JP3690202B2

JP3690202B2 - 液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JP3690202B2
Application number: JP23174599A
Authority: JP
Inventors: 強前田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JP2001056465A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置に係り、特に、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる液晶装置の構造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、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点があった。このため、明るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形式の液晶装置が提案されている。これは、実開昭５７−０４９２７１号公報などに記載されているように、液晶セルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成をしている。この液晶装置では、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。半透過反射板は、特開平９−７６３９３号公報に記載されているようなパール顔料を分散したフィルムを用いるのが一般的である。ところで、パール顔料を分散して作製した半透過反射板は、パール顔料の粒子によるざらつき感が反射表示時に目立ち、高画質な反射型表示が得られない。また、高い反射率の反射型表示を得にくい。
【０００３】
そこで、パール顔料を用いた半透過反射板に代えて、金属薄膜上に散乱層を配置した半透過反射板が提案されている。この半透過反射板は、散乱層を用いているのでざらつき感がなく、さらに金属薄膜を用いているので高い反射率特性を実現することができる。金属薄膜に用いられる金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕなどを主成分とする合金が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＡｌやＡｇなどを主成分とする合金を半透過反射板として用いているため、透過光が青味を呈していた。これは、金属の半透過反射膜を透過する光のうち可視光の短波長側は透過しやすく、長波長側は透過しにくいことによるものである。つまり、金属薄膜は可視光の短波長側の光は透過しやすく、長波長側の光は透過しにくいので、従来の白色照明や黄色味を呈した照明では明るい透過表示を得ることは困難であった。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、透過表示の明るさを向上させ、明るく視認性の高い半透過反射型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。
【０００６】
【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。
【０００７】
請求項１記載の液晶装置は、第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板と、前記第２基板の前記液晶層と異なる側に順次配置された第２偏光板、散乱層、半透過反射層、照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、前記照明装置のＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が、０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４を満たすことを特徴とする。
【０００８】
この手段によれば、照明装置からの光が効率よく半透過反射層を透過するので、液晶装置における透過時の明るさを向上させることができる。半透過反射層を透過する光は青味を帯びていて、概ねＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４を満たす。ゆえに、照明装置の色度座標を半透過反射層を透過する光の色度座標と概ね同じように選ぶことによって、照明装置の消費電力を高くすることなく、明るく視認性の高い透過型表示を実現することができる。
【０００９】
なお、薄膜とは、膜厚が５０ｎｍ以下の金属膜のことである。通常、半透過反射層にはＡｌが主成分の金属が用いられるが、Ｐｔ、ＣｒやＡｇなどの可視光領域の外光を反射させることのできる金属であれば、その材料は特に限定されるものではない。金属薄膜は、プラスティックフィルム上に蒸着やスパッタなどで形成することができる。
【００１０】
照明装置の色については、光源色の測定法として、ＪＩＳ−Ｚ−８７２４（ＪＩＳハンドブック３３「色彩−１９９６」日本規格協会編集）にて規定されている。
【００１１】
第１偏光板と第１基板の間に少なくとも１枚の位相差板を配置しても構わない。このようにすることで、反射型表示と透過型表示のいずれにおいても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液晶の色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【００１２】
散乱層は、半透過反射層の鏡面感を散乱層によって散乱面（白色面）に見せる役割を演じている。また、散乱層による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。
【００１３】
また、本発明の液晶装置に用いる照明装置の色度座標は、フィルムなどを照明装置と第２偏光板の間に配置することで実現しても良い。
【００１４】
