JP3345772B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

液晶装置及び電子機器

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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/133536Reflective polarizers

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶装置に関する。
より具体的には反射表示及び透過表示の両表示モードを
有する半透過反射型液晶装置に関する。そして、この液
晶装置を搭載した電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶装置は基本的に受光型の表示装置で
あるために、暗闇で観察するためには何らかの補助光源
が必要である。そこで液晶パネル背面に光源を配置し、
必要に応じて反射表示と透過表示を切り替えて使う方式
が考案された。これが半透過反射型液晶装置である。
【0003】従来の半透過反射型液晶装置の構成を図7
を用いて説明する。図7において、701は上側偏光
板、702は位相差フィルム、703は上側ガラス基
板、704は液晶組成物、705は下側ガラス基板、7
06は下側偏光板、707は半透過反射板、708は光
源の導光板、709は光源である。また710と711
はいずれも短冊状の透明電極であり、それぞれ走査線と
信号線の役割を果たす。710と711が交差する領域
が、液晶組成物に電圧を印加可能な領域、即ち光変調可
能な領域である。半透過反射板707は、例えばパール
顔料ビーズを樹脂中に分散したシートであり、入射光量
の70%を反射し30%を透過する(別のタイプでは5
0%を反射し50%を透過する)機能がある。反射表示
と透過表示の切り替えは、光源点灯のオン/オフによっ
て行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半透過反射型液晶装置には、透過表示の際にコント
ラストが低下するという課題があった。これは、電極に
挟まれていないために液晶組成物に電圧を印加できない
領域であって、しかも遮光膜や金属配線等に隠れていな
い領域(以下、その代表例としてドット間と言う。)で
の光漏れが原因がある。
【0005】通常の反射型液晶装置においては、ドット
間に遮光層を設けず、表示をノーマリオープン(あるい
はノーマリホワイト)にする。このようにするとドット
間は常に明表示であり、表示が明るくなるという効果が
ある。また反射表示においては、ドット間の光漏れによ
るコントラストの低下も少ない。何故ならばドット間を
通った光は、入射時か反射時のいずれかで隣接する暗表
示のドットで吸収されるからである。ところが、透過型
液晶装置ではこのような視差の効果がないから、ドット
間に遮光層を設ける。
【0006】従来の半透過反射型液晶装置は、反射表示
重視の設計で反射型液晶装置とほぼ同じ構成を取ってい
るめに、透過表示の際にドット間の光漏れによってコン
トラストが低下した。
【0007】そこで本発明は、ドット間の領域を反射表
示時に明表示、透過表示時に暗表示とすることによっ
て、明るい反射表示とコントラストの高い透過表示を両
立させた半透過反射型液晶装置を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶装置は、入
射する光を偏光成分に応じて透過及び反射する反射偏光
手段を有し、反射表示と透過表示との両方の表示が可能
な液晶装置において、前記電極間に挟まれた前記液晶組
成物が存在する領域、及び前記電極間に挟まれない前記
液晶組成物が存在する領域を有し、前記電極間に挟まれ
た前記液晶組成物が存在する領域においては、前記電極
間に電圧を印加することにより光変調が行われ、前記電
極間に挟まれない前記液晶組成物が存在する領域は遮光
されておらず、且つ反射表示時に明表示、透過表示時に
暗表示となることを特徴とする。
【0009】また、偏光板と、光変調可能な複数のドッ
トを有する液晶パネルと、光源からの光を前記液晶パネ
ルに向けて出射する導光体とをこの順に配置してなり、
