JP2006251830A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の反射型カラー液晶表示装置において、高色純度と明るさは相反する要素で
あり、色純度を上げれば暗く、明るくすれば色純度が落ちて、高色純度と明るさを両立さ
せることは困難であった。
【解決手段】基板上に画素電極を兼ねた信号配線ライン群１０６とカラーフィルター群１
０２，１０３，１０４が重複して形成されており、各１色のカラーフィルターの幅は対応
する信号配線ラインの幅よりも狭いか同じとし、且つ隣接するカラーフィルターの間には
遮光層を設けないことにより、画素電極の中央部で色純度を稼ぎ、カラーフィルターの画
素電極周辺部で透過光量を増やすことで全体的な明るさを向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明はカラーフィルター基板の構造に関し、さらに該カラーフィルター基板を用いて
カラー表示を行う液晶表示装置に関する。

カラー液晶表示装置は一般にパネル内部に微細なカラーフィルターを形成することによ
りカラー表示を実現している。カラーフィルターは染料又は顔料を含有する有機膜を基板
上に塗布し、フォトリソグラフィーにより微細加工される。多色表示を行う場合、赤、緑
、青のカラーフィルターを１ドット毎に形成するのが一般的である。ここで各色のカラー
フィルターの面積は対応する１ドットを表示する画素電極の面積に比べ大きくなるように
形成される。また互いに隣接する画素電極間、又はカラーフィルター間には遮光層が設け
られているのが一般的である。このような構造の液晶表示装置は近年急速に普及している
携帯用電子機器の表示装置として用いられている。液晶表示装置は携帯機器に求められる
軽く・薄く・低消費電力・高い表示品質を兼ね備えているからである。多くの場合、より
低消費電力を求められる用途には白黒又は単色反射型液晶表示装置が、より高い表示品質
を求められる用途にはバックライトを備えた透過型カラー液晶表示装置が用いられている
。

近年、低消費電力を魅力として、暗い環境下でも明るく・高色純度といった高い表示品
質を目指した反射型カラー液晶表示装置の研究が注目されている。

反射型カラー液晶表示装置のカラーフィルターは透過型カラー液晶表示装置のカラーフ
ィルターと同じく染料または顔料を含有した有機膜をフォトリソグラフィーを用いて形成
される。しかし、反射型カラー液晶表示装置は外光を有効利用することから、用いられる
カラーフィルターには高い透過率が要求され、透過型カラー液晶表示装置のカラーフィル
ター材料に比べて色純度の低い材料が用いられその成膜条件も異なるのが常である。

図２は、従来の反射型液晶表示装置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ'断面図（ｂ）で
ある。

カラーフィルター基板２００上には、遮光膜（ブラックマトリクス）２０１、Ｒ（赤）
、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルター２０２、２０３，２０４、更に保護膜２０５を
介した短冊透明電極２０６上には配向膜２０７が形成されている。一方、アクティブ素子
基板２１０上には、信号線２１１とＭＩＭ（金属／酸化膜／金属）素子２１３で接続され
た透明画素電極２１２があり、配向膜２１７が形成されている。両基板間には特定ギャッ
プを隔てて液晶２３０が封入されている。また、片方のカラーフィルター基板２００には
偏光板２０８、もう片方のアクティブ素子基板２１０には偏光板２１８と反射板２１９が
それぞれ指定の透過・吸収軸に合わせて貼り付けられており、周辺環境の入射光の反射光
量を液晶にかかる電極間の電界で制御することにより表示するものである。

従来の反射型カラー液晶表示装置は、高色純度と明るさは相反する要素であり、色純度
を上げれば暗く、明るくすれば色純度が落ちるのが常識で、高色純度と明るさを両立させ
る方式は困難があった。

