JP2005275044A - 半透過反射式液晶表示装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】反射と透過の双方の表示において光利用効率を低下させることなく所望の表示品質が得られる低消費電力の半透過反射式液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネルＬpにおけるバックライトＢLの導光板１に対向させる後側ガラス基板５の外面に、第２光反射膜１６を設置する。この第２光反射膜１６は、複数の光反射膜帯１６ａを、後側ガラス基板５の内面に設置した第１光反射膜１２の開口１２ａに対応するエリアに重ならないように、間隔を空けて平行に配置してなる。バックライトＢLにおける導光板１の裏面には、光反射板３が設置され、第２光反射膜の光反射膜帯１２ａにより反射された照射光を液晶表示パネルＬP側に再反射させ、透過表示における光利用効率を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外光を利用する反射表示と内蔵バックライトからの照射光を利用する透過表示とを選択実行可能な半透過反射式液晶表示装置に関するものである。

近年、特に若者の携行必需品となりつつある携帯電話のディスプレイとして、液晶表示装置が多く採用されている。モバイル機器である携帯電話のディスプレイとしては、低消費電力であることが求められため、反射表示と透過表示の双方が選択表示できる半透過反射式液晶表示装置が有利である。この半透過反射式液晶表示装置は、自然光等の外光が充分に得られる環境下ではその外光を利用した反射表示を行い、充分な明るさの外光が得られない環境下ではバックライトからの照射光による透過表示を行う。

半透過反射式液晶表示装置には、入射光の一部を反射させると共に一部を透過させる半透過反射膜が、視差による画像ボケを防止するために通常は液晶セル内に設けられている。この半透過反射膜としては、金属の蒸着膜等のような薄膜状に形成したものと、画素エリア毎に所定の大きさの開口を設けたものがある。

前者の薄膜状の半透過反射膜を用いた場合、製造は容易であるが、反射表示及び透過表示の双方において光の利用効率が悪く、特に外光を用いる反射表示において光量が不足し表示品質が低下する傾向がある。

これに対し、後者の開口式半透過反射膜を用いた液晶表示装置は、前者に比べて透明電極膜等の積層が難しく製造は容易ではないが、特許文献１にも示されているように、一画素中の所定エリアに開口を設けるだけで膜厚を薄くする必要はないから、反射表示における光利用効率の低下は解消される。しかし、透過表示においては、開口を通る光だけが表示に利用されて他の光はロスとなるため、光の利用効率が悪く、これが半透過反射式液晶表示装置の低消費電力化に対する障害となっている。
特開２００１−２８１６４９号公報

本発明の課題は、反射と透過の双方の表示において光利用効率を低下させることなく所望の表示品質が得られる低消費電力の半透過反射式液晶表示装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の半透過反射式液晶表示装置は、液晶表示パネルとバックライトを備え、前記液晶表示パネルに対して表示の観察側の前側から入射する外光を利用する反射表示と前記液晶表示パネルの後側に配置されたバックライトからの照射光を利用する透過表示とを選択実行可能な半透過反射式液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、前側に配置された前側透明基板とこれに対向配置された後側透明基板との間に封入された液晶と、前記前側透明基板と前記後側透明基板の互いに対向する各内面側にそれぞれ配設され、互いに対向する領域が表示を行うための１つの画素を構成する電極と、前記後側透明基板の内面側に前記画素毎に開口部を形成して設置され、各画素の前記開口部に対応する領域が透過表示エリアを形成し、各画素の前記開口部以外の領域が前記前側透明基板から入射した光を反射する反射表示エリアを形成する第１の光反射膜と、前記後側透明基板の外面側に、前記第１の光反射膜の開口部が設けられた領域以外の前記反射表示エリアの少なくとも一部に対応させて設置され、前記後側透明基板の外面側から入射する光を前記バックライト側に向けて反射する第２の光反射膜とを備え、前記バックライトは、前記第２の光反射膜により反射された光を前記第２の光反射膜側に向けて反射させる光反射板を備えている、ことを特徴とするものである。

本発明の半透過反射式液晶表示装置によれば、後側透明基板の内面に透過表示エリアに対応して開口が設けられた光反射膜を設けたから、反射と透過の両表示において視差による画像ボケが抑制されると共に輝度が充分に高い良好な表示品質が得られると共に、後側透明基板のバックライトに対向する外面の少なくとも透過表示エリアを除くエリアに光反射膜を設置し、透過表示エリア外に照射された光を反射させて再利用するから、バックライトからの照射光の光利用効率が高められ、半透過反射式液晶表示装置の低消費電力化が促進される。

