JP2002072188A

JP2002072188A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002072188A
Application number: JP2000258215A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Higuchi; 義則樋口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】必要な明るさと視野角とを確保しつつ、製品の
コストを向上させることなく、拡散特性をコントロール
することが可能な液晶表示装置を提供すること。【解決手段】液晶表示装置は、一対の基板１００及び２
００間に液晶層３００を挟持した液晶パネル１０を備え
ている。反射電極１５１は、一方の基板２００側から液
晶層３００に入射した光を一方の基板２００側に反射す
る。複数の拡散層２１０及び２１２は、反射電極１５１
に入射する光及び反射電極１５１によって反射された光
を拡散する。これら複数の拡散層２１０及び２１２は、
互いに拡散特性が異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示装置に
係り、特に、光源を必要とせず、液晶パネルに入射する
外部照明光を反射することによって画像を表示する反射
型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワードプロセッサ、パーソナルコ
ンピュータなどの表示装置として液晶表示装置が多用さ
れている。このうち、多くを野外で利用するモバイル用
途には、反射型液晶装置が最適と考えられている。反射
型液晶表示装置は、太陽光や照明光などの周囲の外光を
液晶パネルで反射することによって画像を表示する。

【０００３】反射型液晶表示装置では、液晶パネルに入
射する外光は、対向基板の外面に配置された偏光板及び
１／４波長板を経て円偏光光に変換される。この円偏光
光は、拡散層を通過して拡散光に変換される。この拡散
光は、対向基板の内面に配置されたカラーフィルタ層及
び対向電極を通過する。さらに、この拡散光は、アレイ
基板と対向基板との間に挟持された液晶層を通過した
後、アレイ基板の内面に配置された反射電極によって反
射される。反射された拡散光は、往路を逆行して偏光板
から外部に出射される。

【０００４】拡散層は、視野角を拡大するとともに、反
射光によって白を表示するために必要である。この拡散
層は、厚さ数μｍ〜数十μｍの透明樹脂層の中に屈折率
の異なる微粒子を混入させることによって形成される。
このような構成の拡散層に入射した光は、内部の微粒子
の屈折率の差による屈折及び反射によって拡散される。
このような構成の拡散層は、屈折率異方性を有していな
いため、どの方向から入射した光も同じように拡散する
拡散特性を有している。

【０００５】反射型液晶表示装置にとっての課題は、液
晶パネルの反射率が低いことによる表示画面の明るさの
確保と、どの方向から入射した光によってもほぼ同等の
明るさやコントラストで表示を行うことができるように
することである。

【０００６】液晶パネルの反射率は、主に、偏光板の透
過率（約０．４５）、カラーフィルタ層の透過率（約
０．３）、画素の開口率（約０．９）、および反射電極
の反射率（約０．９）によって決まる。現在の技術で
は、これらを勘案すると、液晶パネルの反射率は、約１
１%程度となる。この液晶パネルの反射率（１１％）
は、紙の反射率３０〜５０％に比較して低い。

【０００７】したがって、液晶パネルによって反射され
た光が完全拡散（ランバート特性）であれば、表示上は
白であっても周囲から見れば暗く、グレーに見える。す
なわち、低い反射率であっても、見かけ上、白を表示す
るためには、拡散特性をコントロールして入射した光を
特定の方向（観察者の方向）に集中反射させることが必
要である。

【０００８】この拡散特性が広い場合、表示画面が暗く
なり、拡散特性が狭い場合、観察者にとっての視野角が
狭くなるため、適度に設定することが必要である。さら
に、視野角の範囲内での色再現特性、とりわけ白を表示
するためには、視野角の範囲内での拡散反射特性を理想
的な特性（ランバート特性＝ｃｏｓθ）に近づける必要
がある。

【０００９】横軸に視野角、縦軸に拡散反射強度のグラ
フを書くと、前述の理想的な拡散反射特性は、所定の視
野角の範囲内で一定の反射強度となる。しかしながら、
現実の拡散層の光学特性は、正規分布に近い特性とな
り、結果として、斜めから見た場合に拡散反射強度が低
下し、輝度の低下を招く。これにより、表示画面が暗く
なり、白の表示画面がグレーに近づく。

