JPWO2006104160A1 - 表示装置 - Google Patents

Abstract

表示装置は、互いに対向する主面を有する液晶層１２と、複数の電極１４ａおよび１４ｂと、液晶層の一方の主面に向けて光を出射する照明装置とを備え、液晶層は、所定の電圧が印加されたときに、アンカリング層１２ａの液晶分子と異なる方向に配向した液晶分子を含む中間層１２ｂを形成し、アンカリング層１２ａを透過した直線偏光を中間層１２ｂ内またはその近傍において前記一方の主面に向けて屈折し、液晶層に電圧を印加していない状態で白を表示し、液晶層に電圧を印加した状態で黒表示を行う。

Description

本発明は表示装置に関し、特に液晶層を用いた表示装置に関する。

近来、液晶表示装置は、薄型、軽量等の特徴を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニター、携帯電話などに広く利用されている。しかしながら、現在最も広く利用されている液晶表示装置は、偏光板を２枚もしくは１枚用いた方式であり、光の利用効率が低いという問題がある。

これまでも、偏光板を使用しない表示方式として、ゲストホスト液晶を利用する方式や高分子分散液晶を利用する方式が提案されているが、コントラスト比が低い、あるいは駆動電圧が高いなどの欠点から実用化されるに至っていない。

更に、偏光板を使用しない他の表示方式として、液晶層と基板または導光板との界面における全反射／透過を制御する方式（以下、「全反射方式」という。）が提案されている。

例えば、特許文献１は、液晶層の配向状態を変化させることによって、液晶層と隣接して配置された導光板内を伝播する光が液晶層と導光板との界面で全反射される状態と透過する状態とを切り替え、全反射状態で黒表示を行い、透過状態で白表示を行う表示装置を開示している。白表示は、導光板から出射された光を散乱板で散乱させることによって行われている。また、特許文献２に開示されている液晶表示装置は、導光体、液晶層および反射膜をこの順に備え、液晶層の配向状態を変化させることよって、導光体から液晶層に入射する光が導光体と液晶層との界面で全反射される状態と透過する状態とを切り替え、上記界面を透過した光を反射膜で観察者側に反射することにより白表示を行う。さらに、特許文献３は、蛍光体を含む透明基板を導光板として用い、上記特許文献１と同様にして、導光板から出射される蛍光を全反射する状態と透過する状態とをスイッチングすることによって表示を行う表示装置を開示している。
特開昭５９−５８４２１号公報 特開２０００−１７１８１３号公報 特開昭６３−１１６１２１号公報

上記特許文献１から３に開示されている全反射方式の表示装置は、液晶層の配向状態を変えることによって、液晶層と液晶層に隣接する導光体との界面において光が全反射する状態と透過する状態とを切り替えるので、駆動電圧が高いという問題がある。液晶層の界面近傍の液晶分子は、それが接する表面（典型的には配向膜）によって配向規制されており比較的高い電圧を印加しないと配向が変化しない。一般に、電圧に応答し難い界面近傍の液晶分子が構成する層（厚さが数百ｎｍ程度）はアンカリング層と呼ばれ、アンカリング層の液晶分子の配向を変化させるためには、例えば、数十ボルト〜数百ボルトの電圧が必要である。

このような高い電圧で動作するトランジスタを用いてアクティブマトリクス型の表示装置を工業的に生産することは不可能である。

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、本発明の主な目的は、従来の全反射方式の表示装置のような高い駆動電圧を必要とせず、液晶層の配向状態を変化させることによって、液晶層に入射する光に対する透過状態／非透過状態を切り替えて、表示を行う表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、互いに対向する第１主面と第２主面とを有する液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する複数の電極と、前記液晶層の前記第１主面または前記第２主面の一方の主面に向けて光を出射する照明装置とを備え、前記液晶層は、所定の電圧が印加されたときに、前記一方の主面の近傍のアンカリング層の液晶分子と異なる方向に配向した液晶分子を含む中間層を形成し、前記一方の主面の近傍の前記アンカリング層を透過した直線偏光を、前記中間層内またはその近傍において前記一方の主面に向けて屈折し、前記液晶層に電圧を印加していない状態で白を表示し、前記液晶層に電圧を印加した状態で黒表示を行う。

ある実施形態において、前記アンカリング層を透過した前記直線偏光に対する前記中間層の屈折率は、前記アンカリング層の屈折率よりも小さい。

ある実施形態において、前記照明装置から前記一方の主面に向けて出射される前記直線偏光は、前記アンカリング層の液晶分子の長軸と平行な成分を有する。

ある実施形態において、前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む垂直配向型液晶層であり、前記複数の電極は、前記液晶層に横電界を印加する複数の電極であって、前記直線偏光はｐ偏光である。

ある実施形態において、前記液晶層は誘電率異方性が負の液晶分子を含む垂直配向型液晶層であり、前記複数の電極は、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された複数の電極であって、前記直線偏光はｐ偏光である。

ある実施形態において、前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む水平配向型液晶層であり、前記複数の電極は、前記液晶層に横電界を印加する複数の電極であって、前記直線偏光はｓ偏光である。

ある実施形態において、前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む水平配向型液晶層であり、前記複数の電極は、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された複数の電極であって、前記直線偏光はｓ偏光である。

ある実施形態において、前記照明装置は、前記液晶層の前記第２主面側に設けられており、前記液晶層の前記第１主面側に設けられた傾斜反射層をさらに有する。

ある実施形態において、前記傾斜反射層の前記液晶層とは反対側に、さらに光吸収層を有する。

ある実施形態において、前記照明装置は、前記液晶層の前記第１主面側に設けられており、前記照明装置と前記液晶層の前記第１主面との間に設けられた第１傾斜反射層をさらに有する。

ある実施形態において、前記第１傾斜反射層の前記液晶層側に、さらに光吸収層を有する。

ある実施形態において、前記液晶層の前記第２主面側に設けられた第２傾斜反射層または散乱層をさらに有する。

ある実施形態において、前記照明装置は、光源と導光板とを備える。

ある実施形態において、前記照明装置は、前記光源と前記導光板との間に偏光選択膜をさらに備える。

ある実施形態において、前記照明装置は、前記導光板を介して前記光源に対向するように配置された反射層をさらに有する。

ある実施形態において、前記照明装置は、前記反射層と前記導光板との間に４分の１波長板をさらに備える。

ある実施形態において、前記液晶層の前面側に配置されたカラーフィルタ層をさらに有し、前記照明装置は前記液晶層の背面側に配置されている。

ある実施形態において、前記照明装置は、複数のあなを背面に有する平行平板型の導光板と、前記複数のあなのそれぞれに設けられた反射構造体と、それぞれが前記反射構造体に向かって光を出射する複数の光源とを備える。