本発明の半透過反射式液晶表示装置においては、複数個の画素がマトリックス状に配設され、複数個の画素の行又は列に沿って延在する赤、緑、青の各色要素ストライプ片からなるカラーフィルタ層が、前側透明基板又は後側透明基板の何れか一方の内面上に設置されていることが好ましく、これにより、共に必要な輝度が確保され且つ色特性が略等しい反射カラー表示と透過カラー表示が得られる。

また、上記赤、緑、青の各色要素ストライプ片の内の緑の色要素ストライプ片は、一画素に対応するエリア毎に幅が所定位置において所定寸法だけ狭く形成されていることが好ましく、これにより、白色光の着色を防止するために必要な緑色要素と他の色要素との面積比を正確に確保することができる。

さらに、本発明の半透過反射式液晶表示装置においては、第２の光反射膜を第１の光反射膜における開口の配置パターンと同じ配置パターンの開口が形成された同一形状の光反射膜とすることが好ましく、これにより、バックライト光の利用効率を格段に向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態としての半透過反射式液晶表示装置の全体構成を示す説明図で、図２はその部分拡大断面図、図３は上記半透過反射式液晶表示装置における液晶表示パネルを表示の観察側である前側からみた部分拡大平面図で、図４はその液晶表示パネルを後側からみた部分拡大平面図である。

本実施形態の半透過反射式液晶表示装置は、図１に示すように、大略、液晶表示パネルＬPとバックライトＢLからなる。

バックライトＢLは、サイドライト型面発光照明装置であり、透明な樹脂板からなる導光板１と、その一方の端面に対向配置された光源としての冷陰極管２、及び導光板１の液晶表示パネルＬPに対向させた光出射面１ａとは反対側の裏面１ｂに設置された光反射板３とからなる。このバックライトＢLによれば、冷陰極管２から射出された光が導光板１に入射した後、拡散反射面に処理された裏面１ｂにより拡散反射され、光出射面１ａから液晶表示パネルＬPに向けて面状に出射される。

液晶表示パネルＬPは、図２に示されるように、一対のガラス基板４、５が所定の間隙を保って図示しない枠状シール材により接合され、シール材で囲まれた一対のガラス基板４、５間に液晶Ｌが封入されてなる。

一対のガラス基板４、５のうちの表示の観察側である前側に配置された前側ガラス基板４には、その後側ガラス基板５に対向する側の内面に、画素領域Ｄｐ以外からの光漏れを防止するため、樹脂ブラック等の遮光材料からなるブラックマスク６（図３参照）が設置されている。本実施形態の半透過反射式液晶表示装置は画素がマトリックス状に配設されてなるドットマトリックスタイプの液晶表示装置であり、従って、ブラックマスク６は、画素がマトリックス配置される表示領域を囲む外周部に配設された枠部（不図示）と表示領域内の画素間に対応させて格子状に配設された桟部６ａとからなる。

前側ガラス基板４の内面には、上記ブラックマスク６及びブラックマスク６が配置されていない露出面を被って、カラーフィルタ層７が設置されている。カラーフィルタ層７は、図３に示されるように、赤、緑、青の各色要素ストライプ片７ｒ、７ｇ、７ｂを順次繰り返し並設して形成されている。赤、緑、青の各色要素ストライプ片７ｒ、７ｇ、７ｂは、それぞれ、１行または１列の画素の配列方向に沿って延在形成されている。

ところで、赤、緑、青の各色要素からなるカラーフィルタを用いた加法混色によるカラー表示においては、それら各色要素の分光特性から、赤、緑、青の各色要素の面積が等しいと、白色光が緑色に淡く着色する。そこで、本実施形態においては、赤、緑、青の各色要素ストライプ片７ｒ、７ｇ、７ｂのうちの緑色要素ストライプ片７ｇのみに、図５（ａ）に示されるように、１画素毎の所定位置において幅が所定寸法狭くなった括れ部ｎを形成してある。これにより、緑色要素ストライプ片７ｇの面積は、首部ｎに生じる一対のフィルタ空白部ｅ、ｅ分だけ他の赤、青の各色要素ストライプ片７ｒ、７ｂよりも小さくなり、その結果、白色光における緑の着色が解消される。

