JP2006323303A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明装置と反射型ＬＣＤとを備えた表示装置において、高コントラスト化を図る。
【解決手段】
反射型ＬＣＤ３００の反射電極３３の表面に対向して照明装置２００が配置されている。照明装置２００には、陽極１１、ストライプ状の陰極１２、及び有機層１３からなる有機ＥＬ層１５が形成されている。また、陰極１２を覆って遮光層１６が形成されている。ここで、有機層１３の発光領域１３ａの中心１３ｃ間の距離をＤ１とし、発光領域１３ａの中心とその垂線方向における反射電極３３の表面との距離をＤ２とし、隣接する発光領域１３ａの中心間を結ぶ線分の垂直２等分線上において、その垂直２等分線と反射電極３３の表面に入射する発光領域１３ａの中心１３ｃからの光線とのなす角度θは、ａｒｃｔａｎ（Ｄ１／（２×Ｄ２））で与えられるとする。このとき角度θは、反射型液晶表示装置の視野角依存性を劣化させない所定の角度とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表示装置に関し、特に、照明装置と反射型液晶表示装置とを備えた表示装置に関する。

液晶表示装置（以降、「ＬＣＤ」と略称する）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表示装置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なる画素電極、即ち反射電極によって反射する。そして、液晶に入射し、反射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５は、従来例に係るフロントライトと反射型ＬＣＤとを備えた表示装置を示す図である。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。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開２００３−２５５３７５号公報

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１１３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、上記課題に鑑みて為されたものであり、照明装置を備え、かつ反射電極を具備した反射型液晶表示装置を備えた表示装置であって、上記照明装置は、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、を備え、発光薄体の一方の面を反射電極の表面に対向させて配置され、さらに以下の配置関係を有することを特徴とする。即ち、隣接する発光薄体の中心間の距離をＤ１とし、発光薄体の中心とその垂線方向における反射電極の表面との距離をＤ２とし、隣接する発光薄体の中心間を結ぶ線分の垂直２等分線上において、その垂直２等分線と反射電極の表面に入射する発光薄体の中心からの光線とのなす角度をθとし、角度θは距離Ｄ１及び距離Ｄ２を変数とした逆正接関数（ａｒｃｔａｎ（Ｄ１／（２×Ｄ２））で与えられるとき、角度θは、反射型液晶表示装置の視野角依存性を劣化させない所定の角度となる。

本発明の表示装置によれば、暗い環境下においてもコントラストの高い表示を実現することができる。

次に、本発明の実施形態に係る表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る照明装置と反射型ＬＣＤ（液晶表示装置）とを備えた表示装置を、その照明装置側から見た平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ただし図１では、全ての構成要素のうち一部のみを図示している。

図１及び図２に示すように、照明装置２００が、その光の照射面を反射型ＬＣＤ３００の表示面に対向するようにして配置されている。即ち、照明装置２００は反射型ＬＣＤ３００のフロントライトの光源である。

最初に、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との間に挟まれるようにして、有機エレクトロルミネッセンス素子層１５（以降、「有機ＥＬ素子層１５」と略称する）が形成されている。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と、有機層１３上に形成され、一定のピッチを有して所定の形状に、例えばストライプ状にパターニングされた陰極１２とからなる。

ここで、有機層１３は、いわゆる電子輸送層、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）、もしくはマグネシウム層（Ｍｇ層）と銀層（Ａｇ層）からなる積層体、もしくはカルシウム層（Ｃａ層）等からなる。また、陽極１１の厚さは約１００ｎｍ、陰極１２の厚さは約５００ｎｍ、有機層１３の厚さは約１００ｎｍであることが好ましい。

この有機ＥＬ素子層１５では、陽極１１と陰極１２とによって挟まれた有機層１３の領域が発光領域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、この領域の有機ＥＬ素子層１５が発光薄体となる。この発光領域１３ａを平面的に見ると、陰極１２と同じ所定の形状、即ちストライプ状の形状を有している。この発光領域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全方位光（直線偏光もしくは円偏光ではない光）を発光する。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、ストライプ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と同じ所定の形状、即ちストライプ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、そのために光を反射する光反射層か、もしくは光を吸収する光吸収層としての機能を有する必要がある。

遮光層１６は、光反射層として機能する場合、例えばクロム（Ｃｒ）や酸化アルミニウム層（Ａｌ_２Ｏ_３層）等により形成される。また、遮光層１６は、光吸収層として機能する場合、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により形成される。また、遮光層１６の厚さは約１０ｎｍ以下であることが好ましい。

