JPH09127501A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るくて視認性が良い、バックライトを必要
としない低消費電力の反射型液晶表示装置を得ること。 【解決手段】 液晶表示部２の背後に反射部３を有する
反射型液晶表示装置１において、液晶表示部２を偏光膜
２１と液晶表示素子２２からなるノーマリーオープン特
性とし、反射部３を、ブレーズ状鏡面反射板３１と光散
乱層３２の組合せとしたもの。このとき、２種類以上の
屈折率の異なる透明媒体からなる光散乱層３２を用いて
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外光を利用するだ
けでバックライトを用いることなく明るい画像が得ら
れ、電力消費が少なくて済む反射型液晶表示装置に係
り、特に、ラップトップ型やノート型パーソナルコンピ
ュータなど立てかけて使用する場合に好適な反射型液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のラップトップ型やノート型パーソ
ナルコンピュータに用いられている液晶表示装置は、液
晶パネルの背面にバックライトを有する透過型と、液晶
パネルの背面に光反射体を有する反射型の２種類の大別
されるが、これらの内、まず、透過型では、消費電力が
大きく、バッテリー動作に問題があり、他方、反射型で
は、明るさが不十分で、暗くて見にくいという問題を有
しており、この結果、従来技術では、バッテリー動作に
際して、バッテリー長寿命化と良好な視認性確保の両立
が困難であった。

【０００３】ここで、従来の反射型液晶表示装置におけ
る暗くて見にくいことの原因を解析すると、主として光
の利用効率が低く、入射した外光が使用者(視認者)の目
に充分に到達しないという点にあることが判る。すなわ
ち、液晶パネルに入射する外光のうち、僅かしか使用者
の目の方向に戻って来ないのが原因である。

【０００４】特に、ラップトップ型やノート型パーソナ
ルコンピュータのように立てかけて使用する液晶表示装
置においては、通常のオフィスのように、上方から入射
光が特に強い環境では、利用し得る入射光の大半は液晶
パネルの背面に設置された光反射体によって、手前の斜
め下方に反射してしまい、使用者には届かなくなってし
まうので、明るさが不足して暗く見えるようになってし
まう。

【０００５】これを解決するために、例えば、ＥＰ０４
９０１３２Ａ２では、液晶表示装置面に対して角度を有
する反射体を用いることで、天井灯のように表示装置に
対して上方からの、そして表示面に対して傾斜して入射
する光を、使用者の方向に反射させ明るくする方法につ
いて提案しており、特開昭６３−３０８２５号公報で
は、このとき鋸型の断面形状の溝からなる反射板を用い
ることで、同様の効果を得る方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、外光
利用効率の向上について充分に配慮されているとはいえ
ず、明るい表示を得るのが困難であるという問題があっ
た。本発明の目的は、外光をより多く液晶パネルに入射
させることができ、かつ液晶パネルからの反射光をより
多く使用者の方向に戻すことができ、明るく視認性の良
い液晶表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ノーマリー
オープン特性の液晶表示手段を用い、これに、鏡面のブ
レーズ状反射面と光散乱体を組合せ、このとき、光散乱
体がブレーズ状鏡面反射面と液晶表示手段の間に配置さ
れるようにして達成される。ここで、ブレーズ状鏡面反
射面とは、微細な非対称構造の複数の鏡面からなる反射
面のことである。

【０００８】この結果、本発明により得られる作用効果
を従来技術と比較して示すと、以下の通りとなる。ま
ず、従来技術では、アルミニウム、銀などの光反射率の
高い金属の表面を粗面化した反射板を用いていた。この
とき、反射面を粗面化しているのは、以下の理由によ
る。すなわち、反射面が鏡面のままであると、たとえブ
レーズ状反射面を用いたとしても、例えば天井にある蛍
光灯などの光源が、そのままの形状で反射され、背景と
して視認されるようになり、この結果、表示が見にくく
なってしまうためである。

