JP2002098962A

JP2002098962A - 液晶装置および電子機器

Info

Publication number: JP2002098962A
Application number: JP2000292526A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Maeda; 強前田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】反射表示での明るさを損なうことなく、明る
い透過表示を可能とし、低消費電力化が図れる半透過反
射型のカラー液晶装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶装置は、液晶層５が挟持さ
れた一対のガラス基板３，４からなる液晶セル６とバッ
クライト１３とを有しており、バックライト１３の光源
１４と導光板１５との間に反射偏光板１６が設けられ、
導光板１５の外面に凹部１５ａが付与されるとともに凹
部１５ａが付与された面に第２の１／４波長板１７、反
射板１８が順次設けられている。また、バックライト１
３と下側ガラス基板４との間に第１の１／４波長板１２
が設けられるとともに、下側ガラス基板４の液晶層側の
面には半透過反射板７、カラーフィルター８が順次設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶装置および電
子機器に関し、特に半透過反射型カラー液晶装置の構成
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶装置は、従来から携帯用電子
機器の表示部等に利用されているが、自然光や照明光な
どの外光を利用して表示を行っているため、暗い場所で
は表示を認識しにくいという問題があった。そこで、明
るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用
し、暗い場所では液晶セル裏面の照明装置（以下、バッ
クライトと記すこともある）からの光を利用して表示を
認識可能にした液晶装置、いわゆる半透過反射型液晶装
置が実用化されている。

【０００３】ところで、半透過反射型液晶装置を実現す
る場合、例えば外付けの反射板を備えた反射型液晶装置
を半透過反射型にする場合には、反射機能のみを持つ従
来の反射板を、光の透過機能と反射機能を合わせ持つ
「半透過反射板」に置き換える構成が提供されている。
半透過反射板には、例えば微細なパール顔料を混ぜ合わ
せたもの、光透過用の開口部を設けた金属膜、膜厚をご
く薄くした金属膜などが用いられる。

【０００４】さらに、近年の携帯機器やＯＡ機器の発展
に伴って液晶表示のカラー化が要求される傾向にあり、
反射型液晶装置を用いるような分野の機器までもカラー
化が必要な場合が多くなっている。ところが、上記構成
の半透過反射型液晶装置とカラーフィルターを単に組み
合わせた場合、半透過反射板を液晶セルの外面に、カラ
ーフィルターを液晶セルの内面に配置することになり、
液晶層やカラーフィルターと半透過反射板との間に厚い
透明基板が介在するため、視差による二重映りや表示の
にじみ、混色などが発生し、充分な表示品位が得られな
いという問題があった。なお、本明細書においては、液
晶装置の各種構成要素の液晶層側の面を「内面」、液晶
層と反対側の面を「外面」と称する。

【０００５】そこで、この問題を解決するために、液晶
セルの内面側に半透過反射板を配置した半透過反射型液
晶装置が提案された。図６はこの種の液晶装置の一例を
示す断面図である。内面側に透明電極１０１，１０２が
それぞれ設けられた２枚のガラス基板１０３，１０４が
対向配置され、これらガラス基板１０３，１０４間に液
晶層１０５が挟持されることにより液晶セル１００が構
成されている。下側ガラス基板１０４の内面側には半透
過反射板１０６、カラーフィルター１０７、透明電極１
０２が順次設けられている。この構成とすれば、液晶層
１０５、カラーフィルター１０７、半透過反射板１０６
が互いに近接しており、上述した二重映りやにじみ、混
色などの問題が解消できる。また、上側ガラス基板１０
３の外面側には２枚の位相差板１０８，１０９、偏光板
１１０が順次設けられている。