ある実施形態において、前記導光板の背面側にさらに光吸収層を有する。

ある実施形態において、前記導光板と前記光吸収層との間に、前記導光板よりも屈折率の低い層が設けられている。

本発明の表示装置が有する液晶層は、所定の電圧が印加された状態で、アンカリング層を透過した直線偏光を中間層で屈折し、光を入射してきた方向に屈折させる。液晶層は、入射した直線偏光を見かけ上全反射しているかのように作用する。本発明の表示装置においては、液晶層の中間層の当該直線偏光に対する屈折率がアンカリング層の屈折率と異なればよく、すなわち、アンカリング層の配向状態が変化する必要が無い。従って、本発明の表示装置は、従来のトランジスタを利用できる程度の低電圧で、液晶層に入射する光に対する透過状態／非透過状態を切り替えて表示を行うことができる。

本発明による実施形態の液晶表示装置１０の構成と動作を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の液晶表示装置１０の駆動電圧に対する明るさを示すグラフである。 本発明による他の実施形態の液晶表示装置２０の構成と動作を説明するための模式図である。 本発明による更に他の実施形態の液晶表示装置３０の構成と動作を説明するための模式図である。 参考例の液晶表示装置４０の構成と動作を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の垂直配向型液晶層を備える液晶表示装置１００の構成と動作を説明するための図である。 本発明による実施形態の垂直配向型液晶層を備える液晶表示装置１００の構成と動作を説明するための他の図である。 本発明による実施形態の垂直配向型液晶層を備える他の液晶表示装置２００の構成と動作を説明するための図である。 本発明による実施形態の水平配向型液晶層を備える液晶表示装置３００の構成と動作を説明するための図である。 本発明による実施形態の水平配向型液晶層を備える他の液晶表示装置４００の構成と動作を説明するための図である。 本発明による実施形態のバックライト方式の液晶表示装置５００の構成と動作を説明するための図である。 本発明による実施形態の他のバックライト方式の液晶表示装置６００の構成と動作を説明するための模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置６００に用いられる反射構造体６３５の構成を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の蛍光表示装置７００の構成と動作を説明するための図である。 従来の全反射方式の液晶表示装置８０の動作を説明するための模式図である。 従来の全反射方式の他の液晶表示装置９０の動作を説明するための模式図である。

符号の説明

１２ 液晶層
１２ａ アンカリング層
１２ｂ 中間層
１４ａ、１４ｂ 電極
１６ 導光板
１８ 反射板
１８ａ 傾斜反射層

以下に、図面を参照しながら、本発明による実施形態の表示装置の構成と動作を説明する。

まず、上述した従来技術の全反射方式の液晶表示装置と対比しながら、本発明の表示装置の動作原理を説明する。

図１３は従来の全反射方式の液晶表示装置８０の動作を説明するための模式図であり、左側が電圧無印加状態（電圧ＯＦＦ）、右側が電圧印加状態（電圧ＯＮ）を示している。上述した特許文献１に記載の液晶表示装置はこの液晶表示装置８０と同様に動作するものである。

液晶表示装置８０は、水平配向型の液晶層８２と、液晶層８２に電圧を印加するための電極８４ａおよび８４ｂと、液晶層８２の観察者側（「前面側」ということがある。）に液晶層８２に隣接して配置された導光板８６と、液晶層８２の観察者側とは反対側（「背面側」ということがある。）に配置された反射板８８とを有している。反射板８８は表示面（液晶層面）に対して傾斜した傾斜反射層８８ａを有しており、液晶層８２を透過した光を前面側に反射する。

光源（不図示）から出射された光（ｐ偏光とｓ偏光とを含む）は、導光板８６内を伝播する。ここで、導光板８６の屈折率ｎｓは、液晶層８２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖：液晶分子の長軸に平行な方向の屈折率）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。液晶層８２を構成する液晶分子は正の誘電率異方性（Δε＞０）を有し、ｎｅ＞ｎｏ（ｎｏは常光屈折率（＝ｎ⊥：液晶分子の長軸に直交する方向の屈折率））の関係を有している。

ｐ偏光に着目する。導光板８６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層８２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）ではｎｏであるので、ｐ偏光は、ｎｓ≠ｎｏの関係にある導光板８６と液晶層８２との界面で全反射され、液晶層８２内に入射することなく、導光板８６内を伝播する。一方、電圧印加状態（図中右側）では、導光板８６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層８２の屈折率は略ｎｅとなるので、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板８６と液晶層８２との界面で全反射されることなく液晶層８２を透過する。液晶層８２を透過した光は、傾斜反射層８８ａで反射されて観察者側に出射される。このように、ｐ偏光を用いると電圧ＯＦＦ状態において黒表示を、電圧ＯＮ状態において白表示を行うことができる。

しかしながら、導光板８６と液晶層８２との界面での反射をなくすためには、液晶層８２の厚さ方向の中間に位置する中間層８２ｂの液晶分子の配向だけでなく、導光板８６側の界面近傍のアンカリング層８２ａの液晶分子をほぼ垂直に配向させる必要がある。アンカリング層８２ａの液晶分子の配向を変化させるために数十ボルト以上の高い電圧が必要であるので、トランジスタを用いるアクティブマトリクス型の表示装置を工業的に生産することは不可能である。

なお、ｓ偏光に着目すると、導光板８６内を伝播するｓ偏光に対する液晶層８２の屈折率は、電圧無印加状態ではｎｅであるので、ｓ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板８６と液晶層８２との界面で全反射されることなく液晶層８２を透過した後、傾斜反射層８８ａで反射されて観察者側に出射される。一方、電圧印加時には、ｓ偏光に対する液晶層８２の屈折率はｎｏ（≠ｎｓ）となるので、導光板８６と液晶層８２との界面で全反射されることになる。これは、上述したｐ偏光の振る舞いと逆である。従って、特許文献１には記載されていないが、ｐ偏光を用いて上述の表示動作を行うためには、ｓ偏光を除去する必要がある。

次に、図１４を参照して従来の他の全反射方式の液晶表示装置９０の動作を説明する。上述した特許文献２および３に記載の液晶表示装置はこの液晶表示装置９０と同様に動作するものである。

液晶表示装置９０は、液晶層として垂直配向型液晶層９２を備える点で、液晶表示装置８０と異なる。図１４において、液晶表示装置８０の構成要素と同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、ここでは説明を省略する。

液晶層９２の液晶分子は、液晶層８２の液晶分子と同じ屈折率（ｎｅおよびｎｏ）を有しており、導光板８６の屈折率ｎｓは液晶層８２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。但し、液晶層９２の液晶分子の誘電率異方性は負である。

図１４の左側に示したように、電圧無印加状態において、液晶層９２の液晶分子は垂直に配向しており、導光板８６内を伝播するｓ偏光に対する液晶層９２の屈折率は、電圧無印加状態ではｎｏであるので、ｓ偏光は、ｎｓ≠ｎｏの関係にある導光板８６と液晶層９２との界面で全反射され、液晶層９２内に入射することなく、導光板８６内を伝播する。一方、電圧印加状態（図中右側）では、導光板８６内を伝播するｓ偏光に対する液晶層９２の屈折率は略ｎｅとなるので、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板８６と液晶層９２との界面で全反射されることなく液晶層９２を透過する。液晶層９２を透過した光は、傾斜反射層８８ａで反射されて観察者側に出射される。このように、ｓ偏光を用いると電圧ＯＦＦ状態において黒表示、電圧ＯＮ状態において白表示を行うことができる。

