JP2006234963A

JP2006234963A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006234963A
Application number: JP2005045938A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】液晶表示装置の表と裏の両面に液晶表示を可能とする。
【解決手段】照明装置２００は、第１の透明基板１０と第２の透明基板２０の間に挟まれた有機ＥＬ素子層１５を備える。また、格子の形状にパターニングされた有機ＥＬ素子層１５の陰極１２を覆って遮光層１６が形成されている。照明装置２００は半透過型ＬＣＤ３００の上方にフロントライトとして配置される。半透過型ＬＣＤ３００は複数の画素を備え、各画素は反射電極３３Ａが形成された反射領域と透明電極３３Ｂが形成された透過領域に分割され、有機ＥＬ素子層１５からの光が反射電極３３Ａ及び透明電極３３Ｂに照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置を備えた液晶表示装置に関する。

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。

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。

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。

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。
特開平５−３２５５８６号公報特開２００３−２５５３７５号公報

しかしながら、従来のＬＣＤの表示面は、反射型ＬＣＤ１００のように、片面だけであり、折り畳み式の携帯電話等では蓋の表面と裏面とを表示するために２枚のＬＣＤパネルが必要であった。

また、反射型ＬＣＤ１００において、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。

本発明は、照明装置を備えた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、前記液晶表示装置は複数の画素を備え、各画素は反射電極が形成された反射領域と透明電極が形成された透過領域に分割され、前記発光薄体の他方の面を前記液晶表示装置に対向させて配置して、前記発光薄体からの光が前記反射電極及び前記透明電極に照射されることを特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置によれば、反射領域と透過領域を有する半透過型液晶表示装置に、フロントライトとして照明装置を設けたので、その両面を表示画面とすることができる。従って、１枚のＬＣＤパネルで反射光を用いた反射領域の画面と透過光を用いた透過領域の画面とで、２画面表示を行うことが可能となる。また、反射領域の画面では、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。

次に本発明の第１の実施形態に係る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が設けられた半透過型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、半透過型ＬＣＤ３００の上方に照明装置２００が配置されている。

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（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）やＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）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。有機層１３は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層を積層してなる。

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。

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１２に負の電位を印加することで発光する。

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。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。

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。

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。

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。

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。

次に、上述の照明装置２００によって照明される半透過型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に対応して画素電極３３が形成されている。

画素電極３３はアルミニウム（Ａｌ）のような反射材料からなる反射電極３３ＡとＩＴＯ(indium tin oxide)から成る透明電極３３Ｂから構成されている。反射電極３３Ａと透明電極３３Ｂとは互いに接触されており、図１のように隣接して配置されてもよいし、透明電極３３Ｂは反射電極３３Ａを覆っていてもよい。画素電極３３Ａ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。即ち、この半透過型ＬＣＤ３００では、１つの画素が、反射電極３３Ａが配置された反射領域と透明電極３３Ｂのみが配置された透過領域とに分割されている。

なお、図１においては、反射電極３３ＡがＴＦＴ３１のドレイン又はソースに接続されているが、透明電極３３Ｂがコンタクトホールを通してＴＦＴ３１のドレイン又はソースに接続されていてもよい。透明電極３３Ｂは反射電極３３Ａを覆う積層構造でもよい。反射電極３３Ａは透明電極３３Ｂと接触しているが、両者は電気的には高抵抗を介して接続されることになる。したがって、反射電極３３Ａの「電極」という名称は便宜的なものであり、反射電極３３Ａを反射層３３Ａと呼んでもよい。

また、反射電極３３Ａ及び透明電極３３Ｂ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、偏光板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、反射電極３３Ａ及び透明電極３３Ｂ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。

上述の構成の液晶表示装置によれば、照明装置２００から放射される光は、偏光板３７によって所定の方向に偏光を受け、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、反射電極３３Ａによって反射される。反射電極３３Ａ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の隙間を通して第１の観察者１１３Ａに視認される。このとき、反射電極３３Ａと共通電極３５の間に印加される電界によって、液晶層４０に対する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反射型のＬＣＤ表示を実現することができる。

一方、照明装置２００から放射される光は、同様にして液晶層４０に導入され、透明電極３３Ｂ、層間絶縁膜３２及びＴＦＴ基板３０を通して、半透過型ＬＣＤ３００の裏面側の第２の観察者１１３Ｂに視認される。このとき、透過電極３３Ｂと共通電極３５の間に印加される電界によって、液晶層４０に対する光の透過率が画素毎に変化する。これにより、透明電極３３Ｂによって透過される光の強度が画素毎に変化することで透過型のＬＣＤ表示を実現することができる。

即ち、本実施形態の液晶表示装置によれば、半透過型ＬＣＤ３００の表面側と裏面側で２画面の表示を行うことができる。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。

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。

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、光の反射を防止することが好ましい。

次に、照明装置２００と半透過型ＬＣＤ３００の画素との配置関係について説明する。半透過型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。

また、各画素は、ＴＦＴ３１、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の反射電極３３Ａ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第１の観察者１１３Ａに視認されるようになる利点がある。

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。

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。

次に本発明の第２の実施形態に係る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が設けられた半透過型ＬＣＤ３００を照明装置２１０側から見た平面図であり、図５は図４のＹ−Ｙ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、半透過型ＬＣＤ３００に対向して、その上方に照明装置２１０が配置されている。この半透過型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。

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。

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。

前記導光薄板５１から下方へ向かう光は、透明基板５０を通して半透過型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第１の観察者１１３Ａ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。

一方、前記導光薄板５１から下方へ向かう光は、半透過型ＬＣＤ３００の各画素の透過領域（透明電極３３Ｂのみが形成されている画素領域）を通して、半透過型ＬＣＤ３００の裏面側にいる第２の観察者１１３Ｂに視認される。従って、本実施形態の液晶表示装置においても、半透過型ＬＣＤ３００の表面側と裏面側で２画面の表示を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。本発明の第１の実施形態に係る照明装置が設けられた半透過型ＬＣＤを照明装置側から見た平面図である。本発明の第１の実施形態に係る照明装置の拡大部分断面図である。本発明の第２の実施形態に係る照明装置が設けられた半透過型ＬＣＤを照明装置側から見た平面図である。本発明の第２の実施形態に係る照明装置の断面図である。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

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３０ＴＦＴ基板
３１薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２層間絶縁膜
３３画素電極３３Ａ反射電極３３Ｂ透明電極
３４対向基板３５共通電極３６光散乱層
３７偏光板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
１１３Ａ第１の観察者１１３Ｂ第２の観察者

Claims

照明装置を備えた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、
前記液晶表示装置は複数の画素を備え、各画素は反射電極が形成された反射領域と透明電極が形成された透過領域に分割され、
前記発光薄体の他方の面を前記液晶表示装置に対向させて配置して、前記発光薄体からの光が前記反射電極及び前記透明電極に照射されることを特徴とする液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
前記遮光層は前記パターニングされた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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
前記遮光層の幅は、前記パターニングされた電極の幅よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
前記パターニングされた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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
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に記載の液晶表示装置。
前記光散乱層の上層に偏光板を備えることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置。