(57)【要約】【課題】透過モードの明るさを向上させた半透過型の液晶装置を提供する。【解決手段】透明基板４上に透明電極８と配向膜１５とを順次積層してなる他方部材Ｂと、透明基板４の他方主面上に光透過孔を有する光反射膜１１を形成し、この光反射膜１１上に透明電極８と配向膜９とを順次積層してなる一方部材Ａと、の間にネマチック型液晶を介在させてマトリックス状に画素を配列せしめてなる半透過型の液晶表示装置であって、前記光反射膜１１が形成された透明基板４の他方主面上に偏光板１を配置するとともに、前記光反射膜１１の上部に、この光反射膜１１の反射領域のみにλ／４複屈折層５を形成し、前記反射領域と透過領域とに跨がるカラーフィルタ層を形成して成る液晶表示装置において、  前記透過領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＴｔ、前記反射領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＲtとした時、前記λ／４複屈折層５の厚みが実質的にＴｔ−Ｒｔで求まる値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示電極、配向膜を有する一方の透明基板と、表示電極、配向膜を有する他方の透明基板とが、液晶を介在させて貼り合わせて成る液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの他方の透明基板の外側に配置され、かつ外側主面に反射手段を具備した導光板と、該導光板に光を供給する光源とからなるバックライトとを有するとともに、前記両基板の表示電極が交差してなる表示画素領域に相当する一方の透明基板の内側主面に、反射膜を形成してなる反射領域と、該反射膜を形成せず前記バックライトの光を透過させる透過領域とを有し、前記反射膜上にλ／４複屈折層を配置するとともに、前記反射領域と透過領域とに跨がるカラーフィルタ層を形成して成る液晶表示装置において、
前記透過領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＴｔ、前記反射領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＲtとした時、前記λ／４複屈折層の厚みが実質的にＴｔ−Ｒｔで求まる値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記λ／４複屈折層は、配向された液晶分子を含む樹脂膜から成り、かつ該λ／４複屈折層と前記反射膜との間には、前記液晶分子を配向させるための配向層が介在されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は１つの画素領域に反射領域と透過領域とを有する液晶表示装置に関して、特に透過領域における透過光の光利用効率を向上させた半透過型の液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらにバックライトを使用しない反射型液晶表示装置の技術も開発されており、薄型、軽量および低消費電力化に優れている。
【０００３】
反射型液晶表示装置には、後方に配設した基板の内面に対し凹凸形状の光反射層を形成した散乱反射型があるが、バックライトを用いないことで、周囲の光を有効に利用している。
【０００４】
また、光反射層に代えて、半透過膜を形成し、バックライトを設け、反射モードや透過モードに使い分ける半透過型の液晶表示装置も開発されている。
【０００５】
この半透過型の液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いたり、あるいはバックライトを装着して透過型の装置として使用するが、双方の機能を併せ持たせるために、ハーフミラーの半透過膜を使用している（特許文献１参照）。また、アクティブマトリクス型半透過型の液晶表示装置に同様な目的で半透過膜を使用することが提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
また、かかるハーフミラーの半透過膜を使用すると、反射率と透過率の双方の機能をともに向上させることが難しいという課題があり、この課題を解消するために、光透過用ホールを設けた光反射膜を上記の半透過膜に代えて使用した半透過型の液晶表示装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
具体例として、図４は、従来技術における半透過型の液晶表示装置の１例を示す概略断面図であり、図５はその一方部材Ａの要部拡大図であり、光の偏光状態の模式を示している。
【０００８】
図４と図５に示す半透過型の液晶表示装置２２のように、バックライト（図示せず）からの透過光Ｘは、偏光板１において、偏光板１の透過軸方向の直線偏光成分のみが透過でき、偏光板１を透過したこの直線偏光がλ／４板１３において左円偏光に変換される。そして、光反射膜１１に設けた光透過孔１４とカラーフィルタ６、透明電極８，配向膜９を左円偏光のまま通過し、液晶層１０に入射する。
