JPH08320480A

JPH08320480A - カラー表示装置

Info

Publication number: JPH08320480A
Application number: JP12691095A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Mitsui; 精一三ッ井; Shigeru Aomori; 繁青森; Atsushi Tanaka; 淳田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3112393B2; US5734457A

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーフィルターでの光の利用効率を大幅に
改善し、低消費電力のカラー表示装置を提供する。【構成】光吸収タイプの第１のカラーフィルター４に
加えて、このフィルター４に対して表示面側とは反対側
に、光反射タイプの第２のカラーフィルター３が設けら
れる。このフィルター３は、フィルター４の透過光と補
色の色の光を反射する。従って、フィルター４を透過で
きない光は、フィルター４に入射する前に、反射タイプ
のフィルター３によりフィルター４とは反対側に反射さ
れる。フィルター３を透過できるのは、フィルター４を
透過できる光であるので、フィルター３によりフィルタ
ー４とは反対側に反射された光は、最終的には、その反
射された光が利用され得る第１および第２のカラーフィ
ルター部分に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばワードプロセ
ッサ、ノート型パソコンなどのＯＡ（オフィスオートメ
ーション）機器、各種映像機器およびゲーム機器などに
好適に用いられるカラー表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワードプロセッサ、ラップトップ
型パソコン、またはポケットテレビと称される携帯型テ
レビジョン受信機などへの液晶表示装置の応用が急速に
進展している。従来から、液晶表示装置には、ＴＮ（ツ
イステッドネマティック）モードおよびＳＴＮ（スーパ
ーツイステッドネマティック）モードが用いられてい
る。

【０００３】このＴＮモードの液晶表示装置は、一組の
偏光板の間に液晶表示セルを配置した構造を有し、この
液晶表示セルの光学的性質（スイッチング特性）、すな
わち電圧無印加時の旋光特性と、電圧印加時の旋光解消
特性とを利用してモノクロ（白黒）表示を行うものであ
る。また、液晶表示素子の表示画素毎に、例えば赤、青
または緑の微小寸法のカラーフィルターを設け、ＴＮモ
ードの上記スイッチング特性を利用し、加法混合により
マルチカラー表示およびフルカラー表示を行う。この原
理は、現在アクティブマトリックス駆動または単純マト
リックス駆動を利用したカラー液晶表示装置に広く使わ
れている。そのうちのアクティブマトリックス駆動ＴＦ
ＴＬＣＤを取り上げ説明する。

【０００４】アクティブマトリックス駆動ＴＦＴＬＣＤ
は、一対の基板の一方の上に、液晶表示画素と、各表示
画素への電圧印加を選択的に行うための薄膜トランジス
タ（以後ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓ
ｔｅｒと称す。）とをアレイ状に配置した表示装置であ
る。表示画素の数に従って、水平方向に走査線（ゲート
線）が、垂直方向にデータ線がそれぞれ配置される。Ｏ
Ａ用では画面の対角の寸法が２５ｃｍ〜３８ｃｍのもの
が開発されている。ＰＣ（パーソナルコンピュータ）用
では、４８０本の走査線、および６４０×３（赤、緑お
よび青に対応）本のデータ線が配置される。

【０００５】図６に、従来のアクティブマトリックス駆
動のカラー液晶表示パネルの１カラー画素分の断面図を
示す。図６を参照して、従来のカラー液晶表示パネルの
構成を説明する。

【０００６】液晶表示セルは、近接対向して設けられ
た、ガラスに代表される透明基板１３Ａおよび１３Ｂ
と、これら透明基板１３Ａおよび１３Ｂの間に封入され
た液晶層１２とを有する。かかる透明基板１３Ａおよび
１３Ｂの間の周辺部にはスペーサー（図中略）が介在さ
れる。一方の透明基板１３Ｂの内面には、表示電極２４
がアレイ状に複数形成され、これら表示電極２４にそれ
ぞれ対応してＴＦＴ２５が形成される。ＴＦＴ２５のド
レイン部は表示電極２４に接続される。また、基板１３
Ｂの内面全面には、表示電極２４およびＴＦＴ２５を覆
って、液晶層１２の液晶分子を配向させるための配向膜
２７が形成される。

【０００７】他方の透明基板１３Ａの内面には、上記複
数の表示電極２４と対向して透明な共通電極２３が形成
される。表示電極２４と共通電極２３との対向部分で各
カラー画素が構成される。透明基板１３Ａの液晶層１２
側には赤、青および緑のカラーフィルター１４および平
坦化膜２２が形成され、カラーフィルター１４の赤、青
または緑の部分は、各表示電極２４にそれぞれ対応して
配設される。さらに、基板１３Ａおよび基板１３Ｂの外
側には、一対の偏光板２８と偏光板２９がそれぞれ貼り
付けられる。また、この液晶表示装置は、液晶表示セル
の基板１３Ｂの外側に、バックライト光源３０、導光板
３１、および反射膜３２からなるバックライトを備え
る。

【０００８】上記カラーフィルター１４は、各種製法に
より分類され、染色方式、顔料分散方式、印刷方式、電
着方式等の光を選択的に吸収される方式が広く用いられ
る。これらのカラーフィルターは、有機樹脂とそのなか
に混入される染料または顔料物質とから形成される。す
なわち、これらのカラーフィルターは、染料または顔料
の光を選択的に吸収する性質を利用したものである。こ
れらカラーフィルターの詳細は、「次世代液晶ディスプ
レイ技術」内田龍男編者：工業調査会ｐ１１５〜１２６
に記載されている。また、上記カラーフィルターとして
無機物質の薄膜干渉カラーフィルターを用いたものも公
知である（特開平２−１４９８８１号および特開平４−
１１３３２４号）。これらの方式のカラーフィルター
は、光吸収がなく選択的に光を透過し、それ以外の光を
反射するタイプである。そのため耐光性が要求されるプ
ロジェクション方式に最適である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶表示装
置の問題点は、光透過率が数％でしかないことである。
光透過率は以下のように表すことができる。

