JP2651088B2

JP2651088B2 - 液晶表示パネル

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Publication number: JP2651088B2
Application number: JP4230147A
Authority: JP
Inventors: エフクレールジェー; 正俊堀井; 和久宇井
Original assignee: SUTANREE DENKI KK
Current assignee: SUTANREE DENKI KK
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH0675218A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示パネルに関
し、特に透過モードと反射モードを切り換えて用いるこ
とのできる液晶表示パネルであって、電界に応じて光の
透過状態と散乱状態との間で状態変化する液晶を使用し
た液晶表示パネルに関する。

【０００２】液晶表示パネルは一般に反射光で表示する
反射モード型のものと、透過光で表示する透過モード型
のものとがある。反射モード型は光源として観測者の周
囲の光を利用し、周囲光が液晶セルを透過し、液晶セル
の背面に配置した反射板で反射して表示を行い、光源と
しての照明装置を用いない。これに対し、透過モード型
は照明装置をバックライトとして用いてバックライトか
らの光を液晶セルに透過させて表示する。

【０００３】本発明に係わる液晶表示パネルはその両方
のモードが兼用できるもので、照明装置を使用すれば透
過型液晶表示パネルとなり、照明装置を使用しなければ
反射型液晶表示パネルとなる。なお、本明細書ではこの
兼用モードの液晶表示パネルを透反型液晶表示パネルと
称する。

【０００４】

【従来の技術】透反型液晶表示パネルの構成要素はおお
まかに、照明光源であるバックライト装置と、透過モー
ドの際にはバックライト光を充分透過し、反射モードの
際には入射光を散乱反射する拡散板と、液晶を透明基板
で挟んだ液晶セルとから構成される。以下、従来の透反
型液晶表示パネルの構造を図４〜図６の各外観図を参照
して説明する。

【０００５】図４は、最も一般的なバックライト装置の
外観図である。このバックライト装置はエッジタイプと
呼ばれるもので、薄型の面光源を得るのに都合が良い。
好ましくは冷陰極形の白色蛍光灯のような細長い管状の
照明光源４１が１側端が開いているリフレクタ４２で覆
われる。リフレクタ４２の内面は鏡面で照明光源４１の
光を反射する。リフレクタ４２の開放端部は透明導光板
４３を挟持している。

【０００６】透明導光板４３は光の屈折率が空気よりも
高く、ガラスに近い約１．５の値をもつ例えば透明なア
クリル板である。照明光源４１からの光は図４の矢印の
ように透明導光板４３の上下の面で全反射して導かれ
る。

【０００７】透明導光板４３の上面に第１の拡散板４４
が配置される。この第１の拡散板４４は反射モードの場
合にはその上面から入射した光の約５０％を反射し、透
過モードの場合には透明導光板４３から下面に入射した
光の約５０％を透過するような材料、構成が選ばれる。
たとえば、散乱源を分散した透明板、印刷した白色パタ
ーン等を用いることができる。

【０００８】透明導光板４３の下面に第２の拡散板４５
が配置される。この第２の拡散板４５は透明導光板４３
を通過して上面に入射する光の全部を散乱ないし反射す
る反射面を有する。これは金属板を使用してもよい。

【０００９】図４のバックライト装置を反射モードで使
用すると、照明光源４１は使用されず、第１の散乱板４
４と第２の散乱板４５とが上方からの入射光の反射板と
して機能する。

【００１０】次に、図５に別のバックライト装置の外観
図を示す。これは図４のバックライト装置の構成にさら
にマイクロプリズム板４６を加えたものである。このマ
イクロプリズム板４６は図示の如くほぼ三角形断面の山
形が多数アレイ状に配置されたもので、材質は屈折率が
高く、透明でくもりのないポリカーボネイトかアクリル
で形成される。山のピッチは２、３０ミクロンから数１
００ミクロンの範囲で、各マイクロプリズムの頂角は約
６０〜１３０°である。

【００１１】マイクロプリズム板４６の役目としては、
垂直な入射光に対しては反射（屈折）光の輝度を拡大
し、側方からの大きな入射角（通常は４５°以上）の光
に対しては反射（屈折）光の輝度を減ずる。従って、指
向性すなわち視野角が狭くなるが、光の利用効率が増加
して正面からみた場合の輝度が向上してより見やすい表
示となる。

