JPH11109332A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カラーフィルタを備えた液晶表示素子として、
表色系での色範囲および色バランスを悪化させることな
く前記カラーフィルタの膜厚を薄くし、画面を十分に明
るくすることができるものを提供する。 【解決手段】赤色フィルタの膜厚ｔＲと、緑色フィルタ
の膜厚ｔＧと、青色フィルタの膜厚ｔＢとを、ｔＧ＜ｔ
Ｒ＜ｔＢの関係に設定するとともに、これらの膜あるｔ
Ｒ，ｔＧ，ｔＢをそれぞれ、そのカラーフィルタを透過
した着色光のクロマが極大となる値に設定し、広い色範
囲を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、透過波長帯域が
異なる３色の着色膜を備えた液晶表示素子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子には、バックライトからの
光を利用して表示する透過型のものと、自然光や室内照
明光等の外光を利用して表示する反射型のものとがあ
り、反射型の液晶表示素子では、その後面側に、前面か
ら入射した外光を反射して前面に出射させるための反射
部材を備えている。

【０００３】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）型が多
く採用されており、このＴＮ型の液晶表示素子では、前
記一方の基板の外面と他方の基板の外面とにそれぞれ偏
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、液晶層をはさんで対向する一対の基板の
うち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
た複数の能動素子とを設け、他方の基板の内面に、前記
複数の画素電極と対向する部分により画素領域を形成す
る対向電極を設け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
ルカラー画像等のカラー画像を表示する液晶表示素子で
は、そのいずれかの基板の内面に、透過波長帯域が互い
に異なる３色の着色膜、例えば赤、緑、青の３色のカラ
ーフィルタが、それぞれ異なる画素領域に対応させて設
けられている。

【０００６】前記赤、緑、青の３色のカラーフィルタは
それぞれ、そのカラーフィルタが対応する画素領域を透
過する光量を多くするために、前記画素領域の全域を覆
うように形成されている。

【０００７】前記カラーフィルタは、顔料を分散させた
フィルタ材料を用いて形成されるか、あるいはカゼイン
等からなる透明膜を染色して形成されており、十分な着
色光が得られるカラーフィルタの膜厚は、例えば顔料分
散材料を用いたカラーフィルタの場合で１〜２μｍ程度
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のカラー
フィルタを備えた液晶表示素子は、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が前記カラ
ーフィルタを透過して着色光になり、他の波長帯域の光
は前記カラーフィルタで吸収されるため、入射光の強度
に対して、出射する着色光の強度が極めて弱く、明るい
画面が得られないという問題をもっている。

【０００９】この問題は、透過型の表示素子の場合はバ
ックライトの輝度を高くすることによってある程度改善
することができるが、外光を利用して表示する反射型の
表示素子の場合は、液晶表示素子の前面から入射した光
が、後面側の反射部材で反射されて前面に出射するまで
の間に前記カラーフィルタを二度通るため、光の減衰が
大きく、画面がかなり暗くなってしまう。

【００１０】そのため、従来から、前記赤、緑、青のカ
ラーフィルタの膜厚を薄くしてカラーフィルタでの光の
吸収を少なくし、光の透過率を上げて画面を明るくする
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、赤、緑、青の各着色光の吸収波
長帯域での透過率も上昇して、各色の光の色バランスが
悪くなる。

【００１１】図８は、カラーフィルタを薄膜化すること
によって生じる透過率の変化を示しており、カラーフィ
ルタの膜厚が十分な着色光が得られる膜厚（顔料分散材
料を用いたカラーフィルタの場合で１．３〜１．６μｍ
程度）である場合は、赤、緑、青のカラーフィルタをそ
れぞれ図に実線で示したような透過率で光が透過する
が、カラーフィルタの膜厚を薄くすると、赤、緑、青の
カラーフィルタの透過率がそれぞれ図に破線で示すよう
にシフトし、３色のカラーフィルタの平均透過率が、実
線で示したレベルから破線で示したレベルにシフトす
る。

