JP2003131218A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反射表示のときも透過表示のときも、入射光を
効率良く利用して明るい表示を得ることができる反射／
透過型の液晶表示素子を提供する。 【解決手段】表示の観察側である前側の基板２とこの前
側基板２に対向する後側基板３の内面上にそれぞれ互い
に対向する領域により複数の画素を形成する電極４，５
を設け、これらの基板２，３間に液晶層１３を設けると
ともに、前記後側基板３の内面に、基板２，３面の法線
に対して一方の方向に傾斜する複数の傾斜反射膜９と、
これらの傾斜反射膜９の間に設けられた透光層１０との
複合層からなり、前記複数の傾斜反射膜９が、少なくと
も前記複数の画素に対応する領域の全域にわたって、前
記法線方向から見た前記傾斜反射膜９の幅よりも小さい
ピッチで形成された反射／透過層８を設けた。

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、反射／透過型の
液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子には、その使用環境の光で
ある外光を利用する反射表示を行なう反射型のものと、
後側に配置された光源からの照明光を利用する透過表示
を行なう透過型のものと、前記反射表示と透過表示の両
方の表示を行なう反射／透過型のものとがある。

【０００３】前記反射／透過型の液晶表示素子は、従
来、表示の観察側である前側の基板とこの前側基板に対
向する後側基板の内面上にそれぞれ互いに対向する領域
により複数の画素を形成する電極が設けられ、これらの
基板間に液晶層が設けられるとともに、前記液晶層より
も後側、例えば前記後側基板の外面に、多孔質の極薄金
属膜からなる半透過反射膜が設けられた構成となってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の反
射／透過型液晶表示素子は、前記半透過反射膜が、その
反射／透過率に応じた比率で入射光を反射および透過さ
せるため、反射表示のときも透過表示のときも、入射光
の利用効率が悪く、明るい表示が得られない。

【０００５】この発明は、反射表示のときも透過表示の
ときも、入射光を効率良く利用して明るい表示を得るこ
とができる反射／透過型の液晶表示素子を提供すること
を目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の液晶表示素子
は、表示の観察側である前側の基板とこの前側基板に対
向する後側基板の内面上にそれぞれ互いに対向する領域
により複数の画素を形成する電極が設けられ、これらの
基板間に液晶層が設けられるとともに、前記液晶層より
も後側に、前記基板面の法線に対して一方の方向に傾斜
する複数の傾斜反射膜と、これらの傾斜反射膜の間に設
けられた透光層との複合層からなり、前記複数の傾斜反
射膜が、少なくとも前記複数の画素に対応する領域の全
域にわたって、前記法線方向から見た前記傾斜反射膜の
幅よりも小さいピッチで形成された反射／透過層が設け
られていることを特徴とするものである。

【０００７】この発明の液晶表示素子によれば、液晶層
よりも後側に設けられた前記反射／透過層が、前側から
入射した光のほとんどを、前記ピッチで形成された複数
の傾斜反射膜により反射するとともに、後側から前記複
数の傾斜反射膜の間の透光層に入射した光のほとんど
を、前記透光層を挟んで隣り合う前記傾斜反射膜により
交互に反射しながら前記透光層内を導いて前側に出射す
るため、反射表示のときも透過表示のときも、入射光を
効率良く利用して明るい表示を得ることができる。

【０００８】この発明の液晶表示素子は、上記のよう
に、前記液晶層よりも後側に、前記基板面の法線に対し
て一方の方向に傾斜する複数の傾斜反射膜と、これらの
傾斜反射膜の間に設けられた透光層との複合層からな
り、前記複数の傾斜反射膜が、少なくとも前記複数の画
素に対応する領域の全域にわたって、前記法線方向から
見た前記傾斜反射膜の幅よりも小さいピッチで形成され
た反射／透過層を設けることにより、反射表示のときも
透過表示のときも、入射光を効率良く利用して明るい表
示を得ることができるようにしたものである。

【０００９】この発明の液晶表示素子において、前記反
射／透過層の複数の傾斜反射膜は、基板面の法線に対
し、後側から前側に向かって画面の下縁方向に傾いてい
るのが望ましく、さらに、前記反射／透過層の透光層は
拡散性を有しているのが好ましい。また、前記反射／透
過層は、後側基板の内面に設けるのが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１および図２はこの発明の一実
施例を示しており、図１は液晶表示素子の一部分の断面
図、図２は前記液晶表示素子の反射／透過層の拡大断面
図である。

