(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、
該透過偏光軸可変手段の下側に配置されており第１の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第１の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射する第１の偏光分離手段と、
前記透過偏光軸可変手段の上側に配置されており第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第２の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射又は吸収する第２の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段と前記透過偏光軸可変手段との間から光を入射する光源と、前記第１の偏光分離手段と前記透過偏光軸可変手段との間に配置され、前記光源から出射された光を前記第１の偏光分離手段側に出射する導光板と、を備えた光源手段と、
を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の偏光分離手段は、前記第１の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第１の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記反射偏光子は、複屈折性を有する第１層と、該第１層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第２層とが交互に積層された積層体からなることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第２の偏光分離手段は、前記第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記反射偏光子は、複屈折性を有する第１層と、該第１層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第２層とが交互に積層された積層体からなることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第２の偏光分離手段は、前記第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段の反対側に配置されており、前記第１の偏光分離手段からの光のうち所定の波長領域の光を前記第１の偏光分離手段に向かって出射する光学素子を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項８】
前記光学素子は、前記第１の偏光分離手段からの光のうち前記所定の波長領域以外の可視光領域の光を吸収し、前記所定の波長領域の光を前記第１の偏光分離手段に向かって部分的に反射可能であると共に前記所定の波長領域の光を部分的に透過可能な光学素子からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光学素子は、カラーフィルタからなることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子に対して前記第１の偏光分離手段と反対側に配置されており、少なくとも前記所定の波長領域の光を前記光学素子に向かって反射可能な反射手段を更に備えたことを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段の反対側に配置されており、前記第１の偏光分離手段からの光のうち可視光領域の光を吸収する光学素子を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、黒色の光吸収体からなることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記第１の偏光分離手段及び前記透光偏光軸可変手段の間に、透光性の光拡散層を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記光拡散層の表面は、凹凸面又は粗い面からなることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記光拡散層は、光拡散性を有する粒状体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記光源手段は、前記光源からの光を前記導光板に導くライトガイドを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記ライトガイドの一端が、前記第２の偏光分離手段と前記透過偏光軸可変手段との間に位置し、前記第２の偏光分離手段が前記ライトガイドに固定されていることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記透過偏光軸可変手段が、前記ライトガイドによって固定されていることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記導光板は、透光性の平板と、該平板の少なくとも前記透過偏光軸可変手段の側に形成されており前記光源からの光を前記透過偏光軸可変手段の側に出射するための凹凸部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記凹凸部は、離散的に設けられた複数の突起物を含むことを特徴とする請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記突起物の大きさを５〜３００μｍとすることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記導光板が、光学的にほぼ等方性を示すことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記導光板が、光学的に一軸性もしくは二軸性を示すことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記ライトガイドの一端が、前記第２の偏光分離手段の上に位置し、前記第２の偏光分離手段が前記ライトガイドに固定されていることを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
【請求項２５】
前記第１の偏光分離手段と前記導光板とを、粘着剤にて密着していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項２６】
前記粘着剤が、透光性の光拡散層を兼ねていることを特徴とする請求項２５に記載の表示装置。
【請求項２７】
前記透過偏光軸可変手段が、液晶を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項２８】
前記液晶が、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶またはＥＣＢ液晶であることを特徴とする請求項２７に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
請求項１に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項３０】
透過偏光軸可変光学素子と、
該透過偏光軸可変光学素子の下側に配置されており、反射により偏光分離を行う型の第１の偏光分離器と、
前記透過偏光軸可変光学素子の上側に配置されており、反射又は吸収により偏光分離を行う型の第２の偏光分離器と、
前記第１の偏光分離器と前記透過偏光軸可変光学素子との間から光を入射する光源と、
前記第１の偏光分離器と前記透過偏光軸可変手段との間に配置され、前記光源から出射された光を前記第１の偏光分離器側に出射する導光板と、
を備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は表示装置の技術分野に関し、特に偏光板、反射偏光子等の偏光分離器を備えており、外光を反射して表示を行う反射型及び光源光を透過して表示する透過型の両用可能な液晶表示装置等の表示装置及びそれを用いた携帯電話や時計等の電子機器の技術分野に関する。
背景技術
従来、外光を用いて表示を行う反射型の表示装置の場合、暗所では光量の減少に応じて、表示が見え難くなってしまう。他方、バックライト等の光源を用いて表示を行う透過型の表示装置の場合、明所、暗所によらずに光源の分だけ電力省費が大きくなり、特に電池により動作させる携帯用の表示装置等には適さない。そこで、反射型及び透過型の両用可能な半透過反射型の表示装置は、主に明所用に、表示画面から入射する外光を装置内部に設けられた半反射膜で反射しつつ、その光路上に配置された液晶、偏光分離器等の光学素子を用いて表示画面から出射する光量を画素毎に制御することにより、反射型表示を行う。他方、主に暗所用に、前述の半反射膜の裏側からバックライト等の内蔵光源により光源光を照射しつつ、前述の液晶、偏光分離器等の光学素子を用いて、表示画面から出射する光量を画素毎に制御することにより、透過型表示を行う。
従来のＴＮ（Twisted Nematic）液晶やＳＴＮ（Super-Twisted Nematic）液晶等の透過光の偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子を利用した液晶表示装置おいては、この透過偏光軸可変光学素子を２枚の偏光板で挟んだ構造を採用している。ここで、偏光分離器の一例たる偏光板は、入射光のうち特定の偏光軸方向と異なる方向の偏光成分を吸収することにより偏光を行うので、光の利用効率が悪い。そして特に、上述の反射型及び透過型の両用可能である液晶表示装置の場合、反射型表示の際に、光を半反射膜により反射するために、光の利用効率は更に悪くなる。このため、反射型表示の際に、表示が暗いという問題がある。
図３１を用いて、透過偏光軸可変手段としてＴＮ液晶パネルを用いた従来の半透過反射型について説明する。図３１は従来の半透過反射型の表示装置の断面図である。
図３１において、表示装置は、上側偏光板５１３０、ＴＮ液晶パネル５１４０、下側偏光板５１７０、半透過反射板５１８０及び光源５２１０を備える。尚、図３１は分かりやすくするために各部が離れているように描かれているが、実際には、それぞれ密着して配置される。また、上側偏光板５１３０及び下側偏光板５１７０は、ノーマリーホワイトモードの表示を行うべく、透過偏光軸が相互に直交するように配置されているものとする。
反射表示時の白表示について説明すると、光の経路５１１１に示した光は、上側偏光板５１３０で紙面に平行な方向の直線偏光となり、ＴＮ液晶パネル５１４０で偏光方向が９０°ねじられ紙面に垂直な直線偏光となり、下側偏光板５１７０で紙面に垂直な方向の直線偏光のまま透過されて、半透過反射板５１８０で反射され、一部は透過する。反射された光は再び下側偏光板５１７０を紙面に垂直な直線偏光のまま透過し、ＴＮ液晶パネル５１４０で偏光方向が９０°ねじられて紙面に平行の直線偏光となり、上側偏光板５１３０から出射する。
ここで、上側偏光板５１３０及び下側偏光板５１７０は夫々吸収を伴う偏光分離器であるため、光が上側偏光板５１３０及び下側偏光板５１７０を夫々２回通過する際に、その一部は吸収されてしまう。更に、半透過反射板５１８０を透過して、光源５２１０の側に抜けてしまい、表示に利用されない光もある。これらの結果、従来の半透過反射型の液晶表示装置の場合、光の利用効率が悪く、反射表示時には特に、表示画面が暗くなるという問題があった。
