JP2007148442A

JP2007148442A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2007148442A
Application number: JP2007044777A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamauchi; 直史山内
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-02-24
Filing date: 2007-02-24
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: JP4083785B2

Abstract

【課題】透過表示モードでも反射表示モードでも共に輝度が向上する液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】互いに対向する基板間に液晶が挟持された液晶表示素子１と、液晶表示素子の視覚側に設けられた上偏光板２と、液晶表示素子の背後に設けられた下偏光板３と、下偏光板の背後に設けられたバックライト６とを備える液晶表示装置であって、特定方向の偏光成分を反射し、残りの偏光成分を透過する反射偏光子をバックライトの背後側に設け、下偏光板の透過軸と反射偏光子の反射軸をそろえることとした。これにより、明るい表示が可能な液晶表示装置を少ない部品点数で構成することが可能になる。また、バックライトを介して両側に液晶パネルが配置された表示装置に応用することにより、光の利用効率を高めることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器に用いられる液晶表示装置に関し、液晶表示装置の輝度を向上する構成に係るものである。詳しくは、使用環境の光である外光を利用する反射型表示と、バックライト等の照明光を利用する透過型表示との両方の表示が可能な液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置に用いられる液晶パネル（ＬＣＤ）は、一般に、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型またはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型の液晶が用いられ、液晶分子がツイスト配向した液晶層を挟んで互いに対向する２枚の基板を主要な構成としている。そして、液晶パネルの前面側と背面側にはそれぞれ偏光板が配置されている。このような構成の液晶表示装置は、電界や電流や温度上昇によって液晶分子の配列状態や相変化が起こり、液晶状態での光の干渉、散乱、回折、旋光、選択散乱、吸収などの光学的性質が変化することを表示の動作原理としているものである。そして、それぞれの基板に画素を形成するために設けられた電極間に電圧を印加して液晶層を制御することにより、表示を実現している。

また、液晶パネルは非自発光性のため、一般には反射板やバックライトが用いられている。液晶表示装置には、明所でも暗所でも表示が観察できるように、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と、バックライトからの照明光を利用する透過型表示との両方の表示モードを行うものがある。このような液晶表示装置の構成としては、液晶パネルの背後に、入射する光の一部を透過し、他を反射する機能をする半透過反射板と、照明源であるバックライトを備えた構成が一般的に知られており、半透過型の表示装置と称されている。

従来の半透過型の液晶表示装置を図１０に基づいて説明する。液晶パネル１の両側には上偏光板２、下偏光板３が設けられ、下偏光板の背後には半透過反射板３０を介して照明装置であるバックライト５が設けられている。図示するようにバックライト５は導光板７と、導光板７の側面に設けられた光源６と、拡散板及び反射層２０を備えている。

このような構成の液晶表示装置において、外光を利用して液晶パネル１を表示させる場合には、上偏光板２に入射した入射光は、液晶パネル１、下偏光板３を通過し、そのうちの一部の光が半透過反射板３０で反射する。半透過反射板３０で反射された光は、再度、下偏光板３、液晶パネル１、上偏光板２を通って観察者に届く。これにより、液晶パネル１に表示された情報を見ることができる。次に、バックライトの光を利用して液晶パネル１を表示させる場合を説明する。バックライト５が照射する照明光の一部は半透過反射板３０を通過する。この通過した光はさらに下偏光板３を透過して液晶パネル１にその背面から入射され、表示パネルの前方に出射される。出射された光は、上偏光板２を通過して観察者に届く。これにより、液晶パネル１に表示された情報を見ることができる。

しかしながら、従来の半透過型液晶表示装置に用いられる半透過反射板は、反射の割合を高めると透過の割合が低くなり、逆に、透過の割合を高めると反射の割合が低くなる。そのため、反射の割合を高めると、外光を利用するときは明るくなるが、バックライトを使用するときは暗くなる。逆に、透過の割合を高めると、バックライトを利用するときは明るくなるが、外光を使用するときは暗くなる。このように、半透過反射板を用いた液晶表示装置では、外光とバックライトの双方に対して、共に明るくすることができないという課題があった。さらに半透過反射板と、バックライトの背後に反射板を用いる為に、部材が厚くなるとともに、コストアップの原因となっていた。そこで、本発明により、コンパクトな構成で光源からの光の利用効率を上げて、明るい表示が可能な構成を実現する。

上記課題を解決するために、本発明は、液晶パネルの背後に、下偏光板、照明装置、特定方向の偏光成分を反射し残りの偏光成分を透過する反射偏光子、を順に設け、下偏光板の透過軸と反射偏光子の反射軸の方向を一致する構成とした。これにより、従来よりも少ない部品構成で同等の明るさを確保できる。

