JP4332341B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置にかかり、特に反射型表示と透過型表示を両用する半透過型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置に代表される表示装置、特にカラー液晶表示装置が多くの製品に使用されている。この液晶表示装置に使用される液晶パネルは、光のシャッターとしての機能しか有さず、これを表示素子として活用するためには光源が必要である。液晶表示装置はいかなる光源を利用するかによって、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置、及びそれらを組み合わせた半透過型液晶表示装置に大別される。
【0003】
上記反射型液晶表示装置は、太陽光や室内の照明光などの外光を光源として利用するものであり、消費電力が小さいという利点を有する。一方、透過型液晶表示装置は、表示装置自体に組み込まれたいわゆるバックライトと呼ばれる背面照明部材を光源として利用するものであり、外光を利用することのできない暗所においても画面表示が可能であるという利点を有する。
【0004】
また、半透過型液晶表示装置は、比較的消費電力が小さい上に、暗所でも利用できるという上記反射型と透過型の利点を兼ね備えていることから、携帯機器向けディスプレイを中心に使用範囲が拡大している。
【0005】
半透過型液晶表示装置には、表示画面を構成する各画素を反射領域と透過領域とに分割する方式や、画素全体に半透明の反射板を設けた上でバックライトを使用する方式など種々の方式がある。
【0006】
これら各方式のうち、画素を反射領域と透過領域に分割する方式は、表示装置の光学系機構の設計が最適化し易いという利点を有することから、最近、最も一般的に採用されるようになっている。
【0007】
図7に上記画素を分割する方式を採用した半透過型カラー液晶表示装置の要部斜視図を示す。図7に示すように、液晶表示装置は、電極基板1及びカラーフィルタ基板2が所定の間隔を保持するように固定されている。この電極基板1とカラーフィルタ基板2との間隙に液晶層11が挟持されている。
【0008】
電極基板1の背面側には、透過型表示を行う際に光源となるバックライトとして白色冷陰極管などが配置されている。
【0009】
電極基板1の液晶層11に対向する面には、マトリクス状に画素電極が配置され、各画素電極は、カラーフィルタ基板2に形成された光の3原色のカラーフィルタ層9R、9G、9Bと重ねられて副画素8R、8G、8Bを形成する。これら3色の副画素8R、8G、8Bを1ユニットとして、1つの画素8が構成されている。
【0010】
副画素8R、8G、8Bは、それぞれゲート配線4、ソース配線5及び薄膜トランジスタ3及び画素電極を備える。更に画素電極は、反射電極6及び透明電極7から構成されている。1つの画素内で上記反射電極6の配置された領域を反射領域、透明電極7の配置された領域を透過領域という。尚、反射電極6の表面には、光の散乱性を持たせる目的で凹凸が形成されている。
【0011】
カラーフィルタ基板2の液晶層11に対向する面には、カラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層の液晶層11に対向する面には、共通電極10が透明電極材料で面一に形成されている。
【0012】
カラーフィルタ層には、赤色のカラーフィルタ層9R、緑色のカラーフィルタ層9G、青色のカラーフィルタ層9Bが、例えば短冊上に同一間隔で繰り返し配置されている。各色のカラーフィルタ層は、それぞれ淡色カラーフィルタ層9R、9G、9Bの一部領域を窓状に濃色カラーフィルタ層9R’、9G’、9B’が占める形で構成されている。
【0013】
また、各カラーフィルタ層9R、9G、9Bの境界部には、いわゆる光漏れを防止するためにブラックマトリクス層(遮光領域)9BMが形成されている。
【0014】
上記淡色フィルタ層9R、9G、9Bは反射電極6に対向するように配置されており、一方、濃色フィルタ層9R’、9G’、9B’は透明電極7に対向するように配置されている。
【0015】
このように構成された半透過型液晶表示装置において、外光を光源として利用する反射型表示の場合、外光Aは、カラーフィルタ基板2の上面から表示装置に入射し、各カラーフィルタ層9R、9G、9Bと液晶層11を透過して電極基板1に達する。電極基板1に達した外光のうち、各副画素8R、8G、8Bの反射電極6に入射した外光Aは、反射電極6で反射されて散乱しながら液晶層11を透過し、再び、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを透過する。外光Aは、液晶層11を透過する際に調光作用を受け透過率が調節されて、カラーフィルタ層9R、9G、9Bに入射する。カラーフィルタ層9R、9G、9Bに入射した外光Aは、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを透過する際に着色されてカラー画像を表示する。
【0016】
一方、白色光源を背面照明12として利用する透過型表示の場合、透過光Bは電極基板1の透明電極7透過して液晶層11に入射する。液晶層11に入射した透過光Bは、液晶層11の調光作用を受け透過率が調節されて、カラーフィルタ層9R’、9G’、9B’に入射する。カラーフィルタ層9R’、9G’、9B’に入射した透過光Bは、カラーフィルタ層9R’、9G’、9B’を透過する際に着色されて画像を表示する。
