JP5770127B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本開示は液晶表示装置に関する。より具体的には、外光の反射率を制御することによって画像を表示する反射型の液晶表示装置に関する。

反射型の液晶表示装置は、外光を反射する画素電極や反射膜などを備えており、液晶材料層の状態を変えて外光の反射率を制御することによって画像を表示する。反射型の液晶表示装置は、低消費電力化、薄型化、軽量化が達成でき、例えば携帯電子機器の表示装置として利用されている。また、例えば特開２００５−１４８４２４号公報に開示されているように、各画素（カラー表示の場合は各副画素）が画素電極の組を備え、画素電極の組に印加する電圧を画素電極毎に制御することで表示に供する領域の面積を可変して階調表示を行う、いわゆる面積階調方式の液晶表示装置も提案されている。

反射型の液晶表示装置にあっては、長時間外光に晒されることなどによって例えば共通電極の電位が変動すると、極性反転駆動の際に正極性側の表示と負極性側の表示とで液晶材料層に印加する電圧（液晶印加電圧）に差が生じ、フリッカが発生する。従って、共通電極の電位の変動などに対してフリッカが視認され難い構成であることが求められている。フリッカを視認され難くするためには、液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近を動作点として設定し、電位変動が多少生じたとしても明るさの変動が目立たないような設計とすることが有効である。

特開２００５−１４８４２４号公報

しかしながら、通常、液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近を動作点に設定しようとすると、液晶印加電圧を高く設定せざるを得ず、消費電力が増加する。これを避けるため、液晶表示装置を構成する光学部材等の設計を変えることによって液晶印加電圧の低電圧化を図るといったことも可能ではあるが、この場合には、通常の観察方向から液晶表示装置を観察するとフリッカは目立たないが、外れた方向から液晶表示装置を観察するとフリッカが目立つといった課題がある。

従って、本開示の目的は、通常の観察方向から液晶表示装置を観察する場合および通常の観察方向から外れた方向から液晶表示装置を観察する場合のいずれにおいてもフリッカが目立たず、液晶印加電圧の低電圧化も図ることができる反射型の液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本開示の液晶表示装置は、
前面基板、背面基板、及び、前面基板と背面基板との間に配置されている液晶材料層を含む反射型の液晶表示装置であって、
通常の観察方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されており、
前面基板側に、散乱特性が最大となる方向を通常の観察方向に揃えるように配置された異方性散乱体が設けられている液晶表示装置である。

本開示の液晶表示装置にあっては、通常の観察方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されており、前面基板側に、散乱特性が最大となる方向を通常の観察方向に揃えるように配置された異方性散乱体が設けられている。これによって、液晶印加電圧の低電圧化を図ることができるので、消費電力を削減することができる。また、通常の観察方向から外れた方向に向かう光の強さが相対的に弱くなるので、通常の観察方向から外れた方向から液晶表示装置を観察してもフリッカが目立たない。

図１の（Ａ）は、参考例に係る液晶表示装置の模式的な斜視図である。図１の（Ｂ）は、参考例に係る液晶表示装置の模式的な断面図である。 図２の（Ａ）は、画素の構造を説明するための模式的な平面図である。図２の（Ｂ）は、画素電極に印加する電圧の制御方法を説明するための模式図である。 図３の（Ａ）は、反転駆動に伴う共通電極と画素電極との間の電位差の差分を説明するための模式的な波形図である。図３の（Ｂ）は、液晶材料層に印加される電圧（液晶印加電圧）と反射率の関係、及び、液晶印加電圧の変動と反射率の変動との関係を説明するための模式的なグラフである。 図４は、光学部材等を或る設計条件とした液晶表示装置を回転させたときに、液晶印加電圧と反射率の関係がどのように変化するかを説明するための模式的なグラフである。 図５は、液晶表示装置の光学設計を説明するための模式図である。 図６は、光学部材等を図４とは異なる或る設計条件とした液晶表示装置を回転させたときに、液晶印加電圧と反射率の関係がどのように変化するかを説明するための模式的なグラフである。 図７は、液晶表示装置の光学設計を説明するための模式図である。 図８は、第１の実施形態に係る液晶表示装置を説明するための、模式的な分解斜視図である。 図９の（Ａ）は、液晶表示装置の構造を説明するための模式的な斜視図である。図９の（Ｂ）は、第１の実施形態に係る異方性散乱体の構造を説明するための模式的な断面図である。図９の（Ｃ）及び（Ｄ）は、異方性散乱体における低屈折率領域と高屈折率領域の配置を説明するための模式的な斜視図である。 図１０は、異方性散乱体における入射光と散乱光の関係を説明するための模式図である。 図１１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置の模式的な断面図である。 図１２の（Ａ）乃至（Ｃ）は、異方性散乱体の特性を説明するための模式図等である。 図１３の（Ａ）は、異方性散乱体を省略した構成の液晶表示装置を通常の観察方向から観察する場合と他の方向から観察する場合との位置関係を説明するための模式的な斜視図である。図１３の（Ｂ）は、異方性散乱体を省略した液晶表示装置における液晶印加電圧−反射率曲線の模式的なグラフである。 図１４の（Ａ）は、第１の実施形態に係る液晶表示装置を通常の観察方向から観察する場合と他の方向から観察する場合との位置関係を説明するための模式的な斜視図である。図１４の（Ｂ）は、第１の実施形態に係る液晶表示装置における液晶印加電圧−反射率曲線の模式的なグラフである。 図１５の（Ａ）は、参考例の液晶表示装置の模式的な断面図である。図１５の（Ｂ）は、図１１に示す液晶表示装置と図１５の（Ａ）に示す液晶表示装置との反射率の特性を比較したグラフである。 図１６は、変形例に係る液晶表示装置を説明するための、模式的な分解斜視図である。