反射表示と透過表示との両方の表示が可能な液晶装置に
おいて、前記導光体から前記液晶パネルに向けて出射し
た光及び前記導光体の反対側より前記液晶パネルに入射
する光を偏光成分に応じて透過及び反射する反射偏光手
段を有し、前記液晶パネルは光変調せず、且つ遮光され
ない領域を有し、前記領域が反射表示時に明表示、透過
表示時に暗表示となるように前記偏光板と前記反射偏光
手段の軸が設定されてなることを特徴とする。
【0010】また、本発明の電子機器は、上記したいず
れかの液晶装置を搭載したことを特徴とする。このよう
に構成したため、従来の透過型液晶装置を搭載した電子
機器に比べて消費電力が小さくなり、また従来の反射表
示モード及び透過表示モードの両表示モードを有する半
透過反射型液晶装置を搭載した電子機器に比べて明るく
見やすい表示が可能になるという利点がある。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0012】(実施例1) 図1は実施例1に係る半透過反射型液晶置の斜視図であ
る。まず構成を説明する。図1において、101は偏光
板、102は位相差フィルム、103は上側ガラス基
板、104は液晶組成物、105は下側ガラス基板、1
06は光散乱板、107は反射偏光手段として用いた反
射偏光子、108は半光吸収板、109は光源の導光
板、110は光源である。また111と112はいずれ
も短冊状の透明電極であり、それぞれ走査線と信号線の
役割を果たす。110と111が交差する領域が、液晶
組成物に電圧を印加可能な領域、即ち光変調可能な領域
である。
【0013】ここで101と102、105と106、
106と107は、それぞれ互いに離して描いてある
が、これは図を明解にするためであって、実際には糊で
接着している。また上側ガラス基板103と下側ガラス
基板105の間も広く離して描いてあるが、これも同様
の理由からであって、実際には数μmから十数μmの狭
いギャップを保って対向している。また、図1は半透過
反射型液晶装置の一部を示しているため、3本の走査線
111と3本の信号線112が交差して出来る3×3の
マトリクス、即ち9ドット分しか図示していないが、実
際にはさらに多くのドットを有する。なお図示した構成
要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、アンチグレア膜、
スペーサーボール、液晶ドライバーIC、駆動回路等の
要素も不可欠であるが、これらは本願発明を説明する上
で特に必要が無いため、省略した。
【0014】次に各構成要素について説明する。偏光板
101は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光
成分を透過する機能を有しており、従来の液晶装置で通
常に用いられてきたものと同様である。これには、ヨウ
素錯体などの二色性物質を吸着したPVAフィルムを延
伸したもの等がよく利用される。
【0015】位相差フィルム102は、例えばポリカー
ボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、特にSTN
液晶の着色を補償するために利用される。TN液晶の場
合には省略することが多い。
【0016】液晶組成物104は210°〜270°ね
じれたSTN液晶組成物であるが、表示容量が小さい場
合には90°ねじれたTN液晶組成物を用いても良い。
ねじれ角は上下ガラス基板における配向処理の方向と、
液晶に添加するカイラル剤の分量で決定する。
【0017】光散乱板106には、型押ししたプラスチ
ック板や、ビーズを分散したプラスチック板が利用でき
る。また105と107との接着層中にビーズを混入し
て光散乱板の代わりとしても良い。光散乱板は、幾分鏡
面に近い反射偏光子の反射光を拡散する目的で配置され
るが、無くても表示は可能である。またその位置は、1
05と107の間以外にも、104に接した位置、10
2と103の間や101の上面であっても良い。
【0018】反射偏光子107としては、複屈折性の誘
電体多層膜を利用した。この複屈折性の誘電体多層膜
は、所定の直線偏光成分を反射し、所定の直線偏光成分
以外の偏光成分を透過する機能を有する。このような複
屈折性の誘電体多層膜の詳細については、国際公開され
