JPH0980432A - 液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半透過反射板を用いた従来の反射透過兼用液
晶パネルにおいては、反射型使用時および透過型使用時
のいずれにおいても光利用効率が低くなり、表示輝度の
低い見にくい表示しか得られないという欠点があった。 【解決手段】 反射率が高く透過率が低い第１の状態
と、透過率が高く反射率が低い第２の状態に、可逆的に
切り換えることが可能な光学的シャッター１０２を、液
晶表示セル１０１とバックライトユニット１０３間に備
え、バックライトユニット１０３の消点灯制御に連動さ
せて、光学的シャッター１０２の状態を変化させること
で、光の利用効率を高め、表示輝度の高い見やすい表示
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパーソナルコンピュ
ータやワードプロセッサ等情報機器の表示装置として利
用される液晶表示パネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子を利用した表示パネルは、ＣＲ
Ｔディスプレイやプラズマディスプレイなどの他の表示
パネルと比べて、薄型にできることや消費電力が少ない
等の長所があり、近年特にパーソナルコンピュータやワ
ードプロセッサ等情報機器の表示パネルとして多く用い
られている。

【０００３】液晶素子は自発光素子ではないため、表示
パネルとして利用するには光源が必要であり、自然光を
利用した反射型表示パネルと、表示パネルの背面に専用
の照明装置（以下バックライトユニットと略）を設け
て、この照明からの透過光によって表示を行う透過型表
示パネルの２種類が使い分けられている。

【０００４】反射型液晶表示パネルは、極めて少ない電
力消費で表示を行うことが可能であるが、画面輝度が低
いため、表示品質には限界があり、特に照明光が暗い環
境下においては見栄えがきわめて悪くなってしまう欠点
がある。

【０００５】一方透過型液晶表示パネルは反射型に比べ
て高い表示輝度が常時確保できるため、良好な表示品質
を得ることが可能で、またその表示品質が周辺環境に左
右されることが少ない。しかしその反面、透過型液晶表
示パネルにおいては、バックライトユニットを点灯させ
るために非常に多くの電力を消費するため、バッテリー
駆動で情報機器を使用する場合、バッテリー寿命が著し
く短くなってしまうという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】こうした問題を解決す
るために半透過反射板を用いてバックライト点灯時は透
過型として、消灯時は反射型として使用できる反射透過
兼用液晶パネルが市販されている。

【０００７】また反射板が着脱可能な機構を備えた液晶
表示パネルに関する発明も、特開平２−１７９６１１や
特開平４−１３０４９０や特開平５−１８８３６８等数
多く考案されている。

【０００８】しかし半透過反射板を用いた従来の反射透
過兼用液晶パネルにおいては、反射型使用時および透過
型使用時のいずれにおいても光利用効率が低くなり、表
示輝度の低い見にくい表示しか得られないという欠点が
ある。

【０００９】また反射板が着脱可能な液晶表示パネル
は、モードを切り替える度に着脱操作を行う手間が大き
く、また着脱部にほこり等進入し易くなり、これが故障
等の原因になるという問題もあり、実用化はなされてい
ないのが現状である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の液晶表示パネルは、反射率が高く透過率が低
い状態と、透過率が高く反射率が低い状態とを可逆的に
切り換えることが可能な光学的シャッターを、液晶表示
セルとバックライトユニット間に備え、バックライトユ
ニットの消点灯制御に連動させて、光学的シャッターの
状態を変化させることで、より鮮明な表示を得る構造を
備えることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）請求項１の発明の基本構造を図１に示
す。バックライトユニット１０３は蛍光管、反射板、拡
散板、駆動回路等からなり、蛍光管後方に背面反射板、
前面に拡散板を配した直下方式と、蛍光管を表示パネル
のエッジに配し導光板を用いて照明を行うサイドライト
方式が多く使用されている。また光源として蛍光管の代
わりにエレクトロルミネセンスを用いた製品もある。