【００１２】このカラーフィルタの薄膜化による赤、
緑、青のカラーフィルタの透過率の変化は、図のよう
に、赤色フィルタを透過した赤色光が、赤色フィルタの
吸収波長帯域である短波長側の光の透過率が高くなり、
また、緑フィルタおよび青色フィルタを透過した緑色光
および青色光の半値幅が広がる傾向の変化であり、その
結果、３色のカラーフィルタの平均透過率が、約５００
ｎｍの波長付近に透過率の高いピークをもつ特性とな
る。

【００１３】そのため、カラーフィルタの膜厚を薄くし
た液晶表示素子は、赤、緑、青の各着色光の吸収波長帯
域の透過率が上昇するため色純度が低くまた、その各色
の光の色バランスが悪くて、赤、緑、青の光の加法混色
による表示色がシアン（青味がかった緑）に近くなるた
め、良好な白表示が得られない。この発明は、多くの鮮
明無い色が表示でき、かつ高い透過率で、しかも色バラ
ンスの優れたカラー液晶表示素子を提供することを目的
としたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の液晶表示素子
は、液晶層をはさんで対向する前後一対の基板の互いに
対向する内面の一方に設けられた複数の第１の電極と、
他方の内面に設けられ、前記複数の第１の電極と対向す
る領域が複数の画素領域を形成する少なくとも１つの第
２の電極と、いずれかの基板の内面に前記各画素領域に
それぞれ対応させて設けられた透過波長帯域が異なる３
色の着色膜を有し、前記３色の着色膜が、中間波長帯域
透過着色膜＜長間波長帯域透過着色膜＜短波長帯域透過
着色膜の条件を満たし、且つそれぞれの着色膜を透過し
た着色光の色を表す表色系で定義される前記３色の色座
標により囲まれた色範囲が極大値を示す膜厚に設定され
ていることを特徴とするものである。

【００１５】この発明の液晶表示素子によれば、前記３
色の着色膜の膜厚を上記のように設定しているため、表
現できる色範囲を拡大し、色バランスを悪化させること
のない前記着色膜を備えることにより、画面を十分に明
るくすることができる。

【００１６】

【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、３色の着色膜の膜厚がが、可視光帯域のうち
の中間波長帯域透過着色膜より長間波長帯域透過着色膜
の方が厚く、長間波長帯域透過着色膜より短波長帯域透
過着色膜の方が厚く設定され、且つそれぞれの着色膜を
透過した着色光の色を表す表色系で定義される前記３色
の色座標により囲まれた色範囲を極大とする膜厚に設定
することにより、表現ですることのできる色の範囲を拡
大し、色バランスを悪化させることのないく画面を十分
に明るくするようにしたものである。前記着色膜を透過
した着色光の色座標は、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊表
色系により定義されるのが望ましい。

【００１７】また、前記３色の着色膜が、例えば顔料分
散材料を用いた赤、緑、青のカラーフィルタである場合
は、赤色フィルタの膜厚を０．９〜１．２μｍ、緑色フ
ィルタの膜厚を０．８〜１．１μｍ、青色フィルタの膜
厚を１．１〜１．４μｍの範囲に設定すればよく、この
ように赤、緑、青のカラーフィルタの膜厚を設定すれ
ば、これらのカラーフィルタを透過した赤、緑、青の着
色光により表現できる色の範囲を拡大することができ
る。

【００１８】さらに、この発明の液晶表示素子において
は、前記３色の着色膜をそれぞれ前記画素領域の面積よ
りも小さい面積に形成し、前記画素領域の前記着色膜に
対応しない領域を非着色光の出射領域とするのが望まし
く、このようにすれば、画素領域を透過する光のうちの
前記着色膜に対応する領域を透過する光だけが着色膜に
よりその吸収波長帯域の光を吸収されて着色光となって
透過し、、非着色光出射領域を透過する光は着色膜によ
る吸収を受けずに透過して高輝度の非着色光となって透
過するので、これら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、画面をより明るくするこ
とができる。

