KR100800932B1

KR100800932B1 - 표시 장치

Info

Publication number: KR100800932B1
Application number: KR1020060044955A
Authority: KR
Inventors: 노리오 고마
Original assignee: 엡슨 이미징 디바이스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2008-02-04
Also published as: US7847883B2; TW200641465A; KR20060120470A; US20060261337A1

Abstract

프론트 라이트로서 조명부를 구비한 액정 표시 장치(LCD)에서, 고콘트라스트화를 도모한다. 조명부(200)는, 투명 기판(10)과 투명 기판(20) 사이에 유기 EL층(15)이 끼워져 형성되어 있다. 유기 EL 소자층(15)의 음극층(12)을 피복하여 차광층(16)이 형성되어 있다. 조명부(200)는 반사형 LCD(300)의 상방에 배치된다. 반사형 LCD(300)는, 편광판(37), 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35), 액정층(40), TFT 기판(30)을 구비하고 있다. 여기서, 양극층(11), 투명 기판(10), 수지층(45), 편광판(37), 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35)의 7개의 층의 굴절율을 각각, n(1), n(2), n(3), n(4), n(5), n(6), n(7)이라고 하면, 1.33>n(k)/n(k+1)>0.75(k=1∼6)라는 관계로 설정된다.

조명부, 발광 소자, 광 산란층, 유전률 이방성, 일렉트로루미네센스 소자, 액정 소자부

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표시 장치가 설치된 반사형 LCD를 조명부측으로부터 본 평면도.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표시 장치 조명부의 확대 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 단면도.

도 5는 인접하는 2개의 층의 계면에서의 반사를 설명하는 단면도.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 조명부측으로부터 본 평면도.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치의 단면도.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치를 조명 장치측으로부터 본 평면도.

도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치의 단면도.

도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치의 동작을 설명하는 단면도.

도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치의 단면도.

도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치의 조명부의 단면도.

도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치의 조명부의 사시도.

도 14는 종래예에 따른 조명부가 설치된 반사형 LCD의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 투명 기판

11 : 양극층

12 : 음극층

13, 28 : 유기층

15 : 유기 EL 소자층

16, 53 : 차광층

25 : 유기 EL 소자

30 : TFT 기판

34 : 대향 기판

35 : 공통 전극

36 : 광 산란층

37 : 편광판

40, 40A : 액정층

45 : 수지층

100, 300, 300A : 반사형 LCD

110 : 투명 아크릴판

111 : 홈

52, 112 : 광원

200, 200A, 210 : 조명부

[특허 문헌 1] 일본 특개평 5-325586호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특개 2003-255375호 공보

본 발명은, 조명부를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(이하 LCD라고 함)는, 박형이며 저소비 전력이라고 하는 특징을 갖추어, 현재 컴퓨터의 모니터나, 휴대 전화 등의 휴대 정보 기기의 모니터로서 널리 이용되고 있다. LCD에는, 투과형 LCD, 반사형 LCD, 반 투과형 LCD가 있다.

투과형 LCD는, 액정에 전압을 인가하기 위한 화소 전극으로서 투명 전극을 이용하여, LCD의 후방에 백 라이트를 배치하고, 이 백 라이트의 투과 광량을 제어함으로써 주위가 어둡더라도 밝은 표시를 할 수 있다. 그러나, 대낮의 옥외와 같이 외광이 강한 환경에서는, 충분한 콘트라스트를 확보할 수 없다는 특성이 있다.

반사형 LCD는, 태양 광이나 실내등 등의 외광을 광원으로서 이용하여, LCD에 입사하는 이들 외광을, 관찰면측의 기판에 형성한 반사층으로 이루어지는 반사 화소 전극에 의해서 반사한다. 그리고, 액정에 입사하여, 반사 화소 전극에서 반사 된 광의 LCD 패널로부터의 사출 광량을 화소마다 제어함으로써 표시를 행한다. 이 반사 LCD는, 광원으로서 외광을 이용하기 때문에, 외광이 없는 환경에서는 표시를 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.

반 투과형 LCD는, 투과 기능과 반사 기능의 양방을 더불어 가져, 주위가 밝은 환경에도 어두운 환경에도 대응할 수 있다. 그러나, 이 반 투과형 LCD에서는, 1개의 화소 내에, 투과 영역과 반사 영역을 갖기 때문에, 1 화소당의 표시 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있었다.

따라서, 반사형 LCD에 프론트 라이트를 설치함으로써 어두운 환경 하에서도 표시를 가능하게 하는 것이 생각되었다. 도 14는 프론트 라이트가 설치된 반사형 LCD를 나타내는 도면이다. 반사형 LCD(100)의 표시면에 대향하여 투명 아크릴판(110)이 배치되어 있다. 이 투명 아크릴판(110)의 반사형 LCD(100)과 대향하는 면과 반대측의 면에는 복수의 역삼각 형상의 홈(111)이 형성되어 있다. 또한, 투명 아크릴판(110)의 측면에는 광원(112)이 배치되어 있다. 광원(112)으로부터 투명 아크릴판(110)에 도입된 광은, 홈(111)의 경사면에서 반사형 LCD(100)의 방향으로 굴절되어, 반사형 LCD(100)의 표시면에 입사된다.

