JP3937745B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射板を有する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年においては、パーソナルコンピュータ(PC)、テレビ、ワープロ、ビデオ等への液晶表示装置の応用が進展している。その一方でこのような電子機器に対して一層の高機能化とともに小型化、省電力化、低コスト化等のためにバックライトを用いずに、外部から入射した光を反射させて液晶画像を表示する反射型液晶表示装置が望まれている。
【0003】
このような反射型液晶表示装置では、バックライトを用いないので外部からの入射光を効率よく利用して画像を形成することが重要である。
【0004】
図13(a)示すように、反射型液晶表示装置に用いられる反射膜4は、液晶層38の下方に配置され、入射した周囲光を反射させるが、周囲光の一部は上側基板2の表面で正反射され、残りの周囲光は上側基板2と液晶層38を通過して反射膜4で反射されるので、上側基板2の表面における反射光と反射膜4による反射光の反射方向が同じであると、光源が液晶表示装置の画像に重複して認められ、画像が見づらくなって視認性が落ちるという問題があった。
【0005】
そのために図13(b)に示すように反射膜4の表面に多数の凹凸3からなるパターンを配列しておき、図13(c)に示すように各凹凸3で入射光を散乱反射させるようにしたものが提案されている。凹凸3によって反射膜4に入射した光を散乱させるようにすれば、その散乱光のうちで上側基板2で正反射した光と同じ方向に向かわない光を用いて液晶画面を視認することができ、上側基板2での正反射光とは異なった方向から液晶画面を視認することが可能であり、視認性が良好となる。
【0006】
そして、図14(b)に示すように凸部3aの表面の曲率を適宜選ぶことによって反射角αを調整し、液晶パネルで正反射した光と同じ方向に向かわない光を視認位置に導くことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凹凸3の表面を同じ傾斜角で成形し、反射膜4のどの位置でも凹凸形状が同じであると、液晶画面の視認のために用いない方向までも入射光を反射させる結果となり、無駄な方向まで光を反射して光の利用効率が悪くなる。
すなわち、図14(a)に示すように、凹凸3を微少面積にとり反射膜4に垂直に入射した光が角度α内に広がるとすれば、入射光が反射膜4に垂直に入射した場合、反射膜4で反射される光は、両側に存在する反射膜4からの反射光が全く届かない領域(I,I)を除いた領域(II,II)、(III,III)及び領域IVに反射される。
【0008】
この領域のうちで、領域(II,II)は、互いに反射膜4の一部(αLもしくはαR)からの反射光しか届かない領域であり、また、領域IVは反射膜4全体からの反射光が届くが、上側基板2による正反射のために液晶画面のコントラストが悪くなり、画像の認識が困難になる。
また、領域(III,III)は反射板1の左側のαLと右側のαRからの反射光が届き、上側基板2による正反射を受けないので液晶画面の画像を認識することができる。
よって、領域(III,III)を液晶画面を視る有効視野領域として用いることが望ましい。
【0009】
しかしながら、この有効視野領域(III,III)は領域IVを中央にしてドーナツ状に形成される。よって、この有効視野領域を携帯電話に用いる場合を考えると、反射型液晶画面では上側基板に垂直に入射する光源がある場合は、液晶画面を真上から視ることはできないので、必然的に傾斜して画面を視ることになる。その際には、左右方向から視ることは他人による視認を容易に行わせることとなるために、図10に示すように斜め上方(もしくは斜め下方)から画面を視ることが自然である。斜め上方(もしくは斜め下方)に出射域を形成するには前記有効視野領域(III,III)の反射光が集まるように反射板の反射面に指向性を付与することが必要となる。
【0010】
反射板の反射面を傾斜させて反射光に指向性を持たせたものに特開昭61−270731号公報や特開平9−80426号公報が知られている。しかしながら、これらの従来技術は、前記領域IVに反射される光を反射光が全く届かない領域(I,I)にシフトさせているものであり、前記有効視野領域(III,III)に反射光を集めようとしたものではなく、光の利用効率は良くならない。
【0011】
よって、図10に示すように斜め上方(もしくは斜め下方)から画面を視るように反射板の反射面に指向性を付与する反射型液晶表示装置が開発されている。
【0012】
一方、従来の凹凸パターン3は、図13に示すような凹部が多数反射板1の樹脂薄膜6に凹設されていたので、図13(b)に示す反射膜4の凸部もしくは凹部に上側基板2表面に垂直に入射した入射光は、その垂直入射光を中心として所定角度有する円錐状に反射する。そして、凹部の斜面に垂直に入射した入射光は、その反射角度は凹部若しくは凸部による反射光よりさらに一方に振れて大きくなる。
【0013】
その反射光の広がりは、図12(b)に示すようにカラーフィルタ部35の表面を鉛直状に起立する線50を中心として、(a)に示すように反時計方向に角度ψ=0〜360°にわたってθ=30°の出射領域を形成する。この角度は液晶表示装置の表面を明るくするために30°±δに設定するのが一般的である。
【0014】
いま、図11に示すように、空気層の屈折率N=1、ガラス板である上側基板2の屈折率n=1.5とし、カラーフィルタ部35及び液晶層38の屈折率を1.5近辺とした場合、上側基板2の表面に入射角34°で入射した入射光は屈折角21.9°で屈折し、反射膜4でγ=21.5°で反射する。出射領域をθ=30°で形成した場合、ガラス内では±19.5°程度に拡散反射するので、拡散反射光51は入射角i=41°で上側基板2の上面境界に到達する。
【0015】
一方、ガラスは屈折角n=1.519の場合、臨界角ic=41.2°となると空気中への屈折光が存在しなくなり、上側基板2の上面境界で全反射し、反射光51’として再度隣りのカラーフィルタ部35に侵入する。すなわち、i=γ+19.5°であり、上側基板2での入射角が34°を超えると、γは21.5°より大きくなり、i=21.5°+19.5°=41°より大きくなり、臨界角ic=41.2°を超え、全反射する可能性が生まれ、その全反射光によって色にじみが発生する。
よって、特に隣接する異なったカラーフィルタ部に対して反射膜の反射光による出射領域の広がりが制限される反射板が要求される。
【0016】
