JP2005189890A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置の低消費電力化のために外部光源を利用する反射型液晶表示装置が有望であるが、液晶表示装置の明るさ、および、白さの改善が必要である。また、半透過反射型液晶表示装置の明るさの改善が必要である。
【解決手段】 上基板１上および下基板１１上のそれぞれに電極を有し、上基板１と下基板１１とを所定の間隔をもって対向し、上基板１と下基板１１との間に封入する液晶１６とを備え、上基板１を観察者側に配置した液晶表示装置であって、下基板１１における液晶層１６側あるいは、液晶層１６と反対側には拡散板２０を備え、さらに上基板１の観察者側にも、上拡散板２６を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図８

Description

本発明は、上基板上の信号電極と下基板上の対向電極を所定の隙間を設けて貼りあわせ、液晶を封入し、各電極に所定の信号を印加して液晶の光学変化を利用し表示を行い、かつ、液晶表示装置を使用する外部環境が明るい場合には、反射板、あるいは、半透過反射板により反射型液晶表示装置として使用し、外部環境が暗い場合には、透過型として使用する半透過型（半反射型）液晶表示装置に関するものである。

近年、液晶パネルを用いた液晶表示装置の表示容量は、大容量化の一途をたどっている。その液晶表示装置の構造は、上基板上に設ける信号電極に液晶画素の表示電極を直接に接続するパッシブマトリクス型と、信号電極と表示電極の間にスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型がある。さらに、上基板上の表示電極と対向するように液晶を介して対向電極を設け、複数の信号電極と複数の対向電極をマトリクス状に配置し、信号電極と、対向電極に接続するデーター電極に外部回路より所定の信号を印加する構造からなる。

そして、単純マトリクス構成（パッシブマトリクス型）の液晶表示装置にマルチプレクス駆動を用いる手段は、高時分割化するに従ってコントラストの低下あるいは応答速度の低下が生じ、２００本程度の走査線を有する場合では、充分なコントラストを得ることが難しくなる。

そこで、このような欠点を除去するために、個々の画素にスイッチング素子を設けるアクティブマトリクスの液晶表示パネルが採用されている。

このアクティブマトリクスの液晶表示パネルには、大別すると薄膜トランジスタを用いる三端子型スイッチング素子と、非線系抵抗素子を用いる二端子型スイッチング素子とがある。これらのうち構造や製造方法が簡単な点と低温工程にて比較的製造可能な点では、二端子型スイッチング素子が優れている。

この二端子型スイッチング素子としては、ダイオード型や、バリスタ型や、ＴＦＤ型などが開発されている。

このうちＴＦＤ型は、とくに構造が簡単で、そのうえ製造工程が短いという特徴を備えている。

また、液晶表示装置は自己発光型の表示装置ではないため、外部の光源を利用し液晶の光学変化により外部の光の変化を利用し表示を行う。そのため、観察者と液晶表示装置と光源の位置関係には、大きく分けると２種類ある。一つ目は、外部光源（主光源）と観察者が液晶表示装置に対して同一面にある、いわゆる反射型液晶表示装置であり、２つ目は観察者−液晶表示装置−光源部の配置をとる、いわゆる透過型液晶表示装置である。液晶表示装置の長所である低消費電力化を目的とする場合には、特に光源を必要とせず液晶表示装置の周囲の外部光源を利用する反射型液晶表示装置が有効である。

また、液晶表示装置の使用環境が明るい場合には、外部の光源を利用する反射型液晶表示装置であり、使用環境が暗い場合には、液晶表示装置が有する光源部を点灯し、透過型液晶表示装置として使用する、半透過（反射）型液晶表示装置がある。半透過型液晶表示装置は、基本は、反射型液晶表示装置として利用するため、消費電力は、透過型液晶表示
装置に比較して、小さくできる。そのため、反射型液晶表示装置、あるいは、半透過型液晶表示装置は、携帯情報機器への応用に極めて重要な表示モードである。

以下に、信号電極と表示電極の間にスイッチング素子として二端子型スイッチング素子を有する半透過型液晶表示装置の従来例を図面に基づいて説明する。

図１３は、二端子型スイッチング素子を用いた従来技術における半透過型液晶表示装置の構成を示す平面図である。さらに図１４は、図１３の平面図におけるＡ−Ａ線での断面を示す断面図である。以下、図１３と図１４とを交互に用いて従来技術を説明する。

透明基板からなる下基板１１上には、いずれもタンタル（Ｔａ）膜からなる配線電極１７と配線電極１７と一体構造からなる下部電極４を有する。配線電極１７と下部電極４上には、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）からなる非線形抵抗層１５を有する。

さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層１５と重なり合う上部電極６と上部電極６と一体構造の表示電極９とを酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜にて設ける。この上部電極６と非線形抵抗層１５と下部電極４とにより二端子型スイッチング素子５を構成する。

以上に記載する下基板１１を液晶表示装置として使用する場合には、下基板１１に対向するように透明基板からなる上基板１を設ける。この上基板１上には、表示電極９と対向するように透明導電性膜からなる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜で構成する信号電極２を有する。さらに信号電極２には、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）を接続している。