この場合、緑色要素の面積を小さくする構成としては、図５（ｄ）に示す緑色要素ストライプ片７ｇ0ように１画素エリア内の所定位置にスリットや孔の開口ｏを穿設する構成が最も簡単であるが、そのような微小な閉区画の開口ｏをフォトリソグラフィーにより正確に形成することは、露光機の解像度の限界や色要素材料の焼成時における膨張等の問題があるために極めて困難である。これに対して、本実施形態のように１画素毎に括れ部ｎを設けた構成による場合は、上述した問題が効果的に解消され、所定の面積の緑色要素ストライプ片７ｇをフォトリソグラフィーにより正確に形成することができる。なお、図５（ｂ）に示される緑色要素７ｇ1のように所定面積づつ島状に分離して形成する構成や、図５（ｃ）に示される緑色要素ストライプ片７ｇ´のように所定寸法だけ幅狭に形成する構成等によっても、所期の緑色要素面積を正確に確保できる。

図２に戻って説明すると、上述のカラーフィルタ層７には透明保護膜８が積層され、この透明保護膜８の表面には、透明導電膜からなる複数の走査電極９が赤色要素ストライプ片７ｒ等の色要素ストライプ片の延在方向と直交する方向（紙面垂直方向）に沿って平行に配設されている。これら走査電極９は、それぞれ、ブラックマスク６の同方向（紙面垂直方向）に延在する一対の隣設桟部６ａ間に対応させて配置されている。そして、これら走査電極９を被って、配向膜１０が一様に被着されている。配向膜１０には、所定の方向に配向処理が施されている。

前側ガラス基板４の外面（前面）には、前偏光板１１がその透過軸を所定の方向に位置させて貼着されている。

一方、後側ガラス基板５の内面には、１枚膜状の第１光反射膜１２が設置されている。この第１光反射膜１２は、アルミニウムや銀とパラジウムと銅の合金等の金属材料を用いて蒸着法等により形成された金属薄膜で、光反射面とする液晶層Ｌに向く表面が平滑面に仕上げられている。そして、この第１光反射膜１２には、図４に示すように、各画素領域の中央部の所定エリアに対応させて、開口１２ａがそれぞれ穿設されている。この開口１２ａが設けられたエリアが各画素の透過表示エリアＡtとなる。

第１光反射膜１２上には、透明導電膜からなる複数の表示電極１３が、互いに平行に前述した走査電極９と直交する方向（図２の紙面方向）へ延在させて配設されている。この表示電極１３も、走査電極９と同様に、同方向（紙面方向）に延在するブラックマスク６の一対の隣設桟部（不図示）間に対応させて配置されている。そして、これら表示電極１３を被って、配向膜１４が一様に被着されている。配向膜１４には、所定の方向に配向処理が施されている。

本実施形態においては、液晶層Ｌの液晶分子が上記配向膜１４から前述した対向側配向膜１０に向けて２３０°±２０°程度にわたり捩れ配向するように、液晶層Ｌを挟んで対向する一対の配向膜１０、１４の配向処理方向が設定されている。すなわち、本実施形態の液晶表示パネルＬPは、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶表示パネルＬPである。

後側ガラス基板５の外面には、後偏光板１５がその透過軸を所定の方向に位置させて貼着されている。

そして、後偏光板１５の表面には、第２光反射膜１６が設置されている。この第２光反射膜１６は、前述した第１光反射膜１２に設けた開口１２ａに対応するエリアを除いて配設され、バックライトＢLの光出射面１ａに対向する表面を光反射面とし、バックライトＢLから出射された照射光のうちの上記開口１２ａを通過し透過表示に供される光以外の光をバックライトＢLの光出射面１ａに向けて反射させるものである。

本実施形態の第２光反射膜１６は、図４に示すように、隣接する画素の各開口１２ａ間に走査電極９の延在方向に平行に配設された複数の光反射膜帯１６ａからなる。これら、光反射膜帯１６ａは、銀等の金属箔を偏光板１５の表面の所定エリアに選択的に貼着して偏光板１５と一体となった部材に形成することにより、容易に設置できる。

なお、第２の光反射膜としては、図４（ｂ）に示した第２光反射膜１６´のように、第１光反射膜１２の開口１２ａと同一の開口１６´ａを穿設した同じ形状のものを裏返して設置する構成としてもよく、これにより、バックライト照射光の光利用効率を更にアップさせることができる。但しこの場合は、それぞれの光反射膜１２、１６´の各開口１２ａ、１６´ａの位置がずれると開口率が低下してしまうから、高度な設置精度が要求される。従って、この場合、蒸着法等の高度な設置精度が安定して確保できる製造方法を採用することが好ましい。

