JP4106238B2 - Transflective dual-use display device substrate, transflective liquid crystal display device, and electronic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過反射両用型表示装置用基板に関する。本発明の基板は、外部からの入射光(以下、外光ともいう。)を反射させることにより反射表示を行なうとともに、外部が暗いときは、バックライトなどの光源からの光を透過させることにより透過表示を行う透過反射両用型表示装置に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】
近年のIT技術の革新的な発展と共に、携帯電話を初めとする携帯情報端末で使用される情報量が格段に増加し、携帯情報端末の用途も多様化している。これに伴い携帯情報端末のディスプレイに対するユーザーの要望も多様化し、低電圧化はもちろんのこと高精彩化、高速応答化など多岐にわたっている。ディスプレイの表示色についても、色数が加速度的に増加するのと共に、色味についての要望も多様化し、各ユーザーの要望する反射表示時と透過表示時の色味を実現することが必要不可欠である。また、各ユーザーの要望する色味は、観測者によって視認性が異なるので、ほぼすべて異なるのが現状である。
【0003】
現在、携帯情報端末で用いられるディスプレイとしては、透過反射両用型の液晶表示装置が広く用いられている。透過反射両用型液晶表示装置は、明るい場所では、外光を利用して反射型の液晶表示装置として動作するとともに、暗所では光源を利用した透過型の液晶表示装置として動作する。
【0004】
透過反射両用型液晶表示装置としては、例えばアルミニウムなどからなる半透過性の金属薄膜を用いた半透過型液晶表示装置が挙げられる。半透過性の金属薄膜は、暗所ではバックライトからの光を透過させるとともに、外光を反射させるという透過と反射の双方の機能を備えている。また、光の拡散性を向上させるために、微細な凹凸構造をもつ、例えば透光性樹脂からなる光透過層を設け、この光透過層の上に前記金属薄膜を形成することがある。これにより、反射光の拡散性を向上させ、いわゆる文字ぼけやカラー表示時の混色を防止し、表示の視認性を向上させている。なお、微細な凹凸構造(凹凸面)をもつ光透過層は、それ自体は光を拡散させないが、光透過層の凹凸面上に反射層を形成することによって、反射光を拡散させるので、以下では、微細な凹凸構造(凹凸面)をもつ光透過層を「光拡散層」ともいう。
【0005】
ところで、半透過性膜として金属薄膜を用いる場合には、その透過光が独特の色味を帯びる。例えばアルミニウム薄膜の場合には、その透過光が青味を帯びるので、透過表示時の白が青味を帯びるという問題点がある。その原因は、光源の短波長側の光は金属薄膜を透過し易いが、長波長側の光は透過し難いという透過光特性を持つためであると考えられる。いずれにしても透過光が青味を帯びると、カラー表示において色純度が低下することになる。
【0006】
この透過表示時の色補正については、例えばカラーフィルター自体で行うことができる。しかし、反射表示時には外光がカラーフィルターを2度透過するので、透過表示時の色調補正が反射表示時の色にも大きく影響を及ぼし、反射表示時の色純度が低下して好ましくない。また、バックライト側に位置する基板に色を補正するフィルターを貼り付けることで、透過表示時の色調のみを補正することができる。しかし、液晶表示装置を高温高湿条件で保存すると、水分の影響で色補正フィルターが退色・変色するおそれがあるので、信頼性面での問題点がある。さらに、偏光板を着色する場合には、偏光板を透過する光の偏光度が低下するので、コントラストが低下するという問題点がある。
【0007】
このような問題点を解決するために、半透過性の金属薄膜を用いた半透過型液晶表示装置において、光拡散層を着色し、透過表示時の色補正を行う技術が特開2001−100197に開示されている。以下に、特開2001−100197に開示の技術について説明する。
【0008】
同公報に開示された液晶表示装置は、所定のセルギャップが形成されるように周辺シール材を介して圧着され、そのセルギャップ内に液晶層が封入された一対の透明電極基板を含み、上記一方の透明電極基板の内面側に透光性樹脂からなる光拡散層を有し、同光拡散層上に光反射膜として光半透過性の金属薄膜が形成されている半透過型液晶表示装置であり、上記光拡散層の透光性樹脂が、上記金属薄膜の透過光色と補色関係にある色に着色されていることを特徴とする。例えば、光半透過性の金属薄膜としてアルミニウムを用いた場合には、その透過光は青味を帯びているので、樹脂製の光拡散層は青色と補色関係にある黄色に着色されることで、透過光の色味が白色に補正されることになる。
【0009】
図3を参照しながら、さらに具体的に説明する。上記の液晶表示装置は、周辺シール材を介して互いに圧着された上基板1と下基板2とを備えている。上基板1の外側面には、位相差板21Aおよび偏光板22Aが設けられ、下基板2の外側面には位相差板21Bと偏光板22Bが設けられている。また、下基板2側にはバックライトが設けられている。
【0010】
下基板2の内面には、光拡散層7Aと、光反射膜としての光半透過性金属薄膜8Bとが形成されている。光拡散層7Aは透光性樹脂からなり、その表面には微細な凹凸が形成されている。
【0011】
光半透過性の金属薄膜8Bにアルミニウムを用いた場合には、透過光色が青色を帯びているので、その透過光の色補正を行うために、光拡散層7Aをあらかじめ青色の補色である黄色に着色している。この半透過型液晶表示装置においては、バックライトから照射された光は、黄色に着色された光拡散層7Aおよび光半透過性の金属薄膜8Bを透過して表示面である上基板1側に至る。黄色は青色の補色関係にあるので、バックライトから照射された光は、金属薄膜8Bを透過する際に色補正され、ほぼ白色光として表示面を照らすことができる。
【0012】
これに対して、外光を利用した反射表示時には、外光は金属薄膜8Bにより反射されるので、バックライト使用時の場合と外光時の場合とで、色の違いが少なく違和感のない表示が得られると、同公報に記載されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半透過型液晶表示装置の金属薄膜として半透過型の金属薄膜8Bを用いた場合には、金属薄膜8Bからなる反射層は当然ながら光を透過することができる。外光による反射で表示を行う場合には、図3に示すように、外光が偏光板22Aおよび位相差板21Aを透過し、上基板1と透明電極3、4と配向膜5、6と液晶層12を透過した後に金属薄膜8Bに至る。金属薄膜8Bに至った光は、金属薄膜8Bの表面で反射される光Cと、金属薄膜8Bを透過する光に分解される。さらに金属薄膜を透過した光は、金属薄膜8Bおよび透明樹脂からなる光拡散層7Aの界面での反射光Dと、光拡散層7Aおよび下層(下基板2)の界面での反射光Eと、透過光とに分解される。したがって、反射表示時の表示面で視認される光は、金属薄膜8B上での反射光Cと、金属薄膜8Bおよび光拡散層7Aの界面での反射光Dと、光拡散層7Aおよび下層(下基板2)の界面での反射光Eとが合成された色の光となる。
【0014】
半透過型の金属薄膜8Bを用いた液晶表示装置の光拡散層を着色する場合、バックライト光による透過表示時には、光拡散層7Aは色補正として有効に作用する。しかし、上述したように、反射表示時にも光拡散層7Aで着色された光がいくらか反射するので、光拡散層7Aは反射表示時の色度にも影響を与える。さらに、アルミニウムや銀−パラジウムなどの金属を金属薄膜として用いる場合には、透過光は青色を帯びている反面、反射光は補色の黄色を帯びているので、反射表示は若干黄色味を帯びる。したがって、金属薄膜8Bを透過する光が帯びる青色の補色(黄色)を光拡散層に着色すると、その補色が金属薄膜8Bの反射光と同色であるので、反射表示時には光拡散層7Aの着色によってさらに表示色が黄色味を帯びてしまう。すなわち、透過表示時の色調を調整すると、トレードオフとして反射表示時の色味を損ねてしまう問題点がある。
【0015】
さらに、透過および反射表示時の色調については、金属薄膜8Bの色味だけではなく、透過光および反射光が透過するITO膜や配向膜などのすべての積層膜や下基板2の色度の合成となる。ITO膜や配向膜は軽度ではあるが着色しているので、表示としての色はITO膜や配向膜などの着色している積層膜の色の影響を受ける。したがって、金属薄膜8Bの補色を光拡散層に着色するだけでは、色調の調整が不十分である。
【0016】
また、下基板2としてプラスチック基板を用いた場合、プラスチック基板はガラス基板に比べて着色が強いので、さらに金属薄膜8Bの補色を光拡散層に着色するだけでは、透過表示時と反射表示時の双方の色補正が事実上不可能である。
【0017】
本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであって、その目的は、反射表示時の色調を損ねることなく、透過表示時の色調のみを自由に調整し、かつ透過表示時と反射表示時との良好な色調をともに満足する透過反射両用型表示装置用基板を提供することにある。
【0018】
【課題を解決させるための手段】
本明細書において「光を透過させる」とは、入射する可視光のほとんどを透過させることを言い、入射光の一部が反射される場合も含む。「光を全反射させる」とは、可視光の透過率がほぼ0%であり、入射する可視光のほぼ100%を反射させることを言う。
【0019】
本発明の透過反射両用型表示装置用基板は、光を透過させる光透過層が基板上に形成され、光を全反射させる反射領域と光を透過させる開口領域とを有する反射層が前記光透過層上に形成され、少なくとも前記開口領域における前記光透過層は、前記光透過層を透過する光を光の干渉を利用して色付ける機能を有すると共に、前記光透過層に入射する光の色度を(x1,y1)とし、前記光透過層から出射する光の色度を(x2,y2)とすると、x2−x1およびy2−y1のそれぞれを0.01以上とする機能を有し、屈折率nが2.0以上である。
