JP4412441B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報を表示する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置は、低消費電力のために、携帯用途に広く用いられつつある。特に、フルカラー表示可能な反射型液晶表示装置が開発されるようになってきた。
【0003】
反射型液晶表示装置は周囲光を光源として用いており、屋外の太陽光下では高い画質で表示することが可能であり、これに対し、透過型液晶表示装置は屋外の太陽光下ではコントラストが低く、視認性の悪いのが一般的である。しかし、夜間の屋外や特別な照明の無い室内では、反射型液晶表示装置の視認性は悪く、透過型液晶表示装置のような画質は得られない。
【0004】
そこで、明るい環境では反射型として表示でき、暗い環境では付加光源で表示できる、液晶表示装置が求められている。この一例として、半透過型液晶表示装置を挙げることができる。この半透過型液晶表示装置は、入射光を反射する反射面を半透過面とするものである。しかし、例えば透過率50%・反射率50%の半透過面による表示では、反射表示時に暗く、透過表示時にも暗いという欠点を有している。
【0005】
以上のような欠点を克服するものとして、特開平11-119026号公報に、反射・透過切り替え可能な液晶表示装置が開示されている。図13に、ホログラム反射層を有する液晶表示装置の模式的な側断面図を示す。図13に示すように、バックライトユニット503と液晶層501との間に体積ホログラムであるホログラム反射層528が配置されている。
【0006】
この体積ホログラムは、一定の屈折率変調を有する構造物であり、この変調周期が可視波長程度であれば、ブラッグ反射と呼ばれる回折が生じ、ある入射角のある波長の光を、特定の方向に強く反射させるものである。この関係を、図14に示す円図形によって説明する。図14(a)に示す円の半径は、n/λで与えられる。ここで、λは入射光の波長であり、nはホログラム媒体の平均屈折率である。入射光はこの円に中心から円上へのベクトルで表わされる。入射波数ベクトル529、逆格子ベクトル531を図14(a)のように配置する。ここで、逆格子ベクトル531は、その方向が屈折変調の変調方向、ベクトルの大きさは変調周期の逆数で定義される。図14(a)では、入射波数ベクトル529と逆格子ベクトル531の差として、出射波数ベクトル530が表示されている。この出射波数ベクトル530の方向に強く光が反射される。
【0007】
次に、図14(b)により、反射動作を説明する。反射表示時には、バックライトユニット503は用いず、入射光のみで表示を行う。周囲からの入射光が液晶層501に入射し、そして、ホログラム反射層528に入射する。ホログラム反射層528の逆格子ベクトルを図14(b)に示すように配置しておけば、特定出射方向に特定の波長のみが選択反射される。選択反射された光は再び液晶層501を通過して、反射表示が可能となる。この選択反射する波長以外の光はホログラム反射層528を通過するため、表示には寄与しない。
【0008】
一方、周囲の環境が暗い場合には、バックライトを点灯させる。この場合、バックライトからの光はホログラム反射層528を通過して液晶層501に入射する。これによって、図14(c)に示すような透過型表示を行わせることができる。
【0009】
以上のようにして、特開平11-119026号公報に開示された液晶表示装置を用いれば、反射・透過切り替え表示が可能となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平11-119026号公報に開示された液晶表示装置では、反射表示時の表示色と透過表示時の表示色が異なるという問題を有している。すなわち、図14(b)に示すように、反射表示時ではホログラムで決まる特定の波長の光のみが反射する。このため、反射表示時は単色表示しかできない。さらに、透過表示時では図14(c)に示すように、バックライト光の特定波長はホログラムでブラッグ反射されてしまい、透過型表示に寄与することができない。このブラッグ反射する波長は、反射表示時の単色光の波長と同一である。このため、例えば、反射表示時には緑色で表示できていても、透過表示時にはその補色で表示を行わなければならない。また、同様の理由のため、フルカラー表示を行わせることもできない。
【0011】
以上のように、特開平11-119026号公報に開示された液晶表示装置は、反射・透過表示切り替え表示を実現するものではあるが、カラー表示が限られ、フルカラー表示できないという課題を有している。
【0012】
そこで本発明は、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことが可能なブラッグ反射を利用した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液晶表示装置は、
液晶層と、
特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、前記各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な、前記液晶層よりも下層に配置されている反射構造層と、
前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトユニットとを有することを特徴とする。
【0014】
