JPH11101974A

JPH11101974A - 反射型液晶表示素子

Info

Publication number: JPH11101974A
Application number: JP26332497A
Authority: JP
Inventors: Kei Yoshikawa; 圭好川; Hajime Hiraki; 肇平木; Tomoaki Kuratate; 知明倉立
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】明るく多色表示可能な視認性の良い反射型液
晶表示素子を提供する。【解決手段】光入射側に配置され、かつ画素電極及び
駆動回路が形成された透明な第１の基板と、対向する側
に配置され、かつ対向電極とカラーフィルタが形成され
た第２の基板と、第１及び第２の基板間に液晶層が挟持
された反射型液晶表示素子であって、前記第１の基板の
液晶層に面する側に画素電極及び駆動回路を形成し、第
１の基板の液晶層に面しない側で、かつ第１の基板の配
線部分と駆動回路素子の対向部分に低反射膜が配置され
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子に関するものである。更に詳しくはパーソナルコンピ
ューターやワードプロセッサーなどのオフィスオートメ
ーション機器、情報携帯端末、各種映像機器およびゲー
ム機器等に好適な反射型液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子は時計や電子卓上計
算機をはじめとして、ノート型コンピュータやワードプ
ロセッサ、更にはテレビジョン受像機など、広い分野に
わたって使用されている。特に、液晶表示素子の中で
も、外部から入射した光を反射させて表示を行う反射型
液晶表示素子は、バックライトが不要であるので消費電
力が低く、薄型、軽量化が可能である。

【０００３】また、液晶表示素子においてカラー表示を
得るには、一般的に次のような手段が用いられる。すな
わち、液晶セル内に表示画素毎に、例えば赤、緑、青の
微小寸法の吸収型マイクロカラーフィルタを反射板もし
くは反射電極と組み合わせて反射型カラーフィルタを形
成し、液晶モードの前記光スイッチング特性を利用し
て、加色混合によりマルチカラー表示やフルカラー表示
が行われる。

【０００４】さらに、特開平７−２８７１１５号公報に
は、マイクロカラーフィルタとして屈折率の異なる２種
類の誘電体薄膜を多層積層させることによる多重干渉を
利用してＲＧＢ３原色の分離を行う反射カラーフィルタ
を用いることで、光利用効率の高い反射型カラー表示素
子が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、以下の問題点を有している。カラー表示を
行うために吸収型マイクロカラーフィルタを設ける方法
では、カラーフィルタにおいて光が吸収されてしまい、
特に反射型液晶表示素子においては素子の表面側（表示
面側）から入射し、素子の反射板で反射されて表面側に
出射する光は、吸収型カラーフィルタを２回も通過する
ことになり、表示内容が暗くなってしまうという問題が
ある。逆に、明るさを得るために、カラーフィルタの吸
収度を下げると色純度が落ちるという欠点がある。

【０００６】よって、明るい反射型を得るためには、吸
収型カラーフィルタではなく、多重干渉マイクロカラー
フィルタを用いることが有利である。また、駆動はアク
ティブ駆動素子を用いるのが望ましい。

【０００７】しかし、たとえば多重干渉フィルタは屈折
率の異なる誘電体薄膜の多層構造であり、反射波長波長
幅を広げ、反射効率を向上させるにはより多層化する必
要があり、膜厚は２〜４μｍが必要になる。このため、
ＴＦＴ素子などのアクティブ素子と同一基板に作り込む
ことは難しい。また、文字の二重映りなどの視差を考慮
した場合、反射カラーフィルタは液晶素子内部に配置す
るのが望ましい。

【０００８】よって、ＴＦＴなどアクティブ駆動素子と
誘電体薄膜の多層構造による反射型マイクロカラーフィ
ルタを用いて表示素子を形成する場合、アクティブ駆動
素子を形成した基板を光入射側に、その基板の反対側に
誘電体薄膜マイクロカラーフィルタを形成した基板を配
置することが必要である。

