JP3648930B2 - 表示素子及びそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示素子に関し、特に液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＴＮ（Twisted Nematic ）液晶やＳＴＮ（Super-Twisted Nematic ）液晶等の偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子を利用した液晶表示素子おいては、この透過偏光軸可変光学素子を２枚の偏光板で挟んだ構造を採用していたので、光の利用効率が悪く、特に反射型とすると暗い表示となり問題となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は透過偏光軸可変光学素子を利用する表示素子において、明るい表示が得られる表示素子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図１、図２及び図３を用いて、原理を説明する。図１は、偏光分離器の概略斜視図であり、図２は外光がこの偏光分離器を用いた表示素子に入射した場合について説明するための図であり、図３は光源が点灯した場合について説明するための図である。
【０００５】
偏光分離器１６０は、異なる２つの層１（Ａ層）と２(Ｂ層)とが交互に複数層積層された構造を有している。Ａ層１のＸ方向の屈折率（ｎAX）とＹ方向の屈折率（ｎAY）とは異なる。Ｂ層２のＸ方向の屈折率（ｎBX）とＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。また、Ａ層１のＹ方向の屈折率（ｎAY）とＢ層２のＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。
【０００６】
従って、この偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光のこの偏光分離器１６０を透過し下面６からＹ方向の直線偏光の光として出射する。また、逆に偏光分離器１６０の下面６に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光はこの偏光分離器１６０を透過し上面５からＹ方向の直線偏光の光として出射する。ここで、透過する方向Ｙ方向のことを透過軸と呼ぶ。
【０００７】
一方、Ａ層１のＺ方向における厚みをｔA、Ｂ層２のＺ方向における厚みをｔBとし、入射光の波長をλとすると、
【０００８】
【数１】
ｔA・ｎAX＋ｔB・ｎBX＝λ／２ （１）
となるようにすることによって、波長λの光であって偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＸ方向の直線偏光の光は、この偏光分離器１６０によってＸ方向は直線偏光の光として反射される。また、波長λの光であって偏光分離器１６０の下面６に直線偏光の光は、この偏光分離器１６０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。ここで、反射する方向Ｘ方向のことを反射軸と呼ぶ。
【０００９】
そして、Ａ層１のＺ方向における厚みｔAおよびＢ層２のＺ方向における厚みｔBを種々変化させて、可視光の全波長範囲にわたって上記（１）が成立するようにすることにより、単一色だけでなく、白色光全部にわたってＸ方向の直線偏光の光をＸ方向の直線偏光の光として反射し、Ｙ方向の直線偏光の光をＹ方向の直線偏光の光として透過させる偏光分離器が得られる。
【００１０】
このような偏光分離器は、国際公開公報（ＷＯ９５／１７６９２）に開示されいる。
【００１１】
図２は外光がこの偏光分離器１６０を用いた表示素子に入射した場合について説明するための図である。この液晶表示素子においては、透過偏光軸可変光学素子としてＴＮ液晶１４０を使用している。ＴＮ液晶１４０の上側には偏光板１３０が設けられている。ＴＮ素子１４０の下側には、光散乱層１５０、偏光分離器１６０、および発色層１７０がこの順に設けられている。また、偏光分離器１６０と発色層１７０との間に光を出射することの出来る光源１９０が設けられている。
【００１２】
図２を参照し、この液晶表示素子の左側を電圧印加部１１０とし、右側を電圧無印加部１２０として説明する。
【００１３】
右側の電圧無印加部１２０においては、自然光１２１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０によって反射され紙面に垂直な方向の直線偏光となり、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射する。このように、電圧無印加時においては、入射した光は偏光分離器１６０によって吸収されるのではなく反射されるので明るい表示が得られる。なお、偏光分離器１６０とＴＮ液晶１４０との間には光散乱層１５０を設けているので、偏光分離器１６０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
【００１４】
左側の電圧印加部１１０においては、自然光１１１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光分離器１６０によって紙面に平行な方向の直線偏光となる。偏光分離器１６０から出射した直線偏光は、発色層１７０によって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射し、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射する。
【００１５】
このように、電圧無印加部１２０においては、偏光分離器１６０によって反射された光が光散乱層１５０によって散乱されて白色状の出射光１２２となり、電圧印加部１１０においては、偏光分離器１６０を透過した光が発色層１７０で発色されてカラーの出射光１１２となる。従って、外光下では白地にカラーの表示が得られる。
【００１６】
つぎに、図３を参照すると、液晶表示素子は、図２と同じである。
【００１７】
右側の電圧無印加部１２０においては、光源の光１２５は、発色層１７０に当たって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０により紙面に平行な方向の直線偏光となり、透過する。ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板１３０によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【００１８】
