(57)【要約】【課題】  影絵的な演出効果を持たせても積層構造が単純な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  ２枚の透明基板１１ａ、１１ｄで挟持され、透明基板１１ａ、１１ｄに形成された電極が印加する電圧で透過状態と散乱状態を切り換える液晶層１１ｂと、入射光の一部を反射し、一部を透過する半透過反射層（半透過反射板１２，１３の積層体）と、絵柄、文字、マークなどが形成された透光層１４と、背面照明装置とを有し、視認側から順番に液晶層１１ｂと半透過反射層と透光層１４と背面照明装置の出射面を積層した。【選択図】  図２
2009008710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の基板間に挟持された液晶層と、該液晶層を照明する照明装置とを有する液晶表示装置において、
前記液晶層は、透過状態と散乱状態に切り替え可能であり、
前記液晶層と前記照明装置との間に配置され、入射光の一部を反射し一部を透過する半透過反射層と、  
前記半透過反射層と前記照明装置との間に位置し、絵柄、文字、マークなどが形成された透光層と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記半透過反射層は、透過軸方向の偏光を透過し反射軸方向の偏光を反射する反射型偏光板により構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射型偏光板は２枚積層されて前記半透過反射層を構成しており、それぞれの前記反射型偏光板の透過軸は互いに異なる方向を向いていることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。  
【請求項４】
前記半透過反射層は前記液晶層と前記基板の間に形成された内在型半透過反射層であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記半透過反射層は金属からなることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記半透過反射層は細孔を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶層は高分子散乱型液晶からなることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項記載の液晶表示装置。  
【請求項８】
前記透光層は、絵柄、文字、マークなどを印刷したフィルムであることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記透光層は、前記半透過反射層の前記照明装置側の面を構成していること特徴とする請求項１〜７いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記透光層は、前記基板の面を構成していること特徴とする請求項１〜７いずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記透光層は、前記照明装置の出射面を構成していること特徴とする請求項１〜７いずれか一項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、外光を反射して表示するモードと背面照明を点灯して表示するモードと備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型表示モードでは見えないロゴ等の絵柄が、背面照明装置点灯時に影絵のような背景となって見えるという演出効果を持った装置が広く知られており、時計に適用した例として特許文献１に開示されたものがある。また液晶表示装置に適用した例としては特許文献２に開示されたものがある。
【０００３】
特許文献１では、発光体であるエレクトロルミネセンス層、絵柄を印刷した印刷層、ハーフミラーからなる半透明層、白色印刷層の積層構造が示されている。外光を利用する反射モードでは、ハーフミラーで反射する光量に比べ、ハーフミラーを透過してエレクトロルミネッセンス層で反射した後再びハーフミラーを透過する光量の方が著しく小さいので、印刷層に印刷された絵柄は白色印刷層上では見えない。一方、エレクトロルミネッセンス層の発光を利用する透過モードでは、印刷層の絵柄が白色印刷層に投影されはっきり視認できるようになる。
【０００４】
特許文献２の第５実施形態には、背面照明装置点灯時に背景に絵柄やロゴを映し出す液晶表示装置において、反射表示モードでは絵柄やロゴが見えづらくなるように反射率を調整するため、２枚の反射型偏光板の軸をずらしたハーフミラー（半透過反射層）を使用したものが開示されている。
