(57)【要約】【課題】偏光透過反射板を用いた液晶表示素子で、ネガポジ反転が抑制された新規な液晶表示素子を提供する。【解決手段】液晶表示素子は、第１の偏光透過反射部材と、第１の偏光透過反射部材の上に配置され、少なくとも下方向に発光を行なうバックライトユニットと、バックライトユニットの上に配置された液晶セルと、液晶セルの上に配置された第２の偏光透過反射部材とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光透過反射部材と、
前記第１の偏光透過反射部材の上に配置され、少なくとも下方向に発光を行なうバックライトユニットと、
前記バックライトユニットの上に配置された液晶セルと、
前記液晶セルの上に配置された第２の偏光透過反射部材と
を有する液晶表示素子。
【請求項２】
さらに、前記第１の偏光透過反射部材の下に、表面に所定の色が着けられた部材を有する請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶セルは、ＴＮ型である請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の偏光透過反射部材の透過軸と、前記第２の偏光透過反射部材の透過軸とが、前記液晶セルの面内で平行に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関し、偏光透過反射板を用いた液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過軸方向の偏光成分を透過し、透過軸方向と直交する反射軸方向の偏光成分を反射する偏光透過反射板が知られている。透過軸方向の偏光成分を透過し、透過軸方向と直交する吸収軸方向の偏光成分を吸収する一般的な偏光板を、偏光透過反射板で代替して、液晶表示素子を構成することができる。
【０００３】
図２は、このような液晶表示素子の例を示す概略断面図である。下側偏光透過反射板１０１の上に、ツイステッドネマチック（ＴＮ）型の液晶セル１０２が配置され、液晶セル１０２の上に、上側偏光透過反射板１０３が配置されている。下側偏光透過反射板１０１と上側偏光透過反射板１０３とは、透過軸同士（または反射軸同士）が平行に配置されている。下側偏光透過反射板１０１の下に配置された部材１０４は、表面が黒等に着色されている。
【０００４】
この液晶表示素子による反射型表示について説明する。まず、電圧オフ状態の動作を説明する。上側偏光透過反射板１０３に上方から外光が入射する。上側偏光透過反射板１０３の透過軸方向の偏光成分が上側偏光透過反射板１０３を透過し、液晶セル１０２に入射する。
【０００５】
電圧オフ状態では、液晶セル１０２の液晶層により、液晶セル１０２に入射した偏光成分の偏光方向が９０°回転される。液晶セル１０２を透過した光が、下側偏光透過反射板１０１に入射する。下側偏光透過反射板１０１に入射する偏光成分は、下側偏光透過反射板１０１の反射軸方向となっており、下側偏光透過反射板１０１で反射される。
【０００６】
下側偏光透過反射板１０１で反射された偏光成分が、再び液晶セル１０２で偏光方向を９０°回転され、上側偏光透過反射板１０３に入射する。上側偏光透過反射板１０３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板１０３の透過軸方向となっており、上側偏光透過反射板１０３を透過する。このようにして、電圧オフ状態では明表示となる。
【０００７】
次に、電圧オン状態の動作を説明する。電圧オフ状態の場合と同様に、外光の、上側偏光透過反射板１０３の透過軸方向の偏光成分が、液晶セル１０２に入射する。電圧オン状態では、液晶セル１０２の液晶層が偏光方向を回転させない。液晶セル１０２を透過し、下側偏光透過反射板１０１に入射する偏光成分は、下側偏光透過反射板１０１の透過軸方向であり、下側偏光透過反射板１０１を透過する。
【０００８】
下側偏光透過反射板１０１を透過した光が、部材１０４に入射する。部材１０４の表面で光が全て吸収されれば、黒表示となる。部材１０４の表面での反射成分があるとき、この反射光が再び下側偏光透過反射板１０１を透過し、液晶セル１０２を透過し、上側偏光透過反射板１０３を透過する。下側偏光透過反射板１０１の下の部材１０４の表面の色が観察される。このようにして、電圧オン状態では、電圧オフ状態の明表示よりも暗い暗表示となる。
【０００９】
