JP3648870B2

JP3648870B2 - Liquid crystal display

Info

Publication number: JP3648870B2
Application number: JP25208696A
Authority: JP
Inventors: 英和小林; 英治千野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: JPH1096915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器の端末としての直視型および投射型のディスプレイ、テレビ、プロジェクターまたは掲示板などに用いられる液晶表示装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の小型軽量化が進行し、それに登載するディスプレイも省電力化が求められている。小表示容量機器にはＴＮ方式による液晶表示装置が、中表示容量機器にはＦＴＮ方式による液晶表示装置が、大容量表示容量機器にはアクティブ素子を用いたＴＮ方式による液晶表示装置が用いられている。特に最近ではバックライト付きのカラー大容量表示が求められるようになり、さらにタブレットなどの情報入力装置をこれらのディスプレイの上に重ねて用いる用途も拡大している。またこれらの情報機器は携帯性が求められることが多くなり、必然的にバッテリー駆動が前提となる。このためバックライト付き液晶表示装置としては明るさ、低消費電力が切望されている。
【０００３】
また低消費電力の観点から、通常はバックライトを用いずに反射型液晶表示装置として用い、暗い使用環境ではバックライトを用いるようにする工夫もなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の偏光板を用いたＴＮ方式、ＦＴＮ方式による液晶表示装置においては、偏光板を用いるためバックライトの発する光の内半分しか利用することができず表示が暗くなっていた。またそのためバックライトの消費電力の半分は捨てられていたことになる。こうした状況を解決するために、特開平０５−１１９２９３号公報では、バックライトの光軸と液晶パネルの法線がブリュースター角近傍の角度をなす様に傾けて配置している。また特開平０６−０２７４２０号公報では液晶パネルの裏側に配置する偏光板の替わりに偏光ビームスプリッタを設けて光源の光を２つの偏光に分け、一方の偏光を液晶パネルに入射し、他方の偏光を１／２波長板で偏光方向を９０度捻って液晶パネルに入射している。いずれもこれらの工夫により光源の利用効率を１００％に近づけている。
【０００５】
しかし前者の方法では光源としてコリメータ光源を必要とし、しかもこの光源に対して液晶パネルを斜めに配置することはスペース的に不利である。後者においては光源部の大きさが極めて大きくなりやはりスペース的に現実的でない。さらに後者では、直視型液晶表示パネルに応用した場合、液晶パネルの表側から液晶パネルを見ると、偏光ビームスプリッタの鏡面が見えてしまい、視認性が低下する問題を有していた。
【０００６】
また、特開平６−１９０１２号公報に因れば、コレステリック液晶セルを偏光ビームスプリッタとして用いたプロジェクターを開示している。これによれば、前者のように装置の大型化を避けることができる。しかし、この原理をそのまま直視型液晶表示パネルに応用すると、やはり偏光ビームスプリッタの鏡面が見えてしまい、視認性が低下する問題を有していた。
【０００７】
また反射型とバックライトを併用する液晶表示装置においては、液晶パネルの裏側に配置する反射板が半透過型であるために反射率が低く、反射型として用いる場合には表示が暗くなり、バックライトを用いた場合も半透過反射板により幾分吸収反射されるために十分液晶パネルを照らすことができずに表示が暗くなる問題を有していた。
【０００８】
そこで本発明の液晶表示装置はこのような問題を解決するものであり、その目的とするところは、バックライトから発せられる光を１００％近く利用でき、しかもコントラスト、視認性の良好液晶表示装置を提供するところにある。またバックライトから発せられる光を１００％近く利用でき、しかも明るいところでは反射型として用いることのできる液晶表示装置を提供するところにある。
【０００９】
また本発明は、本発明の液晶表示装置は、対向する内面に電極を有する一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、前記一方の基板の背面に配置されたバックライトを有する液晶表示装置において、前記他方の基板の外側の面には第１の偏光板が配置されてなり、前記一方の基板の前記バックライトを配置した面には第２の偏光板、偏光ビームスプリッター、導光板もしくは光源、１／４波長板、及び反射層を配置してなり、前記第２の偏光板の偏光軸と前記偏光ビームスプリッターの偏光軸とがほぼ揃って配置されてなることが好ましい。
【００１０】
この構成により、光源からの光の内、一方の偏光は直接または反射層で反射されて平面型偏光ビームスプリッタおよび偏光板２を透過して液晶パネルで変調される。光源からの光の内、先の偏光に直交する成分は平面型偏光ビームスプリッタで反射されて１／４波長板を透過して反射層で反射され再び１／４波長板を透過して偏光軸を９０度回転されて偏光ビームスプリッタに入射する。今度は偏光軸が９０度回転しているため、偏光ビームスプリッタおよび偏光板２を透過して液晶パネルで変調される。
【００１１】
このように光源の光がほぼ１００％有効に液晶パネルで変調されるため、従来のバックライトの２倍の明るさを実現できる。また明るさを従来並にするには消費電力は半減できるのである。さらに偏光板２は、本来必要無い。もし偏光板２をはずすと、正面から表示を見たとき、本来黒を表示している部分に偏光ビームスプリッタの反射が乗ってしまい、明るい場所ではコントラストが低下する。
【００１２】
本発明では偏光板２を挿入することにより、この偏光ビームスプリッタの反射を吸収することができ、明るい場所で見た場合のコントラストを飛躍的に向上することができるのである。この構成において表面にノングレア板を配置して、そしてまたは減反射処理を施すことにより、視認性を向上することができる。
【００１３】
