JP2004144982A

JP2004144982A - 液晶パネル、液晶表示装置及び半透過型光反射層

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Publication number: JP2004144982A
Application number: JP2002309551A
Authority: JP
Inventors: Seiji Umemoto; 梅本　清司; Toshihiko Ariyoshi; 有吉　俊彦
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】照明モードによる明るさに優れる表示を達成した表示品位の良好な半透過型光反射層具備の照明・外光両用型の液晶表示装置の開発。
【解決手段】透明基板（１０）に、光透過用の開口（１１Ａ）を備えて電極を兼ねることもある半透過型光反射層（１１）を少なくとも有する背面側基板と、透明基板（２０）に透明電極（２１）を有する視認側基板とを、それらの電極側を対向させて配置した間に液晶（３０）を挟持してなる液晶セルの両外側に、直線偏光を透過し他の光は吸収する偏光子（１５，２５）を有してなり、かつ前記の背面側基板が半透過型光反射層の開口部に対応して位相差層（１２）を部分的に有する液晶パネル、その液晶パネル（１００）における背面側基板の外側に光透過性の照明装置（５０）を介して光反射層（５３）を有する照明・外光両用型の液晶表示装置。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、明るくて表示品位に優れる照明・外光両用型の液晶表示装置の形成に好適な液晶パネル及び半透過型光反射層に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ハーフミラー等の半透過型光反射層を内蔵する照明・外光両用型の液晶表示装置がその軽量性や低消費電力性などに着目されて携帯パソコンや携帯電話等の携帯型機器などとして広く普及している。斯かる液晶表示装置では、液晶セルの両外側に偏光子を配置した液晶パネルにバックライトを設けて照明モードによる視認が可能とされている。しかしながら照明モードによる表示が暗い問題点があった。
【０００３】
【発明の技術的課題】
本発明は、照明モードによる明るさに優れる表示を達成した表示品位の良好な半透過型光反射層具備の照明・外光両用型の液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、透明基板に、光透過用の開口を備えて電極を兼ねることもある半透過型光反射層を少なくとも有する背面側基板と、透明基板に透明電極を有する視認側基板とを、それらの電極側を対向させて配置した間に液晶を挟持してなる液晶セルの両外側に、直線偏光を透過し他の光は吸収する偏光子を有してなり、かつ前記の背面側基板が半透過型光反射層の開口部に対応して位相差層を部分的に有することを特徴とする液晶パネル、その液晶パネルにおける背面側基板の外側に光透過性の照明装置を介して光反射層を有することを特徴とする照明・外光両用型の液晶表示装置、及び光反射層に光透過用の開口を分散分布させてなり、その開口部に位相差層を充填してなることを特徴とする液晶パネル形成用の半透過型光反射層を提供するものである。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、バックライトを介した照明光を液晶表示に効率よく利用できて照明モードによる明るさに優れる表示を達成でき、半透過型光反射層における開口面積を介した光の透過率と反射率の制御も容易であり、従来よりも少ない開口面積で同等の明るさを達成でき、また光源出力を低下させて消費電力を低減でき、電池や装置の小型軽量化や長寿命化を図ることができ、照明モードと外光モードの両方において明るくて表示品位に優れる照明・外光両用型の液晶表示装置を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施形態】
本発明による液晶パネルは、透明基板に、光透過用の開口を備えて電極を兼ねることもある半透過型光反射層を少なくとも有する背面側基板と、透明基板に透明電極を有する視認側基板とを、それらの電極側を対向させて配置した間に液晶を挟持してなる液晶セルの両外側に、直線偏光を透過し他の光は吸収する偏光子を有してなり、かつ前記の背面側基板が半透過型光反射層の開口部に対応して位相差層を部分的に有するものである。
【０００７】
図１に前記の液晶パネル１００を用いた液晶表示装置１０００の例を示した。１０が背面側の透明基板（背面側基板）、１１が電極を兼ねることもある半透過型光反射層、１１Ａが光透過用の開口、１２が位相差層、１５、２５が偏光子、２０が視認側の透明基板（視認側基板）、２１が透明電極、３０が液晶である。なお１３は透明電極、１４、２２は配向膜、２３はカラーフィルタ、２６は位相差板、５０は照明装置、５３は光反射層である。
【０００８】
液晶セルとしては、図例の如く透明基板１０に、光透過用の開口１１Ａを備えその開口部に対応して位相差層１２を部分的に有して電極を兼ねることもある半透過型光反射層１１を少なくとも有する背面側基板（１０）を具備して、背面側からの入射光を液晶等による制御を介し表示光として他方の視認側より出射するものが用いられる。
