JPH10115704A - 反射型カラーフィルタおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造により入射光の利用効率を向上さ
せることができる反射型カラーフィルタおよび液晶表示
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢの各
色を呈する３種類の反射膜が設けられた反射型カラーフ
ィルタにおいて、各反射膜の高反射領域を広げて重複さ
せる。または、各反射膜の低反射領域の反射率を高め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時計、電卓、コン
ピュータ端末、ノートブック型コンピュータやワードプ
ロセッサ、さらにはテレビジョン受像機等に広く利用さ
れている液晶表示装置に好適に用いられる反射型カラー
フィルタおよび液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の液晶表示装置は、外部光を変調す
ることにより表示を行う非発光装置であるので低消費電
力化が可能であり、また、フラットパネルディスプレイ
に適用できるので薄型軽量化が可能であるという優れた
特徴を有している。このため、液晶表示装置は、現在、
時計、電卓、コンピュータ端末、ノートブック型コンピ
ュータやワードプロセッサ、さらにはテレビジョン受像
機等に広い分野に渡って利用されている。

【０００３】この液晶表示装置においては、各々電極が
形成された一対の基板の間に液晶層を挟持して液晶セル
を構成し、各基板上に形成された電極の対向部を画素と
して、各画素の光透過率を制御することにより表示を行
う。このように液晶層の光透過率を変調するための代表
的な表示モードとしては、ネマティック液晶からなる液
晶層を用いて、液晶セル中に含まれる液晶分子の初期配
向を約９０゜捻った、所謂ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅ
ｍａｔｉｃ）モードが知られている。このＴＮモードの
液晶表示装置は、偏光方向を直交させた一対の偏光板の
間に液晶セルを配置して、この液晶セルの電気光学特
性、即ち、液晶セルに電圧を印加しない時の旋光特性と
電圧を印加した時の旋光解消特性とを利用してモノクロ
表示を行う。このＴＮモードは、一対の基板のうちの一
方にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のアクティブ素子を
形成し、このアクティブ素子により画素を選択するアク
ティブマトリックス駆動の液晶表示装置に広く採用され
ている。また、ＴＮモードと類似の液晶セル構造を有
し、液晶分子の捻れ角を１８０゜〜２７０゜に設定した
ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉ
ｃ）モードも知られている。このＳＴＮモードにおいて
は、液晶分子の捻れ角を９０゜以上に設定し、さらに偏
光板の偏光方向の角度を最適化することにより、液晶セ
ルに印加される電圧の増加に伴う液晶分子の配向状態の
変化を液晶層の急激な複屈折変化に反映させることがで
き、これにより急峻な閾値を有する電気光学特性を実現
できる。このため、ＳＴＮモードはアクティブ素子を用
いずにデューティ駆動を行う単純マトリクス駆動の液晶
表示装置に適している。しかし、上記ＴＮモードやＳＴ
Ｎモードの液晶表示装置においては、視野角度が狭いと
いう問題点があり、また、偏光板を用いるため液晶セル
に入射される光の１／２しか表示に用いることができ
ず、表示が非常に暗くなるという問題点もある。

【０００４】その他の表示モードとして、広い視野角と
明るい表示とが要求される用途に対しては、分子の長軸
方向と短軸方向とで吸光度の異なる二色性色素を液晶層
に添加した、所謂ゲストホストモードが採用されてい
る。このゲストホストモードは、偏光板を使用するハイ
ルマイヤー型と、偏光板を使用しないホワイト／テーラ
ー型（相転移型）や二層型等に分類されるが、いずれの
場合にも以下のような動作原理で表示が行われる。即
ち、液晶セルに印加される電圧により液晶分子の配向が
制御され、その液晶分子の配向変化に伴って色素分子の
配向が変化して、色素分子の二色性による吸光度差が表
示色に反映されるのである。

【０００５】ところで、これらの液晶表示装置におい
て、カラー表示を実現するためには、各画素毎にＲ（Ｒ
ｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）およびＢ（Ｂｌｕｅ）の３色
の微小寸法のマイクロカラーフィルタパターンを対応さ
せて形成するのが一般的な方法であり、各マイクロカラ
ーフィルターパターンから得られる色の加法混色により
マルチカラー表示やフルカラー表示が行われる。このよ
うな微小寸法のマイクロカラーフィルタパターンとして
現在多用されているものは、電着法や印刷法あるいは染
色法等を用いて形成した有機膜からなるものであり、図
１２にＲ、ＧおよびＢで示すような透過スペクトルを有
する３種類の有機膜（透過膜）をパターン形成した透過
型カラーフィルタである。

【０００６】また、大型液晶表示装置であるプロジェク
ション型液晶表示装置においては、高輝度のハロゲンラ
ンプ等を光源として用いるため、高照度の光や熱に耐え
られるように、無機膜を積層形成した多層干渉膜からな
る誘電体ミラーを用いて光源からの光をＲ、ＧおよびＢ
の３色に分光しているものがある。この液晶表示装置
は、各画素に対応してＲ、ＧおよびＢの透過膜を形成す
るのではなく、光源からの光をＲ、ＧおよびＢの３色に
分光した後、分光された各光を各画素に入射させること
により各光の透過率を制御してカラー表示を行うもので
ある。

【０００７】さらに、特開平７−２８７１１５号公報や
特開平７−２７０６１３号公報には、反射効率の高い誘
電体ミラーを反射膜としてパターン形成した反射型カラ
ーフィルタが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には以下のような問題点があった。即ち、Ｒ、
ＢおよびＧの３色の透過膜（マイクロカラーフィルタパ
ターン）を配置してカラーフィルタを構成した場合、カ
ラーフィルタを透過する光の利用効率が最大でも入射光
の１／３程度になってしまうため、光の利用効率が低く
なる。例えば、図１２に示したＲ、ＧおよびＢの透過ス
ペクトルを有する透過型カラーフィルタを用いて白表示
を行う場合、各透過スペクトルの光を加えたものを３画
素分で分割することになるので、入射光の２０％程度の
光しかカラーフィルタを透過しないことになる。また、
この透過型カラーフィルタにおいては、有機膜を用いて
いるので、高い透過率を有する波長領域が狭く、かつ、
低い透過率を有する波長領域が広い、いわゆる山形の透
過スペクトルが得られ、光の透過効率、即ち光の利用効
率がより悪くなる。

