説明

反射型液晶表示装置

【課題】 フロントライトとして照明装置を備えた、液晶表示装置(LCD)において、高コントラスト化を図る。
【解決手段】 反射型LCD300の表示面に対向して、その表示面を照らす照明装置200が配置されている。照明装置200は、透明基板10と透明基板20の間の有機EL層15が挟まれて形成されている。有機EL素子層15は、陽極11、陰極12及び有機層13から構成されている。陰極12は、格子の形状にパターニングされ、この陰極12を覆って、陰極12と同じ格子の形状にパターニングされた遮光層16が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明装置を備えた反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置(以下LCDという)は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在コンピュータのモニターや、携帯電話等の携帯情報機器のモニターとして広く用いられている。LCDには、透過型LCD、反射型LCD、半透過型LCDがある。透過型LCDは、液晶に電圧を印加するための画素電極として透明電極を用い、LCDの後方にバックライトを配置し、このバックライトの透過光量を制御することで周囲が暗くても明るい表示ができる。しかし、昼間の屋外のように外光が強い環境では、十分なコントラストが確保できない特性がある。
【0003】
反射型LCDは、太陽光や室内灯などの外光を光源として用い、LCDに入射するこれらの外光を、観察面側の基板に形成した反射層から成る反射画素電極によって反射する。そして、液晶に入射し、反射画素電極で反射された光のLCDパネルからの射出光量を画素毎に制御することで表示を行う。この反射LCDは、光源として外光を用いるため、外光がない環境では表示を行えないという問題がある。
【0004】
半透過型LCDは、透過機能と反射機能の両方を併せ持ち、周囲が明るい環境にも暗い環境にも対応することができる。しかしながら、この半透過型LCDでは、1つの画素内に、透過領域と反射領域を有するため、1画素当たりの表示効率が悪いという問題があった。
【0005】
そこで、反射型LCDにフロントライトを設けることで暗い環境下でも表示を可能とすることが考えられた。図6はフロントライトが設けられた反射型LCDを示す図である。反射型LCD100の表示面に対向して透明アクリル板110が配置されている。この透明アクリル板110の反射型LCDと対向する面と反対側の面には複数の逆三角形状の溝111が形成されている。また、透明アクリル板110の側面には光源112が配置されている。光源112から透明アクリル板110に導入された光は、溝111の傾斜面で反射型LCD100の方向に屈折され、反射型LCD100の表示面に入射される。
【特許文献1】特開平5−325586号公報
【特許文献2】特開2003−255375号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、光源112から透明アクリル板110の中に導入された光は、透明アクリル板110に設けられた溝111の傾斜面で反射型LCD100の方向に屈折されるとともに、それとは逆方向である観察者113がいる方向にも多少は屈折されるため、その光が透明アクリル110から漏れ出て観察者の目に入り、LCDのコントラストを低下させるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、照明装置を備えた反射型液晶表示装置であって、前記照明装置は、透明基板と、この透明基板上に部分的に配置された発光薄体と、前記発光薄体の一方の面を覆って配置された遮光層とを備え、前記発光薄体の他方の面を反射型液晶表示装置の表示面に対向させて配置して、反射型液晶表示装置の反射画素電極に光を照射するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明の反射型液晶表示装置によれば、暗い環境下でもコントラストの高いLCD表示を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
次に、本発明の第1の実施形態に係る反射型液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。図2は照明装置200が設けられた反射型LCD300を照明装置200側から見た平面図であり、図1は図2のX−X線に沿った断面図である。図1に示すように、この実施形態では、反射型LCD300の表示面に対向して、その上方に照明装置200が配置されている。
【0010】
まず、照明装置200の構造について説明する。ガラス基板等からなる第1の透明基板10と第2の透明基板20の間に、有機エレクトロルミネッセンス素子層15(以下、「有機EL素子層15」と称する)が挟まれて形成されている。有機EL素子層15は、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電材料からなり、第1の透明基板10上の実質的に全面に形成された陽極11と、この陽極11上に形成された有機層13、有機層13上に形成され、一定のピッチを有する格子の形状にパターニングされた陰極12とから成る。
【0011】