この照明装置２００の発光領域１３ａから光が発光されると、下方（観察者１１３とは反対側）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へ入射する。また、発光領域１３ａから上方（観察者１１３の方向）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。そのため、照明装置２００をその上方から見ている観察者１１３の目に発光領域１３ａからの光が直接入ることが極力抑止される。

この遮光効果を高める上では、遮光層１６の幅は、パターニングされた陰極１２の幅よりも大きいことが好ましい。さらにいえば、図３に示すように、パターニングされた陰極１２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。

なお、本実施形態の上記構成では、陰極１２が一定のピッチを有する所定の形状、例えばストライプ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、他の実施例として、陰極１２と陽極１１とを入れ替えてもよい。即ち、図２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。この場合、陽極１１が上記所定の形状にパターニングされ、陰極１２はパターニングされないことになる。

また、それとは異なる他の実施例として、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、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層が上記所定の形状にパターニングされていてもよい。この場合、これら３層の全てが重畳するように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、発光領域１３ａから発光した光が後述する反射型ＬＣＤ３００で反射されて観察者１１３に視認される際に、観察者１１３の目に違和感を与えないようにする上で、パターニングされた陰極１２（もしくは陽極１１、もしくは有機層１３を構成する上記３層のうちいずれか１層）のピッチは、約１ｍｍ以下であることが好ましい。

次に、反射型ＬＣＤ３００の構造について説明する。図２に示すように、例えばガラス基板からなるＴＦＴ基板３０に区分された複数の画素領域のそれぞれに、スイッチング用の薄膜トランジスタ３１（以降、「ＴＦＴ」と略称する）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いる。また、層間絶縁膜３２上には、各ＴＦＴ３１に対応して、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光を反射する金属材料からなる画素電極、即ち反射電極３３が形成されている。反射電極３３は、それに対応するＴＦＴ３１のドレインもしくはソースと、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、不図示の導電性の充填材等により接続されている。

隣接する反射電極３３の間には、所定の離間領域、即ち、所定の幅のスリット部３７Ｓが設けられている。このスリット部３７Ｓは、後述する液晶層４０の配向分割用の配向制御部としての機能を有する。さらに、反射電極３３及びスリット部３７Ｓを覆うようにして、液晶分子をＴＦＴ基板３１に対して所定の角度で配向するための不図示の配向膜が形成されている。

また、反射電極３３が形成されたＴＦＴ基板３０と対向して、例えばガラス基板からなる対向基板３５が配置されている。対向基板３５の表面（ＴＦＴ基板３１と対向する面）には、例えばＩＴＯからなる共通電極３６が形成されている。共通電極３６上には、後述する液晶層４２の液晶分子を異なる２つの所定の方向に配向分割する配向制御部として、突起部３７Ｐが形成されている。この突起部３７Ｐは、例えばレジスト材料のパターニング等により形成される。さらに、共通電極３６及び突起部３７Ｐを覆うようにして不図示の配向膜が形成されている。

一方、対向基板３５の裏面（観察者１１３と対向する面）には、光の波長λの４分の１の光学的位相差を生じさせるλ／４波長板３９（４分の１波長板）が配置されている。λ／４波長板３９は、直線偏光から円偏光への変換、もしくは円偏光から直線偏光への変換を行う。このλ／４波長板３９には、さらに、広帯域の波長の光に対しても上記偏光の変換を可能にするために、光の波長λの２分の１の光学的位相差を生じさせる不図示のλ／２波長板（２分の１波長板）が積層されて配置されてもよい。λ／４波長板３９上には、さらに、例えば拡散粘着層からなる光散乱層４０、偏光板４１がこの順番で積層されている。光散乱層４０は照明装置２００からの光を散乱して、反射電極３３に均一に照射されるようにするためのものである。

そして、ＴＦＴ基板３０と対向基板３５との間には液晶層４２が封入されている。液晶層４２は、例えば、正の誘電率異方性を有し、かつ所定の旋光性を有するように螺旋状に配向された液晶分子（例えばネマティック液晶）から成り、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＭＴＮ（Ｍｉｘｅｄ ＴＮ）モードによって駆動する。

もしくは液晶層４２は、上記以外のモードにより駆動するものであってもよい。例えば液晶層４２は、負の誘電率異方性を有して垂直配向された液晶分子（例えばネマティック液晶）から成り、垂直配向モード、即ちＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モードによって駆動するものであってもよい。

