(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の第１、第２透明基板間に液晶が封入され、前記第１透明基板の液晶封入側となる内面に入射する光の一部分を透過させ他の少なくとも一部分を反射させる半透過反射層が設置されてなる透過表示と反射表示が可能な液晶表示パネルと、
光源、及び、該光源から射出された光を端面から入射させ、前記第２透明基板側から液晶表示パネル内に入射させるとともに、対向する板面の一方から入射した光を他方の板面から出射させる導光部材を備える照明ユニットと、
回動可能に枢支され、前記液晶表示パネルから出射される光を所望の方向に反射させる光反射板とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記照明ユニットは、前記液晶表示パネルの表示領域よりも広い面積を備えた透明な導光板の端面に発光ダイオードが対向設置されてなり、前記導光板を前記第２透明基板に対向させて配置され、前記端面から入射した光を前記第２透明基板に対向させた主面から面状に出射させるとともに前記第２透明基板から出射される光を前記主面に入射させて反対側の主面から出射させる面発光照明ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶表示パネルから出射され前記光反射板に向かう光路に、更に、入射する光の一部を所望の方向に反射させると共に他の一部を透過させて前記光反射板に入射させる半透過反射板を回動自在に介設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同じ画像を複数の異なる方向から同時に観察可能な液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一般に、その視野角特性から、表示面に対して斜め方向から観察する場合、正面方向から観察する場合に比べて著しくコントラスト等の画質が低下してしまう。従って、同じ画面を複数人が同時に同じ良好な画質で観察することが難しい。特に、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等のモバイル機器のディスプレイとして用いられる場合、画面が小さい為に複数人による同時観察はより一層難しい。
【０００３】
そこで、従来、表裏両面から画像を観察できる特許文献１に示されるような液晶表示装置をディスプレイとして用いた電子機器が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２８７９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される液晶表示装置による場合、表面から観る画像と裏面から観る画像とでは観察画像が互いに鏡像の関係となり、同時に表裏両面から同じ画像を観察することはできない。また、どちらの面から見る場合も、自然光による反射表示であるため、照明装置を用いた画像に比べて表示が不明瞭である。
【０００５】
本発明の目的は、照明装置を用いて複数の方向から同一の画像をコントラスト及び輝度が共に高い高度な画質で同時に観察できる液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液晶表示装置は、一対の第１、第２透明基板間に液晶が封入され、前記第１透明基板の液晶封入側となる内面に入射する光の一部分を透過させ他の少なくとも一部分を反射させる半透過反射層が設置されてなる透過表示と反射表示が可能な液晶表示パネルと、光源、及び、該光源から射出された光を端面から入射させ、前記第２透明基板側から液晶表示パネル内に入射させるとともに、対向する板面の一方から入射した光を他方の板面から出射させる導光部材を備える照明ユニットと、回動可能に枢支され、前記液晶表示パネルから出射される光を所望の方向に反射させる光反射板とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の液晶表示装置によれば、半透過反射層を備えた液晶表示パネルの反射表示を観察する側から照明ユニットによる照射光を入射させて反射表示と透過表示を異なる側から観察するとともに、何れか一方の表示を光反射板で反射させて観察する構成としたから、複数の異なる方向から同一の画像をコントラスト及び輝度が共に高い高画質で観察することが可能となる。
【０００８】