【０００９】さらに、従来用いられている表示モードと
しては、偏光板を用いる上述のＴＮモードやＳＴＮモー
ドが主流であるため、外部からの入射光の１／２が偏光
板により吸収されて光の利用効率がさらに低下するとい
う問題点もあった。即ち、カラーフィルタとＴＮモード
またはＳＴＮモードを組み合わせた場合、原理的に最大
でも外部光の１／６しか利用できないという問題があ
り、ＴＮモードまたはＳＴＮモードを反射型のカラー表
示に適用することはできなかった。このため、消費電力
の大きなバックライトを用いてカラー表示を行う必要が
あり、液晶表示装置の利点の１つである低消費電力性が
損なわれていた。

【００１０】これらの問題を解決するために、例えば電
子情報通信学会 技術研究報告 Ｖｏｌ．９５Ｎｏ．５
２６（ｐ１１９−１２４）には、表示の明るさを重視し
て光の透過率、即ち光の利用効率を向上させたカラーフ
ィルタが開示されている。図１３に示すように、このカ
ラーフィルタの透過スペクトルにおいては、最大の光透
過率を示す白表示のスペクトルが５０％を超えている。
しかし、このカラーフィルタは、図１４のＣＩＥ−ＸＹ
Ｚ色度座標に●で示すように、○で示した図１２の透過
型カラーフィルタに比べて色の再現範囲を示す三角形が
極めて小さく、フルカラー表示が可能なカラーフィルタ
とは言い難い。

【００１１】また、特開平７−２８７１１５号公報に開
示されている液晶表示装置は、光の利用効率を向上する
ために反射効率の高い誘電体ミラーを反射膜としてパタ
ーン形成した反射型カラーフィルタを用いているが、有
機膜からなるマイクロカラーフィルタパターンを誘電体
ミラーに置き換えただけであるため、色純度が有機膜か
らなるカラーフィルタと変わらず、明るさも有機膜から
なるカラーフィルタの１割から２割向上できる程度であ
り、充分明るい表示が得られるとは言い難いものであ
る。また、特開平７−２７０６１３号公報に開示されて
いる液晶表示装置は、各色に対応する誘電体ミラーの厚
さを均一にしているが、最大の光反射率を示す白表示の
スペクトルは２８％程度であり、光の利用効率が充分向
上しているとは言い難い。

【００１２】このように、従来のカラーフィルタや反射
型カラーフィルタおよびこれらを用いた液晶表示装置に
おいて明るいカラー表示を行うためには、液晶表示装置
が本来備えている薄型・軽量および低消費電力という優
れた特性を充分発揮することができず、例えば携帯用情
報端末等の表示装置として用いるには不十分であった。
また、バックライトを用いない反射型の液晶表示装置に
おいては、ほとんどモノクロ表示しか行われず、たとえ
カラー表示が行われても色再現性領域が狭い非常に暗い
表示しか得られておらず、明るく視認性に優れ、カラー
表示が可能な反射型の液晶表示装置が求められていた。

【００１３】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、簡単な構造により入射光
の利用効率を向上させることができる反射型カラーフィ
ルタおよび液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型カラーフ
ィルタは、基板上に、高屈折率材料からなる薄膜と低屈
折率材料からなる薄膜とが交互に積層形成された多層干
渉膜からなる赤色、緑色および青色の各色を呈する３種
類の反射膜が設けられた反射型カラーフィルタであっ
て、赤色を呈する反射膜の波長領域３８０ｎｍ〜７８０
ｎｍの光に対する高反射領域と緑色を呈する反射膜の該
波長領域の光に対する高反射領域との間、および緑色を
呈する反射膜の該波長領域の光に対する高反射領域と青
色を呈する反射膜の該波長領域の光に対する高反射領域
との間のうちの少なくとも一方を重複させることにより
その重複する波長領域における白色光の反射率を高める
べく、該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成し
てあり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１５】前記赤色を呈する反射膜の高反射領域と前
記緑色を呈する反射膜の高反射領域との間を重複させる
と共に、該緑色を呈する反射膜の高反射領域と前記青色
を呈する反射膜の高反射領域との間を重複させるべく、
該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成してあっ
てもよい。

【００１６】赤色と緑色、緑色と青色が重なる領域の少
なくとも一方での最大反射率が６０％以上になるよう
に、該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成して
あってもよい。

【００１７】本発明の反射型カラーフィルタは、基板上
に、高屈折率材料からなる薄膜と低屈折率材料からなる
薄膜とが交互に積層形成された多層干渉膜からなる赤
色、緑色および青色の各色を呈する３種類の反射膜が設
けられた反射型カラーフィルタであって、該反射膜のう
ち、少なくとも１種類の反射膜の波長領域３８０ｎｍ〜
７８０ｎｍの光に対する低反射領域において白色光の反
射率を高めるべく、該当する反射膜がその低反射領域の
反射率を高めて形成してあり、そのことにより上記目的
が達成される。

【００１８】前記３種類の反射膜の波長領域３８０ｎｍ
〜７８０ｎｍの光に対する低反射領域において白色光の
反射率を高めるべく、該当する反射膜がその低反射領域
の反射率を高めて形成してあってもよい。

【００１９】前記該当する反射膜がその低反射領域の反
射率を１０％以上になるように形成してあってもよい。

【００２０】前記反射膜の前記基板側表面に波長領域３
８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光を吸収する吸収層が設けられ
ていてもよい。

