WO2009141938A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2009141938A1
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渡辺典子
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シャープ株式会社
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514—Colour filters
    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/62—Switchable arrangements whereby the element being usually not switchable

Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly to improving the brightness of white display.
  • the liquid crystal display device uses a backlight having a uniform luminance over the entire display screen, the luminance when the entire display screen is white display and the luminance when locally displaying white (peak luminance) Are the same.
  • a self-luminous display such as a cathode ray tube, if the white display area is reduced, the luminance can be increased, so that it has excellent local white display power.
  • Patent Document 1 proposes a liquid crystal display device having an RGBW structure in which a transparent filter (W) is formed in addition to an RGB filter having an RGB structure (Red, Green, Blue).
  • Patent Document 2 discloses a display device using the principle of electrowetting. Electrowetting is a technique for adjusting the hydrophilicity of the surface of a hydrophobic membrane by applying a voltage load, and is used for light switching. In recent years, studies have been made on applications such as reflective electronic paper.
  • the first substrate and the second substrate are arranged to face each other via a partition wall, and water and colored oil droplets are sealed in a space formed inside the first substrate and the second substrate.
  • the first substrate is provided with a transparent electrode, an insulating film, and a hydrophobic film having a hydrophobic surface stacked in this order.
  • the second substrate is provided with a transparent electrode on the first substrate side.
  • an oil droplet layer is provided on the surface of the hydrophobic film, and water is filled between the oil droplet layer and the second substrate.
  • the surface of the hydrophobic film becomes hydrophobic, so oil droplets cover the entire surface.
  • the surface of the hydrophobic film changes to hydrophilic, so that the oil droplet is pushed away from the surface of the hydrophobic film, and water covers the surface.
  • a reflective display device is configured by using CMY (Cyan, Magenta, Yellow) colored oil droplets and disposing a reflector on the first substrate side which is the back side.
  • CMY Cyan, Magenta, Yellow
  • the effect of improving white luminance by the RGBW structure will be described.
  • the brightness of white displayed by mixing each color of RGB is set to 1.
  • the white luminance due to the transmitted light of the RGB portion is 1 ⁇ 3/4 from the area ratio.
  • the white brightness of the W portion is about three times that of the RGB portion (usually, it can be assumed that each color transmits about one third of the amount of white light of the backlight), but the area is 1 ⁇ 4 of the entire area.
  • the brightness is 3/4 at 3 ⁇ 1/4. Therefore, with this RGBW structure, the overall brightness improvement is only 1.5 times that of the RGB structure.
  • the pixel size of each color is 3/4 that of the RGB structure. Therefore, when RGB single color display is performed, for example, in the case of R single color (dark color). Has a demerit that the R display is darkened because the size of the pixel is small because each color of the GBW is shielded and only the R pixel is transmitted.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to improve the brightness of white display in a display device.
  • a color filter element in which the area of the colored region is changed by electrowetting is laminated on the display element.
  • a display device includes a display element having a plurality of first pixels, and a plurality of second pixels that are stacked on the display elements and arranged to overlap the first pixels of the display elements. And a light source that emits white light to the color filter element and the display element, and performs display using light from the light source that transmits the first pixel and the second pixel.
  • each second pixel of the color filter element has a colored region whose area is changed by electrowetting.
  • the color filter element includes: the second pixel having a red (R) colored region; the second pixel having a green (G) colored region; and the second pixel having a blue (B) colored region; It is preferable to have a plurality of picture elements configured as a set.
  • the display element may be a liquid crystal display element.
  • the display element may be an electrowetting display element.
  • the color filter element includes a first substrate and a second substrate disposed opposite to the first substrate via a partition wall that partitions the second pixel.
  • the first substrate includes a first transparent electrode
  • An insulating film and a hydrophobic film are sequentially stacked
  • a second transparent electrode is stacked on the second substrate
  • hydrophilicity is provided between the second transparent electrode and the hydrophobic film in the second pixel.
  • a first solution having hydrophobicity and a second solution having hydrophobicity are sealed together in a state where one of them is colored, and the first transparent electrode and the second transparent electrode include the first transparent electrode and the second transparent electrode.
  • a voltage supply unit for applying a voltage is connected between the first transparent electrode and the second transparent electrode on the surface of the hydrophobic film on the second substrate side between the first transparent electrode and the second transparent electrode. While having hydrophobicity when not applied, the voltage supply unit It preferably has a hydrophilic state in which a voltage is applied between the first transparent electrode and second transparent electrode.
  • the first solution is water and the second solution is oil.
  • the hydrophobic film is preferably composed of a SiO 2 film having an OH group on the surface.
  • the display device performs display by transmitting the white light emitted from the light source through both the first pixel of the display element and the second pixel of the color filter element.
  • the area of a coloring region changes with electrowetting. That is, when the area of the colored region in the second pixel increases, the colored display of the second pixel is performed by the colored light transmitted through the colored region. On the other hand, when the area of the colored region in the second pixel decreases, white display is performed by white light transmitted through the second pixel.
  • white display is not performed by color mixing, but white display is performed by the white light itself of the light source that has passed through the second pixel in which the area of the colored region has been reduced. Will be improved.
  • the color filter element in which the area of the colored region is changed by electrowetting is laminated on the display element, the light source that transmits at least a part of the second pixel in which the area of the colored region is reduced.
  • White display can be performed by white light itself. Therefore, the brightness of white display can be dramatically improved as compared with the case of displaying white by color mixture.
