JP5311339B2 - 照明光源を有するディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ装置に関し、特に、照明光源を有するディスプレイ装置に関するものである。

最も広く用いられているディスプレイ技術は、液晶（ＬＣ）ディスプレイ技術である。モバイル製品用のＬＣディスプレイは、非常に広範な輝度と、できるだけ低電力で操作することが必要である。

ディスプレイが全透過型の場合、屋外の使用には非常に強いバックライトが必要になる。そのため、反射型と半透過半反射型のディスプレイも考慮に入れられてきた。

反射型ディスプレイは、周囲照明を活用しているため、微光の状態で用いることができない。この解決法は、上部光源（ｔｏｐ ｌｉｇｈｔ）を補足することで微光の状態の時にオンにすることができる。しかし、この上部光源は、高性能のディスプレイに適用する好ましい均一な照明を有することができない。そのため、市場のほとんどのディスプレイは、微光の環境でバックライトを用い、それ以外では周辺光で用いることもできる半透過半反射型である。

このような設計は、適当な低消費電力を提供するが、画像品質が落ちる。明らかに、最も好ましい選択は、その輝度が周辺光と画像内容によって変えられることができる、高品質の上部光源を有する全反射型ディスプレイであることである。

本発明は、均一な上部光源を提供することができる照明光源を有するディスプレイ装置を提供する。

本発明に基づいて、反射型表示画素電極を含む下基板と、上基板と、前記基板の間に提供された液晶層とを含み、上基板上に提供され、液晶層を通過して表示電極を照射する光源を更に含むディスプレイ装置を提供する。

この配列は、液晶ディスプレイ構造内の統合された構造として上部光源を提供する。統合された装置の一部としての上部光源を提供することで、照明が画素電極に効果的に提供されることができる。これは、用いられた光源のパターンが小さい光源領域を提供することができ（画素サイズに比べ）、光源パターンによる不透明領域を防ぐことができるため（光源が見る者から遮蔽されるため、反射された照明のみが表示出力に提供される）、表示出力の品質に大きな効果を有する。

光源は、ＬＥＤ光源を含む。例えば、光源は、不透明電極層と、不透明電極層上で、液晶層に面した不透明電極層の側辺に位置するＬＥＤ層と、ＬＥＤ層上で、液晶層に面したＬＥＤ層の側辺に位置する透明電極層を含むことができる。

１つの実施例では、２つの電極層とＬＥＤ層がパターン化されて複数の光源部を定義する。もう１つの実施例では、不透明電極層がパターン化されて複数の光源部を定義し、透明電極層とＬＥＤ層が全表示画素領域の上に延伸する。よって、光源は、複数の異なる方式で容易に分割されることができる。この分割は、既知の方法で動態表示を改善するためにスクロール効果の実行に用いられることができる（少なくとも光源が低輝度から中輝度で装置の出力を決定する時）。

よって、光源は、複数の帯状を含み、表示画素の各行に関連した１つまたは１つ以上の帯状を有することができる。帯状光源は、例えば行単位でもディスプレイのアドレス指定に合わせて作動されることができる。

上基板または下基板は、カラーフィルター配列で設けられることができる。上基板は、偏光子を更に含み、ＬＣディスプレイパネルの機能の一部を提供する。上基板は、液晶層の制御をする共通電極を更に含む。下基板は、表示画素電極と関連したアクティブマトリクス画素回路と、画素回路に接続する行と列アドレス導線とを更に含む。

よって、光源配置は、従来のＬＣディスプレイの配置内に統合されることができる。反射型表示画素電極は、屈折されて照明の均一性を改善することができる。

本発明は、高い周辺光の状況下で、下基板に提供された反射型表示画素電極からの反射された周辺光を用いて表示出力を提供し、反射された周辺光が液晶層を通過して光を調節し、上基板を通過するステップと、低い周辺光の状況下で、上基板に提供された光源を操作し、液晶層を通過して表示電極を照射するステップを含むディスプレイ装置の制御方法も提供する。

本発明の照明光源を有するディスプレイ装置によれば、液晶ディスプレイ構造内の統合された構造として上部光源を提供することができる。統合された装置の一部としての上部光源を提供することで、照明が画素電極に効果的に提供されることができる。これは、用いられた光源のパターンが小さい光源領域を提供することができ（画素サイズに比べ）、光源パターンによる不透明領域を防ぐことができるため（光源が見る者から遮蔽されるため、反射された照明のみが表示出力に提供される）、表示出力の品質に大きな効果を有することができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

