JP2002014339A

JP2002014339A - 液晶表示装置およびその照明装置

Info

Publication number: JP2002014339A
Application number: JP2000194638A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Miyai; 三嘉宮井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】表示画素と非表示画素における反射光のコン
トラストを大きくして、表示品位の高い液晶表示装置を
提供する。【解決手段】本発明は、所定の第１の偏光度を有する
光を照明する光源部と、所定の第２の偏光度を有する光
を選択的に反射する液晶表示素子とを備え、第１の偏光
度が、自然光の偏光度と第２の偏光度の間にある液晶表
示装置を提供する。これにより、表示画素と非表示画素
における反射光のコントラストを大きくして、その表示
品位を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として右回りま
たは左回りに円偏光する光を選択的に反射する液晶表示
素子を照明するための照明装置、およびこれを用いた液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話やパームトップコンピュ
ータなどの小型で軽量の電子機器の普及が目覚しく、こ
れらの電子機器において反射型液晶表示装置が広く用い
られている。反射型液晶表示装置は、ＣＲＴ、プラズマ
ディスプレイなどの他の表示装置と比較して、消費電力
が小さく、安価で、しかも小型・軽量であるといった優
れた利点を有する表示装置である。

【０００３】これまで広く利用されてきた反射型液晶表
示素子は、ネマチック相（例えば、ツイステッドネマチ
ックモードやスーパーツイステッドネマチックモード）
の液晶層を用いて、入射光の互いに直交する光成分に位
相差を与えることにより、光の透過・非透過を選択して
表示する反射型液晶表示素子（以下、「ネマチック式反
射型液晶表示素子」という。）である。このネマチック
式反射型液晶表示素子は、背面に反射板を有し、表示面
に偏光板を有する。このとき、照明された光の半分が偏
光板により吸収され、残り半分の光しか入射光として表
示に寄与しないので、観察者に対して出射される光の強
度は半減する。つまり、表示が暗くなる。また、ネマチ
ック式反射型液晶表示素子は、カラー表示するために、
１枚の液晶表示パネル上の画素を、青色、緑色、および
赤色表示するための画素に３分割しているので、各色を
表示するために反射（出射）する光の強度は、照明され
た光の強度の１／６となる。また、各々の画素上に対応
する色のカラーフィルタを配置しているので、入射光は
カラーフィルタによっても吸収されて、さらに表示が暗
くなる。

【０００４】そこで、従来式のネマチック式液晶表示素
子とは異なり、光を選択的に反射するコレステリック相
を呈する液晶相を用いた液晶表示素子（以下、「カイラ
ルネマチック式反射型液晶表示素子」という。）の開発
が進められてきた。カイラルネマチック式液晶表示素子
は、固有の波長帯域にある右回りまたは左回りのいずれ
かの光を選択的に反射する。また、青色、緑色、および
赤色に相当する波長帯域にある光を選択反射するカイラ
ルネマチック式液晶表示素子を積層したカイラルネマチ
ック式ＲＧＢ液晶表示素子を形成することにより、フル
カラーで表示可能な液晶表示素子を実現することができ
る。こうして、このカイラルネマチック式ＲＧＢ液晶表
示素子を用いれば、上述のネマチック式反射型液晶表示
素子には必要であった偏光板やカラーフィルタを省略す
ることができる。したがって、偏光板やカラーフィルタ
により入射光が吸収されることを防止できるので、照明
される光に対して、表示に寄与する光の割合を大きくし
て、明るい表示を実現することができる。

【０００５】ところで、光は、一般に、複数の光波が集
合したものと考えることができ、各光波は、電場ベクト
ルがその進行方向軸に対して回転することに依存して、
右回り楕円偏光（右円偏光）、左回り楕円偏光（左円偏
光）、および直線偏光に分類される。このように、光波
の各々は偏った楕円偏光特性をもつが、太陽光などの自
然光は、さまざまな楕円偏光特性を有する光波を一様に
含んでいる。つまり、自然光は、右円偏光と左円偏光を
同等に（全体の光強度の５０％ずつ）含んでいるので、
その偏光特性が相殺されて、全体としては、このような
偏りをもたない。ここで、一般の光に対して、全強度に
対する偏光成分の強度の比を偏光度（偏光指標）と定義
する。したがって、自然光の偏光度は、零（ゼロ）であ
って、本発明の明細書においては、自然光と比較して、
右円偏光をより多く含む光を、「正」の偏光度を有する
光とし、左円偏光をより多く含む光を、「負」の偏光度
を有する光と定義する。

【０００６】次に、図６を参照しながら、従来式のカイ
ラルネマチック式液晶表示装置の詳細について説明す
る。図６は、このカイラルネマチック式液晶表示装置１
０１の断面図である。このカイラルネマチック式液晶表
示装置１０１は、概略、観察者側から光を照明するフロ
ントライトユニット１１０と、カイラルネマチック式液
晶表示素子１２０を備える。

【０００７】フロントライトユニット１１０は、自然光
を発する光源１１１、光源１１１からの光をカイラルネ
マチック式液晶表示素子１２０の方へ導くための導光板
１１２、光源１１１からの光を効率よく導光板１１２の
方へ反射させるためのリフレクタ１１３、および導光板
１１２と液晶表示素子１２０の間に設けた反射防止膜１
１４を備えている。

