JPH1063203A - 反射型カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型カラー表示装置に用いられるカラーフ
ィルタの色構成を改善して輝度を高くすると共に実用的
に十分な色再現性を確保する。 【解決手段】 反射型カラー表示装置は上下一対の基板
１，２を用いて組み立られている。上側の基板１は入射
側に位置し所定のパタンの透明電極３が形成されてい
る。下側の基板２は反射側に位置すると共に所定のパタ
ンの反射電極４が形成されており、間隙を介して上側の
基板１と接合し互いに対面した両基板間でマトリクス状
の画素６を規定する。ゲストホスト液晶７が両基板１，
２の間隙に保持され画素６毎に通過光の透過状態を制御
する。カラーフィルタ８は片側の基板２に形成され、通
過光に含まれる複数種の色成分を画素単位で選択的にフ
ィルタリングして、異なる色成分に着色した複数の画素
６の加法混色によりカラー表示を実現する。カラーフィ
ルタ８は画素単位でイエロー色成分を選択するＹセグメ
ントと、シアン色成分を選択するＣセグメントと、マゼ
ンタ色成分を選択するＭセグメントと、グリーン色成分
を選択するｇセグメントとに分割されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型カラー表示装
置に関する。より詳しくは、表示装置に組み込まれるカ
ラーフィルタの色構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６を参照して従来のカラー表示装置の
一例を簡潔に説明する。図示する様に、カラー表示装置
は一対のガラス基板７１，７２を互いに対向配置させ、
その間隙に電気光学物質として液晶７３を封入した構成
となっている。一方のガラス基板７１の上にはマトリク
ス状に配置された信号線７４と走査線７５及びそれらの
交点に配置された薄膜トランジスタ７６と画素電極７７
が形成されている。薄膜トランジスタ７６は走査線７５
により線順次選択されると共に、信号線７４から供給さ
れる画像信号を対応する画素電極７７に書き込む。一
方、上側のガラス基板７２の内表面には対向電極７８及
びカラーフィルタ７９が形成されている。カラーフィル
タ７９は各画素電極７７に対応した赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）のセグメントに分割されている。この
様な構成を有するアクティブマトリクス液晶表示装置を
二枚の偏光板８０，８１で挟み、白色光を入射させると
所望のフルカラー画像表示が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カラーフィルタ７９は
通過光に含まれる複数種の色成分（ＲＧＢ）を画素単位
で選択的にフィルタリングする。ＲＧＢ別に着色した複
数の画素の加法混色によりカラー表示を実現している。
ＲセグメントはＲ成分のみを透過しＧ成分及びＢ成分を
吸収する。ＧセグメントはＧ成分のみを透過しＲ成分及
びＢ成分を吸収する。ＢセグメントはＢ成分のみを透過
しＲ成分及びＧ成分を吸収する。この様に、従来のカラ
ーフィルタは入射光のうち三分の二の光量を吸収してし
まう為、画面の輝度が低いという課題があった。一般
に、液晶等を電気光学物質として用いたカラー表示装置
は透過型と反射型に分けられる。透過型はバックライト
を用いて表示装置の背面を照明し、前面から画像を観察
する。従って、バックライトの照明光量を十分確保すれ
ば、カラーフィルタの吸収に関わらず比較的明るい表示
画面が得られる。これに対し、反射型では一方の基板か
ら入射した光を他方の基板で反射し、一方の基板側から
反射画像を観察する。バックライトを使用する事なく太
陽光等の外光のみで表示画面を写し出す。従って、表示
装置に入射する光量に限りがあり、明るい画面を得る為
には入射光の利用効率を改善する必要がある。然るに、
従来のＲＧＢカラーフィルタは各画素毎に入射光の三分
の二の光量を吸収する為、反射型表示装置では明るいカ
ラー画像を表示する事ができなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に
かかる反射型カラー表示装置は基本的な構成として、一
対の基板と電気光学物質とカラーフィルタとを備えてい
る。一方の基板は入射側に位置し所定のパタンの電極が
形成されている。他方の基板は反射側に位置すると共に
所定のパタンの電極が形成されており、間隙を介して該
一方の基板と接合し互いに対面した両基板間でマトリク
ス状の画素を規定する。電気光学物質は液晶等からな
り、一対の基板の間隙に保持され画素毎に通過光の透過
状態を制御する。カラーフィルタは片側の基板に形成さ
れ、通過光に含まれる複数種の色成分を画素単位で選択
的にフィルタリングして、異なる色成分に着色した複数
の画素の加法混色によりカラー表示を実現する。特徴事
項として、前記カラーフィルタは画素単位でイエロー
（Ｙ）色成分を選択するセグメントと、シアン（Ｃ）色
成分を選択するセグメントと、マゼンタ（Ｍ）色成分を
選択するセグメントと、グリーン（ｇ）色成分を選択す
るセグメントとに分割されている。具体的には、各セグ
メントは対応する色成分の顔料を分散したフィルムから
なる。一実施態様では、前記電気光学物質は二色性色素
を含有したゲストホスト液晶からなり、該ゲストホスト
液晶と反射側の基板との間に四分の一波長板層が介在し
ている。又、一実施例では、片側の基板にはマトリクス
状にパタン化された複数の画素電極とこれらを個々に駆
動するスイッチング素子が集積形成されており、もう片
側の基板にはベタパタンの対向電極が形成されており、
互いに対面する画素電極と対向電極との間にアクティブ
マトリクス型の画素が規定されている。

