(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙内に保持された電気光学物質、及び該第１基板と第２基板の少くとも片方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えたパネルと、
該第１基板の外側に配されて該パネルの画面内領域及び画面外領域に重なる導光板と、該導光板の端部に配され必要に応じて照明光を発生する光源とを有し、
前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ該光源から該導光板の端部に入射した照明光を該導光板の内部に導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射する反射型表示装置であって、
前記導光板は帯状に分割された平坦部及び各平坦部の間に位置する傾斜部を有しており、該光源から該導光板の内部を通って前方に向って導かれた照明光を各傾斜部で反射して該パネルの画面内領域に入射するとともに、該パネルの画面内領域から反射した照明光を各平坦部から出射するとともに、
前記パネルは、その画面外領域に鏡面反射層が配されており、
前記導光板は該光源と該画面内領域との間にある該画面外領域の位置に減衰手段を有しており、光源から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を、前方の画面内領域に向って導光することを特徴とする反射型表示装置。
【請求項２】
前記減衰手段は、該導光板の表面に形成された光拡散層であることを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
【請求項３】
前記減衰手段は、該導光板の表面に形成された光吸収層であることを特徴とする請求項１記載の反射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然光等の外光を利用して表示を行う反射型表示装置に関する。より詳しくは、外光が乏しいときに補助的に用いる照明構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気光学物質として液晶を用いた表示装置はフラットパネル構造を有し、薄型軽量であるとともに消費電力が低いという特徴がある。液晶表示装置はこれらの特徴を活かして例えば携帯機器のディスプレイに多用されている。ＬＥＤ等の自発光型ディスプレイと異なり、液晶表示装置（ＬＣＤ）は電圧に応答して外光を透過遮断することで画像を映し出す受動デバイスである。従って、何らかの照明構造が必要となる。照明構造からみると表示装置は透過型と反射型に分けられる。透過型は表示装置の背面にバックライトを配置し、正面から画像を観察する。反射型は外光をそのまま照明光源として利用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透過型の表示装置では、透明な一対の基板間に電気光学物質として液晶を保持したパネルを作成し、その背面に照明用の光源（バックライト）を配置する一方、バックライトの正面から画像を観察する。透過型の場合、バックライトは必須であり例えば冷陰極管等が用いられる。このため、ディスプレイ全体として見た場合バックライトが大部分の電力を消費するため、携帯機器のディスプレイには不向きである。これに対し、反射型では、パネルの背面に反射板を配置する一方、正面から自然光等の外光を入射しその反射光を利用して同じく正面から画像を観察する。透過型と異なり背面照明用の光源を使わないので、反射型は比較的低消費電力で済み、携帯機器のディスプレイに向いている。しかしながら、反射型表示装置は夜間等外光の乏しい環境下では画像を観察することができず、解決すべき課題となっている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題を解決するために以下の手段を講じた。即ち、本発明に係る反射型表示装置は、基本的な構成としてパネルと導光板と光源とを備えている。パネルは、外光の入射側に位置する透明な第１基板、所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に位置する第２基板、該間隙に保持された電気光学物質及び該第１基板と第２基板の少なくとも片方に形成され該電気光学物質に電圧を印加する電極を備えている。導光板は透明な材料からなり該第１基板の外側に配され、該パネルの画面内領域及び画面外領域に重なる。光源は該導光板の端部に配され、必要に応じて照明光を発生する。