次に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との結合関係について説明すると、図１及び図２に示すように、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との間に空気層が存在すると、照明装置２００の第１の透明基板１０から放射された光は、その空気層に入るときに反射して観測者側に戻り、コントラストを低下させるおそれがある。

そのため、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もしく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とを接合することにより、光の屈折を極力抑止することが好ましい。

次に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との配置関係について説明する。図１及び図２に示すように、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１は、反射電極３３のピッチＰ２と同じである。この場合、陰極１２及び遮光層１６は、反射型ＬＣＤ３００の表示に寄与しない複数の反射電極３３間のスリット部３７Ｓの真上に配置することが好ましい。これにより、反射電極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、それら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。

また、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１を反射電極３３のピッチＰ２よりも小さくし、かつピッチＰ２に対するピッチＰ１の比、即ちＰ１／Ｐ２を１／自然数としてもよい。ピッチＰ１とピッチＰ２が同じであると、反射型ＬＣＤ３００の表示において干渉縞やモアレ縞（ｍｏｉｒｅ）が生じる場合があるが、このようにピッチＰ１とピッチＰ２の比を設定することで、それらの現象を抑止することができる。

もしくは、これとは逆に、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１を反射電極３３のピッチＰ２よりも大きくし、かつピッチＰ１／ピッチＰ２）を自然数としてもよい。これによっても、上記干渉縞等の現象を抑止することができる。

さらに本実施形態では、照明装置２００及び反射型ＬＣＤ３００は、上記配置関係に加えて、以下に示すような配置関係を有している。次に、その配置関係の詳細について図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態に係る表示装置を部分的に拡大して示す断面図である。図４では、説明の便宜上、照明装置２００の遮光層１６、有機ＥＬ素子層１５の構成要素、液晶層４２、反射型ＬＣＤ３００の反射電極３３、及びＴＦＴ基板３１のみを図示し、その他の構成要素の図示は省略する。

最初に、図４に示すように、有機ＥＬ素子層１５のうち、隣接する発光領域１３ａの中心１３ｃ間の距離をＤ１とし、発光領域１３ａの中心１３ｃとその垂線方向における反射電極３３の表面との距離をＤ２と定義する。また、隣接する発光領域１３ａの中心１３ｃ間を結ぶ線分の垂直２等分線上において、その垂直２等分線と、反射電極３３の表面に入射する発光領域１３ａの中心１３ｃからの光線とのなす角度をθとし、その角度θは、距離Ｄ１及び距離Ｄ２を変数とした逆正接関数、即ちａｒｃｔａｎ（Ｄ１,Ｄ２）により、次式で与えられるものとする。

このとき、本実施形態では、照明装置２００及び反射型ＬＣＤ３００の配置関係として、角度θは、反射型ＬＣＤ３００の視野角依存性を劣化させないような所定の角度に定められている。即ち、そのような所定の角度θが得られるような距離Ｄ１及び距離Ｄ２を以って、有機ＥＬ素子層１５の発光領域１３ａの中心１３ｃ及び反射電極３３が配置される。

ここで、上記所定の角度θは、例えば液晶層４２がＴＮモードで駆動する場合、０度より大きく２０度以下である。また、例えば液晶層４２が垂直配向モードで駆動する場合、上記所定の角度θは、０度より大きく５０度以下である。

上述した角度θを実現する方法としては、例えば、数１の式を満たす距離Ｄ１が得られように、有機ＥＬ素子層１５の陰極１２（もしくは発光領域１３ａを決定する層）がパターニングされる。また、数１の式を満たす距離Ｄ２が得られように、有機層１３と反射電極３３との間に存在する複数の層のうち少なくとも１つの層の厚さが調整される。

次に、上述した反射型ＬＣＤ３００の動作について説明する。最初に、照明装置２００から反射型ＬＣＤ３００に入射した全方位光は、偏光板４１の偏光軸に応じた直線偏光となり、光散乱層４０を介してλ／４波長板３９を透過して円偏光となる。この円偏光は、対向基板３５及び共通電極３６を透過して液晶層４０に入射する。

このとき、反射電極３３及び共通電極３６への電圧印加の有無によって液晶層４２の電界が変化し、液晶層４２の光学的位相差が画素ごとに変化する。そして、液晶層４２に入射した円偏光は、この光学的位相差、及び反射電極での反射により、左右いずれかの回転方向を有した円偏光となって出射する。この円偏光は、再びλ／４波長板３９を透過して、その回転方向に応じた直線偏光となって偏光板４１に入射する。ここで、その直線偏光は、その偏光軸が偏光板４１の偏光軸と一致する場合には偏光板４１を透過して白表示となり、直交する場合には偏光板４１を透過せずに黒表示となる。

