JP2006189499A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶パネルの表示領域が少なくとも透過表示方式により画像表示を行う第１の表示領域と半透過表示方式により画像表示を行う第２の表示領域とに分割された液晶表示装置において、第２の表示領域の透過表示の際の輝度向上を図り、第１の表示領域と第２の表示領域との輝度差の低減を図る。
【解決手段】 一対の基板間に液晶層を挟持するとともに前記基板の少なくとも一方にカラーフィルタ層が形成された液晶パネルを備え、前記液晶パネルは、非表示面からの光を透過する透過表示部を少なくとも有する第１の画素が配置された第１の表示領域と、非表示面からの光を透過する透過表示部と外光を反射する反射表示部とを有する第２の画素が配置された第２の表示領域とを有し、前記第１の画素と前記第２の画素とで透過表示部の面積が異なる表示装置であって、前記第２の画素の前記透過表示部における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部に開口部が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶パネルの表示領域が少なくとも透過表示方式により画像表示を行う第１の表示領域と、半透過表示方式により画像表示を行う第２の表示領域とに分割された液晶表示装置に関する。

表示装置の一種である液晶表示装置は、薄型化、軽量化が容易なことから、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ等の携帯情報端末や、パーソナルコンピュータ、テレビ、モニタ等のディスプレイデバイスとして幅広く利用されている。近年、さらなる低消費電力化が容易なことから１画素内に反射表示部と透過表示部とを備えた半透過型液晶表示装置が開発されている。半透過型液晶表示装置では、１画素内に反射表示部と透過表示部とを併せ持つとともに、一方の基板側のほぼ全面にカラーフィルタ層が形成されている。そして、反射電極が形成された反射表示部では外光を、また透明電極が形成された透過表示部ではバックライト光を光源として、画像表示を行っている。

ところで、例えば携帯電話等に用いられる液晶表示装置の分野では、さらなる利便性の向上を目的として、表示画面をメイン画面とサブ画面とに分割し、メイン画面においては通話状態、インターネット検索及び情報内容、電子メール授受文章、カメラ撮影写真等を表示する一方で、サブ画面においてはバッテリー状態、ニュース速報、緊急情報等の補助情報を常時視認可能に表示させるという試みがなされている。

このように表示画面を分割した液晶表示装置としては、表示領域の一部を反射表示領域とし、残りの領域を透過又は半透過表示領域とする構造のものが知られている（例えば特許文献１等参照）。特許文献１によれば、例えば反射表示領域において文字を表示し、透過表示領域において画像を表示するというように、表示情報の種類等によって表示領域を使い分けることで、使用環境上の制約を緩和し、表示画像の視認性と消費電力の低減とを両立することが可能である。

また、表示画面を分割した液晶表示装置として、サブ画面に半透過表示方式、メイン画面に透過表示方式を採用する液晶表示装置も存在する。この液晶表示装置のサブ画面は、明所においては外光を光源とした反射表示、暗所においてはバックライトを光源とした透過表示を行うことにより、消費電力の低減を図りつつ常時視認可能な状態を確保することができる。
特開２００３−３０３８６３号公報

ところで、サブ画面に半透過表示方式、メイン画面に透過表示方式を採用する液晶表示装置においては、サブ画面の画素が有する反射表示部でバックライトの光が遮光されるので、透過表示を行う際のサブ画面の輝度は、メイン画面の輝度に比べて低いものとなる。したがって、透過表示の際、表示画面内に明るさの大きく異なる表示領域が２つ混在し、見る者に違和感を与えるという不都合がある。また、サブ画面では常時視認可能な状態が重要なため、反射表示を重視して画素内の反射表示部の面積を広くすることがある。このような場合にはサブ画面の画素内の透過表示部が相対的に狭くなるため、サブ画面の透過表示の際の輝度は著しく低下し、暗所において視認し難いという問題もある。

なお、特許文献１は、表示画面を分割した液晶表示装置に関する発明であるが、一方の表示画面は反射表示部のみからなるので、２つの画面間で透過表示の際の輝度を一致させようとする考え方はない。

そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、液晶パネルの表示領域が少なくとも透過表示方式により画像表示を行う第１の表示領域と半透過表示方式により画像表示を行う第２の表示領域とに分割された液晶表示装置において、第２の表示領域の透過表示の際の輝度向上を図り、第１の表示領域と第２の表示領域との輝度差を低減することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持するとともに前記基板の少なくとも一方にカラーフィルタ層が形成された液晶パネルを備え、前記液晶パネルは、透過光により表示を行う透過表示部を少なくとも有する第１の画素が配置された第１の表示領域と、透過光により表示を行う透過表示部と反射光により表示を行う反射表示部とを有する第２の画素が配置された第２の表示領域とを有し、前記第１の画素と前記第２の画素とで透過表示部の面積が異なる表示装置であって、前記第２の画素の前記透過表示部における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする。

以上のような構成の液晶表示装置においては、反射表示部と透過表示部とを備える第２の画素の透過表示部に対応する領域にカラーフィルタ層の存在しない領域からなる開口部を設けることにより、第２の表示領域における光の透過率の向上を図り、第２の画素の透過表示部の面積が小さいことに起因する透過表示の際の輝度不足を補うようにする。したがって、例えば透過表示部の面積の広い第１の表示領域の透過表示の輝度に第２の表示領域の透過表示の輝度が近づき、両領域間で輝度差の低減が図られる。

本発明の液晶表示装置によれば、第２の画素の透過表示部に開口部を設けることにより、第２の表示領域の透過表示の際の輝度向上を図り、第１の表示領域と第２の表示領域との輝度差を低減して違和感の無い画像表示を行うことができる。また、本発明の液晶表示装置によれば、第２の表示領域の透過表示の際の輝度が改善されるため、暗所における第２の表示領域の視認性を高めることができる。

以下、本発明を適用した液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の液晶表示装置の概略平面図であり、図２は、第１の表示領域（メイン画面）Ａと第２の表示領域（サブ画面）Ｂとの境界部の拡大平面図であり、図３は、図２中Ｘ−Ｘ’線における断面図である。図中、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色に対応した符号である。

本実施形態の液晶表示装置は、図３に示すように、液晶パネル１と液晶パネル１の非表示面側に配置されるバックライト２とから主に構成される。液晶パネル１は、図１に示すように、面内に透過表示方式により表示を行うメイン画面Ａと、半透過表示方式により表示を行うサブ画面Ｂとの２つの領域を有している。メイン画面Ａとサブ画面Ｂとの面積比率やそれぞれの形状については任意に変えることができるが、例えばメイン画面Ａを２．２インチサイズの長方形状とし、サブ画面Ｂを図１中メイン画面Ａの上方に帯状に配置することができる。

メイン画面Ａは、第１の表示領域に相当するものであり、図２に示すように、第１の画素２１が複数配列されてなる。第１の画素２１は、後述するように透過光により表示を行う透過表示部のみから構成される。メイン画面Ａにおいては、例えば通話状態、インターネット検索及び情報内容、電子メール授受文章、カメラ撮影写真等の高い色再現性が必要とされる画像を表示させるようにする。

サブ画面Ｂは、第２の表示領域に相当するものであり、第２の画素２２が複数配列されてなる。第２の画素２２は、後述するように、反射光により表示を行う反射表示部２２ａと透過光により表示を行う透過表示部２２ｂとを１画素内に有する構成とされる。サブ画面Ｂにおいては、例えばバッテリー状態、ニュース速報、緊急情報等の常時視認可能な状態とすることが必要であり、メイン画面Ａに表示させる情報に比べ色再現性がさほど要求されない補助情報に関する画像を表示させるようにする。

次に、液晶パネル１の断面構造について図３を用いて説明する。液晶パネル１は、非表示面側であるバックライト２側に配置されたアレイ基板３と、アレイ基板３と対向して配された対向基板４と、これらアレイ基板３及び対向基板４間に挟持された液晶層５とから構成されており、バックライト２側の面とは反対側の面が表示面となる。アレイ基板３及び対向基板４は、それら基板間の周縁に枠状に配置されたシール材（図示せず）により一体化されて中空のセルを形成し、このセル内に液晶組成物を封入して液晶層５とし、液晶パネル１を構成している。また、アレイ基板３及び対向基板４の外面にはそれぞれ偏光板６、７が貼り付けられている。

アレイ基板３は、例えばガラス等の光透過性絶縁基板８を支持基板とし、この光透過性絶縁基板８上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としてのＴＦＴ(Thin Film Transistor)等が形成されている。