【０００９】
従って図１の例の如く前記の背面側基板（１０）と、透明基板２０に透明電極２１を有する視認側基板（２０）とをそれらの電極１３、２１の側を対向させて配置した間に液晶３０を挟持してなる形態を有する適宜なものを用いることができる。なお図中の３１は、透明基板１０、２０の間に液晶３０を封入するためのシール材である。
【００１０】
ちなみに前記した液晶セルの具体例としては、液晶の配向形態に基づいてＴＮ型液晶セルやＳＴＮ型液晶セル、垂直配向型セルやＨＡＮ型セル、ＯＣＢ式セルやＩＰＳ式セルの如きツイスト系や非ツイスト系、ゲストホスト系や強誘電性液晶系のもの、反強誘電性液晶系のものなどがあげられる。液晶の駆動方式も例えばアクティブマトリクス方式やパッシブマトリクス方式などの適宜なものであってよい。
【００１１】
背面側や視認側のセル基板には照明光や表示光の透過を可能とするため透明基板が用いられる。その透明基板は、ガラスや樹脂などの適宜な材料で形成でき就中、複屈折を可及的に抑制して光損失を低減する点などより、光学的に等方性の材料からなるものが好ましい。また輝度や表示品位の向上等の点より、青ガラス板に対する無アルカリガラス板の如く、無色透明性に優れるものが好ましく、さらに軽量性等の点よりは樹脂基板が好ましい。
【００１２】
背面側や視認側のセル基板１０、２０の厚さについては、特に限定はなく液晶の封入強度などに応じて適宜に決定しうる。一般には薄型軽量性などの点より１０μｍ〜５ｍｍ、就中５０μｍ〜２ｍｍ、特に１００μｍ〜１ｍｍの厚さとされる。透明基板は同厚板であってもよいし、横断面楔形の如く厚さが部分的に相違するものであってもよい。また背面側と視認側の透明基板は、その厚さや平面寸法が同じであってもよいし、相違していてもよい。
【００１３】
半透過型光反射層は、照明モード時のバックライト光を透過させ、かつ外光モード時に入射外光を反射させることを目的とし、これにより照明・外光両用の液晶表示を実現することができる。半透過型光反射層は、光を反射する光反射層に光透過用の開口を有して、光を透過しかつ反射する適宜な層として形成することができる。
【００１４】
半透過型光反射層における光の透過率と反射率の割合は、照明モード時のバックライト光の明るさと、外光モード時の明るさのバランスなどにより適宜に決定することができる。一般には光透過率に基づいて５〜８０％、就中７〜６０％、特に１０〜４０％とされる。光の透過率と反射率の割合は、開口の占有面積の調節にて制御することができる。
【００１５】
半透過型光反射層は、光反射層に光透過用の開口を分散分布状態に設けることにより形成することができる。開口の大きさは、目的とする光透過率と透過光の均等分散性とのバランスなどにより適宜に決定でき、一般には液晶セルにおける画素サイズの１０倍以下、就中５倍以下、特に２倍以下とされる。表示画面での明るさの均一性を高める点より好ましい半透過型光反射層は、液晶セルにおける画素サイズの５％以上、就中１５％以上、特に２０〜８０％の大きさの開口を画素の配置に可及的に対応させて分布させたものである。
【００１６】
半透過型光反射層は、背面側基板におけるセル内側又はセル外側に位置させることができ、例えば金属箔や金属薄膜、誘電体多層膜などの如く、適宜な光反射物質にて形成することができる。また開口は、光反射層の打ち抜き方式やエッチング方式、光反射部となる部分を開口として有するマスクを介し光反射物質を蒸着する方式などの適宜な方式で形成することができる。
【００１７】
電極を兼ねるときなど半透過型光反射層を背面側基板のセル内側に位置させる場合には、液晶セル内での機能維持性などの点より光反射部が金属薄膜や誘電体多層膜等の蒸着膜にて形成されているものが好ましい。半透過型光反射層を背面側基板のセル外側に位置させる場合には、蒸着膜のほか金属箔や反射シート等の接着剤による接着方式なども採ることができる。
【００１８】
半透過型光反射層は、外光の利用効率向上等を目的に光反射部が入射外光を散乱反射するように、表面凹凸構造の光拡散面として形成されていてもよい。半透過型光反射層が金属箔の如き厚膜からなる場合には例えば、その表面をバフ処理等の粗面化方式で処理する方法にても凹凸式光拡散面を形成することができる。
【００１９】
一方、蒸着方式等による薄膜からなる半透過型光反射層の場合には例えば、背面側の透明基板の表面を凹凸式光拡散面として、その凹凸が反映した薄膜を形成する方式などにより、入射外光を散乱反射させうる光反射部を形成することができる。この場合には、前記透明基板の凹凸式光拡散面を半透過型光反射層の裏面側においてバックライト光を拡散反射させる面として機能させることもできる。
【００２０】
図１の例の如く半透過型光反射層１１の開口部１１Ａには、その部分に対応して位相差層１２が部分的に配置される。これにより照明モードにおける明るさの向上を図ることができる。これは、従来技術の如く、図１における背面側基板１０とその外側に配置する偏光子１５との間に連続膜からなる位相差層を配置する方式では、半透過型光反射層で反射されたバックライト光の多くが偏光子１５に吸収されて液晶の照明に利用できないことを究明したことによる。
