JP2011141393A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型表示及び透過型表示共に明るく視認性が良い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】対向配置された観察側偏光板１４０及び裏面側偏光板１５０の間に配設された、ＴＦＴ側基板１１０及びＣＦ側基板１２０の間隙に封入された液晶分子の配向により、光の透過を制御して表示を行う表示パネル１００の、裏面側偏光板１５０側にスイッチングセル２００が配置されている。スイッチングセル２００は、表示パネル側電極２１２とバックライト側電極２２２に印加する電圧を制御することで、スイッチングセル液晶層２３０中の液晶分子の配向を変化させる。反射偏光板２４０を透過した偏光が裏面側偏光板１５０を透過する様にすると、透過型液晶表示装置として機能する。反射偏光板２４０で反射した偏光が裏面側偏光板１５０を透過する様にすると、反射型液晶表示装置として機能する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置、特に反射型表示及び透過型表示の両表示方式で用いる液晶表示装置に関する。

一般に液晶表示装置において、室内等暗い環境では、液晶パネルの裏面に配置した面光源から射出された透過光を用いて表示を行う透過型表示を用いると、視認性の良い表示が得られる。この様な透過型表示は、屋外等比較的明るい環境では面光源の輝度が相対的に不足し、視認性が悪くなる。また、周囲の明るさに負けない高い輝度の光を面光源から射出すると、消費電力が大きくなる。一方で、屋外等明るい環境では、周囲から当該液晶表示装置に入射する光を液晶パネルの裏面で反射させ、当該反射光を用いて表示を行う反射型表示を用いると、視認性の良い表示が得られる。この様な反射型表示は、室内等暗い環境では、輝度が不足する。

そこで、両表示方式の利点を取り入れ、反射型液晶表示装置としても、透過型液晶表示装置としても利用できる、反射／透過型液晶表示装置が知られている。この様な反射／透過型液晶表示装置として、例えば特許文献１には、液晶パネルの観察側とは反対側に、面光源を配置し、液晶パネルと面光源との間に、半透過反射膜を配置した反射／透過型液晶表示装置が開示されている。また、例えば特許文献２には、液晶パネルの観察側とは反対側に、面光源を配置し、前記液晶表示素子の複数の画素を各々２つの領域に区分し、その一方の領域の液晶パネルと面光源との間に反射膜を設け反射型用とし、残りの一方の領域を透過型用とする、反射／透過型液晶表示装置が開示されている。

特開２００２−１０７７２５号公報 特開２００４−９３７１５号公報

例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている反射／透過型液晶表示装置は、何れも反射型液晶表示装置としての性能と透過型液晶表示装置としての性能の両立を図ったものである。しかしながらこれら液晶表示装置は、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても機能するが、反射型表示又は透過型表示の専用品として設計した場合に比べると、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても表示が暗く視認性が劣る。

そこで本発明は、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても明るく視認性が良い表示ができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の液晶表示装置の一態様は、対向配置された観察側偏光板及び裏面側偏光板を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記裏面側偏光板側に配置された面光源と、前記液晶表示パネルと前記面光源との間に配置された切換光学素子と、前記切換光学素子を制御する制御手段と、を具備し、前記液晶表示パネルは、前記観察側偏光板及び裏面側偏光板の間に配設された一対の基板の間隙に封入された液晶分子の配向により光の透過を制御して表示を行い、前記切換光学素子は、前記面光源から射出した光を、前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第１の状態と、前記観察側偏光板側から前記液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板から射出した光を反射すると共に、該反射光を前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第２の状態と、を有する、ことを特徴とする。

本発明に依れば、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても明るく視認性が良い表示ができる液晶表示装置を提供できる。

本発明の各実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例の概略を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネル、スイッチングセル、及び反射偏光板の部分の一例を示す断面図。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の光学的構成の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のスイッチングセルがＯＦＦの時の光路を説明する為の図。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のスイッチングセルがＯＮの時の光路を説明する為の図。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る液晶表示装置の光学的構成の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る液晶表示装置のスイッチングセルがＯＦＦの時の光路を説明する為の図。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る液晶表示装置のスイッチングセルがＯＮの時の光路を説明する為の図。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る液晶表示装置の表示パネル、スイッチングセル、光拡散層、及び反射偏光板の部分の一例を示す断面図。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る液晶表示装置の構成の一例の概略を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネル、スイッチングセル、反射偏光板、表示パネル側反射偏光板、及び光拡散層の部分の一例を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の光学的構成の一例を示す図。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。当該液晶表示装置は、図１にその模式図を示す通り、表示パネル１００と、スイッチングセル２００と、反射偏光板２４０と、面光源３００と、表示パネル駆動部４２０と、スイッチングセル駆動部４４０と、面光源駆動部４６０とを有する。