【0020】
本発明の透過反射両用型表示装置用基板によれば、透過表示時の色調を自由に調整することができる。光透過層を透過する光を色付けるには、光透過層自体を着色すれば良い。光透過層を着色しない場合でも、光透過層の屈折率nや膜厚を調整して、透過光を着色させることができる。光透過層の屈折率nや膜厚に応じて、波長ごとに干渉が生じるので、白色光のうち特定の波長光の色が消失するからである。また、光透過層から出射する光の色度を(x2,y2)とすると、x2−x1およびy2−y1のそれぞれを0.01以上とすることで、目視評価にて、十分な着色を認識することができる。また、少なくとも前記開口領域における前記光透過層が屈折率nが2.0以上である。さらに、前記光透過層の膜厚が20nm以上60nm以下であるのが好ましい。これにより、基板などによって、開口領域における光透過層を透過する光が青味を帯びる場合に、透過光を白色光に近づけることができる。
【0021】
本発明の透過反射両用型表示装置用基板において、前記開口領域における前記光透過層上に、前記光透過層よりも屈折率の小さい層が形成されていることが好ましい。
【0022】
反射層の開口領域では、反射層の反射領域と比較して、反射率が非常に低く、事実上黒表示となっているので、開口領域での反射光による着色は反射表示時の色調に殆ど影響を及ぼすことはない。しかしながら、図2に示すように、反射層8Aの開口領域101では、殆どの光は光透過層7Aを透過するものの、光透過層7A上での反射光Aと、光透過層7Aおよび基板2の界面での反射光Bとが若干ながら発生するので、反射表示時の色度にも若干の影響を及ぼす可能性がある。
【0023】
開口領域における光透過層の屈折率を、光透過層の直上に形成される膜の屈折率よりも大きくすることによって、反射表示時の光透過層と直上に形成される膜との界面での反射光Aを積極的に増大させ、この界面を透過する外光を減少させて、光透過層および基板の界面での着色された反射光Bによる色度の変化を抑制する。したがって、反射表示時の色度に影響を及ぼすことなく、透過表示時の色度のみを独立して調整することができる。
【0024】
本発明の透過反射両用型表示装置用基板において、前記開口領域における前記光透過層上および前記反射層上に着色層が形成されていても良い。着色層は、開口領域における光透過層上および反射層上に直接または他の膜を介して形成される。
【0025】
本発明の透過反射両用型表示装置用基板において、前記反射層が微細な凹凸構造を有することが好ましい。反射層が微細な凹凸構造を有することによって、外光の拡散性が向上するので、いわゆる文字ぼけやカラー表示時の混色を防止し、表示の視認性を向上させることができる。
【0026】
本発明の透過反射両用型液晶表示装置は、本発明の透過反射両用型表示装置用基板と、前記透過反射両用型表示装置用基板に対向する対向基板と、前記両基板間に介在する液晶層とを有する。本発明の透過反射両用型液晶表示装置によれば、反射型表示と透過型表示とを切り替えて表示することができる。
【0027】
本発明の電子機器は、本発明の透過反射両用型液晶表示装置を表示部として備える。本発明の電子機器は、明るい場所ではバックライトなどの照明装置を点灯させる必要がないので、長時間のバッテリー駆動が可能となる。さらに暗い場所では、明るく良好な白色の透過表示が実現できるので、非常に視認性が良いという利点がある。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態を説明する。以下の実施形態では、本発明の透過反射両用型表示装置用基板を透過反射両用型液晶表示装置の基板として用いた場合について説明するが、本発明の透過反射両用型表示装置用基板は、液晶表示装置用の基板に限定されない。また、液晶表示装置の例として、単純マトリクス駆動方式のSTN液晶表示装置を例にするが、本発明の液晶表示装置は、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)やMIM(Metal-Insulator-Metal )などのスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス駆動方式や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することが可能である。さらに、実施形態1では、光を透過させる光透過層として、微細な凹凸構造を有する光拡散層を例に説明するが、光透過層は反射層と接する面が平坦であり、光拡散性を有していなくても良い。
【0029】
(実施形態1)
図1は、実施形態1の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図であり、図2は、その一画素を概略的に示す断面拡大図である。図1および図2を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置の構成を説明する。
【0030】
本実施形態の液晶表示装置では、互いに対向する二枚の透明基板1、2の間に液晶層12が枠状のシール材11によって封止されている。液晶層12は、240°〜260°ツイストのツイスト角を持つネマティック液晶で構成されている。観察者側に対して反対側の透明基板(以下、下基板ともいう。)2上には、任意の色に着色された光拡散層7Aが形成されている。
【0031】
光拡散層7Aの上面には、例えばAl、Pd、Ag、またはこれら金属の合金からなる金属薄膜が形成されている。金属薄膜は、光透過率がほぼ0%の全反射性になるように、その膜厚が設定されており、光を全反射させる反射層8Aである。例えば、銀とパラジウムとの合金(Ag−Pd)を金属薄膜として用いる場合、膜厚を1000Å(100nm)以上に設定する。
【0032】
金属薄膜(反射層)8Aには、透過表示時に光を透過させるために、露光現像処理などによって開口された開口領域101がR(赤)、G(緑)、B(青)の画素ごとに設けられている。透過表示時には開口領域101からの透過光によって、また反射表示時には金属薄膜(反射層)8Aが存在する反射領域102での反射光によって、それぞれ表示を行うことができる。開口領域101と反射領域102との面積の比率は、25:75〜80:20が好ましく、例えば3:7に設定する。
【0033】
開口領域101を有する全反射性の金属薄膜(反射層)8Aの上面には、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色層(カラーフィルター)9が所定のパターンで形成されている。着色層9の上面には、透明な保護膜10が形成されており、この保護膜10の上面には、複数のストライプ状の透明電極4がITO膜などから形成されている。透明電極4の上面には、配向膜6が形成されており、ラビング等により所定の方向に配向処理が施されている。
【0034】
一方、下基板2に対向する観察者側の透明基板(以下、上基板ともいう。)1の上面には、複数のストライプ状の透明電極3が形成されており、透明電極3の上面には、配向膜5が形成されており、ラビング等により所定の方向に配向処理が施されている。
【0035】
透明基板1、2としては、フロートガラス、ソーダガラスなどのガラス基板、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板などを用いることができる。
【0036】
光拡散層を着色させる方法としては、特に限定されず、例えば透光性樹脂に顔料を分散する方法が挙げられる。光拡散層7Aに分散される顔料としては、例えば黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青等の無機顔料、カラーインデックス(C.I)ナンバーで以下に示す有機顔料などがある。
【0037】
黄色顔料:C.Iピグメントイエロー20、C.Iピグメントイエロー24、C.Iピグメントイエロー83、C.Iピグメントイエロー86、C.Iピグメントイエロー93、C.Iピグメントイエロー109、C.Iピグメントイエロー110、C.Iピグメントイエロー117、C.Iピグメントイエロー125、C.Iピグメントイエロー137、C.Iピグメントイエロー138、C.Iピグメントイエロー139、C.Iピグメントイエロー147、C.Iピグメントイエロー148、C.Iピグメントイエロー153、C.Iピグメントイエロー154、C,Iピグメントイエロー166、C.Iピグメントイエロー168
青色顔料:C.Iピグメントブルー15、C.Iピグメントブルー22、C.Iピグメントブルー60、C.Iピグメントイエロー64
光拡散層7Aを着色する色は任意であり、上記黄色顔料や青色顔料の他に、オレンジ顔料、赤色顔料、緑色顔料などを用いることができる。光拡散層に顔料を分散させることにより、光拡散層を着色することができるので、従来の半透過型液晶表示装置の製造工程をそのまま流用することができ、また製造コストを上げることなく、色度を調整することができる。さらに、光拡散層7A上の反射領域102には、全反射性の金属薄膜(反射層)8Aが形成されているので、着色された光拡散層7Aは、反射表示時の色調に影響を及ぼさない。したがって、透過表示時の色度を独立して調整することができる。
【0038】
光拡散層7Aは、反射層8Aの開口領域101に対応する部分が少なくとも着色されていれば良く、光拡散層7A全体が着色されることは必ずしも要しない。ただし、反射層8Aの反射領域102に対応する部分が着色されていても良い。反射層8Aの反射領域102に対応する光拡散層7Aが着色されていても、反射領域102における反射層8Aは光を全反射させ、透過させないので、透過表示時の色調に影響を与えない。むしろ、全体が着色された光拡散層7Aを形成することは、部分的に着色された光拡散層7Aを形成するよりも、製造が容易であるという利点がある。光拡散層7Aを部分的に着色するには、フォトリソ法や印刷法を採用すれば良い。
【0039】
本実施形態では、カラーフィルター(着色層)9を下基板2上に形成しているが、特に限定されるものではなく、上基板1に形成しても良い。
【0040】
(実施形態2)
