液晶表示装置
【課題】本発明は、１台で反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置に関し、光の利用効率を向上させ、また、色再現範囲と透過率を向上させて高画質を実現できる反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光源６からの光が背面から入射するアレイ基板２と、外光が入射する対向基板４と、アレイ基板２と対向基板４との間に挟持された液晶層１４とを有し、アレイ基板２、入射した外光を液晶層１４へ反射させる反射晩１２と、光源６からの光を液晶層１４へ透過させる開口部１３とを所定の面積比で有している。
【解決手段】光源６からの光が背面から入射するアレイ基板２と、外光が入射する対向基板４と、アレイ基板２と対向基板４との間に挟持された液晶層１４とを有し、アレイ基板２、入射した外光を液晶層１４へ反射させる反射晩１２と、光源６からの光を液晶層１４へ透過させる開口部１３とを所定の面積比で有している。
【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（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）に関し、特に、１台で反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は通常、それぞれに透明電極が形成された背面側透明基板及び観察者側透明基板と、これらの基板間に挟持された液晶層とを有している。両基板の透明電極間に電圧を印加することにより液晶を駆動して、観察者側透明基板から射出する光の光量を制御して画像を表示するようになっている。
【０００３】また液晶表示装置は、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置とに大別される。透過型液晶表示装置は液晶層の背面側に光源（バックライト等）を有しており、光源から射出して液晶層を透過する光の透過率を変化させて画像を表示させるようになっている。一方、反射型液晶表示装置は、背面側透明基板に反射膜が設けられており、太陽光や室内光等の外光を観察者側透明基板側から液晶層に入射させ、反射膜で反射して液晶層を透過する光の透過率を変化させて画像を表示させるようになっている。透過光を着色するＣＦ（カラーフィルタ）を設けることにより白黒表示だけでなくカラー表示をすることができる。
【０００４】一般に、透過型液晶表示装置には光源が付属するため明るい表示が得られ、コントラストに優れておりカラー表示も大変見易いという利点を有している。しかしながら現状の透過型液晶表示装置は、ＣＲＴ等に比べれば低消費電力であるものの光源での電力消費が未だ大きい。このため、いわゆるノートブックパソコン等に搭載されて２次電池で駆動する場合には電池の消耗が著しく、長時間の使用ができず携帯性に劣るという問題を有している。
【０００５】一方、反射型液晶表示装置は装置内に光源を有さないため、ノートブックパソコン等に搭載しても消費電力が少なく携帯性に優れている。しかし、外光を利用しているため十分な光量が得られず、全体の表示が暗くなってしまうと共にコントラストも低く、高画質を要求されるカラー表示をするには不十分であるという問題を有している。
【０００６】このような透過型及び反射型液晶表示装置が有している問題を解決するため、装置内に光源を配置しさらに半透過反射板を設けた反射型カラー液晶表示装置が知られている。この反射型カラー液晶表示装置の構造について図９を用いて説明する。図９は、反射型カラー液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。
【０００７】図９に示す液晶表示装置２００は、透明ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成されたアレイ基板（背面側透明基板）２０２を有している。アレイ基板２０２と対向する位置に、液晶層２１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなる対向基板（観察者側透明基板）２０４が配置されている。アレイ基板２０２と対向基板２０４とはその周囲に塗布されたシール剤２１６により貼り合わされている。
【０００８】アレイ基板２０２の液晶層２１４側の各画素領域には図示しないＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２２が形成されている。対向基板２０４上には、液晶層２１４を介して画素電極２２２と対向するカラーフィルタ２２６が形成されている。さらにその上には透明保護膜２２８が形成され、その上に透明電極材料からなる共通電極２２４が形成されている。
【０００９】アレイ基板２０２の液晶層２１４と反対側の面には偏光板２１８が張り付けられており、対向基板２０４の液晶層２１４と反対側の面には、例えば偏光板２１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２２０が張り付けられている。
【００１０】偏光板２１８のアレイ基板２０２と反対側の面には半透過反射板２１２が配置されている。半透過反射板２１２は一般に反射板に網点状に微細な孔を開けた構造を有しており、光を所定の比率で反射光と透過光に分ける働きをする。しかし、半透過反射板２１２自身で１０％程度光を吸収してしまい光量の減少が発生する。半透過反射板２１２での反射率を８０％とすると透過率は１０％程度である。
【００１１】半透過反射板２１２の偏光板２１８と反対側の面には導光板２１０が設けられている。導光板２１０の端部には光源として蛍光管２０６が配置されている。導光板２１０の半透過反射板２１２と反対側の面には反射板２０８が貼り付けられている。蛍光管２０６を射出した光は、導光板２０６内を反射しつつ進み、反射板２０８で乱反射して半透過反射板２１２に入射して、上述のように入射光の約１０％が透過して透過光２３０となり、偏光板２１８で所定の偏光方位の透過光２３０となって液晶層２１４に進む。透過光２３０は液晶層２１４で変調されてからＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２２６を透過して偏光板２２０から所定の偏光方位の成分だけが透過する。
【００１２】一方、対向基板２０４側から入射した外光は半透過反射板２１２で約８０％が反射されて反射光２３２となる。これ以降の反射光２３２の動作は上述の透過光２３０と同様であるので説明は省略する。
【００１３】さて、図１０は透過型及び反射型の液晶表示装置にそれぞれ用いられるカラーフィルタの一般的な光学特性を示している。図１０（ａ）は、透過型用と反射型用のカラーフィルタの色度座標（ＣＩＥ１９３１表色系）を示している。図１０（ｂ）は、透過型用と反射型用のカラーフィルタの視感透過率を示している。図１０R>０（ａ）に示す色度座標において、頂点が丸印で示された三角形領域（ａ）は一般に透過型液晶表示装置で用いられるカラーフィルタの色度を示している。また、頂点が三角印で示された三角形領域（ｂ）は、反射型液晶表示装置で用いられるカラーフィルタの色度を示している。さらに、頂点が四角形印で示された三角形領域（ｃ）は、反射型液晶表示装置に入射した光が反射板で反射して三角形領域（ｂ）のカラーフィルタを２回通過した場合の色度を示している。
【００１４】また、図１０（ｂ）に示す視感透過率において、横軸の（α）は、透過型液晶表示装置で一般に用いられるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。同様にして、横軸の（β）は、反射型液晶表示装置で一般に用いられるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。さらに、横軸の（γ）は、（β）のカラーフィルタを２回通過した各光の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。
【００１５】一般に反射型液晶表示装置では、パネルに入射する外光の光量が低いのと入射光がカラーフィルタ中を２回通過することを考慮して、色純度（色再現範囲）は低いが視感透過率が高いカラーフィルタを用いる。このため、図１０（ａ）に示す色度座標における三角形領域（ｂ）の特性を有し、図１０（ｂ）に示す（β）の視感透過率を有するカラーフィルタが用いられる。
【００１６】しかしながら、三角形領域（ｂ）の特性を有する反射型用のカラーフィルタを透過型液晶表示装置で用いると、図１０（ａ）の色度座標に示すように、透過型液晶表示装置で一般に用いられる三角形領域（ａ）の１０％程度しかない三角形領域（ｂ）の色再現範囲しか得られない。また、図１０（ｂ）に示す視感透過率から明らかなように、通常の透過型（α）の白の視感透過率が約３０％であるのに対して反射型（β）の白の視感透過率は倍の６０％程度あるため、通常の透過型液晶表示装置の２倍の視感透過率となってしまう。
【００１７】一方、図１０（ａ）に示す色度座標における三角形領域（ｂ）の特性を有し、図１０（ｂ）に示す（β）の視感透過率を有するカラーフィルタを反射型液晶表示装置で用いると、入射した外光はカラーフィルタを２回通過するので、色再現範囲が三角形領域（ｃ）に広がり、三角形領域（ａ）の約３４％程度になる。また、視感透過率は（γ）となって、透過型（α）の約１．５倍になる。
