(57)【要約】【課題】あらゆる照明環境下において、視認性の良い画面を表示する。【解決手段】１画素に設けられた透過部２３と反射部２４とに独立に電圧印加できる液晶表示層２２と、液晶表示層２２を背面から照射するバックライト光源１６と、液晶表示層２２とバックライト光源１６との間に配置された反射制御素子２６に印加される電圧に応じて、透過部２３と反射部２４とをそれぞれ独立に画像表示に利用し、反射状態と透過状態とを切り替え、バックライト光源１６から光を照射することにより、透過表示モードと半透過表示モードと反射表示モードとを切り替える。【選択図】図１
2008046329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１画素内に透過部と反射部とを有し、前記透過部と前記反射部とを独立に電圧印加する液晶表示層と、前記液晶表示層を背面から照射する光源と、前記液晶表示層と前記光源との間に配置され、印加電圧により、反射状態と透過状態とを切り替える反射制御素子とを備えた液晶表示素子において、
前記反射制御素子を透過状態とし、前記液晶表示層の反射部を暗状態とし、前記透過部にて画像表示を行う透過表示モードと、
前記反射制御素子を透過状態とし、前記液晶表示層の反射部及び透過部にて画像表示を行う反射・透過併用表示モードと、
前記反射制御素子を反射状態とし、前記液晶表示層の反射部及び透過部にて画像表示を行う反射表示モードとのいずれか１つのモードに切り替えることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、特定の波長帯域をブラッグ反射させる反射層を有し、前記印加電圧によって前記反射層の反射率を制御することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、
特定の波長帯域をブラッグ反射させる反射層と、
前記反射層の位相を制御する位相制御層とから構成され、前記印加電圧によって前記反射層の反射率を制御し、前記光源上に前記反射層、前記位相制御層の順に積層することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の液晶表示素子において、
前記光源は、前記反射層の反射率の増加と連動して照射量を減少させることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、
少なくとも１つの偏光を反射し、前記偏光とは異なる偏光を透過する反射層と、
前記印加電圧によって前記反射層の位相を制御する位相制御層とから構成され、前記光源上に前記反射層、前記位相制御層の順に積層することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、前記液晶表示層と前記光源とが積層する方向に積層した複数の前記反射層を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、前記液晶表示層と前記光源とが積層する方向と直交した方向に並列に配置された複数の前記反射層を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子は、液晶を含む層を有することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】
請求項２または請求項３に記載の液晶表示素子において、
前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、コレステリック液晶を含むことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】
請求項２または請求項３に記載の液晶表示素子において、
前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、液晶の液滴を含む液晶液滴層と、少なくとも１つの高分子層とが交互に積層した構造であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１１】
請求項２または請求項３に記載の液晶表示素子において、
前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層から構成されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子の一部に突出及び／または、切り込みを形成することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記反射制御素子と前記液晶表示層とを光学密着することを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記印加電圧を供給する端子が、前記反射制御素子の１辺から延伸していることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の液晶表示素子において、
前記液晶表示素子に照射される外光量を感知するセンサーを備え、前記センサーによって感知された外光量に応じて、前記液晶表示層の反射部と透過部とのそれぞれを画像表示に利用し、前記反射制御素子の反射率と、前記光源の照射量とを連動させて、表示モードの切り替えを行うことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の液晶表示素子を搭載し、該液晶表示素子に照射される外光量を感知するセンサーを備え、前記センサーによって感知された外光量に応じて、前記液晶表示層の反射部と透過部とのそれぞれを画像表示に利用し、前記反射制御素子の反射率と、前記光源の照射量とを連動させて、表示モードの切り替えを行う電子機器。
【請求項１７】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の液晶表示素子を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射表示モードと、反射・透過併用表示モードと、透過表示モードとのいずかの表示モードを選択できる液晶表示素子及びこれを搭載した電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶を用いて画面を表示する液晶表示装置は、携帯電話の小型表示装置からモニター、テレビなどの大型の表示装置まであらゆる表示装置に利用されている。液晶表示装置は、電極が形成された２枚の基板間に液晶を狭持し、当該基板間に印加される電圧により、液晶の配向状態を変化させ、出射光の調整を行うことで画像表示を行っている。
【０００３】
液晶表示装置には、バックライト光を光源とし、液晶層を透過させて画像表示を行う透過型液晶表示装置と、照明光や太陽光などの外光を光源とし、その外光を液晶層で反射させて画像表示を行う反射型液晶表示装置と、透過型液晶表示装置の画質の良さと反射型液晶表示装置の外光視認性の良さとを併せ持つ半透過型液晶表示装置とがある。
【０００４】
特に、近年急速な普及率を有する携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの携帯情報端末は、屋内だけではなく、屋外においても、利用されている。さらに、昼夜を問わず利用されている。従って、あらゆる照明環境下においても良好な視認性が要求されるため、近年においては良好な視認性を有することを特徴とする半透過液晶表示装置が主流となっている。
【０００５】
半透過液晶表示装置は、液晶層内部に反射板を設け、液晶層内部で入射光を反射させる内部半透過型（例えば、特許文献１参照。）と、液晶層の外部に反射板を設け、液晶層を通過した後に入射光を反射させる外部半透過型とに大別される。外部半透過型は、反射板と液晶層の間に基板が存在するため、画像に視差（二重像）が生じ、視認性が悪いため、現在では内部半透過型が主流となっている。
【０００６】
図１９は、従来の内部半透過型の半透過液晶表示装置の内部半透過型液晶素子の断面図の一例を示す。
【０００７】
図１９に示した内部半透過型液晶素子は、バックライト光源１０９上に、１対の基板１０２ａ，１０２ｂが対向配置され、基板１０２ａ，１０２ｂの対向面とは反対側の面に偏光板１０１ａ，１０１ｂがそれぞれ設けられている。また、バックライト光源１０９側に配置された基板１０２ｂの上面に、凹凸反射電極である内部反射板１２０が設けられた反射部１２１と、電極１０３ｂが設けられた透過部１２２とから構成されている。さらに、この基板１０２ｂに対向する基板１０２ａの対向面上には電極１０３ａが反射部１２０及び透過部１２１に亘って設けられており、２枚の基板１０２ａ，１０２ｂ間には液晶層１０４が封止されている。
【０００８】
すなわち、図１９に示した内部半透過型液晶素子のように構成された内部反射型半透過液晶表示装置においては、１画素内に外部からの入射光を反射させるための内部反射板１２０が設けられた反射部１２１と、バックライト光源１０９から照射された光を透過させるための透過部１２２とが備えられている。これによって、反射光と透過光とを共に画像表示に利用することができる。
