JP2007041536A - 表示装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フロントライトとしての照明装置と反射型ＬＣＤとを備えた表示装置において、高コントラスト化を図ることである。
【解決手段】反射型ＬＣＤ３００の反射電極３３の表面に対向して照明装置２００が配置されている。照明装置２００には、陽極１１、ストライプ状の陰極１２、及び有機層１３からなる有機ＥＬ素子層１５が形成されている。陰極１２に対応した有機層１３の領域が発光領域１３ａとなる。また、陰極１２を覆って遮光層１６が形成されている。さらに、反射型ＬＣＤ３００には、極力薄く形成可能な偏光板４１として、アルミニウム層からなり複数の微細なスリットがパターニングにより形成された回折格子が配置されている。また、観察側の方から順に、第１の偏光板−第１の４分の１波長板−照明層−第２の４分の１波長板−第２の偏光板−反射型ＬＣＤの構成をとることもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置及び液晶表示装置に係り、特に、照明装置と反射型液晶表示装置とを備えた表示装置、及び、観察側に液晶表示部を照らす照明層を有する液晶表示装置に関する。

従来より、フラットパネルディスプレイの代表的なものとして液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く普及している。液晶表示装置（以降、特に断らない限り、「ＬＣＤ」と略称する）は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在、コンピュータのモニターや携帯電話等の携帯情報機器のモニターとして広く用いられている。この液晶表示装置には、パッシブ型と、アクティブマトリクス型があるが、画素毎に個別の画素電極を有し、この画素電極への電圧供給を個別の画素回路によって制御するアクティブマトリクス型が主流になっている。

ＬＣＤには、透過型ＬＣＤ、反射型ＬＣＤ、半透過型ＬＣＤがある。透過型ＬＣＤは、液晶に電圧を印加するための画素電極として透明電極を用い、ＬＣＤの後方にバックライトを配置し、このバックライトの透過光量を制御することで周囲が暗くても明るい表示ができる。しかし、昼間の屋外のように外光が強い環境では、十分なコントラストが確保できない特性がある。

反射型ＬＣＤは、太陽光や室内灯などの外光を光源として用い、ＬＣＤに入射するこれらの外光を、観察面側の基板に形成した反射層からなる画素電極、即ち反射電極によって反射する。そして、液晶に入射し、反射電極で反射された光のＬＣＤパネルからの射出光量を画素毎に制御することで表示を行う。この反射型ＬＣＤは、光源として外光を用いるため、外光がない環境では表示を行えないという問題がある。

半透過型ＬＣＤは、透過機能と反射機能の両方を併せ持ち、周囲が明るい環境にも暗い環境にも対応することができる。しかしながら、この半透過型ＬＣＤでは、１つの画素内に、透過領域と反射領域を有するため、１画素当たりの表示効率が悪いという問題があった。

また、反射型ＬＣＤに、フロントライト（観察側のライト）を設け、暗い環境でも表示を見やすくする表示装置も提案されている（特許文献１，２参照）。これによれば、暗い環境においてフロントライト、明るい環境において外光を利用し、常に画素のほとんど全部を利用して十分な表示を行うことができる。

図４は、従来例に係るフロントライトと反射型ＬＣＤとを備えた表示装置を示す図である。反射型ＬＣＤ１００の表示面に対向して透明アクリル板１１０が配置されている。この透明アクリル板１１０の反射型ＬＣＤと対向する面と反対側の面には複数の逆三角形状の溝１１１が形成されている。また、透明アクリル板１１０の側面には光源１１２が配置されている。光源１１２から透明アクリル板１１０に導入された光は、溝１１１の傾斜面で反射型ＬＣＤ１００の方向に屈折され、反射型ＬＣＤ１００の表示面に入射される。

特開平５−３２５５８６号公報 特開２００３−２５５３７５号公報

しかしながら、光源１１２から透明アクリル板１１０の中に導入された光は、透明アクリル板１１０に設けられた溝１１１の傾斜面で反射型ＬＣＤ１００の方向に屈折されるとともに、それとは逆方向である観察者１１３がいる方向にも多少は屈折されるため、その光が透明アクリル板１１０から漏れ出て観察者１１３の目に入り、ＬＣＤのコントラストを低下させるという問題があった。

本発明に係る表示装置は、上記課題に鑑みてなされたものであり、照明装置と反射型液晶表示装置とを備えた表示装置であって、以下の特徴を有した表示装置である。即ち、照明装置は、透明基板と、この透明基板上に部分的に配置された発光薄体と、を備え、発光薄体の一方の面を反射型液晶表示装置の表示面に対向させて配置されている。また、反射型液晶表示装置は、偏光板と、共通電極と、共通電極と対向して配置された反射電極と、共通電極上及び反射電極上のそれぞれに配置された１対の配向膜と、共通電極及び反射電極に挟まれた液晶層と、反射電極が配置された基板と、を備えている。ここで、偏光板は、所定の金属層、例えばアルミニウム層がパターニングされてなる回折格子である。もしくは、偏光板は、二色性染料分子を含む溶液の塗布及び固化により、その二色性染料分子が規則的に配列されてなるものであってもよい。