た国際出願(国際出願の番号:WO97/01788)
や、特表平9−506985号公報に開示されている。
またこのような反射偏光子は、米国3M社からDBEF
(商品名)として市販されており、一般に入手可能であ
る。
【0019】次に、反射偏光子の構造について説明す
る。図2は、反射偏光子の構造の要部を説明する図であ
る。反射偏光子は、二種類の高分子層201と202を
交互に積層して成る。二種類の高分子は、一つは光弾性
率が大きい材料から、もう一つは光弾性率が小さい材料
から選ばれるが、その際に両者を延伸した際の常光線の
屈折率が概ね等しくなるよう留意する。例えば、光弾性
率の大きい材料としてPEN(2,6−ポリエチレン・
ナフタレート)を、小さい材料としてcoPEN(70
−ナフタレート/30−テレフタレート・コポリエステ
ル)を選ぶ。両フィルムを交互に積層し、図2の直交座
標系203のx軸方向に約5倍に延伸したところ、x軸
方向の屈折率がPEN層において1.88、coPEN
層において1.64となった。またy軸方向の屈折率は
PEN層でもcoPEN層でもほぼ1.64であった。
この積層フィルムに法線方向から光が入射すると、y軸
方向に振動する光の成分はそのままフィルムを透過す
る。これが透過軸である。一方x軸方向に振動する光の
成分は、PEN層とcoPEN層が、ある一定の条件を
満たす場合に限って、反射される。これが反射軸であ
る。その条件とは、PEN層の光路長(屈折率と膜厚の
積)と、coPEN層の光路長の和が光の波長の2分の
1に等しいことである。このようなPEN層とcoPE
N層を各々数十層以上、出来れば百層以上、厚みにして
30μmほど積層させると、x軸方向に振動する光の成
分のほぼ全てを反射させることが出来る。このようにし
て作成した反射偏光子は、設計された単一の波長の光で
しか偏光能を生じない。そこで設計波長が異なる複数の
反射偏光子を、軸を揃えて積層することにより、広い波
長領域で偏光能を持たせることができる。
【0020】この反射偏光子は、通常の偏光板+アルミ
ニウム反射板構成と比較して、30%以上明るい。また
通常の偏光板+パール顔料分散タイプの半透過反射板構
成と比較すると約2倍明るい。その理由は二つある。一
つは金属アルミニウムの反射率が90%弱、半透過反射
板の反射率が60%弱しか無いのに対し、この反射偏光
子は所定の直線偏光をほぼ100%反射するからであ
る。もう一つの理由は、通常の吸収タイプの偏光板がヨ
ウ素等のハロゲン物質や染料等の二色性物資を利用して
おり、その二色比が必ずしも高くないために、およそ2
0%の光を無駄にしていることである。
【0021】反射偏光子としては、他にもコレステリッ
ク相を呈する液晶ポリマーを用いることもできる。これ
は所定の円偏光成分を反射し、所定の円偏光成分以外の
偏光成分を透過する機能を有する。このような反射偏光
子の詳細については、特開平8−271892号公報で
開示されている。
【0022】次に実施例1の半透過反射型液晶装置の機
能について図3を用いて説明する。図3において、30
1は偏光板、302は位相差フィルム、303は上側ガ
ラス基板、304は下側ガラス基板、305は反射偏光
子、306は半光吸収板、307は光源、308はオフ
状態(電圧無印加状態)にある液晶、309はオン状態
(電圧印加状態)にある液晶である。
【0023】まず光源307が点灯していない場合、即
ち反射表示の場合を説明する。上方より入射した光31
1と312は、偏光板301によって直線偏光に変換さ
れる。その後、位相差フィルムと液晶パネルによって様
々に変調されるが、反射偏光子305に入射する際に
は、ほぼ直線偏光に戻る。但し液晶パネルがオン状態
(電圧印加状態)にある領域309とオフ状態(電圧無
印加状態)にある領域308とでは、出射する直線偏光
は互いに直交している。そこでオフ状態(電圧無印加状
態)にある領域308から出射する直線偏光を反射し、
オン状態(電圧印加状態)にある領域309から出射す
る直線偏光を透過するよう、あらかじめ反射偏光子の軸
を配置しておく。オフ状態(電圧無印加状態)では、反
射偏光子を反射した直線偏光は再び先程と同じ経路を通
って上方に出射するため、明表示となる。一方オン状態
(電圧印加状態)では、反射偏光子を透過した直線偏光
