JP2009222884A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射板６を有する表示装置２の太陽光の利用効率をより高め、明るさをより高める。
【解決手段】 反射面において入射光を拡散反射させ、断面形状が少なくとも二つ以上の内側面２２Ｒ、２２Ｗからなる各凹部２０のそれ等の内側面２２Ｒ、２２Ｗのうちの上記拡散反射に良く寄与する方の内側面２２Ｒの平均傾斜角度（傾斜角度βの平均値）が１０°〜２５°である反射板６と、この反射板６の上記反射面側に配置され、その反射光を透過させて少なくとも表示光の一部とする表示素子８、１０、１２、１４、１６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屋内外で明るく見え、視認性を高くすることができる新規な表示装置に関する。

液晶表示素子は、自ら発光することにより表示するのではなく、光を透過する部分と透過しない部分とのコントラストにより表示をするものなので、表示機能を果たすには照明光が必要である。
そして、その照明光を得る方式として最も一般的なのは、透過型であり、液晶素子の背後にバックライトと称される光源を配置して液晶表示装置を構成し、このバックライトからの光を表示用照明光として利用するものである（特開２００５−２２２０１２号公報）。

この透過型の液晶表示装置は、バックライトにより照明光を得ることができるので、周囲環境の明るさがそれほど強くない室内での使用に適し、パーソナルコンピュータ用のディスプレイ等に多く使用されるが、強烈な太陽の下のように光が強すぎる環境では見えにくくなるという欠点がある。このことから携帯電話機等室外での使用に耐え得ることが要求されるモバイル電子機器のディスプレイとして使用することには適さない。また透過型の液晶表示装置は、バックライトが多くの電力を消費するので、電源を成す電池の消費量を増やし、モバイル電子機器には適さないという欠点を有する。

これに対して、バックライトを要せず、室外での使用に適する方式として反射型がある。図４（Ａ）はそのような反射型の液晶表示装置ａの概略構成図であり、液晶素子ｂの背後にその液晶素子ｂを透過した光を反射する反射板ｃを配置し、この反射板ｃで反射された光を表示用照明光として利用するものである（特開２００５-１８９２７号公報）。
尚、図４（Ｂ）はその反射板ｃをその表面状態が解るように拡大して示す断面図である。この図から明らかなように、反射板ｃの表面には凹凸が形成されている。このように反射板ｃの表面に凹凸を形成するのは、表面の平坦度を高くすると鏡面になり、表示装置ａを覗くと顔が写ってしまうという不都合が生じるので、反射光を適宜拡散させる必要があるためである。

尚、ｄは各凹部を構成する一方の側の内側面、ｅは各凹部を構成する他方の側の内側面であり、従来においては、内側面ｄと内側面ｅとは法線ｌに対して傾く方向が逆であるが、その傾きの角度は同じであった。
このような反射型液晶表示装置ａによれば、環境の明るさが強くても、それに伴って反射板ｃで反射される光も強くなるので、透過型の液晶表示装置のように表示が見えにくくなるということはない。

その上、多くの電力を消費するバックライトを使用しないので、電池の寿命を永くすることができる。従って、室外で使用されるモバイル電子機器に適するのである。
尚、反射板の背後にバックライトと称される光源を設けて、反射板での反射光とバックライト光源からの光の両方を照明光として使用する半透過型の照明方式もある。
特開２００５−２２２０１２号公報 特開２００５−１８９２７号公報

ところで、モバイル電子機器用のディスプレイに適する反射型表示装置の従来のものは、透過型のものよりも室外での表示の視認性が高いけれども、決して充分に高い視認性を得ることができるわけではなく、より視認性を高めることが要求されている。

本発明は、反射板を有する表示装置において、外光の利用効率をより高め、明るさをより高めた表示装置を提供することを目的とする。

請求項１の表示装置は、反射面において入射光を拡散反射させる、断面形状が少なくとも二つ以上の内側面からなる各凹部のそれ等の内側面のうちの上記拡散反射に良く寄与する方の内側面の平均傾斜角度が１０°〜２５°である反射板と、この反射板の上記反射面側に配置され、その反射光を透過させて少なくとも表示光の一部とする表示素子と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の表示装置は、請求項１記載の表示装置において、前記反射板は表示素子の各画素毎に部分的に透過部を有し、上記反射板の前記表示素子と反対側にバックライトを配置したことを特徴とする。
請求項３の表示装置は、請求項１又は２記載の表示装置において、前記表示素子が液晶素子であることを特徴とする。

