JP4063591B2 - 反射型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶表示装置に関し、特にフロントライトを有する反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置はバックライトを常時点灯する必要がないので低消費電力化に適するという利点から、携帯電話や携帯情報端末（PDA:Personal Digital Assistant）等に採用されている。
【０００３】
反射型液晶表示装置の場合、主に外光からの光を利用して表示をおこなっているが、外光が期待できない環境下での使用を想定してフロントライトと呼ばれる補助光源を備えることが多い。以下フロントライトを備えた反射型液晶表示装置の基本構成について述べる。
【０００４】
図１０および図１１に従来の技術による反射型液晶パネルとフロントライトとの構成を示す。
【０００５】
図１０に示すようにフロントライト１６は反射型液晶パネル１７の手前側（観測者側）に配置され、光源部１８からの光を反射型液晶パネル１７に入射させ、反射型液晶パネル１７の内部で反射してきた光を観測者側へ透過させる働きを有する。
【０００６】
図１１に示すように、反射型液晶パネル１７はＴＦＴ基板の上に光を反射させるための凹凸構造からなる反射電極１を有し、カラー表示をおこなうために赤色、緑色、青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する三つの表示素子２で一画素１９を形成している。このとき基本単位となる一表示素子２、あるいは一画素１９内でランダムな凹凸パターンを形成する方法が一般的である。
【０００７】
図１２はフロントライト１６からの出射光の観測角度に対する輝度の変化を示す図である。同図からわかるように、フロントライト点灯時に明るい表示を得るため、反射型液晶パネル１７に対してほぼ垂直の方向に光を出射させている。
【０００８】
図１３は従来の技術による反射板の特性を示したものである。すなわち、入射角度が３０度の平行入射光に対する反射率の受光角度依存性を示したものである。
【０００９】
図１３（ａ）に示すように、反射型液晶表示装置は屋外で使用されることが多いが、その場合には太陽光や蛍光灯などの外光を使って液晶パネルの表示を見ることになる。
【００１０】
しかし、外光の正反射位置では明るさはもっとも強いが、外光の像を見ることになるので、液晶パネルの表示は見づらくなる。そのため、従来の技術による反射板においては、図１３（ａ）中の矢印に示すように外光の正反射位置（３０度）から数十度ずらした角度で明るい表示が得られるように反射板の設計が行われていた。
【００１１】
それに対し、フロントライトを備えた反射型液晶パネルの場合には、図１３（ｂ）に示すように、フロントライトからの光を有効に使うことに重点を置いた反射板が提案されている。
【００１２】
これは、低消費電力化、低ノイズ化の要求から従来の冷陰極管の置き換えとして白色発光ダイオードを採用する場合が多くなっているが、発光ダイオードは冷陰極管と比較して入力できる電力が小さいため、冷陰極管に比べて高輝度が得にくいためである。
【００１３】
具体的には、フロントライト点灯時に高い輝度が得られるように、反射板の平坦部を多くし、正反射成分を大きくした設計となっている。
【００１４】
その結果、図１３（ｂ）に示すように、正反射に近い角度では明るい表示が得られている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフロントライトを備えた反射型液晶装置においては、フロントライト点灯時に高い輝度が得られるものの視野角が狭い反射特性となり、またフロントライト非点灯時の外光のもとでは、明るい表示が得られないという問題があった。
【００１６】
つまり、外光とフロントライトとでは光の使い方、すなわち光学システムが異なるため、従来のフロントライトを備えた反射型液晶装置では、両環境下で共に明るい表示を得ることが困難であるという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、本発明の目的は、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所などのいずれの環境の下においても、明るい表示が得られる反射型液晶表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はフロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内にこの反射電極における凹凸構造の平均傾斜角度が異なる２以上の反射領域を有し、少なくとも一の反射領域がフロントライトからの入射光を鉛直方向に反射させる反射特性を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、フロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内の反射電極が広視野角反射特性を有する反射領域と高指向性反射特性を有する反射領域とからなり、高指向性反射特性を有する反射領域がフロントライトからの入射光を鉛直方向に反射させる反射特性を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、フロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内の反射電極が広視野角反射特性を有する反射領域と高指向性反射特性を有する反射領域とからなり、広視野角反射特性を有する反射領域の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度が、高指向性反射特性を有する反射領域の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度の１．