(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
前記一対の基板のうち観察者側基板から背面側基板へ向けて入射される外光を反射する反射板と、
前記観察者側基板から前記背面側基板へ向けて入射される外光の進行方向および前記反射板で反射された外光の進行方向を変えることにより、前記観察者側基板で反射される反射光の角度と前記反射板で反射されて外部に放射される画像光の角度とを異ならせる光路偏向板とを備え、
前記光路偏向板は、隣接する他の層の屈折率と異なる屈折率を持つ樹脂層を有し、この樹脂層と前記他の層との間には、前記背面側基板の基板水平面に対して傾斜した複数の界面が形成され、
前記樹脂層はカラーフィルタ層であることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】
互いに対向して配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
前記一対の基板のうち観察者側基板から背面側基板へ向けて入射される外光を反射する反射板と、
前記観察者側基板から前記背面側基板へ向けて入射される外光の進行方向および前記反射板で反射された外光の進行方向を変えることにより、前記観察者側基板で反射される反射光の角度と前記反射板で反射されて外部に放射される画像光の角度とを異ならせる光路偏向板とを備え、
前記光路偏向板は、互いに積層された屈折率の異なる少なくとも２つの樹脂層を有し、これらの樹脂層の間には、前記背面側基板の基板水平面に対して傾斜した複数の界面が形成され、
前記２つの樹脂層のうちの少なくとも一方は、カラーフィルタ層であることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記光路偏向板は、前記観察者側基板のうち前記液晶層に隣接する表面側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記各界面は、その傾斜角が表示画面内の位置に応じて異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の反射型液晶表示装置。
【請求項５】
液晶層を挟持する一対の基板のうち観察者側基板から背面側基板へ向けて入射される外光の進行方向を変える光路偏向板の製造方法において、
複数の三角柱状の凹部を有する成形型を準備する工程と、
前記成形型を用いて樹脂を成形し、複数の三角柱状の突起を有する樹脂板を形成する工程と、
前記樹脂板上の前記複数の三角柱状の突起の表面に樹脂層を形成する工程とを含み、
前記樹脂層はカラーフィルタ層であることを特徴とする、光路偏向板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、とりわけ、外光の反射光を利用して画像表示を行う反射型液晶表示装置およびそれに用いられる光路偏向板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））は、ノート型パーソナルコンピュータ等の表示部として広く用いられている。また、近年、液晶表示装置の大型化も急速に進展しており、デスクトップ型パーソナルコンピュータ等の表示部として一般的であるＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に代わるものとしても期待されている。
【０００３】
このような液晶表示装置では一般に、バックライトと呼ばれる光源を液晶セルの背面に配置し、バックライトからの透過光を観察者側で見る透過型方式が採用されている。しかしながら、バックライトの消費電力は非常に大きく、ノート型パーソナルコンピュータ等の電池寿命を短くする主原因となり、またバックライトの分だけ液晶表示装置の厚さおよび重量も大きくなる。このため、電池寿命や携帯性が問題となる小型の電卓や携帯電話機等の表示部としては、反射型液晶表示装置が一般に用いられている。
【０００４】
反射型液晶表示装置は、観察者側から入射する外光を液晶層の背面に配置された反射板により反射させて画像表示に利用するものであり、バックライトが不要となり、低消費電力で電池駆動でき、薄型および軽量であり、かつ発熱量も少ないという利点を有する。
【０００５】
図４は従来の反射型液晶表示装置の一例を示す図である。図４に示すように、従来の反射型液晶表示装置２０は、互いに対向して配置された一対のガラス基板２１，２２と、ガラス基板２１，２２間に挟持された液晶層２３と、背面側のガラス基板２１のうち液晶層２３に隣接する表面側に設けられた反射板２４とを備えている。ここで、観察者側から入射する外光は、観察者側のガラス基板２２および液晶層２３を介して反射板２４に照射され、反射板２４で反射されて画像表示に利用される。
