜６は、後側ガラス基板２の内面に所定の配置で直接設置された複数の下地層６ａと、これら下地層６ａを被って積層された１枚膜状の表面反射膜６ｂとからなる。従って。光反射膜６の光を反射させる表面つまり光反射面は表面反射膜６ｂの表面であり、この表面は下地層６ａの配置に追従した凹凸面をなしている。

光反射膜６の表面には、表面が実質的に平坦なカラーフィルタ層７が積層されている。カラーフィルタ層７は、赤、緑、青の各色の色要素７ｒ、７ｇ、７ｂが所定の配列で並設されてなる。各色要素７ｒ、７ｇ、７ｂは、それぞれ、各色要素材料を光反射膜６の表面上にスピンコート法等により一様に塗布して表面が平坦な色要素膜を形成した後、フォトリソグラフィーにより所定の配置で所定の大きさにパターニングされる。

上述のように形成されたカラーフィルタ層７においては、同じ色の色要素であっても層厚の厚い部分と薄い部分が存在し。それら同じ色の色要素の層厚の異なる部分に入射し表面反射膜６ｂの表面で反射されたそれぞれの光の色純度と輝度は互いに異なっている。すなわち、例えば。共に赤色要素７ｒに入射した光線であっても、光線イは、表面反射膜６ｂの凸部表面上に形成されている層厚の薄い部分に入射し反射されるから、表面反射膜６ｂの凹部表面上に形成された層厚の厚い部分に入射し反射された光線ロに比べて、色純度は劣るもののそれよりも輝度の高い明るい赤色光である。

カラーフィルタ層７の上には透明保護膜８が積層され、更にその上には、複数の走査電極９が前述した表示電極３と直交する方向(紙面方向)に平行に配設されている。そして、これら走査電極９を被って、配向膜１０が一様に被着されている。配向膜１０には、所定の方向に配向処理が施されている。

以上のように、本実施形態の液晶表示装置は、点在させた下地層６ａに表面反射膜６ｂを被覆して光を反射させる表面が凹凸をなす光反射膜６を形成し、この凹凸反射面上に表面が平坦なカラーフィルタ層を積層することにより、同じ色の色要素において層厚の異なる部分が存在する構成としたから、カラーフィルタ層７の同じ色の色要素を透過し反射された光同士であっても色純度と輝度を異ならせることができる。その結果、多様な色相を備えたカラー表示が得られる。なお、凹凸反射面を備えた光反射膜は、層厚の異なる複数種類の反射膜を個々に所定の配置でフォトリソグラフィー等により形成することによっても得られる。

次に、本発明の第２実施形態について、図２の模式的断面図に基づき説明する。なお、図２は、単純マトリクス式反射型液晶表示装置における後側ガラス基板２上の積層構成のみを示しており、図示していな他の部分の構成は上記第１実施形態と同じである。また、上記第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。以下の実施形態についても同様である。

図２において、後側ガラス基板２の内面には、膜厚が同じで光反射率が互いに異なる第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂが隙間無く交互に並設されてなる光反射膜１１が設置されている。従って光反射膜１１の光反射面となる表面は平坦面である。

上述の光反射膜１１上に、一定の厚さのカラーフィルタ層１２が積層されている。このカラーフィルタ層１２は、同じ層厚の赤、緑、青の各色要素１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが所定の配列で並設されてなる。

カラーフィルタ層１２上には、第１実施形態と同様に透明保護膜８と走査電極９及び配向膜１０が順次積層されている。

以上の様に構成された本第２実施形態においては、カラーフィルタ層１２の層厚は全体にわたり一定であるから、同じ色の色要素に入射した光が受けるその色要素による分光透過作用は色要素の位置が違っていても同じであるが、反射される光反射面の光反射率が異なっていると反射光の輝度は異なってくる。例えば、光線イと光線ロは、共に同じ層厚の赤色要素１２ｇに入射するが、光反射率の異なる第１反射膜１１ａと第２光反射膜１１ｂの各表面でそれぞれ反射されているから、液晶層Ｌｃ側へ出射された各光線イ、ロは同じ赤色を呈していても輝度は異なっている。

このように、本実施形態の液晶表示装置によれば、同じ色でも輝度が異なる反射光が得られるから、多様な色相の表示光が得られ、第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂの配置に応じた背景模様を備える多様なカラー表示が可能となる。

なお、第２実施形態の変形例として、第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂとを互いに光の入射角に対する反射角が異なる光反射膜としてもよい。具体的には、例えば、第１反射膜１１ａの表面を鏡面に仕上げ、第２反射膜１１ｂは成膜したままの表面としてもよい。すなわち、同じ材質で一様に光反射膜１１を形成し、この光反射膜１１表面に施す処理を部分的に異ならせて第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂに区画する構成である。これ以外にも、反射膜の材質を異ならせたり、同じ材料を用い成膜方法をスパッタリング法とイオンプレーティング法とに変える方法や、温度や真空度等の成膜条件をかえる方法等によっても、互いに光の入射角に対する反射角が異なる第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂを形成することができる。このように構成された変形例によれば、視角により輝度の高低からなる背景模様が変化するカラー表示が得られる。