図10は、実施形態2の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。なお、図10においては、実施形態1の液晶表示装置と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、その説明を省略する。また、実施形態1では光拡散層7Aは着色されていたが、本実施形態の光拡散層7Bは、無着色の透明である。
【0041】
本実施形態の液晶表示装置は、光拡散層7Bと反射層8Aとの間に形成された光透過層7Cを有する。光透過層7Cには、例えばTiO2膜などの屈折率の大きい薄膜が用いられる。光透過層7Cは、透過する光を色付ける機能を有する。光透過層7Cにより色付けされる光の色相は、光透過層7Cの屈折率や膜厚によって決定される。光源(不図示)から光透過層7Cに入射した光は、光透過層7Cと着色層(カラーフィルター)9との界面で一部が液晶層12側へ出射され、一部が反射する。反射した光は、光透過層7Cと光拡散層7Bとの界面で、再び一部が光源側へ出射され、一部が反射される。この反射光の一部は、光透過層7Cと着色層9との界面を越えて液晶層12側へ出射されるので、光透過層7Cと着色層9との界面で反射せずに透過した光と干渉する。この干渉効果によって、光透過層7Cを透過する光を色付ける。
【0042】
なお、光拡散層7Bは、着色されていても良い。また、光拡散層7Bを省くこともできる。光透過層7Cは、反射層8Aの開口領域101に対応する部分に少なくとも存在すれば良く、反射層8Aの反射領域102に対応する部分に存在していなくても良い。
【0043】
(実施例および比較例)
以下に示す実施例および比較例について、反射表示時と透過表示時との色味の違いの評価をそれぞれ行なった。
【0044】
反射表示時の色度の測定には、ミノルタ製CM−1000(C光源2°視野)を用いて、R(赤)・G(緑)・B(青)の全ON表示にて、白表示時の色度を測定した。また、透過表示時の色度の測定には、TOPCON製BM−5を用いて、R(赤)・G(緑)・B(青)の全ON表示にて、白表示時の色度を測定した。なお、バックライトの具体的な色度については、後述する。
【0045】
光拡散層の色度は、下基板2上に光拡散層(膜厚2.5μm)を形成した状態で測定を行い、TOPCON製BM−5を用いて、透過表示時の色度を測定した。
【0046】
実施例1、2、4、5、6および比較例1、2、3では、上基板1および下基板2にそれぞれ貼り付ける位相差板、偏光板の軸角度およびレターデーションは、同一のシステムを用いた。具体的には、図1および図4に示すように、液晶分子の配向方向を基準として、時計回りを正とし、反時計回りを負としたとき、第一位相差板21Aの軸角度が−55°第二位相差板21Bの軸角度が80°、偏光板22Aの軸角度が0°となるように、第一位相差板21A、第二位相差板21Bおよび偏光板22Aを上基板1に順次貼り付けた。液晶層12および位相差板21A、21Bのレターデーションの設定は、液晶層12を800nm、第一位相差板21Aを180nm、第2位相差板21Bを670nmとした。また、図5に示すように、位相差板21Cの軸角度が−5°、偏光板22Bの軸角度が−52.5°となるように、位相差板21Cおよび偏光板22Bを下基板2に順次貼り付けた。位相差板21Cのレターデーション設定は、140nmとした。
【0047】
(比較例1)
実施形態1の液晶表示装置における、着色を施した光拡散層7Aの代わりに、無着色の光拡散層7Bを用いて、実施形態1の液晶表示装置と同様の液晶表示装置を作成した(図1参照)。
【0048】
まず、下基板2上に、日立化成製のアクリル樹脂からなるフィルム転写型の無着色の光拡散層7Bを形成した。このとき光拡散層7Bの膜厚は2.5μmであった。Ag−Pdからなる金属薄膜をスパッタにより成膜した。Ag−Pdからなる金属薄膜上にレジストを塗布し、反射領域102と開口領域101との面積比が7:3となるように、フォトマスクを用いて露光現像処理を行い、開口領域101を有する全反射性の金属薄膜8Aを形成した。このとき金属薄膜8Aの膜厚は、1200Å(120nm)であった。
【0049】
次に、開口領域101における光拡散層7B上および金属薄膜8A上に、R(赤)、G(緑)、B(青)からなる着色層(カラーフィルター)9を形成した後、着色層9上に保護膜10を成膜した。着色層9の膜厚は0.8μmであった。保護膜10の上に、ストライプ状にパターニングされたITO膜(透明電極)4を形成し、さらにその上面に、ラビング等により240°ツイストとなるように配向処理されたポリイミドからなる配向膜6を形成した。
【0050】
上基板1の上面に、ストライプ状にパターニングされたITO膜(透明電極)3を形成し、下基板2と同様に、ラビング等により240°ツイストとなるように配向処理されたポリイミドからなる配向膜5を形成した。
【0051】
上基板1または下基板2のいずれか一方に、プラスチックビーズを散布し、シール材11を塗布し、上下両基板1、2を加圧封着した。このときセル厚は5μmであった。上基板1に、位相差板21A、21Bおよび偏光板22Aを、また下基板2に、位相差板21Cおよび偏光板22Bをそれぞれ貼り付けた。
【0052】
240°ツイストでセル厚が5μmのシステムを最適化するために、上基板1と下基板2との間隙に、カイラル剤を添加したネマティック液晶材料を注入、封止して、無着色の光拡散層を用いた比較例1の液晶表示装置を作成した。
【0053】
上記のように作成した無着色の光拡散層を用いた液晶表示装置の色について、評価を行った。
【0054】
まず、反射表示時の色の測定を行ったところ、色度は(x,y)=(0.295,0.329)であった。次に、透過表示時の色度を測定するために、光源として(x,y)=(0.335,0.345)のバックライトを用いて測定を行ったところ、透過表示時の色度は(x,y)=(0.284,0.276)であった。このことから、反射表示時と透過表示時とで、色度に有意差があり、反射表示時に比べて透過表示時の色味が青色を帯びていることがわかる。
【0055】
(実施例1)
比較例1の液晶表示装置における反射表示時と透過表示時とで色度を一致させるために、光拡散層をピグメントイエロー#83によって着色した。着色された光拡散層7Aの色度は(x,y)=(0.312,0.374)であり、上記と同様にして、実施例1の液晶表示装置を作成した。
【0056】
上記と同様にして、反射表示時と透過表示時の色度を測定したところ、反射表示時は殆ど色度の変化がなく(x,y)=(0.302,0.338)であった。なお、反射表示時と透過表示時の色について目視にて観察したところ、色の有意差は全く見られなかった。また、透過表示時の色度は、上記色度を有する光拡散層7Aにより色補正を受けて、(x,y)=(0.293,0.329)となった。このことから、開口領域101を有する全反射性の金属薄膜(反射層)8Aを用いた液晶表示装置において、光拡散層を着色することにより、反射表示時の色度をほとんど損ねることなく、透過表示時の色度を補正できることがわかる。
【0057】
なお、透過表示時の色度は、同じ色度であっても輝度の違いにより観察者が視認する色のイメージが異なる。本実施例では、反射表示時と透過表示時の色度を一致させているが、輝度に応じて任意の色度に調整することができる。
【0058】
(比較例2)
比較例2として、特開2001−100197に記載された液晶表示装置を作成し、透過表示時と反射表示時の色度について評価を行った(図3参照)。
【0059】
本比較例では、開口領域101を有する全反射性の金属薄膜(反射層)8Aの代わりに、半透過性の金属薄膜(反射層)8Bを用いて、上記と同様にして液晶表示装置を作成した。なお、半透過性の金属薄膜(反射層)8Bとして、実施例1および比較例1と同様に、Ag−Pdを用い、膜厚を薄膜化することで金属薄膜に半透過性を付与した。半透過性の金属薄膜(反射層)8Bは、膜厚が350Å(35nm)、反射率が約70%、透過率が20%であるものを用いた。金属薄膜以外の構成は、実施例1および比較例1の液晶表示装置と全く同一とした。本比較例では、着色していない光拡散層7Bを用いた場合と、着色した光拡散層7Aを用いた場合の両方について、色度の評価を行った。
【0060】
未着色の光拡散層7Bを用いた際の反射表示時と透過表示時の色度について測定を行ったところ、反射表示時の色度は(x,y)=(0.302,0,318)であり、透過表示時の色度は(x,y)=(0.282,0.256)であった。
【0061】
反射表示時の色度と透過表示時の色度を一致させるために、ミグメントイエロー#83により着色し、色度が(x,y)=(0.324,0.378)の光拡散層7Aを用いて、上記と同様に液晶表示装置を作成した。その結果、反射表示時の色度は(x,y)=(0.314,0.342)になり、透過表示時の色度は(x,y)=(0.308,0.312)であった。ただし、反射表示時と透過表示時の色について目視にて観察したところ、透過表示時と比較して反射表示時の色は明らかに黄色味を帯びていた。したがって、比較例2の液晶表示装置では、透過表示時の色度を補正すると、反射表示時の色度も変動する。これは、反射表示時に表示面で観察される光は、金属薄膜8B上での反射光と、光拡散層7Aおよび基板2の界面での反射光との合成光であり、光拡散層7Aおよび基板2の界面での反射光は、着色された光拡散層7Aを透過することによって着色されるからである。
【0062】
以上の実施例1および比較例1,2の結果から、本発明の液晶表示装置は、反射表示時の色度の変化を最小限に抑えながら、透過表示時の色度を自由に調整できることがわかる。
【0063】
(実施例2)
本発明の第2の実施例における液晶表示装置を説明する。本実施例における光拡散層7Aとして、光拡散層7Aの上層に接して配置されている着色層(カラーフィルター)9の屈折率よりも大きな屈折率を有する光拡散層を用いて、実施例1と同様にして本実施例の液晶表示装置を作成した。具体的には、カラーフィルター9の屈折率は1.47であり、光拡散層7Aの屈折率は1.64である。
【0064】