左側の電圧印加部１１０においては、光源の光１１５は、発色層１７０に当たって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０により紙面に平行な方向の直線偏光となり、透過する。ＴＮ液晶１４０によって偏光方向は変わらずに紙面に平行な方向の直線偏光１１６となり、偏光板１３０によって吸収されずに出射される。
【００１９】
このように、電圧無印加部１２０においては、偏光板１３０によって吸収され暗くなり、電圧印加部１１０においては、偏光板１３０を透過した光は発色層１７０で発色されてカラーの出射光１１６である。従って、光源１９０点灯下では黒地にカラーの表示が得られる。
【００２０】
なお、上記においては、ＴＮ液晶１４０を例にとって説明したが、ＴＮ液晶１４０に代えてＳＴＮ液晶やＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence ）液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。
【００２１】
本発明は上記原理に基づくものであり、本発明によれば、
透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、
前記透過偏光軸可変手段を挟んで前記透過偏光軸可変手段の両側に配置された第１および第２の偏光分離手段と、
前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された光学素子であって、入射光に対して所定の波長領域の光を出射可能な光学素子と、
前記第２の偏光分離手段と前記光学素子との間に光を出射することの出来る光源と、
を備える表示素子であって、
前記第１の偏光分離手段が、前記第１の偏光分離手段の第１の側から入射した光に対して前記第１の側と対向する第２の側から第１の所定の方向の直線偏光を出射可能であり、前記第２の側から入射した光に対して前記第１の側より前記第１の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であり、
前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であることを特徴とする表示素子が提供される。
【００２２】
本発明の表示素子においては、外光下では透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、前記第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態と、前記光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第２の偏光分離手段を透過した光による第２の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第１の表示状態は、第２の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので明るい表示となる。前記光源点灯下では、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、前記第１の偏光分離手段から透過されない第３の表示状態と、前記光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第１の偏光分離手段を透過した光による第４の表示状態の２つの表示状態が得られる。
【００２３】
そして、発色層を設けることにより、半透過反射型で反射時に明るいポジ型カラー表示となり、透過時にネガ型カラー表示が得られる。明るい環境でポジ型カラー表示、暗い環境でネガ型カラー表示が得られ、見易くなる。
【００２４】
好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、可視光領域のほぼ全波長範囲の光に対して、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する前記第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、可視光領域のほぼ全波長範囲の光であって前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段である。
【００２５】
このようにすれば、可視光領域の全波長範囲の光に対して上記第１および第２の表示状態が得られ、上記第１の表示状態においては透明反射または白反射を得ることができ、上記第２の表示状態においては前記光学素子に応じて可視光領域の全波長範囲において任意の色の表示を得ることができる。
【００２６】
そして、好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に前記第２の所定の方向の直線偏光として透過させる偏光分離手段である。
【００２７】
前記透過偏光軸可変手段としては、好ましくは、液晶素子が使用され、特に好ましくは、ＴＮ液晶素子、ＳＴＮ液晶素子またはＥＣＢ液晶素子が用いられる。なお、このＳＴＮ液晶素子には、色補償用光学異方体を用いるＳＴＮ液晶素子も含んでいる。
【００２８】
また、好ましくは、前記第１の偏光分離手段が偏光板である。
【００２９】
前記光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発光可能な光学素子を使用するのが好ましい。
【００３０】
または、前記光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発色可能なホログラムを使用することもできる。
【００３１】
また、好ましくは、前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された第２の光学素子であって、入射光に対して、前記所定の波長領域（第１の所定の波長領域）の光とは異なる第２の所定の波長領域の光を出射可能な第２の光学素子を前記光学素子とは異なる位置にさらに備え、同一画面上に少なくとも前記第１および第２の所定の波長領域の光による表示を可能ならしめる。このようにすれば、前記光学素子からの光による第１の色の表示に加えて、これとは異なる第２の色の表示が合わせて得られ、少なくとも２色の表示が可能となる。
【００３２】
前記第２の光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発光可能な光学素子を使用してもよい。
【００３３】
また、前記第２の光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発色可能なホログラムを使用することも好ましい。
