JPH11326885A

JPH11326885A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11326885A
Application number: JP10128368A
Authority: JP
Inventors: Masataka Matsute; 雅隆松手
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶パネルに入射する光の利用効率の向上を
図るとともに、色純度の低下を防止し、鮮明でかつ高輝
度な画像が得られるようにする。【解決手段】相対向して配置された第１基板４および
第２基板５と、これら第１基板４と第２基板５との間に
設けられた液晶層６と、第２基板５に設けられた反射板
１４とを有し、第１基板４の液晶層６と反対側から入射
した光Ｒを反射板１４で反射して出射する液晶パネル２
を備えた反射型液晶表示装置１において、液晶パネル２
の光が入射する側に、多数の光ファイバーが束ねられて
形成されかつ表面が略平坦な導光板３が設けられて構成
されたものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を反射板で
反射して出射する液晶パネルを備えた反射型液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置としては、一対の基
板間に液晶層が設けられ、一対の基板の一方（以下、第
１基板と記す）側から入射した光を他方の基板（以下、
第２基板と記す）側で反射させて出射する液晶パネルを
備えた反射型のものが知られている。この反射型液晶表
示装置は、自然光や室内の光等の環境光を利用する等の
理由から自身の消費電力が低くて済むために電子手帳や
携帯情報ツール等の情報端末のディスプレー用として期
待されている。

【０００３】従来の反射型液晶表示装置の液晶パネルで
は、例えば、ガラス基板からなる第１基板の液晶層側に
カラーフィルタ層や透明導電層等が設けられ、第２基板
の液晶層側に画素電極やこれを駆動するスイッチング素
子、入射した光を反射するための反射板等が設けられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
反射型液晶表示装置では、上記したように環境光を利用
するため、表示画像のカラー化を行うためには入射した
光を赤、緑、青等に分割しなければならない。したがっ
て一般に、液晶パネルのセル内部にカラーフィルタ層が
設けられているが、カラーフィルタ層が、使用しない波
長の光を吸収して特定の色を出すものであることから、
光の利用効率が低下してしまう。また、液晶層が高分子
分散液晶やゲストホストモードの液晶以外の液晶、例え
ばツイスト配向したネマティック液晶で構成されている
と、偏光板を用いる必要があり、この場合にも光の利用
効率が低下してしまう。

【０００５】さらに液晶パネルを構成する各部材間で屈
折率に差があるため、図４に示すように第１基板２１の
光が入射する面、すなわち、液晶パネル２０の前面に対
して斜めに入射した光Ｒが第２基板２２の液晶層２３側
に設けられた反射板（図示略）に反射されても、臨界角
を超えて出射されず、光を損失してしまう。

【０００６】また、図５（ａ）の（イ）に示すように液
晶パネル２０の前面に対して略垂直に入射した光Ｒは、
光Ｒの入射時と出射時とで同じ色のカラーフィルタを透
過するため、同図（ｂ）の透過した光のスペクトル図に
示すように所定の色が純度良く得られる。ところが、図
５（ｂ）の（イ）に示すように液晶パネル２０の前面に
対して斜めに入射した光Ｒは、光Ｒの入射時と出射時と
で異なる色のカラーフィルタを透過する。その結果、同
図（ロ）の透過した光のスペクトル図に示すように、所
定の色以外の色も混ざって色純度が悪くなりかつ明るさ
も低下してしまう。

【０００７】上記したような光の利用効率の低下や色純
度の悪化等を改善するには、できるだけ多くの光を液晶
パネルに集めるとともに、光を液晶パネルの前面に対し
て略垂直に導く必要がある。つまり、液晶パネルへに入
射する光を曲げる必要があり、そのような手段として液
晶パネルの前面にマイクロレンズを設けること等が知ら
れている。しかし、マイクロレンズは、その表面の凹凸
により、表示する画像に干渉模様が出たりして見にくい
画像となってしまうために好ましくない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために本発明は、相対向して配置された第１基板およ
び第２基板と、これら第１基板と第２基板との間に設け
られた液晶層と、第２基板の液晶層側に設けられた反射
板とを有し、第１基板の液晶層と反対側から入射した光
を反射板で反射して出射する液晶パネルを備えたものに
おいて、液晶パネルの光が入射する側に、多数の光ファ
イバーが束ねられて形成されかつ導光板が設けられた構
成となっている。

