JP2004038204A - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】　反射モード、透過モードを備える半透過反射型の液晶表示装置において、透過モード時の表示の明るさを向上させ、視認性に優れる半透過反射型の液晶表示装置およびこれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】　本発明の液晶表示装置は、互いに対向する上基板３と下基板２との間に液晶４が挟持され、該液晶４の上下に上偏光板１３および下反射偏光層６が設けられ、前記下基板２の外面側にバックライト（照明装置）５が設けられ、透過モードと反射モードの切替により表示を行う半透過反射型の液晶表示装置であって、前記下反射偏光層６が、透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層であり、前記下反射偏光層６の下側に、下偏光層２０が設けられている。
【選択図】　　　　図１

Description

　本発明は、液晶表示装置および電子機器に係り、特に透過モード時にも十分な明るさの表示が可能な半透過反射型の液晶表示装置の構成に関するものである。

　反射型液晶表示装置はバックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器や装置の付属的な表示部等に多用されている。
ところが、自然光や照明光などの外光を利用して表示するため、暗い場所では表示を視認することが難しいという問題があった。そこで、明るい場所では通常の反射型液晶表示装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形態の液晶表示装置が提案されている。つまり、この液晶表示装置は反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モード、透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示が行うことが出来るようにしたものである。以下、本明細書ではこの種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。

　半透過反射型液晶表示装置の形態として、アルミニウム等の金属膜に光透過用のスリットを形成した反射膜を下基板内面に備えた液晶表示装置が提案されている。これは、金属膜を下基板内面側に設けることにより、下基板の厚みによるパララックスの影響を防ぎ、特にカラーフィルタを用いた構造では混色を防いでいる。図９はパッシブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。この液晶表示装置１００では、一対の透明な上基板１０２、下基板１０１間に液晶１０３が挟持されており、下基板１０１上に反射膜１０４、絶縁膜１０６が積層され、その上にインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する。）等の透明導電膜からなるストライプ状の走査電極１０８が形成され、走査電極１０８を覆うように配向膜１０７が形成されている。一方、上基板１０２上には、カラーフィルタ１０９が形成され、その上に平坦化膜１１１が積層され、この平坦化膜１１１上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる信号電極１１２が走査電極１０８と直交する方向にストライプ状に形成されており、この信号電極１１２を覆うように配向膜１１３が形成されている。反射膜１０４はアルミニウムなどの金属膜で形成されており、この反射膜１０４には各画素毎に光透過用のスリット１１０が形成されている。このスリット１１０により下基板１０１側から入射する光を透過させることで、反射膜１０４は半透過反射膜として機能する。また、上基板１０２の外側には上基板１０２側から順に前方散乱板１１８、位相差板１１９、上偏光板１１４が配置され、下基板１０１の外側には１／４波長板１１５と下偏光板１１６が設けられている。また、バックライト１１７が下基板１０１の下面側に配置されている。

　上記構成の液晶表示装置１００を明るい場所で反射モードで使用する際には上基板１０２の上方から入射した外光が液晶１０３を透過して反射膜１０４の表面で反射された後、再度液晶１０３を透過し、上基板１０２側に出射される。暗い場所で透過モードで使用する際には下基板１０１の下方に設置したバックライト１１７から出射される光がスリット１１０の部分で反射膜１０４を透過し、その後、液晶１０３を透過して上基板１０２側に出射される。これらの光が各モードでの表示に寄与する。

　上記液晶表示装置１００によれば、外光の有無に関わらず表示の視認が可能であるものの、反射モード時に比べて透過モード時の明るさが不足するという問題があった。これは、主に透過モード時の表示に寄与し得る光量が、反射膜１０４に設けたスリット１１０を通過した光量のみであることと、下基板１０１の外面側に設けられた１／４波長板１１５および偏光板１１６に起因する光の損失によるものである。

　図９に示す液晶表示装置１００において、透過モードでの表示を行う場合には、バックライト１１７から出射された光が、下基板１０１の外側から液晶表示ユニットに入射し、この光のうちスリット１１０を通過した光が表示に寄与する光となる。ここで、液晶表示装置１００において暗表示を行うためには、スリット１１０から上基板１０２へ向かう光が円偏光である必要がある。従って、バックライト１１７から出射されてスリット１１０を通過した光も円偏光となっている必要があるので、下偏光板１１６を透過して直線偏光に変換された光を円偏光に変換するための１／４波長板１１５が必要となる。

　次に、バックライト１１７から出射された光のうち、スリット１１０を通過しない光に着目すると、バックライト１１７から出射され、下偏光板１１６を通過して紙面に平行な直線偏光とされた後、１／４波長板１１５を通過して円偏光とされ、反射膜１０４に到達する。この光がスリット１１０に入射せず反射膜１０４の下基板１０１側の面で反射されると、反射膜１０４に入射する円偏光とは逆回りの円偏光となり、この光が再び１／４波長板１１５を通過すると紙面に垂直な直線偏光に変換される。従って、この光は紙面に平行な透過軸を有する下偏光板１１６によって吸収される。つまり、バックライト１１７から出射された光のうち、スリット１１０を通過せずに反射膜１０４の裏面側で反射された光は、下基板１０１の下偏光板１１６によってそのほぼ全てが吸収されてしまう。

