JP2007286652A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲光が強い環境下でも良好な画面表示を行うことができる液晶表示装置を実現できる。
【解決手段】液晶表示装置は、裏面側から表面側に向かって、偏光選択反射板12、導光板2および液晶表示パネル13を有する。液晶表示パネル13は、裏面側に第１偏光板4、表面側に第２偏光板8を有する。偏光選択反射板12は、裏面側からの入射光のうち第１の偏光状態の成分を透過し、第２の偏光状態の成分を反射する。第１偏光板4と偏光選択反射板12との透過軸の方向が同一であり、外面を覆う筐体の液晶表示パネル13側の面に表示窓が形成され、偏光選択反射板12側の面に採光窓が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、強い周囲光下でも、視認性に優れた透過型液晶表示装置に関する。

近年、数ある表示媒体の中でも、液晶を用いた液晶表示装置(Liquid Crystal Display ;LCD)は、低消費電力で表示が可能であるために最も実用化が進んでいる。この液晶表示装置の表示モード及び駆動方法として、単純マトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の２方式が提案されている。一方、情報のマルチメディア化が進むにつれ、ディスプレイの高解像度化、高コントラスト化、多諧調（マルチカラー、フルカラー）化及び高視野角化が要求されるようになっている。このような要求に対し、単純マトリクス方式では対応が困難であると考えられる。そこで、個々の画素にスイッチング素子（アクティブ素子）を設けて、駆動可能な走査線電極の本数を増加させるアクティブマトリクス方式が提案されている。

このアクティブマトリクス方式の技術により、ディスプレイの高解像度化、高コントラスト化、多諧調化及び高視野角化が達成されつつある。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置では、マトリクス状に設けられた画素電極と、該画素電極の近傍を通る走査線とが、スイッチング素子を介して電気的に接続された構成になっている。このスイッチング素子としては、２端子の非線形素子と３端子の非線形素子とがあり、現在採用されているスイッチング素子の代表格は、３端子素子の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor; TFT)である。

また、近年、このようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、携帯電話等に代表されるモバイル機器に急速に普及している。

従来の透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルの裏面にバックライトユニットを配置して透過表示を行っている。この方法は、室内など周囲光が比較的弱い環境下では、良好な画面表示を得ることができる。しかしながら、屋外や窓際などの直射日光が当たる、周囲光が強い環境下では、液晶表示パネルの表面や内部配線で周囲光が反射する。この反射光の光量はバックライトユニットから出射され液晶パネルを透過する光の光量を上回るため、実質的には周囲光の強い環境下で画面表示を確認すること（良好な視認性を得ること）は不可能であった。

そこで、周囲光の強い環境下においても良好な視認性を得ることができる技術として、反射型及び半透過型液晶表示装置が開発されてきた。この反射型及び半透過型液晶表示装置は、周囲光を液晶表示パネルの内部で反射し画面表示を行うための反射部（反射板）を有している。このような構造では、明るさは確保することができるが色純度は低下する。また、反射部に対応するカラーフィルター濃度を高くすると、明るさが不足する。このように反射部を用いた表示では、実質的に美しい画像表示を実現することは不可能であった。

これに対して、例えば、特許文献１（以下、従来例１とする）または特許文献２（以下、従来例２とする）には、透過型液晶表示装置の裏面に設けられた導光板に外部光（周囲光）を集める手段を備えた集光機構付液晶表示装置が開示されている。これらの特許文献に開示されている液晶表示装置は導光板の端部にレンズ形状の集光部（採光部）を形成している。

従来例１の液晶表示装置は、楔形の集光部である第１の照光部と、楔形の光源部である第２の照光部とが、互いに厚みを補完する形で、ＬＣＤパネルとともに重ね合わされた構成になっている。一方、従来例２の液晶表示装置は、ＬＣＤの背後に導光部が設けられ、この導光部と光路を接続する集光部が設けられている。導光部には、ＬＣＤへの光射出面及び集光部からの光導入口を除き、周囲に鏡面が形成されている。これら従来例１及び従来例２のいずれの液晶表示装置でも、上記集光部にて集光された外部光は、導光部（照光部）に導かれて乱反射されて、平面光源としてＬＣＤへ照射される。

また、周囲光を利用して表示を行う液晶表示装置としては、透過型液晶表示装置に利用されている導光板の、液晶パネルとは反対側（裏面側）に配置した反射シートをなくし、裏面側を透明にした液晶表示装置（以下、従来例３とする）がある。この構造では周囲光が液晶表示パネルの裏面から入射するため、十分な光取り込み口を確保することができ、強い周囲光の環境下で良好な表示を行うことが可能になる。

さらに、周囲光を利用して表示を行う他の液晶表示装置としては、導光体の裏面に半透過板を設けるものが、例えば、特許文献３に開示されている。特許文献３（以下、従来例４とする）に開示されている液晶表示装置は、バックライトを用いて画面表示を行う透過型液晶表示装置である。この透過型液晶表示装置は、導光体の後方に半透過板（半透過部材）及び遮光用液晶素子（ＴＮ型液晶素子）を配した構成になっている。すなわち、この液晶表示装置において、遮光用液晶素子は、半透過板の導光体側とは反対側に設けられ、外部光を透過させる透過状態と外部光を遮る遮光状態とに切換可能である。この遮光用液晶素子を透過状態とすることにより、裏面側からの外部光を利用することができ、さらに遮光状態とすることにより、裏面側から表示画面が見えることを防止してプライバシーを保護することが可能になる。また、半透過板によって、導光体の裏面側から出射する光を利用することができる。
特開平１１−５２３７４号公報（１９９９年２月２６日公開） 特開平１１−９５１９９号公報（１９９９年４月９日公開） 特開平９−２６５０６９号公報（１９９７年１０月７日公開）

しかしながら、上述した従来の液晶表示装置において、それぞれ次に示すような課題を有している。

まず、従来例１及び従来例２の液晶表示装置では、導光部（照光部）の端部にレンズ形状を形成している。このため、このレンズにより取り込むことができる周囲光の量は、レンズ部の面積に比例する。したがって、より多くの周囲光を取り込むためには、上記レンズ部の面積を増大させなければならない。これにより、レンズ部が形成された導光部の厚みを増大させなければならない。しかしながら、実際の導光部は数ミリ厚にしか増大することができないため、十分な光量の周囲光を利用することは不可能である。したがって、上記の液晶表示装置では、周囲光を有効に利用し良好な画面表示を行うことができない。

また、従来例３の液晶表示装置では、液晶表示パネルの裏面側が透明であるため、裏面側からも液晶表示パネルの表示画面が見えてしまい、プライバシーの点で問題が生じる。

一方、従来例４の液晶表示装置は、遮光用液晶素子を備えているため、プライバシーを守りながら周囲光を利用することができる。しかしながら、周囲光が強い環境下で遮光用液晶素子を透過状態に切り換えたとき、プライバシーの問題を解決することができない。すなわち、従来例４の液晶表示装置では、プライバシーの保護と、周囲光が強い環境下での視認性の向上とを両立することができない。さらに、従来例４の液晶表示装置では、上記遮光用液晶素子を遮光状態にしたとき、導光体から裏面方向へ出射する光の利用効率を向上させるために、導光体と遮光用液晶素子との間に半透過板が配置されている。しかしながら、この半透過板は光の透過率が低く、遮光用液晶素子を透過状態に切り換えたとき、周囲光の光利用効率が低下してしまうという問題を有している。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示を可能にしながら、プライバシーを保護することができる液晶表示装置を提供することにある。

