JP2003337327A

JP2003337327A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003337327A
Application number: JP2002144530A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakano; 実中野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】バックライトの光利用効率を向上させ、画面の
照度を高めることができ、かつ、製造コストを低減可能
な液晶表示装置を提供する。【解決手段】光を透過する開口１１を備えかつ光を反射
する反射画素電極１０が規則的に配列された基板１６
と、反射画素電極１０に対向する透明電極５が形成され
た基板３と、基板１６と基板３との間に封入された液晶
６と、基板１６の背面側から照明光ＢＬを当てるバック
ライト２５と、反射画素電極１０の開口１１の各配列に
沿って形成され、かつ、バックライト２５からの照明光
ＢＬを集光するライン状マイクロレンズＭＬを備える集
光板２０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型および透過
型の映像表示機能を備えた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital As
sistant)等のモバイル製品における表示装置として、屋
内外を問わず視認性を確保可能ないわゆる半透過型カラ
ー液晶表示装置が使用されている。半透過型カラー液晶
表示装置は、外部から入射する光を反射する反射画素電
極によって画素を構成しており、この反射画素電極に開
口が形成されている。周囲が明るい場合には外光を反射
画素電極によって反射することで画像を表示し、暗い場
合にはバックライトの照明光を反射画素電極に形成され
た開口を透過させて画像を表示する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半透過型カ
ラー液晶表示装置では、外部からの光を利用したときに
視認性を確保するためには、反射画素電極の開口の面積
は制限されるため、バックライト使用時に照明光の利用
効率が低く、画面の照度が低いという問題がある。バッ
クライト使用時の画面の照度を高めるために、バックラ
イトの起動を高めると、バックライトの消費電力が増加
し、モバイル製品のバッテリー使用時間が短くなるとい
う不利益が存在する。バックライト使用時の画面の照度
を高める技術が、たとえば、特開２０００−２９８２６
７号公報に開示されている。この刊行物は、開口を有す
る反射層とバックライトとの間で、画素に対応する領域
に合わせてマイクロレンズを配置し、バックライトから
の照明光を開口に集光し、画面の照度を高める技術を開
示している。しかしながら、上記した技術では、マイク
ロレンズを精度良く形成する必要があり、また、マイク
ロレンズを反射層に形成された開口に正確に位置合わせ
する必要があり、製造コストが嵩むという不利益が存在
した。

【０００４】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、バックライトの光利用効率
を向上させ、画面の照度を高めることができ、かつ、製
造コストを低減可能な液晶表示装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、光を透過する開口を備えかつ光を反射する反射画素
電極が規則的に配列された第１の基板と、前記反射画素
電極に対向する透明電極が形成された第２の基板と、前
記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶
と、前記第１の基板の背面側から照明光を当てるバック
ライトと、前記反射画素電極の配列に沿って形成され、
かつ、前記バックライトからの照明光を前記開口の配列
上に集光するライン状マイクロレンズを備える集光板と
を有する。

【０００６】本発明では、バックライトからの照明光
は、ライン状マイクロレンズによって集光され、第１の
基板を通じて反射画素電極の開口に入射する。このた
め、反射画素電極の開口を通過する照明光の光量は、ラ
イン状マイクロレンズがない場合と比べて増加する。こ
のため、バックライトを用いて画像を表示したときの画
面の照度がバックライトの光量を増やさなくても向上す
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１実施形態図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面
図である。図１に示す液晶表示装置１は、バックライト
２５と、偏光板２３と、集光板２０と、基板１６と、透
明画素電極１５と、反射画素電極１０と、液晶６と、透
明電極５と、カラーフィルター４と、基板３と、偏光板
２とを有する。