【００１８】以上説明したように、色再現範囲が三角形領域（ｂ）で視感透過率が（β）のカラーフィルタを使用してバックライトによる透過光で画像を表示してもある程度の光量は得られるが、色再現範囲、コントラストが低く十分な画質のカラー表示を得ることができない。また、反射型として使用した場合においては、十分な光量の外光が入射しても低い画質のカラー表示が得られる程度であり、外光の入射が少ない場合にはバックライトを用いてもさらに低い画質しか得られない。このように、半透過反射板２１２を用いることで光の利用効率が減少し、通常の透過型に及ばない低い画質のカラー表示となってしまう。仮に、十分な電力がある屋内等で表示させても十分な表示品質が得られないのが現状である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従来の技術による反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置では、光の利用効率が低いという問題を有している。また、カラー表示において反射型で十分な色再現範囲が得られても、透過型では色再現範囲が不十分であったり、透過型で十分な色再現範囲が得られても、反射型では透過率が不十分であったりして透過型及び反射型の両方で十分なカラー画像を表示させることができないという問題を有している。
【００２０】本発明の目的は、光の利用効率を向上させ、また、色再現範囲と透過率を向上させて高画質を実現できる反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光源からの光が背面から入射する背面側透明基板と、外光が入射する観察者側透明基板と、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記背面側透明基板は、入射した前記外光を前記液晶層へ反射させる反射部と、前記光源からの光を前記液晶層へ透過させる開口部とを所定の面積比で有していることを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【００２２】上記本発明の液晶表示装置において、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板のいずれか一方に、前記光源からの光及び前記入射した外光が透過するカラーフィルタが配置されていることを特徴とする。さらに、前記開口部のカラーフィルタ材料の色再現範囲は、前記反射部のカラーフィルタ材料の色再現範囲と同等かそれより広いことを特徴とする。またさらに、前記反射部のカラーフィルタ材料の視感透過率は、前記開口部のカラーフィルタ材料の視感透過率と同等かそれより高いことを特徴とする。
【００２３】また上記本発明の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の膜厚は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の膜厚と異なることを特徴とする。また、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の底面積は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の底面積と異なることを特徴とする。さらに、前記反射部は、前記カラーフィルタ材料が形成されていない領域を有していることを特徴とする。また上記本発明の液晶表示装置において、前記反射部と前記開口部のカラーフィルタ材料の膜厚が異なるように、前記反射部と前記開口部とは、前記背面側透明基板からの高さが相違して形成されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図１を用いて説明する。図１は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。図１に示す液晶表示装置１は、透明ガラス基板上にＴＦＴ等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成されたアレイ基板（背面側透明基板）２を有している。アレイ基板２と対向する位置に、液晶層１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなる対向基板（観察者側透明基板）４が配置されている。アレイ基板２と対向基板４とはその周囲に塗布されたシール剤１６により貼り合わされている。
【００２５】アレイ基板２の液晶層１４側の各画素領域には図示しないＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２が形成されている。また、各画素電極２２とアレイ基板２との間には所定の間隙の開口部１３を介して隣り合う複数の反射板１２が形成されている。
【００２６】対向基板４上には、液晶層１４を介して画素電極２２と対向するカラーフィルタ２６が形成されている。さらにその上には透明保護膜２８が形成され、その上に透明電極材料からなる共通電極２４が形成されている。
【００２７】アレイ基板２の液晶層１４と反対側の面には偏光板１８が張り付けられており、対向基板４の液晶層１４と反対側の面には、例えば偏光板１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２０が張り付けられている。
【００２８】偏光板１８のアレイ基板２と反対側の面にはバックライトユニットを構成する導光板１０が設けられている。導光板１０の端部には光源として蛍光管６が配置されている。導光板１０の偏光板１８と反対側の面には反射板８が貼り付けられている。蛍光管６を射出した光は、導光板６内を反射しつつ進み、反射板８で乱反射して偏光板１８で所定の偏光方位の透過光３０にされて各画素電極２２に入射し、隣接する反射板１２間の開口部１３から透過して液晶層１４に進む。透過光３０は液晶層１４で変調されてからＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２６を透過して偏光板２０から所定の偏光方位の成分だけが透過する。
【００２９】一方、対向基板４側から入射した外光は反射板１２で反射されて反射光３２となる。これ以降の反射光３２の動作は上述の透過光３０と同様であるので説明は省略する。
【００３０】本実施の形態による液晶表示装置において、各画素内に外光を反射させる反射板１２と、反射板１２背面からの光を透過させるための複数の反射板１２間に設けられた開口部（透過部）１３とは所定の面積比で形成されている。反射板１２と開口部１３との面積比を調整することにより、反射光３２の反射光量と透過光３０の透過光量とを調整することができる。そのため、所望の反射率／透過率比を得ることができる。さらに、従来のような半透過反射板を用いていないので光の吸収による光量の減少を抑えることができる。
【００３１】次に、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置を図２乃至図５を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図２を用いて説明する。図２は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。なお、第１の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図２に示すように本実施の形態では、透明ガラス基板からなる対向基板４が背面側透明基板となり、ＴＦＴ及び画素電極２２が形成されたアレイ基板２が観察者側透明基板となっている。対向基板４の液晶層１４側表面には、所定の間隙の開口部１３と反射板１２とが各画素領域に対応してそれぞれ形成されている。反射板１２は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。反射板１２及び開口部１３上にはカラーフィルタ２６が形成されている。カラーフィルタ２６の構成については後程図３を用いて詳述する。カラーフィルタ２６上には透明電極材料からなる共通電極２４が形成されている。対向基板４と対向する位置に、液晶層１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなるアレイ基板（観察者側透明基板）２が配置されている。アレイ基板２と対向基板４とはその周囲に塗布されたシール剤１６により貼り合わされている。
【００３２】アレイ基板２の液晶層１４側の各画素領域にはＴＦＴ等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成され、またＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２が形成されている。
【００３３】対向基板４の液晶層１４と反対側の面には偏光板１８が張り付けられており、アレイ基板２の液晶層１４と反対側の面には、例えば偏光板１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２０が張り付けられている。
