JP2020166168A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 表示品位に優れた反射型の表示装置を提供する。【解決手段】 一実施形態に係る表示装置は、複数の画素の各々が、光を反射する反射面と、前記反射面を変形させるアクチュエータと、前記画素の第1方向における中央部に位置し前記反射面に重畳する非反射部と、を備えている。【選択図】 図4

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。
一対の基板の間に液晶層を配置した液晶表示装置が知られている。例えば表示に外光を利用する反射型の液晶表示装置においては、液晶層の上方に偏光板が配置されている。この偏光板は、光の一部を吸収するため、画像の輝度を低下させる一因となる。
また、電気泳動素子を用いた反射型の表示装置も知られている。この種の表示装置は、偏光板を配置する必要がないため画像の輝度を高めることが可能であるが、画素のオン・オフを切り替える際の応答速度が遅い。
特開2002−372727号公報 特開2013−182225号公報
上述のように、従来の反射型の表示装置には、改善の余地があった。そこで、本開示は、表示品位に優れた反射型の表示装置を提供することを目的の一つとする。
一実施形態に係る表示装置においては、複数の画素の各々が、光を反射する反射面と、前記反射面を変形させるアクチュエータと、前記画素の第1方向における中央部に位置し前記反射面に重畳する非反射部と、を備えている。
図1は、第1実施形態に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図2は、第1実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図3は、図2に示した回路層の構成の一例を示す概略的な断面図である。 図4は、反射面を図2に示した形状から変形させた状態を示す、表示装置の概略的な断面図である。 図5は、第1実施形態における副画素に適用し得る構造の一例を示す平面図である。 図6は、図5に示したアクチュエータの概略的な断面図である。 図7は、第1実施形態における第2形状の反射面の一例を示す概略的な斜視図である。 図8は、金属層が第2電極の機能を兼ねる構成を示す概略的な断面図である。 図9は、第2実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図10は、第3実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図11は、第4実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図12は、第5実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図13は、図12に示したスペーサの形状の一例を示す概略的な平面図である。 図14は、第6実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図15は、第6実施形態に係る第2形状の反射面の一例を示す概略的な斜視図である。 図16は、第7実施形態に係る表示装置の概略的な断面図である。 図17は、図17に示した金属層の概略的な構成を示す平面図である。 図18は、第8実施形態におけるアクチュエータの概略的な平面図である。 図19は、第8実施形態における第2形状の反射面の一例を示す概略的な斜視図である。 図20は、第9実施形態における副画素に適用し得る構成の一例を示す平面図である。 図21は、第9実施形態におけるアクチュエータの概略的な断面図である。 図22は、第10実施形態における副画素に適用し得る構成の一例を示す平面図である。 図23は、第10実施形態におけるアクチュエータの概略的な断面図である。
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
[第1実施形態]
先ず、図1〜図3を用いて、第1実施形態に係る表示装置1の基本構成を例示する。
図1は、本実施形態に係る表示装置1の概略的な構成を示す図である。図示したように、X方向、Y方向およびZ方向を定義する。これらX,Y,Z方向は、例えば互いに直交するが、90度以外の角度で交わってもよい。以下、Z方向と平行に表示装置1を見ることを平面視と呼ぶ。
表示装置1は、表示パネル2と、コントローラ3と、配線基板4とを備えている。表示パネル2は、第1基板SUB1と、第2基板SUB2とを備えている。第1基板SUB1と第2基板SUB2は、Z方向において対向している。
第1基板SUB1は、第2基板SUB2と対向しない端子領域TAを有している。端子領域TAは、端子Tを有している。配線基板4は、例えばフレキシブル回路基板であり、端子Tに接続されている。画像表示のためのデータは、配線基板4を介して表示パネル2に供給される。図1の例においては、コントローラ3が端子領域TAに実装されている。ただし、コントローラ3は、配線基板4などの他の部材に実装されてもよい。
表示パネル2は、表示領域DAと、表示領域DAの周囲の周辺領域SAとを有している。表示領域DAは、X方向およびY方向にマトリクス状に配列された複数の画素PXを含む。画素PXは、異なる色に対応する複数の副画素を含み、これらの副画素によりカラー表示が可能である。一例として、本実施形態においては、画素PXが赤色の副画素SPRと、緑色の副画素SPGと、青色の副画素SPBとを含む場合を想定する。ただし、画素PXは、白色の副画素など、他の色の副画素を含んでもよい。なお、表示装置1は、単色(モノクロ)表示に対応した構成を有してもよい。この場合においては、図示した構成の副画素それぞれが1つの画素として機能する。以下の説明においては、副画素SPR,SPG,SPBを特に区別しない場合、単に副画素SPと呼ぶ。
