JPH10239681A - 液晶表示装置及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタを備えた液晶表示装置におい
て、明るさと色度を、周囲の光の状況に応じて調整でき
る技術を構成する。 【解決手段】対向する内面に電極を有する一対の基板間
に液晶層を挟持してなり、一方の前記基板にはカラーフ
ィルターが配置され、カラーフィルター３６は、複数の
色要素が形成された領域と、無着色の領域とにより形成
されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に係
り、特に、カラーフィルターを備えた液晶表示装置の表
示特性を改善する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラーフィルタを備えた液晶表示
装置としては、例えば図５に示す断面構造を備えたもの
がある。ここで説明する液晶表示装置は、透過型として
用いるものである。

【０００３】この液晶表示装置では、表面側の基板１１
の内面上に、赤色、青色、緑色等が所定の配列方法で配
列された着色層１６，及びそれらの間に図示しない遮光
層によりカラーフィルタが形成され、その上に図示しな
い平坦化のためのオーバーコート層、そして透明な電極
１３が形成されている。さらにその上に図示しない配向
膜を塗布して所定方向にラビング処理が施されている。

【０００４】一方、裏面側の基板１２の内面上にも透明
な電極１５が形成され、またその上に図示しない配向膜
を塗布して所定方向にラビング処理が施されている。

【０００５】これらの基板１１と基板１２とを図示しな
いシール材を介して貼り合わせ、シール材に囲まれた領
域内に液晶を封入することにより液晶層１８が形成され
る。ＴＮ型の液晶など、表示に偏光板が必要な液晶を用
いる場合には、基板１１、基板１２の両方の基板の外側
に偏光板を取り付ける。また基板１２の外側には、図示
しないバックライト等の光源が設置される。

【０００６】このように構成された液晶表示装置におい
ては、裏面側の基板１２の側から入射した光が液晶層１
８、着色層１６を順次透過して表面側の基板１１から放
出されるように構成されているので、電極１３と電極１
５との間に所定の電圧を印加することによって配向制御
される液晶層１８の光学的特性の変化により所望の表示
を行うことができる。

【０００７】一方、反射型として液晶表示装置を用いる
場合には、基板１２の外側にバックライトの代りに図示
しない反射板を設ける。このように構成された反射型の
液晶表示装置においては、基板１１の側から入射した光
が着色層１６、液晶層１８、基板１２を順次透過して、
図示しない反射板で反射され、再び液晶層１８、着色層
１６を通過して表側の基板より放出されるように構成さ
れているので、透過型の場合と同じように液晶層１８の
光学的特性の変化により所望の表示を行うことができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のカラ
ーフィルターを備えた液晶表示装置においては、表示体
の明るさと色度を、周囲の光の状態に応じて調整するこ
とができない。それは表示体の明るさと色度を決める重
要なパラメーターであるカラーフィルターの透過率を、
任意に変えることが出来ないからである。このような明
るさと色度を調整する技術は、様々な環境で見やすい表
示を得るため、液晶表示装置に求められていたものであ
る。

【０００９】例えば、透過型として用いる液晶表示装置
の場合、屋外などの明るい環境下では色度が低くても、
明るい表示の方が見やすい。また屋内等の暗い環境下で
は、表示が多少暗くても、色度が高い方が見やすく鮮明
な表示となる。

【００１０】外から入ってくる光を利用する反射型の液
晶表示装置の場合、周囲の環境が表示品質に与える影響
はより顕著である。反射型の場合は透過型の場合とは逆
に、明るい環境下では、多少表示が暗くても、コントラ
ストが高く、色度が高い表示が見やすい。また逆に暗い
環境下では、色度が低くても、表示が明るいことが、見
やすい表示の条件となる。

【００１１】しかし、従来の技術を用いた液晶表示装置
の構成では、周囲の環境に応じた、このような表示特性
の調整を行うことは難しい。それは表示体の明るさと色
度を決めるカラーフィルターの透過率特性が表示体に対
して一義的に決まっており、状況に応じて変えるという
ようなことができないからである。

【００１２】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、カラーフィルタを備えた液晶表
示装置において、表示装置を使う環境に応じて、色度と
明るさをバランス良く調整することのできる技術を構成
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、以下の通りである。