【０００６】下側ガラス基板１０４の外面側には透過表
示を実現するための各種部品が配置されている。すなわ
ち、下側ガラス基板１０４の外面に１／４波長板１１
１、偏光板１１２が順次設けられ、その外方にバックラ
イト１１３が配置されている。バックライト１１３は光
源１１４と導光板１１５と反射板１１６とを有してお
り、さらにこの例では液晶セル１００とバックライト１
１３の間に拡散板１１７が設けられている。反射表示の
場合は上側の１枚の偏光板１１０が偏光子と検光子の機
能を兼ね、透過表示の場合は下側の偏光板１１２が偏光
子、上側の偏光板１１０が検光子として機能する。

【０００７】ここで１／４波長板を用いる理由を以下に
説明する。まず最初に反射表示を行う場合を考えると、
液晶セルの上面側から入射して液晶層を透過した光が半
透過反射板で反射する時点で暗表示状態で円偏光または
楕円率の高い楕円偏光となり、明表示状態で直線偏光ま
たは楕円率の低い楕円偏光となっていることが望まし
い。なぜならば、暗表示状態において半透過反射板で反
射された円偏光または楕円率の高い楕円偏光の光が、再
度液晶層を透過することによって液晶セル上面側の偏光
板の透過軸と直交する直線偏光または楕円率の低い楕円
偏光の光になり、この光が偏光板に吸収されるため、暗
表示がより暗くなり、良好なコントラスト特性が実現で
きるからである。

【０００８】一方、透過モードで反射モードと同様の表
示を実現するためには、バックライトからの光が半透過
反射板を透過する時点で反射表示時と同じ偏光状態、す
なわち円偏光または楕円率の高い楕円偏光となっている
必要がある。したがって、バックライトから出射された
後、偏光板を透過した時点で直線偏光となっている光を
半透過反射板を透過する時点で円偏光または楕円率の高
い楕円偏光の光に変換するために、偏光板と半透過反射
板との間に１／４波長板を配置している。

【０００９】なお、１／４波長板は一般的には１４０ｎ
ｍの位相差を持つ位相差板のことであるが、これは緑の
光の波長の１／４であり、青の光（波長：４００ｎｍ）
では１００ｎｍ、赤の光（波長：６００ｎｍ）では１５
０ｎｍ、さらに波長が長い光（波長：７２０ｎｍ）では
１８０ｎｍである。よって、１／４波長板の範囲は、１
００ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な半透過反射型液晶装置においては、外光の反射光を利
用する反射モードでの表示の明るさを確保するため、例
えば光透過用開口部を設けた半透過反射板の場合、開口
部面積はたかだか全体の１０〜２５％程度とし、残りの
大部分で外光を反射するようにしている。膜厚を薄くし
て半透過反射板を実現する場合も、透過率がかなり低い
ところで使用している。したがって、透過モードにおい
ては、バックライトから出射され、半透過反射板に到達
した光のうち、ごくわずかの光しか半透過反射板を透過
せず、残りの多くの光は半透過反射板の外面側で反射さ
れるため、透過表示を明るくするのに限界があった。

【００１１】その一方、半透過反射型液晶装置には反射
モード時の明るさを維持しながら透過モードでも表示を
明るくしたいという要求がある。しかしながら、半透過
反射板の構成のみで反射表示の明るさと透過表示の明る
さの双方を求めるのは原理的に難しく、反射表示での明
るさをある程度確保した上で透過表示を明るくしようと
すると、バックライトの光源自体の輝度を上げる必要が
ある。ところが、光源の輝度を上げると装置全体の消費
電力が増大し、特にこの液晶装置を携帯用電子機器等に
適用した場合にはバッテリの持続時間が短くなる等の問
題となる。

【００１２】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、反射表示の明るさを犠牲にするこ
となく、明るい透過表示を可能とし、低消費電力化が図
れる半透過反射型のカラー液晶装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の液晶装置は、液晶が挟持された一対の基
板と、光源と、入射端面が前記光源の近傍に位置するよ
うに配置された導光板とを少なくとも有し、前記一対の
基板のうちの一方の基板の外面側に設けられた照明装置
とを備えた液晶装置であって、前記照明装置における光
源と導光板との間に偏光板が設けられ、前記導光板の前
記一方の基板と対向する面と反対側の面に凹凸が付与さ
れるとともに該凹凸が付与された面に１／４波長板、反
射板が順次設けられ、前記照明装置と前記一方の基板と
の間に１／４波長板が設けられるとともに、前記一方の
基板の液晶側の面には半透過反射板が設けられているこ
とを特徴とする。