この液晶表示装置９０においても、導光板８６と液晶層９２との界面での反射をなくすためには、液晶層９２の厚さ方向の中間に位置する中間層９２ｂの液晶分子の配向だけでなく、導光板８６側の界面近傍のアンカリング層９２ａの液晶分子をほぼ水平に配向させる必要がある。アンカリング層９２ａの液晶分子の配向を変化させるために数十ボルト以上の高い電圧が必要であるので、トランジスタを用いるアクティブマトリクス型の表示装置を工業的に生産することは不可能である。

なお、ｐ偏光に着目すると、導光板８６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層９２の屈折率は、電圧無印加状態ではｎｅであるので、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板８６と液晶層９２との界面で全反射されることなく液晶層９２を透過した後、傾斜反射層８８ａで反射されて観察者側に出射される。一方、電圧印加時には、ｐ偏光に対する液晶層９２の屈折率はｎｏ（≠ｎｓ）となるので、導光板８６と液晶層９２との界面で全反射されることになる。これは、上述したｓ偏光の振る舞いと逆である。従って、特許文献２および３には記載されていないが、ｓ偏光を用いて上述の表示動作を行うためにはｐ偏光を除去する必要がある。

本発明による実施形態の液晶表示装置は、上記従来の全反射方式の液晶表示装置とは異なり、液晶層は、所定の電圧が印加された状態で、アンカリング層を透過した直線偏光を中間層で屈折し、光を入射してきた方向に屈折させる。液晶層は、入射した直線偏光を見かけ上全反射しているかのように作用する。本発明による実施形態の液晶表示装置においては、液晶層の中間層の当該直線偏光に対する屈折率がアンカリング層の屈折率と異なればよく、すなわち、アンカリング層の配向状態が変化する必要が無いので、従来のトランジスタを利用できる程度の低電圧で駆動することができる。また、本発明の液晶表示装置は、液晶層に電圧を印加していない状態で白を表示し、液晶層に電圧を印加した状態で黒表示を行う。

図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３を参照して、本発明による実施形態の液晶表示装置の構成と動作を詳細に説明する。

図１Ａに示す実施形態の液晶表示装置１０は、垂直配向型の液晶層１２と、液晶層１２に電圧を印加するための電極１４ａおよび１４ｂと、液晶層１２の前面側に液晶層１２に隣接して配置された導光板１６と、液晶層１２の背面側に配置された反射板１８とを有している。反射板１８は表示面（液晶層面）に対して傾斜した傾斜反射層１８ａを有しており、液晶層１２を透過した光を前面側に反射する。

光源（不図示）から出射された光（ｐ偏光とｓ偏光とを含む）は、導光板１６内を伝播する。ここで、導光板１６の屈折率ｎｓは、液晶層１２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。液晶層１２を構成する液晶分子は負の誘電率異方性（Δε＜０）を有し、かつ、正の屈折率異方性（ｎｅ＞ｎｏ）を有している。

ｐ偏光に着目する。導光板１６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層１２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）では略ｎｅなので、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層１２との界面で全反射されることなく液晶層１２を透過する。液晶層１２を透過した光は、傾斜反射層１８ａで反射されて観察者側に出射される。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、上記従来技術よりも低い電圧を印加するので、アンカリング層１２ａの配向状態は変化せず、中間層１２ｂの配向状態だけが変化する。従って、電圧印加状態においても、ｐ偏光に対するアンカリング層１２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層１２との界面で全反射されることなく液晶層１２に入射する。ｐ偏光に対する屈折率は、アンカリング層１２ａから中間層１２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層１２ｂ内またはその近傍で、ｐ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。この液晶層１２の作用は、ｐ偏光を液晶層１２内で全反射しているかのように見える（この現象は、蜃気楼が見えるのと同じである。）。液晶層１２内で屈折し導光板１６側に向けられた光は導光板１６内を伝播し、観察者側に出射されない。なお、表示に用いられる光の入射角は界面に対して０°〜２０°の傾き（ほぼ水平）であるため、液晶分子の傾斜方向は図示した方向でなくても、同様に作用する。

このように、液晶表示装置１０は、ｐ偏光を用いて、電圧ＯＦＦ状態において白表示、電圧ＯＮ状態において黒表示を行うことができる。

なお、液晶表示装置１０において、ｓ偏光は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらず、導光板１６と液晶層１２との界面で全反射される。液晶層１２のアンカリング層１２ａのｓ偏光に対する屈折率は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらずｎｏ（≠ｎｓ）であるためである。従って、上述の従来技術のように、表示に用いない偏光を除去するための構成を別途設ける必要がない。

図１Ｂに、図１Ａに示した液晶表示装置１０の駆動電圧と明るさとの関係を示す。図１Ｂから明らかなように、液晶表示装置１０は、４ボルト以下の電圧で駆動することができる。このように、液晶表示装置１０では、アンカリング層１２ａの配向状態が変わらないような電圧を印加して、液晶層１２内における「屈折」を利用して表示を行うので、従来のトランジスタを利用できる程度の低電圧で駆動することができる。

次に、図２を参照しながら、本発明による実施形態の他の液晶表示装置２０の構成と動作を説明する。以下の図において、図１Ａに示した液晶表示装置１０の構成要素と同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略する。

液晶表示装置２０の液晶層２２は、液晶表示装置１０の液晶層１２とおなじ液晶分子から構成される。但し、電圧を印加したときに液晶分子が倒れる方向が、液晶層１２では導光板１６内の光の伝播方向に平行であったのに対して、液晶層２２においては導光板１６内の光の伝播方向に直交する方向になっている。液晶分子が倒れる方向は例えば垂直配向膜をラビングすることによって規定することができる。

ｐ偏光に着目する。導光板１６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層２２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）では略ｎｅなので、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層２２との界面で全反射されることなく液晶層２２を透過する。液晶層２２を透過した光は、傾斜反射層１８ａで反射されて観察者側に出射される。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、上記従来技術よりも低い電圧を印加するので、アンカリング層２２ａの配向状態は変化せず、中間層２２ｂの配向状態だけが変化する。従って、電圧印加状態においても、ｐ偏光に対するアンカリング層２２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層２２との界面で全反射されることなく液晶層２２に入射する。ｐ偏光に対する屈折率は、アンカリング層２２ａから中間層２２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層２２ｂ内またはその近傍で、ｐ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。この液晶層２２の作用は、ｐ偏光を液晶層２２内で全反射しているかのように見える。液晶層２２内で屈折し導光板１６側に向けられた光は、導光板１６内を伝播し、観察者側に出射されない。

このように、液晶表示装置２０は、液晶表示装置１０と同様に、ｐ偏光を用いて、電圧ＯＦＦ状態において白表示、電圧ＯＮ状態において黒表示を行うことができる。

図１Ａおよび図２においては、垂直配向型の液晶層１２および２２にカイラル剤を含んでいない液晶層を示したが、液晶層にカイラル剤を添加することによって視角特性を改善することができる。

次に、図３を参照しながら、本発明による実施形態のさらに他の液晶表示装置３０の構成と動作を説明する。

液晶表示装置３０の液晶層３２は、水平配向型の液晶層であり、誘電率異方性は正（Δε＞０）である。導光板１６の屈折率ｎｓは、先の例と同様に、液晶層３２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖＞ｎｏ＝ｎ⊥）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。

