(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過偏光軸を可変な液晶パネルと、
該液晶パネルを挟んで該液晶パネルの両側に配置されており、入射光をその偏光成分に応じて透過若しくは吸収又は反射する第１及び第２の偏光分離板と、
該第２の偏光分離板に対して前記液晶パネルと反対側に配置された反射層と、
光源と、
前記第２の偏光分離板と前記反射層との間に配置されており、前記光源からの光を前記第２の偏光分離板を介して前記液晶パネルに入射するように導くと共に前記第２の偏光分離板側からの光及び前記反射層側からの光を透過する導光体と、
前記第２の偏光分離板と前記導光体との間に配置されており、入射光をその偏光成分に応じて透過又は反射する第３の偏光分離板と、
前記液晶パネルと前記第３の偏光分離板との間に配置されており前記反射層側から前記液晶パネル側に向う光及び前記液晶パネル側から前記反射層側に向う光を夫々前方散乱する前方散乱板と
を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記導光体は、前記表示装置の表示むらにほとんど影響を与えないほど小さな光学異方性を有していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記導光体において、光学軸方向が一定方向であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第２の偏光分離板の透過軸の方向と前記第３の偏光分離板の透過軸の方向とはほぼ一致していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第３の偏光分離板は、入射光のうち所定方向の直線偏光成分の光を透過する透過軸と、当該透過軸の方向とほぼ直交する方向の直線偏光成分を反射する偏光分離板であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第１の偏光分離板と前記導光体との間に配置された着色手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の前記表示装置を組み込んだことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置等の表示装置の技術分野に関し、特に反射型表示と透過型表示とを切り換えて表示することのできる半透過反射型のモノクロ又はカラー表示装置、このような表示装置を用いた電子機器及びこのような表示装置に好適に用いられる導光板の技術分野に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、反射型液晶装置は消費電力が小さいために携帯機器や装置の付属的表示部などに多用されているが、外光を利用して表示を視認可能にしているため、暗い場所では表示を読みとることができないという問題点がある。このため、明るい場所では通常の反射型液晶装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした半透過反射型の液晶装置が実開昭５７−０４９２７１号公報等で提案されている。特に、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶やＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ −Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶等の偏光軸を回転させる透過偏光軸可変手段を利用した半透過反射型の液晶装置については、反射型表示時の明るさを改善する手段として、所定の方向の直線偏光成分の光を反射させこれと垂直方向の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離器を用いた半透過反射型の表示装置が、本願出願人により提案されている（特願平８−２４５３４６号）。図２２を用いて、この偏光分離器を用いた半透過反射型の表示装置について説明する。
【０００３】
図２２において、ＴＮ液晶パネルは、上側偏光板５１３０、上側ガラス基板５３０２、下側ガラス基板５３０４、偏光分離器５１６０、半透過光吸収層５３０７及び光源５２１０を備えて構成されている。図中、上側ガラス基板５３０２と下側ガラス基板５３０４との間に配置されるＴＮ液晶は、電圧無印加領域５１２０と電圧印加領域５１１０とに分けられている。
【０００４】
まず反射型表示時の白及び黒表示時について説明する。表示装置外部から入射した光の経路５６０１に示す光は、上側偏光板５１３０で紙面に平行な方向の直線偏光の光となり、ＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられ紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光となり、偏光分離器５１６０で紙面に垂直な方向の直線偏光の光のまま反射されて、再びＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられて紙面に平行な方向の直線偏光成分の光となり、上側偏光板５１３０から出射する。従って、ＴＮ液晶パネルに電圧が印加されないときは、白表示となる。このように白表示の光は偏光分離器５１６０で反射された光なので、従来の半透過反射型の表示装置よりも明るい表示となる。光の経路５６０３に示した光は、上側偏光板５１３０で紙面に平行な方向の直線偏光になり、ＴＮ液晶パネルの電圧印加部５１１０で偏光方向を変えずに紙面に平行な方向の直線偏光のまま透過し、偏光分離器５１６０でもまた偏光方向を変えずに透過し、その後、半透過光吸収層５３０７で吸収されるので、黒表示となる。
【０００５】
次に透過型表示時の白及び黒表示時について説明する。光の経路５６０２に示した光は、半透過光吸収層５３０７に設けた開口部から透過し、偏光分離器５１６０で紙面に平行な方向の直線偏光になり、ＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられて紙面に垂直な直線偏光となり、上側偏光板５１３０で吸収され、黒表示になる。光の経路５６０４に示した光は、半透過光吸収層５３０７に設けた開口部から透過し、偏光分離器５１６０で紙面に平行な方向の直線偏光になり、ＴＮ液晶パネルの電圧印加部５１１０でも偏光方向を変えずに紙面に平行な方向の直線偏光のまま上側偏光板５１３０を透過して白表示になる。
【０００６】
以上説明したように本願出願人により提案された半透過反射型の表示装置（特願平８−２４５３４６号）では、反射型表示及び透過型表示を光源のオンオフにより適宜切り換えることができ、比較的明るい反射型表示が得られる。
【０００７】
他方、近年の携帯機器（携帯電話、ＰＤＡ、時計）やＯＡ機器の発展に伴って液晶表示のカラー化が要求されるようになっており、上述の如き半透過反射型の液晶装置を用いるような機器においてもカラー化が望まれている。一般に、液晶装置の表示をカラー化するためにはカラーフィルタが用いられる。ところがカラーフィルタによって光が吸収されてしまうため表示が暗くなりがちである。そこで、光の利用効率を上げるために液晶装置の視認側のみ偏光板を設け液晶基板内面に反射層を設けたモード（以下ＳＰＤと呼ぶ）を採用する場合がある。このＳＰＤ方式においては、偏光板が１枚のみなので光の利用効率が向上する。そして、ＳＰＤ方式によって半透過反射型の液晶装置を実現するためには反射層の一部に穴をあけたり反射層を薄めに形成することによって反射層に透過機能を持たせて透過型表示を可能ならしめる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２２に示したように偏光分離器を用いると、偏光分離器に対し、上側からの光の入射と下側からの光の入射との違いにより、ポジネガ反転する現象が生じる。このように透過型表示時と反射型表示時との間でポジネガ反転する方式は、当該表示装置の用途によっては適さない或いは実用上使用不可であるという問題点がある。また、半透過光吸収層を用いることにより、光の利用効率が低下して、特に透過型表示時に暗いという問題点もある。
【０００９】
他方、実開昭５７−０４９２７１号公報記載の半透過反射型の液晶装置によれば、液晶層と半透過反射層との間に液晶パネルの厚い透明基板が介在するため、視差によって二重映りや表示の滲みなどが発生してしまい、特にカラー化を図るためにはカラーフィルタによる十分な発色を得ることができないという問題点がある。
【００１０】
また、ＳＰＤ方式では、反射層の反射率を落とさなければならず反射型表示時に暗くなってしまう。逆に、反射型表示時に明るくするために反射層の反射率を上げれば透過型表示時に暗くなってしまい、バックライト輝度を上げざるを得ない。このように従来の半透過反射型のカラー表示装置によれば、反射型表示時でも、透過型表示時でも明るく見映えのよいカラー表示を行うことが非常に困難であるという問題点がある。
