JP3744195B2

JP3744195B2 - 液晶装置、電子機器及び時計

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Publication number: JP3744195B2
Application number: JP10522898A
Authority: JP
Inventors: 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JPH11101976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶装置、特に反射型あるいは半透過反射型の液晶装置に関する。さらに、この液晶装置を搭載した電子機器、特にコンビネーション・ウォッチに代表される時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯して使用される電子機器には、反射型あるいは半透過反射型の液晶装置が利用されている。これらの液晶装置は、従来から実用一点張りであり、くすんだ薄緑色背景に黒の表示のものしかなかった。透過型の液晶装置が、鮮やかなフルカラー表示を行っている状況とは対照的である。ところが、ウォッチや携帯電話が大衆化し多くの若者に行き渡るようになってから、液晶装置にもファッショナブルであることが求められるようになった。最近のウォッチや携帯電話に、カラー偏光板によって着色した反射型液晶装置や、鮮やかな青や赤のバックライトを利用した半透過反射型液晶装置が利用され始めている状況は、このような背景によるものである。しかしながら、こうした着色液晶装置は、もう２０年以上も前に考案されたものであり、必ずしも十分な表示特性を持つものではない。また色を付けることだけが、ファッショナブルである要件でもない。そこで、本発明では、携帯電子機器に適した、ファッショナブルでかつ目新らしい表示を提供したい。本発明の説明をする前に、まず従来のデジタル・ウォッチとコンビネーション・ウォッチに利用されている液晶装置を紹介する。
【０００３】
デジタル・ウォッチは、時刻と月日、曜日の表示を主に、必要に応じてアラーム設定やストップウォッチ表示に切り替えて利用される。表示を見やすくするため、あるいはデザイン上の都合によって、背景に固定表示を備えたり、部分的に着色することもある。
【０００４】
図１３に従来のデジタル・ウォッチの表示部に用いられている液晶装置の断面構造を示す。図１３において、１３０１は第一の吸収型偏光板、１３０２は位相差フィルム、１３０３は上側ガラス基板、１３０４は透明電極、１３０５は液晶層、１３０６はシール部、１３０７は下側ガラス基板、１３０８は第二の吸収型偏光板、１３０９は光散乱反射板である。１３０９上には、目盛りや文字、背景色等を塗料で印刷した部分１３１０を備えることもある。位相差板１３０２はＳＴＮ液晶の表示の着色を補償するためのものであって、ＴＮ液晶を利用する場合には必要ない。
【０００５】
一方、コンビネーション・ウォッチは、アナログ・デジタル複合型の腕時計を指し、時刻表示を行うアナログ表示部と、カレンダー表示等のデータ表示を行うデジタル表示部を合わせ持つことを特徴とする。１０数年前に市場に登場した当初は、アナログ時計の文字盤の片隅に小さなデジタル表示部を備えたタイプが主体であったが、その後アナログ時計の前面にデジタル表示部を重ねたタイプが発売され、より多くの情報が表示できるようになった。
【０００６】
図１０にコンビネーション・ウォッチの外観を示す。１００１と１００２はアナログ表示部であり、１００１が時計の針、１００２が時計の目盛りである。１００３と１００４はデジタル表示部であり、１００３が日付表示、１００４がカレンダー表示である。デジタル表示部はアナログ表示部の上に位置している。時刻表示は、伝統的な時針分針によるアナログ表示の方が、アナログ表示よりも直感的な認識性において優れている。一方ストップ・ウォッチや、カレンダー表示、電話番号表示等のデータ表示は、デジタル表示でなければならない。最近では、ウォッチにページャ機能や簡単な情報処理機能を盛り込む動きもあり、ますますコンビネーション・ウォッチのニーズが高まっている。
【０００７】
図１４に従来のコンビネーション・ウォッチの表示部に用いられている液晶装置の断面構造を示す。図１４において、１４０１は第一の吸収型偏光板、１４０２は位相差フィルム、１４０３は上側ガラス基板、１４０４は透明電極、１４０５は液晶層、１４０６はシール部、１４０７は下側ガラス基板、１４０８は第二の吸収型偏光板、１４０９は機械式の表示部材、１４１０は目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、１４１１は光散乱反射板である。１４０９は時計の針の部分であり、１４１０と１４１１は時計の文字盤の部分である。機械式の表示部材を１４１１を挟んで反対側に位置する駆動部につなぐため、１４１１には穴が開けてある。第二の吸収型偏光板と光散乱反射板との間に空隙があって、そこに機械式表示機があることを除けば、その構造は図１３の従来のデジタル・ウォッチと全く同様である。
【０００８】
次に従来のコンビネーション・ウォッチに利用されている液晶装置の表示原理について説明する。図１５において１５０１は第一の吸収型偏光板、１５０２は位相差フィルム、１５０３は上側ガラス基板、１５０４は下側ガラス基板、１５０５は第二の吸収型偏光板、１５０６は機械式の表示部材、あるいは目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、１５０７は光散乱反射板、１５０８は非選択領域の液晶、１５０９は選択領域の液晶である。
【０００９】