【００２１】前記吸収層がシリコン薄膜からなっていて
もよい。

【００２２】前記反射膜の前記基板と反対側表面に透明
電極が設けられていてもよい。

【００２３】前記透明電極が前記基板周縁部の周辺領域
まで設けられ、前記反射膜のうち、少なくとも１種類の
反射膜が該周辺領域まで設けられていてもよい。

【００２４】本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで
一対の基板が対向配置され、該一対の基板のうちの一方
の基板の液晶層と反対側に、本発明の反射型カラーフィ
ルタが配置されており、そのことにより上記目的が達成
される。

【００２５】本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで
対向配置される一対の基板のうちの一方の基板として、
本発明の反射型カラーフィルタが配置されており、その
ことにより上記目的が達成される。

【００２６】前記液晶層がネマティック液晶からなって
いてもよい。

【００２７】前記液晶層がゲストホスト液晶からなって
いてもよい。

【００２８】以下、本発明の作用について説明する。

【００２９】本発明にあっては、Ｒ、ＧおよびＢの各色
を呈する反射膜の高反射領域を広げて隣接する反射膜の
高反射領域を重複させることにより、その重複する波長
領域における白色光の反射率を高くする。例えば、Ｒを
呈する反射膜とＧを呈する反射膜とにおける高反射領域
を広げて重複させた場合、その重複する波長領域の光
は、Ｒを呈する反射膜とＧを呈する反射膜とによって高
い反射率で反射されるため、入射光の１／３以上を反射
させることが可能である。このことは、ＧおよびＢを呈
する反射膜の高反射領域を広げて両者を重複させた場合
にも同様である。この場合、Ｒを呈する反射膜とＧを呈
する反射膜の高反射領域、およびＧを呈する反射膜とＢ
を呈する反射膜の高反射領域のうちの一方を重複させる
だけでもよいが、両方を重複させることにより各々の波
長領域において光の利用効率が高められる。特に、Ｒを
呈する反射膜とＧを呈する反射膜の高反射領域が重複す
る波長領域およびＧを呈する反射膜とＢを呈する反射膜
の高反射領域が重複する波長領域の少なくとも一方にお
いて、最大反射率を６０％以上にすると好ましい。その
理由は以下の通りである。波長スペクトルの傾きが直線
的で、重なり部分が５０％以上の反射があれば白色光の
反射率は３３．３％以上となり入射光の１／３以上を反
射させることができる。しかし実際には波長スペクトル
の傾きが直線になることはなく、６０％以上の重なりを
持つことにより、入射光の１／３以上を反射させること
が可能となる。

【００３０】また、本発明にあっては、Ｒ、ＧおよびＢ
の各色を呈する反射膜のうちの少なくとも１種類の低反
射領域における反射率を高めることにより、その低反射
領域における白色光の反射率を高くする。例えば、Ｒを
呈する反射膜の低反射領域の反射率を高めた場合、その
波長領域の光はＲを呈する反射膜によりその高めた反射
率で反射されるため、入射光の１／３以上を反射させる
ことが可能となる。このことは、ＧおよびＢを呈する反
射膜の低反射領域の反射率を高めた場合にも同様であ
る。この場合、Ｒ、ＧおよびＢを呈する各反射膜のうち
の１種類のみについて低反射領域の反射率を高めてもよ
いが、全ての反射膜について低反射領域の反射率を高め
ると、各々の波長領域において光の利用効率が高められ
る。特に、また、本発明にあっては、Ｒ、ＧおよびＢの
各色を呈する反射膜のうちの少なくとも１種類の低反射
領域における反射率を１０％以上にすると好ましい。そ
の理由は以下の通りである。各色の高反射領域が１００
％の反射を持つとき、白色光の反射率は３３．３％以上
となり入射光の１／３以上を反射させることができる。
しかし実際には１００％反射は難しく、低反射領域に１
０％以上の反射を持たせることにより、入射光の１／３
以上を反射させることが可能となる。

【００３１】上記反射膜の基板側表面にシリコン薄膜等
からなる吸収層を設けると、反射膜で反射されなかった
光はその吸収層により吸収されるので、反射膜で反射さ
れた光のみが表示に寄与し、表示のコントラストが向上
する。

【００３２】上記反射膜の基板と反対側表面に透明電極
を設けると、反射型液晶表示装置の構成とした場合に、
その透明電極により液晶を駆動することができる。

【００３３】上記反射膜のうち、少なくとも１種類の反
射膜を周辺領域まで設けると、基板表面に段差が生じ
ず、その上に設けられる透明電極が断線し難い。

【００３４】このように光の利用効率が高い反射型カラ
ーフィルタを用いることにより、明るい表示の液晶表示
装置が得られる。この場合、カラーフィルタを液晶層を
挟んで対向配置される一対の基板のうちの一方の基板の
液晶層側に形成してもよく、または、その一方の基板と
して用いてもよい。この液晶層はネマティック液晶から
なっていてもよく、ゲストホスト液晶からなっていても
よい。光の利用効率が高いので、偏光板を使用する表示
モードであっても、バックライトを用いない液晶表示装
置に適用可能である。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の反射型カラーフィルタに
おいては、多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢの各色を
呈する反射膜の高反射領域を広げて、各々の高反射領域
を重複させる。例えば、Ｒを呈する反射膜とＧを呈する
反射膜の高反射領域を広げて重複させた場合、その重複
する波長領域においては、入射光がＲを呈する反射膜に
より高い反射率で反射されると共に、Ｇを呈する反射膜
によっても高い反射率で反射される。このように高反射
領域が重複する波長領域において白色光の反射率が高く
なるため、入射光の１／３以上の光を反射させることが
可能となり、光の利用効率が向上して明るい表示を得る
ことができる。また、Ｇを呈する反射膜とＢを呈する反
射膜の高反射領域を広げて重複させた場合にも同様に、
その重複する波長領域における光の利用効率が向上する
ため、明るい表示を得ることができる。