【０００９】
また、バックライトからの透過光Ｙは、偏光板１において、偏光板１の透過軸方向の直線偏光成分のみが透過でき、λ／４板１３において左円偏光に変換される。次に光反射膜１１によって反射される際に右円偏光に変換される。次にλ／４板１３において偏光板１の透過軸と垂直方向の直線偏光に変換される。そして、この直線偏光の方向と偏光板１の透過軸方向が垂直であるため、偏光板１にて吸収される。この半透過型の液晶表示装置２２の透過モードにおける明るさはバックライトから光透過孔１４を透過した光量によって決められる。
【特許文献１】特開平８−２９２４１３号公報
【特許文献２】特開平７−３１８９２９号公報
【特許文献３】特許第２８７８２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述した半透過型の液晶表示装置において、光反射膜に光透過孔を形成した構造では、透過モードに寄与する部分は光透過孔部のみであり、光反射膜部に入射したバックライト光は、光反射膜に反射されたのち一方部材の偏光板で吸収されるため、透過モードにおいて、光透過孔部を透過した光のみでは、十分な明るさが得られなかった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は透過モードにおいて光反射膜部に入射した光を再利用することによって、透過モードの明るさを向上させた半透過型の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の液晶表示装置は、表示電極、配向膜を有する一方の透明基板と、表示電極、配向膜を有する他方の透明基板とが、液晶を介在させて貼り合わせて成る液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの他方の透明基板の外側に配置され、かつ外側主面に反射手段を具備した導光板と、該導光板に光を供給する光源とからなるバックライトと、を有するとともに、前記両基板の表示電極が交差してなる表示画素領域に相当する一方の透明基板の内側主面に、反射膜を形成してなる反射領域と、該反射膜を形成せず前記バックライトの光を透過させる透過領域とを有し、前記反射膜上にλ／４複屈折層を配置するとともに、前記反射領域と透過領域とに跨がるカラーフィルタ層を形成して成る液晶表示装置において、
前記透過領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＴｔ、前記反射領域におけるカラーフィルタ層の厚みをＲtとした時、前記λ／４複屈折層の厚みが実質的にＴｔ−Ｒｔで求まる値に設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに本発明の液晶表示装置は、前記λ／４複屈折層は、配向された液晶分子を含む樹脂膜から成り、かつ該λ／４複屈折層と前記反射膜との間には、前記液晶分子を配向させるための配向層が介在されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、透明基板上に表示電極と配向膜とを順次積層してなる一方部材と、透明基板上に表示電極と配向膜とを順次積層してなる他方部材との間にネマチック型液晶を介在させてマトリックス状に画素を配列せしめてなる半透過型の液晶表示装置であって、他方透明基板の外側主面に反射手段を具備した導光版と光源とからなるバックライトを有し、かつ他方透明基板の内側主面に光透過孔を有する光反射膜を形成し、この光反射膜上にλ／４複屈折層を形成し、前記バックライトと他方透明基板との間に偏光板を配置することで、上記偏光板を通り他方透明基板に入射するバックライト光は、他方透明基板内側主面に形成された光反射膜で反射され、偏光板の透過軸と同じ方向の偏光状態のまま偏光板で吸収されることなくバックライトに戻り、バックライトの反射手段で再び他方透明基板に入射し、光を再利用することができるため、透過モードにおける液晶表示装置の明るさを向上させることができる。
【００１５】
また、λ／４複屈折層の厚みを変えることで、透過領域と反射領域におけるカラーフィルタ層の厚みの差を調整できることができ、透過モードと反射モードのそれぞれの色調を最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る半透過型の液晶表示装置を図面により詳述する。
【００１７】
図１は本発明に係る液晶表示装置の概略断面図であり、図３は本発明に係る液晶表示装置の一方部材の要部拡大図であり、光の偏光状態を示している。尚、図２は本発明に係る液晶表示装置の一方部材の製造方法の工程を示したものである。
【００１８】
最初に図１に示す液晶表示装置２０の構造を説明する。
【００１９】