また、照明装置の導光板を挟んで２つの液晶パネルが配置された表示装置において、第一の液晶パネル導光板の間に設けられた第一の下偏光板と、第二の液晶パネルと導光板の間に設けられた第二の下偏光板と、導光板と第二の下偏光板の間に設けられた反射偏光子と、を備えることとした。さらに、第一の下偏光板の透過軸と反射偏光子の反射軸を同一方向にそろえるとともに、第二の下偏光板の透過軸を反射偏光子の反射軸に対して角度θ（ただし、θは９０度以外の角度）をなすように設定した。角度を変えることで第二の液晶パネルの反射・透過の比率を自由に設定することが可能になる。

さらに、反射偏光子と第二の下偏光板の間に第二の反射偏光子を設けることとした。

さらに、第一の下偏光板と照明装置との間に第三の反射偏光子が設けることとした。

本発明の液晶表示装置によれば、少ない部品点数で反射時、透過時とも明るく表示品位の良い液晶表示装置が実現できる。

特に、導光板の両面に液晶パネルを配置する場合には、液晶パネルの表示に利用する光の量を任意に振り分けること変えることが可能になる。また、光源の殆どの光が上側液晶パネルか下側液晶パネルのいずれかの照明に寄与することも可能になり、光源の利用効率が著しく向上する。

本発明の液晶表示装置は、互いに対向する基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの背後に設けられた下偏光板と、下偏光板の背後に設けられた照明装置と、照明装置の背後側に設けられた反射偏光子を備え、下偏光板の透過軸と前記反射偏光子の反射軸が同一方向である。ここで、反射偏光子とは、特定方向の偏光成分を反射し、残りの偏光成分を透過する機能を備えている。また、照明装置は、液晶パネルに対して照明光を照射するとともに、上下方向には光を透過する機能を備えている。

また、本発明による両側に液晶パネルを備えた液晶表示装置は、第一の液晶パネルと第二の液晶パネルを照明するために設けられた照明装置と、第一の液晶パネルと照明装置の間に設けられた第一の下偏光板と、第二の液晶パネルと照明装置の間に設けられた第二の下偏光板と、照明装置と第二の下偏光板の間に設けられた反射偏光子と、を備えている。ここで、反射偏光子とは、特定方向の偏光成分を反射し、残りの偏光成分を透過する機能を備えている。また、照明装置は、液晶パネルに対して照明光を照射するとともに、上下方向には光を透過する機能を備えている。さらに、第一の下偏光板の透過軸と反射偏光子の反射軸を同一方向にそろえるとともに、第二の下偏光板の透過軸を反射偏光子の反射軸に対して９０度以外の角度をなすように設定している。このように構成することにより、第二の下偏光板の透過軸と反射偏光子の反射軸のなす角度に応じて、第二の液晶パネルを表示する明るさを調整することが可能になる。

さらに、反射偏光子と第二の下偏光板の間に第二の反射偏光子を設け、第二の反射偏光子の反射軸が第二の下偏光板の透過軸と直交するように設定した。これにより、反射偏光子と第二の反射偏光子間で多重反射が起こり、照明装置からの照明光を効率よく液晶パネルに利用することが可能になる。

さらに、第一の下偏光板と照明装置との間に第三の反射偏光子を設け、第三の反射偏光子の反射軸が反射偏光子の反射軸と直交するようにした。これにより、反射偏光子と第二の反射偏光子間、及び、反射偏光子と第三の反射偏光子間で多重反射が起こり、照明装置からの照明光や、外部から上偏光板を透過して入射された光を効率よく液晶パネルの表示に利用することが可能になる。

照明装置は、両面に光源からの光が出射され、厚み方向に光が透過するものであれば良い。具体的には、導光板を用いたサイドライト方式のバックライトや、透明無機ＥＬ、透明有機ＥＬ、平面放電管等が例示できる。後述の各実施例は、導光板を用いたサイドライト方式のバックライト照明装置として用いた場合を例に説明する。

一般に、反射偏光子には、屈折率の異なる２種類の延伸多層膜を積層したものと、円偏光板と高分子液晶を膜厚方向に螺旋状に配向、固定したものを組みあわせたものがある。いずれの反射偏光子を用いることができる。以下の各実施例では、延伸多層膜のフィルムを使用した場合を説明する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図１、図２は、本発明に係る液晶表示装置の断面構造を模式的に示す図である。特に、図１は外光を利用した状態を示し、図２はバックライトによる照明光を利用した状態を示す。

