JP2003057645A

JP2003057645A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003057645A
Application number: JP2001243074A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fukuda; 福田　　匡広; Takashi Akiyama; 貴秋山
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子
からなる液晶層を用いた反射型液晶表示装置においてフ
ロントライトユニットを液晶パネルと別個にすることに
より、フロントライトの導光板分、表示装置全体として
の厚みや重量が増加してしまう。更に奥目感が増してし
まいタッチパネルと併用した場合に問題となる。【解決手段】上部透明基板の上面に配置した偏光板上
に光制御層を作成し、その側面に光源を配置する。光源
からの光を上部透明基板に入射させ上部透明基板と偏光
板、光制御層を導光板として利用することにより偏光し
た光線を液晶層に入射させ、表示が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
いて特に反射型液晶表示装置の補助光源に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、その軽量、薄型、低消
費電力などのメリットから現在、様々な製品の表示部分
に用いられている。この内、特に反射型液晶装置に関し
ては、ある程度の明るさがある状況では補助光源を用い
ない状態でも十分視認が可能であるため、その用途は広
いとされる。

【０００３】従来の技術について、図４を用いて説明す
る。図４は一般的な反射型液晶装置の一例を表してい
る。ここで、４０１は第一の偏光板、４０２は第一の透
明基板、４０３は液晶層、４０４は第二の透明基板、４
０５は第二の偏光板、４０６は反射板である。これら４
０１から４０６で構成される液晶セル他に補助光源とし
てフロントライトユニットを配置する。４０７は冷陰極
放電管やＬＥＤなど、比較的小さな電力で発光が可能な
光源、４０８は光源からの光線を２次元発光体へ変換す
る導光板である。また、光源の周囲はリフレクター４０
９によって囲んである。上記液晶表示装置はＴＮ（Ｔｗ
ｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶やＳＴＮ（Ｓｕｐｅ
ｒ−ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶等の偏光軸
を回転させる透過偏光軸可変光学素子を利用しており２
枚の偏光板で液晶層を挟んだ構造を取っている。

【０００４】図４のような構成の反射型液晶表示装置は
すでに製品化されており、そのフロントライトユニット
にも改良がなされて比較的均一にパネル全体を照射する
ことが可能となっている。具体的なフロントライトユニ
ットの改良としては、導光板表面に形成する光制御用の
凸凹の形状や光源からの距離に対応させて凹凸の深さを
変化させるなどが挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は前述のように液晶パネルの上部にフロントライトユニ
ットが必要となる。この導光板は液晶パネルのサイズに
も依存するが通常約１ｍｍ以上の厚みが必要である。こ
れは、導光板厚があまりに薄い場合光線をパネル全体に
均一に行き渡らせることが困難なためである。このた
め、液晶パネル全体の厚みとしてはフロントライトがな
いものと比べて厚くなってしまい、また、当然のことな
がら導光板の分の重みも増加してしまう。これらの現象
は年々薄型、軽量化に進んでいる中で明らかにマイナス
の要因である。

【０００６】また、フロントライトの場合、導光板が液
晶パネルの上部にあることによる問題も発生する。補助
光源としてバックライトユニットを用いた場合でも上記
のような課題はあるが、フロントライトの場合更に、視
認の点において問題がある。これは、液晶表示を見た場
合フロントライトの導光板の厚み分だけ表示が奥に見え
てしまうという点である。実際の製品においては導光板
の上部に更に風防やタッチパネルなどが必要となるため
この奥目感は非常に顕著に表れてしまう。特に、近年の
情報機器の多くに使用されているタッチパネルを採用し
た製品に於いては奥目感というだけの問題ではすまされ
なくなる。

【０００７】現在、タッチパネルとして特に小型のもの
はそのほとんどに抵抗膜方式を用いている。この方式は
他のタッチパネル方式に比べて構造上、比較的小型で安
易に作成できる。構造としては使用者が直接タッチパネ
ルを押圧する事により上下の電極が導通し、その場所を
認識することが出来るというものであるため、製品上に
おいては最も観察者に近い場所に配置される。従って、
観察者側から見た場合、タッチパネル、フロントライト
の導光板、液晶パネルといった順序となる。この場合、
容易に推測されるように、フロントライトが有る場合で
は無い場合に比べタッチパネルと液晶パネル間の距離が
大きくなってしまう。

