JP4972543B2 - 半透過型ｌｃｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、コンピュータモニタ、テレビジョンセット、携帯型装置等で益々使用されるようになってきた。携帯用アプリケーションに対して、ＬＣＤは、低消費電力、高信頼性及び低価格のために標準的なディスプレイ装置になった。

ＬＣＤの動作は、液晶（ＬＣ）材料の活性層における光変調に基づいている。電界を変化させることにより、活性層の光変調が変化し、ＬＣ層を透過する光の特性が変化する。一般に、活性層は透過光の偏光状態を変化させる。

表示セルは、従来、２つの基板、即ち、ビューア側の前面基板とバックライト側の背面基板との間に挟まれている。偏光板のような光学要素は前記基板の外側表面に取り付けられている、又は、それに代えて、表示セルにおいて備えられている。

ＬＣＤは、一般に、２つのモード、即ち、透過モード及び反射モードの一又は両方において動作する。透過型ＬＣＤにおいては、活性層は、通常、背面基板に隣接して備えられるバックライトシステムから出射される光を変調する。透過型ＬＣＤは、一般に、良好なコントラスト比を有するが、外部環境で使用されるとき、そのディスプレイは、実際には、読み取り難い。

反射型ＬＣＤにおける活性層は、そのディスプレイに入射する環境光を変調する。反射型ＬＣＤは、ビューアの方に変調された環境光を反射して戻すためのリフレクタに依存する。それ故、反射モードでは、環境光は、一般に、活性層を２回、透過する。リフレクタは、通常、背面基板の近くに又は背面板に隣接するミラーの形で備えられる。しかしながら、反射型ＬＣＤは、環境光が不十分である場合、読み取ることが困難である。

それ故、携帯用装置は、透過型モード及び反射型モードで同時に動作する、所謂、半透過型ＬＣＤを組み込むことが可能である。これは、そのディスプレイが明るい及び薄暗い環境光の条件下で使用可能であるという有利点を有する。後者の場合、バックライトシステムからの光が、表示を見るために用いられる。

一般的な種類の透過型ＬＣＤは、部分ミラーに基づくリフレクタを組み込んでいる。部分ミラーは環境光を反射するために備えられる一方、同時に、透過光はバックライトシステムからもたらされる。部分ミラーのデザインにおいては、一般に、反射モード及び透過モードにおけるディスプレイの十分な性能の間でトレードオフがなされる必要がある。一般に用いられる部分ミラーは、バックライトシステムからの光を通すために開口を有する反射層に基づいている。

反射性の小さい開口の直径のために、透過モードにおける従来の半透過型ＬＣＤの光効率は本質的に非常に低い。一般に、透過モードにおいて十分な表示性能を有するためには、比較的高い出射強度を有するバックライトが必要とされる。しかしながら、このバックライトは、そのような明るいバックライト固有の大きい消費電力及び短い寿命のために、好ましくない。

本発明の目的は、向上したバックライト効率を有する改善された半透過型ＬＣＤを提供することである。

この目的は、独立請求項１に記載した本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置により達成される。更なる有利な実施形態については、従属請求項に記載されている。

本発明にしたがって、パターニングされた偏光板が、活性層と半透過型ＬＣＤ装置のバックライトシステムとの間に備えられ、前記パターニングされた偏光板は前記部分ミラーにおける前記開口の領域の実質的に全体に亘って広がっている。

既知のＬＣＤは、そのディスプレイのバックライト側に備えられた直線的な偏光フォイルを有し、そのフォイルは、通常、背面基板の外側に備えられている。表示セルにおける環境光の反射を除いて、部分ミラーはまた、バックライトシステムにより出射された光の一部を反射し、それ故、開口を通過しないバックライトは、バックライトシステムの導光体で再利用される又は再入射する。

しかしながら、先行技術の装置においては、再利用される光はバックライト側で二回直線的な偏光板を通ることのために、この再利用は特に効果はないことを本願発明者は認識している。再利用される光の比較的大きい割合がその偏光板で吸収され、それ故、失われる。