【０００９】その場合、液晶表示素子に入射した光は、
光入射側に配置されたアルミニウム、タンタル、チタン
などの比較的反射率の高い金属膜により構成されたアク
ティブ駆動素子と、それに接続した信号配線および走査
配線、補助コンデンサ部表面によっても反射される。Ｔ
ＦＴ素子をアクティブ駆動素子として用いた場合、一画
素における信号配線、走査配線、補助コンデンサ部（こ
れらを以下総称して配線部分と呼ぶ）および駆動回路素
子の面積比は約１５〜２０％程度であり、周囲光を反射
する反射型表示の場合、上記部分からの反射はコントラ
スト等視認性の点において、大幅な低下を招く。また、
コントラストの低下は多色カラー表示の反射型液晶表示
素子においては色純度を大幅に低下させるため、致命的
な問題となる。

【００１０】そこで、配線部分や駆動回路素子部分の反
射を防ぐために、液晶表示素子を形成する基板の液晶層
に面する側に低反射膜を設置する方法が用いられる。一
般的に用いられているクロムや酸化クロムといった金属
および金属酸化物、金属窒化物を用いて形成される低反
射膜は、遮光性は高いがプロセス数が増加し、コストも
高くなる。

【００１１】低反射膜として樹脂に黒色顔料もしくは染
料を混合したものを用いた場合、スピンコートや印刷法
といった簡便な手段でブラックマスクを形成することが
でき、コストも安くなるが、光学濃度が低いためブラッ
クマスクを厚くしなくてはならず、液晶に面する側に設
けた際には大きな段差が生じてしまい、その付近で液晶
の配向みだれ等を誘起してしまうという欠点がある。

【００１２】また、樹脂系の材料では、黒色顔料もしく
は黒色染料の成分に起因して液晶が汚染される可能性が
あり、信頼性に悪影響を及ぼしかねないという欠点があ
る。

【００１３】そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされ
たものであり、明るく多色表示可能な視認性の良い反射
型液晶表示素子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】上記目的を達成するため
に、本発明による請求項１記載の反射型液晶表示素子
は、光入射側に配置され、かつ画素電極及び駆動回路が
形成された透明な第１の基板と、対向する側に配置さ
れ、かつ対向電極とカラーフィルタが形成された第２の
基板と、第１及び第２の基板間に液晶層が挟持された液
晶表示素子であって、前記第１の基板の液晶層に面する
側に画素電極及び駆動回路を形成し、第１の基板の液晶
層に面しない側で、かつ第１の基板の配線部分と駆動回
路素子の対向部分に低反射膜が配置されたことを特徴と
する。このように構成することにより、ＴＦＴ基板内に
低反射膜を作り込むプロセスを省略することができるた
め、歩留まりが向上し、良品パネルにのみ低反射膜を形
成すればよいためコストダウンにつながる。さらに、入
射側で、かつ基板の液晶に面しない側に配置することに
より、低反射膜の存在に起因する液晶層の厚みの変化を
解消し、安価かつ良好な表示をもつ反射型液晶表示素子
を提供することができる。第１の基板の厚さについて
は、好ましくは、前記第１の基板の厚さが０．０２〜３
ｍｍであり、より好ましくは、０．０３〜１．１ｍｍで
あることを特徴とする。

【００１５】すなわち、基板の厚みが大きいと視差が生
じるため、配線部分および駆動素子部分を覆う低反射膜
の面積を大きくしなければならない。すると、開口率が
低下することになり、明るさが低下する。逆に、基板の
厚みが薄すぎると、プロセス上での取り扱いが困難とな
るため、上記のように基板の厚さを限定することによ
り、基板による視差をより少なくすることができ、良好
な表示を得ることが可能となる。

【００１６】好ましくは、請求項２記載の発明のよう
に、前記低反射膜を配置した第１の基板の光入射側が、
無彩色を示す物質により被覆されたことを特徴とし、こ
の構成により、前記低反射膜を保護し、表示が劣化する
のを防ぐことができる。さらに、この無彩色を示す物質
に偏光機能を持たせるようにすることも可能である。

【００１７】また、好ましくは、請求項３記載の発明の
ように、前記第１の基板上に配置された低反射膜が、黒
色顔料または黒色染料を混合した有機樹脂膜よりなるこ
とを特徴とし、この構成によれば、よりコストが安く、
簡単な低反射膜形成方法により低反射膜を形成すること
ができ、コントラストの高い表示を得ることができる。
また、低反射膜として、多層の金属膜、金属酸化膜によ
っても構成することができる。

