(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、光源光を有効利用すると共に、外光によるコントラストの低下の抑制を図る。【解決手段】光源装置１２からの無偏光光を、円偏光分離層１４を介して液晶セル１６に入射させる。液晶セル１６は、電界の印加に応じて、光の位相を０〜πシフトするようにレタデーション値を変化させ、入射した円偏光の旋回方向を変調し、表面の２色性円偏光層１８に入射して、その偏光透過軸と一致する成分のみを外側に出射できるようにしている。２色性円偏光層１８は、これに入射する外光のうち５０％を透過し残りを吸収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源から出射される光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記円偏光分離層を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記円偏光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前記円偏光光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を直線偏光成分として透過し、他方の円偏光成分を吸収する光吸収型の２色性円偏光層と、を備え、前記円偏光分離層は、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさせるリタデーション値を有する位相差層と、複屈折性を有するフィルムを３層以上積層してなり、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにした平面状多層構造とから構成し、前記平面状多層構造を透過した直線偏光を、円偏光に変換するようしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
光源と、この光源から出射される光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を反射する直線偏光分離層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記直線偏光分離層を透過して入射する直線偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記直線偏光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前記直線偏光光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を吸収する光吸収型の２色性直線偏光層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
外部からの光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分として透過し、他方の円偏光成分を吸収する光吸収型の２色性円偏光層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記２色性円偏光層を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルを透過した光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、この円偏光分離層の前記液晶セルの反対側に配置され、前記円偏光分離層を透過した光を吸収する光吸収層と、を備え、前記円偏光分離層は、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさせるリタデーション値を有する位相差層と、複屈折性を有するフィルムを３層以上積層してなり、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにした平面状多層構造とから構成し、前記平面状多層構造を透過した直線偏光を、円偏光に変換するようしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記液晶セルは、その液晶層が２枚の基板に挟持され、前記電極が、前記層液晶を間にして前記２枚の基板に配置され、前記電極に電圧を印加したとき、層液晶内の液晶分子の前記基板面に対する角度が変化するモ−ドであり、これによって前記液晶のリタデーション値を変化させることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光分離層と、電界によってレタデ−ション値が変化する液晶セルとを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、偏光板に光を透過させることによって得られた偏光光を液晶層で変調するものであり、例えば、図８に示されるように、従来の代表的な液晶表示装置１は、光源装置２から出射された光を光吸収タイプの２色性直線偏光板３に入射させ、ここで得られた直線偏光光を液晶セル４に入射させるようにしている。
