WO2006082819A1

WO2006082819A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2006082819A1
Application number: PCT/JP2006/301612
Authority: WO
Inventors: Katsuyuki Igarashi; Hitoshi Kamamori
Original assignee: Seiko Instruments Inc.
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2006-08-10
Also published as: TW200639509A

Abstract

　液晶表示装置の反射表示時の画面を明るくするとともに、カラーフィルタ基板表面の平坦性を高くし、表示品質を向上させる。基板に形成された着色層と透明電極の間に、入射する一部の光を反射する反射機能層を設ける構成とした。このような構成により、反射表示時に入射光は着色層を通過せずに観測者側に反射するので、明るい反射表示を得ることが可能となる。また、反射機能層には開口を設ける必要が無いため、高い表面平坦性を得ることが可能となり、表示品質の低下を防止できる。反射機能層として、高屈折率透明層や半透過膜等が例示できる。

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、携帯情報機器等の電子機器に用いられる液晶表示装置に関する。詳しくは、使用環境の光である外光を利用する反射型表示と、バックライト等の照明光を利用する透過型表示の両方の表示が可能な液晶表示装置に関するものである。液晶表示装置に用いられる液晶表示素子は自発光型ではな!/、表示素子であり、薄型で低消費電力である。そのため、時計、ワードプロセッサやパーソナルコンピューターなどの OA機器、電子手帳や携帯電話などの携帯機器、 AV機器などの電子機器に広く用いられている。

背景技術

[0002] 近年、明所でも暗所でも表示が観察できるように、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と、バックライトからの照明光を利用する透過型表示との両方の表示モードで観察が可能な液晶表示装置が望まれている。従来から、このような透過反射両用型のカラー液晶表示装置として、開口が形成された反射膜上に着色層を設ける構成が知られている (例えば、特開平 11— 052366号公報を参照、以降特許文献 1と称す)。このような構成で透過表示を観察する場合には、反射膜の無い開口部（透過領域)を通過する照明光が観察者に届くことになる。このときは、バックライトからの照明光が着色層を一度だけ通過するために比較的明るい表示が得られる。一方、このような構成で反射表示を観察する場合には、反射膜の部分 (反射領域)で反射された外光が観察者に届くことになる。このときは、一度着色層を通過した光が反射膜で跳ね返って、再度着色層を通過することになる。すなわち、透過率の低い着色層を 2回通過するため、表示が暗くなる。

[0003] そこで、反射時の暗い表示画面を明るく改善するために、反射領域の着色層濃度を透過領域のそれよりも低くする構成が知られている（例えば、特開 2003— 090997 号公報参照、以降特許文献 2と称す)。あるいは、透過領域と反射領域で、着色層膜厚を変える構成も開示されている（例えば、特開 2000— 298271号公報参照、以降特許文献 3と称す)。このような構成の場合、反射領域での着色層の濃度が低いため、反射時の表示を明るくする効果が得られる。

[0004] あるいは、反射型と透過型の双方の機能をもたせるために、半透過膜を使用した半透過型の液晶表示装置が提示されている（例えば、特開平 8— 292413号公報参照、以降特許文献 4と称す)。通常、このような半透過膜はアルミニウムやクロムなどの金属薄膜、 ITO等の透明導電膜と金属膜との積層膜 (例えば、特開平 7— 318929号公報参照、以降特許文献 5と称す)で構成されている。もしくは、高屈折率層と低屈折率層の多層膜 (例えば、特開 2000— 284276号公報参照、以降特許文献 6と称す)で構成されている。このような半透過膜は、反射型として使用する場合は反射膜としての機能が、透過型として使用する場合は透過膜としての機能が利用される。

[0005] 従来の透過反射両用のカラー液晶表示装置では、特許文献 1〜3のように、透過領域と反射領域で着色層濃度を変える手法を用いている。この構成の場合、透過領域と反射領域で着色層材料を共通のものにできな、ため、パターユングを行う際のフオトリソ工程が倍増してしまうことになる。結果的に製造タクトが長くなり、コストアップを引き起こす要因となっていた。

[0006] また、フォトリソ工程を増やさない手法として考案されたものに、上述のような透過領域と反射領域で着色層膜厚を変える構成がある。この構成の場合、反射膜は榭脂等で形成された台座の上に設けられており、その開口部分が透過領域となる構成である。したがって、元々表面には凹凸が存在しており、その後の平坦ィ匕膜塗布工程の後であっても完全に平坦ィ匕を行うことは困難である。このようにカラーフィルタ基板表面に凹凸がある場合、場所によって対向基板との間にギャップの違いが生じる。ギヤップが違うと、間隙に注入されている液晶分子の配向が異なってしまい、コントラストが悪くなる等の表示品質低下を引き起こすことになる。この凹凸は、特に STN液晶を用いた表示装置において、表示品質を低下させる要因となっている。

[0007] 特許文献 4および 5に記載されたような、金属膜を半透過膜として用いた構成では、金属膜による光の吸収や透過率の波長依存が存在するため光の損失が生じ、十分な光透過性と光反射性が得られない。さらに、特許文献 4に記載された構成では、力ラーフィルタ層が半透過膜の上に構成されているため、反射型として使用する場合は光がカラーフィルタ層で 2回吸収され、光反射性が急激に低下する。また、特許文献 6のような、高屈折率層と低屈折率層の多層膜を用いた場合には、光の損失が少なく理想的な半透過膜だが、半透過膜の上にカラーフィルタ層が構成されているため、反射型として使用する場合は光がカラーフィルタ層で 2回吸収され、光反射性が急激に低下し、実用に供する明るさが得られない。特に近年、表示装置として高色純度の表示が求められており、その実現のため高色純度のカラーフィルタが使われるようになってきた。高色純度のカラーフィルタは必然的に透過率が低下するため、反射型で用いた場合の光反射性は更に低下する。このように、従来の液晶表示装置は光透過性と光反射性の双方を十分に満足しうる特性を持っていな力つた。