【００１２】次に、図６に図５で説明したバックライト
装置と液晶セル５０を使用した透反型液晶表示パネルの
外観図を示す。なお、図４で説明したバックライト装置
を使用した透反型液晶表示パネルは図６の装置からマイ
クロプリズム板４６を除いたものである。

【００１３】液晶セル５０は液晶層５１を透明ガラス基
板５２，５３で挟んで封止したものである。透明ガラス
基板５２、５３上には画素を駆動するための電極や駆動
素子、さらには配向膜等が形成されるが、本図では簡単
のためそれらの図示を省略する。

【００１４】ここで、液晶層５１で使用できる液晶の種
類を例示する。液晶表示パネルに利用される液晶の電気
光学的効果は色々あるが、それらは以下の類型に分類す
ることができる。

【００１５】すなわち、（１）偏光にもとづく表示効果を利用する液晶（ツイス
テッドネマティック（ＴＮ）形液晶、スーパーツイステ
ッドネマティック（ＳＴＮ）形液晶、複屈折制御（ＥＣ
Ｂ）形液晶、表面安定強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）な
ど）（２）色素光吸収効果いわゆるゲストホスト効果を利用
する液晶（ハイルマイヤ形、ホワイト・テーラ形）（３）光の散乱モードを利用する液晶（ダイナミック散
乱モード（ＤＳＭ）、コレステリック・ネマティック相
転移モード（ＣＮＰＴ）、ポリマー分散形液晶（ＰＤＬ
Ｃ）など）直視形液晶表示パネルの場合には、上記（１）と（２）
の液晶が適切であり、（３）のタイプの液晶は投影形液
晶表示パネルに適合する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示パネルは薄型
で軽量でしかも低価格のものが望まれている。その点に
おいて、以上説明したような従来の透反型液晶表示装置
においては、バックライト装置として線状光源と、これ
に結合した導光板と、導光板の上下の面に結合した２枚
の散乱板によって薄い面光源を形成していた。バックラ
イト装置と液晶セルとは重ねて配置され、それらの厚さ
の和が液晶表示パネルの厚さを基本的に定めていた。

【００１７】従って、液晶表示パネルの厚みをさらに減
らし、しかもその製造コストを低減するためにはバック
ライト装置を含めた液晶表示パネルの構造を再検討しな
ければならない。

【００１８】本発明の目的は、厚みをより薄くでき、し
かも製造コストがより安くできる透反型液晶表示パネル
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示パネル
は、印加される電界に応じて光の透過状態と散乱状態と
の間で状態変化する液晶を含む液晶セルと、該液晶セル
の一方の主面に対向して配置される背景板と、液晶セル
と背景板との間に配置された透明なマイクロプリズム板
と、液晶セルの側縁に結合され、該液晶セル内に光を入
射することのできる光源とを有する。

【００２０】

【００２１】

【作用】

（１）反射モード型液晶パネルとして使用した場合：液
晶が光透過状態の際には、液晶セルに入射した光は散乱
されずにほとんどそのまま液晶セルを透過する。液晶セ
ルを透過した光は背景板に到達し、そこで背景板が黒色
であれば吸収されるか、背景板が色付の場合はその色の
光のみが反射される。従って、観測者には光透過状態の
画素は黒色あるいは背景色となって見える。マイクロプ
リズムがある場合は指向性が付加されるが、基本的には
同等動作を行なう。

【００２２】液晶が散乱状態の際には、液晶セルに入射
した光は液晶分子で散乱されあらゆる方向に反射してセ
ルが明るく見える。また、液晶セルを透過してマイクロ
プリズムで反射する場合、戻った光もまた液晶分子で散
乱を受ける。従って、入射光が白色光であれば観測者に
は散乱状態の画素は白濁して見える。

【００２３】（２）透過モード型液晶パネルとして使用
した場合：液晶セルの側縁に結合した光源から光を入射
する。従来の光散乱板と導光板の替わりに液晶セル自体
が散乱と導光の機能を持つ。

【００２４】すなわち、液晶が光透過状態の際は、光源
より液晶セルに側面から入射した光は液晶セル内で全反
射して液晶セル外部には出ない。従って、観測者には光
透過状態の画素はほとんど黒色あるいは背景色となって
見える。

