JP5724348B2 - 反射型表示装置用カラーフィルタ - Google Patents
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Description
しかしながら、上述した反射型表示装置においては、カラーフィルタの画素部の面積に対する白色領域の面積比率と反射型表示装置のNTSC比との調整を行うことが困難であり、例えばカラーフィルタの白色領域の面積比率が大きすぎる場合は、反射型表示装置の白表示反射率の低下を抑制することはできるものの、反射型表示装置のNTSC比は小さくなることから、鮮やかなカラー画像表示を行うことができない場合があるといった問題があった。
また今まで、反射型表示装置において、白色領域を設けたカラーフィルタを設計するに際しての指針は明確に示されていない。
S+0.180<Y<S+0.360
(式中、Yは上記反射型表示素子の上記白表示反射率に対する上記反射型表示装置の上記白表示反射率の割合、Sは上記反射型表示装置用カラーフィルタの上記画素部の面積に対する上記白色領域の面積比である。)
また、本発明によれば、所定のYの値を有する反射型表示装置に合わせて、光利用効率およびNTSC比といった反射型表示装置の表示性能を最大限引き出すことが可能なカラーフィルタを上述した関係式を用いて設計することが可能となる。
まず、本発明のカラーフィルタについて説明する。
S+0.180<Y<S+0.360
(式中、Yは上記反射型表示素子の上記白表示反射率に対する上記反射型表示装置の上記白表示反射率の割合、Sは上記反射型表示装置用カラーフィルタの上記画素部の面積に対する上記白色領域の面積比である。)
また、本発明における「画素部」とは、本発明のカラーフィルタを反射型表示装置に用いた場合に、画像表示を行う領域として用いられる領域を指すものである。
また、「反射型表示装置の白表示反射率」とは、反射型表示装置の白表示時の反射率を指すものであり、反射型表示素子にカラーフィルタを配置した状態での白表示時の反射率を指すものである。
なお、本発明における反射型表示素子の白表示反射率、および反射型表示装置の白表示反射率は、「電子情報技術産業協会規格」 EIAJ ED−2523の標準構成Aに則って測定された値を用いるものとする。
図2に例示するように、本発明のカラーフィルタ10が用いられる反射型表示装置100は、カラーフィルタ10と、白表示および黒表示を行う反射型表示素子30とを有するものである。なお、図2に示す反射型表示装置100(電子ペーパー100’)においては、表示媒体層4を反射型表示素子30として用いるものである。
本発明のカラーフィルタ10は、反射型表示素子30の白表示反射率に対する反射型表示装置100の白表示反射率の割合Yと、カラーフィルタ10の画素部2の面積に対する白色領域22の面積比Sとが、上述した関係式を満たすように設計されたことを特徴とするものである。
なお、図2については、後述する「B.反射型表示装置」の項で詳しく説明するため、ここでの記載は省略する。
しかしながら、上述したカラーフィルタを用いた反射型表示装置においては、カラーフィルタの画素部の面積に対する白色領域の面積比率と反射型表示装置のNTSC比との調整を行うことが困難であり、例えばカラーフィルタの白色領域の面積比率が大きすぎる場合は、反射型表示装置の白表示反射率の低下を抑制することはできるものの、反射型表示装置のNTSC比は小さくなることから、鮮やかなカラー画像表示を行うことができない場合があるといった問題があった。
また今まで、反射型表示装置において、白色領域を設けたカラーフィルタを設計するに際しての明確な指針については示されていなかった。
反射型表示装置の赤表示反射率とは、カラーフィルタの赤色領域の反射型表示素子を白表示、その他を黒表示にした場合の反射率を指す。
緑、青表示反射率も同様に、それぞれ、カラーフィルタの緑、青色領域の反射型表示素子を白表示、その他を黒表示にした場合の反射率を指す。
なお、上述した各々の反射率については、上述した反射型表示素子の白表示反射率および反射型表示装置の白表示反射率の測定方法と、同様の測定方法を用いて測定された値とすることができる。
まず、カラーフィルタの画素部が白色領域を有さない場合、すなわちS=0である場合、反射型表示装置の光利用効率に寄与する白色領域が存在しないことから、反射型表示装置が所定のYの値を示すためには、反射型表示装置の白表示反射率をカラーフィルタの各色の着色層中の着色剤の濃度を制限することによって調整する必要がある。そのため、反射型表示装置のNTSC比は小さな値を示すものと考えられる。
よって反射型表示装置のY値が所定の値である場合、カラーフィルタの各色の着色層中の着色剤の濃度を上述した白色領域を有しない場合に比べて高いものとすることができ、その結果、反射型表示装置のNTSCの値を上述した白色領域を有しない場合に比べて大きな値とすることができるものと考えられる。
