JP2001154181A

JP2001154181A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001154181A
Application number: JP34215199A
Authority: JP
Inventors: Masumi Kubo; 真澄久保; Shiyougo Fujioka; 正悟藤岡; Yozo Narutaki; 陽三鳴瀧
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】透過モードにおける表示輝度が改善された透
過反射両用型液晶表示装置を提供する。【解決手段】透過モードおよび反射モードで表示を行
うことができる液晶表示装置は、第１基板１０と第２基
板１１との間に設けられた液晶層２３とを有する液晶表
示パネル１００と、液晶表示パネルの第１基板１０側に
設けられた照明装置５０とを備える。液晶表示パネル１
００は、液晶層２３側から入射した光を反射する反射領
域および照明装置５０側から入射する光を透過する透過
領域を絵素領域ごとに有する。第１基板１０の液晶層２
３側表面と照明装置５０との間に、照明装置５０側から
順に、コリメート素子５２および集光素子５４をさらに
有し、コリメート素子５２は照明装置５０から出射され
た拡散光の広がり角を狭小化し、集光素子５４は狭小化
された広がり角を有する拡散光を液晶パネルの透過領域
内に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、薄型で低消費電
力であるという特徴を生かして、ワードプロセッサやパ
ーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、電子手帳などの
携帯情報機器、あるいは液晶モニターを備えたカメラー
体型ＶＴＲなどに広く用いられている。

【０００２】これらの液晶表示装置は反射型と透過型に
大別される。液晶表示装置は、ＣＲＴ（ブラウン管）や
EL（エレクトロルミネッセンス）などの自発光型の表示
装置ではなく、透過型は、液晶表示パネルの背後に配置
された照明装置（いわゆるバックライト）の光を用いて
表示を行い、反射型は、周囲光を用いて表示を行ってい
る。

【０００３】透過型液晶表示装置は、バックライトから
の光を用いて表示を行うので、周囲の明るさに影響され
ることが少なく、明るい高コントラスト比の表示を行う
ことができるという利点を有しているものの、バックラ
イトを有するので消費電力が大きいという問題を有して
いる。通常の透過型液晶表示装置の消費電力の約５０％
以上がバックライトによって消費される。また、非常に
明るい使用環境（例えば、晴天の屋外）においては、視
認性が低下してしまうというような問題を有していた。

【０００４】一方、反射型液晶表示装置は、バックライ
トを有しないので、消費電力を極めて小さいという利点
を有しているものの、表示の明るさやコントラスト比が
周囲の明るさなどの使用環境によって大きく左右される
という問題を有している。特に、暗い使用環境において
は視認性が極端に低下するという欠点を有している。

【０００５】そこで、こうした問題を解決できる液晶表
示装置として、反射型と透過型との両方のモードで表示
する機能を持った液晶表示装置が、例えば特開平１１−
１０９４１７号公報に開示されている。

【０００６】この透過反射両用型液晶表示装置は、１つ
の絵素領域に、周囲光を反射する反射用絵素電極と、バ
ックライトからの光を透過する透過用絵素電極とを有し
ており、使用環境（周囲の明るさ）に応じて、透過モー
ドによる表示と反射モードによる表示との切り替え、ま
たは両方の表示モードによる表示を行うことができる。
従って、透過反射両用型液晶表示装置は、反射型液晶表
示装置が有する低消費電力という特徴と、透過型液晶表
示装置が有する周囲の明るさに影響されることが少な
く、明るい高コントラスト比の表示を行うことができる
という特徴とを兼ね備えている。さらに、非常に明るい
使用環境（例えば、晴天の屋外）において視認性が低下
するという透過型液晶表示装置の欠点も抑制される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の透過反射両用型
液晶表示装置は、絵素領域に反射領域が形成されるた
め、透過領域を通過するバックライトからの光の量が低
下するので、透過モードにおける表示輝度が従来の透過
型液晶表示装置に比べて低下するという問題がある。一
方、反射領域の面積を小さくすると、反射モードにおけ
る表示輝度が低下する。そこで、反射領域の面積を確保
しつつ、透過領域を通過するバックライトからの光の量
を増やすために、液晶表示パネルとバックライトとの間
にマイクロレンズシートを配置した透過反射両用型液晶
表示装置が、上記特開平１１−１０９４１７号公報に開
示されている。この両用方液晶表示装置においては、マ
イクロレンズシートが備える個々のマイクロレンズが、
液晶表示パネルの絵素領域に対応して設けられ、透過領
域にバックライトからの光を集光するように配置されて
いる。

【０００８】しかしながら、上記公報に開示されている
マイクロレンズシートを設けた両用方液晶表示装置にお
いても、透過モードにおける表示輝度が十分に改善され
ないことがあった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、透過モードにおける表示
輝度が改善された透過反射両用型液晶表示装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、第１および第２基板と、前記第１基板と第２基板と
の間に設けられた液晶層とを有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの前記第１基板側に設けられた照明
装置とを備え、前記液晶表示パネルは複数の絵素領域を
有し、前記第１基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれ
に対応して形成され、前記液晶層側から入射した光を反
射する反射領域、および前記照明装置側から入射する光
を透過する透過領域を有し、透過モードおよび反射モー
ドで表示が可能な液晶表示装置であって、前記第１基板
の前記液晶層側表面と前記照明装置との間に、前記照明
装置側から順に、コリメート素子および集光素子をさら
に有し、前記コリメート素子は前記照明装置から出射さ
れた拡散光の広がり角を狭小化し、前記集光素子は前記
狭小化された広がり角を有する拡散光を前記透過領域内
に集光する構成を有し、そのことによって上記目的が達
成される。

