(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１基板と第２基板との間に液晶が挟持され、前記液晶の一方の側に第１偏光層が備えられ、前記液晶の他方の側に反射偏光層が備えられ、前記反射偏光層は断面くさび状を成す２つの斜面部が周期的に連続形成されたプリズム形状の誘電体干渉膜を積層して形成されており、
前記反射偏光層に光が入射されて該反射偏光層で反射される光路には、前記反射偏光層に入射された光の入射方向と前記反射偏光層において反射された光の出射方向とが異なる光路が含まれており、前記各斜面部と前記第２基板との成す角度が、各々の斜面部で互いに異なっているとともに、前記反射偏光層は透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層とされ、前記反射偏光層の下側に、第２偏光層が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
互いに対向する第１基板と第２基板との間に液晶が挟持され、前記液晶の一方の側に第１偏光層が備えられ、前記液晶の他方の側に反射偏光層が備えられ、前記反射偏光層は断面くさび状を成す２つの斜面部が周期的に連続形成されたプリズム形状の誘電体干渉膜を積層して形成されており、
前記反射偏光層に光が入射されて該反射偏光層で反射される光路には、前記反射偏光層に入射された光の入射方向と前記反射偏光層において反射された光の出射方向とが異なる光路が含まれており、前記各斜面部と前記第２基板との成す角度が、各々の斜面部で互いに異なっているとともに、前記反射偏光層は前記第２基板の内面側に部分的に設けられ、前記反射偏光層の下側に、第２偏光層が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射偏光層の透過軸と、前記第２偏光層の透過軸とが、ほぼ直交して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射偏光層の透過軸と、前記第２偏光層の透過軸との成す角度が、６０度以上１２０度以下とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に係り、特に使用者の視線方向の輝度を向上し得る半透過反射型の液晶表示装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置はバックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器や装置の付属的な表示部等に多用されている。ところが、自然光や照明光などの外光を利用して表示するため、暗い場所では表示を視認することが難しいという問題があった。そこで、明るい場所では通常の反射型液晶表示装置と同様に外光を利用するが、暗い場所では内部の光源により表示を視認可能にした形態の液晶表示装置が提案されている。つまり、この液晶表示装置は反射型と透過型を兼ね備えた表示方式を採用しており、周囲の明るさに応じて反射モード、透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示が行うことが出来るようにしたものである。以下、本明細書ではこの種の液晶表示装置のことを「半透過反射型液晶表示装置」という。
【０００３】
この半透過反射型液晶表示装置の一形態として、図１０に示す構成の液晶表示装置が提案されている。図１０に示す液晶表示装置２００は、一対の透明基板２０１，２０２間に液晶２０３が挟持されており、下基板２０１上に反射偏光層２０４、絶縁層２０６が積層され、その上にＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の走査電極２０８が形成され、走査電極２０８を覆うように配向膜２０７が形成されている。一方、上基板２０２上には、カラーフィルタ２０９が形成され、その上に平坦化膜２１１が積層され、この平坦化膜２１１上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる信号電極２１２が走査電極２０８と直交する方向にストライプ状に形成されており、この信号電極２１２を覆うように配向膜２１３が形成されている。また、上基板２０２の外側には上基板２０２側から順に前方散乱板２１８、位相差板２１９、上偏光板２１４が配置されている。また、バックライト２１７が下基板２０１の下面側に配置されている。
【０００４】
ここで、図１１は、図１０に示す反射偏光層２０４と、下基板２０１を部分的に示す側断面図である。この図に示すように、反射偏光層２０４は、断面三角波状のプリズム形状を成す誘電体干渉膜２０４ａが積層された構造であり、例えばＳｉからなる層と、ＳｉＯ2からなる層が、５μｍ程度のピッチで交互に（図示では３層）積層されている。
【０００５】
以上の構成の液晶表示装置２００において、反射モードでの表示を行う場合には、上基板２０２の上方から入射した光が、上基板２０２から液晶２０３を透過して反射偏光層２０４に到達し、この反射偏光層２０４により反射されて上基板２０２側へ戻り、反射表示が行われるようになっている。また、透過モードでの表示を行う場合には、バックライト２０５から出射され、下基板２０１を透過した光のうち、反射偏光層２０４の透過軸に平行な光が、透過されて表示に利用されるようになっている。
