JPH11326896A

JPH11326896A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11326896A
Application number: JP10306468A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kajima; 啓二鹿島
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、光源光を有効利用す
ると共に、外光によるコントラストの低下の抑制を図
る。【解決手段】光源装置１２からの無偏光光を、円偏光
分離層１４を介して液晶セル１６に入射させる。液晶セ
ル１６は、電界の印加に応じて、光の位相を０〜πシフ
トするようにレタデーション値を変化させ、入射した円
偏光の旋回方向を変調し、表面の２色性円偏光層１８に
入射して、その偏光透過軸と一致する成分のみを外側に
出射できるようにしている。２色性円偏光層１８は、こ
れに入射する外光のうち５０％を透過し残りを吸収す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一方の偏光成分
を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光分離層と、電
界によってレタデ−ション値が変化する液晶セルとを用
いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、偏光板に光を透過させ
ることによって得られた偏光光を液晶層で変調するもの
であり、例えば、図９に示されるように、従来の代表的
な液晶表示装置１は、光源装置２から出射された光を光
吸収タイプの２色性直線偏光板３に入射させ、ここで得
られた直線偏光光を液晶セル４に入射させるようにして
いる。

【０００３】この液晶表示装置１では、前記液晶セル４
に入射し、これを通過した偏光光が、液晶セル４に設け
られている電極に電圧を印加し、セル内の液晶層を電界
によって変化させることにより変調され、あるいは無電
界で変調されることなく、液晶セル４から出射し、その
外側に配置された光吸収タイプの２色性直線偏光板５に
より、特定方向の偏光光のみが透過されるようになって
いる。

【０００４】前記光吸収タイプの２色性直線偏光板３、
５は、透過軸方向の偏光光を透過し、透過軸と直交方向
の偏光光のほとんどを吸収するものであり、従って、光
源装置２から出射された光（無偏光光）の約５０％が２
色性直線偏光板３で吸収され、このため、液晶表示装置
１全体としての光の利用効率が低下し、液晶画面におけ
る十分な明るさを得るためには、より多くの光源光を２
色性直線偏光板３に入射させる必要があった。

【０００５】しかしながら、このように、光源装置２の
光出射量を増大すれば、消費電力が増大するのみなら
ず、光源装置２の発熱量も増大して、液晶セル４におけ
る液晶に悪影響を与えてしまうという問題点を生じる。

【０００６】これに対して、例えば、特表平４−５０２
５２４号公報、及び、特開平６−１３０４２４号公報等
に開示されるように、光源からの無偏光光をコレステリ
ック液晶層を用いて右または左の旋回方向の円偏光光を
透過または反射することにより分離し、透過した一方の
旋回方向の円偏光光を液晶セルに入射させ、反射された
他方の旋回方向の円偏光板は、反射板によって反射さ
せ、旋回方向を逆向きにしてコレステリック液晶層を透
過させ、光利用効率を向上させる液晶表示装置が提案さ
れている。

【０００７】又、特表平９−５０６９８５号公報に開示
されるように、光源からの無偏光光を延伸多層フィルム
を用いて透過または反射により２つの直線偏光光に分離
し、透過した一方の直線偏光光を液晶セルに入射し、反
射された、前記と直交方向の直線偏光光を反射板により
偏光方向を転換してから、再度延伸多層フィルムに導い
て、光利用効率を向上させるようにした液晶表示装置が
提案されている。

【０００８】前記特表平４−５０２５２４号公報及び前
記特開平６−１３０４２４号公報に開示された液晶表示
装置における液晶層は、電界が印加されていないときに
光の位相をπ（λ／２）又はπ／２（λ／４）だけシフ
トし、電界が印加されたときには光の位相をシフトしな
いようにしたものであり、この液晶層から出射した光
は、外側に配置された円偏光板に入射し、ここで、その
入射光の偏光度合いによって透過され、あるいは反射さ
れるようになっている。

【０００９】又、前記特表平９−５０６９８５号公報に
開示された液晶表示装置においては、延伸多層フィルム
を透過した一方の直線偏光光を液晶セルに入射させるも
のであるが、その液晶層のレタデーションについては開
示がない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記特表平４−５０２
５２４号公報及び特開平６−１３０４２４号公報に開示
された液晶表示装置は、次のような理由により、液晶デ
ィスプレイの視認性の極度な悪化、大幅なコントラスト
の低下があり、表示品質が不十分であるという問題点が
あった。

【００１１】すなわち、前記特開平４−５０２５２４号
公報の液晶表示装置においては、液晶層の外側に配置さ
れ、外部から直接視認される円偏光板が波長選択反射性
の低ピッチ・コレステリック塗膜からなるので、この円
偏光板に入射した外光の約５０％が反射され、これが観
察者の目に直接入って、視認性を極度に低下してしま
う。

【００１２】同様に、前記特開平６−１３０４２４号公
報の液晶表示装置においても、外部から直接視認される
色選択層が例えばコレステリック液晶からなる円偏光板
であり、これも前記と同様に、入射した外光の約５０％
が直接反射され、視認性が極度に低下してしまう。