【００１４】なお、カラーフィルターは半透過反射板と
他方の基板の間であればどこにあっても構わないが、例
えば他方の基板の内面にある場合などが多い。

【００１５】本発明の作用、効果については後の「発明
の実施の形態」の項で詳述するが、本発明の液晶装置
は、従来構造における半透過反射板の構成はそのままに
して反射表示の明るさを確保しつつ、半透過反射板外面
で反射する多くの光を再利用する、すなわち再度液晶層
側に入射させることにより透過表示をより明るくすると
いうものである。しかしながら、従来構造では後で述べ
る理由により半透過反射板外面で反射した光を再利用で
きなかったのに対し、本発明では偏光板の設置位置の変
更、新たな１／４波長板の追加などによりそれを可能と
した。

【００１６】具体的には、従来構造において液晶セルを
構成する一方の基板と照明装置との間に配置していた偏
光板を取り除き、その代わりに照明装置の光源と導光板
との間に偏光板を設け、さらに導光板の外面に凹凸を設
けるとともにこの外面側の反射板との間に１／４波長板
を配置した。この構成により、半透過反射板の外面で反
射した光を導光板外面側の反射板で反射させ、再度半透
過反射板に入射させることができ、この光を支障なく透
過表示に寄与させることができる。その結果、従来構造
に比べて反射表示の明るさは維持したままで透過表示の
明るさをより向上させることができる。もしくは、透過
表示の明るさがある程度のレベルでよければ光源の輝度
を落とすことができるため、消費電力を低減することが
できる。

【００１７】なお、導光板中を偏光が伝播することにな
るので、導光板は不要な複屈折を持たないことが望まし
い。

【００１８】前記光源と導光板との間に設ける偏光板と
して、通常の偏光板を用いてもよいが、反射偏光板を用
いることがより好ましい。

【００１９】反射偏光板を用いた場合、光源からの光を
導光板により効率良く導入することができ、通常の偏光
板を用いた場合に比べて透過表示をより明るくすること
ができる。

【００２０】本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装
置を備えたことを特徴とするものである。本発明によれ
ば、反射表示、透過表示ともに明るい表示部を備え、低
消費電力の電子機器を実現することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】［液晶装置の構成］以下、本発明
の一実施の形態を図面を参照して説明する。

【００２２】図１は本実施の形態の液晶装置の概略構成
を示す断面図であり、特に半透過反射型カラー液晶装置
の例を示している。なお、図１は液晶装置の断面構造を
模式的に示したものであり、各部材の厚さ等の縮尺は各
部材毎に異なっている。

【００２３】本実施の形態の液晶装置は、図１に示すよ
うに、内面側にそれぞれ透明電極１，２が設けられた２
枚のガラス基板３，４が対向配置され、これらガラス基
板３，４間に液晶層５が挟持されることにより液晶セル
６が構成されている。下側ガラス基板４の内面側には半
透過反射板７、カラーフィルター８、透明電極２が順次
設けられている。また、上側ガラス基板３の外面側には
２枚の位相差板９，１０、偏光板１１が順次設けられて
いる。なお、配向膜等の図示は省略する。半透過反射板
７としては、例えば窓状、スリット状の開口部を設けた
アルミニウム、銀、またはこれらの合金等からなる金属
膜、もしくは膜厚を例えば３０ｎｍ程度まで薄くしたア
ルミニウム、銀、またはこれらの合金等からなる金属膜
などが用いられる。以上の構成（反射表示に関わる構
成）は、従来の液晶装置と同様である。

