WO2002005020A1

WO2002005020A1 - Dispositif d'affichage a cristaux liquides

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Publication number: WO2002005020A1
Application number: PCT/JP2001/005934
Authority: WO
Inventors: Ken Sumiyoshi; Hiroshi Hayama
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Description

技術分野

本発明は、情報を表示する液晶表示装置に関する。背景技術 ·

反射型液晶表示装置は、低消費電力のために、携帯用途に広く用いられつつあ明

る。特に、フルカラー表示可能な反射型液晶表示装置が開発されるようになってきた。田

反射型液晶表示装置は周囲光を光源として用いており、屋外の太陽光下では高い画質で表示することが可能であり、これに対し、透過型液晶表示装置は屋外の太陽光下ではコントラストが低く、視認、性の悪いのが一般的である。しかし、夜間の屋外や特別な照明の無い室内では、反射型液晶表示装置の視認性は悪く、透過型液晶表示装置のような画質は得られない。

そこで、明るい環境では反射型として表示でき、暗い環境では付加光源で表示できる液晶表示装置が求められている。この一例として、半透過型液晶表示装置を挙げることができる。この半透過型液晶表示装置は、入射光を反射する反射面を半透過面とするものである。し力し、例えば透過率 5 0 % ·反射率 5 0 %の半透過面による表示では、反射表示時に喑く、透過表示時にも喑いという欠点を有している。

以上のような欠点を克服するものとして、特開平 1 1 - 1 1 9 0 2 6号公報に、反射 ·透過切り替え可能な液晶表示装置が開示されている。図 1 3に、ホロダラム反射層を有する液晶表示装置の模式的な側断面図を示す。図 1 3に示すように、バックライトュニット 5 0 3と液晶層 5 0 1との間に体積ホログラムであるホログラム反射層 5 2 8が配置されている。

この体積ホ口グラムは、一定の屈折率変調を有する構造物であり、この変調周期が可視波長程度であればブラッグ反射と呼ばれる回折を生じ、ある入射角のある波長の光を特定の方向に強く反射させるものである。このホログラムの機能および従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の特性を図 14に示す円図形説明する。図 14 (a) に示す円の半径は、 η/λで与えられる。ここで、は入射光の波長であり、 ηはホログラム媒体の平均屈折率である。入射光はこの円の中心から円周上へのべクトルで表わされる。入射波数べクトル 529、逆格子ベクトル 53 1を図 14 (a) のように配置する。ここで、逆格子ベクトル 53 1は、その方向が屈折変調の変調方向、ベタトルの大きさは変調周期の逆数で定義される。図 14 (a) では、入射波数べクトル 529と逆格子べクトル 53 1 の差として、出射波数べクトル 530が表示されている。この出射波数べクトル 530の方向に強く光が反射される。

次に、図 14 (b) により、反射動作を説明する。反射表示時には、バックラィトュニット 503は用いず、入射光のみで表示を行う。周囲からの入射光が液晶層 50 1に入射し、そして、ホロダラム反射層 528に入射する。ホロダラム反射層 528の逆格子べクトルを図 14 (b) に示すように配置しておけば、特 '定出射方向に特定の波長のみが選択反射される。選択反射された光は再び液晶層 501を通過して、反射表示が可能となる。この選択反射する波長以外の光はホ口グラム反射層 528を通過するため、表示には寄与しない。 .

