JP2006030888A

JP2006030888A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006030888A
Application number: JP2004213263A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Morimoto; 浩和森本
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１では、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとに渡って設けられたカラーフィルタ（ＣＦ１１（Ｒ）等）と、透過表示領域Ａに設けられたカラーフィルタ（ＣＦ１２（Ｒ）等）と備えたことで、反射表示領域ＢのピンホールＰＨや、隙間不良を対策するための遮光層ＢＭを不要にでき、よって、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置に関するものである。

近年において、半透過型液晶表示装置が、その軽量、薄型、低消費電力という特徴を生かして、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant)といわれる携帯情報端末や携帯電話端末に用いられる。

図３（ａ）は、３色方式の半透過型液晶表示装置における、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各１画素を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である。

この３色方式に限らず、カラー方式の液晶表示装置では、複数の信号線Ｘと複数の走査線Ｙとが交差する交差部にＲＧＢの各画素が規則的に配置される。特に、半透過型液晶表示装置では、各画素は、図示しない光源からの光を透過して表示を行う透過表示領域Ａと、外光を反射して表示を行う反射表示領域Ｂとを備える。また、特に３色方式の半透過型液晶表示装置では、Ｒの画素には、フォトリソグラフィ方式などにより、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとに渡って設けられ且つＲを発色させるカラーフィルタＣＦ１００（Ｒ）が設けられ、Ｇの画素には、同様に配置され且つＧを発色させるカラーフィルタＣＦ１００（Ｇ）が設けられ、Ｂの画素には、同様に配置され且つＢを発色させるカラーフィルタＣＦ１００（Ｂ）が設けられる。

３色方式の半透過型液晶表示装置では、透過表示領域Ａにおいて、光源からの光がカラーフィルタＣＦ１００を１回透過して出射するのに対し、反射表示領域Ｂにおいては、光がカラーフィルタＣＦ１００を２回透過する。つまり、外光がカラーフィルタＣＦ１００（Ｒ）などを透過し、内部で反射して再びカラーフィルタＣＦ１００（Ｒ）などから出射する。そのため、図３（ｂ）に示す光の透過率では不足であり表示が暗くなる場合がある。

図４は、図３（ａ）に示した３色方式の半透過型液晶表示装置に所定のカラーフィルタを用いたときの、反射表示領域での光の透過率および色再現範囲と、後述する２つの半透過型液晶表示装置でカラーフィルタのピンホールの面積や分光スペクトルを変えたときの、反射表示領域での光の透過率および色再現範囲の変化を示すグラフである。

同図に示すように、３色方式の半透過型液晶表示装置では、例えば、太陽光を再現するＤ６５光源からの光を１回透過したときの光の透過率が４０％で且つ白のＹ値が４３．７％となるカラーフィルタを用いると、Ｄ６５光源からの光を２回透過したときには、光の透過率が２８％程度で色再現範囲が７０％弱になる。

図５（ａ）は、３色方式を改善した３色ピンホール方式の半透過型液晶表示装置におけるＲＧＢの各画素を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である。

３色ピンホール方式の半透過型液晶表示装置では、カラーフィルタＣＦ１００の反射表示領域ＢにピンホールＰＨを形成することで、その面積に応じて、図５（ｂ）に示すように、光の透過率を高めることができる。図４に示すように、色再現範囲を２０％にすると、光の透過率を３色方式の場合の１．４倍ほどに高めることができる。しかしながら、ピンホールＰＨを白色光が透過するので、図５（ｂ）に示すように、光の透過率が高まるのは、色の中心波長から外れたところとなる。そのため、図４に示すように、さらに高い光の透過率を得るには、色再現範囲をさらに低下させる必要がある。

図６（ａ）は、３色ピンホール方式を改善した６色方式の半透過型液晶表示装置におけるＲＧＢの各画素を模式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である。

６色方式の半透過型液晶表示装置では、透過表示領域Ａには、カラーフィルタＣＦ１０１（Ｒ）、ＣＦ１０１（Ｇ）、ＣＦ１０１（Ｂ）が設けられ、反射表示領域Ｂには、同様にカラーフィルタＣＦ１０２（Ｒ）、ＣＦ１０２（Ｇ）、ＣＦ１０２（Ｂ）が設けられる。つまり、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとで別々のカラーフィルタが設けられ、それぞれの分光スペクトルを独自に設定できる。また、白色光がカラーフィルタを透過することがない。よって、図６（ｂ）に示すように、各色の中心波長で光の透過率を高めることができ、図４に示すように、６色方式では、色再現範囲を２０％にすると、光の透過率を３色方式の場合の１．８倍ほどまで高めることができる。
特開２００４−９３７８０号公報

