WO1999005562A1

WO1999005562A1 - Afficheur et dispositif electronique equipe dudit afficheur

Info

Publication number: WO1999005562A1
Application number: PCT/JP1998/003282
Authority: WO
Inventors: Chiyoaki Iijima
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 1999-02-04
Also published as: KR100505522B1; EP0935155A1; JP3345755B2; CN1234876A; TW444149B; JP2002350842A; US6507380B1; CN1132050C; EP0935155A4; KR20000068634A

Description

明細表示装置及びそれを用いた電子機器技術分野

本発明は表示装置の技術分野に関し、特に偏光板、反射偏光子等の偏光分離器を備えており、外光を反射して表示を行う反射型及び光源光を透過して表示する透過型の両用可能な液晶表示装置等の表示装置及びそれを用いた携帯電話や時計等の電子機器の技術分野に関する。背景技術

従来、外光を用いて表示を行う反射型の表示装置の場合、暗所では光量の減少に応じて、表示が見え難くなつてしまう。他方、バックライト等の光源を用いて表示を行う透過型の表示装置の場合、明所、暗所によらずに光源の分だけ電力省費が大きくなり、特に電池により動作させる携帯用の表示装置等には適さない。そこで、反射型及び透過型の両用可能な半透過反射型の表示装置は、主に明所用に、表示画面から入射する外光を装置内部に設けられた半透過反射膜で反射しつつ、その光路上に配置された液晶、偏光分離器等の光学素子を用いて表示画面から出射する光量を画素毎に制御することにより、反射型表示を行う。他方、主に暗所用に、前述の半透過反射膜の裏側からバックライト等の内蔵光源により光源光を照射しつつ、前述の液晶、偏光分離器等の光学素子を用いて、表示画面から出射する光量を画素毎に制御することにより、透過型表示を行う。

このように反射型及び透過型の両用可能であり、従来の T N (Twisted Nematic ) 液晶や S T N ( Super- Twi sted Nemati c) 液晶等の透過光の偏光軸を回転させる透過偏光軸可変光学素子を利用した液晶表示装置においては、この透過偏光軸可変光学素子を 2枚の偏光板で挟んだ構造を採用している。

上述の反射型表示の場合には、この 2枚の偏光板を備えた構成において、外光が表示画面から入射すると、液晶の表示画面側にある第 1偏光板を特定方向の偏光成分のみが透過し、他の偏光成分は、この第 1偏光板により吸収される。第 1 偏光板を透過した光は、液晶に印加される電圧に応じて変化する液晶の配向状態に応じて、その偏光方向が選択的に変化させられ、液晶の他方の側にある第 2偏光板に入射する。この外光は、例えばノ一マリーホワイトモ一ドであれば各画素について、（ i ) 液晶に電圧が印加されない状態では、この液晶から出射した光が第 2偏光板を透過し、更にその裏側にある反射板により反射された後、再び第 2偏光板、液晶及び第 1偏光板を透過して、液晶表示装置の表示画面から表示光として出射され、（ i i ) 液晶に電圧が印加された状態では、この液晶を出射した光が第 2偏光板で吸収され、最終的に表示画面から表示光は出射されない。このように、表示画面から入射する外光を装置内部に設けられた反射膜で反射しつつ、その光路上に配置された液晶、偏光板等を用いて表示画面から出射する表示光の光量を画素毎に制御することにより、反射型表示は行われる。

他方、上述の透過型表示の場合には、この 2枚の偏光板を備えた構成において、光源光が表示画面から見て液晶の裏側から発せられると、液晶の裏側にある第 2偏光板を特定方向の偏光成分のみが透過し、他の偏光成分は、この第 2偏光板により吸収される。第 2偏光板を透過した光は、液晶に印加される電圧に応じて変化する液晶の配向状態に応じて、その偏光方向が選択的に変化させられ、液晶の表示画面側にある第 1偏光板に入射する。この光源光は、例えばノーマリ一ホワイトモ一ドであれば各画素について、（ i ) 液晶に電圧が印加されない状態では、この液晶から出射した光が第 1偏光板を透過して、液晶表示装置の表示画面から表示光として出射され、（ i i ) 液晶に電圧が印加された状態では、この液晶を出射した光が第 1偏光板で吸収され、表示画面から表示光は出射されない。このように、光源光の光路上に配置された液晶、偏光板等を用いて表示画面から出射する表示光の光量を画素毎に制御することにより、透過型表示は行われる

発明の閧示

しかしながら、偏光分離器の一例たる偏光板は、入射光のうち特定の偏光軸方向と異なる方向の偏光成分を吸収することにより偏光を行うので、光の利用効率が悪い。このため、上述のように液晶の両側に 2枚の偏光板を配置して行う反射型表示や透過型表示では、表示が暗くなつてしまうという問題がある。これに対し、偏光板を単純に他の偏光分離手段に置き換えることにより表示を明るくしょうとすれば、今度は、表示の明るさと共に重要視される表示のコントラストが低下してしまうという問題点がある。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、液晶等の透過偏光軸可変光学素子を利用する表示装置において、反射表示時や透過表示時に、高コントラス卜で明るい表示を行える表示装置及びこれを用いた電子機器を提供することを課題とする。

本発明の上記課題は、透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、該透過偏光軸可変手段の一方の側に配置されており第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第 1の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射又は吸収する第 1の偏光分離手段と、前記透過偏光軸可変手段の他方の側に配置されており第 2の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第 2の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射する第 2の偏光分離手段と、該第 2の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された偏光板と、該偏光板に対して前記第 2の偏光分離手段と反対側に配置されており前記透過偏光軸可変手段の側に光を入射する光源とを備えており、前記第 2の方向は、前記偏光板の透過軸の方向に対して所定角度 0 (但し、 0度 < θ < 9 0度）だけずれ且つ前記偏光板の吸収軸の方向に対して所定角度 0，（但し、 0度 < 0 ' < 9 0度）だけずれるように前記第 2の偏光分離手段と前記偏光板との相対位置が規定されている表示装置により達成される。

