JP2011102872A - 表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画面全体の透過光量を均一化することを課題とする。
【解決手段】カラー表示素子１において、緑遮光層の表示パネル３Ｇの画素間部に間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３を使用する。また、カラー表示素子１において、青遮光層の表示パネル５Ｂの画素間部に間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３を使用する。これら間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３および間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３は、当該画素間部へ入射される光のうち、所定の波長帯域以外の波長成分を有する光を、透過するように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子およびその製造方法に関する。

カラー表示を行う表示素子として、複数の表示パネルを積層する積層型のカラー表示素子がある。このカラー表示素子には、各層で互いに異なる波長帯域の光に対する光透過率を変化させることができる表示パネルが複数積層される。各層の表示パネルは、液晶を挟持する対向基板を有する。それぞれの基板の表面には電極が設けられており、対向基板に対する信号制御を行うことで、液晶の表示状態を画素ごとに切り替えることができる。かかる表示状態としては、光を透過する透過状態と、所定の波長の光透過率を透過状態に比べて低くする遮光状態との２つの状態が存在する。なお、以下では、透過状態に比べて光透過率を低くする波長を遮光波長と記載する。

このようなカラー表示素子では、層間で遮光波長の波長帯域が互いに異なる複数の表示パネルが積層する。そして、表示パネルは、積層方向と直交する平面上に、同一の波長帯域を遮光波長とする画素を有する。複数の表示パネル間で積層方向に対応して配置される各層の画素の遮光状態または透過状態を信号制御することで、複数の表示パネルを透過した光の波長に応じた色を、各画素は表示色として表現することができる。

また、表示パネルが有する複数の画素を個別に制御するために、互いに隣接する画素の電極には間隙が設けられる。この間隙を以下、画素間部という。このように、表示パネルでは、画素ごとに配置する対向基板の電極を画素間部で仕切るため、画素間部の表示状態を切り替えることはできない。つまり、例えば、ある１つの層の表示パネルの画素すべてを遮光状態にしていたとしても、画素間部に入射される光を遮光することはできない。このように、画素間部に漏光が生じる結果、表示コントラストが低下する。

このような漏光を防止するために、カラー表示素子には、マトリクス状に配列された画素電極部以外の部分の光を遮るための遮光体、いわゆるブラックマトリクスを用いる。このブラックマトリクスは、可視光の全波長帯域を吸収する性質を有し、すべての層の表示パネルの画素間部に設けられる。画素間部にブラックマトリクスを設置することで、画素の表示状態に関わらず、画素間部を透過する光が無くなり、表示コントラストの低下を回避できる。

これを図８を用いて具体的に説明する。図８は、従来技術における積層型カラー表示素子の構造例を示す図である。図８の例では、遮光波長を青とする表示パネル（青遮光層）および遮光波長を緑とする表示パネル（緑遮光層）の２枚の表示パネルを積層した場合を示す。この図８の例では、図中の左下の緑遮光層の画素Ｇ１を遮光状態に制御し、また、その画素Ｇ１の積層方向に位置する図中左上の青遮光層の画素Ｂ１を遮光状態に制御した状態を示す。また、この図８の例では、図中の右下の緑遮光層の画素Ｇ２を透過状態とし、その画素Ｇ２と積層方向に位置する図中右上の青遮光層の画素Ｂ２を透過状態に制御した状態を示す。なお、図８に示す各層の画素間部は、ブラックマトリクス（図中の黒の塗りつぶし部分に対応）を有し、また、下部の照明は、緑および青に相当する波長を持つ光を発するものとする。

図８に示すように、照明によって照射された光は、緑遮光層の画素Ｇ１及び画素Ｇ２に入射する。このうち、画素Ｇ１へ入射した光は、画素Ｇ１が遮光状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されてそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。その後、画素Ｇ１を透過した光（青）は画素Ｂ１へ入射する。この画素Ｂ１へ入射した光は、画素Ｂ１が遮光状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光される。このように、図中の左側に積層された画素Ｇ１及び画素Ｂ１では、緑に相当する波長および青に相当する波長の両方を遮光するので、外部には光が透過しない。

一方、画素Ｇ２へ入射した光は、画素Ｇ２が透過状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。その後、画素Ｇ２を透過した光（緑・青）は画素Ｂ２へ入射する。この画素Ｂ２へ入射した光は、画素Ｂ２が透過状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。このように、図中の右側に積層された画素Ｇ２及び画素Ｂ２では、緑に相当する波長を持つ光および青に相当する波長を持つ光の両方が外部に透過する。なお、画素間部に入射した光は、ブラックマトリクスによって全ての波長帯域の光が吸収される。

