JP2020112729A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過率の低下を抑制するとともに、明るい反射表示を実現する反射／透過型液晶表示装置を提供する。【解決手段】直交する２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を反射する反射軸２５ａと他方の直線偏光を透過させる透過軸２５ｂとを有し、液晶表示素子１と面光源１６との間において、一方の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して反射軸２５ａが平行となるように配置された第１光学部材２５と、一方の直線偏光を反射する反射軸２６ａと他方の直線偏光を透過させる透過軸２６ｂとを有し、第１光学部材と面光源との間において、第１光学部材の反射軸２５ａに対して反射軸２６ａが０°から９０°の範囲の角度で交差するように配置された第２光学部材２６と、第１光学部材と液晶表示素子との間に配置され、特定の方位から特定の範囲角度で入射する成分の光を、それ以外の成分の光よりも強く拡散する光学異方性を有する光学異方性拡散層２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、透過表示と反射表示とが可能な液晶表示装置に関する。

観察側から入射した外光を利用する反射表示と、観察側とは反対側に配置された面光源からの照明光を利用する透過表示とを行う反射／透過型液晶表示装置が、様々な機器に搭載されている。

反射／透過型液晶表示装置は、例えば、液晶表示素子の観察側とは反対側に面光源を配置し、且つ液晶表示素子の複数の画素をそれぞれ２つの領域に区分し、その一方の領域の液晶層よりも後側に反射膜を設けることにより、前記複数の画素毎に反射表示部と透過表示部とを形成したものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、反射／透過型液晶表示装置は、例えば、液晶表示素子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液晶層よりも後側（面光源側）に半透過反射膜を配置したものが提案されている（例えば特許文献２参照）。

また、上記方式による反射／透過型液晶表示装置において、例えば液晶表示素子と面光源との間に反射偏光フィルムを配置することで、反射表示を明るくするという方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。

特開２００４− ９３７１５号公報 特開２００２−１０７７２５号公報 特開２０１０−１２２３８６号公報

しかしながら、液晶表示素子と面光源との間に反射偏光フィルムを配置すると、反射表示が明るくなる一方で、透過率が低下して透過表示が暗くなる可能性があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、透過率の低下を抑制するとともに、明るい反射表示を実現する反射／透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

第１態様による液晶表示装置は、間隙を設けて対向配置されるとともに互いに向き合う面の少なくとも一方に複数の電極が形成された一対の基板と、前記一対の基板間の間隙に封入された液晶層と、前記一対の基板を互いの間に挟むように配置された一対の偏光板とを有する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の一方の前記偏光板に対向して配置され、前記液晶表示素子へ向けて照明光を照射するとともに、前記液晶表示素子を介して入射された光を前記液晶表示素子へ向けて反射させる面光源と、光の振動面が互いに直交する２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を反射する反射軸と他方の直線偏光を透過させる透過軸とを有し、前記液晶表示素子と前記面光源との間において、一方の前記偏光板の吸収軸に対して前記反射軸が平行となるように配置された第１光学部材と、光の振動面が互いに直交する２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を反射する反射軸と他方の直線偏光を透過させる透過軸とを有し、前記第１光学部材と前記面光源との間において、前記第１光学部材の前記反射軸に対して前記反射軸が０°から９０°の範囲の角度で交差するように配置された第２光学部材と、前記第１光学部材と前記液晶表示素子との間に配置され、所定の方位から所定の範囲角度で入射する成分の光を、前記所定の方位および前記所定の範囲角度以外で入射する成分の光よりも強く拡散する光学異方性を有する光学異方性拡散層と、を備える。

また、上記第１態様による液晶表示装置において、前記光学異方性拡散層は、前記液晶表示素子の他方の前記偏光板側からの入射光に対して弱く拡散し、前記第２光学部材および前記面光源にて反射された光に対しては強く拡散するように光学異方性を備えている。

また、上記第１態様による液晶表示装置において、前記光学異方性拡散層へ光が入射する角度と透過率との関係は、前記液晶表示素子の他方の前記偏光板から前記光学異方性拡散層の法線方向と略平行に入射する光の入射角を０°としたときに、０°に対して一方側から入射する光に対して最大透過率のピークを持ち、０°に対して他方側から入射する光に対して最小透過率のピークを持つ。

また、上記第１態様による液晶表示装置は、前記光学異方性拡散層と前記第１光学部材との間に配置された第１粘着層を備え、前記第１光学部材と前記光学異方性拡散層とは、前記第１粘着層を介して互いに貼り付けられている。

また、上記第１態様による液晶表示装置は、前記液晶表示素子と前記光学異方性拡散層との間に配置された第２粘着層を備え、前記光学異方性拡散層と前記液晶表示素子とは、前記第２粘着層を介して互いに貼り付けられている。

