JP2000221501A

JP2000221501A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000221501A
Application number: JP11021045A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuda; 岳志増田; Yukihiro Tsunoda; 行広角田; Takeshi Ebi; 毅海老
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】導光体を配置することによる反射型液晶表示
素子の表示品位の劣化を防止するとともに、導光体と反
射型液晶表示素子とを適切な屈折率を有する屈折率層を
介して貼り合わせることにより、反射型液晶表示素子に
適した明るく均一な照明が可能なフロントライトを用い
た液晶表示装置を実現する。【解決手段】光源と該光源からの光が入射する入射面
および該入射した光を出射する出射面を有する導光体と
で構成されるフロントライトと、該導光体の出射面から
出射する光を画素毎に制御して該導光体の出射面側に反
射して画像を表示する反射型液晶表示素子とを備えてな
る液晶表示装置において、前記フロントライトと前記反
射型液晶表示素子とを、前記導光体の屈折率よりも小さ
い屈折率を有する屈折率層を介して貼り合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報表示システム
やＯＡ機器等に用いられる反射型液晶表示素子とそのフ
ロントライトとから構成される液晶表示装置に係り、特
に反射型液晶表示素子の表示品位を劣化させることな
く、効率良く照明することが可能なフロントライトに関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓ
ｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ
ＲａｙＴｕｂｅ）、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓ
ｐｌａｙＰａｎｅｌ）、あるいはＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）といった他の表示装置
とは異なり、液晶そのものは発光せずに、特定の光源か
ら照射された光の透過光量、あるいは反射光量を調節、
制御することによって文字や画像を表示するものであ
る。

【０００３】このような従来の液晶表示装置は、透過型
の液晶表示装置と反射型の液晶表示装置とに大別するこ
とができる。

【０００４】まず、透過型液晶表示装置は、光の入射側
と出射側とに偏光板が配置されており、入射側の偏光板
を介して入射した直線偏光の偏光状態を液晶層で変調
し、出射側の偏光板を透過する光量を制御することによ
り画像を表示している。したがって、透過型液晶表示装
置の光の入射側には、液晶表示装置を後方（入射側）か
ら照明するバックライトと呼ばれる照明手段である蛍光
管やＥＬなどの発光源が配置されているのが一般的であ
る。

【０００５】一方、反射型液晶表示装置は、１枚の偏光
板と反射板とを備えており、この偏光板を介して入射し
た直線偏光が反射板で反射され、再び偏光板に到達する
過程で、前記直線偏光の偏光状態が液晶層で変調される
ことによって偏光板を出射する光量が制御されている。
したがって、反射型液晶表示装置は、周囲光を利用して
表示を行うことが可能であるため、上述したようなバッ
クライトを必要とせずに、軽量、薄型、低消費電力を実
現することができるという特徴を有するものである。

【０００６】さらに、直射日光の当たるような非常に明
るい環境下においては、発光型の表示装置や透過型液晶
表示装置が画像の視認性を著しく低下させてしまうのに
対して、反射型液晶表示装置は、より鮮明に画像を視認
することが可能であるという特徴をも有するものであ
る。

【０００７】このため、反射型の液晶表示装置は、近年
益々需要が高まっており、携帯情報端末やモバイルコン
ピュータなどに数多く適用される傾向にある。

【０００８】しかしながら、このような反射型液晶表示
装置は、以下のような問題点も有している。すなわち反
射型液晶表示装置は、上述したように周囲光を表示に利
用するため、表示輝度が周囲環境に依存する度合いが非
常に高く、夜間などの暗い環境下では表示を十分に認識
することができない。特に、画像のカラー化のためにカ
ラーフィルターを用いた反射型液晶表示装置や偏光板を
用いた反射型液晶表示装置では、上述したような問題は
大きく、十分な周囲光が得られない場合には、補助照明
手段が必要になる。

【０００９】ところが、反射型液晶表示素子の背面に
は、金属薄膜などにより形成された反射板が配置されて
いるため、透過型液晶表示装置に用いられるバックライ
トを反射型液晶表示素子の照明手段として適用すること
は不可能である。

【００１０】そのため、反射型液晶表示装置において
は、十分な周囲光が得られない場合の補助照明手段とし
て、反射型液晶表示素子を前方から照明するフロントラ
イトと呼ばれる照明装置を用いることが必要となる。

