JP4169066B2 - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特に、反射型表示と透過型表示とを選択して表示することのできるいわゆる半透過反射型の液晶表示装置に関する。更には、その液晶表示装置を備えた電子機器に関する。

従来、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点があった。このため、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するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形式の液晶装置が提案されている。これは、特開昭５７−０４９２７１号公報などに記載されているように、液晶セルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成をしている。この液晶装置では、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。

ところが，このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板があるため、表示が暗くなってしまうという欠点がある。

本発明者らは、上記の問題を解決するために、背面側パネル基板の内面側にライン状の半透過反射膜を形成し、外面側に偏光板、バックライトを順次配置した液晶表示装置を開発した（PCT/JP99/00311）。この液晶表示装置においては、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射膜にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して偏光板と半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板がないため、前述した液晶装置よりも明るい反射型表示が得られる。

しかしながら、背面側パネル基板の内面側に半透過反射膜を形成した液晶表示装置にあっては、開口部がライン形状であるため、バックライトからの出射が光の回折現象のため効率よく液晶層に入射できず、十分な明るさの透過型表示が行えなかった。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。

本発明の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、前記液晶層と前記照明装置との間に配置された反射層と、前記反射層が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、前記照明装置と前記反射層との間に位置し、前記反射層側の面が山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートを有し、前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、前記第１のプリズムシートに重ねて配置された第２のプリズムシートを備えることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、前記液晶層と前記照明装置との間に配置された反射層と、前記反射層が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、前記照明装置と前記反射層との間に位置し、前記反射層側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、前記液晶層と前記照明装置との間に配置された反射性の導電部材からなる膜と、前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、一対の基板間に挟持された液晶層と、前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、前記液晶層と前記照明装置との間に配置されたアルミニウムからなる膜と、前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする。

本発明の第１の液晶表示装置によれば、前記反射層が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域を備え、前記領域を透過した照明装置からの光を利用して透過型の表示を行う。その際、 照明装置から出射した光はプリズムシートに入射する。プリズムシートは、その前記反射層側の面が山形の形状をなしており、照明装置からの光のうちその山形の形状によって形成される稜線方向と直交する方向からの光を比較的狭角度にして液晶素子に向けて出射する。本発明者の実験によれば、その稜線方向と前記領域の長手方向とがずれている限りにおいて透過型表示を明るくする効果が得られ、そして、その稜線方向と前記領域の長手方向とが直交する場合において透過型表示が最も明るくなることが確認されてはいるが、その稜線方向に直交する方向と前記領域の長手方向とのなす角を−３０°以上３０°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−１０°以上１０°以下にすることによってほとんど稜線方向と開口部の長手方向とが直交する場合と変わらない最高の明るさが得られることが確認されている。

尚、本発明による効果は、照明装置から出射した光が前記領域を透過しようとする際に生じる不要な回折現象を、プリズムシートの稜線方向と、前記領域の長手方向との関係を本発明のように設定することによって極力抑えられるため得られると推測できる。

また、前記第２のプリズムシートは、前記反射層側の面が山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有し、前記第１の稜線方向と、前記第２のプリズムシートのプリズム構造における山形の形状によって形成される第２の稜線方向とが交差するように、前記第２のプリズムシートが配置されていることが好ましい。

尚、前記第１の稜線方向と前記第２の稜線方向とが直交するように、前記第２のプリズムシートが配置されていれば、最も明るい透過型表示が得られる。

また、このプリズムシートをもう１枚使用し、それぞれの稜線方向をずらして重ね配置すればより透過型表示が明るくなる。その場合にあっては、それらの稜線方向が直交するように２枚のプリズムシートを重ね配置すれば好ましく、さらには、液晶素子に近い側のプリズムシートを、その稜線方向と開口部の長手方向とが直交するように配置すると最も明るい透過型表示が得られることがわかっている。