【0017】
このように、外光Aは、カラーフィルタ層9R、9G、9Bと液晶層11を往復2回透過することになるため、照度が低下する傾向にある。そのため、従来、反射型表示の照度の低下を低減するために、反射領域に配置されるカラーフィルタ層9R、9G、9Bに含有される顔料の濃度を低くしたり、また、カラーフィルタ層自体の厚みを薄くしたりして形成した淡色カラーフィルタが用いられていた。
【0018】
一方、背面照明12からの透過光Bは、液晶層11とカラーフィルタ層9R’、9G’、9B’を1度ずつ透過するのみである。従って、透過光Bは、照度の低下が小さいため、透過領域に配置された濃色カラーフィルタを用いて鮮明な画像表示を実現することができる。
【0019】
その他の関連する技術として、画面表示を明るくするために、副画素内の一部の領域にカラーフィルタを配置しない画素構造を有する表示装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0020】
また、反射型表示の際は着色層を介さずに明るい白黒表示を実現し、透過型表示の際は光の3原色の着色層を使用して、彩度の良い透過型カラー表示を実現する半透過型液晶表示装置が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0021】
更に、1画素を4種類のカラーフィルタを備えた4つの副画素に分割し、色再現性が良い反射型カラー表示を実現する画像表示装置が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0022】
また、反射型表示の際に明るさを重視し、透過型表示の際に彩度を重視させるために、1画素内に複数の色要素が形成された領域と無着色の領域を設けた液晶表示装置が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。
【0023】
【特許文献1】
特開平11−337720号公報
【0024】
【特許文献2】
特開2001−108980号公報
【0025】
【特許文献3】
特開2001−306023号公報
【0026】
【特許文献4】
特開平10−239681号公報
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半透過型液晶表示装置においては、以下の問題点があった。
【0028】
半透過型液晶表示装置において、各画素を構成する反射領域と透過領域との面積比は、理論上、自由に設定し得るものである。しかし、実際上、実用化されている半透過型液晶表示装置においては、反射領域:透過領域=3〜7:1程度に設定されている。これは反射型表示の輝度を確保するために反射領域を広く確保する必要があるためである。
【0029】
これを光源からの光の利用効率を比定する開口率で比較すると、1画素中の反射領域が寄与する開口率は約70〜85%であるのに対し、透過領域が寄与する開口率は約10〜20%程度である。
【0030】
このように、反射型表示の輝度を確保するための画素構造を設計する際、透過領域は反射領域に比較して小さく設計せざるを得ない。また、カラーフィルタを透過する際の輝度の低下も原因となって、透過型表示が暗くなるという問題がある。
【0031】
その上、高精細な半透過型表示装置を設計する場合には、以下の問題がある。即ち、高精細な液晶表示装置は、画素ピッチを狭く設計する必要あり、それに伴って副画素及び副画素に対応するカラーフィルタの面積も必然的に狭くなる。従来の半透過型液晶表示装置において使用されるカラーフィルタ層は、淡色カラーフィルタの領域内に窓状に濃色カラーフィルタが形成されていた。これら淡色カラーフィルタと濃色カラーフィルタの面積比は、上記反射領域と透過領域の面積比に等しいため、透過領域に形成される濃色フィルタの面積は極めて狭くなってしまう。
【0032】
そのため、カラーフィルタ層のパターニングが困難になり、従来の画素配列では反射領域は形成できても、透過領域が高精細に形成できないという問題があった。
【0033】
更に、従来の半透過型液晶表示装置では、透過型表示と反射型表示の色調を調和させ、表示画面の発色を改善するために、3原色のカラーフィルタを淡色用と濃色用の合計6種類用意しなければならなかった。そのため、カラーフィルタ基板の形成に係る製造コストの上昇が避けられないという問題があった。
【0034】
本発明は、これらの問題を解決し、透過型表示と反射型表示がともに高輝度であって、高精細な半透過型表示装置を低コストで提供することを目的とする。
【0035】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、一対の基板間に調光層が形成された表示装置において、上記一対の基板の背面には、光の波長領域を順次切り替えることができる背面照明を備え、表示画面を構成する各画素は、反射領域と透過領域を有し、上記反射領域に形成された副画素と上記透過領域に形成された副画素とによって1つの上記画素が構成される画素構造を有し、上記反射領域に形成された副画素は、反射電極及び着色層をそれぞれ備え、上記透過領域に形成された副画素は、上記背面照明の光を透過する透明電極をそれぞれ備え、上記反射電極と上記透明電極とは、互いに別個独立して形成され、上記各画素において、上記副画素の着色層は、互いに隙間なく隣接して配置され、上記基板の表面の法線方向から見て、上記隣接する着色層同士の境界部には遮光領域が形成されない一方、上記透明電極の外縁を全周に亘って含む領域には遮光領域が形成されている。