このように、上記の液晶表示装置２００によれば、外光またはバックライト２１７の光を表示に利用するにあたり、円偏光から直線偏光への変換あるいは直線偏光から円偏光への変換が生じないため、この変換に伴う光の損失がなく、比較的明るい表示が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液晶表示装置では、光反射率は高いものの、反射モードでの表示がそれほど明るくならないことが判明した。そこで、本発明者は、上記の液晶表示装置２００における反射偏光層２０４での光の反射状態を詳細に調査し、以下の知見を得た。すなわち、反射偏光層２０４は、図１１に示すように三角波状のプリズム形状を成しており、２つの斜面部２０４Ａ、２０４Ｂが交互に周期的に形成されている。そして、これらの斜面部２０４Ａ，２０４Ｂと下基板２０１とが成す角度は、４５°とされている。従って、下基板２０１の法線方向から入射した光Ｌｐは、斜面部２０４Ａで一部（ｓ波）が反射されて斜面部２０４Ｂへ向かう光となり、一部（ｐ波）が透過されて下基板２０１へ向かう光となる。そして反射された光（ｓ波）が、斜面部２０４Ｂで反射され、下基板２０１の法線方向へ向かう光となり表示に利用される。また、下基板２０１の斜め上方から入射した光Ｌｓも同様に、斜面部２０４Ａ，２０４Ｂの順に反射され、入射方向逆向きに出射される。従って、使用者の視線方向に多くの光を出射させるためには、光の入射方向と使用者の視線方向とが一致する必要がある。このような配置では、使用者の背後から外光を入射させることになるので、場合によっては使用者により入射光が遮断され、より表示が暗くなることになる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、反射型若しくは半透過反射型の液晶表示装置において、使用者の視線方向の反射光量を増加させ、明るい表示を実現した、視認性に優れた液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記の優れた特性を有する液晶表示装置を備えた電子機器を提供することを目的の一つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する第１基板と第２基板との間に液晶が挟持され、前記液晶の一方の側に第１偏光層が備えられ、前記液晶の他方の側に反射偏光層が備えられ、前記反射偏光層は断面くさび状を成す２つの斜面部が周期的に連続形成されたプリズム形状の誘電体干渉膜を積層して形成されており、前記反射偏光層に光が入射されて該反射偏光層で反射される光路には、前記反射偏光層に入射された光の入射方向と前記反射偏光層において反射された光の出射方向とが異なる光路が含まれており、前記各斜面部と前記第２基板との成す角度が、各々の斜面部で互いに異なっているとともに、前記反射偏光層は透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層とされ、前記反射偏光層の下側に、第２偏光層が設けられたことを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する第１基板と第２基板との間に液晶が挟持され、前記液晶の一方の側に第１偏光層が備えられ、前記液晶の他方の側に反射偏光層が備えられ、前記反射偏光層は断面くさび状を成す２つの斜面部が周期的に連続形成されたプリズム形状の誘電体干渉膜を積層して形成されており、前記反射偏光層に光が入射されて該反射偏光層で反射される光路には、前記反射偏光層に入射された光の入射方向と前記反射偏光層において反射された光の出射方向とが異なる光路が含まれており、前記各斜面部と前記第２基板との成す角度が、各々の斜面部で互いに異なっているとともに、前記反射偏光層は前記第２基板の内面側に部分的に設けられ、前記反射偏光層の下側に、第２偏光層が設けられたことを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、上記において、前記反射偏光層の透過軸と、前記第２偏光層の透過軸とが、ほぼ直交して配置されたことを特徴とする。
また、本発明の液晶表示装置は、上記において、前記反射偏光層の透過軸と、前記第２偏光層の透過軸との成す角度が、６０度以上１２０度以下とされたことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の液晶表示装置は、プリズム形状を成す誘電体干渉膜が積層された反射偏光層を傾斜したプリズム形状とすることで、外光の入射方向と反射された光の出射方向とを異ならせ、その反射光の出射方向を使用者の視線方向に一致させることで、使用者の視線方向の光量を増加させるものである。この本発明の液晶表示装置の動作について、図４及び図５を参照して以下に詳細に説明する。
【００１０】
本発明に係る下反射偏光層としては、図４に示す構成の反射偏光層が用いられる。図４は、断面三角波状のプリズム形状を成す誘電体干渉膜を積層して構成された反射偏光層の一例を示す斜視図である。