が半光吸収体306で吸収され、残った光も多くは偏光
解消されるために反射偏光子を通って戻ることができ
ず、暗表示となる。液晶パネルがオン状態(電圧印加状
態)とオフ状態(電圧無印加状態)の中間の状態にある
ときには、両者が混じり合って中間調表示となる。この
ように反射表示では、ノーマリオープンの表示が実現さ
れる。
【0024】次に光源が点灯している場合、即ち透過表
示の場合を説明する。半透過反射型液晶装置で透過表示
を行う状況では、周囲が十分に暗いと考えられるから、
上方からの入射光が無視できる。光源307の点灯によ
り発せられた光321と322は、反射偏光子305に
よって、一方の直線偏光が反射され、残りの直線偏光が
透過する。透過した直線偏光は反射表示と同じ経路を通
って、明〜暗の表示を行う。但し、反射表示で反射偏光
子を反射した直線偏光と、透過表示で反射偏光子を透過
した直線偏光は、実は同じものではなく、互いに直交し
ている。従って、反射表示と透過表示では、表示の明暗
が反転する。このように透過表示では、ノーマリクロー
ズドの表示が実現される。なお表示の反転が好ましくな
い場合には、反射表示時と透過表示時とで液晶パネルの
表示を反転させるよう、表示データを変換する方法が有
効である。
【0025】さて、光変調不可能な領域、すなわち電極
に挟まれていないために液晶組成物に電圧を印加できな
い領域であって、しかも遮光膜や金属配線等に隠れてい
ない領域(本実施例の代表例としてドット間の領域)を
通った光313と323の挙動は、概ね液晶パネルがオ
フ状態(電圧無印加状態)にある領域308を通った光
311、321と同様である。つまり、反射表示時に明
表示、透過表示時に暗表示になる。従って、この光変調
不可能な領域は、反射表示の明るさ向上に寄与し、また
透過表示時のコントラストに悪影響を及ぼさない。
【0026】図4に実施例1の半透過反射型液晶装置の
表示例を示す。6×12個の四角形はドットを、ハッチ
ング領域は暗表示を、ハッチングのない領域は明表示を
示す。
【0027】図4(a)は反射表示の例であって、左側
の6×6のドットはオン状態(電圧印加状態)で暗表示
であり、右側の6×6のドットはオフ状態(電圧無印加
状態)で明表示である。明表示の領域はドット間が明る
いため、より明るい表示ができる。暗表示の部分もドッ
ト間が明るいが、反射表示ではドット間に入る光は、入
射時あるいは反射時に隣接する暗表示のドットを通る可
能性が高いために、光漏れが少ない。
【0028】図4(b)は、(a)と同様に、左側の6
×6のドットをオン状態(電圧印加状態)、右側の6×
6のドットはオフ状態(電圧無印加状態)にしたまま、
光源を点灯したときの表示である。この表示は、(a)
と比べて明暗が反転している。そこで、これを補償する
ように表示データを変換すると、図4(c)の表示にな
る。この表示は図4(a)と同様に左側が暗表示、右側
が明表示であるが、ドット間の領域が暗い。従って、透
過表示でも高いコントラストが得られる。
【0029】本実施例では、光変調不可能な領域、すな
わち電極に挟まれていないために液晶組成物に電圧を印
加できない領域であって、しかも遮光膜や金属配線等に
隠れていない領域をドット間の領域として説明したが、
図4に示すようにドット間の領域のみでなく、ドット群
の外側周辺領域も含む。
【0030】(実施例2)上記実施例で説明した半透過
反射型液晶装置は、カラー表示を行うことも可能であ
る。その一例を次に示す。
【0031】図5は実施例2に係る半透過反射型液晶装
置の斜視図である。まず構成を説明する。図5におい
て、501は偏光板、502は対向基板、503は液晶
組成物、504は素子基板、505は光散乱板、506
は反射偏光子、507は光源の導光板、508は光吸収
板、509は光源であり、対向基板502上にはカラー
フィルタ510と、対向電極(走査線)511を設け、
素子基板504上には信号線512、画素電極513、
2端子型非線形素子514を設けた。ここで501と5
02、504と505、505と506は、互いに離し
て描いてあるが、これは図を明解にするためであって、
実際には糊で接着している。また対向基板502と素子
基板504の間も広く離して描いてあるが、これも同様
の理由からであって実際には数μmから十数μm程度の