【００１１】この液晶表示素子１は、表示の観察側であ
る前側の透明基板２とこの前側基板２に対向する後側の
透明基板３の内面上にそれぞれ互いに対向する領域によ
り複数の画素を形成する透明電極４，５が設けられ、こ
れらの基板２，３間に液晶層１３が設けられるととも
に、前記液晶層１３よりも後側、例えば後側基板３の内
面に反射／透過層８が設けられた構成となっている。

【００１２】なお、前記前側基板２と後側基板３は、そ
の周縁部において図示しない枠状のシール材を介して接
合されており、これらの基板２，３間の前記シール材で
囲まれた領域に前記液晶層１３が設けられている。

【００１３】この実施例の液晶表示素子１は、例えば単
純マトリックス型のものであり、一方の基板、例えば前
側基板２の内面上に設けられた電極４は、行方向（図１
において紙面に垂直な方向）に沿わせて互いに平行に形
成された複数の走査電極、他方の基板である後側基板３
の内面上に設けられた電極５は、列方向（図１において
紙面に平行な方向）に沿わせて互いに平行に形成された
複数の信号電極である。

【００１４】また、この液晶表示素子１は、前記複数の
走査電極４と信号電極５とが互いに対向する複数の画素
にそれぞれ対応させて複数の色、例えば赤、緑、青の３
色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを備えており、こ
れらのカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、いずれか一
方の基板、例えば前側基板２の内面に設けられている。

【００１５】なお、前記カラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６
Ｂの上には、透明絶縁膜からなるカラーフィルタ保護膜
７が設けられ、このカラーフィルタ保護膜７の上に、前
記走査電極４が形成されている。

【００１６】さらに、この液晶表示素子１は、ＳＴＮ
（スーパーツイステッドネマティック）型のものであ
り、前記液晶層１３の液晶分子は、前記一対の基板２，
３の最も内面にそれぞれ設けられた配向膜１１，１２に
よりそれぞれの基板２，３の近傍における配向方向を規
制され、両基板２，３間において１８０〜２７０度（好
ましくは２４０〜２６０度）のツイスト角でツイスト配
向している。

【００１７】また、前記前側基板２の前側と前記後側基
板３の後側にはそれぞれ偏光板１４，１５が配置されて
おり、さらに、前記前側基板２と前側の偏光板１４との
間と、前記後側基板３と後側の偏光板１５との間にはそ
れぞれ、前記液晶層１３の複屈折効果による透過光の帯
色を補償するためと、表示のコントラストを上げるため
の位相板１６，１７が配置されている。

【００１８】前記後側基板３の内面に設けられた反射／
透過層８は、図１および図２に示したように、前後の基
板２，３面の法線ｈに対して一方の方向に一定の角度θ
で傾斜する複数の傾斜反射膜９と、これらの傾斜反射膜
９の間に設けられた透光層１０との複合層からなってお
り、前記複数の傾斜反射膜９は、前記複数の画素に対応
する領域毎に、その領域の全域にわたって、前記基板
２，３面の法線ｈ方向から見た前記傾斜反射膜の幅Ｗよ
りも小さいピッチＰで互いに平行に形成されている。

【００１９】前記複数の傾斜反射膜９は、液晶表示素子
１の画面の横軸に沿った横長の反射膜であり、基板２，
３面の法線ｈに対し、液晶表示素子１の後側から前側に
向かって前記画面の下縁方向（図１および図２において
右方向）に傾いている。

【００２０】また、前記複数の傾斜反射膜９のピッチＰ
は、液晶表示素子１の画素幅（１００〜２００μｍ程
度）よりも充分に小さい値、例えば１０〜２０μｍ程度
に設定されている。

【００２１】この複数の傾斜反射膜９は、例えば、後側
基板３の内面にアルミニウム等の高い光反射率を有する
金属膜を蒸着またはスパッタにより被着させ、この金属
膜の上面を、前記法線ｈ方向から見た複数の傾斜反射膜
９の間隔に対応する幅の複数の平行なスリットが前記複
数の傾斜反射膜９のピッチＰに対応するピッチで形成さ
れたエッチングマスク（金属板からなるハードマスクま
たはフォトレジストにより形成されたレジストマスク）
によりマスクした後、ＥＣＲプラズマ装置等により、前
記法線ｈに対して一方の方向に一定角度傾いた方向から
プラズマを照射し、前記金属膜の前記エッチングマスク
の複数のスリットに対応する部分を、前記法線ｈに対し
て斜め方向にエッチングすることにより形成されてい
る。

