JP2003107442A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生産性がよく、アンチグレアー機能を与える補
助部材を構成する。 【解決手段】表側電極、表側基板間、裏側電極、裏側基
板が備えられ、表側電極と裏側電極の間に液晶層が配置
され、裏側電極自体が反射面とされるか、または裏側電
極のさらに裏側に反射層が配置されてなる反射型液晶表
示装置２０において、表基板の観察者側に、鋸歯形状を
有する透明媒体１０１が表側基板との間に空気層を設け
ずに、ほぼ屈折率が等しい材料を用いて密着して配置さ
れてなること特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置は各種の電子機器の表示装置
として使用されている。近年、携帯用電子情報端末の表
示装置としてさらに広く使用されるようになり、その表
示品位と表示できる情報量のさらなる改善が期待されて
いる。

【０００３】携帯用機器の電源供給能力には制限がある
ので、装置全体の消費電力を低減せしめることが必要で
ある。そのために、大きな電力が消費される光源の低電
力化が求められる。よって、周囲の外光を利用した反射
型表示装置が一般市販され始めている。しかし、反射型
液晶表示装置を蛍光灯下などで使用する際に新たな問題
が生じている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これは、透過型では起
こらなかったもので、反射型の動作モードにおける特有
な現象である。液晶表示装置の表示部表面からのグレア
ー光が起こり、観察者に視認される。そして、表示画面
の実効的なコントラスト比が低下し、表示の見栄えを著
しく悪化させることが指摘されている。そのような、グ
レアー光の発現を低下させる手法として、基板表面に凹
凸を設けたアンチグレア層や、誘電体干渉膜による反射
防止膜等が提案されている。

【０００５】しかしながら、アンチグレア層は散乱光が
発生し、表示コントラストを全体的に低下させる欠点が
ある。また、反射防止膜はグレアー光を完全になくすこ
とが困難で、生産コストが高く、汎用の製品に適用しに
くい等の問題がある。

【０００６】また、鋸歯形状を有する傾斜反射層を表示
部の裏側（反観察者側）に配置して、グレアー光を避け
る手法も提案されている。しかし、液晶基板の外部に傾
斜反射層を配置する場合には、影が強く発生して２重像
が見えるという新たな問題が生ずる。これを解消するた
めに、セル内の液晶層側に配置する方法も提案されてい
るが製造が相当困難である。

【０００７】また、ホログラム技術を用いた手法も提案
されている。ホログラムを反射層として用いたり、光路
を変更し得る光学層として用いて、グレアを回避する。
しかし、ホログラムは製造が困難でかつ高価であるとい
う生産上の大きな問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は上述
した問題点を解決するものであり、本発明の第１の態様
は、表側電極、表側基板、裏側電極、裏側基板が備えら
れ、表側電極と裏側電極の間に液晶層が配置され、裏側
電極自体が反射面として機能するかまたは裏側電極のさ
らに裏側に反射層が配置されてなる反射型液晶表示装置
において、表基板の観察者側に、表側基板の屈折率と屈
折率差が０．２以内である材料を用いた観察者側に向け
て突出した鋸歯形状を有する透明媒体が表側基板の表面
側に配置されてなること特徴とする反射型液晶表示装置
を提供する。

【０００９】また、第２の態様は、裏側基板の液晶層側
に反射層が設けられてなる態様１に記載の反射型液晶表
示装置を提供する。

【００１０】また、態様３は表基板と前記透明媒体との
間に、光拡散層が設けられてなる態様１または２に記載
の反射型液晶表示装置を提供する。

【００１１】また、態様４は前記透明媒体は３００μｍ
以下のピッチで、連続的に鋸歯形状が形成されてなる態
様１、２または３に記載の反射型液晶表示装置を提供す
る。

【００１２】また、態様５は前記透明媒体の屈折率ｎと
表基板面に対する鋸歯形状の傾き角α°が下記式１、式
２、式３および式４を同時に満足する態様１、２、３ま
たは４に記載の反射型液晶表示装置を提供する。

【００１３】

【数２】

【００１４】また、請求項６は液晶層よりも表側にフロ
ントライトが配置されてなる態様１、２、３、４または
５に記載の反射型液晶表示装置を提供する。

【００１５】また、態様７は反射層が半透過反射性の機
能を備え、前記半透過反射層の裏側にバックライトが設
けられてなる態様１、２、３、４または５に記載の反射
型液晶表示装置を提供する。この態様７の反射型液晶表
示装置は、いわゆる半透過反射型の表示装置として機能
し得るものである。