【００３４】
前記前記光学素子および前記第２の光学素子の少なくとも一方を蛍光体とすることもできる。
【００３５】
好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、複数の層が互いに密着して積層された積層体であって、前記複数の層の屈折率が、互いに隣接する層相互間で、第４の所定の方向においては等しく、前記第４の所定の方向と直交する第５の所定の方向においては異なる前記積層体である。
【００３６】
また、好ましくは、光拡散手段をさらに設ける。このようにすれば、前記第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態を白色状とすることができる。
【００３７】
さらには、本発明の電子機器は請求項１記載の表示素子が搭載されている。また、その用途によっては、上述した表示素子のうちいずれかの表示素子を搭載してもよい。
【００３８】
なお、本発明の表示素子においては、ＴＦＴやＭＩＭ等のアクティブ素子を設けてもよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子を説明するための図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは分解断面図である。
【００４１】
本実施の形態の液晶表示素子１０においては、透過偏光軸可変光学素子としてＳＴＮセル２０を使用している。ＳＴＮセル２０の上側には位相差フィルム１４および偏光板１２がこの順に設けられている。ＳＴＮセル２０の下側には、拡散板３０、偏光分離器４０、および蛍光板６０がこの順に設けられている。また、偏光分離器４０と蛍光板６０との間に光を出射することの出来る光源７０が設けられている。ＳＴＮセル２０においては、２枚のガラス基板２１、２２とシール部材２３とによって構成されるセル内にＳＴＮ液晶２６が封入されている。ガラス基板２１の下面には透明電極２４が設けられ、ガラス基板２２の上面には透明電極２５が設けられている。透明電極２４、２５としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や酸化錫等を用いることができる。位相差フィルム１４は、色補償用の光学異方体として用いており、ＳＴＮセル２０で発生する着色を補正するために使用している。なお、本実施の形態における偏光分離器４０として、図１を用いて説明した偏光分離器を使用する。
【００４２】
次に、本実施の形態の液晶表示素子１０の動作を説明する。
【００４３】
外光下で、電圧無印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られた直線偏光となり、偏光分離器４０で吸収されずに反射され、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られ、偏光板１２から直線偏光として出射する。このように、電圧無印加時においては、偏光分離器４０によって吸収されずに反射されるので明るい表示が得られる。なお、ＳＴＮセル２０と偏光分離器４０との間には拡散板３０を設けているので、偏光分離器４０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
【００４４】
電圧印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０および拡散板３０を直線偏光として透過し、偏光分離器４０も透過する。透過した直線偏光は、蛍光板６０によって蛍光色に発光して、偏光分離器４０、拡散板３０、ＳＴＮセル２０および偏光板１２を透過し、直線偏光として出射する。
【００４５】
このように、外光下では、電圧無印加領域においては、偏光分離器４０によって反射された光が拡散板３０によって散乱されて白色状の直線偏光となって出射し、電圧印加領域においては、偏光分離器４０を透過した光は蛍光板６０によって発光し、直線偏光となって出射する。従って、白地に蛍光色の表示が得られる。電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなる。
【００４６】
次に、光源７０点灯下で、電圧無印加領域においては、光源７０より出射した光は蛍光板６０によって発光し、発光した光は、偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【００４７】
電圧印加領域においては、光源７０より出射した光は蛍光板６０によって発光し、発光した光は、偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収されずに出射される。
【００４８】
このように、電圧無印加領域において、偏光板１２によって吸収され暗くなり、電圧印加領域において、偏光板１２を透過した光が蛍光板６０によって発光し蛍光色を発する。従って、光源点灯下では黒地に蛍光色の表示が得られる。当然だが、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなる。
【００４９】
すなわち、外光下では白地に蛍光色のポジ表示、光源点灯下では黒地に蛍光色のネガ表示が得られる。よって、外光の光の強さと光源の光の強さとがほぼ等しくなっても、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光において明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５０】
図４Ａに示すように、本実施の形態の液晶表示素子１０は、ドット部２１０とアイコン部２４０との２つの表示領域を備えている。アイコン部２４０は、５つのアイコン２４１乃至２４５を備えている。アイコン２４１乃至２４５およびドット部２１０にそれぞれ対応して異なる色を発色する蛍光板６４１乃至６４５および６２０が設けられている。例えば、蛍光板の発光色には黄、緑、赤、オレンジ、紫等がある。
【００５１】
すると、電圧印可時にはアイコン２４１乃至２４５およびドット部２１０に、それぞれに対応した発光色が得られる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、蛍光板６０の代わりにホログラム層をＰＥＴフィルム上に形成した板を用いた。第１の実施の形態と同様に、外光下でも光源点灯時でも、ある特定の方向より見ると、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりもある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５３】
