KR100947680B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

주위 환경의 명암에 관계없이 시인성이 높고, 또한 저소비 전력이고 저비용인 액정 표시 장치를 제공하는 것이다. 액정 표시 장치는 액정층(6)과, 액정층(6)을 사이에 두는 2매의 기판(1, 2)과, 복수색으로 순차적으로 발광하는 백라이트(50)를 구비하고, 1 회소는 광반사 영역이 되는 R, G, B의 3개의 화소와, 광투과 영역이 되는 투명층(W)을 가진 화소로 이루어지고, 광투과 영역에서는 백라이트(50)로부터의 광이 투명 전극(4)을 투과하여 투과 표시하고, 광반사 영역에서는 반사 전극(5)에 의해 반사된 광으로 반사 표시하는 구성으로 한다.

액정 표시 장치, 백라이트, 투명 전극, 반사 전극, 집광 소자

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT}

본 발명은 반사 표시와 투과 표시의 양 표시가 가능한 반투과형의 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 박형, 경량 등의 특징을 갖는 플랫 패널 디스플레이로서, 액정 텔레비전, 모니터, 휴대 전화 등에 널리 이용되고 있다. 액정 표시 장치의 색채화를 실현하는 방법으로서, 다양한 방식이 제안되어 있지만, 현실적인 방식으로서 들 수 있는 것은, 컬러 필터 방식과 필드 시퀀셜 방식이다.

컬러 필터 방식은 광셔터 기능을 갖는 액정 소자와, RGB 3원색의 착색 영역을 인간의 눈으로는 인식할 수 없는 레벨까지 미세화된 컬러 필터를 조합함으로써, 공간적으로 RGB의 색 정보를 혼색하여 풀컬러 표시를 행하는 방식이다.

한편, 필드 시퀀셜 방식은 RGB 3색으로 순차적으로 발광하는 것이 가능한 백라이트와, 백라이트의 발광색에 맞추어 그 색 정보를 표시하는 액정 소자를 적층한 구성으로 이루어지고, 백라이트의 RGB에 순차적으로 발광하는 주기를 약 16 msec로 인간의 눈으로는 인식할 수 없는 레벨까지 짧게 함으로써, 시간적으로 RGB의 색 정보를 혼색하여 풀컬러 표시를 행하는 방식이다.

또한, 특허문헌 1에는 필드 시퀀셜 방식이지만, 주위광을 반사하여 컬러 표 시도 가능한 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 착색 화소로 이루어지는 반사 영역과, 착색부가 없는 투과 영역을 구비한 액정 표시 장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-61747호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2004-177726호 공보

그러나, 컬러 필터 방식에 의한 액정 표시 장치는 대개 광의 이용 효율이 10 ％ 이하로 매우 낮다. 이용 효율을 크게 줄고 있는 주된 원인은 컬러 필터의 광투과율이 낮은 것에 있다. 예를 들어, 흡수형 컬러 필터를 사용한 경우, 컬러 필터의 농도에 의한 것이 통상 30 ％ 정도의 광만 이용할 수 있다.

또한, 필드 시퀀셜 방식은 백라이트의 발광색을 이용하여 컬러 표시를 행하는 방식이며, 컬러 필터는 불필요하기 때문에, 광이용 효율은 컬러 필터 방식과 비교하면 3배 이상 높고, 적은 소비 전력으로 고휘도의 표시가 가능한 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능하다. 그러나, 필드 시퀀셜 방식에 의한 액정 표시 장치는 백라이트의 발광색을 이용하여 컬러 표시를 행하기 때문에, 백라이트의 광을 이용한 투과 표시만 할 수 있다.

현재, 휴대 전화로 대표되는 모바일 기기의 액정 표시 장치에서는, 야간이나 실내 등 비교적 어두운 장소에서 사용할 때에는 백라이트의 광을 이용하여 표시를 행한다. 또한, 옥외나 실내의 창가 등 밝은 장소에서 사용할 때에는 주위광이 표시 장치의 표면에서 반사됨으로써, 콘트라스트가 저하되어 현저하게 시인성이 악화되는 것을 회피하기 위해, 액정 셀의 화소 내에 배치된 반사판에 의해 주위광을 반사하여 표시를 행하는 고안이 이루어져 있다. 이와 같은 액정 표시 장치는 일반적으로 반투과형의 액정 표시 장치라 불리운다.