[0008] そこで、本発明は、明るい反射表示が可能で、表示ムラの無い、表示品質の高い液晶表示装置を提供することを目的とする。

発明の開示

[0009] 本発明の液晶表示装置は、着色層と透明電極が形成された基板と、対向透明電極が形成された対向基板と、透明電極と対向透明電極の間に配された液晶を備え、透明電極と対向透明電極が交差して形成する画素部を用いて表示する液晶表示装置であって、着色層と透明電極の間に、入射する一部の光を反射する反射機能層が画素部の全面にわたって設けられている。このような構成により透過表示時には着色層を通過した光を観察するためカラー表示を得ることが可能となり、反射表示時には反射機能層で反射された光 (すなわち、透過率の低!ヽ着色層を通過して!/ヽな、光）を観察するため、明るい表示を得ることが可能となる。

[0010] ここで、反射機能層として、透明電極よりも屈折率の大きい高屈折率透明層を用いることができる。さらに、透明電極と高屈折率透明層の間に、高屈折率透明層よりも屈折率の小さい低屈折率透明層を備えることとした。低屈折率透明層には Si02が主成分として含まれてヽる。

[0011] さらに、着色層と高屈折率透明層の間に平坦ィ匕膜を備えることとし、高屈折率透明層の屈折率が平坦ィ匕膜の屈折率よりも大きくなるように設定した。

[0012] あるいは、反射機能層として、半透過膜を用いることとした。半透過膜には、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した多層膜が例示できる。あるいは、誘電体層の多層膜が例示できる。誘電体層の多層膜は 50〜： LOOOAの膜厚が好ましい。

[0013] あるいは、反射機能層が第一の半透過膜であるとともに、着色層としてカラーフィルタを用い、基板の外側、すなわち反観測者側にバックライトを備える液晶表示装置とし、カラーフィルタとバックライトとの間に第二の半透過膜を設けることとした。または、第二の半透過膜を基板とカラーフィルタの間に設けてもよい。ここで、第一の半透過膜の反射率と第二の半透過膜の反射率の比力カラーフィルタの透過率の 2乗の 0. 5倍から 1. 5倍の範囲にあるように設定した。

[0014] あるいは、着色層として第一のカラーフィルタを用い、半透過膜の観測者側に第二のカラーフィルタを備える構成とした。すなわち、第二のカラーフィルタを半透過膜と液晶との間に設けても、対向基板に設けてもよい。ここで、半透過膜として誘電体多層膜が例示できる。また、第二のカラーフィルタのみが遮光膜を備えていてもよい。

[0015] 本発明の液晶表示装置によれば、着色層と透明電極の間に反射機能層が形成されているため、明るい反射表示が実現できる。また、反射機能層には開口が形成されて、な、ので高、表面平坦性を得ることが可能となり、表示品質の低下を防止できる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明に用いた液晶表示素子の構成を模式的に示す断面図である。

[図 2]本発明に用いた液晶表示素子の概略構成を模式的に示す断面図である。

[図 3]本発明に用いた液晶表示素子の概略構成を模式的に示す断面図である。

[図 4]本発明に用いた液晶表示素子の概略構成を模式的に示す断面図である。

[図 5]本発明に適用することができる半透過膜の構成を示す断面図である。

[図 6]本発明による二つの半透過膜を備える液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

[図 7]本発明による二つの半透過膜を備える液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

[図 8]本発明による半透過膜を 2つのカラーフィルタで挟んだ液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

[図 9]本発明による半透過膜を 2つのカラーフィルタで挟んだ液晶表示素子の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

1 基板

2 対向基板

3 着色層

4 平坦化膜

5 反射機能層

6 透明電極

7 対向透明電極

8 半透過膜

9 カラーフィノレタ

10 シール剤

11 揿晶

12 遮光膜

14 第二の半透過膜

15 高屈折率透明層

18 高屈折率層

19 第二のカラーフィルタ

20 配向膜

21 第一の光学フィルム

22 第二の光学フィルム

23 ノックライ卜

28 低屈折率層

発明を実施するための最良の形態

本発明の液晶表示装置は、入射する一部の光を反射する反射機能層をカラー表示のための着色層と透明電極の間に設けた構成の液晶表示パネルを有している。図 1に本発明の液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの断面構成を模式的に示す。基板 1には着色層 3が形成され、その上に反射機能層 5を介して透明電極 6が設けられている。この基板 1と対向基板 2がシール剤 10により固定され、対向基板 2に形成された対向透明電極 7と透明電極 6との間隙に液晶 11が設けられている。この透明電極と対向透明電極が表示画素（ドット）を形成している。このような構成によれば、液晶層、透明電極を通った光の一部は反射機能層 5で反射し、残りの光は反射機能層 5を透過する。すなわち、反射モードでは、観測者はこの反射機能層の界面で反射された光を観察するため、透過率の低、カラーフィルタを通過しない明る!/ヽ白黒表示を得ることが可能となる。

[0019] このように、本発明の液晶表示装置では、透過表示時にはカラーフィルタを通過した光を観察するためカラー表示を得ることが可能となるが、反射表示時では、観測者はこの高屈折率透明層で反射された光を観察するため、透過率の低いカラーフィルタを通過しない明る、白黒表示を得ることが可能となる。

[0020] また、反射機能層は、従来のように開口を設けることなく半透過性を備えているため、高い表面平坦性が得られ、表示品質の低下を防止することができる。

[0021] 着色層 3としては、表示したい色に応じた複数色の着色層をドットに対応して形成したカラーフィルタを用いることが一般的である。また、各色の着色層間に遮光膜 (ブラックマトリックス）を設けてもょ、。

[0022] 反射機能層としては、高屈折率透明膜や半透過膜が例示できる。また、半透過膜には、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜、あるいは、誘電体多層膜を用いることができる。

[0023] 以下、本発明の液晶表示装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

(実施例 1)