図示するように、液晶パネル１の上側に上偏光板２が、下側に下偏光板３がそれぞれ設けられている。下偏光板３の背後にはバックライト５を構成する導光板７が設けられている。導光板７の背後側には、反射偏光子４が配置されている。なお、図では本発明の特徴を解り易くするために、偏光板や反射偏光子等の光学素子は他の構成要素と分離して表現しているが、粘着材によって液晶パネル等の他の構成要素と接合させることもできる。

次に、各構成要素について説明する。液晶パネル１はガラス基板やプラスチック基板等の透明基板に液晶を挟持させた構造である。透明基板には表示用電極が設けられており、液晶層への電圧印加により液晶分子の配列を制御して表示を行う。偏光板は特定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を備えている。バックライト５は導光板７と導光板の側面側に配置された光源６とを備えている。導光板７は、側面方向から入射した光源の光を液晶パネル１に照射する機能を備えており、さらに、厚み方向（上下方向）には光を透過する機能も備えている。また、反射偏光子４は、特定の直線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。そして、下偏光板３を透過する光が反射偏光子４で効率よく反射するように、反射偏光子４が反射する光の偏光方向（反射軸）と下偏光板３の吸収軸とを直交させている。ここで、偏光板の吸収軸とは、偏光板が吸収する光の偏光方向を表わすもので、この吸収軸と直交する方向を透過軸と表現する。すなわち、反射偏光子４の反射軸と下偏光板３の透過軸は一致するように設定されている。さらに、反射表示を観測する場合に鏡面反射となることを防ぐためには、反射偏光子４と上偏光板２の間のどこかに光散乱層を設けると効果的である。

このような構成の液晶表示装置の動作原理を説明する。

反射表示の場合は、観測者側から光が表示素子に入射する。このとき、光は上偏光板２を通過するために、上偏光板の吸収軸方向の直線偏光が吸収され、残りの透過成分が表示パネルに入射する。入射した光は、液晶層のオフ領域では、液晶分子のツイスト角に応じて偏光方向が変換されて液晶パネル１より出射し、下偏光板３で下偏光板の吸収軸と一致する偏光成分は吸収され、残りの成分が下偏光板３を通過する。ここで、上偏光板２の吸収軸と下偏光板３の吸収軸が略直交するように設定しておくと、オフ領域で明、オン領域で暗の表示ができ、上偏光板２の吸収軸と下偏光板３の吸収軸を平行に設定しておくと、オフ領域で暗、オン領域で明の表示ができる。

このようにして、下偏光板３を通過した光は、導光板７を通過して反射偏光子４に到達する。前述のように、下偏光板３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が一致するように設定されているので、下偏光板３を透過した光は効率よく反射偏光子４で反射される。この反射光は今までの説明とは逆のルート、すなわち、導光板７、下偏光板３、液晶パネル１、上偏光板２を通過して観測者８に届く。

一方、透過表示の場合、すなわち、背面側（バックライト５）からの照明光による表示の場合を説明する。はじめに、導光板７から液晶パネル側に出射された照射光について説明する。このときの照射光には、いろいろな偏光方向の光が含まれているが、この光のうち、下偏光板３の吸収軸方向の偏光成分が下偏光板３に吸収され、残りの成分が下偏光板３を通過する。この透過成分は液晶層により偏光方向が変換されて液晶パネル１から出射する。出射される光のうち、上偏光板２の吸収軸と同じ方向の偏光成分は吸収され、残りの成分は透過して観測者に届く。ここでは、出射される光の偏光方向と上偏光板２の透過軸をそろえているので、観測者９はこの出射光を観測できる。

次に、導光板７から液晶パネルとは反対側の反射偏光子側に出射された照射光について説明する。このときの照射光にもいろいろな偏光方向の光が含まれているが、このうち、反射偏光子４によって反射偏光子の反射軸方向の偏光成分が反射され、導光板７を経由して下偏光板３に向かい、残りの成分は反射偏光子４を通過する。反射偏光子４の反射軸は下偏光板３の透過軸と一致しているため、反射偏光子４で反射された成分は前述の説明と同様に観測者８に届く。従来のように、導光板７の下側に反射板を配置した構成では、反射板で反射した光は本発明のように裏側に透過することはないが、この透過成分は下偏光板３を透過できない成分なので、いずれにしろ観測者に届くことはなく、本発明の構成が光の利用効率を悪化させることはない。このように、導光板の下に反射板を用いなくても反射偏光子を用いれば照明光を有効に利用できる。そして、下偏光板と導光板の間に半透過反射板を設ける必要がなくなる。
（実施例２）
本実施例では、前述の実施例1の構成に加えて、反射偏光子の背後に第二の反射偏光子を設けた構成である。第二の反射偏光子の反射軸が反射偏光子の反射軸に対して直交するように設定されている。実施例１と重複する部分の説明は省略する。
（実施例３）
本実施例では、前述の実施例２の構成に加えて、導光板と下偏光板の間に第三の反射偏光子を設けた構成である。第三の反射偏光子の反射軸が反射偏光子の反射軸に対して直交するように設定されている。前述の実施例と重複する部分の説明は省略する。
（実施例４）
本実施例は、実施例1の構成を両面パネルに応用した例である。すなわち、反射偏光子の背後側にもう一つの表示パネルを配置した、両面パネル構造の実施例である。図３及び図４を参照して本発明の構成を詳細に説明する。なお、実施例１と重複する説明については省略することもある。

