JPH10332914A

JPH10332914A - 半透過反射板、およびそれを備えた表示装置

Info

Publication number: JPH10332914A
Application number: JP9144153A
Authority: JP
Inventors: Masao Ozeki; 正雄尾関
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】外光とバックライトを併用し、視認性を向上す
る。【解決手段】屈折率ｎ＝１．５９のポリカーボネート製
の透明体１０Ａ、表面に対してアルミニウムの平板状反
射部１０Ｂが平均の傾き角θ₁ ＝１０°、標準偏差＝７
°を有する半透過反射板１０であって、外光および／ま
たはバックライトを利用でき、外光の正規反射方向と異
なる位置で良好に表示を視認できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に用いら
れる半透過反射板、およびそれを備えた表示装置に関す
る。いわゆる、バックライトと外光の両方を光源として
用いることのできる半透過反射型の光源部を備えた表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半透過反射板は、複数の反射部と
反射部との間に透過部を形成し、光の半透過性を実現し
ていた。この従来例を図１１に示す。微少な反射面を持
った平板１０Ｄが透明体の中に多数折り重なるように積
層された構造のものであった。

【０００３】この半透過反射板を反射モードで使用する
と反射光量が十分でなく、表示が暗いという欠点があっ
た。また、半透過反射板の裏側にバックライトを置い
て、透過モードで使用すると、半透過反射板を通過して
出射してくる光が非常に少ないという問題があった。

【０００４】また、この従来例においては、平板１０Ｄ
の密度を減少することによって光の高透過性を達成し
た。そのような構造であれば光の透過量が高くなるが、
同時に反射光が減少することを意味する。つまり十分な
反射光強度を得て、かつ半透過性を持つという相反する
特性を両立させることはできていなかった。

【０００５】また、特開平８−２７１８８４号公報（参
考例１）に、反射板の反射面に傾斜構造を設けて、光の
利用効率を向上せしめた液晶表示装置が示された。そし
て、この参考例の表示面側においては、外光の正反射方
向ではない角度の範囲で、表示を見ることが可能である
ことが示された。図６にその模式的な断面図を示す。連
続した三角状反射面を有する反射板９と、表示素子１１
とが組み合わされた表示装置１２であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例および参
考例においては、実用的な光量を表示素子に供給する光
源部が実現されていなかった。つまり、効率のよい半透
過反射機能を持つ光源の部の構造が開示されていなかっ
た。言い換えると、外光を積極的に利用する場合、バッ
クライトを主体的に用いる場合、および、外光とバック
ライトの両方を併用する場合のいずれにおいても、明る
く視認性がよく、コントラストも高い表示画像を得るこ
とが困難であった。

【０００７】本発明では、外光を利用する反射モードに
おいては従来の半透過反射板より明るく、しかも表示装
置の表面での正反射方向とは異なる角度で表示を見るこ
とができる表示装置、また、暗い環境においては、バッ
クライトの光源光を用いて透過モードとして利用できる
表示装置を目的とする。

【０００８】そして、携帯性に適した超小型で軽量であ
っても、きわめて明るく、視認性のよい表示装置を得よ
うとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１は、
平板状反射部が複数配置され、隣接する平板状反射部の
間を光が通過する半透過反射板において、屈折率ｎの透
明体の中に平板状反射部が配置され、ある面に対する各
平板状反射部の傾き角の標準偏差が２０°以下であり、
かつ、平均の傾き角θ₁ が数２を満たすことを特徴とす
る半透過反射板を提供する。

【００１０】

【数２】 0.5・{sin^-1(0.866/n)-sin^-1(-0.174/n)}≧θ₁ ≧0.5・{s
in^-1(0.342/n)-sin^-1(0.174/n)}

【００１１】また、請求項２は、傾き角の標準偏差が５
〜１０°とされたことを特徴とする請求項１記載の半透
過反射板を提供する。

【００１２】また、請求項３は、平板状反射部の面の長
さの平均が４０μｍ以下であることを特徴とする請求項
１または２記載の半透過反射板を提供する。ここで、長
さとは後述する図面に現れた断面方向における長さであ
り、外光の反射に実質的に作用する部分を指す。また
は、断面に現れる不連続構造の１辺の長さに相当する。
好ましくは、３０μｍとする。また、隣接する二つの平
面状反射部の間隙は、およそ表面から見て、数μｍ以下
とするか、または、完全に重なっていることが好まし
い。