【０００８】バックライト２５は、たとえば、冷陰極蛍
光管等の光源を内蔵しており、面状の照明光ＢＬを偏光
板２３に向けて出力する。

【０００９】偏光板２３は、バックライト２５から出力
される照明光ＢＬのうち特定の偏光光のみを透過する。

【００１０】集光板２０は、偏光板２３を通じて入射さ
れるバックライト２５からの照明光ＢＬを反射画素電極
１０の開口の配列上に集光する。なお、集光板２０の構
造については後述する。

【００１１】基板１６は、たとえば、ガラス板等の透明
な材料から形成されている。この基板１６の上面には、
図示しないＴＦＴ(Thin Film Transistor)素子が形成さ
れている。このＴＦＴ素子は、各透明画素電極１５およ
び反射画素電極１０に対してそれぞれ設けられる。

【００１２】透明画素電極１５は、基板１６の上面に所
定の厚さで所定のパターンで形成されている。この透明
画素電極１５は、たとえば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)
等の導電性の光を透過する透過膜によって形成されてい
る。透明画素電極１５は、たとえば、スパッタリングに
より基板１６に薄膜を形成したのち、レーザ加工等の加
工方法により所定のパターンに加工される。透明画素電
極１５は、液晶表示装置の画素配列に対応して基板１６
の表面に配列されている。なお、画面の水平方向をｘ方
向、垂直方向をｙ方向としたとき、透明画素電極１５は
少なくともｙ方向に関して等間隔に配列されており、ｘ
方向に沿った直線上に配列されている。

【００１３】反射画素電極１０は、透明電極１５上に形
成されている。反射画素電極１０は、外形が矩形状に形
成され、内部に開口１１を備える。反射画素電極１０
は、たとえば、アルミニウム等の導電性の光を反射する
反射膜で形成されている。反射画素電極１０は導電性を
有するため、透明電極１５と電気的に接続されている。
反射画素電極１０は、たとえば、スパッタリングにより
基板１６に形成された透明画素電極１５を覆うように薄
膜を形成したのち、この薄膜をレーザ加工等の加工方法
により所定のパターンに加工することにより得られる。

【００１４】基板３は、たとえば、ガラス板等の透明な
材料から形成されている。この基板３の下面には、全面
的にカラーフィルター４が形成され、このカラーフィル
ター４上に全面的に透明電極５が形成されている。透明
電極５と反射画素電極１０および透明画素電極１５とは
対向している。透明電極５は、たとえば、ＩＴＯ(Indiu
m Tin Oxide)等の導電性の光を透過する透過膜によって
形成されている。透明電極５は、たとえば、スパッタリ
ングにより成膜される。この透明電極５は、反射画素電
極１０および透明画素電極１５との間で電界を形成す
る。

【００１５】液晶６は、基板３と基板１６との間に封入
されており、透明電極５と反射画素電極１０および透明
画素電極１５との間で形成される電界に応じて、基板３
側あるいは基板１６側から入射する光の透過、遮断を行
う。

【００１６】カラーフィルター４は、基板３上に形成さ
れており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の微
細な着色層とブラックマトリックスと呼ばれる遮光層と
が、反射画素電極１０の配列に対応して形成されたもの
である。各着色層は、反射画素電極１０および透明画素
電極１５の配列に対応して配列されている。反射画素電
極１０、透明画素電極１５と対応する着色層との組合せ
により、液晶表示装置１の一画素が構成されている。

【００１７】偏光板２は、基板３の上面に設けられてお
り、外部から入射する外光ＯＬのうち特定の偏光光のみ
を透過する。また、偏光板２は、当該偏光板２を透過し
た外光ＯＬが反射画素電極１０で反射した反射光を透過
する。さらに、偏光板２は、バックライト２５から出力
された照明光ＢＬのうち、反射画素電極１０の開口１１
を透過した光を透過する。