まず、比較例1と同様に、屈折率が1.64である無着色の光拡散層7Bを用いて透過表示時と反射表示時の色度について評価を行ったところ、透過表示時の色度は(x,y)=(0.281,0,283)であり、反射表示時の色度は(x,y)=(0.299,0.333)であった。
【0065】
次に、反射表示時の色度と透過表示時の色度を一致させるために、上記光拡散層を着色し、色度が(x,y)=(0.315,0.379)であり、屈折率が1.64の透光性樹脂からなる光拡散層7Aを用いて、液晶表示装置を作成した。その結果、反射表示時の色度は変化することなく(x,y)=(0.302,0.331)であった。また、透過表示時の色度は、(x,y)=(0.304,0.329)であった。実施例1に示したように、透光性樹脂からなる光拡散層を着色することに加えて、本実施例では、光拡散層7Aの屈折率をその直上のカラーフィルター9の屈折率よりも高くすることによって、反射表示時の色度に全く影響を及ぼすことなく透過表示時の色度のみを完全に独立して調整することができた。
【0066】
したがって、光拡散層を着色し、反射領域における反射層を全反射性とするとともに、光拡散層の屈折率をその直上に形成された膜よりも高く設定することによって、反射表示時の色度の変化をさらに抑え、透過表示時の色度のみを自由に調整することができる。
【0067】
本実施例では、光拡散層7Aの直上に形成される膜がカラーフィルター9であるが、光拡散層7Aの直上に保護層や絶縁層などのカラーフィルター以外の膜が形成されている場合でも、この膜よりも高い屈折率を有する光拡散層7Aを用いることによって、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【0068】
なお、透過表示時の色度は、同じ色度であっても輝度の違いにより観察者が視認する色のイメージが異なる。本実施例では、反射表示時と透過表示時の色度を一致させているが、輝度に応じて任意の色度に調整することができる。
【0069】
(実施例3)
反射透過両用型液晶表示装置の透過表示時に対する要望は、(1)コントラスト、(2)透過率、(3)色再現性の3項目に大別される。
【0070】
反射表示時の表示特性を変えることなく、透過表示時の上記要望を満足させるためには、最も簡便な方法として、下基板(バックライト側)側の位相差板および偏光板の各軸角度を最適化する手法が挙げられる。しかしながら、位相差板および偏光板の各軸角度を上記要望に基づいて最適化を行うと、それぞれ偏光状態が異なるので、透過表示色に位相差板および偏光板システム由来の色づきが発生する。そこで、光拡散層を着色することによって、位相差板および偏光板システムによる色づきを解消するために、光拡散層を着色する際の色度の範囲の最適化を行った。
【0071】
まず、図4に示すように、液晶分子の配向方向を基準として、時計回りを正とし、反時計回りを負としたとき、第一位相差板21Aの軸角度が−55°第二位相差板21Bの軸角度が80°、偏光板22Aの軸角度が0°となるように、第一位相差板21A、第二位相差板21Bおよび偏光板22Aを上基板1に順次貼り付けた。液晶層12および位相差板21A、21Bのレターデーションの設定は、液晶層12を800nm、第一位相差板21Aを180nm、第2位相差板21Bを670nmとした。
【0072】
次に、透過表示時のコントラストを最大限重視する場合、下基板2に貼り付けられる位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を以下の通りに設定する。具体的には、図6に示すように、偏光板22Bの軸角度が−30°、位相差板21Cの軸角度が75°のときに、透過表示時のコントラストが最大を示し、30のコントラストが得られた。このとき透過表示時の白色表示時の色度は(0.27,0.25)であった。下基板2の位相差板21Cのレターデーションは、145nmであった。
【0073】
上基板1の位相差板および偏光板の各軸角度は変更せずに、透過表示時の透過率向上を最大限重視する場合、下基板2に貼り付けられる位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を以下の通りに設定する。具体的には、図7に示すように、下基板2の偏光板22Bの軸角度が40°、位相差板21Cの軸角度が90°のときに、最も高い透過率を示した。このときの透過表示時における白色表示時の色度は(0.33,0.36)であった。下基板2の位相差板21Cのレターデーションは、130nmであった。
【0074】
同様にして、上基板1の位相差板および偏光板の各軸角度は変更せずに、透過表示時の色再現性向上を最大限重視した場合には、図8に示すように、下基板2の偏光板22Bの軸角度が65°、位相差板21Cの軸角度が−70°のときに、最も色面積が広く、透過表示時の色再現性が向上した。このときの透過表示時における白色表示時の色度は(0.35,0.33)であった。下基板2の位相差板21Cのレターデーションは、140nmであった。以上の結果を表1にまとめる。
【0075】
【表1】
【0076】
ところで、一般的な反射透過両用型液晶表示装置の設計では、偏光板および位相差板の各軸角度の最適化は、上記の3要望(コントラスト・透過率・色再現性)のバランスを考慮して行なわれる。したがって、透過表示時における白色表示時の色度は、上記3要望の各要望に特化したときの透過表示時における白色表示時の色座標を頂点とする三角形の領域内に入ってくる。なお、上記三角形の各頂点の色座標は、本実施例の液晶表示装置での値であり、色度が本実施例と異なる着色層を用いた場合には、上記三角形の各頂点の色度座標は、本実施例の値と異なることがある。ただし、R(赤)、G(緑)、B(青)の着色層を用いた場合には、概ね(0.35,0.39)、(0.29,0.28)および(0.27,0.31)の色度座標を頂点とする三角形が形成される。
【0077】
次に、上記最適化された反射透過両用型液晶表示装置において、透過表示時の白色表示時の色度をホワイトポイント(W.P.)の色度(0.31,0.32)に補正するための光拡散層7Aの色度を表2および図9に示す。
【0078】
【表2】
【0079】
すなわち、コントラスト重視の場合には、着色された光拡散層7Aの色度は(0.35,0.39)であり、透過率重視の場合には(0.29,0.28)であり、色再現性重視の場合には(0.27,0.31)となる。したがって、反射透過両用型液晶表示装置の透過表示時のコントラスト・透過率・色再現性の3要望を全て満足するためには、偏光板22Bおよび位相差板21Cの各軸角度を表1に示すように最適化する。さらに、(0.35,0.39)、(0.29,0.28)、(0.27,0.31)の3つの色座標で囲まれる三角形の領域内の色度で、光拡散層を着色する。これにより、透過表示時の色づきを解消することができ、コントラスト、透過率、色再現性に優れ、かつ良好な白色表示のできる反射透過両用型液晶表示装置を提供することができる。
【0080】
(実施例4)
比較例1の液晶表示装置において、反射表示時にあわせて透過表示時の色度を補正させるために、図10に示すように、光透過層7Cを光拡散層7Bと全反射性金属薄膜8Aとの間に形成した。光透過層7Cとして、屈折率n=2.4、膜厚450Å(45nm)のTiO2膜を形成した。上記と同様にして、反射表示時と透過表示時の色度を測定したところ、反射表示時の色度は(x,y)=(0.300,0.325)、透過表示時の色度は(x、y)=(0.306,0.310)であった。このことから、反射表示時の色度をほとんど損ねること無く、透過表示時の色度を補正できることがわかる。
【0081】
光透過層7Cの屈折率と膜厚を変更した場合に生じる色度変化について次に説明する。図11に、屈折率n= 2.4のときに膜厚を50Å(5nm)から1000Å(100nm)まで変化させた場合の透過表示時における色度変化のシミュレーションを示す。図11に示すように、膜厚を350Å(35nm)〜550Å(55nm)に設定することによって、光透過層7Cを配置しない場合(図11中における膜厚0Åのポイント)に対する色度x, yの変化量が0.01以上となる。言い換えれば、光透過層7Cに入射する光の色度を(x1,y1)とし、光透過層7Cから出射する光の色度を(x2,y2)とすると、x2−x1およびy2−y1のそれぞれは、十分認識可能な0.01以上となる。このように、光透過層および光拡散層を着色しなくても、光透過層7Cの屈折率と膜厚を調整することによって、光透過層7Cを透過する光に黄色味を持たせることができる。したがって、実施例1と同様に、反射表示時の色度の変化を抑え、透過表示時の色度のみを自由に調整することができる。
【0082】
なお、本実施例での膜厚の設定は、基板や配向膜などによって透過光が青に着色される場合の設定であり、その他の色のときには、膜厚を適宜設定することによって、透過表示時と反射表示時の双方の色補正が可能となる。
【0083】
(比較例3)
図12に、実施例4の光透過層7Cを屈折率n=2.0未満の光透過層に変更した場合の色度変化のシミュレーションを示す。具体的には、屈折率n=1.8のときに膜厚を50Å(5nm)から1000Å(100nm)まで変化させた場合の透過表示時における色度変化を示す。図12に示すように、比較例1の場合と同様に、透過時の色度の方が青味を帯びていることから所定の膜厚に設定することによって黄色味を持たせることができる。
【0084】
しかし、光透過層を配置しない場合(図12中における膜厚0Åのポイント)に対する色度x, yの最大変化量が0.01未満である。言い換えれば、屈折率n=1.8のとき、50Å(5nm)から1000Å(100nm)の範囲内の膜厚では、十分認識できる程度の黄色の着色が得られない。
【0085】
(実施例5)
