JP2003043475A

JP2003043475A - 液晶表示装置および電子機器

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Publication number: JP2003043475A
Application number: JP2001230172A
Authority: JP
Inventors: Chiyoaki Iijima; 千代明飯島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP3778025B2

Abstract

(57)【要約】【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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１
０１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１０
８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１
１０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。

【０００４】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１
１７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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記液晶表示装置１０
０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。

【０００６】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１１
７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１
１０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。

【０００７】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１０
４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。

【０００８】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１０
３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１
１５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。

【０００９】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２
０６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２１
４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。

【００１０】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２
１７の光を有効に利用することができる。

【００１１】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２
００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。

【００１２】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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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５
５により紙面に平行な偏光へ変換され、その後下基板５
０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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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５
０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。

【００２２】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。

【００２３】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２０
１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。

【００２４】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２０
１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２
０３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。

【００２５】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２１
７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２０
３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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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５
５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。

【００２９】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。

【００３０】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、２
０％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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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５
５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。

【００３４】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。

【００３５】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５
７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。

【００３６】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５
３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。

【００３７】図５に示す液晶表示装置は、反射偏光板５
７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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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、Ｓ
ｉ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。

【００４２】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。

【００４３】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〜３００
ｎｍとされ、１本の金属反射膜７１の幅Ｐｍは、３０ｎ
ｍ〜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７
２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。

【００４４】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７
２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。

【００４５】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２〜４ｎ
ｍとした場合に、光透過率が３０％（反射率７０％）と
なる。

【００４６】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。

【００４７】

【発明の実施の形態】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。

【００４８】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 Twiste
d 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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】（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。

【００５６】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。

【００５７】（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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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１
２０２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。

【００６１】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。

【００６２】

【実施例】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１
６０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。

【００６３】（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。

【００６４】（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０．２
４ｍｍ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。

【００６５】（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。

【００６６】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。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【発明の効果】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。

【００６９】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 5/30 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｂ 1/10 ＺＦターム(参考） 2H042 DA02 DA04 DA08 DA11 DA12 DA22 DB00 DC08 DD01 DE04 2H049 BA02 BA43 BA45 BA46 BB03 BB62 BC09 BC22 2H091 FA07X FA07Z FA15Z FA21Z FA41Z FB08 FD04 LA13 LA17 2K009 BB02 BB11 CC03 CC42 DD01 DD11 EE00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。