以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示に係る液晶表示装置、全般に関する説明
２．参考例に係る液晶表示装置の説明
３．第１の実施形態（その他）

［本開示に係る液晶表示装置、全般に関する説明］
上述したように、本開示の液晶表示装置にあっては、通常の観察方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されている。このような光学設計は、例えば、液晶表示装置に用いる位相差板等の光学部材の仕様や、液晶材料層を構成する液晶分子の配向状態を決定する配向膜の表面処理の仕様を適宜設定することで実現することができる。

本開示の液晶表示装置において、異方性散乱体の面内方向の領域は、低屈折率領域と高屈折率領域とが混在する領域として形成されている構成とすることができる。異方性散乱体は、外部から入射する外光が異方性散乱体を透過する際に光が散乱するように配置されている構成とすることもできるが、背面基板側で反射した外光が異方性散乱体に入射して外部に出射する際に散乱するように配置されている構成とすることが好ましい。後者の構成のほうが光の反射率がより高くなるので、通常の観察方向から外れた方向から観察される画像は相対的により暗くなり、外れた方向から観察する際のフリッカがより目立たなくなる。

上述した各種の好ましい構成を含む本開示の液晶表示装置において、異方性散乱体は、複数の散乱部材が積層されて成る構成とすることができる。

あるいは又、上述した各種の好ましい構成を含む本開示の液晶表示装置は、面積階調方式により階調表示を行う構成とすることができる。例えば、各画素（カラー表示の場合は副画素）は面積が略２倍づつ増大する画素電極の組を備え、画素電極の組に印加する電圧を画素電極毎に制御することによって表示に供する領域の面積を可変するといった構成とすることができる。

異方性散乱体は、光反応性の化合物を含む組成物などを用いて構成することができる。例えば、光重合の前後で或る程度の屈折率変化を示す組成物から成る基材に、所定の方向から紫外線などの光を照射することによって、異方性散乱体を得ることができる。組成物を構成する材料は、ラジカル重合性やカチオン重合性の官能基を有するポリマー等といった公知の光反応性の材料から、光反応をした部分とそうでない部分とで或る程度の屈折率変化を生ずる材料を適宜選択して用いればよい。

あるいは又、例えば、光反応性の化合物と光反応性のない高分子化合物とを混合した組成物から成る基材に、所定の方向から紫外線などの光を照射することによって、異方性散乱体を得ることもできる。光反応性のない高分子化合物は、例えば、アクリル樹脂やスチレン樹脂などといった公知の材料から適宜選択して用いればよい。

上記の組成物から成る基材は、例えば、高分子材料から成るフィルム状の基体の上に、組成物を公知の塗布方法などにより塗布することで得ることができる。

上述した組成物等から成る異方性散乱体の面内方向の領域は、低屈折率領域と高屈折率領域とが混在する領域として形成される。通常、異方性散乱体の厚み方向に対して低屈折率領域と高屈折率領域との境界が所定の角度を成すように形成される。場合によっては、この角度は、面内方向において連続的に変化するように構成されていてもよい。

低屈折率領域と高屈折率領域における屈折率の差は、通常、０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましく、０．１０以上であることが更に好ましい。

異方性散乱体を構成する材料や製造方法にもよるが、光反応をした部分とそうでない部分とは、例えば、後述する図９の（Ｃ）に示すようにそれぞれルーバー状の領域を形成する構成であってもよいし、あるいは又、図９の（Ｄ）に示すように、柱状領域とそれを取り巻く周辺領域を形成する構成であってもよい。