【００１１】ここで、反射型液晶表示素子の基本的な構
成の一例を図９を参照しながら説明する。

【００１２】この反射型液晶表示素子は、図９に示すよ
うに、一対のガラス基板６５ａ、６５ｂの間に液晶層６
６が挾持され、背面側のガラス基板に反射板６７が設け
られている。その前面側には偏光板６４ａとλ／４板６
４ｂとが、偏光板６４ａの透過軸（または吸収軸）とλ
／４板６４ｂの遅相軸（または進相軸）とが４５°の角
度をなすように配置されている。照明光のうち、偏光板
６４ａを透過した直線偏光はλ／４板６４ｂで円偏光に
変換されて反射型液晶表示素子６５に入射する。そして
反射型液晶表示素子６５の液晶層６６が円偏光を変調し
ない場合には、反射板６７で反射される際に円偏光の回
転方向が逆転するので、再びλ／４板６４ｂを透過した
後で偏光板６４ａの透過軸と直交する直線偏光になって
偏光板６４ｂで吸収される。これにより黒色が表示され
る。一方、入射した円偏光がその偏光状態で反射型液晶
表示素子６５を出射するように液晶層６６で入射した円
偏光を変調させる場合には、再びλ／４板６４ｂを透過
した後で偏光板６４ａの透過軸と一致する直線偏光にな
って偏光板６４ａを透過する。これにより白色が表示さ
れる。

【００１３】このときの偏光板６４ａの透過軸やλ／４
板６４ｂの遅相軸の方向は、液晶材料や配向方向、視野
角特性などを考慮して決定される。さらに、λ／４板の
光の波長に対する位相遅れの公差を補償するために、偏
光板とλ／４板との間にλ／２板を配置することもあ
る。一般に、これらの偏光板、λ／２板、λ／４板は各
々粘着層を介して一体化されて反射型液晶表示素子に貼
り合わせられている。

【００１４】また、このときの液晶層の背面側のガラス
基板に配置される反射板の表面には微細構造が形成され
ており、偏光板、λ／２板、λ／４板を介して入射した
光を散乱して反射させることで広い視角範囲で一様に表
示できるように工夫されている。具体的には、フォトリ
ソプロセスによって下地層としての微細構造が形成さ
れ、その上にＡｌを真空蒸着することで反射電極が形成
される。図１０に、このような微細構造を備えた反射電
極（ＭＲＳ）の散乱特性を標準白色板（ＭｇＯ）の散乱
特性と比較して示す。図１０に示すように、微細構造を
備えた反射電極では入射角３０°以内で入射した光を効
率よく正面方向に散乱反射することができることが分か
る。

【００１５】このように、液晶層による変調を画素毎に
制御することによって文字や画像が表示されるが、さら
にこの反射型液晶表示素子において、カラー表示を行う
場合には、各画素に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層を透過させて着色光
を得る。このＲ、Ｇ、Ｂの配列パターンは種々あるが、
代表的なものとしては、図１１（ａ）に示すデルタ配列
や、図１１（ｂ）に示すストライプ配列などが挙げら
れ、画素が水平方向および垂直方向に繰り返されて構成
される。

【００１６】画素数や画素サイズについても様々であ
り、例えば、デルタ配列の反射型液晶表示素子の場合に
は、２．０型では水平画素数×垂直画素数が２８０×２
２０、画素サイズが水平方向１４５．５μｍ、垂直方向
２３４．５μｍであり、２．５型では水平画素数×垂直
画素数が２８０×２２０、画素サイズが水平方向１７
９．５μｍ、垂直方向１６８．５μｍという仕様が採用
されている。また、３．８型ＱＶＧＡの反射型液晶表示
素子では、ストライプ配列で水平画素数×垂直画素数が
９６０×２４０、画素サイズは水平方向が８１μｍ、垂
直方向が２３４．５μｍという仕様が採用されている。

【００１７】ところで、上述したフロントライトについ
ても従来から提案されている。例えば、ＳＩＤ’９５
Ｄｉｇｅｓｔｐ．３７５には、図１２（ａ）に示すよ
うなフロントライトが開示されている。

【００１８】図１２（ａ）に示すように、このフロント
ライト８１は、導光体８３とその端面８３ａに配置され
た光源８２とを有し、導光体８３の光出射面８３ｂに対
向する対向面８３ｃには、伝搬部８３ｅと反射部８３ｆ
とからなる周期的な凹凸８３ｄが形成されている。光源
８２から入射面８３ａを介して入射した光は、直接また
は出射面８３ｂや対向面８３ｃで全反射され、導光体８
３の内部を伝搬し、対向面８３ｃの周期的な凹凸８３ｄ
によって出射面８３ｄに向かって反射されて出射する。
そして、出射面８３ｄから出射された光は反射型液晶表
示素子８５に照射される。