上述の事情に鑑み本発明は、反射型液晶画面の斜め上方側(もしくは斜め下方側)の有効視野領域に反射光の出射域を形成することができる反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、色にじみのない反射型液晶表示装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を反射させるための少なくとも一つの凹凸が形成された単位反射領域を複数有した反射板と、
前記反射板の前記単位反射領域が形成された面と対向するように配置されたカラーフィルタ部を備えた液晶表示装置において、
前記カラーフィルタ部は各色がストライプ状に配置されており、
前記単位反射領域の各々に形成された反射膜の反射面は前記カラーフィルタ部のストライプ方向と交差する方向に延設されており、
前記反射面は、前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に分割面を有する分割反射体の集合体であり、前記分割反射体の各々は隣接する分割反射体に対して前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に所定量ずらせて配置されており、
前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に隣り合っている2つの前記分割反射体の頂部と頂部の間にある前記反射面は、前記反射板に垂直な方向に対して傾斜角が大きい面と、前記反射板に垂直な方向に対して傾斜角が小さい面とで形成され、
前記傾斜角が大きい面の該傾斜角は、前記反射面の延設方向と平行な前記反射板の中心線に相当する位置から該反射板の端縁に向かうに連れて大きくなり、かつ前記傾斜角が小さい面の該傾斜角は、前記反射面の延設方向と平行な前記反射板の中心線に相当する位置から該反射板の端縁に向かうに連れて小さくなるように形成されており、
前記反射板で反射された反射光が形成する複数の出射広がりが、それぞれ前記反射板上方の所定位置で交差して共通の出射域を形成し、前記反射板に垂直方向から入射した光が、前記反射面の延設方向所定位置によって、それぞれ概ね前記出射域の所定位置中心の方向に向かって反射され、該反射されたそれぞれの光の強度中心が、前記出射域の所定位置中心に集光するように構成したことを特徴とする。
【0018】
ここにおいて、単位反射領域とは、凹部もしくは凸部で区画され、入射光を反射する反射領域をいう。
そして、単位反射領域とは、1個の凹部もしくは凸部で区画された反射領域であっても、また、複数個の集合体として把握することもできる。反射領域は凹部で区画されるとその内部は必然的に凸部で形成され、該凸部は一方に傾斜する反射角一様の平面もしくは、凸状の球面または凸状の非球面となる。また、凸部で区画されるとその内部は必然的に凹部で形成され、該凹部内は一方に傾斜する反射角一様の平面もしくは、凹状の球面または凹状の非球面となる。
【0019】
また、前記凹部もしくは凸部で区画された内部の反射面は、反射角一様の平面のみでなく、その単調に増加もしくは減少する平面高さの途中で微小の凸部もしくは凹部が設けられていてもよく、また、前記凹状または凸状の球面もしくは非球面は連続して曲率が変化するものであっても、また、その途中で微小の凸部もしくは凹部が設けられていてもよい。
【0020】
そして、本発明においては、前記単位反射領域を用いて略波形に反射面構造体が形成される。略波形とは、例えば、図2(a)に示すように樋状に形成され、その稜線が延設方向に水平に形成されてもよく、また、(b)に示すように蒲鉾状に多数連結してもよく、また、(c)に示すように三角柱状に形成され、その稜線が延設方向に水平に形成されてもよく、また、(d)に示すように前記三角柱を所定長さに切断して短三角柱体を多数連結してもよく、また、(e)及び(f)に示すように、短三角柱体または蒲鉾状体を反射面方向に若干ずらせて配置してもよい。
【0021】
そして、本発明は、略波形に形成した反射面構造体の波形稜線を略水平に形成して、ストライプ状に配置された前記カラーフィルタ部と交差する方向に配置しているので、前記反射板に垂直に光を入射させたとき前記カラーフィルタ部のストライプ方向と交差する方向に反射光がほとんど出射しないように構成される。よって、隣りのカラーフィルタ部に反射光が侵入して色にじみを起こすことがない。
【0022】
ここにおいて、「概ね前記出射域の所定位置中心の方向に向かって反射され」とは、「該液晶表示装置を観察する観察者が視認可能な範囲であり、±30°程度の広がり角度を許容する範囲」を意味する。
また、「前記出射域の所定位置中心に集光する」とは、「一点に集光するのが望ましいが、多少のバラツキは許容される。例えば、反射面構造体は多数波形反射面が出射域に向かって配置されているが、該波形反射面の多数が一方側の端部から所定距離の位置にある反射面は、その所定位置の理想的な出射域の中心を仮想中心としたときに、反射光の強度中心は仮想中心に対して前記広がり角度(±30°)の範囲内であれば同様の効果が得られ、前記出射域の中心に集光するとされる」ことを意味する。
よって、反射面構造体の反射面が波形であるために、前記出射域の中心が前記一方側の端部から他方側の端部に向かって多数形成され、長方形もしくは楕円形の出射域を形成することとなる。
【0023】
また、上側基板と下側基板との間に前記反射板を配置して構成することも本発明の有効な手段である。
【0024】
かかる技術手段によると、反射板を上側基板と下側基板との間に配置し、前記複数の反射面構造体からの反射光が形成する複数の出射広がりが、それぞれ前記反射板上方の所定位置で交差して共通の出射域を形成しているので、それぞれ上方の所定位置に反射光を導いて集光することができ、また、前記上側基板に一定方向から入射した光が、前記複数の反射面構造体の延設方向所定位置によって、それぞれ概ね前記出射域の所定位置中心の方向に向かって反射され、該反射されたそれぞれの光の強度中心が、前記出射域の所定中心位置に集光し、前記上側基板により正反射した反射光方向にはほとんど出射しないように構成したので、前記出射域において、集光した光束によって明るく液晶の表示を観察することができる。
【0025】
また、前記カラーフィルタ部と交差する方向に配置された前記頂部の、前記カラーフィルタ部の延設方向の面の幅は、前記頂部下の反射膜凹部間を結ぶ線上から視て略2°以下の幅であるように構成することも本発明の有効な手段である。
【0026】
かかる技術手段によると、前記波形稜線の頂部の、前記カラーフィルタ部の延設方向の面の幅は略2°以下で狭く、よって、観察者が観察する出射域に向かわない光は少なく、明るい出射域を形成することができる。また、出射域に向かう面とは反対側の面による反射光は出射域に向かわずカラーフィル部に反射される可能性があるが、同じ色のカラーフィルタ部であり色にじみはない。
【0027】