さらに上基板１上と下基板１１上には、液晶１６の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１３を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、上基板１と下基板１１とを所定の間隙寸法をもって対向させ、上基板１と下基板１１との間には、液晶１６を封入している。

さらに、上基板１の上面には、第１の偏光板２１を有し、下基板１１の下面には、第２の偏光板２２を有する。さらに、薄膜金属からなる半透過反射板２５ａを有し、さらに、光源部３１としてエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子とを有する。液晶１６は自己発光しないため、外部環境（外部光源：図示せず）が明るい場合には、半透過反射板２５ａの反射特性を利用して表示を行い、外部環境が暗い場合には、光源部３１であるエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子を点灯して半透過反射板２５ａの透過性を利用して表示を行う。

ここで、従来の液晶表示装置では、コントラスト比は良好であるが、明るさ、特に白味がなく、十分な表示性能ではない。これは、偏光板の透過率が可視光領域において均一でないために発生する着色が大きな原因である。さらに、カラーフィルターを有する場合においては、明るさがさらに減少する。

さらに、反射板に凹凸を設ける場合には、表面形状の制御と反射率の向上が必要なため、反射板の形成が複雑になる。さらに、特定の偏光性を有する白色拡散板では表面形状による指向性を有する拡散方向と偏光方向との合わせが発生し、液晶表示装置の偏光方向に依存する拡散板を用意する必要が発生し、汎用性が悪くなる。

また、一方の光学軸は、透過偏光軸であり、直交する光学軸は、反射偏光軸を有する反
射型偏向板の場合には、下基板と反射型偏向板との間に拡散板を設ける構成はあるが、反射型偏向板の下側に吸収層が必要となることと、外部光源を利用する場合と、反射型偏向板の下側の光源部を利用する場合とでは、同一の駆動を行う場合には、外部光源を利用する場合の白表示部が、光源部を利用する場合には、黒表示部となる画像の明暗反転が発生してしまう。

本発明の目的は、上記課題を解決して、明るく、白味のある半透過型液晶表示装置を達成するための構造を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置においては、下記記載の構成を採用する。

上基板上および下基板上のそれぞれに電極を有し、上基板と下基板とを所定の間隔をもって対向し、上基板と下基板との間に封入する液晶とを備え、上基板を観察者側に配置した液晶表示装置であって、下基板における液晶層側あるいは、液晶層と反対側には拡散板を備え、さらに上基板の観察者側にも、上拡散板を備えたことを特徴とする。

また、下基板の下側には光源部を配置したことを特徴とする。また、下基板の下側には、反射表示を行うための反射板を備えたことを特徴とする。または、上基板と下基板との外側には、上偏光板と下偏光板とがそれぞれ設けられ、下偏光板の下側に光源部または反射板が配置されていることを特徴とする。

また、光源部より観察者側に、拡散板および上拡散板が配置されていることを特徴とする。また、下基板と光源部との間に、拡散板を有することが好ましく、拡散板は、下基板の外側に配置した下偏光板と、下基板との間に配置されていることが好ましい。さらに、拡散板は下基板と間隙を設けて配置されていることが、より好ましい。あるいは拡散板は下基板の液晶層側に配置されていても構わない。

拡散板は基板の表面を凹凸形状としたことを特徴とする。さらに凹凸形状とした拡散板の上側には、平坦化するための保護層を備えることを特徴とする。または、拡散板は樹脂とビーズとを有することを特徴とする。そして、拡散板は可視光領域において、ほぼ均一の透過率を有することを特徴とする。さらに、拡散板はほぼ位相差を持たないことが好ましい。また、下偏光板と前記光源部との間に、光の指向性を強めるためのレンズフィルムを設けてもよい。

あるいは上基板上または下基板上には、スイッチング素子を有し、電極は前記スイッチング素子の一部であることを特徴とする。

下基板の下側には直進光を散乱する拡散板と偏光板と導光板と反射板の順に配置し、さらに、導光板の一部に面する光源部とを有していてもよい。あるいは、下基板の下側には直進光を散乱する拡散板と偏光板と光源部とを有し、さらに光源部は、少なくとも蛍光管と反射板とからなることを特徴とする。あるいは、下基板の下側には直進光を散乱する拡散板と偏光板とを有し、さらに、透明導電膜からなる上電極と発光層と下電極とからなる光源部を有し、下電極は、反射板を兼用する反射電極であることを特徴とする。

または、下基板の下側には直進光を散乱する拡散板と偏光板と光源部とを有し、さらに、光源部は、少なくとも上電極と発光層と下電極とを有し、発光層は、有機エレクトロルミネッセント層であることを特徴とする。また、下電極は、銀膜からなる反射電極であることを特徴とする。あるいは、下基板の下側には直進光を散乱する拡散板と偏光板と半透
過反射板と光源部とを有し、さらに、光源部は、透明導電膜からなる上電極と発光層と下電極と有することを特徴とする。

または、本発明の液晶表示装置は、偏光板と光源部、あるいは、半透過反射板と光源部との間には、視野角を限定するレンズフィルムを有することを特徴とする。さらに、拡散板は、可視光において、ほぼ等しい透過率を有することを特徴とする。

