(57)【要約】【課題】本発明は、透過型表示と反射型表示がともに高輝度であって、高精細な半透過型表示装置を低コストで提供する。【解決手段】本発明に係る表示装置は、一対の基板間には調光層が形成されている。表示画面を構成する各画素８は、反射領域と透過領域を有し、反射領域には、反射層と着色層を備えた３つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂが形成されており、透過領域は、背面照明の透過光を透過できるように構成されている。基板の背面には、透過光の波長領域を順次切り替えることができる背面照明１２が配置されている。上記反射領域は、外光を利用して反射型表示を実現し、透過領域は、背面照明１２の透過光を利用して透過型表示を実現する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に調光層が形成された表示装置において、一対の基板の背面には、光の波長領域を順次切り替えることができる背面照明を備え、表示画面を構成する各画素は、反射領域と透過領域を有し、反射領域に形成された副画素と透過領域に形成された副画素とによって１つの画素が構成される画素構造を有し、反射領域に形成された副画素は、反射層と着色層を備え、透過領域に形成された副画素は、上記背面照明の光を透過することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、複数の画素がマトリクス状に配置され、表示画面を構成する各画素は、４つの副画素で構成されており、４つの副画素のうち、反射領域に形成された３つの副画素は、３原色のカラーフィルタ層を備え、透過領域の副画素は１つであることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された表示装置において、反射領域の副画素と透過領域の副画素との境界部に遮光領域が形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１及至３のいずれかの１項に記載の表示装置において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積と透過領域の副画素の１画素内に占める面積とが異なることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表示装置において、透過領域の副画素の１画素内に占める面積が、反射領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の表示装置において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積が、透過領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１及至６のいずれか１項に記載の表示装置において、透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光によって画面表示を実行している状態では、反射領域の副画素をすべて黒表示状態に固定することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置にかかり、特に反射型表示と透過型表示を両用する半透過型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置に代表される表示装置、特にカラー液晶表示装置が多くの製品に使用されている。この液晶表示装置に使用される液晶パネルは、光のシャッターとしての機能しか有さず、これを表示素子として活用するためには光源が必要である。液晶表示装置はいかなる光源を利用するかによって、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置、及びそれらを組み合わせた半透過型液晶表示装置に大別される。
【０００３】
上記反射型液晶表示装置は、太陽光や室内の照明光などの外光を光源として利用するものであり、消費電力が小さいという利点を有する。一方、透過型液晶表示装置は、表示装置自体に組み込まれたいわゆるバックライトと呼ばれる背面照明部材を光源として利用するものであり、外光を利用することのできない暗所においても画面表示が可能であるという利点を有する。
【０００４】
また、半透過型液晶表示装置は、比較的消費電力が小さい上に、暗所でも利用できるという上記反射型と透過型の利点を兼ね備えていることから、携帯機器向けディスプレイを中心に使用範囲が拡大している。
【０００５】
半透過型液晶表示装置には、表示画面を構成する各画素を反射領域と透過領域とに分割する方式や、画素全体に半透明の反射板を設けた上でバックライトを使用する方式など種々の方式がある。
【０００６】
これら各方式のうち、画素を反射領域と透過領域に分割する方式は、表示装置の光学系機構の設計が最適化し易いという利点を有することから、最近、最も一般的に採用されるようになっている。
【０００７】
図７に上記画素を分割する方式を採用した半透過型カラー液晶表示装置の要部斜視図を示す。図７に示すように、液晶表示装置は、電極基板１及びカラーフィルタ基板２が所定の間隔を保持するように固定されている。この電極基板１とカラーフィルタ基板２との間隙に液晶層１１が挟持されている。
【０００８】
電極基板１の背面側には、透過型表示を行う際に光源となるバックライトとして白色冷陰極管などが配置されている。
【０００９】
電極基板１の液晶層１１に対向する面には、マトリクス状に画素電極が配置され、各画素電極は、カラーフィルタ基板２に形成された光の３原色のカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂと重ねられて副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを形成する。これら３色の副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを１ユニットとして、１つの画素８が構成されている。