本実施例の液晶表示装置は、反射機能層として透明電極よりも屈折率の大きい高屈折率透明膜を設けた構成の液晶表示パネルを有して、る。この液晶表示パネルの断面構成を図 2に模式的に示す。ここでは、ノッシブ型のカラー液晶表示装置の場合を説明する。基板 1にはカラーフィルタ着色層が形成され、その上に高屈折率透明層 15を介して透明電極 6が設けられている。カラーフィルタ 9は、所望のパターンを持つ着色部（図 2では、光の 3原色である赤 *緑*青（9R、 9G、 9B) )で形成されている。着色部は 1 μ m前後の厚さで設けられている。また、所望のパターンを持つ遮光膜 (ブラックマトリックス） 12が設けられている。一方、透明な対向基板 2には対向透明電極 7が形成され、透明電極 6と対向透明電極 7が向かい合うように基板 1と対向基板 2がシール剤 10により固定され、基板 1と対向基板 2の間隙に液晶 11が設けられている。このような構成により、高屈折率透明層 15とこれに接する透明電極 6との屈折率差により反射特性を生じさせることが可能となる。すなわち、高屈折率透明層 15 それ自体は透明であるが、屈折率の異なる透明電極 6との界面で反射機能を生じることになる。したがって、液晶層、透明電極を通った光の一部は透明電極 6と高屈折率透明層 15との界面で反射し、残りの光は高屈折率透明層を透過する。すなわち、反射モードでは、観測者はこの高屈折率透明層の界面で反射された光 (すなわち、透過率の低、カラーフィルタを通過してヽな、光）を観察することとなるため、明るい白黒表示を得ることが可能となる。また、高屈折率透明層の屈折率が着色部の屈折率より大きい場合には、前述の高屈折率透明層を通過した光は高屈折率透明層と着色部との界面で一部が反射して観測者に届く。したがって、観測者は、高屈折率透明層の上下の界面で反射した光を反射モード時に観察することになる。このとき、力ラーフィルタを構成する着色部（9R、 9G、 9B)の濃度を調整することにより、反射表示の明るさを変化させることなく透過表示の色純度を調整できる。

[0024] このように、高屈折率透明層を設けるのは、高屈折率透明層と接する層との間で屈折率差により生じる反射特性を得るためであり、各層の材質、屈折率、厚さ等により得られる反射特性が変わってくる。すなわち、各層の材質、屈折率、厚さ等を総合的に判断して設定することにより、所望の反射率を得ることができる。したがって、半透過型の表示装置に適用することができる。

[0025] ここで、高屈折率透明層の屈折率がある程度大きくなると反射率も大きくなるので、反射表示に必要な反射率を得るためには、高屈折率透明層の 550nmでの屈折率を 2. 0以上にする必要がある。本発明で得られる反射率は、高屈折率透明層だけでなぐ周囲の各層の材質、屈折率、厚みなどが複合的に作用して決まるものなので、各層の材質、屈折率、厚さ等を組み合わせて設定することができる。半透過型の表示装置として用いるためには、高屈折率透明層の屈折率が 2. 0〜2. 5、透明電極の屈折率が 1. 5〜2. 0、着色層の屈折率が 1. 4〜1. 8が適している。これらの範囲で組み合わせることで、ある程度に、任意の反射率に設定できる。各層の屈折率の差という面で考えると、高屈折率透明層と透明電極の屈折率の差が 0. 1〜1. 0、高屈折率透明層と着色層の屈折率の差が 0. 2〜1. 1程度あると、半透過表示装置の反射モードの表示に適用できる。

[0026] 高屈折率透明層 15としては、二酸化チタン (Ti02)、酸化ニオブ (Nb205)や Sn 02等を用いることができる。本実施例では、 500 Aの膜厚とした力 50〜： LOOOAの膜厚でも界面での反射特性を得ることができる。膜厚を変更することにより、透過と反射の比率が調整できる。

[0027] また、高屈折率透明層 15と透明電極 6の間に、高屈折率透明層より屈折率の小さい低屈折率透明層を設けてもよい。低屈折率透明層の屈折率としては透明電極 6とほぼ同じまたは小さい程度でよぐ 1. 5位が好ましい。適した材質として Si02が例示できる。

[0028] 次に、カラーフィルタと透明電極の間に平坦ィ匕層を設けた構成を図 3に基づいて説明する。ただし、図 2の構成と重複する部分についての説明は適宜省略する。光の 3 原色である赤 ·緑'青の着色部（3R、 3G、 3B)で構成されたカラーフィルタと遮光膜 1 2の上には表面の凹凸を平坦にするため、平坦ィ匕膜 4が設けられている。平坦化膜 4 は、その表面に高屈折率透明層 15を形成するため、平坦性が必要である。ここでは、 2 m程度の厚さで平坦化膜 4が形成されている。そして、この平坦ィ匕膜 4の表面に高屈折率透明層 15が形成される。さらに、その上に液晶層に電圧を印加するための透明電極 6が設けられて、る。

[0029] このように、高屈折率透明層 15の上下に、屈折率が相対的に小さい透明電極 6と平坦ィ匕膜 4を設けることにより、高屈折率透明層 15との界面に反射性能を持たせることが可能となる。したがって、反射表示時には入射光がカラーフィルタを通過することなく観察側に反射されるため、明るい白黒反射表示を得ることが可能となる。また、透過表示の色純度を向上させた場合 (例えば、カラーフィルタ着色部を厚くしたり顔料の特性を変えたりした場合)でも、従来のように反射表示時の明るさを低下させることがない。

[0030] 上述した構成によって得られる反射率は、高屈折率透明層だけでなぐ周囲の各層の材質、屈折率、厚みなどが複合的に作用して決まるものなので、各層の材質、屈折率、厚さ等を組み合わせて反射率を設定することができる。半透過型表示装置の反射モードでの表示に適用するために、高屈折率透明層の屈折率を 2. 0〜2. 5 、透明電極の屈折率を 1. 5〜2. 0、平坦化膜の屈折率を 1. 3〜1. 7とした。これらの範囲で組み合わせることで、ある程度に、任意の反射率に設定できる。各層の屈折率の差という面で考えると、高屈折率透明層と透明電極の屈折率の差が 0. 1〜1 . 0、高屈折率透明層と平坦化膜の屈折率の差が 0. 3〜1. 2程度が、半透過表示装置の反射モード表示に適して、る。