第1基板SUB1は、複数の走査線Gと、複数の信号線Sと、第1走査ドライバGD1と、第2走査ドライバGD2と、信号ドライバSDとを備えている。複数の走査線Gは、表示領域DAにおいてX方向に延びるとともに、Y方向に並んでいる。複数の信号線Sは、表示領域DAにおいてY方向に延びるとともに、X方向に並んでいる。各走査ドライバGD1,GD2は、複数の走査線Gに走査信号を供給する。信号ドライバSDは、複数の信号線Sに映像信号を供給する。副画素SPは、走査線Gおよび信号線Sにより区画された領域に相当する。
さらに、第1基板SUB1は、各副画素SPに配置されたスイッチング素子SWと、反射面RFと、アクチュエータACとを備えている。スイッチング素子SWは、走査線Gおよび信号線Sに接続されており、走査線Gに走査信号が供給されたときに信号線Sの映像信号をアクチュエータACに供給する。アクチュエータACは、スイッチング素子SWを介して供給される映像信号に応じて、反射面RFの形状を変形させる。
図2は、表示装置1の概略的な断面図である。第1基板SUB1は、第1絶縁基板10と、回路層11と、アクチュエータACと、金属層12と、第1遮光層13とを備えている。第1遮光層13は金属層12による光の反射に寄与せず、非反射部と言い換えることもできる。回路層11は、上述の走査線G、信号線S、スイッチング素子SWおよび複数の絶縁層を含むが、図2においては簡略化して示している。
第1絶縁基板10は、例えばガラスで形成することができる。回路層11は、第1絶縁基板10の上面(第2基板SUB2との対向面)に設けられている。アクチュエータACは、回路層11の上方に設けられている。金属層12は、例えばアルミニウムや銀により形成され、アクチュエータACを覆っている。図2の例においては、金属層12の表面が反射面RFに相当する。
第1遮光層13は、反射面RFの一部を覆っている。図2の例においては、第1遮光層13が各副画素SPのX方向における中心近傍に設けられているが、この例に限られない。
図2の例において、隣り合う副画素SPのアクチュエータACは、互いに接している。また、隣り合う副画素SPの金属層12も互いに接している。隣り合う副画素SPの金属層12が一体的に切れ目なく形成されてもよい。
第2基板SUB2は、第2絶縁基板20と、第2遮光層21と、カラーフィルタ層22とを備えている。第2絶縁基板20は、例えばガラスで形成することができる。第2遮光層21およびカラーフィルタ層22は、第2絶縁基板20の下面(第1基板SUB1との対向面)に設けられている。
第2遮光層21は、隣り合う副画素SPの境界と重畳している。すなわち、第2遮光層21は、図1に示した走査線Gおよび信号線Sと重畳する格子状である。カラーフィルタ層22は、副画素SPRの反射面RFに対向する赤色のカラーフィルタ22Rと、副画素SPGの反射面RFに対向する緑色のカラーフィルタ22Gと、副画素SPBの反射面RFに対向する青色のカラーフィルタ22Bとを含む。
第1基板SUB1と第2基板SUB2の間には、中間層30が設けられている。一例として、中間層30は空間(空気、その他の気体、または真空)であるが、液晶などの液体を含んでもよいし、透明な樹脂などの固体を含んでもよい。
表示パネル2は、第2絶縁基板20の上面に設けられた拡散層DFをさらに備えてもよい。例えば、拡散層DFとしては、位相差フィルム、屈折率の異なる母材と粒子を混合したヘイズ糊、および、微細な柱状構造を含んだLCF(Light Control Film)の少なくとも一つを含む構造を採用することができるが、この例に限られない。
図3は、回路層11の構成の一例を示す概略的な断面図である。回路層11は、絶縁層14〜17と、走査線Gと、信号線Sと、スイッチング素子SWとを含む。
絶縁層14は、第1絶縁基板10の上面を覆っている。スイッチング素子SWは、絶縁層14の上に配置された半導体層SCと、中継電極REとを含む。絶縁層15は、半導体層SCおよび絶縁層14を覆っている。走査線Gは、絶縁層15の上に配置されている。絶縁層16は、走査線Gおよび絶縁層15を覆っている。信号線Sおよび中継電極REは、絶縁層16の上に配置されている。絶縁層17は、信号線S、中継電極REおよび絶縁層16を覆っている。
例えば、絶縁層14〜16は、無機材料で形成することができる。また、絶縁層17は、有機材料で形成することができる。絶縁層17は、スイッチング素子SWにより生じる凹凸を平坦化すべく、絶縁層14〜16よりも大きい厚さを有してもよい。
走査線Gは、絶縁層15を介して半導体層SCに対向している。信号線Sは、絶縁層15,16を貫通するコンタクトホールCH1を通じて半導体層SCに接触している。中継電極REは、絶縁層15,16を貫通するコンタクトホールCH2を通じて半導体層SCに接触している。図3の例においては、アクチュエータACに含まれる第1電極E1が、絶縁層17を貫通するコンタクトホールCH3を通じて中継電極REに接触している。第1電極E1は、中継電極REを介さずに半導体層SCに直接接触してもよい。
[表示原理]
本実施形態に係る表示装置1は、反射面RFの形状によって副画素SPにおける外光の反射率を変えることにより画像を表示する反射型の表示装置である。具体的には、アクチュエータACにより反射面RFを変形させることで、副画素SPの反射率を制御する。以下、図2および図4を用いて、表示装置1の表示原理の具体例について説明する。
図4は、副画素SPGのアクチュエータACが反射面RFを図2に示した形状から変形させた状態を示す、表示装置1の概略的な断面図である。以下、図2における副画素SPGの反射面RFの形状を第1形状、図4における副画素SPGの反射面RFの形状を第2形状と呼ぶ。
図2に示す第1形状は、第1絶縁基板10の上面(X−Y平面)と平行な平面である。表示パネル2に入射する外光Loの一部は、カラーフィルタ22Gを通って反射面RFに入射し、反射面RFで反射される。反射面RFでの反射光Lrは、再びカラーフィルタ22Gを通って表示パネル2から出射する。これにより、副画素SPGは、緑色を表示することになる。なお、外光Loの一部は、第1遮光層13にて吸収される。
