JP3738549B2

JP3738549B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3738549B2
Application number: JP35360497A
Authority: JP
Inventors: 亮太水迫; 英裕森田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JPH11183892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、背面側に半透過反射板を備えた、いわゆる２ウエイ表示型の液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２ウエイ表示型液晶表示素子は、充分な明るさの外光（自然光や室内照明光等）が得られるときは前面側から入射する外光を背面側の半透過反射板で反射させて外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、液晶表示素子の背面側に配置されたバックライトの光を利用する透過型表示を行なうものであり、この２ウエイ型液晶表示素子は、対向配置された前後一対の基板と、その一方の基板の内面に設けられた複数の第１の電極と、他方の基板の内面に設けられた少なくとも１つの第２の電極と、前記一対の基板間に設けられた液晶層と、背面側に設けられた半透過反射板とからなっている。
【０００３】
なお、液晶表示素子としては、前記液晶層の液晶の分子を両基板間において所定のツイスト角でツイスト配向させたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型のものが多く採用されており、このＴＮ型の液晶表示素子では、その前側基板の前面と後側基板の背面側（半透過反射板との間）にそれぞれ偏光板を、その透過軸を所定の方向に向けた状態で配置している。
【０００４】
また、液晶表示素子には、アクティブマトリックス方式や単純マトリックス方式など種々の方式のものがあり、例えばアクティブマトリックス方式の液晶表示素子は、その一方の基板の内面に、マトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のアクティブ素子と、前記アクティブ素子に信号を供給する信号ラインとを設け、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極に対向する対向電極を設けて、前記複数の画素電極と前記対向電極とが互いに対向する領域をそれぞれ画素領域とした構成となっている。
【０００５】
さらに、液晶表示素子には、白黒画像を表示するものと、カラー画像を表示するものとがあり、フルカラー画像等の多色カラー画像を表示する液晶表示素子では、その前側基板の内面に、前記複数の第１の電極（例えば画素電極）と前記第２の電極（例えば対向電極）とが互いに対向する複数の画素領域にそれぞれ対応させて、透過波長帯域が異なる複数の色の着色膜を設けている。
【０００６】
この着色膜は一般に、赤、緑、青のカラーフィルタであり、各色のカラーフィルタはそれぞれ、画素領域を透過する光の全てを色純度の良い着色光として出射するために、画素領域とほぼ同じ面積に形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカラーフィルタを備えた２ウエイ表示型液晶表示素子は、外光を利用して反射型表示を行なうときの表示が非常に暗いという問題をもっている。
【０００８】
これは主に、カラーフィルタでの光の吸収によるものであり、カラーフィルタは、可視光帯域のうちのカラーフィルタの色に対応する波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を吸収するため、カラーフィルタを透過した着色光の強度が、入射光の強度に比べてかなり低くなる。
【０００９】
そして、２ウエイ型の液晶表示素子の場合、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときの表示の明るさの低下は、前記バックライトの輝度を高くすることによって補償することができるが、外光を利用して反射型表示を行なうときは、カラーフィルタでの光の吸収を補うほどの高輝度の入射光は得られないし、また、液晶表示素子にその素子前方から入射した光が、背面側の半透過反射部材で反射されて前方に出射するまでの間にカラーフィルタを二度通るため、光の吸収がさらに大きくなって、表示がかなり暗くなってしまう。
【００１０】
このため、従来から、カラーフィルタの膜厚を薄くすることにより、カラーフィルタでの光の吸収を少なくして表示を明るくすることが考えられているが、このようにカラーフィルタの膜厚を薄くしたのでは、その吸収波長帯域の光の透過率も上るため、色純度の良い着色光が得られなくなって、表示されるカラー画像の色範囲が狭くなる。
【００１１】
この発明は、外光を利用して反射型表示を行なうときは明るいカラー画像を表示し、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときはコントラストの良いカラー画像を表示することができる２ウエイ型の液晶表示素子を提供することを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示素子は、対向配置された前後一対の基板と、その一方の基板の内面に設けられた複数の第１の電極と、他方の基板の内面に設けられた少なくとも１つの第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記第２の電極とが互いに対向する領域により光の透過を制御する複数の画素領域を形成し、これらの複数の画素領域にそれぞれ対応させて、前側基板の内面に設けられた透過波長帯域が異なる複数の色の着色膜と、前記一対の基板間に設けられた液晶層と、背面側に設けられた半透過反射板とを備え、