特徴事項として、前記導光板は、通常外光を透過して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した外光を出射する一方、必要に応じ該光源から該導光板の端部に入射した照明光を該導光板の内部に導光して該第１基板に入射し且つ該第２基板から反射した照明光を出射する。前記導光板は帯状に分割された平坦部及び各平坦部の間に位置する傾斜部を有しており、該光源から該導光板の内部を通って前方に向かって導かれた照明光を各傾斜部で反射して該パネルの画面内領域に入射するとともに、該パネルの画面内領域から反射した照明光を各平坦部から出射する。さらなる特徴事項として、前記パネルはその画面外領域に鏡面反射層が配されており、前記導光板は該光源と該画面内領域との間にある画面外領域の位置に減衰手段を有しており、光源から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を前方の画面内領域に向って導光する。好ましくは、前記減衰手段は、該導光板の表面に形成された光拡散層である。或いは、前記減衰手段は、該導光板の表面に形成された光吸収層であってもよい。
【０００６】
本発明によれば、反射型のパネルの表面に、導光板を配置するとともに、その端部に光源を配置している。暗い環境下では、光源を点灯し導光板を介して照明光をパネル側に入射して画像を映し出す。明るい環境下では光源を消灯し、透明な導光板を介して直接外光を利用し画像を映し出す。導光板は基本的に透明であり、明るい環境下でも画像を観察する際何ら障害とならない。このように、本発明によれば、必要なときだけ光源を点灯すればよく、ディスプレイ全体としての消費電力を大幅に削減可能であり、携帯機器のディスプレイに好適である。上述した基本的な作用に加え、本発明では特に暗い環境下における画質を高めるために工夫を凝らしている。即ち、導光板は光源とパネルの画面内領域との間にある画面外領域の位置に減衰手段を有しており、光源から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を前方の画面内領域に向って導光することにより、ムラのない均一な夜間照明を可能にしている。
【０００７】
【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を詳細に説明する。図１は、本発明に係る反射型表示装置の概念的な構成を示す斜視図である。図示するように、本反射型表示装置は、基本的な構成としてパネル０と導光板３０と光源４０とを備えている。パネル０は外光の入射側に位置する透明な第１基板１、所定の間隙を介して第１基板１に接合し反射側に位置する第２基板２、両基板１，２の間隙に保持された電気光学物質３及び第１基板１と第２基板２の少くとも一方に形成され電気光学物質３に電圧を印加する電極を備えている。導光板３０は例えばアクリル樹脂等透明材料の射出成形品からなり、第１基板１の外側に配されている。光源４０は導光板３０の端部に配され、必要に応じて照明光を発生する。この光源４０は例えば冷陰極管からなり、所謂エッジライトと呼ばれる。このエッジライトの照明効率を改善するため、円筒型の光源４０の後ろに反射鏡４１が配されている。係る構成において、導光板３０は、通常外光を透過して第１基板１に入射し且つ第２基板２から反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光して第１基板１に入射し且つ第２基板２から反射した照明光を出射する。尚、図示しないが第２基板２側には反射層が設けられている。
【０００８】
導光板３０は帯状に分割された平坦部３１及び各平坦部３１の間に位置する傾斜部３２を有しており、光源４０から前方に向かって導かれた照明光を各傾斜部３２で反射してパネル０の画面内領域に入射するとともに、パネルの画面内領域から反射した照明光を各平坦部３１から出射する。特徴事項として、導光板３０は光源４０と画面内領域との間にある画面外領域の位置に減衰手段３３を有している。減衰手段３３は例えば光拡散層又は光吸収層からなり、光源４０から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を前方の画面内領域に向って導光する。係る構成により、パネル０を画面内領域全体に渡って均一に照明することが可能になる。
【０００９】
図２は、導光板３０の機能を説明するための模式図である。尚、減衰手段を備えていない導光板を示してある。光源から発した入射角の大きい照明光ＰＨ（点線で示す斜行光）は導光板３０の平坦部３１で反射されながら前方に向って導光されていく。一方、入射角の小さい照明光ＰＬ（実線で示す平行光）は４５°の傾斜部３２で全反射され、導光板３０と垂直な方向に出射される。この垂直に出射された照明光ＰＬが反射型液晶パネルの照明に利用される。