しかしながら、６色方式の半透過型液晶表示装置では、製造上のバラツキやフォトマスクの歪みなどにより、透過表示領域Ａのカラーフィルタと反射表示領域Ｂのカラーフィルタとを完全に接合させることが難しく、接合部に白色ピンホール不良などの隙間不良が発生することがある。そのため、例えば、カラーフィルタ同士を少し重ねる対策が施すことがあるが、この対策により光の透過率が低下する。また、例えば、図６（ａ）に示すように、カラーフィルタ同士の接合部を遮光層ＢＭで覆う対策が施されるが、この対策は画素の開口率を低下させ、そのため、光の透過率が低下することとなる。

つまり、６色方式の半透過型液晶表示装置では、原理的には反射表示領域で高い色再現範囲を得ることができるが、現実的には隙間不良の対策のために反射表示領域で高い光の透過率が得られない。一方、３色ピンホール方式の半透過型液晶表示装置では反射表示領域で高い光の透過率を得ることができるが、それはピンホールを設けることで実現しているので反射表示領域で高い色再現範囲が得られない。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備えるとともに、前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、前記各画素は、前記アレイ基板の背面に配置された光源からの光を透過させて表示を行う透過表示領域と、外光を反射して表示を行う反射表示領域とを備え、前記アレイ基板は、前記液晶層に電界を印加し且つ前記光源からの光が透過する透明電極を前記透過表示領域に備えるとともに、前記液晶層に電界を印加し且つ外光を反射する反射電極を前記反射表示領域に備え、前記対向基板は、前記透明電極と前記反射電極とに対向する第１のカラーフィルタと、前記透明電極に対向する第２のカラーフィルタと備えたことを特徴とする。

請求項１記載の液晶表示装置によれば、透明電極と反射電極とに対向する第１のカラーフィルタと、透明電極に対向する第２のカラーフィルタとを備えたことで、反射表示領域のピンホールや、隙間不良を対策するための遮光層を不要にでき、よって、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を実現することができる。

請求項２記載の液晶表示装置は、請求項１記載の液晶表示装置において、前記第１のカラーフィルタは、透過する光の波長が高いほど透過率が高いカラーフィルタであることを特徴とする。

請求項２記載の液晶表示装置によれば、第１のカラーフィルタを、透過する光の波長が高いほど透過率が高いカラーフィルタとしたことで、反射表示領域において太陽光に適した表示を行うことができる。

請求項３記載の液晶表示装置は、請求項１または２記載の液晶表示装置において、前記第１のカラーフィルタの色再現範囲は、前記第２のカラーフィルタの色再現範囲よりも低いことを特徴とする。

請求項３記載の液晶表示装置によれば、第１のカラーフィルタの色再現範囲を、第２のカラーフィルタの色再現範囲よりも低くしたことで、透過表示領域での色再現範囲が反射表示領域での色再現範囲より極めて大きくなり、よって、透過表示領域では色再現範囲が高く、且つ反射表示領域では明るい液晶表示装置を実現することができる。

請求項４記載の液晶表示装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記反射電極は凹凸を有することを特徴とする。

請求項４記載の液晶表示装置によれば、反射電極が凹凸を有することで、反射電極で反射した光が散乱し、よって視野角を大きくすることができる。

本発明の液晶表示装置によれば、透明電極と反射電極とに対向する第１のカラーフィルタと、透明電極に対向する第２のカラーフィルタとを備えたことで、反射表示領域のピンホールや、隙間不良を対策するための遮光層を不要にでき、よって、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を実現することができる。

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、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１における、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各１画素を模式的に示す平面図である。

図１に示すように、液晶表示装置１では、複数の信号線Ｘと複数の走査線Ｙとが交差する交差部にＲＧＢの各画素が規則的に配置される。各画素は、図示しない光源からの光を透過させて表示を行う透過表示領域Ａと、外光を反射して表示を行う反射表示領域Ｂとを備える。