本発明は、その間に液晶層が挟まれたアクティブパネルとパッシブパネルを有し、光源がパッシブパネルの統合された一部として提供され、液晶層を通過して表示電極を照射する液晶ディスプレイを提供する。光源は、液晶セルのパッシブパネルの内側表面上に形成された、パターン化された白色光である。従来の偏光板は、パッシブパネルの一部を形成することもできる。

図１は、本発明のディスプレイ装置の実施例１の画素を示している。

ディスプレイは、カラーＬＣＤディスプレイを含む。１つの画素が平面図で図１に示されており、縦方向の帯状（ストリップ状）の赤色（Ｒ）と、緑色（Ｇ）と、青色（Ｂ）画素のレイアウトを含む。

画素は、この３色を定義するカラーフィルターを含む。黒色のマスク領域２は、カラーフィルターの間に示され、列導線（ｃｏｌｕｍｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）４も示される。

ディスプレイ装置に用いられる画素レイアウトと技術は、全く従来のものであることができる。例えば、液晶ディスプレイは、その間に液晶材料が挟まれたアクティブパネルとパッシブパネルを含むことができる。アクティブパネルは、トランジスタスイッチング素子のアレイを含み、通常、１つのトランジスタは、ディスプレイの各画素と関連している。各画素は、信号が各画素の輝度を制御するように用いられるアクティブパネル上の画素電極とも関連している。アクティブパネル上の行と列アドレス導線は、画素回路に接続する。ディスプレイ装置は、行と列アドレス回路（行と列ドライバといわれている）も含む。これらは、アクティブマトリクスディスプレイ装置の標準装備であるため、詳細は省く。

本発明に基づいて、各列の画素を垂直に越える上部光源６が提供される。上部光源は、パターン化された発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば有機ＬＥＤ）光源であることができる。

図２は、図１のラインII−IIに沿った横方向の断面図であり、図３は、図１のラインIII−IIIに沿ったセルの縦方向の断面図である。

図２では、パッシブパネル基板（上部パネル）１１がＬＥＤ素子６に提供される。これは、金属電極層６０と、白色ＬＥＤ層６１と、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明電極層６２を含む。

１３に示されるように、カラーフィルター層１３は、平坦化層１４ａと１４ｂの間に選択的に挟設される。これらの平坦化層の１つは、インセル偏光板（ｉｎ−ｃｅｌｌ ｐｏｌａｒｉｓｅｒ）を含むことができ、多層スタックであることができる。

パッシブパネルＩＴＯ層１５は、液晶ディスプレイの制御のための共通電極を定義する。

反射金属の画素電極１６は、アクティブパネル上に提供され、これらは液晶材料１７の調整に用いられる。カラム電極４は、アクティブマトリクス内にあり、これらは画素電極の下方に埋設されて、未調整の反射を減少することができる。

領域１８は、画素回路を定義するアクティブマトリクス層を表しており（ブロック図形式で）、行導線も含む。平坦化層も提供される。アクティブパネルガラス基板１９は、表示画素電極１６に関連したアクティブマトリクス画素回路を含む。

よって、この構造は、従来のＬＣＤ構造であるが、装置の構造内にＬＥＤ光源を統合することで、上部光源として機能する。これは、バックライトのない全反射型表示画素構造が提供されることを可能にする。

同じ層が図３に示されており、これは、より詳細にＬＥＤ６のパターンニングも表している。図３の実施例では、２つの電極６０、６２とＬＥＤ層６１は、パターン化され、複数の帯状光源（光源ストリップ）を定義する。

図４は、代表的な比例寸法を示しており、各画素４０（１００μｍの画素ピッチを有した時の例）が帯状ＬＥＤ６によって適当に均一に照射されることができる。照明の完全な均一性は、不可欠なものでなく、より重要なことは、全ての画素が同じように照射されることである。

帯状ＬＥＤ素子の幅は、１５μｍで示され、画素領域の約１５％を占有する。しかし、画素電極内にバックライトからの光を入射させる開口が必要とされないことから、画素の性能（特に画素開口率）が半透明半反射型の画素設計より好ましいことができる。帯状ＬＥＤ素子から画素電極までの高さは、１５μｍで示され、一般的なＬＣＤ設計のＬＣの厚さと層に基づいている。帯状ＬＥＤから出力した光は、１００μｍの幅が覆われるようにする。

