JP2002014344A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るさとコントラストの要求を満足する反射
型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 反射型液晶表示装置１は、積層された複
数の液晶層８からなる液晶パネル２を有する。各液晶層
８は可視光を透過する透過状態と可視光の選択された部
分を反射する反射状態との間で変化するコレステリック
液晶１２を有し、各液晶層について選択された可視光部
分は他の液晶層について選択された可視光部分と異な
る。液晶表示パネルはまた、導光板１５を有する。この
導光板は、表面と、裏面と、上記表面と裏面とをそれら
の周縁で接続する周面とを有し、裏面が液晶パネルの表
面に対向して配置され、周面から送られる光を裏面から
液晶パネル２に導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フロントライトを
備えた反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、観察側から入射され
る光を利用して画像を表示する反射型液晶表示パネルが
知られている。反射型液晶表示パネルは、原理的に、パ
ネルの前面（観察者側）から該パネルに入射される光の
みで画像を表示できる。そのため、パネルの背面（観察
者とは反対側）から該パネルに入射される光を利用して
画像を表示するバックライト型液晶表示装置に比べて電
力消費量が少ないという利点を有する。しかし、これま
で実用化されている反射型液晶表示パネルでは、自然光
（外光）だけで明るい画像を得ることはできなかった。

【０００３】そこで、反射型液晶表示パネルの前面（観
察者側）に導光板を設け、この導光板の周端部から入射
された蛍光灯の光を該導光板から単一液晶層に導くよう
にしたフロントライト型液晶表示装置が提案されてい
る。ところが、この単一液晶層は、一つの平面上に例え
ば赤、青、緑の色をそれぞれ発する３つのマイクロカラ
ーフィルムを交互に配列したものである。そして、この
液晶層では、一つの画素が３つの隣接するマイクロカラ
ーフィルム部分（画素部分）によって構成される。した
がって、一つの画素が赤色画素を表示する場合、赤色の
画素部分だけが駆動して色を表示し、他の青色と緑色の
画素部分は非駆動状態に保たれる。すなわち、一つの画
素を構成する領域（面積）の中でその１／３しか点灯し
ない。そのため、カラー表示（反射）に寄与する実効面
積が小さいので、表示が暗いという問題が依然として残
っている。

【０００４】この問題を解消する手法として、フロント
ライトの光強度を増加することが挙げられる。しかし、
フロントライトの光強度を増加すると、表示は明るくな
るものの、導光板からの光散乱が増加し、画像のコント
ラストが低下する。また、消費電力が増加し、それは反
射型液晶表示パネルを携帯機器へ適用することに新たな
課題を提供することになる。

【０００５】そこで、本発明は、明るさとコントラスト
の要求を満足する反射型液晶表示装置を提供すること、
また電力消費量の少ない反射型液晶表示装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、反射型液晶表示装置は、積層された複数の液晶
層からなる液晶パネルを有する。各液晶層は可視光を透
過する透過状態と上記可視光の選択された部分を反射す
る反射状態との間で変化するコレステリック液晶を有
し、選択された可視光部分が互いに異なる少なくとも２
つの液晶層を含む。液晶表示パネルはまた、導光板を有
する。この導光板は、表面と、裏面と、上記表面と裏面
とをそれらの周縁で接続する周面とを有し、裏面が液晶
パネルの表面に対向して配置され、周面から送られる光
を裏面から液晶パネルに導く。

【０００７】なお、選択された可視光部分が互いに異な
る２つの液晶層としては、選択反射状態において色味が
異なって観察されるものであればよく、それぞれの選択
反射波長が互いに異なる２つの液晶層、それぞれの選択
反射する波長範囲が互いに異なる２つの液晶層、それぞ
れの分光反射スペクトル形状が互いに異なる２つの液晶
層、のいずれをも含む。

【０００８】本発明の他の形態において、上記液晶パネ
ルは、その裏面に光吸収層を有することを特徴とする。

【０００９】本発明の他の形態において、上記周面の近
傍に配置され、上記周面を介して導光板内に光を入射す
る光源を備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明の他の形態において、上記周面の近
傍に配置され、外光を上記導光板に入射する採光部を備
えたこと特徴とする。