【００１３】また、請求項４は、半透過反射板と表示素
子を備えた表示装置において、表示素子は光の透過・吸
収を切り替える機能を有し、表示素子の裏面側に、請求
項１、２または３記載の半透過反射板、およびバックラ
イトが備えられたことを特徴とする表示装置を提供す
る。

【００１４】また、請求項５は、表示素子と半透過反射
板との間に拡散板が配置されたことを特徴とする請求項
４記載の表示装置を提供する。

【００１５】また、上記の各表示装置において、偏光板
を備えた液晶表示素子を用いることが好ましく、特にＴ
Ｎ型液晶表示素子またはＳＴＮ型液晶表示素子を用いた
場合、小型であっても明るく低消費電力で、コントラス
トのよい表示が得られるので好ましい。

【００１６】また、上記の半透過反射板において、平面
状反射部の面がアルミニウムまたは銀であることが好ま
しい。光の反射率を向上させ、全体の光利用効率を高め
るからである。また、平面状反射部の反射表面に凹凸を
形成することが、拡散性を同時に得ることができるので
さらに好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の構成を図１を参
照しながら説明する。図１は、本発明の半透過反射板１
０を模式的に示した説明図である。屈折率ｎの透明体１
０Ａの中に、複数の平面状反射部１０Ｂの傾き角が全体
としてランダムであるように設けられたものである。複
数の平面状反射部１０Ｂの間を通って、裏面側に配置さ
れた光源の光が表面側に出射されるようになっている。

【００１８】また、表面側から半透過反射板に入射して
きた光は平面状反射部にあたり、反射され、表面側に戻
り、表示素子（図１では省略されている）に入射され、
表示光となる。

【００１９】平面状反射部１０Ｂは全体として非平行で
あり、傾き角のばらつきを示す標準偏差の値が２０°以
下となるようにする。かつ、平板状反射部１０Ｂの平均
傾き角θ₁ が所定の関係を満たすように設定する。この
とき、屈折の法則より数３の関係が成立する。

【００２０】

【数３】sin θ₂=n・sin θ₄ sin θ₃=n・sin θ₅

【００２１】また、図１に示すように、数４の関係が成
立する。

【００２２】

【数４】θ₄=θ₆ + θ₆ - θ₅ θ₁=θ₆ - θ₅

【００２３】上記の数３および数４からθ₁ を求める
と、次の数５が成立する。

【００２４】

【数５】θ₁ ＝0.5・{sin^-1[(sin θ₂)/n]-sin^-1[(sin
θ₃)/n]}

【００２５】一般的に、表示装置を見る場合、好ましい
視野角θ₃ の範囲は±１０°である。これに対して、光
源光として利用できる外光の入射角θ₂ は２０〜６０°
である。よって、θ₁ の範囲を求めると、数６のように
なる。

【００２６】

【数６】 0.5・{sin^-1(0.866/n)-sin^-1(-0.174/n)}≧θ₁ ≧0.5・{s
in^-1(0.342/n)-sin^-1(0.174/n)}

【００２７】例えば、透明体１０Ａの屈折率ｎが１．５
のときは、２１．０°≧θ₁ ≧３．３°となる。屈折率
ｎと平板状反射板の平均傾き角θ₁ との詳しい関係を図
３に示す。また、そのパラメータおよびデータを表１に
示す。さらに、好ましい条件としては、視野角θ₃ は±
１０°の範囲であり、外光の入射角度θ₂ は２０〜４０
°である。θ₁ の範囲は数７のようになる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【数７】 0.5・{sin^-1(0.643/n)-sin^-1(-0.174/n)}≧θ₁ ≧ 0.5・{sin^-1(0.342/n)-sin^-1(0.174/n)}