【０００８】カイラルネマチック式液晶表示素子１２０
は、一対の透明基板１２１と、一対のシール材１２２
と、それらの間に封入されたコレステリック相を呈する
液晶材料１２３とを有する。また、この透明基板１２１
の対向する表面上には、それぞれ、所定の間隔をあけて
平行に配置された複数の透明電極１２４ａ、１２４ｂが
設けられている。透明電極１２４ａ、１２４ｂは、垂直
方向に交差するように向き合っており、両者が交差する
領域が画素となる。さらに、この液晶表示素子１２０
は、観察者側とは反対側の表面に、光を吸収するための
光吸収層１２５を有する。

【０００９】次に、このカイラルネマチック式液晶表示
装置１０１の動作について説明する。フロントライトユ
ニット１１０の光源１１１からの光は、リフレクタ１１
３により効率よく集光されて導光板１１２へ入射する。
導光板１１２を介することにより、光源１１１からの光
が液晶表示素子１２０全体に亙って均一に照明すること
ができる。また、導光板１１２の表面は、光源１１１か
らの光が効率よく液晶表示素子１２０の方へ照明するよ
うに、段差状または鋸状の微小な突起部（図示せず）を
有している。こうして、導光板１１２からの光は、反射
防止膜１１４を介して、液晶表示素子１２０を照明する
が、この反射防止膜１１４により、フロントライトユニ
ット１１０と液晶表示素子１２０の間の界面で光が反射
するのを極力抑えることができる。

【００１０】ところで、コレステリック相を呈する液晶
材料１２３は、一般に、電圧を印加しなくても、プレー
ナ配列状態とフォーカルコニック配列状態の２つの安定
的な状態を維持することができる（双安定性を有す
る）。プレーナ配列状態にある液晶材料１２３は、図７
（ａ）で示すように、例えば、右円偏光だけを反射する
一方、左円偏光だけを透過する（選択反射）。また、フ
ォーカルコニック配列状態にある液晶材料１２３は、図
７（ｂ）で示すように、左円偏光のみならず、右円偏光
も透過する（全透過）。

【００１１】上述のように、カイラルネマチック式液晶
表示素子１２０は、マトリックス状の透明電極１２４を
有し、この透明電極１２４の間に所定のパルス電圧を印
加することにより、内部に介在する液晶材料１２３がプ
レーナ配列状態またはフォーカルコニック配列状態とな
るように切り替えることができる。

【００１２】表示したい画素（表示画素）に関連する透
明電極１２４に、液晶材料１２３がプレーナ配列状態と
なるようなパルス電圧を印加する。すると、この表示画
素に入射する光のうち、図７（ａ）で示すように、右円
偏光が液晶材料１２３で反射され、左円偏光が液晶材料
１２３を透過して、光吸収層１２５で吸収される。一
方、表示させない画素（非表示画素）に関連する透明電
極１２４には、液晶材料１２３がフォーカルコニック配
列状態となるようなパルス電圧を印加する。すると、非
表示画素に入射する光は、図７（ｂ）で示すように、す
べて液晶材料１２３を透過して、光吸収層１２５で吸収
される。つまり、表示画素は右円偏光を反射し、非表示
画素は光を反射しない。こうして、カイラルネマチック
式液晶表示素子１２０は、表示画素と非表示画素の間に
おける反射光の強弱（コントラスト）により、表示素子
として機能することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は、光の一部が、液晶材料１２３の配列状態に関係な
く、光吸収層１２５で吸収される前に、例えば、液晶材
料１２３と透明電極１２４の間の界面、透明電極１２４
と透明基板１２１の間の界面、または透明基板１２１と
光吸収層１２５の間の界面において、反射してしまうた
めに、表示画素と非表示画素の間における反射光のコン
トラストが小さくなる。その結果、液晶表示素子１２０
としての表示品位が損なわれる。

【００１４】ここで、表示画素と非表示画素の間におけ
る反射光のコントラストが小さくなるメカニズムについ
て、図８を参照しながら具体的に説明する。図８（ａ）
および（ｂ）は、液晶材料１２３が、各々、プレーナ配
列状態およびフォーカルコニック配列状態にあるときの
液晶表示素子１２０の断面図を示す。この断面図におい
ては、対向する透明電極１２４を省略してある。自然光
は、上述のように、右円偏光と左円偏光を同等に（全体
の光強度の５０％ずつ）含む。図８では、光の強度を矢
印の本数で示し、右円偏光と左円偏光がそれぞれ同強度
（矢印５本ずつ）で入射している。

【００１５】光は、このカイラルネマチック式液晶表示
素子１２０を透過するとき、液晶材料１２３以外の上述
の界面において、右円偏光および左円偏光に関係なく、
一定の割合で反射する。つまり、図８（ｂ）で示す液晶
材料１２３がフォーカルコニック状態にあるとき、すべ
ての入射光が透過するのではなく、例えば。１０本の矢
印で示す入射光に対して２本の矢印で示す光がノイズ成
分的に観察者側に反射する。以下、右または左円偏光に
ついて、上記のようにノイズ的に反射される反射光の強
度の、入射光の強度に対する割合を「ノイズ反射率」と
呼ぶことにする。上記の場合、反射率は２０％となる。
図８（ａ）で示す液晶材料１２３がプレーナ配列状態に
あるとき、右円偏光は原理上すべて液晶材料１２３で反
射されるが、同様に、左円偏光の一部が透過せず、１本
の矢印で示す光が反射される。