ここで機械式の表示部材や塗料が無い領域を考える。上方より入射した外光１５１１、１５１２は、第一の吸収型偏光板１５０１によって直線偏光に変換される。その後、位相差フィルムと液晶パネルによって様々に変調されるが、第二の吸収型偏光板１５０５に入射する際には、ほぼ直線偏光に戻る。但し液晶パネルの非選択領域を通過した光と選択領域を通過した光とでは、その直線偏光は互いに直交している。そこで非選択領域を通過した光を透過し、選択領域を通過した光を吸収するよう、あらかじめ第二の吸収型偏光板を配置しておく。非選択領域では、第二の吸収型偏光板を透過した光が光散乱反射板１５０７で反射し、先程と同じ経路を通って上方に出射するために明表示となる。一方選択領域では、第二の吸収型偏光板で光が吸収されるために、暗表示となる。このようにして明表示背景に暗表示が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の液晶装置には少なくとも三つの課題があった。
【００１１】
第一の課題は、表示が暗いことである。特にこれでコンビネーション・ウォッチのデジタル表示部を構成すると、時計の針や目盛りが暗くて見づらくなった。これは２枚の偏光板１４０１と１４０８（１５０１と１５０５）によって、外から入射する光のおよそ６０％が吸収されるためである。またバックライトを利用しようと半透過反射型構成にすると、さらに暗くなった。これは半透過反射板が入射光の５０〜７０％しか反射しないからである。
【００１２】
第二の課題は、表示に色を付け難いことである。反射板に色を付ける方法では、背景が色づくだけであり、しかも暗い。カラー偏光板を用いる方法は、点灯部に色が付けられる点で優れているが、背景にもうっすらとカラー偏光板の色が見える。これは一般にカラー偏光板の偏光度が高くないためである。
【００１３】
第三の課題は、表示の影である。例えばコンビネーション・ウォッチの場合、液晶パネルのデジタル表示が、時計の針１４０９や、目盛りや文字を印刷した部分１４１０の上に影を落とし、アナログ表示を見づらくする。図１５を用いて説明する。機械式の表示部材や塗料の部分に差し込む外光１５２１、１５２２は、１５１１や１５１２と同様の経路を通って非選択領域の光だけが機械式の表示部材や塗料の部分に達する。選択領域の光は、既に第二の吸収型偏光板によって吸収されている。従って液晶パネルの選択領域の影が、機械式の表示部材や塗料の部分に落ちる。このように、液晶パネルのデジタル表示の影が、時計の針や文字盤を見づらくする。
【００１４】
コンビネーション・ウォッチのように、液晶パネルと反射板の間に空隙が存在すると表示が背景に対して浮いて見える。表示が浮いて見えること自体は好ましい。使い方やデザイン次第では、面白い表示になり得る。何も無いように見える空間から、突然文字が浮かび上がってくる。しかもその文字が鮮やかに着色している。あるいは、その文字が光る。こうした表示は、ファッショナブルでかつ目新らしいと言えるだろう。
【００１５】
そこで本発明は、明るく、表示が浮いて見える液晶装置、またその表示に色を付けたり、光らせたりすることができる液晶装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には背面表示のための部材が設けられているとともに、前記背面表示のための部材と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置したことを特徴とする。
【００１７】
本発明において、偏光板とは所定方向の直線偏光成分の光を吸収し、それとは異なる所定方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板を指し、反射型偏光板とは、所定方向の直線偏光成分の光を反射し、それとは異なる所定方向の直線偏光成分の光を透過する反射型偏光板を指す。反射型偏光板の具体的な例としては、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成される反射型偏光板や、コレステリック液晶高分子と１／４波長板を組み合わせた反射型偏光板を用いることができる。
【００１８】
また、背面表示のための部材とは、具体的には、時計の針に代表される機械式の表示部材、反射型偏光板上に印刷などによって形成した着色層や吸収層などを用いることができるが、反射型偏光板による反射光を遮光あるいは着色することによって何らかの表示をおこなうものであればよい。
【００１９】
本発明の液晶装置にあっては、反射型偏光板によって反射された光による明表示と、反射型偏光板を光が透過する暗表示とによる液晶表示が得られる。その際、液晶表示が背面表示に対して浮き上がって表示されるので非常に変化に富んだ表示が可能となる。
【００２０】
液晶表示の浮き上がりの度合は、液晶層と背面表示のための部材との距離、言い換えれば、液晶パネルの下側の基板厚みと、液晶パネルと背面表示を行う部材との距離と、の和に依存する。しかしながら、通常液晶パネルの基板としてはその厚みが０．７ｍｍより小さいものが用いられる場合が多く、この０．７ｍｍのみでは浮き上がりの効果が小さい。
【００２１】
そのため、本願発明においては、液晶パネルと背面表示のための部材との距離を所定間隔離して配置し、浮き上がりの効果を高めている。具体的には、所定間隔を０．３ｍｍ以上設けて液晶層と最も液晶層との距離が離れた部材との距離とを１．０ｍｍとすれば浮き上がり表示が効果的に現われる。反対に、部材と液晶層との距離とを１０ｍｍ以上離してしまうと表示が暗くなる等の問題が生じてくるのであまり好ましくない。
【００２２】
また、本発明においては反射型偏光板と液晶パネルとを所定間隔離して配置しているため、背面表示のための部材として、立体的なもの、例えば時計の針等を配置することができる。
【００２３】
また、本発明の液晶装置にあっては、前記反射型偏光板を挟んで液晶パネルと反対側に、光源を備えると好ましい。
【００２４】
こうすることによって、本発明による表示装置は、液晶表示を光源からの光によって光らせることができるので暗闇でも見やすいという効果がある。尚、光源は白色光源でも良いが、赤色や黄緑色のＬＥＤや、青色ＥＬのような着色光源の方がより望ましい。
【００２５】
また光源と反射型偏光板の間に、グレーフィルムや吸収型偏光板を配置することによって、反射型表示で高いコントラストを得ることができる。
【００２６】
また、本発明の液晶装置は、前記反射型偏光板に対して前記液晶パネルとは反対側に、特定の色を吸収する層を備えたことを特徴とする。
【００２７】