[0031] 高屈折率透明層 5としては、二酸化チタン (Ti02)、酸化ニオブ (Nb205)や SnO 2等を用いることができる。本実施例では、 500Aの膜厚で高屈折率透明層 5を設けたが、 50〜： L000 Aの膜厚でも界面での反射特性を得ることができる。膜厚を変更することにより、透過と反射の比率を調整することが可能である。

[0032] 次に、図 3で示した構成の液晶表示パネルの製造方法を説明する。まず、ガラス基板上にカラーフィルタを構成する着色層が形成される。具体的には、基板の表面には所望のパターンで赤の着色部（9R)、緑の着色部（9G)、青の着色部（9B)が 1 m前後の厚さで形成される。必要であれば、所望のパターンで遮光膜 12を設けても良、。これらは、ずれもフォトリソグラフィ一法による顔料分散法と呼ばれる製造方法で形成できる。その後、着色層が形成された基板の表面を平坦にするため、平坦ィ匕膜 4を 2 m程度の厚さで塗布する。さら〖こ、平坦化膜 4上に高屈折率透明層 15を設ける。高屈折率透明層 15としては、二酸ィ匕チタン (Ti02)、酸ィ匕ニオブ (Nb205)や Sn02等を用いることができる。これは、いずれもスパッタリング等の手法により形成される。

[0033] 次に、高屈折率透明層 15上に液晶 11に電圧を印加するための透明電極 6を設ける。透明電極 6は、フォトリソグラフィ一法により所望のパターンで形成されている。透明電極 6はスズ（Sn)を不純物に含有したインジウム（In)を酸化させた ITOと呼ばれる透明導電膜であり、所望の抵抗値を持つように形成できる。とはいえ、 ITOは低抵抗の半導体物質であるので、その抵抗値はシート抵抗で 10 Ω Z口から 100 Q /U のものが最も一般的である。通常、 ITOはスパッタリング法や蒸着法と呼ばれる真空成膜法で形成する。また、対向ガラス基板上にも同様の方法で透明電極を形成する

[0034] その後、セルギャップを目的値にするためのスぺーサを散布し、次に基板 1および対向基板 2の表面上に液晶 11を配向させるための配向膜（図示していない）を形成する。続いて基板 1と対向基板 2のどちらか一方にシール剤 10を塗布し、両基板を貼り合わせてセル構造を形成する。一般に、シール剤 10には熱硬化性の榭脂を用い、熱圧着法により貼り合わせを行う。この後、基板間隙に液晶を注入してセルを構成し、セルを挟むように一対の偏光板を配置することにより、液晶表示素子が得られる。 (実施例 2)

本実施例の液晶表示装置は、反射機能層として半透過膜を用いた構成の液晶表示パネルを有している。また、この液晶表示パネルは、カラーフィルタと透明電極と配向膜が順に設けられた基板、対向透明電極と配向膜が設けられた透明な対向基板、これらの基板間に保持された液晶を備えており、カラーフィルタと透明電極の間に半透過膜が設けられている。さらに、基板の外側にはバックライトが設けられている。このような構成によれば、反射型として用いた場合に、カラーフィルタ上の半透過膜による反射光を利用することができるので、高い反射率を得ることができる。図 4に本実施例の液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの断面構成を模式的に示す。

[0035] 図示するように、基板 1上には、カラーフィルタ 9、平坦ィ匕膜 4、半透過膜 8、透明電極 6,図示しない配向膜が順次形成されている。一方、基板 1と対向する対向基板 2 上には、対向透明電極 7と、一定方向にラビングされたポリイミド榭脂等力なる配向膜 (図示して、な、）が形成されて、る。対向基板 2と基板 1の間に液晶 11を挿入して液晶セルが形成されて、る。表示モードにあわせて偏光板等の第一の光学フィルム 21と第二の光学フィルム 22が液晶セルを挟むように設けられている。また、図示するように、液晶セルの背後にはバックライト 23が設けられている。

[0036] 半透過膜 8は光透過性と光反射性の双方の特性を備えるとともに、 2枚の偏光板の間に挟んだときに位相差が生じないようにする。また、半透過膜 8は鏡面性であっても散乱性であっても良い。

[0037] また、この半透過膜 8を高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成してもよい。このとき、高屈折率層の層数が低屈折率層の層数より一つ多くなるように構成する。図 5に、半透過膜として高屈折率層 18と低屈折率層 28とを順次に積層した積層構造の膜を用いた例を示す。このような構成では、半透過膜に入射した光の一部は高屈折率層 18で反射され、透過した光は低屈折率層 28で反射される。そして、これらの反射光が干渉し、反射性能が著しく高められ、いわゆる増反射効果が生じる。このとき、図示するように積層構造の両外側が高屈折率層になるように構成することが望ましい。高屈折率層 18と低屈折率層 28には屈折率差があればどのような材料で構成しても良いが、例えば高屈折率層 18の屈折率の範囲は 2. 0〜2. 5がよぐ Ti02、 Zr02、 Sn02の少なくともひとつを含む材料で構成するとよい。一方、低屈折率層 28の屈折率の範囲は 1. 3〜1. 6がよく Si02、 A1F3、 CaF2などの少なくともひとつを含む材料で構成するとよい。

