JP2004038000A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角及び正面輝度が充分で且つコントラストも良い良好な表示品質を得ることができる反射型の液晶表示素子を提供する。
【解決手段】液晶セル１の前側に１枚の偏光板１２を配置し、前記液晶セル１の後側基板３の内面に光反射膜７を設けるとともに、前記液晶セル１と前記偏光板１２との間に拡散層１４，１５を２層に設け、これらの拡散層１４，１５のヘイズ値の合計値を１００〜２５０の範囲内に設定した。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射表示を行なう液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部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との間に液晶層が設けられた液晶セルと、前記液晶セルの少なくとも前側に配置された偏光板と、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた反射手段とからなっている。
【０００３】
なお、この反射型液晶表示素子には、前記液晶セルの前側と後側とに偏光板を配置した２枚偏光板タイプのものと、前記液晶セルの前側だけに１枚の偏光板を配置した１枚偏光板タイプものとがあり、２枚偏光板タイプの液晶表示素子は、後側の偏光板の背後に反射手段を設けた構成とされ、１枚偏光板タイプの液晶表示素子は、前記液晶セルの後側側基板の外面または内面に反射手段を設けた構成とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶表示素子は、その表示の視野角（表示を充分なコントラストで観察できる観察角度範囲）が狭く、特に、液晶セルの液晶層の液晶分子の初期配向状態がツイスト配向であるＴＮ（ツイステッドネマティック）型またはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型の液晶表示素子は、視野角が狭い。
【０００５】
また、反射型の液晶表示素子は、通常、画面の法線に対してある程度傾いた方向を外部環境のうちの最も明るい方向に向けて使用されるため、前側から入射し、反射手段により反射された光のうち、輝度の高い反射光の出射方向が、画面の法線に対して外光の入射方向とは反対側に傾いた方向であり、したがって、正面方向（画面の法線付近の方向）から観察される表示の輝度が低く、表示が暗いという問題をもっている。
【０００６】
そのため、反射型の液晶表示素子では、反射手段を拡散反射膜とすることにより、拡散された反射光を前側に出射して、視野角を広くするとともに正面輝度を高くするようにしている。
【０００７】
しかし、前記拡散層または拡散反射膜による光拡散効果を強めすぎると、表示のコントラストが低下するという問題が発生する。
【０００８】
この発明は、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質の反射表示を行なうことができる液晶表示素子を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【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との間に液晶層が設けられた液晶セルと、前記液晶セルの少なくとも前側に配置された偏光板と、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた光反射手段と、前記液晶セルとその前側に配置された前記偏光板との間に設けられた複数の拡散層とからなり、前記複数の拡散層のヘイズ値の合計値が１００〜２５０の範囲内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この液晶表示素子によれば、液晶セルとその前側に配置された偏光板との間に複数の拡散層を設け、これらの拡散層のヘイズ値の合計値を１００〜２５０の範囲内に設定しているため、前側から入射し、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた光反射手段により反射されて前側に出射する光を、前記複数の拡散層により、良好なコントラストが得られる範囲内で充分に拡散することができ、したがって、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質の反射表示を行なうことができる。
【００１１】