図４に示す反射偏光層４４は、基板４０上に互いに平行な三角柱状に形成された樹脂層４３上に、誘電体干渉膜からなる層４１と層４２とが交互に複数積層されて形成された、いわゆる３次元フォトニック結晶層である。このように、プリズム形状を成す層が積層された構成のフォトニック結晶は、光の伝搬特性に異方性を有しており、図示上面側から自然光が入射された場合には、反射偏光層４４のストライプ状の溝に垂直な成分Ｅｔはこの反射偏光層４４を透過され、前記溝に平行な成分Ｅｒは反射されるようになっている。すなわち、図４に示す反射偏光層４４は、その溝の方向と平行な反射軸と、溝の方向に垂直な透過軸を有している。反射偏光層４４を透過した光Ｅｔは、反射偏光層４４の溝に垂直な偏光となり、反射された光Ｅｒは、前記溝に平行な偏光となる。
【００１１】
前記層４１，４２の積層ピッチＤ、及び基板４０上に形成された樹脂層４３のピッチＰ（反射偏光層４４の溝のピッチ）は、目的とする前記反射偏光層４４の特性に応じて適宜最適な値に調整される。つまり、上記構成の反射偏光層４４は、層４１，４２の積層数によりその透過率（反射率）を制御することができ、積層数を減ずることで、反射軸（反射偏光層４４の溝の方向）に平行な成分の光の透過率を増大させ、反射率を低下させることができる。ただし、所定の積層数以上が積層された場合には、反射軸に平行な成分は全反射されるようになる。
【００１２】
尚、図４には、平滑な基板４０の表面に光硬化性あるいは熱硬化性の樹脂などで、断面三角形状に形成された樹脂層４３を設け、この樹脂層４３上に上記誘電体干渉膜４１，４２を積層して反射偏光層４４を形成した場合について説明したが、表面に周期的に溝を形成した基板上に誘電体干渉膜を積層して反射偏光層を形成することもできる。
【００１３】
次に、図５を参照して本発明に係る下反射偏光層の作用について説明する。図５は、図４に示す反射偏光層を、液晶表示装置を構成する下基板に適用した場合の光の経路を示す説明図であり、下反射偏光層（反射偏光層）４４と、下基板（基板）４０の部分断面を示す図である。この図に示すように、下反射偏光層４４は、三角波状に周期的に配列された２つの斜面部４４Ａ，４４Ｂとを有して構成されている。そして、本発明に係る液晶表示装置では、前記反射偏向層に光が入射されて該反射偏向層で反射される光路には、前記反射偏向層に入射された光の入射方向と前記反射偏向層において反射された光の出射方向とが異なる光路が含まれており、それぞれの斜面部４４Ａ，４４Ｂの下基板４０に対する傾斜角α、βが、互いに異ならされて形成されている。この構成により、図１０に示す液晶表示装置のように、さまざまな方向からの外光の入射に対して外光の入射方向と反射光の出射方向とが一致するものばかりとならないので、使用者によって外光が遮断されて表示が暗くなることがない。
【００１４】
そして、上記傾斜角α、βを適切な角度に設定することで、外光の入射方向に対する出射光の方向を制御することができ、例えば使用者が正面から液晶表示装置を見る場合を想定するならば、出射光の方向を液晶表示装置の法線方向とすることで、使用者に視認される光量を多くすることができるので、反射率が同じであっても明るい表示を得ることができる。
【００１５】
図５に示す下反射偏光層４４における光の経路は、まず下基板４０に対して入射角θiで入射した光が、傾斜角αの斜面部４４Ａに対し入射角θ1で入射し、この斜面部４４Ａによりその一部（ｓ波）が反射されて斜面部４４Ｂへ向かう光となり、一部は斜面部４４Ａを透過して下基板４０側へ向かう光（ｐ波）となる。次いで、斜面部４４Ｂに対して入射角θ2で入射した光も、同様にその一部が反射され、一部は透過される。そして、この斜面部４４Ｂで反射された光が、出射光として下反射偏光層４４の上方へ出射される。
【００１６】
上述のように、下反射偏光層４４に入射した光が、斜面部４４Ａ，４４Ｂにより反射される際には、その一部が透過されるようになっているため、反射モードでの表示の明るさを向上させるには反射される光量を最大にすることが好ましい。具体的には、斜面部４４Ａへの入射角θ1及び斜面部４４Ｂへの入射角θ2が、ブルースター角（偏光角）となるように傾斜角α、βを設定することが好ましい。このような構成とすることで、斜面部４４Ａへ入射した斜面部４４Ａに平行な偏光成分及び斜面部４４Ｂへ入射した斜面部４４Ｂに平行な偏光成分をほぼ全て反射させることができるので、表示に寄与し得る光量を最大にすることができ、反射表示の明るさを最大にすることができる。尚、これらの傾斜角度α、βは、外光の入射角θi及び使用者の視線の方向により適宜最適な値に設定され、具体的には、特に限定されるものではないが、外光の入射角θiが１５°とされれば、使用者の視線方向が、液晶表示装置のほぼ法線方向とされた場合には、α＝５５°±５°、β＝４５°±５°とすればよい。また、外光の入射角θiが３０°とされれば、使用者の視線方向が、液晶表示装置のほぼ法線方向とされた場合には、α＝７０°±５°、β＝３５°±５°とすればよい。
【００１７】
上述の説明では、反射偏光層４４による光の反射作用についてのみ詳細に説明したが、反射偏光層４４は、上述したように、反射軸と直交する透過軸を備えており、半透過反射膜として使用することができる。すなわち、液晶表示装置の外面側に照明装置を備えた構成とすれば、半透過反射型の液晶表示装置を構成することができる。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示装置は、前記下反射偏光層が、透過軸と該透過軸に直交する反射軸を有し、入射する光の前記反射軸に平行な成分の一部を反射し、一部を透過する半透過反射型の反射偏光層とされ、前記下反射偏光層の下側に、下偏光層が設けられた構成とすることもできる。この構成について、図６を参照して以下に詳細に説明する。