【０００９】ここで、鏡面加工した金属面での反射率
は、例えば９０％以上と高いが、粗面化すると多重反射
が生じ、この結果、反射率は多重反射した回数分だけ低
下してしまう。つまり、鏡面での反射率に対して、祖面
化した面での反射率は大きく低下してしまい、この結
果、従来技術では、明るさが低下してしまうことにな
る。

【００１０】そこで、本発明では、鏡面反射面を疎面化
する代りに、例えば９９％以上の高い透過率が容易に得
られるように、屈折率の異なる透明媒体からなる光散乱
層を用い、これをブレーズ状鏡面反射面に配置し、この
光散乱層により光を散乱させることにより、鏡面反射面
での反射が１回だけになるようにしたものであり、これ
により、反射面での吸収損失を大幅に低減させ、反射率
を高め、明るさを大幅に増すことができるのである。

【００１１】また、ブレーズ形状の転写には金型を用い
る場合が多いが、このとき、反射面粗面化のために、金
型の表面を粗面にすると、金型に目ずまりが起こり、反
射面作成時、再三にわたり清掃が必要になり、作業性が
悪く、コスト高になるが、鏡面であれば、目ずまりする
虞れがなくなるので、本発明によれば、作業性の向上と
コストダウンが得られる。

【００１２】次に、通常、例えばオフィスなどでの光源
の多くは天井に設置されている。従って、ラップトップ
型のパーソナルコンピュータ(personal computer：以下
パソコンと略す)や、ノート型パソコンなどの事務機器
に対する照明光の多くは、上方から下方へ照射されるよ
うになっている。

【００１３】一方、本発明が適用対象とするラップトッ
プ型パソコンや、ノート型パソコンの表示装置は、通
常、立て掛けて使用されるようになっており、この結
果、その表示面に照射される単位面積当りの光のエネル
ギーは、表示装置の平面を真上に向けている卓上計算機
などの場合に比して大幅に小さい。

【００１４】更に、従来技術で用いられている反射板で
は、上方から照射された光の多くは下方に反射し、表示
パネルを透過し、明暗制御されで使用者の目に伝わる光
の強度は更に低くなってしまい、この結果、極めて暗い
表示しか得られない。

【００１５】従って、従来技術では、バッテリー動作の
場合でも、その寿命の著しい低下を伴うにもかかわら
ず、バックライトを有する透過型の液晶表示装置を主流
とせざるを得なかったのである。

【００１６】しかるに、本発明によれば、反射面が、ブ
レーズ状鏡面になっているので、このような一般的なオ
フィスにおける光源からの光の経路のもとでも、その反
射方向が制御でき、入射光量の多いオフィス上方から照
射された光をパネルの正面方向、つまり使用者の目の方
向に向けることができるようになり、この結果、使用者
の目に到達する光の強度が増し、表示装置の明るさを改
善することができるのである。

【００１７】更に、このとき、本発明では、液晶及び一
対の偏光膜からなる液晶表示手段がノーマリーオープン
特性を有する構成になっているため、外光の入射方向で
の透過率を高めることができ、この結果、入射光強度が
更に増し、より明るい表示を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による反射型液晶表
示装置について、図示の実施例を用いて詳細に説明す
る。

【００１９】図１は、本発明による反射型液晶表示装置
１をラップトップ型パソコンの表示装置として適用した
場合の一実施例で、４がパソコンの本体(処理部)を表わ
しており、２は液晶表示部、３は反射部である。そし
て、この実施例では、液晶表示部２が水平面となす角度
θを６０度に設定してあり、この状態で、上方からの入
射光Ｌ_A を照明光源として、表示面の法線方向に向う反
射光Ｌ_B による表示が得られ、視認方向Ｅで明るい画面
表示が得られるようになっている。