そこで、本発明は、どちらかといえば、色純度を重視して明るさを補充する方式で色純
度と明るさをより確保する反射型カラー液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に配置された液晶と、反射手段及び発光体とを
備え、前記発光体の光による表示と前記反射手段により反射された光による表示とを行う
半透過・反射型の液晶表示装置であって、互いに交わる複数の信号線及び複数の走査線の
各交差に対応して設けられた複数の薄膜トランジスターと、前記薄膜トランジスターを介
して、前記複数の信号線に接続された複数の島状の画素電極と、前記画素電極と平面的に
重なると共に、前記反射手段の一部に平面的に重なる複数の島状のカラーフィルターと、
を有し、隣接する前記島状のカラーフィルター同士が、前記複数の画素電極のうち隣接す
る画素電極に対応し、前記複数の島状のカラーフィルターは、前記隣接する島状のカラー
フィルター同士が、前記信号線の延設方向に沿って一列に配列されるように、配列されて
いることを特徴とする。
また、前記各画素電極の面積に比べ、当該各画素電極に対応して配置された前記各カラ
ーフィルターの面積が同じかまたは狭く、前記隣接する島状のカラーフィルター同士の間
には、遮光層が設けられていないことが好ましい。

上記構成によれば、単純マトリクス方式の液晶表示装置やＭＩＭ（金属／酸化膜／金属
）等の２端子型のアクティブ素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に用
いられ、カラーフィルターの幅は、これに対応する信号配線ラインの幅よりも狭いか同じ
であり、且つ隣接するカラーフィルターの間には遮光層が設けられていない構造とするこ
とで、画素電極の中央部で色純度を稼ぎ、カラーフィルターの画素電極周辺部で透過光量
を増やすことで全体的な明るさを向上するという効果を有する。

また、本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィルターが前記画素電極と平面的に重な
らない領域であり、且つ、前記画素電極と前記反射手段とが平面的に重なる領域が設けら
れていることを特徴とする。

上記構成によれば、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）を用いたアクティブマトリクス方式
の液晶表示装置に用いられ、カラーフィルターの各１色は液晶表示装置の画素電極群の１
ドットに対応して形成されており、１ドットを表示する画素電極の面積に比べ、この画素
電極に対応して配置されたカラーフィルターの面積が同じかまたは狭く、且つ隣接するカ
ラーフィルターの間には遮光層が設けられていない構造とすることで、画素電極のより中
央部で色純度を稼ぎ、カラーフィルターの画素電極周辺部で透過光量を増やすことで全体
的な明るさを向上するという効果を有する。

また、本発明の液晶表示装置は、前記カラーフィルターは、幅の広い部分と幅の狭い部
分とを備えると共に、前記幅の狭い部分の両外側にも前記反射手段が配置されていること
を特徴とする。

上記構成によれば、反射型カラー液晶表示装置に関し、色純度と明るさを確保できると
いう効果を有する。

また、本発明の液晶表示装置は、前記島状のカラーフィルターの全周に渡り、当該島状
のカラーフィルターの外側にも前記反射手段が配置されていることを特徴とする。

上記構成によれば、反射型カラー液晶表示装置に関し、色純度と明るさを確保できると
いう効果を有する。

また、本発明の液晶表示装置は、前記発光体を点灯し且つ周辺環境の明るさが前記発光
体の輝度に比べ暗い場合には、前記発光体の光を透過することにより表示を行い、前記発
光体を消灯したとき又は前記発光体の輝度に比べ周辺環境が明るい場合には、前記反射手
段によって周辺環境の光を反射することにより表示を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、半透過・反射型カラー液晶表示装置に関し、周辺環境が明るいとき
は反射型として、周辺環境が暗いときは透過型として色純度と明るさを確保できるという
効果を有する。

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明に係るカラーフィルター基板を用いたＭＩＭ（金属／酸化膜／金属）アク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置の実施例を説明する図である。（ａ）は、構造平面
図、（ｂ）はそのａ−ａ'断面図である。

カラーフィルター基板１００上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ
ー１０２、１０３，１０４、更に保護膜１０５を介した短冊透明電極１０６上には配向膜
１０７が形成されている。一方、アクティブ素子基板１１０上には、信号線１１１とＭＩ
Ｍ（金属／酸化膜／金属）素子１１３で接続された透明画素電極１１２があり、配向膜１
１７が形成されている。両基板間には特定ギャップを隔てて液晶１３０が封入されている
。また、片方のカラーフィルター基板１００には偏光板１０８、もう片方のアクティブ素
子基板１１０には偏光板１１８と反射板１１９がそれぞれ指定の透過・吸収軸に合わせて
貼り付けられており、周辺環境の入射光の反射光量を液晶にかかる電極間の電界で制御す
ることにより表示するものである。