【００１６】上述のように、カイラルネマチック式液晶
表示素子１２０の表示品位が劣化する主な原因は、表示
画素と非表示画素の間における反射光のコントラストが
小さくなることにある。図８（ａ）の表示画素からは、
５本の矢印で示す右円偏光の反射光、および１本の矢印
で示す左円偏光の反射光の合計６本の矢印で示す光が反
射される。一方、図８（ｂ）の非表示画素からは、１０
本の矢印で示す入射光のうち、２本の矢印で示す光が反
射される。したがって、表示画素と非表示画素からの反
射光のコントラストは、６（本）：２（本）＝３：１と
なり、コントラストを充分に高くすることができない。

【００１７】一般に、自然光の強度をＬ₀、ノイズ反射
率をｒ（０≦ｒ＜１）で表すと、表示画素からの反射光
強度Ｒ_pおよび非表示画素からの反射光強度Ｒ_fは、次式
で表される。

【数１】Ｒ_p＝Ｌ₀／２＋Ｌ₀／２×ｒ＝（１＋ｒ）×Ｌ₀／２（１）

【数２】Ｒ_f＝Ｌ₀×ｒ（２）

【００１８】すると、表示画素と非表示画素からの反射
光のコントラストＣ₀は、次式で表される。

【数３】Ｃ₀＝Ｒ_p／Ｒ_f＝（１＋ｒ）／２ｒ（３）

【００１９】ノイズ反射率ｒが２０％でなく３０％であ
れば、上式（３）より、表示画素と非表示画素からの反
射光のコントラストは、３：１でなく、１３：６とな
り、表示品位はさらに劣悪となる。逆に、ノイズ反射率
が２０％でなく１０％であれば、上式（３）より、表示
画素と非表示画素からの反射光のコントラストは、３：
１でなく、１１：２となり、表示品位は良好となる。こ
のように、コントラスト低下の１つの主な原因は、スイ
ッチング（液晶のコレステリック相からの反射）に寄与
しない円偏光光が不用意に反射されることにより、液晶
がフォカルコニック状態にあるときに十分な透過状態が
得られないものと考えられる。本発明は、この点に着目
し、スイッチングに寄与しない円偏光光を減少した照明
を用いることにより、上記ノイズ反射率の低減が可能と
なることを見出し、本発明に至った。

【００２０】そこで本発明は、表示画素と非表示画素か
らの反射光のコントラストを大きくして、高い表示品位
を有する液晶表示装置およびこの液晶表示装置に用いら
れる照明装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、正または負の第１の偏光度を有する光を選択的に反
射する液晶表示素子と、前記第１の偏光度と極性が等し
い第２の偏光度を有する光で前記液晶表示素子を観察面
側から照明するための照明ユニットとを備える液晶表示
装置を提供する。

【００２２】請求項２に記載の本発明は、液晶表示素子
の背面側に光吸収層が設けられている液晶表示装置を提
供する。

【００２３】請求項３に記載の本発明において、前記照
明ユニットは、光源と該光源の出射光を前記第１の偏光
度を有する光に変える偏光部材とを備える。

【００２４】請求項４に記載の本発明において、前記偏
光部材は、観察者の視線と前記液晶表示素子の表示面と
を結ぶ光路外に配置されている。

【００２５】請求項５に記載の本発明は、前記第１の偏
光度を有する光を液晶表示素子の表示面に２次元的に導
光する導光板をさらに備える。

【００２６】請求項６に記載の本発明は、前記導光板の
側面に前記偏光部材が設けられている。

【００２７】請求項７に記載の本発明において、前記液
晶表示素子は、液晶のコレステリック相からの選択反射
を利用して表示を行う。

【００２８】請求項８に記載の本発明において、前記液
晶表示素子は、ネマチック液晶にカイラル材を添加して
なるカイラルネマティック液晶を含む。

【００２９】請求項９に記載の本発明において、前記液
晶表示素子は、複数の液晶層を積層してなる。

【００３０】請求項１０に記載の本発明は、表示素子を
観察面側から照明する照明装置であって、正または負の
偏光度を有する光を照明光として出射する照明装置を提
供する。

【００３１】請求項１１に記載の本発明は、表示素子を
観察面側から照明する照明装置であって、光源と、該光
源の出射光の偏光度を変化させる偏光部材とを備え、該
偏光部材を介して出射される光を照明光とする照明装置
を提供する。

【００３２】請求項１２に記載の本発明は、表示素子を
観察面側から照明する照明装置であって、左右の円偏光
光を含む光を出射する光源と、該光源の出射光のうち、
右または左のいずれかの円偏光光を減少させる偏光部材
とを備え、該偏光部材を介して出射される光を照明光と
する照明装置を提供する。

【００３３】請求項１３に記載の本発明は、表示素子を
観察面側から照明する照明装置であって、光源と、該光
源の出射光の偏光度を変化させる偏光部材と、該偏光部
材を介して出射される光を２次元的に導光する導光板と
を備え、該導光板の側面に前記偏光部材を設けたことを
特徴とする照明装置を提供する。