【００１９】この発明は、バックライトからの光を利用
して表示する透過型の液晶表示素子にも、後面側に反射
部材を備え自然光や室内照明光等の外光を利用して表示
する反射型の液晶表示素子にも適用できるものであり、
反射型の液晶表示素子であっても、その画面を十分に明
るくすることができる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の一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）を能動素子
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１８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し
て設けられるとともに、これらの画素電極３にそれぞれ
対応する能動素子（以下、ＴＦＴという）４が設されて
いる。

【００２１】図１において、（Ｒ）の電極は赤色画素を
表示するための画素電極、（Ｇ）の電極は緑色画素を表
示するための画素電極、（Ｂ）の電極は青色画素を表示
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。

【００２２】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。

【００２３】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ライン１０が配線されており、
各行のＴＦＴ４のゲート電極５はそれぞれ、その行に対
応するゲートライン１０に一体に形成されている。

【００２４】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、前記ゲートライン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。

【００２５】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ライン１１が配線されて
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ライン１１につながっている。

【００２６】前記データライン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配線されており、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、上記ゲートライン１０と平行に配線
されている。

【００２７】なお、この実施例ではデータライン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ライン１
１に一体に形成しているが、前記データライン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。

【００２８】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。

【００２９】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補償容量形成電極
（以下、容量形成電極という）１２が設けられており、
この容量形成電極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、前記容量形成電極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、上記ゲートライ
ン１０と平行に形成されている。

【００３０】前記ゲートライン１０と容量形成電極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、上記データライン
１１も低抵抗で高反射率の金属膜で形成されている。な
お、前記ゲートライン１０と容量形成電極１２は、ゲー
ト絶縁膜６の上に形成する画素電極３やデータライン１
１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。

【００３１】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やデータライン１１等の形成面
上には、前記画素電極３を配列した領域全体にわたって
配向膜１３が設けられている。

【００３２】一方、前側の基板１の内面には、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の配列と同様に、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）１５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１６が設け
られ、その上に配向膜１７が形成されている。なお、前
記保護膜（絶縁膜）１５はカラーフィルタ１４Ｒ，１４
Ｇ，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。

【００３３】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１８が設けられている。

【００３４】また、上記一対の基板１，２の内面に設け
られた配向膜１３，１７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１８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１７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。

【００３５】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。

【００３６】この実施例の液晶表示素子は、液晶層１８
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１８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透過率が低くなって
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２
１，２２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。

【００３７】さらに、後面側の偏光板２２の背後には、
液晶表示素子にその前面側から入射して液晶層１８を透
過した光を反射するための反射部材として、散乱反射板
２３が配置されている。

【００３８】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，１４
Ｇ，１４Ｂについてさらに説明すると、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１６とが対向する画素領域Ａに設けられ、
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１６とが対向する画素領域Ａに
設けられ、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１６とが対向する画
素領域Ａに設けられている。

【００３９】前記赤、緑、青のカラーフィルタ１４Ｒ，
１４Ｇ，１４Ｂは、顔料分散材料を用いたカラーフィル
タであり、前記赤、緑、青のカラーフィルタ１４Ｒ，１
４Ｇ，１４Ｂのうちの長波長帯域の光が透過する赤色フ
ィルタ１４Ｒの膜厚をｔＲ、中間波長帯域の光が透過す
る緑色フィルタ１４Ｇの膜厚をｔＧ、短波長帯域の光が
透過する青色フィルタ１４Ｂの膜厚をｔＢとして、赤色
フィルタの膜厚ｔＲと、緑色フィルタの膜厚ｔＧと、青
色フィルタの膜厚ｔＢとは、ｔＧ＜ｔＲ＜ｔＢを満たす
ように設定されている。

