JP3777971B2

JP3777971B2 - 液晶装置および電子機器

Info

Publication number: JP3777971B2
Application number: JP2000339396A
Authority: JP
Inventors: 強前田; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: JP2001222009A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置および電子機器に関し、特に半透過反射型カラー液晶装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶装置は、従来から携帯用電子機器の表示部等に利用されているが、自然光や照明光などの外光を利用して表示を行っているため、暗い場所では表示を認識しにくいという問題があった。そこで、明るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用し、暗い場所では液晶セル裏面の照明装置（以下、バックライトと記すこともある）からの光を利用して表示を認識可能にした液晶装置、いわゆる半透過反射型液晶装置が実用化されている。
【０００３】
ところで、半透過反射型液晶装置を実現する場合、例えば外付けの反射板を備えた反射型液晶装置を半透過反射型にする場合には、反射機能のみを持つ従来の反射板を、光の透過機能と反射機能を合わせ持つ「半透過反射板」に置き換える構成が提供されている。半透過反射板には、例えば、微細なパール顔料を混ぜ合わせたものや光透過用の開口部を設けた金属膜、膜厚をごく薄くした金属膜などが用いられる。
【０００４】
さらに、近年の携帯機器やＯＡ機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求される傾向にあり、反射型液晶装置を用いるような分野の機器までもカラー化が必要な場合が多くなっている。ところが、上記構成の半透過反射型液晶装置とカラーフィルタを単に組み合わせた場合、半透過反射板を液晶セルの外面に、カラーフィルタを液晶セルの内面に配置することになり、液晶層やカラーフィルタと半透過反射板との間に厚い透明基板が介在するため、視差による二重映りや表示のにじみ、混色などが発生し、充分な表示品位が得られないという問題があった。なお、本明細書においては、液晶装置の各種構成要素の液晶層側の面を「内面」、液晶層と反対側の面を「外面」と称する。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、液晶セルの内面側に半透過反射板を配置した半透過反射型液晶装置が提案された。図６はこの種の液晶装置の一例を示す断面図である。内面側に透明電極６０５，６０９がそれぞれ設けられた２枚のガラス基板６０４，６１２が対向配置され、これらガラス基板６０４，６１２間に配向膜６０６，６０８を介して液晶層６０７が挟持されることにより液晶セルが構成されている。下側ガラス基板６１２の内面側には半透過反射板６１１、カラーフィルタ６１０、透明電極６０９、配向膜６０８が順次設けられている。この構成とすれば、液晶層６０７、カラーフィルタ６１０、半透過反射板６１１が互いに近接しており、上述した二重映りやにじみ、混色などの問題が解消できる。また、上側ガラス基板６０４の外面側には２枚の位相差板６０２，６０３、偏光板６０１が順次設けられている。
【０００６】
下側ガラス基板６１２の外面側には透過表示を実現するための各種部品が配置されている。すなわち、下側ガラス基板６１２の外面に１／４波長板６１３、偏光板６１４が順次設けられ、その外方にバックライトが配置されている。バックライトは光源６１７と導光板６１５と反射板６１６とを有している。反射表示の場合は上側の１枚の偏光板６０１が偏光子と検光子の機能を兼ね、透過表示の場合は下側の偏光板６１４が偏光子、上側の偏光板６０１が検光子として機能する。
【０００７】
ここで１／４波長板６１３を用いる理由を以下に説明する。まず最初に反射表示を行う場合を考えると、液晶セルの上面側から入射して液晶層を透過した光が半透過反射板で反射する時点で暗表示状態で円偏光または楕円率の高い楕円偏光となり、明表示状態で直線偏光または楕円率の低い楕円偏光となっていることが望ましい。なぜならば、暗表示状態において半透過反射板で反射された円偏光または楕円率の高い楕円偏光の光が、再度液晶層を透過することによって液晶セル上面側の偏光板の透過軸と直交する直線偏光または楕円率の低い楕円偏光の光になり、この光が偏光板に吸収されるため、暗表示がより暗くなり、良好なコントラスト特性が実現できるからである。
【０００８】
一方、透過モードで反射モードと同様の表示を実現するためには、バックライトからの光が半透過反射板を透過する時点で反射表示時と同じ偏光状態、すなわち円偏光または楕円率の高い楕円偏光となっている必要がある。したがって、バックライトから出射された後、偏光板を透過した時点で直線偏光となっている光を半透過反射板を透過する時点で円偏光または楕円率の高い楕円偏光の光に変換するために、偏光板と半透過反射板との間に１／４波長板を配置している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような半透過反射型液晶装置においては、外光の反射光を利用する反射モードでの表示の明るさを確保するため、例えば光透過用開口部を設けた半透過反射板の場合、開口部面積はたかだか全体の１０〜２５％程度とし、残りの大部分で外光を反射するようにしている。したがって、透過モードにおいては、バックライトから出射され、半透過反射板に到達した光のうち、ごくわずかの光しか半透過反射板を透過せず、残りの多くの光は半透過反射板の外面側で反射されるため、透過表示を明るくするのに限界があった。
