(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の第１及び第２基板と、
該第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、
前記第２基板の前記液晶層側の面上に島状に形成された反射型表示に用いられる複数の反射膜と、
前記島状に形成された複数の反射膜のそれぞれに対応して該島状の反射膜の上に形成された島状の透明電極と、
前記第２基板の背後に配置されたバックライトと、
を備える液晶装置であって、
前記島状の反射膜と該島状の反射膜の上に形成された前記島状の透明電極は重なり合う領域を有して形成されているとともに、前記島状の透明電極は前記島状に形成された複数の反射膜の間の一部にも形成されてなり、当該島状に形成された複数の反射膜の間の一部の前記透明電極が形成された領域において前記バックライトからの光を用いた透過型表示を行うことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記液晶層は誘電異方性が負の液晶であって、前記透明電極の表面上には前記液晶を垂直に配向させる配向膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
前記第２基板の前記液晶層側の面上には、凹凸を有する樹脂が形成されてなり、当該樹脂上に前記島状の反射膜がその表面に凹凸が付与されるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置の技術分野に関し、特に、反射型表示と透過型表示とを切換え可能な反透過反射型の液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶装置には、外光を装置内部に設けられた反射手段で液晶を介して反射することにより表示を行う反射型の液晶装置、装置内部に設けられた光源から光源光を液晶を介して出射することにより表示を行う透過型の液晶装置、及びこのような反射型表示と透過型表示とを切換え可能な半透過反射型の液晶装置などがある。
【０００３】
これらのうち反射型の液晶装置は、光源を利用しないので消費電力が非常に小さい。このため、携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されている。また、半透過反射型の液晶装置は、暗い場所では光源を利用して透過型表示を行うが、明るい場所では通常の反射型の液晶装置と同様に外光を利用するので、やはり消費電力が小さい。このため、携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されている。
【０００４】
このような従来の半透過反射型の液晶装置（例えば、特許文献１参照）では、液晶パネルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成としている。更に、これらと比べて、液晶パネルの観察側と反対側の外面に半透過反射板、偏光板、バックライトを順次配置した構成をしており液晶セルと半透過反射板の間に偏光板がないため、反射型表示の明るさが向上されている半透過反射型の液晶装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、近年の携帯機器やＯＡ機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求されるようになっており、反射型や半透過反射型の液晶装置を用いるような機器においてもカラー化が必要な場合が多い。ここに、上述の如き反射型や半透過反射型の液晶装置をカラー表示用とする際には、液晶を挟持する一対の基板の一方の上にＲ（赤）、Ｇ（線）及びＢ（青）の多数の着色領域を有するカラーフィルタが設けられる（特許文献３参照）。
【０００６】
この場合、カラーフィルタにおける着色領域間の混色を防止するため及び着色領域間の間隙における光抜け（白抜け）によるコントラスト比の低下を防止するために、各着色領域間の間隙には一般にブラックマスク或いはブラックマトリクスと称される遮光膜が設けられたりする。
【０００７】
その他の従来例として、液晶層と接するように反射板を配置する反射型カラー液晶装置（特許文献３参照）、及び液晶セルの内面に半透過反射膜を兼ねる画素電極を設けた半透過反射型の液晶装置（特許文献４参照）が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
実開昭５７−０４９２７１号公報
【特許文献２】
特開平８−２９２４１３号公報
【特許文献３】
特開平９−２５８２１９号公報
【特許文献４】
特開平７−３１８９２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した反射型の液晶装置では、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読み取り難い或いは読み取ることができないという基本的な問題点がある。このため、液晶装置内に入射する外光に対する反射率を高め、該入射する外光のうち反射して液晶装置から表示コントラストに寄与する表示光として出射する部分の比率を高めることが重要となるが、前述の反射型の液晶装置では、係る反射率や表示光として出射する部分の比率は十分に高いとは言えない。