そこで我々は、本願の優先日において未公開であった特願平８−２４５３４６号において、光源側の下側偏光板及び半透過反射板の代わりに、所定の方向の直線偏光成分の光を反射すると共にこれと直交方向の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離器の一例たる反射偏光子（reflective polarizer：リフレクティブ・ポラライザー）を用いた半透過反射型の表示装置を提案した。この表示装置によれば、偏光分離器により反射効率が高まり、明るい表示が得られる。また、特表平９−５０６９８５号公報（国際出願公報：ＷＯ／９５／１７６９２号）及び国際出願公報：ＷＯ／９５／２７８１９号の中に、反射偏光子を用いた表示装置が開示されている。
図３２を用いて、我々が特願平８−２４５３４６号にて提案した、反射偏光子を用いた半透過反射型の表示装置について説明する。
図３２において、表示装置は、上側偏光板５１３０、上側ガラス基板５３０２、下側ガラス基板５３０４、偏光分離器５１６０、半透過光吸収層５３０７及び光源５２１０を備える。表示装置は更に、上側ガラス基板５３０２及び下側ガラス基板５３０４間に挟持されたＴＮ液晶パネルを備えており、当該ＴＮ液晶パネルは、電圧印加部５１１０と電圧無印加部５１２０とを含むものとする。そして特に、偏光分離器５１６０は、反射偏光子からなる。
まず反射表示時の白及び黒表示時について説明する。表示装置外部から入射した光の経路５６０１に示す光は、上側偏光板５１３０で紙面に平行な方向の直線偏光の光となり、ＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられ紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光となり、偏光分離器５１６０で紙面に垂直な方向の直線偏光の光のまま反射されて、再びＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられて紙面に平行な方向の直線偏光成分の光となり、上側偏光板５１３０から出射する。従って、ＴＮ液晶パネルに電圧が印加されないときは、白表示となる。このように白表示の光は、上側偏光板５１３０を透過する直線偏光の光の殆どを選択的に反射する偏光分離器５１６０で反射された光であるので、前述のように偏光板を透過した光を単に部分的に反射する半透過反射板を用いた従来の表示装置（図３１参照）よりも明るい表示となる。また、光の経路５６０３に示した光は、上側偏光板５１３０で紙面に平行な方向の直線偏光になり、ＴＮ液晶パネルの電圧印加部５１１０で偏光方向を変えずに紙面に平行な方向の直線偏光のまま透過し、偏光分離器５１６０でもまた偏光方向を変えずに透過し、その後、半透過光吸収層５３０７で吸収されるので、黒表示となる。
一方、透過表示時には、光の経路５６０２に示した光源５２１０からの光は、半透過光吸収層５３０７に設けた開口部から透過し、偏光分離器５１６０で紙面に平行な方向の直線偏光になり（即ち、紙面に垂直な偏光成分は偏光分離器５１６０の下面で反射されて半透過光吸収層５３０７に吸収され）、ＴＮ液晶パネルの電圧無印加部５１２０で偏光方向が９０°ねじられて紙面に垂直な直線偏光となり、上側偏光板５１３０で吸収され、黒表示になる。また、光の経路５６０４に示した光は、半透過光吸収層５３０７に設けた開口部から透過し、偏光分離器５１６０で紙面に平行な方向の直線偏光になり、ＴＮ液晶パネルの電圧印加部５１１０でも偏光方向を変えずに紙面に平行な方向の直線偏光のまま上側偏光板５１３０を透過して白表示になる。
このように、我々が特願平８−２４５３４６号にて提案した、偏光分離器として反射偏光子を用いた半透過反射型の表示装置によれば、主に明所で外光による反射型表示を行うことができ、主に暗所で光源光による透過型表示を行うことができる。
発明の開示
しかしながら、図３２を用いて説明したように、偏光分離器として反射偏光子を用いた半透過反射型の表示装置の場合、透過表示時には、反射偏光子を反射した光を表示に用い、これとは反対に、反射表示時には、反射偏光子を透過した光を表示に用いる。このため、透過表示時には、液晶パネルに電圧を印加した（偏光方向がＴＮ液晶で捩じられない）部分が白表示となり、所謂ネガ表示が行われるが、反射表示時には、液晶パネルに電圧を印加しない（偏光方向がＴＮ液晶で９０°捩じられた）部分が白表示となり、所謂ポジ表示が行われる。即ち、反射表示時には、透過表示時と比べて白黒が反転した表示が行われる。このように、我々が特願平８−２４５３４６号にて提案した表示装置には、透過表示時と反射表示時とで、所謂“ポジネガ反転”という現象が生じるという問題点があった。
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、液晶等の透過偏光軸可変光学素子を利用する表示装置において、外光による反射表示時でも光源点灯による透過表示時でもポジネガ反転せず、しかも明るい表示が得られる表示装置及びこれを用いた電子機器を提供することを課題とする。
本発明の上記課題は、透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、該透過偏光軸可変手段の下側に配置されており第１の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第１の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射する第１の偏光分離手段と、前記透過偏光軸可変手段の上側に配置されており第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第２の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射又は吸収する第２の偏光分離手段と、前記第１及び第２の偏光分離手段の間から光を入射する光源手段とを備えたことを特徴とする表示装置により達成される。
この表示装置においては、透過偏光軸可変手段の一方の側において、第１の偏光分離手段が、透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第１の所定の方向の直線偏光成分を透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第１の所定の方向と異なる所定方向（例えば、第１の方向と直交又はほぼ直交する方向）の直線偏光成分を透過偏光軸可変手段側に反射する。また、透過偏光軸可変手段の他方の側において、第２の偏光分離手段が、透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第２の所定の方向と異なる所定方向（例えば、第２の方向と直交又はほぼ直交する方向）の直線偏光成分を透過偏光軸可変手段側に反射又は吸収する。
このように、第１の偏光分離手段は、透過偏光可変手段側からの第１の方向の直線偏光成分を透過し、この第１の直線偏光成分とは異なる直線偏光成分を反射することにより、偏光分離を行う。このため、一方の方向の直線偏光成分を透過しこの一方の直線偏光成分と直交する他方の直線偏光成分を吸収することにより偏光分離を行う偏光板を使用する従来の表示装置と比較して、反射された直線偏光成分を利用することになるので、明るい表示が得られる。
更に、この表示装置は、光源手段により第１の偏光分離手段と第２の偏光分離手段との間に光を入射しているので、第１の偏光分離手段に対し、上側からの光の入射となる。即ち、反射型表示時の外光の場合と同じように上側から、光源の光も、第１の偏光分離手段に入射される。従って、前述の我々が特願平８−２４５３４６号にて提案した表示装置の場合のように下側からの光源光の入射でないため、ポジネガ反転する現象が生じない。また、光源の配置位置の自由度が増加し、表示装置の設計の自由度が増加する。
本発明の表示装置の一の態様によれば、前記第１の偏光分離手段は、前記第１の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第１の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなる。
この態様によれば、反射偏光子が、透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第１の所定の方向の直線偏光成分を第１の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第１の所定の方向と直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段側に反射する。また、透過偏光軸可変手段と反対側から入射した光のうち第１の所定の方向の直線偏光成分を第１の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段側に透過させ、第１の所定の方向と直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段と反対側に反射する。
この態様では更に、前記反射偏光子は、複屈折性を有する第１層と、該第１層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第２層とが交互に積層された積層体からなるようにしてもよい。
このような構成の反射偏光子においては、反射偏光子の一方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第１の方向の直線偏光成分の光は第１の方向の直線偏光成分の光として反対側の他方の主面側に透過し、第１の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。また、反射偏光子の他方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第１の方向の直線偏光成分の光は第１の方向の直線偏光成分の光として反対側の一方の主面側に透過し、第１の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記第２の偏光分離手段は、前記第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなる。
この態様によれば、反射偏光子が、透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を第２の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第２の所定の方向と直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段側に反射する。また、透過偏光軸可変手段と反対側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を第２の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段側に透過させ、第２の所定の方向に直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段と反対側に反射する。
このため、光源からの光のうち、第２の所定の方向の直線偏光成分の光は透過偏光軸可変手段側とは反対側に透過し、更に、第２の所定の方向と直交する方向の直線偏光成分の光も部分的に表示素子内で反射を繰り返し、いずれは反射偏光子を通って透過偏光軸可変手段側とは反対側に出射される。従って、光源からの光を使用して表示を行う場合に、第２の偏光分離手段として偏光板を使用した場合と比べて明るい表示が得られる。
この態様では更に、前記反射偏光子は、複屈折性を有する第１層と、該第１層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第２層とが交互に積層された積層体からなるようにしてもよい。