【００１３】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、簡単な構成で、外光に起因する視
認性の悪化及び大幅なコントラストの低下がなく、特
に、透過型液晶表示装置の場合は、光の利用効率を大幅
に向上することができ、反射型液晶表示装置の場合は高
コントラストで、且つ、液晶層による複屈折を利用した
カラー化が可能な液晶表示装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１のよ
うに、光源と、この光源から出射される光のうち、右ま
たは左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他
方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、液晶層及び
この液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液
晶層に前記電極から電界を印加して液晶のレタデ−ショ
ン値を変化させ、これにより前記円偏光分離層を透過し
て入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする
作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記円偏光分
離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前記円
偏光光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏
光成分を透過し、他方の円偏光成分を吸収する光吸収型
の２色性円偏光層と、を備えたことを特徴とする液晶表
示装置により上記目的を達成するものである。

【００１５】第２発明は、請求項２のように、光源と、
この光源から出射される光のうち、一方の直線偏光成分
を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を反射する直
線偏光分離層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加す
る電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を
印加して液晶のレタデ−ション値を変化させ、これによ
り前記直線偏光分離層を透過して入射する直線偏光光の
位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セル
と、この液晶セルの前記直線偏光分離層と反対側に配置
され、液晶セルから入射した前記直線偏光光のうち、一
方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光
成分を吸収する光吸収型の２色性直線偏光層と、を備え
たことを特徴とする液晶表示装置により上記目的を達成
するものである。

【００１６】第３発明は、請求項３のように、外部から
の光のうち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光
成分を透過し、他方の円偏光成分を吸収する光吸収型の
２色性円偏光層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加
する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界
を印加して液晶のレタデ−ション値を変化させ、これに
より前記２色性円偏光層を透過して入射する円偏光光の
位相を実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セル
と、この液晶セルを透過した光のうち、右または左の旋
回方向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光
成分を反射する円偏光分離層と、この円偏光分離層の前
記液晶セルの反対側に配置され、前記円偏光分離層を透
過した光を吸収する光吸収層と、を備えたことを特徴と
する液晶表示装置により上記目的を達成するものであ
る。

【００１７】第４発明は、請求項４のように、外部から
の光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交
方向の直線偏光成分を吸収する光吸収型の２色性直線偏
光層と、液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を
含んでなり、前記液晶層に前記電極から電界を印加して
液晶のレタデ−ション値を変化させ、これにより前記２
色性直線偏光層を透過して入射する直線偏光光の位相を
実質的に０〜πシフトする作用を有する液晶セルと、こ
の液晶セルを透過した光のうちの一方の直線偏光成分を
透過し、これと直交方向の直線偏光成分を反射する直線
偏光分離層と、この直線偏光分離層の前記液晶セルと反
対側に配置され、前記偏光分離層を透過した光を吸収す
る光吸収層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置
により上記目的を達成するものである。

【００１８】また、前記円偏光分離層をコレステリック
液晶層からなる旋光選択層から構成してもよい。

【００１９】更に、前記直線偏光分離層を、複屈折性を
有するフィルムを３層以上に積層してなる平面状多層構
造とし、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２
つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する
層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向
に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにし
てもよい。

【００２０】更に、前記円偏光分離層を、透過する光の
位相を実質的にπ／２シフトさせるレタデーション値を
有する位相差層と、複屈折性を有するフィルムを３層以
上積層してなり、各層の平面内で互いに垂直な振動方向
を持つ２つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に
隣接する層間における屈折率の差と、他方の光に対する
厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差とが異なる
ようにした平面状多層構造とから構成し、前記平面状多
層構造を透過した直線偏光を、円偏光に変換するように
してもよい。

【００２１】また、前記直線偏光分離層を、透過する光
の位相を実質的にπ／２シフトさせるレタデーション値
を有する位相差層と、コレステリック液晶層からなる旋
光選択層とから構成し、前記コレステリック液晶層を透
過した円偏光を、直線偏光に変換するようにしてもよ
い。

【００２２】更にまた、前記液晶セルは、その液晶層が
２枚の基板に挟持され、前記電極が、前記層液晶を間に
して前記２枚の基板に配置され、前記電極に電圧を印加
したとき、層液晶内の液晶分子の前記基板面に対する角
度が変化するモ−ドであり、これによって前記液晶のレ
タデ−ション値を変化させるようにしてもよい。

【００２３】この発明においては、外部から視認される
表面に光吸収タイプの２色性偏光板を用いると共に、こ
の２色性偏光板に合わせて、液晶層のレタデーション値
の変化を選択し、これにより、光利用効率を低下させる
ことなく、外光に起因する大幅なコントラストの低下、
視認性の悪化を防止し、且つ、液晶層の複屈折を利用す
ることにより、コントラストの良好なカラー液晶表示装
置を得ることもできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００２５】図１に示されるように、本発明の実施の形
態の第１例に係る液晶表示装置１０は、無偏光光を出射
する光源１２と、この光源１２から出射される光のう
ち、右又は左の旋回方向のうち一方の（楕）円偏光成分
を透過し、他方の（楕）円偏光成分を反射する円偏光分
離層１４と、電界の印加により液晶のレタデ−ション値
を変化させ、前記円偏光分離層１４を透過して入射する
円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を有す
る液晶セル１６と、この液晶セル１６の前記円偏光分離
層１４と反対側に配置され、液晶セル１６を透過した前
記円偏光光を受光する光吸収型の２色性円偏光層１８
と、を備えて構成されている。