信号線の数は、例えば、ＲＧＢの各色につき２４０とし、走査線の数を３２０として、合計で約２３万画素の液晶表示装置１（ＱＶＧＡ（Quarter Video Graphics Array）液晶表示装置）を構成することができる。また、全ての画素からなる表示領域を対角２．２インチのサイズにすることができ、このサイズでは、水平走査方向の画素ピッチが５０μｍほど、垂直走査方向の画素ピッチが１５０μｍほど、アレイ基板１１と対向基板１３の間隔（セルギャップ）が５μｍほどになる。

Ｒの画素には、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとに渡って設けられ且つＲを発色させるカラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）が設けられ、Ｇの画素には、同様に配置され且つＧを発色させるカラーフィルタＣＦ１１（Ｇ）が設けられ、Ｂの画素には、同様に配置され且つＢを発色させるカラーフィルタＣＦ１１（Ｂ）が設けられる。

また、Ｒの画素の透過表示領域ＡにＲを発色させるカラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）が設けられ、Ｇの画素の透過表示領域ＡにはＧを発色させるカラーフィルタＣＦ１２（Ｇ）が設けられ、Ｂの画素の透過表示領域ＡにはＢを発色させるカラーフィルタＣＦ１２（Ｂ）が、更に設けられている。

つまり、液晶表示装置１は、見かけ上では、ＲＧＢの各色ごとに、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとで１ずつのフィルタを備えることになるので、方式の分類からすると、図６（ａ）に示したものと同様の６色方式の半透過型液晶表示装置となっている。

なお、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、ＣＦ１１（Ｇ）、ＣＦ１１（Ｂ）は、本発明の第１のカラーフィルタに相当し、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ＣＦ１２（Ｇ）、ＣＦ１２（Ｂ）は、本発明の第２のカラーフィルタに相当する。

図２は、図１のＭＮ線における断面図である。ここでは、Ｒの画素における断面図を示すが、他の色の断面図も同様である。

図２のアレイ基板１１を構成する、例えば厚さ０．７ｍｍの透明なガラス基板１１１上に、図示しない複数の信号線Ｘと複数の走査線Ｙとが交差するように形成されている。

ガラス基板１１１上の透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとに渡って、透明樹脂層１１２が形成される。透明樹脂層１１２上の反射表示領域Ｂには、さらに上面に凹凸を有する透明樹脂層１１２Ａが形成される。

また、透明樹脂層１１２上の透過表示領域Ａと、透明樹脂層１１２Ａ上の反射表示領域Ｂとに渡って、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ)を材質とする透明な電極１１３が形成される。電極１１３は、透明樹脂層１１２の形状に対応して、反射表示領域Ｂで凹凸を有している。

そして、電極１１３上の反射表示領域Ｂに、アルミニウムなどを材質とする不透明な、つまり外光を反射する反射電極１１４が形成され、電極１１３の形状に対応して、この反射電極１１４にも凹凸が形成されている。

液晶表示装置１では、電極１１３と反射電極１１４とが画素電極（以下、符号１１５を付す）を構成している。また、透過表示領域Ａの電極１１３が、いわゆる透明電極（以下、符号１１３ａを付す）を構成している。

また、透明電極１１３ａと反射電極１１４の上には、配光膜１１６が形成され、例えば、この配光膜１１６は、例えば、後述する液晶層１２を所定の方向にプレチルト７°で配光させるようにラビング処理されている。

また、ガラス基板１１１上には、互いに交差する信号線と走査線とに接続された図示しないスイッチ素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）などが画素ごとに形成され、このスイッチ素子は透明電極１１３ａまたは反射電極１１４に接続される。

図２に示す対向基板１３は、アレイ基板１１に、例えば、ＴＮ（ツイステッド・ネマチック）液晶などを材料とする液晶層１２を挟んで対向している。２．２インチのサイズのＱＶＧＡ液晶の場合のアレイ基板１１と対向基板１３との間隙、つまりセルギャップは３．０μｍほどである。なお、液晶層１２は、ホモジニアス液晶やＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマチック）液晶を材料とするものでもよい。

対向基板１３は、透明なガラス基板１３１により構成され、ガラス基板１３１上の各色の透過表示領域Ａには、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ＣＦ１２（Ｇ）、ＣＦ１２（Ｂ）がそれぞれに形成され、ガラス基板１３１上の反射表示領域Ｂには透明な層１３２が形成されている。

