JP2007256826A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高反射率にて光を反射させて表示面側における輝度を高めることが可能な反射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】反射型液晶表示装置において、液晶セル１２の表示面の反対側に備えられる入射光反射板１４が、光入射面１４ａ以外を内側への高反射率且つ光拡散型ミラーで覆われて空気に比較して高屈折率の透明材料から形成されている。光入射面へ臨界角度範囲内となる入射角まで拡散反射を繰り返し、入射光反射板から液晶セル側へ出射する光が表示面の法線方向を中心として強められ、表示面側における輝度が高められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光反射板を備えた反射型液晶表示装置に関する。

一般に、入射光反射板を備えた反射型液晶表示装置では、観察光源側の偏光板によって入射光の約５０％は吸収されてしまう。紙のように視認性を良くするためには、入射した後に少しでも高い反射率を実現する必要がある。そこで、液晶セルの背面の反射板の設計に工夫を要することとなる。このように、反射板に求められる特性としては、設定した視野角の範囲内に光を集め、少なくともその領域の中では紙のように高い反射率を示す反射特性が望まれる。
このため、反射板の表面に複数の凹部を形成することにより、反射光を特定方向に集中させて特定方向での明るさを高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８２２１３号公報

ところで、上記従来の反射板は、多数の凹部を形成することにより、反射光を特定方向へ集中させるものであるが、全ての凹部を高精度な湾曲形状に形成しなければならず、反射板の作製に多大な手間を要し、コストアップを招いてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、手間を要することなくかつ低コストにて、設定した視野角の範囲内へ高反射率にて光を反射させて表示面側における輝度を高めることが可能な反射型液晶表示装置を提供することを目的としている。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 入射光反射板を備えた反射型液晶表示装置であって、前記反射板が、液晶セルからの光入射面以外を内側への高反射率且つ光拡散型ミラーで覆われた高屈折率の透明材料からなる反射型液晶表示装置。
この反射型液晶表示装置によれば、液晶セルを通過した光入射面からの入射光は入射光反射板の板内にて光散乱して光の進行方向が変化される。そして、拡散反射された後、光入射面へ全反射となる臨界角度より小さな入射角にて戻る光は、この光入射面を透過する。また、光入射面へ臨界角より大きな入射角にて進入する光は、この光入射面にて全反射されて入射光反射板内に戻され、再び光散乱される。この繰り返しが臨界角より小さな光入射面への入射角度となるまで続く。これにより、入射光反射板から液晶セル側へ出射する光は表示面の法線方向を中心として強められ、表示面側における輝度が高められる。なお、透明材料の屈折率は高いほど臨界角が小さくなり、液晶セル側へ出射する光は表示面の法線方向を中心として更に強められる。

（２）前記透明材料の屈折率が１．５以上である上記（１）記載の反射型液晶表示装置。
このように屈折率を１．５以上とすることで、上記の臨界角を効率よく利用できる。

（３）前記光入射面が液晶セルと平行な平滑面である上記（１）又は（２）に記載の反射型液晶表示装置。
このような構成により、液晶セルを通過した光に対してこの光入射面での乱反射を最低限に抑えることができ、より効率よく光を液晶セルへ戻すことができる。
（４）前記ミラーが誘電体多層膜又は金属膜により形成される上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
この反射型液晶表示装置によれば、誘電体多層膜又は金属膜によりミラーとされた光入射面以外の面で光入射面からの入射光が反射され、入射光反射板の板内にて光散乱して光の進行方向が変化される。
そして、光入射面へ小さな入射角にて進入する光は、この光入射面を透過し、光入射面へ大きな入射角にて進入する光は、この光入射面にて反射されて入射光反射板内に戻され、再び光散乱される。これにより、入射光反射板から液晶セル側へ出射する光が表示面の法線方向に集められ、表示面側における輝度が高められる。

（５） 前記ミラーがランダムな凹凸を備えて拡散光を反射する（１）または（４）のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
この反射型液晶表示装置によれば、ランダムな凹凸のミラーとされた光入射面以外の面で光入射面からの入射光がより強く光散乱することにより、入射光反射板の板内にて全ての光が臨界角範囲内に早く入るようにし、表示面側における輝度を高めることができる。
そして、光入射面へ小さな入射角にて進入する光は、この光入射面を透過し、光入射面へ大きな入射角にて進入する光は、この光入射面にて反射されて入射光反射板内に戻され、再び光散乱される。この繰り返しが臨界角より小さな光入射面への入射角度となるまで続く。これにより、入射光反射板から液晶セル側へ出射する光は表示面の法線方向を中心として強められ、表示面側における輝度が高められる。

（６）前記透明材料が該透明材料とは異なる屈折率を有する透過又は高反射微粒子が分散されている（１）〜（５）のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
この反射型液晶表示装置によれば、光入射面からの入射光が微粒子にて光散乱することにより、散乱をより強くすることで、入射光反射板の板内にて全ての光が臨界角範囲内により早く入るようにし、表示面側における輝度をより高めることができる。