前記複数の色の着色膜は、それぞれ前記画素領域の外周縁より外側に張出した大きさに形成され、且つ非着色光を出射させるための開口が前記画素領域内の一部分に前記着色膜の外縁よりも内側に設けられ、さらに前記後側基板の内面には、前記画素領域の一部に対応し、且つ前記着色膜の開口に対向する反射膜が設けられ、前記画素領域のうち、前記反射膜に対応する部分が光反射領域を形成し、前記反射膜に対応する領域以外の部分が光透過領域を形成することを特徴とする。
【００１３】
この液晶表示素子によれば、前記複数の色の着色膜にそれぞれ画素領域内に部分的に対応させて非着色光を出射させるための開口を設けるとともに、後側基板の内面に前記着色膜の開口に対向する反射膜を設けているため、外光を利用して反射型表示を行なうときは、素子前方から入射した光のうち、前記着色膜の開口以外の部分が対応する領域に入射した光だけが、着色膜によりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となり、その着色光が背面側の半透過反射板で反射されて素子前方に出射し、前記着色膜の開口が対応する領域に入射した光は、着色膜による吸収を受けることなく後側基板の内面において前記反射膜により反射され、高輝度の非着色光のまま素子前方に出射する。
【００１４】
このため、反射型表示においては、各画素領域から、前記着色膜によりその吸収波長帯域の光を吸収されて前記半透過反射板で反射された着色光と、前記着色膜による吸収を受けることなく前記反射膜で反射された高輝度の非着色光とが素子前方に出射し、この着色光と非着色光とにより高輝度のカラー画素が表示されるため、十分に明るいカラー画像を表示することができる。
【００１５】
一方、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときは、素子の背面側から各画素領域に入射した光のうち、前記着色膜の開口以外の部分が対応する領域に入射した光だけが、着色膜によりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となり、その着色光が素子前方に出射し、前記着色膜の開口が対応する領域では入射光が後側基板の内面において前記反射膜により遮られ、素子前方には出射しない。
【００１６】
このため、透過型表示においては、前記着色膜によりその吸収波長帯域の光を吸収された着色光だけが素子前方に出射し、その着色光により色純度の高いカラー画素が表示されるから、色質の良いカラー画像を表示することができる。
【００１７】
なお、この透過型表示では、素子前方に出射する光が、前記着色膜の開口以外の部分が対応する領域を透過した着色光だけであるが、透過型表示の場合は光が着色膜を一度しか通らないため、素子前方に出射する着色光の輝度は、反射型表示の場合に出射する着色膜を二度通った着色光に比べて高く、またバックライトの輝度を高くすれば出射光の輝度をさらに高くすることができるため、透過型表示での表示の明るさは十分である。
【００１８】
したがって、この液晶表示素子によれば、外光を利用して反射型表示を行なうときは明るいカラー画像を表示し、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときは黒表示の優れたコントラストの良いカラー画像を表示することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の液晶表示素子は、上記のように、前側基板の内面に設けた複数の色の着色膜にそれぞれ画素領域内に部分的に対応させて非着色光を出射させるための開口を設け、後側基板の内面に前記着色膜の開口に対向する反射膜を設けることにより、外光を利用して反射型表示を行なうときは明るいカラー画像を表示し、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときはコントラストの良いカラー画像を表示することができるようにしたものである。
【００２０】
この発明を、前記第１の電極がマトリックス状に配列する複数の画素電極であり、前記第２の電極が前記複数の画素電極に対向する対向電極であるアクティブマトリックス方式の液晶表示素子に適用する場合、後側基板の内面に、前記複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のアクティブ素子と、前記アクティブ素子にゲート信号およびデータ信号を供給するゲート配線およびデータ配線と、前記画素電極との間に補償容量を形成する容量配線とを設けるのが望ましい。
【００２１】
その場合は、前記複数の画素領域内に、前記反射膜を設けた光反射領域と、光を透過可能にした光透過領域とを設けてもよく、また、前記ゲート配線およびデータ配線と容量配線とのうちの少なくとも１つの配線の一部を前記画素領域内に対応させ、その部分を前記反射膜としてもよい。
【００２２】
【実施例】
以下、この発明の第１の実施例を図面を参照して説明する。図１は液晶表示素子の一部分の正面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図である。