また、本発明に係る液晶表示装置は、観察側の表面に設けられ、その透過軸に沿った偏光を透過する第１の偏光板と、この第１の偏光板の下に設けられる第１の４分の１波長板と、この第１の４分の１波長板の下に設けられ、第１の４分の１波長板の下方の一部分において光を下方に向けて照射する照明層と、この照明層の下に設けられる第２の４分の１波長板と、この第２の４分の１波長板の下に設けられ、前記第１の偏光板と同一の方向の透過軸に沿った偏光を透過する第２の偏光板と、液晶層に印加する電圧を制御することで、前記第２の偏光板からの偏光を液晶層の光学特性に基づいて変化させ、前記第２の偏光板から入射してくる光を反射射出する液晶表示部と、を有することを特徴とする。

また、前記第１の４分の１波長板は、前記第１の偏光板の透過軸と４５°または１３５°ずれた遅相軸を有し、前記第２の４分の１波長板は、前記第１の４分の１波長板の遅相軸に対し、９０°または２７０°ずれた遅相軸を有することが好適である。

また、前記照明層は、有機ＥＬ発光素子を含むことが好適である。

また、前記液晶表示部は、画素電極が画素毎に個別に形成されており、画素電極の電圧を個別に制御することで、画素毎に表示を制御することが好適である。

また、前記第１の偏光板の表面は、反射防止処理が施されていることが好適である。

本発明に係る表示装置によれば、明るい環境下、暗い環境下のいずれにおいてもコントラストを高めることができる。また、照明装置から発光される光の利用効率を向上させることができる。また、表示装置の全体の厚さを極力薄く抑えることができる。

本発明に係る液晶表示装置によれば、照明層と第１の偏光板の間に第１の偏光板の透過軸と４５°または１３５°の角度で第１の４分の１波長板を配置してあるので、照明層の表面および内部、第２の４分の１波長板の表面で反射された光は、第１の偏光板を透過することができず、コントラストを向上することができる。さらに、互いに９０°遅相軸が異なる第１および第２の４分の１波長板によって照明層を挟むとともに、第２の偏光板と第１の偏光板の透過軸を平行に配置してあるので、反射型の液晶表示装置における不要な反射を最小限にすることができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る照明装置と反射型ＬＣＤ（液晶表示装置）とを備えた表示装置を、その照明装置側から見た平面図であり、図２は図１のＸ− Ｘ線に沿った断面図である。ただし図１では、全ての構成要素のうち一部のみを図示している。

図１及び図２に示すように、照明装置２００が、その光の照射面を反射型ＬＣＤ３００の表示面に対向するようにして配置されている。即ち、照明装置２００は反射型ＬＣＤ３００のフロントライトの光源である。

最初に、照明装置２００の構造について説明する。ガラス基板等からなる透明基板１０上に、有機エレクトロルミネッセンス素子層１５（以降、「有機ＥＬ素子層１５」と略称する）が形成されている。有機ＥＬ素子層１５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料からなる陽極１１と、この陽極１１上に形成された有機層１３と、有機層１３上に形成され、一定のピッチを有して所定の形状に、例えばストライプ状にパターニングされた陰極１２とからなる。

ここで、有機層１３は、いわゆる電子輸送層、発光層、正孔輸送層からなる。また、陰極１２は、例えばアルミニウム層（Ａｌ層）、もしくはマグネシウム層（Ｍｇ層）と銀層（Ａｇ層）からなる積層体、もしくはカルシウム層（Ｃａ層）等からなる。また、陽極１１の厚さは約１００ｎｍ、陰極１２の厚さは約５００ｎｍ、有機層１３の厚さは約１００ｎｍであることが好ましい。

この有機ＥＬ素子層１５では、陽極１１と陰極１２とによって挟まれた有機層１３の領域が発光領域１３ａとなる。即ち、陰極１２の直下にある有機層１３が発光領域１３ａであり、この領域の有機ＥＬ素子層１５が発光薄体となる。この発光領域１３ａを平面的に見ると、陰極１２と同じ所定の形状、即ちストライプ状の形状を有している。この発光領域１３ａは、陽極１１に正の電位、陰極１２に負の電位が印加されることで全方位光（直線偏光もしくは円偏光ではない光）を発光する。それ以外の領域の有機層１３は発光せず、非発光領域となる。なお、発光領域１３ａから発光される光は、上記ストライプ状の形状の長手方向に沿って一様に放射され、主に、その長手方向と直交する向きに放射される。

また、ストライプ状にパターニングされた陰極１２を覆って、遮光層１６が形成されている。遮光層１６も陰極１２と同じ所定の形状、即ちストライプ状にパターニングされている。遮光層１６は、発光領域１３ａから上方に放射される光を遮るためのものなので、そのために光を反射する光反射層か、もしくは光を吸収する光吸収層としての機能を有する必要がある。

遮光層１６は、光反射層として機能する場合、例えばクロム（Ｃｒ）や酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３層）等により形成される。また、遮光層１６は、光吸収層として機能する場合、ホトレジスト材料に黒色顔料を含有させた黒色顔料層、ホトレジスト材料に黒色染料を含有させた黒色染料層、もしくは酸化クロム層等により形成される。また、遮光層１６の厚さは約１０ｎｍ以下であることが好ましい。

この照明装置２００の発光領域１３ａから、下方（観察者１１３とは反対側）へ向かう光は、透明な陽極１１を通して反射型ＬＣＤ３００へ入射する。また、発光領域１３ａから上方（観察者１１３の方向）へ向かう光は、陰極１２と遮光層１６によって下方へ反射されるか吸収される。そのため、照明装置２００をその上方から見ている観察者１１３の目に発光領域１３ａからの光が直接入ることが極力抑止される。