【０００６】
なお、反射型液晶表示装置２０では、その構造上、観察者側のガラス基板２２で反射される反射光Ｒ１の角度と、反射板２４で反射される反射光Ｒ２の角度とが等しくなることから、観察者側から見たときに反射光Ｒ１，Ｒ２が重なって表示画面が見づらくなりやすい。このため、反射型液晶表示装置２０では一般に、反射板２４に拡散機能を付与したり、観察者側基板の観察者側の表面に前方散乱層を設けたりすることにより、反射光Ｒ１，Ｒ２の重なり合いを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射板２４や前方散乱層により拡散機能を付与すると、反射板２４や前方散乱層で散乱された外光を画像光として用いることとなるので、その光強度が弱くなり、表示画面の明るさを十分に確保することができないという問題がある。
【０００８】
近年、情報量の多い携帯電話機や携帯情報端末等の携帯情報処理装置の発達および普及により、高画質でかつフルカラー表示が可能な反射型液晶表示装置が求められており、反射型液晶表示装置の表示画面の明るさを十分に確保することが強く求められている。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、外光（入射光）を有効に利用して画像光の光強度および視認度を向上させ、明るくかつ高品質の画像表示を行うことができる反射型液晶表示装置およびそれに用いられる光路偏向板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その第１の解決手段として、互いに対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうち観察者側基板から背面側基板へ向けて入射される外光を反射する反射板と、前記観察者側基板から前記背面側基板へ向けて入射される外光の進行方向および前記反射板で反射された外光の進行方向を変えることにより、前記観察者側基板で反射される反射光の角度と前記反射板で反射されて外部に放射される画像光の角度とを異ならせる光路偏向板とを備えたことを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。
【００１１】
なお、上述した第１の解決手段においては、前記光路偏向板は、隣接する他の層の屈折率と異なる屈折率を持つ樹脂層を有し、この樹脂層と前記他の層との間には、前記背面側基板の基板水平面に対して傾斜した複数の界面が形成されていることが好ましい。なお、前記樹脂層はカラーフィルタ層であることが好ましい。また、前記光路偏向板は、互いに積層された屈折率の異なる少なくとも２つの樹脂層を有し、これらの樹脂層の間には、前記背面側基板の基板水平面に対して傾斜した複数の界面が形成されていることが好ましい。なお、前記２つの樹脂層の屈折率の差が波長によらず略一定であることが好ましい。また、前記２つの樹脂層のうちの少なくとも一方は、カラーフィルタ層であることが好ましい。さらに、前記光路偏向板は、前記観察者側基板のうち前記液晶層に隣接する表面側に設けられていることが好ましい。さらにまた、前記各界面は、その傾斜角が表示画面内の位置に応じて異なることが好ましい。
【００１２】
本発明は、その第２の解決手段として、液晶層を挟持する一対の基板のうち観察者側基板から背面側基板へ向けて入射される外光の進行方向を変える光路偏向板の製造方法において、複数の三角柱状の凹部を有する成形型を準備する工程と、前記成形型を用いて樹脂を成形し、複数の三角柱状の突起を有する樹脂板を形成する工程とを含むことを特徴とする、光路偏向板の製造方法を提供する。
【００１３】
なお、上述した第２の解決手段においては、前記樹脂板上の前記複数の三角柱状の突起の表面に樹脂層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、反射板で反射される外光（画像光）が観察者側基板で反射される反射光の角度と異なる角度で放射されるので、外光（画像光）の光強度を低下させることなく、反射光同士の重なり合いを防止することができ、特定の視認方向に関して画像光の光強度および視認度を向上させ、明るくかつ高品質の画像表示を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、観察者側基板のうち液晶層に隣接する表面側に光路偏向板を設けるとともに、光路偏向板に含まれる樹脂層によりカラーフィルタ層を構成することにより、画像のぼやけや、コントラストの低下、色のにじみ等の問題を効果的に防止することができる。