【００３４】偏光板１８の対向基板４と反対側の面には導光板１０が設けられている。導光板１０の端部には光源として蛍光管６が配置されている。導光板１０の偏光板１８と反対側の面には反射板８が貼り付けられている。蛍光管６を射出した光は、導光板１０内を反射しつつ進み、反射板８で乱反射して偏光板１８で所定の偏光方位の透過光３０にされて反射板１２間の開口部１３に入射する。透過光３０はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２６を透過して液晶層１４に入射する。
【００３５】一方、アレイ基板２側から入射した外光は反射板１２で反射されて反射光３２となる。これ以降の反射光３２の光路上での作用は上述の透過光３０と同様であるので説明は省略する。アレイ基板４に設けられた複数の画素電極２２の印加電圧を制御することにより上記透過光３０あるいは反射光３２の射出光量を調節して画像を表示することができる。以上説明した動作は使用する液晶の種類に依存せず、ＴＮ（ねじれネマチック）型、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）型、強誘電型等のいずれの液晶にも適用可能である。
【００３６】次に、図２に示した本実施の形態による液晶表示装置の対向基板４のカラーフィルタ２６近傍を図３R>３及び図４を用いて説明する。図３は、対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示している。図４は、対向基板４上に形成された複数のカラーフィルタ２６の一部をアレイ基板２側から見た状態を示している。図３及び図４に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。各反射板１２の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。
【００３７】画素（ａ）及び（ｄ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。同様にして、画素（ｂ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が形成されている。画素（ｂ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。また、画素（ｃ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が形成されている。画素（ｃ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。これらカラーフィルタ２６上には厚さ約０．１５μｍのＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる共通電極２４が形成されている。
【００３８】図５は、図１０に示したのと同様の色度座標（図５（ａ））と視感透過率（図５（ｂ））を示している。図５（ａ）に示す色度座標において、頂点が丸印で示された三角形領域（ａ）は、透過光３０が通過する開口部１３上に形成されたカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２で得られる色再現範囲を示している。頂点が三角印で示された三角形領域（ｂ）は、反射光３２が反射する反射板１２上に形成されたカラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１で得られる色再現範囲を示している。さらに、頂点が四角形印で示された三角形領域（ｃ）は、入射した外光が反射板１２で反射して三角形領域（ｂ）のカラーフィルタを２回通過した場合の色再現範囲を示している。
【００３９】また、図５（ｂ）に示す視感透過率において、横軸の（α）は、カラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。同様にして、横軸の（β）は、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。さらに、横軸の（γ）は、（β）のカラーフィルタ材料を２回通過した各光の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。
【００４０】図５に基づき、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１（以下、反射部のカラーフィルタ材料という）とカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２（以下、開口部のカラーフィルタ材料という）とを比較すると、色再現範囲において、（反射部のカラーフィルタ材料）×２≦（開口部のカラーフィルタ材料）とし、視感透過率において、（反射部のカラーフィルタ材料）×２≧（開口部のカラーフィルタ材料）とすることにより、反射型では明るい画像を、透過型では十分な色再現性の画像を得ることができるようになる。
【００４１】反射板１２上のカラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１と開口部１３上のカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２を上記条件を満たすように形成するには、例えば、カラーフィルタの着色層膜厚を変化させたり、着色層の面積比を変化させたりすることにより容易に得ることができる。
【００４２】次に、本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図６を用いて説明する。本実施の形態による液晶表示装置は、第２の実施の形態の対向基板４側のカラーフィルタ２６近傍の構成が異なっている点に特徴を有している。従って、第２の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図６は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示しており、第２の実施の形態における図３に対応している。
【００４３】図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。反射板１２上には厚さ０．８μｍの透明レジスト膜４０が形成されている。各反射板１２及び透明レジスト膜４０の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１と２６Ｒ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。
【００４４】同様にして、画素（ｂ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が形成されている。画素（ｂ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１と２６Ｇ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。
【００４５】また、画素（ｃ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が形成されている。画素（ｃ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１と２６Ｂ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。これらカラーフィルタ２６上には厚さ約０．１５μｍのＩＴＯからなる共通電極２４が形成されている。
【００４６】このように本実施の形態では、第２の実施の形態のように反射部と開口部とで分光特性の異なるカラーフィルタ材料を用いるのではなく、同一のカラーフィルタ材料を用いてその膜厚を反射部と開口部とで異ならせてそれぞれ所望の分光特性を得ている。
【００４７】こうすることにより製造工程を簡略化できる。具体的には、まず各画素の反射板１２の中央部に開口部１３を形成するため、透明レジスト膜を全面に塗布しフォトリソグラフィ手法を用いてパターニングして透明レジスト膜４０を形成する。透明レジスト膜４０をエッチングマスクとして反射板１２をエッチングし開口部１３を形成する。次いで、反射板１２上に残った透明レジスト膜４０をポストベークして厚さ０．８μｍの透明レジスト膜４０を残す。次いで透過型用分光特性を備えたアクリル系の各カラーフィルタ材料を順次反射部（反射板１２及び透明レジスト膜４０）上で厚さ０．２μｍ、開口部１３上で厚さ１．１μｍに形成する。次いで、それらの表面に厚さ約０．１５μｍのＩＴＯ膜を形成する。このようにして形成したカラーフィルタの反射部と開口部での分光特性も図５に示したものと同様になる。
【００４８】本実施の形態では、０．９μｍの開口部段差に平坦性のよいアクリル系カラーフィルタ材料（厚さ１．１μｍ）を形成して反射部に厚さ０．２μｍのカラーフィルタ材料を形成したが、カラーフィルタ材料の平坦性により開口部段差を制御することで反射部と開口部で所望の膜厚を得ることができる。また、透明レジスト膜４０を用いる代わりに反射板１２の膜厚を制御することでも同様な構造を得ることができる。
