JP2004117750A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造、簡便な駆動でありながら、光利用効率が高く、外光の影響を受けることなく良好な透過表示を実現し得る反射透過両用型の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２の基板４・７間に、映像信号が入力される第１の液晶層５が介在され、第２及び第３基板７・９間に、偏光軸回転手段６としての機能を有する第２の液晶層８が介在されている。第３の基板９の表示面側には、偏光板１０が配置され、第１の基板４の背面側には、偏光選択反射層３、バックライト２、吸収層１が配置されている。ここで、第１の液晶層５を構成するネマチック液晶には、二色性色素１２が添加されており、透過表示の暗表示に表示面側から偏光板１０を介して入射する光１４を吸収する外光吸収手段としての機能が付与されている。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射及び透過の両方の機能を併せ持つ液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話、テレビなどへの液晶表示装置の応用が急速に進展している。液晶表示装置の中でも反射透過両用型の液晶表示装置は、周囲が明るいときは外光反射して良好な表示を実現でき、且つバックライトが不要であるため消費電力が低く、また周囲が暗くなるとバックライト（照明装置）を点灯することによって良好な表示を得られることから、最近特に携帯電話用ディスプレイとして注目されている。
【０００３】
従来の反射透過両用型の液晶表示装置は、主に超薄膜半透過反射板（ハーフミラー）により一部の光を反射に利用し、一部の光を透過に利用する方法や、穴空き反射板により穴の部分は光を透過し、それ以外の部分で反射表示を行う方式が一般的である。
【０００４】
しかしながら、これらの表示方式は、画素に入射した光の一部を反射し、一部を透過する方式であるため、光の利用効率が悪く、反射も透過も暗い表示となってしまう。
【０００５】
このような不具合に鑑み、超薄膜半透過反射板に代えて、特定の方向の直線偏光のみを反射し、前記直線偏光に直交する直線偏光は透過する層である偏光選択反射手段（偏光分離手段）を用いることが行われている。これによれば、透過表示と反射表示とを偏光選択反射手段にて偏光方向で分離するため、画素開口部は反射透過両用に利用することができ、光の利用効率を高めて反射透過両方の表示を明るい良好なものとできる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、本願出願人は、さらに、偏光選択反射手段に加えて、映像信号入力により明暗をコントロールする液晶層の下層に、透過表示と反射表示を切り換えるための偏光軸回転手段としての第２の液晶層を有する構成を提案している。これによれば、第２の液晶層の透過光の偏光軸を切り換えることで、透過表示と反射表示とのネガポジ反転を防止することができる。
【０００７】
つまり、偏光選択反射手段の上に液晶層が１層のみの場合、透過表示と反射表示とで表示がネガポジ反転するため、これを防止するためには、映像信号を白黒反転させるための回路等を別途具備させる必要があり、駆動が複雑化する。しかしながら、このように、液晶層を２層構造とし、一方を透過表示と反射表示とで９０°偏光方向を切り換えることで、簡便な構造、簡便な駆動でもって、ネガポジ反転を防止することができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２５８６０３号公報（公開日１９９９年９月２４日）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−４０４０９号公報（公開日２００２年２月６日）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般的な使用環境では透過表示時でも外光が入射されるため、たとえ透過表示と反射表示を切り換えるための第２の液晶層、つまり、偏光軸回転手段を備えた構造であっても、透過表示の暗表示（暗状態の表示）を行った場合に、外光の反射が加わった表示となり、透過表示のコントラスト比の低下が生じ、さらに、外光の照度がバックライトの照度を上回ると、ネガポジ反転してしまうといった不具合を生じる。
【００１１】
これについて、図２６を用いて、詳細に説明する。該図は、第２の液晶層を備えた液晶表示装置における透過表示の動作原理を説明する断面図であり、図の左側に明状態の表示、図の右側に暗状態の表示を示す。
【００１２】
該図では、表示面側から、偏光板１３４、第１の液晶層１３５、第２の液晶層１３６、拡散板１３７、偏光選択反射手段１３８、及びバックライト１３９の順に積層された構成となっている。
【００１３】
バックライト１３９より出射された光１４０は、偏光選択反射手段１３８により直線偏光となり、拡散板１３７を通過後の第２の液晶層１３６で偏光方向が９０°回転した直線偏光となる。そして、第１の液晶層１３５を通過することで偏光方向がさらに９０°回転し、この偏光方向と偏光板１３４の透過軸とが一致することで、明状態を表示できる。
【００１４】
このとき、外光１４１は、上記光路と同じ軌跡をたどるため、偏光選択反射手段１３８を透過していき、その後反射されれば明状態、吸収されれば暗状態の表示となる。したがって、透過表示の明表示では、外光１４１は問題とならない。
【００１５】
一方、バックライト１３９より出射された光１４２は、偏光選択反射手段１３８により直線偏光となり、拡散板１３７通過後の第２の液晶層１３６で偏光方向が９０°回転した直線偏光となる。第１の液晶層１３５は電圧印加により液晶分子が立ち上がっているため、そのままの偏光状態で通過していき、偏光板１３４の透過軸に対して直交した直線偏光となるため、暗状態を表示できる。
【００１６】
このとき、外光１４３は、偏光板１３４で直線偏光となり、第１の液晶層１３５をそのままの偏光状態で通過し、第２の液晶層１３６で９０°回転し、偏光選択反射手段１３８の透過軸方向に対して直交した直線偏光となる。すなわち、偏光選択反射手段１３８の反射軸方向と一致するため、ここで反射され、同じ光路を逆にたどりながら戻っていき、偏光板１３４を透過し、明状態の表示となる。したがって、透過表示の暗表示を行った場合、外光１４３の反射が加わった表示となり、透過表示のコントラスト比の低下や、ネガポジ反転が生じる。
【００１７】
また、上記液晶表示装置では、上層の第１の液晶層１３５で映像信号入力による明暗をコントロールしているため、反射表示時に反射板となる偏光選択反射手段１３８までの光路が長く、視差による像の二重映り、カラーフィルタを用いた場合の混色が生じ、表示品位が著しく低下するといった不具合もある。
【００１８】
本発明は、上述したような従来の反射透過両用型の液晶表示装置の問題を解決するためになされたものであり、第１の目的は、簡便な構造、簡便な駆動でありながら、光利用効率が高く、外光の影響を受けることなく良好な透過表示を実現し得る反射透過両用型の液晶表示装置を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の第２の目的は、さらに、視差による像の二重映りや、カラーフィルタを用いた場合の混色を無くして、良好な表示品位を実現し得る反射透過両用型の液晶表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、表示面側に配された偏光手段と、背面側に配された偏光選択反射手段との間に、映像信号に基づいて透過光の偏光軸を選択的に切り換える第１の液晶層と、透過光の偏光軸を選択的に切り換えて透過表示と反射表示とを切り換える偏光軸回転手段とが配設されてなる液晶表示装置において、透過表示の暗状態表示時に表示面側から上記偏光手段を介して入射する光を吸収する外光吸収手段が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
上記構成では、偏光選択反射手段を用いることで、透過表示及び反射表示共に光利用効率の高い表示が実現でき、かつ、偏光軸回転手段を備えて透過光の偏光軸を回転させることで透過表示と反射表示を切り換えるようになっているので、透過表示と反射表示とのネガポジ反転を、映像信号を白黒反転させるための回路等を別途具備させて駆動を複雑化したりすることなく防止できる。
【００２２】