【０００９】
なお、反射部１２１と透過部１２２とは液晶の適した厚さが異なるため、それぞれの液晶厚を異ならせることが多い。図１９では、反射部１２１における内部反射板１２０と対向する電極１０３ａとの間隔が、透過部１２２における対向する電極１０３ａ，１０３ｂ間の間隔よりも小さくなるように、反射部１２１における基板１０２ｂ上には絶縁膜１２７が設けられ、その上に内部反射板１２０が形成されている。
【００１０】
しかしながら、上記のような構成では、１画素内の一部にのみ反射板が形成されているため、１画素内のすべてが反射板となっている反射型液晶表示装置と比較すると、外光の反射を用いた表示が暗くなってしまう。
【００１１】
そこで、光の反射率が高く、且つ透過率が低い状態と、光の透過率が高く、且つ反射率が低い状態とを可逆的に切り替える方法が考えられている（例えば、特許文献２，３参照。）。
【００１２】
図２０は、周囲の明るさに基づいて反射表示と透過表示との切り替えが可能な液晶表示装置の断面図の一例を示す図である。
【００１３】
図２０に示した液晶表示装置には、バックライト光源１０９上に、反射制御層１０８と、偏光板１０１ｂと、ガラス１０７と、液晶層１０４と、カラーフィルタ層１０６と、カラーフィルタ基板１０５と、偏光板１０１ａとが、上記の順で積層されている。反射制御層１０８は、反射率が電気的に切り替え可能なブラッグ反射を利用した三層積層ＨＰＤＬＣ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ：ホログラフィック高分子分散型液晶）から構成されている。カラーフィルタ層１０６は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のみをそれぞれ透過するフィルタである。
【００１４】
この液晶表示装置は、反射制御層１０８が光の反射率が高く、且つ透過率が低い状態と、光の透過率が高く、且つ反射率が低い状態とを可逆的に切り替えられ、反射表示と透過表示を切り替えることができる。これにより、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境ではフルカラーの透過表示を行うことができる。
【００１５】
図２１は、周囲の明るさに基づいて反射表示と透過表示との切り替えが可能な液晶表示装置の断面図の他の例を示す図である。
【００１６】
図２１に示した液晶表示装置には、バックライト光源１０９上に、特定の直線偏光の光を反射し、前述の直線偏光と直交する直線偏光の光を透過する偏光選択反射層１１１と、液晶層１１２と、偏光板１０１ｂと、ガラス１０７と、液晶層１１０と、カラーフィルタ基板１０５と、偏光板１０１ａとが、上述した順に積層されている。
【００１７】
図２１の左図に示すように反射表示では、液晶層１１２に電圧を印加し、液晶層１１２の液晶分子を層面に対して垂直に配向させると、液晶層１１２に入射した光の偏光状態は変化しない。従って、入射光が偏光選択反射層１１１により反射され、反射表示に利用される。
【００１８】
また、図２１の右図に示すように、液晶層１１２に電圧を印加しない場合には、液晶層１１２の液晶分子を層面に対して平行に配向させるとともに、ねじれ配向している。この状態では、液晶層１１２に入射した光は、９０°回転する。
【００１９】
従って、外光が液晶層１１２を通過した場合には、偏光選択反射層１１１を透過し、表示には利用できない。しかし、バックライト光源１０９から偏光選択反射層１１１に到達した光のうち、紙面に垂直に振動する光は偏光選択反射層１１１にて反射し、紙面に平行に振動する光は偏光選択反射層１１１を透過して液晶層１１２に入射する。液晶層１１２に入射した光は、液晶層１１２により９０°偏光方向が回転し、吸収されることなく、偏光板１０１ｂを通過する。そのため、液晶層１１２に電圧が印加されない場合には、透過表示として利用される。
【００２０】
また、画面全体に半透過性を有する選択光反射層を具備し、当該選択光反射層を反射モードと透過モードとのどちらかのモードに切り替えて表示する方法が考えられている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２４２２２６号公報  （内部半透過）          説明ページ・１３ページ  カラム２３の２５行〜１４ページ  カラム２６の１９行・図面 図１
【特許文献２】特開２００２−２３１５６号公報          説明ページ・４ページ  カラム５の１４行〜５ページ  カラム７の１８行・図面  図１〜図７
【特許文献３】特開２００４−６９８３５号公報          説明ページ・５ページ  ５行〜１０ページ  １７行・図面 図１〜図２
【特許文献４】特開平１０−２０６８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した特許文献２及び特許文献３の従来技術では、反射表示モードと透過表示モードとを切り替え、反射表示での反射率を向上させている。しかしながら、反射制御層、あるいは、第２液晶層と偏光選択反射層からなる反射部が、画像を表示する液晶層よりも外側に配置されていることから、表示に視差（二重像）が生じ、反射表示の視認性が低下してしまうという問題点がある。
【００２２】
また、特許文献４に記載された方法においては、画面全体に具備された選択光反射層自体が半透過性を有しているため、反射表示部と透過表示部とに適した光学設計が困難になってしまうという問題点がある。
【００２３】
さらに、上述の従来技術には、使用環境による様々な照明条件下において、最適な表示モードを選択することができないという問題点がある。
【００２４】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、あらゆる照明環境下において、視認性の良い画面を表示することができる液晶表示素子とこれを搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、
１画素内に透過部と反射部とを有し、前記透過部と前記反射部とを独立に電圧印加する液晶表示層と、前記液晶表示層を背面から照射する光源と、前記液晶表示層と前記光源との間に配置され、印加電圧により、反射状態と透過状態とを切り替える反射制御素子とを備えた液晶表示素子において、
前記反射制御素子を透過状態とし、前記液晶表示層の反射部を暗状態とし、前記透過部にて画像表示を行う透過表示モードと、
前記反射制御素子を透過状態とし、前記液晶表示層の反射部及び透過部にて画像表示を行う反射・透過併用表示モードと、
前記反射制御素子を反射状態とし、前記液晶表示層の反射部及び透過部にて画像表示を行う反射表示モードとのいずれか１つのモードに切り替えることを特徴とする。
【００２６】
また、前記反射制御素子は、特定の波長帯域をブラッグ反射させる反射層を有し、前記印加電圧によって前記反射層の反射率を制御することを特徴とする。
【００２７】
また、前記反射制御素子は、
特定の波長帯域をブラッグ反射させる反射層と、
前記反射層の位相を制御する位相制御層とから構成され、前記印加電圧によって前記反射層の反射率を制御し、前記光源上に前記反射層、前記位相制御層の順に積層することを特徴とする。
【００２８】
また、前記光源は、前記反射層の反射率の増加と連動して照射量を減少させることを特徴とする。
【００２９】
また、前記反射制御素子は、
少なくとも１つの偏光を反射し、前記偏光とは異なる偏光を透過する反射層と、
前記印加電圧によって前記反射層の位相を制御する位相制御層とから構成され、前記光源上に前記反射層、前記位相制御層の順に積層することを特徴とする。
【００３０】
また、前記反射制御素子は、前記液晶表示層と前記光源とが積層する方向に積層した複数の前記反射層を有することを特徴とする。
【００３１】
また、前記反射制御素子は、前記液晶表示層と前記光源とが積層する方向と直交した方向に並列に配置された複数の前記反射層を有することを特徴とする。
【００３２】
また、前記反射制御素子は、液晶を含む層を有することを特徴とする。
【００３３】
また、前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、コレステリック液晶を含むことを特徴とする。
【００３４】
また、前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、液晶の液滴を含む液晶液滴層と、少なくとも１つの高分子層とが交互に積層した構造であることを特徴とする。
【００３５】
また、前記印加電圧によって反射率を制御される反射層は、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層から構成されることを特徴とする。
【００３６】
また、前記反射制御素子の一部に突出及び／または、切り込みを形成することを特徴とする。
【００３７】
また、前記反射制御素子と前記液晶表示層とを光学密着することを特徴とする。
【００３８】