【００２６】図１中、Ｒ、Ｌはそれぞれ右円偏光、左円
偏光を示している。

【００２７】前記光源装置１２の背面（図１において下
側面）には反射層１２Ａが形成されている。反射層１２
Ａは、光源装置１２から出射し、偏光分離層１４におい
て反射された偏光成分を再度円偏光分離層１４方向に反
射し、このとき円偏光成分の位相を反転させ、又は、無
偏光な状態にし、円偏光分離層１４を透過できるように
して、光利用率を向上させている。

【００２８】前記円偏光分離層１４は、例えばコレステ
リック液晶層から構成され、又、前記光吸収タイプの２
色性円偏光層１８は、透過軸方向の偏光光を透過し、透
過軸と直交する方向の偏光光のほとんどを吸収するポラ
ロイド（商品名）等の２色性の偏光材からなる２色性円
直線偏光層の光吸収軸に対して、λ／４位相差層を、そ
の進相軸又は遅相軸が４５度の角度になるように積層す
る等の方法により構成されている。

【００２９】前記液晶セル１６は、図２に示されるよう
に、２枚の基板２０Ａ、２０Ｂに挟持された液晶層２２
と、図２において上側の基板２０Ａの下側面および下側
の基板２０Ｂの上側面に配置され、液晶層２２を厚さ方
向に挟み込む一対の画素電極２４Ａ、２４Ｂと、を備え
て構成されている。

【００３０】前記液晶セル１６における液晶層２２は、
前記画素電極２４Ａ，２４Ｂから電界を印加して液晶の
レタデ−ション値を変化させ、これにより前記円偏光分
離層１４を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に
０〜πシフトする作用を有するように調整されている。

【００３１】この調整は、液晶層２２の複屈折及び厚さ
を制御することによって既知の様々な液晶により行うこ
とができる。

【００３２】このような液晶は、ＥＣＢ（Electrikally
Controlled Briefringence ）方式として知られてお
り、ＤＡＰ（Deformation of vertical Aligned Phase
s）モ−ド、ＨＡＮ（Hybrid Aligned Nematic）モ−
ド、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）モード、ＳＢＥ
（Super Twisted Briefringence Effect）ＳＳＦＬＣ
（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal
）モ−ド、ＯＣＢ（OpticcallyCompensated Beud ）モ
ード、ＶＡＮ（Vertically-aligned nematic）モード等
がある。

【００３３】ＯＣＢモードは通常、ベンド配向の液晶セ
ルと２軸性位相差板を、光吸収軸が直交関係にある光吸
収型の２色性直線偏光板の間に挟んだ構成を言うが、本
発明においては、ベンド配向の液晶セルのみを言う。

【００３４】ＶＡＮモードは通常、Ｎn （ネマティッ
ク）液晶を垂直に挟んだＶＡＮ配列セルを、光吸収軸が
直交関係にある光吸収型の２色性直線偏光板の間に挟ん
だ構成を言うが、本発明においては、ＶＡＮ配向の液晶
セルのみを言う。

【００３５】他モードも同様である。

【００３６】なお、ＥＣＢ方式という表現は複屈折を利
用したカラー表示方式としての意味で用いられる場合が
多いが、本発明においては、液晶層の複屈折の値が変化
するモードという意味で用いている。

【００３７】なお、前記「実質的に０〜πシフトする」
は、液晶層２２自体で位相を実質的に変化させ、あるい
は、液晶セル１６とは別の位相差層を、液晶セル１６と
前記２色性円偏光層１８円との間、および／または液晶
セル１６と前記円偏光分離層１４との間に形成して、液
晶層２２と位相差層との相互作用によりこれらを透過す
る光の位相を実質的に０〜πシフトする意味である。

【００３８】例えば、前記液晶層２２自体でのレタデー
ション値を、０．１π〜１．１πまで変化させ、前記液
晶層２２の前記２色性円偏光層１８円との間、及び／又
は前記円偏光分離層１４側に別に設けたレタデーション
値が実質的に０．１πである位相差層との相互作用によ
って、これらを透過する光の位相を実質的に０〜πシフ
トさせることを包含する。

【００３９】前記相互作用とは、液晶層のレタデーショ
ン値が０．１π又は１．１πを示す時の進相軸又は遅相
軸に対して、レタデーション値が実質的に０．１πであ
る位相差層の進相軸又は遅相軸を直交させる等した場合
に起こる作用のことで、例えば、０．１π−０．１π＝
０、１．１π−０．１π＝π、のように計算することが
できる。

【００４０】なお、位相を実質的に−π〜０シフトする
作用を有する液晶セルを用いることも本発明の範囲に入
ることは言うまでもない。

【００４１】円偏光光の位相がπシフトすると逆の旋回
方向の円偏光光になる。

【００４２】上記シフトについて、図３に示されるポア
ンカレの球を用いて説明する。

【００４３】ポアンカレの球は、偏光を記述したり、位
相が変化したときの偏光の形がどのように変わるかを調
べたりするときに用いるものであり、図３において、球
の上下の両極はそれぞれ左円偏光と、右円偏光とを表わ
し、赤道上の点は直線偏光、その他の点は楕円偏光をそ
れぞれ示す。

