(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を介して下部基板と平行に配置された上部基板の上面に付着されて、外部入射光のうち、一部は透過させて、一部は反射する高透過偏光板と、前記高透過偏光板の上面に付着されて、外部入射光を全量透過し、前記高透過偏光板から一部反射された反射光を前記高透過偏光板に透過可能な偏光方向に光の進行方向を変更して前記高透過偏光板に返す光学系とを含み、
前記光学系が、前記高透過偏光板から一部反射された反射光を屈折させて側方に導出し、側方から導入された光を再び高透過偏光板に導びく導光板、前記導光板の側方に設けられて、透過される光にλ／４の位相遅延を与える遅延板、および前記遅延板の後面に付着される反射板で構成されることを特徴とする反射形液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射形液晶表示素子に関する。より具体的には、前方入射光の中で、偏光板で吸収されて消滅される部分を改善して反射効率を向上させることができる反射形液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示素子（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）は低駆動電圧および低消費電力や、液晶パネルの平坦性などによってディジタル腕時計、電卓またはラップトップコンピュータなどに多様に適用されるとともに、壁掛け型ＴＶなどに応用されている平板ディスプレイである。この液晶表示素子は、配列方向の変化にしたがって光の反射特性が変化する液晶の誘電異方性によって文字、数字などを表示する。
【０００３】
このような液晶表示素子には、バックライトを採用して光を局部的に透過させることによって文字、数字などを表示する透過形（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｔｙｐｅ）と、後面にフィルムになっている反射基板を採用して前方の入射光を反射する反射形（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｔｙｐｅ）とがある。
【０００４】
図４は従来の反射形液晶表示素子の断面説明図である。液晶表示素子は基本的に、平行に配置されたガラス材質の上部基板２Ａと下部基板２Ｂの対向面に各々透明電極４Ａ、４Ｂが積層して形成されており、そのあいだに配向された液晶層６が介されている。前記上部基板２Ａの上面には偏光板８が付着され、下部基板２Ｂの底面には反射膜１０が付着された構造になっている。
【０００５】
カラー液晶表示素子の場合には、前記構造にカラーの具現のための赤、緑、青のカラーフィルターＲ、Ｇ、Ｂおよびそのカラーフィルターなどのあいだに介されるブラックマトリクスＢＭがさらに付加されている。
【０００６】
このような構造になっているカラー液晶表示素子は、上下透明電極４Ａ、４Ｂのあいだに駆動信号をかけて電界を発生させると、この電界の方向によって液晶層６の液晶分子などの配列構造が変わりながら光を透過させる。
【０００７】
光の透過過程を説明すると、外部入射光は偏光板８を通して入射されながら円偏光で直線偏光に変化されて、この直線偏光は上部基板２Ａ、カラーフィルターＲ、Ｇ、Ｂおよび透明電極を順に経て液晶層６を透過したのち、楕円偏光になって透明電極４Ｂおよび下部基板２Ｂを順次透過して反射膜１０で反射される。この反射膜１０で反射された反射光は前記過程とは逆の順序にて上部基板２Ａまで透過されて偏光板８に投影されることによって、外部の観測者に画素を表示する。
【０００８】
図５は従来の反射形液晶表示素子において光が透過される程度を説明するために模式的に示した概略図である。外部光が偏光板８に入射されると、この中の５０％に該当するものは偏光板８で吸収されて消滅される（以下、Ｓ波という）。残りの５０％は液晶表示素子内部に入射された（以下、Ｐ汳という）のち、反射膜１０を通して外部に出射されるので、この液晶表示素子の光利用効率は５０％程度になる。図５において、外部に出射されるＰ波はＰａ波で表示している。
【０００９】
このように従来の反射形液晶表示素子は、光の利用効率が低く、表示された文字などの視認性が良好ではなかったので、光効率の向上のためのいろいろな改善方法が試されている。
【００１０】
このうち代表的な一つが偏光による透過性能が改善された高透過偏光板を使用する方法である。前記高透過偏光板としてはＤＥＢＦ偏光板（商品名。３Ｍ社製偏光板）がよく知られている。
【００１１】
しかし、このような高透過偏光板を採用した反射形液晶表示素子においても、偏光板の透過度にしたがって光効率が決定されるので、偏光板によって提供することができる限界以上に光効率を向上させることができないという短所をもっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は液晶表示素子の入射光のうち、前面偏光板で消滅される光量を減らして光の利用効率をさらに向上させることができる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射形液晶表示素子は、液晶層を介して下部基板と平行に配置された上部基板の上面に付着されて、外部入射光のうち、一部は透過させて、一部は反射する高透過偏光板と、前記高透過偏光板の上面に付着されて、外部入射光を全量透過し、前記高透過偏光板から一部反射された反射光を前記高透過偏光板に透過可能な偏光方向に光の進行方向を変更して前記高透過偏光板に返す光学系とを含むことを特徴としている。
【００１４】