—方、周囲の環境が暗い場合には、バックライトを点灯させる。この場合、バックライトからの光はホログラム反射層 528を通過して液晶層 50 1に入射する。これによつて、図 14 (c) に示すような透過型表示を行わせることができる。

以上のようにして、特開平 1 1-1 1 9026号公報に開示された液晶表示装置を用いれば、反射 ·透過切り替え表示が可能となる。

しかしながら、上述した特開平 1 1-1 1 90 26号公報に開示された液晶表示装置では、反射表示時の表示色と透過表示時の表示色が異なるという問題を有している。すなわち、図 14 (b) に示すように、反射表示時ではホログラムで決まる特定の波長の光のみが反射する。このため、反射表示時は単色表示しかできない。さらに、透過表示時では図 1 4 (c) に示すように、バックライト光の特定波長はホログラムでブラッグ反射されてしまレヽ、透過型表示に寄与することができなレ、。このブラッグ反射する波長は、反射表示時の単色光の波長と同一であある。このため、例えば、反射表示時には緑色で表示できていても、透過表示時にはその捕色で表示を行わなければならない。また、同様の理由のため、フル力ラ一表示を行わせることもできない。

以上のように、特開平 1 1 - 1 1 9 0 2 6号公報に開示された液晶表示装置は、反射 ·透過表示切り替え表示を実現するものではあるが、カラー表示が限られ、フル力ラ一表示できないという課題を有している。

そこで本発明は、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、喑レヽ環境では、フルカラ一の透過表示を行うことが可能なブラッグ反射を利用した液晶表示装置を樹共することを目的とする。発明の開示

上記目的を達成するため本発明の液晶表示装置は、

液晶層と、

特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、前記各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な、前記液晶層よりも下層に配置されている反射構造層と、

前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトュニットとを有することを特徴とする。

上記の通り構成された本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも下層に特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な反射構造層を有している。すなわち、ブラッグ反射を用いることで半透過面を用いる液晶表示装置よりも明るい反射 ·透過切り替え可能な液晶表示装置となる。さらに、反射構造層の各反射部を特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する、例えば、各反射部のそれぞれを、青のみ反射、緑のみ反射、赤のみ反射というように構成することでフルカラー表示が可能となる。

また、本発明の液晶表示装置の液晶層を挟持する基板の少なくとも 1つの厚さヽ視差を生じない厚さであってもよく、この基板は、薄膜化ガラスであってもよいし、フイノレム基板であってもよレ、。また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第 1の力ラーフィルタ層を有するものであってもよいし、さらに、反射構造層よりも下層に配置されている第 2のカラーフィルタ層を有するものであってもよレ、。特に、第 1のカラーフィルタ層に加えて第 2のカラーフィルタ層を有する構成の場合、例えば、第 1のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを、第 2のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといつた特 14を持たせることができる。

また、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよレ、。

さらに、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているものであってもよレ、。この場合、青、緑、赤を反射する各反射部が並列に配置された場合、カラーフィルタを設けずにフルカラー表示が可能となるため、明るく、力つ、構造が簡単な液晶表示装置を得ることができる。

また、各反射部は、液晶を含むものであってもよく、特に、コレステリック液晶を含むものであってもよいし、液晶の液滴を含む少なくとも 1つの液晶液滴層と、少なくとも 1つの高分子層とが交互に積層された構造であってもよいし、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第 1の偏光板を有するものであってもよいし、液晶層よりも下層に配置されている第 2の偏光板を有するものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子として T N液晶以外の S T N液晶ゃ複屈折液晶などの表示素子を用レ、ることが可能となる。

また、本発明の液晶表示装置は、第 1の偏光板よりも下層、かつ、第 2の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有するものであってもよいし、補償板は、反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよレ、。

また、液晶層は、アクティブマトリクス駆動されるものであってもよレ、。図面の詳細な説明

図 1は、本発明の第 1の実施態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。

図 2は、図 1に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。図 3は、反射構造層として交替積層構造層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。

図 4は、反射構造層としてコレステリック液晶層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。

図 5は、反射構造層としてコレステリック液晶液滴を含む高分子層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。

図 6は、 H P D L C層の作成方法の概略を説明する図である。

図 7は、 3層積層 H P D L C層の構成を示す模式的な側断面図である。

図 8は、本発明の第 2の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。

図 9は、本発明の第 3の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。

図: L 0は、図 9に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。

図 1 1は、本発明の第 4の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。

図 1 2は、図 1 1に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。

図 1 3は、従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の一例の模式的な側断面図である。

図 1 4は、ホログラムの機能および従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の特性を説明する図である。発明の詳細な説明次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態の説明において、ホログラフィック高分子分散液晶は HPDLCと表す。

