JPH11142646A

JPH11142646A - 反射偏光子、液晶装置及び電子機器

Info

Publication number: JPH11142646A
Application number: JP9306173A
Authority: JP
Inventors: Osamu Okumura; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】斜め方向から入射した光に対しても高い偏光度
が得られる反射偏光子を提供する。【解決手段】面内に屈折率異方性を有する第一の層と面
内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層
して構成されることを特徴とする反射偏光子であって、
前記各層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚
方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折
率ｎｙの比が、前記両層で互いに等しいことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射偏光子に関し、
さらにこの反射偏光子を用いた液晶装置に関し、さらに
この液晶装置を搭載した電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォ
ッチ等の携帯型電子機器用途には、消費電力が小さい反
射型液晶装置や半透過反射型液晶装置が適している。し
かしながら、従来の反射型液晶装置や半透過型液晶装置
には、表示が暗いという課題があった。また、主として
デスクトップで利用される透過型液晶装置にも、消費電
力が大きいという課題があった。

【０００３】このような課題を解決する一手段として、
複屈折性の誘電体多層膜を利用した反射偏光子を利用す
る方法が、特表平９−５０６９８５号公報等に開示され
ている。

【０００４】この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直
線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機
能を有する。このような反射偏光子を反射型液晶装置や
半透過反射型液晶装置に用いると、従来から利用されて
いる金属反射板と異なり所定の偏光成分の光を全反射す
る上、吸収型の偏光板のように光を吸収しないため、大
変に明るいという特徴を有する。またこのような反射偏
光子を透過型液晶装置に用いると、大部分の光を直線偏
光に変換し、バックライトの効率を高めるという効果が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の複屈折性の誘電体多層膜を利用した反射偏光子
にも、偏光度が低いという課題があった。特に斜め方向
から入射した光に対して偏光度が低かった。従ってこれ
を用いた従来の液晶装置は、斜め方向から見たときにコ
ントラストが取れないといった課題があった。

【０００６】そこで本発明は、斜め方向から入射した光
に対しても高い偏光度が得られる反射偏光子を提供する
ことを目的とする。また本発明は、視角が広く明るい液
晶装置、消費電力の小さい電子機器を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の反射偏光
子は、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈
折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構
成されることを特徴とする反射偏光子であって、前記各
層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚方向の
屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折率ｎｙ
の比が、前記両層で互いに等しいことを特徴とする。面
内の主屈折率にはｎｘとｎｙが存在するが、この反射偏
光子は延伸により作成されるものであることから、主た
る延伸方向と平行な方向の屈折率をｎｘ、直角な方向の
屈折率をｎｙと区別することにする。多くの物質は光学
的に正であるからｎｘ＞ｎｙであるが、ポリスチレンの
ように光学的に負の物質ではｎｘ＜ｎｙとなる。請求項
１は第一の層のｎｚ／ｎｙと第二の層のｎｚ／ｎｙが概
略等しいことを指す。このように構成したため、請求項
１記載の反射偏光子は、斜め方向から入射した光に対し
ても高い偏光度を確保することが出来る。

【０００８】請求項２記載の液晶装置は、少なくとも、
所定の直線偏光成分を吸収し残りの偏光成分を透過する
偏光板と、透明電極を備えた一対の基板間に液晶組成物
を挟んで成る液晶セルと、請求項１記載の反射偏光子
と、光吸収板とを備え、これらを前記の順に配置したこ
とを特徴とする。このように構成したため、請求項４記
載の液晶装置は、明るく斜め方向から見たときも高いコ
ントラストが取れる反射型、あるいは半透過反射型表示
を提供することが出来る。

【０００９】請求項３記載の液晶装置は、少なくとも、
所定の直線偏光成分を吸収し残りの偏光成分を透過する
偏光板と、透明電極を備えた一対の基板間に液晶組成物
を挟んで成る液晶セルと、請求項１記載の反射偏光子
と、バックライトとを備え、これらを前記の順に配置し
たことを特徴とする。このように構成したため、請求項
３記載の液晶装置は、明るい透過型表示を提供すること
が出来る。