종래의 필드 시퀀셜 방식의 액정 표시 장치에서는 백라이트의 발광색을 이용하여 컬러 표시하기 때문에, 주위광을 이용하여 컬러 표시하는 것이 불가능하다. 따라서, 모바일 기기의 반투과형 액정 표시 장치로서는 사용할 수 없고, 오로지 실내 등 비교적 어두운 장소에서의 사용을 목적으로 한 표시 장치에만 사용되고 있었다.

그러나 모바일 기기는 한정된 배터리에 의해 동작하기 때문에, 액정 표시 장치의 저소비 전력화는 중요한 과제이고, 광이용 효율이 높고, 또한 주위광에 의한 반사 표시가 가능한 표시 장치가 요망되고 있었다.

그래서, 상기한 특허문헌 1과 같이, 투과 표시와 반사 표시의 양쪽이 가능한 액정 표시 장치가 고려된다. 그러나, 특허문헌 1에서는 반사 모드와 투과 모드의 표시를 동시에 행할 수 없으므로, 주위 환경의 밝기에 따라서 액정 소자의 구동 방법을 절환하여 어느 한쪽의 모드를 선택할 필요가 있었다. 표시 모드의 절환은 액정 표시 장치의 사용자가 판단하여 조작을 행하는 방법과, 주위 환경의 밝기를 감지하는 소자를 따로 배치하여 자동적으로 절환하는 방법이 있지만, 사용자가 조작하는 것은 번거롭고, 자동적으로 절환하기 위해서는 부품 비용도, 소비 전력도 증대된다는 과제가 있었다. 또한, 특허문헌 2에서는 백라이트의 이용 효율이 나빠 소비 전력이 증대된다는 문제가 있었다.

본 발명은 주위 환경의 명암에 관계없이 시인성이 높고, 또한 저소비 전력이고 저비용인 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 액정 표시 장치는, 1 회소(繪素)는 광반사 영역이 되는 화소와, 광투과 영역이 되는 화소를 구비하고, 광투과 영역이 되는 화소에 배치되는 액정 소자는 백라이트의 발광색에 대응한 색 정보를 표시하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에 따르면, 필드 시퀀셜 방식에 의한 투과 표시와, 주위광에 의한 반사 표시가 동시에 표시 가능해진다.

상기 액정 표시 장치에 있어서, 상기 광반사 영역에 특정 파장의 광을 투과시키는 착색층을 설치하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 주위광의 반사에 의한 컬러 표시가 가능해져, 주위 환경의 명암에 관계없이 선명한 컬러 표시가 가능하고, 또한 저소비 전력으로 고휘도 표시가 가능해진다.

또한, 상기 액정 표시 장치에 있어서, 상기 백라이트로부터 출사되는 광을 상기 광투과 영역으로 집광하는 집광 소자를 설치하는 것이 바람직하다. 이 집광 소자는 상기 백라이트측의 기판에 설치된 렌티큘러 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이로 할 수 있다.

이 구성에 따르면, 백라이트로부터 출사되는 광이 투과 영역에 집광되어 광이용 효율이 높아진다.

또한, 상기 액정 표시 장치에 있어서, 상기 광반사 영역이 되는 화소는 R, G, B의 컬러 필터를 구비한 3종의 화소이고, 상기 광투과 영역이 되는 화소는 투명층을 구비한 화소로 함으로써 풀컬러 표시가 가능해진다.

본 발명에 따르면, 투과 표시와 반사 표시가 동시에 표시되므로, 종래예와 같이 투과 모드와 반사 모드를 절환할 필요가 없고, 주위 환경의 명암에 관계없이 시인성이 높고, 저소비 전력으로 고휘도 표시할 수 있는 동시에 저비용인 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 반투과형 액정 표시 장치의 개략 사시도이다.

도2는 본 발명의 표시 패널 및 백라이트의 개략 단면도이다.

도3은 본 발명의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도4는 본 발명의 다른 형태의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도5는 투명층과 G 컬러 필터를 가로로 배열하여 배치한 경우의 표시예이다.

도6은 투명층과 G 컬러 필터를 대각으로 배열하여 배치한 경우의 표시예이다.

도7은 본 발명의 다른 형태의 표시 패널 및 백라이트의 개략 단면도이다.

도8은 본 발명의 다른 형태의 표시 패널 및 백라이트의 개략 단면도이다.

도9는 본 발명의 다른 형태의 마이크로 렌즈를 등고선을 이용하여 도시한 개략 평면도이다.

도10은 본 발명의 다른 형태의 마이크로 렌즈를 등고선을 이용하여 도시한 개략 평면도이다.