【０００３】
この液晶表示装置１では、前記液晶セル４に入射し、これを通過した偏光光が、液晶セル４に設けられている電極に電圧を印加し、セル内の液晶層を電界によって変化させることにより変調され、あるいは無電界で変調されることなく、液晶セル４から出射し、その外側に配置された光吸収タイプの２色性直線偏光板５により、特定方向の偏光光のみが透過されるようになっている。
【０００４】
前記光吸収タイプの２色性直線偏光板３、５は、透過軸方向の偏光光を透過し、透過軸と直交方向の偏光光のほとんどを吸収するものであり、従って、光源装置２から出射された光（無偏光光）の約５０％が２色性直線偏光板３で吸収され、このため、液晶表示装置１全体としての光の利用効率が低下し、液晶画面における十分な明るさを得るためには、より多くの光源光を２色性直線偏光板３に入射させる必要があった。
【０００５】
しかしながら、このように、光源装置２の光出射量を増大すれば、消費電力が増大するのみならず、光源装置２の発熱量も増大して、液晶セル４における液晶に悪影響を与えてしまうという問題点を生じる。
【０００６】
これに対して、例えば、特表平４−５０２５２４号公報、及び、特開平６−１３０４２４号公報等に開示されるように、光源からの無偏光光をコレステリック液晶層を用いて右または左の旋回方向の円偏光光を透過または反射することにより分離し、透過した一方の旋回方向の円偏光光を液晶セルに入射させ、反射された他方の旋回方向の円偏光板は、反射板によって反射させ、旋回方向を逆向きにしてコレステリック液晶層を透過させ、光利用効率を向上させる液晶表示装置が提案されている。
【０００７】
又、特表平９−５０６９８５号公報に開示されるように、光源からの無偏光光を延伸多層フィルムを用いて透過または反射により２つの直線偏光光に分離し、透過した一方の直線偏光光を液晶セルに入射し、反射された、前記と直交方向の直線偏光光を反射板により偏光方向を転換してから、再度延伸多層フィルムに導いて、光利用効率を向上させるようにした液晶表示装置が提案されている。
【０００８】
前記特表平４−５０２５２４号公報及び前記特開平６−１３０４２４号公報に開示された液晶表示装置における液晶層は、電界が印加されていないときに光の位相をπ（λ／２）又はπ／２（λ／４）だけシフトし、電界が印加されたときには光の位相をシフトしないようにしたものであり、この液晶層から出射した光は、外側に配置された円偏光板に入射し、ここで、その入射光の偏光度合いによって透過され、あるいは反射されるようになっている。
【０００９】
又、前記特表平９−５０６９８５号公報に開示された液晶表示装置においては、延伸多層フィルムを透過した一方の直線偏光光を液晶セルに入射させるものであるが、その液晶層のリタデーションについては開示がない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特表平４−５０２５２４号公報及び特開平６−１３０４２４号公報に開示された液晶表示装置は、次のような理由により、液晶ディスプレイの視認性の極度な悪化、大幅なコントラストの低下があり、表示品質が不十分であるという問題点があった。
【００１１】
すなわち、前記特開平４−５０２５２４号公報の液晶表示装置においては、液晶層の外側に配置され、外部から直接視認される円偏光板が波長選択反射性の低ピッチ・コレステリック塗膜からなるので、この円偏光板に入射した外光の約５０％が反射され、これが観察者の目に直接入って、視認性を極度に低下してしまう。
【００１２】
同様に、前記特開平６−１３０４２４号公報の液晶表示装置においても、外部から直接視認される色選択層が例えばコレステリック液晶からなる円偏光板であり、これも前記と同様に、入射した外光の約５０％が直接反射され、視認性が極度に低下してしまう。
【００１３】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、外光に起因する視認性の悪化及び大幅なコントラストの低下がなく、特に、透過型液晶表示装置の場合は、光の利用効率を大幅に向上することができ、反射型液晶表示装置の場合は高コントラストで、且つ、液晶層による複屈折を利用したカラー化が可能な液晶表示装置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】