拡散板を液晶表示装置を構成する下基板と下偏光板との間に設けることにより、観察者側の外部光源を利用し表示を行う液晶表示装置において、拡散板の外部光源からの光線の一部を反射し、他のほとんどの光線を透過し、反射板に到達させることにより、拡散板を用いていない液晶表示装置に比較し、明るく、白色の良好な液晶表示装置を得ることができる。

さらに、拡散板の構造に、樹脂とビーズの組み合わせを利用し、樹脂とビーズの屈折率の差とビーズの形状を利用することにより、可視域の透過率をほぼ一定にすることができると同時に、拡散性と反射特性を兼ね備えることが可能となる。

また、拡散板内に含むビーズの直径を複数種類用いることにより、散乱性を制御することができ、指向性を有する拡散板を形成できる。さらに、拡散板の透過率と反射特性と散乱特性を画素部とその周囲にて変えることにより、液晶表示装置のコントラストを低下することなく、明るく、白バランスに優れる液晶表示装置を提供できる。

拡散板の下面側に設ける光源部と吸収層の蛍光顔料を利用することにより、補助光源の点灯時に補助光源の発光効率を改善し、明るい表示が可能となる。

また、拡散板の裏面にカラー印刷層を設けることにより、カラーインキ層の色彩と拡散板の散乱性により、梨地状の表示が可能となる。

さらに、拡散板にカラーフィルターを設けることにより、カラーフィルターの彩度を維持したまま、拡散板の明るさを確保することができる。

拡散板に散乱型液晶層を採用することにより、散乱度の可変が容易となり、さらに、散乱型液晶層に電圧の印加を可能とすることにより、外部環境、あるいは、補助光源の点灯により、白色拡散板の散乱度を可変し、明るく、視認性の良好な表示が可能となる。

＜作用＞液晶表示装置を構成する下基板の下側に、拡散板と偏光板と半透過反射板と光源部を配置する。以上により、拡散板の散乱性と色彩により、反射板の着色を変換することができる。すなわち、上基板側からの光は、拡散板により一部散乱、反射して上基板側の観察者側に出射する。さらに、拡散板と偏光板を透過した光は、反射板により反射して再び拡散板により散乱され偏光板の着色を補正して、観察者側に出射する。特に、拡散板に可視光領域においてほぼ等しい透過特性と散乱特性を有する白色拡散板を利用することにより、偏光板の着色は、白に修正される。

また、半透過反射板の下側に設ける光源部の表面、あるいは裏面に反射特性を持たせることにより、半透過反射板を透過した光を有効的に観察者側に出射することができる。さらに、拡散板と偏光板との裏面に、透明導電膜と発光層と反射電極からなる光源部を設けることにより、外部光源を利用する場合の反射特性と発光層の発光、すなわち、光源部の点灯時の明るさを改善することができる。

また、下基板の直下に発光部を設けずに導光板を介して拡散板の裏面に光を導光し、さらに導光板の下側には、反射板を設けることにより、外部光源を利用する場合に、拡散板と偏光板と導光板と反射板により良好な反射特性と明るさの確保が可能となる。さらに、発光部の点灯時には、導光板と反射板と拡散板により明るい表示が可能となる。また、従来に比較し導光板の散乱性は、拡散板により十分に達成できるため、透過率と導光の均一性の改善が可能となる。

＜第１の実施形態＞以下に本発明の液晶表示装置を実施するための最良の形態における液晶表示装置の構成を、図面を使用して説明する。

以下に、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の構成を、図１と図２とを用いて説明する。本発明の第１の実施形態においては、信号電極と対向電極をスイッチング素子を介さずに設けるパッシブマトリクス型の液晶表示装置への応用例を示す。図１は本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図２は図１の平面図のＢ−Ｂ線における断面を示す断面図である。以下、図１と図２とを交互に用いて本発明の第１の実施形態を説明する。

ガラス基板からなる上基板１上には、酸化インジウムスズ膜からなる信号電極２を設ける。この信号電極２は表示電極９を兼用するためストライプ形状をしている。

さらに、以上の上基板１を液晶表示装置に利用する場合には、上基板１と対向するガラス基板からなる下基板１１を設ける。この下基板１１上には、上基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１２を設ける。さらに対向電極１２は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。

さらに、上基板１と下基板１１とは、液晶１６の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜３、１３を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、上基板１と下基板１１とを所定の間隙寸法をもって対向させ、シール部（図示せず）により固定し、上基板１と下基板１１との間に液晶１６を封入する。さらに、上基板１を観察者の方向に配置し、外部光源３０も観察者と同様の側に配置するいわゆる反射型液晶表示装置とする。さらに、上基板１の上面（上側）には上偏光板２１を設け、下基板１１の下面（下側）には下偏光板２２を有する。

さらに、本第１の実施形態においては、下基板１１と下偏光板２２の間に、直線光を散乱する拡散板２０を有する。この拡散板２０は、１μｍと３μｍのポリスチレン製のビーズとアクリル樹脂を練り合わせ、薄膜に加工することにより形成している。さらに、下偏光板２２の下面（下側）には半透過反射板２５ａを有し、さらに、半透過反射板２５ａの下面には、光源部３１を有する。