そして、特に、上記構成では、外光吸収手段が設けられており、該外光吸収手段にて、透過表示の暗状態表示時に表示面側から偏光手段を介して入射する光が吸収されるようになっている。したがって、透過表示の暗状態表示に、表示面側から入射する光が反射して、透過表示におけるコントラスト比を低下させたり、ネガポジ反転させたりするといった不具合をなくすることができ、表示品位を向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記外光吸収手段は、第３の液晶層に異方性吸収体が添加されてなる構成とすることができる。液晶層に異方性吸収体を添加することで、液晶分子の配向制御にて異方性吸収体における吸収性を制御することができる。したがって、このような構成で、上記外光吸収手段を容易に得ることができる。
【００２４】
また、本発明の上記液晶表示装置は、異方性吸収体が添加された状態の上記第３の液晶層の透過率であって、透過表示の明状態における透過率が、透過率１００％を１として、√０．５よりも大きく０．９２以下であることが好ましい。
【００２５】
透過表示の明状態における透過率が、透過率１００％を１として、√０．５以下となると、光路が２倍の反射表示の明るさが５０％以下となってしまい、従来の技術で示すハーフミラーを用いた半透過型あるいは、穴空き反射板による透過表示と反射表示の画素分割による半透過型と同程度の光利用効率となり、偏光選択反射手段を設けた反射透過両用型の液晶表示装置としてのメリットがなくなる。一方、該透過率が、透過率１００％を１として、０．９２を超える、つまり９２％を超えると、異方性吸収体による、透過表示の暗状態表示で表示面側から入る光の吸収が不十分となり、透過表示のコントラスト比の低下、またはネガポジ反転が生じてしまう。したがって、異方性吸収体が添加された状態の上記第３の液晶層における透過表示の明状態の透過率は、上記範囲とすることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記異方性吸収体が、正の吸収異方性を有する二色性色素であり、上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの表示面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向と、表示面側より入射して該基板に至る外光の直線偏光方向とが、略平行である構成とすることが好ましい。
【００２７】
異方性吸収体としては正の吸収異方性を有する二色性色素を用いることができる。そして、正の吸収異方性を有する二色性色素を用いた場合、第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの表示面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向と、表示面側より入射して該基板に至る外光の直線偏光方向とを略平行とすることで、第３の液晶層の液晶分子に添って配向する二色性色素にて、透過表示の暗状態表示時に表示面側から偏光手段を介して入射する光を効率良く吸収することができる。そして、吸収性を上げることで、第３の液晶層に添加させる二色性色素の色素濃度をも低く抑えることができ、反射表示及び透過表示を明るくできる。
【００２８】
また、この場合、上記偏光選択反射手段の直線偏光を透過させる透過軸と、上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの背面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向とを、略直交する構成としておくことが好ましい。
【００２９】
このような構成とすることで、透過表示に寄与する背面側から出射され、偏光選択反射手段を透過した直線偏光は、第３の液晶層に添加されている二色性色素の分子長軸に対して直交する位置関係で入射されるため、二色性色素による光吸収が殆ど起こらず、明るい透過表示を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記第３の液晶層と上記第１の液晶層とが同一であり、共用されている構成とすることもできる。
【００３１】
外光吸収手段を構成する第３の液晶層と、映像信号に基づいて透過光の偏光軸を選択的に切り換える第１の液晶層とを共用することで、液晶表示装置における液晶層の層数を減らすことができるので、駆動電圧の削減、及び液晶表示装置の軽量・薄型化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記偏光選択反射手段に隣り合うように上記第１の液晶層が配設されている構成とすることが好ましい。
【００３３】
上記構成とすることで、第１の液晶層と偏光選択反射手段との距離が近くなり、視差による像の二重映りや、カラーフィルタを用いた場合の混色が発生せず、これらによる表示品位の低下を阻止して、表示品位の向上を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明にかかる実施の一形態を、図１〜図５を用いて以下に説明する。
【００３５】
本実施の形態の液晶表示装置は、バックライト（照明装置）を消灯し、外光の反射を利用して表示を行う反射表示と、上記照明装置を点灯し、バックライトからの光を利用して表示を行う透過表示とを、切り換え可能な反射透過両用型の液晶表示装置である。
【００３６】
図１に、本実施の形態の液晶表示装置の断面構造を示す。該図に示すように、本液晶表示装置は、第１の基板４と第２の基板７との間に、映像信号入力による明暗をコントロールする第１の液晶層５が介在されている。また、第１の液晶層５の表示面側となる、上記第２の基板７と第３の基板９との間に、透過光の偏光軸を回転させることで透過表示と反射表示を切り換える偏光軸回転手段６としての第２の液晶層８が介在されている。
【００３７】
また、上記第３の基板９の表示面側となる最表面には、透過軸方向と平行な方向の直線偏光のみを透過させ、それ以外の偏光を透過させない偏光板（偏光手段）１０が配置されている。そして、第１の基板４の下側（背面側）には、特定の方向（以下、反射軸方向と称する）の直線偏光のみを反射し、該直線偏光に直交する直線偏光は透過させる層である偏光選択反射層（偏光選択反射手段）３、光源となるバックライト２、偏光選択反射層３を通過して入射する光を吸収する吸収層１の順に配置されている。
【００３８】
上記第１の基板４、第２の基板７、及び第３の基板９における第１の液晶層５或いは第２の液晶層８と面する（接する）側の各面には、特に図示してはいないが、面する第１の液晶層５或いは第２の液晶層８を駆動するための電極と、配向膜とがそれぞれ設けられている。
【００３９】
また、上記第１及び第２の液晶層５・８は、第１〜第３の基板４・７・９に形成された上記配向膜にて、それぞれ９０°捩れ配向されている。また、第１及び第２の液晶層５・８は、第１〜第３の基板４・７・９に形成された上記電極を介して所定の電圧が印加されると、捩れを解いて基板面に垂直に立ち上がった状態で配向する。上記第１及び第２の液晶層５・８を構成する液晶材料としては、９０°捩れ配向し得る液晶材料であればよく、ネマチック液晶が適している。
【００４０】
そして、本液晶表示装置の場合、上記第１の液晶層５を構成するネマチック液晶に、異方性吸収体として二色性色素１２が添加されており、上述した映像信号入力による明暗をコントロールする機能以外に、透過表示の暗表示に表示面側から偏光板１０を介して入射する光を吸収する外光吸収手段としての機能を有している。つまり、透過表示の暗表示時に表示面側から偏光板１０を介して入射する光を、該光が第１の液晶層５を通過する間に、添加されている二色性色素１２にて吸収するようになっている。
【００４１】
したがって、この第１の液晶層５は、暗表示では、９０°捩れ配向として二色性色素１２にて光を吸収し得るように、電圧無印加で駆動され、明表示では、液晶分子１１を立ち上がらせる電圧印加で駆動される。明表示において、液晶分子１１を立ち上がらせることで、二色性色素１２も液晶分子１１に添って立ち上がっているため、二色性色素１２による表示に寄与する光吸収が殆どなく、明るい透過および反射表示が可能となる。
【００４２】
二色性色素１２としては、その配向状態によって選択的に光の吸収、非吸収を切り換え得ることが必要であるため、分子長軸方向の吸収係数をα／／、分子短軸方向の吸収係数をα⊥としたとき、α／／＞α⊥となる正の吸収異方性を有するものを用いる。
