JP3543606B2

JP3543606B2 - 反射型表示装置

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Publication number: JP3543606B2
Application number: JP05620698A
Authority: JP
Inventors: 映保楊; 哲夫占部; 秀雄片岡; 幸男木下; 隆之藤岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11149252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自然光などの外光を利用して表示を行なう反射型表示装置に関する。より詳しくは、外光が乏しい時に補助的に用いる反射型表示装置の照明構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置には種々のモードがあり、現在ツイスト配向又はスーパーツイスト配向されたネマティック液晶を用いたＴＮモードあるいはＳＴＮモードが主流となっている。しかしながら、これらのモードは動作原理上一対の偏光板が必要であり、その光吸収がある為透過率が低く明るい表示画面が得られない。これらのモードの他、二色性色素を利用したゲストホストモードも開発されている。ゲストホストモードの液晶表示装置は液晶に添加した二色性色素の吸収係数の異方性を利用して表示を行なうものである。棒状構造の二色性色素を用いると、色素分子は液晶分子に平行に配列する性質があるので、電界を印加して液晶の分子配向を変化させると、色素の配向方向も変化する。この色素は方向によって着色したりしなかったりするので、電圧を印加することによって液晶表示装置の着色、無色を切り替えることができる。
【０００３】
図５はハイルマイア（ＨＥＩＬＭＥＩＥＲ）型ゲストホスト液晶表示装置の構造を示しており、（Ａ）は電圧無印加状態を表わし、（Ｂ）は電圧印加状態を表わしている。この液晶表示装置はｐ型色素と誘電異方性が正のネマティック液晶（Ｎ_p液晶）を用いている。ｐ型の二色性色素は分子軸にほぼ平行な吸収軸を持っており、分子軸に平行な偏光成分Ｌｘを強く吸収し、それに垂直な偏光成分Ｌｙはほとんど吸収しない。（Ａ）に示す電圧無印加状態では、入射光に含まれる偏光成分Ｌｘがｐ型色素により強く吸収され、液晶表示装置は着色する。これに対し、（Ｂ）に示す電圧印加状態では、誘電異方性が正のＮ_p液晶が電界に応答して立ち上がり、これに合わせてｐ型色素も垂直方向に整列する。この為、偏光成分Ｌｘはわずかに吸収されるだけで液晶表示装置はほぼ無色を呈する。入射光に含まれる他方の偏光成分Ｌｙは電圧印加状態及び電圧無印加状態の何れであっても二色性色素によって吸収されることはほとんどない。従って、ハイルマイア型ゲストホスト液晶表示装置では、あらかじめ１枚の偏光板を介在させ、他方の偏光成分Ｌｙを取り除き、コントラストの改善を図っている。
【０００４】
図５に示したゲストホスト液晶表示装置は透過型であるが、反射型も知られている。例えば図６に示す様に、入射側から偏光板を除去する一方、出射側に四分の一波長板及び反射板を取り付けた反射型ゲストホスト液晶表示装置が提案されている。この方式では、互いに直交する２つの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙが、四分の一波長板によって往路及び復路で偏光方向を９０°回転させ、偏光成分の入れ替えが行なわれる。従って、（Ａ）に示すオフ状態（吸収状態）では、各偏光成分Ｌｘ，Ｌｙが入射光路か反射光路の何れかで吸収を受けることになる。又（Ｂ）に示すオン状態（透過状態）では何れの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙもほとんど吸収を受けることはない。これにより、入射光の利用効率を改善できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した透過型の表示装置では、透明な一対の基板間に電気光学物質として液晶を保持したパネルを作成し、その背面に照明用の光源（バックライト）を配置する一方、パネルの正面から画像を観察する。透過型の場合、バックライトは必須であり例えば冷陰極管などが用いられる。この為、ディスプレイ全体として見た場合バックライトが大部分の電力を消費する為、携帯用機器のディスプレイには不向きである。これに対し、図６に示した反射型では、パネルの背面に反射板を配置する一方、正面から自然光などの外光を入射しその反射光を利用して同じく正面から画像を観察する。透過型と異なり背面照明用の光源を利用しないので、反射型は比較的低消費電力で済み、携帯用機器のディスプレイに向いている。しかしながら、反射型表示装置は夜間など外光の乏しい環境下では画像を観察することができず、解決すべき課題となっている。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上述した従来の技術の課題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係る反射型表示装置は基本的な構成としてパネルと導光板と光源とを備えている。パネルは、外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の夫々に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えている。導光板は透明な材質からなり該第１基板の外側に配される。光源は該導光板の端部に配され、必要に応じて照明光を発生する。特徴事項として、前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射する。前記光源と前記導光板との間に偏光板が介在しており、該光源から発した無偏光の照明光を直線偏光に変換して該導光板に導入し、該導光板の内部における照明光の不要な散乱を抑制する。
好ましくは、前記導光板と前記パネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して該導光板と該パネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制する。前記介在層は接着性を備えた透明な樹脂からなる。前記導光板の裏面に溝が形成されており、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた透明な樹脂の溢れ出しを該溝で防ぐ。前記光源から発散した照明光を平行化して前記導光板の端部に垂直入射させる集光手段を備えている。前記光源は長手形状を有し該導光板の端部に対面して配されており、前記集光手段は該光源と該導光板との間に配された長手形状のコリメータレンズである。前記偏光板は、照明光を該導光板と平行又は垂直な直線偏光に変換する。
【０００７】
また本発明は、外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、該第１基板の外側に配された透明な導光板と、該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、前記導光板は帯状に分割された平面部及び各平面部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ該光源が位置する端部から前方に向って厚みが減少しており、前方に向って導かれた照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各平面部から出射し、前記段差部は湾曲した傾斜面を有しており、照明光を拡散的に反射して第１基板に入射することを特徴とする。
