JP2007304181A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表裏に備えられる画面に別々の画像を表示する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、表裏両面から画像を視認可能である液晶表示装置であって、液晶層と、液晶層の一方の面に設置され、入射する光を透過し、液晶層を駆動する共通透過電極と、他方の面に設置され、液晶層に共通透過電極側から入射する光を反射し、共通透過電極との間に存在する液晶層を駆動する複数の反射電極と、他方の面に複数の反射電極と交互に対応して設置され、入射する光を透過し、共通透過電極との間に存在する液晶層を駆動する複数の透過電極とを有し、反射電極と透過電極とは絶縁され、それぞれ独立に共通透過電極との間に存在する液晶層を駆動することを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、表裏両面から視認できる液晶表示装置に関し、特に、液晶表示装置内に設けられる透過電極及び反射電極をそれぞれ独立に制御する液晶表示装置に関する。また本発明は、さらに反射型偏光子を有する液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、軽量で消費電力の少ない表示装置として急速に発展してきた。特に、折りたたみ型の携帯電話には表裏の両面に搭載され、折りたたみの状態に関わらず、少なくとも一方の液晶表示装置がユーザーにとって視認可能に設置されている。

しかしながら、携帯電話において２つの液晶表示装置を設置することは、軽量化や薄型化の妨げになる。また、２つの液晶表示装置を設置することは、１つの液晶表示装置の設置に比べてコストも増大する。そこで、１つの液晶表示装置を携帯電話の表裏両面から視認可能とする技術が、特許文献１などにおいて開示されている。

ここで、液晶表示装置の表裏両面から視認可能とする従来技術について説明する。

図１は、表裏両面から視認可能な従来の液晶表示装置における平面図と断面図である。図１aは、表裏両面から視認可能な従来の液晶表示装置における、三原色を表示する画素で構成されるセルの断面図である。また、図１bは従来の液晶表示装置におけるマトリクス状に配置される画素及びセルの平面図である。図１の液晶表示装置は、面A及び面Bの両面から視認することが可能である。また、図１の液晶表示装置は、液晶層100の面A側に共通透過電極101aを備え、液晶層100の面B側に透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）とを交互に有している。ここで-r,-g,-bは、それぞれ、赤、緑、青の三原色を表示するための画素に属することを示している。そして、透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）は対となって一つの画素210の構成部分となり、制御部200によって同時に駆動され、液晶層100の状態を変化させる。赤、緑、青を表示するための画素は、セル220を構成する。

そして、面A側には、光源110において発生した光を表示面全体に導き、液晶層100側に反射させる面照明装置であるフロントライト108が備えられる。フロントライト108からの光は、偏光板106aを通過し、直線偏光となる。直線偏光となった光の位相は、位相差板105aにおいて遅延され、液晶層100を保持するためのガラス板104aに入射する。

ガラス板104aからの光は、カラーフィルタ109（-r,-g,-b）を通過し、赤緑青の色をしめす周波数にそれぞれ制限される。カラーフィルタ109（-r,-g,-b）通過した光は、共通透過電極101aをさらに通過し、液晶層100に入射する。液晶層100に入射した光の一部は、反射電極102（-r,-g,-b）によって反射される。また、反射電極102-r、102-g、102-bによって反射されなかった光は、透過電極101b（-r,-g,-b）を通過する。透過電極101b（-r,-g,-b）を通過した光は、液晶層100を保持するためのガラス板104bをさらに通過し、その位相は位相差板105bによって遅延される。そして、偏光板106bによって偏光成分が制限され、面Bに出力される。

ここで、表裏両面から視認可能な従来の液晶表示装置において、どのように光の出力の調整を行うかを詳細に説明する。

図２は、図１における液晶表示装置のセル内の一画素における、液晶層に電圧が印加されない場合の光の制御を示す図である。ここでは、画素の構成要素は分解された形で表示され、簡単のためカラーフィルタは省略されている。図２では、液晶層100に電圧が印加されず、AB両面において一つの画素が点灯する場合を示している。また、光源110において発生した光は、経路P31及びP32を通るものとする。

まず、経路P31について説明する。光源110において発生し、フロントライト108から出力される光は、図２の左側の偏光方向R31-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aを通過する際に一定の方向に偏光される。偏光板106aは吸収軸A31を有しており、偏光板106aを通過した光は、吸収軸A31に直交する偏光方向R31-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R31-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光の波長をλとするとλ／４の位相差板であり、直線偏光を円偏光へと変換する。したがって、位相差板105aを通過する光は円偏光状態となっている。そして、位相差板105aを通過した光は経路P31に沿って、ガラス板104a及び共通透過電極101aを透過する。