【００１０】（光透過率）＝（ＴＦＴアレイの開口率）
×（液晶透過率）×（偏光板透過率）×（カラーフィル
ター透過率）ここで、現行の代表的な値を下記表１に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１に示す値から、光透過率を計算すると
６．５〜８％になる。つまりバックライト光のほとんど
は有効利用されていない。そのため消費電力の大きなバ
ックライトなしでカラー表示を行うことは困難となり、
液晶表示素子の利点である低消費電力性が失われてしま
う。

【００１３】本発明は、上述した従来技術の課題であ
る、光のロスの最も大きなカラーフィルターでの光の利
用効率を大幅に改善すべくなされたものであり、バック
ライトの消費電力を大幅に低減し、低消費電力を実現す
る構造の透過型カラー表示装置を提供することを目的と
する。また、本発明は、バックライトなしの反射型カラ
ー表示装置にもそのまま適用可能であり、この場合には
明るい反射型カラー表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー表示装置
は、表示媒体と、該表示媒体を駆動するための電極を有
する表示側基板と、該表示媒体を挟んで該表示側基板に
対向配設され、該表示媒体を駆動するための電極を有す
る対向基板と、該表示側基板に設けられた光吸収タイプ
の第１のカラーフィルターと、該第１のカラーフィルタ
ーに対して該表示側基板とは反対側に設けられ、該第１
のカラーフィルターを透過する光と補色の色の光を反射
する光反射タイプの第２のカラーフィルターと、該第２
のカラーフィルターに対して該第１のカラーフィルター
とは反対側に設けられた反射手段とを備えており、その
ことにより上記目的が達成される。

【００１５】前記第２のカラーフィルターを、前記表示
側基板に、前記第１のカラーフィルターと積層して設け
る構成とすることもできる。

【００１６】また、前記第２のカラーフィルターを、前
記対向基板側に設ける構成とすることもできる。

【００１７】前記第１のカラーフィルターを、ゼラチン
染色法、顔料分散法、電着法、および印刷法のうちのい
ずれかにより形成することもできる。前記第２のカラー
フィルターを、無機多層膜、体積ホログラム、カイラル
ネマティック液晶、コレステリック液晶、およびコレス
テリック液晶ボリマーのうちのいずれかにより形成する
こともできる。

【００１８】

【作用】本発明のカラー表示装置は、光吸収タイプの第
１のカラーフィルターに加えて、この第１のカラーフィ
ルターに対して表示面側とは反対側に、光反射タイプの
第２のカラーフィルターを有する。この第２のカラーフ
ィルターは、第１のカラーフィルターの透過光と補色の
色の光を反射する。従って、従来構造では、カラーフィ
ルターに吸収されていた光が、第１のカラーフィルター
に入射する前に、反射タイプの第２のカラーフィルター
により第１のカラーフィルターとは反対側に反射され
る。この反射された光は、反射手段により第１および第
２のカラーフィルター側に反射される。このように、第
２のカラーフィルターと反射板との間で反射された光
は、最終的には、第２のカラーフィルターのその光を透
過する部分に到達し透過する。第２のカラーフィルター
を透過した光は、第１のカラーフィルターも透過して、
観察者に視認される。このように、従来構造では吸収さ
れていた光である、第２のカラーフィルターにより第１
のカラーフィルターとは反対側に反射された光は、最終
的には、その反射された光が利用され得る第１および第
２のカラーフィルター部分に入射して、表示に供するこ
とになる。即ち、従来構造では、光吸収タイプのカラー
フィルターに吸収されていた光がなくなる。これによ
り、光の利用効率を向上させることができる。

【００１９】本発明を透過型カラー表示装置に適応した
場合の基本原理を図１を参照して説明する。ここでは、
赤の画素を例にとる。

【００２０】バックライト１からの光は表示媒体である
液晶層２を通過し、例えば、シアンの波長の光を反射す
る（つまり赤の光を透過する）光反射タイプの第２のカ
ラーフィルター３に入射する。この第２のカラーフィル
ター３を透過した赤の光は、さらに赤を透過する光吸収
タイプの第１のカラーフィルター４を透過し、観察者５
はこの赤の光を認識する。一方、第２のカラーフィルタ
ー３で反射されたシアンの光７は、再び液晶層２を通過
し、バックライト１に戻り、ここでバックライトが備え
る反射板で再び反射されて、緑の光８または青の光９を
透過する第１および第２のカラーフィルター３および４
を通過する。そのため、従来カラーフィルターで吸収さ
れていた光は実質的に無くなり利用効率は３倍に上が
る。ここでは、赤の画素を説明したが、緑および青の画
素でも同様な作用をする。

【００２１】また、観察者５側の周囲光１０は、光吸収
タイプの第１のカラーフィルター４で吸収されるので、
光反射タイプの第２のカラーフィルター３から観察者５
に向かう反射は起こらない。本発明のカラー表示装置の
構造によれば、バックライトからの光のうち、第１およ
び第２のカラーフィルター４および３で吸収される光エ
ネルギーは実質的にゼロとなる。

【００２２】次に、本発明をバックライトを必要としな
い反射型カラー表示装置に適用した場合の基本原理を図
２を参照して説明する。ここでも、赤の画素を例に取
る。

【００２３】観察者５から入射した周囲光１０は、ま
ず、光吸収タイプの第１のカラーフィルター４に入射す
る。この入射光のうち赤の光は、第１のカラーフィルタ
ーを透過する。つまり、シアンの光は第１のカラーフィ
ルターで吸収される。第１のカラーフィルター４を透過
した赤の光は、光反射タイプの第２のカラーフィルター
３を通過する。透過した赤の光は、表示媒体である液晶
層２を通過し、対向基板側の反射板１１により反射さ
れ、入射した赤の画素に再び戻った光を観察者５は視認
する。この場合、周囲光１０はあらゆる角度から表示装
置に入射し、さらに反射板で散乱されるため、必ずも入
射した画素と同じ画素を通るとは限らない。従って、従
来構造の装置では、赤の画素を通過した光は反射板で反
射し、隣接する緑または青の画素に入射する場合もあ
り、そのような光はカラーフィルターで吸収されてい
た。しかし、本発明のカラー表示装置では、緑および青
の画素の光は、第２のカラーフィルター４により反射板
側に再び返され、周囲のいずれかの赤の画素から観察者
５に届くため、光の利用効率を上げることができる。