請求項２記載の液晶装置は、第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板と、前記第２基板の前記液晶層と異なる側に順次配置された散乱層、第２偏光板、半透過反射層、照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、前記照明装置のＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が、０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４を満たすことを特徴とする。
【００１５】
この手段によれば、照明装置からの光が効率よく半透過反射層を透過するので、液晶装置における透過時の明るさを向上させることができる。半透過反射層を透過する光は青味を帯びていて、概ねＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４を満たす。ゆえに、照明装置の色度座標を半透過反射層を透過する光の色度座標と概ね同じように選ぶことによって、照明装置の消費電力を高くすることなく、明るく視認性の高い透過型表示を実現することができる。
【００１６】
なお、薄膜とは、膜厚が５０ｎｍ以下の金属膜のことである。通常、半透過反射層にはＡｌが主成分の金属が用いられるが、Ｐｔ、ＣｒやＡｇなどの可視光領域の外光を反射させることのできる金属であれば、その材料は特に限定されるものではない。金属薄膜は、プラスティックフィルム上に蒸着やスパッタなどで形成することができる。
【００１７】
照明装置の色については、光源色の測定法として、ＪＩＳ−Ｚ−８７２４（ＪＩＳハンドブック３３「色彩−１９９６」日本規格協会編集）にて規定されている。
【００１８】
第１偏光板と第１基板の間に少なくとも１枚の位相差板を配置しても構わない。このようにすることで、反射型表示と透過型表示のいずれにおいても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液晶の色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【００１９】
散乱層は、半透過反射層の鏡面感を散乱層によって散乱面（白色面）に見せる役割を演じている。また、散乱層による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。
【００２０】
また、本発明の液晶装置に用いる照明装置の色度座標は、フィルムなどを照明装置と第２偏光板の間に配置することで実現しても良い。
【００２１】
請求項３記載の液晶装置は、前記金属薄膜がＡｌを主成分とする金属であることを特徴とする。
【００２２】
この手段によれば、反射型表示で不要な着色のない高い反射率を得ることができる。
【００２３】
請求項４記載の液晶装置は、前記金属薄膜がＡｇを主成分とする金属であることを特徴とする。
【００２４】
この手段によれば、反射型表示で不要な着色のない高い反射率を得ることができる。
【００２５】
請求項５記載の電子機器は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される携帯機器である。
【００２６】
この手段によれば、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる半透過反射型液晶装置を用いた携帯型電子機器を実現することができる。このような電子機器は、明るい場所でも暗い場所でも、周囲の外光に関係なく高画質な表示を実現でき、視認性に優れている。明るい場所では照明装置を点灯させる必要がないので、長時間のバッテリー駆動が可能となる。特に、暗い場所では明るい透過型表示を実現できるので、非常に視認性が高いという利点がある。
【００２７】
【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。
【００２８】
（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。
【００２９】
この実施形態では、２枚の透明基板１０３，１０６の間に液晶層１０５が枠状のシール材１０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層１０５は、２４０度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板１０３の内面上には複数のストライプ状の透明電極１１３がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極１１３の表面上には配向膜１１４が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００３０】
一方、下側の透明基板１０６の内面上には、ＩＴＯからなる透明電極１１６、配向膜１１５が順次形成されている。
【００３１】
上側の透明基板１０３の外面上に偏光板１０１が配置され、偏光板１０１と透明基板１０３との間に位相差板１０２が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板１０６の背後に偏光板１０７が配置され、この偏光板１０７の背後に散乱層１０８、膜厚が約２０ｎｍの薄膜Ａｌ（アルミニウム、以下同じ）１０９、薄膜Ａｌ１０９の基材１１０が順次配置されている。そして、基材１１０の下側には、青味を帯びた光を発する蛍光管１１１と、この蛍光管１１１に沿った入射端面を備えた導光板１１２とを有するバックライトが配置されている。導光板１１２は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管１１１の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、青系または青緑系のＬＥＤ（発光ダイオード）や青系または青緑系のＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることもできる。なお、基材１１０にはＰＥＴフィルムやポリカーボネートフィルムなどを用いることができ、その素材は、特に規定されない。
【００３２】