【００１９】また、例えば、特開平４−９７１２９号公
報には、図１３（ａ）（ｂ）に示すようなフロントライ
トも開示されている。

【００２０】図１３（ａ）に示すように、このフロント
ライト９１は、導光体９３とその端面に配置された光源
９２とを有し、この導光体９３と反射型液晶表示素子９
５とは密着して配置されている。または、導光体９３と
反射型液晶表示素子９５とを直接密着して配置すること
が困難な場合には、図１３（ｂ）に示すように、導光体
９３よりも屈折率が大きく、かつ透明な樹脂層９６を介
して両者を密着配置するというような構成が開示されて
いる。ここで、導光体９３と反射型液晶表示素子９５と
を密着配置しない場合には、光源９２から導光体９３の
内部に入射した光が導光体９３の表面で図中の点線のよ
うに全反射して伝搬するため、反射型液晶表示素子９５
を照明する光は出射しない。しかしながら、上述したよ
うに、導光体９３と反射型液晶表示素子９５とを密着配
置した場合には、導光体９３と屈折率がほぼ等しいか、
より大きい屈折率を有する反射型液晶表示素子９５また
は透明樹脂層９６とで界面を構成することになるため、
導光体９３内部での全反射が生じることはなくなり、光
源９２からの光は導光体９３から出射して、反射型液晶
表示素子９５に照射されることになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のフロントライトを備える液晶表示装置
は、以下のような課題を有している。

【００２２】まず、ＳＩＤ’９５Ｄｉｇｅｓｔｐ．
３７５に開示されたフロントライト８１は、点灯時に導
光体８３の対向面８３ｃから漏れ光が出射して観察者に
直接到達するため、黒表示が浮いた状態になって表示の
コントラストを著しく低下させるという問題があった。
さらに、対向面８３ｃから出射する漏れ光は、対向面近
傍に存在する埃、導光体の傷などの異物に照射されるた
め、それらが輝点として観察されていた。加えて、フロ
ントライト８１と導光体８３との間に存在する異物にも
照射され、それが輝点として観察されるため、表示品位
を劣化させる上に生産性を損なう原因ともなり、表示品
位を劣化させるうえに生産性を損なう原因ともなり、非
常に大異な問題となっていた。

【００２３】また、周期的な凹凸を有するフロントライ
ト８１を反射型液晶表示素子８５の前方に配置する場合
には、モアレ縞と呼ばれる周期的な明暗縞が発生して、
液晶表示装置としての表示品位を劣化させるという問題
も有している。このフロントライト８１における光源８
２からの光は、導光体８３の対向面８３ｃに形成された
周期的な凹凸８３ｄで反射されて出射され、反射型液晶
表示素子８５に入射する。入射された照明光は、反射型
液晶表示素子８５において画素パターンを通過し、画素
毎に反射されて再び導光体８３に形成された周期的な凹
凸８３ｄを通過して観察者に到達し、画像が認識され
る。したがって、導光体８３の周期的な凹凸８３ｄ、反
射型液晶表示素子８５の画素パターン、再度の導光体８
３の周期的な凹凸８３ｄの３つの周期が干渉を起こす結
果、上述したモアレ縞が発生する。また、フロントライ
ト８１を点灯せずに、周囲光を利用して反射型液晶表示
素子８５の画像を観察する場合も同様で、光が導光体８
３に形成された周期的な凹凸８３ｄを通過し、反射型液
晶表示素子８５の画素パターンを通過し、さらに再び導
光体８３の周期的な凹凸８３ｄを通過するため、これら
の周期の干渉によるモアレ縞が発生する。

【００２４】さらに、反射型液晶表示素子８５で反射さ
れた光は、導光体８３を通過する際に、導光体８３に形
成された周期的な凹凸８３ｄの伝搬部８３ｅと反射部８
３ｆとで別々の方向に屈折されるため、反射型液晶表示
素子８３の表示が２重に観察されるという問題も発生す
る。

【００２５】また、フロントライト８１を点灯せずに、
周囲光を利用して反射型液晶表示素子８５の画像を観察
する場合には、導光体８３の表面反射によって周囲の映
り込みや表示のコントラストの低下が発生して表示品位
が著しく低下してしまう。

【００２６】上述したようなモアレ縞の発生や表示の２
重像の発生については、上述したＳＩＤ’９５Ｄｉｇ
ｅｓｔｐ．３７５において、フロントライト８３に光
学補償板を加えた構成によって解決する方法が開示され
ている。この解決方法について、図１２（ｂ）を参照し
て説明する。

