JPH10268787A - 反射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力消費を節約しつつ暗い環境下でも視認可
能な反射型表示装置を提供する。 【解決手段】 反射型表示装置はパネル０と光源３０と
照明部材５０とで構成されている。パネル０は入射側に
位置する第１の基板１、所定の間隙を介して第１の基板
１に接合し反射側に位置する第２の基板２、両基板１，
２の間隙内に保持された電気光学物質及び両基板１，２
に夫々形成され電気光学物質に電圧を印加する電極を備
えている。光源３０はパネル０の側方に位置し且つ必要
に応じて点灯して照明光を発する。照明部材５０はパネ
ル０の側方からほぼ直立可能に配され、光源３０から発
した照明光を導光し且つパネル０の平面に指向して斜め
に照射する。照明部材５０は、照明光を導光する導光板
５１と、その裏面に配され導光された照明光を表面に向
って拡散する拡散板５２と、導光板５１の表面に配され
拡散された照明光をパネル０に指向させるプリズムシー
ト５３とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自然光などの外光を
利用して表示を行なう反射型表示装置に関する。より詳
しくは、外光の乏しい暗い環境下で補助的に用いられる
反射型表示装置の照明構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には種々のモードがあり、
現在ツイスト配向又はスーパーツイスト配向されたネマ
ティック液晶を用いたＴＮモードあるいはＳＴＮモード
が主流となっている。しかしながら、これらのモードは
動作原理上一対の偏光板が必要であり、その光吸収があ
る為透過率が低く明るい表示画面が得られない。これら
のモードの他、二色性色素を利用したゲストホストモー
ドも開発されている。ゲストホストモードの液晶表示装
置はホストとなる液晶にゲストとして添加した二色性色
素の吸収係数の異方性を利用して表示を行なうものであ
る。棒状構造の二色性色素を用いると、色素分子は液晶
分子に平行に配列する性質があるので、電界を印加して
液晶の分子配向を変化させると、色素の配向方向も変化
する。この色素は方向によって着色したりしなかったり
するので、電圧を印加することによって液晶表示装置の
着色、無色を切り替えることができる。

【０００３】図５はハイルマイヤ（ＨＥＩＬＭＥＩＥ
Ｒ）型ゲストホスト液晶表示装置の構造を示している。
この液晶表示装置は透過型であり、照明用の光源を用い
る。（Ａ）は電圧無印加状態を表わし、（Ｂ）は電圧印
加状態を表わしている。この液晶表示装置はｐ型色素と
誘電異方性が正のネマティック液晶（Ｎ_p 液晶）を用い
ている。ｐ型の二色性色素は分子軸にほぼ平行な吸収軸
を持っており、分子軸に平行な偏光成分Ｌｘを強く吸収
し、それに垂直な偏光成分Ｌｙはほとんど吸収しない。
（Ａ）に示す電圧無印加状態では、光源（図示せず）か
ら放射した入射光に含まれる偏光成分Ｌｘがｐ型色素に
より強く吸収され、液晶表示装置は着色する。これに対
し、（Ｂ）に示す電圧印加状態では、誘電異方性が正の
Ｎ_p 液晶が電界に応答して立ち上がり、これに合わせて
ｐ型色素も垂直方向に整列する。この為、偏光成分Ｌｘ
はわずかに吸収されるだけで液晶表示装置はほぼ無色を
呈する。入射光に含まれる他方の偏光成分Ｌｙは電圧印
加状態及び電圧無印加状態の何れであっても二色性色素
によって吸収されることはほとんどない。従って、透過
型のゲストホスト液晶表示装置では、光源とパネルの間
にあらかじめ１枚の偏光板を介在させ、他方の偏光成分
Ｌｙを取り除きコントラストの改善を図っている。