【００１０】
副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、それぞれゲート配線４、ソース配線５及び薄膜トランジスタ３及び画素電極を備える。更に画素電極は、反射電極６及び透明電極７から構成されている。１つの画素内で上記反射電極６の配置された領域を反射領域、透明電極７の配置された領域を透過領域という。尚、反射電極６の表面には、光の散乱性を持たせる目的で凹凸が形成されている。
【００１１】
カラーフィルタ基板２の液晶層１１に対向する面には、カラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層の液晶層１１に対向する面には、共通電極１０が透明電極材料で面一に形成されている。
【００１２】
カラーフィルタ層には、赤色のカラーフィルタ層９Ｒ、緑色のカラーフィルタ層９Ｇ、青色のカラーフィルタ層９Ｂが、例えば短冊上に同一間隔で繰り返し配置されている。各色のカラーフィルタ層は、それぞれ淡色カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの一部領域を窓状に濃色カラーフィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’が占める形で構成されている。
【００１３】
また、各カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの境界部には、いわゆる光漏れを防止するためにブラックマトリクス層（遮光領域）９ＢＭが形成されている。
【００１４】
上記淡色フィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは反射電極６に対向するように配置されており、一方、濃色フィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’は透明電極７に対向するように配置されている。
【００１５】
このように構成された半透過型液晶表示装置において、外光を光源として利用する反射型表示の場合、外光Ａは、カラーフィルタ基板２の上面から表示装置に入射し、各カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂと液晶層１１を透過して電極基板１に達する。電極基板１に達した外光のうち、各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの反射電極６に入射した外光Ａは、反射電極６で反射されて散乱しながら液晶層１１を透過し、再び、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを透過する。外光Ａは、液晶層１１を透過する際に調光作用を受け透過率が調節されて、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに入射する。カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに入射した外光Ａは、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを透過する際に着色されてカラー画像を表示する。
【００１６】
一方、白色光源を背面照明１２として利用する透過型表示の場合、透過光Ｂは電極基板１の透明電極７透過して液晶層１１に入射する。液晶層１１に入射した透過光Ｂは、液晶層１１の調光作用を受け透過率が調節されて、カラーフィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’に入射する。カラーフィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’に入射した透過光Ｂは、カラーフィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’を透過する際に着色されて画像を表示する。
【００１７】
このように、外光Ａは、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂと液晶層１１を往復２回透過することになるため、照度が低下する傾向にある。そのため、従来、反射型表示の照度の低下を低減するために、反射領域に配置されるカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに含有される顔料の濃度を低くしたり、また、カラーフィルタ層自体の厚みを薄くしたりして形成した淡色カラーフィルタが用いられていた。
【００１８】
一方、背面照明１２からの透過光Ｂは、液晶層１１とカラーフィルタ層９Ｒ’、９Ｇ’、９Ｂ’を１度ずつ透過するのみである。従って、透過光Ｂは、照度の低下が小さいため、透過領域に配置された濃色カラーフィルタを用いて鮮明な画像表示を実現することができる。
【００１９】
その他の関連する技術として、画面表示を明るくするために、副画素内の一部の領域にカラーフィルタを配置しない画素構造を有する表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００２０】
また、反射型表示の際は着色層を介さずに明るい白黒表示を実現し、透過型表示の際は光の３原色の着色層を使用して、彩度の良い透過型カラー表示を実現する半透過型液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００２１】
更に、１画素を４種類のカラーフィルタを備えた４つの副画素に分割し、色再現性が良い反射型カラー表示を実現する画像表示装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００２２】
また、反射型表示の際に明るさを重視し、透過型表示の際に彩度を重視させるために、１画素内に複数の色要素が形成された領域と無着色の領域を設けた液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００２３】