【００４０】すなわち、前記それぞれのカラーフィルタ
ーを透過して生じる着色光の色は、これらのカラーフィ
ルターの膜厚の変化に応じて、図４に示すように変化す
る。図４は、前記膜厚ｔＲ，ｔＧ，ｔＢをそれぞれ変化
させたときの、赤、緑、青の各色カラーフィルタ１４
Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを透過した着色光のＬ＊ａ＊ｂ＊表
色系におけるクロマＣ＊の変化を示している。前記クロ
マＣ＊は、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における
ａ＊ｂ＊面上のＣ光源（ａ＊＝０，ｂ＊＝０の無彩色
点）から赤、緑、青の各着色光の色座標点までの距離
（クロマ）を表している。この図に示すように、各着色
光のクロマ（Ｃ＊）は透過するカラーフィルターの膜厚
の変化に対して極大値を持ち、それらの極大値を示す各
色カラーフィルターの膜厚は、相互に ｔＧ＜ｔＲ＜ｔＢ の関係があり、それらの極大値を示す各色のカラーフィ
ルターの膜厚はそれぞれ 赤色フィルタ膜厚ｔＲ＝０．９〜１．２μｍ 緑色フィルタ膜厚ｔＧ＝０．８〜１．１μｍ 青色フィルタ膜厚ｔＢ＝１．１〜１．４μｍ の範囲である。

【００４１】従って、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，
１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＧ，ｔＢを、そのカラー
フィルタを透過した着色光のクロマ（Ｃ＊）の値がほぼ
極大を示す膜厚にそれぞれ設定することにより、Ｌ＊ａ
＊ｂ＊表色系におけるａ＊ｂ＊面上の前記３つの着色光
の色座標点により囲まれた面積、つまり色範囲を大きく
することができる。

【００４２】上記実施例のように、赤色フィルタ１４Ｒ
の膜厚ｔＲを０．９〜１．２μｍ、緑色フィルタ１４Ｇ
の膜厚ｔＧを０．８〜１．１μｍ、青色フィルタ１４Ｂ
の膜厚ｔＢを１．１〜１．４μｍに設定することによ
り、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを
透過した赤、緑、青の着色光のクロマ（Ｃ＊）がいずれ
もほぼ極大になり、赤，緑，青の各色の色座標点を結ん
だ色範囲を広くすることができ、数多くの色を表示する
ことができる。

【００４３】図５は、上述した画素領域Ａのフィルタ対
応領域ａからの出射光である着色光と、非着色光出射領
域ｂからの出射光である非着色光とにより表示される各
色の画素領域を透過した光の混合光による表示色の、各
色カラーフィルターの膜厚の変化に対するＬ＊ａ＊ｂ＊
表色系での色範囲の変化特性を示している。ここでは、
各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの面積を
いずれも画素領域Ａの面積の８０％にしたときの特性を
示している。

【００４４】図５において、実線は、緑と青の２色のカ
ラーフィルタ１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＧ，ｔＢをそれぞ
れ１．５μｍに固定し、赤色フィルタ１４Ｒの膜厚ｔＲ
だけを変化させたとき、鎖線は、赤と青の２色のカラー
フィルタ１４Ｒ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＢをそれぞれ
１．５μｍに固定し、緑色フィルタ１４Ｇの膜厚ｔＧだ
けを変化させたとき、破線は、赤と緑の２色のカラーフ
ィルタ１４Ｒ，１４Ｇの膜厚ｔＲ，ｔＧをそれぞれ１．
５μｍに固定し、青色フィルタ１４Ｂの膜厚ｔＢだけを
変化させたときの特性を示している。

【００４５】この図５のフィルタ膜厚−色範囲特性に示
すように、それぞれのカラーフィルタはその膜厚が、赤
色フィルタの膜厚ｔＲ＝０．９〜１．２μｍ、緑色フィ
ルタ膜厚ｔＧ＝０．８〜１．１μｍ、青色フィルタ膜厚
ｔＢ＝１．１〜１．４μｍの範囲にあるとき、前記色範
囲がほぼ極大を示している。

【００４６】図６は、各色の画素領域Ａのフィルタ対応
領域ａからの出射光である赤、緑、青の着色光および非
着色光出射領域ｂからの出射光である非着色光と、隣り
合う画素領域間の明表示領域ｃからの出射光とにより表
示される液晶表示素子を透過した混合光の、各色カラー
フィルターの膜厚を変化に対するＬ＊ａ＊ｂ＊表色系で
のクロマ（Ｃ＊）の変化特性を示している。ここでは、
各色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの面積ｓ
Ｒ，ｓＧ，ｓＢをいずれも画素領域Ａの面積の８０％に
したときの特性を示している。