図4に示す第2形状は、アクチュエータACを支持する第1絶縁基板10から離れる方向に向けた凸状の曲面である。この場合、反射面RFにおいては、隣接する副画素SPの方向に向けて外光Loが反射される。したがって、反射光Lrの多くは、第2遮光層21によって吸収される。反射光Lrの一部が、隣接する副画素SPR,SPBのカラーフィルタ22R,22Bに入射してもよい。反射光Lrは緑色のカラーフィルタ22Gを通っているため、緑色の波長域を有する。このような反射光Lrが赤色,青色のカラーフィルタ22R,22Bに入射すると、少なくともその一部がこれらカラーフィルタ22R,22Bで吸収される。
第2形状において、反射面RFの頂部に相当する位置には第1遮光層13が設けられている。仮に第1遮光層13が無い場合、この頂部における反射光は、図2における反射光Lrと同じくカラーフィルタ22Gを通って表示パネル2から出射する。しかしながら、第1遮光層13を設けた場合、このような反射光Lrが抑制される。
以上の例において、図2は副画素SPGがオン(緑表示)の状態に相当し、図4は副画素SPGがオフ(黒表示)の状態に相当する。すなわち、反射面RFが第1形状である場合の副画素SPGの第1反射率に比べて、反射面RFが第2形状である場合の副画素SPGの第2反射率の方が小さい。
画像のコントラストを高める観点から、第2反射率が第1反射率よりも十分に小さいことが好ましい。すなわち、第2形状は、反射光Lrのできるだけ多くの部分が第2遮光層21に向かい、第2遮光層21で吸収される形状であることが好ましい。また、第1遮光層13は、第2形状の反射面RFにおいて第2遮光層21に向かわない反射光Lrを生成し得る領域を十分に覆う大きさを有することが好ましい。ただし、反射面RFの面積を大きくして画像の輝度を高める観点から、第1遮光層13を極力小さくしてもよい。
ここで、第1形状の曲率を第1曲率と定義し、第2形状の曲率を第2曲率と定義する。本実施形態において、第2曲率は、第1曲率よりも大きい。なお、図2に示すように第1形状が平面である場合、第1曲率は0である。ただし、第1曲率は、必ずしも0である必要はない。すなわち、第1形状は、第2形状よりも緩やかな曲面であってもよい。
第1形状および第2形状は、位置によって曲率が変化してもよい。この場合、第1曲率は、第1形状の各位置における曲率の平均値や最大値として定義することができる。同様に、第2曲率は、第2形状の各位置における曲率の平均値や最大値として定義することができる。
図4に示すように、第1基板SUB1と第2基板SUB2の間に例えば空間である中間層30を設けると、反射面RFの上方が解放されるため、反射面RFの形状変化が円滑化される。
以上、副画素SPGを例に反射率の制御方法を説明したが、副画素SPR,SPBについても同様の方法を適用できる。画素PXによる階調表現は、副画素SPR,SPG,SPBの反射面RFを第1形状と第2形状との間で変化させることに加え、第1形状(あるいは第2形状)を維持する時間を制御することで実現できる。例えば、副画素SPGの反射面RFを第1形状にする時間を、副画素SPR,SPBの各反射面RFを第1形状にする時間より長くすれば、緑成分が強く且つ赤成分および青成分が弱い色を表示することができる。
階調表現は、反射面RFの曲率を多段的に変化させることでも実現できる。例えば、副画素SPGの反射面RFを第1形状とし、副画素SPR,SPBの反射面RFを第2形状よりも曲率が小さく、かつ第1形状よりも曲率が大きい形状とすれば、緑成分が強く且つ赤成分および青成分が弱い色を表示することができる。
画像データに応じて各画素PXにおける副画素SPR,SPG,SPBの反射率を制御することにより、表示領域DAに当該画像データに対応する画像を表示させることができる。拡散層DFを設けた場合、反射光Lrが拡散されるので、画像の視野角依存性を抑制でき、結果として表示品位を高めることが可能となる。
他の例として、拡散層DFを用いずに、反射面RFの形状を高速で切り替えてもよい。すなわち、1フレームの画像を表示するにあたり、オンとすべき副画素SPの反射面RFが複数回に亘って第1形状と第2形状の間で切り替われば、種々の方向に向かう反射光Lrが生成される。これにより、拡散層DFを用いる場合と同様に、画像の視野角依存性が抑制される。また、拡散層DFを設けなければ、全ての副画素SPをオフとした場合に、正対する物体を映し出すことが可能な鏡面のような表示領域DAを得ることができる。
[アクチュエータAC]
アクチュエータACとしては、反射面RFを第1形状および第2形状に変形させることが可能な種々の素子を用いることができる。以下、一例として、電圧が印加されたことに応じて変形するピエゾ素子(ピエゾ膜)を用いたアクチュエータACを想定し、副画素SPの具体的な構造を開示する。
図5は、副画素SPに適用し得る構造の一例を示す平面図である。第2遮光層21は、走査線Gおよび信号線Sと重畳し、副画素SPにおいて開口している。アクチュエータACは、ピエゾ素子PZと、第1電極E1と、第2電極E2とを備えている。
図5の例において、ピエゾ素子PZは、2本の走査線Gおよび2本の信号線Sで囲われた領域内に配置されている。さらに、ピエゾ素子PZは、各走査線Gおよび各信号線Sから離間している。ただし、ピエゾ素子PZは、各走査線Gおよび各信号線Sの少なくとも一つと重畳してもよい。
金属層12は、ピエゾ素子PZと重畳している。ピエゾ素子PZと同様に、金属層12は各走査線Gおよび各信号線Sから離間しているが、これらの少なくとも一つと重畳してもよい。
ピエゾ素子PZおよび金属層12の周縁は、第2遮光層21と重畳している。ただし、ピエゾ素子PZおよび金属層12の周縁の少なくとも一部が、第2遮光層21と重畳しなくてもよい。
第1電極E1は、X方向における副画素SPの中央部と重畳し、かつY方向に長尺に延びる線状である。第2電極E2は、例えば複数の副画素SPに亘る形状を有しており、第1電極E1と重畳している。なお、第2電極E2は、副画素SPごとに分割されてもよい。第1遮光層13は、第1電極E1と重畳してY方向に長尺に延びる線状である。第1電極E1および第2電極E2は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料や金属材料で形成することができる。