【００１０】請求項４記載の電子機器は、請求項２また
は請求項３記載の液晶装置を、表示部として備えたこと
を特徴とする。このように構成したため、請求項４記載
の電子機器は、消費電力が少なく、高品質な表示を得る
ことが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１２】（実施例１）図１は、本発明の請求項１記
載の発明に係る反射偏光子の構造の要部を示す図であ
る。反射偏光子は、基本的に複屈折性の誘電体多層膜で
あって、二種類の高分子層１０１と１０２を交互に積層
して成る。二種類の高分子は、一つは光弾性率が大きい
材料から、もう一つは光弾性率が小さい材料から選ばれ
るが、その際に両者の常光線の屈折率が概ね等しくなる
よう留意する。例えば、光弾性率の大きい材料としてＰ
ＥＮ（２，６−ポリエチレン・ナフタレート）を、小さ
い材料としてｃｏＰＥＮ（７０−ナフタレート／３０−
テレフタレート・コポリエステル）を選ぶ。両フィルム
を交互に積層し、図１の直交座標系１０３のｘ軸方向に
約５倍延伸したところ、ｘ軸方向の屈折率がＰＥＮ層に
おいて約１．８８、ｃｏＰＥＮ層において約１．６４と
なった。またｙ軸方向の屈折率はＰＥＮ層でもｃｏＰＥ
Ｎ層でも約１．６４であった。この積層フィルムに法線
方向から光が入射すると、ｙ軸方向に振動する光の成分
はそのままフィルムを透過する。これが透過軸である。
一方ｘ軸方向に振動する光の成分は、ＰＥＮ層とｃｏＰ
ＥＮ層が、ある一定の条件を満たす場合に限って、反射
される。これが反射軸である。その条件とは、ＰＥＮ層
の光路長（屈折率と膜厚の積）と、ｃｏＰＥＮ層の光路
長（屈折率と膜厚の積）の和が光の波長の２分の１に等
しいことである。このようなＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層を
各々数十層以上、出来れば百層以上、厚みにして３０μ
ｍほど積層させると、ｘ軸方向に振動する光の成分のほ
ぼ全てを反射させることが出来る。

【００１３】このようにして作成された理想的な反射偏
光子は、設計された単一の波長の光でしか偏光能を生じ
ない。もちろん実際には、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層の厚
みにばらつきが生じるため、ある程度の波長幅で偏光能
が生じるが、それでも数十ｎｍの幅である。そこで、可
視光の広い波長領域にわたって偏光能を持たせるために
は、偏光反射波長範囲が異なる複数の反射偏光子を、軸
を揃えて積層する。このように構成した反射偏光子は、
可視光のほぼ全域にわたって９０％以上の高い偏光度を
示した。

【００１４】以上は法線方向から反射偏光子に入射する
光の挙動に対する説明である。本願の主眼は斜め方向か
ら入射する光の挙動にある。図２は、本発明の反射偏光
子を構成する２種類の層１０１と１０２の屈折率特性を
示す図である。２０１は光弾性率が大きい材料を延伸し
た高分子層１０１の屈折率楕円体を、２０２は光弾性率
が小さい材料を延伸した高分子層１０２の屈折率楕円体
を示す。各々の楕円体の３つの主屈折率をｎｘ、ｎｙ、
ｎｚとする。但し、層の面（ｘ−ｙ平面２３１）内で主
たる延伸方向と平行な方向の屈折率２１１と２２１をｎ
ｘ、層の面内で主たる延伸方向と直角な方向の屈折率２
１２と２２２をｎｙ、膜厚方向の屈折率２１３と２２３
をｎｚとする。但し主たる延伸方向とは、先ほどの説明
では図１のｘ軸方向に相当し、二軸延伸した場合にはよ
り延伸率の大きい方向を指す。

【００１５】さて、実施例１の反射偏光子の各層の屈折
率を精密に測定した結果、層１０１については、ｎｘ＝
１．８７４、ｎｙ＝１．６４４、ｎｚ＝１．６２１であ
った。また層１０２については、ｎｘ＝１．６４２、
ｎｙ＝１．６４０、ｎｚ＝１．６１６であり、ほとんど
等方的であった。但しこの測定は層１０１と層１０２を
別々に作成して同様に延伸したフィルムを測定した値で
ある。

【００１６】このように、層１０１は面内に屈折率異方
性（ｎｘ−ｎｙ＝０．２３０）を有し、層１０２は面内
に屈折率異方性（ｎｘ−ｎｙ＝０．００２）をほとんど
有しない。しかも層１０１におけるｎｚとｎｙの比ｎｚ
／ｎｙ＝０．９８６０は、層１０２におけるｎｚとｎｙ
の比ｎｚ／ｎｙ＝０．９８５４とほぼ等しい。