  • the area of the colored area in the second pixel can be sufficiently secured, and the white display can be colored while increasing the luminance.
  • the display brightness can be significantly increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a color filter element in a state in which no voltage is applied.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the color filter element in a voltage application state.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the state of the picture element when white display, single color display, and black display are performed in the first and second embodiments.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the display device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the state of the picture element when white display, single color display, and black display are performed in the RGB structure and the RGBW structure.
  • Embodiment 1 of the Invention 1 to 3 show Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a color filter element in a state in which no voltage is applied.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the color filter element in a voltage application state.
  • the display device of Embodiment 1 is a liquid crystal display device 1 that performs transmissive display. As shown in FIG. 1, a liquid crystal display device 11 as a display device and a color filter element 12 stacked on the liquid crystal display device 11. And a backlight unit 13 serving as a light source disposed on the opposite side of the color filter element 12 from the liquid crystal display element 11.
  • the backlight unit 13 is configured to emit white light to the color filter element 12 and the liquid crystal display element 11.
  • the white light emitted from the backlight unit 13 has substantially uniform brightness over the entire emission surface.
  • the liquid crystal display element 11 includes a TFT substrate 15, a counter substrate 16 disposed to face the TFT substrate 15, and a liquid crystal layer 17 enclosed between the TFT substrate 15 and the counter substrate 16. As a plurality of first pixels 21.
  • the first pixels 21 are arranged in a matrix, for example.
  • a pixel electrode (not shown) and a TFT (Thin Film Transistor) are formed for each first pixel 21 on a glass substrate as a transparent substrate. Further, gate wirings and source wirings (not shown) connected to the TFTs are formed in a lattice shape. These are covered with an insulating film (not shown), and an alignment film (not shown) is formed on the surface of the insulating film.
  • the counter substrate 16 has a liquid crystal layer formed by applying a predetermined voltage between the common electrode (not shown) on the glass substrate as a transparent substrate, for example, in a solid shape over substantially the entire surface thereof, and the pixel electrode. 17 is controlled for each first pixel 21. Between the TFT substrate 15 and the counter substrate 16, a light shielding portion 18 that partitions each first pixel 21 is provided. A polarizing plate 19 is attached to the outer surface of the counter substrate 16, that is, the surface opposite to the liquid crystal layer 17.
  • the TFT substrate 15 and the counter substrate 16 are bonded to each other via a frame-shaped seal member (not shown), and a liquid crystal material is introduced into the gap between the substrates 15 and 16 from an injection port formed in the seal member.
  • a liquid crystal material is introduced into the gap between the substrates 15 and 16 from an injection port formed in the seal member.
  • the color filter element 12 is disposed so as to face a transparent first substrate 31 made of, for example, glass and a first substrate 31 through a partition wall 33, and is made of, for example, a transparent second made of glass. And a substrate 32.
  • the color filter element 12 has a plurality of second pixels 22 arranged so as to overlap the first pixels 21 of the liquid crystal display element 11. That is, the second pixels 22 are arranged in a matrix corresponding to the first pixels 21. Each of the second pixels 22 is partitioned by the partition wall 33.
  • each second pixel 22 of the color filter element 12 has a colored region 30 whose area is changed by electrowetting.
  • the liquid crystal display device 1 is configured to perform display using light from the backlight unit 13 that passes through the first pixel 21 and the second pixel 22.
  • the color filter element 12 includes a second pixel 22 having a red (R) colored region 30, a second pixel 22 having a green (G) colored region 30, and a blue (B) colored region 30. It has a plurality of picture elements 25 configured as a set of the second pixels 22 having the same.
  • the first substrate 31 includes a first transparent electrode 41 as a pixel electrode and a TFT (not shown) for switching and driving the first transparent electrode 41 for each second pixel 22. Is formed.
  • the first transparent electrode 41 is made of, for example, ITO.
  • An insulating film 35 and a hydrophobic film 36 are sequentially stacked on the first transparent electrode 41 and the TFT. Insulating film 35 is formed by, for example, SiO 2.
  • the polarizing plate 20 is attached to the surface of the first substrate 31 opposite to the second substrate 32.
  • a second transparent electrode 42 made of, for example, ITO is laminated on the surface of the second substrate 32 on the first substrate 31 side.
  • a voltage supply unit 43 for applying a predetermined voltage between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42 is connected to the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42.
  • the TFT is interposed between the first transparent electrode 41 and the voltage supply unit 43.
  • either the hydrophilic first solution 51 or the hydrophobic second solution 52 is colored.
  • the first solution 51 is colorless and transparent water
  • the second solution 52 is colored oil droplets colored in red (R), green (G), or blue (B). .
  • the hydrophobic film 36 is composed of, for example, a SiO 2 film having an OH group on the surface on the second substrate 32 side.
  • the surface of the hydrophobic film 36 on the second substrate 32 side is hydrophobic in a state where no voltage is applied between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42 by the voltage supply unit 43,
  • the supply unit 43 has hydrophilicity in a state where a voltage is applied between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42.
  • a partition 33 is formed on the first substrate 31 on which the first transparent electrode 41, the insulating film 35, the hydrophobic film 36 and the like are formed, and oil droplets 52 and water 51 are placed in the partition 33.
  • the second substrate 32 on which the second transparent electrode 42 is formed can be manufactured by bonding to the first substrate 31.
  • the liquid crystal display element 11 functions as a shutter for controlling the amount of transmitted light and controls gradation display.
  • the liquid crystal shutter of the liquid crystal display element 11 is ON, light is transmitted and white display or colored display is performed.