【００１９】
以下に本構成の液晶表示装置の動作原理について説明する。図６は、本発明を半透過型の液晶表示装置に適用した場合の動作原理を説明するための説明図であり、図６（ａ）は透過モード、図６（ｂ）は反射モードの光の経路を示している。これらの図には、本発明の液晶表示装置の構成要素のうち、説明に必要な構成要素のみを示しており、液晶５３を挟んで上下に上偏光板５４と下反射偏光層５１が設けられ、この下反射偏光層５１の外側に下基板５０が配置され、下基板５０の外面側に下偏光層５５が形成されている。下偏光層５５の外側（図示下面側）には、照明装置５８が設けられ、この照明装置５８の外面側に反射板５９が設けられている。
【００２０】
前記上偏光板５４は紙面に垂直な方向の透過軸を有しており、下偏光層５５は、紙面に平行な透過軸を有している。また、上記下反射偏光層５１は、半透過反射型の反射偏光層とされており、紙面に垂直な方向の透過軸とこの透過軸と直交する反射軸を有している。そして、透過軸に平行な偏光はほぼ全て透過させるが、反射軸に平行な偏光の一部は反射させ、一部は透過させるようになっている。すなわち、下反射偏光層５１は、その反射軸に平行な偏光に対しても半透過反射型とされている。上記下反射偏光層５１は、図４に示す反射偏光層４４と同様の構成であり、透過軸が図６の紙面に垂直となるよう配置されている。つまり、図４に示す反射偏光層４４の溝が、図６の紙面に平行となるように配置されている。
【００２１】
以下、図６（ａ）に示す透過モードで表示を行う場合について説明する。
本発明の液晶表示装置では、透過モードの表示を照明装置５８から出射された光を利用して行うようになっている。照明装置５８から出射された光は、紙面に平行な透過軸を有する下偏光層５５により紙面に平行な偏光へ変換され、その後下基板５０を透過して下反射偏光層５１に入射する。この下反射偏光層５１は、上述のように紙面に垂直な透過軸を有しており、下偏光層５５により紙面に平行な偏光とされた光の一部は反射されて照明装置５８側へ戻される反射光６１とされ、一部は透過されて液晶５３に入射する透過光６０とされる。
【００２２】
次いで、液晶５３に入射した前記透過光６０は、液晶５３に電圧が印加された状態（オン状態）であれば、液晶５３による作用をほとんど受けずに上偏光板５４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４に吸収され、画素が暗表示される。一方、液晶５３に電圧が印加されない状態（オフ状態）であれば、前記液晶５３に入射した透過光６０は、液晶５３の旋光作用により紙面に垂直な偏光へと変換され、上偏光板５４に到達する。そして、上偏光板５４の透過軸と平行な偏光であるこの光は、上偏光板５４を透過し、画素が明表示されるようになっている。
【００２３】
ここで、下反射偏光層５１の裏面側（下基板５０側）で反射された反射光６０に着目すると、この反射光６０は、下基板５０、下偏光層５５を透過して照明装置５８へと戻り、照明装置５８外面側に設けられた反射板５９により反射され、再び下偏光層５５へ向かう光として再利用される。そして、この光は再び下反射偏光層５１へ到達し、一部は透過されて液晶５３に入射し、一部は反射されて照明装置５８側へ戻される。このように下反射偏光層５１で反射された光は、下反射偏光層５１と反射板５９の間で反射を繰り返すうちに下反射偏光層５１を透過し、表示に寄与する光として利用される。従って、本発明の液晶表示装置においては、照明装置５８から出射された光のうち、下偏光層５５を透過した光を最大限に利用することができ、明るい表示を得ることができる。
【００２４】
次に、図６（ｂ）に示す反射モードで表示を行う場合について説明する。
図６（ｂ）に示すように、上偏光板５４の上方から入射した光は、まず、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４により紙面に垂直な偏光に変換されて液晶５３に入射する。次いで、液晶がオン状態であれば、この入射光は液晶５３による作用をほとんど受けずに下反射偏光層５１に到達する。そして下反射偏光層５１は、紙面に垂直な透過軸と、紙面に平行な反射軸を有しているので、この下反射偏光層５１に到達した光は下反射偏光層５１を透過する。その後、下基板５０を透過して、紙面に平行な透過軸を有する下偏光層５５により吸収され、画素が暗表示される。
【００２５】
一方、液晶５３がオフ状態であれば、液晶５３に入射した光は、液晶５３の旋光作用により紙面に平行な偏光へ変換され、下反射偏光層５１へ到達する。そして、紙面に平行な反射軸を有する下反射偏光層５１によりその一部が反射されて反射光６３とされ、一部は透過されて透過光６２とされる。再度液晶５３へ入射した前記反射光６３は、液晶５３の旋光作用により再び紙面に垂直な偏光へ変換されて上偏光板５４を透過し、画素が明表示される。また、下反射偏光層５１を透過した透過光６２は、下基板５０及び下偏光層５５を透過して照明装置５８へ出射される。照明装置５８には反射板５９が設けられているので、この透過光６２の一部は反射板５９で反射されて下基板５０側へ戻るが、この光が液層５３に入射すると、明表示された画素はより明るくなるので、この下反射偏光層５１を透過した光が表示に悪影響を与えることはない。
【００２６】