【００１１】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、透過偏光軸可変手段を利用する半透過反射型の表示装置において、外光による反射型表示時と光源点灯による透過型表示時との間でポジネガ反転しないで、しかも明るく見栄えの良いモノクロ又はカラー表示を行える半透過反射型の表示装置を提供すること、並びにこのような表示装置を用いた電子機器及びこのような表示装置に好適に用いられる導光体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示装置は、透過偏光軸を可変な液晶パネルと、該液晶パネルを挟んで該液晶パネルの両側に配置されており、入射光をその偏光成分に応じて透過若しくは吸収又は反射する第１及び第２の偏光分離板と、該第２の偏光分離板に対して前記液晶パネルと反対側に配置された反射層と、光源と、前記第２の偏光分離板と前記反射層との間に配置されており、前記光源からの光を前記第２の偏光分離板を介して前記液晶パネルに入射するように導くと共に前記第２の偏光分離板側からの光及び前記反射層側からの光を透過する導光体と、前記第２の偏光分離板と前記導光体との間に配置されており、入射光をその偏光成分に応じて透過又は反射する第３の偏光分離板と、前記液晶パネルと前記第３の偏光分離板との間に配置されており前記反射層側から前記液晶パネル側に向う光及び前記液晶パネル側から前記反射層側に向う光を夫々前方散乱する前方散乱板とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の表示装置によれば、反射型表示時には、第１の偏光分離板（例えば、偏光板や反射偏光子）側から入射した外光は、第１の偏光分離板、液晶パネル、第２の偏光分離板（例えば、偏光板や反射偏光子）、前方散乱板及び導光体を介して反射層により反射されて、第１の偏光分離板から出射される。この際、第１の偏光分離板、液晶パネル及び第２の偏光分離板を通過して偏光された光（例えば、直線偏光された光）は、前方散乱板を通過する際に前方散乱されて、一旦白色散乱光とされた後、反射層により反射される。この反射光は更に、前方散乱板を通過する際に前方散乱されて、白色散乱光として第２の偏光分離板、液晶パネル及び第１の偏光分離板を通過して再び偏光された光（例えば、直線偏光された光）として第１の偏光分離板側から出射される。このように反射層により反射されて前方散乱板により更に前方散乱された後における外光（反射光）の偏光状態が、第２の偏光分離板、液晶パネル及び第１の偏光分離板により変化させられて反射型表示が行われるため、第１の偏光分離板の側から見ると、反射光が前方散乱される前方散乱板の散乱面があたかも反射位置であるかのように見える。従って、液晶パネルから反射層までの距離が長くても、そのための視差に起因する表示の二重映りや表示の滲みが発生しない。尚、本発明において、「前方散乱」とは、前方散乱板において、入射光の進行方向を基準として、後方に散乱する光の光量よりも、前方に散乱する光の光量の方が多い意味である。
【００１４】
他方、透過型表示時には、光源から発せられ導光体により導かれる光源光は、第２の偏光分離板、液晶パネル及び第１の偏光分離板により、その偏光状態が変化させられて表示が行われる。従って、暗所では光源光を用いて明るい表示が可能となる。
【００１５】
このように、反射型表示時には、液晶パネルから反射層までの距離が長くても、そのための視差に起因する表示の二重映りや表示の滲みが発生せず反射光が白色状になる。他方、透過型表示時には、光源光を用いて明るい表示が可能となる。
【００１６】
また、前記前方散乱板は、前記液晶パネルと前記導光体との間に配置される。この態様によれば、透過型表示時には、光源から発せられ導光体により導かれる光源光は、前方散乱板により前方散乱されて白色散乱光として第２の偏光分離板に入射され、第２の偏光分離板、液晶パネル及び第１の偏光分離板により、その偏光状態が変化させられて表示が行われる。特に、導光体が前方散乱板と液晶パネルとの間に介在する場合と比較して、前方散乱板と液晶パネルとの間の距離は短いので、その短さに応じて反射型表示時に反射位置であるかのように見える前方散乱板の散乱面が液晶パネルに近接する。この結果、前方散乱板と液晶パネルとの距離のための視差に起因する二重映りや表示の滲みを低減可能となる。しかも、外光の反射光は、前方散乱板で白色拡散光とされるので、第２の偏光分離板で吸収されることにより表示される暗部の、導光体によるパララックスによって発生する反射層上の影が少なくなる。
【００１７】
また、本発明の表示装置は、前記導光体は、前記表示装置の表示むらにほとんど影響を与えないほど小さな光学異方性を有していることを特徴とする。
【００１８】
この態様によれば、導光体が光学的に等方性に近いため、係る光学的な異方性が大きいことにより表示外観が着色したり色ムラが発生する事態を回避できる。また、このような色ムラ防止用に反射層や前方散乱板の光散乱を大きくすることにより表示が暗くなる事態も回避できる。また、このように導光体において、光学異方性が表示装置の表示むらにほとんど影響を与えないほど小さいので、特に反射型表示時に、光学異方性による表示むらをぼやかすために例えば前方散乱板を用いて光散乱を大きくする必要がなくなり、明るく見栄えの良い表示が得られる。
【００１９】
また、本発明の表示装置は、前記導光体において、光学軸方向が一定方向であることを特徴とする。
【００２０】
この態様によれば、上述した導光体の光学異方性が小さい態様の場合とは逆に、導光体が光学異方性をもち、光学軸方向が一定方向すなわち一軸性又は二軸性と言った規則性を持つため、色ムラが発生することはなく、表示の視野角を広くしつつコントラストを高めることが出来る。特に反射型表示時に、光学異方性による表示むらをぼやかすために例えば前方散乱板を用いて光散乱を大きくする必要がなくなり、明るく見栄えの良い表示が得られる。
【００２１】
また、本発明の表示装置は、前記第２の偏光分離板の透過軸の方向と前記第３の偏光分離板の透過軸の方向とはほぼ一致していることを特徴とする。
【００２２】
この態様によれば、第１及び第２の偏光分離板は夫々、例えば偏光板からなる。そして、例えば反射偏光子からなる第３の偏光分離板が、第２の偏光分離板からの入射光のうち第２の偏光分離板の透過軸の方向にほぼ等しい方向の直線偏光成分を導光体側に透過させ、導光体からの入射光に対して一部を第２の偏光分離板側に出射し、残り一部を導光体側に反射することにより、偏光分離を行う。このため、導光体と反射層との間にあるほとんど全ての光を有効利用でき、反射型表示時も透過型表示時も明るくなる。ここで、「透過軸の方向はほぼ一致している」とは、これら透過軸の方向のなす角が０°〜４０°の範囲であることを意味し、好ましくは０°〜１５°の範囲を意味する。特にこれら透過軸の方向のなす角が大きくなる程、透過型表示時に暗くなってしまう。
【００２３】
また、前記第３の偏光分離板は、入射光のうち所定方向の直線偏光成分の光を透過する透過軸と、当該透過軸の方向とほぼ直交する方向の直線偏光成分を反射する偏光分離板であることを特徴とする。
【００２４】
このように構成すれば、反射偏光子からなる第３の偏光分離板における偏光分離により、導光体と反射層との間にあるほとんど全ての光を有効利用でき、反射型表示時も透過型表示時も非常に明るくなる。
【００２５】
この場合、前記第３の偏光分離板が、複数の層が互いに密着して積層された積層体であって、前記複数の層の屈折率が、互いに隣接する層相互間で、一の所定方向においては等しく、前記一の所定方向と直交する他の所定方向においては異なる前記積層体であってもよい。
【００２６】
このように構成すれば、反射偏光子からなる第３の偏光分離板においては、第３の偏光分離板の一方の主面に対して積層方向から入射された光のうち一の所定方向の直線偏光成分の光は該一の所定方向の直線偏光成分の光として反対側の他方の主面側に透過し、該一の所定方向と直交する他の所定方向の直線偏光成分の光は直線偏光成分の光として反射され、また、第３の偏光分離板の他方の主面に対して積層方向から入射された光のうち前記一の所定方向の直線偏光成分の光は前記一の所定方向の直線偏光成分の光として反対側の一方の主面側に透過し、前記一の所定方向と直交する他の所定方向の直線偏光成分の光は直線偏光成分の光として反射される。
【００２７】
尚、本発明の表示装置では、前記液晶パネルが、ＴＮ液晶素子、ＳＴＮ液晶素子またはＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶素子からなる。
【００２８】
