JP2003057643A - 反射型液晶表示装置、およびこれを用いた情報機器 - Google Patents
反射型液晶表示装置、およびこれを用いた情報機器Info
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Abstract
いて、混色を低減し、視認性を向上させる。 【解決手段】液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの前
方に配置され該液晶表示装置に光を出射する前方照明装
置1とを備え、上記前方照明装置は、光源と、光源から
発せられた光を光出射面に導き、上記光出射面から出射
させる導光板を有し、上記液晶表示パネルは、偏光板3
と、液晶層6と、反射層7とを有し、上記反射層が上記
光源からの第1の入射光と、上記導光板の前方からの第
2の入射光のそれぞれを所定方向に反射させ、その反射
光を透過させて画像を生成する反射型液晶表示装置にお
いて、上記反射光が上記偏光板3透過前に全反射しない
ように、偏光板3と、偏光板3から反射層7までの間の
層の屈折率を設定した。
Description
いた反射型表示装置に関するものである。
受像機、ワードプロセッサ、ビデオカメラ等への液晶表
示装置の応用が進展する一方で、このような機器に対し
ては小型化、低コスト化などの要望が高まっている。こ
れらの要望を満たすべく、バックライトを用いずに外部
から入射した周囲光を反射させて表示を行う、反射型液
晶表示装置の開発が進んでいる。
表示に利用するため、採光が十分でない環境や夜間など
の暗闇では、鮮明に表示することができない。そこで、
このような反射型液晶表示装置の欠点を改善するため、
反射型液晶表示装置の前方全面に前方照明装置を配置し
た構成のものが提案されている。
る反射型液晶表示装置の原理を示す。この反射型液晶表
示装置は、偏光板3、基板4、カラーフィルタ5、液晶
層6、反射層7を有する反射型の液晶表示パネルに接着
層2によって前方照明装置1を固定したものである。
すると、入射光は液晶表示パネルの各層を透過し、反射
層7に反射されて、液晶表示パネルから前面に出射され
る。このときカラーフィルタ5の開口ごとに光を透過さ
せたり、遮断したりするように液晶層6を制御すること
で画像が生成される。
ら放射された光を導く断面がくさび型の導光部を有して
いる。光源からの光は、導光部内で全反射を繰り返し、
液晶表示パネル内に入射する。液晶表示パネルに入射し
た光は、反射層7で反射され、液晶層6、カラーフィル
タ5、偏光板3、さらには、前方照明装置1の導光部を
透過し、観察者の目に到達する。
反射部が設けられている。第1の反射部U1は、液晶表
示パネル表面の法線に対して斜め方向に入射する前方照
明装置1からの入射光を液晶表示装置前面の観察者方向
に反射する。
前面の観察者方向から入射する入射光を観察者方向に反
射する。この第2の反射部U2は、液晶表示パネル表面
の法線に対して斜め方向に入射する前方照明装置1から
の入射光を観察者方向へ反射することができない。
光に対する反射光の経路の例を示す。図2のように、こ
のような入射光は、第2の反射部U2により、液晶表示
パネルの法線に対して、再び斜め方向に反射される。そ
の結果、上記反射光が偏光板3の界面で再び、反射層7
の方向へ反射される。
射層7へ初めて到達した入射光を、1次入射光、1次入
射光の反射光を1次反射光、1次反射光が液晶表示装置
内で反射し、2度目に反射層7へ入射した入射光を2次
入射光、2次入射光の反射光を2次反射光、のように以
下同様にn次入射、反射を定義する。
置1からの1次入射光は、第1の反射部U1で反射せず
に、第2の反射部U2で反射したとき、略垂直方向には
反射せず、斜め方向に1次反射する。
板3の背面側の界面で全反射し、反射層7に2次入射す
る。2次入射光が、第1の反射部U1に入射すると、略
垂直(観察者)方向へ2次反射し、視認される。ここ
で、偏光板3の背面側の界面とは、液晶表示装置前面の
観察者から見た偏光板3の背面、すなわち、反射層7側
の界面をいう。
U2に入射すると、1次反射時と同様に斜め方向に反射
し、偏光板3の背面側の界面での全反射を経て、3次入
射する。よって、前方照明装置1からの入射光は、第1
の反射部U1に入射するまで、反射層7〜偏光板3の界
面の反射を繰り返す。
次反射光およびn次入射光とは、カラーフィルタ5の層
で異なった色材を通過する。このような場合、液晶表示
パネルに「混色」が生じ、視認性が低下してしまう。
術の課題を解決するためになされたものである。本発明
の目的は、前方照明装置を有する反射型液晶表示装置に
おいて、混色を低減し、視認性を向上させることにあ
る。