【００２２】なお、前記複数の傾斜反射膜９は、上記の
方法に限らず、例えばスパッタ装置による傾斜成膜によ
り形成することもできる。

【００２３】また、前記透光層１０は、拡散性を有する
透明樹脂層からなっており、この透光層１０は、例え
ば、前記複数の傾斜反射膜９が形成された後側基板３の
内面上に拡散フィラーを分散させた透明樹脂を塗布して
前記透明樹脂を前記複数の傾斜反射膜９の間の空間に充
填し、その後に、前記透明樹脂を硬化させることにより
形成されている。

【００２４】この透光層１０は、その上面が連続した平
坦面になるように、前記傾斜反射膜９の高さ（基板２，
３面の法線ｈに沿った方向の高さ）よりも厚く形成され
ており、前記信号電極５は、前記透光層１０の上面に形
成されている。

【００２５】この液晶表示素子１は、充分な明るさの外
光が得られる環境下では、外光を利用する反射表示を行
ない、充分な明るさの外光が得られない環境下で使用さ
れるときに、液晶表示素子１の後側に配置された面光源
１８から照明光を出射させて、その照明光を利用する透
過表示を行なう反射／透過型液晶表示素子であり、反射
表示のときは、表示の観察側である前側から入射した外
光が図２に実線で示した透過経路で前側に出射し、透過
表示のときは、前記面光源１８からの照明光が図２に破
線で示した透過経路で前側に出射する。なお、反射表示
のときも透過表示のときも、透過光が反射／透過層８の
透光層１０により拡散されるが、図では便宜上、光の透
過経路を簡略化して示している。

【００２６】まず、外光を利用する反射表示について説
明すると、この液晶表示素子１は、反射表示を行なうと
きは、前記基板２，３面の法線ｈに対して画面の上縁側
（図１および図２において左側）にある程度傾いた方向
を最も明るい外光が得られる方向に向けて使用される。

【００２７】そのため、最も明るい外光は、前記法線ｈ
に対して前記画面の上縁側に傾いた方向から入射する。

【００２８】前記液晶表示素子１にその前側から入射し
た外光は、前側偏光板１４により、その透過軸に沿った
偏光成分の直線偏光とされ、その光が、前側位相板１６
を透過し、液晶層１３による液晶分子の配向状態に応じ
た複屈折作用を受けて前記反射／透過層８に入射する。

【００２９】前記反射／透過層８にその前面から入射し
た光は、拡散性を有する透光層１０により拡散されて複
数の傾斜反射膜９に入射し、その光のほとんどが前記複
数の傾斜反射膜９により反射され、透光層１０により再
び拡散されて前記反射／透過層８の前側に出射する。

【００３０】すなわち、前記複数の傾斜反射膜９は、複
数の画素に対応する領域毎に、その領域の全域にわたっ
て、基板２，３面の法線ｈ方向から見た前記傾斜反射膜
の幅Ｗよりも小さいピッチＰで互いに平行に形成されて
いるため、前記反射／透過層８にその前面から入射した
光のほとんどが、前記複数の傾斜反射膜９により反射さ
れて前記反射／透過層８の前側に出射する。

【００３１】すなわち、前記複数の傾斜反射膜９は、前
記複数の画素に対応する領域毎に、その領域の全域にわ
たって、基板２，３面の法線ｈ方向から見た前記傾斜反
射膜の幅Ｗよりも小さいピッチＰで互いに平行に形成さ
れているため、前記法線ｈ方向から前記複数の傾斜反射
膜９を見ると、これらの傾斜反射膜９が、それぞれの端
部同士が重なり合った一枚の反射膜のように見え、した
がって、前記反射／透過層８は、前記複数の画素に対応
する領域に入射した光を、きわめて高い反射率で反射す
る。

【００３２】また、前記複数の傾斜反射膜９は、前記基
板２，３面の法線ｈに対し、後側から前側に向かって画
面の上縁方向に傾斜しているため、最も明るい外光の入
射方向である前記法線ｈに対して画面の上縁側に傾いた
方向から入射した光を、前記複数の傾斜反射膜９によ
り、前記法線ｈに対する角度が小さくなる方向に向けて
反射する。

【００３３】そのため、前記複数の傾斜反射膜９により
反射され、前記透光層１０により拡散されて前記反射／
透過層８の前側に出射する光は、正面輝度（基板２，３
面の法線ｈ付近の方向から見た輝度）が高く、しかも輝
度分布が均一な光である。

【００３４】そして、前記反射／透過層８の前側に出射
した光は、前記液晶層１３と前側位相板１６を再び透過
して前側偏光板１４に入射し、その光のうち、前記前側
偏光板１４の透過軸に沿った光が、この前側偏光板１４
を透過して前側に出射する。