【００２４】下側ガラス基板４の外面に第１の１／４波
長板１２が設けられ、その外方にバックライト１３（照
明装置）が配置されている。バックライト１３は冷陰極
管、発光ダイオード等からなる光源１４と導光板１５と
を有しており、本実施の形態の場合、光源１４と導光板
１５との間に反射偏光板１６が設けられている。通常の
偏光板が、直交する２方向の直線偏光のうち、一方を透
過し、他方を吸収する機能を有するのに対し、反射偏光
板１６は、一方を透過し、他方を反射する機能を有して
おり、例えば特表平９−５０６９８５号公報に開示され
たもの（商品名：ＤＢＥＦ、スリーエム社製）や特開平
１０−３１９２３５号公報に開示されたコレステリック
液晶フィルムと１／４波長板から構成されるもの（商品
名：ＰＣＦ、日東電工株式会社製）などを用いることが
できる。また、光源１４はその長手方向を図１の紙面に
垂直な方向に向けて配置されているが、反射偏光板１６
もその偏光軸が紙面に垂直な方向に向くように配置され
ている。

【００２５】導光板１５の外面にはフロントライトの導
光板に見られるような凹部１５ａが形成されている。こ
の凹部１５ａは導光板１５内の光を導光板内面側に選択
的に反射させるためのものであり、例えば一方向に延び
る溝状の凹部でもよいし、一部分のみが窪んだ凹部でも
よい。導光板１５の端面から入射した光は基本的には導
光板１５の内面および外面で全反射を繰り返しながら導
光板内部を伝播していくが、導光板外面に凹部１５ａが
形成されているため、凹部１５ａの部分に入射された光
は凹部１５ａの表面で全反射条件から外れた角度で反射
して導光板内面から液晶セル側に出射される。また、導
光板１５の外面には第２の１／４波長板１７、反射板１
８が順次設けられている。

【００２６】［液晶装置の作用］以下、本実施の形態の
液晶装置の作用について説明するが、その前に、図６に
示した従来の液晶装置において半透過反射板外面で反射
した光を再利用できなかった理由を図７を用いて説明す
る。図７は、図６に示した従来の液晶装置の構成要素の
うち、バックライト１１３から半透過反射板１０６まで
の構成を示したものであり、光路上の各地点での光の偏
光状態を図示するために各部材を離して描いてある。無
偏光の光Ｌがバックライト１１３の光源１１４から出射
され、この光が導光板外面の白色の反射板１１６や導光
板表面の白色印刷で反射または散乱し、導光板１１５、
拡散板１１７、偏光板１１２を順次透過する。ここで、
偏光板１１２の透過軸が図７の紙面に垂直な方向であっ
たとすると、偏光板１１２を透過した後の光は紙面に垂
直な方向の直線偏光の光となる。次に、この光が１／４
波長板１１１を透過すると、１／４波長板１１１の作用
により紙面に垂直な方向の直線偏光が円偏光または楕円
率の高い楕円偏光に変換され、ガラス基板１０４を透過
する。このようにして、半透過反射板１０６を透過する
一部の光Ｌ１は、「従来の技術」の項で述べたように円
偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で液晶層側に入
射される。

【００２７】一方、半透過反射板１０６の外面で反射す
る多くの光Ｌ２は、ガラス基板１０４を透過した後、円
偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で１／４波長板
１１１に再入射し、１／４波長板１１１を透過すること
によって紙面に平行な方向の直線偏光の光に変換され
る。次に、この光が偏光板１１２に入射されるが、この
偏光板１１２は図７の紙面に垂直な方向が透過軸である
から、紙面に平行な方向が吸収軸となっている。よっ
て、紙面に平行な方向の直線偏光の光が偏光板１１２に
入射されるとこの光は偏光板１１２で吸収され、偏光板
１１２を透過できない。つまり、半透過反射板１０６で
反射した光Ｌ２は途中の偏光板１１２で吸収され、バッ
クライト１１３まで到達できないので、この光を再度液
晶層に向けて出射させて再利用することができない。