【０００５】本発明では、Ｙセグメント、Ｃセグメン
ト、Ｍセグメント、ｇセグメントを一単位としたカラー
フィルタを用いている。これは四色セグメントの加法混
色により色再現を行ないカラー表示を実現する。ところ
で、ＣはＲと補色関係にありＭはＧと補色関係にあり、
ＹはＢと補色関係にある。ＲＧＢカラーフィルタが入射
光の略三分の二の光量を吸収するのに対し、ＣＭＹのカ
ラーフィルタは入射光の略三分の一の光量を吸収するだ
けである。従って、ＣＭＹカラーフィルタを用いる事に
より白表示時の輝度を向上させる事が可能である。但
し、ＣＭＹの表色系では各色に対応した顔料の選択範囲
に限りがあり、必ずしもＣＭＹとして最適な顔料を選択
する事ができない。特に、従来の顔料を用いたＣＭＹ表
色系では緑色の再現性が不十分であった。そこで、本発
明ではＣＭＹの各セグメントに加えｇセグメントを追加
して色再現性を確保する様にしている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる反
射型カラー表示装置の一実施形態を示す模式図である。
（Ａ）は部分平面図、（Ｂ）は部分断面図、（Ｃ）は動
作説明図である。（Ａ）及び（Ｂ）に示す様に、本反射
型カラー表示装置は上下一対の基板１，２を用いて組み
立てられている。上側の基板１は入射側に位置し所定の
パタンの透明電極３が形成されている。本例では、この
透明電極３は行状にパタニングされている。下側の基板
２は反射側に位置すると共に所定のパタンの反射電極４
が形成されている。本例では、この反射電極４は列状に
パタニングされている。なお、透明電極３の材料として
はＩＴＯ等の透明導電膜が用いられ、反射電極４の材料
としてはアルミニウム等の金属膜が用いられる。下側の
基板２はスペーサ５により所定の間隙を介して上側の基
板１と接合している。互いに対面した両基板１，２間で
マトリクス状の画素６を規定する。具体的には、行状の
透明電極３と列状の反射電極４との交差部に行列配置し
た画素６が規定される。従って、本実施形態は所謂単純
マトリクス型の表示装置である。但し、本発明はこれに
限られるものではなくアクティブマトリクス型の表示装
置にも応用可能である事はいうまでもない。本実施形態
では、電気光学物質としてゲストホスト液晶７が上下一
対の基板１，２の間隙に保持されており、画素６毎に通
過光の透過状態を制御している。カラーフィルタ８が下
側の基板２に形成されている。但し、本発明はこれに限
られるものではなく、カラーフィルタ８を上側の基板１
に形成してもよい。本実施形態では、カラーフィルタ８
は反射電極４と整合してパタニング形成されている。こ
のカラーフィルタ８は通過光に含まれる複数種の色成分
を画素単位で選択的にフィルタリングして、異なる色成
分に着色した複数の画素６の加法混色によりカラー表示
を実現する。特徴事項として、カラーフィルタ８はシア
ン色成分を選択するＣセグメントと、マゼンタ色成分を
選択するＭセグメントと、イエロー色成分を選択するＹ
セグメントと、グリーン色成分を選択するｇセグメント
とに分割されている。即ち、本カラーフィルタ８はＣＭ
Ｙセグメントの表色系を基本とし、これに色再現補正用
のｇセグメントを加えた、四原色画素方式を採用してい
る。これら四原色の画素の加法混色によりフルカラー表
示が実現できる。