【００４９】次に、本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置図７及び図８を用いて説明する。本実施の形態による液晶表示装置は、第２の実施の形態の対向基板４側のカラーフィルタ２６近傍の構成が異なっている点に特徴を有している。従って、第２の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図７は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示しており、第２の実施の形態における図３に対応している。図８は、対向基板４上に形成された複数のカラーフィルタ２６の一部をアレイ基板２側から見た状態を示している。
【００５０】図７及び図８に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。各反射板１２の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）では、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１と２６Ｒ−２とは同時に同一の材料で形成されている。
【００５１】同様にして、画素（ｂ）には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ｂ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１と２６Ｇ−２とは同時に同一の材料で形成されている。
【００５２】また、画素（ｃ）には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ｃ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１と２６Ｂ−２とは同時に同一の材料で形成されている。これらカラーフィルタ２６は透明レジスト膜４６で埋め込まれており、平坦化された透明レジスト膜４６上には、厚さ約０．１５μｍのＩＴＯからなる共通電極２４が形成されている。
【００５３】このように本実施の形態では、第３の実施の形態のように反射部と開口部とでカラーフィルタの膜厚を変えるのではなく、同一のカラーフィルタ材料を用いて反射板１２上で当該カラーフィルタ材料の有無により反射光全体の光学特性を適正化する点に特徴を有している。
【００５４】このような構成により、入射した外光の反射光のうち、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１中を透過して反射板１２で反射する反射光４２の割合が２５％となり、カラーフィルタ材料を透過せずに直接反射板１２で反射する反射光４４の割合が７５％でとなる。これらの反射光４２、４４全体の光学特性は図５（ａ）に示した色度座標における三角形領域（ｃ）と同様になる。こうすることにより同一のカラーフィルタ形成材料を反射板１２上と開口部１３とに用いても、反射板１２上と開口部１３とで異なる光学特性のカラーフィルタを得ることができる。なお、反射部と開口部の着色層の面積比は任意に設定できるが、反射部に着色層を設けないことにより、反射型液晶表示装置として明るい黒白画像を表示し、透過型液晶表示装置としてはカラー画像を表示するようにすることも可能になる。
【００５５】本実施の形態によれば、観察者側の外からの入射光を反射させる反射部と、背面側の光源からの入射光を透過させる開口部とが所定の面積比で１画素毎に形成されているので、所望の反射率及び透過率の比が得られ、光の吸収や減衰が少ない反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【００５６】さらに、カラー表示をさせる場合において、反射部と開口部でのカラーフィルタ材料の色純度（色再現範囲）及び視感透過率を、カラーフィルタ膜厚を変化させたりカラーフィルタ材料の底面積の比を変化させりして、色純度において反射部≦開口部とし、透過率において反射部≧開口部とすることにより、反射型でも透過型でも十分な色再現範囲が得られる反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を実現できる。
【００５７】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記第２乃至第４の実施の形態では、対向基板４側に反射板１２を設けているが、本発明はこれに限らず、図１に示したように対向基板４を観察者側に配置し、背面側にアレイ基板２を配置して開口部１３が形成された反射板１２を配置してももちろんよい。
【００５８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光の利用効率を向上させ、また、色再現範囲と透過率を向上させて高画質の画像を表示する反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上のカラーフィルタ近傍の断面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上の複数のカラーフィルタの一部をアレイ基板側から見た状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置におけるカラーフィルタの色度座標と視感透過率を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上の複数のカラーフィルタの一部をアレイ基板側から見た状態を示す図である。
【図９】従来の反射型カラー液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図１０】透過型及び反射型の液晶表示装置にそれぞれ用いられるカラーフィルタの一般的な光学特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２００ 液晶表示装置
２、２０２ アレイ基板
４、２０４ 対向基板
６、２０６ 蛍光管
１０、２１０ 導光板
１２、２０８ 反射板
１３ 開口部
１４、２１４ 液晶層
１６、２１６ シール剤
１８、２０、２１８、２２０ 偏光板
２２、２２２ 画素電極
２４、２２４ 共通電極
２６、２２６ カラーフィルタ
２８、２２８ 透明保護膜
３０、２３０ 透過光
３２、２３２ 反射光
４０、４６ 透明レジスト膜
２１２ 半透過反射板
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）に関し、特に、１台で反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は通常、それぞれに透明電極が形成された背面側透明基板及び観察者側透明基板と、これらの基板間に挟持された液晶層とを有している。両基板の透明電極間に電圧を印加することにより液晶を駆動して、観察者側透明基板から射出する光の光量を制御して画像を表示するようになっている。
【０００３】また液晶表示装置は、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置とに大別される。透過型液晶表示装置は液晶層の背面側に光源（バックライト等）を有しており、光源から射出して液晶層を透過する光の透過率を変化させて画像を表示させるようになっている。一方、反射型液晶表示装置は、背面側透明基板に反射膜が設けられており、太陽光や室内光等の外光を観察者側透明基板側から液晶層に入射させ、反射膜で反射して液晶層を透過する光の透過率を変化させて画像を表示させるようになっている。透過光を着色するＣＦ（カラーフィルタ）を設けることにより白黒表示だけでなくカラー表示をすることができる。
【０００４】一般に、透過型液晶表示装置には光源が付属するため明るい表示が得られ、コントラストに優れておりカラー表示も大変見易いという利点を有している。しかしながら現状の透過型液晶表示装置は、ＣＲＴ等に比べれば低消費電力であるものの光源での電力消費が未だ大きい。このため、いわゆるノートブックパソコン等に搭載されて２次電池で駆動する場合には電池の消耗が著しく、長時間の使用ができず携帯性に劣るという問題を有している。
【０００５】一方、反射型液晶表示装置は装置内に光源を有さないため、ノートブックパソコン等に搭載しても消費電力が少なく携帯性に優れている。しかし、外光を利用しているため十分な光量が得られず、全体の表示が暗くなってしまうと共にコントラストも低く、高画質を要求されるカラー表示をするには不十分であるという問題を有している。
【０００６】このような透過型及び反射型液晶表示装置が有している問題を解決するため、装置内に光源を配置しさらに半透過反射板を設けた反射型カラー液晶表示装置が知られている。この反射型カラー液晶表示装置の構造について図９を用いて説明する。図９は、反射型カラー液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。
【０００７】図９に示す液晶表示装置２００は、透明ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成されたアレイ基板（背面側透明基板）２０２を有している。アレイ基板２０２と対向する位置に、液晶層２１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなる対向基板（観察者側透明基板）２０４が配置されている。アレイ基板２０２と対向基板２０４とはその周囲に塗布されたシール剤２１６により貼り合わされている。