上記の通り構成された本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも下層に特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な反射構造層を有している。すなわち、ブラッグ反射を用いることで半透過面を用いる液晶表示装置よりも明るい反射・透過切り替え可能な液晶表示装置となる。さらに、反射構造層の各反射部を特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する、例えば、各反射部のそれぞれを、青のみ反射、緑のみ反射、赤のみ反射というように構成することでフルカラー表示が可能となる。
【0015】
また、本発明の液晶表示装置の液晶層を挟持する基板の少なくとも1つの厚さが、視差を生じない厚さであってもよく、この基板は、薄膜化ガラスであってもよいし、フィルム基板であってもよい。
【0016】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第1のカラーフィルタ層を有するものであってもよいし、さらに、反射構造層よりも下層に配置されている第2のカラーフィルタ層を有するものであってもよい。特に、第1のカラーフィルタ層に加えて第2のカラーフィルタ層を有する構成の場合、例えば、第1のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを、第2のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといった特性を持たせることができる。
【0017】
また、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよい。
【0018】
さらに、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているものであってもよい。この場合、青、緑、赤を反射する各反射部が並列に配置された場合、カラーフィルタを設けずにフルカラー表示が可能となるため、明るく、かつ、構造が簡単な液晶表示装置を得ることができる。
【0019】
また、各反射部は、液晶を含むものであってもよく、特に、コレステリック液晶を含むものであってもよいし、液晶の液滴を含む少なくとも1つの液晶液滴層と、少なくとも1つの高分子層とが交互に積層された構造であってもよいし、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。
【0020】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第1の偏光板を有するものであってもよいし、液晶層よりも下層に配置されている第2の偏光板を有するものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子としてTN液晶以外のSTN液晶や複屈折液晶などの表示素子を用いることが可能となる。
【0021】
また、本発明の液晶表示装置は、第1の偏光板よりも下層、かつ、第2の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有するものであってもよいし、補償板は、反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよい。
【0022】
また、液晶層は、アクティブマトリクス駆動されているものであってもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態の説明において、ホログラフィック高分子分散液晶はHPDLCと表す。
(第1の実施形態)
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図1に示す。
【0024】
液晶表示装置は、最上層に、第1の偏光板16aが形成されており、第1の偏光板16aの下層にカラーフィルタ基板15を上層側として形成された、R(赤)、G(緑)、B(青)のみをそれぞれ透過するフィルタからなるカラーフィルタ層6を、さらにカラーフィルタ層6の下層にガラス18上に形成された映像情報を映し出す液晶層1を、液晶層1の下層、すなわち、ガラス18の下層に第2の偏光板16bを、第2の偏光板16bの下層、すなわち、液晶層1よりも下層に、反射率が電気的に切り替え可能な反射部を有する三層積層HPDLC17を、そして、最下層に液晶層1を背面から光を照射する照明であるバックライトユニット3を有する構造となっている。
【0025】
液晶層1は、TN液晶、STN液晶などのネマチック液晶、あるいは垂配向液晶、OCB液晶などの複屈折性液晶を用いるものであってもよい。
【0026】
ここで、液晶層1の形成方法の概略を説明する。
【0027】
まず、透明電極を有するガラス基板18と、カラーフィルタ層6と透明電極を有するカラーフィルタ基板15の両基板上に配向膜を成膜する。なお、図1では、両基板上の透明電極を図示していない。この後、配向膜上に配向処理を行い、スペーサを介して両基板を張り合わせる。この際に、両基板の配向処理方向を直交するように張り合わせる。この後、ネマチック液晶を両基板の間隙に注入し、液晶層1を形成する。
【0028】
次に、本実施形態の液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図を示す図2を用いて、本実施形態の液晶表示装置の基本的原理を説明する。
【0029】
液晶表示装置は、図2(a)および図2(b)に示すように、液晶層1、三層積層HPDLC17に相当する反射構造層2、および、バックライトユニット3を基本構造としたものであるが、図2(c)および図2(d)に示すように液晶層1の上層にカラーフィルタ層6が形成されているものを基本構造とするものであってもよい。
【0030】
反射構造層2は、反射部が、光の反射率が高く透過率が低い状態と、光の透過率が高く反射率が低い状態とを可逆的に切り替えられる構造であればどのような構造であってもよいが、以下に示される、反射率が電気的に制御可能でブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層であることが特に好適である。