さらに、光路偏向板に含まれる樹脂層の各界面の傾斜角を表示画面内の位置に応じて異ならせることにより、反射板で反射された外光（画像光）を特定の視認高さまたは視認点に集中させやすくすることができ、大型の表示画面を有する液晶表示装置の場合であっても、表示画面の全域にわたって視認度を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明による反射型液晶表示装置の一実施の形態を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、反射型液晶表示装置１０は、互いに対向して配置された一対のガラス基板１１，１２と、ガラス基板１１，１２間に挟持された液晶層１３と、観察者側のガラス基板（観察者側基板）１２から背面側のガラス基板（背面側基板）１１へ向けて入射される外光を反射する反射板１４とを備えている。また、観察者側のガラス基板１２のうち液晶層１３に隣接する表面側には光路偏向板２５が設けられている。このうち、反射板１４は、図１に示すように背面側のガラス基板１１のうち液晶層１３に隣接しない表面側に設けられる他、背面側のガラス基板１１のうち液晶層１３に隣接する表面側に設けられていてもよい。なお、反射板１４は、背面側のガラス基板１１のうち液晶層１３に隣接する表面側に設けられている場合には、背面側のガラス基板１１の電極を兼ねるようにしてもよい。観察者側のガラス基板１２の前面には位相差板１５および偏光板１６が積層されている。ここで、観察者側から入射する外光は、偏光板１６、位相差板１５、観察者側のガラス基板１２、光路偏向板２５および液晶層１３を介して反射板１４に照射され、反射板１４で反射されて画像表示に利用される。
【００１８】
ここで、光路偏向板２５は、互いに積層された屈折率の異なる第１樹脂層２６および第２樹脂層２７を有し、これらの樹脂層２６，２７の間には、背面側のガラス基板１１の基板水平面に対して傾斜した複数の界面が形成されている。すなわち、第１樹脂層２６は、背面側のガラス基板１１の基板水平面に対して傾斜した傾斜面１７ａを有する複数（多数）の三角柱レリーフ（三角柱状の突起）１７を有しており、この傾斜面１７ａにより第２樹脂層２７との間に鋸歯状の界面が形成されている。そして、このような光路偏向板２５により、観察者側のガラス基板１２から背面側のガラス基板１１へ向けて入射される外光の進行方向および反射板１４で反射された外光の進行方向が変えられ、観察者側のガラス基板１２で反射される反射光の角度と反射板１４で反射されて外部に放射される画像光の角度とが異なるようになっている（図１の反射光Ｒ１，Ｒ２参照）。
【００１９】
なお、第１樹脂層２６は、ガラス基板１１，１２や第２樹脂層２７の屈折率を約１．５とする場合には、１．３〜１．７の範囲で第２樹脂層２７の屈折率と異なる屈折率を持つ材料を用いることが好ましい。具体的には例えば、屈折率が１．５以下の低屈折率樹脂として、フッ素樹脂やシリコン樹脂等を用いることができる。また、屈折率が１．５以上の高屈折率樹脂として、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いることができる。また、第２樹脂層２７は、屈折率を約１．５とし、材料としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。なお、第２樹脂層２７は、無色の保護層としたり、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の三色のカラーフィルタ層とすることができる。また、第１樹脂層２６および第２樹脂層２７の屈折率の差は波長によらず略一定とすることが好ましい。
【００２０】
なお、第１樹脂層２６の三角柱レリーフ１７の形状としては、その三角形状断面のうち観察者側のガラス基板１１に面する辺の長さを１０μｍ程度とすることが好ましい（図３参照）。また、傾斜面１７ａの傾斜角は、背面側のガラス基板１１の基板水平面に対して１度〜４４度の任意の角度（好ましくは５度〜３５度、より好ましくは１０度〜３０度）とすることができる。なお、各傾斜面１７ａの傾斜角は、反射型液晶表示装置１０の利用状況（すなわち光源と観察者の位置等）に応じて任意に設計することができる。また、各傾斜面１７ａは、その傾斜角が表示画面内の位置に応じて異なるようにしてもよい。具体的には、表示画面が比較的大きい場合には、各傾斜面１７ａの傾斜角を表示画面内の上下の位置に応じて異ならせることが好ましい。なお、各傾斜面１７ａは、その表面を平坦なものとする他、光を散乱するランダム配置の多数の凹凸をサンドブラスター法等により表面に形成して拡散機能を付与するようにしてもよい。
【００２１】