ここで、ブラックマトリクスを用いて黒表示を行う場合を説明する。図９Ａは、画素間を透明体とした場合の平面図および断面図を示す。また、図９Ｂは、画素間にブラックマトリクスを設置した場合の平面図および断面図を示す。これら図９Ａ及び図９Ｂの例では、図８で示した全ての画素を遮光状態に制御して黒表示を行う場合を示す。

図９Ａにおける断面図に示すように、画素間を透明体とした場合には、照明によって照射された光は緑遮光層の画素Ｇ１、画素Ｇ２、透明体Ｃ_１に入射する。このうち、画素Ｇ１へ入射した光は、画素Ｇ１が遮光状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されてそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。その後、画素Ｇ１を透過した光（青）は画素Ｂ１へ入射する。この画素Ｂ１へ入射した光は、画素Ｂ１が遮光状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光される。さらに、画素Ｇ２へ入射した光も、画素Ｇ１へ入射した場合と同様に、緑および青の両方の波長が遮光される。一方、透明体Ｃ_１へ入射した光は、緑に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。その後、透明体Ｃ_１を透過した光（緑・青）は透明体Ｃ_２へ入射する。この透明体Ｃ_２へ入射した光は、青に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。

このように、画素間を透明体とした場合には、図９Ａの平面図に示すように、画素Ｇ１および画素Ｇ２が緑に相当する波長を持つ光を遮光する。また、画素Ｂ１及び画素Ｂ２が青に相当する波長を持つ光を遮光する。このため、画素からは外部に光が漏れない。ところが、透明体Ｃ_１及びＣ_２が緑に相当する波長を持つ光および青に相当する波長を持つ光の両方を透過するので、透明体からの漏光が発生する。このため、良好な黒表示を行うことができず、表示コントラストが低下する。

一方、画素間に遮光体としてブラックマトリクスを設置した場合には、図９Ｂにおける断面図に示すように、照明によって照射された光は緑遮光層の画素Ｇ１、画素Ｇ２、ブラックマトリクスに入射する。このうち、画素Ｇ１へ入射した光および画素Ｇ２へ入射した光は、図９Ａの場合と同様に、緑および青の両方の波長が遮光される。一方、ブラックマトリクスに入射した光は、ブラックマトリクスによって全ての波長帯域の光が吸収される。

このように、画素間に遮光体を設置した場合には、図９Ｂの平面図に示すように、画素Ｇ１及び画素Ｇ２が緑に相当する波長を持つ光を遮光する。また、画素Ｂ１及び画素Ｂ２が青に相当する波長を持つ光を遮光する。このため、画素からは外部に光が漏れない。また、ブラックマトリクスが全ての波長帯域の光を吸収するので、画素間部からも光が漏れない。このため、良好な黒表示を行うことができ、表示コントラストの低下を防止することができる。

特開２００７−２２５８４８号公報

しかしながら、上記の従来技術には、以下に説明するように、画面の位置によって透過光量が変化するという問題がある。

一例として、観測者が上記のカラー表示素子を有するディスプレイの中央部に正対する場合を想定する。この場合には、ディスプレイの中央部は観測者の正面となる一方で、ディスプレイの中央部から隔てた周辺部や端部は観測者の正面からずれて斜めとなる。このように、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向からずれて斜め方向になる場合には、各層の画素の重なりが積層方向と直交する方向にずれる。このため、積層される表示パネルの各層が遮光波長の対象帯域以外の波長を持つ光をブラックマトリクスで吸収してしまい、ディスプレイの周辺部では中央部よりも透過光量が低くなる。この結果、観測者がディスプレイの中央部に正対した場合には、画面の中央部と周辺部の間で明るさが不均一となる。

この点を図１０〜図１２を用いて具体的に説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、従来技術におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、従来技術におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。図１２は、従来技術における透過光量の分布を示す図である。これら図１０〜図１２の例では、観測者がディスプレイの中央部に正対した場合を想定する。また、各図において「平面図」は、ディスプレイを正面から見た図であり、また、「断面図」は、平面図を垂直方向に切断した場合の断面を示す図である。そして、図１０Ａ及び図１１Ａは、観測者の正面に位置するディスプレイ中央部の画素の一例を示す。また、図１０Ｂ及び図１１Ｂは、観測者の斜めに位置するディスプレイ端部の画素の一例を示す。なお、図１０〜図１２の例では、照明は全方向に均一に照射されることとし、また、画素と画素間部の面積比（開口率）を９０％とした場合を示す。

図１０Ａに示す例では、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向となるので、各層の画素の重なりがずれることはなく、ブラックマトリクスが光路を塞ぐこともない。したがって、ディスプレイ中央部における青色透過光量は開口率と同じ９０％となる。一方、図１０Ｂに示す例では、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向からずれて斜め方向になるので、青遮光層のブラックマトリクスだけでなく、緑遮光層のブラックマトリクスも光路を塞ぐ。この結果、ディスプレイ端部における青色透過光量は開口率よりも下がり、８５％程度となってしまう。