請求項４の表示装置は、入射光を拡散反射させるための第1傾斜面及び第2傾斜面が交互に配列されて所定の凹凸パターンをなす反射面を構成し、第１反射面は第２傾斜面よりも広い面積を有するとともに、その平均傾斜角が前記第２傾斜面よりも緩くかつ１０°〜２５°となる反射板と、反射板の上記反射面側に配置され、その反射光を透過させて少なくとも表示光の一部とする表示素子とを備えたことを特徴とする。
請求項５の表示装置は、請求項４記載の表示装置において、前記反射板は表示素子の各画素毎に部分的に透過部を有し、上記反射板の前記表示素子と反対側にバックライトを配置したことを特徴とする。
請求項６の表示装置は、請求項４又は５記載の表示装置において、前記表示素子が液晶素子であることを特徴とする。

請求項１の表示装置によれば、反射板の反射光を拡散させる各凹部の拡散反射に良く寄与する方の内側面（Ｒ）の平均傾斜角度が前述のように１０°〜２５°なので、太陽光などの外光の反射光の拡散範囲の中心を、正反射の方向からずらすことができ、延いては、反射面の入射点と接する法線方向近傍により近づけることができ、延いては、太陽からの光の照明光としてより有効に使用することができ、表示装置の明るさをより明るくすることができる。

請求項２の表示装置によれば、請求項１の表示装置の反射板として、各画素毎に反射部と透過部を有するものを用い、その反射板の背後にバックライトを配置したので、半反射型の表示装置を構成することができ、周囲の明るさが強い環境だけでなく、暗い環境においても表示の視認性を上げることができる。
請求項３の表示装置によれば、請求項１又は２の表示装置において、表示素子として液晶表示素子を用いるので、薄型、低消費電力の表示素子を得ることができる。

請求項４の表示装置によれば、第１傾斜面により、入射してくる外光を効率よく正反射の方向からずれた方向に反射させることができる。
請求項５の表示装置によれば、請求項４の表示装置の反射板として、各画素毎に反射部と透過部を有するものを用い、その反射板の背後にバックライトを配置したので、半反射型の表示装置を構成することができ、周囲の明るさが強い環境だけでなく、暗い環境においても表示の視認性を上げることができる。
請求項６の表示装置によれば、請求項４又は５の表示装置において、表示素子として液晶表示素子を用いるので、薄型、低消費電力の表示素子を得ることができる。

以下、添付図面を参照し、好適な実施形態について説明する。まず始めに、室外における視認性の向上が制約される原因について、図５を参照して説明する。
表示装置ａを室外で使用する場合、図５に示すように、水平な面から角度α（例えば４５°）程度表示装置ａを垂直な向きに傾けて使用する。そして、使用者は表示装置ａの正面に対して正対する位置近傍から観察するのが普通であり、反射板ｃの表面には上述したような凹凸が設けられているので、入射した光は図５に示すように拡散する。尚、ｆは使用者の眼、ｇはその眼ｆから表示装置ａの正面に下ろした法線、ｈは略真上から入射する、太陽光などの外光を示す。表示装置ａ正面の上記法線ｇと接する部分ｉ上に照射された光線ｊ、ｊ、ｊは外光ｈの反射光であり、ある角度範囲に拡散して反射する。

その拡散について具体的に説明すると、従来においては、入射した光、特に太陽からの外光ｈによる反射光は入射角（入射光線、ここでは光線ｈの法線ｇに対する角度）と等しい反射角［（反射光線ｊ、ｊ、ｊ）の法線ｇに対する角度］を中心としてある角度範囲内で拡散して反射される。その反射角度範囲は上記法線ｇと相当にずれた角度であり、反射光の拡散範囲を充分に広くしなければ、眼ｆには入らない。
しかし、拡散範囲を広くすると拡散反射光の強度が減少することから、表示装置の明るさが減少し、視認性が悪くなる。このことから、従来の反射型表示装置では外光を有効に利用することができなかった。このことは、表示装置の水平な面からの角度αが大きくなる程顕著になる。

