JP2005189429A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示のときと透過表示のときの色再現性の差を小さくし、反射表示のときも透過表示のときも良好な品質のカラー画像を表示することができ、しかも、製造コストを上昇させることの無い反射／透過型の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】観察側とは反対側の後基板３の基板面とこの後基板３の内面に設けられた電極５との間に、前記電極５に対向する膜面に複数の凹部６ａを複数の画素Ａ内の複数箇所に対応する間隔で形成した凹凸面膜６を設け、この凹凸面膜６の膜面上に複数の凹部６ａを除いて反射膜７を形成し、前記凹凸面膜６及び反射膜７上の複数の画素Ａに対応する部分にそれぞれ、複数の凹部６ａ内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成されたカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の画素にそれぞれ反射表示部と透過表示部とを形成した反射／透過型の液晶表示素子に関する。

反射表示と透過表示との両方の表示を行なう反射／透過型の液晶表示素子として、複数の画素にそれぞれ反射表示部と透過表示部とを形成したものがある。

この反射／透過型液晶表示素子は、従来、表示の観察側である前側の基板とこの前基板に対向する後基板の互いに向き合う内面にそれぞれ設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する前側電極及び後側電極と、前記後基板の基板面と前記後側電極との間に前記複数の画素内の予め定めた領域にそれぞれ対応させて設けられた反射膜と、前記前基板の基板面と前記前側電極との間に前記複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタと、前記前基板と後基板との間に設けられた液晶層とを備え、前記複数の画素内にそれぞれ、前記反射膜に対応する領域からなり、前側から入射した光を前記反射膜により反射して前側に出射する反射表示部と、前記反射膜の無い領域からなり、後側から入射した光を透過させて前側に出射する透過表示部とを形成した構成とされている（特許文献１参照）。
特開２００３―２２２８５４号公報。

しかし、上記従来の反射／透過型液晶表示素子は、反射表示のときは前側から入射した光がカラーフィルタを往復して透過して前側に出射し、透過表示のときは後側から入射した光が前記カラーフィルタを一方向に透過して前側に出射するため、反射表示のときと透過表示のときとで色再現性が大きく異なる。

この発明は、反射表示のときと透過表示のときの色再現性の差を小さくし、反射表示のときも透過表示のときも良好な品質のカラー画像を表示することができ、しかも、製造コストを上昇させることの無い反射／透過型の液晶表示素子を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示素子は、表示の観察側である前側の基板とこの前基板に対向する後基板の互いに向き合う内面にそれぞれ設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する前側電極及び後側電極と、前記後基板の基板面と前記後側電極との間に少なくとも前記複数の画素の配列領域に対応させて設けられ、前記後側電極に対向する面に、前記画素の幅の１／１０以下の幅を有する複数の凹部が前記複数の画素内の複数箇所に対応する間隔で形成された凹凸面膜と、前記凹凸面膜の前記後側電極に対向する面上に前記複数の凹部を除いて形成された反射膜と、前記凹凸面膜及び反射膜上の前記複数の画素に対応する部分にそれぞれ前記複数の凹部内に充填して設けられ、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成された複数の色のカラーフィルタと、前記前基板と後基板との間に設けられた液晶層とを備え、前記複数の画素内にそれぞれ、前記反射膜に対応する領域からなり、前側から入射した光を前記反射膜により反射して前側に出射する反射表示部と、前記凹凸面膜の複数の凹部に対応する領域からなり、後側から入射した光を透過させて前側に出射する透過表示部とが形成されていることを特徴とする。

この液晶表示素子において、前記凹凸面膜の複数の凹部は、前記複数の色のカラーフィルタの反射表示部に対応する部分の膜厚と実質的に同じ深さに形成するのが好ましい。

また、前記凹凸面膜は、光拡散性を有する透明膜により形成するのが望ましい。

この発明の液晶表示素子は、後基板の基板面とこの後基板の内面に設けられた後側電極との間に、少なくとも複数の画素の配列領域に対応させて、前記後側電極に対向する面に複数の凹部を前記複数の画素内の複数箇所に対応する間隔で形成した凹凸面膜を設け、この凹凸面膜の前記後側電極に対向する面上に前記複数の凹部を除いて反射膜を形成し、前記凹凸面膜及び反射膜上の前記複数の画素に対応する部分にそれぞれ、前記複数の凹部内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成された複数の色のカラーフィルタを設けているため、前記複数の画素内の前記反射膜に対応する領域からなる反射表示部のカラーフィルタ膜厚ｔ_１と、前記凹凸面膜の凹部に対応する領域からなる透過表示部のカラーフィルタ膜厚ｔ_２とを、ｔ_２＞ｔ_１の関係にし、１色のカラーフィルタが対応する１画素内における前記反射表示部のカラーフィルタを往復して透過した着色光の色相と、前記透過表示部のカラーフィルタを一方向に透過した着色光の色相との差を小さくすることができる。

