JP3899717B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置においては、液晶セルの構造がＴＮ型液晶素子に比べて簡単で、製造上のトラブルも少なく、しかも偏光板を用いずに光の利用率を高めたものとして、高分子中に液晶分子を分散させた液晶層を一対の透明な電極基板間に封入した高分子分散型の液晶表示素子などの散乱透過型液晶表示素子が開発されている。
この高分子分散型液晶素子は、一対の透明な電極基板間に電圧を印加しない電界非印加時に液晶層中で液晶分子がランダムに配向して散乱状態を呈し、電界印加時に液晶層中で液晶分子が電界方向に整列して透過状態を呈する。
【０００３】
この液晶表示装置で白黒表示を行う場合には、高分子分散型の液晶セルの裏面側に黒色の光吸収板、または散乱型の反射板、あるいは鏡面型の反射板などの光学素子を配置している。そして、液晶セルの電極基板間に電圧が印加されない電界非印加時には、液晶セルが散乱状態を呈するので、その散乱光を観察することにより、白表示となる。また、液晶セルの対向電極間に電圧を印加した電界印加時には、電界が印加された個所の液晶セルが透過状態を呈するので、液晶セルの裏面側に配置された光学素子が直視されて黒く見え、あるいは弱い反射光を観察するか、もしくは反射光を観察しないようにすることにより電界が印加された個所が黒表示となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液晶表示装置において、最も暗い黒表示を得るために、光学素子として黒色の光吸収板を用いると、黒表示は確保できるが、明るい白表示が得られないという問題がある。これは、液晶層の散乱状態による液晶セルに入射した光の進行方向に対して反対側に向かう後方散乱光と、液晶セルに入射した光の進行方向側に向かう前方散乱光とのうち、この前方散乱光が光吸収層に吸収されてしまうためである。
また、光学素子として散乱型の反射板を用いた液晶表示装置では、電界印加時に液晶セルを透過した光が散乱型の反射板で散乱され、この散乱光の一部が再び液晶セルを透過して観察されるため、十分な黒表示が確保できないという問題がある。
さらに、光学素子として鏡面型の反射板を用いた液晶表示装置では、特定の観測条件下では高コントラストが得られるが、反射板の鏡面性により観測者自身の映り込みが生じたり、黒表示にギラツキが生じたり、また視角範囲が狭いなどの問題がある。
【０００５】
この発明の課題は、明るい白表示および暗い黒表示が確保でき、かつ広い視角範囲が得られるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、印加される電界に応じて、散乱状態と透過状態に制御される散乱透過型の液晶素子と、
この液晶素子の光出射側に配置され、その光入射面に配列形成された複数のプリズムからなり、所定の角度範囲で入射した光を透過し、前記所定の角度範囲以外の角度で入射した光を反射する透過反射層と、
前記透過反射層と空気層を介在させて配置され、前記透過反射層を透過した光を吸収する光吸収層と、
前記光吸収層の光が入射する面に設けられた低反射膜と、
を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、液晶素子が散乱状態を呈するときには、液晶素子に入射した光の進行方向に対して反対側に向かう後方散乱光に加えて、液晶素子に入射した光の進行方向側に向かう前方散乱光のうちの透過反射層を透過して光吸収層に吸収される一部の散乱光を除く、大部分の散乱光が透過反射層のプリズムで反射されて観察者側に出射するので、白表示が明るくなり、白紙のように白い所謂ペーパーホワイトの白表示が得られる。また、液晶素子が透過状態を呈するときには、液晶素子に入射した光が液晶素子を透過して透過反射層に向けて出射され、その液晶素子の正面から所定の角度範囲で入射した光がプリズムの透過反射層を透過して光吸収層に吸収され、前記所定の角度範囲以外の範囲で入射する光はプリズムで反射されるものの、液晶素子の法線から大きく傾いた方向から入射される光の強度は弱いので、十分に暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保できる。さらに、前記光吸収層の光が入射する面に低反射膜を設けることにより、光吸収層の光が入射する面での反射光を低減させることができ、黒表示を暗くしてコントラストを高くすることができる。
【０００７】
この場合、請求項２に記載のごとく、透過反射層として断面三角形のリニアプリズムを複数配列したプリズムシートを用いることにより、上下または左右の２つの方向に対して予め定めた視野角の範囲を透過させて光吸収層に吸収させ、視野角以外の入射光を散乱させて観察者側に出射させるので、明るくかつコントラストの高い反射型の表示が得られる。
また、請求項３に記載のごとく、透過反射層は断面三角形状のリニアプリズムが複数配列された複数のプリズムシートを備え、これらプリズムシートがその各プリズムシートごとにリニアプリズムを交差させた状態で積層されていることにより、上下、左右の４方位から入射する光を有効に利用することができ、さらに明るい白表示が得られる。
さらに、請求項４に記載のごとく、透過反射層を、多角錐、または円錐、もしくは楕円錐の突起形状のプリズムを縦横に密接して配列させてなるプリズムシートで形成することにより、上下、左右の全方位から入射する光を有効に利用することができ、さらに明るい白表示が得られる。
【０００８】
この液晶表示装置において、プリズムは、前記液晶素子の光出射側の面に対向する少なくとも１つの頂角を有し、液晶素子に所定の角度範囲で入射した光を透過し、前記所定の角度範囲以外の角度で入射した光を反射するように、屈折率と頂角が設定される。この場合、液晶素子に入射する光を透過させる前記所定の角度範囲は、液晶素子の法線に対して３０°〜５０°で、前記プリズムの屈折率が１．４乃至１．６で、前記頂角は３０°乃至１３０°の範囲に設定されるのが望ましい。特にプリズムの屈折率が１．４のとき前記頂角が３０°〜１１０°、プリズムの屈折率が１．５のとき前記頂角が６０°〜１２０°、プリズムの屈折率が１．６のとき前記頂角が８０°〜１３０°の範囲にそれぞれ設定するのが好ましい。