本開示に係る液晶表示装置は、モノクロ表示であってもよいし、カラー表示であってもよい。画素電極自体が反射電極として光を反射する構成であってもよいし、透明画素電極と反射膜の組み合わせによって、反射膜が光を反射するといった構成であってもよい。液晶表示装置の動作モードは、反射型としての表示動作に支障がない限り特に限定するものではない。例えば、所謂ＶＡモードやＥＣＢモードで駆動される構成とすることができる。

例えば、画素内に反射型の表示領域と透過型の表示領域の両方を有する半透過型の液晶表示装置が周知である。場合によっては、このような半透過型の液晶表示装置であってもよい。即ち、「反射型」には「半透過型」も含まれる。

液晶表示装置の形状は特に限定するものではなく、横長の矩形状であってもよいし縦長の矩形状であってもよい。液晶表示装置の画素（ピクセル）の数Ｍ×Ｎを（Ｍ，Ｎ）で表記したとき、例えば横長の矩形状の場合には（Ｍ，Ｎ）の値として、（６４０，４８０）、（８００，６００）、（１０２４，７６８）等の画像表示用解像度の幾つかを例示することができ、縦長の矩形状の場合には相互に値を入れ替えた解像度を例示することができるが、これらの値に限定するものではない。

液晶表示装置を駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。

本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

［参考例に係る液晶表示装置の説明］
先ず、本開示の理解を助けるため、参考例に係る液晶表示装置について説明する。

図１の（Ａ）は、参考例に係る液晶表示装置の模式的な斜視図である。図１の（Ｂ）は、参考例に係る液晶表示装置の模式的な断面図である。

参考例に係る液晶表示装置９０１は、画素１２が配列された表示領域１１を有する反射型の液晶表示装置である。液晶表示装置９０１は、図示せぬ駆動回路などにより駆動される。表示領域１１には、例えば太陽光や照明光などの外光が入射する。説明の都合上、表示領域１１はＸ−Ｙ平面と平行であり、画像を観察する側が＋Ｚ方向であるとする。外光は、方位角９０度の方向から、所定の極角（例えば３０度）を成して表示領域１１に入射するとして説明するが、これは例示に過ぎない。

液晶表示装置９０１は矩形状であり、辺を参照番号１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄで表す。辺１３Ｃは手前側の辺であり、辺１３Ａは辺１３Ｃに対向する辺である。例えば、辺１３Ａ，１３Ｃは約１２［ｃｍ］、辺１３Ｂ，１３Ｄは約１６［ｃｍ］といった値であるが、これに限るものではない。

図１の（Ｂ）に示すように、液晶表示装置９０１は、前面基板１８、背面基板１４、及び、前面基板１８と背面基板１４との間に配置されている液晶材料層１７を含む。符号１７Ａは、液晶材料層１７を構成する液晶分子を模式的に示す。液晶材料層１７は、図示せぬスペーサ等によって、所定の厚さに設置されている。図１の（Ｂ）に示す符号１０は、液晶表示装置９０１のうち、前面基板１８、背面基板１４、及び、前面基板１８と背面基板１４との間に配置されている液晶材料層１７を含む部分を示す。同様に、図１の（Ｂ）に示す符号２０は、液晶表示装置９０１のうち、１／４波長板２１、１／２波長板２２、及び、偏光板２３を含む部分を示す。液晶表示装置９０１は、例えばＥＣＢモードで駆動される。

例えばガラス材料から成る背面基板１４の上には、アクリル樹脂等の高分子材料から成る平坦化膜１５が形成されており、その上に、アルミニウム等の金属材料から成る画素電極（反射電極）１６が形成されている。

画素電極１６は、その表面が鏡面状に形成されている。例えば映像信号を供給する信号線と画素電極１６との電気的な接続を制御するために、画素電極１６にはＴＦＴ等の素子が接続されている。尚、図１の（Ｂ）においては、ＴＦＴ、信号線やＴＦＴの導通状態を制御する走査線といった種々の配線、前面基板１８等に設けられる共通電極やカラーフィルター、及び、液晶材料層１７の初期配向状態を規定するための配向膜などの図示を省略した。

外部から入射する外光は、偏光板２３によって所定の方向の直線偏光となった後に、１／２波長板２２によって偏光面が９０度回転し、その後、１／４波長板２１によって円偏光となる。円偏光となった外光は、液晶材料層１７を透過して画素電極１６によって反射する。反射した外光は、液晶材料層１７を透過し、更に、１／４波長板２１及び１／２波長板２２を透過して偏光板２３に達し、外部に向けて出射する。画素電極１６などに印加する電圧を制御して、液晶材料層１７における液晶分子１７Ａの配向状態を制御することにで、画素電極１６によって反射した外光が偏光板２３を透過する量を制御することができる。