なお、このようなプリズムシートは、米国３M社からBEF−９０（商品名）として発売されており、一般に入手可能である。

また、前記反射層は、前記液晶層を駆動するための信号が供給される電極を兼ねていることが好ましい。

本態様にあっては、前記反射層が外光を反射する機能と液晶層に電圧を印加する機能の両方を有するので、前記反射層と電極とを別途形成する構成に比べて、装置構成上、製造工程上或いは設計上も有利であり、低コスト化が可能になる。

また、第１及び第２の液晶装置の他の態様にあっては、前記反射層上には透明電極が設けられており、該透明電極には前記液晶層を駆動するための信号が供給されることが好ましい。

本態様にあっては、前記反射層とは別途に透明電極を設けており、その透明電極と上基板に設けた透明電極との間に印加する電圧によって液晶層を駆動する。本態様によれば前記反射層と透明電極との間に電圧を印加して液晶を駆動する場合に比べてフリッカが少なくなるという効果がある。なぜならば、前記膜反射層と透明電極とではイオン化傾向が異なるため、電極間に極性差が生じるからである。この場合にあっては、前記反射層と透明電極との間に、アクリル樹脂、酸化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の層間絶縁膜を配置してもよい。

また、液晶表示装置に用いる反射層は反射性の部材であればなんでも構わないが、高い反射率を実現するためには、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｒ（クロム）等を用いるとよい。尚、反射層を電極として用いる場合にあっては、導電性の材料によって反射層を形成しなければならないことはいうまでもない。

また、液晶表示装置に用いる前記反射層に凹凸を形成すれば、前記反射層によって反射される光を散乱光とすることができる。反射層が鏡面であると、反射型の表示に鏡面状になるため見る角度によっては暗い表示になってしまうので、前記反射層あるいは前記反射層を凹凸形状にすることは有効である。尚、液晶素子の前面側に前方方向への出射光を散乱させる前方散乱板を配置しても散乱光による表示が可能となり、この場合にあっては、反射型表示だけでなく透過型の表示も散乱光による表示となる。

本発明の電子機器は、上記液晶表示装置をその表示部として備えることを特徴とする。

本発明の電子機器によれば、上記液晶装置を表示部として利用しているため、透過型の表示が明るい液晶表示装置が実現する。

次に、添付図面を参照して本発明に係る液晶表示装置の詳細を、図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る液晶装置の構造を示す概略縦断面図である。この液晶表示装置は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶表示装置にも適用することは可能である。

この実施形態では、２枚の透明基板１０１，１０２の間に液晶層１０３が枠状のシール材１０４によって封止された液晶素子が形成されている。液晶層１０３は、所定のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板１０１の内面上にはカラーフィルタ１０９が形成され、このカラーフィルタ１０９には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜１１０が被覆されており、この保護膜１１０の表面上に複数のライン状の透明電極１１１がＩＴＯ（インジウム・チタン・オキサイド）などにより形成されている。透明電極１１１の表面上にはポリイミドによる配向膜１１２が形成され、その液晶層側の面にはラビング処理が施されている。

一方、下側の透明基板１０２の内面側には、上記カラーフィルタ１０９の着色層毎に、アルミニウムを主成分として含む半透過反射膜１１４が形成されている。半透過反射膜１１４には、図２（ａ）に示すように、照明装置から出射された光を液晶層１０３内に透過可能なようにライン状の開口部２０３が形成されている。半透過反射膜１１４は液晶層１０３を駆動するための信号が供給される電極を兼ねており、液晶層１０３は、基板１０１に設けられた透明電極１１１と半透過反射膜１１４との間に印加される電圧によって駆動される。尚、半透過反射膜は、アルミニウムに限定されることなく、反射性の導電部材、例えば銀やクロムでも代用可能である。

半透過反射膜１１４上には、透明電極１１１の表面上と同様にポリイミドによる配向膜１１３が形成され、その液晶層側の面にはラビング処理が施されている。

上側透明基板１０１の外面上には偏光板１０５が配置され、偏光板１０５と透明基板１０１との間に位相差板１０６が配置されている。また、液晶素子の下側には、透明基板１０２の背後に位相差板１０８が配置され、この位相差板１０８の背後に偏光板１０７が配置されている。