【００３０】また、透明体１０Ａの屈折率ｎが１．５の
場合、１６．０°≧θ₁ ≧３．３°とすることがさらに
好ましい。また、平面状反射部１０Ｂの表面が鏡面状態
になっていると、外光が反射される角度は狭い範囲に限
定されてしまう。これを回避するためには、何らかの拡
散機能を有しなければいけない。

【００３１】例えば、平板状反射部１０Ｂ’の表面を凹
凸に形成する手法（図４）、屈折率ｎの透明体の中に、
異なる屈折率（≠ｎ）を有するビーズ１０Ｃを配置する
手法（図５）、半透過反射板と表示部の間に拡散性を有
する拡散板を配置する手法、表示素子の上側基板の上に
拡散板７を配置する手法（図７）などが考えられる。ど
の手法を用いても所望の効果が得られる。

【００３２】本発明において、半透過反射板と組み合わ
せて用いる表示素子としては、通過する光を吸収もしく
は散乱、または透過する機能を有するものを用いる。例
えば、透明電極と配向膜をそれぞれ有しほぼ平行に設け
られた２つの基板間に旋光性物質を含有した誘電率異方
性が正のネマチック液晶が挟持され、液晶層の外側に一
対の偏光板が備えられ、透明電極間に駆動電圧を印加す
る駆動回路が備えられた液晶表示素子である。

【００３３】液晶層に２色性色素を含有した表示素子、
高分子相と液晶相が分散して形成された液晶／高分子複
合体素子を用いてもよい。また、液晶層のΔｎ・ｄが
１．２〜２．５μｍ、および、複屈折板のリターデーシ
ョン値も１．２〜２．５μｍから選択されたカラーフィ
ルタを用いない複屈折カラー液晶表示素子（例えば、特
開平８−２９２４３４号公報を参照）を用いてもよい。

【００３４】半透過反射板の製造方法を図９に例示す
る。透明材料で、三角状に凹凸した形状を持つ透明体を
作成する（図９の上段ａ）。その後、（ａ）の構造の斜
面のみに反射層を設ける。反射層としては、アルミニウ
ム、銀、または、ＴｉＯ₂ 薄膜で表面処理したマイカ
（雲母）などを用いることができる。反射層の形成は蒸
着等によって行ない、凹凸形状の上に反射層が被膜され
た構造を得る（図９の中段ｂ）。

【００３５】この際、蒸着の不要な箇所にはマスクを施
してもよい。大きなサイズの半透過反射板を形成する場
合には、反射膜を貼って形成してもよい。さらに、この
上に透明材料（屈折率ｎ）を流し込む。そして、透明体
１０Ａおよび平面状反射部１０Ｂからなる構造を形成す
る（図９の下段ｃ）。このとき、流し込まれた透明材料
は粘着材を兼ねていてもよい。

【００３６】別の製造方法を図１０に示す。透明体１０
Ａの上に反射層１０ｂを形成する。反射層１０ｂの形成
方法はアルミニウムまたは銀を蒸着するか、または、微
小な平板状反射板を透明体材料の中に分散したものを塗
布することにより形成する。

【００３７】さらに、その上に透明層を設け、さらに反
射層を交互に繰り返し、順次積層して、多層構造を設け
る。これを紙面上斜めに図示（破線）する矩形１０ｘの
ような形状に切断することにより、本発明の半透過反射
板１０を製造できる。

【００３８】この際、各層を一方の端から他端に対して
厚みが楔状に変化するように設けることで、平面状反射
部の傾きをランダムにすることができる。透明層の厚み
を傾斜的に設けるか、エッチングによって厚み変化を形
成すればよい。

【００３９】本発明の表示装置に組み込まれる表示素子
の駆動法としては、マルチプレックス駆動を用いてもよ
いし、ＴＦＴやＭＩＭ等のアクテイブ素子によるアクテ
ィブ駆動を用いてもよい。また、光源部のバックライト
は冷陰極管と導光板を用いたサイドライトタイプでも、
ＥＬを用いたもの、またはＬＥＤと導光板を用いたもの
等を用いればよい。

【００４０】表示素子としては、カラー化のためのカラ
ーフイルタを備えた表示素子でもよい。この場合、一般
にカラーフイルタを表示素子に用いると、反射表示にお
いて表示が暗くなる問題があるが、本発明を用いれば明
るい表示が可能となる。