また、前記印加電圧を供給する端子が、前記反射制御素子の１辺から延伸していることを特徴とする。
【００３９】
また、前記液晶表示素子に照射される外光量を感知するセンサーを備え、前記センサーによって感知された外光量に応じて、前記液晶表示層の反射部と透過部とのそれぞれを画像表示に利用し、前記反射制御素子の反射率と、前記光源の照射量とを連動させて、表示モードの切り替えを行うことを特徴とする。
【００４０】
また、前記液晶表示素子を搭載した電子機器であって、該液晶表示素子に照射される外光量を感知するセンサーを備え、前記センサーによって感知された外光量に応じて、前記液晶表示層の反射部と透過部とのそれぞれを画像表示に利用し、前記反射制御素子の反射率と、前記光源の照射量とを連動させて、表示モードの切り替えを行う。
【００４１】
上記のように構成された本発明においては、反射制御素子の１画素内に設けられた透過部と反射部とがそれぞれ独立に電圧を印加されることにより、反射制御素子を透過状態として反射部を暗状態として透過部にて画像表示が行われる透過表示モードと、反射制御素子を透過状態として反射部及び透過部にて画像表示が行われる反射・透過併用表示モードと、反射制御素子を反射状態として反射部及び透過部にて画像表示が行われる反射表示モードとのいずれか１つのモードに切り替えられる。
【００４２】
これにより、屋外や屋内、さらに昼夜の明るさの状況に応じた最適な表示モードを選択することができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように本発明においては、反射制御素子の１画素内に設けられた透過部と反射部とにそれぞれ独立に電圧を印加することにより、反射制御素子を透過状態として反射部を暗状態として透過部にて画像表示を行う透過表示モードと、反射制御素子を透過状態として反射部及び透過部にて画像表示を行う反射・透過併用表示モードと、反射制御素子を反射状態として反射部及び透過部にて画像表示を行う反射表示モードとのいずれか１つのモードに切り替える構成としたため、あらゆる照明環境下において、視認性の良い画面を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【００４６】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子においては、光源であるバックライト光源１６上に、反射制御素子２６と、液晶表示層２２とが、反射制御素子２６、液晶表示層２２の順に積層されている。
【００４７】
バックライト光源１６は、光源を側面に配置したサイドライト型バックライトや液晶表示素子の直下に配置した直下型バックライト、有機エレクトロ ルミネッセンスや無機エレクトロルミネッセンスなど、液晶表示層２２を背面から照射できるものであればどのようなものであってもよい。ここで、サイドライト型、直下型バックライトの光源としては、冷陰極管、白色ＬＥＤ、３原色のＬＥＤなどが挙げられる。また、バックライト光源１６は、手動、あるいは、自動的に照射量を制御できることが好ましい。
【００４８】
反射制御素子２６は、印加電圧により反射率が制御できる反射層１９と、反射層１９の位相を制御する位相制御層１４とからなり、バックライト光源１６上に、反射層１９、位相制御層１４の順に積層した構造である。
【００４９】
反射層１９は、コレステリック液晶を透明電極が形成された２枚の透明基板に狭持された構成が３層積層された構造である。
【００５０】
図３は、図１及び図２に示した反射層１９の構造を示す図である。
【００５１】
図１及び図２に示した反射層１９は図３に示すように、透明基板３０と、透明電極３１と、左螺旋コレステリック液晶３２との組み合わせを３層有している。
【００５２】
ここで用いる透明基板３０としては、ガラスやプラスチックフィルム基板などが挙げられる。これらは、できる限り、視差がないように厚さが薄く、複屈折が少ないことが望ましい。ただし、複屈折のある基板でも偏光板、位相板などの光軸に光軸を合わせて実質的に複屈折性をキャンセルしてもよく、または、積極的に基板の複屈折性を考慮した光学補償設計をしてもよい。
【００５３】
また、ここで形成された透明電極３１としては、酸化インジウム膜（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＴＯ）系、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、酸化スズカドミウム（ＣＴＯ）系の薄膜などが挙げられる。なお、これに限定するわけではなく、透明で導電性があればどのような薄膜でも構わない。
【００５４】
また、左螺旋コレステリック液晶３２は、３層とも左螺旋であり、可視光の特定波長領域の左円偏光をブラッグ反射させる螺旋ピッチを有している。具体的には、２８１．２５ｎｍ、３４３．７５ｎｍ、３９３．７５ｎｍの螺旋ピッチとし、各層でピーク波長が４５０nm、５５０ｎｍ、６３０ｎｍとなるように設定した。ここで、左螺旋コレステリック液晶３２の平均屈折率が１．６、異常光屈折率と常光屈折率の屈折率差が０．２である。ただし、螺旋ピッチはこれに限るわけではなく、７８０ｎｍ以下の螺旋ピッチであればどのような螺旋ピッチであっても構わない。
【００５５】
本実施の形態では、左螺旋コレステリック液晶３２と限定して説明しているが、右螺旋のコレステリック液晶を用いても位相制御層１４の調整により同様の効果が生まれる。
【００５６】
これにより、可視光の全波長領域の左円偏光をブラッグ反射させることができる。また、透明電極３１間に電圧を印加することにより、ブラッグ反射状態から透過状態まで可変することができる。
【００５７】
また、図３に示した構造では、紙面上方から青色をブラッグ反射する青色反射層２７、緑色をブラッグ反射する緑色反射層２８、赤色をブラッグ反射する赤色反射層２９の順に積層している。なお、これに限るわけではなく、青色反射層２７、赤色反射層２９、緑色反射層２８の順や、緑色反射層２８、青色反射層２７、赤色反射層２９の順など、どのような組み合わせの順に積層しても構わない。
【００５８】
さらに、各層を透明接着層などで貼り合わせても構わない。これにより、各層間での界面反射を低減することができる。
【００５９】
また、１枚の透明基板３０の両面に透明電極を形成し、各色の反射層の界面に存在する透明基板３１を共有化しても構わない。これにより、各層間での界面反射の低減化と薄膜化とが実現可能となる。
【００６０】
図４は、図３に示した青色反射層２７と緑色反射層２８と赤色反射層２９とが平面配置された反射層１９の構造の一例を示す図である。
【００６１】
図４に示すように、各色の反射層を平面配置したり、あるいは、平面配置と前述の積層構造とを組み合わせた構造であっても、画素ごとに可視光の全波長領域を反射できればどのような構造でもよい。
【００６２】
さらにまた、反射層１９の液晶として、コレステリック液晶と高分子ネットワークとからなる表面安定型コレステリック液晶や、高分子安定型コレステリック液晶などを用いることができる。これにより、ブラッグ反射する波長帯域を広げることやブラッグ反射の方向を正面方向に反射させることが容易になる。
【００６３】
また、反射制御素子２６への印加電圧によって反射率が制御される反射層１９は、コレステリック液晶を含むこと、あるいは、液晶の液滴を含む液晶液滴層と、少なくとも１つの高分子層とが交互に積層した構造であること、あるいは、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層を含む。これにより、反射制御素子２６の反射層１９の反射率を制御することができ、透過状態と反射状態とを切り替えられる。
【００６４】
図５は、図３及び図４に示した透明基板３０に凹凸形状が形成された反射層１９の構造の一例を示す図である。
【００６５】
図５に示すように、左螺旋コレステリック液晶３２を狭持する透明基板３０上に凹凸形状を形成しても構わない。これにより、左螺旋コレステリック液晶３２の螺旋軸をランダムにすることができ、ブラッグ反射を正面方向に変更することが容易になる。
【００６６】
図１及び図２に示した位相制御層１４は、位相差が可視光の波長全域で１／４波長である1軸性位相差板、あるいは、２軸性位相差板からなる。また、偏光板１０ｂから出射された直線偏光を概左円偏光化し、かつ、反射層１９で反射した概左円偏光を偏光板１０ｂの透過軸と一致した直線偏光に変換する光軸配置とした。ただし、可視光の波長全域で位相差を１/４波長とするために１軸性位相差板を複数、あるいは、２軸性位相差板を複数、あるいは、１軸性位相差板と２軸性位相差板とを複数組み合わせたものであってもよい。
【００６７】
また、図１及び図２に示した液晶表示層２２は、バックライト光源１６側から偏光板１０ｂ、位相補償層２１、液晶層２５、位相補償層２０、偏光板１０ａの順に積層した構造を有する。偏光板１０ａの透過軸は紙面左右方向であり、また、偏光板１０ｂの透過軸は紙面鉛直方向であり、両者はクロスニコルの配置となっている。ただし、位相補償層２０と位相補償層２１との位相差の関係で、偏光板１０ａと偏光板１０ｂとの光軸が、クロスニコルの配置からずれる光学配置になっても構わない。