この遮光効果を高める上では、遮光層１６の幅は、パターニングされた陰極１２の幅よりも大きいことが好ましい。さらにいえば、図３に示すように、パターニングされた陰極１２のエッジと遮光層１６のエッジとの間の距離Ｌ１は、有機層１３の発光領域１３ａの厚さとパターニングされた陰極１２の厚さの合計Ｌ２と等しいか、それよりも大きいことが、遮光効果をさらに高める上で好ましい。

なお、本実施形態の上記構成では、陰極１２が一定のピッチを有する所定の形状、例えばストライプ状にパターニングされ、陽極１１はパターニングされていないが、他の実施例として、陰極１２と陽極１１とを入れ替えてもよい。即ち、図２において、陽極１１を陰極１２の位置に配置し、陰極１２を陽極１１の位置に配置してもよい。この場合、陽極１１が上記所定の形状にパターニングされ、陰極１２はパターニングされないことになる。即ち、陽極１１の直上の有機層１３の領域が発光領域１３ａとなる。

また、それとは異なる他の実施例として、陽極１１及び陰極１２については全くパターニングしないで全面に形成し、有機層１３を構成している電子輸送層、発光層、正孔輸送層の３層のうち、少なくとも１層が上記所定の形状にパターニングされていてもよい。この場合、これら３層の全てが重畳するように形成されている領域が発光領域となり、３層のうちいずれかの層が欠けている領域が非発光領域となる。

また、発光領域１３ａから発光した光が後述する反射型ＬＣＤ３００で反射されて観察者１１３に視認される際に、観察者１１３の目に違和感を与えないようにする上で、パターニングされた陰極１２（もしくは陽極１１、もしくは有機層１３を構成する上記３層のうちいずれか１層）のピッチは、約１ｍｍ以下であることが好ましい。

以降、陰極１２が所定の形状、即ちストライプ状にパターニングされたものとして説明を行う。しかしながら本実施形態は、上述したように、陰極１２以外の層が発光領域１３ａを決定する層としてパターニングされた場合についても同様の構成及び動作を有し、同様の効果を奏するものである。

次に、反射型ＬＣＤ３００の構造について説明する。図２に示すように、例えばガラス基板からなるＴＦＴ基板３０に区分された複数の画素領域のそれぞれに、スイッチング用の薄膜トランジスタであるＴＦＴ３１が形成されている。ＴＦＴ３１は層間絶縁膜３２によって被覆されている。また、層間絶縁膜３２上には、各ＴＦＴ３１に対応して、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の光を反射する金属材料からなる画素電極、即ち反射電極３３が形成されている。反射電極３３は、それに対応するＴＦＴ３１のドレインもしくはソースと、層間絶縁膜３２に形成されたコンタクトホールＣＨを通して、不図示の導電性の充填材等により接続されている。

隣接する反射電極３３の間には、所定の離間領域、即ち、所定の幅のスリット部３７Ｓが設けられている。このスリット部３７Ｓは、後述する液晶層４２の配向分割用の配向制御部としての機能を有する。さらに、反射電極３３及びスリット部３７Ｓを覆うようにして、液晶分子をＴＦＴ基板３０に対して所定の角度で配向するための配向膜３４が形成されている。

また、反射電極３３が形成されたＴＦＴ基板３０と対向して、例えばＩＴＯからなる共通電極３６が形成されている。共通電極３６の表面（ＴＦＴ基板３０と対向する面）上には、後述する液晶層４２の液晶分子を異なる２つの所定の方向に配向分割する配向制御部として、突起部３７Ｐが形成されている。この突起部３７Ｐは、例えばレジスト材料のパターニング等により形成される。さらに、共通電極３６及び突起部３７Ｐを覆うようにして配向膜３８が形成されている。

一方、共通電極３６の裏面（観察者１１３と対向する面）には、光の波長λの４分の１の光学的位相差を生じさせる位相差板として、４分の１波長板３９（λ／４波長板）が配置されている。４分の１波長板３９は、直線偏光から円偏光への変換、もしくは円偏光から直線偏光への変換を行う。この４分の１波長板３９には、さらに、広帯域の波長の光に対しても上記偏光の変換を可能にするために、光の波長λの２分の１の光学的位相差を生じさせる不図示の２分の１波長板（λ／２波長板）が積層されて配置されてもよい。４分の１波長板３９上には、さらに、例えば拡散粘着層からなる光散乱層が積層されている。光散乱層は、照明装置２００からの全方位光を反射電極３３に均一に照射されるように散乱させるものである。

さらに、光散乱層上には、偏光板４１が積層されている。偏光板４１は所定の偏光軸を有しており、それに入射する全方位光から、その偏光軸に応じた直線偏光を抽出するものである。

ここで、偏光板４１は、ストライプ状に配置された複数の微細なスリット（不図示）を有した回折格子からなる。この回折格子は、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）層からなる。また、その形成方法としては、表示装置や半導体装置の製造プロセスで行われるスパッタ等の成膜方法が用いられることが好ましい。この場合、照明装置２００の有機ＥＬ素子層１５の陽極１１上にアルミニウム層を形成した後、その上にフォトリソグラフィにより所定のパターンのレジスト層を形成する。そして、そのレジスト層をマスクとしてアルミニウム層のエッチングを行う。

上記アルミニウム層に形成される回折格子のスリットの幅は、上記所定の偏光軸で直線偏光を実現するものであれば特に限定されないが、例えば約０．５μｍ〜 約３μｍである。また、アルミニウム層の回折格子の厚さは、一般的なＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる偏光板に比して薄く形成することが可能である。本実施形態では、一般的なＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる偏光板に比して薄い厚さであれば特に限定されないが、回折格子の厚さは例えば約１μｍである。なお、偏光板４１を構成する回折格子は、上記条件を満たすものであれば、上記以外の金属及び成膜方法により形成されてもよい。