そのため、この液晶表示素子によれば、反射表示のときと透過表示のときの色再現性の差を小さくし、反射表示のときも透過表示のときも良好な品質のカラー画像を表示することができる。

しかも、この液晶表示素子は、前記凹凸面膜の複数の凹部を、前記画素の幅の１／１０以下の幅に形成しているため、前記凹凸面膜及びその膜面上に前記複数の凹部を除いて形成された反射膜の上にカラーフィルタ材料を塗布することにより、前記凹凸面膜の複数の凹部内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成されたカラーフィルタを容易に形成することができ、したがって、液晶表示素子の製造コストを上昇させることは無い。

この液晶表示素子において、前記凹凸面膜の複数の凹部は、前記複数の色のカラーフィルタの反射表示部に対応する部分の膜厚と実質的に同じ深さに形成するのが好ましく、このようにすることにより、前記反射表示部のカラーフィルタ膜厚ｔ_１と前記透過表示部のカラーフィルタ膜厚ｔ_２とを実質的に、ｔ_２＝ｔ_１×２の関係にし、反射表示のときと透過表示のときの色再現性を実質的に等しくすることができる。

さらに、前記凹凸面膜は、光拡散性を有する透明膜により形成するのが望ましく、このようにすることにより、前記凹凸面膜により透過光を拡散させることができるため、別部材の光拡散膜を備えない簡単な構造で、前記透過表示によるカラー画像の輝度分布を均一にするとともにその視野角を広くすることができる。

図１はこの発明の一実施例す液晶表示素子の一部分の断面図である。

この液晶表示素子１は、図１のように、表示の観察側である前側の透明基板２とこの前基板２に対向する透明な後基板３の互いに向き合う内面にそれぞれ設けられ、互いに対向する領域により行方向（画面の左右方向）及び列方向（画面の上下方向）にマトリックス状に配列する複数の画素Ａを形成する透明な前側電極４及び後側電極５と、前記後基板３の基板面と前記後側電極５との間に少なくとも前記複数の画素Ａの配列領域に対応させて設けられた透明な凹凸面膜６と、前記凹凸面膜６の膜面上にその複数の凹部６ａを除いて形成された反射膜７と、前記凹凸面膜６及び反射膜７上に前記複数の画素Ａにそれぞれ設けられた複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと、前記前基板２と後基板３との間に設けられた液晶層１２と、前記前基板２と後基板３の外面にそれぞれ配置された前後一対の偏光板１３，１４と、前記前基板２と前側の偏光板１３との間に配置されたコントラスト及び視野角を向上させるための光学フィルム（例えば位相差フィルム）１５とを備えている。

前記凹凸面膜６は、光拡散性を有する透明膜、例えば、光散乱粒子を分散させた透明膜からなっており、その膜面、つまり前記後側電極５に対向する面に、前記画素Ａの幅（以下、画素幅と言う）の１／１０以下、例えば前記画素幅の１／５０〜１／１０の幅を有する複数の凹部６ａが、前記複数の画素Ａにそれぞれ対応させて、これらの画素Ａ内の複数箇所に対応する間隔で形成されている。

前記複数の凹部６ａは、例えば、前記画素Ａの縦幅方向（画面の上下方向）に沿う細長形状で、前記画素Ａの縦幅方向の両端部を除く領域に対応する長さを有するスリット状凹部であり、前記複数の画素Ａに対応する領域にそれぞれ、この凹部６ａの幅と同程度の間隔で互いに平行に形成されている。

なお、図では便宜上、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅と間隔を大きく誇張して示しているが、前記画素幅は１００〜２５０μｍ、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅と間隔はそれぞれ、１０μｍ以下、例えば５〜１０μｍの範囲であり、したがって、１つの画素Ａに対応する前記凹部６ａの数は１０以上（例えば１０〜２５）である。

