JPH11101979A

JPH11101979A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11101979A
Application number: JP9262196A
Authority: JP
Inventors: Motoji Ono; 元司小野; Shoichi Takeuchi; 彰一竹内
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】歩留まり、量産性を格段に向上させ、反射パタ
ーンのコントロールが容易な液晶表示装置を得る。【解決手段】光の再帰性を有する光学部材をホログラム
感光材料の一方の側の面に配し、露光用光源からの光を
ホログラム感光材料のもう一方の面側からホログラム感
光材料に向けて照射して露光したホログラム４が、液晶
セル１を挟んで配置された一対の偏光板２、３のうちの
偏光板３の外側面に貼付された液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
するものであり、特に、反射型として用いられる液晶表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、その裏面側に光源を配
置し、透過型表示装置として用いる場合と、その裏面に
反射板を配置して反射型表示装置として用いられる場合
とがある。透過型装置の場合には周囲が暗い環境でも表
示を認識できる利点があるが、冷陰極放電管等の光源お
よび光源駆動回路と導光板等の導光手段が必要であり小
型、軽量、低価格、低消費電力には限界がある。

【０００３】一方、反射型表示装置の場合には、これら
光源等を用いず外光を利用して表示を認識するものであ
り、周囲が暗い環境での使用は困難であるが携帯型機器
等の小型、軽量、低消費電力等が求められる表示装置と
しては最適である。特に、昨今の携帯電話の普及にとも
ない、携帯電話の表示画面に使用される液晶表示装置と
して、小型、軽量、低消費電力の液晶表示装置の需要が
高い。

【０００４】反射型液晶表示装置は、液晶セルと、液晶
セルを挟んで配置された一対の偏光板とからなってい
る。そして、裏面側の偏光板に反射板が配置されてい
る。

【０００５】上記液晶セルは、ＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極を形成し、その上に配
向膜を形成した上下一対のガラス、プラスチック等の透
明基板を枠状のシール材を介して接合し、この両基板間
の前記シール材で囲まれた領域に液晶を封入したもので
ある。また、上記液晶セルとしては、一般に、液晶の分
子を両基板間においてほぼ９０°のツイスト角でツイス
ト配向させたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型の
ものが用いられている。

【０００６】また、反射型液晶表示装置では通常は、上
記一対の偏光板は、その透過軸を互いに直交するように
配置しており、これら偏光板の透過軸は、液晶セルの液
晶分子配向方向とほぼ平行または直交する方向に配置さ
れる。このような液晶表示装置は、透明電極間に電圧を
印加しない部分および背景部が明るく、透明電極間に電
圧を印加した部分が黒く表示され、所謂ポジ型表示とな
る。

【０００７】すなわち、このような液晶表示装置は、外
部からの光は、表面側の偏光板により直線偏光されて液
晶セルに入射する。そしてこの液晶セルの両基板の電極
間に電圧を印加した部分では、この直線偏光された光
は、理想的には液晶分子が基板に垂直な方向に立ってい
るので、そのまま偏光方向が回転せずに通過し、裏側の
偏光板の透過軸が９０°ずれているので、光が吸収され
る。このため、この部分は黒く見える。

【０００８】また、液晶セルの電極間に電圧を印加して
いない部分や電極が対向していない背景部分では、液晶
分子は配向膜の影響を受けてツイスト配向している。こ
の状態では、直線偏光されて液晶セルに入射した光は液
晶層で９０°旋光され、裏側の偏光板の９０°ずれてい
る透過軸と透過光の偏光方向が一致するため、光が透過
する。そして、裏面の反射板で反射されて、再度液晶セ
ルを通過し表面側に出射されて、その部分は明るく見え
る。

【０００９】これにより背景部分が明るく（白っぽく）
見え、特定の部分が黒く見えるポジ型の液晶表示装置が
得られる。一対の偏光板の透過軸を互いにほぼ平行に配
置することにより、背景部分が黒く、特定の部分が明る
く見えるネガ型の液晶表示装置を得ることもできる。

【００１０】この反射板は外部からの外光を有効に利用
するため、通常ポリエステル等の樹脂フィルムにアルミ
蒸着したフィルムを用い、さらに拡散性を持たせるため
ヘアーライン処理等が施されているものが用いられる。

【００１１】しかし、この反射板は、高反射率材料を用
いているだけで、その波長特性、反射角度特性を充分に
考慮していなかったため、必ずしも見やすい液晶表示装
置が得られていなかった。そこで、反射拡散板の代りに
ホログラムを用いて、反射角度、反射光の指向性等をコ
ントロールし、視認性を向上させる方法が特表平８−５
０５７１６号公報に提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
方法では、反射型ホログラムの指向性を、図３に示すよ
うなホログラム作製法により、所望の放射パターンを持
つ透過性光拡散体によって、指向性をコントロールして
いる。この場合、露光用光源から発せられたレーザー光
をビームスプリッタで二つに分割し、これらの分割され
たレーザー光１０１、１０２のうち一方のレーザー光１
０１を透過性光拡散体１９を透過させて基板１６に配さ
れたホログラム感光材料１５に照射させ、もう一方のレ
ーザー光１０２をレンズ２０により集光させてホログラ
ム感光材料１５に照射させている。