【００２７】図１２（ｂ）に示すように、このフロント
ライト８１には光学補償板８６が備えられており、この
光学補償板８６には、導光体８３の対向面１２ｃに形成
された周期的な凹凸８３ｄが転写された形状の補償凹凸
８７が形成されるとともに、導光体８３と光学補償板８
６とは両者に形成された凹凸８３ｄ、８７同士が空気層
を介して対向して構成されている。これにより、照明光
を受けた反射型液晶表示素子８５からの反射光は、導光
体８３に形成された周期的な凹凸８３ｄの伝搬部８３ｅ
および反射部８３ｆを通過する際に別々の方向に屈折す
るものの、光学補償板８６の補償凹凸８７を通過する際
に再び屈折することで、光は凹凸が無い場合と同様に進
行する。したがって、このような機能を備える光学補償
板８６を配置することによって導光体８３に形成された
周期的な凹凸８３ｄに起因するモアレ縞と反射型液晶表
示素子８５の表示の２重像とが防止される。

【００２８】しかしながら、上述したように光学補償板
８６を付加したフロントライトにおいては、後述する新
たな問題が発生する。例えば、上述したような補償の効
果を得るためには、導光体８３と光学補償板８６との間
の間隔をできるだけ小さくする必要があるが、この間隔
が不均一であると干渉縞が生じてしまうため、非常に高
い精度での設置が必要となる。また、光学補償板８６の
新たな界面による反射が加わるため、観察者に向かって
反射される光が増加したり、透過率が低下して反射型液
晶表示素子８５の表示が暗くなることによって表示のコ
ントラスト比が低下してしまう。さらに、フロントライ
トの厚さが増すことにより、表示装置としての大型化を
招くという問題も発生してしまう。

【００２９】また、特開平４−９７１２９公報に開示さ
れたフロントライト９１については、その導光体９３の
形状について記述がないものの、例えばその形状が両面
共に平面であったとすると、反射型液晶表示素子９５に
向かう光が導光体９３と空気層との界面で全反射した光
となり、反射型液晶表示素子９５を照明する光の入射角
は全反射角以上の角度になってしまう。ここで、一般に
導光体９３に使用される材質であるガラスまたは透明樹
脂の屈折率が約１．５であるため、空気層との界面での
全反射角は約４０°となる。したがって、反射型液晶表
示素子９５の照明光の入射角は約４０°以上となる。こ
れに対して、反射型液晶表示素子９５の反射電極は、入
射角が約３０°以下の照明光を効率よく正面方向に反射
することから、このフロントライト９３は反射型液晶表
示素子９５に適した照明装置とはいえない。

【００３０】また、反射型液晶表示素子を効率よく照明
するために、入射角が３０°以下である照明光を出射す
るフロントライトとして、例えば、ＳＩＤ’９５Ｄｉ
ｇｅｓｔｐ．３７５に開示されたフロントライトを反
射型液晶表示素子に密着配置させたとしても以下の問題
が生じる。

【００３１】フロントライト８１は、上述したように、
光源８２から導光体８３の内部に入射した光が、出射面
８３ｂと対向面８３ｃとで全反射を繰り返しながら伝搬
して均一な照明を実現する。したがって、導光体８３を
反射型液晶表示素子８５に密着配置させて、屈折率が導
光体８３とほぼ等しいか、それより大きい材質とで界面
を構成すると、導光体８３の出射面８３ｂでの全反射が
発生しなくなり、導光体８３を伝搬する光が減少して、
光源８２から遠ざかるほど暗い照明装置となってしま
う。すなわち、フロントライト８１の照明光が暗く、か
つ不均一なものとなってしまう。

【００３２】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたものであって、導光体を配置することによ
る反射型液晶表示素子の表示品位の劣化を防止するとと
もに、導光体と反射型液晶表示素子とを適切な屈折率を
有する屈折率層を介して貼り合わせることにより、反射
型液晶表示素子に適した明るく均一な照明が可能なフロ
ントライトを用いた液晶表示装置の実現を目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、光源と該光源からの光が入射する入射面および該入
射した光を出射する出射面を有する導光体とで構成され
るフロントライトと、該導光体の出射面から出射する光
を画素毎に制御して該導光体の出射面側に反射して画像
を表示する反射型液晶表示素子とを備えてなる液晶表示
装置において、前記フロントライトと前記反射型液晶表
示素子とは、前記導光体の屈折率よりも小さい屈折率を
有する屈折率層を介して貼り合わされていることを特徴
としており、そのことにより上記目的が達成される。