【００１４】
本発明は、請求項１のように、光源と、この光源から出射される光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記円偏光分離層を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記円偏光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前記円偏光光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を直線偏光成分として透過し、他方の円偏光成分を吸収する光吸収型の２色性円偏光層と、を備え、前記円偏光分離層は、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさせるリタデーション値を有する位相差層と、複屈折性を有するフィルムを３層以上積層してなり、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにした平面状多層構造とから構成し、前記平面状多層構造を透過した直線偏光を、円偏光に変換するようしたことを特徴とする液晶表示装置により上記目的を達成するものである。
【００１５】
又、光源と、この光源から出射される光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を反射する直線偏光分離層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記直線偏光分離層を透過して入射する直線偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記直線偏光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前記直線偏光光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を吸収する光吸収型の２色性直線偏光層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置により上記目的を達成するものである。
【００１６】
又、外部からの光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分として透過し、他方の直線偏光成分を吸収する光吸収型の２色性円偏光層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記２色性円偏光層を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルを透過した光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、この円偏光分離層の前記液晶セルの反対側に配置され、前記円偏光分離層を透過した光を吸収する光吸収層と、を備え、前記円偏光分離層は、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさせるリタデーション値を有する位相差層と、複屈折性を有するフィルムを３層以上積層してなり、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにした平面状多層構造とから構成し、前記平面状多層構造を透過した直線偏光を、円偏光に変換するようしたことを特徴とする液晶表示装置により上記目的を達成するものである。
【００１７】
更に、前記液晶セルは、その液晶層が２枚の基板に挟持され、前記電極が、前記層液晶を間にして前記２枚の基板に配置され、前記電極に電圧を印加したとき、層液晶内の液晶分子の前記基板面に対する角度が変化するモ−ドであり、これによって前記液晶のレタデ−ション値を変化させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明においては、外部から視認される表面に光吸収タイプの２色性偏光板を用いると共に、この２色性偏光板に合わせて、液晶層のレタデーション値の変化を選択し、これにより、光利用効率を低下させることなく、外光に起因する大幅なコントラストの低下、視認性の悪化を防止し、且つ、液晶層の複屈折を利用することにより、コントラストの良好なカラー液晶表示装置を得ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明の実施の形態の第１例に係る液晶表示装置１０は、無偏光光を出射する光源１２と、この光源１２から出射される光のうち、右又は左の旋回方向のうち一方の（楕）円偏光成分を透過し、他方の（楕）円偏光成分を反射する円偏光分離層１４と、電界の印加により液晶のリタデーション値を変化させ、前記円偏光分離層１４を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セル１６と、この液晶セル１６の前記円偏光分離層１４と反対側に配置され、液晶セル１６を透過した前記円偏光光を受光する光吸収型の２色性円偏光層１８と、を備えて構成されている。