【００１１】前記集光素子は、前記複数の絵素領域ごと
に設けられたマイクロレンズを含むマイクロレンズアレ
イであってもよいし、プリズムシートであってもよい。

【００１２】前記反射領域は、前記照明装置側から入射
する光を拡散反射する機能を有することが好ましい。

【００１３】本発明による他の液晶表示装置は、第１お
よび第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に設け
られた液晶層とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表
示パネルの前記第１基板側に設けられた照明装置とを備
え、前記液晶表示パネルは複数の絵素領域を有し、前記
第１基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対応して
形成され、前記液晶層側から入射した光を反射する反射
領域、および前記照明装置側から入射する光を透過する
透過領域を有し、透過モードおよび反射モードで表示が
可能な液晶表示装置であって、前記反射領域は、前記照
明装置側から入射する光を拡散反射する機能を有する構
成を有し、そのことによって、上記目的が達成される。

【００１４】以下、本発明の作用を説明する。

【００１５】本発明は、上記特開平１１−１０９４１７
号公報に開示されているマイクロレンズシートが備えた
透過反射両用型液晶表示装置において、透過モードにお
ける表示輝度が十分に改善されない原因を解明すること
によって得られた以下の知見に基づいてなされた。

【００１６】液晶表示装置に用いれる照明装置（バック
ライト）から出射される光は拡散光であるので、上記従
来の透過反射両用型液晶表示装置におけるマイクロレン
ズに、その光軸に対してほぼ平行に入射する光の量は少
ない。従って、マイクロレンズによって透過領域に集光
される光の量は少なく、その結果、透過モードの表示輝
度の改善効果が小さいのである。

【００１７】そこで、本発明の液晶表示装置において
は、照明装置から出射された拡散光の広がり角を狭小
化、すなわち平行光に近い光線とするコリメート素子を
設け、マイクロレンズにその光軸に対して平行に入射す
る光の量を増加させている。従って、マイクロレンズに
よって透過領域に集光される光の量が増加し、その結
果、透過モードの表示輝度が改善される。

【００１８】また、本発明の他の液晶表示装置が有する
反射領域は、照明装置側から入射する光を拡散反射す
る。反射領域で拡散反射された光の一部は、透過領域を
通過し、透過モードの表示に寄与することができるの
で、その結果、透過モードの表示輝度が改善される。

【００１９】勿論、集光素子、あるいはコリメート素子
および集光素子の両方を備えた透過反射両用液晶表示装
置の反射領域に、照明装置側から入射する光を拡散反射
する機能を付与することによって、透過領域を通過する
光の量を増加させ、透過モードの表示輝度をさらに改善
することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明す。まず、本発明の透過反射両用型液
晶表示装置に用いられる透過反射両用型液晶表示パネル
および照明装置の構造と機能を説明する。

【００２１】（透過反射両用型液晶表示パネル）本発明
による透過反射両用型液晶表示装置（以下、「両用型液
晶表示装置」という）に用いられる液晶表示パネルのＴ
ＦＴ基板１００Ａの平面図を図１に、ＴＦＴ基板１００
Ａを有する液晶表示パネル１００の部分断面図を図２に
示す。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’線に沿った断面図に
対応する。

【００２２】なお、以下の図面において、簡単さのため
に、実質的に同一の機能を有する構成要素は同じ参照符
号で示す。

【００２３】図１に示したように、ＴＦＴ基板１００Ａ
は、ガラス基板１０の上に、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）５と、複数の走査線（ゲートバスライン）１および
信号線（ソースバスライン）２とを有している。各走査
線１および各信号線２によって囲まれた領域内には、例
えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極１
３と、例えばＡｌからなる反射電極１５とが形成されて
おり、透明電極１３と反射電極１５とが絵素電極４を構
成している。液晶表示パネル１００のマトリクス状に配
置された複数の絵素領域のそれぞれは、絵素電極４によ
って規定される。また、透明電極１３がＴＦＴ基板１０
０Ａ上の透過領域を規定し、反射電極１５がＴＦＴ基板
１００Ａ上の反射領域をそれぞれ規定する。走査線１と
信号線２とが交差する領域の近傍にＴＦＴ５が配置され
ており、走査線１がゲート電極６に、信号線２がソース
電極７に接続されている。

【００２４】図２を参照しながら、液晶表示パネル１０
０の絵素領域の構造を説明する。

【００２５】液晶表示パネル１００は、ＴＦＴ基板１０
０Ａとカラーフィルタ基板（対向基板）１００Ｂと、こ
れらの基板１００Ａと１００Ｂとの間に設けられた液晶
層２３とを有し、これらを挟持するように、一対の１／
４波長板１９および２１と、一対の偏光板２０および２
２が配置されている。偏光板２０および２２はパラレル
ニコル状態に配置されている。液晶層２３として、誘電
異方性が正の液晶材料が電圧無印加時に平行配向する液
晶層を用いる。なお、ＴＦＴ基板１００Ａおよびカラー
フィルタ基板１００Ｂの液晶層２３側の表面に必要に応
じて配向膜（不図示）が形成される。