また、他の変形例として、第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂとを互いに色味の異なる金属膜で形成してもよい。金、銀、銅或いは黄銅等の金属や合金は、それぞれ、反射光つまり光沢が異なった色味を呈する。従って、それら光沢の色味が異なる金属や合金を組み合わせて光反射膜１１を構成することにより、色味の異なる金属反射光からなる背景模様を備えたカラー表示が得られる。なお、この場合の互いに反射光の色味の異なる第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂは、金属膜に限らず、他の種々の材質の光反射膜を組み合わせることによっても形成可能である。

次に本発明の第３実施形態について、図３に基づき説明する。
後側ガラス基板２の内面には、第１反射膜１３が一定の膜厚で一様に被着されている。この第１反射膜１３には、耐酸性透明膜１４が一定の膜厚で一様に積層されている。耐酸性透明膜１４上には、複数の第２反射膜１５が所定の配置で配設されている。そして、これら第２反射膜１５とそれらの間の耐酸性透明膜１４を被って、第１実施形態と同構成のカラーフィルタ層７が被着形成されている。すなわち、カラーフィルタ層７は、表面が平坦面となるように形成されており、従って、第２反射膜１５が設置されているエリアと設置されていないエリアとでは層厚が異なっている。

カラーフィルタ層７上には、第１実施形態と同様に、透明保護膜８、走査電極９及び配向膜１０が、順次積層されている。なお、耐酸性透明膜１４は、第２反射膜１５をフォトリソグラフィーにより形成する際にエッチング液により第１反射膜１３が浸食されないように保護する膜である。

ここで、第１反射膜１３と第２反射膜１５とは、互いに光反射率が異なる光反射膜である。従って、第２反射膜１５が設けられているエリアと設けられていないエリアとは、上に積層されているカラーフィルタ層７の層厚が異なると共に光反射面の光反射率が異なっている。本実施形態においては、第１反射膜１３の光反射率よりも第２反射膜１５の光反射率の方が高く設定されている。

以上の様に構成された本実施形態の液晶表示装置においては、同じ色の色要素が設けられたエリアであっても、色要素の層厚と光反射面の光反射率の双方が異なる部分が存在する。従って、それら層厚と光反射率の双方が異なる部分を透過したそれぞれの反射光の色純度と輝度の相違は、第１実施形態よりも本実施形態の方がより顕著に発現する。例えば、同じ青色要素７ｂに入射した光線であっても、光線イは、第１反射膜１３の表面上に形成されている層厚の厚い部分に入射し、光反射率の低い第１反射膜１３表面で反射されるから、第２反射膜１４表面上に形成された層厚の薄い部分に入射し光反射率の高い第２反射膜１５表面で反射された光線ロに比べて、色純度は高いが輝度が一段と低い暗い青色光である。このように、本第３実施形態の液晶表示装置によれば、同じ色の表示光のうちの色純度の高い光と低い光との輝度の差が大きくなり、その結果、より変化に富んだ多様な色相のカラー表示が得られる。なお、この場合、第１反射膜１３の光反射率を第２反射膜１５の光反射率よりも高く設定すれば、逆に輝度の相違は抑制される。

上記第３実施形態の変形例として、第１反射膜１３と第２反射膜１５とを互いに光の入射角に対する反射角が異なる光反射膜としてもよい。この場合、反射膜の材質を異ならせたり、同じ材質で成膜方法をスパッタリング法とイオンプレーティング法とに変える方法や、温度や真空度等の成膜条件をかえる方法等によって、互いに光の入射角に対する反射角が異なる第１反射膜１１ａと第２反射膜１１ｂを形成することができる。このように構成された変形例によれば、輝度と色純度の差による背景模様が視角により変化するカラー表示が得られる。

また、第３実施形態の他の変形例として、第１反射膜１３と第２反射膜１５とを互いに色味の異なる金属膜で形成してもよい。この変形例によれば、色純度と輝度及び色味の異なる多様な金属反射光からなる背景模様を備えたカラー表示が得られる。

次に、本発明の第４実施形態について、図４に基づき説明する。
後側ガラス基板２の内面には、光反射膜１６が一定の膜厚で一様に被着形成されている。この光反射膜１６上には、光透過率の高い材質からなる複数個の高光透過性膜１７が、所定の配列で島状に点在させて配設されている。この高光透過性膜１７の材料としては、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物)等の透明金属膜やアクリル樹脂等の透明有機膜等が、好適に用いられる。そして、これら高光透過性膜１７とそれらの間に露出する光反射膜１６を被って、赤、緑、青の各色の色要素７ｒ、７ｇ、７ｂからなる表面が平坦なカラーフィルタ層７が被着形成されている。ここで、高光透過性膜１７とこれに積層されるカラーフィルタ層７とはそれぞれの屈折率が互いに異なっている。カラーフィルタ層７の上には、第１実施形態等と同様に、透明保護膜８、走査電極９及び配向膜１０が順次積層されている。