また、上記第１態様による液晶表示装置は、前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に配置された第３粘着層を備え、前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記第３粘着層を介して互いに貼り付けられている。さらに、前記第３粘着層は、拡散機能を有する拡散粘着層である。

本発明の液晶表示装置によれば、透過率の低下を抑制するとともに、明るい反射表示を実現することができる。

図１は、第１実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、第１実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す側面図である。 図３は、第１実施形態の液晶表示装置が備える液晶表示素子の一構成例を概略的に示す断面図である。 図４は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と反射率相対比との関係の一例を示す図である。 図５は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と透過率相対比との関係の一例を示す図である。 図６は、液晶表示装置の透過率相対比と反射率相対比との関係の例を示す図である。 図７Ａは、光学異方性のない拡散層を備えた液晶表示装置における反射光について説明するための図である。 図７Ｂは、実施形態の液晶表示装置における反射光について説明するための図である。 図８は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と反射率相対比との関係の他の例を示す図である。 図９は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と透過率相対比との関係の他の例を示す図である。 図１０は、液晶表示装置の透過率相対比と反射率相対比との関係の他の例を示す図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す分解斜視図である。
図２は、第１実施形態の液晶表示装置の一構成例を概略的に示す側面図である。
本実施形態の液晶表示装置は、観察側から入射した外光を利用する反射表示と、観察側とは反対側に配置された面光源からの照明光を利用する透過表示とを行う反射／透過型液晶表示装置であって、液晶表示素子１と、面光源１６と、光学異方性拡散層２４と、第１光学部材２５と、第２光学部材２６と、を備えている。上記液晶表示装置の構成は、利用者の観察側から、液晶表示素子１、光学異方性拡散層２４、第１光学部材２５、第２光学部材２６、面光源１６の順に配置されている。

面光源１６は、液晶表示素子１の観察側とは反対側に配置され、液晶表示素子１に向けて照明光を照射し、観察側から入射して液晶表示素子１を透過した光を液晶表示素子１へ向けて反射する。

面光源１６は、導光板１７と、反射膜２０と、光源２１と、拡散シート２２と、プリズムアレイ２３と、を備えている。
導光板１７は、液晶表示素子１の画面エリアの全体に対応する面積を有する透明な板状部材であって、例えば矩形形状の入射端面１８と出射面１９とを含む板状部材である。

入射端面１８は、面光源１６と液晶表示素子１とが積層される方向と略平行な導光板１７の一端面である。
出射面１９は、面光源１６と液晶表示素子１とが積層される方向と略直交する方向に延びた導光板１７の端面のうち、液晶表示素子１側に位置する面である。

光源２１は、入射端面１８の近傍にて入射端面１８と対向するように配置されている。本実施形態の液晶表示装置は複数の光源２１を含み、複数の光源２１から、導光板１７の入射端面１８に向かって光が出射される。光源２１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を備える。

反射膜２０は、導光板１７の出射面１９とは反対側に設けられ、入射端面１８から導光板１７に入射した光、及び、出射面１９から導光板１７に入射した光を、出射面１９へ向けて反射する。
拡散シート２２は、例えば散乱粒子が分散された樹脂フィルムを備え、導光板１７の出射面１９とプリズムアレイ２３との間に配置されている。

プリズムアレイ２３は、導光板１７（又は拡散シート２２）と対向する側の面が平坦面に形成され、その反対側の面が出射面１９から出射した光を集光するプリズム形状に形成された透明部材である。すなわち、プリズムアレイ２３の液晶表示素子１と対向する側の面には、導光板１７の出射面１９から出射した光を集光して液晶表示素子１へ照射するための細長形状の微小プリズムがその長手方向と直交する方向に複数並び、複数の微小プリズムは互いに平行に配列されている。

プリズムアレイ２３は、複数の微小プリズムの長手方向を予め定めた方向、例えば導光板１７の入射端面１８の法線方向と実質的に平行にして配置される。

液晶表示装置が透過表示を行うときには、光源２１から出射し、導光板１７にその入射端面１８から入射した光は、反射膜２０による反射と導光板１７の出射面１９による内面反射とを繰り返しながら導光板１７内をその全域に導かれ、導光板１７の出射面１９の全体から出射される。導光板１７の出射面１９から出射された光は、拡散シート２２によって拡散され、さらにプリズムアレイ２３により集光される。これにより、正面輝度（液晶表示素子１の法線付近の方向に出射する光の輝度）の高い輝度分布の照明光が、液晶表示素子１へ向けて出射される。