図２の（Ａ）は、画素の構造を説明するための模式的な平面図である。図２の（Ｂ）は、画素電極に印加する電圧の制御方法を説明するための模式図である。

図２の（Ａ）に示すように、画素１２は、赤色表示副画素１２Ｒ、緑色表示副画素１２Ｇ、及び、青色表示副画素１２Ｂの組から成る。液晶表示装置９０１は、面積階調方式により階調表示を行う。このため、各副画素の画素電極１６は、面積が略２倍づつ増大する電極の組から成る。図２の（Ａ）には、５つの電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅの組から成る場合の例を示した。電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅに印加される電圧は、例えば、デジタル信号化された映像信号の対応ビットの値に応じて制御される。

図２の（Ｂ）を参照して、例えば５ビットの映像信号に基づいて制御する場合の構成について説明する。面積の一番大きい電極１６Ｅは、映像信号のＭＳＢに基づいて制御され、面積が小さくなるについて、下位のビットに基づいて制御される。面積の一番小さい電極１６Ａは、映像信号のＬＳＢに基づいて制御される。具体的には、各電極には、映像信号における対応ビットの値に応じて、駆動回路１００から、例えば共通電極に印加される電圧と同じ値の電圧Ｖ_com、正極性側の電圧Ｖ_com＋Ｖ_d、負極性側の電圧Ｖ_com−Ｖ_dのいずれかが印加される。これによって、例えばフレーム毎の極性反転駆動が行われる。

電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ毎に印加する電圧を制御することによって、表示に供する領域の面積を制御することができる。尚、以下の説明において、電極１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅを区別する必要がない場合には、これらを単に画素電極１６と表す。尚、液晶表示装置９０１はノーマリーホワイトモードの構成であるとして説明するが、これは例示に過ぎない。

次いで、図３を参照して、液晶印加電圧−反射率曲線と、フリッカの関係について説明する。

図３の（Ａ）は、反転駆動に伴う共通電極と画素電極との間の電位差の差分を説明するための模式的な波形図である。図３の（Ｂ）は、液晶材料層に印加される電圧（液晶印加電圧）と反射率の関係、及び、液晶印加電圧の変動と反射率の変動との関係を説明するための模式的なグラフである。

液晶表示装置９０１を例えば長時間外光に晒すことなどによって共通電極の電位がＶ_comからＶ_com’に変動すると、黒表示を行うときにフリッカが発生する。即ち、図３の（Ａ）に示すように、正極性側の駆動における液晶印加電圧Ｖ₁と、負極性側の駆動における液晶印加電圧Ｖ₂が異なる値となり、液晶印加電圧の差分ΔＶが生ずる。

図３の（Ｂ）の上段のグラフは、液晶印加電圧−反射率曲線の模式的なグラフである。上述した液晶印加電圧の差分ΔＶによる反射率の変化は、電圧Ｖ_dを液晶印加電圧−反射率曲線の極値に近い値とするほど小さくすることができる。

図３の（Ｂ）の下段のグラフは、電圧Ｖ_dを液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近の値Ｖ_{d_1}に設定した場合と、極値から離れた値Ｖ_{d_2}に設定した場合とにおける、差分ΔＶに起因する反射率変化を示す。グラフから明らかなように、電圧Ｖ_dを値Ｖ_{d_2}に設定した場合の反射率変化ΔＲＥ₂に対し、電圧Ｖ_dを値Ｖ_{d_1}に設定した場合の反射率変化ΔＲＥ₁は小さい。このように、同じ差分ΔＶが生じたとしても、電圧Ｖ_dを液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近の値に設定することで、反転駆動に伴うフリッカの発生を軽減することができる。特に、ＭＩＰ（Memory In Pixel）で一般的な面積階調方式では液晶材料層１７に中間調表示のための電圧を印加する必要がないので、フリッカは一層目立ち難くなる。尚、本開示における液晶表示装置は、面積階調方式のものに限定されるものではない。

次いで、参考例に係る液晶表示装置の光学設計について説明する。先ず、図４及び図５を参照して一般的な光学設計の例を説明し、その後、図６及び図７を参照して、液晶印加電圧−反射率曲線の極値を低電圧側にシフトする光学設計の例について説明する。

図４は、光学部材等を或る設計条件とした液晶表示装置を回転させたときに、液晶印加電圧と反射率の関係がどのように変化するかを説明するための模式的なグラフである。図５は、液晶表示装置の光学設計を説明するための模式図である。