【０００４】図６は反射型のゲストホスト液晶表示装置
の一例を示す模式図である。反射型では光源を用いるこ
となく自然光などの外光を利用して表示を行なう。図示
する様に、入射側から偏光板を除去する一方、出射側に
四分の一波長板及び反射板を取り付けた構造となってい
る。この方式では、互いに直交する２つの偏光成分Ｌ
ｘ，Ｌｙが、四分の一波長板によって往路及び復路で偏
光方向を９０°回転させ、偏光成分の入れ替えが行なわ
れる。従って、（Ａ）に示すオフ状態（吸収状態）で
は、各偏光成分Ｌｘ，Ｌｙが入射光路か反射光路の何れ
かで吸収を受けることになる。又、（Ｂ）に示すオン状
態（透過状態）では何れの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙもほとん
ど吸収を受けることはない。これにより、入射光（外
光）の利用効率が改善でき、表示装置が明るくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した透過型の
表示装置では、冷陰極管などからなる光源を利用して表
示を行なっている。しかしながら、パネルの背面に配置
される光源（バックライト）は電力消費が大きく、携帯
用機器のディスプレイとしては不適当である。更に、外
光が豊富な明るい環境下では逆に透過型の表示装置は画
面が観察しにくくなる。一方、図６に示した反射型の表
示装置は光源を用いることなく外光を利用して表示を行
なうので、電力消費が少くて済み、携帯用機器のディス
プレイに適している。しかしながら、外光が乏しい暗い
環境下では、反射型の表示装置はほとんど画面が見えな
くなってしまうという課題がある。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の反射型表示
装置の課題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、
本発明に係る反射型表示装置は基本的な構成としてパネ
ルと光源と照明部材とを備えている。パネルは、入射側
に位置する第１の基板、所定の間隙を介して該第１の基
板に接合し反射側に位置する第２の基板、該間隙内に保
持された電気光学物質及び両基板に夫々形成され該電気
光学物質に電圧を印加する電極を有する。光源は該パネ
ルの側方に位置し且つ必要に応じて点灯して照明光を発
する。照明部材は該パネルの側方からほぼ直立可能に配
され、該光源から発した照明光を導光し且つ該パネルの
平面に指向して斜めに照射する。具体的には、前記照明
部材は、照明光を導光する導光板と、その裏面に配され
導光された照明光を表面に向って拡散する拡散板と、該
導光板の表面に配され拡散された照明光を該パネルに指
向させるプリズムシートとからなる。好ましくは、該パ
ネルの側方で開閉可能に軸支された蓋体（カバー）を備
えている。この蓋体は開いた時該パネルに対して直立す
る一方、閉じた時該パネルに重なる。照明部材は該蓋体
に格納される。一方、液晶パネルは、例えばホストとな
る液晶にゲストとなる二色性色素を添加したゲストホス
ト液晶層を電気光学物質として用いる。この場合、前記
パネルは、第２の基板側に位置し外光を散乱反射する光
反射層と、該ゲストホスト液晶層と該光反射層の間に介
在する四分の一波長板層とを有する。

【０００７】本発明によれば、明るい環境下で表示装置
を使用する場合、光源を消灯し外光のみで画面を写し出
す。従って、光源は電力を消費することがない。一方、
暗い環境下で表示装置を使用する場合、光源を点灯し照
明部材を介して照明光を斜めからパネルの表面に照射
し、画面を写し出す。従って、本表示装置は明るい環境
下ばかりでなく暗い環境下でも使用することが可能にな
る。光源とパネルの間に介在する照明部材はパネルに対
して直立しているので、画面を観察する障害にはならな
い。又、照明部材は蓋体（カバー）に格納されており、
不使用時にはパネルに重なってこれを保護することがで
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態を詳細に説明する。図１に示す様に、本反射型表示
装置は基本的な構成として、パネル０と光源３０と照明
部材５０とを備えている。パネル０は入射側に位置する
第１の基板１、所定の間隙を介して第１の基板１に接合
し反射側に位置する第２の基板２、両基板１，２の間隙
内に保持された電気光学物質及び両基板１，２に夫々形
成され電気光学物質に電圧を印加する電極を備えてい
る。光源３０はパネル０の側方に位置し、且つ必要に応
じて点灯して照明光を発する。光源３０は例えば円筒型
の冷陰極管を用いることができる。照明部材５０はパネ
ル０の側方からほぼ直立可能に配されている。照明部材
５０は光源３０から発した照明光を導光し、且つパネル
０の平面に指向して角度βで斜めに照射する。照明部材
５０は導光板５１と拡散板５２とプリズムシート５３を
重ねた積層構造となっている。導光板５１は例えば厚み
が２ｍｍ程度のアクリル樹脂からなり、光源３０から発
した照明光を面方向に導光する。拡散板５２は導光板５
１の裏面に配され、導光された照明光を表面に向って拡
散する。プリズムシート５３は導光板５１の表面に配さ
れ、拡散板５２から拡散された照明光をパネル０に角度
βで指向させる。なお、図示しないがパネル０の側方に
は蓋体が装着されている。この蓋体はパネル０の側方で
開閉可能に軸支され、開いた時パネル０に対して直立す
る一方、閉じた時パネル０に重なってこれを保護する。
実際には、板状の照明部材５０は上述した蓋体に格納さ
れている。なお、パネル０としては例えばゲストホスト
液晶パネルを用いることができる。この場合、ホストと
なる液晶にゲストとなる二色性色素を添加したゲストホ
スト液晶層を電気光学物質として用いる。なお、本発明
はゲストホスト液晶パネルに限られるものではなく、他
の構造のパネルを用いることが可能である。本ゲストホ
スト液晶パネル０は光反射層と四分の一波長板層とを備
えている。光反射層は第２の基板２側に位置し外光を散
乱反射する。四分の一波長板層はゲストホスト液晶層と
光反射層の間に介在する。