【0036】
本発明において、反射領域に形成された副画素は、反射層と着色層が重ねられて形成されている。反射層は、外部から反射領域に入射した外光を反射して、着色層を透過させることにより反射型表示を行う。反射型表示における色調の調整は、上記基板間に形成された調光層を透過する外光の透過率を制御することにより行う。
【0037】
透過領域に形成された副画素は、基板の背面に配置された背面照明から照射された透過光が有する波長若しくは波長領域をほぼ維持したまま透過することにより透過型表示を行う。透過型表示における色調の調整は、上記基板間の形成された調光層を透過する透過光の透過率を制御することにより行う。
【0038】
本発明において背面照明は、透過光の光波長領域を順次切り替えることができる。従って、透過光の光の切り替えと、透過領域の副画素における調光層の透過率変化を同期させることにより、各色の時間平均をとった着色表示が可能となる。
【0039】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の表示装置において、複数の上記画素がマトリクス状に配置され、上記表示画面を構成する各画素は、4つの副画素で構成されており、上記4つの副画素のうち、上記反射領域に形成された3つの副画素は、3原色のカラーフィルタ層を備え、上記透過領域の副画素は1つである。
【0040】
本発明に係る表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置されているため、画像表示に適する。各画素は4つの副画素で構成されており、反射領域には3つの副画素が形成されている。反射領域の3つの副画素は、それぞれ光の3原色である赤色、緑色、又は青色のカラーフィルタ層を備えている。従って、本発明に係る表示装置は、反射型表示において、各副画素を透過する外光の透過率を上記調光層により変化させ、上記3色の光の割合を変化させることで加法混色によるカラー表示を実現する。
【0041】
各画素を構成する4つの副画素のうち、透過領域に形成された1つの副画素は、背面照明から照射された透過光が有する波長領域をほぼ維持した状態で、透過光を透過させる。本発明に係る表示装置は、透過型表示において、各副画素を透過する透過光の透過率を上記調光層の調整により変化させる。
【0042】
本発明において、背面照明は、透過光の光の波長領域を順次切り替えることができる。従って、本発明に係る表示装置は、透過型表示において、透過光の光の波長領域の切り替えと、透過領域の副画素における調光層の透過率変化を同期させ、上記3色の時間平均をとることによりカラー表示を実現する。
【0043】
請求項3に係る発明は、請求項1に記載された表示装置において、上記反射領域の副画素と上記透過領域の副画素との境界部に遮光領域が形成されていることを特徴とする表示装置である。
【0044】
上記遮光領域は、隣接する副画素から漏れてくる光を遮光し、表示画像の鮮明性を向上させる働きがある。しかし、画素内に遮光領域の占める面積が大きくなると、開口率が低下し表示画面の輝度が低下してしまう。
【0045】
本発明において、遮光領域は、反射領域の副画素と透過領域の副画素との境界部に形成されている。従って、本発明に係る表示装置では、光の漏れの多い透過領域の副画素とそれに隣接する反射領域の副画素との境界部に、遮光領域を形成することにより効果的に光の漏れを防止する。一方、光の漏れの比較的少ない反射領域の副画素同士の境界部には、遮光領域を形成しないため、各画素の開口率の低下を最小限に抑制することができる。
【0046】
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかの1項に記載の表示装置において、上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積と上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積とが異なることを特徴とする表示装置である。
【0047】
本発明において、反射領域の副画素の1画素内に占める面積と、透過領域の副画素の1画素内に占める面積を異ならせることにより、反射領域と透過領域の比率は異なることとなる。従って、上記比率を変えることにより、用途に応じた表示装置を設計することができる。
【0048】
請求項5に係る発明は、請求項4に記載の表示装置において、上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積が、上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置である。
【0049】
本発明において、透過領域の副画素の1画素内に占める面積は、反射領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広い。従って、本発明に係る表示装置は、透過型表示を主たる表示方式とする用途に適する。
