CN109814302A - 液晶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶装置。在能够在镜状态与图像显示状态之间切换的液晶装置中，主要提高镜状态下的光反射率。该液晶装置包含：显示装置，其具有显示面；吸收型的第1偏振片，其与所述显示装置的显示面对置配置，其相对于自然光的透射率为50％以上；液晶光学元件，其配置在所述显示装置与所述第1偏振片之间，能够切换成如下状态：在被入射了偏振成分时使第1方向的偏振成分射出的状态、和在被入射了偏振成分时使与该第1方向不同的第2方向的偏振成分射出的状态；以及反射型的第2偏振片，其配置在所述显示装置与所述液晶光学元件之间。

Description

液晶装置
技术领域
本发明涉及能够在镜状态与图像显示状态之间进行切换的液晶装置。
背景技术
在专利文献1中公开有能够在镜状态与图像显示状态之间切换的液晶装置。具体而言，公开了一种液晶装置，在该液晶装置中依次配置有如下部件：图像显示部，其射出图像光；反射型偏振单元，其使入射的光中的在第1方向上振动的偏振成分透过，使在与第1方向正交的第2方向上振动的偏振成分反射；透射偏振轴可变部，其能够使入射的偏振光的偏振轴变化；以及吸收型偏振单元，其吸收入射的光中的在第1方向上振动的偏振成分，使在第2方向上振动的偏振成分透过。
在透射偏振轴可变部中使用了扭曲向列(TN)型液晶元件。在吸收型偏振单元中，使用了普遍流通的染料系偏振片以及碘系偏振片。此外，反射型偏振单元可以使用线栅偏振片、多层膜型偏振片(例如，专利文献2)。
根据专利文献1，通过使液晶装置成为上述结构，在图像显示状态下能够显示高画质的图像，在镜状态下能够容易地观察到反射像。此外，根据专利文献1，为了提高图像显示状态下的显示图像和镜状态下的反射像的对比度，偏振单元的偏振度优选较高(透光率较低)，具体而言，偏振度优选处于96.6％～99.5％的范围内。
专利文献1：日本特开2001-318374号公报
专利文献2：日本特表10-511322号公报
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新颖的构造的液晶装置。此外，本发明的其它目的在于在能够于镜状态和图像显示状态之间切换的液晶装置中，主要提高镜状态下的光反射率。
根据本发明的主要观点，可提供一种液晶装置，该液晶装置包含：显示装置，其具有显示面；吸收型的第1偏振片，其与所述显示装置的显示面对置配置，相对于自然光的透射率为50％以上；液晶光学元件，其配置在所述显示装置与所述第1偏振片之间，能够切换成如下状态：在被入射了偏振成分时使第1方向的偏振成分射出的状态、和在被入射了偏振成分时使与该第1方向不同的第2方向的偏振成分射出的状态；以及反射型的第2偏振片，其配置在所述显示装置与所述液晶光学元件之间。
根据本发明的其它观点，可以提供一种液晶装置，该液晶装置包含：显示装置，其具有显示面；吸收型的第1偏振片，其与所述显示装置的显示面对置配置；反射型的第2偏振片，其配置在所述显示装置与所述第1偏振片之间；液晶光学元件，其配置在所述显示装置与所述第2偏振片之间，能够切换成如下状态：在被入射了偏振成分时使第1方向的偏振成分射出的状态、和在被入射了偏振成分时使与该第1方向不同的第2方向的偏振成分射出的状态；以及反射型的第3偏振片，其配置在所述显示装置与所述液晶光学元件之间。
在能够在镜状态与图像显示状态之间切换的液晶装置中，镜状态下的光反射率提高。
附图说明
图1A是示出第1实施例的液晶装置的图，图1B是示出液晶光学元件的剖视图。
图2是示出第2实施例的液晶装置的图。
图3是对使吸收型偏振片的透光率发生了变化时的、液晶装置的光反射率的变化进行了整理的表。
图4A～图4C是示出第1～第3变形例的液晶装置的、光反射率的驱动电压依赖性的曲线图。
标号说明
10：图像显示装置；11：显示面；12：吸收型偏振片(第4偏振片)；20：背面侧反射型偏振片(第3偏振片)；30：液晶光学元件；32：基板；34：电极；36：取向膜；38：密封部件；39：液晶层；40：吸收型偏振片(第1偏振片)；50：正面侧反射型偏振片(第2偏振片)；90：控制装置；100：液晶装置(第1实施例)；101：液晶装置(第2实施例)。
具体实施方式