光学設計の詳細について説明する。図５に示すように、Ｘ軸に対し、偏光板２３の偏光軸は３５度、１／２波長板２２は５０度、１／４波長板２１は−７０度の角度を成すように設定されている。また、背面基板１４側の図示せぬ配向膜におけるラビング方向は、Ｘ軸に対し−１２８．５度の角度を成す。そして、観察者側から見て、液晶分子１７Ａが時計回りに６３度ツイストするように、前面基板１８側の図示せぬ配向膜におけるラビング方向が設定されている。図４は、上述した光学設計が施された液晶表示装置９０１についてのグラフである。

図４においては、図１に示すようにＺ軸を中心として液晶表示装置９０１を回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線を示した。具体的には、０度回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線と、１５度回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線と、３０度回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線と、５０度回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線とを示した。

グラフから明らかなように、この光学設計例では、液晶表示装置９０１を回転させても液晶印加電圧−反射率曲線が極値となる値は余り変化しない。また、液晶印加電圧を比較的高い値（図に示す例では、約４．３ボルト）にしないと、液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近とはならない。従って、図４に示すような設計条件では、電圧Ｖ_dを液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近の値に設定しようとすると、消費電極が増加してしまう。また、例えば液晶印加電圧を比較的低い値（図に示す例では、約３．３ボルト）とすると、極性反転駆動に伴う液晶印加電圧の差分ΔＶに起因する反射率変化が大きくなる。尚、図４に示す差分ΔＶは模式的に示したものであって例示に過ぎない。後述する図６においても同様である。

図６は、光学部材等を図４とは異なる或る設計条件とした液晶表示装置を回転させたときに、液晶印加電圧と反射率の関係がどのように変化するかを説明するための模式的なグラフである。図７は、液晶表示装置の光学設計を説明するための模式図である。

光学設計の詳細について説明する。図７に示すように、Ｘ軸に対し、偏光板２３の偏光軸は２６度、１／２波長板２２は４０度、１／４波長板２１は−８４度の角度を成すように設定されている。また、背面基板１４側の図示せぬ配向膜におけるラビング方向は、Ｘ軸に対し−１５８．５度の角度を成す。そして、観察者側から見て、液晶分子１７Ａが時計回りに７０度ツイストするように、前面基板１８側の図示せぬ配向膜におけるラビング方向が設定されている。図６は、上述した光学設計が施された液晶表示装置９０１についてのグラフである。

尚、図６では、Ｚ軸を中心として液晶表示装置９０１を７０度および９０度回転させたときの液晶印加電圧−反射率曲線も加えて示した。

図４に示す特性と対比して明らかなように、図６に示す特性にあっては、液晶印加電圧−反射率曲線が極値となる液晶印加電圧の値が液晶表示装置９０１の回転角を変えることによって変化する。また、回転角が小さいときの液晶印加電圧−反射率曲線の極値が低電圧側にシフトしていることがわかる。例えば、回転角１５度のときの液晶印加電圧−反射率曲線に注目すれば、液晶印加電圧を比較的低い値（図に示す例では、約３．３ボルト）に設定しても、極性反転駆動に伴う液晶印加電圧の差分ΔＶに起因する反射率変化は小さい。

例えば、図６に示す回転角１５度のときの液晶印加電圧−反射率曲線で示す特性が液晶表示装置を回転させないで現れるように、光学設計を全体として１５度シフトした構成とすれば、通常の観察方向（例えば、極角０度の方向）から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値を低電圧化することができる。このように構成された液晶表示装置では、電圧Ｖ_dを液晶印加電圧−反射率曲線の極値付近の値に設定しつつ、低消費電力化を図ることができる。しかしながら、例えば図６に示す回転角７０度における特性が回転角５５度のときに現れることになる。従って、通常の観察方向とは異なる方向、例えば、液晶表示装置を斜め横方向から観察するような場合にフリッカが目立つといった課題が残る。次いで、上述した課題を解決する第１の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本開示に係る表示装置に関する。

図８は、第１の実施形態に係る液晶表示装置を説明するための、模式的な分解斜視図である。

第１の実施形態に係る液晶表示装置１は、基本的には、参考例で説明した液晶表示装置９０１に、異方性散乱体を加えた構成である。具体的には、図６に示す回転角１５度のときの液晶印加電圧−反射率曲線で示す特性が液晶表示装置を回転させないで現れるように光学設計をシフトした構成の液晶表示装置の前面基板側に、更に異方性散乱体が設けられている構成である。

