KR20060004950A

KR20060004950A - 액정 표시장치

Info

Publication number: KR20060004950A
Application number: KR1020057019912A
Authority: KR
Inventors: 미노루 나카노
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2006-01-16
Also published as: TWI235249B; CN1795412A; EP1619542A4; TW200508663A; EP1619542A1; WO2004097511A1; JP2004325942A; JP3972857B2; US20060215082A1

Abstract

본 발명의 액정 표시장치는, 빛을 반사하는 반사 화소 전극(7)이 설치된 제1 기판(5)과, 반사 화소 전극에 대향하는 투명 전극(9)이 형성되는 동시에 제1 기판(5)과 평행하게 배치되는 제2 기판(11)과, 제1 기판(5)과 제2 기판(11)과의 사이에 봉입된 액정(8)과, 제1 기판(5)의 배면측에서 조명광을 비추는 백라이트(2)과, 백라이트(2)로부터의 조명광을 반사 화소 전극(7)의 배열 상에 집광하는 다수의 라인 형상 프리즘 LP을 가지는 집광판(4)을 구비해서 구성되어 있다. 반사 화소 전극(7)에, 내측의 반사율이 낮고, 또한, 외측으로 옮김에 따라 반사율이 높아지도록 연속적으로 변화되는 반사율의 농담 부분을 화소 단위마다 설치한다. 본 발명에 의하면, 백라이트의 이용효율을 향상시켜, 화면의 조도를 높일 수 있고, 또한, 제조 코스트를 저감가능한 액정 표시장치가 얻어진다.

액정 표시장치, 라인 형상 프리즘, 집광판, 반사율, 백라이트

Description

액정 표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 반사형의 영상 표시 기능과 투과형의 영상 표시 기능을 갖춘 반투과형 액정 표시장치에 관한 것이다.

최근, 휴대전화, PDA(휴대 정보단말=Personal Digital Assistance) 등의 모바일 제품에 있어서의 표시장치로서, 옥내외를 막론하고 시인성을 확보가능한, 소위 반투과형 칼라 액정 표시장치가 사용되고 있다.

일반적으로, 반투과형 칼라 액정 표시장치는, 외부로부터 입사하는 빛을 반사하는 반사 화소 전극에 의해 화소를 구성하고 있고, 이 반사 화소 전극에 개구가 형성되어 있다. 그리고, 주위가 밝을 경우에는 외광을 반사 화소전극에 의해 반사함으로써 화상을 표시하고, 또한 어두울 경우에는 백라이트의 조명광을 반사 화소 전극에 형성된 개구를 투과시켜서 화상을 표시하도록 구성되어 있다.

종래의, 이 종류의 액정 표시장치로서는, 예를 들면 특허문헌1에 기재되어 있는 것과 같은 것도 있다. 이 액정 표시장치는, 주간 등 외광이 밝을 때에 이것을 이용해서 영상을 표시할 수 있는 반사형과, 야간 등 외광이 부족하고 어두울 때 에 백라이트(배면광원)를 이용해서 영상을 표시하는 투과형의 양쪽의 기능을 갖추고 있다.

특허문헌 1

일본국 공개특허공보 특개 2000-298267호 공보(제2쪽, 도1)

그런데, 반투과형 칼라 액정 표시장치에서는, 외부로부터의 빛을 이용했을 때에 시인성을 확보하려면, 반사 화소 전극의 개구의 면적이 제한되기 때문에, 백라이트 사용시에 조명광의 이용 효율이 낮아, 화면의 조도가 낮다고 하는 문제가 있다. 이 백라이트 사용시의 화면의 조도를 높이기 위해서, 백라이트의 기동을 높이면, 백라이트의 소비전력이 증가하여, 모바일 제품의 배터리 사용 시간이 짧아진다고 하는 불이익이 존재한다.

이러한 불이익을 해소하고, 백라이트 사용시의 화면의 조도를 높이는 기술이, 예를 들면 전술한 특허문헌1에 개시되어 있다. 이 특허문헌1에는, 개구를 가지는 반사층과 백라이트와의 사이에, 화소에 대응하는 영역에 맞춰서 마이크로 렌즈를 배치하고, 백라이트로부터의 조명광을 개구에 집광하고, 화면의 조도를 높이는 기술이 기재되어 있다.

그러나, 특허문헌1의 기술에서는, 마이크로 렌즈를 정밀도 높게 형성할 필요가 있기 때문에, 제조 코스트가 커진다고 하는 과제가 있었다. 또한 마이크로 렌즈를 반사층에 형성된 개구에 정확하게 얼라인먼트할 필요가 있어, 제조 작업에 숙련성을 필요로 한다고 하는 과제도 존재했다.

본 발명은, 전술한 과제에 감안해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 백라이 트의 이용 효율을 향상시켜, 화면의 조도를 높일 수 있는 동시에, 제조 코스트를 저감가능한 액정 표시장치를 제공하는 것에 있다.