ギャップしかない。また、図5は液晶装置の一部を示し
ているため、3本の走査線511と3本の信号線512
が交差して出来る3×3のマトリクス、即ち9ドット分
しか図示していないが、実際にはさらに多くのドットを
有する。
【0032】対向電極511と画素電極513はITO
等で形成した透明電極である。511と513が交差す
る領域が、液晶組成物に電圧を印加可能な領域、即ち光
変調可能な領域である。信号線512は金属Taで形成
した。2端子型非線形素子は絶縁膜Ta2O5を金属T
aと金属Crで挟んだMIM(Metal-Insulator-Meta
l)構造である。液晶組成物503は90度ねじれたネ
マチック液晶であり、上下の偏光板は互いに偏光軸が直
交している。これは一般的なノーマリホワイト型TNモ
ードの構成である。従って、光変調不可能な領域の中
で、信号線や2端子型非線形素子等の金属に遮光されな
い領域は、反射表示時において明表示である。また反射
偏光子を利用しているために、透過表示時には暗表示で
ある。
【0033】またカラーフィルタ510は加法混色の三
原色である赤色(図中「R」で示した)と緑色(図中
「G」で示した)と青色(図中「B」で示した)の3色
から成り、モザイク状に配列した。偏光板501や光散
乱板505、反射偏光子506は、実施例1と同様なも
のを用いた。
【0034】なお、ここではMIMアクティブマトリク
ス方式の液晶装置を例として挙げたが、単純マトリクス
方式の液晶装置を採用しても、本発明の効果に変わりは
ない。その場合は、信号線を対向電極同様の短冊状のI
TO等の透明電極で形成して、2端子型非線形素子と画
素電極を設けない。またTNモードの代わりに、180
度から270度ねじれた液晶を用いたSTNモードを採
用する。STNモードの表示の着色を補償する目的で、
位相差板を備えても良い。
【0035】光源には、実施例1の図1と異なる構成を
採用した。図1では光源の導光板109の上に半光吸収
板108を配置したが、実施例2では導光板507の下
に光吸収板508を配置した。導光体507には透明性
の良いアクリル樹脂の平板を用い、その表面に白色塗料
を印刷した。光散乱体は、領域的にはわずかなものであ
るから、導光体の透明度を殆ど損なわずに済む。このよ
うに構成することによって、この光源は非点灯時におい
て実質的に黒色になる。このような光源を用いても、半
透過反射型表示が可能である。
【0036】以上説明したカラー半透過反射型液晶装置
の機能も、図3を用いて説明した実施例1の半透過反射
型液晶装置の機能と同様である。光変調不可能な領域の
中で、信号線や2端子型非線形素子等の金属に遮光され
ない領域は、反射表示時に明表示、透過表示時に暗表示
になる。従って、この光変調不可能な領域は、反射表示
の明るさ向上に寄与し、また透過表示時のコントラスト
に悪影響を及ぼさない。
【0037】(実施例3) 実施例3に係わる電子機器の例を3つ示す。本発明の半
透過反射型液晶装置は、様々な環境で用いられ、しかも
低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【0038】図6(a)は携帯電話であり、本体601
の前面上方部に表示部602が設けられる。携帯電話
は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。しか
も、少なくともスタンバイ状態で200時間以上、電池
がもつことが必要である。従って携帯電話に利用される
表示装置は、消費電力が小さい反射表示をメインに、必
要に応じて補助光を利用した透過表示ができる半透過反
射型液晶装置が最も望ましい。本発明の半透過反射型液
晶装置は、反射表示でも透過表示でも従来の半透過反射
型液晶装置より明るく、コントラストが高い。
【0039】図6(b)はウォッチであり、本体603
の中央に表示部604が設けられる。ウォッチ用途にお
ける重要な観点はファッション性である。本発明の半透
過反射型液晶装置は、光源の色を変えることによって、
反射表示の見やすさを損なうことなしに、色とりどりの
透過表示が楽しめる。外装のイメージに合わせて、様々
なカラー表示が行えることは、デザイン上有利である。
【0040】図6(c)は携帯情報機器であり、本体6
05の上側に表示部606、下側に入力部607が設け
