JP4342231B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、各画素毎に反射領域と透過領域を備えた半透過型の液晶表示装置に関する。

近年、半透過型の液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力といった特長を生かして、携帯電話やＰＤＡ（personal digital assistants）といった各種の携帯端末で利用されるようになってきている。従来の半透過型の液晶表示装置は、赤、青、緑の各画素において反射領域と透過領域とで同一のカラーフィルタを用いた構成である（特許文献１参照）。

半透過型の液晶表示装置は、反射表示のときには入射した外光がカラーフィルタを通過したあとに反射されて再びカラーフィルタを通過するので、バックライト装置から照射された光がカラーフィルタを１回だけ通過する透過表示と比べて光の利用効率が低いという問題があった。

この問題を解決するため、赤、青、緑のそれぞれの画素について、各カラーフィルタの反射領域に対応する領域に貫通孔であるピンホールを形成することにより、透過領域よりも色再現性を適度に低くして、光の利用効率を改善するようにした手法が一般的になりつつある。

このような構成とすることにより、光の反射効率は、従来の半透過型の液晶表示装置に対して約１．２倍向上し、反射時の輝度を向上させることができる。
特許第３３３５１３０号公報

しかしながら、このような構成の液晶表示装置では、次の問題点がある。即ち、画素の高密度化をすすめ、例えば６０μｍ未満の画素ピッチという高精細化を図ると、画素面積が小さくなるため、１画素の大きさに対してピンホールの径を十分に小さく確保できなくなり、ピンホールの開口面積が製造バラツキによって変動し易くなる。

そこで、カラーフィルタにピンホールを設けるのではなく、カラーフィルタに矩形状のスリットを形成することが考えられる。矩形状のスリットは、カラーフィルタを２つに分け、それぞれの端辺を一定の間隔をおいて対向配置することにより形成できる。スリットは、１．２倍以上の反射効率を確保するために、カラーフィルタに一定面積の開口領域を確保する上で必要であり、また樹脂で形成されるカラーフィルタを加工する上では最適の形状といえるものである。

ところで、従来の半透過型の液晶表示装置では、任意の画素に対して、色相が異なる隣接画素のカラーフィルタによって分光された光が入射してしまうことにより、当該任意の画素の反射表示の際の色相が大きく変化してしまうことがないように、赤、緑、青の各画素の境界領域でそれぞれのカラーフィルタの端辺を重ね合わせることにより、光が透過しにくいように遮光領域を形成するようにしている。

ところが、前述したように画素に矩形状のスリットを設けた場合には、その部分についてはカラーフィルタがないため隣接画素のカラーフィルタと重ね合わせることができず、隣接画素のカラーフィルタの色相による光がスリットを備えた画素の反射表示の際の色相に影響を及ぼすこととなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一定の反射効率を維持しつつ、隣接画素のカラーフィルタを通過した光による色相の変化を抑制し得る液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、赤、青、緑のうちの１つの画素に配置され、反射領域に対応する部分にスリットが設けられたカラーフィルタと、前記スリットが設けられていない画素に配置され、反射領域に対応する部分にピンホールが設けられたカラーフィルタと、前記スリットが設けられた画素のスリットによる開口領域と、この画素に隣接する画素のカラーフィルタとが重なる部分に配置された遮光層と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、スリットが設けられた画素のカラーフィルタにおけるスリットによる開口領域と、この画素に隣接するスリットが設けられていない画素のカラーフィルタとが重なる部分に遮光層を配置したことで、隣接する画素の異なる色相のカラーフィルタを通過した光を遮光層で遮るようにして、スリットが設けられた画素の色相に変化を与える影響を抑制するようにしている。

また、各画素のカラーフィルタのうちの１つにスリットおよび遮光層を設け、他の２つにはピンホールを設けることで、遮光性能が高い遮光層を設ける領域を狭い範囲に限定することにより、十分な反射効率が得られるようにしている。

さらに、カラーフィルタにスリットを設けることで高精細化における製造バラツキによる開口面積の変動を抑制するようにしている。

本発明に係る液晶表示装置によれば、一定の反射効率を維持しつつ、隣接画素のカラーフィルタを通過した光による色相の変化を抑制することができる。

以下、一実施の形態における液晶表示装置について図面を用いて説明する。本液晶表示装置は、赤、青、緑の各画素ごとに反射領域と透過領域を備えた半透過型であり、各画素では反射領域と透過領域とで同一のカラーフィルタを用いている。