[0038] カラーフィルタ 9は、顔料が分散された感光性レジストを用いた顔料分散方式で形成しているが、印刷方式、別途フォトレジストを使ったフォトリソグライ一方式でも良い。図示するように、カラーフィルタ 9は赤、緑、青に着色した領域 9R, 9G, 9Bが表示画素に対応するように構成されている。また、カラーフィルタ 9上の平坦ィ匕膜 4は、カラーフィルタ表面の凹凸を平坦化するためのトップコ一ト層として使われて、るが、平坦性が要求されない表示モードで使う場合は、それを設けなくてもよい。第一の光学フィルムまたは第二の光学フィルムは偏光板と位相差板の組合せであり、透過型、反射型のいずれの場合もコントラストが得られるよう、光軸の角度、位相差が設定されている。この設定は表示モードや液晶材料等によって異なるため、最適なコントラストを得るには、都度設定する必要がある。また、平坦ィ匕膜 4には有機榭脂膜を用いることができる。

[0039] このような構成によれば、反射型として用いた場合に、外部から入射した光は半透過膜 8によって反射される。従ってカラーフィルタ 9で吸収されることなぐ高い反射率が得られるという効果がある。また、ノックライト 23の照射光がカラーフィルタ 9と半透過膜 8を透過するため、そのままの条件で透過型としても使用することができる。このように、本実施例の表示装置によれば、反射型では明るいモノクロ表示力透過型では鮮明なカラー表示が実現できる。 [0040] また、図 5で示した構成の半透過膜 8として、 Ti02、 Zr02、 Sn02などの少なくとも一つを含んだ単一材層もしくは少なくとも二つを含んだ混合材層を組み合わせて積層した誘電体多層膜で構成した。すなわち、異なる単一材層の積層、あるいは異なる混合材層の積層、あるいは単一材層と混合剤層の積層とした。ここで、誘電体層の多層膜は 50〜： L000 Aの膜厚であることが好ましい。この場合にも増反射効果が生じるため、高い反射率が得られ、透過型では鮮明なカラー表示が、反射型では明る Vヽモノクロ表示が実現できた。

[0041] 本実施例の液晶表示装置によれば、光利用効率が高い半透過膜がカラーフィルタ上層に形成されているので、反射型として使用する場合に十分な反射光を得ることができ、バックライトを点灯させた光透過時は高色純度のカラー表示、ノックライト非点灯時は高反射のモノクロ表示になり、透過性と光反射性の双方を十分に満足しうる特性を持った液晶表示装置を提供することが可能になる。

(実施例 3)

本実施例の液晶表示装置は、反射機能層として二つの半透過膜を用いた構成の液晶表示パネルを有している。すなわち、この液晶表示パネルは、カラーフィルタと透明電極と配向膜が設けられた基板、対向透明電極と配向膜が設けられた透明な対向基板、これらの基板間に保持された液晶を備えており、カラーフィルタと液晶の間に第一の半透過膜が、カラーフィルタとバックライトとの間に第二の半透過膜が設けられている。さらに、基板の外側にはバックライトが設けられている。

[0042] このとき、第二の半透過膜を基板とカラーフィルタの間に設けることとした。この構成によれば、反射型として用いた場合に、カラーフィルタ下層の第二の半透過膜による反射光と、カラーフィルタ上層の第一の半透過膜による反射光の両方を利用することができるので、高い反射率を得ることができる。さらに、第一の半透過膜の反射率と第二の半透過膜の反射率の比力カラーフィルタの透過率の 2乗の 0. 5倍から 1. 5倍の範囲なるように設定した。この場合には、反射型として用いたときに、カラーフィルタを通過した反射光 (カラーフィルタ下層の第二の半透過膜による反射光）と、カラーフィルタを通過しない反射光 (カラーフィルタ上層の第一の半透過膜による反射光）がほぼ同強度になるため、反射率と表示色のバランスが取れた表示装置を得ることが可能になる。また、第一と第二の半透過膜の少なくとも一方を高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜で構成した。このとき、高屈折率層の層数は低屈折率層の層数より一つ多くなるように構成されて、る。

[0043] 図 6に、本実施例の液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの断面構成を模式的に示す。図示するように、基板 1上には、カラーフィルタ 9、平坦ィ匕膜 4、第一の半透過膜 8、透明電極 6、図示しない配向膜が順次形成されている。一方、基板 1と対向する対向基板 2の上には、対向透明電極 7と、一定方向にラビングしたポリイミド榭脂等力もなる配向膜 (図示しない）が形成されている。基板 1の裏側には第二の半透過膜 14が設けられている。基板 1と対向基板 2の間に液晶 11を挿入して液晶セルが形成されている。表示モードにあわせて偏光板等の第一の光学フィルム 21と第二の光学フィルム 22が液晶セルを挟むように設けられている。また、図示するように、液晶セルの背後にはバックライト 23が設けられている。第一の半透過膜 8および第二の半透過膜 14は光透過性と光反射性の双方の特性を備えるとともに、 2枚の偏光板の間に挟んだときに位相差が生じないようにする。また、これらの半透過膜は鏡面性であっても、散乱性であっても良い。一方の半透過膜が鏡面性、他方が散乱性であつても良い。

[0044] 半透過膜として高屈折率層 18と低屈折率層 28とを順次に積層した積層構造の膜は図 5に示したとおりである。このような構成では、半透過膜に入射した光の一部は高屈折率層 18で反射され、透過した光は低屈折率層 28で反射される。そして、これらの反射光が干渉し、反射性能が著しく高められ、いわゆる増反射効果が生じる。このとき、図示するように積層構造の両外側が高屈折率層になるように構成することが望ましい。高屈折率層 18と低屈折率層 28には屈折率差があればどのような材料で構成しても良いが、例えば高屈折率層 18の屈折率は 2. 0〜2. 5の範囲がよぐ TiO 2、 Zr02、 Sn02などの少なくともひとつを含む材料で構成できる。一方、低屈折率層 28の屈折率は 1. 3〜1. 6の範囲がよく Si02、 A1F3、 CaF2などの少なくともひとつを含む材料で構成できる。