表示パネル１００は、一般に知られるツイストネマティック型の液晶表示パネルであり、表示パネル駆動部４２０により駆動され、画像を表示する。面光源３００は、面光源駆動部４６０により駆動され、表示パネル１００のバックライトとして機能する。反射偏光板２４０は、反射軸方向の偏光面を有する偏光を反射し、反射軸と直交する透過軸方向の偏光面を有する偏光を透過させるという特性を有する光学素子である。スイッチングセル２００は、スイッチングセル駆動部４４０により駆動され、当該液晶表示装置の表示方式を透過型表示と反射型表示とで切換える機能を有する。ここで、透過型表示とは、図１の左側に、矢印でその光路を示す様に、面光源３００から射出され、反射偏光板２４０及びスイッチングセル２００を透過した光を表示パネル１００に導き、観察者に画像を観察させる表示方式である。一方、反射型表示とは、図１の右側に、矢印でその光路を示す様に、観察者側から入射した光を反射偏光板２４０で反射し、表示パネル１００に導き、観察者に画像を観察させる表示方式である。

図２は本実施形態に係る液晶表示装置の表示パネル１００、スイッチングセル２００、及び反射偏光板２４０の部分の断面拡大図である。表示パネル１００は、一般に知られるツイストネマティック型の液晶表示パネルである。表示パネル１００は、例えば共にガラス基板等の透明基板であるＴＦＴ側基板１１０とカラーフィルター（ＣＦ）側基板１２０とが対向して設けられている。ＴＦＴ側基板１１０上には、サブ画素毎に、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜等の透明導電膜により画素電極１１２が形成され、それらは各々ＴＦＴ側基板１１０上に形成された、画素電極１１２のスイッチとして働く薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１４に接続されている。ＴＦＴ側基板１１０上には、更に画素電極１１２、ＴＦＴ１１４、及び図示しない配線等を覆う様に、ＴＦＴ側配向膜１１６が成膜され、ラビングによる配向処理が施されている。

ＣＦ側基板１２０上には、カラーフィルター１２２が形成され、その上には例えばＩＴＯから成る共通電極１２４が形成されている。更に共通電極１２４の上には、ＣＦ側配向膜１２６が成膜され、ラビングによる配向処理が施されている。

ＴＦＴ側基板１１０とＣＦ側基板１２０は、ＴＦＴ側配向膜１１６及びＣＦ側配向膜１２６が対向する様に配置され、図示しないシール材により、２枚の基板が一定間隔の間隙を有する様にその外周で貼り合わされている。ＴＦＴ側配向膜１１６、ＣＦ側配向膜１２６、及び前記図示しないシール材で囲まれた空間には、液晶分子が封入され、表示パネル液晶層１３０が形成されている。

ＣＦ側基板１２０のカラーフィルター１２２が形成されている面と反対側の面には、観察側偏光板１４０が貼り合わされている。また、ＴＦＴ側基板１１０の画素電極１１２が形成されている面と反対側の面には、裏面側偏光板１５０が貼り合わされている。尚、図２においては、簡単のため、例えばブラックマトリクス、各種電極、光学フィルム等、本実施形態の説明に不要な構成要素は省略されている。

スイッチングセル２００は、例えば共にガラス基板等の透明基板である表示パネル側基板２１０とバックライト側基板２２０とを有する。表示パネル側基板２１０上には、例えばＩＴＯから成る表示パネル側電極２１２が一面にベタ形成されている。表示パネル側電極２１２上には、表示パネル側配向膜２１４が成膜され、ラビングによる配向処理が施されている。バックライト側基板２２０上には、例えばＩＴＯから成るバックライト側電極２２２が一面にベタ形成されている。バックライト側電極２２２上には、バックライト側配向膜２２４が成膜され、ラビングによる配向処理が施されている。

表示パネル側基板２１０とバックライト側基板２２０は、表示パネル側配向膜２１４及びバックライト側配向膜２２４が対向する様に配置され、図示しないシール材により、当該２枚の基板が一定間隔の間隙を有する様にその外周で貼り合わされている。表示パネル側配向膜２１４、バックライト側配向膜２２４、及び前記図示しないシール材で囲まれた空間には、液晶分子が封入され、スイッチングセル液晶層２３０が形成されている。

スイッチングセル２００は、表示パネル側基板２１０が表示パネル１００側になる様に、表示パネル１００に貼り合わされている。

バックライト側基板２２０のバックライト側電極２２２が形成されている面と反対側の面には、反射偏光板２４０が貼り合わされている。そして、反射偏光板２４０のスイッチングセル２００と貼り合されている面と反対側には、図１に示すバックライトとしての面光源３００が配置されている。

次に、本実施形態に係る液晶表示装置の、表示パネル液晶層１３０、観察側偏光板１４０、裏面側偏光板１５０、スイッチングセル液晶層２３０、及び反射偏光板２４０の光学的な構成を、図３を参照して説明する。図３において、観察側偏光板１４０及び裏面側偏光板１５０に示した実線矢印の向きは、観察側偏光板１４０及び裏面側偏光板１５０の透過軸の方向を示す。反射偏光板２４０に示した実線矢印は反射偏光板２４０の透過軸の方向を、点線矢印は反射軸の方向を、それぞれ示している。即ち、観察側偏光板１４０の透過軸と裏面側偏光板１５０の透過軸は、直交する位置関係にある。また、反射偏光板２４０の透過軸である反射偏光板透過軸２４０ａは、観察側偏光板１４０の透過軸と一致し、裏面側偏光板１５０の透過軸と直交する位置関係にある。そして、反射偏光板反射軸２４０ｂは、反射偏光板透過軸２４０ａと直交する位置関係にあり、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致し、観察側偏光板１４０の透過軸と直交する位置関係にある。ここで、観察側偏光板１４０、裏面側偏光板１５０、及び反射偏光板２４０の透過軸等、前記説明の光学軸は、互いに相対的な位置関係が有意である。従って、当該パネルの左右方向等により定義される絶対的な位置関係に対しては、何れの位置関係でも良い。即ち、この関係を維持していれば、全体を回転させても良い。