ここでは、ｓ偏光に着目する。導光板１６内を伝播するｓ偏光に対する液晶層３２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）では略ｎｅなので、ｓ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層３２との界面で全反射されることなく液晶層３２を透過する。液晶層３２を透過した光は、傾斜反射層１８ａで反射されて観察者側に出射される。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、上記従来技術よりも低い電圧を印加するので、アンカリング層３２ａの配向状態は変化せず、中間層３２ｂの配向状態だけが変化する。従って、電圧印加状態においても、ｓ偏光に対するアンカリング層３２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｓ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある導光板１６と液晶層３２との界面で全反射されることなく液晶層３２に入射する。ｓ偏光に対する屈折率は、アンカリング層３２ａから中間層３２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層３２ｂ内またはその近傍で、ｓ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。この液晶層３２の作用は、ｓ偏光を液晶層３２内で全反射しているかのように見える。液晶層３２内で屈折し導光板１６側に向けられた光は、導光板１６内を伝播し、観察者側に出射されない。

このように、水平配向型の液晶層３２を有する液晶表示装置３０は、ｓ偏光を用いて、電圧ＯＦＦ状態において白表示、電圧ＯＮ状態において黒表示を行うことができる。

なお、液晶表示装置３０において、ｐ偏光は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらず、導光板１６と液晶層３２との界面で全反射される。液晶層３２のアンカリング層３２ａのｐ偏光に対する屈折率は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらずｎｏ（≠ｎｓ）であるためである。従って、上述の従来技術のように、表示に用いない偏光を除去するための構成を別途設ける必要がない。

ただし、水平配向型の液晶層を用いる場合は、アンカリング層３２ａの液晶分子の配向方向（例えばラビング方向）は、図３に示したように、導光板１６内の光の伝播方向に略直交する方向にする必要がある。図４に示す液晶表示装置４０の液晶層４２のように、アンカリング層４２ａの液晶分子の配向方向が導光板１６内の光の伝播方向に平行であると、電圧の印加の有無によって中間層４２ｂの配向状態が変化してもアンカリング層４２ａの配向状態は変化しないので、ｓ偏光もｐ偏光もともに常に全反射されることになり、表示を行うことができない。また、図１Ａおよび図２に示した液晶表示装置では、垂直配向型液晶層にカイラル剤を添加してもよいが、水平配向型液晶層を用いる場合にはカイラル剤を添加することは好ましくない。液晶層のツイスト角が大きくなり過ぎると、アンカリング層を透過したｓ偏光が、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらず中間層で屈折されることになる。

上述の説明では、液晶層に電圧を印加する電極として、液晶層の上下（前面側と背面側）に設けた電極（典型的には画素電極と対向電極）を例示したが、本発明による実施形態の液晶表示装置の構成はこれに限られない。以下に、本発明による実施形態の液晶表示装置のより具体的な構成を説明する。

まず、図５Ａ、図５Ｂおよび図６を参照して、垂直配向型液晶層を備える表示装置の構成と動作を具体的に説明する。

図５Ａおよび図５Ｂに示す液晶表示装置１００は、誘電率異方性が正の液晶分子から構成された垂直配向型液晶層１１２を備え、ｐ偏光を利用して表示を行う。液晶分子の誘電率異方性と液晶層に印加する電界の方向が異なるものの、液晶表示装置１００の動作原理は図１Ａに示した液晶表示装置１０と同様である。

液晶表示装置１００は、液晶層１１２と、液晶層１１２に電圧を印加する複数の電極１１４ａおよび１１４ｂと、液晶層１１２の一方の主面に向けて光を出射する照明装置１３０とを備えている。電極１１４ａおよび１１４ｂは、液晶層面内に配置されており、液晶表示装置１００は、いわゆる横電界モードの液晶表示装置である。

液晶表示装置１００の液晶層１１２は、前面基板１１６と背面基板１１７との間に設けられており、前面基板１１６は照明装置１３０の導光板を兼ねている。また、背面基板１１７の液晶層１１２側には反射板１１８が設けられており、反射板１１８は表示面（液晶層面）に対して傾斜した傾斜反射層１１８ａを有しており、液晶層１１２を透過した光を前面側に反射する（図５Ａ）。さらに、背面基板１１７の背面側には光吸収層１２０が設けられており、光吸収層１２０は、反射板１１８の傾斜反射層１１８ａを支持する側面から透過した不要な光を吸収する（図５Ｂ）。光吸収層１２０が吸収する光は、周囲光であり、この光吸収層１２０を設けることによって直視型の表示が可能となる。なお、これを省略しても、例えば投影型表示装置用の液晶表示パネルとして用いることができる。

照明装置１３０は、白色光源１３２と、偏光選択膜１３４と、導光板として機能する前面基板１１６とを有する。白色光源１３２から出射された光（ｓ偏光とｐ偏光とを含む）は偏光選択膜１３４に入射し、ｐ偏光だけが前面基板１１６に向けて出射される。このような偏光選択膜１３４としては、例えば３Ｍ社製のＤＢＥＦを用いることができる。ＤＢＥＦの透過方向を縦（図の紙面に対して平行）にして配置することにより、ｐ偏光のみを前面基板１１６に導入することができる。図１Ａ等を参照しながら説明したように偏光選択膜を省略してもｐ偏光だけを前面基板１１６から液晶層１１２に向けて出射させることができるが、偏光選択膜１３４を用いることによって光の利用効率を向上できる。さらに、光源１３２が配置された前面基板１１６の側面に対向する側面に反射層（不図示）を設けることによって更に光の利用効率を向上することができる。この場合、前面基板１１６の側面と反射層との間に４分の１波長板（不図示）を設けることが好ましい。導光板としても機能する前面基板１１６としては、例えば屈折率（ｎｓ）が１．６２のガラス基板を用いる。なお、背面基板１１７にも同様のガラス基板を用いることができるが、屈折率に制限はない。また、前面基板１１６および背面基板１１７はガラス基板に限られず、透明で光学的に等方的な材料からなる基板であればよく、高分子フィルムを用いることもできる。

液晶層１１２を構成する液晶材料は、正の屈折率異方性（ｎｅ＝１．６１７０、ｎｏ＝１．４８９６）を有し、かつ、正の誘電率異方性（Δε＞０）を有するネマチック液晶材料を用いる。液晶層１１２の両側に公知の垂直配向膜（不図示）を設けることによって、液晶分子を垂直配向させることができる。

液晶層１１２に電圧を印加するための電極１１４ａおよび１１４ｂは、例えば公知のＩＰＳモードの液晶表示装置と同様の構成を採用することができる。電極１１４ａおよび／または１１４ｂは、例えばＴＦＴなどのスイッチング素子（不図示）を介して所定の電圧が供給される。ここで、電極１１４ａおよび１１４ｂは、前面基板１１６内の光の伝播方向に沿って互いに対向するように配置されている。すなわち、電極１１４ａおよび１１４ｂ間に生成される電界の向きが光の伝播方向と平行になるように配置されている。従って、液晶層１１２に電圧を印加した際に液晶分子が倒れる（傾斜する）方向は、前面基板１１６内の光の伝播方向にほぼ平行となる。