この実施例の液晶表示素子は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子とするアクティブマトリックス方式のものであり、液晶層１９をはさんで対向する前後一対の基板（ガラス等からなる透明基板）１，２のうち、後側の基板２の内面には、複数の透明な画素電極３がマトリックス状に配列させて設けられるとともに、これらの画素電極３にそれぞれ対応するアクティブ素子（以下、ＴＦＴという）４が配設されている。
【００２３】
図１において、画素電極３のうち、（Ｒ）は赤色画素を表示するための画素電極、（Ｇ）は緑色画素を表示するための画素電極、（Ｂ）は青色画素を表示するための画素電極であり、これらの画素電極３は、行方向（画面の左右方向）には交互に並べて直線状に配列され、列方向（画面の上下方向）には同色の画素を表示するための画素電極３同士を約１．５ピッチずつ行方向に交互にずらしてジグザグに配列されている。
【００２４】
上記ＴＦＴ４は、後側基板２上に形成されたゲート電極５と、このゲート電極５を覆うゲート絶縁膜６と、このゲート絶縁膜６の上に前記ゲート電極５と対向させて形成されたｉ型半導体膜７と、このｉ型半導体膜７の両側部の上にｎ型半導体膜（図示せず）を介して形成されたソース電極８およびドレイン電極９とからなっている。
【００２５】
また、この後側基板２の上には、各画素電極行の一側にそれぞれ沿わせて、各行のＴＦＴ４にゲート信号を供給するゲート配線１０が設けられており、各行のＴＦＴ４のゲート電極５はそれぞれ、その行に対応するゲート配線１０に一体に形成されている。
【００２６】
なお、上記ＴＦＴ４のゲート絶縁膜（透明膜）６は、基板２のほぼ全面にわたって形成されており、前記ゲート配線１０は、その端子部を除いてゲート絶縁膜６で覆われている。
【００２７】
また、上記ゲート絶縁膜６の上には、各画素電極列の一側にそれぞれ沿わせて、各列の各ＴＦＴ４にデータ信号を供給するデータ配線１１が設けられており、各列のＴＦＴ４のドレイン電極９はそれぞれ、その列に対応するデータ配線１１につながっている。
【００２８】
前記データ配線１１は、同色の画素を表示するための各画素電極列（ジグザグの画素電極列）にそれぞれ沿わせて蛇行状に形成されており、各行の画素電極３の側縁に沿う縦配線部をつなぐ横配線部は、隣り合う画素電極行の間に、上記ゲート配線１０と平行に配線されている。
【００２９】
なお、この実施例ではデータ配線１１をゲート絶縁膜６の上に配線し、各列のＴＦＴ４のドレイン電極９をそれぞれ、その列に対応するデータ配線１１に一体に形成しているが、前記データ配線１１は、ＴＦＴ４を絶縁膜で覆ってその上に配線し、前記絶縁膜に設けたコンタクト孔において前記ＴＦＴ４のドレイン電極９と接続してもよい。
【００３０】
また、上記画素電極３は前記ゲート絶縁膜６の上に形成されており、この画素電極３は、その一側縁の端部において対応するＴＦＴ４のソース電極９に接続されている。
【００３１】
さらに、前記後側基板２上には、各画素電極行にそれぞれ対応させて、その行の各画素電極３と前記ゲート絶縁膜６をはさんで対向する容量配線１２が設けられており、この容量配線１２と画素電極３とその間のゲート絶縁膜６とによって、非選択期間の画素電極３の電位の変動を補償するための補償容量（ストレージキャパシタ）が形成されている。なお、前記容量配線１２は、画素電極３のＴＦＴ接続側とは反対側の端縁から若干画素電極内側に片寄った部分に対向させて、上記ゲート配線１０と平行に形成されている。
【００３２】
前記ゲート配線１０と容量配線１２は、低抵抗でかつ光の反射率が高い金属膜（例えばアルミニウム系合金）で形成されており、上記データ配線１１も低抵抗で高反射率の金属膜で形成されている。なお、前記ゲート配線１０と容量配線１２は、ゲート絶縁膜６の上に形成する画素電極３やデータ配線１１との間の絶縁耐圧を高くするため、その表面を陽極酸化処理されている。
【００３３】
そして、後側基板２の内面、つまり前記画素電極３およびＴＦＴ４やデータ配線１１等の形成面上には、画素電極配列領域全体にわたって配向膜１３が設けられている。
【００３４】
一方、前側の基板１の内面には、透過波長帯域が異なる複数の色の着色膜、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが、前記画素電極３の配列に対向して、行方向および列方向に交互に並べて設けられており、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを覆って形成した透明な保護膜（絶縁膜）１６の上に、前記画素電極３の全てに対向し、これらの画素電極３と対向する領域がそれぞれ画素領域Ａを形成する一枚膜状の透明な対向電極１７が設けられ、その上に配向膜１８が形成されている。なお、前記保護膜１６は、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの材質を適正に選択することにより省くことができる。
【００３５】
そして、上記前側基板１と後側基板２は、その周縁部において図示しない枠状シール材を介して接合されており、これら両基板１，２間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層１９が設けられている。
【００３６】