【００２１】
すなわち液晶パネルでは階調表示等を目的に通例、前記の位相差層に１／４波長板等を用いてバックライト光を円偏光等に変換し、それを液晶層に入射させる方式が採られている。その場合、前記の従来技術では、仮に図３の如く開口式半透過型光反射層１１を用いた液晶パネル２００による液晶表示装置２０００である場合にあっても、照明モード時におけるバックライト光δ０が偏光子１５と位相差層１６を透過することで円偏光δ２ないし楕円偏光に変換されて半透過型光反射層１１に入射し、その入射光における開口１１Ａを介した一部の透過光δ４以外の光は、光反射部で反射される。通常の場合、その反射光は開口面積の関係より透過光に比べて遙かに多い。
【００２２】
前記の円偏光等からなる反射光δ２ａは、位相差層１６を逆進して直線偏光等δ２ｂに変換されて偏光子１５に入射する。その場合に前記反射光δ２ａは、半透過型光反射層１１で反射される際に円偏光成分が反射による位相の変化で反対向きの円偏光δ２ａとなっているため、位相差層１６で直線偏光δ２ｂに変換された際に偏光子１５に吸収される状態に偏光変換されることとなる。
【００２３】
前記の結果、半透過型光反射層を介した反射光の多くが吸収損となってバックライト光の利用効率を低下させ、これが照明モード時の表示を暗くする原因であることを究明した。ちなみに半透過型光反射層における光透過率を外光モードでの明るさを考慮して約２０％程度としたとき、バックライト光の内の約８０％が反射光となって吸収損となる。
【００２４】
一方、本発明においては図２に例示した如く、バックライト光β０が偏光子１５を透過してなる直線偏光β１は、半透過型光反射層１１の光反射部で反射されて再度偏光子に戻る往復路でそれを円偏光に変換する位相差層の関与を受けず、反射光β１ａが偏光子１５を透過しうる状態を維持して、その殆どが偏光子を透過する（β１ｂ）。
【００２５】
従って前記の透過光β１ｂを図例の如く、液晶パネルの背面に配置した光透過性の照明装置５０に伴う光反射層５３を介し反射反転β１ｃ、β１ｄさせて、液晶パネルに再入射させることにより、従来技術では偏光子による吸収損となっていたバックライト光を再利用でき、光利用効率が向上して明るい表示の照明モードとすることができる。
【００２６】
なお図２に例示した如く、偏光子１５を介して半透過型光反射層１１の開口部１１Ａを透過するバックライト光（直線偏光）β０、β１は、その開口部に対応させて配置した位相差層１２を介して円偏光β４ないし楕円偏光に変換されて液晶層３０に入射し、視認側に透過して表示目的が達成される。
【００２７】
半透過型光反射層の開口部に対応させた位相差層の部分的な配置には、適宜な方式を採ることができる。背面側の透明基板の厚さが薄い場合などには、その透明基板の表裏に半透過型光反射層と位相差層とを分離して配置してもよい。
【００２８】
一般には透明基板の厚さに対して液晶の画素ピッチは小さく、その場合に位相差層と半透過型光反射層との分離距離が大きいと、バックライト光が位相差層を透過した後、半透過型光反射層の開口部を通過する確率が低くなり、特に斜め光などの開口部通過確率が低くなるため、位相差層は半透過型光反射層に密接して配置されていることが好ましい。その場合、位相差層は、半透過型光反射層の開口部内に位置することのほか、背面側の透明基板と半透過型光反射層との間に位置していてもよいし、半透過型光反射層の外側に隣接していてもよい。
【００２９】
好ましい位相差層の配置状態は、図１の例のように半透過型光反射層１１の開口部内１１Ａに位相差層１２を充填してなるものの如く、半透過型光反射層における開口部のみにその開口とほぼ同じ平面形状で配置したものである。
【００３０】
半透過型光反射層の開口部に対応する位相差層の面内位相差（複屈折で生じる位相差と層厚との積）は、上記したように直線偏光の円偏光化を目的に一般には１００〜２００ｎｍとされるが、楕円偏光化にても表示目的を達成でき、また液晶層が位相差を示す場合もあるので５０〜６００ｎｍ、就中４００ｎｍ以下、特に３００ｎｍ以下の範囲で許容される。
【００３１】
半透過型光反射層の開口部に対応する位相差層の形成は、例えば半透過型光反射層上に液晶高分子を塗工し配向させて位相差層とした後、その不要部分を除去して半透過型光反射層の開口部に対応するように位相差層をパターン化する方法や、半透過型光反射層上に重合性低分子液晶（液状モノマー）を配向させた後に半透過型光反射層の開口部に対応した所定の領域のみを重合させて固定化し、未重合物を除去する方法があげられる。
【００３２】
また半透過型光反射層上に配向状態の液晶高分子層や重合性低分子液晶の重合体層を形成した後、開口部に対応する部分の位相差層を残して他の部分を等方層化して配向を解除する方法などもあげられる。この場合には等方層からなる連続膜中に位相差層が分布するフィルム状のものが形成されるがその膜厚は、１００μｍ以下、就中０．１〜５０μｍ、特に０．５〜２０μｍが一般的である。
【００３３】
さらに半透過型光反射層の光反射部をレジストで被覆して開口部に対し誘電体の斜め蒸着膜からなる位相差層を形成する方法などもあげられる。斜め蒸着方式では屈折率の主軸を傾斜させた位相差層を形成して、液晶表示の視角補償を兼ねさせることもできる。
【００３４】