【００６８】
また、図１及び図２に示した位相補償層２０は、偏光板１０ａ側から入射した直線偏光を概円偏光化するため、概１／４波長の位相差を有する１軸性位相差板、あるいは、２軸性位相差板からなる。
【００６９】
また、図１及び図２に示した位相補償層２１は、偏光板１０ｂ側から入射した直線偏光を概円偏光化するため、概１／４波長の位相差を有する１軸性位相差板、あるいは、２軸性位相差板からなる。ただし、位相補償層２０，２１は、可視光の波長全域で位相差を概１/４波長とするために１軸性位相差板を複数、あるいは、２軸性位相差板を複数、あるいは、１軸性位相差板と２軸性位相差板を複数組み合わせたものであってもよい。
【００７０】
本実施の形態では、偏光板１０ａ側から入射した直線偏光を位相補償層２０により、左円偏光化している。また、偏光板１０ｂ側から入射した直線偏光を位相補償層２１により、右円偏光化している。
【００７１】
また、図１及び図２に示した液晶層２５は、バックライト光源１６側から基板１７、電極を含む反射板１３ａまたは透明電極１３ｂ、液晶１１、透明電極１２、基板１５の順に積層されている。基板１５，１７は、透明基板である。ここで、液晶１１を配向させる配向膜やカラーフィルタ層は、説明を簡略化するため省いた。さらに、１画素内に図１に示すように透過部２３と反射部２４とが具備されている。電極を含む反射板１３ａと透明電極１３ｂとは、反射部２４と透過部２３とをそれぞれ独立に駆動する。
【００７２】
透過部２３と反射部２４との比率は、液晶表示素子の仕様に応じて、適宜変更されても構わない。
【００７３】
電極を含む反射板１３ａは、樹脂などにより表面に凹凸形状が施され、さらに、アルミニウムや銀などの金属膜で覆われている。これにより、入射した外光を正反射方向からずれた方向に反射させ、できる限り正面方向に反射させている。
【００７４】
図１及び図２に示した液晶１１の厚さは、無印加時には反射部２４で概１／４波長、透過部２３で概１／２波長の位相差となる厚さとした。具体的は、反射部２４の厚さを透過部２３の厚さの半分となるように凹凸形状の高さを設定した。ただし、これに限るわけではなく、例えば、基板１７上の電極を含む反射板１３ａと透明電極１３ｂとの高さを一定とし、基板１５側のカラーフィルタ層の高さを調整して反射部２４の厚さが透過部２３の厚さの半分となるような構成であっても構わない。
【００７５】
さらに、液晶の配向は、反射部２４にて位相補償層２０から出射された左円偏光を偏光板１０ａから出射された直線偏光と直交する直線偏光に、また、透過部２３にて位相補償層２０から出射された左円偏光を右円偏光に変換する配向であれば、ホモジニアス配向、ツイスト配向、ホメオトロピック配向、ハイブリッド配向をはじめどのような配向であっても構わない。
【００７６】
また、液晶表示層２２の表示方式は、本実施の形態のような縦電界方式に限るわけではない。横電界方式であっても、電圧を印加することにより無印加時の位相差と比較して、反射部２４で１／４波長以上、透過部２３で１／２波長以上変化するものであればどのような表示方式であっても構わない。具体的には、縦電界方式のツイストネマチック（ＴＮ）モード、スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）モード、垂直配向を利用したヴァーティカル・アライメント方式（ＶＡ方式）、ドメインパターンド・バーティカルアライメント方式（ＰＶＡ方式）、アドヴァンスト・スーパー・ヴィ方式（ＡＳＶ方式）などの垂直配向モードや異方性光学フィルムを用い、光学補償を行うフィルム補償モード、ホモジニアス配向、ハイブリッド配向など電界複屈折効果を利用したＥＣＢモードが挙げられる。また、横電界方式では、インプレインスイッチ（ＩＰＳ）方式やフリンジフィールドスイッチング（ＦＦＳ）方式が挙げられる。ただし、横電界方式を用いる場合には、基板１５上の透明電極１２をなくし、基板１７上に画素電極と共通電極とを形成し、液晶を面内に移動させる必要がある。
【００７７】
以下に、図１及び図２を用いて本実施の形態に係る液晶表示素子の表示動作を詳細に説明する。
【００７８】
まず、図１を用いて、反射表示モードの表示動作について説明する。本実施の形態の反射表示モードでは、反射制御素子２６を反射状態とする。また、反射部２４と透過部２３とを同期させて印加する電圧を同じとした。
【００７９】
図１の左図に示すように、紙面上方より、偏光板１０ａに入射した無偏光の外光が偏光板１０ａを透過することにより、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光は位相補償層２０を通過することにより、１／４波長分偏光が回転し、左円偏光に変換される。
【００８０】
その後、反射部２４に入射した左円偏光は、無印加時の液晶１１の位相差（１／４波長）分回転し、紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。そして、電極を含む反射板１３ａにより反射する。その際、直線偏光であるため、偏光方向を変化させずに紙面鉛直方向の直線偏光が反射する。
【００８１】
反射した直線偏光は、再度液晶１１により、１／４波長分位相回転して、左円偏光に変換され、位相補償層２０によって、左円偏光が紙面左右方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と一致しているので吸収されることなく、偏光板１０ａを通過する。従って、画像表示としては明状態となる。
【００８２】
一方、液晶１１に電圧が印加し、図１の右図に示すように液晶の位相差が概なくなった状態になると、液晶１１に入射した左円偏光が偏光状態を変えずに電極を含む反射板１３ａに入射する。その左円偏光が反射板１３ａによって反射すると、左円偏光が右円偏光に変換される。変換された右円偏光は液晶１１をそのまま通過し、位相補償層２０に入射する。そして、位相補償層２０によって、１／４波長分位相を回転させ、紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と直交しているので偏光板１０ａにより吸収される。従って、画像表示として、暗状態となる。
【００８３】
また、印加電圧により液晶１１の位相差を１／４波長から概０波長まで変化することができる。これにより、液晶１１に入射した左円偏光を液晶１１の位相差により無印加時の紙面鉛直方向の直線偏光から楕円偏光を経て左円偏光まで変化させることができる。従って、印加電圧によって、階調表示が可能となる。
【００８４】
また、透過部２３においては、入射した左円偏光が、無印加時の液晶１１の位相差（１／２波長）分回転し、右円偏光に変換される。その後、位相補償層２１により１／４波長分位相回転され、紙面鉛直方向の直線偏光となる。この直線偏光板は、偏光板１０ｂの透過軸と一致しているので吸収されることなく、偏光板１０ｂを通過する。通過した直線偏光は、位相制御層１４の位相差により左円偏光に変換される。そして、反射層１９の左螺旋のコレステリック液晶は反射状態であるため、この左円偏光が偏光状態を変えずに左円偏光を反射する。
【００８５】
反射した左円偏光が、再度、位相制御層１４に入射すると、左円偏光が紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ｂの透過軸と一致しているため、吸収されることなく、通過する。通過した直線偏光が位相補償層２１により、右円偏光に変換される。その後、液晶１１により１／２波長分位相回転して左円偏光となり、位相補償層２０によって、１／４波長分位相が回転して紙面左右方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と一致しているため、吸収されることなく、通過する。従って、液晶に電圧を印加しない場合には表示として明状態となる。
【００８６】
これにより、反射表示モード時に、従来利用されていなかった透過部２３に入射した外光を利用することにより、反射表示モードを明るくすることができる。また、透過部２３には基板厚みによる視差が生じるが、従来のように画素全面に視差が生じるわけではない。従って、従来技術での課題であった視認性（視差（二重像））を向上させることができる。
【００８７】
また、反射部２４と同様に、透過部２３の液晶１１に電圧を印加し、図１の右図に示すように液晶の位相差が概なくなった状態にすると、液晶１１に入射した左円偏光が偏光状態を変えずに位相補償層２１に入射する。そして、位相補償層２１により１／４波長分位相回転され、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光板は、偏光板１０ｂの透過軸と直交しているので吸収される。よって、表示として、暗状態となる。
【００８８】
このように、印加電圧により液晶１１の位相差を１／２波長から概０波長まで変化することができる。これにより、液晶１１に入射した左円偏光を液晶１１の位相差により無印加時の右円偏光から左円偏光まで可逆的に変化させることができる。従って、印加電圧によって、階調表示が可能となる。