【００１７】このように構成することによって、ｘ−ｚ
平面内で斜めから入射した光２４１に対しても、ｙ−ｚ
平面内で斜めから入射した光２４２に対しても、透過軸
であるｙ方向と平行に振動する光、あるいはｙ−ｚ平面
内で振動する光の屈折率は、層１０１と層１０２とで変
わらない。即ちこの方向に振動する光は常に透過し、偏
光度を変化させない。逆に両者のｎｚ／ｎｙの値が異な
ると、特にｙ−ｚ平面上で斜めから入射した光２４２の
一部が反射されることになり、偏光度が劣化する。

【００１８】図３は、偏光度の入射光角度依存性を示す
図である。（ａ）がｘ−ｚ平面内における入射光角度依
存性、（ｂ）がｙ−ｚ平面内における入射光角度依存性
である。３０１と３１１が実施例１の反射偏光子の特性
であるが、入射光角度に関係なく高い偏光度を維持して
いることがわかる。

【００１９】比較のため、従来の２つの反射偏光子Ａ，
Ｂの特性も併記した。

【００２０】反射偏光子Ａは、層１０１についてｎｘ＝
１．８７７、ｎｙ＝１．６４１、ｎｚ＝１．５３３であ
り、層１０２についてｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６
４０、ｎｚ＝１．６１６である。層１０１におけるｎｚ
とｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９２４２は、層１０２にお
けるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９８５４よりもか
なり小さい。図３の３０２と３１２が反射偏光子Ａの特
性であるが、特にｙ−ｚ平面に傾いた光に対する偏光度
が悪いことがわかる。

【００２１】反射偏光子Ｂは、層１０１についてｎｘ＝
１．８０５、ｎｙ＝１．６３８、ｎｚ＝１．７８５であ
り、層１０２についてｎｘ＝１．６４２、ｎｙ＝１．６
４０、ｎｚ＝１．６１６である。層１０１におけるｎｚ
とｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝１．０８９７は、層１０２にお
けるｎｚとｎｙの比ｎｚ／ｎｙ＝０．９８５４よりもか
なり大きい。図３の３０３と３１３が反射偏光子Ｂの特
性であるが、特にｙ−ｚ平面に傾いた光に対する偏光度
が悪いことがわかる。このように斜め方向の偏光度が悪
い反射偏光子を液晶装置に用いると、斜め方向から見た
ときに十分なコントラストが取れなくなる。

【００２２】（実施例２）図４は本発明の請求項２記載
の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。ま
ず構成を説明する。図４において、４０１は偏光板、４
０２は位相差フィルム、４０３は上側ガラス基板、４０
４は液晶層、４０５は下側ガラス基板、４０６は光散乱
体、４０７は反射偏光子、４０８は光吸収体、４０９は
ＩＴＯからなる走査電極、４１０はＩＴＯからなる信号
電極である。４０１と４０２、４０２と４０３、４０５
と４０６、４０６と４０７、４０７と４０８は、それぞ
れ互いに糊で接着している。また上下の基板間は広く離
して描いてあるが、これは図を明解にするためであっ
て、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保っ
て対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶
配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩ
Ｃ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発
明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし
理解し難くする恐れがあるため、省略した。

【００２３】次に各構成要素について順に説明する。偏
光板４０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の
偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も
一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素
等のハロゲン物質や二色性染料をポリ・ビニル・プチラ
ール等の高分子フィルムに吸着させて作製する。

【００２４】位相差フィルム４０２は、例えばポリ・カ
ーボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、ＳＴＮ型
液晶装置の表示の着色を補償するために利用される。Ｔ
Ｎ型液晶装置の場合には省略されることが多い。

【００２５】液晶層４０４は１８０度から２７０度ねじ
れたＳＴＮネマチック液晶組成物から成る。表示容量が
小さい場合には９０°ねじれたＴＮ液晶組成物を用いて
も良い。ねじれ角は上下ガラス基板表面における配向処
理の方向と、液晶に添加するカイラル剤の分量で決定す
る。

【００２６】光散乱体４０６には、透明ビーズを分散し
たプラスチックフィルムが利用できる。接着剤中にビー
ズを混入して、直接液晶装置等に接着しても良い。また
特定の角度から入射した光のみを散乱する光制御板を利
用してもよい。このような光制御板は住友化学工業株式
会社からルミスティ（商品名）として発売されている。
なおここで言う光散乱とは、偏光を乱さない程度の弱い
散乱を指す。光散乱板は、鏡面に近い反射偏光子の反射
光を適度に拡散させる目的で配置する。

【００２７】反射偏光子４０７には、実施例１で説明し
たものを利用した。

【００２８】光吸収板４０８には、黒色ビニールシート
や黒紙を接着するか、黒色塗料を直接塗布して利用す
る。なお、黒色以外にも比較的暗い色ならば、青色や茶
色、灰色など好みによって利用できる。この光吸収板は
不要な偏光を吸収する目的で配置するが、半透過反射型
液晶装置等で、この偏光を利用しようとする場合には、
半透明な光吸収板を利用すれば良い。