【００４７】図６において、実線は、緑と青の２色のカ
ラーフィルタ１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＧ，ｔＢをそれぞ
れ１．５μｍに固定し、赤色フィルタ１４Ｒの膜厚ｔＲ
だけを変化させたときの特性、鎖線は、赤と青の２色の
カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＢをそれ
ぞれ１．５μｍに固定し、緑色フィルタ１４Ｇの膜厚ｔ
Ｇだけを変化させたときの特性、破線は、赤と緑の２色
のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇの膜厚ｔＲ，ｔＧをそ
れぞれ１．５μｍに固定し、青色フィルタ１４Ｂの膜厚
ｔＢだけを変化させたときの特性である。

【００４８】この図６のフィルタ膜厚−クロマ特性のよ
うに、フィルタ膜厚がそれぞれ、赤色フィルタ膜厚ｔＲ
＝０．９〜１．２μｍ、緑色フィルタ膜厚ｔＧ＝０．８
〜１．１μｍ、青色フィルタ膜厚ｔＢ＝１．１〜１．４
μｍの範囲にあるとき、前記混合光のクロマＣ＊が小さ
な値になる。

【００４９】そして、前記混合光のクロマが小さな値で
あるということは、この混合光の色がＬ＊ａ＊ｂ＊表色
系のａ＊ｂ＊面におけるＣ光源に近くなるということで
あり、したがって、前記混合光の色がより無彩色の良好
な白色光になる。

【００５０】また、図７は、各色の画素領域Ａのフィル
タ対応領域ａからの出射光である赤、緑、青の着色光お
よび非着色光出射領域ｂからの出射光である非着色光
と、隣り合う画素領域間の明表示領域ｃとにより表示さ
れる液晶表示素子を透過した混合光の、各色カラーフィ
ルターの膜厚を変化に対するＬ＊ａ＊ｂ＊表色系での明
度（Ｌ＊）の変化特性を示している。ここでは、各色の
カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの面積ｓＲ，ｓ
Ｇ，ｓＢをいずれも画素領域Ａの面積の８０％にしたと
きの特性を示している。

【００５１】図７において、実線は、緑と青の２色のカ
ラーフィルタ１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＧ，ｔＢをそれぞ
れ１．５μｍに固定し、赤色フィルタ１４Ｒの膜厚ｔＲ
だけを変化させたときの特性、鎖線は、赤と青の２色の
カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＢをそれ
ぞれ１．５μｍに固定し、緑色フィルタ１４Ｇの膜厚ｔ
Ｇだけを変化させたときの特性、破線は、赤と緑の２色
のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇの膜厚ｔＲ，ｔＧをそ
れぞれ１．５μｍに固定し、青色フィルタ１４Ｂの膜厚
ｔＢだけを変化させたときの特性である。

【００５２】この図７のフィルタ膜厚−明度特性のよう
に、赤、緑、青のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４
Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＧ，ｔＢがそれぞれ上記の範囲（ｔＲ
＝０．９〜１．２μｍ，ｔＧ＝０．８〜１．１μｍ，ｔ
Ｂ＝１．１〜１．４μｍ）のときの混合光の明度（Ｌ
＊）は、約５１〜５３の範囲であり、この程度の明度
（Ｌ＊）があれば、表示の明るさは十分である。

【００５３】なお、前記混合光の明度（Ｌ＊）は、フィ
ルタ膜厚を薄くするほど高くなるが、フィルタ膜厚を薄
くすると、それにともなって着色光のクロマが低下し、
そのため色範囲を狭くするので、赤、緑、青のカラーフ
ィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＧ，ｔＢ
は上記の範囲が適当である。

【００５４】上述したように、この液晶表示素子におい
ては、赤色フィルタの膜厚ｔＲと、緑色フィルタの膜厚
ｔＧと、青色フィルタの膜厚ｔＢとがそれぞれ、ｔＧ＜
ｔＲ＜ｔＢの条件を満たし、且つそのカラーフィルタを
透過した着色光の表色系におけるクロマをほぼ極大とす
る膜厚に設定されいるので、色面積を大きくし，色バラ
ンスの悪化を生じさせることなく、液晶表示素子の画面
を十分に明るくすることができる。