また、アレイ基板３はＴＦＴと電気的に接続されたＩＴＯ(Indium Tin
Oxide)等の透明導電膜からなる透明電極９を有している。アレイ基板３のサブ画面Ｂを構成する第２の画素２２の一部の領域には、液晶層５の膜厚を調整するとともに表面に凹凸を有する段差層１０と透明電極９を介して段差層１０上に重ねられたアルミニウム等の導電性光反射膜からなる反射板電極１１とが形成される。サブ画面Ｂを構成する第２の画素２２の、反射板電極１１の存在する領域が反射表示部２２ａに対応し、反射板電極１１の存在しない領域が透過表示部２２ｂに対応する。なお、アレイ基板３の光透過性絶縁基板８と透明電極９との間には、例えば前述した信号線、走査線、ＴＦＴ等のスイッチング素子、層間絶縁膜等が配置され、アレイ基板３の透明電極９が設けられた面のほぼ全体には配向膜が設けられるが、ここでは図示は省略する。

対向基板４は、ガラス等の光透過性絶縁基板１２と、カラーフィルタ層１３と、例えばＩＴＯ等の透明導電膜よりなる対向電極１４と、対向電極１４上のほぼ全面に設けられた配向膜（図示せず）とで主に構成される。カラーフィルタ層１３は、例えば顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、赤色カラーフィルタ層、緑色カラーフィルタ層、青色カラーフィルタ層の各色のフィルタ層が組み合わされて構成される。

メイン画面Ａを構成する第１の画素２１は、赤色カラーフィルタ層が配置された赤色画素２１Ｒ、緑色カラーフィルタ層が配置された緑色画素２１Ｇ、及び青色カラーフィルタ層が配置された青色画素２１Ｂからなる。また、サブ画面Ｂを構成する第２の画素２２も同様に、赤色画素２２Ｒ、緑色画素２２Ｇ、及び青色画素２２Ｂからなる。各画素は遮光エリア２３によって区画される。

メイン画面Ａを構成する第１の画素２１においては、画素内の全領域がバックライト２の光を利用して表示を行う透過表示部とされる。また、サブ画面Ｂを構成する第２の画素２２においては、画素内の一部の領域がバックライト２の光を利用して表示を行う透過表示部２２ｂとされ、残りの領域が外光を反射して表示を行う反射表示部２２ａとされる。

本発明の液晶表示装置においては、図２及び図３に示すように、サブ画面Ｂに配置された第２の画素２２の透過表示部２２ｂに対応するカラーフィルタ層１３の少なくとも一部に開口部１５が設けられている。開口部１５は、カラーフィルタ層１３が存在しない透明な領域のことであり、光透過性絶縁基板１２上にカラーフィルタ層１３を形成する際に同時に形成することができる。

本発明の液晶表示装置では、サブ画面Ｂを構成する第２の画素２２の透過表示部２２ｂにカラーフィルタ層１３の存在しない領域である開口部１５を設けることにより、第２の画素２２におけるバックライト２の光の透過率を上昇させて、透過表示部２２ｂの面積が狭いことによる輝度不足を補い、メイン画面Ａに近い高輝度を確保している。したがって、メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示の際の輝度差が解消又は低減され、液晶表示装置全体として違和感のない、明るい透過表示画像を得ることができる。なお、開口部１５を設けることでサブ画面Ｂの透過表示の際の色再現性は低下するものの、前述のようにサブ画面Ｂには補助情報を常時視認可能とすることが重要であり、色再現性に対する要求は低いため、使用者はほとんど不便を感じることなく液晶表示装置を使用することができる。

開口部１５の形状としては、例えば図２に示すような略八角形状、図４に示すようなスリット状等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、例えば円形状等、任意の形状をとることができる。開口部１５は第２の画素２２の透過表示部２２ｂに対応する任意の位置に設けることができるが、さらに反射表示部２２ａに対応して設けることもできる。第２の画素２２のような半透過型の画素においては、反射表示に利用される光はカラーフィルタ層１３を２回通過するため、反射表示が暗くなるという不都合があるが、反射表示部２２ａに対応する領域にカラーフィルタ層１３のない領域（開口部１５）を配置することにより反射表示の際の輝度を高め、反射表示の視認性を向上させることができる。この場合、図４に示すように、開口部１５は透過表示部２２ｂと反射表示部２２ａとにまたがって配置されることが好ましい。開口部１５を透過表示部２２ｂと反射表示部２２ａとのそれぞれに設ける場合に比べて、開口部１５を簡単に形成できる。また、開口部１５を反射表示部２２ａにも設ける場合、図５に示すように、反射表示部２２ａの全領域を開口部１５とし、反射表示部２２からカラーフィルタ層１３を全てなくしてもかまわない。