[발명의 개시]

전술한 과제를 해결하여, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 표시장치는, 빛을 반사하는 반사 화소 전극이 설치된 제1 기판과, 반사 화소 전극에 대향하는 투명 전극이 형성됨과 동시에 제1 기판과 평행하게 배치되는 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 봉입된 액정과, 제1 기판의 배면측에서 조명광을 비추는 백라이트와, 백라이트로부터의 조명광을 반사 화소 전극의 배열 상에 집광하는 다수의 라인 형상 프리즘을 가지는 집광판을 구비하고, 반사 화소 전극에, 내측의 반사율이 낮고 또한 외측으로 옮겨짐에 따라 서서히 반사율이 높아지도록 연속적으로 변화되는 반사율의 농담 부분을 화소 단위마다 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 백라이트로부터의 조명광은, 라인 형상 프리즘에 의해 집광되어, 제1 기판을 통해서 반사 화소 전극의 내측에 입사된다. 이 때문에, 반사 화소 전극에 형성된 반사율의 농담 부분(그라데이션) 중, 반사율이 낮은 내측 부분을 통과하는 조명광의 광량이, 라인 형상 프리즘이 없는 경우와 비교해서 증가한다. 이 때문에, 백라이트를 이용하여 화상을 표시했을 때의 화면의 조도가, 백라이트의 광량을 늘리는 않지 향상된다.

도1은, 본 발명의 액정 표시장치의 제1 실시예를 나타내는 단면도이다.

도2은, 본 발명의 액정 표시장치의 제1 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.

도3a는, 본 발명의 액정 표시장치의 제1 실시예에 관련되는 집광판과 반사 화소 전극과의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.

도3b은, 본 발명의 액정 표시장치의 제1 실시예에 관련되는 집광판과 반사 화소 전극과의 위치 관계를 도시한 도3a의 W-W선 단면도이다.

도4은, 본 발명의 액정 표시장치의 제2 실시예를 나타내는 단면도이다.

도5은, 본 발명의 액정 표시장치의 제2 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.

도6a는, 본 발명의 액정 표시장치의 제2 실시예에 관련되는 집광판과 반사 화소 전극과의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.

도6b은, 본 발명의 액정 표시장치의 제2 실시예에 관련되는 집광판과 반사 화소 전극과의 위치 관계를 도시한 도6a의 V-V선 단면도이다.

도7은, 액정 표시장치의 화면의 반사율에 따른 환경조도와 표시 화면의 밝기과의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다.

도8a는, 본 발명이 적용가능한 화소 배열의 예를 나타내는 스트라이프 배열의 설명도이다.

도8b은, 본 발명이 적용가능한 화소 배열의 예를 나타내는 모자이크 배열의 설명도이다.

도8c는, 본 발명이 적용가능한 화소 배열의 예를 나타내는 델타 배열의 설명 도이다.

도9a는, 본 발명의 액정 표시장치에 관련되는 집광판의 라인 형상 프리즘의 형상의 예를 나타내는 것으로, 프리즘이 삼각산을 이루는 동시에 그 피치를 화소 수직 피치와 동일하게 했을 경우의 설명도이다.

도9b은, 본 발명의 액정 표시장치에 관련되는 집광판의 라인 형상 프리즘의 형상의 예를 나타내는 것으로, 프리즘이 삼각산을 이루는 동시에 그 피치를 화소 수직 피치의 1/2로 했을 경우의 설명도이다.

도9c는, 본 발명의 액정 표시장치에 관련되는 집광판의 라인 형상 프리즘의 형상의 예를 나타내는 것으로, 프리즘이 다른 크기의 삼각산을 이루는 동시에 그 피치를 화소 수직 피치의 1/3로 했을 경우의 설명도이다.

도9d는, 본 발명의 액정 표시장치에 관련되는 집광판의 라인 형상 프리즘의 형상의 예를 나타내는 것으로, 프리즘이 돔 형상을 이루는 동시에 그 피치를 화소 수직 피치와 동일하게 했을 경우의 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

도1 및 도2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 관련되는 액정 표시장치(1)은, 광원인 백라이트(2)과, 제1 편광판(3)과, 집광판(4)과, 제1 기판(5)과, 투명 화소 전극(6)과, 반사 화소 전극(7)과, 액정(8)과, 투명 전극(9)과, 칼라 필터(10)과, 제2 기판(11)과, 제2 편광판(12)을 구비해서 구성되어 있다.

백라이트(2)은, 예를 들면 냉음극 형광관 등의 광원을 내장해서 구성되고 있고, 면 모양으로 방사되는 조명광 BL을 제1 편광판(3)을 향해서 출력한다. 제1 편광판(3)은, 백라이트(2)로부터 출력되는 조명광 BL 중 특정한 편광광만을 투과한다. 이 제1 편광판(3)의 백라이트(2)과 반대측의 면에 집광판(4)이 배치되어 있다.

집광판(4)은, 제1 편광판(3)을 통해서 입사되는 백라이트(2)로부터의 조명광 BL을, 제1 기판(5) 상에 설치되는 반사 화소 전극(7)의 그물코 모양(network-like)의 배열 상에 집광한다. 이 집광판(4)의 구조에 대해서는, 뒤에 상세하게 설명한다.