Ｒの画素の層１３２とカラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）との上には、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）が、Ｇの画素の層１３２とカラーフィルタＣＦ１２（Ｇ）と上には、カラーフィルタＣＦ１１（Ｇ）が、Ｂの画素の層１３２とカラーフィルタＣＦ１２（Ｂ）との上には、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）が、それぞれ形成されている。

各カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、ＣＦ１１（Ｇ）、ＣＦ１１（Ｂ）の上には、オーバーコート層１３３が形成され、オーバーコート層１３３上には、液晶表示装置１に備わった全ての画素電極１１５に対向するように、例えば、ＩＴＯを材質とする透明な対向電極１３４が形成されている。

また、対向電極１３４の上には、配光膜１３５が形成され、例えば、この配光膜１３５は、例えば、液晶層１２を所定の方向にプレチルト７°で配光させるようにラビング処理されている。

以上の構成を有する対向基板１３と、先に説明したアレイ基板１１とともに用いられる面光源である光源１４は、アレイ基板１１の背面に配置されている。光源１４は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode）、蛍光管、ＥＬ(electro-luminescence）素子などから構成される。また、対向基板１３の光源１４側には偏光板１３Ａが配置され、アレイ基板１１の手前側には偏光板１１Ａが配置される。

次に、液晶表示装置１の動作を説明する。

液晶表示装置１では、複数の走査線Ｙが順次に駆動されて、例えば、１つの走査線Ｙにより書き込まれるＲの画素に対応するスイッチ素子が導通すると、信号線Ｘに供給された映像信号が画素電極１１５に印加される。一方、対向電極１３４にも所定の信号が供給される。これにより、画素電極１１５と対向電極１３４の間の液晶層１２に電界が印加される。また、映像信号の振幅に応じて電界強度が変化し、これにより液晶層１２における光の透過率が変化する。

光源１４からの光の一部は、つまり、透過表示領域Ａでは、偏光板１１Ａ、ガラス基板１１１、透明樹脂層１１２、透明電極１１３ａ、配光膜１１６、液晶層１２、配光膜１３５、対向電極１３４、オーバーコート層１３３、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ガラス基板１３１、偏光板１３Ａを順次に透過して外部に出射する。

一方、反射表示領域Ｂでは、外光が、偏光板１３Ａ、ガラス基板１３１、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、オーバーコート層１３３、対向電極１３４、配光膜１３５、液晶層１２を順次に透過して反射電極１１４に到達し、この反射電極１１４で反射した光は、液晶層１２、配光膜１３５、対向電極１３４、オーバーコート層１３３、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ガラス基板１３１、偏光板１３Ａを順次に透過して外部に出射する。ここで、反射電極１１４が凹凸を有するので、反射電極１１４で反射した光が散乱する。

反射表示領域Ｂでは、透過表示領域Ａでは２つ設けたカラーフィルタを１つにしたことによって光の透過率を高めているので、図５（ａ）で示したような、反射表示領域Ｂにピンホールを設けたときのような色再現範囲の大幅な低下がなく、すなわち、反射表示領域Ｂの色再現範囲を高くすることができる。また、反射電極１１４に凹凸を設けたことで、反射電極１１４で反射した光が散乱し、よって視野角を大きくすることができる。

液晶表示装置１では、液晶層１２における光の透過率を、前述のように制御することで、液晶層１２から出射する光の強度、つまり画素の輝度を制御することができる。

ここで、透明電極１１３ａを透過した光、あるいは反射電極１１４で反射した光は、液晶層１２を透過して、透過表示領域Ａと反射表示領域Ｂとの境界にも入射するが、かかる境界には、図６（ａ）の半透過型液晶表示装置が備えていたような遮光膜がなく、遮光膜を設けるとしても必要最小限のものでよいので、開口率が高く、よって、光を多く透過させることができる。

液晶表示装置１では、他の画素についても、同様に制御を行うことで、全ての画素からなる表示領域に、文字や画像や映像を表示することができる。また、反射電極１１４で反射した光が散乱するので視野角を広くすることができる。