また、面光源１６は、液晶表示素子１にその観察側から入射し、液晶表示素子１を透過した光を液晶表示素子１へ向けて反射する機能を有している。液晶表示素子１を透過し、光学異方性拡散層、プリズムアレイ２３及び拡散シート２２を観察側に反射されずに透過して導光板１７にその出射面１９から入射した光は、反射膜２０により反射され、導光板１７の出射面１９の全体から出射する。導光板１７の出射面１９から出射された光は、拡散シート２２によって拡散され、プリズムアレイ２３により集光されて、正面輝度の高い輝度分布の反射光が液晶表示素子１へ向けて出射される。

なお、図１および図２に示す例では、面光源１６の反射膜２０は、導光板１７の出射面１９と対向した面と接触するように配置されているが、反射膜２０を導光板１７との間に間隙を設けて配置してもよい。この場合、導光板１７の入射端面１８から入射した光は、導光板１７の出射面１９とは反対側の板面で出射面１９へ向けて内面反射され、反対側の板面と間隙内の空気層との界面を透過した漏れ光が反射膜２０により反射され、導光板１７内に戻される。

図３は、第１実施形態の液晶表示装置が備える液晶表示素子の一構成例を概略的に示す断面図である。なお、図３では、液晶表示素子１の一部分を拡大して示している。
液晶表示素子１は、一対の基板（第１基板３および第２基板２）と、液晶層１２と、偏光板１３、１４と、表示ドライバ１５と、を備えている。

第１基板３と第２基板２とは、所定の間隙を置いて対向して配置されている。第１基板３と第２基板２とは、観察側および面光源１６側からの光を透過する透明基板であり、例えばガラスなどの透明な絶縁材料により形成されている。
液晶表示素子１は、例えばアクティブマトリクス液晶表示素子であり、第１基板３と第２基板２との一方、例えば、観察側とは反対側の第１基板３は、行及び列方向にマトリクス状に配列された複数の第１画素電極４と、複数の第１画素電極４にそれぞれ対応させて配置された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行の複数のＴＦＴにゲート信号を供給する複数の走査線及び各列の複数のＴＦＴにデータ信号を供給する複数の信号線（いずれも図示せず）と、絶縁層を介して画素電極４上層に形成された複数の細長電極部６ａを含む第２画素電極６と、を備えている。

なお、図３ではＴＦＴが図示されていないが、ＴＦＴは、走査線と信号線とが交差する位置近傍に配置され、第１基板３の基板面上に形成されたゲート電極と、基板面上の略全体にゲート電極を覆って設けられた透明なゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上にゲート電極と対向させて形成されたｉ型半導体膜と、ｉ型半導体膜の両側部の上にそれぞれｎ型半導体膜を介して形成されたドレイン電極及びソース電極と、を備える。

複数の第１画素電極４は、ゲート絶縁膜の上に形成され、これらの第１画素電極４にそれぞれ対応するＴＦＴ５のドレイン電極に接続されている。複数の走査線は、第１基板３の基板面上に、第１画素電極４の行毎にその一側に沿わせて形成され、各行に配置された複数のＴＦＴ５のゲート電極にそれぞれ電気的に接続されている。複数の信号線は、ゲート絶縁膜の上に、第１画素電極４の列毎にその一側に沿わせて形成され、各列の複数のＴＦＴのソース電極にそれぞれ電気的に接続されている。

液晶表示素子１は、前記複数の第１の画素電極４および第２の画素電極６と対向する領域からなる複数の画素にそれぞれ対応させて設けられた赤、緑、青の３色のカラーフィルタ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを備えている。このカラーフィルタ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、一対の基板２、３のいずれか一方、例えば第２基板２の内面に設けられている。

第１基板３と第２基板２とが互いに対向した内面にはそれぞれ、第１画素電極４、第２画素電極６およびカラーフィルタ７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを覆って一対の配向膜８、９が形成されており、第１基板３および第２基板３の内面は、配向膜８、９の膜面をそれぞれ予め定めた方向にラビングすることによって配向処理されている。

本実施形態において、液晶表示素子１は、例えば横電界制御型液晶表示素子であり、液晶層１２に誘電異方性が正のネマティック液晶を用いた場合、配向膜８，９は、それぞれの膜面を、各画素電極６の複数の細長電極部６ａの長さ方向に沿った方向、つまり画面エリアの上下方向と平行な方向にラビング処理されている。

一方、誘電異方性が負のネマティック液晶を用いた場合は、配向膜８、９それぞれの膜面を、各画素電極６の複数の細長電極部６ａの長さ方向に沿った方向に対して直交する方向（画面エリアのうち左右方向と平行な方向）にラビング処理すれば良い。