【特許文献１】
特開平１１−３３７７２０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０８９８０号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０６０２３号公報
【特許文献４】
特開平１０−２３９６８１号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半透過型液晶表示装置においては、以下の問題点があった。
【００２５】
半透過型液晶表示装置において、各画素を構成する反射領域と透過領域との面積比は、理論上、自由に設定し得るものである。しかし、実際上、実用化されている半透過型液晶表示装置においては、反射領域：透過領域＝３〜７：１程度に設定されている。これは反射型表示の輝度を確保するために反射領域を広く確保する必要があるためである。
【００２６】
これを光源からの光の利用効率を比定する開口率で比較すると、１画素中の反射領域が寄与する開口率は約７０〜８５％であるのに対し、透過領域が寄与する開口率は約１０〜２０％程度である。
【００２７】
このように、反射型表示の輝度を確保するための画素構造を設計する際、透過領域は反射領域に比較して小さく設計せざるを得ない。また、カラーフィルタを透過する際の輝度の低下も原因となって、透過型表示が暗くなるという問題がある。
【００２８】
その上、高精細な半透過型表示装置を設計する場合には、以下の問題がある。即ち、高精細な液晶表示装置は、画素ピッチを狭く設計する必要あり、それに伴って副画素及び副画素に対応するカラーフィルタの面積も必然的に狭くなる。従来の半透過型液晶表示装置において使用されるカラーフィルタ層は、淡色カラーフィルタの領域内に窓状に濃色カラーフィルタが形成されていた。これら淡色カラーフィルタと濃色カラーフィルタの面積比は、上記反射領域と透過領域の面積比に等しいため、透過領域に形成される濃色フィルタの面積は極めて狭くなってしまう。
【００２９】
そのため、カラーフィルタ層のパターニングが困難になり、従来の画素配列では反射領域は形成できても、透過領域が高精細に形成できないという問題があった。
【００３０】
更に、従来の半透過型液晶表示装置では、透過型表示と反射型表示の色調を調和させ、表示画面の発色を改善するために、３原色のカラーフィルタを淡色用と濃色用の合計６種類用意しなければならなかった。そのため、カラーフィルタ基板の形成に係る製造コストの上昇が避けられないという問題があった。
【００３１】
本発明は、これらの問題を解決し、透過型表示と反射型表示がともに高輝度であって、高精細な半透過型表示装置を低コストで提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、一対の基板間に調光層が形成された表示装置において、一対の基板の背面には、光の波長領域を順次切り替えることができる背面照明を備え、表示画面を構成する各画素は、反射領域と透過領域を有し、反射領域に形成された副画素と透過領域に形成された副画素とによって１つの画素が構成される画素構造を有し、反射領域に形成された副画素は、反射層と着色層を備え、透過領域に形成された副画素は、上記背面照明の光を透過することを特徴とする表示装置である。
【００３３】
本発明において、反射領域に形成された副画素は、反射層と着色層が重ねられて形成されている。反射層は、外部から反射領域に入射した外光を反射して、着色層を透過させることにより反射型表示を行う。反射型表示における色調の調整は、上記基板間に形成された調光層を透過する外光の透過率を制御することにより行う。
【００３４】
透過領域に形成された副画素は、基板の背面に配置された背面照明から照射された透過光が有する波長若しくは波長領域をほぼ維持したまま透過することにより透過型表示を行う。透過型表示における色調の調整は、上記基板間の形成された調光層を透過する透過光の透過率を制御することにより行う。
【００３５】
本発明において背面照明は、透過光の光波長領域を順次切り替えることができる。従って、透過光の光の切り替えと、透過領域の副画素における調光層の透過率変化を同期させることにより、各色の時間平均をとった着色表示が可能となる。
【００３６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の表示装置において、複数の画素がマトリクス状に配置され、表示画面を構成する各画素は、４つの副画素で構成されており、４つの副画素のうち、反射領域に形成された３つの副画素は、３原色のカラーフィルタ層を備えたことを特徴とする表示装置である。
【００３７】
本発明に係る表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置されているため、画像表示に適する。各画素は４つの副画素で構成されており、反射領域には３つの副画素が形成されている。反射領域の３つの副画素は、それぞれ光の３原色である赤色、緑色、又は青色のカラーフィルタ層を備えている。従って、本発明に係る表示装置は、反射型表示において、各副画素を透過する外光の透過率を上記調光層により変化させ、上記３色の光の割合を変化させることで加法混色によるカラー表示を実現する。
【００３８】
各画素を構成する４つの副画素のうち、透過領域に形成された１つの副画素は、背面照明から照射された透過光が有する波長領域をほぼ維持した状態で、透過光を透過させる。本発明に係る表示装置は、透過型表示において、各副画素を透過する透過光の透過率を上記調光層の調整により変化させる。
【００３９】
本発明において、背面照明は、透過光の光の波長領域を順次切り替えることができる。従って、本発明に係る表示装置は、透過型表示において、透過光の光の波長領域の切り替えと、透過領域の副画素における調光層の透過率変化を同期させ、上記３色の時間平均をとることによりカラー表示を実現する。