【００４４】又、赤道上の任意の点Ｈは水平偏光を示
し、点Ｈを通る直径の反対側にある赤道上の点Ｖは垂直
偏光を示す。互いに垂直な偏光は１つの直径の両端の点
で表わされることになり、一般に球の半径は１であると
仮定するが、光線の強度に比例するようにとってもよ
い。

【００４５】又、単位の半径を持つポアンカレの球の表
面にある任意の点Ｐは、経度２λ及び緯度２ωで表わさ
れる。但し、−１８０°＜２λ＜１８０°、−９０°＜
２ω＜９０°である。

【００４６】前記経度は点Ｈから時計回りに測ったとき
正であり、緯度は赤道から下向きに測ったとき、即ち右
円偏光を表わす極に向かって測ったとき正である。従っ
て、図３の点Ｐの座標は正である。

【００４７】任意の点Ｐは、楕円の方位角λで、楕円率
がｔａｎ｜ω｜の完全楕円偏光を表わす。又、点Ｐが上
半球にあるか下半球にあるかによって、左回りであるか
右回りであるかが決定される。これらのことをまとめる
と、点Ｐの表わす楕円偏光の断面図について、次の
（１）式及び（２）式が成立する。

【００４８】α＝λ …（１）ｂ／ａ＝ｔａｎ｜ω｜ …（２）

【００４９】偏光の向きは２ωが正であれば右回り、負
であれば左回りである。前記により、ポアンカレの球の
上の１つ１つの点は異なった偏光の形を表わすことにな
る。即ち、１つの偏光の形は、ポアンカレの球上の１つ
の点で表わすことができる。

【００５０】従って、例えばポアンカレの球の上極の点
の左回りの完全円偏光を、方位角λ＝０でπ／２だけ正
方向にシフトさせると、ポアンカレの球における赤道上
の点Ｈに到達する。即ち、円偏光はπ／２シフトされる
ことによって水平な直線偏光になる。同様に正方向にπ
シフトさせると下極に到着し右回りの完全円偏光とな
る。

【００５１】又、ポアンカレの球における下極位置にお
ける右回りの完全円偏光を方位角λ＝０でπ／２シフト
させると、赤道上の点Ｖに到達し、垂直の直線偏光とな
り、πシフトさせると上極に到達し左回りの完全円偏光
となる。シフト量がπ／２又はπでないときは楕円偏光
となる。

【００５２】前述の如く、前記円偏光分離層１４は、例
えばコレステリック液晶層から構成される。このコレス
テリック液晶層は、一般的に、フィジカルな分子配列に
基づいて、一方向の旋光成分と、これと逆回りの旋光成
分とを分離する旋光選択特性を発現するが、プレーナ配
列のヘリカル軸に入射した光は右旋光光と左旋光光の２
つの円偏光光に分かれ、一方は透過し他方は反射され
る。

【００５３】この現象は、円偏光２色性として知られ、
円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択すると、コ
レステリック液晶のヘルカル軸方向と同一の旋光方向を
持つ円偏光が選択的に散乱反射される。

【００５４】この場合の最大旋光光散乱は、次の（３）
式の波長λ0 で生じる。

【００５５】λ0 ＝ｎａｖ・ｐ …（３）

【００５６】ここで、ｐはヘリカルピッチ、ｎａｖはヘ
リカル軸に直交する平面内の平均屈折率である。

【００５７】このときの反射光の波長バンド幅Δλは、
次の（４）式で示される。

【００５８】Δλ＝Δｎ・ｐ …（４）

【００５９】ここで、Δｎ＝ｎ（‖）−ｎ（直角）であ
り、ｎ（‖）はヘリカル軸に直交する面内における最大
の屈折率、ｎ（直角）はヘリカル軸に平行な面内におけ
る最大の屈折率である。

【００６０】又、プレーナ配列のヘリカル軸に対して斜
めに入射した光の選択散乱光の波長λφは、λ0 に比べ
て短波長側にシフトすることが知られている。

【００６１】コレステリック液晶の材料としては、シッ
フ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等のネマチ
ック液晶化合物の末端基に光学活性の２−メチルブチル
基、２−メチルブトキシ基、４−メチルヘキチル基を結
合したカイラルネマチック液晶化合物が望ましい。

【００６２】又、一般に高分子液晶は、液晶を呈するメ
ソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に
導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶
も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得ら
れる。

【００６３】コレステリック液晶による偏光分離作用
は、コレステリック液晶で一方の円偏光成分（右又は左
回り）が透過され、他方の円偏光成分が反射される。

【００６４】前記光源装置１２は、例えば、透明電極を
有した透明樹脂シートに挟持された薄膜状のエレクトロ
ルミネッセンス等からなる透明薄膜状白色面光源であっ
て、前述の如く、例えば金属薄膜からなる反射層１２Ａ
がその背面に設けられている。

【００６５】また、前記光源装置１２は、例えば、導光
板に線状光源を配置した、いわゆるエッジライト型の白
色面光源であっても良い。

【００６６】上記のような液晶表示装置１０において、
光源装置１２から出射した無偏光光は、その光のうち
の、例えば図１に示されるように、左旋回の円偏光成分
Ｌのみが円偏光分離層１４を透過して液晶セル１６に到
達する。