図１中、Ｒ、Ｌはそれぞれ右円偏光、左円偏光を示している。
【００２１】
前記光源装置１２の背面（図１において下側面）には反射層１２Ａが形成されている。反射層１２Ａは、光源装置１２から出射し、円偏光分離層１４において反射された偏光成分を再度円偏光分離層１４方向に反射し、このとき円偏光成分の位相を反転させ、又は、無偏光な状態にし、円偏光分離層１４を透過できるようにして、光利用率を向上させている。
【００２２】
前記円偏光分離層１４は、例えばコレステリック液晶層から構成され、又、前記光吸収タイプの２色性円偏光層１８は、透過軸方向の偏光光を透過し、透過軸と直交する方向の偏光光のほとんどを吸収するポラロイド（商品名）等の２色性の偏光材からなる２色性直線偏光層の光吸収軸に対して、λ／４位相差層を、その進相軸又は遅相軸が４５度の角度になるように積層する等の方法により構成されている。
【００２３】
前記液晶セル１６は、図２に示されるように、２枚の基板２０Ａ、２０Ｂに挟持された液晶層２２と、図２において上側の基板２０Ａの下側面および下側の基板２０Ｂの上側面に配置され、液晶層２２を厚さ方向に挟み込む一対の画素電極２４Ａ、２４Ｂと、を備えて構成されている。
【００２４】
前記液晶セル１６における液晶層２２は、前記画素電極２４Ａ，２４Ｂから電界を印加して液晶のリタデーション値を変化させ、これにより前記円偏光分離層１４を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有するように調整されている。
【００２５】
この調整は、液晶層２２の複屈折及び厚さを制御することによって既知の様々な液晶により行うことができる。
【００２６】
このような液晶は、ＥＣＢ（Electrikally Controlled Briefringence ）方式として知られており、ＤＡＰ（Deformation of vertical Aligned Phases）モ−ド、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）モ−ド、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）モード、ＳＢＥ（Super Twisted Briefringence Effect）ＳＳＦＬＣ（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal ）モ−ド、ＯＣＢ（OpticcallyCompensated Beud ）モード、ＶＡＮ（Vertically-aligned nematic）モード等がある。
【００２７】
ＯＣＢモードは通常、ベンド配向の液晶セルと２軸性位相差板を、光吸収軸が直交関係にある光吸収型の２色性直線偏光板の間に挟んだ構成を言うが、本発明においては、ベンド配向の液晶セルのみを言う。
【００２８】
ＶＡＮモードは通常、Ｎn （ネマティック）液晶を垂直に挟んだＶＡＮ配列セルを、光吸収軸が直交関係にある光吸収型の２色性直線偏光板の間に挟んだ構成を言うが、本発明においては、ＶＡＮ配向の液晶セルのみを言う。
【００２９】
他モードも同様である。
【００３０】
なお、ＥＣＢ方式という表現は複屈折を利用したカラー表示方式としての意味で用いられる場合が多いが、本発明においては、液晶層の複屈折の値が変化するモードという意味で用いている。
【００３１】
なお、前記「実質的に０〜πシフトする」は、液晶層２２自体で位相を実質的に変化させ、あるいは、液晶セル１６とは別の位相差層を、液晶セル１６と前記２色性円偏光層１８円との間、および／または液晶セル１６と前記円偏光分離層１４との間に形成して、液晶層２２と位相差層との相互作用によりこれらを透過する光の位相を実質的に０〜πシフトする意味である。
【００３２】
例えば、前記液晶層２２自体でのリタデーション値を、０．１π〜１．１πまで変化させ、前記液晶層２２の前記２色性円偏光層１８円との間、及び／又は前記円偏光分離層１４側に別に設けたリタデーション値が実質的に０．１πである位相差層との相互作用によって、これらを透過する光の位相を実質的に０〜πシフトさせることを包含する。