この態様によれば、反射型表示時と透過型表示時とでポジネガ反転することなく、しかもいずれの表示時にも明るい高品位の液晶表示装置を実現できる。なお、このＳＴＮ液晶素子には、色補償用光学異方体を用いるＳＴＮ液晶素子も含んでいる。また、ＥＣＢ液晶素子等複屈折効果をもつ液晶素子を利用すると、前記光源からの発色を変化させることが出来る。また、反射型表示時と透過型表示時とでポジネガ反転することなく、しかもいずれの表示時にも明るい高品位の液晶表示装置を実現できる。
【００２９】
また、本発明の表示装置は、前記第１の偏光分離板と前記導光体に挟まれた着色手段を更に備える。
【００３０】
この態様によれば、外光による反射型表示時でも光源点灯による透過型表示時でも外光或いは光源光が着色手段を通過してカラー表示を行うことができる。特に反射型表示時に、第１の偏光分離板、液晶パネル及び第２の偏光分離板を通過して偏光状態が変化され且つ着色手段で着色された外光は、前方散乱板により一旦白色散乱光に戻され、反射層で反射した後に反射層を介して第１の偏光分離板、液晶パネル及び第２の偏光分離板を通過して偏光状態が変化させられ且つ着色手段で再び着色された後に、第１の偏光手段側から出射される。従って、外光成分が反射の前後で異なる着色領域を通過したとしても反射前に着色された外光は白色散乱光に一旦戻されるために、最終的に反射後に着色された外光（反射光）による表示画像上での色の滲みは殆どなくなり、明るく見栄えの良いカラー表示を行える。
【００３１】
また、前記着色手段として、カラーフィルタを用いた場合は、外光或いは光源光は、カラーフィルタにより着色されて、反射型表示時にも透過型表示時にもカラー表示が行われる。着色手段としては光干渉フィルタ、ホログラム、コレステリック液晶などを用いた光選択反射層、位相差層などがあるが、染料や顔料をもちいたカラーフィルタが製造のしやすさから最も良い。
【００３２】
このように構成した場合更に、前記カラーフィルタは赤色系、緑色系、青色系の３色から成るように構成してもよい。
【００３３】
この態様によれば、マルチカラー更にはフルカラー表示が可能となる。
この場合更に、前記３色のカラーフィルタの平均透過率が３０％から８０％であるように構成してもよい。
【００３４】
この態様によれば、３色のカラーフィルタの平均透過率Ｙｍは、赤色系、緑色系、青色系の３色カラーフィルタのそれぞれの透過率をＹＲ、ＹＧ、ＹＢとして
Ｙｍ ＝（ＹＲ ＋ＹＧ ＋ＹＢ ）／３ …… （１ ）  で表される。そこで、この平均透過率Ｙｍを３０％から８０％にすることによって反射型表示時に明るく、透過型表示時に色あせしないカラー表示が得られる。
【００３５】
本発明の電子機器は、上述した本発明の表示装置（上述した各種の態様を含む）を組み込んだことを特徴とする。
【００３６】
本発明の電子機器によれば、上述した本発明の表示装置を備えているが故に、特に反射型表示時に、光学異方性による表示むらをぼやかすために例えば前方散乱板を用いて光散乱を大きくする必要がなくなり、明るく見栄えの良いモノクロ又はカラー表示が可能となる。また、反射型表示時には、二重映りや滲みが低減されており明るく見栄えの良いモノクロ又はカラー表示が可能となり、透過型表示時には、明るいモノクロ又はカラー表示が可能となる。
【００３７】
本発明の上記目的は、表示装置に用いた場合に表示むらにほとんど影響を与えないほど光学異方性が面内で小さい表示装置用の導光体によっても達成される。
【００３８】
或いは、光軸方向が一定方向である第２の表示装置用の導光体によっても達成される。即ち、本発明の第１又は第２の表示装置用の導光体を、上述した本発明の第１又は第２の表示装置における導光体として用いれば、上述の如く、特に反射型表示時に、光学異方性による表示むらをぼやかすために例えば前方散乱板を用いて光散乱を大きくする必要がなくなり、明るく見栄えの良い表示が得られる。
【００３９】
因みに図２２に示した如き従来技術では、導光体よりも反射板が液晶パネルに近い側にあるため、導光体における光学異方性は、基本的に表示むらに影響を与えない。このため従来の導光体は、導光体の光学異方性の大小や光学軸方向については何ら考慮されて製造されていない。この結果、従来の導光体は全て、光学異方性が表示むらに影響を与える程大きいか、若しくは光学軸方向が一定方向に揃えられていない。このため、従来の導光体を、導光体よりも反射板が液晶パネルから遠い側にある本発明の如き構成に組み込んだ場合には、表示むらが生じてしまい実用に耐えないのである。
【００４０】
なお、以上述べた本発明の表示装置においては、単純マトリクス方式、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＴＦＤ（Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍＤｉｏｄｅ）等を用いたアクティブマトリクス方式、セグメント方式など、公知のいずれの駆動方式の表示装置として構成しても、明るい反射型表示及び透過型表示を実現できる。
【００４１】
また本発明の表示装置におけるの第３の偏光分離板としては、前記のような反射偏光子以外にも、例えばコレステリック液晶層と（１／４）λ板を組み合わせたもの、ブリュースターの角度を利用して反射偏光と透過偏光とに分離するもの（ＳｌＤ ９２ ＤｌＧＥＳＴ 第４２７頁乃至第４２９頁）、ホログラムを利用するもの、国際公開された国際出願（国際出願公開：ＷＯ９５／２７８１９号及びＷＯ９５／１７６９２号）に開示されたもの等を用いることもできる。尚、これら各種の偏光分離器は、後述の各実施例においても、同様に反射偏光子の代わりに利用することが可能である。更に本発明の表示装置におけるの第１及び第２の偏光分離板についても夫々、前記のような偏光板以外にも、反射偏光子等の各種の偏光分離板を用いることもできる。
【００４２】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例毎に図面に基づいて説明する。
【００４４】
（モノクロ表示装置の動作原理）
先ず図１、図２及び図３を用いて、次に説明する本発明の第１から第６実施例に係るモノクロ表示装置における動作原理を説明する。図１は、本発明の各実施例に用いられる偏光分離器の概略斜視図であり、図２は、この偏光分離器を用いたモノクロ表示装置に外光が入射した場合について説明するための図であり、図３は、このモノクロ表示装置において光源が点灯した場合について説明するための図である。
【００４５】
図１において、偏光分離器１６０は、相異なる２つの層であるＡ層１とＢ層２とが交互に複数層積層された構造を有している。Ａ層１のＸ方向の屈折率（ｎＡＸ）とＹ方向の屈折率（ｎＡＹ）とは異なる。Ｂ層２のＸ方向の屈折率（ｎＢＸ）とＹ方向の屈折率（ｎＢＹ）とは等しい。また、Ａ層１のＹ方向の屈折率（ｎＡＹ）とＢ層２のＹ方向の屈折率（ｎＢＹ）とは等しい。
【００４６】
従って、偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光は、偏光分離器１６０を透過し、下面６からＹ方向の直線偏光の光として出射する。また、逆に偏光分離器１６０の下面６に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光は、偏光分離器１６０を透過し、上面５からＹ方向の直線偏光の光として出射する。ここで、透過する方向であるＹ方向のことを透過軸と呼ぶ。
【００４７】
一方、Ａ層１のＺ方向における厚みをｔＡとし、Ｂ層２のＺ方向における厚みをｔＢとし、入射光の波長をλとすると、
ｔＡ ・ｎＡＸ ＋ｔＢ ・ｎＢＸ ＝λ／２ …… （２）
となるようにすることによって、波長λの光であって偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＸ方向の直線偏光の光が、この偏光分離器１６０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。また、波長λの光であって偏光分離器１６０の下面６に入射した直線偏光の光は、この偏光分離器１６０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。ここで、反射する方向であるＸ方向のことを反射軸と呼ぶ。
【００４８】
そして、Ａ層１のＺ方向における厚みｔＡ及びＢ層２のＺ方向における厚みｔＢを種々変化させて、可視光の全波長範囲にわたって上記式（２）が成立するようにすることにより、単一色だけでなく、白色光全部にわたってＸ方向の直線偏光の光をＸ方向の直線偏光の光として反射し、Ｙ方向の直線偏光の光をＹ方向の直線偏光の光として透過させる偏光分離器が得られる。
【００４９】
このような偏光分離器は、国際公開公報（ＷＯ９５／１７６９２）に反射偏光子として開示されている。
【００５０】
図２は、偏光分離器１６０を用いた表示装置に外光が入射した場合（即ち、反射型表示）について説明するための図である。
【００５１】
