JP3603810B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置及びこの液晶装置を用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型の液晶装置としては、２枚の透明基板の間に液晶層を封止してなる液晶セルの背面側に反射板を配置したものが多く利用されている。このような反射型の液晶装置においては、液晶層の種類や駆動方式などに応じて、液晶セルの前後に偏光板を配置したり、液晶装置の前面側のみに偏光板を配置したり、偏光板を全く必要としなかったりする場合がある。
【０００３】
このような形式の反射型液晶装置においては、外光が前面側の透明基板を通して液晶層に入射し、裏面側の透明基板を透過して反射板にて反射された後、再び裏面側の透明基板、液晶層、前面側の透明基板を通過して視認される。この場合に、液晶層と反射板の反射面の間には裏面側の透明基板の厚さ分だけ間隔が生じるため、外光の入射角度によっては入射時において通過する液晶層の画素領域もしくはドット領域と、反射後に通過する液晶層の画素領域もしくはドット領域とが異なるので、いわゆる視差による表示のにじみやダブルイメージなどが発生するという問題点がある。
【０００４】
上記のような問題点を解決する手法としては、特開平５−３２３３７１号公報や特開平９−１１３８９３号公報に記載されているように、外光を反射させる反射板を液晶セルの内面に設けて、視差をなくすというものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平５−３２３３７１号公報に記載されている反射型の液晶装置においては、画素反射電極に凹凸を付与して光拡散性を持たせているので、反射光が干渉しあって色付いたりしないように凹凸を付与しなければならない。このため、プロセスが複雑になり、コストが増すという問題がある。画素反射電極の金属感や鏡面感をなくすには凹凸の高さや間隔、配列など非常に複雑な設計が必要になる。凹凸の高低さを激しくしすぎると、これに起因する液晶配向の乱れも生じる。
【０００６】
さらに、特開平９−１１３８９３号公報に記載されている反射型の液晶装置においては、異なる屈折率を有する２種類の微小領域から構成される拡散板を液晶セルの前面に配置しているので、拡散板による表示のにじみ（ボケ）が発生するという問題点がある。この拡散板は反射板の鏡面感や金属感をなくし、外光の正反射方向でなくとも明るい表示を得るために用いているわけであるが、この拡散板による光散乱のために、異なる各画素での異なる情報が人間の目で認識されるまでに混在してしまう。つまり、隣り合う画素で白表示と黒表示をそれぞれ行っていたとすると、拡散板のために、白表示と黒表示の境界がわかりにくくなり、表示がぼけてしまう。拡散板による光散乱が強すぎると表示のにじみ（ボケ）が顕著になり、逆に弱すぎると反射板の鏡面感や金属感が残り、液晶装置の視野角も狭くなってしまう。
【０００７】
また、近年の携帯機器やＯＡ機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求されるようになっており、反射型液晶装置を用いるような機器においてもカラー化が必要な場合が多い。ところが、特開平９−１１３８９３号公報に記載されている液晶装置とカラーフィルタを組み合わせた方法では、拡散板による散乱のために、表示のにじみ（ボケ）が発生してしまい、十分な発色を得ることができないという問題点がある。
【０００８】
その他、特開平７−２８０５５号公報や特開平７−３６０６０号公報に記載されているように、拡散板も液晶セル内面へ形成して、表示のにじみ（ボケ）を抑制する方法が提案されているが、これはコスト高になったり、信頼性が低下したり、所望の散乱特性が得にくいなどの問題があり、実用化には至っていない。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、製造が容易でかつ表示のにじみ（ボケ）や混色などを抑えた反射型の液晶装置を提供することにある。また、この液晶装置を用いた電子機器を提供することにある。
【００１０】
【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が講じた手段は、以下の通りである。
【００１１】
