JP2005114966A

JP2005114966A - カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005114966A
Application number: JP2003348154A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Yoshii; 克昌吉井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-28
Also published as: KR20050033826A; EP1522886A1; US20050073634A1; TW200519458A; CN1605910A

Abstract

【課題】人間の眼の色感度に対応して、鮮明でかつ自然な発色で観察可能なカラー液晶表示装置を提供する。
【解決手段】半透過反射膜１２は、Ｒカラーフィルタに対応するＲ開口３２ｒを最も大きく、Ｇカラーフィルタに対応するＧ開口３２ｇを最も小さく、Ｂカラーフィルタに対応するＢ開口３２ｂをその中間の大きさになるように形成している。つまり、半透過反射膜１２に形成される開口３２は、Ｒ開口３２ｒ＞Ｂ開口３２ｂ＞Ｇ開口３２ｇの順にその開口率が小さくなるようにそれぞれ形成されている。開口３２の大きさを対応するカラーフィルタの色によって変えることで、人間の視感度の強弱に応じて輝度を調節することができ、自然な色を再現する。
【選択図】図７

Description

本発明は、半透過反射膜を備えたカラー液晶表示装置に関するものである。

携帯電話や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、そのバッテリ駆動時間が使い勝手に大きく影響するために、消費電力を抑えることができる半透過反射型液晶表示装置を表示部として備えている。半透過反射型液晶表示装置には、例えば、その前面から入射する外光を反射させるとともに裏面側のバックライト光を透過させる開口が形成された半透過反射膜などが備えられている。このような半透過反射膜は、反射光率を最大限まで高めるために、多数の微細な凹部又は凸部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−１４９１２号公報

こうした半透過反射型の液晶表示装置のうち、カラー表示に対応したものは、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色を発色させるカラーフィルタと、これら１つ１つのカラーフィルタに対応する位置にバックライト光を透過させる開口を形成した半透過反射膜を備えている。ところで、人間の色に対する感度は視感度曲線で表され、人間の眼は赤系統の色の光に対して感度が低く、緑系統の色の光に対して感度が高いという特徴がある。このため、カラー液晶表示装置のＲ，Ｇ，Ｂの三原色を同じ輝度で発色させると赤系統の色が実際よりも暗く感じられてしまい、自然な発色で観察できないということがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、人間の眼の色感度に対応して、鮮明でかつ自然な色再現性で観察可能なカラー液晶表示装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光をそれぞれ発色させるＲフィルタ，Ｇフィルタ，Ｂフィルタのうち、少なくともいずれか１つ以上を各画素ごとに備えた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置と、前記液晶表示パネルの外側または内側に形成され、前記液晶表示パネルの各画素に対応する位置に光を透過させる開口がそれぞれ形成された半透過反射膜とを備えたカラー液晶表示装置であって、前記開口の各画素ごとの開口率をＲフィルタに対応したＲ開口が最も高く、Ｇフィルタに対応したＧ開口が最も低く、Ｂフィルタに対応したＢ開口をその中間になるように前記半透過反射膜を形成したことを特徴とするカラー液晶表示装置が提供される。

一般的に、人間の眼は赤系統の色の光に対して感度が低く、緑系統の色の光に対して感度が高いという特徴がある。このため、カラー液晶表示装置のＲ，Ｇ，Ｂの三原色を同じ輝度で発色させると赤系統の色が実際よりも暗く感じられてしまい、自然な発色で観察できないということがあったが、Ｒフィルタに対応したＲ開口が最も高く、Ｇフィルタに対応したＧ開口が最も低く、Ｂフィルタに対応したＢ開口をその中間になるように半透過反射膜に形成されるそれぞれの開口の開口率を設定すれば、Ｒ光＞Ｂ光＞Ｇ光の順に各色の輝度が調節される。

これにより、フルカラー発色させるＲ，Ｇ，Ｂの三原色が人間の眼の特性に対応した輝度に補正され、実際の被写体に即した色調で再現された画像をカラー液晶表示装置に表示することが可能になる。

前記Ｒ開口の開口率は２０〜５０％，前記Ｇ開口の開口率は１５〜４０％，前記Ｂ開口の開口率は１６〜４５％の範囲にそれぞれ設定されれば好ましい。また、前記半透過反射膜は、表面に微細な凹部又は凸部が多数形成されていればよい。