また、第２の光反射膜は、本実施形態のように、後偏光板１５に積層してバックライトＢLの導光板１に対面させる構成とすることが好ましく、これにより、照射光の利用効率をより一層上昇させることができる。

以上のように構成された本実施形態の半透過反射式液晶表示装置における表示動作について、以下に説明する。

まず、透過表示動作について説明する。図１に示されるように、冷陰極管２から射出されれた光のうちの光線イは、導光板１に入射した後その裏面で拡散反射された後、光出射面１ａから出射し、図２に示されるように、第２光反射膜１２の光反射膜帯１２ａ間を通って後偏光板１５に入射する。偏光板１５に入射した光線イは、ここでそのうちの約半分の透過軸に沿った直線偏光成分だけが透過し、後側ガラス基板５を透過して、第１光反射膜１２の開口１２ａを通過する。開口１２ａを通った光線イは表示電極１３と配向膜１４を順次透過して液晶層Ｌ中に出射する。

光線イが透過する画素はオフ状態で液晶分子が２３０°に捩れ配向した初期配向状態であり、これを透過する際に光線イはその複屈折作用を受ける。この後、光線イは、配向膜１０と走査電極９、透明保護膜８を順次透過し、次順のカラーフィルタ層７の赤色要素ストライプ片７ｒを透過する際に赤色に着色され、次に前側ガラス基板４を透過し前偏光板１１を透過して観察側である液晶表示パネルＬPの前側に出射される。赤色着色光が前側偏光板１１透過する際には、その透過軸に沿った赤色成分光だけを透過させるから、色純度の高い赤色着色光が出射される。

一方、冷陰極管２から射出された光線ロは、導光板１に入射した後その裏面で拡散反射された後、光出射面１ａから出射し、第２光反射膜１２における光反射膜帯１２ａの平滑処理された光反射面に入射し、ここで反射されて導光板１側に戻される。この後、光線ロは、導光板１を透過して裏側の光反射板３により反射され、再び導光板１を出射して今度は第２光反射膜１２の光反射膜帯１２ａ間に向かい、光反射膜帯１２ａ間を通過し、上述した光線イと同じ順序の経路を辿って液晶表示パネルＬPの前側に出射される。

なお、冷陰極管２からの射出光には、光線ロのように導光板1に再入射して光反射板３で反射されても、導光板１から出射して再び第２光反射膜１２の光反射膜帯１２ａに入射する光もあるが、そのような光も、光反射膜帯１２ａと光反射板３との間で反射を繰り返すうちに、最終的には光反射膜帯１２ａ間を通過する。

このように、本実施形態の半透過反射式液晶表示装置による透過表示においては、従来は半透過反射膜により透過を遮断されロスとなっていたバックライト照射光も再反射させて表示光として利用するから、光利用効率が格段に向上する。その結果、半透過反射式液晶表示装置の低消費電力化が大幅に促進される。

反射表示においては、液晶表示パネルＬPの前側から自然光等の外光が入射し、この入射光は、前偏光板１１を透過して直線偏光化された後、前側ガラス基板４を透過し、カラーフィルタ層７の例えば赤色要素ストライプ片７ｒを透過して赤色に着色される。この後、透明保護層８、走査電極９及び配向膜１０を順次透過して液晶層Ｌに入射し、ここで複屈折作用をうける。液晶層Ｌに入射し複屈折作用を受けた光は、後側の配向膜１４、表示電極１３を順次透過して、第１光反射膜１２に入射する。

第１光反射膜１２に入射した光のうち、光反射面に入射した光は、ここで反射されて再び表示電極１３と配向膜１４を透過し、液晶層Ｌに再入射する。そして、再び液晶層による複屈折作用を受けた後、前側の配向膜１０、走査電極９、透明保護膜８、赤色要素ストライプ片７ｒ、前側ガラス基板４、及び前偏光板１１を順次透過し、液晶表示パネルＬPの前側に出射される。この出射光は、前偏光板１１と液晶層Ｌを往復透過して色純度が充分に高められ、第１光反射膜１２により高反射率で反射されて充分な輝度を有する赤色着色光である。