まず、反射型表示について説明する。外光は図１における偏光板１０１、位相差板１０２、上側透明基板１０３をそれぞれ透過し、液晶層１０５、下側透明基板１０６、偏光板１０７、散乱層１０８を通過後、薄膜Ａｌ１０９によって一部が反射され、再び偏光板１０１から出射される。このとき、透明電極１１３と透明電極１１６によって液晶層１０５へ電圧を印加する。こ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ことができる。散乱層１０８は広視野角で明るい表示を実現するために用いられる。
【００３３】
次に、透過型表示について説明する。照明装置（バックライト）からの光は薄膜Ａｌ１０９からその一部が散乱層１０８、偏光板１０７、下側透明基板１０６を透過後、液晶層１０５に導入される。ここで、液晶層１０５に導入された光は、液晶層１０５への印加電圧に応じて、偏光板１０１を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態を制御することができる。
【００３４】
このように、透過表示時は薄膜Ａｌ１０９を透過する光を用いて表示を行うので、薄膜Ａｌ１０９を透過する光の波長による強度の違いが問題となる。図３は、本実施形態に用いた薄膜Ａｌを透過した光の分光特性を表す図である。ＡｌやＡｇなどの金属薄膜をスパッタ法や蒸着法で形成すると、通常、短波長側の透過率が長波長側の透過率よりも高くなる傾向がある。このため、従来の白色の照明装置や黄色味を帯びた照明装置では、青側つまり可視光の短波長側の強度が弱いため、十分な明るさを得ることができない。そこで、この薄膜Ａｌ１０９の色度座標に照明装置（バックライト）の色度座標を概ね合わせることで、明るく視認性の高い透過型表示を実現することができた。本実施形態では、薄膜Ａｌ１０９を透過する光の色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２６５，０．２８９）であり、照明装置（バックライト）の色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２７５，０．２８０）である。
【００３５】
（第２実施形態）
図２は本発明に係る液晶装置の第２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。
【００３６】
この実施形態では、２枚の透明基板２０３，２０６の間に液晶層２０５が枠状のシール材２０４によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層２０５は、２５５度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板２０３の内面上には複数のストライプ状の透明電極２１３がＩＴＯなどにより形成されている。透明電極２１３の表面上には配向膜２１４が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【００３７】
一方、下側の透明基板２０６の内面上には、ＩＴＯからなる透明電極２１６、配向膜２１５が順次形成されている。
【００３８】
上側の透明基板２０３の外面上に偏光板２０１が配置され、偏光板２０１と透明基板２０３との間に位相差板２０２が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板２０６の背後に散乱層２０８が配置され、この散乱層２０８の背後に偏光板２０７、膜厚が約２０ｎｍの薄膜Ａｌ２０９、薄膜Ａｌ２０９の基材２１０が順次配置されている。そして、基材２１０の下側には、青味を帯びた光を発する蛍光管２１１と、この蛍光管２１１に沿った入射端面を備えた導光板２１２とを有するバックライトが配置されている。導光板２１２は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管２１１の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、青系または青緑系のＬＥＤ（発光ダイオード）やＥＬ（エレクトロルミネセンス）などを用いることもできる。なお、基材２１０にはＰＥＴフィルムやポリカーボネートフィルムなどを用いることができ、その素材は、特に規定されない。
【００３９】
まず、反射型表示について説明する。外光は図２における偏光板２０１、位相差板２０２、上側透明基板２０３をそれぞれ透過し、液晶層２０５、下側透明基板２０６、散乱層２０８、偏光板２０７を通過後、薄膜Ａｌ２０９によって一部が反射され、再び偏光板２０１から出射される。このとき、透明電極２１３と透明電極２１６によって液晶層２０５へ電圧を印加する。こ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ことができる。散乱層２０８は広視野角で明るい表示を実現するために用いられる。なお、散乱層２０８は粘着剤を兼ねていても良い。
【００４０】
次に、透過型表示について説明する。照明装置（バックライト）からの光は薄膜Ａｌ２０９からその一部が偏光板２０７、散乱層２０８、下側透明基板２０６を透過後、液晶層２０５に導入される。ここで、液晶層２０５に導入された光は、液晶層２０５への印加電圧に応じて、偏光板２０１を透過（明状態）する状態と吸収（暗状態）する状態、及びその中間の状態を制御することができる。
【００４１】
このように、透過表示時は薄膜Ａｌ２０９を透過する光を用いて表示を行うので、薄膜Ａｌ２０９を透過する光の波長による強度の違いが問題となる。図３は、本実施形態に用いた薄膜Ａｌを透過した光の分光特性を表す図である。ＡｌやＡｇなどの金属薄膜をスパッタ法や蒸着法で形成すると、通常、短波長側の透過率が長波長側の透過率よりも高くなる傾向がある。このため、従来の白色の照明装置や黄色味を帯びた照明装置では、青側つまり可視光の短波長側の強度が弱いため、十分な明るさを得ることができない。そこで、この薄膜Ａｌ２０９の色度座標に照明装置（バックライト）の色度座標を概ね合わせることで、明るく視認性の高い透過型表示を実現することができた。本実施形態では、薄膜Ａｌ２０９を透過する光の色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２６５，０．２８９）であり、照明装置（バックライト）の色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２７５，０．２８０）である。