また本発明は、外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、該第１基板の外側に配された透明な導光板と、該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、前記導光板は帯状に分割された平面部及び各平面部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ該光源が位置する端部から前方に向って厚みが減少しており、前方に向って導かれた照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各平面部から出射し、各段差部は傾斜の角度を変えて形成されており、照明光を傾斜の角度に応じて反射し第１基板にそれぞれ異なる角度で入射することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、該第１基板の外側に配された透明な導光板と、該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、前記導光板は帯状に分割された台状部及び各台状部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ各台状部は湾曲したレンズ面を有しており、該光源から発した照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各台状部のレンズ面から出射することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、反射型のパネルの表面に、導光板を配置するとともに、その端部に光源を配置している。暗い環境下では、光源を点灯し導光板を介して照明光をパネル側に入射して画像を写し出す。明るい環境下では光源を消灯し、透明な導光板を介して直接外光を利用し画像を写し出す。導光板は基本的に透明であり、明るい環境下でも画像を観察する際何ら障害とならない。この様に、本発明によれば、必要な時だけ光源を点灯すればよく、ディスプレイ全体としての消費電力を大幅に削減可能であり、携帯用機器のディスプレイに好適である。なお、本発明に係る構造に代え、平面型の背面光源をパネルの背面に配置して暗い環境下での補助的な照明を行なう構造も考えられる。しかしながら、この場合にはパネルに組み込まれた光反射層に背面からの照明光を正面に透過する為の開口を設けるか、あるいは光反射層を半透鏡構造にする必要がある。これでは、光反射層の反射効率が悪く、明るい環境下での表示画像の明度が犠牲になってしまう。本発明では、明るい環境下での表示明度を何ら犠牲にすることなく、暗い環境下での補助照明を提供することが可能である。
【００１０】
又、本発明によれば、光源から発した照明光の利用効率を改善し且つ画質を高める為に種々の工夫がなされている。例えば、導光板と第１基板との間にマッチング用の介在層を充填し、導光板と第１基板の界面における照明光の不要反射を抑制している。又、光源と導光板の端部との間にコリメータレンズなどの集光手段を装着して、照明光を効率よく導光板に入射している。又、光源と導光板との間に偏光板を挿入し、導光板の内部における照明光の不要散乱を抑制している。更には、導光板の段差部を湾曲した傾斜面とすることにより、照明光を拡散的に第１基板に入射し、視角特性を改善している。あるいは、各段差部は傾斜角度を変えて形成されており、照明光を異なった角度で第１基板に入射し、視角特性を改善することも可能である。更には、導光板の帯状に分割された平面部（台状部）に湾曲したレンズ面を形成することで、マイクロレンズを設けている。このマイクロレンズは導光板の周期的なプリズム構造に起因する干渉縞を抑制することができ、良質な表示が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る反射型表示装置の第１実施形態を示す模式的な部分断面図である。図示する様に、本反射型表示装置は、基本的な構成としてパネル０と導光板２０と光源３０とを備えている。パネル０は外光の入射側に位置する透明な第１基板１、所定の間隙を介して第１基板１に接合し反射側に位置する第２基板２、両基板１，２の間隙に保持された電気光学物質及び第１基板１と第２基板２の夫々に形成され電気光学物質に電圧を印加する電極１０，１１を備えている。導光板２０は例えばアクリル樹脂など透明材料の射出成型品からなり、第１基板１の外側に配されている。なお、本実施形態では導光板２０と第１基板１は別体構造であるが、両者を一体的に成型してもよい。光源３０は導光板２０の端部に配され、必要に応じて照明光を発生する。この光源３０は例えば冷陰極管からなり、所謂エッジライトと呼ばれる。このエッジライトの照明効率を改善する為、円筒型の光源３０の後に反射鏡３１が配されている。係る構成において、導光板２０は、通常外光を透過して第１基板１に入射し且つ第２基板２から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して第１基板１に入射し且つ第２基板２から反射した照明光を出射する。
【００１２】
本実施形態では、この導光板２０は帯状に分割された平面部２２及び各平面部２２の間に位置する傾斜した段差部２１を有しており、光源３０が位置する端部から前方に向って段階的に厚みが減少している。導光板２０は前方に向って水平方向に導かれた照明光を各段差部２１で全反射して第１基板１に入射するとともに、第２基板２から反射した照明光を各平面部２２から出射する。導光板２０の段差部２１は、平面部２２に対して４０°ないし５０°の範囲で傾斜している。図では、この傾斜角をθで表わしている。図１は暗い環境下における反射型表示装置の使用状態を表わしており、エッジライトを構成する光源３０は点灯されている。光源３０から発した照明光は導光板２０を介してパネル０を照明する。即ち、導光板２０の内部を水平方向に進行する照明光は傾斜している段差部２１で全反射され、パネル０に入射する一方、第２基板２側から反射した照明光は導光板２０の平面部２２から出射される。
【００１３】
パネル０はホストとなる液晶４にゲストとなる二色性色素５を添加したゲストホスト液晶層３を電気光学物質として用いている。ただし、本発明はゲストホスト液晶層に限られるものではなく他の材料を電気光学物質として用いることも可能である。パネル０は光反射層８と四分の一波長板層９を備えている。光反射層８は第２基板２側に位置し外光を散乱反射する。四分の一波長板層９はゲストホスト液晶層３と光反射層８の間に介在する。以下、このパネル０の構造を詳細に説明する。ゲストホスト液晶層３はネマティック液晶４と二色性色素５の混合物からなり、上下の配向膜６，７により、ホモジニアスに整列されている。又、両基板１，２の間隙内には光反射層８が第２基板２側に位置して設けられている。更に、ゲストホスト液晶層３と光反射層８の間に四分の一波長板層９が介在している。第１基板１側及び第２基板２側に夫々ゲストホスト液晶層３に電圧を印加する電極１０，１１が形成されている。本実施形態では、上側の電極１０が第１基板１の内表面に形成され、下側の電極１１が第２基板２の内表面に形成されている。
【００１４】
光反射層８は表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。従って、ペーパーホワイトの外観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、入射光を比較的広い角度範囲で反射する為、視野角が拡大し表示が見やすくなるとともに広い視角範囲で表示の明るさが増す。本実施形態では光反射層８と四分の一波長板層９との間に凹凸を埋める透明な平坦化層１２が介在している。四分の一波長板層９は平坦化層１２の表面に沿って一軸配向された高分子液晶材料１３からなる。なお、高分子液晶材料１３を一軸配向させる為、平坦化層１２と四分の一波長板層９との間に下地配向膜１４が設けられている。光反射層８は凹凸が形成された樹脂膜１５とその表面に成膜されたアルミニウムなどの金属膜１６とからなる。樹脂膜１５はフォトリソグラフィにより凹凸がパタニングされた感光性樹脂膜である。
【００１５】
第２基板２の表面に形成された感光性樹脂膜１５は例えばフォトレジストからなり、基板表面に全面的に塗布される。これを所定のマスクを介して露光処理し例えば円柱状にパタニング加工する。次いで加熱してリフローを施せば凹凸形状が安定的に形成できる。この様にして形成された凹凸形状の表面に所望の膜厚で良好な光反射率を有するアルミニウムなどの金属膜１６を形成する。凹凸の深さ寸法を数μｍに設定すれば、良好な光散乱特性が得られ、光反射層８は白色を呈する。光反射層８の表面には平坦化層１２が形成され凹凸を埋めている。平坦化層１２はアクリル樹脂など透明な有機物を用いることが好ましい。この平坦化層１２を介在させることで、下地配向膜１４の成膜及びラビング処理が安定に行なえる。この為、四分の一波長板層９が精度よく形成できる。四分の一波長板層９の上には配向膜７が形成されている。第２基板２側に形成された配向膜７と第１基板１側に形成された配向膜６とでゲストホスト液晶層３をホモジニアス配向（水平配向）させている。なお、これに代えてゲストホスト液晶層３をホメオトロピック配向（垂直配向）してもよい。