携帯電話などの、使用者が把持して表示装置の向きを比較的自由に変更可能な機器の場合であれば、表示装置の向きを適宜変更して視認性を向上さえることも可能である。しかしながら、例えばデジタルカメラのように、通常の使用形態下で表示装置の表示面が水平面に対して起立した状態となることが多い機器の場合は、上記角度αが大きくなる。反射型表示装置であっても、太陽光などの外光（ｈ）を照明光として有効には活用できないことが明らかである。そして、このことが外部環境からの照明光を充分に強くして表示の視認性を充分に高めることの妨げになっている。
本願発明者は、このことに着目した上で、太陽光のような外光の表示素子への入射角が主として４０°〜５０°の範囲であることを突き止め、この太陽からの入射光による反射光の拡散中心の向きを入射角よりも小さくすることにより太陽からの光を照明光としてより有効に使用できるという着想を得て、更に、その着想の具現化を模索した結果、本発明を為すに至った。

本発明は、基本的に、反射板を、反射面において入射光を拡散反射させ、断面形状が少なくとも二つ以上の内側面からなる各凹部のそれ等の内側面のうちの上記拡散反射に良く寄与する方の内側面の平均傾斜角度が１０°〜２５°になるようにしたものであるが、その反射板の材質は、反射型表示装置の場合には、例えばアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ又はそれ等を用いた合金が好適である。この反射板は液晶表示素子との組み合わせに用いるような場合には、液晶表示用の電極として用いると良い。そして、反射板の反射面の凹凸は、フォトリソグラフィ又は射出成形により形成すると良い。
また、半透過型表示装置の場合は、反射板の表示素子とは反対側にバックライトを設けるが、更に、その反射板として、各画素毎に部分的に透過部を有するものを用いる。そして、各反射部の材質は例えばアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ又はそれ等を用いた合金が好適であり、各透過部は透明電極を成す例えばＩＴＯが好適である。

以下、本発明の詳細を図示実施例に基づいて説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明を反射型液晶表示装置に適用した一つの実施例（実施例１）を説明するためのものであり、（Ａ）は反射型液晶表示装置の概略構成を示す断面図で、ＴＦＴ駆動回路、カラーフィルタ、偏光板、光学フィルタを省略している。（Ｂ）は反射板をその反射面の凹凸が解るように拡大して示す断面図、（Ｃ）は傾斜角度βの定義をする定義説明図である。

尚、ここで、本願明細書における、平均傾斜角度を図１（Ｃ）を参照して説明する。
（１）一つの凹部の拡散反射に良く寄与する方の内側面（Ｒ）上の点ｓにおける反射板の水平な面に対する傾きを、点ｓにおける傾斜角度βと定義する。
（２）そして、その内側面（Ｒ）の下端から上端に至る範囲［図１（Ｃ）中の２４の符号で示す範囲］における、各点の傾斜角度βの平均値を、平均傾斜角度と定義する。
（３）尚、拡散反射に良く寄与する方の内側面（Ｒ）と、それとは反対側の内側面（Ｗ）、即ち反射に良くは寄与しない側の内側面とでは、水平面に対する起き上がりの方向が逆になるため正負の符号が逆になる。

２は反射型液晶表示装置であり、例えば電子卓上計算機（所謂「電卓」）、携帯電話機、時計等に用いられている反射型液晶表示装置のように、ガラス基板の外に反射板が配置されるのではなく、ガラス基板の内側に反射板が配置されるタイプのものである。
即ち、電卓、時計等に用いられる反射型液晶表示装置ではガラス基板の外側に反射板が配置される場合が多いが、これでは高精細化、カラー化等が困難なので、ガラス基板の内側の液晶と接したところに反射板を配置することが要請され、その要請に応える技術が現れており、そのような液晶表示装置に本発明に係る反射板が適しているのである。

４はその下側のガラス基板、６は反射板で、例えばアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ又はそれ等を用いた合金により形成されており、パターニングされて下側電極としても機能し得る。そして、この反射板６は、図１（Ｂ）に示すような凹凸のある反射面を有するが、それについては後で説明する。
８は下側配向膜、１０は液晶、１２は上側配向膜、１４は透明電極で、ＩＴＯ等からなる。１６は上側ガラス基板である。

２０は上記反射板６に形成された凹部であり、図１（Ｂ）、（Ｃ）を参照してこの凹部２０について説明する。
凹部２０は、反射面の一つの頂部から隣の頂部に至る１ピッチ分一つ一つを指し、その１ピッチは例えば６〜１０μｍであり、また、凹部の底と頂部との間の高低差（凸部の高さ）は１〜３μｍ程度であり、このような凹部は例えば、射出成形により形成される。なお、凹部は射出成形以外の形成方法、例えばフォトリソグラフィによって形成しても良い。