도11은 렌즈 형성 영역의 면적 비율에 대한 표시 패널을 투과하는 광량을 나타낸 그래프이다.

도12는 본 발명의 다른 형태의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도13은 본 발명의 다른 형태의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도14는 본 발명의 다른 형태의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도15는 본 발명의 다른 형태의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도16은 본 발명의 백라이트의 개략 단면도이다.

도17은 본 발명의 프리즘의 확대도이다.

도18은 본 발명의 각 화소의 표시 강도의 시간 추이를 나타내는 도면이다.

도19는 비교예의 필드 시퀀셜 방식의 액정 표시 장치의 투명 기판의 개략 평면도이다.

도20은 도7의 X-X선 단면도이다.

도21은 비교예의 백라이트의 개략 사시도이다.

도22는 도4에 있어서의 반사 표시를 설명하는 도면이다.

도23은 도12에 있어서의 반사 표시를 설명하는 도면이다.

[부호의 설명]

1, 2 : 투명 기판

3 : 투명 전극

4 : 투명 전극

5 : 반사 전극

6 : 액정층

7 : 컬러 필터층

7a : 블랙 매트릭스

8 : 집광 소자

9 : 편광판

10 : TFT

15 : 소스 버스 라인

16 : 게이트 버스 라인

17 : 투명 수지

21 : 도광체

22 : 적색 LED

23 : 녹색 LED

24 : 청색 LED

25 : 반사층

26 : 프리즘 시트

50 : 백라이트

100 : 표시 패널

도1은 본 발명의 반투과형 액정 표시 장치의 개략 사시도이다. 반투과형 액정 표시 장치는 백라이트(50)와, 백라이트(50)의 전방면(출사면)측에 설치된 표시 패널(100)을 구비하고 있다.

우선, 표시 패널(100)에 대해 설명한다. 도2는 표시 패널(100) 및 백라이트(50)의 개략 단면도이다. 한 쌍의 투명 기판(1, 2)에 의해 액정 소자를 갖는 액정층(6)이 끼움 지지되어 있다. 투명 기판(1)의 액정층(6)측의 표면에는 적색(R) 컬러 필터, 녹색(G) 컬러 필터, 청색(B) 컬러 필터 및 투명층(W)을 포함하는 컬러 필터층(7)이 설치되어 있다. R, G, B 컬러 필터는 각각에 대응한 색(특정 파장)의 광만을 투과시키는 착색층을 말한다. 그리고 투명층(W)이라 함은, 광을 거의 흡수하지 않은 투명한 층을 말한다. 상기 R, G, B 컬러 필터 및 투명층(W)은, 도1에 도시한 바와 같이 매트릭스형으로 배열되어 있다. 컬러 필터층(7)의 R, G, B 컬러 필터 및 투명층(W)을 구획하는 부분에는 패턴 사이의 간극을 차광하기 위한 블랙 매트릭스(7a)가 형성된다.

컬러 필터층(7)의 액정층(6)측의 표면에는 도시하지 않은 아크릴 수지나 에폭시 수지로 이루어지는 투명한 오버 코트층이 형성되고, 또한 그 위에 ITO 박막으로 이루어지는 투명 전극(3)이 형성된다.

또한, 투명 기판(2)의 액정층(6)측의 표면에는 액정 구동용 TFT 어레이가 형성된다. 도3에 투명 기판(2)의 개략 평면도를 도시한다. 소스 버스 라인(15)과 게이트 버스 라인(16)이 매트릭스를 구성하고, 그 교점에 TFT(10)가 형성된다. 도3에서는 TFT(10)를 기호에 의해 개략적으로 도시하고 있다.

TFT 어레이가 형성된 투명 기판(2) 상에는 투명 수지(17)에 의해 R, G, B 컬러 필터에 대응하는 영역에 단차가 형성되고, 또한 그 위에는 광반사율이 높은 Al 박막이 반사 전극(5)으로서 형성된다. 투명 수지(17)의 표면에는 미소한 요철이 형성되어 있으므로, 반사 전극(5)에 입사하는 광은 산란 반사된다. 또한, TFT 어레이가 형성된 투명 기판(2)의 투명층(W)에 대응하는 영역에는 투명 수지를 경유하지 않고 ITO 박막으로 이루어지는 투명 전극(4)이 형성된다. 또한, 투명 전극(4) 및 반사 전극(5)은 대응하는 액정층(6)을 구동하기 위한 화소 전극으로서 작용한다.