图1A是示出第1实施例的液晶装置的图。这里，设定由X轴和Y轴、以及与X轴和Y轴正交的Z轴构成的XYZ正交坐标系，该X轴和Y轴构成水平面。
第1实施例的液晶装置100具有在X轴方向上依次配置了图像显示装置10、反射型的偏振片20、液晶光学元件30和吸收型的偏振片40的结构。此外还具有控制装置90，该控制装置90对图像显示装置10和液晶光学元件30进行电控制。
图像显示装置10例如为一般的TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)液晶监视器。具体而言，包含照明装置(背照灯)、被配置在照明装置的光轴上，为有源矩阵方式且IPS(In-Plane Switching)型的液晶单元、以及夹着液晶单元的一对偏振片。利用控制装置90控制显示面11上的图像的显示(明显示)和非显示(暗显示)。
在第1实施例中，图像显示装置10在反射型偏振片20侧包含吸收型偏振片12。该吸收型偏振片具有沿着Z轴的偏振轴。由此，从图像显示装置10输出的光例如具有沿着Z轴的偏振轴(主要包含Z轴方向的偏振成分)。在该情况下，图像显示装置10在显示面侧包含吸收型偏振片的情况下对比度比更高。但是，即使采用去除所述吸收型偏振片后的结构，由于在图像显示状态下能够显示通常电平的图像，因此在反射型偏振片20侧也可以不包含吸收型偏振片。
反射型偏振片20例如为多层膜型的偏振片，其使Z轴方向上的偏振成分透过，使Y轴方向上的偏振成分。例如，在入射了自然光(非偏振光)时的透光率为43％，光反射率为45％。偏振片20与图像显示装置10的显示面11对置配置。
液晶光学元件30能够在使该偏振轴发生变化而使入射的直线偏振光透过的状态与不使该偏振轴发生变化而使入射的直线偏振光透过的状态之间进行切换。利用控制装置90来选择是使入射光(直线偏振光)的偏振方向例如旋转90°而射出、还是使入射光的偏振方向不发生变化而射出。液晶光学元件30与偏振片20对置配置。
图1B是示出液晶光学元件30的构造的剖视图。液晶光学元件30主要包含对置配置的一对电极34a、34b、以及设置在一对电极34a、34b之间的液晶层39。
具体而言，一对电极34a、34b例如由氧化铟锡等透光性导电部件构成，分别设置在透明的玻璃基板32a、32b表面上。另外，也可以设置取向膜36a、36b而使之覆盖一对电极34a、34b。对取向膜36a、36b实施定向摩擦处理等单轴取向处理。
在一对电极34a、34b(或者基板32a、32b)之间且周缘上设置有具有框状的整体平面形状的密封部件38。在由电极34a、34b和密封部件38包围而成的空间中例如封入有扭曲向列型液晶材料，从而构成了液晶层39。
在通常时(无电压施加时)，接近距图像显示装置10(图1A)较近的电极(例如，第1电极34a)的液晶分子例如沿着Y轴排列。此外，接近距图像显示装置10(图1A)较远的电极(例如，第2电极34b)的液晶分子例如沿着Z轴排列。液晶分子排列成随着从第1电极34a朝向第2电极34b而扭转90°。当经由电极34a、34b而对液晶层39施加电压时，与YZ平面大致平行地排列的液晶分子沿着X轴而排列(以与电极34a、34b正交的方式上升)。
此外，关于扭曲向列型液晶元件也列举90°的情况为例进行了说明，但扭转角也不仅限定于90°。更具体而言，作为扭转角，还能够应用于60°至120°的范围的扭曲向列型液晶元件。
对应于液晶分子的扭转角从90°发生了变更的情况，将反射型的偏振片20、吸收型的偏振片40的偏振轴设定为适当的方向。通过设定为如上所述的范围的扭转角、偏振轴，能够在较大的视场角范围内获得良好的显示特性。
另外，液晶层39(液晶材料)的折射率差(双折射)Δn为大约0.1。液晶层39的厚度(单元厚度)d为6.0μm左右。液晶光学元件30的延迟Δnd为0.6μm左右。
液晶光学元件30在通常状态(无电压施加状态)下，成为使其偏振轴发生变化而使入射的直线偏振光透过的状态。此外，在经由电极34a、34b而对液晶层39施加了电压的状态(电压施加状态)下，成为使其偏振轴不发生变化而使入射的直线偏振光透过的状态。
再次参照图1A。吸收型偏振片40例如为染料系的偏振片，使Z轴方向上的偏振成分透过，吸收Y轴方向上的偏振成分。例如，在入射了自然光时的透光率为60％，偏振度为49％。偏振片40与液晶单元30对置配置。