【００３４】請求項１４に記載の本発明において、照明
装置の照明の対象となる表示素子は、正または負の第１
の偏光度を有する光を選択的に反射する液晶表示素子で
あり、前記第１の偏光度と極性が等しい第２の偏光度を
有する光を、前記液晶表示素子の観察面側から照射す
る。

【００３５】請求項１５に記載の本発明において、前記
偏光部材が、円偏光板または円偏光分離板である。

【００３６】請求項１６に記載の本発明において、前記
偏光部材が、直線偏光板または直線偏光分離板と、位相
差板とを有する。

【００３７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１を参照しなが
ら、本発明に係る実施の形態１のカイラルネマチック式
液晶表示装置について説明する。図１は、実施の形態１
のカイラルネマチック式液晶表示装置１の断面図であ
る。このカイラルネマチック式液晶表示装置１は、概
略、観察者側から光を照明するフロントライトユニット
１０と、カイラルネマチック式液晶表示素子２０を備え
る。

【００３８】フロントライトユニット１０は、自然光を
発する光源１１、光源１１からの光をカイラルネマチッ
ク式液晶表示素子２０の方へ導くための導光板１２、光
源１１からの光を効率よく導光板１２の方へ反射させる
ためのリフレクタ１３、および導光板１２と液晶表示素
子２０の間に設けた反射防止膜１４を備えている。さら
に、本発明の実施の形態１のフロントライトユニット１
０には、光源１１と導光板１２の間に円偏光分離板１５
が設けてある。この円偏光分離板１５は、コレステリッ
ク液晶フィルムなどにより形成され、例えば、右円偏光
だけを選択的に透過することができる。

【００３９】カイラルネマチック式液晶表示素子２０
は、一対の透明基板２１ａ、２１ｂと、一対のシール材
２２と、それらの間に封入されたコレステリック相を呈
する液晶材料２３とを有する。また、この透明基板２１
ａ、２１ｂの対向する表面上には、それぞれ、所定の間
隔をあけて平行に配置された複数の透明電極２４ａ、２
４ｂが設けられている。透明電極２４ａ、２４ｂは、垂
直方向に交差するように向き合っており、両者が交差す
る領域が画素となる。さらに、この液晶表示素子２０
は、下側の透明基板２１ｂの下側表面に、光を吸収する
ための光吸収層２５を有する。

【００４０】次に、このカイラルネマチック式液晶表示
装置１の動作について説明する。フロントライトユニッ
ト１０の光源１１からの光は、リフレクタ１３により効
率よく集光されて円偏光分離板１５へ入射する。上述の
ように、この円偏光分離板１５は、右円偏光だけを選択
的に透過して、左円偏光だけを反射する。リフレクタ１
３の表面に、光の偏光度を均一化にするための拡散板
（散乱板）を設けておくことが好ましい。こうして、光
源１１からの自然光を、円偏光分離板１５を透過させる
ことにより、効率よく右円偏光に変換することができ
る。換言すると、偏光度がゼロである光源１１からの自
然光を、上述の「正」の偏光度を有する光に変換するこ
とができる。したがって、フロントライトユニット１０
は、左円偏光を含まない、右円偏光だけを含む光（正の
偏光度を有する光）を照明することができる。

【００４１】また、導光板１２は、図１で示すように、
液晶表示素子２０に対して傾斜した表面を有しているの
で、光源１１からの光を液晶表示素子２０全体に亙って
均一に照明することができる。また、導光板１２の表面
は、光源１１からの光が液晶表示素子２０の方へ効率よ
く照明するように、段差状または鋸状の微小な突起部
（図示せず）を有している。こうして、導光板１２から
の光は、反射防止膜１４を介して、液晶表示素子２０を
照明するが、反射防止膜１４により、フロントライトユ
ニット１０と液晶表示素子２０の間の界面で光が反射す
るのを極力抑えることができる。なお、円偏光分離版１
５は、光源近傍に配置され、表示素子の観察面と視点と
を結ぶ光路から外れた位置にある。したがって、円偏光
分離板を介することなく画面を視認することができるの
で、表示品位の低下が少ない。

【００４２】上述のように、コレステリック相を呈する
液晶材料２３は、電圧無印加状態で、プレーナ配列状態
とフォーカルコニック配列状態の２つの安定的な状態を
維持することができる。プレーナ配列状態にある液晶材
料２３は、右円偏光だけを反射する一方、左円偏光だけ
を透過する。また、フォーカルコニック配列状態にある
液晶材料２３は、左円偏光のみならず、右円偏光も透過
する（図７参照）。

【００４３】カイラルネマチック式液晶表示素子２０
は、上述のように、マトリックス状の透明電極２４を有
し、この透明電極２４の間に所定のパルス電圧を印加す
ることにより、内部に介在する液晶材料２３がプレーナ
配列状態またはフォーカルコニック配列状態となるよう
に切り替えることができる。