제1 기판(5)은, 예를 들면 유리판 등의 투명한 재료로 형성되어 있다. 이 제1 기판(5)의 윗면에는, 도시되지 않은 TFT(Thin Film Transistor) 소자가 형성되어 있다. 이 TFT 소자는, 각 투명 화소 전극(6) 및 반사 화소 전극(7)의 각 그물코 부분(7a)에 대하여 각각 대응하도록 설치된다.

투명 화소 전극(6)은, 제1 기판(5)의 윗면에 소정의 두께로 소정의 패턴에 의해 형성되어 있다. 이 투명 화소 전극(6)은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 도전성의 빛을 투과하는 투과막에 의해 형성되어 있다. 또한 투명 화소 전극(6)은, 예를 들면 스퍼터링에 의해 제1 기판(5)에 박막을 형성한 후, 레이저 가공 등의 가공 방법에 의해 소정의 패턴으로 가공된다. 이 투명 화소 전극(6)은, 액정 표시장치(1)의 화소 배열에 대응해서 제1 기판(5)의 표면에 배열되어 있다. 한편, 도3 등에 나타낸 것과 같이, 화면의 수평방향을 X 방향, 수직방향을 Y 방향 으로 했을 때, 투명 화소 전극(6)은 적어도 Y 방향에 관해서 동일한 간격으로 배열되고, X 방향에 따른 직선 상에 배열되어 있다.

반사 화소 전극(7)은, 투명 화소 전극(6) 위에 중첩되도록 형성되어 있다. 이 반사 화소 전극(7)에는, 도3 등에 나타낸 것과 같이, 외형이 사각형을 이루는 다수의 그물코 부분(7a)이 형성되어 있다. 다수의 그물코 부분(7a)는, X 방향 및 Y 방향으로 각각 동일한 간격으로 정렬되고 있고, 바둑판의 눈을 Y 방향으로 세밀하게 한 형상으로서 형성되어 있다. 각 그물코 부분(7a)는 반사율의 그라데이션(농담 부분)을 이루도록 형성되고 있고, 본 실시예에서는, 농담 부분은 수평 방향(X 방향) 및 수직 방향(Y 방향)의 4방향으로 반사율이 연속적으로 변화되도록 구성되어 있다.

즉 반사 화소 전극(7)의 각 그물코 부분(7a)는, 빛의 반사율이 높은 부분(반사율 100% 또는 거기에 가까운 반사율(빛의 투과율로서는 낮은 부분=투과율 0% 또는 거기에 가까운 투과율))로서 형성된 외측 4변의 고반사 부분(X 방향(15a), Y 방향(15b))(15)와, 빛의 반사율이 낮은 부분(반사율 0% 또는 거기에 가까운 반사율(빛의 투과율로서는 높은 부분=투과율 100% 또는 거기에 가까운 투과율))로서 형성된 내측 중앙부의 저반사 부분(X 방향(16a), Y 방향(16b))(16)과, 그 고반사 부분(15)로부터 저반사 부분(16)에 이르기까지의 반사율이 연속해서 서서히 감소하게 되어 있는 중간 부분(X 방향(17a), Y 방향(17b))(17)으로 구성되어 있다.

이들 고반사 부분(15), 저반사 부분(16) 및 중간 부분(17)에 관해서, 도1∼도3(도4∼도6의 경우도 동일)에서는, 도면중에서 그라데이션을 실제로 표현하는 것 이 곤란하기 때문에, 본 실시예에서는 선의 간격을 외측으로부터 내측으로 옮김에 따라 서서히 넓게 해서 그라데이션의 느낌을 표현하도록 하고 있다.

이러한 반사 화소 전극(7)은, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성의 빛을 반사하는 반사막으로 형성되어 있다. 이 반사 화소 전극(7)은 도전성을 가지기 때문에, 투명 화소 전극(6)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 반사 화소 전극(7)은, 예를 들면 금속을 고온으로 해서 증발시켜, 그 증기로 금속을 박막 모양으로 붙이는 진공증착법을 사용하는 것에 의해 형성할 수 있는다. 예를 들면 그물코 부분(7a)의 크기에 대응한 간격으로 설치된 다수의 빗살 모양의 차폐부를 가지는 치구를 사용하고, 이 치구를 반사 화소 전극(7)의 전방면에 소정의 간격을 두어 배치해서 진공증착한다.

이때, 치구의 차폐부 사이의 틈에 의해 X 방향 및 Y 방향의 고반사 부분(15a, 15b)이 형성되지만, 치구의 자세를 90도 변화시켜서 2번에 걸쳐 증착시키도록 한다. 이에 따라 최초의 증착에 의해 한쪽의 고반사 부분(예를 들면 X 방향으로 연장된 고반사 부분(15b)을 형성할 수 있고, 다음에 치구의 자세를 90도 변화시켜서 다시 증착함으로써 다른쪽의 고반사 부분(15)(예를 들면 Y 방향으로 연장된 고반사 부분(15a)을 형성할 수 있는다. 또한 중간 부분(17)의 농담은, 반사 화소 전극(7)과 차폐부 사이에 적당한 간격을 두어 차폐부의 이면측에 회전해 돌아들어가는 증착량을 조정함으로써 그라데이션과 같이 반사율이 연속해서 변화되는 박막으로서 형성할 수 있다.