また、図６に示すように、本発明の液晶表示装置では、明表示では透過モード、反射モードのいずれも液晶５３はオフ状態とされ、暗表示ではいずれも液晶５３はオン状態とされている。このように明暗表示に対する液晶の電圧印加状態が透過モードと反射モードで同じくされていることで、透過モード表示時において外光の入射によるコントラストの低下を防ぎ、視認性に優れた表示を得ることができる。
これは、以下の理由によるものである。仮に、明暗表示に対する液晶の電圧印加状態が両モードで異なるとすると、透過モード時の暗表示の画素の液晶の電圧印加状態と、反射モード時の明表示の画素の電圧印加状態が同じになる。従って、透過モードでの動作時に液晶表示装置に外光が入射すると、暗表示の画素において、下反射偏光層５１で反射された光が外部へ出射され、本来暗表示される画素が明表示される。これにより、液晶表示装置のコントラストが低下する。
【００２７】
次に、本発明の液晶表示装置は、前記下反射偏光層が、前記下基板の内面側に部分的に設けられ、前記下反射偏光層の下側に、下偏光層が設けられた構成とすることもできる。このような構成としても、半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。この場合の液晶表示装置の動作を図７を参照して以下に説明する。
【００２８】
図７は、本発明に係る半透過反射型の液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、この図に示す液晶表示装置は、液晶５３の上下に上偏光板５４及び下反射偏光層５１を備え、下反射偏光層５１の下側に下偏光層５５、下基板５０が配置され、下基板５０の外面側に、照明装置５８及び反射板５９を備えて構成されている。そして、本構成の液表表示装置には、下反射偏光層５１に、照明装置５８から出射された光を透過させるための開口部５７が設けられており、それ以外は図４に示すものと同様の構成である。尚、図７に示す構成要素のうち、図６と同一の符号が付された構成要素は、図６と同一のものとし、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
図７に示す液晶表示装置において、透過モードの表示を行う場合には、図７（ａ）に示すように、照明装置５８から出射された光は、下基板５０を透過後、下偏光層５０により紙面に平行な偏光へ変換され、次いで、その一部が開口部５７を通過して液晶５３に入射して表示に利用されるようになっている。液晶５３に入射した光は、液晶５３がオン状態であれば、液晶５３による作用をほとんど受けずに上偏光板５４に到達し、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４に吸収され、画素は暗表示される。一方、液晶５３がオフ状態であれば、液晶の旋光作用により紙面に平行な偏光から紙面に垂直な偏光へ変換され、上偏光板５４を透過して画素が明表示されるようになっている。
【００３０】
また、上記下反射偏光層５１の開口部５７に入射せず、下反射偏光層５１の下面側で反射された光は、照明装置５８側へ戻され、照明装置５８外面側の反射板５９により反射されて再び下反射偏光層５１へ入射する光となる。このようにして下反射偏光層５１と反射板５９との間で反射を繰り返すうち、開口部５７へ入射し、表示に利用されるようになっている。
従って、本構成によれば、特に透過モードにおいて明るい表示が得られ、視認性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
【００３１】
図７に示す液晶表示装置において反射モードの表示を行う場合には、図７（ｂ）に示すように、上偏光板５４の上方から入射した外光が、上偏光板５４により紙面に垂直な偏光へ変換され、液晶５３へ入射する。ここで、液晶５３がオン状態であれば、入射した光は液晶５３による作用をほとんど受けずに下反射偏光層５１へ到達し、紙面に垂直な透過軸を有する下反射偏光層５１を透過されて下偏光層５５へ到達する。そして、紙面に平行な透過軸を有する下偏光層５５に吸収される。このようにして画素が暗表示される。
一方、液晶５３がオフ状態の場合には、入射した光は液晶５３の旋光作用により紙面に平行な偏光へ変換されて下反射偏光層５１に到達し、この紙面に垂直な透過軸（紙面に平行な反射軸）を有する下反射偏光層５１により反射されて液晶５３側へ向かう光とされ、液晶５３の旋光作用により再び紙面に垂直な偏光へ変換されて、紙面に垂直な透過軸を有する上偏光板５４を透過し、上方へ出射される。このようにして画素が明表示される。
【００３２】
上記の液晶表示装置においても、図５に示す下反射偏光層４４と同様に、下反射偏光層５１を構成する２つの斜面部の傾斜角が互いに異ならされて形成されているので、外光の入射方向と、反射光の出射方向を異ならせることができ、これらの傾斜角度を適切に制御することで、使用者の視線方向への出射光量を多くして実質的な表示の明るさを向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明の液晶表示装置においては、前記２つの斜面部のうち、一方の斜面部と前記下基板との成す角度が２０度以上５０度以下とされ、他方の斜面部と前記下基板との成す角度が５０度以上８０度以下とされることが好ましい。更にこの好ましくは、３０度以上５０度以下とされ、他方の斜面部と前記下基板との成す角度が５０度以上７５度以下とされるこのような構成とすることで、携帯電話などの電子機器の表示部に本発明の液晶表示装置を用いて反射表示を行った場合に、この電子機器を使用する使用者の視線方向の光量を増加させることができ、実質的に明るい表示が得られる。