本発明によれば、人間の眼は赤系統の色の光に対して感度が低く、緑系統の色の光に対して感度が高いという特徴に対応して、Ｒフィルタに対応したＲ開口が最も高く、Ｇフィルタに対応したＧ開口が最も低く、Ｂフィルタに対応したＢ開口をその中間になるように半透過反射膜に形成されるそれぞれの開口の開口率を設定することによって、Ｒ光＞Ｂ光＞Ｇ光の順に各色の輝度が調節される。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のカラー液晶表示装置の概略を示す拡大断面図である。カラー液晶表示装置１は、液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板（下基板）１０と、第２の基板（上基板）２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した液晶表示パネル９と、照明装置であるバックライト５とから構成されている。

第１の基板１０の液晶層３０側には順に、半透過反射膜１２に凹部（ディンプル）３１を形成するための有機膜１１と、カラー液晶表示装置１に入射した光を反射させ、またバックライト５からの光を透過させる半透過反射膜１２と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、有機膜１１と半透過反射膜１２を被覆して保護するとともに有機膜１１やカラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜１４と、液晶層３０を駆動するための電極層１５と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、電極層２５、オーバーコート膜２４、配向膜２６が積層形成されている。

カラーフィルタ１３は、例えば光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂの３色をそれぞれ発色させるＲカラーフィルタ１３ｒ，Ｇカラーフィルタ１３ｇ，Ｂカラーフィルタ１３ｂからなり、これら３色のカラーフィルタ１３が繰り返しパターンで形成されればよい。ＲＧＢ３色のカラーフィルタ１３は、図８のグラフにそれぞれ示されるような光の波長に対する透過率特性を有するものが用いられる。そして、各カラーフィルタ１３ｒ，１３ｇ，１３ｂの間には、隣接するカラーフィルタ１３との間で光の混色を防ぐために、一般にブラックマトリクスと称される遮光壁３５が形成されている。こうした遮光壁３５で区画された１つ１つの領域が画素領域３６を構成する。

第１の基板１０の液晶層３０側と反対側（第１の基板１０の外面側）に、偏光板１８が設けられており、第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、位相差板２７と、偏光板２８がこの順で積層されている。
また、第１の基板１０の偏光板１８の外側には、カラー液晶表示装置１において透過表示を行うための照明装置としてのバックライト５が配設されている。

有機膜１１は、その上に形成されている半透過反射膜１２に凹部３１を与えて反射光を効率よく散乱させるために設けられているものである。このように半透過反射膜１２に凹部３１を形成することにより、カラー液晶表示装置１に入射する外光を効率よく反射することができるため、外光反射による照明時における明るい表示を実現することができる。

半透過反射膜１２は、例えば、アルミニウムなど高反射率の金属薄膜などで形成されている。半透過反射膜１２には、液晶表示パネル９の各画素に対応して開口３２が形成されている。こうした開口３２は、バックライト（照明装置）５から照射された光が金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２を透過できるようにするためのものである。

以上のような構成により、カラー液晶表示装置１は、例えば日中の屋外などでは、外光Ｎが液晶表示パネル９に入射すると、金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２の開口３２以外の反射領域で反射され、液晶表示パネル９を明るく照らし出す。一方、夜間や暗い室内など外光が不足している環境下では、バックライト５を点灯させると、バックライト５から照射された照明光Ｂが半透過反射膜１２の開口３２を透過して液晶表示パネル９を明るく照らし出す。このように、カラー液晶表示装置１は、光源として外光およびバックライト５のいずれを用いても、半透過反射膜１２の作用によって液晶表示パネル９を高輝度で明るく照らし出すことができる。

図２は有機膜１１と、その上に形成された半透過反射膜１２を含む部分を示す斜視図である。この図に示すように、有機膜１１の表面には、その内面が球面の一部をなす多数の凹部１１ａが左右に重なり合うようにして連続して形成されており、その面上に半透過反射膜１２が積層されている。こうした有機膜１１の表面に形成された凹部１１ａによって、半透過反射膜１２に凹部３１が形成される。また、半透過反射膜１２の一部には矩形の開口３２が形成されている。こうした開口３２は、例えば、エッチングによって形成されればよい。

凹部３１は、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍの範囲でランダムに配置し、凹部３１内面の傾斜角を−３０度〜＋３０度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部３１の内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に設定する点、および隣接する凹部３１のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部３１のピッチに規則性があると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという不具合があるからである。

また、凹部３１の内面の傾斜角分布が−３０度〜３０度の範囲を超えると、反射光の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示が得られない（反射光の拡散角が空気中で３６度以上になり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全反射ロスが大きくなるからである。）からである。さらに、凹部３１の深さが３μｍを超えると、後工程で凹部３１を平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜（オーバーコート膜１４）で埋めきれず、所望の平坦性が得られなくなり、表示ムラの原因となる。