次に、このような構成からなる反射型液晶表示装置１０の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、光路偏向板２５の第１樹脂層２６の三角柱レリーフ１７に対応する複数の三角柱状の凹部を有する成形型を準備する。なお、成形型の凹部はイオンビームエッチングによる超精密加工により形成する。
【００２３】
次いで、ガラス基板１２上にアクリル樹脂等を厚膜印刷した後、準備された成形型でプレスした状態でアクリル樹脂等を硬化させ、ガラス基板上に、三角柱状の突起を有する樹脂板を形成する。なお、三角柱状の突起はその軸線が平行に並ぶように連続して形成する。また、必要に応じて、拡散機能を付与するために、光を散乱するランダム配置の多数の凹凸をサンドブラスター法等により表面に形成する。
【００２４】
そして、樹脂板上の複数の三角柱状の突起の表面にスピンコート法等により樹脂層（カラーフィルタ層）を形成する。また、必要に応じて、樹脂層（カラーフィルタ層）の上に保護膜を形成する。これにより、光路偏向板２５付きのガラス基板１２が形成される。
【００２５】
その後、対向基板となるガラス基板１１上に配向膜（図示せず）を塗布した後、ガラス基板１２の配向による液晶の並びと直交するような方向にラビング処理を施す。また、このような配向膜の上に電極を形成するためにＩＴＯスパッタを施す。
【００２６】
そして、ガラス基板１１またはガラス基板１２上にギャップ材を散布した後、液晶を封入するための封入口以外をシール材等により密封した状態で、スペーサ等を介してガラス基板１１，１２を貼り合わせて組み立て、所定のギャップ厚（例えば５．０μｍ）の空セル（液晶が封入されていない状態のセル）を作製する。
【００２７】
その後、この空セル内にＴＮ型液晶等の液晶材料を封入し、液晶層１３を形成する。なお、液晶材料の封入方法としては、通常の真空封入法を用いることができる。具体的には例えば、空セルをペルジャー内に設置して約５０℃に保温した後、ペルジャー内を真空度約０．５ｍｍＨｇまで排気し、空セルの封入口に液晶材料を滴下して空セルの封入口部分を覆う。次いで、ペルジャー内の真空度を徐々に大気圧に戻すことにより、空セル内に液晶材料を充填し、最後に液晶材料の封入口を紫外線硬化型樹脂で封止して紫外線を照射して硬化させる。
【００２８】
なお、このようにして作製された液晶セル（液晶表示素子）の表面に各種の機能層（位相差板１５や偏光板１６、カラーフィルタ等）を取り付けることにより、最終的に図１に示すような反射型液晶表示装置１０が製造される。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、光路偏向板２５により、観察者側のガラス基板１２から背面側のガラス基板１１へ向けて入射される外光の進行方向および反射板１４で反射された外光の進行方向が変えられるので、反射板１４で反射される外光（画像光）が観察者側のガラス基板１２で反射される反射光の角度と異なる角度で放射されることとなる。このため、外光（画像光）の光強度を低下させることなく、反射光Ｒ１，Ｒ２同士の重なり合いを防止することができ、特定の視認方向に関して画像光の光強度および視認度を向上させ、明るくかつ高品質の画像表示を行うことができる。
【００３０】
また、本実施の形態によれば、観察者側のガラス基板１２のうち液晶層１３に隣接する表面側に光路偏向板２５を設けるとともに、光路偏向板２５に含まれる第２樹脂層２７によりカラーフィルタ層を構成することにより、画像のぼやけや、コントラストの低下、色のにじみ等の問題を効果的に防止することができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態によれば、光路偏向板２５の樹脂層２６，２７の界面をなす、第１樹脂層２６の三角柱レリーフ１７の各傾斜面１７ａの垂線が観察者側から見て表示画面の上部側に傾くよう、各傾斜面１７ａを背面側のガラス基板１１の基板水平面に対して傾斜させているので、表示画面の上方から外光が入射する通常の使用態様において、反射板１４で反射される外光（画像光）を観察者の視認位置に集中させやすくすることができ、視認度をより高めることができる。
【００３２】
さらにまた、本実施の形態によれば、光路偏向板２５の樹脂層２６，２７の界面をなす、第１樹脂層２６の三角柱レリーフ１７の各傾斜面１７ａの傾斜角を表示画面内の位置（上下の位置）に応じて異ならせることにより、反射板１４で反射された外光（画像光）を特定の視認高さに集中させやすくすることができ、大型の表示画面を有する液晶表示装置の場合であっても、表示画面の上下方向の全域にわたって視認度を高めることができる。
【００３３】