また、前記一定方向からの入射光によって前記上側基板により正反射した反射光で形成される反射光領域を除いた前記出射域の略全体に、前記一定方向からの入射光が前記複数の反射面構造体によって反射した反射光が出射するように構成することが望ましい。
【0028】
かかる技術手段によると、一定方向からの入射光は、上側基板により反射して正反射光となり、一方上側基板内に屈折して反射面構造体に到達する光があり、該反射面構造体によって反射した反射光が再度上側基板から放出されるが、その反射光は、前記正反射光で形成される反射光領域を除いた前記出射域の略全体に出射するので正反射光以外は反射光を有効に利用するとともに、正反射光と同じ領域に出射域が存在しないので照明光源がモニタ画面に重畳することがない。
【0029】
また、前記略波形に形成した反射面構造体の反射面の反射角度は、前記反射板の中心位置から該反射板の端縁に向かうに連れて小さくなるように形成することが望ましい。かかる技術手段によって、液晶画面の上方の一方側に反射光の出射域を形成することができる。
【0030】
このように構成することによって、略波形に形成された反射面構造体の前記反射面である一方の反射面とは反対側の他方の反射面は前記出射域側に光を反射できないので、その分光量ロスとなるが、前記反射面構造体の反射面は、該反射面に入来する入射光のうち略70%以上の光を前記出射域に反射することが可能である。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0032】
図1は、本発明の実施の形態にかかる反射板の要部を説明する断面図、図2は、反射板の凹凸形状の他の実施の形態を説明する説明図、図3は、液晶表示装置の平面図、図4は、反射板の反射特性を説明する説明図である。
【0033】
図1(a)は、上側基板2、液晶層38と反射板1で構成される反射型液晶表示装置10の断面を示し、反射板1はセラミック、ガラス、プラスチック等で形成される不透明もしくは透明な下側基板11上に樹脂層6と反射膜4とで構成される。尚、図1は模式図であって、液晶層38、上側基板2等における各層の屈折率の相違は考慮して描いてはいない。
【0034】
図1(a)において、上側基板2を通して入射した入射光7は一部上側基板2の表面2aで反射されて戻るが、上側基板2に侵入した光は反射膜4に到達する。反射膜4は領域Aから中心領域Qに向かうに連れて入射光と反射光間の角度θL、θR、θL’、θR’を異ならせて配設されている。
【0035】
そして、反射光8及び9は角度αの範囲内に広がる略円形の出射域14Lを形成し、また反射光18及び19は角度βの範囲内に広がる略円形の出射域14Rを形成する。この出射域14L、14Rの中心14La、14Raは、反射型液晶表示装置10の端部から離間した位置の垂線上に形成される。この中心14La、14Raの位置は、例えば、図1上反射型液晶表示装置10の左右長40mmとした場合、左右端から10mm程度離間した位置の上方300mm程度に設定される。よって、出射域14L、14Rがほぼ液晶表示装置の幅方向を網羅する楕円もしくは長方形形状に形成される。
【0036】
反射膜4は上側基板2の表面2aへの垂直入射光7によって、反射光8及び18、また、反射光9及び19と左右に反射されるように図1上紙面を貫く方向に波形に形成される。そして、(b)に示すように、中央部Cにおいては、左側傾斜角度αCと右側傾斜角度βCとは等しいが、左側にいくにつれて左側傾斜角度αCが大きくなり、右側傾斜角度βCが小さくなり、右側にいくにつれて左側傾斜角度αCが小さくなり、右側傾斜角度βCが大きくなり、左側LにおいてはαL>βLとなり、右側RにおいてはαR<βRとなるように形成されている。
【0037】
尚、前記波形に形成された反射面はαL、βL、αR、βRが上記関係を満たすものであれば、図2(a)に示すような曲面の連像体から成っていても、(c)に示すような鋸状斜面であってもよく、また、それらの反射面は表示面の全幅に対応した連続体[(a)、(c)]であっても、(b)、(d)に示すような延設方向に分割された分割反射体の集合体であってもよく、さらに、(e)、(f)に示すように分割反射体をその延設方向と交差する方向に所定量ずらせて配置してもよい。
【0038】
図3は、液晶表示装置の平面であり、パネル上は図1の左端に、パネル下は右端に対応する。カラーフィルタ部の配列は波形に形成された反射膜4を有する反射体と交差するようにパネル上とパネル下との間にストライプ状に配置されている。
【0039】
図4は本実施の形態にかかる反射板の反射特性を説明する説明図である。図4(b)に示すように反射膜4は、図2(a)から(f)に示した凹凸形状が、図1(b)に示したように各々の配置位置に対応させて、傾斜角度が変わるように形成されている。よって、図1に示したように14L,14Rに光が集中するような出射領域(図4(a))を形成する。
【0040】
したがって、従来例のように出射領域をθ=30°で形成した場合、ガラス内では±19.5°程度に見込む必要があった拡散反射を1/3程度の反射角±6〜7°に抑えることができ、入射角が34°より大きくなっても、その入射光による反射膜4での反射光51による上側基板2の表面2aへの入射角iは41.2°より小さくなり、隣接するカラーフィルタ部へ全反射することがなく色にじみを防止することができる。
一方、パネル上下方向には従来例のように出射領域をθ=30°で形成されているが、その方向に全反射光が発生しても、同色のカラーフィルタ部であり、色にじみを起こすことはない。
【0041】
図5は出射域を形成する反射面構造体5の反射面の構成図である。同図において、下側基板11の表面からの高さ位置を示す線12上に反射面4の凹部4bが位置し、反射膜4の頂部4aの水平幅は、前記頂部4aの直下の前記線12上から視て2°以下に設定する。
【0042】
よって、反射光の出射域を形成する反射面Sは前記頂部4aの水平幅が1°以下であるためにほとんど全てが出射域となり、図1(a)の反射光の出射域14Lを形成する反射面のSと出射域14Lを形成しない領域Tとの関係は、それらの反射面S及び領域Tを面積で表した場合、
(Sの面積)/(Sの面積+Tの面積)≒0.70
に設定している。そして、出射域14Lを形成しない領域Tは、出射域14Rを形成し、出射域14Rを形成しない反射光9は出射域14Lを形成するので、反射光8と反射光9とで70%以上の反射光を有効に用いることができる。
【0043】
次に、反射板に用いられる凹凸形状の製造方法を説明する。この凹凸形状はスタンパと呼ばれる金型によって、大量に複製することができる。その製造方法である2P法を図6を用いて説明する。
(a)基板11を用意し、その上に電子ビームレジスト22を塗布する。
(b)電子ビームによってレジスト22を微細加工して凸型の形状にして、凹凸形状原盤23を作製する。
(c)次に、電鋳法によってニッケル等のスタンパ材料を原盤23の上に堆積し、スタンパ24を作製する。