제2 기판(11)은, 예를 들면 유리판 등의 투명한 재료로 형성되어 있다. 이 제2 기판(11)의 밑면에는, 전면적으로 칼라 필터(10)가 형성되고 있고, 이 칼라 필터(10) 상에 전면적으로 투명 전극(9)이 형성되어 있다. 투명 전극(9)과 반사 화소 전극(7)는, 대략 평행하게 해서 서로 대향되어 있다. 이 투명 전극(9)은, 반사 화소 전극(7) 및 투명 화소 전극(6)과의 사이에서 전계를 형성한다. 투명 전극(9)은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 도전성의 빛을 투과하는 투과막에 의해 형성되어 있다. 이 투명 전극(9)은, 예를 들면 스퍼터링에 의해 막형성된다.

액정(8)은, 제1 기판(5)과 제2 기판(11)과의 사이에 봉입되어 있다. 이 액정(8)은, 투명 전극(9)과 반사 화소 전극(7) 및 투명 화소 전극(6)과의 사이에서 형성되는 전계에 따라, 제1 기판(5)측 또는 제2 기판(11)측으로부터 입사하는 빛의 투과 및 차단을 행한다.

칼라 필터(10)은, 제2 기판(11)상에 형성되고 있어, 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 삼원색의 미세한 착색층과 블랙 매트릭스로 불리는 차광층이, 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7.)a의 배열에 대응해서 형성된 것이다. 각 착색층은, 그물코 부분(7a) 및 투명 화소 전극(6)의 배열에 대응해서 배열되어 있다. 이 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a) 및 투명 화소 전극(6)과, 이것에 대응하는 착색층과의 조합에 의해 액정 표시장치(1)의 1개의 화소가 구성되어 있다.

제2 편광판(12)은, 제2 기판(11)의 윗면에 설치되어 있고, 외부로부터 입사하는 외광 OL 중 특정한 편광광만을 투과한다. 또한 제2 편광판(12)은, 이 제2 편광판(12)을 투과한 외광 OL이 반사 화소 전극(7)에서 반사한 반사광을 투과한다. 또한 제2 편광판(12)은, 백라이트(2)로부터 출력된 조명광 BL 중, 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)를 투과한 빛을 투과한다.

상기 구성을 가지는 액정 표시장치(1)에서는, 시인성을 확보할 수 있는 충분한 광량의 외광 OL이 제2 기판(11)측으로부터 입사하면, 이 외광 OL이 반사 화소 전극(7)에 의해 반사되고, 다시 제2 기판(11)측에 출사됨으로써, 화상이 표시된다. 또한 외광 OL의 광량이 작을 경우에는, 백라이트(2)을 점등함으로써, 조명광 BL이 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)를 통해서 제2 기판(11)측에 출사됨으로써, 화상이 표시된다.

이것으로부터, 외광 OL을 이용해서 화상을 표시했을 때에는, 반사 화소 전극(7)의 반사량이 많을수록 화면이 밝아지고, 조명광 BL을 이용해서 화상을 표시했을 때에는, 그물코 부분(7a)를 투과하는 조명광 BL의 광량이 많을수록 화면이 밝아진다.

그러나, 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)를 투과하는 조명광 BL의 광량을 증가시키기 위해서, 중앙의 저반사 부분(15b)의 면적을 확대하면, 반사 화소 전극(7)의 반사 면적이 축소하여, 외광 OL을 이용해서 화상을 표시했을 때의 화면의 밝기가 저하한다. 반대로, 반사 화소 전극(7)의 중간 부분(15c)의 면적을 확대하면, 반사 면적이 확대해서 저반사 부분(15b)의 면적이 축소하기 때문에, 조명광 BL을 이용해서 화상을 표시했을 때의 화면의 밝기가 저하한다.

또한 집광판(4)은, 도1∼도3에 나타낸 것과 같이, 1장의 시트 형상 부재로 구성되어 있다. 이 집광판(4)은, 백라이트(2)측이 되는 한쪽의 면(4a)은 평탄하 게 되어 있고, 제1 기판(5)측이 되는 다른쪽의 면에 X 방향(화면 수평 방향)에 따라 연장되는 다수의 라인 형상 리즘 LP이 형성되어 있다. 이 라인 형상 프리즘 LP은, 단면 형상이 삼각형을 이루는 산 형태를 이루고 있고, 동일한 크기 및 형상을 가지는 삼각형이 Y 방향으로 동일한 간격으로 연속해서 배열되어 있다.