【００１０】これらの問題を回避するために、前述した
ような透明樹脂層の中に屈折率の異なる微粒子を混入し
た拡散層を用いるか、反射電極の表面に適当な凹凸を形
成する方法が適用されている。前者による方法は、ほぼ
正規分布に従うため、表示画面を正面から見た場合には
明るいが、角度を持って斜めから見た場合には暗くな
る。また、後者による方法は、反射電極の凹凸形状をコ
ントロールすることによって反射角度特性をある程度制
御できるが、凹凸の作成は、特別のプロセスが必要であ
り、結果として製造歩留まりを低下させてしまい、製品
のコストアップをもたらす。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述した
問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、必要
な明るさと視野角とを確保しつつ、製品のコストを向上
させることなく、拡散特性をコントロールすることが可
能な液晶表示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載の液晶表示装置は、一
対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネルと、一方の基
板側から前記液晶層に入射した光を前記一方の基板側に
反射する反射層と、前記反射層に入射する光及び前記反
射層によって反射された光を拡散する複数の拡散層と、
を備え、前記複数の拡散層は、互いに拡散特性が異なる
ことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の液晶表示装置の
一実施の形態について図面を参照して説明する。

【００１４】図１に示すように、この発明の一実施の形
態に係る液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプ
の反射型液晶表示装置であって、液晶表示パネル１０を
備えている。

【００１５】液晶表示パネル１０は、図１乃至図３に示
すように、第１基板としてのアレイ基板１００と、この
アレイ基板１００に対向配置された第２基板としての対
向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００と
の間に配置された液晶組成物３００とを備えている。こ
のような液晶表示パネル１０において、画像を表示する
表示エリア１０２は、アレイ基板１００と対向基板２０
０とを貼り合わせるシール材１０６によって囲まれた領
域内に形成され、表示エリア１０２内から引出された各
種配線パターンを有する周辺エリア１０４は、シール材
１０６の外側の領域に形成されている。

【００１６】アレイ基板１００は、図２及び図３に示す
ように、透明な絶縁性基板、例えば厚さが０．７ｍｍの
ガラス基板１０１上にマトリクス状に配置されたｍｘｎ
個の画素電極１５１を備えている。ｍ本の走査線Ｙ１〜
Ｙｍは、これら画素電極１５１の行方向に沿って形成さ
れている。ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎは、これら画素電極
１５１の列方向に沿って形成されている。ｍｘｎ個の薄
膜トランジスタすなわちＴＦＴ１２１は、ｍｘｎ個の画
素電極１５１に対応して走査線Ｙ１〜Ｙｍおよび信号線
Ｘ１〜Ｘｎの交差位置近傍に非線形スイッチング素子と
して配置されている。また、アレイ基板１００は、走査
線Ｙ１〜Ｙｍを駆動する走査線駆動回路１８、信号線Ｘ
１〜Ｘｎを駆動する信号線駆動回路１９を有している。

【００１７】走査線Ｙ及び信号線Ｘの配線部は、アルミ
ニウムやモリブデン−タングステン合金などの遮光性を
有する低抵抗材料によって形成されている。

【００１８】画素電極１５１は、走査線Ｙ及び信号線Ｘ
によって区画された画素領域の設けられているととも
に、ＴＦＴ１２１を介して信号線Ｘに接続されたアルミ
ニウムなどの金属製の反射膜によって形成されている。

【００１９】ＴＦＴ１２１は、ガラス基板１０１上に配
置された、チャネル領域１１２Ｃ、ソース領域１１２
Ｓ、及び、ドレイン領域１１２Ｄを有するポリシリコン
薄膜１１２を備えている。ＴＦＴ１２１のゲート電極
は、走査線Ｙからチャネル領域１１２Ｃ上にゲート絶縁
膜１１３を介して延出されている。ＴＦＴ１２１のドレ
イン電極１１６Ｄは、ゲート絶縁膜１１３及び層間絶縁
膜１１５を貫通してポリシリコン薄膜１１２のドレイン
領域１１２Ｄにコンタクトするとともに信号線Ｘと一体
に形成されている。ソース電極１１６Ｓは、ゲート絶縁
膜１１３及び層間絶縁膜１１５を貫通してポリシリコン
薄膜１１２のソース領域１１２Ｓにコンタクトして形成
されている。