また本発明は、２枚の透明電極付き基板の間隙に液晶層を挟持した液晶表示装置において、表側から光散乱板、偏光板、液晶を挟持した２枚の基板、平面型偏光ビームスプリッタ、光源から発せられた光が入射する導光層、１／４波長板、反射層を重ねた構成を有し、反射型として用いる場合には、前記偏光板を透過して１つの偏光となった光が、前記液晶の変調に応じて、前記平面型偏光ビームスプリッタにより反射されて見える領域と、前記平面型偏光ビームスプリッタを透過して、前記導光層を透過し、前記反射層により反射されて前記１／４波長板を２回透過することで偏光方向を９０度捻られて前記平面型偏光ビームスプリッタを透過できない領域と、により表示を行うことを特徴とする。
本発明は、２枚の透明電極付き基板の間隙に液晶層を挟持し、前記基板の背面にバックライトを配置した液晶表示装置において、表側から光散乱板、偏光板、液晶を挟持した２枚の基板、平面型偏光ビームスプリッタ、光源または導光層、１／４波長板、反射層を重ねた構成を有することが好ましい。この構成により、反射型で用いる場合、表から入射した光は光散乱板、偏光板を透過して液晶パネルで変調されて、偏光ビームスプリッタに届く。液晶パネルでの変調具合に応じて１偏光は反射され、他の１偏光は透過される。反射された偏光は再び液晶パネルで変調され、偏光板で検光されて光散乱板で散乱される。バックライトで表示する場合には、先に示した原理により、光源の光がほとんど同一方向に偏光されて液晶パネルに入射、変調されて偏光板と光散乱板を透過する。このように反射型とバックライト型のそれぞれの性能を損なうこと無く両者を兼ね備えた液晶表示装置を実現できるのである。またこの構成において表面に減反射処理を施すことにより視認性を向上できる。
【００１４】
また、本発明の上記２つめの液晶表示装置において、反射型として用いる場合とバックライトを用いる場合で液晶層に印加する表示データを白黒反転する手段を有することを特徴とする。これにより、反射型で用いる場合と透過型（バックライト）で用いる場合におけるコントラストの反転を防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施例１）
本実施例では導光層に横から光を入射する薄型のバックライトを用いて、表側からノングレア板（１４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、偏光板（３）、光散乱板（４）、平面型偏光ビームスプリッタ（５）、光源（８）、または導光層（９）、１／４波長板（６）、反射板（７）を重ねた構成を有し、偏光板３と平面型偏光ビームスプリッタの各々の透過光に対する偏光軸を揃えて重ねて配置した例を示す。図１に本実施例の液晶表示装置の簡単な断面図を示す。図中の←→および○に点は偏光方向を示す。
【００１７】
図１を用いて原理を説明する。光源から発した光は導光層に入射し、導光層内の界面で反射を繰り返し、散乱ピット（１３）に到達する。すると散乱ピットでは導光層と散乱ピット界面の屈折率差が極めて小さいために光が散乱ピットに入り、光散乱が生じる。その光は主にパネル側に散乱され、導光層から外に出る。そして偏光ビームスプリッタで１つの偏光は透過して散乱層で散乱されて偏光板を透過して液晶パネルで変調される。
【００１８】
一方、偏光ビームスプリッタを透過しなかった偏光は偏光ビームスプリッタで反射されて導光層を透過して１／４波長板を透過して、反射板で反射され、再び１／４波長板、導光層を透過して偏光方向を９０度ひねられて今度は偏光ビームスプリッタを透過する。
【００１９】
従来のバックライトを用いた液晶表示装置では表示の明るさが２００ｃｄ／ｃｍ２であったが、同じ光源を用いた場合、本実施例の液晶表示装置では３５０ｃｄ／ｃｍ２を実現することができた。従来と同じ明るさにしたところ、消費電力は半分程度に低減できた。
【００２０】
ノングレア板については日東電工社製のものを用いたが、表面に減反射コートを施したものを用いると視認性が向上する。もちろん用いずとも良い。
【００２１】
偏光板は日東電工社製のものを用いたが、通常用いられている偏光板を用いることができる。偏光板の偏光方向については、用いる液晶パネルの構造と配置により最適化すれば良い。
【００２２】
液晶パネルとしてはＴＦＴ素子を用いたカラー液晶パネルを用いたが、ＭＩＭ素子などを用いたアクティブ型液晶パネル、またはＳＴＮなどの液晶パネル、通常のＴＮ型液晶パネルなど、その表示原理において偏光を必要とするものであれば用いることができる。
【００２３】
光散乱板は光源の形を隠すために必要であるが、あまり散乱性が高いと偏光軸を乱すので選定には注意を有する。また、この光散乱板に屈折率異方性があるとやはり偏光度を落とすので、屈折率異方性ができるだけ無いものを用いることが望ましい。やむを得ず屈折率異方性があるものを用いる場合には異方性のある方向を偏光軸と一致または直交させるとよい。また光散乱方向を最適化するためにプリズムレンズアレイをこの場所に挿入しても良い。コントラストを増す方法として、図５に示したように、光散乱板を取り去り、この光散乱板をノングレア板（１４）の替わりに用いると、偏光光学系から散乱体を取り去ることができ、コントラストが向上した。またこの光散乱板の表面に減反射処理を施したところ、周囲の景色の写り込みが減少して、極めて視認性が向上した。
【００２４】
光散乱板は、散乱ピットの大きさ形と配置を最適化（例えば非常に細かくする）する事により散乱度を落としたものでも用いることができるようになる。極端な場合、取り除くことができる。
【００２５】
平面型偏光ビームスプリッタとしては、コレステリック液晶をガラスセルに封入したコレステリックセルを２枚の１／４波長板で挟んだ構造のものを用いた。この平面型偏光ビームスプリッタは、入射した光の１円偏光成分をコレステリック層で反射し、もう一つの円偏光成分を透過し、その透過した円偏光が１／４波長板により直線偏光に変換される構成となっている。反射したもう一つの円偏光は反射光側の１／４波長板で直線偏光に変換されて出射する。コレステリックセルは、液晶をセルに封入したものの他、高分子液晶などを用いたフィルム型のコレステリックフィルムなども用いることができる。
【００２６】