有機層13は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層からなる。また、陰極12は例えば、アルミニウム層(Al層)、又はマグネシウム層(Mg層)と銀層(Ag層)からなる積層体、又はカルシウム層(Ca層)からなる。ここで、陽極11の厚さは100nm、陰極12の厚さは、500nm、有機層13の厚さは100nmであることが好ましい。なお、有機EL素子層15の代わりに無機EL素子層を用いることもできる。
【0012】
有機EL素子層15において、陽極11と陰極12で上下に挟まれた有機層13の部分が発光領域13aとなる。即ち、陰極12の直下にある有機層13が発光領域13aであり、この発光領域13aも平面的に見ると陰極12と同じ格子の形状を有している。発光領域13aは陽極11に正の電位、陰極13に負の電位を印加することで発光する。
【0013】
それ以外の領域の有機層13は発光せず、非発光領域となる。また、格子の形状にパターニングされた陰極12を覆って遮光層16が形成されている。遮光層16も陰極12と同じ格子の形状にパターニングされている。遮光層16は、発光領域13aから上方に放射される光を遮るためのものなので、そのためには光を反射する光反射層か、若しくは光を吸収する光吸収層であればよい。
【0014】
遮光層16の厚さは10nm以下であることが好ましい。光反射層は、例えばアルミニウム層(Al層)で形成することができる。光吸収層は、ホトレジスト材料に黒色顔料を含有させた黒色顔料層、ホトレジスト材料に黒色染料を含有させた黒色染料層もしくは酸化クロム層等で形成することができる。
【0015】
前記発光領域13aから下方へ向かう光は、透明な陽極11及び第1の透明基板10を通して反射型LCD300へ照射される。また発光領域13aから上方へ向かう光は陰極12と遮光層16によって、下方へ反射されるか、吸収されるため、照明装置200の上方にいて下方を見ている観察者113の目に発光領域13aからの光が直接入ることが極力防止される。
【0016】
上記構成では、陰極12が一定のピッチを有する格子の形状にパターニングされ、陽極11はパターニングされていないが、陰極12と陽極11とを入れ替えても良い。即ち、図1において、陽極11を陰極12の位置に配置し、陰極12を陽極11の位置に配置してもよい。陽極11がパターニングされ、陰極12はパターニングされないことになる。
また、陽極11及び陰極12については全くパターニングしないで全面に形成し、その代わりに、有機層13を構成している電子輸送層、発光層、正孔輸送層の3層のうち、少なくとも1層がパターニングされていてもよい。即ち、これらの3層がいずれも形成されている領域が発光領域となり、3層のうちいずれかの層が欠けている領域が非発光領域となる。
【0017】
また、遮光層16の幅は、パターニングされた陰極12(又は陽極)の幅よりも大きいことが、遮光効果を高める上で好ましい。図3に示すように、パターニングされた陰極12(又は陽極)のエッジと遮光層16のエッジとの間の距離L1は、有機層13の発光領域13aの厚さとパターニングされた陰極12(又は陽極)の厚さの合計L2と等しいかそれよりも大きいことが遮光効果をさらに高める上で好ましい。
【0018】
また、パターニングされた陰極12(又は陽極)の格子のピッチ(図2において、P1、P2の寸法)は、1mm以下であることが、観察者113の目に違和感を与えないようにする上で好ましい。
【0019】
次に、上述の照明装置200によって照明される反射型LCD300の構造及び照明装置200との結合関係について説明する。ガラス基板からなるTFT基板30上の画素毎にスイッチング用の薄膜トランジスタ31(以下、TFTと称する)が形成されている。TFT31は層間絶縁膜32によって被覆されており、層間絶縁膜32上には各TFT31に対応してアルミニウム(Al)のような反射材料からなる画素電極33が形成されている。画素電極33は対応するTFT31のドレイン又はソースに、層間絶縁膜32に形成されたコンタクトホールCHを通して接続されている。
【0020】
画素電極33が形成されたTFT基板30と対向して、ガラス基板からなる対向基板34が配置されている。対向基板34の表面にはITOからなる共通電極35が形成されている。対向基板34の裏面には、拡散粘着層からなる光散乱層36、偏向板37がこの順番で積層されている。光散乱層36は照明装置200からの光を散乱して、画素電極33に均一に照射されるようにするためのものである。この対向基板34とTFT基板30の間に液晶層40が封入されている。
【0021】
上述の構成によれば、照明装置200から放射される光は、偏向板37によって所定の方向に偏向を受け、さらに光散乱層36、対向基板34、共通電極35を通過して液晶層40に導入され、画素電極33によって反射される。画素電極33によって反射された光は、同じ経路を逆戻りして、格子の形状にパターニングされた遮光層16の隙間を通して観察者113に視認される。
【0022】
このとき、画素電極33と共通電極35の間に印加される電界によって、光の透過率が画素毎に変化する。これにより、画素電極33によって反射される光の強度が画素毎に変化することでLCD表示を実現することができる。前述したように、照明装置200には遮光層16が設けられているため、発光領域13aからの光の漏れが極力防止されているため、LCD表示のコントラストを高くすることができる。
【0023】
照明装置200は反射型LCD300の上方に近接して配置されることが好ましい。しかしながら、照射装置200と反射型LCD300の間に空気層が存在すると、証明装置200の第1の透明基板10から放射された光が空気層に入るときに反射して光が観測者側に戻り、コントラストを低下させるおそれがある。