（第３の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、蛍光板６０の代わりにプリズムシートを用いた。第１の実施の形態と同様に、外光下でも光源点灯時でも、ある特定の方向より見ると、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりもある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態の液晶表示素子を説明するための分解断面図である。
【００５５】
上記第１の実施の形態において、光源７０から出射する光を偏光分離器４０と蛍光板６０との間に導き、蛍光板６０に照射することの出来る導光板７１を設けられている。導光板７１として、透明で表面上に点状あるいは線状に突起を有したものである。これにより、第１の実施の形態より光源点灯下では黒地により明るい蛍光色の表示が得られる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本発明の第１の実施形態の表示素子を携帯電話に搭載した。日向でも、日陰でも、室内でも、夜中でも、明るいカラー表示が得られた。
【００５７】
また、本発明の第２〜４の実施形態の表示素子を搭載した携帯電話でも、同様な結果が得られた。
【００５８】
また、本発明の実施形態において携帯電話を例示したが、本発明の表示素子は、家電機器、電子手帳、電卓等の各種電子機器に用いることが出来る。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の表示素子においては、外光下では透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態と、光学素子からの所定の波長領域の光であって、第２の偏光分離手段を透過した光による第２の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第１の表示状態は、第２の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので明るい表示となる。光源点灯下では、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段から透過されない第３の表示状態と、光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第１の偏光分離手段を透過した光による第４の表示状態の２つの表示状態が得られる。すなわち、反射時に明るいポジ型カラー表示となり、透過時にネガ型カラー表示が得られる。
【００６０】
そして、光学素子が、蛍光体のように光によって所定の波長領域の光を発光可能な光学素子であったり、ホログラムのように光によって所定の波長領域の光を発色可能な光学素子であることにより、外光の光の強さと光源の光の強さとがほぼ等しくなっても、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示素子に用いる偏光分離器の概略斜視図である。
【図２】本発明の表示素子の反射時の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の表示素子の透過時の原理を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子を説明するための図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは分解断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の液晶表示素子を説明するための分解断面図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示素子
１２、１３０…偏光板
１４…位相差フィルム
２０…ＳＴＮセル
２１、２２…ガラス基板
２６…ＳＴＮ液晶
３０…拡散板
４０、１６０…偏光分離器
６０、６２０〜６２４、６３０〜６３４、６４１〜６４３…蛍光板
１１０…電圧印加部
１２０…電圧無印加部
１１１、１２１…自然光
１１２、１２２…出射光
１４０…ＴＮ液晶
１５０…光散乱層
１７０…発色層
２１０…ドット部
２４０…アイコン部
２４１〜２４３…アイコン
【発明の属する技術分野】
本発明は表示素子に関し、特に液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＴＮ（Twisted Nematic ）液晶やＳＴＮ（Super-Twisted Nematic ）液晶等の偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子を利用した液晶表示素子おいては、この透過偏光軸可変光学素子を２枚の偏光板で挟んだ構造を採用していたので、光の利用効率が悪く、特に反射型とすると暗い表示となり問題となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は透過偏光軸可変光学素子を利用する表示素子において、明るい表示が得られる表示素子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図１、図２及び図３を用いて、原理を説明する。図１は、偏光分離器の概略斜視図であり、図２は外光がこの偏光分離器を用いた表示素子に入射した場合について説明するための図であり、図３は光源が点灯した場合について説明するための図である。
【０００５】
偏光分離器１６０は、異なる２つの層１（Ａ層）と２(Ｂ層)とが交互に複数層積層された構造を有している。Ａ層１のＸ方向の屈折率（ｎAX）とＹ方向の屈折率（ｎAY）とは異なる。Ｂ層２のＸ方向の屈折率（ｎBX）とＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。また、Ａ層１のＹ方向の屈折率（ｎAY）とＢ層２のＹ方向の屈折率（ｎBY）とは等しい。
【０００６】
従って、この偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光のこの偏光分離器１６０を透過し下面６からＹ方向の直線偏光の光として出射する。また、逆に偏光分離器１６０の下面６に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＹ方向の直線偏光の光はこの偏光分離器１６０を透過し上面５からＹ方向の直線偏光の光として出射する。ここで、透過する方向Ｙ方向のことを透過軸と呼ぶ。
【０００７】
一方、Ａ層１のＺ方向における厚みをｔA、Ｂ層２のＺ方向における厚みをｔBとし、入射光の波長をλとすると、
【０００８】
【数１】