【００４４】表示したい画素（表示画素）に関連する透
明電極２４に、液晶材料２３がプレーナ配列状態となる
ようなパルス電圧を印加する。すると、この表示画素に
入射する光のうち、右円偏光が液晶材料２３で反射さ
れ、左円偏光が液晶材料２３を透過して、光吸収層２５
で吸収される。一方、表示させない画素（非表示画素）
に関連する透明電極２４には、液晶材料２３がフォーカ
ルコニック配列状態となるようなパルス電圧を印加す
る。すると、非表示画素に入射する光は、すべて液晶材
料２３を透過して、光吸収層２５で吸収される。つま
り、表示画素は右円偏光を反射し、非表示画素は光を反
射しない。こうして、カイラルネマチック式液晶表示素
子２０は、表示画素と非表示画素の間における反射光の
強弱（コントラスト）により、表示素子として機能する
ことができる（図８参照）。

【００４５】ここで、表示画素と非表示画素の間におけ
る反射光のコントラストについて説明する。入射光の一
部は、光吸収層２５で吸収される前に、例えば、液晶材
料２３と透明電極２４の間の界面、透明電極２４と透明
基板２１ａ、２１ｂの間の界面、または透明基板２１ｂ
と光吸収層２５の間の界面において、液晶材料２３の配
列状態に関係なく反射してしまう。

【００４６】そこで、フロントライトユニット１０から
の光（右円偏光）の強度をＬ、ノイズ反射率をｒ（０≦
ｒ＜１）で表すと、表示画素からの反射光強度Ｒ_pおよ
び非表示画素からの反射光強度Ｒ_fは、次式で表され
る。

【数４】Ｒ_p＝Ｌ（４）

【数５】Ｒ_f＝Ｌ×ｒ（５）

【００４７】つまり、フロントライトユニット１０から
の光（右円偏光）は、原理上表示画素を透過することな
く、すべて反射する。また、この光（右円偏光）は、非
表示画素を透過するが、その一部分が上記界面でノイズ
的に反射する。したがって、表示画素と非表示画素から
の反射光のコントラストＣは、次式で表される。

【数６】Ｃ＝Ｒ_p／Ｒ_f＝１／ｒ（６）

【００４８】カイラルネマチック式液晶表示素子２０の
ノイズ反射率ｒが２０％であった場合、従来式の自然光
を発するフロントライトユニット１１０を用いたなら
ば、反射光のコントラストＣ₀は、上式（３）より３：
１であったものが、右円偏光を発するフロントライトユ
ニット１０を用いたならば、反射光のコントラストＣ
は、上式（６）より５：１とすることができる。こうし
て、カイラルネマチック式液晶表示装置１は、従来式の
液晶表示装置１０１と比べて、その表示品位を向上させ
ることができる。

【００４９】図２は、カイラルネマチック式液晶表示素
子２０の反射率ｒが変化した場合の、上式（３）および
（６）で得られた反射光のコントラストＣおよびＣ₀を
プロットしたグラフである。図２から明らかなように、
カイラルネマチック式液晶表示装置１のコントラストＣ
は、従来式のカイラルネマチック式液晶表示装置１０１
のコントラストＣ₀の約２倍大きい。したがって、本発
明のフロントライトユニット１０を採用したカイラルネ
マチック式液晶表示装置１は、従来式のものに比べて、
その表示品位を画期的に向上させることができる。

【００５０】なお、上述の説明においては、液晶表示素
子２０に照明される光は、フロントライトユニット１０
からの右円偏光だけであったが、これに加えて、偏りを
もたない自然光を同様に含んでいても、コントラストを
大きくすることができる。これについて詳細に説明す
る。フロントライトユニット１０からの光（右円偏光）
の強度をＬ₁、自然光からの光の（偏光度ゼロ）の強度
をＬ₂とし、ノイズ反射率をｒ（０≦ｒ＜１）で表す
と、表示画素からの反射光強度Ｒ_pおよび非表示画素か
らの反射光強度Ｒ_fは、次式で表される。

【数７】Ｒ_p＝Ｌ₁＋（１＋ｒ）×Ｌ₂／２（７）

【数８】Ｒ_f＝Ｌ₁×ｒ＋Ｌ₂×ｒ＝（Ｌ₁＋Ｌ₂）×ｒ（８）

【００５１】このとき、液晶表示素子２０に照明される
光の強度は、（Ｌ₁＋Ｌ₂）であり、偏光度ｐは、上述の
ように、全体の光強度に対する偏光成分（ここでは
Ｌ₁）であるので、次式で表される。

【数９】ｐ＝｛（Ｌ₁＋Ｌ₂／２）−Ｌ₂／２｝／（Ｌ₁＋Ｌ₂）＝Ｌ₁／（Ｌ₁＋Ｌ₂）（９）ここで、Ｌ₁＞０、Ｌ₂＞０、としたので、０＜ｐ＜１で
ある。また、右円偏光光が多く含まれるので、偏光度ｐ
は正の値である。

【００５２】フロントライトユニット１０からの光（右
円偏光）は、表示画素を透過することなく、すべて反射
する。また、この光（右円偏光）は、非表示画素を透過
するが、その一部分が上記界面で反射する。したがっ
て、表示画素と非表示画素からの反射光のコントラスト
Ｃ₁は、次式で表される。

【数１０】Ｃ₁＝Ｒ_p／Ｒ_f＝｛１＋ｒ＋ｐ（１−ｒ）｝／２ｒ（１０）

【００５３】ここで、液晶表示素子２０に対して、フロ
ントライトユニット１０からの光および自然光を照明し
たときのコントラストＣ₁と、自然光だけを照明したと
きのコントラストＣ₀を比較すると（差を求めると）、