そして、電圧の印加されていない液晶層100を通過した際に、偏光状態が再び変化する。電圧の印加されていない液晶層100は、ここではλ／４の位相差板と同じ機能を有し、λ／４の位相差を通過する光に与える。その結果、経路P31を通る光は、これまでの合計でλ／２の位相差を有するようになる。ここで液晶層100に用いられる液晶は、ECB（Electrically Controlled Birefringence）型の液晶であり、電圧を印加していない場合は配向し位相差を持ち、電圧を印加した場合は配向が解除され位相差のない構造をとる。

その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。このとき再びλ／４の位相差を受け、経路P31を通る光は、これまでの合計で３λ／４の位相差を有するようになる。そして、透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P31を通る光は、これまでの合計でλの位相差を有するようになる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光に戻っており、その状態を表しているのが偏光方向R31-3である。この状態の光は、吸収軸A31を有する偏光板106aに吸収されずに通過し、フロントライト108も通過し、面A側から視認可能となる。逆に、反射電極102側を面Bから見ると、光の透過がないため、画素の点灯のない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P32に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、図２の右側の偏光方向R32-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aは吸収軸A31を有しており、偏光板106aを通過した光は、偏光方向R32-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R32-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P32上の液晶層100は、経路P31に比べて２倍の厚みを有し、与える位相差も２倍となる。ここでは液晶層100は、λ／２の位相差板と同じ機能を有し、通過する光にλ／２の位相差を与える。経路P32を通る光は、これまでの合計で３λ／４の位相差を有するようになる。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P32を通る光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。このとき、経路P32を通る光の位相差は、これまでの合計で３λ／２となる。３λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向R32-3を有し、吸収軸A32を有する偏光板106bに吸収されず通過する。したがって、面B側から視認可能となる。逆に、面A側から見れば、画素の点灯のない状態となる。

図２では、液晶層100に電圧が印加されない場合について説明したが、以降、液晶層100に電圧が印加される場合について説明する。

図３は、図１における液晶表示装置のセル内の一画素における、液晶層に電圧が印加される場合の光の制御を示す図である。ここでは、液晶表示装置の構成要素は分解された形で表示されている。また図３では、液晶層100に電圧が印加され、AB両面において画素が点灯しない場合を示している。また、光源110において発生した光は、経路P41及びP42を通るものとする。

まず、反射電極102側の経路P41について説明する。光源110において発生し、面照明装置であるフロントライト108から出力される光は、図３の左側の偏光方向R41-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。しかし、吸収軸A41を有する偏光板106aを通過する際に、吸収軸A41に直交する偏光方向R41-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R41-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光にλ／４の位相差を与え、円偏光状態にする。その後、位相差板105aを通過した光は、経路P41に沿ってガラス板104a及び共通透過電極101aを通過する。

そして、電圧の印加されている液晶層100を通過した際には、偏光状態は変化しない。その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。そして、共通透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P41を通る光の位相差は、これまでの合計でλ／２となる。λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光に直交する偏光方向R41-3を有しており、吸収軸A41を有する偏光板106aを通過しない。このため、面Aからは視認不可となる。また、反射電極102側を面Bから見た場合も、光の透過がないため、画素の点灯のない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P42に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、図３の右側の偏光方向R42-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aは吸収軸A41を有しており、偏光板106aを通過した光は、偏光方向R42-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R42-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P42上の液晶層100は、経路P41に比べて２倍の厚みを有しているが、電圧が印加されているため位相差を与えない。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P42を通る光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。このとき、経路P42を通る光はこれまでの合計でλの位相差を受けたことになる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向と同一の偏光方向R42-3となっており、吸収軸A42を有する偏光板106bに吸収される。したがって、透過電極102b側は面Bから視認不可となる。また、面A側から見た場合も同様に、画素の点灯のない状態となる。

図４は、従来における表裏両面から視認可能な液晶表示装置によって可能な表示の組み合わせである。図２において示した組み合わせy1においては、面A及び面Bにおける一方の電極側のみが点灯する状態となる。また、図３において示した組み合わせy2においては、AB両面において点灯のない状態となる。
特許公開２００６−５８７１９号公報

しかしながら、図２に示したように、面Aの反射電極102側を点灯させる場合には、面Bの透過電極101b側も点灯されることになる。さらに、図３に示したように、面Aの反射電極102側に点灯させない場合には、面Bの透過電極101b側にも点灯させないことになる。

このように、一方の面に表示させた画像が、必ず裏面に表示されることなり、ユーザーが何をみているのか、周囲の人にわかってしまう。このような機器では、プライバシーや職務上の機密などを守ることができない。

また、従来における表裏両面から視認可能な液晶表示装置では、図２に示したように、面Aの反射電極102側に点灯させる場合には、面Aの透過電極101b側には点灯されないことになる。ユーザーが面Aから視認する際には、面Bにおける点灯は意味のないものであり、効率が悪い。