図示するように、バックライトを構成する導光板７の両側に２つの液晶パネルが設けられている。液晶パネル１と導光板７の間には下偏光板３が設けられ、液晶パネル１の上側（観測者８側）には上偏光板２が設けられている。また、第二の液晶パネル１１と導光板７の間に第二の下偏光板１３が設けられ、第二の液晶パネル１１の観測者１８側に第二の上偏光板１２が設けられている。そして、導光板７と第二の下偏光板１３の間には反射偏光子４が配置されている。ここで、下偏光板３を透過する光が反射偏光子４で効率よく反射するように、反射偏光子４が反射する光の偏光方向（反射軸）と下偏光板３の吸収軸を直交させている。すなわち、反射偏光子４の反射軸と下偏光板３の透過軸が一致するように設定されている。さらに、第二の下偏光板１３の透過軸は反射偏光子４の反射軸に対して角度θ（ただし、θは９０度以外の角度）をなすように設定されている。θはプラス側でもマイナス側でもかまわない。ただし、第二の下偏光板に向けて第二の液晶パネル１１から射出される光の偏光方向を、第二の下偏光板１３の透過軸と一致するように設定することが望ましい。

このような構成の液晶表示装置の動作原理を簡単に説明する。

まず、液晶パネル１を観察する場合を図３、４を用いて説明する。この場合は前述の実施例１の場合と同様である。すなわち、液晶パネル１を反射表示で観測する場合、図３に示すように、観測者側８から表示素子に入射した外光は上偏光板２を通過するときに、上偏光板２の吸収軸方向の直線偏光が吸収され、残りの成分が液晶パネル１に入射する。入射した光は、液晶分子のツイスト角に応じて偏光方向が変換されて液晶パネル１より出射する。この出射光のうち、下偏光板３の吸収軸と一致する偏光成分は下偏光板３で吸収され、残りの成分が下偏光板３を透過する。下偏光板３を透過した光は、導光板７を通って反射偏光子４に到達する。ここで、下偏光板３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が一致するように設定されているので、下偏光板３を透過した成分（光）は偏光方向を維持したまま効率よく反射偏光子４で反射される。ここでの反射は全反射である。この反射光は、前述とは逆のルートで、すなわち、導光板７、下偏光板３、液晶パネル１、上偏光板２を通過して観測者８に到達する。次に、図４に基づいて、液晶パネル１を透過表示で観測する場合を説明する。導光板７から液晶パネル１側に出射される照射光９は下偏光板３の吸収軸方向の偏光成分が下偏光板３に吸収され、残りの成分が通過する。一方、導光板７から反射偏光子側に出射された照射光１０は、反射偏光子の反射軸方向の偏光成分が、偏光方向を維持したまま反射偏光子４で反射され、残りの成分は反射偏光子４を通過する。反射偏光子４で反射された光は導光板７を通って下偏光板３に向かう。反射偏光子４の反射軸と下偏光板３の透過軸は平行に設定されているため、反射偏光子４で反射された照射光はそのまま下偏光板３を通過する。このように、バックライトからの照明光９、１０は、いずれも下偏光板３を通過した後では同一方向の偏光成分である。そして、下偏光板３を透過した光は液晶層により偏光方向が変換されて液晶パネル１から出射する。出射される光のうち、上偏光板２の吸収軸と同じ方向の偏光成分はこれに吸収され、残りの成分はこれを透過して観測者に届く。ここでは、出射される光の偏光方向と上偏光板２の透過軸は一致しているので、観測者８はこの出射光を観測できる。