【００２８】これに対して、本実施の形態の液晶装置の
作用を図２を用いて説明する。図２は、図１に示した本
実施の形態の液晶装置の構成要素のうち、バックライト
１３から半透過反射板７までの構成を示したものであ
り、この図も図７と同様、光路上の各地点での光の偏光
状態を図示するために各部材を離して描いてある。無偏
光の光Ｌがバックライト１３の光源１４から出射され、
直近の反射偏光板１６に入射される。ここで、反射偏光
板１６の透過軸が図２の紙面に垂直な方向であったとす
ると、反射偏光板１６を透過した後の光は紙面に垂直な
方向の直線偏光の光となり、導光板１５の端面に入射さ
れる。この光は導光板１５の内面および外面で全反射を
繰り返しながら導光板内部を伝播していくが、導光板外
面の凹部１５ａの部分に入射された光は凹部１５ａの表
面で全反射条件から外れた角度で反射し、導光板内面側
から出射される。次に、この光が第１の１／４波長板１
２を透過すると、紙面に垂直な方向の直線偏光が円偏光
または楕円率の高い楕円偏光に変換され、ガラス基板４
を透過するため、半透過反射板７を透過する一部の光Ｌ
１は、円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で液晶
層側に入射される。

【００２９】一方、半透過反射板７の外面で反射する多
くの光Ｌ２は、円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状
態でガラス基板４を経て第１の１／４波長板１２に入射
し、第１の１／４波長板１２を透過することにより紙面
に平行な方向の直線偏光の光に変換される。この後、本
実施の形態の場合、従来構造における偏光板が存在しな
いため、紙面に平行な方向の直線偏光の光が吸収される
ことなく、その偏光状態を維持したままバックライト１
３の導光板１５を透過して第２の１／４波長板１７に入
射される。紙面に平行な方向の直線偏光の光は、第２の
１／４波長板１７に入射して反射板１８の内面に到達す
るまでの間に円偏光または楕円率の高い楕円偏光の光に
変換されるが、反射板１８で反射して再度第２の１／４
波長板１７の内部を戻るので、この光はさらに紙面に垂
直な方向の直線偏光の光に変換される。この後の作用は
前述の光Ｌ１の場合と同様、この光が第１の１／４波長
板１２を透過すると、紙面に垂直な方向の直線偏光が円
偏光または楕円率の高い楕円偏光に変換され、ガラス基
板４を透過するため、半透過反射板７を透過する一部の
光Ｌ２は、円偏光または楕円率の高い楕円偏光の状態で
液晶層側に入射される。この作用を繰り返す。

【００３０】すなわち、本実施の形態の液晶装置の場
合、半透過反射板７と反射板１８との間の反射光の経路
中に光吸収体となる偏光板が存在しないため、半透過反
射板７からの反射光が吸収されることがなく、しかも半
透過反射板７で１回反射してバックライト１３に戻った
時点で偏光方向が９０°回転した直線偏光の光が、反射
板１８により第２の１／４波長板１７を往復することで
バックライト１３から再出射する時点では偏光方向が元
に戻った直線偏光になり、バックライト１３から直接出
射する光Ｌ１と同じ偏光状態となる。このように、本実
施の形態の液晶装置によれば、バックライト１３からの
光のうち、半透過反射板７の外面で反射する多くの光Ｌ
２を効率良く再利用できるので、反射表示の明るさを維
持しながらより明るい透過表示が可能な半透過反射型カ
ラー液晶装置を実現することができる。また、従来と同
じ明るさでよければ光源１４の輝度を落とすことができ
るので、消費電力の低減を図ることができる。