　さらに、図９に示す液晶表示装置において透過モードの明表示を行う場合に着目すると、スリット１１０を通過して液晶１０３に入射した光は、液晶１０３による作用を受けずに上基板１０２の上偏光板１１４を通過して液晶表示装置の上方に出射されるが、スリット１１０から上基板１０２へ向かう光は１／４波長板１１５によって円偏光になっているので、紙面に平行な透過軸を有する上偏光板１１４を通過する際にその約半分が上偏光板１１４に吸収されてしまう。

　以上の理由から、上記液晶表示装置１００においては、透過モード時の表示を明るくすることができなかった。そこで、上記のような問題を解決するために、図１０に示す構成の液晶表示装置が提案されている。図１０に示す液晶表示装置２００は、一対の透明な下基板２０１と上基板２０２間に液晶２０３が挟持されており、下基板２０１上に反射偏光層２０４、絶縁層２０６が積層され、その上にＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の走査電極２０８が形成され、走査電極２０８を覆うように配向膜２０７が形成されている。一方、上基板２０２の内面側には、カラーフィルタ２０９が形成され、その上に平坦化膜２１１が積層され、この平坦化膜２１１上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる信号電極２１２が走査電極２０８と直交する方向にストライプ状に形成されており、この信号電極２１２を覆うように配向膜２１３が形成されている。反射偏光層２０４は、アルミニウムなどの金属膜に、幅５０ｎｍ程度の微細な開口部をスリット状に１５０ｎｍ〜４００ｎｍピッチで形成したものである。この反射偏光層２０４に入射した光は、スリット状の開口部に平行な偏光が反射され、前記開口部に垂直な偏光は透過するようになっている。また、上基板２０２の外側には上基板２０２側から順に前方散乱板２１８、位相差板２１９、上偏光板２１４が配置されている。また、バックライト２１７が下基板２０１の下面側に配置されている。

　上記構成の液晶表示装置２００においては、透過モードでは図９に示す液晶表示装置１００とは異なり、上偏光板２１４に入射する光は円偏光ではなく直線偏光であるため、上記の液晶表示装置１００に比して透過モード時の表示を明るくすることが可能である。また、反射偏光層２０４を透過せずに反射された光は、バックライト２１７へ戻され、反射偏光層２０４とバックライト２１７との間で反射を繰り返すうち、その偏光状態が変化して反射偏光層２０４を透過できるようになるので、上記液晶表示装置１００よりもバックライト２１７の光を有効に利用することができる。

　しかしながら、上記の構成の液晶表示装置２００は、透過モードで使用する際に、液晶表示装置２００に外光が入射すると、液晶表示装置２００のコントラストが著しく低下し、この外光の強度によっては表示が視認できなくなる場合があった。本発明者は、この問題について詳細な検討を行い、本発明を完成するに到った。尚、この検証内容については、後述の（課題を解決するための手段）において詳細に説明する。

　従って本発明の目的の一つは、反射モード、透過モードを備える半透過反射型の液晶表示装置において、透過モード時の表示の明るさを向上させ、視認性に優れる半透過反射型の液晶表示装置を提供することにある。
　また、本発明の目的の一つは、上記の視認性に優れた半透過反射型の液晶表示装置を備えた電子機器を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する上基板と下基板との間に液晶が挟持され、該液晶の上下に上偏光層と、下反射偏光層とを備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの外面側に設けられた照明装置とを備え、透過モードと反射モードの切替により表示を行う半透過反射型の液晶表示装置であって、前記下反射偏光層が、透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層であり、前記下反射偏光層の下側に、下偏光層が設けられたことを特徴とする。

　本発明の係る構成によれば、透過モード時の表示の明るさを格段に向上させることができるとともに、図１０に示す液晶表示装置２００の問題点も解決し、透過モード時に外光が入射してもコントラストが低下しないようにすることができる。これらの効果について、図３および図４を参照して以下に詳細に説明する。

　図３は、本発明の液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、図３（ａ）は透過モード、図３（ｂ）は反射モードの光の経路を示している。これらの図には、本発明の液晶表示装置の構成要素のうち、説明に必要な構成要素のみを示しており、液晶５３を挟んで上下に上偏光板５４と下反射偏光層５１が設けられ、この下反射偏光層５１の外側に下基板５０が配置され、下基板５０の外面側に下偏光層５５が形成されている。下偏光層５５の外側（図示下面側）には、照明装置５８が設けられ、この照明装置５８の外面側に反射板５９が設けられている。