그리고, TFT(10)의 소스 전극은 소스 버스 라인(15)에, 게이트 전극은 게이트 버스 라인(16)에, 드레인 전극은 화소 전극[투명 전극(4) 및 반사 전극(5)]에 접속된다. 이와 같이 하여 얻게 된 투명 기판(1, 2)에는 도시하지 않은 배향막이 도포되고, 러빙법에 의해 적절한 액정 배향 처리가 이루어진다. 그 후, 투명 기판(1, 2)은 액정층(6)을 끼움 지지하도록 전극끼리를 마주 보게 하여 적층된다.

여기서, 소스 버스 라인(15) 및 게이트 버스 라인(16)으로 둘러싸인 R, G, B, W 각각의 영역을 화소[화소(R), 화소(G), 화소(B), 화소(W)]라 정의하고, 화소(R), 화소(G), 화소(B), 화소(W)를 합하여 1 회소라고 부른다. 또한, 화소(R), 화소(G), 화소(B)를 광반사 영역이라 부르고, 화소(W)를 광투과 영역이라 부르는 경우도 있다.

다음에, 액정 배향 모드로서는, 고속 구동이 가능한 OCB 모드를 이용한다. 또한, 투명 기판(1, 2)의 액정층(6)측이 아닌 표면에는 각각 편광판(9)이 접합된다. 또한, 투명 기판(2)의 액정층(6)측이 아닌 표면에는 집광 소자(8)로서 렌티큘러 렌즈가 설치된다. 렌티큘러 렌즈라 함은, 가운데가 볼록한 형상의 렌즈가 어레 이형으로 형성되어 있는 렌즈이다. 렌티큘러 렌즈의 정점은 광투과 영역의 중심에 일치하도록 형성된다. 렌티큘러 렌즈는 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 이하에 설명하는 공정에 의해 형성된다.

우선, 원하는 렌티큘러 렌즈의 형상이 정밀하게 형성된 금형 원반을 준비한다. 금형 원반과 액정 표시 패널(100)의 투명 기판(2) 사이에 자외선 경화 수지를 봉입한다. 계속해서, 봉입한 수지에 자외선을 조사하여 경화시킨다. 자외선 경화 수지를 완전히 경화시킨 후, 금형을 조용히 박리한다. 이 방법을 이용하면, 광학 특성이 높은 렌티큘러 렌즈를 용이하고 또한 높은 양산성으로 제조할 수 있다.

렌티큘러 렌즈의 재료에는 완전히 경화된 상태에서 투명성이 높고, 또한 복굴절이 작은 자외선 경화 수지가 적절하게 이용된다. 또한, 상기 방법 이외에, 예를 들어 이온 교환법이나 포토리소그래피법이나 열변형법(thermal sagging method) 등을 이용할 수 있다.

또한, 상기에서는 집광 소자(8)로서 렌티큘러 렌즈를 이용하는 경우를 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 주발형의 렌즈가 어레이형으로 형성되어 있는 마이크로 렌즈 어레이를 이용해도 좋다.

마이크로 렌즈 어레이를 이용한 경우에 대해 개략 평면도인 도4를 이용하여 설명한다. 마이크로 렌즈는 상하 좌우로 곡률을 갖는 주발형의 렌즈이므로, 광을 효율적으로 집광하기 위해서는, 바둑판형으로 마이크로 렌즈 어레이를 배치하고, 또한 마이크로 렌즈 어레이의 정점은 광투과 영역의 중심에 일치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 도4에서는 R, G, B 컬러 필터 및 투명층(W)을 전(田)자형으로 배치하여 광투과 영역인 화소(W)의 중심에 일치하도록 마이크로 렌즈 어레이를 형성하였다.

R, G, B 컬러 필터 및 투명층(W)의 배열 순서에는 특별히 제한은 없지만, 휘도가 높은 투명층(W)과, 시감도가 높은 G 컬러 필터를, 인접하는 세로 또는 인접하는 가로로 배열하여 배치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 특히 텍스트 표시나 직선이 많은 화상 등이 보다 선명하게 보이기 때문이다.