【0050】
請求項6に係る発明は、請求項4に記載の表示装置において、上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積が、上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置である。
【0051】
本発明において、反射領域の副画素の1画素内に占める面積は、透過領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広い。従って、反射型表示を主たる表示方式とする用途に適する。
【0052】
請求項7に係る発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置において、上記透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光によって画面表示を実行している状態では、上記反射領域の副画素をすべて黒表示状態に固定することを特徴とする表示装置である。
【0053】
本発明において、透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光により画面表示を実行している状態とは、透過型表示を意味している。透過型表示を実行している状態において、反射領域の副画素がすべて黒表示状態に固定されることにより、透過領域に形成された副画素に対し、反射領域の副画素がブラックマトリクス層(遮光領域)としての機能を発揮する。
【0054】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0055】
まず、参考例に係る表示装置は、反射層として電極基板1と、着色層としてカラーフィルタ基板2を備え、両基板の間に調光層として液晶材料からなる液晶層11が形成された半透過型カラー液晶表示装置である。
【0056】
図1は、本参考例に係る液晶表示装置の画素配列を示す模式図である。図2は、本参考例に係る液晶表示装置の要部斜視図である。更に図3は、本参考例に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【0057】
図1に示すように、本参考例における液晶表示装置の画素8は、4つの副画素8R、8G、8B、8Tから構成される。図2に示すように、これら4つの副画素のうち、3つの副画素8R、8G、8Bは、カラーフィルタ基板2にカラーフィルタ層9R、9G、9Bを有しており、画素8の反射領域を形成している。他の1つの副画素8Tは、カラーフィルタ基板2に透過領域9Tを有する。
【0058】
本参考例において、上記4つの副画素8R、8G、8B、8Tは、それぞれ短冊形に形成されて規則的に配列されている。各副画素の大きさに関して、上記カラーフィルタ層9R、9G、9Bを有する反射領域の3つの副画素8R、8G、8Bは、それぞれ同じ大きさに形成されている。一方、上記透過領域9Tを有する透過領域の副画素8Tは、上記反射領域の各副画素8R、8G、8Bの約1/3程度の大きさに形成されている。
【0059】
図3に示すように、反射領域を形成する各副画素8R、8G、8Bは、それぞれ淡色の赤色のカラーフィルタ層9R、淡色の緑のカラーフィルタ層9G、淡色の青色のカラーフィルタ層9Bを有する。一方、副画素8Tは、着色されていない透過領域9Tを形成する。従って、従来、半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板は、反射型表示用に3色の淡色用フィルタと透過型表示に使用される3色の濃色用フィルタの計6色を必要としていたのに対し、本参考例に係るカラーフィルタ基板2は、反射型表示に使用される3色のカラーフィルタのみで形成される。
【0060】
図2に示すように、本参考例に係る液晶表示装置は、電極基板1及びカラーフィルタ基板2が所定の間隔を保持するように固定されている。これら両基板間には、液晶材料が所定の配向状態になるように充填されて液晶層11を形成している。
【0061】
電極基板1の液晶層11に対向する面には、マトリクス状に画素8が配置され、この画素8は更に4つの副画素から構成されている。
【0062】
4つの副画素のうち、反射領域を形成する3つの副画素は、電極基板2上にゲート配線4、ソース配線5及び薄膜トランジスタ3及び反射電極6を有する。
【0063】
ゲート配線4は、薄膜トランジスタ3のゲート電極(図示せず。)に接続されており、ソース配線5は、薄膜トランジスタ3のソース電極(図示せず。)に接続されている。薄膜トランジスタ3のドレイン電極(図示せず。)は、反射電極6に接続されている。図3に示すように、反射電極6は、光の散乱性を持たせる目的で、樹脂等で形成された凹凸体14の表面に形成される。
【0064】
上記4つの副画素のうち、透過領域を形成する副画素8Tは、電極基板2上にゲート配線4、ソース配線5及び薄膜トランジスタ3及び透明電極7を有する。
【0065】
上記反射領域と同様、ゲート配線4は、薄膜トランジスタ3のゲート電極(図示せず。)に接続されており、ソース配線5は、薄膜トランジスタ3のソース電極(図示せず。)に接続されている。薄膜トランジスタ3のドレイン電極(図示せず。)は、透明電極7に接続されている。透明電極7は、ITO(Indium Tin Oxide)からなる電極であって、電極基板1の背面側に配置される背面照明12の透過光を液晶層側に透過することができる。