【００３４】このときの前記屈折率層と前記導光体との
屈折率差は、０より大で０．２以下であることが好まし
い。

【００３５】以下、本発明の作用について説明する。

【００３６】本発明においては、フロントライトと反射
型液晶表示素子とが該フロントライトの導光体の屈折率
よりも小さい屈折率を有する屈折率層を介して貼り合わ
されていることによって、導光体と屈折率層との界面で
全反射が生じる。具体的には、導光体の材質として屈折
率が１．４９のポリメチルメタクリレートを使用し、屈
折率層として屈折率が１．３８の透明樹脂を使用した場
合、図１４に示すような反射角と反射率の関係が生じ
る。図１４によれば、反射角が大きい領域で反射率が１
００％となる全反射が生じる。したがって、光源から導
光体の入射面を介して導光体の内部に入射した光は、導
光体の出射面と屈折率層との界面で全反射して伝搬され
るため、導光体から出射される照明光の光量が増加し、
反射型液晶表示素子を明るく照明することが可能とな
る。

【００３７】また、反射型液晶表示素子の画像を周囲光
によって観察する場合には、導光体と屈折率層との界面
の屈折率差によって生じる正面方向（反射角が０°）の
反射率（表面反射率）を表示品位を妨げない程度に抑制
することができる。具体的は、導光体の材質として屈折
率が１．４９のポリメチルメタクリレートを使用した場
合、図１５に示すような屈折率層との界面で生じる表面
反射率と屈折率層の屈折率との関係が生じる。図１５に
よれば、導光体と屈折率層との屈折率差が０．２以下で
あれば、表面反射率を０．５％以下にできることが分か
る。ここで、一般の反射防止処理を施したガラス板やア
クリル板の表面反射率が０．５％程度であることを考え
ると、屈折率層の界面における表面反射はさほど大きく
なく、特に、周囲光の照明による反射型液晶表示素子の
表示品位を損なうことはない。このように、屈折率層と
導光体との屈折率差を０．２以下にすることにより、表
面反射率を０．５％以下にすることができるので好まし
い。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００３９】図１および図２は、本実施形態における液
晶表示装置の構成を示す断面図および斜視図である。

【００４０】図１に示すように、この液晶表示装置は、
光源１および導光体２を有するフロントライト５と、偏
光選択透過手段１１、一対のガラス基板１２ａ、１２
ｂ、その間に挟持された液晶層１３、およびその背面側
に配置された反射電極１４を有する反射型液晶表示素子
１０とで構成されており、これらのフロントライト５と
反射型液晶表示素子１０とは、屈折率層２０によって貼
り合わされて一体形成されている。

【００４１】本実施形態では、フロントライト５におけ
る光源１として蛍光管を用い、また、導光体２として
は、屈折率が１．４９のポリメチルメタクリレートを射
出成型して作成したものを用いた。この導光体２は、光
源１からの光が入射する光入射面２ａ、この光入射面２
ａにほぼ垂直な方向に、入射した光を出射する光出射面
２ｂ、この光出射面２ｂに対向する対向面２ｃを備えて
おり、さらに、この対向面２ｃには、伝搬部２ｅと反射
部３ｅとを有するプリズム状の周期的な凹凸２ｄが形成
されている。

【００４２】また、反射型液晶表示素子１０は、反射電
極１４で導光体２から出射される照明光を反射するとと
もに、液晶層１３で変調し、再び導光体２を透過する光
量を調節して画像を表示する。本実施形態では、この反
射型液晶表示素子１０として、３．８型ＱＶＧＡのスト
ライプ配列、すなわち画素数が９６０×２４０、画素サ
イズが８１μｍ×２３４．５μｍのものを使用した。

【００４３】また、偏光選択透過手段１１は、偏光板、
λ／２板、λ／４板からなり、粘着層を介してこの順序
で一体化されており、さらにガラス基板１２ａに貼り合
わされている。この偏光選択透過手段１１に入射した光
は、偏光板によって直線偏光のみが選択され、この選択
された直線偏光はλ／２板によってλ／４板の遅相軸
（進相軸）と４５°の角度をなす直線偏光に旋光され、
この旋光された直線偏光はλ／４板によって円偏光に変
換される。そして、反射型液晶表示素子１０は、偏光選
択透過手段１１を通過した円偏光を画素毎に液晶層１３
で変調しつつ、反射電極１４で反射させて、再び偏光選
択透過手段１１を通過する光の光量を制御することで画
像を表示している。