【００２５】液晶が散乱状態の際には、光源より液晶セ
ルに側面から入射した光は液晶分子で散乱され、あらゆ
る方向に反射してセルが明るく見える。また、液晶セル
を透過してマイクロプリズムで反射した場合、戻った光
もまた液晶分子で散乱を受ける。従って、入射光が白色
光であれば観測者には散乱状態の画素は白濁して見え
る。

【００２６】

【実施例】図１に本発明の実施例による透反型液晶表示
パネルの外観図を示す。図１の実施例の構成要素はおお
まかに、光透過状態と光拡散状態との間で状態変化をす
る液晶セル１と液晶セル１の側面に光学的結合を形成し
て配置した照明光源２と、液晶セル１の主面の観測者側
と反対側に配置したマイクロプリズム板３と、マイクロ
プリズム板３の裏側に配置した背景板４とからなる。

【００２７】液晶セル１は光の散乱モードを利用する液
晶セルであり、印加する電界に応じて光透過状態と光散
乱状態とに変化する液晶層１１を透明なガラス基板１
２，１３で挟んだものである。そのような液晶としては
従来の技術の欄で（３）の項で説明したような光の散乱
モードを利用する液晶が適当である。

【００２８】これらの液晶は配向膜が不要であり、しか
も偏光板も必要としない。ガラス基板１２と１３の液晶
層１１側の面上には画素を駆動するためのＩＴＯによる
共通電極１４や画素電極１５が形成される。ガラス基板
上には例えばＴＦＴなどの駆動素子やその他の必要な部
材も形成されるが、本図では簡単のためその図示を省略
する。

【００２９】本実施例の液晶セル１は照明光源２からの
光の導光板としての機能を有するために、透過率のよい
液晶セルとする必要がある。従って、液晶セル内に光吸
収率の大きな層を設けることは避けるべきである。ガラ
ス基板１２，１３上に形成されるＩＴＯ膜による電極も
光透過率は９０パーセント以上のものが望ましい。

【００３０】また、照明光源２から液晶セル１へ光が効
果的に導入されるように、ガラス基板１２，１３は充分
な厚みがなければならない。ガラス基板１２，１３の好
適な厚さは１ｍｍ以上である。現在使用されている液晶
表示パネルのガラス基板の厚みは１．１ｍｍであるの
で、これが使用できる。また、これよりも厚くてもよ
い。

【００３１】次に、照明光源２はエッジタイプであり、
液晶セル１の側方から光を導入する点では図４で示した
従来のバックライトと同様に薄型の面光源を得るのに都
合が良い。光源そのものは冷極形の白色蛍光灯のような
細長い管状のランプ２１がリフレクタ２２で覆われた構
成を有する。

【００３２】リフレクタ２２の内面は鏡面でランプ２１
の光を反射する。リフレクタ２２の開放端部は液晶セル
の側縁をつつみこむように透明ガラス基板１２，１３を
挟持している。実施例のランプ２１は１本であるが、液
晶セル１の両側縁に１本づつ計２本使用してもかまわな
い。均一な照度を得るためには、点光源より線光源が望
ましい。また、液晶セル１の側縁から光を導入する方法
を採用するのであれば、図１のような照明方法以外でも
かまわない。

【００３３】この実施例の特徴的な点は、図４で示した
ような従来の技術のバックライト装置のように導光板と
２枚の拡散板のいずれも不要なことである。従って、そ
の分、液晶表示パネルの厚みが薄くなり、しかも部品点
数が減少して製造コストが低下する。

【００３４】マイクロプリズム板３は図５の従来の技術
で用いているものと同等のものでほぼ三角形断面の山形
が多数アレイ状に配置される。材質としては屈折率が約
１．５のポリカーボネイトかアクリル等を用いることが
できる。これらの材質で形成される場合、山のピッチは
２、３０ミクロンから数１００ミクロンの範囲である。
マイクロプリズム３の利用により、表示輝度が向上して
より見やすい表示となる。

【００３５】山のピッチは任意に選択可能であるが、画
素によるモアレ縞現象を避けるには２０ミクロンから数
１００ミクロンの範囲の細かいピッチが好ましい。２枚
のマイクロプリズム板を互いのプリズムアレイの方向が
交差するように重ねて使用してもよい。また、マイクロ
プリズムの形状や頂角の方向等の細かな仕様については
適切なものを選択できる。