【００１６】上記の各態様において、透明媒体と表側基
板との間には、両者と屈折率が大きく異ならない透明性
の物体を置くようにする。屈折率が１である空気はもち
ろん、屈折率差が０．２以内となる物体を排除するよう
にする。好ましくは、０．１以内とする。多くの使用態
様にあっては、透明媒体を表基板と密着させるように設
けるが、その際は屈折率差が小さい接着剤で貼り付けた
り、中間部材を配置したりすることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に用いる鋸歯形状を有する
透明媒体の作用を図２を参照して説明する。鋸歯形状を
有する透明媒体は表基板に対してαの傾斜角度を持つよ
うに、観察者側にその鋸歯形状が突出するように配置さ
れ、その屈折率をｎとする。

【００１８】表側基板の表面に対して垂直方向からθ_１
の角度を持って入射した光は、鋸歯形状の表面で屈折
し、液晶表示装置２０の反射層にβの角度で入射する。
反射層において光は拡散するが、主にβの角度で反射
し、鋸歯形状を通過して鋸歯形状の透明媒体から出射し
た光はθ_２の角度を有する。鋸歯形状の傾斜面で反射す
る光はθ_３の角度を持って反射する。よって、下記式
２、式４および式５が成立する。

【００１９】

【数３】

【００２０】この場合、観察者が液晶表示装置の表示部
から戻ってくる表面反射のグレアを見ないことが必要で
ある。そして、観察者が液晶表示装置の表示画面の表示
光の反射強度が最大となる角度で見るためには、θ_３−
θ_２の角度をある程度以上の大きさにすることが必要と
なる。少なくとも、θ_３−θ_２が１０°以上であること
が好ましい。さらには、２０°以上であることが好まし
い。

【００２１】以下、透明媒体としてアクリル系樹脂を用
いた例をあげ、その表面に鋸歯形状を形成した場合につ
いて説明する。

【００２２】アクリル系樹脂のポリメタクリル酸メチル
（ＰＭＭＡ）を用いる。屈折率ｎは約１．４９であり、
傾斜角αを１０°とすると、入射角θ_１が３０°の場
合、θ _２は約１８°、θ_３は５０°となる。よって、θ
_３−θ_２は３２°となるので、観察者が十分グレアを回
避して明るい表示を見ることができる。屈折率ｎが約
１．４９で、θ_３−θ_２が１０°以上となる場合には、
αを３．１°以上とする必要がある。

【００２３】鋸歯形状のピッチは観察者が見ても、表示
画面上で鋸歯を重ねて見たとしても、鋸歯の筋が気にな
らずに、液晶の表示画面を見ることができることが必要
である。そのため、鋸歯形状のピッチを３００μｍ以下
にすることが好ましい。さらに、５０μｍ以下とすれば
スジをほとんど視認することがなくなるので好ましい。

【００２４】また、鋸歯形状のピッチと、画素のピッチ
によるモアレが発生するのでモアレ対策が必要である。
一般に直視タイプの反射型液晶表示の画素サイズは５０
０〜１５０μｍ程度であり、この画素サイズより数値的
に大きく離れた、３０μｍ以下のピッチとすれば、モア
レの発生はかなり小さくなる。

【００２５】以上説明したように、モアレが発生しない
ように、画素ピッチに対して鋸歯形状のピッチの大きさ
に有意差を設ければよいことがわかる。しかし、各種の
製品毎に、それぞれ異なる鋸歯形状を有する透明媒体を
製造することは困難である。また、生産案コストがきわ
めて高くなる。

【００２６】よって、モアレを回避する別の方法とし
て、観察者側に位置する表基板と鋸歯形状の透明媒体と
の間に、光拡散層を配置することが考えられる。光拡散
層の拡散レベルとしては、ヘーズ値で１５〜８０がよ
い。好ましくは、４０〜６５がよい。光拡散性が弱いと
モアレが完全には消滅せず、また光拡散性が高すぎると
反射強度が小さくなり、表示画面が暗くなるという問題
が生ずる。ここで、ヘーズとは拡散透過率／全光線透過
率で与えられる指標値とする。また、バックライトと半
透過反射層を併用した半透過型の動作モードの表示装置
としても使用できる。半透過反射層としては、ＡｌやＡ
ｇなどの金属層を薄く形成した反射層を用いる手法や、
ＡｌやＡｇなどの金属層の平面方向に部分的にスリット
を設ける手法がある。また、金属以外の無機物や有機物
を多層にすることにより半透過反射層として機能させて
もよい。

【００２７】鋸歯形状の透明媒体を設けると、バックラ
イトから垂直に出た光が、鋸歯形状の透明媒体からは垂
直に出射しないようになる。図６にその光路図を示す。
一般にバックライトは垂直に出射光のピークが生ずるよ
うに設計されている。そのため、斜め方向に最も明るい
視野ゾーンができるようになる。それを回避するため
に、観察者側の鋸歯形状に対して点対称の配置で鋸歯形
状を、バックライトと液晶表示装置の間に配置する。