このように、この発明の液晶表示素子は、液晶セルの少なくとも前側に配置された偏光板と、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた反射手段と、前記液晶セルとその前側に配置された前記偏光板との間に設けられた複数の拡散層とを備え、前記複数の拡散層のヘイズ値の合計値を１００〜２５０の範囲内に設定することにより、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質の反射表示を行なうことができるようにしたものである。
【００１２】
この発明の液晶表示素子においては、前記拡散層の数を２層とし、その２層の拡散層のヘイズ値の合計値を１００〜１８０に設定するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施例を示す液晶表示素子の断面図である。
【００１４】
この実施例の液晶表示素子は、１枚偏光板タイプの反射型液晶表示素子であり、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との間に液晶層４が設けられた液晶セル１と、前記液晶セル１の前側に配置された１枚の偏光板１２と、前記液晶セル１と偏光板１２との間に配置された位相差板１３と、前記液晶層４より後側に配置された反射手段と、前記液晶セル１と前記偏光板１１との間であって、本例では前記位相差板１３と前記液晶セル１との間に設けられた複数、例えば２層の拡散層１４，１５とからなっている。
【００１５】
前記液晶セル１は、単純マトリクス型のものであり、その前後一対の基板２，３のうち、一方の基板、例えば前側基板２の内面（後側基板３に対向する面）に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる複数本の信号電極５が例えば行方向に平行に延在させて形成され、これらの信号電極５を覆って配向膜６が積層されている。
【００１６】
一方、他方の基板である後側基板３の内面（前側基板２に対向する面）には、アルミニウム膜等の金属膜からなる光反射膜７が略全面に被覆され、この光反射膜７上に、複数の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが、前記信号電極５の延在方向と同じ行方向に平行に延在させてストライプ状に形成されている。
【００１７】
さらに、前記３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂからなるカラーフィルタ層８の上には、透明な絶縁保護膜９が積層されており、この絶縁保護膜９上に、前記信号電極５に直交する列方向に平行に延在させて、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる複数本の走査電極１０が形成され、これらの走査電極１０を覆って配向膜１１が積層されている。
【００１８】
なお、前記一対の基板２，３は、図示してい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間の前記シール材により囲まれた領域に液晶が封入されて液晶層４が設けられている。
【００１９】
また、この実施例の液晶表示素子は、前記液晶セル１の液晶層１０の液晶分子を一対の基板２，３間において２３０°〜２６０°のツイスト角でツイスト配向させたＳＴＮ型のものであり、前記位相差板１３は、前記液晶層４の複屈折作用による表示の帯色を補償するために設けられている。
【００２０】
この位相差板１３は、高分子液晶からなる捩れ液晶フィルムであり、例えば前記液晶セル１の液晶層４の液晶分子のツイスト角が２５０°、液晶の屈折率異方性Δｎが０．１４５、液晶層厚ｄが６．０μｍで、そのΔｎｄが８７０ｎｍである場合は、分子配列の捩れ方向が前記液晶層１０の液晶分子のツイスト方向と逆で、且つ、分子配列の捩れ角が１７５°、リタデーションが７５０ｎｍのものが好ましい。
【００２１】
また、前記２つの拡散層１４，１５は、前記液晶セル１と前記位相差板１３との間に互いに積層して配置されている。
【００２２】
本例における拡散層１４，１５は、双方共に、光散乱粒子が混入された粘着剤層で構成されている。なお、これら拡散層１４，１５は、双方共に光散乱粒子が混入された透明樹脂フィルムからなる拡散フィルムで構成してもよく、或いは、何れか一方の拡散層を光散乱粒子が混入された粘着剤層とし、他方の拡散層を光散乱粒子が混入された透明樹脂フィルムからなる拡散フィルムとしてもよい。また、前記拡散フィルムは、光散乱粒子が混入された透明樹脂フィルムに限らず、表面を粗面化された透明樹脂フィルムでもよい。
【００２３】