液晶表示装置は、外部環境すなわち、外部光源３０の明るい状況では、外部光源３０の光を上偏光板２１、上基板１、信号電極２、液晶１６、対向電極１２、下基板１１、拡散板２０、下偏光板２２と透過し、半透過反射板２５ａと光源部３１の表面の反射を利用して表示を行う。この場合に、下偏光板２２の透過率が可視光領域で着色しているため、拡散板２０を使用していない従来例では、着色する表示となり、白色の表示が出来ない。しかし、本実施形態に示す下基板１１と下偏光板２２との間に拡散板２０、特に可視光領域で透過率、反射率がほぼ等しい白色拡散板を利用することにより、下偏光板２２の着色、および、上偏光板２１の着色表示を防止することができる。

また、外部光源３０の暗い場合には、液晶１３は、一般的には非発光のため、照明（光源）が必要となる。本実施形態においては、半透過反射板２５ａの下面にエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子からなる光源部を配置している。そのため、外部環境が暗い場合においても、光源部からの光は、半透過反射板２５ａ、下偏光板２２を透過し、拡散板２０により所定の散乱角に拡散され、さらに、下偏光板２２の着色は、拡散板２０の光源部３１の面による反射と下基板１１の面側の散乱により白色化されて、下基板１１へと出射することができる。そのため、明るく、かつ白い表示が可能となる。

つぎに、白色拡散板２０の特性を説明する。図３は第１の実施形態に示す液晶表示装置の反射率と印加電圧（Ｖ）の特性の関係を示す図である。縦軸が反射率であり、横軸が液晶に印加する電圧である。本発明の実施形態を利用する特性を曲線Ｘにより示す。比較のため、曲線Ｙにより従来例の特性を示す。従来例に比較し、拡散板２０の表面反射、拡散反射により、まず反射率は向上する。さらに、半透過反射板２５ａを鏡面とし、拡散板２０により拡散性を持たせることにより、半透過反射板２５ａの反射特性を向上することが可能となる。以上により、本発明を利用することにより、反射率が液晶１６への印加電圧によらず従来例に比較し大きくすることができる。特に反射特性が重要である反射型液晶表示装置として利用する場合には、非常に有効となる。

また、図４は、第１の実施形態に示す液晶表示装置の反射率の波長依存性を示す図である。縦軸が反射率であり、横軸が波長（単位：ｎｍ）である。曲線Ｌが本発明の特性を示すグラフであり、曲線Ｍが従来例を示すグラフである。以下に図３と図４とを交互に用いて本発明の拡散板２０を用いた場合と、従来の特性の差を説明する。図３の曲線Ｘは本実施形態の特性を示し、曲線Ｙは従来例に示す構造を利用する場合の特性を示す図である。曲線Ｙは、コントラストは充分であるが、明るさが不足し、図４の曲線Ｍに示すように波長依存性を有し、白表示が緑から青を帯びている。そのため、暗くかつ白い表示とはならない。これに対し、拡散板２０を利用する本実施形態の特性は、図３の曲線Ｘと図４の曲線Ｌとに示すように、コントラストは僅かに減少するが、拡散板による反射により明るさの向上と白さの向上が明らかに改善されている。液晶表示装置の場合には、明るさと白さがコントラストより優先され、コントラストは、５：１でも新聞紙程度の認識性はあるため、拡散板２０によるコントラストの低下は、明るさと白さの改善に比較し影響が小さいと言える。

また、光源部３１を点灯する場合においても、光源部３１からの光は、下偏光板２２と液晶１６と上偏光板２１により、反射型として利用する場合と同様の表示が可能となる。すなわち、光源部３１の光は、拡散板２０により所定の散乱角を有し、さらに、拡散板２０の光源部３１側の反射と下基板１１側の散乱により、下偏光板２２の着色を白色化して観察者側へ出射することができる。本発明の構成と類似する住友スリーエム製の反射型偏光板を利用するものは、反射と透過の表示とで、明るさが反転する現象が発生するが、本発明は反射型、透過型の表示の両表示において、明表示は、明表示であり、逆に暗表示は暗表示とすることができる。そのため、本発明は、カラー表示による、反射型と透過型表示の色変化も防止することができ、非常に有効である。

さらに、使用する偏光板も従来と同様で可能であり、コントラストを改善し、コストの低減もできる。また、上偏光板２１と下偏光板２２の透過率は、できるだけ可視光領域で同等なものを用いることが、本発明の効果をより有効にできる。

また、拡散板２０には光学的位相差、偏光性は必要がなく、複数の粒径のビーズによる散乱性と高透過率が必要なだけである。そのため、特定方向の延伸処理あるいは、光学的異方性を有する物質を含む必要がないため、低コストで簡単に作成することができる。