このように横電界モードを採用すると、前面基板１１６と液晶層１１２との間に透明電極（典型的にはＩＴＯ層）を設ける必要が無いので、透明電極との界面における光の透過率のロスがないという利点が得られる。

反射板１１８としては、公知の傾斜反射板を用いることができる。例えば、所定の形状に加工したレジスト層の傾斜面上に、例えばＡｌまたはＡｌ合金を用いて傾斜反射層１１８ａを形成することによって得られる。傾斜反射層１１８ａの傾斜角（基板面に対する角度、図では水平方向からの角度）は、２６度以上５３度以下の範囲が好ましく、例えば３９度に設定される。

背面基板１１７の背面に設けられる光吸収層１２０は、例えば黒色樹脂層である。

図５Ａの左側を参照しながら、電圧無印加状態の動作を説明する。

前面基板１１６を導光しているｐ偏光に対する液晶層１１２の屈折率は、電圧無印加状態では略ｎｅなので、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層１１２との界面で全反射されることなく液晶層１１２を透過する。液晶層１１２を透過した光は、傾斜反射層１１８ａで反射されて観察者側に出射される。

図５Ａの右側を参照しながら、電圧印加状態の動作を説明する。

電圧印加状態（図中右側）では、アンカリング層１１２ａの配向状態は変化せず、中間層１１２ｂの配向状態だけが変化する。したがって、電圧印加状態においても、ｐ偏光に対するアンカリング層１１２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層１１２との界面で全反射されることなく液晶層１１２に入射する。ｐ偏光に対する屈折率は、アンカリング層１１２ａから中間層１１２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層１１２ｂ内またはその近傍で、ｐ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。この液晶層１１２の作用は、ｐ偏光を液晶層１１２内で全反射しているかのように見える。液晶層１１２内で屈折し前面基板１１６側に向けられた光は、前面基板１１６内を伝播し、観察者側に出射されない。

このように、液晶表示装置１００は、液晶層１１２に電圧を印加していない状態で白を表示し、液晶層１１２に電圧を印加した状態で黒表示を行う。

図６に示す液晶表示装置２００は、垂直配向型の液晶層２１２が誘電率異方性が負の液晶分子から構成されている点、および、液晶層２１２に電圧を印加するための電極２１４ａおよび２１４ｂが液晶層２１２の背面側と前面側に配置されている点において、図５Ａに示した液晶表示装置１００と異なる。以下の図において、液晶表示装置１００の構成要素と同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略する。

液晶表示装置２００も、液晶表示装置１００と同様の動作原理に基づいて、ｐ偏光を用いて表示を行う。アンカリング層２１２ａの配向状態は電圧の印加によって変化せずｐ偏光を透過し、電圧印加によって中間層２１２ｂの配向状態だけが変化しｐ偏光を前面基板１１６側に屈折することによって、電圧無印加時に白、電圧印加時に黒を表示する。

電極２１４ａおよび２１４ｂの構成としては、例えば公知のＴＦＴ型液晶表示装置と同様の構成を採用することができる。例えば、電極２１４ａはマトリクス状に配置された画素電極であり、電極２１４ｂは対向電極（共通電極）である。典型的には、いずれもＩＴＯなどの透明導電膜で形成される。この構成を採用すると、前面基板１１６と液晶層２１２との間に設けられた電極２１４ａによる光のロスがあるものの、横電界モードのように画素内に遮光性の材料で形成された電極を設けることによる画素開口率の低下がない。

次に、図７および図８を参照して、水平配向型液晶層を備える表示装置の構成と動作を具体的に説明する。

図７に示す液晶表示装置３００は、誘電率異方性が正の液晶分子から構成された水平配向型の液晶層３１２を有する点、および照明装置３３０がｓ偏光を液晶層３１２に出射するように構成されている点において、図５Ａに示した液晶表示装置１００と異なる。液晶表示装置３００は、図３に示した液晶表示装置３０と同様の動作原理に基づいて、ｓ偏光を用いて表示を行う。但し、液晶表示装置３００は以下に説明するように、横電界モードで動作する。

照明装置３３０は、白色光源３３２と、偏光選択膜３３４と、導光板として機能する前面基板１１６とを有している。白色光源３３２から出射された光（ｓ偏光とｐ偏光とを含む）は偏光選択膜３３４に入射し、ｓ偏光だけが前面基板１１６に向けて出射される。このような偏光選択膜３３４としては、例えば３Ｍ社製のＤＢＥＦを用いることができる。ＤＢＥＦの透過方向を横（図の紙面に対して垂直）にして配置することにより、ｓ偏光のみを前面基板１１６に導入することができる。前面基板１１６の屈折率ｎｓは、液晶層３１２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖＞ｎｏ＝ｎ⊥）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。

前面基板１１６内を伝播するｓ偏光に対する液晶層３１２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）では略ｎｅなので、ｓ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層３１２との界面で全反射されることなく液晶層３１２を透過する。液晶層３１２を透過した光は、傾斜反射層１１８ａで反射されて観察者側に出射される。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、アンカリング層３１２ａの配向状態は変化せず、中間層３１２ｂの配向状態だけが変化する。従って、電圧印加状態においても、ｓ偏光に対するアンカリング層３１２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｓ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層３１２との界面で全反射されることなく液晶層３１２に入射する。ｓ偏光に対する屈折率は、アンカリング層３１２ａから中間層３１２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層３１２ｂ内またはその近傍で、ｓ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。この液晶層３１２の作用は、ｓ偏光を液晶層３１２内で全反射しているかのように見える。液晶層３１２内で屈折し前面基板１１６側に向けられた光は、前面基板１１６内を伝播し、観察者側に出射されない。

このように、水平配向型の液晶層３１２を有する液晶表示装置３００は、ｓ偏光を用いて、電圧ＯＦＦ状態において白表示、電圧ＯＮ状態において黒表示を行うことができる。また、横電界モードを採用すると、前面基板１１６と液晶層３１２との間に透明電極（典型的にはＩＴＯ層）を設ける必要が無いので、透明電極との界面における光の透過率のロスがないという利点が得られる。

なお、図７に示した液晶表示装置において、水平配向型の液晶層３１２を構成する液晶分子の誘電率異方性を負として、液晶層３１２に電圧を印加するための電極３１４ａおよび３１４ｂを、前面基板１１６内の光の伝播方向に直交する方向（図７に紙面に垂直な方向）に配列しても、図７に示した配向を得ることができる。

図８に示す液晶表示装置４００は、液晶層４１２に電圧を印加するための電極４１４ａおよび４１４ｂが液晶層４１２の背面側と前面側に配置されている点において、図７に示した液晶表示装置３００と異なる。液晶層４１２は正の誘電率異方性を有する液晶分子から構成されている。