【０００９】光ファイバーは、所定の屈折率のコアの外
側が、コアよりも低い屈折率の物質で被覆（クラッド）
されて構成されており、コアとクラッドとの屈折率の差
によって、コアに入射した光をコアとクラッドとの境界
面で完全反射させつつコア内を伝搬させるものである。
したがって、光ファイバーによれば、この中心軸に垂直
な端面に入射する光の角度、つまり光ファイバーの中心
軸の延長線と端面に入射する光とのなす角度（以下、こ
の角度を開口角と記す）に応じて、入射する光を効率良
く一方向へ導くことが可能である。またこのとき、空気
相から光ファイバーに入射する光は屈折角が小さくなる
ため、レンズにより集光するのと同じ効果が得られる。

【００１０】上記発明では、このような光ファイバーが
多数束ねられて形成された導光板を液晶パネルの光が入
射する側に設けるため、導光板に入射する光を損失する
ことなくその入射光のほとんどを液晶パネルの光が入射
する面に対してより垂直な方向から液晶パネルに入射さ
せることが可能になる。また導光板は、表面が略平坦で
あることから、表面が凹凸であることによる表示画像の
干渉模様の発生が防止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る反射型液晶表
示装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本
実施形態に係る反射型液晶表示装置を説明する図であ
り、（ａ）は概略構成を示す斜視図、（ｂ）は断面図で
ある。

【００１２】図１に示すようにこの反射型液晶表示装置
１は、液晶パネル２と、液晶パネル２の光Ｒが入射する
側に設けられた導光板３とを備えて構成されている。液
晶パネル２は、第１基板４と第２基板５とが、第１基板
４が光Ｒの入射側となるように所定の間隙を隔てて相対
向して配置され、これら第１基板４と第２基板５との間
隙に液晶層６が封入されたものである。また後述するよ
うに、第２基板に反射板１５が設けられて、第１基板４
の液晶層６と反対側の面（以下、この面を前面と記す）
から入射した光Ｒを反射板１５で反射して出射するもの
となっている。

【００１３】すなわち、第１基板１１は例えばガラス、
プラスチック等の透明基板からなり、第１基板４の前面
には位相差フィルム７が形成され、さらに位相差フィル
ム７上に反射防止膜付きの偏向板８が設けられている。
また第１基板４の液晶層６側の面である後面側には、こ
の後面側から順に、マイクロカラーフィルタ層（以下、
単にカラーフィルタ層と記す）９、反射防止層（図示
略）、透明導電層１０、第１配向層１１が設けられてい
る。

【００１４】上記カラーフィルタ層９は従来と同様に構
成され、例えば、赤、緑、青やマゼンタ、シアン、イエ
ローの３色のフィルタ層が組み合わされたものからなっ
ている。また反射防止層は、反射型液晶表示装置１に入
射した光Ｒが透明導電層１０の界面で反射されるのを低
減するためのもので、例えば、酸化チタン（Ｔｉ
₂Ｏ₃）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等
の金属酸化膜が単層、多層に設けられたものや、ポリイ
ミド等の有機膜で形成されている。

【００１５】透明導電層１０は、例えばＩＴＯ（Ｉｎ₂
Ｏ₃−ＳｎＯ₂) や酸化スズ（ＳｎＯ₂）等の光Ｒが透
過可能でかつ導電性を有する膜からなる。また第１配向
膜１１は液晶層６の液晶分子をある一定の方向に配列さ
せるための膜であり、例えば、ポリイミド膜で形成され
ている。

【００１６】第２基板５の液晶層６側の面には、後述の
画素電極を駆動するスイッチング素子として例えばＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）１２が画素毎に形成されてい
る。さらにＴＦＴ１２を覆うように絶縁層１３が設けら
れ、絶縁層１３上に反射板１４、平坦化膜１５、画素電
極１６および第２配向膜１７が順に形成されている。

【００１７】上記の絶縁層１３は、例えばアクリル酸系
の樹脂からなり、後述するように表面が凹凸状に形成さ
れている。したがって、絶縁層１３上の反射板１４も表
面が凹凸状に形成されている。本実施形態では、図１
（ｂ）に示すように凹部の底が段々になっており、１ピ
ッチで傾斜を持つように設計されている。また反射板１
４は、液晶パネル２に入射した光Ｒを反射させる機能と
ともに電極としての役割を持たせたもので、例えば、銀
（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜で形成され
ている。