【０００５】
この特許文献２の実施形態５を図５で説明する。図５はこの従来技術の液晶表示装置の積層情況を示す断面図である。なお縮尺は適宜変更している（以下同様）。各層の部材は、密着しているが説明ため図面上では適宜分離させている（以下同様）。
【０００６】
図５によりこの従来例の部材の積層構造を説明する。背面照明装置５７、絵柄が印刷された透光性フィルム５６、散乱層５５、第２の反射型偏光板５４、第１の反射型偏光板５３、２枚のガラス基板５２ａ、５２ｄとシール５２ｃで形成された空間に液晶５２ｂを封入した液晶セル５２、吸収型偏光板５１が積層している。吸収型偏光板５１は、透過軸と平行な偏光を透過し、透過軸と垂直な偏光を吸収する。反射型偏光板５３、５４は、透過軸と平行な偏光を透過し、透過軸に対し垂直な反射軸に平行な偏光を反射する。液晶セル５２は液晶分子が厚み方向に９０°捻れたツイストネマチック液晶セルである。第２の反射型偏光板５４の反射軸は、第１の反射型偏光板５３の反射軸から角度θだけ傾いている。第１と第２の反射型偏光板５３、５４の積層体は、角度θで反射率（および透過率）が決まるハーフミラーである。また吸収型偏光板５１と第１の反射型偏光板５３の透過軸は垂直となっているものとする。
【０００７】
まず反射モードを説明する。液晶セル５２は、透明基板５２ａ、５２ｄの内面に形成された電極（図示せず）により液晶５２ｂに閾値以上の電圧を印加していない平面領域（以下オフ領域と称する）と、充分に高い電圧を印加した平面領域（以下オン領域と称する）を有する。
【０００８】
オフ領域では、吸収型偏光板５１を抜けてきた偏光が液晶層で９０°旋光し、第１の吸収型偏光板５３に達する。このとき吸収型偏光方向と第１の吸収型偏光板５３の透過軸は平行なので、偏光は第１の吸収型偏光板５３を透過し、第２の偏光板５４に達する。ここ
で偏光方向と第２の吸収型偏光板５４の透過軸は角度θ（反射軸とは９０°−θ）の関係にあるので、偏光の反射軸成分ＳＩＮ（θ）が反射され、これが視認側に戻ってくる。なお第２の反射型偏光板５４を抜け、背面照明装置５７から反射して戻ってくる光は無視した。
【０００９】
オン領域では、吸収型偏光板５１を抜けた偏光は旋光されないので、第１の反射型偏光板５３で反射され、そのまま視認側に戻ってくる。
【００１０】
以上のように、この液晶表示装置は、反射モードにおいてコントラスト比が１／ＳＩＮ（θ）となる表示を行う。なお、オフ領域、オン領域とも鏡面反射しているので、表示状態としてはメタル調となる。
【００１１】
次に背面照明装置５７を点灯した場合の透過モードを説明する。背面照明装置５７から出射した光で透過性フィルム５６の絵柄が散乱層５５に投影される。散乱層５５から視認側に出射した光のうち第２の反射型偏光板５４の透過軸と平行な成分が透過する。さらにこの偏光のうち第１の反射型偏光板５３の透過軸成分ＣＯＳ（θ）が透過する。
【００１２】
この偏光は、オフ領域では液晶で９０°旋光してから吸収型偏光板５１を透過し、オン領域では旋光しないため吸収型偏光板５１に吸収される。観察者は、オフ領域とオン領域から形成される画像と、散乱層５５に形成された投影像とを重ね合わせた画像を見ることになる。
【００１３】
文献２の液晶表示装置は、影絵的な演出効果に加え、反射モードでミラー調の表示を行うという演出効果を備えていたため多少複雑な構成になっていた。背面照明装置点灯時に絵柄を映し出すだけなら、文献１と文献２の組合せで簡単に実現できる。この断面図を図６に示す。なお図５の従来例と同じ部材は、同一の符号を付し、重複する説明は省略する（以下同様）。
【００１４】
図６において、背面照明装置５７、透過性フィルム５６、ハーフミラー６３、散乱層６２、下側の吸収型偏光板６１、液晶セル５２、上側の吸収型偏光板５１が積層している。これは反射表示モードと透過表示モードを持った液晶表示装置に絵柄用の透過性フィルム５６を挿入したものに相当する。こうして透過表示モードのときだけ絵柄が散乱層６２に投影され視認できるようになる。なお、この機能を付加した場合は反射モードで絵柄が見えないようにハーフミラーの反射率を高めに設定しておくとよい。
【特許文献１】特開平８−３０５２９５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４３６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら図６に示すような液晶表示装置であっても、積層する部材の種類や数が多く複雑な構造となってしまう。
【００１６】