　前記上偏光板５４は紙面に垂直な方向の透過軸を有しており、下偏光層５５は、紙面に平行な透過軸を有している。また、上記下反射偏光層５１は、半透過反射型の反射偏光層とされており、紙面に垂直な方向の透過軸とこの透過軸と直交する反射軸を有している。そして、透過軸に平行な光はほとんど全て透過させるが、反射軸に平行な光の一部は反射させ、一部は透過させるようになっている。すなわち、下反射偏光層５１は、その反射軸に平行な光に対しての半透過反射型とされている。

　以下、図３（ａ）に示す透過モードで表示を行う場合について説明する。
　本発明の液晶表示装置では、透過モードの表示を照明装置５８から出射された光を利用して行うようになっている。照明装置５８から出射された光は、紙面に平行な透過軸を有する下偏光層５５により紙面に平行な偏光へ変換され、その後下基板５０を透過して下反射偏光層５１に入射する。この下反射偏光層５１は、上述のように紙面に垂直な透過軸を有しており、下偏光層５５により紙面に平行な偏光とされた光の一部は反射されて照明装置５８側へ戻される反射光６１とされ、一部は透過されて液晶５３に入射する透過光６０とされる。

　次いで、液晶５３に入射した透過光６０は、液晶５３に電圧が印加された状態（オン状態）であれば、前記液晶５３に入射した光は液晶５３による作用をほとんど受けずに上偏光板５４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４に吸収され、画素が暗表示される。一方、液晶５３に電圧が印加されない状態（オフ状態）であれば、前記液晶５３に入射した透過光６０は、液晶５３の旋光作用により紙面に垂直な偏光へと変換され、上偏光板５４に到達する。そして、上偏光板５４の透過軸と平行な偏光であるこの光は、上偏光板５４を透過し、画素が明表示されるようになっている。

　ここで、下反射偏光層５１の裏面側（下基板５０側）で反射された反射光６０に着目すると、この反射光６０は、下基板５０、下偏光層５５を透過して照明装置５８へと戻り、照明装置５８外面側の反射板５９により反射され、再び下偏光層５５へ向かう光として再利用される。そして、この光は再び下反射偏光層５１へ到達し、一部は透過されて液晶５３に入射し、一部は反射されて照明装置５８側へ戻される。このように下反射偏光層５１で反射された光は、下反射偏光層５１と反射板５９の間で反射を繰り返すうちに下反射偏光層５１を透過し、表示に寄与する光として利用される。従って、本発明の液晶表示装置においては、照明装置５８から出射された光のうち、下偏光層５５を透過した光を最大限に利用することができ、明るい表示を得ることができる。

　次に、図３（ｂ）に示す反射モードで表示を行う場合について説明する。
　図３（ｂ）に示すように、上偏光板５４の上方から入射した光は、まず、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４により紙面に垂直な偏光に変換されて液晶５３に入射する。次いで、液晶がオン状態であれば、この入射光は液晶５３による作用をほとんど受けずに下反射偏光層５１に到達する。そして下反射偏光層５１は、紙面に垂直な透過軸と、紙面に平行な反射軸を有しているので、この下反射偏光層５１に到達した光は下反射偏光層５１を透過する。その後、下基板５０を透過して、紙面に平行な透過軸を有する下偏光層５５により吸収され、画素が暗表示される。

　一方、液晶５３がオフ状態であれば、液晶５３に入射した光は、液晶５３の旋光作用により紙面に平行な偏光へ変換され、下反射偏光層５１へ到達する。そして、紙面に平行な反射軸を有する下反射偏光層５１によりその一部が反射されて反射光６３とされ、一部は透過されて透過光６２となる。反射光６３は、液晶５３の旋光作用により再び紙面に垂直な偏光へ変換されて上偏光板５４を透過して、画素が明表示される。また、下反射偏光層５１を透過した透過光６２は、下基板５０及び下偏光層５５を透過して照明装置５８へ出射される。照明装置５８には反射板５９が設けられているので、この透過光６２の一部は反射板５９で反射されて下基板５０側へ戻るが、この光が液層５３に入射すると、明表示された画素はより明るくなる。

　このように、本発明の液晶表示装置においては、図９に示す液晶表示装置１００のように、下基板１０１の外側に１／４波長板１１５を設けなくとも表示を行うことができる。従って、直線偏光から円偏光、または円偏光から直線偏光への変換が生じないので、これらの変換に伴う光の損失がない。これにより、明るい表示を得ることができ、特に透過モード時の明るさを大幅に向上させることができる。

　次に、図１０に示す従来の構成の液晶表示装置２００の動作について図４を参照して説明する。
　図４は、上記液晶表示装置２００の動作を説明するための説明図であり、図１０に示す構成要素のうち、説明に必要な構成要素のみを図示したものである。すなわち、液晶２０３と、その上下に配された上偏光板２１４、反射偏光層２０４と、下基板２０１、およびこの下基板２０１の外面側に配されたバックライト２１７のみが図示されている。