【００１８】上記構成の液晶表示装置１では、視認性が
確保できる十分な光量の外光ＯＬが基板３側から入射す
ると、この外光ＯＬが反射画素電極１０によって反射さ
れ、再び基板３側に出射されることにより、画像が表示
される。また、外光ＯＬの光量が小さい場合には、バッ
クライト２５を点灯することにより、照明光ＢＬが反射
画素電極１０の開口１１を通じて基板３側に出射される
ことにより、画像が表示される。このことから、外光Ｏ
Ｌを利用して画像を表示したときには、反射画素電極１
０の反射量が多いほど画面が明るくなり、照明光ＢＬを
利用して画像を表示したときには、開口１１を透過する
照明光ＢＬの光量が多いほど画面が明るくなる。しかし
ながら、開口１１を透過する照明光ＢＬの光量を増加さ
せるために、開口１１の面積を拡大すると、反射画素電
極１０の反射面積が縮小し、外光ＯＬを利用して画像を
表示したときの画面の明るさが低下する。逆に、反射画
素電極１０の反射面積を拡大させると、開口１１の面積
が縮小し、照明光ＢＬを利用して画像を表示したときの
画面の明るさが低下する。開口１１の面積は反射画素電
極１０の反射面積との間でトレードオフの関係にある。

【００１９】図２は集光板２０の構造を示す図であっ
て、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
方向の断面図である。図２に示すように、集光板２０
は、図２（ｂ）に示すように、シート状部材２１，２２
から構成されている。シート状部材２１は、一方面２１
ａは平坦になっており、他方面にｘ方向（画面水平方
向）に沿って延びるライン状のマイクロレンズＭＬが形
成されている。このライン状のマイクロレンズＭＬは、
半円柱状に形成されている。マイクロレンズＭＬは、ｙ
方向に等間隔に配列されている。シート状部材２１は、
たとえば、透明な樹脂で形成されており、たとえば、射
出成形によって成形される。また、シート状部材２１
は、たとえば、１．６０以上の屈折率を有する樹脂から
形成されている。マイクロレンズＭＬの厚みは、たとえ
ば、０．２〜２．０ｍｍ程度である。

【００２０】シート状部材２２は、シート状部材２１の
マイクロレンズＭＬが形成された面に一体的に設けられ
ており、マイクロレンズＭＬによって発生する凹凸を埋
め合わせるように形成されている。また、シート状部材
２２のシート状部材２１に対向しない側の面２２ａは平
坦になっている。シート状部材２１とシート状部材２２
とが貼り合わされた状態で、面２１ａと面２２ａとは平
行となっている。また、シート状部材２２は、シート状
部材２１を形成する樹脂よりも低い屈折率、たとえば、
１．５０以下を有する樹脂で形成されている。

【００２１】図３は、集光板２０と偏光板２３と基板１
６との関係を示す断面図である。図３に示すように、集
光板２０の上面２１ａおよび下面２２ａは粘着材Ｇを介
してそれぞれ基板１６の下面および偏光板２３の上面に
貼り合わされている。粘着材Ｇは、光を透過する材料か
ら形成されている。

【００２２】図４は、反射画素電極１０と集光板２０と
の位置関係を示す図であって、（ａ）は平面図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線方向の断面図である。図４に
示すように、集光板２０のライン状のマイクロレンズＭ
Ｌは、当該集光板２０の面２２ａ側から入射するバック
ライト２５からの照明光ＢＬを反射画素電極１０に形成
された矩形状の開口１１のｙ方向の寸法Ｈと略等しい幅
に集光する。このため、開口１１のｘ方向の配列上に
は、帯状（ライン状）の照明光が照射される。集光板２
０がない場合には、ｙ方向における隣接する開口１１間
に入射する照明光ＢＬは反射画素電極１０等が存在する
ため基板３側に透過しないが、集光板２０を設けること
により、これらの光が開口１１に導かれることになる。
したがって、集光板２０がない場合と比べて、バックラ
イト２５から開口１１を透過する照明光ＢＬの光量は増
加する。