【００１２】バックライトユニット１０３は、モード切
り換えスイッチユニット１０４からの制御信号φｍｏｄ
ｅによって消点灯の制御が行われる。モード切り換えス
イッチユニット１０４は表示パネル外装や情報機器外装
にハードウェアスイッチを設けても良いし、もしくは情
報機器内でのソフトウェア設定によって切り換わるソフ
トウェアスイッチであってもかまわない。

【００１３】ユーザーはモード切り換えスイッチユニッ
ト１０４を操作することによってバックライトユニット
１０３の消点灯を行い、液晶表示パネルを反射型で使用
するか、透過型で使用するかを自由に選択することがで
きる。

【００１４】本液晶表示パネルでは従来の反射透過兼用
液晶表示パネルに使用されていた半透過板に変えて、光
学的シャッター１０２を液晶表示セル１０１とバックラ
イトユニット１０３の間に備える。

【００１５】光学的シャッター１０２は、反射率が高く
透過率が低い第１の状態と、透過率が高く反射率が低い
第２の状態とを可逆的に切り換えることが可能であり、
さらに光学的シャッター１０２を組み込むことによっ
て、液晶表示パネル全体の面積が増加してしまうことを
さけるために、いずれの状態においてもその専有面積は
液晶表示セル１０１の面積とほぼ同一である構造を備え
る。このような構造を備えた光学的シャッターとしては
種々のものが考えられるが、具体例については実施の形
態２以降で述べる。

【００１６】光学的シャッター１０２の状態切り換え
は、モード切り換え信号φｍｏｄｅによってバックライ
トユニット１０３の消点灯制御に連動して行われる。

【００１７】バックライトユニット消灯時すなわち反射
型液晶表示パネルとして使用する場合には、光学的シャ
ッター１０２は反射率が高く透過率が低い第１の状態へ
切り換えられ、従来の反射型液晶表示パネルにおける反
射板としての役割を果たす。

【００１８】バックライトユニット点灯時すなわち透過
型液晶表示パネルとして使用する場合には、光学的シャ
ッター１０２は透過率が高く反射率が低い第２の状態へ
切り換えられ、バックライトユニット１０３からの光を
効率よく液晶表示セル１０１側に透過する。

【００１９】このように光学的シャッター１０２の状態
をバックライトユニット１０３の消点灯制御に連動させ
て変化させることにより、反射型使用時および透過型使
用時のいずれにおいても半透過板を使用したときに比べ
て画面輝度の高い、鮮明な表示の液晶表示パネルを得る
ことができる。またモードの切り換えも面倒な操作なし
に、ユーザーがワンタッチで行うことが可能である。

【００２０】（実施の形態２）抵抗値の低いｎ型液晶材
料を一定方向に配向した液晶セルは、電圧を印可しない
状態においては透明であるが、低周波数の駆動電圧を印
可することにより、液晶材料に乱流がおこり、入射光が
散乱される状態となることが知られている。このような
仕組みを持った液晶セルを動的散乱（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）液晶セルという。

【００２１】実施の形態１に述べた光学的シャッターと
してこの動的散乱液晶セルを利用することが可能であ
る。本発明の基本構造を図２に示す。通常動的散乱液晶
セルを表示パネルとして利用する場合にはマトリクス状
電極が必要になるが、本発明においては光学的シャッタ
ーとして使用するため、平面透明電極２０２および２０
３を液晶セル２０１の両側に設ける。

【００２２】バックライトユニット１０３点灯時すなわ
ち透過型液晶表示パネルとして使用する場合には、平面
透明電極２０２および２０３に駆動電圧φｄｒｉｖｅを
印可せず、透過率が高い状態で使用する。バックライト
ユニット１０３消灯時すなわち反射型液晶表示パネルと
して使用する場合には、平面透明電極２０２および２０
３に駆動電圧φｄｒｉｖｅを印可し、液晶を動的散乱状
態として反射率が高い状態で使用する。

【００２３】ユーザーが反射透過兼用パネルを反射型と
して使用する主目的は、バッテリー寿命の延長であるか
ら、反射型使用時にはパネルでの消費電力は極力低く押
さえなければならない。本発明では反射型使用時には動
的散乱液晶セル２０１を駆動状態で使用するが、平面電
極による駆動を行うため一般の表示セルに比べて低周波
数での駆動が可能であり、消費される電力もきわめて小
さく抑えることできる。

