JPH10111505A - 反射型カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示明度を向上した反射型カラー液晶表示装
置の提供が望まれている。 【解決手段】 透光性を有する絶縁性の透明基板２と、
透明基板２に対向して配設された絶縁性の対向基板３
と、これら透明基板２と対向基板３との間に充填された
液晶４と、液晶４より対向基板３側に設けられた反射膜
９と、反射膜９より透明基板２側に設けられたカラーフ
ィルタ１２と、を備えた反射型カラー液晶表示装置１で
ある。カラーフィルタ１２は、必要とする波長領域の光
を透過し、かつそれ以外の波長領域の光を吸収するもの
であるとともに、必要とする波長領域以外の波長領域の
光を受けることによって励起し、必要とする波長領域の
光を出射する材料からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示装
置に係り、詳しくは高光反射により表示明度を向上した
反射型カラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、反射型液晶表示装置において
は、光の入出射側となる透明基板か、あるいは光の反射
側となる対向基板のうちの一方にカラーフィルタを設け
ることにより、カラー表示を行うようにしている。カラ
ーフィルタは、特定の波長領域、すなわち必要とする波
長領域の光を透過し、かつそれ以外の波長領域の光を吸
収するもので、例えば赤色用のカラーフィルタは、赤色
の波長領域の光を透過し、それ以外の波長領域の光を吸
収するものである。

【０００３】また、一般にフルカラー表示を行う場合、
カラーフィルタとして赤色用、緑色用、青色用の三種類
を用い、これらをモザイク状やトライアングル状、スト
ライプ状などに平面配置し、各色毎に画素を形成してそ
の各画素を透過する光を合成するようにしている。すな
わち、各画素を構成するカラーフィルタを透過した光
が、その後方に設けられた反射膜によって反射し、再度
カラーフィルタを透過して入射側に出射光として取り出
されることにより、この出射光は各画素による光の合成
によって所望の色調を有した画像を表示するものとなる
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
カラー表示の反射型液晶表示装置では、各色のカラーフ
ィルタ全てが、その色以外の波長領域の光を吸収するた
め、当然入射光に対して出射光の強度が低くなるといっ
た不都合がある。すなわち、入射光として白色光を用い
た場合、赤色用カラーフィルタでは図４（ａ）に示すよ
うに緑色光や青色光の波長領域の光が、また緑色用カラ
ーフィルタでは図４（ｂ）に示すように青色光や赤色光
の波長領域の光が、さらに青色用カラーフィルタでは図
４（ｃ）に示すように赤色光や緑色光の波長領域の光が
それぞれ吸収されることにより、反射膜によって反射し
て取り出される出射光は、図５に示すように最大で入射
光の１／３以下程度になってしまうのである。

【０００５】また、このように出射光が理論的に最大で
入射光の１／３程度になるのに加え、液晶表示装置とし
ては、液晶層透過率や画素開口率等によってさらに入射
光に対する出射光の比率が低下するため、表示そのもの
が入射光に対して十分な明度をもたず、非常に暗いもの
になってしまうのである。本発明は前記事情に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、表示明度を向
上した反射型カラー液晶表示装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型カラー液
晶表示装置では、透光性を有する絶縁性の透明基板と、
該透明基板に対向して配設された絶縁性の対向基板と、
これら透明基板と対向基板との間に充填された液晶と、
前記液晶より対向基板側に設けられた反射膜と、前記反
射膜より前記透明基板側に設けられたカラーフィルタと
を備えてなり、前記カラーフィルタが、必要とする波長
領域の光を透過し、かつそれ以外の波長領域の光を吸収
するものであるとともに、必要とする波長領域以外の波
長領域の光を受けることによって励起し、必要とする波
長領域の光を出射する材料からなることを前記課題の解
決手段とした。

