JP2000098359A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率を向上させ、照明の点灯・非点
灯に関わらず視認性が高く、低消費電力の液晶装置を提
供する。 【解決手段】 一対の偏光板の間に平板状の透明な導光
板を設置する。本構成による導光板は、平面部より光線
を出射するとともに液晶パネル下部に設けた反射板によ
って反射した光線をほとんど分散することなく、透過す
る機能を有する。また照明非点灯時には、外光や外光を
前記反射板によって反射した光線をほとんど分散するこ
となく、透過する機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屋内外を問わず使
用されることの多い、バッテリーを主電源とした携帯電
話、ページャーのような携帯情報機器に用いられる照明
付き反射型液晶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶装置は、薄く軽いという特徴から携
帯型の情報端末用ディスプレイとして、広く用いられて
いる。液晶パネルは、自ら発光しない受光型素子で、背
面に反射板を置いて外部光で照らして表示を見る反射型
と、背面にバックライトを置いた透過型とがある。

【０００３】液晶パネルは数ボルトの低電圧で駆動でき
るため、反射型は極めて低消費電力という特徴を有する
が、暗い環境では使えず、カラーフィルターを用いるカ
ラー液晶パネルは光利用率が低いため、反射型では明る
い色が表示できないという欠点がある。反射型液晶パネ
ルの照明として、腕時計などでは豆球ランプをパネルの
斜め前方に置いて、夜間照明として用いられているが、
均一性に欠けるので小さな液晶パネルなどに限られる。

【０００４】これを解決する策として、反射型液晶パネ
ルの前面に平板状の照明（フロントライト）をディスプ
レイにつけ、周囲光とフロントライトの共用を図る方法
が提案されている（例えば、特開平９−３１１３３３や
特開平１０−１４２６０１）。図２に、従来のフロント
ライト付き反射型液晶装置の構成図を示す。図中の８
は、透明なプラスチック製の導光板で、９は導光板８の
端面に設けた蛍光灯光源である。８のプラスチック製の
導光板の表面には、光源９からの光を主に下面より出射
させるための形状や光学部材が設けられており、液晶パ
ネルを表面から照明するようになっている。このように
構成された液晶装置では、明るい環境では周囲光を利用
した反射型として。暗い環境ではフロントライト点灯に
よる照明付き液晶装置として機能させることで、省電力
と判読性の両立を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】周囲光だけを利用した
反射型液晶装置の場合、カラー化が難しく暗いところで
は使えないという欠点があり、バックライトを用いた透
過型や半透過型液晶装置は、消費電力が大きかったり、
表示が暗いという欠点があった。また、図２のようなフ
ロントライトを用いた場合も、光源からの光を効率良く
利用しているとは言い難かった。

【０００６】図３を用いて説明する。フロントライトか
らの出射光１７、１８は、上偏光板１０を通過すること
により偏光した光となる。この後、電圧無印加部（透明
電極１４と透明電極１６とに挟持された領域）と、電圧
印加部（透明電極１５と透明電極１６とに挟持された領
域）とでは、液晶層内の光学的性質が変わり、結果的に
該液晶層１９を通過した各々の光２０と２１の各偏光軸
は互いに直交の方位を取り下偏光板１２に到達する。こ
こで、下偏光板１２の偏光軸の方位を最適に設定すれ
ば、図３に示すように、入射光２１は該下偏光板１２に
吸収され黒い表示外観となり、入射光２０は該下偏光板
１２を透過し反射板１３で反射され、再度、下偏光板１
２を透過し、液晶層１９、上偏光板１０を通って外部に
出射される。従って、電圧無印加部の表示外観は白色
（詳しくは灰色）となる。以上の動作は、上記液晶層が
ＴＮ型、ＳＴＮ型、垂直配向型、強誘電型等いずれも共
通である。

【０００７】ここで、バッテリ−を主電源とするような
液晶装置としての重要な課題は、如何にして効率良く、
明るく見やすい表示外観を実現するかである。従来の液
晶装置においては、黒表示部分はほぼ充分な黒色を表現
しているが、白色表示部は暗く、見にくい表示となって
しまう。このように好ましい明るさが得られない主な理
由としては、上偏光板１０により、入射光１８のほぼ６
０％の光が吸収されてしまい、残りの４０％の光しか液
晶層１９に到達しないことであり、さらに、偏光板を透
過する度に約５％の光が各々吸収されることにある。つ
まり、このような構成の液晶装置では、合計４回、偏光
板を透過することになり、大きく光の利用効率を落とし
てしまっているのである。なお、図中の矢印の大きさ
は、光の強度を模式的に表したもので、、、、
は、偏光板の透過回数を示している。