【００２３】開口１１を透過する照明光ＢＬの光量をで
きるだけ増加させるには、開口１１のｘ方向の寸法Ｗを
可能な限り拡大させればよいことは明らかである。しか
しながら、開口１１の寸法ＨおよびＷは、上述したよう
に、反射画素電極１０の反射面積との関係で制約を受け
る。このため、開口１１の寸法ＨおよびＷを最適化する
必要がある。

【００２４】次に、開口１１の寸法の決定方法につい
て、図５および図６を参照して説明する。図５は、反射
画素電極１０と開口１１の寸法を定義するための図であ
る。図５に示すように、反射画素電極１０のｘ方向の寸
法をＷ₀ 、ｙ方向の寸法Ｈ ₀ 、反射画素電極１０の外形
から規定される総面積（Ｗ₀ ×Ｈ₀ ）をＳ₀ 、反射画素
電極１０の反射面積をＳ₁ 、開口１１の開口面積をＳ₂
（Ｗ×Ｈ）とする。なお、反射面積Ｓ₁ は、総面積Ｓ₀
−開口面積Ｓ₂ である。

【００２５】図６は、液晶表示装置の画面の反射率に応
じた環境照度と表示画面の明るさとの関係の一例を示す
グラフである。液晶表示装置１の画面の視認性は、液晶
表示装置１の画面の反射率に左右される。通常、液晶表
示装置１において外光ＯＬを利用して画像を表示すると
きには、液晶表示装置１が設置される環境の環境照度が
１００〔ｌｘ〕以上である。このような環境照度におい
て、液晶表示装置１の画面の反射率が低すぎると、液晶
表示装置１に外光ＯＬを利用して表示された画像を正確
に認識することができない。なお、ここでの反射率は、
液晶表示装置１の画面に入射した外光ＯＬに対して、反
射により液晶表示装置１の画面の前面に再び出力される
外光ＯＬの割合である。

【００２６】図６に示すように、環境照度が１００〔ｌ
ｘ〕以上においては、液晶表示装置１の画面の明るさ
は、５０〔ｌｘ〕以上が必要と言われている。外光ＯＬ
が入射する室内において、液晶表示装置１の視認性を確
保するには、液晶表示装置１の画面の反射率が最低でも
５〜１０％が必要である。

【００２７】一方、液晶表示装置１の偏光板２側から入
射する外光ＯＬの全てが反射画素電極１０で反射されて
再び偏光板２から外部に出力されるわけではない。すな
わち、液晶表示装置１の外部から入射する外光ＯＬは、
全てが反射されて基板３側に出力されるわけではない。
たとえば、基板１６に入射した外光ＯＬを１００％反射
可能な理想状態を想定したとき、外部から入射する外光
ＯＬのうち、偏光板２を透過する割合は、４５％程度で
あり、カラーフィルター３を透過する割合は往復で４０
％程度である。したがって、理想状態においても、液晶
表示装置１の反射率は１８％程度が最大である。実際に
は、基板１６に形成された反射画素電極１０は画素毎に
区画されているため、開口１１が反射画素電極１０に形
成されていない場合（反射画素電極１０の反射面積Ｓ₁
と総面積Ｓ₀ とが等しい場合）を想定しても液晶表示装
置１の反射率は１６％が最大である。

【００２８】したがって、液晶表示装置１の反射率を上
記したように最低でも５〜１０％の値で確保するために
は、反射画素電極１０の反射面積Ｓ₁ の総面積Ｓ₀ に対
する割合である反射面積占有率をＲ＝Ｓ₁ ／Ｓ₀ ×１０
０〔％〕とすると、反射面積占有率Ｒを３１〜６２％
（５／１６〜１０／１６％）とする必要がある。