【０００８】前述したように、抵抗膜方式のタッチパネ
ルにおいては使用者がペンなどで画面上の表示に従い押
圧するため、タッチパネルと液晶表示の間に距離がある
と、その分視差が大きくなってしまい、誤押し等の原因
となる。例として、タッチパネル厚が０．８ｍｍ、導光
板が１．０ｍｍ、液晶パネルの上ガラスが０．７ｍｍ
で、それぞれの隙間が０．２ｍｍずつ有るとした場合
に、表示装置表面の垂線方向から２０度傾いた位置から
観察した場合、ペン先の押す位置と実際の軌跡では約
１．０ｍｍものずれが生じてしまう。このようにフロン
トライトの導光板の厚みによる視差の増加により誤押し
を引き起こしてしまう可能性がある。

【０００９】更に、フロントライトの導光板には外部か
らの入射光が液晶に達する前に反射してしまい、コント
ラストの低下を防ぐためにＡＲコート（Ａｎｔｉ−Ｒｅ
ｆｌｅｃｔｉｖｅコート）が必要となる。このＡＲコ
ートをする工程は非常に高精度のクリーンルームで行う
必要があり、フロントライトを作成する上でこの工程は
非常にコスト面で不利であり液晶パネルの低コスト化と
いう点において妨げとなる。

【００１０】本発明の目的は、上記の課題点を解決し
て、液晶表示装置の薄型、軽量化を実現し、なおかつ構
造の簡易化、低コスト化を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明による液晶表示装置は、下記に記載の手段
を採用する。

【００１２】本発明の液晶表示装置は、内面に透明電極
を有する一対の透明基板間に偏光軸を回転させる透過偏
光軸可変光学素子からなる液晶層を狭持し、前記透明基
板のうち観察者側に配置した透明基板上に第一の偏光層
を有する液晶表示装置において、前記第一の偏光層面上
に凸凹を形成してなる光制御層を形成し、前記一対の透
明基板のうちの一方の透明基板の少なくとも一つの側面
に配置した光源からの光線を前記一方の透明基板に入射
することにより照射を行うことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の液晶表示装置は、前記一対
の透明基板のうちの他方の透明基板面上に第二の偏光層
を配置し、前記第二の偏光層面上に反射層を配置するこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明の液晶表示装置は、内面に透
明電極を有する一対の透明基板間に偏光軸を回転させる
透過偏光軸可変光学素子からなる液晶層を狭持し、前記
透明基板のうち観察者側に配置した透明基板上に偏光層
を有する液晶表示装置において、前記偏光層面上に凸凹
を形成してなる光制御層を形成し、前記液晶層と前記一
対の透明基板のうちの他方の透明基板との間にセル内反
射層を配置し、前記一対の透明基板のうちの一方の透明
基板の少なくとも一つの側面に配置した光源からの光線
を前記一方の透明基板に入射することにより照射を行う
ことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を利用
した液晶表示装置の最適な実施形態を説明する。

【００１６】図１は本発明の実施形態の断面図であり、
図２はその拡大図である。図１において上側から順に、
光制御層１０１、第一の偏光板１０２、上ガラス基板１
０３、液晶層１０４、下ガラス基板１０５、第二の偏光
板１０６、反射板１０７であり、上ガラス基板の側面側
に光源１０８を配置する。光源の周囲をリフレクター１
０９で覆い、光源から出射された光がすべて上ガラス基
板の側面側から入射するよう配置する。また、ガラス基
板と液晶層の間には液晶素子の配向を促進させる配向膜
２０３を配置する。更に、ガラス基板と配向膜の間には
液晶素子に電圧を印可する透明電極が存在するが、ここ
では光線の軌跡に影響を及ぼさないため言及、図示しな
い。ここで、光制御層１０１は第一の偏光板１０２上に
直接形成しており偏光板と密着している。また、光制御
層の屈折率は偏光板の屈折率とほぼ同じである。この光
制御層は従来のフロントライトの導光板の上面と同様の
凹凸を形成しており、その凹凸は図２に記載の辺２０１
と辺２０２によって形成される。

【００１７】本実施形態の液晶表示装置はＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶やＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ
−ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶等の偏光軸を
回転させる透過偏光軸可変光学素子からなる液晶層１０
４を２枚の偏光板１０２、１０６で挟んだ構造であり、
２枚の透明基板の内面にマトリックス上に配線した透明
電極を用いて液晶素子に電圧を印可することによりその
液晶層の透過軸を変化させることにより表示を行う。