【００２４】上記透過型カラー表示装置の場合も反射型
カラー表示装置の場合も、第２のカラーフィルターを観
測者側の表示側基板に第１のカラーフィルターと積層し
て設ける構成としても、また、第２のカラーフィルター
を対向基板側に設ける構成としても、上述のように、光
の利用効率を上げることができる。

【００２５】上記光吸収タイプの第１のカラーフィルタ
ー４は、ゼラチン染色法、顔料分散法、電着法、および
印刷法のうちのいずれかにより形成することができ、上
記作用と同様の作用をするフィルターであれば適用可能
である。

【００２６】また、上記光反射タイプの第２のカラーフ
ィルター３は、無機多層膜、体積ホログラム、カイラル
ネマティック液晶、コレステリック液晶、およびコレス
テリック液晶ボリマーのうちのいずれかにより形成する
ことができ、上記作用と同様の作用をするフィルターで
あれば適用可能である。これら光反射タイプのカラーフ
ィルターは、一般に視角依存性が大きい。しかし、本発
明では光吸収タイプの第１のカラーフィルターを表示面
側に設けるので、透過型表示装置および反射型表示装置
の何れに適用しても、視野角依存性は少ない。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００２８】（実施例１）図３に、本発明の実施例１に
かかるアクティブマトリクス駆動のカラー液晶表示装置
の１カラー画素分の断面図を示す。１カラー画素は、
赤、緑および青の３画素からなる。図３を参照して、本
実施例の透過型液晶表示装置の構成を説明する。

【００２９】本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネ
ルＬとバックライトＢとを備える。液晶表示パネルＬ
は、表示媒体としての液晶層１２と、液晶層１２を間に
挟んで対向配置された一対の透明なガラス基板１３Ａお
よび１３Ｂとを含む液晶表示セルを有する。液晶層１２
には、液晶分子が９０゜ツイストしたネマティック液晶
を用いる。

【００３０】観察者側基板である基板１３Ａの液晶層１
２側には、赤、緑および青の光を選択的に透過する顔料
分散方式の第１のカラーフィルター層１４が備えられ
る。第１のカラーフィルター層１４では、図３に示すよ
うに、赤のカラーフィルター１５、緑のカラーフィルタ
ー１６および青のカラーフィルター１７がそれぞれ１カ
ラー画素中の単一の画素に対応するように並置される。
各カラーフィルター１５、１６および１７の間には、黒
色のブラックマスクＢＭが設けられる。本実施例では、
赤、緑および青のカラーフィルター１５、１６および１
７が、一例としてストライプ状に配列される。

【００３１】この第１のカラーフィルター層１４の液晶
層１２側上には、第２のカラーフィルター層１８であ
る、光反射タイプの体積ホログラム光学カラーフィルタ
ーが備えられる。第２のカラーフィルター層１８は、第
１のカラーフィルター層１４の透過光と補色の関係にあ
る色を反射するように選択される。具体的には、赤のカ
ラーフィルター１５に対してシアンの光を反射するカラ
ーフィルター１９（赤の光を透過する）が、緑のカラー
フィルター１６に対してマゼンタの光を反射するカラー
フィルター２０（緑の光を透過する）が、青のカラーフ
ィルター１７に対して黄色の光を反射するカラーフィル
ター２１（青の光を透過する）がそれぞれ選択される。
また、第１のカラーフィルター層１４と同様に、各カラ
ーフィルター１９、２０および２１の間には、黒色のブ
ラックマスクＢＭが設けられる。

【００３２】第２のカラーフィルター層１８の液晶層１
２側上には、透明な平垣化膜２２が形成される。平坦化
膜２２の液晶層１２側表面には、各画素に共通の共通電
極として透明電極２３が形成される。他方の基板１３Ｂ
には、液晶層１２側表面に、画素電極である透明電極２
４およびＴＦＴ２５が画素毎に形成される。透明電極２
３および２４の上には、それぞれ液晶を配向させるポリ
イミドからなる配向膜２６および２７が塗布される。

【００３３】この液晶表示パネルＬは、さらに、液晶表
示セルの透明基板１３Ａと１３Ｂとの外側にそれぞれ貼
り付けられた偏光板２８と２９とを有する。

【００３４】一方、バックライトＢは、液晶表示パネル
Ｌの外側に設けられ、バックライト光源３０、導光板３
１、および反射膜３２を備える。

【００３５】上記構成を有する本実施例の液晶表示パネ
ルＬは、以下のようにして作製される。

【００３６】まず、バリウム・ホウケイ酸、ナトリウム
ガラス、プラスチック、石英ガラス等からなる透明基板
１３Ａの上に、光吸収タイプのカラーフィルター層１４
を形成する。本実施例では、光吸収タイプのカラーフィ
ルター層１４の一例として、顔料分散方式のカラーフィ
ルターを以下のようにして作製する。

【００３７】透明な感光性樹脂の中に赤色の顔料が均一
に分散された感光性着色レジストをガラス基板１３Ａ上
に塗布する。具体的には、富士ハントエレクトロニクス
テクノロジー（株）社製のＣＲ２０００を用い、スピン
コート法により６５０回転／分で２．０μｍ厚の膜を形
成する。その後、８０℃でプリベークし、所定のマスク
を用いて露光、現像し、最後に２２０℃で３０分間ベー
クし、赤のパターンを形成する。さらに、富士ハントエ
レクトロニクステクノロジー（株）社製のＣＧ２００
０、ＣＢ２０００、ＣＫ２０００を同じプロセスにて、
それぞれ緑、青および黒のパターンを形成し、第１のカ
ラーフィルター層１４を形成する。

【００３８】この第１のカラーフィルター層１４の上に
光反射タイプの第２のカラーフィルター層１８を配置す
る。本実施例では、光反射タイプの第２のカラーフィル
ター層１８の一例として、体積ホログラム光学カラーフ
ィルターを以下のようにして作製する。