【００１０】
その一方、半透過反射型液晶装置には反射モード時の明るさを維持しながら透過モードでも表示を明るくしたいという要求がある。しかしながら、半透過反射板の構成のみで反射表示の明るさと透過表示の明るさの双方を求めるのは原理的に難しく、反射表示での明るさをある程度確保した上で透過表示を明るくしようとすると、バックライトの光源自体の輝度を上げる必要がある。ところが、光源の輝度を上げると装置全体の消費電力が増大し、特にこの液晶装置を携帯用電子機器等に適用した場合にはバッテリの持続時間が短くなる等の問題となる。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、反射表示の明るさを犠牲にすることなく、明るい透過表示を可能とし、低消費電力化が図れる半透過反射型のカラー液晶装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、前記一対の基板のうちの、一方の基板の前記液晶層側との反対側には第１の偏光板が設けられ、前記一対の基板のうちの、他方の基板の前記液晶層側との反対側には第２の偏光板と、照明装置と、第１の反射板とがこの順で設けられ、
前記液晶装置は１画素内に反射表示部と透過表示部とを有し、前記反射表示部には第２の反射板が配設され、前記透過表示部には位相差層が配設され、前記位相差層は前記反射表示部には形成されておらず、前記他方の基板と前記第２の偏光板との間においては、前記位相差層とは別個の位相差板は設けられていないことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、半透過反射板によってバックライト側に反射された光は入射時と振動方向が同じ光であるので、液晶装置下側の偏光板で吸収させずに通過することができる。この光は、バックライトの反射板によって再び液晶セル側に反射され、再利用することができる。その結果、従来構造に比べて反射表示の明るさは維持したままで透過表示の明るさをより向上させることができる。もしくは、透過表示の明るさがある程度のレベルでよければ光源の輝度を落とすことができるため、消費電力を低減することができる。
【００１４】
前記位相差層は概ね１／４波長の位相差を有することが望ましい。なお、１／４波長板は一般的には１４０ｎｍの位相差を持つ位相差板のことであるが、これは緑の光の１／４であり、青い光（４００ｎｍ）では１００ｎｍ、赤の光（６００ｎｍ）では１５０ｎｍ、さらに波長が長い光（７２０ｎｍ）では１８０ｎｍである。よって、１／４波長板の範囲は１００ｎｍ以上１８０ｎｍ以下である。前記位相差層は高分子液晶を用いれば、容易に均一な１／４波長の位相差を実現することができる。
【００１５】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とするものである。本発明によれば、反射表示、透過表示ともに明るい表示部を備え、低消費電力の電子機器を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［液晶装置の構成］
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態の液晶装置の概略構成を示す断面図であり、特に半透過反射型カラー液晶装置の例を示している。なお、図１は液晶装置の断面構造を模式的に示したものであり、各部材の厚さ等の縮尺は各部材毎に異なっている。
【００１８】
本実施の形態の液晶装置は、図１に示すように、内面側にそれぞれ透明電極１０５，１０９が設けられた２枚のガラス基板１０４，１１１が対向配置され、これらガラス基板１０４，１１１間に液晶層１０７が挟持されることにより液晶セルが構成されている。下側ガラス基板１１１の内面側には反射板１１０と位相差層１１６を有する開口部からなる半透過反射板、透明電極１０９、配向膜１０８が順次設けられている。また、上側ガラス基板１０４の外面側には２枚の位相差板１０２，１０３、偏光板１０１が順次設けられている。なお、カラーフィルタ等の図示は省略する。半透過反射板としては、例えば窓状、スリット状の開口部を設けたアルミニウム、銀、またはこれらの合金等からなる金属膜が用いられる。窓状、スリット状の開口部には、位相差層１１６が設けられている。以上の構成（反射表示に関わる構成）は、従来の液晶装置と同様である。
【００１９】
下側ガラス基板１１１の外面に偏光板１１２が設けられ、その外方にバックライト（照明装置）が配置されている。バックライトは冷陰極管、発光ダイオード等からなる光源１１５と導光板１１３、反射板１１４とを有しており、導光板１１３と偏光板１１２の間に反射偏光板（図中では省略）を設けても構わない。通常の偏光板が、直交する２方向の直線偏光のうち、一方を透過し、他方を吸収する機能を有するのに対し、反射偏光板は、一方を透過し、他方を反射する機能を有しており、例えば特表平９−５０６９８５号公報に開示されたもの（商品名：ＤＢＥＦ、スリーエム社製）や特開平１０−３１９２３５号公報に開示されたコレステリック液晶フィルムと１／４波長板から構成されるもの（商品名：ＰＣＦ、日東電工株式会社製）などを用いることができる。
