JP3713989B2

JP3713989B2 - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP3713989B2
Application number: JP35433898A
Authority: JP
Inventors: ルイス・マヌエル・ムリジョーモラ; 敦佐藤; 隆西原
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2018-12-14
Also published as: JP2000180607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性光学素子およびそれを用いた反射型液晶表示装置に係り、特にバックライトを用いずに画像の表示の明るさを向上し、かつ視域を制御して画像の観察し易さを向上するようにした異方性光学素子およびそれを用いた反射型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示装置の一つとして、例えばカラー液晶表示装置が多く用いられてきている。
【０００３】
この種の液晶表示装置においては、表示のためにバックライトが必要不可欠なものとなっている。そして、このような液晶表示装置では、広い観察角がとれるように、バックライトはある程度の拡散性を有していることが必要である。
【０００４】
しかしながら、拡散性を有するバックライトを用いた液晶表示装置では、拡散角が大きいため、照明光の利用効率が低い。
【０００５】
そこで、最近では、光の利用効率を向上させることを目的として、例えば“特開平８−２０１８０２号公報”、あるいは“特表平９−５１００２９号公報＝ＵＳＰ５６５９４０８＝ＰＣＴ公開ＷＯ９６／３７８０５”に開示されるようなものが提案されてきている。
【０００６】
すなわち、前者は、異方性（片面の特定方向からの光のみを拡散し、反対側からの光はそのまま透過する特性）を有する拡散体を、液晶パネルの前面に配置することにより、好適な観察範囲に出射光を制御できるようにしたものである。
【０００７】
また、後者は、体積位相透過型ホログラムと反射層を一体化してなるホログラム拡散反射体を液晶パネルの背面に配置することにより、好適な観察範囲に反射拡散光を制御できるようにしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者においては、異方性を有する拡散体に対する入射光の方向を制御することができない。
【０００９】
一方、後者においては、拡散性が不十分（ホログラムを拡散光で撮影記録するには、干渉が不十分）であると共に、僅かではあるが、必然的に光の着色を伴なってしまう。
【００１０】
また、後者においては、複雑な干渉縞を記録するため、回折効率が実用上十分でなく、明るい表示を得ることが難しい。
【００１１】
さらに、後者においては、液晶パネルの背面に配置する反射板であるため、液晶層と反射層の間にガラス基板分の距離が生じるため、いわゆる２重像の影響で高精細な表示が不可能である。
【００１２】
本発明の目的は、バックライトを用いずに画像の表示の明るさを向上し、かつ視域を制御して画像の観察し易さを向上することが可能な異方性光学素子およびそれを用いた反射型液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、周囲からの光が入射される液晶パネルを備えた反射型液晶表示装置において、液晶パネルの前方側（観察者側）に、前方からの光を拡散しかつ後方からの光を透過する前方拡散後方透過部材を配置し、液晶パネルの後方側（観察者と反対側）に、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折する前方透過後方回折部材を配置している。
【００２０】
従って、請求項１の発明の反射型液晶表示装置においては、液晶パネルの前方側（観察者側）に配置した前方拡散後方透過部材で、前方からの光を拡散し後方からの光を透過し、また液晶パネルの後方側（観察者と反対側）に配置した前方透過後方回折部材で、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折することにより、光は観察者に向かうが、眩しい方向からは離れているため、視域を制御して視角を広くすることができ、画像を明るくかつ観察し易く表示することができる。また、前方拡散後方透過部材の出射光位置と前方透過後方回折部材の入射光位置、前方透過後方回折部材の出射光位置と前方拡散後方透過部材の入射光位置とが、一直線になるように配置する必要がないため、極めて容易に製造することができる。さらに、液晶パネルの照明には周囲の光のみを用いているため、照明ユニットを一切不要とすることができる。さらにまた、前方拡散後方透過部材と前方透過後方回折部材とからなる異方性光学素子を組み込んでもかさばらないため、液晶表示装置全体を小形化することができる。
【００２１】