本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、一対をなす第１および第２の偏光板の間に液晶層が設けられている液晶表示媒体と、上記液晶表示媒体に対向して第１の偏光板側の位置に設けられ、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の偏光状態を有する成分の光を透過する一方、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する成分の光を反射する偏光選択反射手段と、上記偏光選択反射手段と上記液晶表示媒体との間に設けられ、光源からの光を液晶表示媒体に照射する光照射手段とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、例えば、液晶表示媒体における第１の偏光板は第１の偏光状態を有する成分の光を透過させ、第２の偏光板は第２の偏光状態を有する成分の光を透過させる。

したがって、光照射手段から液晶表示媒体側へ出射する光源からの光のうち、第１の偏光状態の成分を有する光は第１の偏光板を透過し、液晶層に入射する。このとき、第１の偏光板を通過した第１の偏光状態を有する成分の光が第２の偏光状態を有する光の成分となるように、液晶層を動作させれば、その光は観察者に到達する。これにより、光照射手段から液晶表示媒体側へ出射した光源からの光を用いて、良好な画面表示を行うことができる。

一方、光照射手段から偏光選択反射手段側へ出射した光源からの光のうち、第１の偏光状態の成分を有する光は、偏光選択反射手段を透過する。また、第２の偏光状態の成分の光は、偏光選択反射手段にて反射され、液晶表示媒体に照射されるものの、第１の偏光板にて吸収される。したがって、光照射手段から偏光選択反射手段へ出射された光源からの光は、画面表示に利用されない。

また、偏光選択反射手段に対して液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）のうち、第１の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段を透過する一方、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射される。

偏光選択反射手段を透過した第１の偏光状態を有する成分の光は、液晶表示媒体の第１の偏光板を透過して液晶層に入射し、この液晶層を経て第２の偏光状態を有する成分の光となり、第２の偏光板を透過して観察者に到達する。これにより、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）を有効に利用することができ、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示が可能となる。

また、上記のように、周囲光のうち、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射されるので、液晶表示装置の裏面側からは表示画面を見ることができなくなる。したがって、使用者のプライバシーを保護することができる。

この結果、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示を可能にしながら、周囲光が弱い環境下においても明るい画面表示を得ることができる液晶表示装置を提供することができる。

上記の液晶表示装置は、外面を覆う筐体を有し、この筐体における上記液晶表示媒体側の面に表示窓が形成され、上記偏光選択反射手段側の面に採光窓が形成されている構成である。

上記の構成によれば、上記液晶表示媒体、上記光照射手段、及び上記偏光選択反射手段は、筐体により外面を覆われている。また、この筐体における上記液晶表示媒体側の面に表示窓が形成され、上記偏光選択反射手段側の面に採光窓が形成されている。

これにより、この液晶表示装置を携帯電話等に採用することができ、採光窓からの光を有効に利用できると共に、裏面側から表示画面を見ることができない液晶表示装置を実現することができる。

上記の液晶表示装置において、上記偏光選択反射手段は、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の直線偏光を透過する一方、第１の直線偏光に垂直な第２の直線偏光を反射する構成である。

例えば、第１の偏光板は第１の直線偏光を透過し、第２の偏光板は第２の直線偏光を透過するとする。上記の構成によれば、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）のうち、第１の直線偏光は偏光選択反射手段を透過する。この直線偏光は、第１の偏光板をそのまま透過し、液晶層で第２の直線偏光になり、第２の偏光板を透過し観察者へ到達する。これにより、周囲光を有効に利用することができる液晶表示装置を実現することができる。

さらに、上記の構成によれば、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）のうち、第２の直線偏光は偏光選択反射手段にて反射される。この反射光により、裏面側から、表示画面を見ることができなくなる。

上記の液晶表示装置において、上記偏光選択反射手段は、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の円偏光を透過し、第１の円偏光とは回転方向が逆の第２の円偏光を反射するものであり、上記偏光選択反射手段が透過した第１の円偏光を直線偏光に変える位相差板をさらに備えている構成である。

上記の構成によれば、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の円偏光は偏光選択反射手段を透過する。この第１の円偏光は、位相差板により直線偏光に変わる。この直線偏光は偏光制御液晶媒体を通過する。このとき、偏光制御液晶媒体がこの直線偏光の向きを第１の偏光板の透過軸の方向と平行になる方向になるようにすれば、この直線偏光は偏光状態を変えずに第１の偏光板を透過する。そして、液晶表示媒体及び第２の偏光板を経て観察者に到達する。これにより、周囲光を有効に利用することができる液晶表示装置を実現することができる。

さらに、上記の構成によれば、従来のように、周囲光が強い環境下で、裏面側から表示画面が見えるという問題は招来しない。すなわち、上記の構成によれば、偏光選択反射手段は、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第２の円偏光を反射している。この反射光により、第１の側から表示画面を見ることができなくなる。

よって、上記の構成によれば、周囲光を有効に利用することができると共に裏面側から表示画面を見ることができない液晶表示装置を実現することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１〜図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図２（ａ）に、本実施例にかかる液晶表示装置１００の構成の断面を示す。図２（ａ）に示すように、液晶表示装置１００は、光源１、導光板２、液晶表示パネル（液晶表示媒体）１３、及び偏光選択反射板（偏光選択反射手段）１２よりなっている。光源１及び導光板２によりバックライト（光照射手段）１４を構成し、このバックライト１４を挟んで、液晶表示パネル１３と偏光選択反射板１２とが設けられている。また、本明細書では、バックライト１４に対して、液晶表示パネル１３が設けられている側を表面側（第２の側）とし、その反対の偏光選択反射板１２が設けられている側を裏面側（第１の側）とする。また、導光板２から液晶表示パネル１３への方向を上方向とし、その反対方向を下方向とする。また、種々の部材において、表面側の面を単に表面とし裏面側の面を裏面とする。

上記導光板２は散乱加工面を有している。光源１から発せられた光は、導光板２の散乱加工面３により散乱され、該導光板２から前面側へ向けて照射される光と、裏面側へ向けて照射される光とに分かれる。なお、バックライト１４は、光源１及び導光板２を備えていれば、図示のものに特に限定しない。

液晶表示装置１００の裏面側に配置されている偏光選択反射板１２は、自身に入射する直線偏光の偏光方向が反射軸と平行であるときには、この光を反射し、偏光方向が透過軸と平行であるときにはこの光を透過させる。これにより、バックライト１４から無偏光の光が偏光選択反射板１２に入射すると、特定の偏光方向の光（一方直線偏光）は反射し、それとは異なる偏光方向の光（他方直線偏光）は透過する。すなわち、偏光選択反射板１２は、透過軸及び反射軸の設定により、異なる偏光方向の光を選択的に透過もしくは反射させる機能を有する。本実施の形態では、高分子膜を積層することで作成された既知の偏光選択反射板を用いたが、一方直線偏光を透過し、他方直線偏光を反射する偏光選択反射板であればよい。