また、上記表示の際には、有機ＥＬ素子層１５の発光領域１３ａの中心１３ａからの光線は、数１の式で与えられた角度θを以って反射電極３３に入射する。そのため、発光領域１３ａから反射電極３３へ入射する光線の角度を起因したコントラスト等の光学的特性の劣化、即ち視野角依存性の劣化を極力抑止することができる。

また、配向制御部として設けられた複数の反射電極３３間のスリット部３７Ｓ、及び共通電極３６の突起部３７Ｐによって液晶層４２の配向分割が可能となり、上記視野角依存性の劣化を極力抑止することができる。

また、上記構成の照明装置２００によれば、遮光層１６によって、観察者１１３に対する発光領域１３ａの光の漏れが極力抑止され、反射型ＬＣＤ３００の表示の際のコントラストを従来例に比して高くすることができる。例えば、暗い環境下、即ち外光が不充分な環境下においても、表示の際のコントラストを従来例に比して高めることができる。

なお、上記実施形態の反射型ＬＣＤ３００では、配向制御部として突起部３７Ｐを共通電極３６に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図示しないが、共通電極３６に、突起部３７Ｓの替わりにスリット部３７Ｓを設けてもよい。もしくは突起部３７Ｐの形成は省略されてもよい。

また、反射する金属材料からなる反射電極３３は、アルミニウム（Ａｌ）からなるものとしたが、本発明はこれに限定されず、例えばＩＴＯからなる透明電極と反射膜との積層体であってもよい。

また、上記実施形態の照明装置２００には、発光薄体として有機ＥＬ素子層１５が形成されるものとしたが、有機ＥＬ素子層１５の替わりに、その他の発光薄体、例えば無機ＥＬ素子層が形成されてもよい。

また、上記実施形態の照明装置２００には、陰極１２を覆う遮光層１６が形成されたが、遮光層１６の形成は省略されてもよい。この場合、発光領域１３ａから光が僅かに観察者１１３側に漏れるものの、陰極１２が遮光層として兼用される。

本発明の実施形態に係る表示装置を照明装置側から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態に係る表示装置を部分的に拡大して示す断面図である。 従来例に係る照明装置を備えた表示装置を示す断面図である。

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 １３ｃ 発光領域の中心
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 ３２ 層間絶縁膜
３３ 反射電極 ３５ 対向基板 ３６ 共通電極
３６ 共通電極 ３７Ｐ 突起部 ３７Ｓ スリット部
３９ λ／４波長板 ４０ 光散乱層 ４１ 偏光板
４２ 液晶層 ４５ 樹脂層
１００,３００ 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
２００ 照明装置 ＣＨ コンタクトホール

Claims (9)

1. 照明装置を備え、かつ反射電極を具備する反射型液晶表示装置を備えた表示装置であって、
   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、を備え、前記発光薄体の一方の面を前記反射電極の表面に対向させて配置され、
   さらに、隣接する前記発光薄体の中心間の距離をＤ１とし、前記発光薄体の中心とその垂線方向における前記反射電極の表面との距離をＤ２とし、隣接する前記発光薄体の中心間を結ぶ線分の垂直２等分線上において、その垂直２等分線と前記反射電極の表面に入射する前記発光薄体の中心からの光線とのなす角度をθとし、その角度θは、
   θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ１／（２×Ｄ２））
   で与えられるとき、
   前記角度θは、前記反射型液晶表示装置の視野角依存性を劣化させない所定の角度となることを特徴とする表示装置。
2. ねじれネマティックモードで駆動すると共に、前記角度θは０度より大きく２０度以下となることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 垂直配向モードで駆動すると共に、前記角度θは０度より大きく５０度以下となることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記発光薄体は、陽極及び陰極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子からなることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記陽極又は陰極のうち少なくとも一方は、所定の形状にパターニングされていることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記陰極が前記所定の形状にパターニングされ、その陰極が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５記載の表示装置。
7. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記陽極と陰極との間に電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を備え、前記電子輸送層、発光層及び正孔輸送層のうち、少なくとも一つが所定の形状にパターニングされていることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
8. 前記所定の形状はストライプ状であることを特徴とする請求項５、６、７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記発光薄体の他方の面を覆うようにして、遮光層が配置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８のいずれかに記載の表示装置。
   

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