そして、偏光板１０７の下側には、白色光を発する蛍光管と、この蛍光管に沿った入射端面を備えた導光板１１５とを有するバックライトが配置されている。導光板１１５は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管の光を端面にて受けて、図の上面からほぼ均一な光を放出するようになっている。

尚、バックライトは蛍光管の代用として、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いてもよい。

バックライトと偏光板との間には集光手段としてのプリズムシート１１６が配置されている。このプリズムシートは透光性の部材により形成されており、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、下面が平坦に、上面が山形形状をなすプリズム形状をしている。このプリズムシートは、その下面から入射した光のうち図中のＢＢ方向に対してある角度で入射した光を、回折させ入射角より小さな角度で上面から出射させる機能を有する。すなわちＢＢ方向に対して角度を持って入射した光を集光して出射させる。プリズムシート１１６は、そのＢＢ方向が、開口部の長手方向ＳＳに概ね一致するように配置されており、すなわち山形形状によって形成される稜線が半透過反射膜のライン状開口部２０３の長手方向ＳＳと概ね直交している。このようにプリズムシートと、開口部との位置関係を設定すると、不要な光の回折現象が半透過反射膜の開口部で生じないため明るい透過型表示が実現する。

表１は、ＢＢとＳＳとのなす角θを変化させたときの透過率の変化を示している。この表によれば、ＢＢとＳＳとの角θが小さくなる程透過率が向上していることがわかる。本発明者の目視評価によれば、θを−３０°以上３０°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−１０°以上１０°以下にすることによってほとんどθを０°（ＢＢとＳＳを平行）とする場合と変わらない明るさが得られることが確認されている。

次に、この液晶表示装置の表示作用を説明する。

（１）反射型表示
偏光板１０５、位相差板１０６をそれぞれ透過した外光は、カラーフィルタ１０９、液晶層１０３を通過後、半透過反射膜１１４によって反射され、再び偏光板１０５から出射される。このとき、液晶層１０３への印加される電圧によって液晶層の偏光作用が変化するため、明状態と暗状態、及びその中間の明るさが制御される。

（２）透過型表示
バックライトからの光は、プリズムシートによって集光された後、偏光板１０７及び位相差板１０８によって所定の偏光となり、半透過反射膜１１４に設けられた開口部２０３から液晶層１０３に導入される。
ここで、液晶層１０３に導入された光は、液晶層１０３において、半透過反射膜１１４と透明電極１１１との間に印加される電圧に応じて変調される。それから、カラーフィルタ１０９を通過後、位相差板１０６を透過する。このとき、液晶層１０３への印加電圧に応じて、偏光板１０５を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態（明るさ）を制御することができる。

本例においては、単純マトリクス型の液晶表示装置について説明したが、もちろん、半透過反射膜が、ＴＦＤ素子に代表される２端子素子や、ＴＦＴ素子に代表されるＴＦＴ素子に接続されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置でも本発明の技術思想を応用することは可能である。

図２（ｂ）は、本実施例における半透過反射膜をＴＦＴ素子に接続する場合の例を示している。図２（ｂ）において、２０４はデータ線、２０５はゲート線、２０６が半透過反射膜を示している。半透過反射膜２０６は、アルミニウム等の導電性材料によって形成されており液晶を駆動する信号が供給されるとともに、ライン状の開口部２０８が設けられている。本例のように、半透過反射膜をアクティブ素子に接続して構成した液晶表示装置にあっても、プリズムシートのＢＢ方向と、ライン状の開口部の長手方向ＳＳに概ね一致するように配置すれば、不要な光の回折現象が半透過反射膜の開口部で生じないため明るい透過型表示が実現する。尚、表１に示したＢＢとＳＳとのなす角θと透過率との関係も概ね同様であり、したがって、θを−３０°以上３０°以下にすれば商品として十分差別化できる程度に明るい透過型表示が得られ、−１０°以上１０°以下にすることによってほとんどθを０°（ＢＢとＳＳを平行）とする場合と変わらない明るさが得られることも同様である。