【０００８】また、導光板と上偏光板などの各基板間で
起こる表面反射によって、数％づつ光の利用効率が低下
することも無視できない要因である。本発明は、この様
な課題を解決するために創案したもので、具体的には光
の利用効率を向上させ、照明の点灯・非点灯に関わらず
視認性が高く、低消費電力の液晶装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶装置
は、少なくとも平板状の導光板と前記導光板の端面に設
けた光源を有する照明部と一対の偏光板の間に液晶材料
を挟持した液晶パネル部からなる液晶装置において、前
記導光板が透明であり、前記一対の偏光板の内側に配し
たものである。請求項１記載の液晶装置によると、導光
板からの出射光は、まず下偏光板を透過し、次いで反射
板にて反射され、再度下側偏光板を透過後、順次、液晶
層、上偏光板を透過することになる。つまり、出射光の
偏光板の透過回数を合計３回と減少させることで、光の
利用効率が向上し、表示画面の明るい液晶装置が得られ
る。図４に、その様子を模式図で示す。また、導光板は
透明なので、ディスプレイの像が歪みやぼけることなく
見える。

【００１０】請求項２記載の液晶装置は、請求項１にお
いて、導光板が光源からの光を導光板下面から、主に出
射させる機能を有するものである。請求項２記載の液晶
装置によると、導光板からの光は主に下面から出射され
るため、照明に寄与する光がさらに増加し、光の利用効
率が向上し、表示画面の明るい液晶装置が得られる。請
求項３記載の液晶装置は、請求項１または請求項２にお
いて、偏光板と導光板と液晶パネルの少なくとも一表面
に反射防止層を設けたものである。請求項３記載の液晶
装置によると、請求項１または請求項２の作用に加え、
基板表面での反射を減少させることで、光の利用効率が
向上し、表示画面の明るい液晶装置が得られる。

【００１１】請求項４記載の液晶装置は、請求項１また
は請求項２または請求項３において、偏光板と導光板と
液晶パネルの少なくとも２つを張り合わせたものであ
る。請求項４記載の液晶装置によると、請求項１または
請求項２または請求項３の作用に加え、さらに基板表面
での反射を減少させることで、光の利用効率が向上し、
表示画面の明るい液晶装置が得られる。

【００１２】請求項５記載の液晶装置は、請求項１また
は請求項２または請求項３または請求項４において、導
光板が偏光した光を出射するものである。請求項５記載
の液晶装置によると、請求項１または請求項２または請
求項３または請求項４の作用に加え、偏光角度を適切に
設定することで、最初に透過する偏光板における光の吸
収を大幅に減少させることができるため、光の利用効率
が向上し、表示画面の明るい液晶装置が得られる。

【００１３】請求項６記載の液晶装置は、請求項１また
は請求項２または請求項３または請求項４または請求項
５において、下側に設置する偏光板を偏光分離板とした
ものである。請求項６記載の液晶装置によると、請求項
１または請求項２または請求項３または請求項４または
請求項５の作用に加え、偏光分離板の高い反射率によ
り、光の利用効率が向上し、表示画面の明るい液晶装置
が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。図１は、本発明に関わる液晶装置の一実施例の
縦断面模式図である。上から順に、上偏光板１、液晶パ
ネル５、透明な平板状導光板２と光源３からなる照明部
４、下偏光板６、反射板７が設置されている。導光板を
形成する透明材料は、アクリル樹脂、ポリカーボネート
樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス
等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられる。
また、導光板を平板状にしたり、光源からの光を導光板
下面から、主に出射させる機能の付与は、射出成形、熱
硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガ
ラス平板上にフィルムを接合または樹脂層を設ける等の
方法によって形成される。このように形成された導光板
は、光源からの光を効率良く導き照明するとともに、外
光や反射層によって反射された光をほとんど分散するこ
となく透過するため、ディスプレイの像は歪んだりぼけ
たりすることなく見える。なお、導光板の材料および形
成方法は、本発明に関わる機能を有すれば良く、これに
限るものではない。

【００１５】使用する光源は、蛍光管、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、豆電
球等、光を発するものなら何でも良いが、インバータ回
路などの特別な機構を必要とせず、低電圧で駆動できる
ＬＥＤ、有機ＥＬ、豆電球等が、低消費電力の用途には
適している。このように構成された液晶装置では、暗い
環境において、光源の照明光が効率良く利用できるた
め、より明るく見やすい表示外観がとなり、一方、晴天
の日中に屋外といった明るい環境においても、従来の液
晶装置とほぼ同じ反射型表示外観が得られた。

【００１６】なお、本実施例では、導光板を液晶パネル
５と下偏光板６の間に配置しているが、上偏光板１と下
偏光板６の間であれば、上偏光板１と液晶パネル５の間
などに配しても、同様の効果が得られている。また、導
光板の複屈折性の有無についても、何ら問うものではな
く、複屈折性を有する場合は、リタデーション値や設置
角度等の光学設定値を適切に設定することで、表示画面
の色補正や視野角・コントラスト改善の機能を合わせ持
たせることができた。