以上説明したように、液晶表示装置１によれば、透明電極１１３ａと反射電極１１４とに対向するカラーフィルタ（ＣＦ１１（Ｒ）等）と、透明電極１１３ａに対向するカラーフィルタ（ＣＦ１２（Ｒ）等）と備えたことで、図５（ａ）で示したような反射表示領域ＢのピンホールＰＨや、図６（ａ）で示したような、隙間不良を対策するための遮光層ＢＭを不要にでき、よって、反射表示領域での色再現範囲と光の透過率とが共に高い液晶表示装置を実現することができる。

また、反射電極１１４に凹凸を設けたことで、反射電極１１４で反射した光が散乱し、よって視野角を大きくすることができる。

なお、外光として多く利用される太陽光は、波長が高いほど強度が高い光であるので、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ＣＦ１２（Ｇ）、ＣＦ１２（Ｂ）を、透過する光の波長が高いほど透過率が高いカラーフィルタとすることで、反射表示領域Ｂにおいて太陽光に適した表示を行うことができる。

また、カラーフィルタＣＦ１１（Ｒ）、ＣＦ１１（Ｇ）、ＣＦ１１（Ｂ）の色再現範囲を、カラーフィルタＣＦ１２（Ｒ）、ＣＦ１２（Ｇ）、ＣＦ１２（Ｂ）の色再現範囲よりも低くすることで、透過表示領域Ａでの色再現範囲が反射表示領域Ｂでの色再現範囲より極めて大きくなり、よって、透過表示領域Ａでは色再現範囲が高く、且つ反射表示領域Ｂでは光の透過率が高い、つまり明るい液晶表示装置を実現することができる。

具体的には、反射表示領域Ｂでの色再現範囲を、色の識別が可能な４％程度まで低くすることで、光の透過率を出来るだけ高めるのが好ましく、これにより、暗い場所での表示内容の認識率を高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置１におけるＲＧＢの各１画素を模式的に示す平面図であり、図２は、図１のＭＮ線における断面図である。図３（ａ）は、３色方式の半透過型液晶表示装置におけるＲＧＢの各１画素を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である。３色方式の半透過型液晶表示装置に所定のカラーフィルタを用いたときの反射表示領域での光の透過率および色再現範囲と、３色ピンホール方式の半透過型液晶表示装置でピンホールの面積を変えたときの光の透過率および色再現範囲の変化と、６色方式の半透過型液晶表示装置で分光スペクトルを変えたときの反射表示領域での光の透過率および色再現範囲の変化とを示すグラフである。図５（ａ）は、３色ピンホール方式の半透過型液晶表示装置におけるＲＧＢの各画素を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である図６（ａ）は、６色方式の半透過型液晶表示装置におけるＲＧＢの各画素を模式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、その各画素における光の透過率を示す図である。

符号の説明

１液晶表示装置
１１アレイ基板
１２液晶層
１３対向基板
１１１、１３１ガラス基板
１１３ａ透明電極
１１４反射電極
１３４対向電極
ＣＦ１１（Ｒ）、ＣＦ１１（Ｇ）、ＣＦ１１（Ｂ）、ＣＦ１２（Ｒ）、ＣＦ１２（Ｇ）、ＣＦ１２（Ｂ）カラーフィルタ
Ａ透過表示領域
Ｂ反射表示領域

Claims

複数の走査線と複数の信号線とが交差するアレイ基板と、該アレイ基板に対し液晶層を挟んで対向する対向基板とを備えるとともに、前記走査線と信号線とが交差する各交差部に各画素が配置され、
前記各画素は、前記アレイ基板の背面に配置された光源からの光を透過させて表示を行う透過表示領域と、外光を反射して表示を行う反射表示領域とを備え、
前記アレイ基板は、前記液晶層に電界を印加し且つ前記光源からの光が透過する透明電極を前記透過表示領域に備えるとともに、前記液晶層に電界を印加し且つ外光を反射する反射電極を前記反射表示領域に備え、
前記対向基板は、前記透明電極と前記反射電極とに対向する第１のカラーフィルタと、前記透明電極に対向する第２のカラーフィルタと備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第１のカラーフィルタは、透過する光の波長が高いほど透過率が高いカラーフィルタであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第１のカラーフィルタの色再現範囲は、前記第２のカラーフィルタの色再現範囲よりも低いことを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
前記反射電極は凹凸を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示装置。