図２において、この表示装置は、透過偏光軸可変手段としてＴＮ液晶１４０を使用している。ＴＮ液晶１４０の上側には、第１の偏光分離手段の一例としての偏光板１３０が設けられている。ＴＮ素子１４０の下側には、第２の偏光分離手段の一例としての偏光板１３５、光拡散手段の一例としての光散乱層１５０、第３の偏光分離手段の一例としての偏光分離器１６０がこの順に設けられている。また、偏光分離器１６０の下には、ＬＥＤ等の光源１９１から発せられる光源光を偏光分離器１６０の下方より入射するように導く導光板の一例としてのライトガイド１９０が設けられており、ライトガイド１９０の下には、反射板２００が設けられている。
【００５２】
先ず図２を参照し、外光下でのこの表示装置の左側を電圧印加部１１０とし、右側を電圧無印加部１２０として説明する。
【００５３】
右側の電圧無印加部１２０においては、自然光１２１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板１３５を紙面に垂直な方向の直線偏光として透過する。この直線偏光の光は、光散乱層１５０により白色散乱光とされた後、偏光分離器１６０により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光分離器１６０を透過する。そして、透明なライトガイド１９０を通過し、反射板２００で反射されて、再びライトガイド１９０及び偏光分離器１６０を紙面に垂直な方向の直線偏光として透過する。この直線偏光の光は、光散乱層１５０により再び白色散乱光とされた後、偏光板１３５により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光板１３５を透過する。そして、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光の光１２２として出射する。
【００５４】
本発明では特に、偏光板１３５と偏光分離器１６０との間には光散乱層１５０を設けているので、偏光板１３０側から光１２２を見ると、反射光が前方散乱される光拡散層１５０の散乱面があたかも反射位置であるかのように見える。即ち、光拡散層１５０で前方散乱するために、光拡散層１５０よりも奥側には像或いは影が殆ど又は全く見えない。従って、装置の構造上、ＴＮ液晶１４０から反射板２００までの距離が長くても、そのための視差に起因する表示の二重映りや表示の滲みが発生しない。
【００５５】
尚、このような光散乱層１５０は、例えば高分子樹脂中にこれと屈折率の異なる樹脂からなる微粒子を混入させることにより形成可能である。また、係る光散乱層１５０は、例えばヘイズ値１５〜９５％程度で前方散乱特性を有するように形成すれば良いが、どの程度の前方散乱特性を与えるかは、装置仕様上或いは要求される画像品質に応じて、経験的、実験的、理論的に決定すべき性質のものである。
【００５６】
また、反射板２００で反射した光には、紙面に垂直な方向の直線偏光ばかりでなく、紙面に平行な方向の直線偏光の光が含まれている。このような紙面に平行な方向の直線偏光は偏光分離器１６０によって反射され、再び反射板２００で反射され偏光方向が変えられ、一部紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０を通過する。これを繰り返すことにより、光を有効利用でき明るくなる。このように、電圧無印加時においては、入射した光は偏光分離器１６０によって有効利用できるので明るい表示が得られる。
【００５７】
左側の電圧印加部１１０においては、自然光１１１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光板１３５によって吸収され暗くなる。
【００５８】
以上のように反射型表示の場合、電圧無印加部１２０においては、反射板２００で反射された光が光散乱層１５０によって前方散乱されて一旦白色散乱光となるため、表示の二重映りや表示の滲みを低減することができ、更に偏光分離器１６０によって光を有効利用できるため表示を明るくできる。他方、電圧印加部１１０においては、偏光板１３５によって光が吸収され暗くなるため、高いコントラストを得ることができる。
【００５９】
次に図３を参照し、光源１９１が点灯している場合（即ち、透過型表示）について説明する。尚、図３に示す表示装置は、図２と同じである。
【００６０】
右側の電圧無印加部１２０においては、光源の光１２５のうち紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、偏光分離器１６０を透過する。また、光源の光１２５のうち紙面に平行な方向の直線偏光は、偏光分離器１６０によって反射され、再び反射板２００で反射され偏光方向が変えられ、一部紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０を通過する。これを繰り返すことにより、ほとんど全ての光が偏光分離器１６０を通過する。偏光分離器１６０を通過した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、光散乱層１５０により白色散乱光とされた後、偏光板１３５により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光板１３５を透過する。ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０を通過する。すなわち、ほとんど全ての光を有効利用でき非常に明るくなる。
【００６１】
左側の電圧印加部１１０においては、光源の光１１５は、電圧印加部１２０と同様にＴＮ液晶１４０に至った後、該ＴＮ液晶１４０により偏光方向は変わらずに紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板１３０によって吸収され暗くなる。
【００６２】
以上のように透過型表示の場合、電圧無印加部１２０においては、偏光分離器１６０によってほとんど全ての光を有効利用でき非常に明るくなり、電圧印加部１１０においては、偏光板１３０によって吸収され暗くなる。従って、光源１９０点灯下では光源色の背景に黒の表示が得られる。即ち、光源光による透過型表示（図３参照）と外光による反射型表示（図２参照）とでポジネガ反転することのないモノクロ表示が得られる。
【００６３】
なお、上記においてノーマリーホワイトモードについて説明したが、ノーマリーブラックでも良い。しかし、ノーマリーホワイトモードにおいて、反射型表示時でも透過型表示時でも明るいという効果は歴然と発揮される。
【００６４】
また、上記においては、ＴＮ液晶１４０を例にとって説明したが、ＴＮ液晶１４０に代えてＳＴＮ液晶やＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。
【００６５】
以上図１から図３を参照して説明した動作原理に基づく第１から第６実施例について以下に説明する。
【００６６】
（第１実施例）
図４は、本発明の第１実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【００６７】
本実施例の表示装置１０においては、透過偏光軸可変手段の一例としてＳＴＮセル２０を使用している。ＳＴＮセル２０の上側には位相差フィルム１４及び偏光板１２ がこの順に設けられている。ＳＴＮセル２０の下側には、偏光板１５及び偏光分離器４０がこの順に設けられている。また、偏光分離器４０の下方より光が入射することの出来る光源７０が設けられている。光源７０はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）７１を用い、ライトガイド７２にて上方に光を出射している。ライトガイド７２の下側には光拡散手段の一例としての拡散板３０及び光反射手段の一例としての反射板８０が備えられている。尚、図４では説明の便宜上、各部材が相互に間隙をおいて図示されているが、実際にはこれらの部材は相互に密着して配置されている。
【００６８】
ライトガイド７２を形成する透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が好ましく用いられる。厚みは０．３〜２ｍｍである。表面には小さな突起を有する。その突起の大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起が肉眼視で気にならない程度の大きさであるためには概ね３００μｍ以下が望ましい。さらに、製造上の利便性を考慮すると、突起の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また突起の高さと幅（略円柱であれば直径）の比は、１対１以下でよい。本実施例では、突起の形状を直径２０μｍ、高さ１５μｍとする円柱とし、ピッチを２０μｍとする。
【００６９】
反射板８０は、ＰＥＴフィルム上にアルミ蒸着、銀蒸着されたものや、アルミ箔等が用いられる。また反射板８０の表面の形状として、鏡面でも散乱面でも良い。
【００７０】