表示パネル液晶層１３０は、画素電極１１２と共通電極１２４の間に電場が形成されていない状態（図３中にＯＦＦと記載）では、表示パネル液晶層１３０中の液晶分子は、ＴＦＴ側配向膜１１６及びＣＦ側配向膜１２６によって配向規定され、その間では９０°ねじれて配置している。このため表示パネル液晶層１３０を透過する偏光はその偏光面を９０°回転させられる。図３中の表示パネル液晶層１３０を示す図において、ＯＦＦと記載した図は、この様な偏光を９０°回転させる状態を模式的に表すものとする。従って、当該パネルの左右方向等により定義される絶対的な位置関係に対する、液晶分子の配向方向は何れの位置関係でも良い。即ち、図３は、ＴＦＴ側配向膜１１６及びＣＦ側配向膜１２６のラビング方向と、観察側偏光板１４０及び裏面側偏光板１５０の透過軸の方向との関係を意味するものではない。

一方、画素電極１１２と共通電極１２４の間に電場が形成されている状態（図３中にＯＮと記載）では、表示パネル液晶層１３０中の液晶分子は、ＴＦＴ側基板１１０に対して垂直に並び、表示パネル液晶層１３０を透過する偏光は回転させられない。図３中表示パネル液晶層１３０において、ＯＮと記載した図は、ＯＦＦの場合と同様に、偏光を回転させない状態を模式的に表すものとする。

スイッチングセル液晶層２３０における、表示パネル側配向膜２１４及びバックライト側配向膜２２４のラビング方向も９０°ねじれた位置関係にあり、スイッチングセル液晶層２３０中の液晶分子も、表示パネル液晶層１３０の場合と同様に動作する。即ち、表示パネル側電極２１２とバックライト側電極２２２の間に電場が形成されていない状態（図３中にＯＦＦと記載）では、スイッチングセル液晶層２３０中の液晶分子は、表示パネル側配向膜２１４及びバックライト側配向膜２２４によって配向規定され、その間では９０°ねじれて配置されている。このためスイッチングセル液晶層２３０を透過する偏光は、その偏光面を９０°回転させられる。一方、表示パネル側電極２１２とバックライト側電極２２２の間に電場が形成されている状態（図３中にＯＮと記載）では、スイッチングセル液晶層２３０中の液晶分子は、表示パネル側基板２１０に対して垂直に並び、スイッチングセル液晶層２３０を透過する偏光は回転させられない。図３におけるスイッチングセル液晶層２３０における図の表示も、表示パネル液晶層１３０の場合と同様に表示している。従って、図３は表示パネル側配向膜２１４及びバックライト側配向膜２２４のラビング方向を表すものではない。

この様に、例えば表示パネル１００は、光の透過を制御して表示を行う液晶表示パネルとして機能し、例えば面光源３００は、液晶表示パネルの裏面側偏光板側に配置された面光源として機能し、例えばスイッチングセル２００及び反射偏光板２４０は、前記液晶表示パネルと前記面光源との間に配置され、前記面光源から射出した光を、前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第１の状態と、前記観察側偏光板側から前記液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板から射出した光を反射すると共に、該反射光を前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第２の状態と、を有する切換光学素子として機能し、例えばスイッチングセル制御部４３０は、切換光学素子を制御する制御手段として機能する。そして、例えば反射偏光板２４０は、反射軸方向の振動面を有する偏光を反射し、反射軸と直交する透過軸方向の振動面を有する偏光を透過させる反射偏光板として機能し、例えばスイッチングセル２００は、第１の状態では、面光源から射出し前記反射偏光板を透過した偏光の振動面を、前記裏面側偏光板の透過軸と一致させ、前記観察側偏光板側から該液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板を透過した偏光の振動面を、前記反射偏光板の前記透過軸と一致させ、第２の状態では、前記観察側偏光板側から該液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板を透過した偏光の振動面を、前記反射偏光板の前記反射軸と一致させ、前記面光源から射出し前記反射偏光板を透過した偏光の振動面を、前記裏面側偏光板の吸収軸と一致させるスイッチングセルとして機能し、例えば表示パネル側基板２１０は、液晶表示パネル側に配置された表示素子側基板として機能し、例えばバックライト側基板２２０は、反射偏光板側に配置された面光源側基板として機能し、例えば表示パネル側電極２１２は、表示素子側基板の面光源側基板と対向する側の面上に形成された表示素子側電極として機能し、例えば表示パネル側配向膜２１４は、表示素子側電極上に形成された表示素子側配向膜として機能し、例えばバックライト側電極２２２は、面光源側基板の表示素子側基板と対向する側の面上に形成された面光源側電極として機能し、例えばバックライト側配向膜２２４は、面光源側電極上に形成された面光源側配向膜として機能し、例えばスイッチングセル液晶層２３０は、表示素子側配向膜と面光源側配向膜の間に配置された液晶分子から成る液晶層として機能する。