(d)スタンパ24と原盤23とを分離する。スタンパ24は前記凸型の形状に対応して凹型の形状となり、凹凸形状の金型となる。
【0044】
次に、上記反射板の製造方法を図7を用いて説明する。上述したように、反射板の模型である原盤23を作成した後、電鋳法によりスタンパ24が作製され、該スタンパ24には反射板表面形状の反転パターン24aが形成されている。
【0045】
しかして、(a)に記載するように、ガラス基板や透明樹脂フィルム等の透明な基板11(ただし、スタンパが紫外線を透過する場合には、基板11は透明である必要はない。)の上に紫外線硬化樹脂6を滴下した後、紫外線硬化樹脂6の上から基板11上にスタンパ24を降下させ、基板11とスタンパ24との間に紫外線硬化樹脂6を押し広げて基板11とスタンパ24との間に紫外線硬化樹脂6を充填させる。
【0046】
ついで、図7(b)に示すように、基板11側から紫外線硬化樹脂6に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂6を光硬化反応により硬化させる。紫外線硬化樹脂6が硬化したら、紫外線硬化樹脂6からスタンパ24を剥離させると、図7(c)のように紫外線硬化樹脂6の表面にはスタンパ24の反転パターン24aが反転してパターン6aとして転写される。
この後、紫外線硬化樹脂6のパターン6a上にAg、Alなどの金属薄膜をスパッタ形成などにより堆積させ、図7(d)に示すように反射膜4を形成し、これによって反射板1が完成される。
【0047】
次に、上記反射板の他の製造方法を図8により説明する。上述したように、反射板の模型である原盤23を作成した後、電鋳法によりスタンパ24が作製され、該スタンパ24には反射板表面形状の反転パターン24aが形成されている。
【0048】
しかして、(a)に記載するように、基板11の上にアクリルなどの樹脂30をスピンコートした後、(b)に記載するように、該樹脂30の上からスタンパ24を降下させ、樹脂30を押圧させ、図8(c)のように樹脂30の表面にはスタンパ24の反転パターン24aが反転してパターン30aとして転写される。
この後、樹脂30のパターン30a上にAg、Alなどの金属薄膜をスパッタ形成により堆積させ、図8(d)に示すように反射膜4を形成し、これによって反射板1が完成される。
【0049】
図9に示すものは上記のように製作された反射板を備えた反射型液晶表示装置の構造を示す概略図であって、上側基板2は反射板1を裏面側基板として構成される。すなわち、図7に示す工程の前に反射板1の表面に薄膜トランジスタ(TFT)32を設けて下側基板11を形成する。
その後、上述したように下側基板11上に感光性樹脂による凹凸パターンを形成し、TFT32に対応した位置にコンタクトホール60を形成し、凹凸パターン及びコンタクトホ−ル60内に金属薄膜をスパッタ形成し、反射膜4とともに該反射膜4とTFT32とを導通する導通路を形成することができる。
【0050】
一方、上側基板2の裏面にブラックマトリクス36やカラーフィルタ35、透明電極(ITO)37を形成し、上側基板2の表面に図示しない偏光板を貼り付けて表面パネルを形成する。この後、透明電極(ITO)37と反射膜4との間に液晶層38を挟み込むことによって、反射型液晶表示装置が完成する。
【0051】
このような構造によれば表面パネルと反射板とが一体化されて反射型液晶表示装置を薄型化することができる。
【0052】
なお、本実施の形態の反射板は反射型液晶表示装置に限らず、その他の反射型表示装置にも用いることができる。また、図示しないが、バックライト光源のパワーを小さくしたり、液晶パネル以外のところから入射光を取り入れる、いわゆる半透過型液晶表示装置にも用いることができる。
【0053】
図10に示すものは、本実施の形態における反射板を用いた反射型液晶表示装置をディスプレイ用に用いた携帯電話や弱電力型無線機器などの無線情報伝達装置39である。
このように構成された本無線情報伝達装置39は、図10に示すように把持してモニタ画面39aに直角に入射した光に対して上方の出射域14L(もしくは下側の出射域14R)からモニタ画面39aの画像を視認することができる。
【0054】
よって、出射域14L及び出射域14R以外の領域、特に出射域14L及び出射域14Rの中間あたりにモニタ画面39aから直接に正反射光が存在する外光状態のときにおいても、光源がモニタ画面39aに写ってモニタ画面の視認を邪魔することがない。
【0055】
尚、本実施の形態は、前記した無線情報伝達装置39のみではなく、電子手帳、携帯用コンピュータ、携帯用テレビなどの携帯情報端末に応用できることは勿論のことである。
【0056】
このような無線情報伝達装置や携帯情報端末等は、バッテリー駆動であるために省電力が要求されるが、反射型液晶表示装置を用いることでバックライトは不要であり、小電力化を図ることができる。しかも、その反射型液晶表示装置に本実施の形態の反射板を用いることで、ディスプレイ画面を明るくでき、視認性を良好にするとともに、該視認に指向性を有しているので、横からの他人による視認を防止することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射板に垂直に光を入射させたとき前記カラーフィルタ部のストライプ方向と交差する方向に反射光がほとんど出射しないように構成されているので、隣りのカラーフィルタ部に反射光が侵入して色にじみを起こすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかる反射板の要部を説明する断面図である。
【図2】 反射板の凹凸形状の他の実施の形態を説明する説明図である。
【図3】 液晶表示装置の平面図である。
【図4】 反射板の反射特性を説明する説明図である。
【図5】 出射域を形成する反射面構造体の反射面の構成図である。
【図6】 スタンパの製造方法を説明する説明図である。
【図7】 反射板の一製造方法を説明する図である。
【図8】 反射板の他の製造方法を説明する図である。
【図9】 反射型液晶表示装置の概略断面図である。
【図10】 無線情報伝達装置の斜視図である。
【図11】 従来の液晶表示装置の説明図である。
【図12】 従来の反射型液晶表示装置の反射状態説明図である。
【図13】 従来の反射型液晶表示装置における問題点を説明する図である。
【図14】 従来の反射板で反射された光の挙動を示す図である。
【符号の説明】
1 反射板
5 反射面構造体
13 単位反射領域
14 出射域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device having a reflector.
[0002]
[Prior art]