  • the liquid crystal shutter is OFF, light transmission is blocked and black display is performed.
  • the color filter element 12 switches to colored display or white display when the liquid crystal shutter is ON.
  • the TFT in each second pixel 22 of the color filter element 12 is driven to switch, and white display is performed when the color filter element 12 is ON, while color display is performed when the color filter element 12 is OFF.
  • the liquid crystal shutters of all the first pixels 21 included in the picture element 25 are turned ON. Further, a voltage is applied between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42 from the voltage supply unit 43 to turn on all the second pixels 22 in the color filter element 12. Then, since the hydrophobic film 36 has hydrophilicity in all the second pixels 22 of RGB, as shown in FIG. 2, the surface of the hydrophilic hydrophobic film 36 is covered with water 51 and oil droplets 52 are covered. Is pushed away to one partition wall 33 side. As a result, the area of the colored region 30 decreases, and the area of the colorless region 40 of the hydrophobic film 36 in contact with the water 51 increases.
  • the light of the backlight unit 13 is transmitted as white light.
  • the light transmitted through the colored regions 30 of each color of RGB is mixed, and the entire picture element 25 becomes white light. And white display is performed by these white light.
  • the area of the oil droplet 52 during white display is, for example, 1 ⁇ 4 of the entire area.
  • the liquid crystal shutter of one first pixel 21 included in the picture element 25 is turned on, and the other two first pixels.
  • the liquid crystal shutter 21 is turned off.
  • red red
  • only the liquid crystal shutter of the first pixel 21 arranged so as to overlap the red second pixel 22 is turned ON.
  • red second pixel 22 in the color filter element 12 no voltage is applied between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42, and the red second pixel 22 is turned off.
  • the hydrophobic film 36 has hydrophobicity in the red second pixel 22 in a state where no voltage is applied, the entire surface is covered with red oil droplets 52 as shown in FIG. As a result, the red color display is performed by the light transmitted through the red oil droplet 52.
  • the green (G) and blue (B) colored display is performed in the same manner.
  • the liquid crystal shutter of the liquid crystal display element 11 is turned off to block the light of the backlight unit 13.
  • the voltage is not applied between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42, and each second pixel 22 is turned off.
  • the color filter element 12 may be ON or OFF.
  • the color filter element 12 in which the area of the colored region 30 is changed by electrowetting is laminated on the liquid crystal display element 11, the area of the colored region 30 is reduced (in other words, White display can be performed by the white light itself of the backlight unit 13 that has transmitted a part of the second pixel 22 (the area of the colorless region 40 is increased). Therefore, the brightness of white display can be dramatically improved as compared with the case of displaying white by color mixture.
  • the area of the colored region 30 (that is, the region where the oil droplet 52 covers the hydrophobic film 36) is reduced by applying a voltage between the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42.
  • the ratio of white display due to the color mixture of light transmitted through the colored region 30 with the reduced area is reduced, while the colorless region 40 with the increased area (that is, the region where the water 51 covers the hydrophobic film 36) is colored. Accordingly, the white display luminance by white light that is transmitted without being transmitted can be increased, and the brightness of the white display can be remarkably increased.
  • the first embodiment since it is not necessary to provide a W region for white display as in the RGBW structure, for example, a sufficient area of the colored region 30 in the second pixel 22 is ensured when performing color display. It is possible to prevent the colored display (single color display) from becoming dark. That is, according to the first embodiment, it is possible to remarkably increase the brightness of colored display while increasing the brightness of white display.
  • FIG. 5 shows Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the display device according to the second embodiment.
  • the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the display element is the liquid crystal display element 11 in the first embodiment
  • the electrowetting display element 11 is applied as the display element in the second embodiment. That is, in the second embodiment, both the display element 11 and the color filter element 12 are configured by electrowetting shutter elements.
  • the display element 11 has the same configuration as that of the color filter element 12 except that the oil droplet 72 is colored black. That is, as shown in FIG. 5, the display element 11 is disposed so as to face a transparent first substrate 61 made of, for example, glass, and the first substrate 61 with a partition wall 63 interposed therebetween, and to be a transparent second substrate 62 made of, for example, glass. And.
  • the display element 11 has a plurality of first pixels 21 arranged in a matrix, for example, and partitioned by the partition wall 63. Each first pixel 21 is provided with a pixel electrode, a TFT, etc. (not shown) as in the color filter element 12.
  • the configurations of the first substrate 61 and the second substrate 62 are the same as those of the first substrate 31 and the second substrate 32 of the color filter element 12, respectively.
  • Each first pixel 21 is filled with black oil droplets 72 and water 71.
  • the area of the black region 65 that is a region where the hydrophobic film (not shown) is covered by the oil droplet 72 is changed.
  • the black area 65 is increased and the entire first pixel 21 is covered with the oil droplet 72 to display black, while the shutter of the display element 11 is When turned on, the area of the black region 65 is reduced to form a colorless region 66 in the first pixel 21, whereby white display is performed by the light transmitted through the second pixel 22 of the color filter element 12 and the colorless region 66.
  • colored display single color display
  • the lower part of FIG. 4 shows the display pattern and its luminance in the second embodiment.
  • 1 ⁇ 4 in the picture element 25 becomes a black region 65 and is shielded from light. Therefore, when the white luminance in the conventional RGB structure is 1, the white luminance is 2.25 times.
  • Embodiment 2- Therefore, in the second embodiment as well, although both the white luminance and the monochromatic luminance are slightly lower than in the case of the first embodiment using the liquid crystal display element 11, the electrowetting type color filter element 12 is used.