【0066】
カラーフィルタ基板2の液晶層11に対向する面に形成された淡色の赤色のカラーフィルタ層9R、淡色の緑のカラーフィルタ層9G、淡色の青色のカラーフィルタ層9B及び透過領域9Tは、それぞれ短冊状に形成され規則的に配置されている。従って、従来、各反射領域用のカラーフィルタの領域内に窓状の透過領域用のカラーフィルタを形成していたものに対し、比較的容易に透過型表示用の透過領域9Tを形成することができる。
【0067】
また、これらカラーフィルタ層9R、9G、9B及び透過領域9Tの液晶層11に対向する面には、ITOなど透明電極材料からなる共通電極10が基板全面に形成されている。
【0068】
図2及び図3に示すように、本参考例において、各副画素を構成するカラーフィルタ層9R、9G、9B及び透過領域9Tの境界部には、遮光領域9BMが形成されている。遮光領域9BMは、隣接する副画素から漏れてくる光を遮光し、表示画像の鮮明性(コントラスト)を向上させる。
【0069】
図3に示すように、電極基板1の背面照明12に対向する面には、位相差板や偏光板などの光学フィルム13が貼り付けられ、カラーフィルタ基板2の液晶層11と対向しない面にも、位相差板や偏光板などの光学フィルム13が貼り付けられている。
【0070】
上記偏光板は、基板に入射する光の振動方向を一定方向の直線偏光に変換するための光学素子である。
【0071】
一方、上記位相差板は、液晶による光の複屈折を補正するための光学素子である。光が液晶層11を透過する際に、液晶の複屈折により光の偏光状態が変化してしまい、画像を表示する側に設けられた上記偏光板を本来透過してはならない光が漏れてしまう場合がある。その結果、コントラストの低下や色相の変化など、表示特性に好ましくない現象が表れる。上記位相差板は、このような光の偏光状態の変化を補償するために用いられる。
【0072】
図2に示すように、電極基板2の背面側、即ち上記液晶層11に対向しない側には、透過型表示を行う場合の透過光の波長あるいは波長領域を順次切り替えることができる背面照明12が配置されている。該背面照明12は、透過光の波長等を切り替えることにより、透過光の色を光の3原色に順次切り替えることができる。本参考例では、該背面照明12は、光の3原色である赤色の光源12R,緑色の光源12G,青色の光源12Bの3種類の光源が組み合わされて構成されている。光源としては、特に限定されるものではないが、蛍光ランプや発光ダイオードなどが使用される。
【0073】
図3に示すように、本参考例に係る液晶表示装置において、透過領域における液晶層11の厚みdtと反射領域における液晶層11の厚みdrの差は、絶縁性樹脂等で形成される凹凸体14の厚みとカラーフィルタ層9R、9G、9Bの厚みの総和にほぼ相当する。
【0074】
また、透過領域の液晶層11を光が透過する距離と、反射領域の液晶層11を光が透過する距離は、同じにすることが望ましい。従って、透過領域における液晶層の厚みdtと反射領域における液晶層の厚みdrとの関係は、反射領域を透過する光が液晶層を往復の2回透過することを考慮して、dt=2×drに設定する。本参考例において、上記凹凸体14とカラーフィルタ層を形成する際に使用されるフォトレジストを約1〜2μm厚の範囲で調整できるため、双方の膜厚の和を2〜2.5μm程度になるように形成することができる。
【0075】
次に、本参考例に係る液晶表示装置の駆動について説明する。
【0076】
本参考例に係る液晶表示装置において、反射型表示を行う場合、上記画素8を構成する副画素8R、8G、8B、8Tのうち、透過領域に形成された副画素8Tは、駆動させずに黒表示状態で固定しておくことが好ましい。
【0077】
上記ゲート配線4からゲート信号が入力されることにより、反射領域に形成された副画素8R、8G、8Bのスイッチング素子である薄膜トランジスタ3がON状態となる。薄膜トランジスタ3がON状態にあるとき、上記ソース配線5からソース信号(データ信号)が入力されると、薄膜トランジスタ3のソース電極からチャネル領域及びドレイン電極を経て、上記反射電極6に電荷が流れ込む。
【0078】
各反射電極6にソース信号に応じた電荷が充電されると、各反射電極6と上記カラーフィルタ基板2に形成された共通電極10との間に電位差が生じる。 各副画素8R、8G、8Bを構成する液晶層11の液晶材料は、各反射電極6と共通電極10間に生じる電位差に応じて配向状態を変化させる。このように液晶材料の配向状態が変化することで、各副画素8R、8G、8Bは、液晶層11を透過する光の透過率を調節する。
【0079】
外部からカラーフィルタ基板2に入射した外光Aは、液晶層11を透過して反射電極6の表面で反射される。外光Aの反射光は、上記凹凸体14の作用を受けて散乱しながら再び液晶層11に入射し、各カラーフィルタ層9R、9G、9Bを透過する。このように、反射領域に形成された各副画素8R、8G、8Bは、反射光をカラーフィルタ層9R、9G、9Bの色の応じた着色光として所定の発光強度で発光させる。各画素8は、上記各副画素8R、8G、8Bから出る発光強度の異なる3原色の光の加法混色によって、すべての色を再現する。本参考例に係る液晶表示装置は、このような画素8が多数組み合わされて、反射型カラー表示を実現している。