【００３６】さらに、多層干渉膜によれば、高反射領域
と低反射領域とを所望の波長領域に設定すると共に、高
反射領域と低反射領域との間の変化を急峻なものにする
ことができ、しかも高反射領域における反射効率を高め
ることができるので、色純度を向上させて鮮やかな色表
示を得ることができる。

【００３７】高反射領域を重複させる場合、Ｒを呈する
反射膜とＧを呈する反射膜との高反射領域、およびＧを
呈する反射膜とＢを呈する反射膜との高反射領域のいず
れか一方でもよいが、両方の高反射領域を重複させる
と、さらに光の利用効率が高くなるので好ましい。但
し、いずれか一方とした場合には、若干ホワイトバラン
スがずれる虞れがある。

【００３８】さらに、光の利用効率を高めるためには高
反射領域が重複する波長領域が広い方が好ましく、一
方、Ｒ、ＧおよびＢの各色の色純度を高めるためには高
反射領域が重複する領域は狭い方が好ましいので、高反
射領域が重複する波長領域の幅は４０ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下であるのが好ましい。

【００３９】また、本発明の反射型カラーフィルタにお
いては、多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢの各色を呈
する反射膜のうちの少なくとも１種類の低反射領域にお
ける反射率を高めて１０％以上にする。例えば、Ｒを呈
する反射膜の低反射領域の反射率を高めて１０％以上に
した場合、その波長領域の光がＲを呈する反射膜により
１０％以上の反射率で反射される。このように低反射領
域における白色光の反射率が高くなるため、入射光の１
／３以上の光を反射させることが可能となり、光の利用
効率が向上して明るい表示を得ることができる。また、
Ｇを呈する反射膜とＢを呈する反射膜の低反射領域の反
射率を高めて１０％以上にした場合にも同様に、その低
反射領域において光の利用効率が向上するため、明るい
表示を得ることができる。

【００４０】さらに、多層干渉膜によれば、高反射領域
と低反射領域とを所望の波長領域に設定すると共に、高
反射領域と低反射領域との間の変化を急峻なものにする
ことができ、しかも高反射領域における反射効率を高め
ることができるので、色純度を向上させて鮮やかな色表
示を得ることができる。

【００４１】光の利用効率を重視する場合、全ての反射
膜について低反射領域の反射率を高めることが望ましい
が、赤色は少しでも色が変わると目立つので、赤の低反
射領域は反射率を高めないよう設計することが好まし
い。

【００４２】また、光の利用効率を高めるためには低反
射領域における反射率が高い方が好ましく、一方、Ｒ、
ＧおよびＢの各色の色純度を高めるためには低反射領域
における反射率が低い方が好ましいので、低反射領域に
おける反射率は１０％以上４０％以下にするのが好まし
い。

【００４３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。なお、以下の図において、同
じ機能を有する部材には同じ番号を付している。

【００４４】（実施形態１）図１は実施形態１の反射型
カラーフィルタおよび液晶表示装置の３画素分を示す断
面図である。

【００４５】この液晶表示装置は、所定の間隔を開けて
対向配置された透明基板１と基板８との間に液晶層３が
挟持されている。透明基板１の液晶層３側表面には透明
電極４が設けられ、基板８の液晶層３側表面には反射型
カラーフィルタ６ａが設けられ、その反射型カラーフィ
ルタ６ａの液晶層３側表面には透明電極５が設けられて
いる。この図１には示していないが、透明電極４と透明
電極５とはストライプ状の形状で互いに交差するように
配置されており、両電極の対向部が画素となっている。
また、透明基板１の液晶層３と反対側表面には位相差板
１１および偏光板１０が配置されている。

【００４６】上記反射型カラーフィルタ６ａは、高屈折
率材料からなる薄膜と低屈折率材料からなる薄膜とが交
互に積層形成された多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢ
の各色を呈する３種類の反射膜が各画素に対応するよう
にパターン形成されたものである。各反射膜は、図２に
Ｒ、ＧおよびＢで示すような反射スペクトルを有してお
り、Ｒの反射膜の高反射領域とＧの反射膜の高反射領域
とが重複すると共に、Ｇの反射膜の高反射領域とＢの反
射膜の高反射領域とが重複し、それらの重複する波長領
域の最大反射率が６０％以上となっている。

【００４７】この液晶表示装置は、例えば以下のように
して作製することができる。

【００４８】まず、厚みが１．１ｎｍの７０５９ガラス
基板（コーニンググラスワークス社製：屈折率１．５
３）からなる透明基板１の液晶層３側表面に厚み１００
０オングストロームのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）膜からなる透明電極４を形成し、基板８の
液晶層３側表面には反射型カラーフィルタ６ａおよび厚
み１０００オングストロームのＩＴＯ膜からなる透明電
極５を形成する。

【００４９】上記反射型カラーフィルタ６ａは、Ｒ、Ｇ
およびＢの各色を呈する反射膜として、例えばＥＢ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着法を用いてＳｉＯ
₂（屈折率ｎ＝１．４６１）とＴｉＯ₂（屈折率ｎ＝２．
４９５）とを交互に積層した多層干渉膜を公知の方法に
よりパターン形成した。これにより、図２に示すような
反射スペクトルおよび図３に示すようなＣＩＥ−ＸＹＺ
表色系色度座標を有する反射型カラーフィルタが得られ
た。なお、このような反射型カラーフィルタの設計に関
しては、その上に形成される透明電極５の屈折率および
膜厚を考慮する必要がある。