＜第２の実施形態＞つぎに、本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の構成を、図５を用いて説明する。本発明の第２の実施形態においては、光源部に冷陰極管と反射鏡と有し、下基板の下面には導光板を有し、さらに、導光板の下面には反射板を有する構造に関するものである。図５は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図５を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態は、ほぼ第１の実施形態と同様な構造であり、同様な構成要素には同様な記号を利用して説明している。まず、上基板１上には、信号電極２と配向膜３を有し、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部８と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の下面には、下基板１１と僅かな間隙を設けて対向する拡散板２０と下偏光板２２とを有する。第２の実施形態と第１の実施形態の相違点は、反射板２５ｂと下偏光板２２との間に光源部を配置する構成であり、光源部は、下基板１１の周囲、すなわち、シール部８の近傍に設ける冷陰極管３２と反射鏡３３と下基板１１の下面に面する導光板１９と導光板１９の下面に配置する反射板２５ｂからなる構成を採用する。導光板は、透明アクリル樹脂、あるいはエポキシ樹脂からなり、透過率が良好である。さらに、位相差を有していないため、下偏光板２２と反射板２５ｂとの間に導光板を設けても表示品質を低減することが少ない。

さらに、反射板２５ｂは、第１の実施形態と異なり、下基板１１に面する光源部が透過性のため、反射板を光源部の下面にすることができるため、反射板２５ｂは、反射率を優先にできる。さらに、光源部を点灯する場合にも、半透過反射板による光の損失がないため、明るい表示が可能となる。

すなわち、反射型として利用する場合には、導光板１９の光損失は僅かであり、反射板２５ｂは、反射率を優先でき、明るく、かつ白い表示が可能となる。さらに、特に透過の場合には、半透過反射板２５ａに比較し透過率の良好な導光板１９と反射板２５ｂにより明るい表示が可能となる。

＜第３の実施形態＞つぎに、本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の構成を、図６を用いて説明する。本発明の第３の実施形態においては、光源部に冷陰極管と反射鏡と有し、冷陰極管を下偏光板の下面に配置する点である。さらに、冷陰極管の下面には反射板を有する。図６は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図６を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。

第３の実施形態は、ほぼ第１の実施形態と同様な構造であり、同様な構成要素には同様な記号を利用して説明している。まず、上基板１上には、信号電極２と配向膜３を有し、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の下面には、下基板１１と僅かな間隙を設けて対向する拡散板２０と下偏光板２２とを有する。第３の実施形態と第１の実施形態の相違点は、反射板２５ｂと下偏光板２２との間に光源部を配置する構成であり、光源部は、下偏光板２２の下面に設ける冷陰極管３２と冷陰極管３２の下面に配置する反射板２５ｂからなる構成を採用している点である。冷陰極管３２の管径は、１ミリメートルのものを利用し、拡散板２０を
用いることにより反射型、あるいは透過型表示の場合の影となること防止している。

第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に、反射板２５ｂは、第１の実施形態と異なり、光源部が透過性であり、反射板２５ｂを光源部の下面にすることができるため、反射板２５ｂは、反射率を優先にできる。さらに、光源部を点灯する場合にも、半透過反射板による光の損失がないため、明るい表示が可能となる。

すなわち、反射型として利用する場合には、冷陰極管３２の部分のみが僅かに影となるだけであり、その他の部分は、非常に有効に外部光源からの光を利用できる。また、透過型の場合には、冷陰極管３２の発光の均一性のみを考慮すれば良い。反射型、透過型の冷陰極管３２の影響は下偏光板２２の上面に設ける拡散板２０によりかなり改善できる。

＜第４の実施形態＞つぎに、本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の構成を、図７を用いて説明する。本発明の第４の実施形態においては、光源部に有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層を有するものである。有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層の下基板側には、透明導電膜を有し、逆の面には、反射板を兼用する下電極を設ける。図７は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図７を用いて本発明の第４の実施形態を説明する。

第４の実施形態は、ほぼ第１の実施形態と同様な構造であり、同様な構成要素には同様な記号を利用して説明している。まず、上基板１上には、信号電極２と配向膜３を有し、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の下面には、下基板１１と接着する拡散板２０と下偏光板２２とを有する。第４の実施形態の特徴は、光源部として有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８を利用する点にある。有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）３８は透過性が大きく、さらに、面光源として作用する。そのため、下偏光板２２に面する配置に利用できる。

光源部は、下偏光板２２側より、ポリエチルテレフタレート（ＰＥＴ）からなる保護層３６と酸化インジウム酸化スズ膜（ＩＴＯ膜）からなる上電極３７と有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８と銀膜からなる下電極３９とＰＥＴからなる基板４０とからなる。有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８は、蒸着法にて形成している。また、上下のＰＥＴ膜はシール部（図示せず）により封止され、銀膜と有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）３８への空気と湿度の進入を防止している。

第４の実施形態は、光源部の発光層（エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８）を透明にすることができる。さらに、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８の両面には、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８に電流を流すために、電極が必要であり、発光を有効に取り出すために、下電極３９は、反射特性を有する電極とし、反射板として利用できる。エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８の発光と下電極３９の反射光を有効に出射するために、上電極３７は透明電極としている。

反射型として利用する場合には、拡散板２０を透過した光は有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８を透過し、下電極３９により反射し、再度観察者側に出射し表示を行う。拡散板２０により、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）３８の着色と電極３７、３９の形状を遮蔽することができる。

また、透過の場合には、拡散板２０により完全に白色化することは、有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層３８の発光波長に依存するが、発光層の材料を選択することにより、かなり白色化することができる。さらに、下電極２９に平坦な構造を採用しても、前記拡散板２０により観察者と液晶表示装置の位置によらず良好な表示品質を提供できる。