【００３４】
携帯電話機などにおいては、使用時の外光の入射角度は通常約２０〜４５度とされ、使用者は表示部のほぼ正面に配置される。液晶表示装置の構成材料の屈折率は約１．５であることから、液晶表示装置への入射角が約２０〜４５度の場合、傾斜部への入射角は約１５〜３０度となる。傾斜部への入射角１５度の光の反射方向を液晶表示装置の法線方向とした場合に、各斜面部の傾斜角度はそれぞれ４５度±５度、５５度±５度とすれば、反射光の出射方向を使用者に向けることができるので、これらの傾斜角度とすることが最も望ましい。また、傾斜部への入射角３０度の光の反射方向を液晶表示装置の法線方向とした場合に、各斜面部の傾斜角度はそれぞれ３５度±５度、７０度±５度とすれば、反射光の出射方向を使用者に向けることができるので、これらの傾斜角度とすることが最も望ましい。しかしながら、使用者と、表示部（液晶表示装置）と、外光との位置関係は基本的には上記のようになるが、実際に使用する際に、使用者は最も明るい表示が得られるような位置に表示部を移動させて使用するので、前記斜面部の傾斜角度が前記の範囲内であれば、使用者による位置の微調整により実用的に用いることができる。前記傾斜角度が前記の範囲を超える場合には、使用者による配置の微調整を行っても十分に明るい表示が得られなくなるため好ましくない。
【００３５】
次に、本発明の液晶表示装置においては、前記下反射偏光層の透過軸と、前記下偏光層の透過軸とが、ほぼ直交して配置されることが好ましい。図６、７に示す液晶表示装置においては、反射モードの表示を行う場合に、下反射偏光層５１を透過された光は、下偏光層５５により吸収されて画素が暗表示されるので、下反射偏光層５１の透過軸と、下偏光層５５の透過軸とが直交していれば、下反射偏光層５１を透過された光はほぼ全て下偏光層５５に吸収され、暗表示をより暗くすることができるので、反射モードのコントラストを向上させ、鮮明な表示を得ることができる。
【００３６】
次に、本発明の液晶表示装置においては、前記下反射偏光層の透過軸と、下偏光層の透過軸との成す角度が、６０度以上１２０度以下とされていてもよい。上述のように、下反射偏光層の透過軸と下偏光層の透過軸とは、互いに直交して配置されるのが最も好ましいが、上記の範囲内であれば実用的に用いることができる。両者の交差する角度が上記範囲を越えると、反射モード時のコントラストの低下が起こるので好ましくない。
【００３７】
次に、本発明の液晶表示装置は、前記下反射偏光層より上側に、該下反射偏光層により反射された光を散乱させるための散乱層が設けられた構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、下反射偏光層で反射された光の強度が局所的に強くなり、反射モードでの表示の視認性が低下するのを防ぐことができる。この散乱層は、少なくとも下反射偏光層よりも上側に設けられていれば良く、上基板の外側に散乱層としての前方散乱板を設けて構成しても良いし、上下基板の内面側に形成しても良い。
【００３８】
次に、本発明の液晶表示装置は、前記上基板または下基板の内面側に、カラーフィルタを備えた構成とすることもできる。このような構成とすることで、反射型または半透過反射型のカラー液晶表示装置が得られる。このカラーフィルタは、上基板の内面側にも形成することができるが、下反射偏光層の直上に形成することが好ましい。下反射偏光層の直上にカラーフィルタを配置すれば、色ずれや視差を抑えてより鮮明なカラー表示を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の電子機器は、先のいずれかに記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、反射モードにおいて実質的に明るい表示が得られる、優れた表示部を備えた電子機器を実現することができる。図８は、本発明に係る電子機器の作用を説明するための説明図であり、ここでは、電子機器の一例として携帯電話における作用を説明する。
図８に示す携帯電話７０は、筐体７１に表示部７２と、操作部７３とを備えて構成されており、表示部７２は、上記本発明の液晶表示装置で構成されている。この携帯電話７０では、表示部７２の斜め上方から入射する入射光が、表示部７２の正面の使用者Ｕの方向へ反射するようになっており、使用者の方向で明るい表示を得ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である反射型の液晶表示装置の部分断面図である。本実施形態は、パッシブマトリクス方式の半透過反射型カラー液晶表示装置の例である。尚、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００４２】
本実施形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、下基板２と上基板３とが対向配置されてこの上下基板２，３に挟まれた空間にＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶からなる液晶４が挟持されて概略構成されている。