また、請求項７に記載のごとく、透過反射層の光出射面に該透過反射層と異なる屈折率の光学層を設けることにより、透過反射層を透過し、または反射される入射光の入射範囲つまり前記所定の角度範囲（視野角）の設定が容易になる。
さらに、請求項８に記載のごとく、カラーフィルタを備えることにより、コントラストが高い反射型のカラー表示が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［第１参考例］
以下、図１〜図６を参照して、第１参考例について説明する。
図１は液晶表示装置の断面図であり、図２（ａ）および図２（ｂ）はその液晶セルの動作原理を説明する要部の拡大断面図である。
この液晶表示装置１は、図１に示すように、高分子分散型の液晶セル（液晶素子）２と、この液晶セル２の光出射側に配置された吸収反射板３とを備えている。
液晶セル２は、上下一対の透明なガラス基板４、５間に液晶層６をシール材７で封止した構成になっている。この場合、上下一対のガラス基板４、５の対向面のうち、上側のガラス基板４の対向面（図１では下面）には、ＩＴＯなどの透明電極８が配列形成されており、下側のガラス基板５の対向面（同図では上面）には、ＩＴＯなどの透明電極９が上側の透明電極８と直交して配列形成されている。また、液晶層６は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、高分子１０中に液晶分子１１を分散させた高分子分散液晶型（ＰＤ−ＬＣ）からなっている。
【００１０】
この高分子分散型の液晶セル２では、一対のガラス基板４、５の透明電極８、９間に電圧を印加しない電界非印加時に液晶層６の液晶分子１１がランダムに配向して散乱状態を呈し、一対のガラス基板４、５の透明電極８、９間に電圧を印加した電界印加時に液晶層６の液晶分子１１が電界方向に整列して透過状態を呈する。なお、この液晶セル２では、上側のガラス基板４の透明電極８と下側のガラス基板５の透明電極９とが液晶層６を挾んで交差する対向領域が１画素に相当し、この画素がマトリックス状に配列形成されている。
【００１１】
一方、吸収反射板３は、図１に示すように、透過反射層１２、空気層（光学層）１３、および黒色フィルムの光吸収層１４を上から順に積層した構成で、これらがその順で液晶セル２の裏面（図１では下側）に配置されている。
透過反射層１２は、図３に示すように、液晶セル２に対向する上面に断面２等辺三角形状のリニアプリズム１５が所定の間隔つまり液晶セル２の画素ピッチよりも小さい間隔で多数配列形成されたプリズムシートであり、これらリニアプリズム１５によって視角範囲内（正面近傍）の入射光を透過し、これ以外の入射光を反射するように構成されている。すなわち、リニアプリズム１５は、図４に示す理想的な吸収反射特性が得られるように、視角範囲（０〜±４０°）の入射光を透過し、これ以外の入射角度で入射した入射光を空気層１３に出射させずに反射させる。
【００１２】
入射光が透過反射層１２を透過する入射角（液晶セル２の法線に対する傾き角度）の範囲と、入射光が透過反射層１２により反射される入射角との境界の角度を臨界角度とし、この臨界角について、図５を参照して説明する。
図５に示された断面２等辺三角形状のリニアプリズム１５の上面側の一面に入射する光線が液晶セルの法線となす角を入射角θ１、その屈折角をθ２とし、この入射した光線がリニアプリズム１５の底面から空気層１３に出射するときの法線となす角を出射角θ３、その屈折角をθ４とする。また、リニアプリズム１５の屈折率をｎとし、頂角θｔ近傍におけるリニアプリズム１５の上面側の一面と底面との交差角に相当する角度をθｐとする。
この条件で、θｐ、θ２、θ３の幾何学的関係は、
（９０°−θｐ）＋θ２＋θ３＝９０°
θ２＝θｐ−θ３ ・・・・・・・・（１）
であり、θｐ、θｃｐ、θ１の幾何学的関係は、
（９０°−θｐ）＋θｃｐ＋θ１＝９０°
θｃｐ＝θｐ−θ１ ・・・・・・・・（２）
である。
【００１３】
また、屈折の法則により、θ１、θ２の関係は、
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎθ２
θ１＝ａｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎθ２） ・・・・・・・・（３）
が成立し、θ３、θ４の関係は、
ｎ・ｓｉｎθ３＝ｓｉｎθ４＝１ （θ４＝９０°）
ｓｉｎθ３＝１／ｎ
θ３＝ａｓｉｎ（１／ｎ） ・・・・・・・・（４）
が成立する。
これらの式から理論的な臨界角θｃｐは、
θｃｐ＝θｐ−ａｓｉｎ｛ｎ・ｓｉｎ［θｐ−ａｓｉｎ（１／ｎ）］｝
・・・・・・・・（５）
で表される。
【００１４】
この臨界角は、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、透過反射層１２の材料の屈折率ｎによっても変化する。また、臨界角が大きいと透過反射層１２の透過成分が多くなり、黒表示が得られる視角範囲は広がるが、反射成分が少なくなるため白表示が暗くなる。臨界角が小さいと逆の傾向を示し、視角範囲が狭くなり、十分な黒表示が得られない。このため、臨界角は、視角範囲と明るさの両方を考慮して適正に設定する必要があり、これに基づいてリニアプリズム１５の屈折率ｎと頂角θｔを適正に設定すれば良い。例えば、図６（ａ）に示す屈折率ｎが１．４のリニアプリズム１５では、臨界角が３０°〜５０°の範囲で、頂角が３０°〜１１０°の範囲が好ましい。また、図６（ｂ）に示す屈折率ｎが１．５のリニアプリズム１５では、臨界角が３０°〜５０°の範囲で、頂角が６０°〜１２０°の範囲が好ましい。さらに、図６（ｃ）に示す屈折率ｎが１．６のリニアプリズム１５では、臨界角が３０°〜５０°の範囲で、頂角が８０°〜１３０°の範囲が好ましい。