このように、面Aに点灯させたい場合にも、透過電極101b側は点灯できず、面Aの輝度は低くなってしまう。輝度が低くなってしまうと、光源110によって発生させる光量を増やさなければならず、光源自体のコストが高くなってしまう。また、光源による消費電力が増加し、液晶表示装置を搭載する携帯機器のバッテリーの消費が早くなってしまう。

そこで、本発明の目的は、表裏に備えられる画面に別々の画像を表示し、ユーザーが視認している画像を、裏の画面から他人に見られることのない液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、表裏に存在する画面における画素の輝度の高い液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、表裏両面から画像を視認可能である本発明の液晶表示装置は、液晶層と、前記液晶層の一方の面に設置され、入射する光を透過し、前記液晶層を駆動する共通透過電極と、他方の面に設置され、前記液晶層に前記共通透過電極側から入射する光を反射し、前記共通透過電極との間に存在する前記液晶層を駆動する複数の反射電極と、前記他方の面に前記複数の反射電極と交互に対応して設置され、入射する光を透過し、前記共通透過電極との間に存在する前記液晶層を駆動する複数の透過電極とを有し、前記反射電極と前記透過電極とは絶縁され、それぞれ独立に前記共通透過電極との間に存在する前記液晶層を駆動することを特徴とする。

また、好ましい実施例では、前記液晶層側から入射し前記透過電極を透過する光を、前記光の偏光方向に基づいて、反射もしくは透過する反射型偏光子を有することを特徴とする。

また、好ましい実施例では、前記共通透過電極側から前記液晶層に光を照射する面照明装置を有することを特徴とする。

さらに、好ましい実施例では、前記反射電極に反射される光が前記液晶表示装置から出力されるように該反射電極が前記液晶層を駆動する場合、該反射電極に対応する前記透過電極は、前記反射型偏光子が光を反射するように前記液晶層を駆動し、前記反射電極に反射される光が前記液晶表示装置から出力されないように該反射電極が前記液晶層を駆動する場合、該反射電極に対応する前記透過電極は、前記反射型偏光子が光を反射しないように前記液晶層を駆動することを特徴とする。

さらに、好ましい実施例では、さらに前記反射電極及び前記透過電極を制御する制御部を有し、前記制御部は、ユーザーが前記反射型偏光子を透過する光を視認する際に、前記複数の反射電極をランダムに制御することを特徴とする。

さらに、好ましい実施例では、さらに前記反射電極及び前記透過電極を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記複数の反射電極によって反射される光によって所定の画像を生成し、前記複数の透過電極を透過する光によって前記所定の画像と異なる画像を生成するように制御することを特徴とする。

さらに、好ましい実施例では、ユーザーが前記透過電極を透過する光を視認する際に、前記反射電極は、該反射電極によって反射される光が前記液晶表示装置から出力されないように前記液晶層を駆動することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、透過電極と反射電極とを別々に駆動することによって、表裏に備えられる画面に別々の画像を表示し、ユーザーが視認している画像を、裏の画面から他人に見られることを防止することを可能にする。

また、本発明の液晶表示装置は、透過電極と反射電極とを別々に駆動し、新たに反射型偏光子を設けることによって、画面の画素の輝度を高めることを可能にする。

以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図５は、本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における、三原色を表示する画素で構成されるセルの断面図である。第一の実施形態における液晶表示装置のセルは、透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）が絶縁され、独立に制御部200によって駆動される点においてのみ、従来のセルと異なっている。本実施形態における液晶表示装置のセルは、液晶層100の面A側に共通透過電極101aを備え、液晶層100の面B側に透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）とを交互に有している。透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）は、絶縁体103で互いに絶縁されており、制御部200によって別々の電圧が印加される。そして、面A側には、光源110において発生した光を表示面全体に導き、液晶層100側に反射させる面照明装置であるフロントライト108が備えられる。フロントライト108からの光は、偏光板106aを通過し、直線偏光となる。直線偏光となった光の位相は、位相差板105aにおいて遅延され、液晶層100を保持するためのガラス板104aに入射する。

ガラス板104aからの光は、カラーフィルタ109（-r,-g,-b）を通過し、赤緑青のいずれかの色をしめす周波数に制限される。カラーフィルタ109（-r,-g,-b）を通過した光は、さらに共通透過電極101aを通過し、液晶層100に入射する。液晶層100に入射した光の一部は、反射電極102（-r,-g,-b）によって反射される。また、反射電極102（-r,-g,-b）によって反射されなかった光は、透過電極101b（-r,-g,-b）を通過する。透過電極101b（-r,-g,-b）を通過した光は、液晶層100を保持するためのガラス板104bをさらに通過し、その位相は位相差板105bによって遅延される。位相差板105bによって遅延された光は、偏光板106bによって偏光成分が制限され、面Bに出力される。