図１の平面図に示すように、本液晶表示装置は、赤、緑、青の画素が規則的に配置され、赤のカラーフィルタ２２、緑のカラーフィルタ２３、青のカラーフィルタ２４が、境界領域でそれぞれ重なり合うように配置されている。赤のカラーフィルタ２２には反射領域に対応する部分に貫通孔であるピンホール２５が設けられている。緑のカラーフィルタ２３には、反射領域に対応する部分に、カラーフィルタを２つに分け、それぞれの端辺を一定の間隔をおいて対向配置することにより矩形状のスリット２６が設けられている。青のカラーフィルタ２４には、やはり反射領域に対応する部分にピンホール２７が設けられている。緑のカラーフィルタ２３のスリット２６と赤のカラーフィルタ２２との重なり部分には黒色樹脂からなる遮光層２８が配置され、またスリット２６と青のカラーフィルタ２４との重なり部分にも同様に遮光層２８が配置される。なお、同図では各画素について反射領域だけを示している。

図２の断面図に示すように、本液晶表示装置は、対向配置されたアレイ基板１と対向基板２との間隙に液晶層３を保持し、アレイ基板１の背面側に図示しないバックライト装置が配置された構成である。また、この液晶表示装置は、図示しない駆動回路に電気的に接続されている。

アレイ基板１では、透明なガラス基板１１上の図示しない透明樹脂層の表面にアルミニウム製の反射電極１２が形成される。ガラス基板１１の背面には１／４波長板１３、偏光板１４が配置される。

対向基板２では、厚さ０．７ｍｍの透明なガラス基板２１の液晶層側の表面にカラーフィルタ２２，２３，２４が配置される。各カラーフィルタは、隣接する画素同士の境界部分において６μｍの幅で重なり合うように形成され、その重なりによって遮光領域４８を形成している。この遮光領域４８は、各画素について、色相が異なる隣接画素のカラーフィルタを通過した光によって当該画素における色相の変化が生じないような十分な面積の領域とすることが望ましい。また、スリット２６とカラーフィルタ２２，２４との重なり部分には前述した遮光層２８が形成される。遮光層２８は、緑の画素について、隣接する画素のカラーフィルタを通過した光によって色相の変化が生じないような十分な面積の領域に配置することが望ましい。これらのカラーフィルタ２２，２３，２４の表面には平滑化層２９が形成され、さらにその表面に透明の対向電極３０が形成される。ガラス基板２１の反対側の面には１／４波長板３１、偏光板３２が形成される。

２色のカラーフィルタを重ね合わせた遮光領域４８の光学濃度（ＯＤ値：optical density）は１であり、黒色樹脂の遮光層２８のＯＤ値は３．５であることから、遮光領域４８は遮光層に比べて遮光能力が低いといえるが、遮光領域４８のＯＤ値は、隣接画素からの異なる色相のカラーフィルタを通過した光による色相変化を抑えるには十分な値である。

遮光領域４８は、隣接画素で分光された光の入射を約１／１０に抑えるのに対し、黒色樹脂の遮光層２８は約１／１０００まで抑えるため、本実施の形態では、遮光層２８を限られた僅かな領域にだけ形成することとして、この遮光層２８によって反射効率が著しく低下してしまうことを防いでいる。

液晶層３は、厚さが３．０μｍであり、ツイステッド・ネマチック型の液晶材料からなる。この液晶層３を所定の方向にプレチルト７°で配向させるために、液晶層３の表面にはラビング処理によって配向膜が形成されている。

一例として、この液晶表示装置は、対角２．２インチサイズの有効表示領域を備え、赤、青、緑の画素が（３２０×３）×２４０のドット数でマトリクス状に配列されたＱＶＧＡ仕様とする。画素ピッチは、５０μｍ×１５０μｍの高精細型とする。

次に、比較例の液晶表示装置について説明する。図３の平面図に示すように、比較例は、赤、緑、青のカラーフィルタ４２，４３，４４のそれぞれの反射領域に対応する部分にピンホール４５、４６，４７がそれぞれ設けられている。また、各カラーフィルタ４２，４３，４４は、それぞれの境界部分で重なり合うことにより遮光領域４８を形成している。

図４の断面図に示すように、比較例は、本実施の形態の液晶表示装置とはアレイ基板１、液晶層３については同一の構成であり、対向基板５２は、ガラス基板２１上に形成されたカラーフィルタ４２，４３，４４が全てピンホールを備え、黒色樹脂の遮光層２８は形成せずに各カラーフィルタの重なりによって遮光領域４８を形成している点が図２と異なっている。その他、図２と同一物には同一の符号を付すこととして、ここでは重複した説明は省略する。