ここで、カラーフィルター基板１００上には、遮光膜（ブラックマトリクス）はなく、
画素電極１１２より、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルター層の面積は小さ
いか等しくなっている。また、短冊透明電極１０６の幅よりＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青
）のカラーフィルター層の幅の方が小さいか等しくなっている。従って、カラーフィルタ
ー基板１００側より入射する光はカラーフィルター層の領域を通過する光によって色純度
が与えられ、カラーフィルター層のない領域では入射光が直接アクティブ素子基板１１０
側の反射板１１９で反射されるため、従来の反射型液晶表示装置より明るさを確保できる
。両者の光の合成によって色純度は多少落ちるため色純度を上げるにはカラーフィルター
の色純度を高くすればよい。

〔第２実施形態〕
図３は本発明の請求項１記載の発明に係るカラーフィルターを用いた単純マトリクス方
式の液晶表示装置の実施例を説明する図である。（ａ）は、構造平面図、（ｂ）はそのａ
−ａ'断面図である。

カラーフィルター基板（コモン基板）３００上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
カラーフィルター３０２、３０３，３０４、更に保護膜３０５を介した短冊透明電極３０
６上には配向膜３０７が形成されている。一方、セグメント基板３１０上には、セグメン
ト電極３１２が短冊状に並び、配向膜３１７が形成されている。両基板間には特定ギャッ
プを隔てて液晶３３０が封入されている。また、片方のコモン基板３００には偏光板３０
８、もう片方のセグメント基板３１０には偏光板３１８と反射板３１９がそれぞれ指定の
透過・吸収軸に合わせて貼り付けられており、周辺環境の入射光の反射光量を液晶にかか
る電極間の電界で制御することにより表示するものである。

ここで、コモン基板３００上には、遮光膜（ブラックマトリクス）はなく、短冊状のセ
グメント電極電極３１２や短冊状のコモン電極電極３０６の幅よりＲ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）のカラーフィルター層の幅の方が小さくなっている。従って、カラーフィルター
基板３００側より入射する光はカラーフィルター層の領域を通過する光によって色純度が
与えられ、カラーフィルター層のない領域では入射光が直接アクティブ素子基板３１０側
の反射板３１９で反射されるため、明るさを確保できる。両者の光の合成によって色純度
は多少落ちるため色純度を上げるにはカラーフィルターの色純度を高くすればよい。
〔第３実施形態〕
図４は本発明に係るカラーフィルター基板を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスター）アク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置の実施例を説明する図である。（ａ）は、構造平面
図、（ｂ）はそのａ−ａ'断面図である。

カラーフィルター基板４００上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ
ー４０２、４０３，４０４、更に保護膜４０５を介したコモン電極４０６上には配向膜４
０７が形成されている。一方、アクティブ素子基板４１０上には、信号線４１１と走査線
４１５で制御されるＴＦＴ（薄膜トランジスター）４１３で接続された透明画素電極４１
２があり、配向膜４１７が形成されている。両基板間には特定ギャップを隔てて液晶４３
０が封入されている。また、片方のカラーフィルター基板４００には偏光板４０８、もう
片方のアクティブ素子基板４１０には偏光板４１８と反射板４１９がそれぞれ指定の透過
・吸収軸に合わせて貼り付けられており、周辺環境の入射光の反射光量を液晶にかかる電
極間の電界で制御することにより表示するものである。

ここで、カラーフィルター基板４００上には、遮光膜（ブラックマトリクス）はなく、
画素電極４１２より、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルター層の面積は小さ
いか等しくなっている。従って、カラーフィルター基板４００側より入射する光はカラー
フィルター層の領域を通過する光によって色純度が与えられ、カラーフィルター層のない
領域では入射光が直接アクティブ素子基板４１０側の反射板４１９で反射されるため、従
来の反射型液晶表示装置より明るさを確保できる。両者の光の合成によって色純度は多少
落ちるため色純度を上げるにはカラーフィルターの色純度が高くすればよい。