また、本例においては、半透過反射膜１１４は液晶層１１４を駆動するための電極を兼ねていたが、半透過反射膜上には透明電極を別途設け、その透明電極に液晶層を駆動するための信号を供給してもよい。

（電子機器の例）
本発明の電子機器の例を図５に３つ示す。

本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。

図５（ａ）は携帯電話であり、本体の前面上方部に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分には、照明装置（バックライト）のＯＮ／ＯＦＦを制御するための操作部が設けられている。

携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、透過型表示がより明るく、コントラスト比が高い。

図５（ｂ）はウォッチであり、本体の中央に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分には、照明装置（バックライト）のＯＮ／ＯＦＦを制御するための操作部が設けられている。

図５（ｃ）は電子手帳に代表される携帯情報機器であり、本体の上側に表示部が設けられる。表示部には、上述してきた本発明の液晶表示装置が搭載されている。また、本体部分のキーボードには、照明装置（バックライト）のＯＮ／ＯＦＦを制御するた操作部が設けられている。尚、文字入力等に用いるキーをこの照明装置（バックライト）のＯＮ／ＯＦＦ制御するソフトスイッチとして割り付けても構わない。

本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。 半透過反射膜に設ける開口部の例を示す図であり、（ａ）は単純マトリクス型、（ｂ）はアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を示す図である。 プリズムシートを示す図であり、（ａ）はそのＢＢ方向断面図、（ｂ）は斜視図である。 半透過反射膜に設ける開口部ＳＳと、プリズムシートの集光方向ＢＢとのなす角θを示す図である。 本発明の電子機器の例であり、（ａ）は携帯電話、（ｂ）は時計、（ｃ）は小型情報機器を示す。

符号の説明

１０１，１０２…透明基板、１０３…液晶層、１０４…シール材、１０５，１０７…偏光板、１０６…位相差板、１０９…カラーフィルタ、１１０…保護膜、１１１…透明電極、１１２，１１３…配向膜、１１４…半透過反射膜、１１５…照明装置（バックライト）、１１６…プリズムシート、２０１…上側基板内面の透明電極、２０２，２０７…半透過反射膜、２０３，２０８…開口部、２０４…データ線、２０５…ゲート線、２０６…ＴＦＴ素子、ＡＡ…プリズムシート集光方向に垂直な方向、ＢＢ…プリズムシート集光方向、ＳＳ…開口部長手方向。

Claims (5)

1. 透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、
   一対の基板間に挟持された液晶層と、
   前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、
   前記液晶層と前記照明装置との間に配置された反射層と、
   前記反射層が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、
   前記照明装置と前記反射層との間に位置し、前記反射層側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、
   前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、
   前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、
   前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記第１の稜線方向と前記第２の稜線方向とが直交するように、前記第２のプリズムシートが配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、
   一対の基板間に挟持された液晶層と、
   前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、
   前記液晶層と前記照明装置との間に配置された反射性の導電部材からなる膜と、
   前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、
   前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、
   前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、
   前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、
   前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 透過型表示と反射型表示を行う液晶表示装置であって、
   一対の基板間に挟持された液晶層と、
   前記液晶層に向けて光を出射する照明装置と、
   前記液晶層と前記照明装置との間に配置されたアルミニウムからなる膜と、
   前記膜が配置されず、長手方向と短手方向とを備えた形状であり、かつ、前記透過型表示の際に光が透過する領域と、
   前記照明装置と前記膜との間に位置し、前記膜側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第１のプリズムシートと、
   前記第１のプリズムシートと前記照明装置との間に位置し、前記第１のプリズムシート側の面が一次元方向に山形の形状をなし且つ当該山形の形状によって形成される複数の傾斜面を備えたプリズム構造を有する第２のプリズムシートを有し、
   前記第１のプリズムシートは、前記山形の形状によって形成される第１の稜線方向と、前記長手方向とが交差するように配置されており、
   前記第２のプリズムシートの、前記山形の形状によって形成される第２の稜線方向と、前記第１の稜線方向とが交差するように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置を、表示部として備えることを特徴とする電子機器。

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