집광판(4)의 평탄면(4a)은, 점착재를 거쳐서 제1 편광판(3)의 윗면에 부착되어 있다. 집광판(4)의 라인 형상 프리즘 LP의 각 정상부는, 제1 기판(5)의 밑면에 접촉되어 점착재를 거쳐서 붙여져 있다. 이에 따라 집광판(4)과 제1 편광판(3)과의 사이에는, 라인 형상 프리즘 LP과 역대칭 형상을 이루는 공기가 채워진 공기실(18)이 형성되어 있다. 집광판(4)의 재질로서는, 예를 들면 투명한 합성수지를 적용할 수 있다. 이 집광판(4)은, 예를 들면 사출성형에 의해 성형된다. 라인 형상 프리즘 LP의 두께는, 예를 들면 0.1mm∼2.O mm 정도이다. 또한 점착재는, 빛을 투과하는 재료로 형성되어 있다.

도3은, 반사 화소 전극(7)과 집광판(4)과의 위치 관계를 도시한 도면이며, 동 도면 a는 평면도이고, 동 도면 b는 동 도면 a의 W-W선 단면도이다. 도3에 나타낸 것과 같이, 집광판(4)의 라인 형상 프리즘 LP은, 평탄면(4a)측으로부터 입사하는 백라이트(2)로부터의 조명광 BL을 반사 화소 전극(7)에 형성된 사각형 모양의 그물코 부분(7a)의 Y 방향의 저반사 부분(16b)과 대략 같은 폭으로 집광한다. 이 때문에, 그물코 부분(7a)의 X 방향의 배열 상에는, 띠 형상(라인 형상)의 조명광이 조사된다.

집광판(4)이 없을 경우에는, Y 방향에 있어서의 인접하는 그물코 부분(7a) 사이에 입사하는 조명광 BL은, 고반사 부분(15a, 15b) 및 중간 부분(17a, 17b)이 존재하기 때문에, 고반사(저투과) 부분(15a, 15b)에서는 제2 기판(11)측에 투과하지 않지만, 집광판(4)을 설치함으로써 조명광 BL이 저반사 부분(16a, 16b)으로 이끌어지게 된다. 따라서, 집광판(4)이 없을 경우와 비교하요, 백라이트(2)로부터 출력되는 조명광 BL 중, 그물코 부분(7a)를 투과하는 조명광 BL의 광량은 증가한다. 더군다나, 그물코 부분(7a)에는 중간 부분(17a, 17b)이 있기 때문에, 이 부분을 투과하는 광량만큼 조명광 BL의 광량이 증가한다.

반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)를 투과하는 조명광 BL의 광량을 가능한한 증가시키기 위해서는, 저반사 부분(16a, 16b)을 크게 해서 중간 부분(17a, 17b)의 영역을 가능한 한 작게 하면 되는 것은 명확하다. 그러나, 그물코 부분(7a)의 저반사 부분(16a, 16b)과 중간 부분(17a, 17b)의 치수는, 전술한 것과 같이, 반사 화소 전극(7)의 반사 면적과의 관계에서 제약을 받는다. 이 때문에, 저반사 부분(16a, 16b)과 중간 부분(17a, 17b)의 치수를 최적화할 필요가 있다.

도7은, 액정 표시장치의 화면의 반사율에 따른 환경 조도와 표시 화면의 밝기과의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 가로축에 환경 조도(Lux)를 취하고, 세로축에 화면 표시 밝기(Lux)을 취하고 있다.

액정 표시장치(1)의 화면의 시인성은, 액정 표시장치(1)의 화면의 반사율에 좌우된다. 보통, 액정 표시장치(1)에 있어서 외광 OL을 이용해서 화상을 표시할 때에는, 액정 표시장치(1)가 설치되는 환경의 환경조도가 100(Lx) 이상이다. 이러한 환경조도에 있어서, 액정 표시장치(1)의 화면의 반사율이 지나치게 낮으면, 액정 표시장치(1)에 외광 OL을 이용해서 표시된 화상을 정확하게 인식할 수 없다. 한편, 여기에서의 반사율은, 액정 표시장치(1)의 화면에 입사한 외광 OL에 대하여, 반사에 의해 액정 표시장치(1)의 화면의 전방면으로 다시 출력되는 외광 OL의 비율이다.

도6에 나타낸 것과 같이, 환경조도가 100(Lx) 이상에 있어서는, 액정 표시장치(1)의 화면의 밝기은, 50(Lx) 이상이 필요한 것으로 말해지고 있다. 또한 외광 OL이 입사하는 실내에 있어서, 액정 표시장치(1)의 시인성을 확보하기 위해서는, 액정 표시장치(1)의 화면의 반사율이 최저에서도 5∼10%가 필요하다.

한편, 액정 표시장치(1)의 제2 편광판(12)측으로 입사하는 외광 OL의 전체가 반사 화소 전극(7)에서 반사되어서 다시 제2 편광판(12)으로부터 외부에 출력되는 것은 아니다. 즉 액정 표시장치(1)의 외부로부터 입사하는 외광 OL은, 모두가 반사되어서 제2 기판(11)측에 출력되는 것은 아니다. 예를 들면 제1 기판(5)에 입사한 외광 OL을 100% 반사가능한 이상상태를 상정했을 때, 외부로부터 입사하는 외광 OL 중, 제2 편광판(12)을 투과하는 비율은, 45% 정도이며, 칼라 필터(10)을 투과하는 비율은 왕복으로 40% 정도이다.