３倍から３倍の範囲にあることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、反射電極の高指向性反射特性を有する反射領域の面積が、広視野角反射特性を有する反射領域の面積の１倍から４倍の範囲にあることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明は、反射電極における異なる反射領域の境界が、階段状に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、同一表示素子内における反射電極において、高指向性反射特性を有する反射領域が広視野角反射特性を有する反射領域よりも反射型液晶パネルの上方に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、反射電極の前記広視野角反射領域に対応する領域には高透過率のカラーフィルターが、高指向性反射領域に対応する領域には高色度域のカラーフィルターがそれぞれ分割して配置されていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極１の一表示素子２における構成を示す平面図である。同図において、黒線部分は反射電極１の凸部を示しており、黒線部分が広いほど凸部頂上部の平坦部分が広くなり、凹凸の平均傾斜角度は小さくなる。
【００２７】
平均傾斜角度は、反射板の凹凸形状を形成した後に、この表面を例えば原子間力顕微鏡（AFM: Atomic Force Microscope ）などを用いて凹凸形状の段差を測定し、その結果から微分傾斜角度を計算で求め平均化することにより得られる。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極１の設計においては、反射電極のランダム・パターンの基本単位となる１表示素子、あるいは１画素を２以上の領域に分割し、高指向性反射領域３と広視野角反射領域４とを所定の面積比で配置する。
【００２９】
ここで、高指向性反射領域３とは、反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度が小さく、平坦部が広いことから光の正反射が支配的な領域を指す。
【００３０】
一方、広視野角反射領域４とは、反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度が大きく、光の散乱が強い領域を指す。
【００３１】
ここで、液晶表示パネルへの入射光の入射角度に対して、液晶パネルの正面、すなわち鉛直方向に反射光を反射させるのに必要な反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度は、空気から液晶表示パネルへ入射する際の屈折率変化を考慮してスネルの法則から導出することができる。
【００３２】
まず、フロントライトを使用する場合、フロントライトからの出射光分布は図１２に示すように±２０度以下の狭い光であり、±１０度以上、±２０度以下の範囲にある。この傾きを持った入射光を液晶表示パネルの正面に反射させるのに必要な高指向性反射領域３の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度は、約３．３度以上、約５度以下と導出される。
【００３３】
一方、外光を使用する場合、液晶表示パネルに対してほぼ鉛直方向から表示を見ることが利用者には好まれているが、利用者は太陽光や蛍光灯などの光源が眼に入らないように、液晶表示パネルを光源からの入射光に対して約２０度から約３０度の角度だけ傾けて利用していることわかった。
【００３４】
これより、外光を使用時に、入射光を液晶表示パネルの正面に反射させるのに必要な広視野角反射領域４の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度は、約6.5度以上、約9.5度以下と導出される。
【００３５】
以上より、広視野角反射領域の平均傾斜角度が高指向性反射領域の平均傾斜角度の約１．３倍（６．５度：５．０度）から約３倍（９．５度：３．３度）の範囲で、フロントライト使用時及び外光使用時の両環境において明るく良好な表示特性が得られる。
【００３６】
なお、本発明の実施の形態においては、広視野角反射領域の平均傾斜角度は約７．５度、高指向性反射領域の平均傾斜角度は約４度とした。
【００３７】
また、平均傾斜角度の調整は、マスクパターンの設計と、フォトレジスト工程における露光エネルギー（露光量８０ｍＪ：実際には露光時間によって調整）及び凹凸形状のフォトレジストパターンの焼成時間（１４０℃）によって行った。
【００３８】
図２に、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置の反射電極の反射特性を示す。同図は、一表示素子内における広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比率による反射率の変化を示したものである。
【００３９】
同図より、上３０度入射に対し、極角が０度から２０度の位置で観察した明るさは、広視野角反射領域４の面積に依存することがわかる。
【００４０】
一方、図３より、フロントライト（ＦＬ）点灯時の輝度は、高指向性反射領域３の面積に依存することがわかる。従って、面積比を調整することにより、外光での明るさを重視するか、フロントライト点灯時の輝度を重視するかの調整が可能となる。
【００４１】
図３より、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３との面積比が５：５の場合においても、全面が高指向性反射領域３の場合に比べ約９５％の輝度が得られることがわかる。
【００４２】
一方、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３との面積比が２：８以上となり、広視野角反射領域４の面積が小さくなると、良好な凹凸形状を有する反射電極の形成が困難となり、十分な反射特性が得られなくなる。
【００４３】
以上より、高指向性反射領域３の面積が広視野角反射領域４の面積の約１倍（面積比５：５）から約４倍（面積比２：８）の範囲において、フロントライト使用時及び外光使用時の両環境において明るく良好な表示特性が得られる。
【００４４】