【0031】
例えば、反射構造層2は、図3(a)および図3(b)に示す、反射部である液晶液滴層10と高分子層11が交互に積層した交替積層構造層9で構成されるものであってもよい。液晶液滴層10と高分子層11の屈折率が異なれば、図3(a)に示すように交替周期で決まる波長に周囲光4が選択的に反射される。一方、この交替積層構造層9に電圧を印加すれば、液晶液滴層10の屈折率が変化し高分子層11の屈折率と一致し、選択的な反射が解消して透明状態となり、図3(b)に示すようにバックライトユニット3からのバックライト光5を透過させることができる。なお、交替積層構造層9も図3(c)および図3(d)に示すように積層周期の異なる第1の交替積層構造層9aおよび第2の交替積層構造層9bを重ね合わせることにより多色光を反射させることも可能である。すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、第1の交替積層構造層9a、第2の交替積層構造層9b等の複数の反射部のそれぞれが特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する構成とすることでフルカラー表示が可能となる。
【0032】
また、反射構造層2の反射部としてコレステリック液晶を用いるものであってもよい。周知のようにコレステリック液晶を用いれば、反射率が電気的に制御可能である。図4(a)に示すように、コレステリック液晶層7は螺旋構造を有しているため、そのピッチの半分に対応した周囲光4を選択的に反射する。また、このコレステリック液晶に電圧を印加すれば、図4(b)に示すように、螺旋構造が解消される。このため、上述の反射性能を失い、全波長帯のバックライト光5を透過する。これを実現する例として、“スイッチャブル・ミラーズ・オブ・キラル・リキッド・クリスタル・ゲルズ”、リキッド・クリスタルズ、1999年、26巻、1645-1653ページ(”Switchable mirrors of chiral liquid crystal gels",LIQUID CRYSTAL,1999,Vol.26,No.11,1645-1653)を挙げることができる。また、図4(c)および図4(d)に示すように、螺旋ピッチの異なる第1のコレステリック液晶7a、第2のコレステリック液晶7bを積層した積層コレステリック液晶層8を反射構造層2として用いれば、交替積層構造層9と同様に多色光を反射することが可能である。
【0033】
このように反射構造層2の各反射部は、反射構造層2に対して液晶層1とバックライトユニット3とが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよい。
【0034】
あるいは、反射構造層2は、図5(a)および図5(b)に示すような反射部がコレステリック液晶液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。周囲光4を選択反射するような螺旋ピッチのコレステリック液晶からなるコレステリック液晶滴13を含む高分子層14は、電圧が印加されることにより、コレステリック液晶滴13の内部の螺旋が解消されて透明状態になり、バックライト光5の透過が可能となる。また、螺旋ピッチの異なる複数のコレステリック液晶を含むコレステリック液晶滴を含む高分子層であれば、同様に多色光を選択的に反射させることが可能である。
【0035】
次に、図6および図7を用いて、交替積層構造層9であるHPDLCの積層構造の作成方法および構造の詳細に関して説明する。
【0036】
はじめに、図6(a)に示すように、不図示の透明電極を有する基板19上に液晶と感光性物質の混合物からなる層、液晶・光硬化性物質混合層20を形成する。
【0037】
次に、図6(b)に示すように、同一レーザから発せられたレーザ光21を二分岐して、両光線を液晶・光硬化性物質混合層20中で交叉させる。レーザ光干渉の結果、レーザ強度の強い領域で選択的に強く光硬化が生じる。また、レーザ強度の弱い領域で液晶が液滴として析出する。以上のようにして、図6(c)に示すような、液晶液滴層と光硬化した高分子層とからなるHPDLC層22が完成する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が異なれば、交替積層構造の積層周期に対応する波長の光が選択的に反射される。光硬化させる際に、酸素阻害させるような光硬化性物質の場合には、窒素雰囲気化や減圧下の環境で行う。この交替積層構造の積層周期はレーザ光の波長とその交叉角で決めることができる。そこで、図6(c)の完成したHPDLC層22上に、液晶・光硬化性物質混合層を再度成膜しレーザ波長や交叉角を変えて露光すれば、交替積層周期の異なる二層のHPDLC層を得ることができる。以上のようにして、例えば3回の成膜・露光を繰り返し、HPDLC層を、図7に示すような、青を反射する青用HPDLC23、緑を反射する緑用HPDLC24、赤を反射する赤用HPDLC25からなる3層積層HPDLC層17とすることができる。なお、この場合、透明電極26は、青用HPDLC23と赤用HPDLC25とに電気的に接続されているこの積層の際に、積層順序として積層上面から光が入射するとすれば、青、緑、赤が望ましい。これは、短波長の光ほど散乱され易いためである。この3層積層HPDLC層17は白色光を反射する。この3層積層HPDLC層17に電圧を印加すれば、液晶液滴層の屈折率が変化する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が一致すれば、選択反射光は解消し、透明状態となる。
【0038】
