(57)【要約】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は部分反射ミラーの代わりにチューナブルミラーを使用する。チューナブルミラーは、制御可能な反射率と透過率を有するので、ＬＣＤが反射モードで動作しているときにはミラーは主に光を反射し、ＬＣＤが透過モードで動作しているときにはミラーは主にバックライトからの光を透過させる。
2004522983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶セルと、
前記液晶セルに光学的に揃えられ、制御可能な反射モードと透過モードを有し、該反射モードでは主に前記液晶セルから受光した光を反射して戻して該セルを通過させ、該透過モードでは主に前記液晶セルに向けて光を透過するチューナブルミラーと
を備えた液晶（ＬＣＤ）。
【請求項２】
前記チューナブルミラーは反転可能電気化学ミラー（ＲＥＭ）である請求項１に記載のＬＣＤ。
【請求項３】
前記ＲＥＭは拡散反射を発生するように艶消し表面を有する請求項２に記載のＬＣＤ。
【請求項４】
前記液晶セルの反対側の前記チューナブルミラー側にあり、発光状態と非発光状態との間で動作を制御により切り替え可能で、該発光の動作状態では前記ＬＣＤを背面照明するバックライトをさらに備えた請求項１に記載のＬＣＤ。
【請求項５】
前記チューナブルミラーの反対側で前記液晶セルに光学的に揃えられ、第１の直線方向の第１の偏光面を有する第１の直線偏光要素をさらに備えた請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項６】
前記チューナブルミラーと前記液晶セルとの間に光学的に揃えられ、前記第１の偏光面に直交する第２の直線方向の第２の偏光面を有する第２の直線偏光要素をさらに備えた請求項５に記載のＬＣＤ。
【請求項７】
前記第１の偏光要素と前記液晶セルとの間の第１のＡ板と、
前記第２の偏光要素と前記液晶セルとの間の第２のＡ板と
をさらに備えた請求項６に記載のＬＣＤ。
【請求項８】
前記液晶セルに光学的に揃えられ、拡散したＬＣＤ出力画像を生成する光拡散要素をさらに備えた請求項７に記載のＬＣＤ。
【請求項９】
前記チューナブルミラーによる反射時または該チューナブルミラーを透過する時に光が拡散するように前記光拡散要素はチューナブルミラーに一体化されている請求項８に記載のＬＣＤ。
【請求項１０】
前記チューナブルミラーを反射モードと透過モードとの間で切り替える第１の制御システムと、
前記バックライトを発光状態と非発光状態との間で動作を切り替える第２の制御システムと
をさらに備えた請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項１１】
前記第１の制御システムと第２の制御システムは、前記バックライトが前記発光状態のときには前記チューナブルミラーが前記透過モードで動作し、前記バックライトが前記非発光状態のときには前記チューナブルミラーが前記反射モードで動作するように直列形式で動作する請求項１０に記載のＬＣＤ。
【請求項１２】
前記第１の制御システムと第２の制御システムは、周囲光のレベルが低いときには前記バックライトは前記発光状態で動作し、前記チューナブルミラーは前記透過モードで動作し、周囲光のレベルが高いときには前記バックライトは前記非発光状態で動作し、前記チューナブルミラーは前記反射モードで動作するように、周囲光に自動的に対応する請求項１１に記載のＬＣＤ。
【請求項１３】
前記第１の制御システムと第２の制御システムは手動制御可能か周囲光に対応するかのどちらかに設定可能である請求項１２に記載のＬＣＤ。
【請求項１４】
前記チューナブルミラーは、さらに、前記液晶セルから受光した光を部分的に反射して戻して該セルを通過させ、前記バックライトから受光した光を前記液晶セルに向けて部分的に透過する少なくとも１つの中間モードで動作可能であり、
前記バックライトは、さらに、部分的に前記ＬＣＤを照明する少なくとも１つの中間動作状態で動作可能である請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項１５】
前記チューナブルミラーは、
前記第２の直線方向に直線偏光された光を第２の回転方向に円偏光された光に円偏光し、前記第２の回転方向に円偏光された光を前記第２の直線方向に直線偏光した光に直線偏光するための４分の１波（λ／４）リターダであって、不規則に偏光された光に対しては実質的に透過的なλ／４リターダと、
前記λ／４リターダに光学的に揃えられた前記液晶セルと反対側の液晶リフレクタであって、透過状態と反射状態との間で動作を制御により切り替え可能で、該反射状態で前記第２の回転方向に円偏光された光を反射し、該透過状態で光を透過するための液晶リフレクタとを備え、
前記チューナブルミラーは、前記液晶リフレクタが前記反射状態のときには前記反射モードで動作し、前記液晶リフレクタが前記透過状態のときには前記透過モードで動作する請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項１６】
前記チューナブルミラー要素は、
２つの状態の光学位相遅れがλ／２である第１の状態と第２の状態との間で動作を制御により切り替え可能なチューナブルリターダと、
前記液晶セルの反対側で前記リターダに光学的に揃えられ、前記リターダが前記第１の状態では該リターダから受光した光を反射し、該リターダが前記第２の状態では光を該リターダを通して透過させる反射偏光子とを備え、
前記チューナブルミラーは、前記リターダが前記第１の状態のときには前記反射モードで動作し、該リターダが前記第２の状態のときには前記透過モードで動作する請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項１７】
前記チューナブルミラー要素は、
０λ状態とλ／２状態との間で動作を制御により切り替え可能で、該λ／２状態では前記第１の方向に直線偏光された光の偏光面を前記第２の方向に直線偏光された光に回転し、該０λ状態では光を透過するゼロ−半波（０−λ／２）リターダと、
前記液晶セルの反対側で前記０−λ／２リターダに光学的に揃えられ、前記第２の方向に直線偏光された光を反射し、前記第１の方向の直線偏光を有する光を透過する反射偏光子とを備え、
前記チューナブルミラーは、前記０−λ／２リターダが前記０λ状態のときには前記反射モードで動作し、前記０−λ／２リターダが前記λ／２状態のときには前記透過モードで動作する請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項１８】
前記０−λ／２リターダはネマチック液晶リターダである請求項１７に記載のＬＣＤ。
【請求項２０】
前記バックライトと前記チューナブルミラーとの間に４分の１波（λ／４）リターダをさらに備えた請求項１７に記載のＬＣＤ。
【請求項２１】
前記液晶セルに光学的に揃えられた光拡散要素をさらに備え、拡散したＬＣＤ出力画像を生成する請求項１７に記載のＬＣＤ。
【請求項２２】
前記チューナブルミラーは、
２つの状態の光学位相遅れがλ／２である動作の第１の状態と第２の状態との間で動作を制御により切り替え可能なチューナブルリターダと、
前記液晶セルの反対側で前記リターダに光学的に揃えられ、前記第１の状態の該リターダから受光した光を反射し、前記第２の状態の該リターダを通して光を透過するコレステリックリフレクタとを備え、
前記チューナブルミラーは、前記リターダが前記第１の状態のときには前記反射モードで動作し、該リターダが前記第２の状態のときには前記透過モードで動作する請求項４に記載のＬＣＤ。
【請求項２３】
前記チューナブルリターダは、−λ／４状態と＋λ／４状態との間で動作を制御により切り替え可能な負４分の１波−正４分の１波（＋／−λ／４）リターダであり、
それにより、前記リターダは、前記＋λ／４状態では第２の直線方向に直線偏光された光を第２の回転方向に円偏光された光に変換し、前記第２の回転方向に円偏光された光を前記第２の直線方向に直線偏光された光に変換し、前記リターダは、前記＋λ／４状態では第１の回転方向に円偏光された光を前記第２の直線方向に直線偏光された光に変換し、
それにより、前記コレステリックリフレクタは前記第２の回転方向に円偏光された光を反射し、不規則に偏光された光の前記第１の回転方向の円偏光を有する成分を透過し、
