JP2009003404A - 半透過型液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】半透過型液晶ディスプレイにおいて、画質を改善する。
【解決手段】基板３００と、それぞれが第１のサブピクセル２４および第２のサブピクセル２２を含む複数のピクセルとを備えた半透過型液晶ディスプレイであって、サブピクセルの各々が透過区域Ｔおよび反射区域Ｒからなり、第１のサブピクセルの反射区域Ｒ４が第２のサブピクセルの反射区域Ｒ２よりも小さい。ピクセルがレンダリング法により動作することが好ましい。着色領域３５２および無着色領域３５４を含むカラーフィルタ３５０をさらに備えることが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関し、より詳しくは、画質が改善されたＲＧＢＷ半透過型ＬＣＤに関する。

ＬＣＤは、最も広く用いられているフラットパネルディスプレイ装置の内の１つである。一般に、ＬＣＤは、それぞれが内面に電極を持つ一対のパネル、およびパネル間に挟まれた誘電体異方性液晶層を備えている。ＬＣＤにおいて、電場生成電極の間の電位差の変化、例えば、電極により生成される電場の強度の変化によって、ＬＣＤを透過する光の透過率が変わり、それゆえ、電極間の電位差を制御することによって、所望の画像が得られる。

ＬＣＤは、画像ディスプレイに用いられる光源のタイプに応じて、以下の３つのタイプ：透過型ＬＣＤ、反射型ＬＣＤ、および半透過型ＬＣＤの内の１つに分類されるであろう。透過型ＬＣＤでは光源としてバックライトモジュールを利用し、反射型ＬＣＤでは周囲光を利用して正面からピクセルを照らす。半透過型ＬＣＤは、透過型と反射型の特徴を併せ持つ。半透過型ＬＣＤは、室内環境などの中間の光の条件下または完全に暗い条件下では、透過モードで動作し、屋外環境などの明るい条件下では、反射モードで動作する。

最近、白のサブピクセルが、赤、緑および青のサブピクセルの組に加えられたＲＧＢＷ技術が開発されて、ＬＣＤパネルの輝度が改善された。この技術は、レンダリング法(rendering method)によって、ＬＣＤの解像度をさらに向上させることができる。サブピクセルのレンダリング法では、赤、緑、青および白のサブピクセルは個別に制御される。特定のサブピクセルが表示されるときに、それに隣接するサブピクセルはその特定のサブピクセルと共に表示され、よって、あるピクセルは、特定のサブピクセルおよび隣接して表示されたサブピクセルで割られた輝度で表される。この方法によって、斜線または曲線をより明白に表現することが可能になり、解像度が改善される。

図１は、従来の半透過型ＬＣＤの断面図である。この図は、そのようなＬＣＤの動作を説明するのに役立つ。図１に示されるように、ＬＣＤ１０は、下側基板１００、上側基板１６０およびそれらの間に挟まれた液晶層１３０を備えている。上側基板１６０は、共通電極１４０およびその上に形成されたカラーフィルタ１５０を有している。このカラーフィルタ１５０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）および白（Ｗ）の領域１５１〜１５４を含む。下側基板１００は、絶縁層１１０およびその上に形成されたピクセル電極１２０を有している。ピクセル電極１２０は、周囲光を反射することのできる不透明部分１２４および下側基板１００の外部に配置されたバックライトモジュール１９０からの光を透過させられる透明部分１２２を有している。液晶層１３０は、下側基板１００と上側基板１６０との間に挟まれている。したがって、半透過型ＬＣＤ１０は、反射モードと透過モードの両方で表示することができる。