그러나, 광원(112)으로부터 투명 아크릴판(110) 안에 도입된 광은, 투명 아크릴판(110)에 형성된 홈(111)의 경사면에서 반사형 LCD(100)의 방향으로 굴절됨과 함께, 그것과는 역방향인 관찰자(113)가 있는 방향으로도 다소 반사되기 때문에, 그 광이 투명 아크릴판(110)으로부터 누설하여 관찰자의 눈에 들어가서, LCD의 콘 트라스트를 저하시킨다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 표시 장치는, 액정 표시부 상에 배치된 조명부를 구비하고, 상기 조명부는, 제1 기판 상에 형성된 발광박체를 구비하고, 상기 액정 표시부는, 복수의 화소를 갖고, 상기 발광박체로부터 방사된 광을 받는 반사 화소 전극이 각 화소 안에 형성된 제2 기판과, 상기 제2 기판 상에 대향하여 배치되고, 그 표면에 공통 전극이 형성된 제3 기판과, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에 봉입된 액정층을 구비하고, 상기 발광박체와 상기 액정층 사이에 삽입되고, 서로 인접한 2개의 층의 굴절율을 각각 n1, n2라고 하면, 1.33>n1/n2>0.75이라는 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 것이다.

<실시 형태>

다음으로 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표시 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는 조명부(200)가 설치된 반사형 LCD(300)를 조명부(200)측으로부터 본 평면도로, 도 1은 도 2의 X-X선을 따라 취한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 이 실시 형태에서는, 반사형 LCD(300)의 표시면에 대향하여, 그 상측에 조명부(200)가 배치되어 있다.

우선, 조명부(200)의 구조에 대하여 설명한다. 글래스 기판 등으로 이루어지는 투명 기판(10)과 투명 기판(20) 사이에, 유기 일렉트로루미네센스 소자층(15)(이하, 「유기 EL 소자층(15)」이라고 칭함)이 끼워져 형성되어 있다. 유기 EL 소자층(15)은, ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도 전 재료로 이루어지며, 투명 기판(10) 상의 실질적으로 전체면에 형성된 양극층(11)과, 이 양극층(11) 상에 형성된 유기층(13), 유기층(13) 상에 형성되고, 일정한 피치를 갖는 격자의 형상으로 패터닝된 음극층(12)으로 이루어진다.

유기층(13)은, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층으로 이루어진다. 또한, 음극층(12)은 예를 들면, 알루미늄층(Al층), 또는 마그네슘층(Mg층)과 은층(Ag층)으로 이루어지는 적층체, 또는 칼슘층(Ca층)으로 이루어진다. 여기서, 양극층(11)의 두께는 100㎚, 음극층(12)의 두께는 500㎚, 유기층(13)의 두께는 100㎚ 인 것이 바람직하다. 또한, 유기 EL 소자층(15) 대신에 무기 EL 소자층을 이용할 수 있다.

유기 EL 소자층(15)에서, 양극층(11)과 음극층(12)에서 상하로 끼워진 유기층(13)의 부분이 발광 영역(13a)으로 된다. 즉, 음극층(12)의 바로 아래에 있는 유기층(13)이 발광 영역(13a)이고, 이 발광 영역(13a)도 평면적으로 보면 음극층(12)과 동일한 격자의 형상을 갖고 있다. 발광 영역(13a)은 양극층(11)에 플러스의 전위, 음극층(12)에 마이너스의 전위를 인가함으로써 발광한다.

그 이외의 영역의 유기층(13)은 발광하지 않고, 비발광 영역으로 된다. 또한, 격자의 형상으로 패터닝된 음극층(12)의 상면을 피복하여 차광층(16)이 형성되어 있다. 차광층(16)도 음극층(12)과 동일한 격자의 형상으로 패터닝되어 있다. 차광층(16)은, 발광 영역(13a)으로부터 상방으로 방사되는 빛을 차단하기 위한 것이기 때문에, 그를 위해서는 광을 반사하는 광 반사층이나, 혹은 광을 흡수하는 광 흡수층이면 된다. 차광층(16)의 두께는 10㎚ 이하인 것이 바람직하다.

광 반사층은, 예를 들면 크롬(Cr)이나 산화 알루미늄(Al₂O₃) 등으로 형성할 수 있다. 광 흡수층은, 포토레지스트 재료에 흑색 안료를 함유시킨 흑색 안료층, 포토레지스트 재료에 흑색 염료를 함유시킨 흑색 염료층 혹은 산화 크롬층 등으로 형성할 수 있다.

상기 발광 영역(13a)으로부터 하방으로 향하는 광은, 투명한 양극층(11) 및 투명 기판(10)을 통해서 반사형 LCD(300)에 조사된다. 또한 발광 영역(13a)으로부터 상방으로 향하는 광은 음극층(12)과 차광층(16)에 의해서, 하방으로 반사되거나, 흡수되기 때문에, 조명부(200)의 상방에서 하방을 보고 있는 관찰자(113)의 눈에 발광 영역(13a)으로부터의 광이 직접 들어 가는 것이 극력 방지된다.

상기 구성에서는, 음극층(12)이 일정한 피치를 갖는 격자의 형상으로 패터닝되어, 양극층(11)은 패터닝되어 있지 않지만, 음극층(12)과 양극층(11)을 교체하여도 된다. 즉, 도 1에서, 양극층(11)을 음극층(12)의 위치에 배치하고, 음극층(12)을 양극층(11)의 위치에 배치하여도 된다. 양극층(11)이 패터닝되고, 음극층(12)은 패터닝되지 않는 것으로 된다.

또한, 양극층(11) 및 음극층(12)에 대해서는 전혀 패터닝하지 않고서 전체면에 형성하고, 그 대신에, 유기층(13)을 구성하고 있는 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층의 3층 중, 적어도 1층이 패터닝되어 있어도 된다. 즉, 이들 3층이 모두 형성되어 있는 영역이 발광 영역으로 되고, 3층 중 어느 하나의 층이 결여되어 있는 영역이 비발광 영역으로 된다.