【００１０】
また特に、液晶層と反射板との間に透明基板が介在する構成を採用する反射型の液晶装置の場合には、二重映りや表示のにじみなどが発生してしまうという問題点がある。この場合更にカラーフィルタを組み合わせると、視差によって十分な発色を得ることができないという問題点もある。或いはこの場合に、ブラックマスクによる光の吸収を防止して表示画像の明るさを高めるべくブラックマスクを設けない構成を採用すると、着色領域の間隙を通った光が反射板で反射されるため、外光のうち表示コントラストに寄与しない部分、即ち表示画像と関係なく液晶装置から出射する部分が相対的に増加して、コントラスト比が低下してしまう。
【００１１】
これに対して、前記特許文献３に記載されている液晶層と接するように反射板を配置する反射型カラー液晶装置の場合に、前述のように表示を明るくするためにカラーフィルタの各着色領域間にブラックマスクを設けない構成を採用すると、やはりブラックマスクのない着色領域の間隙を通って入射した外光が反射板で反射されて、液晶装置の外部に表示光の一部に混じって出射されるため、混色を引き起こして色が滲んだりボケたりしてしまうと共にコントラスト比が低下してしまう。
【００１２】
以上のように、従来の反射型の液晶装置では、明るく且つ高コントラストの画像表示を行うことが困難であるという問題点がある。
【００１３】
他方、前記特許文献２に記載された半透過反射型の液晶装置では、液晶層と半透過反射板との間に透過基板が介在するため、やはり二重映りや表示のにじみなどが発生してしまうという問題点や、更にカラーフィルタを組み合わせると視差によって十分な発色を得ることができないという問題点もある。
【００１４】
これに対して、前記特許文献４では、前述のとおり液晶セルの内面に半透過反射膜を兼ねる画素電極を設けた半透過反射型の液晶装置が提案されており、また金属膜からなる半透過反射膜上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜からなる画素電極を絶縁膜を介して重ねた構成を開示している。しかしながら、この液晶装置では、先ず半透過反射膜を兼ねる画素電極に対して或いは画素電極が重ねられる半透過反射膜に対して、孔欠陥、凹入欠陥等の微細な欠陥部や微細な開口部を多数設ける必要が有るため、装置構成が複雑化すると共にその製造において特殊な工程が付加的に必要となり、信頼性のある画素電極或いは半透過反射膜を製造するのが困難となる。
【００１５】
また特に、半透過反射膜を兼ねる画素電極を採用する場合には、透過型表示時に開口部を通過する光源光が通過する液晶部分を非開口部にある画素電極部分により斜めに歪んだ電界で駆動しなければならないため、縦電界により液晶を駆動する場合と比較して液晶配向の乱れにより表示品質が劣化してしまう。
【００１６】
更に、金属膜からなる半透過反射膜上に絶縁膜を介して画素電極を重ねた構成を採用する場合には、相隣接する画素電極間は、各画素電極、絶縁膜及び半透過反射膜で構築される容量並びに半透過反射膜を介して容量カップリングしてしまう。このため、複数の画素電極に供給される画像信号等の信号は、相互に交じり合って或いは、クロストークして、所謂波形なまりを生じ、最終的には表示画像の品質劣化を招いてしまう。しかも、画素電極を、走査信号等と比べて波形が複雑で駆動周波数も高い画像信号が供給されるデータ線やセグメント電極として用いる際には、このような品質劣化はより深刻化する。
【００１７】
以上のように、従来の半透過反射型の液晶装置では、明るく且つ高コントラストの画像表示を行うことが困難であるという問題点がある。
【００１８】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、半透過反射型の液晶装置において、視差による二重映りや表示のにじみなどが発生せず、しかも明るく高コントラストの画像表示が可能な液晶装置及びその液晶装置を用いた電子機器を提供することを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、一対の第１及び第２基板と、該第１及び第２基板間に挟持された液晶層と、前記第２基板の前記液晶層側の面上に相互に離間して形成された複数の透明電極と、該複数の透明電極と前記第２基板との間に形成されているとともに、表面に凹凸が付与された反射膜と、前記反射膜と前記複数の透明電極との間に形成されているとともに、前記複数の透明電極のそれぞれに対向した着色領域を有するカラーフィルタと、前記第２基板の背後に配置されたバックライトと、を備える液晶装置であって、前記バックライトからの光を前記液晶層側に透過させる前記反射膜の設けられていない領域が前記複数の透明電極間の間隙に対応して設けられ、前記カラーフィルタの前記着色領域は、前記反射膜の設けられていない領域と前記透明電極の重なる領域及び前記反射膜上に配置されていることを特徴とする液晶装置を提供する。
【００２０】