【００１６】
続いて、この反射型ゲストホスト液晶表示装置を用いて白黒表示を行なう場合の動作について簡潔に説明する。電圧無印加状態では、ネマティック液晶４は水平に配向しており、二色性色素５も同様に配向する。上側の第１基板１から入射した照明光がゲストホスト液晶層３に進むと、照明光の内二色性色素５の分子の長軸に対して平行な振動面を持つ成分が二色性色素５によって吸収される。又、二色性色素５の分子の長軸方向に対して垂直な振動面を持つ成分はゲストホスト液晶層３を通過し、下側の第２基板２の表面に形成された四分の一波長板層９で円偏光とされて、光反射層８で反射する。この時、反射光の偏光が逆回りとなり、再び四分の一波長板層９を通過し、二色性色素５の分子の長軸方向に対して平行な振動面を持つ成分となる。この成分は二色性色素５によって吸収されるのでほぼ完全な黒色表示となる。一方、電圧印加時にはネマティック液晶４は電界方向に沿って垂直に配向し、二色性色素５も同様に配向する。上側の第１基板１側から入射した照明光は二色性色素５によって吸収されずにゲストホスト液晶層３を通過し、更に四分の一波長板層９で実質的な影響を受けることなく光反射層８で反射する。反射光は再び四分の一波長板層９を通過し、ゲストホスト液晶層３で吸収されずに出射する。従って白色表示となる。
【００１７】
図２は、図１に示した反射型ゲストホスト液晶表示装置の明るい環境下における使用状態を示している。明るい環境下では、自然光などの外光が充分にある為、これを利用して表示を行なう。従って、光源３０は消灯する。これにより、ディスプレイ全体としての消費電力を削減可能である。導光板２０は観察者側から入射する外光をそのまま透過して第１基板１に入射し、且つ第２基板２から反射した外光を平面部２２から出射する。導光板２０は基本的に透明であり、何ら表示を観察する上で障害とならない。
【００１８】
図３は導光板２０の光学的な機能を模式的に表わした説明図である。（Ａ）に示す様に、導光板２０の端部から水平方向に沿って導入された照明光は段差部２１によりほぼ直角に全反射され、パネル０側に導かれる。段差部２１の傾斜角θを適切な値に設定することで、光漏れを起こすことなく照明光のほぼ全量をパネル０側に導くことが可能である。この傾斜角θは導光板２０を構成する透明材料の屈折率に依存しており、一般に４０°ないし５０°の範囲で設定される。
【００１９】
（Ｂ）に示す様に、段差部２１を介してパネル０側に導入された照明光は、パネル０により反射され導光板２０の平面部２２から出射する。この場合、導光板２０の平面部２２に立てた法線と反射光との成す角φが導光板２０の屈折率によって決まる全反射角以下となる様に、段差部２１の傾斜角θを設定することが好ましい。この様にすれば、照明光のほぼ全量が全反射を受けることなく導光板２０の平面部２２から外部に出射し、照明効率がよくなる。一般に、この様な条件を満たす為段差部２１の傾斜角θは４０°ないし５０°に設定される。
【００２０】
図４は、本発明に係る反射型表示装置の第２実施形態を示す模式的な部分断面図である。本実施形態も、基本的に導光板とパネルとを重ねたフラット構造となっている。特徴事項として、パネルはアクティブマトリクス型の構成となっている。上側の基板１０１は導光板に接して入射側に位置し、ガラスなどの透明基材からなる。一方、下側の基板１０２は反射側に位置し、必ずしも透明材料を用いる必要はない。一対の基板１０１，１０２の間隙にはゲストホスト液晶層１０３が保持されている。このゲストホスト液晶層１０３は負の誘電異方性を有するネマティック液晶１０４を主体とし、且つ二色性色素１０５を所定の割合で含有している。上側の基板１０１の内表面には対向電極１０６と配向膜１０７が形成されている。更に、カラーフィルタ１５０も形成されている。配向膜１０７は例えばポリイミドフィルムからなり、ゲストホスト液晶層１０３を垂直配向している。下側の基板１０２には少くとも、薄膜トランジスタ１０８からなるスイッチング素子と光反射層１０９と四分の一波長板層１１０と画素電極１１１とが形成されている。四分の一波長板層１１０は薄膜トランジスタ１０８や光反射層１０９の上方に成膜されており、且つ薄膜トランジスタ１０８に連通するコンタクトホール１１２が設けられている。画素電極１１１はこの四分の一波長板層１１０の上にパタニングされている。従って、画素電極１１１と対向電極１０６との間でゲストホスト液晶層１０３に充分な電界を印加することが可能である。この画素電極１１１は四分の一波長板層１１０に開口したコンタクトホール１１２を介して薄膜トランジスタ１０８に電気接続している。
【００２１】
以下、個々の要素について具体的な説明を加える。本実施形態では、四分の一波長板層１１０は一軸配向した高分子液晶膜で構成されている。この高分子液晶膜を一軸配向する為下地配向膜１１３が用いられている。薄膜トランジスタ１０８及び光反射層１０９の凹凸を埋める為平坦化層１１４が介在しており、上述した下地配向膜１１３はこの平坦化層１１４の上に形成される。そして、四分の一波長板層１１０もこの平坦化層１１４の表面に成膜されている。この場合、画素電極１１１は四分の一波長板層１１０及び平坦化層１１４を貫通して設けたコンタクトホール１１２を介して薄膜トランジスタ１０８に接続することになる。光反射層１０９は個々の画素電極１１１に対応して細分化されている。個々に細分化された部分は対応する画素電極１１１と同電位に接続されている。係る構成により、光反射層１０９と画素電極１１１との間に介在する四分の一波長板層１１０や平坦化層１１４に不要な電界が加わることがない。光反射層１０９は図示する様に散乱性の反射面を備えており、入射光の鏡面反射を防止して画質の改善を図っている。画素電極１１１の表面を被覆する様に配向膜１１５が形成されており、ゲストホスト液晶層１０３に接してその配向を制御している。本実施形態では、この配向膜１１５は対向する配向膜１０７と一緒になって、ゲストホスト液晶層１０３を垂直配向している。最後に、薄膜トランジスタ１０８はボトムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極１１６、ゲート絶縁膜１１７、半導体薄膜１１８を重ねた積層構造を有している。半導体薄膜１１８は例えば多結晶シリコンからなり、ゲート電極１１６と整合するチャネル領域は上側からストッパ１１９により保護されている。係る構成を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタ１０８は層間絶縁膜１２０により被覆されている。層間絶縁膜１２０には一対のコンタクトホールが開口しており、これらを介してソース電極１２１及びドレイン電極１２２が薄膜トランジスタ１０８に電気接続している。これらの電極１２１及び１２２は例えばアルミニウムをパタニングしたものである。ドレイン電極１２２は光反射層１０９と同電位になっている。又、画素電極１１１は前述したコンタクトホール１１２を介してこのドレイン電極１２２と電気接続している。一方、ソース電極１２１には信号電圧が供給される。
【００２２】
図７は、本発明に係る反射型表示装置の第３実施形態を示す模式的な断面図である。基本的な構成は図１に示した第１実施形態と同様であり、対応する部分には対応する参照番号を付してある。特徴事項として、導光板２０とパネル０の第１基板１は透明な介在層４０を介して互いに接合している。介在層４０の屈折率を適切に設定して導光板２０と第１基板１の界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制する。介在層４０は例えば接着性を備えた透明な樹脂を用いることができる。パネル０の第１基板１の表面に透明な樹脂を塗工し、これに重ねて導光板２０を接着する。不要反射を抑制する為には光学的なマッチングを取る必要があり、介在層４０を構成する樹脂の屈折率は導光板２０及び第１基板１の屈折率とほぼ同等になる様に選択される。例えば、第１基板１がガラスからなる時、介在層４０を構成する樹脂の屈折率は１．５程度に設定される。又、導光板２０とパネル０を貼り合わせる際両者の間に気泡を閉じ込めない為、樹脂は比較的低粘度のものがよく、例えば１０００ＣＰ程度の粘度に調節される。
【００２３】