ガラスや樹脂などからなる下基板２の内面側には、図４に示すものと同様の構成の下反射偏光層６が形成され、この下反射偏光層６上にＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の走査電極８が図示横方向に延在し、この走査電極８を覆うようにポリイミド等からなる配向膜９が積層されている。また、前記下基板２の外面側には、光吸収性の材料からなる光吸収層２０が設けられている。
【００４３】
前記下反射偏光層６は、例えばＴａ2Ｏ5と、ＳｉＯ2を３μｍ程度の積層ピッチで積層して形成することができ、その溝のピッチは、２μｍ程度とされる。また、下反射偏光層６を構成する材料は、上記に限定されず、Ｓｉ，ＴｉＯ2等も用いることができ、その積層ピッチも構成材料に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
一方、ガラスや樹脂などからなる上基板３の内面側には、前記下基板２の走査電極８と直交するように赤、緑および青のカラーフィルタ１１が紙面垂直方向に延在してこの順番に繰り返し配列しており、その上にはこのカラーフィルタ１１によって形成された凹凸を平坦化するための平坦化膜１２が積層されている。そして平坦化膜１２上に、ＩＴＯ等の透明導電膜からなるストライプ状の信号電極１４が紙面垂直方向に延在しており、この走査電極１４上にポリイミド等からなる配向膜１５が積層形成されている。また、上基板３の外面側には、前方散乱板１６と、位相差板１７と、上偏光板１３がこの順に上基板３上に積層されて設けられている。
【００４５】
上記基本構成を有する本実施形態の液晶表示装置は、下基板２の内側に、下反射偏光層６を形成して構成されており、この下反射偏光層６は、そのプリズム形状を構成する２つの斜面部の傾斜角度が互いに異ならされて形成されている。従って、本実施形態の反射型液晶表示装置によれば、入射光に対する反射光の出射方向を任意の方向に設計することができ、例えば、使用者の視線方向に反射光の出射方向を一致させ、実質的に明るい表示が得られるようになっている。また、下基板２の外面側に設けられた光吸収層２０により、下反射偏光層６を透過した光は吸収され、液晶４側へ戻ることがないので、暗表示をより暗くすることができ、コントラストに優れた反射表示を可能としている。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態である半透過反射型の液晶表示装置の部分断面図である。図２に示す液晶表示装置が、図１に示す反射型の液晶表示装置と異なる点は、下基板２の外面側に、下偏光板（下偏光層）２１と、反射偏光板２２がこの順に積層されて設けられており、反射偏光板２２の外側に、バックライト（照明装置）５と、このバックライト５の外面側に配設された反射板１８とが設けられている点であり、その他の構成は図１に示す液晶表示装置と共通である。従って、図２に示す構成要素のうち、図１と共通のものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態の液晶表示装置は、外光を利用した反射モードと、バックライト５を光源とする透過モードとを切り替えながら使用することができる半透過反射型の液晶表示装置とされており、その動作原理は、図６に示す液晶表示装置と同様である。外光を利用する反射表示においては、上記第１の実施形態の液晶表示装置と同様に、下反射偏光層６のプリズム形状を構成する２つの斜面部の傾斜角度が互いに異ならされて形成されていることで、入射校に対する反射光の出射方向を適切な方向とすることができるので、使用者の視線方向の反射光量を増加させ、実質的に明るい表示を可能としている。
【００４８】
また、バックライト５を光源として利用する透過モードにおいても、下反射偏光層６の下面側で反射された光を再利用することで、光源の利用効率を向上させ、明るい表示を可能としている。すなわち、下偏光板２１の外面側に設けられた反射偏光板２２は、その透過軸が下偏光板２１の透過軸とほぼ平行となるように配置されており、これにより、バックライト５から出射された光が反射偏光板２２の透過軸に平行な偏光に変換され、そのほぼ全てが下偏光板２１を透過されるようになっている。前記反射偏光板２２により反射された光は、バックライト５の反射板１８と反射偏光板２２との間で反射を繰り返すうち、その偏光の状態が変化して反射偏光板２２を透過できるようになり、この光も表示に寄与する光として利用することができるようになっている。
【００４９】
さらに、本実施形態の半透過反射型液晶表示装置では、透過モードと反射モードで、明暗表示と液晶の電圧印加状態とが同じくされているので、透過モードでの動作中に外光が入射しても液晶表示装置のコントラストが低下することがない。このように、本実施形態の液晶表示装置は、透過モード、反射モードのいずれにおいても、優れた視認性を備えるものである。
【００５０】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態である半透過反射型の液晶表示装置の部分断面図である。図３に示す液晶表示装置が、図２に示す半透過反射型の液晶表示装置と異なる点は、下反射偏光層６に、バックライト５から出射された光を透過させるための開口部１０が設けられている点のみであり、その他の構成は図２に示す液晶表示装置と共通である。従って、図３に示す構成要素のうち、図２と共通のものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