  • White display can be performed by the white light itself of the backlight unit 13, and the brightness of the white display can be dramatically improved.
  • gradation display is controlled in the liquid crystal display element 11, but gradation control may be performed on the color filter element 12 side. That is, by controlling the voltage value applied to the first transparent electrode 41 and the second transparent electrode 42, it is possible to control the gradation by changing the area of the colored region 30 (in other words, the area of the colorless region 40). It is.
  • gradation control can be performed by controlling the applied voltage in the electrowetting display element 11.
  • the example in which the oil droplet 52 is colored has been described.
  • the water 51 may be colored instead of the oil droplet 52.
  • the structures of the liquid crystal display element 11 and the color filter element 12 are not limited to the configurations of the above-described embodiments, and other drive elements other than TFTs can be applied. Further, the present invention can be similarly applied to a passive drive type display element.
  • the present invention is useful for display devices, and is particularly suitable for improving the brightness of white display.

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Abstract

　表示装置は、複数の第１画素を有する表示素子と、表示素子に積層され、第１画素にそれぞれ重なるように配置された第２画素を複数有するカラーフィルタ素子と、カラーフィルタ素子及び表示素子に対して白色光を出射する光源とを備え、第１画素及び第２画素を透過する光源の光によって表示を行う。カラーフィルタ素子の各第２画素は、エレクトロウェッティングによって面積が変化する着色領域を有している。

Description

表示装置
　本発明は、表示装置に関し、特に白表示の輝度向上に関するものである。
　近年、液晶表示装置等の薄型ディスプレイは種々の分野において広く適用されている。液晶表示装置の表示品位は年々向上し、殆どの表示性能はブラウン管を超えるレベルに到達しているが、白輝度の向上は依然として課題である。
　液晶表示装置では、表示画面の全体に亘って均一な輝度を有するバックライトを用いるため、表示画面の全体が白表示である場合の輝度と、局所的に白表示した時の輝度（ピーク輝度）が同じになる。一方、ブラウン管等の自発光型ディスプレイでは、白の表示面積を小さくするとその輝度を高くすることができるので、局所的な白表示の表現力に優れている。
　近年、環境問題への関心が高まっており、液晶表示装置においても省電力化が求められている。そこで、液晶表示装置における表示の輝度を向上させることできれば、バックライトの輝度を低下して省電力につなげることも可能となる。輝度向上の方法として、例えば特許文献１には、ＲＧＢ構造（Red,Green,Blue）のＲＧＢフィルターに加えて透明フィルター（Ｗ）が形成されたＲＧＢＷ構造の液晶表示装置が提案されている。
　また、例えば特許文献２には、エレクトロウェッティングの原理を利用した表示装置が開示されている。エレクトロウェッティングとは、疎水性膜の表面の親水性を、電圧の負荷によって調節する技術であり、光のスイッチングに利用されている。近年では、反射型の電子ペーパー等の用途で検討が行われている。
　ここで、ディスプレイとしての構造を簡単に説明する。第１の基板及び第２の基板が隔壁を介して対向配置され、これらの内部に形成された空間に、水と、色付きの油滴とが封入されている。第１の基板には、透明電極と、絶縁膜と、疎水性の表面を有する疎水性膜とがこの順に積層して設けられている。一方、第２の基板には第１の基板側に透明電極が設けられている。そうして、疎水性膜の表面に油滴の層が設けられ、その油滴層と第２の基板との間に水が充填されている。
　各透明電極に電圧を印加しない状態では、疎水性膜の表面が疎水性になるため、その表面全体を油滴が覆う。一方、電圧を印加した状態では、疎水性膜の表面が親水性に変化するため、油滴が疎水性膜の表面から押し退けられ、水がその表面を覆うこととなる。
　そうして、ＣＭＹ（Cyan,Magenta,Yellow）の色付きの油滴を用いると共に、背面側である第１の基板側に反射板を配置することによって、反射型の表示装置が構成される。
特開平１０－１０９９８号公報 特表２００７－５０８５７６号公報
　しかし、上記特許文献１のようにＲＧＢＷ構造のカラーフィルタを用いても、輝度向上に関して、十分な効果が得られているとはいえない。
