JP3804252B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置、特に反射型のモノクロあるいはカラー液晶装置に関し、さらにこの液晶装置を搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォッチ等の携帯型電子機器用途には、消費電力が小さい反射型液晶装置が適している。しかしながら、従来の反射型液晶装置には、視差によるダブルイメージという課題があった。これは液晶層と反射板との間に下側基板の厚み（例えば0.7mm）分だけの距離が存在するために、本来の表自と重なってその影が生じる現象であって、細かい文字等の表示を認識しづらくする。またドットマトリクス表示の各ドットに対応してカラーフィルタを設け、反射型カラー表示を行う場合にも、やはり視差によって入射光と反射光が異なるカラーフィルタを通過することによって、表示色の鮮やかさが損なわれるという課題がある。
【０００３】
このような課題を解決するために、液晶セル内に金属反射電極を設けて、液晶層と反射板との距離を縮める方法がAsiaDisplay'95 p.599で内田龍男氏らによって提案された。その構造の概略を図７に示す。図７において、７０１は光散乱板、７０２は偏光板、７０３は位相差板、７０４は上側基板、７０５は下側基板、７０６は透明電極、７０７は金属反射電極である。光散乱板７０１は、金属反射電極による鏡面反射を拡散させるために設けるが、コントラストを低下させないために前方散乱板を用いる。前方散乱板とは、透過光の散乱（これを前方散乱と呼ぶ）が大きく、反射光の散乱（これを後方散乱と呼ぶ）が殆ど無い光散乱板である。しかしながら、このように理想的な前方散乱板は得難く、実存の前方散乱板は多少なりとも後方散乱を伴うため、図７のような構造ではコントラストの低下が避けられない。
【０００４】
このような場合には、特開平９−１１３８９３号公報に開示されているように、偏光板よりも下、即ち液晶セル側に光散乱板を配置することが効果的である。このように配置すると光散乱板で後方散乱された光のうち、少なくとも半分は偏光板によって吸収されるために、コントラストが向上するという効果がある。なお先の特開平９−１１３８９３号公報は、用いている光散乱板が特殊であるためもあって、この効果について言及していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光散乱板を偏光板の下に配置した液晶装置には、別の原因でコントラストが低下したり、その視角依存性が大きくなるといった課題があった。その原因とは、光散乱板自体が有する複屈折である。
【０００６】
そこで本発明は、光散乱板の位置や軸方向を工夫することによって、コントラストが高く、視角が広い反射型液晶装置を提供することを目的とする。また、鮮やかな色が表示できる反射型カラー液晶装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の液晶装置は、少なくとも、偏光板と、光散乱板と、位相差板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順に配置した液晶装置であって、前記光散乱板が、複屈折を有し、前方散乱が後方散乱に対して相対的に強い光散乱板であり、その遅相軸が前記偏光板の吸収軸とほぼ平行あるいはほぼ直角になるように配置したことを特徴とする。このように構成したため、請求項１記載の液晶装置は、偏光板を通過した直線偏光が光散乱板の複屈折によって乱されなくなって、コントラストが向上し、その視角依存性が小さくなるという効果を有する。
【０００８】
請求項２記載の液晶装置は、少なくとも、偏光板と、位相差板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順に配置し、前記位相差板に隣接する位置に光散乱板を備えた液晶装置であって、前記光散乱板が、複屈折を有し、前方散乱が後方散乱に対して相対的に強い光散乱板であり、その遅相軸が隣接する位相差板の遅相軸とほぼ平行あるいはほぼ直角になるように配置したことを特徴とする。このように構成したため、請求項２記載の液晶装置は、位相差板の複屈折補償が光散乱板で乱されなくなって、コントラストが向上するという効果を有する。
【０００９】
請求項３記載の電子機器は、請求項１または請求項２記載の液晶装置を、表示部として備えたことを特徴とする。このように構成したため、請求項３記載の電子機器は、小さい消費電力で高画質な表示を得ることが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の請求項１記載の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図１において、１０１は偏光板、１０２は光散乱板、１０３は上側位相差板、１０４は下側位相差板、１０５は上側基板、１０６は液晶層、１０７は下側基板、１０８は透明電極、１０９は金属反射電極である。１０１と１０２、１０２と１０３、１０３と１０４、１０４と１０５は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下の基板間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、シール部、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００１２】