【００４１】

【実施例】

（実施例１）図２は本発明の本例の半透過反射板１０を
用いた表示装置の模式的断面図である。表示面側から、
上側偏光板１Ａ、位相差板２、上側基板３Ａ、上側電極
５Ａ、上側配向膜４Ａ、液晶層６、下側配向膜４Ｂ、下
側電極５Ｂ、下側基板３Ｂ、下側偏光板１Ｂ（以上で、
表示素子１１を構成する）、および、拡散板７、半透過
反射板１０、およびバックライト８が設けられた表示装
置である。

【００４２】その半透過反射板１０は図９に示した方法
で作成した。透明材料（屈折率ｎ＝１．５９：ポリカー
ボネート）で三角形状が連続して設けられ、表面を凹凸
化した（上段ａ）。半透過反射板の表面に対する各平面
状反射部の平均傾き角θ₁ は約１０°に設定した。

【００４３】また、傾き角の標準偏差はほぼ０°に設定
した。その後、（上段ａ）に示す構造物の斜面以外はマ
スクをし、アルミニウムの反射層を蒸着によって形成し
た（中段ｂ）。この上に透明材料（屈折率ｎ＝１．５
９：ポリカーボネート）を流し込み、目的とする半透過
反射板の構造を形成した（下段ｃ）。

【００４４】本例においては、半透過反射板１０と表示
素子１１との間に、光の拡散性を高めるために拡散板７
を設けた。また、バックライト８には、冷陰極管と導光
板を組み合わせたサイドライトバックライト方式の面状
発光体を用いた。

【００４５】液晶層６は、２４０°ツイスト、Δｎ・ｄ
は０．８５μｍ、位相差板２のΔｎ・ｄは５７５ｎｍと
した。駆動は時分割駆動法を用い、１／２４０デューテ
ィー駆動を行った。

【００４６】本例の表示装置を図８に示すような携帯式
パソコンに組み込んで用いた。この携帯式パソコンはキ
ーボード２０Ｃで入力を行なうもので、ディスプレイ部
２０Ａは本体部２０Ｂに対して一定の傾斜状態で使用さ
れるものである（図８においては約１２０°）。そし
て、使用する際には太陽や室内照明などの外光１００か
らの光を用いるか、ディスプレイ部２０Ａに内蔵された
バックライトの光を用いる。

【００４７】半透過反射板の平均傾き角θ₁ が約１０°
で透明体の屈折率が１．５９なので、半透過反射型の表
示装置の面に対して垂直から約３０°傾いた光の入射に
対して、最も明るくなった。このとき外光１００の写り
込みは正反射し下側に進むので、表示のコントラストの
低下は起きず、使用者１５にとっては見やすい表示が得
られた。また、夜の屋外など、外光を利用できない環境
下においてはバックライトを点灯させることにより、表
示を視認することが可能となった。

【００４８】（実施例２）実施例１と同じ構成にし、半
透過反射板を別の方法で作成した。透明体１０Ａの上に
反射層１０ｂを図１０に示すようにして形成する。アル
ミニウムの微小片からなる平板状反射層１０ｂを透明体
１０Ａの中に埋め込んだような構造のものである。

【００４９】本例では上記の微小片を含んだ透明材料を
透明体１０Ａの上に塗布することにより一つの反射層１
０ｂを形成する。さらに、その上に透明層を設け、さら
に反射層を設けることを順次繰り返して多層構造を得
た。

【００５０】これを図１０の矩形１０ｘで示すように切
断することにより、半透過反射板を製造した。この半透
過反射板は、平面状反射部自身が実質的に凹凸構造を有
するので、外部に拡散板を別途用いなくても光源の反射
方向の範囲が狭すぎることはなかった。効果としては実
施例１とほぼ同じであった拡散板を用いないので、製造
が容易であり、また、生産性が向上した。