【００４０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載された表示装置において、
反射領域の副画素と透過領域の副画素との境界部に遮光領域が形成されていることを特徴とする表示装置である。
【００４１】
上記遮光領域は、隣接する副画素から漏れてくる光を遮光し、表示画像の鮮明性を向上させる働きがある。しかし、画素内に遮光領域の占める面積が大きくなると、開口率が低下し表示画面の輝度が低下してしまう。
【００４２】
本発明において、遮光領域は、反射領域の副画素と透過領域の副画素との境界部に形成されている。従って、本発明に係る表示装置では、光の漏れの多い透過領域の副画素とそれに隣接する反射領域の副画素との境界部に、遮光領域を形成することにより効果的に光の漏れを防止する。一方、光の漏れの比較的少ない反射領域の副画素同士の境界部には、遮光領域を形成しないため、各画素の開口率の低下を最小限に抑制することができる。
【００４３】
請求項４に係る発明は、請求項１及至３のいずれかの１項に記載の表示装置において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積と透過領域の副画素の１画素内に占める面積とが異なることを特徴とする表示装置である。
【００４４】
本発明において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積と、透過領域の副画素の１画素内に占める面積を異ならせることにより、反射領域と透過領域の比率は異なることとなる。従って、上記比率を変えることにより、用途に応じた表示装置を設計することができる。
【００４５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の表示装置において、透過領域の副画素の１画素内に占める面積が、反射領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置である。
【００４６】
本発明において、透過領域の副画素の１画素内に占める面積は、反射領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広い。従って、本発明に係る表示装置は、透過型表示を主たる表示方式とする用途に適する。
【００４７】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の表示装置において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積が、透過領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広いことを特徴とする表示装置である。
【００４８】
本発明において、反射領域の副画素の１画素内に占める面積は、透過領域の副画素の１画素内に占める面積よりも広い。従って、反射型表示を主たる表示方式とする用途に適する。
【００４９】
請求項７に係る発明は、請求項１及至６のいずれか１項に記載の表示装置において、透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光によって画面表示を実行している状態では、反射領域の副画素をすべて黒表示状態に固定することを特徴とする表示装置である。
【００５０】
本発明において、透過領域の副画素を駆動させて背面照明からの透過光により画面表示を実行している状態とは、透過型表示を意味している。透過型表示を実行している状態において、反射領域の副画素がすべて黒表示状態に固定されることにより、透過領域に形成された副画素に対し、反射領域の副画素がブラックマトリクス層（遮光領域）としての機能を発揮する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
本実施形態に係る表示装置は、反射層として電極基板１と、着色層としてカラーフィルタ基板２を備え、両基板の間に調光層として液晶材料からなる液晶層１１が形成された半透過型カラー液晶表示装置である。
【００５３】
図１は、本実施形態係る液晶表示装置の画素配列を示す模式図である。図２は、本実施形態に係る液晶表示装置の要部斜視図である。更に図３は、本実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【００５４】
図１に示すように、本実施形態における液晶表示装置の画素８は、４つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔから構成される。図２に示すように、これら４つの副画素のうち、３つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、カラーフィルタ基板２にカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを有しており、画素８の反射領域を形成している。他の１つの副画素８Ｔは、カラーフィルタ基板２に透過領域９Ｔを有する。
【００５５】
本実施形態において、上記４つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔは、それぞれ短冊形に形成されて規則的に配列されている。各副画素の大きさに関して、上記カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを有する反射領域の３つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、それぞれ同じ大きさに形成されている。一方、上記透過領域９Ｔを有する透過領域の副画素８Ｔは、上記反射領域の各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの約１／３程度の大きさに形成されている。
【００５６】