【００４４】また、屈折率層２０としては、エポキシテ
クノロジー社製の紫外線硬化樹脂を使用し、導光体２側
から紫外線を照射して硬化させることにより導光体２と
反射型液晶表示素子１０との貼り合わせを行った。

【００４５】ここで、導光体２の対向面２ｃに形成され
た周期的な凹凸２ｄについて説明する。上述したよう
に、導光体に周期的な凹凸が形成されたフロントライト
では、導光体の周期的な凹凸、反射型液晶表示素子の画
素パターン、再び導光体の周期的な凹凸を通過した光が
観察者に到達するため、干渉によるモアレ縞が発生して
しまう。また、導光体の周期的な凹凸が形成された筋の
方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの間に角度を
与えることによって、このモアレ縞の周期が短くなり、
やがて認識されなくなるという現象が生じる。

【００４６】この点に関し、画素パターンがデルタ配列
の場合について、モアレ縞が認識されない角度範囲を測
定した結果を図３に示す。ここでは、２．０型と２．５
型のデルタ配列の反射型液晶表示素子の前面にフロント
ライトを配置した場合について、その導光体の周期的な
凹凸の筋の方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの
繰り返しの水平方向とのなす角度を変化させてモアレ縞
を観察した。なお、この図３では、２．０型の場合を実
線で示し、２．５型の場合を点線で示す。

【００４７】この図３からも分かるように、周期的な凹
凸の周期によっては角度範囲にばらつきが見られるもの
の、ほぼ１０°から２５°、または５５°から８０°の
角度範囲でモアレ縞が観察されない。

【００４８】同様に、画素パターンがストライプ配列の
場合について、モアレ縞が認識されない角度範囲を測定
した結果を図４に示す。ここでは、３．８型ＱＶＧＡの
ストライプ配列の反射型液晶表示素子の前面にフロント
ライトを配置した場合について、その導光体の周期的な
凹凸の筋の方向と反射型液晶表示素子の画素パターンの
繰り返しの水平方向とのなす角度を変化させてモアレ縞
を観察した。

【００４９】この図４からも分かるように、周期的な凹
凸の周期によっては角度範囲にばらつきが見られるもの
の、ほぼ１５°から７５°の角度範囲でモアレ縞が観察
されない。

【００５０】本実施形態におけるフロントライト５の導
光体２の凹凸２ｄの周期と形成される筋の方向は、反射
型液晶表示素子１０の画素パターンとの干渉によって発
生するモアレ縞による表示品位の劣化を防止するため
に、上述した図４にしたがって決定した。すなわち、本
実施形態で用いた反射型液晶表示素子１０が３．８型の
ストライプ配列であることから、フロントライト５の導
光体２に形成された凹凸２ｄは、周期Ｐを３９０μｍと
し、反射型液晶表示素子１０の画素パターンの繰り返し
の水平方向とのなす角度を２３°として形成した。この
ような構成によって、導光体２に形成された周期的な凹
凸２ｄと反射型液晶表示素子１０の画素パターンとの干
渉によるモアレ縞の周期が短くなって観察者には認識さ
れず、反射型液晶表示装置としての表示品位を損なうこ
とはなくなる。

【００５１】また、ここで反射型液晶表示素子の表示の
２重像による表示品位の劣化について、その評価方法を
示す。図５に示すように、導光体２を前面に配置した反
射型液晶表示素子１０を蛍光灯１によって上方から照明
して表示を観察し、この時の表示の２重像による表示品
位の低下の度合いを評価した。この評価の結果、得られ
た凹凸の伝搬部と反射部の比率（Ｐ２／Ｐ１）と２重像
との関係を図６に示す。図６中の○印は２重像が観察さ
れず良好な表示品位である状態を示す。また、同様に、
△印は２重像がやや発生するものの表示の認識には支障
の無い状態を示し、×印は２重像が顕著であり、表示品
位に悪影響を及ぼす状態を示す。図６によれば、導光体
の対向面に形成された周期的な凹凸における伝搬部と反
射部との比率（Ｐ２／Ｐ１）が０．２以下であれば、表
示の認識に支障がある程の２重像は観察されず、さらに
０．０５以下であれば２重像が観察されない良好な表示
品位を得ることができる。

