(57)【要約】【課題】  表示特性の高い半透過半反射型の液晶表示装置を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる液晶表示装置は、前面側透明基板２と背面側透明基板７の間に液晶層３を挟持しているが、この背面側透明基板７を導光板として用いている。このために、偏光層４を液晶層３と背面側透明基板７の間に設けている。偏光層４と背面側透明基板７の間には、反射領域６１と透過領域６２を有する半透過半反射層６とを設けている。かかる半透過半反射層６では、反射領域６１の面積比を光源９から離れるに従って低くなるようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
当該第１の透明基板と対向して設けられ、導光板として機能する第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の間に設けられた液晶層と、
前記液晶層と前記第２の透明基板の間に設けられた偏光層と、
前記偏光層と前記第２の透明基板の間に設けられ、反射領域と透過領域を有する半透過半反射層とを備え、
前記半透過半反射層では、反射領域の面積比を光源から離れるに従って、低くなるようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記偏光層と前記半透過半反射層との間に吸収率制御層を設け、
前記吸収率制御層では、前記半透過半反射層における反射領域の面積比が高い領域の光の吸収率を反射領域の面積比が低い領域の光の吸収率よりも高くなるようにした請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記吸収率制御層は拡散材を有することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記吸収率制御層は前記半透過半反射層の反射領域上に形成された印刷層を有する請求項２又は３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２の透明基板の背面側表面に散乱処理が行われている請求項１乃至４いずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半透過半反射型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より液晶表示装置として、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と、バックライトからの照明光を利用する透過型表示との両方の表示を行なう、半透過半反射型の液晶表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。この半透過半反射型液晶表示装置は、充分な明るさの外光が得られる明るい環境下では外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られない暗い環境下ではバックライトからの照明光を利用する透過型表示を行なうものである。そのため、バックライトは、通常透過型表示を行なうときに点灯される。
【０００３】
他方、透過型液晶表示装置において、厚さを減少させるために、導光板を除去し偏光板を液晶表示パネルの内側に挿入する技術が提案されている（例えば、特許文献２）
【０００４】
図６は、特許文献２において提案された液晶表示装置の概略的な断面図である。図６に示されるように、外表面に第１偏光板１４０が取付けられ、第１基板が観察者側に配置されている。第１基板は、第１透明基板１０２を含み、第１透明基板１０２の内側表面には画素電極１０４と、スイッチング素子が形成されており、その下に第１配向膜１０６が形成されている。
【０００５】
第１基板に対向して液晶セル１３０を介して第２基板が配置されている。第２基板は導光板として機能する第２透明基板１１２を含む。第２透明基板１１２の内側表面上に、第２偏光板１５０と、カラーフィルタ層１１４と、共通電極１１８と、第２配向膜１２０が順に形成されている。第２透明基板１１２の一端に光源１７０が配置されている。
【０００６】
第２透明基板１１２の外側表面には、複数の反射型ドット１６０が形成されている。そして、第２透明基板１１２の下部に反射板１９０が配置されている。
【特許文献１】特開２０００−１８７２２０号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６に示す構造の液晶表示装置において、光源１７０より入射した光は、第２透明基板１１２の外側表面に形成された複数の反射型ドット１６０によって面光源に変換される。このとき、反射型ドット１６０は、光源１７０の近傍よりも離れるに従って密度を高くして、光源１７０からの光の指向性を制御することが一般的に行なわれる。これにより、画面全体に亘って光量を均一化することが可能となる。図６に示す構造では、光源１７０より入射した光は、第２透明基板１１２の前面側の界面、即ち第２偏光板１５０との界面は全反射が行なわれずに特定の振動方向を有する光は当該第２偏光板１５０に吸収されてしまう。このため、光源１７０より入射した光は、効率よく第２透明基板１１２内を進行せず、画面全体として均一な光を前面側に出射することが困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、半透過半反射型の液晶表示装置において、背面側透明基板を導光板として機能させた場合に、画面全体に亘って光源からの光量を均一化させる、新たな方式を採用した液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる液晶表示装置は、第１の透明基板と、当該第１の透明基板と対向して設けられ、導光板として機能する第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の間に設けられた液晶層と、前記液晶層と前記第２の透明基板の間に設けられた偏光層と、前記偏光層と前記第２の透明基板の間に設けられ、反射領域と透過領域を有する半透過半反射層とを備え、前記半透過半反射層では、反射領域の面積比を光源から離れるに従って、低くなるようにしたものである。このような構成により、光源からの光を画面全体に亘って均一に前面から出射することができ、表示特性を向上させることが可能となる。