反射型液晶表示装置２は、例えばデジタルカメラの背面側に設けられており、デジタルカメラを通常の撮影状態にして構えたとき、反射型液晶表示装置２はほぼ鉛直方向に起立する。図１（Ｂ）中においては、左方向が表示装置２の下側（重力方向）に、右方向が表示装置２の上側に夫々対応する。また太陽光などの外光ｈは、図１（Ｂ）中の右側斜め上方向から入射角４０°〜５０°程度で入射してくる。各凹部２０の一方の内側面２２Ｒ（第１傾斜面）、具体的には表示装置の上側（先側）の内側面が拡散反射に有効に寄与し、他方の内側面２２Ｗ（第２傾斜面）、具体的には表示装置の下側（手元側）の内側面は拡散反射に全く或いは有効には寄与しない。

図１（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、内側面２２Ｒと内側面２２Ｗは交互に配列され、反射板６は所定の凹凸パターンをなす反射面をなしている。また内側面２２Ｒの面積は内側面２２Ｗの面積よりも大きく設けられており、水平面に対する内側面２２Ｒの傾斜角βは内側面２２Ｗの傾斜角よりも緩い。
そして、内側面２２Ｒは水平面により近い、浅い角度で傾斜しているのに対して、内側面２２Ｗは水平面に対して比較的大きな深い角度を成し、法線に対して比較的近い角度を成しており、９０°であっても良い、即ち、法線と同じであっても良い。ここで、水平面とは、液晶表示装置の表示面と平行な面を指す。

本発明においては、反射板６の各凹部２０を構成する内側面２２Ｒと２２Ｗのうちの拡散反射に有効に寄与する方の内側面２２Ｒの傾斜角度βの図１（Ｃ）の一端（下底端）から上端（頂点）に至る範囲［図１（Ｃ）の２４に示す範囲］における平均値が１０°〜２５°になるようにしている。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は反射板の具体的な一つの設計例についての傾斜角度分布、内側面２２Ｒの形状及び各位置の傾斜角度並びに反射特性を示すものである。
図２（Ａ）は、各凹部２０の内側面２２Ｒの傾斜角度βの分布を示すもので、横軸が傾斜角度βであり、本例では、０°から３０°の範囲で１°刻みで測定してデータを得ている。横軸は、１°刻みでの各角度の測定値が得られた頻度を示している。
即ち、この例では、０〜５°では頻度が０である。６°では僅かながら頻度がある。７°で急に頻度が増え、それをピークとして２４°まで頻度が徐々に減り、２４°を越えると頻度は０になるという分布を示しており、この内側面の２２Ｒの傾斜角度βの平均値は、１５．８°（度）である。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すような傾斜角度β分布を有する凹部２０の主として内側面２２Ｒの形状を示す図で、横軸に長さμｍ、縦軸に最下底からの高さμｍをとったものであり、実線が内側面２２Ｒの形状を示している。但し、内側面２２Ｗの一部の形状も含んでいる。そして、破線は各位置における傾斜角度βを示している。
この図２（Ｂ）に示すような形状にすると、図２（Ａ）に示すような傾斜角度β分布を有する凹部２０の内側面２２Ｒが得られ、傾斜角度βの平均値の絶対値が１５．８°となり１０〜２５°という条件を満たすことができるのである。

図２（Ｃ）は、入射角を４５°にした場合の反射特性を示すもので、横軸に受光角（°）をとり、縦軸に反射強度（相対値であり、単位無し。ピークを２０００にしている）を取っている。なお、受光角は水平面の法線に対する反射光の傾斜角に相当する。
入射角を４５°にとるのは、屋外で携帯電話機等各種モバイル電子機器を使う場合、概ね、機器のディスプレイのある主面を、太陽光などの外光の表示素子への入射角が主として４０°〜５０°になる角度に傾ける場合が多く、そこで、その角度範囲の中間値（４５°）を選んだためである。

この図から明らかなように、入射角が４５°でも法線の角度、即ち略正面（受光角０°）における反射強度が高く、ピークになっており、従来における問題が解決されていることが明らかである。また反射強度のピークは受光角+５°程度まで続いており、これは、外光の入射方向側からの観察においても、視認性が向上していることを意味する。例えば、デジタルカメラの使用者が、使用者の背面上部から反射型液晶表示装置２へ向けて入射する太陽光（外光）と同じ方向から反射型液晶表示装置２を見る場合であっても、表示装置の反射強度が高く、視認性が向上するということになる。