このように構成したため、本発明の液晶装置は、液晶表示の暗表示を着色することが可能となり、その結果、浮いて見える表示に色を付けることができる。尚、特定の色を吸収する層としては、カラーフィルムやカラー偏光板が利用できる。またこの層を挟んで反射型偏光板と反対側に、反射板を設けると、より明るいカラー表示が得られる。
【００２８】
また、本発明の液晶装置は、前記液晶パネルと反射型偏光板との間に光散乱板を備えたことを特徴とする。
【００２９】
このような構成とすれば、表示が白濁するため、液晶表示における明表示が白くなる。
【００３０】
この場合においては、背面表示のための部材として、光散乱板の一部の領域に設けられた着色層又は吸収層を設けるとよい。
【００３１】
また、前記背面表示のための部材は、機械式の表示部材であることを特徴とする。機械式の表示部材とは、具体的には時計の針等のように機械的に動作する物を指す。
【００３２】
このように構成すれば、機械的動作による動的な表示の上に液晶表示が浮かび上がってみえる画期的な表示が可能となる。
【００３３】
また、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、前記液晶パネルと前記反射型偏光板との間に配置した機械式の表示部材と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明において、偏光板とは所定方向の直線偏光成分の光を吸収し、それとは異なる所定方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板を指し、反射型偏光板とは、所定方向の直線偏光成分の光を反射し、それとは異なる所定方向の直線偏光成分の光を透過する反射型偏光板を指す。反射型偏光板の具体的な例としては、面内に屈折率異方性を有する第一の層と面内に屈折率異方性を有しない第二の層を交互に多数積層して構成される反射型偏光板や、コレステリック液晶高分子と１／４波長板を組み合わせた反射型偏光板を用いることができる。
【００３５】
また、機械式の表示部材とは、具体的には、時計の針に代表される機械的に動作する部材を指す。
【００３６】
本発明の液晶装置にあっては、反射型偏光板によって光が反射される明表示と、反射型偏光板を光が透過する暗表示とによる液晶表示が得られる。一方、機械式の表示部材は、液晶表示の状態に関らず常に表示がなされる。これは、機械式の表示部材が反射型偏光板と液晶パネルとの間に位置しているため、使用者が常に機械式の表示部材による反射光又は散乱光をみることとなるからである。つまり、機械式の表示部材が液晶表示における暗表示の影になって視認できなくなるという従来技術における課題は解決する。
【００３７】
また、前記機械式の表示部材と前記反射型偏光板との間に光散乱板を設けたことを特徴とする。
【００３８】
このようにすれば、液晶表示における明表示を白くすることができる。
【００３９】
また、反射型偏光板を挟んで液晶パネルと反対側に、光源を備えたことを特徴とする。
【００４０】
このようにすれば半透過反射型の表示装置が実現する。
【００４１】
本発明の電子機器は、液晶装置をその表示部として備える電子機器であって、前記液晶装置は、一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には背面表示のための部材が設けられているとともに、前記背面表示のための部材と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置したことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の時計は、機械的に動作する針によって時刻を表示する時計であって、一対の基板間に液晶を挟持した液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には前記針が設けられているとともに、前記針と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置したことを特徴とする。
【００４３】
【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詳細に説明する。
【００４４】
（実施例１）
図１は本発明の液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図１において、１０１は吸収型偏光板、１０２は位相差フィルム、１０３は上側ガラス基板、１０４は透明電極、１０５は液晶層、１０６はシール部、１０７は下側ガラス基板、１０８及び１０９は背面表示のための部材であり、１０８は機械式の表示部材としての時計の針、１０９は着色層として、目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、１１０は光散乱板、１１１は反射型偏光板、１１２は光吸収板である。１０１と１０２、１０２と１０３、１１０と１１１、１１１と１１２は、それぞれ互いに糊で接着している。また１０７と１１０との間には、約０．７ｍｍの空隙１１３が存在する。下側ガラス基板の厚みが０．４ｍｍ、光散乱板の厚みが０．１ｍｍであるから、液晶層と反射型偏光板との距離ｄは約１．２ｍｍである。また、１０９と液晶層の距離は１．０ｍｍであり、１０８と液晶層との距離は０．７ｍｍとしてある。
【００４５】
上下の透明電極１０４の間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。また機械式の表示部材を１１１を挟んで反対側に位置する駆動部につなぐため、１１０、１１１、１１２にはこれを貫通する穴が開けてある。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００４６】
次に各構成要素について順に説明する。吸収型偏光板１０１は所定の直線偏光成分を吸収し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有している。これは現在最も一般に利用されているタイプの偏光板であって、ヨウ素等のハロゲン物質や二色性染料を高分子フィルムに吸着させて作製する。