また図２（ｂ）に、上記液晶表示装置１００を携帯電話等に採用した場合の構成の概略断面図を示す。ケース６１３の表面側には液晶表示パネル１３の画面表示領域を空けた表示窓６１５を、裏面側には表示窓６１５とほぼ同じ大きさの採光窓６１６を設けている。

上記液晶表示パネル１３は、第１偏光板４、第１透明基板５、スイッチング素子６０５、液晶層６、透明電極６０７、カラーフィルター６０８、第２透明基板７、及び第２偏光板８を備えている。一対の透明基板である第１透明基板５と第２透明基板７との間に液晶層６を挟んだ構成になっており、裏面側に第１透明基板５、表面側に第２透明基板７が設けられている。第１偏光板４は、第１透明基板５の裏面に設けられており、第２偏光板８は第２透明基板７の表面に設けられている。なお、第１透明基板５にはスイッチング素子６０５が設けられ、第２透明基板７にはカラーフィルター６０８及び透明電極６０７が設けられている。

液晶層６は、例えばＴＮ（Twist Nematic）液晶からなる。本実施の形態では、液晶層６は、自身に入射されて通過する直線偏光の光に対して電圧の無印加時に偏光方向を９０°回転させる制御を行い、電圧の印加時に偏光方向を回転させない制御を行う。液晶層６は、ＴＮ液晶に限定されず、通過する光の偏光状態を制御することができる液晶であればよい。

第１偏光板４及び第２偏光板８は、所定の向きに設定された透過軸を有し、透過軸方向の直線偏光の成分となる光のみを透過させる。バックライト１４から無偏光の光が第１偏光板４に入射すると、第１偏光板４はその透過軸に平行な直線偏光のみを透過する。また、上記液晶層６を透過した直線偏光が、第２偏光板８に入射すると、第２偏光板８はその透過軸に平行な直線偏光のみを透過する。

第１偏光板４及び第２偏光板８の材料としては、高分子樹脂フィルムにヨウ素、二色性染料等の吸収体を混入し延伸することで配向させたものが好ましいが、これに限定されず、特定の直線偏光を透過させることができるものであればよい。

カラーフィルター６０８は、第２透明基板７の裏面にＲＧＢの３色分がそれぞれ設けられている。

透明電極６０７は、第２透明基板７上でカラーフィルター６０８の液晶層６側の面に設けられている。透明電極材料としてはＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫からなる合金）が好適であるが、これに限定されず、他の透明性を有する導電性金属膜を用いてもよい。又、本実施例では金属からなる透明電極材料を用いた例を記載しているが、金属以外の樹脂、半導体等の透明性を有する導電性材料であればよい。

スイッチング素子６０５は、第１透明基板５の表面に設けられ、各画素を駆動するためにスイッチングするＴＦＴなどのアクティブ素子である。

ここで、例えばＴＦＴ素子を用いた場合のスイッチング素子６０５の構成について、図３及び図４を用いて説明する。

スイッチング素子６０５は、図３に示すように、ゲート電極（ゲート電極線）７０１、ゲート絶縁膜７０２、ｉ型アモルファスシリコン層７０３、ｎ＋型アモルファスシリコン層７０４、ソース電極（ソース電極線）７０５、画素電極７０６により形成されている。

また、図４に示すように、第１透明基板５上において、ゲート電極（ゲート電極線）７０１とソース電極（ソース電極線）７０５とが格子状に設けられている。さらに、隣り合うゲート電極（ゲート電極線）７０１の間には、該ゲート電極（ゲート電極線）７０１と平行して補助容量配線８０２が配置されている。

スイッチング素子６０５は、図３に示すように、第１透明基板５上に、ゲート電極７０１を有し、その上にゲート絶縁層７０２を有している。

ゲート電極７０１上には上記ゲート絶縁層７０２を介してｉ型アモルファスシリコン層７０３が形成されている。さらにその上にｎ＋型アモルファスシリコン層７０４を介してソース電極７０５及び画素電極７０６が形成されている。ソース電極７０５及び画素電極７０６の端部はｉ型アモルファスシリコン層７０３上に位置する。ソース電極７０５の他端部はゲート絶縁層７０２上に位置する。また、画素電極７０６の他端部はゲート絶縁層７０２上に位置する。

ここで、液晶表示装置１００において、偏光を制御する部材の軸構成（ここで、軸構成とは、透過軸、反射軸、及び液晶層の配向方向の構成とする）について図５を用いて説明する。上記部材として、偏光選択反射板１２、第１偏光板４、液晶層６及び第２偏光板８が挙げられる。図５の白抜き矢印は偏光板の透過軸を示している。また、参照符号６ａ及び６ｂは、それぞれ液晶層６の表面側の液晶分子層と裏面側の液晶分子層を示しており、実線の矢印は液晶分子の配向方向を示している。

液晶表示パネル１３は、図５に示すように、第１偏光板４及び第２偏光板８によって液晶層６を挟む構造となっており、液晶層６は厚さ方向に９０°捩れたＴＮ配向を有している。

また、第１偏光板４及び第２偏光板８の透過軸は、互いに直交するように設定されている。さらに、偏光選択反射板１２の透過軸は、第１偏光板４と同じ方向になるように設定されている。また、反射軸は、この透過軸と直交するように設定されている。

このような構造を用いることにより、偏光選択反射板１２の裏面から入射した周囲光が、第１偏光板４をほとんどロス無く通過できるため、強い周囲光下でも十分な視認性を得ることができる。

例えば、直射日光下（６００００ルクス）で、通常の透過型液晶表示装置はバックライトからの光の輝度が、液晶表示パネル表面反射に対して十分でないため、コントラストは１０以下に低下するのに対して、本実施の形態にかかる液晶表示装置１００は裏面からの光を利用することでコントラスト２０以上が確保でき、非常に美しい画像が表示できることが確認できた。さらに、液晶表示装置１００の最も裏面側に偏光選択反射板１２を配置しているため、裏面からは表示を確認することができず、十分にプライバシーを保護できる事が確認できた。

次に、上記液晶層６がＴＮ層である場合の表示方法について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１００の構成の概略及び画面表示の原理を示す断面図である。ここでは、第１偏光板４、第２偏光板８、及び偏光選択反射板１２の軸構成を、下記のように、紙面に対して平行方向（以下、ｘ方向（図５に示すｘ方向）とする）もしくは垂直方向（以下、ｙ方向（図５に示すｙ方向）とする）に設定した場合について説明する。

図１では、第１偏光板４の透過軸は、ｘ方向（第１の偏光状態）に設定され、第２偏光板８の透過軸は、ｙ方向（第２の偏光状態）に設定されている。また、偏光選択反射板１２の反射軸をｙ方向に設定し、透過軸をｘ方向に設定している。