液晶表示装置２０の液晶パネルはガラス基板４を含む一方部材部Ａとガラス基板４を含む他方部材Ｂと、この両部材に挟持された液晶層１０とから主に構成されている。
【００２０】
一方部材Ａについては、ガラス基板４の内面側主面に光透過孔１４を有する光反射膜１１を形成し、前記光反射膜１１が形成された反射領域のみにλ／４複屈折層５を形成されている。また、光反射膜１１とλ／４複屈折層５との間には、λ／４複屈折層５を配向させるための配向膜１５が配置されている。
【００２１】
また、それの上にカラーフィルター６、アクリル系樹脂から成るオーバーコート層７、多数平行にストライプ状配列したＩＴＯから成る表示電極点光源ある透明電極８、および一定方向にラビングしたポリイミド樹脂から成る配向膜９が順次積層されている。なお、透明電極８と配向膜９との間に樹脂やＳｉＯ2等から成る絶縁膜を介在させてもよい。
【００２２】
カラーフィルター６は顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料（赤、緑、青）により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。
【００２３】
液晶表示装置２０の他方部材Ｂについては、ガラス基板４の内面には多数平行にストライプ状配列したＩＴＯから成る表示電極である透明電極１２、および一定方向にラビングしたポリイミド樹脂から成る配向膜９が順次積層されている。また、配向膜９は透明電極１２上に直接成膜形成しているが、配向膜９と透明電極１２との間に樹脂やＳｉＯ２等から成る絶縁膜を介在させてもよい。
【００２４】
そして、このような構成の一方部材Ａおよび他方部材Ｂを、たとえば０°〜１８０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶１０を介してシール部材（図示せず）により貼り合わせる。また、両部材間には液晶１０の厚みを一定にするためにスペーサ（図示せず）を多数個配している。
【００２５】
さらに一方部材Ａのガラス基板４の外側主面にヨウ素系の偏光板１を順次形成する。また、他方部材Ｂのガラス基板４の外側主面に偏光板１を順次形成する。これらの配設については、アクリル系の材料から成る粘着材を塗布することで行う。
【００２６】
そして、偏光板１に対し、光源部と導光板から成るバックライトユニットを密着させて配設する。
【００２７】
バックライトは、透光性材料からなる導光板３１と、この導体板３１の裏面側（図では下部側）に配置した反射層３２と、導光板３１の端面に光源３３が配置されている。そして、光源部３３から出斜された光は、導光板３１を介して、また、導光板３１の裏面の反射層３２に反射されて、液晶表示装置２０の一方部材Ａの偏光板１およびガラス基板４に導かれることになる。尚、導光板３１は光を均一に液晶表示装置２０の一方部材Ａ側に導くために光散乱機能をもたせている。また、反射層３２は、反射性の高い金属層を導光板３１に被着形成したり、導光板３１の裏面を物理的に反射させる反射溝を形成したりして構成されている。
【００２８】
ここで、図１の構造は、パッシブ駆動もしくはＴＦＴ、ＴＦＤなどのアクティブ素子を内設したパネル構造でもよい。
【００２９】
次に、本発明に係る液晶表示装置２０の製造方法について説明する。
【００３０】
本発明に係る液晶表示装置２０の他方部材Ｂは従来技術で製造されるため、この製造方法の説明を省略する。
【００３１】
本発明に係る液晶表示装置２０の一方部材Ａの製造方法については、図２に示すように、（ａ）〜（ｄ）工程を用いて製造する。以下（ａ）〜（ｄ）工程の詳細を説明する。
【００３２】
（ａ）ガラス基板４に、金属膜（例えばＡｌ，Ａｇもしくはこれらの合金）等を成膜後パターンニング（一般的なフォトリソ技術などを用いて）し、光反射膜１１を形成する。さらに配向膜１５を印刷法により形成し、ラビングし配向処理する。ラビング布は吉川加工製ＹＡ２０Ｒ、回転数１２００ｒｐｍ、押し込み量０．５ｍｍである。
【００３３】
（ｂ）次に、複屈折率を有する液晶材料（△ｎ＝０．１３８、λ=５８９ｎｍ）を混合した透明感光性レジスト５を１μmの厚さで塗布する。プリベーク80℃・２分を行い、溶媒を蒸発させる。フォトマスクを用いて反射領域に対応する部分のみを露光50mjを行う。この工程により、（ａ）工程にて配向処理した方向に液晶分子が一軸配向する。
【００３４】
（ｃ）現像を行い、未露光部を除去することにより、反射領域のみにλ／４複屈折層５をパターニングする。その後ポストベーク200℃、30分行い硬化する。
【００３５】
（ｄ）赤、緑、青からなる顔料を均一に分散したレジストを各画素にフォトリソグラフィにより形成し、
更に表面を平滑にするため、透明樹脂でオーバーコート７を行っても良い。
【００３６】
さらに、本発明に係る他の実施形態における液晶表示装置の動作原理を図３を用いて説明する。
【００３７】