に本発明は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの前
方に配置され該液晶表示パネルに光を出射する前方照明
装置とを備え、上記前方照明装置は、光源と、光源から
発せられた光を光出射面に導き、上記光出射面から出射
させる導光板を有し、上記液晶表示パネルは、偏光板
と、液晶層と、反射層とを有し、上記反射層が上記光源
からの第1の入射光と、上記導光板の前方からの第2の
入射光のそれぞれを所定方向に反射させ、その反射光を
透過させて画像を生成する反射型液晶表示装置におい
て、上記反射光が偏光板透過前に全反射しないように、
偏光板と、偏光板から反射層までの間の層の屈折率を設
定したことを特徴とする。
偏光板から上記反射層の間に、第1の接着層、位相差板
層、第2の接着層、基板層の少なくとも一つをさらに有
してもよい。
いて、上記導光板と液晶表示装パネルとの間に第3の接
着層を備え、上記反射層は、上記第1の入射光を所定方
向に反射する第1の反射部(U1)と、上記第2の入射
光を所定方向に反射する第2の反射部(U2)とを有
し、上記偏光板と、上記偏光板から上記反射層までの間
の層の屈折率Nがすべて以下の数2を満たすことを特徴
とする。
の屈折率 nLC:液晶層の屈折率 γ:第2の反射部(U2)の最大傾斜角度 好ましくは、上記反射型液晶表示装置において、前方照
明装置からの入射光の液晶層内での入射角度が65〜7
0°のとき、偏光板および偏光板と反射層との間の層の
屈折率をすべて1.45以上にしてもよい。ここで、入
射角度とは、入射光の液晶層界面の法線に対する角度を
いう。
を用いた情報機器であってもよい。
の屈折率を選択することで、偏光板背面における全反射
を低減することができる。その結果、液晶表示パネル内
で2回以上の反射を繰り返す入射光は、最後の反射前に
必ず、2回以上偏光板を透過する。その結果、最後に反
射層から反射されて液晶表示パネルから出射する出射光
において、最後の反射以外の液晶表示パネル内で反射し
た反射光あるいは、液晶表示パネルへ入射した入射光の
透過率が低下して、これらの入射光または反射光による
混色を低減することができる。
の好適な実施の形態に係る液晶表示装置を説明する。
る液晶表示装置の原理を示す。この液晶表示装置の構成
の構成要素は、図1に示したものと同様である。すなわ
ち、この液晶表示装置は、前方照明装置1、接着層2、
偏光板3、基板4、カラーフィルタ5、液晶層6および
反射層7を有している。このうち、偏光板3、基板4、
カラーフィルタ5、液晶層6および反射層7が液晶表示
パネルの各層を構成する。
び形状の導光部から液晶表示パネルに照射する。また、
接着層2は、前方照明装置1を液晶表示パネルに固定す
る。
の直線偏光に変える。また、この偏光板3は、他の層、
例えば、基板4、カラーフィルタ5、あるいは、光透過
時の液晶層6に比較して、透過率が低い。一般的には、
偏光板3の透過率は、40%〜50%程度である。
過するとともにカラーフィルタ5および液晶層6を保護
する。
に対応する開口部とブラックマトリクス部とからなる。
また、液晶層6は、不図示の液晶駆動素子により駆動さ
れ、上記カラーフィルタ5の各色の開口部に対する光の
透過率を変更させ、RGBの組み合わせによる画像を生
成する。
反射部U2を有している。第1の反射部U1は、上記前
方照明装置1からの斜めに入射する入射光を観察者の方
向(液晶表示パネルに対して略法線方向)に反射する。
前方の観察者方向からの入射光(外光)を観察者の方向
に反射する。また、この第2の反射部U2は、前方照明
装置1から斜めに入射する入射光を斜め方向に反射す
る。
が反射層7において第2の反射部U2で反射され、さら
に、偏光板3の界面で全反射され、再び反射層7に入射
したとする。この入射光が第1の反射部U1で反射さ
れ、2次反射光R2Aとなって観察者方向に出射する場
合を考える。
て透過したカラーフィルタ5の領域と、2次反射光R2
Aとして通過したカラーフィルタ5の領域が異なるた
め、混色が生じている。
光板3を通過し、偏光板3と接着層2の界面で反射さ
れ、再び反射層7に入射し、2次反射光R2Bとして出
射される場合を想定する。
と2次入射時の2回、偏光板3を通過することになる。
偏光板3の透過率が40%〜50%であることから、こ
の場合の2次入射光の強度は、16%〜25%に低下す
る。この2次入射光が第1の反射部U1で反射され、2
次反射光R2Bとなって観察者方向に反射する。
色は、上記2次反射光R2Aに対して、16%〜25%
に低下する。これは、1次反射光R1が前方照明装置1
のくさび形の導光部界面で反射した場合の2次反射光R
2Cについても同様である。すなわち、本液晶表示装置