半透過型光反射層は、液晶駆動用の回路を形成する電極を兼ねるものとして設けるができる。また図１の例の如く半透過型光反射層１１とは別体のものとして液晶駆動用の回路を形成する透明電極１３を設けることができる。導電性の半透過型光反射層の上に透明電極を設ける場合には、透明な絶縁層を介して透明電極が設けられる。
【００３５】
前記の透明電極は、凹凸化しないことが好ましい。従って半透過型光反射層の表面が上記した凹凸式光拡散面とされているときには、その半透過型光反射層の上にレベリングを目的とした表面平滑な透明絶縁層を設け、その上に透明電極を設けることが好ましい。その表面平滑化層を兼ねることもある透明絶縁層は、例えば透明樹脂の塗工層などの適宜な方式で形成することができる。なお液晶セルは、透明基板と半透過型光反射層との間に液晶駆動用の回路を設けたものとして形成することもできる。
【００３６】
視認側の透明基板、及び必要に応じて背面側の透明基板に設ける透明電極は、例えばＩＴＯ等の従来に準じた適宜な材料にて形成することができる。液晶セルの形成に際しては必要に応じ、液晶を配向させるためのラビング処理膜等からなる配向膜やカラー表示のためのカラーフィルタなどの適宜な機能層の１層又は２層以上を設けることができる。
【００３７】
なお図１の例の如く、配向膜１４、２２は通常、電極１３、２１の上に液晶３０と隣接するように形成される。またカラーフィルタ２３は通常、セル基板１０、２０の一方における透明基板と電極の間に設けられる。なお図例では視認側基板２０にカラーフィルタ２３が設けられている。
【００３８】
液晶パネルは、図１の例の如く少なくとも液晶セルの両外側に偏光子１５、２５を有するものとして形成される。偏光子は、直線偏光を利用した液晶表示の達成を目的とする。偏光子としては、自然光を入射させた場合に直線偏光を透過し、他の光は吸収する適宜なものを用いることができ特に限定はない。
【００３９】
高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点などよりは、例えばポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸したものからなる吸収型偏光フィルムや、その片側又は両側に透明保護層を設けたものなどの如く偏光度の高いものが好ましく用いうる。
【００４０】
前記透明保護層の形成には、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性などに優れるものが好ましく用いられる。その例としてはアセテート系樹脂やポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂やポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂やポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂やアクリル系樹脂、ポリエーテル系樹脂やポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂やノルボルネン系樹脂の如きポリマー、特開２００１−３４３５２９号公報（ＷＯ０１／３７００７）に記載のポリマー、例えば（Ａ）側鎖に置換又は／及び非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、（Ｂ）側鎖に置換又は／及び非置換のフェニル基並びにニトリル基を有する熱可塑性樹脂との前記Ａ、Ｂを含有する樹脂組成物、あるいはアクリル系やウレタン系、アクリルウレタン系やエポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型ないし紫外線硬化型の樹脂などがあげられる。なお前記Ａ、Ｂを含有する樹脂組成物の具体例としてはイソブテンとＮ−メチルマレイミドからなる交互共重合体とアクリロニトリル・スチレン共重合体とを含有する樹脂組成物などがあげられる。透明保護層は、フィルムとしたものの接着方式やポリマー液等の塗布方式などにより付与することができる。従って斯かる透明保護層の形成技術は、上記した透明絶縁層の形成に適用することもできる。前記Ａ、Ｂを含有する樹脂組成物のフィルムは、樹脂組成物の混合押出品などとして得ることができる。
【００４１】
用いる偏光子、特に視認側の偏光子は、外光の表面反射による視認阻害の防止を目的に、ノングレア処理や反射防止処理を施したものであってもよい。ノングレア処理は、サンドブラスト方式やエンボス加工方式等の粗面化方式、シリカ等の透明粒子の配合方式や透明粒子を配合した樹脂の塗工方式などの種々の方式で表面を微細凹凸構造化することにより施すことができ、反射防止処理は、干渉性の蒸着膜を形成する方式などにて施すことができる。
【００４２】
またノングレア処理や反射防止処理は、前記の表面微細凹凸構造や干渉膜を付与したフィルムの接着方式などにても施すことができる。前記した表面微細凹凸構造化技術は、上記した半透過型光反射層又は／及び透明基板の表面を凹凸式光拡散面とする場合にも適用することができる。
【００４３】