【００４７】
位相差フィルム１０２は、例えばポリカーボネート樹脂の一軸延伸フィルムであって、ＳＴＮ型液晶装置の表示の着色を補償するために利用される。ＴＮ型液晶装置の場合には省略されることが多い。
【００４８】
液晶層１０５は１８０度から２７０度ねじれたＳＴＮネマチック液晶組成物から成る。表示容量が小さい場合には９０°ねじれたＴＮ液晶組成物を用いても良い。ねじれ角は上下ガラス基板表面における配向処理の方向と、液晶に添加するカイラル剤の分量で決定する。
【００４９】
機械式の表示部材１０８は時計の針の部分であり、時針と分針からなる。必要に応じて、これに秒針を加えても良い。
【００５０】
光散乱板１１０には、型押ししたプラスチック板や、ビーズを分散したプラスチック板等が利用できる。但し光散乱と言っても、偏光を乱さない程度の弱い散乱でなければならない。多重散乱が起こるほどの強い散乱板では、コントラストが低下する。この光散乱板は、鏡面に近い反射型偏光板の反射光を適度に拡散させる目的で配置する。
【００５１】
光吸収板１１２には、黒色ビニールシートや黒紙を接着するか、黒色塗料を直接塗布して利用する。なお、黒色以外にも比較的暗い色ならば、青色や茶色、灰色など好みによって利用できる。
【００５２】
反射型偏光板１１１としては、複屈折性の誘電体多層膜を利用した。この複屈折性の誘電体多層膜は、所定の直線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有する。このような反射型偏光板については、国際公開された国際出願（国際出願の番号：ＷＯ９５／１７３０３、ＷＯ９５／１７６９１、ＷＯ９５／１７６９２、ＷＯ９５／１７６９９、ＷＯ９５／２７９１９、ＷＯ９６／１９３４７、ＷＯ９７／０１４３９、ＷＯ９７／０１４４０、ＷＯ９７／０１６１０、ＷＯ９７／０１７２６、ＷＯ９７／０１７７４、ＷＯ９７／０１７７８、ＷＯ９７／０１７８０、ＷＯ９７／０１７８１、ＷＯ９７／０１７８８、ＷＯ９７／０１７８９、ＷＯ９７／０７６５３）にreflective polarizer として開示されている。またこのような反射型偏光板は３Ｍ社からＤ−ＢＥＦ（商品名）として発売されており、一般に入手可能である。
【００５３】
反射型偏光板の構成と機能について、図２を用いて説明する。図２は複屈折性の誘電体多層膜を示す図であって、二種類の高分子層２０１、２０２を交互に積層して成る。二種類の高分子は、一つは光弾性率が大きい材料から、もう一つは光弾性率が小さい材料から選ばれるが、その際に両者の常光線の屈折率が概ね等しくなるよう留意する。例えば、光弾性率の大きい材料としてＰＥＮ（２，６−ポリエチレン・ナフタレート）を、小さい材料としてｃｏＰＥＮ（７０−ナフタレート／３０−テレフタレート・コポリエステル）を選ぶことができる。両フィルムを交互に積層し、図２の直交座標系２０３のｘ軸方向に適度に延伸したところ、ｘ軸方向の屈折率がＰＥＮ層において１．８８、ｃｏＰＥＮ層において１．６４となった。またｙ軸方向の屈折率はＰＥＮ層でもｃｏＰＥＮ層でもほぼ１．６４であった。この積層フィルムに法線方向から光が入射すると、ｙ軸方向に振動する光の成分はそのままフィルムを透過する。これが透過軸である。一方ｘ軸方向に振動する光の成分は、ＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層が、ある一定の条件を満たす場合に限って、反射される。これが反射軸である。その条件とは、ＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）と、ｃｏＰＥＮ層の光路長（屈折率と膜厚の積）の和が光の波長の２分の１に等しいことである。このようなＰＥＮ層とｃｏＰＥＮ層を各々数十層以上、出来れば百層以上積層させれば、ｘ軸方向に振動する光の成分のほぼ全てを反射させることが出来る。もちろん、この条件は狭い波長範囲の光に対してしか満たすことが出来ないため、限られた色の光に対してのみ偏光能が生じる。そこでより広い波長範囲で偏光能を有する反射型偏光板は、異なる色の所定の直線偏光を反射するよう光路長を調整した複数の複屈折性の誘電体多層膜を、互いにその偏光軸（反射軸及び透過軸）が平行になるように積層することによって得る。
【００５４】
このようにして作製した反射型偏光板は、通常の吸収型偏光板＋反射板の構成と比較して、３０％以上明るいという特徴を有している。その理由は二つある。一つは通常反射板に用いられる金属アルミニウムの反射率が９０％弱しかない一方で、この反射型偏光板は反射軸に平行な光のほぼ１００％を反射するからである。もう一つの理由は、通常の吸収型偏光板がヨウ素等のハロゲン物質や染料等の二色性物質を利用しており、その二色比が必ずしも高くないために、およそ２０％もの光を無駄にしているからである。
【００５５】
なお反射型偏光板としては、以上述べたような複屈折性の誘電体多層膜の他に、コレステリック相を呈する液晶ポリマーを利用することもできる。これは所定の円偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を有する。これを４分の１波長板と組み合わせると、所定の直線偏光成分を反射し、それ以外の偏光成分を透過する機能を持つ。このような反射型偏光板の詳細については、特開平８−２７１８３７号公報に開示されている。またこのような反射型偏光板は、Ｍｅｒｃｋ社からＴｒａｎｓＭａｘ（商品名）という名称で発売されており、一般に入手可能である。
【００５６】
光散乱板１１０、反射型偏光板１１１、光吸収板１１２は、いずれも薄いフィルムであるから、必要に応じてプラスチックの支持基盤等を配置しても良い。
【００５７】
さて、本発明の液晶装置が従来の液晶装置と異なる点は二つある。一つは反射型偏光板を利用している点である。これによって、偏光を利用していても明るい表示が実現できることは、先に述べた通りである。もう一つは下側の偏光子の位置が、従来は機械式の表示部材や目盛り等の上であったが、本発明ではその下に位置している点である。この新しい構成によって、液晶パネルの表示の影が目立たないという新たな効果が生まれた。以下、詳しく説明する。