そして、上述したＴＦＴ基板３０と共通電極３６との間には、液晶層４２が封入されている。液晶層４２は、例えば、正の誘電率異方性を有し、かつ所定の旋光性を有するように螺旋状に配向された液晶分子（例えばネマティック液晶）からなり、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＭＴＮ（Ｍｉｘｅｄ ＴＮ）モードによって駆動する。

この液晶層４２は、１枚の偏光板４１を用いた反射型ＬＣＤに適したものであれば、上記以外の液晶層であってもよい。即ち、液晶層４２は、正の誘電率異方性を有しホモジニアス配向された液晶分子（例えばネマティック液晶）からなり、電界制御複屈折モード、即ちＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ）モードによって駆動するものであってもよい。

もしくは液晶層４２は、負の誘電率異方性を有して垂直配向された液晶分子（例えばネマティック液晶）からなり、垂直配向モード、即ちＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）モードによって駆動するものであってもよい。

次に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との結合関係について説明すると、図１及び図２に示すように、照明装置２００は、反射型ＬＣＤ３００の上方に接して配置される。もし仮に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との間にガラス基板や空気層が存在すると、照明装置２００の有機ＥＬ素子層１５から放射された光は、そのガラス層や空気層に入るときに反射して観測者側に戻り、コントラストを低下させるおそれがある。また、特に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との間にガラス層が存在する場合、有機ＥＬ素子層１５から放射された光の利用効率が低下する。

そのため、反射型ＬＣＤ３００の表示面、即ち偏光板４１は、照明装置２００の発光面、即ち有機ＥＬ素子層１５の陽極１１上に直接形成されている。このように、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００とを接合することにより、有機ＥＬ素子層１５から放射された光の利用効率を極力向上させることが可能となる。

次に、照明装置２００と反射型ＬＣＤ３００との配置関係について説明する。図１及び図２に示すように、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１は、反射電極３３のピッチＰ２と同じである。この場合、陰極１２及び遮光層１６は、反射型ＬＣＤ３００の表示に寄与しない複数の反射電極３３間のスリット部３７Ｓの真上に配置することが好ましい。これにより、反射電極３３で反射された光の大部分が遮光層１６で遮られることなく、それらの隙間を通って観察者１１３に視認されるようになる利点がある。

また、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１を反射電極３３のピッチＰ２よりも小さくし、かつピッチＰ２に対するピッチＰ１の比、即ちＰ１／Ｐ２を１／自然数としてもよい。ピッチＰ１とピッチＰ２が同じであると、反射型ＬＣＤ３００の表示において干渉縞やモアレ縞（ｍｏｉｒｅ）が生じる場合があるが、このようにピッチＰ１とピッチＰ２の比を設定することで、それらの現象を抑止することができる。

もしくは、これとは逆に、照明装置２００の陰極１２及び遮光層１６のピッチＰ１を反射電極３３のピッチＰ２よりも大きくし、かつピッチＰ１／ピッチＰ２を自然数としてもよい。これによっても、上記干渉縞等の現象を抑止することができる。

次に、上述した反射型ＬＣＤ３００の動作について説明する。最初に、照明装置２００から反射型ＬＣＤ３００に入射した全方位光は、偏光板４１の偏光軸に応じた直線偏光となり、光散乱層を介して４分の１波長板３９を透過して円偏光となる。この円偏光は、共通電極３６を透過して液晶層４２に入射する。

このとき、反射電極３３及び共通電極３６への電圧印加の有無によって液晶層４２の電界が変化し、液晶層４２の光学的位相差が画素ごとに変化する。そして、液晶層４２に入射した円偏光は、この光学的位相差、及び反射電極での反射により、左右いずれかの回転方向を有した円偏光となって出射する。この円偏光は、再び４分の１波長板３９を透過して、その回転方向に応じた直線偏光となって偏光板４１に入射する。ここで、その直線偏光は、その偏光軸が偏光板４１の偏光軸と一致する場合には偏光板４１を透過して白表示となり、直交する場合には偏光板４１を透過せずに黒表示となる。

ここで、上記表示の際には、配向制御部として設けられた複数の反射電極３３間のスリット部３７Ｓ、及び共通電極３６の突起部３７Ｐによって液晶層４２の配向分割が可能となり、広い視野角を得ることができる。

また、上記構成の照明装置２００によれば、遮光層１６によって、観察者１１３に対する発光領域１３ａの光の漏れが極力抑止され、反射型ＬＣＤ３００の表示の際のコントラストを従来例に比して高くすることができる。即ち、外光が強い明るい環境下、外光が不充分な暗い環境下のいずれにおいても、表示の際のコントラストを従来例に比して高めることができる。

また、照明装置２００の有機ＥＬ素子層１５と反射型ＬＣＤ３００の液晶層４２との間にガラス基板等が存在しないため、有機ＥＬ素子層１５の発光領域１３ａから発光される光の利用効率を極力向上させることが可能となる。

また、上記ガラス基板等が存在しないことに加えて、反射型ＬＣＤ３００の偏光板４１は、一般的なＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる偏光板に比して薄く形成可能な回折格子からなる。そのため、反射型液晶装置の全体の厚さを極力薄く抑えることが可能となる。

