JP2007298589A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モアレの発生が低減され、表示品質を向上できる半透過型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる半透過型液晶表示装置１は、各画素５００内に透過領域６００および反射領域７００が一定のピッチＰ１で一方向に交互に設けられた液晶表示素子１００と、液晶表示素子１００の背面側に配置され、複数のＶ字型溝２３０ａが液晶表示素子１００に対向する面上に一定のピッチＰ２で上記一方向と同一方向に相互に平行に連続して並設されたプリズムシート２３０とを備えており、ピッチＰ１およびＰ２の関係が、ｎ×Ｐ２×（１＋１．５×Ｐ２／５００）＜Ｐ１＜（ｎ＋１）×Ｐ２×（１−１．５×Ｐ２／５００）（但し、ｎは０以上の整数）となるように設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、半透過型液晶表示装置に関し、特に、透過領域および反射領域を有する液晶表示素子と、複数の溝が並設された光学シートとを備えた半透過型液晶表示装置に関する。

近年、携帯電話機、携帯情報端末、電子手帳、携帯型テレビ等の多くの電子機器に、液晶表示装置が組み込まれるようになった。屋外および屋内の両方にわたって使用される携帯電話機や携帯情報端末などの液晶表示装置には、半透過型液晶表示素子が多く用いられている。半透過型液晶表示素子は、屋外のように外光が十分に強い環境下では、消費電力を減少させるために消費電力が大きなバックライトの利用を抑え、外光を照明光として積極的に利用する。一方、屋内のように外光が弱い環境では、半透過型液晶表示素子は、照明光としてバックライトを利用し、視認性を向上している。

このような半透過型液晶表示素子は、画素毎に反射領域と透過領域を有している。各画素内の反射領域には、半透過型液晶表示装置の観察面側からの入射光を反射するための反射膜が設けられている。一方、各画素内の透過領域には、反射膜が設けられておらず、半透過型液晶表示素子の反観察面（背面）側に設けられたバックライトからの光が半透過型液晶表示素子の観察面（前面）側に透過される。特許文献１には、反射領域と透過領域が交互に一定の間隔で規則的に配列されている半透過液晶表示素子が提案されている。

また、バックライトには、導光板やプリズムシートなどの光学シートが使用されている。導光板は、半透過型液晶表示素子に対して均一に光が入射するように、光源からの入射光を導く。プリズムシートは、光源から導光板に入射する光を半透過型液晶表示素子に方向に向けて集光するために、設けられている。このプリズムシートには、通常、複数のＶ字型溝が半透過型液晶表示素子に対向する面上に相互に平行に連続して並設されている。
特開２００５−１８１６７５号公報

しかしながら、半透過型液晶表示素子の反射領域および透過領域のピッチと、プリズムシートのＶ字型溝のピッチとの関係で、例えば、両ピッチが略同一になったり、一方のピッチが他方のピッチの整数倍になったりした場合に、モアレ（干渉）が発生するという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、モアレの発生が低減され、高い表示品質を有する半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、透過領域および反射領域が一定のピッチＰ１で一方向に交互に設けられた液晶表示素子と、液晶表示素子の背面側に配置され、複数の溝が一定のピッチＰ２で上記一方向と同一方向に相互に平行に連続して並設された光学部材とを備えた半透過型液晶表示装置であって、ピッチＰ１およびＰ２の関係が、ｎ×Ｐ２×（１＋１．５×Ｐ２／５００）＜Ｐ１＜（ｎ＋１）×Ｐ２×（１−１．５×Ｐ２／５００）（但し、ｎは０以上の整数）であることを特徴とするものである。このように構成したことにより、モアレの発生が低減され、表示品質を向上できる。
ここで、液晶表示素子への入射光を液晶表示素子の観察面側へ反射する反射膜を有し、反射膜のうち、透過領域に対応する領域には、短冊形状の開口がピッチＰ１で形成されている。

本発明により、モアレの発生が低減され、表示品質を向上できる。

本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の構成について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の構成を示す模式断面図である。図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置１は、半透過型液晶表示素子１００および当該半透過型液晶表示素子１００の反観察面（背面）側に配置されたバックライト２００とから構成されている。

図１に示されるように、半透過型液晶表示素子１００は、２枚の透明基板１１１、１２１との間で、液晶１３０を挟持して構成されている。第１および第２の透明基板１１１、１２１は、例えば光透過性のガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂等により矩形状に形成されている。
図１に示されるように、第１の透明基板１１１の内面上には、複数の第１の透明電極１１２が形成されている。また、第２の透明基板１２１の内面上には、反射膜１２３、カラーフィルタ層１２４、平坦化膜１２５および第２の透明電極１２２が順次積層して形成されている。