上述のように構成された第４実施形態においては、高光透過性膜１７が設けられたエリアと設けられていないエリアとで積層されたカラーフィルタ層７の膜厚が異なる。従って、共に赤色要素７ｒに入射した光線であっても、光線イは、層厚の厚い赤色要素７ｒに入射して光反射膜１６で反射されるから、高光透過性膜１７の表面上に形成された赤色要素７ｒの層厚の薄い部分に入射し高光透過性膜１７を透過して光反射膜１６で反射された光線ロに比べて、色純度は高いが輝度の低い暗い赤色光である。

そして、光線イと光線ロは配向膜１０に対して同じ入射角度で入射しているが、光線ロは、高光透過性膜１７を透過する際にその光屈折作用を受けるため、光反射膜１６に入射する角度が高光透過性膜１７を透過しない光線イと異なっている。従って、光線イと光線ロとでは、光反射膜１６で反射される方向が異なっている。

よって、光線イと光線ロとは、共に同じ方向から配向膜１０に入射し赤色要素７ｒを透過する光であっても、色純度と輝度及び出射方向が異なる赤色光である。その結果、本実施形態の液晶表示装置によれば、極めて多様な色相と特異な視角特性を備えるカラー表示が得られる。また、高光透過性膜１７として、互いに屈折率が異なる複数種類の高光透過性膜を配設すれば、より多様な視角特性が得られる。

なお、本発明は、上述した第１乃至第４実施形態に限定されるものではない。たとえば、第１反射膜と第２反射膜は、金属膜に限らず、セラミックス等の無機膜でもよく、また、樹脂等からなる有機膜でもよい。

また、カラーフィルタ層を設けない白黒反射表示の液晶表示装置にも、本発明は適用可能である。この場合、輝度の相違による背景模様を備えた白黒反射表示が得られる。

加えて、本発明は、単純マトリクス型に限らず、セグメント型やアクティブマトリックス型等の他の種々の液晶表示装置に適用可能であることは勿論である。

本発明の第１実施形態としての単純マトリクス型液晶表示装置を示す模式的断面図である。 本発明の第２実施形態としての液晶表示装置における後側ガラス基板の積層構成を示す模式的断面図である。 本発明の第３実施形態としての液晶表示装置における後側ガラス基板の積層構成を示す模式的断面図である。 本発明の第４実施形態としての液晶表示装置における後側ガラス基板の積層構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 前側ガラス基板
２ 後側ガラス基板
３ 表示電極
４ ブラックマトリクス
５、１０ 配向膜
６、１１、１６ 光反射膜
６ａ 下地層
６ｂ 表面端膜
１１ａ、１３ 第１反射膜
１１ｂ、１５ 第２反射膜
７、１２ カラーフィルタ層
７ｇ、１２ｇ 緑色要素
７ｂ、１２ｂ 青色要素
８ 透明保護膜
９ 走査電極
１４ 耐酸性透明膜
１７ 高光透過性膜

Claims (6)

1. 液晶層に入射してきた外光を反射層で内面反射させて複数の表示画素により画像を表示する内面反射型の液晶表示装置であって、
   前記反射層と前記液晶層との間の層としてカラーフィルタが形成され、
   前記反射層は、所定の領域にわたってベタ状に形成された第１の反射膜と、前記第１の反射膜の上層側に形成され反射特性が前記第１の反射膜とは異なる第２の反射膜と、を有し、
   前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間の層として耐酸性膜が形成され、
   前記カラーフィルタは、前記第２の反射膜と重なる領域の厚さが前記第２の反射膜と重ならない領域よりも薄く形成され、
   前記第１の反射膜と重なる領域に前記第２の反射膜が予め定めた模様の形状に形成されて、前記模様が背景として視認可能に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記カラーフィルタは、各色要素が所定の配列で並設されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 液晶層に入射してきた外光を反射層で内面反射させて複数の表示画素により画像を表示する内面反射型の液晶表示装置であって、
   前記反射層は、第１の反射膜と、反射特性が前記第１の反射膜とは異なるとともに前記第１の反射膜と同一の層として形成された第２の反射膜と、を有し、
   前記第１の反射膜が予め定めた模様の形状に形成されるとともに前記第２の反射膜が前記模様のネガ形状に形成されて、前記模様が背景として視認可能に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記第１の反射膜と前記第２の反射膜のうちの何れか一方のみが前記外光に対して鏡面反射するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記反射層は、視角に応じて前記模様のコントラストが変化するように形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の液晶表示装置。
6. 前記反射層の上層側に前記液晶層に電圧を印加する電極が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の液晶表示装置。

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