本発明の液晶表示装置においては、照明ユニットとして、前記液晶表示パネルの表示領域よりも広い面積を備えた透明な導光板の端面に発光ダイオードが対向設置されてなり、前記導光板を前記第２透明基板に対向させて配置され、前記端面から入射させた光を前記第２透明基板に対向させた主面から面状に出射させるとともに前記第２透明基板から出射される光を前記主面に入射させて反対側の主面から出射させる面発光照明ユニットを用いることが好ましく、これにより、複数の方向から同一の画像をコントラスト及び輝度が共に高い高度な画質で観察することができる液晶表示装置の小型薄型化が促進される。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置では、液晶表示パネルから出射され前記光反射板に向かう光路に、更に、入射する光の一部を所望の方向に反射させると共に他の一部を透過させて前記光反射板に入射させる半透過反射板を回動自在に介設することが好ましく、これにより、少なくとも異なる３方向から同一の画像を同時に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施形態としての液晶表示装置を示す模式的断面図である。
本実施形態の液晶表示装置は、大略、筐体１内に収納された液晶表示パネル２と照明ユニット３、及び前記筐体１に被装された鏡を備える光反射板４とで、構成されている。
【００１１】
筐体１は、扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１０１に、底板を除去した同形状のカバーケース１０２が、嵌装されてなる。これら両ケース１０１、１０２は、共に金属板を加工して形成されている。収納ケース１０１の底板１０１１には、表示を観察するための第１表示窓１０１２が穿設され、カバーケース１０２の天板１０２１には表示を観察するための第２表示窓１０２２が穿設されている。
【００１２】
上記筐体１内には、液晶表示パネル２と照明ユニット３が２段重ねに収納されている。液晶表示パネル２においては、一対の矩形をなすガラス基板２０１、２０２が枠状に配置されたシール材２０３を介し所定の間隙を保って接合されている。これら一対のガラス基板２０１、２０２間には、液晶が封入され、液晶層２０４が形成されている。
【００１３】
一対のガラス基板２０１、２０２のうちの第２表示窓１０２２に近い第２ガラス基板２０２の内面には、複数の表示電極２０５が紙面垂直方向に向けて互いに平行に配設されている。これら表示電極２０５の間には、樹脂ブラック等の遮光材料からなるブラックマトリクス２０６が配設されている。そして、それら表示電極２０５とブラックマトリクス２０６を被って、配向膜２０７が一様に被着されている。この配向膜２０７には、液晶分子の配向を規制するために所定の方向に配向処理が施されている。
【００１４】
一方、第１ガラス基板２０１の内面には、半透過反射層２０８が設置されている。この半透過反射層２０８は、アルミニウムや銀とパラジウムと銅の合金等の高光反射率金属材料を用いて、スパッタリング法や蒸着法により０．０１μｍ〜０．０５μｍの膜厚に形成した、極薄金属膜からなり、その光反射率は約７０％、光透過率は約１０％程度である。
【００１５】
上記半透過反射層２０８には、カラーフィルタ層２０９が積層されている。カラーフィルタ層２０９は、赤、緑、青の各色の色要素２０９ｒ、２０９ｇ、２０９ｂが所定の配列で並設されてなる。
【００１６】
カラーフィルタ層２０９の上には透明保護層２１０が積層されている。本実施形態においては、透明保護層２１０の材料として、カラーフィルタ層２０９の基材とは光屈折率が僅かに異なる材料が用いられている。例えば、カラーフィルタ層２０９の基材として光屈折率が１．６程度のアクリル樹脂を用いた場合は、透明保護層２０９の材料として光屈折率が１．５程度のポリカーボネイト樹脂を用いればよい。
【００１７】
透明保護層２１０の上には、複数の走査電極２１１が前述した表示電極２０５と直交する方向(紙面方向)に平行に配設されている。そして、これら走査電極２１１を被って、配向膜２１２が一様に被着されている。配向膜２１２には、所定の方向に配向処理が施されている。
【００１８】
なお、図示されてはいないが、第１、第２ガラス基板２０１、２０２の液晶封入側の内面とは反対側の各外面には、それぞれ、位相差板と偏光板が積層されている。これらの位相差板及び偏光板は、明瞭な表示が行われるように、液晶層２０４の電気光学特性に応じてリタデーション等の光学特性や透過軸或いは遅相軸等の各光学軸の配置が設定されている。
【００１９】
上述のように構成された液晶表示パネル２の第２ガラス基板２０２側には、上述した図示していない位相差板と偏光板を介して、サイドライト型面発光照明ユニット３が配置されている。この照明ユニット３は、照射対象の液晶表示パネル２に大略対応した矩形をなす透明な導光板３０１の一端面３０１１に、複数個の点光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)という）３０２が対向設置されてなる。
【００２０】
導光板３０１は、液晶表示パネル２の第２ガラス基板２０２に位相差板及び偏光板を挟んで接着材等により隙間なく接着され、この接着された面（以下、内面という）３０１２とは反対側の外面３０１３には、導光板３０１内部を面方向に進行する光が入射すると内面側に反射させ、厚さ方向に沿って入射した光を透過させることができるように、微細な溝(不図示)が形成されている。