本発明のパターニングされた偏光板は、前記部分ミラーにおける前記開口の領域の実質的に全体に亘って広がり、前記部分ミラーの反射部分をフリーのままにしている。この場合、部分ミラーによるバックライトの再利用は、偏光フォイルで失われる割合が減少されるため、より効果的である。それ故、大きい部分が再利用され、再使用され、それ故、バックライトシステムはより低い強度で光を出射することができ、透過モードでＬＣＤ装置の同じ輝度を維持することができる。代替として、バックライトシステムは同じ強度で光を出射することができ、透過モードにおいてＬＣＤ装置の輝度は高くなる。

最大の有利な効果のためには、パターニングされた偏光板は開口領域に制限され、部分ミラーの反射部分は偏光材料について実質的にフリーであることが好適である。

パターニングされた偏光板は直線偏光板のみであることが可能であり、又は、円偏光板を構成するように１／４波長遅延部をまた、有することが可能である。１／４波長遅延部
はフォイルとして備えられる、又は、それに代えて、その上、パターニングされた形で備えられることが可能である。また、パターニングされた偏光板は、コレステリック液晶の直線偏光板又は円偏光板のような反射性偏光板であることがまた、可能である。

本発明の上記の及び他の特徴について、以下、図を参照して、更に詳述する。

それらの図においては、同じ参照番号は同じ要素を示している。

それらの図は、装置の光学的構成のみを示し、ＬＣＤ装置においては、一般に、カラーフィルタ、前面基板及び背面基板並びに画素電極等のような付加要素が備えられているが、明確化のために、それらは図示されていない。

既知の半透過型ＬＣＤの単一のピクチャ要素１００の光学的構成について、図１に示している。半透過型ＬＣＤ装置の動作は、液晶材料を有する活性層１１０における光変調に基づいている。活性層１１０は、ＬＣＤのビューア側の光学要素の前面積層１３０と、ＬＣＤの反対側の光学要素の背面積層１２０との間に備えられている。バックライトシステム１４０は、透過モードで装置を動作させるために光を出射するために背面積層１２０の背後に備えられている。

既知の半透過型ＬＣＤ装置においては、前面積層１３０は、通常、前面基板１３５の外側に備えられた遅延部１３８と吸収型直線偏光板１３２とを有する。背面積層１２０はまた、背面基板１２５の外側に備えられた吸収型直線偏光板１２２を有し、それ故、バックライトシステム１４０と対向している。

背面偏光板１２２は、前面偏光板１３２の偏光方向に対して垂直方向に配置された偏光方向を有する。それ故、活性層１１０は交差する直線偏光板間に備えられている。遅延部１３８の遅延に活性層１１０における液晶材料の遅延を加えた全遅延は０か又はλ／２のどちらかであるように設定されている。

背面積層１２０は、基板１２５の内側に部分ミラー１２４を有し、即ち、部分ミラー１２４は活性層１１０と対向している。部分ミラーについてはまた、以下では、“半透過型”という。背面積層１２０は、任意に、参照番号１２８で表される１／４波長遅延層を更に有する。

部分ミラー１２４は、バックライトシステム１４０により出射された光が活性層１１０を通る開口を備えている基板１２５における反射層である。それ故、透過モードにおけるＬＣＤ動作のために必要なバックライティングは、半透過反射板１２４における開口１２６により与えられる。

開口１２６は、典型的には、半透過反射板１２４の全体の表面領域の約２０乃至３０％のみを有し、残りの表面領域は反射性である。それ故、バックライトシステム１４０により出射された光の比較的小さい割合のみが開口１２６を通り、半透過反射板１２４はその残りの部分をバックライトシステムの方に戻すように反射する。そのような光はバックライトシステム１４０の導光体１４２へ再入射し、異なる位置で再び存在し、それにより、透過モードで他の画素のバックライティングに寄与する。この過程はバックライト再利用と呼ばれる。バックライト再利用の効率を更に改善するように、所謂、偏光反射板が、しばしば、バックライト１４０の上部に位置付けられる。しかしながら、吸収型直線偏光板１２２が半透過反射板１２４とバックライトシステム１４０との間に備えられているため、従来のＬＣＤにおけるバックライト再利用は非常に効率的ではない。再利用光は二回、吸収型偏光板１２２を通り、それ故、再利用光の実質的な割合は、吸収により失われる。これは、１／４波長遅延部を用いない背面積層及び１／４波長遅延部を用いる背面積層両者について真である。その効果は、再利用光がバックライトシステム１４０に再入射するときに再び、偏光を解消するようになることにより強化され、それ故、再利用光は、他の画素の方に再出射され、吸収型偏光板１２２を再び通るようになる。