本発明は、第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持され、前記第１基板の前記液晶層と異なる側には前記第１基板上から、散乱層、１／４波長板、および、前記１／４波長板を透過した前記散乱層による後方散乱光を吸収する偏光板がこの順で配置されてなり、前記第２基板の前記液晶層側には凹凸を有する反射層が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この手段によれば、液晶配向への悪影響を極力抑えるように反射層の凹凸を小さくして反射層の光拡散性を低下させても、液晶セル表面に配置してある散乱層によってこの低下分を補うことができ、表示のにじみ（ボケ）や混色などを抑えた反射型の液晶装置をつくることができる。反射層に凹凸を付与しただけで光拡散性を持たせた反射型液晶装置に比べ、製造が容易でかつ凹凸による液晶層への影響を抑えることができる。また、散乱層と鏡面反射層を組み合わせた反射型液晶装置に比べ、散乱層の光拡散性を小さくすることができるので、散乱層に起因する表示のにじみ（ぼけ）を最小限に抑えることができる。
【００１３】
反射層が画素電極を兼ねていてもよい。このようにすることによって、新たに画素電極を形成する必要がなく、低コストで液晶装置を製造することができる。また、反射層と第１基板の間にカラーフィルタを形成してもよい。このようにすることによって、反射型カラー表示を実現することができる。
【００１４】
次に、本発明に用いる散乱層について述べる。散乱層は積分球式光線透過率測定装置によって測定された全光線透過率と散乱光透過率の比で求められる曇価（ヘイズ）を適当に選択することによって、表示のにじみ（ボケ）を抑制することができる。ヘイズが小さすぎると反射層の鏡面感や金属感が残ってしまい、明るく高画質な表示が得られない。一方、ヘイズが大きすぎると表示のにじみ（ボケ）を抑えるのが困難となり、鮮明でコントラストが高い高画質な表示が得られない。実験によると、好ましいヘイズの範囲は、５％以上３０％未満であった。また、散乱層は、Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ９５，ｐｐ５９９−ｐｐ６０２で東北大学内田教授らが発表しているような、入射光側への散乱（後方散乱）がなく、前方散乱が主であるものがより好ましい。なお、散乱層は、特開平９−１１３８９３号公報に記載されているような指向性を持つ光制御フィルムでも構わない。
【００１６】
また、反射層の凹凸を面内で規則的に配列した際は、ランダム配列で凹凸を形成するのに比べて、製造が容易になる。例えば、図２に示すような規則的な凹凸をつくるスタンパーやフォトマスクを用意しておけば、どのようなサイズの液晶装置でも容易に低コストで製造することができる。反射層の凹凸を面内で規則的に配列すると、製造は容易になるが、反射層からの反射光が干渉しあって、干渉縞が生じたり色付いたりしてしまう。しかし、凹凸を面内で規則的に配列した際は、散乱層が液晶セル外面に形成されているので、この干渉縞や色付きを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の液晶装置において、前記液晶層が負の誘電率異方性を有する液晶により形成された場合は、液晶分子は基板に対して垂直方向に立ち、電圧印加により基板に対して傾いた方向に配列することになる。このような液晶は視角特性を広くすることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、入射光が散乱層で後方散乱したときに、位相差板と偏光板によって後方散乱光のうち約半分を吸収する効果がある。これによって、散乱層によるコントラストの低下を抑えることができる。
【００２１】
この手段によれば、反射型表示において良好な表示制御ができるとともに、光の波長分散に起因する色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【００２２】
また、本発明の電子機器は、前記液晶装置を搭載したことを特徴とする。
【００２３】
この手段によれば、製造が容易でかつ表示のにじみ（ボケ）や混色などを抑えた反射型表示のできる液晶装置を用いた電子機器を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００２６】
この実施形態では、２枚の基板１０１、１０２の間に液晶層１０５が枠状のシール材１０４によって封止された液晶セルが形成されている。液晶層１０５は、所定のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。前方の透明基板１０１の内面上にはカラーフィルタ１０９が形成され、このカラーフィルタには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜１１０が被覆されており、この保護膜の表面上に複数のストライプ状の透明電極１１１がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極１１１の表面上には配向膜が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。また、前方の透明基板１０１の外面上に偏光板１０６、位相差板１０７、散乱板１０８が配置されている。
【００２７】
