JP3544478B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、時計、電卓、ラジオ、小型携帯機器、パソコンに使用される液晶表示装置に係わり、特に、明所では反射型として、暗所ではバックライトを使用する透過型として、兼用して使用できる半透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルの背面に半透過性の光散乱反射板を、その背後にエレクトロルミネセンス（以下ＥＬ）等のバックライトを配置している。周囲の光が十分強い場合は、ＥＬバックライトを使用せず、光散乱反射板からの反射光により液晶表示パネルの表示画像等を観察者に視認させることが出来る。周囲の光が暗い場合は、ＥＬバックライトを点灯し、半透過性の光散乱反射板を透過した光で液晶表示パネルの表示画像等を観察者に視認させることが出来る。
【０００３】
光散乱反射板からの反射効率を良くする事と、バックライトからの透過効率を良くする事はトレードオフの関係である。このトレードオフの関係をブレークスルーする技術は、特表平９−５０６９８４号公報に開示されている。その中心技術としては、液晶表示パネルの背面偏光板を従来の偏光板から反射偏光子に変えた事によって実現されている。
【０００４】
また、ＥＬバックライトとして、特開平０２−１５５９５号公報に開示されているように発光層に有機材料を使用し発光効率の優れた有機ＥＬが開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の特表平９−５０６９８４号公報に開示されている技術において、バックライトとして特開平０２−１５５９５に開示されている有機ＥＬを組み合わせて使用すると以下の様な欠点が存在する。
【０００６】
反射型として周囲光だけで使用した場合、バックライトとして使用している有機ＥＬの金属陰極表面から反射して戻ってくる光により黒レベルが悪化しコントラスト低下をもたらす。
【０００７】
上記の課題について、図２を使用して説明する。図２は、特表平９−５０６９８４号公報に記載された半透過型液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示セル２の周囲光入射側に偏光板１が、その対向側には反射偏光子３を配置した構成の液晶表示パネル６とバックライト７として、特開平０２−１５５９５号公報に開示されている有機ＥＬバックライト配置した構成である。
【０００８】
有機ＥＬバックライトは、図３に示すように、透明電極９と鏡面反射可能な金属電極１１の間に有機エレクトロルミネッセンス材料１０が透明基板８上に形成され、さらに、シール材１２で透明基板８を対向した構造を有する。有機エレクトロルミネッセンス材料１０の膜厚は、非常に薄いために、従来の無機ＥＬとは異なり透明に近く、散乱もほとんど無い。
【０００９】
以上の構成は、反射型として周囲光だけで使用した場合、反射偏光子３を透過した光が、金属電極１１で偏光状態に変化なく反射され再度反射偏光子３を透過してしまい、上記課題の原因となっている。
【００１０】
よって、特表平９−５０６９８４号公報に記載された半透過型液晶表示装置のバックライトに特開平０２−１５５９５号公報に開示されている有機ＥＬバックライトのような入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライトを設置した構成では、反射型として周囲光だけで使用した場合、黒レベルが悪化しコントラスト低下をもたらし表示品質を著しく低下させる課題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、
液晶表示セルと、液晶表示セルを通過した光のうち所定の方向の直線偏光成分を透過させる機能を有する反射偏光子と、反射偏光子が透過した直線偏光を透過するように透過軸が設けられた偏光板を反射偏光子の背後に配置し、前記直線偏光の偏光状態を変化させる位相差板と、位相差板により変換された光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライトとを設けた。
また、前記反射偏光子の光が入射する面側に偏光解消の少ない光拡散層を配置した。
また、前記反射偏光子の背後に配置された偏光板はカラー偏光板を配置した。
ここで、反射偏光子は前記所定の方向と直交する直線偏光成分は反射させる機能を有している。
また、前記位相差板は偏光板が透過した直線偏光を円偏光に変換するように波長分散を考慮して設計されている。
また、前記バックライトは有機薄膜が印加電界によつて発光する構造を有する有機エレクトロルミネセンスのバックライトを配置した。