【０００８】アレイ基板２０２の液晶層２１４側の各画素領域には図示しないＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２２が形成されている。対向基板２０４上には、液晶層２１４を介して画素電極２２２と対向するカラーフィルタ２２６が形成されている。さらにその上には透明保護膜２２８が形成され、その上に透明電極材料からなる共通電極２２４が形成されている。
【０００９】アレイ基板２０２の液晶層２１４と反対側の面には偏光板２１８が張り付けられており、対向基板２０４の液晶層２１４と反対側の面には、例えば偏光板２１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２２０が張り付けられている。
【００１０】偏光板２１８のアレイ基板２０２と反対側の面には半透過反射板２１２が配置されている。半透過反射板２１２は一般に反射板に網点状に微細な孔を開けた構造を有しており、光を所定の比率で反射光と透過光に分ける働きをする。しかし、半透過反射板２１２自身で１０％程度光を吸収してしまい光量の減少が発生する。半透過反射板２１２での反射率を８０％とすると透過率は１０％程度である。
【００１１】半透過反射板２１２の偏光板２１８と反対側の面には導光板２１０が設けられている。導光板２１０の端部には光源として蛍光管２０６が配置されている。導光板２１０の半透過反射板２１２と反対側の面には反射板２０８が貼り付けられている。蛍光管２０６を射出した光は、導光板２０６内を反射しつつ進み、反射板２０８で乱反射して半透過反射板２１２に入射して、上述のように入射光の約１０％が透過して透過光２３０となり、偏光板２１８で所定の偏光方位の透過光２３０となって液晶層２１４に進む。透過光２３０は液晶層２１４で変調されてからＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２２６を透過して偏光板２２０から所定の偏光方位の成分だけが透過する。
【００１２】一方、対向基板２０４側から入射した外光は半透過反射板２１２で約８０％が反射されて反射光２３２となる。これ以降の反射光２３２の動作は上述の透過光２３０と同様であるので説明は省略する。
【００１３】さて、図１０は透過型及び反射型の液晶表示装置にそれぞれ用いられるカラーフィルタの一般的な光学特性を示している。図１０（ａ）は、透過型用と反射型用のカラーフィルタの色度座標（ＣＩＥ１９３１表色系）を示している。図１０（ｂ）は、透過型用と反射型用のカラーフィルタの視感透過率を示している。図１０R>０（ａ）に示す色度座標において、頂点が丸印で示された三角形領域（ａ）は一般に透過型液晶表示装置で用いられるカラーフィルタの色度を示している。また、頂点が三角印で示された三角形領域（ｂ）は、反射型液晶表示装置で用いられるカラーフィルタの色度を示している。さらに、頂点が四角形印で示された三角形領域（ｃ）は、反射型液晶表示装置に入射した光が反射板で反射して三角形領域（ｂ）のカラーフィルタを２回通過した場合の色度を示している。
【００１４】また、図１０（ｂ）に示す視感透過率において、横軸の（α）は、透過型液晶表示装置で一般に用いられるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。同様にして、横軸の（β）は、反射型液晶表示装置で一般に用いられるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。さらに、横軸の（γ）は、（β）のカラーフィルタを２回通過した各光の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。
【００１５】一般に反射型液晶表示装置では、パネルに入射する外光の光量が低いのと入射光がカラーフィルタ中を２回通過することを考慮して、色純度（色再現範囲）は低いが視感透過率が高いカラーフィルタを用いる。このため、図１０（ａ）に示す色度座標における三角形領域（ｂ）の特性を有し、図１０（ｂ）に示す（β）の視感透過率を有するカラーフィルタが用いられる。
【００１６】しかしながら、三角形領域（ｂ）の特性を有する反射型用のカラーフィルタを透過型液晶表示装置で用いると、図１０（ａ）の色度座標に示すように、透過型液晶表示装置で一般に用いられる三角形領域（ａ）の１０％程度しかない三角形領域（ｂ）の色再現範囲しか得られない。また、図１０（ｂ）に示す視感透過率から明らかなように、通常の透過型（α）の白の視感透過率が約３０％であるのに対して反射型（β）の白の視感透過率は倍の６０％程度あるため、通常の透過型液晶表示装置の２倍の視感透過率となってしまう。
【００１７】一方、図１０（ａ）に示す色度座標における三角形領域（ｂ）の特性を有し、図１０（ｂ）に示す（β）の視感透過率を有するカラーフィルタを反射型液晶表示装置で用いると、入射した外光はカラーフィルタを２回通過するので、色再現範囲が三角形領域（ｃ）に広がり、三角形領域（ａ）の約３４％程度になる。また、視感透過率は（γ）となって、透過型（α）の約１．５倍になる。
【００１８】以上説明したように、色再現範囲が三角形領域（ｂ）で視感透過率が（β）のカラーフィルタを使用してバックライトによる透過光で画像を表示してもある程度の光量は得られるが、色再現範囲、コントラストが低く十分な画質のカラー表示を得ることができない。また、反射型として使用した場合においては、十分な光量の外光が入射しても低い画質のカラー表示が得られる程度であり、外光の入射が少ない場合にはバックライトを用いてもさらに低い画質しか得られない。このように、半透過反射板２１２を用いることで光の利用効率が減少し、通常の透過型に及ばない低い画質のカラー表示となってしまう。仮に、十分な電力がある屋内等で表示させても十分な表示品質が得られないのが現状である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従来の技術による反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置では、光の利用効率が低いという問題を有している。また、カラー表示において反射型で十分な色再現範囲が得られても、透過型では色再現範囲が不十分であったり、透過型で十分な色再現範囲が得られても、反射型では透過率が不十分であったりして透過型及び反射型の両方で十分なカラー画像を表示させることができないという問題を有している。
【００２０】本発明の目的は、光の利用効率を向上させ、また、色再現範囲と透過率を向上させて高画質を実現できる反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光源からの光が背面から入射する背面側透明基板と、外光が入射する観察者側透明基板と、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記背面側透明基板は、入射した前記外光を前記液晶層へ反射させる反射部と、前記光源からの光を前記液晶層へ透過させる開口部とを所定の面積比で有していることを特徴とする液晶表示装置によって達成される。
【００２２】上記本発明の液晶表示装置において、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板のいずれか一方に、前記光源からの光及び前記入射した外光が透過するカラーフィルタが配置されていることを特徴とする。さらに、前記開口部のカラーフィルタ材料の色再現範囲は、前記反射部のカラーフィルタ材料の色再現範囲と同等かそれより広いことを特徴とする。またさらに、前記反射部のカラーフィルタ材料の視感透過率は、前記開口部のカラーフィルタ材料の視感透過率と同等かそれより高いことを特徴とする。
【００２３】また上記本発明の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の膜厚は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の膜厚と異なることを特徴とする。また、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の底面積は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の底面積と異なることを特徴とする。さらに、前記反射部は、前記カラーフィルタ材料が形成されていない領域を有していることを特徴とする。また上記本発明の液晶表示装置において、前記反射部と前記開口部のカラーフィルタ材料の膜厚が異なるように、前記反射部と前記開口部とは、前記背面側透明基板からの高さが相違して形成されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図１を用いて説明する。図１は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。図１に示す液晶表示装置１は、透明ガラス基板上にＴＦＴ等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成されたアレイ基板（背面側透明基板）２を有している。アレイ基板２と対向する位置に、液晶層１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなる対向基板（観察者側透明基板）４が配置されている。アレイ基板２と対向基板４とはその周囲に塗布されたシール剤１６により貼り合わされている。