【００１１】本発明の他の形態において、上記周面の近
傍に配置されて上記導光板に光を入射する光源と、上記
周面の近傍に配置されて導光板に外光を入射する採光部
とを備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の他の形態において、上記光源と上
記採光部とを保持する外装部材を備えたことを特徴とす
る。

【００１３】本発明の他の形態において、上記導光板の
表面を露出させた状態で上記導光板と上記液晶パネルを
囲う外装部材を有し、該外装部材に上記採光部が形成さ
れていることを特徴とする。

【００１４】本発明の他の形態において、上記採光部が
上記外装部材を曲げて形成した曲面部で形成されている
か、又は上記導光板の周面を斜めに加工して形成されて
いることを特徴とする。

【００１５】本発明の他の形態において、上記導光板の
表面を被覆する透明部材を備えたことを特徴とする。

【００１６】本発明の他の形態において、上記光源の光
量を調整する光量調整部を備えたことを特徴とする。

【００１７】本発明の他の形態において、上記液晶パネ
ルは第１から第３の３つの液晶層を有し、第１の液晶層
の液晶は赤色の光を選択的に反射し、第２の液晶層の液
晶は青色の光を選択的に反射し、第３の液晶層の液晶は
緑色の光を選択的に反射することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を説明する。図１において全体を符
号１で表わす液晶表示装置は、概略、液晶パネル２と、
液晶パネル２の表面上（観察者３側）に配置されて液晶
パネル２に光を入射するためのフロントライトユニット
４と、液晶パネル２を制御するための表示制御部５とを
有し、これらが外装部材６により外装されて保持されて
いる。

【００１９】液晶パネル２は、フロントライトユニット
４の反対側に光吸収層７を有する。光吸収層７の上に
は、３つの色表示層８（赤色表示層８Ｒ、緑色表示層８
Ｇ、青色表示層８Ｂ）が積層されている。図２に示すよ
うに、各色表示層８は、上側基板９と、この上側基板９
と所定の間隔をあけて配置された下側基板１０とを有す
る。これら上側基板９と下側基板１０は共に透明材料で
形成されている。なお、光吸収層７に面する基板（ここ
では、赤色表示層８Ｒの下側基板１０）は不透明材料で
形成されていてもよい。上側基板９と下側基板１０は樹
脂製の接着部材１１により所定の間隔をあけて接着され
ており、その隙間に液晶１２が充填されている。図面上
は省略されているが、上下基板の間には、両者の間隔を
保持するために球状のスペーサが含まれている。

【００２０】上側基板９の下面には、複数の透明帯状上
側電極１３が所定の間隔をあけて平行に配置されてい
る。他方、下側基板１０の上面にも、複数の透明帯状下
側電極１４が所定の間隔をあけて平行に配置されてい
る。これら上側電極１３と下側電極１４の配列方向は直
交しており、これら上側電極１３と下側電極１４とが対
向する点（交叉点）が液晶表示装置１の画素を形成して
いる。

【００２１】各色表示層８の液晶１２には、可視光の一
部を選択的に反射するコレステリック液晶が使用されて
いる。本実施形態では、観察者側の表示層８Ｂには青色
の可視光を選択的に反射する液晶が使用され、次の表示
層８Ｇには緑色の可視光を選択的に反射する液晶が使用
され、最後の表示層８Ｒには赤色の可視光を選択的に反
射する液晶が使用されている。なお、互いに隣り合う２
つの表示層において、上側基板と下側基板とを１枚の基
板で兼用するようにしてもよい。このようにすると、基
板の枚数を減らすことができるので画像の明るさが高ま
る。

【００２２】各色表示層８は、上下の電極１３、１４間
に印加される電圧に応答して、可視光を透過する透過状
態から特定の波長の可視光を選択的に反射する反射状態
へ、あるいは逆に、反射状態から透過状態へと切り替わ
る。したがって、特定の色表示層８を反射状態とし、図
２の上方から液晶パネル２に向けて白色光（例えば、自
然光）を照射すると、反射状態の色表示層８が特定波長
の可視光を反射し、これが各色の表示として観察され
る。色表示層８が透明状態にあるときは、入射光が色表
示層８を透過する。このため、表示しようとする色に相
当する色表示層８を反射状態とし、少なくともこの色表
示層８よりも観察者側にある色表示層８を透明状態とす
ることにより、所望の色の表示を行うことができる。ま
た、全ての色表示層８を透明状態とすれば、入射光が光
吸収層７に吸収されて黒色表示となる。