따라서, 이상상태에 있어서도, 액정 표시장치(1)의 반사율은 18% 정도가 최대이다. 실제로는, 제1 기판(5)에 형성된 반사 화소 전극(7)은 화소마다 구획되어 있기 때문에, 그물코 부분(7a)가 반사 화소 전극(7)에 형성되지 않고 있을 경우(반사 화소 전극(7)의 전체가 반사면으로 되어 있을 경우)을 상정해도 액정 표시장치(1)의 반사율은 16%가 최대이다.

그 때문에 액정 표시장치(1)의 반사율을 상기한 바와 같이 최저에서도 ∼10%의 값으로 확보하려면, 반사 면적의 점유율을 31∼62%로 할 필요가 있다. 즉 액정 표시장치(1)의 반사율을 최저에서도 5∼10%의 값으로 확보하려면, 개구 면적 점유율이 38∼69%의 범위에서, 가능한 한 저반사 부분(16a, 16b)으로부터의 빛의 투과량이 많아지도록, 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)의 저반사 부분(16a, 16b)과 중간 부분(17a, 17b)의 치수를 결정할 필요가 있다.

도4∼도6에 나타내는 본 발명의 제2 실시예에 관련되는 액정 표시장치(21)은, 전술한 액정 표시장치(1)의 집광판(4)과 반사 화소 전극(7)의 구조를 바꾸어서 구성한 것이다. 본 제2 실시예가 제1 실시예와 다른 점은 집광판(22)과 반사 화소 전극(23)이기 때문에, 다음에 이들에 관하여 설명하고, 제1 실시예와 동일부분에는 동일한 부호를 부착하고, 그것들의 설명을 생략한다.

집광판(22)은, 제1 시트 형상 부재(25)과 제2 시트 형상 부재(26)로 구성되어 있다. 제1 시트 형상 부재(25)는 전술한 제1 실시예의 집광판(4)과 동일한 구성을 가지고 있고, 한쪽의 면이 평탄면(25a)으로 되어 있고, 다른쪽의 면에 다수의 라인 형상 프리즘 LP이 형성되어 있다. 제2 시트 형상 부재(26)은, 제1 시트 형상 부재(25)의 라인 형상 프리즘 LP에 의해 발생하는 요철을 채우도록 형성되어, 일체로 설치된다. 그리고, 제2 시트 형상 부재(26)의 제1 시트 형상 부재(25)에 대향하지 않는 측의 면은 평탄면(22a)으로 되어 있다. 이에 따라 제1 시트 형상 부재(25)과 제 2 시트 형상 부재(26)가 부착된 상태에서, 각각의 평탄면(25a, 26a)은, 서로 평행하게 되어 있다.

제2 시트 형상 부재(26)는, 제1 시트 형상 부재(25)와 마찬가지로 합성수지에 의해 형성되어 있지만, 다른 굴절률의 것이 사용되고 있다. 본 실시예에서는, 제2 시트 형상 부재(26)를 형성하는 합성수지의 굴절률은, 제1 시트 형상 부재(25)를 형성하는 합성수지의 굴절률보다도 낮게 설치되어 있다. 예를 들면 제1 시트 형상 부재(25)의 굴절률을 1.60 이상으로 설정하고, 제2 시트 형상 부재(26)의 굴절률을 1.50 이하로 설정하도록 한다. 이 집광판(22)은, 예를 들면 사출성형에 의해 성형된다. 집광판(22)의 두께는, 예를 들면 0.2mm∼2.O mm 정도이다.

이러한 구성을 가지는 집광판(22)이, 제1 편광판(3)과 제1 기판(5)의 사이에 개재되어 있다. 즉 집광판(22)의 일면에는 점착재(28)를 거쳐서 제1 편광판(3)이 부착되어 있고, 집광판(22)의 다른 면에는 점착재(29)를 통해 제1 기판(5)이 부착되어 있다. 점착재는, 빛을 투과하는 재료로 형성되어 있다.

또한 반사 화소 전극(23)은, 도6 등에 나타낸 것과 같이, 외형이 사각형을 이루는 다수의 그물코 부분(23a)이 형성되어 있다. 다수의 그물코 부분(23a)은, X 방향 및 Y 방향으로 각각 동일한 간격으로 정렬되고 있고, 바둑판의 눈을 Y 방향으로 세밀하도록 한 형상으로서 형성되어 있다. 각 그물코 부분(23a)는 반사율의 그라데이션을 이루도록 형성되고 있고, 본 실시예에서는, 농담 부분은 수직 방향(Y 방향)의 2방향으로만 반사율이 연속적으로 변화되도록 구성되어 있다.