なお、上記実施形態の反射型ＬＣＤ３００では、偏光板４１は回折格子からなるものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、図示しないが、偏光板４１は、回折格子の替わりに、二色性染料分子の塗布により形成されてもよい。この場合、二色性染料分子を含む溶液を、例えば印刷等により陽極１１上に塗布した後、その溶液を固化させて、二色性染料分子を規則的に配列させればよい。これにより、一般的なＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる偏光板に比して薄い偏光板を形成することができる。

また、上記実施形態の反射型ＬＣＤ３００では、配向制御部として突起部３７Ｐを共通電極３６に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図示しないが、共通電極３６に、突起部３７Ｐの替わりにスリット部３７Ｓを設けてもよい。もしくは突起部３７Ｐの形成は省略されてもよい。

また、反射する金属材料からなる反射電極３３は、アルミニウム（Ａｌ）からなるものとしたが、本発明はこれに限定されず、例えばＩＴＯからなる透明電極と反射膜との積層体であってもよい。

また、上記実施形態の照明装置２００には、発光薄体として有機ＥＬ素子層１５が形成されるものとしたが、有機ＥＬ素子層１５の替わりに、その他の発光薄体、例えば無機ＥＬ素子層が形成されてもよい。

また、上記実施形態の照明装置２００には、陰極１２を覆う遮光層１６が形成されたが、遮光層１６の形成は省略されてもよい。この場合、発光領域１３ａから光が僅かに観察者１１３側に漏れるものの、陰極１２が遮光層として兼用される。

図５は、実施形態に係る液晶表示装置の概念的構成を示す図である。

まず、観察側の表面側には、第１の偏光板４１０が設けられる。この第１の偏光板４１０は、その透過軸に沿った偏光を透過するもので、図における横方向（０°（０°：１８０°））方向の偏光のみを透過する。従って、観察側から入射する光から、一定方向の偏光のみが選択されて下方に射出される。

第１の偏光板４１０の下には、第１の４分の１波長板４１２が設けられる。この第１の４分の１波長板４１２は、第１の偏光板の透過軸と４５°ずれた遅相軸を有し、第１の偏光板４１０を通過した偏光を円偏光にする。図示の例では、遅相軸は、４５°（４５°：２２５°）方向であり、０°方向の偏光が第１の４分の１波長板に入り、ここを通過することで円偏光になる。

第１の４分の１波長板４１２の下には、層状の照明層４１４が設けられている。この照明層４１４は、有機ＥＬ素子で構成され、パターニングされた陰極が存在する部分においてのみ発光し、その光が下方向に射出される。

この照明層４１４の下には、第２の４分の１波長板４１６が設けられている。この第２の４分の１波長板４１６は、第１の４分の１波長板４１２の遅相軸と９０°ずれた−４５°（１３５°：３１５°）方向の遅相軸を有する。

第２の４分の１波長板４１６の下には、第１の偏光板４１０と同一の方向の透過軸に沿った偏光を透過する第２の偏光板４１８が設けられる。

そして、この第１の偏光板４１８の下に、反射型ＬＣＤ４２０が設けられる。この反射型ＬＣＤ４２０は、透明電極と反射電極に挟まれた液晶層を有し、液晶層に印加する電圧を制御することで、透明電極側から入射した前記第２の偏光板からの偏光を液晶層の光学特性に基づいて変化させて反射射出するＬＣＤであり、この反射型ＬＣＤ４２０の反射電極は画素毎に設けられ、透明電極は全画素共通に設けられており、画素毎の輝度データに応じた電圧を反射電極を開始液晶に印加して表示を行うとともに、入射光を反射電極で反射して表示を行う。

このような液晶表示装置において、観察側から入射する外光は、第１の偏光板４１０によって、０°方向の偏光として、第１の４分の１波長板４１２を通過して円偏光となり、照明層４１４に入射するが、この照明層４１４（表面、内部および裏面）において外光の一部は反射される。

しかし、この反射光は、さらにもう一度第１の４分の１波長板４１２を通過するので、第１の偏光板４１０を通過した光とは、９０°透過軸が異なったものになっている。従って、この反射光は第１の偏光板４１０を通過することができず、ここで阻止される。

また、照明層４１４を通過した外光および照明層４１４から射出される光は、第２の４分の１波長板４１６、第２の偏光板４１８を通過した後、反射型ＬＣＤ４２０に入射する。

ここで、照明層４１４を通過した光は、上述のように、円偏光状態になっている。この光が第２の４分の１波長板４１６を通過することで、第１の偏光板４１０を通過したものと同様の直線偏光となる。第２の偏光板４１８の透過軸と第１の偏光板４１０の透過軸は同じ方向であるので、この直線偏光は第２の偏光板４１８を透過する。

一方、照明層４１４から発せられた光は、第２の偏光板４１８において、直線偏光となる。このため、反射型ＬＣＤ４２０に入射する光は、外光と照明層４１４から発生される光とも同様の直線偏光になる。

反射型ＬＣＤ４２０においては、液晶層を通過した後反射層で反射され、液晶層をもう一度通ることで、液晶層における変調を受けた反射光が第２の偏光板４１８、第２の４分の１波長板４１６、照明層４１４、第１の４分の１波長板４１２を通過してから第１の偏光板４１０に入射する。上述のように第２の４分の１波長板４１６と、第１の４分の１波長板４１２は、遅相軸の方向が直交している（９０°異なっている）。このため、第１の偏光板４１０に入射する光は、０°方向の透過軸を有する直線偏光になっており、反射型ＬＣＤ４２０から射出される光はそのまま観察側に射出される。