介在層４０の材質を代えて画質や加工性の評価を行なった。まず、参考例としてパネル０の上に空気を介して導光板２０を直接配置した。この場合、光源３０から発した照明光がパネル０側に垂直入射する際、導光板２０の下面と空気層との界面及び空気層と第１基板１の上面との界面で反射される。この不要な反射光は照明光の１０％程度に及ぶ。この不要反射光の強度はパネル０の第２基板２側から反射する光の量とほぼ同等である為、表示コントラストを極端に低下させてしまう。実際、この場合の表示コントラストは０に近くパネル０に写された画像を明瞭に視認することができなかった。次に、導光板２０とパネル０との間に介在層４０として水を導入した。即ち、屈折率が１．３３の水を毛細管現象を利用して導光板２０とパネル０との間に充填して、両者を光学的に接合した。その結果、導光板２０とパネル０との界面における不要反射が大幅に減少し、充分に画像の観察が可能なコントラストを実現した。更に、紫外線硬化型のエポキシ樹脂を導光板２０とパネル０との間に充填してみた。このエポキシ樹脂の屈折率は１．５６であり、不要な表面反射をほとんど除去することができた。これにより、実用に耐えるレベルの高コントラストを有する表示装置が得られた。但し、このエポキシ樹脂の粘度が５０００ＣＰ程度であり比較的高い為、導光板２０とパネル０との間に均一に充填することが困難であった。更に、粘度が１０００ＣＰ程度の紫外線硬化型エポキシ樹脂を導光板２０とパネル０との間に充填してみた。このエポキシ樹脂は比較的低粘度であり且つ高屈折率を有する為導光板２０とパネル０との界面に均一に充填することができるとともに不要反射をほぼ完全に抑制することができた。
【００２４】
図８は、図７に示した導光板２０の具体的な構成を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は拡大断面図である。シート状の導光板２０はその下面部２８を介してパネル０に接着される。この際、接着用の樹脂が導光板２０の端部２５、上面部２６、側面部２７に付着すると、その光学的な機能が損なわれる。そこで、紫外線硬化型の樹脂を用いて導光板２０とパネル０を接着する際、あらかじめ導光板２０の端部２５、上面部２６、側面部２７をテープなどで被覆し保護しておくことが好ましい。紫外線を照射して導光板２０とパネル０を互いに接着した後、テープを剥離することにより接着用の樹脂の不要な付着を防ぐことができる。接着後、導光板２０とパネル０は互いに一体化される。
【００２５】
実際、導光板をパネルの前面に設置した場合、導光板とパネルの間に空気層が介在すると、空気と導光板間及び空気とパネル間の屈折率の不一致のため、入射光が１０％近く反射される。この反射光はパネルの電気光学的なスイッチングとは関係がないため、反射型表示装置のコントラストを著しく低下させてしまう。そこで、上述した第３実施形態では、この界面反射を防ぐため、導光板とパネル間を屈折率が両方に近い透明な樹脂で接着している。しかし、導光板とパネルを互いに接合するとき、余分な接着剤が両者の隙間から外部に溢れ出す可能性があり、他の部品に付着すると反射型表示装置の外観特性が悪くなる場合もある。そこで、接着剤の溢れ出しを防ぐ構造を以下に説明する。図９は改良した導光板の平面図であり、図１０は同じく側面図である。導光板２０は、大きさが９０×１２０ｍｍで厚みが３．０ｍｍのアクリル板を、１３５°の傾斜を持つダイヤモンドカッターで研削加工したものである。これにより、導光板２０の表面に周期２００μｍで傾斜角が４５°の段差部２１が形成される。隣り合う段差部２１の間に平面部２２が形成されている。この平面部２２は僅かに傾斜しており、導光板２０は全体として一定の厚みとなっている。この研削加工を行う前に、アクリル板の裏面に溝２９を２本形成してある。各溝２９は段差部２１と平行であり、１本は光源と近い方に配され、他の１本は光源と反対側に配されている。溝２９は導光板２０の端部から例えば１ｍｍ離れた場所に形成され、幅寸法は例えば１ｍｍで深さ寸法は例えば０．２ｍｍである。
【００２６】
図１１は、図９及び図１０に示した導光板２０をパネル０に接合し、反射型表示装置を組み上げた状態を模式的に表している。屈折率が１．５０の接着剤４０ａを用いて導光板２０の裏面をパネル０の表面に接着してある。前述したように、パネル２０の裏面には２本の溝２９が予め形成されている。導光板２０の端部に光源３０を配するとともに、この光源３０を反射鏡３１で一部覆ってある。光源３０としては長手形状の冷陰極管を用いることができる。導光板２０の表面側には傾斜角が４５°の段差部２１と、平面部２２とが形成されている。又、光源３０に近接した周辺部には拡散領域２０ｚも形成されている。光源３０から発した照明光は導光板２０の表面に形成された段差部２１で全反射され、導光板２０の下方に位置するパネル０に導かれる。従って、暗い環境下でも光源３０の照明により、パネル０の画像を映し出すことができる。尚、拡散領域２０ｚは光源３０から発した照明光のうち比較的入射角の高い斜行成分を拡散吸収して、パネル０に対する照明光の強度を均一化するために形成されている。本実施例の特徴は、導光板２０の裏面に溝２９を形成し、導光板２０の裏面とパネル２０の表面を互いに接合する際、接着剤４０ａ（接着性を備えた透明な樹脂）の溢れ出しを溝２９で防ぐことである。
【００２７】
図１２は、導光板２０とパネル０を互いに接合するための加工方法を示す模式図である。前述したように、導光板２０の裏面に予め２本の溝２９を形成しておく。次に、導光板２０の裏面又はパネル０の表面の少くとも一方に、接着剤４０ａを印刷等により塗布する。その後、導光板２０とパネル０を重ね合わせた状態で、加圧ローラ９０により加圧して、導光板２０とパネル０を互いに接合する。必要に応じ、接着剤４０ａを硬化するため加熱処理を行なう。このように、裏面溝２９が形成された導光板２０を用いることによって、導光板２０をパネル０の表面に接合する際、接着剤４０ａの外部溢れがなくなり、接着工程における製造歩留りの低下を防ぐことが可能になった。
【００２８】
図１３は、本発明に係る反射型表示装置の第４実施形態を示す模式的な断面図である。基本的な構成は図４に示した第２実施形態と同様であり対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。特徴事項として、本実施形態は光源３０から発散した照明光を平行化して導光板２０の端部に垂直入射させる集光手段を備えている。本例ではこの集光手段はコリメータレンズ５０からなる。光源３０は長手形状の蛍光管などからなり、導光板２０の端部２５に対面して配置されている。コリメータレンズ５０も長手形状を有しており、光源３０と導光板２０との間に配されている。なお、このコリメータレンズ５０は光源３０とともにカバー３０ａの中に収納されている。集光手段としてはコリメータレンズ５０の他、光源３０の背面に配される放物面反射鏡を用いることもできる。
【００２９】
図１４は、図１３に示した反射型表示装置の一画素分を拡大表示した部分断面図である。上側の基板１０１の外表面に導光板２０が取り付けられている。上側の基板１０１と下側の基板１０２との間に二色性色素１０５を含有したネマティック液晶１０４からなるゲストホスト液晶層が保持されている。ゲストホスト液晶層は上側の基板１０１に形成された対向電極１０６と下側の基板１０２に形成された画素電極１１１との間に生じる電界に応答して駆動される。下側の基板１０２には偏光変換機能を有する四分の一波長板層１１４や拡散機能を有する光反射層１０９が形成されている。光反射層１０９は凹凸を有する樹脂膜１０９ｂの上に成膜されたアルミニウムなどの金属膜１０９ａからなる。なお、樹脂膜１０９ｂの凹凸を調整する為に薄く樹脂膜１０９ｃが塗布されている。画素電極１１１は中間電極１１２ａを介して金属膜１０９ａに電気接続している。この金属膜１０９ａは画素電極１１１と対応して細分化されており、薄膜トランジスタ１０８のドレイン電極１２２に電気接続している。なお、この薄膜トランジスタ１０８はダブルゲート構造を有しており一対のゲート電極１１６を備えている。又、補助容量Ｃｓがこの薄膜トランジスタ１０８に接続している。ゲート電極１１６と半導体薄膜１１８の間に介在するゲート絶縁膜１１７ａ，１１７ｂは二層構造となっている。又層間絶縁膜１２０ａ，１２０ｂも二層構造となっている。
【００３０】
図１５は、第４実施形態の全体構成を示す模式的な斜視図である。パネル１００の上に導光板２０が載置されている。導光板２０の端部２５に接してカバー３０ａが取り付けられている。このカバー３０ａの内部には蛍光管などの光源とコリメータレンズが収納されている。図１６に示す様にコリメータレンズ５０は長手形状を有している。即ち、円柱をその端面と垂直方向に切断した形状を有している。蛍光管はコリメータレンズの曲面側と対面して平行に設置される。コリメータレンズ５０は平面側で導光板２０の端面２５に接する。