【０００９】図示する様に、照明部材５０はパネル０の
側方で直立している。照明用の光源３０は蓋体（図示せ
ず）の回転軸とほぼ同軸に配されている。光源３０から
発した照明光は導光板５１に沿って進行する。この過程
で、照明光は導光板５１の背面に設置されている拡散板
５２より散乱され、表面に向って出射する。導光板５１
から出射した照明光をパネル０の画面に効率よく照射す
る為、導光板５１の表面にプリズムシート５３が装着さ
れている。プリズムシート５３に集積形成されたプリズ
ムは照明光が所望の角度βでパネル０に指向する様に設
計されている。

【００１０】図２は、プリズムシート５３の光学的な機
能を示す説明図である。図示する様に、プリズムシート
５３は帯状のプリズム５３ａを集積形成した透明な板で
あり、例えばアクリル樹脂の射出成型品からなる。プリ
ズム５３ａの傾斜角αは照明光が角度βでパネル０に指
向する様に設定されている。スネルの法則から明らかな
様に、ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋β）が成り立つ。こ
こで、θはプリズム５３ａに進入する照明光の入射角を
表わし、ｎはプリズム５３ａの屈折率を表わし、βは照
明光の出射角を示している。パネル０の長手寸法と照明
部材５０の高さ寸法がほぼ一致している場合、照明光の
出射角βは４５°に設定する。又、プリズム５３ａの屈
折率ｎを例えば１．６とする。この場合、プリズム５３
ａの傾斜角αはｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎθ・ｃｏｓ４５°
＋ｃｏｓθ・ｓｉｎ４５°で計算できる。この式を解く
と、ｔａｎθ＝０．７９１９となる。従って、傾斜角α
は３８．４°に設定される。なお、図から明らかな様
に、垂直入射の場合プリズム５３ａの傾斜角αと照明光
の入射角θは等しい。

【００１１】図３は、図１に示した反射型表示装置の全
体構成を示す模式的な斜視図である。パネル０は上下一
対の基板１，２を互いに接合したフラット構造を有して
おり、筐体（図示せず）に格納されている。一方、蓋体
７０は回転軸７１を介して開閉可能に筐体（図示せず）
に装着されている。蓋体７０の天上部には前述した板状
の照明部材５０が格納されている。又、パネル０の端面
と蓋体７０との間の隙間には円柱状の冷陰極管などから
なる光源３０が収納されている。本表示装置を使用しな
い場合には、蓋体７０が回転軸７１の回りを回動してパ
ネル０に対して閉じられる。従って、パネル０は筐体
（図示せず）と蓋体７０との間に格納され、外力などか
ら保護できる。使用時には、蓋体７０を開いてパネル０
の画面を露出する。明るい環境下では光源３０を消灯す
る一方、自然光などの外光を利用して画面を写し出す。
一方、暗い環境下では光源３０を点灯し照明部材５０を
介して照明光をパネル０に斜め方向から照射する。これ
により、画面を写し出す。