液晶パネルの形成に際しては、位相差板や光拡散層等の適宜な光学層の１層又は２層以上を必要に応じて付加することができる。位相差板は、入射外光の円偏光化等や液晶の複屈折性による位相差の補償等による表示品位の向上などを目的とする。また光拡散層は、表示光やバックライト光の拡散による表示範囲の拡大や発光の平準化による輝度の均一化などを目的とする。
【００４４】
入射外光の円偏光化等は、図１の例の如く視認側基板２０とそれに最寄りの偏光子２５との間に少なくとも１層の位相差板２６、特に１／４波長板を配置することにより達成することができる。外光モードにおいて、少なくとも選択状態か非選択状態のいずれかの場合に円偏光を利用することにより階調表示が可能となる。
【００４５】
ちなみにＴＮ型やＶＡ型等の液晶表示装置の如く、液晶層に対する電圧の印加／無印加で白状態／黒状態を実現してノーマリーホワイトやノーマリーブラックの表示が行えるようにしたものにおいて円偏光を利用することで、その白状態と黒状態の中間の電圧を介し液晶の配向状態を制御して白／黒状態の中間の光学作用状態に設定することができる。すなわち当該中間状態では透過光が楕円偏光となり楕円偏光では、その楕円状態に基づいて光透過率が白／黒状態の中間状態のグレーとなり、階調表示が達成される。
【００４６】
前記において、外光モードでは半透過型光反射層による円偏光の反転を伴う反射を介した往復路で液晶表示が達成され、照明モードではバックライト光が半透過型光反射層の開口部を透過する往路だけで液晶表示が達成される。そのため照明モードでは外光モードの復路に対応する偏光状態が形成さるように偏光子や位相差層の光軸を調節して、外光モードに関与する視認側と照明モードに関与する背面側では逆状態の円偏光が形成されるようにするのが一般的である。
【００４７】
なお電圧無印加の状態で液晶層に位相差がある場合、前記した円偏光を実現するために視認側に設ける位相差板を１／４波長板とは多少異なる位相差を有するものとするときがあるが、その場合には半透過型光反射層の開口部に対応する位相差層もそれに準じて１／４波長板とは多少異なる位相差とすることもできる。
【００４８】
位相差板としては、例えば前記の透明保護層で例示したものなどの、適宜なポリマーからなるフィルムを、一軸や二軸等の適宜な方式で延伸処理してなる複屈折性フィルム、ネマチック系やディスコティック系等の適宜な液晶ポリマーの配向フィルムや、その配向層を透明基材で支持したものなどの適宜なものを用いることができる。
【００４９】
熱収縮性フィルムの加熱収縮力の作用下に処理したものの如く、厚さ方向の屈折率を制御した位相差板などであってもよい。また位相差板は通例、材料に固有の位相差の波長分散を示し、一般には短波長側が大きい正分散を示すが、短波長側が小さい逆分散のものも用いることができる。
【００５０】
位相差板は、位相差等の光学特性の制御を目的に必要に応じ重畳して２層以上を配置することもできる。ちなみに視認側において偏光子と１／４波長板との間に１／２波長板を介在させることにより、可視光域等の広い帯域で１／４波長の位相差を示すものとすることができる。また同様に背面側において偏光子と背面側基板との間に１／２波長板を介在させて１／４波長の位相差を広帯域化させることもできる。
【００５１】
さらに視野角の拡大等を目的とした補償用の位相差板を配置することもできる。斯かる補償用の位相差板も視認側又は／及び背面側の偏光子と液晶セルの間に配置する方式が一般的である。その位相差板には、補償すべき位相差などに応じて適宜なものを用いうる。
【００５２】
一方、光拡散層についても上記のノングレア層に準じた表面微細凹凸構造を有する塗工層や拡散シートなどによる適宜な方式にて設けることができる。また光拡散層は、透明粒子配合の粘着層として偏光子や位相差板などの接着を兼ねる層として形成することもでき、それにより薄型化を図ることもできる。光拡散層は、適宜な位置に１層又は２層以上を配置することができる。
【００５３】
前記の粘着層の形成には、ゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系などの適宜なポリマーをベースポリマーとする粘着剤などを用いうる。就中、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤の如く、透明性や耐候性や耐熱性などに優れるものが好ましく用いられる。
【００５４】
また粘着層に配合することのある前記の透明粒子としては、例えば平均粒径が０．５〜２０μｍのシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等からなる導電性のこともある無機系粒子、架橋又は未架橋のポリマー等からなる有機系粒子などの適宜なものを１種又は２種用いることができる。斯かる透明粒子は、上記したノングレア処理等にも用いることができる。
【００５５】
照明・外光両用型の液晶表示装置は、例えば図１の例の如く液晶パネル１００における背面側基板１０の外側に、光透過性の照明装置５０を介して光反射層５３を配置することにより形成することができる。
【００５６】
光透過性の照明装置は、液晶表示装置の照明光として利用するバックライト光を液晶パネル１００に入射させること、及び半透過型光反射層１１の光反射部を介して反射されたバックライト光の戻り光を照明装置５０を透過させて光反射層５３に到らせ、その反射を介し照明装置を再透過させて液晶パネルの照明に再利用すること目的とする。