次に、第二の液晶パネル１１を観察する場合を説明する。まず、図３を参照して第二の液晶パネル１１を反射表示で観測する場合を説明する。観測者１８側から表示素子に入射した外光は、第二の上偏光板１２を通過するときに、第二上偏光板１２の吸収軸方向の偏光成分が吸収され、残りの成分が第二の液晶パネル１１に入射する。入射した光は、液晶分子のツイスト角に応じて偏光方向が変換されて第二の液晶パネル１１より出射し、第二の下偏光板１３で第二下偏光板の吸収軸と一致する偏光成分は吸収され、残りの成分が透過する。そして、第二の下偏光板１３を透過した光が反射偏光子４に到達する。ここで、第二の下偏光板１３の透過軸は反射偏光子４の反射軸と角度θだけずらして設定されている。そのため、第二の下偏光板１３を透過した偏光成分のうち、反射偏光子４の反射軸方向の成分については、反射偏光子４で反射され、再度第二の下偏光板１３を通過し、入射した経路を逆にたどって、第二の上偏光板１２から出射され、観測者１８に到達する。一方、反射偏光子４の反射軸方向ではない成分、すなわち、反射偏光子４の透過軸方向成分については、反射偏光子４を通過する。そして、導光板７を経由して下偏光板３に到達する。到達した光（反射偏光子４の透過軸方向の成分）は、下偏光板３の吸収軸と同一の偏光方向であるため、下偏光板３で吸収される。

ここで、θ＝０°のとき、すなわち、第二の下偏光板１３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が一致しているときには、第二の下偏光板１３を透過した成分（光）は偏光方向を維持したまま反射偏光子４で反射される。そして、この反射された光は再度第二の下偏光板１３、第二の液晶パネル１１、第二の上偏光板を通って観測者１９に到達する。したがって、θ＝０°のときには第二の表示素子は反射表示となり、後述するように導光板側からの照明光は観測者１８側には届かない。θが大きくなるにつれて（ただしθ＜９０°）、第二の液晶パネル１１側から反射偏光子４を透過する割合が大きくなり、反射する割合が少なくなる。

また、θ＝９０°のとき、すなわち、第二の下偏光板１３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が直交しているときには、第二の下偏光板１３を透過した成分（光）は反射偏光子４を透過し、下偏光板３に吸収されることとなり、観測者には届かない。すなわち、観測者には第二の液晶パネル１１の表示を観察することができない。

このように、第二の液晶パネルの反射率（下偏光板１３を通過した光が反射偏光子４で反射される割合）は、反射偏光子４の反射軸と第二の下偏光板１３の透過軸がなす角をθとすると、（ｓｉｎθ）²で表わされる。すなわち、角度を変えることで第二の液晶パネルの反射・透過の比率を自由に設定することが可能になる。反射の割合を大きくするには０°に近づければよいし、透過の割合を大きくするには９０°に近づければよい。

次に、第二の液晶パネル１１を透過表示で観測する場合を、図４に基づいて説明する。導光板７から第二の液晶パネル側に出射された照射光１０は、反射偏光子４によって反射偏光子の反射軸方向の偏光成分が反射され、残りの成分が反射偏光子４を通過する。反射偏光子４を透過した光は第二の下偏光板１３に到達する。反射偏光子４を透過した光の成分のうち、第二の下偏光板１３の透過軸方向の成分は、第二の下偏光板１３を通過し、第二の液晶パネル１１、第二の上偏光板１２を通過し、観察者１８に到達する。一方、反射偏光子４を透過した光の成分のうち、残りの成分、すなわち第二の下偏光板１３の吸収軸方向の成分については、下偏光板に吸収され、観察者１８にはほとんど到達しない。このとき、第二の下偏光板１３の透過軸は反射偏光子４の反射軸と角度θだけずらして設定されている。そのため角度θに応じて観察者１８に到達する光の量が変化する。例えば、θ＝９０のとき、すなわち、第二の下偏光板１３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が直交しているときには、光源側から反射偏光子４を透過した光は第二の下偏光板をそのまま透過することになり、観測者１８に届く光の量は最も大きくなる。一方、θ＝０のとき、すなわち、第二の下偏光板１３の透過軸と反射偏光子４の反射軸が一致しているときには、光源側から反射偏光子４を透過した光は第二の下偏光板で吸収されることになり、観測者１８に届く光の量は最も少なくなる。
（実施例５）
本実施例では、実施例４の構成に加えて、反射偏光子４と第二の下偏光板１３との間に第二の反射偏光子を設けた構成である。図５、図６を用いて本実施例を詳細に説明する。ただし、実施例４と重複する部分の説明は省略する。

本実施例では、反射偏光子４と第二の下偏光板１３の間に設けられた第二の反射偏光子１４の反射軸は、第二の下偏光板１３の透過軸と直交している。すなわち、本実施例の構成によれば、反射偏光子４の反射軸は下偏光板３の透過軸と一致し、第二の下偏光板１３の透過軸は反射偏光子の反射軸と角度θ（θ≠９０°）で交叉し、第二の反射偏光子１４の反射軸は第二の下偏光板１３の透過軸と直交するように、それぞれが設定されている。このような構成の表示装置を観測する場合を図５、６を用いて説明する。ただし、液晶パネル１及び第二の液晶パネル１１を反射で観測する場合には、前述の実施例４と同様なので詳細な説明は省略する。