【００５８】
図３は実施例１の液晶装置の表示原理を説明する図である。図３において３０１は吸収型偏光板、３０２は位相差フィルム、３０３は上側ガラス基板、３０４は下側ガラス基板、３０５は機械式の表示部材、あるいは目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、３０６は反射型偏光板、３０７は光吸収板、３０８は非選択領域の液晶、３０９は選択領域の液晶である。
【００５９】
まず機械式の表示部材や着色層が無い領域を考える。上方より入射した外光３１１、３１２は、吸収型偏光板３０１によって直線偏光に変換される。その後、位相差フィルムと液晶パネルによって様々に変調されるが、反射型偏光板３０６に入射する際には、ほぼ直線偏光に戻る。但し液晶パネルの非選択領域を通過した光と選択領域を通過した光とでは、その直線偏光は互いに直交している。そこで非選択領域を通過した光を反射し、選択領域を通過した光を透過するよう、あらかじめ反射型偏光板を配置しておく。非選択領域では、反射型偏光板を反射した光が先程と同じ経路を通って上方に出射するために明表示となる。一方選択領域では、反射型偏光板を透過した光が光吸収板３０７で吸収されるために暗表示となる。このようにして明表示背景に暗表示が行われる。この明表示は、反射型偏光板が高効率であるために、大変明るい。また反射型偏光板の選択反射波長の設計次第で、白色以外に、黄色、空色、ピンク色等、いかなる色でも取り得る。また暗表示も光吸収板の吸収色波長の設計次第で、黒色以外に、青色、茶色、緑色等、いかなる色でも取り得る。
【００６０】
次に機械式の表示部材や塗料の部分に差し込む光を考える。外光３２１、３２２は、先程と同様の経路を通って機械式の表示部材や塗料の部分に達するが、その光は選択領域であるか否かに関係なく直線偏光である。しかも偏光板を１回だけ通った明るい光である。この光は機械式の表示部材や塗料の部分でかなり散乱されて、偏光を乱された後上方に出射する。従って選択領域と非選択領域との明るさの差はわずかであり、液晶パネルの選択領域は、時計の針や文字盤に影を落とさない。
【００６１】
このようにして本発明の実施例１の液晶装置は、明るく影の少ない表示を実現した。また、表示が浮いて見えるという効果もあった。
【００６２】
（実施例２）
図４は本発明の他の実施形態における液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図４において、４０１は吸収型偏光板、４０２は位相差フィルム、４０３は上側ガラス基板、４０４は透明電極、４０５は液晶層、４０６はシール部、４０７は下側ガラス基板、４０８及び４０９は背面表示のための部材であり、４０８は機械式の表示部材、４０９は着色層として目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、４１０は反射型偏光板、４１１は光吸収板である。４０１と４０２、４０２と４０３、４１０と４１１は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下の透明電極４０４の間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。また機械式の表示部材を４１０を挟んで反対側に位置する駆動部につなぐため、４１０、４１１にはこれを貫通する穴が開けてある。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。なお各構成要素は、実施例１と同様のものを利用した。
【００６３】
実施例２の液晶装置の特徴は、反射偏光子の上に光散乱板を備えないことによって、背景を鏡面にしたことにある。これによって、鏡面背景に黒の文字が浮かぶ大変目新しい表示が実現できた。また光吸収板４１１を拡散反射板に置き換えると、鏡面背景に白の文字が浮かぶ表示も可能である。もちろんこの表示も、実施例１と同様に、明るく影の少ない表示である。
【００６４】
（実施例３）
図５は本発明の他の実施形態における液晶装置に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図５において、５０１は吸収型偏光板、５０２は位相差フィルム、５０３は上側ガラス基板、５０４は透明電極、５０５は液晶層、５０６はシール部、５０７は下側ガラス基板、５０８及び５０９は背面表示のための部材であり、５０８は機械式の表示部材、５０９は目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、５１０は光散乱板、５１１は反射型偏光板、５１２はカラーフィルタ、５１３は光反射板である。５０１と５０２、５０２と５０３、５１０と５１１、５１１と５１２、５１２と５１３は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下の透明電極５０４の間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。また機械式の表示部材を５１１を挟んで反対側に位置する駆動部につなぐため、５１０、５１１、５１２、５１３にはこれを貫通する穴が開けてある。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。
【００６５】
次に各構成要素について順に説明する。カラーフィルタ５１２は、主にシアン色を吸収する赤色顔料をプラスチック・フィルムに塗布して得た。また光反射板５１３は、鏡面反射板であって、プラスチック・フィルムにアルミニウムを蒸着して得た。その他の各構成要素は、実施例１と同様のものを利用した。
【００６６】
以上のように構成したことによって、実施例３の液晶装置は、白色背景に赤色の文字が浮かぶ表示になった。図６を用いてその原理を簡単に説明する。
【００６７】
図６において６０１は吸収型偏光板、６０２は位相差フィルム、６０３は上側ガラス基板、６０４は下側ガラス基板、６０５は背面表示のための部材であり、は機械式の表示部材、あるいは目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、６０６は反射型偏光板、６０７はカラーフィルタ、６０８は光反射板、６０９は非選択領域の液晶、６１０は選択領域の液晶である。