In recent years, application of liquid crystal display devices to personal computers (PCs), televisions, word processors, videos, and the like has progressed. On the other hand, liquid crystal images can be reflected by reflecting light incident from the outside without using a backlight in order to further increase the functionality and reduce the size, power consumption, and cost of such electronic devices. A reflective liquid crystal display device for display is desired.
[0003]
In such a reflection type liquid crystal display device, since no backlight is used, it is important to form an image by efficiently using incident light from the outside.
[0004]
As shown in FIG. 13A, the
[0005]
Therefore, as shown in FIG. 13B, a pattern made up of a large number of projections and
[0006]
Then, as shown in FIG. 14B, the reflection angle α is adjusted by appropriately selecting the curvature of the surface of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the surface of the concavo-
That is, as shown in FIG. 14A, if the light incident on the reflecting
[0008]
Of these regions, the region (II, II) is a region where only reflected light from a part (αL or αR) of the
In the region (III, III), the reflected light from the left side αL and the right side αR of the reflecting
Therefore, it is desirable to use the region (III, III) as an effective visual field region for viewing the liquid crystal screen.
[0009]
However, the effective visual field region (III, III) is formed in a donut shape with the region IV at the center. Therefore, considering the case where this effective visual field area is used for a mobile phone, if there is a light source that is perpendicularly incident on the upper substrate in a reflective liquid crystal screen, the liquid crystal screen cannot be viewed from directly above. Tilt to see the screen. In that case, viewing from the left-right direction makes it easy for others to see, so it is natural to view the screen from diagonally upward (or diagonally downward) as shown in FIG. In order to form the emission region diagonally upward (or diagonally downward), it is necessary to impart directivity to the reflective surface of the reflector so that the reflected light of the effective visual field region (III, III) is collected.
[0010]
JP-A-61-270731 and JP-A-9-80426 are known in which the reflecting surface of the reflecting plate is inclined to give the reflected light directivity. However, these conventional techniques shift the light reflected by the region IV to the regions (I, I) where the reflected light does not reach at all, and reflect the reflected light to the effective field region (III, III). It is not intended to collect light, and the light use efficiency does not improve.
[0011]
Therefore, as shown in FIG. 10, a reflection type liquid crystal display device has been developed that imparts directivity to the reflection surface of the reflection plate so as to view the screen from obliquely above (or obliquely below).