このような構成の反射偏光子においては、反射偏光子の一方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第２の方向の直線偏光成分の光は第２の方向の直線偏光成分の光として反対側の他方の主面側に透過し、第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。また、反射偏光子の他方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第２の方向の直線偏光成分の光は第２の方向の直線偏光成分の光として反対側の一方の主面側に透過し、第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記第２の偏光分離手段は、前記第２の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第２の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板からなる。
この態様によれば、偏光板が、透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を第２の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第２の所定の方向と直交する方向の直線偏光成分を吸収する。また、透過偏光軸可変手段と反対側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を第２の所定の方向の直線偏光成分として透過偏光軸可変手段側に透過させ、第２の所定の方向に直交する方向の直線偏光成分を吸収する。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記第１の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段の反対側に配置されており、前記第１の偏光分離手段からの光のうち所定の波長領域の光を前記第１の偏光分離手段に向かって出射する光学素子を更に備える。
この態様によれば、表示装置を第２の偏光分離手段側から観察すると、光源手段から第１の偏光分離手段と第２の偏光分離手段の間に入射された光に対しては、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段によって反射された光による第１の表示状態と、光学素子からの所定の波長の光であって第１の偏光分離手段を透過した光による第２の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第１の表示状態は、第１の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので、明るい表示となる。
他方、第２の偏光分離手段の外側からの外光に対しても、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段によって反射された光による第３の表示状態と、光学素子からの所定の波長の光であって第１の偏光分離手段を透過した光による第４の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第３の表示状態は、第１の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので、明るい表示となる。
更に、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて得られる２つの表示状態（明と暗）は、外光による表示と光源からの光による表示との間では同じとなり、すなわち、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸が第１の状態の場合に第２の偏光分離手段の外側から入射された光による表示が明であれば光源からの光による表示も明であり、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸が第２の状態の場合に第２の偏光分離手段の外側から入射された光による表示が暗であれば光源からの光による表示も暗であるので、第２の偏光分離手段の外側から入射された光による表示と、光源からの光による表示との間では、前述のポジネガ反転の問題は生じない。
この態様では、前記光学素子は、前記第１の偏光分離手段からの光のうち前記所定の波長領域以外の可視光領域の光を吸収し、前記所定の波長領域の光を前記第１の偏光分離手段に向かって部分的に反射可能であると共に前記所定の波長領域の光を部分的に透過可能な光学素子からなってもよい。
この場合には更に、前記光学素子は、カラーフィルタからなってもよい。このように構成すれば、カラーフィルタの色に応じたカラー表示が行える。
或いは、この態様では、前記光学素子に対して前記第１の偏光分離手段と反対側に配置されており、少なくとも前記所定の波長領域の光を前記光学素子に向かって反射可能な反射手段を更に備えてもよい。
このように反射手段を設けることにより、光学素子からの光による上記第２または第４の表示状態を明るくすることができる。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記第１の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段の反対側に配置されており、前記第１の偏光分離手段からの光のうち可視光領域の光を吸収する光学素子を更に備える。
この態様では、前記光学素子は、黒色の光吸収体からなってもよい。
このような構成とすることによって、表示素子を第２の偏光分離手段側から観察すると、光源から第１の偏光分離手段と第２の偏光分離手段との間に入射された光に対しては、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段によって反射された光による第５の表示状態と、黒色の表示の第６の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第５の表示状態は、第１の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので、明るい表示となり、しかも第６の表示状態との間で高いコントラストが得られる。
第２の偏光分離手段の外側からの外光に対しても、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段によって反射された光による第７の表示状態と、黒色の表示の第８の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第７の表示状態は、第１の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので、明るい表示となり、しかも第８の表示状態との間で高いコントラストが得られる。更に、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて得られる表示状態は、光源からの光による表示と外光による表示との間では同じとなり、前述のポジネガ反転の問題は生じない。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記第１の偏光分離手段及び前記透光偏光軸可変手段の間に、透光性の光拡散層を更に備える。
この態様によれば、第１の偏光分離手段から反射された光による表示は白色となる。尚、光拡散層に導光機能を与え、後述の導光板と兼用させてもよい。即ちこの場合には、光拡散層は、上方又は下方から入射する光を拡散する機能と共に側方から入射する光を上下方向に拡散する機能を有する。更にこの場合、光拡散層から第１の偏光分離手段側に出射する光の量は、逆側に出射する光の量よりも多い方が好ましい。なぜならば、前者が表示コントラストに寄与するからである。また、このような光拡散層は、導光板の片面又は両面に光拡散層を配置して構成してもよい。
この態様では、前記光拡散層の表面は、凹凸面又は粗い面からなってもよい。このように構成すれば、比較的容易に光拡散機能を実現できる。
或いは、この態様では、前記光拡散層は、光拡散性を有する粒状体を含んでもよい。このように構成しても、比較的容易に光拡散機能を実現できる。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記光源手段は、光源と、前記第２の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に配置されており前記光源からの光を前記第２の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導くと共に少なくとも前記透過偏光軸可変手段の側に出射させる透光性の導光板とを備える。
この態様によれば、光源からの光は、透光性の導光板により、第２の偏光分離手段及び透過偏光軸可変手段の間に導かれ、少なくとも透過偏光軸可変手段の側に出射した後、第１の偏光分離手段により反射されて表示に用いられる。この場合、光源からの光が透光性の導光板により第２の偏光分離手段の側に出射するようにしてもよいが、表示コントラストに寄与するのは、透過偏光軸可変手段の側に出射する光である。そして、導光板の上方又は下方からの光は、透光性の導光板を透過するので、表示に用いられる光の妨げとはならない。
この態様では、前記光源手段は、前記光源からの光を前記導光板に導くライトガイドを更に備えてもよい。このように構成すれば、光源の配置位置の自由度が更に増加し、表示装置の設計の自由度も更に増加する。
この場合、前記ライトガイドの一端が、前記第２の偏光分離手段と前記透過偏光軸可変手段との間に位置し、前記第２の偏光分離手段が前記ライトガイドに固定されてもよい。このように構成すれば、ライトガイドを第２の偏光分離手段を固定する部材と兼用できるので有利である。
或いは、この場合、前記透過偏光軸可変手段が、前記ライトガイドによって固定されてもよい。このように構成すれば、ライトガイドを透過偏光軸可変手段を固定する部材と兼用できるので有利である。
この第２の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板は、透光性の平板と、該平板の少なくとも前記透過偏光軸可変手段の側に形成されており前記光源からの光を前記透過偏光軸可変手段の側に出射するための凹凸部とを備えてもよい。このように構成すれば、凹凸部を介して比較的効率良く光を出射できる。
この場合、前記凹凸部は、離散的に設けられた複数の突起物を含んでもよい。このように構成すれば、複数の突起物の側部を介して比較的効率良く光を出射できる。
更にこの場合、前記突起物の大きさを５〜３００μｍとしてもよい。５μｍ以上とすることにより回折による影響が発生せず、３００μｍ以下とすることにより突起物が肉眼視で気にならないようにできる。
この第２の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板が、光学的にほぼ等方性を示してもよい。導光板が光学的に異方性を示す場合、表示外観が着色し色ムラが発生することがあるが、このように光学的にほぼ等方性を示せば、表示外観が着色したり色ムラが発生したりすることはない。
或いは、この第２の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板が、光学的に一軸性もしくは二軸性を示してもよい。このように導光板が、一軸性もしくは二軸性と言った規則性のある光学異方性を持つ場合は、色ムラが発生することはなく、表示の視野角を広くコントラストを良くすることが出来る。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記光源手段は、光源と、前記第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に配置されており前記光源からの光を前記第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導くと共に少なくとも前記第１の偏光分離手段の側に出射させる透光性の導光板とを備える。