在第1实施例中，当自然光入射到吸收型偏振片40时，Z轴方向上的偏振成分(称作Z轴偏振光)透过吸收型偏振片40。当在液晶光学元件30为通常状态的情况下透过了吸收型偏振片40的Z轴偏振光入射到液晶光学元件30时，Z轴偏振光被转换为Y轴方向上的偏振成分(Y轴偏振光)而射出(入射光的偏振轴旋转90°)。从液晶光学元件30射出的Y轴偏振光被反射型偏振片20反射而再次入射到液晶光学元件30，转换为Z轴偏振光。然后，透过了液晶光学元件30的Z轴偏振光到达吸收型偏振片40。
像这样，在液晶光学元件30为通常状态的情况下，入射到吸收型偏振片40的光被反射型偏振片20反射。在从吸收型偏振片40侧观察图像显示装置10的情况下，主要会观察到被反射型偏振片20反射的像(周围的风景等)。即，在液晶光学元件30为通常状态的情况下，液晶装置100成为镜状态。
此外，在第1实施例中，图像显示装置10主要输出Z轴方向上的偏振成分(Z轴偏振光)。从图像显示装置10输出的Z轴偏振光会透过反射型偏振片20。当在液晶光学元件为电压施加状态的情况下透过了反射型偏振片20的Z轴偏振光入射到液晶光学元件30时，Z轴偏振光直接射出(入射光的偏振轴不发生变化)。然后，从液晶光学元件30射出的Z轴偏振光到达吸收型偏振片40。
像这样，在液晶光学元件30处于电压施加状态的情况下，从图像显示装置10射出的光到达吸收型偏振片40。在从吸收型偏振片40侧观察图像显示装置10的情况下，主要会观察到显示在图像显示装置10上的像(显示图像)。即，在液晶光学元件30为电压施加状态的情况下，液晶装置100成为图像显示状态。
这种能够在镜状态与图像显示状态之间切换的液晶装置100例如能够应用于车辆用的车厢后视镜(后视镜、后照镜)等。例如，考虑有如下用途等：一般情况下以镜状态来用作车厢后视镜，在需要时切换为图像显示状态而显示车内的温度等。
在将液晶装置100应用于车辆用的车厢后视镜的情况下，相比于图像显示状态下的显示图像的质量(图像的明亮度、清晰度等)，更重视镜状态下的光反射率的大小。镜状态下的液晶装置100的光反射率优选较高，例如优选为40％以上。
另一方面，当在图像显示状态下光反射率也较高时，液晶装置中也会映出周围的风景或状况从而变得难以观察到显示装置10所显示的图像。因此，图像显示状态下的液晶显示装置100的光反射率优选较低，例如优选为15％以下。
发明人在第1实施例中，针对使吸收型偏振片40的透光率发生变化时的、镜状态和图像显示状态下的光反射率的变化进行了研究。其结果，在设吸收型偏振片40的透光率为50％时，镜状态下的光反射率为大约40％，图像显示状态下的光反射率为大约8％左右。此外，在设吸收型偏振片40的透光率为60％时，镜状态下的光反射率为大约42％，图像显示状态下的光反射率为大约12％左右。并且，在设吸收型偏振片40的透光率为65％时，镜状态下的光反射率为大约43％，图像显示状态下的光反射率为大约16％左右。
作为比较，在将现有技术中所使用的吸收型偏振片40的透光率为45％时，镜状态下的光反射率为大约36％，图像显示状态下的光反射率为大约6％左右。因此，可知第1实施例与现有技术相比进一步提高了镜状态下的光反射率。
根据以上的研究结果，在第1实施例的液晶装置100中，镜状态下的光反射率为40％以上并且图像显示状态下的光反射率为15％以下的、吸收型偏振片40的透光率的范围被推测为50％～60％。发明者人对于提高镜状态下的光反射率、抑制图像显示状态下的光反射率的液晶装置进行了进一步的研究。
图2是示出第2实施例的液晶装置101的图。第2实施例的液晶装置101具有与第1实施例的液晶装置100(参照图1A)大致相同的结构。在第2实施例的液晶装置101中，在液晶光学元件30与吸收型偏振片40之间还插入有反射型偏振片50。
即，第2实施例的液晶装置101包含：图像显示装置10，其具有显示面11：吸收型偏振片40(第1偏振片)，其与显示装置10的显示面11对置配置；正面侧反射型偏振片50(第2偏振片)，其配置在显示装置10与吸收型偏振片40之间；液晶光学元件30，其配置在显示装置10与反射型偏振片50之间；以及背面侧反射型偏振片20(第3偏振片)，其配置在显示装置10与液晶光学元件30之间。第2实施例的图像显示装置10、背面侧反射型偏振片20、液晶光学元件30和吸收型偏振片40具有与第1实施例相同的构造或结构。