なお、図４及び図５に示すように、反射表示部２２ａに開口部１５を設けることによって、サブ画面Ｂの反射表示の際の色再現性が低下したり、反射表示が２階調となるが、前述のようにサブ画面Ｂには補助情報を常時視認可能とすることが重要であり、色再現性や多諧調表示に対する要求は低いため、使用者はほとんど不便を感じることなく液晶表示装置を使用することができる。

また、サブ画面Ｂにおいて自然な画像表示を行うためには、図２に示すように各色画素の開口部１５の面積比率を調整することが好ましい。すなわち、各色の第２の画素２２の透過表示部２２ｂに配置された開口部１５の面積の大小関係を、緑色（第２の画素２２Ｇ）＞赤色（第２の画素２２Ｒ）＞青色（第２の画素２２Ｂ）とする。この場合、青色の第２の画素２２Ｂの透過表示部２２ｂの全領域に青色のカラーフィルタ層１３を形成し、開口部１５を存在させないようにしてもかまわない。人間の目は赤色、緑色、青色のうち緑色を最も認識し易く、青色を最も認識し難いため、開口部１５の面積を前述の関係とすることによって、サブ画面Ｂにおいて自然な印象の透過表示を行うことができる。

また、メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示における白色表示の色度を一致させるためには、図６に示すように、各色の開口部１５の面積比率を調整することが好ましい。すなわち、各色の第２の画素２２の透過表示部２２ｂに配置された開口部１５の面積の大小関係を、青色（第２の画素２２Ｂ）＞緑色（第２の画素２２Ｇ）＞赤色（第２の画素２２Ｒ）とする。バックライト１として単色のＬＥＤと蛍光体とを組み合わせる疑似白色タイプのＬＥＤを用いる場合、開口部１５の面積を前述の関係とすることによって、透過表示の際、メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示における白色表示の色度を略一致させることができ、画面全体で違和感のない表示を行うことができる。メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示における白色表示の色度を略一致させるための開口部１５の面積比率は、カラーフィルタ層１３の分光スペクトル、バックライト２の分光スペクトル、及び液晶表示装置の分光スペクトル等によって適宜決定される。

図６に示す液晶表示装置においては、サブ画面Ｂの第２の画素２２の反射表示部２２ａに対応したカラーフィルタ層１３の一部に開口部１５ａを設けるとともに、開口部１５ａの面積の大小関係を、緑色（第２の画素２２Ｇ）＞赤色（第２の画素２２Ｒ）＞青色（第２の画素２２Ｂ）としている。これにより、サブ画面Ｂの反射表示の際の輝度を高め、反射表示の視認性を向上させることができるとともに、サブ画面Ｂにおいて自然な印象の反射表示を行うことができる。

ここで、図６に示す構造の液晶表示装置を例に挙げて、メイン画面Ａ及びサブ画面Ｂのそれぞれの開口部１５の面積比率、透過率、及びＲＧＢ表示の色再現性範囲を検討した。結果を表１に示す。サブ画面Ｂについては、開口部１５の面積比率の異なる３種類を例として示す。また、表１のメイン画面Ａ及びサブ画面Ｂの色度座標を図７に示す。さらに、色再現性範囲と透過率との関係を図８に示す。

なお、ここで用いた液晶表示装置のメイン画面Ａは、対角２．２インチサイズのＱＶＧＡ仕様であり、図１中縦方向に２４０個、横方向に（３２０×３）個の第１の画素をマトリクス状に配列してなる。また、サブ画面Ｂは、メイン画面Ａの上方に配置され、図中縦方向に２４個、横方向に３２０個の第２の画素をマトリクス状に配列してなる。メイン画面Ａの画素ピッチは１５０μｍ×５０μｍ、サブ画面Ｂの画素ピッチは１５０μｍ×１５０μｍとした。バックライトとしてＬＥＤを用い、ＬＣＤにホモジニアスのものを用いた。また、メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示における白色表示の色度を略一致させるため、青色画素、緑色画素、赤色画素の各色の開口部の面積比率を、およそ１：１．２：１．６とした。