図6は、X−Z平面に沿うアクチュエータACの概略的な断面図である。第1電極E1は、ピエゾ素子PZの下面(第1絶縁基板10側の面)に接している。第2電極E2は、ピエゾ素子PZの上面(第2基板SUB2側の面)に接し、複数の副画素SPに亘って連続的に設けられている。金属層12は、第2電極E2の上面に接している。第1遮光層13は、反射面RFに接している。
図6の例においては、隣り合う副画素SPのピエゾ素子PZの間に隙間が設けられている。この隙間には、例えば絶縁性の材料で形成されたバンクBKが配置されている。一例として、バンクBKは、ピエゾ素子PZの全周囲を囲う形状である。また、図6の例においては、隣り合う副画素SPの金属層12の間にも隙間が設けられている。なお、隣り合う副画素SPの金属層12は、図2および図4に示したように互いに接してもよい。同様に、隣り合う副画素SPのピエゾ素子PZは、互いに接してもよい。
第1電極E1は、図3にも示したように中継電極REと電気的に接続されている。したがって、第1電極E1には、信号線Sに供給される映像信号の電圧が、スイッチングSWを介して印加される。第2電極E2には、共通電圧が印加される。
図6中の左側に示す副画素SPにおいては、第1電極E1と第2電極E2の間に電位差が形成されていない。この場合、ピエゾ素子PZは平坦であり、反射面RFは図2に示した第1形状となる。
一方、図6中の右側に示す副画素SPにおいては、第1電極E1と第2電極E2の間に電位差が形成されている。この場合、ピエゾ素子PZは湾曲し、これに伴い反射面RFは図4に示した第2形状となる。
他の例として、第1電極E1と第2電極E2の間に電位差が形成されていないときにピエゾ素子PZが湾曲し、当該電位差が形成されているときにピエゾ素子PZが平坦であってもよい。
図6の例においては、隣り合うピエゾ素子PZの間に隙間(バンクBK)が設けられているので、あるピエゾ素子PZの変形に伴う力が、隣のピエゾ素子PZに伝達されにくい。同様に、隣り合う金属層12の間に隙間が設けられているので、ある金属層12の変形に伴う力が、隣の金属層12に伝達されにくい。これらにより、隣り合う副画素SPにおけるアクチュエータACの相互作用が抑制でき、結果として表示品位を高めることができる。さらに、副画素SPの境界部分において、アクチュエータACの動作に起因した金属層12等の破壊を抑制することができる。
アクチュエータACは、例えばピエゾ素子PZの基となる材料を第1電極E1や回路層11の上にスピンコートやスリットコートにより塗布し、これをアニールにより結晶化させ、さらにその上に第2電極E2を形成し、所定の矩形波の電圧を第1電極E1および第2電極E2の間に印加してピエゾ素子PZを分極化することにより作成できる。また、ピエゾ素子PZの材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)やフッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体(VDF/TrFE)を用いることができる。なお、アクチュエータACの形成方法およびピエゾ素子PZの材料は、ここで挙げた例に限定されない。
図7は、第2形状の反射面RFの一例を示す概略的な斜視図である。図5の例のように第1電極E1を設けた場合、ピエゾ素子PZは、例えば図6に示す断面形状でY方向に一様に延びる形状に変形する。したがって図7に示すように、反射面RFも、ピエゾ素子PZとともに同様の形状(第2形状)に変形する。第1遮光層13は、第2形状の反射面RFの頂部を、Y方向において連続的に覆っている。
例えば、図7に示す第2形状の反射面RFは、円柱面の一部に相当する形状と言うことができる。ただし、第2形状の反射面RFにおいて、X−Z平面に沿う断面形状の曲率がY方向の位置によって異なってもよい。
なお、図5および図6においては、金属層12と第2電極E2を別々に設ける例を示した。しかしながら、金属層12と第2電極E2は、双方の機能を有した単一の層であってもよい。
図8は、金属層12が第2電極E2の機能を兼ねる構成を示す概略的な断面図である。この例において、金属層12は、ピエゾ素子PZの上面を連続的に覆っている。金属層12には、共通電圧が印加される。このように、金属層12が第2電極E2の機能を兼ねる場合には、製造工程が簡略化できるし、表示パネル2の厚さを低減することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る表示装置1においては、複数の副画素SPの各々が、反射面RFと、反射面RFを変形させるアクチュエータACとを備えている。そして、反射面RFの形状で副画素SPの反射率を制御することにより、表示領域DAに画像が表示される。このような表示原理であれば、例えば従来の反射型の液晶表示装置のように表示領域DAと重畳する偏光板を配置する必要がない。したがって、外光を効率よく利用して、高輝度の画像を得ることができる。
また、ピエゾ素子PZを用いたアクチュエータACであれば、反射面RFの形状を高速で切り替えることが可能である。したがって、例えば液晶表示装置や電気泳動素子を用いた表示装置よりも、応答速度に優れた画像を得ることができる。
また、反射率が低い第2形状の反射面RFにおいて頂部となる部分には、第1遮光層13が配置されている。この第1遮光層13により、第2遮光層21に向けて外光Loを反射できない領域を遮光できるので、反射面RFが第2形状である副画素SPの輝度(反射率)を十分に低くすることができる。結果として、画像のコントラストが向上する。
表示装置1の構成は、図1乃至図8を用いて説明した例に限られない。以下、表示装置1に適用し得る他の実施形態を開示する。各実施形態においては、主に第1実施形態との相違点について説明する。各実施形態において特に言及しない構成については、第1実施形態あるいは他の実施形態に開示した構成を適用し得る。
[第2実施形態]