【００４２】
（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では、Ａｌを主成分とする金属薄膜を用いて、半透過反射層を形成した。Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｐｔなどを主成分とする種々の膜厚の金属薄膜（半透過反射層）を形成し、これらを透過する光の色度座標（ｘ，ｙ）を分光器によって測定、算出した。この結果をプロットしたものが、図４である。図中のプロット４０１が各金属薄膜の色度座標で、斜線の領域４０２が照明装置（バックライト）の望ましい色度の範囲である。金属薄膜を透過する光の色度座標は、０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４の範囲にある。よって、斜線の領域４０２に照明装置（バックライト）の色度座標を選ぶことによって、常に明るく視認性の高い透過表示を実現することができることを確認した。
【００４３】
（第４実施形態）
本発明の請求項５記載の電子機器の例を３つ示す。
【００４４】
本発明の液晶装置は、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。
【００４５】
図５（ａ）は携帯電話であり、本体の前面上方部に表示部が設けられる。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。特に移動中や外出先で利用されることが多いが、夜間の車内などは大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、暗所で利用する透過型表示が従来の液晶装置より明るく、視認性が高い。
【００４６】
図５（ｂ）はウォッチであり、本体の中央に表示部が設けられる。ウォッチ用途における重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置は、反射型表示で従来型の半透過反射型液晶装置と同様に視認性が高いことはもちろん、透過型表示も非常に明るく視認性が高い。従って、従来の液晶装置と比較して、大変に高級感ある見やすい表示が得られる。
【００４７】
図５（ｃ）は携帯情報機器であり、本体の上側に表示部、下側に入力部が設けられる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けることが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型液晶装置は、常時照明装置（バックライト）を利用するため消費電力が大きく、電池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶装置は、反射型でも半透過反射型でも、透過型でも表示が見やすいため、携帯情報機器に利用することが出来る。また、暗所の表示は明るい透過型表示が実現できるので、多くの情報を容易に認識することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透過表示の明るさを向上させ、明るく視認性の高い半透過反射型液晶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係る液晶装置の第２実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図３】薄膜Ａｌの分光特性を示す図である。
【図４】種々の金属薄膜の色度座標と本発明に係る照明装置の色度座標を示す図である。
【図５】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、１０７、２０１、２０７…偏光板
１０２、２０２…位相差板
１０３、２０３…上側透明基板
１０４、２０４…シール剤
１０５、２０５…液晶層
１０６、２０６…下側透明基板
１１２、２１２…導光板
１１１、２１１…蛍光管
１１３、１１６、２１３、２１６…透明電極
１１４、１１５、２１４、２１５…配向膜
１０９、２０９…薄膜Ａｌ（半透過反射層）
１０８、２０８…散乱層
１１０、２１０…基材
４０１…種々の金属薄膜の色度座標
４０２…照明装置の色度座標範囲

Claims

第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板と、前記第２基板の前記液晶層と異なる側に順次配置された第２偏光板、散乱層、半透過反射層、照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、前記照明装置のＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が、
０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４
を満たすことを特徴とする液晶装置。
第１基板と第２基板との間に挟持した液晶層と、前記第１基板の前記液晶層と異なる側に配置された第１偏光板と、前記第２基板の前記液晶層と異なる側に順次配置された散乱層、第２偏光板、半透過反射層、照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、前記照明装置のＸＹＺ表示系における色度座標（ｘ，ｙ）が、
０．１≦ｘ≦０．３、かつ０．１≦ｙ≦０．４
を満たすことを特徴とする液晶装置。
前記金属薄膜がＡｌを主成分とする金属であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか記載の液晶装置。
前記金属薄膜がＡｇを主成分とする金属であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか記載の液晶装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の液晶装置を搭載し、バッテリー駆動を主として使用される電子機器。