第１基板３および第２基板２は、複数の画素がマトリクス状に配列した画面エリアを囲む枠状のシール材１０（図１及び図２参照）を介して接合されており、第１基板３および第２基板２間の間隙においてシール材１０で囲まれた領域に液晶層１２が封入されている。

液晶層１２は、第１基板３と第２基板２との間において配向膜８、９と接触するように配置され、液晶層１２の液晶分子は、配向膜８、９の配向処理によって規定される配向状態に配向する。

一対の偏光板１３、１４はそれぞれ、互いに直交する透過軸（図示せず）と吸収軸１３ａ，１４ａとを有し、透過軸に平行な光の振動面を有する直線偏光を透過し、吸収軸１３ａ，１４ａに平行な光の振動面を有する直線偏光を吸収する吸収偏光板であり、これらの偏光板１３，１４のうちの観察側の偏光板１３は、その外面に外光の反射防止処理が施されたアンチグレア偏光板からなっていてもよい。

一対の偏光板１３、１４は、第１基板３および第２基板２を挟むように配置されている。偏光板１３、１４は、第１画素電極４および第２画素電極６間に電界を印加しない無電界時と電界印加時との表示のコントラストが充分に高くすることができる方向となるように吸収軸１３ａ、１４ａの向きを位置合わせして固定されている。偏光板１３、１４は、例えば、その一方の偏光板の透過軸を、配向膜８、９のラビング方向（図示せず）と平行にするか或いは直交させ、他方の偏光板の透過軸を一方の偏光板の透過軸に対して直交させるか或いは平行にして配置されている。

なお、液晶表示素子１は、基板の内面に複数の画素を形成するための第１画素電極４および第２画素電極６を形成したものに限らず、第１基板３の内面（液晶層１２側の面）に行及び列方向にマトリクス状に配列され、それぞれに対応させて配置された複数のＴＦＴに接続された複数の画素電極と、第２基板２の内面（液晶層１２側の面）に、複数の画素電極と対向する一枚膜状の対向電極が設けられているものであってもよい。具体的には、液晶表示素子１はＴＮ型液晶表示素子であり、一対の基板（第１基板３および第２基板２）ぞれぞれの内面に形成された配向膜８、９は、互いに直交する方向に配向処理され、液晶層１２の液晶分子が、一対の基板間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向しているものでもよい。

また、液晶表示素子１は、液晶分子を一対の基板間において１８０°〜２７０°の範囲の捩れ角でツイスト配向させたＳＴＮ型、液晶分子を一対の基板の基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子の分子長軸を一方向に揃えて一対の基板の基板面と実質的に平行に配向させた非ツイストの水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子のいずれでもよい。

液晶表示素子１の第１基板３は、第２基板２の端部から外方に突出した張出部３ａ（図１および図２に示す）を有している。第１基板３の内面に設けられた複数の走査線及び信号線は、張出部３ａに搭載された表示ドライバ１５と電気的に接続されている。

光学異方性拡散層２４は、特定の方位から特定の範囲角度で入射する成分の光を強く拡散し、それ以外の成分の光を弱く拡散する光学異方性を有し、例えば、指向性散乱フィルムを備える。具体的には、光学異方性拡散層２４は、例えば、観察側からの入射光に対して弱く拡散し、第２光学部材２６および面光源１６での反射光（第１光学部材２５側からの入射光）に対しては強く拡散するように光学異方性を持たせることで、液晶表示装置に観察側から入射した光の損失を少なくすることができる。

本実施形態の液晶表示装置では、光学異方性拡散層２４へ光が入射する角度と透過率との関係は、例えば、液晶表示素子１の偏光板１３側から正面方向（光学異方性拡散層２４の法線方向と平行な方向）に入射する光の入射角を０°としたときに、０°に対して一方側（例えばマイナス側）から入射する光に対して最大透過率のピークを持ち、０°に対して他方側（例えばプラス側）から入射する光に対して最小透過率のピークを持つ特性を有している。

また、光学異方性拡散層２４は、液晶表示素子１と第１光学部材２５との間において、面光源１６側から照射され、第２光学部材２６および第１光学部材２５を透過した光、及び、観察側から入射し、面光源１６、第２光学部材２６および第１光学部材２５により反射された光をそれぞれ拡散し、液晶表示素子１の偏光板１４に入射させる。このことにより、偏光板１４を透過する光の輝度を高くすることが可能であり、視野角が広く且つ輝度むらの無い画像を表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。

なお、本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示素子１と光学異方性拡散層２４との間に配置された粘着層（第２粘着層）をさらに備えていてもよい。すなわち、液晶表示素子１の偏光板１４と光学異方性拡散層２４とは、粘着層を介して互いに貼り付けられて固定されてもよい。このことにより、液晶表示素子１と光学異方性拡散層２４との位置合わせをする必要がなくなる。