また、上記一対の基板１，２の内面に設けられた配向膜１３，１８はそれぞれ、その膜面を所定方向にラビングすることによって配向処理されており、両基板１，２間の液晶層１９の液晶分子は、後側基板２の配向膜１３と前側基板１の配向膜１８とによりそれぞれの基板１，２の近傍における配向方向を規制され、両基板１，２間において所定のツイスト角（例えばほぼ９０°）でツイスト配向している。
【００３７】
また、上記一対の基板１，２の外面にはそれぞれ、偏光板２１，２２が配置されており、これらの偏光板２１，２２は、それぞれの透過軸を所定の方向に向けた状態で設けられている。
【００３８】
なお、この実施例の液晶表示素子は、液晶層１９に電界が印加されていない状態（液晶分子が基板１，２面に対して最も倒伏した初期のツイスト配向状態に配向している状態）での表示が明表示であり、液晶層１９への電界の印加により液晶分子が基板１，２面に対して立上がり配向するのにともなって光の出射率が低くなって表示が暗くなる、いわゆるノーマリーホワイトモードの表示を行なうＴＮ型液晶表示素子であり、例えば液晶分子のツイスト角がほぼ９０°である場合、前記偏光板２１，２２は、それそれの透過軸を互いにほぼ直交させて設けられる。
【００３９】
さらに、この液晶表示素子の背面側、つまり後側偏光板２２の背後には、半透過反射板２３が配置されており、その半透過反射板２３の背後に、バックライト２４が配置されている。
【００４０】
この液晶表示素子の前側基板１の内面に設けられた前記赤、緑、青のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂについてさらに説明すると、このカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは例えば顔料分散材料を用いたフィルタであり、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのうち、赤色フィルタ１４Ｒは、赤色画素を表示するための（Ｒ）の画素電極３と対向電極１７とが互いに対向する画素領域Ａに対応し、緑色フィルタ１４Ｇは緑色画素を表示するための（Ｇ）の画素電極３と対向電極１７とが互いに対向する画素領域Ａに対応し、青色フィルタ１４Ｂは青色画素を表示するための（Ｂ）の画素電極３と対向電極１７とが互いに対向する画素領域Ａに対応している。
【００４１】
これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂはそれぞれ、色純度の良い着色光が得られる膜厚を有しており、前記画素領域Ａ内に部分的に対応させて非着色光を出射させるための開口１５を設けた形状に形成されている。
【００４２】
この実施例では、各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを、その中央領域に画素領域Ａの中央部に対応する縦長矩形状の開口１５を設けた形状に形成するとともに、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを外形を、その外周縁部が前記画素領域Ａの外周縁よりも外側に張出す大きさに形成している。
【００４３】
したがって、この実施例では、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する領域、つまり画素領域Ａの周囲領域と、隣り合う画素領域Ａの間の領域（以下、画素間領域という）が着色光出射領域ａとなっており、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５が対応する領域、つまり画素領域Ａの中央領域が非着色光出射領域ｂとなっている。
【００４４】
なお、各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの画素領域Ａからの張出し幅は、隣り合う画素領域Ａの間の領域の幅のほぼ１／２に設定されており、隣り合うカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの側縁同士は、隙間なく接している。
【００４５】
また、後側基板２の内面に設けられた前記各画素電極３は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなっており、その中央領域には、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する縦長矩形状の反射膜３ｂが前記画素電極上に設けられている。すなわち、各画素領域Ａは、各画素電極３上に前記反射膜３ｂが形成された光反射領域と、前記反射膜３ｂが形成されていない他の光透過可能な光透過領域３ａとからなっている。前記反射膜３ｂは、アルミニウムまたはクロム等の光反射率の高い金属膜からなっており、その表面は、酸素プラズマ処理等により粗面化された散乱反射面となっている。
【００４６】
この液晶表示素子は、充分な明るさの外光（自然光や室内照明光等）が得られるときは素子前方から入射する外光を背面側の半透過反射板２３で反射させて外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、液晶表示素子の背後に配置されたバックライト２４の光を利用する透過型表示を行なう２ウエイ型のものである。
【００４７】
まず、反射型表示について説明すると、この反射型表示では、素子前方から入射した光が、前側偏光板２１によりその吸収軸に沿った偏光成分の光を吸収されて透過軸に沿った偏光成分の直線偏光となる。
【００４８】