【００１３】この場合、二つのレーザー光に分割される
ため、露光用光源には、ビームスプリッタからホログラ
ム感光材料までの光路に相当するコヒーレント長の光を
発するものが求められる。さらに、上記の光路における
振動、空気の擾乱等に対して非常に弱く、歩留まりが悪
いといった問題点があった。加えて、露光パワーが低く
なり、長時間露光による量産性の低下も発生していた。

【００１４】また、実際に所望の放射パターンを持つ透
過性光拡散体を得るのは非常に困難で、透過性光拡散体
の表面の粗さおよび透過性光拡散体とホログラム感光材
料間との距離の組み合わせによって、放射パターンをコ
ントロールしなくてはならない。これは、非常に手間の
掛かる作業で、任意の放射パターンを得るために、非常
に時間が掛かっていた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、光の再帰性を有する光
学部材をホログラム感光材料の一方の側の面に配し、露
光用光源からの光をホログラム感光材料側のもう一方の
面側からホログラム感光材料に向けて照射する新たな作
製法と、この作製法によって作製されたホログラムを用
いた液晶表示装置を新たに提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明の液晶表示装置の代表
的な例の断面図である。図１において、液晶セル１と、
この液晶セル１を挟んで配置された一対の偏光板２、３
とからなっている。そして、ホログラム４を、裏面側の
偏光板３（図１では下側）に貼付し、さらにその裏面側
に反射板５を配置した。

【００１７】上記液晶セル１は、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 等の
透明電極６、７を形成し、その上に、配向膜８、９を形
成した上下一対のガラス、プラスチック等の透明基板１
０、１１を枠状のシール材１２を介して接合し、この両
基板１０、１１間の前記シール材１２で囲まれた領域に
液晶１３を封入したものである。

【００１８】この配向膜は、従来の液晶表示装置で使用
されている配向膜が使用でき、例えば、ポリイミド、ポ
リアミド等の高分子膜やＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機
膜をラビングしたり、ＳｉＯの斜め蒸着等により形成さ
れればよい。さらに、これにＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の無
機膜を絶縁膜として積層したり、遮光膜、カラーフィル
タ等を積層してもよい。また、電極と基板との間に、ア
ルカリ溶出防止用のＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機膜を
設けたり、遮光膜、カラーフィルタ等を積層してもよ
い。

【００１９】また、上記液晶セル１としては、液晶１３
の分子を両基板１０、１１間においてほぼ９０°のツイ
スト角でツイスト配向させたＴＮ（ツイステッド・ネマ
ティック）型のものを用いた。また、上記一対の偏光板
２、３は、その透過軸を互いにほぼ直交して配置されて
おり、これら偏光板２、３の透過軸は、液晶セル１の基
板の液晶分子配向方向とほぼ平行な方向とした。

【００２０】この液晶表示装置は、液晶セル１の両基板
１０、１１の透明電極６、７間に電圧を印加して表示駆
動する。外部からの光は、表面側（図１では上側）の偏
光板２により直線偏光されて液晶セル１に入射する。そ
してこの液晶セル１の両基板１０、１１の透明電極６、
７間に電圧を印加した部分では、この直線偏光された光
は、理想的には液晶分子が基板に垂直な方向に立ってい
るので、そのまま偏光方向が回転せずに通過し、裏側の
偏光板３の透過軸が９０°ずれているので、光が吸収さ
れる。

【００２１】このため、この電圧を印加した透明電極
６、７間にはさまれた部分は黒く見える。この黒い色
（少ない透過光）はホログラム４で回折され、反射板５
で反射され、再度２枚の偏光板２、３と液晶セル１とを
通過し、さらに透過光が減少して、より黒く見える。

【００２２】なお、「理想的には液晶分子が基板に垂直
な方向に立っている」という意味は、スタティック駆動
のように充分に高い電圧が印加されれば、液晶分子はほ
とんど完全に基板に垂直な方向に配列するということを
意味している。時分割駆動（ダイナミック駆動）におい
ては、選択部分では液晶分子が充分に立ち上がる程の電
圧が印加できないので、ある程度立ち上がっている状態
となるが、非選択部分よりは立ち上がっているので、黒
く見えることになる。