この態様によれば、光源からの光は、透光性の導光板により、第１の偏光分離手段及び透過偏光軸可変手段の間に導かれ、少なくとも第１の偏光分離手段の側に出射した後、第１の偏光分離手段により反射されて表示に用いられる。この場合、光源からの光が透光性の導光板により透過偏光軸可変手段の側に出射するようにしてもよいが、表示コントラストに寄与するのは、第１の偏光分離手段の側に出射する光である。そして、導光板の上方又は下方からの光は、透光性の導光板を透過するので、表示に用いられる光の妨げとはならない。
この態様では、前記光源手段は、前記光源からの光を前記導光板に導くライトガイドを更に備えてもよい。このように構成すれば、光源の配置位置の自由度が更に増加し、表示装置の設計の自由度も更に増加する。
この場合、前記ライトガイドの一端が、前記第２の偏光分離手段の上に位置し、前記第２の偏光分離手段が前記ライトガイドに固定されてもよい。このように構成すれば、ライトガイドを第２の偏光分離手段を固定する部材と兼用できるので有利である。
或いは、この場合、前記透過偏光軸可変手段が、前記ライトガイドによって固定されてもよい。このように構成すれば、ライトガイドを透過偏光軸可変手段を固定する部材と兼用できるので有利である。
この第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板は、透光性の平板と、該平板の少なくとも前記第１の偏光分離手段の側に形成されており前記光源からの光を前記第１の偏光分離手段の側に出射するための凹凸部とを備えてもよい。
この場合、前記凹凸部は、離散的に設けられた複数の突起物を含んでもよい。
更にこの場合、前記突起物の大きさを５〜３００μｍとしてもよい。
この第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板が、光学的にほぼ等方性を示してもよい。
或いは、この第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記導光板が、光学的に一軸性もしくは二軸性を示してもよい。
この第１の偏光分離手段及び前記透過偏光軸可変手段の間に導光板を備えた態様では、前記第１の偏光分離手段と前記導光板とを、粘着剤にて密着してもよい。
この場合、前記粘着剤が、透光性の光拡散層を兼ねてもよい。このように構成すれば、表示装置の薄型化を図れると共に部品点数を減らせる。
本発明の表示装置の他の態様によれば、前記透過偏光軸可変手段が、液晶を含んで構成されている。即ち、当該表示装置は、液晶表示装置として構成される。
この場合、前記液晶が、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶またはＥＣＢ液晶であってもよい。このように構成すれば、反射型表示及び透過型表示の両者間でポジネガ反転することく、しかも明るい高品位の画像表示を比較的容易に行える。
本発明の上記課題は、上述の本発明の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器によっても達成される。
本発明の電子機器によれば、上述の本発明の表示装置を備えているので、明るい高品位の画像表示を行うことが可能な各種の電子機器を実現できる。
本発明の上記課題は、透過偏光軸可変光学素子と、該透過偏光軸可変光学素子の一方の側に配置されており、反射により偏光分離を行う型の第１の偏光分離器と、前記透過偏光軸可変光学素子の他方の側に配置されており、反射又は吸収により偏光分離を行う型の第２の偏光分離器と、前記第１及び第２の偏光分離器の間から光を入射する光源とを備えたことを特徴とする表示装置によっても達成される。
この表示装置においては、第１の偏光分離器は、透過偏光可変光学素子側からの第１の方向の直線偏光成分を透過し、この第１の直線偏光成分とは異なる直線偏光成分を反射することにより、偏光分離を行う。このため、吸収により偏光分離を行う偏光板を使用する従来の表示装置と比較して、反射された直線偏光成分を利用することになるので、明るい表示が得られる。更に、この表示装置は、光源により第１及び第２の偏光分離器の間に光を入射しているので、第１の偏光分離器に対し、上側からの光の入射となり、ポジネガ反転する現象が生じない。また、光源の配置位置の自由度が増加し、表示装置の設計の自由度が増加する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置および携帯電話を説明するための概略断面図である。
図２は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置および携帯電話を説明するための概略断面図である。
図３は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置で使用する偏光分離器（反射偏光子）を説明するための概略斜視図である。
図４は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置で使用する導光板を説明するための概略断面図である。
図５は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置で使用する導光板を説明するための概略斜視図である。
図６は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置の動作を説明するための概略断面図である。
図７は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置の動作を説明するための概略断面図である。
図８は、本発明の第２の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は夫々、本発明の第２の実施例の液晶表示装置の導光板の表面の形状を示す図である。
図１０は、本発明の第２実施例の一変形例におけるＬＥＤから導光板に光が入射される箇所を拡大して示した断面図である。
図１１は、本発明の第２実施例の他の変形例におけるＬＥＤから導光板に光が入射される箇所を拡大して示した断面図である。
図１２（ａ）は、本発明の第１実施例の一変形例におけるＬＥＤから導光板に光が入射される箇所を拡大して示した、ＬＥＤのレベルで切断した水平断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図１３は、本発明の第３の実施例の液晶表示装置のＬＥＤ及び導光板の部分の概略平面図である。
図１４は、本発明の第５の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図１５は、本発明の第６の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図１６は、本発明の第７の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図１７は、本発明の第８の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図１８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は夫々、本発明の第８の実施例の液晶表示装置に備られる光拡散層の具体例を示す断面図である。
図１９（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は夫々、本発明の第８の実施例の液晶表示装置に備られる光拡散層に形成される突起物の具体例を示す断面図である。
図２０は、本発明の第８の実施例の一変形例を説明するための概略断面図である。
図２１は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２２は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２３は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２４は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２５は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２６は、本発明の第８の実施例の他の変形例を説明するための概略断面図である。
図２７は、本発明の第９の実施例の液晶表示装置を説明するための、光導入部の概略断面図である。
図２８は、本発明の第１０の実施例の液晶表示装置を説明するための、光導入部の概略断面図である。
図２９は、本発明の第１１の実施例の液晶表示装置を説明するための、光導入部の概略断面図である。
図３０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は夫々、本発明による電子機器の実施例の斜視図である。
図３１は、従来の偏光板を用いた半透過反射型の表示装置の断面図である。
図３２は、本願発明者により発明された反射偏光子を用いた半透過反射型の表示装置の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例毎に図面に基づいて説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置および携帯電話を説明するための概略断面図であり、図２は、本発明の第１の実施例の液晶表示装置および携帯電話を説明するための概略断面図である。
図１に示すように、本実施例の携帯電話２においては、透明カバー３を備える携帯電話本体ケース４内に液晶表示装置１が設けられ、液晶表示装置１の表示が透明カバー３を介して外部から観察できるようになっている。
図２に示すように、本実施例の液晶表示装置１においては、透過偏光軸可変光学素子の一例としてＳＴＮ等の液晶を有する液晶セル１０を使用している。液晶セル１０の上側には位相差フィルム３０が設けられている。液晶セル１０の下側には、拡散板４０、第１の偏光分離手段としての下偏光分離器５０、カラーフィルタ６０、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム７０およびＰＥＴフィルム７０の表面に蒸着されたＡｌ（アルミニウム）蒸着膜８０がこの順に設けられている。
液晶セル１０においては、２枚のガラス基板１１、１２とシール部材１３とによって構成されるセル内にＳＴＮ等の液晶１４が封入されている。
携帯電話本体ケース４にＰＣＢ基板９０が取り付けられている。このＰＣＢ基板９０上に上記Ａｌ蒸着膜８０、ＰＥＴフィルム７０、カラーフィルタ６０、下偏光分離器５０、拡散板４０、液晶セル１０および位相差フィルム３０からなる構成体が搭載されている。この構成体の両側のＰＣＢ基板９０上にはＬＥＤ１２０がそれぞれ設けられ、ＬＥＤ１２０によって光が上方に向けて照射される構造となっている。
また、上記構成体の両側にはライトガイド１１０が設けられている。ライトガイド１１０によって、液晶セル１０等の左右の位置決めが行われると共に、液晶セル１０等からなる構成体の固定が行われている。ライトガイド１１０の下端にはＬＥＤ１２０からの光が導入されるようになっている。ライトガイド１１０は上方に向かって延在し、その上端は位相差フィルム３０上において、位相差フィルム３０の内側に向かって曲げられている。ライトガイド１１０の上端部の下側と位相差フィルム３０との間は両面テープ１１２で固定されている。ライトガイド１１０の上端部の上側には、第２の偏光分離手段としての上偏光分離器２０が設けられ、ライトガイド１１０の上端部の上側と上偏光分離器２０との間は両面テープ１１１で固定されている。
位相差フィルム３０上であって両側のライトガイド１１０間には導光板１３０が設けられている。ライトガイド１１０は光学的に等方なアクリル樹脂から構成されている。ＬＥＤ１２０からの光は、ライトガイド１１０によって上偏光分離器２０と位相差フィルム３０との間に導かれ、ライトガイド１１０の上端部の先端部から導光板１３０内に導入され、位相差フィルム３０側に向かって出射する。また、一方では、導光板１３０は上偏光分離器２０側からの光を位相差フィルム３０側に透過させ、位相差フィルム３０側からの光を上偏光分離器２０側に透過させる。