【００２０】また、アレイ基板１００は、層間絶縁膜１
１５上、及びＴＦＴ１１０などの配線部上に、アクリル
樹脂などによって形成された有機絶縁層１３０を備えて
いる。

【００２１】画素電極１５１は、有機絶縁膜１３０を貫
通するスルーホール１１８を介してＴＦＴ１２１のソー
ス電極１１６Ｓに電気的に接続されている。

【００２２】画素電極１５１の表面は、対向基板２００
との間に介在される液晶組成物３００を配向させるため
の配向膜１４１によって覆われている。

【００２３】各ＴＦＴ１２１は、対応走査線が走査線駆
動回路１８によって駆動されることにより対応行の画素
電極１５１が選択されたときに信号線駆動回路１９によ
って駆動される信号線Ｘ１〜Ｘｎの電位をこれら対応行
の画素電極１５１に印加するスイッチング素子として用
いられる。

【００２４】走査線駆動回路１８は、水平走査周期で順
次走査線Ｙ１〜Ｙｍに走査電圧を供給し、信号線駆動回
路１９は、各水平走査周期において画素信号電圧を信号
線Ｘ１〜Ｘｎに供給する。

【００２５】アレイ基板１００の表示エリア１０２及び
周辺エリア１０４（Ｘ、Ｙ）における非画素部、すなわ
ち信号線Ｘ及び走査線Ｙなどの配線パターン、ＴＦＴ１
２１、画素電極１５１、周辺額縁部などの上には、アレ
イ基板１００と対向基板２００との間に所定幅のギャッ
プを形成するためのスペーサ４００が配置されている。
このスペーサ４００は、例えば、１０μｍ角の柱状の単
一層の樹脂によって形成され、５μｍの高さを有してい
る。

【００２６】これにより、アレイ基板１００と対向基板
２００との間のギャップは、約５μｍに設定されてい
る。

【００２７】対向基板２００は、図２及び図３に示すよ
うに、透明な絶縁性基板、例えば厚さが０．７ｍｍのガ
ラス基板２０１上に配設されたカラーフィルタ２０３を
備えている。このカラーフィルタ２０３は、対向基板２
００の画素電極１５１に対向する領域であって、赤画素
（Ｒ）領域、緑画素（Ｇ）領域、青画素（Ｂ）領域のそ
れぞれに対応する領域に配置されている。このカラーフ
ィルタ２０３は、例えば、各色成分の顔料を分散させた
樹脂によって形成されている。

【００２８】このカラーフィルタ２０３の表面は、画素
電極１５１との間で電位差を形成する透明導電性部材、
例えばインジウム−ティン−オキサイドすなわちＩＴＯ
によって形成された対向電極２０４によって覆われてい
る。また、この対向電極２０４の表面は、アレイ基板１
００との間に介在される液晶組成物３００を配向させる
ための配向膜２０７によって覆われている。

【００２９】これらのアレイ基板１００及び対向基板２
００は、スペーサ４００によって所定のギャップを形成
した状態でシール材１０６によって貼り合わされる。液
晶層３００は、このアレイ基板１００と対向基板２００
との間に形成された所定のギャップに封入される。

【００３０】対向電極２０４は、複数の画素電極１５１
に対向して基準電位に設定される。基板の周囲に配置さ
れた電極転移材すなわちトランスファとしての銀ペース
トは、アレイ基板１００から対向基板２００へ電圧を供
給するために設けられ、対向電極２０４は、トランスフ
ァを介して接続された対向電極駆動回路２０により駆動
される。

【００３１】画素電極１５１と、対向電極２０４との間
に挟持された液晶層３００により、液晶容量ＣＬを形成
する。

【００３２】アレイ基板１００は、液晶容量ＣＬと電気
的に並列に補助容量ＣＳを形成するための一対の電極を
備えている。すなわち、補助容量ＣＳは、画素電極１５
１と同電位の補助容量電極６１と、所定の電位に設定さ
れた補助容量線５２との間に形成される電位差によって
形成される。

【００３３】この液晶表示パネル１０の表面、すなわち
対向基板２００側のガラス基板２０１の外面には、第１
拡散層２１０、第２拡散層２１２、１／４波長板２１
４、及び直線偏光板２１６が順に積層して配置されてい
る。