【００１７】さらに、図１の構成された液晶装置におい
て、前述の方法を用いて作成した光源の光を導光板下面
から主に出射させる導光板を用いたところ、照明に寄与
する光は明らかに増加し、より明るく判読性に優れた液
晶装置となった、従来のフロントライト付き液晶装置と
比較した場合、約５％ほど画面輝度が向上していた。な
お、画面輝度が同程度で良い場合には、光源輝度を落と
す事ができるため、消費電力の削減が可能である。

【００１８】また、構成部材である偏光板表面や液晶パ
ネルの基板表面に反射防止層を設けたり、屈折率の概ね
等しいアクリル系の粘着剤（屈折率：約１．５）を用い
て、適宜、それらを張り合わせたところ、表面反射は数
％抑制され、より判読性が向上した。偏光した光を出射
するタイプの導光板を用いた場合は、偏光軸の方位を適
切に設定することで、偏光板で吸収される光量を大幅に
減少させることができた。これによる光の利用効率の向
上効果は極めて大きく、画面輝度の向上はめざましいも
のであった。なお、導光板から出射される光の偏光度合
いが高ければ、下偏光板６を省略しても構わない。

【００１９】偏光分離板は、一方の偏光成分（Ｓ波また
はＰ波）のみ透過し、他方の偏光成分（Ｐ波またはＳ
波）を反射させる偏光分離機能を持っている。その反射
効率は、ほぼ１００％と高く、下偏光板および反射板に
代えて用いることで、光の利用効率は向上した。当然、
この効果は、照明点灯時のみならず外光利用時にも享受
できる。なお、偏光分離板は、２種類の透明フィルムを
交互に積層したような多層膜型でも、１／４波長板とコ
レステリック液晶層とを積層したものでも構造は問わ
ず、同様の効果が得られた。

【００２０】以上の構成により、外光が充分にある明る
いときには照明を消して表示画面を観察し、外光が充分
でない暗いときには照明を点灯して表示画面を観察でき
る適時照明付き液晶装置を実現できる。また照明点灯時
においても光の利用効率が高く、光源にあまり高い輝度
を必要とせず、液晶パネルも反射型なので、消費電力を
極めて少なく抑える事が出来る。

【００２１】なお本実施例では、導光板や液晶パネルの
基板厚さについては記述していないが、二重映りを低
減、防止するために、できるだけ薄いものを用いること
が望ましい。また、モノクロ表示の液晶装置のみなら
ず、カラー表示の液晶装置、例えば、カラーフィルタや
複屈折性を利用したものでも、同様の効果が得られた。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光の利用
効率を向上させることができることから、表示画面が明
るく見やすい、高表示品質で低消費電力の照明付き反射
型液晶装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の形態における液晶装置の縦
断面模式図である。

【図２】従来例のフロントライト付き液晶装置の縦断面
模式図である。

【図３】従来例のフロントライト付き液晶装置における
光量の模式図である。

【図４】本発明の一実施例の形態における液晶装置にお
ける光量の模式図である。

【符号の説明】

１ 上偏光板 ２ 導光板 ３ 光源 ４ 照明部 ５ 液晶パネル ６ 下偏光板 ７ 反射板 ８ 導光板 ９ 光源 １０ 上偏光板 １１ 液晶パネル １２ 下偏光板 １３ 反射板 １４ 透明電極 １５ 透明電極 １６ 透明電極 １７ フロントライトからの出射光 １８ フロントライトからの出射光 １９ 液晶層 ２０ 液晶層からの出射光 ２１ 液晶層からの出射光 ２２ 透明電極 ２３ 透明電極 ２４ 透明電極 ２５ 導光板からの出射光 ２６ 導光板からの出射光

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも平板状の導光板と前記導光板
   の端面に設けた光源を有する照明部と一対の偏光板の間
   に液晶材料を挟持した液晶パネルからなる液晶装置にお
   いて、前記導光板が透明であり、前記一対の偏光板の内
   側に配したことを特徴とする液晶装置。
2. 【請求項２】 前記導光板が、前記光源からの光を導光
   板下面から、主に出射させる機能を有することを特徴と
   する請求項１記載の液晶装置。
3. 【請求項３】 前記偏光板と前記導光板と前記液晶パネ
   ルの少なくとも一表面に反射防止層を設けたことを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の液晶装置。
4. 【請求項４】 前記偏光板と前記導光板と前記液晶パネ
   ルの少なくとも２つを張り合わせたことを特徴とする請
   求項１または請求項２または請求項３記載の液晶装置。
5. 【請求項５】 前記導光板が、偏光した光を出射するこ
   とをを特徴とする請求項１または請求項２または請求項
   ３または請求項４記載の液晶装置。
6. 【請求項６】 前記一対の偏光板の内、下側に設置する
   偏光板が偏光分離板であることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２または請求項３または請求項４記載または
   請求項５記載の液晶装置。