또한, 차광층(16)의 폭은, 패터닝된 음극층(12)(또는 양극층)의 폭보다도 큰 것이, 차광 효과를 높이는 데에 있어서 바람직하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 패터닝된 음극층(12)(또는 양극층)의 엣지와 차광층(16)의 엣지 사이의 거리 L1은, 유기층(13)의 발광 영역(13a)의 두께와 패터닝된 음극층(12)(또는 양극층)의 두께의 합계 L2와 동일하거나 그보다도 큰 것이 차광 효과를 더욱 높이는 데에 있어서 바람직하다.

또한, 패터닝된 음극층(12)(또는 양극층)의 격자의 피치(도 2에서, P1, P2의 치수)는, 1㎜ 이하인 것이, 관찰자(113)의 눈에 위화감을 주지 않도록 하는 데에 있어서 바람직하다.

다음으로, 전술한 조명부(200)에 의해서 조명되는 반사형 LCD(300)의 구조 및 조명부(200)와의 결합 관계에 대하여 설명한다. 글래스 기판으로 이루어지는 TFT 기판(30) 상의 화소마다 스위칭용 박막 트랜지스터(31)(이하, TFT라고 칭함)가 형성되어 있다. TFT(31)는 층간 절연막(32)에 의해서 피복되어 있으며, 층간 절연막(32) 상에는 각 TFT(31)에 대응하여 알루미늄(Al)과 같은 반사 재료로 이루어지는 화소 전극(33)이 형성되어 있다. 화소 전극(33)은 대응하는 TFT(31)의 드레인 또는 소스에, 층간 절연막(32)에 형성된 컨택트홀 CH를 통해서 접속되어 있다.

화소 전극(33)이 형성된 TFT 기판(30)과 대향하여, 글래스 기판으로 이루어지는 대향 기판(34)이 배치되어 있다. 대향 기판(34)의 표면에는 ITO로 이루어지는 공통 전극(35)이 형성되어 있다. 대향 기판(34)의 이면에는, 확산 점착층으로 이루어지는 광 산란층(36), 편광판(37)이 이 순서대로 적층되어 있다. 광 산란 층(36)은 조명부(200)로부터의 광을 산란하여, 화소 전극(33)에 균일하게 조사되도록 하기 위한 것이다. 이 대향 기판(34)과 TFT 기판(30) 사이에 액정층(40)이 봉입되어 있다.

전술한 구성에 따르면, 조명부(200)로부터 방사되는 광은, 편광판(37)에 의해서 소정의 방향으로 편광을 받고, 다시 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35)을 통과하여 액정층(40)에 도입되어, 화소 전극(33)에 의해서 반사된다. 화소 전극(33)에 의해서 반사된 광은, 동일한 경로를 반대로 되돌아가서, 격자의 형상으로 패터닝된 차광층(16)의 간극을 통해서 관찰자(113)에게 시인된다. 이 때, 화소 전극(33)과 공통 전극(35) 사이에 인가되는 전계에 의해서, 광의 투과율이 화소마다 변화한다. 이에 의해, 화소 전극(33)에 의해서 반사되는 광의 강도가 화소마다 변화함으로써 LCD 표시를 실현할 수 있다. 전술한 바와 같이, 조명부(200)에는 차광층(16)이 설치되어 있기 때문에, 발광 영역(13a)으로부터의 광의 누설이 극력 방지되고 있기 때문에, LCD 표시의 콘트라스트를 높게 할 수 있다.

조명부(200)는 반사형 LCD(300)의 상방에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 조명부(200)와 반사형 LCD(300) 사이에 공기층이 존재하면, 조명부(200)의 투명 기판(10)으로부터 방사된 광이 공기층에 들어갈 때에 투명 기판(10)과 공기층과의 계면에서 반사하여 광이 관측자측으로 되돌아가, LCD 표시의 콘트라스트를 저하시킬 우려가 있다. 따라서, 투명 기판(10)과 동일한 굴절율을 갖는 수지층(45)(예를 들면 UV 큐어러블 수지층 또는 가시광 큐어러블 수지층)을 개재하여 조명부(200)와 반사형 LCD(300)를 접합함으로써, 광의 굴절을 방지하는 것이 바람직하다.

다음으로, 조명부(200)로부터 방사되는 광이나, 투명 기판(20)을 통해서 입사되는 외광의 반사를 방지하여 LCD 표시의 콘트라스트를 더욱 높이기 위한 구성에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 조명부(200)로부터 투명 기판(10)을 통해서 방사되는 광, 혹은 외광은, 양극층(11), 수지층(45), 편광판(37), 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35)을 통과하여 액정층(40)에 도입된다. 이 때, 도 4에 도시한 바와 같이 조명부(200)로부터 투명 기판(10)을 통해서 방사되는 광, 혹은 외광은, 서로 인접한 2개의 층의 계면(예를 들면, 양극층(11)과 투명 기판(10)의 계면, 투명 기판(10)과 수지층(45)의 계면 등)에서 반사를 받는다.

일반적으로, 2개의 층의 굴절율의 차가 클 수록, 그 2개의 층의 계면에서의 광의 반사율은 커진다. 2개의 층의 굴절율을 각각 n1, n2로 한다. 도 5에 도시한 바와 같이 굴절율 n1의 층으로부터 굴절율 n2의 층에 광이 입사하고, 이들 층의 계면에서 광이 반사되는 경우에 대해 설명한다.