【００４３】
なお、第２の液晶層８は、上述したように、透過表示と反射表示を切り換えるための偏光軸回転手段６として機能するものであるため、透過表示と反射表示とで、９０°捩れ配向或いは立ち上がった配向の何れかをとるように駆動すればよい。
【００４４】
図２に、このような構成の液晶表示装置における、偏光板１０の透過軸方向、第１及び第２の液晶層５・８の配向方向、及び偏光選択反射層３の透過軸方向の一例を示す。
【００４５】
該図では、偏光板１０の透過軸方向を両矢印Ａにて示すＡ方向とし、偏光選択反射層３の透過軸方向（透過偏光方向）を、Ａ方向と直交する、両矢印Ｂにて示すＢ方向としている。偏光選択反射層３の反射軸方向（反射偏光方向）は、偏光板１０の透過軸方向と一致するＡ方向である。
【００４６】
また、第１の液晶層５に添加されている二色性色素１２にて、透過表示の暗表示時に表示面側から偏光板１０を介して入射する光を効率良く吸収するためには、第１の液晶層５の表示面側の配向方向を、第２の液晶層８を通過して第１の液晶層５に至る外光の直線偏光方向と一致させておくことが望ましい。二色性色素１２による吸収の効率をよくすることで、第１の液晶層５に添加させる二色性色素１２の色素濃度を低く抑えることができる。ここでは、第１の液晶層５の上面（表示面側）の配向方向と、第２の液晶層８の下面（背面側）の配向方向とを、共にＢ方向として一致させている。
【００４７】
図３、図４を用いて、本液晶表示装置が、図２に示した、偏光板１０の透過軸方向、第１及び第２の液晶層５・８の配向方向、及び偏光選択反射層３の透過軸方向を有するものとして、その表示について説明する。
【００４８】
まずは、図３を用いて、反射表示について説明する。図３は、反射表示の動作原理を説明する断面図であり、図の左側に暗表示、図の右側に明表示を示す。また、図３では、図２で両矢印Ａにて示したＡ方向を紙面に平行な方向として示し、図２で両矢印Ｂにて示したＢ方向を紙面に垂直な方向として示している。
【００４９】
反射表示時、透過表示と反射表示とを切り換えるための層である上記第２の液晶層８には電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせておく。
【００５０】
入射光である外光１７は、偏光板１０によりＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８に入射される。該直線偏光は、第２の液晶層８の液晶分子は立ち上がっているため、そのままのＢ方向の偏光状態で通過し、第１の液晶層５へと入射する。第１の液晶層５は、暗表示時、電圧無印加として９０°捩れ配向となるように制御される。そのため、第１の液晶層５を通過した後の偏光は、入射時のＢ方向の直線偏光に対して９０°回転した、Ａ方向の直線偏光となる。
【００５１】
第１の液晶層５を通過する際、二色性色素１２の分子長軸に対して直交の直線偏光が入射されるため、二色性色素１２による吸収は殆どない。また、二色性色素１２による光の吸収が若干発生しても、暗状態を表示する場合であるので問題はない。
【００５２】
第１の液晶層５を通過した該Ａ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の透過軸方向と一致するため、偏光選択反射層３を透過していき、バックライト２の下に配置された吸収層１により吸収され、これにて、暗状態が表示される。
【００５３】
一方、明状態を表示させるためには、第１の液晶層５に電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせる。これにより、外光１８は、偏光板１０でＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８をそのままの偏光状態で通過したあと、さらに、そのままのＢ方向の偏光状態で第１の液晶層５を通過する。第１の液晶層５を通過する際、第１の液晶層５は液晶分子１１と共に二色性色素１２は立ち上がっているので、上述したように二色性色素１２による光の吸収は殆ど起こらない。
【００５４】
第１の液晶層５を通過したＢ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の反射軸方向と一致するため、偏光選択反射層３で反射され、反射された光は、入射時とは同じ光路を逆にたどって、第１及び第２の液晶層５・８をそのまま通過し、偏光板１０を透過する。これにて、明状態が表示される。
【００５５】
次いで、図４を用いて、透過表示について説明する。図４は、透過表示の動作原理を説明する断面図であり、図の左側に暗表示、図の右側に明表示を示す。また、図４では、図２で両矢印Ａにて示したＡ方向を紙面に平行な方向として示し、図２で両矢印Ｂにて示したＢ方向を紙面に垂直な方向として示している。
【００５６】
透過表示時、上記第２の液晶層８には電圧を印加せず、液晶分子を９０°捩れ配向させておく。
【００５７】
バックライト２から出射された光１３は、偏光選択反射層３を通過することで、Ａ方向の直線偏光となり、第１の液晶層５へ入射される。第１の液晶層５は、暗表示時、電圧無印加として９０°捩れ配向となるように制御される。そのため、第１の液晶層５を通過した後の偏光は、入射時のＡ方向の直線偏光に対して９０°回転した、Ｂ方向の直線偏光となる。
【００５８】
第１の液晶層５を通過する際、二色性色素１２の分子長軸に対して直交の直線偏光が入射されるため、二色性色素１２による吸収は殆どない。また、二色性色素１２による光の吸収が若干発生しても、暗状態を表示する場合であるので問題はない。
【００５９】
第２の液晶層８は、透過表示時、電圧無印加で９０°捩れ配向とされているので、第２の液晶層８を通過した後の直線偏光は、第２の液晶層８に入射した時のＢ方向の直線偏光に対して９０°回転したＡ方向の直線偏光となって出射される。
【００６０】
この第２の液晶層８を通過したＡ方向の直線偏光は、偏光板１０の透過軸方向と直交する吸収軸方向と一致するため、偏光板１０で吸収されてしまい、これにて、暗状態が表示される。
【００６１】
このとき、表示面側から外光１４が入射されると、従来の液晶表示装置では、コントラスト比の低下や、ネガポジ反転の原因となり問題であったが、本液晶表示装置では、外光１４は以下のようにして吸収されることとなる。
【００６２】
表示面側から入射された外光１４は、偏光板１０で、Ｂ方向の直線偏光となり、電圧無印加の第２の液晶層８を通過することで９０°回転したＡ方向の直線偏光となる。そして、その後、該直線偏光は、９０°捩れ配向している第１の液晶層５に入射する。
【００６３】
ここで、該Ａ方向の直線偏光は、第１の液晶層５を形成する第２の基板７の基板界面の液晶分子１１の分子長軸及び二色性色素１２の分子長軸に対して平行に入射する。二色性色素１２は分子長軸の平行方向に吸収の遷移モーメントを有しているため、第１の液晶層５に入射した直線偏光は、第１の液晶層５内で、旋光しながら二色性色素１２にて吸収される。そして、第１の液晶層５を、二色性色素１２にて吸収されながら通過した直線偏光は、Ｂ方向の直線偏光となって偏光選択反射層３に至る。
【００６４】
Ｂ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の反射軸方向と一致するため、偏光選択反射層３で反射され、再度第１の液晶層５に戻される。このときも、第１の液晶層５を形成する第１の基板４の基板界面の液晶分子１１の分子長軸及び二色性色素１２の分子長軸に対して平行に入射するので、第１の液晶層５に入射した直線偏光は、第１の液晶層５内で、旋光しながら二色性色素１２にて再び効率よく吸収される。
【００６５】
一方、明状態を表示させるためには、第１の液晶層５のみに電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせる。これにより、バックライト２から出射された光１５は、偏光選択反射層３を通過してＡ方向の直線偏光となり、液晶分子の立ち上がった第１の液晶層５をそのままの偏光状態で通過し、９０°捩れ配向した第２の液晶層８を通過して９０°回転したＢ方向の直線偏光となる。ここでも、第１の液晶層５を通過する際、第１の液晶層５は液晶分子１１と共に二色性色素１２は立ち上がっているので、上述したように二色性色素１２による光の吸収は殆ど起こらない。
【００６６】
第２の液晶層８を通過した該Ｂ方向の直線偏光は、偏光板１０の透過軸方向と一致するため、偏光板１０を透過し、これにて、明状態が表示される。