【０００７】この反射型カラー液晶表示装置によれば、
カラーフィルタを、必要とする波長領域の光を透過し、
かつそれ以外の波長領域の光を吸収するものであるとと
もに、必要とする波長領域以外の波長領域の光を受ける
ことによって励起し、必要とする波長領域の光を出射さ
せる材料によって形成したので、カラーフィルタを出て
反射膜に至り、これに反射して出射光として取り出され
る光が、必要とする波長領域の透過光と必要とする波長
領域の励起光との合成となり、従来に比べ励起光の分、
光の強度が増すようになる。また、カラーフィルタを、
必要とする波長領域の光が異なる波長領域の光である複
数種のフィルタから構成すれば、すなわち必要とする色
が異なる複数種のフィルタから構成すれば、これら各色
の組み合わせにより、任意の色調のカラー表示を行うこ
とが可能になる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の反射型カラー液晶
表示装置を詳しく説明する。図１は、本発明の反射型カ
ラー液晶表示装置の一実施形態例を示す図であり、図１
において符号１は反射型カラー液晶表示装置（以下、液
晶表示装置と略称する）である。この液晶表示装置１
は、透光性を有する透明基板２と、この透明基板２に対
向して配設された対向基板３とを有し、これら透明基板
２と対向基板３との間に液晶４を充填したものである。
透明基板２および対向基板３は、ガラス、石英、樹脂等
からなる絶縁性のもので、透明基板２が光の入出射側に
配置され、対向基板３が光の反射側に配置されるように
なっている。液晶４は、例えばネマティック型のもの
で、該液晶４からなる層中には二色性色素５が含有され
ている。二色性色素５は、その分子の長軸にほぼ平行な
遷移双極子モーメントを有する、いわゆるｐ型色素から
なるものである。

【０００９】透明基板２の内面、すなわち液晶４側の面
には、その画素部にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等か
らなる透明電極６が、また駆動部にスイッチング素子と
なるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）７がそれぞれ設けられ
ており、これら透明電極６、ＴＦＴ７の上には配向膜８
が設けられている。対向基板３には、その液晶４側の面
に反射膜９、λ／４板１０、透明電極１１がこの順に設
けられ、さらに画素部においては透明電極１１の内面側
（液晶４側）にカラーフィルタ１２が設けられている。
また、透明電極１１の内面側には、カラーフィルタ１２
を覆った状態で配向膜１３が設けられている。

【００１０】カラーフィルタ１２は、光の３原色である
赤、緑、青の各色の波長領域に対応したもので、例えば
ゼラチンや樹脂、フォトレジスト液等に蛍光染料や蛍光
顔料等の蛍光物質を加えてなるものである。ここで、カ
ラーフィルタ１２のうち赤色光用フィルタ（図示略）
は、赤色の波長領域の光を透過し、かつそれ以外の波長
領域の光を吸収するとともに、蛍光物質の作用によって
赤色光の波長領域以外の波長領域（非可視光領域も含
む）の光を受けることで励起し、赤色光を出射するもの
である。なお、この赤色光用フィルタとしては、例えば
ゼラチンあるいはポリビニルアルコールやアクリル系の
樹脂に、蛍光染料としてローダミンＢやチオフラビン
Ｔ、エオシン等を添加し、あるいは蛍光顔料としてＺｎ
ＣｄＳ／Ｃｕ等を添加したものが用いられる。

【００１１】同様に、緑色光用フィルタは、緑色の波長
領域の光を透過し、かつそれ以外の波長領域の光を吸収
するとともに、蛍光物質の作用によって緑色光の波長領
域以外の波長領域（非可視光領域も含む）の光を受ける
ことで励起し、緑色光を出射するものである。この緑色
光用フィルタとしては、例えばゼラチンあるいはポリビ
ニルアルコールやアクリル系の樹脂に、蛍光染料として
ウラニン等を添加し、あるいは蛍光顔料としてＺｎＳ／
Ｃｕ等を添加したものが用いられる。また、青色光用フ
ィルタは、青色の波長領域の光を透過し、かつそれ以外
の波長領域の光を吸収するとともに、蛍光物質の作用に
よって青色光の波長領域以外の波長領域（非可視光領域
も含む）の光を受けることで励起し、青色光を出射する
ものである。この青色光用フィルタとしては、ゼラチン
あるいはポリビニルアルコールやアクリル系の樹脂に、
蛍光染料してジアミノスチルベン等を添加し、あるいは
蛍光顔料としてＣａＳ／Ｂｉ、ＣａＳｒＳ／Ｂｉ等を添
加したものが用いられる。