また、本発明で用いる平面型偏光ビームスプリッタは、平面型偏光ビームスプリッタとしての機能を有していれば良く、その構造としてはここに示したものに限らない。偏光ビームスプリッタの偏光方向と光源の配置の関係は、図１に示した配置が最も偏光分離性がよく、表示が最も明るくなるが、この配置に限らずとも従来よりは格段に明るい表示を得ることはできる。
【００２７】
１／４波長板は、その延伸方向を偏光ビームスプリッタの偏光方向に対しておよそ４５度の角度を成すように配置する。またその１／４波長板としては、その機能を有していれば良く、透明性が良好であればどんなものでも用いることができる。またその挿入位置は、偏光板２のすぐ下でも良い。
【００２８】
反射板としては、反射率の高い銀フィルム、銀蒸着板などがよいが、反射率が高ければ他のものでも用いることができる。
【００２９】
光源としては、理想的には偏光ビームスプリッタに光が垂直に近い入射角で入射することが望ましいので、平面型の光源がよい。ただし本実施例では冷陰極管を用いた。そのため偏光ビームスプリッタの偏光特性の入射角依存性を考慮して図１に示したような光源と偏光ビームスプリッタの配置となっている。
【００３０】
偏光板（１）と偏光板（３）の位置関係は、用いる液晶パネルのツイスト角、配置、電界印加時の表示（すなわちノーマリブラックかノーマリホワイトか）により変化するが、本実施例では液晶パネルを９０度ツイスト配向として、さらに偏光板１と２の偏光方向を揃えて配置してノーマリブラック表示とした。
【００３１】
（実施例２）
本実施例では導光層の中央から光を入射するバックライトを用いて、表側からノングレア板（１４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、偏光板（３）、光散乱板（４）、平面型偏光ビームスプリッタ（５）、光源（８）または導光層（９）、１／４波長板（６）、反射層（７）を重ねた構成を有し、偏光板（３）と平面型偏光ビームスプリッタの各々の透過光に対する偏光軸を揃えて重ねて配置した例を示す。図２に本実施例の液晶表示装置を示した。実施例１と比べて光源（８）の位置と導光層（９）の構造が異なっているが、基本的な偏光原理は同じである。
【００３２】
この原理および構造により、従来のバックライト付き液晶表示装置よりも１．５倍の明るさを実現できた。
【００３３】
光散乱板（４）は光源の形を隠すために必要であるが、あまり散乱性が高いと偏光軸を乱すので選定には注意を有する。またこの光散乱板に屈折率異方性があるとやはり偏光度を落とすので、屈折率異方性ができるだけ無いものを用いることが望ましい。やむを得ず屈折率異方性があるものを用いる場合には異方性のある方向を偏光軸と一致または直交させるとよい。また光散乱方向を最適化するためにプリズムレンズアレイをこの場所に挿入しても良い。
【００３４】
コントラストを増す方法として、図５に示したように、光散乱板を取り去り、この光散乱板をノングレア板の替わりに用いると、偏光光学系から散乱体を取り去ることができ、コントラストが向上した。またこの光散乱板の表面に減反射処理を施したところ、周囲の景色の写り込みが減少して、極めて視認性が向上した。
【００３５】
１／４波長板の位置は導光層（９）と偏光ビームスプリッタ（５）の間でも良い。また、この１／４波長板を取り除いても従来に比べれば明るい表示を行うことができる。なぜなら、１３．散乱ピットなど光散乱する部分があるため、この部分で偏光ビームスプリッタからの反射光の偏光性が変化するためである。
【００３６】
その他、各部材に要求される特性は実施例１と同様である。
【００３７】
（実施例３）
本実施例では平面型光源を用いて、実施例１と同様の構成とした例を示す。図３に本実施例の液晶表示装置の簡単な断面図を示す。図３に沿ってその構成を説明する。ノングレア板（１４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、偏光板（３）、平面型偏光ビームスプリッタ（５）、１／４波長板（６）については実施例１で示したものを用いることができる。平面型光源（１０）としては、ＥＬ素子を用いた。また裏側の反射層（７）は平面型光源の反射性電極と兼ねることもできる。
【００３８】
本実施例では、平面型光源として有機ＥＬ素子を用いた。平面型光源を用いると、実施例１や実施例２で光源の形を隠すために必要であった光散乱板を必要としないため、偏光効率が高くなる。
【００３９】
ここで用いた有機ＥＬは、発光層にアルミニウムキノリニウム錯体を用いたものであるが、図３に示した構造上、バックライトの効率を上げるためには、有機ＥＬ層の透明性が重要となる。そのため透明性の高い発光層を有するＥＬ素子が最も適している。このような構成であると、平面型光源で発した光は、直接または反射電極で反射されて１／４波長板を透過して偏光ビームスプリッタに入射して一偏光は透過し、これに直交する偏光は反射される。反射された偏光は１／４波長板、平面型光源を透過して反射板で反射され、再び平面型光源、１／４波長板を透過して偏光方向を９０度捻られて偏光ビームスプリッタに入射して見事透過するのである。
【００４０】
１／４波長板を取り除いても従来に比べれば明るい表示を行うことができる。なぜなら、平面型光源など光散乱する部分があるため、この部分で偏光ビームスプリッタからの反射光の偏光性が変化するためである。
【００４１】
本実施例では有機ＥＬを用いたが、無機のＥＬでも透明性の高いものなら用いることができる。また他の発光光源、例えばＶＦＤ、マイクロ真空素子、プラズマ光源などを用いることができる。
【００４２】
（実施例４）
本実施例では、表側から光散乱板（４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、平面型偏光ビームスプリッタ（５）、光源（８）または導光層（９）、１／４波長板（６）、反射層（７）を重ねた構成の液晶表示装置の例を示す。図４に本実施例の液晶表示装置の簡単な断面図を示す。この構成により、反射型で用いる場合、表から入射した光は光散乱板、偏光板を透過して液晶パネルで変調されて、偏光ビームスプリッタに届く。液晶パネルでの変調具合に応じて１偏光は反射され、他の１偏光は透過される。透過された光は１／４波長板及び反射板で９０度偏光方向を捻られて再び偏光ビームスプリッタに入射しようとするが偏光方向が直交しているので透過できない。一方表側から入射した光で偏光ビームスプリッタで反射された偏光は再び液晶パネルで変調され、偏光板で検光されて光散乱板で散乱され、見やすい表示となる。バックライトで表示する場合には、先に示した原理により、光源の光がほとんど同一方向に偏光されて液晶パネルに入射、変調されて偏光板と光散乱板を透過する。このようにして作製した液晶表示装置は、反射型として用いた場合の明るさは、従来の反射型液晶表示装置に比べて５０％明るく、またバックライト型として用いた場合には、やはり５０％明るいことがわかった。