【００１０】
さらに、前記偏光層と前記半透過半反射層との間に吸収率制御層を設け、この吸収率制御層では、前記半透過半反射層における反射領域の面積比が高い領域の光の吸収率を反射領域の面積比が低い領域の光の吸収率よりも高くなるようにするとよい。このような構成により、さらに、外光を反射して観察者側に出射する光も画面全体に亘って均一にすることが可能となり、表示特性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、吸収率制御層は、拡散材を有するようにしてもよい。拡散材によって、特に光源からの光の指向性を制御することができる。
【００１２】
また、好適な実施の形態における吸収率制御層は、前記半透過半反射層の反射領域上に形成された印刷層を有する。
【００１３】
前記第２の透明基板の背面側表面に散乱処理を行うようにしてもよい。例えば、反射型ドットを印刷したり、プリズムを形成することによって散乱処理を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画面全体に亘って光源からの光量を均一化させる、新たな方式を採用した液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の構成を示す。この液晶表示装置は、いわゆる半透過半反射型液晶表示装置である。図に示されるように、当該液晶表示装置では、前面側から偏光層１、前面側透明基板２、液晶層３、偏光層４、吸収率制御層５、半透過半反射層６、背面側透明基板７、反射層８が順に配置されている。
【００１６】
偏光層１は、例えば偏光フィルムにより構成され、透過軸と吸収軸が互いに直交し、透過軸と平行な直線偏光を透過し、吸収軸と平行な直線偏光を吸収する。この偏光層１と前面側透明基板２との間に、さらに、位相差層を設けるようにしてもよい。この位相差層は、位相差板や位相差フィルム及びこれらの積層体により構成され、直線偏光を楕円偏光に変換する。
【００１７】
前面側透明基板２は、観察者側に配置された透明基板であり、例えばガラスや透明樹脂により構成され、ＩＴＯ等の透明電極等が形成されている。液晶層３は、前面側透明基板２と背面側透明基板７の間に設けられた、例えばネマチック液晶からなる層である。
【００１８】
偏光層４は、塗布工程によって吸収率制御層５上に形成され、特定の透過軸と平行な振動方向を有する直線偏光のみ通過させる。この偏光層４は、例えば５００ｎｍの厚さを有する。本発明の実施の形態においては、このように偏光層４を液晶層３と背面側透明基板７の間に設けている。
【００１９】
当該偏光層４は、配向処理を施した背面側透明基板７上に染料を配列させたり、染料塗布後に光を照射することにより染料を配向させたり、さらには、染料塗布時の塗布方向に沿って染料を配向させることにより、吸収軸を規定する。偏光層４の塗布方法については、例えば、米国特許第６１７４３９４号に開示された方法を用いることができる。偏光層４の上面には、ＩＴＯ等の透明電極が形成される。
【００２０】
偏光層４と吸収率制御層５との間に、カラーフィルタ（ＣＦ）層を形成してもよい。ＣＦ層は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の領域を有し、これらの各領域を通過する光量を制御することにより、カラー表示を実現する。ＣＦ層６は、例えば２μｍの厚さを有する。
【００２１】
吸収率制御層５は、半透過半反射層６上に設けられている。吸収率制御層５は、本発明において半透過半反射層６における反射領域６１と透過領域６２の面積比を光源９からの光が画面上で均一に出射されるように光源９からの距離に応じて変化させたことに伴って、半透過半反射層６の反射領域６１による反射光を画面上で均一にするために吸収率を制御する役割を有する。より具体的には、反射領域６１の面積比が高い領域では吸収率が高くなるよう制御し、反射領域６１の面積比が低い領域では吸収率が低くなるよう制御している。
【００２２】
半透過半反射層６は、反射領域６１と透過領域６２を有する。反射領域６１は、反射層により形成され、透過領域６２を形成する透過層と同層に設けられる。この反射領域６１は、前面側から入射した光を、前面側に反射する。透過領域６２は、前面側から入射した光を透過し、背面側に出射するとともに、背面側から入射した光も透過し、前面側に出射する。
【００２３】
この例では、反射領域６１をパターニング処理することにより透過領域６２を間欠的に形成し、反射率や透過率を制御している。上述のように、反射領域６１と透過領域６２の面積比は、光源９からの光が画面全体で均一に出射されるように光源９からの距離に応じて変化させている。具体的には、光源９からの距離が近い領域では、光源９からの距離が遠い領域よりも半透過半反射層６と当該背面側透明基板７の間の界面において全反射条件を満足せずに前面側へ出射する光の量がより多いため、画面全体で均一となるように、透過領域６２の面積比を低くしている。逆に、光源９からの距離が遠い領域では、半透過半反射層６と背面側透明基板７間の界面からの出射光量が低いため、透過領域６２の面積比を高くしている。