液晶表示装置４００は、図３に示した液晶表示装置３０と同様の動作原理で、ｓ偏光を用いて表示を行う。アンカリング層４１２ａの配向状態は電圧の印加によって変化せずｓ偏光を透過し、電圧印加によって中間層４１２ｂの配向状態だけが変化しｓ偏光を前面基板１１６側に屈折することによって、電圧無印加時に白、電圧印加時に黒を表示する。

上述の液晶表示装置１００〜４００は、いずれも、照明装置を液晶層の前面側に配置したフロントライト方式の反射型液晶表示装置であるが、本発明はこれに限られず、例えば図９に示すようなバックライト方式の透過型液晶表示装置５００を構成することができる。

フロントライト方式の場合、光源は表示パネルの端面に配置するエッジライト型の照明装置しか用いることができないため、光量の観点から大型の表示装置への適用は難しいが、バックライト方式を採用すると、表示パネルの面内に光源を配置することが可能となり、光源の数に対する制限が大幅に緩和されるので光量の観点で有利である。

図９に示す液晶表示装置５００は、誘電率異方性が負の液晶分子から構成された垂直配向型液晶層５１２を備え、ｐ偏光を利用して表示を行う。液晶表示装置５００の液晶層５１２が電圧無印加状態でｐ偏光を透過し、電圧印加状態でｐ偏光を入射側に屈折する原理は、図１Ａに示した液晶表示装置１０と同様である。

液晶表示装置５００は、液晶層５１２と、液晶層５１２に電圧を印加する複数の電極５１４ａおよび５１４ｂと、液晶層５１２の背面側に配置された照明装置（バックライト）５３０とを備えている。電極５１４ａおよび５１４ｂは、液晶層５１２の前面側と背面側とに液晶層５１２を介して対向するように配置されており、照明装置５３０は、例えば複数の冷陰極線管５３２を有する。

液晶層５１２は、前面基板５１６と背面基板５１７との間に設けられており、背面基板５１７と照明装置５３０との間には、反射板５４０が設けられている。反射板５４０は、表示面（液晶層面）に対して傾斜した傾斜反射層５４２を有しており、照明装置５３０から出射された光を、背面基板５１７内の光を斜め方向に反射する。反射板５４０によって斜め方向に反射された光は、ルーバー５５０に入射し、ルーバー５５０が有する傾斜反射層５５２でさらに反射され、背面基板５１７に入射する。

背面基板５１７の屈折率ｎｓは、液晶層５１２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖）と略一致するように設定されており（ｎｓ≒ｎｅ）、図１Ａを参照しながら説明したように、ｓ偏光は背面基板５１７と液晶層５１２との界面で全反射され、ｐ偏光だけが液晶層５１２に入射する。ルーバー５５０と背面基板５１７との間に、偏光選択膜（例えばＤＢＥＦ膜）を設けることによって、ｐ偏光だけを液晶層５１２に向けて出射するようにできる。

電圧無印加状態（図中左側）では、液晶層５１２に入射したｐ偏光は液晶層５１２を透過し、液晶層５１２の前面側に設けられた反射板５６０の傾斜反射層５６２によって反射され、観察者側に出射される。この状態で白を表示する。なお、反射板５６０に代えて、散乱層を用いても良い。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、アンカリング層５１２ａの配向状態は変化せず、中間層５１２ｂの配向状態が変化する。ｐ偏光に対する屈折率は、アンカリング層５１２ａから中間層５１２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層５１２ｂ内またはその近傍で、ｐ偏光は連続的に屈折され、背面側に向けられる。液晶層５１２内で屈折し背面基板５１７側に向けられた光は、背面基板５１７内を伝播するか、あるいは、ルーバー５５０の光吸収層５５３によって吸収され、観察者側に出射されない。この状態で黒表示を行う。

バックライト方式の透過型液晶表示装置の構成はこれに限られず、図１Ａから図８を参照しながら説明した液晶表示装置の液晶層と電極配置との組み合わせを適宜採用することができる。

上述した液晶表示装置は、カラーフィルタを設けることによって、カラー表示を行うことができる。カラーフィルタを設ける位置は適宜設定できる。但し、液晶層と照明装置（導光板）との間ではなく、反射層と液晶層との間に設けることが好ましい。すなわち、液晶層に電圧を印加しない状態で、液晶層を透過した光がカラーフィルタを通過する構成にすることが好ましい。

図１０および図１１を参照しながら、本発明による実施形態の他のバックライト方式の液晶表示装置６００の構造と動作を説明する。

図１０は、液晶表示装置６００の構成と動作を説明するための模式図である。図１１（ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置６００に用いられる反射構造体６３５の構成を説明するための模式図である。ここでは、先の実施例と同様に、誘電率異方性が負の液晶分子から構成された垂直配向型液晶層を用い、液晶層の前面と背面に設けた一対の電極で電圧を印加する構成を例示するが、これに限られず、図５Ａに示した液晶表示装置の様に、誘電率異方性が正の液晶分子から構成された垂直配向型液晶層を用い、横電界を印加する構成としても良いし、図７や図８に示したように水平配向型液晶層を用いても良い。

図１０に示すように、液晶表示装置６００は、液晶層６１２と、液晶層６１２に電圧を印加する画素電極６１４ａおよび対向電極６１４ｂと、液晶層６１２の背面側（観察者側と反対側）の主面に向けて光を出射する照明装置（バックライト）６３０とを備えている。液晶層６１２は、前面基板６１６と背面基板６１７との間に設けられており、背面基板６１７は照明装置６３０の導光板を兼ねている。前面基板６１６および背面基板６１７の厚さは例えば０．７ｍｍであり、背面基板６１７の屈折率は例えば約１．６である。前面基板６１６の液晶層６１２側にはカラーフィルタ層６１８が設けられており、バックライト６３０から出射された光がカラーフィルタ層６１８に入射する／入射しないかを液晶層６１２によって制御する。液晶層６１２は例えば上述の実施例と同様に形成することができる。カラーフィルタ層は、画素に対応して、例えば、赤色、緑色および青色のカラーフィルタを備える。照明装置６３０の構成は後述する。

前面基板６１６は、液晶層６１２に印加する電圧を制御するための回路要素（ＴＦＴ素子および配線など）６１３を備え、これらが形成されていない領域にカラーフィルタ層６１８が設けられている。

カラーフィルタ層６１８上に、透明導電層からなる画素電極６１４ａを公知の方法で形成する。透明導電層としては、ＩＴＯやＩＺＯを用いることができる。回路要素６１３を覆うように、液晶層６１２の液晶材料の異常光屈折率ｎｅよりも低い屈折率を有する層、例えば酸化シリコン層６１５を形成する。酸化シリコン層６１５は、液晶層６１２を通過した光が回路要素６１３に入射することを防止する（液晶層６１２を通過した光を界面で反射する）。特に、ノーマリーホワイトモード（ＮＷモード）の表示装置とする場合には、回路要素６１３が形成されている領域を光が透過するとコントラスト比が低下するので、酸化シリコン層６１５を設けて遮光することが好ましい。また、酸化シリコン層６１５と画素電極６１４ａとの間に間隙があっても良い。但し、画素電極６１４ａは表示装置の開口率（光の利用効率）の観点から大きい方が好ましく、酸化シリコン層６１５は回路要素６１３へ光が入射するのを十分に遮光することが好ましい。なお、画素電極６１４ａおよび酸化シリコン層６１５、対向電極６１４ｂの液晶層６１２側の表面には、所定の配向膜（不図示）が形成されている。