本発明の実施の形態においては、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比を約３対７とした。このように設定することによって、フロントライト点灯時においては、反射板１の全面を高指向性反射領域３とした場合と比較して同等の輝度が得られた（図３）。同時に、図２からわかるように、受光角度０度においても、反射板の全面を高指向性反射領域３とした場合には反射率がほぼゼロに等しいのに対し、本発明の実施の形態においては反射率が約１０％以上という良好な反射特性が得られた。
【００４５】
以上説明したように、本発明の実施の形態において、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比を約３対７程度とすることにより、外光及びフロントライト点灯時の両方の環境下で良好な明るさを得ることができる。
【００４６】
次に、反射領域の製造方法について説明する。
【００４７】
凹凸形状を有する反射特性の異なる反射領域の製造方法の一例が、特開２００１−３３７３２３号公報明細書に記載されている。この製造方法によれば、凹凸形状の深さを変えることにより凹凸形状の平均傾斜角度を調整し、異なる反射特性を有する反射領域が形成される。
【００４８】
しかしながら、この製造方法においては異なる２枚のマスクが必要となり、また２回の露光工程を経る必要があるので、製造方法が複雑になり、製造コストの増加を招くという問題がある。
【００４９】
ただし、上記公報に記載の反射型液晶表示装置は、外光の下での使用を前提としたものであり、フロントライトを使用した場合については何ら記載がなく、フロントライトを備えた本実施の形態に係る反射型液晶表示装置とは構成を異にするものである。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態における反射領域の製造方法を説明するための断面図である。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すようにＴＦＴ領域５を有するＴＦＴ基板６上に有機絶縁膜７を全面に形成する。有機絶縁膜７としては例えば、アクリル系のフォトレジストを用いることができる。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、同一表示素子もしくは同一画素内で所定の面積比を有する広視野角反射領域４及び高指向性反射領域３に対応するパターンを有するマスク８用いて、通常のフォトリソグラフィ法による露光、現像処理を施すことにより、図４（ｃ）に示す凹凸構造９を形成する。
【００５３】
その後に、加熱処理により凹凸構造９の凸部を溶融させ滑らか凸形状に変換することにより、図４（ｄ）に示すように、平均傾斜角度の異なる高指向性反射領域３と高指向性反射領域４を１回の工程で同時に形成することができる。
【００５４】
最後に、凹凸構造９上に例えばアルミニウム等の金属を全面に形成することにより、凹凸形状を有する反射電極１が完成する。
【００５５】
次に、図５を用いて本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の動作メカニズムを説明する。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、外光１０に対しては広視野角反射領域４の特性によって正反射の角度からずれた角度において明るい表示が得られる。これは太陽光や蛍光灯のような比較的スポット的な点光源の場合には、拡散性の強い広視野角反射領域４の効果によって、正反射から数度ずれた位置で明るい表示が得られるからである。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように、フロントライト点灯時には、高指向性反射領域３の特性が支配的となり、高い輝度が得られる。フロントライトのように液晶パネルに対してほぼ垂直に光を照射する面光源に対しては、高指向性反射領域３によるフロントライトからの光１１の正反射成分の寄与により明るい表示が得られるからである。ここで、フロントライトは周囲光の程度によって使用者が点灯させるか、もしくは自動的に点灯させることができる。
【００５８】
このように、フロントライトからの光１１を表示のために有効に使うことにより、フロントライトの光出力を増すことなく明るい表示が得られるので、反射型液晶表示装置における低消費電力化の要請にもかなうこととなる。
【００５９】
以上説明したように、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置によれば、反射板の一表示素子内に広視野角反射領域４と高指向性反射領域３とを備えていることから、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所のどちらの環境においても明るい表示が得られる。
【００６０】
一方、従来の技術による反射型液晶表示装置においては、フロントパネルと反射型液晶パネルは図１１のような構成で配置されることが多い。
【００６１】
この場合、反射電極の広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の境界を図１に示すように表示素子の一片と平行になるように配置すると、フロントライトのプリズム溝１２の方向と反射領域の境界が同方向となり干渉によるモアレが発生する。
【００６２】
そこで、図６に示すように、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の境界がＬ字型の階段状となるように配列することによって、フロントライトの直線形状のプリズム溝１２との干渉を回避することができ、モアレの発生を低減することができる。
【００６３】
図７は、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極の第２の動作メカニズムを説明するための図である。
【００６４】
フロントライトを消灯して外光１０の下で反射型液晶表示装置を使用する場合、図７に示すように外光１０は通常、使用者の上方に存在する。
【００６５】
このとき図７（ａ）に示すように、同一表示素子内で広視野角反射領域４が高指向性反射領域３よりも液晶表示パネルの上方に配置されている場合には、液晶表示パネルに入射する光のうち図７（ａ）中の▲２▼に示す光路をとる光は、隣接する画素に対応するカラーフィルター１３を透過することになる。
【００６６】