第１光反射膜１２に入射した光のうち、開口１２ａに入射した光は、そのまま後側ガラス基板５に入射し、この後側ガラス基板５と後偏光板１５を順次透過して第２光反射膜１６の光反射膜帯１６ａ間に出射し、ここから液晶表示パネルＬP外に逸散して表示に供されないロス光となる。しかし、入射した外光のうちで上述した逸散ロス光となる割合は、高々第１光反射膜１２に対する開口１２ａの割合程度で僅かであり、反射表示に輝度不足を来たす虞はない。

このように、本実施形態の半透過反射式液晶表示装置による反射表示においては、遮光性に富む第１光反射膜１２により高い反射効率で入射光を反射させるから、充分な輝度を備えたカラー反射表示が得られる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、カラーフィルタ層を前側基板ではなく後側基板に形成する場合にも、本発明は有効に適用可能である。

また、上記実施形態においては、第２の光反射膜が液晶表示パネルの後側基板における最外面に設置されているが、これに限らず、第２の光反射膜の上にさらに位相差フィルム等の各種光学シートを積層することも可能である。

加えて、本発明は、単純マトリクス型に限らず、セグメント型やアクティブマトリックス型等の他の種々の半透過反射式液晶表示装置に、それぞれ適用可能であることは勿論である。

本発明の第１実施形態としての半透過反射式液晶表示装置の全体構成を示す構成説明図である。 上記半透過反射式液晶表示装置の詳細構造を示す部分拡大断面図である。 上記半透過反射式液晶表示装置の液晶表示パネルを前側から見た部分拡大平面図である。 （ａ）は上記上記液晶表示パネルを後側から見た部分拡大平面図で、（ｂ）はその変形例を示す部分拡大平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は上記半透過反射式液晶表示装置において採用すべきカラーフィルタ層の種々の構成を示す各部分拡大平面図で、（ｄ）はそれらに対する比較例としてのカラーフィルタ層構成を示す部分拡大平面図である。

符号の説明

１ 導光板
２ 冷陰極管
３ 光反射板
４ 前側ガラス基板
５ 後側ガラス基板
６ ブラックマスク
７ カラーフィルタ層
７ｒ 赤色要素ストライプ片
７ｇ 緑色要素ストライプ片
７ｂ 青色要素ストライプ片
８ 透明保護膜
９ 走査電極
１０、１４ 配向膜
１１、１５ 偏光板
１２ 第１光反射膜
１２ａ 開口
１３ 表示電極
１６ 第２光反射膜
１６ａ 光反射膜帯

Claims (4)

1. 液晶表示パネルとバックライトを備え、前記液晶表示パネルに対して表示の観察側の前側から入射する外光を利用する反射表示と前記液晶表示パネルの後側に配置されたバックライトからの照射光を利用する透過表示とを選択実行可能な半透過反射式液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルは、
   前側に配置された前側透明基板とこれに対向配置された後側透明基板との間に封入された液晶と、
   前記前側透明基板と前記後側透明基板の互いに対向する各内面側にそれぞれ配設され、互いに対向する領域が表示を行うための１つの画素を構成する電極と、
   前記後側透明基板の内面側に前記画素毎に開口部を形成して設置され、各画素の前記開口部に対応する領域が透過表示エリアを形成し、各画素の前記開口部以外の領域が前記前側透明基板から入射した光を反射する反射表示エリアを形成する第１の光反射膜と、
   前記後側透明基板の外面側に、前記第１の光反射膜の開口部が設けられた領域以外の前記反射表示エリアの少なくとも一部に対応させて設置され、前記後側透明基板の外面側から入射する光を前記バックライト側に向けて反射する第２の光反射膜とを備え、
   前記バックライトは、
   前記第２の光反射膜により反射された光を前記第２の光反射膜側に向けて反射させる光反射板を備えている、
   ことを特徴とする半透過反射式液晶表示装置。
2. 複数個の画素がマトリックス状に配設され、
   前記複数個の画素の行又は列に沿って延在する赤、緑、青の各色要素ストライプ片からなるカラーフィルタ層が、前記前側透明基板又は前記後側透明基板の何れか一方の内面上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射式液晶表示装置。
3. 緑の前記色要素ストライプ片は、一画素に対応するエリア毎に幅が所定位置において所定寸法だけ狭く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半透過反射式液晶表示装置。
4. 前記第２の光反射膜は、前記第１の光反射膜における開口の配置パターンと同じ配置パターンの開口が形成された同一形状の光反射膜であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射式液晶表示装置。

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