【００２３】また、液晶セル１の透明電極６、７間に電
圧を印加していない部分や電極が対向していない背景部
分では、液晶分子は配向膜の影響を受けてツイスト配向
している。この状態では、直線偏光されて液晶セル１に
入射した光は液晶層で９０°旋光され、裏側の偏光板１
４の９０°ずれている透過軸と透過光の偏光方向とが一
致するため、光が透過する。そして、ホログラム４で回
折され、反射板５で反射され、再度２枚の偏光板２、３
と液晶セル１とを通過して、その部分は明るく見える。
これにより背景部分が明るく（白っぽく）見え、特定の
部分が黒く見えるポジ型の液晶表示装置が得られる。一
対の偏光板２、３の透過軸を互いにほぼ平行に配置する
ことにより、背景部分が黒く、特定の部分が明るく見え
るネガ型の液晶表示装置を得ることもできる。

【００２４】上記の本発明の液晶表示装置に用いたホロ
グラム４は、図２に示す方法で作製されたものである。
図２において、１４は光の再帰性を有する光学部材（再
帰性光学部材）、１５はホログラム感光材料、１６は基
板、１７はスペーシャルフィルタ、１８は露光用光源
（レーザー発振器）である。ホログラム感光材料１５は
透明基板１６に配されて保持されている。露光用光源１
８から発せられた露光用のレーザー光は、スペーシャル
フィルタ１７を介してホログラム感光材料１５に照射さ
れる。一方、ホログラム感光材料１５の露光用光源１８
に対向する側と反対側の面には、光の再帰性を有する光
学部材１４が配されている。そして、露光用光源からの
光がホログラム感光材料１５を透過した後に、再帰性光
学部材１４により再帰し、直接ホログラムに照射される
光と再帰光とにより、ホログラム感光材料が露光され
る。

【００２５】光の再帰性を有する光学部材１４は、この
光学部材に入射した光をその光の入射方向に向けて再帰
させるものであり、かつ光拡散性能を有するものであ
る。本例では、この光学部材として、基板の表面にガラ
スビーズが敷き詰められた再帰性フィルムを用いた。

【００２６】このように、露光用レーザー光を二つに分
けることなくホログラム感光材料を露光できるので、露
光用光源からの光を効率よく使用できる。そのため、充
分に露光するために必要な露光用光源のパワーを小さく
できる。さらに、再帰性光学部材で再帰した光を露光に
用いているため、露光に用いるホログラムホログラム感
光材料に直接照射される光と再帰光との光路差はきわめ
て小さい（ホログラム感光材料の厚み分程度）。そのた
め、コヒーレント長が小さい露光用光源でも充分に使用
可能である。

【００２７】この例によれば、露光用レーザー光の入射
角度θおよび露光用レーザー光の発散点距離Ｌを変える
ことにより、所望の反射パターンを持つホログラムを得
ることが可能である。例えば、距離Ｌ₁ からθ₁ （°）
で入射する周辺照明光を、θ₂ （°）の方向に出射し、
さらに、距離Ｌ₂ に集光するような円錐形状の反射パタ
ーンを持つホログラムは、次式より得られる露光用レー
ザー光の入射角度θ、露光用レーザー光の発散点距離Ｌ
で露光することで得られる。

【００２８】 θ＝（θ₁ −θ₂ ）／２（１）１／Ｌ＝１／２Ｌ₂ −１／２Ｌ₁ （２）

【００２９】また、ホログラムでθ₂ の方向へ、回折さ
れる光の波長は、露光条件と使用条件が違うため、露光
波長と同じではない。露光用光源から発せられる光に波
長をλとすると、θ₂ の方向へ回折される光の波長λ₁
は、次式で与えられる。

【００３０】 λ＝λ₁ ／ｃｏｓ( θ₁ ＋θ₂)／２（３）

【００３１】なお、材料の屈折率は考慮していない。

【００３２】本例では、距離２ｍから４５°で入射する
蛍光灯（輝線波長５４３ｎｍ）の光を０°の方向に出射
し、距離３００ｍｍに集光するホログラムを作製した。
露光条件は、上記（１）、（２）、（３）式より露光角
度θ＝２２．５°、露光用レーザー光の発散点距離Ｌ＝
５２２ｍｍ、露光用光源からの光の波長λ＝５８７．７
ｎｍとした。

【００３３】こうして作製されたホログラムを、図１の
構成の液晶表示装置に用いて、距離２ｍの蛍光灯下で使
用したところ、蛍光灯の光が正反射してくる方向とは別
の方向に、非常に明るく表示が視認できた。

【００３４】本例では、厚さ２０μｍのアクリル系のフ
ォトポリマーからなる、リップマンタイプの体積・位相
型ホログラムを用いた。

【００３５】ホログラム感光材料としては、上記の他に
ポリビニルカルバゾール系などのフォトポリマー、重ク
ロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の感光材料
を用いることができる。また、ホログラムとしては、リ
ップマンタイプ等の体積・位相型のホログラムが、高い
回折効率を得られるという点で望ましいが、エンボスタ
イプ、レインボータイプ等のホログラムと呼ばれるもの
も、広く用いることができる。