第１光学部材２５は、互いに直交する反射軸２５ａと透過軸２５ｂとを有している。第１光学部材２５は、反射軸２５ａに平行な光の振動面を有する直線偏光を反射し、透過軸２５ｂに平行な光の振動面を有する直線偏光を透過する。第１光学部材２５は、液晶表示素子１と面光源１６との間において、その反射軸２５ａが、液晶表示素子１の面光源１６側の偏光板（つまり後側偏光板）１４の吸収軸１４ａに対して平行になるように配置されている。

本実施形態の液晶表示装置は、光学異方性拡散層２４と第１光学部材２５との間に配置された粘着層（第１粘着層）をさらに備えていてもよい。すなわち、光学異方性拡散層２４と第１光学部材２５とは、粘着層を介して互いに貼り付けられて固定されてもよい。このことにより、光学異方性拡散層２４と第１光学部材２５との位置合わせをする必要がなくなる。

第２光学部材２６は、互いに直交する反射軸２６ａと透過軸２６ｂとを有している。第２光学部材２６は、反射軸２６ａに平行な光の振動面を有する直線偏光を反射し、透過軸２６ｂに平行な光の振動面を有する直線偏光を透過する。第２光学部材２６は、液晶表示素子１と面光源１６との間において、その反射軸２６ａが、液晶表示素子１の面光源１６側の偏光板、つまり偏光板１４の吸収軸１４ａに対して予め定めた角度で交差する方向に位置するように位置合わせされる。

第２光学部材２６は、例えば反射偏光フィルムを備えている。第２光学部材２６は、その反射軸２６ａが、液晶表示素子１の面光源１６側の偏光板１４、つまり偏光板１４の吸収軸１４ａに対して０°〜９０°の範囲の角度で交差する方向に位置するように位置合わせされる。第２光学部材２６は、液晶表示装置の観察側からの入射光を反射する機能を備え、第２光学部材２６にて反射された光は、液晶表示装置の反射表示に利用される。

なお、液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対する第２光学部材２６の反射軸２６ａの交差角（以下、交差角αという）は、０°〜９０°の範囲、より好ましくは０°〜６０°の範囲の角度に設定するのが望ましい。
本実施形態の液晶表示装置では、第２光学部材２６を、その反射軸２６ａが液晶表示装置の画面の横軸ｘに対して観察側から見て左回り（反時計回り）に４５°の角度方向に向けて配置し、液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対する第２光学部材２６の反射軸２６ａの交差角αを４５°に設定している。

なお、本実施形態の液晶表示装置は、第１光学部材２５と第２光学部材２６との間に配置された粘着層（第３粘着層）をさらに備えていてもよい。すなわち、第１光学部材２５と第２光学部材２６とは、粘着層を介して互いに貼り付けられて固定されてもよい。このことにより、第１光学部材２５と第２光学部材２６との位置合わせをする必要がなくなる。また、第１光学部材２５と第２光学部材２６との間の粘着層は、光を拡散する機能を有する拡散粘着層であってもよい。第１光学部材２５と第２光学部材２６との間の粘着層が光拡散機能を有することにより、第１光学部材２５と第２の光学部材２６との間での光の利用効率の低下を回避することができる。その結果として、前記粘着層を配置したことにより光の透過率および反射率が低下することを抑制できる。

本実施形態の液晶表示装置において反射表示を行うときには、観察側から入射し、液晶表示素子１を透過した光、つまり液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して直交する直線偏光が、第２光学部材２６に入射する。第２光学部材２６の反射軸２６ａは、液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して予め定めた角度で交差しているため、液晶表示素子１を透過した光（偏光板１４の吸収軸１４ａに対して直交する直線偏光）のうちの第２光学部材２６の反射軸２６ａと平行な直線偏光成分が、第２光学部材２６にて反射される。この反射光は、光学異方性拡散層２４によって一部が拡散され、その光のうちの液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して直交する直線偏光成分が、液晶表示素子１を透過して観察側に出射され、反射表示が実現される。

一方、観察側から入射し、液晶表示素子１を透過した光のうちの第２光学部材２６の透過軸２６ｂと平行な直線偏光成分は、第２光学部材２６を透過して面光源１６側へ出射される。第２光学部材２６を透過して面光源１６側へ出射された光は、面光源１６のプリズムアレイ２３によりその光の一部が観察側に反射される。プリズムアレイ２３を透過した光は、さらに拡散シート２２により拡散され、その光の一部が反射され、拡散シート２２を透過した光は、出射面１９から導光板１７に入射し、導光板１７の出射面１９とは反対側に設けられた反射膜２０により反射される。上記のように面光源１６の各構成にて反射された反射光は、導光板１７の出射面１９から出射して拡散シート２２により拡散され、プリズムアレイ２３により集光されて、第２光学部材２６に入射し、その光のうちの第２光学部材２６の透過軸２６ｂと平行な直線偏光成分が、第２光学部材２６を透過する。第２光学部材２６を透過した光は、光学異方性拡散層２４によって一部が拡散され、この拡散された光のうちの液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して直交する直線偏光が、液晶表示素子１を透過して観察側に出射され、反射表示が実現される。