【００３１】本発明者が行った実験によれば、例えばバ
ックライト単体の輝度を１００ｃｄ／ｍ²とした場合、
図６に示した従来の液晶装置の透過表示時の輝度が３．
０ｃｄ／ｍ²であるのに対し、図１に示した本実施の形
態の液晶装置の透過表示時の輝度が４．５ｃｄ／ｍ²と
なることを確認した。なお、本実験の際、従来の液晶装
置と本実施の形態の液晶装置とで対応する構成要素は同
一のものを用いた。このように本実施の形態の液晶装置
によれば、透過表示時の明るさを例えば従来の１．５倍
程度にまで向上することができる。

【００３２】また本実施の形態の場合、バックライト１
３の光源１４と導光板１５との間に装入する偏光板とし
て反射偏光板１６を用いたことにより、通常の偏光板を
用いた場合に比べてバックライト１３からの光を直線偏
光としてより効率良く導光板１５に導入することができ
るので、光源光の利用効率をさらに高めることができ
る。

【００３３】［電子機器］上記実施の形態の液晶装置を
備えた電子機器の例について説明する。図３は、携帯電
話の一例を示した斜視図である。図３において、符号１
０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液
晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。

【００３４】図４は、腕時計型電子機器の一例を示した
斜視図である。図４において、符号１１００は時計本体
を示し、符号１１０１は上記の液晶表示装置を用いた液
晶表示部を示している。

【００３５】図５は、ワープロ、パソコンなどの携帯型
情報処理装置の一例を示した斜視図である。図５におい
て、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキー
ボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本
体、符号１２０６は上記の液晶表示装置を用いた液晶表
示部を示している。

【００３６】図３〜図５に示す電子機器は、上記実施の
形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているの
で、反射表示、透過表示ともに明るい表示画面を備え、
低消費電力の電子機器を実現することができる。

【００３７】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば図１における半透過反射板の上側の反射表示に関わ
る構成は、図１に限ることなく適宜変更が可能である。
また、カラーフィルターは半透過反射板と上側ガラス基
板の間であればどこにあっても構わない。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、照明装置から出射され、半透過反射板の外面側
で反射する多くの光を効率良く再利用することができる
ので、反射表示の明るさを維持しつつ、より明るい透過
表示が可能な半透過反射型カラー液晶装置を実現するこ
とができる。また、ある程度の透過表示の明るさが確保
できれば光源の輝度を落とすことができるので、消費電
力の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半透過反射型カラー
液晶装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】同、液晶装置のバックライトから半透過反射
板までの構成を示す図であって、本液晶装置の作用を説
明するための図である。

【図３】同、液晶装置を備えた電子機器の一例を示す
斜視図である。

【図４】同、電子機器の他の例を示す斜視図である。

【図５】同、電子機器のさらに他の例を示す斜視図で
ある。

【図６】従来の半透過反射型カラー液晶装置の概略構
成を示す断面図である。

【図７】同、液晶装置のバックライトから半透過反射
板までの構成を示す図である。

【符号の説明】

１，２透明電極３，４ガラス基板５液晶層６液晶セル７半透過反射板８カラーフィルター９，１０位相差板１１偏光板１２第１の１／４波長板１３バックライト（照明装置）１４光源１５導光板１５ａ凹部１６反射偏光板１７第２の１／４波長板１８反射板

───────────────────────────────────────────────────── 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 ３３６Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層が挟持された一対の基板と、光源
と、入射端面が前記光源の近傍に位置するように配置さ
れた導光板とを少なくとも有し、前記一対の基板のうち
の一方の基板の外面側に設けられた照明装置とを備えた
液晶装置であって、前記照明装置における光源と導光板との間に偏光板が設
けられ、前記導光板の前記一方の基板との対向面と反対
側の面に凹凸が付与されるとともに該凹凸が付与された
面に１／４波長板、反射板が順次設けられ、前記照明装
置と前記一方の基板との間に１／４波長板が設けられる
とともに、前記一方の基板の液晶層側の面には半透過反
射板が設けられていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】前記偏光板が反射偏光板であることを特
徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の液晶装置を備
えたことを特徴とする電子機器。