本発明の表示装置によれば、外光を利用して反射型表示を行う場合には、第 1 の偏光分離手段側から外光が入射される。第 1の偏光分離手段が、入射した外光のうち第 1の方向の直線偏光成分の光を透過偏光軸可変手段の側に透過させる。そして、第 1の偏光分離手段は、第 1の方向と異なる所定方向（例えば、第 1の方向と直交又はほぼ直交する方向）の直線偏光成分を反射又は吸収する。次に、第 2の偏光分離手段は、第 1の偏光分離手段及び透過偏光軸可変手段を介して入射した光のうち、第 2の方向の直線偏光成分の光を、透過偏光軸可変手段と反対側に透過させ、第 2の方向とは異なる所定方向（例えば、第 2の方向と直交又はほぼ直交する方向）の直線偏光成分の光を反射する。また、第 2の偏光分離手段を透過した光は、偏光板によりその吸収軸の方向の成分が吸収され、更に偏光板を透過した光は、非点灯状態にある光源部分において反射や拡散される。他方、第 2の偏光分離手段により反射された光は、上記順番と逆順で、透過偏光軸可変手段及び第 1の偏光分離手段を通過する。

以上の結果、反射型表示の場合には、透過偏光軸可変手段における透過軸の方向に応じて選択的に、第 2の偏光分離手段により反射された光が透過偏光軸可変手段を介して第 1の偏光分離手段側から出射されることによる（相対的に明るい ) 第 1の表示状態と、第 2の偏光分離手段を透過した光が偏光板で吸収されること等によって第 1の偏光分離手段側から出射されないことによる（相対的に暗い ) 第 2の表示状態とが得られる。ここで特に、第 2の偏光分離手段と偏光板との相対位置は、第 2の方向が偏光板の透過軸の方向に対して所定角度 0 (但し、 0 度 < θ < 9 0度）だけずれるように規定されているので、第 2の方向が偏光板の透過軸の方向と一致している（即ち、 6 = 0度の）場合と比較して、第 2の偏光分離手段を透過した光が偏光板により遥かに大量に吸収される。従って、この吸収される分だけ、上述した第 2の表示状態において最終的に第 1の偏光分離手段側から出射される光量を小さく出来るので、当該反射型表示におけるコントラス卜が高められる。また、当該反射型表示における明るさについては、第 2の偏光分離手段として従来のように偏光板を用いる場合（或いは、第 1及び第 2の偏光分離手段の両方に偏光板を用いる場合）と比較して、光の吸収ではなく光の反射により偏光分離を行うと共にこの反射された直線偏光成分を表示光として利用することになるので、明るい反射型の表示が得られる。

他方、光源を利用して透過型表示を行う場合には、光源から偏光板を介して第 2の偏光分離手段に光源光が入射される。第 2の偏光分離手段が、入射した光源光のうち第 2の方向の直線偏光成分の光を透過偏光軸可変手段の側に透過させ、第 2の方向と異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射する。更に、第 1の偏光分離手段は、第 2の偏光分離手段及び透過偏光軸可変手段を介して入射した光のうち、第 1の方向の直線偏光成分の光を、透過偏光軸可変手段と反対側、即ち表示画面側に透過させる。そして、第 1の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分を反射する。

以上の結果、透過型表示の場合には、透過偏光軸可変手段における透過軸の方向に応じて選択的に、第 2の偏光分離手段を透過した光が第 1の偏光分離手段側から出射されることによる（相対的に明るい）第 3の表示状態と、光源からの光が第 1の偏光分離手段により反射されることによる（相対的に暗い）第 4の表示状態とが得られる。ここで特に、第 2の偏光分離手段と偏光板との相対位置は、第 2の方向が偏光板の吸収軸の方向に対して所定角度 0，（但し、 0度 < θ， < 9 0度）だけずれるように規定されているので、第 2の方向が、偏光板の吸収軸の方向と一致している（即ち、 Θ , = 0度の）場合と比較して、光源光は偏光板及び第 2の偏光分離手段を遥かに大量に透過する。従って、この透過する分だけ、上述した第 3の表示状態において最終的に第 1の偏光分離手段側から出射される光量を大きく出来るので、当該透過型表示におけるコントラストが高められると同時に明るさを高められる。

このように本発明の表示装置により、反射表示時や透過表示時に、高コントラストで明るい表示を行うことができ、特に外光を用いた反射型表示におけるコントラストを高くしつつ光源光を用いた透過型表示における明るさを明るくできる本発明の表示装置の一の態様では、記第 1の偏光分離手段は、前記第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなる。

この態様によれば、反射偏光子が、入射した光のうち第 1の方向の直線偏光成分を第 1の方向の直線偏光成分として透過させる。そして、第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として反射する。従って、当該反射偏光子を透過する光に基づいて表示を行える。

この態様では、前記反射偏光子は、複屈折性を有する第 1層と、該第 1層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第 2層とが交互に積層された積層体からなるように構成してもよいこのような構成の反射偏光子においては、反射偏光子の一方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第 1の方向の直線偏光成分の光は第 1の方向の直線偏光成分の光として反対側の他方の主面側に透過する。そして、第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。また、反射偏光子の他方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第 1の方向の直線偏光成分の光は第 1の方向の直線偏光成分の光として反対側の一方の主面側に透過する。そして、第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。

本発明の表示装置の他の態様では、前記第 1の偏光分離手段は、前記第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板からなることを特徴とする。