上記のように、本実施形態の液晶表示装置では、液晶表示素子１の観察側とは反対側に、液晶表示素子１へ向けて照明光を照射するとともに観察側から入射して液晶表示素子１を透過した光を液晶表示素子１へ向けて反射する面光源１６を配置し、さらに、液晶表示素子１と面光源１６との間に、観察側から入射して液晶表示素子１を透過した光の一部を液晶表示素子１へ向けて反射する第２光学部材２６を、その反射軸２６ａが液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対して予め定めた角度（この実施形態では０°〜６０°の範囲の角度）で交差する方向に向けて配置しているため、観察側から入射した外光を利用する反射表示と、面光源１６からの照明光を利用する透過表示とを行い、しかも反射表示を明るくすることが可能となる。

また、本実施形態の液晶表示装置では、光学異方性拡散層２４が、特定の方位から特定の範囲角度で入射する成分の光を強く拡散し、それ以外の成分の光を弱く拡散する光学異方性を有している。光学異方性拡散層２４は、例えば、観察側からの入射光に対して弱く拡散し、第２光学部材２６および面光源１６での反射光に対しては強く拡散するように光学異方性を持たせることで、液晶表示装置に観察側から入射した光の損失を少なくすることができ、効率的に明るい反射表示を実現することができる。

また、本実施形態の液晶表示装置において透過表示を行うときは、面光源１６から照射された照明光、つまり導光板１７の出射面１９から出射して拡散シート２２により拡散され、さらにプリズムアレイ２３により集光された光が、第２光学部材２６に入射し、その光のうちの第２光学部材２６の透過軸２６ｂと平行な直線偏光成分が、第２光学部材２６を透過し、光学異方性拡散層２４によって一部が拡散されて液晶表示素子１へ出射される。

光学異方性拡散層２４から液晶表示素子１側に出射した光は、液晶表示素子１の偏光板１４に入射し、その光のうちの偏光板１４の吸収軸１４ａに対して直交する直線偏光が、偏光板１４を透過して液晶表示素子１内に入射する。偏光板１４を透過した光のうちの液晶表示素子１を透過した光が観察側へ出射される。

本実施形態の液晶表示装置において、観察側から入射した光に対する、第１光学部材２５、第２光学部材２６及び面光源１６により反射され、液晶表示素子１を透過して観察側に出射される光の比率（以下、反射率という）と、面光源１６から照射された光に対する、第２光学部材２６、第１光学部材２５及び液晶表示素子１を透過して観察側に出射される光の比率（以下、透過率という）とは、液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａに対する第２光学部材２６の反射軸２６ａの交差角αに依存する。

図４は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と反射率相対比との関係の一例を示す図である。
図５は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と透過率相対比との関係の一例を示す図である。
ここで、第２光学部材２６の反射軸２６ａを液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａと平行（偏光板１４の吸収軸１４ａに対する交差角αを０°）にしたときの反射率に対する、任意の交差角αにおける反射率の比を反射率相対比とする。
また、第２光学部材２６の反射軸２６ａを液晶表示素子１の偏光板１４の吸収軸１４ａと平行（交差角αが０゜）にしたときの透過率に対する、任意の交差角αにおける透過率の比を透過率相対比とする。

図４および図５では、光学異方性拡散層２４、第１光学部材２５、第２光学部材２６を用いた本実施形態の液晶表示装置における、反射率相対比と透過率相対比との交差角αに対する変化（○）と、光学異方性拡散層２４に代えて光学異方性のない拡散層を用いた液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との交差角αに対する変化（◇）と、光学異方性拡散層２４を備えず、第１光学部材２５と第２光学部材２６とを備えた液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との交差角αに対する変化（△）と、を示している。

図５に示した透過率相対比によれば、いずれの例においても交差角αが増加するにしたがって透過率が減少する傾向がみられる。
これに対し、図４に示す反射率相対比によれば、本実施形態の液晶表示装置において、交差角αが増加するにともない大きく反射率の増加する傾向がみられた。また、光学異方性のない拡散層を用いた液晶表示装置においては、拡散層を備えない液晶表示装置より反射率が大きく増加する傾向があった。