【００２５】アレイ基板２の液晶層１４側の各画素領域には図示しないＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２が形成されている。また、各画素電極２２とアレイ基板２との間には所定の間隙の開口部１３を介して隣り合う複数の反射板１２が形成されている。
【００２６】対向基板４上には、液晶層１４を介して画素電極２２と対向するカラーフィルタ２６が形成されている。さらにその上には透明保護膜２８が形成され、その上に透明電極材料からなる共通電極２４が形成されている。
【００２７】アレイ基板２の液晶層１４と反対側の面には偏光板１８が張り付けられており、対向基板４の液晶層１４と反対側の面には、例えば偏光板１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２０が張り付けられている。
【００２８】偏光板１８のアレイ基板２と反対側の面にはバックライトユニットを構成する導光板１０が設けられている。導光板１０の端部には光源として蛍光管６が配置されている。導光板１０の偏光板１８と反対側の面には反射板８が貼り付けられている。蛍光管６を射出した光は、導光板６内を反射しつつ進み、反射板８で乱反射して偏光板１８で所定の偏光方位の透過光３０にされて各画素電極２２に入射し、隣接する反射板１２間の開口部１３から透過して液晶層１４に進む。透過光３０は液晶層１４で変調されてからＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２６を透過して偏光板２０から所定の偏光方位の成分だけが透過する。
【００２９】一方、対向基板４側から入射した外光は反射板１２で反射されて反射光３２となる。これ以降の反射光３２の動作は上述の透過光３０と同様であるので説明は省略する。
【００３０】本実施の形態による液晶表示装置において、各画素内に外光を反射させる反射板１２と、反射板１２背面からの光を透過させるための複数の反射板１２間に設けられた開口部（透過部）１３とは所定の面積比で形成されている。反射板１２と開口部１３との面積比を調整することにより、反射光３２の反射光量と透過光３０の透過光量とを調整することができる。そのため、所望の反射率／透過率比を得ることができる。さらに、従来のような半透過反射板を用いていないので光の吸収による光量の減少を抑えることができる。
【００３１】次に、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置を図２乃至図５を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図２を用いて説明する。図２は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示している。なお、第１の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図２に示すように本実施の形態では、透明ガラス基板からなる対向基板４が背面側透明基板となり、ＴＦＴ及び画素電極２２が形成されたアレイ基板２が観察者側透明基板となっている。対向基板４の液晶層１４側表面には、所定の間隙の開口部１３と反射板１２とが各画素領域に対応してそれぞれ形成されている。反射板１２は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。反射板１２及び開口部１３上にはカラーフィルタ２６が形成されている。カラーフィルタ２６の構成については後程図３を用いて詳述する。カラーフィルタ２６上には透明電極材料からなる共通電極２４が形成されている。対向基板４と対向する位置に、液晶層１４を所定のセルギャップで挟持する透明ガラス基板からなるアレイ基板（観察者側透明基板）２が配置されている。アレイ基板２と対向基板４とはその周囲に塗布されたシール剤１６により貼り合わされている。
【００３２】アレイ基板２の液晶層１４側の各画素領域にはＴＦＴ等のスイッチング素子（図示せず）が各画素領域に形成され、またＴＦＴと接続される透明電極材料からなる画素電極２２が形成されている。
【００３３】対向基板４の液晶層１４と反対側の面には偏光板１８が張り付けられており、アレイ基板２の液晶層１４と反対側の面には、例えば偏光板１８の偏光方位と直交する偏光方位を有する偏光板２０が張り付けられている。
【００３４】偏光板１８の対向基板４と反対側の面には導光板１０が設けられている。導光板１０の端部には光源として蛍光管６が配置されている。導光板１０の偏光板１８と反対側の面には反射板８が貼り付けられている。蛍光管６を射出した光は、導光板１０内を反射しつつ進み、反射板８で乱反射して偏光板１８で所定の偏光方位の透過光３０にされて反射板１２間の開口部１３に入射する。透過光３０はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのカラーフィルタ２６を透過して液晶層１４に入射する。
【００３５】一方、アレイ基板２側から入射した外光は反射板１２で反射されて反射光３２となる。これ以降の反射光３２の光路上での作用は上述の透過光３０と同様であるので説明は省略する。アレイ基板４に設けられた複数の画素電極２２の印加電圧を制御することにより上記透過光３０あるいは反射光３２の射出光量を調節して画像を表示することができる。以上説明した動作は使用する液晶の種類に依存せず、ＴＮ（ねじれネマチック）型、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）型、強誘電型等のいずれの液晶にも適用可能である。
【００３６】次に、図２に示した本実施の形態による液晶表示装置の対向基板４のカラーフィルタ２６近傍を図３R>３及び図４を用いて説明する。図３は、対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示している。図４は、対向基板４上に形成された複数のカラーフィルタ２６の一部をアレイ基板２側から見た状態を示している。図３及び図４に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。各反射板１２の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。
【００３７】画素（ａ）及び（ｄ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。同様にして、画素（ｂ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が形成されている。画素（ｂ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。また、画素（ｃ）の反射板１２上には、反射型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が形成されている。画素（ｃ）の開口部１３上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。これらカラーフィルタ２６上には厚さ約０．１５μｍのＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる共通電極２４が形成されている。
【００３８】図５は、図１０に示したのと同様の色度座標（図５（ａ））と視感透過率（図５（ｂ））を示している。図５（ａ）に示す色度座標において、頂点が丸印で示された三角形領域（ａ）は、透過光３０が通過する開口部１３上に形成されたカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２で得られる色再現範囲を示している。頂点が三角印で示された三角形領域（ｂ）は、反射光３２が反射する反射板１２上に形成されたカラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１で得られる色再現範囲を示している。さらに、頂点が四角形印で示された三角形領域（ｃ）は、入射した外光が反射板１２で反射して三角形領域（ｂ）のカラーフィルタを２回通過した場合の色再現範囲を示している。
【００３９】また、図５（ｂ）に示す視感透過率において、横軸の（α）は、カラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。同様にして、横軸の（β）は、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。さらに、横軸の（γ）は、（β）のカラーフィルタ材料を２回通過した各光の視感透過率を示し、それらの合成である白の視感透過率を四角形印でプロットしている。
【００４０】図５に基づき、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１（以下、反射部のカラーフィルタ材料という）とカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２（以下、開口部のカラーフィルタ材料という）とを比較すると、色再現範囲において、（反射部のカラーフィルタ材料）×２≦（開口部のカラーフィルタ材料）とし、視感透過率において、（反射部のカラーフィルタ材料）×２≧（開口部のカラーフィルタ材料）とすることにより、反射型では明るい画像を、透過型では十分な色再現性の画像を得ることができるようになる。