この態様によれば、偏光板は、入射した光のうち第 1の方向の直線偏光成分を第 1の方向の直線偏光成分として透過させ、第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分を吸収する。従って、偏光板を透過する光に基づいて表示を行える。

本発明の表示装置の他の態様では、前記第 2の偏光分離手段は、前記第 2の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなる。

この態様によれば、反射偏光子が、入射した光のうち第 2の方向の直線偏光成分を第 2の方向の直線偏光成分として透過させる。そして、第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分を該直交する方向の直線偏光成分として反射する。従って、当該反射偏光子を透過する光に基づいて表示を行える。

この態様では、前記反射偏光子は、複屈折性を有する第 1層と、該第 1層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第 2層とが交互に積層された積層体からなるように構成してもよいこのような構成の反射偏光子においては、反射偏光子の一方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第 2の方向の直線偏光成分の光は第 2の方向の直線偏光成分の光として反対側の他方の主面側に透過する。そして、第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。また、反射偏光子の他方の主面に対して積層方向から入射された光のうち第 2の方向の直線偏光成分の光は第 2の方向の直線偏光成分の光として反対側の一方の主面側に透過する。そして、第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光は、該直交する方向の直線偏光成分の光として反射される。

本発明の表示装置の他の態様では、前記第 2の偏光分離手段は、可視光領域のほぼ全波長範囲の光に対して、前記第 2の方向の直線偏光成分を透過させると共に前記第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する。

この態様によれば、反射型表示時に、可視光領域のほぼ全波長範囲の外光に対して、透過偏光軸可変手段における透過偏光軸の方向に応じて二つの表示状態が得られ、そのうち一方の表示状態では、透明反射または白反射による表示が得られる。他方、透過型表示時に、白色光源を用いれば、可視光領域のほぼ全波長範囲の光源光に対して、透過偏光軸可変手段における透過偏光軸の方向に応じて二つの表示状態が得られ、そのうち一方の表示状態では、透明反射または白反射による表示が得られる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記偏光板の前記透過軸と前記吸収軸とのなす角は、直角である。

この態様によれば、偏光板は、透過軸と吸収軸とのなす角が直角である既存の偏光板であり、所定角度 0 ' = 9 0度—所定角度 Sである。従って、比較的簡単な構成を用いて、反射型表示時及び透過型表示のいづれにおいても良好なコントラストと明るさとが得られる。

本発明の表示装置の他の態様では好ましくは、前記所定角度 Θは、 3 0〜 7 5 度である。

この態様によれば、反射型表示時及び透過型表示のいづれにおいてもより良好なコントラストと明るさとが得られる。

この態様では更に好ましくは、前記所定角度 0は、 4 5〜 6 0度であるように構成してもよい。このように構成すれば、反射型表示時及び透過型表示のいづれにおいても更に良好なコントラストと明るさとが得られる。

本発明の表示装置の他の態様では、前記透過偏光軸可変手段は、液晶素子からなる。即ち、当該表示装置は、液晶表示装置として構成されてもよい。

この場合更に、前記透過偏光軸可変手段が、 T N液晶素子、 S T N液晶素子または E C B (Electri cal ly Control led Bi refringence) 液晶素子であってもよい。このように構成すれば、明るい高品位の反射型表示を比較的容易に行える。なお、この S T N液晶素子には、色補償用光学異方体を用いる S T N液晶素子も含んでいる。また、 E C B液晶素子等複屈折効果をもつ液晶素子を利用すると、前記光源からの発色を変化させることが出来る。

本発明の表示装置の他の態様では、前記第 2の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に、第 2の透過偏光軸可変手段を更に備える。

この態様によれば、反射型表示時には、第 2の透過偏光軸可変手段が第 2の偏光分離手段を透過した外光の吸収を調整し、コントラストを調整することが出来る。他方、透過型表示時には、第 2の透過偏光軸可変手段が第 2の偏光分離手段を透過する光源光の強度を調整し、明るさの調整することが出来る。

この態様では、前記第 2の透過偏光軸可変手段は、液晶素子からなるように構成してもよい。

この場合更に、前記第 2の透過偏光軸可変手段が、 T N液晶素子、 S T N液晶素子または E C B (Electri cal ly Control l ed B i refringence) 液晶素子であってもよい。

この第 2の透過偏光軸可変手段を備えた態様では更に、前記第 2の透過偏光軸可変手段は、前記第 2の偏光分離手段と前記偏光板との間に配置されてもよい。このように構成すれば、反射型表示には、第 2の透過偏光軸可変手段により、第 2の偏光分離手段を透過した直線偏光の方向を偏光板の透過軸に対して変化させることで、当該直線偏光が偏光板により吸収される比率を任意に調整できる。また、透過型表示には、第 2の透過偏光軸可変手段により、偏光板を透過した直線偏光の方向を第 2の偏光分離手段の第 2の方向 (こ対して変化させることで、当該直線偏光が第 2の偏光分離手段を透過する比率を任意に調整できる。これらの結果、反射型表示時におけるコントラストの調整及び透過型表示時における明るさの調整を行うことが出来る。

本発明の表示装置の他の態様では、前記光源と前記第 1の偏光分離手段との間に、透光性の光拡散手段を更に備える。

この態様によれば、第 1の偏光分離手段側を透過し、表示光として出射される光により、鏡面状態でない（紙状の）表示を行える。尚、光拡散手段の配置としては、例えば、第 1の偏光分離手段と透過偏光軸可変手段との間であってもよいし、透過偏光軸可変手段と第 1の偏光分離手段との間であってもよい。

本発明の上記課題は、上述した本発明の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器によっても達成される。

本発明の電子機器によれば、上述の本発明の表示装置を備えているので、コントラストを所望レベルに保ちつつ明るい表示を行うことが可能な各種の電子機器を実現できる。尚、本発明の電子機器は、その用途によっては、上述した各種態様のうちいずれかの表示装置を搭載してもよい。