次に、本実施形態に係る液晶表示装置の動作を説明する。表示パネル１００は、一般的なツイストネマティック型の液晶表示パネルである。即ち、裏面側偏光板１５０を裏面側から透過した光は、その偏光面を裏面側偏光板１５０の透過軸の向きに一致させている。この裏面側偏光板１５０の透過軸と一致した偏光面を有する光は、表示パネル液晶層１３０に入射する。

ここで、画素電極１１２と共通電極１２４の間に電場が形成されていないサブ画素においては、前記の通り、液晶分子がＴＦＴ側配向膜１１６とＣＦ側配向膜１２６の間で９０°ねじれて配置しているため、透過する光の偏光面が９０°回転させられる。その結果、表示パネル液晶層１３０を透過した光の偏光面は、観察側偏光板１４０の透過軸と一致し、表示パネル１００を透過した光は観察側に射出される。

一方、画素電極１１２と共通電極１２４の間に電場が形成されているサブ画素においては、前記の通り、液晶分子がＴＦＴ側基板１１０と垂直に配置しているため、透過する光の偏光面は回転させられない。その結果、表示パネル液晶層１３０を透過した光の偏光面は、観察側偏光板１４０の透過軸と直交し、吸収軸と一致するため、表示パネル１００を透過した光は観察側に射出されない。

以上の様に、サブ画素毎に画素電極１１２と共通電極１２４との間に形成される電場を制御すれば、サブ画素毎に表示パネル１００の透過の有無を制御できるので、当該表示パネル１００は、画像を表示することができる。

次に本実施形態に係るスイッチングセル２００の動作について説明する。まず、スイッチングセル２００がＯＦＦの時、即ち、表示パネル側電極２１２とバックライト側電極２２２の間に電場が形成されていない状態を説明する。この時、当該液晶表示装置は透過型液晶表示装置として機能する。このことを、図４を参照して説明する。図４の中列には、図３と同様にして、裏面側偏光板１５０、スイッチングセル液晶層２３０、及び反射偏光板２４０の光軸方向を模式的に示してある。図４の左列には、バックライトとしての面光源３００から射出された光の偏光面を、丸の中に黒矢印で模式的に示しており、白矢印の向きでそれぞれ、中列に示した裏面側偏光板１５０、スイッチングセル液晶層２３０、及び反射偏光板２４０への入射と、それらからの射出を示している。図４の右列には、左列と同様にして、表示パネル１００側から裏面側偏光板１５０を透過した光の偏光面を、丸の中に黒矢印で模式的に示してある。

図４の左列に示す通り、バックライトから射出された光のうち、その偏光面を反射偏光板２４０の透過軸と一致させている光は、反射偏光板２４０を透過する。反射偏光板２４０を透過した光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面を９０°回転させられる。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致している。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過する。それ以降の透過光の挙動は一般の液晶表示装置における裏面側の偏光板を透過した光の挙動と同じである。

一方、図４の右列に示す通り、当該液晶表示装置の観察側から表示パネル１００を透過した光は、その偏光面を裏面側偏光板１５０の透過軸と一致させる。この光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面を９０°回転させられる。従って、反射偏光板２４０に入射する光の偏光面は、反射偏光板２４０の透過軸と一致する。このため、表示パネル１００を透過してきた光は、反射偏光板２４０を透過する。この光はバックライト面で反射させて、二次光源として再利用することができる。

以上説明した通り、スイッチングセル２００がＯＦＦの時、当該液晶表示装置は、バックライトから射出された光を用いて表示を行う、透過型液晶表示装置として機能する。

次に、スイッチングセル２００がＯＮ状態の時、即ち、表示パネル側電極２１２とバックライト側電極２２２の間に電場が形成されている状態を、図４と同様に、中列に裏面側偏光板１５０、スイッチングセル液晶層２３０、及び反射偏光板２４０の光軸方向を模式的に示し、その左列にバックライトから射出された光の偏光面を模式的に示し、右列に表示パネル１００側から裏面側偏光板１５０を透過した光の偏光面を模式的に示す、図５を参照して説明する。この時、当該液晶表示装置は反射型液晶表示装置として機能する。

図５の右列に示す通り、当該液晶表示装置の観察側から表示パネル１００を透過した光は、その偏光面を裏面側偏光板１５０の透過軸と一致させる。この光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面は回転させられない。従って、反射偏光板２４０に入射する光の偏光面は、反射偏光板２４０の反射軸と一致する。このため、表示パネル１００を透過してきた光は、反射偏光板２４０で反射される。また、反射偏光板２４０の透過軸とは直交するため、スイッチングセル２００がＯＦＦ状態の時とは異なり、反射偏光板２４０に入射する光は透過しない。この状態を図５においては、×印で示している。

反射偏光板２４０で反射された光は、再びスイッチングセル液晶層２３０を通過する。その際に、その偏光面は回転させられない。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致する。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過する。それ以降の透過光の挙動は一般の液晶表示装置における裏面側の偏光板を透過した光の挙動と同じである。