【００２３】各色表示層８に含まれるコレステリック液
晶としては、それ自体が室温でコレステリック相を示す
コレステリック液晶を含む液晶材料や、ネマチック液晶
にカイラル材を添加した液晶材料などを用いることがで
きる。これらのコレステリック液晶は、比較的高い電圧
（例えば、パルス電圧）が印加されるとプレーナ状態に
設定され、比較的低い電圧が印加されるとフォーカルコ
ニック状態に設定される。また、それら中間の電圧を印
加すると、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混
在した状態に設定される。コレステリック液晶がプレー
ナ状態の場合、液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶の平均屈折
率をｎとすると、波長λ＝Ｐ・ｎの光が液晶によって選
択的に反射される。液晶の反射波長が赤外領域にある場
合、フォーカルコニック状態のコレステリック液晶は可
視光を散乱する。また、反射波長がそれよりも短い場
合、散乱が弱くなり可視光が透過される。コレステリッ
ク液晶がプレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間
の状態にあると、中間調が表示される。したがって、反
射波長を可視光内に設定し、液晶パネル２の観察側と反
対側に光吸収層７を設けることにより、特定色（プレー
ナ状態）と黒色（フォーカルコニック状態）、およびそ
の中間調との間で表示を切替えることができる。

【００２４】したがって、例えば青色表示層８Ｂおよび
緑色表示層８Ｇのコレステリック液晶材料をフォーカル
コニック状態（透過状態）とし、赤色表示層８Ｒをコレ
ステリック液晶をプレーナ状態（反射状態）にすると、
赤色が表示される。また、青色表示層８Ｂのコレステリ
ック液晶材料をフォーカルコニック状態（透明状態）と
し、緑色表示層８Ｇ及び赤色表示層８Ｒのコレステリッ
ク液晶をプレーナ状態（反射状態）にすると、イエロー
が表示される。同様に、各色表示層８の状態を透明状態
と反射状態に切り替えることにより、赤、緑、青、白、
シアン、マゼンタ、イエロー、黒の表示が可能である。
さらに各色表示層８を中間の反射状態に設定することに
より中間色が表示される。したがって、各表示層で反射
される色の加法混色により、フルカラーの画像が表示さ
れる。上記各状態（フォーカルコニック状態、プレーナ
状態、中間状態）は、電圧遮断後もその状態を保つこと
ができる（すなわちメモリ性を有する。）。このよう
に、複数の表示層を積層して多色表示することにより、
モザイク状或はストライプ状等に各色のカラーフィルタ
を二次元平面上で並べてフルカラーを表示する反射型液
晶表示装置に比べて、解像度が高く、明るい表示が可能
である。

【００２５】図１に戻り、フロントライトユニット４
は、導光板１５を有する。導光板１５は、比較的剛性の
高い薄い板で形成されており、表面１６と、裏面１７
と、これら表面１６と裏面１７をそれらの周端で連結す
る周面（側面）１８を有する。本実施形態では、周面１
８は、対向する一対の周面部分１９，２０を含む。光源
２１は、導光板１５の周面（側面）部分１９に対向して
配置されている。光源２１には、例えば白色ＬＥＤ、蛍
光灯が用いられる。光源２１は、その周面部分１９の反
対側がほぼ半円筒状のリフレクタ（反射板）２２で囲ま
れており、リフレクタ２２で反射した光が周面部分１９
を介して導光板１５に入射されるようにしてある。採光
部２３は他の周面（側面）部分２０に対向して配置され
ている。本実施形態において、採光部２３は、曲面から
なるリフレクタで形成されており、外光をリフレクタで
反射して導光板１５に入射するようにしてある。後述す
るように外光の明るさに応じて光源２１の光量を低下さ
せて液晶表示装置１の消費電力を軽減するために、表示
制御部５は光源２１の光量調整部２４を備えている。光
量調整部２４は、ダイヤルやスライド部材などにより観
察者が任意に光量を調整できる形態であってよい。ま
た、受光センサで外光の光量を検出し、その検出値に応
じて表示制御部５が自動的に光源２１の発光量を調整し
てもよい。