　まず、図４（ａ）に示す透過モードについて説明する。
　液晶表示装置２００において、バックライト（照明装置）２１７から出射された光は、下基板２０１を透過して反射偏光層２０４に到達する。この反射偏光層２０４は、紙面に垂直な透過軸と、紙面に平行な反射軸を有するので、反射偏光層２０４に到達した光の一部は、紙面に垂直な偏光に変換されて液晶２０３に入射する。そして、液晶２０３がオン状態であれば、液晶２０３による作用をほとんど受けずに上偏光板２１４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有するこの上偏光板２１４を透過する。このようにして画素が明表示される。一方、液晶２０３がオフ状態であれば、液晶２０３に入射した光は液晶２０３の旋光作用により紙面に平行な偏光へ変換されて上偏光板５４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４に吸収される。このようにして、画素が暗表示されるようになっている。

　次に、図４（ｂ）に示す反射モードについて説明する。
　図４（ｂ）に示すように、上偏光板２１４の上方から入射した光は、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板２１４により紙面に垂直な偏光へ変換されて液晶２０３に入射する。そして、液晶２０３がオン状態であれば、この入射した光はそのまま反射偏光板２０４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有する反射偏光板２０４を透過した後、基板２０１を透過してバックライト２１７側へ出射される。このようにして、画素が暗表示されるようになっている。一方、液晶２０３がオフ状態であれば、液晶２０３に入射した光は液晶２０３の旋光作用により紙面に平行な偏光へ変換され、反射偏光板２０４へ到達する。ここで、反射偏光板２０４は紙面に平行な反射軸を有するので、この光は反射され、再び液晶２０３へ入射する。そして、液晶２０３の旋光作用により紙面に垂直な偏光に変換されて、上偏光板２１４を透過する。このようにして画素が明表示されるようになっている。

　上記液晶表示装置２００における、透過モード時に液晶表示装置２００に外光が入射するとコントラストが大きく低下するという問題は、透過モード時と反射モード時において、明表示、暗表示に対応する液晶２０３のオン／オフ状態が異なっていることによるものである。つまり、画素を暗表示させる場合において、透過モードでは液晶はオフ状態となっているが、反射モードでは、液晶はオン状態となっている。このために、例えば透過モードで使用している状態において、液晶表示装置２００に外光が入射すると、暗表示の画素（液晶に電圧が印加されていない画素）に入射した外光が反射偏光層２０４の上面で反射され、上基板２０１を透過して液晶表示装置２００の上方に出射される。このために暗表示されるべき画素が明表示となり、結果としてコントラストが低下し、場合によっては表示を視認できなくなる。

　これに対して、本発明の液晶表示装置においては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、透過モードの明表示と、反射モードの明表示の状態では、いずれも液晶５３はオフ状態とされており、逆に暗表示では両モードとも液晶５３はオン状態とされている。従って、透過モードで使用している場合に、外光が入射しても、暗表示の画素では液晶５３がオン状態とされているので、図３（ｂ）に示すように、液晶５３に入射した外光は下基板５０の外面側の下偏光層５５に吸収され、上偏光板５４側へ戻らないようになっている。従って、上記の液晶表示装置２００のようなコントラストの低下が起こらず、良好な視認性を得ることができる。

　さらに、本発明の液晶表示装置においては、図３に示すように下基板５０の外面側に下偏光層５５が設けられていることにより、図４に示す液晶表示装置２００よりもコントラストを高めることができる。これは、図４（ｂ）に示す液晶表示装置２００では、外光は上偏光板２１４、液晶２０３、反射偏光層２０３を透過した後、バックライト２１７側へ出射されるようになっているのに対して、本発明の液晶表示装置では、暗表示の画素に入射した外光は、上偏光板５４、液晶５３、下反射偏光層５１を透過した後、下偏光層５５により吸収されるためである。つまり、図４（ｂ）に示す液晶表示装置２００では、バックライト２１７側へ出射された光が、バックライト２１７の外面側に設けられた反射板（図示せず）により反射されて液晶２０３側へ向かう光となる場合があり、これにより暗表示が明るくなってコントラストが低下する場合があるが、本発明の液晶表示装置では、下偏光板５５により吸収されて液晶５３側へ再び戻ることはないからである。

　このように、本発明の液晶表示装置によれば、従来の半透過反射型の液晶表示装置に比して、照明装置から出射される光を有効に利用することができるので、透過モードにおける表示の明るさを格段に向上させることができる。また、明暗表示に対応する液晶のオン／オフ状態が、透過モードと反射モードで同じくされているので、透過モード時に外光が入射した場合も、コントラストの低下が起こらず、鮮明な表示が得られる。さらに、反射モードの暗表示において、液晶を透過した光を下偏光層で吸収する構造としたことにより、暗表示をより暗くすることができるので、反射モード時のコントラストも向上させることができる。

　次に、本発明の液晶表示装置においては、前記下反射偏光層の、反射軸に平行な光の透過率が、２０％以上７０％以下とされることが好ましく、前記下反射偏光層の、反射軸に平行な光の透過率が、３０％以上５０％以下とされることがより好ましい。