図13に、実施例4の光透過層7Cを屈折率n=2.0の光透過層7Cに変更した場合の色度変化のシミュレーションを示す。具体的には、屈折率n= 2.0のときに膜厚を50Å(5nm)から1000Å(100nm)まで変化させた場合の透過表示時における色度変化を示す。図13に示すように、膜厚を約600Å(60nm)に設定することによって、光透過層7Cを配置しない場合(図13中における膜厚0Åのポイント)に対する色度x, yの変化量が0.01以上となる。言い換えれば、光透過層7Cに入射する光の色度を(x1,y1)とし、光透過層7Cから出射する光の色度を(x2,y2)とすると、x2−x1およびy2−y1のそれぞれは、十分認識可能な0.01以上となる。このように、光透過層および光拡散層を着色しなくても、光透過層7Cの屈折率と膜厚を調整することによって、光透過層7Cを透過する光に黄色味を持たせることができる。したがって、実施例1と同様に、反射表示時の色度の変化を抑え、透過表示時の色度のみを自由に調整することができる。
【0086】
(実施例6)
図14に、実施例4の光透過層7Cを屈折率n=3.0の光透過層7Cに変更した場合の色度変化のシミュレーションを示す。具体的には、屈折率n= 3.0のときに膜厚を50Å(5nm)から1000Å(100nm)まで変化させた場合の透過表示時における色度変化を示す。図13に示すように、膜厚を200Å(20nm)から400Å(40nm)に設定することによって、光透過層7Cを配置しない場合(図14中における膜厚0Åのポイント)に対する色度x, yの変化量が0.01以上となる。言い換えれば、光透過層7Cに入射する光の色度を(x1,y1)とし、光透過層7Cから出射する光の色度を(x2,y2)とすると、x2−x1およびy2−y1のそれぞれは、十分認識可能な0.01以上となる。このように、光透過層および光拡散層を着色しなくても、光透過層7Cの屈折率と膜厚を調整することによって、光透過層7Cを透過する光に黄色味を持たせることができる。したがって、実施例1と同様に、反射表示時の色度の変化を抑え、透過表示時の色度のみを自由に調整することができる。
【0087】
なお、このように屈折率が高い(例えばn=3.0以上)膜を用いた場合は、図14からも判るように、膜厚1000Å(100nm)以上でも同様の効果が得られることがわかっている。ただし、コスト面や膜厚が厚いので膜厚バラツキが大きくなるなどの理由により、膜厚を100nm以上にすると、量産には不向きである。
【0088】
以上のことから、光透過層7Cの屈折率をn=2. 0以上、膜厚を200Å(20nm)以上600Å(60nm)以下に設定することにより、実施例1と同様に、反射表示時の色度の変化を抑え、透過表示時の色度のみを自由に調整できることが分かる。
【0089】
(実施例7)
本発明の液晶表示装置は、様々な電子機器のディスプレイとして用いることができる。今日、表示装置を搭載した製品としては、携帯電話機、携帯情報端末(PDA)、パーソナルコンピュータ(ディスプレイ)、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、デジタル時計、腕時計、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション(モニター)、プロジェクションテレビ、液晶テレビなどが挙げられる。
【0090】
これらの電子機器の中で、様々な環境下で用いられ、さらに低消費電力が必要不可欠な携帯電子機器に、本発明の液晶表示装置は適している。以下に、本発明の液晶表示装置を表示部として備える携帯電話機を電子機器の一例として示す。図15(a)は、折り畳み式の携帯電話機を開いた状態を示す正面および背面図である。携帯電話機(本体)1000は、アンテナ1001、音声出力部1002、主表示部1003、操作スイッチ1005、音声入力部1006を有しており、本体1000の背面に、副表示部1004を有する。本発明の液晶表示装置は、主表示部1003および副表示部1004等に適応できる。
【0091】
携帯電話機は、屋外屋内を問わずあらゆる環境のもとで使用される。例えば、夜間の屋外などで使用する場合には、必然的に外光を利用することができないので、携帯電話に内蔵された照明装置を利用した透過表示を行うことが必要である。また、屋内等の明るい場所で使用する際には、外光を利用して表示が可能であるので、反射表示を行うことができる。したがって、携帯電話に搭載される液晶表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインとし、必要に応じて内蔵された照明装置による透過型表示が可能な透過反射両用型液晶表示装置が望ましい。
【0092】
本発明の液晶表示装置を主表示部1003または副表示部1004として備えることによって、良好な色度の反射表示を達成し、かつ透過表示時の良好な白色を表示できる、コントラスト、透過率、色再現性に優れた携帯電話を提供することができる。また、本発明の液晶表示装置を他の携帯電子機器に搭載することによって、低消費電力であり、かつ透過表示時と反射表示時との良好な色調をともに満足し、視認性の優れた携帯電子機器を実現することができる。
【0093】
携帯電話機以外の携帯電子機器を図15(b)〜(e)に例示する。図15(b)は、PDAの斜視図である。PDA(本体)2000は、表示部2001、操作スイッチ2002、外部接続端子2003を有する。本発明の液晶表示装置は、表示部2001に適応することができる。
【0094】
図15(c)は、ノート型パソコンの斜視図である。パソコン(本体)3000は、表示部3001、キーボード3002、外部接続端子3003を有する。本発明の液晶表示装置は、表示部3001に適応することができる。
【0095】
図15(d)は、液晶テレビの斜視図である。液晶テレビ(本体)4000は、表示部4001、受信部4002、操作スイッチ4003を有する。本発明の液晶表示装置は、表示部4001に適応することができる。
【0096】
図15(e)は、ビデオカメラの斜視図である。ビデオカメラ(本体)5000は、表示部5001、受像部5002、操作スイッチ5003、ファインダー5004を有する。本発明の液晶表示装置は、表示部5001に適応することができる。
【0097】
以上の様に、本発明の液晶表示装置は、適応範囲が極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適応することが可能である。特に反射および透過の両方で高品位な色表示が可能であるので、図15に示した携帯型電子機器に高い適応性がある。また、他にも電子掲示板やFAX、ホームエレクトロニクス端末用ディスプレイにも活用することが可能である。
【0098】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射透過両用型表示装置用基板によれば、反射表示時の色度を損ねることなく、透過表示時の色度のみを独立して、任意の色度に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図2】 図1の一画素を概略的に示す断面拡大図である。
【図3】 従来例の液晶表示装置の一画素を概略的に示す断面拡大図である。
【図4】 実施例1、2、3および比較例1、2における位相差板21A,21Bおよび偏光板22Aの各軸角度を示す図である。
【図5】 実施例1、2および比較例1、2における位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を示す図である。
【図6】 実施例3においてコントラストを最大限重視するときの位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を示す図である。
【図7】 実施例3において透過率を最大限重視するときの位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を示す図である。
【図8】 実施例3において色再現性を最大限重視するときの位相差板21Cおよび偏光板22Bの各軸角度を示す図である。
【図9】 実施例3における光拡散層7Aの色度の補正を説明するためのx−y色度図である。
【図10】 実施形態2の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図11】 実施例4における光透過層7Cの屈折率と膜厚に依存する色度変化のシミュレーションを示す図である。
【図12】 比較例3における光透過層7Cの屈折率と膜厚に依存する色度変化のシミュレーションを示す図である。
【図13】 実施例5における光透過層7Cの屈折率と膜厚に依存する色度変化のシミュレーションを示す図である。
【図14】 実施例6における光透過層7Cの屈折率と膜厚に依存する色度変化のシミュレーションを示す図である。
【図15】 本発明の電子機器を例示する図である。
【符号の説明】
1、2 透明基板
3、4 透明電極
5、6 配向膜
7A 着色された光拡散層(光透過層)
7B 着色されていない光拡散層(光透過層)
7C 光を色付ける機能を有する光透過層
8A 全反射性金属薄膜(反射層)
8B 半透過性金属薄膜(反射層)
9 カラーフィルター(着色層)
10 保護層(オーバーコート)
11 シール材
12 液晶層
21A 上基板1側の第一位相差板
21B 上基板1側の第二位相差板
21C 下基板2側の位相差板
22A 上基板1側の偏光板
22B 下基板2側の偏光板
101 金属薄膜の開口領域
102 金属薄膜の反射領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate for a transflective display device. The substrate of the present invention performs reflection display by reflecting incident light (hereinafter also referred to as external light) from the outside, and transmits light from a light source such as a backlight when the outside is dark. It can be used for a transmissive / reflective display device for transmissive display.