【００３３】
前記相互作用とは、液晶層のリタデーション値が０．１π又は１．１πを示す時の進相軸又は遅相軸に対して、リタデーション値が実質的に０．１πである位相差層の進相軸又は遅相軸を直交させる等した場合に起こる作用のことで、例えば、０．１π−０．１π＝０、１．１π−０．１π＝π、のように計算することができる。
【００３４】
なお、位相を実質的に−π〜０シフトする作用を有する液晶セルを用いることも本発明の範囲に入ることは言うまでもない。
【００３５】
円偏光光の位相がπシフトすると逆の旋回方向の円偏光光になる。
【００３６】
上記シフトについて、図３に示されるポアンカレの球を用いて説明する。
【００３７】
ポアンカレの球は、偏光を記述したり、位相が変化したときの偏光の形がどのように変わるかを調べたりするときに用いるものであり、図３において、球の上下の両極はそれぞれ左円偏光と、右円偏光とを表わし、赤道上の点は直線偏光、その他の点は楕円偏光をそれぞれ示す。
【００３８】
又、赤道上の任意の点Ｈは水平偏光を示し、点Ｈを通る直径の反対側にある赤道上の点Ｖは垂直偏光を示す。互いに垂直な偏光は１つの直径の両端の点で表わされることになり、一般に球の半径は１であると仮定するが、光線の強度に比例するようにとってもよい。
【００３９】
又、単位の半径を持つポアンカレの球の表面にある任意の点Ｐは、経度２λ及び緯度２ωで表わされる。但し、−１８０°＜２λ＜１８０°、−９０°＜２ω＜９０°である。
【００４０】
前記経度は点Ｈから時計回りに測ったとき正であり、緯度は赤道から下向きに測ったとき、即ち右円偏光を表わす極に向かって測ったとき正である。従って、図３の点Ｐの座標は正である。
【００４１】
任意の点Ｐは、楕円の方位角λで、楕円率がｔａｎ｜ω｜の完全楕円偏光を表わす。又、点Ｐが上半球にあるか下半球にあるかによって、左回りであるか右回りであるかが決定される。これらのことをまとめると、点Ｐの表わす楕円偏光の断面図について、次の（１）式及び（２）式が成立する。
【００４２】
α＝λ               …（１）
ｂ／ａ＝ｔａｎ｜ω｜ …（２）
【００４３】
偏光の向きは２ωが正であれば右回り、負であれば左回りである。前記により、ポアンカレの球の上の１つ１つの点は異なった偏光の形を表わすことになる。即ち、１つの偏光の形は、ポアンカレの球上の１つの点で表わすことができる。
【００４４】
従って、例えばポアンカレの球の上極の点の左回りの完全円偏光を、方位角λ＝０でπ／２だけ正方向にシフトさせると、ポアンカレの球における赤道上の点Ｈに到達する。即ち、円偏光はπ／２シフトされることによって水平な直線偏光になる。同様に正方向にπシフトさせると下極に到着し右回りの完全円偏光となる。
【００４５】
又、ポアンカレの球における下極位置における右回りの完全円偏光を方位角λ＝０でπ／２シフトさせると、赤道上の点Ｖに到達し、垂直の直線偏光となり、πシフトさせると上極に到達し左回りの完全円偏光となる。シフト量がπ／２又はπでないときは楕円偏光となる。
【００４６】
前述の如く、前記円偏光分離層１４は、例えばコレステリック液晶層から構成される。このコレステリック液晶層は、一般的に、フィジカルな分子配列に基づいて、一方向の旋光成分と、これと逆回りの旋光成分とを分離する旋光選択特性を発現するが、プレーナ配列のヘリカル軸に入射した光は右旋光光と左旋光光の２つの円偏光光に分かれ、一方は透過し他方は反射される。
【００４７】
この現象は、円偏光２色性として知られ、円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択すると、コレステリック液晶のヘルカル軸方向と同一の旋光方向を持つ円偏光が選択的に散乱反射される。
【００４８】
この場合の最大旋光光散乱は、次の（３）式の波長λ0 で生じる。
【００４９】
λ0 ＝ｎａｖ・ｐ …（３）
【００５０】
ここで、ｐはヘリカルピッチ、ｎａｖはヘリカル軸に直交する平面内の平均屈折率である。
【００５１】
このときの反射光の波長バンド幅Δλは、次の（４）式で示される。
【００５２】
Δλ＝Δｎ・ｐ …（４）
【００５３】
ここで、Δｎ＝ｎ（‖）−ｎ（直角）であり、ｎ（‖）はヘリカル軸に直交する面内における最大の屈折率、ｎ（直角）は、それと直角方向のヘリカル軸に平行な面内における最小の屈折率である。
【００５４】
又、プレーナ配列のヘリカル軸に対して斜めに入射した光の選択散乱光の波長λφは、λ0 に比べて短波長側にシフトすることが知られている。
【００５５】