この凹凸面膜６は、前記後基板３の基板面上に光拡散性を有する透明膜を設け、その膜面を間隔をおいてハーフエッチングするか、あるいは、前記後基板３の基板面上に光拡散性を有する第１の透明膜を設け、その上に、第２の透明膜（光拡散性を有する透明膜でも、光拡散性を有しない透明膜でもよい）を間隔をおいて設けることにより形成されたものであり、前記複数の凹部６ａの底面と、これらの凹部６ａ以外の膜面はそれぞれ、その全体にわたって前記後基板３の基板面と平行に形成されている。

そして、前記反射膜７は、前記凹凸面膜６の膜面（後側電極５に対向する面）上に、前記複数の凹部６ａを除いて、アルミニウム系合金等の高反射率金属膜を蒸着またはメッキすることにより形成されている。

また、前記赤、緑、青のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂはそれぞれ、前記複数の画素Ａに対応する部分に、前記凹凸面膜６及びその複数の凸面上に形成された反射膜７の上にカラーフィルタ材料を塗布することにより形成されたものであり、これらのカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａ内に充填して設けられ、且つフィルタ表面をその全体にわたって実質的に平坦面に形成されている。

前記赤、緑、青のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの前記反射膜７上の部分の膜厚ｔ_１はそれぞれ、非着色光（白色光）を前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂによる２回の着色によって良好な色相の着色光とすることができる厚さに設定されている。

さらに、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａは、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの前記反射膜７上の部分の膜厚ｔ_１と実質的に同じ深さに形成されており、したがって、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの前記凹部６ａに対応する部分の膜厚ｔ_２は、前記反射膜７上の部分の膜厚ｔ_１に対して実質的に２倍の膜厚、つまり非着色光を前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂによる１回の着色により良好な色相の着色光とすることができる厚さに設定されている。

また、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上には、前記後基板３の内面をより平坦面にするための透明な平坦化絶縁膜９が設けられており、この平坦化絶縁膜９の上に前記後側電極５が形成されている。

なお、この実施例の液晶表示素子１は、単純マトリックス型のものであり、前基板２と後基板３の内面にそれぞれ前側電極４及び後側電極５のうち、一方の電極、例えば前側電極４は、行方向に沿わせて互いに平行に形成された複数の走査電極、一方の電極、つまり後側電極５は、列方向に沿わせて互いに平行に形成された複数の信号電極である。

また、前記前基板２と後基板３の内面にはそれぞれ、前記電極４，５を覆って配向膜１０，１１が設けられている。

そして、前記前基板２と後基板３は、前記複数の画素Ａがマトリックス状に配列している表示エリアを囲む枠状のシール材（図示せず）を介して接合されており、これらの基板２，３間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層１２が設けられている。

この液晶表示素子１は、例えばＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型液晶表示素子であり、前記液晶層１２の液晶分子は、前記基板２，３間において２２０〜２６０度のツイスト角でツイスト配向し、前後一対の偏光板１３，１４は、それぞれの透過軸を予め定めた方向に向けて配置されている。

そして、前記複数の画素Ａ内の前記反射膜７に対応する領域はそれぞれ、前側から入射した光を前記反射膜７により反射して前側に出射する反射表示部Ａ１に形成され、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａに対応する領域はそれぞれ、後側から入射した光を透過させて前側に出射する透過表示部Ａ２に形成されている。

この液晶表示素子１は、外部環境の光である外光を利用する反射表示と、前記液晶表示素子１の後側、つまり表示の観察側とは反対側に配置された面光源１６からの照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なうものであり、その表示はいずれも、前記複数の画素Ａにそれぞれ対応するカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂにより着色された赤，緑，青の３色の光によるフルカラー画像である。

前記外光を利用する反射表示は、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１により行なわれ、このときは、図に矢線で示したように、前記液晶表示素子１の前側（観察側）から前側偏光板１３により直線偏光とされて入射し、カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを透過して着色され、さらに液晶層１２を複数の画素Ａの電極４，５間への印加電界により変化する液晶分子の配向状態に応じた複屈折作用を受けて透過した光のうち、複数の画素Ａの反射表示部Ａ１に入射して前記液晶層１２を透過した光が、反射膜７により反射される。