【0024】
そこで、第1の透明基板10と同じ屈折率を有した樹脂層45(例えばUVキュアラブル樹脂層又は可視光キュアラブル樹脂層)を介して照射装置200と反射LCD300とを接合することで、光の屈折を反射することが好ましい。
【0025】
次に、照明装置200と反射型LCD300の画素との配置関係について説明する。反射型LCD300は行方向及び列方向に、同じ寸法を有する複数の画素が同じピッチで配列されている。図1では、画素の行方向のピッチP3(画素電極33のピッチ)が示されている。
【0026】
また、各画素は、1つのTFT31、1つの画素電極33を有する。照明装置200の陰極12及び遮光層16の格子のピッチは画素のピッチと同じである。即ち、格子の行方向のピッチP2は画素の行方向のピッチP3と同じであり、かつ格子の列方向のピッチP1は画素の列方向のピッチと同じである。この場合、照明装置200の陰極12及び遮光層16は、LCD表示に寄与しない画素電極33の離間領域SRの真上に配置することが好ましい。これにより、画素電極33で反射された光の大部分が遮光層16で遮られることなく格子の隙間を通って観察者113に視認されるようになる利点がある。
【0027】
また、照明装置200の陰極12及び遮光層16の格子のピッチ(行方向及び列方向のピッチ)は、画素のピッチ(行方向及び列方向のピッチ)よりも小さく、かつ画素のピッチに対する格子のピッチの比(格子のピッチ/画素のピッチ)を1/自然数としてもよい。格子のピッチと画素のピッチが同じであると、LCD表示において干渉縞や「モアレ」が生じるが、このように設定することでそれらの現象を防止することができる。
【0028】
また、逆に、照明装置200の陰極12及び遮光層16の格子のピッチ(行方向及び列方向のピッチ)は、画素のピッチ(行方向及び列方向のピッチ)よりも大きく、かつ画素のピッチに対する格子のピッチの比(格子のピッチ/画素のピッチ)を自然数としてもよい。これによっても、LCD表示において干渉縞や「もあれ」が生じるが、このように設定することでそれらの現象を防止することができる。
【0029】
次に、本発明の第2の実施形態に係る反射型液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。図4はこの照明装置210が設けられた反射型LCD300を照明装置210側から見た平面図であり、図5は図4のX−X線に沿った断面図である。図5に示すように、この実施形態では、反射型LCD300の表示面に対向して、その上方に照明装置210が配置されている。被照明物である反射型LCD300については、第1の実施形態のものと同様であるため説明を省略する。
【0030】
この照明装置210は、第1の実施形態と異なり、発光薄体として有機EL素子15の代わりに、ガラス基板等の透明基板50上に形成され、格子の形状を有した導光薄板51と、この導光薄板51に光を供給する光源52を用いたものである。他の構成については、第1の実施形態と同様である。
【0031】
導光薄板51は、1μmの厚さを有する透明樹脂からなる格子である。格子の行方向及び列方向のエッジには光源52が配置され、それらのエッジから光源52からの光が導光薄板51の中に供給され、導光薄板51の外部へ放射される。したがって、導光薄板51は格子形状の光源となる。導光薄板51の観察者113側の面には遮光層53が接着されている。遮光板53が接着された導光薄板51は、もう1枚の透明基板55によって覆われていてもよい。
【0032】
前記導光薄板51から下方へ向かう光は、透明基板50を通して反射型LCD300へ照射される。また導光薄板51から上方へ向かう光は遮光層53によって、下方へ反射されるか、吸収されるため、照明装置200の上方にいて下方を見ている観察者113の目に導光薄板51からの光が直接入ることが極力防止される。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る反射型液晶表示装置の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る反射型液晶表示装置が設けられた反射型LCDを照明装置側から見た平面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る反射型液晶表示装置の拡大部分断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る反射型液晶表示装置が設けられた反射型LCDを照明装置側から見た平面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る反射型液晶表示装置の断面図である。
【図6】従来例に係る照明装置が設けられた反射型LCDの断面図である。
【符号の説明】
【0034】
10 第1の透明基板 11 陽極 12 陰極
13 有機層 13a 発光領域 15 有機EL素子層
16 遮光層 20 第2の透明基板 30 TFT基板
31 薄膜トランジスタ(TFT) 32 層間絶縁膜
33 画素電極 34 対向基板 35 共通電極
36 光散乱層 37 偏向板 40 液晶層
45 樹脂層 50 透明基板 51 導光薄板
52 光源 53 遮光板 55 透明基板
100 反射型LCD 110 透明アクリル板 111 逆三角形状の溝
112 光源 113 観察者

【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明装置を備えた反射型液晶表示装置であって、