次に、バックライト６３０の構成を説明する。

バックライト６３０は、導光板として機能する背面基板６１７と、その背面に設けられた導光板６２０とを有する。ここでは、導光板６２０の屈折率は背面基板６１７の屈折率と同じ約１．６としており、導光板６２０と背面基板６１７とは低い屈折率物質を介さず密着されており、これらが一体として導光板として機能する。背面基板６１７と導光板６２０は同じ材料で形成されていてもよく、一体に形成されていても良い。

導光板６２０は、略垂直な側面を有するあな（凹部）６２１を背面に有する平行平板型の導光板である。導光板６２０のあな６２１の内部には反射構造体６３５が設けられている。また、導光板６２０の背面側には、光吸収層６３７が配置されている。導光板６２０と光吸収層６３７とは、屈折率の低い接着層６３８を介して配置されている。接着層６３８に変えて空気層を形成してもよい。導光板６２０内を伝播する光を接着層（空気層）６３８との界面で全反射することによって、光の利用効率を高めることが出来る。同様の目的で、導光板６２０および背面基板６１７の端面に反射性の界面を形成することが好ましい。例えば、導光板６２０および背面基板６１７の端面に反射層を設けても良い。また、光吸収層６３７は周囲光を吸収し、この光吸収層６３７を設けることによって良好な暗表示が可能となる。

光吸収層６３７は、導光板６２０の背面側のあな６２１に対応する位置に孔を有する。光吸収層６３７の背面側には、導光板６２０のあな６２１内の反射構造体６３５に向けて、白色光を出射する複数の光源（例えばＬＥＤ）６３２が配置されている。光源６３２と反射構造体６３５との間は例えば空気である。光源６３２の配置密度は、要求される光量などに応じて適宜設定されるが、例えば、隣接する光源６３２間の距離は５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が好ましい。これは、導光板６２０および背面基板６１７内を伝播する光の割合を適度な範囲にするためである。

反射構造体６３５は、図１１に示すように、光吸収機能を有する本体部６３５ａと、本体部６３５ａの表面に設けられた反射層６３５ｂとを有している。本体部６３５ａは、円錐状の側面を有し、側面上に設けられた反射層６３５ｂは、光源６３２から出射された光を導光板６２０内に導光させるように反射する。液晶層６１２側には反射構造体６３５の光吸収機能を有する本体部６３５ａが向けられており、前面基板６１６から観察した際には黒く見える。反射構造体６３５は、例えば屈折率が約１．５の無色透明な接着剤（不図示）で導光板６２０（屈折率約１．６）に接着される。

反射構造体６３５の反射層６３５ｂの表示面に対する傾斜角βは４５°±５°程度に設定されており、光源６３２から出射された光を表示面にほぼ平行に反射する。導光板６２０のあな６２１の側面の表示面に対する傾斜角γは約６０°に設定されており、反射層６３５ｂで反射された光の主光線はあな６２１の側面にほぼ直角に入射する。このとき、光は、空気（屈折率が小さい媒体）から導光板６２０に入射するので、光はあまり広がることなく、導光板６２０に入射する。導光板６２０に入射した光は、導光板６２０と接着層（空気層）６３８との界面や、導光板６２０および背面基板６１７の端面、および背面基板６１７の液晶層６１２側の主面と空気との界面、さらには、反射構造体６３５と導光板６２０とを接着する接着層（屈折率が１．５程度）と導光板６２０との間の界面で反射を繰り返しながら、導光板６２０および背面基板６１７内を伝播する。

導光板６２０の厚さは、例えば０．７ｍｍであり、導光板６２０に設けられたあな６２１は、例えば深さが約０．６ｍｍであり、直径が０．７ｍｍの円形である。光吸収層６３７に設けられた孔の径は、光源６３２の発光部よりもやや大きいことが好ましい。光源６３２として、例えば発光部の径が０．３ｍｍのＬＥＤを用いる場合、光吸収層６３７の孔（貫通孔）の直径は約０．５ｍｍである。

反射構造体６３５は、例えば、図１１（ａ）および（ｂ）に示すような構造を有している。本体部６３５ａは、例えば、黒色顔料を含んだアクリル樹脂を成型することによって作製されており、その形状は、直径０．５ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの円盤の上に、高さ０．２ｍｍ、傾斜角が４５度程度（４５°±５°）の円錐体が積み重ねられた形状である。図１１（ｂ）に示すように、本体部６３５ａの円錐体を有する側の表面に、例えば銀やアルミニウムなどの反射率の高い金属膜を蒸着することによって、反射層６３５ｂを有する反射構造体６３５が得られる。光を表示面内において等方的に反射するためには、円錐が好ましいが、多角錐体としてもよい。この場合、あな６２１の側面は、反射層に対向するように配置することが好ましい。

液晶表示装置６００の基本的な動作原理は、前述の液晶表示装置と同様であるので、簡単に説明する。

導光板６２０および背面基板６１７を伝播している光は、電圧が印加されていない液晶層６１２に入射し、液晶層６１２を通過する（例えば図５Ａ）。液晶層６１２を通過した光は、カラーフィルタ層６１８に入射し、所定の色光が観察者側に出射される（図中の光線１）。一方、電圧が印加されている液晶層６１２に入射した光は、液晶層６１２内で反射され（例えば図５Ａ）、再び、背面基板６１７および導光板６２０内を伝播する（図中の光線３）。また、酸化シリコン層６１５に入射した光は、酸化シリコン層６１５と液晶層６１２との界面で反射され、再び、背面基板６１７および導光板６２０内を伝播する（図中の光線２）。このように、誘電率異方性が負のネマチック液晶材料からなる垂直配向型の液晶層６１２を用いるとＮＷモードの表示を行うことが出来る。

液晶層と偏光との組み合わせは上述のいずれでも適用できるが、特に、垂直配向型液晶層を用いたＮＷモードの表示装置を構成することが好ましい。垂直配向型液晶層を用いると、液晶分子の見掛け上の屈折率が液晶層に入射する光の方向（表示面内における方向）に無関係になる結果、光の透過状態／非透過状態の切り替えが、光の方向の影響を受け難いからである。

本発明の表示装置は、上述の反射型または透過型の液晶表示装置に限られず、蛍光を表示に用いる蛍光表示装置とすることもできる。

例えば、図１２に示す蛍光表示装置７００は、図６を参照しながら説明した液晶表示装置２００と同じ動作原理で、ｐ偏光が液晶層７１２を透過する状態と、透過しない状態とを切り替える。

蛍光表示装置７００は、液晶層７１２と、液晶層７１２に電圧を印加する複数の電極７１４ａおよび７１４ｂと、液晶層７１２の一方の主面に向けて光を出射する照明装置７３０とを備えている。

液晶層７１２は、前面基板１１６と背面基板１１７との間に設けられており、前面基板１１６は照明装置７３０の導光板を兼ねている。また、背面基板１１７の液晶層７１２側には蛍光体層７１８が設けられている。さらに、背面基板１１７の背面側には光吸収層１２０が設けられており、光吸収層１２０は周囲光を吸収し、この光吸収層１２０を設けることによって直視型の表示が可能となる。