【００５５】またこの実施例では、前記赤、緑、青カラ
ーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂをそれぞれ画素領域
Ａの面積より小さい面積にするとよりさらに画面を明る
くすることができる。

【００５６】例えば、画素領域Ａの面積の６０〜９５％
程度の面積に形成しており、したがって、各画素領域Ａ
内のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに対応する
領域（以下、フィルタ対応領域という）ａだけが着色光
の出射領域であり、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１
４Ｂに対応しない領域ｂは、液晶表示素子にその前面か
ら入射し後面側の反射板２３で反射されて液晶表示素子
の前面に出射する光を着色することなく透過させる非着
色光の出射領域となっている。

【００５７】この実施例では、各色のカラーフィルタ１
４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂをそれぞれ、各画素領域Ａの周縁
部を除く内側の領域であって上述した補償容量部よりも
ＴＦＴ接続側の領域に対向させて設けており、したがっ
て、各画素領域Ａの周縁部がその全周にわたって非着色
光出射領域ｂとなっている。

【００５８】なお、液晶表示素子の前面から各画素領域
Ａに入射した光のうち、上記補償容量部に入射した光
は、容量形成電極１２が高反射率の金属膜で形成されて
いるため透過せずに反射される。

【００５９】さらに、隣り合う画素領域Ａの間の領域、
つまり常に無電界状態である領域（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領域）は、常に入射
光が前記散乱反射板２３、ゲートライン１０、データラ
イン１１または容量形成電極１２で反射されて前面に出
射する明表示領域ｃとなっている。すなわち、上記後側
基板２の内面に設けられたゲートライン１０およびデー
タライン１１は前記明表示領域ｃ内を通っており、また
容量形成電極１２も前記明表示領域ｃを横切っているた
め、液晶表示素子の前面から明表示領域ｃに入射した光
のうち、ゲートライン１０およびデータライン１１と容
量形成電極１２が通っている部分に入射した光は、それ
らが高反射率の金属膜で形成されているため透過せずに
反射される。

【００６０】この液晶表示素子は、外光を利用して反射
型表示を行なうものであり、その前面から入射した光
は、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光
となって液晶層１８に入射し、この液晶層１８を透過す
る過程でその複屈折性により旋光される。

【００６１】そして、前記液晶層１８を透過した光は、
後側偏光板２２に入射し、その光のうち、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
を透過して画像光となり、その画像光が、散乱反射板２
３により反射されて前記後側偏光板２２と液晶層１８と
前側偏光板２１とを順次透過して前面に出射する。

【００６２】このとき、前面から各画素領域Ａに入射し
た光のうち、画素領域Ａのフィルタ対応領域ａを透過す
る光は、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
の色に着色し、その着色光が反射されて素子前面に出射
する。この着色された出射光の強度は、電極３，１７間
に印加される電界に応じた液晶分子の立上がり配向状態
に応じて変化する。

【００６３】また、前記各画素領域Ａに入射した光のう
ち、画素領域Ａの周縁部の非着色光出射領域ｂに入射し
た光は、カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通ら
ずに非着色光のまま反射され、素子前面に出射する。こ
の非着色の出射光の強度も、電極３，１７間に印加され
る電界に応じた液晶分子の立上がり配向状態に応じて変
化する。

【００６４】すなわち、この液晶表示素子では、全ての
画素領域Ａにおいて、液晶表示素子の前面から入射し後
面側の散乱反射板２３で反射されて前面に出射する光の
うち、前記フィルタ対応領域ａを透過する光だけがカラ
ーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの色に着色し、前記
非着色光出射領域ｂを透過する光は、カラーフィルタに
よる吸収を受けずに透過するため、前記フィルタ対応領
域ａからの出射光である着色光と、前記非着色光出射領
域ｂからの出射光である非着色光とによりカラー画素が
表示される。