【数１１】Ｃ₁−Ｃ₀＝ｐ（１−ｒ）／２ｒ（１１）となる。

【００５４】ここで、重要なことは、偏光度ｐが正の値
である限り、コントラストＣ₁は、コントラストＣ₀より
も常に大きくなるということである。したがって、偏光
度ｐ値の値を正とすることにより、従前のカイラルネマ
チック式液晶表示装置１０１よりも高いコントラストを
得ることができ、より高い表示品位を得ることができ
る。このとき、フロントライトユニット１０を用いたカ
イラルネマチック式液晶表示装置１は、偏光度ｐに依存
して、図２で示す２つの曲線に挟まれた領域にあるコン
トラストを有することになる。

【００５５】付言しておくが、このカイラルネマチック
式液晶表示素子２０が、上述とは反対に、左円偏光だけ
を選択反射する場合は、フロントライトユニット１０
は、同様に、左円偏光だけを照明して、表示に寄与しな
い偏光成分（右円偏光）を減らすことが必要である。

【００５６】さらに、付け加えておくが、フロントライ
トユニット１０は、右円偏光だけを選択的に照明するた
めに円偏光分離板１５を用いたが、同様に、円偏光板を
用いることができる。円偏光板は、選択的に、例えば、
右円偏光だけを透過して、左円偏光を吸収する。

【００５７】実施の形態２．図３を参照して、本発明に
係るカイラルネマチック式液晶表示装置の実施の形態２
について説明する。実施の形態２のカイラルネマチック
式液晶表示装置２は、フロントライトユニット１０が右
円偏光だけを選択的に照明するために、実施の形態１で
は円偏光分離板１５を用いた代わりに、実施の形態２で
は直線偏光分離板１６と位相差板１７（１／４λ板）を
用いた点以外は、実施の形態１と同様に構成されたもの
であるので、詳細な説明を省略する。

【００５８】フロントライトユニット１０は、自然光を
発する光源１１、光源１１からの光をカイラルネマチッ
ク式液晶表示素子の方へ導くための導光板１２、光源１
１からの光を効率よく導光板１２の方へ反射させるため
のリフレクタ１３、および導光板１２と液晶表示素子２
０の間に設けた反射防止膜１４を備えている。さらに、
本発明の実施の形態２のフロントライトユニット１０
は、光源１１と導光板１２の間に設けられた直線偏光分
離板１６と、導光板１２と反射防止膜１４の間に設けら
れた位相差板１７が設けてある。この直線偏光分離板１
６としては、例えば、米国スリーエム社から市販されて
いるＤＢＥＦなどを用いることができ、位相差板１７と
しては、一般に市販されている１／４λ板を用いること
ができる。

【００５９】フロントライトユニット１０の光源１１か
らの光は、リフレクタ１３により効率よく集光され、直
線偏光分離板１６へ入射する。上述のように、この直線
偏光分離板１６は、直線偏光だけを選択的に透過して、
右円偏光および左円偏光を反射する。リフレクタ１３の
表面に、光の偏光度を一様にするための拡散板（散乱
板）を設けておくことが好ましい。こうして、光源１１
からの自然光を、直線偏光分離板１６を透過させること
により、効率よく直線偏光に変換することができる。そ
の後、この直線偏向は、導光板を介して位相差板１７を
通過する。このとき、この位相差板１７により、直線偏
光が右円偏光に変換され、変換された右円偏光が液晶表
示素子２０を照明する。これにより、このフロントライ
トユニット１０は、実施の形態１と同様に、光源１１か
らの自然光を、右円偏光に変換することができる。右円
偏光（正の偏光度を有する光を含む）が照明された液晶
表示素子２０が、高いコントラストを有し、優れた表示
品位を有することは、実施の形態１で説明した通りであ
る。

【００６０】なお、上述の直線偏光分離板１６の代わり
に、直線偏光だけを選択的に透過して、右円偏光および
左円偏光を吸収する直線偏光板を用いることもできる。

【００６１】実施の形態３．図４を参照して、本発明に
係るカイラルネマチック式液晶表示装置の実施の形態３
について説明する。実施の形態３のカイラルネマチック
式液晶表示装置３は、フロントライトユニット１０の導
光板１２を省略した点以外は、実施の形態１および２と
同様に構成されたものであるので、詳細な説明を省略す
る。

【００６２】フロントライトユニット１０は、自然光を
発する光源１１、および光源１１からの自然光を右円偏
光に変換するための偏光部材１８から構成される。偏光
部材１８は、実施の形態１および２で説明したように、
円偏光板、または直線偏光板と位相差板を組み合わせた
ものであってもよいし、ここでは図示しないリフレクタ
を併用して、円偏光分離板、または直線偏光分離板と位
相差板を組み合わせたものであってもよい。

【００６３】実施の形態３のフロントライトユニット１
０は、導光板をもたないので、導光板による光の吸収、
反射、および散乱などの影響を排除することができる。
また、このフロントライトユニット１０を液晶表示素子
２０の斜め上方に配置することにより、液晶表示素子２
０全体を一様に照明することができる。これにより、こ
のフロントライトユニット１０は、実施の形態１と同様
に、光源１１からの自然光を、右円偏光に変換すること
ができる。右円偏光（正の偏光度を有する光を含む）が
照明された液晶表示素子２０が、高いコントラストを有
し、優れた表示品位を有することは、実施の形態１で説
明した通りである。