上述の例では、各画素全体に延伸する１つの帯状ＬＥＤ素子を有する。図５は、画素内に複数の帯状ＬＥＤを有する、多くの可能性の１つを示しており、２つの帯状ＬＥＤ素子６ａ、６ｂを示している。これは、均一性を改善することができるか、またはブラックマスクによって得られた知覚的利点を改善することができる。また、ＲＧＢＷまたは他のマルチプライマリ（ｍｕｌｔｉ−ｐｒｉｍａｒｙ）レイアウトでは、これも知覚的に有利であることがわかる。

帯状ＬＥＤは、全面（ｆｕｌｌ）バックライトとして一緒に駆動されるか、または個別の行と、バンド（ｂａｎｄｓ）と、交差したバンドに分割されて駆動されることができる。このような応用は、照明をスクロール（ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ ｌｉｇｈｔｉｎｇ）してサンプルホールド効果を減少するものである。スクローリングバックライト（ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）の概念は、当事者にはよく知られており、本発明の照明配置は、類似の照明効果を得ることができる。

図６は、アクティブパネル上のカラーフィルター１３のもう１つの構造を示している。これは、透明画素電極と、カラーフィルター１３の下方の外部反射 ２１を要する。偏光層／平坦化層２２は、パッシブパネル上に設置される。

上述の実施例では、ＬＥＤ構造の全ての層がパターン化される。図７は、透明ＩＴＯ基板６２とＬＥＤ層６１がパターン化されていない配置を示しており、よって、高抵抗ＩＴＯの問題が減少し、ステップカバレジと収率が向上される。

図８は、反射体（ｉ．ｅ．画素電極）がアクティブパネル保護層を用いて粗面にされて、画素全体の光線の方向性を改善するか、または発光の均一性を改善することができる。よって、画素電極の表面は平坦な表面でないが、異なる方向で局部法線（ｌｏｃａｌ ｎｏｒｍａｌ）を有する表面である。反射体の角度は、反射体表面の部分から反射された光の所望の方向を提供するように選択される。図に示されるように、法線方向が選ばれることで、帯状光源からの照明がこの方向で反射されて、散布角度が低下される。これは、光線の出力方向を改善する。その上に等角の画素電極層がある、画素電極の下方の層のパターン化は、所望の画素電極の形状を定義するように用いられることができる。

本発明は、モバイルディスプレイ製品に特に関心を示している。本発明は、低電力照明ソリューションを提供し、高品質な反射画像の生成を可能にする。

液晶ディスプレイの構造を形成する異なる層、特にトランジスタとアクティブパネルの行と列導線を形成する層の詳細が説明されていない。これは、これらの部分の設計が完全に従来のものであることができ、且つ多くの異なる設計も可能であるためである。本発明は、パッシブパネル内への光源の統合に関する。

パターン化されたＬＥＤ光源も従来のＬＥＤ設計に基づくことができる。例えば、有機ＬＥＤ装置（ＯＬＥＤ）が用いられ、２つの基本的なタイプ、所謂“小分子”ＯＬＥＤと高分子ＬＥＤがある。

小分子ＯＬＥＤは、厚さ０．０１μｍ〜０．１μｍの４つの高分子層まで有することができる。これらの層は、ホール注入層（ＨＩＬ）と、ホール輸送層（ＨＴＬ）と、発光層（ＥＭＬ）と、電子輸送層（ＥＴＬ）とを含むことができる。上金属は、通常、リチウム、またはフッ化リチウムとアルミニウムの二重層である。

高分子ダイオードは、通常２つの高分子層を有し、ＩＴＯ上のポリ（３、４−エチレンジオキシ）チオフェン（ＰＥＤＯＴ）は、ホール注入層（ＨＩＬ）と発光層となる。これらの厚さは通常、０．０１μｍ〜０．１μｍである。上金属は、例えばカルシウムとアルミニウム、またはバリウムとアルミニウムである。

これらの両方の設計では、反射性金属は、薄く（通常０．０５−０．１μｍ）、導電に用いられるアルミニウムは、厚い（通常０．５μｍ）。

発光層は、混合であることができ、所望の白色光出力を提供する。

光源のパターンニングは、行方向式であることができ、上述のように、各表示画素行に沿って通過する１つまたは１つ以上の行を有する。図に示されるように、好ましくは、画素が行方向にＲＧＢサブピクセルで配列されれば、各帯状光源が全てのサブピクセルを照射することができる。しかし、光源は、異なる形態で配置されることができ、これは他のサブピクセルの設計に適合することができる。例えば、光源は、列方向の帯状で配置されることができるか、またはより複雑なメッシュパターンで配置されることができ、異なるサブピクセルのレイアウトに適合して全てのサブピクセルが照射されることができるようにする。