図６は、図５における液晶表示装置のセル内の一画素における、透過電極側の液晶層にのみ電圧が印加される場合の光の制御を示す図である。ここでは、画素の構成要素は分解された形で表示され、簡単のためカラーフィルタは省略されている。図６では、反射電極102側の液晶層100には電圧が印加されず、透過電極101b側の液晶層100には電圧が印加される場合を示している。また、光源110において発生した光は、経路P51及びP52を通るものとする。

まず、経路P51について説明する。光源110において発生し、フロントライト108から出力される光は、図６の左側の偏光方向R51-1に示すように、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aを通過する際に一定の方向に偏光される。偏光板106aは吸収軸A51を有しており、偏光板106aを通過した光は、吸収軸A51に直交する偏光方向R51-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R51-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光の波長をλとするとλ／４の位相差板であり、直線偏光を円偏光へと変換する。したがって、位相差板105aを通過する光は円偏光状態となっている。そして、位相差板105aを通過した光は経路P51に沿って、ガラス板104a及び共通透過電極101aを透過する。

そして、電圧の印加されていない液晶層100を通過する際に、偏光状態が再び変化する。電圧の印加されていない液晶層100は、ここではλ／４の位相差板と同じ機能を有し、λ／４の位相差を通過する光に与える。その結果、経路P51を通る光は、これまでの合計でλ／２の位相差を有するようになる。ここで液晶層100に用いられる液晶は、ECB型の液晶であり、電圧を印加していない場合は配向し位相差を持ち、電圧を印加した場合は配向が解除され位相差のない構造をとる。 その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。このとき再びλ／４の位相差を受け、経路P51を通る光は、これまでの合計で３λ／４の位相差を有するようになる。そして、透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P51を通る光は、これまでの合計でλの位相差を有するようになる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光に戻っており、その状態を表しているのが偏光方向R51-3である。この状態の光は、吸収軸A51を有する偏光板106aに吸収されずに通過し、フロントライト108をさらに通過し、面A側から視認可能となる。逆に、反射電極102側を面Bから見ると、光の透過がないため、画素の点灯のない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P52に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、図６の右側の偏光方向R52-1に示すように、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aは吸収軸A51を有しており、偏光板106aを通過した光は、偏光方向R52-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R52-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P52上の液晶層100は経路P51に比べて２倍の厚みを有しているが、電圧が印加されているため、通過する光に対して位相差を与えない。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P52を通る光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。このとき、経路P42を通る光はこれまでの合計でλの位相差を受けたことになる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向と同一の偏光方向R52-3となっており、吸収軸A42を有する偏光板106bに吸収される。したがって、透過電極102b側は面Bから視認不可となる。また、面A側から見た場合も同様に、画素の点灯のない状態となる。

図６では、反射電極102側の液晶層100に電圧が印加されず、透過電極101b側の液晶層100に電圧が印加される場合について説明したが、以降、電圧の印加が逆となる場合について説明する。

図７は、図５における液晶表示装置のセル内の一画素における、反射電極102側の液晶層100にのみ電圧が印加される場合の光の制御を示す図である。図３では、反射電極102側の液晶層100に電圧が印加され、透過電極101b側の液晶層100に電圧が印加されない場合を示している。また、光源110において発生した光は、経路P61及びP62を通るものとする。

まず、反射電極102側の経路P61について説明する。光源110において発生し、面照明装置であるフロントライト108から出力される光は、図７の左側の偏光方向R61-1に示すように、いずれの方向にも偏光していない。しかし、吸収軸A61を有する偏光板106aを通過する際に、吸収軸A61に直交する偏光方向R61-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R61-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光にλ／４の位相差を与え、円偏光状態にする。その後、位相差板105aを通過した光は、経路P61に沿ってガラス板104a及び共通透過電極101aを通過する。

そして、電圧の印加されている液晶層100を通過した際には、偏光状態は変化しない。その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。そして、共通透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P61を通る光の位相差は、これまでの合計でλ／２となる。λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光に直交する偏光方向R61-3を有しており、吸収軸A61を有する偏光板106aを通過しない。このため、面Aからは視認不可となる。また、反射電極102側を面Bから見た場合も、光の透過がないため、画素の点灯のない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P62に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、図７の右側の偏光方向R62-1に示すように、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aは吸収軸A61を有しており、偏光板106aを通過した光は、偏光方向R62-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R62-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P62上の液晶層100は、経路P61に比べて２倍の厚みを有し、与える位相差も２倍となる。ここでは液晶層100は、λ／２の位相差板と同じ機能を有し、通過する光にλ／２の位相差を与える。経路P62を通る光は、これまでの合計で３λ／４の位相差を有するようになる。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P62を通る光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。結果として経路P62を通る光の位相差は、これまでの合計で３λ／２となる。３λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向R62-3を有し、吸収軸A62を有する偏光板106bに吸収されず通過する。したがって、面B側から視認可能となる。逆に、面A側から見れば、画素の点灯のない状態となる。