【００２１】
したがって、ＬＥＤ３０２から射出され、導光板３０１内に対向する端面３０１１から入射した光は、面方向に進行するうちに外面３０１３に入射し、ここで内面３０１２側へ全反射される。全反射された光は内面３０１２から出射して液晶表示パネル２内に入射する。また、液晶表示パネル２から出射され導光板３０１内に内面３０１２から入射した光は、外面３０１３から外部に出射する。
【００２２】
カバーケース１０２の第２表示窓１０２２が設けられている天板１０２１の外側には、光反射板４が被装されている。光反射板４は、反射鏡４０１とこれを保持するフレーム４０２とからなり、その一方の端部を天板１０２１の端部に設置されているヒンジ５により回動自在に枢支されている。この光反射板４が天板１０２１を覆って第２表示窓１０２２が閉じた状態においては、反射鏡４０１が天板１０２１に対接し、液晶表示パネル２の第２ガラス基板２０２に正対している。
【００２３】
次に、本実施形態の液晶表示装置による作用効果について、説明する。
まず、液晶表示装置の表示を一人で観察する場合は、図１に示すように、第２表示窓１０２２を光反射板４で覆って閉じ、第１表示窓１０１２を介して表示を観察する。
【００２４】
この状態下においては、ＬＥＤ３０２から射出された光（破線で示す）が、導光板３０１内に端面３０１１から入射し、導光板３０１内を面方向に進行するうちに外面３０１３に形成されている微細溝(不図示)に入射し、内面３０１２に向けて反射される。反射された光は、内面３０１２から出射し、液晶表示パネル２内に入射する。なお、外面３０１３に入射する光には、反射されずに外部に出射する光も存在するが、外部に出射した光は、閉じられた光反射板４の反射鏡４０１により反射されて導光板３０１内に再入射させられるから、ＬＥＤ３０２からの射出光のロスが略解消され、光の利用効率が格段に向上する。
【００２５】
導光板３０１から出射され偏光板と位相差板を透過し第２ガラス基板２０２に入射した光は、表示電極２０５と配向膜２０７を透過して液晶層２０４に入射し、ここで、入力信号に応じて挙動する液晶分子による電気光学作用を受けた後、配向膜２０１２、走査電極２１１、透明保護層２１０、カラーフィルタ層２０９を順次透過して半透過反射層２０８に入射する。半透過反射層２０８では、入射光の一部分を透過させ他の大部分を反射させる。
【００２６】
半透過反射層２０８を透過した光は、第１ガラス基板２０１とその外面に積層された位相差板及び偏光板を透過し、第１表示窓１１２から外部に出射される。
【００２７】
一方、半透過反射層２０８で反射された光は、これまでの光路を逆行して導光板３０１をその厚さ方向に透過し、第２表示窓１０２２を通って光反射板４の反射鏡４０１に入射し、鏡面反射される。反射鏡４０１により鏡面反射された光は、再び光路を逆行し、半透過反射層２０８に再入射し、そのうちの一部分が透過し、他の大部分が反射される。このように、半透過反射層２０８と反射鏡４０１との間で光の反射が繰り返され、やがて、その大部分が半透過反射層２０８を透過し、第１表示窓１０１２から外部に出射される。
【００２８】
その結果、観察者１０は、第１表示窓１０１２を介して、照明ユニット３から出射された充分な光量の照射光による高輝度で明瞭な透過表示画像を観察することができる。
【００２９】
次に、図２に示すように、二人の観察者１０、２０により同じ画像を異なる方向から観察する場合について説明する。
【００３０】
まず、光反射板４を、所望の角度α、つまり観察者２０の位置において液晶表示パネル２の表示を反射鏡４０１により反射させて観察するのに最も適した角度αとなるように開く。
【００３１】
この場合も、光反射板４を閉じた場合と同様に、ＬＥＤ３０２から射出された光は、導光板３０１内に端面３０１１から入射し、外面３０１３で微細溝(不図示)により内面３０１２に向けて反射され、液晶表示パネル２内に入射し、液晶層２０４による電気光学作用を受けた後、液晶半透過反射層２０８に到達する。
【００３２】
半透過反射層２０８に到達し、これを透過した光は、第１ガラス基板２０１とその外面に積層された位相差板及び偏光板を透過し、第１表示窓１０１２から外部に出射され、もう一方の観察者１０により視認される。これにより、観察者１０は、液晶表示パネル２の透過表示をその第１ガラス基板２０１側（以下、液晶表示パネル２の表側という）の正面方向において明瞭に観察することができる。
【００３３】