【００２６】ＴＦＴ基板１００Ａのガラス基板１０上に
は、走査線１（図１参照）およびゲート電極６を覆うゲ
ート絶縁膜１２が形成されている。ゲート電極６の上に
位置するゲート絶縁膜１２上に半導体層５ａが形成され
ており、半導体層５ａとソース電極７およびドレイン電
極８とはそれぞれ半導体コンタクト層７ａおよび８ａを
介して接続され、ＴＦＴ５を形成している。ＴＦＴ５の
ドレイン電極８は、透明電極１３と電気的に接続され、
さらに、樹脂層１４に形成されたコンタクトホール９に
おいて、反射電極１５と電気的に接続されている。透明
電極１３は、走査線１および信号線２で包囲される領域
の中央付近のゲート絶縁膜１２上に形成されている。

【００２７】このガラス基板１０上に、透明電極１３を
露出する開口部１４ａを有する樹脂層１４がガラス基板
１０のほぼ全面を覆うように形成されている。開口部１
４ａの周辺の樹脂層１４上に反射電極１５が形成されて
いる。反射電極１５が形成されている樹脂層１４の表面
は、連続する波状の凹凸形状を有し、反射電極１５はこ
の表面形状に沿った形状を有し、反射電極１５は適度な
拡散反射特性を有する。連続する波状の凹凸形状の表面
を有する樹脂層１４は、例えば感光性樹脂（東京応化社
製ＯＦＰＲ−８００）を用いて形成することができる。

【００２８】カラーフィルタ基板１００Ｂのガラス基板
１１上には、カラーフィルタ層１６とブラックマトリク
ス１７が形成されており、液晶層２３側の表面には対向
電極（透明電極）１８が形成されている。対向電極１８
は、例えばＩＴＯを用いて形成される。

【００２９】なお、本発明による透過反射両用型液晶表
示装置に用いられる液晶表示パネルは、上記の例に限ら
れず、公知の透過反射両用型液晶表示パネルを広く利用
することができる。但し、透過領域が絵素領域の中央付
近に形成され、反射領域が透過領域の周辺に形成される
構造を有する液晶表示パネルが好ましい。反射領域を絵
素領域の周辺部に配置する構造を採用すると、走査線や
信号線と反射領域の一部が重なる構成とすることが可能
であり、反射領域の面積を比較的広くすることができ
る。また、透過領域を絵素領域の中央付近に配置するこ
とによって、後述するコリメート素子および集光素子を
用いて、より効率良く透過領域に光を集光することがで
きる。

【００３０】図２を参照しながら、透過反射両用型液晶
表示装置１００の表示原理を簡単に説明する。

【００３１】（反射モード）表示面（図２中の上方）側
から液晶表示パネル１００に入射した光（周囲光）は、
偏光板２２を通過することによって、偏光板２２の偏光
軸（透過軸）と平行な偏光方向を有する直線偏光とされ
る。この直線偏光は、偏光板２２の偏光軸と遅相軸が４
５度をなすように配置された１/４波長板２１に入射
し、１/４波長板２１を通過した後には円偏光になる。
反射電極１５と対向電極１８との間の液晶層２３に電圧
が印加されている場合、正の誘電異方性を示す液晶分子
は基板表面にほぼ垂直な方向に配向している。このよう
な配向状態にある液晶層２３の、基板法線方向から入射
する光線に対する屈折率異方性は極くわずかであり、光
線が液晶層２３を通過することによって生じる位相差は
ほぼ０である。従って、液晶層２３に入射した円偏光
は、円偏光のまま液晶層２３を通過し、反射電極１５で
反射される。反射された円偏光は、円偏光を保ったまま
再び液晶層２３を通過し、１/４波長板２１に再度入射
する。円偏光は１/４波長板２１を通過することにより
直線偏光となるが、この直線偏光の偏光方向は、偏光板
２２の偏光軸方向と直交するので、偏光板２２で吸収さ
れ、反射光は偏光板２２を透過しない。従って、反射電
極１５と対向電極１８との間の液晶層２３に電圧が印加
されている場合は、黒表示になる。

【００３２】逆に、反射電極１５と対向電極１８との間
の液晶層２３に電圧が印加されていない場合、液晶層２
３の液晶分子は基板表面に水平な方向に配向したままで
ある。従って、液晶層２３に入射した円偏光は、液晶層
２３の複屈折により楕円偏光になり、反射電極１５で反
射される。反射された楕円偏光は、再び液晶層２３を通
過する間に偏光軸方向がさらに変化した楕円偏光とな
り、１/４波長板２１を通過しても、偏光板２２の偏光
軸と直交する偏光方向を有する直線偏光にはならい。従
って、この楕円偏光（一部）は、偏光板２２を透過す
る。ここで、液晶層２３（厚さｄｒ）の位相差が１/４
波長条件になるように、反射電極１５と対向電極１８と
の間のギャップｄｒが調節されていると、１/４波長板
２１と液晶層２３とを合わせた合計の位相差（それぞれ
を２回通過する光に対する位相差）が１波長条件（波長
の整数倍）となるため、偏光板２２に到達する時には、
直線偏光の偏光方向は偏光板２２の偏光軸と平行にな
る。従って、液晶層２３がこの条件を満足する場合、偏
光板２２を透過する光量が最大になる。すなわち、白表
示状態の表示輝度が最大になる。