【００２９】反射画素電極１０の開口１１の開口面積Ｓ
₂ の総面積Ｓ₀ に対する割合である開口面積占有率をＫ
＝Ｓ₂ ／Ｓ₀ ×１００〔％〕とすると、反射面積占有率
Ｒを３１〜６２％とした場合、開口面積占有率Ｋは３８
〜６９％となる。すなわち、液晶表示装置１の反射率を
最低でも５〜１０％の値で確保するためには、開口面積
占有率Ｋが３８〜６９％の範囲で、できるだけ開口１１
からの光の透過量が多くなるように、反射画素電極１０
の開口１１の寸法ＨおよびＷを決定する必要がある。

【００３０】ここで、反射画素電極１０の開口１１の寸
法Ｗの反射画素電極１０の寸法Ｗ₀に対する割合を横比
率Ｍ₁ ＝Ｗ／Ｗ₀ ×１００〔％〕とし、反射画素電極１
０の開口１１の寸法Ｈの反射画素電極１０の寸法Ｈ₀ に
対する割合を縦比率Ｍ₂ ＝Ｈ／Ｈ₀ ×１００〔％〕とす
る。たとえば、開口面積占有率Ｋが３８％の条件下にお
いて、開口１１からの光の透過量をできるだけ増やすた
めに、横比率Ｍ₁ を縦比率Ｍ₂ よりも大きく設計するこ
とを設計条件とすると、開口面積占有率Ｋ＝３８％を満
たす横比率Ｍ₁ は、略７０％以上必要であることがわか
る。なお、横比率Ｍ₁ が７０％のとき、縦比率Ｍ₂ は略
５４％であり横比率Ｍ₁ が縦比率Ｍ₂ よりも大きいが、
横比率Ｍ₁ が６０％のとき、縦比率Ｍ₂ は６３％となり
横比率Ｍ₁ が縦比率Ｍ₂ よりも小さくなる。

【００３１】開口面積占有率Ｋが３８％よりも大きい場
合には、横比率Ｍ₁ を７０％よりも大きく、かつ最大化
し、縦比率Ｍ₂ を小さくすることにより、開口１１から
の光の透過量を可能な限り増加させることができる。こ
の結果、液晶表示装置１において、バックライト２５を
利用して画像を表示したときに、開口面積占有率Ｋが一
定の条件の下で液晶表示装置１の画面を明るくすること
が可能となる。

【００３２】以上のように、本実施形態によれば、ライ
ン状のマイクロレンズＭＬをもつ集光板２０を基板１６
と偏光板２３との間に配置するとともに、反射画素電極
１０の開口１１の横比率Ｍ₁ を最適化することにより、
バックライト２５からの照明光ＢＬの光利用効率を高め
ることができ、バックライト２５の出力が一定の下でバ
ックライト２５を利用したときの液晶表示装置１の画面
の照度を向上させることが可能となる。また、本実施形
態によれば、反射画素電極１０の開口１１の開口面積占
有率Ｋを大きくするわけではないので、バックライト２
５を利用したときの液晶表示装置１の画面の照度の向上
とともに、外光ＯＬを利用したときの液晶表示装置１の
画面の照度の維持あるいは向上が可能となる。

【００３３】また、本実施形態によれば、集光板２０に
ライン状のマイクロレンズＭＬを形成することにより、
基板１６に形成された反射画素電極１０の開口１１に対
する集光板２０の位置決めは画面水平方向（ｘ方向）の
みでよいため、液晶表示装置１の組立作業が容易とな
り、製造コストを低減することが可能となる。

【００３４】また、本実施形態によれば、集光板２０を
高屈折率の樹脂で形成されたシート状部材２１と低屈折
率の樹脂で形成されたシート状部材２２で構成し、集光
板２０の両面を平坦にすることにより、集光板２０と基
板１６および偏光板２３との貼り合わせ作業が容易とな
り、製造コストを低減することが可能となる。

【００３５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れない。上述した実施形態では、集光板２０をライン状
のマイクロレンズＭＬが形成されたシート状部材２１と
これに貼り合わせるシート状部材２２とで構成したが、
マイクロレンズＭＬが形成されたシート状部材２１だけ
で集光板２０を構成することも可能である。