【００６７】他方の右旋回の円偏光成分Ｒは、円偏光分
離層１４において反射され、光源装置１２の反射層１２
Ａで反射される際に位相が逆転し、又は無偏光な状態と
なり、円偏光分離層１４を透過する左旋回の円偏光光Ｌ
となって、液晶セル１６に入射する。

【００６８】液晶セル１６における液晶層２２に画素電
極２４Ａ、２４Ｂから電圧を印加することによって、前
記レタデ−ション値を変化させ、これによって液晶セル
１６を通過する円偏光光は、電界の印加により位相を実
質的に０〜πシフトされる。従って、液晶セル１６に入
射した左回りの円偏光光Ｌは、最大で、位相がπシフト
されたとき、旋回方向が逆転した右回りの円偏光Ｒとな
って液晶セル１６から出射する。

【００６９】前記２色性円偏光層１８の偏光透過軸を前
記２つの旋回方向の一方、例えば右回りに一致させてお
けば、液晶層２２に印加する電界を制御することによっ
て、２色性円偏光層１８を透過する右回りの円偏光光Ｒ
の光量を調整することができ、液晶表示機能を持たせる
ことができる。

【００７０】これを図３のポアンカレの球によって説明
すると、ポアンカレの球の上極の点から赤道上の点Ｈを
経て下極まで方位角λ＝０で０〜π／２、π／２、π／
２〜πのシフト量に応じて、左回りの円偏光は左回りの
楕円偏光→水平な直線偏光→右回りの楕円偏光→右回り
の円偏光となる。

【００７１】従って、シフト量が０〜π／２の範囲で
は、図４に示されるように暗表示となり、π／２〜πの
範囲では、シフト量が大きい程２色性円偏光層１８を透
過する光量が大きくなり、これにより階調表示が可能と
なる。

【００７２】前記２色性円偏光層１８は、光吸収タイプ
の２色性偏光板から構成されているので、外光（無偏光
光）が２色性円偏光層１８の表面に入射しても、その５
０％が吸収され、残りの５０％が透過し、反射成分がほ
とんどないので、液晶表示装置１０における画面のコン
トラストの低下を大幅に抑制することができる。

【００７３】また、液晶層２２の複屈折を利用している
ので、別途カラ−フィルタ−を用いることなくカラ−液
晶表示機能を持たせることも可能である。

【００７４】次に、図５に示される本発明の実施の形態
の第２例に係る液晶表示装置３０について説明する。

【００７５】図５中、「←→」、「・」はそれぞれ直線
偏光の電場振動ベクトルを示しており、「←→」は紙面
面内方向、「・」は紙面に垂直な方向である。

【００７６】なお、図４において、前記図１に示される
液晶表示装置１０におけると同一部分には図１と同一の
符号を付することにより、説明を省略するものとする。

【００７７】この液晶表示装置３０は、光源装置１２
と、この光源装置１２から出射される光のうち、一方の
直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏光成分
を反射する直線偏光分離層３２と、液晶セル１６と、こ
の液晶セル１６を透過した偏光光を受光する光吸収型の
２色性直線偏光層３４と、を備えて構成されている。

【００７８】前記直線偏光分離層３２は、複屈折性を有
するフィルムを３層以上に積層してなる平面状多層構造
とされ、各層の平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２
つの光のうちの、一方の光に対する厚さ方向に隣接する
層間における屈折率の差と、他方の光に対する厚さ方向
に隣接する層間における屈折率の差とが異なるようにし
て、前記一方の光を透過し、他方の光を反射するように
したものである。

【００７９】上記のような、複屈折性を有するフィルム
は、例えば特開平３−７５７０５号公報等に開示されて
いるように、ポリカーボネ−ト系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、酢酸セルロース系
樹脂等の面内複屈折性（屈折率異方性）を示す物質を延
伸等の方法によって得ることができる。

【００８０】例えば、隣り合う複屈折性層（フィルム）
のＸ軸方向に振動する光線に対する屈折率は実質的にｎ
ｘで同じであり、Ｘ軸方向での隣接する層間の屈折率差
Δｎｘ（＝｜ｎｘ−ｎｘ｜）は実質的に０である。

【００８１】これに対して、例えば、３層の複屈折性層
のうち第１層と第３層のＹ軸方向に振動する光線に対す
る屈折率を共にｎｙ₁とし、第２層における同方向の屈
折率をｎｙ₂（≠ｎｙ₁）とすると、Ｙ軸方向での隣接
する層間の屈折率Δｎｙは実質的に０でない。

【００８２】前記屈折率差の大きい方向（Ｙ軸方向）に
振動する光の反射は、屈折率差の小さい方向（Ｘ軸方
向）に振動する光の反射よりも大きく、又、Ｘ軸方向の
光の透過はＹ軸方向の光透過よりも大きくなる。

【００８３】このため、Ｘ軸方向に振動する光にとっ
て、直線偏光分離層３２が、平面状多層構造であって
も、屈折率が実質的に同一であるので、直線偏光分離層
３２への入射面及び出射面の２箇所でわずかな表面反射
が生じるのみである。

【００８４】これに対して、Ｙ軸方向に振動する光にと
っては、平面状多層構造体内の屈折率が各層間で異なる
ので、直線偏光分離層３２全体への入射面及び出射面の
みならず、各層間で表面（界面）反射が起こり、複屈折
率層の層数が多いほどＹ軸方向に振動する光の反射回数
が多くなる。