一方、後方基板１０２の内面上には、上記カラーフィルタの着色層毎に形成されたストライプ状の反射電極１０３が上記透明電極１１１と交差するように複数配列されている。ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、各反射電極１０３は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。この反射電極１０３はＣｒやＡｌなどにより形成され、その表面は透明基板１０１の側から入射する光を反射する反射面となっている。反射電極１０３の表面上には上記と同様の配向膜が形成される。反射電極１０３には特開平５−３２３３７１号公報に記載されているような凹凸を公報と同様な方法で形成した。
【００２８】
まず、反射表示について説明する。外光は図１における偏光板１０６、位相差板１０７、散乱板１０８、カラーフィルタ１０９をそれぞれ透過し、液晶層１０５を通過後、反射電極１０３によって反射され、再び偏光板１０６から液晶セルの外へ出射される。このとき、液晶層１０５への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。散乱板１０８は、凹凸の付与された反射電極１０３の鏡面感や金属感を白濁させ、外光の正反射方向以外でも明るい表示を認識することができるようにする効果がある。反射電極１０３に凹凸を付与しても、金属感や鏡面感は完全に除去することができないので、散乱板１０８を液晶セル前面に配置することは非常に有効である。
【００２９】
本実施形態で、１枚偏光板型の反射型液晶装置について説明をしたが、液晶層に偏光板を不要とするような高分子散乱型の液晶や二色性の色素を添加したゲストホスト液晶を用いてもよい。この時は本実施形態で用いた偏光板や位相差板は不要となる。
【００３０】
上述したような本実施例の構成によれば、表示のにじみ（ボケ）や混色などを抑えた反射型の液晶装置が実現できた。
【００３１】
また、本実施形態では、反射層が画素電極を兼ねているが、反射層の上に保護膜または絶縁膜を形成してからＩＴＯなどの透明電極を形成して、画素電極としてもよい。
【００３２】
（第２実施形態）
第１の実施形態と同様な構造の反射型液晶装置を構成した。第１の実施形態と異なる点は、反射電極１０３の凹凸を図２に示すように面内で規則的に配列したことである。図中の２０２が凸部で、２０１が凹部である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【００３３】
図１を用いて、その構成を簡単に説明する。２枚の基板１０１、１０２の間に液晶層１０５が枠状のシール材１０４によって封止された液晶セルが形成されている。液晶層１０５は、負の誘電異方性を持つネマチック液晶で構成されている。前方の透明基板の内面上にはカラーフィルタ１０９が形成され、このカラーフィルタには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜１１０が被覆されており、この保護膜１１０の表面上に複数のストライプ状の透明電極１１１がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極１１１の表面上には液晶を垂直に配向させる配向膜が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。このラビング処理によって、液晶分子はラビング方向に約８５度のプレティルト角を有している。
【００３４】
一方、後方の基板１０２の内面上には、上記カラーフィルタの着色層毎に形成されたストライプ状の反射電極１０３が上記透明電極１１１と交差するように複数配列されている。ＭＩＭ素子やＴＦＴ素子を備えたアクティブマトリクス型の装置である場合には、各反射電極１０３は矩形状に形成され、アクティブ素子を介して配線に接続される。この反射電極１０３はＣｒやＡｌなどにより形成され、その表面は透明基板１０１の側から入射する光を反射する反射面となっている。反射電極１０３の表面上には上記と同様の配向膜が形成される。なお、この配向膜にはラビング処理を施さない。
【００３５】
反射電極１０３には、１．０重量％のＮｄを添加したＡｌを５００オングストロームの厚みでスパッタした金属膜を用いた。この反射電極１０３には、図２に示すような面内で規則的な凹凸が形成されている。前方の透明基板１０１の外面上に偏光板１０６が配置され、偏光板１０６と透明電極１１１との間に位相差板（１／４波長板）１０７と散乱板１０８が配置されている。
【００３６】
外光は図１における偏光板１０６、位相差板１０７、散乱板１０８、カラーフィルタ１０９をそれぞれ透過し、液晶層１０５を通過後、反射電極１０３によって反射され、再び偏光板１０６から液晶セルの外へ出射される。このとき、液晶層１０５への印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御する。
【００３７】