이 경우, 2개의 층의 계면에서의 반사율은 다음 수학식 1, 수학식 2로 나타낸다.

여기서, R_P는, 입사면 내에서 진동하는 편광 성분(P파)의 반사율, R_S는 입사면에 대하여 수직으로 진동하는 편광 성분(S파)의 반사율이다. θ는 입사광의 입사각, θ'는 그 굴절각이다. 정면으로부터의 입사광, 즉 2개의 층의 계면에 대한 수직 방향으로부터의 입사광에 대해서는, θ=θ'=0°이기 때문에, R_P=R_S=R이 성립한다. 수학식 1을 R에 대하여 풀면, 다음 수학식 3이 유도된다.

이 수학식 3을 변형하면, n1, n2는, 수학식 4 또는 수학식 5로 나타내는 관계로 된다.

2개의 층의 계면에서의 광의 반사가 크면 그 반사광이 관찰자에 의해서 시인 되기 때문에 LCD 표시의 콘트라스트가 저하한다. 따라서, 본 발명의 표시 장치에서는, 서로 인접하는 2개의 층의 계면에서의 반사율은, 콘트라스트의 저하를 고려하면, 정면으로부터의 입사광의 반사율 R을 2% 이하로 억제하는 것이 필요하다. 이 조건을 만족시키는 굴절율은 수학식 4, 수학식 5로부터 이하의 수학식 6과 같이 도출할 수 있다.

즉, LCD 표시의 콘트라스트의 저하를 억지하기 위해, 인접한 2개의 층의 굴절율의 관계를 수학식 6과 같이 설정하는 것이 필요하다. 또한, LCD 표시의 콘트라스트의 저하를 더욱 억지하기 위해, 정면으로부터의 입사광의 반사율 R을 1% 이하로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 이 조건을 만족시키는 굴절율의 관계는 이하의 수학식 7로 나타낼 수 있다.

본 실시 형태에서, 양극층(11), 투명 기판(10), 수지층(45), 편광판(37), 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35)의 7개의 층의 굴절율을 각각, n(1), n(2), n(3), n(4), n(5), n(6), n(7)이라고 하면, 각각의 층의 계면에서의 반사율을 2% 이하로 억제하기 위해서는, 다음 수학식 8의 관계가 성립하는 것이 필요하다. 또한, 각각의 층의 계면에서의 반사율을 1% 이하로 억제하기 위해서는, 다음 수학식 9의 관계가 성립하는 것 필요하다. 수학식 8, 수학식 9에서, k=1∼6이다.

이들 7개 층 중, 삭제되는 층이 있는 경우에는, 남은 층에 대하여 상기의 관계를 만족시키면 된다. 예를 들면, 투명 기판(10), 수지층(45), 광 산란층(36)이 삭제된 경우에는, 남은 4개의 층, 양극층(11), 편광판(37), 대향 기판(34), 공통 전극(35) 사이에서, 상기의 수학식 8 혹은 수학식 9의 관계가 성립되어 있으면 된다.

다음으로, 조명부(200)와 반사형 LCD(300)의 화소와의 배치 관계에 대하여 설명한다. 반사형 LCD(300)는 행 방향 및 열 방향으로, 동일한 치수를 갖는 복수의 화소가 동일 피치로 배열되어 있다. 도 1에서는, 화소의 행 방향의 피치 P3(화소 전극(33)의 피치)이 도시되어 있다.

또한, 각 화소는, 1개의 TFT(31), 1개의 화소 전극(33)을 갖는다. 조명부(200)의 음극층(12) 및 차광층(16)의 격자의 피치는 화소의 피치와 동일하다. 즉, 격자의 행 방향의 피치 P2는 화소의 행 방향의 피치 P3과 동일하며, 또한 격자의 열 방향의 피치 P1은 화소의 열 방향의 피치와 동일하다. 이 경우, 조명부(200)의 음극층(12) 및 차광층(16)은, LCD 표시에 기여하지 않은 화소 전극(33) 의 이격 영역 SR의 바로위에 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 화소 전극(33)에서 반사된 광의 대부분이 차광층(16)에서 차단되지 않고 격자의 간극을 통하여 관찰자(113)에게 시인되도록 되는 이점이 있다.

또한, 조명부(200)의 음극층(12) 및 차광층(16)의 격자의 피치(행 방향 및 열 방향의 피치)는, 화소의 피치(행 방향 및 열 방향의 피치)보다도 작고, 또한 화소의 피치에 대한 격자의 피치의 비(격자의 피치/ 화소의 피치)를 1/ 자연수로 하여도 된다. 격자의 피치와 화소의 피치가 동일하면, LCD 표시에서 간섭 줄무늬나 므와레 줄무늬(moire)가 발생하지만, 이와 같이 설정함으로써 그와 같은 현상을 방지할 수 있다.