一方、図５の左列に示す通り、バックライトから射出された光のうち、その偏光面を反射偏光板２４０の透過軸と一致させている光は、反射偏光板２４０を透過する。反射偏光板２４０を透過した光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面は回転させられない。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と直交し、裏面側偏光板１５０の吸収軸と一致している。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過しない。この状態を図５においては、×印で示している。

以上説明した通り、スイッチングセル２００がＯＮの時、当該液晶表示装置は、観察側から入射した光が反射偏光板２４０で反射し、その反射光を用いて表示を行う、反射型液晶表示装置として機能する。

以上の通り、本実施形態に係る液晶表示装置に依れば、スイッチングセル２００のＯＮ又はＯＦＦにより、当該液晶表示装置を反射型表示又は透過型表示に切換えて機能させることができる。例えば、屋外等明るい場所においては反射型液晶表示装置として機能させ、屋内等暗い場所においては透過型液晶表示装置として機能させることで、どの様な明るさの環境においても当該液晶表示装置は、視認性が良い表示性能を確保できる。

本実施形態に係る液晶表示装置の様に構成すれば、前記特許文献１及び特許文献２に開示されている反射／透過型液晶表示装置の様に、反射型液晶表示装置又は透過型液晶表示装置として、有効な画素の面積を縮小する等による、性能の限定をすることがない。従って、本実施形態に係る液晶表示装置に依れば、反射型液晶表示装置及び透過型液晶表示装置の何れの表示装置としても、有効な画素の面積を大きく取り、高い表示性能を得ることができ、どの様な明るさの環境下でも良質な画像を表示できる。

また、屋外等明るい場所においてはバックライトを高輝度にすることで、視認性を高める従来の液晶表示素子に比べて、屋外等明るい場所においては反射型表示を用いるので、消費電力を抑えることができる。

尚、この切換えは、図示しないスイッチを使用者が操作することにより行うことが考えられる。この場合、反射型表示に切換えられた際には、バックライトをＯＦＦにすることで省電力化を図っても良い。

尚、本実施形態の説明では、表示パネル１００は、ツイストネマティック型液晶表示パネルであるとして説明したが、これに限らず、液晶分子をＴＦＴ側基板１１０とＣＦ側基板１２０の間で１８０°〜２７０°の範囲のねじれ角でツイスト配向させたスーパーツイストネマティック型液晶表示パネル、液晶分子をＴＦＴ側基板１１０とに対して垂直に配向させた非ツイストの垂直配向型（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ方式；ＶＡ方式）液晶表示パネル、横電界型のＩｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式（ＩＰＳ方式）の液晶表示パネルを含む液晶分子の分子長軸を一方向に揃えてＴＦＴ側基板１１０に平行に配向させた水平配向型液晶表示パネル、或いは液晶分子をＴＦＴ側基板１１０に対してベンド配向させるベンド配向型（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｅｃｅ方式；ＯＣＢ方式）液晶表示パネルの何れの液晶表示パネルを用いても良い。何れの場合も、液晶表示パネルの裏面側の偏光板が裏面側偏光板１５０として機能し、スイッチングセル２００の構成が同じならば、本実施形態に係る液晶表示装置と同様に機能する。

［第１の実施形態の第１の変形例］
次に、前記第１の実施形態の第１の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

前記第１の実施形態においては、反射偏光板透過軸２４０ａは、観察側偏光板１４０の透過軸と一致していたが、本変形例においては、図６に示す通り、反射偏光板透過軸２４０ａは、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致し、観察側偏光板１４０の透過軸と直交する位置関係にある。そして、反射偏光板反射軸２４０ｂは、反射偏光板透過軸２４０ａと直交する位置関係にあり、裏面側偏光板１５０の透過軸と直交し、観察側偏光板１４０の透過軸と一致する位置関係にある。

その結果、スイッチングセル２００がＯＦＦの時、当該液晶表示装置は反射型液晶表示装置として機能する。即ち、図４及び図５と同様に、図７の、中列に裏面側偏光板１５０、スイッチングセル液晶層２３０、及び反射偏光板２４０の光軸方向を模式的に示し、その左列にバックライトである面光源３００から射出された光の偏光面を模式的に示し、右列に表示パネル１００側から裏面側偏光板１５０を透過した光の偏光面を模式的に示す通り、以下の様になる。

図７の右列に示す通り、当該液晶表示装置の観察側から表示パネル１００を透過した光は、その偏光面を裏面側偏光板１５０の透過軸と一致させる。この光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面を９０°回転させられる。従って、反射偏光板２４０に入射する光の偏光面は、反射偏光板２４０の反射軸と一致する。このため、表示パネル１００を透過してきた光は、反射偏光板２４０で反射される。また、反射偏光板２４０の透過軸とは直交するため、反射偏光板２４０に入射する光は透過しない。

反射偏光板２４０で反射された光は、再びスイッチングセル液晶層２３０を通過する。その際に、偏光面を９０°回転させられる。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致する。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過する。それ以降の透過光の挙動は一般の液晶表示装置における裏面側の偏光板を透過した光の挙動と同じである。