즉 반사 화소 전극(23)의 각 그물코 부분(23a)은, 빛의 반사율이 높은 부분으로서 형성된 외측 4변의 고반사 부분(X 방향(30a), Y 방향(30b))(30)과, 빛의 반사율이 낮은 부분으로서 형성된 내측 중앙부의 저반사 부분(Y 방향(31b))(31)과, 그 고반사 부분(30b)으로부터 저반사 부분(31b)에 이르기까지의 반사율이 연속해서 서서히 감소하게 되어 있는 중간 부분(Y 방향(32b))(32)으로 구성되어 있다.

이러한 구성을 가지는 제2 실시예에 의해서도, 상기 제1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 도6에 나타낸 것과 같이, 집광판(4)의 제1 시트 형상 부재(25)의 라인 형상 프리즘 LP1의 굴절률이 제2 시트 형상 부재(26)의 라인 형상 프리즘 LP2의 굴절률보다도 높게 설정되어 있기 때문에, 평탄면(25a)측으로부터 입사하는 백라이트(2)로부터의 조명광 BL은, 반사 화소 전극(7)에 형성된 사각형 모양의 그물코 부분(7a)의 Y 방향의 저반사 부분(16b)과 대략 같은 폭으로 집광한다. 이 때문에, 그물코 부분(7a)의 X 방향의 배열 상에는, 띠 형상(라인 형상)의 조명광이 조사된다.

집광판(4)이 없을 경우에는, Y 방향에 있어서의 인접하는 그물코 부분(7a) 사이에 입사하는 조명광 BL은, 고반사 부분(15a, 15b) 및 중간 부분(17a, 17b_이 존재하기 때문에, 고반사(저투과) 부분(15a, 15b)에서는 제2 기판(11)측에 투과하지 않지만, 집광판(4)을 설치함으로써 조명광 BL이 저반사 부분(16a, 16b)으로 이끌어지게 된다. 따라서, 집광판(4)이 없을 경우와 비교하여, 백라이트(2)로부터 출력되는 조명광 BL 중, 그물코 부분(7a)을 투과하는 조명광 BL의 광량은 증가한다. 더군다나, 그물코 부분(7a)에는 중간 부분(17a, 17b)이 있기 때문에, 이 부분을 투과하는 광량만큼 조명광 BL의 광량이 증가한다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 라인 형상의 프리즘 LP을 가지는 집광판 4 또는 22를 제 1 편광판(3)과 제1 기판(5)과의 사이에 배치하는 동시에, 반사 화소 전극 7 또는 23의 반사율을 연속해서 서서히 변화시켜서 그물코 부분(7a)을 그라데이션하도록 구성했기 때문에, 백라이트(2)로부터의 조명광 BL의 광 이용효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 백라이트(2)의 출력이 일정하면서 백라이트(2)을 이용했을 때의 액정 표시장치(1)의 화면의 조도를 향상시키는 것이 가능해 졌다. 또한 외광 OL을 이용했을 때의 액정 표시장치(1)의 화면의 조도의 유지 또는 향상이 가능하게 된다.

또한 본 실시예에 의하면, 집광판 4 또는 22에 라인 형상의 프리즘 LP을 형성함으로써, 제1 기판(5)에 형성된 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)의 저반사 부분에 대한 집광판 4 또는 22의 위치 결정은, 화면의 수평방향(X 방향)만으로 충분한다. 그 때문에 액정 표시장치(1)의 조립 작업이 용이하게 되어, 제조 코스트를 저감하는 것이 가능해진다.

또한 상기 제2 실시예에 의하면, 집광판(22)을 고굴절률의 합성수지로 형성된 제1 시트 형상 부재(25)과 저굴절률의 합성수지로 형성된 제2 시트 형상 부재(26)로 구성하고, 집광판(22)의 양면을 평탄하게 하는 구성으로 하였기 때문에, 집광판(22)과 제1 기판(5) 및 제1 편광판(3)과의 부착 작업이 용이하게 되어, 제조 코스트를 저감하는 것이 가능해 진다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 전술한 실시예에서는 집광판(4) 및 시트 형상 부재 25, 26에 형성되는 라인 형상 프리즘 LP을, 반사 화소 전극(7)의 그물코 부분(7a)의 1열(1피치)에 대하여 1개의 연속된 삼각산을 대향시키는(LCD 화소의 수직피치 T와 동일한 간격) 구성으로 하였지만(도9a를 참조), 도9b에 나타낸 것과 같이, 2개의 삼각산을 대향시키거나(1/2 피치의 경우), 또는 도9c에 나타낸 것과 같이, 3개의 삼각산을 대향시키는(1/3 피치의 경우) 구성으로 하여도 좋고, 또한 4개 이상의 삼각산을 대향시키는 구성으로 하는 것도 가능하다. 즉 산의 수는 n개(n은 1 이상의 자연수)로 할 수 있다.

또한 집광판(4) 및 시트 형상 부재 25, 26의 라인 형상 프리즘 LP을, 도9c에 나타낸 것과 같이, 삼각산의 형상을 서로 다른 형상(꼭지각이 다르다)으로 하여도 좋다. 또한 도9d에 나타낸 것과 같이, 프리즘의 선단 부분을 둥글게 해서 돔 형상 또는 생선묵 형상으로 하는 것도 가능하다.