では、混色の原因となるn次反射光(特に1次反射光)
を偏光板3より背面側の界面で全反射させなければよ
い。
ず、偏光板3を透過した光を偏光板透過光という。一
方、偏光板3の背面側界面で反射した光を偏光板界面全
反射光という。
ば、偏光板3と接着層2との界面、あるいは前方照明装
置1の導光部界面で全反射して、2次入射が生じる。こ
の光の2次反射光が観察者側に出射しても、1次反射、
2次入射時に偏光板3を2回透過しているので、混色光
の明るさが減り、視認性の低下が小さくなる。
制方法としては、偏光板3および偏光板3の背面側の各
層、すなわち、基板4、液晶層6等の屈折率を大きくす
ればよい。
の一実施例に係る液晶表示装置について説明する。図4
は、本実施例に係る液晶表示装置の構成図であり、図5
は、この液晶表示装置の視野角と、反射層7における第
2の反射部U2の最大傾斜角との関係を示す図であり、
図6は液晶層6へ入射した入射光の入射角と、その入射
光が反射層7で反射するときの反射角との関係を示す図
である。
図を示す。この液晶表示装置は、観察者側から、前方照
明装置1、接着層2A、偏光板3、接着層2B、位相差
板8、接着層2C、ガラス基板4A、カラーフィルタ
5、液晶層6、および反射層7を有している。
外の構成は、図3の場合と同様である。図4の液晶表示
装置は、色補償のため、偏光板3とガラス基板4Aとの
間に、位相差層8および接着層2Cを設けている。
よび反射層7以外の層(この層が導光部から数えてi番
目の層である場合に、これを層iと呼ぶことにする)で
は、隣接する層i+1のと界面で、その界面に入射する
入射光と、界面から出射する屈折光とがスネルの法則 Ni・sinθi = Ni+1・sinθi+1 (ここで、Ni、θiは、第i層における屈折率および入射
角、 Ni+1、θi+1は、第i+1層における屈折率および
屈折角)により拘束される。ただし、入射角および屈折
角はいずれも、界面の法線に対する角度である。また、
屈折角を出射角ともいう。
部として、屈折率n1が1.53の材料、一例としてアクリ
ル系樹脂を用いる。また、接着層2Aとして、屈折率n
2が1.4の材料、一例として、アクリル系あるいはエポ
キシ系樹脂を用いる場合を考える。
1.52である。また、液晶層6の屈折率n8は、典型的に
は約1.5である。
本実施例では、偏光板3の屈折率n3、接着層2Bの屈
折率n4、位相差板8の屈折率n5、および接着層2C
の屈折率n6等を決定し、反射光が偏光板3と接着層2
Bとの界面で全反射しない材料を選択する。
角θ1の最大値は全反射臨界角を取る。全反射臨界角と
は、その角度以上の入射角においては、屈折角が90度
となり、入射光が全反射する限界の入射角をいう(特願
2000−402942参照)。
層6への入射角)の最大値は、θ1が最大値を取るとき
に生じるので、スネルの法則より
面傾斜角γを定める。表示装置の視野角は一般的に±2
5°程度が求められている。
を示す。ここでは、垂直方向からの平行光入射を考え、
この入射光に対して視野角が±25°となるように反射
面傾斜角γを決定する。
角度θは、 1.5・sin θ=1・sin25゜ ⇔θ=16.36゜ 一方、図5に示した入射光R0、反射光R1と、反射面
傾斜角γとの幾何学的関係から、
6.36/2=8.18°となる。
2の反射部U2で反射するときの1次反射光の反射角度
を求める。図6に、入射角θ8で液晶層6に入射した入
射光と、反射層7の傾斜角γの関係を示す。入射光R0
と1次反射光R1の幾何学的関係から、1次反射光R1
の反射角度は、θ8+2γまたはθ8−2γとなる。
2の反射部U2で反射した1次反射光の角度は、以下の
範囲を取る。
射しないように、n3〜n6の屈折率を定めればよい。
ないNを求める。θ8が上記最大値を取るときに全反射
が生じない条件を求めればよいので、スネルの法則よ
り、以下の式を満たせばよい。
ないようにするには、n3〜n6がすべて1.495以上
であればよい。
板8、偏光板3を製作するには、例えば、これらの材料
フィルムとしてPC(ポリカーボネート)、TAC(ト
リアセチルセルロース)、ポリジエチレングリコールビ
スアリルカーボネード、PS(ポリスチレン)、PVC
(ポリ塩化ビニル)、AS(アクリロニトリル−スチレ
ン共重合体)、PCHMA(ポリメタクリル酸シクロヘ
キシル)、MS(スチレン−メタクリル酸メチル共重合
体)等を用いればよい。また、接着層2Bおよび2Cと
して、アクリル系接着剤、あるいは、エポキシ系剤の中
から屈折率1.495以上のものを選択すればよい。
8が、例えば、65°〜70°の範囲に含まれると仮定
した場合は以下のようになる。
数6のようになる。
なる。
屈折率n1=1.53、接着層2Aの屈折率n2=1.