図３に示すように、反射領域を形成する各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、それぞれ淡色の赤色のカラーフィルタ層９Ｒ、淡色の緑のカラーフィルタ層９Ｇ、淡色の青色のカラーフィルタ層９Ｂを有する。一方、副画素８Ｔは、着色されていない透過領域９Ｔを形成する。従って、従来、半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板は、反射型表示用に３色の淡色用フィルタと透過型表示に使用される３色の濃色用フィルタの計６色を必要としていたのに対し、本実施形態に係るカラーフィルタ基板２は、反射型表示に使用される３色のカラーフィルタのみで形成される。
【００５７】
図２に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、電極基板１及びカラーフィルタ基板２が所定の間隔を保持するように固定されている。これら両基板間には、液晶材料が所定の配向状態になるように充填されて液晶層１１を形成している。
【００５８】
電極基板１の液晶層１１に対向する面には、マトリクス状に画素８が配置され、この画素８は更に４つの副画素から構成されている。
【００５９】
４つの副画素のうち、反射領域を形成する３つの副画素は、電極基板２上にゲート配線４、ソース配線５及び薄膜トランジスタ３及び反射電極６を有する。
【００６０】
ゲート配線４は、薄膜トランジスタ３のゲート電極（図示せず。）に接続されており、ソース配線５は、薄膜トランジスタ３のソース電極（図示せず。）に接続されている。薄膜トランジスタ３のドレイン電極（図示せず。）は、反射電極６に接続されている。図３に示すように、反射電極６は、光の散乱性を持たせる目的で、樹脂等で形成された凹凸体１４の表面に形成される。
【００６１】
上記４つの副画素のうち、透過領域を形成する副画素８Ｔは、電極基板２上にゲート配線４、ソース配線５及び薄膜トランジスタ３及び透明電極７を有する。
【００６２】
上記反射領域と同様、ゲート配線４は、薄膜トランジスタ３のゲート電極（図示せず。）に接続されており、ソース配線５は、薄膜トランジスタ３のソース電極（図示せず。）に接続されている。薄膜トランジスタ３のドレイン電極（図示せず。）は、透明電極７に接続されている。透明電極７は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる電極であって、電極基板１の背面側に配置される背面照明１２の透過光を液晶層側に透過することができる。
【００６３】
カラーフィルタ基板２の液晶層１１に対向する面に形成された淡色の赤色のカラーフィルタ層９Ｒ、淡色の緑のカラーフィルタ層９Ｇ、淡色の青色のカラーフィルタ層９Ｂ及び透過領域９Ｔは、それぞれ短冊状に形成され規則的に配置されている。従って、従来、各反射領域用のカラーフィルタの領域内に窓状の透過領域用のカラーフィルタを形成していたものに対し、比較的容易に透過型表示用の透過領域９Ｔを形成することができる。
【００６４】
また、これらカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ及び透過領域９Ｔの液晶層１１に対向する面には、ＩＴＯなど透明電極材料からなる共通電極１０が基板全面に形成されている。
【００６５】
図２及び図３に示すように、本実施形態において、各副画素を構成するカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ及び透過領域９Ｔの境界部には、遮光領域９ＢＭが形成されている。遮光領域９ＢＭは、隣接する副画素から漏れてくる光を遮光し、表示画像の鮮明性（コントラスト）を向上させる。
【００６６】
図３に示すように、電極基板１の背面照明１２に対向する面には、位相差板や偏光板などの光学フィルム１３が貼り付けられ、カラーフィルタ基板２の液晶層１１と対向しない面にも、位相差板や偏光板などの光学フィルム１３が貼り付けられている。
【００６７】
上記偏光板は、基板に入射する光の振動方向を一定方向の直線偏光に変換するための光学素子である。
【００６８】
一方、上記位相差板は、液晶による光の複屈折を補正するための光学素子である。光が液晶層１１を透過する際に、液晶の複屈折により光の偏光状態が変化してしまい、画像を表示する側に設けられた上記偏光板を本来透過してはならない光が漏れてしまう場合がある。その結果、コントラストの低下や色相の変化など、表示特性に好ましくない現象が表れる。上記位相差板は、このような光の偏光状態の変化を補償するために用いられる。
【００６９】
図２に示すように、電極基板２の背面側、即ち上記液晶層１１に対向しない側には、透過型表示を行う場合の透過光の波長あるいは波長領域を順次切り替えることができる背面照明１２が配置されている。該背面照明１２は、透過光の波長等を切り替えることにより、透過光の色を光の３原色に順次切り替えることができる。本実施形態では、該背面照明１２は、光の３原色である赤色の光源１２Ｒ，緑色の光源１２Ｇ，青色の光源１２Ｂの３種類の光源が組み合わされて構成されている。光源としては、特に限定されるものではないが、蛍光ランプや発光ダイオードなどが使用される。
【００７０】
図３に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置において、透過領域における液晶層１１の厚みｄｔと反射領域における液晶層１１の厚みｄｒの差は、絶縁性樹脂等で形成される凹凸体１４の厚みとカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの厚みの総和にほぼ相当する。
【００７１】
また、透過領域の液晶層１１を光が透過する距離と、反射領域の液晶層１１を光が透過する距離は、同じにすることが望ましい。従って、透過領域における液晶層の厚みｄｔと反射領域における液晶層の厚みｄｒとの関係は、反射領域を透過する光が液晶層を往復の２回透過することを考慮して、ｄｔ＝２×ｄｒに設定する。本実施形態において、上記凹凸体１４とカラーフィルタ層を形成する際に使用されるフォトレジストを約１〜２μｍ厚の範囲で調整できるため、双方の膜厚の和を２〜２．５μｍ程度になるように形成することができる。
【００７２】