(第 1の実施形態）

次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図 1に示す。

液晶表示装置は、最上層に、第 1の偏光板 16 aが形成されており、第 1の偏光板 16 aの下層にカラーフィルタ基板 15を上層側として形成された、 R (赤）、 G (緑）、 B (青）のみをそれぞれ透過するフィルタからなるカラーフィルタ層 6を、さらにカラーフィルタ層 6の下層にガラス 18上に形成された映像情報を映し出す液晶層 1を、液晶層 1の下層、すなわち、ガラス 18の下層に第 2の偏光板 16 bを、第 2の偏光板 16 bの下層、すなわち、液晶層 1よりも下層に、反射率が電気的に切り替え可能な反射部を有する三層積層 HPDLC 1 7を、そして、最下層に液晶層 1を背面から光を照射する照明であるバックライトュ-ット 3を有する構造となっている。

液晶層 1は、 TN液晶、 STN液晶などのネマチック液晶、あるいは垂配向液晶、〇 C B液晶などの複屈折性液晶を用いるものであってもよい。

ここで、液晶層 1の形成方法の概略を説明する。

まず、透明電極を有するガラス £¾18と、カラーフィルタ層 6と透明電極を有するカラーフィルタ基板 15の両基板上に配向膜を成膜する。なお、図 1では、両基板上の透明電極を図示していない。この後、配向膜上に配向処理を行い、スぺーサを介して両基板を張り合わせる。この際に、両基板の配向処理方向を直交するように張り合わせる。この後、ネマチック液晶を両基板の間隙に注入し、液晶層 1を形成する。

次に、本実施形態の液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図を示す図 2を用いて、本実施形態の液晶表示装置の基本的原理を説明する。

液晶表示装置は、図 2 (a) および図 2 (b) に示すように、液晶層 1、三層積層 HPDLC 17に相当する反射構造層 2、および、バックライトユニット 3 を基本構造としたものであるが、図 2 (c) および図 2 (d) に示すように液晶層 1の上層に力ラーフィルタ層 6が形成されているものを基本構造とするものであってもよレヽ。

反射構造層 2は、反射部が、光の反射率が高く透過率が低い状態と、光の透過率が高く反射率が低い状態とを可逆的に切り替えられる構造であればどのような構造であってもよいが、以下に示される、反射率が電気的に制御可能でプラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層であることが特に好適である。例えば、反射構造層 2は、図 3 (a) および図 3 (b) に示す、反射部である液晶液滴層 10と高分子層 11が交互に積層した交替積層構造層 9で構成されるものであってもよい。液晶液滴層 10と高分子層 11の屈折率が異なれば、図 3 (a) に示すように交替周期で決まる波長に周囲光 4が選択的に反射される。一方、この交替積層構造層 9に電圧を印加すれば、液晶液滴層 10の屈折率が変化して高分子層 11の屈折率と一致し、選択的な反射が解消して透明状態となり、図 3 (b) に示すようにバックライトユニット 3からのバックライト光 5を透過させることができる。なお、交替積層構造層 9も図 3 (c) および図 3 (d) に示すように積層周期の異なる第 1の交替積層構造層 9 aおよび第 2の交替積層構造層 9 bを重ね合わせることにより多色光を反射させることも可能である。すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、第 1の交替積層構造層 9 a、第 2の交替積層構造層 9 b等の複数の反射部のそれぞれが特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する構成とすることでフル力ラ一表示が可能となる。