液晶表示装置１００は、画面表示のために、バックライト１４から発せられる光及び裏面に照射される周囲光を利用することができる。

まず、液晶表示装置１００の裏面に照射される周囲光（無偏光の光）の動作について図１により説明する。なお、図１、図８、図９、図１２、及び図１３において、両方向矢印及び八方方向の矢印並びに○付の×印は、それぞれ光の偏光状態を示している。すなわち、両方向矢印はｘ方向の偏光状態を表わし、八方方向の矢印は無偏光の状態を表わし、○付の×印はｙ方向の偏光状態を表わしている。図１に示すように、液晶表示装置１００の裏面に照射される周囲光のうち、偏光選択反射板１２によりｙ方向の直線偏光は反射され、ｘ方向の直線偏光は透過する。偏光選択反射板１２を透過したｘ方向の直線偏光（第１の直線偏光）は、液晶表示パネル１３へ到達する。そして、第１偏光板４を偏光方向を変えずに透過し、液晶層６により偏光方向を９０°回転してｙ方向の直線偏光（第２の直線偏光）になる。さらに、この光は、第２偏光板８を偏光方向を変えずに透過し、観察者に到達する。

このように、液晶表示装置１００の裏面に照射される周囲光（無偏光の光）のうち、ｙ方向の直線偏光は偏光選択反射板１２で反射する。したがって、観察者が液晶表示装置１００の裏面側から観察すると鏡のように見える。このため、観察者は、液晶表示装置１００の裏面側から表示画面を確認することができなくなりプライバシーを保護することができる。

また、偏光選択反射板１２は、周囲光のうちｘ方向の直線偏光を透過する。そして、その光が液晶表示装置１００の画面表示に使用される。これにより、液晶表示装置１００の裏面に照射される周囲光を効率的に画面表示に利用することができる。すなわち、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示を可能にする液晶表示装置を実現することができる。

次に、バックライト１４から発せられた光の動作について説明する。この光は、上述したように、導光板２に形成された散乱加工面３で散乱され、上方向の光と下方向の光に分かれる。上方向の光は液晶表示パネル１３に到達し、下方向の光は偏光選択反射板１２に到達する。

上記の上方向の光（無偏光の光）は、第１偏光板４を通過しｘ方向の直線偏光になる。さらに液晶層６にて偏光方向を９０°回転しｙ方向の直線偏光となる。この光は、偏光方向を変えずに第２偏光板８を通過して観察者に到達する。

一方、上記の下方向の光（無偏光の光）のうち、偏光選択反射板１２でｙ方向の直線偏光成分は反射され、液晶表示パネル１３に到達する。また、ｘ方向の直線偏光成分は偏光選択反射板１２を透過し裏面側へ出射される。上記の液晶表示パネル１３に到達した、ｙ方向の直線偏光成分の反射光は、その偏光方向が第１偏光板４の透過軸方向と異なることから、第１偏光板４で吸収される。したがって、この下方向の光は画面表示に使用されない。

ここでは、偏光選択反射板１２の反射軸及び透過軸を、ｙ方向の直線偏光を反射して、ｘ方向の直線偏光を透過するように設定したが、これに限らず、偏光選択反射板１２の透過軸をｙ方向から０°から９０°のうち任意の角度に捻った配置とすることも可能である。これにより、バックライト１４から偏光選択反射板１２に反射した光と液晶表示装置１００の裏面へ入射する周囲光との利用程度を制御することができる。

また、ここでは特定の直線偏光を反射し、これに垂直な直線偏光を透過する偏光選択反射板１２を使用した場合について説明したが、これに限らず、特定の円偏光を反射し、これと逆回転の円偏光を透過する円偏光選択反射板を用いても同様の効果が得られる。このとき、円偏光選択反射板と導光板の間に位相差板を配置し、任意の位相差を選択する事で、上記した偏光選択反射板１２の透過軸方向を変化させるのと同等の効果が得られる。

〔実施の形態２〕
本発明にかかる他の実施形態について、図６〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施の形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。また、上記実施の形態１で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても組み合わせて適用し得るものとする。

図６は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１０１の概略構成を示す断面図である。

上記実施の形態１にかかる液晶表示装置１００では、バックライト１４において液晶表示パネル１３と反対側に偏光選択反射板１２を設けた構成であった。これに対して、本実施の形態にかかる液晶表示装置１０１は、バックライト１４の裏面側において、偏光選択反射板２１２に加えて偏光制御液晶パネル１５を設けることにより、バックライト１４から発せられた光をより有効に利用することができるものである。

すなわち、液晶表示装置１０１は、光源１及び導光板２からなるバックライト１４、液晶表示パネル（液晶表示媒体）１３、偏光制御液晶パネル（偏光制御液晶媒体）１５、及び偏光選択反射板（偏光選択反射手段）２１２を備えている。バックライト１４に対して表面側に液晶表示パネル１３が設けられ、裏面側に偏光選択反射板２１２が設けられている。また、バックライト１４と偏光選択反射板２１２との間に偏光制御液晶パネル１５が配置されている。

この構成において、偏光制御液晶パネル１５は、駆動電圧の印加の有無により、自身を通過する光の偏光方向を制御することができる。これにより、バックライト１４から下方向に照射される光を有効に画面表示に利用することができる。

上記偏光制御液晶パネル１５は、第１透明基板９、第１透明電極１００２、偏光制御用液晶層１０、第２透明電極１００４、第２透明基板１１、及び駆動回路１００６を備えている。第１透明基板９と第２透明基板１１との間に偏光制御用液晶層１０を挟んだ構成になっており、表面側に第１透明基板９、裏面側に第２透明基板１１が設けられている。

また、第１透明基板９及び第２透明基板１１は、それぞれ第１透明電極１００２及び第２透明電極１００４を介して偏光制御用液晶層１０と接触している。ここで第１透明電極１００２及び第２透明電極１００４は、少なくとも液晶表示パネル１３の画面表示領域を含むように一面に配置されており、偏光制御用液晶層１０は、駆動回路１００６によって全面同時に駆動される。

偏光制御用液晶層１０は、例えばＴＮ液晶からなる。本実施の形態では、偏光制御用液晶層１０は、自身に入射されて通過する直線偏光の光に対して電圧の無印加時に偏光方向を９０°回転させる制御を行い、電圧の印加時に偏光方向を回転させない制御を行う。液晶層10は、ＴＮ液晶に限定されず、通過する光の偏光状態を制御することができる液晶であればよい。

このような液晶としては、例えば、平行配向液晶が挙げられる。この場合、その位相差をλ／２となるように設定することにより、ＴＮ液晶の場合と同様に直線偏光を９０°捻ることができる。さらに電圧を印加することにより、液晶分子を基板に対して垂直に配向させると、位相差が消失し、通過する光の偏光軸は変化しない。このように、平行配向液晶を用いても、ＴＮ液晶と全く同様の動作を行うことが可能になる。

次に、液晶表示装置１０１において偏光方向を制御する部材の軸構成を図７に示す。図７において、偏光方向を制御するものとしては、液晶表示パネル１３と偏光制御用液晶層１０と偏光選択反射板２１２が挙げられる。液晶表示パネル１３の軸構成は上記実施の形態１と同一である。したがって、ここでは、偏光制御用液晶層１０及び偏光選択反射板２１２の軸構成に関して説明する。

ここで、１０ａ及び１０ｂはそれぞれ偏光制御用液晶層１０の表面側の液晶分子層と裏面側の液晶分子層を示している。図７に示すように、偏光制御用液晶層１０は厚さ方向に９０°捩れたＴＮ配向を有している。

