(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層の観察側に異なる色フィルターが配置され、液晶層の反対側に反射層が配置されてなる異なる色の複数の画素の組み合わせからなる液晶表示装置において、
前記各画素の反射層には開口が設けられ、
前記各画素の反射層の観察側と反対側に点灯制御可能な照明装置を配置し、
前記照明装置からの光を分光して、対応する色の画素の反射層の開口に入射させる分光手段を配置し、
前記各画素の色フィルターの前記開口に対応する部分の着色層が透明層となっていることを特徴とする透過型兼反射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記分光手段がホログラムカラーフィルターであことを特徴とする請求項１記載の透過型兼反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型兼反射型液晶表示装置に関し、特に、反射型と透過型を切り換えて表示することができる液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の分野では、例えば携帯電話向け液晶表示装置等において、環境等の状況によってユーザが反射型と透過型を使い分けることが可能な透過型兼反射型液晶表示装置が知られている。
【０００３】
その中の一つは、透過型液晶表示素子の裏面に半透過ミラーを配置して、反射型で用いる場合は、液晶表示素子の観察側の外光を裏面の半透過ミラーで観察側へ反射させて表示を観察可能にし、透過型で用いる場合は、半透過ミラーのさらに裏面側に配置したバックライトを点灯して半透過ミラーを透過した光で表示を観察可能にするものである。
【０００４】
もう一つの透過型兼反射型液晶表示装置は、反射型液晶表示素子の各画素の観察側と反対側に配置された反射層に開口を設けて構成し、反射型で用いる場合は、液晶表示素子の観察側の外光を裏面の開口以外の反射層で観察側へ反射させて表示を観察可能にし、透過型で用いる場合は、反射層の裏面側に配置したバックライトを点灯してその開口を透過した光で表示を観察可能にするものである（例えば、「ＦＬＡＴ−ＰＡＮＥＬ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ２００１」ｐｐ．１２３〜１２４）。
【０００５】
後者の場合、各画素の反射層開口に対応する部分及び開口以外に対応する部分にも、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルターを着色層として一律同じものを設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現実的なカラーフィルターの透過率分布は、図３（ａ）と（ｂ）に示すように、所望の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する山とそれ以外の谷の高さに関して典型的には２つのタイプに大別される。▲１▼山が高い（１００％）が、谷も高い（０％に近くならない）ものか（図３（ｂ））、▲２▼谷が低い（０％に近い）が、山も低い（１００％に近くならない）もの（図３（ａ））である。▲１▼は、外光を用いるため元々色再現性が悪い反射型に合せたもので、光が往復２回透過する必要があるので、透過率を優先させており、透過型として用いると色再現性が悪くなる。▲２▼は透過型の色再現性の良さに合せたものだが、透過型、反射型共輝度が落ちる。この輝度の低下は、特に透過型の場合において、携帯電話向け等で要求される低消費電力化に反することになる。
【０００７】
このように、反射層に開口を設けて透過型と反射型の液晶表示装置を兼用する場合に、開口部と非開口部に一律に同じカラーフィルターを配置すると、図３（ａ）のものを用いると、特に反射型として用いる場合に、輝度が低下してしまう。一方、図３（ｂ）のものを用いると、特に透過型として用いる場合に、色再現性が悪くなる問題がある。
【０００８】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射型液晶表示素子の各画素の反射層に開口を設けて透過型と兼用した液晶表示装置において、反射型、透過型何れで用いても最適な色再現性と輝度が得られるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の透過型兼反射型液晶表示装置は、液晶層の観察側に異なる色フィルターが配置され、液晶層の反対側に反射層が配置されてなる異なる色の複数の画素の組み合わせからなる液晶表示装置において、
前記各画素の反射層には開口が設けられ、各画素の色フィルターの前記開口に対応する部分の着色層と前記開口に対応しない部分の着色層との透過率の波長分布が異なることを特徴とするものである。
【００１０】
この場合に、各画素の色フィルターの開口に対応しない部分の着色層の透過率が開口に対応する部分の着色層の透過率より高く設定されていることが望ましい。
【００１１】
また、各画素の色フィルターの開口に対応する部分の着色層は色再現優先で、開口に対応しない部分の着色層は光利用効率優先となるように透過率が設定されていることが望ましい。
【００１２】
また、各画素の反射層の観察側と反対側に点灯制御可能な照明装置を配置することが望ましい。
【００１３】
その場合に、照明装置からの光を分光して、対応する色の画素の反射層の開口に入射させる分光手段を配置することもできる。
【００１４】
その分光手段としては例えばホログラムカラーフィルターがある。
【００１５】
その場合には、各画素の色フィルターの開口に対応する部分の着色層が透明層となっていることが望ましい。
【００１６】