そして、前記位相差板１３は、前記第２の拡散層１５の前面に貼付けられ、前記偏光板１２は、図示しない粘着剤により前記位相差板１３の前面に貼付けられている。
【００２４】
さらに、この液晶表示素子では、前記第１と第２の拡散層１４，１５のうち第１の拡散層１４のヘイズ値をできるだけ大きくし、第２の拡散層１５のヘイズ値を前記第１の拡散層１４のヘイズ値に応じて選択することにより、両方の拡散層１４，１５のヘイズ値の合計値を１００〜１８０の範囲内に設定している。
【００２５】
なお、前記拡散層１４，１５の個々のヘイズ値は、拡散光の透過率と全ての光線の透過率との比の値であり、
ヘイズ値（％）＝拡散光透過率／全光線透過率×１００
で表わされる。
【００２６】
ここで、第１の拡散層１４として、ヘイズ値が８２のものを用い、第２の拡散層１５中の粒子混入量を加減することにより前記第２の拡散層１５のヘイズ値を１８〜９８の範囲内の値に調整して、両方の拡散層１４，１５のヘイズ値の合計値を１００〜１８０の範囲内に設定している。
【００２７】
この液晶表示素子は、外部環境の光である外光を利用する反射表示を行なうものであり、表示の観察側である前側から入射した外光は、液晶表示素子の最も前側の偏光板１２によりその吸収軸に沿った偏光成分を吸収され、前記偏光板１２の透過軸に沿った偏光成分の直線偏光光となって位相差板１３に入射し、この位相差板１３による複屈折作用を受け、さらに第２の拡散層１５及び第１の拡散層１４により拡散されて液晶セル１に入射する。
【００２８】
前記液晶セル１に入射した光は、液晶層４による複屈折作用を受けて、その後側基板３の内面に形成された光反射膜７より鏡面反射され、前記液晶層４を再び透過して液晶セル１の前側に出射する。
【００２９】
そして、前記液晶セル１の前側に出射した光は、前記第１の拡散層１４及び第２の拡散層１５により再び拡散され、前記位相差板１３を透過して前記偏光板１２にその後側から入射し、その光のうち、前記偏光板１２の吸収軸に沿った偏光成分の光が吸収され、前記偏光板１２の透過軸に沿った偏光成分の光が前側に出射する。
【００３０】
この液晶表示素子は、前記液晶セル１の液晶層４の液晶分子の初期配向状態がツイスト配向であるＳＴＮ型のものであるが、前側からの入射光が前記第２の拡散層１５及び第１の拡散層１４により拡散されて液晶セル１に入射し、その後側基板３の内面の光反射膜７により反射された光が、前記第１の拡散層１４及び第２の拡散層１５により再び拡散されて前側に出射するため、表示の視野角を広くすることができる。
【００３１】
また、この液晶表示素子は、通常、［発明が解決しようとする課題］の項でも説明したように、画面の法線に対してある程度傾いた方向を外部環境のうちの最も明るい方向に向けて使用されるため、最も明るい外光の入射方向は、表示の観察方向である正面方向（画面の法線付近の方向）から斜めにずれた方向であるが、前側から入射し、前記反射手段１３により反射されて前側に出射する光が、その過程で前記第１の拡散層１４及び第２の拡散層１５により拡散されるため、正面方向の方向に出射する光の輝度を高くし、表示の正面輝度を向上させることができる。
【００３２】
そして、この液晶表示素子では、前記第１と第２の拡散層１４，１５のヘイズ値の合計値を上述したように１００〜１８０の範囲内に設定しているため、前側から入射し、前記光反射膜７により反射されて前側に出射する光を、良好なコントラストが得られる範囲内で充分に拡散することができ、したがって、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質を得ることができる。
【００３３】
なお、上記実施例では第１と第２の２つの拡散層１４，１５を備えているが、拡散層の数は２層に限らず３層以上としてもよく、拡散層数を多くすることにより、これらの拡散層のヘイズ値の合計値をさらに大きくすることができる。
【００３４】
その場合、複数の拡散層のヘイズ値の合計値は、１００〜２５０の範囲内に設定すればよく、このようにすることにより、前側から入射し、前記反射手段１３により反射されて前側に出射する光を、良好なコントラストが得られる範囲内で充分に拡散し、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質の反射表示を行なうことができる。
【００３５】
次の［表１］は、前記液晶セル１と位相差板１２との間に配置する拡散層の数を１層、２層、３層、４層のいずれかにし、その合計ヘイズ値（拡散層が１層の場合はその拡散層のヘイズ値）を種々の値に設定した複数の試験用液晶表示素子を試作し、これらの液晶表示素子の画面の法線に対して０°方向及び６°方向に出射する反射光の反射率Ａ，Ｂと、その反射率比Ａ／Ｂと、前記０°方向及び６°方向から表示を観察したときのコントラストとを調べた結果を示している。