【００３３】また、反射電極１５と対向電極１８との間
に印加する電圧の大きさを制御し、液晶層２３の（見掛
けの）複屈折率を変化することによって、反射電極１５
で反射された光が偏光板２２を通過する量が調整される
ので、階調表示が可能になる。

【００３４】（透過モード）液晶表示パネル１００の背
面（図２中の下方）に設けられた照明装置（不図示）か
ら出射された光は、偏光板２０を通過することによっ
て、偏光板２０の偏光軸（透過軸）と平行な偏光方向を
有する直線偏光とされる。この直線偏光は、偏光板２０
の偏光軸と遅相軸が４５度をなすように配置された１/
４波長板１９に入射し、１/４波長板１９を通過した後
には円偏光になる。透明電極１３と対向電極１８との間
の液晶層２３に電圧が印加されている場合、正の誘電異
方性を示す液晶分子は基板表面にほぼ垂直な方向に配向
している。このような配向状態にある液晶層２３の、基
板法線方向から入射する光線に対する屈折率異方性は極
くわずかであり、光線が液晶層２３を通過することによ
って生じる位相差はほぼ０である。従って、液晶層２３
に入射した円偏光は、円偏光のまま液晶層２３を通過
し、１/４波長板２１に入射する。１/４波長板２１に入
射した円偏光は、偏光板２２の偏光軸と直交する偏光方
向を有する直線偏光になり偏光板２２で吸収され、偏光
板２２を透過しない。従って、透明電極１３と対向電極
１８との間の液晶層２３に電圧が印加されている場合
は、黒表示になる。

【００３５】逆に、透明電極１３と対向電極１８との間
の液晶層２３に電圧が印加されていない場合、液晶層２
３の液晶分子は基板表面に水平な方向に配向したままで
ある。従って、液晶層２３に入射した円偏光は、液晶層
２３の複屈折により楕円偏光になり、１/４波長板２１
を通過しても、偏光板２２の偏光軸と直交する偏光方向
を有する直線偏光にはならい。従って、この楕円偏光
（一部）は、偏光板２２を透過する。ここで、液晶層２
３（厚さｄｔ）の位相差が１/２波長条件になるよう
に、透明電極１３と対向電極１８との間のギャップｄｔ
が調節されていると、１/４波長板２１と液晶層２３と
を合わせた合計の位相差が１波長条件（波長の整数倍）
となるため、偏光板２２に到達する時には、直線偏光の
偏光方向は偏光板２２の偏光軸と平行になる。従って、
液晶層２３がこの条件を満足する場合、偏光板２２を透
過する光量が最大になる。すなわち、白表示状態の表示
輝度が最大になる。

【００３６】また、透明電極１３と対向電極１８との間
に印加する電圧の大きさを制御し、液晶層２３の（見掛
けの）複屈折率を変化することによって、偏光板２２を
通過する光量が調整されるので、階調表示が可能にな
る。

【００３７】上述したように、液晶材料が正の誘電異方
性を有する場合には、電圧無印加時に白（明）、電圧印
加時に黒（暗）を表示する、いわゆるノーマリーホワイ
トモードの表示が行われる。勿論、本発明の両用型液晶
表示装置に用いられる液晶表示パネルは、上記の例に限
られず、偏光板や位相差板（１／４波長板）の配置を変
えることも可能であり、上記の構成において負の誘電異
方性を有する液晶材料と垂直配向膜とを用いたノーマリ
ブラックモード、あるいはゲストホストモードの様に偏
光板を用いないモードなど、他の公知の液晶モードの液
晶表示パネルを用いることができる。

【００３８】(照明装置)本発明による両用型液晶表示装
置に用いられる照明装置（バックライト装置）の例を図
３および図４に模式的に示す。

【００３９】図３に示した照明装置は、直下式のバック
ライト装置３０である。バックライト装置３０は、拡散
板３２と、拡散板３２の背面に蛍光管３４および反射板
３６を備えている。

【００４０】蛍光管３４から出射された光は、直接に、
あるいは蛍光管３４の背面に備えられた反射板３６で反
射され、拡散板３２に入射する。拡散板３２を透過した
光は、全方向成分をもったほぼ均一な拡散光となって、
拡散板３２の上面３２ｓから出射される。バックライト
装置３０は、拡散板３２の上面３２ｓが液晶表示パネル
のＴＦＴ基板１００Ａの背面に近接するように配置され
る。

【００４１】図４に示した照明装置は、エッジライト方
式のバックライト装置４０である。バックライト装置４
０は、拡散板４２と、拡散板４２の背面に、蛍光管４
４、反射板４６および導光板４８を備えている。

【００４２】アクリル系樹脂などのような高透明性の材
料によって形成された導光板４８の側面４８ｔに近接し
て蛍光管４４が配置されており、導光板４８の背面と蛍
光管４４とを囲むように反射板４６が設けられている。
蛍光管４４から出射された光は、直接に、または反射板
４６で反射されて、全て導光板４８に入射する。導光板
４８に入射した光は、導光板４８の上面４８ｓおよび下
面（反射板４６側）での反射を繰り返し、導光板４８の
上面４８ｓに対する入射角が全反射の臨界角のよりも小
さくなったとき、導光板４８の上面４８ｓより出射し拡
散板４２に入射する。拡散板４２を透過した光は、全方
向成分をもったほぼ均一な拡散光となって、拡散板４２
の上面４２ｓから出射される。バックライト装置４０
は、拡散板４２の上面４２ｓが液晶表示パネルのＴＦＴ
基板１００Ａの背面に近接するように配置される。