【００３９】感光層とミラーとを密着させ、所定のマス
クを配置して、赤色の波長のレーザー光を垂直入射させ
る。照射したレーザー光は、ミラーからの反射光と干渉
して、露光部分には面に平行に干渉縞が記録される。こ
のような露光を順次マスクをずらして、緑色、青色につ
いて行い干渉縞を記録する。作製の詳細な条件を、下記
表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】このようにして図３に示す１画素ごとの体
積ホログラム光学カラーフィルターが作製される。

【００４２】第１のカラーフィルター層１４と第２のカ
ラーフィルター層１８との各画素はそれぞれ重なるよう
配置され、その組み合わせは、下記表３に示す通りであ
る。

【００４３】

【表３】

【００４４】上記表３からわかるように、第１のカラー
フィルター層１４の透過光は、第２のカラーフィルター
層１８の反射光と補色の関係にあるように選択される。

【００４５】この第２のカラーフィルター層１８上に、
平垣化膜２２としてアクリル樹脂をスピンナーによりコ
ートし、１８０℃にてベークする。さらに、この平坦化
膜２２上全面に、透明電極２３を、例えばＩＴ０を厚み
が１０００オングストロームとなるように形成する。

【００４６】基板１３Ａに対向する基板１３Ｂの上に
は、スイッチング素子としてＴＦＴ２５および透明電極
２４を形成する。ＴＦＴ２５の上に、漏れ光を遮断する
ための遮光層を形成する構造とすることもできる。

【００４７】透明電極２３および２４上には、それぞれ
配向膜（オプトマーＡＬ４５５２、日本合成ゴム社製）
２６および２７を、膜厚が７００オングストロームにな
るように印刷法で形成し、基板１３Ａと基板１３Ｂとの
間で９０度ねじれるようにラビング方向を設定する。

【００４８】これら２つの基板１３Ａと１３Ｂとは、セ
ル厚が４．５μｍとなるようにスペーサーを用いて貼合
せる。この貼り合わせた基板１３Ａと１３Ｂとの間にネ
マティック液晶を注入して、液晶層１２を形成する。本
実施例では、液晶層１２として、ＺＬＩ‐４７９２（メ
ルク社製）を使用する。なお、ネマティック液晶は種類
が極めて多く、液晶層１２の材料の選択の幅は広い。

【００４９】完成した液晶表示セルの外側に、１対の偏
光板２８および２９を貼り付けて、ノーマーリーホワイ
トタイプのＴＮ（ツイステットネマティック）液晶表示
モードを適用した液晶表示パネルＬを作製する。

【００５０】次に、本実施例の液晶表示装置における画
素の表示動作を説明する。

【００５１】（１）液晶層１２に電圧を印加しない時
（白表示）バックライトＢから液晶表示パネルＬに照射された無偏
光の光は、偏光板２９を通り直線偏光となって液晶表示
セルに入射する。液晶層１２では、その直線偏光は液晶
分子のねじれに従ってその偏光方向が９０度回転され
る。ここで、赤の画素を例にとって説明する。

【００５２】液晶層１２を出射した光は、光反射タイプ
の第２のカラーフィルター層１８の中のシアンの波長の
光を反射する（つまり赤の光を透過する）赤のカラーフ
ィルター１９に入射する。赤のカラーフィルター１９を
透過した赤の光は、光吸収タイプの第１のカラーフィル
ター層１４の中の赤の光を透過する赤のカラーフィルタ
ー１５を透過し、さらに偏光板２８を通過する。これに
より、赤色表示が行われる。

【００５３】一方、光反射タイプの第２のカラーフィル
ター層１８の赤のカラーフィルター１９において、シア
ンの光は反射される。このとき偏光状態は保持されるの
で直線偏光のまま液晶層１２を通る。液晶層１２では、
反射されたシアンの光は、そ偏光方向が９０度回転さ
れ、その結果、液晶表示セルに入射した時の偏光方向と
同じとなり、偏光板２９を通過する。偏光板２９を通過
した光は、バックライトＢの導光板３１へ戻る。その
後、再び反射膜３２において反射され、赤の画素に隣接
する緑の画素に対応するカラーフィルター２０および１
６、または青の画素に対応するカラーフィルター２１お
よび１７を通過し、観察者に認識される。そのため、従
来ではカラーフィルターで吸収されていた光（この場合
のシアンの光）は、実質的に吸収されることなく他の画
素で利用される。

【００５４】緑の画素および青の画素についても同様
に、従来ではカラーフィルターで吸収されていた光が、
液晶層１２側に反射されることにより、他の画素で利用
される。その結果、全体として、光の利用効率は３倍に
上がることになる。

【００５５】また、液晶表示装置の周囲の光は、光吸収
タイプの第１のカラーフィルター層１４で吸収されるの
で、光反射タイプの第２のカラーフィルター層１８で観
察者に向かう反射は起こらない。

【００５６】（２）液晶層１２に電圧を印加した時（黒
表示）バックライトＢから液晶表示パネルＬに照射された無偏
光の光は、偏光板２９を通り直線偏光となって液晶表示
セルに入射する。液晶層１２に電圧を印加しているの
で、液晶層１２ではその偏光方向の回転は起こらない。
ここでも、赤の画素を例にとって説明する。

【００５７】液晶層１２を出射した光は、光反射タイプ
の第２のカラーフィルター層１８の中のシアンの波長の
光を反射する（つまり赤を透過する）赤のカラーフィル
ター１９に入射する。赤のカラーフィルター１９を透過
した赤の光は、光吸収タイプの第１のカラーフィルター
層１４の中の赤の光を透過する赤のカラーフィルター１
５を透過する。この透過した赤の光は、液晶層１２で偏
光方向が回転されていないので、偏光板２８により吸収
される。