예를 들어, 도5와 도6을 이용하여 검은 바탕에 백색 직선(백색의 직선)을 표시한 예를 설명한다. 우선, 도5와 같이 투명층(W)과 G 컬러 필터를 가로로 배열하여 배치한 경우에 대해 설명한다. 우측 하부로부터 좌측 상부로 표시된 경사의 직선 2)와, 좌측 하부로부터 우측 상부로 표시된 경사의 직선 1)을 표시하는 경우, 1)과 2)에서는 점등시키는 화소에 의해 생기는 선 폭은 동일하다. 그러나, 실제로 인간의 눈으로 볼 때에는 색의 시감도의 차이에 따라서, 점등시키는 화소에 의해 생기는 선 폭보다도 선 폭은 좁아지지만, 1)과 2)에서는, 선 폭은 거의 동등하게 보인다.

다음에, 도6과 같이 투명층(W)과 G 컬러 필터를 대각으로 배열하여 배치한 경우에 대해 설명한다. 우측 하부로부터 좌측 상부로 표시된 경사의 직선 4)와, 좌측 하부로부터 우측 상부로 표시된 경사의 직선 3)을 표시하는 경우, 3)과 4)에서는, 점등시키는 화소에 의해 생기는 선 폭은 동일하다. 그러나, 실제로 인간의 눈으로 볼 때에는 색의 시감도의 차이에 따라서 점등시키는 화소에 의해 생기는 선 폭보다도 선 폭은 좁아진다. 이때, 도5와 다른 것은, 인간의 눈으로 느껴지는 선 폭은 좁아지는 현상이 3)과 4)에서 다른 것이다. 즉, 3)과 4)의 선 폭은 다르게 보인다. 좌우 비대칭인 표시는 인간의 눈에 위화감을 부여하므로, 그다지 바람직하지 않다.

도7은 도4의 Y1-Y1선 단면도이고, 도8은 도4의 Y2-Y2선 단면도이다. 주된 패널 구조에 대해서는 렌티큘러 렌즈를 이용한 상기 실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

도9 및 도10은 마이크로 렌즈 어레이의 형상의 예를, 등고선에 의해 표시한 도면이다. 도9에서는 렌즈와 렌즈 사이에는 미형성 영역이 있고, 도10에서는 모든 영역에 렌즈가 형성되어 있다. 또한, 도11에는 렌즈 형성 영역의 면적 비율과 표시 패널을 투과하는 광량을 나타낸 그래프를 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이 렌즈 형성 영역이 작은 것, 즉 렌즈 미형성 영역이 커지는 것에 따라서 표시 패널을 투과하는 광량이 감소된다. 따라서, 도9와 같이 렌즈 미형성 영역이 있는 것보다는 도10과 같이 모든 영역에 있어서 렌즈가 형성되는 쪽이 집광 효율의 점에서 바람직하다. 마이크로 렌즈 어레이의 형성 방법에 대해서는 렌티큘러 렌즈와 동일한 방법에 의해 용이하게 형성 가능하다.

도4에서는 R, G, B 컬러 필터 및 투명층(W)을 전(田)자형으로 배치하였지만, 결코 그것으로 한정되는 것은 아니고, 자유자재로 배치해도 좋다. 단, 마이크로 렌즈가 등방적인 형상이므로, 투명층(W)의 형상에 한해서는, 투명층(W)도 등방적인 형상인 것이, 마이크로 렌즈의 집광 스폿과 투명층(W)이 포개어져 광이 효율적으로 투명층(W)을 투과하므로 바람직하다. 보다 구체적으로는, 투명층(W)이 원형, 정사 각형, 정육각형, 정팔각형 등과 같은 등방적으로 가까운 형상인 것이 바람직하다.

도12는 R, G, B를 횡방향(제1 방향)으로 배열하여 배치시키고, 화소(RGBW)를 맞춘 형상이 직사각형이 되도록 투명층(W)이 R과 B 중 어느 한쪽의 화소의 종방향(제2 방향 : 제1 방향과 직교하는 방향)에 배치시킨 구성을 도시하고 있다. R, G, B가 배열된 방향인 횡방향에, 검은 바탕에 백색의 직선을 표시한 경우에는, 도23에 도시한 바와 같이 도4의 배치에 비해 R, G, B가 혼색되기 쉽고, 직선이 깨끗하게 보인다는 특징이 있다[도4의 구성에서는, 도22에 도시한 바와 같이 화소(G)의 휘도가 높기 때문에, 화소(G)가 RB의 선으로부터 돌출되어 보임). 또한, 도13에 나타낸 예에서는 화소가 델타 배열이므로, 디지털 카메라나 캠코더의 모니터 등, 화상 표시에 특화된 표시 장치에는 정밀도의 점에서 적합하다.