Ｒ，Ｇ，ＢおよびＷ領域１５１〜１５４はそれぞれ、赤、緑、青および白のサブピクセル１１〜１４を提供して、異なる色を表示する。さらに、無着色の領域１５４の透過率は０．９より高く（または１と考えられ）、Ｒ，ＧおよびＢ領域１５１〜１５３の各々の透過率は約１／３である。Ｂ領域１５３は、周囲光２８３がＢ領域１５３を透過したときに、周囲光２８３の２／３を吸収する。特に、Ｂ領域１５３は、反射光２８３’がＢ領域１５３を透過するときに、反射光２８３’の２／３を吸収する。すなわち、反射光１８３’の入射する周囲光２８３に対する比は１：９である。しかしながら、バックライトモジュール１９０からの透過光２７３は、透過光２７３の入射光に対する比が１：３となるように、一度だけＢ領域１５３を透過する。同様に、Ｗ領域１５４に関して、反射光２８４’の入射する周囲光２８４に対する比は、８１：１００より大きく、透過光２７４の入射光に対する比は、９：１０より大きい。

白のサブピクセル１４および他のサブピクセル１１〜１３の有効出力光の百分率は、反射モードと透過モードの両方において一致しないことが明らかである。そのような不一致は、ＬＣＤ１０にサブピクセル・レンダリング技術が適用されたときに、悪化する。このため、反射領域と透過領域に異なるクロミナンスが生じ、ディスプレイの品質が低下してしまう。

本発明の課題は、画質が改善された半透過型液晶ディスプレイを提供することにある。Ｗサブピクセルの反射面積が、白のサブピクセルおよび他のサブピクセルの有効出力光の百分率が反射モードと透過モードの両方で一致するように最適化されており、Ｒ，ＧおよびＢサブピクセルの各々の反射面積よりも小さい。

本発明の第２の課題は、バランスが取れた輝度およびクロミナンスを有する半透過型液晶ディスプレイを提供することにある。無着色のブロックが、カラーフィルタのＲ，ＧおよびＢ領域の各々に挿入されて、Ｒ，ＧおよびＢ領域の各々の透過率を増加させる。したがって、白のサブピクセルおよび他のサブピクセルの有効出力光の百分率は、反射モードと透過モードの両方で一致する。

これらの課題を達成するために、本発明は、複数のピクセルを有する半透過型液晶ディスプレイを提供する。各ピクセルは、白のサブピクセル、赤のサブピクセル、緑のサブピクセルおよび青のサブピクセルを含む少なくとも４つのサブピクセルを有する。各サブピクセルは、透過区域および反射区域を含む。白のサブピクセルの反射区域は、白のサブピクセルおよび他のサブピクセルの有効出力光の百分率が反射モードと透過モードの両方で一致するように、Ｒ，ＧおよびＢサブピクセルの各々の反射区域よりも小さい。

本発明は、複数のサブピクセルおよびカラーフィルタを含む半透過型液晶ディスプレイも提供する。各ピクセルは、白のサブピクセル、赤のサブピクセル、緑のサブピクセルおよび青のサブピクセルを含む少なくとも４つのサブピクセルを有する。各サブピクセルは透過区域および反射区域を含む。無着色のブロックが、カラーフィルタの赤、緑および青の領域の各々に挿入され、その無着色のブロックは反射区域の上に位置している。したがって、白のサブピクセルおよび他のサブピクセルの有効出力光の百分率は、反射モードと透過モードの両方で一致する。

本発明を、添付の図面を参照して、より詳しく説明する。

図２は、ある実施の形態によるＲ，Ｇ，ＢおよびＷのサブピクセルを含む１つのピクセルの配置を示す平面図である。半透過型液晶ディスプレイは複数のピクセルを備えている。図２に示されるように、ピクセル２０は、２×２の行列状に配列された、赤のサブピクセル２１、緑のサブピクセル２２、青のサブピクセル２３および白のサブピクセル２４から構成されている。２本のゲート線が、互いから隔てられた状態で、実質的に横断方向に延在し、ゲート信号を伝送する。２つのソース線２５が、実質的に縦方向に、ゲート線２６と交差して延在し、データ電位を伝送する。