【００５８】一方、光反射タイプの第２のカラーフィル
ター層１８の赤のカラーフィルター１９において、シア
ンの光は反射される。このとき、偏光状態は保持される
ので直線偏光のまま液晶層１２を通る。液晶層１２には
電圧が印加されているので、液晶層１２においても、偏
光方向は回転されない。このように反射されたシアンの
光の偏光方向は、液晶表示セルに入射した時の偏光方向
と同じであるので、偏光板２９を通過してバックライト
Ｂの導光板３１へ戻る。その後、再び反射膜３２におい
て反射され、赤の画素に隣接する緑の画素に対応するカ
ラーフィルター２０および１６、または青の画素に対応
するカラーフィルター２１および１７を通過する。これ
ら緑および青の画素を通過した光も偏光板２８により吸
収される。

【００５９】緑の画素および青の画素についても同様
に、それぞれ、第２のカラーフィルター層１８のカラー
フィルター２０および２１で反射された光は、その画素
と隣接する他の画素を通過して、偏光板２８により吸収
される。このようにして、電圧印加時には、黒表示とな
る。

【００６０】以上説明したように、従来、白表示におい
てカラーフィルターで吸収されていた光は実質的に無く
なり、本発明の液晶表示装置の利用効率は、上記図６に
示した従来構造の液晶表示装置と比較して３倍に上が
る。

【００６１】このように本発明による液晶表示装置の光
の利用効率は高いため、バックライトＢの光量を押さえ
ても十分明るい表示を得ることができるので、低消費電
力が達成される。

【００６２】なお、本実施例では、ＴＮタイプの液晶表
示モードを適用したが、ＳＴＮ表示モード、ゲストホス
ト表示モード、さらに強誘電性液晶、ポリマー分散型等
のカラーフィルターを用いてカラー表示をするタイプの
表示モードにはいずれも本発明は適用可能である。

【００６３】さらに、第１のカラーフィルター層１４と
して用いた吸収タイプのカラーフィルターには、ゼラチ
ン染色方法、電着法、印刷法等の各種方式が適用可能で
ある。また、第２のカラーフィルター層１８として用い
た反射タイプのカラーフィルターには、無機多層膜、体
積ホログラム、さらに、選択反射を用いたカイラルネマ
ティックまたはコレステリック液晶等が使用可能であ
る。

【００６４】（実施例２）図４に、本発明の実施例２に
かかるアクティブマトリクス駆動のカラー液晶表示装置
の１カラー画素分の断面図を示す。１カラー画素は、
赤、緑および青の３画素からなる。図４を参照して、本
実施例の液晶表示装置の構成を説明する。

【００６５】本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネ
ルＭとバックライトＢとを備える。この液晶表示パネル
Ｍは、表示媒体としての液晶層１２と、液晶層１２を間
に挟んで対向配置された一対の透明なガラス基板１３Ａ
および１３Ｂとを含む液晶表示セルを有する。液晶層１
２には、液晶分子が９０゜ツイストしたネマティック液
晶を用いる。

【００６６】観察者側基板である基板１３Ａの液晶層１
２側には、赤、緑および青の光を選択的に透過する顔料
分散方式の第１のカラーフィルター層１４が備えられ
る。第１のカラーフィルター層１４では、図４に示すよ
うに、赤のカラーフィルター１５、緑のカラーフィルタ
ー１６および青のカラーフィルター１７がそれぞれ１カ
ラー画素中の単一の画素に対応するように並置される。
各カラーフィルター１５、１６および１７の間には、黒
色のブラックマスクＢＭが設けられる。本実施例では、
赤、緑および青のカラーフィルター１５、１６および１
７が、一例としてストライプ状に配列される。

【００６７】基板１３Ａに対向する基板１３Ｂの液晶層
１２側上には、第２のカラーフィルター層３７である、
光反射タイプの無機薄膜干渉カラーフィルター層が備え
られる。第２のカラーフィルター層３７は、第１のカラ
ーフィルター層１４の透過光と補色の関係にある色を反
射するように選択される。具体的には、赤のカラーフィ
ルター１５に対してシアンの光を反射するカラーフィル
ター３３（赤の光を透過する）が、緑のカラーフィルタ
ー１６に対してマゼンタの光を反射するカラーフィルタ
ー３４（緑の光を透過する）が、青のカラーフィルター
１７に対して黄色の光を反射するカラーフィルター３５
（青の光を透過する）がそれぞれ選択される。

【００６８】第１のカラーフィルター層１４の液晶層１
２側上には、透明な平垣化膜２２が形成される。平坦化
膜２２の液晶層１２側表面には、各画素に共通の共通電
極として透明電極２３が形成される。他方の基板１３Ｂ
には、液晶層１２側表面に、画素電極である透明電極２
４およびＴＦＴ２５が画素毎に形成される。無機薄膜干
渉カラーフィルター層３２は、透明電極２４とＴＦＴ２
５とを絶縁する絶縁膜を兼ねるように、干渉カラーフィ
ルター層３７の上に透明電極２４を形成する。透明電極
２４は、カラーフィルター層３７に設けられたコンタク
トホール３６を介してＴＦＴ２５のドレイン部と接続さ
れる。透明電極２３および２４の上には、それぞれ液晶
を配向させるポリイミドからなる配向膜２６および２７
が塗布される。

【００６９】本実施例では、カラーフィルター層３７を
絶縁膜として利用することにより、ＴＦＴ２５の上にま
でも透明電極２４を形成することができるので、開口率
を大きくできる利点がある。

【００７０】この液晶表示パネルＭは、さらに、液晶表
示セルの透明基板１３Ａと１３Ｂとの外側にそれぞれ貼
り付けられた偏光板２８と２９とを有する。

【００７１】一方、バックライトＢは、液晶表示パネル
Ｌの外側に設けられ、バックライト光源３０、導光板３
１、および反射膜３２を備える。

【００７２】上記構成を有する本実施例の液晶表示パネ
ルＭは、以下のようにして作製される。

【００７３】まず、バリウム・ホウケイ酸、ナトリウム
ガラス、プラスチック、石英ガラス等からなる透明基板
１３Ａの上に、光吸収タイプのカラーフィルター層１４
を形成する。本実施例では、光吸収タイプのカラーフィ
ルター層１４の一例として、顔料分散方式のカラーフィ
ルターを以下のようにして作製する。