次に各構成要素について順に説明する。偏光板１０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素等のハロゲン物質や二色性染料をポリ・ビニル・プチラール等の高分子フィルムに吸着させて作製する。
【００１３】
光散乱板１０２は、屈折率が異なる２種類の微小領域から構成されるフィルムが好ましい。このように構成されることによって、前方散乱が強く後方散乱が小さい光散乱板が得られる。具体的には、微小なビーズをこれとは屈折率が異なる透明なバインダ中に分散したプラスチックフィルムが利用できる。また前記２種類の微小領域が層構造をなし、特定の角度から入射した光のみを散乱するようにしたプラスチックフィルムを利用してもよい。これらのプラスチックフィルムは、いずれも製膜時の異方性等に起因する複屈折を有する。実施例１では前者のビーズ分散プラスチックフィルムを利用したが、このフィルムは主としてベースとして用いたＴＡＣフィルムに起因する複屈折を有する。ＴＡＣフィルムの屈折率は、面内の屈折率がｎｘ＝１．４８０１、ｎｙ＝１．４８００、膜厚方向の屈折率がｎｚ＝１．４７９６であって、厚みが１００μｍであるから、リターデーション（複屈折率と層厚の積）が約１０ｎｍであった。
【００１４】
位相差板１０３と１０４は、例えばポリ・カーボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、表示の着色を補償するために利用される。ここでは２枚利用したが、１枚だけ利用することも可能である。
【００１５】
液晶層１０６は０度から２７０度ねじれたネマチック液晶組成物から成る。ねじれ角は上下ガラス基板表面における配向処理の方向と、液晶に添加するカイラル剤の分量で決定する。
【００１６】
上側基板１０５、下側基板１０７は、いずれもガラス基板である。下側基板は不透明な基板、例えばシリコンウェハー等であっても良い。透明電極１０８はＩＴＯ、金属反射電極１０９はＡｌ−Ｎｄ合金で形成した。
【００１７】
次に具体的な液晶セルの条件を紹介する。まず図１における液晶層１０６のリターデーションを０．９０μｍ、上側位相差板１０３のリターデーションを０．３７μｍ、下側位相差板１０４のリターデーションを０．４４μｍに設定した。図２は各軸の関係を示す図であり、２０１は偏光板１０１の偏光軸（吸収軸）、２０２は光散乱板１０２の遅相軸（ｎｘの方向）、２０３は上側位相差板１０３の遅相軸（延伸軸）、２０４は下側位相差板１０４の遅相軸（延伸軸）、２０５は上側基板１０５のラビング軸、２０６は下側基板１０６のラビング軸である。ここで、２０１と２０２を平行に、２０１が２０５と成す角度２１１を左４８度に、２０３が２０５と成す角度２１２を左２４度に、２０４が２０５となす角度２１３を左９６度に、２０６が２０５となす角度、即ち液晶のねじれ角２１４を左２５５度に設定した。なお、２０１と２０２を本実施例では平行に配置したが、±１０度の範囲で多少ずれが生じていても問題はなくほぼ平行になるように配置してもよい。しかし、最も良い条件は平行に配置することが好ましい。
【００１８】
このようにして作製した実施例１の液晶装置は、液晶セル内部に反射板を有しているため、視差のないすっきりした表示が得られた。しかも、コントラストは光散乱板を用いない液晶装置と同等の１：１２が得られ、視角特性も変わらなかった。なお光散乱板を用いない液晶装置とは、図１において光散乱板１０２を除き、金属反射電極１０９の代わりに透明電極を設け、下側基板１０７の外側に散乱反射板を設けた液晶装置を意味する。このような効果が得られた理由は、偏光板の吸収軸と光散乱板の遅相軸を平行に配置したことによって、偏光板を通過した直線偏光が光散乱板の複屈折によって乱されない（即ち楕円偏光にならない）ためである。なお２０１と２０２を直角に設定した場合にも、平行に設定した場合とほぼ同じ特性が得られた。直角（もしくは直行）するように配置した場合についても、前述の平行の配置の場合の実施例同様、多少ずれが生じていても問題はないものの、最も特性がよい条件は直交であることを補足する。
【００１９】
一方、光散乱板を１０１と１０２の間、１０２と１０３の間、１０３と１０４の間のいずれかの位置に、全く無配慮な軸方向に設置した場合には、最悪１：９のコントラストしか得られず、視角によるコントラスト低下も著しかった。
【００２０】
（実施例２）
実施例２は、請求項２記載の発明に係る液晶装置に関するが、構造の要部は図１に示した実施例１の液晶装置と同様である。また液晶層、光散乱板等の各構成要素についても同様なものを利用した。実施例１との違いは、主に光散乱板の軸配置にある。