半透過反射層２０８により反射された光は、これまでの光路を逆行し、第２ガラス基板２０２から出射して導光板３０１を透過し、第２表示窓１０２２を通って筐体１の外部に出射する。出射した光は、反射鏡４０１により鏡面反射され、観察者２０により視認される。したがって、観察者２０は、液晶表示パネル２の第２ガラス基板２０２側（以下、液晶表示パネル２の裏側という）に反射表示される画像の鏡像を好適な視角で明瞭に観察することができる。この場合、液晶表示パネル２の裏側から表示画像を直接視認すると、表側から視認する画像が反転されて視認されることになるが、観察者２０が観察する画像は、その反転画像の鏡像であるから、観察者１０と同一画像を同時に観察することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置によれば、半透過反射層２０８を備えて表裏両面から表示画像を視認可能な液晶表示パネル２の裏面側に、反射鏡４０１を備えた光反射板４を回動開閉可能に設け、裏面側から視認される半透過反射層２０８により反射された光による表示画像を反射鏡４０１により反射させた鏡像として観察する構成としたから、光反射板４を閉じた状態では、反射鏡４０１により照明ユニット３からの照射光のロスが押さえられ、表側から充分な光量による高輝度で明瞭な透過表示による画像を観察でき、光反射板４を所望の角度αに開いた状態では、液晶表示パネル２の表側の正面方向と裏側の反射鏡４０１による反射方向の異なる２方向から、別個の観察者１０、２０が片方が反転されることなく同一の画像を同時に明瞭に観察することができる。
【００３５】
次に、上記実施形態の変形例を、図３に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３６】
本変形例の液晶表示装置は、上記実施形態における筐体１内の液晶表示パネル２と照明ユニット３の配置を逆転させたものである。
【００３７】
すなわち、筐体１の第１表示窓１０１２が設けられた表側に照明ユニット３が配置されるとともに光反射板４が設置された裏側に液晶表示パネル２が配置され、液晶表示パネル２の半透過反射層２０８が積層されている第１ガラス基板２０１が、カバーケース１０２の第２表示窓１０２２が設けられている天板１０２１に対接している。
【００３８】
従って、本液晶表示装置の表側に正対する観察者１０は半透過反射層２０８により反射された光による反射表示画像を観察し、裏側の反射鏡４０１を覗く観察者２０は、照明ユニット３をバックライトとする透過表示画像が反射鏡４０１により反射された鏡像を観察する。この場合も、双方の観察者１０、２０は、共に同一の画像を同時に明瞭に観察することができる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態について、図４及び図５に基づき説明する。本実施形態においても、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の液晶表示装置は、その裏側に、ハーフミラー６を介して反射鏡４０１を備える光反射板４を回動自在に設置し、３人の観察者１０、２０、３０が同時に同じ画像を異なる方向から観察できるようにしたものである。
【００４１】
すなわち、筐体１の裏側外面には、ハーフミラー６が一端部をヒンジ７により回動自在に枢支されて設置され、このハーフミラー６の他端部にヒンジ８を介して上記実施形態のものと同じ光反射板４が回動自在に連結されている。その他の構成は、図１に示した上記実施形態と同じである。
【００４２】
ハーフミラー６は、反射偏光板６０１が透明な保持板６０２により保持されてなる。半透過反射板６０１は、光学軸として互いに直交する透過軸(不図示)と反射軸(不図示)を備えた偏光板であり、その透過軸を第２ガラス基板２０２の外面に設置してある偏光板(不図示)の透過軸に平行に揃えることにより、入射光の約半分をその透過軸に偏光方向を揃えて透過させ、残りの約半分を反射させる。なお、ハーフミラーとしては、本実施形態のような反射偏光板を用いたものに限らず、入射光の約半分を透過させ残りの約半分を反射させることが可能な光学部材であればよく、例えばＡｌ2 Ｏ3 、ＺｒＯ2 等の高屈折率半透明反射膜を透明基材上に蒸着したものも好適に用いることができる。
【００４３】
次に、本実施形態の液晶表示装置による作用効果について、説明する。
液晶表示装置の表示を一人で観察する場合は、図４に示すように、光反射板４とこれに連結されたハーフミラー６を折り畳んで裏側の第２表示窓１０２２を閉じ、表側の第１表示窓１０１２を介して表示を観察する。
【００４４】
この状態においては、図１に示した実施形態と同様に、バックライトとなる照明ユニット３の照射光による透過表示画像が、観察者１０により第１表示窓１０１２を介して観察される。この場合も、裏側を閉じるハーフミラー６と光反射板４の反射鏡４０１とで光の利用効率が高められ、液晶表示パネル２に対して表側の正面方向に位置した観察者１０は、充分な光量による高輝度で明瞭な透過表示画像を観察することができる。
【００４５】