【００１４】すなわち、請求項１に記載の本発明は、対
向する内面に電極を有する一対の基板間に液晶層を挟持
してなり、一方の前記基板にはカラーフィルターが配置
された液晶表示装置において、前記カラーフィルター
は、複数の色要素が形成された領域と、無着色の領域と
により形成されてなることを特徴とする。従って、無着
色の領域を使って、明るさや、色度についてより多彩な
表示を行うことができる。

【００１５】また、請求項２に記載の本発明は、前記基
板内面に形成された電極によって構成される各ドットに
対応して、各色要素の領域及び無着色の領域が配置され
てなることを特徴とする。

【００１６】また、請求項３に記載の本発明は、色要素
が配置されたドットと無着色の領域が配置されたドット
を組み合わせて単位ピクセルを形成することを特徴とす
る。このように色要素があるドットと、無着色のドット
を組み合わせて単位ピクセルを形成することにより、表
示の明るさと色の濃さを周囲の環境に応じて変化させる
ことが可能になる。例えば暗くても、色度が高い表示が
求められるときには、色要素（着色層）があるドットの
み光が透過するように液晶を制御し、無着色（非着色
層）のドットは光が通らないように液晶を制御すればよ
い。また色度が低くても明るい表示が求められるとき
は、着色層のあるドットと、着色層のないドットの両方
を光が透過するように、それぞれのドットの液晶を制御
すればよい。

【００１７】また、請求項４に記載の本発明は、前記カ
ラーフィルターの各色要素の面積を、色要素ごとに変え
たことを特徴とする。面積を色要素毎に変えることによ
り、適宜色の調整をすることができる。

【００１８】また、請求項５に記載の本発明は、無着色
の領域が配置されたドットを用いて液晶表示装置の階調
表示することを特徴とする。従って、階調表示が容易と
なる。

【００１９】また、請求項６に記載の本発明は、前記一
対の基板のうち、裏面側基板の前記液晶層と接する側に
反射板を配置したことを特徴とする。従って、反射型で
も２重像がない、鮮明な画像を得ることができる。

【００２０】また、請求項７に記載の本発明は、前記反
射板が画素電極を兼ねることを特徴とする。従って、反
射板と画素電極を同時に形成できることから製法も容易
となる。

【００２１】また、請求項８に記載の本発明は、前記液
晶層が、液晶分子と高分子とからなり、液晶分子の中に
高分子が分散した構成であることを特徴とする。従っ
て、偏光板を用いて表示する必要がなく、明るい表示の
液晶表示装置が得られる。

【００２２】また、請求項９に記載の本発明は、他方の
基板に、マトリックス状に配置されてなる電極が形成さ
れてなり、各電極にはスイッチング素子が形成されてな
ることを特徴とする。従って。各ドット毎に液晶を完全
に動作させることができるため、鮮明な画像が得られ
る。

【００２３】また、請求項１０に記載の本発明は、前記
液晶層が高分子と液晶分子とからなり、前記液晶分子の
中に前記高分子が分散した構成であることを特徴とす
る。このような液晶層にすることによって偏光板を用い
る必要がなく明るい表示が得られる。

【００２４】また、電子機器に液晶表示装置を搭載した
ことにより、明るい表示の表示装置を備えることができ
るため、見栄えのよい電子機器を提供することができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係るカラーフィルタを備えた液晶表示装置の実施形態
について説明する。この実施形態においては、図４に示
すように、透明なガラス基板から成る表面側の基板２１
及び裏面側の基板２２の間に液晶層２８を封入して成る
液晶表示装置が構成される。

【００２６】表面側の基板２１の内面上には、赤色、青
色、緑色等の着色領域２６が所定の方法で配列されるこ
とによりカラーフィルタが形成される。このカラーフィ
ルターは、例えば以下のように形成される。まず、感光
性顔料分散樹脂をスピンコート法、ロールコート法、フ
レキソ印刷法等により塗布し、厚さ２００〜５０００オ
ングストローム程度に成膜する。次に、５０〜１５０
℃、５〜６０分の条件でプリベークを行い、所望の形状
のマスクを使用して露光、現像して所望の形状にパター
ニングを行う。