【００２４】（実施の形態３）ポリマー等の高分子マト
リクス中に液晶層が分散保持されたセルに対して駆動電
圧の印可・非印可を行うと、透過−散乱の状態遷移が起
こることが知られている。このような仕組みを持ったセ
ルを分散型液晶セルという。分散型液晶セルの動作原理
を図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。

【００２５】図３（ａ）および図３（ｂ）に示すセルは
高分子マトリクス３０１の屈折率と液晶層３０２の常光
屈折率がほぼ一致するように設定されている。図３
（ａ）に示す駆動電圧非印可状態においては、液晶層３
０２中の液晶がランダムな状態にあるため高分子マトリ
クス３０１との間で屈折率の差異が生じ、セルへの入射
光は散乱される状態となる。一方図３（ｂ）に示す駆動
電圧印可状態においては、液晶層３０２中の液晶は電解
方向に配列するため、高分子マトリクス３０１と屈折率
が減少し、セルはほぼ透明状態となる。

【００２６】このような構造を備えた分散型液晶セルを
実施の形態１に述べた光学的シャッターとして使用する
ことが可能である。本発明の液晶表示パネルの構造は、
駆動電圧の印可・非印可時の状態が逆になる点を除け
ば、実施の形態２で述べた動的散乱液晶セルを用いたパ
ネルの構造とほぼ同一であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００２７】（実施の形態４）実施の形態１で述べた光
学的シャッターとして図４に示すような透明フィルム４
０１を使用する。フィルム４０１は半面４０２が透明な
ままであり、もう半面４０３は反射材を蒸着させるなど
して反射膜として利用できるように加工する。透明部４
０２および反射部４０３はそれぞれ液晶表示セルと同じ
かそれ以上の面積を持つ。巻き代４０４および４０５は
後述するシャフトにフィルム４０１を取り付けるための
ものである。

【００２８】液晶表示パネルを反射型として使う場合に
はフィルムの反射部４０２が、透過型として使う場合に
は透明部４０３がバックライトユニット上に来るように
フィルム４０１を移動させることで、光学的シャッター
の役目を果たすことができる。この際使用されない側の
フィルムを収納する場所が必要となるが、上述したよう
にこのことによって液晶表示パネル全体の面積が増加し
てしまうことはさけなければならない。

【００２９】本発明における光学的シャッターの基本構
造を図５に示す。表示パネルの両エッジにガイド５０１
および５０２と、モータ５０６および５０７によって回
転するフィルム巻き上げ用のシャフト５０４および５０
５を１組ずつ配し、どちらか一方のシャフト５０３もし
くは５０４を回転させ、フィルム５０５を巻き上げるこ
とで、左右どちらの方向にもフィルム５０５の移動が可
能な構造を備える。

【００３０】モード切り換え信号によってモーター駆動
回路５０８を駆動し、フィルム５０５の反射部分もしく
は透過部分のうち各モードで必要とされる側がバックラ
イトユニット上に来るように制御を行い、必要とされな
い側のフィルム５０５はシャフト５０２もしくは５０３
に巻き上げる。このようにシャフト５０３および５０４
はフィルム５０５の駆動装置の役割と、必要とされない
側のフィルム５０５の収納場所の役割の両方を兼用して
いる。

【００３１】モード切り換え時のフィルム５０５の巻き
上げ量に関しては、あらかじめシャフト５０３および５
０４の回転数を記憶しておく方法もあるが、機械式や光
学式のセンサーを設けてフィードバック制御を行うこと
でより確実な動作が可能になる。

【００３２】フィルム５０５移動の際には片側のシャフ
ト５０３もしくは５０４だけを動かせばよいと上記した
が、フィルム５０５の弛みが問題となる場合には、もう
片側のシャフト５０３もしくは５０４にも反対方向の弱
い駆動力を与えて、フィルム５０５に張力を与えながら
移動させることで、問題を解決することができる。逆駆
動力が大きくなると消費電力が増大するため注意しなけ
ればならない。