正面侧反射型偏振片50(第2偏振片)例如可以使用与背面侧反射型偏振片20(第3偏振片)相同的偏振片。例如为多层膜型的偏振片，其使Z轴方向的偏振成分(Z轴偏振光)透过，反射Y轴方向的偏振成分(Y轴偏振光)。被入射自然光时的透光率为43％，光反射率为45％。
发明人在第2实施例中针对使吸收型偏振片40的透光率发生变化时的、镜状态和图像显示状态下的光反射率的变化进行了研究。其结果，在使吸收型偏振片40的透光率为50％时，镜状态下的光反射率为大约40％，图像显示状态下的光反射率为大约8％左右。此外，在使吸收型偏振片40的透光率为60％时，镜状态下的光反射率为大约45％，图像显示状态下的光反射率为大约12％左右。
图3是总结了在第1实施例和第2实施例中使吸收型偏振片40的透光率变化时的、镜状态和图像显示状态下的光反射率的变化的表。根据该表可知，无论吸收型偏振片40的透光率如何，第2实施例的液晶装置101的镜状态下的光反射率都比第1实施例的光反射率大。另一方面，可知第2实施例的液晶装置101的图像显示状态下的光反射率为与第1实施例的图像显示状态下的光反射率大致相同的程度。
在第2实施例的液晶装置101中，镜状态下的光反射率为40％以上且图像显示状态下的光反射率为15％以下的、吸收型偏振片40的透光率的范围被推测为50％～60％。
如上所述，第2实施例的液晶装置与第1实施例的液晶装置相比，将图像显示状态下的光反射率抑制为相同程度，并且镜状态下的光反射率升高。例如，在应用于车辆用的车厢后视镜等重视镜功能的设备的情况下，与第1实施例相比，第2实施例的液晶装置应该更适合。
另外，根据发明人的进一步研究，通过调整液晶光学元件30的单元厚度d或延迟Δnd，液晶装置的光反射率会进一步提高。例如，在使吸收型偏振片40的透光率为50％、使液晶光学元件30的延迟Δnd为0.6μm至0.9μm时，液晶装置的光反射率从40％提高到了41％。此外，在使吸收型偏振片40的透光率为60％、液晶光学元件30的延迟Δnd为0.6μm至0.9μm时，液晶装置的光反射率从45％提高到了46％。
当调整液晶光学元件30的单元厚度d或延迟Δnd时，从液晶装置输出的像(镜状态下的反射像和图像显示状态下的显示像)的色调也发生变化。如果考虑光反射率和输出像的色调，则认为液晶光学元件30的延迟Δnd优选为0.8μm～1.5μm左右。
以下，参照图1A、图2，对第1实施例的液晶装置的变形例1、第2实施例的液晶装置的变形例2、以及作为比较而未添加手性剂的第1实施例中的液晶装置的变形例3进行说明。
在变形例1～3中，液晶光学元件30也同样主要包含：对置配置的一对电极34a、34b、以及设置在一对电极34a、34b之间的液晶层39。
具体而言，一对电极34a、34b例如由氧化铟锡等透光性导电部件构成，分别设置在透明的玻璃基板32a、32b表面上。另外，设置有取向膜36a、36b以覆盖一对电极34a、34b。对取向膜36a、36b实施定向摩擦处理等单轴取向处理。液晶层39采用了反平行取向构造，在该反平行取向构造中，基板面内方向为0°时，倾斜角被为89.5°。倾斜角的方位被设为，在液晶层39的厚度方向的中央处反射型偏振片20的偏振轴与吸收型偏振片40的偏振轴所呈的角度为45°的方位。另外，在该情况下，倾斜角优选为89.0°～89.9°。
在一对电极34a、34b(或基板32a、32b)之间且其周缘上设置有具有框状的整体平面形状的密封部件38。在由电极34a、34b和密封部件38包围而成的空间中，液晶光学元件30的液晶层39使用的不是扭曲向列型、而是添加有手性剂的垂直取向型(VA型)液晶材料。
变形例1、变形例2的液晶光学元件的液晶层的延迟Δnd例如处于0.35μm～0.65μm的范围内、具体而言是0.65μm(Δn＝0.13、d＝5μm)。手性剂例如被添加成单元厚度d与手性间距(chiral pitch)(液晶分子的扭转长度)p的比率d/p处于0.25～0.33的范围内、具体而言、是0.29(手性间距p：17.24μm；单元厚度d：5μm)。
与此相对，在变形例3中，在液晶光学元件30的液晶层39中使用未添加有手性剂的垂直取向型(VA型)液晶材料。
变形例3的液晶光学元件的液晶层的延迟Δnd处于例如0.35μm～0.65μm的范围内、具体而言、是0.65μm(Δn＝0.13、d＝5μm)。