本発明は、上記従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、簡単な積層構造で影絵的な演出効果を実現することができる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】
【００１７】
本発明は、２枚の基板間に挟持された液晶層と、該液晶層を照明する照明装置とを有する液晶表示装置において、液晶層は、透過状態と散乱状態に切り替え可能であり、液晶層と照明装置との間に配置され、入射光の一部を反射し一部を透過する半透過反射層と、半透過反射層と照明装置との間に位置し、絵柄、文字、マークなどが形成された透光層と、
を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
半透過反射層は、透過軸方向の偏光を透過し反射軸方向の偏光を反射する反射型偏光板により構成されていることが好ましい。
【００１９】
この場合、反射型偏光板は２枚積層されて半透過反射層を構成しており、それぞれの反射型偏光板の透過軸は互いに異なる方向を向いていることが好ましい。  
【００２０】
半透過反射層は液晶層と基板の間に形成された内在型半透過反射層であってもよい。
【００２１】
半透過反射層は金属により形成されていてもよい。
【００２２】
半透過反射層は細孔を有することが好ましい。
【００２３】
液晶層は高分子散乱型液晶からなることが好ましい。  
【００２４】
透光層は、絵柄、文字、マークなどを印刷したフィルムであってもよい。
【００２５】
透光層は、半透過反射層の照明装置側の面を構成してもよい。
【００２６】
透光層は、基板の面を構成していてもよい。
【００２７】
透光層は、照明装置の出射面を構成していてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
散乱型液晶は、基板に形成された電極がその液晶層に印加する電圧により透過状態と非透過状態を切り替える。
【００２９】
反射モードおいて、散乱状態にある平面領域（以後散乱領域と称する）に入射した外光は一部が視認側に戻り（以後、この戻ってくる光を後方散乱光と称する）、一部が半透過反射層で反射され視認側に戻ってくる。半透過反射層を透過した光は、透光層を通り照明装置で反射され、再び透過性フィルムと半透過反射層を透過し散乱領域に戻ってくるが、この間に大きく減衰する。半透過反射層で反射された光と後方散乱光を合算した光量（反射表示で使う光）に比べ、半透過反射層を透過し再び散乱領域に戻って来る光量（半透過反射層を使ったため発生したノイズ成分となる光）が小さくなるようにしておくと、透光層上の絵柄は視認できない。
【００３０】
透過状態にある平面領域は、散乱領域との相違点は後方散乱光がなく、半透過反射層からの反射光も散乱されないため、鏡面（メタル調）として見える。なおノイズ成分は散乱領域と同様に小さい。
【００３１】
照明装置を点灯した透過モードでは、照明装置を発した光は、絵柄、文字、マークなどが形成された透光層で強度が変調される。このうち半透過反射層を透過できた成分が散乱領域に絵柄等を投影する。
【００３２】
以上の説明から明かなように本発明によれば、液晶層の散乱部に絵柄が投影されるので散乱層が不要になる分、液晶表示装置の積層構造を単純化できる。これは情報表示用途と投影用スクリーン用途に対し液晶層が兼用された結果である。その他、偏光を使わないので視認側の吸収型偏光板が不要なこと、この偏光板がないため表示が明るく白がきれいであること、など散乱型液晶の好ましい特性が活用できる。
【００３３】
液晶層として高分子散乱型液晶を使うと、電圧印加に際し電極間には充放電以外の電流を流さないで済む。このことから低消費電力が達成できるという副次的な効果が得られる。  
【００３４】
一般にハーフミラーは、損失がないとすると反射率と透過率の和が１となる。この場合、反射率を高くすると透過率が低くなるので背面照明を使う透過モードでは表示が暗くなる。これに対し半透過反射層として反射率が１／２の反射型偏光板を使うと、透過モードにおいて照明装置から出射光が反射型偏光板を透過する割合が１／２より大きくなる。このため照明利用時に明るく表示できるという副次的な効果が得られる。なお、透過率の増強には反射型偏光板と照明装置間の多重反射を利用している。また透光層の吸収は小さいものと仮定している。
【００３５】
半透過反射層を２枚の反射型偏光板の積層体とし、それぞれの反射型偏光板の透過軸を平面的に異なった方向に向かせることで、この半透過反射層の反射率を１／２から１の間に設定できる。別の構成の半透過反射層の反射率が低いため反射モードで絵柄が見えてしまう場合、この半透過反射層を用いることで反射率を高め絵柄を見にくくできるという副次的な効果が得られる。
【００３６】