そして、この入射光のうち、前側基板１の内面に設けられたカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する着色光出射領域ａ（画素領域Ａの周囲領域と画素間領域）に入射した光は、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されてそのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの色に着色し、赤、緑、青の着色光となって液晶層１９に入射する。そして、画素領域Ａ内では、液晶層１９を透過した着色光が、前記光反射領域以外の光透過領域３ａを透過して後側偏光板２２に入射し、その光のうちの前記後側偏光板２２の透過軸に沿った偏光成分の光がこの偏光板２２を透過して半透過反射板２３により反射され、前記後側偏光板２２と液晶層１９とカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと前側偏光板２１とを順次透過して素子前方に出射する。
【００４９】
また、素子前方より画素間領域に入射する外光は、画素間領域に設けられたＴＦＴ４と、画素間領域を通るゲート配線１０およびデータ配線１１と、また画素領域Ａと前記画素間領域とを横切っている容量配線１２のため、前記着色光出射領域ａのうちの液晶層１９を透過した着色光が前記ＴＦＴ４の表面のソースおよびドレイン電極８，９および各配線１０，１１，１２により反射され、後側偏光板２２および半透過反射板２３にまで到達せずに、液晶層１９とカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと前側偏光板２１とを順次透過して素子前方に出射する。
【００５０】
液晶層１９に入射した前記着色光および非着色光は、この液晶層１９を透過する過程でその複屈折性により旋光し、電極３，１８間に印加される電界によって液晶分子の配向状態が変化して出射光の強度が変化する。しかし、画素間領域からの出射光の強度は、この画素間領域が常に無電界状態であって液晶分子が常に初期のツイスト配向状態に配向しているため、常に入射する外光の強度に対応した一定の強度である。
【００５１】
一方、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５が対応する非着色光出射領域ｂ（画素領域Ａの中央領域）に入射した光は、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによる吸収を受けずに、高輝度の非着色光のまま液晶層１９に入射する。画素領域Ａの中央領域に設けられた前記反射膜３ｂによって反射されて、後側偏光板２２および半透過反射板２３を経ずに、液晶層１９とカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと前側偏光板２１とを順次透過して、高輝度の非着色光のまま素子前方に出射する。この非着色光出射領域ｂからの出射光の強度は、電極３，１８間に印加される電界による液晶分子の配向状態の変化に応じて変化する。
【００５２】
このように、外光を利用して反射型表示を行なうときは、素子前方から入射した外光のうち、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する着色光出射領域ａに入射した光だけが、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となり、その着色光が背面側の半透過反射板２３で反射されて素子前方に出射し、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５が対応する非着色光出射領域ｂに入射した光は、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによる吸収を受けることなく後側基板２の内面において画素電極３上の反射膜３ｂにより反射され、高輝度の非着色光のまま素子前方に出射する。
【００５３】
このため、反射型表示においては、各画素領域Ａから、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されて半透過反射板２３で反射された着色光と、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによる吸収を受けることなく前記反射膜３ｂで反射された高輝度の非着色光とが素子前方に出射し、この着色光と非着色光とにより高輝度のカラー画素が表示される。
【００５４】
したがって、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの膜厚が色純度の良い着色光が得られる厚さであっても、十分に明るいカラー画像を表示することができる。
【００５５】
図３は、上記反射型表示の際の画素及びカラーフィルタの配列を示す図であり、各カラー画素Ａ′は、画素領域Ａの周囲領域から隣り合う画素領域Ａとの間の画素間領域のほぼ中間部にわたる着色光出射領域ａからの出射光である赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂのいずれかの着色光ａ′と、画素領域Ａの中央領域である非着色光出射領域ｂからの出射光である非着色光ｂ′とで表示されるが、人間の目には、画素Ａ′全体が前記着色光の色に着色しているように見え、これらの赤、緑、青のカラー画素Ａ′の加法混色によりフルカラー画像が表示される。