【０００７】（Ｃ）に示す様に、本反射型カラー表示装
置は上側の透明電極３と下側の反射電極４との間に駆動
回路９を介して電圧を印加する事で、カラー表示を行な
う。例えば、一行目の透明電極３と一列目の反射電極４
との間に電圧を印加すると、両者の交差部に位置する画
素に属するゲストホスト液晶７が光遮断状態から光透過
状態に変化する。これにより、上側の基板１から入射し
た光は下側の基板２で反射され、上側の基板１から反射
画像を観察できる。一行一列目の画素にはＣセグメント
が対応している為、シアン色に着色した画素が観察でき
る。透明電極３の行と反射電極４の列との間に順次所望
の電圧を印加する事により、中間調を含めたカラー表示
が可能になる。

【０００８】図２の（Ａ）はＣＭＹ各セグメントの透過
率特性を示しており、（Ｂ）はＲＧＢ各セグメントの透
過率特性を示している。（Ａ）及び（Ｂ）を比較すれば
明らかな様に、ＣセグメントはＲセグメントに対し補色
関係となっている。Ｒセグメントは波長４００nmから７
００nmの間に分布する可視光のうち三分の一しか透過せ
ず、残る三分の二は吸収される。これに対し、Ｃセグメ
ントは可視光領域に含まれる波長成分の三分の二を透過
し三分の一を吸収する。従って、ＣセグメントはＲセグ
メントに比べ定性的に見ると二倍明るい事になる。同様
に、ＭセグメントはＧセグメントと補色関係にあり、Ｙ
セグメントはＢセグメントと補色関係にある。この様
に、ＣＭＹ表色系はＲＧＢ表色系に比べ入射光量の透過
率が二倍となっている。

【０００９】図３はＣＭＹ系における加法混色の原理を
表わしている。例えば、ＣＭＹ表色系で緑色を表示する
場合、ＣセグメントとＹセグメントを選択する事で対応
する二画素の加法混色により緑色が表示できる。この場
合、Ｃセグメント及びＹセグメントの合成透過率が図３
に示した様に、可視光波長領域の略中央でピークを有
し、所望の緑色が表現できる。なお、このピークの両側
に位置する領域も光が透過している。即ち、図３に模式
的に示す様に、Ｃセグメント及びＹセグメントを加法混
色した場合、透過率Ｗで表わされる白レベルの上に緑色
成分が重ねられる。即ち、ＣＭＹ表色系を用いた加法混
色では白色の背景の上に緑色が写し出される為ＲＧＢ表
色系に比べ明るい画面が得られる事になる。

【００１０】ところで、現在使用されているカラーフィ
ルタの着色材料は染料と顔料に大別できる。信頼性等を
考慮した場合、分子構造がより堅牢である顔料系を採用
した方が有利である。そこで、本発明では各セグメント
が対応する色成分の顔料を分散したフィルムから構成さ
れている。しかしながら、顔料を用いてＣＭＹのカラー
フィルタを形成した場合、最も色再現を重視した顔料を
選択しても顔料自身の制限により、実用レベルに耐える
カラー表示を行なう事が困難である。図５に、ＣＹＭカ
ラーフィルタのＣＩＥ標準色度座標を示す。この色度座
標図から明らかな様に、ＣＭＹカラーフィルタを用いた
場合、色再現が可能な範囲がＲＧＢフィルタに比べ狭く
なっている。ＣＭＹカラーフィルタでは赤色及び青色の
色再現がある程度できるの対し、緑色の色再現は全く不
十分である。なお、説明が前後したが図５の色度座標で
は、透過型表示装置で採用しているＲＧＢカラーフィル
タの概ね標準的な色度座標をのせている。又、現在選択
可能な顔料系のレジストフィルムを用いて色再現を最優
先したＣＭＹカラーフィルタの色度座標をのせている。
図５のグラフから明らかな様に、ＣＭＹのカラーフィル
タを用いた場合青色及び赤色の色再現性と比較し緑色は
殆ど色再現できない事が分かる。そこで、本発明ではＣ
ＭＹの基本三色セグメントに加え、補助的に第四のｇセ
グメントを設けている。ＣＭＹｇの四色加法混色により
色再現を行なう。これにより、ＣＭＹｇを結ぶ四角形内
の色が表現可能となる。図５に示した例の場合、第四色
目のｇセグメントを用いない場合に比べ、ｇセグメント
を加えると約二倍の色調が再現可能である。なお、図５
のグラフにおけるｇの座標は一例であって、本発明はこ
れに限られるものではない。ＣＭＹの顔料材料やホワイ
トバランス等によりｇの座標を最適に設定する事が可能
である。