【００６５】図３は上記液晶表示素子の画素配列を示す
図であり、各画素Ａ′は、フィルタ対応領域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（図３
においてハッチングを施した領域の光）と、非着色光出
射領域ｂからの出射光である非着色光（図３においてハ
ッチングを施した領域の外側の光）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、青の画素Ａ′の加
法混色によりカラー画像が表示される。なお、前記画素
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。

【００６６】さらに、隣り合う画素領域Ａの間の明表示
領域ｃに入射した光は、ゲートライン１０，データライ
ン１１，あるいは容量形成電極１２により反射され、非
着色光のまま反射されて素子前面に出射する。この明表
示領域ｃを出射する非着色光は、前記明表示領域ｃ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おり、しかも前記後側偏光板２２に
達しないため、常に高強度の光である。

【００６７】上述したように、赤、緑、青のカラーフィ
ルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの面積を画素領域Ａの面積
よりも小さくするとともに、これらのカラーフィルタ１
４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの膜厚ｔＲ，ｔＧ，ｔＢを、ｔＲ
＝０．９〜１．２μｍ，ｔＧ＝０．８〜１．１μｍ，ｔ
Ｂ＝１．１〜１．４μｍの範囲に設定した上記実施例の
液晶表示素子は、赤、緑、青の各色の光のクロマが高
く、したがって、その色範囲も広く、また、それらの混
合光の色がより白に近いとともに、前記混合光の明るさ
も十分であるため、良好な画質のフルカラー画像を表示
することができる。

【００６８】なお、上記実施例では、赤、緑、青のカラ
ーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを同じ面積に形成し
ているが、これらのカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１
４Ｂのうち、緑色フィルタ１４Ｇと青色フィルタ１４Ｂ
の面積を、赤色フィルタ１４Ｒの面積よりも若干小さく
（例えば赤色フィルタ１４Ｒの面積の９３〜９５％程度
の面積）すれば、前記混合光の色をより白に近くするこ
とができる。

【００６９】また、上記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。

【００７０】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、青の光の加法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
て減法混色により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、その場合も、３色の着色膜の膜
厚を、長波長帯域透過着色膜＜中間波長帯域透過着色膜
＜短波長帯域透過着色膜の関係にするとともに、前記３
色の着色膜の膜厚をそれぞれその着色膜を透過した着色
光のクロマがほぼ極大となる値に設定することにより、
色範囲を広くしてかつ色バランスの悪化を生じさせるこ
とのない前記着色膜を備えることによって、画面を十分
に明るくすることができる。

【００７１】また、この発明は、アクティブマトリック
ス型に限らず、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。

【００７２】さらにまた、上記実施例の液晶表示素子
は、その前後面に偏光板２１，２２を配置し、裏側偏光
板２２の背後に反射板２３を配置したものであるが、そ
れに代えて、例えば裏側基板２の内面に設ける電極（上
記実施例では画素電極３）を金属膜で形成し、この電極
で反射部材を兼用してもよく、その場合は、偏光板は表
側偏光板２１だけでよい。

【００７３】また、上記実施例のように前側偏光板２１
と後側偏光板２２とを備える場合は、前記裏側偏光板２
２の背後に配置する反射板２３を半透過反射板とし、そ
の背後にバックライトを配置してもよく、このようにす
れば、外光を利用する反射型表示と、バックライトから
の光を利用する透過型表示との両方を行なうことができ
る。また、この発明は、バックライトからの光を利用す
る表示だけを行なう透過型の液晶表示素子にも適用する
ことができる。

【００７４】

【発明の効果】この発明の液晶表示素子は、３色の着色
膜の膜厚を、「中間波長帯域透過着色膜」＜「長波長帯
域透過着色膜」＜「短波長帯域透過着色膜」の関係満た
し、且つそれぞれその着色膜を透過した着色光のクロマ
がほぼ極大となる値に設定したので、広い色範囲をも
ち、色バランスを悪化させることがなく、液晶表示素子
の画面を十分に明るくすることができる。