【００１５】
次に、このような液晶表示装置１の作用について説明する。まず、液晶セル２の上下一対のガラス基板４、５の透明電極８、９間に電圧を印加しない電界非印加時には、図２（ａ）に示すように、液晶セル２の液晶層６中の液晶分子１１がランダムに配向されて散乱状態を呈する。このときには、液晶セル２に入射した光が液晶層６中で散乱され、液晶セル２に入射した光の進行方向に対して反対側に向かう後方散乱光と、液晶セル２に入射した光の進行方向側に向かう前方散乱光とのうち、透過反射層１２を透過して空気層１３を介して光吸収層１４に吸収される一部の散乱光を除く多くの前方散乱光が透過反射層１２のリニアプリズム１５の上面側の２面および底面で反射されて透過反射層１２から観察者側に出射されるので、白紙のように白い所謂ペーパーホワイトの明るい白表示が得られる。
【００１６】
また、液晶セル２の上下一対のガラス基板４、５の透明電極８、９間に電圧を印加した電界印加時には、図２（ｂ）に示すように、液晶セル２の液晶層６中の液晶分子１１が電界方向に整列されて透過状態を呈する。このときには、液晶セル２に入射した光が液晶セル２を透過して透過反射層１２に向けて出射される。この出射光のうち、一部の出射光つまりリニアプリズム１５の臨界角よりも大きい角度でリニアプリズム１５に入射する入射光は、リニアプリズム１５の上面側の２面および底面で反射されて透過反射層１２から観察者側に出射されるが、この入射光は液晶セル２に対して大きく傾いた角度で入射する光であるからその光強度は弱く、残りの出射光つまり臨界角よりも小さい角度でリニアプリズム１５に入射する入射光は、リニアプリズム１５の上面側の２面から入射し、この入射光が透過反射層１２を透過して空気層１３に出射され、リニアプリズム１５の背面に配置された光吸収層１４に吸収される。このため、暗い黒表示となり、リニアプリズム１５の臨界角の範囲内で暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保できる。
【００１７】
ここで、この第１参考例の液晶表示装置１と透過反射層１２を用いない従来の液晶表示装置との明るさおよびコントラストを比較する。なお、この第１参考例の液晶表示装置１では、リニアプリズム１５の頂角が１００°で、屈折率ｎが１．５の透過反射層１２を使用した。また、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
従来の液晶表示装置の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝29.5％、 黒表示＝ 5.3％、 コントラスト＝5.6
斜め方向、 白表示＝31.2％、 黒表示＝10.1％、 コントラスト＝3.1
この第１参考例の液晶表示装置１の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.6％、 黒表示＝ 7.7％、 コントラスト＝5.2
斜め方向、 白表示＝40.2％、 黒表示＝23.9％、 コントラスト＝1.7
この結果、第１参考例の液晶表示装置１は、白表示が３０％以上明るくなり、コントラストの劣化も少ない。
【００１８】
なお、上記第１参考例では、透過反射層１２の下面に空気層１３を設けた構成になっているが、これに限らず、例えば、図７および図８に示す第２参考例のように、透過反射層１２の下面に空気層１３に代えて光学層として屈折層１６を設けても良く、またこの屈折層１６の下側に空気層１３を設けても良い。この屈折層１６の屈折率は、透過反射層１２の屈折率よりも低くても良く、逆に高くても良い。
このような透過反射層１２のリニアプリズム１５の臨界角について、図８を参照して説明する。この図８に示された第２参考例は、図５に示された第１参考例のリニアプリズム１５の下面に屈折層１６を設けたものであるから、この屈折層１６での全反射を考慮するだけで良い。従って、この第２参考例では、リニアプリズム１５の底面から屈折層１６に入射した光線が空気層１３に入射するときの法線となす角を入射角θ４、その屈折角をθ５とし、リニアプリズム１５の屈折率をｎ１、屈折層１６の屈折率をｎ２とする。
【００１９】
この条件では、第１参考例の式（４）以降が異なり、屈折の法則により、θ３、θ４の関係は、
ｎ１・ｓｉｎθ３＝ｎ２・ｓｉｎθ４
ｓｉｎθ３＝（ｎ２／ｎ１）ｓｉｎθ４
θ３＝ａｓｉｎ｛（ｎ２／ｎ１）ｓｉｎθ４｝ ・・・・・・・・（６）
となる。また、θ４、θ５の関係は、
ｎ２・ｓｉｎθ４＝ｓｉｎθ５＝１ （θ５＝９０°）
ｓｉｎθ４＝（１／ｎ２）
θ４＝ａｓｉｎ（１／ｎ２） ・・・・・・・・（７）
となる。これらの式および第２参考例の式（１）〜式（３）により、理論的な臨界角θｃｐは、
θｃｐ＝θｐ−ａｓｉｎ｛ｎ１・ｓｉｎ［θｐ−ａｓｉｎ｛（ｎ２／ｎ１）
・ｓｉｎ［ａｓｉｎ（１／ｎ２）］｝］｝ ・・・・・・・・（８）
で表される。この結果、屈折層１６を設けることにより、臨界角を変えることができ、これに伴って視角範囲も変えることができる。
【００２０】
また、上記第２参考例では、屈折層１６が１層構造であるが、これに限らず、例えば、図９に示す第３参考例のように、第１屈折層１７と第２屈折層１８を積層した２層構造にしても良い。この場合には、透過反射層１２の屈折率ｎ１と、第１屈折層１７の屈折率ｎ２と、第２屈折層１８の屈折率ｎ３とがすべて異なっていても良く（ｎ１≠ｎ２≠ｎ３）、また透過反射層１２の屈折率ｎ１と第１屈折層１７の屈折率ｎ２とが等しく、第２屈折層１８の屈折率ｎ３のみが異なっていても良い（ｎ１＝ｎ２≠ｎ３）。このようにしても、第１変形例と同様、臨界角を変えることができ、これに伴って視角範囲も変えることができる。なおまた、上記第１参考例およびその各変形例では、透過反射層１２のリニアプリズム１５の各角部が尖った形状に形成されているが、これに限らず、例えば図７および図９に点線で示すように、頂角θｔおよび底角θｂを円弧状に丸みをもたせた形状に形成しても良く、また断面三角形である必要はなく、断面台形状に形成しても良い。