　以下に、ＲＧＢＷ構造による白輝度向上の効果について説明する。図６の上段に示すように、ＲＧＢの３色が互いに同じ面積で形成されたＲＧＢ構造について、ＲＧＢの各色を透過して混色されることにより表示される白の明るさを１とする。
　図６の下段に示すように、ＲＧＢＷの各色が互いに同じ面積で形成されたＲＧＢＷ構造では、ＲＧＢ部分の透過光による白輝度はその面積比から１×３／４となる。Ｗ部分の白輝度はＲＧＢ部分の約３倍であるが（通常、各色はバックライトの白色光の約１／３の光量を透過すると仮定できる。）、面積が全体の１／４であるため、３×１／４で３／４の明るさとなる。したがって、このＲＧＢＷ構造では、全体でＲＧＢ構造の１．５倍の明るさ向上に留まる。
　さらに、前述のように、ＲＧＢＷ構造では、各色の画素サイズはＲＧＢ構造に比べて３／４の大きさになるため、ＲＧＢの単色表示を行う場合、例えばＲの単色（濃色）の場合には、ＧＢＷの各色を遮光し、Ｒの画素のみ光を透過させることから、画素のサイズが小さい分、Ｒ表示が暗くなるというデメリットもある。
　本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表示装置における白表示の輝度を向上させることにある。
　上記の目的を達成するために、この発明では、エレクトロウェッティングによって着色領域の面積が変化するカラーフィルタ素子を表示素子に積層するようにした。
　具体的に、本発明に係る表示装置は、複数の第１画素を有する表示素子と、上記表示素子に積層され、上記表示素子の第１画素にそれぞれ重なるように配置された第２画素を複数有するカラーフィルタ素子と、上記カラーフィルタ素子及び上記表示素子に対して白色光を出射する光源とを備え、上記第１画素及び第２画素を透過する上記光源の光によって表示を行う表示装置であって、上記カラーフィルタ素子の各第２画素は、エレクトロウェッティングによって面積が変化する着色領域を有している。
　上記カラーフィルタ素子は、赤色（Ｒ）の着色領域を有する上記第２画素と、緑色（Ｇ）の着色領域を有する上記第２画素と、青色（Ｂ）の着色領域を有する上記第２画素とを一組として構成された絵素を複数有していることが好ましい。
　上記表示素子は、液晶表示素子であってもよい。
　上記表示素子は、エレクトロウェッティング表示素子であってもよい。
　上記カラーフィルタ素子は、第１基板と、該第１基板に上記第２画素を区画する隔壁を介して対向配置された第２基板とを備え、上記第１基板には、第１透明電極、絶縁膜及び疎水性膜が順に積層され、上記第２基板には、第２透明電極が積層され、上記第２画素における上記第２透明電極と上記疎水性膜との間には、親水性を有する第１溶液及び疎水性を有する第２溶液が、何れか一方が着色された状態で共に封入され、上記第１透明電極及び第２透明電極には、該第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧を印加するための電圧供給部が接続され、上記疎水性膜における上記第２基板側の表面は、上記電圧供給部によって上記第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧が印加されていない状態で疎水性を有する一方、上記電圧供給部によって上記第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧が印加された状態で親水性を有することが好ましい。
　上記第１溶液は水であり、第２溶液は油であることが好ましい。
　上記疎水性膜は、表面にＯＨ基を有するＳｉＯ２膜によって構成されていることが好ましい。
　　　－作用－
　次に、本発明の作用について説明する。
　上記表示装置は、光源から出射した白色光が、表示素子の第１画素とカラーフィルタ素子の第２画素との双方を透過することによって表示を行う。カラーフィルタ素子の各第２画素は、エレクトロウェッティングによって着色領域の面積が変化する。すなわち、第２画素における着色領域の面積が増加したときに、当該着色領域を透過した着色光によって、当該第２画素の着色表示が行われる。一方、第２画素における着色領域の面積が減少したときに、当該第２画素を透過した白色光によって白表示が行われる。
　したがって、本発明によると、混色によって白表示されるのではなく、着色領域の面積が減少した第２画素を透過した光源の白色光自体によって白表示されるため、その白表示の輝度が飛躍的に向上することとなる。
　さらに、ＲＧＢＷ構造のように、白表示するためのＷの領域を設ける必要がないので、第２画素における着色領域の面積が十分に確保され、着色表示の輝度が低下することもない。
　本発明によれば、エレクトロウェッティングによって着色領域の面積が変化するカラーフィルタ素子を表示素子に積層するようにしたので、着色領域の面積が減少した第２画素の少なくとも一部を透過した光源の白色光自体によって白表示することができる。したがって、混色によって白表示する場合に比べて、白表示の輝度を飛躍的に向上させることができる。
　さらに、例えばＲＧＢＷ構造のように、白表示するためのＷの領域を設ける必要がないので、第２画素における着色領域の面積を十分に確保することができ、白表示の輝度を高めながらも着色表示の輝度を顕著に高めることができる。
図１は、本実施形態１における表示装置の構造を模式的に示す断面図である。 図２は、電圧無印加状態のカラーフィルタ素子を模式的に示す断面図である。 図３は、電圧印加状態のカラーフィルタ素子を模式的に示す断面図である。 図４は、本実施形態１及び２における白表示、単色表示及び黒表示した場合の絵素の状態を示す説明図である。 図５は、本実施形態２における表示装置の構造を模式的に示す断面図である。 図６は、ＲＧＢ構造及びＲＧＢＷ構造における白表示、単色表示及び黒表示した場合の絵素の状態を示す説明図である。
符号の説明
　　１　　　液晶表示装置
　１１　　　液晶表示素子（表示素子）
　１２　　　カラーフィルタ素子
　１３　　　バックライトユニット
　２１　　　第１画素
　２２　　　第２画素
　２５　　　絵素
　３０　　　着色領域
　３１，６１　　　第１基板
　３２，６２　　　第２基板
　３３，６３　　　隔壁
　３５　　　絶縁膜
　３６　　　疎水性膜
　４０　　　無色領域
　４１　　　第１透明電極