以上、本発明の特徴である２つの電極に別々に電圧を印加する場合について説明したが、これによって画素の点灯状態の組み合わせが、従来の２通りから４通りに増える。

図８は、本発明の第一の実施形態における液晶表示装置によって可能な表示の組み合わせである。従来の液晶表示装置においては、透過電極と反射電極とを対にし同一の電圧を印加していたのに対し、透過電極と反射電極とを独立に駆動することによって組み合わせが２倍となる。尚、図６において示した状態は、組み合わせx1に対応し、図７において示した状態は組み合わせx4に対応する。

図８の組み合わせｘ1においては、反射電極102（-r,-g,-b）側では反射された光が面Aに放出され点灯し、透過電極101b（-r,-g,-b）側ではフロントライト108の光は偏光板106bによって吸収され点灯しない。このとき、反射電極102（-r,-g,-b）側の液晶層100には電圧が印加されておらず、透過電極101b（-r,-g,-b）側の液晶層100には電圧が印加されている。

また、組み合わせｘ2においては、反射電極102（-r,-g,-b）側では反射された光が面Aに放出され点灯し、透過電極101b（-r,-g,-b）側ではフロントライト108の光は偏光板106bによって吸収されず面Bに放出され点灯する。このとき、反射電極102（-r,-g,-b）側と透過電極101b（-r,-g,-b）側の液晶層100には、共に電圧が印加されていない。

また、組み合わせｘ3においては、反射電極102（-r,-g,-b）側では反射された光が偏光板106aに吸収され点灯しない状態となり、透過電極101b（-r,-g,-b）側ではフロントライト108の光は偏光板106bによって吸収され点灯しない状態となる。このとき、反射電極102（-r,-g,-b）側と透過電極101b（-r,-g,-b）側の液晶層100には、共に電圧が印加されている。

そして、組み合わせｘ4においては、反射電極102（-r,-g,-b）側では反射された光が偏光板106aに吸収され点灯しない状態となり、透過電極101b（-r,-g,-b）側ではフロントライト108の光は偏光板106bに吸収されず点灯する。このとき、反射電極102（-r,-g,-b）側の液晶層100には電圧が印加されており、透過電極101b（-r,-g,-b）側の液晶層100には電圧が印加されていない。

このような組み合わせを用いることによって、表裏両面に別々の情報を表示することが可能である。例えば、面A上の所定の画素を点灯させたい場合、組み合わせx1もしくはx2を採ることが可能である。このとき、面Bに表示したい情報に合わせて、面B上の所定の画素を点灯させない場合には組み合わせx1、点灯させたい場合には組み合わせx2を選択することができる。AB両面に表示したい画像に基づいて、４つの組み合わせから画素の状態を選択することによって、AB両面において独立した画像を表示することが可能となる。

また、適切な選択を行うことによって、ユーザーの視認する側の画面に情報を表示し、その裏面全体を点灯する画素のない黒表示にすることも可能である。

このように、本発明の液晶表示装置は、透過電極と反射電極とを別々に駆動することによって、表裏に備えられる画面に別々の画像を表示することを可能にする。そして、ユーザーが視認している画像を、裏の画面から他人に見られることを防止することを可能にする。

図９は、本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における、三原色を表示する画素で構成されるセルの断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、第一の実施形態における液晶表示装置と同様に面A及び面Bの両面から視認することが可能であるが、反射型偏光子107を備えている点において異なっている。また、本実施形態の液晶表示装置は、液晶層100の面A側に共通透過電極101aを備え、液晶層100の面B側に透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）とを交互に有している。そして、透過電極101b（-r,-g,-b）と反射電極102（-r,-g,-b）は、絶縁体103で互いに絶縁されており、制御部200によって別々に電圧が印加される。そして、面A側には、光源110において発生した光を表示面全体に導き、液晶層100側に反射させる面照明装置であるフロントライト108が備えられる。フロントライト108からの光は、偏光板106aを通過し、直線偏光となる。直線偏光となった光の位相は、位相差板105aにおいて遅延され、液晶層100を保持するためのガラス板104aに入射する。