【００３６】本例では、使用時におけるホログラムの条
件を距離２ｍから４５°で入射する蛍光灯（輝線波長５
４３ｎｍ）の光を０°の方向に出射し、距離３００ｍｍ
に集光するものとしたが、これに限定されるものではな
く、使用する光源（室内なら蛍光灯、屋外なら太陽光）
から液晶表示装置までの距離や液晶表示装置の用途等に
よって適宜設定できる。

【００３７】本例の液晶表示装置では緑色単色の表示と
したが、白色表示とすることも可能である。そのために
は、複数色を回折するホログラムを用いる必要がある。
この場合でも、ホログラムの回折波長は携帯機器の使用
状態を考慮すると蛍光灯の三色の輝線スペクトルに一致
させることが好ましく、さらには蛍光灯の輝線スペクト
ルの赤、緑、青に一致させることがより好ましい。

【００３８】このような目的のホログラムの構成として
は、１枚のホログラム感光材料に複数の波長の光を照射
して多重露光したホログラムのほか、別個に各波長の光
で露光した複数のホログラムを積層してもよい。積層時
の工程が少ないという点で、１枚の感光材料に多重露光
する方が好ましい。

【００３９】さらに、カラー表示とすることも可能であ
り、面分割しフィルタを貼付した液晶セルおよび駆動機
構を用い、さらにホログラムにおいてもそのフィルタと
の整合を考慮して作製することが求められる。この場合
にも、上記と同様にホログラムの構成としては、１枚に
複数の波長で多重露光したホログラムのほか、別個に各
波長で露光した複数のホログラムを積層してもよい。

【００４０】反射板はホログラムを透過した光も有効に
利用するため、ポリエステルフィルムにアルミ蒸着した
厚さ１００μｍのフィルムを貼付した。従来の反射型の
液晶表示装置における反射板は、６０％程度の拡散反射
率を有するが、本例ではホログラムに拡散性を付加して
いるので、反射板として拡散反射率が３０％以下でもよ
いし、反射板としてアルミにくらべ、さらに高反射率を
得られる銀反射板を用いてもよい。さらには、反射型の
液晶表示装置にとらわれず、反射板を半透過半反射板と
し、反射板側に光源を配置した液晶表示装置としても用
いることができる。

【００４１】また、液晶セルはＴＮ型に限らずＳＴＮ
（スーパー・ツイステッド・ネマティック）型のもので
もよく限定はされない。さらに、このＳＴＮ型の液晶表
示装置に位相差板やもう１つの液晶セルを積層して、色
を白黒化したＦＳＴＮ型やＤＳＴＮ型の液晶表示装置と
したり、されにこれにカラーフィルタを組合せてカラー
化したカラーＳＴＮ型の液晶表示装置としてもよい。本
発明は、さらにこれらの例に限定されなく、種々の変形
が可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、用いるホログラムの作
製時においてレーザー光を二つに分けて使用しないた
め、コヒーレント長のそれ程長くないレーザーでも使用
可能となる。さらに、露光パワーも強くなり、その結
果、露光時間が短くなり量産性が格段に向上する。ま
た、振動、空気の擾乱にも強く、歩留まりが格段に向上
し、良質のホログラムが多数得やすくなる。また、照射
光の形状を変えるだけで、任意の反射パターンを持つホ
ログラムが容易に作製可能となり、このような作製法に
よって作製されたホログラムを用いた液晶表示装置で
は、所望の方向、範囲に明るい表示をだすことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面
図。

【図２】本発明におけるホログラム作製法の一例を示す
概略断面図。

【図３】従来のホログラム作製法を示す概略断面図。

【符号の説明】

１：液晶セル２、３：偏光板４：ホログラム５：反射板６、７：透明電極８、９：配向膜１０、１１：基板１２：シール材１３：液晶１４：再帰性光学部材１５：ホログラム感光材料１６：基板ガラス１７：スペーシャルフィルタ１８：露光用光源１９：透過性光拡散体２０：集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透明電極付きの基板間に挟持された
液晶層と、それらの透明電極間に電圧を印加する駆動手
段とを有し、液晶層の両外側に一対の偏光板を配置し、
観察者側と反対側の偏光板の外側面にホログラムを配置
した液晶表示装置において、前記ホログラムは、光の再
帰性を有する光学部材をホログラム感光材料の一方の側
の面に配し、露光用光源からの光をホログラム感光材料
側のもう一方の面側からホログラム感光材料に向けて照
射して作製されたホログラムであることを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】前記再帰性を有する光学部材は再帰性フィ
ルムであって、基板の表面にガラスビーズが敷き詰めら
れたものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。