【００８５】前記２色性直線偏光層３４は、透過軸方向
の偏光光を透過し、透過軸と直交する方向の偏光光のほ
とんどを吸収するものであり、ポラロイド（商品名）等
の２色性の偏光材から構成されている。

【００８６】この液晶表示装置３０においては、光源装
置１２からの無偏光光は、直線偏光分離層３２において
一方の直線偏光成分が透過され、これと直交方向の直線
偏光成分が反射される。

【００８７】反射された直線偏光成分は、光源装置１２
における反射層１２Ａで反射される際に、又は、光路中
（図示せず）に配置された光拡散板等によって無偏光な
状態となって、直線偏光分離層３２を透過する。

【００８８】直線偏光分離層３２を透過した直線偏光光
は、液晶層２２に入射し、ここに印加される電界によ
り、その位相が実質的に０〜πシフトされる。

【００８９】直線偏光光の位相がπシフトすると、前記
直線偏光と直交関係にあるもう一方の直線偏光光にな
る。

【００９０】これを図３のポアンカレの球によって説明
すると、ポアンカレの球の赤道上の点Ｈから方位角λ＝
０で０〜πシフトされることによって、水平な直線偏光
は右回りの楕円偏光→右回りの円偏光→右回りの楕円偏
光を経て垂直の直線偏光となる。従って、シフト量が大
きい程、２色性円偏光層を透過する光量が小さくなる。
又、なお、暗表示の状態を図６に示した。

【００９１】従って、液晶層２２に、画素電極２４Ａ、
２４Ｂから印加する電圧を制御することによって、２色
性直線偏光層３４を透過する光の量を調整することがで
きる。すなわち、液晶表示機能を持たせることができ、
階調表示が可能である。

【００９２】このことは、次の（５）式で表される。

【００９３】Ｉ＝Ｉ₀ sin²２θsin ²（πｄΔｎ（Ｖ）／λ） …（５）

【００９４】ここで、Ｉは２色性直線偏光層３４を透過
する光の強度、Ｉ₀は入射光の強度、θは入射偏光方向
と液晶セル中の通常光の振動方向とのなす角度、Δｎ
（Ｖ）とｄはそれぞれ印加電圧Ｖでの液晶の複屈折率と
セル厚、λは入射光の波長を示す。なお、２色性直線偏
光層３４を透過しない直線偏光光は、これに吸収され
る。

【００９５】又、この液晶表示装置３０においては、２
色性直線偏光層３４が、無偏光光である外光が入射した
場合でも、その５０％を吸収するので、反射による画面
のコントラストの低下を抑制することができる。

【００９６】上記液晶表示装置１０、３０は、いずれも
透過型であるが、本発明はこれに限定されるものでな
く、反射型の液晶表示装置にも適用されるものである。

【００９７】図７の液晶表示装置４０は、図１の液晶表
示装置１０を反射型にしたものであり、図１における光
源装置１２に代えて、光吸収層３６を設けている。

【００９８】他の構成は、図１の液晶表示装置１０と同
一であるので、同一部分に同一符号を付することによ
り、説明を省略するものとする。なお、２色性円偏光層
１８は右回りの円偏光光を透過し、円偏光分離層１４は
左回りの円偏光光を反射するように設定されている。

【００９９】ここで、前記光吸収層３６は、例えば黒色
の紙、表面をマット化して反射が生じないようにした樹
脂板、フィルム、薄膜等から構成される。

【０１００】この反射型の液晶表示装置４０において
は、外光（無偏光光）は、２色性円偏光層１８に入射
し、右又は左回りの一方の右回りの円偏光光Ｒとして液
晶セル１６に入射する。外光の他方の円偏光成分、即ち
左回りの円偏光成分Ｌは２色性円偏光層１８によって吸
収されるので、反射光により画面のコントラストを低下
させることがない。

【０１０１】液晶層２２に入射した右回りの円偏光光Ｒ
は、液晶セル１６に印加される電界の変化によって液晶
のレタデーション値が変化され、これにより偏光軸が実
質的に０〜π変調される。

【０１０２】これを図３のポアンカレの球によって説明
すると、図７に示されるように、液晶セル１６に入射し
た右回りの円偏光光は、図２のポアンカレの球において
は、球の下極から、シフト量０〜π／２では右回りの楕
円偏光、シフト量がπ／２のとき赤道上の点Ｖで示され
る垂直な直線偏光、シフト量π／２〜πのとき上半球状
となり、左回りの楕円偏光、シフト量πのとき上極とな
り、左回りの円偏光として液晶セル１６から出射する。

【０１０３】前記のように円偏光光の旋回方向は、偏光
軸の変調により決定され、円偏光分離層１４に入射した
とき、左旋回方向では反射、右旋回方向では透過され
る。

【０１０４】従って、円偏光分離層１４で反射して液晶
セル１６を透過する光の量を、液晶層２２に印加する電
圧によって調整することができる。

【０１０５】円偏光分離層１４で反射された左円偏光光
Ｌは液晶セル１６に、前記とは同旋回方向のままで戻
り、再度偏光軸が０〜π変調されて、右回りの円又は楕
円偏光光Ｒとなって２色円偏光層１８を経て出射し、表
示光となるが、液晶層２２から出射して円偏光分離層１
４を透過した偏光成分（偏光板１８からのモレ光をも含
む）は、前記光吸収層３６によって吸収、除去される。