光源は、全面照明を提供する単一ユニットとして、または単独にアドレス可能な個別部分のパターンとして（例えば上述のスクローリングバックライト）制御されることができる。これは単に、各光源部分からの尾部に接続する表示領域の端のドライバを必要とする（アクティブパネルの行または列ドライバに類似する）。光源の１つの電極は、共通電極であることができ、その他の電極は、選択された光源部分の駆動に用いられることができる。透明電極が共通電極として用いられた場合、上述の一例のように、パターン化される必要がなくなる。この実施方式は、完全に従来技術に基づいて達成されることができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

本発明のディスプレイ装置の実施例１を示している。 図１のラインII−IIに沿った断面図である。 図１のラインIII−IIIに沿った断面図である。 本発明の装置内に提供される光源の詳細を示している。 本発明のディスプレイ装置の実施例２を示している。 本発明のディスプレイ装置の実施例３を示している。 本発明のディスプレイ装置の実施例４を示している。 本発明のディスプレイ装置の実施例５を示している。

符号の説明

２ 黒色のマスク領域
４ 列導線
６ 上部光源／ＬＥＤ素子
６ａ、６ｂ 帯状ＬＥＤ素子
１１ パッシブパネル基板
１３ カラーフィルター層
１４ａ、１４ｂ 平坦化層
１５ パッシブパネルＩＴＯ層
１６ 画素電極
１７ 液晶材料
１８ アクティブマトリクス層
１９ アクティブパネルガラス基板
２１ 外部反射
２２ 偏光層／平坦化層
４０ 画素
６０ 金属電極層
６１ 白色ＬＥＤ層
６２ 透明電極層

Claims (8)

1. 透明画素電極を含む下基板と、
   上基板と、
   前記下基板と前記上基板との間に提供された液晶層と、
   前記上基板の前記液晶層に面した側の上に設けられ、前記液晶層を介して前記画素電極を照射する光源であり、当該光源は、不透明電極層と、前記不透明電極層の前記液晶層に面した側の上のＯＬＥＤ層と、前記ＯＬＥＤ層の前記液晶層に面した側の上の透明電極層とを含み、前記不透明電極層、前記透明電極層及び前記ＯＬＥＤ層の全てがパターン化されて複数の光源部を定義する、光源と、
   前記光源に物理的に接触して前記上基板上に設けられた偏光板と、
   前記透明画素電極が存在しない側の表面で前記下基板上に設けられた外部反射体と、
   を含むディスプレイ装置。
2. 前記光源は、複数の帯状を含み、表示画素の各行に関連した１つまたは１つ以上の帯状を有する請求項１に記載の装置。
3. 前記光源は、白色光出力を提供する請求項１に記載の装置。
4. 前記上基板は更にカラーフィルタ構成を有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記下基板は更にカラーフィルタ構成を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記上基板は更に、前記液晶層の制御のための共通電極を有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記下基板は、前記透明画素電極と関連したアクティブマトリクス画素回路と、前記画素回路に接続する行と列アドレス導線とを更に含む請求項１に記載の装置。
8. ディスプレイ装置を設けるステップであり、前記ディスプレイ装置は、上基板、下基板、液晶層、偏光板、外部反射体、及び光源を有し、前記下基板は透明画素電極を含み、前記液晶層は前記下基板と前記上基板との間にあり、前記光源は、前記液晶層を介して表示電極を照射するよう前記上基板上に設けられ、前記光源は、不透明電極層と、前記不透明電極層の前記液晶層に面した側の上のＯＬＥＤ層と、前記ＯＬＥＤ層の前記液晶層に面した側の上の透明電極層とを含み、前記不透明電極層、前記透明電極層及び前記ＯＬＥＤ層の全てがパターン化されて複数の光源部を定義し、前記偏光板は前記上基板上にあって前記光源に物理的に接触し、前記外部反射体は、前記透明画素電極が存在しない側の表面で前記下基板上に位置する、設けるステップと、
   高い周辺光の状況下で、前記下基板に提供された反射型表示画素電極からの反射された周辺光を用いて表示出力を提供し、前記反射された周辺光が、光を変調する前記液晶層と、前記上基板とを通過するステップと、
   低い周辺光の状況下で、前記上基板に提供された前記光源を操作し、前記液晶層を介して前記表示電極を照射するステップであり、前記光源は、前面バックライトとして機能するよう駆動され、あるいは、個別の行又はバンドに分割されて駆動される、照射するステップと、を含むディスプレイ装置の制御方法。

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