本発明の上記課題は、透過偏光軸可変光学素子と、該透過偏光軸可変光学素子の一方の側に配置されており、反射又は吸収により偏光分離を行う型の第 1の偏光分離器と、前記透過偏光軸可変光学素子の他方の側に配置されており、反射により偏光分離を行う型の第 2の偏光分離器と、該第 2の偏光分離器に対して前記透過偏光軸可変光学素子と反対側に配置された偏光板と、該偏光板に対して前記第 2の偏光分離器と反対側に配置されており前記透過偏光軸可変光学素子の側に光を入射する光源とを備えており、前記第 2の方向は、前記偏光板の透過軸の方向に対して所定角度 Θ (但し、 0度 < 0 < 9 0度）だけずれ且つ前記偏光板の吸収軸の方向に対して所定角度 Θ，（但し、 0度 < Θ， < 9 0度）だけずれるように前記第 2の偏光分離器と前記偏光板との相対位置が規定されている表示装置によっても達成される。

この表示装置によれば、上述したように高コントラス卜で明るい表示が得られる。

なお、以上述べた本発明の表示装置においては、単純マトリクス方式、 T F T (Thin Fi lm Transistor) や T F D (Thin F i lm D iode) 等を用いたァクティブマトリクス方式、セグメント方式など、公知のいずれの駆動方式の表示装置として構成しても、明るい反射型表示を実現できる。

また、本発明の偏光分離手段としては、前記のような反射偏光子以外にも、例えばコレステリック液晶層と（ 1 / 4 ) 人板を組み合わせたもの、ブリュース夕一の角度を利用して反射偏光と透過偏光とに分離するもの（ S 1 D 9 2 D 1 GE S T 第 42 7頁乃至第 42 9頁）、ホログラムを利用するもの、国際公開された国際出願（国際出願公開： W〇 9 5 / 27 8 1 9号及び WO 9 5/1 7 6 92号）に開示されたもの等を用いることもできる。尚、これら各種の偏光分離器は、後述の各実施例においても、同様に反射偏光子の代わりに利用することが可能である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の各実施例の表示装置に用いる偏光分離器（反射偏光子）の概略斜視図である。

図 2は、本発明の各実施例の表示装置における反射型表示時の動作原理を説明するための図である。

図 3は、本発明の各実施例の表示装置における透過型表示時の動作原理を説明するための図である。

図 4は、本発明の第 1の実施例の液晶表示装置を説明するための分解断面図である。

図 5は、本発明の第 1の実施例の液晶表示装置における、反射型表示時に所定角度 0を変化させた場合のコントラスト及び反射率の変化を示す特性図（図 5 ( a) ) 及び透過型表示時に所定角度 0を変化させた場合のコントラスト及び透過率の変化を示す特性図（図 5 (b) ) である。

図 6は、本発明の第 2の実施例に対する比較例の液晶表示装置を説明するための分解断面図である。

図 7は、本発明の第 2の実施例と比較例とにおける、コントラスト及び透過率特性を比較して示す表である。

図 8は、本発明の第 3の実施例の液晶表示装置を説明するための分解断面図である。

図 9 (a) 、（b) 及び（ c) は夫々、本発明による電子機器の実施例の斜視図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例毎に図面に基づいて説明する。

(動作原理）

まず、図 1から図 3を参照して本発明の各実施例による液晶表示装置の動作原理を説明する。

図 1は、本発明の各実施例に用いられる偏光分離器の一例たる反射偏光子（r eflective polarizer：リフレクティブ 'ポラライザ一）の概略斜視図である。尚、このような反射偏光子の基本的な構成については、特表平 9— 50698 5号公報（国際出願公報： WO/9 5Z1 7692号）及び国際出願公報： W 0/95/278 1 9号の中に開示されている。

偏光分離器 1 60は、異なる 2つの層 1 (A層）と 2 (B層）とが交互に複数層積層された構造を有している。 A層 1の X方向の屈折率（nAX) と Y方向の屈折率（nAY) とは異なる。 B層 2の X方向の屈折率（nBX) と Y方向の屈折率（nBY) とは等しい。また、 A層 1の Y方向の屈折率（nAY) と B層 2の Y 方向の屈折率（nBY) とは等しい。

従って、この偏光分離器 1 60の上面 5に垂直な方向から偏光分離器 1 6 0 に入射した光のうち Y方向の直線偏光はこの偏光分離器 1 60を透過し下面 6 から Y方向の直線偏光の光として出射する。また、逆に偏光分離器 1 60の下面 6に垂直な方向から偏光分離器 1 60に入射した光のうち Y方向の直線偏光の光はこの偏光分離器 1 60を透過し上面 5から Y方向の直線偏光の光として出射する。ここで、このように透過する方向（本例では Y方向）のことを透過軸と呼ぶ。

一方、 A層 1の Z方向における厚みを t A、 B層 2の Z方向における厚みを t Bとし、入射光の波長をえとすると、

t A · nAX+ t B · nBX= λ/ 2 ( 1 )

となるようにすることによって、波長人の光であって偏光分離器 1 60の上面 5に垂直な方向から偏光分離器 1 60に入射した光のうち X方向の直線偏光の光は、この偏光分離器 1 60によって X方向は直線偏光の光として反射される。また、波長人の光であって偏光分離器 1 60の下面 6に直線偏光の光は、この偏光分離器 1 6 0によって X方向の直線偏光の光として反射される。ここで、反射する方向（本例では X方向）のことを反射軸と呼ぶ。