【００７４】まず、透明な感光性樹脂の中に顔料が均一
に分散された感光性着色レジストをガラス基板１３Ａ上
に塗布し、露光、現像によって所定のパターンを形成す
る。この工程を３回繰り返して赤、緑および青のカラー
フィルター１５、１６および１７から構成される第１の
カラーフィルター１４を形成する。詳細なプロセスは上
記実施例１と同じである。

【００７５】一方、基板１３Ａに対向する基板１３Ｂの
上には、図４に示すようにスイッチング素子としてＴＦ
Ｔ２５を形成する。このＴＦＴ２５が形成された対向基
板１３Ｂに屈折率の異なる２種類の透明な無機誘電体薄
膜を交互に積層させることにより、第２のカラーフィル
ター層３７として干渉カラーフィルターを形成する。本
実施例では、屈折率の低い物質として二酸化珪素（屈折
率＝１．４６）、屈折率の高い物質として二酸化チタン
（屈折率＝２．４）を用いる。以下に干渉フィルターの
詳細な条件を示す。

【００７６】第２のカラーフィルター層３７となる干渉
フィルターは、Ｓｉ０₂とＴｉ０₂とをスパッタリングに
より薄膜化して、基板１３Ｂ上に交互に積層されて多層
膜として形成される。それぞれ、赤、青および緑の光を
透過するように層数と厚さを最適化する。上記透明な誘
電体薄膜の層数を増やしていくと分光特性が急峻にな
り、色分離の優れた干渉フィルターが得られる。例え
ば、赤のカラーフィルター３３では全体の厚さが０．８
２１μｍに、緑のカラーフィルター３４では１．７２５
μｍに、青のカラーフィルター３５では１．０５２μｍ
に設定される。

【００７７】その後、フォトレジスト塗布、露光、現像
のフォトプロセスを３回繰り返して赤、緑、および青の
カラーフィルター３３、３４および３５を形成する。フ
ォトプロセスの際に、ＴＦＴ２５のドレイン部に対応す
るように各カラーフィルター３３、３４および３５にコ
ンタクトホール３６を形成するようにマスクを設計して
おき、無機薄膜干渉カラーフィルター層３７の上に、Ｉ
ＴＯからなる透明画素電極２４を形成する。

【００７８】第１のカラーフィルター層１４と第２のカ
ラーフィルター層３７との各画素はそれぞれ重なるよう
配置され、その組み合わせは、下記表４に示す通りであ
る。

【００７９】

【表４】

【００８０】上記表４からわかるように、第１のカラー
フィルター層１４の透過光は、第２のカラーフィルター
層３７の反射光と補色の関係にあるように選択される。

【００８１】上記第１のカラーフィルター層１４上に、
平垣化膜２２としてアクリル樹脂をスピンナーによりコ
ートしてベークする。さらに、この平坦化膜２２上全面
に、透明電極２３を、例えばＩＴ０を厚みが１０００オ
ングストロームとなるように形成する。

【００８２】透明電極２３および２４上には、それぞれ
配向膜（オプトマーＡＬ４５５２、日本合成ゴム社製）
２６および２７を、膜厚が７００オングストロームにな
るように印刷法で形成し、基板１３Ａと基板１３Ｂとの
間で９０度ねじれるようにラビング方向を設定する。

【００８３】これら２つの基板１３Ａと１３Ｂとは、セ
ル厚が４．５μｍとなるようにスペーサーを用いて貼合
せる。この貼り合わせた基板１３Ａと１３Ｂとの間にネ
マティック液晶を注入して、液晶層１２を形成する。本
実施例では、液晶層１２として、ＺＬＩ‐４７９２（メ
ルク社製）を使用する。なお、ネマティック液晶は種類
が極めて多く、液晶層１２の材料の選択の幅は広い。

【００８４】完成した液晶表示セルの外側に、１対の偏
光板２８および２９を貼り付けて、ノーマーリーホワイ
トタイプのＴＮ（ツイステットネマティック）液晶表示
モードを適用した液晶表示パネルＭを作製する。本実施
例の動作原理は、上記実施例１と同じである。

【００８５】本実施例により、上記実施例１と同様に、
従来、白表示においてカラーフィルターで吸収されてい
た光は実質的に無くなり利用効率は３倍に上がる。

【００８６】このように、本実施例の液晶表示装置は光
の利用効率は高いため、バックライトＢの光量を押さえ
ることができるので、低消費電力が達成される。

【００８７】本実施例では、アクティブ素子としてＴＦ
Ｔを適用したが２端子素子（ＭＩＭ）、あるいは２端子
素子のバリスタ等を用いて駆動することも可能である。

【００８８】（実施例３）本発明の実施例３の液晶表示
装置は、図３に示す実施例１の液晶表示装置と同様の構
造において、光反射タイプの第２のカラーフィルター層
１８としてコレステリック液晶ポリマーを利用する。こ
のコレステリック液晶ポリマーは、コレステリック液晶
層のヘリカル構造に起因した円偏光の選択反射を利用す
るものである。

【００８９】本実施例のコレステリック液晶ポリマーと
しては、光重合可能なＷａｃｋｅｒ−ＣｈｅｍｉｅＧ
ｍｂＨ社製のＴＣ３９５１Ｌを使用する。このＴＣ３９
５１Ｌは、カイラル材科のへリカルツイストパワーの温
度依存性によるコレステリック相のサーモクロミズム効
果により特定の温度で反射スペクトルを変化させること
ができる。本実施例のコレステリック液晶ポリマーは、
以下のように作製する。

【００９０】まず、第１のカラーフィルター層１４の上
にＴＣ３９５１Ｌからなる膜を形成し、画素に対応した
所定のマスクを配置する。ガラス基板１３Ａを２５℃に
熱すると赤の光を反射するようになるので、この状態で
ＵＶ照射して赤反射フィルターの領域部分を固定化す
る。次に、基板１３Ａの温度を７６℃（緑の光の反射に
対応）に設定し、画素に対応した所定のマスクを配置
し、ＵＶ照射して緑反射フィルターの領域部分を固定化
する。続いて、基板１３Ａの温度を１０５度（青の光の
反射に対応）と変えて画素に対応した所定のマスクを配
置し、ＵＶ照射して青反射フィルターの領域部分を固定
化する。以上の様にしてＲＧＢの光反射タイプのフィル
ターが形成される。