【００２９】このようにして作製した液晶装置は、通常
の偏光板を利用した液晶装置と比較して、３０％以上明
るいという特徴を有している。その理由は二つある。一
つは金属アルミニウムの反射率が９０％弱しかないのに
対し、本発明の反射偏光子は反射軸に平行な光のほぼ１
００％を反射するからである。もう一つの理由は、通常
の吸収型偏光板がヨウ素等のハロゲン物質や染料等の二
色性物質を利用しており、その二色比が必ずしも高くな
いために、およそ２０％の光を無駄にしていることであ
る。

【００３０】また、この液晶装置は斜め方向から見たと
きにも高いコントラストの表示が可能であり、極めて視
角が広いという特徴がある。

【００３１】（実施例３）図５は本発明の請求項３記載
の発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。ま
ず構成を説明する。図５において、５０１は偏光板、５
０２は対向基板、５０３は液晶組成物、５０４は素子基
板、５０５は偏光板、５０６は反射偏光子、５０７は光
散乱板、５０８はバックライトの導光板、５０９は光反
射板、５１０はバックライトの光源であり、対向基板５
０２上にはカラーフィルタ５１１と、対向電極（走査
線）５１２を設け、素子基板５０４上には信号線５１
３、画素電極５１４、ＭＩＭ素子５１５を設けた。ここ
で５０１と５０２、５０４と５０５は、互いに離して描
いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際
には糊で接着している。また対向基板５０２と素子基板
５０４の間も広く離して描いてあるが、これも同様の理
由からであって実際には数μｍから十数μｍ程度のギャ
ップしかない。また、図５は液晶装置の一部を示してい
るため、３本の走査線５１１と３本の信号線５１２が交
差して出来る３×３のマトリクス、即ち９ドット分しか
図示していないが、実際にはさらに多くのドットを有す
る。

【００３２】対向電極５１２と画素電極５１４は透明な
ＩＴＯで形成した。信号線５１３は金属Ｔａで形成し
た。ＭＩＭ素子は絶縁膜Ｔａ２Ｏ５を金属Ｔａと金属Ｃ
ｒで挟んだ構造である。液晶組成物５０３は９０度ねじ
れたネマチック液晶であり、上下の偏光板は互いに偏光
軸が直交している。これは一般的なノーマリホワイト型
ＴＮモードの構成である。

【００３３】またカラーフィルタ５１１は加法混色の三
原色である赤色（図中「Ｒ」で示した）と緑色（図中
「Ｇ」で示した）と青色（図中「Ｂ」で示した）の３色
から成り、モザイク状に配列した。偏光板５０１や反射
偏光子５０６は、実施例１と同様なものを用いた。

【００３４】なお、ここではＭＩＭアクティブマトリク
ス方式の液晶装置を例として挙げたが、単純マトリクス
方式の液晶装置を採用しても、本発明の効果に変わりは
ない。その場合は、信号線を対向電極同様の短冊状ＩＴ
Ｏで形成して、ＭＩＭ素子と画素電極を設けない。また
ＴＮモードの代わりに、１８０度から２７０度ねじれた
液晶を用いたＳＴＮモードを採用する。ＳＴＮモードの
表示の着色を補償する目的で、位相差板を備えても良
い。

【００３５】バックライトの導光体５０８には透明性の
良いアクリル樹脂の平板を用い、その表面に白色塗料を
印刷した。導光体の背面には白色の光反射板５０９を配
置して後方に漏れる光を前方に戻し、前面にはエンボス
加工された光散乱板５０７を配置して照明の均一性を高
めた。

【００３６】このようにして作製した液晶装置は、バッ
クライトから出射し、反射偏光子５０６によって反射さ
れた光が光散乱板５０７で散乱し、再び上方に戻るため
に、バックライトの効率が上昇する。また本発明の反射
偏光子を利用したおかげで、斜め方向から入射した光も
逃さず後方に反射し再利用されるため、より明るい表示
が出来るという特徴がある。