【００１０】
図３は、図２に示した導光板をパネル０に装着した使用状態を表している。前述したしたように、パネル０は一般に有効画面を構成する画面内領域とその周辺の画面外領域とに分かれている。画面外領域には周辺回路等が形成されており、一般的に鏡面反射層９ａが配されている。一方、画面内領域には散乱反射層９が配されている。光源から発した入射角の小さい照明光ＰＬは図２に示した単体と同様に進行する。しかしながら、入射角の大きな照明光ＰＨはパネル０の画面内領域にある散乱反射層９で反射角が変化し、単体中の様に導光板３０内を水平前方に進行できず、パネル０の画面内領域に向って出射される。よって、パネル０の照度が光源側で明るく前方側で暗くなってしまう。
【００１１】
図４は本発明に従って減衰手段を画面外領域に設けた導光板３０をパネル０に使用した状態を示している。この例では減衰手段として光拡散層３３ａを設けている。これに代えて、光吸収層を使ってもよい。光源から発した入射角の大きな照明光ＰＨはまず画面外領域で平坦部３１に入射する。この平坦部３１には上述したように減衰手段として光拡散層３３ａが帯状に形成されている。ここで照明光ＰＨは拡散され導光板３０の水平方向に対して角度が急激に大きくなり、結局画面外領域に閉じ込められてしまう。光拡散層３３ａに代えて光吸収層を設けた場合光源から発した入射角の大きい照明光ＰＨはここで吸収されるため、やはり画面内領域に向って導光されることはない。従って、画面外領域を超えて画面内領域に導光されるのは入射角の小さい照明光ＰＬであり、これにより画面内領域を均一に照明することができる。
【００１２】
減衰手段を備えていない導光板を用いた場合には、平坦部３１の幅寸法が大きくなる程、光源側と前方側とで輝度の差が顕著になる。例えば、４５°の傾斜部３２の幅寸法を６μｍに固定し、平坦部３１の幅寸法が７０μｍのものと２５２μｍのものを試作してみた。平坦部３１の幅寸法が７０μｍの導光板では特に減衰手段を設けなくても画面内領域全体に渡って均一な照明ができた。しかしながら、平坦部３１の幅寸法を２５２μｍにした導光板は光源側の輝度が前方側の倍になってしまった。この平坦部３１の幅寸法が２５２μｍである導光板に幅が５ｍｍの光拡散層からなる減衰手段を設けた場合、画面内領域全体に渡って輝度差のない照明を行うことができた。
【００１３】
図５は、本発明に係る反射型表示装置の実施形態を示す模式的な部分断面図である。本実施形態は、基本的に導光板１３０とパネルとを重ねたフラット構造となっている。導光板１３０には平坦部１３１と傾斜部１３２に加え減衰手段（図示省略）が形成されている。パネルはアクティブマトリックス型の構成となっている。上側の基板１０１は導光板１３０に接して入射側に位置し、ガラス等の透明基材からなる。一方、下側の基板１０２は反射側に位置し、必ずしも透明材料を用いる必要はない。一対の基板１０１，１０２の間隙にはゲストホスト液晶層１０３が保持されている。このゲストホスト液晶層１０３は負の誘電異方性を有するネマティック液晶１０４を主体とし、且つ二色性色素１０５を所定の割合で含有している。但し、本発明はゲストホスト液晶に限られるものではなく、他の表示モードの液晶を利用することも可能である。上側の基板１０１の表面には対向電極１０６と配向膜１０７が形成されている。更に、カラーフィルタ１５０も形成されている。配向膜１０７は例えばポリイミドフィルムからなり、ゲストホスト液晶層１０３を垂直配向している。下側の基板１０２には少くとも、薄膜トランジスタ１０８からなるスイッチング素子と散乱反射層１０９と画素電極１１１とが形成されている。散乱反射層１０９は平坦化層１１４で平坦化されており、その上に画素電極１１１がパタニングされている。従って、画素電極１１１と対向電極１０６との間でゲストホスト液晶層１０３に十分な電界を印加することが可能である。画素電極１１１は平坦化層１１４に開口したコンタクトホール１１２を介して薄膜トランジスタ１０８に電気接続している。
【００１４】
前述したように、散乱反射層１０９及び薄膜トランジスタ１０８の凹凸を埋めるため平坦化層１１４が介在しており、画素電極１１１はコンタクトホール１１２を介して薄膜トランジスタ１０８に接続することになる。散乱反射層１０９は個々の画素電極１１１に対応して細分化されている。個々に細分化された部分は対応する画素電極１１１と同電位に接続されている。散乱反射層１０９は入射光の鏡面反射を防止して画質の改善を図るために用いられる。画素電極１１１の表面を被覆するように配向膜１１５が形成されており、ゲストホスト液晶層１０３に接してその配向を制御している。本実施形態では、この配向膜１１５は対向する配向膜１０７と一緒になって、ゲストホスト液晶層１０３を垂直配向している。