一方、図７の左列に示す通り、バックライトから射出された光のうち、その偏光面を反射偏光板２４０の透過軸と一致させている光は、反射偏光板２４０を透過する。反射偏光板２４０を透過した光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面を９０°回転させられる。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と直交し、裏面側偏光板１５０の吸収軸と一致する。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過しない。

一方、スイッチングセル２００がＯＮの時、当該液晶表示装置は透過型液晶表示装置として機能する。即ち、図８の左列に示す通り、バックライトから射出された光のうち、その偏光面を反射偏光板２４０の透過軸と一致させている光は、反射偏光板２４０を透過する。反射偏光板２４０を透過した光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面は回転させられない。従って、裏面側偏光板１５０に入射する光の偏光面は、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致している。このため、当該光は裏面側偏光板１５０を透過する。それ以降の透過光の挙動は一般の液晶表示装置における裏面側の偏光板を透過した光の挙動と同じである。

一方、図８の右列に示す通り、当該液晶表示装置の観察側から表示パネル１００を透過した光は、その偏光面を裏面側偏光板１５０の透過軸と一致させる。この光は、スイッチングセル液晶層２３０を通過する際に、その偏光面は回転させられない。従って、反射偏光板２４０に入射する光の偏光面は、反射偏光板２４０の透過軸と一致する。このため、表示パネル１００を透過してきた光は、反射偏光板２４０を透過する。この光はバックライト面で反射させて、二次光源として再利用することができる。

以上の通り、本変形例に係る液晶表示装置に依れば、第１の実施形態の場合と同様に、スイッチングセル２００のＯＮ又はＯＦＦにより、当該液晶表示装置を透過型表示又は反射型表示に切換えて機能させることができる。例えば、屋外等明るい場所においては反射型液晶表示装置として機能させ、屋内等暗い場所においては透過型液晶表示装置として機能させることで、どの様な明るさの環境においても当該液晶表示装置は、視認性が良い表示性能を確保できる。

第１の実施形態においては、スイッチングセル２００がＯＮの時、当該液晶表示装置は反射型液晶表示装置として機能し、スイッチングセル２００がＯＦＦの時、透過型液晶表示装置として機能する。本変形例の液晶表示装置は、これとは逆に、スイッチングセル２００がＯＦＦの時、当該液晶表示装置は反射型液晶表示装置として機能し、スイッチングセル２００がＯＮの時、当該液晶表示装置は透過型液晶表示装置として機能する。

スイッチングセル２００がＯＮの時には電力を消費するので、当該液晶表示装置を室内等暗い環境で使うことが多い場合には、スイッチングセル２００がＯＦＦの時に透過型液晶表示装置として機能する第１の実施形態の様に反射偏光板２４０の透過軸及び反射軸を配置する方が省電力性に優れる。一方、屋外等明るい環境で使うことが多い場合には、スイッチングセル２００がＯＦＦ状態の時に反射型液晶表示装置として機能する第１の変形例の様に反射偏光板２４０の透過軸及び反射軸を配置する方が省電力性に優れる。

［第１の実施形態の第２の変形例］
次に、前記第１の実施形態の第２の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

本変形例に係る液晶表示装置においては、スイッチングセル２００のバックライト側基板２２０と反射偏光板２４０の間に、図９に示す様に光拡散層２５０を配置する。この光拡散層２５０は、バックライトから射出し反射偏光板２４０を透過した光、及び、裏面側偏光板１５０から入射し反射偏光板２４０で反射した光を、拡散させる役割を担う。

その結果、当該光拡散層２５０を配置することで、本変形例に係る液晶表示装置は、裏面側偏光板１５０に入射し裏面側偏光板１５０を透過する光の量を多くし、当該液晶表示装置の輝度を高める。それと共に、前記透過光及び反射光の指向性を低減させることで、当該液晶表示装置は、その視野角を広げ、また、当該液晶表示装置に輝度のムラが少ない画像を表示させることができる。

この光拡散層２５０は、散乱粒子が分散された粘着剤から成り、反射偏光板２４０を、スイッチングセル２００のバックライト側基板２２０に貼り付ける役割を担っても良い。尚、光拡散層２５０は、スイッチングセル２００のバックライト側基板２２０と反射偏光板２４０の間に配置せず、表示パネル１００の裏面側偏光板１５０とスイッチングセル２００の表示パネル側基板２１０の間に配置しても同様な効果が得られる。

［第１の実施形態の第３の変形例］
次に、前記第１の実施形態の第３の変形例について説明する。ここで本変形例の説明では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

本変形例に係る液晶表示素子は、図１０に示す通り、照度センサ５１０を備える。本液晶表示素子の画像表示は、表示パネル制御部４１０の制御下で、表示パネル駆動部４２０に駆動される、表示パネル１００によって行われる。一方、当該液晶表示装置を、透過型液晶表示装置として機能させるか、反射型液晶表示装置として機能させるかの切換えは、スイッチングセル制御部４３０の制御下で、スイッチングセル駆動部４４０によって駆動される、スイッチングセル２００によって行われる。ここで、スイッチングセル２００は前記第１の実施形態に係るスイッチングセル２００である。面光源駆動部４６０により駆動される面光源３００は、本液晶表示素子のバックライトとして機能する。