したがって、カラーフィルタのSの値を増やすことにより、カラーフィルタの各色の着色層中の着色剤の濃度を高くすることが可能となることから、反射型表示装置のNTSC比を向上させることが可能となるものと考えられる。
すなわち、カラーフィルタのSの値が大きい場合、各色を表示するための着色層の面積は小さくなる。また、反射型表示装置において単色の表示を行う場合、他の色の着色層形成領域および白色領域に対向する反射型表示素子では黒表示が行われる。ここで、反射型表示素子の黒表示においては完全に環境光を吸収することが困難であり、黒表示時においても環境光の一部が反射してしまう場合がある。そのため、カラーフィルタのSの値が大きすぎる場合は、カラー表示を行わない黒表示部分からの反射光の影響が大きくなり、各色の着色層による表示は着色層本来の色に比べて薄い色に視認されてしまうことから、反射型表示装置のNTSC比は小さくなるものと考えられる。
なお、図4は、Yの値を0.250≦Y≦0.750の値で変化させた場合において、カラーフィルタのSの値および着色層中の着色剤の濃度を変化させることによる反射型表示装置のNTSC比の変化を示したグラフであり、反射型表示装置のNTSC比が最大値を示すものについては○、反射型表示装置のNTSC比が最大値を示さないものについては×で示したものである。なお、詳しいシミュレーションの条件等については、後述する実施例の項で詳しく説明するため、ここでの記載は省略する。
また、上述した関係式の下限を示す直線の式Y=S+0.180は、3つの(S,Y)の座標、(0.375,0.557)、(0.211,0.396)、(0.063,0.249)を用いて近似曲線を求めることにより得られた式である。また、上述した関係式の上限を示す直線Y=S+0.360は、3つの(S,Y)の座標、(0.375,0.731)、(0.143,0.494)、(0.063,0.415)を用いて近似曲線を求めることにより得られた式である。
また、本発明によれば、所定のYの値を有する反射型表示装置に合わせて、光利用効率およびNTSC比といった反射型表示装置の表示性能を最大限引き出すことが可能なカラーフィルタを上述した関係式を用いて設計することが可能となる。
本発明における画素部は、透明基板上に形成された赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層を有する着色層、並びに上記着色層が形成されている着色層形成領域外に設けられた白色領域を備えるものである。
なお、図5は、本発明のカラーフィルタにおける画素部のパターン形状の例を示すパターン図である。また、説明していない符号については、図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
また、本発明においては、カラーフィルタが用いられる反射型表示装置のNTSC比を所望のものとするために、通常、着色層の形成時に着色層に含まれる着色剤の濃度の調整が行われるものである。
本発明に用いられる透明基板は、上記透明基板上に上述した着色層を形成することができるものであれば特に限定されるものではない。
本発明のカラーフィルタは、上述した透明基板および画素部を有するものであれば特に限定されるものではなく、カラーフィルタが用いられる反射型表示装置の種類に合わせて必要な構成を適宜追加して用いることができる。
本発明に用いられる透明電極層の形成位置としては、用いられる反射型表示装置の種類に合わせて適宜選択されるものであり、透明基板の画素部側とは反対側の表面上に形成されていてもよく、透明基板と各色の着色層との間に形成されていてもよく、着色層上に形成されていてもよい。また、透明電極層は透明基板もしくは着色層上に直接形成されていてもよく、他の層を介して形成されていてもよい。
本発明のカラーフィルタは、上述した構成以外にも、例えば着色層を保護するために設けられるオーバーコート層等を有することができる。なお、オーバーコート層については一般的なものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明のカラーフィルタは、白表示および黒表示を行うことが可能な反射型表示素子を有する反射型表示装置に用いられるものである。
上述した反射型表示素子を有する反射型表示装置に本発明のカラーフィルタを用いた場合は、反射型表示装置の表示性能をより高いものとすることができる。
なお、「反射型表示素子の黒表示反射率」とは、反射型表示素子の黒表示時の反射率を指すものである。また、反射型表示素子の黒表示反射率としては、上述した反射型表示素子の白表示反射率および反射型表示装置の白表示反射率の測定方法と、同様の測定方法を用いて測定された値とすることができる。
次に本発明の反射型表示装置について説明する。
本発明の反射型表示装置は、上述した「A.カラーフィルタ」の項で記載したカラーフィルタ、および白表示および黒表示を行う反射型表示素子を有することを特徴とするものである。