또한, 반대로, 조명부(200)의 음극층(12) 및 차광층(16)의 격자의 피치(행 방향 및 열 방향의 피치)는, 화소의 피치(행 방향 및 열 방향의 피치)보다도 크고, 또한 화소의 피치에 대한 격자의 피치의 비(격자의 피치/ 화소의 피치)를 자연수로 하여도 된다. 이와 같이 설정함으로써도 간섭 줄무늬나 므와레 줄무늬(moire)를 방지할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 6은 이 조명부(210)가 설치된 반사형 LCD(300)를 조명부(210)측으로부터 본 평면도이고, 도 7은 도 6의 Y-Y선을 따라 취한 단면도이다. 도 7에 도시한 바와 같이 이 실시 형태에서는, 반사형 LCD(300)의 표시면에 대향하여, 그 상측에 조명부(210)가 배치되어 있다. 피 조명물인 반사형 LCD(300)에 대해서는, 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

이 조명부(210)는, 제1 실시 형태와 달리, 유기 EL 소자층(15) 대신에, 글래스 기판 등의 투명 기판(50) 상에 형성되고,격자의 형상을 갖는 도광 박판(51)과, 이 도광 박판(51)에 광을 공급하는 광원(52)을 이용한 것이다. 다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

도광 박판(51)은, 1㎛의 두께를 갖는 투명 수지로 이루어지는 격자이다. 격자의 행 방향 및 열 방향의 엣지에는 광원(52)이 배치되고, 이들 엣지로부터 광원(52)으로부터의 광이 도광 박판(51) 안에 공급되고, 도광 박판(51)의 외부로 방사된다. 따라서, 도광 박판(51)은 격자 형상의 광원으로 된다. 도광 박판(51)의 관찰자(113)측의 면에는 차광층(53)이 접착되어 있다. 차광층(53)이 접착된 도광 박판(51)은, 다른 1매의 투명 기판(55)에 의해서 피복되어 있어도 된다.

상기 도광 박판(51)으로부터 하방으로 향하는 광은, 투명 기판(50)을 통해서 반사형 LCD(300)에 조사된다. 또한 도광 박판(51)으로부터 상방으로 향하는 광은 차광층(53)에 의해서, 하방으로 반사되거나, 흡수되기 때문에, 조명부(200)의 상방에서 하방을 보고 있는 관찰자(113)의 눈에 도광 박판(51)으로부터의 광이 직접들어 가는 것이 극력 방지된다.

또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, LCD 표시의 콘트라스트의 저하를 억제하기 위해서, 인접한 2개의 층의 계면에서의 입사광의 반사율을 2% 이하로, 더욱 바람직하게는 1% 이하로 설정한다.

즉, 투명 기판(50), 수지층(45), 편광판(37), 광 산란층(36), 대향 기판(34), 공통 전극(35)의 6개의 층의 굴절율을 각각, n(1), n(2), n(3), n(4), n(5), n(6)이라고 하면, 상기의 수학식 8, 더욱 바람직하게는 수학식 9의 관계가 성립하는 것이다. 이 경우, 수학식 8, 수학식 9에서, k=1∼5이다.

이들 6개의 층 중, 삭제되는 층이 있는 경우에는, 남은 층에 대하여 상기의 수학식 8 혹은 수학식 9의 관계가 만족되면 된다. 예를 들면, 투명 기판(50), 수지층(45), 광 산란층(36)이 삭제된 경우에는, 남은 3개의 층, 편광판(37), 대향 기판(34), 공통 전극(35) 사이에서, 수학식 8 혹은 수학식 9의 관계가 성립하고 있으면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서, 화소 전극(33)은 알루미늄(Al)과 같은 반사 재료로 이루어진다고 했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 ITO로 이루어지는 투명 전극과 반사막의 적층체이어도 된다. 또한, 실시 형태의 조명부(200)에는 음극층(12)을 피복하는 차광층(16)이 형성되었지만, 차광층(16)의 형성은 생략되어도 된다. 이 경우, 발광 영역(13a)으로부터 광이 약간 관찰자(113)측에 누설되지만, 음극층(12)이 차광층으로서 겸용된다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 8은 이 조명부(200)가 설치된 반사형 LCD(300A)를 조명부(200)측으로부터 본 평면도이고, 도 9는 도 8의 Y-Y선을 따라 취한 단면도이다. 이 실시 형태의 반사형 LCD(300A)는, 수직 배향 모드의 반사형 LCD이며, 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, LCD 표시의 콘트라스트의 저하를 억제하기 위해서, 인접한 2개의 층의 계면에서의 입사광의 반사율을 2% 이하로, 더욱 바람직하게는 1% 이하로 설정한다. 조명부(200)에 대해서는 제1 실시 형태의 것과 완전히 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

반사형 LCD(300A)의 구조에 대하여, 제1 실시 형태의 반사형 LCD(300)와 상이한 점을 설명한다. 인접하는 화소 전극(33) 사이에는, 이격 영역 SR, 즉, 소정의 폭의 슬릿부(37S)가 형성되어 있다. 이 슬릿부(37S)는, 후술하는 액정층(40)의 배향 분할용의 배향 제어부로서의 기능을 갖는다. 또한, 화소 전극(33) 및 슬릿부(37S)를 피복하도록 하고, 액정 분자를 TFT 기판(30)에 대하여 수직으로 배향하기 위한 수직 배향막(41)이 형성되어 있다.

또한, 화소 전극(33)이 형성된 TFT 기판(30)과 대향하여, 예를 들면 글래스 기판으로 이루어지는 대향 기판(34)이 배치되어 있다. 대향 기판(34)의 표면에는 예를 들면 ITO로 이루어지는 공통 전극(35)이 형성되어 있다. 공통 전극(35) 상에는, 액정층(40A)의 액정 분자(40D)를 서로 다른 2개의 소정의 방향으로 배향 분할하는 배향 제어부로서, 돌기부(37P)가 형성되어 있다. 이 돌기부(37P)는, 예를 들면 레지스트 재료의 패터닝 등에 의해 형성된다. 또한, 공통 전극(35) 및 돌기부(37P)를 피복하도록 하여 수직 배향막(42)이 형성되어 있다.