また、前記バックライトは可視光領域で透明な無機薄膜が印加電界によつて発光する構造を有するエレクトロルミネセンスのバックライトを配置した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記のように構成された半透過型液晶表示装置では、黒レベルが向上しコントラストアップをもたらし表示品質が改善する。その動作原理を以下に説明する。
【００１３】
図４は、本発明の半透過型液晶表示装置の液晶表示セルと液晶表示セルの光入射面側の偏光板を省略した原理説明図である。反射偏光子３を透過した直線偏光１３は偏光板４を透過する。ここで、反射偏光子３の透過軸と偏光板４の透過軸は同じに設置されている。偏光板４を透過した直線偏光１４は、位相差板５に入射し透過することで、偏光状態を変化する。ここで、位相差板５の位相差量を１／４λに設定すれば円偏光となる。また、波長分散を考慮して位相差板を設計すれば可視光域の光をほぼ円偏光に変換できる。
【００１４】
円偏光状態の光１５は、入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７で反射される。反射による偏光状態の変化はない。反射光１６は再び位相差板５を透過する。このとき、偏光状態は円偏光から直線偏光に変換され、位相差板５を透過する直線偏光１７となる。この直線偏光１７の方位角は偏光板３の透過軸の方位角と直交している。よって、位相差板５を透過した直線偏光１７は偏光板４で吸収される。この時、偏光板４を透過する光１８はほとんど存在しない。
【００１５】
以上の原理により、本発明による半透過型液晶表示装置は、入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７からの反射光を再び戻らせることがないので、黒レベルが向上しコントラストアップをもたらし表示品質を改善する。
【００１６】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、半透過型液晶表示装置の基本構成を表す断面図である。液晶表示セル２は、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ−ｎｅｍａｔｉｃ）型あるいはＳＴＮ（ｓｕｐｅｒ−ｔｗｉｓｔｅｄ−ｎｅｍａｔｉｃ）型等の偏光板を必要とする液晶モードを使用する。液晶表示セル２の光入射面側の偏光板１には、ヨウ素系偏光板等の吸収タイプの偏光板や反射偏光子を使用できる。液晶表示セル２の出射側の反射偏光子３と偏光板４は偏光透過軸が同じになるように配置されている。また、位相差板５と偏光板４は円偏光フィルターを構成する。偏光板４を透過する直線偏光の方位角に対して位相差板５の光学軸がほぼ４５°となるように配置している。偏光板１、液晶表示セル２、反射偏光子３、偏光板４、位相差板５は透明粘着剤を介して配置してもよい。
【００１７】
反射偏光子３としては、住友スリーエム株式会社のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ−Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ−Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ−Ｆｉｌｍ）を使用した。位相差板５には、日東電工株式会社の広帯域波長フィルム１／４λ板を使用した。また、反射偏光子の光が入射する面側に偏光解消の少ない光拡散層を配置したＤＢＥＦを使用することも出来る。光拡散層は、液晶表示セル２とＤＢＥＦを貼り合わせる透明粘着剤にその機能を持たせても良い。反射偏光子としては、ＤＢＥＦ以外にコレステリックポリマーの選択反射フィルムと位相差フィルムを組み合わせた反射偏光子を使用してもよい。位相差板には、波長分散を補償した１／４λ板を用いることが望ましい。これにより入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７から戻ってくる反射光を可視域全域で阻止できる。
【００１８】
入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７としては、有機ＥＬ光源を使用した。有機ＥＬの製法は公知の技術で製作された。その基本構成は、図３の例と同じである。また、白色発光を得る方法としては、赤、緑、青の光の３原色の色素からの発光を混合して白色化する方法を用い、具体的には城戸氏らによりＳｃｉｅｎｃｅ、２６７、 １３３２ （１９９５）に発表された積層型素子構造とした。また、他の白色化方法としては、単一の発光層に赤、緑、青の色素をドーピングする方法やポリマー発光層にドーピングする方法などがあり、これらの方法を用いることもできる。
【００１９】