赤のサブピクセル２１は透過区域Ｔ１および反射区域Ｒ１からなり、緑のサブピクセル２２は透過区域Ｔ２および反射区域Ｒ２からなり、青のサブピクセル２３は透過区域Ｔ３および反射区域Ｒ３からなり、白のサブピクセル２４は透過区域Ｔ４および反射区域Ｒ４からなる。カラーフィルタの無着色の領域の透過率は、赤、緑および青の領域の各々の透過率よりもずっと高いので、透過区域Ｔ４の反射区域Ｒ４に対する比は、着色されたサブピクセル（Ｒ，ＧまたはＢ）の透過区域（Ｔ１，Ｔ２またはＴ３）の着色されたサブピクセルの反射区域（Ｒ１，Ｒ２またはＲ３）に対する比とは異なり、反射モードと透過モードの両方においてピクセル２０に関してバランスのとれたクロミナンスを有するように最適化されている。特に、ＲＧＢＷにおけるサブピクセルのレンダリングは、反射モードと透過モードとの間でバランスがとれている。

図３は、図２の１−１に沿ってとられた部分断面図であり、白のサブピクセルおよび緑のサブピクセルを含む構造を示している。上側基板３６０は、共通電極３４０およびその上に形成されたカラーフィルタ３５０を有している。図３に示されるように、カラーフィルタ３５０は緑の領域３５２および無着色の領域３５４を含むが、カラーフィルタ３５０の赤の領域および青の領域はこの図では示すことができない。ゲート線３１３がガラス、石英などから形成された下側の基板３００上に形成されている。絶縁特性を有するゲート絶縁層３１４が下側基板３００およびゲート線３１３の上に形成されている。保護層３１５が、ソース線（図示せず）、キャパシタンス保持電極３１６およびゲート絶縁層３１４の上に形成されている。保護層３１５は、保護層３１５がキャパシタンス保持電極３１６と重なっている位置に、コンタクトホール（開口）を有している。複数の樹脂層３１７が保護層３１５に被せられている。Ａｌ（アルミニウム）、ＡｌＮｄ（アルミニウムネオジム）などから形成され、反射機能を有するリフレクタ３０２および３０４が、樹脂層３１７上に設けられ、光を散乱させるための複数の凹部３０６および凸部３０５を有している。ピクセル電極３１８が、リフレクタ３０２および３０４並びに樹脂層３１７の上に形成されている。液晶層３３０が共通電極３４０およびピクセル電極３１８の間に挟まれている。さらに、反射区域Ｒ２（またはＲ４）内の液晶層３３０の厚さと透過区域Ｔ２（またはＴ４）の厚さとは異なる。

緑の領域３５２は、周囲光Ｒ_Gが緑の領域３５２を通過したときに、周囲光Ｒ_Gの約２／３を吸収する。特に、緑の領域３５２は、反射光Ｒ_G’が緑の領域３５２を通過したときに、反射光Ｒ_G’の２／３をさらに吸収する。対照的に、無着色の領域３５４は、周囲光Ｒ_Wが無着色の領域３５４を通過したときに、周囲光Ｒ_Wをわずかしか吸収しない。特に、無着色の領域３５４は、反射光Ｒ_W’が無着色の領域３５４を通過したときに、反射光Ｒ_W’もほんのわずかしか吸収しない。さらに、バックライトモジュール３７０からの透過光Ｔ_Gは、元の入射光の２／３が緑の領域３５２により吸収されるように、たった一回しか緑の領域３５２を通過しない。

リフレクタ３０２および３０４の面積の最適な設計の例を以下に説明する。反射区域Ｒ１〜Ｒ３の透過区域Ｔ１〜Ｔ３に対する比を１５：８５とした場合、反射区域Ｒ４の透過区域Ｔ４の比は５６：９４４であるべきである。さらに、反射区域Ｒ１〜Ｒ３の透過区域Ｔ１〜Ｔ３に対する比を４５：５５に変えた場合、反射区域Ｒ４の透過区域Ｔ４の比は２１４：７８６であるべきである。言い換えると、反射区域Ｒ１〜Ｒ４および透過区域Ｔ１〜Ｔ４は、以下の式を満たすべきである：