【００６７】
このとき、表示面側から外光１６が入射されると、外光１６は偏光板１０でＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８で９０°回転したＡ方向の直線偏光となる。その後、液晶分子が立ち上がった第１の液晶層５をそのまま通過し、偏光選択反射層３に至る。
【００６８】
Ａ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の透過偏光方向と一致するため、偏光選択反射層３を通過し、バックライト２の下に配置された吸収層１により吸収される。
【００６９】
次に、このような構成の液晶表示装置において、外光吸収手段としての機能を有する液晶層の透過率、本実施の形態では、第１の液晶層５の透過率がこれに相当するが、該透過率は、異方性吸収体である二色性色素１２の色素濃度、或いは第１の液晶層５のセル厚により調整を行う。以下、この透過率に設定について説明する。
【００７０】
透過表示の明状態における二色性色素が添加された液晶層（以下、添加液晶層と称する）の透過率を７０％以下とすると、二色性色素の吸収が大きくなり、透過表示および反射表示の明状態の明るさが低下し、暗い表示となってしまう。特に、反射表示では、光路が透過表示の２倍であるため、添加液晶層を２回透過する時の所謂反射率は、７０％×７０％の４９％以下となってしまう。言い換えれば、透過率１００％を１とすると、０．７×０．７＝０．４９以下となってしまうことである。
【００７１】
添加液晶層の透過率または反射率が５０％以下となることは、従来の技術に示す、ハーフミラーを用いた場合、または穴空き反射板による画素分割と同様で、光の利用効率が悪くなり、偏光選択反射手段（偏光選択反射層）を用いた意味が無くなってしまう。
【００７２】
したがって、透過表示の明状態における添加液晶層の透過率の下限は、明るい透過表示および反射表示が得られる最低限の値であり、少なくとも、光路が透過表示の２倍となる反射表示の明状態で、５０％よりも大きい値を確保できる、透過率１００％を１として、√０．５よりも大きい、√０．５を超える値となる。
【００７３】
また、一般的に、反射型のカラー液晶表示装置の明るさは、偏光板、カラーフィルタ等での吸収により、入射光に対して２０％程度の明るさであり、この明るさが半分の１０％以下となると暗い表示となり、室内の照明環境では明暗の認識が困難となる。すなわち、透過表示の暗状態での外光の反射率を１０％以下とすることで、外光の明るさに影響されない透過表示を実現でき、コントラスト比の低下、またはネガポジ反転を防ぐことができる。
【００７４】
図５に、反射透過両用型の液晶表示装置の、透過表示の明状態における液晶層の透過率と、透過表示の暗状態における外光が液晶層を２回透過する時の所謂反射率の関係を示す。
【００７５】
この図よりわかるように、透過表示の明状態における液晶層の透過率を９２％とした時の、透過表示の暗状態における外光が液晶層を２回透過する時の所謂反射率は５０％以下となっている。
【００７６】
これより、透過表示の明状態における添加液晶層の透過率を９２％以下とすることで、偏光板、カラーフィルタ等を含めた透過表示の暗状態での外光の反射率を１０％以下に抑えることができ、室内の照明環境ではコントラスト比の低下、またはネガポジ反転を防ぐことができる。
【００７７】
したがって、透過表示の明状態における添加液晶層の透過率の上限は、偏光板、カラーフィルタ等を含めた透過表示の暗状態での外光の反射率を１０％以下に抑えることができる、９２％以下の値となる。
【００７８】
以上のように、本液晶表示装置では、まず、偏光選択反射層３を用いることで、透過及び反射共に光利用効率の高い表示が実現できる。次に、透過光の偏光軸を回転させることで透過表示と反射表示を切り換えるための偏光軸回転手段６を備えることで、透過表示と反射表示とのネガポジ反転を、映像信号を白黒反転させるための回路等を別途具備させて駆動を複雑化することなく防止できる。
【００７９】
そして、特に、本液晶表示装置では、第１の液晶層５に、透過表示の暗表示に入射する外光１４を吸収するための二色性色素１２を添加し、外光吸収手段としての機能を具備させているので、透過表示の暗表示に入射する外光１４が吸収され、外光１４の反射が透過表示に悪影響を及ぼし、透過表示のコントラスト比の低下や、ネガポジ反転等の不具合をもたらすことはない。さらに、ここでは、第１の液晶層５の配向状態が明状態の場合も、外光１６は吸収されるようになっているので、透過表示において、外光１４・１６の反射が透過表示に悪影響を及ぼすことが一切ない。
【００８０】
なお、図２に示した透過偏方向や液晶配向方向は、一例であって、これに限定されるものではない。例えば、偏光軸回転手段６としての第２の液晶層８を、上記の説明では、透過表示において電圧無印加として９０°捩れ配向させ、反射表示において電圧印加として立ち上がらせた配向としたが、これを逆にして、透過表示において電圧印加として立ち上がらせた配向とし、反射表示において電圧印加として９０°捩れ配向させることもできる。その場合は、偏光板１０の透過軸方向をＢ方向とし、偏光選択反射層３の透過軸方向と一致させ、偏光選択反射層３の反射軸方向と直交させることで、上で述べたと同じ効果を得ることができる。
【００８１】
また、ここでは、映像信号入力による明暗をコントロールする第１の液晶層５を偏光選択反射層３に近い側としているが、偏光軸回転手段６としての第２の液晶層８と上下を入れ換えることも可能である。但し、順序を逆にすると、第１の液晶層５と偏光選択反射層３との距離が長くなるので、視差による像の二重映りや、カラーフィルタを用いた場合の混色が発生して表示品位が低下するため、図１に示す順序とすることが望ましい。
【００８２】
また、ここでは、バックライト２は、導光板のエッジに光源が配されたバックライト導光板を例示しているが、この構成に限定されるものではない。同様に、ここでは、偏光選択反射層３を通過する光を吸収層１で吸収させる構成としているが、第２の偏光板、λ／４板、ミラー反射板を組み合せた構成とすることもでき、上記構成に限定されるものではない。
【００８３】
〔実施の形態２〕
本発明にかかるその他の実施の形態を、図６を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１で用いたものと同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する
本実施の形態の液晶表示装置も、反射表示と透過表示とを切り換え可能な反射透過両用型の液晶表示装置であり、図１に示した前述の実施の形態１の液晶表示装置と、偏光選択反射層３の配設位置が異なる以外は、同じ構成を有している。したがって、ここでは、異なる点のみを説明する。
【００８４】
図６に、本実施の形態の液晶表示装置の断面構造を示す。該図に示すように、本液晶表示装置の場合、第１の基板４の上面（表示面側）、つまり、第１の液晶層５と面する（接する）側に、偏光選択反射層３が配設されている。
【００８５】
このような構成とすることで、映像信号入力による明暗をコントロールする第１の液晶層５と、反射表示時に反射板となる偏光選択反射層３までの光路が、図１の液晶表示装置よりも短くなり、視差による像の二重映りや、カラーフィルタを用いた場合の混色の問題をより効果的に解決して、二重映りや混色による表示品位の低下をより一層防止できる。
【００８６】
また、このような構成とすることで、映像信号入力による明暗をコントロールする駆動素子の開口率に左右されることなく、明るい反射表示を得ることが可能となる。つまり、第１の基板４の第１の液晶層５と面する（接する）側に偏光選択反射層３を形成することで、映像信号入力による明暗をコントロールする図示していない、駆動素子上、ソースバスラインまたはゲートバスライン上にも偏光選択反射層３が形成されることとなる。したがって、反射表示の画素電極となるＩＴＯの面積を大きくとることができ、明るい反射表示を得ることが可能となる。
【００８７】
〔実施の形態３〕
本発明にかかるその他の実施の形態を、図７〜１０を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１で用いたものと同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８８】