【００２７】その後、７５〜２００℃、１０〜２０分で
ポストベークを行い、着色層を定着させる。このような
工程は、例えば赤色、青色、緑色の各色要素の感光性顔
料分散樹脂に対して繰り返し行われ、各着色ドット領域
（単位領域）２６が順次形成される。着色層がない領域
２７（無着色の領域）については例えば透明な樹脂を感
光性顔料分散樹脂と同じような方法によってコート、パ
ターニングすることによって形成してもよいし、またな
にも形成しないでも構わない。着色層が厚い場合など必
要に応じて、厚み方向の段差を軽減するための透明なオ
ーバーコート層を、基板２１の内面上の全面に渡って形
成することが必要である。また図示しないが、必要に応
じてドット間に遮光層を設けても構わない。

【００２８】非着色層（無着色）のドットを付加するに
あたって、例えば図２に示すように１つの単位ピクセル
４０につき、ひとつの無着色層のドットを設ける方式が
考えられる。この例では着色層を持つ赤色３６ａ、緑色
３６ｂ、青色３６ｃの３つのドットと、非着色層のドッ
ト３７の４つのドットでひとつの単位ピクセル４０が形
成されている。図では４つのドットとも同じ面積である
ように示してあるが、もちろん面積はそれぞれのドット
で異なっても構わないし、また配列の順番や並べ方が異
なっても構わない。また図中に示す遮光層３９はなくて
も構わない。

【００２９】このようにして形成されたカラーフィルタ
ー上に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等から成る、
例えばストライプ状の透明な電極２３が並列するように
形成され、その表面上にポリイミド樹脂等から成る配向
膜が塗布成形される。配向膜には所定方向にラビング処
理が施される。

【００３０】一方、裏面側の基板２２の内面上にも、Ｉ
ＴＯ（インジウムスズ酸化物）等から成る、透明な電極
２５が形成される。この透明電極２５は、例えばストラ
イプ状に形成されることもあるし、また例えばドット毎
に分割された形状に形成されることもある。ドット毎に
分割された画素電極の形状で形成された場合、それぞれ
の電極（画素電極）はＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素
子などの非線形素子やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の
アクティブ素子を介して、図示しない基板上配線に接続
される。

【００３１】本実施形態においては、液晶層２８として
ＴＮ（ツイストネマテック）型のものを用いている。Ｔ
Ｎ型の液晶は表示に際して偏光板が必要なので、表面側
の基板２１及び裏面側の基板２２の、それぞれの外側に
偏光板が貼り付けられる。裏面の基板側には、図示しな
い光源が設けられる。

【００３２】このようにして構成した液晶表示装置にお
いて、例えば暗い環境下では、無着色のドットを遮光状
態にして、着色層のドットのみを用いて表示を行う。こ
の場合、表示体の透過率が下がり、表示の明るさは低下
するが、透過する光はすべて、いずれかの着色層を透過
するため、色度が高く鮮やかな表示が行える。一方、例
えば明るい環境下では、無着色のドットも用いて表示を
行う。この場合には表示装置の透過率が上がり、表示は
明るくなるものの、着色層を通らない無彩色の光が混じ
るために色度は低く淡い表示になる。

【００３３】ここで無着色のドットを用いて表示を行う
際には、無着色のドット自身が階調を刻むような使い方
もできるし、また他の着色層のあるドットとの組み合わ
せでディザ階調方式により階調を刻むこともできる。ま
たこれら２つの方法を組み合わせた使い方も当然可能で
ある。

【００３４】以上の例では、図２に示したような、ひと
つの単位ピクセルに対して、ひとつの無着色のドットを
設ける方法について説明したが、その他にも、図３に示
すような、ひとつの着色層のあるドットに対して、ひと
つの無着色のドットを設ける方式もある。この場合、図
２の場合と同じように、面積や、並べ方などに特に制約
はない。また遮光層もなくても構わない。

【００３５】次に、本発明に係るカラーフィルタを備え
た液晶表示装置を、反射型として用いる場合の実施形態
について説明する。本実施形態については、用いる液晶
材料として、表示に偏光板を必要としない、高分子分散
型液晶を用いるものとする。この実施形態においても、
図１に示すように、透明ガラス基板から成る表面側基板
５１及び裏面側基板５２の間に液晶層５８を封入して成
る液晶表示装置が構成される。