前記チューナブルミラーは、前記＋／−λ／４リターダが前記＋λ／４状態のときには前記反射モードで動作し、前記＋／−λ／４リターダが前記−λ／４状態のときには前記透過モードで動作する請求項２２に記載のＬＣＤ。
【請求項２４】
前記＋／−λ／４リターダは、ゼロ−２分の１波（０−λ／２）リターダに光学的に揃えられた４分の１波（λ／４）リターダを備える請求項２３に記載のＬＣＤ。
【請求項２５】
前記コレステリックリフレクタは拡散反射コレステリック液晶ポリマーフィルムである請求項２３に記載のＬＣＤ。
【請求項２６】
前記＋／−λ／４リターダは強誘電性液晶リターダである請求項２３に記載のＬＣＤ。
【請求項２７】
第１の直線方向に直線偏光された光を第１の回転方向に円偏光された光に円偏光し、前記第１の回転方向に円偏光された光を前記第１の直線方向に直線偏光された光に直線偏光する４分の１波（λ／４）リターダであって、不規則に偏光された光に対しては実質的に透過的である、λ／４リターダと、
前記λ／４リターダに光学的に揃えられた液晶リフレクタであって、反射状態と透過状態との間で動作を制御により切り替え可能で、前記反射状態で前記第１の回転方向に円偏光された光を反射し、前記透過状態で光を透過する、液晶リフレクタとを備え、
前記液晶リフレクタが前記反射状態にあるときには該液晶リフレクタとは反対側から前記λ／４リターダに入射する前記第１の直線方向に直線偏光された光を反射し、前記液晶リフレクタが前記透過状態にあるときには前記円偏光要素とは反対側から該液晶リフレクタに入射する光を透過するチューナブルミラー。
【請求項２８】
０λ状態とλ／２状態との間で動作を制御により切り替え可能で、前記λ／２状態では第１の方向に直線偏光された光の偏光面を第２の方向に直線偏光された光に回転し、前記０λ状態では光を透過するゼロ−半波（０−λ／２）リターダと、
前記０−λ／２リターダに光学的に揃えられ、該リターダから受光した前記第２の方向に直線偏光された光を反射して戻して前記リターダを通過させ、前記第１の方向の直線偏光を有する光を該リターダに向けて透過する反射偏光子とを備え、
前記０−λ／２リターダが前記０λ状態にあるときには前記反射偏光子とは反対側から該０−λ／２リターダを通して受光した前記第２の方向に直線偏光された光を反射し、前記０−λ／２リターダが前記λ／２状態にあるときには該０−λ／２リターダとは反対側から前記反射偏光子を通して受光した前記第１の方向の直線偏光を有する光を透過するチューナブルミラー。
【請求項２９】
前記０−λ／２リターダはネマチック液晶リターダである請求項２８に記載のチューナブルミラー。
【請求項３０】
−λ／４状態と＋λ／４状態との間で動作を制御により切り替え可能な負４分の１波−正４分の１波（＋／−λ／４）リターダを備え、
それにより、前記＋λ／４状態では、前記リターダは第１の直線方向に直線偏光された光を第１の回転方向に円偏光された光に円偏光し、前記第１の回転方向に円偏光された光を前記第１の直線方向に直線偏光された光に直線偏光し、前記−λ／４状態では、前記リターダは第２の回転方向に円偏光された光を第１の直線方向に直線偏光された光に直線偏光し、
前記＋／−λ／４リターダに光学的に揃えられ、該＋／−λ／４リターダから受光した前記第１の回転方向の偏光を有する円偏光された光を反射して戻して該＋／−λ／４リターダを通過させ、前記第２の回転方向に円偏光された光を該＋／−λ／４リターダに向けて透過させるコレステリックリフレクタを備え、
前記チューナブルミラーは、前記＋／−λ／４リターダが前記＋λ／４状態にあるときには前記コレステリックリフレクタとは反対側から前記＋／−λ／４リターダを通して受光した前記第１の直線方向の直線偏光された光を反射し、前記＋／−λ／４リターダが前記−λ／４状態にあるときには該＋／−λ／４リターダとは反対側の前記コレステリックリフレクタを通して受光した前記第２の回転方向に円偏光された光を透過させるチューナブルミラー。
【請求項３１】
前記コレステリックリフレクタは拡散反射コレステリック液晶フィルムである請求項３０に記載のチューナブルミラー。
【請求項３２】
前記＋／−λ／４リターダは０−λ／２リターダとλ／４リターダとを備える請求項３１に記載のチューナブルミラー。
【請求項３３】
液晶セルの第１の側から入射する光の量が目視可能しきい値を超えるときには、前記液晶セルの前記第１の側から入射し、該液晶セルの第２の側から出射する光を、主に反射して戻して該液晶セルを通過させることと、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光の量が前記目視可能しきい値よりも低いときには、バックライト発光を生成し、前記液晶セルの前記第２の側から該液晶セルを通して該バックライト発光を主に透過することと
を含む液晶（ＬＣＤ）を動作させる方法。
【請求項３４】
前記主に反射する手順は、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する不規則に偏光された光を第１の偏光方向に直線偏光することと、
前記直接偏光された光を選択的に第２の偏光方向に回転させることであって、それにより前記第１と第２の偏光方向は相互に直交する、回転させることと、
前記第２の偏光方向を有する前記光を選択的に反射して戻し前記液晶セルを通過させるが、第１の偏光方向を有する光は反射しないこととを備えたこととを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記選択的に反射する手順は、
前記第２の偏光方向を有する前記光を透過するが、前記第１の偏光方向を有する光は透過しないことと、
前記第２の偏光方向を有する前記光を反射して戻し前記液晶セルを通過させることとを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記主に透過する手順は、
前記生成されたバックライト発光を前記第２の直線偏光方向に偏光することと、
前記第２の直線偏光方向を有する前記光を前記第１の直線偏光方向に選択的に回転させることとを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記液晶セルの前記第１の側から出射し、前記第１の偏光方向を有するが前記第２の偏光方向は有さない前記光をＬＣＤ出力に対して透過することをさらに含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＬＣＤを透過した前記光を拡散することであって、それにより拡散ＬＣＤ出力画像を生成する、拡散することをさらに含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
液晶セルの第１の側から入射する光の量が目視可能しきい値を超えるときには、前記液晶セルの前記第１の側から入射し、該液晶セルの第２の側から出射する光を主に反射して戻し該液晶セルを通過させることと、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光がほとんどないときには、バックライト発光を生成し、前記液晶セルの前記第２の側から該液晶セルを通して該バックライト発光を主に透過させることと、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光が前記目視可能しきい値よりも低いときには、前記液晶セルの前記第１の側から入射し、前記液晶セルの前記第２の側から出射する光を反射して戻して該液晶セルを通過させ、バックライト発光を生成し、該バックライト発光を前記液晶セルの前記第２の側から該液晶セルを通して部分的に透過し、前記光が前記目視可能しきい値に達するように、前記反射光を補うのに十分な量だけ前記バックライト発光が生成されることと
を含む液晶（ＬＣＤ）を動作させる方法。
【請求項４０】
液晶セルの第１の側から入射した、第１の直線偏光の方向を有する直線偏光された光を前記液晶セルに透過させることと、
前記偏光された光を前記液晶セルを通して透過させながら第２の直線偏光方向に選択的に回転させることであって、それにより前記第２と前記第１の直線偏光方向は相互に直交する、回転させることと、