[0045] カラーフィルタ 9は、顔料が分散された感光性レジストを用いた顔料分散方式で形成しているが、印刷方式、別途フォトレジストを使ったフォトリソグライ一方式でも良い。図示するように、カラーフィルタ 9は赤、緑、青に着色した領域 9R, 9G, 9Bが表示画素に対応するように構成されている。また、カラーフィルタ 9上の平坦ィ匕膜 4は、カラーフィルタ表面の凹凸を平坦化するためのトップコ一ト層として使われて、るが、平坦性を必要としない表示モードで使う場合は、設けなくてもよい。第一及び第二の光学フイルムは偏光板と位相差板の組合せであり、透過型、反射型のいずれの場合もコントラストが得られるよう、光軸の角度、位相差が設定されている。この設定は表示モードや使用する液晶材料等によって異なるため、最適なコントラストが得られるように、都度設定する必要がある。

[0046] 上述した構成で、カラーフィルタ 9を NTSC比 50%、第一の半透過膜 8の反射率を 2. 5%、第二の半透過膜 14の反射率を 30%になるように設計して表示装置を作製した。その結果、反射率 (ビーム光を 15度から入射し、法線方向から測定） 17%、反射表示の NTSC比 15%が得られ、反射型でも十分な色表示を行うことができた。またバックライトを点灯した場合は、従来と同様な鮮明な表示が得られた。なお、第一の半透過膜 8を形成せずに表示装置を作製したところ、反射率は 8%になり、反射時の表示視認性は著しく低下した。

[0047] 次に第二の半透過膜 14を基板 1の内面に形成した構成を図 7に基づいて説明する。その他の構成は図 6と同じなので、重複する説明は省略する。図 7に示す構成では、反射型で使用する場合に、第二の半透過膜 14で反射される光は、基板 1を通過することなく第二の半透過膜 12で反射されることになるため、基板 1の厚みに起因して表示が二重に見えるという現象がなくなった。

[0048] 図 6または図 7で示した構成で、カラーフィルタ 9を NTSC比 70%、第一の半透過膜 8の反射率を 2. 5%、第二の半透過膜 14の反射率を 30%になるよう設計して表示装置を作製した。その結果、反射率 (ビーム光を 15度から入射し、法線方向から測定 ) 14%、反射表示の NTSC比 14%が得られ、図 7の構成の表示装置による反射型表示でも十分な色表示を行うことができた。多少反射率は低下したが、十分な視認性を有する表示が得られた。またバックライトを点灯した場合は、従来と同様の鮮明な表示が得られた。なお、第一の半透過膜 8を形成せずに表示装置を作製したところ反射率は 5%しかなぐ反射時の視認性は極めて悪力つた。この結果から、本具体例は、 NTSC比の高、カラーフィルタ層との組合せに特に有効であることが確認できた。

[0049] また、第一と第二の半透過膜の少なくとも一方を誘電体層の多層膜で構成した。誘電体層の多層膜は 50〜： L000 Aの膜厚であることが好ましい。ここで、誘電体層の多層膜は、 Ti02、 Zr02、 Sn02の少なくとも一つを含んだ単一材層、もしくは少なくとも二つを含んだ混合材層を組み合わせて積層した誘電体多層膜で構成できる。例えば、異なる単一材層の積層、異なる混合材層の積層、あるいは単一材層と混合剤層の積層とした。この場合にも増反射効果が生じるため、高い反射率が得られ、反射型でも視認性の良好な表示装置が得られた。

[0050] このように、本実施例の液晶表示装置では、光利用効率が高い半透過膜がカラーフィルタを挟むように 2層設けられている。このような構成により、反射型として使用する場合に十分な反射光を得ることができ、光透過性と光反射性の双方を十分に満足しうる特性を持った液晶表示装置を提供することが可能になる。

[0051] (実施例 4) 本実施例の液晶表示装置は、反射機能層として半透過膜を用い、この半透過膜を 2つの着色層で挟んだ構成の液晶表示パネルを有して、る。すなわち、この液晶表示パネルは、カラーフィルタが形成された基板と対向基板が液晶を介して対向する液晶表示パネルで、カラーフィルタを構成する着色層と液晶層の間に半透過膜を設け、半透過膜の上方 (観測者側）に第二のカラーフィルタを設けた構成である。さらに、基板の外側にはバックライトが設けられている。

[0052] このような構成により、透過表示時には第一および第二のカラーフィルタを通過した光を観察するため、色純度の高い表示を得ることが可能となる。一方、反射表示時は第二のカラーフィルタのみを通過した光を観察するため、明るいカラー表示を得ることが可能となる。第一および第二のカラーフィルタを構成する着色層濃度をそれぞれ調整することにより、好適な色純度および明るさを容易に得ることができる。

[0053] また、半透過膜として誘電体多層膜を採用することができる。ここで、誘電体多層膜は低屈折率透明膜と高屈折率透明膜の積層構造力なって、る。低屈折率透明膜として二酸ィ匕珪素（Si02)を、高屈折率透明膜として二酸化チタン (Ti02)や酸化- ォブ等を用いることができる。低屈折率膜と高屈折率膜の積層数およびそれぞれの膜厚を変更することにより、好適な透過と反射の比率に調整することが可能である。また、誘電体多層膜は開口がなく均一な厚みを持つ層なので、基板表面の平坦性が向上する。

[0054] 本実施例の液晶表示装置は、一般的なカラーフィルタの製造方法を用いて着色層を形成した後、着色層上に直接誘電体多層膜を設け、誘電体多層膜上に第二の着色層を形成することにより製造が可能である。あるいは、一般的なカラーフィルタの製造方法を用いて着色層を形成し、この上に平坦ィ匕膜を形成した後、平坦化膜の表面に誘電体多層膜を設け、誘電体多層膜上に第二の着色層を形成することにより製造が可能である。あるいは、誘電体多層膜と液晶を介して対向する対向基板に第二の着色層を設けることによつても製造が可能である。