次に、図３を参照して、本実施例の液晶表示装置１で使用する上偏光分離器２０および下偏光分離器５０を例にとって説明する。
下偏光分離器５０は、異なる２つの層５１（Ａ層）と５２（Ｂ層）とが交互に複数層積層された構造を有している。Ａ層５１のＸ方向の屈折率（ｎAX）とＹ方向の屈折率（ｎAY）とは異なる。Ｂ層５２のＸ方向の屈折率（ｎBX）とＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。また、Ａ層５１のＹ方向の屈折率（ｎAY）とＢ層５１のＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。
従って、この下偏光分離器５０の上面５５に垂直な方向から下偏光分離器５０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光はこの下偏光分離器５０を透過し下面５６からＹ方向の直線偏光の光として出射する。また、逆に下偏光分離器５０の下面５６に垂直な方向から下偏光分離器５０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光はこの下偏光分離器５０を透過し上面５６からＹ方向の直線偏光の光として出射する。
一方、Ａ層５１のＺ方向における厚みをｔＡ、Ｂ層５２のＺ方向における厚みをｔＢとし、入射光の波長をλとすると、
ｔＡ・ｎAX＋ｔＢ・ｎBX＝λ／２  ……（１）
となるようにすることによって、波長λの光であって下偏光分離器５０の上面５５に垂直な方向から下偏光分離器５０に入射した光のうちＸ方向の直線偏光の光は、この下偏光分離器５０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。また、波長λの光であって下偏光分離器５０の下面５６に垂直な方向から偏光分離器５０に入射した光のうちＸ方向の直線偏光の光は、この下偏光分離器５０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。
そして、Ａ層５１のＺ方向における厚みｔＡおよびＢ層５２のＺ方向における厚みをｔＢを種々変化させて、可視光の全波長範囲にわたって上記式（１）が成立するようにすることにより、単一色だけでなく、白色光全部にわたってＸ方向の直線偏光の光をＸ方向の直線偏光の光として反射し、Ｙ方向の直線偏光の光をＹ方向の直線偏光の光として透過させる偏光分離器が得られる。
上記においては下偏光分離器５０を例にとって説明したが、上偏光分離器２０も同じ構造である。
尚、Ａ層５１の具体的な例としては、複屈折性を有するポリエチレンナフサレート（PEN: polyethylene naphthalate）を５倍延伸したものを用い、Ｂ層５２の具体的な例としては、複屈折性を有しないナフサレン・ジ・カルボン酸とテレフタル酸とのコポリエステル（coPEN: copolyester of naphthalene dicarboxylic acid and terephthalic or isothalic acid）を用いることができる。この場合Ａ層５１のＸ方向の屈折率（ｎAX）は、１．８８となり、Ｙ方向の屈折率（ｎAY）は、１．６４となる。また、Ｂ層５２のＸ方向の屈折率（ｎBX）とＹ方向の屈折率（ｎBY）とは共に１．６４となる。
このような偏光分離器は、特表平９−５０６９８５号公報（国際出願公報：ＷＯ／９５／１７６９２号）及び国際出願公報：ＷＯ／９５／２７８１９号等に、反射偏光子として開示されおり、本実施例においても、この公報に開示されている反射偏光子を使用可能である。
次に、図４、５を参照して、本実施例の液晶表示装置１で使用する導光板１３０を説明する。図４は概略断面図であり、図５は概略斜視図である。
導光板１３０は、透明な平板１３１の片面（射出面）１３４に突起１３２を備えている。突起１３２は円柱状であり、射出面１３４に対して略平行な面（底面１３５）と略垂直な面（側面１３６）とで構成されている。導光板１３０は屈折率が約１．４以上の透明材料で形成される。ＬＥＤ１２１からの光束は光線１２２や光線１２３に示すように端面１３７から入射したのち、導光板１３０の中で全反射を繰り返し突起１３２の側面１３６からのみ射出するため、被照明体１５０を効果的に照明することができる。
このように、導光板１３０は、その端面１３７に入射した光を効率的に射出面１３４側から射出する。また、一方では、面１３３からの光を面１３４側に透過させ、面１３４からの光を面１３３側に透過させる。
導光板１３０を形成する透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が好ましく用いられるが、本実施例では光学的に等方なアクリル樹脂を用いた。厚みは０．３〜２ｍｍである。突起１３２の大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起１３２部が肉眼視で気にならない程度の大きさであるためには概ね３００μｍ以下が望ましい。さらに、製造上の利便性を考慮すると、突起１３２の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また突起１３２の高さと幅（略円柱であれば直径）の比は、導光板１３０内での光線は平面方向の仰角が４５度以下であるため、１対１以下でよく、実際には２０度以下の光線が９０％以上を占めるため１対２程度まで充分な性能を発揮する。本実施例では、突起１３２の直径を２０μｍ、高さを１５μｍ、ピッチを２０μｍとした。
なお、位相差フィルム３０は、色補償用の光学異方体として用いており、ＳＴＮ等の液晶１４で発生する着色を補償するために使用している。
また、ＰＥＴフィルム７０の裏面側に設けられたＡｌ蒸着膜８０は反射手段として機能し、カラーフィルタ６０によるカラー表示が明るくなる。
次に、図６、図７を参照して、本実施例の液晶表示装置１の動作を説明する。
本実施例においては液晶１４としてＳＴＮ液晶等を使用しているが、ここでは、簡単のために液晶１４としてＴＮ液晶を使用した場合を例にとって説明する。
図６は、透過型の表示を行う場合即ち、ＬＥＤ１２０（図２参照）からの光がライトガイド１１０を介して導光板１３０に入射する場合を示している。左側を電圧印加部２１０とし右側を電圧無印加部２２０としている。
まず、ライトガイド１１０からの光であって上偏光分離器２０に到達する光を考えると、紙面に平行な方向の直線偏光成分の光は、紙面に平行な方向の直線偏光成分の光として上偏光分離器２０を観察側に透過する。一方、紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光は上偏光分離器２０によって紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光として反射されて液晶表示素子内部に向かって進む。そして、液晶表示素子の内部には屈折率の不連続な境界面が種々存在するので、そのような屈折率が不連続な境界面で、この紙面に垂直な方向の直線偏光の光は反射されて、その後液晶表示素子内で反射を繰り返しいずれは上偏光分離器２０を通って観察側に出射することになるので、ライトガイド１１０からの光を利用して表示を行う場合に、上偏光分離器として偏光板を使用する場合と比べて、明るい表示が得られる。もちろん上偏光分離器２０として偏光板を使用する場合でも下偏光分離器５０として反射偏光子を使用しているため、従来に比較して明るくなる。
次に、ライトガイド１１０からの光がＴＮ液晶１４等を通過することによって生じる表示について説明する。
右側の電圧無印加部２２０においては、ライトガイド１１０からの自然光２２１がＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過した自然光のうち紙面に垂直な方向の直線偏光の光は下偏光分離器５０によって紙面に垂直な方向の直線偏光の光として反射され、ＴＮ液晶１４によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光の光となる。ＴＮ液晶１４を出射した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２２２となる。
ＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過した光のうち紙面に平行な方向の直線偏光の光は下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過する。下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の一部はカラーフィルタ６０によって反射され、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４によって偏光方向が９０°捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光の光となる。ＴＮ液晶１４を出射した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０によって紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光として反射されて液晶表示素子内部に向かって進む反射光２２３となる。また、下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の他の一部はカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、ＰＥＴフィルム７０の裏面に設けられたＡｌ蒸着膜８０によって反射され、その後、再びカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４によって偏光方向が９０°捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光の光となる。ＴＮ液晶１４を出射した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０によって紙面に垂直な方向の直線偏光成分の光として反射されて液晶表示素子内部に向かって進む反射光２２３となる。
このように、電圧無印加時においては、ライトガイド１１０からの光は下偏光分離器５０によって反射されて、出射光２２２として出射されるので明るい表示が得られる。なお、下偏光分離器５０とＴＮ液晶１４との間には拡散層４０を設けているので、下偏光分離器５０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
左側の電圧印加部２１０においては、ライトガイド１１０からの光２１１がＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過した自然光のうち紙面に垂直な方向の直線偏光の光は下偏光分離器５０によって紙面に垂直な方向の直線偏光の光として反射され、ＴＮ液晶１４を偏光方向を変えずに透過する。ＴＮ液晶１４を透過した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０によって紙面に垂直な方向の直線偏光の光として反射されて液晶表示素子内部に向かって進む反射光２１３となる。
ＴＮ液晶１４および拡散層４０を透過した光のうち紙面に平行な方向の直線偏光の光は下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過する。下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の一部はカラーフィルタ６０によって反射され、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４を偏光方向を変えずに透過する。ＴＮ液晶１４を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２１２となる。また、下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の他の一部はカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、ＰＥＴフィルム７０の裏面に設けられたＡｌ蒸着膜８０によって反射され、その後、再びカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４を偏光方向を変えずに透過する。ＴＮ液晶１４を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２１２となる。