ＳＴＮセル２０においては、２枚のガラス基板２１及び２２とシール部材２３とによって構成されるセル内にＳＴＮ液晶２６が封入されている。ガラス基板２１の下面には透明電極２４が設けられ、ガラス基板２２の上面には透明電極２５が設けられている。透明電極２４及び２５としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）や酸化錫等を用いることができる。位相差フィルム１４は、色補償用の光学異方体として用いており、ＳＴＮセル２０で発生する着色を補正するために使用している。なお、本実施例における偏光分離器４０として、図１を用いて説明した偏光分離器を使用する。
【００７１】
次に、本実施例の表示装置１０の動作を説明する。
【００７２】
先ず外光を利用した反射型表示について説明する。
【００７３】
外光下で、電圧無印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られた直線偏光となり、偏光板１５及び偏光分離器４０を透過し、更にライトガイド７２を通過し反射板８０で反射される。反射された光は再びライトガイド７２、偏光分離器４０、偏光板１５を通過し、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られ、偏光板１２から直線偏光として出射する。さらに、反射板８０で偏光方向が変った光も、偏光分離器４０と反射板８０の間で反射を繰り返し、やがて偏光分離器４０から、ＳＴＮセル２０に出射し、明るい表示が得られる。
【００７４】
他方、電圧印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０を直線偏光として透過し、偏光板１５で吸収され暗くなる。
【００７５】
次に光源光を利用した透過型表示について説明する。
【００７６】
光源７０点灯下で、電圧無印加領域においては、光源７０より出射した光は偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収されずに出射される。
【００７７】
他方、電圧印加領域においては、光源７０より出射した光は偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【００７８】
以上の結果、外光下でも光源点灯下でも、ポジネガ反転することなく、白地に黒の明るいポジ表示が得られる。また、拡散板３０がＳＴＮセル２０と反射板８０との間に配置されているので、これら両者間の距離が長くても、反射型表示表示における二重映りや滲みを低減することができる。更に、偏光分離器４０によって光を有効利用できるため反射型表示及び透過型表示のいずれをも明るくできる。
【００７９】
（第２実施例）
図５は、本発明の第２実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第２実施例は、上述の第１実施例と比べて、拡散板３０の位置がライトガイド７２の上である点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。尚、図５において、図４に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
図６は、第１実施例の表示と第２実施例の表示をそれぞれ（Ａ）及び（Ｂ）に示している。いずれにも「ＥＰＳＯＮ」と表示している。液晶層で見える像とは別に反射板８０で反射し拡散板３０上に影が薄く見える。第１実施例では、ライトガイド７２の厚み分奥まって影が見えるの対し、第２実施例では影が奥まって見えず、見やすい。尚、図６では、第２実施例と第１実施例との作用を比較するために、二重映りを顕著に図示しているが、第１実施例では前述のように拡散板３０がＳＴＮセル２０と反射板８０との間に配置されているので、第２実施例には劣るものの、反射型表示表示における二重映りや滲みを低減することができる。
【００８１】
（第３実施例）
図７は、本発明の第３実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第３ 実施例は、上述の第１実施例と比べて、拡散板３０の位置が偏光分離器４０の上である点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。尚、図７において、図４に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００８２】
第３実施例によれば、拡散板３０とＳＴＮセル２０との間の距離が縮まる分だけ更に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【００８３】
（第４実施例）
本発明の第４実施例は、上述の第３実施例と比べて、拡散板３０として拡散剤入りの粘着剤を用いる点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。
【００８４】
第４実施例によれば、第３実施例の場合と同様に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。加えて、図７において偏光板１５と偏光分離器４０を一体にしたものを、ＳＴＮセル２０に貼り付けることが出来るので、製造上も有利である。
【００８５】
（第５実施例）
図８は、本発明の第５実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第５ 実施例は、上述の第１実施例と比べて、拡散板３０の位置が偏光板１５の上である点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。尚、図８において、図４に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００８６】
第５実施例によれば、拡散板３０とＳＴＮセル２０との間の距離が縮まる分だけ更に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【００８７】
（第６実施例）
本発明の第６実施例は、上述の第５実施例と比べて、偏光分離器４０として、図１を用いて説明した偏光分離器の代わりに、コレステリック液晶等によって形成される円偏光板とλ／４板の組合せで代用する点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。
【００８８】
第６実施例によれば、第５実施例の場合と同様に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【００８９】
（カラー表示装置の動作原理）
次に図９及び図１０を用いて、次に説明する本発明の第７から第１５実施例に係るカラー表示装置における動作原理を説明する。図９は、図１に示した偏光分離器を用いたカラー表示装置に外光が入射した場合（即も、反射型表示）について説明するための図であり、図１０は、このカラー表示装置において光源が点灯した場合（即ち、透過型表示）について説明するための図である。尚、図９及び図１０において、図２及び図３に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００９０】
図９及び図１０において、この表示装置は、ＴＮ液晶１４０の下側に隣接して、着色手段の一例としてのカラーフィルタ１４５を備えている。先ず図９を参照し、外光が入射した場合（即ち、反射型表示）について、外光下でのこの表示装置の左側を電圧印加部１１０とし、右側を電圧無印加部１２０として説明する。
【００９１】
右側の電圧無印加部１２０においては、自然光１２１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、カラーフィルタ１４５を透過した後、偏光板１３５を紙面に垂直な方向の直線偏光として透過する。この直線偏光の光は、光散乱層１５０により白色散乱光とされた後、偏光分離器１６０により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光分離器１６０を透過する。そして、透明なライトガイド１９０を通過し、反射板２００で反射されて、再びライトガイド１９０及び偏光分離器１６０を紙面に垂直な方向の直線偏光として透過する。この直線偏光の光は、光散乱層１５０により再び白色散乱光とされた後、偏光板１３５により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光板１３５を透過する。そして、カラーフィルタ１４５を透過した後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光の光１２２として出射する。
【００９２】