　下反射偏光層の反射率を前記の範囲とすることで、透過モードと反射モードのいずれでも明るい表示を得ることができ、視認性に優れた液晶表示装置が得られる。
　前記透過率が２０％未満であると、照明装置から液晶へ入射する光量が少なすぎるために、透過モード時の表示の明るさが不足し、７０％を越えると、反射モード時に下反射偏光層で反射されて表示に利用される光量が不足する。また、前記透過率を３０％以上５０％以下の範囲とすることで、透過モードと反射モードの明るさのバランスを良好なものとし、より視認性に優れる液晶表示装置とすることができる。

　次に、本発明の液晶表示装置においては、前記下反射偏光層の透過軸と、下偏光層の透過軸との成す角度が、６０度以上１２０度以下とされることが好ましい。

　図３（ｂ）に示す反射モードにおいて、暗表示を行う場合には、液晶表示装置に入射した外光は、最終的に下偏光層５５に吸収されるようになっているが、下反射偏光層５１を透過した光のうち、下偏光層５５の透過軸に平行な成分は、下偏光層５５を透過し、照明装置５８側へ出射される。この光が反射板５９で反射されて液晶５３側へ戻ると、暗表示が明るくなりコントラストが低下する。従って、前記下偏光層５５の透過軸と下反射偏光層５１の透過軸とが成す角度は、９０°（両者が直交）であることが最も望ましいのは勿論であるが、両者の透過軸が成す角度が±３０°以内であれば、実用的に用いることができる。両者の透過軸が成す角度が前記範囲を越えると、下偏光層５５を透過する光量が多くなり、液晶表示装置のコントラストが低下する。

　次に、本発明の液晶表示装置は、前記下偏光層の外面側に、反射偏光板を備えた構成とすることもできる。このような構成とすることにより、照明装置から出射された光を、より効率よく表示に利用することができ、透過モード時の表示をより明るくすることができる。この構成について、図５を参照して以下に詳細に説明する。

　図５は、上記の構成を採用した本発明に係る液晶表示装置の要部を示す説明図である。この図に示す液晶表示装置が、図３に示す液晶表示装置と異なる点は、下基板の外面側に反射偏光板が設けられている点のみである。従って、以下では、図５に示す反射偏光板５７の作用についてのみ詳細に説明する。また、図５に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同一のものには、同一の符号を付してその説明は省略する。

　図５に示す反射偏光板５７は、紙面に平行な透過軸と、紙面に垂直な反射軸を有する反射偏光板である。この液晶表示装置における表示原理は、図３（ａ）に示す液晶表示装置の透過モードとほぼ同様であり、照明装置５８から出射された光は、紙面に平行な透過軸を有する反射偏光板５７により、紙面に平行な偏光成分のみが透過され、下偏光層５５および下基板５０を透過する。そして、この光の一部が下反射偏光層を透過して液晶５３に入射する。ここで、液晶５３がオン状態であれば、入射した光はそのまま上偏光板５４に到達し、紙面と垂直な透過軸を有する上偏光板に吸収され、画素が暗表示されるようになっている。あるいは液晶５３がオフ状態であれば、入射した光は液晶５３の旋光作用により紙面に垂直な偏光へと変換され、上偏光板５４を透過する。このようにして画素が明表示されるようになっている。

　図５に示す液晶表示装置は、反射偏光板５７が設けられていることにより、図３に示す液晶表示装置よりもさらに明るい表示を得ることができる。これは、図３に示す液晶表示装置では、照明装置５８から出射された光の約半分が、下偏光層５５により吸収されるのに対し、図５に示す構成の液晶表示装置では、下偏光層５５による光の吸収が起こらないためである。

　つまり、反射偏光層５７が設けられていることにより、照明装置５８から出射された光のうち、反射偏光板５７の透過軸（紙面に平行）に平行な成分以外は反射偏光板５７により反射されて照明装置５８へ戻される。この光は照明装置５８の外面側に設けられた反射板５９より反射されるので、前記反射偏光板５７と反射板５９との間を反射するようになる。この反射を繰り返すうち、光の偏光状態が変化し、一部は反射偏光板５７を透過するようになる。そして、この反射偏光板５７を透過した光が、下反射偏光層５１を透過すれば、表示に寄与する光となる。
　また、反射偏光板５７を透過した光のうち、下反射偏光層５１の下面側で反射された光も、反射板５９の間で反射されて下反射偏光層５１に戻るので、表示に利用することができる。以上から、下反射偏光層５１を透過して液晶５３に入射する光量が増加し、透過モードにおける表示の明るさを向上させることができる。

　ここで、前記下偏光層の透過軸と、前記反射偏光板の透過軸とが成す角度は、−３０°以上３０°以下の範囲であることが好ましい。図５に示す液晶表示装置では、照明装置５８から出射され、反射偏光板５７を透過した光のうち、下偏光層５５の透過軸に平行な成分以外は、下偏光層５５に吸収されるので、前記下偏光層５５の透過軸と反射偏光板５７の透過軸とが成す角度は、０°（両者が平行）であることが最も望ましいのは勿論であるが、両者の透過軸が成す角度が±３０°以内であれば、実用的に用いることができる。両者の透過軸が成す角度が前記範囲を越えると、下偏光層５５により吸収される光量が多くなり、光の利用効率が低下して表示の明るさが低下する。