【００４１】反射板１２上のカラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１と開口部１３上のカラーフィルタ材料２６Ｒ−２、２６Ｇ−２、２６Ｂ−２を上記条件を満たすように形成するには、例えば、カラーフィルタの着色層膜厚を変化させたり、着色層の面積比を変化させたりすることにより容易に得ることができる。
【００４２】次に、本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置の概略の構成を図６を用いて説明する。本実施の形態による液晶表示装置は、第２の実施の形態の対向基板４側のカラーフィルタ２６近傍の構成が異なっている点に特徴を有している。従って、第２の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図６は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示しており、第２の実施の形態における図３に対応している。
【００４３】図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。反射板１２上には厚さ０．８μｍの透明レジスト膜４０が形成されている。各反射板１２及び透明レジスト膜４０の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１と２６Ｒ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。
【００４４】同様にして、画素（ｂ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が形成されている。画素（ｂ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１と２６Ｇ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。
【００４５】また、画素（ｃ）の反射板１２上の透明レジスト膜４０上には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約０．２μｍのアクリル系のＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が形成されている。画素（ｃ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのアクリル系のＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１と２６Ｂ−２とは同時に同一の材料で形成されており、膜厚だけが相違している。これらカラーフィルタ２６上には厚さ約０．１５μｍのＩＴＯからなる共通電極２４が形成されている。
【００４６】このように本実施の形態では、第２の実施の形態のように反射部と開口部とで分光特性の異なるカラーフィルタ材料を用いるのではなく、同一のカラーフィルタ材料を用いてその膜厚を反射部と開口部とで異ならせてそれぞれ所望の分光特性を得ている。
【００４７】こうすることにより製造工程を簡略化できる。具体的には、まず各画素の反射板１２の中央部に開口部１３を形成するため、透明レジスト膜を全面に塗布しフォトリソグラフィ手法を用いてパターニングして透明レジスト膜４０を形成する。透明レジスト膜４０をエッチングマスクとして反射板１２をエッチングし開口部１３を形成する。次いで、反射板１２上に残った透明レジスト膜４０をポストベークして厚さ０．８μｍの透明レジスト膜４０を残す。次いで透過型用分光特性を備えたアクリル系の各カラーフィルタ材料を順次反射部（反射板１２及び透明レジスト膜４０）上で厚さ０．２μｍ、開口部１３上で厚さ１．１μｍに形成する。次いで、それらの表面に厚さ約０．１５μｍのＩＴＯ膜を形成する。このようにして形成したカラーフィルタの反射部と開口部での分光特性も図５に示したものと同様になる。
【００４８】本実施の形態では、０．９μｍの開口部段差に平坦性のよいアクリル系カラーフィルタ材料（厚さ１．１μｍ）を形成して反射部に厚さ０．２μｍのカラーフィルタ材料を形成したが、カラーフィルタ材料の平坦性により開口部段差を制御することで反射部と開口部で所望の膜厚を得ることができる。また、透明レジスト膜４０を用いる代わりに反射板１２の膜厚を制御することでも同様な構造を得ることができる。
【００４９】次に、本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置図７及び図８を用いて説明する。本実施の形態による液晶表示装置は、第２の実施の形態の対向基板４側のカラーフィルタ２６近傍の構成が異なっている点に特徴を有している。従って、第２の実施の形態と同一の作用機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図７は、液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した対向基板４のカラーフィルタ２６近傍の断面を示しており、第２の実施の形態における図３に対応している。図８は、対向基板４上に形成された複数のカラーフィルタ２６の一部をアレイ基板２側から見た状態を示している。
【００５０】図７及び図８に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素（ａ）〜（ｄ）には約０．１μｍの膜厚のＡｌ膜が反射板１２として形成されている。各反射板１２の中央部には各画素面積の２０％の大きさの開口部１３が形成されている。各画素（ａ）〜（ｄ）の反射板１２及び開口部１３上にカラーフィルタ２６が形成されている。画素（ａ）及び（ｄ）では、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＲ（赤）用カラーフィルタ材料２６Ｒ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ａ）及び（ｄ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＲ用カラーフィルタ材料２６Ｒ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｒ−１と２６Ｒ−２とは同時に同一の材料で形成されている。
【００５１】同様にして、画素（ｂ）には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＧ（緑）用カラーフィルタ材料２６Ｇ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ｂ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＧ用カラーフィルタ材料２６Ｇ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｇ−１と２６Ｇ−２とは同時に同一の材料で形成されている。
【００５２】また、画素（ｃ）には、透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ約１．１μｍのＢ（青）用カラーフィルタ材料２６Ｂ−１が反射板１２上の４箇所に直方体形状で形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１の底面積は反射板１２の面積の約２５％である。画素（ｃ）の開口部１３上には、同じく透過型液晶表示装置用の分光特性を備えた厚さ１．１μｍのＢ用カラーフィルタ材料２６Ｂ−２が形成されている。カラーフィルタ材料２６Ｂ−１と２６Ｂ−２とは同時に同一の材料で形成されている。これらカラーフィルタ２６は透明レジスト膜４６で埋め込まれており、平坦化された透明レジスト膜４６上には、厚さ約０．１５μｍのＩＴＯからなる共通電極２４が形成されている。
【００５３】このように本実施の形態では、第３の実施の形態のように反射部と開口部とでカラーフィルタの膜厚を変えるのではなく、同一のカラーフィルタ材料を用いて反射板１２上で当該カラーフィルタ材料の有無により反射光全体の光学特性を適正化する点に特徴を有している。
【００５４】このような構成により、入射した外光の反射光のうち、カラーフィルタ材料２６Ｒ−１、２６Ｇ−１、２６Ｂ−１中を透過して反射板１２で反射する反射光４２の割合が２５％となり、カラーフィルタ材料を透過せずに直接反射板１２で反射する反射光４４の割合が７５％でとなる。これらの反射光４２、４４全体の光学特性は図５（ａ）に示した色度座標における三角形領域（ｃ）と同様になる。こうすることにより同一のカラーフィルタ形成材料を反射板１２上と開口部１３とに用いても、反射板１２上と開口部１３とで異なる光学特性のカラーフィルタを得ることができる。なお、反射部と開口部の着色層の面積比は任意に設定できるが、反射部に着色層を設けないことにより、反射型液晶表示装置として明るい黒白画像を表示し、透過型液晶表示装置としてはカラー画像を表示するようにすることも可能になる。