次に、下側偏光透過反射板１０１の下に、部材１０４に替えてバックライトを配置して、透過型表示を行う場合について説明する。まず、電圧オフ状態の動作を説明する。バックライトから出射された光が、下側偏光透過反射板１０１に下方から入射する。下側偏光透過反射板１０１の透過軸方向の偏光成分が、下側偏光透過反射板１０１を透過して液晶セル１０２に入射する。液晶セル１０２が偏光方向を９０°回転する。液晶セル１０２を透過し、上側偏光透過反射板１０３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板１０３の反射軸方向となっており、上側偏光透過反射板１０３で下方に反射され、上側偏光透過反射板１０３の上方には透過しない。このようにして、電圧オフ状態では暗表示となる。
【００１０】
次に、電圧オン状態の動作を説明する。電圧オフ状態の場合と同様に、バックライトからの光の、下側偏光透過反射板１０１の透過軸方向の偏光成分が、液晶セル１０２に入射する。液晶セル１０２は偏光方向を回転させない。液晶セル１０２を透過して上側偏光透過反射板１０３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板１０３の透過軸方向であり、上側偏光透過反射板１０３を透過する。このようにして、電圧オン状態では明表示となる。
【００１１】
以上説明したように、上下の偏光透過反射板の間に液晶セルを挟んだ液晶表示素子において、反射型表示時と透過型表示時とで明表示と暗表示とが入れ替わるネガポジ反転が生じる。
【００１２】
なお、液晶セルの下方に偏光透過反射板を配置した構造で、ネガポジ反転を抑制した液晶表示素子が提案されている（特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−４９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一目的は、偏光透過反射板を用いた液晶表示素子で、ネガポジ反転が抑制された新規な液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一観点によれば、第１の偏光透過反射部材と、前記第１の偏光透過反射部材の上に配置され、少なくとも下方向に発光を行なうバックライトユニットと、前記バックライトユニットの上に配置された液晶セルと、前記液晶セルの上に配置された第２の偏光透過反射部材とを有する液晶表示素子が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
液晶セルを上下の偏光透過反射部材で挟んだ構造の液晶表示素子において、液晶セルと下側偏光透過反射部材との間にバックライトユニットを配置したことにより、下側偏光透過反射部材の下にバックライトユニットを配置した液晶表示素子に比べて、ネガポジ反転の抑制が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照して、本発明の実施例による液晶表示素子について説明する。図１は、実施例の液晶表示素子の概略断面図である。下側偏光透過反射板１の上に、バックライトユニット４が配置されており、バックライトユニット４の上に、液晶セル２が配置されている。なお、液晶セル２に対して、観察者から遠い側を下側と呼び、近い側を上側と呼ぶこととする。
【００１８】
バックライトユニット４は、光源４ａと、反射鏡４ｂと、導光板４ｃとを含む、いわゆるサイドライト型のバックライトユニットである。バックライトユニット４は、図１の下方、または上方と下方の両方向に発光を行なうものとして構成されている。
【００１９】
なお、図１に示す実施形態では、導光板４ｃの断面形状を楔形としているが、プリズム、粘着剤等により導光板内光取り出し構造が高効率化された平板状の導光板を採用することもできる。
【００２０】
導光板４ｃが、下側偏光透過反射板１と液晶セル２とに挟まれている。なお、図１に示す実施形態では、楔形の導光板４ｃに密着するように下側偏光透過反射板１が配置されているが、下側偏光透過反射板１を液晶セル２と平行に配置し、下側偏光透過反射板１と導光板４ｃとの間に空気層が含まれていても構わない。
【００２１】
光源４ａは、例えば冷陰極蛍光ランプや発光ダイオードで、例えば白色光を出射し、導光板４の側面近傍に配置される。反射鏡４ｂは、光源４ａから出射した光を、導光板４ｃ側に反射する。
【００２２】
液晶セル２は、上下の透明基板２ａ、２ｃと、その間に挟まれた液晶層２ｂとを有し、ツイステッドネマチック（ＴＮ）型である。上下の透明基板各々に、所望のパターンで透明電極が形成され、上下電極の対向部分に電圧を印加し、液晶の配向を制御することができる。制御装置１０が、液晶セル２への印加電圧を制御する。
【００２３】