入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７としては、上記以外にも、可視光領域で透明な無機薄膜が印加電界によつて発光する構造を有するエレクトロルミネセンスや、ＬＥＤバックライト、導光板を使用したバックライト等を使用しても良い。
【００２０】
図１の構成の半透過型液晶表示装置を反射型として周囲光だけで評価した。液晶表示パネルの黒レベルが良くなり、コントラストが大きくなり、表示品質が著しく改善されるのが確認できた。また、透過型として使用した場合、特表平９−５０６９８４号公報に記載された従来の構成と本発明の構成を比較すると、本発明の半透過型液晶表示装置がコントラストにおいて優れている。これは、従来の構成の反射偏光子の偏光度が、本発明の偏光板４の偏光度より悪いためである。
【００２１】
（実施例２）
本例においても、図１に示した実施例１と同じ基本構成である。ただし、偏光板４にカラー偏光板を使用した。カラー偏光板の吸収波長は、実施例１と同様に円偏光板の機能を有する。よって、吸収波長の光は、入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライト７から反射してもカラー偏光板でほとんど吸収される。一方、カラー偏光板の透過波長はバックライト７から反射してカラー偏光板も透過する。その結果、液晶表示パネルの表示は、実施例１の白黒表示から白／色表示となる。本構成では、吸収波長のコントラストが改善するのため、表示の色の純度が高くなり視認性が向上する。
【００２２】
また、透過型として使用した場合、カラー偏光板の透過波長内にバックライトの発光波長を設定すると、バックライトの透過効率が改善し、バックライトの効率化に寄与する。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、偏光板と液晶表示セルと反射偏光子とで構成される液晶表示パネルと入射した光の偏光状態を変化させない反射特性を有するバックライトを組み合わせた半透過型液晶表示装置の課題である、反射型として使用した場合の黒レベルの悪化を改善した。また、透過型として使用した場合のコントラストにおいて優れている。また、円偏光板を構成する偏光板にカラー偏光板を使用することで、色純度の良い白／色表示を可能とした。また、カラー偏光板の透過波長と内にバックライトの発光波長を設定すると、バックライトの効率化を可能とした。
【００２４】
以上のように、本発明の半透過型液晶表示装置は従来の方法では実現できなかった、高いコントラストと白色と色の表示能力と高効率のバックライトを持ち、時計、その他の携帯電子機器用ディスプレー、装飾品として利用した場合、従来にないデザインや電子機器前面の操作性、表示能力を差別化するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を表す断面図である。
【図２】従来の半透過型液晶表示装置の概略断面図である。
【図３】有機ＥＬバックライトの基本構成を表す断面図である。
【図４】本発明の原理説明図である。
【符号の説明】
１ 偏光板
２ 液晶表示セル
３ 反射偏光子
４ 偏光板
５ 位相差板
６ 液晶表示パネル
７ バックライト
１３ 直線偏光
１４ 直線偏光
１５ 円偏光状態の光
１６ 反射光
１７ 直線偏光

Claims (4)

1. 液晶表示セルと、
   前記液晶表示セルの背後に配置され、前記液晶表示セルを通過した光のうち、所定の方向の直線偏光成分を透過させる反射偏光子と、
   前記反射偏光子の背後に配置され、前記反射偏光子を透過した直線偏光が透過するような透過軸を有する偏光板と、
   前記偏光板の背後に配置され、前記偏光板を透過した直線偏光の偏光状態を変化させる位相差板と、
   前記位相差板の背後に配置され、前記位相差板により変換された光の偏光状態を変化させずに反射する反射特性を有するバックライトと、を備えることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 前記反射偏光子の光入射面側に光拡散層を配置したことを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
3. 前記反射偏光子が前記所定の方向と直交する直線偏光成分を反射させる機能を有することを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記位相差板は前記偏光板が透過した直線偏光を円偏光に変換することを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。

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