従って、隣接するカラーフィルターが異なる色（Ｒ・Ｇ・Ｂ）である場合には、この光路を取る光は本来の素子上のカラーフィルター１３を通過できない。この結果として外光の下での液晶表示パネルの明るさが低下することとなる。
【００６７】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、同一表示素子内で広視野角反射領域４を高指向性反射領域３よりも液晶表示パネルに対して下方に配置することにより、図７（ｂ）中の▲２▼に示す光路をとる光は同一表示素子に対応するカラーフィルター１３を通過することが可能となり、上記影響を回避することができる。
【００６８】
また図８に示すように、広視野角反射領域４を表示素子２の中央に配置することによっても同様な効果を得ることができる。
【００６９】
図９は本発明による第２の実施の形態を説明するための図である。
【００７０】
反射型液晶表示装置の場合、外光１０及びフロントライトからの光１１は共に同じカラーフィルターを２回通過するが、フロントライトの光源として用いられる白色発光ダイオードは、太陽光や蛍光灯などの外光と比べ、演色性に劣ること、また導光板と空気との境界や液晶表示パネル表面における界面反射を完全に防ぐことができないこと等の理由から、外光による表示に比べて色再現性に乏しい。
【００７１】
フロントライト点灯時の色再現性の改善には、界面反射を防止するとともに、カラーフィルターの色濃度を濃くすることが有効である。しかし、カラーフィルター全体の色濃度を濃くすると、カラーフィルターの透過率が低下するため、フロントライト消灯時の反射型液晶パネルの反射率が低下するという問題が生じる。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態によれば、図９に示すように、反射電極の広視野角反射領域４に対応する領域には高透過率のカラーフィルターが、高指向性反射領域３に対応する領域には高色度域のカラーフィルターがそれぞれ分割して配置される。このように反射板の反射特性に対応したカラーフィルターを配置することによって、各環境下において最適な明るさと色再現性が得られる。
【００７３】
すなわち、フロントライト消灯時の外光１０の下では、図９（ａ）に示すように、広視野角反射領域４の散乱性の強い反射特性により、正反射からずれた液晶表示パネルに対して垂直に近い位置で明るい表示が得られる。このとき、この広視野角反射領域４の直上に高透過率カラーフィルター１４を配置することにより、明るい表示が得られる。
【００７４】
一方、フロントライトを点灯して使用する場合には、図９（ｂ）に示すように、高指向性反射領域３によって反射された光が高色度域カラーフィルター１５を透過することによって、色再現性に優れた表示を得ることができる。
【００７５】
具体的には、高透過率カラーフィルター１４として２回通過で色度域が約２０％程度のものを、高色度域カラーフィルター１５には２回通過で色度域が約４０％程度のものを用いることにより、外光使用時においてもフロントライト点灯時においても共に同程度の色度域範囲（約２０％）が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所などのいずれの環境の下においても、充分明るく、また色再現性に優れた表示が可能な反射型液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の一表示素子における構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の反射特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板のフロントライト点灯時の輝度を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における反射領域の製造方法を説明するための反射板の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の動作メカニズムを説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の第２の動作メカニズムを説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の一表示素子における第２の構成を示す平面図である。
【図９】本発明による第２の実施の形態による反射板の動作メカニズムを説明するための図である。
【図１０】従来の技術による反射型液晶パネルと反射板及びフロントライトの構成を示す断面図である。
【図１１】従来の技術による反射型液晶パネルと反射板及びフロントライトの構成を示す平面図である。
【図１２】従来の技術によるフロントライトの出射光特性を示す図である。
【図１３】従来の技術による反射型液晶表示装置に用いる反射板の反射特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 反射電極
２ 表示素子
３ 高指向性反射領域
４ 広視野角反射領域
５ ＴＦＴ領域
６ ＴＦＴ基板
７ 有機絶縁膜
８ マスク
９ 凹凸構造
１０ 外光
１１ フロントライトからの光
１２ プリズム溝
１３ カラーフィルター
１４ 高透過率カラーフィルター
１５ 高色度域カラーフィルター
１６ フロントライト
１７ 反射型液晶パネル
１８ 光源部
１９ 画素
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶表示装置に関し、特にフロントライトを有する反射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置はバックライトを常時点灯する必要がないので低消費電力化に適するという利点から、携帯電話や携帯情報端末（PDA:Personal Digital Assistant）等に採用されている。
【０００３】
反射型液晶表示装置の場合、主に外光からの光を利用して表示をおこなっているが、外光が期待できない環境下での使用を想定してフロントライトと呼ばれる補助光源を備えることが多い。以下フロントライトを備えた反射型液晶表示装置の基本構成について述べる。
【０００４】
図１０および図１１に従来の技術による反射型液晶パネルとフロントライトとの構成を示す。