前記第２の直線偏光方向を有する前記直線偏光された光を第２の回転方向の円偏光に円偏光することと、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光の量が所定の目視可能しきい値を超えるときには、前記第２の回転方向の円偏光を有する前記円偏光された光を反射して戻して前記液晶セルを通過させることと
を含む液晶（ＬＣＤ）を動作させる方法。
【請求項４１】
前記第２の直線偏光の方向を有する前記直線偏光された光を円偏光する前に、該第２の直線偏光の方向を有する該直線偏光された光を透過し、前記第１の直線偏光の方向を有する光を吸収することをさらに含む請求項４０に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４２】
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光の量が、所定の目視可能しきい値よりも低いときには、前記第１の側とは反対の前記液晶セル側でバックライト発光を生成することと、
前記バックライト発光を前記第２の直線偏光方向に直線偏光すること、
前記第１の側とは反対の前記液晶セル側に入射する前記第２の直線偏光の方向を有する前記バックライト発光を該液晶セルを通して透過しながら、前記第１の直線偏光の方向に選択的に回転させることと
をさらに含む請求項４０に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４３】
前記液晶セルの前記第１の側から出射し、前記第１の偏光方向を有するが前記第２の偏光方向は有さない前記光をＬＣＤ出力に対して透過させることをさらに含む請求項４２に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４４】
液晶セルの第１の側から入射した、第１の直線偏光の方向を有する直線偏光された光を該液晶セルに透過させることと、
前記偏光された光を前記液晶セルに透過させながら第２の直線偏光方向に選択的に回転させることであって、それにより前記第２と前記第１の直線偏光方向は相互に直交する、回転させることと、
前記第２の直線偏光の方向を有するが、前記第１の直線偏光の方向は持たない前記偏光された光を透過することと、
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光の量が目視可能しきい値を超えるときには前記第２の方向の直線偏光を有する偏光された光を反射して戻して該液晶セルを通過させることとを含むＬＣＤの方法。
【請求項４５】
前記液晶セルの前記第１の側から入射する光の量が、前記所定の目視可能しきい値よりも低いときには、前記第１の側とは反対の前記液晶セル側でバックライト発光を生成することと、
前記第１の方向の直線偏光を有する前記バックライト発光の成分を透過させることと、
前記第１の方向の直線偏光を有する前記光を前記第２の方向の直線偏光に回転させることと、
前記光を前記液晶セルとを通して透過しながら、前記第２の方向の直線偏光を有する該光を前記第１の方向の直線偏光に選択的に回転することと
をさらに含む請求項４４に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４６】
前記液晶セルの前記第１の側から出射し、前記第１の偏光方向を有するが前記第２の偏光方向は有さない前記光をＬＣＤ出力に対して透過させることをさらに含む請求項４５に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４７】
前記ＬＣＤを透過する前記光を拡散することであって、それにより拡散ＬＣＤ出力画像を生成する、拡散すること
をさらに含む請求項４４に記載のＬＣＤの方法。
【請求項４８】
液晶セルの第１の側から入射した、第１の直線偏光の方向を有する直線偏光された光を該液晶セルに透過させることと、
前記第１の直線偏光の方向を有する偏光された前記光を前記液晶セルに透過させながら第２の直線偏光方向に選択的に回転させることであって、それにより前記第２と前記第１の直線偏光方向は相互に直交する、回転させることと、
前記液晶セルの前記第１の側に入射する光のレベルが目視可能しきい値を超えるときには、前記第２の方向の直線偏光を有する前記光を第２の回転方向の円偏光に円偏光することと、
前記第２の回転方向の円偏光を有する前記偏光された光を前記液晶セルに向けて反射することと
を含むＬＣＤの方法。
【請求項４９】
前記第１の直線偏光の方向を有する前記偏光した光を選択的に回転した後、前記第２の直線偏光の方向を有するが第１の直線偏光の方向を有さない該偏光した光を透過させることをさらに含む請求項４８に記載のＬＣＤの方法。
【請求項５０】
前記第２の回転方向の円偏光を有する前記反射された偏光光を前記液晶セルに向けて反射した後、前記光を前記第２の方向の直線偏光に直線偏光することと、
前記直線偏光された光を前記液晶セルに透過させながら、前記第１の方向の直線偏光に選択的に回転させることと
をさらに含む請求項４９に記載のＬＣＤの方法。
【請求項５１】
前記液晶セルの前記第１の側に入射する光のレベルが前記所定の目視可能しきい値よりも低いときには、バックライト発光を生成することと、
第１の回転方向の回転偏光を有する前記バックライトの成分を透過させることと、
前記光を前記第２の方向の偏光に直線偏光することと、
前記光を前記液晶セルに透過させながら、前記第１の方向の直線偏光に選択的に回転させることと
をさらに含む請求項５０に記載のＬＣＤの方法。
【請求項５２】
前記液晶セルの前記第１の側から出射し、前記第１の偏光方向を有するが前記第２の偏光方向は有さない前記光をＬＣＤ出力に対して透過することをさらに含む請求項５１に記載のＬＣＤの方法。
【請求項５３】
動作システムと、
前記動作システムに接続され、該動作システムの特徴を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であって、
液晶セルと、
前記液晶セルに光学的に揃えられ、制御可能な反射モードと透過モードとを有するチューナブルミラーと、
前記液晶セルとは反対の前記チューナブルミラー側のバックライトであって、前記反射モードでは該チューナブルミラーが該液晶セルから受光した光を主に反射して戻して該セルを通過させ、前記透過モードでは前記ミラーは前記バックライトから受光した光を前記液晶セルに向けて主に透過するように、オン状態とオフ状態との間で動作を制御により切り替え可能である、バックライトと、
前記チューナブルミラーとは反対側で前記液晶セルに光学的に揃えられ、第１の直線方向の第１の偏光面を有する第１の直線偏光要素を備えたＬＣＤと
を備えた表示システム。
【請求項５４】
前記チューナブルミラーと前記液晶セルとの間に光学的に揃えられ、前記第１の偏光面に直交する第２の直線方向の第２の偏光面を有する第２の直線偏光要素をさらに備えた請求項５３に記載の表示システム。
【請求項５５】
チューナブルミラーを動作させる方法であって、
前記チューナブルミラーが反射モードにあるときには、該チューナブルミラーからの第１の偏光の光を主に反射することと、
前記チューナブルミラーが透過モードにあるときには、第２の偏光の光を該チューナブルミラーを主に透過することと、
を含む方法。
【請求項５６】
光を主に反射する前に、不規則に偏光された光を前記第１の偏光に偏光させることをさらに含む請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１の偏光は第１の回転方向の円偏光である請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の偏光は不規則な偏光である請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の偏光は第１の方向の直線偏光である請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
前記第１の偏光された光を主に反射する前に、不規則に偏光された光を前記第１の偏光に偏光させることをさらに含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