表１、図７及び図８から、第２の画素２２のカラーフィルタ層１３の開口部１５の面積を広くすることによって、色再現性範囲は狭くなるが、一方でサブ画面Ｂの透過率を高めてメイン画面Ａの透過率に近づけることができることがわかる。

以上のように、サブ画面Ｂを構成する第２の画素２２の透過表示部２２ｂの少なくとも一部にカラーフィルタ層１３の存在しない領域、すなわち開口部１５を設け、サブ画面Ｂの透過表示の際の輝度を向上させることによって、サブ画面Ｂの色再現性は劣化するもののサブ画面Ｂの輝度不足を補うことができ、メイン画面Ａとサブ画面Ｂとで透過表示の際の輝度差を小さくすることができる。したがって、本発明によれば、表示画面が透過表示方式により表示を行うメイン画面Ａと半透過表示方式により表示を行うサブ画面Ｂとに分割された液晶表示装置全体において透過表示を行う際に、２つの画面間で明るさを略一致させることができ、画面全体で違和感のない表示を行うことができる。

なお、前述の説明では、メイン画面Ａに透過表示部のみからなる第１の画素２１を配置し、メイン画面Ａにおいて透過表示方式で画像表示する液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。例えば、１画素内に反射表示部と透過表示部とを併せ持つとともに、サブ画面Ｂに配置される第２の画素２２よりも透過表示部面積の大きい画素を第１の画素２１としてメイン画面Ａに配置した構造を有し、メイン画面Ａで半透過表示方式により画像表示するものでもかまわない。

また、前述の説明では、表示面側である対向基板４にカラーフィルタ層１３及び開口部１５が設けられた構造を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、例えばカラーフィルタ層１３及び開口部１５はアレイ基板３側に設けられてもよい。

本発明を適用した液晶表示装置の概略平面図である。 メイン画面Ａとサブ画面Ｂとの境界部の拡大平面図である。 図２中Ｘ−Ｘ’線における概略断面図である。 メイン画面Ａとサブ画面Ｂとの境界部の拡大平面図であり、開口部の形状の他の例を示す図である。 メイン画面Ａとサブ画面Ｂとの境界部の拡大平面図であり、開口部の形状のさらに他の例を示す図である。 メイン画面Ａとサブ画面Ｂとの境界部の拡大平面図であり、開口部の面積の大小関係の他の例を示す図である。 表１のメイン画面Ａ及びサブ画面Ｂの色度座標である。 表１のサブ画面Ｂの色再現性範囲と透過率との関係を示す特性図である。

符号の説明

Ａ メイン画面、Ｂ サブ画面、１ 液晶パネル、２ バックライト、３ アレイ基板、４ 対向基板、５ 液晶層、６，７ 偏光板、８ 光透過性絶縁基板、９ 透明電極、１０ 段差層、１１ 反射板電極、１２ 光透過性絶縁基板、１３ カラーフィルタ層、１４ 対向電極、１５ 開口部、２１ 第１の画素、２２ 第２の画素

Claims (6)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持するとともに前記基板の少なくとも一方にカラーフィルタ層が形成された液晶パネルを備え、前記液晶パネルは、透過光により表示を行う透過表示部を少なくとも有する第１の画素が配置された第１の表示領域と、透過光により表示を行う透過表示部と反射光により表示を行う反射表示部とを有する第２の画素が配置された第２の表示領域とを有し、前記第１の画素と前記第２の画素とで透過表示部の面積が異なる表示装置であって、
   前記第２の画素の前記透過表示部における前記カラーフィルタ層の少なくとも一部に開口部が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の画素が、赤色のカラーフィルタ層に対応した赤色画素、緑色のカラーフィルタ層に対応した緑色画素、及び青色のカラーフィルタ層に対応した青色画素を組み合わせてなり、各色の画素における前記開口部の面積が、緑色画素＞赤色画素＞青色画素の関係にあることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第２の画素が、赤色のカラーフィルタ層に対応した赤色画素、緑色のカラーフィルタ層に対応した緑色画素、及び青色のカラーフィルタ層に対応した青色画素を組み合わせてなり、各色の画素における前記開口部の面積が、青色画素＞緑色画素＞赤色画素の関係にあることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の表示領域の透過表示における白色表示の色度と前記第２の表示領域の透過表示における白色表示の色度とが略一致していることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
5. 前記開口部が前記透過表示部と前記反射表示部との両方に重なる位置に対応して設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の画素における透過表示部が前記第２の画素における透過表示部より広いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の液晶表示装置。

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