次に、本実施形態に係る液晶表示装置の駆動について説明する。
【００７３】
本実施形態に係る液晶表示装置において、反射型表示を行う場合、上記画素８を構成する副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔのうち、透過領域に形成された副画素８Ｔは、駆動させずに黒表示状態で固定しておくことが好ましい。
【００７４】
上記ゲート配線４からゲート信号が入力されることにより、反射領域に形成された副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂのスイッチング素子である薄膜トランジスタ３がＯＮ状態となる。薄膜トランジスタ３がＯＮ状態にあるとき、上記ソース配線５からソース信号（データ信号）が入力されると、薄膜トランジスタ３のソース電極からチャネル領域及びドレイン電極を経て、上記反射電極６に電荷が流れ込む。
【００７５】
各反射電極６にソース信号に応じた電荷が充電されると、各反射電極６と上記カラーフィルタ基板２に形成された共通電極１０との間に電位差が生じる。  各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを構成する液晶層１１の液晶材料は、各反射電極６と共通電極１０間に生じる電位差に応じて配向状態を変化させる。このように液晶材料の配向状態が変化することで、各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、液晶層１１を透過する光の透過率を調節する。
【００７６】
外部からカラーフィルタ基板２に入射した外光Ａは、液晶層１１を透過して反射電極６の表面で反射される。外光Ａの反射光は、上記凹凸体１４の作用を受けて散乱しながら再び液晶層１１に入射し、各カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを透過する。このように、反射領域に形成された各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、反射光をカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの色の応じた着色光として所定の発光強度で発光させる。各画素８は、上記各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂから出る発光強度の異なる３原色の光の加法混色によって、すべての色を再現する。本実施形態に係る液晶表示装置は、このような画素８が多数組み合わされて、反射型カラー表示を実現している。
【００７７】
一方、透過型表示を行う場合、上記画素８を構成する副画素のうち反射領域に形成された副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、無彩色表示、望ましくは黒表示状態に駆動させて固定しておくことが好ましい。黒表示状態にある反射領域の副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、透過領域に形成された副画素８Ｔに対して遮光領域として作用する。これにより、透過型表示を実行中に外光が表示装置に入射され、反射領域で意図しない副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの発光を防止し、表示品位を向上させることができる。
【００７８】
透過型表示においても、液晶材料の配向状態の調整機構は、上記反射型表示の場合と同様に行われる。ただし、反射型表示における反射電極６は、透過型表示においては、電極基板１の透過領域に形成された透明電極７に対応する。また、カラーフィルタ基板２の透過領域には、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂに替えて透過領域９Ｔが形成されている。
【００７９】
本実施形態では、光の３原色である赤色の光源１２Ｒ，緑色の光源１２Ｇ，青色の光源１２Ｂの３種類の光源が組み合わされて構成される背面照明１２が電極基板１の背面に配置されている。上記３色の光源から照射される光は、それぞれは長が異なる。透過型表示では、透過領域に形成された副画素８Ｔを構成する液晶層１１の透過率を、上記３色の光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの切り替えに同期させて変化させ、時間平均による混色によって、様々な色を再現する。
【００８０】
即ち、透過領域の副画素８Ｔを構成する液晶材料の配向状態を、液晶層１１を挟むように配置された透明電極７と共通電極１０の間に印加する電圧を制御することにより変化させ、液晶層１１の透過率を調整する。この透過率の変化を、赤、緑、青、赤、緑・・・と極めて短時間で切り替えながら繰り返される背面照明１２の色変化に同期させる。これにより、各色の光源自体の光強度が同じであっても、上記液晶層１１の透過率の変化により、赤色の光強度、緑色の光強度、及び青色の光強度を変化させることができる。これら３色の光の切り替わりは人間の視覚では認識できないため、３色の光強度を時間平均化した色が副画素８Ｔの色として認識される。このように透過型表示では、３色の光強度を様々に変化させることによって、すべての色を再現する。本実施形態に係る表示装置は、このような各副画素８Ｔが多数組み合わされて、透過型カラー表示を実現している。
【００８１】
本実施形態に係る液晶表示装置は、用途などに応じて上記反射型表示と透過型表示とを切り替えて使用することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係る液晶表示装置は、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを備えた副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの１画面に占める面積と、透過領域９Ｔを備えた副画素８Ｔの１画素内に占める面積とが異なるように設計することも可能である。