한편, 대향 기판(34)의 이면에는, 광의 파장 λ의 4분의 1의 광학적 위상차를 발생시키는 λ/4 파장판(39)(4분의 1 파장판)이 배치되어 있다. λ/4 파장판(39)은, 직선 편광으로부터 원편광으로의 변환, 혹은 원편광으로부터 직선 편광으로의 변환을 행한다. 이 λ/4 파장판(39)에는, 또한, 광대역의 파장의 광에 대하여도 상기 편광의 변환을 가능하게 하기 위해, 광의 파장 λ의 2분의 1의 광학적 위상차를 발생시키는 도시되지 않은 λ/2 파장판(2분의 1 파장판)이 적층되어 배치 되어도 된다. λ/4 파장판(39) 상에는, 또한, 예를 들면 확산 점착층으로 이루어지는 광 산란층(36), 편광판(37)이 이 순서로 적층되어 있다. 광 산란층(36)은 조명부(200)로부터의 광을 산란하여, 화소 전극(33)에 균일하게 조사되도록 하기 위한 것이다.

그리고, TFT 기판(30)과 대향 기판(34) 사이에는 액정층(40A)이 봉입되어 있다. 액정층(40A)은, 마이너스의 유전률 이방성을 갖고 수직 배향된 액정 분자(40D)(예를 들면 네마틱 액정)로 이루어진다. 즉 이 반사형 LCD(300A)는, 수직 배향 모드, 즉 VA(Vertically Aligned) 모드에 의해서 구동된다.

그리고, 본 실시 형태에서, 양극층(11), 투명 기판(10), 수지층(45), 편광판(37), 광 산란층(36), λ/4 파장판(39), 대향 기판(34), 공통 전극(35), 수직 배향막(42)의 9개의 층의 굴절율을 각각, n(1), n(2), n(3), n(4), n(5), n(6), n(7), n(8), n(9)라고 하면, 각각의 층의 계면에서의 반사율을 2% 이하로 억제하기 위해서는, 다음의 수학식 8의 관계가 성립하는 것 필요하다. 또한, 각각의 층의 계면에서의 반사율을 1% 이하로 억제하기 위해서는, 다음 수학식 9의 관계가 성립하는 것 필요하다. 수학식 8, 수학식 9에서, k=1∼8이다.

조명부(200)와 반사형 LCD(300A)와의 결합 관계, 조명부(200)와 반사형 LCD(300A)와의 배치 관계에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하다

다음으로, 전술한 반사형 LCD(300A)의 동작에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 표시 장치의 동작을 설명하는 단면도로, 반사형 LCD(300A)만을 나타내고 있다. 단, 반사형 LCD(300A) 중 TFT(31) 및 층간 절연막(32)의 도시는 생략한다. 또한, 도 10A는, 액정층(40A)에 전계가 발생하고 있지 않은 경우의 상태를 나타내고, 도 10B는 액정층(40A)에 전계가 발생한 경우의 상태를 나타내고 있다.

도 10A에 도시한 바와 같이 화소 전극(33) 및 공통 전극(35)에 전압이 인가되지 않고, 액정층(40A)에 전계가 발생하고 있지 않은 경우, 액정 분자(40D)는, 수직 배향막(41, 42)에 의한 초기 배향 상태, 즉, 수직 배향 상태를 유지하고 있다. 조명부(200)로부터 반사형 LCD(300A)에 전방위광이 조사되면, 그 광은, 편광판(37)에 입사하여, 그 편광축에 따라서 직선 편광으로 된다. 이 직선 편광은, 광 산란층(36)에 의해서, 화소 전극(33)에 균일하게 조사되도록 하는 방향으로 산란된다. 그리고, 이 직선 편광은, λ/4 파장판(39)에 입사하여, 그 광학적 위상차에 의해서 원편광으로 되어, 대향 기판(34) 및 공통 전극(35)을 통하여 액정층(40A)에 입사한다.

이 때, 액정층(40A)의 액정 분자(40D)는 수직 배향 상태이기 때문에, 그곳으로 입사한 원편광은, 위상차를 변화시키지 않고서 액정층(40A)를 투과하고, 화소 전극(33)에 도달한다. 그리고, 화소 전극(33)에 도달한 원편광은, 화소 전극(33)에 의해서 공통 전극(35)측을 향하여 반사되면 동시에, 그 원편광의 회전 방향이 역전한다. 회전 방향이 역전한 원편광은, 그 위상차를 변화시키지 않고 액정층(40A)을 투과하고, 다시 공통 전극(35) 및 대향 기판(34)을 통하여 λ/4 파장판(39)에 입사한다. 이 원편광은, λ/4 파장판(39)의 광학적 위상차에 의해 직선 편광으로 되돌리어 출사된다.

여기서, 이 λ/4 파장판(39)으로부터 출사된 직선 편광은, 그 입사 시의 원편광이 역전한 회전 방향에 따라서, 최초로 편광판(37)에 의해 직선 편광된 때의 편광축과 직교하는 방향의 편광축을 갖고 있다. 즉, 이 직선 편광의 편광축은, 편광판(37)의 편광축과는 일치하지 않고 직교하고 있기 때문에, 그 편광판(37)을 투과하지 않고 흑 표시로 된다.