さらに、図１１Ａに示す例においても、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向となるので、各層の画素の重なりがずれることはなく、ブラックマトリクスが光路を塞ぐこともない。したがって、ディスプレイ中央部における緑色透過光量は開口率と同じ９０％となる。一方、図１１Ｂに示す例では、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向からずれて斜め方向になるので、緑遮光層のブラックマトリクスだけでなく、青遮光層のブラックマトリクスも光路を塞ぐ。この結果、ディスプレイ端部における緑色透過光量は開口率よりも下がり、８５％程度となってしまう。

このように、観測者がディスプレイの中央部に正対した場合には、図１２に示すように、ディスプレイ中央部の透過光量は開口率と同じ９０％となる。そして、ディスプレイ中央部から離れて各層の画素の重なりがずれ始めるにしたがって透過光量が９０％から低下する。さらに、ディスプレイ中央部から離れて各層の画素の重なりのずれがブラックマトリクスの形成幅に至った段階で透過光量が一定（８５％程度）になる。この段階からディスプレイ端部に至るまで透過光量は変化しない。

なお、上記の図示の例では、青および緑の２層の表示パネルを有する表示素子を説明したが、青および赤や緑および赤の２層の表示パネル或いは青、緑および赤の３層の表示パネルを有する表示素子にも同様に生じる問題である。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、画面全体の透過光量を均一化することができる表示素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本願の開示する表示素子は、透過状態または入射光の透過率が前記透過状態よりも低い遮光状態に表示状態を切り替え可能な画素部と前記表示状態を切り替え不能な画素間部とを含む表示パネルが複数積層された表示素子である。前記画素間部は、当該画素間部へ入射される光のうち、所定の波長帯域以外の波長成分を有する光を、透過するように形成される。

本願の開示する表示素子の一つの態様によれば、画面全体の透過光量を均一化することが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係るカラー表示素子の構造例を示す図である。 図２Ａは、実施例１におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。 図２Ｂは、実施例１におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。 図３Ａは、実施例１におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。 図３Ｂは、実施例１におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。 図４は、実施例１における透過光量の分布を示す図である。 図５は、実施例２に係るカラー表示素子の構造例を示す図である。 図６は、表示パネルの各層における遮光波長を説明するための説明図である。 図７は、カラー表示素子の製造手順を説明するための説明図である。 図８は、従来技術における積層型カラー表示素子の構造例を示す図である。 図９Ａは、画素間を透明体とした場合の平面図および断面図である。 図９Ｂは、画素間に遮光体を設置した場合の平面図および断面図である。 図１０Ａは、従来技術におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。 図１０Ｂは、従来技術におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。 図１１Ａは、従来技術におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。 図１１Ｂは、従来技術におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。 図１２は、従来技術における透過光量の分布を示す図である。

以下に、本願の開示する表示素子およびその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。

まず、本実施例に係るカラー表示素子の構造を説明する。図１は、実施例１に係るカラー表示素子の構造例を示す図である。図１に示すように、カラー表示素子１は、緑遮光層および青遮光層の２層の表示パネルが積層された積層型の表示素子である。カラー表示素子１は、照明２と、緑遮光層の表示パネル３Ｇと、青遮光層の表示パネル５Ｂとを有する。

照明２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ（Electroluminescence）などの光源であり、図示のように緑遮光層および青遮光層として積層された表示パネルのバックライトとして使用される。このバックライトには、エッジライト方式または直下型方式のいずれを採用してもかまわない。なお、本実施例では、照明２は緑および青に相当する波長を持つ光を発するものとする。

緑遮光層の表示パネル３Ｇは、画素単位に設けられる電極を挟んで２つの基板を対向させた対向基板と、この対向基板が基板の間に挟持する画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２と、互いに隣接する画素の間隙（画素間部）を埋める間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３とを含む。なお、図１の例では、緑遮光層に含まれる画素として２つの画素を図示したが、緑遮光層に実装可能な画素の数は図示のものに限定されず、任意の行数および列数の画素を基板表面に実装できる。

画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２は、対向基板にパターンニングされた電極を介する信号制御により緑に相当する波長帯域の光透過率を変更可能な液晶である。これら画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２の表示状態は、カラー表示素子１を含むディスプレイ装置（図示せず）のデバイスドライバによって変更される。かかる表示状態には、可視光を透過する透過状態と、透過状態よりも緑に相当する波長帯域の光透過率が低い遮光状態とがある。