＜第５の実施形態＞つぎに、本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の構成を、図８を用いて説明する。本発明の第５の実施形態においては、光源部に冷陰極管を有し、冷陰極管を下偏光板の下面に配置する点である。さらに、冷陰極管の下面には反射板を有する。さらに、冷陰極管の影を防止するために上偏光板と上基板との間にも拡散板を配置している。さらに、光源部上での反射を強化し、冷陰極管の視認性を防止し、さらに光源部の点灯時の光の指向性を強めるために、下偏光板と冷陰極管との間にレンズフィルムを設けている。図８は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図８を用いて本発明の第５の実施形態を説明する。

第５の実施形態は、ほぼ第１の実施形態と同様な構造であり、同様な構成要素には同様な記号を利用して説明している。まず、上基板１上には、信号電極２と配向膜３を有し、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の下面には、下基板１１と僅かな間隙を設けて対向する拡散板２０と下偏光板２２とを有する。反射板２５ｂと下偏光板２２との間に光源部を配置する構成であり、光源部は、下偏光板２２の下面に設けるレンズフィルム２７と冷陰極管３２と、冷陰極管３２の下面に配置する反射板２５ｂからなる構成を採用する。冷陰極管３２の管径は、１ミリメートルのものを利用し、さらに、拡散板２０の散乱効果とレンズフィルム２７の表面反射効果により反射型、あるいは透過型表示の場合には影となることは非常に少ない。

反射板２５ｂは、下基板１１に面する光源部が透過性のため、反射板を光源部の下面にすることができるため、反射板２５ｂは、反射率を優先にできる。さらに、光源部を点灯する場合にも、半透過反射板による光の損失がないため、明るい表示が可能となる。

さらに、上偏光板２１と上基板１との間には、上拡散板２６を配置する。上拡散板２６により、液晶表示装置と観察者との位置関係による表示品質の変化を防止すると同時に、光源部の冷陰極管３２の影を認識しにくくする効果がある。また、上偏光板２１上に拡散板２６を設ける場合に比較し、拡散板２６表面での反射によるコントラスト比の低下を防止することができる。

＜第６の実施形態＞つぎに、本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の構成を、図９を用いて説明する。本発明の第９の実施形態においては、光源部に平面光源であるエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１を有する。さらに、拡散板２０として下基板１１の裏面に凹凸を有する構造を採用する。図９は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図９を用いて本発明の第６の実施形態を説明する。

第６の実施形態は、ほぼ第１の実施形態と同様な構造であり、同様な構成要素には同様な記号を利用して説明している。まず、上基板１上には、信号電極２と配向膜３を有し、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の下面側の面は、２次曲線の形状の凹凸を有する。凹凸の形成法は、ダイヤモンド粉、あるいはタングステンカーバイト（ＷＣ）粉を高圧により微細ノズルにより噴射して基板を荒らし、さらに、フッ酸によりエッチングを行い、さらに、ガラス表面をスポンジで擦り洗浄を行うことにより形成した。以上の下基板１１の下面に形成する凹凸により拡散板２０とする。

さらに、下基板１１の下面には下偏光板２２と、半透過反射板２５ａと光源部として無機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１を設ける。無機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１は、下基板１１の面側より、ＰＥＴフィルムと透明導電膜とマンガン（Ｍｎ）を発光中心とする硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる無機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層と絶縁膜とカーボン電極と保護層からなる。

以上の構造を採用することにより、液晶層１６と半透過反射板２５ａとの距離を小さくでき、２重像あるいは像のボケを防止することができる。

＜第７の実施形態＞つぎに、本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の構成を、図１０を用いて説明する。本発明の第１０の実施形態においては、光源部に平面光源であるエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１を有する。さらに、拡散板２０として下基板１１の上面に凹凸を有する構造を採用する。また、上基板上には、スイッチング素子として、二端子型スイッチング素子を有する。図１０は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のＢ−Ｂ線に相当する部分の断面図である。以下、図１０を用いて本発明の第７の実施形態を説明する。

第７の実施形態は、上基板１上に二端子型スイッチング素子を有し、下基板１１の上面に凹凸を設け、拡散板２０としている点に特徴がある。さらに、下基板１１の上面に凹凸を設け、平坦化と屈折率の制御のために保護膜１４を設ける構造を採用するため、二端子スイッチング素子の特性の安定と製造工程中の下地への影響のために上基板１上にスイッチング素子５を設けている。さらに、基板と透明導電膜との屈折率の差による色付き防止のために、配線電極（対向電極）１２よりも高抵抗でも使用可能である表示電極９を上基板１上に設けている。

まず、上基板１上には、いずれもタンタル（Ｔａ）膜からなる配線電極１７と配線電極１７と一体構造からなる下部電極４を有する。配線電極１７と下部電極４上には、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）からなる非線形抵抗層１５を有する。

さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層１５と重なり合う上部電極６と上部電極６と一体構造の表示電極９とを１０ナノメートル（ｎｍ）から５０ナノメートル（ｎｍ）の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜にて設ける。視認性の点では、特に１０ナノメートル（ｎｍ）から３０ナノメートル（ｎｍ）が非常に有効であり、１０ナノメートル（ｎｍ）以下では、エッチング性と形成時の膜厚ばらつきが大きく制御性に難点があった。この上部電極６と非線形抵抗層１５と下部電極４とにより二端子型スイッチング素子５を構成する。