【００１５】
薄膜トランジスタ１０８はボトムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極１１６、ゲート絶縁膜１１７、半導体薄膜１１８を重ねた積層構造を有している。半導体薄膜１１８は例えば多結晶シリコンからなり、ゲート電極１１６と整合するチャネル領域は上側からストッパ１１９により保護されている。係る構成を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタ１０８は層間絶縁膜１２０により被覆されている。層間絶縁膜１２０には一対のコンタクトホールが開口しており、これらを介してソース電極１２１及びドレイン電極１２２が薄膜トランジスタ１０８に電気接続している。これらの電極１２１及び１２２は例えばアルミニウムをパタニングしたものである。ドレイン電極１２２は散乱反射層１０９と同電位になっている。又、画素電極１１１は前述したコンタクトホール１１２を介してこのドレイン電極１２２と電気接続している。一方、ソース電極１２１には信号電圧が供給される。
【００１６】
図６は、図５に示したアクティブマトリックス型の表示装置の模式的な平面図である。図示するように、本表示装置２００は画面内領域２０３に含まれる画素アレイ部２０４と、画面外領域に含まれる周辺回路と、これに外部から信号を供給する複数の入力端子２０５とを含んでいる。
【００１７】
画素アレイ部２０４は行列配置した画素を有している。個々の画素は画素電極ＰＸＬとスイッチング用の薄膜トランジスタＴｒとからなる。又、行状に配列したゲートラインＸと列状に配列した信号ラインＹとを備えている。各薄膜トランジスタＴｒのゲート電極は対応するゲートラインＸに接続され、ソース電極は対応する信号ラインＹに接続され、ドレイン電極は対応する画素電極ＰＸＬに接続されている。
【００１８】
周辺回路部は入力端子２０５から供給された信号に応じて順次画素の各行を選択駆動する垂直駆動手段と、選択された画素を列順次で選択駆動する水平駆動手段とを有している。本例では、垂直駆動手段は画面内領域２０３の左右両側に配置された一対の垂直駆動回路２０６，２０７からなり、画素の各行を両側から同時に選択駆動する。第一垂直駆動回路２０６がゲートラインＸの左端側に接続される一方、第二垂直駆動回路２０７がゲートラインＸの右端側に接続されている。両垂直駆動回路２０６，２０７は互いに同一タイミングでゲートパルスを順次出力し、薄膜トランジスタＴｒを行毎に開閉して上述した画素の選択駆動を行なう。一方、前記水平駆動手段は単一の水平駆動回路２０８から構成されており、信号ラインＹの一端に接続されている。水平駆動回路２０８は入力端子５を介して外部から供給された映像信号を各信号ラインＹに分配し、選択された画素を列順次で書き込み駆動する。以上に説明した垂直駆動回路２０６，２０７及び水平駆動回路２０８は画面外領域に配される一方、画素アレイ部２０４は画面内領域２０３に配される。
【００１９】
図７は、図６に示した反射型の表示装置に導光板及び光源をセットした状態を表している。図示するように、反射型表示装置２００の端部に光源２４０が配されている。表示装置２００は中央の画面内領域２０３と周辺の画面外領域２１３とに分かれている。前述したように、画面外領域２１３には周辺回路が集積形成されており、基本的には鏡面反射構造となっている。一方、画面内領域２０３には画素電極やこれらをスイッチング駆動する薄膜トランジスタが集積形成されており、基本的に散乱反射構造となっている。尚、導光板は図示していないが、特に説明の都合上減衰手段が形成されていないものを用いている。
【００２０】
図８は、図７に示した表示装置の画面の明度分布を示す模式的なグラフである。横軸に画面の上下方向位置を示し、縦軸に明度を採ってある。グラフ上、ｘ０は図７に示した画面外領域２１３の端部に対応し、ｘ１は画面内領域２０３と画面外領域２１３の境界に対応している。図８のグラフから明らかなように、何ら減衰手段を導光板に設けない場合、光源２４０に近接する画面内領域２０３の端部に、極めて明度の高い領域Ｚが発生してしまう。これは、画面内領域２０３の外観を著しく損なうものである。図８に示した現象は図３に模式的に表した状態と対応している。図３に示したように、画面外領域に近接する画面内領域の部分で大量の照明光が外部に出射するため、この部分だけ特に明るくなってしまう。そこで、図４に示したように、画面外領域に減衰手段として例えば光拡散層を設けることにより、画面内に漏れ出す可能性のある不要な照明光を画面外領域に閉じ込めておく。
【００２１】