図８に示す符号１０Ａは、上述のような光学設計がなされた液晶表示装置を構成する前面基板１８、背面基板１４、及び、前面基板１８と背面基板１４との間に配置されている液晶材料層１７を含む部分を示す。同様に、図８に示す符号２０Ａは、上述のような光学設計がなされた液晶表示装置を構成する１／４波長板２１、１／２波長板２２、及び、偏光板２３を含む部分を示す。異方性散乱体３０は、前面基板１８側、より具体的には、後述する図１１に示すように、前面基板１８と１／４波長板２１との間に配置される。

このように、液晶表示装置１は、前面基板１８、背面基板１４、及び、前面基板１８と背面基板１４との間に配置されている液晶材料層１７を含む反射型の液晶表示装置である。そして、通常の観察方向（例えば、極角０度の方向）から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されている。

図９の（Ａ）は、液晶表示装置の構造を説明するための模式的な斜視図である。図９の（Ｂ）は、第１の実施形態に係る異方性散乱体の構造を説明するための模式的な断面図である。図９の（Ｃ）及び（Ｄ）は、異方性散乱体における低屈折率領域と高屈折率領域の配置を説明するための模式的な斜視図である。

図８や図９の（Ａ）に示す異方性散乱体３０は、例えばその厚さが０．０２〜０．５［ｍｍ］程度のシート状（フィルム状）である。後述する図１２を参照して後で詳しく説明するが、異方性散乱体３０は、散乱特性が最大となる方向を通常の観察方向に揃えるように配置されている。

図９の（Ｂ）に示すように、異方性散乱体３０の面内方向の領域は、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２とが例えばミクロンオーダーで混在する領域として形成されている。尚、ミクロンオーダー以下で混在する構成であってもよい。また、図示の都合上、図９等においては、異方性散乱体３０の下地となる透明なフィルム等の表示を省略した。

異方性散乱体３０は、光反応性の化合物を含む組成物などを用いて構成されている。異方性散乱体３０は、例えば、図９の（Ｃ）に示すように、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２がルーバー状に形成されている構成であってもよいし、図９の（Ｄ）に示すように、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２とが、柱状領域とそれを取り巻く周辺領域を形成する構成であってもよい。図９の（Ｄ）では、例えば光反応をした組成物の部分が柱状領域状に高屈折率化する場合の例を示した。

図９の（Ｃ）では、各低屈折率領域３１の厚み方向の幅や、各高屈折率領域３２の厚み方向の幅が一定であるように表したが、これは例示に過ぎない。同様に、図９の（Ｄ）においても、各柱状領域の形状が同一であるように表したが、これも例示に過ぎない。

図９の（Ｂ）乃至（Ｄ）に示すように、異方性散乱体３０の内部において、低屈折率領域３１及び高屈折率領域３２は、異方性散乱体３０の厚み方向（Ｚ方向）に対して低屈折率領域３１と高屈折率領域３２との境界が角度θを成すように、斜め方向に形成されている。角度θは、異方性散乱体３０の仕様等に応じて適宜好適な値に設定される。

説明の都合上、ここでは、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２とは図９の（Ｃ）に示すようにルーバー状に形成されており、それらルーバー状の領域が延びる方向はＸ方向に平行であるとする。また、高屈折率領域３２は基材が光反応を生じた領域であるとして説明するが、これは例示にすぎない。基材が光反応を生じた領域が低屈折率領域３１となる構成であってもよい。

ここで、異方性散乱体における入射光と散乱光の関係について、図１０を参照して説明する。

図１０に示すように、異方性散乱体３０において、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２との境界が延びる方向に概ね倣う方向から光が入射した場合、光は散乱して出射する。一方、低屈折率領域３１と高屈折率領域３２との境界が延びる方向と略直交する方向から光が入射した場合、光はそのまま透過する。

尚、異方性散乱体３０の散乱中心軸Ｓ（それを中心として、入射する光の異方性散乱特性が略対称性となる軸をいう。換言すれば、最も散乱する光の入射方向に延びる軸である。）は、Ｚ軸方向に対して斜めに傾斜しているが、定性的には、その軸方向は低屈折率領域３１と高屈折率領域３２の延在方向に概ね倣う方向にあると考えられる。更に、この場合、散乱中心軸ＳをＸ−Ｙ平面上に投影した方位は、図９の（Ｃ）に示す場合には、ルーバー状の領域が延びる方向に直交する方向、図９の（Ｄ）に示す場合には、柱状領域をＸ−Ｙ平面に投影したときにその影が延びる方向にあると考えられる。散乱中心軸Ｓを含む面は、Ｙ−Ｚ平面に平行である。

異方性散乱体３０は、背面基板１４側で反射した外光が異方性散乱体３０に入射して外部に出射する際に散乱するように配置されている（以下、「出射散乱の構成」と呼ぶ場合がある）。