本発明の液晶装置によれば、第１基板側から入射した外光のうち透明電極を透過した部分は、該透明電極に対向する領域に形成された反射膜により液晶層側に反射され、反射型表示が行われる。この際、反射膜は、第２基板の液晶層側に配置されているため、該反射膜と液晶層との間に間隙が殆どなく、そのため視差に起因する表示の二重映りや表示のにじみが発生しない。他方、第１基板側から入射した外光のうち透明電極間の間隙を透過する部分は、液晶層側に反射すると、所謂光抜け（白抜け）を起こしてコントラスト比を低下させてしまう。
【００２１】
しかるに本発明の液晶装置では、このように第１基板側から入射した外光のうち透明電極間の間隙を透過する部分は、該間隙に対向する反射膜の設けられていない領域を透過するので、この領域においては反射膜により液晶層側に反射されることはない。従って、透明電極の間隙を抜ける光が反射膜で反射されて外部へ出射される表示光に混じることによる画質劣化を低減できる。
【００２２】
本発明の液晶装置の一態様では、前記反射膜は、前記複数の透明電極に対応して相互に離間している複数の反射膜からなる。この態様によれば、複数の透明電極に対応して相互に離間している複数の反射膜により、透明電極を透過する外光を反射することができると共に、透明電極間の間隙を抜ける外光を反射膜の間隙でそのまま通過させて反射しないようにできる。
【００２３】
本発明の液晶装置の他の態様では、前記第１及び第２基板のうち少なくとも一方の上に形成されており、前記複数の透明電極に対向する着色領域を持つカラーフィルタを更に備えており、前記カラーフィルタは、前記複数の透明電極間の間隙の少なくとも一部に対向する領域には遮光領域を持たない。この態様によれば、カラーフィルタの着色領域を介して透明電極を透過する光が反射膜により反射されて、カラーの反射型表示が行われる。
【００２４】
この際、カラーフィルタは、少なくとも透明電極間の間隙に対向して反射膜が設けられていない領域には、遮光領域を持たない。従って、この遮光領域を持たない着色領域間の領域を外光が通過するものの、この領域には反射膜も形成されていないため、該外光が反射膜により反射されて相隣接する着色領域間でカラー画像が混食して表示が滲んだりボケたりする事態を未然に防げる。
【００２５】
本発明の液晶装置の他の態様では、前記透明電極と前記反射膜との間に絶縁膜が介在する。この態様では、透明電極と反射膜との間に絶縁膜が介在しているので、反射膜をＡｌ等の導電性材料から構成しても、複数の透明電極が反射膜を介して漏電したり短絡したりする可能性を低減でき、反射膜の平面パターンについての自由度も高まる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液晶装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。
【００２７】
本発明に係る液晶装置の実施例を図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明に係る液晶装置の実施例の構造を示す概略縦断面図である。この実施例は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置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は可能である。
【００２８】
実施例の半透過反射型の液晶装置では、２枚の透明基板４０１及び４０２の間に液晶層４０３が枠状のシール材４０４によって封止された液晶セルが形成されている。液晶層４０３は、誘電異方性が負のネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板４０１の内面上には、複数のストライプ状の透明電極４０９がＩＴＯなどによって形成されていて、透明電極４０９の表面上には液晶を垂直に配向させる配向膜４１０が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００２９】
このラビング処理によって、液晶分子はラビング方向に約８５度のプレティルト角を有している。ＴＦＴ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、透明電極４０９は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。
【００３０】
一方、下側の透明基板４０２の内面上には、感光性のアクリル樹脂によって高低差約８μｍの凹凸が形成されており、その表面上に１．０重量％のＮｄを添加したＡｌを２５ｎｍの厚みでスパッタし、その後、島状（図２（ａ）参照）或いはストライプ状（図２（ｂ）参照）にパターニングして、反射膜４１１を形成する。
【００３１】
ここで、本発明の反射膜４１１の形成例として参照した図２（ａ）、（ｂ）をを簡単に説明する。図２（ａ）は、ＴＦＤ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置に本発明を適用したときの下側透明基板の正面概略図であり、島状のＡｌ反射膜５０３上に、この反射膜５０３よりも面積が一回り広い島状のＩＴＯ透明電極５０４が積層形成されたものを示している。なお、５０１は走査線、５０２はＴＦＤ素子である。