本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置の動作の実施形態について、図２に示している。このような半透過型ＬＣＤは、より効率的なバックライト再利用のために改善された背面積層２２０を有し、それ故、バックライトシステム２４０により出射された光の大きい量をＬＣＤの透過モードの動作において用いることができる。

全体の表示表面領域に亘って広がっている吸収型直線偏光板に代えて、パターニングされた吸収型直線偏光板２２２が、部分ミラー２２４における開口２２６の位置のみに実質的に備えられている。

それ故、本質的に、開口２２６を通る光のみが直線偏光板２２２により偏光される。部分ミラー２２４の反射性部分は、バックライトシステム２４０の方に戻るように残りの光を反射し、このように反射された光はもはや、何れの吸収型光学要素を通る必要がないため、バックライトシステムに対して実質的に全体が再利用される。

このようにして、再利用光の量は、従来の半透過型ＬＣＤに比べて増加する。その結果、ＬＣＤ装置の透過モードは、バックライトシステム２４０の電力を増加させる必要なく、高輝度の画像を表示することができる、又は、それに代えて、バックライトシステム２４０の電力を減少しつつ、ＬＣＤの透過モードは、同じ輝度レベルの画像を表示することができる。

本発明の更なる好適な実施形態は、図３に示している背面積層を組み入れるものである。この背面積層３２０は、バックライト側に１／４波長遅延部３２８を組み入れていて、その１／４波長遅延部３２８は部分ミラー３２４において実質的に開口３２６内のみに広がっている。この実施形態においてはまた、活性層３１０のビューア側の前面積層において１／４波長遅延部フォイル３３６有し、その１／４波長遅延部フォイル３３６は、本質的に、反射モードについての表示性能を改善する。

開口３２６を通る光のみが、パターニングされた直線偏光部３２２と１／４波長遅延部の組み合わせにより円偏光され、そのように円偏光された光は活性層に入射し、再利用光は、実質的に偏光されず、大きい吸収損失を伴わずにバックライトシステム３４０の導光部に再入射する。効率的な光再利用は、部分ミラー３２４の下で達成され、半透過型ＬＣＤの透過モードの動作に対しては、円偏光光が与えられる。

更なる実施形態においては、パターニングされた直線偏光部と１／４波長遅延部の組み合わせに代えて、円偏光光を与えるために、パターニングされたコレステリック液晶の偏光部を有する。

部分ミラーにおけるパターニングされた偏光部は、例えば、部分ミラーにコーティングされる従来の紫外線重合性液晶材料により形成される。パターニングされた層は、紫外光放射段階でマスクとして部分ミラー自体を用いることによりそのような材料から得られる。部分ミラーの開口を通る紫外光のみが材料に放射され、それ故、開口の内側又は開口全体に亘って直接備えられている材料は架橋され、重合される。続く露光段階においては、残りの液晶材料は除去され、重合され且つ架橋された材料のパターニングされた層が残される。

例えば、重合性液晶のアクリレート及び二色性色素を有する液晶材料は、部分ミラーの一方側にスピンコートされる。次いで、部分ミラーは、紫外光を反対側から照射される。露光後、架橋及び重合された材料のみが残る。二色性色素分子の存在のために、架橋及び重合された材料は、それを通る光を直線偏光する。そのようにして、パターニングされた直線偏光部は得られ、部分ミラーの開口のみにおいて広がっている。

遅延部、特に、パターニングされた遅延部が、図３に示しているように与えられるようになっている場合、先ず、パターニングされた偏光部が形成され、続いて、アライメント層が、パターニングされた偏光部の上部で用いられる必要がある。アライメント層の上部において、所望の遅延に適合する厚さ、それ故、この実施例においては、可視光の波長の１／４波長の厚さを有する重合性ＬＣアクリレートが備えられている。パターニングされた直線偏光部について、同様の照射段階が、続いて実行される。