【００３４】上述したような構造の反射型液晶表示装置
では、液晶パネル１０に入射する外光は、対向基板２０
０の外面に配置された直線偏光板２１６及び１／４波長
板２１４を経て円偏光光に変換される。この円偏光光
は、第２拡散層２１２及び第１拡散層２１０を通過して
拡散光に変換される。

【００３５】この拡散光は、対向基板２００の内面に配
置されたカラーフィルタ層２０３及び対向電極２０４を
通過する。さらに、この拡散光は、アレイ基板１００と
対向基板２００との間に挟持された液晶層３００を通過
した後、アレイ基板１００の内面に配置された画素電極
１５１によって反射される。反射された拡散光は、往路
を逆行する。

【００３６】このとき、外光は、第１及び第２拡散層２
１０及び２１２での拡散と、液晶層３００、１／４波長
板２１４、及び直線偏光板２１６による強弱変調とを受
ける。これにより、往路を逆行する拡散光は、直線偏光
板２１６の偏光面と平行な偏光成分のみが外部に出射さ
れる。

【００３７】ところで、第１及び第２拡散層２１０及び
２１２は、互いに異なる拡散特性を有している。すなわ
ち、これらの第１及び第２拡散層２１０及び２１２は、
図４に示すように、所定範囲の入射角度θ１で入射した
光のみを拡散（前方散乱）する拡散入射角度範囲を有
し、その他の入射角度θ２で入射した光はそのまま通過
させる特性を有している。これら第１及び第２拡散層２
１０及び２１２は、それぞれ異なる拡散入射角度範囲を
有している。第１及び第２拡散層の拡散入射角度範囲
は、例えば法線に対して±２０°〜±３０°程度であ
る。

【００３８】このような拡散特性を有する第１及び第２
拡散層２１０及び２１２は、例えば図５に示すように、
屈折率異方性の異なる複数の層を主面の法線に対して平
行な境界で積層したフィルム（ＬＣＦ：ＬｉｇｈｔＣ
ｏｎｔｒｏｌＦｉｌｍ）によって構成されている。す
なわち、第１及び第２拡散層２１０及び２１２は、屈折
率異方性を有する第１材料２２０と、屈折率等方性を有
する第２材料２２２とを交互に積層することによって形
成されたフィルムである。第１及び第２拡散層２１０及
び２１２は、それぞれ、異なる屈折率異方性を有する第
１材料を選択するか、積層する材料の光学軸を傾けるこ
とにより、互いに異なる拡散入射角度範囲を実現してい
る。第１材料としては、例えば液晶ポリマーフィルムな
どが利用される。また、第２材料としては、例えばアク
リル樹脂などが利用される。

【００３９】このような構成のフィルムでは、光の入射
方向によって、隣り合ったフィルム部分（層）で屈折率
差が生じる。このため、透過光に位相差が生じて結果と
して回折が起こる。

【００４０】なお、これら第１及び第２拡散層２１０及
び２１２は、それぞれ異なる拡散入射角度範囲を有する
ホログラムによって構成しても良い。

【００４１】これにより、これら第１及び第２拡散層２
１０及び２１２は、横軸に拡散層への入射角度、縦軸に
拡散反射強度をとった場合、図６に示すような拡散特性
を有する。すなわち、第１拡散層２１０は、図６中の第
１拡散特性を有し、第２拡散層２１２は、第１拡散特性
とは拡散反射強度のピークが異なる第２拡散特性を有す
る。これら第１拡散特性及び第２拡散特性は、ほぼ正規
分布に近い特性となる。

【００４２】このように、各拡散層の拡散特性が正規分
布に従っていても、拡散入射角度範囲が互いに異なる拡
散特性を有する複数の拡散層を設けることにより、最終
的な合成拡散特性は、図６に示すように、例えば２層の
拡散特性の和となる。すなわち、拡散層として、第１拡
散層２１０及び第２拡散層２１２を適用した場合、これ
らの合成拡散特性は、第１拡散特性と第２拡散特性との
和となり、正規分布ではない広い拡散入射角度範囲を実
現することが可能となる。