図9は、第2実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図であり、図4と同じく反射面RFが第2形状に変形した状態を示している。図9に示す表示装置1は、第1遮光層13を備えず、かつ金属層12がスリットSLを有する点で第1実施形態と相違する。
スリットSLは、例えば図5の平面図に示した第1遮光層13と同様の領域(第2形状の反射面RFの頂部)に設けることができる。この場合、反射面RFは、スリットSLによって2つの部分に分離される。他の例として、スリットSLは、反射面RFで囲われた形状であってもよい。この場合、スリットSLは、開口と言うこともできる。さらに、スリットSLは、第1遮光層13と同様に金属層12による光の反射に寄与せず、非反射部と言い換えることもできる。
本実施形態のようにスリットSLを設けた場合、図9において破線で示す第2形状の反射面RFの頂部に相当する領域に入射する外光Loは、反射されずにアクチュエータACに入射する。アクチュエータACに入射した外光Loは、例えばアクチュエータAC、回路層11または第1絶縁基板10で吸収されるか、あるいはこれらを透過する。したがって、本実施形態の構成であっても、第2形状の反射面RFの頂部における外光Loの反射を抑制できる。
[第3実施形態]
図10は、第3実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図であり、図4と同じく反射面RFが第2形状に変形した状態を示している。図10に示す表示装置1は、第1絶縁基板10および第2絶縁基板20が可撓性を有している点で第1実施形態と相違する。このような第1絶縁基板10および第2絶縁基板20の材料としては、例えばポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。
図10の例においては、アクチュエータACの変形に伴い、回路層11および第1絶縁基板10も変形している。ただし、アクチュエータACの変形は、回路層11や第1絶縁基板10に及ばなくてもよい。
本実施形態の構成であれば、任意の形状に曲げることが可能なフレキシブルな表示パネル2および表示装置1を実現できる。さらに、図10の例のようにアクチュエータACの変形が第1絶縁基板10にまで及ぶ場合、アクチュエータACが変形し易くなる。これに伴い、反射面RFの変形量を大きくして第2形状の曲率を高めることが可能となる。
[第4実施形態]
図11は、第4実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図であり、図4と同じく反射面RFが第2形状に変形した状態を示している。図11に示す表示装置1は、カラーフィルタ層22が第1基板SUB1に配置されている点で第1実施形態と相違する。
図11の例において、カラーフィルタ層22は、第1遮光層13および反射面RFを覆っている。このような構成であっても、第1実施形態と同様に、反射光Lrによるカラー表示が可能である。また、第1基板SUB1に反射面RF、アクチュエータACおよびカラーフィルタ層22が設けられるので、これらの要素の位置ずれが抑制され、表示品位をより高めることができる。
[第5実施形態]
図12は、第5実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図であり、図4と同じく反射面RFが第2形状に変形した状態を示している。図12に示す表示装置1は、隣り合う副画素SPの境界に遮光性のスペーサ40が配置されている点で第1実施形態と相違する。
スペーサ40は、例えば第1基板SUB1と第2基板SUB2の間の中間層30において、第2基板SUB2から第1基板SUB1に向けて延びている。他の例として、スペーサ40は、第1基板SUB1から第2基板SUB2に向けて延びてもよい。
図12の例においては、スペーサ40の先端が接着層41によって金属層12に接着されている。ただし、接着層41を設けずに、スペーサ40の先端が第1基板SUB1に接触してもよい。あるいは、スペーサ40の先端と第1基板SUB1との間に隙間が存在してもよい。
スペーサ40は、図4に示した第2遮光層21に代えて、第2形状の反射面RFからの反射光Lrを吸収する。なお、図12の例においては第2遮光層21を省略しているが、表示装置1はスペーサ40とともに第2遮光層21を備えてもよい。
図13は、スペーサ40の形状の一例を示す概略的な平面図である。この図に示すように、スペーサ40は、走査線Gおよび信号線Sと重畳する格子状であってもよい。他の例として、スペーサ40は、信号線Sと重畳してY方向に直線状に延びてもよい。
本実施形態のようにスペーサ40にて反射光Lrを吸収する場合でも、第1実施形態と同様の表示原理を実現することができる。さらに、ある副画素SPから隣接する副画素SPに向かう反射光Lrの殆どがスペーサ40によって遮光されるので、表示品位を高めることができる。
また、図12の構造においては反射面RFがスペーサ40によって押さえられる。この場合には、ある副画素SPにおける反射面RFおよびアクチュエータACの変形が、他の副画素SPにおける反射面RFおよびアクチュエータACに及びにくくなる。図13の例のようにスペーサ40が格子状であれば、このような効果がより高められる。
[第6実施形態]
図14は、第6実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図であり、図4と同じく反射面RFが第2形状に変形した状態を示している。図4における第2形状は第1絶縁基板10から離れる方向に向けた凸状の曲面であったが、図14における第2形状は第1絶縁基板10に向けた凹状の曲面である。
また、第2基板SUB2が第1遮光層13を備えている。第1遮光層13を設ける位置は、例えば図示したように第2遮光層21と同層であってもよいし、他の層であってもよい。第1遮光層13は、凹状の曲面である反射面RFの底部と対向している。第1遮光層13に代えて、金属層12が反射面RFの底部となる位置にスリットまたは開口を有してもよい。