また、反射構造層 2の反射部としてコレステリック液晶を用いるものであってもよレ、。周知のようにコレステリック液晶を用いれば、反射率が電気的に制御可能である。図 4 (a) に示すように、コレステリック液晶層 7は螺旋構造を有しているため、そのピッチの半分に対応した周囲光 4を選択的に反射する。また、このコレステリック液晶に電圧を印加すれば、図 4 ( b )に示すように、螺旋構造が解消される。このため、上述の反射性能を失い、全波長帯のバックライト光 5 を透過する。これを実現する例として、塔 Xィッチヤブル ·ミラーズ ·ォプ ·キラル. リキッド.クリスタル.ゲルズ煤 Aリキッド 'クリスタルズ、 1999年、 2 6卷、 1645-1653ページ (狽 rw i t c h a b l e m i r r o r s o f c h i r a 1 l i q u i d c r y s t a l g e l s", L I QU I D CRYSTAL, 1999, Vo 1. 26, No. 11 , 1645— 1653 ) を挙げることができる。また、図 4 ( c ) および図 4 ( d ) に示すように、螺旋ピッチの異なる第 1のコレステリック液晶 7 a、第 2のコレステリック液晶 7 bを積層した積層コレステリック液晶層 8を反射構造層 2として用いれば、交替積層構造層 9と同様に多色光を反射することが可能である。

このように反射構造層 2の各反射部は、反射構造層 2に対して液晶層 1とノックライトユニット 3とが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよい。

あるいは、反射構造層 2は、図 5 ( a ) および図 5 ( b ) に示すような反射部がコレステリック液晶液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。周囲光

4を選択反射するような螺旋ピッチのコレステリック液晶からなるコレステリック液晶滴 1 3を含む高分子層 1 4は、電圧が印加されることにより、コレステリック液晶滴 1 3の内部の螺旋が解消されて透明状態になり、ノックライト光 5の透過が可能となる。また、螺旋ピッチの異なる複数のコレステリック液晶を含むコレステリック液晶滴を含む高分子層であれば、同様に多色光を選択的に反射させることが可能である。

次に、図 6およぴ図 7を用いて、交替積層構造層 9である H P D L Cの積層構造の作成方法および構造の詳細に関して説明する。

はじめに、図 6 ( a ) に示すように、不図示の透明電極を有する基板 1 9上に液晶と感光性物質の混合物からなる層、液晶 ·光硬化性物質混合層 2 0を形成する。

次に、図 6 ( b ) に示すように、同一レーザから発せられたレーザ光 2 1を二分岐して、両光線を液晶 ·光硬化性物質混合層 2 0中で交叉させる。レーザ光干渉の結果、レーザ強度の強い領域で選択的に強く光硬化が生じる。また、レーザ強度の弱い領域で液晶が液滴として析出する。以上のようにして、図 6 ( c ) に示すような、液晶液滴層と光硬化した高分子層とからなる H P D L C層 2 2が完成する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が異なれば、交替積層構造の積層周期に対応する波長の光が選択的に反射される。光硬化させる際に、酸素阻害させるような光硬化性物質の場合には、窒素雰囲気化や減圧下の環境で行う。この交替積層構造の積層周期はレーザ光の波長とその交叉角で決めることができる。そこで、図 6 (c) の完成した H P D L C層 22上に、液晶 ·光硬化性物質混合層を再度成膜しレーザ波長や交叉角を変えて露光すれば、交替積層周期の異なる二層の H PDLC層を得ることができる。以上のようにして、例えば 3回の成膜'露光を繰り返し、 HPDLC層を、図 7に示すような、青を反射する青用 HPDLC 2 3、緑を反射する緑用 HPDLC 24、赤を反射する赤用 HPD LC 25からなる 3層積層 HPDLC層 17とすることができる。なお、この場合、透明電極 2 6は、青用 HPDLC 23と赤用 HPDLC 25とに電気的に接続されているこの積層の際に、積層順序として積層上面から光が入射するとすれば、青、緑、赤が望ましい。これは、短波長の光ほど散乱され易いためである。この 3層積層 ^1?01^〇層17は白色光を反射する。この 3層積層 HPDLC層 17に電圧を印加すれば、液晶液滴層の屈折率が変化する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が一致すれば、選択反射光は解消し、透明状態となる。