【００３２】
図２（ｂ）は、単純マトリクス型の液晶装置に本発明を適用したときの下側透明基板の一例における正面概略図であり、液晶セルの上側透明基板内面に形成されたストライプ状のＩＴＯ透明電極６０１に交差するように、下側透明基板内面にＡｌ反射膜６０２よりも面積が一回り広いストライプ状の透明電極６０３が形成されているものを示している。
【００３３】
図１において、反射膜４１１上には、保護膜４１２を介して、カラーフィルタ４１４が形成され、このカラーフィルタ４１４には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層が所定パターンで配列されているこカラーフィルタ４１４の表面上には透明な保護膜４１５が被覆されており、この保護膜４１５の表面上に複数のストライプ状の透明電極４１６がＩＴＯ膜などにより、上記カラーフィルタ４１４の着色層毎に上記透明電極４０９と交差するように形成されている。透明電極４１６の表面上には配向膜４１７が形成される。なお、この配向膜４１７にはラビング処理を施さない。
【００３４】
上側の透明基板４０１上に外面上に偏光板４０５が配置され、偏光板４０５と透明基板４０１との間に位相差板（１／４波長板）４０６が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板４０２の背後に位相差板（１／４波長板）４０８が配置され、この位相差板（１／４波長板）４０８の背後に偏光板４０７が配置されている。そして、偏光板４０７の後方には、白色光を発する蛍光管４１９と、この蛍光管４１９に沿った入射瑞面を備えた導光板４１８とを有するバックライトが配置されている。
【００３５】
導光板４１８は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管４１９の光を瑞面にて受けて、図の上面からほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることができる。
【００３６】
この実施例では、透過型表示のときに各ドット間の領域から光が漏れるのを防ぐために、カラーフィルタ４１４の各着色層の間に形成された遮光部であるブラックマトリクス層４１３が平面的にほぼ対応して設けられている。ブラックマトリクス層４１３はＣｒ層を被着したり、感光性ブラック樹脂層で形成する。
【００３７】
ここで図３（ａ）に示すように、偏光板４０５と偏光板４０７の透過軸Ｐｌ及びＰ２は同方向に設定されており、これら偏光板の透過軸Ｐ１及びＰ２に対して、位相差板（１／４波長板）４０６及び４０８の遅相軸Ｃｌ及びＣ２の方向は、θ＝４５度時計方向に回転した方向に設定されている。さらに、透明基板４０１の内面上の配向膜４１０のラビング処理の方向Ｒ１もまた、位相差板（１／４波長板）４０６及び４０８の遅相軸Ｃ１及びＣ２の方向と一致する方向に施されている。
【００３８】
このラビング方向Ｒ１は、液晶層４０３の電界印加時における液晶分子長軸の倒れる方向を規定する。液晶層４０３には、負のネマティツク液晶を用いる。また図３（ｂ）に、本実施例による反射型表示における反射率の駆動電圧特性と、透過型表示における透過率の駆動電圧特性とを示す。電界無印加時の表示状態は暗（黒）である。この液晶セルを用いると、ブラックマトリクス層４１３を形成する必要がなくなる。
【００３９】
次に図１を参照して、以上の如く構成された本実施例における反射型表示及び透過型表示についてその作用を説明する。先ず反射型表示の場合、図１において上側から当該液晶装置に入射する外光は、偏光板４０５、位相差板４０６をそれぞれ透過し、液晶層４０３を通過後、カラーフィルタ４１４を通過し反射膜４１１によって反射され、再び偏光板４０５から出射される。このとき、液晶層４０３への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。
【００４０】
また透過型表示の場合、バックライトからの光は偏光板４０７及び位相差板４０８によって所定の偏光となり、反射膜４１１の各間隙より液晶層４０３に導入され、カラーフィルタ４１４、液晶層４０３を通過後、位相差板４０６を透過する。このとき、液晶層４０３への印加電圧に応じて、偏光板４０５から透過（明状態）した状態と吸収（暗状態）した状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【００４１】
本発明の反射膜４１１の上述の説明において参照した図２（ａ）、（ｂ）で説明すると、透過型表示時は、バックライトから液晶セルに入射した光のうち反射膜５０３又は反射膜６０２の間隙を通り、透明電極５０４又は透明電極６０３部分に入射するバックライトからの光源光だけが、液晶層に導入される。
【００４２】
上述したような本実施例の構成によれば、二重映りや表示のにじみのない反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできるカラー液晶装置が実現される。
【００４３】