この実施形態では、散乱板１０８が存在しないと、反射電極１０３の凹凸を面内で規則的に配列したため、干渉縞や色付きが見られ、非常に表示品質の悪い反射型液晶装置になってしまう。しかし、弱い光散乱性（ヘイズ：約１０％〜２０％）を有する散乱板１０８を液晶セル前面に配置することによって、この干渉縞や色付きを消すとともに反射電極１０３の鏡面感や金属感をなくすことができる。また、この散乱板１０８は凹凸を付与した反射電極１０３の光拡散性を補う役目も持っている。この液晶装置は、光拡散性の弱い散乱板１０８を用いているので、表示のにじみ（ボケ）を可能な限り抑えていることができ、鮮明でコントラストが高く発色のよい反射型のカラー表示が得られた。また、反射電極１０３の凹凸を面内で規則的に配列したので、製造が容易になった。さらに、反射電極１０３の凹凸の高低さを小さくすることができるので、液晶配向への悪影響を最小限にすることができる。
【００３８】
本実施形態では、図２に示すような凸凹の形状、大きさ、配列が同じ反射電極を用いたが、それぞれが異なっていても構わない。また、凸部２０２と凹部２０１を逆に形成しても構わない。
【００３９】
上述したような本実施例の構成によれば、製造が容易でかつ表示のにじみ（ボケ）などのない反射型カラー液晶装置が実現できた。
【００４０】
本実施形態では、反射電極１０３のすぐ上に配向膜を塗布して反射型液晶装置を形成したが、液晶配向への反射電極１０３凹凸の影響を抑えるために、凹凸を小さくする保護膜を形成してもよい。この場合、凹凸による光散乱性が小さくなる恐れがあるが、液晶セル前面に散乱板１０８が存在するので、これを補うことができる。
【００４１】
最後に、上記の各実施形態に用いるカラーフィルタの着色層について述べる。各実施形態においては、反射型表示を行う場合、入射光が一旦カラーフィルタのいずれかの着色層を透過した後、液晶層を通過して反射電極によって反射され、再び着色層を透過してから放出される。したがって、通常の透過型の液晶装置とはことなり、カラーフィルタを二回通過することになるため、通常のカラーフィルタでは表示が暗くなる。そこで、各実施形態では、カラーフィルタのＲ、Ｇ、Ｂの各着色層の可視領域における最低透過率が３０〜５０％になるように淡色化して形成している。着色層の淡色化は、着色層の膜厚を薄くしたり、着色層に混合する顔料若しくは染料の濃度を低くしたりすることによってなされる。このことによって、反射型表示を行う場合に表示の明るさを低下させないように構成することができる。
【００４２】
（第３実施形態）
本発明の電子機器の例を３つ示す。本発明の液晶装置は、反射型なので、様々な環境下で用いられ、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。例えば、図３（ａ）は携帯電話であり、（ｂ）はウォッチであり、（ｃ）は携帯情報機器である。本発明の液晶装置は表示のにじみ（ボケ）などがなく表示品質が高いので、高精細な表示を必要とする場合には最適である。近年、情報量の増大と情報インフラの整備によって、携帯の頻度が高い電子機器が数多く製造・販売されている。このような電子機器の表示部には本発明の液晶装置は最適であり、特にカラー表示が必要な時には非常に発色のよい表示を可能にする。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、製造が容易でかつ表示のにじみ（ボケ）や混色などを抑えた鮮明な表示を行う反射型液晶装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶装置の第１実施形態及び第２実施形態の概略構造を示す概略縦断面図である。
【図２】反射電極の凹凸を面内で規則的に配列した例を示す概略図である。
【図３】本発明に係る液晶装置を搭載した電子機器の概略図である。
【符号の説明】
１０１、１０２ ガラス基板
１０３ 反射電極
１０４ シール材
１０５ 液晶層
１０６ 偏光板
１０７ 位相差板
１０８ 散乱板
１０９ カラーフィルタ
１１０ 保護膜
１１１ 透明電極
２０１ 反射板の凸部
２０２ 反射板の凹部

Claims (3)

1. 第１基板と第２基板との間に液晶層が挟持され、前記第１基板の前記液晶層と異なる側には前記第１基板上から、散乱層、１／４波長板、および、前記１／４波長板を透過した前記散乱層による後方散乱光を吸収する偏光板がこの順で配置されてなり、前記第２基板の前記液晶層側には凹凸を有する反射層が形成されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記散乱層のヘイズが５％以上３０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶装置を搭載したことを特徴とする電子機器。

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