図１の例では、図中の左下の緑遮光層の画素３Ｇ−１を遮光状態に制御し、また、図中の右下の緑遮光層の画素３Ｇ−２を透過状態とした状態を示す。この場合には、照明２によって照射された光は、緑遮光層の画素３Ｇ−１及び画素３Ｇ−２に入射する。このうち、画素３Ｇ−１へ入射した光は、画素３Ｇ−１が遮光状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されてそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。一方、画素３Ｇ−２へ入射した光は、画素３Ｇ−２が透過状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。なお、図１の例では、説明の便宜上、照明２による照射光のうち積層方向と同じ方向に照射される成分の光に注目して説明を行うこととする。

間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３は、画素間部に設けられる部材である。これら間隙用部材７Ｇ−１及び７Ｇ−２には、緑遮光層の画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２が遮光対象とする緑色の波長帯域を少なくとも含む遮光波長の入射光を吸収または反射するとともに遮光波長に含まれない波長の入射光を透過する物質を用いる。

これら緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３には、図１に示すように、照明２によって照射された光が入射する。このようにして間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３へ入射した光は、緑に相当する波長の成分が遮光されるとともにそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。なお、本実施例では、緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３の遮光波長を画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２の遮光波長と同様の緑色相当の波長帯域とするが、少なくとも緑色相当の波長帯域が含まれていれば他の色の波長帯域を含むこととしてもよい。

青遮光層の表示パネル５Ｂは、画素単位に設けられる電極を挟んで２つの基板を対向させた対向基板と、この対向基板が基板の間に挟持する画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２と、互いに隣接する画素の間隙を埋める間隙用部材９Ｂ−１及び９Ｂ−２とを含む。なお、図１の例では、青遮光層に含まれる画素として２つの画素を図示したが、青遮光層に実装可能な画素の数は図示のものに限定されず、任意の行数および列数の画素を基板表面に実装できる。

画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２は、対向基板にパターンニングされた電極を介する信号制御により青に相当する波長帯域の光透過率を変更可能な液晶である。これら画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２の表示状態は、ディスプレイ装置のデバイスドライバによって変更される。かかる表示状態には、透過状態と、透過状態よりも青に相当する波長帯域の光透過率が低い遮光状態とがある。

図１の例では、表示パネルの積層方向に対して、画素３Ｇ−１と平行かつ真上に位置する図中左上の青遮光層の画素５Ｂ−１を遮光状態に制御した状態を示す。また、図１の例では、表示パネルの積層方向に対して、画素３Ｇ−２と平行かつ真上に位置する図中右上の青遮光層の画素５Ｂ−２を透過状態に制御した状態を示す。このうち、画素５Ｂ−１には、画素３Ｇ−１を透過した光（青）が入射する。この画素５Ｂ−１へ入射した光は、５Ｂ−１が遮光状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光される。一方、画素５Ｂ−２には、画素３Ｇ−２を透過した光（緑・青）が入射する。この画素５Ｂ−２へ入射した光は、画素５Ｂ−２が透過状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。

間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３は、画素間部に設けられる部材である。これら間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３には、青遮光層の画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２が遮光対象とする青色の波長帯域を少なくとも含む遮光波長の入射光を吸収または反射するとともに遮光波長に含まれない波長の入射光を透過する物質を用いる。

これら青遮光層の間隙用部材９Ｇ−１〜９Ｇ−３には、図１に示すように、緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３を透過した光が入射する。このようにして間隙用部材９Ｇ−１〜９Ｇ−３へ入射した光は、青に相当する波長の成分が遮光されるとともにそれ以外の成分、例えば緑に相当する波長を持つ光が透過する。なお、ここでは、青遮光層の間隙用部材９Ｇ−１〜９Ｇ−３の遮光波長を画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２の遮光波長と同様の青色相当の波長帯域とするが、少なくとも青色相当の波長帯域が含まれていれば他の色の波長帯域を含むこととしてもよい。

このように、本実施例に係るカラー表示素子１では、上記の従来技術のように、画素間部にブラックマトリクスを使用しない。すなわち、カラー表示素子１は、ブラックマトリクスに代えて、画素間部が所属する層の画素で遮光対象とされる波長帯域を含む遮光波長の入射光を吸収し、その遮光波長以外の波長の入射光を透過する間隙用部材を各層の画素間部に使用する。これによって、カラー表示素子１は、表示パネルの各層が自身の層で遮光対象とする波長帯域以外の波長を持つ光を吸収する事態を防ぐ。

この点を図２〜図４を用いて説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、実施例１におけるディスプレイ位置と青色透過光量の関係を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂは、実施例１におけるディスプレイ位置と緑色透過光量の関係を示す図である。図４は、実施例１における透過光量の分布を示す図である。これら図２〜図４の例では、観測者がカラー表示素子１を有するディスプレイの中央部に正対した場合を想定する。また、各図において「平面図」は、ディスプレイを正面から見た図であり、また、「断面図」は、平面図を垂直方向に切断した場合の断面を示す図である。そして、図２Ａ及び図３Ａは、観測者の正面に位置するディスプレイ中央部の画素の一例を示す。また、図２Ｂ及び図３Ｂは、観測者の斜めに位置するディスプレイ端部の画素の一例を示す。なお、図２〜図４の例では、照明２は全方向に均一に照射されることとし、また、画素と画素間部の面積比（開口率）を９０％とした場合を示す。