【０１０６】このため、円偏光分離層１４で反射され、
液晶セル１６を透過する偏光光（表示光）との対比にお
いて極めてコントラストの良い表示状態を得ることがで
きる。

【０１０７】また、液晶層２２の複屈折を利用している
ので、別途カラ−フィルタ−を用いることなくカラ−液
晶表示機能を持たせることも可能である。

【０１０８】次に、図８に示される反射型の液晶表示装
置５０について説明する。

【０１０９】この液晶表示装置５０は、前記図５に示さ
れる液晶表示装置３０における光源装置１２に代えて、
前記と同様の光吸収層３６を配置したものである。

【０１１０】この液晶表示装置５０において、外光（無
偏光光）は、２色性直線偏光層３４を透過する際に直線
偏光光とされ、液晶セル１６に入射する。外光のうち、
前記２色性直線偏光層３４を透過できない成分はこれに
吸収される。従って、反射光がほとんど生じないので、
反射光によるコントラストの低下を抑制することができ
る。

【０１１１】前記２色性直線偏光層１８を透過した直線
偏光光は、液晶層２２に印加する電界によって液晶層の
レタデーション値が変化されることにより、光の位相が
実質的に０〜πシフトされる。

【０１１２】これを、図３のポアンカレの球を利用して
説明すると、例えば赤道上の点Ｈで示される水平の直線
偏光光は、正方向に０〜π／２シフトされることによっ
て、右回りの楕円偏光光、π／２シフトされることによ
って球の下極点上の点で表わされる右回りの完全円偏光
光、π／２〜πシフトされることにより右回りの楕円偏
光光、πシフトされることにより垂直の直線偏光光とな
る。

【０１１３】従って、液晶セル１６から出射した左回り
の楕円偏光光又は直線偏光光は、その偏光軸の方向によ
って、直線偏光分離層３４において反射され、他はこれ
を透過する。直線偏光分離層３４で反射された直線偏光
光は、液晶セル１６に戻り、ここで位相が実質的に０〜
πシフトされてから２色性直線偏光層１８に入射し、水
平の直線偏光成分のみが透過して表示光となる。

【０１１４】なお、上記実施の形態の例において、前記
光源装置１２は、透明電極を有した透明樹脂シートに挟
持された薄膜状のエレクトロルミネッセンス等からなる
透明薄膜状白色面光源であって、背面に、例えば金属薄
膜からなる反射層１２Ａを設けたものであるが、本発明
はこれに限定されることなく、導光板の側端面から入射
した光源光を、導光板の一方の面から出射させるもの等
であってもよい。この場合、前記導光板の他方の面には
金属薄膜等からなる反射層が設けられるが、白色ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）を用いても良い。

【０１１５】また、円偏光分離層又は直線偏光分離層の
液晶層側に、透過する光の位相を実質的にπ／２シフト
させるレタデーション値を有する位相差層を積層して、
結果的に、直線偏光分離層又は円偏光分離層と同一の作
用を有するようにしてもよい。

【０１１６】尚、液晶セルの液晶層に画素電極から電圧
を印加されない時に、液晶セルを通過する光の位相が実
質的にπ／２シフトし、前記電極に電圧を印加した場合
に、液晶セルを通過する光の位相が実質的にシフトしな
くなるようにしてもよい。

【０１１７】

【実施例】図１に示される液晶表示装置１０を、円偏光
分離層１４としてコレステリック液晶層を用い、電圧の
印加によりレタデーション値を変化させ、光の位相を実
質的に０〜πシフトする液晶セル１６、２色性円偏光層
１８として光吸収タイプの２色性直線偏光層にλ／４位
相差層を積層して作成した。

【０１１８】液晶セル１６に電界を印加して、液晶のレ
タデーション値を変化させたところ、外光に起因する大
幅なコントラストの低下がなく、光の利用効率を向上さ
せることができた。

【０１１９】図５に示される液晶表示装置３０は、直線
偏光分離層３２として延伸多層層を用い、更に、前記と
同様の液晶セル１６、光吸収タイプの２色性直線偏光層
３４を積層して構成したところ、前記と同様に、外光に
起因する大幅なコントラストの低下がなく、光の利用効
率を向上させることができた。

【０１２０】又、図７に示される反射型の液晶表示装置
４０については、円偏光分離層１４としてコレステリッ
ク液晶層を用い、黒色の光吸収層３６、前記と同様の液
晶セル１６、光吸収タイプの２色性円偏光層１８を積層
して構成した。この場合も、外光に起因する大幅なコン
トラストの低下がなかった。又、液晶セルを透過した偏
光成分を、黒色の光吸収層３６で吸収、除去することが
できるので、極めてコントラストの良い表示状態となっ
た。

【０１２１】図８に示される反射型の液晶表示装置５０
においても、同様に作成し、極めてコントラストの良い
表示状態を得ることができた。

【０１２２】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、光
の利用効率を大幅に向上できると共に、外光に起因する
大幅なコントラストの低下がなく、更に、液晶層の複屈
折を利用して表示することによりコントラストの良い表
示状態を得ることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る液晶表示装
置の要部を分解して示す略示断面図

