JP4019565B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置に係り、特に、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる液晶装置の構造及びこの液晶装置を用いた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点があった。このため、明るい場所では通常の反射型液晶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式の液晶装置が提案されている。これは、実開昭57−049271号公報などに記載されているように、液晶セルの観察側と反対側の外面に偏光板、半透過反射板、バックライトを順次配置した構成をしている。この液晶装置では、周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。
【0003】
別の液晶装置としては、反射型表示の明るさを向上させた特開平8−292413号公報に記載されたものがある。この液晶装置は、液晶セルの観察側と反対側の外面に半透過反射板、偏光板、バックライトを順次配置した構成をしている。周囲が明るい場合には外光を取り入れて半透過反射板にて反射された光を利用して反射型表示を行い、周囲が暗くなるとバックライトを点灯して偏光板と半透過反射板を透過させた光により表示を視認可能とした透過型表示を行う。このような構成にすると、液晶セルと半透過反射板の間に偏光板がないため、前述した液晶装置よりも明るい反射型表示が得られる。
【0004】
しかし、上記公報に記載されている液晶装置は、液晶層と半透過反射板との間に透明基板が介在するため、二重映りや表示のにじみなどが発生してしまう。
【0005】
また、近年の携帯機器やOA機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求されるようになっており、反射型液晶装置を用いるような機器においてもカラー化が必要な場合が多い。ところが、上記公報に記載されている液晶装置とカラーフィルタを組み合わせた方法では、半透過反射板を液晶セルの後方に配置しているため、液晶層やカラーフィルタと半透過反射板との間に液晶セルの厚い透明基板が介在し、視差によって二重映りや表示のにじみなどが発生してしまい、十分な発色を得ることができないという問題点がある。この問題を解決するために、特開平9−258219号公報などに記載されているような液晶層と接するように反射板を配置する反射型カラー液晶装置が提案されている。しかし、この液晶装置は周囲が暗くなると表示を認識することができない。
【0006】
そこで、特開平10−282488号公報、特開平11−109417号公報、特開平11−52366号公報に記載されているように、反射板に開口部を設けることや反射板を薄膜化することで半透過反射状態にし、さらに液晶セルの後方に偏光板、光源を順次用いた半透過反射型カラー液晶装置が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載されている液晶装置は、AlやAgなどを主成分とする合金を反射板として用いて、この反射板を半透過状態にするために、微細な開口部を設けたり、薄膜化したりしているため、透過光が青味を呈していた。つまり、金属薄膜は可視光の短波長側の光は透過しやすく、長波長側の光は透過しにくいので、従来の白色照明や黄色味を呈した照明では明るい透過表示を得ることは困難であった。
【0008】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、透過表示の明るさを向上させ、明るく視認性の高い半透過反射型カラー液晶装置を提供することにある。また、この液晶装置を用いた電子機器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。
【0010】
本発明の液晶装置は、第1基板と第2基板との間に挟持した液晶層と、前記第2基板の前記液晶層側の面に形成された半透過反射層と、前記第2基板の前記液晶層と異なる側に配置された照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、 前記照明装置のXYZ表示系における色度座標(x,y)が、0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4を満たすとともに、前記金属薄膜はXYZ表示系における色度座標(x,y)が、0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4を満たす光を透過させることを特徴とする。
【0011】
この手段によれば、照明装置からの光が効率よく半透過反射層を透過するので、液晶装置における透過時の明るさを向上させることができる。半透過反射層を透過する光は青味を帯びていて、概ねXYZ表示系における色度座標(x,y)が0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4を満たす。ゆえに、照明装置の色度座標を半透過反射層を透過する光の色度座標と概ね同じように選ぶことによって、照明装置の消費電力を高くすることなく、明るく視認性の高い透過型表示を実現することができる。