【００５７】
照明装置としては、その表裏方向に光が透過しうる適宜な面光源を用いることができる。ちなみに図例では、導光板５１の側面や角部に、光源５２として例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源、発光ダイオード等の点光源やそれを線状や面状等に配列したアレイ体、あるいは点光源と線状導光板を組合せて点光源からの入射光を線状導光板を介し線状光源に変換するようにしたものなどを配置してなる光透過性の面光源装置が用いられている。
【００５８】
好ましく用いうる照明装置は、液晶パネルに対し可及的に集光性ないし指向性の高い垂直光をバックライトとして出射するものである。平行な光を出射する照明装置は、半透過型光反射層とその開口部に対応させて配置する位相差層とを背面側基板の表裏に分離して位置させても、バックライト光を対応関係の位相差層と開口部を効率よく通過させることができて、明るい液晶表示を達成することができる。
【００５９】
照明装置は、その点灯による照明モードでの視認を可能とするものである。照明・外光両用型では外光による外光モードにて視認するときには点灯の必要がないので、その点灯・消灯を切り替えうるものとされる。その切り替え方式には任意な方式を採ることができ、従来方式のいずれも採ることができる。なお照明装置は、発光色を切り替えうる異色発光式のものであってもよく、また異種の照明装置を介して異色発光させうるものとすることもできる。
【００６０】
図例の如く光源５２に対しては、必要に応じ発散光を導光板内に導くために、それを包囲するリフレクタ５４などの適宜な補助手段を配置した組合せ体とすることもできる。リフレクタとしては、例えば高反射率の金属薄膜を付設した樹脂シートや白色シート、金属箔や樹脂成形品などの如く、少なくとも光源側が光を反射する適宜な反射シートを用いうる。リフレクタは、その端部を導光板の上下面の端部に接着する方式などにて光源の包囲を兼ねる保持手段として利用することもできる。
【００６１】
照明装置の背面側に配置する光反射層は、上記した半透過型光反射層やリフレクタなどに準じて適宜に形成することができる。従って光反射性の金属や光反射性の高分子等のそれ自体が光反射性を示す材料にて形成することができるし、光反射性に乏しい材料にて本体を形成して、その所定面に光反射性の金属薄層や光反射性の高分子を付設して光反射面を有するものとして形成することもできる。光反射層の光反射面は、限定するものでないが、光利用効率の点より９５％以上の反射率を示すことが好ましい。
【００６２】
ちなみに前記光反射層の具体例としては、アルミニウムや銀、金や銅やクロム等の高反射率の金属ないしその合金等の材料からなる金属箔ないし金属板、その材料をメッキ方式や真空蒸着方式、スパッタリング方式等の適宜な薄膜形成方式で付設してなる高分子シート、前記材料の粉末を配合した高分子シート、高反射率インクを塗布した高分子シートなどがあげられる。なお斯かる光反射層の形成技術は、上記の半透過型光反射層やリフレクタの形成に適用することができる。
【００６３】
光反射層の反射面は、鏡面であってもよいが、多重反射等により半透過型光反射層の開口部への入射確率を高めて光利用効率の向上を図る点より光拡散機能を示すものが好ましい。光拡散型の反射層の形成は、例えばサンドブラストやマット処理等による表面の粗面化方式や、粒子添加方式などの適宜な方式で表面を微細凹凸構造としたフィルム基材等にその微細凹凸構造を反映させた光反射層を設ける方式などにより行うことができる。
【００６４】
前記の表面微細凹凸構造を反映させた微細凹凸構造の光反射層の形成は、例えば真空蒸着方式やイオンプレーティング方式、スパッタリング方式等の蒸着方式やメッキ方式などの適宜な方式で金属をフィルム基材等の表面に付設する方法などにより行うことができる。斯かる光拡散型の反射層の形成技術は、上記した半透過型光反射層の形成に適用することができる。
【００６５】
なおバックライト光の拡散は、例えば前記の光拡散型の反射層に代えて又はそれと共に、半透過型光反射層と背面側基板の間に光拡散型凹凸層を設ける方式、背面側基板と背面側の偏光子の間又は液晶パネルと照明装置の間に光拡散層を設ける方式などの適宜な方式で達成することができる。
【００６６】
液晶表示装置の形成に際しては、導光板５１等の照明装置と液晶パネル１００の間に必要に応じて例えばプリズムシートや光拡散板、偏光分離素子などの液晶表示装置の形成に用いられることのある適宜な光学部材の１層又は２層以上を配置することができる。
【００６７】
本発明による液晶表示装置は、外光モードと照明モードによる液晶表示が可能である。図２にその動作図を示した。図は、ノーマリーホワイトの液晶パネルの場合であり、左半分が電圧無印加状態（ｏｆｆ）、右半分が電圧印加状態（ｏｎ）を示している。通常、各部品は、接着層を介し積層一体化されて設置されるが、図例では偏光状態の図示のため分離状態となっている。なお図３の従来技術における動作図も同様である。
【００６８】