【００３６】背景板４は液晶セル１が透過状態のときに
観測者が見る色である。したがって、マイクロプリズム
板３に面する表面の色は暗い方がよい。すなわち、光の
反射率が低いものが選ばれる。その色は白黒表示のパネ
ルの場合には、黒である。カラー表示パネルで背景を所
望の色としたい場合には、背景板４の色はその色が選ば
れる。

【００３７】次に、本実施例の透反型液晶表示パネルの
動作について図２および図３を参照して以下に説明す
る。図２と図３はいずれも液晶セル１の一つの画素の断
面を示す。色は純度が高いことが望ましい。

【００３８】（１）反射モード型液晶パネルとして使用
した場合（図２）：このモードでは照明光源２は使用し
ない。光源は観測者３０の側からの光３１である。図２
（Ａ）は液晶セル１が光透過状態をとった場合である。
光線３１は光透過状態である透明な液晶セル１をそのま
ま透過し、光線３１の方向は変わらない。光線３１がマ
イクロプリズム板３に入射し、その内の大部分の光線３
２は（たとえ屈折しても）マイクロプリズム板３を透過
して背景板４の暗い面で吸収される。

【００３９】マイクロプリズム板３に到達した光線３１
の内の残りの部分は光線３３として反射される。マイク
ロプリズム板３での垂直な反射は原理的にはゼロであ
る。但し、実際には非常に少ないが少し存在し、全方向
について平均すると入射光の約１／１００程度である。

【００４０】背景板４が黒色であれば、液晶セル１を正
面から見る観測者には光透過状態の画素は黒色となって
見える。また、背景板４が色付きであれば、その色が見
える。

【００４１】液晶が散乱状態をとった場合が図２（Ｂ）
である。液晶セル１に入射した光線３１は液晶分子１６
で散乱されあらゆる方向に反射する。また、液晶セル１
を透過してマイクロプリズム板３に到達した光３４はマ
イクロプリズム板３を透過して暗い背景板４で吸収され
る。残りの光線３５はマイクロプリズム板３で反射して
液晶セル１に戻り、再度液晶分子１６で散乱を受ける。
従って、入射光が白色光であれば観測者３０には散乱状
態の画素は白濁して見える。

【００４２】（２）透過モード型液晶パネルとして使用
した場合（図３）：このモードでは、液晶セル１の側縁
に光学的に結合した照明光源２を使用する。従来の光散
乱板と導光板の替わりに液晶セル１自体が散乱と導光の
機能を持つ。

【００４３】液晶セル１が光透過状態をとった場合が図
３（Ａ）である。液晶１１が光透過状態の時、ガラス基
板１２，１３と液晶１１には光透過に関しいずれも透明
で屈折率はほぼ均一である。光は液晶１１で散乱を受け
ることはない。

【００４４】照明光源２より液晶セル１に側面から入射
した光３６は液晶セル１内でほぼ図示のように繰り返し
全反射して液晶セル１の外部には出ない。従って、観測
者３０には光透過状態の画素はほとんど黒となって見え
る。

【００４５】液晶が散乱状態をとった場合が図３（Ｂ）
である。照明光源２より液晶セル１に側面から入射した
光３６は液晶分子１６で散乱されあらゆる方向に反射す
る。また、液晶分子１６で反射してマイクロプリズム板
３に入射した光３７はマイクロプリズム板３を透過して
暗い背景板４で吸収される。残りの光３８はマイクロプ
リズム板３で反射して液晶セル１に戻り、再度液晶分子
１６で散乱を受ける。マイクロプリズム板３は光の散乱
を助長して画面の輝度を増す働きをする。

【００４６】従って、液晶セル１全体が明るく均一な輝
度となる。入射光が白色光であれば観測者３０には散乱
状態の画素は白濁して見える。以上説明したように、本
実施例では、反射モード型液晶パネルとして使用した場
合（図２）と透過モード型液晶パネルとして使用した場
合（図３）とのいずれにおいても、液晶セル１の光透過
状態と光散乱状態との二つの状態を選択的に切り換えて
画素の暗表示と明表示を得ることができる。

【００４７】上記の実施例の透反型液晶表示パネルを実
際に製作した例においては、以下の寸法となった。液晶セルの厚み：２．２ｍｍマイクロプリズム板の厚み：０．５ｍｍ背景板の厚み：０．２ｍｍ合計：２．９ｍｍこの場合、従来の透反型液晶表示パネルの厚みの約半分
となった。