【００２１】
図３は実施例２の液晶装置の各軸の関係を示す図であり、３０１は偏光板１０１の偏光軸（吸収軸）、３０２は光散乱板１０２の遅相軸、３０３は上側位相差板３０３の遅相軸（延伸軸）、３０４は下側位相差板１０４の遅相軸（延伸軸）、３０５は上側基板１０５のラビング軸、３０６は下側基板１０６のラビング軸である。ここで、３０２と３０３を平行に、３０１が３０５と成す角度３１１を左４８度に、３０３が３０５と成す角度３１２を左２４度に、３０４が３０５となす角度３１３を左９６度に、３０６が３０５となす角度、即ち液晶のねじれ角３１４を左２５５度に設定した。
【００２２】
液晶層１０６と下側位相差板１０４のリターデーションは、実施例１と同様にそれぞれ０．９０μｍと０．４４μｍに設定した。上側位相差板１０３のリターデーションは、光散乱板１０２のリターデーション０．０１μｍと合わせて０．３７μｍになるよう、０．３６μｍ に設定した。
【００２３】
このようにして作製した実施例２の液晶装置は、液晶セル内部に反射板を有しているため、視差のないすっきりした表示が得られた。しかも、コントラストは光散乱板を用いない液晶装置と同等の１：１２が得られた。これは、位相差板の遅相軸と光散乱板の遅相軸を平行に配置し、リターデーションを調整したことによって、位相差板による複屈折補償が光散乱板で乱されなかったためである。しかしながら、このような配置の工夫は視角を変えると効果が薄れるため、視角特性に関しては実施例１の液晶装置の方が優れていた。なお３０２と３０３を直角に設定した場合でも、リターデーションが合わせて０．３７μｍになるよう設定することによって、平行に設定した場合とほぼ同じ特性が得られた。
【００２４】
なお、本実施例においても、前述の実施例同様、位相差板の遅相軸と光散乱板の遅相軸の設定については多少のずれが生じていても問題はなく、ほぼ平行、もしくはほぼ直交する方向になるように設定されているものも含むものである。この点においては以下の実施例においても同様である。
【００２５】
（実施例３）
図４は本発明の請求項２記載の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図４において、４０１は偏光板、４０２は光散乱板、４０３は上側位相差板、４０４は下側位相差板、４０５は上側基板、４０６は液晶層、４０７は下側基板、４０８はカラーフィルタ、４０９は透明電極、４１０は金属反射電極である。４０１と４０３、４０３と４０４、４０４と４０２、４０２と４０５は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下の基板間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、シール部、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００２６】
液晶、光散乱板等の各構成要素は、実施例１と同様なものを利用した。カラーフィルタ４０８は、従来透過型カラー液晶装置で通常に用いられているものよりも透過率が高く、色が淡いものを利用した。
【００２７】
図５は実施例３の液晶装置の各軸の関係を示す図であり、５０１は偏光板４０１の偏光軸（吸収軸）、５０２は光散乱板４０２の遅相軸、５０３は上側位相差板４０３の遅相軸（延伸軸）、５０４は下側位相差板４０４の遅相軸（延伸軸）、５０５は上側基板４０５のラビング軸、５０６は下側基板４０６のラビング軸である。ここで、５０２と５０４を平行に、５０１が５０５と成す角度５１１を左４８度に、５０３が５０５と成す角度５１２を左２４度に、５０４が５０５となす角度５１３を左９６度に、５０６が５０５となす角度、即ち液晶のねじれ角５１４を左２５５度に設定した。
【００２８】
液晶層４０６と上側位相差板４０３のリターデーションは、実施例１と同様にそれぞれ０．９０μｍと０．３７μｍに設定した。下側位相差板４０４のリターデーションは、光散乱板４０２のリターデーション０．０１μｍと合わせて０．４４μｍになるよう、０．４３μｍ に設定した。
【００２９】
このようにして作製した実施例３の液晶装置は、液晶セル内部に反射板を有しているため、鮮やかなカラー表示が得られた。しかも、コントラストは光散乱板を用いない液晶装置と同等の１：１２が得られた。これは、位相差板の遅相軸と光散乱板の遅相軸を平行に配置し、リターデーションを調整したことによって、位相差板による複屈折補償が光散乱板で乱されなかったためである。しかしながら、このような配置の工夫は視角を変えると効果が薄れるため、視角特性に関しては実施例１の液晶装置の方が優れていた。なお５０２と５０４を直角に設定した場合でも、リターデーションが合わせて０．４４μｍになるよう設定することによって、平行に設定した場合とほぼ同じ特性が得られた。
【００３０】
以上の実施例においては、単純マトリクス方式の液晶装置を例として挙げたが、アクティブマトリクス方式の液晶装置を採用しても、本発明の効果に変わりはない。その場合は、液晶層のツイスト角を０度〜１２０度程度に小さくし、電気光学特性の急峻性を鈍らせた上で、液晶に合わせて位相差板等の条件を設定すれば良い。