4、液晶6の屈折率n8=1.5を仮定したが、本発明
は、これらの屈折率に限定されるものではない。したが
って、これら以外の屈折率、例えば、液晶層6の屈折率
が1.5未満までを考慮すると、概略N≧1.45とすれば
よい。
置は、偏光板3より背面側の界面において、反射層7で
反射された反射光の全反射を防止する。その結果、1次
入射光に対する1次反射光がさらに反射される場合、必
ず偏光板3を2度通過することになる。したがって、液
晶表示装置の前方照明装置1と反射層7との間で複数回
の反射を繰り返した後、第n次反射光として、液晶表示
装置から出射される場合に、第n次入射および第n−1
次反射以前の光による混色を低減することができる。 (屈折率の一般化)次に、前方照明装置1と液晶表示パ
ネル(偏光板3)の間の接着層2Aの屈折率n2、およ
び液晶層6の屈折率n8により、上記屈折率Nの一般式
を求める。今、これらの屈折率を次のように置く。
が生じないNを求める。
じない条件を求めればよいので、スネルの法則より、以
下の数9を満たせばよい。
明装置を有する反射型液晶表示装置において、混色を低
減し、視認性を向上させることができる。
反射光の経路の例
示す図
入射光が反射層7で反射するときの反射角との関係を示
す図
Claims (5)
- 【請求項1】液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの前
方に配置され該液晶表示パネルに光を出射する前方照明
装置とを備え、 前記前方照明装置は、光源と、光源から発せられた光を
光出射面に導き、前記光出射面から出射させる導光板を
有し、 前記液晶表示パネルは、偏光板と、液晶層と、反射層と
を有し、 前記反射層が前記光源からの第1の入射光と、前記導光
板の前方からの第2の入射光のそれぞれを所定方向に反
射させ、その反射光を透過させて画像を生成する反射型
液晶表示装置において、 前記反射光が前記偏光板透過前に全反射しないように、
偏光板と、偏光板から反射層までの間の層の屈折率を設
定したことを特徴とする反射型液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記液晶表示パネルは、前記偏光板から
前記反射層の間に、第1の接着層、位相差板層、第2の
接着層、基板層の少なくとも一つをさらに有する請求項
1記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記反射型液晶表示装置において、前記
導光板と液晶表示パネルとの間に第3の接着層を備え、 前記反射層は、前記第1の入射光を所定方向に反射する
第1の反射部と、前記第2の入射光を所定方向に反射す
る第2の反射部とを有し、 前記偏光板と、前記偏光板から前記反射層までの間の層
の屈折率Nがすべて以下の式を満たすことを特徴とする
請求項1または2記載の反射型液晶表示装置。 【数1】 nb:前方照明装置と液晶表示パネル間の第3の接着層
の屈折率 nLC:液晶層の屈折率 γ:第2の反射部の最大傾斜角度 - 【請求項4】 前記反射型液晶表示装置において、 前方照明装置からの入射光の液晶層内での入射角度が6
5〜70°のとき、偏光板および偏光板と反射層との間
の層の屈折率をすべて1.45以上にしたことを特徴と
する請求項1または2記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4記載の反射型液晶表示装置
を用いた情報機器。
Priority Applications (1)
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JP2001241750A JP4103357B2 (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 反射型液晶表示装置、およびこれを用いた情報機器 |
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- 2001-08-09 JP JP2001241750A patent/JP4103357B2/ja not_active Expired - Fee Related
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