次に、図５に示すように、三人の観察者１０、２０、３０により同じ画像をそれぞれ異なる方向から観察する場合について説明する。
【００４６】
まず、光反射板４とハーフミラー６を蛇腹式に開いて第２表示窓１０２２を開放する。このとき、ハーフミラー６は、筐体１の天板１０２１に対する角度αが観察者２０の位置において液晶表示パネル２の表示を反射偏光板６０１により反射させて観察するのに最も適した角度となるように開き、光反射板４は、ハーフミラー６に対する角度βが観察者３０の位置において液晶表示パネル２の表示を反射鏡４０１により反射させて観察するのに最も適した角度となるように開く。
【００４７】
これにより、観察者１０は、上記実施形態の図２に示した場合と同様に、照明ユニット３からの照射光をバックライトとした透過表示画像を観察し、観察者２０は、半透過反射層２０８で反射され裏側の第２表示窓１０２２から出射された光のうち、ハーフミラー６により反射された光による反射表示画像を観察し、観察者３０は、第２表示窓１０２２からの出射光のうちのハーフミラー６を透過し反射鏡４０１により反射された光による反射表示画像を観察することができる。
【００４８】
この場合も、観察者２０、３０が観察する画像は、表側から視認する画像が裏側から見るために反転した画像がそれぞれ反射偏光板６０１及び反射鏡４０１で反射された鏡像であるから、観察者２０、３０は観察者１０と同一画像を同時に互いに異なる方向から観察することができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置によれば、半透過反射層２０８を備えて表裏両面から表示画像を視認可能な液晶表示パネル２の裏面側に、反射偏光板６０１を備えるハーフミラー６と反射鏡４０１を備えた光反射板４とを回動自在に連結して折畳み式開閉可能に設け、裏面側から視認される半透過反射層２０８により反射された光による反射表示画像を反射偏光板６０１と反射鏡４０１によりそれぞれ異なる方向に反射させた鏡像として観察する構成としたから、裏側を閉じた状態では、反射偏光板６０１及び反射鏡４０１により照明ユニット３からの照射光の逸散が抑えられ、表側から充分な光量による高輝度で明瞭な透過表示による画像を観察でき、ハーフミラー６と光反射板４をそれぞれ所望の角度α、βで開いた状態では、液晶表示パネル２の表側の正面方向と裏側の反射偏光板６０１及び反射鏡４０１による各々の反射方向との異なる３方向から、それぞれ、三人の観察者１０、２０、３０が反転されていない同一の画像を同時に明瞭に観察することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、半透過反射層は、上記実施形態のような薄膜金属膜によるものに限らず、１画素を光透過エリアと光反射エリアに区画し光反射エリアにのみ光反射膜を設けたものであってもよい。
【００５１】
また、本発明によれば、複数枚のハーフミラーを組み合わせることにより、異なる４方向以上から同じ画像を同時に観察することが可能な液晶表示装置も実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態としての液晶表示装置を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態としての液晶表示装置による作用効果を示した模式的断面図である。
【図３】上記実施形態の変形例を示した図２に対応する模式的断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態としての液晶表示装置を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態としての液晶表示装置による作用効果を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１                        筐体
１０１                    収納ケース
１０２                    カバーケース
２                        液晶表示パネル
２０８                    半透過反射層
３                        照明ユニット
３０１                    導光板
４                        光反射板
４０１                    反射鏡
６                        ハーフミラー
６０１                    反射偏光板
【図１】
0004793026.tif 000002
【図２】
0004793026.tif 000003
【図３】
0004793026.tif 000004
【図４】
0004793026.tif 000005
【図５】
0004793026.tif 000006