【００４３】
本実施例においては、導光層の構造は、実施例１に示したものを用いると、光散乱板と相まって光源の形が見えにくくなるので好都合である。
【００４４】
光散乱板は、他の実施例の光散乱板と役割が異なり、偏光ビームスプリッタで反射された光を散乱して白い表示にする役割をする。また偏光光学系の外にあるため、散乱度を視認性の観点だけから最適化できる。またこの光散乱板の表面に減反射処理を施したところ、周囲の景色の写り込みが減少して、極めて視認性が向上した。
【００４５】
（実施例５）
本実施例では実施例４において、反射型として用いる場合とバックライトを用いる場合で液晶層に印加する表示データを白黒反転する手段を設けた例を示す。具体的には、手動または周囲の明るさに応じて明るければバックライトを消して反射型で表示を行う。自動で反射型とバックライト型を切り換える場合の装置の概念図を図６に示した。周囲が暗くなれば、バックライトを点灯してしかも液晶パネルのデータドライバーに入力するデータ信号を白黒反転する様にする。これにはバックライト制御信号でデータドライバーへのデータ信号線の間にインバータを入れるか入れないかを選択できるようにするのである。
【００４６】
なぜこのような反転回路が必要かと言うと、実施例４で示した液晶表示装置は、反射型で用いる場合と透過型（バックライト）で用いる場合で、液晶パネルの裏側にある偏光板の偏光方向が９０度変わるためである。すなわちノーマリブラックとノーマリホワイトモードが入れ替わるのである。そこで本実施例で示した構成により反射型で用いる場合と透過型で用いる場合におけるコントラストの反転を防ぐことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上本発明に因れば、平面型偏光ビームスプリッタと偏光板を組み合わせることにより、バックライトから発せられる光を１００％近く利用でき、かつ明るい場所で見た場合のコントラストを飛躍的に向上することができるようになった。また反射型としてもバックライト型としても用いることができる従来に比べて格段に明るい液晶表示装置を実現できた。更に、低消費電力化を容易に行えることができるため、小型情報機器に登載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における液晶表示装置の簡単な断面図である。
【図２】実施例２における液晶表示装置の簡単な断面図である。
【図３】実施例３における液晶表示装置の簡単な断面図である。
【図４】実施例４における液晶表示装置の簡単な断面図である。
【図５】実施例１における液晶表示装置の簡単な断面図である。
【図６】実施例５における液晶表示装置の回路を示す簡単なブロック図である。
【符号の説明】
１偏光板１
２液晶パネル
３偏光板２
４光散乱板
５偏光ビームスプリッタ
６１／４波長板
７反射板
８光源
９導光層
１０平面型光源
１３散乱ピット
１４Ｘドライバー
１５センサー回路
１６光センサー
１７バックライト回路
１８ドライバ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a liquid crystal display device used for a direct-view type and projection type display, a television, a projector, a bulletin board, or the like as a terminal of an information device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, information devices have been reduced in size and weight, and displays mounted thereon are required to save power. TN liquid crystal display devices are used for small display capacity devices, FTN liquid crystal display devices are used for medium display capacity devices, and TN liquid crystal display devices using active elements are used for large capacity display capacity devices. Yes. In particular, a large-capacity color display with a backlight has recently been demanded, and the use of an information input device such as a tablet superimposed on these displays has been expanded. In addition, these information devices are often required to be portable, and inevitably are premised on battery driving. For this reason, brightness and low power consumption are desired for a liquid crystal display device with a backlight.