【００５６】
なお、人間の目に見えるカラー画素Ａ′は、前記着色光の色が僅かに薄くなった高輝度の画素であり、その色の濃さと明るさは、前記着色光と非着色光との光量比に対応する。このカラー画素Ａ′の色の濃さと明るさは、画素領域Ａの面積に対するカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５および前記光反射領域の面積比を選択することにより任意に設定することができる。
【００５７】
次に、透過型表示について説明すると、この透過型表示では、バックライト２４からの光が半透過反射板２３にその背面から入射し、この半透過反射板２３を透過した光が、後側偏光板２２によりその吸収軸に沿った偏光成分の光を吸収されて透過軸に沿った偏光成分の直線偏光となる。
【００５８】
そして、前記着色光出射領域ａ（画素領域Ａの周囲領域と画素間領域）では、素子背面からの入射光が画素領域Ａの前記光反射領域以外の光を透過する光透過領域３ａを透過して液晶層１９に入射し、この液晶層１９を透過する過程でその複屈折性により旋光され、その光がカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されてそのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの色に着色し、赤、緑、青の着色光となる。
【００５９】
これらの着色光は、前側偏光板２１に入射し、その光のうちの前記前側偏光板２１の透過軸に沿った偏光成分の光がこの偏光板２１を透過して素子前方に出射する。この出射光の強度は、電極３，１８間に印加される電界による液晶分子の配向状態の変化に応じて変化する。
【００６０】
一方、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５が対応する非着色光出射領域ｂ（画素領域Ａの中央領域）では、素子背面から入射した光が、画素領域Ａ内の前記光反射領域に入射して、その反射膜３ｂにより遮られ、素子前方には出射しない。
【００６１】
このように、バックライト２４の光を利用して透過型表示を行なうときは、素子背面側から入射した光のうち、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する着色光出射領域ａに入射した光だけが、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となり、その着色光が素子前方に出射する。
【００６２】
ただし、前記着色光出射領域ａに入射した光のうち、後側基板２の内面に設けられたＴＦＴ４部分や各配線１０，１１，１２が通っている部分に入射した光は、ＴＦＴ４および各配線１０，１１，１２により遮られて素子前方には出射しないため、前記着色光は、着色光出射領域ａのうちのＴＦＴ４部分および各配線１０，１１，１２が通っている部分以外の領域から出射する。
【００６３】
このため、透過型表示においては、各画素領域Ａから、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収された着色光だけが出射し、その着色光により色純度の高いカラー画素が表示されるから、広い色範囲のカラー画像を表示することができる。
【００６４】
図４は、上記透過型表示の際の画素及びカラーフィルタの配列を示す図であり、各カラー画素Ａ′は、画素領域Ａの周囲領域から隣り合う画素領域Ａとの間の画素間領域のほぼ中間部にわたる着色光出射領域ａからの出射光である赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂのいずれかの着色光ａ′によって表示され、これらの赤、緑、青のカラー画素Ａ′の加法混色によりフルカラー画像が表示される。
【００６５】
なお、図４において、ｃは前記反射膜３ｂの影、ｄはＴＦＴ４の影、ｅはゲート配線１０の影、ｆはデータ配線１１の影、ｇは容量配線１２の影であり、これらの影ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇは、各カラー画素Ａ′の間を区切るブラックマトリックスとして見えるため、上記透過型表示による表示されるカラー画像は鮮明な画像である。
【００６６】
また、上記透過型表示では、素子前方に出射する光が、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する着色光出射領域ａを透過した着色光だけであるが、透過型表示の場合は光がカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを一度しか通らないため、素子前方に出射する着色光の輝度は、反射型表示の場合に出射するカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを二度通った着色光に比べて高く、またバックライト２４の輝度を高くすれば出射光の輝度をさらに高くすることができるため、透過型表示での表示の明るさは十分である。
【００６７】
したがって、上記液晶表示素子によれば、外光を利用して反射型表示を行なうときは明るいカラー画像を表示し、バックライト２４の光を利用して透過型表示を行なうときはコントラストの良いカラー画像を表示することができる。
【００６８】