図２Ａに示す例では、照明２の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向となる。このため、画素５Ｂ−２のように表示状態が透過状態である場合には、青遮光層の間隙用部材９Ｇ−２及び９Ｇ−３が観測者の視点と重なる光路（１０％）を除き、その他の光路は観測者の視点まで到達する光路（９０％）となる。したがって、ディスプレイ中央部における青色透過光量は開口率と同じ９０％となる。

一方、図２Ｂに示す例では、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向からずれて斜め方向になる。このため、青遮光層の間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３を経由せず、青色光を遮光対象としない緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３を経由する光路Ｌ２０やＬ２１であっても、この緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３は青色光を透過する。すなわち、上記の従来技術における緑遮光層のブラックマトリクスのように（図１１Ｂ参照）、緑遮光層が遮光を担当しない青に相当する波長帯域の光は吸収させず、透過させる。したがって、ディスプレイ端部における青色透過光量を開口率と同等の透過光量９０％に維持することができる。

さらに、図３Ａに示す例においても、照明２の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向となる。このため、画素３Ｇ−２のように表示状態が透過状態である場合には、緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−２及び７Ｇ−３が観測者の視点と重なる光路（１０％）を除き、その他の光路は観測者の視点まで到達する光路（９０％）となる。したがって、ディスプレイ中央部における緑色透過光量は開口率と同じ９０％となる。

一方、図３Ｂに示す例では、照明の照射点と観測者の視点を結ぶ光路が正面方向からずれて斜め方向になる。このため、緑遮光層の間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３を経由せず、緑色光を遮光対象としない青遮光層の間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３を経由する光路Ｌ３０やＬ３１であっても、間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３は緑色光を透過する。すなわち、上記の従来技術における青遮光層のブラックマトリクスのように（図１０Ｂ参照）、青遮光層が遮光を担当しない緑に相当する波長帯域の光は吸収させず、透過させる。したがって、ディスプレイ端部における緑色透過光量を開口率と同等の透過光量９０％に維持することができる。

このように、観測者がディスプレイの中央部に正対した場合には、図４に示すように、ディスプレイ中央部の透過光量は開口率と同じ９０％となる。そして、ディスプレイ中央部から離れて各層の画素の重なりがずれ始めたとしても９０％から低下せず、ディスプレイ端部に至るまで透過光量を開口率と同じ９０％に保つことができる。つまり、画面の中央部と周辺部の間で明るさを均一化できる。

また、緑遮光層の画素３Ｇ−１及び３Ｇ−２が遮光状態に信号制御され、かつ青遮光層の画素５Ｂ−１及び５Ｂ−２が遮光状態に信号制御されている場合、すなわち黒色表示を行う場合を想定する。この場合には、緑遮光層の画素３Ｇ−１、３Ｇ−２及び間隙用部材７Ｇ−１〜７Ｇ−３の全体で青に相当する波長を持つ光は透過するものの、緑に相当する波長を持つ光は全て遮光する。次いで、青遮光層の画素５Ｂ−１、５Ｂ−２及び間隙用部材９Ｂ−１〜９Ｂ−３の全体で緑遮光層から透過してきた青に相当する波長を持つ光は全て遮光する。したがって、上記の従来技術におけるブラックマトリクスと同様に、黒表示を行う場合に漏光が生じることを防止することができる。

上述してきたように、本実施例に係るカラー表示素子１によれば、黒表示を行う場合の漏光を防止するというブラックマトリクスの有利な効果を維持しつつ、画面全体の透過光量を均一化できる。従来の技術では、人間がカラー表示素子を見る場合、カラー表示素子上に、所定の透過光量に比べて透過光量が不足する暗い部分が生じていた。しかし、本実施例を利用したカラー表示素子１は、カラー表示素子１におけるどの位置においても所定の光量が透過する。つまり、人間が本実施例を利用したカラー表示素子１を見る場合、暗い部分を含まない、一様の明るさで出力された画像を見ることができる。

さて、実施例２では、上記の実施例１で説明したカラー表示素子１の画素にコレステリック液晶を用い、赤遮光層、緑遮光層および青遮光層の３層の表示パネルを積層させる場合の適用例について説明する。

図５は、実施例２に係るカラー表示素子の構造例を示す図である。図５に示すように、カラー表示素子１０は、照明１２と、赤遮光層の表示パネル１３Ｒと、緑遮光層の表示パネル１５Ｇと、青遮光層の表示パネル１７Ｂとを有する。