【００５２】本実施形態では、上述した導光体２に形成
された凹凸２ｄの周期３９０μｍのうち、伝搬部２ｅの
長さＰ１を平均３７５μｍ、反射部２ｆの長さＰ２を平
均１５μｍ、凹凸の高さｈを１５μｍとした。また、反
射部２ｆの長さＰ２は、導光体２の面内で均一な照明光
が出射されるように入射面２ａに近いほど１５μｍより
も短く、遠いほど１５μｍよりも長くして形成した。し
たがって、伝搬部２ｅに対する反射部２ｆの割合（Ｐ２
／Ｐ１）は０．０５以下となり、観察者は反射型液晶表
示素子１０の表示を主に伝搬部２ｅを通して見ることに
なり、反射部２ｆを通過して観察者に到達する光によっ
て発生する２重像を防止でき、良好な表示品位を得るこ
とができる。

【００５３】また、ここでフロントライト５と反射型液
晶表示素子１０とを貼り合わせる屈折率層２０につい
て、その屈折率と表示装置の表示品位との関係を従来技
術と比較しながら説明する。なお、本実施形態の液晶表
示装置における屈折率層２０の屈折率としては、１．３
８、１．４２、１．４７のものを用いて測定した。ま
た、従来の液晶表示装置としては、屈折率層が存在せ
ず、フロントライトを反射型液晶表示素子の前方に配置
したものを用いて測定した。

【００５４】まず、周囲光による照明によって液晶表示
装置を観察する場合の表示品位については、ミノルタ
（株）製の分光測色計ＣＭ−２００２を用いて液晶表示
装置の白色表示の反射率と黒色表示の反射率とを測定
し、表示の明るさとコントラスト比を算出した。この結
果を図７に示す。図７に示すように、本実施形態におけ
る液晶表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、表
示の明るさについては同等であるものの、コントラスト
比が大きく向上していることが分かる。これは、屈折率
層２０の存在によって、導光体２の表面反射を低減させ
ることができるからである。

【００５５】次に、フロントライト５による照明光によ
って液晶表示装置を観察する場合の表示品位について
は、ＴＯＰＣＯＭ（株）製の輝度計ＢＭ−５Ａを用いて
液晶表示装置の白色表示の輝度と黒色表示の輝度とを測
定し、表示の明るさとコントラスト比を算出した。この
結果を図８に示す。図８に示すように、従来の液晶表示
装置は、表示は明るいもののコントラスト比が非常に低
く、ぼけた画像になっているのに対して、本実施形態に
おける液晶表示装置は、コントラスト比が非常に高く、
表示品位のよい画像を実現していることが分かる。

【００５６】さらに、この屈折率層２０の屈折率は、導
光体２の屈折率１．４９よりも小さいほど表示の明るさ
が向上している。これは、導光体２と屈折率層２０との
界面での屈折率差によって全反射が生じ、導光体２の内
部を伝搬する光の量が増大するためである。したがっ
て、表示の明るさとコントラスト比とを両立した液晶表
示装置を提供することが可能となっている。

【００５７】以上の結果より、本実施形態の液晶表示装
置では、屈折率層２０として屈折率が１．３８の紫外線
硬化樹脂を適用し、導光体２と反射型液晶表示素子１０
とを貼り合わせることによって、導光体２の表面反射を
低減する一方で全反射を生じさせ、周囲光による照明お
よびフロントライト５による照明の両方において、明る
くコントラスト比の良好な表示を提供することが可能な
液晶表示装置を実現することができる。

【００５８】なお、このときの屈折率層の屈折率は、上
述したものには限らないが、導光体との屈折率差は０．
２以下であることが望ましい。これは、導光体との屈折
率差が大きいほど屈折率層との界面での全反射が大きく
なってフロントライトの照明光は増大するものの、表面
反射が増大してしまうからであり、これにより、周囲光
による照明を利用する場合の液晶表示装置の表示のコン
トラスト比が低下して、表示品位を劣化させるからであ
る。

【００５９】また、このときの屈折率層の材質について
も、上述した紫外線硬化樹脂に限られるものではなく、
熱硬化樹脂などの導光体と反射型液晶表示素子とを貼り
合わせることができる透明な樹脂であればよい。

【００６０】また、本実施形態では、フロントライトの
光源として蛍光管を使用したが、他にもＥＬやＬＥＤ、
ＬＥＤと棒状導光体の組み合せなど、導光体の光入射面
に均一に光を照射する光源であれば、いずれも用いるこ
とができる。

【００６１】また、導光体の材質についても、ガラスの
他に、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポ
キシ系樹脂に代表される透明樹脂など、適宜用いること
ができる。