さらに、偏光選択反射板２１２の透過軸は、第１偏光板４の透過軸に直交するように設定されている。そして、反射軸はこの透過軸と直交するように設定されている。ここで、液晶表示装置１０１の偏光選択反射板２１２としては、住友３Ｍ社製のＤ−ＢＥＦフィルムを用いた。しかし、偏光選択反射板２１２として、これに限定されず、Ａｌ薄膜を１／４波長以下でスリット状に形成するワイヤーグリッド偏光板なども使用可能である。また、偏光選択反射板２１２の軸構成は、これに限定されず、透過軸を第１偏光板４の透過軸に対して平行に設定することも可能である。

上述のように軸構成を設定すると、偏光制御用液晶層１０に電圧を印加しない状態では、偏光選択反射板２１２を透過した周囲光の直線偏光は、偏光制御用液晶層１０によって９０°捻られ、第１偏光板４の透過軸と同じになる。そして、ほとんどロス無く第１偏光板４を通過することができるため、強い周囲光下でも十分な視認性を得ることができる。

例えば、直射日光下（６００００ルクス）で、通常の透過型液晶表示装置は、バックライトからの光の輝度がパネル表面反射に対して十分でないため、コントラストが１０以下に低下してしまう。これに対して、液晶表示装置１０１は、裏面からの周囲光を利用することにより、コントラストを２０以上に確保することができる。したがって、周囲光が十分強い環境下でも非常に美しい画像が表示することができる液晶表示装置を提供することができる。

ただし、この場合、後述するバックライト１４から下方向に出射した光は有効に使うことができないため、室内など周囲光が比較的弱い環境では、通常の透過型液晶表示装置より暗くなる。

そこで、偏光制御用液晶層１０に十分に大きな電圧を印加すると、偏光制御用液晶層１０の液晶分子は基板に対し垂直に配向する。これにより偏光制御用液晶層１０を通過する光の偏光状態は変化しなくなる。

このような状態では、偏光選択反射板２１２を反射した導光板２からの光は、偏光状態を変化することなく偏光制御用液晶層１０を透過し第１偏光板４に到達するため、導光板２からの光を最も効率よく利用することが可能となる。また、このときの画面表示が通常の透過型液晶表示装置と全く同等の明るさである事を確認することができた。

ここでは、偏光制御液晶パネル１５に対して十分に大きな電圧を印加した場合と、電圧を印加しない場合とを記載したが、その中間の電圧を印加することで、周囲光を利用する状態と導光板裏面出射光を利用する状態を連続的に切り換えることも可能である。

また、液晶表示装置１０１の最も裏面側に偏光選択反射板２１２を配置しているため、裏面からは表示を確認することができず、十分にプライバシーを保護することができる。

次に、上記液晶層６及び偏光制御用液晶層１０がＴＮ層である場合の表示方法について、図８及び図９を用いて詳細に説明する。ここで偏光選択反射板２１２は、ｘ方向の直線偏光は反射し、ｙ方向の偏光は透過するように軸構成を設定している。

はじめに、図８を用いて、室内など比較的周囲光が強くない環境で、光源１から発せられる光を最も有効に利用する場合を説明する。

上述したように、光源１より出射した光は、導光板２に形成された散乱加工面３で散乱し、上方向に出射した光（無偏光）と下方向に出射した光（無偏光）とに分かれる。

上方向に出射した光は、液晶表示パネル１３に到達し、第１偏光板４を通過する時、ｘ方向の偏光だけが選択的に透過し、液晶層６にて９０°捻られ、ｙ方向の偏光となり、第２偏光板８を通過して観察者に到達する。

一方、下方向に出射した光は、偏光制御液晶パネル１５を通過し、偏光反射板２１２に到達する。そして、偏光選択反射板２１２でｘ方向の直線偏光のみが反射される。偏光制御液晶パネル１５に電圧を印加して偏光制御用液晶層１０を垂直配向状態にすると、反射されたｘ方向の直線偏光は、偏光方向を変えずに偏光制御液晶パネル１５を透過し液晶表示パネル１３に到達する。そして、この光は第１偏光板４をロス無く透過し、液晶層６及び第２偏光板８を経て観察者に到達する。このように、偏光制御液晶パネル１５に電圧を印加することにより、下方向に出射した光を有効に画面表示に利用することができる。

次に、図９を用いて、周囲光が強い環境で、裏面からの周囲光を有効に利用する方法を説明する。この環境下では、偏光制御液晶パネル１５に電圧を印加しないことにより、裏面からの周囲光を有効に画面表示に利用することができる。

光源１より出射した光は導光板２に入射し、導光板２に形成された散乱加工面３で散乱し、上下方向に出射される。上方向に出射した光は、画像表示用の第一の液晶表示パネル１３に到達し、第１偏光板４を通過する時、ｘ方向の直線偏光だけが選択的に透過し、液晶層６にて９０°捻られｙ方向の直線偏光となり、第２偏光板８を通過して観察者に到達する。

下方向に出射した光は、偏光制御液晶パネル１５を通過し、偏光選択反射板２１２に到達する。偏光制御液晶パネル１５に電圧を印加しない状態にすると、偏光制御用液晶層１０はＴＮ液晶になる。これにより、偏光選択反射板２１２で反射したｘ方向の直線偏光は、偏光制御用液晶層１０を通過すると９０°捻られｙ方向の直線偏光になり、第１偏光板４にて吸収される。したがって、この下方向に出射した光は、画面表示に利用されない。

一方、偏光選択反射板２１２の裏面側から入射した周囲光は、偏光選択反射板２１２を通過する時、ｙ方向の直線偏光になる。さらに、偏光制御液晶パネル１５を通過すると９０°捻られ、ｘ方向の直線偏光となる。そして、この光は、液晶表示パネル１３の第１偏光板４をロス無く透過し、液晶層６及び第２偏光板８を経て観察者に到達する。このように、偏光制御液晶パネル１５に電圧を印加しない状態にすることにより、周囲光が強い環境下でも画面表示が良好な液晶表示装置１０１を実現することができる。

以上のことから、電圧の印加、無印加により光の偏光方向を制御する偏光制御液晶パネル１５を設けることにより、周囲光が比較的強くない環境下でも、光源１からの光を画面表示に有効に利用できる液晶表示装置を実現することができる。

また、偏光選択反射板２１２の軸構成を、ｘ方向の直線偏光は反射しｙ方向の偏光は透過するように設定していたが、これに限定されず、ｙ方向の直線偏光は反射し、ｘ方向の偏光は透過するように設定してもよい。

この場合、周囲光が強い環境下で偏光制御用液晶層１０の駆動電圧を印加し、周囲光が比較的強くない環境下でこの駆動電圧を印加しないことにより、上記の光源１からの光を有効に利用できる液晶表示装置を実現することができる。

〔実施の形態３〕
本発明にかかるさらに他の実施形態について、図１０〜図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１及び実施の形態２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。また、前記実施の形態１及び実施の形態２で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても組み合わせて適用し得るものとする。

実施の形態１ないし２では、偏光選択反射板として、直線偏光を透過もしくは反射させるものを用いたが、他の偏光選択反射板を用いても同じことが言える。本実施の形態では、偏光選択反射板として、円偏光を透過もしくは反射させるものを用いた場合を説明する。