液晶層と透明基板の間に形成した半透過反射層（以下内在型半透過反射層と称する）では、液晶層と反射層の距離によって生じる視差（パララックスともいう）が無くなるという副次的な効果が得られる。
【００３７】
内在型半透過反射層を金属とすることで、スパッター法など膜厚（透過率）を制御しやすい製造方法が使えるという副次的な効果が得られる。
【００３８】
金属薄膜は透過光が着色する。内在型半透過反射層に使う金属膜を厚くし細孔を設ければ、細孔の開口率だけで反射率と透過率を決められるようになるので、透過光の着色を避けられるという副次的な効果が得られる。
【００３９】
透光層が、絵柄、文字、マークなどを印刷したフィルムであると、フィルムを交換するだけで絵柄等が容易に変更できるという副次的な効果が得られる。
【００４０】
透光層が、絵柄、文字、マークなどを形成した反射型偏光板の背面照明側の面であると、積層構造が単純化するうえ、透光層を機械的に固定する必要がなくなるという副次的な効果が得られる。
【００４１】
内在型半透過反射層を備えている場合、透光層が、絵柄、文字、マークなどを形成した透明基板の液晶層側の表面、あるいは照明装置側の表面であると、積層構造が単純化するうえ、透光層を機械的に固定する必要がなくなるという副次的な効果が得られる。
【００４２】
透光層が、絵柄、文字、マークなどを形成した照明装置の出射面であると、積層構造が単純化するうえ、透光層を機械的に固定する必要がなくなるという副次的な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
【００４４】
図１と図２を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。
【００４５】
図１において積層構造を説明する。視認側から、高分子分散型液晶セル１１、第１の反射型偏光板１２、第２の反射型偏光板１３、絵柄フィルム１４、導光板１５が積層している。第１の反射型偏光板１２上の矢印Ｔ１は透過軸の方向を示している。同様に第２の反射型偏光板１３上の矢印Ｔ２は透過軸の方向を示している。導光板１５の左側にはＬＥＤ素子１６がある。ＬＥＤ素子１６から導光板１５に向かう矢印は光の進行方向を示している。この光は導光板１５で進行方向を変えられ、絵柄フィルム１４に向かって出射する。
【００４６】
図２により積層した部材を説明する。
【００４７】
高分子分散型液晶セル１１は、透明基板１１ａ、１１ｄを１０μｍ程度の間隔で対向させ、シール１１ｃとこの２枚の透明基板１１ａ、１１ｄで形成された空間に硬化前の高分子分散型液晶材料を注入し、その後硬化させ液晶層１１ｂを形成したものである。透明基板は厚さが１００μｍのポリカーボネートを使用した。この基板は可撓性を有し、液晶面に駆動用の電極（図示せず）が形成されている。高分子分散型液晶は、大日本インキ社製のポリマーネットワーク液晶を使用した。紫外線で硬化させたとき高分子材料はスポンジのような多孔質の構造体となり、その孔に液晶が留まる。電圧無印加時の液晶層１１ｂは、液晶と高分子領域の屈折率が異なっているため入射光を散乱させる（散乱状態）。一方、電圧印加時は液晶と高分子領域の屈折率が等しくなるので入射光を直進させる（透過状態）。高分子分散型液晶セル１１は、閾値はあるが急峻性に乏しい（透過率と印加電圧の関係；Ｔ−Ｖカーブ）ためスタティック駆動が採用されている。
【００４８】
半透過反射層（ハーフミラー）として採用した第１と第２の反射型偏光板１２、１３は、住友３Ｍ社製のＤＢＥＦフィルム使用した。それぞれの透過軸方向（矢印Ｔ１，Ｔ２）の間の交差角度は８０°である。
【００４９】
絵柄フィルム１４は、厚さが１００μｍの透明なポリスチレンシートで表面に絵柄１７が印刷されている。
【００５０】
照明装置は、導光板１５、反射板１５ａ、ＬＥＤ素子１６からなり、背面（型）照明装置を示している。導光板１５の上面には微細プリズム（図示せず）が形成されている。ＬＥＤ素子１６から出射し導光板１５の側面から入射した光は、微細プリズムと導光板１５の裏面に形成された反射板との間を何回か反射したのち絵柄フィルム１４に向かって出射する。なお、絵柄フィルム１４と対向する導光板１５の面が照明装置の出射面となる。
【００５１】
導光板１５から概略平行となって出射した光は、絵柄フィルム１４に入射し絵柄１７の部分が弱まるような強度変調を受ける。この光の一部が半透過反射層である反射型偏光板１３、１２を透過し、液晶層１１ｂに達する。このようにして絵柄１７が液晶層１１ｂに投影される。絵柄１７の形状と液晶層１１ｂの透過領域は一致するように構成されている。
【００５２】