ｔA・ｎAX＋ｔB・ｎBX＝λ／２ （１）
となるようにすることによって、波長λの光であって偏光分離器１６０の上面５に垂直な方向から偏光分離器１６０に入射した光のうちＸ方向の直線偏光の光は、この偏光分離器１６０によってＸ方向は直線偏光の光として反射される。また、波長λの光であって偏光分離器１６０の下面６に直線偏光の光は、この偏光分離器１６０によってＸ方向の直線偏光の光として反射される。ここで、反射する方向Ｘ方向のことを反射軸と呼ぶ。
【０００９】
そして、Ａ層１のＺ方向における厚みｔAおよびＢ層２のＺ方向における厚みｔBを種々変化させて、可視光の全波長範囲にわたって上記（１）が成立するようにすることにより、単一色だけでなく、白色光全部にわたってＸ方向の直線偏光の光をＸ方向の直線偏光の光として反射し、Ｙ方向の直線偏光の光をＹ方向の直線偏光の光として透過させる偏光分離器が得られる。
【００１０】
このような偏光分離器は、国際公開公報（ＷＯ９５／１７６９２）に開示されいる。
【００１１】
図２は外光がこの偏光分離器１６０を用いた表示素子に入射した場合について説明するための図である。この液晶表示素子においては、透過偏光軸可変光学素子としてＴＮ液晶１４０を使用している。ＴＮ液晶１４０の上側には偏光板１３０が設けられている。ＴＮ素子１４０の下側には、光散乱層１５０、偏光分離器１６０、および発色層１７０がこの順に設けられている。また、偏光分離器１６０と発色層１７０との間に光を出射することの出来る光源１９０が設けられている。
【００１２】
図２を参照し、この液晶表示素子の左側を電圧印加部１１０とし、右側を電圧無印加部１２０として説明する。
【００１３】
右側の電圧無印加部１２０においては、自然光１２１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光分離器１６０によって反射され紙面に垂直な方向の直線偏光となり、ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射する。このように、電圧無印加時においては、入射した光は偏光分離器１６０によって吸収されるのではなく反射されるので明るい表示が得られる。なお、偏光分離器１６０とＴＮ液晶１４０との間には光散乱層１５０を設けているので、偏光分離器１６０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
【００１４】
左側の電圧印加部１１０においては、自然光１１１が偏光板１３０によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光分離器１６０によって紙面に平行な方向の直線偏光となる。偏光分離器１６０から出射した直線偏光は、発色層１７０によって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射し、ＴＮ液晶１４０を偏光方向を変えずに透過し、偏光板１３０から紙面に平行な方向の直線偏光として出射する。
【００１５】
このように、電圧無印加部１２０においては、偏光分離器１６０によって反射された光が光散乱層１５０によって散乱されて白色状の出射光１２２となり、電圧印加部１１０においては、偏光分離器１６０を透過した光が発色層１７０で発色されてカラーの出射光１１２となる。従って、外光下では白地にカラーの表示が得られる。
【００１６】
つぎに、図３を参照すると、液晶表示素子は、図２と同じである。
【００１７】
右側の電圧無印加部１２０においては、光源の光１２５は、発色層１７０に当たって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０により紙面に平行な方向の直線偏光となり、透過する。ＴＮ液晶１４０によって偏光方向が９０゜捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板１３０によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【００１８】
左側の電圧印加部１１０においては、光源の光１１５は、発色層１７０に当たって発色する。発色した光は、偏光分離器１６０により紙面に平行な方向の直線偏光となり、透過する。ＴＮ液晶１４０によって偏光方向は変わらずに紙面に平行な方向の直線偏光１１６となり、偏光板１３０によって吸収されずに出射される。
【００１９】
このように、電圧無印加部１２０においては、偏光板１３０によって吸収され暗くなり、電圧印加部１１０においては、偏光板１３０を透過した光は発色層１７０で発色されてカラーの出射光１１６である。従って、光源１９０点灯下では黒地にカラーの表示が得られる。
【００２０】
なお、上記においては、ＴＮ液晶１４０を例にとって説明したが、ＴＮ液晶１４０に代えてＳＴＮ液晶やＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence ）液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。
【００２１】
本発明は上記原理に基づくものであり、本発明によれば、
透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、
前記透過偏光軸可変手段を挟んで前記透過偏光軸可変手段の両側に配置された第１および第２の偏光分離手段と、
前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された光学素子であって、入射光に対して所定の波長領域の光を出射可能な光学素子と、
前記第２の偏光分離手段と前記光学素子との間に光を出射することの出来る光源と、
を備える表示素子であって、
前記第１の偏光分離手段が、前記第１の偏光分離手段の第１の側から入射した光に対して前記第１の側と対向する第２の側から第１の所定の方向の直線偏光を出射可能であり、前記第２の側から入射した光に対して前記第１の側より前記第１の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であり、
前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であることを特徴とする表示素子が提供される。
【００２２】