【００２８】その配置状態を図５に示す。このようにす
れば、バックライトの垂直光が鋸歯形状から出射された
ときも、表示光はほぼ基板面に対して垂直に出射され
る。または、バックライトの配光分布を変えて、液晶表
示装置を垂直で見たときに最も明るくなるように設計し
てもよい。

【００２９】照明方法としては、バックライト以外にフ
ロントライトを用いてもよい。その場合、フロントライ
トから液晶表示装置に入射する配光分布が、鋸歯形状の
配置と合っていることが必要である。

【００３０】

【実施例】（例１）つぎに、図面を参照しながら本発明
の実施例について説明する。図１に本発明の半透過反射
型液晶表示装置の模式的断面図を示す。偏光板を２枚利
用し、カラーフイルタを備えた反射型カラー液晶表示装
置である。その液晶セルは以下のようにして作成した。

【００３１】０．５ｍｍ厚のガラス基板４上に設けられ
たＩＴＯ透明電極５をストライプ状にパターニングし、
絶縁膜を形成し、ポリイミドの配向膜６を形成し、これ
をラビングして配向制御膜を形成し片側の基板を作成し
た。

【００３２】また、もう片方のガラス基板上に凹凸層を
設けその上に半透過反射層１３を形成し、ストライプ状
の赤、緑、青のカラーフイルタ１２を設け、その上にス
トライプ状にＩＴＯ透明電極１０をパターニング形成
し、絶縁膜を形成し、ポリイミドの配向膜９を形成し、
これをラビングして配向制御膜を形成し片側の基板を作
成した。

【００３３】このようにして作成した二枚の基板の周辺
をシール材８でシールして、液晶セルを形成し、カイラ
ル剤を含有したネマチック液晶を注入し、注入孔を封止
材で封止した。液晶層７は２４０°ツイストのＳＴＮ液
晶を用い、Δｎ・ｄとしては０．７６μｍに設定した。
ねじれ位相差板２は液晶層７のツイスト方向とは逆に１
８０°であり、Δｎ・ｄは０．６４２μｍ、位相差板１
５のΔｎ・ｄは０．１３５μｍとした。

【００３４】偏光板１と１６は所定の角度をなすように
調整した。表示としては、電圧無印加時に低輝度を実現
し、電圧印加に伴い高輝度を実現するような表示モード
(ネガモード)を採用した。

【００３５】バックライト１７は、裏側偏光板１６の背
後に設置し、外光による反射が弱いときに補助光源とし
て用いるようにした。表示部の最小単位は、３０５μｍ
×９５μｍであり、線間は１０μｍとした。よって周期
は横方向１０５μｍで、縦方向は３１５μｍである。

【００３６】鋸歯形状の透明媒体１０１の材料には上述
したようにアクリル系樹脂を用いた。屈折率ｎ＝１．４
９であり、α＝１１°に設定した。鋸歯形状の水平方向
のピッチは約５００μｍを用いた。光拡散層３にはヘー
ズ値で４５％のビーズ型光拡散層を用いた。光拡散層が
無い場合には、モアレが感じられたが、光拡散層３を配
置することによりモアレは低減し、通常の使用上で問題
がない表示品位となった。

【００３７】以上の構成を有する本発明の反射型液晶表
示装置に対し、−３０°方向から光を入射させた場合
の、反射光の角度依存性を測定したところ、図７の結果
が得られた。比較のために、鋸歯形状の透明媒体１０１
が無い場合の結果をあわせて示している。

【００３８】鋸歯形状の透明媒体１０１が無い場合に
は、３０°のグレア近傍で反射強度が最大となり、３０
°近傍を中心にして反射強度が低くなる。表示画面を見
る場合にはグレア光を避けるため、最も明るいところで
は見ることができず、たとえば、グレアより２０°程度
外れた視野ゾーンで表示画面を見なければならない。す
ると、最適な視野角条件で見ることができないので、暗
い表示を見ることになる。一方、鋸歯形状の透明媒体１
０１が存在する場合には、グレア光（θ_３）は５２°近
傍に発生し、液晶表示装置の反射板から反射してくる光
は約１７°（θ₂）の角度で強度最大となる。グレア角
から約３５°外れているためにグレアを避けて明るい表
示を見ることができる。１０°の角度で比べると、鋸歯
形状の透明媒体１０１が存在する場合、約６０％反射強
度の向上が図られる。