本実施形態では、3層積層HPDLC層17の反射率は電圧無印加時に高い。従って、3層積層HPDLC層17に電圧供給することなく、液晶層1のみに電圧供給することにより、表示動作が可能である。このため、反射表示時には余分な電力を伴わない。また、積層したHPDLC層22に電圧を供給して透明状態にして、バックライトユニット3を点灯させれば、透過表示が得られる。
【0039】
以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置によれば、反射構造層2としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層1と、バックライトユニット3との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
(第2の実施形態)
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図8に示す。
【0040】
本実施形態の液晶表示装置は、図8(a)に示すように、最上層から順に、第1の偏光板116a、カラーフィルタ基板115、カラーフィルタ層106、液晶層101、薄膜化ガラス127、三層積層HPDLC117、第2の偏光板116b、そして最下層にバックライトユニット103を有する構成となっている。
【0041】
このように、本実施形態の液晶表示装置の場合、液晶層101と第2の偏光板116との間に、薄膜化ガラス127と三層積層HPDLC117とが積層されている点が第1の実施形態の液晶表示装置とは異なる。
【0042】
また、本実施形態の液晶表示装置は、反射表示時には、第1の偏光板116aのみが表示に寄与する。この表示モードは、一枚偏光板方式として知られている。すなわち、反射表示時に二枚の偏光板を用いる方式と比較して、明るい反射表示が得られる。この際に、液晶層101として、捩れネマチック液晶モードを用いる。この捩れネマチック液晶の設計は、“アナリシス・オブ・オペレイション・モード・オブ・レフレクティブ・リキッド・クリスタル・ディスプレイ・デバイシーズ”、リキッド・クリスタル26巻1999年、1573-1578ページ(”Analysis of operation mode of reflective liquid crystal display devices",LIQUID CRYSTALS,1999.vol.26,No.11,1573-1578)に述べられている。
【0043】
なお、上述した以外は、基本的に第1の実施形態の液体表示装置と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【0044】
以下、本実施形態の液晶表示装置の作成手順の概略を説明する。
【0045】
第1の実施形態と同様に、透明電極を有するカラーフィルタ基板115とガラス基板を張り合わせる。この後、どちらかの基板を薄膜化し、薄膜化ガラス127とする。この薄膜化は、ガラス基板を研磨あるいは化学的にエッチングすることによって得られる。また、高分子フィルムなどを薄膜をガラス基板の替わりに用いるもできるのは明らかである。この後、液晶を注入し液晶層101を形成する。この際に、所定の捩れネマチック構造を形成するように両基板の配向処理方向を調整する。以上のようにして、薄膜化ガラス127を有する液晶パネルが完成する。完成した液晶パネルの上面に第1の偏光板116aを貼る。また、3層積層HPDLC117を液晶パネル下面に貼り、さらに3層積層HPDLC117の下面に第2の偏光板116を貼る。この後に、バックライトユニット103を配置して完成する。
【0046】
ここで、薄膜化ガラス127を用いる理由を図8(b)を用いて説明する。
【0047】
図8(b)は、薄膜化ガラス127ではなく、薄膜化がなされていないガラス118が用いられた構成を示している。反射型表示の際には、周囲光104は斜め方向から入射してくる。このため、ガラス基板118が厚く反射面である三層積層HPDLC117から遠い場合には、例えば、カラーフィルタ層106のRを通過して来た周囲光104は、反射表示光104aとして、隣接する画素Gを通過してしまう。いわゆる、視差の問題が生じる。この視差の問題を防止必要がある場合、図8(a)に示すように、薄膜化ガラス127を形成することが必要となる。
【0048】
なお、隣接画素からの反射表示光漏れを防止するため、図8(c)に示すように、三層積層HPDLC層117をカラーフィルタ基板115とガラス基板118との間に作り込む、すなわち、液晶パネル内部に作り込む構成とするものであってもよい。
【0049】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、薄膜化ガラス127を用いることで視差が解消するだけでなく、第1の実施形態と同様に反射構造層102としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層101と、バックライトユニット103との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
(第3の実施形態)
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図9に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図10にそれぞれ示す。
【0050】
本実施形態の液晶表示装置は、図9(a)に示すように、最上層から順に、第1の偏光板216a、カラーフィルタ基板215、第1のカラーフィルタ層206a、液晶層201、ガラス218、三層積層HPDLC217、第2の偏光板116b、第2のカラーフィルタ層206b、そして最下層にバックライトユニット203を有する構成となっている。なお、第1のカラーフィルタ層206aがカラーフィルタ基板215に形成されてなるものであるのと同様に、第2のカラーフィルタ層206bもカラーフィルタ基板に形成されてなるものであるが、簡単のため、図9には第2のカラーフィルタ層206bのカラーフィルタ基板は示していない。