【0012】
フルカラーの反射型表示と透過型表示を実現するためには、照明光が青くなりすぎるのは好ましくない。人間工学的な実験結果から、概ね半数の人が白色系と判断できる0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35を満たすように、照明装置の色度座標を選べば、より好ましい。
【0013】
なお、薄膜とは、膜厚が50nm以下の金属膜のことである。通常、半透過反射層にはAlが主成分の金属が用いられるが、Pt、CrやAgなどの可視光領域の外光を反射させることのできる金属であれば、その材料は特に限定されるものではない。
【0014】
照明装置の色については、光源色の測定法として、JIS−Z−8724(JISハンドブック33「色彩−1996」日本規格協会編集)にて規定されている。
【0015】
本発明の液晶装置は、第1基板と第2基板の液晶層と異なる側に第1偏光板、第2偏光板を配置しても構わない。このようにすることで、高いコントラストで視認性の高い半透過反射装置が実現できる。また、第1偏光板と第1基板の間及び第2偏光板と第2基板の間に少なくとも1枚の位相差板を配置しても構わない。このようにすることで、反射型表示と透過型表示のいずれにおいても良好な表示制御ができるとともに、光の波長分散に起因する液晶の色付きなどの色調への影響を低減することができる。
【0016】
本発明の液晶装置は、第1基板と半透過反射層の間のいずれかにカラーフィルタを形成しても構わない。このようにすることで、反射型カラー表示と透過型カラー表示を実現することができる。なお、カラーフィルタ層は赤(R)、緑(G)、青(B)の発色を示す複数のミクロフィルタからなる。カラーフィルタ層は、380nm以上780nm以下の波長範囲のすべての光に対して25%以上の透過率を有しているのが好ましい。このようにすることで、明るい反射型カラー表示と透過型カラー表示を実現することができる。
【0017】
第1偏光板と半透過反射層の間のいずれかに散乱層を配置しても構わない。このようにすることで、半透過反射層の鏡面感を散乱層によって散乱面(白色面)に見せることができる。また、散乱層による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。なお、散乱層の位置は、第1偏光板と半透過反射板の間であれば、どの位置にあっても特に構わない。散乱層は後方散乱(外光が入射した場合、入射光側への散乱)が小さいかほとんどないものが好ましい。
【0018】
半透過反射層が凹凸を有していても構わない。このようにすることで、半透過反射層の鏡面感を凸凹によってなくし、散乱面(白色面)に見せることができる。また、凹凸による散乱によって、広視野角の表示が可能となる。凸凹は感光性樹脂などで形成する方法やガラス基板をフッ酸などの溶液によって荒らす方法等で実現できる。
【0019】
また、本発明の液晶装置に用いる照明装置の色度座標は、フィルムなどを照明装置と第2基板の間に配置することで実現しても良い。
【0020】
また、本発明の液晶装置は、第1基板と第2基板との間に挟持した液晶層と、前記第2基板の前記液晶層側の面に形成された半透過反射層と、前記第2基板の前記液晶層と異なる側に配置された照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、前記照明装置のXYZ表示系における色度座標(x,y)が、0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35を満たすとともに、前記金属薄膜はXYZ表示系における色度座標(x,y)が、0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4を満たす光を透過させることを特徴とする。
【0021】
この手段によれば、明るく、より白色表示に近い透過型表示を実現することができる。フルカラーの反射型表示と透過型表示を実現するためには、照明光が青くなりすぎるのは好ましくない。人間工学的な実験結果から、概ね半数の人が白色系と判断できる0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35を満たすように、照明装置の色度座標を選べば、より好ましい。
【0022】
また、本発明の液晶装置は、前記金属薄膜がAlを主成分とする金属であることを特徴とする。
【0023】
この手段によれば、反射型表示で不要な着色のない高い反射率を得ることができる。
【0024】
また、本発明の液晶装置は、前記金属薄膜がAgを主成分とする金属であることを特徴とする。
【0025】
この手段によれば、反射型表示で不要な着色のない高い反射率を得ることができる。
【0026】
また、本発明の電子機器は、前記のいずれかに記載の液晶装置を搭載した電子機器であることを特徴とする。
【0027】
この手段によれば、反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる半透過反射型液晶装置を用いた携帯型電子機器を実現することができる。このような電子機器は、明るい場所でも暗い場所でも、周囲の外光に関係なく高画質な表示を実現でき、視認性に優れている。明るい場所では照明装置を点灯させる必要がないので、長時間のバッテリー駆動が可能となる。特に、暗い場所では明るい透過型表示を実現できるので、非常に視認性が高いという利点がある。