以上の上基板１上には、液晶１６を規則的にならべるために配向膜３を有する。また、上基板１に対向する下基板１１上には、対向電極１２と配向膜１３とを有する。上基板１と下基板１１とは、シール部と封孔部（図示せず）により密閉され、液晶１６が封入してある。

さらに、下基板１１の上面側には、２次曲線の形状の凹凸を有する。凹凸の形成法は、第６の実施形態と同様に、ダイヤモンド粉、あるいはタングステンカーバイト粉を高圧に
より微少ノズルにより噴射して基板を荒らし、さらに、フッ酸によりエッチングを行い、さらに、ガラス表面をスポンジで擦り洗浄を行うことにより形成した。以上の下基板１１の上面に形成する凹凸により拡散板２０とする。また、前記凹凸による対向電極１２の断線、あるいは配向膜１３の配向性の低下を防止するため、平坦化処理ようの保護層１４を設けている。保護層１４は、下基板１１の上面の凹凸による散乱性を向上するために、屈折率の大きな酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）膜と屈折率の小さい酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を積層する構造を採用している。酸化タンタル膜は、応力が大きく、厚膜が難しいため、印刷法にて形成可能な酸化シリコン膜を採用した。

さらに、下基板１１の下面には下偏光板２２と、半透過反射板２５ａと光源部としてエレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１を設ける。さらに、光の有効利用のため、各構成部材は、接着剤（図示せず）により接着し、空気層と各構成部材間の反射を防止している。また、無機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子３１は、下基板１１の面側より、ＰＥＴフィルムと透明導電膜とマンガン（Ｍｎ）を発光中心とする硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる無機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層と絶縁膜とカーボン電極と保護層からなる。

以上の構造を採用することにより、液晶層１６と半透過反射板２５ａとの距離を小さくでき、２重像あるいは像のボケを防止することができる。

また、スイッチング素子に利用する表示電極９を薄膜の透明導電膜とすることにより、上基板１と透明導電膜と配向膜３との屈折率差による色付きと透過率の減少を非常に小さくできる。さらに、下基板１１上（上面）に設ける凹凸と保護膜１４とにより対向電極１２の断線もなく、明るく白い背景表示が可能となる。

＜第８の実施形態＞つぎに、本発明の液晶表示装置に利用する拡散板の構造を図面を用いて説明する。図１１は、拡散板２０の一部を拡大する断面図である。以下に図１１を用いて拡散板２０の実施形態を説明する。

拡散板２０には、ポリスチレンビーズ４１をアクリル系モノマーに分散し偏光板２２上に印刷法により３０マイクロメートルの膜厚に形成し、紫外線によりモノマーを重合し、膜状にする。また、偏光板２２の下面にはアルミニウム（Ａｌ）膜を３０ナノメートル（ｎｍ）形成した半透過反射板２５ａを真空蒸着法にて形成する。アルミニウム膜は、酸化アルミニウム膜にて被服されている。本実施形態においては、反射板の透過率は、アルミニウム膜の膜厚と結晶性で制御している。以上の構造を有する拡散板２０は、可視光領域において、ほぼ均一の透過率を有し、さらに、透過率が大きい。また、拡散度（ヘイズ）は比較的大きくできる。

つぎに、拡散板２０の上面からの光線の挙動を図１１を用いて説明する。光線４５は、拡散板２０に対して所定の角度により入射する。拡散板２０のアクリル樹脂４２とビーズ４１の屈折率の違いにより光線４５は、屈折と反射を繰り返し、下偏光板２２に達し、偏光され半透過反射板２５ａに達する。半透過反射板２５ａにより、光は８０％反射し、２０％透過する。反射した光線は、下偏光板２２を透過し、再び拡散板２０にて屈折を繰り返し、上面へ出射される。以上により下偏光板２２の偏光を上面に伝達することができると同時に、下偏光板２２の色調を白色化することができる。

さらに、光線４６は、拡散板２０に入射し、ビーズ４１との屈折により、上面側に反射される。そのため、下偏光板２２の偏光性を示さないが、同時に色調も変化していない。以上により、光線４５に代表される光線により、下偏光板２２の偏光性を上面側に伝達し、さらに、光線４６に代表される光線により、拡散板２０からの反射成分を利用すること
により、明るさと白さ背景表示が可能となる。

光源部を点灯した場合には、光線４８に示すように、半透過反射板２５ａの下面側より、半透過反射板２５ａと下偏光板２２を透過し、拡散板２０により散乱と反射を繰り返し透過して、上面に出射する。そのため、光線４８は、拡散板２０の上面では、散乱性を有し、さらに白色化している。

＜第９の実施形態＞つぎに、本発明の液晶表示装置に利用する拡散板の別の構造を図面を用いて説明する。図１２は、拡散板２０の一部を拡大する断面図である。以下に図１２を用いて拡散板２０の実施形態を説明する。