【0051】
本実施形態の液晶表示装置は、図10に示すように、バックライトユニット203と、三層積層HPDLC217に相当する反射構造層202との間に、すなわち、反射構造層202よりも下層に第2のカラーフィルタ層206bが設けられている点が、第1および第2の実施形態の液晶表示装置と異なる。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第1の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【0052】
本実施形態の場合、第1のカラーフィルタ層206aと第2のカラーフィルタ層206bは各画素が互いに整合するように配置されている。すなわち、第1のカラーフィルタ層206aの各色画素A、B、Cと第2のカラーフィルタ層206bの各色画素A、B、Cとが互いに位置整合するように配置されている。このように配置することで、図10(b)に示すように、透過表示時に、例えば、第2のカラーフィルタ層206bの画素Bを通過したバックライトユニット203からのバックライト光205は、第1のカラーフィルタ層206aの画素Bを通過することができる。なお、フルカラー表示の際には、一般にA,B,C各色を、赤(R)、緑(G)、青(B)に選ぶのが一般的である。
【0053】
ところで、一般に、カラーフィルタの透過率と色純度は相反関係にあり、高透過率のカラーフィルタは低色純度となり、高色純度のカラーフィルタは低透過率となる。このような特性のカラーフィルタ層を1層のみ有する液晶表示装置の場合、反射表示時には、光は、入射時と反射表示光は2回カラーフィルタ層を透過し、透過表示時には透過表示光が1回カラーフィルタ層を透過する。このため、高透過率のカラーフィルタを用いた場合には、反射表示時には高い反射率が得られるものの、透過表示時には色純度が低くなってしまう。逆に、低透過率のカラーフィルタを用いた場合には、透過表示時の色純度を高くできるものの、反射表示時には低い反射率しか得られない。このように、カラーフィルタが1層のみの構成では、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを両立させるのが困難である。
【0054】
本実施形態の構成では、反射表示時には図10(a)に示すように反射表示光204aが第1のカラーフィルタ層206aのみを通過し、また、透過表示時には図10(b)に示すようにバックライト光205は、第2のカラーフィルタ層206bと第1のカラーフィルタ層206aとの2層を通過する。よって、例えば、第1のカラーフィルタ層206aとして高透過率で低色純度の特性のものを、第2のカラーフィルタ層206bとして高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといった特性を持たせることができる。この他、第1のカラーフィルタ層206aと第2のカラーフィルタ層206bとの反射率および色純度の特性を多様に組み合わせることで、所望の透過率および色純度を得られることとなり、1層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となる。
【0055】
本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に第2のカラーフィルタ層206bが反射構造層202より下層、すなわち、図9においては、三層積層HPDLC217より下層に配置されているのが好適であり、図9(a)以外の構成として、ガラス218および第2の偏光板216bが図9(b)〜図9(d)に示されるような配置であってもよい。また、第2の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。
【0056】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、1層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第1および第2の実施形態と同様に、反射構造層202としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層201と、バックライトユニット203との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
(第4の実施形態)
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図11に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図12にそれぞれ示す。
【0057】
本実施形態の液晶表示装置は、図11(a)に示すように、最上層から順に、第1の偏光板316a、カラーフィルタ基板315、カラーフィルタ層306、液晶層301、ガラス318、カラーフィルタ層306の各画素に対応する波長帯の光のみ反射する複数の領域を有する空間分割反射構造層332、第2の偏光板316b、そして最下層にバックライトユニット303を有する構成となっている。
【0058】
すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、図12に示すように、バックライトユニット303と、液晶層301との間に、すなわち、液晶層301よりも下層に空間分割反射構造層332が設けられている。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第1の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【0059】