本発明の表示素子においては、外光下では透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、前記第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態と、前記光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第２の偏光分離手段を透過した光による第２の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第１の表示状態は、第２の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので明るい表示となる。前記光源点灯下では、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、前記第１の偏光分離手段から透過されない第３の表示状態と、前記光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第１の偏光分離手段を透過した光による第４の表示状態の２つの表示状態が得られる。
【００２３】
そして、発色層を設けることにより、半透過反射型で反射時に明るいポジ型カラー表示となり、透過時にネガ型カラー表示が得られる。明るい環境でポジ型カラー表示、暗い環境でネガ型カラー表示が得られ、見易くなる。
【００２４】
好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、可視光領域のほぼ全波長範囲の光に対して、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する前記第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、可視光領域のほぼ全波長範囲の光であって前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段である。
【００２５】
このようにすれば、可視光領域の全波長範囲の光に対して上記第１および第２の表示状態が得られ、上記第１の表示状態においては透明反射または白反射を得ることができ、上記第２の表示状態においては前記光学素子に応じて可視光領域の全波長範囲において任意の色の表示を得ることができる。
【００２６】
そして、好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に前記第２の所定の方向の直線偏光として透過させる偏光分離手段である。
【００２７】
前記透過偏光軸可変手段としては、好ましくは、液晶素子が使用され、特に好ましくは、ＴＮ液晶素子、ＳＴＮ液晶素子またはＥＣＢ液晶素子が用いられる。なお、このＳＴＮ液晶素子には、色補償用光学異方体を用いるＳＴＮ液晶素子も含んでいる。
【００２８】
また、好ましくは、前記第１の偏光分離手段が偏光板である。
【００２９】
前記光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発光可能な光学素子を使用するのが好ましい。
【００３０】
または、前記光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発色可能なホログラムを使用することもできる。
【００３１】
また、好ましくは、前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された第２の光学素子であって、入射光に対して、前記所定の波長領域（第１の所定の波長領域）の光とは異なる第２の所定の波長領域の光を出射可能な第２の光学素子を前記光学素子とは異なる位置にさらに備え、同一画面上に少なくとも前記第１および第２の所定の波長領域の光による表示を可能ならしめる。このようにすれば、前記光学素子からの光による第１の色の表示に加えて、これとは異なる第２の色の表示が合わせて得られ、少なくとも２色の表示が可能となる。
【００３２】
前記第２の光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発光可能な光学素子を使用してもよい。
【００３３】
また、前記第２の光学素子として、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発色可能なホログラムを使用することも好ましい。
【００３４】
前記前記光学素子および前記第２の光学素子の少なくとも一方を蛍光体とすることもできる。
【００３５】
好ましくは、前記第２の偏光分離手段が、複数の層が互いに密着して積層された積層体であって、前記複数の層の屈折率が、互いに隣接する層相互間で、第４の所定の方向においては等しく、前記第４の所定の方向と直交する第５の所定の方向においては異なる前記積層体である。
【００３６】
また、好ましくは、光拡散手段をさらに設ける。このようにすれば、前記第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態を白色状とすることができる。
【００３７】
さらには、本発明の電子機器は請求項１記載の表示素子が搭載されている。また、その用途によっては、上述した表示素子のうちいずれかの表示素子を搭載してもよい。
【００３８】
なお、本発明の表示素子においては、ＴＦＴやＭＩＭ等のアクティブ素子を設けてもよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子を説明するための図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは分解断面図である。
【００４１】
本実施の形態の液晶表示素子１０においては、透過偏光軸可変光学素子としてＳＴＮセル２０を使用している。ＳＴＮセル２０の上側には位相差フィルム１４および偏光板１２がこの順に設けられている。ＳＴＮセル２０の下側には、拡散板３０、偏光分離器４０、および蛍光板６０がこの順に設けられている。また、偏光分離器４０と蛍光板６０との間に光を出射することの出来る光源７０が設けられている。ＳＴＮセル２０においては、２枚のガラス基板２１、２２とシール部材２３とによって構成されるセル内にＳＴＮ液晶２６が封入されている。ガラス基板２１の下面には透明電極２４が設けられ、ガラス基板２２の上面には透明電極２５が設けられている。透明電極２４、２５としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や酸化錫等を用いることができる。位相差フィルム１４は、色補償用の光学異方体として用いており、ＳＴＮセル２０で発生する着色を補正するために使用している。なお、本実施の形態における偏光分離器４０として、図１を用いて説明した偏光分離器を使用する。
【００４２】
次に、本実施の形態の液晶表示素子１０の動作を説明する。
【００４３】