また円偏光による表示モードの実現のため視認側の位相差板２６及び背面側の位相差層１２は、１／４波長板からなり、視認側の偏光子２５と位相差板２６の軸関係及び背面側の偏光子１５と位相差層１２の軸関係は、視認側の偏光子２５の透過軸（０度）を基準に、背面側の偏光子１５の透過軸が９０度、視認側の位相差板２６及び背面側の位相差層１２の光学軸が＋４５度に設定されている。
【００６９】
なお軸関係は、前記に限定されるものではなく、また広帯域化を目的に必要に応じての１／２波長板を付加する場合には、それに応じて適宜必要な角度に選択される。さらに図では、位相の変化に影響しない透明基板１０、２０や透明電極１３、２１、配向膜１４、２２やカラーフィルタ２３の図示は省略している。
【００７０】
先ず外光モードでの視認について説明する。外光モードでは、入射した外光α０が偏光子２５を透過して直線偏光α１となり、ついで１／４波長板２６を透過して円偏光α２となって液晶層３０に入射する。
【００７１】
次に図上左側の電圧無印加状態（ｏｆｆ）では、液晶層に入射した円偏光が直線偏光α３ｏｆｆとして透過し、半透過型光反射層１１に入射する。その光反射部で反射された直線偏光は、偏光変換を受けずにそのまま直線偏光α４ｏｆｆとして液晶層を再透過して円偏光α５ｏｆｆとなり、ついで１／４波長板２６及び偏光子２５を順次再透過して直線偏光α６ｏｆｆ、α７ｏｆｆとなり、白表示が実現される。
【００７２】
一方、図上右側の電圧印加状態（ｏｎ）では、１／４波長板２６を透過した円偏光α２が実質的に影響を受けないのでそのまま円偏光α３ｏｎとして液晶層３０を透過した後、半透過型光反射層１１の光反射部で反射された際に逆方向の円偏光α４ｏｎとなり、液晶層３０を影響を受けずにそのまま逆円偏光α５ｏｎとして１／４波長板２６に入射し、それを透過して直線偏光α６ｏｎとなるが、これは偏光子２５の透過軸とは直交する振動方向を持つため偏光子に吸収されて、黒表示が実現される。
【００７３】
次に照明モードでの視認について説明する。照明モードでは、照明装置５０より出射されて入射した光（バックライト光）β０が偏光子１５を透過して直線偏光β１となり、半透過型光反射層１１の開口部１１Ａに設けた位相差層（１／４波長）１２を透過して逆円偏光β４（前記の円偏光α４ｏｎと同じ方向の意味）となり、液晶層３０に入射する。
【００７４】
図上左側の電圧無印加状態では、逆円偏光β４が液晶層３０を透過して直線偏光β５ｏｆｆとなり、これは１／４波長板２６の光学軸との関係に拘わらず、偏光子１５をその約５０％が透過しうる偏光状態β６ｏｆｆとなり（例では円偏光）、偏光子１５を透過した光β７ｏｆｆが白表示を形成する。
【００７５】
一方、図上右側の電圧印加状態では、逆円偏光β４が液晶層３０の影響を受けず、そのまま偏光状態を変えずに透過し、その逆円偏光β５ｏｎが１／４波長板２６を透過して直線偏光β６ｏｎとなり、これは偏光子２５の透過軸とは直交する振動方向を持つため偏光子に吸収されて、黒表示が実現される。
【００７６】
他方、偏光子１５を透過した直線偏光β１は、その大部分が半透過型光反射層１１の光反射部に入射して偏光状態を変えずに反射され、その反射光β１ａが偏光子１５を透過しその直線偏光β１ｂが照明装置５０を透過して直線偏光β１ｃとして光反射層５３に入射し、反射される。その反射光β１ｄは、照明装置５０を再透過して、照明装置による発光と共にバックライト光として再度液晶パネル１００に供給され、液晶表示に利用される。その結果、バックライト光の利用効率が向上して表示輝度が向上する。
【００７７】
前記の結果、照明装置からの光を効率よく利用して明るさに優れる照明モード、及び外光を効率よく利用して明るさに優れる外光モードを達成でき、表示品位に優れる照明・外光両用型の液晶表示装置を形成することができる。
【００７８】
なお本発明において上記した液晶パネルや液晶表示装置を形成する液晶セルや偏光子、位相差板等の光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置されていてもよい。界面反射の抑制によるコントラストの低下防止などの点よりは固着状態にあることが好ましい。その固着密着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができ、その透明接着層に上記した透明粒子等を含有させて拡散機能を示す接着層などとすることもできる。
【００７９】
また前記の光学素子ないし部品、特に視認側のそれには例えばサリチル酸エステル系化合物やベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をもたせることもできる。
【００８０】
【実施例】
実施例１
厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の無アルカリガラス板上に表面微細凹凸構造の樹脂層を設けた後、その上にアルミニウムを真空蒸着し、そのアルミニウム薄膜を縦横４００μｍ間隔で正方形の開口を全体で２０％の占有面積となるようにエッチング方式で形成して半透過型光反射層とし、その光反射部上にレジストを設けて開口部のみにＺｒＯ_２を傾斜角７５度、傾斜方向４５度の条件で斜め蒸着し半透過型光反射層と同厚の位相差層を形成したのちレジストを剥離除去した。この位相差層の位相差は、顕微偏光測定装置で観察したところ１２５ｎｍであった。