液晶セル２の上に、上側偏光透過反射板３が配置されている。下側偏光透過反射板１と上側偏光透過反射板３の透過軸同士（または反射軸同士）が、液晶セル２の面内で、平行に配置されている。偏光透過反射板として、例えば、住友スリーエム社のＶｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ブランドのＲＤＦシリーズの光学フィルムを用いることができる。
【００２４】
下側偏光透過反射板１の下に、表面が黒またはその他所望の色に着色された吸収反射板５が配置されている。
【００２５】
次に、実施例の液晶表示素子による反射型表示について説明する。反射型表示時は、バックライトユニット４の光源４ａが消灯されている。
【００２６】
まず、電圧オフ状態での動作を説明する。上側偏光透過反射板３に上方から外光が入射する。外光は、例えば白色光である。上側偏光透過反射板３の透過軸方向の偏光成分が上側偏光透過反射板３を透過し、液晶セル２に入射する。
【００２７】
電圧オフ状態では、液晶セル２の液晶層２ｂにより、液晶セル２に入射した偏光成分の偏光方向が９０°回転される。液晶セル２を透過した光が、導光板４ｃを透過し、下側偏光透過反射板１に入射する。下側偏光透過反射板１に入射する偏光成分は、下側偏光透過反射板１の反射軸方向となっており、下側偏光透過反射板１で反射される。
【００２８】
下側偏光透過反射板１で反射された偏光成分が、導光板４ｃを透過し、再び液晶セル２で偏光方向を９０°回転され、上側偏光透過反射板３に入射する。上側偏光透過反射板３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板３の透過軸方向となっており、上側偏光透過反射板３を透過する。このようにして、電圧オフ状態では、下側偏光透過反射板１で反射された外光が観察され、明表示となる。上側偏光透過反射板３の反射分と合わせ、理想的には、外光が１００％反射される。
【００２９】
次に、電圧オン状態の動作を説明する。電圧オフ状態の場合と同様に、外光の、上側偏光透過反射板３の透過軸方向の偏光成分が、液晶セル２に入射する。電圧オン状態では、液晶セル２が偏光方向を回転させない。液晶セル２を透過し、導光板４ｃを透過して、下側偏光透過反射板１に入射する偏光成分は、下側偏光透過反射板１の透過軸方向であり、下側偏光透過反射板１を透過する。
【００３０】
下側偏光透過反射板１を透過した光が、吸収反射板５に入射する。吸収反射板５の表面が黒に着色されているとき、吸収反射板５の表面で光が全て吸収される。吸収反射板５の表面がその他の色に着色されているときは、光の一部が吸収されその色の反射成分が再び下側偏光透過反射板１を透過し、導光板４ｃを透過し、液晶セル２を透過し、上側偏光透過反射板３を透過する。このようにして、電圧オン状態では、吸収反射板５の表面の色が観察され、電圧オフ状態の明表示よりも暗い暗表示となる。例えば吸収反射板５で１００％吸収が行われるとすると、理想的には、上側偏光透過反射板３の反射分として、外光の５０％が反射される。
【００３１】
次に、透過型表示について説明する。透過型表示時は、バックライトユニット４の光源４ａが点灯される。
【００３２】
まず、電圧オフ状態の動作を説明する。光源４ａから出射した光が、導光板４ｃを経て、下側偏光透過反射板１に入射する。下側偏光透過反射板１の反射軸方向の偏光成分が、下側偏光透過反射板１で上方に反射され、導光板４ｃを透過して、液晶セル２に入射する。液晶セル２が偏光方向を９０°回転する。液晶セル２を透過し、上側偏光透過反射板３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板３の透過軸方向となっており、上側偏光透過反射板３を透過する。このようにして、電圧オフ状態では、下側偏光透過反射板１で反射された光源４ａからの光が観察され、明表示が実現される。
【００３３】
一方、光源４ａから入射した光の、下側偏光透過反射板１の透過軸方向の偏光成分は、下側偏光透過反射板１を下方に透過し、吸収反射板５で全部が吸収または一部が反射される。吸収反射板５での反射成分の一部は、下側偏光透過反射板１を透過し、導光板４ｃを透過して、液晶セル２に入射する。液晶セル２が偏光方向を９０°回転する。液晶セル２を透過し、上側偏光透過反射板３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板３の反射軸方向となっており、上側偏光透過反射板３で下方に反射され、上方には透過せず、観察されない。
【００３４】
次に、電圧オン状態の動作を説明する。電圧オフ状態の場合と同様に、バックライトユニット４の光源４ａから出射し導光板４ｃを経た光の、下側偏光透過反射板１の反射軸方向の偏光成分が、下側偏光透過反射板１で上方に反射され、導光板４ｃを透過して、液晶セル２に入射する。電圧オン状態では、液晶セル２が偏光方向を回転させない。液晶セル２を透過し、上側偏光透過反射板３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板３の反射軸方向であり、上側偏光透過反射板３で下方に反射され、上方には透過せず、観察されない。