[0012]
On the other hand, the conventional concavo-
[0013]
The spread of the reflected light is centered on a
[0014]
Now, as shown in FIG. 11, the refractive index N of the air layer is 1, the refractive index n of the
[0015]
On the other hand, when the refraction angle is n = 1.519, when the critical angle ic = 41.2 °, the glass does not have any refracted light into the air and is totally reflected at the upper surface boundary of the
Therefore, there is a need for a reflector that restricts the spread of the emission area due to the reflected light of the reflective film, particularly for adjacent different color filter portions.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a reflective liquid crystal display device capable of forming an emission area of reflected light in an effective visual field area obliquely above (or obliquely below) a reflective liquid crystal screen. And
Another object of the present invention is to provide a reflective liquid crystal display device free from color blur.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a reflector having a plurality of unit reflection regions in which at least one unevenness for reflecting light is formed, and
In a liquid crystal display device comprising a color filter portion disposed so as to face the surface on which the unit reflection region of the reflector is formed,
Each color filter portion is arranged in a stripe shape,
The reflection surface of the reflection film formed in each of the unit reflection regions extends in a direction intersecting with the stripe direction of the color filter portion,
The reflective surface is an aggregate of split reflectors having split surfaces in a direction parallel to the stripe direction of the color filter portion, and each of the split reflectors isFor adjacent split reflectorsArranged by a predetermined amount in a direction parallel to the stripe direction of the color filter portion,
The reflection surface between the tops of the two divided reflectors adjacent to each other in the direction parallel to the stripe direction of the color filter portion is a surface having a large inclination angle with respect to the direction perpendicular to the reflection plate And a surface having a small inclination angle with respect to the direction perpendicular to the reflecting plate,
The inclination angle of the surface with the large inclination angle increases from the position corresponding to the center line of the reflection plate parallel to the extending direction of the reflection surface toward the edge of the reflection plate, and the inclination The inclination angle of the surface having a small angle is formed so as to decrease from the position corresponding to the center line of the reflecting plate parallel to the extending direction of the reflecting surface toward the edge of the reflecting plate. ,
A plurality of emission spreads formed by the reflected light reflected by the reflection plate intersect each other at a predetermined position above the reflection plate to form a common emission area, and light incident on the reflection plate from a vertical direction is Depending on the predetermined position in the extending direction of the reflecting surface, the light is reflected substantially in the direction of the predetermined position center of the emission area, and the intensity center of each reflected light is condensed at the predetermined position center of the emission area. It is characterized by having constituted so.
[0018]
Here, the unit reflection region refers to a reflection region that is partitioned by a concave portion or a convex portion and reflects incident light.
The unit reflection region may be a reflection region partitioned by one concave portion or convex portion, or may be grasped as a plurality of aggregates. When the reflection region is partitioned by the concave portion, the inside is inevitably formed by a convex portion, and the convex portion becomes a flat surface having a uniform reflection angle inclined to one side, a convex spherical surface, or a convex aspherical surface. In addition, when divided by the convex portion, the inside is inevitably formed by a concave portion, and the concave portion becomes a flat surface with a uniform reflection angle inclined to one side, a concave spherical surface or a concave aspherical surface.
[0019]
In addition, the internal reflecting surface defined by the concave portion or the convex portion is not only a plane having a uniform reflection angle, but also has a small convex portion or a concave portion in the middle of the plane height that monotonously increases or decreases. Alternatively, the concave or convex spherical or aspherical surface may have a continuously changing curvature, or a minute convex or concave portion may be provided in the middle of the concave or convex spherical or aspherical surface.
[0020]
And in this invention, a reflective surface structure is formed in a substantially waveform using the said unit reflective area | region. The substantially waveform may be formed in a bowl shape as shown in FIG. 2A, for example, and its ridgeline may be formed horizontally in the extending direction, and many in a bowl shape as shown in FIG. They may be connected, and may be formed in a triangular prism shape as shown in (c), and their ridges may be formed horizontally in the extending direction. Also, as shown in (d), the triangular prism has a predetermined length. A plurality of the short triangular prisms may be connected by cutting them, and as shown in (e) and (f), the short triangular prisms or bowls may be arranged slightly shifted in the direction of the reflecting surface. .
[0021]
In the present invention, the corrugated ridge line of the reflecting surface structure formed in a substantially corrugated shape is formed substantially horizontally and disposed in a direction intersecting with the color filter portion disposed in a stripe shape. When the light is incident perpendicularly to the light source, the reflected light is hardly emitted in a direction crossing the stripe direction of the color filter portion. Therefore, the reflected light does not enter the adjacent color filter portion and color bleeding does not occur.
[0022]
Here, “substantially reflected toward the center of the predetermined position of the emission region” means “a range that can be seen by an observer observing the liquid crystal display device, and allows a spread angle of about ± 30 °. Meaning “range”.
“Condensing light at the center of a predetermined position in the emission area” means “It is desirable to collect light at one point, but some variation is allowed. The reflection surface where many of the corrugated reflection surfaces are located at a predetermined distance from one end is when the center of the ideal emission region at the predetermined position is the virtual center. In addition, if the intensity center of the reflected light is within the range of the divergence angle (± 30 °) with respect to the virtual center, the same effect is obtained and the light is condensed at the center of the emission area. .
Therefore, since the reflecting surface of the reflecting surface structure is corrugated, a large number of centers of the emission area are formed from the one end to the other end, forming a rectangular or elliptical emission area. Will be.
[0023]
It is also an effective means of the present invention that the reflector is arranged between the upper substrate and the lower substrate.