ガラス板104aからの光は、カラーフィルタ109（-r,-g,-b）を通過し、赤緑青のいずれかの色をしめす周波数に制限される。カラーフィルタ109（-r,-g,-bを通過した光は、共通透過電極101aを通過し、液晶層100に入射する。液晶層100に入射した光の一部は、反射電極102（-r,-g,-b）よって反射される。また、反射電極102によって反射されなかった光は、透過電極101b（-r,-g,-b）を通過する。透過電極101bを通過した光は、液晶層100を保持するためのガラス板104bをさらに通過し、その位相は、位相差板105bによって遅延される。位相差板105bによって遅延された光は、反射型偏光子107に入射する。反射型偏光子107は、所定の反射軸を有しており、その軸に沿った偏光成分を反射し、その軸に直交する成分を通過させる。反射型偏光子107を通過した光は、偏光板106bを通過し、面Bに出力される。ここで、偏光板106bは、面Bからの自然光の入射の抑制のために設けられており、これを設置しない構成をとることも可能である。

ここで、本発明の第二の実施形態における表裏両面から視認可能な液晶表示装置において、どのように光の出力の調整が行われるかを詳細に説明する。

図１０は、図９における液晶表示装置のセル内の一画素において、面Aに光を出力する場合の光の制御を示す図である。ここでは、液晶表示装置の構成要素は分解された形で表示されている。また、簡単のためカラーフィルタは省略されている。図１０は、1つの画素を視認した際に、面Aからは画素が点灯し、面Bからは画素が点灯していない状態を示している。また、光源110において発生した光は、経路P11及びP12を通るものとする。

まず、経路P11について説明する。光源110において発生し、面照明装置であるフロントライト108から出力される光は、図１０の左側の偏光方向R11-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。また、液晶表示装置の外部から入射し、フロントライト108を通過する自然光も、同様に偏光していない。しかし、偏光板106aを通過する際に一定の方向に偏光される。偏光板106aは吸収軸A11を有しており、偏光板106aを通過した光は、吸収軸A11に直交する偏光方向R11-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R11-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光の波長をλとするとλ／４の位相差板であり、直線偏光を円偏光へと変換する。したがって、位相差板105aを通過した光は円偏光状態となっている。そして、位相差板105aを通過した光は経路P11に沿って、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過する。

そして、経路P11に沿う光は、液晶層100に入射する。経路P11は液晶層100の反射電極102側を通っているが、ここでは反射電極102側の液晶層100には電圧が印加されていない。電圧の印加されていない液晶層100を通過した際には、偏光状態が再び変化する。電圧の印加されていない液晶層100は、ここではλ／４の位相差板と同じ機能を有し、λ／４の位相差を与える。経路P11を通る光の位相差は、これまでの合計でλ／２となる。ここで液晶層100に用いられる液晶は、ECB型の液晶であり、電圧を印加していない場合は配向し位相差を持ち、電圧を印加した場合は配向が解除され位相差のない構造をとる。

その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。このとき再びλ／４の位相差を受け、経路P11を通る光は、これまでの合計で３λ／４の位相差を有するようになる。そして、透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P11を通る光の位相差は、これまでの合計でλとなる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光に戻っており、その状態を表しているのが偏光方向R11-3である。この状態の光は、吸収軸A11を有する偏光板106aに吸収されずに通過し、フロントライト108を通過し、面Aから視認可能となる。逆に、反射電極102側を面Bから見ると、光の透過がないため、点灯しない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P12に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、図１０の右側の偏光方向R12-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。しかし、偏光板106aは吸収軸A11を有しており、偏光板106aを通過した光は、偏光方向R12-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R12-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P12上の液晶層100には、共通透過電極101a及び透過電極101bによって電圧が印加されており、通過する光に対して位相差を与えない。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P12を通過する光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。このとき、経路P12を通る光の位相差は、これまでの合計でλとなる。λの位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向を有しており、反射軸A12を有する反射型偏光子107によって反射される。ここで、反射型偏光子とは、反射軸と同一方向の偏光成分を反射し、反射軸と直交する偏光成分を透過させる板である。したがって、面Bから見ると透過電極101b側を通過する光はないので、点灯しない状態となる。

反射型偏光子107によって反射された光は、位相差板105bに入射し、３λ／４の位相差を受ける。このとき、経路P12を通る光は、これまでの合計で７λ／４の位相差を有するようになる。その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、液晶層100に入射する。ここでは、透過電極101b及び共通透過電極101aの間に電圧が印加されており、通過する光は位相差を受けない。

そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。このとき、経路P12を通る光の位相差は、これまでの合計で２λとなる。２λの位相差となった光は、もとの直線偏光の方向と同一の偏光方向R12-3を有しており、吸収軸A11を有する偏光板106aによって吸収されない。そして、フロントライト108を通過した光は、外部に放出される。したがって、面Aから見ると透過電極101b側を通過する光が視認され、点灯した状態となる。