このように、本実施形態によれば、第１の４分の１波長板を通過した光のうち、第２の４分の１波長板を通過せずに反射された光については第１の偏光板４１０によって射出が阻止される。そこで、照明層４１４の表面および内部、第２の偏光板表面などで反射された光がカットされ、コントラストを向上することができる。

なお、各層の間において接着が必要な場合には、ＵＶ硬化樹脂や、可視光硬化樹脂などの樹脂接着剤によって各層を接続することが好適である。特に、ガラス基板同士の接続には、接着剤が必要である。接着剤としては、エポキシ系の接着剤などが利用できる。

また、第１の偏光板４１０の表面に反射防止処理（ノングレア処理）を施すことが好適であり、これによって表示がより見やすくなる。

「照明層４１４の構成」
照明層４１４の構成例を図６に示す。ガラスなどの透明絶縁材料からなる第１の透明基板５２０上には、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電材料からなる第１の電極層（例えば陽極）５２２がその全面に形成されている。第１の電極層５２２の上には有機発光層を含む有機層５２４が全面に形成される。この有機層５２４の上には、アルミニムなどからなる第２の電極層（例えば陰極）５２６が格子状またはストライプ状にが形成され、その上に有機材料からなる接着剤層５２８を介し、ガラスなど第２の透明基板５３０が形成されている。

有機層５２４は、陽極側から正孔輸送層、第１の発光層、第２の発光層、電子輸送層などからなり、第１の発光層と、第２の発光層はオレンジ色または青色の発光材料を含んでいる。そこで、第１の電極層５２２と、第２の電極層５２６の間に直流電圧を印加することで、有機層５２４に電流が流れ、オレンジ色および青色が混合された白色光が得られる。

ここで、この発光は、第１の電極層５２２と第２の電極層５２６に挟まれた有機層５２４において生起され、第２の電極層５２６がアルミなどの不透明材料（反射材料）で形成されているため、有機層５２４からの光は、下方に向けて射出される。

なお、第２の電極層５２６は、アルミに限定されることなく、ＭｇＡｇなどの金属でもよい。さらに、第２の電極層５２６に対応する第２の透明基板５３０上に遮光層を設けてもよい。遮光層は第２の電極層５２６より若干大きめにすることが好適であり、これによって有機層５２４からの光が上方に抜けないようにすることができる。また、第２の電極層５２６を画素間に位置させれば、開口率を上昇することができるが、画素内を通過するように配置してもよく、これによって照明層４１４からの光を反射型ＬＣＤ４２０に照射することができる。なお、第１の電極層５２２は全面に形成したが、必要部分のみ形成してもよい。さらに、第１の電極層５２２および第２の電極層５２６の両方を透明導電材料で形成し、有機層５２４を構成する複数の層の中の少なくとも１層をパターニングしてもよい。

また、接着剤層５２８に乾燥剤を混入しておくことで、有機層５２４への水分の侵入を防止することができる。さらに、第１の透明基板５２０と第２の透明基板５３０の周辺部は確実に封止することで、内部への水分の侵入を防止する。

また、接着剤層５２８を設けずにこの部分を窒素ガスなどを収容した気密空間としてもよい。この場合、第２電極層５２６および有機層５２４の全体を覆って、有機材料の保護膜を形成するとともに、気密空間内の乾燥剤を収容しておくことが好適である。

また、照明層４１４は、無機ＥＬによっても形成可能であり、さらに導光板などによっても形成できる。

例えば、図７，８には、他の例の照明層４１４が示されている。図７は平面図、図８は図７におけるＹ−Ｙ断面図である。この例では、透明基板４５０上に、格子状の形状をした導光薄板４５２が形成され、その上に導光薄板４５２より若干大きな遮光膜４５４が形成されている。なお、導光薄板４５２および遮光膜４５４は透明基板４５０の全体を覆うように形成された透明樹脂層４５６によって覆われている。導光薄板４５２は、１μｍ程度の厚さを有する透明導光材料からなり、格子の行方向および列方向の端部に配置された光源４５８からの光を受け入れる。そこで、格子状の導光薄板４５２から放射された光が図５における反射型ＬＣＤ４２０に向けて射出される。

「反射型ＬＣＤの構成」
図９は、本実施形態に係るアクティブマトリクス型の反射型ＬＣＤ４２０の第１の基板側の平面構成の一部、図１０は、図９のＡ−Ａ線に沿った位置における概略断面構成を示している。アクティブマトリクス型ＬＣＤでは、表示領域内にマトリクス状に複数の画素が設けられ、各画素に対してここでは、スイッチ素子としてＴＦＴ５１０が設けられている。

このＴＦＴ５１０は、能動層６２０を有し、この能動層６２０によりドレイン領域６２０ｄ、チャネル領域６２０ｃ、ソース領域６２０ｓが形成される。能動層６２０を覆って、ゲート絶縁膜４３０が形成され、このゲート絶縁膜４３０上であって、チャネル領域６２０ｃの上方に当たる部位にゲート電極４３２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜４３０、ゲート電極４３２を覆って、層間絶縁膜４３４が形成される。層間絶縁膜４３４上にはデータライン４３６が配置され、このデータライン４３６が層間絶縁膜４３４を貫通するコンタクトを介してドレイン領域６２０ｄに接続されている。また、ドレイン領域６２０ｄ上の層間絶縁膜４３４、平坦化絶縁膜４３８にはコンタクトホールが形成され、ここに画素電極（第１の電極）５５０の一部が伸び電気的に接続されている。