【０００５】
図１０に示すようにフロントライト１６は反射型液晶パネル１７の手前側（観測者側）に配置され、光源部１８からの光を反射型液晶パネル１７に入射させ、反射型液晶パネル１７の内部で反射してきた光を観測者側へ透過させる働きを有する。
【０００６】
図１１に示すように、反射型液晶パネル１７はＴＦＴ基板の上に光を反射させるための凹凸構造からなる反射電極１を有し、カラー表示をおこなうために赤色、緑色、青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する三つの表示素子２で一画素１９を形成している。このとき基本単位となる一表示素子２、あるいは一画素１９内でランダムな凹凸パターンを形成する方法が一般的である。
【０００７】
図１２はフロントライト１６からの出射光の観測角度に対する輝度の変化を示す図である。同図からわかるように、フロントライト点灯時に明るい表示を得るため、反射型液晶パネル１７に対してほぼ垂直の方向に光を出射させている。
【０００８】
図１３は従来の技術による反射板の特性を示したものである。すなわち、入射角度が３０度の平行入射光に対する反射率の受光角度依存性を示したものである。
【０００９】
図１３（ａ）に示すように、反射型液晶表示装置は屋外で使用されることが多いが、その場合には太陽光や蛍光灯などの外光を使って液晶パネルの表示を見ることになる。
【００１０】
しかし、外光の正反射位置では明るさはもっとも強いが、外光の像を見ることになるので、液晶パネルの表示は見づらくなる。そのため、従来の技術による反射板においては、図１３（ａ）中の矢印に示すように外光の正反射位置（３０度）から数十度ずらした角度で明るい表示が得られるように反射板の設計が行われていた。
【００１１】
それに対し、フロントライトを備えた反射型液晶パネルの場合には、図１３（ｂ）に示すように、フロントライトからの光を有効に使うことに重点を置いた反射板が提案されている。
【００１２】
これは、低消費電力化、低ノイズ化の要求から従来の冷陰極管の置き換えとして白色発光ダイオードを採用する場合が多くなっているが、発光ダイオードは冷陰極管と比較して入力できる電力が小さいため、冷陰極管に比べて高輝度が得にくいためである。
【００１３】
具体的には、フロントライト点灯時に高い輝度が得られるように、反射板の平坦部を多くし、正反射成分を大きくした設計となっている。
【００１４】
その結果、図１３（ｂ）に示すように、正反射に近い角度では明るい表示が得られている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフロントライトを備えた反射型液晶装置においては、フロントライト点灯時に高い輝度が得られるものの視野角が狭い反射特性となり、またフロントライト非点灯時の外光のもとでは、明るい表示が得られないという問題があった。
【００１６】
つまり、外光とフロントライトとでは光の使い方、すなわち光学システムが異なるため、従来のフロントライトを備えた反射型液晶装置では、両環境下で共に明るい表示を得ることが困難であるという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、本発明の目的は、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所などのいずれの環境の下においても、明るい表示が得られる反射型液晶表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はフロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内にこの反射電極における凹凸構造の平均傾斜角度が異なる２以上の反射領域を有し、少なくとも一の反射領域がフロントライトからの入射光を鉛直方向に反射させる反射特性を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、フロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内の反射電極が広視野角反射特性を有する反射領域と高指向性反射特性を有する反射領域とからなり、高指向性反射特性を有する反射領域がフロントライトからの入射光を鉛直方向に反射させる反射特性を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、フロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内の反射電極が広視野角反射特性を有する反射領域と高指向性反射特性を有する反射領域とからなり、広視野角反射特性を有する反射領域の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度が、高指向性反射特性を有する反射領域の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度の１．３倍から３倍の範囲にあることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、反射電極の高指向性反射特性を有する反射領域の面積が、広視野角反射特性を有する反射領域の面積の１倍から４倍の範囲にあることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明は、反射電極における異なる反射領域の境界が、階段状に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、同一表示素子内における反射電極において、高指向性反射特性を有する反射領域が広視野角反射特性を有する反射領域よりも反射型液晶パネルの上方に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、反射電極の前記広視野角反射領域に対応する領域には高透過率のカラーフィルターが、高指向性反射領域に対応する領域には高色度域のカラーフィルターがそれぞれ分割して配置されていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極１の一表示素子２における構成を示す平面図である。同図において、黒線部分は反射電極１の凸部を示しており、黒線部分が広いほど凸部頂上部の平坦部分が広くなり、凹凸の平均傾斜角度は小さくなる。