【図２】同液晶表示装置における液晶セルを拡大して示
す断面図

【図３】光の偏光状態を説明するためのポアンカレの球
を示す線図

【図４】同液晶表示装置の暗表示の状態を示す略示断面
図

【図５】本発明の実施の形態の第２例に係る液晶表示装
置の要部を分解して示す略示断面図

【図６】同液晶表示装置の暗表示の状態を示す略示断面
図

【図７】同実施の形態の第３例に係る液晶表示装置を示
す図１と同様の断面図

【図８】同実施の形態の第４例に係る液晶表示装置を示
す図１と同様の断面図

【図９】従来の液晶表示装置を示す図１と同様の断面図

【符号の説明】

１０、３０、４０、５０…液晶表示装置１２…光源装置１２Ａ…反射層１４…円偏光分離層１６…液晶セル１８…２色性円偏光層２０Ａ、２０Ｂ…基板２２…液晶層２４Ａ、２４Ｂ…画素電極３２…直線偏光分離層３４…２色性直線偏光層３６…光吸収層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源から出射される光のう
ち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を透
過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、液
晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでな
り、前記液晶層に前記電極から電界を印加して液晶のレ
タデ−ション値を変化させ、これにより前記円偏光分離
層を透過して入射する円偏光光の位相を実質的に０〜π
シフトする作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前
記円偏光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射
した前記円偏光光のうち、右または左の旋回方向のうち
一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分を吸収す
る光吸収型の２色性円偏光層と、を備えたことを特徴と
する液晶表示装置。
【請求項２】光源と、この光源から出射される光のう
ち、一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直
線偏光成分を反射する直線偏光分離層と、液晶層及びこ
の液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶
層に前記電極から電界を印加して液晶のレタデ−ション
値を変化させ、これにより前記直線偏光分離層を透過し
て入射する直線偏光光の位相を実質的に０〜πシフトす
る作用を有する液晶セルと、この液晶セルの前記直線偏
光分離層と反対側に配置され、液晶セルから入射した前
記直線偏光光のうち、一方の直線偏光成分を透過し、こ
れと直交方向の直線偏光成分を吸収する光吸収型の２色
性直線偏光層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項３】外部からの光のうち、右または左の旋回方
向のうち一方の円偏光成分を透過し、他方の円偏光成分
を吸収する光吸収型の２色性円偏光層と、液晶層及びこ
の液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶
層に前記電極から電界を印加して液晶のレタデ−ション
値を変化させ、これにより前記２色性円偏光層を透過し
て入射する円偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする
作用を有する液晶セルと、この液晶セルを透過した光の
うち、右または左の旋回方向のうち一方の円偏光成分を
透過し、他方の円偏光成分を反射する円偏光分離層と、
この円偏光分離層の前記液晶セルの反対側に配置され、
前記円偏光分離層を透過した光を吸収する光吸収層と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】外部からの光のうち、一方の直線偏光成分
を透過し、これと直交方向の直線偏光成分を吸収する光
吸収型の２色性直線偏光層と、液晶層及びこの液晶層に
電界を印加する電極を含んでなり、前記液晶層に前記電
極から電界を印加して液晶のレタデ−ション値を変化さ
せ、これにより前記２色性直線偏光層を透過して入射す
る直線偏光光の位相を実質的に０〜πシフトする作用を
有する液晶セルと、この液晶セルを透過した光のうちの
一方の直線偏光成分を透過し、これと直交方向の直線偏
光成分を反射する直線偏光分離層と、この直線偏光分離
層の前記液晶セルと反対側に配置され、前記偏光分離層
を透過した光を吸収する光吸収層と、を備えたことを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項１または３において、前記円偏光分
離層をコレステリック液晶層からなる旋光選択層から構
成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】請求項２または４において、前記直線偏光
分離層を、複屈折性を有するフィルムを３層以上に積層
してなる平面状多層構造とし、各層の平面内で互いに垂
直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の光に対す
る厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方
の光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の
差とが異なるようにしたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項７】請求項１または３において、前記円偏光分
離層を、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさせ
るレタデーション値を有する位相差層と、複屈折性を有
するフィルムを３層以上積層してなり、各層の平面内で
互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のうちの、一方の
光に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差
と、他方の光に対する厚さ方向に隣接する層間における
屈折率の差とが異なるようにした平面状多層構造とから
構成し、前記平面状多層構造を透過した直線偏光を、円
偏光に変換するようにしたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項８】請求項２または４において、前記直線偏光
分離層を、透過する光の位相を実質的にπ／２シフトさ
せるレタデーション値を有する位相差層と、コレステリ
ック液晶層からなる旋光選択層とから構成し、前記コレ
ステリック液晶層を透過した円偏光を、直線偏光に変換
するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記
液晶セルは、その液晶層が２枚の基板に挟持され、前記
電極が、前記層液晶を間にして前記２枚の基板に配置さ
れ、前記電極に電圧を印加したとき、層液晶内の液晶分
子の前記基板面に対する角度が変化するモ−ドであり、
これによって前記液晶のレタデ−ション値を変化させる
ことを特徴とする液晶表示装置。