【００２１】
［第４参考例］
次に、図１０および図１１R>１を参照して、この発明の液晶表示装置の第４参考例について説明する。なお、図１〜図６に示された第１参考例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この液晶表示装置６０は、透過反射層６１が第１参考例と異なり、これ以外は第１参考例と同じ構成になっている。すなわち、この透過反射層６１は、図１０に示すように、第１プリズムシート６２、第１空気層（光学層）６３、第２プリズムシート６４、および第２空気層６５を上から順に積層した構成で、これらが液晶セル２の裏面側（図１０では下面側）に配置されている。なお、透過反射層６１の裏面側（同図では下面側）には、第１参考例と同じ、黒色フィルムの光吸収層１４が配置されている。
【００２２】
第1、第２プリズムシート６２、６４は、第１参考例の透過反射層１２と同様、その各上面に断面２等辺三角形状のリニアプリズム１５が所定間隔、つまり液晶セル２の画素ピッチよりも小さい間隔（例えば０．３ｍｍ以下）で多数配列形成された各プリズムシートである。この場合、第１プリズムシート６２は、図１１に示すように、その各リニアプリズム１５が列方向（同図を真上から見て上下方向）に配列されており、第２プリズムシート６４は、その各リニアプリズム１５が行方向（同図を真上から見て左右方向）に配列されている。これにより、第１、第２プリズムシート６２、６４は、その各プリズムシート６２、６４ごとに各リニアプリズム１５が直交した状態で上下に積層されている。これら第１、第２プリズムシート６２、６４の各リニアプリズム１５は、第１参考例の図４に示す理想的な吸収反射特性が得られるように、視角範囲（０〜±４０°）の入射光を透過し、これ以外の入射角度で入射した光を各空気層６３、６５に出射させずに反射させるように、第１参考例とまったく同じ構成になっている。
【００２３】
このような液晶表示装置６０では、第１参考例と同様、電界非印加時に液晶セル２が散乱状態を呈するときに、液晶セル２に入射した光が液晶層６中で散乱された後方散乱光と前方散乱光のうち、第１プリズムシート６２を透過し第１空気層６３を介して第２プリズムシート６４に入射し、この第２プリズムシート６４を透過して第２空気層６５を介して光吸収層１４に吸収される一部の散乱光を除く多くの前方散乱光が第１、第２プリズムシート６２、６４の各リニアプリズム１５の上面側の各２面および各底面で反射されて透過反射層６１から観察者側に出射されるので、第１参考例のものよりも、明るい白表示が得られる。
【００２４】
また、電界印加時に液晶セル２が透過状態を呈するときには、液晶セル２に入射した光が液晶セル２を透過して透過反射層６１に向けて出射される。この出射光のうち、一部の出射光つまり第１プリズムシート６２のリニアプリズム１５の臨界角よりも大きい角度でリニアプリズム１５に入射する入射光は、リニアプリズム１５の上面側の２面および底面で列方向（図１１を真上から見て上下方向）に反射されて透過反射層６１から観察者側に出射される。また、第１プリズムシート６２を透過して第２プリズムシート６４に向けて出射される光のうち、一部の出射光つまり第２プリズムシート６４のリニアプリズム１５の臨界角よりも大きい角度でリニアプリズム１５に入射する入射光は、リニアプリズム１５の上面側の２面および底面で行方向（図１１を真上から見て左右方向）に反射されて透過反射層６１から観察者側に出射される。これら観察者側に出射されるように、透過反射層６１に入射する光は、液晶セル２に対して大きく傾いた角度で入射する光であるからその光強度は弱い。
【００２５】
一方、残りの出射光つまり第１、第２プリズムシート６２、６４の各リニアプリズム１５の臨界角よりも小さい角度で入射する入射光は、第１プリズムシート６２の各リニアプリズム１５の上面側の２面から入射し、この入射光が第１プリズムシート６２および第１空気層６３を透過して第２プリズムシート６４に入射し、この入射光が第２プリズムシート６４および第２空気層６５を透過して出射され、第２プリズムシート６４の背面に第２空気層６５を介して配置された光吸収層１４に吸収される。このため、第１参考例と同様に暗い黒表示となり、各リニアプリズム１５の臨界角の範囲内で暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保できる。
【００２６】
ここで、この第４参考例の液晶表示装置６０と第１参考例の液晶表示装置１との明るさおよびコントラストを比較する。この場合、なお、両者とも、リニアプリズム１５の頂角が１００°で、屈折率ｎが１．５であり、また光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、斜め方向（正面から４０°方向）から観測した。
第１参考例の液晶表示装置１の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.6％、 黒表示＝ 7.7％、 コントラスト＝5.2
斜め方向、 白表示＝40.2％、 黒表示＝23.9％、 コントラスト＝1.7
この第４参考例の液晶表示装置６０の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝45.0％、 黒表示＝12.2％、 コントラスト＝3.7
斜め方向、 白表示＝45.3％、 黒表示＝31.2％、 コントラスト＝1.5
この結果、第４参考例の液晶表示装置６０は、黒表示およびコントラスト特性の幾分かの劣化は見られるものの、白表示が４５％と明るくなり、良好なパーパーホワイトの白表示が得られる。