【００１８】平坦化膜１５は、反射板１４の凹凸を平坦
化するための膜であり、例えばアクリル酸系透明樹脂か
らなっている。また画素電極１６は、例えばＩＴＯの透
明導電膜で形成されており、平坦化膜１５を介して反射
板１４と接続され、反射板１４を介してＴＦＴ１２のド
レイン電極に接続された状態となっている。さらに第２
配向膜１７は、第１配向膜１１と同様に例えばポリイミ
ド膜で形成されている。本実施形態では、第１基板４と
第２基板５とが、第１配向膜１１と第２配向膜１７とを
スペーサ（図示略）を介して例えば３μｍ程度の間隙を
隔てて対向させた状態で配置され、この間隙に屈折率異
方性の小さいｐ型のツイストネマチック液晶からなる液
晶層６が封入されて液晶パネル２が構成されている。

【００１９】なお、上記した第２基板５の反射板１４付
近は、例えば以下のようにして形成される。まずＴＦＴ
１２を形成した第２基板５上にアクリル系レジストから
なる樹脂を塗布し、約２μｍの厚みの有機絶縁層を形成
する。次いでフォトリソグラフィ技術によって有機絶縁
層をマスク、露光して１層目の凹凸パターンを形成す
る。この凹凸パターン上に２層目の樹脂を塗布し、乾燥
させ１８０℃程度で約１０分間加熱し、１層目の凹凸パ
ターン上部の角を滑らかにすることによって表面が凹凸
状の絶縁層１３を得る。

【００２０】次にフォトリソグラフィ技術とドライエッ
チング技術とによって、絶縁層１３に、ＴＦＴ１２のド
レイン電極に達するコンタクトホールを形成する。そし
て絶縁層１３上に、この凹凸パターンに沿う状態でかつ
コンタクトホールの内面を覆う状態で銀やアルミニウム
等の金属膜を蒸着する。その結果、表面が凹凸状であり
かつコンタクトホールを介してドレイン電極に接続する
反射板１４が形成される。

【００２１】一方、上記のように構成された液晶パネル
２の前面側に設けられた導光板３は、光ファイバーが多
数束ねられされて構成されている。図２はこのような導
光板３の一例の説明図であり、同図（ａ）は導光板３の
斜視図、同図（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。また
（ｂ）では、分かり易いように１本の光ファイバー３ａ
を表面から突出させた状態で示してある。

【００２２】前述したように光ファイバー３ａは、屈折
率の異なるコア３ａ₁とクラッド３ａ₂とからなり、コ
ア３ａ₁とクラッド３ａ₂との屈折率の差によって、光
ファイバー３ａに入射した光を完全反射させつつコア３
ａ₁内を伝搬させるものである。よって、光ファイバー
３ａを用いれば、光を効率良く一方向へ導くことができ
る。また空気相から光ファイバー３ａに入射する光の屈
折角が小さくなるため、レンズにより集光するのと同じ
ように集光可能である。したがって、導光板３は、この
導光板３へ入射する光Ｒを液晶パネル２の前面に対して
より垂直な方向に導くべく、多数の光ファイバー３ａ
が、その長さ方向を液晶パネル２の前面に対して略垂直
として束ねられて構成されている。さらに、表面が略平
坦となるように形成されている。

【００２３】導光板３の厚み（光ファイバー３ａの長
さ）は任意に設定されるが、重くならないよう薄く形成
されているのが好ましい。例えば液晶パネル２の厚みが
１．４ｍｍ程度から２．２ｍｍ程度の場合、導光板３の
厚みは１０ｍｍ程度以下であると好適である。また光フ
ァイバー３ａの開口角は、より多くの光を集光して液晶
パネル２へと導けるように大きい方が望ましい。本実施
形態において光ファイバー３ａには、単に光のエネルギ
ーを伝えるライトガイドとして使用され、開口角が７０
°程度、直径が３０μｍ程度のものを用いている。

【００２４】このように構成された反射型液晶表示装置
１では、光ファイバー３ａを用いて構成された導光板３
が液晶パネル１の前面に設けられているため、図３
（ａ）に示すように光Ｒは、まず導光板３に入射する。
そして、導光板３に入射した光Ｒのほとんどが導光板３
の光ファイバー３ａによって液晶パネル２の前面に対し
てより垂直な方向に導びかれて液晶パネル２に入射し、
第１基板４、液晶層６等を通過し、反射板１４で反射さ
れて液晶パネル２および導光板３から出射する。

【００２５】なお、本実施形態では反射板１４の表面が
凹凸状に形成されているため、反射板１４に対する光Ｒ
の入射角と出射角とが変化することになる。図３（ｂ）
に示すように反射板１８の表面が平坦である場合には、
反射板１８に対する光Ｒの入射角と出射角とが略一致し
た状態になる。