られる。携帯情報機器は、表示部の前面にタッチ・キー
を設けることが多いため、表示が暗くなりがちである。
従って、従来は反射型液晶装置か、透過型液晶装置が主
に用いられていた。しかしながら前者は暗闇で見えず、
後者は消費電力が大きくて電池寿命が短くなるという問
題があった。本発明の半透過反射型液晶装置はこのよう
な用途にも適しており、低パワーで明るい表示ができ、
光源を点灯すれば暗闇で高画質の表示を得ることも可能
である。
【0041】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
変調不可能な領域を反射表示時に明表示、透過表示時に
暗表示とすることによって、明るい反射表示とコントラ
ストの高い透過表示を両立させた半透過反射型液晶装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における半透過反射型液晶装
置の斜視図である。
【図2】本発明の実施例1と実施例2で用いた反射偏光
子の構造の要部を示す図である。
【図3】本発明の実施例1における半透過反射型液晶装
置の機能を説明する図である。
【図4】本発明の実施例1における半透過反射型液晶装
置の表示例を示す図である。(a)反射表示、(b)透
過表示、(c)表示データを反転した透過表示。
【図5】本発明の実施例2における半透過反射型液晶装
置の斜視図である。
【図6】本発明の実施例3における電子機器の、外観を
示す図である。(a)携帯電話、(b)ウォッチ、
(c)携帯情報機器。
【図7】従来の半透過反射型液晶装置の斜視図である。
【符号の説明】 101 偏光板 102 位相差フィルム 103 上側ガラス基板 104 液晶組成物 105 下側ガラス基板 106 光散乱板 107 反射偏光子 108 半光吸収板 109 光源の導光板 110 光源 111 透明電極(走査線) 112 透明電極(信号線)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−271837(JP,A) 特開 平6−230362(JP,A) 特開 平9−189811(JP,A) 特開 平11−153791(JP,A) 特表 平9−506985(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 G02F 1/1343 G02B 5/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射する光を偏光成分に応じて透過及び反
    射する反射偏光手段を有し、反射表示と透過表示との両
    方の表示が可能な液晶装置において、 前記電極間に挟まれた前記液晶組成物が存在する領域、
    及び前記電極間に挟まれない前記液晶組成物が存在する
    領域を有し、 前記電極間に挟まれた前記液晶組成物が存在する領域に
    おいては、前記電極間に電圧を印加することにより光変
    調が行われ、 前記電極間に挟まれない前記液晶組成物が存在する領域
    は遮光されておらず、且つ反射表示時に明表示、透過表
    示時に暗表示となることを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項2】偏光板と、光変調可能な複数のドットを有
    する液晶パネルと、光源からの光を前記液晶パネルに向
    けて出射する導光体とをこの順に配置してなり、反射表
    示と透過表示との両方の表示が可能な液晶装置におい
    て、 前記導光体から前記液晶パネルに向けて出射した光及び
    前記導光体の反対側より前記液晶パネルに入射する光を
    偏光成分に応じて透過及び反射する反射偏光手段を有
    し、 前記液晶パネルは光変調せず、且つ遮光されない領域を
    有し、 前記領域が反射表示時に明表示、透過表示時に暗表示と
    なるように前記偏光板と前記反射偏光手段の軸が設定さ
    れてなることを特徴とする液晶装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2に記載の液晶装置を
    搭載した電子機器。
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