不規則に偏光された光を前記第２の方向に偏光させ、前記第２の方向の光を主に透過することをさらに含む請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記第２の偏光は前記第１の方向と直交する第２の方向の直線偏光である請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記主に透過する手順は、前記不規則に偏光された光を前記第２の方向に偏光した後、９０°回転することであって、それにより、その光は前記第１の方向の偏光に回転される、回転することをさらに含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記主に透過する手順は、前記第２の偏光の光を前記第１の偏光に変換することをさらに含む請求項５５に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の偏光は第１の方向の直線偏光である請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記主に反射する手順は、
前記第１の方向の直線偏光を有する前記光を第１の回転方向の円偏光に変換することと、
前記第１の回転方向の円偏光を有する前記光を反射することと、
前記第１の回転方向の円線偏光を有する前記光を前記第１の方向の直線偏光に変換して戻すこととを含む
請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記第２の偏光は第２の回転方向の円偏光である請求項６６に記載のミラーの方法。
【請求項６８】
前記光を主に透過する前に、不規則に偏光された光を前記第２の偏光に変換することをさらに含む請求項６７に記載のミラーの方法。
【請求項６９】
前記光を主に反射する前に、不規則に偏光された光を前記第１方向の偏光に変換することをさらに含む請求項６８に記載のミラーの方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関し、特に電池消費が少なくコントラストが高い半透過型ＬＣＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半透過型ＬＣＤは、スクリーンから受光した周囲光をＬＣＤを通して反射して戻し、周囲照明が弱いときに作動するバックライト発光を透過する半反射・半透過ミラー要素（半透過板としても知られている）を有する。
【０００３】
従来の半透過型ＬＣＤでは、部分反射・部分透過ミラーにより、光の反射と透過が同時に行われるので、光の使用が非効率的である。さらに、透過率と反射率が固定値である。任意の時点で、ミラーの透過率と反射率の和は１００％を超えることはあり得ないため、部分反射・部分透過ミラーは、反射板と透過板として同時に動作することで効率を犠牲にしている。通常そのようなミラーは７０〜９０％の反射率と１０〜３０％の透過率を有する。
【０００４】
そのような非効率を補償するために、周囲光が弱い場合の透過モードでの動作時にはより多くの電池電力を使用してバックライト発光を増加させなければならない。同様に、周囲光が強い反射モードでの動作時にはコントラストが失われる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、部分反射・部分透過ミラーをチューナブルミラーに置き換えることで従来の部分透過型ＬＣＤの効率を改善するシステムと方法を提供する。チューナブルミラーは、透過率と反射率の程度が制御可能な任意の素子である。
【０００６】
チューナブルミラーを使用する利点は、反射モードと透過モードとを切り替え、周囲照明が強いときには主に光を反射し、周囲照明が弱く背面照明が必要なときには主に光を透過することが可能なことである。これにより、ＬＣＤの透過モードでの動作時に必要な背面照明の量を減少して電池の寿命が節約され、反射モードでの動作時にコントラストと輝度が増加する。
【０００７】
反転可能電気化学ミラー（ＲＥＭ）は、本発明に使用するのに適した種類のチューナブルミラーである。さらに、チューナブルミラーは、そのうちの少なくとも１つが電気的に切り替え可能な光学的性質を有する複数の光学要素から構築可能である。
【０００８】
チューナブルミラーの１つの適切な構造は、４分の１波（λ／４）リターダを有するコレステリック液晶リフレクタを備える。この組み合わせでは、液晶リフレクタは、反射状態と透過状態との間で動作を切り替えて、ミラーに調整可能な性質を持たせることが可能である。
【０００９】
チューナブルミラーの別の適切な構造は、ゼロ−半波（０−λ／２）チューナブル液晶リターダを有する反射偏光子を備える。そのようなリターダは、λ／２と０λとの状態の間で動作を切り替え、ミラーに調整可能な性質を持たせることが可能である。
【００１０】
チューナブルミラーの第３の適切な構造は、負４分の１波〜正４分の１波（＋／−λ／４）チューナブルリターダを有するコレステリックリフレクタを備える。そのようなリターダは、＋λ／４と−λ／４との状態の間で動作を切り替え、ミラーに調整可能な性質を持たせることが可能である。
【００１１】
ミラーとバックライトについてはさまざまな制御が可能である。たとえば、バックライトがオンに切り替えられたときにミラーが透過状態に設定されるように、ミラーとバックライトを直列に動作させるミラー制御システムとバックライト制御システムが採用可能である。ミラーとバックライトの制御を周囲光のレベルに自動的に対応するように設定することも可能である。
【００１２】
【発明の実施の態様】
本発明は、従来技術の部分透過型ＬＣＤで使用される部分反射・部分透過ミラーをチューナブルミラーに置き換える。部分透過型ＬＣＤを作成するには、多くの方法がある。特定の種類のＬＣＤを図に示すが、本発明は、部分反射・部分透過ミラーをチューナブルミラーで置き換え可能な、任意の部分透過型ＬＣＤに一般的に適用可能である。
【００１３】
図１と図２は、それぞれ反射モードと透過モードで動作している本発明のＬＣＤ１００を示している図である。
ＬＣＤ１００は液晶セル１０２、そのセルの背面のチューナブルミラー１０４、チューナブルミラー１０４の背面に設置されたバックライト１０６、セル１０２の前面の第１の偏光子１０８、セル１０２とチューナブルミラー１０４との間の第２の偏光子１１０、チューナブルミラー１０４用の制御部１１８、およびバックライト１０８用の制御部１２０を含む。
【００１４】
液晶セル１０２は、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）セル、アクティブマトリックスねじれネマチック（ＴＮ）セルであっても、パッシブＴＮセルであってもよい。液晶セルの構造は、通常、区画に分割された一対の電極間に挟まれた液晶層を含む。
【００１５】
動作のノーマリホワイトモードでは、セル１０２は、オン（発光）状態またはオフ状態のいずれかで、オフ状態では電圧がセルの電極間に印加され、オン状態では電圧はセルの両端に印加されない。第１と第２の偏光子１０８と１１０の向きは、セルがオン状態のときには、一方の偏光子を通して入射した光がセルを通した透過時に、偏光方向が他方の偏光子の透過軸にほぼ平行になるように回転し、その偏光子から出射するように設定されている。セルがオフ状態のときには、一方の偏光子を通して入射する光は、セルによって回転し、偏光方向が他方の偏光子の透過軸に対してほぼ直交し、そのため光はその偏光子により遮断または吸収される。オン状態でセルが光を９０°回転させるノーマリホワイトモードで動作する９０°ＴＮセルの例では、偏光子は、相互に直交する偏光面を有する。
【００１６】
ＳＴＮセルでは、偏光面は直交しないこともある。ノーマリブラックモードも使用可能で、その場合、オン状態で電圧が印加され、オフ状態では電圧は印加されない。ノーマリブラックモードで動作する９０°ＴＮセルの例では、偏光子は平行である（ＴＮセルについての参照情報については、Ｔ．Ｊ． Ｓｃｈｅｆｆｅｒ， Ｊ． Ｎｅｈｒｉｎｇ， ”Ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ ＬＣＤＳ”， Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｅｍｉｎａｒ Ｌｅｃｔｕｒｅ Ｎｏｔｅｓ， Ｖｏｌ． １， Ｍ−１２， Ｍａｙ １５， ２０００とその中の参考文献を参照されたい）。
【００１７】
チューナブルミラー１０４は、それぞれ主に光を反射するか主に光を透過する反射モードと透過モードとの間で切り替え可能である。チューナブルミラーのより詳細な例を以下で説明する。
【００１８】