【００５０】次に、透明電極４、５の上に、液晶配向膜
（図示せず）を形成し、液晶分子を配向させるためのラ
ビング処理を行う。この実施形態では、液晶配向膜とし
てポリイミド膜であるサンエバー１５０（日産化学社
製）を塗布して２２０℃で１時間焼成した後、透明電極
４、５の近傍における液晶分子の配向方向を約２４０゜
捻れさせるようにラビング処理を行った。

【００５１】その後、両基板の液晶配向膜形成側表面が
互いに対向するように所定の間隔を開けて配置し、液晶
注入口を除いて周囲をシール材により貼り合わせる。こ
の時の両基板の間隔は小さすぎると製造上の問題があ
り、大きすぎると必要な駆動電圧が大きくなると共に液
晶の応答速度が遅くなるため、３μｍ〜１５μｍの範囲
に設定するのが好ましく、さらに好ましくは４μｍ〜１
０μｍである。この実施形態では、スペーサーとしてフ
ァイバーグラス（日本電気硝子社製）を用いて透明基板
１と基板８との間隔を６μｍに設定した。

【００５２】続いて、両基板の間に液晶注入口から液晶
を注入して注入口を封止する。この実施形態では、旋光
性物質を添加した正の誘電率異方性を有するネマティッ
ク液晶であるＺＬＩ−４４２７（メルク社製）を用いて
透明電極４、５の近傍における液晶分子の配向方向が約
２４０゜捻れた螺旋構造を有する、ＳＴＮモードの液晶
層３を形成した。

【００５３】その後、透明基板１の液晶層３と反対側表
面に位相差板１１および偏光板１０を配置して液晶表示
装置が完成する。

【００５４】本実施形態の反射型カラーフィルタ６ａ
は、図２の反射スペクトルに示すように、光の利用効率
を示す白（Ｗ）表示における反射率が４５％程度であ
り、従来の有機膜からなるカラーフィルタに比べて明る
さが８０％程度向上した。また、本実施形態の反射型カ
ラーフィルタは、図３のＣＩＥ−ＸＹＺ表色系色度座標
（Ｄ６５光源、２゜視野）に示すように、鮮やかな色を
再現できるものであった。このように明るく鮮やかな色
再現性を有する反射型カラーフィルタを備えた本実施形
態の液晶表示装置は、偏光板を用いるＳＴＮモードであ
るにも拘らず、バックライトが無くても充分明るい表示
が得られ、また、色再現領域を広くすることができた。

【００５５】（実施形態２）図４は実施形態２の反射型
カラーフィルタおよび液晶表示装置の３画素分を示す断
面図である。

【００５６】この液晶表示装置は、所定の間隔を開けて
対向配置された透明基板１と基板８との間に液晶層３が
挟持されている。透明基板１の液晶層３側表面には透明
電極４が設けられ、基板８の液晶層３側表面には反射型
カラーフィルタ６ｂが設けられ、その反射型カラーフィ
ルタ６ｂの液晶層３側表面には透明電極５が設けられて
いる。この図４には示していないが、マトリックス状に
配置された透明電極４に対向するように透明電極５が設
けられており、両電極の対向部が画素となっている。

【００５７】上記反射型カラーフィルタ６ｂは、高屈折
率材料からなる薄膜と低屈折率材料からなる薄膜とが交
互に積層形成された多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢ
の各色を呈する３種類の反射膜が各画素に対応するよう
にパターン形成されたものである。各反射膜は、図５に
Ｒ、ＧおよびＢで示すような反射スペクトルを有してお
り、反射膜のうち、ＧおよびＢの反射膜の低反射領域の
反射率が１０％以上となっている。

【００５８】この液晶表示装置は、例えば以下のように
して作製することができる。

【００５９】まず、透明基板１の液晶層３側表面に透明
電極４を形成し、基板８の液晶層３側表面には反射型カ
ラーフィルタ６ｂおよび透明電極５を形成する。この透
明電極４および透明電極５は、実施形態１と同様にして
形成することができる。

【００６０】上記反射型カラーフィルタ６ｂは、Ｒ、Ｇ
およびＢの各色を呈する反射膜として、例えばＥＢ蒸着
法を用いてＳｉＯ₂（屈折率ｎ＝１．４６１）とＴｉＯ₂
（屈折率ｎ＝２．４９５）とを交互に積層した多層干渉
膜をパターン形成した。これにより、図５に示すような
反射スペクトルおよび図６に示すようなＣＩＥ−ＸＹＺ
表色系色度座標を有する反射型カラーフィルタが得られ
た。

【００６１】次に、透明電極４、５の上に、液晶配向膜
（図示せず）を形成する。この実施形態では、基板表面
近傍の液晶分子を垂直に配向させる特性を有するＮ，
Ｎ’−ジメチル−Ｎ−オクタデシル−３−アミノプロピ
ルトリメトキシシリル・クロライド（Ｎ，Ｎ’−ｄｉｍ
ｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｏｃｔａｄｅｃｙｌ−３−ａｍｉｎｏ
ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ ｃｈｌ
ｏｒｉｄｅ）を用いた。

【００６２】その後、両基板の液晶配向膜形成側表面が
互いに対向するように所定の間隔を開けて配置し、液晶
注入口を除いて周囲をシール材により貼り合わせる。こ
の実施形態では、スペーサーとしてファイバーグラス
（日本電気硝子社製）を用いて透明基板１と基板８との
間隔を８μｍに設定した。