（７）前記反射板と前記液晶セルとの間に、前記液晶セルの偏光方向のみを透過し、他の光を反射する偏光反射シートを備える（１）〜（６）のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
この反射型液晶表示装置によれば、入射光反射板に入射且つ反射して光入射面を透過して出射した光が、偏光反射シートにて、液晶セルの偏光方向のみを透過し、それ以外の光は、この偏光反射シートにて反射されて入射光反射板へ戻される。この偏光反射シートによる反射と反射板による反射を繰り返す内に、液晶セルの偏光方向となり、表示光となる。従って、反射型液晶表示装置内での吸収を極力抑制して、反射板に到達した光の殆どを表示光として液晶セルから出射させることができる。

本発明の反射型液晶表示装置によれば、光入射面以外が内側への高反射率で且つ光拡散型ミラーで覆われた高屈折率の透明材料から入射光反射板を形成する構成により、光入射面からの入射光が入射光反射板の板内にて光散乱し、光入射面へ臨界角より小さな入射角にて進入する光のみを光入射面から出射させる。
このように、光が高屈折率媒体である入射光反射板から出射する際に起きる全反射の性質を利用することにより、入射光反射板から液晶セル側へ出射する光を表示面の法線方向を中心に強めることができる。
これにより、この入射光反射板を用いることで、表示面側から観察したときに、より高い反射率により明るい表示を得ることができる。

以下、本発明に係る反射型液晶表示装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を表す概略断面図である。
図１に示すように、この反射型液晶表示装置１１は、液晶セル１２と、偏光反射シート１３と、入射光反射板１４とから構成される。これらを表示側から液晶セル１２、偏光反射シート１３及び入射光反射板１４を順に積層した構造となっている。
液晶セル１２は、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶層２１と、この液晶層２１の両面に偏光層２２、２３とを積層させた構造とされており、図示しない透明電極によって駆動される。

偏光反射シート１３は、偏光層２３と同方向の偏光を透過し、これ以外の偏光を反射する性質を有するシートである。入射光反射板１４は、例えば、ガラスや透明樹脂等の屈折率１．５以上の高屈折率な透明材料から形成されたものである。
この入射光反射板１４は、液晶セル１２側の面が光入射面１４ａとされ、液晶セル１２の反対側の面が反射面１４ｂとされている。

光入射面１４ａは、平滑に形成されており、この光入射面１４ａに偏光反射シート１３が積層されている。
反射面１４ｂは、表面を粗くすることにより、不規則な凹凸形状に形成されている。また、この入射光反射板１４の４つの側面１４ｃは、平滑に形成されている。
そして、この入射光反射板１４は、ランダムな凹凸形状の反射面１４ｂ及び平滑な４つの側面１４ｃが、誘電体多層膜あるいは金属膜を、例えば、蒸着処理を施すことにより、ミラーとされている。

上記構造の反射型液晶表示装置１１では、入射光反射板１４の反対側が表示面とされており、この表示面側から入射して入射光反射板１４にて反射された光によって液晶セル１２の表示を、表示面の法線方向側から観察することができるようになっている。
ここで、この反射型液晶表示装置１１によれば、入射光反射板１４のミラーとされた反射面１４ｂが不規則な凹凸形状に形成されているので、この反射面１４ｂにて光散乱が生じ、入射光反射板１４の板内にて光の進行方向がランダムに変化される。そして、この反射面１４ｂにて反射した光は、平滑面からなる光入射面１４ａへ直接あるいは４つの側面１４ｃにて反射される。

そして、平滑面からなる光入射面１４ａへ臨界角より小さな入射角にて進入する光は、この光入射面１４ａを透過して、偏光反射シート１３へ到達する。一方、光入射面１４ａへ臨界角より大きな入射角にて進入する光は、この光入射面１４ａにて反射されて入射光反射板１４内に戻され、入射光反射板１４内にて再び光散乱される。
光入射面１４ａを透過した光は、偏光反射シート１３へ到達するが、ここでは偏光層２３の偏光方向と一致した偏光方向の光のみが透過し、それ以外の光は、この偏光反射シート１３にて反射されて入射光反射板１４へ戻される。
偏光反射シート１３を透過した光は、液晶セル１２を通り、表示光として反射型液晶表示装置１１の表面からなる表示面から表示光として出射される。

このように、上記第１実施形態に係る反射型液晶表示装置１１によれば、入射光反射板１４の反射面１４ｂにて反射した光が光入射面１４ａから出射する際に、光入射面１４ａへの臨界角より入射角の小さい光のみ透過させ、臨界角より入射角の大きい光は全反射させ、臨界角度範囲内の角度となるまで複数回拡散反射させることになる。そして、光が高屈折率媒体である入射光反射板１４内から空気界面を通って出射する際に起きる全反射の性質を利用することにより、臨界角が小さくなればなるほど、入射光反射板１４から液晶セル１２側へ出射する光を表示面の法線方向を中心に更に強めることができる。