バックライト１０６は、発光状態と非発光状態との間で動作を切り替え可能で、反対側から液晶セルに入射する周囲光が暗過ぎ、そのため目視可能しきい値よりも低いときには発光状態で発光する。適切なバックライトアセンブリのいくつかの例は、Ｏｋｕｍｕｒａの特許（米国特許第６，００８，８７１号）に見ることができる。さらに、部分透過型ディスプレイ用の適切なバックライト製造業者は、Ｄｕｒｅｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎとＥｌｔｅｃｈである。
【００１９】
液晶セル１０２、チューナブルミラー１０４、偏光子１０８と１１０は、独立したものとして図示されているが、これは説明の便宜を図るためであり、実際にはこれらの要素は、通常、補償屈折率を有する粘着剤で１つに接合されている。これらの個々の要素の構造は、ＬＣＤ技術分野ではよく知られている。たとえば、参照先として、Ｏｋｕｍｕｒａの特許（米国特許第６，００８，８７１号）があり、（部分反射・部分透過ミラーを有する）これらの構成部品を備えた部分透過ＬＣＤユニットは、Ｓｅｉｋｏ−ＥｐｓｏｎやＯｐｔｒｅｘなどの企業により販売されている。
【００２０】
図示した構成部品以外に、他の任意選択の要素は図示されてないが、それらの要素は本発明の説明に必要ないためである。これらの要素には、液晶セル１０２の両側に配置可能で、ＳＴＮセルと共に使用される補償（位相差）フィルムが含まれる。そのような要素はよく知られている。
【００２１】
さらに、光拡散要素を追加して、拡散画像を生成することもできる。そのような光拡散要素は、エンボス加工されたプラスチック板やビーズを分散させたプラスチック板から作成可能である。さらに、分散させるビーズは、任意の上述の要素に隣接する粘着層の１つに混合することができる（Ｏｋｕｍｕｒａの特許参照）。また、チューナブルミラーについての説明でより詳細に説明するように、拡散表面を得るために艶消し表面でチューナブルミラーを作成することも可能であり、もともと光を拡散する性質を有するミラーもあり、その場合、拡散用に光拡散要素の追加は必要ない。
【００２２】
さらに、従来の部分透過型ＬＣＤでは、透過モードでの動作時には、バックライトは発光状態に切り替えられる。本発明では、バックライトとチューナブルミラーは、どちらも制御する必要がある。選択可能な制御方法はいくつか存在する。ミラーの制御部とバックライトの制御部１１８と１２０は、ユーザが手動で設定するか、周囲光のレベルに自動的に対応するかのいずれかが可能である。ユーザは、制御部を手動モードか自動周囲光対応モードのどちらで設定するかを選択することもできる。周囲光に自動的に対応するシステムでは、周囲光センサーを使用して、たとえば、周囲光が弱い場合には、バックライトを発光状態に切り替え、ミラーを透過モードに設定し、周囲光が強い場合には、バックライトを非発光状態に切り替え、ミラーを反射モードに設定することができる。さらに、２つの制御部１１８と１２０は、互いに独立して動作しても、直列で動作してもよい。どちらの制御部も、電位源を適用することで動作する場合、直列または並列で動作する２つの制御回路が使用可能である。
【００２３】
図１は、周囲光が強い反射モードでのＬＣＤ１００の動作を示し、チューナブルミラー１０４は、陰１２８で示される反射モードで動作するように切り替えられる。さらに、バックライト１０６は、非発光の動作状態１２９に切り替えられる。図示のために、液晶セル１０２は、ノーマリホワイトモードで動作する９０°ＴＮセルで、直線偏光された光の偏光面を９０°回転させるオン状態にあると仮定する。さらに、図示のために、偏光子１０８と１１０は、それぞれ互いに直交する垂直方向と水平方向の偏光面を有する。この仮定は、ＳＴＮセルやノーマリブラックモードディスプレイなどの場合のように、すべてのディスプレイに対しては当てはまらないが、図示を簡略化するために採用したもので、本発明をＴＮセルやホワイトモードディスプレイに限定するものではない。
【００２４】
まず、非偏光光ベクトル１３０で示される不規則に偏光した周囲光１２６が、第１の偏光子１０８を通過して、偏光光ベクトル１３２で示されるように、通過時に直線偏光される。それから、光は液晶セル１０２を通過し、紙面から出る光ベクトルを表す点１３４で示される第２の偏光子の透過軸とほぼ平行な偏光面を有するように、通過中に回転される。それから、光は、その直線偏光１３６を維持しながら第２の偏光子１１０を通過し、チューナブルミラー１２８により主に反射される。それから、反射した光は、一連の偏光１３８、１４０、１４２、１４４を有する逆の経路をたどり、ＬＣＤ出力１４５として出射する（セル１０２がオフ状態のときには、第１の偏光子１０８を通って入射する光は、セル１０２を通過し、通過時に第２の偏光子の透過軸にほぼ直交する偏光面を有するように回転され、遮断される）。
【００２５】
図２は、チューナブルミラー１０４が、陰２００のないことで示される透過モードで動作するように切り替えられる透過モードでのＬＣＤ１００の動作を示す。さらに、バックライト１０６は、発光の動作状態２０４に切り替えられる。図１の説明と同様に、液晶セル１０２は再び直線偏光された光の偏光面を９０°回転させると仮定する。まず、非偏光光ベクトル２０６で示される不規則に偏光されたバックライト発光２０２は、チューナブルミラー１０４を主に透過する。ベクトル２０８で示される結果として得られる非偏光光は、第２の偏光子１１０を通過し、直線偏光される２１０。それから、その偏光は液晶セル１０２によって、第１の偏光子１０８の透過軸にほぼ平行な直線偏光２１２に回転される。最後に、光は、直線偏光２１４を有する第１の偏光子１０８から出射して、ＬＣＤ出力２１６として現れる（液晶セル１０２がオフ状態のときには、液晶セル１０２から出射する光は、第１の偏光子１０８の透過軸と直交する偏光方向を有し、遮断される）。
チューナブルミラー
本発明の目的のために、チューナブルミラーは、制御可能な透過率と反射率を有する任意の素子として定義される。制御可能な透過率と反射率には、不連続な状態または連続した状態で切り替え可能な透過率・反射率が含まれる。電気光学素子は、電気信号によりその光学特性が変化する素子である。本発明は、部分透過型ＬＣＤ用のチューナブルミラーとして振る舞う任意の電気光学素子または他の素子の使用を意図している。
【００２６】
Ｔｅｎｃｈの特許（米国特許第５，９２３，４５６号）は、制御可能な反射モードと屈折モードを有する反転可能電気化学ミラー（ＲＥＭ）を開示している。ＲＥＭは、極性が反転可能で電位が調整可能な電位源を適用することで制御できる。ＲＥＭは、反射モードと透過モードとの切り替えに約１秒かかる。さらに、ＲＥＭは、拡散反射率を生じるように艶消し表面を有することもある。ＲＥＭは、光の吸収のため、達成可能な透過率が最大６０％であり、そのため効率が限定される。
【００２７】
さらに、チューナブルミラーは、そのうちの少なくとも１つが切り替え可能な光学的性質を有する電気光学素子である複数の光学要素を組み合わせて構築可能である。図３〜１７は、本発明によるそのようなチューナブルミラーとそれらのミラーを内蔵するＬＣＤの例を示す。
【００２８】
図３〜６は、第１のチューナブルミラーアセンブリ３００と、チューナブルミラー３００を内蔵するＬＣＤ５００を示す。チューナブルミラー３００は、４分の１波（λ／４）リターダ３０４を有する切り替え可能コレステリック液晶リフレクタ３０２と液晶リフレクタ３０２用の制御部３０５とを備える。液晶リフレクタ３０２は、反射状態と透過状態との間で動作を制御により切り替え可能であり、反射状態で特定の回転方向に円偏光された光を反射し、透過状態で光を透過する。そのようなコレステリック液晶素子は、Ｋｅｎｔ ＤｉｓｐｌａｙｓとＡｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＡＤＳ）から市販されている。コレステリック液晶リフレクタ３０２は、ＬＣＤ全体と同一の寸法を有する単一アドレス指定画素を有するように専用に設計されることが好ましい。そのような液晶リフレクタは、反射状態では拡散反射性があり、したがって、光拡散素子を追加することなく拡散画像を生成する。電圧（約２０〜８０ボルト）がリフレクタ３０２に印加されると（つまり透過状態において）、リフレクタは偏光の変化なしに光が透過するホメオトロピック状態から変化する（Ｄ． Ｋ． Ｙａｎｇ， Ｊ． Ｌ． Ｗｅｓｔ， Ｌ． Ｃ． Ｃｈｉｅｎ， Ｊ． Ｗ． ＤＯＡＮＥ，”Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｂｉｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ｕｓｉｎｇ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”， Ｊ． ＡＰＰＬ． Ｐｈｙｓ． ７６、１３３１ （１９９４）を参照）。