【００６３】続いて、両基板の間に液晶注入口から液晶
を注入して注入口を封止する。この実施形態では、ゲス
トとしての２色性色素にシアンＳＩ−４９７（三井東圧
化学社製）、マゼンタＭ−６１８（三井東圧化学社
製）、およびイエローＭ−７１０（三井東圧化学社製）
を等量混合した黒の２色性色素を用い、この２色性色素
をホストとしての液晶ＺＬＩ−４７９２（メルク社製）
に添加して、ゲストホスト液晶とした。この液晶層３の
カイラルピッチは、ゲストホスト液晶に添加するカイラ
ル剤の添加量により制御した。液晶層３の厚みｄとカイ
ラルピッチｐの比ｄ／ｐは、小さすぎると表示のコント
ラスト比が低下し、大きすぎると駆動電圧が大きくなる
ため、ｄ／ｐの値は１〜５の範囲であるのが好ましく、
さらに好ましくは１．２〜２である。本実施形態では、
以下の理由によりｄ／ｐを１．７に設定した。一般に、
反射型の液晶表示装置においては、１）表示のコントラ
スト比が５以上であること、２）アクティブ素子に印加
可能な電圧は７ボルト以下であることの２つの要求を満
たす必要がある。一方、上記ゲストホスト液晶を用いた
液晶層３の厚みｄとカイラルピッチｐの比ｄ／ｐを変化
させると、閾値電圧は図７に示すように変化する。この
図７によれば、上記２つの要求を満たすｄ／ｐの最適値
は１．７であるので、本実施形態ではｄ／ｐを１．７に
設定しているのである。また、２色性色素の色素濃度
は、低すぎると光が充分吸収されず、高すぎると低温保
存時に色素が析出しまうため、２色性色素の色素濃度は
１ｗｔ％〜１０ｗｔ％が好ましく、本実施形態では４ｗ
ｔ％に設定した。このゲストホスト液晶を両基板の間隙
に注入することにより、上記液晶配向膜により透明電極
４、５の近傍における液晶分子の配向がほぼ垂直になっ
た、ホワイトテイラー型のゲストホストモードの液晶層
３を形成した。

【００６４】本実施形態の反射型カラーフィルタ６ｂ
は、図５の反射スペクトルに示すように、光の利用効率
を示す白（Ｗ）表示における反射率が４５％程度であ
り、従来の有機膜からなるカラーフィルタに比べて明る
さが８０％程度向上した。また、本実施形態の反射型カ
ラーフィルタは、図６のＣＩＥ−ＸＹＺ表色系色度座標
（Ｄ６５光源、２゜視野）に示すように、鮮やかな色を
再現できるものであった。このように明るく鮮やかな色
再現性を有する反射型カラーフィルタを備えた本実施形
態の液晶表示装置は、バックライトが無くても充分明る
い表示が得られ、また、色再現領域を広くすることがで
きた。

【００６５】（実施形態３）図８は実施形態３の反射型
カラーフィルタおよび液晶表示装置の３画素分を示す断
面図である。

【００６６】この液晶表示装置は、所定の間隔を開けて
対向配置された透明基板１と透明基板２との間に液晶層
３が挟持されている。透明基板１の液晶層３側表面には
透明電極４が設けられ、透明基板２の液晶層３側表面に
は透明電極５が形成されている。この図１には示してい
ないが、透明電極４と透明電極５とはストライプ状の形
状で互いに交差するように配置されており、両電極の対
向部が画素となっている。また、透明基板１の液晶層３
と反対側表面には位相差板１１および偏光板１０が配置
され、透明基板２の液晶層３と反対側表面には偏光板
９、および吸収層７と反射型カラーフィルタ６ｃとが設
けられた基板８が配置されている。

【００６７】上記吸収層７は、少なくとも波長３８０ｎ
ｍ〜７８０ｎｍの光を吸収するようになっている。ま
た、反射型カラーフィルタ６ｃは、高屈折率材料からな
る薄膜と低屈折率材料からなる薄膜とが交互に積層形成
された多層干渉膜からなるＲ、ＧおよびＢの各色を呈す
る３種類の反射膜が各画素に対応するようにパターン形
成されたものである。各反射膜は、図９にＲ、Ｇおよび
Ｂで示すような反射スペクトルを有しており、Ｒ、Ｇお
よびＢの各反射膜の低反射領域の反射率が１０％以上と
なっている。

【００６８】この液晶表示装置は、例えば以下のように
して作製することができる。

【００６９】まず、透明基板１の液晶層３側表面に透明
電極４を形成し、透明基板２の液晶層３側表面には透明
電極５を形成する。この透明電極４および透明電極５
は、実施形態１と同様にして形成することができる。

【００７０】次に、透明電極４、５の上に、液晶配向膜
（図示せず）を形成し、液晶分子を配向させるためのラ
ビング処理を行う。この液晶配向膜は、実施形態１と同
様にして形成することができる。

【００７１】その後、両基板の液晶配向膜形成側表面が
互いに対向するように所定の間隔を開けて配置し、液晶
注入口を除いて周囲をシール材により貼り合わせ、両基
板の間に液晶注入口から液晶を注入して注入口を封止す
る。この実施形態では、実施形態１と同様にして両基板
を貼り合わせ、実施形態１と同様のＳＴＮモードの液晶
層３を形成した。

【００７２】次に、透明基板２の液晶層３と反対側表面
に偏光板９、および吸収膜７と反射型カラーフィルタ６
ｃとが設けられた基板８を配置する。

【００７３】上記吸収層７としては、例えばシリコン薄
膜を用いることができる。この実施形態では、少なくと
も波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光に対して２３％程度
の反射率を有するようにシリコン薄膜の膜厚を設定して
基板８上に形成した。また、上記反射型カラーフィルタ
６ｃは、Ｒ、ＧおよびＢの各色を呈する反射膜として、
例えばＥＢ蒸着法を用いてＳｉＯ₂（屈折率ｎ＝１．４
６１）とＴｉＯ₂（屈折率ｎ＝２．４９５）とを交互に
積層した多層干渉膜をパターン形成した。これにより、
図９に示すような反射スペクトルおよび図１０に示すよ
うなＣＩＥ−ＸＹＺ表色系色度座標を有する反射型カラ
ーフィルタが得られた。