【００３６】
【表１】

【００３７】
この［表１］において、０°反射率Ａ及び６°反射率Ｂは、液晶表示素子への入射光の輝度に対する０°方向及び６°方向に出射する反射光の輝度の比であり、いずれも明表示のときの値である。また、［表１］において、０°コントラストは、明表示のときの０°反射率に対する暗表示のときの０°反射率の比であり、６°コントラストは、明表示のときの６°反射率に対する暗表示のときの６°反射率の比である。
【００３８】
前記反射率は、図２に示したように、輝度計を定位置に配置し、この輝度計の後方に、前記輝度計の光軸Ｏ上の一点に対して一方の方向に２０°傾いた方向から光を照射する第１の直管状蛍光灯と、前記光軸Ｏ上の一点に対して他方の方向に１０°傾いた方向から光を照射する第２の直管状蛍光灯とを互いに平行に配置した測定装置により測定したものであり、０°反射率は、液晶表示素子を図２に実線で示したように、その画面の中心を前記輝度計の光軸Ｏ上の一点に一致させるとともに前記画面の法線ｈを前記輝度計の光軸Ｏに一致させて配置して測定し、６°反射率は、液晶表示素子を図２に仮想線（二点鎖線）で示したように、その画面の中心を前記輝度計の光軸Ｏ上の一点に一致させるとともに前記画面の法線ｈを前記輝度計の光軸Ｏに対して前記第１の直管状蛍光灯の配置側に６°傾けて配置して測定した。
【００３９】
まず、反射型の液晶表示素子の望ましい視野角と正面輝度とコントラストについて説明すると、反射型液晶表示素子の視野角は、前記０°反射率Ａと６°反射率Ｂとの比Ａ／Ｂにより評価することができ、その値が０．５以上であれば、充分満足できる視野角が得られる。
【００４０】
また、正面輝度は、前記０°反射率により評価することができ、その値が１５以上であれば、充分満足できる正面輝度が得られる。
【００４１】
さらに、コントラストは、前記０°コントラスト及び６°コントラストにより評価することができ、その値がいずれも４．０以上であれば、充分満足できる正面輝度が得られる。
【００４２】
このような条件で上述した各試験用液晶表示素子を評価すると、［表１］のように、拡散層の合計ヘイズ値が８２．０または９１．０の液晶表示素子は、０°コントラストが５．８以上、６°コントラストが５．８以上であるが、０°反射率Ａと６°反射率Ｂとの比Ａ／Ｂの値が０．４５以下、０°反射率Ａが１４．４以下であり、充分な視野角と正面輝度が得られない。
【００４３】
一方、拡散層の合計ヘイズ値が２６０．０または２７３．０の液晶表示素子は、０°反射率Ａと６°反射率Ｂとの比Ａ／Ｂの値が０．６６以上、０°反射率Ａが１４．６以上であり、充分な視野角と正面輝度が得られるが、その反面、６°コントラストが３．９以下であり、表示の観察方向が正面方向から僅かにずれただけでもコントラストが極端に悪くなる。
【００４４】
それに対して、拡散層の合計ヘイズ値が１００〜２５０の範囲内である液晶表示素子は、いずれも、０°反射率Ａと６°反射率Ｂとの比Ａ／Ｂの値が０．５以上、０°反射率Ａが１５．５以上であり、充分な視野角と正面輝度が得られるとともに、０°コントラストが６．４以上、６°コントラストが４．３以上であり、充分なコントラストが得られる。
【００４５】
なお、上記実施例では、液晶セル１とその前側に配置された位相差板１３との間に、第１と第２の拡散層１４，１５を互いに積層して配置しているが、前記第１と第２の拡散層１４，１５は、前記位相差板１３を挟んで、液晶セル１と位相差板１３との間と、前記位相差板１３とその前側に配置された偏光板１２との間とに配置してもよい。
【００４６】
これは、上述したように、拡散層の数を３層以上とし、これらの拡散層のヘイズ値の合計値を１００〜２５０の範囲内に設定する場合も同様であり、例えば拡散層数を３層とするときは、その全ての拡散層を液晶セル１と位相差板１３との間に互いに積層して配置しても、あるいは、前記３層の拡散層のうちの１つまたは２つを液晶セル１と位相差板１３との間に配置し、他の拡散層を前記位相差板１３とその前側に配置された偏光板１２との間に配置してもよい。
【００４７】
また、上記実施例では、後側基板３の内面の複数の画素電極４前記液晶セル１の後側基板３の内面上に光反射手段として鏡面反射膜からなる光反射膜７を形成しているが、後側基板３の内面の複数の走査電極１０をアルミニウム膜等の鏡面反射可能な金属膜で形成し、光反射膜を省略することもできる。さらに、光反射手段は、前記液晶セル１の液晶層１０よりも後側であれば、前記後側基板３の外面に鏡面反射膜を配置して形成してもよい。