[0002]
[Prior art]
Along with the innovative development of IT technology in recent years, the amount of information used in mobile information terminals such as mobile phones has increased remarkably, and the use of mobile information terminals has also diversified. Along with this, the demands of users for the display of portable information terminals are diversified, and they have a wide variety such as high definition and high speed response as well as low voltage. As for the display colors, the number of colors is increasing at an accelerated rate and the demands for color are diversified. It is essential to realize the colors required for reflective display and transmissive display desired by each user. is there. In addition, since the visibility required by each user varies depending on the observer, almost all colors are different.
[0003]
Currently, transflective liquid crystal display devices are widely used as displays used in portable information terminals. The transflective liquid crystal display device operates as a reflective liquid crystal display device using external light in a bright place, and operates as a transmissive liquid crystal display device using a light source in a dark place.
[0004]
Examples of the transflective liquid crystal display device include a transflective liquid crystal display device using a translucent metal thin film made of, for example, aluminum. The translucent metal thin film has both transmission and reflection functions of transmitting light from the backlight in the dark and reflecting external light. Further, in order to improve the light diffusibility, a light transmission layer made of, for example, a translucent resin having a fine uneven structure may be provided, and the metal thin film may be formed on the light transmission layer. Thereby, the diffusibility of reflected light is improved, so-called blurred characters and color mixing at the time of color display are prevented, and display visibility is improved. In addition, the light transmission layer having a fine concavo-convex structure (uneven surface) itself does not diffuse light, but the reflected light is diffused by forming a reflective layer on the uneven surface of the light transmissive layer. Then, a light transmission layer having a fine uneven structure (uneven surface) is also referred to as a “light diffusion layer”.
[0005]
By the way, when a metal thin film is used as the semi-transmissive film, the transmitted light has a unique color. For example, in the case of an aluminum thin film, since the transmitted light is bluish, there is a problem that white during transmission display is bluish. The reason is considered that light on the short wavelength side of the light source easily transmits through the metal thin film, but has light transmission characteristics that light on the long wavelength side is difficult to transmit. In any case, when the transmitted light is bluish, the color purity is lowered in color display.
[0006]
The color correction at the time of transmissive display can be performed by, for example, the color filter itself. However, since external light passes through the color filter twice during reflective display, color tone correction during transmissive display greatly affects the color during reflective display, and color purity during reflective display is undesirably reduced. Further, by attaching a filter for correcting the color to the substrate located on the backlight side, only the color tone at the time of transmissive display can be corrected. However, if the liquid crystal display device is stored under high temperature and high humidity conditions, the color correction filter may be faded or discolored due to the influence of moisture, which causes a problem in terms of reliability. Further, in the case of coloring the polarizing plate, the degree of polarization of light transmitted through the polarizing plate is lowered, so that there is a problem that the contrast is lowered.
[0007]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-100197 discloses a technique for coloring a light diffusion layer in a transflective liquid crystal display device using a translucent metal thin film and performing color correction during transmissive display. Is disclosed. The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-100197 will be described below.
[0008]
The liquid crystal display device disclosed in the publication includes a pair of transparent electrode substrates that are pressure-bonded through a peripheral sealing material so that a predetermined cell gap is formed, and a liquid crystal layer is sealed in the cell gap. A transflective liquid crystal display device having a light diffusing layer made of a translucent resin on the inner surface side of one transparent electrode substrate, and a light translucent metal thin film formed as a light reflecting film on the light diffusing layer The translucent resin of the light diffusion layer is colored in a color complementary to the transmitted light color of the metal thin film. For example, when aluminum is used as the light semi-transmissive metal thin film, the transmitted light is bluish, so the resin light diffusion layer is colored yellow that is complementary to blue. Thus, the color of the transmitted light is corrected to white.
[0009]
More specific description will be given with reference to FIG. The liquid crystal display device includes an
[0010]
On the inner surface of the
[0011]
When aluminum is used for the light semi-transmissive metal
[0012]
On the other hand, at the time of reflective display using external light, since the external light is reflected by the metal
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the transflective metal
[0014]
When the light diffusing layer of the liquid crystal display device using the transflective metal
[0015]
Furthermore, regarding the color tone at the time of transmissive and reflective display, not only the color of the metal
[0016]
Further, when a plastic substrate is used as the
[0017]
The present invention has been completed in view of the above problems, and its object is to freely adjust only the color tone at the time of transmissive display without impairing the color tone at the time of reflective display. An object of the present invention is to provide a transmission / reflection display type display device substrate that satisfies both the good color tone of the display.
[0018]
[Means for solving the problems]
BookIn the specification, “transmitting light” means transmitting most of incident visible light, and includes a case where part of incident light is reflected. “Totally reflecting light” means that the visible light transmittance is approximately 0%, and almost 100% of incident visible light is reflected..
[0019]
BookinventionofIn the substrate for a transflective display device, a light transmission layer that transmits light is formed on the substrate, and a reflection layer having a reflection region that totally reflects light and an opening region that transmits light is formed on the light transmission layer. And the light transmission layer in at least the opening region is configured to transmit light transmitted through the light transmission layer.Utilizing light interferenceHas the ability to colorIn addition, if the chromaticity of light incident on the light transmission layer is (x1, y1) and the chromaticity of light emitted from the light transmission layer is (x2, y2), x2-x1 and y2-y1 Each has a function of making it 0.01 or more, and the refractive index n is 2.0 or more.
[0020]
The present inventionTransparentAccording to the substrate for over-reflection type display device, TransparentThe color tone at the time of over display can be freely adjusted. In order to color the light transmitted through the light transmission layer, the light transmission layer itself may be colored. Even when the light transmission layer is not colored, the transmitted light can be colored by adjusting the refractive index n and the film thickness of the light transmission layer. This is because interference occurs for each wavelength according to the refractive index n and the film thickness of the light transmission layer, so that the color of the specific wavelength light in the white light disappears.Further, when the chromaticity of light emitted from the light transmission layer is (x2, y2), each of x2-x1 and y2-y1 is set to 0.01 or more.Sufficient coloring can be recognized by visual evaluation. Further, at least the light transmission layer in the opening region has a refractive index n of 2.0 or more.is there. further,The thickness of the light transmission layer is preferably 20 nm or more and 60 nm or less.ThisWhen the light transmitted through the light transmission layer in the opening region is bluish due to the substrate or the like, the transmitted light can be brought close to white light.
[0021]
The present inventionTransparentIn the overreflective display device substrate, a layer having a refractive index smaller than that of the light transmission layer is preferably formed on the light transmission layer in the opening region.
[0022]
In the aperture region of the reflective layer, the reflectance is very low compared to the reflective region of the reflective layer, and the display is effectively black. Therefore, coloring by the reflected light in the aperture region is almost in the color tone at the time of reflective display. There is no effect. However, as shown in FIG. 2, in the
[0023]
By making the refractive index of the light transmissive layer in the opening region larger than the refractive index of the film formed immediately above the light transmissive layer, at the interface between the light transmissive layer and the film formed immediately above in the reflective display. The reflected light A is actively increased, the external light transmitted through this interface is decreased, and the change in chromaticity due to the colored reflected light B at the interface between the light transmission layer and the substrate is suppressed. Therefore, it is possible to independently adjust only the chromaticity during the transmissive display without affecting the chromaticity during the reflective display.