【００２６】以上のように本実施形態の反射型液晶表示
装置１では、導光板３へ入射する光Ｒを損失することな
くその光Ｒのほとんどを液晶パネル２の前面に対してよ
り垂直な方向から入射させることができる。よって、従
来に比較して多くの光Ｒを液晶パネル２へと入射させる
ことができるので、たとえカラーフィルタ層９や偏向板
８による光の損失があっても、光の利用効率を向上させ
ることができる。また、液晶パネル２の前面に対してよ
り垂直な方向から入射させることができるため、液晶パ
ネル２を構成する各部材間で屈折率に差があっても、臨
界角を超えて出射されない等の不具合が起きず、このこ
とによっても光の利用効率の向上を図れる。

【００２７】さらに、光Ｒを液晶パネル２の前面に対し
てより垂直な方向から入射させることができるため、光
Ｒを入射時と出射時とでカラーフィルタ層９の同じ色の
カラーフィルタを透過させることができ、色純度が良く
かつ明るい画像を得ることができる。しかも導光板３
は、表面が略平坦であることから、マイクロレンズのよ
うに表面の凹凸により、表示する画像に干渉模様が出た
りすることもない。

【００２８】導光板３を備えた本実施形態の反射型液晶
表示装置１の表示画像と、導光板３を備えていない従来
の反射型液晶表示装置の表示画像とを比較したところ、
本実施形態の方が、明るく見やすい画像が得られた。し
たがって本実施形態の反射型液晶表示装置１によれば、
鮮明でかつ輝度が向上した画像を得ることができる。

【００２９】なお、本発明に係る反射型液晶表示装置の
液晶パネルは反射型のものであればよい。よって、液晶
パネルを、一枚の偏向板と反射板とを備えたツイストネ
マティック型の液晶パネルとした上記実施形態の例に限
定されないのはもちろんである。

【００３０】さらに第１実施形態および第２実施形態で
は、偏向板を備えていない反射型液晶表示装置について
述べたが、液晶層を構成する液晶材料により偏向板を備
えたものとしてもよいのは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る反射型
液晶表示装置によれば、光ファイバーが多数束ねられて
形成された導光板を液晶パネルの光が入射する側に設け
るため、導光板に入射する光を損失することなくその入
射光のほとんどを液晶パネルの光が入射する面に対して
より垂直な方向から液晶パネルに入射させることができ
る。よって、光の利用効率を向上できかつ色純度の低下
を防止することができる。また導光板の表面が略平坦で
あることから、表面が凹凸であることによる表示画像の
干渉模様の発生を防止できる。したがって、鮮明でかつ
輝度が向上した画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射型液晶表示装置の一実施形態
を説明する図であり、（ａ）は概略構成を示す斜視図、
（ｂ）は断面図である。

【図２】導光板の一例の説明図であり、（ａ）は導光板
の斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。

【図３】反射型液晶表示装置に入射し反射されて出射す
る光の様子を示す図であり、（ａ）は表面が凹凸状の反
射板を備えている場合、（ｂ）は表面が平坦な反射板を
備えている場合を示す図である。

【図４】本発明の課題を説明する図（その１）である。

【図５】本発明の課題を説明する図（その２）であり、
（ａ）の（イ）は液晶パネルの前面に対して略垂直に入
射した光の様子、（ｂ）の（イ）は液晶パネルの前面に
対して斜めに入射した光の様子を示し、（ａ）および
（ｂ）の（ロ）はカラーフィルタ層を透過した光のスペ
クトル図である。

【符号の説明】

１…反射型液晶表示装置、２…液晶パネル、３…導光
板、３ａ…光ファイバー、４…第１基板、５…第２基
板、６…液晶層、１４，１８…反射板、Ｒ…光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向して配置された第１基板および第
２基板と、これら第１基板と第２基板との間に設けられ
た液晶層と、前記第２基板に設けられた反射板とを有
し、前記第１基板の液晶層と反対側から入射した光を前
記反射板で反射して出射する液晶パネルを備えた反射型
液晶表示装置において、前記液晶パネルの光が入射する側には、多数の光ファイ
バーが束ねられて形成されかつ表面が略平坦な導光板が
設けられてなることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記導光板は、該導光板に入射する光を
前記液晶パネルの光が入射する面に対してより垂直な方
向に導くように光ファイバーが束ねられて形成されてな
ることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装
置。