[0003]
Further, from the viewpoint of low power consumption, a device has been devised in which the backlight is used as a reflection type liquid crystal display device normally, and the backlight is used in a dark usage environment.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a conventional TN type and FTN type liquid crystal display device using a polarizing plate, since the polarizing plate is used, only half of the light emitted from the backlight can be used, and the display is dark. For this reason, half of the power consumption of the backlight was discarded. In order to solve such a situation, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-119293 is arranged so that the optical axis of the backlight and the normal line of the liquid crystal panel are inclined so as to form an angle in the vicinity of the Brewster angle. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-027420, a polarizing beam splitter is provided in place of the polarizing plate disposed on the back side of the liquid crystal panel to divide the light from the light source into two polarized lights, one polarized light is incident on the liquid crystal panel, and the other polarized light. Is incident on the liquid crystal panel by twisting the polarization direction by 90 degrees with a half-wave plate. In any case, the utilization efficiency of the light source is brought close to 100% by these devices.
[0005]
However, the former method requires a collimator light source as a light source, and disposing the liquid crystal panel obliquely with respect to this light source is disadvantageous in terms of space. In the latter case, the size of the light source is extremely large, and it is not practical in terms of space. Furthermore, in the latter case, when applied to a direct-viewing type liquid crystal display panel, when the liquid crystal panel is viewed from the front side of the liquid crystal panel, the mirror surface of the polarizing beam splitter is visible, and the visibility is lowered.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-19012 discloses a projector using a cholesteric liquid crystal cell as a polarizing beam splitter. According to this, the enlargement of an apparatus can be avoided like the former. However, if this principle is applied to a direct-viewing type liquid crystal display panel as it is, the mirror surface of the polarizing beam splitter can still be seen, resulting in a problem that visibility is lowered.
[0007]
In addition, in a liquid crystal display device using both a reflective type and a backlight, since the reflective plate disposed on the back side of the liquid crystal panel is a transflective type, the reflectance is low. Even when the light is used, the liquid crystal panel cannot be sufficiently illuminated because it is somewhat absorbed and reflected by the transflective reflector, and the display becomes dark.
[0008]
Therefore, the liquid crystal display device of the present invention solves such a problem, and the object of the liquid crystal display device is to provide a liquid crystal display device that can use almost 100% of the light emitted from the backlight and has good contrast and visibility. There is to offer. Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that can use nearly 100% of light emitted from a backlight and can be used as a reflection type in bright places.
[0009]
Further, according to the present invention, the liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal panel in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates having electrodes on opposite inner surfaces, and a backlight disposed on the back surface of the one substrate. In the liquid crystal display device, a first polarizing plate is disposed on an outer surface of the other substrate, and a second polarizing plate, a polarizing beam splitter, and the like are disposed on the surface of the one substrate on which the backlight is disposed. It is preferable that a light guide plate or light source, a quarter-wave plate, and a reflective layer are arranged, and the polarization axis of the second polarizing plate and the polarization axis of the polarizing beam splitter are arranged substantially in alignment.
[0010]
With this configuration, one of the light beams from the light source is reflected directly or by the reflection layer, passes through the planar polarizing beam splitter and the polarizing plate 2, and is modulated by the liquid crystal panel. Of the light from the light source, the component orthogonal to the previous polarized light is reflected by the planar polarization beam splitter, transmitted through the quarter-wave plate, reflected by the reflective layer, and again transmitted through the quarter-wave plate and the polarization axis. Is rotated 90 degrees and enters the polarization beam splitter. This time, since the polarization axis is rotated by 90 degrees, the light passes through the polarizing beam splitter and the polarizing plate 2 and is modulated by the liquid crystal panel.
[0011]
Thus, since the light from the light source is effectively modulated by the liquid crystal panel almost 100%, it is possible to realize twice the brightness of the conventional backlight. In addition, the power consumption can be halved to keep the brightness as usual. Furthermore, the polarizing plate 2 is not originally necessary. If the polarizing plate 2 is removed, when the display is viewed from the front, the reflection of the polarizing beam splitter is placed on the portion that originally displays black, and the contrast decreases in a bright place.
[0012]
In the present invention, by inserting the polarizing plate 2, the reflection of the polarizing beam splitter can be absorbed, and the contrast when viewed in a bright place can be dramatically improved. In this configuration, visibility can be improved by disposing a non-glare plate on the surface and / or performing anti-reflection treatment.
[0013]
The present invention also provides a liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is sandwiched between two transparent electrode substrates, a light scattering plate, a polarizing plate, two substrates having a liquid crystal sandwiched from the front side, a planar polarizing beam splitter, a light source When the light guide layer, the quarter wave plate, and the reflective layer on which the light emitted from the light is incident are stacked, and used as a reflection type, the light that has passed through the polarizing plate and becomes one polarized light In accordance with the modulation of the liquid crystal, the region that is reflected by the planar polarization beam splitter, the region that is transmitted through the planar polarization beam splitter, the light guide layer, and the region that is reflected by the reflection layer. The display is performed by a region in which the polarization direction is twisted by 90 degrees by passing through the quarter-wave plate twice and the plane-type polarizing beam splitter cannot be transmitted.