在变形例1～3中，针对使吸收型偏振片40的透光率发生变化时的、镜状态和图像显示状态下的光反射率的变化进行了研究。其结果，在变形例1中，在使吸收型偏振片40的透光率为60％时，镜状态下的光反射率为大约46％，图像显示状态下的光反射率为大约13％左右。此外，在变形例2中，在使吸收型偏振片40的透光率为60％时，镜状态下的光反射率为大约49％，图像显示状态下的光反射率为大约13％左右。此外，在变形例3中，在使吸收型偏振片40的透光率为60％时，镜状态下的光反射率为大约46％，图像显示状态下的光反射率为大约29％(5V驱动时)左右。
图4A～图4C是使施加到变形例1(图4A)、变形例2(图4B)、变形例3(图4C)的液晶光学元件的电压发生了变化的情况下的电压-反射率特性。首先，在变形例3中，当提高所施加的电压时，反射率逐渐下降，从镜状态变化为图像显示状态。但是，虽然在施加的电压为3.8V时光反射率为16.4％，但当施加的电压超过3.8V时，反射率反而会上升。因此，在图像显示状态下，光反射率会变高。与此相对，在变形例1、2中，当提高施加的电压时反射率会逐渐下降，从镜状态变化为图像显示状态。而且，当提高施加的电压时，在驱动电压5V左右时使光反射率下降至大约13％左右。
在使液晶光学元件的液晶层为VA型比使液晶光学元件的液晶层为扭曲向列型时实现了具有更好的特性的液晶装置。
以上，按照实施例对本发明进行了说明，然而本发明并不限定于这些实施例。例如，在实施例中，在液晶光学元件为通常状态的情况下，以使液晶装置成为镜状态的方式设定了偏振片的透射轴和液晶光学元件的液晶分子取向方向，但也可以在液晶光学元件为通常状态的情况下，以使液晶装置成为图像显示状态的方式设定偏振片的透射轴等。此外，还可以对吸收型偏振片等的表面实施低光反射处理，从而实现图像显示状态下的光反射率的减少。并且，当然也可以由多个相同种类的偏振片分别构成吸收型偏振片以及反射型偏振片。除此以外，对于本领域技术人员来说，能够进行各种变形、置换、改良等是显而易见的。

Claims (7)

1.一种液晶装置，其包含：
显示装置，其具有显示面；
吸收型的第1偏振片，其与所述显示装置的显示面对置配置，对于自然光的透射率为50％以上；
液晶光学元件，其配置在所述显示装置与所述第1偏振片之间，能够切换成如下状态：在被入射了偏振成分时使第1方向的偏振成分射出的状态、和在被入射了偏振成分时使与该第1方向不同的第2方向的偏振成分射出的状态；以及
反射型的第2偏振片，其配置在所述显示装置与所述液晶光学元件之间。
2.一种液晶装置，其包含：
显示装置，其具有显示面；
吸收型的第1偏振片，其与所述显示装置的显示面对置配置；
反射型的第2偏振片，其配置在所述显示装置与所述第1偏振片之间；
液晶光学元件，其配置在所述显示装置与所述第2偏振片之间，能够切换成如下状态：在被入射了偏振成分时使第1方向的偏振成分射出的状态、和在被入射了偏振成分时使与该第1方向不同的第2方向的偏振成分射出的状态；以及
反射型的第3偏振片，其配置在所述显示装置与所述液晶光学元件之间。
3.根据权利要求2所述的液晶装置，其中，
所述第1偏振片对于自然光的透射率为50％以上。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的液晶装置，其中，
所述液晶光学元件包含使用了扭曲向列型液晶材料的液晶层，所述液晶层的延迟处于0.8μm～1.5μm的范围内。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的液晶装置，其中，
所述液晶光学元件包含液晶层，该液晶层的厚度d与手性间距p的比率d/p处于0.250～0.325的范围内，该液晶层使用了添加有手性剂的垂直取向型液晶材料。
6.根据权利要求5所述的液晶装置，其中，
所述液晶层的延迟处于0.35μm～0.65μm的范围内。
7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的液晶装置，其中，
所述显示装置包含吸收型的第4偏振片，该吸收型的第4偏振片配置于显示面侧。
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