本実施の形態の液晶表示装置も、反射表示と透過表示とを切り換え可能な反射透過両用型の液晶表示装置である。実施の形態１では、映像信号入力による明暗をコントロールする第１の液晶層５に、異方吸収体としての二色性色素１２を添加していたが、ここでは、外光吸収手段としてのみ機能する第３の液晶層を別途設けており、この点が、実施の形態１の液晶表示装置と異なる。したがって、ここでは、異なる点のみを説明する。
【００８９】
図７に、本実施の形態の液晶表示装置の断面構造を示す。該図に示すように、本液晶表示装置は、第１の基板４と第２の基板７との間に、第４の基板３１を新たに備えており、該第４の基板３１と第１の基板４との間に、映像信号入力による明暗をコントロールする第１の液晶層５ａが介在されている。上述したように、本実施の形態では、第１の液晶層５ａは、映像信号入力による明暗をコントロールする機能のみを有し、外光吸収手段としての機能を有するものではない。
【００９０】
そして、第３の基板９とで偏光軸回転手段６となる第２の液晶層８を挟持する第２の基板７と、上記第４の基板３１との間に、外光吸収手段として機能のみを有する第３の液晶層３０が配置されている。
【００９１】
なお、第３の基板９の表示面側となる最表面に、偏光板１０が配置され、第１の基板４の下側（背面側）に、偏光選択反射層３、バックライト２、吸収層１がこの順に配置されている点は、同じである。
【００９２】
これら第１〜第４の基板４・７・９・３１における第１の液晶層５ａ或いは第２の液晶層８、或いは第３の液晶層３０と面する（接する）側の各面には、特に図示してはいないが、面する第１の液晶層５ａ、第２の液晶層８、或いは第３の液晶層３０を駆動するための電極（不図示）と所定の配向状態に配向させるための配向膜とが形成されている。
【００９３】
第１及び第２の液晶層５ａ・８は、第１〜第４の基板４・７・９・３１に形成された上記配向膜にて、電圧無印加で９０°捩れ配向するように形成されており、第３の液晶層３０のみ、第２及び第４の基板７・３１に形成された配向膜にて、電圧無印加で基板に平行な平行配向するように形成されている。これら第１〜第３の液晶層５ａ・８・３０は何れも、所定の電圧が印加されると、基板面に垂直に立ち上がった状態で配向する。そして、第３の液晶層３０には、第１の液晶層５ａと同期した映像信号が入力される。
【００９４】
第３の液晶層３０の液晶材料としては、ネマチック液晶が望ましく、異方性吸収体として正の吸収異方性を有する二色性色素１２が添加され、液晶分子１１が平行配向し、これに添って二色性色素１２が平行に配向している状態で、該第３の液晶層３０を通過する光を吸収する。
【００９５】
したがって、この第３の液晶層３０は、暗表示では、平行配向して二色性色素１２にて光を吸収し得るように、電圧無印加で駆動され、明表示では、液晶分子１１を立ち上がらせる電圧印加で駆動される。この場合も、明表示において、液晶晶分子１１を立ち上がらせることで、二色性色素１２も液晶分子１１に添って立ち上がっているため、二色性色素１２による表示に寄与する光吸収が殆どなく、明るい透過および反射表示が可能となる。
【００９６】
図８に、このような構成の液晶表示装置における、偏光板１０の透過軸方向、第１〜第３の液晶層５ａ・８・３０の配向方向、及び偏光選択反射層３の透過軸方向の一例を示す。
【００９７】
該図では、偏光板１０の透過軸方向を両矢印Ａにて示すＡ方向とし、偏光選択反射層３の透過軸方向を、Ａ方向と直交する、両矢印Ｂにて示すＢ方向としている。偏光選択反射層３の反射軸方向は、偏光板１０の透過軸方向と一致するＡ方向である。
【００９８】
また、実施の形態１の液晶表示装置と同様に、第３の液晶層３０に添加されている二色性色素１２にて、透過表示の暗表示時に表示面側から偏光板１０を介して入射する光を効率良く吸収するためには、第３の液晶層３０の表示面側の配向方向を、第２の液晶層８を通過して第３の液晶層３０に至る外光の直線偏光方向と一致させておくことが望ましい。ここでは、第３の液晶層３０の上面の配向方向と、第２の液晶層８の下面の配向方向とを、共にＢ方向として一致させている。
【００９９】
図９、図１０を用いて、本液晶表示装置が、図８に示した、偏光板１０の透過軸方向、第１〜第３の液晶層５ａ・８・３０の配向方向、及び偏光選択反射層３の透過軸方向を有するものとして、その表示について説明する。
【０１００】
まずは、図９を用いて、反射表示について説明する。図９は、反射表示の動作原理を説明する断面図であり、図の左側に暗表示、図の右側に明表示を示す。また、図９では、図８で両矢印Ａにて示したＡ方向を紙面に平行な方向として示し、図８で両矢印Ｂにて示したＢ方向を紙面に垂直な方向として示している。
【０１０１】
反射表示時、透過表示と反射表示とを切り換えるための層である上記第２の液晶層８には電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせておく。
【０１０２】
入射光である外光３３は、偏光板１０によりＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８に入射される。該直線偏光は、第２の液晶層８の液晶分子は立ち上がっているため、そのままのＢ方向の偏光状態で通過し、第３の液晶層３０へと入射する。第３の液晶層３０は、暗表示時、電圧無印加で平行配向となっており、二色性色素１２の分子長軸に対して直交の直線偏光が入射されるため、二色性色素１２による吸収は殆どなく、そのまま透過して、第１の液晶層５ａへと入射する。
【０１０３】
第１の液晶層５ａは、暗表示時、電圧無印加として９０°捩れ配向となるように制御されるため、第１の液晶層５ａを通過した後の偏光は、入射時のＢ方向の直線偏光に対して９０°回転した、Ａ方向の直線偏光となる。
【０１０４】
第１の液晶層５ａを通過した該Ａ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の透過軸方向と一致するため、偏光選択反射層３を透過していき、バックライト２の下に配置された吸収層１により吸収され、これにて、暗状態が表示される。
【０１０５】
一方、明状態を表示させるためには、第１及び第２の液晶層５ａに電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせる。
【０１０６】
これにより、外光３４は、偏光板１０でＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８をそのままの偏光状態で通過したあと、さらに、そのままのＢ方向の偏光状態で第３の液晶層３０と第１の液晶層５ａと順にそのまま通過する。第３の液晶層３０を通過する際、第３の液晶層３０の二色性色素１２は立ち上がっているので、上述したように二色性色素１２による光の吸収は殆ど起こらない。
【０１０７】
第１の液晶層５ａを通過したＢ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の反射軸方向と一致するため、偏光選択反射層３で反射され、反射された光は、入射時とは同じ光路を逆にたどって、第１液晶層５ａ、第３の液晶層３０、第２液晶層８を順にそのまま通過し、偏光板１０を透過する。これにて、明状態が表示される。
【０１０８】
次いで、図１０を用いて、透過表示について説明する。図１０は、透過表示の動作原理を説明する断面図であり、図の左側に暗表示、図の右側に明表示を示す。また、図１０では、図８で両矢印Ａにて示したＡ方向を紙面に平行な方向として示し、図８で両矢印Ｂにて示したＢ方向を紙面に垂直な方向として示している。
【０１０９】
透過表示時、上記第２の液晶層８には電圧を印加せず、液晶分子を９０°捩れ配向させておく。
【０１１０】
バックライト２から出射された光３５は、偏光選択反射層３を通過することで、Ａ方向の直線偏光となり、第１の液晶層５ａへ入射される。第１の液晶層５ａは、暗表示時、電圧無印加として９０°捩れ配向となるように制御されるため、第１の液晶層５ａを通過した後の偏光は、入射時のＡ方向の直線偏光に対して９０°回転した、Ｂ方向の直線偏光となって、第３の液晶層３０へと入射する。
【０１１１】
第３の液晶層３０は、暗表示時、電圧無印加で平行配向となっており、二色性色素１２の分子長軸に対して直交の直線偏光が入射されるため、二色性色素１２による吸収は殆どなく、そのまま透過して、第２の液晶層８へと入射する。なお、ここで、二色性色素１２による光の吸収が若干発生しても、暗状態を表示する場合であるので問題はない。
【０１１２】