【００８９】
以上のように、本実施の形態に係る液晶表示素子の反射表示モードでは、反射部２４と透過部２３ともノーマリホワイト表示であり、両部ともに同電圧を印加することで同じ階調表示が可能となる。
【００９０】
ここで、図１の右図に示すようにバックライト光源１６を照射状態とすると、反射制御素子２６の反射層１９により、右円偏光が透過する。透過した右円偏光は、位相制御層１４により、１／４波長分位相を回転し、紙面左右方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ｂの透過軸と直交しているため、吸収されてしまい、表示に利用されない。
【００９１】
従って、本実施の形態に係る液晶表示素子の反射表示モードでは、バックライト光源１６を照射状態にする必要はない。つまり、バックライト光源１６を非照射状態にし、液晶表示層２２を照射しない状態とするほうが好ましい。これにより、バックライト光源１６で消費される電力をなくすことができ、液晶表示素子の低消費電力に寄与する。
【００９２】
次に、図２を用いて、本実施の形態に係る液晶表示素子における反射・透過併用表示モードの表示動作を詳細に説明する。この表示モードでは、反射制御素子２６を透過状態として利用する。また、反射部２４と透過部２３とを同期させて印加する電圧を同じとした。また、バックライト光源１６を照射状態とした。
【００９３】
図２の左図及び図２の右図に示した反射部２４における表示動作は、図１を用いて説明した反射部２４における表示動作と同様である。
【００９４】
一方、図２に示した透過部２３については、紙面上方より、偏光板１０ａに入射した無偏光の外光が偏光板１０ａ透過することにより、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光は位相補償層２０を通過することにより、１／４波長分偏光が回転し、左円偏光に変換される。
【００９５】
変換された左円偏光が、無印加時の液晶１１の位相差（１／２波長）分位相が回転し、右円偏光に変換される。そして、位相補償層２１により１／４波長分位相回転され、紙面鉛直方向の直線偏光となり、偏光板１０ｂを通過する。
【００９６】
通過した直線偏光は、位相制御層１４の位相差により左円偏光に変換され、反射制御素子２６の反射層１９に入射する。反射層１９は透過状態であるため、入射した左円偏光はそのまま反射層１９を透過する。よって、透過部２３に入射した外光は、表示に利用されない。
【００９７】
また、バックライト光源１６から照射された光は、無偏光のまま反射制御素子２６を透過し、偏光板１０ｂに入射し、紙面鉛直方向の直線偏光となって透過する。
【００９８】
透過した直線偏光が位相補償層２１により、右円偏光に変換され、液晶１１により１／２波長分位相回転して左円偏光となる。さらに、位相補償層２０によって、１／４波長分位相が回転して紙面左右方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と一致しているため、吸収されることなく、通過する。従って、表示としては、明状態となり、反射部２４における表示と同様になる。
【００９９】
一方、反射部２４と同様に透過部２３の液晶１１に電圧が印加すると、外光は図２の右図に示すように、液晶１１の位相差が概なくなり、液晶１１に入射した左円偏光が偏光状態を変えずに位相補償層２１に入射する。そして、位相補償層２１により１／４波長分位相回転され、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光板は、偏光板１０ｂの透過軸と直交しているので吸収される。よって、透過部２３に入射した外光は表示に利用されない。
【０１００】
また、バックライト光源１６から照射された光は、偏光板１０ｂを透過し、紙面鉛直方向の直線偏光となる。そして、直線偏光が位相補償層２１により、右円偏光に変換され、液晶１１に入射するが、液晶１１には位相差がないため、偏光状態を変えずに液晶層２５を通過する。そして、位相補償層２０によって、１／４波長分位相が回転して紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と直交しているため、吸収される。これにより、反射部２４における表示動作と同様に暗表示となる。
【０１０１】
また、透過部２３における表示動作が、バックライト光源１６から照射された光は液晶表示層２２の偏光板１０ｂを通過後、本実施の形態の反射表示モードでの透過部２３の偏光状態と同様であることから、中間調表示も本実施の形態の反射表示モードと同様の表示動作を示す。
【０１０２】
このように、反射制御素子２６を透過状態とすることで反射部２４は外光を利用した反射表示モード、透過部はバックライト光を利用した透過表示モードとなり、反射・透過併用表示モードが可能になる。
【０１０３】
ここで、画素内の反射部２４と透過部２３との割合を設計変更することにより、反射重視の反射・透過併用表示モードや透過重視の反射・透過併用表示モードを設定することができる。
【０１０４】
また、周囲の環境が明るい場合には、反射制御素子２６の反射率を制御し、反射・透過状態とし、反射制御素子２６での反射を画像表示に利用しても構わない。ここで、バックライト光源１６からの照射量を反射制御素子２６の反射率と反比例するように制御しても構わない。これにより、バックライト光の利用効率を最適にできるため、液晶表示素子の消費電力を抑えることができる。
【０１０５】
次に、本実施の形態に係る液晶表示素子における透過表示モードの表示動作について、図２を用いて説明する。
【０１０６】
透過表示モードでは、図２の右図に示すように、反射制御素子２６を透過状態、バックライト光源１６を照射状態、液晶表示層２２の反射部２４に電圧を印加して、反射部２４を常に暗状態とし、表示に利用しないようにした。これにより、本実施の形態に係る液晶表示素子は、図２の左図に示すように、電圧が印加されていない液晶表示層２２の透過部２３のみを表示動作として利用することができる。
【０１０７】
表示動作は、上述した反射・透過併用表示モードにおける液晶表示層２２の透過部２３と同じ動作をさせる。これにより、バックライト光源１６の照射光のみを画像表示に利用するため、透過型の特徴である高画質の画像表示が可能になる。
【０１０８】
ここで、液晶表示層２２の反射部２４と透過部２３とを独立に駆動させることによりその境界付近で液晶の配向不良が起こり画質に影響を与える場合には、基板１５上の境界部付近に遮光層を設けても構わない。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態に係る液晶表示素子は、使用照明環境によって、最も適した表示モードを選択することができる。特に、反射表示モードでは、画素内の透過部２３を画像表示に用いることができる。これにより、明るい反射表示画像を提供することと同時に、従来技術で課題であった視差（二重像）による視認性の悪さを改善することができる。
【０１１０】
ここで、表示モードの切り替えは、手動でも行うことができるが、フォトセンサーを用いて外光の照射量を感知して、自動的に最適な表示モードを選択する表示モード選択ブロックを液晶表示素子内に設けても構わない。
【０１１１】
図６は、自動的に最適な表示モードを選択する表示モード選択ブロックの一例を示す図である。
【０１１２】
図６に示すように表示モード選択ブロックには、センサー部５５と、コントローラ部５６と、信号処理部５７と、信号線ドライバ５８と、ゲート線ドライバ５９とが設けられている。センサー部５５は、外光量を感知する。コントローラ部５６は、クロック及び同期のタイミングを制御する。信号処理部５７は、ＲＧＢの入力信号を直並列変換などの信号処理を行う。信号線ドライバ５８は、信号処理部５７にて処理された画素の反射部への信号線データ５１と、画素の透過部への信号線データ５２とを液晶表示層２２へ出力する。ゲート線ドライバ５９は、コントローラ部５６によって制御されたコントロール信号を液晶表示層２２へ出力する。これらと液晶表示層２２とが連動して画像表示を行っている。さらに、本実施の形態では、液晶表示層２２の１画素内の反射部５４と１画素内の透過部５３とにそれぞれ独立したソース信号を入力できるソース線が設けられ、ゲート線は共通化している。
【０１１３】
ただし、図６に示した構成に限るわけではなく、ゲート線を反射部５４と透過部５３とに独立にゲート線を設け、ソース線を共通化しても構わない。この場合、第１のタイミングで反射部５４に書き込みを行い、第２のタイミングで透過部５３に書き込みを行う。これにより、反射部５４と透過部５３とに独立な表示信号を書き込むことができる。
【０１１４】