凹状の曲面である反射面RFにおいては、反射光LrがX方向における副画素SPの中心近傍に向かう。このような反射光Lrの多くは、第2基板SUB2において第1遮光層13によって吸収される。また、反射面RFの底部に向かう外光Loも第1遮光層13によって吸収される。
図15は、本実施形態に係る第2形状の反射面RFの一例を示す概略的な斜視図である。例えば、アクチュエータACを図5に示したようにピエゾ素子PZ、第1電極E1および第2電極E2を用いた構造とする場合、ピエゾ素子PZは、例えば図14に示す断面形状でY方向に一様に延びる形状に変形する。したがって図15に示すように、反射面RFも、ピエゾ素子PZとともに同様の形状(第2形状)に変形する。この場合において、第1電極E1は、反射面RFの底部と重畳する。
本実施形態の構成であっても、第1実施形態と同様の表示原理を実現することができる。なお、第2乃至第5実施形態に係る表示装置1、さらには後述する各実施形態に係る表示装置1においても、本実施形態と同じく反射面RFの第2形状を凹状としてもよい。
[第7実施形態]
図16は、第7実施形態に係る表示装置1の概略的な断面図である。本実施形態においては、表示装置1がカラーフィルタ層22を備えていない。その代わりに、金属層12が特定の色の光を反射する機能を有している。以下、赤色の副画素SPRにおける金属層12および反射面RFをそれぞれ金属層12Rおよび反射面RFRと呼び、緑色の副画素SPGにおける金属層12および反射面RFをそれぞれ金属層12Gおよび反射面RFGと呼び、青色の副画素SPBにおける金属層12および反射面RFをそれぞれ金属層12Bおよび反射面RFBと呼ぶ。
反射面RFRは、例えば自然光である外光Loに含まれる赤色の波長域の光を反射する。反射面RFGは、外光Loに含まれる緑色の波長域の光を反射する。反射面RFBは、外光Loに含まれる青色の波長域の光を反射する。したがって、反射面RFRによる反射光LrRは赤色の波長域を有し、反射面RFGによる反射光LrGは緑色の波長域を有し、反射面RFBによる反射光LrBは青色の波長域を有する。
図17は、金属層12R,12G,12Bの概略的な構成を示す平面図である。上述の反射能を有した反射面RFR,RFG,RFBは、例えば表面プリズモン共鳴を応用することで実現できる。すなわち、金属層12R,12G,12Bを微細な複数のワイヤWによって構成し、これらワイヤWを可視光の波長域に含まれる配列周期Pで並べれば、当該周期Pに対応する波長の可視光を反射させることができる。
例えば、金属層12Rにおける配列周期Pを600nmとすれば、反射面RFRによって赤色の波長域の反射光を得ることができる。また、金属層12Gにおける配列周期Pを500nmとすれば、反射面RFGによって緑色の波長域の反射光を得ることができる。また、金属層12Bにおける配列周期Pを450nmとすれば、反射面RFBによって青色の波長域の反射光を得ることができる。なお、金属層12R,12G,12Bにおける配列周期Pは、これらの数値に限定されない。
本実施形態の構成であれば、カラーフィルタ層22を省略することができる。さらに、各色の反射光の生成に金属層12を用いるので、別途の層を追加する必要がない。したがって、表示装置1を薄くすることが可能である。
[第8実施形態]
反射面RFの第2形状は、図7に示したものに限られない。本実施形態においては、第2形状の他の例を開示する。
図18は、第8実施形態におけるアクチュエータACの概略的な平面図である。このアクチュエータACは、第1実施形態と同じく、ピエゾ素子PZと、第1電極E1と、第2電極E2とを備えている。第1電極E1、ピエゾ素子PZ、第2電極E2は、この順でZ方向に積層されている。第2電極E2の上に反射面RFを有する金属層12が配置され、さらに金属層12の上に第1遮光層13が配置されている。金属層12と第2電極E2は、双方の機能を有した単一の層であってもよい。
本実施形態において、第1電極E1は、ピエゾ素子PZの中心近傍と重畳する正円形である。同様に、第1遮光層13も、第1電極E1と重畳する正円形である。なお、第1電極E1および第1遮光層13は、楕円形や多角形等の他の形状であってもよい。
図19は、本実施形態における第2形状の反射面RFの一例を示す概略的な斜視図である。本実施形態においては、第1電極E1と第2電極E2の間に電位差が形成されたとき、反射面RFが中心近傍に向けて隆起した凸状の曲面に変形する。第1遮光層13は、このような第2形状の反射面RFの頂部を覆っている。
第2形状の反射面RFに入射する外光Loの多くは、隆起した傾斜面にて反射される。この反射光Lrは、隣接する副画素SPの方向に向かい、上述の第2遮光層21またはスペーサ40によって吸収される。第1電極E1と第2電極E2の間に電位差が形成されていないときの反射面RFの第1形状は、例えば平面であるが、第2形状よりも緩やかな曲面であってもよい。
本実施形態の構成であっても、第1実施形態と同様の表示原理を実現することができる。なお、第2形状の反射面RFは、中心近傍に向けて窪んだ凹状の曲面であってもよい。
[第9実施形態]
アクチュエータACの構成は、ピエゾ素子PZを用いるものに限られない。本実施形態においては、アクチュエータACの他の例を開示する。
図20は、本実施形態における副画素SPに適用し得る構成の一例を示す平面図である。走査線G、信号線S、金属層12、第1遮光層13および第2遮光層21の形状は、図5の例と同様である。本実施形態において、アクチュエータACは、複数の形状記憶合金SMAと、第1配線LN1と、第2配線LN2とを備えている。
複数の形状記憶合金SMAは、いずれもX方向に延びる線状であり、Y方向に並んでいる。各形状記憶合金SMAの一端は第1配線LN1に接続され、他端は第2配線LN2に接続されている。第1配線LN1は、上述のスイッチング素子SWと電気的に接続されている。第2配線LN2は、例えば上述の端子Tを介して配線基板4に接続されている。
金属層12は、複数の形状記憶合金SMAと重畳している。第1遮光層13は、複数の形状記憶合金SMAと交差している。なお、図20においては6本の形状記憶合金SMAを示しているが、アクチュエータACはより多数または少数の形状記憶合金SMAを備えてもよい。