【００１１】最後に図４を参照して、本発明にかかる反
射型カラー表示装置の具体的な実施例を簡単に説明す
る。図示する様に、本反射型カラー表示装置は入射側に
配置する第１の基板１１と、所定の間隙を介して基板１
１に接合し反射側に配置する第２の基板１２とを用いて
組み立てられている。両基板１１，１２の間隙内には少
なくともゲストホスト液晶層１３と、四分の一波長板層
１４と光反射層１５とが介在している。ゲストホスト液
晶層１３は間隙内で入射側の基板１１側に位置し、垂直
配向したネマティック液晶分子１６と黒色の二色性色素
１７を含んでいる。光反射層１５は間隙内で反射側の基
板１２側に位置する。四分の一波長板層１４はゲストホ
スト液晶層１３と光反射層１５の間に介在する。入射側
の基板１１の内表面には対向電極１８が形成され、反射
側の基板１２の内表面には画素電極１９が形成されてお
り、両者の間に保持されたゲストホスト液晶層１３に画
素単位で信号電圧を印加する。又、入射側の基板１１の
内表面にはカラーフィルタ４０も形成されている。この
カラーフィルタ４０は各画素に対応してＣセグメントと
ＭセグメントとＹセグメントとｇセグメントとに分割さ
れている。なお、対向電極１８及び画素電極１９の表面
は夫々配向膜２０，２１で被覆されており、ゲストホス
ト液晶層１３を垂直配向する。電圧無印加ではゲストホ
スト液晶層１３は透過状態にあり、電圧印加では遮断状
態に変化する。

【００１２】本反射型カラー表示装置はアクティブマト
リクス型であり、反射側の基板１２には画素電極１９の
スイッチング駆動用に薄膜トランジスタ２２が集積形成
されている。薄膜トランジスタ２２はボトムゲート型で
あり、下から順にゲート電極２３、ゲート絶縁膜２４、
半導体薄膜２５、スットパ２６を積層したものである。
この薄膜トランジスタ２２は層間絶縁膜２７により被覆
されており、その上にはソース電極２８及びドレイン電
極２９がパタニング形成され、コンタクトホールを介し
て薄膜トランジスタ２２に接続する。前述した光反射層
１５も層間絶縁膜２７の上にパタニング形成されており
ドレイン電極２９と同電位である。薄膜トランジスタ２
２及び凹凸を有する光反射層１５は平坦化層３０で被覆
されており、その上に下地配向層３１を介して上述した
四分の一波長板層１４が成膜されている。さらに、四分
の一波長板層１４の上にパタニング形成された画素電極
１９は、四分の一波長板層１４及び平坦化層３０に開口
したコンタクトホール３２を介してドレイン電極２９に
電気接続している。このコンタクトホール３２の開口処
理は例えばポジ型のフォトレジストを用いたフォトリソ
グラフィー及びエッチングにより行なわれる。又、配向
膜２１は画素電極１９及び四分の一波長板層１４の表面
にポリイミド等を溶解した配向溶剤を塗工して形成され
る。