また、請求項２の発明では、周囲からの光が入射される液晶パネルを備えた反射型液晶表示装置において、液晶パネルの前方側（観察者側）に、前方からの光を拡散しかつ後方からの光を透過する前方拡散後方透過部材を配置し、前方拡散後方透過部材と液晶パネルとの間に、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折する前方透過後方回折部材を配置している。
【００２２】
従って、請求項２の発明の反射型液晶表示装置においては、液晶パネルの前方側（観察者側）に配置した前方拡散後方透過部材で、前方からの光を拡散しかつ後方からの光を透過し、また前方拡散後方透過部材と液晶パネルとの間に配置した前方透過後方回折部材で、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折することにより、上記請求項１の発明と同様の作用を奏することができる。
【００２３】
なお、上記前方拡散後方透過部材としては、例えば請求項３に記載したように、ホログラム、または方向性を有する拡散板、あるいはスペックルを記録したフィルムまたはシートのいずれかを用いることが好ましい。
【００２４】
また、上記前方透過後方回折部材としては、例えば請求項４に記載したように、ホログラムを用いることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態による異方性光学素子を用いた反射型液晶表示装置の構成例を示す概要図である。
【００２７】
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置は、図１に示すように、前方拡散後方透過部材であるホログラム１と、カラー液晶パネル２と、前方透過後方回折部材であるホログラム３と、反射板４とから構成している。
【００２８】
なお、ホログラム１とホログラム３とから、異方性光学素子を構成している。
【００２９】
ホログラム１は、カラー液晶パネル２の前方側（観察者５側）に配置され、周囲から入射される前方の特定方向からの入射光６を拡散して白色の拡散光７を得、かつカラー液晶パネル２を透過して入射される後方からの光（回折光）はそのまま透過する特性（前方拡散・後方透過特性）を有する。
【００３０】
カラー液晶パネル２は、１画素が赤，緑，青の３色成分を表示すべき隣接する３つの液晶セルの繰り返しから構成され、所望の画像を表示する。
【００３１】
ホログラム３は、カラー液晶パネル２の後方側（観察者５と反対側）に配置され、カラー液晶パネル２を透過して入射される前方からの拡散光７はそのまま透過し、かつ反射板４で反射して入射される後方側（カラー液晶パネル２側）の特定方向からの光を回折して回折光８を得る特性（前方透過・後方回折特性）を有する。
【００３２】
反射板４は、ホログラム３を透過して入射される拡散光７を反射して、ホログラム３へ再び入射させる。
【００３３】
ここで、上記ホログラム１は、特定の角度の入射光６のみを拡散する特性を有していることが好ましいが、この特性は本発明の適切な機能に必須不可欠なものではない。
【００３４】
また、上記ホログラム３は、体積透過型ホログラムとすることが好ましい。
【００３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態の液晶表示装置において、周囲から入射される入射光６は、ホログラム１により拡散して白色の拡散光７が得られる。
【００３６】
ここで、ホログラム１は、特定の角度の入射光６のみを拡散する特性を有しているので、他の角度で入射した入射光６は、ホログラム１を透過しても何の影響も受けない。
【００３７】
すなわち、ホログラム１は、特定の角度範囲で入射してくる入射光６を拡散するという特性を有して射ることから、例えば法線に対して２０°〜６０°で入射してくる入射光６が拡散され、かかる範囲以外の角度で入射する入射光６は、何の変化も受けずにホログラム１を透過する。
【００３８】
次に、このホログラム１からの拡散光７は、カラー液晶パネル２を透過し、ホログラム３を何の変化もせずに透過して、反射要素が被膜された反射板４に到達する。
【００３９】
そして、この反射板４に到達した拡散光７は、ここで反射してホログラム３に再び入射され、ここで回折して回折光８が得られる。
【００４０】
ここで、ホログラム３により回折した回折光８の進行方向は、まぶしい角度から離れているが、観察者５の視線方向に近い。すなわち、正反射の方向からずらすような方向に光を回折して、回折光８が得られる。
【００４１】
次に、ホログラム３により回折した回折光８は、カラー液晶パネル２を透過し、ホログラム１を何の変化もせずに透過して、観察者５の目に入る。
【００４２】
上述したように、本実施の形態の異方性光学素子を用いた反射型液晶表示装置では、カラー液晶パネル２の前方側（観察者５側）に配置した前方拡散後方透過部材であるホログラム１で、前方の特定方向からの光６を拡散し後方からの光８はそのまま透過し、またカラー液晶パネル２の後方側（観察者５と反対側）に配置した前方透過後方回折部材であるホログラム３で、前方からの光７はそのまま透過しかつ反射板４で反射した後方側（カラー液晶パネル２側）の特定方向からの光を観察者５に向けるように回折して回折光８を得るようにしているので、光は観察者５に向かうが、眩しい方向からは離れているため、視域を制御して視角を広くすることができ、画像を明るくかつ観察し易く表示することが可能となる。