次に、液晶パネルを透過で観察する場合を説明する。液晶パネル１を透過で観察する場合には、図６に示すように、導光板７から液晶パネル１側に出射された照射光９は実施例４の場合と同様なので、導光板７から液晶パネル１とは反対側の反射偏光子側に出射された照射光１０に関して説明する。照明光１０のうち、反射偏光子４の反射軸方向の成分は反射偏光子４で反射され、導光板７を通って第一の液晶パネル１に向かう。一方、照明光１０のうち、反射偏光子４の反射軸方向以外の成分は反射偏光子４を透過する。反射偏光子４を透過した光のうち、第二反射偏光子１４の反射軸方向以外の成分は第二の反射偏光子１４も透過し、第二反射偏光子１４の反射軸方向の成分は反射されて再び反射偏光子４に届く。再び反射偏光子４に届く光も、同様に、反射偏光子の反射軸方向成分は反射し、それ以外の成分は透過する。このように、反射偏光子４を透過した照明光は、反射偏光子４と第二の反射偏光子１４の間で多重反射を繰り返すこととなる。多重反射を繰り返すうちに、一部は反射偏光子４から液晶パネル１方向に射出され、一部は第二の反射偏光子１４から第二の液晶パネル１１方向に射出される。したがって、反射偏光子４を透過した照明光の大部分がいずれかの反射偏光子から射出できることとなる。ただし、上述した各光学素子の設定では、反射偏光子４を透過した光は下偏光板３で吸収される。一方、第二の反射偏光子１４を透過した光は、第二の下偏光板１３へ届く。第二の反射偏光子から出射された光は第二下偏光板１３の透過軸方向の光成分なので、これを通過し、さらに、第二の液晶パネル１１、第二の上偏光板１２を経由して観察者に到達する。このように、反射偏光子４と第二反射偏光子１４間で多重反射を繰り返して第二の反射偏光子１４から出射される光成分の分だけ照明光の利用効率が上がり、第二液晶パネルの明るさが向上する。

（実施例６）
本実施例では、実施例５の構成に加えて、導光板７と下偏光板３との間に第三の反射偏光子を設けた構成である。図７、図８を用いて本実施例を詳細に説明する。ただし、前述の実施例４及び実施例５と重複する部分の説明は省略する。

本実施例では、導光板７と下偏光板３の間に設けられた第三の反射偏光子１５の反射軸は、反射偏光子４の反射軸と直交している。換言すると、第三の反射偏光子１５の反射軸方向は、下偏光板３の吸収軸方向と一致している。すなわち、本実施例の構成では、反射偏光子４の反射軸は下偏光板３の透過軸と一致し、第二の下偏光板１３の透過軸は反射偏光子４の反射軸と角度θ（θ≠９０°）で交叉し、第二の反射偏光子１４の反射軸は第二の下偏光板１３の透過軸と直交し、第三の反射偏光子１５の反射軸は反射偏光子４の反射軸と直交するように、それぞれが設定されている。このような構成の表示装置を観測する場合を図７、８を用いて説明する。

液晶パネル１を反射で観察する場合、下偏光板３の吸収軸方向は第三の反射偏光子１５の反射軸方向と一致するために、下偏光板３を透過した光は第三の反射偏光子１５で反射されることなく導光板７を通過し、実施例４と同様に反射偏光子４で反射される。このように、実質的に実施例４と同様なので詳細な説明は省略する。