このように、本発明の液晶表示装置は、透過電極101bと反射電極102 とを別々に駆動し、新たに反射型偏光子を設けることによって、液晶層100に入射する光を同一面に放出し、画面の画素の輝度を高めることを可能にする。従来の液晶表示装置においては、面A側に点灯させたい場合には、反射電極102側のみが点灯し、透過電極101b側は点灯しない。本発明の液晶表示装置は、透過電極101bと反射電極102 とを別々に駆動することによって、双方の電極を点灯して画素の輝度を高めることが可能である。

図１０では、面Aに対して光を放出する場合について説明したが、以降、面Bに対して光を放出する場合について説明する。

図１１は、図９における液晶表示装置のセル内の一画素において、面Bに光を出力する場合の光の制御を示す図である。ここでは、液晶表示装置の構成要素は分解された形で表示されている。また、カラーフィルタは簡単のため省略されている。図１１では、1つの画素を視認した際に、面Bからは画素が点灯し、面Aからは画素が点灯していないように見える状態を示している。また、光源110において発生した光は、経路P21及びP22を通るものとする。

まず、経路P21について説明する。光源110において発生し、面照明装置であるフロントライト108から出力される光は、図１１の左側の偏光方向R21-1に示すように、平面上のXY方向に対して均等に成分を有しており、いずれの方向にも偏光していない。また、液晶表示装置の外部から入射し、フロントライト108を通過する自然光も、同様に偏光していない。しかし、偏光板106aを通過する際に一定の方向に偏光される。偏光板106aは吸収軸A21を有しており、偏光板106aを通過した光は、吸収軸A21に直交する偏光方向R21-2を有するようになる。

偏光板106aを通過し偏光方向R21-2を有する光は、次に位相差板105aに入射する。位相差板105aは、入射する光の波長をλとするとλ／４の位相差板であり、直線偏光を円偏光へと変換する。したがって、位相差板105aを通過した光は円偏光状態となっている。そして、位相差板105aを通過した光は経路P21に沿って、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過する。

そして、経路P21に沿う光は、液晶層100に入射する。経路P21は液晶層100の反射電極102側を通っているが、ここでは反射電極102側の液晶層100には電圧が印加されている。電圧の印加されている液晶層100を通過した際には、光の偏光状態は変化しない。

その後、反射電極102によって反射された光は、再び液晶層100を通過する。そして、共通透過電極101a及びガラス板104aを再び通過し、位相差板105aに再び入射する。ここで、再びλ／４の位相差を受け、経路P21を通る光の位相差は、これまでの合計でλ／２となる。λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向R21-3を有している。この状態の光は、吸収軸A21を有する偏光板106aに吸収され、結果として面Aから視認できない。また、反射電極102側を面Bから見ると、同様に光の透過がないため、点灯しない状態となる。

次に、透過電極101b側を見た場合の表示状態を経路P22に沿って説明する。

フロントライト108から出力される光は、偏光板106aを通過し偏光方向R22-2を有するようになる。偏光方向R22-2を有する光は、次に位相差板105aに入射し、位相差板105aによってλ／４の位相差を受ける。そして、ガラス板104a及び共通透過電極101aを通過した後、液晶層100に入射する。経路P22上の液晶層100には、共通透過電極101a及び透過電極101bによって電圧が印加されておらず、通過する光に対して位相差を与える。電圧の印加されていない液晶層100は、ここではλ／２の位相差板と同じ機能を有し、λ／２の位相差を光に与える。経路P22を通る光の位相差は、これまでの合計で３λ／４となる。

その後、透過電極101b及びガラス板104bを通過した後、経路P22を通過する光は位相差板105bに入射する。位相差板105bは、入射する光に３λ／４の位相差を与える。このとき、経路P22を通る光の位相差は、これまでの合計で３λ／２となる。３λ／２の位相差となった光は、もとの直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向R22-3を有しており、反射軸A22を有する反射型偏光子107によって反射されず、通過する。

反射型偏光子107を通過した光は、偏光板106bに入射する。このとき、反射型偏光子107の反射軸A22と偏光板106bの吸収軸A23は同一方向であるから、反射型偏光子107を通過した光は偏光板106bによって吸収されない。したがって、面Bから見ると透過電極101b側を通過する光が視認され、点灯した状態となる。逆に、面Aから見ると透過電極101b側を通過する光が視認されず、点灯しない状態となる。

同様に制御することによって、図１２に示す組み合わせで、液晶による表示の制御を行うことができる。

図１２は、本発明の第二の実施形態における液晶表示装置の画素によって可能な表示の組み合わせである。図１０において示した組み合わせz1においては、面Aが点灯し面Bが点灯しない状態となる。また、図１１において示した組み合わせz2においては、面Aが点灯せずに面Bが点灯する。そして、組み合わせz3においては、面Aの透過電極側のみが点灯し、他は点灯しない。そして、組み合わせz4においては、面Aにおける透過電極側のみが点灯せず、他は点灯する。