[0024]
According to such technical means, the reflector is disposed between the upper substrate and the lower substrate, and a plurality of emission spreads formed by the reflected light from the plurality of reflecting surface structures are respectively located at predetermined positions above the reflector. Since a common emission area is formed by intersecting with each other, the reflected light can be guided and condensed at a predetermined position above, respectively, and the light incident on the upper substrate from a certain direction can be The reflection surface structure is reflected toward the center of the predetermined position of the emission area by the predetermined position in the extending direction of the reflecting surface structure, and the reflected light intensity centers are concentrated at the predetermined center position of the emission area. Since the light is emitted and hardly emitted in the direction of the reflected light that is regularly reflected by the upper substrate, the liquid crystal display can be observed brightly by the condensed light flux in the emission region.
[0025]
In addition, before the color filter portion is arranged in a direction intersecting with the color filter portion,TopIt is also effective that the width of the surface in the extending direction of the color filter portion is approximately 2 ° or less when viewed from the line connecting the reflective film recesses below the top portion. Means.
[0026]
According to this technical means, the width of the surface of the top portion of the corrugated ridge line in the extending direction of the color filter portion is narrow at about 2 ° or less, and therefore, there is little light that is not directed to the emission region observed by the observer, and it is bright An emission area can be formed. In addition, the reflected light from the surface opposite to the surface toward the emission region may be reflected by the color fill portion without going to the emission region, but is a color filter portion of the same color and has no color blur.
[0027]
In addition, incident light from the predetermined direction is reflected on the plurality of reflecting surfaces over substantially the entire emission area excluding the reflected light region formed by the reflected light regularly reflected by the upper substrate by the incident light from the predetermined direction. It is desirable that the reflected light reflected by the structure is emitted.
[0028]
According to such technical means, incident light from a certain direction is reflected by the upper substrate to become specularly reflected light, while there is light that is refracted into the upper substrate and reaches the reflecting surface structure. The reflected light that has been reflected is emitted from the upper substrate again, but the reflected light is emitted to substantially the entire emission area excluding the reflected light area formed by the regular reflected light. Is effectively used, and since there is no emission area in the same area as the regular reflection light, the illumination light source is not superimposed on the monitor screen.
[0029]
Further, it is desirable that the reflection angle of the reflection surface of the reflection surface structure formed in the substantially waveform is formed so as to decrease from the center position of the reflection plate toward the edge of the reflection plate. By such technical means, an emission area of reflected light can be formed on one side above the liquid crystal screen.
[0030]
By comprising in this way, since the other reflective surface on the opposite side to the one reflective surface which is the said reflective surface of the reflective surface structure formed in the substantially waveform cannot reflect light to the said output area side, Although the amount of spectral loss is lost, the reflecting surface of the reflecting surface structure can reflect approximately 70% or more of the incident light entering the reflecting surface to the emission region.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely illustrative examples. Only.
[0032]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a reflector according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating another embodiment of the uneven shape of the reflector, and FIG. 3 is a liquid crystal display. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the reflection characteristics of the reflection plate.
[0033]
FIG. 1A shows a cross section of a reflective liquid crystal display device 10 composed of an
[0034]
In FIG. 1A, incident light 7 incident through the
[0035]
The reflected lights 8 and 9 form a substantially
[0036]
The
[0037]
Note that the reflecting surface formed in the waveform has a curved continuous body as shown in FIG. 2A as long as αL, βL, αR, and βR satisfy the above relationship. ), And the reflective surfaces thereof may be continuums [(a), (c)] corresponding to the entire width of the display surface, ) May be an assembly of divided reflectors divided in the extending direction as shown in FIG. 5, and the divided reflectors may be crossed with the extending direction as shown in (e) and (f). A predetermined amount may be shifted.
[0038]
FIG. 3 is a plan view of the liquid crystal display device. The top of the panel corresponds to the left end of FIG. 1, and the bottom of the panel corresponds to the right end. The arrangement of the color filter portions is arranged in a stripe shape between the upper side and the lower side of the panel so as to intersect with the reflector having the
[0039]
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the reflection characteristics of the reflector according to the present embodiment. As shown in FIG. 4B, the
[0040]
Therefore, when the emission region is formed at θ = 30 ° as in the conventional example, the diffuse reflection that had to be expected to be about ± 19.5 ° in the glass is set to a reflection angle of ± 1 to 7 to about 1/3. Even if the incident angle is larger than 34 °, the incident angle i of the incident light on the
On the other hand, the emission area is formed at θ = 30 ° in the vertical direction of the panel as in the conventional example, but even if total reflection light is generated in that direction, the color filter portion of the same color causes color bleeding. There is nothing.
[0041]
FIG. 5 is a configuration diagram of the reflecting surface of the reflecting
[0042]
Therefore, almost all of the reflection surface S forming the emission area of the reflected light becomes the emission area because the horizontal width of the
(S area) / (S area + T area) ≈0.70
Is set. The region T that does not form the
[0043]
Next, the manufacturing method of the uneven | corrugated shape used for a reflecting plate is demonstrated. This concavo-convex shape can be replicated in large quantities by a mold called a stamper. The 2P method which is the manufacturing method will be described with reference to FIG.
(A) A
(B) The resist 22 is finely processed by an electron beam to form a convex shape, and the concave /
(C) Next, a stamper material such as nickel is deposited on the
(D) The
[0044]
Next, the manufacturing method of the said reflecting plate is demonstrated using FIG. As described above, after the
[0045]
Therefore, as described in (a), on a
[0046]
Next, as shown in FIG. 7B, the ultraviolet
Thereafter, a metal thin film such as Ag or Al is deposited on the
[0047]
Next, another manufacturing method of the reflector will be described with reference to FIG. As described above, after the
[0048]
Then, as described in (a), after spin coating a
Thereafter, a metal thin film such as Ag or Al is deposited on the
[0049]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the structure of a reflective liquid crystal display device including the reflector manufactured as described above, and the
Thereafter, as described above, an uneven pattern made of a photosensitive resin is formed on the
[0050]
On the other hand, a
[0051]
According to such a structure, the reflection type liquid crystal display device can be thinned by integrating the surface panel and the reflection plate.