[0055] さらに、図面を参照して、本発明の液晶表示装置の実施例について説明する。図 8 に、本実施例の液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの断面構成を模式的に示す。ここでは、ノ^シブ型のカラー液晶表示装置の場合を説明する。図示するように、基板 1と対向基板 2は液晶 11を介して互いに対向している。基板 1の一方の表面には所望のパターンを持つ透明電極 6が、対向基板 2の一方の表面には所望のパターンを持つ対向透明電極 7が設けられている。基板 1は、ガラス基板上に着色部を有するカラーフィルタ 9が設けられた構成である。具体的には、ガラス基板の表面に所望のパターンを有した光の 3原色である赤、緑、青の着色部（9R、 9G、 9B)が前後の厚さで設けられている。着色部の上には表面の凹凸を平坦にするために、平坦化膜 4が設けられている。平坦化膜 4は、その表面に誘電体多層膜 38を形成するため、平坦性が必要である。本実施例では、 2 /z m程度の厚さで平坦化膜 4が形成されている。そして、この平坦化膜 4の表面に誘電体多層膜 38が形成され、続いて第二のカラーフィルタが形成される。すなわち、所望のパターンを有した遮光膜 (ブラックマトリックス） 12と赤（19R)、緑（19G)、青（19B)の着色部が形成される。その後、第二のカラーフィルタ表面の平坦ィ匕を行うため平坦ィ匕膜 4が形成され、その上に液晶層に電圧を印加するための透明電極 6が設けられて、る。第二のカラーフィルタ表面に設けられる平坦ィ匕膜 4は、その上に透明電極 6が形成されるため、平坦性と絶縁性が必要となる。本実施例では、この平坦ィ匕膜 4も 2 /z m程度の厚さで形成されている。また、図では電極を覆うように設けられる配向膜等は省略されている。 [0056] なお、表示画面での視認性向上を目的に設ける遮光膜 (ブラックマトリックス）は、観察側である第二のカラーフィルタにのみ形成すれば良いが、必要ならば第一のカラ一フィルタにも形成して良い。

[0057] このように、誘電体多層膜 38の上下にカラーフィルタが形成されて!、るので、透過表示時は第一のカラーフィルタ 9および第二のカラーフィルタ 19を通過した光を観察することになる。そのため、色純度の高い表示を得ることができる。一方、反射表示時は第二のカラーフィルタ 19のみを通過した光を観察するため、第二のカラーフィルタの着色部（19R、 19G、 19B)の濃度を低くすれば明るいカラー表示が得られる。

[0058] ここで用いられる誘電体多層膜 38は低屈折率透明膜と高屈折率透明膜の積層構造力もなる。低屈折率透明膜として二酸ィ匕珪素を用いることができ、高屈折率透明膜としては二酸ィ匕チタンや酸ィ匕ニオブ等を用いることができる。本実施例では、低屈折率膜層と高屈折率膜の積層数を 3層以上、 7層以下で誘電体多層膜 38を構成することとした。この積層数あるいはそれぞれの膜厚を変更することで、透過と反射の比率を好適に調整できる。

[0059] 次に、本実施例の液晶表示装置の製造方法を説明する。まず、ガラス基板上に力ラーフィルタを形成する着色層が形成される。具体的には、基板の表面には所望のパターンを有した赤（9R)、緑 (9G)、青（9B)の着色部が 1 m前後の厚さで設けられる。必要であれば、所望のパターンを有した遮光膜を設けても良い。これらはフォトリソグラフィ一法による顔料分散法と呼ばれる製造方法で形成できる。その後、着色部が形成された基板の表面を平坦にするための平坦ィ匕膜 4を 2 μ m程度の厚さで塗布する。さらに、平坦化膜 4上に誘電体多層膜 38を設ける。誘電体多層膜 38を構成する低屈折率透明膜および高屈折率透明膜はいずれもスパッタリング等の手法により、順次積層される。

[0060] 次に、誘電体多層膜 38上に第二のカラーフィルタ 19が形成される。第二のカラーフィルタは、所望のパターンを有した遮光膜 12と赤緑青の 3原色の着色部（19R、 19 G、 19B)を有している。これらは第一のカラーフィルタ 9と同様、フォトリソグラフィ一法による顔料分散法と呼ばれる製造方法で形成される。

[0061] 続、て、第二のカラーフィルタ表面の平坦ィ匕を行うため平坦ィ匕膜 4が形成され、その上に液晶層に電圧を印加するための透明電極 6が設けられる。透明電極 6は、フォトリソグラフィー法により所望のパターンで形成されている。透明電極 6はスズ (Sn)を不純物に含有したインジウム (In)を酸化させた ITOと呼ばれる透明導電膜であり、所望の抵抗値が設定できる。 ITOは低抵抗の半導体物質であるので、その抵抗値はシ一ト抵抗で 10ΩΖ口から 100ΩΖ口のものが最も汎用レベルである。通常 ITOはスパッタリング法や蒸着法と呼ばれる真空成膜法で形成する。また、対向基板 2上にも同様の方法で対向透明電極 7を形成する。

[0062] その後、セルギャップを目的値にするためのスぺーサを散布し、次に基板 1および対向基板 2の表面上に液晶 11を配向させるための配向膜を設ける。続いて基板 1と対向基板 2のどちらか一方にシール剤 10を塗布し、両基板を貼り合わせてセル構造を形成する。一般的に、シール剤 10は熱硬化性の榭脂を用いて熱圧着法で行う。この後、セルギャップ中に液晶を注入し、両ガラス基板に偏光板を配置することにより、液晶表示素子が得られる。

[0063] 次に第二のカラーフィルタを対向基板に形成した構成を図 9に基づいて説明する。

図 8で示した構成と重複する部分の説明は適宜省略する。図 9に示した構成では、透過表示時には第一および第二のカラーフィルタを通過した光を観察するため、色純度の高い表示が得られる。一方、反射表示時は第二のカラーフィルタのみを通過した光を観察するため、明るいカラー表示が得られる。第一および第二のカラーフィルタを構成する着色層の濃度をそれぞれ調整することにより、好適な色純度と明るさが得られる。