【００２９】
λ／４リターダ３０４は、円偏光形態と直線偏光形態との間で光を変換するのに使用される要素である。このリフレクタは、水平または垂直に直線偏光光を、その方向に従って、右回転または左回転に円偏光された光に変換する。逆に、このリフレクタは、右回転または左回転に円偏光された光を直線偏光された光に変換し、不規則に偏光された光を実質的に透過する。そのようなλ／４リターダは、複屈折結晶または配向ポリマーフィルムにより実現することが可能で、Ｆｕｊｉ Ｆｉｌｍ、Ｎｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ、Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ Ｏｐｔｉｃｓにより製造される（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｒｅｔａｒｄｅｒｓ， Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃａｔａｌｏｇｕｅ， １９９９−２０００を参照）。
【００３０】
さらに、液晶リフレクタ３０２とλ／４リターダ３０４は、反射モードではリフレクタ３０２がリターダ３０４から受光した光を反射するように、互いに向きが設定されている。また、図３〜６では、液晶リフレクタ３０２とλ／４リターダ３０４が分離しているように図示されているが、ＬＣＤの構成部品として、これらの要素は通常１つに接合される。
【００３１】
図３は、液晶リフレクタ３０２が反射状態になる反射モードでのチューナブルミラー３００の動作を示している。この状態では、液晶リフレクタ３０２は、円反射ベクトル３０６で示された１つの特定の回転方向、たとえば、左回転ではなく、右回転に円偏光された光を反射することができる。
【００３２】
まず、偏光光ベクトル３１２で示される直線偏光された光３０８（たとえば、水平方向）は、λ／４リターダ３０４によって、偏光光ベクトル３１４で示される右回転の円偏光に変換される。それから、光は液晶リフレクタ３０２により右回転円偏光３１６を維持したまま反射され、水平直線偏光３１８に戻すように変換するλ／４リターダ３０４を透過して戻される。
【００３３】
図４は、液晶リフレクタ３０２が透過状態になる透過モードでのチューナブルミラー３００の動作を示している。この状態では、反射ベクトルが存在しないこと４００で示されるように、液晶リフレクタは光を透過する。非偏光光ベクトル４０４で示される不規則に偏光された光４０２は、ベクトル４０６と４０８で示される不規則な偏光を維持したまま、液晶リフレクタ３０２とλ／４リターダ３０４の両方を透過する。
【００３４】
図５と６は、チューナブルミラー３００を内蔵するＬＣＤ５００の動作を示している。ＬＣＤ５００の要素は、実質的に前の図と同じであるが、チューナブルミラーとチューナブルミラー制御部が異なる。これらの要素は、チューナブルミラー３００のλ／４リターダ３０４の前面に配置された液晶セル５０２、チューナブルミラー３００の液晶リフレクタ３０２の背面に配置され、発光状態と非発光状態との間で切り替え可能なバックライト５０６、セル５０２の前面の第１の偏光子５０８、セル５０２とλ／４リターダ３０４との間の第２の偏光子５１０、およびバックライト５０６用の制御部５２０である。ここでも、図示のために、液晶セル５０２は、ノーマリホワイトモードで動作する９０°ＴＮセルで、直線偏光された光の偏光面を９０°回転させるオン状態にあると仮定する。また、図示のために、第１の偏光子と第２の偏光子５０８と５１０は、それぞれ互いに直交する垂直方向と水平方向の偏光面を有する。
【００３５】
図５は、円反射ベクトル３０６で示すように液晶リフレクタ３０２が反射状態にあり、バックライト５０６が非発光状態５２６にある反射モードで動作しているＬＣＤ５００を示す。まず、非偏光光ベクトル５３０で示される不規則に偏光した周囲光５２６が、第１の偏光子５０８を通過して、偏光光ベクトル５３２で示されるように、通過時に直線偏光される。それから、光は液晶セル５０２を通過し、偏光光ベクトル５３４で示すように、通過時に第２の偏光子の透過軸にほぼ平行な偏光面を有するように回転され、直線偏光５３６を維持したまま第２の偏光子５１０を通過する。
【００３６】
それから、光はλ／４リターダ３０４を通過し、通過時に右回転方向５３８に円偏光される。それから、円偏光した光５３８は、液晶リフレクタ３０２で反射され、一連の偏光５４０、５４２、５４４、５４６、５４８を有する逆の経路をたどり、ＬＣＤ出力５５０として出射する（液晶セル５０２がオフ状態のときには、第１の偏光子５０８を通って入射する光は、セル５０２を通過し、通過時に第２の偏光子５１０の透過軸にほぼ直交する偏光面を有するように回転され、遮断される）。
【００３７】
図６は、反射ベクトル４００がないことで示されるように液晶リフレクタが透過状態にあり、バックライトが発光状態６００のにある透過モードで動作しているＬＣＤ５００を示す。まず、非偏光光ベクトル６０６で示された不規則に偏光されたバックライト６０２は、非偏光光ベクトル６０７と６０８を有しながら、液晶リフレクタ３０２とλ／４リフレクタ３０４を通過する。通過後の光は、第２の偏光子５１０を通過し、直線偏光される６１０。それから、その偏光は液晶セル５０２によって、第１の偏光子５０８の透過軸にほぼ平行な直線偏光６１２に回転される。最後に、光は、直線偏光６１４を有する第１の偏光子５０８を通過し、ＬＣＤ出力６１６として出射する（液晶セル５０２がオフ状態のときには、セル５０２から出射する光は、第１の偏光子５０８の透過軸と直交する偏光方向を有し、遮断される）。
【００３８】
図７〜１２は、第２のチューナブルミラーアセンブリ７００と、チューナブルミラー７００を内蔵するＬＣＤ９００、１１００、１２００を示す。チューナブルミラー７００は、反射偏光子７０２、ゼロ−半波（０−λ／２）チューナブル液晶リターダ７０４、および０−λ／２リターダ７０４用の制御部７０５を備える。反射偏光子７０２は、１方向（たとえば水平方向）に直線偏光された光を反射し、別の方向（たとえば垂直方向）に偏光された光を透過する。市販の反射偏光子（Ｍｅｒｃｋと３Ｍから供給される）は、拡散反射性ではなく正反射性を有する。
【００３９】
０−λ／２リターダ７０４は、０λとλ／２状態との間で動作を制御により切り替え可能で、λ／２状態では直線偏光された光の偏光面を９０°回転させ、０λ状態では変化なしに光を透過させる（Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ Ｏｐｔｉｃｓのカタログを参照）。そのようなリターダは、通常ネマチック型で、電圧（約１０Ｖ）を印加することで２０ｍｓの速度で０λ状態に切り替え可能で、アナログモードで動作する。
【００４０】
さらに、図７〜１２に示すように、反射偏光子７０２とリターダ７０４は、反射モードでは、反射偏光子７０２がリターダ７０４から受光した光を反射するように互いに向きが設定されている。また、図７〜１２では、反射偏光子７０２とリターダ７０４が分離しているように図示されているが、ＬＣＤの構成部品として、これらの要素は通常１つに接合される。さらに、拡散反射が望ましいＬＣＤでは、この種のチューナブルミラーに光拡散要素を追加することもできる。その場合、偏光を乱さないホログラフィックディフューザの使用が好ましい。
【００４１】
図７は、０−λ／２リターダ７０４が０λ状態７０８である反射モードでのチューナブルミラー７００の動作を示す。最も簡単な場合、偏光光ベクトル７１２で示される水平直線偏光７１０を有する光がリターダ７０４を透過し、反射偏光子７０２で反射され、リターダ７０４を通過して戻り、一連の偏光７１４、７１６、７１８を有する。入射する光が水平と垂直の両方の偏光成分を有することも可能である。その場合も、水平直線偏光を有する成分だけが反射されて戻る。