【００４３】（実施形態１）本発明による実施形態１の
両用型液晶表示装置２００の模式的な断面図を図５Ａに
示す。

【００４４】図５Ａに示した両用型液晶表示装置２００
は、図１および図２に示した両用型液晶表示パネル１０
０と、液晶表示パネル１００の背面（ＴＦＴ基板１００
Ａ側）に設けられた照明装置５０と、液晶表示パネル１
００と照明装置５０との間に照明装置５０側から順に、
コリメート素子５２および集光素子５４とを有してい
る。照明装置５０としては、上述したバックライト装置
３０または４０に代表される拡散光を出射する公知のバ
ックライト装置を好適に用いることができる。

【００４５】コリメート素子５２は、バックライト装置
５０の上面から出射された光（図中の矢印）を、液晶表
示パネル１００の基板面の法線に平行な方向にコリメー
トする。

【００４６】コリメート素子５２として、例えば、図５
Ｂ（ａ）に示すように、２枚のＢＥＦＩＩ９０／５０フ
ィルム（３Ｍ社製）５２ａを直交配置した素子を用いる
ことができる。ＢＥＦＩＩ９０／５０フィルム５２ａ
は、図５Ｂ（ｂ）に示すように、ポリエステルフィルム
層５２ｂと、その上に形成され、表面に三角波状の凸部
を有するアクリル系樹脂層５２ｃとを有している。三角
波状の凸部の稜線が延びる方向が互いに直交するように
配置することによって、ＢＥＦＩＩ９０／５０フィルム
５２ａの裏面（ポリエステルフィルム層側）から入射す
る拡散光の広がり角（液晶パネルの基板面法線に対する
角）を狭小化、すなわちコリメートすることができる。
例えば、図５Ｃに示すように、バックライト５０から出
射された拡散光が、±６０°の角度範囲に亘ってほぼ均
一な強度を有しているのに対し（図５Ｃ中の破線）、２
枚のＢＥＦＩＩ９０／５０フィルム５２ａを直交配置し
たコリメート素子５２を配置することによって、±約２
５°の角度範囲内、特に±１０°の角度範囲内における
拡散光の強度を増大できる（図５Ｃ中の実線）。

【００４７】集光素子５４として、ここでは、液晶表示
パネル１００の絵素領域のそれぞれに対応するように配
列された複数のマイクロレンズ５４ａを有するマイクロ
レンズアレイ５４を用いている。マイクロレンズアレイ
５４の断面は、図５Ａに示した方向に直交する方向にお
いても実質的に同様の形状を有している。個々のマイク
ロレンズ５４ａは、液晶表示パネル１００の基板法線に
平行方向に光軸を有するように配置されている。

【００４８】このマイクロレンズアレイ５４は、公知の
方法で形成することができる。例えば、（１）合成樹脂
をプレス成型する方法、（２）フォトリソグラフィープ
ロセスを用いて、感光性樹脂層をマイクロレンズに対応
する平板状にパターニングし、その後平板状の樹脂層を
軟化点以上に加熱して、平板状樹脂層のエッジを熱ダレ
させることにより形成する方法、（３）ガラス基板にイ
オン拡散によって屈折率分布を形成することによって、
屈折率分布型マイクロレンズを形成する方法、（４）一
対の円形の電極間に重合可能な液晶材料を挟持して、電
圧を印加しながら液晶材料を重合・硬化する方法などを
用いて形成することができる。マイクロレンズアレイ５
４と液晶パネル１００とは、例えば、透明度が高く、液
晶パネル１００の基板の屈折率と近い屈折率を有する紫
外線硬化樹脂等を用いて貼り合わせることができる。

【００４９】バックライト装置５０からの出射された、
全方向にほぼ均等な強度の成分を持つ拡散光は、コリメ
ート素子５２によってその広がり角が狭小化される。す
なわち、拡散光の、液晶表示パネル１００の基板法線方
向に平行な成分が増加する（「基板法線方向の指向性が
向上する」ということもある）。マイクロレンズアレイ
５５４のマイクロレンズ５４ａは、基板法線に平行方向
に光軸を有するので、基板法線に平行に入射する光線を
その焦点に収束する。

【００５０】バックライト装置５０から出射された拡散
光の角度範囲（±９０°）を、コリメート素子５２によ
って、±１０°内に狭小化すると（すなわち、マイクロ
レンズ５４ａに入射する光線の角度範囲±θ＝±１０°
とすると）、基板１０の厚さＤを０．５ｍｍ、基板１０
の屈折率を１．５２のとき、透明電極１３における光線
のスポット径Ｓは、次式から約６０μｍとなることが分
かる。なお、マイクロレンズの焦点は透過領域内に位置
するように設定される。

【００５１】Ｓ＝（２Ｄ／ｎ）ｔａｎθ ＝（０．５／１．５２）ｔａｎ１０° ≒０．０５８ｍｍ本実施形態による両用型液晶表示装置２００の透明電極
１３の幅（走査線または信号線に平行方向）は、５０μ
ｍ〜１００μｍ程度であるので、上記の構成を採用すれ
ば、バックライト装置５０から出射される光のほとんど
を透明電極（透過領域）１３に集光することができる。
従って、透明電極１３以外の領域やブラックマトリクス
１７によって遮光されるはずの光を透明電極１３および
カラーフィルタ１６に集光できるので、バックライト装
置からの光の利用効率が向上し、コントラスト比が改善
される。