【００３１】
図１７は導光板２０の光学的な機能説明図である。図示する様に、導光板２０はコリメータレンズ５０と接する側が大きな厚みを有し、前方に向って厚みが減少しており、所謂楔型となっている。導光板２０の傾斜した上面には微細な溝がストライプ状に形成されており、段差部２１を構成する。光源３０から発散した照明光はコリメータレンズ５０で平行化された後、各段差部２１で全反射され、パネル（図示せず）に効率的に入射される。パネルから反射した光は主として平面部２２を介して観察者側に出射する。段差部２１の傾斜角は４２°に設定されている。導光板２０がガラスからなる場合その屈折率は１．５である。平行化された照明光は段差部２１で全反射し、パネル内に進入する。導光板２０とパネルの界面に空気が介在している場合、パネルに対する照明光の入射角は４．５°になる。あるいは、導光板２０を屈折率１．４の透明樹脂材料で形成した場合、全反射角は４５°になる。これに合わせて段差部２１の傾斜角を４５°に設定すれば、コリメータレンズ５０で平行化された照明光は段差部２１で全反射された後、パネルにほぼ垂直に入射する。これにより、ゲストホスト液晶層の二色比を有効に表示コントラストに反映することが可能である。係る構成を有する導光板は例えばスタンパを用いて樹脂材料で加工すれば、安価に製造可能である。又、パネル側の画素配列ピッチに応じて段差部２１の配列ピッチを設計すれば、両者の間に生じるモアレを最小化することができる。
【００３２】
図１８は、本発明に係る反射型表示装置の第５実施形態を示す模式的な部分断面図である。基本的には、図１に示した第１実施形態と同様であり対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。特徴事項として、本実施形態は光源３０と導光板２０との間に偏光板６０が介在しており、光源３０から発した無偏光の照明光を直線偏光に変換して導光板２０の端面２５に導入する。係る構成により、導光板２０の内部における照明光の不要な散乱を抑制することが可能になり、表示コントラストの改善に寄与できる。好ましくは、偏光板６０は照明光を導光板と平行又は垂直な直線偏光に変換する。一方、パネル０に保持された電気光学物質は液晶を含むゲストホスト液晶層３を用いている。液晶は直線偏光に変換された照明光の偏光方向と平行又は直交する配向方向に制御されており、ゲストホスト液晶層３の二色比を高めることが可能であり、表示コントラストの向上に寄与する。切削加工などで導光板２０に段差部２１を形成した場合、一般的に導光板２０内に残留歪みが発生する。これにより、導光板２０の内部に一軸異方性が生じ、複屈折を呈する領域が存在する様になる。この複屈折領域に照明光が入射すると散乱を受ける。散乱光はパネル０の光学的なスイッチングに関係しないので、その存在はパネル０の表示コントラストを低下してしまう。そこで、コントラストを改善する為偏光板６０を光源３０と導光板２０との間に設置した。導光板２０の残留歪みとの関係から、照明光の直線偏光方向が導光板２０と平行若しくは垂直の場合散乱光が極小となる。又、液晶の配向方向を直線偏光と平行若しくは直交する様に制御することで、液晶のスイッチング効果を最大限に引き出すことができ、その分表示コントラストの改善につながる。
【００３３】
図１９は本発明に係る反射型表示装置の第６実施形態を表わしている。（Ａ）は本実施形態の要部となる導光板の形状を表わし、（Ｂ）は比較例となる導光板の形状を表わしている。（Ａ）に示す様に、本実施形態に係る段差部２１は湾曲した傾斜面を有しており、照明光を拡散的に反射してパネル（図示せず）の第１基板に入射する。図示の例では、各段差部２１は円弧形状に湾曲した傾斜面を有しており、傾斜角は４０°から５０°の範囲で変化している。なお、段差部の高さ寸法は６μｍであり、各段差部２１の配列ピッチは１１８μｍである。但し、これらの寸法は一例に過ぎない。本実施形態では段差部２１に曲率を付け、パネルに対する照明光の入射角を−５°から＋５°の範囲で連続的に変化させている。即ち、段差部に付けられた円弧湾曲面の接線方向の角度は４０°から５０°の間で変化する。これにより、パネルには拡散照明光が入射することになり、正面反射を抑制している。この為、正面から画像を観察した場合のぎらつきを抑えることができる。
【００３４】
（Ｂ）に示す比較例では、段差部が傾斜角４５°の平面となっている。光源から発した照明光は導光板２０の内部をその底面と平行な方向に進み、４５°の傾斜角を有する段差部２１で全反射され直下に配置されているパネルに垂直に入射する。この場合、パネルの正面から画像を観察すると垂直入射した平行照明光とパネルからの反射光が相互に干渉し、画面にぎらつきが現れる。
【００３５】
図２０は湾曲面の付された段差部２１の切出口を模式的に表わしている。段差部２１の湾曲面は半径Ｒ＝４８．６μｍの円周上に位置する。この円周からｘ方向及びｙ方向ともに３１．２５μｍの部分で円弧を切り出すことにより、傾斜角が４０°から５０°の範囲で変化する湾曲面が得られる。この様な円弧を有する段差部を形成する為には、例えば楔型の導光板の表面をダイヤモンドカッターでストライプ状に切削すればよい。あるいは、ダイヤモンドカッターで原盤を切削した後、これをスタンパとして実際の導光板を量産する様にしてもよい。
【００３６】
図２１は第６実施形態の変形例を表わしている。本例では各段差部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは傾斜の角度を変えて形成されており、照明光を傾斜の角度に応じて反射しパネル側にそれぞれ異なる角度で入射する。係る構成でも、第６実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
前述した様に、反射型表示装置は消費電力が少なくて済み、情報端末のディスプレイとして期待されている。ただし、バックライトを用いた透過型表示装置とは異なり、反射型表示装置は暗い環境では画面を見ることができない。この問題を解決する為本発明では導光板を用いている。図２２に、本発明に係る導光板の典型的な構造を示す。再三説明した様に、この導光板２０は反射型パネルの前面側ガラス基板の表面に設置される。導光板２０は例えば４５度の傾斜面を有する段差部２１と、パネルのガラス基板に平行な平面部２２とで構成されており、周期構造を有するプリズムシートとなっている。
【００３８】
図２３は、図２２に示したプリズムシートの使用方法を模式的に表わしている。導光板２０の端面２５の近傍には冷陰極管などからなる光源が配されている。冷陰極管から発生した照明光は端面２５から水平に入射し、４５°の傾斜面を有する段差部２１により垂直下方にほぼ全反射する。この反射光により反射型パネル０を前面側から照明することができる。明るい場所では環境照明で画面を観察する一方、暗い環境では冷陰極管を点灯してパネル０を照明し画面を観察可能にする。この様に冷陰極管及び導光板を用いることにより、低消費電力の特徴を維持しながら、いかなる環境でも使用できる反射型表示装置が得られる。しかしながら、実際に図１８に示した導光板２０を反射型パネル０の前面に設置すると、場合によっては導光板（プリズムシート）の周期構造に起因して干渉縞が発生し、画面が見にくくなることがある。光源から発した照明光は導光板２０により垂直下方に反射される時、導光板２０の周期構造に起因して回折を受け、０次光に加えて１次光、２次光・・・などが生じる。第２基板２により反射した照明光は再び導光板２０を通過するが、この時にも回折を受け０次光、１次光・・・が発生する。２回の回折により生じた０次光や１次光が互いに干渉し、明暗の縞模様が画面に重なって視認される場合がある。これにより、ディスプレイの見やすさが若干損なわれることがある。特に、パネル０の正面から光源とは反対側に傾いた位置で画面を観察すると、干渉縞が目立つ様になる。即ち、段差部２１の傾斜面と対向する側に観察者の視線が傾斜すると干渉縞が目立つ様になる。視線の傾きが大きくなる程干渉縞がより鮮明になる。
【００３９】