図６は、液晶表示装置の透過率相対比と反射率相対比との関係の例を示す図である。
図６は、光学異方性拡散層２４、第１光学部材２５、第２光学部材２６を用いた本実施形態の液晶表示装置における、反射率相対比と透過率相対比との関係（○）と、光学異方性拡散層２４に代えて光学異方性のない拡散層を用いた液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との関係（◇）と、光学異方性拡散層２４を備えず、第１光学部材２５と第２光学部材２６とを備えた液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との関係（△）と、を示している。

図６によれば、例えば透過率相対比が同じときには、本実施形態の液晶表示装置における反射率相対比が、他の例よりも高い反射率相対比が得られている。すなわち、本実施形態の液晶表示装置では、第２光学部材２６および面光源１６からの反射光が、光学異方性拡散層２４の有する光学異方性により効率的に観察面側に出射されているものと考えられる。

図７Ａは、光学異方性のない拡散層を備えた液晶表示装置における反射光について説明するための図である。
ここでは、光学異方性拡散層２４に代えて光学異方性のない拡散層２７を備える点以外は上述の実施形態の液晶表示装置と同様である液晶表示装置を比較例として説明する。

図７Ａに示すように、拡散層２７を用いた構成では、観察側から液晶表示装置へ入射した光が、第２光学部材２６および面光源１６で反射され、その反射光を拡散層２７により拡散することにより、反射表示を実現している。このとき、比較例の液晶表示装置では、拡散層２７は光学異方性を備えないことから、観察側から光が拡散層２７に入射する際にも光が拡散するため、一部の光が損失となる。また、拡散層２７を透過した反射光が偏光板１４で再反射され、拡散層２７に再入射する場合も同様に、拡散層２７に入射した際に光が拡散され、一部の光が損失となる。

図７Ｂは、実施形態の液晶表示装置における反射光について説明するための図である。
本実施形態の液晶表示装置では、上述の比較例と同様に、観察側から液晶表示装置へ入射した光が、第２光学部材２６および面光源１６で反射され、その反射光を光学異方性拡散層２４により拡散することにより、反射表示を実現している。このとき、本実施形態の液晶表示装置では、観察側から光学異方性拡散層２４へ光が入射すると、光学異方性拡散層２４の光学異方性により入射光に対する拡散が比較例よりも少なくなる。このことにより、観察側から入射した光の損失が少なくなり、効率的な反射表示を実現することができる。また、光学異方性拡散層２４を透過した反射光が、偏光板１４で再反射され、光学異方性拡散層２４に再入射するときにも、光学異方性拡散層２４における光の損失が少ないため、光を効率的に回生することが可能である。このことにより、本実施形態の液晶表示装置によれば、比較例よりも明るい反射表示を実現することが可能となる。

図８は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と反射率相対比との関係の他の例を示す図である。
図９は、偏光板の吸収軸と第２光学部材の反射軸との交差角と透過率相対比との関係の他の例を示す図である。
図８および図９では、光学異方性拡散層２４、第１光学部材２５、第２光学部材２６を用いた本実施形態の液晶表示装置における、反射率相対比と透過率相対比との交差角αに対する変化（○）と、光学異方性拡散層２４と第２光学部材２６とを備え第１光学部材２５を備えない液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との交差角αに対する変化（△）とを示している。

図９によれば、交差角αの値全体にわたって第１光学部材２５を備えない液晶表示装置において本実施形態の液晶表示装置よりも透過率相対比が低い傾向がみられた。また、第１光学部材２５を備えた液晶表示装置および第１光学部材２５を備えない液晶表示装置のいずれも、交差角αが大きくなると透過率相対比が小さくなる傾向がみられた。

図８によれば、交差角αの値全体にわたって第１光学部材２５を備えない液晶表示装置において本実施形態の液晶表示装置よりも反射率相対比が低い傾向がみられた。また、第１光学部材２５を備えない液晶表示装置では、交差角αが略３０°であるときに反射率相対比が低くなるピークがみられたが、本実施形態の液晶表示装置では、交差角αが大きくなると反射率相対比も大きくなる傾向がみられた。

すなわち、第１光学部材２５を備えない液晶表示装置では、反射率相対比、透過率相対比ともに本実施形態の液晶表示装置より低い結果となっており、第１光学部材２５が、面光源１６および第２光学部材２６からの反射光および面光源からの出射光が偏光板１４で反射された光を、効率的にリサイクルさせる機能を有していると考えられる。