【００３５】次に、面光源１８からの照明光を利用する
透過表示について説明すると、前記面光源１８から出射
した照明光は、後側偏光板１５にその透過軸に沿った偏
光成分の直線偏光とされ、その光が、後側位相板１７を
透過して前記反射／透過層８に入射する。

【００３６】前記反射／透過層８にその後側から入射し
た光のうち、前記複数の傾斜反射膜９の後端面に入射し
た光は後側に反射されるが、前記複数の傾斜反射膜９の
間の透光層１０に入射した光は、そのほとんどが、前記
透光層１０を挟んで隣り合う傾斜反射膜９により交互に
反射されながら前記透光層１０内を導かれ、この透光層
１０により拡散されて前記反射／透過層８の前側に出射
する。

【００３７】そのため、前記反射／透過層８にその後側
から入射し、前記複数の傾斜反射膜９の間の透光層１０
を透過して前記反射／透過層８の前側に出射する光は、
輝度分布が均一な光である。

【００３８】そして、前記反射／透過層８の前側に出射
した光は、液晶層１３に入射して液晶分子の配向状態に
応じた複屈折作用を受け、さらに前側位相板１６を透過
して前側偏光板１４に入射し、その光のうち、前記前側
偏光板１４の透過軸に沿った光がこの前側偏光板１４を
透過して前側に出射する。

【００３９】なお、上述した透過表示のときは、前記反
射／透過層８にその後側から入射した光のうち、前記複
数の傾斜反射膜９の後端面に入射した光が後側に反射さ
れ、前記複数の傾斜反射膜９の間の透光層１０に入射し
た光が前記透光層１０内を導かれて前記反射／透過層８
の前側に出射するため、前記透過表示のときの前記反射
／透過層８の透過率は、前記傾斜反射膜９と透光層１０
の後端面の幅の比によって決まり、例えば、前記傾斜反
射膜９と透光層１０の後端面の幅の比が１：１であると
きの前記反射／透過層８の透過率は、理論上５０％であ
る。

【００４０】この反射／透過層８の透過率は、前記傾斜
反射膜９と透光層１０の後端面の幅の比を変えることに
より任意に設定することができ、前記透光層１０の後端
面幅を前記傾斜反射膜９の後端面幅よりも大きくするほ
ど、透過率を高くすることができる。

【００４１】その場合でも、前記複数の傾斜反射膜９
を、基板２，３面の法線ｈ方向から見た前記傾斜反射膜
の幅Ｗよりも小さいピッチＰで形成することにより、前
記反射／透過層８の反射率をきわめて高くすることがで
きる。

【００４２】この液晶表示素子によれば、前記反射／透
過層８が、前側から入射した光のほとんどを、前記ピッ
チＰで形成された複数の傾斜反射膜９により反射すると
ともに、後側から前記複数の傾斜反射膜９の間の透光層
１０に入射した光のほとんどを、前記透光層１０を挟ん
で隣り合う傾斜反射膜９により交互に反射しながら前記
透光層１０内を導いて前側に出射するため、反射表示の
ときも透過表示のときも、入射光を効率良く利用して明
るい表示を得ることができる。

【００４３】しかも、この実施例の液晶表示素子１は、
前記反射／透過層８の複数の傾斜反射膜９を、基板２，
３面の法線ｈに対し、後側から前側に向かって画面の下
縁方向に傾いた反射膜としているため、最も明るい外光
の入射方向である前記法線ｈに対して前記画面の上縁側
に傾いた方向から入射した光を、前記複数の傾斜反射膜
９により前記法線ｈに対する角度が小さくなる方向に向
けて反射することができ、したがって、正面輝度の高い
反射表示を得ることができる。この場合、前記傾斜反射
膜９の傾斜する角度θは、液晶表示素子１の上方斜から
入射する主要な外光が、前記傾斜反射膜９により反射し
て前記液晶表示素子１の法線ｈの方向へ反射するような
角度に設定されるのが望ましい。

【００４４】また、この実施例では、前記反射／透過層
８の透光層１０に拡散性をもたせているため、反射表示
のときも透過表示のときも、輝度分布が均一な良好な表
示を得ることができる。

【００４５】しかも、この実施例では、前記拡散性を有
する透光層１０を、その上面が連続した平坦面になるよ
うに、前記傾斜反射膜９の高さよりも厚く形成している
ため、前記複数の傾斜反射膜９と透光層１０との境界を
前側（観察側）から見えないようにし、良好な画質を得
ることができる。

【００４６】さらに、この実施例では、前記反射／透過
層８を後側基板３の内面に設けているため、光の入出射
面である前側偏光板１４の前面から前記反射／透過層８
の複数の傾斜反射膜９までの距離が小さく、したがっ
て、前側から入射した光の光路と、前記傾斜反射膜９に
より反射されて前側に出射する反射光の光路とのずれを
小さくし、複数の画素のうちの１つの画素を通って入射
した光の反射光が他の画素を通って出射することによる
反射表示の表示品質の低下を防ぐことができる。