各表示モードの設定は、外光量をセンサー部５５にて感知した後、外光量に応じた信号をコントローラ部５６に供給する。コントローラ部５６では、この信号に応じたコントロール信号を信号処理部５７、バックライト光源１６、反射制御素子２６、ゲート線ドライバ５９、及び信号線ドライバ５８に供給する。このコントロール信号に基づいて、バックライト光源１６を照射状態と非照射状態とのどちらに設定するかを選択する。また、反射制御素子２６を反射状態と透過状態とのどちらに設定するかを選択する。また、信号処理部５７にて液晶表示層２２の反射部５４及び透過部５３を画像表示に利用するか否かを選択する。そして、信号処理部５７から反射部５４及び透過部５３のそれぞれのソース信号が信号線ドライバ５８を通じて供給される。また、ゲート線ドライバ５９からゲート信号が供給される。そして、液晶表示層２２の各画素の反射部５４及び透過部５３の表示状態が決定される。
【０１１５】
具体的には、反射表示モードでは、外光量をセンサー部５５で感知した後に、バックライト光源１６を非照射、反射制御素子２６を反射状態、液晶表示層２２の反射部５４と透過部５３とも表示に利用する設定とする。また、反射・透過併用表示モードでは、バックライト光源１６を照射、反射制御素子２６を透過状態、液晶表示層２２の反射部５４と透過部５３とも表示に利用する設定にする。そして、透過表示モードでは、バックライト光源１６を照射、反射制御素子２６を透過状態、液晶表示層２２の透過部５３を表示に利用する設定とする。これにより、外光量を感知すれば、自動的に表示モードを選択することができる。
【０１１６】
また、反射・透過併用表示モードにおいて、センサー部５５であるフォトセンサーで感知した外光量に応じて、反射制御素子２６の反射率を制御し、かつ、反射制御素子２６の反射率に反比例するようにバックライト光源１６の照射量を制御する設定にしてもよい。これにより、使用照明環境に応じたきめ細かな表示モードの設定が可能になる。
【０１１７】
ここで、センサー部５５であるフォトセンサーは、本実施の形態にかかる液晶表示素子上に設けておく。たとえば、液晶表示素子の基板１０ｂ上にアクティブ素子、即ち、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを形成する工程を利用して、フォトダイオードを形成する。これにより、液晶表示素子に形成されたフォトダイオードの光起電力を測定することで外光量をモニターすることができる。フォトセンサーとしては、これに限るわけではなく、たとえば、光起電力効果を利用したフォトトランジスタ、光導電効果をした硫化カドニウムセル（ＣｄＳセル）など液晶表示素子に搭載できれば、どのようなセンサーでも構わない。
【０１１８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示素子について説明する。
【０１１９】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。また、図８は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【０１２０】
本実施の形態と第１の実施の形態との違いは、本実施の形態は、反射制御素子６０が直線偏光をブラッグ反射させ、かつ、印加電圧により反射率を制御できる配向型ホログラフィック高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）からなる反射層６１から構成される点にある。本実施の形態における上記以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１２１】
図９は、図７及び図８に示した反射層６１の構造の一例を示す図である。
【０１２２】
図７及び図８に示した反射層６１は図９に示すように、透明基板３０と、透明電極３１と、液晶と重合した液晶製モノマーが交互に積層した液晶層３３とから構成されている。その反射層６１に、紙面左右方向の直線偏光３５や紙面鉛直方向の直線偏光３５の入射光３４が入射し、出射光３７として出射される。
【０１２３】
本実施の形態における反射制御素子６０の反射層６１は、図９に示すようにホモジニアス配向した液晶層と重合した液晶性モノマーから層が交互に積層した周期構造である。この構造は、液晶と液晶性モノマーの混合物を透明電極３１を有する透明基板３０に狭持し、ホモジニアス配向させ、レーザによる干渉露光によって形成する。より具体的には、２本のレーザ光を反射層６１の両面から入射させ干渉させると、レーザ強度が弱い部分には液晶リッチな層が、レーザ強度が強い部分には液晶性モノマーが重合した液晶性モノマーがリッチな層が周期間隔３９を有して周期的に形成される。これにより、周期間隔３９に応じた特定波長をブラッグ反射させることができる。ブラッグ反射により反射された偏光３８が出力されることとなる。
【０１２４】
ここで、液晶には正の誘電異方性の液晶を用いた。無印加時には図９（ａ）に示すように液晶と重合した液晶性モノマーの屈折率が一致しているため、ブラッグ反射が起こらず透明状態となる。
【０１２５】
また、図９（ｂ）に示すように電圧を印加して液晶を紙面上下方向に配向させると、紙面左右方向のみに液晶と液晶性モノマーの屈折率差が生じるが、紙面鉛直方向には液晶と液晶性モノマーの屈折率差がない。従って、紙面左右方向はブラッグ反射するが、紙面鉛直方向はブラッグ反射しない入射偏光依存性を有した反射状態を形成できる。
【０１２６】
本実施の形態では、この反射層６１の液晶配向方向を紙面鉛直方向にして配置する。これにより、図７の偏光板１０ｂを通過した外光を反射層６１に電圧を印加することでブラッグ反射させることができ、反射表示モードとして利用できる。
【０１２７】
ブラッグ反射波長帯域を広げるため、反射層内で周期間隔の異なる層を混在させてもよい。
【０１２８】
図１０は、図７及び図８に示した反射層６１内で、周期間隔の異なる層を混在させた反射層６１の構造の一例を示す図である。ここでは、青色をブラッグ反射する周期間隔である青色周期間隔４０と、緑色をブラッグ反射する周期間隔である緑色周期間隔４１と、赤色をブラッグ反射する周期間隔である赤色周期間隔４２との層を混在させた例を示す。
【０１２９】
図１０に示すように、反射層内で周期間隔の異なる層を混在させてもよいし、また、第１の実施の形態と同様にブラッグ反射波長が赤色、緑色、青色である反射層を積層してもよいし、ブラッグ反射波長の異なる層を並列配置しても構わない。これにより、本発明の第１の実施の形態と同様の表示動作を実現することが可能になる。
【０１３０】
ただし、反射表示モードでは、反射制御素子６０の反射層６１に電圧を印加した反射状態とし、反射・透過併用表示モード、透過表示モードでは反射制御素子６０の反射層６１を無印加の状態として透過状態とする必要がある。
【０１３１】
本実施の形態における上記以外の動作及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１３２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子について説明する。
【０１３３】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。また、図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【０１３４】
本実施の形態と第１の実施の形態及び第２の実施の形態との違いは、本実施の形態は、反射制御素子６２として、電圧を印加することで位相を制御できる位相制御層６３と、ある直線偏光を反射し、これと直交する直線偏光を透過する反射層６４とを積層したものを用いた点にある。
【０１３５】
本実施の形態における上記以外の構成は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様である。
【０１３６】
図１３は、図１１及び図１２に示した位相制御層６３の構造の一例を示す図である。
【０１３７】
図１１及び図１２に示した位相制御層６３は図１３に示すように、透明基板３０と、透明電極３１と、液晶層４３とから構成されている。位相制御層６３は図１３に示すように、ホモジニアス配向した液晶層４３を透明電極３０が形成された透明基板３１で狭持した構造である。液晶層４３は、無印加時に１／２波長板として機能するようにリタデーション（複屈折位相差）を設定している。本実施の形態では、液晶表示層２２の偏光板１０ｂを通過した紙面鉛直方向の直線偏光を紙面左右方向の直線偏光に変換する光学配置とした。
【０１３８】
さらに、広帯域の１／２波長板とするため、位相制御層６３を複数層積層しても構わない。
【０１３９】
また、本実施の形態における反射層６４として、可視光に対応したワイヤグリッドタイプの反射偏光板を用いた。この偏光板を用いることにより可視光以下のアルミニウム細線からなるラインアンドスペースに平行な直線偏光を透過して、ラインアンドスペースに直交する直線偏光を反射させる機能を有している。そして、本実施の形態では、図１１に示すように紙面左右方向の直線偏光を反射させる配置とした。
【０１４０】
ここで、反射層６４として、住友スリーエム社製の商品名Ｄ−ＢＥＦ、半透過反射偏光板を用いても構わない。
【０１４１】