しかも、上記実施例においては、各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂをそれぞれ、その外周縁部が画素領域Ａの外周縁よりも外側に張出す形状に形成して、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５以外の部分が対応する領域、つまり画素領域Ａの周囲領域と、隣り合う画素領域の間の画素間領域とを、着色光出射領域ａとしており、したがって、画素間領域を透過して素子前方に出射する光も前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となるから、前記画素間領域からの高輝度な非着色光の漏れをなくして、特に透過型表示における黒表示状態の輝度を低下させることができるので良好なコントラストを得ることができる。
【００６９】
なお、上記第１の実施例では、後側基板２の内面に設けた各画素電極３の中央領域の液晶層１９側の面に、前側基板１のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する反射膜３ｂを設けているが、この反射膜３ｂは、前記画素電極３と後側基板２との間の層に設けてもよい。
【００７０】
さらに、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する反射膜は、後側基板２の内面に設けたゲート配線１０およびデータ配線１１と容量配線１２とのうちの少なくとも１つの配線で形成してもよい。
【００７１】
図５は、この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の正面図であり、この実施例は、前記容量配線１２に各画素電極３の中央部にそれぞれ対向する縦長の容量電極を一体に形成し、これらの容量電極をそれぞれカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する反射膜１２ｂとしたものである。
【００７２】
なお、この実施例のように容量配線１２を反射膜１２ｂとして利用する場合は、この容量配線１２の全体またはそのうちの前記反射膜（容量電極）１２ｂ部分の表面を酸素プラズマ処理等により粗面化し、少なくとも前記反射膜１２ｂを散乱反射面とするのが好ましい。
【００７３】
また、この実施例では、容量配線１２に画素電極３の中央領域に対向する容量電極を形成し、この容量電極を反射膜１２ｂとしているが、容量配線１２自体を各画素電極３の中央領域に対向するように屈曲させて形成し、この配線１２のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する部分を反射膜としてもよい。
【００７４】
さらに、上記第２の実施例では、容量配線１２を反射膜１２ｂとしているが、ゲート配線１０またはデータ配線１１に各画素領域Ａに部分的に対応する延長部を一体に形成するか、あるいは前記配線１０，１１自体を各画素領域Ａ内を通るように屈曲させて形成し、このゲート配線１０またはデータ配線１１を、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５に対向する反射膜としてもよい。
【００７５】
また、前記反射膜３ｂ，１２ａの外形寸法は、前記開口１５の開口寸法よりも大きいか同じであることが望ましく、それにより有効に非着色光の透過光の出射を防止することができる。
【００７６】
なお、上記第１および第２の実施例の液晶表示素子は、赤、緑、青の画素を表示するための画素電極３を、行方向には交互に並べて直線状に配列し、列方向には同色の画素を表示するための画素電極３同士を約１．５ピッチずつ行方向に交互にずらしてジグザグに配列した、いわゆるモザイク配列型のものであるが、この発明は、赤、緑、青の画素を表示するための画素電極３を、行方向にも列方向にも直線状に並べて配列した、いわゆる格子状配列型の液晶表示素子にも適用することができる。
【００７７】
また、上記実施例の液晶表示素子は、各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、隣り合うカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの側縁同士は、隙間なく設けられているが、その隣接するカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとの境界に遮光膜を配置してもよい。この遮光膜により、離れて配置したために生じたカラーフィルタのない隙間から光が出射するのを防止することができコントラストの低下を防止し、さらに遮光膜とカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは一部分積層してもよいので、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを配置するときの位置合わせ精度が緩和されて製造が容易になる。
【００７８】
また、上記実施例では、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５およびこの開口１５に対向する反射膜３ｂ，１２ａを、画素領域Ａの中央部に対応させて設けているが、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの開口１５と反射膜３ｂ，１２ａは、画素領域Ａの複数箇所に対応させて設けてもよい。
【００７９】