拡散板２０には、ポリスチレンビーズ４１をメラミン樹脂に分散しフィルム形状に加工を行い、下偏光板２２上に粘着材により貼りつけ、また、下偏光板２２の下面には金属箔にエッチング処理により微少開口部５０を形成し、さらに、表面に銀メッキを行った、エンボス型の半透過反射板２５ａを用いている。本実施形態においては、反射板の透過率は、エンボスの面積の比率により制御している。以上の構造を有する拡散板２０は、可視光領域において、ほぼ均一の透過率を有し、さらに、透過率が大きい。また、拡散度は比較的大きくできる。

つぎに、図１２を用いて拡散板２０の上面からの光線の挙動を説明する。光線４５は、拡散板２０に対して所定の角度により入射する。拡散板２０のアクリル樹脂４２とビーズ４１の屈折率の違いにより光線は、屈折と反射を繰り返し、下偏光板２２に達し、偏光され半透過反射板２５ａに達する。半透過反射板２５ａのエンボス部分と金属部分のいずれに入射するかにより、光の反射と透過が発生する。光線４５は、金属部分のため、反射し、再び、下偏光板２２を透過し、再び拡散板２０にて屈折を繰り返し、上面へ出射される。以上により下偏光板２２の偏光を上面に伝達することができると同時に、下偏光板２２の色調を白色化することができる。

さらに、光線４６は、拡散板２０に入射し、ビーズ４１との屈折により、上面側に反射される。そのため、下偏光板２２の偏光性を示さないが、同時に色調も変化していない。また、光線４９は、光線４５と同様に屈折と反射を繰り返しながら半透過反射板２５ａに到達するが、エンボス部分に到達するため、反射せずに下側に透過する。外部光源は、色々な入射角で半透過反射板２５ａに入射するため、エンボス部分５０の開口部の径と半透過反射板２５ａの厚みとエンボス部分５０の形状により、外部光源を利用する場合の反射特性を可変できる。透過の場合には、平面光源を利用することにより、比較的平行光に近い光線４８を利用するため、明るさの確保ができる。

以上の実施形態においては、カラーフィルターを用いていない例に関して説明を行ったが、下基板１１の上面、例えば、下基板１１と対向電極１２との間に青、赤、緑のカラーフィルターを各画素部に対応してデルタ配置、あるいは斜めモザイク配置に設け、さらに平坦化膜を設けることにより可能となる。

また、実施形態においては、第７の実施形態以外には、スイッチング素子を用いていないパッシブマトリクス型の液晶表示装置を用いて説明を行ったが、スイッチング素子を用いる場合においても、当然本発明の実施形態の効果は有効である。また、二端子型スイッチング素子と同様、三端子型スイッチング素子の場合においても有効である。

本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の反射率と印加電圧の関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の反射率の波長依存性を示す図である。 本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。 本発明の第８の実施形態における白色拡散板の断面構造を示す図である。 本発明の第９の実施形態における白色拡散板の断面構造を示す図である。 従来例における液晶表示装置の平面構造を示す図である。 従来例における液晶表示装置の断面構造を示す図である。

符号の説明

１ 上基板
２ 信号電極
３ 配向膜
４ 下部電極
５ スイッチング素子
６ 上部電極
７ 画素部
８ シール部
９ 表示電極
１１ 下基板
１２ 対向電極
１３ 配向膜
１６ 液晶
２０ 拡散板
２１ 上偏光板
２２ 下偏光板
２５ａ 半透過反射板
２５ｂ 反射板
２７ レンズフィルム
３１ 光源部
３３ 反射鏡
３８ 有機エレクトロルミネッセント（ＥＬ）層
４１ ビーズ

Claims (16)

1. 上基板上および下基板上のそれぞれに電極を有し、前記上基板と前記下基板とを所定の間隔をもって対向し、前記上基板と前記下基板との間に封入する液晶とを備え、前記上基板を観察者側に配置した液晶表示装置であって、前記下基板における液晶層側あるいは、液晶層と反対側には拡散板を備え、さらに前記上基板の観察者側にも、上拡散板を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記下基板の下側には光源部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記下基板の下側には、反射表示を行うための反射板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記下基板の下側には光源部または反射表示を行うための反射板を配置し、前記上基板と前記下基板との外側には、上偏光板と下偏光板とがそれぞれ設けられ、前記下偏光板の下側に前記光源部または前記反射板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記光源部より観察者側に、前記拡散板および前記上拡散板が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記下基板と前記光源部との間に、前記拡散板を有することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
7. 前記拡散板は、前記下基板の外側に配置した前記下偏光板と、前記下基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記拡散板は前記下基板と間隙を設けて配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の液晶表示装置。
9. 前記拡散板は下基板の液晶層側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記拡散板は基板の表面を凹凸形状としたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 前記基板の表面の凹凸形状とした拡散板の上側には、平坦化するための保護層を備えることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記拡散板は樹脂とビーズとを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記拡散板は可視光領域において、ほぼ均一の透過率を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
14. 前記拡散板はほぼ位相差を持たないことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
15. 前記下偏光板と前記光源部との間に、光の指向性を強めるためのレンズフィルムを設けたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
16. 前記上基板上または前記下基板上には、スイッチング素子を有し、前記電極は前記スイッチング素子の一部であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。