まず、バックライト（図示せず）からの透過光Ｘは、偏光板１において、偏光板１の透過軸方向の直線偏光成分のみが透過され、次に、光透過孔１４およびカラーフィルタ６を透過し直線偏光成分のまま液晶層１０側に入射される。
【００３８】
バックライトからの透過光Ｙは、偏光板１において、偏光板１の透過軸方向の直線偏光成分のみが透過でき、次に光反射膜１１の裏面で反射される。即ち、偏光板１の透過軸と同じ方向の直線偏光のまま、光反射膜１１で反射して、バックライト側に反射されることになる。そして、この直線偏光の方向と、偏光板１の透過軸方向が同じ方向であるため、反射された光は、偏光板１に吸収されることがなく、バックライトの導光板３１に入射され、さらにバックライトの反射層３２で再度反射されることになる。結果として、光反射膜１１で反射されたバックライトの光は、バックライト側に吸収されることなく、再び導光板３１から出射（反射層３２で反射される）されるため、この光を再利用することができる。
【００３９】
また、図２（ｄ）のように透過領域と反射領域にわたりカラーフィルタを形成するが、反射領域に形成したλ／４複屈折層の厚みを変えることで、透過領域のカラーフィルタ厚みＴｔと反射領域のカラーフィルタの厚みＲｔを調整することができ、λ／４複屈折層の厚みが実質的にＴｔ−Ｒｔという関係になる。透過領域はカラーフィルタ厚みＴｔをバックライトからの光が１回透過し，反射領域はカラーフィルタ厚みＲｔを外部からの上側より入射時に１回、光反射膜に反射した後に１回、計２回光が通過するが、ＴｔとＲｔの厚みを変えられることで、透過領域、反射領域それぞれの色調を合わせるように調整することが可能となり、透過モード，反射モードのどちらの表示でも色調の差が少なくなり、モードを変えても違和感無く表示を見ることができる。
【００４０】
次に、光学特性の評価方法について説明する。
【００４１】
反射モードの場合、図６に示すように、液晶表示装置の斜め上部１５°から光（Ｃ光源）を入射させ、液晶表示装置を駆動させた際の垂直方向の反射光の反射率、色域面積を測定した。なお、反射光の視認性を向上するため半透過液晶表示装置の一方基板表示面側に散乱板を配置している（例えば、ＩＤＳ：住友化学社製：図示せず）。
【００４２】
また、透過モードの場合は、図７に示すように、液晶表示装置の下部から光（Ｃ光源）を入射させ、液晶表示装置を駆動させた際の垂直方向の透過光の透過率、色域面積を測定した。
【００４３】
図８に、色域面積の定義図を示した。色域面積は各ＲＧＢ色度点を囲んだ面積とＮＴＳＣとの比を示す。この面積が大きいほど、色再現性が高くなり、色純度の高いパネル表示が得られる。
【００４４】
表１は、従来技術と本発明に係る半透過液晶表示装置の透過率、反射率，色域面積をまとめたものである。なお、従来技術のデータをそれぞれ１．００にした時に、本発明のデータを相対値で示したものである。
【表１】
2005283851.tif 000003
【００４５】
上記データにおいて、本発明の装置は透過領域のカラーフィルタ厚みＴｔが従来技術のの液晶表示装置に比べ約２倍に厚くしたことから、透過率は低下する傾向にあるが、上記の光の再利用効果により、従来技術に比べ透過率低下はわずかに抑えつつ、色域面積は２倍に向上し、また反射領域のカラーフィルタ厚みＲｔは従来技術の装置とほぼ同じ厚さにしているため、従来技術に比べ反射率はほとんど変化がなく、色域面積もほとんど変化がない。
【００４６】
したがって、本発明の装置は透過モードにおいて表示特性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る液晶表示装置の一方部材の製造方法の工程を示す概略図である。
【図３】本発明に係る液晶表示装置の一方部材の要部拡大図である。
【図４】従来技術における液晶表示装置の概略断面図である。
【図５】従来技術における液晶表示装置の一方部材の要部拡大図である。
【図６】液晶表示装置の反射モードにおける光学特性評価方法を示す模式図である。
【図７】液晶表示装置の透過モードにおける光学特性評価方法を示す模式図である。
【図８】色域面積の定義図を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・偏光板
２・・・第二位相差板
３・・・第一位相差板
４・・・ガラス基板
５・・・１／４複屈折層
６・・・カラーフィルタ
７・・・オーバーコート
８・・・透明電極
９・・・配向膜
１０・・・液晶
１１・・・光反射膜
１２・・・透明電極
１３・・・λ／４板
１４・・・光透過孔
１５・・・配向膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005283851.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005283851.tif 000008
【図６】
2005283851.tif 000009
【図７】
2005283851.tif 000010
【図８】
2005283851.tif 000011