JP5171181B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関し、特に反射表示の明るさに優れた液晶表示装置を備えた電子機器に関するものである。

例えば、液晶表示装置の一形態をなす半透過反射型液晶表示装置は、透過表示と反射表示とを兼ね備えており、周囲の明るさに応じて透過表示と反射表示を切り替えることによって、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えるものである。この種の半透過反射型液晶表示装置において、本発明者は、液晶のツイスト角とリタデーション（Δｎ・ｄ、Δｎ：液晶の複屈折差、ｄ：液晶層厚）とを最適化したものを提案している（例えば、特許文献１参照）。

また、液晶表示装置においては、光の入射角度によって液晶層中での光路長が変わるのに伴って液晶層のリタデーションが変化し、見る方向によっては所望のコントラストが得られない、という問題があった。そこで、光学異方性層を用いてリタデーションの差異を光学的に補償し、視野角を広げようとする技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−３４４８４４号公報 特開２００３−１９５０３８号公報

ところで、近年、紙上の印刷物のような高コントラストを実現できる表示装置として、電子ペーパー・ディスプレイ（Electronic Paper Display, 以下、ＥＰＤと略記する）が脚光を浴びている。ＥＰＤは、基本的にバックライトを必要としない反射型表示を利用した技術であって、太陽光の下を含む種々の照明の下で見ることが可能であり、表示を維持する電力をさほど必要としない、という利点を有している。ＥＰＤには、例えば電気泳動表示技術がよく利用されているが、強誘電液晶やコレステリック液晶を用いた液晶技術も利用されることがある。

しかしながら、上述したように、反射表示が有効なＥＰＤの分野にあっては、従来の一般的な反射型液晶表示装置が利用される場面がなかった。現状よく用いられている反射型液晶表示装置は、液晶パネルの中に反射層を内蔵し、視認側に１枚の円（楕円）偏光板を配置し、表示原理に円（楕円）偏光を利用するものである。この構成がＥＰＤに利用されない理由は、光の入射角度によって白表示の輝度（反射率）が低下してしまい、どの方向からディスプレイを見ても紙のように白く見える、というわけにはいかないからである。
この問題は、反射型液晶表示装置、半透過反射型液晶表示装置に共通する問題である。
なお、特許文献２の光学異方性層を用いたとすると、黒表示が改善されてコントラストの向上は図れるかもしれないが、白表示の高輝度化は困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、どこから見ても明るい反射表示が得られる液晶表示装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の電子機器は、第１の基板と、前記第１の基板の視認側に配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、電圧無印加時に水平配向した液晶層と、前記第１の基板の前記液晶層側に形成された光散乱用凹凸層と、前記第２の基板の前記液晶層と反対側に配置された円偏光板または楕円偏光板と、前記第２の基板側から前記液晶層を介して入射する光を反射する前記第１の基板側の反射層と、基材と前記基材上に形成した高分子液晶層とから構成され、面内遅相軸方向の屈折率をｎｘ、面内進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、厚みをｄとしたとき、前記面内遅相軸方向の屈折率ｎｘが前記面内進相軸方向の屈折率ｎｙと略等しく、かつ
（ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄ＞０
上式の関係を満たす光学補償板と、を有する液晶表示装置を備えた電子機器であって、前記液晶表示装置は一つのドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とを有するとともに、前記光学補償板を前記第２の基板の外面視認側で前記円偏光板または前記楕円偏光板の間のみに配置したことを特徴とする。
さらに、前記光学補償板の前記面内遅相軸方向の屈折率ｎｘが前記面内進相軸方向の屈
折率ｎｙと略等しいことが望ましい。

本発明者は、液晶分子の長軸と基板面とのなす角が小さい領域（液晶分子が基板面に対して寝ている状態）において、白表示をなすためのリタデーションの光の入射角による差異を補償するために、上式を満足する光学補償板、すなわち縦長の屈折率楕円体を有する光学補償板を用いれば良いことを知見し、本発明の構成に至った。すなわち、この構成によれば、基板面に対して立った状態の屈折率楕円体を有する光学補償板によって基板面に対して寝た状態にある液晶分子によるリタデーションを効果的に補償できるため、高反射率が得られる角度範囲を広げることができ、反射表示における白表示の視角依存性が少ない液晶表示装置を実現することができる。

本発明においては、前記第１の基板の前記液晶層側に光散乱用凹凸層が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、正反射方向以外の方向からの視認性をより向上させることができる。