外光下で、電圧無印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られた直線偏光となり、偏光分離器４０で吸収されずに反射され、ＳＴＮセル２０によって偏光方向が所定の角度捻られ、偏光板１２から直線偏光として出射する。このように、電圧無印加時においては、偏光分離器４０によって吸収されずに反射されるので明るい表示が得られる。なお、ＳＴＮセル２０と偏光分離器４０との間には拡散板３０を設けているので、偏光分離器４０からの反射光が鏡面状から白色状になる。
【００４４】
電圧印加領域においては、自然光が偏光板１２によって、所定の方向の直線偏光となり、その後、ＳＴＮセル２０および拡散板３０を直線偏光として透過し、偏光分離器４０も透過する。透過した直線偏光は、蛍光板６０によって蛍光色に発光して、偏光分離器４０、拡散板３０、ＳＴＮセル２０および偏光板１２を透過し、直線偏光として出射する。
【００４５】
このように、外光下では、電圧無印加領域においては、偏光分離器４０によって反射された光が拡散板３０によって散乱されて白色状の直線偏光となって出射し、電圧印加領域においては、偏光分離器４０を透過した光は蛍光板６０によって発光し、直線偏光となって出射する。従って、白地に蛍光色の表示が得られる。電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなる。
【００４６】
次に、光源７０点灯下で、電圧無印加領域においては、光源７０より出射した光は蛍光板６０によって発光し、発光した光は、偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収される。すなわち、暗くなる。
【００４７】
電圧印加領域においては、光源７０より出射した光は蛍光板６０によって発光し、発光した光は、偏光分離器４０により直線偏光となり、透過する。ＳＴＮセル２０によって所定の方向の直線偏光となり、偏光板１２によって吸収されずに出射される。
【００４８】
このように、電圧無印加領域において、偏光板１２によって吸収され暗くなり、電圧印加領域において、偏光板１２を透過した光が蛍光板６０によって発光し蛍光色を発する。従って、光源点灯下では黒地に蛍光色の表示が得られる。当然だが、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなる。
【００４９】
すなわち、外光下では白地に蛍光色のポジ表示、光源点灯下では黒地に蛍光色のネガ表示が得られる。よって、外光の光の強さと光源の光の強さとがほぼ等しくなっても、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光において明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５０】
図４Ａに示すように、本実施の形態の液晶表示素子１０は、ドット部２１０とアイコン部２４０との２つの表示領域を備えている。アイコン部２４０は、５つのアイコン２４１乃至２４５を備えている。アイコン２４１乃至２４５およびドット部２１０にそれぞれ対応して異なる色を発色する蛍光板６４１乃至６４５および６２０が設けられている。例えば、蛍光板の発光色には黄、緑、赤、オレンジ、紫等がある。
【００５１】
すると、電圧印可時にはアイコン２４１乃至２４５およびドット部２１０に、それぞれに対応した発光色が得られる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、蛍光板６０の代わりにホログラム層をＰＥＴフィルム上に形成した板を用いた。第１の実施の形態と同様に、外光下でも光源点灯時でも、ある特定の方向より見ると、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりもある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５３】
（第３の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、蛍光板６０の代わりにプリズムシートを用いた。第１の実施の形態と同様に、外光下でも光源点灯時でも、ある特定の方向より見ると、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりもある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態の液晶表示素子を説明するための分解断面図である。
【００５５】
上記第１の実施の形態において、光源７０から出射する光を偏光分離器４０と蛍光板６０との間に導き、蛍光板６０に照射することの出来る導光板７１を設けられている。導光板７１として、透明で表面上に点状あるいは線状に突起を有したものである。これにより、第１の実施の形態より光源点灯下では黒地により明るい蛍光色の表示が得られる。
【００５６】
（第５の実施の形態）
本発明の第１の実施形態の表示素子を携帯電話に搭載した。日向でも、日陰でも、室内でも、夜中でも、明るいカラー表示が得られた。
【００５７】
また、本発明の第２〜４の実施形態の表示素子を搭載した携帯電話でも、同様な結果が得られた。
【００５８】
また、本発明の実施形態において携帯電話を例示したが、本発明の表示素子は、家電機器、電子手帳、電卓等の各種電子機器に用いることが出来る。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の表示素子においては、外光下では透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第２の偏光分離手段から反射された光による第１の表示状態と、光学素子からの所定の波長領域の光であって、第２の偏光分離手段を透過した光による第２の表示状態の２つの表示状態が得られる。そして、第１の表示状態は、第２の偏光分離手段から反射された光による表示状態であるので明るい表示となる。光源点灯下では、透過偏光軸可変手段の透過偏光軸の状態に応じて、第１の偏光分離手段から透過されない第３の表示状態と、光学素子からの所定の波長領域の光であって、前記第１の偏光分離手段を透過した光による第４の表示状態の２つの表示状態が得られる。すなわち、反射時に明るいポジ型カラー表示となり、透過時にネガ型カラー表示が得られる。
【００６０】
そして、光学素子が、蛍光体のように光によって所定の波長領域の光を発光可能な光学素子であったり、ホログラムのように光によって所定の波長領域の光を発色可能な光学素子であることにより、外光の光の強さと光源の光の強さとがほぼ等しくなっても、電圧印加領域の方が、電圧無印加領域よりも少なくともある特定の可視光領域波長の光においては明るくなるため、表示が見難くなることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示素子に用いる偏光分離器の概略斜視図である。