図２４は、本発明の第７実施形態を表わしており、上述した欠点を改善する為に用いられる導光板の構造を示している。図示する様に、本導光板２０は帯状に分割された台状部２２ｍ及び各台状部の間に位置する傾斜した段差部２１を有している。図２４に示した台状部２２ｍは図２２に示した平面部２２に対応する部分である。本実施例では、各台状部２２ｍは平坦面ではなく湾曲したレンズ面を有している。本導光板２０は光源から発した照明光を各段差部２１で反射してパネルの第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各台状部２２ｍのレンズ面から出射する。導光板２０は例えば９０ｍｍ×１２０ｍｍの面寸法を有している。光源に対面する導光板２０の端面２５は例えばＨ＝３．２ｍｍの厚み寸法を有している。この厚み寸法は光源から離れるに従って徐々に薄くなり、先端部では例えば０．２ｍｍの厚み寸法となる。導光板２０は例えば透明なアクリル板を加工して得られる。段差部２１は１３５度の傾斜を持つダイヤモンドカッターでアクリル板を機械加工することにより形成できる。この様にして加工される導光板はアクリル板の底面と４５度の傾斜を成す段差部２１と、各段差部の間に位置する台状部２２ｍとで構成される。各段差部２１の配列周期Ｌは例えば１２０μｍである。特徴事項として、台状部２２ｍを加工する際、半径Ｒ＝１ｍｍの窪みを有するダイヤモンドカッターを用いてアクリル板を切削している。係るカッターを用いることにより台状部２２ｍの表面は湾曲したレンズ面に加工される。最終的に、導光板２０の表面構造は各段差部２１に対応したマイクロプリズムと各台状部２２ｍに対応したマイクロレンズとで構成されることになる。係る構造を有する導光板を用いることにより、反射型パネルに対して干渉縞が生じない前方照明を行うことができる。
【００４０】
図２５は、図２４に示した導光板の使用方法及び機能を模式的に表わしている。反射型パネル０の前面に透明な接着剤などからなる介在層４０を介して導光板２０が固定されている。前述した様に、導光板２０は４５度の傾斜面を有する段差部２１が例えば１２０μｍ周期で配列されている。隣り合う段差部２１の間には台状部２２ｍが配されている。図では理解を容易にする為台状部２２ｍの機能を模式的にマイクロレンズＭＬで表わしている。導光板２０の端面部２５に隣接して冷陰極管などからなる光源（図示せず）が設置されている。冷陰極管から発した照明光は各段差部２１により垂直下方に反射され、パネル０を照明する。照明光は第２基板２により反射され、導光板２０を通過して観察者に到達する。この様に、暗い環境下では冷陰極管の照明光を利用してパネル０を観察することができる。なお、介在層４０に用いる接着剤は導光板２０とパネル０の光学的なカップリングを良好にする為、例えば屈折率が１．５０の透明樹脂材料を用いることができる。又、冷陰極管の照明効率を上げる為ディフレクタを利用してもよい。
【００４１】
特徴事項として、周期的に配列した台状部２２ｍから出射される０次光や１次光などの回折平行光はマイクロレンズＭＬによりそのフォーカス面に集光される。これにより、事実上無限遠に位置する観察者は直接回折光の影響を受けることがなくなる。この様にマイクロレンズを備えた導光板を用いることにより干渉縞の影響を取り除くことが可能になる。図２２に示した導光板構造では平面部２２が集光機能を有していない為、パネルから出射した平行回折光が無限遠の位置で干渉し明暗の縞が生じる。これに対し図２４及び図２５に示した導光板ではマイクロレンズＭＬの機能により明暗の縞がパネル０の直上数ｍｍの近距離に形成される。従って、適正観察距離に位置する観察者には回折による明暗縞が全く視認されることがなくなり、良質な表示が得られる。この様に、本実施形態では導光板２０がマイクロプリズムに加えてマイクロレンズを備えていることにより、周期的なプリズム構造に起因する干渉縞を解消でき、前方照明でも良質な表示が得られる。
【００４２】
図２６は、本発明に係る反射型表示装置の第８実施形態を示す模式的な部分断面図である。尚、図１に示した第１実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。第１実施形態ではパネル０としてゲストホスト型の液晶パネルを用いたのに対し、本実施形態ではＴＮ−ＥＣＢ（ＴｗｉｓｔＮｅｍａｔｉｃ−ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードの液晶パネルを用いている。図示するように、本反射型表示装置は、導光板２０とパネル０とからなる。導光板２０の表面には段差部２１と平面部２２が形成されている。導光板２０の裏面はパネル０の表面に重ねられている。パネル０の表面には偏光板７０と四分の一波長板８０が配されている。パネル０は外光の入射側に位置する透明なガラス等からなる第１基板１に、所定の間隙を介して反射側に位置する第２基板２を接合したものである。両基板１，２の間隙にはネマティック液晶層３ａが保持されている。その液晶分子４は上下の配向膜６，７によってツイスト配向されている。各基板１，２の内表面には夫々電極１０，１１が形成されており、画素毎にネマティック液晶層３ａに電圧を印加する。本実施形態では第１基板１側に形成された電極１０がストライプ状にパタニングされており、第２基板２に形成された電極１１もストライプ状に形成されている。両電極１０，１１は互いに直交しており、交差部分に画素が規定された、所謂単純マトリクス型である。偏光板７０及び四分の一波長板８０はパネル０の第１基板１側に配設されている。係る構成を有する反射型の液晶表示装置はＴＮ−ＥＣＢ方式でノーマリホワイトモードである。即ち、電圧を印加しない時ネマティック液晶層３ａはツイスト配向を維持して四分の一波長板として機能し、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して、外光を通過させて白表示を行なう。電圧を印加したとき、ネマティック液晶層３ａは垂直配向に移行して四分の一波長板としての機能を失い、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して外光を遮断し黒表示を行なう。
【００４３】
引き続き図２６を参照して各構成部品を詳細に説明する。前述したように、パネル０の第１基板１の表面には偏光板７０が配されている。偏光板７０と第１基板１との間に四分の一波長板８０が介在している。この四分の一波長板８０は例えば一軸延伸された高分子フィルムからなり、常光と異常光との間で四分の一波長分の位相差を与える。四分の一波長板８０の光学軸（一軸異方軸）は偏光板７０の偏光軸（透過軸）と４５°の角度をなすように配されている。外光は偏光板７０を透過すると直線偏光になる。この直線偏光は四分の一波長板８０を透過すると円偏光になる。更にもう一度、四分の一波長板を通過すると直線偏光になる。この場合、偏光方向は元の偏光方向から９０°回転する。以上のように、四分の一波長板は偏光板と組み合わせることで偏光方向を回転させることができ、これを表示に利用している。
【００４４】
パネル０は基本的に水平配向した誘電異方性が正のネマティック液晶分子４からなるネマティック液晶層３ａを電気光学物質として用いている。このネマティック液晶層３ａはその厚みを適当に設定することで四分の一波長板として機能する。本実施形態ではネマティック液晶層３ａの屈折率異方性Δｎは０．７程度であり、ネマティック液晶層３ａの厚みは３μｍ程度である。従って、ネマティック液晶層３ａのリターデーションΔｎ・ｄは０．２乃至０．２５μｍとなる。図示するように、ネマティック液晶分子４をツイスト配向することで、上述したリターデーションの値は実質的に０．１５μｍ（１５０ｎｍ）程度となる。この値は外光の中心波長（６００ｎｍ程度）のほぼ１／４となり、ネマティック液晶層３ａが光学的に四分の一波長板として機能することが可能になる。ネマティック液晶層３ａを上下の配向膜６，７で挟持することにより、所望のツイスト配向が得られる。第１基板１側では配向膜６のラビング方向に沿って液晶分子４が整列し、第２基板２側では配向膜７のラビング方向に沿って液晶分子４が整列する。配向膜６と配向膜７のラビング方向を６０°乃至７０°ずらすことにより、所望のツイスト配向が得られる。
【００４５】