【００７４】その後、透明基板１の液晶層３と反対側表
面に位相差板１１および偏光板１０を配置して液晶表示
装置が完成する。

【００７５】本実施形態の反射型カラーフィルタ６ｃ
は、図９の反射スペクトルに示すように、光の利用効率
を示す白（Ｗ）表示における反射率が５０％程度であ
り、従来の有機膜からなるカラーフィルタに比べて明る
さが２倍程度向上した。また、本実施形態の反射型カラ
ーフィルタは、図１０のＣＩＥ−ＸＹＺ表色系色度座標
（Ｄ６５光源、２゜視野）に示すように、鮮やかな色を
再現できるものであった。このように明るく鮮やかな色
再現性を有する反射型カラーフィルタを備えた本実施形
態の液晶表示装置は、偏光板を２枚用いているにも拘ら
ず、バックライトが無くても充分明るい表示が得られ、
また、色再現領域を広くすることができた。さらに、反
射型カラーフィルタ６ｃの液晶層３と反対側表面に設け
られた吸収層７により反射膜で反射されなかった光が吸
収されるので、観察者には反射膜で反射された光のみが
観察され、表示のコントラストを向上することができ
た。実施形態１，２でも、反射型カラーフィルタ（６
ａ，６ｂ）で反射されなかった光により、表示コントラ
スト低下等の表示特性劣化が発生する場合には、吸収層
を設けた方が好ましい。

【００７６】（実施形態４）図１１（ａ）は実施形態４
の反射型カラーフィルタを示す平面図であり、図１１
（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。

【００７７】この反射型カラーフィルタは、Ｒ、Ｇおよ
びＢの各色を呈する反射膜が各画素に対応するようにパ
ターン形成され、その基板の周辺部（周辺領域）にはＢ
を呈する反射膜が形成されている。その上を覆うように
透明電極が形成され、周辺領域の透明電極部分は端子部
となっている。

【００７８】このように反射膜を表示領域だけでなく周
辺領域まで形成した本実施形態の反射型カラーフィルタ
においては、以下のような利点を有する。即ち、図１１
（ｃ）および図１１（ｄ）に示すような従来の反射型カ
ラーフィルタにおいては、画素が形成される表示領域に
のみ反射膜がパターン形成され、周辺領域には反射膜が
形成されていないので、表示領域と周辺領域で反射膜の
膜厚分である数μｍの段差が生じる。そのため、透明電
極を周辺部まで形成して端子部として用いる場合には、
透明電極に段差による断線が生じるという問題があっ
た。これに対して、本実施形態の反射型カラーフィルタ
においては、周辺領域に透明電極を形成して端子部とす
る場合でも、ほぼ段差無く透明電極を形成することがで
き、断線不良を大幅に減少させることができる。また、
透明電極にほぼ段差が生じないため、液晶表示装置の構
成とした場合に、液晶層が挟持される両基板の間隙をほ
ぼ均一にして、液晶分子の配向乱れを低減することがで
きる。

【００７９】この反射型カラーフィルタを用いて実施形
態１および２と同様の液晶表示装置を形成したところ、
バックライトが無くても充分明るく鮮やかな色の表示が
得られ、さらに、液晶表示装置の歩留りを向上させるこ
とができた。

【００８０】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上述した構成に限られない。例えば、上記
実施形態１および３においては、旋光性物質を添加した
正の誘電率異方性を有するネマティック液晶を用いたＳ
ＴＮモードの液晶表示装置について説明したが、両透明
電極の近傍における液晶分子の配向方向が約９０゜捻れ
た螺旋構造を有する、ＴＮモードに本発明を適用するこ
とも可能である。

【００８１】また、上記実施形態２においては、液晶分
子の初期配向を基板表面に対してほぼ垂直に配向させた
ホワイト・テイラー型のゲストホストモードの液晶表示
装置について説明したが、液晶分子の初期配向を基板表
面に対してほぼ平行に配向させたホワイトテイラー型の
ゲストホストモードや、ハイルマイヤー型または２層型
等、他のゲストホストモードに本発明を適用することも
可能である。また、ＳＩＤ９２ＤＩＧＥＳＴ ｐ．７６
２に報告されているような、ゲストホスト液晶を高分子
材料を用いてマイクロカプセル化した、所謂ＮＣＡＰ
（ＮｅｍａｔｉｃＣｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ Ａｌｉｇｎ
ｅｄ Ｐｈａｓｅ）を用いても良い。

【００８２】さらに、上記実施形態４においては、Ｂを
呈する反射膜を基板の周縁部である周辺領域に形成した
が、本発明はこれに限られない。例えば、ＧやＲを呈す
る反射膜を周辺領域に形成しても良く、また、透明電極
が形成されている表示領域と同様に、Ｒ、ＧおよびＢの
各色を呈する反射膜をパターン形成した構成としてもよ
い。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多層干渉膜からなる反射膜の反射特性を最適
化することにより、光の利用効率を向上させて、明るく
色再現領域の広い反射型カラーフィルタを得ることがで
きる。

【００８４】さらに、この反射型カラーフィルタを液晶
表示装置に用いることにより、バックライトを用いなく
ても明るく鮮やかな色表示が可能な液晶表示装置を実現
することができる。

【００８５】また、上記反射膜を周辺領域まで設けるこ
とにより基板表面の段差を無くすことができるので、そ
の上に設けられる透明電極の断線を低減して液晶表示装
置の歩留りを向上させることができる。さらに、基板表
面の段差を無くすることにより液晶層を挟んで対向配置
される一対の基板の間隙を均一にすることができるの
で、液晶分子の配向乱れを無くして表示状態を良好にす
ることができる。

【００８６】さらに、高屈折率材料からなる薄膜と低屈
折材料からなる薄膜とを積層形成した多層干渉膜を反射
膜として用いることにより、最適な反射特性を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の反射型カラーフィルタおよび液晶
表示装置の断面図である。