【００３３】（実施の形態５）実施の形態１で述べた光
学的シャッターとして図６（ａ）および図６（ｂ）に示
すような、形状の同じ２枚の反射板６０１および６０２
を使用する。これらの反射板６０１および６０２は液晶
表示セルと同じかそれ以上の面積を持ち、複数のスリッ
トを均一に設けてある。

【００３４】２枚の反射板６０１および６０２はバック
ライトユニットと液晶表示セル間に重ね合わせて配置さ
れ、どちらか片側の反射板６０１もしくは６０２をスリ
ット−スリット間の距離の半分だけずらすことができる
構造になっており、モード切り換え信号によってこの移
動が行われる。

【００３５】バックライトユニット点灯時すなわち透過
型液晶表示パネルとして使用する場合には、図６（ａ）
に示すように上下のスリットが重なる位置に反射板６０
１もしくは６０２を移動し、バックライトユニットから
の光が液晶表示セル側に透過するようにする。

【００３６】バックライトユニット消灯時すなわち反射
型液晶表示パネルとして使用する場合には、図６（ｂ）
に示すように上下のスリットが交互になる位置に反射板
６０１もしくは６０２を移動させ、入射光がバックライ
トユニット側に漏れないようにすることで、反射効率を
高める。

【００３７】本方式の光学的シャッターは図６（ａ）に
示す透過使用時において、開口率が最大でも５０％であ
るため、発明の実施の形態２、３および４に述べた方式
に比べて表示輝度は低くなってしまうが、反面他の方式
に比べて機構が簡易であるという利点がある。

【００３８】（実施の形態６）実施の形態１で述べた構
造の液晶表示パネルは液晶セルとバックライトユニット
間に光学的シャッターを配置する構造のため、パネル全
体が厚くなってしまうという問題が生じる。

【００３９】サイドライト方式のバックライトユニット
を備えた液晶表示パネルの従来例を図７に示す。パネル
の側面に光源７０６を配置し、導光板７０３により液晶
表示セル７０１の背面に光を導く。光源７０５の外周に
は反射板７０６が、導光板７０３の下面および側面には
反射板７０４が配置され、光源から発せられた光が導光
板中で吸収されることを極力防いでいる。

【００４０】サイドライト方式のバックライトユニット
には図７に示したパネル片側だけに光源を持つ１灯式の
他に、パネル両側に光源を配した２灯式があり、２灯型
のものは１灯型のものに比べて輝度の高さと均一性に優
れるが、消費電力および部品点数の増加という欠点があ
る。

【００４１】サイドライト方式のバックライトユニット
を備えた液晶表示パネルを反射型として使用する場合を
考えてみる。外部から入射した自然光の一部は拡散板７
０２で反射され外部に出射され、拡散板７０２を透過し
導光板７０３に入射した光は導光板中を散乱しながら再
び拡散板７０２を透過して外部に出射される。導光板中
での光吸収を小さく抑えることで、外部への出射光量を
増加させ、パネル表示輝度を高めることが可能になる。

【００４２】光源７０５の外周には反射板７０６が、導
光板７０３の下面および側面には反射板７０４が配置さ
れ、ここでの光の吸収は微少であることを考えると、導
光板への入射光が吸収されてしまうのは、大部分が消灯
している光源によるものであることがわかる。

【００４３】本発明の基本構造を図８に示す。光源８０
５と導光板８０３の間に設けられた光学的シャッター８
０８は、反射率が高く透過率が低い第１の状態と、透過
率が高く反射率が低い第２の状態に可逆的に切り換える
ことが可能であり、切り換えはモード切り換えスイッチ
８０９によって光源の消点灯と連動して行われる構造を
備える。このような構造を持った光学的シャッターとし
ては種々のものが考えられるが、具体的な例は実施の形
態７以降に述べる。

【００４４】液晶表示パネルを反射型として使用する場
合、すなわち光源８０５消灯時には、光学的シャッター
８０８を上記第１の状態にすることで、従来は光源に吸
収されることが多かった外部からの入射光の反射率を高
め、再び外部へ出射する光の割合を増加させ、高い画面
輝度の見やすい表示を提供することが可能になる。