【００１２】最後に、図４はパネルの具体的な構成例を
示す模式的な部分断面図である。図示する様に、本パネ
ルは所定の間隙を介して互いに接合した上下一対の基板
１，２を用いて構成されている。上側の基板１は入射側
に位置しガラスなどの透明基材からなる。一方下側の基
板２は反射側に位置し、必ずしも透明材料を用いる必要
はない。一対の基板１，２の間隙にはゲストホスト液晶
層３が保持されている。このゲストホスト液晶層３は負
の誘電異方性を有するネマティック液晶４を主体とし、
且つ黒色の二色性色素５を所定の割合で含有している。
上側の基板１の内表面にはカラーフィルタ２５と対向電
極６と配向層７が形成されている。対向電極６はＩＴＯ
などの透明導電膜からなる。配向層７は例えばポリイミ
ドフィルムからなり、ゲストホスト液晶層３を垂直配向
している。なお、本発明はこれに限られるものではな
く、ゲストホスト液晶層を水平配向してもよい。場合に
よっては、ゲストホスト液晶層に代えて他の電気光学物
質を用いてもよい。本実施形態では、電圧無印加状態で
ゲストホスト液晶層３は垂直配向し、電圧印加状態では
水平配向に移行する。

【００１３】下側の基板２には少くとも、薄膜トランジ
スタ８からなるスイッチング素子と光反射層９と四分の
一波長板層１０と画素電極１１とが形成されている。基
本的な構成として、四分の一波長板層１０は薄膜トラン
ジスタ８や光反射層９の上方に成膜されており、且つ薄
膜トランジスタ８に連通するコンタクトホール１２が設
けられている。画素電極１１はこの四分の一波長板層１
０の上にパタニングされている。従って、画素電極１１
と対向電極６との間でゲストホスト液晶層３に充分な電
界を印加することが可能である。この画素電極１１は四
分の一波長板層１０に開口したコンタクトホール１２を
介して薄膜トランジスタ８に電気接続している。

【００１４】以下、個々の要素について具体的な説明を
加える。本実施例では、四分の一波長板層１０は一軸配
向した高分子液晶膜で構成されている。この高分子液晶
膜を一軸配向する為下地配向層１３が用いられている。
薄膜トランジスタ８及び光反射層９の凹凸を埋める為平
坦化層１４が介在しており、上述した下地配向層１３は
この平坦化層１４の上に形成される。そして、四分の一
波長板層１０もこの平坦化層１４の表面に成膜されてい
る。この場合、画素電極１１は四分の一波長板層１０及
び平坦化層１４を貫通して設けたコンタクトホール１２
を介して薄膜トランジスタ８に接続することになる。光
反射層９は個々の画素電極１１に対応して細分化されて
いる。個々に細分化された部分は対応する画素電極１１
と同電位に接続されている。係る構成により、光反射層
９と画素電極１１との間に介在する四分の一波長板層１
０や平坦化層１４に不要な電界が加わることがない。光
反射層９は図示する様に散乱性の反射面を備えており、
入射光の鏡面反射を防止して画質の改善を図っている。
なおこれに代えて、光反射層９を鏡面とし、対向する基
板１側に光拡散層を設けてもよい。画素電極１１の表面
を被覆する様に配向層１５が形成されており、ゲストホ
スト液晶層３に接してその配向を制御している。本例で
は、この配向層１５は対向する配向層７と一緒になっ
て、ゲストホスト液晶層３を垂直配向している。最後
に、薄膜トランジスタ８はボトムゲート構造を有してお
り、下から順にゲート電極１６、ゲート絶縁膜１７、半
導体薄膜１８を重ねた積層構造を有している。半導体薄
膜１８は例えば多結晶シリコンからなり、ゲート電極１
６と整合するチャネル領域は上側からストッパ１９によ
り保護されている。係る構成を有するボトムゲート型の
薄膜トランジスタ８は層間絶縁膜２０により被覆されて
いる。層間絶縁膜２０には一対のコンタクトホールが開
口しており、これらを介してソース電極２１及びドレイ
ン電極２２が薄膜トランジスタ８に電気接続している。
これらの電極２１及び２２は例えばアルミニウムをパタ
ニングしたものである。ドレイン電極２２は光反射層９
と同電位になっている。又、画素電極１１は前述したコ
ンタクトホール１２を介してこのドレイン電極２２と電
気接続している。一方、ソース電極２１には信号電圧が
供給される。