コレステリック液晶の材料としては、シッフ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等のネマチック液晶化合物の末端基に光学活性の２−メチルブチル基、２−メチルブトキシ基、４−メチルヘキチル基を結合したカイラルネマチック液晶化合物が望ましい。
【００５６】
又、一般に高分子液晶は、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得られる。
【００５７】
コレステリック液晶による偏光分離作用は、コレステリック液晶で一方の円偏光成分（右又は左回り）が透過され、他方の円偏光成分が反射される。
【００５８】
前記光源装置１２は、例えば、透明電極を有した透明樹脂シートに挟持された薄膜状のエレクトロルミネッセンス等からなる透明薄膜状白色面光源であって、前述の如く、例えば金属薄膜からなる反射層１２Ａがその背面に設けられている。
【００５９】
また、前記光源装置１２は、例えば、導光板に線状光源を配置した、いわゆるエッジライト型の白色面光源であっても良い。
【００６０】
上記のような液晶表示装置１０において、光源装置１２から出射した無偏光光は、その光のうちの、例えば図１に示されるように、左旋回の円偏光成分Ｌのみが円偏光分離層１４を透過して液晶セル１６に到達する。
【００６１】
他方の右旋回の円偏光成分Ｒは、円偏光分離層１４において反射され、光源装置１２の反射層１２Ａで反射される際に位相が逆転し、又は無偏光な状態となり、円偏光分離層１４を透過する左旋回の円偏光光Ｌとなって、液晶セル１６に入射する。
【００６２】
液晶セル１６における液晶層２２に画素電極２４Ａ、２４Ｂから電圧を印加することによって、前記リタデーション値を変化させ、これによって液晶セル１６を通過する円偏光光は、電界の印加により位相を実質的に０〜πシフトされる。従って、液晶セル１６に入射した左回りの円偏光光Ｌは、最大で、位相がπシフトされたとき、旋回方向が逆転した右回りの円偏光Ｒとなって液晶セル１６から出射する。
【００６３】
前記２色性円偏光層１８の偏光透過軸を前記２つの旋回方向の一方、例えば右回りに一致させておけば、液晶層２２に印加する電界を制御することによって、２色性円偏光層１８を透過する右回りの円偏光光Ｒの光量を調整することができ、液晶表示機能を持たせることができる。
【００６４】
これを図３のポアンカレの球によって説明すると、ポアンカレの球の上極の点から赤道上の点Ｈを経て下極まで方位角λ＝０で０〜π／２、π／２、π／２〜πのシフト量に応じて、左回りの円偏光は左回りの楕円偏光→水平な直線偏光→右回りの楕円偏光→右回りの円偏光となる。
【００６５】
従って、シフト量が０〜π／２の範囲では、図４に示されるように暗表示となり、π／２〜πの範囲では、シフト量が大きい程２色性円偏光層１８を透過する光量が大きくなり、これにより階調表示が可能となる。
【００６６】
前記２色性円偏光層１８は、光吸収タイプの２色性偏光板から構成されているので、外光（無偏光光）が２色性円偏光層１８の表面に入射しても、その５０％が吸収され、残りの５０％が透過し、反射成分がほとんどないので、液晶表示装置１０における画面のコントラストの低下を大幅に抑制することができる。
【００６７】
また、液晶層２２の複屈折を利用しているので、別途カラ−フィルタ−を用いることなくカラ−液晶表示機能を持たせることも可能である。
【００６８】
次に、図５に示される本発明の実施の形態の第２例に係る液晶表示装置３０について説明する。
【００６９】
図５中、「←→」、「・」はそれぞれ直線偏光の電場振動ベクトルを示しており、「←→」は紙面面内方向、「・」は紙面に垂直な方向である。
【００７０】
なお、図５において、前記図１に示される液晶表示装置１０におけると同一部分には図１と同一の符号を付することにより、説明を省略するものとする。
【００７１】
この液晶表示装置３０は、光源装置１２と、この光源装置１２から出射される光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を反射する直線偏光分離層３２と、液晶セル１６と、この液晶セル１６を透過した偏光光を受光する光吸収型の２色性直線偏光層３４と、を備えて構成されている。
【００７２】
記直線偏光分離層３２は、複屈折性を有するフィルムを３層以上に積層してなる平面状多層構造とされ、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにして、前記一方の光を透過し、他方の光を反射するようにしたものである。
【００７３】