ここで、照度センサ５１０は、使用環境における外光の照度を電気信号に変換し、照度取得部５２０に出力する。照度取得部５２０は、照度センサ５１０から入力された信号に基づいて、照度値を取得する。照度取得部５２０は、取得した照度値をスイッチングセル制御部４３０に出力する。スイッチングセル制御部４３０は、照度取得部５２０から入力された照度値に基づいて、スイッチングセル２００の切換えを判断する。照度値が予め定めた閾値以上の場合、即ち、当該液晶表示装置の使用環境が明るいと判断された場合には、当該液晶表示装置を反射型液晶表示装置として機能させるように、スイッチングセル駆動部４４０は、スイッチングセル２００を駆動させる。一方、照度値が予め定めた閾値よりも低い場合、即ち、当該液晶表示装置の使用環境が暗いと判断された場合には、当該液晶表示装置を透過型液晶表示装置として機能させるように、スイッチングセル駆動部４４０は、スイッチングセル２００を駆動させる。

この様に、例えば照度センサ５１０及び照度取得部５２０は、全体として照度を計測する照度計として機能し、例えばスイッチングセル制御部４３０は、照度計が計測した照度に基づいて切換駆動手段を制御する切換制御手段として機能する。

以上の様に構成することで、本変形例に係る液晶表示装置は、その使用環境の照度に応じて、自身で当該液晶表示装置を透過型液晶表示装置として用いるか、反射型液晶表示装置として用いるかを判断して、適切な表示を可能にする。これによって、使用者は、使用環境を意識することなく、いつでも視認性の良い表示を提供される。

［第１の実施形態の各変形例の組み合わせ］
前記第１の実施形態に係る各変形例は組み合わせて用いられても良い。即ち、第１の変形例の通りに反射偏光板２４０の光軸を設定した上で、光拡散層２５０を設置しても良いし、更に照度センサ５１０を設けるように構成しても良い。また、第１の実施形態に係る液晶表示装置に、光拡散層２５０を設置した上で、更に照度センサ５１０を設けるように構成しても良い。何れの場合においてもそれぞれの効果を組み合わせた効果が得られる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここで第２の実施形態の説明では、第１の実施形態との相違点について説明し、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態に係る液晶表示装置は、図１１にその一部の断面図を示す通り、第１の実施形態に係る液晶表示装置の表示パネル１００の裏面側偏光板１５０とスイッチングセル２００の表示パネル側基板２１０の間に、裏面側偏光板１５０から近い方から順に、光拡散層２７０及び表示パネル側反射偏光板２６０を設置したものである。光拡散層２７０は、第１の実施形態の第２の変形例に係る光拡散層２５０と同様のものである。また、表示パネル側反射偏光板２６０は、反射偏光板２４０と同様の機能を有する。そして、表示パネル側反射偏光板２６０の光軸は、図１２に示す通り、表示パネル側反射偏光板２６０の透過軸である表示パネル側反射偏光板透過軸２６０ａを、裏面側偏光板１５０の透過軸と一致させ、表示パネル側反射偏光板２６０の反射軸である表示パネル側反射偏光板反射軸２６０ｂを、裏面側偏光板１５０の吸収軸と一致させて配置されている。

この様に、例えば光拡散層２７０は、裏面側偏光板と表示素子側基板の間に配置された表示側光拡散材として機能し、例えば表示パネル側反射偏光板２６０は、表示側光拡散材と表示素子側基板の間に配置された表示側反射偏光板として機能する。

この様な構成を有する本実施形態に係る液晶表示装置における光路は、裏面側偏光板１５０の透過軸と表示パネル側反射偏光板透過軸２６０ａを一致させているので、原理的に第１の実施形態と同様である。但し、表示パネル側反射偏光板２６０を挿入することによって、スイッチングセル液晶層２３０に入射する光の偏光面が揃えられる効果を有する。このため、反射型液晶表示装置として機能する場合において、第１の実施形態の説明における原理により近い状態が実現されてスイッチングセル２００が機能する。

また、表示パネル側反射偏光板透過軸２６０ａと偏光面が一致していない光については、裏面側偏光板１５０から表示パネル側反射偏光板２６０に届く光は、表示パネル側反射偏光板２６０において反射され、光拡散層２７０で拡散され、再び裏面側偏光板１５０に入射するので、所謂リサイクル効果により、表示パネル１００の表示に用いられる光の量が多くなり、光使用効率が上昇し、当該液晶表示装置のより良い表示に貢献する。また、スイッチングセル液晶層２３０から表示パネル側反射偏光板２６０に届く光のうち、表示パネル側反射偏光板透過軸２６０ａと偏光面が一致していない光についても、同様のリサイクル効果が得られ、当該液晶表示装置のより良い表示に貢献する。

以上説明した通り、本実施形態に係る液晶表示装置は、第１の実施形態に係る液晶表示装置と同様の効果が得られることに加えて、表示パネル側反射偏光板２６０及び光拡散層２７０の効果により、更に明るく画像良質の表示ができる。