本実施例の反射膜４１１にはＡｌが主成分の金属層を用いて、この表面を保護膜４１２で覆い、その上にカラーフィルタ４１４や保護膜４１５、透明電極４１６を形成している。このため、Ａｌ金属層が直接ＩＴＯ現像液やカラーフィルタ現像液と触れることがないので、Ａ１金属層が現像液で溶解することがない。さらに、傷がつきやすいＡｌ金属層を取り扱いやすくすることができる。例えば、１．０重量％のＮｄを添加した２５ｎｍ厚のＡｌは、反射率８０％及び透過率１０％の値を示し、反射膜４１１として十分に機能する。
【００４４】
更に凹凸を付与した反射膜４１１は、反射光を広角に反射させることができるので、広視野角の液晶装置が実現される。尚、本実施例においては反射膜上に保護膜を形成する代わりに、反射膜を陽極酸化や熱酸化を利用して或いは、陽極酸化して得た酸化膜に加えて、スピンコートにより有機物質を塗布し積層することにより、反射膜上に絶縁膜を形成してもよい。
【００４５】
以上説明した実施例に用いるカラーフィルタ４１４の着色層について図４を参照して説明する。図４は、カラーフィルタ４１４の各着色層の透過率を示す特性図である。
【００４６】
本実施例においては、反射型表示を行う場合、入射光が一旦カラーフィルタ４１４のいずれかの着色層を透過した後、液晶層を通過して反射膜によって反射され、再び着色層を透過してから放出される。したがって、通常の透過型の液晶装置とは異なり、カラーフィルタ４１４を二回通過することになるため、通常のカラーフィルタでは表示が暗くなり、コントラストが低下する。
【００４７】
そこで、本実施例では、図４に示すように、カラーフィルタ４１４のＲ、Ｇ、Ｂの各着色層の可視領域における最低透過率６１が２５〜５０％になるように淡色化して形成している。着色層の淡色化は、着色層の膜厚を薄くしたり、着色層に混合する顔料若しくは染料の濃度を低くしたりすることによってなされる。このことによって、反射型表示を行う場合に表示の明るさを低下させないように構成することができる。
【００４８】
このカラーフィルタ４１４の淡色化は、透過型表示を行う場合にはカラーフィルタ４１４を一回しか透過しないため、表示の淡色化をもたらすが、本実施例では反射膜によってバックライトの光が多く遮られることが多いため、表示の明るさを確保する上でむしろ好都合である。
【００４９】
本発明の液晶装置は、上述した各実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう液晶装置もまた本発明の技術杓範囲に含まれるものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る液晶装置は、明るく高コントラストの画像表示が可能な各種の表示用装置として利用可能であり、更に、各種の電子機器の表示部を構成する液晶装置として利用可能である。また、本発明に係る電子機器は、このような液晶装置を用いて構成された液晶テレビ、ビユーファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、携帯電話、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タツチパネル等として利用可能である。
【００５１】
特に、本発明に係る液晶装置を携帯情報機器の表示部として用いれば、反射型でも半透過反射型でも、透過型でも表示が明るく鮮やかな携帯情報機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶装置の実施例の概略構造を示す概略縦断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る液晶装置の実施例における間隙をおいて配置された反射膜からなる半透過反射膜の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明に係る液晶装置の実施例における間隙をおいて配置された反射膜からなる半透過反射膜の他の例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る液晶装置の実施例の偏光板、位相差板及び液晶セルのラビング方向の関係を示す説明図である。（ｂ）は、（ａ）の関係を持つときの液晶装置の駆動電圧一反射率／透過率特性を示す特性図である。
【図４】本発明に係る液晶装置の実施例におけるカラーフィルタの着色層毎の光透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
４０１、４０２    透明基板
４０３    液晶層
４０４    シール材
４０６、４０８    位相差板（１／４波長板）
４０７    偏光板
４０９、４１６、５０４、６０１、６０３    透明電極
４１０、４１７    配向膜
４１１、５０３、６０２    反射膜
４１２、４１５    保護膜
４１４    カラーフィルタ
４１８    導光板
４１９    蛍光管
【図１】
0003617520.tif 000002
【図２】
0003617520.tif 000003
【図３】
0003617520.tif 000004
【図４】
0003617520.tif 000005