한편, 도 10B에 도시한 바와 같이 화소 전극(33) 및 공통 전극(35)에 전압이 인가되고, 액정층(40A)에 전계가 발생한 경우, 액정 분자(40D)는, 그 마이너스의 유전률 이방성에 의해, 전계의 방향과 직교하는 방향으로 근접하도록 하여, 즉, TFT 기판(30)이나 대향 기판(34)에 대하여 수평에 근접하도록 하여 배열한다. 이 배열은, 완전한 수평 상태가 아니라, 그 액정층(40A)에 입사하는 원편광을 직선 편광으로 변환하는 소정의 광학적 위상차를 갖고 있다.

조명부(200)로부터 반사형 LCD(300A)에 전방위광이 조사되면, 그 광은, 편광판(37)에 입사하고, 그 편광축에 따라서 직선 편광으로 되고, 다시 λ/4 파장판(39)을 투과하여 원편광으로 되어 액정층(40A)에 입사한다. 이 원편광은, 액정층(40A)의 상기 소정의 광학적 위상차에 의해서 직선 편광으로 되돌리어 화소 전극(33)에 이른다. 그리고, 화소 전극(33)에 반사된 직선 편광은, 다시 액정층(40A)의 상기 소정의 광학적 위상차에 의해 원편광으로 변환되고 액정층(40A)으로부터 출사된다. 이 원편광은, λ/4 파장판(39)에 입사하여 직선 편광으로 변환된다. 이 때, λ/4 파장판(39)에 입사하는 원편광은, 액정층(40A)에의 입사 시간과 동일한 회전 방향을 갖고 있다. 그 때문에, λ/4 파장판으로부터 출사되는 직 선 편광은, 최초로 편광판(37)을 투과한 직선 편광의 편광축과 동일한 각도의 편광축을 갖고 있다. 그 때문에, 이 직선 편광은 편광판(37)을 투과하여 관찰자(113)측에 출사되어 백 표시로 된다.

또한, 상기 표시 시에는, 배향 제어부로서 설치된 복수의 화소 전극(33) 사이의 슬릿부(37S), 및 공통 전극(35)의 돌기부(37P)에 의해서, 전압 인가 시의 반사형 LCD(300A)의 광 시야각화를 실현할 수 있다.

또한, 액정층(40A)는 수직 배향 모드에 의해 구동되기 때문에, 조명부(200)로부터의 광이 액정층(40A)의 표시면에 대하여 주로 비스듬히 입사해도, 그 광의 입사 각도를 기인으로 한 콘트라스트 등의 광학적 특성의 열화를, 다른 모드에 비하여 극력 억지할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태의 반사형 LCD(300)에서는, 배향 제어부인 돌기부(37P)를 공통 전극(35)에 설치했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 11에 도시한 바와 같이 공통 전극(35)에, 돌기부(37P) 대신에 슬릿부(37S)를 형성하여도 된다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

이 실시 형태는, 제1, 제3 실시 형태의 조명부(200)의 구성을 변경한 것이다. 반사형 LCD(300, 300A)의 구성에 대해서는 변경이 없다.

도 12는, 그 조명부(200A)의 단면도이다. 또한, 도 13은 조명부(200A)의 개략의 사시도이다. 도 12 및 도 13은, 유기 EL 소자층(15)에 포함되는 복수의 유기 EL 소자(25) 중 1개만을 나타내고 있다.

도 12에 도시한 바와 같이 유기 EL 소자(25)의 형성 영역에서, 제1 투명 기판(61)(제1 실시 형태의 투명 기판(10)에 대응함) 상에 단차 형성층(26)이 형성되어 있다. 이 단차 형성층(26)은, 감광성의 아크릴 수지 등의 투명 수지로 이루어진다. 단차 형성층(26) 상에는, ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전 재료로 이루어지는 양극(27)이 형성되어 있다.

그리고, 양극(27)의 상면, 및 단차 형성층(26) 및 양극(27)의 측면을 덮고, 아치 형상의 표면을 갖는 유기층(28)이 형성된다. 유기층(28)은, 양극(27)측으로부터 순서대로 형성된 정공 수송층(13H), 발광층(13L), 전자 수송층(13E)으로 이루어진다. 여기서, 유기층(28)이 상기 아치 형상으로 형성되기 위해서는, 예를 들면, 정공 수송층(13H)이 발광층(13L)이나 전자 수송층(13E)에 비하여 두껍께 형성되면 된다. 또한, 유기층(28)을 덮어, 알루미늄이나 크롬 등의 금속으로 이루어지는 음극(29)이 형성되어 있다.

이 유기 EL 소자(25)는, UV 큐어러블 수지 등의 시일재(63)를 개재하여, 제1 투명 기판(61)과 제2 투명 기판(62)(제1 실시 형태의 투명 기판(20)에 대응함) 사이의 공간 CAV 내에 밀봉되어 있다. 또한, 시일재(63)의 공간 CAV 측에는, 건조제(64)가 배치되어 있다. 혹은 시일재(63) 안에 건조제 입자가 혼입되어 있어도 된다. 또한, 이 공간 CAV 내에는, 건조한 질소 가스가 봉입되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 유기층(28)이 수분에 의해 열화하는 것을 억제할 수 있다.

혹은, 도시하지 않았지만, 공간 CAV 내에 수지를 충전하여도 된다. 이 경 우, 충전하는 수지의 굴절율을 글래스의 굴절율에 가까이 함으로써 제1 투명 기판(61) 혹은 제2 투명 기판(62)과, 수지와의 계면의 반사를 억제할 수 있다. 예를 들면, 공간 CAV 내에서, 유기 EL 소자(25)의 주변에, 건조제 함유의 아크릴 수지 등을 충전하여도 된다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이 유기 EL 소자(25)는, 예를 들면 반원통 형상으로 형성되지만, 이 경우, 음극(29)의 양단은, 제1 투명 기판(61)에 직접 형성되는 부분을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 음극(29)에 의해서 유기층(28)을 확실하게 피복할 수 있어, 유기층(28)에 대한 수분의 침입을 확실하게 방지할 수 있다.