尚、本実施形態に係る液晶表示装置に関しても、第１の実施形態と同様の変形例による構成が可能であり、第１の実施形態の変形例の場合と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００…表示パネル、１１０…ＴＦＴ側基板、１１２…画素電極、１１４…薄膜トランジスタ、１１６…ＴＦＴ側配向膜、１２０…カラーフィルター（ＣＦ）側基板、１２２…カラーフィルター、１２４…共通電極、１２６…ＣＦ側配向膜、１３０…表示パネル液晶層、１３０…中表示パネル液晶層、１４０…観察側偏光板、１５０…裏面側偏光板、４１０…表示パネル制御部、４２０…表示パネル駆動部、２００…スイッチングセル、２１０…表示パネル側基板、２１２…表示パネル側電極、２１４…表示パネル側配向膜、２２０…バックライト側基板、２２２…バックライト側電極、２２４…バックライト側配向膜、２３０…スイッチングセル液晶層、２４０…反射偏光板、２４０ａ…反射偏光板透過軸、２４０ｂ…反射偏光板反射軸、２５０…光拡散層、２６０…表示パネル側反射偏光板、２６０ａ…表示パネル側反射偏光板透過軸、２６０ｂ…表示パネル側反射偏光板反射軸、２７０…光拡散層、４３０…スイッチングセル制御部、４４０…スイッチングセル駆動部、３００…面光源、４６０…面光源駆動部、５１０…照度センサ、５２０…照度取得部。

Claims (9)

1. 対向配置された観察側偏光板及び裏面側偏光板を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの前記裏面側偏光板側に配置された面光源と、
   前記液晶表示パネルと前記面光源との間に配置された切換光学素子と、
   前記切換光学素子を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記液晶表示パネルは、前記観察側偏光板及び裏面側偏光板の間に配設された一対の基板の間隙に封入された液晶分子の配向により光の透過を制御して表示を行い、
   前記切換光学素子は、
   前記面光源から射出した光を、前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第１の状態と、
   前記観察側偏光板側から前記液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板から射出した光を反射すると共に、該反射光を前記裏面側偏光板を透過させて前記液晶表示パネルに入射させる第２の状態と、
   を有する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記切換光学素子は、
   前記面光源側に配置された反射偏光板と、
   前記液晶表示パネル側に配置されたスイッチングセルと、
   を有し、
   前記反射偏光板は、反射軸方向の振動面を有する偏光を反射し、反射軸と直交する透過軸方向の振動面を有する偏光を透過させ、
   前記スイッチングセルは、
   前記第１の状態では、
   前記面光源から射出し前記反射偏光板を透過した偏光の振動面を、前記裏面側偏光板の透過軸と一致させ、
   前記観察側偏光板側から該液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板を透過した偏光の振動面を、前記反射偏光板の透過軸と一致させ、
   前記第２の状態では、
   前記観察側偏光板側から該液晶表示パネルに入射して前記裏面側偏光板を透過した偏光の振動面を、前記反射偏光板の反射軸と一致させ、
   前記面光源から射出し前記反射偏光板を透過した偏光の振動面を、前記裏面側偏光板の吸収軸と一致させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スイッチングセルは、
   前記液晶表示パネル側に配置された表示素子側基板と、
   前記反射偏光板側に配置された面光源側基板と、
   前記表示素子側基板の前記面光源側基板と対向する側の面上に形成された表示素子側電極と、
   前記表示素子側電極上に形成された表示素子側配向膜と、
   前記面光源側基板の前記表示素子側基板と対向する側の面上に形成された面光源側電極と、
   前記面光源側電極上に形成された面光源側配向膜と、
   前記表示素子側配向膜と前記面光源側配向膜の間に配置された液晶分子から成る液晶層と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記表示素子側電極及び前記面光源側電極に印加する電圧を制御する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記反射偏光板は、該反射偏光板の前記反射軸方向を、前記裏面側偏光板の透過軸方向と一致させて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記反射偏光板は、該反射偏光板の前記反射軸方向を、前記裏面側偏光板の透過軸方向と直交させて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 前記スイッチングセルにおける前記面光源側基板と前記反射偏光板の間に配置された、光を拡散する光拡散材を更に具備することを特徴とする請求項３乃至請求項５のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記裏面側偏光板と前記スイッチングセルにおける前記表示素子側基板の間に配置された、光を拡散する表示側光拡散材と、
   前記表示側光拡散材と前記スイッチングセルにおける前記表示素子側基板の間に配置された表示側反射偏光板と、
   を更に具備し、
   前記表示側反射偏光板は、
   反射軸方向の振動面を有する偏光を反射し、反射軸と直交する透過軸方向の振動面を有する偏光を透過させ、
   該表示側反射偏光板の前記透過軸方向を、前記裏面側偏光板の透過軸方向と一致させて配置されている、
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記スイッチングセルにおける前記表示素子側配向膜に施された配向処理の方向と前記スイッチングセルにおける前記面光源側配向膜に施された配向処理の方向の成す角は９０°であることを特徴とする請求項３乃至請求項７のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。
9. 照度を計測する照度計と、
   前記照度計が計測した照度に基づいて前記切換駆動手段の動作を制御する切換制御手段と、
   を更に具備することを特徴とする請求項３乃至請求項８のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。

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