【００２０】液晶表示部２は、２枚の偏光膜(偏光板)２
１と、これらに挾まれている液晶表示素子２２で構成さ
れている。なお、この図では省略してあるが、偏光膜２
１と液晶表示素子２２の間には位相差板が配置されてい
る。反射部３は、アルミニウム蒸着によるブレーズ状鏡
面反射板３１と、光散乱層３２で構成されており、この
光散乱層３２は、ブレーズ状鏡面反射板３１と液晶表示
部２の間に挾まれて配置されている。

【００２１】液晶表示素子２２は、以下のようにして作
られている。まず、基板として、透明な２枚のガラス板
２枚を用意する。これらは、何れも厚さが１．１ｍｍ
で、表面は光学研磨されており、さらに、これらの基板
の内側には、ドライバ用のＩＣに接続されたＸＹマトリ
クス状の透明電極が形成され、これにより６４０×４８
０画素の表示部分が得られるようにしてあり、このとき
の表示領域サイズは、対角線の長さで９．４インチ(約
２４ｃｍ)である。

【００２２】次に、これら２枚の基板間には、ネマチッ
ク液晶ＺＬＩ−２２９３(メルク社製)にカイラル物質Ｓ
−８１１(メルク社製)を少量添加した液晶組成物が挟み
込まれ、封止される。ここで、この液晶組成物の自然ピ
ッチは１０．５μｍで、基板間のギャップは６．１μｍ
であり、このとき、直径が６．３μｍのジビニルベンゼ
ンからなるビーズスペーサが挾み込まれることにより、
一定のギャップ６．１μｍが保持されるようにしてい
る。

【００２３】また、これら基板の上記透明電極上には、
ポリイミド系配向膜ＬＱ−１８００(日立化成製)がスピ
ンコート法により約５００Åの厚みで塗布され、ラビン
グ法により表面処理されており、これにより上記液晶材
料に約５度の傾斜角(プレチルト)と、２４０度のねじれ
角が生じるようにされている。

【００２４】偏光膜２１及び位相差板は、例えば日東電
工社製ＮＰＦ−Ｆ１２２５ＤＵで作られ、これらにより
液晶表示手段２にノーマリーオープン特性が付与される
ように構成してある。ここで、このノーマリーオープン
特性とは、液晶に印加される電圧が低いうちは透過率が
高く、電圧を高くするにつれて透過率が低下してゆく特
性のことであるが、このノーマリーオープン特性を有す
る液晶表示手段２の視野角特性を示すと、図５に示すよ
うになっている。そして、この図５の特性から明らかな
ように、この実施例では、このようなノーマリーオープ
ン特性の液晶表示手段２を用いることにより、斜め方向
から入射する光ｂ(図１)に対する透過率を高め、これに
より、さらに明るさの向上が得られることになる。

【００２５】光散乱層３２は、以下のようにして作られ
ている。まず、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂(ＥＰ
８２７、エポキシ当量１８０)を重量比で５０、メチル
ヘキサヒドロ無水フタル酸(ＮＨ８２１０、酸当量１６
２)を重量比で５０、それぞれ用意し、これらを混合し
て透明媒体を得る。次に、この透明媒体に硬化剤として
２−エチル−４メチルイミダゾールを少量加え、更に、
この透明媒体とは屈折率の異なる材料であるＰＭＭＡ
(ポリメチルメタクリレート)からなる粒径約２０μｍの
透明体を、同じく重量比で２０混入し、これをブレーズ
状鏡面反射板３１と偏光膜２０の間に、約５０μｍの膜
厚で塗布後、１００°Ｃで２時間、硬化させた。

【００２６】ここで、ＥＰ８２７とＮＨ８２１０からな
る透明媒体の屈折率は１．５３で、ＰＭＭＡからなる透
明体の屈折率は１．４９であり、この屈折率差０．０４
により、光散乱層としての機能が得られるのである。な
お、この実施例におけるＥＰ８２７とＮＨ８２１０から
なる透明媒体は熱硬化性樹脂であるが、屈折率の異なる
透明媒体の混合体であれば、熱硬化性樹脂に限定される
ものではない。