【００１５】続いて、この反射型ゲストホスト液晶表示
装置を用いて白黒表示を行なう場合の動作について簡潔
に説明する。勿論、基板１側にカラーフィルタ２５を設
ければ、フルカラー表示も可能である。電圧印加状態で
は、ネマティック液晶４は水平に配向し、二色性色素５
も同様に配向する。上側の基板１側から入射した光がゲ
ストホスト液晶層３に進むと、入射光の内二色性色素５
の分子の長軸方向に対して平行な振動面を持つ成分が二
色性色素５によって吸収される。又、二色性色素５の分
子の長軸方向に対して垂直な振動面を持つ成分はゲスト
ホスト液晶層３を通過し、下側の基板２の表面に形成さ
れた四分の一波長板層１０で円偏光とされて、光反射層
９で反射する。この時、反射光の偏光が逆回りとなり、
再び四分の一波長板層１０を通過し、二色性色素５の分
子の長軸方向に対して平行な振動面を持つ成分となる。
この成分は二色性色素５によって吸収されるので完全な
黒色表示となる。一方、電圧無印加時にはネマティック
液晶４は垂直に配向し、二色性色素５も同様に配向す
る。上側の基板１から入射した光は二色性色素５によっ
て吸収されずにゲストホスト液晶層３を通過し、更に四
分の一波長板層１０で実質的な影響を受けることなく光
反射層９で反射する。反射光は再び四分の一波長板層１
０を通過し、ゲストホスト液晶層３で吸収されずに出射
する。従って白色表示となる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源が反射型パネルの側方に位置し且つ必要に応じて点
灯して照明光を発する。又、照明部材がパネルの側方か
らほぼ直立可能に配され、光源から発した照明光を導光
し且つパネルの平面に指向して斜めに照射する。暗い環
境下では実際に光源が点灯され、照明部材を介してパネ
ルが斜め方向から照明される。一方、明るい環境下では
光源は消灯され、専ら外光のみで画面を写し出す。従っ
て、本発明に係る反射型表示装置は如何なる環境下でも
画面を観察することが可能であり、特に明るい環境下で
使用する場合には光源を点灯する必要がないので電力消
費を抑制できる。本発明に係る反射型表示装置は低消費
電力を達成しつつ、使用環境に依存することなく表示を
写し出すことを可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射型表示装置の基本的な構成を
示す側面図である。

【図２】図１に示した反射型表示装置に組み込まれる照
明部材の機能説明図である。

【図３】図１に示した反射型表示装置の全体構成を示す
斜視図である。

【図４】図１に示した反射型表示装置に組み込まれるパ
ネルの具体的な構成例を示す模式的な部分断面図であ
る。

【図５】従来の透過型表示装置の一例を示す模式図であ
る。

【図６】従来の反射型表示装置の一例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

０・・・パネル、１・・・基板、２・・・基板、３０・
・・光源、５０・・・照明部材、５１・・・導光板、５
２・・・拡散板、５３・・・プリズムシート、７０・・
・蓋体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射側に位置する第１の基板、所定の間
   隙を介して該第１の基板に接合し反射側に位置する第２
   の基板、該間隙内に保持された電気光学物質及び両基板
   に夫々形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を
   有するパネルと、 該パネルの側方に位置し、且つ必要に応じて点灯して照
   明光を発する光源と、 該パネルの側方からほぼ直立可能に配され、該光源から
   発した照明光を導光し且つ該パネルの平面に指向して斜
   めに照射する照明部材とを備えた反射型表示装置。
2. 【請求項２】 前記照明部材は、照明光を導光する導光
   板と、その裏面に配され導光された照明光を表面に向っ
   て拡散する拡散板と、該導光板の表面に配され拡散され
   た照明光を該パネルに指向させるプリズムシートとから
   なる請求項１記載の反射型表示装置。
3. 【請求項３】 該パネルの側方で開閉可能に軸支され開
   いた時該パネルに対して直立する一方閉じた時該パネル
   に重なる蓋体を備えており、前記照明部材は該蓋体に格
   納されている請求項１記載の反射型表示装置。
4. 【請求項４】 前記パネルは、ホストとなる液晶にゲス
   トとなる二色性色素を添加したゲストホスト液晶層を電
   気光学物質として用いる請求項１記載の反射型表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記パネルは、第２の基板側に位置し外
   光を散乱反射する光反射層と、該ゲストホスト液晶層と
   該光反射層の間に介在する四分の一波長板層とを有する
   請求項４記載の反射型表示装置。