　４２　　　第２透明電極
　４３　　　電圧供給部
　５１，７１　　　水（第１溶液）
　５２，７２　　　油滴（第２溶液）
　６５　　　黒色領域
　６６　　　無色領域　　
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
　《発明の実施形態１》
　図１～図３は、本発明の実施形態１を示している。
　図１は、本実施形態１における表示装置の構造を模式的に示す断面図である。図２は、電圧無印加状態のカラーフィルタ素子を模式的に示す断面図である。図３は、電圧印加状態のカラーフィルタ素子を模式的に示す断面図である。
　本実施形態１の表示装置は、透過表示を行う液晶表示装置１であって、図１に示すように、表示素子としての液晶表示素子１１と、液晶表示素子１１に積層されたカラーフィルタ素子１２と、カラーフィルタ素子１２の液晶表示素子１１とは反対側に配置された光源としてのバックライトユニット１３とを備えている。
　バックライトユニット１３は、カラーフィルタ素子１２及び液晶表示素子１１に対して白色光を出射するように構成されている。バックライトユニット１３から出射される白色光は、その出射面の全体に亘って略均一な輝度になっている。
　液晶表示素子１１は、ＴＦＴ基板１５と、ＴＦＴ基板１５に対向して配置された対向基板１６と、ＴＦＴ基板１５及び対向基板１６の間に封入された液晶層１７とを備え、表示の単位領域としての第１画素２１を複数有している。第１画素２１は、例えばマトリクス状に配置されている。
　ＴＦＴ基板１５は、例えば透明基板としてのガラス基板に、図示省略の画素電極及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin-Film Transistor）が各第１画素２１毎に形成されている。また、上記ＴＦＴに接続されたゲート配線及びソース配線（図示省略）が格子状に形成されている。これらは絶縁膜（図示省略）によって覆われており、その絶縁膜の表面に配向膜（図示省略）が形成されている。
　対向基板１６は、例えば透明基板としてのガラス基板に、図示省略の共通電極がその略全面に亘ってベタ状に形成され、上記画素電極との間に所定の電圧を印加することで、液晶層１７を第１画素２１毎に配向制御するようになっている。ＴＦＴ基板１５と対向基板１６との間には、各第１画素２１を区画する遮光部１８が設けられている。また、対向基板１６の外側表面、つまり液晶層１７とは反対側の表面には、偏光板１９が貼り付けられている。
　液晶表示素子１１は、例えば、ＴＦＴ基板１５と対向基板１６とを枠状のシール部材（図示省略）を介して貼り合わせ、シール部材に形成した注入口から液晶材料を各基板１５，１６の間隙に注入することによって製造することができる。
　カラーフィルタ素子１２は、図１及び図２に示すように、例えばガラスからなる透明な第１基板３１と、第１基板３１に隔壁３３を介して対向配置され、例えばガラスからなる透明な第２基板３２とを備えている。カラーフィルタ素子１２は、上記液晶表示素子１１の第１画素２１にそれぞれ重なるように配置された第２画素２２を複数有している。つまり、第２画素２２は、第１画素２１に対応してマトリクス状に配置されている。これら各第２画素２２は上記隔壁３３によって区画されている。
　本発明の特徴として、カラーフィルタ素子１２の各第２画素２２は、エレクトロウェッティング（Electrowetting）によって面積が変化する着色領域３０を有している。そして、液晶表示装置１は、第１画素２１及び第２画素２２を透過するバックライトユニット１３の光によって表示を行うように構成されている。
　ここで、カラーフィルタ素子１２は、赤色（Ｒ）の着色領域３０を有する第２画素２２と、緑色（Ｇ）の着色領域３０を有する第２画素２２と、青色（Ｂ）の着色領域３０を有する第２画素２２とを一組として構成された絵素２５を複数有している。
　図２に示すように、第１基板３１には、画素電極としての第１透明電極４１と、この第１透明電極４１をスイッチング駆動するためのＴＦＴ（図示省略）とが、第２画素２２毎に形成されている。第１透明電極４１は例えばＩＴＯ等により形成されている。上記第１透明電極４１及びＴＦＴの上には、絶縁膜３５及び疎水性膜３６が順に積層されている。絶縁膜３５は例えばＳｉＯ２により形成されている。また、第１基板３１における第２基板３２とは反対側の表面には、偏光板２０が貼り付けられている。
　一方、第２基板３２には、第１基板３１側の表面に、例えばＩＴＯ等からなる第２透明電極４２が積層されている。そして、第１透明電極４１及び第２透明電極４２には、第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に所定の電圧を印加するための電圧供給部４３が接続されている。第１透明電極４１と電圧供給部４３との間には、上記ＴＦＴが介在されている。
　さらに、第２画素２２における第２透明電極４２と疎水性膜３６との間には、親水性を有する第１溶液５１及び疎水性を有する第２溶液５２が、何れか一方が着色された状態で共に封入されている。本実施形態１では、第１溶液５１は無色透明の水であり、第２溶液５２は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）に着色された色付きの油滴になっている。
　疎水性膜３６は、例えば、第２基板３２側の表面にＯＨ基を有するＳｉＯ２膜によって構成されている。そして、疎水性膜３６における第２基板３２側の表面は、電圧供給部４３によって第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧が印加されていない状態で疎水性を有する一方、電圧供給部４３によって第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧が印加された状態で親水性を有するようになっている。
　カラーフィルタ素子１２は、例えば、第１透明電極４１、絶縁膜３５及び疎水性膜３６等を形成した第１基板３１上に隔壁３３を形成し、その隔壁３３内に油滴５２及び水５１を注入した後に、第２透明電極４２が形成された第２基板３２を当該第１基板３１に貼り合わせることによって製造することができる。
　次に、上記液晶表示装置１の作動について説明する。