【００４８】なお、上記の実施例において、マイクロプ
リズムは必須の要件ではない。マイクロプリズムを省略
した時の構成、動作は上述の実施例の説明から自明であ
ろう。また、マイクロププリズムを溝方向が直交する２
枚構成としてもよい。

【００４９】以下に示す表１は、従来の技術による液晶
表示パネルと本発明の実施例による液晶表示パネルの構
成例において測定した表示性能を比較して示す。測定結
果では表示性能は従来のものと本実施例のものでは概ね
同等な性能を示す。なお、測定サンプルは以下の通りで
ある。

【００５０】Ｉ．従来の技術のツイストネマチック透反
型液晶表示パネルＩＩ．本発明の実施例の構成例による透過状態と散乱状
態を持つ透反型液晶表示パネルＩＩａ：エッジライト付き，マイクロプリズム板なし，
ポリマー分散形液晶（ＰＤＬＣ）ＩＩｂ：エッジライト付き，マイクロプリズム１枚，Ｐ
ＤＬＣＩＩｃ：エッジライト付き，マイクロプリズム２枚（直
交），ＰＤＬＣ

【００５１】

【表１】Ｉ１１ａＩＩｂＩＩｃ反射率２５％１６％４０％６５％反射モードにおけるコントラスト１０／１９／１１０／１１２／１暗室におけるコントラスト（エッジライト照明有り） 100 ／１１５／１２０／１２０／１明室におけるコントラスト（エッジライト照明有り）２０／１１３／１１６／１１６／１以上説明した本発明の液晶表示パネルは、上記実施例の
ものに限らず、当業者であれば、開示の内容に基づきさ
まざなな変更や改良が成しえることは明らかであろう。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、印加される電界に応じ
て光の透過状態と散乱状態との間で状態変化する液晶セ
ルを使用し、液晶セルの側縁から光をセル内に直接導入
する方式を採用したことによって、導光板と光の拡散板
が不要となり、よって液晶表示パネルの厚みが減少し、
部品点数が少なくなって製造コストを低減することがで
きる。

【００５３】また、散乱モードを利用するために、配向
膜が不要となり、製造工数を減らすことができる。また
偏光板も不要であるので、光源の利用率が高く、光輝度
の表示画面が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による透反型液晶表示パネル
の構造を示す外観図である。

【図２】本発明の実施例による透反型液晶表示パネル
を反射モード型で使用した場合における動作を説明する
ための画素断面図である。

【図３】本発明の実施例による透反型液晶表示パネル
を透過モード型で使用した場合における動作を説明する
ための画素断面図である。

【図４】従来の技術によるエッジライト型のバックラ
イト装置の外観図である。

【図５】従来の技術によるバックライト装置にマイク
ロプリズム板を重ねた状態を示す外観図である。

【図６】従来の技術による透反型液晶表示パネルの外
観図である。

【符号の簡単な説明】

１・・・・・・液晶セル２・・・・・・照明光源３・・・・・・マイクロプリズム板４・・・・・・背景板１１・・・・・液晶１２，１３・・透明ガラス基板１４・・・・・共通電極１５・・・・・画素電極１６・・・・・液晶分子２１・・・・・管状ランプ２２・・・・・リフレクタ３０・・・・・観測者３１〜３８・・光線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】印加される電界に応じて光の透過状態と
散乱状態との間で状態変化する液晶を含む液晶セルと、前記液晶セルの一方の主面に対向して配置された背景板
と、前記液晶セルと前記背景板との間に配置された透明なマ
イクロプリズム板と、前記液晶セルの側縁に結合され、該液晶セル内に光を入
射することのできる光源とを有する液晶表示パネル。
【請求項２】前記マイクロプリズム板は、個々のマイ
クロプリズムの断面形状が三角形であり、該三角形の頂
角が実質的に６０°〜１３０°の範囲である請求項１記
載の液晶表示パネル。
【請求項３】前記マイクロプリズム板は、マイクロプ
リズムの平面内の配置ピッチが２０〜数１００ミクロン
の範囲である請求項１または２記載の液晶表示パネル。
【請求項４】前記液晶が動的散乱効果を利用した液晶
である請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示パネ
ル。
【請求項５】前記液晶がコレステリック相とネマティ
ック相との間の相転移効果を利用した液晶である請求項
１〜３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項６】前記液晶がポリマー分散型液晶である請
求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示パネル。