【００４２】
図８は、リターダ７０４がλ／２状態８００である透過モードでのチューナブルミラー７００の動作を示す。まず、非偏光光ベクトル８０４で示される不規則に偏光された光８０２が反射偏光子７０２を透過し、透過時には、偏光光ベクトル８０６で示したように、垂直成分だけが透過する。その後、光はリターダを通過し、通過時には、偏光光ベクトル８０８で示したように、光の偏光が９０度回転される。
【００４３】
図９と図１０は、チューナブルミラー７００を内蔵するＬＣＤ９００の動作を示している。ＬＣＤ９００の要素は、実質的に前の図と同じであるが、チューナブルミラーとチューナブルミラー制御部が異なる。これらの要素は、チューナブルミラー７００の０−λ／２リターダ７０４の前面に配置された液晶セル９０２、チューナブルミラー７００の反射偏光子７０２の後面に配置され、発光状態と非発光状態との間で動作を切り替え可能なバックライト９０６、セル９０２の前面の第１の偏光子９０８、セル９０２とリターダ７０４との間の第２の偏光子９１０、およびバックライト９０６用の制御部９２０である。ここでも、液晶セル９０２は、ノーマリホワイトモードで動作する９０°ＴＮセルで、直線偏光された光の偏光面を９０°回転させるオン状態にあると仮定する。また、図示のために、第１の偏光子と第２の偏光子９０８と９１０は、それぞれ互いに直交する垂直方向と水平方向の偏光面を有する。
【００４４】
図９は、リターダ７０４が０λ状態７０８で、バックライト９０６が非発光状態９２６の反射モードで動作しているＬＣＤ９００を示している。まず、非偏光光ベクトル９３０で示される不規則に偏光した周囲光９２８が、第１の偏光子９０８を通過して、通過時に偏光光ベクトル９３２で示されるように、直線偏光される。それから、光は液晶セル９０２を通過し、偏光光ベクトル９３４で示されるように、通過時に第２の偏光子９１０の透過軸にほぼ平行な偏光面を有するように回転され、直線偏光９３６を維持したまま第２の偏光子９１０を通過する。それから、光は、直線偏光９３８を維持したまま０−λ／２リターダ７０４を透過し、反射偏光子７０２により反射して戻される。それから、光は、一連の偏光９４０、９４２、９４４、９４６、９４８を有する逆の経路をたどり、ＬＣＤ出力９５０として出射する（液晶セル９０２がオフ状態のときには、第１の偏光子９０８を通って入射する光は、セル９０２を通過し、通過時に第２の偏光子９１０の透過軸にほぼ直交する偏光面を有するように回転され、遮断される）。
【００４５】
図１０は、０−λ／２リターダ７０４がλ／２状態８００で、バックライト９０６が発光状態１０００の透過モードで動作しているＬＣＤ９００を示している。まず、非偏光光ベクトル１００４で示される不規則に偏光されたバックライト発光１００２が反射偏光子７０２を通って透過し、透過時に偏光光ベクトル１００６で示されるように、垂直成分だけが透過する。その後、光はリターダ７０４を通過し、通過時に偏光光ベクトル１００８で示されるように、偏光が９０度回転される。それから、光は、直線偏光１０１０を維持しながら第２の偏光子９１０を通過する。それから、その偏光は液晶セル９０２によって、第１の偏光子９０８の透過軸に平行なほぼ直線の偏光１０１２に回転される。最後に、光は、直線偏光１０１４を有する第１の偏光子９０８を通過し、ＬＣＤ出力１０１６として出射する（液晶セル９０２がオフ状態のときには、セル９０２から出射する光は、第１の偏光子９０８の透過軸と直交する偏光方向を有し、遮断される）。
【００４６】
図１１は、λ／４リターダ１１０２がバックライト９０６と反射偏光子７０２との間に設置されたＬＣＤ９００と同様のＬＣＤ１１００を示す。当該技術分野で知られているように、λ／４リターダ１１０２をバックライト９０６と反射偏光子７０２との間に配置すると、ディスプレイの輝度を改善することができる。これは、透過モードで反射偏光子７０２により透過されない水平に偏光された光がλ／４リターダ１１０２を通して反射して戻るためである。それから、光は、右回転方向に円偏光され、リターダを通して左回転の円偏光された光として反射して戻される。それから、光は、リターダ１１０２を通して垂直直線偏光されて出射し、反射偏光子７０２を通過する（Ｔａｂｅｒの米国特許第５，７３１，８８６号を参照）。
【００４７】
第２の偏光子９１０なしにＬＣＤ９００を組み立てることも可能である。これは、反射偏光子７０２が、液晶セルにより回転されない光を除去することで第２の偏光子９１０の機能を果たすためである。図１２はこのＬＣＤアセンブリ１２００を示している。
【００４８】
図１３〜１７は、第３のチューナブルミラーアセンブリ１３００と、チューナブルミラー１３００を内蔵するＬＣＤ１５００と１７００を示す。チューナブルミラー１３００には、コレステリックリフレクタ１３０２と、負４分の１波−正４分の１波（＋／−λ／４）液晶リターダ１３０４と＋／−λ／４液晶リターダ用の制御部１３０６とが含まれる。
【００４９】
コレステリックリフレクタ１３０２は、ある回転方向を有する円偏光された光を反射し、反対の回転方向に円偏光された光を透過する。コレステリックリフレクタ１３０２は、光を拡散する拡散反射コレステリック液晶ポリマーフィルムであってもよい。そのようなリフレクタは、Ｗａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍｉｅ， Ｒ． Ｍａｕｒｅｒ， Ｆ． Ｈ． Ｋｒｅｕｚｅｒ， Ｊ． Ｓｔｏｈｒｅｒ， ”Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ａ Ｃｏｌｏｒ Ｐａｔｔｅｒｎ”， ＳＩＤ ９４ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐ． ３９９ （１９９４）に記述された工程に従って作成することができる。
【００５０】
＋／−λ／４液晶リターダは、円偏光形態と直線偏光形態との間で光を変換するという点で、λ／４リターダと同様に機能する。しかし、＋／−λ／４液晶リターダ１３０４は、２つの状態の間の光学位相遅れが半波長λ／２である−λ／４状態と＋λ／４状態との間で動作を制御により切り替え可能である。＋λ／４状態では、リターダ１３０４は、水平または垂直に直線偏光された光を右回転または左回転の円偏光された光にそれぞれ変換する。逆に、リターダ１３０４は、右回転または左回転の円偏光された光を水平または垂直に直線偏光された光にそれぞれ変換する。−λ／４状態では、リターダ１３０４は、水平または垂直に直線偏光された光を左回転または右回転に円偏光された光にそれぞれ変換し、逆に、右回転または左回転に円偏光された光を垂直または水平に直線偏光された光にそれぞれ変換する。そのようなリターダは、ネマチック型または強誘電型のいずれかである。ネマチック型は、λ／４リターダを０−λ／２波リターダと組み合わせることで作成することができる。適切なチューナブルリターダを構築する方法は他に存在する可能性もある。本発明は、２つの状態の間の光学位相遅れがλ／２だけ異なる２つの状態の間を制御により切り替え可能な任意の適切なリターダの使用を意図している。
【００５１】
さらに、図１３〜１７に示すように、コレステリックリフレクタ１３０２とリターダ１３０４は、反射モードでは、コレステリックリフレクタ１３０２がリターダ１３０４から受光した光を反射するように互いに向きが設定されている。また、図１３〜１７では、コレステリックリフレクタ１３０２と＋／−λ／４リターダリターダ１３０４が分離しているように図示されているが、ＬＣＤの構成部品として、これらの要素は通常１つに接合される。
【００５２】
図１３は、リターダ１３０４が＋λ／４状態１３０８にあり、水平に直線偏光された光を右回転方向に円偏光された光に変換する反射モードでのチューナブルミラー１３００の動作を示している。また、コレステリックリフレクタは、右回転に円偏光された光を反射して、左回転に円偏光された光を透過させる。最も簡単な場合では、偏光光ベクトル１３１４で示される水平直線偏光１３１２を有する光はリターダ１３０４を透過し、偏光ベクトル１３１６で示される右回転に円偏光された光に変換される。それから、光は、偏光１３１８を維持したままコレステリックリフレクタ１３０２により反射され、それからリターダ１３０４を通して直線偏光され元の水平偏光１３０２に戻される。入射する光が水平と垂直の両方の偏光を有することも可能である。その場合も、水平直線偏光を有する成分だけが右回転の円偏光に変換され、反射して戻される。