【００３６】また、上述した実施形態では、画素配列に
ついて特に言及しなかったが、たとえば、図７に示すよ
うに、各色の画素Ｒ，Ｇ，Ｂが少なくともｙ方向に等間
隔で配列された画素配列であれば、本発明を適用可能で
ある。図７（ａ）は、いわゆるストライプ配列であり、
図７（ｂ）はいわゆるモザイク配列であり、図７（ｃ）
はいわゆるデルタ配列である。これらのｙ方向に等間隔
で配列された画素配列に対して、集光板２０の各ライン
状のマイクロレンズＭＬをそれぞれ配置することによ
り、バックライト利用時のカラー表示が可能な液晶表示
装置の画面の明るさを向上させることができる。

【００３７】また、上述した実施形態では、基板１６に
ライン状のマイクロレンズＭＬが形成されたシート状部
材２１の面２１ａを粘着材Ｇによって貼り合わせ、シー
ト状部材２２の面２２ａを粘着材Ｇによって偏光板２３
に貼り合わせる構成としたが、たとえば、図８に示すよ
うに、基板１６にシート状部材２２の面２２ａを粘着材
Ｇによって貼り合わせ、偏光板２３にマイクロレンズＭ
Ｌが形成されたシート状部材２１の面２１ａを貼り合わ
せる構成とすることも可能である。さらに、上述した実
施形態では、集光板２０の両面を粘着材Ｇによって貼り
合わせる構成としたが、集光板２０の一方の面のみに粘
着材Ｇを設け、基板１６にのみ貼り合わせる構成とする
ことも可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、バックライトの光利用
効率を向上させ、画面の照度を高めることができ、か
つ、製造コストを低減可能な液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面
図である。

【図２】集光板２０の構造を示す断面図である。

【図３】集光板２０と偏光板２１と基板１６との関係を
示す断面図である。

【図４】反射画素電極１０と集光板２０との位置関係を
示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線方向の断面図である。

【図５】反射画素電極１０と開口１１の寸法を定義する
ための図である。

【図６】液晶表示装置の画面の反射率に応じた環境照度
と表示画面の明るさとの関係の一例を示すグラフであ
る。

【図７】本発明が適用可能な画素配列の例を示す図であ
る。

【図８】集光板の他の構成例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…液晶表示装置、２…偏光板、３…基板、４…カラー
フィルター、５…透明電極、６…液晶、１０…反射画素
電極、１５…透明電極、１６…基板、２０…集光板、２
１，２２…シート部材、２３…偏光板、２５…バックラ
イト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 AA26 BA04 BA12 BA20 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA14Y FA26Z FA41Z GA01 GA02 GA03 GA09 GA13 KA01 LA18 LA30 2H092 HA02 HA03 HA04 HA05 JA24 MA05 MA30 PA01 PA04 PA07 PA08 PA11 PA12 PA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を透過する開口を備えかつ光を反射する
反射画素電極が規則的に配列された第１の基板と、前記反射画素電極に対向する透明電極が形成された第２
の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液
晶と、前記第１の基板の背面側から照明光を当てるバックライ
トと、前記反射画素電極の配列に沿って形成され、かつ、前記
バックライトからの照明光を前記開口の配列上に集光す
るライン状マイクロレンズを備える集光板とを有する液
晶表示装置。
【請求項２】前記集光板は、凸状のライン状マイクロレ
ンズが形成された所定の屈折率を有する樹脂からなる第
１のシート状部材と、前記第１のシート状部材の前記ラ
イン状マイクロレンズを形成した面に一体的に設けら
れ、前記第１のシート状部材よりも低い屈折率を有する
樹脂からなる第２のシート状部材とからなり、両面が平
坦となっている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記反射画素電極の開口は、当該開口の配
列方向において、前記反射画素電極の幅の７０％以上の
幅を有する請求項１に記載の液晶表示装置。