本発明においては、前記光学補償板として、基材と前記基材上に形成した高分子液晶層とから構成された光学補償板を用いることができる。
光学補償板としては、例えば一軸延伸させた樹脂フィルム等を用いることができるが、基材上に高分子液晶層を形成したものを用いれば、延伸樹脂フィルムを用いた場合に比べて光学補償板を薄くすることができ、ひいては液晶表示装置全体の薄型化を図ることができる。

本発明は、反射表示のみを行う反射型液晶表示装置に適用できるが、一つのドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とを有する半透過反射型液晶表示装置に適用することもできる。
この構成によれば、透過表示も備えているため、外光が少ない暗い場所においても表示の視認性を確保することができ、また、光学補償板によって透過表示時の白表示の品質も確保することができる。

この構成によれば、どこから見ても明るい反射表示が可能な液晶表示部を備えた電子機
器を提供することができる。

以下、本発明の一実施の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（反射型液晶表示装置）の概略構成を示す断面図、図２は本実施形態の他の液晶表示装置（半透過反射型液晶表示装置）の概略構成を示す断面図、である。図３〜図６は本実施形態の液晶表示装置の反射視角特性を示す図である。図７は従来例の反射視角特性を示す図である。
なお、各図面においては、各構成要素を見やすくするため、各構成要素の寸法の比率、縮尺等は適宜変えて示している。

本実施形態の反射型の液晶表示装置１は、図１に示すように、第１の基板２と第２の基板３との間に液晶層４が挟持された液晶パネルで構成されている。使用者から見て奥側が第１の基板２、手前（視認）側が第２の基板３となる。液晶層４は電圧無印加時に水平配向しており、ノーマリーホワイトモードである。液晶層４への電圧印加により液晶分子が基板面に対して立ち上がり、黒表示となる。液晶層４のツイスト角は０°〜７０°程度であることが望ましい。第１の基板２の内面（以下、各基板の液晶層側の面を「内面」、それと反対側の面を「外面」という）には、基板側から順に、光散乱用凹凸層５、反射層６、絶縁層７、第１の透明電極８が順次形成されている。第２の基板３の内面には、第２の透明電極９が形成されている。

第２の基板３の外面には、基板側から順に、光学補償板１０、位相差板１１、偏光板１２が順次配置されている。位相差板１１と偏光板１２は、これら２枚で入射光を円（または楕円）偏光に変換する略円偏光板として機能する。具体的には、円偏光の場合は位相差板１１は１／４波長板（位相差が１４０ｎｍ程度）、楕円偏光の場合は１／４波長からずれた位相差を持つ。偏光板１２は通常の直線偏光板である。

本実施形態の光学補償板１０は、面内遅相軸方向の屈折率をｎｘ、面内進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、厚みをｄとしたとき、
（ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄ＞０ …（１）
ｎｘ＝ｎｙ …（２）
の２つの式の関係を満たすものである。なお、ｎｘとｎｙとは完全に等しくなくても良く、ｎｘ≒ｎｙの関係であっても良い。この光学補償板１０は、第２の基板３の外面に設置した状態で、基板面に対して立った状態の縦長の屈折率楕円体を有する光学補償板であり、いわゆるポジティブＣプレートと呼ばれるものである。光学補償板１０の構成としては、例えばポリカーボネートなどの樹脂フィルムを一軸延伸させたものを用いても良いし、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の基材上に高分子液晶層を形成したものを用いても良い。基材上に高分子液晶層を形成したものを用いた場合には、光学補償板１０を例えば数１０μｍオーダーまで薄くすることができ、液晶表示装置全体の薄型化が図れる。

本発明は、図１に示した反射型の液晶表示装置１のみならず、図２に示す半透過反射型の液晶表示装置２１にも適用が可能である。本実施形態の半透過反射型液晶表示装置２１は、図２に示すように、一つのドット領域内に反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとを有している。第１の基板２２の内面には、反射表示領域Ｒにおいては、基板側から順に、光散乱用凹凸層２３、反射層２４、液晶層厚調整層２５、第１の透明電極２６が順次形成されている。透過表示領域Ｔには、基板側から順に、光散乱用凹凸層２３、第１の透明電極２６が順次形成されている。すなわち、透過表示領域Ｔには反射層２４が形成されておらず、後述するバックライトからの光が反射層２４の開口部を通して液晶層２７に入射する。また、第２の基板２８の内面には、カラーフィルター層２９およびブラックマトリクス３０、第２の透明電極３１が形成されている。