ここで、Ａ_T1，Ａ_T2，Ａ_T3およびＡ_T4は、それぞれ、Ｔ１〜Ｔ４の面積を表し、Ａ_R1，Ａ_R2，Ａ_R3およびＡ_R4は、それぞれ、Ｒ１〜Ｒ４の面積を表し、ｎ_Wは、カラーフィルタの無着色の領域の光透過率を表し、ｎ_Cは、カラーフィルタの着色領域（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光透過率を表す。上述した具体例においては、ｎ_Cは１／３であり、ｎ_Wは１である。無着色の領域３５４の色が白ではなくグレーである場合、ｎ_Wは１より小さくなる。

リフレクタ３０２および３０４の面積の最適な設計のさらに別の具体例が以下に示されている。

具体例Ａ
赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は：

と表すことができ、ここで、サブピクセルの透過区域はＴにより表され、サブピクセルの反射区域はＲにより表され、赤、緑および青の領域の光透過率はｎ_iにより表され、無着色の領域の光透過率はｎ_N+1により表され、赤、緑および青のサブピクセルの数はＮにより表され、白のサブピクセルの数はＮ＋１により表される。

上の式に加え、赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は、以下のように不等式を満たすであろう：

具体例Ｂ
赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は：

と表すことができ、ここで、サブピクセルの透過区域はＴにより表され、サブピクセルの反射区域はＲにより表され、赤、緑および青の領域の光透過率はｎ_iにより表され、無着色の領域の光透過率はｎ_N+1により表され、赤、緑および青のサブピクセルの数はＮにより表され、白のサブピクセルの数はＮ＋１により表される。

上の式に加え、赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は、以下のように不等式を満たすであろう：

具体例Ｃ
赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は：

と表すことができ、ここで、サブピクセルの透過区域はＴにより表され、サブピクセルの反射区域はＲにより表され、赤、緑および青の領域の光透過率はｎ_iにより表され、無着色の領域の光透過率はｎ_N+1により表され、赤、緑および青のサブピクセルの数はＮにより表され、白のサブピクセルの数はＮ＋１により表される。

上の式に加え、赤、緑、青および白のサブピクセルの反射区域および透過区域の間の関係は、以下のように不等式を満たすであろう：

図４は、白のサブピクセルおよび緑のサブピクセルを含む別のピクセル構造を示す断面図である。図３と比較すると、リフレクタ３０４’の面積は、白のサブピクセル２４’の透過区域Ｔ４’が緑のサブピクセル２２の透過区域Ｔ２と実質的に等しくなるように、リフレクタ３０２の面積と同じである。同様に、白のサブピクセル２４’の反射区域Ｒ４’は、白のサブピクセル２２の反射区域Ｒ２と実質的に等しい。白のサブピクセルの反射区域を減少させる代わりに、無着色ブロック３５２２が、緑の領域３５２１または他の着色領域に挿入され、反射モードと透過モードとの間のクロミナンスのバランスをとるように反射区域Ｒ２の上に位置している。

本発明の上述した実施の形態は説明のみを意図したものである。数多くの代わりの実施の形態も、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに、当業者により考えられるであろう。

従来の半透過型ＬＣＤの断面図 ある実施の形態によるＲ，Ｇ，ＢおよびＷのサブピクセルを含む１つのピクセルの配置を示す平面図 白のサブピクセルおよび緑のサブピクセルを含む構造を示す、図２の１−１に沿ってとられた部分断面図 白のサブピクセルおよび緑のサブピクセルを含む別のピクセル構造を示す断面図