本液晶表示装置では、緑のカラーフィルタ２３にスリット２６を設けることで、ピンホールを形成した比較例よりも製造バラツキを抑え、一定比率の開口面積を確実に確保できるようにしている。さらに、スリット２６と赤又は青のカラーフィルタとの重なり部分に遮光層２８を形成することで、隣接する画素のカラーフィルタを通過した光を遮光層２８で遮ることにより、スリット２６を設けた画素の色相に影響を与えないようにしている。

別の比較例では、隣接する画素のカラーフィルタを通過した光を遮るために、赤、緑、青の各カラーフィルタの重なり部分の全てに黒色の遮光層を設けた構成である。この比較例では、２色のカラーフィルタを重ねるよりも、黒色の遮光層を設けた方が遮光性能が高いため、色相の変化を確実に抑えることができる。しかし、このような構成では、２色のカラーフィルタを重ねた部分における光透過を完全に抑えてしまうため、反射効率は１０％以上低下することとなる。

これに対して、本液晶表示装置では、黒色樹脂の遮光層２８を形成した領域の面積は、比較例の遮光領域４８の全体の面積の約５％程度と少ない範囲であるので、隣接する画素のカラーフィルタを通過した光の入射を著しく妨げることがなく、反射効率を低下させてしまう影響を対比約３％未満に抑えるようにしている。

したがって、本実施の形態によれば、スリット２６が設けられた画素のスリットによる開口領域と、この画素に隣接するスリットが設けられていない画素のカラーフィルタとが重なる部分に遮光層２８を配置したことで、隣接する画素の異なる色相のカラーフィルタを通過した光を遮光層２８が遮るので、この光がスリット２６の設けられた画素の色相に与える影響を抑制することができる。

本実施の形態によれば、各画素のカラーフィルタのうちの１つにだけスリット２６と遮光層２８を設け、他の２つにはピンホールを設けることで、遮光層２８による光の遮光が著しく大きくなることがないので、十分な反射効率を得ることができる。

本実施の形態によれば、上記の構成としたことにより、従来の低精細型の液晶表示装置と同等の反射効率と色相品位を維持した高精細型の液晶表示装置を提供することができる。

なお、本実施の形態においては、液晶層３としてツイステッド・ネマチック型のものを用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、ホモジニアスモード、ＳＴＮモードにより表示するもの等、各種の液晶層に適用できることは言うまでもない。

また、本実施の形態においては、各画素では反射領域と透過領域とで１枚のカラーフィルタを用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、緑の画素の反射領域には、透過領域のカラーフィルタよりも色再現性が適度に低いカラーフィルタを配置するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、スリットを緑のカラーフィルタに設けることとしたが、これに限られるものではない。例えば、赤のカラーフィルタにスリットを設けるようにして他のカラーフィルタにピンホールを設けるようにしてもよいし、同様に青のカラーフィルタにスリットを設けるようにしてもよい。

一実施の形態の液晶表示装置における赤、緑、青の各画素に設けられたカラーフィルタの構成を示す平面図である。 上記液晶表示装置のＡ−Ａ部の構成を示す断面図である。 比較例の液晶表示装置における赤、緑、青の各画素に設けられたカラーフィルタの構成を示す平面図である。 上記比較例の液晶表示装置のＢ−Ｂ部の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…アレイ基板
２…対向基板
３…液晶層
１１，２１…ガラス基板
１２…反射電極
２２，４２…赤のカラーフィルタ
２３，４３…緑のカラーフィルタ
２４，４４…青のカラーフィルタ
２５，２７…ピンホール
２６…スリット
２８…遮光層
４５，４６，４７…ピンホール
４８…遮光領域

Claims (3)

1. 赤、青、緑のうちの１つの画素に配置され、反射領域に対応する部分にスリットが設けられたカラーフィルタと、
   前記スリットが設けられていない画素に配置され、反射領域に対応する部分にピンホールが設けられたカラーフィルタと、
   前記スリットが設けられた画素のスリットによる開口領域と、この画素に隣接する画素のカラーフィルタとが重なる部分に配置された遮光層と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記スリットが設けられたカラーフィルタは、緑の画素に配置されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記スリットが設けられていない画素同士の境界部分に、それぞれの画素のカラーフィルタを重ね合わせて形成された遮光領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

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