図１０に、液晶表示装置１０２の断面構成を示す。液晶表示装置１０２は、液晶表示パネル１３、光源１、導光板２、偏光制御液晶パネル３１５、位相差板１６、及び偏光選択反射板３１２を備えている。光源１及び導光板２でバックライト１４を形成している。バックライト１４に対して最も裏面側に偏光選択反射板３１２が設けられている。偏光選択反射板３１２からバックライト１４に向かって順に位相差板１６及び偏光制御液晶パネル３１５が設けられている。

上記偏光制御液晶パネル３１５は、第１透明基板３９、第１透明電極３００２、偏光制御用液晶層３１０、第２透明電極３００４、第２透明基板３１１、及び駆動回路３００６を備えている。第１透明基板３９と第２透明基板３１１との間に偏光制御用液晶層３１０を挟んだ構成になっており、表面側に第１透明基板３９、裏面側に第２透明基板３１１が設けられている。

また、第１透明基板３９及び第２透明基板３１１は、それぞれ第１透明電極３００２及び第２透明電極３００４を介して偏光制御用液晶層３１０と接触している。ここで第１透明電極３００２及び第２透明電極３００４は、少なくとも液晶表示パネル１３の画面表示領域を含むように一面に配置されており、偏光制御用液晶層３１０は、駆動回路３００６によって全面同時に駆動される。

上記偏光制御用液晶層３１０は、リタデーションが約λ／２（△ｎ・ｄ＝２２０ｎｍ：ここで△ｎは液晶の複屈折、ｄは液晶のセル厚）の平行配向のネマティック液晶層である。

上記位相差板１６は、裏面側から入射する円偏光の光を直線偏光にする。

また、偏光選択反射板３１２は、入射する右円偏光の光を反射させ左円偏光の光を透過させるものである。液晶表示装置１０３では、偏光選択反射板３１２として日東電工製ＰＣＦフィルムを用いたが、これに限らず、コレステリック液晶を高分子に分散させた、コレステリック液晶ポリマーなども使用可能である。また、左円偏光の光を反射させ右円偏光の光を透過させた偏光選択反射板でもよい。

次に、液晶表示装置１０２において偏光方向を制御する部材の軸構成を図１１に示す。偏光方向を制御するものとして、液晶表示パネル１３と偏光制御用液晶層３１０と位相差板１６と偏光選択反射板３１２が挙げられる。液晶表示パネル１３の軸構成は上記実施の形態１及び実施の形態２と同一である。ここでは、偏光制御用液晶層３１０及び位相差板１６並びに偏光選択反射板３１２の軸構成に関して説明する。

ここで、３１０ａ及び３１０ｂはそれぞれ偏光制御用液晶層３１０の表面側の液晶分子層と裏面側の液晶分子層を示している。図１１に示すように、偏光制御用液晶層３１０は厚さ方向に捩れのない平行配向を有しており、その配向方向は第１偏光板４の透過軸に対して４５°右捩れの方向となるよう設定されている。

さらに、位相差板１６の遅相軸は、偏光制御用液晶層３１０の配向方向と９０°捩れた方向とし、そのリタデーションはλ／４となるように設定した。

偏光選択反射板３１２の透過回転方向は左回りであるものを配置した。

上述のような構造を用いると、偏光制御用液晶層３１０に電圧を印加しない状態では、偏光選択反射板３１２の裏面側から入射した左回りの直線偏光が、位相差板１６によって、第１偏光板４の透過軸に垂直な方向の直線偏光となり、更に偏光制御用液晶層３１０によって、第１偏光板４の透過軸に平行な方向の直線偏光となる。従って、第１偏光板４をほとんどロス無く通過できるため、強い周囲光下でも十分な視認性を得ることができた。

例えば、直射日光下（６００００ルクス）で、通常の透過型液晶表示装置はバックライトの輝度が、パネル表面反射に対して十分でないため、コントラストは１０以下に低下するのに対して、液晶表示装置１０３は裏面からの光を利用することでコントラスト５０以上が確保でき、非常に美しい画像が表示できることが確認できた。ただし、この場合導光板２から下方向に出射した光は有効に使うことができないため、室内など周囲光が比較的弱い環境では、通常の透過型液晶表示装置より暗くなる。

そこで偏光制御用液晶層３１０に十分に大きな電圧を印加すると、偏光制御用液晶層３１０の液晶分子が立ち上がり、自身を通過する光の偏光状態は変化しなくなる。このような状態では導光板２より下向きに出射した光のうち、右回りの円偏光が偏光選択反射板３１２で反射し、位相差板１６を通過することで、第１偏光板４の透過軸と平行な直線偏光となる。ここで、偏光制御用液晶層３１０には十分な電圧を印加され、垂直配向をしているため、偏光状態を変化させないので、導光板からの光を最も効率よく利用することが可能となる。このような状態では通常の透過型液晶表示装置と全く同等の明るさである事が確認できた。

ここでは、偏光制御用液晶層３１０に対して十分に大きな電圧を印加した場合と、電圧を印加しない場合を記載したが、その中間の電圧を印加することで、周囲光を利用する状態と導光板２から下向きに出射された光を利用する状態とを連続的に切り換えることも可能である。

また、偏光制御用液晶層３１０の最も裏面側に偏光選択反射板３１２を配置しているため、裏面側からは表示を確認することができず、十分にプライバシーを保護することができる。

次に、液晶表示装置１０３の表示方法について、図１２及び図１３を用いて詳細に説明する。ここで、偏光選択反射板３１２は、右円偏光の光を反射させ左円偏光の光を透過させるように設定されている。

はじめに、図１２を用いて、室内など周囲光の強くない環境で、バックライト１４からの光を最も有効に利用する場合を説明する。

上述のように、バックライト１４から上方向に出射した光は、偏光板４を通過する時、ｘ方向の直線偏光だけが選択的に透過し、液晶層６にて９０°捻られｙ方向の直線偏光となり、偏光板８を通過して観察者に到達する。

一方、下方向に出射した光は、偏光制御用液晶層３１０、位相差板１６を経て、偏光反射板１２に到達する。下方向に出射した光は偏光選択反射板３１２に到達したときは、まだランダム偏光のままである。しかしながら、偏光選択反射板３１２によって、右円偏光は反射し左円偏光は透過する。反射された右円偏光は位相差板１６を通過するとき偏光状態が変化し、位相差板１６をλ／４条件に設定すると、位相差板１６の遅相軸に対して右４５°方向の直線偏光となる。ここでは簡単のためｘ方向の直線偏光となることとする。

さらに、偏光制御用液晶層３１０に電圧を印加して垂直配向状態にすると、このｘ方向の直線偏光は、偏光状態を変えずに液晶表示パネル１３に到達する。そして、この光は、第１偏光板４をロス無く透過し、液晶層６及び第２偏光板８を経て観察者に到達する。

次に、周囲光が強い環境で、液晶表示装置１０３の裏面側からの入射光を有効に利用する方法を、図１３を用いて説明する。

光源１から発せられた光のうち、導光板２の散乱加工面３により上方向に出射した光は、図１２と同様に液晶表示パネル１３を経て観察者に到達する。

一方、下方向に出射した光は、偏光制御用液晶層３１０及び位相差板１６を通過し、偏光選択反射板３１２に到達する。偏光選択反射板３１２で反射した右円偏光の光は、位相差板１６によりｘ方向の直線偏光になる。