そして、 A層 1の Z方向における厚み t A及び B層 2の Z方向における厚み t Bを種々変化させて、可視光の全波長範囲にわたって上記（ 1 ) が成立するようにすることにより、単一色だけでなく、白色光全部にわたって X方向の直線偏光の光を X方向の直線偏光の光として反射し、 Y方向の直線偏光の光を Y方向の直線偏光の光として透過させる偏光分離器が得られる。

尚、可視光の特定の波長範囲にわたって上記（ 1 ) が成立するようにすることにより、この特定の波長範囲の光だけが反射するようにして、白色ではなく所望色の表示を行うように構成することも可能である。

次に、以上のように構成された反射偏光子を偏光分離器として用いた表示装置における、外光を用いた反射型表示時の動作及び光源光を用いた透過型表示時の動作について図 2及び図 3を参照して説明する。図 2は、表示装置に対して外光が入射した場合について説明するための図であり、図 3は、表示装置において光源が点灯した場合について説明するための図である。なお、これらの図に示した液晶表示装置は、本発明の原理を説明するためのものであり、本発明がこれらの図に示した液晶表示装置に限定されるものでないことはいうまでもない。図 2に示すように、表示装置においては、透過偏光軸可変光学素子として T N 液晶 1 4 0を使用している。 T N液晶 1 4 0の上側には、第 1の偏光分離手段の一例として偏光板 1 3 0が設けられている。 T N素子 1 4 0の下側には、光散乱層 1 5 0、第 2の偏光分離手段の一例としての偏光分離器 1 6 0及び偏光板 1 Ί 0が、この順に設けられている。また、偏光分離器 1 6 0の下方より光を出射することの出来る光源 1 9 0が設けられている。本発明では特に、偏光分離器 1 6 0の透過軸の方向（第 2の方向）は、偏光板 1 7 0の透過軸の方向に対して所定角度 0 (但し、 0度 < 0 < 9 0度）だけずれ且つ偏光板 1 7 ◦の吸収軸の方向に対して所定角度 0，（但し、 0度 < θ， < 9 0度）だけずれるように、偏光分離器 1 6 0と偏光板 1 7 0との相対位置が規定されている。

先ず図 2を参照し、外光下での、この表示装置の左側を電圧印加部 1 1 0とし、右側を電圧無印加部 1 2 0として、反射型表示の動作原理について説明する。右側の電圧無印加部 1 2 0においては、外光として入射した自然光 1 2 1 が偏光板 1 3 0によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、 T N液晶 1 4 0によって偏光方向が 9 0 ° 捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、光拡散層 1 5 0を介して偏光分離器 1 6 0によって反射される。この反射された紙面に垂直な方向の直線偏光は、再び、光拡散層 1 5 0を介して T N液晶 1 4 0によって偏光方向が 9 0 ° 捻られて紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光板 1 3 0から紙面に平行な方向の直線偏光として出射する。このように、電圧無印加時においては、入射した光は偏光分離器 1 6 0によって吸収されるのではなく反射されるので明るい表示が得られる。なお、偏光分離器 1 6 0と T N液晶 1 4 0 との間には光散乱層 1 5 0を設けているので、偏光分離器 1 6 0からの反射光が鏡面状から白色状になると共に広い視野で見える。

左側の電圧印加部 1 1 0においては、外光として入射した自然光 1 1 1が偏光板 1 3 0によって、紙面に平行な方向の直線偏光となり、その後、 T N液晶 1 4 0を偏光方向を変えずに透過し、偏光分離器 1 6 0を紙面に平行な方向の直線偏光のまま透過する。この透過した光は、偏光分離器 1 6 0の透過軸と偏光板 1 7 0の透過軸とのずれに応じて偏光板 1 7 0により吸収される。尚、偏光板 1 7 0 を透過した光は、非点灯状態にある光源 1 9 0において吸収や散乱されるので、光源 1 9 0で反射して再び偏光板 1 7 0の透過軸の成分として偏光板 1 7 0を透過する成分は少ないか殆ど存在しない。

このように、電圧無印加部 1 2 0においては、偏光分離器 1 6 0によって反射された光が光散乱層 1 5 0によって散乱されて白色状の出射光 1 2 2 となり、電圧印加部 1 1 0においては、偏光分離器 1 6 0を透過した光は偏光板 1 7 0による吸収等により偏光分離器 1 6 0側に殆ど又は全く戻ることなく暗くなる。

次に図 3を参照し、光源光下での、この表示装置の左側を電圧印加部 1 1 0とし、右側を電圧無印加部 1 2 0 として、透過型表示の動作原理について説明する光源 1 9 ◦が点灯している時は、右側の電圧無印加部 1 2 ◦においては、光源光 1 2 5は、偏光板 1 7 ◦によりその透過軸の方向の直線偏光となり、更に、偏光分離器 1 6 0により紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光分離器 1 6 0を透過する。そして、偏光分離器 1 6 0を透過した紙面に平行な直線偏光は、 T N 液晶 1 4 0によって偏光方向が 9 0 ° 捻られて紙面に垂直な方向の直線偏光となり、偏光板 1 3 0によって吸収される。即ち、当該電圧無印加部 1 2 0は、暗くなる。

左側の電圧印加部 1 1 0においては、光源光 1 1 5は、偏光板 1 7 0によりその偏光軸の方向の直線偏光となり、更に、偏光分離器 1 6 0により紙面に平行な方向の直線偏光となり、偏光分離器 1 6 0を透過する。従って、偏光板 1 7 0の透過軸と偏光分離器 1 6 0の透過軸とのずれに応じて光源光 1 2 5は、偏光板 1 7 0及び偏光分離器 1 6 0により減衰される。そして、偏光分離器 1 6 0を透過した紙面に平行な直線偏光は、 T N液晶 1 4 0によって偏光方向は変わらずに紙面に平行な方向の直線偏光 1 1 6として透過し、偏光板 1 3 0によって吸収されずに出射される。即ち、当該電圧印加部 1 1 0は、光源光 1 1 6の色に明るくなる。