第１の基板２２の外面には、基板側から順に、位相差板３２、偏光板３３、バックライト３４が順次配置されている。第２の基板２８の外面には、基板側から順に、光学補償板３５、位相差板３６、偏光板３７が順次配置されている。双方の基板２２，２８の外面側の位相差板３２，３６と偏光板３３，３７は、これら２枚で入射光を円（または楕円）偏光に変換する略円偏光板として機能する。光学補償板３５の構成は、上で説明したものと同様である。

次に、上記構成の反射型の液晶表示装置１を前提として、本発明者が行った反射視角特性のシミュレーション結果について説明する。
観察位置を液晶表示装置の画面の中心を通る法線上（真正面）に固定し、この位置を極角０°とした。そして、光の入射方向を方位角０°〜３６０°の範囲、極角０°〜６０°の範囲で変化させたときの反射率（反射光量／入射光量）を求めた。図３〜図６は光学補償板の位相差を変化させたときの等反射率曲線を示しており、図における最も内側の曲線から順に、反射率＝９８％、９５％、９２％、９０％、…の等反射率曲線となっている。図３は光学補償板の位相差が１００ｎｍ、図４は光学補償板の位相差が１１０ｎｍ、図５は光学補償板の位相差が１５０ｎｍ、図６は光学補償板の位相差が２００ｎｍ、の場合をそれぞれ示している。液晶層のツイスト角は６０°とした。ここで言う「位相差」の定義は、位相差＝（ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄ、である。

これに対して、図１の構成から光学補償板１０を除いた構成を従来例とし、この従来例の液晶表示装置の反射視角特性のシミュレーション結果を示したのが図７である。

図３〜図６に示したように、光学補償板の位相差の値に応じて等反射率曲線の形状は変わるものの、９８％以上の反射率が得られる領域（図において網掛けで示した部分）が、光学補償板を持たない図７の場合に比べて大きく広がっていることが判った。また、図３〜図６から判るように、等反射率曲線の形状は対称性を持っていないため、等反射率曲線の高反射率領域が広がった方位角方向が視角を広げたい方向に一致するように、光学補償板を適宜回転させればよい。

このように、本発明の光学補償板を備えた液晶表示装置によれば、ポジティブＣプレートからなる光学補償板によって液晶層のリタデーションを効果的に補償できるため、高反射率が得られる角度範囲を広げることができ、反射表示における白表示の視角依存性が少ない液晶表示装置を実現することができる。

［電子機器］
図８は、本発明に係る電子機器の一実施形態である携帯電話を示す斜視図である。同図の携帯電話１３００は、上記実施形態の液晶表示装置を小型の液晶表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、および送話口１３０４を備えて構成されている。上記実施形態の液晶表示装置は、上記の携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、どこから見ても明るい反射表示が可能な液晶表示部を備えた電子機器を実現できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば図１、図２で示した液晶表示装置の各部の具体的な構成は、これに限るものではなく、適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 本実施形態の他の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 本実施形態の液晶表示装置の反射視角特性（位相差＝１００ｎｍ）を示す図である。 本実施形態の液晶表示装置の反射視角特性（位相差＝１１０ｎｍ）を示す図である。 本実施形態の液晶表示装置の反射視角特性（位相差＝１５０ｎｍ）を示す図である。 本実施形態の液晶表示装置の反射視角特性（位相差＝２００ｎｍ）を示す図である。 従来例の反射視角特性を示す図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１，２１…液晶表示装置、２，２２…第１の基板、３，２８…第２の基板、４，２７…液晶層、６，２４…反射層、１０，３５…光学補償板、１１，３２，３６…位相差板、１２，３３，３７…偏光板。

Claims (1)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板の視認側に配置された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持され、電圧無印加時に水平配向した液晶層と、
   前記第１の基板の前記液晶層側に形成された光散乱用凹凸層と、
   前記第２の基板の前記液晶層と反対側に配置された円偏光板または楕円偏光板と、
   前記第２の基板側から前記液晶層を介して入射する光を反射する前記第１の基板側の反射層と、
   基材と前記基材上に形成した高分子液晶層とから構成され、面内遅相軸方向の屈折率をｎｘ、面内進相軸方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚ、厚みをｄとしたとき、前記面内遅相軸方向の屈折率ｎｘが前記面内進相軸方向の屈折率ｎｙと略等しく、かつ
   （ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２）×ｄ＞０
   上式の関係を満たす光学補償板と、
   を有する液晶表示装置を備えた電子機器であって、
   前記液晶表示装置は一つのドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とを有するとともに、前記光学補償板を前記第２の基板の外面視認側で前記円偏光板または前記楕円偏光板の間のみに配置したことを特徴とする電子機器。

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