【００１８】図１における反射板１０７は入射光を高い
反射率で反射させるものであり、特にその種類について
は限定しないが、ここでは鏡面反射板を用いる。光源１
０８は本実施形態においてはＬＥＤとＬＥＤからの光源
をガラスの側面全体に広げる線状光源を用いた。光源は
これに限ったことではなく、冷陰極放電管などガラスの
側面に比較的均一の輝度分布で光を出射できるものであ
れば特に限定はしない。また、リフレクター１０９に関
しても反射率の高いものであればその種類について限定
はしない。

【００１９】次に、本実施形態における動作を図１、２
を用いて説明する。図中の矢印は光線を示しており、そ
の太さは光量を表す。初めに外光が入射した場合につい
て説明する。外光からの光線１１０はまず、光制御層と
空気層の界面において約４％が反射するが残りの約９６
％は屈折して光制御層１０１に入射する。ここで、光制
御層と第一の偏光板１０２は屈折率差がほとんどないこ
とからそのまま光線１１０は第一の偏光板に入射し、そ
の約５０％が透過し、約５０％が吸収される。そのうち
偏光板を透過した光線は第一の透明基板、配向膜を通過
し、液晶層に入射する。ここで、液晶素子に電圧を印加
しない場合、液晶層１０４で光が旋光され、第二の透明
基板１０５、第二の偏光板１０６をも透過し、反射板１
０７に到達する。この際、第一の偏光板と第二の偏光板
の偏光角は、第一の偏光板で偏光した光が液晶層で旋光
された場合、その光線は第二の偏光板をも透過する用に
あらかじめ調整しておく。反射板１０７に到達した光線
は入射と逆の経路を通過して観察者側に出射される。こ
れが白表示となる。また、液晶に電圧を印可した場合、
液晶層１０４に到達した光は旋光されずに液晶層を通過
し第二の偏光板１０６において吸収されるため、黒表示
となる。

【００２０】次に光源からの光を用いた場合について説
明する。図２において光源１０８から出射された光線１
１１はその一部は直接、一部はリフレクターで一度反射
して第一の基板の側面に到達し、屈折して入射する。入
射した光が上ガラス基板１０３と配向膜２０３との界面
Ａに達した場合、ガラス基板と配向膜の屈折率がガラス
基板の方が大きいことから全反射を起こす。これは、あ
らかじめ線状光源等によってガラス基板の側面から入射
する光線の角度を制御する、あるいはガラス基板と配向
膜の間に更に屈折率の小さな透明薄膜を配置することに
よって、ほとんどすべての光を全反射させることが出来
る。また、上ガラス基板と第一の偏光板との界面Ｂ到達
した光線については、２つの層の屈折率差が小さいこと
からほぼ透過する。ここで、第一の偏光板を通過する際
にその偏光軸に沿って約５０％は透過し、約５０％の光
は偏光板に吸収される。

【００２１】この偏光された光線は同様に偏光板と光制
御層の屈折率差がほとんどないことからそのまま光制御
層まで達し、辺２０１もしくは辺２０２に到達する。こ
れらの光線に関しては光制御層と空気層の屈折率差が約
０．５２と大きいことからほとんどすべての光が全反射
する。この内辺２０１において全反射した光線は再び上
ガラス基板と配向膜との界面で全反射しながらガラス内
を進んでいき、一方辺２０２において全反射した光線は
その垂線に対する角度が小さくなることから、上ガラス
基板と配向膜との界面では全反射せずに透過する。この
光線は外光の場合と同様にすでに一度偏光板を通過した
光線であるため、外光の場合と同様の経路を通り、液晶
表示を可能とする。

【００２２】また、図３に本発明を利用した第二の実施
例を記載する。図３においては液晶より上部に関しては
図１と同様の構造であり、上側から順に、光制御層１０
１、偏光板３０２、上ガラス基板１０３、液晶層１０
４、下ガラス基板１０５を配置する。また、光源１０８
とリフレクター１０９も同様に配置する。更に、液晶層
と下ガラス基板の間にセル内反射板３０１を形成する。