[0052]
Note that the reflecting plate in this embodiment can be used not only in the reflective liquid crystal display device but also in other reflective display devices. Although not shown, the present invention can also be used for a so-called transflective liquid crystal display device in which the power of the backlight light source is reduced or incident light is taken in from a place other than the liquid crystal panel.
[0053]
What is shown in FIG. 10 is a wireless
The wireless
[0054]
Therefore, even in the external light state where the specularly reflected light is present directly from the
[0055]
Needless to say, the present embodiment can be applied not only to the above-described wireless
[0056]
Such wireless information transmission devices, portable information terminals, and the like require battery power saving because they are battery-powered. However, a backlight is not required by using a reflective liquid crystal display device, and power consumption can be reduced. Can do. Moreover, by using the reflection plate of the present embodiment for the reflective liquid crystal display device, the display screen can be brightened, the visibility is improved, and the visibility is directional. Visibility by others can be prevented.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when light is vertically incident on the reflecting plate, the reflected light is hardly emitted in the direction intersecting with the stripe direction of the color filter portion. This prevents the reflected light from entering the color filter section and causing color bleeding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a reflector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining another embodiment of the uneven shape of the reflector.
FIG. 3 is a plan view of a liquid crystal display device.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining reflection characteristics of a reflector.
FIG. 5 is a configuration diagram of a reflection surface of a reflection surface structure forming an emission region.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a stamper manufacturing method;
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing a reflecting plate.
FIG. 8 is a diagram for explaining another manufacturing method of the reflecting plate.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a reflective liquid crystal display device.
FIG. 10 is a perspective view of a wireless information transmission device.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional liquid crystal display device.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a reflection state of a conventional reflective liquid crystal display device.
FIG. 13 is a diagram illustrating a problem in a conventional reflective liquid crystal display device.
FIG. 14 is a diagram showing the behavior of light reflected by a conventional reflector.
[Explanation of symbols]
1 reflector
5 Reflective surface structure
13 Unit reflection area
14 Output area
Claims (3)
前記反射板の前記単位反射領域が形成された面と対向するように配置されたカラーフィルタ部を備えた液晶表示装置において、
前記カラーフィルタ部は各色がストライプ状に配置されており、
前記単位反射領域の各々に形成された反射膜の反射面は前記カラーフィルタ部のストライプ方向と交差する方向に延設されており、
前記反射面は、前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に分割面を有する分割反射体の集合体であり、前記分割反射体の各々は隣接する分割反射体に対して前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に所定量ずらせて配置されており、
前記カラーフィルタ部のストライプ方向と平行な方向に隣り合っている2つの前記分割反射体の頂部と頂部の間にある前記反射面は、前記反射板に垂直な方向に対して傾斜角が大きい面と、前記反射板に垂直な方向に対して傾斜角が小さい面とで形成され、
前記傾斜角が大きい面の該傾斜角は、前記反射面の延設方向と平行な前記反射板の中心線に相当する位置から該反射板の端縁に向かうに連れて大きくなり、かつ前記傾斜角が小さい面の該傾斜角は、前記反射面の延設方向と平行な前記反射板の中心線に相当する位置から該反射板の端縁に向かうに連れて小さくなるように形成されており、
前記反射板で反射された反射光が形成する複数の出射広がりが、それぞれ前記反射板上方の所定位置で交差して共通の出射域を形成し、前記反射板に垂直方向から入射した光が、前記反射面の延設方向所定位置によって、それぞれ概ね前記出射域の所定位置中心の方向に向かって反射され、該反射されたそれぞれの光の強度中心が、前記出射域の所定位置中心に集光するように構成したことを特徴とする液晶表示装置。A reflection plate having a plurality of unit reflection regions in which at least one unevenness for reflecting light is formed;
In a liquid crystal display device comprising a color filter portion disposed so as to face the surface on which the unit reflection region of the reflector is formed,
Each color filter portion is arranged in a stripe shape,
The reflection surface of the reflection film formed in each of the unit reflection regions extends in a direction intersecting with the stripe direction of the color filter portion,
The reflective surface is an aggregate of split reflectors having split surfaces in a direction parallel to the stripe direction of the color filter portion, and each of the split reflectors is arranged on the color filter portion with respect to an adjacent split reflector . Arranged by a predetermined amount in the direction parallel to the stripe direction,
The reflection surface between the tops of the two divided reflectors adjacent to each other in the direction parallel to the stripe direction of the color filter portion is a surface having a large inclination angle with respect to the direction perpendicular to the reflection plate And a surface having a small inclination angle with respect to the direction perpendicular to the reflecting plate,
The inclination angle of the surface with the large inclination angle increases from the position corresponding to the center line of the reflection plate parallel to the extending direction of the reflection surface toward the edge of the reflection plate, and the inclination The inclination angle of the surface having a small angle is formed so as to decrease from the position corresponding to the center line of the reflecting plate parallel to the extending direction of the reflecting surface toward the edge of the reflecting plate. ,
A plurality of emission spreads formed by reflected light reflected by the reflection plate intersect each other at a predetermined position above the reflection plate to form a common emission area, and light incident on the reflection plate from a vertical direction is Depending on the predetermined position in the extending direction of the reflecting surface, the light is reflected substantially in the direction of the predetermined position center of the emission area, and the intensity center of each reflected light is condensed at the predetermined position center of the emission area. A liquid crystal display device characterized by being configured to do so.
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