【００２７】
なお、上記第４参考例でも、第１、第２プリズムシート６２、６４の各下面にそれぞれ第１、第２空気層６３、６５を設けたが、これに限らず、例えば、図７および図８に示した第２参考例のように、第１、第２プリズムシート６２、６４の各下面に第１、第２空気層６３、６５に代えて光学層として第１、第２屈折層１６をそれぞれ設けても良く、またこれら屈折層１６の下側に各空気層６３、６５を設けても良い。この場合、各屈折層１６の屈折率は、第１、第２プリズムシート６２、６３の屈折率よりも低くても良く、逆に高くても良い。また、第１、第２プリズムシート６２、６４の各リニアプリズム１５の臨界角は、第２参考例と同じ理論式つまり式（８）で表される。このため、これら屈折層１６をそれぞれ設けることにより、第２参考例と同様、臨界角を変えることができ、これに伴って視角範囲も変えることができる。
【００２８】
また、上記第２参考例及び第３参考例に限らず、例えば、図９に示した第３参考例のように、第１屈折層１７と第２屈折層１８を積層した２層構造にしても良い。この場合にも、第１、第２プリズムシート６２、６４の各屈折率ｎ１と、第１屈折層１７の屈折率ｎ２と、第２屈折層１８の屈折率ｎ３とがすべて異なっていても良く（ｎ１≠ｎ２≠ｎ３）、また第１、第２プリズムシート６２、６４の各屈折率ｎ１と第１屈折層１７の屈折率ｎ２とが等しく、第２屈折層１８の屈折率ｎ３のみが異なっていても良い（ｎ１＝ｎ２≠ｎ３）。また、第１、第２プリズムシート６２、６４は、それぞれ屈折率が異なっていても良い。
さらに、上記第２参考例乃至第４参考例では、透過反射層６１が第１、第２プリズムシート６２、６４をその各プリズムシート６２、６４ごとに各リニアプリズム１５を直交させた状態で積層した構成であるが、必ずしも第１、第２プリズムシート６２、６４の各リニアプリズム１５を直交させた状態で第１、第２プリズムシート６２、６４を積層させる必要はなく、所定の角度で交差するように積層させても良く、また必ずしも第１、第２プリズムシート６２、６４を積層させた２層構造である必要はなく、プリズムシートを３枚以上積層させた多層構造でも良い。
【００２９】
［第５参考例］
次に、図１２および図１３を参照して、第５参考例について説明する。この場合にも、図１〜図６に示された第１参考例と同一部分は同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示装置２０は、透過反射層２１の上面に四角錐プリズム２２を縦横に密接させて配列形成した構成になっており、これ以外は第１参考例と同じ構成になっている。この透過反射層２１は、液晶セル２に対向する上面に四角錐プリズム２２が所定の間隔つまり液晶セル２の画素ピッチよりも小さい間隔で縦横にマトリックス状に配列形成されたプリズムシートであり、これら四角錐プリズム２２によって視角範囲内（正面近傍）の入射光を透過し、これ以外の入射光を反射するように構成されている。すなわち、四角錐プリズム２２は、第１参考例の図４に示された理想的な吸収反射特性が得られるように、視角範囲（０〜±４０°）の入射光を透過し、これ以外の入射光を空気層１３に出射させずに反射させるために、その臨界角が４０°となるように頂角が設定されている。
【００３０】
この四角錐プリズム２２は、図１３に示すように、正四角錐で、互いに対向する面同士の２つの頂角が同じ角度に形成されており、互いに隣接する２つの面について、臨界角が等しくなるように頂角の角度が設定されている。これら２つの臨界角は、第１参考例と同じ理論式つまり式（５）が成立し、第１参考例の図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、透過反射層２１の材料の屈折率ｎによっても変化する。また、臨界角が大きいと透過反射層２１の透過成分が多くなり、黒表示が得られる視角範囲は広がるが、反射成分が少なくなるため白表示が暗くなる。臨界角が小さいと逆の傾向を示し、視角範囲が狭くなり、十分な黒表示が得られなくなる。このため、臨界角は、視角範囲と明るさの両方を考慮して適正に設定する必要があり、これに基づいて四角錐プリズム２２の屈折率ｎと頂角が第１参考例と同様に設定されている。
【００３１】
このような液晶表示装置２０では、第１参考例と同様、電界非印加時に液晶セル２が散乱状態を呈するときに、液晶セル２に入射した光が液晶層６中で散乱された後方散乱光と前方散乱光のうち、透過反射層２１を透過して空気層１３を介して光吸収層１４に吸収される一部の散乱光を除く多くの前方散乱光が透過反射層２１の四角錐プリズム２２の上面側の４面および底面で反射されて透過反射層２１から観察者側に出射されるので、第１参考例のものよりも、明るい白表示が得られる。
【００３２】
また、電界印加時に液晶セル２が透過状態を呈するときには、液晶セル２に入射した光が液晶セル２を透過して透過反射層２１に向けて出射される。この出射光のうち、一部の出射光つまり四角錐プリズム２２の臨界角よりも大きい角度で四角錐プリズム２２に入射する入射光は、四角錐プリズム２２の上面側の４面および底面で反射されて透過反射層２１から観察者側に出射されるが、この入射光は液晶セル２に対して大きく傾いた角度で入射する光であるからその光強度は弱い。
一方、残りの出射光つまり臨界角よりも小さい角度で四角錐プリズム２２に入射する入射光は、四角錐プリズム２２の上面側の４面から入射し、この入射光が透過反射層２１を透過して空気層１３に出射され、四角錐プリズム２２の背面に配置された光吸収層１４に吸収される。このため、第１参考例と同様に暗い黒表示となり、四角錐プリズム２２の臨界角の範囲内で暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保できる。
【００３３】