液晶表示装置１における光の挙動について、図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置の模式的な断面図である。図１２の（Ａ）乃至（Ｃ）は、異方性散乱体の特性を説明するための模式図等である。

異方性散乱体３０は光の散乱について異方性を示す。従って、異方性散乱体３０を含む液晶表示装置１は、異方性散乱体の散乱中心軸Ｓを含む面内で光が入射する場合と、そうでない場合とで、光の反射特性が大きく異なる。

例えば、液晶表示装置１を全白表示とした状態で、図１２の（Ａ）に示すように方位角９０度、極角３０度で光１が入射し、極角０度の観察位置で出射する光の強度を観察した場合、図１２の（Ｂ）のような特性を示す。尚、図１２の（Ｂ）では、値を正規化して示している。これに対し、方位角を変えて（例えば０度）光２が入射した場合には、図１２の（Ｃ）のような特性を示す。

このように、異方性散乱体３０を用いた液晶表示装置１は光の散乱特性に角度依存性を持つので、所定の方向（図１２に示す例では紙面に垂直な面内方向）に向かう光を強くすると共に、所定の方向から外れた方向に向かう光を弱めるといった特性を示す。これによって、通常の観察方向とは異なる他の方向から液晶表示装置１を観察したときのフリッカが低減される。以下、図１３と図１４とを参照して説明する。

図１３の（Ａ）は、異方性散乱体を省略した構成の液晶表示装置を通常の観察方向から観察する場合と他の方向から観察する場合との位置関係を説明するための模式的な斜視図である。図１３の（Ｂ）は、異方性散乱体を省略した液晶表示装置における液晶印加電圧−反射率曲線の模式的なグラフである。

液晶表示装置１から異方性散乱体３０を省略した構成の液晶表示装置１’は、通常の観察方向（例えば、極角３０度，方位角２７０度の方向）とは異なる他の方向（例えば、極角３０度，方位角０度の方向）から観察する場合にフリッカが目立つ。即ち、図１３の（Ｂ）に示すように、他の方向から観察したときの液晶印加電圧の差分ΔＶによる反射率の変化ΔＲＥ₂’は、通常の観察方向から観察したときの変化ΔＲＥ₁’に対して非常に大きい。

図１４の（Ａ）は、第１の実施形態に係る液晶表示装置を通常の観察方向から観察する場合と他の方向から観察する場合との位置関係を説明するための模式的な斜視図である。図１４の（Ｂ）は、第１の実施形態に係る液晶表示装置における液晶印加電圧−反射率曲線の模式的なグラフである。

異方性散乱体３０は、所定の観察位置に向かう方向の光を強くすると共に、所定の観察位置から外れた方向に向かう光を弱めるといった特性を示す。基本的には、異方性散乱軸Ｓに近い程、また、異方性散乱軸Ｓを含む平面（図１２に示す例では、Ｙ−Ｚ平面に平行な平面）に近い程、光の強度が強くなる。従って、他の方向（例えば横方向）から観察したときの液晶印加電圧の差分ΔＶによる反射率の変化ΔＲＥ₂は、図１４に示すΔＲＥ₂’に比べて小さくなる。これによって、他の方向から観察したときのフリッカが軽減される。また、通常の観察方向から観察する場合の液晶印加電圧−反射率曲線は、図１４に示す液晶印加電圧−反射率曲線よりも上方にシフトする。従って、所定の観察位置から観察される画像の輝度も高めることができる。

上述したように、異方性散乱体３０は、背面基板１４側で反射した外光が異方性散乱体３０に入射して外部に出射する際に散乱するように配置されている。これに対し、外部から入射する外光が異方性散乱体３０に入射して背面基板１４側に向かう際に散乱するようにした構成（以下、「入射散乱の構成」と呼ぶ場合がある）とすることもできるが、画像が若干暗くなる。以下、図１５の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

図１５の（Ａ）は、異方性散乱体３０の配置を変えて、外部からの外光が異方性散乱体３０に入射する際に光が散乱するといった構成の液晶表示装置１”の断面図である。

液晶表示装置１”にあっては、散乱した光が画素電極１６に入射して前面基板側に向かって反射する。従って、図１１に示す液晶表示装置１に比べて、光はより広範囲に散乱する。

図１５の（Ｂ）は、図１１に示す液晶表示装置と図１５の（Ａ）に示す液晶表示装置との反射率の特性を比較したグラフである。

このグラフから明らかなように、図１１に示す出射散乱の構成の液晶表示装置１は、入射散乱の構成の液晶表示装置１”に対して、反射率がより高くなっている。従って、出射散乱の構成の液晶表示装置１は、表示される画像の輝度をより高くすることができる利点を備えている。