【００１８】また、好ましくは、請求項４記載の発明の
ように、前記カラーフィルタを構成するものは、無機誘
電体ミラーまたはホログラフィックカラーフィルタから
なることを特徴とし、このように構成することにより、
より明るい表示を得ることができる。

【００１９】さらに、請求項５記載の発明は、前記反射
型液晶表示素子の光入射側に少なくとも１枚の偏光板が
配置されたことを特徴とし、請求項６記載の発明は、前
記偏光板と液晶表示素子との間に少なくとも１枚の光学
位相差補償部材を配置することを特徴とする。このよう
に構成することにより、コントラストの高く明るい表示
を得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施例
に限定されるものではない。

【００２１】＜実施形態１＞図１は本発明の実施形態の
反射型液晶表示素子の断面構造を示す概略図である。本
発明に係る液晶表示素子は、図１に示すように所定の間
隔で配置された透明基板１及び反射カラーフィルタ２１
を有する基板２を有し、基板１、２間には液晶層３が設
けられている。透明電極４は透明基板１の液晶層３に面
する側に設けられ、透明電極５は基板２の液晶層３に面
する側に設けられる。透明電極４、５上には、液晶層３
を挟持するように液晶配向膜６、７が設けられる。基板
１の液晶層側には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動回
路素子８が設けられている。反射カラーフィルタ２１の
背面には光吸収層２２が設けられている。透明基板１の
液晶層３と反対側（液晶層に面しない側）には、低反射
膜９が設けられている。透明基板１の最も観察者側に
は、無彩色な材料１０が設けられている。

【００２２】次に、上記の構成を有する液晶表示素子の
製造方法について、以下に説明する。透明基板１は、厚
みが小さいほど視差が小さくなるが、あまりに薄い基板
はプロセス上の取り扱いが困難になるため、視差が小さ
くでき、かつ取り扱いが容易である厚みは０．０２〜３
ｍｍであり、更に望ましくは０．０３〜１ｍｍである。
本実施形態では厚みが０．５ｍｍの＃７０５９ガラス基
板（コーニンググラスワークス社）を使用した。

【００２３】反射カラーフィルタ基板２として、厚みが
１．１ｍｍの＃７０５９ガラス基板（コーニンググラス
ワークス社）を用い、光吸収層２２として、シリコンを
蒸着法により厚さ０．１ミクロンに積層した後、反射カ
ラーフィルタ２１として屈折率の異なる２種類の透明な
無機誘電体薄膜を交互に蒸着法により積層させた誘電体
ミラー２１を形成した。本実施形態では屈折率の低い物
質として、二酸化珪素（ｎ＝１．４６）、屈折率の高い
物質とし二酸化チタン（ｎ＝２．４）を用いた。各誘電
体ミラーを構成する薄膜の厚みは透明電極５の屈折率と
厚みを考慮し、前記透明電極５が積層されたあとの干渉
色が設計した色となるよう決定される。

【００２４】光吸収層２２は、反射カラーフィルタ２１
の直下に形成するほか、炭素の微粒子であるカーボンブ
ラックをバインダーに添加したものを印刷法によって反
射カラーフィルタ基板２の透明電極７と反対側の面に印
刷してもよい。このとき光吸収層２１は有機系色素また
は顔料系色素をバインダーに添加したものを印刷法ある
いはスピンナー法によって基板に形成してもよい。その
他に、黒色紙などの光吸収性シートを接着剤によって反
射カラーフィルタ基板２に貼り付けてもよい。

【００２５】また、反射カラーフィルタ基板２および光
吸収層２２に代えて光吸収性を有する基板、たとえばポ
リカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエ
ーテルスルホン、アクリル系とエポキシ系の重合体、架
橋性のアクリルなどの高分子にカーボンや黒色の顔料系
または有機系の色素を添加したものを用いてもよい。こ
のようにした場合には、光吸収層９が基板をも兼ねてい
るために、製造が簡略化されるという優れた特徴も有す
る。