本実施形態では、 3層積層 H P D L C層 17の反射率は電圧無印加時に高レ、。従って、 3層積層 H P D L C層 17に電圧供給することなく、液晶層 1のみに電圧供給することにより、表示動作が可能である。このため、反射表示時には余分な電力を伴わない。また、積層した HPDLC層 22に電圧を供給して透明状態にして、バックライトユニット 3を点灯させれば、透過表示が得られる。

以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置によれば、反射構造層 2としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層 1と、バックライトュニット 3との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。

(第 2の実施形態）

次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図 8に示す。

本実施形態の液晶表示装置は、図 8 (a) に示すように、最上層から順に、第 1の偏光板 1 16 a、カラーフィルタ基板 1 15、カラーフィルタ層 106、液晶層 101、薄膜化ガラス 127、三層積層 HPDLC 1 17、第 2の偏光板 1 16 b、そして最下 Sにバックライトュニット 103を有する構成となっている。このように、本実施形態の液晶表示装置の場合、液晶層 101と第 2の偏光板 1 16との間に、薄膜化ガラス 1 27と三層積層 HPDLC 1 1 7とが積層されている点が第 1の実施形態の夜晶表示装置とは異なる。

また、本実施形態の液晶表示装置は、反射表示時には、第 1の偏光板 1 16 a のみが表示に寄与する。この表示モードは、一枚偏光板方式として知られている。すなわち、反射表示時に二枚の偏光板を用いる方式と比較して、明るい反射表示が得られる。この際に、液晶層 101として、捩れネマチック液晶モードを用いる。この捩れネマチック液晶の設計は、 "アナリシス ·ォブ ·オペレイシヨン ' モード 'ォブ · レフレクティブ · リキッド ·クリスタル ·ディスプレイ .デバイシーズ" 、リキッド 'クリスタル 26卷 1 9 9 9年、 1 5 73- 1 5 78ページ ( An a l y s i s o f o p e r a t i o n mo d e o i r e f 1 e c t i v e l i q u i d c r y s t a l d i s l a y d e v i c e s〃， L I QU I D CRYSTALS, 1 9 99. v o l . 26, No. 1 1, 1 5 73-1 578) に述べられている。

なお、上述した以外は、基本的に第 1の実施形態の液体表示装置と同様であるため、詳細の説明は省略する。

以下、本実施形態の液晶表示装置の作成手順の概略を説明する。

第 1の実施形態と同様に、透明電極を有するカラーフィルタ基板 1 1 5とガラス基板を張り合わせる。この後、どちらかの基板を薄膜化し、薄膜化ガラス 1 2 7とする。この薄膜化は、ガラス基板を研磨あるいは化学的にエッチングすることによって得られる。また、高分子フィルムなどの薄膜をガラス基板の替わりに用いるもできるのは明らかである。この後、液晶を注入し液晶層 101を形成する。この際に、所定の捩れネマチック構造を形成するように両基板の配向処理方向を調整する。以上のようにして、薄膜化ガラス 1 27を有する液晶パネルが完成する。完成した液晶パネルの上面に第 1の偏光板 1 1 6 aを貼る。また、 3層積層 H P D L C 1 1 7を液晶パネル下面に貼り、さらに 3層積層 HPDLC 1 1 7の下面に第 2の偏光板 1 1 6を貼る。この後に、バックライトユニット 103 を配置して完成する。

ここで、薄莫化ガラス 1 27を用いる理由を図 8 (b) を用いて説明する。図 8 (b) は、薄膜化ガラス 1 27ではなく、薄月莫化がなされていないガラス 118が用いられた構成を示している。反射型表示の際には、周囲光 104は斜め方向から入射してくる。このため、ガラス基板 1 18が厚く反射面である三層積層 HPDLC 117から遠い場合には、例えば、カラーフィルタ層 1◦ 6の R を通過して来た周囲光 104は、反射表示光 104 aとして、瞵接する画素 Gを通過してしまう。いわゆる、視差の問題が生じる。この視差の問題を防止必要がある場合、図 8 (a) に示すように、薄膜化ガラス 127を形成することが必要となる。