【００８３】
例えば、図１に示す液晶表示装置の画素８においては、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを備えた副画素の面積は、赤色の副画素８Ｒ、緑色の副画素８Ｇ、及び青色の副画素８Ｂの面積の合計である。従って、図１から分かるように、カラーフィルタ層を備えた副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの１画素内に占める面積に対する透過領域を備えた副画素８Ｔの１画素内に占める面積の比は、約９：１となる。
【００８４】
このように、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを備えた副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの１画素内に占める面積が、透過領域９Ｔを備えた副画素８Ｔの１画素内に占める面積よりも広く設計された表示装置は、外光を十分に利用することができる。そのため、消費電力が比較的少なく、屋外での使用を主とするモバイル機器用の表示装置として有効である。
【００８５】
一方、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを備えた副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの１画素内に占める面積が、透過領域９Ｔを備えた副画素８Ｔの１画素内に占める面積よりも狭く設計された表示装置は、輝度の高い背面照明１２を光源として使用するため、輝度が高く高品位な画面表示を実現することができる。そのため、ＡＶ機器用の表示装置として有効である。
【００８６】
尚、表示装置の用途によっては、カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを備えた副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの面積と、透過領域９Ｔを備えた副画素８Ｔの面積を同等に設計することも可能である。
【００８７】
本実施形態に係る液晶表示装置は、上記構成を有することにより以下の効果を奏する。
【００８８】
本実施形態に係る液晶表示装置において、カラーフィルタ基板２に使用されるカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは３色のみである。従って、従来、反射型表示用に３色の淡色用フィルタと透過型表示に使用される３色の濃色用フィルタの計６色を必要としていたのに対し、カラーフィルタ層の種類を削減することができる。
【００８９】
また、本実施形態に係るカラーフィルタ基板２は、それぞれ隣接して形成される３色のカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ及び透過領域９Ｔを備える。例えば、本実施形態に係るカラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ及び透過領域９Ｔは、それぞれ短冊状の形状を有し、規則的に配置されている。
【００９０】
従って、従来、反射型表示用の淡色カラーフィルタの領域内に透過型表示用の濃色フィルタが窓状に形成された複雑な画素構造に比較して、本実施形態に係る各カラーフィルタ層及び透過領域は単純な構造を有し、透過型表示用の透過領域も比較的容易に形成することができる。そのため、本実施形態に係る液晶表示装置は、従来困難であった画素の高精細化を比較的容易に実現することができる。
【００９１】
本発明の他の実施形態として、図４及び図５に示すように、上記液晶表示装置において、カラーフィルタ層を備えた副画素と透過領域を備えた副画素との境界部に、遮光領域９ＢＭを形成することも可能である。
【００９２】
隣接する副画素への光の漏れは、副画素の種類によって増減するものである。一般にカラーフィルタ層を備えた反射領域の副画素からの光漏れは少なく、一方、透過領域を備えた透過領域の副画素からの光漏れは比較的多い。
【００９３】
また、遮光領域９ＢＭは、副画素の光漏れを遮蔽する働きがある一方、遮光領域９ＢＭを形成することにより、画素の開口率が低下するという問題がある。画素の開口率の低下は、表示画面の輝度の低下につながり、表示品位を低下させることになる。
【００９４】
本実施形態に係る液晶表示装置において、カラーフィルタ基板２には、赤色のカラーフィルタ層９Ｒ、緑色のカラーフィルタ層９Ｇ、青色のカラーフィルタ層９Ｂ、及び透過領域９Ｔが形成されている。図４に示す実施形態では、該透過領域９Ｔと青色のカラーフィルタ層９Ｂと赤色のカラーフィルタ層９Ｒと境界部にのみ遮光領域９ＢＭが形成されており、赤色のカラーフィルタ層９Ｒと緑色のカラーフィルタ層９Ｇとの境界部、及び緑色のカラーフィルタ層９Ｇと青色のカラーフィルタ層９Ｂとの境界部には遮光領域が形成されていない。本実施形態に係る電極基板１及び背面照明１２の構成は、上記実施形態と同じである。
【００９５】
本実施形態において、画素８を構成する各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔのうち、副画素８Ｔの周囲には遮光領域９ＢＭが形成されている。これにより、副画素８Ｔの配線と透明電極の間に生じる光漏れを防止することができ、透過型表示の鮮明性を維持することができる。
【００９６】
また、副画素８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの間の光漏れは、ソース配線５によって遮光できるので遮光領域を設ける必要はない。
【００９７】
従って、本実施形態によれば、表示品位を向上させるとともに、各画素の開口率の低下を最小限に抑制することができる。
【００９８】
上記各実施形態では、薄膜トランジスタ３を使用したアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置を例に説明したが、駆動方式はこの限りではない。