【0080】
一方、透過型表示を行う場合、上記画素8を構成する副画素のうち反射領域に形成された副画素8R、8G、8Bは、無彩色表示、望ましくは黒表示状態に駆動させて固定しておくことが好ましい。黒表示状態にある反射領域の副画素8R、8G、8Bは、透過領域に形成された副画素8Tに対して遮光領域として作用する。これにより、透過型表示を実行中に外光が表示装置に入射され、反射領域で意図しない副画素8R、8G、8Bの発光を防止し、表示品位を向上させることができる。
【0081】
透過型表示においても、液晶材料の配向状態の調整機構は、上記反射型表示の場合と同様に行われる。ただし、反射型表示における反射電極6は、透過型表示においては、電極基板1の透過領域に形成された透明電極7に対応する。また、カラーフィルタ基板2の透過領域には、カラーフィルタ層9R、9G、9Bに替えて透過領域9Tが形成されている。
【0082】
本参考例では、光の3原色である赤色の光源12R,緑色の光源12G,青色の光源12Bの3種類の光源が組み合わされて構成される背面照明12が電極基板1の背面に配置されている。上記3色の光源から照射される光は、それぞれは長が異なる。透過型表示では、透過領域に形成された副画素8Tを構成する液晶層11の透過率を、上記3色の光源12R、12G、12Bの切り替えに同期させて変化させ、時間平均による混色によって、様々な色を再現する。
【0083】
即ち、透過領域の副画素8Tを構成する液晶材料の配向状態を、液晶層11を挟むように配置された透明電極7と共通電極10の間に印加する電圧を制御することにより変化させ、液晶層11の透過率を調整する。この透過率の変化を、赤、緑、青、赤、緑・・・と極めて短時間で切り替えながら繰り返される背面照明12の色変化に同期させる。これにより、各色の光源自体の光強度が同じであっても、上記液晶層11の透過率の変化により、赤色の光強度、緑色の光強度、及び青色の光強度を変化させることができる。これら3色の光の切り替わりは人間の視覚では認識できないため、3色の光強度を時間平均化した色が副画素8Tの色として認識される。このように透過型表示では、3色の光強度を様々に変化させることによって、すべての色を再現する。本参考例に係る表示装置は、このような各副画素8Tが多数組み合わされて、透過型カラー表示を実現している。
【0084】
本参考例に係る液晶表示装置は、用途などに応じて上記反射型表示と透過型表示とを切り替えて使用することができる。
【0085】
また、本参考例に係る液晶表示装置は、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを備えた副画素8R、8G、8Bの1画面に占める面積と、透過領域9Tを備えた副画素8Tの1画素内に占める面積とが異なるように設計することも可能である。
【0086】
例えば、図1に示す液晶表示装置の画素8においては、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを備えた副画素の面積は、赤色の副画素8R、緑色の副画素8G、及び青色の副画素8Bの面積の合計である。従って、図1から分かるように、カラーフィルタ層を備えた副画素8R、8G、8Bの1画素内に占める面積に対する透過領域を備えた副画素8Tの1画素内に占める面積の比は、約9:1となる。
【0087】
このように、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを備えた副画素8R、8G、8Bの1画素内に占める面積が、透過領域9Tを備えた副画素8Tの1画素内に占める面積よりも広く設計された表示装置は、外光を十分に利用することができる。そのため、消費電力が比較的少なく、屋外での使用を主とするモバイル機器用の表示装置として有効である。
【0088】
一方、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを備えた副画素8R、8G、8Bの1画素内に占める面積が、透過領域9Tを備えた副画素8Tの1画素内に占める面積よりも狭く設計された表示装置は、輝度の高い背面照明12を光源として使用するため、輝度が高く高品位な画面表示を実現することができる。そのため、AV機器用の表示装置として有効である。
【0089】
尚、表示装置の用途によっては、カラーフィルタ層9R、9G、9Bを備えた副画素8R、8G、8Bの面積と、透過領域9Tを備えた副画素8Tの面積を同等に設計することも可能である。
【0090】
本参考例に係る液晶表示装置は、上記構成を有することにより以下の効果を奏する。
【0091】
本参考例に係る液晶表示装置において、カラーフィルタ基板2に使用されるカラーフィルタ層9R、9G、9Bは3色のみである。従って、従来、反射型表示用に3色の淡色用フィルタと透過型表示に使用される3色の濃色用フィルタの計6色を必要としていたのに対し、カラーフィルタ層の種類を削減することができる。
【0092】
また、本参考例に係るカラーフィルタ基板2は、それぞれ隣接して形成される3色のカラーフィルタ層9R、9G、9B及び透過領域9Tを備える。例えば、本参考例に係るカラーフィルタ層9R、9G、9B及び透過領域9Tは、それぞれ短冊状の形状を有し、規則的に配置されている。
【0093】