【００４８】
さらに、上記実施例の液晶表示素子は、液晶セル１の前側だけに１枚の偏光板１２を配置した１枚偏光板タイプの反射型液晶表示素子であるが、この発明は、液晶セルの前側と後側とに偏光板を配置した２枚偏光板タイプの反射型液晶表示素子にも適用することができる。
【００４９】
また、この発明は、外光を利用する反射表示だけを行なうものに限らず、充分な明るさの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はバックライトからの照明光を利用する透過表示を行なう反射／透過型の液晶表示素子にも適用できる。
【００５０】
なお、反射／透過型の液晶表示素子には、液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた光反射手段を半透過反射膜とし、その後側に後側偏光板を配置し、さらにその後側にバックライトを配置したものと、液晶セルの後側に配置した後側偏光板の後側に光反射手段を備えたバックライトを配置したものとがあるが、この発明は、そのいずれの反射／透過型の液晶表示素子にも適用することができる。
【００５１】
また、上記実施例の液晶表示素子は、液晶セル１にカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを備えさせたカラー画像表示素子であるが、この発明は、カラーフィルタを備えない液晶セルを備えた白黒画像表示素子や、フィールドシーケンシャル液晶表示装置に用いる液晶表示素子にも適用することができ、また、単純マトリ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。
【００５２】
さらに、上記実施例の液晶表示素子は、ＳＴＮ型のものであるが、この発明は、液晶セルの液晶層の液晶分子を一対の基板間において実質的に９０°のツイスト角でツイスト配向させたＴＮ型の液晶表示素子にも適用することができ、その場合は、表示の帯色を補償するための位相差板１３は省略してもよい。
【００５３】
また、この発明は、液晶セルの液晶層の液晶分子の初期配向状態がツイスト配向であるＴＮ型またはＳＴＮ型の液晶表示素子に好適であるが、前記ＴＮ型またはＳＴＮ型に限らず、液晶分子を一方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させた液晶セル、強誘電性または反強誘電性液晶セル、横電界駆動型液晶セルを備えた液晶表示素子など、種々の液晶表示素子に広く適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明の液晶表示素子は、液晶セルの少なくとも前側に配置された偏光板と、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた光反射手段と、前記液晶セルとその前側に配置された前記偏光板との間に設けられた複数の拡散層とを備え、前記複数の拡散層のヘイズ値の合計値を１００〜２５０の範囲内に設定したものであるため、視野角及び正面輝度が充分で、コントラストも良い良好な表示品質の反射表示を行なうことができる。
【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断面図。
【図２】液晶表示素子の画面の法線に対して０°方向及び６°方向に出射する反射光の反射率を測定する方法を示す図。
【符号の説明】
１…液晶セル
２，３…基板
４…液晶層
５…信号電極
１０…走査電極
７…光反射膜
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…カラーフィルタ
６，１１…配向膜
１２…偏光板
１３…位相差板
１４，１５…拡散層

Claims (2)

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との間に液晶層が設けられた液晶セルと、前記液晶セルの少なくとも前側に配置された偏光板と、前記液晶セルの液晶層よりも後側に設けられた光反射手段と、前記液晶セルと前記偏光板との間に設けられた複数の拡散層とからなり、前記複数の拡散層のヘイズ値の合計値が１００〜２５０の範囲内に設定されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 拡散層数は２層であり、その２層の拡散層のヘイズ値の合計値が１００〜１８０であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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