図21は、X−Z平面に沿うアクチュエータACの概略的な断面図である。アクチュエータACは、複数の形状記憶合金SMAに加え、支持基板STと、第1絶縁層IL1と、第2絶縁層IL2とをさらに備えている。支持基板STは、例えばSi基板であり、表示領域DAの全体と重畳する大きさを有している。第1絶縁層IL1および第2絶縁層IL2は、例えばいずれもSiO2膜であり、支持基板STの上面および下面をそれぞれ覆っている。形状記憶合金SMAは、第1絶縁層IL1の上に配置されている。金属層12は、形状記憶合金SMAを覆っている。第1遮光層13は、金属層12の上に配置されている。
支持基板STは、各副画素SPにおいて、開口APを有している。開口APの平面形状は、例えば金属層12の平面形状と同様の矩形状であるが、この例に限定されない。各形状記憶合金SMAは、開口APと交差している。
形状記憶合金SMAは、例えばTi−Ni形状記憶合金であり、特定温度未満の低温領域で変形された場合でも、上記特定温度以上の高温領域まで加熱すると形状を回復する性質を有している。
例えば、アクチュエータACが室温程度に低温であるとき、図21中の左方に示す副画素SPのように、形状記憶合金SMAが凸状に盛り上がる。これに伴い、反射面RFも凸状の曲面(すなわち第2形状)となる。
スイッチング素子SWおよび第1配線LN1を介して形状記憶合金SMAに電流が供給されると、ジュール熱により形状記憶合金SMAが昇温する。このとき、形状記憶合金SMAが形状回復し、図21中の右方に示す副画素SPのように平坦となる。これに伴い、反射面RFも平面または第2形状よりも緩やかな曲面(すなわち第1形状)となる。
なお、形状記憶合金SMAが再び低温になると、形状記憶合金SMA、第1絶縁層IL1および支持基板STの熱膨張率差に起因したバイアス力により、形状記憶合金SMAが凸状に変形する。具体例には、形状記憶合金SMAがTi−Ni、支持基板STがSi、第1絶縁層IL1がSiO2の場合、Ti−Ni、Si、SiO2の順で熱膨張率が大きい。したがって、高温領域から低温領域に遷移する際、第1絶縁層IL1の熱収縮が支持基板ST等に比べて小さいため、第1絶縁層IL1のバイアス力により形状記憶合金SMAが開口APに対応する位置で盛り上がる。
本実施形態の構成であっても、図7と同様に湾曲した第2形状の反射面RFを得ることができる。なお、例えば形状記憶合金SMAを線状ではなく開口APを覆うフィルム状にするなどして、図19と同様に中心近傍に向けて隆起した反射面RFを実現してもよい。
[第10実施形態]
本実施形態においては、アクチュエータACのさらに他の例として、静電方式のアクチュエータを開示する。
図22は、本実施形態における副画素SPに適用し得る構成の一例を示す平面図である。走査線G、信号線S、金属層12、第1遮光層13および第2遮光層21の形状は、図5の例と同様である。本実施形態において、アクチュエータACは、第1電極Ea1と、第2電極Ea2とを備えている。
第1電極Ea1は、X方向における副画素SPの中央部と重畳し、かつY方向に長尺に延びる線状である。第2電極Ea2は、例えば複数の副画素SPに亘る形状を有しており、第1電極Ea1と重畳している。なお、第2電極Ea2は、副画素SPごとに分割されてもよい。第1遮光層13は、第1電極Ea1と重畳してY方向に長尺に延びる線状である。第1電極Ea1および第2電極Ea2は、例えばITO等の透明導電材料で形成することができる。
図23は、X−Z平面に沿うアクチュエータACの概略的な断面図である。第1電極Ea1は、第1基板SUB1に配置されている。第2電極Ea2は、第2基板SUB2に配置されている。第1電極Ea1と第2電極Ea2は、中間層30を介して対向している。
図23の例において、第1基板SUB1は、絶縁層51,52をさらに備えている。絶縁層51は、例えば上述の回路層13の上に配置されている。金属層12は、絶縁層51の上に配置され、絶縁層52で覆われている。第1電極Ea1は、絶縁層52の上に配置され、第1遮光層13で覆われている。図23の例においては、隣り合う副画素SPの金属層12の間に隙間が設けられている。他の例として、隣り合う副画素SPの金属層12が連続していてもよい。
第2基板SUB2は、絶縁層61をさらに備えている。絶縁層61は、例えば上述のカラーフィルタ層22の下に配置されている。第2電極Ea2は、絶縁層61の下面を覆っている。図23の例においては、第2電極Ea2が中間層30と接しているが、第2電極Ea2が他の絶縁層で覆われてもよい。
第1電極Ea1は、図3に示した中継電極REと電気的に接続されている。したがって、第1電極Ea1には、信号線Sに供給される映像信号の電圧が、スイッチングSWを介して印加される。第2電極Ea2には、0Vの共通電圧が印加される。
図23中の左側に示す副画素SPにおいては、第1電極Ea1と第2電極Ea2の間に電位差が形成されていない。すなわち、第1電極Ea1の電圧は、共通電圧と同じ0Vである。この場合、金属層12および絶縁層51,52は平坦であり、反射面RFも平坦な第1形状となる。
一方、図23中の右側に示す副画素SPにおいては、第1電極Ea1と第2電極Ea2の間に電位差が形成されている。例えば、第1電極Ea1の電圧は、数Vである。この場合、静電引力(クーロン力)により第1電極Ea1が第2電極Ea2に引き寄せられる。そのため、金属層12は絶縁層51,52とともに湾曲し、これに伴い反射面RFは凸状の第2形状となる。
本実施形態の構成であっても、図7と同様に湾曲した第2形状の反射面RFを得ることができる。なお、例えば第1電極Ea1を副画素SPの中心近傍と重畳する円形にするなどして、図19と同様に中心近傍に向けて隆起した反射面RFを実現してもよい。また、第1電極Ea1と第2電極Ea2に例えば10V程度の強い電圧を印加し、これら電極間の静電斥力により図15と同様の凹状の反射面RFを実現してもよい。