なお、ＴＦＴ５１０は、第１の及び第２の基板の一方、例えば第１の透明基板５００側に画素ごとに形成され、このＴＦＴ５１０に個別パターンに形成された画素電極（第１の電極）５５０がそれぞれ接続されている。

第１の及び第２の透明基板５００，６００には、ガラスなどの透明基板が用いられ、第１の透明基板５００と対向する第２の透明基板６００側には、従来と同様に、カラータイプの場合にはカラーフィルタ６１０が形成され、このカラーフィルタ６１０上に透明導電材料からなる第２の電極６５０が形成されている。第２の電極６５０の透明導電材料としては、ＩＺＯやＩＴＯなどが採用される。なお、アクティブマトリクス型において、この第２の電極６５０は各画素に対する共通電極として形成されている。またこの第２の電極６５０の上には、ポリイミドなどからなる配向膜６６０が形成されている。

以上のような構成の第２の基板側に対し、本実施形態では、第１の基板側の液晶層７００に対する電気的特性を揃えるような電極構造が採用されている。具体的には、図１０に示すように、第１の透明基板５００上の配向膜の直下には、従来のような反射金属電極ではなく、第２の電極６５０と仕事関数の類似した材料、即ち、ＩＺＯやＩＴＯなど、第２の電極６５０と同様の透明導電材料からなる第１の電極５５０を形成している。そして、この第１の電極５５０よりも下層に、第２の基板側からの入射光を反射する反射層４４４が形成され、反射型ＬＣＤの構成としている。また、図２のような反射電極の構成をとってもよい。

第１の電極５５０として用いる材料は、第２の電極６５０の材料と同一とすることにより、液晶層７００に対して、同一の仕事関数の電極が、間に配向膜４６０，６６０を介して配置されることになるため、第１の電極５５０と第２の電極６５０とにより液晶層７００を非常に対称性よく交流駆動することが可能となる。但し、第１の電極５５０と第２の電極６５０とはその仕事関数が完全に同一でなくても、液晶層７００を対称性よく駆動可能な限り近似していればよい。例えば、両電極の仕事関数の差を０．５ｅＶ程度以下とすれば、液晶の駆動周波数をＣＦＦ（臨界ちらつき頻度）以下とした場合であっても、フリッカや液晶の焼き付きなく、高品質な表示が可能となる。

このような条件を満たす第１の電極５５０及び第２の電極６５０としては、例えば、第１の電極５５０にＩＺＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．２ｅＶ）、第２の電極６５０にＩＴＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．０ｅＶ）、あるいはその逆などが可能であり、材料の選択にあたっては、透過率、パターニング精度などプロセス上の特性や、製造コストなどを考慮して各電極に用いる材料をそれぞれ選択してもよい。

反射層４４４としては、Ａｌ、Ａｇ、これらの合金（本実施形態ではＡｌ−Ｎｄ合金）など、反射特性に優れた材料を少なくともその表面側（液晶層側）に用いる。また、反射層４４４はＡｌ等の金属材料の単独層であってもよいが、平坦化絶縁膜４３８と接する下地層としてＭｏ等の高融点金属層を設けてもよい。このような下地層を形成すれば、反射層４４４と平坦化絶縁膜４３８との密着性が向上するため、素子の信頼性向上を図ることができる。なお、図１０の構成では、平坦化絶縁膜４３８の各画素領域内に所望の角度の傾斜面が形成されており、この平坦化絶縁膜４３８を覆って反射層４４４を積層することで、反射層４４４の表面に同様な傾斜が形成されている。このような傾斜面を最適な角度、位置で形成すれば、各画素毎に外光を集光して射出することができ、例えばディスプレイの正面位置での表示輝度の向上を図ることが可能である。もちろん、このような傾斜面は必ずしも存在しなくてもよい。

本実施形態において、上記反射層４４４と第１の電極５５０との間には、反射層４４４を覆って保護膜４４６が形成されている。この保護膜４４６は、例えばアクリル樹脂やＳｉＯ２などが用いられている。保護膜４４６は、反射層４４４を保護するための膜であり、特に、ＴＦＴ５１０の能動層６２０と第１の電極５５０とを接続するためのコンタクトホール底面で、能動層６２０を露出させるスライトエッチングに使用されるエッチング液などから反射層４４４の反射面を保護する機能を備える。

保護膜４４６としては、上記反射層４４４をエッチング処理から保護して良好な反射特性を維持させることができる機能を備えていればよく、その材質は上記樹脂やＳｉＯ２などには限定されず、また膜厚は、この保護機能を発揮できる程度があればよい。また、この保護膜４４６の上層に形成される第１の電極５５０の形成面を平坦にするという観点からは、上記アクリル樹脂など上面の平坦化機能を備えた材料を採用することが好適である。また、保護膜４４６の膜厚及び材質は、最適な厚さと屈折率となるように選択することで、例えば色付きの補償、反射率の向上機能等を備えた光学バッファ層としても利用することが可能である。

なお、反射層４４４に凹凸を形成することで、反射光をある程度散乱させることが好適である。反射層４４４の下方の平坦化絶縁膜４３８の表面に適切な凹凸を形成し、その上に反射層４４４を形成することで、反射層４４４に凹凸を容易に形成できる。