　次に、本発明の液晶表示装置においては、前記下反射偏光層は、プリズム形状を成す誘電体干渉膜を積層した構造である構成とすることもできる。

　本発明の液晶表示装置に係る下反射偏光層について、図６を参照して以下に説明する。図６は、プリズム形状を成す誘電体干渉膜を積層して構成された反射偏光層の一例を示す斜視図である。
　図６に示す反射偏光層は、表面に周期的な溝を形成した基板６０上に、Ｓｉからなる層６１と、ＳｉＯ₂からなる層６２もしくはＳｉＯ₂等からなる層６１と、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等からなる層６２を交互に複数積層して形成された、いわゆる３次元フォトニック結晶層である。このように、プリズム形状を成す層が積層された構成のフォトニック結晶は、光の伝搬特性に異方性を有しており、図示上面側から光が入射された場合には、この入射光の基板６０の溝に垂直な方向の成分はフォトニック結晶を透過され、前記溝に平行な成分は反射されるようになっている。すなわち、図６に示す反射偏光層を透過した光Ｅｔは、基板６０の溝に垂直な偏光となり、反射された光Ｅｒは、前記溝に平行な偏光となる。尚、前記層６１，６２の積層ピッチＤは、０．５μｍ程度とされ、基板６０上に形成された溝のピッチＰは、０．５μｍ程度とされる。上記構成の下反射偏光層は、図３に示す液晶表示装置においては、透過軸が図３の紙面に垂直となるよう配置されている。つまり、図６に示す基板６０の溝が、図３の紙面に平行となるように配置されている。

　また、図６に示す反射偏光層の光透過率は、前記誘電体干渉膜の積層数により制御することができる。すなわち、誘電体干渉膜の積層数の増加に伴い、反射偏光層の光透過率が減少し、反射率が上昇する。従って、この積層数を制御することで任意の光透過率を有する反射偏光層とすることができる。具体的な透過率と積層数の関係は、特に限定されるものではないが、積層数を８〜１２層とした場合に、光透過率が３０％（反射率７０％）となる。

　次に、本発明の液晶表示装置では、前記下反射偏光層は、金属反射膜に複数の微細なスリット状の開口部を設けた構成としても良い。この構成を図７を参照して以下に詳細に説明する。図７は、金属反射膜に複数の微細なスリットを設けた反射偏光層の一例を示す斜視図である。
　図７に示す反射偏光層は、基板７０上に形成されたアルミニウムや銀などの高反射率の金属反射膜７１に、複数のスリット７２を所定のピッチで形成したものである。複数のスリット７２は、互いに平行とされ、スリット幅Ｐｓは各スリット７２でほぼ同一とされている。各部の寸法は、特に限定されるものではないが、この金属反射膜７１の膜厚ｄは、２〜４００ｎｍ程度とされ、スリット７２の幅Ｐｓは、３０ｎｍ〜３００ｎｍとされ、１本の金属反射膜７１の幅Ｐｍは、３０ｎｍ〜３００ｎｍとされる。
　このような構成の反射偏光層は、上面側から光が入射されると、スリット７２の長さ方向に平行な成分は反射され、スリット７２の長さ方向に垂直な成分は透過されるようになっている。つまり、図７に示す反射偏光層を透過した光Ｅｔは、スリット７２に垂直な偏光となり、この反射偏光層により反射された光Ｅｒは、スリット７２に平行な偏光となる。

　上記構成の下反射偏光層は、図３に示す液晶表示装置においては、透過軸が図３の紙面に垂直となるよう配置されている。つまり、図７に示すスリット７２の長さ方向が、図３の紙面に平行となるように配置されている。また、この反射偏光層の一部に照明装置の光を透過させるための開口部が設けられている。

　また、図７に示す反射偏光層の光透過率は、前記金属反射膜の膜厚により制御することができる。すなわち、金属反射膜の膜厚の増加に伴って反射偏光層の光透過率が減少し、反射率が上昇する。従って、この膜厚を制御することで任意の光透過率を有する反射偏光層とすることができる。具体的な透過率と膜厚の関係は、特に限定されるものではないが、膜厚を２〜４ｎｍとした場合に、光透過率が３０％（反射率７０％）となる。

　次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、透過モード時に格段に明るい表示が得られる優れた表示部を備えた電子機器を実現することができる。

　以上、詳細に説明したように、本発明の液晶表示装置は、透過モードと反射モードを切替ながら使用する半透過反射型の液晶表示装置において、下基板の内面側に下反射偏光層を設け、この下反射偏光層の下側に下偏光層を設けた構成としたので、透過モードにおいては、照明装置から出射される光の利用効率を向上させて明るい表示を実現することができ、反射モードにおいては、暗表示をより暗くしてコントラストの向上を実現することができる。