【００２７】こうして作られた光散乱層３２は、透明媒
体だけで構成されているため、光を吸収することなく散
乱させる。従って、ブレーズ状鏡面反射板３１による鏡
面反射特性と相俟って、反射率を一層高めることができ
た。すなわち、光散乱層３２をブレーズ状鏡面反射板３
１に組合せたこの実施例の場合、ブレーズ状の反射板を
祖面化したときに比較して、反射光ｂの強度が増し視認
方向ｄでの明るさが１．３倍にも向上した。

【００２８】なお、この実施例では、光散乱層３２の層
厚を５０μｍとしたが、透明媒体と透明体との屈折率差
を大きくしたり、或いは混入する粒子の密度を増加させ
てやることにより、層厚を更に薄くすることができる。
このとき、透明媒体に混入する透明体粒子の屈折率の大
小は問わないが、しかし、光散乱層３２による後方散乱
は少ない方が好ましい。何故なら、後方散乱が大きと、
ブレーズ状鏡面反射板３１による反射光の指向性が失わ
れ、明るさが減少してしまうからである。

【００２９】従って、この光散乱層３２による後方散乱
を小さくするため、透明体の粒径は０．５μｍより大き
くし、透明媒体との屈折率差は０．０１以上、０．３以
下となるようにするのが望ましい。

【００３０】ブレーズ状鏡面反射板３１は、以下のよう
にして作られている。まず、機械加工によりブレーズ状
の金型を作製する。次に、この金型を用いて熱硬化樹脂
にブレーズ形状を転写する。そして、その表面にアルミ
ニウムを蒸着することにより、ブレーズ状の鏡面からな
る反射面を得るのである。このときブレーズ角(傾き角
度)は２０度とし、ブレーズの溝幅は３５μｍとした。

【００３１】こうして得たブレーズ状鏡面反射板３１に
よれば、図２に示すように、入射光Ｌ_A は、光散乱層３
２により散乱され、ブレーズ状鏡面反射板３１でブレー
ズ角による指向性をもって反射され、表示面の法線方向
に強度のピーク値を持つ反射光Ｌ_B を得ることができ、
図１に示すように、上方からの入射光Ｌ_A による照明の
もとで、視認方向Ｅで明るい表示を得ることができる。

【００３２】そして、このとき、この実施例によれば、
このブレーズ状鏡面反射板３１に光散乱層３２を組合せ
た反射部３を用いているので、鏡面による高い反射率
と、高い透過性のもとでの充分な散乱性を与えることが
でき、この結果、光の利用効率が大幅に向上され、充分
な明るさのもとで、背景が写り込む虞れの無い明瞭な表
示を容易に得ることができる。

【００３３】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。まず、図３は、光散乱層３２を粘着剤として、ブレ
ーズ状鏡面反射板３１に偏光膜２１を貼り合わせて一体
化し、フィルム状の偏光反射板を作製するようにした場
合の本発明の一実施例である。この図３の実施例によれ
ば、偏光膜２１とブレーズ状鏡面反射板３１が一体化さ
れているので、これらの界面での反射損失を防ぐことが
でき、更に明るさを向上させることができる。

【００３４】次に、図４は、光散乱層３２の一方の面
(偏光膜２１に接している面とは反対側の面、裏面)をブ
レーズ状に成型し、この成型した面にアルミニウムを蒸
着して反射面とし、これをブレーズ状鏡面反射板３１と
した場合の本発明の一実施例である。この実施例では、
ブレーズ成型用の金型から形状を転写する材料として、
上記した熱硬化樹脂、すなわち、透明媒体(ＥＰ８２７
とＮＨ８２１０)に透明体粒子ＰＭＭＡを混入した熱硬
化性樹脂を使用し、この樹脂を金型により成型し硬化さ
せた後、その成型面にアルミニウム蒸着し、図４に示す
ように、光散乱層３２と一体化したブレーズ状鏡面反射
板３１を得るようにしてある。

