JP2000131667A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光拡散板による出射光の損失を抑制して高輝度
の画像表示を可能とする。 【解決手段】上部基板５と下部基板１の間に液晶層９を
挟持してなり、下部基板１の内面に形成した反射機能を
有する反射層２と、上部基板５の上層に積層した偏光板
と位相差板を含む光学フィルム１１と、光学フィルム１
１の上部に配置した補助光源用の導光体１３と、さらに
その上部に配置したタッチパネル１５とを具備し、導光
体１３の上方に光拡散板１２を配置した。

Description

【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、特に反射モードの液晶パネルの表示面側に補助光源
とタッチパネルの少なくとも一方を配置した液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコンの表示手段、その他のモニター
として使用される液晶表示装置は、液晶パネルに生成し
た画像に照明光を照射し、その透過光または反射光を表
示面側に出射させることで可視化するものである。

【０００３】すなわち、この種の液晶表示装置は、一般
に、画素選択電極等を有する一対の基板の貼り合わせ間
隙に液晶層を挟持した液晶パネルを用い、選択された画
素部分の液晶分子の配向状態を変化させることで画像を
生成する。生成された画像は、それ自体では可視状態に
ないため、外部から光を与えて液晶パネルを照射し、そ
の透過光あるいは反射光を観察するように構成される。

【０００４】この照明光の光源としては、液晶パネルの
裏面に設置した光源、所謂バックライトを用いるもの
と、外来光を用いるものとがある。特に、電源容量に制
限がある、例えＰＤＡ（小型の可搬型データ端末）で
は、搭載電源自体が小さいため、その液晶表示装置の照
明光源にバックライト等のアクティブ光源を備えること
なく、周囲の光を取り込んで、これを照明光とするもの
が多い。しかし、周囲光が少なかったり、全く外光が無
い環境での使用を可能とするために、補助光源を配置し
て暗環境でも使用可能としたものも製品化されている。

【０００５】外来光を用いる液晶表示装置には反射型が
多く、表示面側の基板（上部基板）とは反対側の基板
（下部基板）の内面に鏡面処理した金属膜等からなる反
射層を備え、観察側の基板を通して入射した外来光を反
射させて上部基板から出射させることで画像の可視化を
行っている。この形式の液晶表示装置を内面反射型と称
している。なお、下側基板の裏面に反射板を設置した形
式のものも知られている。

【０００６】反射型の液晶表示装置に補助光源を用いる
場合は、液晶パネルの上部基板の上に導光体を積層し、
当該導光体の端縁に配置した線状ランプの光を導光体内
を伝播させることで面状の照明光源とする形式が一般的
である。

【０００７】さらに、ＰＤＡ等では、表示面からペンあ
るいは指等で直接データ等を入力するための所謂タッチ
パネルを備えたものがある。このようなタッチパネルは
液晶パネルの上部基板の上、また補助光源を備えたもの
では当該補助光源を構成する導光体の上に積層される。

【０００８】図７は従来の反射型の液晶表示装置を構成
する液晶表示装置の構成例を説明する模式断面図であっ
て、表示面にペン入力のタッチパネルを設置した単純マ
トリクス型（ＳＴＮ型）の液晶表示装置を示す。

【０００９】同図において、１は下部基板（下部ガラス
基板）、２は金属層を好適とする反射層、３は保護膜、
４は下側電極（透明電極）、５は上部基板（上部ガラス
基板）、６はカラーフィルタ、７は保護膜、８は上側電
極（透明電極）、９は液晶層、１０はシール材、１１は
位相差板と偏光板からなる光学フィルム、１２は光拡散
板、１３は導光体、１４は光源（線状ランプ）、１５は
情報入力用のタッチパネルである。なお、下側電極４と
上側電極８に上面には、それぞれ液晶層を構成する液晶
分子の配向方向を規定するための配向膜が塗布される
が、図では省略してある。

【００１０】下部基板１と上部基板５の内面、すなわち
下側電極４と上側電極８を形成した面を対向させて所定
の間隙で貼り合わせ、当該間隙に液晶層を挟持してシー
ル材１０により周縁を封止して液晶パネルを構成する。

【００１１】この液晶パネルの上部基板５側には、位相
差板と偏光板からなる光学フィルム１１が積層してあ
る。この光学フィルム１１の上には、透明板にシリカ微
粒子を塗布した光拡散板１２が積層してあり、上方の多
方面から入射する外光を有効に取込み、さらに反射光を
外部に拡散して液晶パネルから出射する変調光（表示
光）を有効に出射させる。なお、この光拡散板１２は光
学フィルム１１の上にシリカ微粒子を塗布したものでも
よい。