第２基板２側には電極１１の下方に光反射層８が形成されている。光反射層８は表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。従って、ペーパーホワイトの外観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、入射光を比較的広い角度範囲で反射するため、視野角が拡大し表示が見やすくなるとともに広い視角範囲で表示の明るさが増す。光反射層８と電極１１との間に凹凸を埋める透明な平坦化層１２が介在している。光反射層８は凹凸が形成された樹脂膜１５とその表面に成膜されたアルミニウム等の金属膜１６とからなる。樹脂膜１５はフォトリソグラフィにより凹凸がパタニングされた感光性の樹脂膜である。感光性樹脂膜１５は例えばフォトレジストからなり、基板表面に全面的に塗布される。これを所定のマスクを介して露光処理し例えば円柱状にパタニングする。次いで加熱してリフローを施せば凹凸形状が安定的に形成できる。このようにして形成された凹凸形状の表面に所望の膜厚で良好な光反射率を有するアルミニウム等の金属膜１６を形成する。凹凸の深さ寸法を数μｍに設定すれば、良好な光散乱特性が得られ、光反射層８は白色を呈する。光反射層８の表面には平坦化層１２が形成され凹凸を埋めている。平坦化層１２はアクリル樹脂等透明な有機物を用いることが好ましい。この平坦化層１２を介在させることで、電極１１及び配向膜７の形成が安定に行える。
【００４６】
図２７を参照して、図２６に示した反射型表示装置の動作を詳細に説明する。図中、（ＯＦＦ）は電圧無印加状態を示し、（ＯＮ）は電圧印加状態を示している。（ＯＦＦ）に示すように、本反射型表示装置は観察者側から見て順に偏光板７０、四分の一波長板８０、ネマティック液晶層３ａ、光反射層８を重ねたものである。偏光板７０の偏光軸（透過軸）は７０Ｐで表されている。四分の一波長板８０の光学軸８０Ｓは透過軸７０Ｐと４５°の角度をなす。又、第１基板側の液晶分子４の配向方向３Ｒは偏光板７０の偏光軸（透過軸）７０Ｐと平行である。
【００４７】
入射光２０１は偏光板７０を通過すると直線偏光２０２になる。その偏光方向は透過軸７０Ｐと平行であり、以下平行直線偏光と呼ぶことにする。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３に変換される。円偏光２０３は四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３ａを通過すると直線偏光になる。但し、直線偏光の偏光方向は９０°回転し平行直線偏光２０２と直交する。以下、これを直交直線偏光と呼ぶことにする。直交直線偏光２０３は光反射層８で反射した後、再び四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３ａを通過するため、円偏光２０４になる。円偏光２０４は更に四分の一波長板８０を通過するため元の平行直線偏光２０５になる。この平行直線偏光２０５は偏光板７０を通過して出射光２０６となり、観察者に至るため白表示が得られる。
【００４８】
（ＯＮ）に示す電圧印加状態では、液晶分子４はツイスト配向から垂直配向に移行し、四分の一波長板としての機能が失われる。偏光板７０を通過した外光２０１は平行直線偏光２０２となる。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３になる。円偏光２０３はネマティック液晶層３ａを円偏光のまま通過した後、光反射層８で反射され、円偏光２０４ａのまま、四分の一波長板８０に至る。ここで円偏光２０４ａは直交直線偏光２０５ａに変換される。直交直線偏光２０５ａは偏光板７０を通過できないので黒表示になる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射型のパネルの上に導光板を配し、且つ導光板の端部に補助照明用の光源を配している。導光板は通常外光を透過してパネルに入射し且つパネルから反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光してパネルに入射し且つパネルから反射した照明光を出射する。暗い環境下では光源を点灯することにより、反射型のパネルであっても画像が観察できる様にしている。一方、外光が豊富な明るい環境下では光源を消灯して電力の節約を図っている。又、本発明によれば、導光板とパネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して導光板とパネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制する。導光板とパネル間の屈折率のマッチングを実現した為、昼間など外光の豊富な環境下では外光を効率よくパネル内に導くことができる一方、夜間など照明光を要する場合には不要反射をほぼ完全に抑制することが可能になった。導光板とパネルを樹脂で接着することで両者を一体化することが可能になった。特に、導光板の裏面に溝を設けることで、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた樹脂が外部に溢れ出すことを防げる。又、本発明によれば光源から発した照明光を平行化して導光板の端部に垂直入射させる為にコリメータレンズなどの集光手段を用いており、照明光の利用効率を大幅に改善することが可能である。又、本発明によれば光源と導光板との間に偏光板を介在させることにより、導光板の内部における照明光の不要な散乱を抑制し、表示コントラストを改善することが可能になった。加えて、パネル内にも直線偏光を導入することによりパネル自体の光学的なスイッチング機能が効率化され、表示コントラストの改善に繋がった。又、本発明によれば導光板の段差部が湾曲した傾斜面を有しており、照明光を拡散的に反射してパネル側に入射する。これにより正反射光の強度を弱め表示画面のぎらつきを抑えることが可能になった。又、本発明によれば導光板は帯状に分割された台状部及び各台状部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ各台状部は湾曲したレンズ面を有する。これにより導光板の周期構造に起因する干渉縞を抑制することができ、表示画面の品位を改善することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型表示装置の第１実施形態を示す模式的な部分断面図であり、暗い環境下における使用状態を表わしている。
【図２】本発明に係る反射型表示装置の第１実施形態の明るい環境下における使用状態を表わした模式的な部分断面図である。
【図３】図１及び図２に示した第１実施形態に組み込まれる導光板の光学的な機能を表わした説明図である。
【図４】本発明に係る反射型表示装置の第２実施形態を示す部分断面図である。
【図５】従来の透過型表示装置の一例を示す模式図である。
【図６】従来の反射型表示装置の一例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る反射型表示装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図８】第３実施形態に用いられる導光板の形状を示す模式図である。
【図９】第３実施形態の変形例に用いる導光板を示す平面図である。
【図１０】同じく導光板の断面図である。
【図１１】図９及び図１０に示した導光板を用いた反射型表示装置を示す模式的な斜視図である。
【図１２】図１１に示した反射型表示装置の組み立て方法を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る反射型表示装置の第４実施形態を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る反射型表示装置の第４実施形態の詳細な拡大部分断面図である。
【図１５】第４実施形態の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】第４実施形態に用いられるコリメータレンズの形状を示す斜視図である。
【図１７】第４実施形態に組み込まれる導光板の光学的な機能説明図である。
【図１８】本発明に係る反射型表示装置の第５実施形態を示す部分断面図である。
【図１９】本発明に係る反射型表示装置の第６実施形態の要部を示す部分断面図である。
【図２０】第６実施形態の説明に供する幾何図である。
【図２１】第６実施形態の変形例を示す部分断面図である。
【図２２】本発明に係る反射型表示装置に用いる導光板の典型的な構造を示す模式的な断面図である。
【図２３】図２２に示した導光板の使用方法並びに機能を説明する為の模式図である。
【図２４】本発明に係る反射型表示装置の第７実施形態の要部を構成する導光板を示す断面図である。
【図２５】図２４に示した導光板の使用方法並びに機能を説明する為の模式図である。