なお、隣接画素からの反射表示光漏れを防止するため、図 8 (c) に示すように、三層積層 HPDLC層 1 17をカラーフィルタ基板 115とガラス基板 1 1 8との間に作り込む、すなわち、液晶パネル内部に作り込む構成とするものであつてもよレヽ。

以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、薄膜ィヒガラス 127 を用いることで視差が解消するだけでなく、第 1の実施形態と同様に反射構造層

102としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層 101と、ノックライトユニット 103との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。

(第 3の実施形態）

次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図 9に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図 10にそれぞれ示す。

本実施形態の液晶表示装置は、図 9 (a) に示すように、最上層から順に、第 1の偏光板 216 a、カラーフィルタ基板 215、第 1のカラーフィルタ層 20 6 a、液晶層 201、'ガラス 218、三層積層 HP D L C 217、第 2の偏光板 116 b, 第 2のカラーフィルタ層 206 b、そして最下層にバックライトュニット 203を有する構成となっている。なお、第 1のカラーフィルタ層 206 a がカラーフィルタ基板 215に形成されてなるものであるのと同様に、第 2の力ラーフィルタ層 206 bもカラーフィルタ基板に形成されてなるものであるが、簡単のため、図 9には第 2のカラーフィルタ層 206 bのカラーフィルタ基板は示していない。本実施形態の液晶表示装置は、図 1 0に示すように、バックライトユニット 2 0 3と、三層積層 H P D L C 2 1 7に相当する反射構造層 2 0 2との間に、すなわち、反射構造層 2 0 2よりも下層に第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bが設けられている点が、第 1および第 2の実施形態の液晶表示装置と異なる。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第 1の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。

本実施形態の場合、第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aと第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bは各画素が互いに整合するように配置されている。すなわち、第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aの各色画素 A、 B、 Cと第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 ?の各色画素八、 B、 Cとが互いに位置整合するように配置されている。このように配置することで、図 1 0 ( b ) に示すように、透過表示時に、例えば、第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bの画素 Bを通過したバックライトユニット 2 0 3 からのバックライト光 2 0 5は、第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aの画素 Bを通過することができる。なお、フゾレカラ一表示の際には、一般に A, B , C各色を、赤（R) 、緑（G) 、青（B ) に選ぶのが一般的である。

ところで、一般に、カラーフィルタの透過率と色純度は相反関係にあり、高透過率の力ラーフィルタは低色純度となり、高色純度の力ラーフィルタは低透過率となる。このような特性のカラーフィルタ層を 1層のみ有する液晶表示装置の場合、反射表示時には、光は、入射時と反射表示光は 2回カラーフィルタ層を透過し、透過表示時には透過表示光が 1回カラーフィルタ層を透過する。このため、高透過率の力ラーフィルタを用いた場合には、反射表示時には高い反射率が得られるものの、透過 ¾示時には色純度が低くなつてしまう。逆に、低透過率のカラ一フィルタを用いた場合には、透過表示時の色純度を高くできるものの、反射表示時には低い反射率し力得られない。このように、カラーフィルタが 1層のみの構成では、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを両立させるのが困難である。

本実施形態の構成では、反射表示時には図 1 0 ( a ) に示すように反射表示光 2 0 4 aが第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aのみを通過し、また、透過表示時には図 1 0 ( b ) に示すようにバックライト光 2 0 5は、第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bと第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aとの 2層を通過する。よって、例えば、第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aとして高透過率で低色純度の特性のものを、第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bとして高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといった特性を持たせることができる。この他、第 1のカラーフィルタ層 2 0 6 aと第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bとの反射率および色純度の特性を多様に組み合わせることで、所望の透過率および色純度を得られることとなり、 1 層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となる。