そして、前記反射膜７により反射された光は、前記液晶層１２を再び透過し、さらに前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを透過して再着色されて前記前側偏光板１３に入射し、その光のうち、前記前側偏光板１３の吸収軸に平行な直線偏光成分が吸収され、前記前側偏光板１３の透過軸に平行な直線偏光成分が前側に出射してカラー画像が表示される。

また、前記面光源１６からの照明光を利用する透過表示は、前記複数の画素Ａの透過表示部Ａ２により行なわれ、このときは、図に破矢線で示したように、前記液晶表示素子１の後側（観察側とは反対側）から後側偏光板１４により直線偏光とされて入射し、液晶層１２を複数の画素Ａの電極４，５間への印加電界により変化する液晶分子の配向状態に応じた複屈折作用を受けて透過し、さらに前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを透過して着色された光が前側偏光板１３に入射し、その光のうち、前記前側偏光板１３の吸収軸に平行な直線偏光成分が吸収され、前記前側偏光板１３の透過軸に平行な直線偏光成分が前側に出射してカラー画像が表示される。

この実施例では、上述したように、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａを、前記画素Ａの両端部を除く領域に対応する長さを有するスリット状凹部とし、これらの凹部６ａを、その幅と同程度の間隔で互いに平行に形成し、前記凹凸面膜６の膜面上に前記複数の凹部６ａを除いて反射膜７を形成しているため、前記複数の画素Ａの反射表示部Ａ１の総面積、つまり反射表示の開口率を、前記複数の画素Ａの透過表示部Ａ２の総面積、つまり透過表示の開口率よりも大きくし、外光を利用する反射表示の明るさを充分に確保することができる。

前記液晶表示素子１は、後基板３の基板面とこの後基板３の内面に設けられた後側電極５との間に、少なくとも複数の画素Ａの配列領域に対応させて、前記後側電極５に対向する面に複数の凹部６ａを前記複数の画素Ａ内の複数箇所に対応する間隔で形成した凹凸面膜６を設け、この凹凸面膜６の膜面（後側電極５に対向する面）上に前記複数の凹部６ａを除いて反射膜７を形成し、前記凹凸面膜６及び反射膜７上の複数の画素Ａに対応する部分にそれぞれ、前記複数の凹部６ａ内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成された赤、緑、青のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを設けているため、前記複数の画素Ａ内の前記反射膜７に対応する領域からなる反射表示部Ａ１のカラーフィルタ膜厚ｔ_１と、前記凹凸面膜６の凹部６ａに対応する領域からなる透過表示部Ａ２のカラーフィルタ膜厚ｔ_２とを、ｔ_２＞ｔ_１の関係にし、前記赤、緑、青のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂのうちの１色のカラーフィルタが対応する１画素Ａ内における前記反射表示部Ａ１のカラーフィルタを往復して透過した着色光の色相と、前記透過表示部Ａ２のカラーフィルタを一方向に透過した着色光の色相との差を小さくすることができる。

そのため、この液晶表示素子１によれば、反射表示のときと透過表示のときの色再現性の差を小さくし、反射表示のときも透過表示のときも良好な品質のカラー画像を表示することができる。

しかも、前記液晶表示素子１は、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅を、前記画素幅の１／１０以下にしているため、前記凹凸面膜６及びその膜面上に前記複数の凹部６ａを除いて形成された反射膜７の上にカラーフィルタ材料を塗布することにより、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａ内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成されたカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを容易に形成することができる。

すなわち、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅が広い場合は、この凹凸面膜６上にカラーフィルタ材料を塗布したときに、そのカラーフィルタ材料が前記凹部６ａ内に充分に充填されず、前記凹部６ａ上のフィルタ面が、前記凹凸面膜６の膜面上のフィルタ面よりも低くなる。

それに対して、この実施例では、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅を前記画素幅の１／１０以下にしているため、この凹凸面膜６上にカラーフィルタ材料を塗布したときに、そのカラーフィルタ材料が前記凹部６ａ内に充分に充填され、フィルタ面が前記凹部６ａ上から前記凹凸面膜６の膜面上にわたって略面一なカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが形成される。

そのため、この実施例によれば、前記カラーフィルタ材料の塗布により、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａ内に充填され、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成されたカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを容易に形成することができ、したがって、液晶表示素子の製造コストを上昇させることは無い。