第二の液晶パネル１１を反射で観察する場合、観測者１８側から表示素子に入射した外光は、第二の上偏光板１２を通過する時に、第二上偏光板１２の吸収軸方向の偏光成分が吸収され、残りの成分が第二の液晶パネル１１に入射する。入射した光は、液晶分子のツイスト角に応じて偏光方向が変換されて第二の液晶パネル１１より出射し、第二の下偏光板１３で第二下偏光板の吸収軸と一致する偏光成分は吸収され、残りの成分が透過する。通常は、第二の液晶パネル１１より出射した光の直線偏光方向と第二下偏光板の透過軸の方向を一致させる。そして、第二の下偏光板１３を透過した光が、第二の反射偏光子１４に到達する。ここで、第二の下偏光板１３の透過軸と第二の反射偏光子１４の反射軸とは直交しているため、第二の下偏光板１３を透過した光は第二の反射偏光子１４では反射されずにそのまま通過し、反射偏光子４に到達する。ここで、反射偏光子４の反射軸は第二の下偏光板１３の透過軸と角度θだけずらして設定されている。そのため、第二の下偏光板１３・第二の反射偏光子１４を透過した偏光成分のうち、反射偏光子４の反射軸方向の成分については、反射偏光子４で反射され、再度第二の反射偏光子１４・第二の下偏光板１３を通過し、入射した経路を逆にたどって、第二の上偏光板１２から出射され、観測者１８に到達する。一方、反射偏光子４の反射軸方向ではない成分、すなわち反射偏光子４の透過軸方向成分については、反射偏光子４を透過し、導光板を抜けて第三の反射偏光子に到達する。反射偏光子４と第三の反射偏光子の反射軸方向は直交しているため、反射偏光子４を透過する成分は第３の反射偏光子１５で反射し、再度反射偏光子４へ向かう。このように、第二の下偏光板１３・第二の反射偏光子１４を透過した光のうち反射偏光子４を透過する成分は、第三の反射偏光子１５と反射偏光子４との間で多重反射することとなる。多重反射を繰り返すうち、導光板や各構成材の界面での通過や反射の際に偏光軸が変化し、下偏光板３側と第二の反射偏光子１４側へ出射される。このうち、下偏光板３側に出射された光は、偏光方向が下偏光板３の透過軸と同じなので、下偏光板３を透過して液晶パネル１へ出射され、観測者８側に届く。一方、反射偏光子４から第二の反射偏光子１４側に抜ける成分は、第二の反射偏光子１４と反射偏光子４の間で多重反射する。多重反射を繰り返すうち、第三の反射偏光子１５側と第二の下偏光板１３側に出射されることとなる。第二の下偏光板１３側に出射された光は、偏光方向が同じなので観察者に届く。第三の反射偏光子１５側に出射された光は、前述のように反射偏光子４と第三の反射偏光子１５との間で多重反射を繰り返す。結局、第三の反射偏光子１５と反射偏光子４の間、及び、反射偏光子４と第二の反射偏光子１４の間で多重反射が繰り返され、液晶パネル１と第二の液晶パネルに到達し、観測者に観測される。このように、上偏光板を透過して液晶パネル側に入射した光は、各構成要素により吸収されることがほとんど無く、いずれかの観測者に到達することになる。そのため、光の利用効率が上昇する。

次に、第一の液晶パネル１及び第二の液晶パネル１１を透過表示で観察する場合を説明する。

図８に示すように、観測者８側の導光板面から出射される照射光９のうち、第三の反射偏光子１５の反射軸方向以外の成分は、第三の反射偏光子１５を透過して、下偏光板３、液晶パネル１、上偏光板２を通って観察者８で観測される。残りの成分、すなわち照明光９のうち、第三の反射偏光子１５の反射軸方向の成分については、第三の反射偏光子１５で反射され、導光板７を通過して反射偏光子４に到達する。到達した光のうち反射偏光子４で再度反射される成分は、第三の反射偏光子１５と反射偏光子４との間で多重反射を繰り返す。一方、到達した光のうち反射偏光子４を透過する成分については、一部は第二の反射偏光子１４で反射されて反射偏光子４と第二の反射偏光子１４の間で多重反射され、一部は第二の反射偏光子１４を透過して、第二の下偏光板１３、第二の液晶パネル１１、第二の上偏光板１２を経由して観測者１８に観測される。

第三の反射偏光子１５と反射偏光子４との間で多重反射を繰り返すうちに、一部は第三の反射偏光子１５を通過して液晶パネル１側に出射され、観察者８に到達する。一部は反射偏光子４を透過して第二の反射偏光子１４側へ出射され、第二の反射偏光子１４と反射偏光子４との間で多重反射を繰り返す。

第二の反射偏光子１４と反射偏光子４との間で多重反射を繰り返すうちに、一部は第二の反射偏光子１４を通過して第二の液晶パネル１１側に出射され、観測者１８で観測される。一部は反射偏光子４を透過して、再度第３の反射偏光子との間で多重反射される。

このように、液晶パネル１側に出射される照射光９のうち、第三の反射偏光子１５の反射軸方向以外の成分は、第三の反射偏光子１５を透過して観測者８に観測され、第三反射偏光子１５の反射軸方向の成分については、第三の反射偏光子と反射偏光子４、反射偏光子４と第二の反射偏光子１４の間で多重反射を繰り返すうちに観測者８と観測者１８のいずれかに到達する。したがって、第一の液晶パネル１側に出射される照射光９は、観測者８と観測者１８のいずれかに到達することとなる。