前記光学系が、前記高透過偏光板から一部反射された反射光を屈折させて側方に導出し、側方から導入された光を再び高透過偏光板に導びく導光板、前記導光板の側方に設けられて、透過される光にλ／４の位相遅延を与える遅延板、および前記遅延板の後面に付着される反射板で構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の反射形液晶表示素子の断面図である。平行に配置された上部基板２Ａと下部基板２Ｂの対向面に各々透明電極４Ａ、４Ｂが積層して形成されるとともに、そのあいだに液晶層６が介されて、前記下部基板２Ｂの底面に反射膜１０が付着される構造は従来の反射形液晶表示素子と同一である。また従来と同様に、赤、緑、青のカラーフィルターＲ、Ｇ、Ｂおよびそのカラーフィルターなどのあいだに介されるブラックマトリクスＢＭがさらに付加されている。
【００１７】
本発明の特徴は、前記上部基板２Ａの上面に高透過偏光板８０が付着されるとともに、前記高透過偏光板８０の上面には、外部入射光を全量透過させ、かつ前記高透過偏光板８０で反射された反射光を前記高透過偏光板８０に透過可能な偏光方向に光の進行方向を変更したのち、前記高透過偏光板８０に返す光学系９０が配置された構造にある。
【００１８】
前記高透過偏光板８０はＰ波を透過し、透過されなかったＳ波は一般的な偏光板のように消滅しなくて反射すると知られている。
【００１９】
前記光学系９０は、図２に示されたように、前記高透過偏光板８０から一部反射された反射光を屈折させて側方に導出し、側方から導入された光を再び高透過偏光板に導びく導光板９２、前記導光板９２の側方に設けられて、透過される光にλ／４の位相遅延を与える遅延板（ｒｅｔａｄａｔｉｏｎ  ｐｌａｔｅ）９４および前記遅延板９４の後面に付着される反射板９６で構成されている。
【００２０】
このように構成される本発明の反射形液晶表示素子は、上下透明電極２Ａ、２Ｂのあいだに駆動信号が印加されると、発生電界の方向によって液晶層６の液晶分子などの配列構造が変わりながら光を透過させる。
【００２１】
このとき、外部入射光のうち、一部は、光学系９０を構成する導光板９２と高透過偏光板８０を通して液晶表示素子の内部に入射されたのち、上部基板２Ａ、上部透明電極４Ａ、液晶層６、下部透明電極４Ｂおよび下部基板２Ｂを順に経て反射膜１０で反射される。そして前述した過程の逆の順序で上部基板２Ａまで透過され、ついで高透過偏光板８０および光学系９０の導光板９２を経て出射される。
【００２２】
なお、高透過偏光板８０で反射された、外部入射光のうちの残りは、反射された光を利用して光効率を高めることができる本発明の構成により、つぎのような作用をする。
【００２３】
図２〜３に図示されるように、外部光が最初に導光板９２を通して高透過偏光板８０に入射されると、このうち５０％に相当するＰ波は高透過偏光板８０を透過して、残りのＳ波は高透過偏光板８０で反射されたのち、光学系９０の導光板９２を通して側方に導出されてλ／４の遅延板９４を通して反射板９６で反射される。このように反射板９６で反射された光は再び遅延板９４を通じて導光板９２に導入されて高透過偏光板８０に入射される。
【００２４】
このような過程でＳ波は前記遅延板９４を二度経ながら偏光方向が９０°変換されて、とくに符号表示が付けられてないが、Ｓ2波とＰ2波に定義できる混合された２次入射光として再び高透過偏光板８０に入射される。
【００２５】
ここで、透過されるＰ2波を除いた残りのＳ2波の反射光は、再び前述したようと同一に導光板９２、遅延板９４および反射板９６を通して再び戻ってＳ3波とＰ3波に定義できる混合された３次入射光として高透過偏光板８０に入射される過程を繰り返しながら進行する。これによると、液晶表示素子内部の液晶層に入射される光量はＰ＋Ｐ2＋Ｐ3＋・・・Ｐnになる。ここで、Ｐ2＋Ｐ3＋・・・ＰnはＳ波の光量と同じか、少し小さくなる。
【００２６】
したがって、本発明により、外部に出射される光量（Ｐa＋Ｓa）は入射光Ｐ波とＳ波の光量を合わせたＰ＋Ｓと同じか、少し小さい。すなわち、外部入射光にほとんど等しいか、近い水準の光量を高透過偏光板８０を通して液晶層９０に入射させることにより、出射光の量が従来に比べて大きく増加する。このように、本発明の構成により、反射形液晶表示素子の光効率を従来に比べて飛躍的に向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は高透過偏光板を採用するとともに、偏光板の前面に光量を補強して光効率を向上させることができる光学系を設けることにより、液晶表示素子を通して表示される画素の視認性を良好にするとともに、反射形液晶表示素子の表示品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射形液晶表示素子を示した断面説明図である。
【図２】本発明にかかわる光学系の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の反射形液晶表示素子において光が透過される程度を説明するために模式的に示した概略図である。
【図４】従来の反射形液晶表示素子の断面説明図である。
【図５】従来の反射形液晶表示素子において光が透過される程度を説明するために模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
２Ａ  上部基板
２Ｂ  下部基板
４Ａ、４Ｂ  透明電極
６  液晶層
１０  反射模
８０  高透過偏光板
９０  光学系
９２  導光板
９４  遅延板
９６  反射板
【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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