【００３９】また、図３に示すように、携帯電話等に使
われるときには液晶表示装置の外側に保護カバー１８が
設けられる。この構成の場合、保護カバー１８のグレア
光が表示品位を落とす。本例では、鋸歯形状の透明媒体
１０１によって保護カバーのグレア光に対して約１３°
の角度の差を生ずるようにしているので、保護カバー１
８に起因するグレア光を回避できる。よって、明るい表
示を見ることができる。

【００４０】（例２）鋸歯形状の透明媒体１０１の材料
として例１と同様に屈折率ｎ＝１．４９のアクリル系樹
脂を用い、α＝２４°に設定した。鋸歯形状のピッチは
約１５３μｍとした。本例の反射型液晶表示装置に−３
０°方向から光を入射させた場合の反射光の角度依存性
を測定したところ、グレア光（θ_３）は７８°近傍に発
生し、液晶表示装置の反射層から反射してくる光は約
１．１°（θ_２）の角度で強度最大となった。θ_２がほ
ぼ０°に近いため、図４に示すように、３０°斜めから
入ってきた光に対してほぼ垂直に明るい表示を見ること
ができた。

【００４１】（例３）液晶パネルがＴＦＴ駆動である以
外は例１と同様の構成とした。本例においてもグレア光
を回避することができ、明るい表示を見ることができ
た。なお、上記の各例ではアクリル系樹脂を用いたが、
屈折率の条件、精密加工性等の条件を満足するものであ
れば、他のプラスチック材料を本発明に使用できる。

【００４２】

【発明の効果】本方式の鋸歯形状の透明媒体を用いた反
射型液晶表示装置および半透過反射型液晶表示装置にお
いては、グレアを避けて明るい表示を見ることができ
る。本発明の反射型液晶表示装置、特にカラーフイルタ
ーを用いてカラー表示をするようにし、半透過型で動作
させる反射型液晶表示装置は、屋外での使用を前提とす
る、携帯用の電子機器、たとえば、携帯電話、電子手
帳、電子ブック、電子辞書、携帯情報端末（ＰＤＡ）、
ぺージャー、携帯位置検出装置（ＧＰＳ）、携帯魚群探
知機、携帯ゲーム機、などに用いた場合に、その良好な
視認性、表現力と合わせて高い機能性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を説明する模式的断面
図。

【図２】本発明の鋸歯形状を有する透明媒体を説明する
模式的断面図。

【図３】保護カバーがある場合の模式的断面図。

【図４】本発明を観察者が見る場合の模式的説明。

【図５】バックライトからの光の進行方向を示す模式的
断面図。

【図６】バックライトからの光の進行方向を示す模式的
断面図。

【図７】−３０°の角度より入射した場合の反射光強度
の角度依存性を示す説明図。

【符号の説明】

１：フロント偏光板 ２：位相差板 ３：拡散層 ４、１４：透明基板 ５、１０：透明電極 ６、９：配向膜 ７：液晶層 ８：シール材 １１：平滑化層 １２：カラーフィルタ １３：半透過反射層 １５：位相差板 １６：リア側偏光板 １７：バックライト ２０：反射型液晶表示装置 １０１：透明媒体

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 BA02 BA13 BA20 CA12 CA17 2H091 FA11X FA14Z FA19Z FA31X FA41Z LA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表側電極、表側基板、裏側電極、裏側基板
   が備えられ、表側電極と裏側電極の間に液晶層が配置さ
   れ、裏側電極自体が反射面として機能するかまたは裏側
   電極のさらに裏側に反射層が配置されてなる反射型液晶
   表示装置において、表基板の観察者側に、表側基板の屈
   折率と屈折率差が０．２以内である材料を用いた観察者
   側に向けて突出した鋸歯形状を有する透明媒体が表側基
   板の表面側に配置されてなること特徴とする反射型液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】裏側基板の液晶層側に反射層が設けられて
   なる請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
3. 【請求項３】表側基板と前記透明媒体との間に光拡散層
   が設けられてなる請求項１または２に記載の反射型液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】前記透明媒体は３００μｍ以下のピッチ
   で、連続的に鋸歯形状が形成されてなる請求項１、２ま
   たは３に記載の反射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】前記透明媒体の屈折率ｎと表側基板の表面
   に対する鋸歯形状の傾き角α°が下記式１、式２、式３
   および式４を同時に満足する請求項１、２、３または４
   に記載の反射型液晶表示装置。 【数１】
6. 【請求項６】液晶層よりも表側にフロントライトが配置
   されてなる請求項１、２、３、４または５に記載の反射
   型液晶表示装置。
7. 【請求項７】裏側基板と裏側電極が透明であり、反射層
   が半透過反射性の機能を備え、裏側基板の裏側にバック
   ライトが設けられてなる請求項１、２、３、４または５
   に記載の反射型液晶表示装置。