【００３５】この図４の実施例によれば、光散乱層３２
に直接、アルミニウムを蒸着しているので、ブレーズ状
鏡面反射板３１と光散乱層３２との間での熱膨張などを
考慮する必要が無くなるので、明るくて視認性が良く、
安定した特性の表示装置を容易に得ることができる。

【００３６】従って、上記実施例による反射型液晶表示
装置を、ラップトップパソコンやノート型パソコンの表
示部、及びパームトップ型パソコンやＰＤＡ(パーソナ
ルデジタルアシスタント)などの表示部として使用する
ことにより、コントラスト比が高く、明るく視認性の良
い表示が得られ、しかも低消費電力の情報処理装置を容
易に提供することができる。

【００３７】ところで、液晶素子としては、偏光膜を使
用せず、ポリマー中に液晶と二色性色素を混入した液晶
素子があるが、本発明は、このような表示素子を用いた
反射型液晶表示装置にも適用することができる。そし
て、この場合でも、コントラスト比では上記実施例ほど
ではないが、反射型液晶表示装置で問題になる明るさに
ついては、充分な向上が得られた。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、鏡面のブレーズ状反射
面に光散乱層を組合せ、さらにノーマリーオープン特性
の液晶素子を用いるようにしたので、斜め方向からの入
射光を効率良く照明光として利用できるようになり、バ
ックライトが不要な反射型として、充分に明るく、視認
性の良い、しかも低消費電力の反射型液晶表示装置を得
ることができる。

【００３９】この結果、バッテリー動作に際して、バッ
テリー寿命を永くすることができ、バッテリー動作型ラ
ップトップパソコンやノート型パソコンの性能向上に大
きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射型液晶表示装置の一実施例を
示す断面図である。

【図２】本発明における反射部の一実施例を示す断面図
である。

【図３】本発明における反射部の他の一実施例を示す断
面図である。

【図４】本発明における反射部の更に別の一実施例を示
す断面図である。

【図５】本発明の一実施例における液晶表示手段の特性
図である。

【符号の説明】

１ 反射型液晶表示装置 ２ 液晶表示部 ３ 反射部 ４ パソコンの本体(処理部) ２１ 偏光膜 ２２ 液晶表示素子 ３１ ブレーズ状鏡面反射板 ３２ 光散乱層 Ｌ_A 入射光 Ｌ_B 反射光 Ｅ 視認方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 克己 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 平方 純一 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示手段の裏面に光反射面を備え、
   液晶表示面に入射する外光を照明光として動作する方式
   の反射型液晶表示装置において、 上記液晶表示手段をノーマリーオープン特性の液晶表示
   手段で構成し、 上記反射面をブレーズ状鏡面反射面で構成した上で、 これら液晶表示手段とブレーズ状鏡面反射面の間に光散
   乱層を設けたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、 上記光散乱層が、屈折率を異にする２種類以上の透明媒
   体で構成されていることを特徴とする反射型液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２の発明において、 上記屈折率を異にする２種類以上の透明媒体の屈折率の
   差が０．０１乃至０．３であることを特徴とする反射型
   液晶表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１の発明において、 上記ブレーズ状鏡面反射面が、上記液晶表示面の法線方
   向に対して０度を越える傾斜角を持つ方向から入射する
   外光を、ほぼ該法線方向に反射させると共に、該法線方
   向への反射光強度が上記傾斜角と同一で逆符号の角度を
   有する方向への反射光強度よりも大きくなるように構成
   されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１の発明において、 上記ブレーズ状鏡面反射面が、上記光散乱層の一方の面
   に形成された金属層で構成されていることを特徴とする
   反射型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１の発明において、 上記液晶表示手段を構成する液晶層が二色性色素を含有
   し、電圧印加により光の吸収と透過を制御するように構
   成されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。