【0028】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【0029】
(第1実施形態)
図1は本発明に係る液晶装置の第1実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【0030】
この実施形態では、2枚の透明基板103,106の間に液晶層105が枠状のシール材104によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層105は、240度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板103の内面上にはカラーフィルタ111が形成され、このカラーフィルタ111には、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上には透明な保護膜112が被覆されており、この保護膜112の表面上に複数のストライプ状の透明電極113がITOなどにより形成されている。透明電極113の表面上には配向膜114が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【0031】
一方、下側の透明基板106の内面上には、膜厚30nmの1重量%のNdを含んだ薄膜Al118、SiO2やアクリル樹脂などからなる絶縁膜117、ITOからなる透明電極116、配向膜115が順次形成されている。本実施形態では、透明電極116を形成したが、薄膜Alを画素電極として用いても良い。この場合は、絶縁膜117と透明電極116が不要となる。
【0032】
上側の透明基板103の外面上に偏光板101が配置され、偏光板101と透明基板103との間に位相差板102が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板106の背後に位相差板107が配置され、この位相差板107の背後に偏光板108が配置されている。そして、偏光板108の下側には、白色光を発する蛍光管110と、この蛍光管110に沿った入射端面を備えた導光板109とを有するバックライトが配置されている。導光板109は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管110の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他のバックライトとしては、白色のLED(発光ダイオード)や白色のEL(エレクトロルミネセンス)などを用いることもできる。
【0033】
まず、反射型表示について説明する。外光は図1における偏光板101、位相差板102、上側透明基板103をそれぞれ透過し、カラーフィルタ111、液晶層105を通過後、薄膜Al118によって一部が反射され、再びカラーフィルタ111を通過して、偏光板101から出射される。このとき、透明電極113と透明電極116によって液晶層105へ電圧を印加する。この印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【0034】
次に、透過型表示について説明する。バックライトからの光は偏光板108及び位相差板107によって所定の楕円偏光となり、薄膜Al118からその一部が液晶層105に導入される。ここで、液晶層105に導入された光は、カラーフィルタ111を通過後、位相差板102を透過する。このとき、液晶層105への印加電圧に応じて、偏光板101を透過(明状態)する状態と吸収(暗状態)する状態、及びその中間の状態を制御することができる。
【0035】
このように、透過表示時は薄膜Al118を透過する光を用いて表示を行うので、薄膜Al118を透過する光の波長による強度の違いが問題となる。図3は、本実施形態に用いた薄膜Alを透過した光の分光特性を表す図である。AlやAgなどの金属薄膜をスパッタ法や蒸着法で形成すると、通常、短波長側の透過率が長波長側の透過率よりも高くなる傾向がある。このため、従来の白色の照明装置や黄色味を帯びた照明装置では、青側つまり可視光の短波長側の強度が弱いため、十分な明るさを得ることができない。そこで、この薄膜Al118の色度座標に照明装置(バックライト)の色度座標を概ね合わせることで、明るく視認性の高い透過カラー表示を実現することができた。本実施形態では、薄膜Al118を透過する光の色度座標は(x,y)=(0.265,0.289)であり、照明装置(バックライト)の色度座標は(x,y)=(0.275,0.280)である。
【0036】
(第2実施形態)
図2は本発明に係る液晶装置の第2実施形態の構造を示す概略縦断面図である。この実施形態は基本的に単純マトリクス型の液晶表示装置に関するものであるが、同様の構成によりアクティブマトリクス型の装置や他のセグメント型の装置、その他の液晶装置にも適用することは可能である。
【0037】