第２の液晶層８は、透過表示時、電圧無印加で９０°捩れ配向とされているので、第２の液晶層８を通過した後の直線偏光は、第２の液晶層８に入射した時のＢ方向の直線偏光に対して９０°回転したＡ方向の直線偏光となって出射される。
【０１１３】
この第２の液晶層８を通過したＡ方向の直線偏光は、偏光板１０の透過軸方向と直交する吸収軸方向と一致するため、偏光板１０で吸収されてしまい、これにて、暗状態が表示される。
【０１１４】
このとき、表示面側から外光３６が入射されると、従来の液晶表示装置では、コントラスト比の低下や、ネガポジ反転の原因となり問題であったが、本液晶表示装置では、外光３６は以下のようにして吸収されることとなる。
【０１１５】
表示面側から入射された外光３６は、偏光板１０で、Ｂ方向の直線偏光となり、電圧無印加の第２の液晶層８を通過することで９０°回転したＡ方向の直線偏光となる。そして、その後、該直線偏光は、平行配向している第３の液晶層３０に入射する。
【０１１６】
ここで、該Ａ方向の直線偏光は、第３の液晶層３０を形成する第２の基板７の基板界面の液晶分子１１の分子長軸及び二色性色素１２の分子長軸に対して平行に入射する。二色性色素１２は分子長軸の平行方向に吸収の遷移モーメントを有しているため、第３の液晶層３０に入射した直線偏光は、第３の液晶層３０内で二色性色素１２にて吸収される。そして、第３の液晶層３０を、二色性色素１２にて吸収されながら通過した直線偏光は、９０°捩れ配向している第１の液晶層５ａを通過することでＢ方向の直線偏光となって、偏光選択反射層３に至る。
【０１１７】
Ｂ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の反射軸方向と一致するため、偏光選択反射層３で反射され、再度第１の液晶層５ａに戻され、同じ光路を逆にたどる。このときも、第３の液晶層３０を形成する第４の基板３１の基板界面の液晶分子１１の分子長軸及び二色性色素１２の分子長軸に対して平行に入射するので、第３の液晶層３０に入射した直線偏光は、第３の液晶層３０内で二色性色素１２にて再び効率よく吸収される。
【０１１８】
一方、明状態を表示させるためには、第１及び第３の液晶層５ａ・３０に電圧を印加し、液晶分子を立ち上がらせる。これにより、バックライト２から出射された光３７は、偏光選択反射層３を通過してＡ方向の直線偏光となり、液晶分子の立ち上がった第１の液晶層５ａ、液晶分子１１と共に二色性色素１２も立ち上がった第３の液晶層３０をそれぞれ順にそのままの偏光状態で通過し、その後、９０°捩れ配向した第２の液晶層８を通過して９０°回転したＢ方向の直線偏光となる。ここでも、第３の液晶層３０を通過する際、第３の液晶層３０は液晶分子１１と共に二色性色素１２は立ち上がっているので、上述したように二色性色素１２による光の吸収は殆ど起こらない。
【０１１９】
第２の液晶層８を通過した該Ｂ方向の直線偏光は、偏光板１０の透過軸方向と一致するため、偏光板１０を透過し、これにて、明状態が表示される。
【０１２０】
このとき、表示面側から外光３８が入射されると、外光３８は偏光板１０でＢ方向の直線偏光となり、第２の液晶層８で９０°回転したＡ方向の直線偏光となる。その後、液晶分子が立ち上がった第１の液晶層５ａ、第３の液晶層３０をそのまま通過し、偏光選択反射層３に至る。
【０１２１】
Ａ方向の直線偏光は、偏光選択反射層３の透過偏光方向と一致するため、偏光選択反射層３を通過し、バックライト２の下に配置された吸収層１により吸収される。
【０１２２】
【実施例】
以下、実施例を挙げてより詳細に本発明の液晶表示装置を説明する。
【０１２３】
〔実施例１〕
図１１は、本発明に基づいて作成した本実施例の反射透過両用型の液晶表示装置の断面図である。
【０１２４】
それぞれガラス基板からなる第１の基板４と第２の基板７との間に、第１の液晶層５となる９０°ツイスト配向のネマチック液晶が挟持されており、ネマチック液晶には異方性吸収体として数種類のアゾ系およびアントラキノン系の、正の吸収異方性を有する二色性色素が添加されている。二色性色素の二色性比は１０とし、透過表示の明状態における液晶層の透過率が９０％となるように色素濃度を調整した。
【０１２５】
第１の基板４の第１の液晶層５が接する側には、アクティブ素子としてＴＦＴ素子１９を形成し、画素電極である透明電極２０、配向膜２１が形成され、第２の基板７の第１の液晶層５が接する側には、カラーフィルタ２２、透明電極２０、配向膜２１が形成されている。
【０１２６】
上記ＴＦＴ素子１９は、ゲート電極２３、絶縁層２４、Ｉ型ａ−Ｓｉ層２５、Ｎ^＋型ａ−Ｓｉ層２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８により形成されている。
【０１２７】
さらに、偏光軸回転手段６として、第２の基板７とガラス基板からなる第３の基板９との間には、第２の液晶層８となる９０°ツイスト配向のネマチック液晶が挟持され、それぞれの基板の第２の液晶層８が接する側には透明電極２０、配向膜２１が形成され、二層構造の液晶素子を形成している。
【０１２８】
液晶素子上面には偏光板１０を配置し、液晶素子下面には偏光選択反射層３として、住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを配置し、バックライト２の導光板、吸収層１の順で配置している。
【０１２９】
なお、本実施例では、構造を簡略化するために、偏光選択反射層３として住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを第１の基板４の外側に配置しているが、同様の効果を得るためには、偏光選択反射層３として、反射性の金属（例えばアルミニウム）を用いて波長以下（例えば１５０ｎｍ）の間隔でスリットを形成したワイヤーグリッド偏光板を用いてもよい。
【０１３０】
さらに、本実施例では、偏光選択反射層３を通過する外光を吸収層１で吸収させているが、偏光選択反射層３の下層の構成は、図１２に示すように第２の偏光板４１、λ／４板４２、ミラー反射板４３を組み合せた構成としてもよい。これにより、偏光選択反射層３を透過した外光は、第２の偏光板４１も透過し、λ／４板４２で円偏光となる。円偏光がミラー反射板４３で反射すると、入射時に対して逆円偏光となり、再びλ／４板４２を通過すると入射時に対して直交した直線偏光となる。従って、第２の偏光板４１により吸収される。
【０１３１】
偏光板１０の透過軸方向、第１および第２の液晶層５・８の配向方向、偏光選択反射層３の透過軸方向は、図２のとおりとした。
【０１３２】
透過表示時に黒及び白を表示するための駆動波形を図１３に、反射表示時に黒及び白を表示するための駆動波形を図１４に示す。
【０１３３】
このようにして作成された液晶表示装置における、透過率の第１の液晶層５に対する電圧依存性を図１５に、また反射率の第１の液晶層５に対する電圧依存性を図１６に示す。また、透過表示時に表示面から外光が入射した時のコントラスト比変化を図１７に示す。
【０１３４】
以上のように、第２の液晶層８に印加する電圧を切り換えることによって、透過表示と反射表示を切り換えることが可能となり、透過及び反射表示でネガポジ反転しない表示を得られることを確認した。
【０１３５】
また、透過表示は透過型に近い透過率（透過型比９０％―電圧４Ｖ印加時）を有し、反射表示は反射型に近い反射率（反射型比８１％―電圧４Ｖ印加時）を有する明るい表示が得られることを確認した。
【０１３６】
さらに、透過表示時に表示面から外光が入射した場合、外光照度が１０００ルクスの環境下でもコントラスト比が５０：１以上あり、一般的な室内の照明環境では充分なコントラスト比が得られ、ネガポジ反転しないことを確認した。
【０１３７】
〔実施例２〕
図１８は、本発明に基づいて作成した本実施例の反射透過両用型の液晶表示装置の断面図である。
【０１３８】
実施例１と同様の構成、同様の表示原理の液晶表示装置において、偏光選択反射層３を第１の液晶層５を構成している第１の基板４のＴＦＴ素子１９等が形成されている液晶層と接する側に配置している。したがって、本実例２では、第１の基板４上の構成のみについて説明する。
【０１３９】
第１の基板４のＴＦＴ素子１９等を形成後、透明な層間絶縁膜４４を平坦化膜として塗布する。その上に、住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを配置し、各画素ごとにスルーホール４５を形成し、透明電極２０をデポした。これにより透明電極２０とＴＦＴ素子１９のドレイン電極２８はスルーホール４５を介して接続される。また、透明電極２０は各画素ごとにパターニングを行い、画素電極を形成している。さらに画素電極である透明電極２０上には、配向膜２１が塗布されている。