以上のように、本発明の実施形態に係る液晶表示素子では、高分子分散型液晶セルを用いることを一つの特徴としている。吸収型偏光板を備えるＴＮ液晶などの場合、絵柄を透過しない光は、吸収型偏光板にて吸収されてしまい光量が低下する。しかし、本発明の実施形態に係る液晶表示素子によれば、絵柄を透過しない光は、散乱領域にて散乱（反射）を繰り返して吸収されないため、光の利用効率がＴＮ液晶等に比べ高くなるという効果が
得られる。
（第２実施形態）
【００５３】
図３と図４を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。図４は本発明の第２の実施形態の半透過反射層３３の拡大平面図である。
【００５４】
図３において積層構造と部材を説明する。視認側から、高分子分散型液晶セル３１と導光板１５が積層している。（背面）照明装置としては第１実施形態と同様のものを使用している。
【００５５】
高分子分散型液晶セル３１には、透明基板３１ａ、３１ｄとシール３１ｃから形成された空間に液晶層３１ｂが存在している。それぞれ第１実施形態と同じ材料を使った。上側の透明基板３１ａの液晶層３１ｂ側の面には透明電極３２が形成されている。下側の透明基板３１ｄ上には半透過反射層３３が積層している。下側の透明基板３１ｄの下面には絵柄３４が印刷されている。
【００５６】
透明電極３２は厚さが０．０３μｍでＩＴＯからなる。配線抵抗の影響の少ないスタティック駆動を採用しているので透明電極層３２を薄くできている。またこの程度の厚さにすることで可撓性も確保できた。半透過反射層３３は、厚さが０．１μｍのアルミニウムからなり、細孔を有することで透過性を具備している。
【００５７】
透明電極３２はセグメント電極であり、半透過反射層３３はコモン電極を兼ねている。透明電極３２と半透過反射層３３の平面的重なる領域が画素となる。絵柄３４は図３において画素と重ならない領域に印刷されている。このため絵柄３４の領域を視認側から眺めると常に白濁しており、ＬＥＤ素子１６を点灯すると絵柄３４の影が液晶層３１ｂに投影される。
【００５８】
図４で細孔を説明する。半透過反射層３３には、４μｍ角の細孔４１が開いている。細孔４１を小さくしておくと、駆動時に周りから受ける電界で細孔４１部の液晶が周囲の液晶といっしょになって散乱状態と透過状態を切り換える。つまり細孔４１は視認されなくなる。透過率は開口率と等しく概ね１０％である。反射率は損失を入れると８０％程度となる。半透過反射層３３は、透明基板３１ｄ上にアルミ膜をスパッタリング法で形成してから、外周部と細孔４１をエッチングにより形成する。
【００５９】
細孔４１をもう少し大きくする場合は、半透過反射層とコモン電極を別々に形成すればよい。このとき半透過反射層とコモン電極の間に絶縁層を設ける。
【００６０】
半透過反射層は０．０５μｍ程度のアルミニウム膜を透明基板に形成するだけでも良い。このとき反射率は８０％程度となる。細孔を開けた金属膜、ないし薄い金属膜は、内在型半透過反射層だけではなく、透明基板の照明側の面に形成したり、独立したハーフミラーとして使用たりすることもできる。照明装置は光の出射面が平面であれば良いので、エレクトロルミネッセンスを使ったシートでも蛍光管と拡散板の組合せでも良い。絵柄を持った透光層は半透過反射層と照明装置の間にあれば良いので、反射型偏光板の照明装置側の面、ないし照明装置の光の出射面も利用できる。
【００６１】
実施形態１、２は、軽い、割れない、薄い、外形加工が容易、というような樹脂材料特有の性質を利用しようとしたものである。樹脂材料の代わりにガラスなど無機材料を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す拡大平面図である。
【図５】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図６】従来の他の形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１、３１…高分子分散型液晶セル、１１ａ、１１ｄ、３１ａ、３１ｄ、５２ａ、５２ｄ…透明基板、１１ｂ、３１ｂ、５２ｂ…液晶層  、１１ｃ、３１ｃ、５２ｃ…  …シール、１２、１３、５３、５４…反射型偏光板（半透過反射層）、１４、５６…絵柄フィルム（透光層）、１５…導光板（照明装置）、１５ａ…反射層（照明装置）、１６…ＬＥＤ素子（照明装置）、１７、３４…絵柄、３２…透明電極、３３…内在型半透過反射層、４１…細孔、５１、６１…吸収型偏光板、５７…背面照明装置、５５、６２…拡散層、Ｔ１、Ｔ２…透過軸を示す矢印
【図１】
2009008710.tif 000003
【図２】
2009008710.tif 000004
【図３】
2009008710.tif 000005
【図４】
2009008710.tif 000006
【図５】
2009008710.tif 000007
【図６】
2009008710.tif 000008