このような組み合わせを用いることによって、ユーザーが見ている面の裏面から、他人が画面を見ることを困難にすることが可能である。

例えば、ユーザーが面Bに表示される情報を視認しているとする。この場合、組み合わせz2及びz3によって、面B上の情報を表現することが可能である。しかしながら、このとき面Aから見ると面B上の情報が白黒反転されて表示され、視認可能となる。そこで、面Bにおいて点灯させるべき画素においては、組み合わせz2及びz4をランダムに発生させる。また、面Bにおいて点灯させない画素においては、組み合わせz1及びz3をランダムに発生させる。このようにすることによって、ユーザーが面B上の情報を視認している間、面Aにおいてランダムなノイズパターンが表示され、他人が面Bを通じて面A上の情報を視認することができなくなる。

このように、表裏に備えられる画面に別々の画像を表示し、ユーザーが視認している画像を、裏の画面から他人に見られることのない液晶表示装置を提供することが可能となる。

尚、本明細書においてはECB型液晶を用いて説明を行ったが、ASV（アドバンスト・スーパー・ビュー）型液晶など他の液晶を用いることも可能である。

表裏両面から視認可能な従来の液晶表示装置における平面図と断面図である。 図１における液晶表示装置のセルの一画素における、液晶層に電圧が印加されない場合の光の制御を示す図である。 図１における液晶表示装置のセルの一画素における、液晶層に電圧が印加された場合の光の制御を示す図である。 従来における表裏両面から視認可能な液晶表示装置によって可能な表示の組み合わせである。 本発明の第一の実施形態の液晶表示装置における、三原色を表示する画素で構成されるセルの断面図である。 図５における液晶表示装置のセル内の一画素における、透過電極101b側の液晶層にのみ電圧が印加される場合の光の制御を示す図である。 図５における液晶表示装置のセル内の一画素における、反射電極102側の液晶層にのみ電圧が印加される場合の光の制御を示す図である。 本発明の第一の実施形態における液晶表示装置によって可能な表示の組み合わせである。 本発明の第二の実施形態の液晶表示装置における、三原色を表示する画素で構成されるセルの断面図である。 図９における液晶表示装置のセル内の一画素において、面Aに光を出力する場合の光の制御を示す図である。 図９における液晶表示装置のセル内の一画素において、面Bに光を出力する場合の光の制御を示す図である。 本発明の第二の実施形態における液晶表示装置の画素によって可能な表示の組み合わせである。

符号の説明

100 液晶層
101 透過電極
102 反射電極
103 絶縁体
104 ガラス板
105 位相差板
106 偏光板
107 反射型偏光子
108 フロントライト
109 カラーフィルタ
110 光源
200 制御部
210 画素
220 セル

Claims (8)

1. 液晶層の一方の面に共通透過電極と、前記液晶層の他方の面にマトリクス状に配置された複数の反射電極及び透過電極の組とを備える液晶パネルと、
   前記液晶パネルの両面のそれぞれに偏光板を有し、
   前記組となる反射電極と透過電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能に形成されることを特徴とする表裏両面から画像を視認可能である液晶表示装置。
2. 請求項１において、
   さらに、前記組側の面に備えられる前記偏光板と前記液晶パネルとの間に、光を前記光の偏光方向に基づいて、反射もしくは透過する反射型偏光子を有し、
   前記反射型偏光子は、前記液晶層及び前記透過電極を透過した光を反射もしくは透過することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１において、前記組側の面に備えられる前記偏光板は、光を前記光の偏光方向に基づいて、反射もしくは透過することを特徴とする。
4. 請求項１において、
   前記共通透過電極側から前記液晶層に光を照射する面照明装置を有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項２において、
   前記反射電極に反射される光が前記液晶表示装置から出力されるように該反射電極が前記液晶層を駆動する場合、該反射電極と組となる前記透過電極は、前記反射型偏光子が光を反射するように前記液晶層を駆動し、
   前記反射電極に反射される光が前記液晶表示装置から出力されないように該反射電極が前記液晶層を駆動する場合、該反射電極と組となる前記透過電極は、前記反射型偏光子が光を反射しないように前記液晶層を駆動することを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項２において、
   さらに前記反射電極及び前記透過電極を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記反射型偏光子を透過する光が視認される際に、前記反射電極をランダムに制御することを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１において、
   さらに前記反射電極及び前記透過電極を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記複数の組における前記反射電極によって反射される光によって所定の画像を生成し、前記複数の組における前記透過電極を透過する光によって前記所定の画像と異なる画像を生成するように制御することを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１において、
   前記透過電極を透過する光が視認される際に、前記反射電極は、該反射電極によって反射される光が前記液晶表示装置から出力されないように前記液晶層を駆動することを特徴とする液晶表示装置。

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