従って、従来、反射型表示用の淡色カラーフィルタの領域内に透過型表示用の濃色フィルタが窓状に形成された複雑な画素構造に比較して、本参考例に係る各カラーフィルタ層及び透過領域は単純な構造を有し、透過型表示用の透過領域も比較的容易に形成することができる。そのため、本参考例に係る液晶表示装置は、従来困難であった画素の高精細化を比較的容易に実現することができる。
【0094】
本発明の実施形態として、図4及び図5に示すように、上記液晶表示装置において、カラーフィルタ層を備えた副画素と透過領域を備えた副画素との境界部に、遮光領域9BMを形成することが可能である。
【0095】
隣接する副画素への光の漏れは、副画素の種類によって増減するものである。一般にカラーフィルタ層を備えた反射領域の副画素からの光漏れは少なく、一方、透過領域を備えた透過領域の副画素からの光漏れは比較的多い。
【0096】
また、遮光領域9BMは、副画素の光漏れを遮蔽する働きがある一方、遮光領域9BMを形成することにより、画素の開口率が低下するという問題がある。画素の開口率の低下は、表示画面の輝度の低下につながり、表示品位を低下させることになる。
【0097】
本実施形態に係る液晶表示装置において、カラーフィルタ基板2には、赤色のカラーフィルタ層9R、緑色のカラーフィルタ層9G、青色のカラーフィルタ層9B、及び透過領域9Tが形成されている。図4に示す実施形態では、該透過領域9Tと青色のカラーフィルタ層9Bと赤色のカラーフィルタ層9Rと境界部にのみ遮光領域9BMが形成されており、赤色のカラーフィルタ層9Rと緑色のカラーフィルタ層9Gとの境界部、及び緑色のカラーフィルタ層9Gと青色のカラーフィルタ層9Bとの境界部には遮光領域が形成されていない。本実施形態に係る電極基板1及び背面照明12の構成は、上記参考例と同じである。
【0098】
本実施形態において、画素8を構成する各副画素8R、8G、8B、8Tのうち、副画素8Tの周囲には遮光領域9BMが形成されている。これにより、副画素8Tの配線と透明電極の間に生じる光漏れを防止することができ、透過型表示の鮮明性を維持することができる。
【0099】
また、副画素8R,8G,8Bの間の光漏れは、ソース配線5によって遮光できるので遮光領域を設ける必要はない。
【0100】
従って、本実施形態によれば、表示品位を向上させるとともに、各画素の開口率の低下を最小限に抑制することができる。
【0101】
上記実施形態では、薄膜トランジスタ3を使用したアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置を例に説明したが、駆動方式はこの限りではない。
【0102】
例えば、薄膜ダイオードなどの2端子非線形素子を用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。また、応答速度の速い表示モードであれば、パッシブマトリクス駆動方式の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。
【0103】
尚、カラーフィルタ層は基板2に設けずに基板1に形成してもよい。また反射電極6に反射機能を持たせずに例えば透明電極とし、別個に反射層を基板1に形成してもよい。
【0104】
またカラーフィルタの3原色は光の3原色である赤、緑、青ではなく、色の3原色であるマゼンタ、シアン、イエローとすることも可能である。色の3原色を使用して加法混色した場合は、色の再現範囲が狭くなるが明るい表示を得ることができることが知られている。
【0105】
更に、画素構造において、各副画素8R、8G、8B、8Tの配列と形状は、上記説明したものに限定されるものではない。例えば、図6の(1)に示すように、短冊状に形成された各副画素8R、8G、8B、8Tを1画素毎にR、G、Bが1副画素ずつずれるように配列することも可能であるし、図6の(2)に示すように、各副画素8R、8G、8B、8Tをそれぞれ同じ面積として、マトリクス状に配置することも可能である。
【0106】
この場合、各副画素に接続される配線(例えば、ソース配線5)の配置間隔は図6の(1)と比べて比較的余裕がありパターンを設計がし易く、また配線の末端に接続されるべき実装部品の接続も容易になるといった利点を奏する。言い換えれば同程度の(ソース)配線のピッチであれば図6の(1)よりも図6の(2)の副画素の配列のほうが画素を高精細にすることができる。
【0107】
カラーフィルタ層9R、9G、9Bを有しない透過領域において、液晶層11の厚み(セルギャップ)の調整や下地の保護などの目的で、所定膜厚の透明樹脂をカラーフィルタ基板2の透過領域に塗布してもよい。
【0108】
また、透過型カラー表示の色調整を目的に、若干の色補正機能を有する薄膜をカラーフィルタ基板2に形成してもよい。
【0109】
更に、透過型表示をさせる場合に、透過領域の副画素8Tのみを駆動させるのではなく、上記反射電極6を半透明の素材で形成し、反射領域の各副画素8R、8G、8Bを統一して駆動させることにより、反射領域の3つの副画素8R、8G、8Bを擬似的に階調表示のみを行う無彩色の副画素として作動させる。このように、透過領域の副画素及び無彩色化した反射領域の各副画素の双方に、背面照明から3原色の透過光を切り替えて照射し、より明るい透過型カラー表示を行うことも可能である。
【0110】