The present invention provides a liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is sandwiched between two transparent electrode substrates and a backlight is disposed on the back surface of the substrate, and two light scattering plates, polarizing plates, and liquid crystals are sandwiched from the front side. It is preferable to have a configuration in which a substrate, a planar polarizing beam splitter, a light source or light guide layer, a quarter wave plate, and a reflective layer are stacked. With this configuration, when used in a reflective type, light incident from the front is transmitted through the light scattering plate and the polarizing plate, modulated by the liquid crystal panel, and reaches the polarizing beam splitter. One polarized light is reflected and the other polarized light is transmitted according to the degree of modulation in the liquid crystal panel. The reflected polarized light is again modulated by the liquid crystal panel, analyzed by the polarizing plate, and scattered by the light scattering plate. In the case of displaying with a backlight, the light from the light source is polarized in almost the same direction, is incident on the liquid crystal panel, is modulated, and passes through the polarizing plate and the light scattering plate according to the principle described above. Thus, a liquid crystal display device having both the reflection type and the backlight type can be realized without impairing the performances of the reflection type and the backlight type. Further, in this configuration, visibility can be improved by applying a dereflection treatment to the surface.
[0014]
Further, the second liquid crystal display device of the present invention is characterized by having means for reversing the display data applied to the liquid crystal layer in the case of using as a reflection type and in the case of using a backlight. Thereby, it is possible to prevent the reversal of contrast between the reflection type and the transmission type (backlight).
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
(Example 1)
In this embodiment, a thin backlight that makes light incident on the light guide layer from the side is used, and from the front side, the non-glare plate (14), the polarizing plate (1), the liquid crystal panel (2), the polarizing plate (3), light scattering. It has a configuration in which a plate (4), a planar polarization beam splitter (5), a light source (8), or a light guide layer (9), a quarter-wave plate (6), and a reflection plate (7) are overlaid. An example is shown in which the polarization axes for the transmitted light of the plate 3 and the planar polarization beam splitter are aligned and overlapped. FIG. 1 shows a simple cross-sectional view of the liquid crystal display device of this embodiment. In the figure, ← → and ○ indicate points of polarization.
[0017]
The principle will be described with reference to FIG. The light emitted from the light source enters the light guide layer, repeatedly reflects at the interface in the light guide layer, and reaches the scattering pit (13). Then, since the refractive index difference between the light guide layer and the scattering pit interface is very small in the scattering pit, light enters the scattering pit and light scattering occurs. The light is mainly scattered to the panel side and exits from the light guide layer. One polarized light is transmitted through the polarizing beam splitter, scattered by the scattering layer, transmitted through the polarizing plate, and modulated by the liquid crystal panel.
[0018]
On the other hand, the polarized light that has not passed through the polarizing beam splitter is reflected by the polarizing beam splitter, passes through the light guide layer, passes through the quarter wavelength plate, is reflected by the reflector, and is again reflected by the quarter wavelength plate. The light is transmitted through the optical layer and the polarization direction is twisted by 90 degrees, and this time, the light passes through the polarizing beam splitter.
[0019]
In a liquid crystal display device using a conventional backlight, the display brightness is 200 cd / cm 2, but when the same light source is used, 350 cd / cm 2 can be realized in the liquid crystal display device of this example. When the brightness was the same as before, the power consumption was reduced to about half.
[0020]
A non-glare plate manufactured by Nitto Denko Corporation was used, but visibility improved when a surface with a reduced reflection coating was used. Of course, it is not necessary to use it.
[0021]
Although a polarizing plate manufactured by Nitto Denko Corporation was used, a commonly used polarizing plate can be used. The polarization direction of the polarizing plate may be optimized depending on the structure and arrangement of the liquid crystal panel used.
[0022]
A color liquid crystal panel using a TFT element was used as the liquid crystal panel, but an active liquid crystal panel using an MIM element or the like, a liquid crystal panel such as STN, or a normal TN liquid crystal panel requires polarization in its display principle. Can be used.
[0023]
The light scattering plate is necessary for hiding the shape of the light source. However, if the light scattering property is too high, the polarization axis is disturbed. If the light scattering plate has a refractive index anisotropy, the degree of polarization is also lowered. Therefore, it is desirable to use a light scattering plate having as little refractive index anisotropy as possible. In the case of using a material having a refractive index anisotropy, it is preferable to make the anisotropic direction coincide with or orthogonal to the polarization axis. Also, a prism lens array may be inserted at this location in order to optimize the light scattering direction. As a method for increasing the contrast, as shown in FIG. 5, when the light scattering plate is removed and this light scattering plate is used in place of the non-glare plate (14), the scatterer can be removed from the polarization optical system. Improved. In addition, when the surface of this light scattering plate was subjected to anti-reflection treatment, the reflection of the surrounding scenery was reduced and the visibility was greatly improved.
[0024]
The light scattering plate can be used even if the scattering degree is reduced by optimizing (for example, making it very fine) the size and arrangement of the scattering pits. In extreme cases, it can be removed.
[0025]
As the planar polarizing beam splitter, a structure in which a cholesteric cell in which a cholesteric liquid crystal is sealed in a glass cell is sandwiched between two quarter-wave plates is used. This planar polarizing beam splitter reflects a circularly polarized component of incident light at a cholesteric layer and transmits another circularly polarized component. The transmitted circularly polarized light is converted into linearly polarized light by a quarter-wave plate. It is the composition which becomes. The other reflected circularly polarized light is converted into linearly polarized light by the ¼ wavelength plate on the reflected light side and emitted. The cholesteric cell may be a film type cholesteric film using a polymer liquid crystal or the like in addition to a liquid crystal sealed in the cell.