図３に示す構成に代えて、連続的な１／４波長遅延層が、部分ミラーが形成された基板上に形成される。遅延部は部分ミラーの下に形成される必要がある。

図４に示す背面積層４２０の更なる実施形態においては、パターニングされた偏光部４２２及び１／４波長遅延部フォイル４２８は、活性層に対向する側に代えて、基板４２５の外側に置かれている。偏光部４２２は、部分ミラー４２４における開口４２６にしたがって、少なくともそれらの開口４２６によりカバーされている領域において広がるようにパターニングされている。好適には、パターニングされた偏光部４２２は、それらの開口より僅かに広い領域をカバーしている。１／４波長フォイル４２８は、代替として、部分ミラー４２４の開口４２６の内側のパターニングされた１／４波長遅延部により置き換えられることが可能である。

図５に示す背面積層５２０の他の実施形態においては、パターニングされた偏光部５２２は、基板５２５の外側転読的な偏光フォイル５２３として形成されていて、その基板において、パターンは、そのフォイルとバックライトシステムとの間の他の部分ミラー５２７により規定されている。他の部分ミラー５２７の開口を通る光のみが偏光フォイル５２３により偏光され、光の残りはバックライトシステムにおいて再利用される。

図５においては、偏光フォイル５２３及び１／４波長板５２８の両方が２つの部分ミラー５２４及び５２７間に位置している。部分ミラーにおける開口は互いに対してアライメントされている。開口は、両方の部分ミラー５２４及び５２７について同じ大きさを有することが可能であり、又は、代替として、他の部分ミラー５２７における開口は、部分ミラー５２４における開口より僅かに大きいことが可能である。

他の好適な実施形態としては、部分ミラーの開口において反射性のパターニングされた偏光部を備えることがまた、可能であり、例えば、パターニングされたワイヤグリッド偏光部が部分ミラーと一体化されていることが可能である。これは、ここでは、誤った直線偏光方向を有する光は偏光部により吸収されずに、それから反射されるため、なお一層、バックライトの再利用の効率を向上させることが可能である。しかしながら、この実施形態は更に複雑な構成を有し、それは、そのバックライトにおける更なる効率の向上を得て余りあることが可能である。

光の再利用の効率をなお一層改善するように、パターニングされた反射性偏光部は、吸収性のパターニングされた偏光部と組み合わされることが可能である。その場合、パターニングされた反射性の偏光部は、吸収性偏光部とバックライトシステムとの間に位置付けされる必要がある。

要約すると、本発明は、半透過反射板として部分ミラーを組み込んだ半透過型ＬＣＤに関するものである。透過表示モードにおいては、バックライトシステムからの光は半透過反射板における開口を通る。本発明にしたがって、バックライトシステムにおける光の再利用は、実質的に、開口を通る偏光光のみにより改善される。これは、部分ミラーにおける開口において広がっているパターニングされた偏光部により達成される。

従来技術にしたがった半透過型ＬＣＤ装置を示す図である。 本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置の第１実施形態を示す図である。 本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置の第２実施形態を示す図である。 本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置の第４実施形態を示す図である。 本発明にしたがった半透過型ＬＣＤ装置の第５実施形態を示す図である。

Claims (5)

1. 半透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置であって：
   活性層を有する液晶ディスプレイセル；
   前記液晶ディスプレイセルのバックライティングのためのバックライトシステム；
   前記バックライトシステムからもたらされる光を通すための開口を備えた、環境光を反射する部分ミラー；及び
   前記活性層と前記バックライトシステムとの間にパターニングされた偏光部を有する偏光手段であって、前記パターニングされた偏光部は前記部分ミラーの前記開口内に備えられている、偏光手段；
   を有する半透過型ＬＣＤ装置。
2. 請求項１に記載の半透過型ＬＣＤ装置であって、前記パターニングされた偏光部は直線偏光部である、半透過型ＬＣＤ装置。
3. 請求項１に記載の半透過型ＬＣＤ装置であって、前記偏光手段は、前記活性層と前記バックライトシステムとの間に１／４波長遅延部を更に有する、半透過型ＬＣＤ装置。
4. 請求項１に記載の半透過型ＬＣＤ装置であって、前記部分ミラーは前記バックライトシステムに対して光を再利用するように備えられている、半透過型ＬＣＤ装置。
5. 請求項１に記載の半透過型ＬＣＤ装置であって、前記パターニングされた偏光部は反射性偏光部を有する、半透過型ＬＣＤ装置。

Images