各実施形態においては、アクチュエータACの一例として、ピエゾ素子、形状記憶合金または静電方式のアクチュエータを用いる構成を例示した。その他にも、アクチュエータACは、例えば誘電エラストマーなど、電気的に形状を制御可能な種々の素子を利用することができる。すなわち、アクチュエータACの構成は、反射面RFを変形させることができれば特に限定されない。
本発明の実施形態として説明した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1…表示装置、2…表示パネル、SUB1…第1基板、SUB2…第2基板、10…第1絶縁基板、12…金属層、13…第1遮光層、20…第2絶縁基板、21…第2遮光層、22…カラーフィルタ層、30…中間層、40…スペーサ、DF…拡散層、RF…反射面、AC…アクチュエータ、PZ…ピエゾ素子、E1…第1電極、E2…第2電極、SMA…形状記憶合金。

Claims (20)

  1. 複数の画素の各々が、光を反射する反射面と、前記反射面を変形させるアクチュエータと、前記画素の第1方向における中央部に位置し前記反射面に重畳する非反射部と、を備える表示装置。
  2. 前記アクチュエータは、前記反射面を、第1形状と、第2形状とに変形させ、
    前記画素は、前記反射面が前記第1形状である場合に第1反射率を有し、前記反射面が前記第2形状である場合に前記第1反射率よりも小さい第2反射率を有する、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第1形状は、第1曲率を有し、
    前記第2形状は、前記第1曲率よりも大きい第2曲率を有する、
    請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記アクチュエータを支持する絶縁基板を備え、
    前記第2形状は、前記絶縁基板から離れる方向に向けた凸状または前記絶縁基板に向けた凹状である、
    請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記凸状の前記反射面の頂部または前記凹状の前記反射面の底部に重畳する第1遮光層をさらに備え、
    前記非反射部は、前記第1遮光層を含む、
    請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記反射面および前記アクチュエータを含む第1基板と、
    前記第1基板に対向する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板の間のスペーサと、をさらに備える、
    請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記第1基板または前記第2基板は、前記反射面に重畳するカラーフィルタと、隣り合う前記画素の境界に重畳する第2遮光層と、をさらに含む、
    請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記スペーサは、隣り合う前記画素の境界と重畳する格子状である、
    請求項6に記載の表示装置。
  9. 前記スペーサは、遮光性を有している、
    請求項8に記載の表示装置。
  10. 前記第1基板は、前記アクチュエータと前記第2基板の間に位置する金属層をさらに備え、
    前記反射面は、金属層の表面である、
    請求項6乃至9のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 前記第1基板は、前記アクチュエータと前記第2基板の間において、可視光の波長域に含まれる周期で並ぶ複数のワイヤを含み、
    前記反射面は、前記複数のワイヤにより構成される、
    請求項6乃至9のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 隣り合う前記画素の前記反射面の間に隙間が設けられている、
    請求項1乃至11のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 前記アクチュエータは、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間の電圧に応じて変形するピエゾ素子と、を備え、
    前記反射面は、前記ピエゾ素子とともに変形する、
    請求項1に記載の表示装置。
  14. 前記第1電極は、前記ピエゾ素子の一部と重畳し、
    前記ピエゾ素子は、前記第1電極と前記第2電極の間に電圧が印加された場合に、前記第1電極と前記ピエゾ素子とが重畳する部分が頂部となる凸状または当該部分が底部となる凹状に変形する、
    請求項13に記載の表示装置。
  15. 前記第1電極は、前記画素の前記第1方向における前記中央部と重畳し、かつ前記第1方向と交差する第2方向に延びる線状である、
    請求項14に記載の表示装置。
  16. 前記第1電極に重畳する第1遮光層をさらに備え、
    前記非反射部は、前記第1遮光層を含む、
    請求項14または15に記載の表示装置。
  17. 前記反射面は、前記頂部または前記底部と重畳するスリットまたは開口を有し、
    前記非反射部は、前記スリットまたは前記開口を含む、
    請求項14または15に記載の表示装置。
  18. 隣り合う前記画素の前記ピエゾ素子の間に隙間が設けられている、
    請求項13乃至17のうちいずれか1項に記載の表示装置。
  19. 前記アクチュエータは、通電時に発生する熱により変形する形状記憶合金を備え、
    前記反射面は、前記形状記憶合金とともに変形する、
    請求項1に記載の表示装置。
  20. 前記形状記憶合金は、前記第1方向に延びる線状であり、
    前記アクチュエータは、前記第1方向と交差する第2方向に並ぶ複数の前記形状記憶合金を含む、
    請求項19に記載の表示装置。
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