【図２６】本発明に係る反射型表示装置の第８実施形態を示す模式的な部分断面図である。
【図２７】第８実施形態に係る反射型表示装置の動作説明に供する模式図である。
【符号の説明】
０・・・パネル、１・・・第１基板、２・・・第２基板、３・・・ゲストホスト液晶層、８・・・光反射層、９・・・四分の一波長板層、１０・・・電極、１１・・・電極、２０・・・導光板、２１・・・段差部、２２・・・平面部、３０・・・光源、３１・・・反射鏡、４０・・・介在層、５０・・・コリメータレンズ、６０・・・偏光板

Claims

外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、
該第１基板の外側に配された透明な導光板と、
該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、
前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、
前記光源と前記導光板との間に偏光板が介在しており、該光源から発した無偏光の照明光を直線偏光に変換して該導光板に導入し、該導光板の内部における照明光の不要な散乱を抑制することを特徴とする反射型表示装置。
前記導光板と前記パネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して該導光板と該パネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制することを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
前記介在層は接着性を備えた透明な樹脂からなることを特徴とする請求項２記載の反射型表示装置。
前記導光板の裏面に溝が形成されており、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた透明な樹脂の溢れ出しを該溝で防ぐことを特徴とする請求項３記載の反射型表示装置。
前記光源から発散した照明光を平行化して前記導光板の端部に垂直入射させる集光手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
前記光源は長手形状を有し該導光板の端部に対面して配されており、前記集光手段は該光源と該導光板との間に配された長手形状のコリメータレンズであることを特徴とする請求項５記載の反射型表示装置。
前記偏光板は、照明光を該導光板と平行又は垂直な直線偏光に変換することを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、
該第１基板の外側に配された透明な導光板と、
該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、
前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、
前記導光板は帯状に分割された平面部及び各平面部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ該光源が位置する端部から前方に向って厚みが減少しており、前方に向って導かれた照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各平面部から出射し、
前記段差部は湾曲した傾斜面を有しており、照明光を拡散的に反射して第１基板に入射することを特徴とする反射型表示装置。
前記導光板と前記パネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して該導光板と該パネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制することを特徴とする請求項８記載の反射型表示装置。
前記介在層は接着性を備えた透明な樹脂からなることを特徴とする請求項９記載の反射型表示装置。
前記導光板の裏面に溝が形成されており、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた透明な樹脂の溢れ出しを該溝で防ぐことを特徴とする請求項１０記載の反射型表示装置。
前記光源から発散した照明光を平行化して前記導光板の端部に垂直入射させる集光手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の反射型表示装置。
前記光源は長手形状を有し該導光板の端部に対面して配されており、前記集光手段は該光源と該導光板との間に配された長手形状のコリメータレンズであることを特徴とする請求項１２記載の反射型表示装置。
外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、
該第１基板の外側に配された透明な導光板と、
該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、
前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、
前記導光板は帯状に分割された平面部及び各平面部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ該光源が位置する端部から前方に向って厚みが減少しており、前方に向って導かれた照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各平面部から出射し、
各段差部は傾斜の角度を変えて形成されており、照明光を傾斜の角度に応じて反射し第１基板にそれぞれ異なる角度で入射することを特徴とする反射型表示装置。
前記導光板と前記パネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して該導光板と該パネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制することを特徴とする請求項１４記載の反射型表示装置。
前記介在層は接着性を備えた透明な樹脂からなることを特徴とする請求項１５記載の反射型表示装置。
前記導光板の裏面に溝が形成されており、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた透明な樹脂の溢れ出しを該溝で防ぐことを特徴とする請求項１６記載の反射型表示装置。
前記光源から発散した照明光を平行化して前記導光板の端部に垂直入射させる集光手段を備えたことを特徴とする請求項１４記載の反射型表示装置。
前記光源は長手形状を有し該導光板の端部に対面して配されており、前記集光手段は該光源と該導光板との間に配された長手形状のコリメータレンズであることを特徴とする請求項１８記載の反射型表示装置。
外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、
該第１基板の外側に配された透明な導光板と、
該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有する反射型表示装置であって、
前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射し、
前記導光板は帯状に分割された台状部及び各台状部の間に位置する傾斜した段差部を有しており、且つ各台状部は湾曲したレンズ面を有しており、該光源から発した照明光を各段差部で反射して第１基板に入射するとともに、第２基板から反射した照明光を各台状部のレンズ面から出射することを特徴とする反射型表示装置。
前記導光板と前記パネルは透明な介在層を介して互いに接合しており、介在層の屈折率を適切に設定して該導光板と該パネルの界面における照明光及び外光の不要な反射を抑制することを特徴とする請求項２０記載の反射型表示装置。
前記介在層は接着性を備えた透明な樹脂からなることを特徴とする請求項２１記載の反射型表示装置。
前記導光板の裏面に溝が形成されており、導光板の裏面とパネルの表面を互いに接合する際に、接着性を備えた透明な樹脂の溢れ出しを該溝で防ぐことを特徴とする請求項２２記載の反射型表示装置。
前記光源から発散した照明光を平行化して前記導光板の端部に垂直入射させる集光手段を備えたことを特徴とする請求項２０記載の反射型表示装置。
前記光源は長手形状を有し該導光板の端部に対面して配されており、前記集光手段は該光源と該導光板との間に配された長手形状のコリメータレンズであることを特徴とする請求項２４記載の反射型表示装置。