なお、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａの幅は、前記画素幅の１／１０以下、例えば上述したように画素幅の１／５０〜１／１０（５〜１０μｍ）の範囲で、前記カラーフィルタ材料の表面張力に応じて選択すればよく、カラーフィルタ材料の表面張力が大きくても、前記複数の凹部６ａの幅を前記範囲内で広くすることにより、前記カラーフィルタ材料を前記凹部６ａ内に確実に充填させ、フィルタ面が略面一なカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを形成することができる。

また、前記液晶表示素子１は、前記凹凸面膜６の複数の凹部６ａを、前記赤、緑、青のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの反射表示部Ａ１に対応する部分の膜厚ｔ_１と実質的に同じ深さに形成しているため、前記反射表示部Ａ１のカラーフィルタ膜厚ｔ_１と前記透過表示部Ａ２のカラーフィルタ膜厚ｔ_２とを実質的に、ｔ_２＝ｔ_１×２の関係にし、反射表示のときと透過表示のときの色再現性を実質的に等しくすることができる。

さらに、前記液晶表示素子１は、前記凹凸面膜６を、光拡散性を有する透明膜により形成しているため、前記凹凸面膜６により透過光を拡散させることができ、したがって、別部材の光拡散膜を備えない簡単な構造で、前記透過表示によるカラー画像の輝度分布を均一にするとともにその視野角を広くすることができる。

なお、上記実施例では、凹凸面膜６の複数の凹部６ａを、画素Ａの両端部を除く領域に対応する長さを有するスリット状に形成しているが、前記複数の凹部６ａは、画素幅の全長にわたって形成してもよく、その場合は、複数の凹部６ａの間隔を前記凹部６ａの幅よりも狭くすることにより、複数の画素Ａの反射表示部（凹凸面膜６の膜面上に複数の凹部６ａを除いて形成された反射膜７に対応する部分）Ａ１の総面積を、前記複数の画素Ａの透過表示部（凹凸面膜６の複数の凹部６ａに対応する部分）Ａ２の総面積よりも大きくし、外光を利用する反射表示の明るさを充分に確保することができる。

また、上記実施例では、後基板３の凹凸面膜６及び反射膜７上に形成したカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上に平坦化絶縁膜９を設け、その上に後側電極５を形成しているが、前記平坦化絶縁膜９を省略し、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上に前記後側電極５を形成してもよい。

さらに、上記実施例の液晶表示素子は、単純マトリックス型のものであるが、この発明は、アクティブマトリックス型の液晶表示素子にも適用することができ、また、ＳＴＮ型に限らず、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型液晶表示素子、液晶分子を一方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させた非ツイストのホモジニアス配向型液晶表示素子等にも適用することができる。

この発明の一実施例を示す液晶表示素子の一部分の断面図。

符号の説明

１…液晶表示素子、２，３…基板、４，５…電極、６…凹凸面膜、６ａ…凹部、７…反射膜、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…カラーフィルタ、９…平坦化絶縁膜、１０，１１…配向膜、１２…液晶層、１３，１４…偏光板、１５…光学フィルム、Ａ…画素、Ａ１…反射表示部、Ａ２…透過表示部、１６…面光源。

Claims (3)

1. 表示の観察側である前側の基板とこの前基板に対向する後基板の互いに向き合う内面にそれぞれ設けられ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する前側電極及び後側電極と、前記後基板の基板面と前記後側電極との間に少なくとも前記複数の画素の配列領域に対応させて設けられ、前記後側電極に対向する面に、前記画素の幅の１／１０以下の幅を有する複数の凹部が、前記複数の画素内の複数箇所に対応する間隔で形成された凹凸面膜と、前記凹凸面膜の前記後側電極に対向する面上に前記複数の凹部を除いて形成された反射膜と、前記凹凸面膜及び反射膜上の前記複数の画素に対応する部分にそれぞれ前記複数の凹部内に充填して設けられ、且つ表面全体を実質的に平坦面に形成された複数の色のカラーフィルタと、前記前基板と後基板との間に設けられた液晶層とを備え、前記複数の画素内にそれぞれ、前記反射膜に対応する領域からなり、前側から入射した光を前記反射膜により反射して前側に出射する反射表示部と、前記凹凸面膜の複数の凹部に対応する領域からなり、後側から入射した光を透過させて前側に出射する透過表示部とが形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 凹凸面膜の複数の凹部は、複数の色のカラーフィルタの反射表示部に対応する部分の膜厚と実質的に同じ深さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 凹凸面膜は、光拡散性を有する透明膜からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。

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