さらに、偏光制御用液晶層３１０に電圧を印加せずに平行配向状態にする。ここで偏光制御用液晶層３１０は平行配向状態で位相差板１６の遅相軸と垂直な方向に遅相軸を有しており、その位相差はλ／２であるように設定されている。このような構成により、ｘ方向の直線偏光は偏光制御用液晶層３１０を通過することで９０°捩れ、ｙ方向の直線偏光となる。従って、上記のｘ方向の直線偏光は、第１偏光板４に到達すると吸収されるため、有効に利用することはできない。

しかしながら、裏面から入射した周囲光は、偏光選択反射板３１２を透過するとき、左円偏光となり、更に位相差板１６、偏光制御用液晶層３１０を通過するとｘ方向の直線偏光となり、更に液晶表示パネル１３に到達し、ロス無く利用することが可能となる。

このように液晶表示パネル１３には第１偏光板４が配置されており、この場合はｘ方向の直線偏光だけを利用するため、裏面側に配置した偏光反射板１２が、左円偏光だけを透過してもロスは発生せず、全く有効に光を利用することが可能となる。

この時、図１２，５おいて、偏光制御用液晶層３１０の平行配向液晶に代わって、ＴＮ液晶を配置しても平行配向液晶と同様に偏光軸を９０°捻ることが可能となる。更に偏光制御用液晶層３１０に電圧を印加する事によって、液晶分子を垂直配向させると、通過する光の偏光方向は変化しない。この様にＴＮ液晶を用いても、平行配向液晶と全く同等の動作を行うことが可能となる。

〔実施の形態４〕
本発明にかかるさらに他の実施形態について、図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。また、前記実施の形態で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても組み合わせて適用し得るものとする。

図１４は、本実施の形態における液晶表示装置１０４の構成を示す断面図である。同図に示すように、液晶表示装置１０４は、前面側から背面側に向かって、液晶表示パネル（液晶表示媒体）１３、バックライト１４、図示しない前記の偏光選択反射板（偏光選択反射手段）１２、およびプリズムアレイ（光屈折手段）１７を備えている。プリズムアレイ１７は、液晶表示装置１０４の最背面側の位置に設けられている。

液晶表示装置１０４は、図２(ｂ)に示したケース（筐体）６１３にて外面が覆われている。このケース６１３における背面側の採光窓６１６は、液晶表示パネル１３の全背面からの採光が可能な大きさに形成されている。前記プリズムアレイ１７は例えばケース６１３の採光窓６１６に嵌め込まれていてもよい。

液晶表示装置１０４は、プリズムアレイ１７が設けられている構成およびこれによる作用以外は、実施の形態１において示した液晶表示装置１００と同一の構成および作用を有するである。

ここで、液晶表示装置１０４を屋外のような周囲が明るい環境にて使用する場合、液晶表示装置１０４の背面の採光窓６１６から採光すると液晶表示装置１０４の輝度が向上し、視認性が向上する。しかしながら、液晶表示パネル１３は、表示面が上を向くように傾けた状態にて使用されるのが通常である。したがって、この場合には、採光方位が背面下方となってしまい（液晶表示装置１０４の背面に対して垂直な入射方向が斜め上向きとなってしまい）、大きな採光効果が得られない。そこで、液晶表示装置１０４では、より光量の多い液晶表示装置１０４の背面上方から採光するために、上記のようにプリズムアレイ１７を設けている。即ち、プリズムアレイ１７は、液晶表示装置１０４の背面に対して斜め上方から入射した光を液晶表示装置１０４の前面方向に屈折させる機能を有する。

上記のプリズムアレイ１７は、例えば光屈折フィルムからなり、複数のプリズム１７ａが並設された構造を有する透明基材である。各プリズム１７ａは、液晶表示パネル１３の表示面に対して傾いた傾斜面１７ａ１を有し、この面の境界前後で屈折率が異なる。

本実施の形態において、プリズムアレイ１７は、屈折率が１．５７の透明基材にて形成され、各プリズム１７ａは、空気界面に対して２２度傾斜した傾斜面１７ａ１を有する。このプリズムアレイ１７は、プリズム１７ａの形成面である凹凸面が液晶表示パネル１３側を向き、かつ傾斜面１７ａ１が液晶表示装置１０４の上方を向く状態にて配置されている。

上記の構成において、液晶表示装置１０４の背面の斜め上方から液晶表示装置１０４の背面に入射した光は、直進するのではなく、観察者が液晶表示装置１０４を観視する方向（液晶表示装置１０４の前面方向）にプリズムアレイ１７によって屈折される。

実際に様々な環境にて照度を測定した結果を表１に示す。測定環境は屋外（直射日光下）、屋外（日陰）、室内、室内（廊下）、室内（窓際）であり、それぞれの環境下において測定器を上方、横方向、下方に向けてそれぞれ測定した。その結果、各所の照度はいずれの場所であっても、測定器を上方に向けて測定した場合の方が下方に向けて測定した場合よりも３〜６倍の照度があった。この結果から、下方からよりも上方から採光した場合の方が大きな採光効果が得られることが容易に理解できる。

また、プリズムアレイ１７を配置した構成（液晶表示装置１０４）とそうでない構成（液晶表示装置１０４からプリズムアレイ１７を除いた構成）とにおいて、表示装置の正面輝度を測定したところ、特に屋外や窓際において採光効果の差が顕著に現れ、プリズムアレイ１７を配置した場合の方が輝度が高く視認性の高い表示が得られた。

本実施の形態においては、光屈折手段として傾斜角２２度、屈折率１．５７のプリズムアレイを用いた。しかしながら、本質的には表示装置背面の光量が大きい方位からの光を観察者の方位へ屈折する作用を有する部材であれば問題無く本発明に適用でき、基材の材質や形状は適宜選択される。例えば３Ｍ社製のＢＥＦと呼ばれる、図１４に示したものとは異なる形状のプリズムアレイや透過ホログラムディフューザーなども使用できる。

本発明にかかる液晶表示装置は、一対をなす第１および第２の偏光板の間に液晶層が設けられている液晶表示媒体と、上記液晶表示媒体に対向して第１の偏光板側の位置に設けられ、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の偏光状態を有する成分の光を透過する一方、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する成分の光を反射する偏光選択反射手段とを備えるとしてもよい。

上記の構成によれば、例えば、液晶表示媒体における第１の偏光板は第１の偏光状態を有する成分の光を透過させ、第２の偏光板は第２の偏光状態を有する成分の光を透過させる。

偏光選択反射手段に対して液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）のうち、第１の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段を透過する一方、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射される。

偏光選択反射手段を透過した第１の偏光状態を有する成分の光は、液晶表示媒体の第１の偏光板を透過して液晶層に入射し、この液晶層を経て第２の偏光状態を有する成分の光となり、第２の偏光板を透過して観察者に到達する。これにより、液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光（周囲光）を有効に利用することができ、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示が可能となる。

また、上記のように、周囲光のうち、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射されるので、液晶表示装置の裏面側からは表示画面を見ることができなくなる。したがって、使用者のプライバシーを保護することができる。