【００１２】光拡散板の上方には、照明光源を構成する
導光体１３が積層してあり、その一方の辺縁に沿って線
状ランプ１４が設置され、所謂フロントライトを構成し
ている。このフロントライトは、ＰＤＡでは、一般に補
助光源と呼ばれ、線状ランプ１４は明るい環境下では消
灯状態にあり、外光が少ないか、あるいは無い環境では
点灯して液晶パネルを表面側から照明するように構成さ
れている。

【００１３】このフロントライトを構成する導光体１３
の上面には画面から情報を入力するための、所謂タッチ
パネル１５が積層されている。このタッチパネル１５は
一般に、液晶パネルの画面に対してＸ−Ｙ座標を構成
し、ペンあるいは指等で押圧した部分の電気抵抗や容量
の変化で当該部分の座標を検知する入力手段である。

【００１４】なお、液晶パネルの下側電極４と上側電極
８に表示情報に応じた電圧を印加するための駆動回路基
板等の周辺部品等は図示を省略してある。

【００１５】タッチパネル１５と導光体１３および光学
フィルム１１を通して入射した外来光Ｌ₁ は上部基板５
から液晶パネルの内部に入り、下部基板１の内面に形成
した反射層２で反射されて再度上部基板５から出射す
る。この出射光Ｌ₂ は液晶層２を構成する液晶分子で形
成された画像で変調されるため、出射光Ｌ₂ を観察する
ことで画像を可視的に認識することができる。

【００１６】なお、光学フィルム１１を構成する位相差
板５は出射光の色付きを補償し、偏光板は液晶層９を通
過した画像成分の変調光のみを出射させ、光拡散板１２
は入射光のむらを無くして均一な明るさを得る機能を有
する。

【００１７】また、タッチパネル１５は、ペン等による
押圧で所要の情報を画面から直接入力し、これを液晶パ
ネルに表示すると共に、図示しない記憶手段に格納し、
再生する等のために使用される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の液
晶表示装置では、液晶パネルに入社した外光Ｌ₁ が反射
層２で反射された後、光拡散板１２で拡散された一部の
光Ｌ₃ が導光体１３やタッチパネル１５で正反射して液
晶パネル側に戻るため、出射光Ｌ₂ がその分減少し、画
面輝度が低下するという問題があった。

【００１９】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、光拡散板で拡散された出射光Ｌ₂ の一部が液晶パ
ネル側に戻るのを減少させることにより高輝度の画像表
示を可能とした液晶表示装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、液晶パネル
に設置する光拡散板の位置を前記導光体より上方に配置
したことにより達成される。

【００２１】すなわち、本発明は、下記（１）ないし
（２）に記載の構成とした点に特徴を有する。

【００２２】（１）上部基板と下部基板の間に液晶層を
挟持してなり、前記下部基板の内面に形成した反射機能
を有する反射層と、前記上部基板の上層に積層した偏光
板と位相差板を含む光学フィルムと、前記光学フィルム
の上部に配置した補助光源用の導光体と、さらにその上
部に配置したタッチパネルとを具備し、前記光拡散板を
前記導光体より上方に配置した。

【００２３】この構成により、光拡散板で拡散された液
晶パネルからの反射光の殆どは観察側に出射するため、
表示画面の輝度を低下させることはない。

【００２４】（２）（１）における前記上部基板と下部
基板の何れか一方の内面にカラーフィルタ膜を備えた。

【００２５】この構成により、光拡散板で拡散されカラ
ーフィルタで色変調された液晶パネルからの反射光の殆
どは観察側に出射するため、カラー画像の表示画面の輝
度を低下させることはない。

【００２６】なお、本発明は、上記の構成に限定される
ものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、
種々の変更が可能である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を参照して詳細に説明する。

【００２８】図１は本発明による液晶表示装置の第１実
施例を説明するための模式断面図であって、１は下部基
板である下部ガラス基板、２は反射層であるアルミニウ
ム薄膜、３はＳｉＯ₂ 等の酸化防止膜からなる保護膜、
４は下側電極である下部透明電極、５は上部基板である
下部ガラス基板、６は３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィ
ルタ、７はカラーフィルタから滲出する汚染物質から液
晶層を保護すると共に表面を平坦化するための透明有機
材料からなる保護膜、８は上側電極である上部透明電
極、９は液晶組成物からなる液晶層、１０は上部基板と
下部基板の間に液晶層を封入し、貼り合わせて液晶パネ
ルとして固定するエポキシ樹脂等のシール材である。