【００２６】本実施形態において、導光板１５は、例え
ば四角形の透明アクリル樹脂板が利用される。導光板１
５の表面１６は、図３に示すように、適当な大きさと形
状（例えば三角形）の凸部２５及び／又は凹部若しくは
突出壁又は窪み溝を一体的に設け、これらの凹凸部２５
で光源２１、採光部２３からの光を効率良く反射して液
晶パネル２に導くようになっている。一方、導光板１５
の裏面１７は、反射防止膜（図示せず）をコーティング
してもよい。

【００２７】このような構成の液晶表示装置１は、複数
の表示層で反射された光が足し合わされるので、液晶表
示素子全体の表示が明るい。また、一つの画素で種々の
色を表示できるので、３つの別々の画素部分で一つの画
素を構成した反射型液晶表示パネルに比べて、高い解像
度及び画像濃度が得られる。さらに、導光板を設けたこ
とによる明るさの減少は画像の明るさの増加によって相
殺されるので、マイクロカラーフィルムを用いた反射型
液晶表示パネルに比べて高いコントラストが得られる。
そのため、導光板に入射される光の量が小さくても表示
される画像が明るいので、フロントライトの消費電力を
低下できる。

【００２８】上述した実施形態の液晶表示装置１では、
外光が不足する状況下（暗所）で光源２１を利用して画
像を表示する。外光が利用できる環境下（明所）では、
導光板１５の表面１６及び第２の周面２０からも外光を
取り入れることができるので、導光板１５の表面１６の
みから外光を取り入れる従来の液晶表示装置に比べて、
表示される画像はより明るい。しかも、従来の装置では
光源を用いることによってのみ認識可能な画像が表示で
きる低照度環境下（例えば照明のある屋内）など、太陽
光が照射される昼間の屋外に比べて低照度な環境下であ
っても、本構成の液晶表示装置では外光のみで認識可能
な画像が表示できる。したがって、電力消費量は格段に
少なくなる。また、外光を導光板１５に取り入れると同
時に光源２１からの光を利用して表示を行う場合も考え
られるが、このときの光源２１の輝度を小さくして消費
電力を低減することができる。

【００２９】図４に示すように、導光板の前面にさらに
タッチパネル等の保護部材（透光性部材）２６を設けて
もよい。この場合、保護部材側から入射される光量が低
下する。しかし、本発明の液晶表示装置１では、導光板
の周面から外光を取込むので、保護部材があっても、外
光のみで十分に明るい画像が得られる。

【００３０】なお、本実施形態では、図１に示すよう
に、液晶パネル２と導光板１５との間に隙間を設けてい
るが、液晶パネル２と導光板１５を隙間無く接合しても
よい。

【００３１】また、曲面形状の導光板を用い、この導光
板の背面に比較的柔軟性のある液晶パネルを貼り付けて
もよい。

【００３２】図５は、採光部の他の形態を示す。まず、
図５（ａ）に示す採光部２３は、導光板１５の周面を外
側に凸状の曲面に加工して形成されている。採光部２３
の形状は図５（ａ）に示すものに限らず、平坦な斜面、
階段状などに形成しても構わない。図５（ｂ）に示すよ
うに、光源２１を採光部２３の近傍に配置してもよい。
この場合、光源２１から出射された光の殆どは採光部２
３で反射して導光板１５の反対側に導かれる。採光部２
３の表面積を大きくすることで、液晶パネル２に導かれ
る光量が増大し、その結果表示輝度が向上するのは言う
までもない。

【００３３】図６（ａ）、（ｂ）は、採光部２３の配置
例を示す。まず、図６（ａ）の配置例では、四角形導光
板１５の四辺に近接してそれぞれ独立した採光部２３が
配置されている。図６（ｂ）の配置例は、導光板１５の
周囲に連続して採光部２３を配置したものである。これ
らの配置例の場合、光源は図５（ｂ）に示すように採光
部２３の近傍に配置し、光源から出射された光を採光部
２３から導光板１５の内部に導く。