ここで、コレステリック液晶は、フォーカルコニック状態である場合には可視光の大部分の波長帯域を透過するという性質を有する。また、コレステリック液晶がプレーナー状態である場合には、波長が液晶構造の螺旋ピッチに等しく、かつ螺旋の巻きと同じ向きの円偏光を反射するという性質を有し、その波長の光透過率が低下する。

このような性質を有するコレステリック液晶を利用する場合には、左円偏光を照射する照明１２を使用するとともに各層の表示パネルの画素に左螺旋のコレステリック液晶を使用するのが好ましい。その上で、コレステリック液晶の上記２つの状態を信号制御により切り替えることで、表示パネルの各層における透過状態及び遮光状態の変更を実現する。

また、カラー表示素子１０の赤遮光層の表示パネル１３Ｒ、緑遮光層の表示パネル１５Ｇおよび青遮光層の表示パネル１７Ｂは、上記の実施例１と同様に対向基板それぞれを有する。この対向基板は、デバイスドライバからの信号制御に応答して表示状態を画素単位で切り替える。図５に示すように、赤遮光層の表示パネル１３Ｒは、画素１３Ｒ−１及び１３Ｒ−２と、間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３とを含む。緑遮光層の表示パネル１５Ｇは、画素１５Ｇ−１及び１５Ｇ−２と、間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３とを含む。また、青遮光層の表示パネル１７Ｂは、画素１７Ｂ−１及び１７Ｂ−２と、間隙用部材１８Ｂ−１〜１８Ｂ−３とを含む。

このカラー表示素子１０では、赤遮光層の画素１３Ｒ−１、１３Ｒ−２と、緑遮光層の画素１５Ｇ−１、１５Ｇ−２と、青遮光層の画素１７Ｂ−１、１７Ｂ−２との間で互いに画素の遮光波長が重複しないように、コレステリック液晶の螺旋ピッチが形成される。さらに、各層の間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３、間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３及び間隙用部材１８Ｂ−１〜１８Ｂ−３は、それぞれが所属する層の画素の遮光波長と略同一の遮光波長を持つように形成される。

この各層の画素および間隙用部材の遮光波長を図６を用いて説明する。図６は、表示パネルの各層における遮光波長を説明するための説明図である。なお、図６のＦ６−ａは、青遮光層の画素および間隙用部材の遮光波長を示す。図６のＦ６−ｂは、緑遮光層の画素および間隙用部材の遮光波長を示す図である。また、図６のＦ６−ｃは、赤遮光層の画素および間隙用部材の遮光波長を示す図である。

図６のＦ６−ａに示すように、青遮光層の画素１７Ｂ−１及び１７Ｂ−２は、表示状態が透過状態に制御されている場合には、全ての可視光を透過する。一方、青遮光層の画素１７Ｂ−１及び１７Ｂ−２は、表示状態が遮光状態に制御されている場合には、波長４７０ｎｍを含む所定範囲の波長の光（青色光）を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。また、青遮光層の間隙用部材１８Ｂ−１〜１８Ｂ−３は、波長４７０ｎｍを含む所定範囲の波長の光を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。これら青遮光層の画素と間隙用部材の遮光波長は、他層の遮光波長と重複しない範囲では互いが重複しない帯域が存在してもよいが、より好ましくは完全重複させた場合に画面全体のばらつきを最小化できる。

図６のＦ６−ｂに示すように、緑遮光層の画素１５Ｇ−１及び１５Ｇ−２は、表示状態が透過状態に制御されている場合には、全ての可視光を透過する。一方、緑遮光層の画素１５Ｇ−１及び１５Ｇ−２は、表示状態が遮光状態に制御されている場合には、波長５４０ｎｍを含む所定範囲の波長の光（緑色光）を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。また、緑遮光層の間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３は、波長５４０ｎｍを含む所定範囲の波長の光を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。これら緑遮光層の画素と間隙用部材の遮光波長についても、他層の遮光波長と重複しない範囲では互いが重複しない帯域が存在してもよいが、より好ましくは完全重複させた場合に画面全体のばらつきを最小化できる。

図６のＦ６−ｃに示すように、赤遮光層の画素１３Ｒ−１及び１３Ｒ−２は、表示状態が透過状態に制御されている場合には、全ての可視光を透過する。一方、緑遮光層の画素１３Ｒ−１及び１３Ｒ−２は、表示状態が遮光状態に制御されている場合には、波長６４０ｎｍを含む所定範囲の波長の光（赤色光）を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。また、赤遮光層の間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３は、波長６４０ｎｍを含む所定範囲の波長の光を遮光するとともにその範囲以外の波長の光を透過する。これら赤遮光層の画素と間隙用部材の遮光波長についても、他層の遮光波長と重複しない範囲では互いが重複しない帯域が存在してもよいが、より好ましくは完全重複させた場合に画面全体のばらつきを最小化できる。