【００３６】表面側基板５１の内面上には、先の透過型
に関する実施形態で説明したような方法により、着色層
が形成される。ただし、反射型として液晶表示装置を用
いる場合、表示に用いられる光は、着色層を２度透過す
ることになるため、着色層の波長による平均透過率は透
過型に用いるものよりも高めに設定するのが明るい表示
を得る上で好ましい。本実施形態の場合には、各着色層
における波長３８０〜７６０ｎｍでの平均透過率を５０
〜５５％の間に設定した。これらは着色層の厚さ、また
着色層に用いる顔料の濃度等により調整することが可能
である。

【００３７】無着色のドットを付加する方式について
も、透過型の場合と同じように、図２のようなひとつの
単位ピクセルに対しひとつの無着色のドットを設ける方
式と、着色層のあるひとつドットに対してひとつの無着
色のドットを設ける方式が考えられる。

【００３８】このようにして形成された着色層からなる
カラーフィルター上に、図示しないオーバーコートが形
成され、さらにその上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化
物）等から成る、例えばストライプ状の透明な電極５３
が並列するように形成され、その表面上にポリイミド樹
脂等から成る配向膜が塗布成形される。配向膜には所定
方向にラビング処理が施される。

【００３９】一方、裏面側の基板５２の内面上には、Ｃ
ｒ、Ａｌ等の反射性の金属から成る、反射電極５５が形
成される。この反射電極５５は、例えばストライプ状に
形成されることもあるし、また例えばドット毎に分割さ
れた形状に形成されることもある。ドット毎に分割され
た形状で形成された場合、それぞれの電極はＭＩＭ（金
属−絶縁体−金属）素子などの非線形素子やＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）等のアクティブ素子を介して、図示し
ない基板上配線に接続される。

【００４０】液晶層５８といては、偏光板を用いないで
表示を行うことができる高分子分散型液晶を用いる。高
分子分散型液晶としては、特に、液晶セル内において相
溶した液晶分子及び高分子のモノマーを所定の水平方向
に配向させた状態とし、高分子のモノマーを重合硬化、
例えば光重合させて硬化させることにより、液晶分子と
高分子粒子とが相互に分散された状態とするものが好ま
しい。この場合には、例えば、電界無印加時には液晶分
子と高分子粒子の配向方向が揃って透明状態となり、電
界印加時には液晶分子のみが電界方向に指向することに
よって白濁状態となる。なお、カイラル材により液晶分
子をツイスト配向させることも可能である。

【００４１】上記高分子分散型液晶の他にも、表示に偏
光板を用いる必要のない液晶表示装置としては、光散乱
や着色性を利用して光透過状態と光散乱状態若しくは着
色状態との間の状態遷移によって表示を行う液晶表示方
法、例えば、コレステリック相とネマチック相との相転
移を利用した相転移型表示方法、液晶の動的散乱モード
を利用した方法、配向分散による表示方法等のように、
種々の方法で表示を行うものがある。

【００４２】このようにして構成した液晶表示装置にお
いて、例えば明るい環境下では、無着色のドットを遮光
状態にして、着色層のドットのみを用いて表示を行う。
この場合、表示体の透過率（反射率）は下がるが、表示
体で反射される光が強いので表示の明るさはあまり低下
しない。加えて反射される光はすべて、いずれかの着色
層を透過するため、色度が高く鮮やかな表示が可能にな
る。一方、暗い環境下では、無着色のドットも用いて表
示を行う。この場合には表示体の透過率（反射率）が上
がり、少ない光を有効に使えるようになるので、表示の
明るさの低下を抑えられるものの、着色層を通らない光
が混じるために色度が低く淡い色の表示になる。しかし
反射型液晶表示装置については、暗い環境下において
は、色が淡くても、明るい表示の方が見やすくなる。

【００４３】また、図６に、本願の液晶表示装置を搭載
した電子機器を示す。図６（ａ）は液晶表示装置を携帯
電話（１０００）に搭載した例である。すなわち、携帯
電話の表示部（１００１）として液晶表示装置を備えて
いる。従って、低消費電力でかつ表示特性に優れた液晶
表示装置を搭載しているため、携帯電話のバッテリーの
容量を小さくすることも可能である。なお、液晶表示装
置は、透過型でも反射型でもよいが、反射型の液晶表示
装置の場合、バックライトを用いる必要がないため、低
消費電力であり、携帯電話には適している。