【００１２】対向基板３に設けられた反射膜９は、アル
ミニウム等からなるものであり、またλ／４板１０は、
ポリスチレンやポリプロピレン、ポリカーボネイトなど
の高分子フィルムからなるものである。なお、透明電極
１１は、透明基板２側の透明電極６と同様にＩＴＯ等か
らなっている。また、配向膜８、１３はポリイミド樹脂
によって形成され、その表面にはラビング処理がなされ
ている。

【００１３】次に、このような構成からなる液晶表示装
置１の動作を説明する。電圧無印加状態の画素では、液
晶４はその分子が配向膜８、１３の配向処理に沿って、
すなわち透明基板２、対向基板３に対して平行方向に配
向し、二色性色素５も同様に配向している。そして、こ
の状態で該画素に透明電極３から白色光が入射すると、
この入射光は液晶４からなる層に入り、該入射光のうち
二色性色素５の分子の長軸方向に対して平行方向に振動
面をもつ光は二色性色素５によって吸収される。また、
二色性色素５の分子の長軸方向に対して垂直方向に振動
面をもつ光は、液晶４からなる層を通過し、対向基板２
に形成されたカラーフィルタ１２に入射する。すると、
この入射光は、後述するようにして該カラーフィルタ１
２の種類に応じてその波長領域毎に透過および光励起が
なされ、対向基板３側に出射する。

【００１４】この出射光は、対向基板３に設けられたλ
／４板１０で円偏光とされ、さらに反射膜９で反射す
る。このようにして反射が起こると、反射光はその偏光
が逆周りとなって再びλ／４板１０を通過し、二色性色
素５の分子の長軸方向に対して平行方向に振動面をもつ
光となる。すると、この光は二色性色素５によって吸収
されることになり、したがってこの画素から光が出射し
ないことから、該画素は黒色表示のものとなる。

【００１５】また、電圧印加状態の画素では、液晶４は
その分子が電界方向に沿って、すなわち透明基板２、対
向基板３に対して直交する方向に配向し、二色性色素５
も同様に配向している。そして、この状態で該画素に透
明電極３から白色光が入射すると、この入射光は二色性
色素５に吸収されることなく液晶４からなる層を通過
し、対向基板２に形成されたカラーフィルタ１２に入射
する。すると、この入射光は、例えば該カラーフィルタ
１２が前述した赤色光用フィルタである場合、赤色の波
長領域の光を透過してこれを出射し、かつそれ以外の波
長領域の光を吸収する。ただし、吸収された光、すなわ
ち赤色の波長領域以外の光は、カラーフィルタ１２中の
蛍光物質を励起させ、これにより赤色の波長領域の光を
出射させるものとなる。したがって、このカラーフィル
タ１２に入射した白色光は、もともと可視光領域におい
てその波長毎にほぼ均一な分布を有していたのが、必要
とする波長領域、この場合には赤色の波長領域の光強度
を大幅に増したものとなるのである。

【００１６】そして、このようにカラーフィルタ１２を
通過したことにより、透過光と励起光とが合成されたこ
とにより結果的に特定波長領域（必要とする波長領域）
の強度が増した光は、λ／４板１０で偏光されることな
く反射膜９に至り、ここで反射する。このようにして反
射が起こると、反射光はλ／４板１０を偏光されること
なく再び通過し、カラーフィルタ１２に入射する。する
と、反射光は先にカラーフィルタ１２を通過したことに
より、例えば図２に示すように、赤色の波長領域に分布
が偏った光となっていることから、ほとんどがカラーフ
ィルタ１２を透過して液晶４からなる層に入射する。

【００１７】そして、液晶４からなる層に入射した光
は、液晶４および二色性色素５が透明基板２、対向基板
３に対して直交する方向に配向しているので、該層に吸
収されることなく透明基板２側に出射し、カラーフィル
タ１２の種類に応じた色の光（この例では赤色の光）と
なって取り出され、他の画素における出射光と合成され
ることによって所望の色調を表示するものとなる。