유기 EL 소자(25)에서, 단차 형성층(26) 및 양극(27)은 투명하기 때문에, 양극(27) 상의 유기층(28)으로부터 하방으로 향하는 광은, 반사형 LCD(300, 300A)로 향한다. 한편, 유기층(28)으로부터 발생한 다른 방향을 향하는 광은, 음극(29)이 반사막으로서 기능함으로써, 반사형 LCD(300, 300A)의 방향으로 집광되도록 반사된다. 즉, 유기 EL 소자(25)로부터의 광은, 반사형 LCD(300, 300A)의 수직 방향 혹은 대략 수직 방향을 향하도록 지향성이 제어되어 있다. 이것에 의해서, 반사형 LCD(300, 300A)의 표시면에 대하여 비스듬히 입사하는 광이 감소하기 때문에, 표시면에 대하여 비스듬히 출사되는 광도 감소한다. 따라서, 표시의 콘트라스트가 향상하기 때문에, 표시 품위의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 조명부(200A)에서는, 양극(27)과 제1 투명 기판(61)의 사이에 단차 형성층(26)이 삽입되어 있기 때문에, 각각의 계면에서의 반사율을 2% 이하로 억제하기 위해서는, 수학식 8의 관계가 성립하는 것이 필요하며, 반사율을 1% 이하로 억제하기 위해서는, 수학식 9의 관계가 성립하는 것이 필요하다.

또한, 제1, 제3, 제4 실시 형태에서, 유기층(13, 28)은, 그 발광층(13L)의 도우펀트에 상이한 화학 물질을 사용하는 것 등에 의해, 상이한 색으로 발광하는 것으로 하여도 된다. 여기서는, 예를 들면 유기층(28)은, R(적색), G(녹색), 혹은 B(청색) 중 어느 한 색으로 발광하고, 상기 3색의 유기층(13, 28)의 조의 전체로서 백색으로 발광하도록 조정되어 있다. 단, 상기 R, G, B의 각 색의 파장은, 엄밀히 결정되지 않아도 되고, 특정 파장을 기준으로 하여, 어느 정도의 범위 내에 들어가면 된다. 즉, R, G, B의 파장은, 통상 이용되고 있는 R, G, B의 각 색과는 상이한 것이어도 된다.

본 발명의 표시 장치에 따르면, 밝은 환경 하에서, 어두운 환경 하에서 모두 콘트라스트가 높은 LCD 표시를 실현할 수 있다.

Claims

액정 표시부와, 이 액정 표시부 상에 배치된 조명부를 구비하고,

상기 조명부는, 제1 기판과, 이 제1 기판 상에 형성된 발광 소자를 구비하고,

상기 액정 표시부는, 복수의 화소를 갖고, 상기 발광 소자로부터 방사된 광을 받는 반사 화소 전극이 각 화소 안에 형성된 제2 기판과, 상기 제2 기판 상에 대향하여 배치되고, 그 표면에 공통 전극이 형성된 제3 기판과, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에 봉입된 액정층을 구비하고,

상기 발광 소자와 상기 액정층 사이에 삽입되고, 서로 인접한 2개의 층의 굴절율을 각각 n1, n2라고 하면, 1.33>n1/n2>0.75라는 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에, 광 산란층, 편광판 및 수지층이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광 소자는, 양극 및 음극을 구비한 일렉트로루미네센스 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광 소자의 상면을 피복하여 배치된 차광층을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 한 쪽은, 스트라이프 형상으로 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제5항에 있어서,

상기 음극이 상기 스트라이프 형상으로 패터닝되고, 그 음극이 상기 양극의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전자 수송층, 발광층, 및 정공 수송층을 구비하고, 상기 전자 수송층, 상기 발광층 및 상기 정공 수송층 중, 적어도 하나가 스트라이프 형상으로 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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제1항에 있어서,

상기 액정 표시부가 수직 배향 모드의 반사형 액정 표시 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 액정층은 마이너스의 유전률 이방성을 갖고, 이 액정층을 수직 배향하는 수직 배향막과, 상기 제3 기판 상에 배치된 4분의 1 파장판과, 이 4분의 1 파장판 상에 배치된 편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제12항에 있어서,

상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에, 배향 분할용 배향 제어부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제12항에 있어서,

상기 발광 소자와 상기 제3 기판 사이에, 광 산란층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광 소자로부터의 광을 집광함과 함께, 상기 액정 표시부를 향하여 반사하는 반사막을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제15항에 있어서,

상기 발광 소자는 유기 EL 소자이며, 이 유기 EL 소자는 상기 제1 기판 상에 부분적으로 형성된 단차 형성막과, 이 단차 형성막 상에 형성된 제1 전극층과, 이 단차 형성막 상에 형성된 유기 EL층과, 이 유기 EL층 상에 형성된 제2 전극층을 구비하고, 상기 반사막은 유기 EL 소자의 제2 전극층이며, 이 제2 전극층이 상기 액정 표시부를 향하여 요면경 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제16항에 있어서,

상기 단차 형성막은, 절연막인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광 소자는, R(적), G(녹), B(청) 중 적어도 하나의 파장에 피크를 갖는 광을 상기 액정 표시부를 향하여 조사하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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