隣接する凹部３１のピッチが５μｍ未満の場合、有機膜１１を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、実用上、前記転写型の製作に使用しうる３０μｍ〜１００μｍ径のダイヤモンド圧子を用いる場合、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍとすることが望ましい。

このような構成によって、半透過反射膜１２はバックライト５からの照明光Ｂを開口３２で透過させるとともに、凹部３１が多数形成された反射領域３３で外光Ｎを効率よく反射させることができる。

図３は、図２に示す半透過反射膜を上面から見た時の１画素領域分の詳細な様子を示した拡大平面図である。開口３２は、例えば矩形の画素領域３６のエッジ３６ａに寄せられるように形成されていればよい。矩形の開口３２の４辺のうち、３方の開口辺３２ａは、画素領域３６のエッジ３６ａに寄せて形成されているのが好ましい。

図４に示すように、半透過反射膜１２に形成される凹部３１の特定縦断面Ｘにおける内面形状は、凹部３１の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して凹部３１の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなる曲線形状である。これらの曲線Ａ，Ｂは、凹部３１の最深点Ｄにおいて、ともに平坦面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いに接続されている。

第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角は、第２曲線Ｂの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは、凹部３１の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。本実施形態においても、複数形成された各々の凹部３１を構成する第１曲線Ａの傾斜角の絶対値の平均値は、１〜８９°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。また、各々の凹部３１の第２曲線Ｂの傾斜角の絶対値の平均値も、０．５〜８８°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。

上記両曲線Ａ，Ｂの傾斜角は、凹部３１の周辺部から最深点Ｄに至るまでなだらかに変化しているので、図４，５に示す第１曲線Ａの最大傾斜角δａは（絶対値）は、第２曲線Ｂの最大傾斜角δbよりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと、第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの平坦面Ｓに対する傾斜角はゼロとなっており、この最深点Ｄにおいて傾斜角の正負が異なる両曲線Ａ，Ｂがなだらかに連続している。

例えば、各々の凹部３１の最大傾斜角δａは、２〜９０°の範囲内で不規則にばらついている。しかし、多くの凹部３１は最大傾斜角δａが４〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。また、図４，５に示す凹部３１は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと平坦面Ｓとの距離が凹部３１の深さｄを形成し、この深さｄは、多数形成された凹部３１についてそれぞれ０．１〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。

複数の凹部３１の第１曲線Ａは、単一の方向に配向されていることが好ましい。このような構成とすることで、半透過反射膜１２で反射された反射光の方向を、正反射の方向から特定の方向へずらすこともできる。その結果、特定縦断面の総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加したものとなり、特定の方向に反射光を集中させた反射特性とすることもできる。図６に、上記凹部３１の第１曲線Ａを単一の方向に配向させた半透過反射膜に入射角３０°で外光を照射し、受光角を平坦面Ｓに対する正反射の方向である３０°を中心として半透過反射膜の垂線位置（０°）から６０°まで振った時の受光角（θ°）と明るさ（反射率）との関係を示す。

図６から明らかなように、上記第１曲線Ａが単一方向に配向された半透過反射膜では、反射特性が２０°〜５０°と広い範囲で高く、しかも平坦面Ｓに対する正反射の角度である３０°より小さい受光角における反射率の積分値が、正反射の角度より大きい受光角における反射率の積分値より大きくなっている。すなわち、受光角２０°付近においてより大きな反射強度を得ることができる。

図７は、半透過反射膜の開口と各カラーフィルタとの対応を示した説明図である。半透過反射膜１２に１画素領域ごとに形成される開口３２は、それぞれ対応するＲ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタ１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ（図１参照）によって、その開口率が変えられて形成されている。開口率は、矩形の画素領域３６の面積に対する開口３２の開口面の面積の比を示したものであり、すなわち、１つの画素領域３６のうち、バックライト５からの照明光の透過に寄与する部分の割合を示したものである。開口率が大きければ、それだけバックライト５からの照明光の透過光量が多くなり、輝度が上昇する。

図１，図７から明らかなように、本発明のカラー液晶表示装置１を構成する半透過反射膜１２は、Ｒカラーフィルタ１３ｒに対応するＲ開口３２ｒを最も大きく、Ｇカラーフィルタ１３ｇに対応するＧ開口３２ｇを最も小さく、Ｂカラーフィルタ１３ｂに対応するＢ開口３２ｂをその中間の大きさになるように形成している。つまり、半透過反射膜１２に形成される開口３２は、Ｒ開口３２ｒ＞Ｂ開口３２ｂ＞Ｇ開口３２ｇの順にその開口率が小さくなるようにそれぞれ形成されている。これは、人間の視感度が、Ｇ＞Ｂ＞Ｒの順に低くなることに対応しており、この差を補正するように開口率を設定することが望ましい。