次に、図７を参照して、反射型の表示を行う場合即ち、外光が液晶表示装置１に入射した場合の表示について説明する。
右側の電圧無印加部２２０においては、外光の自然光２２５が液晶表示装置１に入射すると、その自然光２２５は、上偏光分離器２０によって紙面に平行な方向の直線偏光の光となり、その後、導光板１３０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後、ＴＮ液晶１４によって偏光方向が９０°捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光の光となり拡散層４０を透過する。拡散層４０を透過した紙面に垂直な方向の直線偏光の光は、下偏光分離器５０によって紙面に垂直な方向の直線偏光の光として反射され、ＴＮ液晶１４によって偏光方向が９０°捻られて紙面に平行な方向の直線偏光の光となる。ＴＮ液晶１４を出射した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２２６となる。
このように、電圧無印加時においては、外光の自然光２２５からの光は下偏光分離器５０によって反射されて、出射光２２６として出射されるので明るい表示が得られる。なお、下偏光分離器５０とＴＮ液晶１４との間には拡散層４０を設けているので、下偏光分離器５０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
左側の電圧印加部２１０においては、外光の自然光２１５が液晶表示装置１に入射すると、その自然光２１５は、上偏光分離器２０によって紙面に平行な方向の直線偏光の光となり、その後、導光板１３０、ＴＮ液晶１４および拡散層４０を偏光方向を変えずに透過し、拡散層４０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光は下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過する。下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の一部はカラーフィルタ６０によって反射され、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後、拡散層４０、ＴＮ液晶１４を偏光方向を変えずに透過する。ＴＮ液晶１４を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２１６となる。また、下偏光分離器５０を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光の他の一部はカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、ＰＥＴフィルム７０の裏面に設けられたＡｌ蒸着膜８０によって反射され、その後、再びカラーフィルタ６０によって吸収されつつカラーフィルタ６０を透過し、その後、下偏光分離器５０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、その後拡散層４０を透過し、ＴＮ液晶１４を偏光方向を変えずに透過する。ＴＮ液晶１４を透過した紙面に平行な方向の直線偏光の光は、導光板１３０を透過し、上偏光分離器２０を紙面に平行な方向の直線偏光の光として透過し、観察側に向かって進む出射光２１６となる。
以上のように第１の実施例によれば、右側の電圧無印加部２２０においては、ライトガイド１１０からの自然光２２１は、下偏光分離器５０で液晶表示装置の外部側（図６では紙面の上側）に向かって反射され、上偏光分離器２０を透過して、上偏光分離器２０から出射光２２２として出射され（図６参照）、外光の自然光２２５は、下偏光分離器５０で液晶表示装置の外部側（図７では紙面の上側）に向かって反射され、上偏光分離器２０を透過して、上偏光分離器２０から出射光２２６として出射され（図７参照）、いずれの場合も、拡散層４０によって鏡面状から白色状になって上偏光分離器２０から観察者側に出射される。他方、左側の電圧印加部２１０においては、ライトガイド１１０からの自然光２１１は、下偏光分離器５０を透過し、カラーフィルタ６０で着色され、下偏光分離器５０を再び透過し、上偏光分離器２０を透過して上偏光分離器２０から出射光２１２として出射され（図６参照）、外光の自然光２１５は、上偏光分離器２０および下偏光分離器５０を透過し、カラーフィルタ６０で着色され、下偏光分離器５０および上偏光分離器２０を再び透過して上偏光分離器２０から出射光２１６として出射され（図７参照）、いずれの場合も、カラーフィルタ６０によって着色されて上偏光分離器２０から観察者側に出射される。従って、ＴＮ液晶１４のオン、オフの状態に応じて得られる表示状態は、外光による表示と、ライトガイド１１０からの光による表示とでは同じとなり、その結果、外光による表示と、ライトガイド１１０からの光（ＬＥＤ１２０からの光）による表示との間では、前述のポジネガ反転の問題は生じない。
また、電圧無印加時においては、ライトガイド１１０からの光２２１は下偏光分離器５０によって反射されて出射光２２２として出射され（図６参照）、外光の自然光２２５も偏光分離器５０によって反射されて出射光２２６として出射されるので（図７参照）、明るい表示が得られる。なお、下偏光分離器５０とＴＮ液晶１４との間には拡散層４０を設けているので、下偏光分離器５０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
また、上述のように、電圧無印加部２２０においては、下偏光分離器５０によって反射された光が拡散層４０によって散乱されて白色状の出射光２２２（図６参照）または２２６（図７参照）となり、電圧印加部１１０においては、下偏光分離器５０を透過した光がカラーフィルタ６０で着色されてカラーの出射光２１２（図６参照）または２１６（図７参照）となって、白地にカラーの表示が得られるが、カラーフィルタ６０に黒を使用すれば可視光領域の全波長が吸収されるので、白地に黒表示となる。
また、反射板として機能するＡｌ蒸着膜８０を設けているので、カラーフィルタ６０によって着色されたカラーの出射光２１２または２１６が明るくなる。
なお、下偏光分離器５０の透過軸を９０°回転して、電圧印可部と電圧無印可部の表示状態を逆にしても良い。すなわち、外光下でも、光源点灯下でも、ネガ型の表示が得られる。
本実施例では特に図２に示したように、導光板１３０は、上偏光分離器２０と位相差フィルム３０との間に配置されている。このように構成することで、導光板１３０を上偏光分離器２０上に配置するタイプの表示装置に比較して、突起１３２による低視角での白濁やぼけが見え難いという利点が得られる。
なお、上記においては、簡単のためにＴＮ液晶１４０を例にとって説明したが、ＴＮ液晶１４０に代えてＳＴＮ液晶やＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。
（第２の実施例）
図８は、本発明の第２の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図８に示すように、本実施例の液晶表示装置１００１においては、透過偏光軸可変光学素子としてＳＴＮの液晶を有する液晶セル１０１０を使用している。液晶セル１０１０の上側には位相差フィルム１０３０および第２の偏光分離手段の一例としての上偏光板１０２０がこの順に設けられている。液晶セル１０１０の下側には、導光板１１３０、光拡散剤入り粘着剤１０４０、第１の偏光分離手段の一例としての下偏光分離器１０５０、および黒光吸収板１０６０がこの順に設けられている。光拡散剤入り粘着剤１０４０は光拡散効果と粘着効果の両方の機能を備えており、導光板１１３０に貼り付けることが出来る。
液晶セル１０１０においては、２枚のガラス基板１０１１、１０１２とシール部材１０１３とによって構成されるセル内にＳＴＮの液晶１０１４が封入されている。液晶セル１０１０の液晶１０１４の光学異方性Δｎと液晶層の厚みｄの積Δｎ×ｄの値を１１００ｎｍ以上としており、この液晶セル１０１０に対し、フレーム抜き階調駆動等異なる３値以上の実効電圧を印加することにより、印加実効電圧に応じて３色以上の多色表示が可能となる。なお、位相差フィルム１０３０を用いることにより、液晶１０１４で発生する着色を補償したり、白表示を含む多色表示が可能となる。
ＰＣＢ基板１０９０上にはＬＥＤ１１２０が設けられ、ＬＥＤ１１２０によって光が上方に向けて照射される構造となっている。また、ＬＥＤ１１２０からの光を導入するためのライトガイド１１１０がＰＣＢ基板１０９０上に設けられている。更にライトガイド１１１０によって、液晶セル１０１０等の左右の位置決めが行われると共に、液晶セル１０１０等からなる構成体の固定が行われている。ライトガイド１１１０は上方に向かって延在し、その中間には導光板１１３０が挟まっており、ＬＥＤ１１２０から導入されたの光が導光板１１３０に更に導入される。また、ライトガイド１１１０の上端は上偏光板１０２０の内側に向かって曲げられている。ライトガイド１１１０の上端部の下側と上偏光板１０２０との間は両面テープ１１１２で固定されている。ライトガイド１１１０は透明なプラスチック板等でも、反射機能をもつ不透明なプラスチック板で囲まれた空洞でもよい。また、ライトガイド１１１０と導光板１１３０とは、夫々の部品を組み合わせてもよいが、一体的に型成形してもよい。
ＬＥＤ１１２０からの光は、ライトガイド１１１０によって導かれ、導光板１１３０内に導入される。導光板１１３０は、下偏光分離器１０５０の側に光を透過するように、下偏光分離器１０５０の側の表面（下面）が凹凸面や粗面に形成されており、ライトガイド１１１０からの光を下偏光分離器１０５０側に向かって出射する。また、一方では、導光板１１３０は液晶セル１０１０側からの光を下偏光分離器１０５０側に透過させ、下偏光分離器１０５０側からの光を液晶セル１０１０側に透過させる。
下偏光分離器１０５０は、図３と同様な構造をしている。
導光板１１３０は、図４、５と同様な構造をしていてもよい。或いは、導光板１１３０はその他の形状として、図９（ａ）のような略半球状の凸、（ｂ）のような円錐状の凹、（Ｃ）のような略半球状の凹、（ｄ）のような円柱状の凹等、その他適宜である。また、導光板１１３０の表面輝度が均一になるように、凹凸の密度分布を面内で変えても良い。また、導光板は表面が上記形状を持つフィルムをプラスチックもしくはガラス基板等に貼り合わせてもよい。この場合、表面が上記形状を持つフィルムの屈折率とプラスチックもしくはガラス基板等の屈折率がほぼ等しいことが望まれる。また、導光板１１３０は、このようにその表面に凹凸が形成されているため、光拡散板の役目も果たす。
更に、上述の第２の実施例の変形例として、図１０及び図１１に示すように、ライトガイド１１１０を省略する構成を採用することも可能である。ここに、図１０及び図１１は夫々、変形例におけるＬＥＤから導光板に光が入射される箇所を拡大して示した断面図である。即ち、図１０に示すように、導光板１１３０の端部の下面に対向配置されたＬＥＤ１１２０から光Ｌ１を導光板１１３０に直接入射するように構成してもよい。この場合、ＰＣＢ基板１０９０から立設されたフレーム１０９０ａにより、導光板１１３０、下ガラス板１０１２等を固定すればよい。或いは、図１１に示すように、導光板１１３０’の端面に対向配置されたＬＥＤ１１２０’から光Ｌ２を導光板１１３０’に直接入射するように構成してもよい。この場合、ＰＣＢ基板１０９０から立設されたフレーム１０９０ｂによりＬＥＤ１１２０’を固定すると共に、ＰＣＢ基板１０９０から立設されたフレーム１０９０ｃにより導光板１１３０’、下ガラス板１０１２等を固定すればよい。