また、本実施形態において調光層として液晶層を使用した表示装置を例に説明したが、この調光層は液晶層に限られるものではない。従って、本発明において、光の透過率を液晶層以外で構成される調光層によって制御することも可能である。
【0111】
【発明の効果】
本発明に係る表示装置は、従来の半透過型表示装置に比較して単純な画素構造を有する。そのため、従来、特に困難とされていた透過領域の副画素の高精細化を容易に実現することができる。
【0112】
また、本発明に係る表示装置は、使用されるカラーフィルタ層が反射型表示用の3色のみであるため、従来、反射型表示と透過型表示に6色のカラーフィルタ層を要していた表示装置に比較して、高品位な表示を実現しつつ低コスト化を図ることが可能となる。
【0113】
更に、本発明に係る表示装置は、カラーフィルタ基板に遮光領域を有効に配置することにより、透過型表示の鮮明性を向上させるとともに、画素の開口率の低下を低減することができる。そのため、従来、輝度不足であった反射型表示においても、十分な輝度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例に係る液晶表示装置の画素の配列を示す模式図である。
【図2】 参考例に係る液晶表示装置の要部斜視図である。
【図3】 参考例に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【図4】 実施の形態に係る液晶表示装置の要部斜視図である。
【図5】 実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【図6】 実施の形態に係る液晶表示装置の画素の配列を示す模式図である。
【図7】 従来の半透過型液晶表示装置の要部斜視図である。
【符号の説明】
1 電極基板
2 カラーフィルタ基板
3 薄膜トランジスタ
4 ゲート配線
5 ソース配線
6 反射電極
7 透明電極
8 画素
8R 副画素
8G 副画素
8B 副画素
8T 副画素
9R 赤色カラーフィルタ層
9G 緑色カラーフィルタ層
9B 青色カラーフィルタ層
9T 透過領域
9BM 遮光領域
10 共通電極
11 液晶材料
12 背面照明
Claims (7)
- 一対の基板間に調光層が形成された表示装置において、
上記一対の基板の背面には、光の波長領域を順次切り替えることができる背面照明を備え、
表示画面を構成する各画素は、反射領域と透過領域を有し、
上記反射領域に形成された副画素と上記透過領域に形成された副画素とによって1つの上記画素が構成される画素構造を有し、
上記反射領域に形成された副画素は、反射電極及び着色層をそれぞれ備え、
上記透過領域に形成された副画素は、上記背面照明の光を透過する透明電極をそれぞれ備え、
上記反射電極と上記透明電極とは、互いに別個独立して形成され、
上記各画素において、上記副画素の着色層は、互いに隙間なく隣接して配置され、
上記基板の表面の法線方向から見て、上記隣接する着色層同士の境界部には遮光領域が形成されない一方、上記透明電極の外縁を全周に亘って含む領域には遮光領域が形成されている
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
複数の上記画素がマトリクス状に配置され、
上記表示画面を構成する各画素は、4つの副画素で構成されており、
上記4つの副画素のうち、上記反射領域に形成された3つの副画素は、3原色のカラーフィルタ層を備え、
上記透過領域の副画素は1つである
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載された表示装置において、
上記反射領域の副画素と上記透過領域の副画素との境界部に遮光領域が形成されている
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至3のいずれかの1項に記載の表示装置において、
上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積と上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積とが異なる
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項4に記載の表示装置において、
上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積が、上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広い
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項4に記載の表示装置において、
上記反射領域の副画素の1画素内に占める面積が、上記透過領域の副画素の1画素内に占める面積よりも広い
ことを特徴とする表示装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置において、
上記透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光によって画面表示を実行している状態では、上記反射領域の副画素をすべて黒表示状態に固定する
ことを特徴とする表示装置。
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