【００５２】絵素領域内での反射電極１５の面積を大き
くすると、必然的に透明電極１３の面積が小さくなり透
過率（透過モードにおける表示輝度）が減少するが、基
板１０の厚さＤを小さくすることによって、スポット径
Ｓをさらに小さくできるので、透過率を落とすことなく
反射電極１５の面積を拡大し、反射率（反射モードにお
ける表示輝度）を向上することができる。従って、液晶
表示装置の用途など必要に応じて、透過モードの表示輝
度と反射モードの表示輝度とのバランスを従来よりも広
い範囲に亘って最適化することができる。

【００５３】上記の例では、コリメート素子５２と偏光
板２０との間にマイクロレンズアレイ５４を配置した
が、透明電極１３よりもコリメート素子５２側であれば
よく、偏光板２０と１/４波長板１９との間や、１/４波
長板１９とガラス基板１０との間、またはガラス基板１
０に直接マイクロレンズアレイを作り込んでもよい。

【００５４】図６に、本実施形態による他の両用型液晶
表示装置３００の模式的な断面図を示す。両用型液晶表
示装置３００は、ゲストホストモードの両用型液晶表示
パネル３００’を有する点において、図５Ａに示した両
用型液晶表示装置２００と異なる。

【００５５】両用型液晶表示パネル３００’の液晶層２
３は、正の誘電異方性を示す液晶材料と二色性色素とを
含み、電圧無印加時に平行配向するゲストホスト液晶層
である。ゲストホスト液晶層を用いる液晶表示パネル３
００’には、１／４波長板（図５Ａ中の参照符号１９お
よび２１）は不要である。

【００５６】この両用型液晶表示装置３００も、液晶表
示パネル３００’と照明装置５０との間に、照明装置５
０側から順に、コリメート素子５２および集光素子５４
とを有しているので、上述した両用型液晶表示装置２０
０と同様に、照明装置５０からの光の利用効率が高い。

【００５７】（実施形態２）本発明による実施形態２の
両用型液晶表示装置４００の模式的な断面図を図７に示
す。

【００５８】図７に示した両用型液晶表示装置４００
は、図１および図２に示した両用型液晶表示パネル１０
０と、液晶表示パネル１００の背面（ＴＦＴ基板１００
Ａ側）に設けられた照明装置５０と、液晶表示パネル１
００と照明装置５０との間に照明装置５０側から順に、
コリメート素子５２および集光素子７４とを有してい
る。両用型液晶表示装置４００は、集光素子（マイクロ
レンズアレイ）５４の代わりにプリズムシート７４を用
いている点において、図５Ａに示した実施形態１の両用
型液晶表示装置２００と異なる。

【００５９】集光素子７４は、山切り状に成型されたプ
リズムシート７４であり、それそれが信号線の伸長方向
に延びる複数の三角柱状のプリズム７４ａが一体に形成
されている。また、複数の三角柱状のプリズム７４ａ
は、走査線方向に沿って、絵素領域に一対一で対応する
ように配置されている。図７は、走査線方向に沿った断
面図に相当する。

【００６０】プリズムシート７４は、三角柱状のプリズ
ム７４ａの稜辺が液晶表示パネル１００側に位置するよ
うに配置される。照明装置５０から出射され、コリメー
ト素子５２によって狭小化された拡散光は、三角柱状の
プリズム７４ａの底面側から入射し、三角柱状プリズム
７４ａの側面（上面）から出射される。このとき、光線
は稜辺方向に屈折され、絵素領域の走査線方向に沿った
幅の中心に向かって集光される。この様に、三角柱状プ
リズム７４ａは、底面から入射する拡散光を三角柱状プ
リズム７４ａの稜辺に平行（すなわち、この場合は信号
線方向に平行）な線状に集光するように機能する。三角
柱状プリズム７４ａの稜辺は、透明電極１３の中心に対
応するように配置されているので、透明電極１３を通過
する光量が増加する。従って、集光素子としてプリズム
シートを用いても、バックライト装置からの光の利用効
率が向上し、コントラスト比が改善される。なお、三角
柱状プリズム７４ａの集光力（屈折角）は、三角柱状プ
リズム７４ａの頂角αを制御することによって調整でき
る。

【００６１】プリズムシート７４と液晶パネル１００と
の配置関係を図８を参照しながら説明する。図８は、液
晶表示パネル１００のＴＦＴ基板１００Ａとプリズムシ
ート７４との配置関係を示す模式的な斜視図である。

【００６２】図８に示したように、プリズムシート７４
の複数の三角柱プリズム７４ａはそれぞれ、信号線の伸
長方向（ｙ方向）に平行で、且つ、走査線の伸長方向
（ｘ方向）において、透明電極１３と反射電極１５とか
ら構成される絵素電極４に対応するように配置されてい
る。勿論、ｘ方向およびｙ方向の関係は逆にしてもよ
い。このプリズムシート７４を用いると、液晶表示パネ
ル１００とプリズムシート７４とのアライメントは、ｘ
方向またはｙ方向のどちらか一方向（図示の例ではｘ方
向）にのみ精度よくアライメントすればよい。従って、
絵素電極４のそれぞれに対応するマイクロレンズを二次
元的に配列したマイクロレンズアレイ（例えば図５Ａ参
照）よりも、アライメントが比較的簡単になる利点が得
られる。また、プリズムシート７４に代えて、レンチキ
ュラーレンズ（不図示）を用いても、照明装置からの光
の利用効率の向上効果とアライメントを簡単にする効果
が得られる。なお、プリズムシート７４やそれに代わる
レンチキュラーレンズは、ガラスや透明な合成樹脂など
の透明な物質を用いて、公知の方法で製造できる。例え
ば、凹凸面を有する型の間に挟むプレス法、エンボスロ
ールで成形しながら押し出す方法、表面を機械加工する
方法で製造され得る。