〔第４実施形態〕
図５は本発明に係る、反射板を基板の外側に配置した半透過・反射型カラー液晶表示装
置の断面図である。本構造は、単純マトリクス方式の液晶表示装置やＭＩＭ、ＴＦＴを用
いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に該当する。

５１９は、金属粒子を適当に含有させた半透過型の反射板であり、５４０は、バックラ
イトである。バックライトを点灯し且つ周辺環境の明るさがバックライトの輝度に比べ暗
い時はバックライトの光の透過量を液晶にかかる電極間の電界で制御することにより表示
を行う。また、バックライトを消灯したとき又はバックライトの輝度に比べ周辺環境が明
るい場合には、周辺環境の光の反射光量を液晶にかかる電極間の電界で制御することによ
り表示を行うものである。

本実施形態においても、第１実施形態ないし第３実施形態において説明したのと同様の
カラーフィルター基板５００を備えているため、反射型として使用する状態では、カラー
フィルター基板５００側より入射する光はカラーフィルター層の領域を通過する光によっ
て色純度が与えられ、カラーフィルター層のない領域では入射光が直接アクティブ素子基
板５１０側の反射板５１９で反射されるため、明るさを確保できる。

〔第５実施形態〕
図６は本発明に係る、反射板を基板の内側に配置した反射型カラー液晶表示装置の断面
図である。本構造は、単純マトリクス方式の液晶表示装置やＭＩＭ、ＴＦＴを用いたアク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置に該当する。

６１２は、薄膜アルミニウムから成る反射板であり、図１、図３、図４、図５よりも色
純度が高く且つ明るい表示が実現できる。また、反射板をパネルに内蔵することにより、
像が二重に見えないという長所がある。

本実施形態においても、第１実施形態ないし第３実施形態において説明したのと同様の
カラーフィルター基板６００を備えているため、カラーフィルター基板６００側より入射
する光はカラーフィルター層の領域を通過する光によって色純度が与えられ、カラーフィ
ルター層のない領域では入射光が直接アクティブ素子基板６１０側の反射板６１２で反射
されるため、明るさを確保できる。

第１から第５実施形態については、カラーフィルターの配置がモザイク状になっている
が、デルタ配列でも同様である。また、カラーフィルターの色としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの補
色であるシアン、マゼンタ、イエローを用いても同様である。

また、カラーフィルター面積の画素電極面積に対する縮小量は、Ｒ、Ｇ、Ｂで均等にし
てもよいが、カラーフィルターの透過輝度に比例して設定しても良い。また、カラーフィ
ルター面積の画素電極面積に対する縮小量は、色純度を高めるにはできるだけ少なくし、
また明るくするには大きくすれば良いがその分色純度がおちる。これは、従来構造と類似
であるが、従来のようにカラーフィルター自身の色純度を落として明るくするよりも明る
さと色純度を確保できる。

単純マトリクス方式の液晶表示装置やＭＩＭを用いたアクティブマトリクス方式の液晶
表示装置において、カラーフィルターの幅は対応する該画素電極を兼ねた信号配線ライン
の幅よりも狭いか同じであり、且つ隣接するカラーフィルターの間には遮光層が設けられ
ていない構造とすることで、画素電極のより中央部で色純度を稼ぎ、カラーフィルターの
画素電極周辺部で透過光量を増やすことで全体的な明るさを向上させることができるとい
う効果を有する。

また、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装
置において、カラーフィルターの各１色は該液晶表示装置の画素電極群の１ドットに対応
して形成されており、１ドットを表示する画素電極の面積に比べ、該画素電極に対応して
配置されたカラーフィルターの面積が同じかまたは狭く、且つ隣接するカラーフィルター
の間には遮光層が設けられていない構造とすることで、画素電極のより中央部で色純度を
稼ぎ、カラーフィルターの画素電極周辺部で透過光量を増やすことで全体的な明るさを向
上させることができるという効果を有する。

また、本発明のカラーフィルター基板は、色純度が高い透過型液晶表示装置用カラーフ
ィルターと同等のものを使えるためフィルター材料及び製造条件を変更する必要がないた
め、製造ラインの効率及び品質の安定性においても、材料調達・管理面などにおける負担
が減少し、結果的にカラーフィルター基板の低コスト化及び高品質化がはかれる。