この実施形態では、2枚の透明基板203、206の間に液晶層205が枠状のシール材204によって封止されて、液晶セルが形成されている。液晶層205は、80度のツイスト角を持つネマチック液晶で構成されている。上側の透明基板203の内面上には、複数のストライプ状の透明電極213がITOなどにより形成されている。透明電極213の表面上には配向膜214が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【0038】
一方、下側の透明基板206の内面上には、膜厚30nmの薄膜Al218、さらにその表面にカラーフィルタ211が形成され、このカラーフィルタ211には、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルタの表面上にはSiO2やアクリル樹脂などからなる透明な保護膜212が被覆されており、この保護膜212の表面上に複数のストライプ状の透明電極216がITOなどにより形成されている。透明電極216の表面上には配向膜215が形成され、所定方向にラビング処理が施されている。
【0039】
上側の透明基板203の外面上に偏光板201が配置され、偏光板201と透明基板203との間に位相差板202が配置されている。また、液晶セルの下側には、透明基板206の背後に位相差板207が配置され、この位相差板207の背後に偏光板208が配置されている。そして、偏光板208の下側には、白色光を発する蛍光管210と、この蛍光管210に沿った入射端面を備えた導光板209とを有するバックライトが配置されている。導光板209は裏面全体に散乱用の粗面が形成され、或いは散乱用の印刷層が形成されたアクリル樹脂板などの透明体であり、光源である蛍光管210の光を端面にて受けて、液晶セル側にほぼ均一な光を放出するようになっている。その他の照明装置としては、白色のLED(発光ダイオード)や白色のEL(エレクトロルミネセンス)などを用いることもできる。
【0040】
まず、反射型表示について説明する。外光は図2における偏光板201、位相差板202、上側透明基板203をそれぞれ透過し、液晶層205を通過後、カラーフィルタ211、薄膜Al218によって一部が反射され、再びカラーフィルタ211、液晶層205を通過して、偏光板201から出射される。このとき、透明電極213と透明電極216によって液晶層205へ電圧を印加する。この印加電圧によって明状態と暗状態、及びその中間の明るさを制御することができる。
【0041】
次に、透過型表示について説明する。バックライト(照明装置)からの光は偏光板208及び位相差板207によって所定の楕円偏光となり、薄膜Al218からその一部が液晶層205に導入される。ここで、液晶層205に導入された光は、透明基板203を通過後、位相差板202を透過する。このとき、液晶層205への印加電圧に応じて、偏光板201を透過(明状態)する状態と吸収(暗状態)する状態、及びその中間の状態を制御することができる。
【0042】
このように、透過表示時は薄膜Al218を透過する光を用いて表示を行うので、薄膜Al218を透過する光の波長による強度の違いが問題となる。図3は、本実施形態に用いた薄膜Alを透過した光の分光特性を表す図である。AlやAgなどの金属薄膜をスパッタ法や蒸着法で形成すると、通常、短波長側の透過率が長波長側の透過率よりも高くなる傾向がある。このため、従来の白色の照明装置や黄色味を帯びた照明装置では、青側つまり可視光の短波長側の強度が弱いため、十分な明るさを得ることができない。そこで、この薄膜Al218の色度座標に照明装置(バックライト)の色度座標を概ね合わせることで、明るく視認性の高い透過カラー表示を実現することができた。本実施形態では、薄膜Al118を透過する光の色度座標は(x,y)=(0.265,0.289)であり、照明装置(バックライト)の色度座標は(x,y)=(0.275,0.280)である。
【0043】
(第3実施形態)
第1実施形態や第2実施形態では、Alを主成分とする金属薄膜を用いて、半透過反射層を形成した。Al,Ag,Cr,Ptなどを主成分とする種々の膜厚の金属薄膜(半透過反射層)を形成し、これらを透過する光の色度座標(x,y)を分光器によって測定、算出した。この結果をプロットしたものが、図4である。図中のプロット401が各金属薄膜の色度座標で、斜線の領域402が照明装置(バックライト)の望ましい色度の範囲である。金属薄膜を透過する光の色度座標は、0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4の範囲にある。よって、斜線の領域402に照明装置(バックライト)の色度座標を選ぶことによって、常に明るく視認性の高い透過表示を実現することができることを確認した。特に、0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35を満たすように、照明装置の色度座標を選べば、明るく、より白色表示に近い透過型表示を実現することができる。フルカラーの反射型表示と透過型表示を実現するためには、照明光が青くなりすぎるのは好ましくない。0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35の範囲は、人間工学的な実験結果から、概ね半数の人が白色系と判断できる範囲である。
【0044】
(第4実施形態)
本発明の請求項5記載の電子機器の例を3つ示す。
【0045】