これにより、この入射光反射板１４を用いることで、表示面側の正面から観察したときに、高い反射率にて明るい表示を得ることができる。
すなわち、第１実施形態に係る反射型液晶表示装置１１によれば、入射光のロス無く高反射率にて光を反射させることができ、表示面側における明るさを高めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る反射型液晶表示装置について説明する。なお、第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図２は本発明の第２実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を表す概略断面図である。
図２に示すように、この反射型液晶表示装置３１では、第１実施形態の反射型液晶表示装置１１とは異なる入射光反射板３２を備えている。
この入射光反射板３２は、例えば、ガラスや透明樹脂等の屈折率１．５以上の高屈折率な透明材料から形成されたもので、液晶セル１２側の光入射面３２ａ、液晶セル１２の反対側の反射面３２ｂ及び４つの側面３２ｃの全てが平滑面とされている。

そして、この入射光反射板３２は、反射面１４ｂ及び４つの側面１４ｃが、誘電体多層膜あるいは金属膜を、例えば、蒸着処理を施すことにより、ミラーとされている。
また、この入射光反射板３２は、その形成材料である透明材料内に、この透明材料とは異なる屈折率を有する、例えば、鏡面状体に仕上げられた金属やガラスあるいは透明樹脂等の透明材料から形成された多数の微粒子３３が分散されている。この微粒子３３は、例えば、入射光反射板３２の成形時に含有することにより埋め込まれたもので、例えば、球状に形成され、その屈折率は1.6以上、粒子径は200nm以下が特に好ましい。

ここで、この反射型液晶表示装置３１では、入射光反射板３２に屈折率の異なる透明材料から形成された多数の微粒子３３が分散されているので、これら微粒子３３によって入射光反射板３２内にて第一実施形態の反射板以上に光散乱が生じる。そして、散乱光は、平滑面からなる光入射面３２ａへ直接到達、あるいは反射面３２ｂ及び４つの側面３２ｃにて反射したから到達する。
そして、平滑面からなる光入射面３２ａへ臨界角より小さな入射角にて進入する光は、この光入射面３２ａを透過する。光入射面３２ａへ臨界角より大きな入射角にて進入する光は、この光入射面３２ａにて反射されて入射光反射板３２内に戻され、微粒子３３によって再び光散乱する。

光入射面３２ａを透過した光は、臨界角度が大きい場合に比較して、光入射面３２ａの法線方向を中心に強められる結果となる。そして、偏光反射シート１３にて、偏光層２３の偏光方向と一致した方向の偏光のみが透過し、それ以外の光は、この偏光反射シート１３にて反射されて入射光反射板３２へ戻される。
偏光反射シート１３を透過した光は、液晶セル１２を通り、表示光として反射型液晶表示装置３１の表面からなる表示面から表示光として出射される。

一方、入射光反射板３２内で光入射面３２ａの全反射により反射され、再び光散乱となった光は、光入射面３２ａへの入射角が臨界角より小さくなり、つまり、臨界角度範囲内となるまで、複数回拡散反射される。そして、臨界角度範囲内となったところで、光入射面３２ａから出射し、上記のように偏光反射シート１３での選別に供される。
このように、上記第２実施形態に係る反射型液晶表示装置３１の場合も、光が高屈折率媒体である入射光反射板３２から出射する際に起きる全反射の性質を利用し、空気との屈折率の差を大きくして臨界角度を小さくすればするほど、入射光反射板３２から液晶セル１２側へ出射する光を表示面の法線方向中心に強めることができる。

これにより、この入射光反射板３２を用いることで、表示面側から観察したときに、紙のように高い反射率にて表示させることができる。
すなわち、第２実施形態に係る反射型液晶表示装置３１によれば、高反射率にて光を反射させることができ、表示面側における明るさを高めることができる。

なお、上記入射光反射板３２に埋め込む微粒子３３としては、光を透過する透明なものに限らず、光を全反射する金属から形成しても良い。そして、このような微粒子３３が分散された入射光反射板３２を備えた反射型液晶表示装置１１の場合も、高反射率にて光を反射させて明るい表示とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を説明する概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る反射型液晶表示装置の構成を説明する概略断面図である。

符号の説明

１１、３１ 反射型液晶表示装置
１２ 液晶セル
１３ 偏光反射シート
１４、３２ 入射光反射板
１４ａ、３２ａ 光入射面
１４ｂ 反射面（光拡散型ミラー）
３３ 微粒子

Claims (7)

1. 入射光反射板を備えた反射型液晶表示装置であって、
   前記反射板が、液晶セルからの光入射面以外を内側への高反射率且つ光拡散型ミラーで覆われた高屈折率の透明材料からなる反射型液晶表示装置。
2. 前記透明材料の屈折率が１．５以上である請求項１記載の反射型液晶表示装置。
3. 前記光入射面が液晶セルと平行な平滑面である請求項１又は請求項２に記載の反射型液晶表示装置。
4. 前記ミラーが誘電体多層膜又は金属膜により形成される請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
5. 前記ミラーがランダムな凹凸を備えて拡散光を反射する請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
6. 前記透明材料内部に該透明材料とは異なる屈折率を有する透過又は高反射微粒子が分散されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。
7. 前記反射板と前記液晶セルとの間に、前記液晶セルの透過偏光方向のみを透過し、他の光を反射する偏光反射シートを備える請求項１〜６のいずれか１つに記載の反射型液晶表示装置。

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