上記のような、複屈折性を有するフィルムは、例えば特開平３−７５７０５号公報等に開示されているように、ポリカーボネ−ト系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、酢酸セルロース系樹脂等の面内複屈折性（屈折率異方性）を示す物質を延伸等の方法によって得ることができる。
【００７４】
例えば、隣り合う複屈折性層（フィルム）のＸ軸方向に振動する光線に対する屈折率は実質的にｎｘで同じであり、Ｘ軸方向での隣接する層間の屈折率差Δｎｘ（＝｜ｎｘ−ｎｘ｜）は実質的に０である。
【００７５】
これに対して、例えば、３層の複屈折性層のうち第１層と第３層のＹ軸方向に振動する光線に対する屈折率を共にｎｙ1 とし、第２層における同方向の屈折率をｎｙ2 （≠ｎｙ1 ）とすると、Ｙ軸方向での隣接する層間の屈折率Δｎｙは実質的に０でない。
【００７６】
前記屈折率差の大きい方向（Ｙ軸方向）に振動する光の反射は、屈折率差の小さい方向（Ｘ軸方向）に振動する光の反射よりも大きく、又、Ｘ軸方向の光の透過はＹ軸方向の光透過よりも大きくなる。
【００７７】
このため、Ｘ軸方向に振動する光にとって、直線偏光分離層３２が、平面状多層構造であっても、屈折率が実質的に同一であるので、直線偏光分離層３２への入射面及び出射面の２箇所でわずかな表面反射が生じるのみである。
【００７８】
これに対して、Ｙ軸方向に振動する光にとっては、平面状多層構造体内の屈折率が各層間で異なるので、直線偏光分離層３２全体への入射面及び出射面のみならず、各層間で表面（界面）反射が起こり、複屈折率層の層数が多いほどＹ軸方向に振動する光の反射回数が多くなる。
【００７９】
前記２色性直線偏光層３４は、透過軸方向の偏光光を透過し、透過軸と直交する方向の偏光光のほとんどを吸収するものであり、ポラロイド（商品名）等の２色性の偏光材から構成されている。
【００８０】
この液晶表示装置３０においては、光源装置１２からの無偏光光は、直線偏光分離層３２において一方の直線偏光成分が透過され、これと直交方向の直線偏光成分が反射される。
【００８１】
反射された直線偏光成分は、光源装置１２における反射層１２Ａで反射される際に、又は、光路中（図示せず）に配置された光拡散板等によって無偏光な状態となって、直線偏光分離層３２を透過する。
【００８２】
直線偏光分離層３２を透過した直線偏光光は、液晶層２２に入射し、ここに印加される電界により、その位相が実質的に０〜πシフトされる。
【００８３】
直線偏光光の位相がπシフトすると、前記直線偏光と直交関係にあるもう一方の直線偏光光になる。
【００８４】
これを図３のポアンカレの球によって説明すると、ポアンカレの球の赤道上の点Ｈから方位角λ＝０で０〜πシフトされることによって、水平な直線偏光は右回りの楕円偏光→右回りの円偏光→右回りの楕円偏光を経て垂直の直線偏光となる。従って、シフト量が大きい程、２色性円偏光層を透過する光量が小さくなる。又、なお、暗表示の状態を図６に示した。
【００８５】
従って、液晶層２２に、画素電極２４Ａ、２４Ｂから印加する電圧を制御することによって、２色性直線偏光層３４を透過する光の量を調整することができる。すなわち、液晶表示機能を持たせることができ、階調表示が可能である。
【００８６】
このことは、次の（５）式で表される。
【００８７】
Ｉ＝Ｉ0 sin2 ２θsin 2 （πｄΔｎ（Ｖ）／λ） …（５）
【００８８】
ここで、Ｉは２色性直線偏光層３４を透過する光の強度、Ｉ0 は入射光の強度、θは入射偏光方向と液晶セル中の通常光の振動方向とのなす角度、Δｎ（Ｖ）とｄはそれぞれ印加電圧Ｖでの液晶の複屈折率とセル厚、λは入射光の波長を示す。なお、２色性直線偏光層３４を透過しない直線偏光光は、これに吸収される。
【００８９】
又、この液晶表示装置３０においては、２色性直線偏光層３４が、無偏光光である外光が入射した場合でも、その５０％を吸収するので、反射による画面のコントラストの低下を抑制することができる。
【００９０】
上記液晶表示装置１０、３０は、いずれも透過型であるが、本発明はこれに限定されるものでなく、反射型の液晶表示装置にも適用されるものである。
【００９１】
図７の液晶表示装置４０は、図１の液晶表示装置１０を反射型にしたものであり、図１における光源装置１２に代えて、光吸収層３６を設けている。
【００９２】
他の構成は、図１の液晶表示装置１０と同一であるので、同一部分に同一符号を付することにより、説明を省略するものとする。なお、２色性円偏光層１８は右回りの円偏光光を透過し、円偏光分離層１４は左回りの円偏光光を反射するように設定されている。
【００９３】
ここで、前記光吸収層３６は、例えば黒色の紙、表面をマット化して反射が生じないようにした樹脂板、フィルム、薄膜等から構成される。