[0026]
Further, the planar polarizing beam splitter used in the present invention only needs to have a function as a planar polarizing beam splitter, and the structure is not limited to that shown here. As for the relationship between the polarization direction of the polarization beam splitter and the arrangement of the light sources, the arrangement shown in FIG. 1 has the best polarization separation and the brightest display. However, the present invention is not limited to this arrangement, and a much brighter display than before is obtained. I can.
[0027]
The quarter-wave plate is arranged so that its extending direction forms an angle of approximately 45 degrees with respect to the polarization direction of the polarizing beam splitter. Further, as the quarter wavelength plate, any one having the function can be used as long as the transparency is good. The insertion position may be just below the polarizing plate 2.
[0028]
As the reflection plate, a silver film having a high reflectivity, a silver vapor deposition plate, or the like is preferable, but any other plate can be used as long as the reflectivity is high.
[0029]
As the light source, it is ideal that light is incident on the polarizing beam splitter at an incident angle close to vertical, so that a planar light source is preferable. However, in this embodiment, a cold cathode tube was used. For this reason, the light source and the polarization beam splitter are arranged as shown in FIG. 1 in consideration of the incident angle dependency of the polarization characteristics of the polarization beam splitter.
[0030]
The positional relationship between the polarizing plate (1) and the polarizing plate (3) varies depending on the twist angle and arrangement of the liquid crystal panel to be used, and the display when an electric field is applied (that is, normally black or normally white). The liquid crystal panel was twisted by 90 degrees, and the polarizing directions of the polarizing plates 1 and 2 were aligned to obtain a normally black display.
[0031]
(Example 2)
In the present embodiment, a non-glare plate (14), a polarizing plate (1), a liquid crystal panel (2), a polarizing plate (3), a light scattering plate (from the front side) using a backlight that makes light incident from the center of the light guide layer ( 4), a planar polarizing beam splitter (5), a light source (8) or a light guide layer (9), a quarter-wave plate (6), and a reflective layer (7), and a polarizing plate (3 ) And the plane type polarization beam splitter, the polarization axes for the transmitted light are aligned and overlapped. FIG. 2 shows a liquid crystal display device of this example. Compared to Example 1, the position of the light source (8) and the structure of the light guide layer (9) are different, but the basic polarization principle is the same.
[0032]
With this principle and structure, it was possible to realize 1.5 times the brightness of a conventional liquid crystal display device with a backlight.
[0033]
The light scattering plate (4) is necessary for hiding the shape of the light source, but if the scattering property is too high, the polarization axis is disturbed, so there is a caution in selection. If the light scattering plate has a refractive index anisotropy, the degree of polarization is also lowered. Therefore, it is desirable to use a light scattering plate having as little refractive index anisotropy as possible. In the case of using a material having a refractive index anisotropy, it is preferable to make the anisotropic direction coincide with or orthogonal to the polarization axis. Also, a prism lens array may be inserted at this location in order to optimize the light scattering direction.
[0034]
As a method of increasing the contrast, as shown in FIG. 5, when the light scattering plate is removed and this light scattering plate is used in place of the non-glare plate, the scatterer can be removed from the polarization optical system, and the contrast is improved. In addition, when the surface of the light scattering plate was subjected to a dereflection treatment, the reflection of the surrounding scenery was reduced and the visibility was greatly improved.
[0035]
The position of the quarter wave plate may be between the light guide layer (9) and the polarizing beam splitter (5). Further, even if this quarter-wave plate is removed, bright display can be performed as compared with the conventional case. Because 13. This is because there is a portion that scatters light such as a scattering pit, and the polarization property of the reflected light from the polarization beam splitter changes in this portion.
[0036]
Other characteristics required for each member are the same as those in the first embodiment.
[0037]
(Example 3)
In the present embodiment, an example in which a planar light source is used and the configuration is the same as that of the first embodiment will be described. FIG. 3 shows a simple sectional view of the liquid crystal display device of this embodiment. The configuration will be described with reference to FIG. The non-glare plate (14), the polarizing plate (1), the liquid crystal panel (2), the polarizing plate (3), the planar polarizing beam splitter (5), and the quarter wavelength plate (6) are those shown in Example 1. Can be used. An EL element was used as the planar light source (10). Moreover, the reflective layer (7) on the back side can also serve as a reflective electrode of the planar light source.
[0038]
In this example, an organic EL element was used as a planar light source. When a planar light source is used, the light scattering plate necessary for hiding the shape of the light source in Example 1 or Example 2 is not required, and thus the polarization efficiency is increased.
[0039]
The organic EL used here uses an aluminum quinolinium complex for the light emitting layer, but the transparency of the organic EL layer is important in order to increase the backlight efficiency due to the structure shown in FIG. It becomes. Therefore, an EL element having a highly transparent light emitting layer is most suitable. With such a configuration, light emitted from a planar light source is reflected directly or by a reflective electrode, passes through a quarter-wave plate, enters a polarization beam splitter, and transmits one polarized light, orthogonal to this. Polarized light is reflected. The reflected polarized light is transmitted through the quarter-wave plate and the planar light source and reflected by the reflector, and is again transmitted through the planar light source and the quarter-wave plate and twisted in the polarization direction by 90 degrees to be a polarization beam splitter. It enters and shines through.
[0040]
Even if the quarter-wave plate is removed, bright display can be performed as compared with the prior art. This is because there is a portion that scatters light, such as a planar light source, and the polarization property of the reflected light from the polarization beam splitter changes at this portion.