【００２４】
尚、半透過半反射層６は、金属スパッタ等によって形成されるが、このとき膜厚を制御することにより、反射率や透過率を制御することができる。一般には、反射率や透過率の制御容易性の観点から、金属スパッタ膜にエッチング等で開口を形成した方が好ましい。
【００２５】
背面側透明基板７は、例えばガラス基板や、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明樹脂基板である。背面側透明基板７の背面側には位相差層は設けられていない。本発明の実施の形態１では、この背面側透明基板７には、反射型ドット等の指向性制御処理のための処理が行われていない。背面側透明基板７の側面の近傍に光源９が設けられ、この光源９から側面に入射した光を前面側から面状光として出射する。従って、当該背面側透明基板７は、電極を形成し、前面側透明基板２との間に液晶層を保持する機能に加えて、光源９からの光を面状光に変換する導光板としての機能を有する。
【００２６】
反射層８は、空気層を介して背面側透明基板７の背面側に設けられている。この反射層８は、背面側透明基板７から漏洩した光を当該背面側透明基板７側に反射する機能を有する。
【００２７】
光源９は、背面側透明基板７の側面の近傍に配置される。線状光源でなくとも点状光源であってもよい。例えば、光源９としては、冷陰極線管、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電界発光、小型白熱電球、有機ＥＬ等が用いられる。
【００２８】
図２に、吸収率制御層５、半透過半反射層６、背面側透明基板７の構成例を示す。背面側透明基板７の上面には、半透過半反射層６の反射領域６１となる反射層が形成されている。この反射層を形成していない部分が透過領域６２となる。反射領域６１の上面には、吸収率を制御するために印刷層５１が設けられている。そして、印刷層５１を覆うようにして透明樹脂等からなるオーバーコート層５２が形成されている。このオーバーコート層５２は、オーバーコート層を形成する透明樹脂と屈折率が異なる粒状の拡散材５３を含んでいる。かかる印刷層５１、オーバーコート層５２及び拡散材５３によって吸収率制御層５を構成している。
【００２９】
印刷層５１は、ブラックマトリックス層と同様の材料により構成され、例えば、カーボンやチタンをフォトレジストに分散した樹脂ブラック、金属クロムやニッケルを用いることができる。この印刷層５１は、吸収率を高める必要がある領域では、より面積が大きくなるようにして形成され、吸収率を低くする必要がある領域では、より面積が小さくなるようにして形成される。図２に示す例では、印刷層５１を形成する個々のドットは、大きさが同じであるが、その密度を変えることにより、印刷層５１の面積を制御し、これをもって吸収率を制御している。
【００３０】
吸収率制御層５の拡散材５３は、背面側透明基板７側から入射する光を拡散し、また、反射領域６１によって反射する光を拡散する機能を有する。かかる拡散材５３によって、背面側透明基板７側から半透過半反射層６の透過領域６２を経て前面側に進行する光を拡散することによって、指向性を制御することが可能となる。
【００３１】
図３に背面側透明基板７の上面に反射層及び印刷層５１を形成した状態における上面図を示す。図３において、図面左側に光源が設けられている。図に示される例では、反射領域６１を構成する反射層は、格子状に形成され、反射層が形成されていない領域が透過領域６２となる。印刷層５１は、図面の左側部分の反射領域６１の面積比が大きい領域では、その印刷層５１を形成するドットの数が多くなるように形成され、右側の部分の反射領域６１の面積比が小さい領域では少なくなるよう形成されている。このようにして、反射領域６１による反射光を画面全体で均一にすることができる。
【００３２】
本発明の実施の形態１においては、上述の通り、背面側透明基板７の背面側には、反射型ドット等による指向性制御処理は行われていない。そして、背面側透明基板７の背面側には空気層がある。そのため、光源９より入射した光は、背面側透明基板７の前面側の界面と背面側の界面において全反射しながら進行していき、全反射条件を満たさない光が前面側から出射されたり、反射層８により反射された後に前面側から出射されたりする。このとき、当該背面側透明基板７の前面側に位置する半透過半反射層６は、光源９からの光が面全体において均一な光量となるように、その反射領域６１と透過領域６２の面積比を制御しているため、面全体において均一な光量の光を出射することができる。また、反射領域６１により反射される外光も吸収率制御層５によって画面全体で均一にすることができる。このようにして、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
【００３３】
発明の実施の形態２．
発明の実施の形態１においては、導光板として機能する背面側透明基板では指向性制御処理は行われておらず、当該背面側透明基板の背面側表面には何等処理は施されていなかった。発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置では、背面側透明基板の背面側表面に反射型ドットを形成している。図４に、当該液晶表示装置の概略断面図を示す。図４において、背面側透明基板７の構成のみが発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置と異なり、他の構成については同じであるため説明を省略する。