【００２６】次に、透明基板１に通常の方法にてＴＦＴ
素子８を作製した。このとき、信号配線、走査配線はタ
ンタルおよびチタンを使用した。補助容量は画素電極を
次前段のゲートラインに重ねる付加容量方式としたが、
タンタルやチタン等を用いて別途補助容量を作製しても
よい。

【００２７】この素子に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化
物）膜の透明電極４を膜厚約３０００Åにてスパッタ成
膜し、画素形状にパターニングした。本実施形態では、
駆動回路素子としてＴＦＴ駆動回路素子を用いたが、薄
膜ダイオードを駆動回路素子として用いてもよい。

【００２８】次に、反射カラーフィルタ基板２に透明電
極としてＩＴＯ膜５を膜厚約１０００Åにスパッタ成膜
した。

【００２９】次に、液晶配向膜６、７として、ＳＥ−１
５０（日産化学製）を用い、スピンコート法にて基板上
に塗布し、２２０度の窒素置換オーブン中で１時間焼成
を行った後、ラビング法により配向処理を行った。

【００３０】基板間の間隔であるセル厚は小さすぎると
製造上の問題に加えて、光の変調が不十分となるし、大
きすぎると必要な駆動電圧が大きくなると共に応答速度
が遅くなるといった制約を持つ。そこで、透明基板１と
カラーフィルタ基板２との間隔はいずれも２μｍ〜１５
μｍの範囲が適当であり、好ましくは３μｍ〜１０μｍ
であり、本実施形態では基板間の最狭間隙が４．５μｍ
となるよう散布量を調整し、スペーサーとして４．５μ
ｍのグラスファイバー（日本電気硝子社製）を散布し、
上下基板を熱硬化型シール材ストラクトボンド（三井東
圧化学製）を介して貼合わせ、セルを作製した。なお、
スぺーサーには球状のビーズ（積水化学製プラスチック
ビーズ、または日本触媒製真絲球）を散布してもよく、
散布密度や貼りあわせ後の加圧調整により、セル厚を調
整すればよい。

【００３１】このセルに、液晶ＺＬＩ−２３２（メルク
製）にカイラル物質Ｓ−８１１（メルク製）を４．５重
量％混合し、黒色を呈するように混合した二色性色素Ｓ
−４９７、Ｍ−６１８、およびＹ−７１０（三井東圧
製）を液晶に対して２．５重量％溶解させたものを真空
注入法により注入し、液晶パネルを作製した。

【００３２】液晶パネルを検査し、良好な動作を行うパ
ネルにのみ、基板１の光入射側にカーボンブラック（日
本触媒製）をアクリル光重合性樹脂に混合したものをス
クリーン印刷法にて印刷し、紫外線を照射して硬化さ
せ、低反射膜９を形成した。ここではスクリーン印刷に
よって低反射膜をパタニングしたが、他にもインクジェ
ット法やオフセット印刷等の印刷法や、スピンコータ
ー、ロールコーター、バーコーターによって黒色顔料ま
たは染料を混合した樹脂を基板１上に塗布し、パタニン
グしてもよい。

【００３３】本実施形態では、液晶パネルを作製した後
に、低反射膜を形成しているが、液晶パネル化する前に
低反射膜を形成してもよい。

【００３４】次に、無彩色を示す物質１０として、厚さ
０．０１ｍｍの透明なポリカーボネートを粘着材料を介
して、基板１の低反射膜を形成した側に貼り付け、低反
射膜を保護した。

【００３５】但し、低反射膜の硬度と粘着力が高い場合
や、液晶表示素子表面を硬い物体が直接的にこすらない
ような使い方をする場合は、無彩色を示す物質は特別に
設置しなくてもよい。また、偏光板や位相差板を貼り付
ける場合は、無彩色を示す物質を偏光板や位相差板で兼
ねてもよい。

【００３６】このようにして得られた反射型液晶表示素
子は、電界が印加されていない時、二色性色素の吸収に
より黒く着色し暗表示となる。全画素に実効電圧５Ｖ程
度の電界を印加すると液晶分子及び二色性色素分子は電
界方向に沿って立ち上がり、対向基板上の誘電体ミラー
による光が反射されて明表示となる。

【００３７】図２に本実施形態１の反射型液晶表示素子
の明表示時の分光反射反射率を、図３にＣＩＥ色度図を
示す。図３には低反射膜（ブラックマトリクスとも称
す）を設けなかった場合を比較して図示する。