[0041]
In this embodiment, organic EL is used, but inorganic EL can be used as long as it has high transparency. Other light emitting light sources such as a VFD, a micro vacuum device, a plasma light source, and the like can be used.
[0042]
(Example 4)
In this example, from the front side, the light scattering plate (4), the polarizing plate (1), the liquid crystal panel (2), the planar polarizing beam splitter (5), the light source (8) or the light guide layer (9), 1/4 The example of the liquid crystal display device of the structure which laminated | stacked the wavelength plate (6) and the reflection layer (7) is shown. FIG. 4 shows a simple cross-sectional view of the liquid crystal display device of this embodiment. With this configuration, when used in a reflective type, light incident from the front is transmitted through the light scattering plate and the polarizing plate, modulated by the liquid crystal panel, and reaches the polarizing beam splitter. One polarized light is reflected and the other polarized light is transmitted according to the degree of modulation in the liquid crystal panel. The transmitted light is twisted in the polarization direction by 90 ° by the quarter-wave plate and the reflection plate and tries to enter the polarization beam splitter again, but cannot transmit because the polarization direction is orthogonal. On the other hand, the polarized light reflected from the polarization beam splitter by the light incident from the front side is modulated again by the liquid crystal panel, analyzed by the polarizing plate, scattered by the light scattering plate, and easy to view. In the case of displaying with a backlight, the light from the light source is polarized almost in the same direction, is incident on the liquid crystal panel and modulated by the principle described above, and is transmitted through the polarizing plate and the light scattering plate. The brightness of the liquid crystal display device thus manufactured is 50% brighter when used as a reflective type, and 50% when used as a backlight type. I found it bright.
[0043]
In the present embodiment, when the structure of the light guide layer shown in Embodiment 1 is used, it is advantageous because the shape of the light source becomes difficult to see together with the light scattering plate.
[0044]
The light scattering plate has a role different from the light scattering plates of the other embodiments, and serves to scatter the light reflected by the polarization beam splitter to make a white display. Moreover, since it is outside the polarization optical system, the degree of scattering can be optimized only from the viewpoint of visibility. In addition, when the surface of this light scattering plate was subjected to anti-reflection treatment, the reflection of the surrounding scenery was reduced and the visibility was greatly improved.
[0045]
(Example 5)
In this embodiment, an example in which means for reversing the display data applied to the liquid crystal layer in the case of using the reflection type and the case of using the backlight is provided in the fourth embodiment. Specifically, if it is bright manually or according to the ambient brightness, the backlight is turned off and the display is performed in the reflective type. FIG. 6 shows a conceptual diagram of an apparatus for automatically switching between the reflective type and the backlight type. When the surroundings become dark, the backlight is turned on and the data signal input to the data driver of the liquid crystal panel is reversed in black and white. For this purpose, it is possible to select whether or not an inverter is inserted between data signal lines to the data driver by a backlight control signal.
[0046]
The reason why such an inverting circuit is necessary is that the liquid crystal display device shown in Embodiment 4 is used in the reflective type and in the transmissive type (backlight), and the polarization of the polarizing plate on the back side of the liquid crystal panel. This is because the direction changes by 90 degrees. That is, normally black and normally white modes are interchanged. Therefore, the configuration shown in this embodiment can prevent the reversal of contrast between the reflective type and the transmissive type.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by combining a planar polarizing beam splitter and a polarizing plate, the light emitted from the backlight can be used nearly 100%, and the contrast when viewed in a bright place can be dramatically improved. Can now. In addition, a significantly brighter liquid crystal display device can be realized as compared with the conventional type which can be used as a reflection type or a backlight type. Furthermore, low power consumption can be easily achieved, so that it can be mounted on a small information device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simple cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a first embodiment.
2 is a simple cross-sectional view of a liquid crystal display device in Example 2. FIG.
3 is a simple cross-sectional view of a liquid crystal display device in Example 3. FIG.
4 is a simple cross-sectional view of a liquid crystal display device in Example 4. FIG.
5 is a simple cross-sectional view of a liquid crystal display device according to Embodiment 1. FIG.
6 is a simple block diagram showing a circuit of a liquid crystal display device in Embodiment 5. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Polarizing plate 1
2 Liquid crystal panel 3 Polarizing plate 2
4 Light scattering plate 5 Polarizing beam splitter 6 1/4 wavelength plate 7 Reflecting plate 8 Light source 9 Light guide layer 10 Planar light source 13 Scattering pit 14 X driver 15 Sensor circuit 16 Optical sensor 17 Backlight circuit 18 Driver circuit

Claims

In a liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is sandwiched between two substrates with transparent electrodes, light emitted from a light scattering plate, a polarizing plate, two substrates with a liquid crystal sandwiched from a front side, a planar polarizing beam splitter, and a light source Has a configuration in which a light guide layer, a quarter-wave plate, and a reflective layer are stacked.
When used as a reflection type, the light that has passed through the polarizing plate and becomes one polarized light is reflected by the planar polarization beam splitter according to the modulation of the liquid crystal, and the planar polarization The plane polarization beam splitter is transmitted through the beam splitter, transmitted through the light guide layer, reflected by the reflection layer, and transmitted through the quarter wavelength plate twice to twist the polarization direction by 90 degrees. A liquid crystal display device, characterized in that display is performed by an area that cannot be transmitted.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a surface of the liquid crystal display device is subjected to antireflection treatment.