本発明では特に、偏光板１３５と偏光分離器１６０との間には光散乱層１５０を設けているので、偏光板１３０側から光１２２を見ると、反射光が前方散乱される光拡散層１５０の散乱面があたかも反射位置であるかのように見える。即ち、光拡散層１５０で前方散乱するために、光拡散層１５０よりも奥側には像或いは影が殆ど又は全く見えない。従って、装置の構造上、ＴＮ液晶１４０から反射板２００までの距離が長くても、そのための視差に起因する表示の二重映りや表示の滲みや特にカラーフィルタ１４５により着色される色の滲みが発生しない。
【００９３】
また、反射板２００で反射した光には、紙面に垂直な方向の直線偏光ばかりでなく、紙面に平行な方向の直線偏光の光が含まれている。このような紙面に平行な方向の直線偏光は偏光分離器１６０によって反射され、再び反射板２００で反射され偏光方向が変えられ、一部紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０を通過する。これを繰り返すことにより、光を有効利用でき明るくなる。このように、電圧無印加時においては、入射した光は偏光分離器１６０によって有効利用できるので明るい表示が得られる。
【００９４】
左側の電圧印加部１１０においては、自然光１１１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光板１３５によって吸収され暗くなる。
【００９５】
以上のように反射型表示の場合、電圧無印加部１２０においては、反射板２００で反射された光が光散乱層１５０によって前方散乱されて一旦白色散乱光となるため、表示の二重映り、表示の滲みや特にカラーフィルタ１４５により着色される色の滲みを低減することができ、更に偏光分離器１６０によって光を有効利用できるため表示を明るくできる。他方、電圧印加部１１０においては、偏光板１３５によって光が吸収され暗くなるため、高いコントラストを得ることができる。
【００９６】
次に図１０を参照し、光源１９１が点灯している場合（即も、透過型表示）について説明する。尚、図１０に示す表示装置は、図９と同じである。
【００９７】
右側の電圧無印加部１２０においては、光源の光１２５のうち紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、偏光分離器１６０を透過する。また、光源の光１２５のうち紙面に平行な方向の直線偏光は、偏光分離器１６０によって反射され、再び反射板２００で反射され偏光方向が変えられ、一部紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０を通過する。これを繰り返すことにより、ほとんど全ての光が偏光分離器１６０を通過する。偏光分離器１６０を通過した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、光散乱層１５０により白色散乱光とされた後、偏光板１３５により紙面に垂直な方向の直線偏光とされて該偏光板１３５を透過する。続いて、カラーフィルタ１４５を透過した後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０を通過する。すなわち、ほとんど全ての光を有効利用でき非常に明るくなる。
【００９８】
左側の電圧印加部１１０においては、光源の光１１５は、電圧印加部１２０と同様にＴＮ液晶１４０に至った後、該ＴＮ 液晶１４０により偏光方向は変わらずに紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板１３０によって吸収され暗くなる。
【００９９】
以上のように透過型表示の場合、電圧無印加部１２０においては、偏光分離器１６０によってほとんど全ての光を有効利用でき非常に明るくなり、電圧印加部１１０においては、偏光板１３０によって吸収され暗くなる。従って、光源１９０点灯下では光源色の背景にカラーの表示が得られる。即ち、光源光による透過型表示（図３参照）と外光による反射型表示（図２参照）とでポジネガ反転することのないカラー表示が得られる。
【０１００】
ここで特に、カラーフィルタ１４５の色ピッチは例えば８０μｍ程度の微細なものであるため、反射型表示時において、このピッチよりも遥かに長い少なくともカラーフィルタ１４５と反射板２００との間の往復光路（更に、反射板２００と偏光分離器１６０との間の一又は複数回の往復光路がこれに加えられた光路）を通過する同一外光部分に係る入射光と出射光（即も、反射光）とでは、その大部分において異なった色のカラーフィルタ１４５を通過することになる。しかしながら、偏光板１３５と偏光分離器１６０との間には光散乱層１５０が設けられているので、反射前に入射光が各色のカラーフィルタ１４５を通過して着色されても、光散乱層１５０を通過する際には各色のカラーフィルタ１４５を通過した光が前方拡散され、更に反射板２００で反射した出射光として再び光散乱層１５０を通過する際に前方拡散される。このために、入射光がカラーフィルタ１４５を透過してなる赤・緑・青の光は混ざり合う結果、偏光板１３０側から見ると、光散乱層１５０の散乱面から白色散乱光が発せられて、そのままカラーフィルタ１４５に入射されるのと殆ど同じ光学的状態が得られる。このように、入射光がどの色のカラーフィルタ１４５を通過したかに関係なく、出射光の色は、出射光が通過するカラーフィルタ１４５の色となるので、装置の構造上、ＴＮ液晶１４０から反射板２００までの距離が長くても、カラーフィルタ１４５により着色される色の滲みが発生しないので大変有利である。
【０１０１】
尚、カラーフィルタ１４５が赤・緑・青であるドットマトリックス表示であれば、本原理により、マルチカラー更にはフルカラー表示が可能となる。
【０１０２】
なお、上記においてノーマリーホワイトモードについて説明したが、ノーマリーブラックでも良い。しかし、ノーマリーホワイトモードにおいて、反射型表示時でも透過型表示時でも明るいという効果は歴然と発揮される。
【０１０３】
また、上記においては、ＴＮ液晶１４０を例にとって説明したが、ＴＮ液晶１４０に代えてＳＴＮ液晶やＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。
【０１０４】
以上図９及び図１０を参照して説明した動作原理に基づく第７から第１５実施例について以下に説明する。
【０１０５】
（第７実施例）
図１１は、本発明の第７実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第７実施例は、上述の第１実施例と比べて、ＳＴＮセル２０内にカラーフィルタ２７が設けられている点が異なり、その他の構成は第１実施例の場合と同様である。尚、図１１において、図４に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１０６】
より具体的には、図１１において、ガラス基板２１の下面には透明電極２４が設けられ、ガラス基板２２の上面には透明電極２５が設けられており、ドットマトリックスを形成しており、赤・緑・青のカラーフィルタ２７が透明電極２４の下面に形成され、透明電極２５の電極パターンと一致している。位相差フィルム１４は、ＳＴＮセル２０で発生する着色を補正し白黒表示を可能にしている。なお、偏光分離器４０の透過軸の方向と偏光板１５の透過軸の方向とは一致している。
【０１０７】
次に、本実施例の表示装置１０の動作を説明する。
【０１０８】
先ず外光を利用した反射型表示について説明する。
【０１０９】
外光下で、電圧無印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られた直線偏光となり、偏光板１５及び偏光分離器４０を透過し、更にライトガイド７２を通過し反射板８０で反射される。反射された光は再びライトガイド７２、偏光分離器４０、偏光板１５を通過し、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られ、偏光板１２から直線偏光として出射する。さらに、反射板８０で偏光方向が変わった光も、偏光分離器４０と反射板８０の間で反射を繰り返し、やがて偏光分離器４０から、ＳＴＮセル２０に出射し、明るい表示が得られる。その際にカラーフィルタ２７を光が通過すれば、赤・緑・青のいずれかの色を呈する。
【０１１０】
他方、電圧印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０を直線偏光として透過し、偏光板１５で吸収され暗くなる。
【０１１１】
次に光源光を利用した透過型表示について説明する。
【０１１２】
光源７０点灯下で、電圧無印加領域においては、光源７０より出射した光は偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収されずに出射される。その際にカラーフィルタ２７を光が通過すれば、赤・緑・青のいずれかの色を呈する。
【０１１３】
他方、電圧印加領域においては、光源７０より出射した光は偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【０１１４】