【００２３】次に、本実施形態における動作を図３を用
いて説明する。図中の矢印は光線を示しており、その太
さは光量を表す。初めに外光が入射した場合について説
明する。外光からの光線３１０はまず、光制御層と空気
層の界面において約４％が反射するが残りの約９６％は
屈折して光制御層１０１に入射する。ここで、光制御層
と第一の偏光板３０２は屈折率差がほとんどないことか
らそのまま光線３１０は第一の偏光板に入射し、その約
５０％が透過し、約５０％が吸収される。そのうち偏光
板を透過した光線は第一の透明基板、配向膜を通過し、
液晶層に入射する。ここで液晶層を通過する際、液晶素
子に電圧を印加しない場合液晶層１０４で光が旋光さ
れ、液晶素子に電圧を印加した場合光は旋光されない。
この光線はいずれもセル内反射板に到達し、反射する。
この際液晶層によって旋光されない光はそのまま同様の
経路と逆に通過して観察者側に出射される。これが白表
示となる。また、液晶層によって旋光された場合、反射
した光線は偏光板３０２によって吸収されるため、観察
者側には出射されず黒表示となる。このようにして表示
が可能となる。

【００２４】光源からの光線３１１を用いた場合につい
ても図１の場合と同様に偏光板によって偏光した光が入
射し、液晶素子に電圧を印加しない場合液晶層１０４で
光が旋光され、液晶素子に電圧を印加した場合光は旋光
されない。この光線はいずれもセル内反射板において反
射し、この際液晶層によって旋光されない光はそのまま
同様の経路と逆に通過して観察者側に出射される。これ
が白表示となり、また、液晶層によって旋光された場
合、反射した光線は偏光板３０２によって吸収されるた
め、観察者側には出射されず黒表示となり、同様に表示
が可能となる。

【００２５】本実施例はいずれもカラーフィルターにつ
いて言及しておらず、カラーフィルターなしの場合すな
わち白黒表示についての例としているが、カラー表示の
場合に於いても同様の条件で同様の効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明のように、本発明の液晶表示装
置においては、下記に記載する効果を有する。

【００２７】偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素
子からなる液晶層を用いた反射型液晶表示装置におい
て、従来ではそれぞれ別個としていた液晶パネルの上部
基板とフロントライトの導光板を共通化して利用するこ
とにより、補助光源までを含めた液晶パネルとしての薄
型化、また導光板分の軽量化が得られる。更に導光板の
厚みが無くなることによりその厚み分奥目感を解消でき
る。また、液晶表示装置としての製造工程に関しても簡
略化される。

【００２８】また、観察者側の偏光板上に光制御層と形
成することにより、液晶パネルの上部基板とフロントラ
イトの導光板を共通化した場合でも、偏光した光を液晶
層に入射することが可能であり、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶
などの透過偏光軸可変光学素子を用いた場合にも液晶表
示が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における液晶表示装置全体の構
成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例における液晶表示装置の構成を
示す断面図で、図１の一部を拡大した図である。

【図３】本発明の第二の実施例における液晶表示装置全
体の構成を示す断面図である。

【図４】従来の技術における液晶表示装置全体の構成を
示す断面図である。

【符号の説明】

１０１光制御層１０２第一の偏光板１０３上ガラス基板１０４液晶層１０５下ガラス基板１０６第二の偏光板１０７反射板１０８光源１０９リフレクター２０３配向膜３０２偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面に透明電極を有する一対の透明基板
間に偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子からな
る液晶層を挟持し、観察者側に配置した前記一対の透明
基板のうちの一方の透明基板上に第一の偏光層を有する
液晶表示装置において、前記第一の偏光層面上に凸凹を
形成してなる光制御層を配置し、前記一方の透明基板の
少なくとも一つの側面に配置した光源からの光線を前記
一方の透明基板に入射することにより照射を行うことを
特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記一対の透明基板のうちの他方の透明
基板面上に第二の偏光層を配置し、前記第二の偏光層面
上に反射層を配置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】内面に透明電極を有する一対の透明基板
間に偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子からな
る液晶層を挟持し、観察者側に配置した前記一対の透明
基板のうちの一方の透明基板上に偏光層を有する液晶表
示装置において、前記偏光層面上に凸凹を形成してなる
光制御層を配置するとともに、前記液晶層と前記一対の
透明基板のうちの他方の透明基板との間にセル内反射層
を配置し、前記一方の透明基板の少なくとも一つの側面
に配置した光源からの光線を前記一方の透明基板に入射
することにより照射を行うことを特徴とする液晶表示装
置。