ここで、この第５参考例の四角錐プリズム２２を用いた液晶表示装置２０と、第１参考例のリニアプリズム１５を用いた液晶表示装置１との吸収反射特性（正反射率）を比較する。なお、入出射角度は法線方向からの傾き角を示す。
第１参考例のリニアプリズム１５を用いた液晶表示装置１の吸収反射特性は以下の通りである。
入出射角度 ２０° ２５° ３０° ３５° ４０° ４５° ５０°
縦方向 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
４５°方向 5.5% 5.7% 6.0% 6.9% 17.1% 38.6% 48.0%
横方向 4.0% 3.7% 3.7% 4.2% 5.1% 7.0% 10.8%
全方向の平均 5.3% 5.4% 5.7% 7.3% 20.5% 32.4% 39.1%
第５参考例の四角錐プリズム２２を用いた液晶表示装置２０の吸収反射特性は以下の通りである。
入出射角度 ２０° ２５° ３０° ３５° ４０° ４５° ５０°
縦方向 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
４５°方向 5.5% 5.7% 6.0% 6.9% 17.1% 38.6% 48.0%
横方向 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
全方向の平均 5.9% 6.2% 6.6% 9.0% 28.9% 44.2% 50.8%
この結果、第５参考例の液晶表示装置２０は、液晶セル２の散乱状態において、上下左右から入射される光の前方散乱光を利用することができるため、第１参考例のものよりも、明るい白表示が得られ、第１参考例と同等の暗い黒表示および広い視角範囲が得られる。
【００３４】
なお、上記第５参考例でも、透過反射層２１の下面に空気層１３を設けたが、これに限らず、例えば、図７および図８に示した第２参考例のように、透過反射層２１の下面に空気層１３に代えて光学層として屈折層１６を設けても良く、またこの屈折層１６の下側に空気層１３を設けても良い。この屈折層１６の屈折率は、透過反射層２１の屈折率よりも低くても良く、逆に高くても良い。この場合にも、透過反射層２１の四角錐プリズム２２の臨界角は、第２参考例と同じ理論式つまり式（８）で表される。このため、屈折層１６を設けることにより、第２参考例と同様、臨界角を変えることができ、これに伴って視角範囲も変えることができる。
【００３５】
また、上記参考例に限らず、例えば、図９に示した第３参考例のように、第１屈折層１７と第２屈折層１８を積層した２層構造にしても良い。この場合にも、透過反射層２１の屈折率ｎ１と、第１屈折層１７の屈折率ｎ２と、第２屈折層１８の屈折率ｎ３とがすべて異なっていても良く（ｎ１≠ｎ２≠ｎ３）、また透過反射層２１の屈折率ｎ１と第１屈折層１７の屈折率ｎ２とが等しく、第２屈折層１８の屈折率ｎ３のみが異なっていても良い（ｎ１＝ｎ２≠ｎ３）。
また、上記第５参考例では、透過反射層２１の四角錐プリズム２２の各角部が尖った形状に形成されているが、これに限らず、例えば頂角、底角、および稜線を円弧状に丸みをもたせた形状に形成しても良い。
【００３６】
さらに、上記第５参考例では、透過反射層２１の上面に３次元プリズムとして四角錐プリズム２２を形成したが、これに限らず、例えば、図１４および図１５にそれぞれ示すような形状に形成しても良い。
すなわち、３次元プリズムは、図１４に示すような八角錐プリズム２３であっても良く、また図示しないが、三角錐プリズム、六角錐プリズム、十角錐プリズムなどの多角錐プリズムであっても良い。また、図１５に示すような円錐プリズム２４であっても良く、また図示しないが、楕円錐プリズムであっても良い。
【００３７】
［第１実施形態］
次に、図１６を参照して、この発明の液晶表示装置の第１実施形態について説明する。この場合にも、図１〜図６に示された第１参考例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示装置３０は、光吸収層１４の光入射面（図１６では上面）に低反射膜３１を設けた構成になっており、これ以外は第１参考例と同じ構成になっている。この低反射膜３１は、透過反射層１２から空気層１３に出射された光の反射を極力抑えて光吸収層１４に入射させるものである。
このような液晶表示装置３０では、第１参考例と同様の作用効果があるほか、特に光吸収層１４の上面に低反射膜３１を設けたことにより、透過反射層１２から空気層１３に出射された光を低反射膜３１が効率良く光吸収層１４に入射させて吸収させることができるので、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
【００３８】
ここで、この第１実施形態の低反射膜３１を備えた液晶表示装置３０と第１参考例の液晶表示装置１との明るさおよびコントラストを比較する。なお、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
第１参考例の液晶表示装置１の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.6％、 黒表示＝ 7.7％、 コントラスト＝5.2
斜め方向、 白表示＝40.2％、 黒表示＝23.9％、 コントラスト＝1.7
この第１実施形態の液晶表示装置３０の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.3％、 黒表示＝ 6.7％、 コントラスト＝5.8
斜め方向、 白表示＝39.9％、 黒表示＝24.0％、 コントラスト＝1.7
この結果、この第１実施形態の液晶表示装置３０は、第１参考例の液晶表示装置１よりも、正面での黒表示およびコントラストが良い。
【００３９】
なお、上記第１実施形態では、光吸収層１４の上面のみに低反射膜３１を設けたが、これに限らず、例えば、図１７に示す第１変形例のように、液晶セル２の下面にも低反射膜３１を設けても良い。このように構成すれば、第１実施形態の液晶表示装置３０よりも、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