【００４７】なお、上記実施例では、前記反射／透過層
８の複数の傾斜反射膜９を、複数の画素に対応する領域
毎に形成しているが、前記傾斜反射膜９は、前記反射／
透過層８の全域にわたって形成してもよい。

【００４８】また、上記実施例の液晶表示素子は、後側
基板３の内面に反射／透過層８を設けたものであるが、
前記反射／透過層８は、液晶層１３よりも後側であれ
ば、後側基板３の外面に設けてもよい。

【００４９】さらに、この実施例では、反射／透過層８
の透光層１０に拡散性をもたせているが、前記透光層１
０は拡散性をもたないものでもよく、また、前記反射／
透過層８を前記後側基板３の外面側に設ける場合は、前
記透光層１０を空気層としてもよい。

【００５０】また、上記実施例の液晶表示素子１はＳＴ
Ｎ型のものであるが、この発明は、液晶層１３の液晶分
子を略９０°のツイスト角でツイスト配向させたＴＮ
型、液晶分子を一方の方向に分子長軸が揃うようにホモ
ジニアス配向させたホモジニアス配向型、強誘電性液晶
または反強誘電性液晶を用いた液晶表示素子等にも適用
することができ、さらに、単純マトリックス型に限ら
ず、アクティブマトリックス型の液晶表示素子にも適用
することができる。

【００５１】

【発明の効果】この発明の液晶表示素子は、前記液晶層
よりも後側に、前記基板面の法線に対して一方の方向に
傾斜する複数の傾斜反射膜と、これらの傾斜反射膜の間
に設けられた透光層との複合層からなり、前記複数の傾
斜反射膜が、少なくとも前記複数の画素に対応する領域
の全域にわたって、前記法線方向から見た前記傾斜反射
膜の幅よりも小さいピッチで形成された反射／透過層を
設けたものであるため、反射表示のときも透過表示のと
きも、入射光を効率良く利用して明るい表示を得ること
ができる。

【００５２】この発明の液晶表示素子において、前記反
射／透過層の複数の傾斜反射膜は、基板面の法線に対
し、後側から前側に向かって画面の下縁方向に傾いた反
射膜とするのが望ましく、このようにすることにより、
最も明るい外光の入射方向である前記法線に対して前記
画面の上縁側に傾いた方向から入射した光を、前記複数
の傾斜反射膜により前記法線に対する角度が小さくなる
方向に向けて反射させ、正面輝度の高い反射表示を得る
ことができる。

【００５３】また、前記反射／透過層の透光層は拡散性
を有しているのが好ましく、このようにすることによ
り、反射表示のときも透過表示のときも、輝度分布が均
一な良好な表示を得ることができる。

【００５４】さらに、前記反射／透過層は、後側基板の
内面に設けるのが望ましく、このようにすることによ
り、前側から入射した光の光路と、前記傾斜反射膜によ
り反射されて前側に出射する反射光の光路とのずれを小
さくし、複数の画素のうちの１つの画素を通って入射し
た光の反射光が他の画素を通って出射することによる表
示品質の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す液晶表示素子の一部
分の断面図。

【図２】前記液晶表示素子の反射／透過層の拡大断面
図。

【符号の説明】

１…液晶表示素子 ２，３…基板 ４，５…電極 ８…反射／透過層 ９…傾斜反射膜 １０…透光層 １３…液晶層 １８…面光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示の観察側である前側の基板とこの前側
   基板に対向する後側基板の内面上にそれぞれ互いに対向
   する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、
   これらの基板間に液晶層が設けられるとともに、前記液
   晶層よりも後側に、前記基板面の法線に対して一方の方
   向に傾斜する複数の傾斜反射膜と、これらの傾斜反射膜
   の間に設けられた透光層との複合層からなり、前記複数
   の傾斜反射膜が、少なくとも前記複数の画素に対応する
   領域の全域にわたって、前記法線方向から見た前記傾斜
   反射膜の幅よりも小さいピッチで形成された反射／透過
   層が設けられていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】反射／透過層の複数の傾斜反射膜は、基板
   面の法線に対し、後側から前側に向かって画面の下縁方
   向に傾いていることを特徴とする請求項１に記載の液晶
   表示素子。
3. 【請求項３】反射／透過層の透光層は拡散性を有してい
   ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】反射／透過層は、後側基板の内面に設けら
   れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の液晶表示素子。