【００１８】このように、カラーフィルタ１２を通過し
さらに反射して取り出された光は、蛍光物質による光励
起によってその必要とする波長領域の光強度が増してい
るので、例えば赤、緑、青の三色の出射光の合成による
光（白色光）は、図３に示すように、もともと可視光領
域においてその波長毎にほぼ均一な分布を有していた入
射光（白色光）とほぼ同じ強度のものとなる。したがっ
て、この液晶表示装置１にあっては、蛍光物質を添加し
たカラーフィルタ１２を用いたことにより、入射光に対
してカラーフィルタ１２を出射する光の比率を大幅に増
すことができ、これにより高光反射による表示明度の向
上を図ることができる。

【００１９】なお、前記実施形態例では、カラーフィル
タ１２を対向基板３側に設けたが、透明基板２側に設け
てもよいのはもちろんである。また、カラーフィルタ１
２の種類についても、赤、緑、青の三色に限定されるこ
となく、カラー表示を可能にする任意の色、およびその
数を用いることが可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の反射型カラ
ー液晶表示装置は、カラーフィルタを、必要とする波長
領域の光を透過し、かつそれ以外の波長領域の光を吸収
するものであるとともに、必要とする波長領域以外の波
長領域の光を受けることによって励起し、必要とする波
長領域の光を出射させる材料によって形成したものであ
るから、カラーフィルタを出て反射膜に至り、これに反
射して出射光として取り出される光を、必要とする波長
領域の透過光と必要とする波長領域の励起光との合成と
することができ、したがって従来に比べ励起光の分、光
の強度を増すことができ、これにより高光反射による表
示明度向上を達成してペーパーホワイトの表示を実現す
ることができる。また、カラーフィルタを、必要とする
波長領域の光が異なる波長領域の光である複数種のフィ
ルタから構成すれば、すなわち必要とする色が異なる複
数種のフィルタから構成すれば、これら各色の組み合わ
せにより、任意の色調のカラー表示を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型カラー液晶表示装置の、一実施
形態例の概略構成を示す要部側断面図である。

【図２】赤色用のカラーフィルタを通過した反射光の波
長に対する強度分布と、入射光の強度との比較を示すグ
ラフ図である。

【図３】本発明においてカラーフィルタから出射される
反射光の波長に対する強度分布と、入射光の波長に対す
る強度分布との比較を示すグラフ図である。

【図４】従来の反射型カラー液晶表示装置においてカラ
ーフィルタを通過した反射光の波長に対する強度分布
と、入射光の強度との比較を示すグラフ図であり、
（ａ）はカラーフィルタが赤色用である場合の例を示
し、（ｂ）はカラーフィルタが緑色用である場合の例を
示し、（ｃ）はカラーフィルタが青色用である場合の例
を示している。

【図５】従来の反射型カラー液晶表示装置においてカラ
ーフィルタから出射される反射光の波長に対する強度分
布と、入射光の波長に対する強度分布との比較を示すグ
ラフ図である。

【符号の説明】

１ 反射型カラー液晶表示装置 ２ 透明基板 ３
対向基板 ４ 液晶 ９ 反射膜 １２ カラーフィルタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有する絶縁性の透明基板と、該
   透明基板に対向して配設された絶縁性の対向基板と、こ
   れら透明基板と対向基板との間に充填された液晶と、前
   記液晶より対向基板側に設けられた反射膜と、前記反射
   膜より前記透明基板側に設けられたカラーフィルタと、
   を備えた反射型カラー液晶表示装置において、 前記カラーフィルタが、必要とする波長領域の光を透過
   し、かつそれ以外の波長領域の光を吸収するものである
   とともに、必要とする波長領域以外の波長領域の光を受
   けることによって励起し、必要とする波長領域の光を出
   射する材料からなることを特徴とする反射型カラー液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】 前記カラーフィルタは、必要とする波長
   領域の光が異なる波長領域の光である複数種のフィルタ
   から構成されたことを特徴とする請求項１記載の反射型
   カラー液晶表示装置。