　次に、本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことにより、透過モード時に格段に明るい表示が得られ、コントラストに優れた表示部を備えた電子機器を実現することができる。

　以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
　図１は本実施形態の液晶表示装置の部分断面構造を示す図である。本実施形態は、パッシブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置の例である。尚、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

　本実施形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、下基板２と上基板３とが対向配置されてこの上下基板２，３に挟まれた空間にＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶からなる液晶４が挟持されて概略構成された液晶パネル１と、この液晶パネル１の後面側（下基板２の外面側）に配設されたバックライト（照明装置）５とを備えて概略構成されている。

　ガラスや樹脂などからなる下基板２の内面側には、図６に示すものと同様の構成の下反射偏光層６が形成され、この下反射偏光層６上にＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の電極８が図示横方向に延在し、この電極８を覆うようにポリイミド等からなる配向膜９が積層されている。また、前記下基板２の外面側には、下偏光板（下偏光層）２０と、反射偏光板２１がこの順に設けられている。尚、この下偏光板２０の透過軸と反射偏光板２１の透過軸は、ほぼ平行となるように配置されている。

　一方、ガラスや樹脂などからなる上基板３の内面側には、前記下基板２の電極８と直交するように赤、緑および青のカラーフィルタ１１が紙面垂直方向に延在してこの順番に繰り返し配列しており、その上にはこのカラーフィルタ１１によって形成された凹凸を平坦化するための平坦化膜１２が積層されている。そして平坦化膜１２上に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の電極１４が紙面垂直方向に延在しており、この電極１４上にポリイミド等からなる配向膜１５が積層形成されている。また、上基板３の外面側には、前方散乱板１６と、位相差板１７と、上偏光板１３がこの順に上基板３上に積層されて設けられている。
バックライト５の下面側（液晶パネル１と反対側）には、反射板１８が設けられている。

　前記下反射偏光層６は、図６に示すように、プリズム形状を成す誘電体干渉膜を積層形成した構成であり、図６に示す溝６０の方向は、下偏光板２０の透過軸と、ほぼ平行とされている。すなわち、この下反射偏光層６の透過軸と、下偏光板２０の透過軸とがほぼ直交するように配置されている。これにより、反射モード時に下反射偏光層６を透過した光を、効率よく下偏光板２０に吸収させることができるので、反射モードの暗表示をより暗くして、液晶表示装置のコントラストを向上させることができる。

　また、透過モードと反射モードの明るさのバランスも、前記下反射偏光層６の積層数を調節することで任意に設定することができる。例えば、透過モード時の明るさを重視するならば、下反射偏光層６の積層数を減らして形成し、下反射偏光層６の透過率を高くすればよい。

　上記基本構成を有する本実施形態の液晶表示装置は、下基板２の内側に、下反射偏光層６を形成して構成されており、従来下基板の外面側に設けることが必須であった１／４波長板が省略されている。このような構成としたことにより本実施形態の液晶表示装置は、反射モード、透過モードいずれにおいても視認性に優れる表示が可能である。特に、透過モードにおいては、下基板２の外面側に１／４波長板が設けられていないので、バックライト５から出射された光のうち下反射偏光層６の裏面側で反射され、バックライト５側へ戻った光を反射板１８で反射させて再び液晶パネル１側に戻すことができる。この構造によりバックライト５の光を有効に表示に利用することができるので、その表示の明るさを従来よりも格段に向上させることができる。

　また、本実施形態の液晶表示装置の構成によれば、下偏光板２０の外面側に、反射偏光板２１が設けられているので、バックライト５から出射された光のうち、反射偏光板２１の透過軸に平行でない成分は、反射偏光板２１に反射されてバックライト５側へ戻され、反射板１８との間で反射を繰り返すうちに、その偏光状態が変化して反射偏光板２１を透過できるようになり、表示に利用できる光となる。従って、本実施形態の液晶表示装置においては、下偏光板２０による光の吸収がほとんど生じないので、バックライト５の光をより効率よく表示に利用することができ、透過モード時の表示の明るさに優れた液晶表示とされている。

　（第２の実施形態）
　本実施の形態において、液晶表示装置の全体構成は図１に示した第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。本実施形態の液晶表示装置が、第１の実施形態の液晶表示装置と異なる点は、下反射偏光層６の直上に、カラーフィルタ１１が積層されて形成されており、このカラーフィルタ１１上にカラーフィルタ１１の凹凸を平坦化するための平坦化膜１２が設けられている点であり、この部分のみについて図２を用いて説明する。図２は本実施形態の液晶表示装置の部分断面構造を示す図である。なお、図２において図１と共通の構成要素には同一の符号を付している。

　図２に示す本実施形態の液晶表示装置においては、下反射偏光層６上にカラーフィルタ１１が設けられていることにより、反射モード時の色ずれや視差を低減することができる。これは、カラーフィルタ１１が下反射偏光層６の直上に設けられていることにより、１つの色素層（例えばＲ画素）を透過した後、下反射偏光層６により反射され、再び同じ色素層を透過するためである。