前記照明装置は、透明基板と、この透明基板上に部分的に配置された発光薄体と、前記発光薄体の一方の面を覆って配置された遮光層とを備え、前記発光薄体の他方の面を反射型液晶表示装置の表示面に対向させて配置して、反射型液晶表示装置の反射画素電極に光を照射するようにしたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項2】
前記発光薄体は、有機エレクトロルミネッセンス素子から成ることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項3】
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極及び陰極を備え、この陽極又は陰極のうち、少なくとも一方が所定の形状にパターニングされた電極であることを特徴とする請求項2に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項4】
前記所定の形状は格子であることを特徴とする請求項3に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項5】
前記陽極と前記陰極との間に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層から成る有機層が介在されていることを特徴とする請求項3に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項6】
前記陰極がパターニングされ、前記陽極の上方に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項7】
前記遮光層はパターニングされた前記電極を覆って配置されていることを特徴とする請求項3に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項8】
前記遮光層は、光吸収層又は光反射層から成ることを特徴とする請求項7に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項9】
前記遮光層の幅は、パターニングされた前記電極の幅よりも大きいことを特徴とする請求項7に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項10】
前記パターニングされた前記電極のエッジと前記遮光層のエッジとの間の距離は、前記有機層の発光領域の厚さと前記パターニングされた前記電極の厚さの合計よりも大きいことを特徴とする請求項9に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項11】
前記格子のピッチは1mm以下であることを特徴とする請求項4に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項12】
前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極、陰極及びこの陽極と陰極の間に介在する電子輸送層、発光層、正孔輸送層を備え、前記電子輸送層、発光層及び正孔輸送層のうち、少なくとも一つがパターニングされていることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項13】
前記発光薄体は、格子の形状を有する導光薄板と、この導光薄板に光を供給する光源からなることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項14】
前記発光薄体は、無機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項15】
前記格子のピッチは画素のピッチと同じであることを特徴とする請求項4又は請求項13に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項16】
前記格子のピッチは、画素のピッチよりも小さく、かつ画素のピッチに対する格子のピッチの比が1/自然数であることを特徴とする請求項4又は請求項13に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項17】
前記格子のピッチは、画素のピッチよりも大きく、かつ画素のピッチに対する格子のピッチの比が自然数であることを特徴とする請求項4又は請求項13に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項18】
前記発光薄体と前記反射電極の間に光散乱層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項19】
前記光散乱層の上層に偏向板を備えることを特徴とする請求項18に記載の反射型液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−154402(P2006−154402A)
【公開日】平成18年6月15日(2006.6.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−345904(P2004−345904)
【出願日】平成16年11月30日(2004.11.30)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【Fターム(参考)】