図２は、本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の反射膜の配置関係を模式的に示す平面図である。図１および図２に示されるように、反射膜１２３は、単位画素５００内に反射領域６００と透過領域７００が構成されるように、透過領域７００に対応する領域では除去されている。すなわち、反射膜１２３のうち、透過領域６００に対応する領域には、短冊形状の開口１２３ａが形成されている。

反射膜１２３は、半透過型液晶表示素子１００への入射光を当該半透過型液晶表示素子１００の観察面（前面）側へ反射する機能を有している。反射膜１２３は、第２の透明基板１２１の内面にアルミニウムや銀などの反射率の高い金属を金属スパッタ法または真空蒸着法により成膜して形成されている。反射領域６００および透過領域７００は、一定のピッチＰ１で一方向に交互に設けられている。また、短冊形状の開口１２３ａは透過領域７００に対応した領域に形成されているため、短冊形状の開口１２３ａもピッチＰ１で形成されている。

ここで、複数の第２の透明電極１２２は、複数の第１の透明電極１１２に対して直交して交差するように形成されている。第１の透明電極１１２と第２の透明電極１２２との交差部が単位画素５００に対応する。また、第１および第２の透明電極１１２、１２２上には、配向膜（不図示）が積層されている。配向膜は例えば、高分子材料であるポリイミド薄膜等の有機薄膜で形成され、液晶１３０の分子を所定の方向に揃える役割を果たす。

図１に示されるように、第１および第２の透明基板１１１、１２１の間は、第２の透明基板１２１の外周縁に沿って設けられたシール剤１４０により接合されている。また、第１および第２の透明基板１１１、１２１の間であってシール剤１４０に囲われた空間に液晶注入口（不図示）から液晶が注入された後、液晶注入口が封止されることにより、液晶層１３０が第１および第２の透明基板１１１、１２１間のシール剤１４０に囲われた空間に設けられる。

図１に示されるように、第１および第２の透明基板１１１、１２１の間であってシール剤１４０に囲われた空間には、第１および第２の透明基板１１１、１２１の間の間隙を調整するための球状のスペーサ１５０が均一に散布されている。スペーサ１５０は、第１または第２の透明基板１１１、１２１の内面、すなわち第１または第２の透明電極１１２、１２２が形成された面上に散布される。なお、スペーサ１５０は、例えばガラス粒子やシリカ粒子や樹脂粒子の硬質な材料により形成されている。

図１に示されるように、第１および第２の透明基板１１１、１２１の外面上には、偏光板１６０、１７０が光学補償板１８０、１９０を介して貼り付けられている。偏光板１６０、１７０は、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有する光学部材である。
そして、第１および第２の透明電極１１２、１２２の間に電圧を印加することにより、両電極１１２、１２２間に設けられた液晶１３０内の液晶分子の配列を変化させて、第１および第２の透明基板１１１、１２１の間の光の透過が制御される。

また、図１に示されるように、透過領域６００では、半透過型液晶表示素子１００の反観察面（背面）側から入射されるバックライト２００からの光は、半透過型液晶表示素子１００の観察面（前面）側へ透過される。また、反射領域６００では、半透過型液晶表示素子１００の観察面（前面）から入射される光（例えば自然光）は、反射膜１２３で反射され、半透過型液晶表示素子１００の前面側へ射出される。

図１に示されるように、バックライト２００が、半透過型液晶表示素子１００の反観察面（背面）側に設けられている。バックライト２００は、反射シート２１０、導光板２２０、プリズムシート２３０および光源２４０などから構成されている。反射シート２１０、導光板２２０およびプリズムシート２３０は、半透過型液晶表示素子１００の反観察面（背面）側で、反観察面側から観察面へ向けて、順次積層されて構成されている。なお、この他に拡散シートがプリズムシート２３０の観察面（前面）側に設けられる場合もある。

反射シート２１０は、光源２４０の光を半透過型液晶表示素子１００側へ向けて反射する。導光板２２０は、半透過型液晶表示素子１００に対して、均一に光が入射するように、光源２４０の光を導く。プリズムシート２３０は、導光板２２０からの入射光を半透過型液晶表示素子１００の方向に向けて集光する。光源２４０は導光板２２０の側面側に配置されている。光源２４０は例えばＬＥＤ（Light Emitting Diodes）などにより、構成されている。

図１に示されるように、プリズムシート２３０のうち、半透過型液晶表示素子１００に対向する面上には、複数のＶ字型溝２３０ａが、一定のピッチＰ２で、半透過型液晶表示素子１００の反射領域６００および透過領域７００が交互に配列されている方向と同一方向に、相互に平行に連続して並設されている。