【００２９】この液晶パネルの上部ガラス基板５側の表
面（上側）には、位相差板と偏光板からなる光学フィル
ム１１が積層されている。

【００３０】なお、カラーフィルタ６を構成する各色
Ｒ，Ｇ，Ｂの間には必要に応じて格子状の遮光膜（ブラ
ックマトリクス）を形成し、その上に保護膜７を形成す
る。

【００３１】鏡面反射性を有する反射層であるアルミニ
ウム薄膜は、本実施例ではアルミニウムの蒸着法で形成
してある。このアルミニウム薄膜の表面には反射率を向
上させるための多層膜を施しても良く、その上にアルミ
ニウムの腐食保護と表面の平坦化を行う保護膜３を形成
する。なお、この反射層はアルミニウムに限らず、鏡面
反射性を有する反射層を構成するものであれば他の金属
膜、あるいは非金属膜を用いてもよい。この保護膜は通
常透明な有機材料を用い、その上に液晶パネルを駆動す
るための下部透明電極４を形成する。

【００３２】上部ガラス基板の上面に配置する光学フィ
ルム１１を構成する偏光板の偏光度および偏光軸、位相
差板のΔｎｄは既知の方法により液晶組成物のΔｎｄ、
ツイスト角、チルト角から決定される最適な値に設計す
る。

【００３３】光学フィルム１１を設置した液晶パネルの
上方には、外光が少ない室内、夜間等の暗い環境下での
使用のための補助光源として、透明アクリル等の樹脂板
を表面加工し、光を液晶パネル側に有効に放出させる機
能を有する導光体１３を設置してある。この導光体１３
の一辺縁に沿って冷陰極蛍光灯等の線状ランプ１４が配
置してあり、上記の導光体１３に照明光を導入する。こ
の形式の照明装置は一般にフロントライトと称してい
る。

【００３４】図２は図１におけるフロントライトの一例
を説明する平面図、図３は図２の要部説明図で、（ａ）
は図２のＡ−Ａ線の沿った要部断面図、（ｂ）は（ａ）
の上面図である。このフロントライトは、導光体１３と
線状ランプ１４からなり、導光体１３の上面（液晶パネ
ルと反対側の面）には線状ランプ１４から導入された光
を液晶パネル方向に指向させるためのパターン１３ａが
形成されている。

【００３５】このパターン１３ａは、図３の（ａ）に示
したように、導光体１３の表面に彫り込んだ微細な凹部
で形成される。この実施例では、当該凹部の形状は断面
が台形となっており、同図（ｂ）に示した上面図のよう
に、線状ランプ１４側の対面する斜面が当該線状光源か
ら遠ざかるにつれて傾斜角が緩和するように形成されて
いる。このような凹部を設けることで、線状ランプ１４
からの光を導光体１３の全域から液晶パネルに出射させ
る面光源を構成する。

【００３６】フロントライトを構成する導光体１３の上
方には、情報入力用のタッチパネル１５が積層されてい
る。このタッチパネル１５はガラス基板と透明フィルム
で抵抗体を挟持した既知の構造を有するものである。

【００３７】このタッチパネル１５の表示面側の表面
に、例えば透明なポリエチレンテレフタレート等の透明
フィルムの表面に微細でランダムな傷を付けて形成した
光拡散機能を有する光拡散板１２を積層してある。この
光拡散板１２の表面は情報入力時のペンの圧力および摩
擦に耐える透明な補強コーティングを施してある。

【００３８】本実施例により、液晶パネルの反射層で反
射された光が光拡散板に至るまでは各構成層（上部ガラ
ス基板、光学フィルム、導光体、タッチパネル）の界面
の屈折率の差による反射の損失のみであり、光拡散板を
通過した光（出射光）は全て拡散光として液晶表示装置
の外部に放出される。そのため、表示画面の輝度低下が
抑制され、高輝度の画像表示を得ることができる。

【００３９】図４は本発明による液晶表示装置の第２実
施例を説明するための模式断面図であって、本実施例を
構成する各構成部材は前記第１実施例と同様であるた
め、繰り返しの説明は省略する。