【００８１】
ついで前記の位相差層を含む半透過型光反射層の上に透明樹脂を塗布して表面が平坦な絶縁層を形成し、その上にＩＴＯ透明電極を設けて背面側基板を得た。一方、前記と同様の無アルカリガラス板にＩＴＯ透明電極を形成して視認側基板を得た。さらにそれら基板に設けた透明電極をエッチングにて４００μｍ間隔でそれぞれ縦及び横に分割した。
【００８２】
次に前記各基板の透明電極上にポリビニルアルコール溶液をスピンコートしてその乾燥膜をラビング処理（ラビング方向を４５度）した後、その背面側基板と視認側基板をそのラビング面を対向させてギャップ調節材を配し、周囲をエポキシ樹脂でシールしたのち液晶（メルク社製、ＺＬＩ−４７９２）を注入して液晶セルを形成した。
【００８３】
ついで前記セルの視認側に位相差が１３５ｎｍの位相差板を１３度の光軸角で接着した後、その上にポリビニルアルコール系偏光子を透過軸が９０度となるように接着すると共に、セルの背面側にポリビニルアルコール系偏光子を透過軸が０度となるように接着して、幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのノーマリーホワイトの半透過型液晶パネルを得た。
【００８４】
次に、前記液晶パネルの背面に光反射板付きの面光源装置を配置し、液晶表示装置を得た。その面光源装置は、導光板の光入射端面に冷陰極管を配し、導光板の光出射面上に光拡散板とプリズムシートを順次設けると共に、導光板の背面側に白色樹脂シートからなる光反射板を設けたものである。
【００８５】
実施例２
ＺｒＯ_２の斜め蒸着膜に代えて、半透過型光反射層の開口部に４５度でラビング処理した配向膜を形成し、その半透過型光反射層上に重合性の液晶モノマーを塗布配向させ、開口部以外を覆って紫外線を露光し、開口部の液晶を重合固定した後、他の液晶モノマーを除去して位相差が１３０ｎｍの位相差層を形成したほかは、実施例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００８６】
比較例
半透過型光反射層の開口部にＺｒＯ_２の斜め蒸着膜を設けず、位相差が１２５ｎｍの位相差板を背面側基板と偏光子の間に光学軸４５度で接着したほかは、実施例１に準じて液晶表示装置を得た。
【００８７】
評価試験
実施例、比較例で得た液晶表示装置に関して、液晶セルに電圧を印加しない状態（ｏｆｆ）又は印加した状態（ｏｎ）におけるパネル中央位置での正面輝度を、暗室にて面光源装置の冷陰極管を点灯させた照明モード、及び冷陰極管を消灯してリング照明灯を用いた室内における外光モードについて輝度計（トプコン社製、ＢＭ７）を用いて調べると共に、コントラスト比を調べた。
【００８８】
前記の結果を次表に示した。

【００８９】
表より、実施例では照明モードのｏｆｆ状態において、比較例よりも輝度が大きく向上して明るい表示の達成されていることが判る。肉眼による観察にても実施例の照明モードは、比較例よりも非常に明るくなっていた。これより本発明にて、外光モードの視認性を実質的に低下させることなく、照明モードにおける明るさを大きく向上させて、見やすい表示の照明・外光両用の液晶表示装置を得られることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の説明断面図
【図２】実施例の動作説明図
【図３】従来例の動作説明図
【符号の説明】
１００：液晶パネル
１０：背面側の透明基板
１１：半透過型光反射層
１１Ａ：開口
１２：位相差層
１３：透明電極
２０：視認側の透明基板
２１：透明電極
１５、２５：偏光子
２６：位相差板
３０：液晶
５０：照明装置
５３：光反射層

Claims

透明基板に、光透過用の開口を備えて電極を兼ねることもある半透過型光反射層を少なくとも有する背面側基板と、透明基板に透明電極を有する視認側基板とを、それらの電極側を対向させて配置した間に液晶を挟持してなる液晶セルの両外側に、直線偏光を透過し他の光は吸収する偏光子を有してなり、かつ前記の背面側基板が半透過型光反射層の開口部に対応して位相差層を部分的に有することを特徴とする液晶パネル。
請求項１において、光反射部が表面凹凸構造の光拡散面として形成された半透過型光反射層の光拡散面側の上に表面平滑化層を兼ねる透明絶縁層を介して透明電極を有する液晶パネル。
請求項１又は２において、視認側基板とそれに最寄りの偏光子との間に少なくとも１層の位相差板を有する液晶パネル。
請求項１〜３において、開口を分散分布させた金属薄膜又は誘電体多層膜からなる半透過型光反射層が背面側基板のセル内側に位置し、前記開口内に位相差層が充填されてなる液晶パネル。
請求項１〜４において、半透過型光反射層の開口部に対応する位相差層の面内位相差が１００〜２００ｎｍである液晶パネル。
請求項１〜５において、半透過型光反射層の開口部に対応する位相差層が液晶高分子又は誘電体の斜め蒸着膜からなる液晶パネル。
請求項１〜６に記載の液晶パネルにおける背面側基板の外側に光透過性の照明装置を介して光反射層を有することを特徴とする照明・外光両用型の液晶表示装置。
光反射層に光透過用の開口を分散分布させてなり、その開口部に位相差層を充填してなることを特徴とする液晶パネル形成用の半透過型光反射層。