本発明の液晶装置は、様々な環境下で用いられ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適している。
【0046】
図5(a)は携帯電話であり、本体の前面上方部に表示部が設けられる。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。特に移動中や外出先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、消費電力が低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、暗所で利用する透過型表示が従来の液晶装置より明るく、視認性が高い。
【0047】
図5(b)はウォッチであり、本体の中央に表示部が設けられる。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、反射型表示で発色が良く、視認性が高いことはもちろん、透過型表示も非常に明るく視認性が高い。従って、従来の液晶装置と比較して、大変に高級感あるカラー表示が得られる。
【0048】
図5(c)は携帯情報機器であり、本体の上側に表示部、下側に入力部が設けられる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けることが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型液晶装置は、常時照明装置(バックライト)を利用するため消費電力が大きく、電池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶装置は、反射型でも半透過反射型でも、透過型でも表示が鮮やかであるため、携帯情報機器に利用することが出来る。また、暗所の表示は明るい透過型表示が実現できるので、多くの情報を容易に認識することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透過表示の明るさを向上させ、明るく視認性の高い半透過反射型カラー液晶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶装置の第1実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図2】本発明に係る液晶装置の第2実施形態の構造を示す概略縦断面図である。
【図3】薄膜Alの分光特性を示す図である。
【図4】種々の金属薄膜の色度座標と本発明に係る照明装置の色度座標を示す図である。
【図5】本発明に係る液晶装置を搭載した電子機器の概略図である。
【符号の説明】
101、108、201、208…偏光板
102、107、202、207…位相差板
103、203…上側透明基板
104、204…シール剤
105、205…液晶層
106、206…下側透明基板
109、209…導光板
110、210…蛍光管
111、211…カラーフィルタ
112、212…保護膜
113、116、213、216…透明電極
114、115、214、215…配向膜
117…絶縁膜
118、218…薄膜Al(半透過反射層)
401…種々の金属薄膜の色度座標
402…照明装置の色度座標範囲
Claims (5)
- 第1基板と第2基板との間に挟持した液晶層と、前記第2基板の前記液晶層側の面に形成された半透過反射層と、前記第2基板の前記液晶層と異なる側に配置された照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、
前記照明装置のXYZ表示系における色度座標(x,y)が、
0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4
を満たすとともに、
前記金属薄膜はXYZ表示系における色度座標(x,y)が、
0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4
を満たす光を透過させることを特徴とする液晶装置。 - 第1基板と第2基板との間に挟持した液晶層と、前記第2基板の前記液晶層側の面に形成された半透過反射層と、前記第2基板の前記液晶層と異なる側に配置された照明装置とを備えた液晶装置において、前記半透過反射層は金属薄膜からなり、
前記照明装置のXYZ表示系における色度座標(x,y)が、
0.2≦x≦0.3、かつ0.2≦y≦0.35
を満たすとともに、
前記金属薄膜はXYZ表示系における色度座標(x,y)が、
0.1≦x≦0.3、かつ0.1≦y≦0.4
を満たす光を透過させることを特徴とする液晶装置。 - 前記金属薄膜がAlを主成分とする金属であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか記載の液晶装置。
- 前記金属薄膜がAgを主成分とする金属であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか記載の液晶装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の液晶装置を搭載した電子機器。
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