또한, R, G, B 컬러 필터의 평균 면적과, 투명층(W)의 면적의 비를 바꿈으로써, 반사 모드와 투과 모드의 밝기의 비를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도14에 도시한 구조와 같이, R, G, B 컬러 필터의 평균 면적이 W의 면적보다도 큰 경우에는, 주위광의 반사율이 증대되므로, 밝은 반사 모드를 실현할 수 있다. 이는 특히, 주로 옥외에서 사용하는 표시 장치에 바람직하다. 또는, 특히 마이크로 렌즈 어레이 등의 집광 효율이 높은 집광 소자인 경우에, 투명층(W)의 면적이 작아도 패널 투과율은 높아지므로, 반사와 투과의 양 모드의 밝기를 높일 수 있는 점에서 바람직하다.

반대로, 예를 들어, 도15에 도시한 구조와 같이, 투명층(W)의 면적이 R, G, B 컬러 필터의 평균 면적보다도 큰 경우에는, 밝은 투과 모드를 실현할 수 있다. 이는, 특히 저비용화로 인해 집광 소자(8)를 배치하지 않는 경우에 바람직하다.

다음에, 백라이트(50)에 대해 설명한다. 도16은 백라이트(50)의 개략 단면도이다. 백라이트(50)는 적색 LED(22), 녹색 LED(23), 청색 LED(24)의 3색의 광원(도1 참조)과, 광원이 발하는 광을 도광하는 도광체(21)와, 광반사층(25)과, 프리즘 시트(26)로 구성된다. 백라이트(50)는 3색의 광원을 순차적으로 발광함으로써, RGB로 순차적으로 발광 가능하고, 예를 들어 RGB 3색을 약 16 msec 주기로 순차적으로 발광한다(1색당 약 5 msec임).

백라이트(50)로부터 출사되는 광을 집광 소자(8)에 의해 표시 패널의 투과 영역에 충분히 집광하기 위해서는, 백라이트(50)로부터 출사되는 광의 평행도가 높은 것이 바람직하다. 이하에 설명하는 백라이트(50)는, 소정의 방향에 대해서는 평행도가 높은 광을 출사할 수 있다.

도광체(21)의 입광면(21a)에 적색 LED(22), 녹색 LED(23), 청색 LED(24)를 광누설이 없도록 고정한다. LED의 지향성이 강한 경우에는 입광면(21a)을 산란면으로 한 쪽이 휘도 균일성이 높아지기 때문에 바람직하다. 도광체(21)의 바닥면(21b)에는 도광 방향에 대해 수직의 방향에 면을 갖는 미세한 프리즘을 형성한다.

도17에 하나의 프리즘의 확대도를 도시한다. 본 실시 형태에서는 광원측을 향하는 프리즘면(27a)과 프리즘이 아닌 면(27c)이 이루는 각을 약 12°로 하고, 광원측이 아닌 프리즘면(27b)을 향하는 프리즘면(27c)과 면(27c)이 이루는 각을 90°로 하였다.

미세한 프리즘면을 갖는 도광체(21)는 상술한 렌티큘러 렌즈와 마찬가지로, 금형 원반을 이용하여 수지 성형하는 방법으로, 높은 정밀도로 제작하는 것이 가능하다. 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지 등의 투명성이 높은 수지를 사용할 수 있다. 도17에서는 생략하고 있지만, 백라이트(50)의 면 내의 휘도 균일성을 높이기 위해, 광원으로부터 이격되는 것에 따라서 프리즘의 피치가 짧아지는 것이 바람직하다.

또한, 반사층(25)으로서는 PET 필름에 은이나 알루미늄 등의 금속 박막을 형성한 것을, 프리즘 시트(26)로서는 미츠비시 레이온 가부시키가이샤 제품의 다이아 아트(상품명)를 사용할 수 있다. 프리즘 시트(26)의 도광체(21)측의 표면은 요철 형상으로 되어 있다.

LED(22, 23, 24)로부터 순차적으로 출사되는 광은 도광체(21)에 입사하여 도광체(21) 내부를 통하고, 프리즘면(27a)에서 반사됨으로써 프리즘 시트(26)측으로 출사된다. 또는 반사층측(25)으로 출사된 광은 반사층(25)에 의해 반사되어 프리즘 시트(26)측으로 출사된다. 그리고, 도광체(21)로부터 출사된 광은 프리즘 시트(26)에 입사하고, 프리즘 시트(26)의 요철에 의해 도광체(21)의 법선 방향으로 반사된다. 이와 같이 하여 얻게 된 백라이트(50)는 휘도의 반값각에서 약 ±10°로 평행도가 높은 광을 출사할 수 있었다.