【００４５】透過型使用時すなわち光源８０５点灯時に
は、光学的シャッター８０８を上記第２の状態にするこ
とで、光源からの出射光はロスなく拡散板に透過する。

【００４６】もちろん本発明はサイドライトが１灯式の
場合だけでなく、２灯式の場合にも有効であり、この場
合は上記光学的シャッターを両光源にそれぞれ設ける。

【００４７】本発明の液晶表示パネルは表示輝度の増加
に関しては実施の形態１で述べたものに及ばないが、実
施の形態１において問題点であったパネル厚に関して
は、従来品と変わらない厚みを実現することが可能であ
る。

【００４８】（実施の形態７）実施の形態６で述べた光
学的シャッターとして図９（ａ）および（ｂ）に示す構
造の可動反射板９０８の使用が可能である。該可動反射
板９０８は図中奥行き方向に少なくとも光源９０５と同
じ長さを持ち、両面が反射板として作用する。可動反射
板９０８の上端もしくは下端は光源外装９１０に固定さ
れ、該箇所を中心として回転させることが可能な構造を
備える。

【００４９】可動反射板９０８は図９（ａ）に示す光源
９０５と導光板９０３間を遮る状態と、図９（ｂ）に示
すように導光板９０３側もしくは光源９０５側に倒れ
て、光源９０５と導光板９０３間を遮らない状態の２つ
の状態に可逆的に切り換えることが可能であり、それぞ
れが実施形態６に述べた、反射率が高く透過率が低い第
１の状態と、透過率が高く反射率が低い第２の状態に相
当する。

【００５０】可動反射板９０８を回転させる機構は反射
板を固定しているシャフトを機械的に回転させる方法
や、可動反射板９０８および光源外装９１０に磁石を装
着し、その吸引、反発を利用する方法など数多く考えら
れる。

【００５１】また図１０に示すように可動反射板１００
８および１００９を上下２枚使用することも可能で、こ
れにより光源から拡散板までの距離を短く抑えることが
できる。

【００５２】（実施の形態８）実施の形態６で述べた光
学的シャッターとして、実施の形態２で述べたのと同様
に動的散乱液晶セルを使用することが可能である。本発
明はシャッターの配置場所以外は、実施の形態２での説
明と同一であるので、詳しい記述は省略する。

【００５３】（実施の形態９）実施の形態６で述べた光
学的シャッターとして、実施の形態３で述べたのと同様
に分散型液晶セルを使用することが可能である。本発明
はシャッターの配置場所以外は、実施の形態３での説明
と同一であるので、詳しい記述は省略する。

【００５４】（実施の形態１０）実施の形態６で述べた
光学的シャッターとして、実施の形態４で述べたのと同
様に片側半分に反射材を蒸着させた透明フィルムを使用
することが可能である。本発明はシャッターの配置場所
以外は、実施の形態４での説明と同一であるので、詳し
い記述は省略する。

【００５５】

【発明の効果】本発明の液晶表示パネルは反射型使用時
および透過型使用時のどちらの場合においても輝度の高
い、鮮明な表示画面が得られ、またモード切り換えもユ
ーザーが簡易に行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の液晶表示パネルの基本構成図であ
る。