空間分割反射構造層332は、図12(a)に示すように、カラーフィルタ層306の各画素A、B、Cに対応するように領域が空間的に区分されており、空間分割反射構造層332の各領域A、B、Cは、カラーフィルタ層306の各画素A、B、Cに対応する波長帯の光のみを反射する。フルカラー表示を行う場合には、カラーフィルタ層306の各画素A、B、Cは、赤(R)、緑(G)、青(B)の各波長帯を通過するように選択し、これに伴い、空間分割反射構造層332の各領域A、B、Cも赤(R)、緑(G)、青(B)の各波長帯のみの光を反射するような構成とする。すなわち、空間分割反射構造層332は、カラーフィルタの特性と反射構造層の特性とを併せ持った特性を有するものである。また、この空間分割反射構造層332は電気的に制御することで透明状態にすることも可能である。なお、空間分割反射構造層332の各領域は、上述のHPDLC素子あるいは、コレステリック液晶層を用いて構成されるものであってもよい。
【0060】
なお、ここでいう空間的に区分されているとは、各反射部(図12では空間分割反射構造層332の各領域A、B、C)が、反射構造層である空間分割反射構造層332に対して液晶層301とバックライトユニット303とが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているということを意味する。
【0061】
以上の構造では、図12(a)に示すように、反射表示時に周囲光304はカラーフィルタ層306、液晶層301を通過し、空間分割反射構造層332に到達する。この空間分割反射構造層332は、カラーフィルタ色に対応する波長帯の光のみを反射する。図12(a)では、カラーフィルタ層306のAに対応する波長帯の光のみを空間分割反射構造層332のAで反射する。反射後、反射表示光304aは液晶層301、カラーフィルタ層306を通過する。このため、反射表示時に光は、2回カラーフィルタ層306を通過する。しかし、他の波長帯の光は空間分割反射構造層332から反射されない。このため、カラーフィルタ層306に低透過率のものを用いても、他波長帯の色が混色することなく、色純度は低下しない。また、空間分割反射構造層332を電気的に制御して透明状態にすれば、バックライトユニット303からのバックライト光305は、空間分割反射構造層332を通過し、図12(b)に示すようにフルカラー透過表示を行うことが可能である。
【0062】
本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に空間分割反射構造層332が液晶層301より下層に配置されているのが好適であり、図11(a)以外の構成として、ガラス318および第2の偏光板316bが図11(b)〜図11(c)に示されるような配置であってもよい。また、第2の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。
【0063】
また、本実施形態の場合、原理的には、カラーフィルタ層306がない構成であってもフルカラー表示が可能であるため、カラーフィルタ層306は、より色純度を向上させたい場合、あるいは、空間分割反射構造層332の色純度が視野角により変化する場合に設ける構成とするものであってもよい。
【0064】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、空間分割反射構造層332を用いることで1層のカラーフィルタ層306のみとした簡単な構成で反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第1ないし第3の実施形態と同様に、空間分割反射構造層332としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層301と、バックライトユニット303との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
【0065】
以上の各実施形態の液晶表示装置において、最上層の第1の偏光板よりも下層、かつ、第2の偏光板よりも上層に補償板が積層されているものであってもよく、さらに反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子としてTN液晶以外のSTN液晶や複屈折液晶などの表示素子を用いることが可能である。
【0066】
また、各実施形態の液晶層はアクティブマトリクス駆動されるものであってもよい。これにより、大表示容量の際の反射・透過表示時に高いコントラスト比を維持することが可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、液晶層よりも下層に特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な反射構造層を有するため、明るい環境ではフルカラー反射表示を、また、暗い環境ではバックライトユニットを用いてフルカラー透過表示を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図2】図1に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図3】反射構造層として交替積層構造層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図4】反射構造層としてコレステリック液晶層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図5】反射構造層としてコレステリック液晶液滴を含む高分子層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図6】HPDLC層の作成方法の概略を説明する図である。