【図２】本発明の表示素子の反射時の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の表示素子の透過時の原理を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子を説明するための図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは分解断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の液晶表示素子を説明するための分解断面図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示素子
１２、１３０…偏光板
１４…位相差フィルム
２０…ＳＴＮセル
２１、２２…ガラス基板
２６…ＳＴＮ液晶
３０…拡散板
４０、１６０…偏光分離器
６０、６２０〜６２４、６３０〜６３４、６４１〜６４３…蛍光板
１１０…電圧印加部
１２０…電圧無印加部
１１１、１２１…自然光
１１２、１２２…出射光
１４０…ＴＮ液晶
１５０…光散乱層
１７０…発色層
２１０…ドット部
２４０…アイコン部
２４１〜２４３…アイコン
Claims (15)
- 透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、
前記透過偏光軸可変手段を挟んで前記透過偏光軸可変手段の両側に配置された第１および第２の偏光分離手段と、
前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された光学素子であって、入射光に対して所定の波長領域の光を出射可能な光学素子と、
前記第２の偏光分離手段と前記光学素子との間に光を出射することの出来る光源と、
を備える表示素子であって、
前記第１の偏光分離手段が、前記第１の偏光分離手段の第１の側から入射した光に対して前記第１の側と対向する第２の側から第１の所定の方向の直線偏光を出射可能であり、前記第２の側から入射した光に対して前記第１の側より前記第１の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であり、
前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であることを特徴とする表示素子。 - 前記第２の偏光分離手段が、可視光領域のほぼ全波長範囲の光に対して、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に透過させ、前記第２の所定の方向と直交する前記第３の所定の方向の直線偏光成分を前記透過偏光軸可変手段側に反射し、可視光領域のほぼ全波長範囲の光であって前記光学素子側から入射した光に対して前記透過偏光軸可変手段側に前記第２の所定の方向の直線偏光を出射可能な偏光分離手段であることを特徴とする請求項１記載の表示素子。
- 前記第２の偏光分離手段が、前記透過偏光軸可変手段側から入射した光のうち前記第２の所定の方向の直線偏光成分を前記光学素子側に前記第２の所定の方向の直線偏光として透過させる偏光分離手段であることを特徴とする請求項１または２記載の表示素子。
- 前記透過偏光軸可変手段が、液晶素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示素子。
- 前記透過偏光軸可変手段が、ＴＮ液晶素子、ＳＴＮ液晶素子またはＥＣＢ液晶素子であることを特徴とする請求項４記載の表示素子。
- 前記第１の偏光分離手段が偏光板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表示素子。
- 前記光学素子が、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発光可能な光学素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表示素子。
- 前記光学素子がホログラムであり、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記所定の波長領域の光を発色可能なホログラムであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表示素子。
- 前記第２の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された第２の光学素子であって、入射光に対して、前記所定の波長領域（第１の所定の波長領域）の光とは異なる第２の所定の波長領域の光を出射可能な第２の光学素子を前記光学素子とは異なる位置にさらに備え、同一画面上に少なくとも前記第１および第２の所定の波長領域の光による表示を可能ならしめたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の表示素子。
- 前記第２の光学素子が、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発光可能な光学素子であることを特徴とする請求項９記載の表示素子。
- 前記第２の光学素子がホログラムであり、前記第２の偏光分離手段側からの光によって前記第２の所定の波長領域の光を発色可能なホログラムであることを特徴とする請求項９記載の表示素子。
- 前記前記光学素子および前記第２の光学素子の少なくとも一方が蛍光体であることを特徴とする請求項７または１０記載の表示素子。
- 前記第２の偏光分離手段が、複数の層が互いに密着して積層された積層体であって、前記複数の層の屈折率が、互いに隣接する層相互間で、第４の所定の方向においては等しく、前記第４の所定の方向と直交する第５の所定の方向においては異なる前記積層体であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の表示素子。
- 光拡散手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の表示素子。
- 請求項１乃至１４のいずれかに記載の表示素子を組み込んだことを特徴とする電子機器。
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| JP (1) | JP3648930B2 (ja) |
-
1997
- 1997-07-22 JP JP19608997A patent/JP3648930B2/ja not_active Expired - Fee Related
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