【００９１】さらに、この光反射タイプのフィルター上
にＴＣ３９５１Ｌからなる膜を形成し、同じく画素に対
応した所定のマスクを配置し、赤反射フィルターの領域
の上に青反射フィルターを、緑反射フィルターの領域の
上に赤反射フィルターを、緑反射フィルターの領域の上
に赤反射フィルターを形成する。

【００９２】このようにして、光反射タイプの第２のカ
ラーフィルター層１８として、マゼンタを反射する緑の
カラーフィルター２０、黄色を反射する青のカラーフィ
ルター２１、およびシアンを反射する赤のカラーフィル
ター１９が形成される。第２のカラーフィルター層１８
中のこれら各カラーフィルター１９、２０および２１
は、上記実施例１と同様に、各色の画素に対応して、表
３に示すように第１のカラーフィルター層１４の各カラ
ーフィルター１５、１６および１７と組み合わされる。

【００９３】第２のカラーフィルター層１８以外の構成
は、図３に示す上記実施例１の構成と同様である。本実
施例の構造を適用することにより、従来、白表示におい
てカラーフィルターで吸収されていた光は実質的に無く
なり利用効率は３倍に上がることが確認されている。

【００９４】本実施例の液晶表示装置も、光の利用効率
は高いため、バックライトＢの光量を押さえることがで
きるので、低消費電力が達成される。

【００９５】（実施例４）図５に、本発明の実施例４に
かかるアクティブマトリクス駆動のカラー液晶表示装置
の１カラー画素分の断面図を示す。１カラー画素は、
赤、緑および青の３画素からなる。図５を参照して、本
実施例の反射型液晶表示装置の構成および作製方法を説
明する。

【００９６】本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネ
ルＮからなる。この液晶表示パネルＮは、表示媒体とし
ての液晶層４０と、液晶層４０を間に挟んで対向配置さ
れた一対の透明なガラス基板１３Ａおよび１３Ｂとを有
する。液晶層４０には、黒の２色性色素にカイラル物質
が添加された相転移型のゲストホスト液晶を用いる。観
察者側基板である基板１３Ａの液晶層４０側には、赤お
よびシアンの光を選択的に透過する染色方式の第１のカ
ラーフィルター層４１が備えられる。第１のカラーフィ
ルター層４１では、図５に示すように、赤のカラーフィ
ルター４２およびシアンのカラーフィルター４３がそれ
ぞれ１カラー画素中の単一の画素に対応するように並置
される。各カラーフィルター４２および４３の間には、
黒色のブラックマスクＢＭが設けられる。本実施例で
は、赤およびシアンのカラーフィルター４２および４３
が、一例としてストライプ状に配列される。

【００９７】この第１のカラーフィルター層４１の液晶
層４０側上には、第２のカラーフィルター層４４であ
る、光反射タイプの体積ホログラム光学カラーフィルタ
ーが備えられる。この第２のカラーフィルター層４４
は、カラーフィルター層の中に屈折率の異なる層が層状
に積層された位相型体積ホログラム光学フィルムであ
る。これは、実施例１と同じような作製方法で作製され
る。第２のカラーフィルター層４４は、赤およびシアン
の光を選択的に透過するように、赤のカラーフィルター
４５およびシアンのカラーフィルター４６を備える。ま
た、第１のカラーフィルター層４１と同様に、各カラー
フィルター４５および４６の間には、黒色のブラックマ
スクＢＭが設けられる。

【００９８】第１のカラーフィルター層４１と第２のカ
ラーフィルター層４４との各画素はそれぞれ重なるよう
配置され、その組み合わせは、下記表５に示す通りであ
る。

【００９９】

【表５】

【０１００】上記表５からわかるように、第１のカラー
フィルター層４１の透過光は、第２のカラーフィルター
層４４の反射光と補色の関係にあるように選択される。

【０１０１】この第２のカラーフィルター層４４上に
は、平坦化膜２２および各画素に共通の共通電極である
透明電極２３が備えられる。平垣化膜２２は、アクリル
樹脂をスピンナーによりコートしベークすることによっ
て形成される。透明電極２３は、この平坦化膜２２上全
面に、例えば厚みが１０００オングストロームであるＩ
ＴＯ膜を被覆することにより形成される。

【０１０２】他方の基板１３Ｂには、液晶層４０側表面
に、画素電極である反射電極４８およびスイッチング素
子であるＴＦＴ２５が画素毎に形成される。反射電極４
８とＴＦＴ２５との間には有機絶縁膜４７が設けられ
る。有機絶縁膜４７は、液晶層４０側に凹凸散乱面を有
する。反射電極４８とＴＦＴ２５のドレイン部とは、有
機絶縁膜４７に設けられたコンタクトホール４９を介し
て電気的に接続される。このような構造にすることによ
り、大きな開口率を達成することができる。

【０１０３】上記有機絶縁膜４７の凹凸散乱面は、特開
平６−７５２３８号公報に開示されている方法に従って
作製される。反射電極４８としてはアルミニウムを用い
る。反射電極４８の液晶層４０側表面は、上記凹凸散乱
面と同様の凹凸を有する。

【０１０４】透明電極２３および反射電極４８上には、
垂直配向膜５０および５１がそれぞれ膜厚が７００オン
グストロームになるように印刷法で形成される。このパ
ネル厚（セル厚）は、８μｍとなるように、基板１３Ａ
および１３Ｂを貼り合せる。貼り合わされた基板１３Ａ
と１３Ｂとの間に、黒の２色性色素にカイラル物質が添
加された相転移型のゲストホスト液晶を注入することに
より、液晶層４０は形成される。黒のゲストホスト液晶
は種類が極めて多く、選択の幅は広い。