本実施の形態では、図１１に示した偏光板１０ｂを通過した外光の直線偏光を反射制御素子６２の位相制御層６３によって、紙面左右方向の直線偏光に変換する。そして、反射層６４によりこの直線偏光の偏光状態を変えないまま反射させることができ、反射表示モードとして利用できる。また、反射・透過併用表示モード及び透過表示モードでは、図１２に示した位相制御層６３に電圧を印加し、位相差をなくす。これにより、図１２に示すバックライト光源１９の光が反射層６４を透過することで紙面鉛直方向の直線偏光化され、位相制御層６３を偏光状態を変えずに通過する。このため、光が液晶表示層２２の偏光板１０ｂを通過する。その結果、本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の表示動作を実現することが可能になる。
【０１４２】
本実施の形態における上記以外の動作及び効果は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様である。
【０１４３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示素子について説明する。
【０１４４】
図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示素子の反射制御素子の平面図である。
【０１４５】
本実施の形態と第１〜３の実施の形態との違いは、本実施の形態は、反射制御素子４４の一部に突出及び／または、切れ込みを形成し、かつ、反射制御素子４４に印加電圧を供給する端子４７が反射制御素子４４の１辺から延伸している点にある。そして、画面を表示する液晶表示部４６が設けられている。
【０１４６】
ただし、図１４では、本実施の形態についてわかりやすくするため、実際の寸法とは異なり、反射制御素子４４の突出及び／または、切れ込みを強調している。
【０１４７】
本実施の形態における上記以外の構成は、第１〜３の実施の形態と同様である。
【０１４８】
図１４に示すように、反射制御素子４４に突出及び／または、切り込みの凹凸部を設け、バックライト光源４５に前記凹凸部に対応した凹凸部が形成されている。さらに、反射制御素子４４の１辺から延伸した端子４７が形成されている。これにより、バックライト光源４５に反射制御素子４４を実装する際、対応する凹凸部があることから固定位置の位置決めが容易になり、さらに、１辺のみから端子４７が延伸しているので反射制御素子４４を省スペースに収めることができる。また、振動や衝撃などにより、反射制御素子４４がバックライト光源４５からずれるなどの不具合を防ぐことができる。
【０１４９】
具体的な反射制御素子４４の突出部の形成方法としては、レーザカッターや型抜きなどで形成することができる。
【０１５０】
突出部及び／または切り込み部は、図１４に示す構造に限るわけではなく、バックライト光源４５に固定位置に位置決めしやすく、振動、衝撃などでずれるなどの不具合を防ぐものであればどのようなものであっても構わない。
【０１５１】
本実施の形態における上記以外の動作及び効果は、第１〜３の実施の形態と同様である。
【０１５２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示素子について説明する。
【０１５３】
図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る液晶表示素子の断面図である。
【０１５４】
本実施の形態と第１〜４の実施の形態との違いは、本実施の形態は、反射制御素子２６と液晶表示層２２とを透明な粘着層４８で光学密着させる点にある。
【０１５５】
本実施の形態における上記以外の構成は、第１〜４の実施の形態と同様である。
【０１５６】
本実施の形態における液晶表示素子は図１５に示すように、反射制御素子２６上に透明な粘着層４８を形成し、液晶表示層２２に全面に貼り付け光学密着させている。これにより、液晶表示層２２と反射制御素子２６との界面で発生していた表面反射による損失を低減することが可能となる。そのため、外光及びバックライト光の利用効率を高めることができる。
【０１５７】
ここで、粘着層４８としては、フィルム基材の両面に粘着層が形成された粘着テープや、基材レスの粘着テープのほかに、ＵＶ硬化型、熱硬化型の透明接着剤を反射制御素子２６上、あるいは、液晶表示層２２上に塗布形成し、硬化させたものを用いることができる。
【０１５８】
また、フィルム基材などによる複屈折がある場合には、光軸を液晶表示層２２の偏光板の透過軸あるは、吸収軸に合わせたり、複屈折量を加味した反射制御素子の光学設計を行って方が好ましい。
【０１５９】
本実施の形態における上記以外の動作及び効果は、第１〜４の実施の形態と同様である。
【０１６０】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１６１】
図１６は、本発明の第６の実施の形態を模式的に示す図である。
【０１６２】
本発明の第６の実施の形態においては、図１６に示すように、液晶表示素子５０が携帯電話４９に搭載されている。そして、携帯電話４９に搭載された液晶表示素子５０には、外光量を感知できるセンサーが搭載されている。これにより、外光量を感知し、外光量に応じて、液晶表示素子５０の画像表示モードを、反射表示モードと、反射・透過併用表示モードと、透過表示モードとの何れかの表示モードに自動的に切り替えることができる。これにより、使用者は、使用照明環境に関わらず、快適に携帯電話４９を使用することが可能になる。特に、反射表示モードでは、視差（二重像）の視認性低下を低減し、反射率を高めた携帯電話４９を提供することができる。
【０１６３】
また、液晶表示素子５０に搭載されているセンサーをＯＦＦし、手動で使用者がお好みの表示モードを選択することもできる。
【０１６４】
ここで、本実施の形態では電子機器として、携帯電話４９を例に挙げて説明しているが、これに限るわけではなく、液晶表示素子５０が搭載されている個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パソコン、キャッシュディスペンサまたは自動販売機などであっても構わない。またここで、携帯電話４９に搭載される液晶表示素子５０は、他の実施に形態にて説明した本発明の液晶表示素子である。
【０１６５】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態に係る電子機器について説明する。
【０１６６】
本実施の形態と第６の実施形態との違いは、本実施の形態は、液晶表示素子に照射される外光量を感知するセンサーが携帯電話本体に搭載されている点である。
【０１６７】
本実施の形態における上記以外の構成は、本発明の第６の実施の形態と同様である。
【０１６８】
これにより、液晶表示素子にセンサーを搭載する必要がなくなるため、液晶表示素子の設計の自由度が増す効果が生まれる。
【０１６９】
ここで、本実施の形態では電子機器として、携帯電話を例に挙げて説明しているが、これに限るわけではなく、液晶表示素子が搭載されている個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パソコン、キャッシュディスペンサまたは自動販売機などであっても構わない。
【０１７０】
本実施の形態における上記以外の動作及び効果は、第６の実施の形態と同様である。
【０１７１】
（第８の実施の形態）
以上、第１〜３の実施の形態における液晶表示層２２は、バックライト光源１６側から偏光板１０ｂ、位相補償層２１、液晶層２５、位相補償層２０、偏光板１０ａの順に積層した構造として説明してきた。しかし、積層順序はこれに限るものではない。
【０１７２】
図１７は、本発明の第８の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにける表示動作を示す図である。また、図１８は、本発明の第８の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【０１７３】
図１７及び図１８に示すように液晶表示層６５は、バックライト光源１６側から偏光板１０ｂ、１／２波長板１８、液晶層２５、偏光板１０ａの順に積層した構造である。本構造であっても同様の効果が生まれる。
【０１７４】
図１７に示す液晶表示素子における反射表示モードでの表示動作は、図１７の左図に示すように、反射部２４では紙面上方より、偏光板１０ａに入射した無偏光の外光が偏光板１０ａ透過することにより、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光が無印加時の液晶１１の位相差（１／４波長）分回転し、概左円偏光に変換される。そして、電極を含む反射板１３ａにより反射されると、概右円偏光に変換される。さらに、液晶１１の位相差により（１／４波長）分回転し、紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と直交しているため、吸収される。従って、画像表示としては、暗状態となる。
【０１７５】