本発明の反射型表示装置のY値、および本発明に用いられる反射型表示素子の黒表示反射率および白表示反射率については、上述した「A.カラーフィルタ」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明の反射型表示装置が、反射型液晶表示装置(以下、反射型液晶表示装置を単に、液晶表示装置と称して説明する場合がある。)である場合は、通常、上述したカラーフィルタと、液晶表示装置用対向基材、および液晶表示装置用対向基材上に形成された液晶表示装置用対向電極層を有する液晶表示装置用対向電極基板と、カラーフィルタおよび液晶表示装置用対向電極基板との間に液晶材料を封入することにより形成された液晶層とを有するものである。また、液晶表示装置においては、液晶層を反射型表示素子として用いるものである。
なお、図6におけるカラーフィルタ10については図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、液晶表示装置100”は、通常、カラーフィルタ10および液晶表示装置用対向電極基板3’の外周に封止部材8を配置することにより、液晶層7の封止が行われているものである。
以下、本発明の液晶表示装置に用いられる各構成について説明する。
次に、本発明の電子ペーパーについて説明する。
本発明の電子ペーパーは、上述したカラーフィルタと、対向基材および上記対向基材上に形成された対向電極層を有する対向電極基板と、上記反射型表示装置用カラーフィルタおよび上記対向電極基板の間に配置された表示媒体層と、上記表示媒体層の対向電極基板側とは反対側に配置された透明電極層とを有することを特徴とするものである。なお、本発明の電子ペーパーは、表示媒体層を反射型表示素子として用いるものである。
本発明に用いられる対向電極基板は、対向基材および上記対向基材上に形成された対向電極層を有するものである。
本発明に用いられる対向電極層としては、透明電極層のストライプパターンに直交するように形成された画素電極層であってもよく、複数のTFT素子ならびに上記TFT素子に接続された画素電極を有するTFT電極層であってもよい。前者を用いることにより、パッシブマトリクス型の電子ペーパーとすることができ、後者を用いることにより、アクティブマトリクス型の電子ペーパーとすることができる。
本発明に用いられる対向基材は、上記対向電極層を支持するものである。このような対向基材としては、一般的に電子ペーパー等の基板として用いられているものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。
本発明に用いられる表示媒体層は、上述した対向電極基板の対向電極層側に配置されるものであり、白表示および黒表示を行うための表示媒体を有するものである。
電子ペーパーの表示方式としては、公知のものを適用することができ、例えば、電気泳動方式、ツイストボール方式、粉体移動方式(電子粉流体方式、帯電トナー型方式)、液晶表示方式、サーマル方式(発色方式、光散乱方式)、エレクトロクロミック方式、エレクトロウェッティング方式、磁気泳動方式などが挙げられる。本発明においては、中でも、電気泳動方式が好適に用いられる。この方式は、実用段階に入っているとともに、粒子移動型であるため、視野角依存性が少なく、かつ応答性に優れた電子ペーパーを得ることができるからである。
マイクロカプセル方式では、帯電した白色粒子および黒色粒子と、これらの粒子を分散する透明分散媒とを透明樹脂からなるマイクロカプセル中に封入し、電界を印加することにより、上記白色粒子および上記黒色粒子を上下させることで白黒表示または階調を表現する。
マイクロカップ方式では、カップ状の窪み(マイクロカップ)で仕切られたセルに、染料で着色した分散媒と、帯電した白色粒子とを配置し、電界を印加することにより、上記白色粒子を上下させることで白色または上記分散媒の色を表示させる。
さらに必要に応じて、これらの顔料に、電解質、界面活性剤、金属石鹸、樹脂、ゴム、油、ワニス、コンパウンド等の粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤等を添加してもよい。
本発明に用いられる透明電極層は、表示媒体層の対向電極基板側とは反対側に配置されるものである。
このような透明電極層としては、表示媒体層の対向電極基板側とは反対側に配置することができれば特に限定されるものではなく、表示媒体層上に直接もしくは他の層を介して形成されていてもよいし、カラーフィルタに形成されていてもよいものである。
なお、透明電極層については、上述した「A.カラーフィルタ」の項に記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明の電子ペーパー用部材は、上述した対向電極基板、および表示媒体層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な構成を適宜選択して用いることが可能である。