【００５１】（実施例３）実施例２と同じ構成で、バッ
クライトをＥＬとした。ＥＬバックライトは軽く、薄い
ので携帯に適した表示装置を得ることができた。

【００５２】（実施例４）実施例２と同じ構成で、液晶
層のΔｎ・ｄを１．２７μｍ、位相差板のΔｎ・ｄを
１．４０μｍとした。用いる液晶のΔｎ＝０．１９６
（２５℃の時）、Ｔ_Cは９９℃、誘電率異方性は１５
（２５℃の時）、粘度２４ｃＳｔ（２０℃の時）とし
た。ガラス基板は０．４ｍｍ厚を用いた。１／６５デュ
ーティーで４階調表示を行なった。

【００５３】各階調は０％、４１％、６５％、１００％
である。各階調はそれぞれ白、オレンジ、青、緑の発色
に対応する。複屈折を利用したカラー表示（ＳＲＣ）が
可能となった。

【００５４】（実施例５）実施例１と同じ構成で、傾き
角の標準偏差を７°に設定した。これにより、半透過反
射板自身が拡散性機能を持つために、光の拡散性を高め
る外部素子を設ける必要がなくなり、拡散板７を省略す
ることができた。そのため、表示装置をより薄型化でき
た。

【００５５】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子はパーソナルコン
ピュータ、ワードプロセッサ、魚群探知機、車載用のイ
ンスツルメンツパネル、情報端末機、産業用の情報表示
機器（例えば、コピー機の操作パネル）または、動力機
器の運転表示など、各種の民生用のドットマトリックス
表示装置（オーディオ機器、時計、ゲーム機器、アミュ
ーズメント、通信機器、カーナビゲーション、カメラ、
ＴＶ電話、電卓の表示）などの表示機能を担う機能要素
として使用できる。

【００５６】特に、本発明の半透過反射型表示装置は低
消費電力で使用できることから、なかでも携帯用の電子
機器、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ブック、電子
辞書、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ページャー（ポケット
ベル）などに用いた場合に、その高い視認性、表現力と
合わせて高い機能性を発揮する。また、暗い環境におい
ても明るく視認できる。

【００５７】また、請求項２の発明においては、外部の
拡散板を不要とし、表示装置全体の構造を簡素化でき
る。

【００５８】請求項３の発明においては、光源光の均一
性を高めることができ、ざらつき感の少ない表示を達成
できる。

【００５９】また、請求項４の発明においては、表示品
位の高い表示装置を達成できる。さらに、本発明はその
効果を損しない範囲で種々の応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半透過反射板の構成の断面図。

【図２】実施例１の半透過反射板の断面図。

【図３】透明体の屈折率ｎと反射部の平均傾き角θ₁ の
関係を示すグラフ。

【図４】半透過反射板の一例の断面図。

【図５】半透過反射板の一例の断面図。

【図６】拡散板を用いたときの構成例の断面図。

【図７】拡散板を用いたときの構成例の断面図。

【図８】携帯パソコンに応用したときの模式図。

【図９】半透過反射板の製造方法例の模式図。

【図１０】半透過反射板の製造方法例の模式図。

【図１１】従来半透過反射板の断面図。

【符号の説明】

１０：半透過反射板１０Ａ：反射層１０Ｂ：透明体１０Ｃ：平板状反射部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状反射部が複数配置され、隣接する平
板状反射部の間を光が通過する半透過反射板において、
屈折率ｎの透明体の中に平板状反射部が配置され、ある
面に対する各平板状反射部の傾き角の標準偏差が２０°
以下であり、かつ、平均の傾き角θ₁ が数１を満たすこ
とを特徴とする半透過反射板。【数１】 0.5・{sin^-1(0.866/n)-sin^-1(-0.174/n)}≧θ₁ ≧0.5・{s
in^-1(0.342/n)-sin^-1(0.174/n)}
【請求項２】傾き角の標準偏差が５〜１０°とされたこ
とを特徴とする請求項１記載の半透過反射板。
【請求項３】平板状反射部の面の長さの平均が４０μｍ
以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半
透過反射板。
【請求項４】半透過反射板と表示素子を備えた表示装置
において、表示素子は光の透過・吸収を切り替える機能
を有し、表示素子の裏面側に、請求項１、２または３記
載の半透過反射板、およびバックライトが備えられたこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項５】表示素子と半透過反射板との間に拡散板が
配置されたことを特徴とする請求項４記載の表示装置。