【００４０】本実施例では、光拡散板１２を導光体１３
の上面（タッチパネル側の面）に設置した点を除いて図
１と同様である。本実施例では、光拡散板１２を導光体
１３の上面に積層してあり、光拡散板１２を通過した液
晶パネルからの出射光は深い角度で散乱された極く一部
の光がタッチパネル１２で正反射するのみであり、図７
で説明した従来の構成に比べて光の損失は少なく、従っ
て表示画面の輝度低下が抑制され、高輝度の画像表示を
得ることができる。

【００４１】図５は本発明による液晶表示装置の第３実
施例を説明するための模式断面図であって、本実施例を
構成する各構成部材は前記第１および第２実施例と同様
であるため、繰り返しの説明は省略する。

【００４２】本実施例では、光拡散板１２をタッチパネ
ル１２の下面に積層してあり、光拡散板１２を通過した
液晶パネルからの出射光は深い角度で散乱された極く一
部の光がタッチパネル１２と空気の界面で正反射するの
みであり、図７で説明した従来の構成に比べて光の損失
は少なく、従って表示画面の輝度低下が抑制され、高輝
度の画像表示を得ることができる。

【００４３】図６は本発明による液晶表示装置を実装し
た電子機器の一例としての携帯型情報端末の構成例を説
明する斜視図である。この携帯型情報端末（ＰＤＡ）は
本体部２０と、この本体部２０に蝶番で開閉自在に取り
付けたカバー２１からなり、本体部２０に前記した本発
明による液晶表示装置２２が実装されている。

【００４４】液晶表示装置２２の表示面から情報の入力
は、カバー２１の一部に設けた収納部２４に収納してあ
るペン２３で表示画面上の入力部分をなぞることにより
行う。

【００４５】なお、この種の携帯型情報端末の形状や構
造は図示したものに限るものではなく、この他に多様な
形状、構造および機能を具備したものが考えられる。

【００４６】また、本発明は、上記したようなタッチパ
ネルを備えた液晶表示装置に限るものではなく、フロン
トライトを有しないもの、あるいはタッチパネルのみを
備えたもの、あるいはその他の一般の反射型の液晶表示
装置にも同様に適用できるものである。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光拡散板で拡散された出射光の一部が液晶パネル側に戻
るのを減少させることができ、反射型の液晶表示装置を
用いた各種の電子機器において高輝度の画像表示を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示装置の第１実施例を説明
するための模式断面図である。

【図２】図１におけるフロントライトの一例を説明する
平面図である。

【図３】図２の要部説明図である。

【図４】本発明による液晶表示装置の第２実施例を説明
するための模式断面図である。

【図５】本発明による液晶表示装置の第３実施例を説明
するための模式断面図である。

【図６】本発明による液晶表示装置を実装した電子機器
の一例としての携帯型情報端末の構成例を説明する斜視
図である。

【図７】従来の反射型の液晶表示装置を構成する液晶表
示装置の構成例を説明する模式断面図である。

【符号の説明】 １ 下部基板 ２ 反射層 ３ 保護膜 ４ 下側電極 ５ 凹部基板 ６ カラーフィルタ ７ 保護膜 ９ 液晶層 １０ シール材 １１ 光学フィルム １２ 光拡散板 １３ 導光体 １４ 線状ランプ １５ タッチパネル。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１１月１９日（１９９９．１１．
１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１１ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３１１Ｚ ３６６ ３６６Ｅ (72)発明者 長島 吉邦 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 鈴木 勝 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 齋藤 輝児 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA11X FA14Z FA23X FA32X FA41X FB02 FB08 LA16 2H093 NC72 ND08 NE06 5G435 AA03 BB12 BB16 CC12 DD11 EE23 FF03 FF05 FF06 FF08 FF12 FF15 GG22 HH04 HH05 LL07 LL11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部基板と下部基板の間に液晶層を挟持し
   てなり、前記下部基板の内面に形成した反射機能を有す
   る反射層と、前記上部基板の上層に積層した偏光板と位
   相差板を含む光学フィルムと、前記光学フィルムの上部
   に配置した補助光源用の導光体と、さらにその上部に配
   置したタッチパネルとを具備する液晶表示装置におい
   て、 前記光拡散板を前記導光体より上方に配置したことを特
   徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記上部基板と下部基板の何れか一方の内
   面にカラーフィルタ膜を備えたことを特徴とする請求項
   １に記載の液晶表示装置。