백라이트(50)로부터 출사된 평행도가 높은 광은 집광 소자(8)에 의해 표시 패널(100)의 투과 영역에 집광되어 높은 효율로 표시 패널(100)을 투과하기 때문에, 투과 개구율이 낮은 표시 패널(100)에서도 높은 광이용 효율로 백라이트(50)의 광을 이용할 수 있어, 고휘도 및 저소비 전력의 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

본 실시 형태에서는 광원으로서 R, G, B에 발광하는 LED를 사용하였지만, 물론 이에 한정되는 것은 아니고, 1 칩에서 R, G, B에 발광 가능한 LED를 사용해도 좋고, 형광관 등 다른 광원을 이용해도 좋다. 또한, 광원은 도광체(21)의 크기에 따라서 많이 배치해도 좋다.

이하, 상기한 반투과형 액정 장치의 구동 방법을 설명한다. 도18에 각 화소의 표시 강도의 시간 추이를 나타낸다. 백라이트(50)의 RGB 3원색의 발광 주기를 1 프레임으로 하고, 본 실시 형태에서는 1 프레임을 16.5 msec로 하였다. 1 프레임은 3 필드로 이루어지고, 백라이트(50)의 발광색에 맞추어 R 필드, G 필드, B 필드로 한다. 1 프레임이 16.5 msec인 경우, 각 필드는 5.5 msec이다.

각 필드의 개시와 동시에, 각 화소에 배치된 화소 전극에 특정한 전압이 인가되어 액정 소자가 구동된다. 임의의 시간(T)에 있어서의, R의 색 강도를 RT, G의 색 강도를 GT, B의 색 강도를 BT로 하면, 화소(R), 화소(G), 화소(B)에서는 모든 필드의 개시와 동시에, 각각의 색 강도(RT, GT, BT)에 대응하는 전압이 액정 소자에 인가되어, 항시 입사되어 오는 주위광을 반사하여 표시를 행한다.

화소(W)에서는, R 필드의 개시와 동시에 색 강도(RT)에 대응하는 전압이 인가되고, G 필드의 개시와 동시에 색 강도(GT)에 대응하는 전압이 인가되고, B 필드의 개시와 동시에 색 강도(BT)에 대응하는 전압이 인가된다. 화소(W)에서는, 각 색 정보를 표시할 수 있는 충분한 상태까지 액정 소자가 구동된 후에, 각 색에 대응하는 색에 백라이트(50)가 발광하여 표시를 행한다. 여기서, 액정 소자에 전압 이 인가된 후 구동이 완료될 때까지의 시간을 응답 시간, 백라이트(50)가 발광하고 있는 시간을 발광 시간으로 하면, OCB 모드의 경우에는 응답 시간이 약 4 msec이므로, 발광 시간은 약 1.5 msec가 된다. 화소(W)에 있어서 주기적으로 표시되는 색 정보는 인간의 눈으로는 판별할 수 없을 정도로 고속으로 절환되므로, 시간적으로 혼색되어 컬러 표시로서 인식된다.

상기와 같이 제작한 액정 표시 장치는 주위광을 반사하는 반사 표시와, 백라이트(50)에 의한 투과 표시를 동시에 행할 수 있으므로, 주위 환경의 명암에 관계없이 시인성이 높다. 또한, 백라이트(50)의 발광 시간이 길수록 표시 휘도가 높아지므로, 액정 소자의 구동이 빠르게 완료되도록 액정 소자의 응답 속도가 가능한 한 빠른 것이 바람직하다. 또한, 컬러 브레이킹의 영향을 적게 하기 위해, 1 프레임의 시간은 짧은 것이 바람직하다.

또한, 상기한 액정 표시 장치에 있어서, 집광 소자(8)는 반드시 필요하지 않다. 집광 소자(8)가 없는 경우, 백라이트(50)의 광이 반드시 투명층(W)에 집광되지 않으므로 투과 휘도는 저하되지만, 미세한 집광 소자(8)를 제작할 필요가 없으므로, 비교적 저비용으로 양호한 표시를 행하는 것이 가능한 반투과형 액정 장치를 얻을 수 있다.

이하에, 비교예로서, 일반적인 필드 시퀀셜 방식의 액정 표시 장치에 대해 설명한다. 도19는 일반적인 필드 시퀀셜 방식의 액정 표시 장치의 투명 기판의 개략 평면도이고, 도20은 도19의 X-X선 단면도이다.