【００６２】また、導光体に形成される周期的な凹凸の
筋の方向についても、本実施形態で用いたものに限られ
るものではなく、反射型液晶表示素子の画素パターンに
よって適宜選択すればよい。すなわち、導光体に形成さ
れる周期的な凹凸の筋の方向は、その周期によって異な
るものの、反射型液晶表示素子の画素パターンがデルタ
配列である場合には、画素パターンの水平方向と１０〜
２５°または５５°〜８０°、反射型液晶表示素子の画
素パターンがストライプ配列である場合には、１５〜７
５°の角度を持たせることが好ましい。

【００６３】また、反射型液晶表示素子は偏光選択透過
手段を備えて円偏光を変調して画像を表示するものに限
らず、様々な液晶分子のモードを利用した反射型液晶表
示素子を適用することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、フロントライトにおける導光体と反射型液晶表示
素子とを適切な屈折率を有する屈折率層を介して貼り合
わせることによって、導光体の表面反射を低減させ、導
光体と屈折率層との界面における全反射を発生させて、
明るくコントラスト比の良好な液晶表示装置を実現する
ことができる。また、このときの導光体を適切に設計す
ることにより、モアレ縞や２重像などによって反射型液
晶表示素子の表示品位が損なわれることを防止すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本実施形態における液晶表示装置の構
成を示す断面図である。

【図２】図２は、本実施形態における液晶表示装置の構
成を示す斜視図である。

【図３】図３は、液晶表示装置の画素パターンがデルタ
配列の場合におけるモアレ縞が認識されない角度範囲を
測定した結果を示す図面である。

【図４】図４は、液晶表示装置の画素パターンがストラ
イプ配列の場合におけるモアレ縞が認識されない角度範
囲を測定した結果を示す図面である。

【図５】図５は、液晶表示装置の導光体により発生する
反射型液晶表示素子の表示の２重像を評価する手法を示
す断面図である。

【図６】図６は、液晶表示装置の導光体により発生する
反射型液晶表示素子の表示の２重像の程度を測定した結
果を示す図面である。

【図７】図７は、周囲光を利用した際の液晶表示装置の
表示の明るさとコントラスト比を示す図面である。

【図８】図８は、フロントライトを利用した際の液晶表
示装置の表示の明るさとコントラスト比を示す図面であ
る。

【図９】図９は、反射型液晶表示素子における基本的な
光の偏光状態を説明するための斜視図である。

【図１０】図１０は、反射型液晶表示素子に用いられる
反射電極の散乱反射特性を示す図面である。

【図１１】図１１（ａ）（ｂ）は、反射型液晶表示素子
における画素の配列パターンを示す平面図である。

【図１２】図１２（ａ）（ｂ）は、従来の技術における
フロントライトと反射型液晶表示素子により構成される
液晶表示装置を示す断面図である。

【図１３】図１３（ａ）（ｂ）は、従来の技術における
フロントライトと反射型液晶表示素子により構成される
液晶表示装置を示す断面図である。

【図１４】図１４は、液晶表示装置におけるフロントラ
イトの導光体と屈折率層との界面で発生する反射率を示
す図面である。

【図１５】図１５は、液晶表示装置におけるフロントラ
イトの導光体と屈折率層との界面で発生する表面反射率
を示す図面である。

【符号の説明】

１光源２導光体２ａ入射面２ｂ出射面２ｃ対向面２ｄ凹凸２ｅ伝搬部２ｆ反射部５フロントライト１０反射型液晶表示素子１２ａガラス基板１２ｂガラス基板１３液晶層１４反射電極２０屈折率層８１フロントライト８２光源８３導光体８３ａ入射面８３ｂ出射面８３ｃ対向面８３ｄ凹凸８３ｅ伝搬部８３ｆ反射部８５反射型液晶表示素子８６光学補償板８７補償凹凸９１フロントライト９２光源９３導光体９５反射型液晶表示素子９６透明樹脂層

フロントページの続き (72)発明者海老毅大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H091 FA14Z FA23X FA41X FB02 FD06 FD14 GA17 LA03 LA18 5G435 AA01 BB12 BB16 EE27 FF08 HH01 LL08 LL12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と該光源からの光が入射する入射面
および該入射した光を出射する出射面を有する導光体と
で構成されるフロントライトと、該導光体の出射面から
出射する光を画素毎に制御して該導光体の出射面側に反
射して画像を表示する反射型液晶表示素子とを備えてな
る液晶表示装置において、前記フロントライトと前記反射型液晶表示素子とは、前
記導光体の屈折率よりも小さい屈折率を有する屈折率層
を介して貼り合わされていることを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項２】前記屈折率層と前記導光体との屈折率差
は、０より大で０．２以下であることを特徴とする請求
項１に記載の液晶表示装置。