【００４３】このような構成の拡散層とすることによっ
て、各拡散層の拡散特性は、正規分布であっても、それ
ぞれ僅かに拡散反射強度のピークをずらすことによっ
て、なだらかで広い拡散入射角度範囲を有する合成拡散
特性を実現することが可能となる。また、拡散特性の異
なる複数の拡散層を組み合わせることによって、拡散特
性をコントロールすることが可能となる。

【００４４】これにより、製造コストを向上することな
く、特定の広い視野角範囲で明るい反射型液晶表示装置
を実現することが可能となる。

【００４５】なお、上述した実施の形態では、拡散層を
２層積層した場合について説明したが、３層以上設けて
も良い。拡散特性の異なる３層以上の拡散層を組み合わ
せることにより、より細かな拡散特性の調整を行うこと
ができる。

【００４６】また、上述した実施の形態では、複数の拡
散層を液晶パネルの外部、すなわち対向基板側の表面に
配置したが、複数の拡散層のうち、少なくとも１つの拡
散層は、液晶パネルの内部に配置しても良い。

【００４７】例えば、少なくとも１つの拡散層は、対向
基板側のカラーフィルタ層を覆うように配置してもよい
し、画素電極を覆うように配置しても良い。また、複数
の拡散層のうち、少なくとも１つの拡散層を液晶パネル
の内部に配置し、少なくとも１つの拡散層を液晶パネル
の外部に配置しても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、必要な明るさと視野角とを確保しつつ、製品のコス
トを向上させることなく、拡散特性をコントロールする
ことが可能な液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の液晶表示装置に適用される
液晶パネルの構成を概略的に示す斜視図である。

【図２】図２は、図１に示した液晶パネルの構成を概略
的に示す等価回路図である。

【図３】図３は、図１に示した液晶パネルの構造を概略
的に示す断面図である。

【図４】図４は、この発明の液晶表示装置に適用される
拡散層の拡散特性を説明するための図である。

【図５】図５は、図４に示した拡散層の構造を概略的に
示す図である。

【図６】図６は、この発明の実施の形態に係る第１及び
第２拡散層による合成拡散特性を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０…液晶パネル１００…アレイ基板２００…対向基板２１０…第１拡散層２１２…第２拡散層２１４…１／４波長板２１６…直線偏光板３００…液晶層

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）Ｇ０２Ｆ 1/1368 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１３Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１３３２４３２４Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００Ｆターム(参考） 2H042 BA10 BA12 BA14 BA20 2H049 CA16 2H091 FA02Y FA08X FA11X FA14Y FA32X GA02 GA13 LA12 2H092 GA36 HA05 JA26 JA46 JB07 JB22 JB31 KA04 KB04 NA29 PA03 PA08 5G435 AA03 BB12 BB15 BB16 DD11 DD13 FF03 FF05 FF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶パネ
ルと、一方の基板側から前記液晶層に入射した光を前記一方の
基板側に反射する反射層と、前記反射層に入射する光及び前記反射層によって反射さ
れた光を拡散する複数の拡散層と、を備え、前記複数の拡散層は、互いに拡散特性が異なることを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記拡散層は、所定範囲の入射角度で入射
した光を拡散する拡散入射角度範囲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。
【請求項３】前記複数の拡散層は、それぞれ異なる拡散
入射角度範囲を有することを特徴とする請求項２に記載
の液晶表示装置。
【請求項４】前記反射層は、他方の基板に形成された金
属電極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。
【請求項５】前記他方の基板は、互いに交差するように
配置された走査線及び信号線と、前記走査線と前記信号
線との交差部近傍に配置されたスイッチング素子とを有
し、前記金属電極は、前記スイッチング素子に電気的に
接続されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶
表示装置。
【請求項６】前記複数の拡散層のうち、少なくとも１つ
の拡散層は、液晶パネルの外部に配置されたことを特徴
とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記複数の拡散層のうち、少なくとも１つ
の拡散層は、液晶パネルの内部に配置されたことを特徴
とする請求項１または６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記拡散層は、屈折率異方性の異なる複数
の層を主面の法線に対して所定角度で積層したフィル
ム、または、ホログラムによって形成されたことを特徴
とする請求項１に記載の液晶表示装置。