【００５５】本実施の形態によれば、観察者側の外からの入射光を反射させる反射部と、背面側の光源からの入射光を透過させる開口部とが所定の面積比で１画素毎に形成されているので、所望の反射率及び透過率の比が得られ、光の吸収や減衰が少ない反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【００５６】さらに、カラー表示をさせる場合において、反射部と開口部でのカラーフィルタ材料の色純度（色再現範囲）及び視感透過率を、カラーフィルタ膜厚を変化させたりカラーフィルタ材料の底面積の比を変化させりして、色純度において反射部≦開口部とし、透過率において反射部≧開口部とすることにより、反射型でも透過型でも十分な色再現範囲が得られる反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を実現できる。
【００５７】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記第２乃至第４の実施の形態では、対向基板４側に反射板１２を設けているが、本発明はこれに限らず、図１に示したように対向基板４を観察者側に配置し、背面側にアレイ基板２を配置して開口部１３が形成された反射板１２を配置してももちろんよい。
【００５８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光の利用効率を向上させ、また、色再現範囲と透過率を向上させて高画質の画像を表示する反射型と透過型の両方の表示が可能な液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上のカラーフィルタ近傍の断面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上の複数のカラーフィルタの一部をアレイ基板側から見た状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置におけるカラーフィルタの色度座標と視感透過率を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態による液晶表示装置の対向基板上の複数のカラーフィルタの一部をアレイ基板側から見た状態を示す図である。
【図９】従来の反射型カラー液晶表示装置をその表示面に垂直な方向で切断した断面を示す図である。
【図１０】透過型及び反射型の液晶表示装置にそれぞれ用いられるカラーフィルタの一般的な光学特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２００ 液晶表示装置
２、２０２ アレイ基板
４、２０４ 対向基板
６、２０６ 蛍光管
１０、２１０ 導光板
１２、２０８ 反射板
１３ 開口部
１４、２１４ 液晶層
１６、２１６ シール剤
１８、２０、２１８、２２０ 偏光板
２２、２２２ 画素電極
２４、２２４ 共通電極
２６、２２６ カラーフィルタ
２８、２２８ 透明保護膜
３０、２３０ 透過光
３２、２３２ 反射光
４０、４６ 透明レジスト膜
２１２ 半透過反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源からの光が背面から入射する背面側透明基板と、外光が入射する観察者側透明基板と、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記背面側透明基板は、入射した前記外光を前記液晶層へ反射させる反射部と、前記光源からの光を前記液晶層へ透過させる開口部とを所定の面積比で有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板のいずれか一方に、前記光源からの光及び前記入射した外光が透過するカラーフィルタが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項２記載の液晶表示装置において、前記開口部のカラーフィルタ材料の色再現範囲は、前記反射部のカラーフィルタ材料の色再現範囲と同等かそれより広いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項２又は３に記載の液晶表示装置において、前記反射部のカラーフィルタ材料の視感透過率は、前記開口部のカラーフィルタ材料の視感透過率と同等かそれより高いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項３又は４に記載の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の膜厚は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の膜厚と異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】請求項３又は４に記載の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の底面積は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の底面積と異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】請求項６記載の液晶表示装置において、前記反射部は、前記カラーフィルタ材料が形成されていない領域を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項５記載の液晶表示装置において、前記反射部と前記開口部のカラーフィルタ材料の膜厚が異なるように、前記反射部と前記開口部とは、前記背面側透明基板からの高さが相違して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】光源からの光が背面から入射する背面側透明基板と、外光が入射する観察者側透明基板と、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板との間に挟持された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記背面側透明基板は、入射した前記外光を前記液晶層へ反射させる反射部と、前記光源からの光を前記液晶層へ透過させる開口部とを所定の面積比で有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、前記背面側透明基板と前記観察者側透明基板のいずれか一方に、前記光源からの光及び前記入射した外光が透過するカラーフィルタが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】請求項２記載の液晶表示装置において、前記開口部のカラーフィルタ材料の色再現範囲は、前記反射部のカラーフィルタ材料の色再現範囲と同等かそれより広いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項２又は３に記載の液晶表示装置において、前記反射部のカラーフィルタ材料の視感透過率は、前記開口部のカラーフィルタ材料の視感透過率と同等かそれより高いことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項３又は４に記載の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の膜厚は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の膜厚と異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】請求項３又は４に記載の液晶表示装置において、前記反射部の前記カラーフィルタ材料の底面積は、前記開口部の前記カラーフィルタ材料の底面積と異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】請求項６記載の液晶表示装置において、前記反射部は、前記カラーフィルタ材料が形成されていない領域を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項５記載の液晶表示装置において、前記反射部と前記開口部のカラーフィルタ材料の膜厚が異なるように、前記反射部と前記開口部とは、前記背面側透明基板からの高さが相違して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００１−１２５０９４（Ｐ２００１−１２５０９４Ａ）
【公開日】平成１３年５月１１日（２００１．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−３０６５２７
【出願日】平成１１年１０月２８日（１９９９．１０．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年５月１１日（２００１．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１０月２８日（１９９９．１０．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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