【図7】3層積層HPDLC層の構成を示す模式的な側断面図である。
【図8】本発明の第2の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図9】本発明の第3の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図10】図9に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図11】本発明の第4の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図12】図11に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図13】従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の一例の模式的な側断面図である。
【図14】ホログラムの機能および従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の特性を説明する図である。
【符号の説明】
1、101、201、301 液晶層
2、102、202 反射構造層
3、103、203、303 バックライトユニット
4、104、204、304 周囲光
4a、104a、204a、304a 反射表示光
5、105、205、305 バックライト光
6、106 カラーフィルタ層
7 コレステリック液晶層
7a 第1のコレステリック液晶層
9 交替積層構造層
9a 第1の交替積層構造層
9b 第2の交替積層構造層
10 液晶液滴層
11 高分子層
12 積層した交替積層構造
13 コレステリック液晶液滴
14 高分子層
15、115、215、315 カラーフィルタ基板
16 偏光板
16a、216a、316a 第1の偏光板
16b、216b、316b 第2の偏光板
17、117、217、317 三層積層HPDLC
18、118、218、318 ガラス
19 基板
20 液晶・光硬化性物質混合膜
21 レーザ光
22 HPDLC層
23 青用HPDLC
24 緑用HPDLC
25 赤用HPDLC
26 透明電極
127 薄膜化ガラス
32 空間分割HPDLC層
206a 第1のカラーフィルタ層
206b 第2のカラーフィルタ層
332 空間分割反射構造層
Claims (17)
- 液晶層と、
特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、前記各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な、前記液晶層よりも下層に配置されている反射構造層と、
前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトユニットとを有することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶層を挟持する基板の少なくとも1つの厚さが、視差を生じない厚さである請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記基板は、薄膜化ガラスである請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記基板は、フィルム基板である請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層よりも上層に配置されている第1のカラーフィルタ層を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記反射構造層よりも下層に配置されている第2のカラーフィルタ層を有する請求項5に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトユニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、液晶を含む請求項1ないし8のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、コレステリック液晶を含む請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、液晶の液滴を含む少なくとも1つの液晶液滴層と、少なくとも1つの高分子層とが交互に積層された構造である請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記各反射部は、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなる請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層よりも上層に配置されている第1の偏光板を有する請求項1ないし12のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層よりも下層に配置されている第2の偏光板を有する請求項13に記載の液晶表示装置。
- 前記第1の偏光板よりも下層、かつ、前記第2の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有する請求項14に記載の液晶表示装置。
- 前記補償板は、前記反射構造層よりも上層に配置されている請求項15に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、アクティブマトリクス駆動されている請求項1ないし16のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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