【００６４】実施の形態４．図５を参照して、本発明に
係るカイラルネマチック式液晶表示装置の実施の形態４
について説明する。実施の形態４のカイラルネマチック
式液晶表示装置４は、青色、緑色、および赤色に相当す
る波長領域を選択的に反射するカイラルネマチック式液
晶表示素子２０、３０、４０を積層した点以外は、実施
の形態２と同様に構成されたものであるので、詳細な説
明を省略する。

【００６５】カイラルネマチック式液晶表示装置４の表
示品位が劣化する（反射光のコントラストが下がる）理
由は、上述のように、入射光の一部が、光吸収層４５で
吸収される前に、さまざまな界面において、液晶材料２
３、３３、４３の配列状態に関係なく反射してしまうた
めである。液晶表示素子２０、３０、４０を３層積層し
た場合は、特に、液晶表示素子２０、３０、４０間の界
面を含めた界面において多くの光が反射するので、ノイ
ズ反射率ｒが上がることは避けられない。しかし、本発
明のフロントライトユニット１０を用いると、ノイズ反
射率ｒが大きくなっても、表示画素と非表示画素におけ
る反射光のコントラストを比較的に小さく維持すること
ができる。

【００６６】図２で示すグラフからも明らかなように、
良好な表示品位を得るために、反射光のコントラスト
を、例えば、１０以上にする必要があるとき、自然光で
照明する従来式のフロントライトユニット１０を用いた
場合、ノイズ反射率を約５．３以下とする必要がある。
一方、フロントライトユニット１０を用いた場合、ノイ
ズ反射率を１０以下とすれば、１０以上のコントラスト
を確保できる。つまり、所定の反射光のコントラストに
対するノイズ反射率の許容範囲が広い。また、液晶材料
や、透明電極、基板、絶縁膜や配向膜などの機能膜など
の材料や物性値およびそれらの組合せなどを工夫してノ
イズ反射率そのものを低減させるのに比べて、極めて簡
単にコントラストの向上を図ることができる。もちろ
ん、上記工夫により、ノイズ反射率そのものを低減させ
た上で、本実施形態のフロントライト１０を用いること
により、表示品位を画期的に改善することができる。

【００６７】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、液晶
表示素子が選択的に反射する光の偏光度と照明光の偏光
度の極性を一致させたことにより、明るく、コントラス
トが大きく、表示品位の高い液晶表示装置を提供するこ
とができる。

【００６８】請求項１において、請求項２に記載するよ
うに、液晶表示素子の背面側に光吸収層を設けることに
より、液晶によって選択反射されなかった光を光吸収層
で吸収することができ、よりコントラストを大きくする
ことができる。

【００６９】また、請求項３に記載するように、光源
と、光源の出射光を第１の偏光度を有する光に変える偏
光部材を備えることにより、容易に照明ユニットの偏光
度を調整することができる。

【００７０】さらに、請求項４に記載するように、前記
偏光部材は、観察者の視線と前記液晶表示素子の表示面
とを結ぶ光路外に配置することにより、観察面内に偏光
部材が介在しないこととなり、表示品位が低下しにくく
なる。

【００７１】さらにまた、請求項５に記載するように、
第１の偏光度を有する光を液晶表示素子の表示面に２次
元的に導光する導光板を備えることにより、表示面を均
一に照明することができる。

【００７２】請求項５において、請求項６に記載するよ
うに、前記導光板の側面に前記偏光部材を設けることに
より、簡素な構成で観察面内に偏光部材が介在しないよ
うにすることができる。

【００７３】請求項７に記載するように、コレステリッ
ク相からの選択反射を利用して表示を行うことにより、
光の利用効率が高く明るい表示を行うことができる。請
求項８に記載するように、カイラルネマティック液晶を
コレステリック相を示す液晶として用いると、選択反射
波長の調整が容易で、液晶層にメモリ性を持たせること
ができる。

【００７４】請求項９に記載するように、複数の液晶層
を積層してなる前記液晶表示素子を用いることにより、
反射率の高い明るい表示を行うことができる。また解像
度の高い複数色の表示が実現しやすくなる。

【００７５】請求項１０に記載の本発明は、正または負
の偏光度を有する光を照明光として出射するので、左右
いずれかの円偏光光成分が多い光を、表示素子の反射特
性に合わせて選択的に照明することができる。

【００７６】請求項１１に記載の本発明は、光源の出射
光の偏光度を変化させる偏光部材を介して出射される光
を照明光として用いるので、表示素子への照明光を容易
に左右いずれかの円偏光光成分が多い光とすることがで
きる。

【００７７】請求項１２に記載の本発明は、左右の円偏
光光を含む光を出射する光源の出射光の左右いずれかの
円偏光光を減少させる偏光部材とを備えたことにより、
表示素子への照明光を、蛍光管などの汎用の光源を用い
て容易に左右いずれかの円偏光光成分が多い光とするこ
とができる。

【００７８】請求項１３に記載の本発明は、光を２次元
的に導光する導光板の側面に偏光部材を設けたことによ
り、観察面内に偏光部材が介在しないので、表示品位が
低下しにくい。