本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に第 2のカラーフィルタ層 2 0 6 bが反射構造層 2 0 2より下層、すなわち、図 9においては、三層積層 H P D L C 2 1 7より下層に配置されているのが好適であり、図 9 ( a ) 以外の構成として、ガラス 2 1 8および第 2の偏光板 2 1 6 bが図 9 ( b ) 〜図 9 ( d ) に示されるような配置であってもよレ、。また、第 2の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。

以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、 1層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第 1および第 2 の実施形態と同様に、反射構造層 2 0 2としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層 2 0 1と、ノックライトュニット 2 0 3との間に形成することで、明るレ、環境ではフル力ラ一の反射表示を、喑レヽ環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。

(第 ₄の実施形態）

次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図 1 1 に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図 1 2にそれぞれ示す。本実施形態の液晶表示装置は、図 1 1 ( a ) に示すように、最上層から順に、第 1の偏光板 3 1 6 a、カラーフィルタ基板 3 1 5、カラーフィルタ層 3 0 6、液晶層 3 0 1、ガラス 3 1 8、カラーフィルタ層 3 0 6の各画素に対応する波長帯の光のみ反射する複数の領域を有する空間分割反射構造層 3 3 2、第 2の偏光板 3 1 6 b、そして最下層にバックライトュニット 3 0 3を有する構成となっている。

すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、図 1 2に示すように、バックライトユニット 3 0 3と、液晶層 3 0 1との間に、すなわち、液晶層 3 0 1よりも下層に空間分割反射構造層 3 3 2が設けられている。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第 1の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。

空間分割反射構造層 3 3 2は、図 1 2 ( a ) に示すように、カラーフィルタ層 3 0 6の各画素 A、 B、 Cに対応するように領域が空間的に区分されており、空間分割反射構造層 3 3 2の各領域 A、 B、 Cは、カラーフィルタ層 3 0 6の各画素 A、 B、 Cに対応する波長帯の光のみを反射する。フルカラー表示を行う場合には、カラーフィルタ層 3ひ 6の各画素 A、 B、 Cは、赤（R) 、緑（G) 、青 (B ) の各波長帯を通過するように選択し、これに伴い、空間分割反射構造層 3 3 2の各領域 A、 B、 Cも赤（R) 、緑（G) 、青（B ) の各波長帯のみの光を反射するような構成とする。すなわち、空間分割反射構造層 3 3 2は、カラーフィルタの特性と反射構造層の特性とを併せ持つた特性を有するものである。また、この空間分割反射構造層 3 3 2は電気的に制御することで透明状態にすることも可能である。なお、空間分割反射構造層 3 3 2の各領域は、上述の H P D L C素子あるいは、コレステリック液晶層を用いて構成されるものであってもよい。なお、ここでいう空間的に区分されているとは、各反射部（図 1 2では空間分割反射構造層 3 3 2の各領域 A、 B、 C) 力反射構造層である空間分割反射構造層 3 3 2に対して液晶層 3 0 1とバックライトュニット 3 0 3とが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているということを意味する。

以上の構造では、図 1 2 ( a ) に示すように、反射表示時に周囲光 3 0 4は力ラーフイノレタ層 3 0 6、液晶層 3 0 1を通過し、空間分割反射構造層 3 3 2に到達する。この空間分割反射構造層 3 3 2は、カラーフィルタ色に対応する波長帯の光のみを反射する。図 1 2 ( a ) では、カラーフィルタ層 3 0 6の Aに対応する波長帯の光のみを空間分割反射構造層 3 3 2の Aで反射する。反射後、反射表示光 3 0 4 aは液晶層 3 0 1、カラーフィルタ層 3 0 6を通過する。このため、反射表示時に光は、 2回カラーフィルタ層 3 0 6を通過する。しかし、他の波長 '帯の光は空間分割反射構造層 3 3 2から反射されない。このため、カラーフィルタ層 3 0 6に低透過率のものを用いても、他波長帯の色が混色することなく、色純度は低下しない。また、空間分割反射構造層 3 3 2を電気的に制御して透明状態にすれば、バックライトュニット 3 0 3力、らのバックライト光 3 0 5は、空間分割反射構造層 3 3 2を通過し、図 1 2 ( b ) に示すようにフルカラー透過表示を行うことが可能である。