そして、平均傾斜角度を広範囲に変化させた多くの試作品をつくり、多くの人に野外で使用して頂いたディスプレイの視認性についてのデータから、平均傾斜角度が１０〜２５°が良好な視認性が得られることが確認できた。
そこで、拡散反射させる、断面形状が二つの内側面からなる各凹部のそれ等の内側面のうちの上記拡散反射に良く寄与する方の内側面の平均傾斜角度を１０°〜２５°にすることを本発明により提案する次第である。

図３は本発明を半透過型液晶表示装置に適用した実施例（実施例２）の概略構成を示す断面図である。
本実施例は、基本的には、図１に示した実施例（実施例１）の裏側にバックライト３０を設けたものであるが、但し、図１に示した実施例の反射板６に代えて、各画素毎に光を透過させる透過部を部分的に有し、その各透過部を透明電極を成す例えばＩＴＯにより、反射する各部分をアルミニウムＡｌ、銀Ａｇ又はそれ等を用いた合金により形成した反射板６ａを用いる。

本発明は、液晶表示素子等の表示素子を用い、屋内外で明るく見え、視認性を高くすることができる新規な表示装置に産業上の利用可能性がある。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明を反射型液晶表示装置に適用した一つの実施例（実施例１）を説明するためのものであり、（Ａ）は反射型液晶表示装置の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は反射板をその反射面の凹凸が解るように拡大して示す断面図、（Ｃ）は傾斜角度βの定義をする定義説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る反射板の具体的な一つの設計例についての傾斜角度分布、内側面２２Ｒの形状及び各位置の傾斜角度並びに反射特性を示すもので、（Ａ）は各凹部の拡散反射に寄与する内側面の傾斜角度の分布を示し、（Ｂ）は図２（Ａ）に示すような傾斜角度分布を有する凹部の主として内側面２２Ｒの形状を実線にて示し、各位置における傾斜角度βを破線にて示す図である。 本発明を半透過型液晶表示装置に適用した実施例（実施例２）の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は反射型の液晶表示装置の従来例を示すもので、（Ａ）は概略構成図、（Ｂ）は液晶表示装置を構成する反射板をその表面状態が解るように拡大して示す断面図である。 本発明が解決しようとする問題点の説明図である。

符号の説明

２・・・表示装置、４・・・ガラス基板、６、６ａ・・・反射板、８・・・配向膜、
１０・・・液晶、１２・・・配向膜、１４・・・透明電極膜、１６・・・ガラス基板、
２０・・・凹部（１ピッチ）、２２・・・内側面、
２２Ｒ・・・散乱反射に寄与する方の内側面（第1傾斜面）、
２２Ｗ・・・散乱反射に寄与しない方の内側面（第２傾斜面）、
２４・・・拡散反射に寄与する内側面２２Ｒの各点ｓの傾斜角度βの平均値を求める範 囲、３０・・・バックライト、
β・・・傾斜角度、Ｓ・・・内側面２２Ｒ上の一つの点。

Claims (6)

1. 反射面において入射光を拡散反射させる、断面形状が少なくとも二つ以上の内側面からなる各凹部のそれ等の内側面のうちの上記拡散反射に良く寄与する方の内側面の平均傾斜角度が１０°〜２５°である反射板と、
   上記反射板の上記反射面側に配置され、その反射光を透過させて少なくとも表示光の一部とする表示素子と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記反射板は表示素子の各画素毎に部分的に透過部を有し、
   上記反射板の前記表示素子と反対側にバックライトを配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記表示素子が液晶素子である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
4. 入射光を拡散反射させるための第1傾斜面及び第2傾斜面が交互に配列されて所定の凹凸パターンをなす反射面を構成し、前記第１反射面は前記第２傾斜面よりも広い面積を有するとともに、その平均傾斜角が前記第２傾斜面よりも緩くかつ１０°〜２５°となる反射板と、
   上記反射板の上記反射面側に配置され、その反射光を透過させて少なくとも表示光の一部とする表示素子と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
5. 前記反射板は表示素子の各画素毎に部分的に透過部を有し、
   上記反射板の前記表示素子と反対側にバックライトを配置した
   ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記表示素子が液晶素子である
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の表示装置。

Images