【００３４】図７から図９は、採光部２３の他の配置例
を示す。これらの図に示すように、本実施形態では、液
晶表示装置１の外装部材６の側面、上面、裏面にも採光
部２３が設けてある。これらの採光部２３は液晶パネル
４の前面に設けた導光板１５に光学的に接続されてお
り、各採光部２３に入射された光が液晶パネル４に導か
れる。本実施形態では、一旦採光部２３に入射された光
が導光板１５に至るまでの経路から外部に漏れるのを出
来るだけ少なくするために、採光部２３の表面は該採光
部２３を構成する材料よりも屈折率の小さな材料で覆う
ことが好ましい。このようにすれば、採光部２３を通過
する光はその殆どが表面で反射を繰返しながら、導光板
１５まで確実に導光される。さらに、導光板１５の液晶
パネル側裏面は反射防止膜がコーティングされ、観察者
側表面は多数の反射性突起等が形成されており、導光板
１５に導かれた光を効率良く液晶パネル４に向けて送り
出すようにしてある。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る液晶表示装置によれば、積
層された複数の液晶層で構成される液晶パネルは、高い
反射強度と解像度が得られる。したがって、導光板の存
在にも拘わらず、高いコントラストの多色画像が表示で
きる。また、導光板に入射される光の量が少なくても品
質の高い画像が表示でき、これにより消費電力を低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る液晶表示装置の一実施形態の断
面図。

【図２】 図１の液晶パネルの詳細な断面図。

【図３】 導光板の表面の拡大断面図。

【図４】 導光板の前面に保護部材（透光性部材）を設
けた液晶表示装置の断面図。

【図５】 本発明に係る液晶表示装置の別の実施形態の
断面図。

【図６】 本発明に係る液晶表示装置の別の実施形態の
正面図。

【図７】 本発明に係る液晶表示装置のさらに別の実施
形態の正面図。

【図８】 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面
図。

【図９】 図７のＶＩＶ−ＶＩＶ線に沿った断面図。

【符号の説明】

１：液晶表示装置、２：液晶パネル、４：フロントライ
トユニット、６：外装部材、７：光吸収層、８：色表示
層、１５：導光板、２１：光源、２２：リフレクタ（採
光部）、２３：採光部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１３ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１３ ３２４ ３２４ Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA55 BA06 2H089 HA17 HA21 HA32 QA16 RA11 TA13 TA18 TA20 2H091 FA23 FA34 FA42 FA45 FD06 FD13 FD22 GA11 HA11 LA30 5G435 AA02 BB12 BB15 BB16 EE23 EE27 FF03 FF08 GG08

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層された複数の液晶層を有し、各液晶
   層は可視光を透過する透過状態と上記可視光の選択され
   た部分を反射する反射状態との間で変化するコレステリ
   ック液晶を有し、選択された可視光部分が互いに異なる
   少なくとも２つの液晶層を含む、液晶パネルと、 表面と、裏面と、上記表面と裏面とをそれらの周縁で接
   続する周面とを有し、上記裏面が上記液晶パネルの表面
   に対向して配置され、上記周面から送られる光を上記裏
   面から上記液晶パネルに導く導光板とを備えた反射型液
   晶表示装置。
2. 【請求項２】 上記液晶パネルは、その裏面に光吸収層
   を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 上記周面の近傍に配置され、上記周面を
   介して導光板内に光を入射する光源を備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 上記周面の近傍に配置され、外光を上記
   導光板に入射する採光部を備えたこと特徴とする請求項
   １に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 上記周面の近傍に配置されて上記導光板
   に光を入射する光源と、上記周面の近傍に配置されて導
   光板に外光を入射する採光部とを備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 上記光源と上記採光部とを保持する外装
   部材を備えたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表
   示装置。
7. 【請求項７】 上記導光板の表面を露出させた状態で上
   記導光板と上記液晶パネルを囲う外装部材を有し、該外
   装部材に上記採光部が形成されていることを特徴とする
   請求項４又は５のいずれか一に記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 上記採光部が上記外装部材を曲げて形成
   した曲面部であることを特徴とする請求項６又は７のい
   ずれか一に記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】 上記採光部が上記導光板の周面を斜めに
   加工して形成されていることを特徴とする請求項６又は
   ７のいずれか一に記載の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】 上記導光板の表面を被覆する透明部材
    を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一
    に記載の液晶表示装置。
11. 【請求項１１】 上記光源の光量を調整する光量調整部
    を備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか
    一に記載の液晶表示装置。
12. 【請求項１２】 上記液晶パネルは第１から第３の３つ
    の液晶層を有し、第１の液晶層の液晶は赤色の光を選択
    的に反射し、第２の液晶層の液晶は青色の光を選択的に
    反射し、第３の液晶層の液晶は緑色の光を選択的に反射
    することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一に
    記載の液晶表示装置。