　液晶表示素子１１は透過光の光量を制御するシャッターの役割をすると共に、階調表示を制御する。液晶表示素子１１の液晶シャッターがＯＮであるときには、光を透過して白表示又は着色表示を行う。一方、上記液晶シャッターがＯＦＦであるときには、光の透過を遮断して黒表示を行う。
　カラーフィルタ素子１２は、上記液晶シャッターがＯＮであるときに、着色表示又は白表示に切り替える。
　すなわち、カラーフィルタ素子１２の各第２画素２２におけるＴＦＴがスイッチング駆動され、カラーフィルタ素子１２がＯＮであるときに白表示する一方、カラーフィルタ素子１２がＯＦＦであるときに着色表示する。
　まず、白表示する場合には、図１及び図４に示すように、絵素２５に含まれる全ての第１画素２１の液晶シャッターをＯＮとする。さらに、電圧供給部４３から第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧を印加して、カラーフィルタ素子１２における全ての第２画素２２をＯＮとする。そうすると、ＲＧＢの全ての第２画素２２において疎水性膜３６が親水性を有するようになるため、図２に示すように、その親水性の疎水性膜３６表面を水５１が覆い、油滴５２は一方の隔壁３３側へ押し退けられる。その結果、着色領域３０の面積が減少し、水５１に接触している疎水性膜３６の無色領域４０の面積が増大する。
　そうして、絵素２５の３つの第２画素２２における無色領域４０では、バックライトユニット１３の光が、白色光のまま透過する。一方、絵素２５の３つの第２画素２２では、ＲＧＢの各色の着色領域３０を透過した光が混色し、絵素２５全体として白色光となる。そして、これらの白色光によって白表示が行われる。
　ここで、白表示時に、油滴５２が第２画素２２を占める面積が小さいほど、白輝度を向上することができるが、その面積が全体の１／２以下であれば、従来のＲＧＢ構造に比べ２倍以上の輝度を得ることができる。
　本実施形態１では、白表示時の油滴５２の面積を例えば全体の１／４としている。従来のＲＧＢ構造による白輝度を１とした場合、本実施形態１の輝度比は、図４の上段に示すように、ＲＧＢの混色部分が１／４×明るさ１＝１／４であり、白表示部分が面積３／４×明るさ３＝９／４であることから、絵素２５全体で合計２．５倍となる。
　次に、着色表示（単色表示）する場合には、図１及び図４に示すように、絵素２５に含まれる１つの第１画素２１の液晶シャッターをＯＮとし、他の２つの第１画素２１の液晶シャッターをＯＦＦとする。例えば、赤色（Ｒ）表示する場合には、赤色の第２画素２２に重なって配置されている第１画素２１の液晶シャッターのみをＯＮとする。さらに、カラーフィルタ素子１２における上記赤色の第２画素２２において、第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧を印加しないようにして、当該赤色の第２画素２２をＯＦＦとする。
　そうすると、電圧無印加状態の上記赤色の第２画素２２において、疎水性膜３６が疎水性を有するために、図１に示すように、その表面全体が赤色の油滴５２によって覆われる。その結果、赤色の油滴５２を透過した光によって、赤色の着色表示が行われる。緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の着色表示についても、同様にして行われる。
　次に、黒表示する場合には、図１及び図４に示すように、液晶表示素子１１の液晶シャッターがＯＦＦになってバックライトユニット１３の光を遮光する。このとき、例えば絵素２５に含まれる３つの第２画素２２において、第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧を印加しないようにして、各第２画素２２をＯＦＦとする。尚、カラーフィルタ素子１２はＯＮであってもＯＦＦであってもよい。
　　－実施形態１の効果－
　したがって、この実施形態１によると、エレクトロウェッティングによって着色領域３０の面積が変化するカラーフィルタ素子１２を液晶表示素子１１に積層するようにしたので、着色領域３０の面積が減少した（言い換えれば、無色領域４０の面積が増大した）第２画素２２の一部を透過したバックライトユニット１３の白色光自体によって白表示することができる。したがって、混色によって白表示する場合に比べて、白表示の輝度を飛躍的に向上させることができる。
　すなわち、白表示するときには、第１透明電極４１及び第２透明電極４２の間に電圧を印加することによって着色領域３０（つまり油滴５２が疎水性膜３６を覆っている領域）の面積を減少させ、その面積が減少した着色領域３０を透過する光の混色による白表示の割合を低減させる一方、面積が増大した無色領域４０（つまり水５１が疎水性膜３６を覆っている領域）を着色されずにそのまま透過する白色光による白表示の割合を増大させることができる、白表示の輝度を顕著に高めることができる。
　さらに、本実施形態１では、例えばＲＧＢＷ構造のように、白表示するためのＷの領域を設ける必要がないので、着色表示するときに第２画素２２における着色領域３０の面積を十分に確保することができ、着色表示（単色表示）が暗くなることを防止できる。つまり、本実施形態１によれば、白表示の輝度を高めながらも着色表示の輝度を顕著に高めることができる。
　《発明の実施形態２》
　図５は、本発明の実施形態２を示している。
　図５は、本実施形態２における表示装置の構造を模式的に示す断面図である。尚、以降の各実施形態では、図１～図３と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　上記実施形態１では表示素子が液晶表示素子１１であったのに対し、本実施形態２では表示素子として、エレクトロウェッティング表示素子１１を適用したものである。つまり、本実施形態２では表示素子１１及びカラーフィルタ素子１２の双方が、エレクトロウェッティング方式のシャッター素子によって構成されている。
　以下、表示素子１１の構成について説明する。