同様に、第二の液晶パネル１１側の導光板面から出射した照射光１０のうち、反射偏光子４の反射軸方向の成分は、反射偏光子４で反射され、第三の反射偏光子１５を通過して観測者に届く。一方、反射偏光子４の反射軸方向以外の成分は反射偏光子４を透過して第二の反射偏光子１４に到達する。到達した光のうち、一部は第二の反射偏光子１４を透過して第二の液晶パネル１１側に出射されて観測者１８に届き、一部は第二反射偏光子１４で反射され、反射偏光子４と第二の反射偏光子１４との間で多重反射を繰り返す。多重反射を繰り返すうちに、一部は第二の反射偏光子を通過して観測者１８に届き、一部は反射偏光子４を透過して、第三の反射偏光子１５と反射偏光子４の間で多重反射を繰り返す。

このように、第二の液晶パネル１１側に出射される照射光１０についても、観測者８と観測者１８のいずれかに到達することとなる。

以上説明したように、照明装置の光は、観測者８と観測者１８のいずれかに到達することとなるために、照明光の利用効率が上がり、第一液晶パネル、第二液晶パネルとも明るさが向上する。

本実施例の構成をＴＮ型の液晶パネルに適用した場合について、図９を用いて詳細に説明する。図９は本実施例の構成要素の透過軸や反射軸の設置角度を説明する図面である。本図は観測者８側から俯瞰で観察した状態を示しており、積層された長方形は、上から順に、上偏光板２、下偏光板３、第三の反射偏光子１５、反射偏光子４、第二反射偏光子１４、第二の下偏光板１３、第二の上偏光板１２を示し、矢印によってその軸方向を示している。上偏光板２の透過軸は４５°とした。ＴＮ型液晶を使用した液晶パネル１は偏光方向を９０°変換する。９０°変換された光を効率良く透過させるために、下偏光板３の透過軸は上偏光板２と直交するように、すなわち１３５°に設定した。第三の反射偏光子１５の反射軸は下偏光板３の透過軸と直交するように４５°に配置した。そして、反射偏光子４の反射軸は下偏光板３を透過した光を効率良く反射させるため反射軸を１３５°と同一とした。第二の下偏光板１３の透過軸角度は、反射偏光子４の反射軸から、反射と透過の割合によって角度θだけずらしている。また、第二の反射偏光子１４反射軸と、第二の上偏光板１２の透過軸は、ともにその角度に伴い直交からθずらしている。すなわち、第二の反射偏光子１４反射軸と、第二の上偏光板１２の透過軸は、第二の下偏光板１３の透過軸と直交している。

ここではＴＮ型の液晶表示素子を用いた場合を例示したが、ＳＴＮ型の液晶表示素子を用いて、位相差板等の光学補償板を付加して構成した場合でも基本的に同一である。

反射時、透過時とも明るく表示品位の良い液晶表示装置を提供できる。それによって、民生品市場で液晶表示装置が多用されているカメラ、携帯電話、時計をはじめとする電子機器分野で商品価値を高めることができる。

本発明による第１実施例の液晶表示装置を、外光を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第１実施例の液晶表示装置を、照明装置を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第４実施例の液晶表示装置を、外光を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第４実施例の液晶表示装置を、照明装置を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第５実施例の液晶表示装置を、外光を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第５実施例の液晶表示装置を、照明装置を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第６実施例の液晶表示装置を、外光を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明による第６実施例の液晶表示装置を、照明装置を利用して観測する場合を模式的に表す断面構成図である。本発明の実施例６の主要な光学要素の軸方向を例示する模式図である。従来の液晶表示装置の構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１液晶パネル
２上偏光板
３下偏光板
４反射偏光子
５バックライト
７導光板
１１第二の液晶パネル
１２第二の上偏光板
１３第二の下偏光板
１４第二の反射偏光子
１５第三の反射偏光子

Claims

互いに対向する基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、前記液晶パネルの背後に設けられた下偏光板と、前記下偏光板の背後に設けられた照明装置と、特定方向の偏光成分を反射し、残りの偏光成分を透過する反射偏光子を備える液晶表示装置において、
第一の反射偏光子が前記照明装置の背後側に、第二の反射偏光子が前記反射偏光子の背後側に、第三の反射偏光子が前記導光板と前記下偏光板の間に設けられ、
前記第一の反射偏光子の反射軸と前記下偏光板の透過軸が揃うように設定され、
前記第二の反射偏光子の反射軸が前記反射偏光子の反射軸に対して直交するように設定され、
前記第三の反射偏光子の反射軸が前記反射偏光子の反射軸に対して直交するように設定されたことを特徴とする液晶表示装置。