【００２７】
平均傾斜角度は、反射板の凹凸形状を形成した後に、この表面を例えば原子間力顕微鏡（AFM: Atomic Force Microscope ）などを用いて凹凸形状の段差を測定し、その結果から微分傾斜角度を計算で求め平均化することにより得られる。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極１の設計においては、反射電極のランダム・パターンの基本単位となる１表示素子、あるいは１画素を２以上の領域に分割し、高指向性反射領域３と広視野角反射領域４とを所定の面積比で配置する。
【００２９】
ここで、高指向性反射領域３とは、反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度が小さく、平坦部が広いことから光の正反射が支配的な領域を指す。
【００３０】
一方、広視野角反射領域４とは、反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度が大きく、光の散乱が強い領域を指す。
【００３１】
ここで、液晶表示パネルへの入射光の入射角度に対して、液晶パネルの正面、すなわち鉛直方向に反射光を反射させるのに必要な反射電極１の凹凸構造の平均傾斜角度は、空気から液晶表示パネルへ入射する際の屈折率変化を考慮してスネルの法則から導出することができる。
【００３２】
まず、フロントライトを使用する場合、フロントライトからの出射光分布は図１２に示すように±２０度以下の狭い光であり、±１０度以上、±２０度以下の範囲にある。この傾きを持った入射光を液晶表示パネルの正面に反射させるのに必要な高指向性反射領域３の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度は、約３．３度以上、約５度以下と導出される。
【００３３】
一方、外光を使用する場合、液晶表示パネルに対してほぼ鉛直方向から表示を見ることが利用者には好まれているが、利用者は太陽光や蛍光灯などの光源が眼に入らないように、液晶表示パネルを光源からの入射光に対して約２０度から約３０度の角度だけ傾けて利用していることわかった。
【００３４】
これより、外光を使用時に、入射光を液晶表示パネルの正面に反射させるのに必要な広視野角反射領域４の反射電極の凹凸構造の平均傾斜角度は、約6.5度以上、約9.5度以下と導出される。
【００３５】
以上より、広視野角反射領域の平均傾斜角度が高指向性反射領域の平均傾斜角度の約１．３倍（６．５度：５．０度）から約３倍（９．５度：３．３度）の範囲で、フロントライト使用時及び外光使用時の両環境において明るく良好な表示特性が得られる。
【００３６】
なお、本発明の実施の形態においては、広視野角反射領域の平均傾斜角度は約７．５度、高指向性反射領域の平均傾斜角度は約４度とした。
【００３７】
また、平均傾斜角度の調整は、マスクパターンの設計と、フォトレジスト工程における露光エネルギー（露光量８０ｍＪ：実際には露光時間によって調整）及び凹凸形状のフォトレジストパターンの焼成時間（１４０℃）によって行った。
【００３８】
図２に、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置の反射電極の反射特性を示す。同図は、一表示素子内における広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比率による反射率の変化を示したものである。
【００３９】
同図より、上３０度入射に対し、極角が０度から２０度の位置で観察した明るさは、広視野角反射領域４の面積に依存することがわかる。
【００４０】
一方、図３より、フロントライト（ＦＬ）点灯時の輝度は、高指向性反射領域３の面積に依存することがわかる。従って、面積比を調整することにより、外光での明るさを重視するか、フロントライト点灯時の輝度を重視するかの調整が可能となる。
【００４１】
図３より、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３との面積比が５：５の場合においても、全面が高指向性反射領域３の場合に比べ約９５％の輝度が得られることがわかる。
【００４２】
一方、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３との面積比が２：８以上となり、広視野角反射領域４の面積が小さくなると、良好な凹凸形状を有する反射電極の形成が困難となり、十分な反射特性が得られなくなる。
【００４３】
以上より、高指向性反射領域３の面積が広視野角反射領域４の面積の約１倍（面積比５：５）から約４倍（面積比２：８）の範囲において、フロントライト使用時及び外光使用時の両環境において明るく良好な表示特性が得られる。
【００４４】
本発明の実施の形態においては、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比を約３対７とした。このように設定することによって、フロントライト点灯時においては、反射板１の全面を高指向性反射領域３とした場合と比較して同等の輝度が得られた（図３）。同時に、図２からわかるように、受光角度０度においても、反射板の全面を高指向性反射領域３とした場合には反射率がほぼゼロに等しいのに対し、本発明の実施の形態においては反射率が約１０％以上という良好な反射特性が得られた。
【００４５】
以上説明したように、本発明の実施の形態において、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の面積比を約３対７程度とすることにより、外光及びフロントライト点灯時の両方の環境下で良好な明るさを得ることができる。
【００４６】
次に、反射領域の製造方法について説明する。
【００４７】
凹凸形状を有する反射特性の異なる反射領域の製造方法の一例が、特開２００１−３３７３２３号公報明細書に記載されている。この製造方法によれば、凹凸形状の深さを変えることにより凹凸形状の平均傾斜角度を調整し、異なる反射特性を有する反射領域が形成される。
【００４８】