　表示素子１１は、カラーフィルタ素子１２と同様の構成であるが、油滴７２が黒色に着色されている点で異なる。すなわち、表示素子１１は、図５に示すように、例えばガラスからなる透明な第１基板６１と、第１基板６１に隔壁６３を介して対向配置され、例えばガラスからなる透明な第２基板６２とを備えている。表示素子１１は例えばマトリクス状に配置されて上記隔壁６３により区画された第１画素２１を複数有している。各第１画素２１には、カラーフィルタ素子１２と同様に、図示省略の画素電極やＴＦＴ等が形成されている。
　第１基板６１及び第２基板６２の構成は、カラーフィルタ素子１２の第１基板３１及び第２基板３２とそれぞれ同様である。各第１画素２１には、黒色の油滴７２及び水７１が封入されている。そうして、各第１画素２１毎に電圧を印加することによって、油滴７２によって疎水性膜（図示省略）が覆われる領域である黒色領域６５の面積を変化させるようになっている。
　そうして、表示素子１１のシャッターをＯＦＦにしたときに、黒色領域６５の面積を増大させて第１画素２１の全体を油滴７２で覆うことにより黒表示する一方、表示素子１１のシャッターをＯＮにしたときに、黒色領域６５の面積を減少させて第１画素２１に無色領域６６を形成することにより、カラーフィルタ素子１２の第２画素２２と当該無色領域６６を透過した光によって白表示又は着色表示（単色表示）を行うようになっている。
　図４の下段には本実施形態２における表示パターン及びその輝度を示している。白表示のときは、絵素２５における例えば１／４が黒色領域６５となって遮光されるため、その白輝度は、従来のＲＧＢ構造における白輝度を１とすると、２．２５倍となる。
　また、着色表示（単色表示）するときには、その着色表示している第１画素２１の１／４が黒色領域６５となって遮光されるため、その着色光の輝度は従来のＲＧＢ構造に比べて０．７５倍となる。
　　－実施形態２の効果－
　したがって、本実施形態２においても、液晶表示素子１１を用いた上記実施形態１の場合に比べて、白輝度及び単色輝度が共に若干低下するものの、エレクトロウェッティング方式のカラーフィルタ素子１２を用いてバックライトユニット１３の白色光自体によって白表示することができ、白表示の輝度を飛躍的に向上させることができる。
　《その他の実施形態》
　上記実施形態１では、液晶表示素子１１において階調表示を制御するようにしたが、カラーフィルタ素子１２側において階調制御するようにしてもよい。すなわち、第１透明電極４１及び第２透明電極４２に印加する電圧値を制御することにより、着色領域３０の面積（言い換えれば無色領域４０の面積）を変化させて、階調制御することが可能である。
　また、上記実施形態２において、エレクトロウェッティング方式の表示素子１１における印加電圧を制御することによって、階調制御することも可能である。
　また、上記実施形態１及び２では、油滴５２を着色するようにした例について説明したが、油滴５２ではなく水５１を着色するようにしてもよい。
　また、液晶表示素子１１及びカラーフィルタ素子１２の構造は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、ＴＦＴ以外の他の駆動素子を適用することもできる。また、本発明は、パッシブ駆動方式の表示素子についても同様に適用することができる。
　以上説明したように、本発明は、表示装置について有用であり、特に、白表示の輝度を向上させる場合に適している。

Claims (7)

  1. 　複数の第１画素を有する表示素子と、
    　上記表示素子に積層され、上記表示素子の第１画素にそれぞれ重なるように配置された第２画素を複数有するカラーフィルタ素子と、
    　上記カラーフィルタ素子及び上記表示素子に対して白色光を出射する光源とを備え、上記第１画素及び第２画素を透過する上記光源の光によって表示を行う表示装置であって、
    　上記カラーフィルタ素子の各第２画素は、エレクトロウェッティングによって面積が変化する着色領域を有している
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 　請求の範囲１に記載された表示装置において、
    　上記カラーフィルタ素子は、赤色（Ｒ）の着色領域を有する上記第２画素と、緑色（Ｇ）の着色領域を有する上記第２画素と、青色（Ｂ）の着色領域を有する上記第２画素とを一組として構成された絵素を複数有している
    ことを特徴とする表示装置。
  3. 　請求の範囲１又は２に記載された表示装置において、
    　上記表示素子は、液晶表示素子である
    ことを特徴とする表示装置。
  4. 　請求の範囲１又は２に記載された表示装置において、
    　上記表示素子は、エレクトロウェッティング表示素子である
    ことを特徴とする表示装置。
  5. 　請求の範囲１乃至４の何れか１つに記載された表示装置において、
    　上記カラーフィルタ素子は、第１基板と、該第１基板に上記第２画素を区画する隔壁を介して対向配置された第２基板とを備え、
    　上記第１基板には、第１透明電極、絶縁膜及び疎水性膜が順に積層され、
    　上記第２基板には、第２透明電極が積層され、
    　上記第２画素における上記第２透明電極と上記疎水性膜との間には、親水性を有する第１溶液及び疎水性を有する第２溶液が、何れか一方が着色された状態で共に封入され、
    　上記第１透明電極及び第２透明電極には、該第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧を印加するための電圧供給部が接続され、
    　上記疎水性膜における上記第２基板側の表面は、上記電圧供給部によって上記第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧が印加されていない状態で疎水性を有する一方、上記電圧供給部によって上記第１透明電極及び第２透明電極の間に電圧が印加された状態で親水性を有する
    ことを特徴とする表示装置。
  6. 　請求の範囲５に記載された表示装置において、
    　上記第１溶液は水であり、第２溶液は油である
    ことを特徴とする表示装置。
  7. 　請求の範囲５又は６に記載された表示装置において、
    　上記疎水性膜は、表面にＯＨ基を有するＳｉＯ２膜によって構成されている
    ことを特徴とする表示装置。
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