図５の説明に戻り、カラー表示装置１０における照明光の遮光または透過を説明する。図５の例では、赤遮光層の画素１３Ｒ−１を遮光状態に制御し、その積層方向に位置する緑遮光層の画素１５Ｇ−１を遮光状態に制御し、その積層方向に位置する青遮光層の画素１７Ｂ−１を遮光状態に制御した状態を示す。また、図５の例では、赤遮光層の画素１３Ｒ−２を遮光状態に制御し、その積層方向に位置する緑遮光層の画素１５Ｇ−２を遮光状態に制御し、その積層方向に位置する青遮光層の画素１７Ｂ−２を遮光状態に制御した状態を示す。なお、照明１２は、赤、緑および青に相当する波長を持つ光を発するものとする。

図５に示すように、照明によって照射された光は、赤遮光層の画素１３Ｒ−１及び１３Ｒ−２に入射する。このうち、画素１３Ｒ−１へ入射した光は、画素１３Ｒ−１が遮光状態であるので、赤に相当する波長の成分が遮光されてそれ以外の成分、例えば緑および青に相当する波長を持つ光が透過する。その後、画素１３Ｒ−１を透過した光（緑・青）は画素１５Ｇ−１へ入射する。この画素１５Ｇ−１へ入射した光は、画素１５Ｇ−１が遮光状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されてそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。さらに、画素１５Ｇ−１を透過した光（青）は画素１７Ｂ−１へ入射する。この画素１７Ｂ−１へ入射した光は、画素１７Ｂ−１が遮光状態であるので、青に相当する波長の成分が遮光される。このように、図中の左側に積層された画素１３Ｒ−１、１５Ｇ−１及び１７Ｂ−１では、赤に相当する波長、緑に相当する波長および青に相当する波長の光を全て遮光する。つまり、複数の遮光層の表示パネルを積層し、入射光に含まれる可視光領域の波長を有する光を、全て遮断した場合は、外部には光が透過しない。

一方、画素１３Ｒ−２へ入射した光は、画素１３Ｒ−２が透過状態であるので、赤に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。その後、画素１３Ｒ−２を透過した光（赤・緑・青）は画素１５Ｇ−２へ入射する。この画素１５Ｇ−２へ入射した光は、画素１５Ｇ−２が透過状態であるので、緑に相当する波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。さらに、画素１５Ｇ−２を透過した光（赤・緑・青）は画素１７Ｂ−２へ入射する。この画素１７Ｂ−２へ入射した光は、画素１７Ｂ−２が透過状態であるので、青に層とする波長の成分が遮光されずに入射光のまま透過する。このように、図中の右側に積層された１３Ｒ−２、１５Ｇ−２及び１７Ｂ−２では、緑に相当する波長を持つ光および青に相当する波長を持つ光の両方が外部に透過する。

また、照明１２によって照射された光は、赤遮光層の間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３へ入射する。このようにして間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３へ入射した光は、赤に相当する波長の成分が遮光されるとともにそれ以外の成分、例えば緑および青に相当する波長を持つ光が透過する。その後、間隙用部材１４Ｒ−１〜１４Ｒ−３を透過した光（緑・青）は間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３へ入射する。これら間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３に入射した光は、緑に相当する波長の成分が遮光されるとともにそれ以外の成分、例えば青に相当する波長を持つ光が透過する。さらに、間隙用部材１６Ｇ−１〜１６Ｇ−３を透過した光は間隙用部材１８Ｂ−１〜１８Ｂ−３へ入射する。これら間隙用部材１８Ｂ−１〜１８Ｂ−３へ入射した光は、青に相当する波長の成分が遮光される。このように、積層方向と同じ方向に照射される成分の光は、可視光領域の波長を有する光を吸収する各々の間隙用部材によって、吸収および透過を繰り返す。そして結果的に、可視光領域の波長を有する光は、複数の間隙用部材により全て吸収され、透過することがない。

上述してきたカラー表示素子１０においても、上記の実施例１と同様に、自層が遮光を担当しない層に相当する波長帯域の光は吸収させない。これによって、ディスプレイ端部における緑色透過光量を開口率と同等の透過光量（図４参照）に保つことができる。このことから、本実施例に係るカラー表示素子１０のように、コレステリック液晶を用い、赤遮光層、緑遮光層および青遮光層の３層の表示パネルを積層したカラー表示素子１０の場合にも、黒表示を行う場合の漏光を防止するというブラックマトリクスの有利な効果を維持しつつ、画面全体の透過光量を均一化できる。