【図２】実施の形態２における液晶表示パネルの基本構
成図である。

【図３】（ａ）は散乱状態の分散型液晶セルの構造図で
ある。（ｂ）は透明状態の分散型液晶セルの構造図であ
る。

【図４】実施の形態４における光学的シャッターに使用
するフィルムの図である。

【図５】実施の形態４における光学的シャッターの基本
構成図である。

【図６】（ａ）は実施の形態５における透過使用時の光
学的シャッターの図である。（ｂ）は実施の形態５にお
ける反射使用時の光学的シャッターの図である。

【図７】サイドライト方式のバックライトユニットを備
えた液晶表示パネルの構造図である。

【図８】第２の発明の液晶表示パネルの基本構成図であ
る。

【図９】（ａ）は実施の形態７における反射使用時の光
学的シャッターの図である。（ｂ）は実施の形態７にお
ける透過使用時の光学的シャッターの図である。

【図１０】実施の形態７における光学的シャッターの一
例である。

【符号の説明】

１０１ 液晶表示セル １０２ 光学的シャッター １０３ バックライトユニット １０４ モード切り換えスイッチユニット φｍｏｄｅ モード切り換え信号 ８０３ 導光板 ８０５ 光源 ８０８ 光学的シャッター ８０９ モード切り換えスイッチ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射率が高く透過率が低い第１の状態
   と、透過率が高く反射率が低い第２の状態に、可逆的に
   切り換えることが可能な光学的シャッターを、液晶表示
   セルとバックライトユニット間に設け、バックライトユ
   ニットが消灯の場合は、光学的シャッターを第１の状態
   にし、バックライトユニットが点灯の場合は、光学的シ
   ャッターを第２の状態にすることを特徴とする液晶表示
   パネル。
2. 【請求項２】 光学的シャッターを動的散乱液晶セルに
   より構成し、該液晶セルに駆動電圧を印可するか、印可
   しないかにより、第１の状態と第２の状態を切り換える
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
3. 【請求項３】光学的シャッターを分散型液晶セルにより
   構成し、該液晶セルに駆動電圧を印可するか、印可しな
   いかにより、第２の状態と第１の状態を切り換えること
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
4. 【請求項４】 光学的シャッターが、少なくとも液晶表
   示セルの２倍の面積を持ち、片側半分に反射材を蒸着さ
   せた透明フィルムと、液晶表示パネルの両エッジに設け
   られた、該フィルムを巻きとるためのシャフトおよびガ
   イドから成り、シャフトを回転させてフィルムを巻き上
   げることにより、フィルムの反射部分と透過部分を切り
   換えて、第１の状態と第２の状態の切り換えを行うこと
   を特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
5. 【請求項５】 光学的シャッターが、複数のスリットが
   均一に設けられた同一形状の２枚の反射板と、反射板の
   片方をずらす手段から成り、スリットの開閉状態を変え
   て、第１の状態と第２の状態の切り換えを行うことを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
6. 【請求項６】 パネルの側面に光源を配置し、導光板に
   より液晶表示セルの背面に光を導くサイドライト方式の
   バックライトユニットを備えた液晶表示パネルにおい
   て、反射率が高く透過率が低い第１の状態と、透過率が
   高く反射率が低い第２状態に、可逆的に切り換えること
   が可能な光学的シャッターを、光源と導光板の間に設
   け、光源が消灯の場合は、光学的シャッターを第１の状
   態にし、光源が点灯の場合は、光学的シャッターを第２
   の状態にすることを特徴とする液晶表示パネル。
7. 【請求項７】 光学的シャッターを可動反射板により構
   成し、該可動反射板を光源と導光板間を遮る位置に移動
   するか、遮らない位置に移動するかにより、第１の状態
   と第２の状態を切り換えることを特徴とする請求項６記
   載の液晶表示パネル。
8. 【請求項８】 光学的シャッターを動的散乱液晶セルに
   より構成し、該液晶セルに駆動電圧を印可するか、印可
   しないかにより、第１の状態と第２の状態を切り換える
   ことを特徴とする請求項６記載の液晶表示パネル。
9. 【請求項９】光学的シャッターを分散型液晶セルにより
   構成し、該液晶セルに駆動電圧を印可するか、印可しな
   いかにより、第２の状態と第１の状態を切り換えること
   を特徴とする請求項６記載の液晶表示パネル。
10. 【請求項１０】 光学的シャッターが、片側半分に反射
    材を蒸着させた透明フィルムと、液晶表示パネルの両エ
    ッジに設けられた、該フィルムを巻きとるためのシャフ
    トおよびガイドから成り、シャフトを回転させてフィル
    ムを巻き上げることにより、フィルムの反射部分と透過
    部分を切り換えて、第１の状態と第２の状態の切り換え
    を行うことを特徴とする請求項６記載の液晶表示パネ
    ル。