[0064] 図 9に示すように、基板 1には、ガラス基板上に着色部（9R、 9G、 9B)を有するカラ一フィルタ 9が形成されている。通常、カラーフィルタは 1 μ m前後の厚さで設けられている。このカラーフィルタ上に平坦ィ匕膜 4が設けられ、この平坦化膜 4上に誘電体多層膜 38が形成される。さらに、誘電体多層膜 38上に透明電極 6が設けられる。

[0065] 一方、対向基板 2の表面には第二のカラーフィルタ 19が形成される。第二のカラーフィルタ 19は、所望のパターンを持つ遮光膜 12、および 3原色の着色部（19R、 19 G、 19B)を有している。第二のカラーフィルタ 19の表面の凹凸を平坦にするための平坦化膜 4が塗布された後、透明電極 6が設けられた構成となっている。そのため、図 8で示した構成の場合と同様に、透過表示時には第一のカラーフィルタ（9R、 9G、 9B)および第二のカラーフィルタ（19R、 19G、 19B)を通過した光を観察することになるため、色純度の高い表示が得られる。一方、反射表示時には、第二のカラーフィルタ（19R、 19G、 19B)のみを通過した光を観察するため、この着色層の濃度を低く設定しておくことにより明るいカラー表示が得られる。なお、表示画面の視認性を向上するために設ける遮光膜は、観察側である第二のカラーフィルタにのみ形成すれば良いが、必要ならば第一のカラーフィルタに形成しても良い。

[0066] 上述したように、本実施例の液晶表示装置によれば、反射表示時に入射光が色濃度を薄く調整した第二のカラーフィルタのみ通過することになるため、明るい反射表示を得ることが可能となる。また、半透過反射膜として採用した誘電体多層膜は、開口を設ける必要が無いため、高い表面平坦性を得ることが可能となり、表示品質の低下を防止できる。

産業上の利用可能性

[0067] 光透過性と光反射性の双方を十分に満足しうる特性を持った液晶表示装置を提供することが可能になるので、屋内および屋外で使用する携帯情報機器の表示装置に適応できる。

Claims

請求の範囲

[1] 着色層と透明電極が形成された基板と、対向透明電極が形成された対向基板と、前記透明電極と前記対向透明電極の間に配された液晶を備え、前記透明電極と前記対向透明電極が交差して形成する画素部を用いて表示を行なう液晶表示装置であつて、

前記着色層と前記透明電極の間に、入射する一部の光を反射する反射機能層が前記画素部の全面にわたって設けられたことを特徴とする液晶表示装置。

[2] 請求項 1に記載の液晶表示装置において、前記反射機能層が、前記透明電極よりも屈折率の大き!、高屈折率透明層である液晶表示装置。

[3] 請求項 2に記載の液晶表示装置において、前記透明電極と前記高屈折率透明層の間に、前記高屈折率透明層よりも屈折率の小さい低屈折率透明層を備える液晶表示装置。

[4] 請求項 3に記載の液晶表示装置において、前記低屈折率透明層が Si02を主成分として含む液晶表示装置。

[5] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記着色層と前記高屈折率透明層の間に平坦ィ匕膜を備えるとともに、前記高屈折率透明層の屈折率は前記平坦化膜の屈折率よりも大きい液晶表示装置。

[6] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記高屈折率透明層の 550nmでの屈折率が 2. 0以上である液晶表示装置。

[7] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記高屈折率透明層の屈折率が 2. 0〜2. 5、前記透明電極の屈折率が 1. 5〜2. 0、前記着色層の屈折率が 1. 4〜1. 8である液晶表示装置。

[8] 請求項 2〜4のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記高屈折率透明層の屈折率と前記透明電極の屈折率の差が 0. 1〜1. 0であり、前記高屈折率透明層の屈折率と前記着色層の屈折率の差が 0. 2〜1. 1である液晶表示装置。

[9] 請求項 5に記載の液晶表示装置において、前記高屈折率透明層の屈折率が 2. 0〜

2. 5、前記透明電極の屈折率が 1. 5〜2. 0、前記平坦化膜の屈折率が 1. 3〜1. 7 である液晶表示装置。

[10] 請求項 5に記載の液晶表示装置において、前記高屈折率透明層の屈折率と前記透明電極の屈折率の差が 0. 1〜1. 0であり、前記高屈折率透明層の屈折率と前記平坦化膜の屈折率の差が 0. 3〜1. 2である液晶表示装置。

[11] 請求項 1に記載の液晶表示装置において、前記反射機能層が半透過膜である液晶表示装置。

[12] 請求項 11に記載の液晶表示装置において、前記半透過膜が高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜である液晶表示装置。

[13] 請求項 11に記載の液晶表示装置において、前記半透過膜が誘電体層の多層膜である液晶表示装置。

[14] 請求項 1に記載の液晶表示装置において、前記着色層はカラーフィルタであり、前記基板の外側にバックライトを備えるとともに、前記反射機能層が第一の半透過膜であり、前記カラーフィルタと前記バックライトとの間に第二の半透過膜が設けられた液晶表示装置。

[15] 請求項 14に記載の液晶表示装置において、前記第二の半透過膜が前記基板と前記カラーフィルタの間に設けられた液晶表示装置。

[16] 請求項 14に記載の液晶表示装置において、前記第一の半透過膜の反射率と前記第二の半透過膜の反射率の比が、前記カラーフィルタの透過率の 2乗の 0. 5倍から

1. 5倍の範囲である液晶表示装置。

[17] 請求項 11に記載の液晶表示装置において、前記着色層が第一のカラーフィルタであり、前記半透過膜の観測者側に第二のカラーフィルタを備える液晶表示装置。

[18] 請求項 17に記載の液晶表示装置において、前記第二のカラーフィルタが前記半透過膜と前記液晶層との間に設けられた液晶表示装置。

[19] 請求項 17に記載の液晶表示装置において、前記第二のカラーフィルタが前記対向基板に設けられた液晶表示装置。

[20] 請求項 17〜19のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記第一のカラ一フィルタと前記第二のカラーフィルタのうち、前記第二のカラーフィルタのみが遮光膜を備える液晶表示装置。