[0024]
The present inventionTransparentIn the overreflective display device substrate, a colored layer may be formed on the light transmission layer and the reflection layer in the opening region. The colored layer is formed directly on the light transmission layer and the reflective layer in the opening region or via another film.
[0025]
The present inventionTransparentIn the overreflective dual-use display device substrate, the reflective layer preferably has a fine concavo-convex structure. Since the reflective layer has a fine concavo-convex structure, the diffusibility of external light is improved, so that so-called blurred characters and color mixing during color display can be prevented, and display visibility can be improved.
[0026]
The transflective liquid crystal display device of the present invention includes a transflective display device substrate of the present invention, a counter substrate facing the transflective display device substrate, and a liquid crystal layer interposed between the substrates. And have. According to the transflective liquid crystal display device of the present invention, a reflective display and a transmissive display can be switched and displayed.
[0027]
The electronic apparatus of the present invention includes the transmission / reflection liquid crystal display device of the present invention as a display unit. Since the electronic device of the present invention does not require lighting equipment such as a backlight in a bright place, the battery can be driven for a long time. Further, in a dark place, a bright and good white transmissive display can be realized, which has an advantage of very good visibility.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, a case where the substrate for a transflective display device according to the present invention is used as a substrate for a liquid crystal display device for transflective liquid crystal display device will be described. It is not limited to a substrate for a display device. Further, as an example of the liquid crystal display device, a simple matrix drive type STN liquid crystal display device is taken as an example, but the liquid crystal display device of the present invention is a TFT (Thin Film Transistor), an MIM (Metal-Insulator-Metal) or the like. The present invention can also be applied to an active matrix driving system using other switching elements, other segment type devices, and other liquid crystal devices. Further, in the first embodiment, a light diffusing layer having a fine concavo-convex structure is described as an example of a light transmissive layer that transmits light. However, the light transmissive layer has a flat surface in contact with the reflective layer, and has a light diffusibility. It does not have to have.
[0029]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the liquid crystal display device of
[0030]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the
[0031]
A metal thin film made of, for example, Al, Pd, Ag, or an alloy of these metals is formed on the upper surface of the
[0032]
In the metal thin film (reflective layer) 8A, in order to transmit light at the time of transmissive display, an
[0033]
A colored layer (color filter) 9 of three colors R (red), G (green), and B (blue) is formed in a predetermined pattern on the upper surface of the total reflective metal thin film (reflective layer) 8A having the
[0034]
On the other hand, a plurality of striped
[0035]
As the
[0036]
The method for coloring the light diffusion layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of dispersing a pigment in a translucent resin. Examples of the pigment dispersed in the
[0037]
Yellow pigment: C.I. Pigment Yellow 20, C.I. Pigment Yellow 24, C.I. Pigment Yellow 83, C.I. Pigment Yellow 86, C.I. Pigment Yellow 93, C.I. Pigment Yellow 109, C.I. Pigment Yellow 110, C.I. Pigment Yellow 117, C.I. Pigment Yellow 125, C.I. Pigment yellow 137, C.I. Pigment Yellow 138, C.I. Pigment yellow 139, C.I. Pigment Yellow 147, C.I. Pigment Yellow 148, C.I. Pigment Yellow 153, C.I. I pigment yellow 154, C, I pigment yellow 166, C.I. I Pigment Yellow 168
Blue pigment: C.I. Pigment Blue 15, C.I. Pigment blue 22, C.I. Pigment blue 60, C.I. I Pigment Yellow 64
The color for coloring the
[0038]
The
[0039]
In the present embodiment, the color filter (colored layer) 9 is formed on the
[0040]
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the liquid crystal display device of the second embodiment. In FIG. 10, components having substantially the same functions as those of the liquid crystal display device of
[0041]
The liquid crystal display device of the present embodiment has a
[0042]
NaThe
[0043]
(Examples and Comparative Examples)
With respect to the following examples and comparative examples, the difference in color between reflection display and transmission display was evaluated.
[0044]
For the measurement of chromaticity during reflective display, Minolta CM-1000 (C
[0045]
The chromaticity of the light diffusing layer was measured in a state where the light diffusing layer (film thickness: 2.5 μm) was formed on the
[0046]
In Examples 1, 2, 4, 5, and 6 and Comparative Examples 1, 2, and 3, the retardation plate, the axial angle of the polarizing plate, and the retardation applied to the
[0047]
(Comparative Example 1)
A liquid crystal display device similar to the liquid crystal display device of the first embodiment was created by using the non-colored
[0048]
First, a film transfer type non-colored
[0049]
Next, a colored layer (color filter) 9 made of R (red), G (green), and B (blue) is formed on the
[0050]
An ITO film (transparent electrode) 3 patterned in a stripe shape is formed on the upper surface of the
[0051]
Plastic beads were sprayed on either the
[0052]
In order to optimize a system with a 240 ° twist and a cell thickness of 5 μm, a nematic liquid crystal material to which a chiral agent is added is injected into the gap between the
[0053]
The color of the liquid crystal display device using the non-colored light diffusion layer prepared as described above was evaluated.
[0054]
First, when the color at the time of reflective display was measured, the chromaticity was (x, y) = (0.295, 0.329). Next, in order to measure chromaticity at the time of transmissive display, measurement was performed using a backlight of (x, y) = (0.335, 0.345) as a light source. Was (x, y) = (0.284, 0.276). From this, it can be seen that there is a significant difference in chromaticity between the reflective display and the transmissive display, and the color at the transmissive display is blue compared to the reflective display.
[0055]
Example 1
In order to make the chromaticity coincide between the reflective display and the transmissive display in the liquid crystal display device of Comparative Example 1, the light diffusion layer was colored with Pigment Yellow # 83. The chromaticity of the colored
[0056]
In the same manner as described above, the chromaticity during the reflective display and the transmissive display was measured. As a result, there was almost no change in the chromaticity during the reflective display, and (x, y) = (0.302, 0.338). . In addition, when the color at the time of reflective display and the color at the time of transmissive display was visually observed, no significant difference in color was observed. The chromaticity during transmissive display was (x, y) = (0.293, 0.329) after color correction by the
[0057]
Note that the chromaticity at the time of transmissive display is different in the image of the color visually recognized by the observer due to the difference in luminance even if the chromaticity is the same. In this embodiment, the chromaticity at the time of reflective display and that at the time of transmissive display are matched, but it can be adjusted to an arbitrary chromaticity according to the luminance.
[0058]
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, a liquid crystal display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-100197 was created, and chromaticity during transmissive display and reflective display was evaluated (see FIG. 3).
[0059]
In this comparative example, a liquid crystal display device is produced in the same manner as described above using a semi-transmissive metal thin film (reflective layer) 8B instead of the total reflective metal thin film (reflective layer) 8A having the
[0060]
When the chromaticity at the time of reflection display and transmission display at the time of using the uncolored
[0061]
In order to make the chromaticity at the time of reflective display coincide with the chromaticity at the time of transmissive display, the light diffusion layer is colored with migration yellow # 83 and the chromaticity is (x, y) = (0.324, 0.378). A liquid crystal display device was prepared in the same manner as described above using 7A. As a result, the chromaticity at the time of reflective display is (x, y) = (0.314, 0.342), and the chromaticity at the time of transmissive display is (x, y) = (0.308, 0.312). Met. However, when the color at the time of reflective display and the color at the time of transmissive display was visually observed, the color at the time of reflective display was obviously yellowish as compared with the time of transmissive display. Therefore, in the liquid crystal display device of Comparative Example 2, when the chromaticity during the transmissive display is corrected, the chromaticity during the reflective display also varies. This is because the light observed on the display surface at the time of reflective display is a combined light of the reflected light on the metal
[0062]
From the results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the liquid crystal display device of the present invention can freely adjust the chromaticity during transmissive display while minimizing the change in chromaticity during reflective display. Recognize.
[0063]
(Example 2)
A liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention will be described. As the
[0064]
First, as in Comparative Example 1, the chromaticity during transmissive display and reflective display was evaluated using the non-colored
[0065]
Next, in order to match the chromaticity at the time of reflective display and the chromaticity at the time of transmissive display, the light diffusion layer is colored and the chromaticity is (x, y) = (0.315, 0.379). A liquid crystal display device was produced using a
[0066]
Therefore, by coloring the light diffusion layer, making the reflection layer in the reflection region totally reflective, and setting the refractive index of the light diffusion layer higher than that of the film formed immediately above, the chromaticity at the time of reflective display It is possible to further adjust the chromaticity at the time of transmissive display.
[0067]
In this embodiment, the film formed immediately above the
[0068]
Note that the chromaticity at the time of transmissive display is different in the image of the color visually recognized by the observer due to the difference in luminance even if the chromaticity is the same. In this embodiment, the chromaticity at the time of reflective display and that at the time of transmissive display are matched, but it can be adjusted to an arbitrary chromaticity according to the luminance.
[0069]
(Example 3)
The demands at the time of transmissive display of the reflection / transmission liquid crystal display device are roughly classified into three items: (1) contrast, (2) transmittance, and (3) color reproducibility.