本発明の実施形態の実施例１に係る表示装置を照明装置側から見た平面図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る表示装置を示す断面図である。 本発明の実施形態の実施例１に係る表示装置を部分的に拡大して示す断面図である。 従来例に係る照明装置を備えた表示装置を示す断面図である。 本発明の実施形態の実施例２について概念構成を示す図である。 本発明の実施形態の実施例２における照明層の構成例を示す図である。 照明層の他の構成例を示す平面図である。 図７のＹ−Ｙ断面図である。 本発明の実施形態の実施例２における反射型ＬＣＤの構成を示す平面図である。 図９におけるＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０ 透明基板、１１ 陽極、１２ 陰極、１３，５２４ 有機層、１３ａ 発光領域、１５ 有機ＥＬ素子層、１６ 遮光層、３０ ＴＦＴ基板、３１，５１０ ＴＦＴ、３２ 層間絶縁膜、３３ 反射電極、３４，３８，４６０，６６０ 配向膜、３６ 共通電極、３７Ｐ 突起部、３７Ｓ スリット部、３９ ４分の１波長板、４１ 偏光板、４２，７００ 液晶層、１００，３００，４２０ 反射型ＬＣＤ、１１０ 透明アクリル板、１１１ 逆三角形状の溝、１１２，４５８ 光源、１１３ 観察者、２００ 照明装置、４１０ 第１の偏光板、４１２ 第１の４分の１波長板、４１４ 照明層、４１６ 第２の４分の１波長板、４１８ 第２の偏光板、４３８ 平坦化絶縁膜、４４４ 反射層、４４６ 保護膜、４５０ 透明基板、４５２ 導光薄板、４５４ 遮光膜、４５６ 透明樹脂層、５００，６００ （反射型ＬＣＤの）透明基板、５２０，５３０ （照明層の）透明基板、５２２ 第１の電極層、５２６ 第２の電極層、５２８ 接着剤層、５５０ 第１の電極、６１０ カラーフィルタ、６２０ 能動層、６５０ 第２の電極。

Claims (15)

1. 照明装置と反射型液晶表示装置とを備えた表示装置であって、
   前記照明装置は、透明基板と、この透明基板上に部分的に配置された発光薄体と、を備え、前記発光薄体の一方の面を前記反射型液晶表示装置の表示面に対向させて配置されており、
   前記反射型液晶表示装置は、偏光板と、共通電極と、前記共通電極と対向して配置された反射電極と、前記共通電極上及び反射電極上のそれぞれに配置された１対の配向膜と、前記共通電極及び前記反射電極に挟まれた液晶層と、前記反射電極が配置された基板と、を備え、前記偏光板は、所定の金属層がパターニングされてなる回折格子であることを特徴とする表示装置。
2. 前記所定の金属層は、アルミニウム層であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 照明装置と反射型液晶表示装置とを備えた表示装置であって、
   前記照明装置は、透明基板と、この透明基板上に部分的に配置された発光薄体と、を備え、前記発光薄体の一方の面を前記反射型液晶表示装置の表示面に対向させて配置されており、
   前記反射型液晶表示装置は、偏光板と、共通電極と、前記共通電極と対向して配置された反射電極と、前記共通電極上及び反射電極上のそれぞれに配置された１対の配向膜と、前記共通電極及び前記反射電極に挟まれた液晶層と、前記反射電極が配置された基板と、を備え、前記偏光板は、二色性染料分子を含む溶液の塗布及び固化により、その二色性染料分子が規則的に配列されてなることを特徴とする表示装置。
4. 前記偏光板と前記共通電極との間に、光散乱層が配置されていることを特徴とする請求項１、２、３のうちいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記発光薄体は、陽極及び陰極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子からなることを特徴とする請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記陽極又は陰極のうち少なくとも一方は、所定の形状にパターニングされていることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
7. 前記陰極が前記所定の形状にストライプ状にパターニングされ、その陰極が前記陽極の上方に配置されていることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
8. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記陽極と陰極との間に電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を備え、前記電子輸送層、発光層及び正孔輸送層のうち、少なくとも一つが所定の形状にパターニングされていることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
9. 前記所定の形状はストライプ状であることを特徴とする請求項６、７、８のいずれか１項に記載の表示装置。
10. 前記発光薄体の他方の面を覆うようにして、遮光層が配置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 観察側の表面に設けられ、その透過軸に沿った偏光を透過する第１の偏光板と、
    前記第１の偏光板の下に設けられる第１の４分の１波長板と、
    前記第１の４分の１波長板の下に設けられ、前記第１の４分の１波長板の下方の一部分において光を下方に向けて照射する照明層と、
    前記照明層の下に設けられる第２の４分の１波長板と、
    前記第２の４分の１波長板の下に設けられ、前記第１の偏光板と同一の方向の透過軸に沿った偏光を透過する第２の偏光板と、
    液晶層に印加する電圧を制御することで、前記第２の偏光板からの偏光を液晶層の光学特性に基づいて変化させ、前記第２の偏光板から入射してくる光を反射射出する液晶表示部と、
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項１１に記載の液晶表示装置において、
    前記第１の４分の１波長板は、前記第１の偏光板の透過軸と４５°または１３５°ずれた遅相軸を有し、
    前記第２の４分の１波長板は、前記第１の４分の１波長板の遅相軸に対し、９０°または２７０°ずれた遅相軸を有することを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１１に記載の液晶表示装置において、
    前記照明層は、有機ＥＬ発光素子を含むことを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項１１、１２、１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記液晶表示部は、画素電極が画素毎に個別に形成されており、画素電極の電圧を個別に制御することで、画素毎に表示を制御することを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項１１、１２、１３、１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
    前記第１の偏光板の表面は、反射防止処理が施されていることを特徴とする液晶表示装置。

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