【００３１】
（実施例４）
本発明の請求項３記載の電子機器の例を３つ示す。本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、かつ低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【００３２】
図６（ａ）は携帯電話であり、本体６０１の前面上方部に表示部６０２が設けられる。携帯電話は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電力が小さい反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望ましい。本発明の液晶装置は、例えば図１において金属反射電極１０９の膜厚を薄くし数％の光が透過するようにした上で、下側基板１０７の外側に位相差板、偏光板を配置することによって、簡単に半透過反射型液晶装置に変更することができる。本発明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表示でも従来の液晶装置よりコントラスト比が高いという特徴を有する。
【００３３】
図６（ｂ）はウォッチであり、本体６０３の中央に表示部６０４が設けられる。ウォッチ用途における重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置は、コントラストが高いことはもちろん、視差によるダブルイメージがないため、従来の液晶装置と比較して大変に高級感ある表示が得られる。
【００３４】
図６（ｃ）は携帯情報機器であり、本体６０５の上側に表示部６０６、下側に入力部６０７が設けられる。従来このような携帯情報機器には、反射型モノクロ液晶装置を利用することが多かった。透過型カラー液晶装置は、常時バックライトを利用するため消費電力が大きく、連続使用時間が短いからである。このような場合にも本発明の実施例３のような反射型カラー液晶装置を利用すれば、小さな消費電力でカラーの表示が可能であるため、使いやすい携帯情報機器が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、コントラストが高く、視角が広い反射型液晶装置を提供することが出来る。また、鮮やかな色が表示できる反射型カラー液晶装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１または実施例２における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例２における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例３における液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施例３における液晶装置の、各軸の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例４における電子機器の、外観を示す図である。（ａ）携帯電話、（ｂ）ウォッチ、（ｃ）携帯情報機器。
【図７】従来の液晶装置の、構造の要部を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 偏光板
１０２ 光散乱板
１０３ 上側位相差板
１０４ 下側位相差板
１０５ 上側基板
１０６ 液晶層
１０７ 下側基板
１０８ 透明電極
１０９ 金属反射電極
２０１ 偏光板の偏光軸（吸収軸）
２０２ 光散乱板の遅相軸
２０３ 上側位相差板の遅相軸（延伸軸）
２０４ 下側位相差板の遅相軸（延伸軸）
２０５ 上側基板のラビング軸
２０６ 下側基板のラビング軸

Claims (3)

1. 少なくとも、偏光板と、光散乱板と、位相差板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順に配置した液晶装置であって、
   前記光散乱板が、複屈折を有し、前方散乱が後方散乱に対して相対的に強い光散乱板であり、その遅相軸が前記偏光板の吸収軸とほぼ平行あるいはほぼ直角になるように配置したことを特徴とする液晶装置。
2. 少なくとも、偏光板と、位相差板と、透明電極を備えた上側基板と、液晶層と、金属反射電極を備えた下側基板とを備え、これらを前記の順に配置し、前記位相差板に隣接する位置に光散乱板を備えた液晶装置であって、
   前記光散乱板が、複屈折を有し、前方散乱が後方散乱に対して相対的に強い光散乱板であり、その遅相軸が隣接する位相差板の遅相軸とほぼ平行あるいはほぼ直角になるよう配置したことを特徴とする液晶装置。
3. 請求項１または請求項２記載の液晶装置を、表示部として備えたことを特徴とする電子機器。

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