同様に、前述の第１の実施例の変形例として、図１２に示すように、ライトガイド１１０を省略する構成を採用することも可能である。ここに、図１２（ａ）は、変形例におけるＬＥＤから導光板に光が入射される箇所を拡大して示した、ＬＥＤのレベルで切断した水平断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。即ち、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、導光板１３０’の端面に対向配置されたＬＥＤ１２０’から光Ｌ３を導光板１３０’に直接入射するように構成してもよい。この場合、ＰＣＢ基板１０９０から立設されたフレーム１０９０ｄによりＬＥＤ１１２０’、導光板１３０’等を固定すればよい。この変形例では特に、ライトガイド１１０が無いことに加えて、ＬＥＤ１２０’を収容するように導光板１３０’に凹部が形成されているので、ＬＥＤ１２０’の光の利用効率が向上する。
以上説明したように第２の実施例によれば、ライトガイド１１１０からの光は下偏光分離器１０５０の上方から照射され且つ外光も下偏光分離器１０５０の上方から照射されるために、第１の実施例と同様に、液晶１０１４のオン、オフの状態に応じて得られる表示状態は、外光による表示と、ライトガイド１１１０からの光による表示とでは同じとなる。その結果、外光による表示と、ライトガイド１１１０からの光（ＬＥＤ１１２０からの光）による表示との間では、前述のポジネガ反転の問題は生じない。
更に第１の実施例の場合と同様に、電圧無印加時において、明るい白色の表示が得られ、電圧印加時には、階調駆動により色純度の良い多色表示が得られる。
（第３の実施例）
図１３は、本発明の第３の実施例の液晶表示装置の一部を説明するための概略図である。すなわち、図８の導光板１１３０およびＬＥＤ１１２０の位置及び下偏光分離器１０５０の透過軸を示している。なお、１１３２は突起を示している。
第３の実施例では特に、上記第２の実施例の構成において、下偏光分離器１０５０の透過軸１０５１をＬＥＤ１１２０の並んでいる方向１１２１に対し垂直に近い方向に配置する。第３の実施例におけるその他の構成については、図８に示した第２の実施例の場合と同様である。
このように下偏光分離器１０５０を配置すると、ＬＥＤ点灯時により明るくなった。すなわち、導光板１１３０から出射する光は導光板１１３０内を通過する際に偏光し、ＬＥＤ１１２０の並んでいる方向１１２１の偏光が強い。ＬＥＤ１１２０の並んでいる方向１１２１の光を下偏光分離器１０５０によって液晶１０１４側に反射すれば、表示が効率よく明るくなる。よって、ＬＥＤ１１２０の並んでいる方向１１２１に下偏光分離器１０５０の反射軸の方向が合えはよく、言い換えれば、方向１１２１に対し下偏光分離器１０５０の透過軸１０５１を垂直に配置すれば良い。ＬＥＤ１１２０の並んでいる方向１１２１と透過軸１０５１のなす角θを６０〜９０°にするのが良い。
（第４の実施例）
第４の実施例では、上記第２の実施例において特に、導光板１１３０に住友化学製ルミスティーを用いた。第４の実施例におけるその他の構成については、図８に示した第２の実施例の場合と同様である。
住友化学製ルミスティーは、フィルム内に屈折率の異なる層が約３μｍ間隔で並んでおり、この構造により光の回折現象が生じ光が拡散する。層構造を調整することにより、拡散光の方向制御出来るため、光の出射角を入射角とは異ならせる特性を持っている。これにより、導光板１１３０に側面より入射した光を表面より出射することが出来る。
よって、上記第２の実施例と同様な効果がある。
（第５の実施例）
図１４は、本発明の第５の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
第５の実施例では、上記第２の実施例において、光拡散剤入り粘着剤１０４０を省き、代わりに導光板１１３０の上に光拡散板１０４１を設けた。第４の実施例におけるその他の構成については、図８に示した第２の実施例の場合と同様である。
第５の実施例によれば、上記第２の実施例と同様な効果に加えて、光拡散板１０４１により、上記第２の実施例でやや目立った点灯表示部の影が目立たなくなった。これは、拡散層が液晶層に近づいたためである。
（第６の実施例）
図１５は、本発明の第６の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
第６の実施例では、上記第５の実施例において、下ガラス基板１０１２の透明電極ライン１０１６に合わせ上ガラス基板１０１１の透明電極ライン１０１５上に赤・緑・青のカラーフィルタ１０１７が設けられている。ただし、液晶セル１０１０の液晶１０１４の光学異方性Δｎと液晶層の厚みｄの積Δｎ×ｄの値を８６０ｎｍに変更し、位相差フィルム１０３０を用いることにより色補償を行った。この液晶セル１０１０をフレーム抜き階調駆動を行った。第６の実施例におけるその他の構成については、図１４に示した第５の実施例の場合と同様である。
このように構成することにより、外光時でもＬＥＤ点灯時でも明るいフルカラー表示が得られた。
また、下ガラス基板１０１２の代わりに、厚みが０．１２ｍｍ以下の薄いプラスチックフィルムにすると、色純度の高い明るいフルカラー表示が得られた。
（第７の実施例）
図１６は、本発明の第７の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
第７の実施例では、上記第５の実施例において、黒光吸収板１０６０の代わりに蛍光体１０６５が設けられている。第７の実施例におけるその他の構成については、図１４に示した第５の実施例の場合と同様である。
蛍光体１０６５により、外光時でもＬＥＤ点灯時でも液晶電圧印可部は蛍光体が明るく光るため、更に明るい表示が得られた。
（第８の実施例）
図１７は、本発明の第８の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。
図１７において、液晶表示装置は、上偏光板２００１と、液晶パネル２００２、光拡散層２００３、偏光分離器２００４および光吸収体２００５を順に積層し、光拡散層２００３の側方に光源２００６を設けた構成である。光源２００６の周囲には、反射板２００６ａが設けられている。
上偏光板２００１としては、図８に示した第２実施例における上偏光板１０２０と同様のものを用いることができる。また液晶パネル２００２は、ガラス等よりなる一対の基板２０２１・２０２２間に液晶層２０２３を介在させた構成であり、その液晶層２０２３としては、いわゆるＴＮ型やＳＴＮ型その他従来公知の各種の液晶を用いることができる。
光拡散層３は、図８に示した第２実施例における導光板１１３０と同様に、光源２００６からの光を液晶パネル２００２と偏光分離器２００４との間に導く機能と共に光を拡散する機能を有する。
光拡散層２００３としては、光を拡散できるものであれば材質等は適宜であり、例えば乳白色のアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等よりなるプラスチック板や透明もしくは半透明のプラスチック板などを用いることができる。その光拡散層２００３の厚さは、薄くすると視差を少なくすることができ、逆にある程度厚くすると、表示画素等の影が遠くなって、あまり気にならなくなる。視差を少なくするための光拡散層２００３の厚みは１．２ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．８ｍｍ以下とすればよい。逆に、厚くして影が気にならない目安としては２ｍｍ以上にすることが好ましい。一方、光拡散層２００３の屈折率を大きくできないため０．２ｍｍ以下にすると光が上方もしくは下方に行かない。従って０．２ｍｍ以上にするのが好ましい。以上の点を勘案して光拡散層２００３の厚さを適宜設定すればよい。
また光拡散層２００３には、必要に応じて以下のような処理を施せば、光の発光効率を高めることができる。即ち、例えば図１８（ａ）のように光拡散層２００３の表面２００３ａ、とりわけ上下両面もしくはそのいずれか一方の面を荒らす（粗面にする）、図１８（ｂ）のように光拡散層２００３内に光拡散層２００３と屈折率の異なる樹脂ビーズ２００３ｂを充填する、又は図１８（ｃ）のように光拡散層２００３の表面２００３ｃに凹凸を形成する。又その凹凸形状は、図１９（ａ）のような角柱状や円柱状、図１９（ｂ）のような円錐状、又は図１９（ｃ）のような略半球状にする等その他適宜である。上記の処理を施す場合に上記処理のいずれかの組合せで片面ずつ形成してもよい。
また上記の光拡散層２００３の側方に配置される光源２００６としては、例えば線状の冷陰極管等を用いることができ、線状光源に限らず、ＬＥＤのような点光源でもよい。また図の場合は光拡散層２００３の一側方に設けたが、両側方もしくは光拡散層の側方の全周に設けてもよい。
更に、光吸収体２００５としては、例えば光吸収性のよい黒色のプラスチックフィルムやシート等を用いることができ、その材質等は適宜である。
以上説明したように第８実施例では、液晶パネル２００２と偏光分離器２００４との間に、導光板としても機能する光拡散層２００３を設け、光拡散層２００３の側方に設けた光源２００６から光拡散層２００３内に光を導入して光拡散層２００３を発光させるようにしたので、前述の第２の実施例の場合と同様に、その発光時には透過型の表示が可能となり、非発光時には反射型の表示が可能となり、しかもその両型の表示で、ポジネガ反転することなく良好に表示することが可能となる。
なお、本発明で用いる液晶パネル２００２の基板２０２１・２０２２の材質としては、前記のようなガラスに限らず、プラスチック板やプラスチックフィルム等を用いてもよく、そのような材質の基板を用いると、薄くて軽い液晶パネルが得られるだけでなく、振動等の機械的な破壊力に対して強くなり、しかも曲面表示が可能となる等の利点がある。
また本発明の偏光分離器２００４としては、前記のような反射偏光子（図３参照）以外にも、例えばコレステリック液晶層と（１／４）λ板を組み合わせたもの、ブリュースターの角度を利用して反射偏光と透過偏光とに分離するもの（ＳｌＤ  ９２  ＤｌＧＥＳＴ  第４２７頁乃至第４２９頁）、ホログラムを利用するもの、国際公開された国際出願（国際出願公開：ＷＯ９５／２７８１９号及びＷＯ９５／１７６９２号）に開示されたもの等を用いることもできる。尚、これら各種の偏光分離器は、前述及び後述の各実施例においても、同様に反射偏光子の代わりに利用することが可能である。
また光吸収体２００５は、黒色のものに限らず、例えばその光吸収体２００５で吸収する光の波長を変化させることで、点灯色（非点灯色）の色を任意に変えることもできる。さらに、光源の色を赤、青などにすることで、反射で液晶パネルを見るときと、光源を使用して見るときで表示画面の印象を変化させることができ、意匠性のある表示が可能となる。また、光吸収体２００５を一色ではなく、電極パターンにあわせて色を付けることにより、部分的なカラー表示が可能となる。
（第８の実施例の変形例）
更に、第８の実施例の液晶表示装置は、上記以外にも適宜変更可能であり、例えば液晶パネル２００２で生じる着色を解消するための位相差板或いは位相差フィルムを備えた液晶表示装置にも適用できる。以下、第８の実施例の変形例を図２０から図２６を参照して説明する。
図２０は、上偏光板２００１と液晶パネル２００２との間に位相差板２００７を介在させた例を示す。位相差板２００７としては従来公知の各種材質のものが使用可能であり、他の構成は第８の実施例と同様である。
図２１は液晶パネル２００２と光拡散層２００３との間に位相差板２００７を介在させた例を示す。位相差板２００７としては従来公知の各種材質のものが使用可能であり、他の構成は第８の実施例と同様である。
図２２は、液晶パネル２００２の下側基板２０２２を光拡散層として兼用させるようにした例を示す。上記のように下側基板２０２２を光拡散層に兼用させると、光拡散層を別に設ける必要がなくなり、液晶表示装置を薄くできる。又それによって視差を小さくすることが可能となる。