なお、光路偏向板２５の第１樹脂層２６の各傾斜面１７ａの傾斜角を表示画面内の上下の位置に応じて異ならせるだけでなく、各傾斜面１７ａの傾斜角を表示画面内の上下および左右の位置に応じて異ならせるようにしてもよい。これにより、反射板１４で反射された外光（画像光）を特定の視認点に集中させやすくすることができ、大型の表示画面を有する液晶表示装置の場合であっても、表示画面の上下方向および左右方向の全域にわたって視認度を高めることができる。
【００３４】
また、上述した実施の形態においては、反射型液晶表示装置１０で用いられる基板１１，１２としてガラス基板を例に挙げて説明したが、これに限らず、プラスチック基板等の任意の基板を用いることができる。
【００３５】
さらに、上述した実施の形態においては、光路偏向板２５の第２樹脂層２７にカラーフィルタの機能を付与するようにしているが、これに限らず、最終的に作製された液晶セル（液晶表示素子）の表面にカラーフィルタを設けたり、背面側基板であるガラス基板１１側に設けるようにしてもよい。
【００３６】
さらにまた、上述した実施の形態においては、光路偏向板２５を第１樹脂層２６および第２樹脂層２７の２層構成としたが、第１樹脂層２６のみの一層構成とし、この第１樹脂層２６と、隣接する他の層（ガラス基板１２や液晶層１３等）との間に、傾斜した界面を形成するようにしてもよい。なお、この場合には、第１樹脂層２６をカラーフィルタ層とすることが好ましい。
【００３７】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００３８】
本実施例では、上述した方法に従って製造された１０インチの反射型液晶表示装置１０について、その視認性を確認した。なお、本実施例では、図３に示すように、光路偏向板２５の第１樹脂層２６として、屈折率が１．４のフッ素系アクリル樹脂を用い、表示画面の左右方向に延びる多数の三角柱レリーフ１７を形成した。ここで、各三角柱レリーフ１７の三角形状断面のうち観察者側のガラス基板１２に面する辺の長さは１０μｍとした。また、各三角柱レリーフ１７の傾斜面１７ａの傾斜角θ２は５度、１５度、２０度とした。なお、各傾斜面１７ａは、その垂線が観察者側から見て表示画面の上部側に傾くよう、背面側のガラス基板１１の基板水平面に対して傾斜させた。一方、光路偏向板２５の第２樹脂層２７として、屈折率が１．５のアクリル樹脂を主成分とする樹脂層（実施例１）、または屈折率が１．５のアクリル樹脂を主成分とするカラーフィルタ層（実施例２）を用いた。
【００３９】
そして、図２に示すように、反射型液晶表示装置１０の水平面に対する外光の入射角θ１が３０度、４５度、６０度となるように光源を設置し、実施例１および実施例２に係る反射型液晶表示装置１０の視認性を確認した。なお、外光の入射角θ１、三角柱レリーフ１７の傾斜角θ２、および外光（画像光）の放射角θ３の関係は、表１に示すとおりである。
【００４０】
【表１】
0004730636.tif 000002
【００４１】
表１に示す全ての組み合わせについて、実施例１および実施例２に係る反射型液晶表示装置１０の視認性を確認した結果、このような実施例１および実施例２に係る反射型液晶表示装置１０の光強度および視認性はいずれも、従来の反射型液晶表示装置と比較して極めて良好であり、明るくかつ高品質の画像を得ることができた。また、表示画面内の位置による視認性の差もなかった。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外光（入射光）を有効に利用して画像光の光強度および視認度を向上させ、明るくかつ高品質の画像表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射型液晶表示装置の一実施の形態を示す断面図。
【図２】図１に示す反射型液晶表示装置の具体的実施例を説明するための図。
【図３】図２に示す反射型液晶表示装置の光路偏向板の詳細を示す図。
【図４】従来の反射型液晶表示装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１０  反射型液晶表示装置
１１  背面側のガラス基板（背面側基板）
１２  観察者側のガラス基板（観察者側基板）
１３  液晶層
１４  反射板
１５  位相差板
１６  偏光板
１７  三角柱レリーフ（三角柱状の突起）
１７ａ  傾斜面（界面）
１８  光源
２５  光路偏向板
２６  第１樹脂層
２７  第２樹脂層
【図１】
0004730636.tif 000003
【図２】
0004730636.tif 000004
【図３】
0004730636.tif 000005
【図４】
0004730636.tif 000006