本発明においては、各画素の反射層には開口が設けられ、各画素の色フィルターの開口に対応する部分の着色層と開口に対応しない部分の着色層との透過率の波長分布が異なるように構成されているので、反射型液晶表示装置として用いる場合は、反射型に対応した透過率の波長分布の着色層を開口に対応しない部分に用いることにより、通常の反射型液晶表示装置と同等の明るさ、色再現性の表示が可能になり、また、透過型液晶表示装置として用いる場合は、透過型に対応した透過率の波長分布の着色層を開口に対応する部分に用いることにより、通常の透過型液晶表示装置と同等の明るさ、色再現性の表示が可能になり、何れの使用形態でも最適な色再現性と輝度が得られるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の透過型兼反射型液晶表示装置の実施例について説明する。
【００１８】
図１は本発明の１実施例の透過型兼反射型液晶表示装置の構成を示す部分断面図（ａ）とそのカラーフィルターの構成を示す平面図（ｂ）である。この透過型兼反射型液晶表示装置は、液晶表示素子１とその裏面に配置されたバックライト光源２とからなり、液晶表示素子１は、例えばＴＮ液晶表示素子あるいはＳＴＮ液晶表示素子からなり、観察側透明基板１１と反対側透明基板１２の間に液晶層１３を挟持して封止されている。図１（ａ）の液晶層１３を破線で仮想的に区切って図示してあるように、この液晶表示素子１は、周期的な繰り返し配置のＲ、Ｇ、Ｂ画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂからなるカラー表示用の液晶表示素子であり、観察側透明基板１１の液晶層１３側内面には、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに対応するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが周期的な繰り返し配置で設けられている。各カラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの構成は後記する。このようなＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの繰り返し配置からなるカラーフィルター層１４の表面に透明対向電極あるいは透明マトリックス電極１５が設けられ、その表面に図示しない配向層が設けられている。一方、反対側透明基板１２の液晶層１３側内面には、反射層１６が設けられているが、この反射層１６には各画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの中心部に開口１７が設けられている。その反射層１６の表面に透明画素電極あるいは透明マトリックス電極１８が設けられ、その表面図示しない配向層が設けられている。また、透明基板１１、１２の外側には偏光板１９、２０が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態で配置されている。
【００１９】
そして、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは、それぞれ反射層１６の開口１７に対応する部分に設けられたＲ、Ｇ、Ｂの透過型用フィルター１４Ｒａ、１４Ｇａ、１４Ｂａと、それらの周囲に配置されＲ、Ｇ、Ｂ画素３Ｒ、３Ｇ、３ＢをカバーするＲ、Ｇ、Ｂの反射型用フィルター１４Ｒｂ、１４Ｇｂ、１４Ｂｂとからなり、透過型用フィルター１４Ｒａ、１４Ｇａ、１４Ｂａは、それぞれ図３（ａ）に示したＲ、Ｇ、Ｂの透過率分布特性を有するものであり、反射型用フィルター１４Ｒｂ、１４Ｇｂ、１４Ｂｂは、それぞれ図３（ｂ）に示したＲ、Ｇ、Ｂの透過率分布特性を有するものである。
【００２０】
このような構成であるので、バックライト光源２を点灯しない状態では、液晶表示素子１の観察側からの外光２１が液晶表示素子１に入射し、例えばＧ画素３Ｇに入射した外光２１は、Ｇのカラーフィルター１４Ｇの反射型用フィルター１４Ｇｂと透過型用フィルター１４Ｇａとを経て液晶層１３に入射し、その裏面の反射層１６に達するが、透過型用フィルター１４Ｇａを経た光は反射層１６の開口１７に達して裏面に抜けてしまい利用されない。一方、反射型用フィルター１４Ｇｂを経て反射層１６に達した外光２１は開口１７以外の反射層１６に達して反射され、再度液晶層１３を反対側から通り反射型用フィルター１４Ｇｂを経て反射側に戻る。したがって、この反射光は、この画素３Ｇの両電極１５、１８間に印加される電圧状態に応じて液晶層１３で変調され、偏光板１９でその変調が強度変調に変換される。一方、バックライト光源２を点灯した状態では、液晶表示素子１は裏面から白色照明光２２で照明され、反射層１６の開口１７を経て液晶層１３に入射し、透過型用フィルター１４Ｇａを経て観察側に出る。したがって、この透過光は、この画素３Ｇの両電極１５、１８間に印加される電圧状態に応じて液晶層１３で変調され、偏光板１９でその変調が強度変調に変換される。他のＲ画素３Ｒ、Ｂ画素３Ｂについても、反射型、透過型何れの場合も同様であり、これらのＲ、Ｇ、Ｂ画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの変調状態の組み合わせにより、反射型の場合には輝度の高いカラー表示が可能であり、透過型の場合には色再現性の良いカラー表示が可能となる。
【００２１】
図２は、液晶表示素子とバックライトの間にホログラムカラーフィルターを配置してバックライトの利用効率を大幅に向上させた別の実施例の構成を示す部分断面図である。この実施例においては、本出願人が特開平６−２２２３６１号等において提案したホログラムカラーフィルターを前提にしているが、他の原理のホログラムカラーフィルターを用いる場合にも同様に本発明を適用できることは以下の説明から明らかになる。
【００２２】