図２３は、液晶パネル２００２と偏光分離器２００４との間に光拡散層２０３１を、また偏光分離器２００４と光吸収体２００５との間に光拡散層２０３２をそれぞれ設け、各光拡散層２０３１、２０３２の一側方にそれぞれ光源２０６１、２０６２と反射板２０６１ａ、２０６２ａとを設けた例を示す。この構成において、上側の光源２０６１を点灯させて透過型として使用した場合には、ポジネガが反転しないので反射型と同じ表示になるが、下側の光源２０６２を点灯させて透過型として使用した場合には、ポジネガ反転が起こり、反射時と逆の表示になる。即ち、光源２０６１、２０６２の選択的切り替えで、白黒等の表示モードを反転させることが可能となり、従来表示モードを反転させるために行われてきた信号データを逆にしたり、偏光板の軸を９０度ずらすなどの処理は不要となる。また光源２０６１、２０６２の発色光を変えることで、意匠性のある表示も可能となる。
図２４は、液晶パネル２００２の上下両側に偏光分離器２００４ａ、２００４ｂを配置した例である。上側の偏光分離器２００４ａは偏光板２００１と位相差板２００７との間に配置され、上側の偏光分離器２００４ａと偏光板２００１の透過軸を揃えて配置することによって、光源２００６の点灯時には、上方に向かう光が下方に反射して光量が増え、液晶表示装置がより明るくなる。
図２５は、上面側に位相差板２００２、下面側に偏光分離器２００４を有する複数個の液晶パネル２００２を、偏光板２００１と光吸収体２００５との間に配置すると共に、上側の液晶パネル２００２と偏光分離器２００４との間に光拡散層２００３を介在させ、光拡散層２００３の側方に光源２００６と反射板２００６ａとを設けた例を示す。このように液晶パネルを複数個設けると、例えば複数色のマルチカラー表示等が可能となる。
図２６は、液晶パネル２００２内の液晶層２０２３と基板２０２２との問に、カラーフィルター２０２４を設けた例を示す。カラーフィルター２０２４の位置は液晶層２０２３と基板２０２１との間でもよい。こうすれば反射時には明るく、暗い所では光源を点灯することにより、ポジネガ反転のないカラー表示を得ることができる。
（第９の実施例）
図２７は、本発明の第９の実施例の液晶表示装置を説明するための概略断面図である。第９の実施例では、上偏光分離器及び下偏光分離器の間に光を導入する構成に特徴があり、その他の構成については、上述した各実施例の場合と同様である。このため、光導入部の構成について説明すると共にその他の構成についての説明は省略する。図２７は、特に光導入部の概略断面図である。
図２７において、第９の実施例では、前述した第８実施例等と同様の一対の基板２０２１・２０２２間に液晶層２０２３を介在させた構成を持つ液晶パネル２００２（図１７及び図２０から図２６参照）の下側に、スペーサ２１０７を介して上面を粗くしたガラス板２１０８が、対向配置されている。スペーサ２１０７により、基板２０２２とガラス板２１０８との間に作られる空間（空気層）２１１０の端に、ＬＥＤ等の光源２１０６が設けられており、光源２１０６からの光が空間２１１０に導入されるように構成されている。また、ガラス基板２１０７の下側には、前述した第８実施例等と同様の光拡散層２００３及び下偏光分離器２００４（図１７及び図２０から図２６参照）が配置されている。
第９の実施例によれば、光源２１０６から空間２１１０に導入された光は、図中矢印Ｌ４で示したように、ガラス板２１０８の粗い上面を介してガラス板２１０８に入射し、光拡散層２００３を介して偏光分離器２００４により選択的に反射される。この反射光は、ガラス板２１０８及び空間２１１０を透過して、液晶パネル２００２に下側から入射する。
このように本実施例によれば、上述した各実施例において上及び下偏光分離器の間に光を導入する導光板の代わりに、スペーサ２１０７により形成された空間２１１０を用いて、光を導入することが出来る。
（第１０の実施例）
図２８は、本発明の第１０の実施例の液晶表示装置を説明するための、光導入部の概略断面図である。
図２８に示すように、第１０の実施例は、上述した第９の実施例の構成において、液晶パネル２００２’の下側の基板２０２２’の下面も、粗く形成されており、その他の構成については、図２７に示した第９の実施例の場合と同様である。
第１０の実施例によれば、光源２１０６から空間２１１０に導入された光は、図中矢印Ｌ５で示したように、一方で、ガラス板２１０８の粗い上面を介してガラス板２１０８に入射し、光拡散層２００３を介して偏光分離器２００４により選択的に反射される。他方で、基板２０２２’の粗い下面を介して液晶パネル２００２に下側から入射する。
このように本実施例によれば、上述した各実施例において上及び下偏光分離器の間に光を導入する導光板の代わりに、スペーサ２１０７により形成された空間２１１０を用いて、光を導入することが出来る。
（第１１の実施例）
図２９は、本発明の第１１の実施例の液晶表示装置を説明するための、光導入部の概略断面図である。
図２９に示すように、第１１の実施例は、上述した第１０の実施例の構成に比べて、基板２０２２’の下面を粗く形成する代わりに、表面が粗く形成されたフィルム２１１１を、少なくとも粗い面が下側にくるように基板２０２２の下面に貼り付け、且つ、ガラス板２１０８の上面を粗く形成する代わりに、表面が粗く形成されたフィルム２１１２を、少なくとも粗い面が上側にくるようにガラス板２１０８’の上面に貼り付けて構成する点が異なる。その他の構成については、図２８に示した第１０の実施例の場合と同様である。
第１１の実施例によれば、光源２１０６から空間２１１０に導入された光は、図中矢印Ｌ６で示したように、一方で、フィルム２１１２を介してガラス板２１０８’に入射し、光拡散層２００３を介して偏光分離器２００４により選択的に反射される。他方で、フィルム２１１１を介して液晶パネル２００２に下側から入射する。
このように本実施例によれば、上述した各実施例において上及び下偏光分離器の間に光を導入する導光板の代わりに、スペーサ２１０７により形成された空間２１１０を用いて、光を導入することが出来る。
尚、上述した第９から第１１実施例において、ガラス板２１０８、基板２０２２’、フィルム２１１１及び２１１２の粗い面は、図４、図５、図９、図１０、図１８、及び図１９等を参照して前述した導光板や光拡散層と同じように、各種の凹凸形状を有する面であってよい。
以上の各実施例は一例であり、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜変更可能である。例えば図２２から図２６の各実施例においては位相差板を有しないものにも、それぞれ同様に適用することができる。
また各実施例において、光拡散層としては光学的異方性があると色付いてしまうので通常は異方性がないものを用いるが、意図的に光学的異方性を持たせてもよい。例えば、図２１において位相差板２００７の代わりに光学異方性を有する光拡散層２００３で兼用することもできる。あるいは図２１において、位相差板２００７に光学異方性を有する光拡散層２００３を用いることにより液晶パネルの着色解消効果を高めることができる。
さらに各実施例における液晶表示装置の製造手順等は適宜であるが、光源を光拡散層の側面に設置するに当たっては、板状の光拡散層に偏光分離器を貼り付けた後に、その光拡散層の側面に光源を設置するとよい。光拡散層に突起などが出ていると偏光分離器を貼り付けるのが困難となるからである。
また各実施例のような液晶表示装置を、例えば図３０（ａ）に示すような携帯電話３０００の表示部３００１に適用すれば、明所では反射型の表示により暗所では透過型の表示により、表示品質のよい省エネルギ型の携帯電話を実現できる。図３０（ｂ）に示すような腕時計３１００の表示部３１０１に適用すれば、明所では反射型の表示により暗所では透過型の表示により、表示品質のよい省エネルギ型の腕時計を実現できる。また、図３０（ｃ）に示すようなパーソナルコンピュータ３２００の表示画面３２０１に適用すれば、明所では反射型の表示により暗所では透過型の表示により、表示品質のよい省エネルギ型のパーソナルコンピュータを実現できる。
以上図３０に示した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、エンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等などの電子機器にも、本実施例の液晶表示装置を適用可能である。
以上説明したように本発明の各実施例によれば、第１の偏光分離手段は反射偏光子からなり、反射光を表示に利用するので、偏光板や半透過反射板等を使用する従来の表示装置と比較して、明るい表示が得られる。
更に、本発明の各実施例では、第１の偏光分離手段と第２の偏光分離手段との間に光を入射するので、反射型表示の時も透過型表示の時も、第１の偏光分離手段に対し上側からの光の入射となる。このため、前述の我々が特願平８−２４５３４６号にて提案した表示装置のようにポジネガ反転する現象が生じない。また、ライトガイドや導光板を用いるので、光源の配置位置の自由度が増加し、表示装置の設計の自由度が増加する。
産業上の利用可能性
本発明に係る表示装置は、液晶装置を透過偏光軸可変手段として用いて明所でも暗所でも見やすい表示装置として利用可能であり、更に、液晶装置以外の透過偏光軸可変手段を用いた表示装置として利用可能である。また、本発明に係る電子機器は、このような表示装置を用いて構成され、明所でも暗所でも高品質の画像表示を行える省エネルギ型の電子機器等として利用可能である。
【図１】
0003881701.tif 000002
【図２】
0003881701.tif 000003
【図３】
0003881701.tif 000004
【図４】
0003881701.tif 000005
【図５】
0003881701.tif 000006
【図６】
0003881701.tif 000007
【図７】
0003881701.tif 000008
【図８】
0003881701.tif 000009
【図９】
0003881701.tif 000010
【図１０】
0003881701.tif 000011
【図１１】
0003881701.tif 000012
【図１２（ａ）】
0003881701.tif 000013
【図１２（ｂ）】
0003881701.tif 000014
【図１３】
0003881701.tif 000015
【図１４】
0003881701.tif 000016
【図１５】
0003881701.tif 000017
【図１６】
0003881701.tif 000018
【図１７】
0003881701.tif 000019
【図１８（ａ）】
0003881701.tif 000020
【図１８（ｂ）】
0003881701.tif 000021
【図１８（ｃ）】
0003881701.tif 000022
【図１９（ａ）】
0003881701.tif 000023
【図１９（ｂ）】
0003881701.tif 000024
【図１９（ｃ）】
0003881701.tif 000025
【図２０】
0003881701.tif 000026
【図２１】
0003881701.tif 000027
【図２２】
0003881701.tif 000028
【図２３】
0003881701.tif 000029
【図２４】
0003881701.tif 000030
【図２５】
0003881701.tif 000031
【図２６】
0003881701.tif 000032
【図２７】
0003881701.tif 000033
【図２８】
0003881701.tif 000034
【図２９】
0003881701.tif 000035
【図３０（ａ）】
0003881701.tif 000036
【図３０（ｂ）】
0003881701.tif 000037
【図３０（ｃ）】
0003881701.tif 000038
【図３１】
0003881701.tif 000039
【図３２】
0003881701.tif 000040