【００９４】
この反射型の液晶表示装置４０においては、外光（無偏光光）は、２色性円偏光層１８に入射し、右又は左回りの一方の右回りの円偏光光Ｒとして液晶セル１６に入射する。外光の他方の直線偏光成分は２色性円偏光層１８によって吸収されるので、反射光により画面のコントラストを低下させることがない。
【００９５】
液晶層２２に入射した右回りの円偏光光Ｒは、液晶セル１６に印加される電界の変化によって液晶のリタデーション値が変化され、これにより偏光軸が実質的に０〜π変調される。
【００９６】
これを図３のポアンカレの球によって説明すると、図７に示されるように、液晶セル１６に入射した右回りの円偏光光は、図２のポアンカレの球においては、球の下極から、シフト量０〜π／２では右回りの楕円偏光、シフト量がπ／２のとき赤道上の点Ｖで示される垂直な直線偏光、シフト量π／２〜πのとき上半球状となり、左回りの楕円偏光、シフト量πのとき上極となり、左回りの円偏光として液晶セル１６から出射する。
【００９７】
前記のように円偏光光の旋回方向は、偏光軸の変調により決定され、円偏光分離層１４に入射したとき、左旋回方向では反射、右旋回方向では透過される。
【００９８】
従って、円偏光分離層１４で反射して液晶セル１６を透過する光の量を、液晶層２２に印加する電圧によって調整することができる。
【００９９】
円偏光分離層１４で反射された左円偏光光Ｌは液晶セル１６に、前記とは同旋回方向のままで戻り、再度偏光軸が０〜π変調されて、右回りの円又は楕円偏光光Ｒとなって２色円偏光層１８を経て出射し、表示光となるが、液晶層２２から出射して円偏光分離層１４を透過した偏光成分（偏光板１８からのモレ光をも含む）は、前記光吸収層３６によって吸収、除去される。
【０１００】
このため、円偏光分離層１４で反射され、液晶セル１６を透過する偏光光（表示光）との対比において極めてコントラストの良い表示状態を得ることができる。
【０１０１】
また、液晶層２２の複屈折を利用しているので、別途カラ−フィルタ−を用いることなくカラ−液晶表示機能を持たせることも可能である。
【実施例】
【０１０２】
図１に示される液晶表示装置１０を、円偏光分離層１４としてコレステック液晶層を用い、電圧の印加によりリタデーション値を変化させ、光の位相を実質的に０〜πシフトする液晶セル１６、２色性円偏光層１８として光吸収タイプの２色性直線偏光層にλ／４位相差層を積層して作成した。
【０１０３】
液晶セル１６に電界を印加して、液晶のリタデーション値を変化させたところ、外光に起因する大幅なコントラストの低下がなく、光の利用効率を向上させることができた。
【０１０４】
図５に示される液晶表示装置３０は、直線偏光分離層３２として延伸多層層を用い、更に、前記と同様の液晶セル１６、光吸収タイプの２色性直線偏光層３４を積層して構成したところ、前記と同様に、外光に起因する大幅なコントラストの低下がなく、光の利用効率を向上させることができた。
【０１０５】
又、図７に示される反射型の液晶表示装置４０については、円偏光分離層１４としてコレステリック液晶層を用い、黒色の光吸収層３６、前記と同様の液晶セル１６、光吸収タイプの２色性円偏光層１８を積層して構成した。この場合も、外光に起因する大幅なコントラストの低下がなかった。又、液晶セルを透過した偏光成分を、黒色の光吸収層３６で吸収、除去することができるので、極めてコントラストの良い表示状態となった。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る液晶表示装置の要部を分解して示す略示断面図
【図２】同液晶表示装置における液晶セルを拡大して示す断面図
【図３】光の偏光状態を説明するためのポアンカレの球を示す線図
【図４】同液晶表示装置の暗表示の状態を示す略示断面図
【図５】同実施の形態の第２例に係る液晶表示装置を示す図１と同様の断面図
【図６】同液晶表示装置の暗表示の状態を示す略示断面図
【図７】同実施の形態の第３例に係る液晶表示装置を示す図１と同様の断面図
【図８】従来の液晶表示装置を示す図１と同様の断面図
【符号の説明】
【０１０７】
１０、３０、４０…液晶表示装置
１２…光源装置
１２Ａ…反射層
１４…円偏光分離層
１６…液晶セル
１８…２色性円偏光層
２０Ａ、２０Ｂ…基板
２２…液晶層
２４Ａ、２４Ｂ…画素電極
３２…直線偏光分離層
３４…２色性直線偏光層
３６…光吸収層
【図１】
2005316511.tif 000003
【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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