尚、散乱範囲の拡大や虹色の色づきの軽減を図るために、異方性散乱体を複数の散乱部材が積層されて成る構造とすることもできる。図１６に、上述した構成の異方性散乱体を備えた液晶表示装置の模式的な分解斜視図を示す。

図１６では、異方性散乱体１３０は、散乱部材３０Ａ，３０Ｂが積層されて成る。散乱部材３０Ａ，３０Ｂは、基本的には、異方性散乱体３０と同様の構成である。例えば、散乱部材３０Ａ，３０Ｂの散乱中心軸の方向に若干の差を持たせるようにすることで、光の拡散範囲を調整することができる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述した実施形態にあっては、異方性散乱体を、前面基板１８と１／４波長板２１との間に配置したが、これは例示に過ぎない。異方性散乱体を配置する場所は、液晶表示装置の設計や仕様に応じて適宜決定すればよい。

なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）前面基板、背面基板、及び、前面基板と背面基板との間に配置されている液晶材料層を含む反射型の液晶表示装置であって、
通常の観察方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されており、
前面基板側に、散乱特性が最大となる方向を通常の観察方向に揃えるように配置された異方性散乱体が設けられている液晶表示装置。
（２）異方性散乱体の面内方向の領域は、低屈折率領域と高屈折率領域とが混在する領域として形成されている請求項１に記載の液晶表示装置。
（３）異方性散乱体は、背面基板側で反射した外光が異方性散乱体に入射して外部に出射する際に散乱するように配置されている請求項２に記載の液晶表示装置。
（４）背面基板側で反射した外光は、低屈折率領域と高屈折率領域との境界付近における屈折率の変化の程度が相対的に大きい面側から異方性散乱体に入射し、低屈折率領域と高屈折率領域との境界付近における屈折率の変化の程度が相対的に小さい面側から出射する請求項３に記載の液晶表示装置。
（５）異方性散乱体は複数の散乱部材が積層されて成る請求項１に記載の液晶表示装置。
（６）面積階調方式により階調表示を行う請求項１に記載の液晶表示装置。

１，１’，１”，９０１・・・反射型の液晶表示装置、１０・・・前面基板、背面基板、及び、前面基板と背面基板との間に配置されている液晶材料層を含む液晶表示装置の部分、１１・・・表示領域、１２・・・画素、１２Ｒ・・・赤色表示副画素、１２Ｇ・・・緑色表示副画素、１２Ｂ・・・青色表示副画素、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ・・・辺、１４・・・背面基板、１５・・・平坦化膜、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ・・・画素電極（反射電極）、１７・・・液晶材料層、１７Ａ・・・液晶分子、１８・・・前面基板、２０・・・１／４波長板、１／２波長板、及び、偏光板を含む液晶表示パネルの部分、２１・・・１／４波長板、２２・・・１／２波長板、２３・・・偏光板、３０，１３０・・・異方性散乱体、３０Ａ，３０Ｂ・・・散乱部材（異方性散乱体）、３０’・・・基材、３１・・・低屈折率領域、３２・・・高屈折率領域、４０・・・光照射装置、５０・・・マスク、５１・・・開口、１００・・・駆動回路

Claims (4)

1. 前面基板、背面基板、及び、前面基板と背面基板との間に配置されている液晶材料層を含む反射型の液晶表示装置であって、
   通常の観察方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値が、通常の観察方向から外れた方向から観察した状態における液晶印加電圧−反射率曲線の極値よりも低電圧側にシフトするように光学設計が施されており、
   前面基板側に、散乱特性が最大となる方向を通常の観察方向に揃えるように配置された異方性散乱体が設けられている液晶表示装置。
2. 前記異方性散乱体は、低屈折率領域と、前記低屈折率領域よりも屈折率の高い高屈折率領域と、が前記異方性散乱体の厚み方向と直交する第一の方向に繰り返し交互に並べて配置された構造を有し、
   前記低屈折率領域と前記高屈折率領域の各々は、前記第一の方向と直交する第二の方向に延在し且つ前記異方性散乱体の厚み方向に対して斜めに傾斜したルーバー状の構造を有する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記異方性散乱体は、異方性散乱体の厚み方向に対して斜めに傾いて形成された複数の柱状の高屈折率領域と、前記複数の高屈折率領域よりも屈折率が低く且つ前記複数の高屈折率領域の周囲を取り巻くように配置された低屈折率領域と、を有する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 面積階調方式により階調表示を行う請求項１に記載の液晶表示装置。

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