【００２０】
また、本発明の液晶装置における画素部の構成例をいくつか挙げる。図３は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子３０３を用いたアクティブマトリクス型の液晶装置に本発明を適用した画素部の拡大模式図である。ゲート線３０４と信号線３０５が縦横に複数構成された交点にＴＦＴ素子３０３がそれぞれ画素に対応して形成されている。１画素内にはそれぞれ反射板３０１と開口部３０６が形成されており、さらに開口部３０６には高分子液晶層からなる位相差層３０２が形成されている。位相差層３０２は概ね１４０ｎｍの位相差を有している。なお、図中には配向膜や透明電極などは省略してある。図４は、パッシブマトリクス型の液晶装置に本発明を適用した画素部の拡大模式図である。１画素内にはそれぞれ反射板４０１と開口部４０３が形成されており、さらに開口部４０３には高分子液晶層からなる位相差層４０４が形成されている。位相差層４０４は概ね１４０ｎｍの位相差を有している。液晶層を介して手前側には対向電極４０２が形成されている。なお、図中には配向膜や透明電極、カラーフィルタなどは省略してある。
【００２１】
［液晶装置の作用］
以下、本実施の形態の液晶装置の作用について説明するが、その前に、図６に示した従来の液晶装置において半透過反射板外面で反射した光を再利用できなかった理由を図７を用いて説明する。図７は、図６に示した従来の液晶装置の構成要素のうち、バックライトから半透過反射板６１１までの構成を示したものであり、光路上の各地点での光の偏光状態を図示するために各部材を離して描いてある。無偏光の光がバックライトの光源６１７から出射され、この光が導光板外面の白色の反射板６１６や導光板表面の白色印刷で反射または散乱し、導光板６１５、偏光板６１４を順次透過する。ここで、偏光板６１４の透過軸が図７の紙面に垂直な方向であったとすると、偏光板６１４を透過した後の光は紙面に垂直な方向の直線偏光の光となる。次に、この光が１／４波長板６１３を透過すると、１／４波長板６１３の作用により紙面に垂直な方向の直線偏光が円偏光または楕円率の高い楕円偏光に変換され、ガラス基板６１２を透過する。このようにして、半透過反射板６１１（反射部６１１ａと透過部６１１ｂを有する）を透過する一部の光Ｌ１は、「従来の技術」の項で述べたように円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で液晶層側に入射される。
【００２２】
一方、半透過反射板６１１の外面で反射する多くの光Ｌ２は、ガラス基板６１２を透過した後、円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で１／４波長板６１３に再入射し、１／４波長板６１３を透過することによって紙面に平行な方向の直線偏光の光に変換される。次に、この光が偏光板６１４に入射されるが、この偏光板６１４は図７の紙面に垂直な方向が透過軸であるから、紙面に平行な方向が吸収軸となっている。よって、紙面に平行な方向の直線偏光の光が偏光板６１４に入射されるとこの光は偏光板６１４で吸収され、偏光板６１４を透過できない。つまり、半透過反射板６１１で反射した光Ｌ２は途中の偏光板６１４で吸収され、バックライトまで到達できないので、この光を再度液晶層に向けて出射させて再利用することができない。
【００２３】
これに対して、本実施の形態の液晶装置の作用を図２を用いて説明する。図２は、図１に示した本実施の形態の液晶装置の構成要素のうち、バックライトから半透過反射板（反射板１１０と位相差層１１６を有する開口部からなる）までの構成を示したものであり、この図も図７と同様、光路上の各地点での光の偏光状態を図示するために各部材を離して描いてある。無偏光の光がバックライトの光源１１５から出射され、導光板１１３の端面に入射される。この光は導光板１１３の内面および外面で全反射を繰り返しながら導光板内部を伝播していくが、導光板外面の白色の反射板１１４や導光板表面の白色印刷で反射または散乱し、偏光板１１２、ガラス基板１１１を直線偏光状態で順次透過する。次に、この光が開口部に形成された位相差層１１６を透過すると、円偏光または楕円率の高い楕円偏光Ｌ１に変換され、円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で液晶層側に入射される。
【００２４】
一方、半透過反射板の反射板１１０部の外面で反射する多くの光Ｌ２は、直線偏光状態で反射され、再び同じ直線偏光状態で偏光板１１２を通過し、バックライトへと戻る。この光はバックライトの反射板１１４で液晶セル側に反射されるので、半透過反射板によってバックライト側に反射された光を再利用することが可能となる。
【００２５】
このように、本実施の形態の液晶装置によれば、バックライトからの光のうち、半透過反射板の反射板１１０部の外面で反射する多くの光Ｌ２を効率良く再利用できるので、反射表示の明るさを維持しながらより明るい透過表示が可能な半透過反射型カラー液晶装置を実現することができる。また、従来と同じ明るさでよければ光源１１５の輝度を落とすことができるので、消費電力の低減を図ることができる。
【００２６】