[0070]
In order to satisfy the above requirements for transmissive display without changing the display characteristics during reflective display, the simplest method is to set each axis angle of the retardation plate and polarizing plate on the lower substrate (backlight side) side. An optimization method is mentioned. However, if the respective axis angles of the retardation plate and the polarizing plate are optimized based on the above-mentioned demand, the polarization states are different from each other, so that the transmission display color is colored from the retardation plate and the polarizing plate system. Therefore, in order to eliminate the coloring caused by the retardation plate and the polarizing plate system by coloring the light diffusion layer, the chromaticity range when coloring the light diffusion layer was optimized.
[0071]
First, as shown in FIG. 4, when the clockwise direction is positive and the counterclockwise direction is negative with respect to the alignment direction of the liquid crystal molecules, the axial angle of the
[0072]
Next, when the contrast at the time of transmissive display is emphasized as much as possible, the axis angles of the
[0073]
When the axis of the retardation plate and the polarizing plate of the
[0074]
Similarly, when the axis of the retardation plate and the polarizing plate of the
[0075]
[Table 1]
[0076]
By the way, in the design of a general reflection / transmission liquid crystal display device, the optimization of the axis angles of the polarizing plate and the retardation plate takes into consideration the balance of the above three requirements (contrast, transmittance, and color reproducibility). It is done. Accordingly, the chromaticity at the time of white display at the time of transmissive display falls within a triangular region having the vertex at the color coordinates at the time of white display at the time of transmissive display when specialized for each of the above three requests. Note that the color coordinates of each vertex of the triangle are values in the liquid crystal display device of this embodiment, and when a colored layer having a chromaticity different from that of this embodiment is used, the chromaticity of each vertex of the triangle is The coordinates may differ from the values in this example. However, when R (red), G (green), and B (blue) colored layers are used, (0.35, 0.39), (0.29, 0.28), and (0. A triangle having the chromaticity coordinates of 27, 0.31) as a vertex is formed.
[0077]
Next, in the optimized reflection / transmission liquid crystal display device, the chromaticity during white display during transmissive display is corrected to the chromaticity (0.31, 0.32) of the white point (WP). Table 2 and FIG. 9 show the chromaticity of the
[0078]
[Table 2]
[0079]
That is, when the contrast is important, the chromaticity of the colored
[0080]
Example 4
In the liquid crystal display device of Comparative Example 1, in order to correct the chromaticity at the time of transmissive display as well as at the time of reflective display, as shown in FIG. 10, the
[0081]
Next, changes in chromaticity that occur when the refractive index and film thickness of the
[0082]
Note that the setting of the film thickness in this embodiment is a setting when the transmitted light is colored blue by the substrate, the alignment film, etc. For other colors, the film thickness is appropriately set to enable transmissive display. Both color correction at the time of reflection and reflection display are possible.
[0083]
(Comparative Example 3)
FIG. 12 shows a simulation of a change in chromaticity when the
[0084]
However, the maximum amount of change in chromaticity x, y with respect to the case where the light transmission layer is not disposed (the point where the film thickness is 0 mm in FIG. 12) is less than 0.01. In other words, when the refractive index is n = 1.8, a yellow color enough to be recognized cannot be obtained with a film thickness in the range of 50 mm (5 nm) to 1000 mm (100 nm).
[0085]
(Example 5)
FIG. 13 shows a simulation of a change in chromaticity when the
[0086]
(Example 6)
FIG. 14 shows a simulation of a change in chromaticity when the
[0087]
When a film having a high refractive index (for example, n = 3.0 or more) is used as described above, it can be seen that the same effect can be obtained even when the film thickness is 1000 mm (100 nm) or more, as can be seen from FIG. ing. However, if the film thickness is 100 nm or more, it is not suitable for mass production because the film thickness is increased due to the high cost and the film thickness.
[0088]
From the above, by setting the refractive index of the
[0089]
(Example 7)
The liquid crystal display device of the present invention can be used as a display for various electronic devices. Today, products equipped with display devices include mobile phones, personal digital assistants (PDAs), personal computers (displays), notebook personal computers, digital cameras, digital watches, watches, head mounted displays, car navigation systems (monitors), Projection TV, LCD TV, etc.
[0090]
Among these electronic devices, the liquid crystal display device of the present invention is suitable for portable electronic devices that are used in various environments and in which low power consumption is indispensable. Hereinafter, a mobile phone including the liquid crystal display device of the present invention as a display portion is shown as an example of an electronic device. FIG. 15A is a front view and a rear view showing a state in which the foldable mobile phone is opened. A cellular phone (main body) 1000 includes an antenna 1001, an audio output unit 1002, a main display unit 1003, an operation switch 1005, and an audio input unit 1006, and a sub display unit 1004 on the back of the
[0091]
Mobile phones are used in any environment, whether indoors or outdoors. For example, when used outdoors at night, since external light cannot be used inevitably, it is necessary to perform transmissive display using a lighting device built in a mobile phone. In addition, when used in a bright place such as indoors, the display can be performed by using outside light, and therefore, reflective display can be performed. Therefore, a liquid crystal display device mounted on a mobile phone is preferably a transflective liquid crystal display device that mainly uses a reflective display with low power consumption and can perform a transmissive display by a built-in illumination device as necessary.
[0092]
By providing the liquid crystal display device of the present invention as the main display unit 1003 or the sub display unit 1004, it is possible to achieve a reflective display with good chromaticity and display a good white color during transmissive display. A mobile phone with excellent reproducibility can be provided. In addition, by mounting the liquid crystal display device of the present invention on other portable electronic devices, it has low power consumption, satisfies both good color tone in transmissive display and reflective display, and has excellent visibility. An electronic device can be realized.
[0093]
Examples of portable electronic devices other than cellular phones are illustrated in FIGS. FIG. 15B is a perspective view of the PDA. The PDA (main body) 2000 includes a display unit 2001, operation switches 2002, and external connection terminals 2003. The liquid crystal display device of the present invention can be applied to the display portion 2001.
[0094]
FIG. 15C is a perspective view of a notebook computer. A personal computer (main body) 3000 includes a display portion 3001, a keyboard 3002, and an external connection terminal 3003. The liquid crystal display device of the present invention can be applied to the display portion 3001.
[0095]
FIG. 15D is a perspective view of a liquid crystal television. A liquid crystal television (main body) 4000 includes a display portion 4001, a reception portion 4002, and operation switches 4003. The liquid crystal display device of the present invention can be applied to the display portion 4001.
[0096]
FIG. 15E is a perspective view of the video camera. A video camera (main body) 5000 includes a display portion 5001, an image receiving portion 5002, operation switches 5003, and a viewfinder 5004. The liquid crystal display device of the present invention can be applied to the display portion 5001.
[0097]
As described above, the liquid crystal display device of the present invention has a very wide application range, and can be applied to electronic devices in various fields. In particular, since high-quality color display can be performed by both reflection and transmission, the portable electronic device shown in FIG. 15 has high adaptability. In addition, it can be used for electronic bulletin boards, FAX, and displays for home electronics terminals.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, according to the reflective / transmissive display device substrate of the present invention, the chromaticity at the time of transmissive display is independently set to an arbitrary chromaticity without impairing the chromaticity at the time of reflective display. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a liquid crystal display device according to a first embodiment.
2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing one pixel of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing one pixel of a conventional liquid crystal display device.
FIG. 4 is a diagram illustrating axis angles of
FIG. 5 is a diagram illustrating the axial angles of the
FIG. 6 is a diagram illustrating the angle of each axis of the
FIG. 7 is a diagram illustrating the angle of each axis of the
FIG. 8 is a diagram illustrating axis angles of a
9 is an xy chromaticity diagram for explaining correction of chromaticity of a
10 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a liquid crystal display device of
FIG. 11 is a diagram showing a simulation of a chromaticity change depending on the refractive index and film thickness of the
12 is a diagram showing a simulation of a change in chromaticity depending on the refractive index and film thickness of a
13 is a diagram showing a simulation of a change in chromaticity depending on the refractive index and film thickness of a
14 is a diagram showing a simulation of a change in chromaticity depending on the refractive index and film thickness of a
FIG. 15 illustrates an electronic device of the invention.
[Explanation of symbols]
1, 2 Transparent substrate
3, 4 Transparent electrodes
5, 6 Alignment film
7A Colored light diffusion layer (light transmission layer)
7B Uncolored light diffusion layer (light transmission layer)
7C Light transmission layer having a function of coloring light
8A Total reflective metal thin film (reflective layer)
8B translucent metal thin film (reflective layer)
9 Color filter (colored layer)
10 Protective layer (overcoat)
11 Sealing material
12 Liquid crystal layer
21A First retardation plate on the
21B Second retardation plate on the
21C Phase difference plate on
22A Polarizing plate on the
22B Polarizing plate on the
101 Opening area of metal thin film
102 Reflection region of metal thin film
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