또, 전술한 실시예에서는 화소 배열에 대해서 특히 언급하지 않았지만, 예를 들면 도8에 나타낸 것과 같이, 각 색의 화소 R(레드), G(그린) 및 B(블루)가 적어도 Y 방향으로 동일한 간격에 배열된 화소 배열이면, 본 발명을 적용가능하다. 도8a는, 소위 스트라이프 배열이고, 도8b은 소위 모자이크 배열이며, 도8c은 소위 델타 배열이다. 이들의 Y 방향으로 동일한 간격으로 배열된 화소 배열에 대하여, 집광판 4 또는 22의 각 라인 형상 프리즘 LP을 각각 배치 함으로써, 백라이트 이용시의 칼라 표시가 가능한 액정 표시장치의 화면의 밝기를 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 백라이트로부터의 조명광은, 라인 형상 프리즘에 의해 집광되어, 제1 기판을 통해서 반사 화소 전극의 내측에 입사되기 때문에, 반사 화소 전극에 형성된 반사율의 농담 부분(그라데이션) 중, 반사율이 낮은 내측 부분을 통과하는 조명광의 광량이, 라인 형상 프리즘이 없을 경우와 비교해서 증가한다. 이에 따라 백라이트를 이용하여 화상을 표시했을 때 의 화면의 조도를, 백라이트의 광량을 늘리는 않고 높일 수 있어, 백라이트의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 제조 코스트를 저감가능한 액정 표시장치가 얻어진다.

(인용부호의 설명)

1, 21: 액정 표시장치

2: 백라이트(광원)

3, 12: 편광판

4, 22: 집광판

5, 11: 기판

6: 투명 화소 전극

7, 23: 반사 화소 전극

7a, 23a: 그물눈 부분

8: 액정

9: 투명 전극

10: 칼라 필터

15, 15a, 15b, 30a, 30b: 고반사 부분

16, 16a, 16b, 31b: 저반사 부분

17, 17a, 17b, 32b: 중간 부분

18: 공기실

25, 26: 시트 형상 부재

BL: 조명광

LP: 라인 형상 프리즘

OL: 외광

T: 수직 피치

Claims

빛을 반사하는 반사 화소 전극이 설치된 제1 기판과,

상기 반사 화소 전극에 대향하는 투명 전극이 형성되는 동시에 상기 제1 기판과 평행하게 배치되는 제2 기판과,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 봉입된 액정과,

상기 제1 기판의 배면측에서 조명광을 비추는 백라이트와,

상기 백라이트로부터의 조명광을 해당 반사 화소 전극의 배열 상에 집광하는 다수의 라인 형상 프리즘을 가지는 집광판을 구비하고,

상기 반사 화소 전극에, 내측의 반사율이 낮고 또한 외측으로 옮김에 따라 서서히 반사율이 높아지도록 연속적으로 변화되는 반사율의 농담 부분을 화소 단위마다 설치한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 1항에 있어서,

상기 반사 화소 전극의 상기 반사율의 농담 부분은, 수평방향의 2방향으로 연속해서 변화하거나 또는 수평방향과 수직방향의 4방향으로 연속해서 변화되도록 설치한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 1항에 있어서,

상기 집광판은, 소정의 굴절률을 가지는 볼록한 모양의 라인 형상 프리즘이 형성된 합성수지에 의한 제1 시트 형상 부재로 이루어지고,

상기 라인 형상 프리즘의 선단을 상기 제1 기판의 배면측에 접촉함으로써 해당 라인 형상 프리즘과의 사이에 공기실을 형성한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 1항에 있어서,

상기 라인 형상 프리즘은, 가로방향에만 연속하도록 형성되는 동시에, 세로방향으로의 화소 피치와 동일 간격 또는 1/n(n은 1 이상의 자연수) 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 4항에 있어서,

상기 라인 형상 프리즘은, 삼각산 형상 또는 돔 형상인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 1항에 있어서,

상기 집광판은, 소정의 굴절률을 가지는 볼록한 모양의 라인 형상 프리즘이 형성된 합성수지로 이루어지는 제1 시트 형상 부재와, 상기 제1 시트 형상 부재의 상기 라인 형상 프리즘을 형성한 면에 일체로 설치되고, 상기 제1 시트 형상 부재보다도 낮은 굴절률을 가지는 합성수지로 이루어지는 제2 시트 형상 부재로 이루어지고, 이들 제1 시트 형상 부재 및 제2 시트 형상 부재의 양면이 평탄하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 6항에 있어서,

상기 집광판은, 상기 제1 시트 형상 부재의 굴절률이 1.60 이상이며, 상기 제2 시트 형상 부재의 굴절률이 1.50 이하이며, 두께가 0.1mm 내지 2.0 mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 6항에 있어서,

상기 라인 형상 프리즘은, 가로방향에만 연속하도록 형성되는 동시에, 세로방향으로의 화소 피치와 동일간격 또는 1/n(n은 1 이상의 자연수) 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제 8항에 있어서,

상기 라인 형상 프리즘은, 삼각산 형상끼리의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.