【０１４０】
なお、本実例では、偏光選択反射層３として住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを第１の基板４の内側に配置しているが、同様の効果を得るためには、データ線切換回路説明と同様に、偏光選択反射層３として、反射性の金属（例えばアルミニウム）を用いて波長以下（例えば１５０ｎｍ）の間隔でスリットを形成したワイヤーグリッド偏光板を用いてもよい。
【０１４１】
このようにして作成された液晶表示装置における反射率の第１の液晶層５に対する電圧依存性を図１９に示す。
【０１４２】
以上のように、偏光選択反射層３を第１の基板４のＴＦＴ素子１９等の上に配置することにより、反射表示領域が拡大し、反射効率が向上する。本実施例では、実施例１の反射率に対して約１．２倍（電圧４Ｖ印加時）の反射率が得られることを確認した。
【０１４３】
さらに、偏光選択反射層３を第１の基板４のＴＦＴ素子１９等の上に配置することにより、反射表示時の視差による像の二重映り、カラーフィルタの色の混色が解消されることを確認した。
【０１４４】
〔実施例３〕
図２０は、本発明に基づいて作成した本実施例の反射透過両用型の液晶表示装置の断面図である
第１〜第４の基板４・７・９・３１はガラス基板から構成し、第１の基板４と第４の基板３１との間には、９０°ツイスト配向のネマチック液晶が挟持されて第１の液晶層５ａを形成している。第４の基板３１と第２の基板７との間には、平行配向のネマチック液晶が狭持され、第３の液晶層３０を形成しており、第３の液晶層３０には、異方性吸収体として数種類のアゾ系およびアントラキノン系の正の吸収異方性を有する二色性色素が混入されている。二色性色素の二色性比は１０とし、透過表示の明状態における液晶層の透過率が９０％となるように色素濃度を調整した。第２の基板７と第３の基板９との間には、９０°ツイスト配向のネマチック液晶が挟持され、第２の液晶層８を形成している。
【０１４５】
第１の基板４の第１の液晶層５ａが接する側には、アクティブ素子としてＴＦＴ素子１９を形成し、画素電極である透明電極２０、配向膜２１が形成され、第４の基板３１の第１の液晶層５ａが接する側には、カラーフィルタ２２、透明電極２０、配向膜２１が形成されている。
【０１４６】
上記ＴＦＴ素子１９は、ゲート電極２３、絶縁層２４、Ｉ型ａ−Ｓｉ層２５、Ｎ^＋型ａ−Ｓｉ層２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８により形成されている。
【０１４７】
さらに、第４の基板３１と第２の基板７との間で、第３の液晶層３０を形成するために、第４の基板３１の第３の液晶層３０が接する側には、透明電極２０、配向膜２１が形成されている。第２の基板７の第３の液晶層３０が接する側には、第１の基板５ａと同じＴＦＴ素子１９を形成し、画素電極である透明電極２０、配向膜２１が形成されている。
【０１４８】
さらに、偏光軸回転手段６として、第２の基板７とガラス基板からなる第３の基板９との間には、第２の液晶層８として、９０°ツイスト配向のネマチック液晶が挟持され、それぞれの基板の第２の液晶層８が接する側には透明電極２０、配向膜２１が形成され、三層構造の液晶素子を形成している。
【０１４９】
液晶素子上面には偏光板１０を配置し、液晶素子下面には偏光選択反射層３として、住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを配置し、バックライト２の導光板、吸収層１の順で配置している。
【０１５０】
なお、本実施例では、構造を簡略化するために、偏光選択反射層３として住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦを第１の基板４の外側に配置しているが、同様の効果を得るためには、偏光選択反射層３として、反射性の金属（例えばアルミニウム）を用いて波長以下（例えば１５０ｎｍ）の間隔でスリットを形成したワイヤーグリッド偏光板を用いてもよい。
【０１５１】
さらに、本実施例では、偏光選択反射層３を通過する外光を吸収層１で吸収させているが、偏光選択反射層３の下層の構成は、実施例１で説明したように、図１２に示すように第２の偏光板４１、λ／４板４２、ミラー反射板４３を組み合せた構成としてもよい。
【０１５２】
偏光板１０の透過軸方向、第１〜第３の液晶層５・８・３０の配向方向、偏光選択反射層３の透過軸方向は、図８のとおりとした。
【０１５３】
透過表示時に黒及び白を表示するための駆動波形を図２１に、反射表示時に黒及び白を表示するための駆動波形を図２２に示す。
【０１５４】
このようにして作成された液晶表示装置における、透過率の第１の液晶層５ａ及び第３の液晶層３０に対する電圧依存性を図２３に、また反射率の第１の液晶層５ａ及び第３の液晶層３０に対する電圧依存性を図２４に示す。また、透過表示時に表示面から外光が入射した時のコントラスト比変化を図２５に示す。
【０１５５】
以上のように、第２の液晶層８に印加する電圧を切り換えることによって、透過表示と反射表示を切り換えることが可能となり、透過及び反射表示でネガポジ反転しない表示を得られることを確認した。
【０１５６】
また、透過表示は透過型に近い透過率（透過型比９０％―電圧４Ｖ印加時）を有し、反射表示は反射型に近い反射率（反射型比８１％―電圧４Ｖ印加時）を有する明るい表示が得られることを確認した。
【０１５７】
さらに、透過表示時に表示面から外光が入射した場合、外光照度が１０００ルクスの環境下でもコントラスト比が５０：１以上あり、一般的な室内の照明環境では充分なコントラスト比が得られ、ネガポジ反転しないことを確認した。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、表示面側に配された偏光手段と、背面側に配された偏光選択反射手段との間に、映像信号に基づいて透過光の偏光軸を選択的に切り換える第１の液晶層と、透過光の偏光軸を選択的に切り換えて透過表示と反射表示とを切り換える偏光軸回転手段とが配設されてなる液晶表示装置において、透過表示の暗状態表示時に表示面側から上記偏光手段を介して入射する光を吸収する外光吸収手段が設けられていることを特徴としている。
【０１５９】
これにより、透過及び反射共に光利用効率の高い表示が実現でき、かつ、透過表示と反射表示とのネガポジ反転を、映像信号を白黒反転させるための回路等を別途具備させて駆動を複雑化したりすることなく防止できる。
【０１６０】
そして、特に、外光吸収手段にて、透過表示の暗状態表示時に表示面側から偏光手段を介して入射する光が吸収されるようになっているので、透過表示の暗状態表示に、表示面側から入射する光が反射して、透過表示におけるコントラスト比を低下させたり、ネガポジ反転させたりするといった不具合をなくすることができ、表示品位を向上させることができる。
【０１６１】
その結果、簡便な構造、簡便な駆動でありながら、光利用効率が高く、外光の影響を受けることなく良好な透過表示を実現し得る反射透過両用型の液晶表示装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１６２】
上記外光吸収手段は、第３の液晶層に異方性吸収体が添加されてなる構成とすることができる。液晶層に異方性吸収体を添加することで、液晶分子の配向制御にて異方性吸収体における吸収性を制御することができるので、このような構成で、上記外光吸収手段を容易に得ることができる。
【０１６３】
また、本発明の上記液晶表示装置は、異方性吸収体が添加された状態の上記第３の液晶層の透過率であって、透過表示の明状態における透過率が、透過率１００％を１として、√０．５よりも大きく０．９２以下である構成とすることが好ましい。
【０１６４】
このような構成とすることで、偏光選択反射手段を設けた反射透過両用型の液晶表示装置としてのメリットをなくすることなく、外光吸収手段としての機能を確実に担うことができる。
【０１６５】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記異方性吸収体が、正の吸収異方性を有する二色性色素であり、上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの表示面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向と、表示面側より入射して該基板に至る外光の直線偏光方向とが、略平行である構成とすることが好ましい。