このような構成としては、電子ペーパーの視認性を向上させるための光学機能層、電子ペーパー表面の傷および汚れを防止するための表面保護層、表示媒体層を水分や酸素から保護するためのバリア層、および画面に直接触れることにより情報の入力が可能となる機能を電子ペーパーに付与するタッチパネル層等を挙げることができる。なお、上述した層はいずれも、カラーフィルタの画素部側または、画素部側とは反対側に配置されるものである。
なお、上述した構成については、一般的なものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明の電子ペーパーのYの値については、上述した「A.カラーフィルタ」の項で記載した反射型表示装置のYの値と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
以下の実験を行い、反射型表示装置(電子ペーパー)のYの値を一定の値とした場合のカラーフィルタのSの値と反射型表示装置のNTSC比との関係を調べた。
次に、上記反射型表示素子を使用した場合に、Y=0.500(電子ペーパーの白表示反射率20.0%)となるように、カラーフィルタに用いられる赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層中の着色剤の濃度と、白色領域の面積を変えて様々な電子ペーパーを作製し、電子ペーパーのNTSC比およびカラーフィルタのSの値との関係を調べた。
上述した条件においては、カラーフィルタのS=0.250としたときに、電子ペーパーのNTSC比は最大値13.3%を示し、目視評価で、鮮やかな色表示を確認することができた。結果を図3に示す。
また、電子ペーパーのNTSC比とは、NTSC規格の色再現領域に対する、上記測定条件で実測した電子ペーパーの赤、緑、青表示反射率の色再現領域の割合を指すものである。
電子ペーパーの赤表示反射率とは、カラーフィルタの赤色領域の反射型表示素子を白表示、その他を黒表示にした場合の反射率を指す。
緑、青表示反射率も同様に、それぞれ、カラーフィルタの緑、青色領域の反射型表示素子を白表示、その他を黒表示にした場合の反射率を指す。
反射型表示素子として、白表示反射率が30%〜50%、黒表示反射率が2.3%〜9.4%の電気泳動材料を使用した場合に、電子ペーパーのYの値が0.250≦Y≦0.750の間で一定となるように、カラーフィルタに用いられる赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層中の着色剤の濃度と、カラーフィルタのSの値とを変化させた様々な電子ペーパーのNTSC比をシミュレーションにより求めた。結果を図4に示す。なお、図4においては、電子ペーパーのNTSC比が最大値を示すものについては○、最大値を示さないものについては×で示している。
2 … 画素部
21 … 着色層
21R … 赤色着色層
21G … 緑色着色層
21B … 青色着色層
22 … 白色領域
3 … 対向電極基板
31 … 対向基材
32 … 対向電極層
4 … 表示媒体層
5 … 透明電極層
30 … 反射型表示素子
100 … 反射型表示装置
Claims (4)
- 白表示および黒表示を行う反射型表示素子とともに反射型表示装置に用いられる反射型表示装置用カラーフィルタであって、
透明基板と、
前記透明基板上に形成された赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層を有する着色層、並びに前記着色層が形成されている着色層形成領域外に設けられた白色領域を備える画素部と、を有し、
前記反射型表示素子の白表示反射率に対する前記反射型表示装置の白表示反射率の割合と、前記反射型表示装置用カラーフィルタの前記画素部の面積に対する前記白色領域の面積比とが、下記に示す関係式を満たすように設計されたものであることを特徴とする反射型表示装置用カラーフィルタ。
S+0.180<Y<S+0.360
(式中、Yは前記反射型表示素子の前記白表示反射率に対する前記反射型表示装置の前記白表示反射率の割合、Sは前記反射型表示装置用カラーフィルタの前記画素部の面積に対する前記白色領域の面積比である。) - 前記反射型表示素子の黒表示反射率が2.3%〜9.4%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の反射型表示装置用カラーフィルタ。
- 請求項1または請求項2に記載の反射型表示装置用カラーフィルタ、および白表示および黒表示を行う反射型表示素子を有することを特徴とする反射型表示装置。
- 請求項1または請求項2に記載の反射型表示装置用カラーフィルタと、
対向基材および前記対向基材上に形成された対向電極層を有する対向電極基板と、
前記反射型表示装置用カラーフィルタおよび前記対向電極基板の間に配置された表示媒体層と、
前記表示媒体層の対向電極基板側とは反対側に配置された透明電極層と
を有することを特徴とする電子ペーパー。
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