このように、電圧無印加部 1 2 0においては、偏光板 1 3 0によって吸収され暗くなり、電圧印加部 1 1 0においては、偏光板 1 3 0によって吸収されることなく明るくなる。従って、光源 1 9 0点灯下では黒地に光源色の表示が得られるなお、上記においては、 T N液晶 1 4 0を例にとって説明したが、 T N液晶 1 4 0に代えて S T N液晶や E C B (E l ectri cal ly Control led B i refringence ) 液晶等の他の透過偏光軸を電圧等によって変えられるものを用いても基本的な動作原理は同一である。

以上説明した原理に基づき動作する表示装置の各種の実施例を以下説明する

(第 1の実施例）

本発明の第 1の実施例の液晶表示装置について、図 4及び図 5を参照して説明する。図 4は、本発明の第 1の実施例の液晶表示装置を説明するための分解断面図であり、図 5は、そのコントラスト特性、透過率特性等を示す特性図である。

図 4に示すように、第 1の実施例の液晶表示装置 1 0においては、透過偏光軸可変光学素子として S T Nセル 2 0を使用している。 S T Nセル 2 0の上側には位相差フイルム 1 4及び偏光板 1 2がこの順に設けられている。 S T Nセル 2 0の下側には、光拡散板 3 0、偏光分離器 4 0及び偏光板 5 0がこの順に設けられている。また、偏光板 5 0の下方より光が入射することの出来る光源 7 0が設けられている。光源 7 0は L E D (Light Emi tting Diode) 7 1 を用い、ライトガイド 7 2にて上方に光を出射している。

偏光分離器 4 0として、図 1 を用いて説明した偏光分離器（即ち、反射偏光子 ) を使用する。

S T Nセル 2 0においては、 2枚のガラス基板 2 1、 2 2 とシール部材 2 3 とによって構成されるセル内に S T N液晶 2 6が封入されている。ガラス基板 2 1 の下面には透明電極 2 4が設けられ、ガラス基板 2 2の上面には透明電極 2 5が設けられている。透明電極 2 4、 2 5 としては、 I T〇（Indium Tin Oxide) や酸化錫等を用いることができる。位相差フィルム 1 4は、色補償用の光学異方体として用いており、 S T Nセル 2 0で発生する着色を補正するために使用している。

本実施例の液晶表示装置 1 0の動作原理は、図 2及び図 3の場合と同様となる。これにより、外光下では、電圧無印加領域において偏光分離器 4 0によって反射された光が光拡散板 3 0によって散乱されて白色状の直線偏光となって出射し、電圧印加領域において偏光分離器 4 0を透過した光は偏光板 5 0による吸収等により再び偏光分離器 4 0にはほとんど戻らずに暗くなる。従って、白地に黒の表示が得られる。また、光源 7 0点灯下では、電圧無印加領域において偏光板 1 2によって吸収され暗くなり、電圧印加領域において偏光板 1 2によって吸収されずに明るくなる。従って、光源 7 0点灯下では黒地に光源色の表示が得られる。即ち、外光下では白地に黒のポジ表示、光源 7 0点灯下では黒地に光源色のネガ表示が得られる。

ここで、反射型表示の場合、偏光分離器 4 0と偏光板 5 0 との相対位置は、偏光分離器 4 0の透過軸の方向が、偏光板 5 0の透過軸の方向に対して所定角度 0 (但し、 0度 < θ < 9 0度）だけずれるように規定されているのため、偏光分離器 4 0の透過軸の方向が偏光板 5 ◦の透過軸の方向と一致している（即ち、 Θ 0度の）場合と比較して、偏光分離器 4 0を透過した光が偏光板 5 0により遥かに大量に吸収される。従って、この吸収される分だけ、電圧印加部を暗く出来るので、コントラストが高められる。当該反射型表示における明るさについては、偏光分離器 4 0における光の吸収ではなく光の反射により偏光分離を行うと共にこの反射された直線偏光成分を表示光として利用することになるので、明るくなる。

他方、透過型表示の場合、偏光分離器 4 0と偏光板 5 0との相対位置は、偏光分離器 4 0の透過軸の方向が、偏光板 5 0の吸収軸の方向に対して所定角度 Θ '

(但し、 0度 < 0， < 9 0度）だけずれるように規定されているので、偏光分離器 4 0の透過軸の方向が偏光板 5 0の吸収軸の方向にと一致している（即ち、 Θ ' = 0度の）場合と比較して、光源光は偏光板 5 0及び偏光分離器 4 0を遥かに大量に透過する。従って、この透過する分だけ、電圧印加部を明るく出来るので、コントラストが高められると同時に明るさを高められる。

ここで、偏光板 5 0の透過軸と偏光分離器 4 0の透過軸とのなす角である所定角度 Θについて、図 5を参照して、より具体的な検討を加える。尚、本実施例の場合、偏光板 5 0における透過軸と吸収軸とのなす角度 Θ ' は、直角である。即ち、所定角度 θ ' = 9 0度一所定角度 Θであるとする。

また、この場合、 S Τ Ν液晶 2 6のッイスト角は 2 5 0度であり、液晶層の厚みは 5 . 8〃mであり、液晶の光学異方性 Δ ηは 0 . 1 3 8であり、位相差フィルム 1 4のリタデ一ション値は 5 7 0 n mであり、デューティ比は 1 / 2 4 0であるとする。

図 5 ( a ) は、表示装置 1 0における、外光時（反射型表示時）に、角度 0を変化させた場合のコントラスト及び反射率の変化を示す特性図であり、図 5 ( b ) は、光源点灯時（透過型表示時）に、角度 0を変化させた場合のコントラスト及び透過率の変化を示す特性図である。