開口３２の大きさを対応するカラーフィルタの色によって変えることで、Ｒカラーフィルタ１３ｒによって発色するＲ光は輝度が大きくなり、Ｇカラーフィルタ１３ｇによって発色するＧ光は輝度が小さくなる。

こうした開口３２の開口率として例えば、Ｒカラーフィルタ１３ｒに対応するＲ開口３２ｒの開口率は２０〜５０％，Ｇカラーフィルタ１３ｇに対応するＧ開口３２ｇの開口率は１５〜４０％，Ｂカラーフィルタ１３ｂに対応するＢ開口３２ｂの開口率は１６〜４５％の範囲にそれぞれ設定すればよい。更に好ましくは、Ｒカラーフィルタ１３ｒに対応するＲ開口３２ｒの開口率は３０〜４５％，Ｇカラーフィルタ１３ｇに対応するＧ開口３２ｇの開口率は２０〜３５％，Ｂカラーフィルタ１３ｂに対応するＢ開口３２ｂの開口率は２５〜４０％の範囲にそれぞれ設定すればよい

一般的に、人間の眼は赤系統の色の光に対して感度が低く、緑系統の色の光に対して感度が高いという特徴がある。このため、カラー液晶表示装置のＲ，Ｇ，Ｂの三原色を同じ輝度で発色させると赤系統の色が実際よりも暗く感じられてしまい、自然な発色で観察できないということがあったが、半透過反射膜１２に形成される開口３２を、Ｒ開口３２ｒ＞Ｂ開口３２ｂ＞Ｇ開口３２ｇの順にその開口率が小さくなるように形成することによって、バックライト５から透過する照明光の光量が変化し、Ｒ光＞Ｂ光＞Ｇ光の順に各色の輝度が調節される。

これにより、フルカラー発色させるＲ，Ｇ，Ｂの三原色が人間の眼の特性に対応した輝度に補正され、実際の被写体に即した色調で再現された画像をカラー液晶表示装置１に表示することが可能になる。

なお、上述した実施形態では、半透過反射膜に凹部を形成しているが、これ以外にも、半透過反射膜の表面に微細な凸部を多数形成したものにも、全く同様に適用可能である。

図１は、本発明のカラー液晶表示装置を示す断面図である。図２は、図１に示す半透過反射膜の拡大斜視図である。図３は、図１に示す半透過反射膜の１画素分の拡大平面図である。図４は、半透過反射膜に形成された凹部を模式的に示す斜視図である。図５は、図４に示す凹部の縦断面Ｘにおける内面形状を示す断面図である。図６は、半透過反射膜の反射特性例を示すグラフである。図７は、本発明の半透過反射膜の各カラーフィルタに対応した開口の様子を示す説明図である。図８は、カラーフィルタの光の波長に対する透過率特性示すグラフである。

符号の説明

１カラー液晶表示装置
５バックライト（照明装置）
９液晶表示パネル
１２半透過反射膜
１３ｒ，１３ｇ，１３ｂカラーフィルタ
３１凹部（ディンプル）
３２開口
３２ｒＲ開口
３２ｂＢ開口
３２ｇＧ開口
３６画素領域

Claims

Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光をそれぞれ発色させるＲフィルタ，Ｇフィルタ，Ｂフィルタのうち、少なくともいずれか１つ以上を各画素ごとに備えた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置と、前記液晶表示パネルの外側または内側に形成され、前記液晶表示パネルの各画素に対応する位置に光を透過させる開口がそれぞれ形成された半透過反射膜とを備えたカラー液晶表示装置であって、
前記開口の各画素ごとの開口率をＲフィルタに対応したＲ開口が最も高く、Ｇフィルタに対応したＧ開口が最も低く、Ｂフィルタに対応したＢ開口をその中間になるように前記半透過反射膜を形成したことを特徴とするカラー液晶表示装置。
前記Ｒ開口の開口率は２０〜５０％，前記Ｇ開口の開口率は１５〜４０％，前記Ｂ開口の開口率は１６〜４５％の範囲にそれぞれ設定されたことを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
前記半透過反射膜は、表面に微細な凹部又は凸部が多数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー液晶表示装置。