本発明の液晶表示装置は、一対をなす第１および第２の偏光板の間に液晶層が設けられている液晶表示媒体と、上記液晶表示媒体に対向して第１の偏光板側の位置に設けられ、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の偏光状態を有する成分の光を透過する一方、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する成分の光を反射する偏光選択反射手段と、上記偏光選択反射手段と上記液晶表示媒体との間に設けられ、光源からの光を液晶表示媒体に照射する光照射手段と、上記偏光選択反射手段と上記光照射手段との間に設けられ、偏光選択反射手段から液晶表示媒体へ向かう光の偏光状態を制御する偏光制御手段とを備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、例えば、液晶表示媒体における第１の偏光板は第１の偏光状態を有する成分の光を透過させ、第２の偏光板は第２の偏光状態を有する成分の光を透過させる。

したがって、光照射手段から液晶表示媒体側へ出射する光源からの光うち、第１の偏光状態の成分を有する光は第１の偏光板を透過し、液晶層に入射する。このとき、第１の偏光板を通過した第１の偏光状態を有する成分の光が第２の偏光状態を有する光の成分となるように、液晶層を動作させれば、その光は観察者に到達する。

一方、光照射手段から偏光選択反射手段側へ出射した光のうち、第２の偏光状態の成分を有する光は、偏光選択反射手段にて反射され、液晶表示媒体へ向かう。この場合、偏光制御手段は、液晶表示媒体へ向かう光の偏光状態を制御する。このとき、偏光制御手段は、例えば液晶層における液晶分子の配向状態により、偏光選択反射手段にて反射された第２の偏光状態を有する成分の光を第１の偏光状態を有する成分の光に変化させる。これにより、偏光制御手段を経た光は、液晶表示媒体の第１の偏光板を透過し、第２の偏光板を経て観察者に到達する。したがって、光照射手段から出射した光を有効に利用することができる。これにより、周囲光が弱い環境下においても明るい画面表示を得ることができる。

さらに、偏光選択反射手段の液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射した光（周囲光）のうち、第１の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段を透過し、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射される。

このとき、偏光制御手段は例えば液晶層における液晶分子の配向状態により第１の偏光状態を有する成分の光の偏光状態を変えないようにすれば、偏光選択反射手段を透過した光は、偏光制御手段を第１の偏光状態で透過し、さらに液晶表示媒体の第１の偏光板を透過し、第２の偏光板を経て観察者に到達する。

すなわち、偏光選択反射手段の液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光が強い環境下でも、上記偏光制御液晶媒体による偏光制御により良好な画面表示を行う液晶表示装置を実現することができる。

また、上記のように、周囲光のうち、第２の偏光状態を有する成分の光は偏光選択反射手段にて反射されるので、液晶表示装置の裏面側からは表示画面を見ることができなくなる。したがって、使用者のプライバシーを保護することができる。

この結果、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示を可能にしながら、周囲光が弱い環境下においても明るい画面表示を得ることができるとともに、周囲光が弱い環境下においても明るい画面表示を得ることができる。

上記の液晶表示装置において、上記偏光制御手段は、液晶層における液晶分子の配向状態により光の偏光状態を制御する偏光制御液晶媒体である構成としてもよい。

上記の構成によれば、上記偏光制御手段として偏光制御液晶媒体を用いることにより、上記の光照射手段から偏光選択反射手段側へ出射した光を有効に画面表示に利用することができる。

上記の液晶表示装置において、上記偏光制御液晶媒体の液晶層はツイストネマティック液晶層である構成としてもよい。

上記の構成によれば、ツイストネマティック液晶層である偏光制御液晶媒体は、この液晶層における液晶分子の配向状態により、直線偏光の向きを変えることができる。これにより、周囲光を有効に利用することができると共に裏面側から表示画面を見ることができない液晶表示装置を実現することができる。

上記の液晶表示装置において、上記偏光制御液晶媒体の液晶層は平行配向のネマティック液晶層である構成としてもよい。

上記の構成によれば、平行配向のネマティック液晶層である偏光制御液晶媒体を、上記直線偏光の方向が９０°捻れるように設定することにより、上記ネマティック液晶層のときと同様に、直線偏光の方向を制御することが可能になる。

尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

本発明は、周囲光が強い環境下でも良好な画面表示が求められる例えばアクティブマトリクス型の透過型液晶表示装置において好適に利用できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の表示方法を説明する動作図である。 図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図、図２（ｂ）は、上記液晶表示装置をケースで保護・固定したときの構成を示す概略断面図である。 図２の液晶表示装置のスイッチング素子の拡大断面図である。 図２の液晶表示装置の平面図である。 図２の液晶表示装置における各軸の設定を説明する軸設計図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図６の液晶表示装置における各軸の設定を説明する軸設計図である。 周囲光が強くない環境下での本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の表示方法を説明する動作図である。 周囲光が強い環境下での本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の表示方法を説明する動作図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１０の液晶表示装置における各軸の設定を説明する軸設計図である。 周囲光が強くない環境下での本発明の第３の実施の形態にかかる液晶表示装置の表示方法を説明する動作図である。 周囲光が強い環境下での本発明の第３の実施の形態にかかる液晶表示装置の表示方法を説明する動作図である。 本発明の第４の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。

Claims (3)

1. 一対をなす第１および第２の偏光板の間に液晶層が設けられている液晶表示媒体と、
   上記液晶表示媒体に対向して第１の偏光板側の位置に設けられ、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の偏光状態を有する成分の光を透過する一方、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する成分の光を反射する偏光選択反射手段と、
   上記偏光選択反射手段と上記液晶表示媒体との間に設けられ、光源からの光を液晶表示媒体に照射する光照射手段とを備え、
   上記第１の偏光板と上記偏光選択反射手段との透過軸の方向が同一であり、
   外面を覆う筐体を有し、この筐体における上記液晶表示媒体側の面に表示窓が形成され、上記偏光選択反射手段側の面に採光窓が形成され、
   上記偏光選択反射手段は、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の直線偏光を透過する一方、第１の直線偏光に垂直な第２の直線偏光を反射することを特徴とする液晶表示装置。
2. 一対をなす第１および第２の偏光板の間に液晶層が設けられている液晶表示媒体と、
   上記液晶表示媒体に対向して第１の偏光板側の位置に設けられ、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の偏光状態を有する成分の光を透過する一方、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する成分の光を反射する偏光選択反射手段と、
   上記偏光選択反射手段と上記液晶表示媒体との間に設けられ、光源からの光を液晶表示媒体に照射する光照射手段とを備え、
   上記第１の偏光板と上記偏光選択反射手段との透過軸の方向が同一であり、
   外面を覆う筐体を有し、この筐体における上記液晶表示媒体側の面に表示窓が形成され、上記偏光選択反射手段側の面に採光窓が形成され、
   上記偏光選択反射手段は、上記液晶表示媒体側の面とは反対側の面から入射する光のうち、第１の円偏光を透過し、第１の円偏光とは回転方向が逆の第２の円偏光を反射するものであり、
   上記偏光選択反射手段が透過した第１の円偏光を直線偏光に変える位相差板をさらに備えていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記液晶表示媒体における背面の垂直方向に対して傾斜する入射光を液晶表示媒体の前面方向に屈折させる光屈折手段を前記筐体における採光窓に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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