　（電子機器）
　上記各実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。

　図８（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。この図において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。

　図８（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。この図において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。

　図８（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図８（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。

　以上の図８（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、透過モードで明るい表示が得られる表示部を有する電子機器を実現することができる。

　以下、実施例により本発明の効果を明らかにするが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　（実施例１）
　実施例１として、図２に示す構成の液晶表示装置を作製した。いずれの液晶表示装置もドット数１６０ドット×１２０ドット、ドットピッチ０．２４ｍｍのパッシブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置とした。
　実施例１の液晶表示装置において、下反射偏光層６は、図６に示す構成の誘電体干渉膜を積層形成したものとした。この下反射偏光層６の誘電体干渉膜の積層数は１２層（膜厚約６μｍ）とし、プリズム形状の溝のピッチを３μｍとした。この下反射偏光層の反射軸に平行な偏光に対する透過率は２４％であった。

　（実施例２）
　次に、実施例２として、下反射偏光層６の誘電体干渉膜の積層数を５層とした以外は、上記実施例１と同様にして、半透過反射型カラー液晶表示装置を作製した。この下反射偏光層の反射軸に平行な偏光に対する透過率は６５％であった。

　（比較例１）
　次に、比較例１として、図９に示す従来の構成の液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置も、上記実施例１の液晶表示装置と同様にドット数１６０ドット×１２０ドット、ドットピッチ０．２４ｍｍのパッシブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置とした。

　（評価）
　上記実施例１，２および比較例１の液晶表示装置について、透過モード、反射モードそれぞれの表示の明るさに対応する透過率および反射率を測定した。また、透過モード、反射モードそれぞれのコントラストも測定した。これらの測定結果を表１に示す。
　表１に示すように、比較例１の液晶表示装置に比して、本発明の構成である実施例１の液晶表示装置は、透過率が３倍程度に向上していることが確認された。また、透過時のコントラストも１．６倍となり、大幅に向上していることが確認された。これは、実施例１の液晶表示装置がバックライト５の光を効率的に表示に利用することができるためである。また、下反射偏光層６の積層数を減らして作製した実施例２の液晶表示装置では、透過率が１５％と実施例１の液晶表示装置と比較しても２倍以上の顕著な向上が確認された。

　一方、反射モードにおいては、実施例１の液晶表示装置の反射率は３０％であり、比較例１の液晶表示装置と同等であったが、反射モードのコントラストは向上していることが確認された。このコントラストの向上は、明表示の明るさは同等であるが、暗表示はより暗くなったためである。また、実施例２の液晶表示装置では、透過モードの明るさを重視して設計したため、実施例１の液晶表示装置に比して、反射率は低下し、反射モードのコントラストもやや低下した。

図１は、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の部分断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置の部分断面図である。 図３は、本発明の液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、図３（ａ）は透過モード、図３（ｂ）は反射モードの状態を示している。 図４は、図１０に示す構成の液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、図４（ａ）は透過モード、図４（ｂ）は反射モードの状態を示している。 図５は、本発明の他の構成の動作原理を説明するための説明図である。 図６は、本発明の液晶表示装置の下反射偏光層の一例を示す斜視図である。 図７は、本発明の液晶表示装置の下反射偏光層の一例を示す斜視図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。 図９は、従来の構成の液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。 図１０は、従来の構成の液晶表示装置の他の例を示す部分断面図である。

符号の説明

　１　液晶表示装置
　２　下基板
　３　上基板
　４　液晶
　５　バックライト（照明装置）
　６　下反射偏光層
　１１　カラーフィルタ
　１３　上偏光板（上偏光層）
　２０　下偏光板（下偏光層）
　２１　反射偏光板

Claims (10)

1. 　互いに対向する上基板と下基板との間に液晶が挟持され、該液晶の上下に上偏光層と、下反射偏光層とを備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの外面側に設けられた照明装置とを備え、透過モードと反射モードの切替により表示を行う半透過反射型の液晶表示装置であって、
   　前記下反射偏光層が、透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層とされ、
   　前記下反射偏光層の下側に、下偏光層が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 　前記下反射偏光層の、反射軸に平行な光の透過率が、２０％以上７０％以下とされたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 　前記下反射偏光層の、反射軸に平行な光の透過率が、３０％以上５０％以下とされたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 　前記下反射偏光層の透過軸と、下偏光層の透過軸との成す角度が、６０度以上１２０度以下とされたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 　前記下偏光層の外側に、反射偏光板を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 　前記下反射偏光層が、プリズム形状を成す誘電体干渉膜を積層した構造とされたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 　前記下反射偏光層の光透過率が、前記誘電体干渉膜の積層数により制御可能とされたことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 　前記下反射偏光層が、金属反射膜に微細なスリット状の開口部を設けた構成とされたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 　前記下反射偏光層の光透過率が、前記金属反射膜の膜厚により制御可能とされたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 　請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
    

Images