【００３７】（実施例４）本発明の請求項４記載の電子
機器の例を３つ示す。

【００３８】本発明の液晶装置は、様々な環境で用いら
れ、しかも低消費電力が必要とされる携帯機器に適して
いる。

【００３９】図６（ａ）は携帯電話であり、本体６０１
の前面上方部に表示部６０２が設けられる。携帯電話
は、屋内屋外を問わずあらゆる環境で利用される。特に
自動車内で利用されることが多いが、夜間の車内は大変
暗い。従って携帯電話に利用される表示装置は、消費電
力が低い反射型表示をメインに、必要に応じて補助光を
利用した透過型表示ができる半透過反射型液晶装置が望
ましい。本発明の液晶装置は、反射型表示でも透過型表
示でも従来の液晶装置より明るく、コントラストが高
い。

【００４０】図６（ｂ）はウォッチであり、本体６０３
の中央に表示部６０４が設けられる。ウォッチ用途にお
ける重要な観点は、高級感である。本発明の液晶装置
は、明るいことはもちろん、光の波長による特性変化が
少ないために色づきも小さい。また視角による背景色の
変化も少ない。従って、従来の液晶装置と比較して、大
変に高級感ある表示が得られる。

【００４１】図６（ｃ）は携帯情報機器であり、本体６
０５の上側に表示部６０６、下側に入力部６０７が設け
られる。また表示部の前面にはタッチ・キーを設けるこ
とが多い。通常のタッチ・キーは表面反射が多いため、
表示が見づらい。従って、従来は携帯型と言えども透過
型液晶装置を利用することが多かった。ところが透過型
液晶装置は、常時光源を利用する消費電力が大きく、電
池寿命が短かかった。このような場合にも本発明の液晶
装置は、透過型はもちろん、反射型、半透過反射型でも
表示が明るく鮮やかであるため、携帯情報機器に利用す
ることが出来る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、斜
め方向から入射した光に対しても高い偏光度が得られる
反射偏光子を提供することが出来る。また本発明は、視
角が広く明るい液晶装置、消費電力の小さい電子機器を
提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における反射偏光子の、構造
の要部を示す図である。

【図２】本発明の実施例１における反射偏光子を構成す
る２種類の層の屈折率特性を示す図である。

【図３】本発明の実施例１における反射偏光子の、偏光
度の入射角依存性を示す図である。

【図４】本発明の実施例２における液晶装置の、構造の
要部を示す図である。

【図５】本発明の実施例３における液晶装置の、構造の
要部を示す図である。

【図６】本発明の実施例４における電子機器の、外観を
示す図である。（ａ）携帯電話、（ｂ）ウォッチ、
（ｃ）携帯情報機器。

【符号の説明】

１０１光弾性率が大きい材料を延伸した層１０２光弾性率が小さい材料を延伸した層１０３直交座標系、ｘ軸方向が延伸方向２０１層１０１の屈折率楕円体２０２層１０２の屈折率楕円体２１１層１０１の面内で主たる延伸方向と平行な方向
の屈折率ｎｘ２１２層１０１の面内で主たる延伸方向と直角な方向
の屈折率ｎｙ２１３層１０１の膜厚方向の屈折率ｎｚ２２１層１０２の面内で主たる延伸方向と平行な方向
の屈折率ｎｘ２２２層１０２の面内で主たる延伸方向と直角な方向
の屈折率ｎｙ２２３層１０２の膜厚方向の屈折率ｎｚ２３１ｘ−ｙ平面（反射偏光子表面と平行な面）２３２ｘ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と膜厚方向
を両方含む面）２３３ｙ−ｚ平面（反射偏光子の延伸方向と直角な方
向と膜厚方向を両方含む面）２４１ｘ−ｚ平面内で斜めから入射した光２４２ｙ−ｚ平面内で斜めから入射した光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面内に屈折率異方性を有する第一の層と面
内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層
して構成されることを特徴とする反射偏光子であって、
前記各層の３つの主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚの内、膜厚
方向の屈折率ｎｚと面内で延伸方向に直角な方向の屈折
率ｎｙの比が、前記両層で互いに等しいことを特徴とす
る反射偏光子。
【請求項２】少なくとも、所定の直線偏光成分を吸収し
残りの偏光成分を透過する偏光板と、透明電極を備えた
一対の基板間に液晶組成物を挟んで成る液晶セルと、請
求項１記載の反射偏光子と、光吸収板とを備え、これら
を前記の順に配置したことを特徴とする液晶装置。
【請求項３】少なくとも、所定の直線偏光成分を吸収し
残りの偏光成分を透過する偏光板と、透明電極を備えた
一対の基板間に液晶組成物を挟んで成る液晶セルと、請
求項１記載の反射偏光子と、バックライトとを備え、こ
れらを前記の順に配置したことを特徴とする液晶装置。
【請求項４】請求項２または請求項３記載の液晶装置
を、表示部として備えたことを特徴とする電子機器。