さらに、上記実施例では、着色膜としてカラーフィルタを用いているが、前記着色膜はカラーフィルタに限らない。また、上記実施例の液晶表示素子は、赤、緑、青の光の混色によりフルカラー画像を表示するものであるが、この発明は、マゼンタ、イエロー、シアンの３色の着色膜（例えばカラーフィルタ）を備え、これらの着色膜の色に着色したマゼンタ、イエロー、シアンの光の混色によりフルカラー画像を表示する液晶表示素子にも適用することができる。
【００８０】
また、この発明は、ＴＦＴをアクティブ素子とするアクティブマトリックス型に限らず、ＭＩＭをアクティブ素子とするアクティブマトリックス型の液晶表示素子や、一方の基板の内面に一方の方向に沿う走査電極を複数本互いに平行に設け、他方の基板の内面に前記走査電極と交差する方向に沿う信号電極を複数本互いに平行に設けた単純マトリックス型の液晶表示素子等にも適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
この発明の液晶表示素子は、対向配置された前後一対の基板と、その一方の基板の内面に設けられた複数の第１の電極と、他方の基板の内面に設けられた少なくとも１つの第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記第２の電極とが互いに対向する領域により光の透過を制御する複数の画素領域を形成し、これらの複数の画素領域にそれぞれ対応させて、前側基板の内面に設けられた透過波長帯域が異なる複数の色の着色膜と、前記一対の基板間に設けられた液晶層と、背面側に設けられた半透過反射板とを備え、前記複数の色の着色膜は、それぞれ前記画素領域の外周縁より外側に張出した大きさに形成され、且つ非着色光を出射させるための開口が前記画素領域内の一部分に前記着色膜の外縁よりも内側に設けられ、さらに前記後側基板の内面には、前記画素領域の一部に対応し、且つ前記着色膜の開口に対向する反射膜が設けられ、前記画素領域のうち、前記反射膜に対応する部分が光反射領域を形成し、前記反射膜に対応する領域以外の部分が光透過領域を形成することを特徴とするものであり、この液晶表示素子によれば、外光を利用して反射型表示を行なうときは明るいカラー画像を表示し、バックライトの光を利用して透過型表示を行なうときの黒表示の輝度を低下させることができ、コントラストの良好なカラー画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す液晶表示素子の一部分の正面図。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図。
【図３】前記液晶表示素子の反射型表示における画素及びカラーフィルタの配列を示す図。
【図４】前記液晶表示素子の透過型表示における画素及びカラーフィルタの配列を示す図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す液晶表示素子の一部分の正面図。
【符号の説明】
１，２…基板
３…画素電極
３ｂ…反射膜
４…ＴＦＴ（能動素子）
１０…ゲート配線
１１…データ配線
１２…容量配線
１２ｂ…反射膜
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…カラーフィルタ
１５…開口
１８…対向電極
２１，２２…偏光板
２３…半透過反射板
２４…バックライト
Ａ…画素領域
ａ…着色光出射領域
ｂ…非着色光出射領域

Claims

対向配置された前後一対の基板と、その一方の基板の内面に設けられた複数の第１の電極と、他方の基板の内面に設けられた少なくとも１つの第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記第２の電極とが互いに対向する領域により光の透過を制御する複数の画素領域を形成し、これらの複数の画素領域にそれぞれ対応させて、前側基板の内面に設けられた透過波長帯域が異なる複数の色の着色膜と、前記一対の基板間に設けられた液晶層と、背面側に設けられた半透過反射板とを備え、
前記複数の色の着色膜は、それぞれ前記画素領域の外周縁より外側に張出した大きさに形成され、且つ非着色光を出射させるための開口が前記画素領域内の一部分に前記着色膜の外縁よりも内側に設けられ、さらに前記後側基板の内面には、前記画素領域の一部に対応し、且つ前記着色膜の開口に対向する反射膜が設けられ、前記画素領域のうち、前記反射膜に対応する部分が光反射領域を形成し、前記反射膜に対応する領域以外の部分が光透過領域を形成することを特徴とする液晶表示素子。
前記第１の電極はマトリックス状に配列する複数の画素電極であり、前記第２の電極は前記複数の画素電極に対向する対向電極であり、前記後側基板の内面に、前記複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のアクティブ素子と、前記アクティブ素子にゲート信号およびデータ信号を供給するゲート配線およびデータ配線と、前記画素電極との間に補償容量を形成する容量配線とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記複数の画素電極が、前記反射膜で形成された光反射領域と、透明導電膜で形成された光透過領域とからなっていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
前記ゲート配線およびデータ配線と容量配線とのうちの少なくとも１つの配線の一部が前記画素領域内に対応しており、その部分が前記反射膜となっていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。