【００９９】
例えば、薄膜ダイオードなどの２端子非線形素子を用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。また、応答速度の速い表示モードであれば、パッシブマトリクス駆動方式の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。
【０１００】
尚、カラーフィルタ層は基板２に設けずに基板１に形成してもよい。また反射電極６に反射機能を持たせずに例えば透明電極とし、別個に反射層を基板１に形成してもよい。
【０１０１】
またカラーフィルタの３原色は光の３原色である赤、緑、青ではなく、色の３原色であるマゼンタ、シアン、イエローとすることも可能である。色の３原色を使用して加法混色した場合は、色の再現範囲が狭くなるが明るい表示を得ることができることが知られている。
【０１０２】
更に、画素構造において、各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔの配列と形状は、上記説明したものに限定されるものではない。例えば、図６の（１）に示すように、短冊状に形成された各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔを１画素毎にＲ、Ｇ、Ｂが１副画素ずつずれるように配列することも可能であるし、図６の（２）に示すように、各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ、８Ｔをそれぞれ同じ面積として、マトリクス状に配置することも可能である。
【０１０３】
この場合、各副画素に接続される配線（例えば、ソース配線５）の配置間隔は図６の（１）と比べて比較的余裕がありパターンを設計がし易く、また配線の末端に接続されるべき実装部品の接続も容易になるといった利点を奏する。言い換えれば同程度の（ソース）配線のピッチであれば図６の（１）よりも図６の（２）の副画素の配列のほうが画素を高精細にすることができる。
【０１０４】
カラーフィルタ層９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを有しない透過領域において、液晶層１１の厚み（セルギャップ）の調整や下地の保護などの目的で、所定膜厚の透明樹脂をカラーフィルタ基板２の透過領域に塗布してもよい。
【０１０５】
また、透過型カラー表示の色調整を目的に、若干の色補正機能を有する薄膜をカラーフィルタ基板２に形成してもよい。
【０１０６】
更に、透過型表示をさせる場合に、透過領域の副画素８Ｔのみを駆動させるのではなく、上記反射電極６を半透明の素材で形成し、反射領域の各副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを統一して駆動させることにより、反射領域の３つの副画素８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを擬似的に階調表示のみを行う無彩色の副画素として作動させる。このように、透過領域の副画素及び無彩色化した反射領域の各副画素の双方に、背面照明から３原色の透過光を切り替えて照射し、より明るい透過型カラー表示を行うことも可能である。
【０１０７】
また、本実施形態において調光層として液晶層を使用した表示装置を例に説明したが、この調光層は液晶層に限られるものではない。従って、本発明において、光の透過率を液晶層以外で構成される調光層によって制御することも可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に係る表示装置は、従来の半透過型表示装置に比較して単純な画素構造を有する。そのため、従来、特に困難とされていた透過領域の副画素の高精細化を容易に実現することができる。
【０１０９】
また、本発明に係る表示装置は、使用されるカラーフィルタ層が反射型表示用の３色のみであるため、従来、反射型表示と透過型表示に６色のカラーフィルタ層を要していた表示装置に比較して、高品位な表示を実現しつつ低コスト化を図ることが可能となる。
【０１１０】
更に、本発明に係る表示装置は、カラーフィルタ基板に遮光領域を有効に配置することにより、透過型表示の鮮明性を向上させるとともに、画素の開口率の低下を低減することができる。そのため、従来、輝度不足であった反射型表示においても、十分な輝度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る液晶表示装置の画素の配列を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る液晶表示装置の要部斜視図である。
【図３】実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【図４】他の実施の形態に係る液晶表示装置の要部斜視図である。
【図５】他の実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。
【図６】他の実施の形態に係る液晶表示装置の画素の配列を示す模式図である。
【図７】従来の半透過型液晶表示装置の要部斜視図である。
【符号の説明】
１  電極基板
２  カラーフィルタ基板
３  薄膜トランジスタ
４  ゲート配線
５  ソース配線
６  反射電極
７  透明電極
８  画素
８Ｒ  副画素
８Ｇ  副画素
８Ｂ  副画素
８Ｔ  副画素
９Ｒ  赤色カラーフィルタ層
９Ｇ  緑色カラーフィルタ層
９Ｂ  青色カラーフィルタ層
９Ｔ  透過領域
９ＢＭ  遮光領域
１０  共通電極
１１  液晶材料
１２  背面照明
【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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【図７】
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