【００４３】
また、光の拡散機能（拡がりを制御）と光の回折機能（方向を制御）とを別々の部材に持たせているので、拡散機能が十分で着色のない出射光を実現することが可能となる。
【００４４】
さらに、ホログラムは、方向制御の機能しか有さないため、拡散性は無いか、若しくは少なくてよいため、比較的単純な干渉縞（グレーティングやホログラムレンズ）で良く、回折効率を可視波長域にわたって高くすることが容易であり、より一層明るい表示が可能となる。
【００４５】
さらにまた、ホログラムをカラー液晶パネル２の前方側（観察者５側）に配置しているので、入射光を拡散し、その方向を変化させ、出射光は拡散せずに観察されるため、反射層が液晶層の中にある（例えば、液晶を駆動する電極がそのまま反射層となっている）ような液晶パネルを用いることにより、２重像を生じず高精細な表示が可能となる。
【００４６】
一方、前方拡散後方透過部材であるホログラム１の出射光位置と前方透過後方回折部材であるホログラム３の入射光位置、前方透過後方回折部材であるホログラム３の出射光位置と前方拡散後方透過部材であるホログラム１の入射光位置とが、一直線になるように配置する必要がないため、異方性光学素子を極めて容易に製造することが可能となる。
【００４７】
また、カラー液晶パネル２の照明には周囲の光のみを用いているため、照明ユニットを一切不要とすることが可能となる。
【００４８】
一方、前方拡散後方透過部材であるホログラム１と前方透過後方回折部材であるホログラム３とからなる異方性光学素子を組み込んでもかさばらないため、液晶表示装置全体を小形化することが可能となる。
【００４９】
また、装置のどの要素にも波長選択特性はないため、白色表示することが可能となる。
【００５０】
さらに、照明光にどのような光を用いても構わず、また照明光の角度も限定されず、拡散した照明光でも構わない。
【００５１】
また、どのような液晶パネルにも使用することが可能となる。
【００５２】
さらに、製造コストが比較的安価で済む。
【００５３】
（その他の実施の形態）
（ａ）前記実施の形態では、前方拡散後方透過部材として、ホログラムを用いる場合について説明したが、これに限らず、前方拡散後方透過部材として、例えば方向性を有する拡散板（ルミスティ（lumisty ）：住友化学の商品名）、あるいはスペックルを記録したフィルムまたはシート（スペックルグラム）等を用いることも可能である。
【００５４】
（ｂ）前記実施の形態では、前方透過後方回折部材として、ホログラムを用いる場合について説明したが、これに限らず、その他の光学素子を用いることも可能である。
【００５５】
（ｃ）前記実施の形態では、１画素が赤，緑，青の３色成分を表示すべき隣接する３つの液晶セルの繰り返しから構成されるカラー液晶パネルに本発明を適用する場合について説明したが、このカラー液晶表示を前提とすることは、本発明に必要不可欠なことではない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の異方性光学素子およびそれを用いた反射型液晶表示装置によれば、バックライトを用いずに画像の表示の明るさを向上し、かつ視域を制御して画像の観察し易さを向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による異方性光学素子を用いた反射型液晶表示装置の一実施の形態を示す概要図。
【符号の説明】
１…ホログラム、
２…カラー液晶パネル、
３…ホログラム、
４…反射板、
５…観察者、
６…入射光、
７…拡散光、
８…回折光。

Claims

周囲からの光が入射される液晶パネルを備え、照明ユニットを要さない反射型液晶表示装置において、
液晶パネルの前方側に、前方からの光を拡散しかつ後方からの光を透過する前方拡散後方透過部材を配置し、
液晶パネルの後方側に、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折する前方透過後方回折部材を配置し、
この前方透過後方部材の後方側に、反射板を配置して成ることを特徴とする反射型液晶表示装置。
周囲からの光が入射される液晶パネルを備え、照明ユニットを要さない反射型液晶表示装置において、
液晶パネルの前方側に、前方からの光を拡散しかつ後方からの光を透過する前方拡散後方透過部材を配置し、
前方拡散後方透過部材と液晶パネルとの間に、前方からの光を透過しかつ後方からの光を回折する前方透過後方回折部材を配置し、
この前方透過後方部材の後方側に、反射板を配置して成ることを特徴とする反射型液晶表示装置。
請求項１または２に記載の反射型液晶表示装置において、
前方拡散後方透過部材として、ホログラムあるいはスペックルを記録したフィルムまたはシートのいずれかを用いたことを特徴とする反射型液晶表示装置。
請求項１または２に記載の反射型液晶表示装置において、
前方透過後方回折部材として、ホログラムを用いたことを特徴とする反射型液晶表示装置。