符号の説明

１１，２１ 赤またはＲのサブピクセル
１２，２２ 緑またはＧのサブピクセル
１３，２３ 青またはＢのサブピクセル
１４，２４ 白またはＷのサブピクセル
２５ ソース線
２６ ゲート線
１００，３００ 下側基板
１１０ 絶縁層
１２０ ピクセル電極
１３０ 液晶層
１４０，３４０ 共通電極
１５０，３５０ カラーフィルタ
１５１ 赤またはＲ領域
１５２ 緑またはＧ領域
１５３ 青またはＢ領域
１５４ 白またはＷ領域
１６０，３６０ 上側基板
３０２，３０４ リフレクタ
３１４ ゲート絶縁層
３１５ 保護層
３１６ キャパシタンス保持電極
３１７ 樹脂層
３１８ ピクセル電極

Claims (20)

1. 基板と、それぞれが第１のサブピクセルおよび第２のサブピクセルを含む複数のピクセルとを備えた半透過型液晶ディスプレイであって、
   前記サブピクセルの各々が透過区域および反射区域からなり、前記第１のサブピクセルの反射区域が前記第２のサブピクセルの反射区域よりも小さいことを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ。
2. 前記ピクセルがレンダリング法により動作することを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶ディスプレイ。
3. 着色領域および無着色領域を含むカラーフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶ディスプレイ。
4. 前記サブピクセルの透過区域がＴにより表され、該サブピクセルの反射区域がＲにより表されることを特徴とする請求項３記載の半透過型液晶ディスプレイ。
5. 前記第２のサブピクセルの数がＮにより表され、前記第１のサブピクセルの数がＮ＋１により表されることを特徴とする請求項４記載の半透過型液晶ディスプレイ。
6. 前記着色領域の光透過率がｎ_iにより表され、前記無着色領域の光透過率がｎ_N+1により表されることを特徴とする請求項５記載の半透過型液晶ディスプレイ。
7. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
   

   

   により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
8. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
   

   

   により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
9. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
   

   

   により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
10. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
    

    

    により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
11. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
    

    

    により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
12. 前記第１と第２のサブピクセルの前記反射区域および前記透過区域の関係が：
    

    

    により表されることを特徴とする請求項６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
13. 前記反射区域に形成された複数のリフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶ディスプレイ。
14. 前記リフレクタおよび前記基板の間に挟まれた保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１３記載の半透過型液晶ディスプレイ。
15. 前記リフレクタおよび前記保護層の間に挟まれた複数の樹脂層をさらに備えることを特徴とする請求項１４記載の半透過型液晶ディスプレイ。
16. 第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタをさらに備え、該第２のカラーフィルタが前記反射区域の上に位置する無着色ブロックを含むことを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶ディスプレイ。
17. 前記第１のカラーフィルタが白のカラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタが赤、緑または青のカラーフィルタであることを特徴とする請求項１６記載の半透過型液晶ディスプレイ。
18. 前記反射区域および前記透過区域上に形成された液晶層をさらに備え、該反射区域上の該液晶層の厚さおよび該透過区域上の該液晶層の厚さが異なることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶ディスプレイ。
19. 半透過型液晶ディスプレイにおいて、
    それぞれが赤のサブピクセル、緑のサブピクセル、青のサブピクセルおよび白のサブピクセルを含む複数のピクセルであって、前記４つのサブピクセルの各々が透過区域および反射区域を含むピクセル、および
    赤の領域、緑の領域、青の領域および無着色の領域を含むカラーフィルタであって、該赤の領域、該緑の領域および該青の領域の内の１つが、前記反射区域の内の１つの上に位置する無着色ブロックを含むカラーフィルタ、
    を備えた半透過型液晶ディスプレイ。
20. 前記白のサブピクセルの有効出力光の百分率が、反射モードおよび透過モードの際の前記ピクセルの内の１つの他のサブピクセルの有効出力光の百分率と一致することを特徴とする請求項１９記載の半透過型液晶ディスプレイ。

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