【００６３】図９に、本実施形態による他の両用型液晶
表示装置５００の模式的な断面図を示す。両用型液晶表
示装置５００は、集光素子５４の代わりにプリズムシー
ト７４を有する点において、図６に示したゲストホスト
モードの両用型液晶表示装置３００と異なる。

【００６４】この両用型液晶表示装置５００も、液晶表
示パネル３００’と照明装置５０との間に、照明装置５
０側から順に、コリメート素子５２およびプリズムシー
ト７４とを有しているので、上述した両用型液晶表示装
置４００と同様に、照明装置５０からの光の利用効率が
高い。

【００６５】（実施形態３）本発明による実施形態３の
両用型液晶表示装置６００の模式的な断面図を図１０に
示す。図１０は、１つの絵素領域を拡大した図であり、
特に反射領域を拡大して示している。

【００６６】図１０に示した両用型液晶表示装置６００
が有する液晶表示パネル６００’は、ＴＦＴ基板６００
Ａの反射領域に、バックライト装置５０からの光を拡散
反射（または散乱）する機能を有する拡散層８５が形成
されている。拡散層８５は微細な凹凸形状の表面８５ｓ
を有し、それによって、バックライト装置５０からの光
を拡散反射（または散乱）する。液晶表示パネル６０
０’のその他の構成は、図１および図２に示した液晶表
示パネル１００と実質的に同じである。また、比較のた
めに、液晶表示パネル１００を有する液晶表示装置７０
０の部分拡大断面図を図１１に示す。

【００６７】図１０および図１１を参照しながら、拡散
層８５の機能を説明する。

【００６８】液晶表示パネル６００’に入射したバック
ライト装置５０からの光は、偏光板２０で直線偏光とさ
れ、１/４波長板１９により、右回りの円偏光となる。
図１１に示したように、拡散層８５が形成されていない
場合、反射電極１５の裏面で反射された光は、左回りの
円偏光となって再び１/４波長板１９を通過し、偏光板
２０の偏光軸方向に垂直な偏光方向を有する直線偏光と
なる。この直線偏光は、偏光板２０によって吸収されて
しまうので、表示に寄与することがない。一方、図１０
に示したように、反射領域に拡散層８５が形成されてい
る場合、反射電極１５に向かう右回りの円偏光は、拡散
層８５を通過し、反射電極１５の裏面で反射された後、
再び拡散層８５を通過して、バックライト装置５０側へ
戻る。拡散層８５の微細な凹凸形状の表面８５ｓによっ
て円偏光の偏光状態が乱されるため、１/４波長板１９
を通過しても直線偏光には変換されず楕円偏光となり、
偏光板２０で完全に吸収されない。偏光板２０を通過し
た光は、バックライト装置（バックライト装置の拡散板
表面や反射板）５０で反射され、再び液晶表示パネル６
００’に入射することができる。その結果、バックライ
ト装置５０側から反射電極１５に入射し、表示に寄与す
ることがなかった光の一部が、透過モードの表示に寄与
することが可能となる。従って、両用型液晶表示装置６
００は、照明装置５０からの光の利用効率が高い。

【００６９】なお、拡散層８５は、例えば、酸化シリコ
ン等から形成された絶縁膜の表面を、エッチング法を用
いて微細な凹凸形状にパターニングすることによって形
成される。凹凸の程度は、拡散層８５に入射する光の偏
光方向を乱すように、適宜設定される。ＴＦＴ基板６０
０Ａの反射領域に、バックライト装置５０からの光を拡
散反射（または散乱）する機能を付与する構成は、例示
して構成に限られず、拡散層８５は反射電極１５の裏面
と１/４波長板１９との間であれば、どこに配置しても
よい。例えば、透過領域以外の部分のゲート絶縁膜１２
の表面を微細な凹凸状にパターニングして拡散層として
機能させることもできる。また、例えば、樹脂層１４を
形成するマトリクス樹脂に充填剤を分散して、樹脂層１
４自体に拡散反射特性（または散乱特性）を持たせても
同様の効果が得られる。マトリクス樹脂に分散させる充
填剤としては、マトリクス樹脂の屈折率と異なる屈折率
を有する材料を広く利用することができる。液晶材料を
分散してもよい。

【００７０】上述した本実施形態の両用型液層表示装置
において、バックライト装置５０からの光を拡散反射
（または散乱）する機能を反射領域に付与する構成は、
先の実施形態１および２の両用型液晶表示装置と組み合
わせることもできる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によると、透過モードにおける表
示輝度が改善された透過反射両用型液晶表示装置が提供
される。本発明によると、バックライトからの光の利用
効率が向上するので、透過モードにおける表示輝度やコ
ントラスト比の向上だけでなく、反射領域の面積を増や
すことによって反射モードにおける表示輝度やコントラ
スト比を改善することもできる。あるいは、バックライ
ト装置の出力を低下させることによって、低消費電力化
をはかることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による透過反射両用型液晶表示装置に用
いられる液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００Ａの平面図
である。