【００５３】
図１４は、＋／−λ／４リターダ１３０４が−λ／４状態１４００にある透過モードでのチューナブルミラー１３００の動作を示す。まず、非偏光光ベクトル１４０４で示される不規則に偏光された光１４０２がコレステリックリフレクタ１３０２を透過し、透過時には、偏光光ベクトル１４０６で示されるように、左回転円偏光成分だけが透過する。その後、光はリターダ１３０４を通過し、通過時に水平直線偏光１４０８に直線偏光される。
【００５４】
図１５と１６は、チューナブルミラー１３００を内蔵するＬＣＤ１５００の動作を示している。ＬＣＤ１５００の要素は、実質的に前の図と同じであるが、チューナブルミラーとチューナブルミラー制御部が異なる。これらの要素は、チューナブルミラー１３００の＋／−λ／４リターダ１５０４の前面に配置された液晶セル１５０２、チューナブルミラー１３００のコレステリックリフレクタ１３０２の背面に配置され、発光状態と非発光状態との間で切り替え可能なバックライト１５０６、セル１５０２の前面の第１の偏光子１５０８、セル１５０２と＋／−λ／４リターダ１３０４との間の第２の偏光子１５１０、およびバックライト１５０６用の制御部１５２０である。ここでも、液晶セル１５０２は、ノーマリホワイトモードで動作する９０°ＴＮセルで、直線偏光された光の偏光面を９０°回転させるオン状態にあると仮定する。また、図示のために、第１の偏光子と第２の偏光子１５０８と１５１０は、それぞれ垂直の方向と水平の方向の互いに直交する偏光面１５２２と１５２４を有する。
【００５５】
図１５は、＋／−λ／４リターダ１３０４が＋λ／４状態１３０８で、バックライト１５０６が非発光状態１５２６の反射モードで動作しているＬＣＤ１５００を示している。まず、非偏光光ベクトル１５３０で示される不規則に偏光した周囲光１５２８が、第１の偏光子１５０８を通過して、偏光光ベクトル１５３２で示されるように直線偏光される。それから、光は液晶セル１５０２を通過し、偏光光ベクトル１５３４で示されるように、通過時に第２の偏光子の透過軸にほぼ平行な偏光面を有するように回転され（約９０°）、それから、直線偏光１５３６を維持したまま第２の偏光子１５１０を通過する。それから、光はリターダ１３０４を透過し、偏光ベクトル１５３８で示されるように右回転方向に円偏光される。それから、光は、コレステリックリフレクタ１３０２によって反射されて戻る。それから、光は、一連の偏光１５４０、１５４２、１５４４、１５４６、１５４８を有する逆の経路をたどり、ＬＣＤ出力１５５０として出射する（液晶セルがオフ状態のときには、第１の偏光子１５０８を通って入射する光は、セル１５０２を通過し、通過時に第２の偏光子１５１０の透過軸にほぼ直交する偏光面を有するように回転され、遮断される）。
【００５６】
図１６は、リターダ１３０４が−λ／４状態１４００で、バックライト１５０６が発光状態１６００の反射モードで動作しているＬＣＤ１５００を示している。まず、非偏光光ベクトル１６０４で示される不規則に偏光されたバックライト発光１６０２が反射偏光子１３０２を透過し、透過時には、偏光光ベクトル１６０６で示されるように、左回転の円偏光成分だけが透過する。その後、光はリターダ１３０４を通過し、通過時に水平直線偏光１６０８に直線偏光される。それから、光は、直線偏光１６１０を維持しながら第２の偏光子１５１０を通過する。それから、その偏光は液晶セル１５０２によって、第１の偏光子１５０８の透過軸にほぼ平行な直線偏光１６１２に回転される。最後に、光は、直線偏光１６１４を有する第１の偏光子１５０８を通過し、ＬＣＤ出力１６１６として出射する（セルがオフ状態のときには、液晶セル１５０２から出射する光は、第１の偏光子１５０８の透過軸と直交する偏光方向を有し、遮断される）。
【００５７】
当該技術分野で知られているように（Ｔａｂｅｒの米国特許第５，７３１，８８６号を参照）、コレステリックリフレクタ１３０２から反射される右回転の光は、バックライト表面からの反射時に１８０°の位相変化をし、右回転円偏光が左回転円偏光に変化し、ディスプレイの輝度を改善する。
【００５８】
第２の偏光子１５１０なしにＬＣＤ１５００を組み立てることも可能である。これは、コレステリックリフレクタ１３０２が、液晶セルにより回転されない光を除去することで第２の偏光子１５１０の役割を果たすためである。図１７はこのＬＣＤアセンブリ１７００を示している。
【００５９】
前述の反射モードと透過モードに加え、ＬＣＤとチューナブルミラーは、チューナブルミラーとバックライトが中間状態で動作する中間動作モードを任意選択で含んでもよい。
【００６０】
前述の任意の実施形態によるチューナブルミラーを備えたＬＣＤは、多種の動作システムに組み込み可能であり、動作システムには、全地球測位衛星（ＧＰＳ）受信ユニット、ラップトップユニットやノートパッドユニットを含むコンピュータ、ＰＤＡ、電卓、個人用カレンダ、携帯電話、腕時計および置き時計、自動車用のディスプレイ、飛行機用のディスプレイ、船舶用のディスプレイが含まれるが、これらには限定されない。
【００６１】
本発明を実施する動作システムの３つの例を図１８ａ〜１８ｃに示す。図１８ａは、本発明のＬＣＤ１８０２を備えた携帯電話１８００である。図１８ｂは、本発明のＬＣＤ１８０６を備えた腕時計１８０４、図１８ｃは、キーパッド部分１８１２に取り付けられた本発明のＬＣＤ画面１８１０を備えたラップトップ１８０８である。携帯電話、腕時計、ラップトップコンピュータは、電池で動作可能なため、本発明のＬＣＤを使用すると、電池寿命が節約され、さらにディスプレイのコントラストと輝度が増加するので望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
反射モードで動作している本発明に従ったＬＣＤの概略図である。
【図２】
透過モードで動作している図１のＬＣＤの概略図である。
【図３】
反射モードで動作している液晶リフレクタと４分の１波リターダを含むチューナブルミラーの概略図である。
【図４】
透過モードで動作している図３のチューナブルミラーの概略図である。
【図５】
反射モードで動作している図３のチューナブルミラーを有するＬＣＤの概略図である。
【図６】
透過モードで動作している図５のＬＣＤの概略図である。
【図７】
反射モードで動作している０−半波（０−λ／２）チューナブル液晶リターダを有する反射偏光子を含むチューナブルミラーの概略図である。
【図８】
透過モードで動作している図７のチューナブルミラーの概略図である。
【図９】
反射モードで動作している図７のチューナブルミラーを有するＬＣＤの概略図である。
【図１０】
透過モードで動作している図９のＬＣＤの概略図である。
【図１１】
λ／４リターダを備える図７のチューナブルミラーを有するＬＣＤの代替の構造の概略図である。
【図１２】
図８のチューナブルミラーを有するＬＣＤの代替の構造の概略図である。
【図１３】
反射モードで動作している負４分の１波−正４分の１波（＋／−λ／４）チューナブル液晶リターダを有するコレステリックリフレクタを含むチューナブルミラーの概略図である。
【図１４】
透過モードで動作している図１３のチューナブルミラーの概略図である。
【図１５】
反射モードで動作している図１３のチューナブルミラーを有するＬＣＤの概略図である。
【図１６】
透過モードで動作している図１５のＬＣＤの概略図である。
【図１７】
図１３のチューナブルミラーを有するＬＣＤの代替の構造の概略図である。
【図１８】
図１８ａ〜図１８ｃは、本発明の電子装置の外観を示す斜視図で、図１８ａは携帯電話、図１８ｂは腕時計、ｚｙ１８ｃはラップトップコンピュータである。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004522983.tif 000081
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004522983.tif 000083
【国際調査報告】
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2004522983.tif 000085
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