図３に示す本実施形態の液晶表示装置の動作原理は、図７に示す液晶表示装置と同様である。そして、上記第２の実施形態の液晶表示装置と同様に、反射モードにおいては、反射光の出射方向を使用者の視線に合わせることで、使用者に視認される表示の明るさを向上させ、また、透過モードにおいては、バックライト５の光の利用効率を向上させることで明るい表示を実現している。
【００５２】
（電子機器）
上記各実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。
【００５３】
図９（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。この図において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００５４】
図９（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。この図において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００５５】
図９（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図９（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
【００５６】
以上の図９（ａ）〜（ｃ）に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えたことで、使用者の視線方向への反射光量を多くし、反射モードにおける表示の明るさを実質的な向上を実現している。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の液晶表示装置は、互いに対向する上基板と下基板との間に液晶が挟持され、該液晶の上下に上偏光層と、下反射偏光層とを備え、前記下反射偏光層が、断面くさび状を成す２つの斜面部が周期的に連続形成されたプリズム形状の誘電体干渉膜を積層して形成されており、前記各斜面部と前記下基板との成す角度が、各々の斜面部で互いに異ならされた構成としたことで、外光の入射方向と反射された光の出射方向とを異ならせ、その反射光の出射方向を使用者の視線方向に一致させることで、使用者の視線方向の光量を増加させることができ、反射モードにおける表示の明るさを実質的に向上させることができる。
【００５８】
また本発明の電子機器によれば、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えたことで、使用者の視線方向への反射光量を多くし、反射モードにおける表示の明るさを実質的な向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一実施の形態である反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図である。
【図２】  図２は、本発明の第２の実施形態である半透過反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図である。
【図３】  図３は、本発明に係る液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図である。
【図４】  図４は、図３に示す下反射偏光層の近傍における光路を示す図である。
【図５】  図５は、本発明に係る下反射偏光層の構造を示す斜視図である。
【図６】  図６は、本発明に係る液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、図６（ａ）は透過モードを示し、図６（ｂ）は反射モードを示している。
【図７】  図７は、本発明に係る液晶表示装置の動作原理を説明するための説明図であり、図７（ａ）は透過モードを示し、図７（ｂ）は反射モードを示している。
【図８】  図８は、本発明に係る電子機器の作用を説明するための説明図である。
【図９】  図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。
【図１０】  図１０は、従来の液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。
【図１１】  図１１は、図１０に示す下反射偏光層の近傍における光路を示す説明図である。
【符号の説明】
１  液晶表示装置
２  下基板
３  上基板
４  液晶
５  バックライト（照明装置）
６  下反射偏光層
１１  カラーフィルタ
１３  上偏光板（上偏光層）
１６  前方散乱板（散乱層）
２１  下偏光板（下偏光層）
２２  反射偏光板
【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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【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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