【００３５】
一方、光源４ａから入射した光の、下側偏光透過反射板１の透過軸方向の偏光成分は、下側偏光透過反射板１を下方に透過し、吸収反射板５で全部が吸収または一部が反射される。吸収反射板５での反射成分は、下側偏光透過反射板１を透過し、導光板４ｃを透過して、液晶セル２に入射する。液晶セル２が偏光方向を回転させない。液晶セル２を透過し、上側偏光透過反射板３に入射する偏光成分は、上側偏光透過反射板３の透過軸方向であり、上側偏光透過反射板３を透過する。このようにして、電圧オン状態では、吸収反射板５の表面の色が観察され、電圧オフ状態の明表示よりも暗い暗表示が実現される。
【００３６】
透過型表示の電圧オフ時及びオン時の、バックライトユニット４から下方に向かう光について説明した。バックライトユニット４から上方に向かう光は、電圧オフ時及びオン時とも、半分は上側偏光透過反射板３を透過し観察される。残り半分は、電圧オフ時は吸収反射板５でほぼ吸収され、電圧オン時は上下偏光透過反射板間での反射が繰り返され、ほぼ観察されない。
【００３７】
バックライトユニット４から上方に向かう光の半分が上側偏光透過反射板３を透過することは、電圧オフ時及びオン時とも同様なので、表示のコントラストを下げるものの、ネガポジ反転は起こさない。なお、これは、表示装置の輝度を向上させる効果がある。
【００３８】
例えば、バックライトユニットの上下方向の発光比率を１：１とし、吸収反射板での吸収を１００％とする。透過型表示の電圧オフ時は、バックライトユニットの上方向発光の５０％、下方向発光の５０％が観察されると見積もられる。一方、透過型表示の電圧オン時は、バックライトユニットの上方向発光の５０％、下方向発光の０％が観察されると見積もられる。
【００３９】
以上説明したように、本実施例の液晶表示素子では、透過型表示時にも、反射型表示時と同様な表示態様が得られ、ネガポジ反転が抑制される。
【００４０】
液晶セルを上下の偏光透過反射部材で挟んだ構造の液晶表示素子において、液晶セルと下側偏光透過反射部材との間にバックライトユニットを配置したことにより、下側偏光透過反射部材の下にバックライトユニットを配置した液晶表示素子に比べて、ネガポジ反転の抑制が容易となる。
【００４１】
なお、上記実施例では、上下の偏光透過反射板の透過軸同士（または反射軸同士）を面内で平行に配置する例を説明したが、直交に配置しても、ネガポジ反転を抑制することができる。この場合、電圧オフ状態で暗表示、電圧オン状態で明表示となる。
【００４２】
なお、導光板の光取り出し構造について補足する。導光板の光取り出し構造として、プリズム、ローレット、凹凸などがあり、シミュレーションや試作の繰り返しなどによって、一方の面方向に対して主に出射するように構成すること等は可能である。光取り出し構造として、プリズム、ローレット、凹凸の他に、導光体とほぼ同一の屈折率を持つ粘着剤による偏光透過反射板やＬＣＤの貼り付けも効果がある。この例では導光体表面が屈折率の異なる界面とはならずに、粘着剤とＬＣＤ、粘着剤と偏光透過反射板の界面が屈折率界面となる。さらに、粘着剤自身の内部拡散効果も期待できる。
【００４３】
特に、フィルムである偏光透過反射板の表面は、ガラスであるＬＣＤ表面に比べて凹凸が大きく、この凹凸によって導光板上の凹凸と類似の効果が期待できる。このことより、例えば導光板に対して下方向の偏光透過反射板は粘着剤により貼着し、上方向のＬＣＤは粘着剤を介さないで配置する（ハウジング等で保持する）構成とすることで、下方向に向かって主に光出射を行なう構成を実現可能である。ただし、光放射の面内均一性については粘着剤の介在のみでは難しいので、実製品とするときは、他の手法との組み合わせが好ましいであろう。
【００４４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例による液晶表示素子の概略断面図である。
【図２】比較例による液晶表示素子の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  下側偏光透過反射板
２  液晶セル
３  上側偏光透過反射板
４  バックライトユニット
５  吸収反射板
【図１】
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【図２】
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