【００３８】図２および図３から解るように、本発明に
よる低反射膜を設けることにより、信号配線および駆動
回路素子部分での周囲光の反射を大幅に低減できるた
め、黒表示時に配線および駆動回路素子部分での反射に
起因して反射率が高くなってしまう現象が抑えられる。
本実施形態では、白表示時の反射率を黒表示時の反射率
で割った値であるコントラストを低反射膜を設けない場
合のコントラスト値１．８に対してコントラスト値３．
２と大きく向上させることができた。また、赤、緑、青
単色表示の際に、配線部分の反射による余分な波長の光
がないため、色純度は大幅に向上した。

【００３９】＜実施形態２＞図４は第２の実施形態の反
射型液晶表示素子の断面構造を示す概略図である。本実
施形態では、実施形態１において液晶モードとして偏光
板とネマティック液晶を用いている。液晶モードとし
て、ネマティック液晶セルに位相差板と偏光板を組み合
わせた液晶モード（詳しくは、特開平６−１６７７０８
号公報に開示）を用いている。

【００４０】その他の作製材料および作製方法は上記実
施形態１と同じであり、低反射膜９を形成した上に、位
相差板（日東電工製）１０１と偏光板（日東電工製）１
０２を貼り付け、反射型液晶表示素子を形成した。本反
射型液晶表示素子においても上記実施形態１と同様、コ
ントラストが高く色純度の良好な表示を得ることができ
た。

【００４１】上記実施形態１、２では反射カラーフィル
タとして誘電体ミラーを用いたが、ホログラフィックフ
ィルタを用いても同様な効果が認められることを確認し
ている。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、明るい表示を得るため
に、反射型カラーフィルタを用い、光入射側基板に駆動
回路素子などを設けた反射型液晶表示素子において、光
入射側上側基板からの配線部分や素子部分からの反射光
を防ぐための低反射膜（ブラックマトリックス）を液晶
表示素子の観察者面に設置しても、コントラストと色純
度が高く、かつ良好な表示を得ることができる。

【００４３】さらに、容易な低反射膜の作成方法を用い
ることができるため、コストも安く、歩留まり良く良好
な表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１における反射型液晶表示素子の構成
を示す断面概略図である。

【図２】実施形態１における反射型液晶表示素子の明表
示時の分光反射率を示すグラフである。

【図３】実施形態１における反射型液晶表示素子の明表
示時のＣＩＥ色度図である。

【図４】実施形態２における反射型液晶表示素子の構成
を示す断面概略図である。

【符号の説明】

１透明基板２反射カラーフィルタ基板３液晶層４、５透明電極６、７液晶配向膜８薄膜トランジスタ駆動回路素子９低反射膜１０無彩色を示す物質２１反射型カラーフィルタ２２光吸収層１０１位相差板１０２偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光入射側に配置され、かつ画素電極及び
駆動回路が形成された透明な第１の基板と、対向する側
に配置され、かつ対向電極とカラーフィルタが形成され
た第２の基板と、第１及び第２の基板間に液晶層が挟持
された反射型液晶表示素子であって、前記第１の基板の
液晶層に面する側に画素電極及び駆動回路を形成し、第
１の基板の液晶層に面しない側で、かつ第１の基板の配
線部分と駆動回路素子の対向部分に低反射膜が配置され
たことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２】前記低反射膜を配置した第１の基板の光
入射側が、無彩色を示す物質により被覆されたことを特
徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子。
【請求項３】前記第１の基板上に配置された低反射膜
が、黒色顔料または黒色染料を混合した有機樹脂膜より
なることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素
子。
【請求項４】前記カラーフィルタが無機誘電体ミラー
またはホログラフィックカラーフィルタからなることを
特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子。
【請求項５】前記反射型液晶表示素子の光入射側に少
なくとも１枚の偏光板が配置されたことを特徴とする請
求項１乃至４記載の反射型液晶表示素子。
【請求項６】前記偏光板と液晶表示素子との間に少な
くとも１枚の光学位相差補償部材を配置することを特徴
とする請求項５記載の反射型液晶表示素子。