ここで、この第１変形例の液晶表示装置３２と第１実施形態の液晶表示装置３０との明るさおよびコントラストを比較する。なお、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
第１実施形態の液晶表示装置３０の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.3％、 黒表示＝ 6.7％、 コントラスト＝5.8
斜め方向、 白表示＝39.9％、 黒表示＝24.0％、 コントラスト＝1.7
この第１変形例の液晶表示装置３２の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝38.3％、 黒表示＝ 6.1％、 コントラスト＝6.3
斜め方向、 白表示＝39.2％、 黒表示＝24.5％、 コントラスト＝1.7
この結果、この第１変形例の液晶表示装置３２は、第１実施形態の液晶表示装置３０よりも、正面での黒表示およびコントラストが良い。
【００４０】
また、この第１変形例に限らず、図１８に示す第２変形例のように、液晶セル２の上面にも低反射膜３１を追加して設けても良い。このように構成すれば、散乱状態での反射率が向上するので、第１変形例の液晶表示装置３２に比べて、正面方向および斜め方向での白表示が向上する。
ここで、この第２変形例の液晶表示装置３３と第１変形例の液晶表示装置３２との明るさおよびコントラストを比較する。なお、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
第１変形例の液晶表示装置３２の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝38.3％、 黒表示＝ 6.1％、 コントラスト＝6.3
斜め方向、 白表示＝39.2％、 黒表示＝24.5％、 コントラスト＝1.7
この第２変形例の液晶表示装置３３の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.5％、 黒表示＝ 6.3％、 コントラスト＝6.3
斜め方向、 白表示＝39.9％、 黒表示＝24.1％、 コントラスト＝1.7
この結果、この第２変形例の液晶表示装置３３は、第１変形例の液晶表示装置３２よりも、正面方向および斜め方向での白表示が良い。
【００４１】
また、第２変形例に限らず、図１９に示す第３変形例のように、透過反射層１２の下面にも低反射膜３１を追加して設けても良い。このように構成すれば、第２変形例の液晶表示装置３３に比べて、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
ここで、この第３変形例の液晶表示装置３４と第２変形例の液晶表示装置３３との明るさおよびコントラストを比較する。なお、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
第２変形例の液晶表示装置３３の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.5％、 黒表示＝ 6.3％、 コントラスト＝6.3
斜め方向、 白表示＝39.9％、 黒表示＝24.1％、 コントラスト＝1.7
この第３変形例の液晶表示装置３４の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.2％、 黒表示＝ 5.4％、 コントラスト＝7.4
斜め方向、 白表示＝39.4％、 黒表示＝24.9％、 コントラスト＝1.6
この結果、この第３変形例の液晶表示装置３４は、第２変形例の液晶表示装置３３よりも、正面での黒表示およびコントラストが良い。
【００４２】
さらに、第３変形例に限らず、図２０に示す第４変形例のように、透過反射層１２の上面つまりリニアプリズム１５の表面にも低反射膜３１を追加して設けても良い。このように構成すれば、第３変形例の液晶表示装置３４に比べて、斜め方向での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
ここで、この第４変形例の液晶表示装置３５と第３変形例の液晶表示装置３４との明るさおよびコントラストを比較する。なお、両者とも光源としてリング状の光を３０°の入射角で照射し、正面方向と斜め方向（正面から４０°方向）とから観測した。
第３変形例の液晶表示装置３４の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝39.2％、 黒表示＝ 5.4％、 コントラスト＝7.4
斜め方向、 白表示＝39.4％、 黒表示＝24.9％、 コントラスト＝1.6
この第４変形例の液晶表示装置３５の観測結果は以下の通りである。
正面方向、 白表示＝38.2％、 黒表示＝ 5.4％、 コントラスト＝7.1
斜め方向、 白表示＝38.7％、 黒表示＝21.7％、 コントラスト＝1.8
この結果、この第４変形例の液晶表示装置３５は、第３変形例の液晶表示装置３４よりも、斜め方向での黒表示およびコントラストが良い。
【００４３】