【００６８】
まず機械式の表示部材や塗料が無い領域を考える。上方より入射した外光６１１、６１２は、吸収型偏光板６０１によって直線偏光に変換される。その後、位相差フィルム６０２と液晶パネルによって様々に変調されるが、反射型偏光板６０６に入射する際には、ほぼ直線偏光に戻る。但し液晶パネルの非選択領域を通過した光と選択領域を通過した光とでは、その直線偏光は互いに直交している。そこで非選択領域を通過した光を反射し、選択領域を通過した光を透過するよう、あらかじめ反射型偏光板を配置しておく。非選択領域では、反射型偏光板を反射した光が先程と同じ経路を通って上方に出射するために白色表示となる。一方選択領域では、反射型偏光板を透過した光のうちシアン色がカラーフィルタ６０７で吸収され、残る赤色が光反射板６０８で反射されるために赤色表示となる。このようにして白色背景に赤色表示が行われる。この白色表示は、反射型偏光板が高効率であるために、大変明るい。
【００６９】
次に機械式の表示部材や塗料の部分に差し込む光を考える。外光６２１、６２２は、先程と同様の経路を通って機械式の表示部材や塗料の部分に達するが、その光は選択領域であるか否かに関係なく直線偏光である。しかも偏光板を１回だけ通った明るい光である。この光は機械式の表示部材や塗料の部分でかなり散乱されて、偏光を乱された後上方に出射する。従って選択領域と非選択領域との明るさの差はわずかであり、液晶パネルの選択領域は、時計の針や文字盤に影を落とさない。また、カラーフィルタは時計の針や文字盤よりも下に位置するから、その色に着色することも無い。
【００７０】
なおカラーフィルタの色を変えることによって、白色背景に青色や緑色の表示を行うことも可能である。また、カラーフィルタの色を部分的に変えることによって、赤色の表示と黒色の表示を混在させることも可能である。但し、以上の方法でカラー表示を行う場合には、選択領域ができるだけ広くなるように設計しておいた方が、鮮やかな色が表示できる。何故ならば、斜め方向から非選択領域を通った光が選択領域に入射すると、この光は反射型偏光板の反射軸と直交しているために、表示が黒ずむからである。
【００７１】
（実施例４）
図７は本発明に係る液晶装置の構造の要部を示す図である。まず構成を説明する。図７において、７０１は吸収型偏光板、７０２は位相差フィルム、７０３は上側ガラス基板、７０４は透明電極、７０５は液晶層、７０６はシール部、７０７は下側ガラス基板、７０８及び７０９は背面表示のための部材であり、７０８は機械式の表示部材、７０９は目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、７１０は光散乱板、７１１は反射型偏光板、７１２は半光吸収板、７１３は光源である。７０１と７０２、７０２と７０３、７１０と７１１、７１１と７１２は、それぞれ互いに糊で接着している。また機械式の表示部材を７１１を挟んで反対側に位置する駆動部につなぐため、７１０、７１１、７１２、７１３には穴が開けてある。
【００７２】
次に各構成要素について順に説明する。吸収型偏光板７０１、位相差フィルム７０２、液晶層７０５、光散乱板７０８、反射型偏光板７０９については、実施例１と同様のものを利用した。
【００７３】
半光吸収板７１２としては、灰色の半透明フィルムが利用できる。灰色の半透明フィルムとしては、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下、より好ましくは５０％以上７０％以下の透過率を有する散乱性のフィルムが適している。このようなフィルムは、例えば（株）辻本電機製作所から光拡散フィルムＤ２０２（商品名）という名称で発売されている。このフィルムは外観が灰色で、５９％の透過率を有する。半光吸収板は、反射型液晶表示のコントラストを高めるために設けるものであって、無くても表示は可能である。また半光吸収板としては、他に、部分的に透明な光吸収フィルム、例えば肉眼では見えないほど微細な穴を多数設けた黒色フィルム等も利用できる。また透過型液晶表示のコントラスト向上も兼ねて、吸収型偏光板を用いることもできる。
【００７４】
光源７１３としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）や冷影極管を導光板と組み合わせて用いても良いが、実施例４においては淡緑色光を発するＥＬを利用した。本発明で利用されるバックライトは、要は外光の反射が少なければ良い。図７の半光吸収板７１２、光源７１３の構成は、その一例である。その他にも、例えば半光吸収板を設けずに導光板の裏に光吸収板を設けるような構成であっても良い。また透明状態あるいは暗い散乱状態から発光するように設計されたＥＬランプを利用すればもっと簡単な構成で済む。
【００７５】
次に実施例４の液晶装置の表示原理について説明する。図８において８０１は吸収型偏光板、８０２は位相差フィルム、８０３は上側ガラス基板、８０４は下側ガラス基板、８０５は反射型偏光板、８０６は光源、８０７は非選択領域の液晶、８０８は選択領域の液晶である。機械式の表示部材と目盛りや文字等を塗料で印刷した部分は省略したが、８０４と８０５の間に位置する。
【００７６】
まず光源８０６が発光していない場合、即ち反射型表示の場合を考える。上方より入射した外光８１１、８１２は、吸収型偏光板８０１によって直線偏光に変換される。その後、位相差フィルムと液晶パネルによって様々に変調されるが、反射型偏光板８０５に入射する際には、ほぼ直線偏光に戻る。但し液晶パネルの非選択領域を通過した光と選択領域を通過した光とでは、その直線偏光は互いに直交している。そこで非選択領域を通過した光を反射し、選択領域を通過した光を透過するよう、あらかじめ反射型偏光板を配置しておく。非選択領域では、反射型偏光板を反射した直線偏光が、先程と同じ経路を通って上方に出射するため明表示となる。一方選択領域では、反射型偏光板に入射した直線偏光が全て透過し、光源あるいはその前後の光吸収板で吸収されるため、暗表示となる。