【００３４】
図に示されるように、背面側透明基板７の背面側表面には、反射型ドット７１が形成されている。この反射型ドット７１は、背面側透明基板７の背面側表面において略均一に配置されている。従って、当該反射型ドット７１は、指向性を制御するものではあるが、光源９からの距離に応じてその指向性の制御に変化をつけるものではない。従って、このような構成を有する背面側透明基板７の前面より出射する光の量は、光源９に近い側が多くなり、光源９から離れるに従って少なくなる。
【００３５】
このため、本発明の実施の形態２においても、発明の実施の形態１と同様に、半透過半反射層６の反射領域６１と透過領域６２の面積比を制御している。具体的には、光源９に近い側の反射領域６１の面積比を大きくし、光源９から離れるに従って反射領域６１の面積比を小さくしている。
【００３６】
尚、背面側透明基板７における指向性制御処理としては、反射型ドット７１を形成する他に、背面側透明基板７の背面側の表面にプリズムを形成したり、散乱加工を行なうようにしてもよい。
【００３７】
本発明の実施の形態２においても、発明の実施の形態１と同様に、面全体において均一な光量の光を出射することができ、これにより、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
【００３８】
発明の実施の形態３．
発明の実施の形態１においては、導光板として機能する背面側透明基板では指向性制御処理は行われておらず、当該背面側透明基板の背面側表面には何等処理は施されていなかった。発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置では、背面側透明基板の背面側表面に反射型ドットを形成している。図５に、当該液晶表示装置の概略断面図を示す。図５において、背面側透明基板７の構成のみが発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置と異なり、他の構成については同じであるため説明を省略する。
【００３９】
図に示されるように、背面側透明基板７の背面側表面には、反射型ドット７１が形成されている。発明の実施の形態２における反射型ドット７１は、背面側透明基板７の背面側表面において略均一に配置されていたが、本発明の実施の形態３における反射型ドット７１は、光源９からの距離に応じてその指向性の制御に変化をつけている。具体的には、反射型ドット７１は、光源９から離れるに従って、その密度が高くなるように形成されている。即ち、光源９から離れるに従って、背面側透明基板７の前面から出射する光の量が、光源９から離れるに従って多くなるよう構成されている。
【００４０】
本発明の実施の形態３においては、このように反射型ドット７１等によって指向性の制御に変化をつけているものの、画面全体の光量を均一化するに至らず、さらに、半透過半反射層６における反射領域６１及び透過領域６２の面積比を制御することによって、画面全体の光量の均一化を図っている。
【００４１】
換言すると、本発明の実施の形態３においては、背面側透明基板７における指向性制御の変化と、半透過半反射層６における反射領域６１及び透過領域６２の面積比の変化の双方を同時行なうことによって、最終的に画面全体の光量の均一化を達成している。
【００４２】
具体的には、本発明の実施の形態３においても、光源９に近い側の反射領域６１の面積比を大きくし、光源９から離れるに従って反射領域６１の面積比を小さくしている。
【００４３】
尚、背面側透明基板７における指向性制御処理としては、反射型ドット７１を形成する他に、背面側透明基板７の背面側の表面にプリズムを形成したり、散乱加工を行なうようにしてもよい。
【００４４】
本発明の実施の形態３においても、発明の実施の形態１と同様に、面全体において均一な光量の光を出射することができ、これにより、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である。
【図２】本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である。
【図３】本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である。
【図４】本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である。
【図５】本発明にかかる液晶表示装置の部分断面図である。
【図６】従来の液晶表示装置の部分断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  偏光層
２  前面側透明基板
３  液晶層
４  偏光層
５  吸収率制御層
６  半透過半反射層
７  背面側透明基板
８  反射層
９  光源
５１  印刷層
５２  オーバーコート層
５３  拡散材
６１  反射領域
６２  透過領域
７１  反射型ドット
【図１】
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【図２】
2005134498.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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