本発明者が行った実験によれば、例えばバックライト単体の輝度を１００ｃｄ／ｍ²とした場合、図６に示した従来の液晶装置の透過表示時の輝度が３．０ｃｄ／ｍ²であるのに対し、図１に示した本実施の形態の液晶装置の透過表示時の輝度が４．５ｃｄ／ｍ²となることを確認した。なお、本実験の際、従来の液晶装置と本実施の形態の液晶装置とで対応する構成要素は同一のものを用いた。このように本実施の形態の液晶装置によれば、透過表示時の明るさを例えば従来の１．５倍程度にまで向上することができる。
【００２７】
また本実施の形態の場合、バックライトの導光板１１３と偏光板１１２との間に偏光板１１２と透過軸を合わせた反射偏光板を用いると、通常の偏光板のみを用いた場合に比べてバックライトからの光を直線偏光としてより効率良く液晶セルに導入することができるので、光源光の利用効率をさらに高めることができる。
【００２８】
［電子機器］
上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の例について説明する。図５（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図５（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図５（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。
【００２９】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、反射表示、透過表示ともに明るい表示画面を備え、低消費電力の電子機器を実現することができる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば図１における半透過反射板の上側の反射表示に関わる構成は、図１に限ることなく適宜変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、照明装置から出射され、半透過反射板の外面側で反射する多くの光を効率良く再利用することができるので、反射表示の明るさを維持しつつ、より明るい透過表示が可能な半透過反射型カラー液晶装置を実現することができる。また、ある程度の透過表示の明るさが確保できれば光源の輝度を落とすことができるので、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半透過反射型液晶装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同、液晶装置のバックライトから半透過反射板までの構成を示す図であって、本液晶装置の作用を説明するための図である。
【図３】同、アクティブマトリクス型の液晶装置に適用する場合の一例を示す画素部の拡大図である。
【図４】同、パッシブマトリクス型の液晶装置に適用する場合の一例を示す画素部の拡大図である。
【図５】同、液晶装置を備えた電子機器の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の半透過反射型カラー液晶装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】同、液晶装置のバックライトから半透過反射板までの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１，１１２，６０１，６１４偏光板
１０２，１０３，６０２，６０３位相差板
１０４，１１１，６０４，６１２ガラス基板
１０５，１０９，６０５，６０９透明電極
１０６，１０８，６０６，６０８配向膜
１０７，６０７液晶層
１１０，３０１，４０１（半透過反射板の）反射板
１１３，６１５導光板
１１４，６１６（バックライトの）反射板
１１５，６１７光源
１１６，３０２，４０４位相差層
３０３ＴＦＴ素子
３０４ゲート線
３０５信号線
３０６，４０３開口部
４０２対向電極
６１０カラーフィルタ
６１１半透過反射板
６１１ａ透過部
６１１ｂ反射部
６１３位相差板（１／４波長板）

Claims

一対の基板間に液晶層が挟持された液晶装置であって、
前記一対の基板のうちの、一方の基板の前記液晶層側との反対側には第１の偏光板が設けられ、
前記一対の基板のうちの、他方の基板の前記液晶層側との反対側には第２の偏光板と、照明装置と、第１の反射板とがこの順で設けられ、
前記液晶装置は１画素内に反射表示部と透過表示部とを有し、
前記反射表示部には第２の反射板が配設され、前記透過表示部には位相差層が配設され、
前記位相差層は前記反射表示部には形成されておらず、
前記他方の基板と前記第２の偏光板との間においては、前記位相差層とは別個の位相差板は設けられていない
ことを特徴とする液晶装置。
前記第１の偏光板と前記一方の基板の間に位相差板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
前記位相差層は概ね１／４波長の位相差を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
前記位相差層の位相差は、概ね１００ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶装置。
前記位相差層は高分子液晶からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶装置。
前記第２の偏光板と前記照明装置との間には、反射偏光板が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶装置。
請求項１から６のいずれかに記載の液晶装置を表示部に備えたことを特徴とする電子機器。