【００７７】
次に光源８０６が発光している場合、即ち透過型表示の場合を考える。半透過反射型の液晶装置で透過型表示を行う状況では、周囲が十分に暗いと考えられるから、外光８１１、８１２は無視できる。光源８０６から発せられた光８１３、８１４は、反射型偏光板８０５によって一方の直線偏光が反射され、もう一方の直線偏光が透過する。反射した直線偏光は、光源あるいはその前後の光吸収板で吸収される。透過した直線偏光は、液晶パネルと位相差フィルムで変調され、吸収型偏光板８０１で吸収され暗表示になる。一方、選択領域では同様に反射型偏光板を透過した光が、吸収型偏光板も透過して、明表示が得られる。
【００７８】
このように実施例４の液晶装置は、実施例１の液晶装置の反射時の表示特性を損なうことなく、半透過反射型の表示を可能にした。また、その透過時の表示は、何も無いように見える空間に、光った文字が浮かぶ一種幻想的な表示になる。もちろんその発光色は、バックライトの選択によって、淡緑色以外に、赤、オレンジ、黄、青等にすることもできる。
【００７９】
（実施例５）
図９は本発明の他の実施例に係る液晶装置の要部を示す図である。まず構成を説明する。図９において、９０１は吸収型偏光板、９０２は位相差フィルム、９０３は上側ガラス基板、９０４は透明電極、９０５は液晶層、９０６はシール部、９０７は下側ガラス基板、９０８は目盛りや文字等を塗料で印刷した部分、９０９は光散乱板、９１０は反射型偏光板、９１１は光吸収板である。９０１と９０２、９０２と９０３、９０９と９１０、９１０と９１１は、それぞれ互いに糊で接着している。また上下の透明電極９０４の間は広く離して描いてあるが、これは図を明解にするためであって、実際には数μｍから十数μｍの狭いギャップを保って対向している。なお図示した構成要素以外にも、液晶配向膜や絶縁膜、スペーサー・ボール、ドライバーＩＣ、駆動回路等の要素も不可欠であるが、これらは本発明を説明する上で特に必要が無く、却って図を複雑にし理解し難くする恐れがあるため、省略した。なお各構成要素は、実施例１と同様のものを利用した。
【００８０】
実施例５の液晶装置の特徴は、機械式の表示部材を備えていないことにある。例え機械式の表示部材が無くとも、光散乱板の上に何らかの目盛りや文字、模様等が印刷されていたり、光散乱板自体に凹凸があってその質感が認識できる場合には、表示が浮いて見えるという効果がある。
【００８１】
（実施例６）
本発明の請求項７記載の電子機器の例を三つ示す。
【００８２】
図１０はコンビネーション・ウォッチの外観を示す図である。１００１と１００２はアナログ表示部であり、１００１が時計の針、１００２が目盛りである。１００３と１００４はデジタル表示部であり、１００３が日付表示、１００４がカレンダー表示である。デジタル表示部はアナログ表示部の上に位置している。
【００８３】
図面上では従来のコンビネーション・ウォッチと変わりないが、明るさで３割以上改善されており、影も少なくすっきりした表示が実現した。また表示に赤や青の色をつけたり、好みの色に光らせることもできる。
【００８４】
図１１はデジタル・クロックの外観を示す図である。本体１１０１の前面にデジタル表示１１０２、その背後に固定表示１１０３を備える。デジタル表示は白背景に黒の液晶表示であり、固定表示は緑や青に着色したプラスチックを光散乱板上に接着したものである。このデジタル・クロックはＥＬバックライトを備えており、上部のスイッチを押すことにより、デジタル表示を青く光らせることができる。
【００８５】
図１２はポケット・ゲーム機の外観を示す図である。本体１２０１の中央に液晶表示１２０２、その背後に固定表示１２０３を備える。液晶表示は、いずれも白背景であるが、表示色は場所によって異なり、黒や青、茶、赤の表示を行う。固定表示は光散乱板上に、黄色やシアン、黒色等の顔料で印刷したものである。このように、カラフルな表示がポケット・ゲーム機に適している。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、明るく影の少ない液晶装置を提供することができる。また、表示が浮いて見えたり、その表示に色を付けたり光らせたりすることができる液晶装置を提供することができる。また、見やすいアナログ・デジタル複合表示を行う電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図２】本発明の液晶装置で用いた反射型偏光板の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における液晶装置の表示原理を説明する図である。
【図４】本発明の実施例２における液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図５】本発明の実施例３における液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図６】本発明の実施例３における液晶装置の表示原理を説明する図である。
【図７】本発明の実施例４における液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図８】本発明の実施例４における液晶装置の表示原理を説明する図である。
【図９】本発明の実施例５における液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図１０】本発明の実施例６における電子機器（コンビネーション・ウォッチ）、及び従来の電子機器の、外観を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６における電子機器（デジタル・クロック）の、外観を示す図である。
【図１２】本発明の実施例６における電子機器（ポケット・ゲーム機）の、外観を示す図である。
【図１３】従来のデジタル・ウォッチの表示部に用いられている液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図１４】従来のコンビネーション・ウォッチの表示部に用いられている液晶装置の構造の要部を示す図である。