図 5に示すように、表示装置 1 0においては、偏光分離器 4 0 と偏光板 5 0との相対位置を変えることにより、この角度 0を変えると、コントラスト及び明るさが変化する。特に、角度 Θが大きくなると、反射型表示時のコントラストが增加し、透過型表示時の透過率が減少して明るさが減少する。また、角度 Θが大きくなつても反射型表示時の反射率には変化が殆どは見られず、その明るさはほぼ一定であり、透過型表示時のコントラストは減少する。

他方、角度 0が小さくなると、反射型表示時のコントラストが減少し、透過型表示時の透過率が増加して明るさが増加する。また、角度 Θが小さくなつても反射型表示時の反射率には変化が殆どは見られず、その明るさはほぼ一定であり、透過型表示時のコントラストは増加する。

ここで本願発明者の研究によれば、一般的に反射型表示時にコントラストが良いことが望まれ、より具体的には、図 5 ( a ) の特性図上において、角度 0は 3 0〜 7 5度が好ましい。更には、図 5 ( a ) の特性図上において、角度 Θが 4 5 〜 6 0度で反射型表示時のコントラストはより良好であり、同時に、図 5 ( b ) の特性図上において、透過型表示時の透過率（即ち明るさ）も実用上問題ない良好なレベルとなる。

以上説明したように、本実施例の表示装置 1 0により、特に反射型表示においては、コントラスト並びに偏光分離器 4 0及び偏光板 5 0等に基く表示装置 1 0 における反射率（即ち、表示の明るさ）を高いレベルにでき、透過型表示においては、コントラスト並びに偏光分離器 4 0及び偏光板 5 0等に基く表示装置 1 0 における透過率（即ち、表示の明るさ）を高いレベルにできる。

(第 2の実施例）

次に、本発明の第 2の実施例の液晶表示装置について図 6及び図 7を参照して説明する。尚、図 6は、第 2の実施例に対する比較例の表示装置を説明するための分解断面図であり、図 7は、第 2の実施例と比較例とで、コントラスト特性等を比較した表である。

第 2の実施例では、上記第 1の実施例において特に、角度 0は 5 0度であり、 S T N液晶 2 6のツイスト角は 2 4 0度であり、液晶層の厚みは 6 . 5〃mであり、液晶の光学異方性 Δ ηは 0 . 1 3 3であり、位相差フィルム 1 4のリタデーシヨン値は 6 0 0 n mである。その他の構成については図 4に示した第 1の実施例の場合と同様である。

このように構成された第 2の実施例における反射時と光源点灯時の特性を調べた。比較例として、図 6に示すような表示装置を用いた。即ち、比較例では、光拡散板 3 0、偏光分離器 4 0及び偏光板 5 0の代わりに偏光板 8 0及び半透過反射板 9 0が設けられている。

1 / 2 4 0デューティ駆動した時の反射時と光源点灯時の特性を図 7の表に示す。

図 7の表より明らかなように反射時のコントラストは同等だが、反射率は 6 5 %アップする。一方、光源点灯時では透過率はあまり変わらないが、コントラストは 1 5 %アップする。これはドット間が比較例では明るいのに対し、実施例は暗くなるためコントラストが増すことによる。

(第 3の実施例）

本発明の第 3の実施例の液晶表示装置について、図 8を参照して説明する。図 8は、本発明の第 3の実施例の液晶表示装置を説明するための分解断面図である。

第 3の実施例では、上記第 1の実施例において、偏光分離器 4 0と偏光板 5 0 の間に、 T N液晶セル 1 0 2 0が設けられている。その他の構成については図 4 に示した第 1の実施例の場合と同様である。

図 8に示すように、 T Nセル 1 0 2 0においては、 2枚のガラス基板 1 0 2 1 、 1 0 2 2とシール部材 1 0 2 3とによって構成されるセル内に T N液晶 1 0 2 6が封入されている。ガラス基板 1 0 2 1の下面には透明電極 1 0 2 4が設けられ、ガラス基板 1 0 2 2の上面には透明電極 1 0 2 5が設けられている。透明電極 1 0 2 4と透明電極 1 0 2 5の間に電圧が印加出来るようになつている。

透明電極 1 0 2 4と透明電極 1 0 2 5の間の印加電圧を制御することにより、反射時のコントラスト、透過時の明るさを自由に設定できる。

(第 4の実施例）

第 4の実施例では、上記第 3の実施例において、 T N液晶セル 1 0 2 0の代わりに E C B液晶セルが設けられている。透明電極 1 0 2 4と透明電極 1 0 2 5の間の印加電圧を制御することにより、透過時の外観色をいろいろ変化させることが出来た。

また、透明電極 1 0 2 4と透明電極 1 0 2 5をドットマトリックスにすることにより、更に情報量の多い表示ができる。

尚、以上説明した第 1から第 4の実施例において、偏光板 1 2 (図 2及び図 3 における偏光分離器 1 3 0 ) を、偏光分離器 4 0 と同じく図 1 に示した如き反射偏光子から構成してもよい。また、偏光分離器として可視光の全波長範囲にわたつて反射する型の反射偏光子を用いて白色表示を行うだけでなく、偏光分離器として特定の波長範囲の光だけが反射する型の反射偏光子を用いて所望色の表示を行うようにしてもよい。

(第 5の実施例）

第 5の実施例は、以上説明した各実施例のような液晶表示装置を搭載した電子機器からなる。

即ち、各実施例のような液晶表示装置を、例えば図 9 ( a ) に示すような携帯電話 3 0 0 0の表示部 3 0 0 1 に適用すれば、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラス卜の反射型表示を行う省エネルギ型の携帯電話を実現できるまた、図 9 ( b ) に示すような腕時計 3 1 0 0の表示部 3 1 0 1 に適用すれば