本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に空間分割反射構造層 3 3 2が液晶層 3 0 1より下層に配置されているのが好適であり、図 1 1 ( a ) 以外の構成として、ガラス 3 1 8および第 2の偏光板 3 1 6 bが図 1 1 ( b ) 〜図 1 1 ( c ) に示されるような配置であってもよい。また、第 2の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。

また、本実施形態の場合、原理的には、カラーフィルタ層 3 0 6がなレ、構成であってもフルカラー表示が可能であるため、カラーフィルタ層 3◦ 6は、より色純度を向上させたい場合、あるいは、空間分割反射構造層 3 3 2の色純度が視野角により変化する場合に設ける構成とするものであってもよい。

以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、空間分割反射構造層 3 3 2を用いることで 1層のカラーフィルタ層 3 0 6のみとした簡単な構成で反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第 1ないし第 3の実施形態と同様に、空間分割反射構造層 3 3 2としてプラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層 3 0 1と、バックライトユニット 3 0 3との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。

以上の各実施形態の液晶表示装置において、最上層の第 1の偏光板よりも下層、かつ、第 2の偏光板よりも上層に補償板が積層されているものであってもよく、さらに反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子として T N液晶以外の S T N液晶ゃ複屈折液晶などの表示素子を用いることが可能である。

また、各実施形態の液晶層はアクティブマトリクス駆動されるものであってもよレ、。これにより、大表示容量の際の反射'透過表示時に高いコントラスト比を維持することが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 液晶層と、

前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトュニットとを有することを特徴とする液晶表示装置。

2 . 前記液晶層を挟持する基板の少なくとも 1つの厚さが、視差を生じない厚さである請求項 1に記載の液晶表示装置。

3 . 前記基板は、薄膜化ガラスである請求項 2に記載の液晶表示装置。

4 . 前記基板は、フィルム基板である請求項 2に記載の液晶表示装置。

5 . 前記液晶層よりも上層に配置されている第 1のカラーフィルタ層を有する請求項 1に記載の液晶表示装置。

6 . 前記反射構造層よりも下層に配置されている第 2のカラーフィルタ層を有する請求項 5に記載の液晶表示装置。

7 . 前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されている請求項 1に記載の

8 . 前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトュニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されている請求項 1に記載の液晶表示装置。

9 . 前記各反射部は、液晶を含む請求項 1に記載の液晶表示装置。

1 0 . 前記各反射部は、コレステリック液晶を含む請求項 9に記載の液晶表示

1 1 . 前記各反射部は、液晶の液滴を含む少なくとも 1つの液晶液滴層と、少なくとも 1つの高分子層とが交互に積層された構造である請求項 9に記載の液晶

2 . 前記各反射部は、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなる請求項 9に記載の液晶表示装置。

1 3 . 前記液晶層よりも上層に配置されている第 1の偏光板を有する請求項 1 に記載の液晶表示装置。

1 4 . 前記液晶層よりも下層に配置されている第 2の偏光板を有する請求項 1 3に記載の液晶表示装置。

1 5 . 前記第 1の偏光板よりも下層、カつ、前記第 2の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有する請求項 1 4に記載の液晶表示装置。

1 6 . 前記捕償板は、前記反射構造層よりも上層に配置されている請求項 1 5 に記載の夜晶表示装置。

1 7. 前記液晶層は、アクティブマトリクス駆動されている請求項 1に記載の