以上の結果、外光下でも光源点灯下でも、カラーフィルタ２７によってポジネガ反転することなく、カラー表示が得られる。また、拡散板３０がＳＴＮセル２０と反射板８０との間に配置されているので、これら両者間の距離が長くても、反射型表示表示における二重映りや滲み（特に色の滲み）を低減することができる。更に、偏光分離器４０によって光を有効利用できるため反射型表示及び透過型表示のいずれをも明るくできる。
【０１１５】
ここで、ライトガイド１９０の面内の光学異方性について調べてみると、４００ｎｍ以上の異方性を持った場所は色ムラとなっており、逆に１５０ｎｍ以下の異方性のところでは、色ムラは全く問題がない。よって、ライトガイド７２の面内の光学異方性は４００ｎｍ以下に納めることが好ましく、さらには１５０ｎｍ以下にすることが最適となる。
【０１１６】
（第８実施例）
図１２は、本発明の第８実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第８実施例は、上述の第７実施例と比べて、拡散板３０の位置がライトガイド７２の上である点が異なり、その他の構成は第７実施例の場合と同様である。尚、図１２において、図１１に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１１７】
尚、第７実施例の表示と第８実施例の表示は、第１実施例の表示と第２実施例の表示の場合と同様に、図６のそれぞれ（Ａ）及び（Ｂ）に示される。即ち、第７実施例では、ライトガイド７２の厚み分奥まって影がはっきり見えるの対し、第８実施例では影がぼけており薄くなり、表示は見やすい。
【０１１８】
（第９実施例）
本発明の第９実施例は、上述の第８実施例の構成において、透過率の異なるの赤・緑・青のカラーフィルタ２４を備える。
【０１１９】
ここで、カラーフィルタ２４の平均透過率を各種変えてみると、平均透過率が８０％を超えると、色純度が落ちカラーとしての認識が低下する。一方、平均透過率が３０％未満となると、反射型表示時の明るさが低下し判読しづらくなる。よって、カラーフィルタ２４の平均透過率を３０〜８０％の範囲にすることが好ましく、更に４５〜７０％の範囲にすることがより好ましい。
【０１２０】
第９実施例における平均透過率の異なる２種類のカラーフィルタＡ及びＢの分光特性を、図１３（ａ）及び（ｂ）に夫々示す。カラーフィルタＡの平均透過率は５８．１％であり、カラーフィルタＢの平均透過率は６７．７％である。また、カラーフィルタＡ及びＢの赤・緑・青の各色の透過率及び色度を表として図１４に示す。
【０１２１】
図１４に示した表から分かるように、カラーフィルタＡを用いた場合は、カラーフィルタＢを用いた場合に比べ反射型表示時にやや暗いものの、色純度の良い表示が得られ、好ましい。
【０１２２】
（第１０実施例）
図１５は、本発明の第１０実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第１０実施例は、上述の第７実施例と比べて、拡散板３０の位置が偏光分離器４０の上である点が異なり、その他の構成は第７ 実施例の場合と同様である。尚、図１５において、図１１に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１２３】
第１０実施例によれば、拡散板３０とＳＴＮセル２０との間の距離が縮まる分だけ更に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【０１２４】
（第１１実施例）
本発明の第１１実施例は、上述の第１０実施例と比べて、拡散板３０として拡散剤入りの粘着剤を用いる点が異なり、その他の構成は第１０実施例の場合と同様である。
【０１２５】
第１１実施例によれば、第１０実施例の場合と同様に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。加えて、図１５において偏光板１５と偏光分離器４０を一体にしたものを、ＳＴＮセル２０に貼り付けることが出来るので、製造上も有利である。
【０１２６】
（第１２実施例）
図１６は、本発明の第１２実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第１２実施例は、上述の第７実施例と比べて、拡散板３０の位置が偏光板１５の上である点が異なり、その他の構成は第７実施例の場合と同様である。尚、図１６において、図１１に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１２７】
第１２実施例によれば、拡散板３０とＳＴＮセル２０との間の距離が縮まる分だけ更に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【０１２８】
（第１３実施例）
本発明の第１３実施例は、上述の第１０実施例と比べて、偏光分離器４０として、図１を用いて説明した偏光分離器の代わりに、コレステリック液晶等によって形成される円偏光板とλ／４板の組合せで代用する点が異なり、その他の構成は第１０実施例の場合と同様である。
【０１２９】
第１３実施例によれば、第１０実施例の場合と同様に、図６に示した如き表示の二重映りや表示の滲みを低減することができる。
【０１３０】
（第１４実施例）
図１７は、本発明の第１４実施例の液晶表示装置を説明するための概略図である。第１４実施例は、上述の第１２実施例と比べて、反射板８０の上面に住友化学製ルミスティー８５を配置した点が異なり、その他の構成は第１２実施例の場合と同様である。尚、図１７において、図１６に示したのと同様の構成要素には同様の参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１３１】
住友化学製ルミスティー８５とは、反射板８０との組み合わせにより、図１８に示すような光の出射角θ２を入射角θ１とは異ならせる効果を持っている。すなわち、入射光８０１がルミスティー８５に入射角θ１で入射すると、拡散光として出射する。この時最も強い強度を持った方向８０２の出射角θ２とする。すると入射角θ１と出射角θ２とは異なる。これは、ルミスティーが下記構造、特性を有するためである。ルミスティーはフィルム内に屈折率の異なる層が約３μｍ間隔で並んでおり、この構造により光の回折現象が生じ光が拡散する。層構造を調整することにより、拡散光の方向制御出来るためである。入射角７０°の時、出射角は９０°である。このようにすると、画面を鉛直方向から見る時、観察者の影により画面が暗くならず明るく見やすくなる。また、コントラストもアップする。
【０１３２】
また、ルミスティーのかわりにプリズムシートやホログラムでも同様な効果が得られる。
【０１３３】
（第１５実施例）
図１９に示すように、本実施例の液晶表示装置１００１においては、透過偏光軸可変手段の一例としてＳＴＮ液晶を有する液晶セル１０１０を使用している。液晶セル１０１０の上側には位相差フィルム１０３０及び第１の偏光分離手段の一例としての上偏光板１０２０が、この順に設けられている。液晶セル１０１０の下側には、第２の偏光分離手段の一例としての下偏光板１０４０、光拡散手段の一例としての光拡散剤入り粘着剤１０５０、第３の偏光分離手段の一例としての偏光分離器１０６０、導光体の一部を構成する導光板１０７０及び光反射手段の一例としての反射板１０８０が、この順に設けられている。光拡散剤入り粘着剤１０４０は、光拡散効果と粘着効果の両方の機能を備えており、下偏光板１０４０と偏光分離器１０６０とを貼り合わせている。また、下偏光板１０４０の上面にも粘着剤が全面にあり、液晶セル１０に貼り付けることが出来る。
【０１３４】
液晶セル１０１０においては、２枚のガラス基板１０１１及び１０１２とシール部材１０１３とによって構成されるセル内にＳＴＮ液晶１０１４が封入されている。液晶セル１０１０内のＳＴＮ液晶１０１４の光学異方性Δｎと液晶層の厚みｄの積Δｎ×ｄの値は、例えば８６０ｎｍとされる。２枚のガラス基板１０１１及び１０１２の内側にはそれぞれ透明電極ライン１０１５及び１０１６が形成されている。また下ガラス基板１０１２の透明電極ライン１０１６に合わせ上ガラス基板１０１１の透明電極ライン１０１５上に赤・緑・青のカラーフィルタ１０１７が設けられている。なお、位相差フィルム１０３０を用いることにより色補償を行う。
【０１３５】
ＰＣＢ基板１０９０上には、光源の一例としてのＬＥＤ１１２０が設けられ、ＬＥＤ１１２０によって、光が上方に向けて照射される構造となっている。また、ＬＥＤ１１２０からの光を導入するための、導光板１０７０と共に導光体の一例を構成するライトガイド１１１０がＰＣＢ基板１０９０上に設けられている。更にライトガイド１１１０によって、液晶セル１０１０等の左右の位置決めが行われると共に、液晶セル１０１０等からなる構成体の固定が行われている。ライトガイド１１１０は上方に向かって延在し、その中間には導光板１０７０が挟まっており、ＬＥＤ１１２０からライトガイド１１１０に導入された光が、導光板１０７０に更に導入される。また、ライトガイド１１１０の上端は上偏光板１０２０ の内側に向かって曲げられている。ライトガイド１１１０の上端部の下側と上偏光板１０２０との間は両面テープ１１１２で固定されている。ライトガイド１１１０は透明なプラスチック板等でも、反射機能をもつ不透明なプラスチック板で囲まれた空洞でもよい。