【００７５】また、前記３色の着色膜が、例えば顔料分
散材料を用いた赤、緑、青のカラーフィルタである場
合、赤色フィルタの膜厚を０．９〜１．２μｍ、緑色フ
ィルタの膜厚を０．８〜１．１μｍ、青色フィルタの膜
厚を１．１〜１．４μｍの範囲に設定することにより、
これらのカラーフィルタを透過した赤、緑、青の着色光
のクロマをほぼ極大にすることができる。

【００７６】さらに、この発明の液晶表示素子におい
て、前記３色の着色膜をそれぞれ前記画素領域の面積よ
りも小さい面積に形成し、前記画素領域の前記着色膜に
対応しない領域を非着色光の出射領域とすれば、画素領
域を透過する光のうちの前記着色膜に対応する領域を透
過する光だけが着色膜によりその吸収波長帯域の光を吸
収されて着色し、非着色光出射領域を透過する光は着色
膜による吸収を受けずに透過して、前記着色膜に対応す
る領域からの出射光である着色光と、前記非着色光出射
領域からの出射光である高輝度の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、画面をより明るくす
ることができる。

【００７７】なお、この発明は、バックライトからの光
を利用して表示する透過型の液晶表示素子にも、後面側
に反射部材を備え自然光や室内照明光等の外光を利用し
て表示する反射型の液晶表示素子にも適用できるもので
あり、反射型の液晶表示素子であっても、その画面を十
分に明るくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一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画素配列を示す図。

【図４】赤、緑、青のカラーフィルタの膜厚と、ＣＩＥ
１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系のａ＊ｂ＊面上における
赤、緑、青の各着色光のクロマとの関係を示す図。

【図５】各画素領域のフィルタ対応領域からの出射光で
ある着色光と、非着色光出射領域からの出射光である非
着色光とにより赤、緑、青のカラー画素を表示するとき
の、フィルタ膜厚に対するＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊
表色系のａ＊ｂ＊面上での色範囲の変化特性を示す図。

【図６】各画素領域のフィルタ対応領域からの出射光で
ある赤、緑、青の着色光および非着色光出射領域からの
出射光である非着色光と、隣り合う画素領域間の明表示
領域ｃからの出射光である非着色光とを含む混合光のフ
ィルタ膜厚に対するクロマの変化特性を示す図。

【図７】前記混合光のフィルタ膜厚に対する明度の変化
特性を示す図。

【図８】カラーフィルタを薄膜化することによる透過率
の変化を示す図。

【符号の説明】

１，２…基板 ３…画素電極 ４…ＴＦＴ（能動素子） １４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…カラーフィルタ １７…対向電極 ２１，２２…偏光板 ２３…反射板 Ａ…画素領域 ａ…フィルタ対応領域 ｂ…非着色光出射領域 ｃ…明表示領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶層をはさんで対向する前後一対の基板
   の互いに対向する内面の一方に設けられた複数の第１の
   電極と、他方の内面に設けられ、前記複数の第１の電極
   と対向する領域が複数の画素領域を形成する少なくとも
   １つの第２の電極と、いずれかの基板の内面に前記各画
   素領域にそれぞれ対応させて設けられた透過波長帯域が
   異なる３色の着色膜を有し、 前記３色の着色膜の膜厚が、 中間波長帯域透過着色膜＜長間波長帯域透過着色膜＜短
   波長帯域透過着色膜の条件を満たし、且つそれぞれの着
   色膜を透過した着色光の色を表す表色系で定義される前
   記３色の色座標により囲まれた色範囲を極大とする膜厚
   に設定されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記３色の着色膜は、顔料分散材料を用い
   た赤、緑、青のカラーフィルタであり、赤色フィルタの
   膜厚が０．９〜１．２μｍ、緑色フィルタの膜厚が０．
   ８〜１．１μｍ、青色フィルタの膜厚が１．１〜１．４
   μｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
   素子。
3. 【請求項３】前記３色の着色膜の面積が、それぞれ前記
   画素領域の面積よりも小さく、前記画素領域の前記着色
   膜に対応しない領域が、非着色光の出射領域となってい
   ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】後面側に反射部材を備えていることを特徴
   とする請求項１に記載の液晶表示素子。