しかしながら、この製造方法においては異なる２枚のマスクが必要となり、また２回の露光工程を経る必要があるので、製造方法が複雑になり、製造コストの増加を招くという問題がある。
【００４９】
ただし、上記公報に記載の反射型液晶表示装置は、外光の下での使用を前提としたものであり、フロントライトを使用した場合については何ら記載がなく、フロントライトを備えた本実施の形態に係る反射型液晶表示装置とは構成を異にするものである。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態における反射領域の製造方法を説明するための断面図である。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すようにＴＦＴ領域５を有するＴＦＴ基板６上に有機絶縁膜７を全面に形成する。有機絶縁膜７としては例えば、アクリル系のフォトレジストを用いることができる。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、同一表示素子もしくは同一画素内で所定の面積比を有する広視野角反射領域４及び高指向性反射領域３に対応するパターンを有するマスク８用いて、通常のフォトリソグラフィ法による露光、現像処理を施すことにより、図４（ｃ）に示す凹凸構造９を形成する。
【００５３】
その後に、加熱処理により凹凸構造９の凸部を溶融させ滑らか凸形状に変換することにより、図４（ｄ）に示すように、平均傾斜角度の異なる高指向性反射領域３と高指向性反射領域４を１回の工程で同時に形成することができる。
【００５４】
最後に、凹凸構造９上に例えばアルミニウム等の金属を全面に形成することにより、凹凸形状を有する反射電極１が完成する。
【００５５】
次に、図５を用いて本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の動作メカニズムを説明する。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、外光１０に対しては広視野角反射領域４の特性によって正反射の角度からずれた角度において明るい表示が得られる。これは太陽光や蛍光灯のような比較的スポット的な点光源の場合には、拡散性の強い広視野角反射領域４の効果によって、正反射から数度ずれた位置で明るい表示が得られるからである。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように、フロントライト点灯時には、高指向性反射領域３の特性が支配的となり、高い輝度が得られる。フロントライトのように液晶パネルに対してほぼ垂直に光を照射する面光源に対しては、高指向性反射領域３によるフロントライトからの光１１の正反射成分の寄与により明るい表示が得られるからである。ここで、フロントライトは周囲光の程度によって使用者が点灯させるか、もしくは自動的に点灯させることができる。
【００５８】
このように、フロントライトからの光１１を表示のために有効に使うことにより、フロントライトの光出力を増すことなく明るい表示が得られるので、反射型液晶表示装置における低消費電力化の要請にもかなうこととなる。
【００５９】
以上説明したように、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置によれば、反射板の一表示素子内に広視野角反射領域４と高指向性反射領域３とを備えていることから、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所のどちらの環境においても明るい表示が得られる。
【００６０】
一方、従来の技術による反射型液晶表示装置においては、フロントパネルと反射型液晶パネルは図１１のような構成で配置されることが多い。
【００６１】
この場合、反射電極の広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の境界を図１に示すように表示素子の一片と平行になるように配置すると、フロントライトのプリズム溝１２の方向と反射領域の境界が同方向となり干渉によるモアレが発生する。
【００６２】
そこで、図６に示すように、広視野角反射領域４と高指向性反射領域３の境界がＬ字型の階段状となるように配列することによって、フロントライトの直線形状のプリズム溝１２との干渉を回避することができ、モアレの発生を低減することができる。
【００６３】
図７は、本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射電極の第２の動作メカニズムを説明するための図である。
【００６４】
フロントライトを消灯して外光１０の下で反射型液晶表示装置を使用する場合、図７に示すように外光１０は通常、使用者の上方に存在する。
【００６５】
このとき図７（ａ）に示すように、同一表示素子内で広視野角反射領域４が高指向性反射領域３よりも液晶表示パネルの上方に配置されている場合には、液晶表示パネルに入射する光のうち図７（ａ）中の▲２▼に示す光路をとる光は、隣接する画素に対応するカラーフィルター１３を透過することになる。
【００６６】
従って、隣接するカラーフィルターが異なる色（Ｒ・Ｇ・Ｂ）である場合には、この光路を取る光は本来の素子上のカラーフィルター１３を通過できない。この結果として外光の下での液晶表示パネルの明るさが低下することとなる。
【００６７】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、同一表示素子内で広視野角反射領域４を高指向性反射領域３よりも液晶表示パネルに対して下方に配置することにより、図７（ｂ）中の▲２▼に示す光路をとる光は同一表示素子に対応するカラーフィルター１３を通過することが可能となり、上記影響を回避することができる。
【００６８】
また図８に示すように、広視野角反射領域４を表示素子２の中央に配置することによっても同様な効果を得ることができる。
【００６９】
図９は本発明による第２の実施の形態を説明するための図である。
【００７０】
反射型液晶表示装置の場合、外光１０及びフロントライトからの光１１は共に同じカラーフィルターを２回通過するが、フロントライトの光源として用いられる白色発光ダイオードは、太陽光や蛍光灯などの外光と比べ、演色性に劣ること、また導光板と空気との境界や液晶表示パネル表面における界面反射を完全に防ぐことができないこと等の理由から、外光による表示に比べて色再現性に乏しい。