本発明に係る導光板の構造は上述した反射型表示装置ばかりでなく、透過型表示装置のバックライトにも応用可能である。この応用例を図９に示す。図示するように、本透過型表示装置は基本的な構成としてパネル３００、導光板３３０、光源３４０を備えている。パネル３００は正面側に位置する透明な第１基板３０１、所定の間隙を介して該第１基板３０１に接合し背面側に位置する透明な第２基板３０２、該間隙内に保持された電気光学物質、及び該第１基板３０１と該第２基板３０２の少くとも片方に形成され電気光学物質に電圧を印加する電極を備えている。本例では電気光学物質はＴＮモードのネマティック液晶からなり、この関係でパネル３００の両側に一対の偏光板３７０，３８０が配されている。導光板３３０は第２基板３０２の外側に配され、パネル３００の画面内領域及び画面外領域に重なっている。尚、導光板３３０とパネル３００の間に光拡散板３６０が介在している。光源３４０は導光板３３０の端部に配され照明光を発生する。光源３４０は反射鏡３４１に収納されている。導光板３３０は所定の間隔で配された帯状の傾斜部３３２を有しており、光源３４０から前方に向って導かれた照明光を各傾斜部３３２で反射して背面側からパネル３００の画面内領域に入射する。この照明光の入射を補助するため、光反射板３９０が配されている。特徴事項として、導光板３３０は光源３４０と画面内領域との間にある画面外領域の位置に減衰手段３３３を有しており、光源３４０から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を前方の画面内領域に向って導光する。これにより、透過型表示装置の画面内領域を背面から均一に照明することが可能である。減衰手段３３３は例えば導光板３３０の少くとも一面に形成された光拡散層からなる。或いは、減衰手段３３３は導光板３３０の少くとも一面に形成された光吸収層であってもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射型のパネルの上に導光板を配し、且つ導光板の端部に補助照明用の光源を配している。導光板は通常外光を透過してパネルに入射し且つパネルから反射した外光を出射する一方、必要に応じ照明光を導光してパネルに入射し且つパネルから反射した照明光を出射する。暗い環境下では光源を点灯することにより、反射型のパネルであっても画像が観察できるようにしている。一方、外光が豊富な明るい環境下では光源を消灯して電力の節約を図っている。導光板は帯状に分割された平坦部及び各平坦部の間に位置する傾斜部を有しており、光源から前方に向って導かれた照明光を各傾斜部で反射してパネルの画面内領域に入射するとともに、パネルの画面内領域から反射した照明光を各平坦部から出射する。導光板は光源と画面内領域との間にある画面外領域の位置に減衰手段を有しており、光源から発した照明光のうち比較的入射角が大きい成分を画面外領域で実質的に減衰し、比較的入射角が小さい成分を前方の画面内領域に向って導光することにより、画面内領域の均一な照明を実現している。係る構成を有する導光板を透過型表示装置の背面照明に用いることで、同じく画面内領域の均一な背面照明を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型表示装置の基本的な概念を示す模式図である。
【図２】導光板の参考例を示す模式図である。
【図３】導光板の使用状態を示す参考例である。
【図４】本発明に係る導光板の使用状態並びに機能を説明する模式図である。
【図５】本発明に係る反射型表示装置の実施形態を示す模式的な部分断面図である。
【図６】反射型表示装置の模式的な平面図である。
【図７】図６に示した反射型表示装置に導光板及び光源を組み込んだ参考例を示す模式的な平面図である。
【図８】図７に示した表示装置の画面の明度分布を示すグラフである。
【図９】本発明に係る透過型表示装置の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
０・・・パネル、１・・・第１基板、２・・・第２基板、３・・・電気光学物質、３０・・・導光板、３１・・・平坦部、３２・・・傾斜部、３３・・・減衰手段、４０・・・光源
【図１】
0003968482.tif 000002
【図２】
0003968482.tif 000003
【図３】
0003968482.tif 000004
【図４】
0003968482.tif 000005
【図５】
0003968482.tif 000006
【図６】
0003968482.tif 000007
【図７】
0003968482.tif 000008
【図８】
0003968482.tif 000009
【図９】
0003968482.tif 000010