【０１０５】次に、本実施例の液晶表示装置における画
素の表示動作を説明する。

【０１０６】（１）液晶層４０に電圧を印加した時（白
表示）液晶層４０中の液晶分子と色素分子とが印加された電界
方向に並び、液晶層４０中を光が透過する。液晶表示セ
ルＮの周囲光は始めに、第１のカラーフィルター層４１
に入射する。第１のカラーフィルター層４１では、透過
光以外の波長は吸収される。ここで、赤の画素を例にと
って説明する。

【０１０７】赤の画素では、第１のカラーフィルター層
４１の中の赤のカラーフィルター４２を透過した赤の光
は、第２のカラーフィルター層４４である干渉カラーフ
ィルターの赤のカラーフィルター４５に入射する。この
赤の光は、カラーフィルター４５を透過し、さらに液晶
層４０を通過して反射電極４８で散乱される。この赤の
カラーフィルター４２と４５とを通過した赤の光は、反
射電極４８で反射され、再び液晶層４０を通り、入射し
たときとほぼ逆の経路を通る。このようにして、赤のカ
ラーフィルター４５と４２とを通過した光は、観察者に
認識される。

【０１０８】なお、赤の画素に対応する第１、第２のカ
ラーフィルター層４１および４４を透過した光は、反射
電極４８で散乱されているので、入射した同じ赤の画素
を通り出射するとは限らない。しかし、たとえ、赤の画
素に隣接するシアンの画素に入射した場合でも、その入
射した光は、第２のカラーフィルター層４４である干渉
カラーフィルターにより反射されて液晶層４０を通っ
て、再び反射電極４８に入射する。反射電極４８で、そ
の光は跳ね返され、再び観察者方向に向かい最終的には
利用される。

【０１０９】従来の構造では、隣接するシアンの画素に
入射した光は、吸収カラーフィルターにより吸収され
る。しかし、本発明では、吸収されていたこの光を有効
に利用することができる。

【０１１０】（２）液晶層４０に電圧を印加しない時
（黒表示）液晶層４０に入射した液晶表示装置の周囲光は、液晶層
４０中の液晶分子がねじれているためゲストホスト液晶
により吸収される。吸収された残りの光は、第２のカラ
ーフィルター層４４である干渉カラーフィルターにより
反射され、ゲストホスト液晶層４０においてさらに吸収
されて黒表示を実現する。

【０１１１】本実施例では、第２のカラーフィルター層
４４となる干渉カラーフィルターを基板１３Ａ側に形成
したが、基板１３Ｂ側に形成しても同様な効果が得られ
ることを確認している。

【０１１２】本実施例の構造を適用することにより、反
射型表示装置においても、従来では白表示においてカラ
ーフィルターで吸収されていた反射板（反射電極）の反
射光が実質的に無くなり、利用効率は上がる。

【０１１３】本実施例では、アクティブ素子としてＴＦ
Ｔを適用したが２端子素子（ＭＩＭ）、または２端子素
子のバリスタ等を用いて駆動することも可能である。

【０１１４】第１のカラーフィルター層４１として、本
実施例では光吸収タイプのゼラチン染色法を用いたが、
顔料分散法、電着法、印刷法等の各種方式が適用可能で
ある。また、光反射タイプの第２のカラーフィルター層
４４として、干渉カラーフィルターを用いたが、体積ホ
ログラムさらに、選択反射を用いたカイラルネマティッ
クあるいはコレステリック液晶等が使用可能である。

【０１１５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光の利用効率の高い、明るい液晶表示装置を
実現することができる。透過型液晶表示装置ではバック
ライトのパワーを落としても従来と同じ明るさを確保で
きることにより、低消費電力が達成される。さらに、反
射型液晶表示装置に本発明を適用することにより、明る
い反射型パネルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過型表示装置の原理を説明するため
の模式図である。

【図２】本発明の反射型表示装置の原理を説明するため
の模式図である。

【図３】本発明の実施例１にかかるアクティブマトリク
ス駆動のカラー液晶表示装置の１カラー画素分を示す断
面図である。

【図４】本発明の実施例２にかかるアクティブマトリク
ス駆動のカラー液晶表示装置の１カラー画素分を示す断
面図である。

【図５】本発明の実施例４にかかるアクティブマトリク
ス駆動のカラー液晶表示装置の１カラー画素分を示す断
面図である。

【図６】従来の透過型表示装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１バックライト２液晶層３第２のカラーフィルター４第１のカラーフィルター５観察者Ｌ、Ｍ、Ｎ液晶表示パネルＢバックライト１２液晶層１３Ａ、１３Ｂ基板１４第１のカラーフィルター層１８第２のカラーフィルター層２３、２４透明電極２５ＴＦＴ３７第２のカラーフィルター層４０液晶層４１第１のカラーフィルター層４４第２のカラーフィルター層４８反射電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示媒体と、該表示媒体を駆動するための電極を有する表示側基板
と、該表示媒体を挟んで該表示側基板に対向配設され、該表
示媒体を駆動するための電極を有する対向基板と、該表示側基板に設けられた光吸収タイプの第１のカラー
フィルターと、該第１のカラーフィルターに対して該表示側基板とは反
対側に設けられ、該第１のカラーフィルターを透過する
光と補色の色の光を反射する光反射タイプの第２のカラ
ーフィルターと、該第２のカラーフィルターに対して該第１のカラーフィ
ルターとは反対側に設けられた反射手段とを備えたカラ
ー表示装置。
【請求項２】前記第２のカラーフィルターが、前記表
示側基板に、前記第１のカラーフィルターと積層されて
設けられた請求項１記載のカラー表示装置。
【請求項３】前記第２のカラーフィルターが前記対向
基板側に設けられた請求項１記載のカラー表示装置。
【請求項４】前記第１のカラーフィルターが、ゼラチ
ン染色法、顔料分散法、電着法、および印刷法のうちの
いずれかにより形成された請求項１記載のカラー表示装
置。
【請求項５】前記第２のカラーフィルターが、無機多
層膜、体積ホログラム、カイラルネマティック液晶、コ
レステリック液晶、およびコレステリック液晶ボリマー
のうちのいずれかにより形成された請求項１記載のカラ
ー表示装置。