【００１３】電圧無印加時には液晶分子１６は垂直に配
向し、二色性色素１７も同様に配向する。上側の基板１
１から入射した光はカラーフィルタ４０により所望の色
成分が選択された後、二色性色素１７により吸収される
事なくゲストホスト液晶層１３を通過し、四分の一波長
板層１４による影響を受けずに光反射層１５で反射す
る。反射した光は、再び四分の一波長板層１４を通過
し、ゲストホスト液晶層１３で吸収されずに出射する。
従ってカラーフィルタ４０の各色セグメントに対応した
画素の着色表示が可能になる。これに対し、電圧印加状
態では液晶分子１６は水平に配向し、二色性色素１７も
同様に配向する。上側の基板１１から入射した光がカラ
ーフィルタ４０を介してゲストホスト液晶層１３に入射
すると、入射光のうち二色性色素１７の分子の長軸方向
と平行な振動面を持つ成分が二色性色素１７によって吸
収される。又、二色性色素１７の分子の長軸方向に対し
て垂直な振動面を持つ入射光の成分はゲストホスト液晶
層１３を通過し、下側の基板１２に形成された四分の一
波長板層１４で円偏光とされ、光反射層１５で反射す
る。この時、反射光の偏光方向が逆回りとなり、再び四
分の一波長板層１４を通過し、二色性色素１７の分子の
長軸方向に対して平行な振動面を持つ光となる。この光
は二色性色素１７によって吸収されるので、完全な黒色
表示となる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、反
射型カラー表示装置に組み込まれたカラーフィルタは画
素単位でシアン色成分を選択するＣセグメントとマゼン
タ色成分を選択するＭセグメントとイエロー色成分を選
択するＹセグメントとグリーン色成分を選択するｇセグ
メントとに分割されている。ＣＭＹ表色系を用いる事に
よりＲＧＢ表色系に比べ白表示の輝度を改善する事がで
きる。又、ＣＭＹセグメントに加え第４のｇセグメント
を導入する事で、ＣＭＹカラーフィルタの色再現性が格
段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる反射型カラー表示装置の実施形
態を示す模式図である。

【図２】カラーフィルタの透過率特性を示すグラフであ
る。

【図３】同じくカラーフィルタの透過率特性を示すグラ
フである。

【図４】本発明にかかる反射型カラー表示装置の具体例
を示す模式的な部分断面図である。

【図５】カラーフィルタのＣＩＥ標準色度座標を示すグ
ラフである。

【図６】従来のカラー表示装置の一例を示す模式的な斜
視図である。

【符号の説明】

１…基板、２…基板、３…電極、４…電極、６…画素、
７…ゲストホスト液晶（電気光学物質）、８…カラーフ
ィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射側に位置し所定のパタンの電極が形
   成された一方の基板と、 反射側に位置すると共に所定のパタンの電極が形成され
   ており、間隙を介して該一方の基板と接合し互いに対面
   した両基板間でマトリクス状の画素を規定する他方の基
   板と、 該間隙に保持され画素毎に通過光の透過状態を制御する
   電気光学物質と、 片側の基板に形成され通過光に含まれる複数種の色成分
   を画素単位で選択的にフィルタリングして異なる色成分
   に着色した複数の画素の加法混色によりカラー表示を実
   現するカラーフィルタとを有し、 前記カラーフィルタは画素単位でイエロー色成分を選択
   するセグメントと、シアン色成分を選択するセグメント
   と、マゼンタ色成分を選択するセグメントと、グリーン
   色成分を選択するセグメントとに分割されている事を特
   徴とする反射型カラー表示装置。
2. 【請求項２】 各セグメントは対応する色成分の顔料を
   分散したフィルムからなる事を特徴とする請求項１記載
   の反射型カラー表示装置。
3. 【請求項３】 前記電気光学物質は二色性色素を含有し
   たゲストホスト液晶からなり、該ゲストホスト液晶と反
   射側の基板との間に四分の一波長板層が介在している事
   を特徴とする請求項１記載の反射型カラー表示装置。
4. 【請求項４】 片側の基板にはマトリクス状にパタン化
   された複数の画素電極とこれらを個々に駆動するスイッ
   チング素子が集積形成されており、もう片側の基板には
   ベタパタンの対向電極が形成されており、互いに対面す
   る画素電極と対向電極との間にアクティブマトリクス型
   の画素が規定されている事を特徴とする請求項１記載の
   反射型カラー表示装置。