【００７９】請求項１０ないし１４において、請求項１
４に記載するように、照明装置の照明の対象となる液晶
表示素子が選択的に反射する光の偏光度と、照明光の偏
光度の極性とを一致させたことにより、液晶表示素子の
表示を、明るく、コントラストが大きく、表示品位を高
くすることができる。

【００８０】また、請求項１５に記載するように、円偏
光板または円偏光分離板を偏光部材として用いることに
より、照明光を容易に所望の偏光度とすることができ
る。

【００８１】さらに、請求項１６に記載するように、直
線偏光板または直線偏光分離板と位相差板とから偏光部
材を構成することにより、照明光を容易に所望の偏光度
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る実施の形態１のカイラ
ルネマチック式液晶表示装置の断面図である。

【図２】図２は、本発明および従来式のカイラルネマ
チック式液晶表示素子の反射率が変化した場合の、反射
光のコントラストＣおよびＣ₀をプロットしたグラフで
ある。

【図３】図３は、本発明に係る実施の形態２のカイラ
ルネマチック式液晶表示装置の断面図である。

【図４】図４は、本発明に係る実施の形態３のカイラ
ルネマチック式液晶表示装置の断面図である。

【図５】図５は、本発明に係る実施の形態４のカイラ
ルネマチック式ＲＧＢ液晶表示装置の断面図である。

【図６】図６は、従来式のカイラルネマチック式液晶
表示装置の断面図である。

【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、コレステリック
相を呈する液晶材料が、各々、プレーナ配列状態および
フォーカルコニック配列状態にあるときの入射光（右円
偏光および左円偏光）と反射光を示す概略図である。

【図８】図８（ａ）および（ｂ）は、コレステリック
相を呈する液晶材料が、各々、プレーナ配列状態および
フォーカルコニック配列状態にあるときの入射光（右円
偏光および左円偏光）と反射光の強度を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３，４カイラルネマチック式液晶表示装置、
１０フロントライトユニット、２０カイラルネマチ
ック式液晶表示素子、１１光源、１２導光板、１３
リフレクタ、１４反射防止膜、１５円偏光分離
板、２１透明基板、２２シール材、２３液晶材料、
２４透明電極、２５光吸収層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H089 HA32 QA13 QA16 RA11 2H091 FA23X FA34Z FA41X FD06 HA11 HA18 LA13 LA16 2H099 AA11 BA09 CA07 CA11 DA01 5G435 AA02 BB12 CC12 EE23 EE27 FF05 FF14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正または負の第１の偏光度を有する光を
選択的に反射する液晶表示素子と、前記第１の偏光度と
極性が等しい第２の偏光度を有する光で前記液晶表示素
子を観察面側から照明するための照明ユニットとを備え
たことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】液晶表示素子の背面側に光吸収層が設け
られている請求項１の液晶表示装置。
【請求項３】前記照明ユニットは、光源と該光源の出
射光を前記第１の偏光度を有する光に変える偏光部材と
を備える請求項１または２の液晶表示装置。
【請求項４】前記偏光部材は、観察者の視線と前記液
晶表示素子の表示面とを結ぶ光路外に配置されている請
求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記第１の偏光度を有する光を液晶表示
素子の表示面に２次元的に導光する導光板をさらに備え
る請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記導光板の側面に前記偏光部材が設け
られている請求項５の液晶表示装置。
【請求項７】前記液晶表示素子は、液晶のコレステリ
ック相からの選択反射を利用して表示を行うものである
請求項１ないし６のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記液晶表示素子は、ネマチック液晶に
カイラル材を添加してなるカイラルネマティック液晶を
含む請求項７の液晶表示装置。
【請求項９】前記液晶表示素子は、複数の液晶層を積
層してなる請求項１ないし８のいずれかに記載の液晶表
示装置。
【請求項１０】表示素子を観察面側から照明する照明
装置であって、正または負の偏光度を有する光を照明光
として出射することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】表示素子を観察面側から照明する照明
装置であって、光源と、該光源の出射光の偏光度を変化
させる偏光部材とを備え、該偏光部材を介して出射され
る光を照明光とする照明装置。
【請求項１２】表示素子を観察面側から照明する照明
装置であって、左右の円偏光光を含む光を出射する光源
と、該光源の出射光のうち、右または左のいずれかの円
偏光光を減少させる偏光部材とを備え、該偏光部材を介
して出射される光を照明光とする照明装置。
【請求項１３】表示素子を観察面側から照明する照明
装置であって、光源と、該光源の出射光の偏光度を変化
させる偏光部材と、該偏光部材を介して出射される光を
２次元的に導光する導光板とを備え、該導光板の側面に
前記偏光部材を設けたことを特徴とする照明装置。
【請求項１４】照明装置の照明の対象となる表示素子
は、正または負の第１の偏光度を有する光を選択的に反
射する液晶表示素子であり、前記第１の偏光度と極性が
等しい第２の偏光度を有する光を、前記液晶表示素子の
観察面側から照射する請求項１０ないし１３のいずれか
に記載の照明装置。
【請求項１５】前記偏光部材が、円偏光板または円偏
光分離板である請求項１０ないし１４のいずれかに記載
の照明装置。
【請求項１６】前記偏光部材が、直線偏光板または直
線偏光分離板と、位相差板とを有する請求項１０ないし
１４のいずれかに記載の照明装置。