【図１５】従来の液晶装置の表示原理を説明する図である。
【符号の説明】
１０１吸収型偏光板
１０２位相差フィルム
１０３上側ガラス基板
１０４透明電極
１０５液晶層
１０６シール部
１０７下側ガラス基板
１０８機械式の表示部材
１０９目盛りや文字等を塗料で印刷した部分
１１０光散乱板
１１１反射型偏光板
１１２光吸収板
１１３空隙
２０１光弾性率が大きい材料の層
２０２光弾性率が小さい材料の層
２０３直交座標系、ｘ軸方向が延伸方向

Claims

一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、
前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には背面表示のための部材が設けられているとともに、前記背面表示のための部材と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置し、
前記反射型偏光板を挟んで前記液晶パネルと反対側に設けられた光源と、
前記光源と前記反射型偏光板との間に設けられ、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下の透過率を有し、反射型表示の場合に、入射した外光が前記偏光板と前記液晶パネルとを介して前記反射型偏光板に入射し、該反射型偏光板において入射した光の一部が反射され、入射した光の残りが透過されたとき、この透過された光の一部を吸収する一方、透過型表示の場合には、前記光源から出射された光の一部を前記反射型偏光板側に透過させ、前記反射型偏光板を透過した光の一部を前記液晶パネルと前記偏光板とを介して出射させる半光吸収板と、を備えたことを特徴とする液晶装置。
請求項１記載の液晶装置であって、
前記反射型偏光板に対して前記液晶パネルとは反対側に、特定の色を吸収する層を備えたことを特徴とする液晶装置。
請求項１記載の液晶装置であって、
前記反射型偏光板と前記背面表示のための部材との間に光散乱板を備えたことを特徴とする液晶装置。
請求項３記載の液晶装置であって、
前記背面表示のための部材は、前記光散乱板の一部の領域に設けられた着色層又は吸収層であることを特徴とする液晶装置。
請求項１記載の液晶装置であって、
前記背面表示のための部材は、機械式の表示部材であることを特徴とする液晶装置。
一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、
前記液晶パネルと前記反射型偏光板との間に配置した機械式の表示部材と、を備え、
前記機械式の表示部材と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置し、
前記反射型偏光板を挟んで前記液晶パネルと反対側に設けられた光源と、
前記光源と前記反射型偏光板との間に設けられ、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下の透過率を有し、反射型表示の場合に、入射した外光が前記偏光板と前記液晶パネルとを介して前記反射型偏光板に入射し、該反射型偏光板において入射した光の一部が反射され、入射した光の残りが透過されたとき、この透過された光の一部を吸収する一方、透過型表示の場合には、前記光源から出射された光の一部を前記反射型偏光板側に透過させ、前記反射型偏光板を透過した光の一部を前記液晶パネルと前記偏光板とを介して出射させる半光吸収板と、を備えたことを特徴とする液晶装置。
請求項６記載の液晶装置であって、
前記機械式の表示部材と前記反射型偏光板との間に光散乱板を設けたことを特徴とする液晶装置。
液晶装置をその表示部として備える電子機器であって、前記液晶装置は、
一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、
前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には背面表示のための部材が設けられているとともに、前記背面表示のための部材と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置し、
前記反射型偏光板を挟んで前記液晶パネルと反対側に設けられた光源と、
前記光源と前記反射型偏光板との間に設けられ、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下の透過率を有し、反射型表示の場合に、入射した外光が前記偏光板と前記液晶パネルとを介して前記反射型偏光板に入射し、該反射型偏光板において入射した光の一部が反射され、入射した光の残りが透過されたとき、この透過された光の一部を吸収する一方、透過型表示の場合には、前記光源から出射された光の一部を前記反射型偏光板側に透過させ、前記反射型偏光板を透過した光の一部を前記液晶パネルと前記偏光板とを介して出射させる半光吸収板と、を備えたことを特徴とする電子機器。
機械的に動作する針によって時刻を表示する時計であって、
一対の基板間に液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの一方の側に配置した偏光板と、
前記液晶パネルに対して前記偏光板とは反対側に配置した反射型偏光板と、を備え、
前記反射型偏光板と前記液晶パネルとの間には前記針が設けられているとともに、前記針と前記液晶パネルとを所定距離隔てて配置し、
前記反射型偏光板を挟んで前記液晶パネルと反対側に設けられた光源と、
前記光源と前記反射型偏光板との間に設けられ、可視光の全波長範囲の光に対して１０％以上８０％以下の透過率を有し、反射型表示の場合に、入射した外光が前記偏光板と前記液晶パネルとを介して前記反射型偏光板に入射し、該反射型偏光板において入射した光の一部が反射され、入射した光の残りが透過されたとき、この透過された光の一部を吸収する一方、透過型表示の場合には、前記光源から出射された光の一部を前記反射型偏光板側に透過させ、前記反射型偏光板を透過した光の一部を前記液晶パネルと前記偏光板とを介して出射させる半光吸収板と、を備えたことを特徴とする時計。