さらに、本実施例に係るカラー表示素子１０によれば、表示パネルの各層の間で遮光波長に重複がなく、かつ画素の表示状態が遮光状態である場合における透過率と当該画素に対応する間隙用部材の透過率とが同一となるように各層の画素間部を形成する。このため、画素と画素間部の間で透過光量のずれがなくなり、カラー表示素子１０を搭載するディスプレイ装置で画面上の透過光量の差を最小化することができる。

ところで、上記の実施例１及び２で説明したカラー表示素子１及び１０は、以下に説明するステップを経て好適に製造することができる。カラー表示素子の製造時には、染料や顔料を用いて着色を行った感光性樹脂（レジスト）を用いる。このため、準備段階として、遮光対象とする波長帯域を少なくとも含む遮光波長の入射光を吸収または反射し、遮光波長に含まれない波長の入射光を透過することができるようにレジストを混色し、混色したレジストを着色レジストとして用意する。

図７は、カラー表示素子の製造手順を説明するための説明図である。図７に示すように、カラー表示素子の製造装置は、表示パネルの構成要素とする電極付きの基板の表面上に着色レジストを塗布する（ステップＳ１）。続いて、製造装置は、画素間部を形成する位置をマスクして、着色レジストが塗布された基板表面に紫外線を照射する（ステップＳ２）。これによってレジストに化学反応がおこる。

その後、製造装置は、紫外線が照射された基板表面を現像液につけることにより着色レジストが画素間部に塗布された基板を得る（ステップＳ３）。続いて、製造装置は、このようにして得られた基板の着色レジストの塗布面に対向させて基板を貼り合わせる（ステップＳ４）。

そして、製造装置は、貼り合せた基板の間に液晶を注入する（ステップＳ５）。その後、製造装置は、所定層、例えば赤遮光層、緑遮光層および青遮光層の表示パネルを製造し終えるまで、上記のステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を繰り返し行う。

このようにして、上記の実施例１及び２で説明したカラー表示素子１及び１０を好適に製造することが可能になる。

なお、上記の実施例２では、コレステリック液晶を用いる場合を説明したが、開示の表示素子はこれに限定されるものではく、ネマティック液晶などの他の各種の液晶を用いる場合にも開示の表示素子を同様に適用することができる。

１ カラー表示素子
２ 照明
３Ｇ 緑遮光層
３Ｇ−１，３Ｇ−２ 画素
７Ｇ−１，７Ｇ−２ 間隙用部材
５Ｂ 青遮光層
５Ｂ−１，５Ｂ−２ 画素
９Ｂ−１，９Ｂ−２ 間隙用部材

Claims (5)

1. 透過状態または入射光の透過率が前記透過状態よりも低い遮光状態に表示状態を切り替え可能な画素部と前記表示状態を切り替え不能な画素間部とを含む表示パネルが複数積層された表示素子であって、
   前記画素間部は、当該画素間部へ入射される光のうち、所定の波長帯域以外の波長成分を有する光を、透過するように形成されることを特徴とする表示素子。
2. 前記画素間部は、該画素間部が含まれる前記表示パネルにおける前記画素部の表示状態が遮光状態のときに遮光対象とする遮光対象波長帯域を含む前記所定の波長帯域を吸収することを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
3. 前記遮光対象波長帯域は、前記複数積層される前記表示パネルごとに異なる帯域であることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
4. 前記画素部の表示状態が遮光状態である場合における透過率と当該画素部が含まれる前記表示パネルに存在する前記画素間部の透過率とが同一となるように形成され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表示素子。
5. 透過状態または入射光の透過率が前記透過状態よりも低い遮光状態に表示状態を切り替え可能な画素部と前記表示状態を切り替え不能な画素間部とを含む表示パネルが複数積層された表示素子の製造方法であって、
   前記画素部の表示状態が遮光状態である場合に当該画素部を有する表示パネルの層が遮光対象とする波長帯域を少なくとも含む遮光波長の入射光を吸収または反射し、前記遮光波長に含まれない波長の入射光を透過するように染料または顔料を用いて着色された着色レジストを前記表示パネルの構成要素とする基板の表面に塗布する塗布ステップと、
   前記画素間部を形成する位置をマスクして、前記塗布ステップによって着色レジストが塗布された基板表面に紫外線を照射する紫外線照射ステップと、
   前記紫外線照射ステップによって紫外線が照射された基板表面に現像処理を行って、前記着色レジストが前記画素間部に塗布された基板を得る現像処理ステップと、
   前記現像処理ステップによって得られた基板の着色レジストの塗布面に対向させて基板を貼り合わせる貼り合せステップと、
   前記貼り合せステップによって貼り合せられた基板の間に液晶を注入する液晶注入ステップと
   を含んだことを特徴とする表示素子の製造方法。

Images