투명 기판(1)의 액정층(6)측의 표면에는 ITO 박막으로 이루어지는 투명 전 극(3)이 형성되고, 투명 기판(2)의 액정층(6)측의 표면에는 액정 구동용 TFT 어레이가 형성된다. 소스 버스 라인(15)과 게이트 버스 라인(16)이 매트릭스를 구성하고, 그 교점에 TFT(10)가 형성된다. TFT의 드레인 전극은 소스 버스 라인(15)에, 게이트 전극은 게이트 버스 라인(16)에, 소스 전극은 화소 전극(4)에 접속된다. 화소 전극(4)은 ITO 박막으로 이루어지고, 투명하기 때문에 광투과율은 높다.

도21은 백라이트(51)의 개략 사시도이다. 백라이트(51)로서는, 확산 패턴에 의해 광을 출사하는 방식의 백라이트를 사용하고 있다. 광원은 R, G, B로 발광하는 LED를 사용하고 있다.

액정 소자의 구동 방법에 관해서는, 상기한 화소(W)와 마찬가지이다. 즉, 각 화소에서는, R 필드의 개시와 동시에 색 강도(RT)에 대응하는 전압이 인가되고, G 필드의 개시와 동시에 색 강도(GT)에 대응하는 전압이 인가되고, B 필드의 개시와 동시에 색 강도(BT)에 대응하는 전압이 인가된다. 그리고, 각 색 정보를 표시할 수 있는 충분한 상태까지 액정 소자가 구동된 후에, 각 색에 대응하는 색에 백라이트가 발광하여 표시를 행한다.

본 발명의 액정 표시 장치와 비교예의 액정 표시 장치의 화면 휘도를 비교하기 위해, 조도 1000 룩스 이상을 밝은 곳으로 하고, 조도 1000 룩스 이하를 어두운 곳으로 하여, 각각의 환경을 기초로 관찰을 행하였다. 예를 들어, 맑을 때 및 흐릴 때의 옥외나 실내의 창가는 밝은 곳이고, 실내나 야간은 어두운 곳이다. 비교의 결과, 집광 소자(8)를 구비한 본 발명의 액정 표시 장치는 어두운 곳과 밝은 곳 모두 양호한 표시였다. 다음에, 집광 소자(8)를 구비하지 않은 본 발명의 액정 표 시 장치는, 밝은 곳에서는 집광 소자(8)를 구비한 본 발명의 액정 표시 장치와 동등한 표시이지만, 어두운 곳에서는 다소 휘도의 저하가 인정되었다. 그리고, 비교예의 액정 표시 장치는, 어두운 곳에서는 양호한 표시이지만, 밝은 곳에서는 거의 표시 화상을 인식할 수 없었다.

본 발명의 액정 표시 장치는 액정 텔레비전, 모니터, 휴대 전화, PDA, 노트북 등에 널리 이용할 수 있고, 특히 모바일 기기에 이용함으로써 반투과형의 구성을 유효하게 이용할 수 있다.

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12. 액정 소자와, 상기 액정 소자를 사이에 두는 2매의 기판과, 복수색으로 순차적으로 발광하는 백라이트를 구비한 액정 표시 장치에 있어서,

    1 회소는 광반사 영역이 되는 화소와, 광투과 영역이 되는 화소를 구비하고,

    상기 광투과 영역이 되는 화소에 배치되는 액정 소자는 상기 백라이트의 발광색에 대응한 색 정보를 표시하도록 구동되고,

    상기 백라이트로부터 출사되는 광을 상기 광투과 영역으로 집광하는 집광 소자를 설치하고,

    상기 집광 소자는 상기 백라이트측의 기판에 설치된 마이크로 렌즈 어레이이고,

    상기 광반사 영역이 되는 화소는 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 구비한 3종의 화소이고, 상기 광투과 영역이 되는 화소는 투명층을 구비한 화소이고,

    상기 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 구비한 3종의 화소를 제1 방향으로 배열하여 배치하고,

    상기 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터를 구비한 3종의 화소와 상기 투명층을 구비한 화소를 맞춘 형상이 직사각형이 되도록 상기 투명층을 구비한 화소를 상기 적색과 청색 중 어느 하나의 컬러 필터를 구비한 화소의 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배치하고,

    상기 투명층을 구비한 화소의 중심에 일치하도록 상기 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 투명층은 등방적인 형상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 투명층의 형상은 원형, 정사각형, 정육각형, 정팔각형 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.

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