【００４４】また、図６（ｂ）は、液晶表示装置を時計
に配置した例である。時計の文字盤として液晶表示装置
を用いる場合、もしくは時計の文字盤の上に液晶表示装
置を配置する場合、いずれの場合も可能である。特に、
文字盤の上に液晶表示装置を重ねる場合は、透過型の液
晶表示装置として用いることは言うまでもない。また、
本願のような偏光板を用いない液晶表示装置を電子機器
として用いているため、電子機器における表示特性に優
れ、見栄えのよい表示が得られる。

【００４５】更に、図６（ｃ）は、携帯端末（１２０
０）の表示部（１２０６）に液晶表示装置を用いた例で
ある。携帯端末での入力はキーボード（１２０２）など
の場合と、表示部の表面にタッチキー（図示しない）な
どを配置することによって入力は可能である。なお、キ
ーボードなどを収納する筐体（１２０４）の内部にＣＤ
−ＲＯＭなどの機器を設置してあることは言うまでもな
い。

【００４６】このような電子機器以外にも、本願の液晶
表示装置をプロジェクターに設置することも可能であ
り、高精細な表示を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、無
着色の領域に対応するドットを使って、明るさや、色度
についてより多彩な表示を行うことができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカラーフィルタを備えた液晶表示
装置の実施形態を示す概略図。反射型として用いる場
合。

【図２】本発明に係るカラーフィルタを備えた液晶表示
装置に用いられる、カラーフィルターの画素配列の一
例。ひとつの単位ピクセルに対して、ひとつの無着色の
ドットを設ける場合。

【図３】本発明に係るカラーフィルタを備えた液晶表示
装置に用いられる、カラーフィルターの画素配列の一
例。ひとつのドットに対して、ひとつの無着色のドット
を設ける場合。

【図４】本発明に係るカラーフィルタを備えた液晶表示
装置の実施形態を示す概略図。透過型として用いる場
合。

【図５】従来のカラーフィルタを備えた液晶表示装置に
おける液晶セル構造を示す概略図。

【図６】本発明の液晶表示装置を搭載した電子機器を示
す図。

【符号の説明】

１１ 表面側基板 １２ 裏面側基板 １３ 透明電極 １５ 透明電極 １６ 着色されたドット １７ 無着色のドット １８ 液晶層 ２１ 表面側基板 ２２ 裏面側基板 ２３ 透明電極 ２５ 透明電極 ２６ 着色されたドット ２７ 無着色のドット ２８ 液晶層 ３６ａ 赤色の着色層のあるドット ３６ｂ 青色の着色層のあるドット ３６ｃ 緑色の着色層のあるドット ３７ 無着色着のドット ３９ 遮光部分 ４０ 単位ピクセル ５１ 表面側基板 ５２ 裏面側基板 ５３ 透明電極 ５５ 反射電極 ５６ 着色されたドット ５７ 無着色のドット ５８ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 豊 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 小林 英和 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 千野 英治 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する内面に電極を有する一対の基板間
   に液晶層を挟持してなり、一方の前記基板にはカラーフ
   ィルターが配置された液晶表示装置において、 前記カラーフィルターは、複数の色要素が形成された領
   域と、無着色の領域とにより形成されてなることを特徴
   とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記基板内面に形成された電極によって構
   成される各ドットに対応して、各色要素の領域及び無着
   色の領域が配置されてなることを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 色要素が配置されたドットと無着色の領
   域が配置されたドットを組み合わせて単位ピクセルを形
   成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記カラーフィルターの各色要素の面積
   を、色要素ごとに変えたことを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 無着色の領域が配置されたドットを用い
   て液晶表示装置の階調表示をすることを特徴とする請求
   項１記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記一対の基板の内、裏面側基板の液晶
   と接する側に反射板を配置したことを特徴とする請求項
   １記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記反射板が画素電極を兼ねることを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 前記液晶層が、液晶分子と高分子とから
   なり、液晶分子の中に高分子が分散した構成であること
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】 他方の基板に、マトリックス状に配置さ
   れてなる電極が形成されてなり、各電極にはスイッチン
   グ素子が形成されてなることを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】前記液晶層が高分子と液晶分子とからな
    り、前記液晶分子の中に前記高分子が分散した構成であ
    ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
11. 【請求項１１】前記液晶表示装置を搭載したことを特徴
    とする電子機器。