図１０は、液晶表示装置の透過率相対比と反射率相対比との関係の他の例を示す図である。
図１０は、光学異方性拡散層２４、第１光学部材２５、第２光学部材２６を用いた本実施形態の液晶表示装置における、反射率相対比と透過率相対比との関係（○）と、第１光学部材２５を備えない液晶表示装置における反射率相対比と透過率相対比との関係（△）と、を示している。

図１０によれば、透過率相対比が同じときには、第１光学部材２５を備えない液晶表示装置よりも本実施形態の液晶表示装置において高い反射率相対比が得られている。すなわち、本実施形態の液晶表示装置では、偏光板１４での反射光の第１光学部材２５によるリサイクルが光学異方性拡散層２４の光学異方性による光の損失が抑制されることにより、効率的に高められていると考えられる。

上記図４乃至図１０によれば、光学異方性拡散層２４と第１光学部材２５と第２光学部材２６とを、液晶表示素子１と面光源１６との間に配置することにより、表示に利用される光の損失を低く抑え、明るい透過表示を維持しつつ反射表示の明るさを改善することができるものである。
すなわち、本実施形態の液晶表示装置によれば、透過率の低下を抑制するとともに、明るい反射表示を実現する反射／透過型液晶表示装置を提供することができる。

なお、本実施形態の液晶表示装置では、交差角αの増加に伴い透過率が低下するものの、透過表示の明るさは面光源１６からの照明光の輝度と透過率相対比とに対応するため、透過率相対比に応じて照明光の輝度を設定することにより、充分な明るさの透過表示を行うことができる。

また、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よい。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。

１…液晶表示素子、２…第２基板、３…第１基板、３ａ…張出部、４…画素電極、５…ＴＦＴ、６…画素電極、６ａ…細長電極部、７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ…カラーフィルタ、８、９…配向膜、１０…シール材、１２…液晶層、１３、１４…偏光板、１３ａ、１４ａ…吸収軸、１５…表示ドライバ、１６…面光源、１７…導光板、１８…入射端面、１９…出射面、２０…反射膜、２１…光源、２２…拡散シート、２３…プリズムアレイ、２４…光学異方性拡散層、２５…第１光学部材、２６…第２光学部材、２５ａ、２６ａ…反射軸、２５ｂ、２６ｂ…透過軸。

Claims (7)

1. 間隙を設けて対向配置されるとともに互いに向き合う面の少なくとも一方に複数の電極が形成された一対の基板と、前記一対の基板間の間隙に封入された液晶層と、前記一対の基板を互いの間に挟むように配置された一対の偏光板とを有する液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の一方の前記偏光板に対向して配置され、前記液晶表示素子へ向けて照明光を照射するとともに、前記液晶表示素子を介して入射された光を前記液晶表示素子へ向けて反射させる面光源と、
   光の振動面が互いに直交する２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を反射する第１反射軸と他方の直線偏光を透過させる第１透過軸とを有し、前記液晶表示素子と前記面光源との間において、一方の前記偏光板の吸収軸に対して前記第１反射軸が平行となるように配置された第１光学部材と、
   光の振動面が互いに直交する２つの直線偏光のうちの一方の直線偏光を反射する第２反射軸と他方の直線偏光を透過させる第２透過軸とを有し、前記第１光学部材と前記面光源との間において、前記第１光学部材の前記第１反射軸に対して前記第２反射軸が０°から９０°の範囲の角度で交差するように配置された第２光学部材と、
   前記第１光学部材と前記液晶表示素子との間に配置され、所定の方位から所定の範囲角度で入射する成分の光を、前記所定の方位および前記所定の範囲角度以外で入射する成分の光よりも強く拡散する光学異方性を有する光学異方性拡散層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光学異方性拡散層は、前記液晶表示素子の他方の前記偏光板側からの入射光に対して弱く拡散し、前記第２光学部材および前記面光源にて反射された光に対しては強く拡散するように光学異方性を備えていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記光学異方性拡散層へ光が入射する角度と透過率との関係は、前記液晶表示素子の他方の前記偏光板から前記光学異方性拡散層の法線方向と略平行に入射する光の入射角を０°としたときに、０°の一方側から入射する光に対して最大透過率のピークを持ち、０°の他方側から入射する光に対して最小透過率のピークを持つことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記光学異方性拡散層と前記第１光学部材との間に配置された第１粘着層を備え、前記第１光学部材と前記光学異方性拡散層とは、前記第１粘着層を介して互いに貼り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶表示素子と前記光学異方性拡散層との間に配置された第２粘着層を備え、前記光学異方性拡散層と前記液晶表示素子とは、前記第２粘着層を介して互いに貼り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
6. 前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に配置された第３粘着層を備え、前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記第３粘着層を介して互いに貼り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の液晶表示装置。
7. 前記第３粘着層は、拡散機能を有する拡散粘着層であることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。