、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラストの反射型表示を行う省エネルギ型の腕時計を実現できる。

更に、図 9 ( c ) に示すようなパーソナルコンピュータ（或いは、情報端末） 3 2 0 0の表示画面 3 2 0 1に適用すれば、日向でも、日陰でも、室内でも、明るく高コントラストの反射型表示を行う省エネルギ型のパーソナルコンピュー夕を実現できる。

以上図 9に示した電子機器の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモ二夕直視型のビデオテープレコーダ、力一ナビゲーシヨン装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、エンジニアリング . ワークステーション（E W S ) 、テレビ電話、 P O S端末、タツチパネルを備えた装置等などの電子機器にも、本実施例の液晶表示装置を適用可能である。産業上の利用可能性

本発明に係る表示装置は、液晶装置を透過偏光軸可変手段として用いて、高コントラストで明るい反射型及び透過型両用の表示装置として利用可能であり、更に、液晶装置以外の透過偏光軸可変手段を用いた表示装置として利用可能である ° ^99/05562 PC謂賺 82

。また、本発明に係る電子機器は、このような表示装置を用いて構成され、高コントラストで明るい反射型表示及び透過型表示を行える省エネルギ型の電子機器等として利用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 透過偏光軸を可変な透過偏光軸可変手段と、

該透過偏光軸可変手段の一方の側に配置されており第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第 1の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射又は吸収する第 1の偏光分離手段と、

前記透過偏光軸可変手段の他方の側に配置されており第 2の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に該第 2の方向とは異なる所定方向の直線偏光成分の光を反射する第 2の偏光分離手段と、

該第 2の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に配置された偏光板と、

該偏光板に対して前記第 2の偏光分離手段と反対側に配置されており前記透過偏光軸可変手段の側に光を入射する光源と

を備えており、

前記第 2の方向は、前記偏光板の透過軸の方向に対して所定角度 S (但し、 0 度 < θ < 9 0度）だけずれ且つ前記偏光板の吸収軸の方向に対して所定角度 0 '

(但し、 0度 < θ ' < 9 0度）だけずれるように前記第 2の偏光分離手段と前記偏光板との相対位置が規定されていることを特徴とする表示装置。

2 . 前記第 1の偏光分離手段は、前記第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

3 . 前記反射偏光子は、複屈折性を有する第 1層と、該第 1層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第 2層とが交互に積層された積層体からなることを特徴とする請求項 2に記載の表示装置。

. 前記第 1の偏光分離手段は、前記第 1の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 1の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を吸収する偏光板からなることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

5 . 前記第 2の偏光分離手段は、前記第 2の方向の直線偏光成分の光を透過させると共に前記第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射する反射偏光子からなることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

6. 前記反射偏光子は、複屈折性を有する第 1層と、該第 1層の複数の屈折率のうちのいずれか一つに実質的に等しい屈折率を有すると共に複屈折性を有しない第 2層とが交互に積層された積層体からなることを特徴とする請求項 5に記載の表示装置。

7. 前記第 2の偏光分離手段は、可視光領域のほぼ全波長範囲の光に対して、前記第 2の方向の直線偏光成分を透過させると共に前記第 2の方向と直交する方向の直線偏光成分の光を反射することを特徴とする請求項 1記載の表示装置。

8. 前記偏光板の前記透過軸と前記吸収軸とのなす角は、直角であることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

9. 前記所定角度 0は、 30〜 7 5度であることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

1 0. 前記所定角度 0は、 4 5〜6 0度であることを特徴とする請求項 9に記載の表示装置。

1 1. 前記透過偏光軸可変手段は、液晶素子からなることを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

1 2. 前記透過偏光軸可変手段は、 TN液晶素子、 S TN液晶素子または E C B液晶素子からなることを特徴とする請求項 1 1に記載の表示装置。

1 3. 前記第 2の偏光分離手段に対して前記透過偏光軸可変手段と反対側に、第 2の透過偏光軸可変手段を更に備えたことを特徴とする請求項 1に記載の表示

1 4. 前記第 2の透過偏光軸可変手段は、液晶素子からなることを特徴とする請求項 1 3に記載の表示装置。

1 5. 前記第 2の透過偏光軸可変手段が、 TN液晶素子、 S TN液晶素子または E CB液晶素子からなることを特徴とする請求項 1 4に記載の表示装置。

1 6. 前記第 2の透過偏光軸可変手段は、前記第 2の偏光分離手段と前記偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項 1 3に記載の表示装置。

1 7. 前記光源と前記第 1の偏光分離手段との間に、透光性の光拡散手段を更に備えたことを特徴とする請求項 1に記載の表示装置。

1 8 . 請求項 1に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

1 9 . 透過偏光軸可変光学素子と、

該透過偏光軸可変光学素子の一方の側に配置されており、反射又は吸収により偏光分離を行う型の第 1の偏光分離器と、

前記透過偏光軸可変光学素子の他方の側に配置されており、反射により偏光分離を行う型の第 2の偏光分離器と、

該第 2の偏光分離器に対して前記透過偏光軸可変光学素子と反対側に配置された偏光板と、

該偏光板に対して前記第 2の偏光分離器と反対側に配置されており前記透過偏光軸可変光学素子の側に光を入射する光源と

を備えており、

前記第 2の方向は、前記偏光板の透過軸の方向に対して所定角度 Θ (但し、 0 度 < 0 < 9 0度）だけずれ且つ前記偏光板の吸収軸の方向に対して所定角度 0 '

(但し、 0度 < θ ' < 9 0度）だけずれるように前記第 2の偏光分離器と前記偏光板との相対位置が規定されていることを特徴とする表示装置。