また、液晶１１に電圧を印加し、図１７の右図に示すように液晶１１の位相差が概なくなった状態になると、液晶１１に入射した紙面左右方向の直線偏光は偏光状態を変えずに電極を含む反射板１３ａに入射する。反射板１３ａに入射した直線偏光は、反射板１３ａによって偏光状態を変えることなく反射される。その後、液晶１１をそのまま通過する。そして、紙面左右方向の直線偏光は偏光板１０ａの透過軸と一致していることから、吸収されることなく、通過する。従って、画像表示として、明状態となる。また、液晶１１に印加する電圧を変更することで中間調を表示することができる。
【０１７６】
一方、透過部２３においては、入射した紙面左右方向の直線偏光が、無印加時の液晶１１の位相差（１／２波長）分回転し、紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。その後、１／２波長板１８により１／２波長分位相回転され、紙面左右方向の直線偏光となる。この直線偏光板は、偏光板１０ｂの透過軸と直交しているので吸収される。従って、画像表示として、暗状態となり、反射部２４と一致する。
【０１７７】
また、図１７の右図に示すように液晶１１に電圧を印加すると、液晶１１の位相差が概なくなった状態になるため、液晶１１に入射した紙面左右方向の直線偏光は偏光状態を変えずに１／２波長板１８に入射する。入射した紙面左右方向の直線偏光は、１／２波長分位相が回転し、紙面鉛直方向の直線偏光に変換され、偏光板１０ｂを通過する。通過した直線偏光は、位相制御層１４の位相差により左円偏光に変換される。そして、反射層１９の左螺旋のコレステリック液晶が反射状態であるため、この左円偏光が偏光状態を変えずに左円偏光を反射する。左円偏光が、再度、位相制御層１４に入射すると、位相制御層１４によって左円偏光が紙面鉛直方向の直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光板１０ｂの透過軸と一致しているため、吸収されることなく、通過する。通過した直線偏光が１／２波長板１８により、紙面左右方向の直線偏光に変換され、液晶１１を偏光状態を変えずに通過する。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と一致しているため、吸収されることなく、通過する。従って、画像表示として明状態となる。
【０１７８】
ここで、反射表示モードでは反射制御素子２６を反射状態し、反射部２４と透過部２３とを同期させて印加する電圧を同じとした。
【０１７９】
次に、図１８に示す液晶表示素子における反射・透過併用表示モード及び透過表示モードの表示動作を詳細に説明する。
【０１８０】
この表示モードでは、反射制御素子２６を透過状態として利用する。また、反射・透過併用表示モードでは反射部２４と透過部２３とを同期させて印加する電圧を同じとした。また、透過表示モードでは、反射部２４を画像表示に利用しないように常に、暗状態とした。さらに、バックライト光源１６を照射状態とした。
【０１８１】
反射・透過併用表示モードでは、図１８の左図及び図１８の右図に示すように、反射部２４の表示動作は、図１７にて説明した反射表示動作と同様である。
【０１８２】
透過部２３の表示動作を以下に説明する。
【０１８３】
図１８の左図に示した透過部２３にて、紙面上方より入射した外光は、偏光板１０ｂによって吸収されるため、画像表示には利用できない。
【０１８４】
また、バックライト光源１６から照射された光は、無偏光のまま反射制御素子２６を透過し、偏光板１０ｂに入射し、紙面鉛直方向の直線偏光となって透過する。透過した直線偏光が１／２波長板１８により、紙面左右方向の直線偏光に変換され、無印加時の液晶１１によって１／２波長分位相回転して紙面鉛直方向の直線偏光となる。そして、この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と直交しているため、吸収される。従って、画像表示としては、暗状態となる。
【０１８５】
一方、液晶１１に電圧を印加すると、バックライト光源１６から照射された光は、偏光板１０ｂを透過し、紙面鉛直方向の直線偏光となる。そして、直線偏光が１／２波長板１８により、紙面左右方向の直線偏光に変換され、液晶１１に入射する。液晶１１には位相差がないため、偏光状態を変えずに液晶層２５を通過する。この直線偏光は、偏光板１０ａの透過軸と一致しているため、そのまま通過することになる。これにより、画像表示として明表示となる。
【０１８６】
以上説明したように、液晶表示層２２が変更されても、第１〜３の実施の形態と同様の効果が生まれる。
【０１８７】
また、液晶表示層２２はこれに限るわけではなく、偏光板１０ｂを出射した外光を反射制御素子２６にて反射させ、画素の反射部２４と同じ表示動作を行う構造であれば、どのような構造であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【図３】図１及び図２に示した反射層の構造を示す図である。
【図４】図３に示した青色反射層と緑色反射層と赤色反射層とが平面配置された反射層の構造の一例を示す図である。
【図５】図３及び図４に示した透明基板に凹凸形状が形成された反射層の構造の一例を示す図である。
【図６】自動的に最適な表示モードを選択する表示モード選択ブロックの一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【図９】図７及び図８に示した反射層の構造の一例を示す図である。
【図１０】図７及び図８に示した反射層内で、周期間隔の異なる層を混在させた反射層の構造の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【図１３】図１１及び図１２に示した位相制御層の構造の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示素子の反射制御素子の平面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る液晶表示素子の断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射表示モードにおける表示動作を示す図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態に係る液晶表示素子の構成及び反射・透過併用表示モードと透過表示モードとにおける表示動作を示す図である。
【図１９】従来の内部半透過型の半透過液晶表示装置の内部半透過型液晶素子の断面図の一例を示す。
【図２０】周囲の明るさに基づいて反射表示と透過表示との切り替えが可能な液晶表示装置の断面図の一例を示す図である。
【図２１】周囲の明るさに基づいて反射表示と透過表示との切り替えが可能な液晶表示装置の断面図の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１０ａ，１０ｂ    偏光板
１１    液晶
１２，１３ｂ，３１    透明電極
１３ａ    反射板
１４，６３    位相制御層
１５，１７    基板
１６，４５    バックライト光源
１８    １／２波長板
１９，６１，６４    反射層
２０，２１    位相補償層
２２，６５    液晶表示層
２３，５３    透過部
２４，５４    反射部
２５，３３，４３    液晶層
２６，４４，６０，６２    反射制御素子
２７    青色反射層
２８    緑色反射層
２９    赤色反射層
３０    透明基板
３２    左螺旋コレステリック液晶
３４    入射光
３５    紙面左右方向の直線偏光
３６    紙面鉛直方向の直線偏光
３７    出射光
３８    ブラッグ反射により反射された偏光
３９    周期間隔
４０    青色周期間隔
４１    緑色周期間隔
４２    赤色周期間隔
４６    液晶表示部
４７    端子
４８    粘着層
４９    携帯電話
５０    液晶表示素子
５１    反射部への信号線データ
５２    透過部への信号線データ
５５    センサー部
５６    コントローラ部
５７    信号処理部
５８    信号線ドライバ
５９    ゲート線ドライバ
【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】
2008046329.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008046329.tif 000009
【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】
2008046329.tif 000019
【図１８】
2008046329.tif 000020
【図１９】
2008046329.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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