図２の構成において、液晶表示素子１は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂそれぞれの反射層１６の開口１７に対応する部分が、図１の場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂの透過型用フィルター１４Ｒａ、１４Ｇａ、１４Ｂａであったが、図２の場合は、それぞれ透明部１４Ｒｔ、１４Ｇｔ、１４Ｂｔとなっていて色が着いていない点で異なり、他は同様の構成である。そして、この液晶表示素子１の裏面側には、ホログラムカラーフィルター３０が、反射層１６からその集光性ホログラム要素３０ａの焦点距離だけ離れて平行に配置されている。ここで、ホログラムカラーフィルター３０は透過型の集光性ホログラム要素３０ａのアレーからなるもので、このホログラムカラーフィルター３０には、図示しないバックライト光源を点灯した状態では、その光源からの平行な白色照明光２２が所定の斜めの入射角で入射するように照明される。そのため、照明光２２はホログラムカラーフィルター３０の各ホログラム要素３０ａでＲ、Ｇ、Ｂの３つの収束光２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂに角度分光され、その３つの光２２Ｒ、２２Ｇ、２２ＢはＲ、Ｇ、Ｂ画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの開口１７を経て液晶層１３に入射し、それぞれカラーフィルター１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの透明部１４Ｒｔ、１４Ｇｔ、１４Ｂｔを経て減衰なしに観察側に出るように構成されている。したがって、これら透過光は、これらの画素３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの変調状態に応じた強度変調を受け、より効率的で輝度が高く、色再現性の良いカラー表示が可能となる。図示しないバックライト光源を点灯しない状態では、図１の場合と全く同様にして、輝度の高いカラー表示が可能である。
【００２３】
なお、上記したように、上記の実施例では、ホログラムカラーフィルター３０として、透過型の集光性ホログラム要素３０ａのアレーからなるものを考えていたが、均一の回折格子とマイクロレンズの組み合わせからなるもの、回折の波長選択性、角度選択性を持つ体積型ホログラムを３層に配置してなるもの、あるいは、体積型ホログラム１層からなり、回折角の波長選択性が高い特性を用いて拡散白色光中の異なる入射角の異なる色成分を別々の角度に回折して色分光を行うもの等を用いてもよい。
【００２４】
以上、本発明の透過型兼反射型液晶表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。なお、液晶表示素子自体は上記実施例のＴＮ液晶表示素子、ＳＴＮ液晶表示素子に限定されず公知の種々の原理のものに適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の透過型兼反射型液晶表示装置によると、各画素の反射層には開口が設けられ、各画素の色フィルターの開口に対応する部分の着色層と開口に対応しない部分の着色層との透過率の波長分布が異なるように構成されているので、反射型液晶表示装置として用いる場合は、反射型に対応した透過率の波長分布の着色層を開口に対応しない部分に用いることにより、通常の反射型液晶表示装置と同等の明るさ、色再現性の表示が可能になり、また、透過型液晶表示装置として用いる場合は、透過型に対応した透過率の波長分布の着色層を開口に対応する部分に用いることにより、通常の透過型液晶表示装置と同等の明るさ、色再現性の表示が可能になり、何れの使用形態でも最適な色再現性と輝度が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の透過型兼反射型液晶表示装置の構成を示す部分断面図とそのカラーフィルターの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の別の実施例の透過型兼反射型液晶表示装置の構成を示す部分断面図である。
【図３】透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置に用いるカラーフィルターの透過率分布の例を示す図である。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
２…バックライト光源
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂ画素
１１…観察側透明基板
１２…反対側透明基板
１３…液晶層
１４…カラーフィルター層
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルター
１４Ｒａ、１４Ｇａ、１４Ｂａ…Ｒ、Ｇ、Ｂ透過型用フィルター
１４Ｒｂ、１４Ｇｂ、１４Ｂｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂ反射型用フィルター
１４Ｒｔ、１４Ｇｔ、１４Ｂｔ…透明部
１５…透明対向電極又は透明マトリックス電極
１６…反射層
１７…開口
１８…透明画素電極又は透明マトリックス電極
１９、２０…偏光板
２１…外光
２２…白色照明光
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ…Ｒ、Ｇ、Ｂの収束光
３０…ホログラムカラーフィルター
３０ａ…集光性ホログラム要素
【図１】
0004666554.tif 000002
【図２】
0004666554.tif 000003
【図３】
0004666554.tif 000004