【０１３６】
ＬＥＤ１１２０からの光は、ライトガイド１１１０によって導かれ、導光板１０７０内に導入され、偏光分離器１０６０側に向かって出射する。また、一方では、導光板１０７０は液晶セル１０１０側からの光を反射板１０８０側に透過させ、反射板１０８０側からの光を液晶セル１０１０側に透過させる。
【０１３７】
偏光分離器１０６０は、図１と同様な構造をしている。
【０１３８】
本実施例では特に、反射板１０８０の上面に粘着剤を設けて導光板１０７０に貼り付けている。この貼付け工程において製造しやすいように、導光板１０７０は、厚み方向には大きな突起を持たないようにしている。よって、導光板１０７０は厚さ０．７ｍｍ程度の透明なプラスチック製の平板である。
【０１３９】
液晶セル１０１０をフレーム抜き階調駆動を行うことにより、外光時でもＬＥＤ点灯時でも明るいフルカラー表示が得られる。
【０１４０】
また、下ガラス基板１０１２の代わりに、厚みが０．１２ｍｍ以下の薄いプラスチックフィルムにすると、色純度の高い明るいフルカラー表示が得られる。
【０１４１】
以上のように構成された第１５実施例によれば、外光下でも光源点灯下でも、カラーフィルタ１０１７によってポジネガ反転することなく、カラー表示が得られる。また、光拡散剤入り粘着剤１０５０が液晶セル１０１０と反射板１０９０との間に配置されているので、これら両者間の距離が長くても、反射型表示表示における二重映りや滲み（特に色の滲み）を低減することができる。更に、偏光分離器１０６０によって光を有効利用できるため反射型表示及び透過型表示のいずれをも明るくできる。
【０１４２】
（第１６実施例）
本発明の第１６実施例は、上述した第１から第１４実施例の表示装置に好適に用いられるライトガイド７２に係るものである。
【０１４３】
即ち、本発明の第１から第１４実施例の表示装置に用いたライトガイド７２はポリカーボネートやアクリル等の透明なプラスチック板を用い、厚みは０．３〜２ｍｍであり、その表面に凹凸が形成されている。その大きさは約１０〜２００μｍで、約２０〜４００μｍピッチの範囲で適宜であり、その形状は図２０（ａ）のような略半球状の凸、図２０（ｂ）のような円錐状の凹、図２０（ｃ）のような略半球状の凹、図２０（ｄ）のような円柱状の凸、図２０（ｅ）のような円柱状の凹等、その他適宜である。また、導光体の表面輝度が均一になるように、凹凸の密度分布を面内で変えても良い。ライトガイド７２は、このようにその表面に凹凸が形成されているため、拡散板の役目も果たす。
【０１４４】
また、ライトガイド７２はインジェクション方式の型成形で製造されるが、光学異方性を少なくするために、加熱処理や加圧処理を行う。
【０１４５】
（第１７実施例）
第１７実施例は、以上説明した各実施例のようなモノクロ又はカラー液晶表示装置を搭載した電子機器からなる。
【０１４６】
即ち、各実施例のような液晶表示装置を、例えば図２１（ａ）に示すような携帯電話１７１の表示部１７２に適用すれば、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラストの反射型表示或いは透過型表示を行う省エネルギ型の携帯電話を実現できる。
【０１４７】
また、図２１（ｂ）に示すような腕時計１７３の表示部１７４に適用すれば、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラストの反射型表示或いは透過型表示を行う省エネルギ型の腕時計を実現できる。
【０１４８】
更に、図２１（ｃ）に示すようなパーソナルコンピュータ（或いは、情報端末）１７２の本体１７７に取り付けられた表示画面１７６に適用すれば、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラストの反射型表示或いは透過型表示を行う省エネルギ型のパーソナルコンピュータを実現できる。
【０１４９】
以上図２１に示した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又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、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、エンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等などの電子機器にも、本実施例の液晶表示装置を適用可能である。
【０１５０】
本発明の表示装置、電子機器及び導光体は、上述した各実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なう表示装置、電子機器及び導光体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【０１５１】
本発明に係る表示装置は、明るく見栄えの良いモノクロ又はカラー表示が可能な各種の表示装置として利用可能であり、更に、各種の電子機器の表示部を構成する表示装置として利用可能である。また、本発明に係る電子機器は、このような表示装置を用いて構成された液晶テレビ、ビューファインダ型又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、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、携帯電話、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネル等として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の各実施例における表示装置に用いる偏光分離器の概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１から第６実施例におけるモノクロ表示装置の反射型表示時の原理を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の第１から第６実施例におけるモノクロ表示装置の透過型表示時の原理を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施例の表示と第２実施例の表示を示している図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図８】図８は、本発明の第５実施例の表示装置を説明するための概略断面図である。
【図９】図９は、本発明の第７から第１５実施例におけるカラー表示装置の反射型表示時の原理を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７から第１５実施例におけるカラー表示装置の透過型表示時の原理を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の第７実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第８実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第９実施例の表示装置に用いるカラーフィルタの特性を示している特性図である。
【図１４】図１４は、本発明の第９実施例の表示装置に用いるカラーフィルタの赤・緑・青の各色の透過率及び色度を示す図表である。
【図１５】図１５は、本発明の第１０実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第１２実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第１４実施例の表示装置を説明するための分解断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１４実施例の表示装置を説明するための図である。
【図１９】図１９は、本発明の第１５実施例の表示装置を説明するための概略断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第１６実施例の表示装置の導光体の表面形状を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第１７実施例における各種の電子機器の概略斜視図である。
【図２２】図２２は、従来の表示装置を説明するための概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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