【図２】図１に示したＴＦＴ基板１００Ａを有する液晶
表示パネル１００の模式的な部分断面図である。

【図３】本発明による両用型液晶表示装置に用いられる
照明装置（バックライト装置）の例を模式的に示す図で
ある。

【図４】本発明による両用型液晶表示装置に用いられる
照明装置（バックライト装置）の他の例を模式的に示す
図である。

【図５Ａ】本発明による実施形態１の両用型液晶表示装
置２００の模式的な断面図である。

【図５Ｂ】本発明による実施形態の両用型液晶表示装置
に用いられるコリメート素子５２の例を模式的に示す図
であり、（ａ）は２枚のＢＥＦＩＩ９０／５０フィルム
５２ａの配置を示す断面図であり、（ｂ）はＢＥＦＩＩ
９０／５０フィルム５２ａの斜視図である。

【図５Ｃ】図５Ｂに示したコリメート素子５２による拡
散光の広がり角の狭小化を示すグラフであり、横軸は拡
散光の広がり角を示し、縦軸は輝度を表す。

【図６】実施形態１の他の両用型液晶表示装置３００の
模式的な断面図である。

【図７】本発明による実施形態２の両用型液晶表示装置
４００の模式的な断面図である。

【図８】両用型液晶表示装置４００における、液晶表示
パネル１００のＴＦＴ基板１００Ａとプリズムシート７
４との配置関係を示す模式的な斜視図である。

【図９】実施形態２の他の両用型液晶表示装置５００の
模式的な断面図である。

【図１０】本発明による実施形態３の両用型液晶表示装
置６００の模式的な部分拡大断面図である。

【図１１】液晶表示パネル１００を有する液晶表示装置
７００の模式的な部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１走査線（ゲートバスライン）２信号線（ソースバスライン）４絵素電極５薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５ａ半導体層６ゲート電極７ソース電極７ａ、８ａ半導体コンタクト層８ドレイン電極９コンタクトホール１０ガラス基板１１ガラス基板１２ゲート絶縁膜１３透明電極１４樹脂層１４ａ開口部１５反射電極１６カラーフィルタ層１７ブラックマトリクス１８対向電極１９、２１１／４波長板２０、２２偏光板２３液晶層３０、４０バックライト装置（照明装置）３２、４２拡散板３２ｓ、４２ｓ拡散板の上面３４、４４蛍光管３６、４６反射板４８導光板４８ｓ導光板の上面４８ｓ５０照明装置５２コリメート素子５２ａＢＥＦＩＩ９０／５０フィルム（３Ｍ社製）５２ｂポリエステルフィルム層５２ｃアクリル系樹脂層５４集光素子（マイクロレンズアレイ）５４ａマイクロレンズ７４プリズムシート７４ａプリズム８５拡散層８５ｓ拡散層の表面１００、３００’、６００’ 液晶表示パネル１００Ａ、６００ＡＴＦＴ基板１００Ｂカラーフィルタ基板（対向基板）２００、３００、４００透過反射両用型液晶表示装置５００、６００、７００透過反射両用型液晶表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鳴瀧陽三大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H091 FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA16Y FA29Z FA32Y FD06 GA03 LA16 LA30 5G435 AA00 AA02 AA03 BB12 BB15 BB16 CC09 EE27 EE33 FF03 FF05 FF06 FF07 FF08 FF13 GG01 GG02 GG03 GG12 GG24 HH12 HH14 LL03 LL07 LL08 LL12 LL14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２基板と、前記第１基板と
第２基板との間に設けられた液晶層とを有する液晶表示
パネルと、前記液晶表示パネルの前記第１基板側に設け
られた照明装置とを備え、前記液晶表示パネルは複数の絵素領域を有し、前記第１
基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対応して形成
され、前記液晶層側から入射した光を反射する反射領
域、および前記照明装置側から入射する光を透過する透
過領域を有し、透過モードおよび反射モードで表示が可
能な液晶表示装置であって、前記第１基板の前記液晶層側表面と前記照明装置との間
に、前記照明装置側から順に、コリメート素子および集
光素子をさらに有し、前記コリメート素子は前記照明装
置から出射された拡散光の広がり角を狭小化し、前記集
光素子は前記狭小化された広がり角を有する拡散光を前
記透過領域内に集光する液晶表示装置。
【請求項２】前記集光素子は、前記複数の絵素領域ご
とに設けられたマイクロレンズを含むマイクロレンズア
レイである請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記集光素子は、プリズムシートである
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記反射領域は、前記照明装置側から入
射する光を拡散反射する機能を有する請求項１から４の
いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】第１および第２基板と、前記第１基板と
第２基板との間に設けられた液晶層とを有する液晶表示
パネルと、前記液晶表示パネルの前記第１基板側に設け
られた照明装置とを備え、前記液晶表示パネルは複数の絵素領域を有し、前記第１
基板は、前記複数の絵素領域のそれぞれに対応して形成
され、前記液晶層側から入射した光を反射する反射領
域、および前記照明装置側から入射する光を透過する透
過領域を有し、透過モードおよび反射モードで表示が可
能な液晶表示装置であって、前記反射領域は、前記照明装置側から入射する光を拡散
反射する機能を有する液晶表示装置。