【図２】実施形態１の反射型カラーフィルタの反射スペ
クトルを示す図である。

【図３】実施形態１の反射型カラーフィルタのＣＩＥ−
ＸＹＺ色度座標を示す図である。

【図４】実施形態２の反射型カラーフィルタおよび液晶
表示装置の断面図である。

【図５】実施形態２の反射型カラーフィルタの反射スペ
クトルを示す図である。

【図６】実施形態２の反射型カラーフィルタのＣＩＥ−
ＸＹＺ色度座標を示す図である。

【図７】実施形態２の液晶表示装置における液晶層３の
印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。

【図８】実施形態３の反射型カラーフィルタおよび液晶
表示装置の断面図である。

【図９】実施形態３の反射型カラーフィルタの反射スペ
クトルを示す図である。

【図１０】実施形態３の反射型カラーフィルタのＣＩＥ
−ＸＹＺ色度座標を示す図である。

【図１１】（ａ）は実施形態３の反射型カラーフィルタ
の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図で
あり、（ｃ）は従来のカラーフィルタの平面図であり、
（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図１２】従来のカラーフィルタの透過スペクトルを示
す図である。

【図１３】従来のカラーフィルタの透過スペクトルを示
す図である。

【図１４】従来のカラーフィルタのＣＩＥ−ＸＹＺ色度
座標を示す図である。

【符号の説明】

１、２ 透明基板 ３ 液晶層 ４、５ 透明電極 ６ａ、６ｂ、６ｃ 反射型カラーフィルタ ７ 吸収層 ８ 基板 ９、１０ 偏光板 １１ 位相差板 Ｒ 赤色を呈する反射膜 Ｂ 青色を呈する反射膜 Ｇ 緑色を呈する反射膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 好川 圭 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 東垣 良之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 松浦 昌孝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 森 雅宏 静岡県御殿場市中畑字永坂1413番地 日本 真空光学株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、高屈折率材料からなる薄膜と
   低屈折率材料からなる薄膜とが交互に積層形成された多
   層干渉膜からなる赤色、緑色および青色の各色を呈する
   ３種類の反射膜が設けられた反射型カラーフィルタであ
   って、 赤色を呈する反射膜の波長領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ
   の光に対する高反射領域と緑色を呈する反射膜の該波長
   領域の光に対する高反射領域との間、および緑色を呈す
   る反射膜の該波長領域の光に対する高反射領域と青色を
   呈する反射膜の該波長領域の光に対する高反射領域との
   間のうちの少なくとも一方を重複させることによりその
   重複する波長領域における白色光の反射率を高めるべ
   く、該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成して
   ある反射型カラーフィルタ。
2. 【請求項２】 前記赤色を呈する反射膜の高反射領域と
   前記緑色を呈する反射膜の高反射領域との間を重複させ
   ると共に、該緑色を呈する反射膜の高反射領域と前記青
   色を呈する反射膜の高反射領域との間を重複させるべ
   く、該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成して
   ある請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
3. 【請求項３】 赤色と緑色、緑色と青色が重なる領域の
   少なくとも一方での最大反射率が６０％以上になるよう
   に、該当する反射膜がその高反射領域を広げて形成して
   ある請求項１または２に記載の反射型カラーフィルタ。
4. 【請求項４】 基板上に、高屈折率材料からなる薄膜と
   低屈折率材料からなる薄膜とが交互に積層形成された多
   層干渉膜からなる赤色、緑色および青色の各色を呈する
   ３種類の反射膜が設けられた反射型カラーフィルタであ
   って、 該反射膜のうち、少なくとも１種類の反射膜の波長領域
   ３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光に対する低反射領域におい
   て白色光の反射率を高めるべく、該当する反射膜がその
   低反射領域の反射率を高めて形成してある反射型カラー
   フィルタ。
5. 【請求項５】 前記３種類の反射膜の波長領域３８０ｎ
   ｍ〜７８０ｎｍの光に対する低反射領域において白色光
   の反射率を高めるべく、該当する反射膜がその低反射領
   域の反射率を高めて形成してある請求項４に記載の反射
   型カラーフィルタ。
6. 【請求項６】 前記該当する反射膜がその低反射領域の
   反射率を１０％以上になるように形成してある請求項４
   または５に記載の反射型カラーフィルタ。
7. 【請求項７】 前記反射膜の前記基板側表面に波長領域
   ３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光を吸収する吸収層が設けら
   れている請求項１、２、３、４、５または６に記載の反
   射型カラーフィルタ。
8. 【請求項８】 前記吸収層がシリコン薄膜からなる請求
   項７に記載の反射型カラーフィルタ。
9. 【請求項９】 前記反射膜の前記基板と反対側表面に透
   明電極が設けられている請求項１、２、３、４、５、
   ６、７または８に記載の反射型カラーフィルタ。
10. 【請求項１０】 前記透明電極が前記基板周縁部の周辺
    領域まで設けられ、前記反射膜のうち、少なくとも１種
    類の反射膜が該周辺領域まで設けられている請求項１、
    ２、３、４、５、６、７、８または９に記載の反射型カ
    ラーフィルタ。
11. 【請求項１１】 液晶層を挟んで一対の基板が対向配置
    され、該一対の基板のうちの一方の基板の液晶層と反対
    側に、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９また
    は１０に記載の反射型カラーフィルタが配置されている
    液晶表示装置。
12. 【請求項１２】 液晶層を挟んで対向配置される一対の
    基板のうちの一方の基板として、請求項１、２、３、
    ４、５、６、７、８、９または１０に記載の反射型カラ
    ーフィルタが配置されている液晶表示装置。
13. 【請求項１３】 前記液晶層がネマティック液晶からな
    る請求項１１または１２に記載の液晶表示装置。
14. 【請求項１４】 前記液晶層がゲストホスト液晶からな
    る請求項１１または１２に記載の液晶表示装置。