本発明の第１実施形態を示す液晶表示装置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ'断面図（ｂ）である。 従来の液晶表示装置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ'断面図（ｂ）である。 本発明の第２実施形態を示す液晶表示装置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ'断面図（ｂ）である。 本発明の第３実施形態を示す液晶表示装置の構造平面図（ａ）とそのａ−ａ'断面図（ｂ）である。 本発明の、反射板を基板の外側に配置した半透過・反射型カラー液晶表示装置の断面図である。 本発明の、反射板を基板の内側に配置した反射型カラー液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００，６００…カラーフィルター基板、１０２，
２０２，３０２，４０２，５０２，６０２…Ｒ（赤）カラーフィルター、１０３，２０３
，３０３，４０３，５０３，６０３…Ｇ（緑）カラーフィルター、１０４，２０４，３０
４，４０４，５０４，６０４…Ｂ（青）カラーフィルター、１０５，２０５，３０５，４
０５，５０５，６０５…保護膜、１０６，２０６，３０６，５０６，６０６…短冊透明電
極、１０７，１１７，２０７，２１７，３０７，３１７，４０７，４１７，５０７，５１
７，６０７，６１７…配向膜、１０８，１１８，２０８，２１８，３０８，３１８，４０
８，４１８，５０８，５１８，６０８…偏光板、１１９，２１９，３１９，４１９，５１
９…反射板、１１０，２１０，４１０，５１０，６１０…アクティブ素子基板、３１０…
セグメント基板、１１１，２１１，４１１，５１１，６１１…信号線、１１２，２１２，
４１２，５１２，６１２…画素電極、３１２…セグメント電極、１１３，２１３…ＭＩＭ
素子、４１３…薄膜トランジスター、１１４，２１４，４１４…画素電極接続電極、４１
５…走査線、２０１…遮光膜（ブラックマトリクス）、１３０，２３０，３３０，４３０
，５３０，６３０…液晶、５４０…バックライト。

Claims (6)

1. 一対の基板間に配置された液晶と、反射手段及び発光体とを備え、前記発光体の光によ
   る表示と前記反射手段により反射された光による表示とを行う半透過・反射型の液晶表示
   装置であって、
   互いに交わる複数の信号線及び複数の走査線の各交差に対応して設けられた複数の薄膜
   トランジスターと、
   前記薄膜トランジスターを介して、前記複数の信号線に接続された複数の島状の画素電
   極と、
   前記画素電極と平面的に重なると共に、前記反射手段の一部に平面的に重なる複数の島
   状のカラーフィルターと、を有し、
   隣接する前記島状のカラーフィルター同士が、前記複数の画素電極のうち隣接する画素
   電極に対応し、
   前記複数の島状のカラーフィルターは、前記隣接する島状のカラーフィルター同士が前
   記信号線の延設方向に沿って一列に配列されるように、配列されていることを特徴とする
   液晶表示装置。
2. 前記各画素電極の面積に比べ、当該各画素電極に対応して配置された前記各カラーフィ
   ルターの面積が同じかまたは狭く、
   前記隣接する島状のカラーフィルター同士の間には、遮光層が設けられていないことを
   特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記カラーフィルターが前記画素電極と平面的に重ならない領域であり、且つ、前記画
   素電極と前記反射手段とが平面的に重なる領域が設けられていることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記カラーフィルターは、幅の広い部分と幅の狭い部分とを備えると共に、前記幅の狭
   い部分の両外側にも前記反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記島状のカラーフィルターの全周に渡り、当該島状のカラーフィルターの外側にも前
   記反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記
   載の液晶表示装置。
6. 前記発光体を点灯し且つ周辺環境の明るさが前記発光体の輝度に比べ暗い場合には、前
   記発光体の光を透過することにより表示を行い、
   前記発光体を消灯したとき又は前記発光体の輝度に比べ周辺環境が明るい場合には、前
   記反射手段によって周辺環境の光を反射することにより表示を行うことを特徴とする請求
   項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
   

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