【０１６６】
これにより、第３の液晶層の液晶分子に添って配向する二色性色素にて、透過表示の暗状態表示時に表示面側から偏光手段を介して入射する光を効率良く吸収することができ、第３の液晶層に添加させる二色性色素の色素濃度を低く抑えることもできるという効果を併せて奏する。
【０１６７】
また、この場合、上記偏光選択反射手段の直線偏光を透過させる透過軸と、上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの背面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向とを、略直交する構成としておくことが好ましい。
【０１６８】
これにより、透過表示に寄与する背面側から出射され、偏光選択反射手段を透過した直線偏光は、第３の液晶層に添加されている二色性色素の分子長軸に対して直交する位置関係で入射されるため、二色性色素にて吸収されることが殆ど起こらず、明るい透過表示を実現することができるという効果を併せて奏する。
【０１６９】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記第３の液晶層と上記第１の液晶層とが同一であり共用されている構成とすることもできる。
【０１７０】
外光吸収手段を構成する第３の液晶層と、映像信号に基づいて透過光の偏光軸を選択的に切り換える第１の液晶層とを共用することで、液晶層の層数を減らすことができるので、駆動電圧の削減、及び液晶表示装置の軽量・薄型化を図ることができるという効果を併せて奏する。
【０１７１】
また、本発明の上記液晶表示装置は、上記偏光選択反射手段に隣り合うように上記第１の液晶層が配設されている構成とすることが好ましい。
【０１７２】
上記構成とすることで、第１の液晶層と偏光選択反射手段との距離が近くなり、視差による像の二重映りや、カラーフィルタを用いた場合の混色が発生せず、これらによる表示品位の低下を阻止して、表示品位の向上を図ることができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の液晶表示装置において設定し得る偏光板の透過軸方向、各液晶層の配向方向、偏光選択反射層の透過軸方向の一例を示す図である。
【図３】図１の液晶表示装置の反射表示における表示原理を示す断面図である。
【図４】図１の液晶表示装置の透過表示における表示原理を示す断面図である。
【図５】反射透過両用型の液晶表示装置の透過表示の明状態における液晶層の透過率と、透過表示の暗状態における外光が液晶層を２回透過する時の所謂反射率の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施のその他の形態を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図８】図７の液晶表示装置において設定し得る偏光板の透過軸方向、各液晶層の配向方向、偏光選択反射層の透過軸方向の一例を示す図である。
【図９】図７の液晶表示装置の反射表示における表示原理を示す断面図である。
【図１０】図７の液晶表示装置の透過表示における表示原理を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施例を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１２】図１１の液晶表示装置に採用可能な、外光を吸収させるための別の例を示す断面図である。
【図１３】図１１の液晶表示装置における透過表示時の印加電圧波形を示す波形図である。
【図１４】図１１の液晶表示装置における反射表示時の印加電圧波形を示す波形図である。
【図１５】図１１の液晶表示装置における透過表示時の印加電圧と透過光強度との関係を示すグラフである。
【図１６】図１１の液晶表示装置における反射表示時の印加電圧と反射光強度との関係を示すグラフである。
【図１７】図１１の液晶表示装置における透過表示時に外光が入射した場合のコントラスト比と外光の照度との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明のその他の実施例を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１９】図１８の液晶表示装置における反射表示時の印加電圧と反射光強度との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明のさらに他の実施例を示すもので、反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２１】図２０の液晶表示装置における透過表示時の印加電圧波形を示す波形図である。
【図２２】図２０の液晶表示装置における反射表示時の印加電圧波形を示す波形図である。
【図２３】図２０の液晶表示装置における透過表示時の印加電圧と透過光強度との関係を示すグラフである。
【図２４】図２０の液晶表示装置における反射表示時の印加電圧と反射光強度との関係を示すグラフである。
【図２５】図２０の液晶表示装置における透過表示時に外光が入射した場合のコントラスト比と外光の照度との関係を示すグラフである。
【図２６】透過表示と反射表示とで偏光軸を回転させる偏光軸回転手段と偏光選択反射手段とを備えた従来の反射透過両用型の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２　　バックライト
３　　偏光選択反射層（偏光選択反射手段）
５　　第１の液晶層（第１の液晶層、第３の液晶層、外光吸収手段）
５ａ　第１の液晶層（第１の液晶層）
６　　偏光軸回転手段
８　　第２の液晶層
１０　　偏光板（偏光手段）
３０　　第３の液晶層（第３の液晶層、外光吸収手段）

Claims (7)

1. 表示面側に配された偏光手段と、背面側に配された偏光選択反射手段との間に、映像信号に基づいて透過光の偏光軸を選択的に切り換える第１の液晶層と、透過光の偏光軸を選択的に切り換えて透過表示と反射表示とを切り換える偏光軸回転手段とが配設されてなる液晶表示装置において、
   透過表示の暗状態表示時に表示面側から上記偏光手段を介して入射する光を吸収する外光吸収手段が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記外光吸収手段が、第３の液晶層に異方性吸収体が添加されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 異方性吸収体が添加された状態の上記第３の液晶層の透過率であって、透過表示の明状態における透過率が、透過率１００％を１として、√０．５よりも大きく０．９２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 上記異方性吸収体が、正の吸収異方性を有する二色性色素であり、
   上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの表示面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向と、表示面側より入射して該基板に至る外光の直線偏光方向とが、略平行であることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
5. 上記偏光選択反射手段の直線偏光を透過させる透過軸と、上記第３の液晶層を挟持する一対の基板のうちの背面側に位置する基板の表面の液晶分子の長軸方向とが、略直交することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 上記第３の液晶層と上記第１の液晶層とが同一であり、共用されていることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の液晶表示装置。
7. 上記偏光選択反射手段に隣り合うように上記第１の液晶層が配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液晶表示装置。

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