【００７１】
フロントライト点灯時の色再現性の改善には、界面反射を防止するとともに、カラーフィルターの色濃度を濃くすることが有効である。しかし、カラーフィルター全体の色濃度を濃くすると、カラーフィルターの透過率が低下するため、フロントライト消灯時の反射型液晶パネルの反射率が低下するという問題が生じる。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態によれば、図９に示すように、反射電極の広視野角反射領域４に対応する領域には高透過率のカラーフィルターが、高指向性反射領域３に対応する領域には高色度域のカラーフィルターがそれぞれ分割して配置される。このように反射板の反射特性に対応したカラーフィルターを配置することによって、各環境下において最適な明るさと色再現性が得られる。
【００７３】
すなわち、フロントライト消灯時の外光１０の下では、図９（ａ）に示すように、広視野角反射領域４の散乱性の強い反射特性により、正反射からずれた液晶表示パネルに対して垂直に近い位置で明るい表示が得られる。このとき、この広視野角反射領域４の直上に高透過率カラーフィルター１４を配置することにより、明るい表示が得られる。
【００７４】
一方、フロントライトを点灯して使用する場合には、図９（ｂ）に示すように、高指向性反射領域３によって反射された光が高色度域カラーフィルター１５を透過することによって、色再現性に優れた表示を得ることができる。
【００７５】
具体的には、高透過率カラーフィルター１４として２回通過で色度域が約２０％程度のものを、高色度域カラーフィルター１５には２回通過で色度域が約４０％程度のものを用いることにより、外光使用時においてもフロントライト点灯時においても共に同程度の色度域範囲（約２０％）が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外光が支配的な屋外及びフロントライトの点灯が必要な室内や暗所などのいずれの環境の下においても、充分明るく、また色再現性に優れた表示が可能な反射型液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の一表示素子における構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の反射特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板のフロントライト点灯時の輝度を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における反射領域の製造方法を説明するための反射板の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の動作メカニズムを説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の第２の動作メカニズムを説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態による反射型液晶表示装置に用いる反射板の一表示素子における第２の構成を示す平面図である。
【図９】本発明による第２の実施の形態による反射板の動作メカニズムを説明するための図である。
【図１０】従来の技術による反射型液晶パネルと反射板及びフロントライトの構成を示す断面図である。
【図１１】従来の技術による反射型液晶パネルと反射板及びフロントライトの構成を示す平面図である。
【図１２】従来の技術によるフロントライトの出射光特性を示す図である。
【図１３】従来の技術による反射型液晶表示装置に用いる反射板の反射特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 反射電極
２ 表示素子
３ 高指向性反射領域
４ 広視野角反射領域
５ ＴＦＴ領域
６ ＴＦＴ基板
７ 有機絶縁膜
８ マスク
９ 凹凸構造
１０ 外光
１１ フロントライトからの光
１２ プリズム溝
１３ カラーフィルター
１４ 高透過率カラーフィルター
１５ 高色度域カラーフィルター
１６ フロントライト
１７ 反射型液晶パネル
１８ 光源部
１９ 画素
Claims (5)
- フロントライトと、凹凸構造からなる反射電極を含む反射型液晶パネルとを有する反射型液晶表示装置において、同一表示素子内の前記反射電極が広視野角反射特性を有する反射領域と高指向性反射特性を有する反射領域とからなり、前記広視野角反射特性を有する反射領域は前記高指向性反射特性を有する反射領域より前記凹凸構造の凸部頂上部の平坦部分が広く光の散乱が強い領域であり、前記高指向性反射特性を有する反射領域は前記広視野角反射特性を有する反射領域より前記凹凸構造の凸部頂上部の平坦部分が狭く光の正反射が支配的な領域であり、前記高指向性反射特性を有する反射領域がフロントライトからの入射光を鉛直方向に反射させる反射特性を有することを特徴とする反射型液晶表示装置。
- 前記反射電極の高指向性反射特性を有する反射領域の面積が、広視野角反射特性を有する反射領域の面積の１倍から４倍の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
- 前記反射電極における異なる反射領域の境界が、階段状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射型液晶表示装置。
- 同一表示素子内における前記反射電極において、前記高指向性反射特性を有する反射領域が前記広視野角反射特性を有する反射領域よりも反射型液晶パネルの上方に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の反射型液晶表示装置。
- 前記反射電極の前記広視野角反射領域に対応する領域には高透過率のカラーフィルターが、前記高指向性反射領域に対応する領域には高色度域のカラーフィルターがそれぞれ分割して配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反射型液晶表示装置。
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