ここで、半透過型液晶表示素子１００の透過領域６００および反射領域７００のピッチＰ１と、プリズムシート２３０のＶ字型溝２３０ａのピッチＰ２との関係は、ｎ×Ｐ２×（１＋１．５×Ｐ２／５００）＜Ｐ１＜（ｎ＋１）×Ｐ２×（１−１．５×Ｐ２／５００）（但し、ｎは０以上の整数）となるように設定されている。ピッチＰ１およびＰ２の関係をこのようにしたことにより、モアレの発生が低減され、表示品質を向上できる。なお、上記式のＰ１、Ｐ２の単位はμｍである。

上記Ｐ１およびＰ２の関係式を見出すのに、次のような心理物理実験を行った。
まず、プリズムシート２３０のＶ字型溝２３０ａのピッチＰ２が１００μｍ、５０μｍ、２４μｍである３種類のプリズムシートを準備した。そして、３種類のプリズムシートのそれぞれに対して、半透過型液晶表示素子１００の透過領域６００および反射領域７００のピッチＰ１を１μｍまたは２μｍ毎に変化させたときのモアレピッチＰ３を算出した。

図３〜図５は、プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を１００μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。図６〜図９は、プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を５０μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。図１０および図１１は、プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を２４μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。

このとき、半透過型液晶表示素子１００の透過領域６００および反射領域７００のピッチＰ１は、方位角(θ)によって様々な空間周波数を示すため、θ(1度ピッチ)毎に計算しその中で最も大きなピッチを算出し提示した値にて設定されている。また、モアレピッチＰ３は、空間周波数的には、Ｐ２の基本周波数の１０倍までを対象に解いて、最も大きなピッチを算出し提示した値としている。すなわち、Ｐ１を固定した時、ピッチＰ１一つに対し平面的周波数方位角（３６０°）×基本周波数の１０倍の干渉の計算を実施し、この中から最大の値をその画素に対するモアレピッチＰ３としている。

そして、実際に視認可能なモアレピッチＰ３を確認したところ、図３〜図１０に示されるように、モアレピッチＰ３が５００μｍ以上のとき、モアレの発生が視認された。このことから、モアレピッチＰ３が５００μｍ未満になるように、ピッチＰ１を調整する必要があり、この条件を定式化した結果、上述したＰ１およびＰ２の関係式を見出すに至った。

以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
上記実施の形態の説明ではパッシブ型の半透過型液晶表示装置を用いて例示したが、これに限らず、本実施の形態に係る発明を、アクティブ型の半透過型液晶表示装置等の他の種類の液晶表示装置などにも採用できる。

本実施の形態では光学部材をプリズムシートとして例示したが、導光板の表面に複数のＶ字型溝が形成されているものであってもよい。また、光学部材の溝形状もＶ字型に限定されず、Ｕ字型であってもよい。また、プリズムシートを複数枚重ね合わせてもよい。プリズムシートを複数枚重ねた結果、ピッチＰ１が形成される方向とするプリズムシートのＶ字型溝の配列方向は液晶表示素子に最も近接しているプリズムシートとする。

本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の構成を示す模式断面図である。 本発明の実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の反射膜の配置関係を模式的に示す平面図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を１００μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を１００μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を１００μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を５０μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を５０μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を５０μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を２４μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。 プリズムシートのＶ字型溝のピッチＰ２を２４μｍとしたときの半透過型液晶表示素子の透過領域および反射領域のピッチＰ１とモアレピッチＰ３との関係を示す図である。

符号の説明

１ 半透過型液晶表示装置
１００ 半透過型液晶表示素子
１１１ 第１の透明基板
１１２ 第１の透明電極
１２１ 第２の透明基板
１２２ 第２の透明電極
１２３ 反射膜
１２３ａ 開口
１２４ カラーフィルタ層
１２５ 平坦化膜
１３０ 液晶
１４０ シール剤
１５０ スペーサ
１６０、１７０ 偏光板
２００ バックライト
２１０ 反射シート
２２０ 導光板
２３０ プリズムシート
５００ 単位画素
６００ 反射領域
７００ 透過領域

Claims (2)

1. 透過領域および反射領域が一定のピッチＰ１で一方向に交互に設けられた液晶表示素子と、上記液晶表示素子の背面側に配置され、複数の溝が一定のピッチＰ２で上記一方向と同一方向に相互に平行に連続して並設された光学部材とを備えた半透過型液晶表示装置であって、
   上記ピッチＰ１およびＰ２の関係が、
   ｎ×Ｐ２×（１＋１．５×Ｐ２／５００）＜Ｐ１＜（ｎ＋１）×Ｐ２×（１−１．５×Ｐ２／５００）
   （但し、ｎは０以上の整数）
   であることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 上記液晶表示素子への入射光を上記液晶表示素子の観察面側へ反射する反射膜を有し、上記反射膜のうち、上記透過領域に対応する領域には、短冊形状の開口が上記ピッチＰ１で形成された請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。

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