照明装置７３０が有する光源７３２は、蛍光体層７１８の蛍光体を励起する光を出射する。蛍光体層７１８として、カドミウムテルライドを用いる場合には、励起光の波長は４０５ｎｍである。必要に応じて、波長選択フィルターを光源７３２と前面基板１１６の入射側面との間に設ければよい。蛍光体層７１８は、ガオら、ジャーナルオブフィジカルケミストリー、ビー、１０２巻、８３６０ページ（１９９８）に記載されている方法で形成することができる。

光源７３２から出射された励起光（ｐ偏光とｓ偏光とを含む）は、前面基板１１６内を伝播する。ここで、前面基板１１６の屈折率ｎｓは、液晶層７１２を構成する液晶分子の異常光屈折率ｎｅ（＝ｎ‖）と略一致するように設定されている（ｎｓ≒ｎｅ）。液晶層７１２を構成する液晶分子は負の誘電率異方性（Δε＜０）を有し、かつ、正の屈折率異方性（ｎｅ＞ｎｏ）を有している。

図１Ａを参照しながら説明したように、前面基板１１６内を伝播するｐ偏光に対する液晶層７１２の屈折率は、電圧無印加状態（図中左側）では略ｎｅなので、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層７１２との界面で全反射されることなく液晶層７１２を透過する。液晶層７１２を透過した光は、蛍光体層７１８に入射し、蛍光体を励起する。蛍光体層７１８は蛍光発光し、この蛍光が液晶層７１２を透過して観察者側に出射され、明表示を行う。このときの表示色は蛍光の波長による。蛍光体を適宜選択することによって、所定の色を表示することができる。また、白色光を発光する構成とカラーフィルタとを組み合わせてもよい。

一方、電圧印加状態（図中右側）では、アンカリング層７１２ａの配向状態は変化せず、中間層７１２ｂの配向状態だけが変化する。従って、電圧印加状態においても、ｐ偏光に対するアンカリング層７１２ａの屈折率は略ｎｅであり、ｐ偏光は、ｎｓ≒ｎｅの関係にある前面基板１１６と液晶層７１２との界面で全反射されることなく液晶層７１２に入射する。ｐ偏光に対する屈折率は、アンカリング層７１２ａから中間層７１２ｂに向かって次第に小さくなりｎｏに近づく。屈折率が変化する中間層７１２ｂ内またはその近傍で、ｐ偏光は連続的に屈折され、前面側に向けられる。液晶層７１２内で屈折し前面基板１１６側に向けられた光は、前面基板１１６内を伝播し、観察者側に出射されない。

また、周囲から入射する光は、液晶層７１２および蛍光体層７１８を通過し、光吸収層１２０で吸収される。光吸収層１２０を設けることによって表示品位が向上する。

このように、蛍光表示装置７００は、ｐ偏光を用いて、電圧ＯＦＦ状態において白表示（明表示）、電圧ＯＮ状態において黒表示（暗表示）を行うことができる。

なお、蛍光表示装置７００において、ｓ偏光は、電圧のＯＮ／ＯＦＦに拘わらず、前面基板１１６と液晶層７１２との界面で全反射され、液晶層７１２に入射することがない。

本発明によると、従来のトランジスタを利用できる程度の低電圧で、液晶層に入射する光に対する透過状態／非透過状態を切り替えて表示を行うことができる表示装置が提供される。本発明の表示装置は、直視型表示装置として用いることもできる。

Claims (20)

1. 互いに対向する第１主面と第２主面とを有する液晶層と、
   前記液晶層に電圧を印加する複数の電極と、
   前記液晶層の前記第１主面または前記第２主面の一方の主面に向けて光を出射する照明装置とを備え、
   前記液晶層は、所定の電圧が印加されたときに、前記一方の主面の近傍のアンカリング層の液晶分子と異なる方向に配向した液晶分子を含む中間層を形成し、前記一方の主面の近傍の前記アンカリング層を透過した直線偏光を、前記中間層内またはその近傍において前記一方の主面に向けて屈折し、
   前記液晶層に電圧を印加していない状態で白を表示し、前記液晶層に電圧を印加した状態で黒表示を行う、表示装置。
2. 前記アンカリング層を透過した前記直線偏光に対する前記中間層の屈折率は、前記アンカリング層の屈折率よりも小さい、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記照明装置から前記一方の主面に向けて出射される前記直線偏光は、前記アンカリング層の液晶分子の長軸と平行な成分を有する、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む垂直配向型液晶層であり、
   前記複数の電極は、前記液晶層に横電界を印加する複数の電極であって、
   前記直線偏光はｐ偏光である、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記液晶層は誘電率異方性が負の液晶分子を含む垂直配向型液晶層であり、
   前記複数の電極は、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された複数の電極であって、
   前記直線偏光はｐ偏光である、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む水平配向型液晶層であり、
   前記複数の電極は、前記液晶層に横電界を印加する複数の電極であって、
   前記直線偏光はｓ偏光である、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記液晶層は誘電率異方性が正の液晶分子を含む水平配向型液晶層であり、
   前記複数の電極は、前記液晶層を介して互いに対向するように配置された複数の電極であって、
   前記直線偏光はｓ偏光である、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記照明装置は、前記液晶層の前記第２主面側に設けられており、
   前記液晶層の前記第１主面側に設けられた傾斜反射層をさらに有する、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
9. 前記傾斜反射層の前記液晶層とは反対側に、さらに光吸収層を有する、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記照明装置は、前記液晶層の前記第１主面側に設けられており、
    前記照明装置と前記液晶層の前記第１主面との間に設けられた第１傾斜反射層をさらに有する、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
11. 前記第１傾斜反射層の前記液晶層側に、さらに光吸収層を有する、請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記液晶層の前記第２主面側に設けられた第２傾斜反射層または散乱層をさらに有する、請求項１０または１１に記載の表示装置。
13. 前記照明装置は、光源と導光板とを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の表示装置。
14. 前記照明装置は、前記光源と前記導光板との間に偏光選択膜をさらに備える、請求項１３に記載の表示装置。
15. 前記照明装置は、前記導光板を介して前記光源に対向するように配置された反射層をさらに有する、請求項１３に記載の表示装置。
16. 前記照明装置は、前記反射層と前記導光板との間に４分の１波長板をさらに備える、請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記液晶層の前面側に配置されたカラーフィルタ層をさらに有し、前記照明装置は前記液晶層の背面側に配置されている、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
18. 前記照明装置は、複数のあなを背面に有する平行平板型の導光板と、
    前記複数のあなのそれぞれに設けられた反射構造体と、
    それぞれが前記反射構造体に向かって光を出射する複数の光源と
    を備える、請求項１７に記載の表示装置。
19. 前記導光板の背面側にさらに光吸収層を有する、請求項１８に記載の表示装置。
20. 前記導光板と前記光吸収層との間に、前記導光板よりも屈折率の低い層が設けられている、請求項１９に記載の表示装置。

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