なお、上記第１実施形態およびその各変形例では、上面にリニアプリズム１５が形成された１層構造の透過反射層１２を用いた場合について述べたが、これに限らず、第４参考例のように、第１、第２プリズムシート６２、６４を積層した２層構造の透過反射層６１を用い、その各プリズムシート６２、６４に低反射膜３１を設けても良く、またはプリズムシートを３層以上積層した多層構造の透過反射層を用い、その各プリズムシートにそれぞれ低反射膜３１を設けても良く、さらに第５参考例のように、四角錐プリズム２２、八角錐プリズム２３、円錐プリズム２４などのプリズムが形成された透過反射層２１を用いても良いことは言うまでもない。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、図２１および図２２を参照して、この発明の液晶表示装置の第２実施形態について説明する。この場合にも、図１〜図６に示された第１参考例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示装置４０は、透過反射層４１の上面に第１参考例と異なる形状のリニアプリズム４２を配列形成し、光吸収層１４の上面に低反射膜３１を設けた構成になっており、これら以外は第１参考例と同じ構成になっている。
透過反射層４１は、液晶セル２に対向する上面に断面三角形状のリニアプリズム４２が所定の間隔つまり液晶セル２の画素ピッチよりも小さい間隔で配列形成されたプリズムシートであり、これらリニアプリズム４２によって視角範囲内（正面近傍）の入射光を透過し、これ以外の入射光を反射するように構成されている。
【００４５】
この場合、リニアプリズム４２は、図２２に示すように、第１参考例と異なり、上側の２辺の長さが異なる三角形状に形成され、この三角形状の長辺と短辺とでそれぞれ臨界角が異なる構成になっている。これら臨界角は、第１参考例と同じ理論式が成立し、かつ透過反射層４１の材料の屈折率ｎによっても変化する。また、第１参考例と同様、臨界角が大きいと透過反射層４１の透過成分が多くなり、黒表示が得られる視角範囲が広がるが、反射成分が少なくなるため白表示が暗くなり、臨界角が小さいと逆の傾向を示す。このため、臨界角は、三角形状の長辺側と短辺側とで異なる視角範囲と明るさを考慮して適正に設定する必要があり、これに基づいてリニアプリズム４２の屈折率ｎと頂角θｔが適正に設定されている。
なお、低反射膜３１は、第１実施形態と同様、透過反射層４１から空気層１３に出射された光の反射を極力抑えて光吸収層１４に入射させるものである。
【００４６】
このような液晶表示装置４０では、第１参考例と同様、電界非印加時に液晶セル２が散乱状態を呈するときに、液晶セル２に入射した光が液晶層６中で散乱され、その後方散乱光と前方散乱光のうち、透過反射層４１を透過して空気層１３を介して光吸収層１４に吸収される一部の散乱光を除く多くの前方散乱光が透過反射層４１のリニアプリズム４２の上面側の２面および底面で反射されて観察者側に出射するので、白紙のように白い所謂ペーパーホワイトの明るい白表示が得られる。
【００４７】
また、電界印加時に液晶セル２が透過状態を呈するときには、液晶セル２に入射した光が液晶セル２を透過して透過反射層４１に向けて出射される。この出射光のうち、一部の出射光つまりリニアプリズム４２の三角形状の長辺側と短辺側の各臨界角よりも大きい角度の入射光は、リニアプリズム４２の上面側の２面および底面で反射されて透過反射層４１から観察者側に出射されるが、この入射光は液晶セル２に対して大きく傾いた角度で入射する光であるからその光強度は弱い。一方、残りの出射光つまりリニアプリズム４２の三角形状の長辺側と短辺側の各臨界角よりも小さい角度の入射光は、リニアプリズム４２の上面側の２面から入射し、この入射光が透過反射層４１および空気層１３を透過して低屈折膜３１を介して光吸収層１４に吸収される。このため、リニアプリズム４２の各臨界角の範囲内で暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保でき、しかも低屈折膜３１により光を効率良く光吸収層１４に吸収させることができるので、第１実施形態と同様、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
【００４８】
なお、上記第２実施形態では、光吸収層１４の上面のみに低反射膜３１を設けたが、これに限らず、例えば、図１７に示された第１実施形態の第１変形例のように、液晶セル２の下面にも低反射膜３１を設けても良い。このように構成すれば、第２実施形態の液晶表示装置４０よりも、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。また、図１８に示された第１実施形態の第２変形例のように、液晶セル２の上面にも低反射膜３１を追加して設ければ、散乱状態での反射率が向上するので、上記のものよりも、正面方向および斜め方向での白表示が向上する。また、図１９に示された第１実施形態の第３変形例のように、透過反射層４１の下面にも低反射膜３１を追加して設ければ、上記のものより、正面での黒表示およびコントラスト性能が向上する。さらに、図２０に示された第１実施形態の第４変形例のように、透過反射層４１の上面つまりリニアプリズム４２の表面にも低反射膜３１を追加して設ければ、上記のものより、斜め方向での黒表示およびコントラスト性能が向上する。
【００４９】
なおまた、上記第２実施形態およびその変形例では、上面にリニアプリズム４２を形成した１層構造の透過反射層４１を用いた場合について述べたが、これに限らず、第４参考例のように、透過反射層４１を２層以上積層させた多層構造の透過反射層を用いても良く、また必ずしもリニアプリズム４２が配列された透過反射層４１である必要はなく、第５参考例のように、上側の２辺の長さが異なる断面三角形状をなす、四角錐プリズム、八角錐プリズム、円錐プリズムなどのプリズムを配列した透過反射層を用いても良いことは言うまでもない。
【００５０】
［第６参考例］
次に、図２３を参照して、この発明の液晶表示装置の第６参考例について説明する。この場合にも、図１〜図６に示された第１参考例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
この液晶表示装置５０は、液晶セル２にカラーフィルタ５１を設けた構成になっており、これ以外は第１参考例と同じ構成になっている。
すなわち、液晶セル２は、上側のガラス基板４の下面にカラーフィルタ５１が形成され、このカラーフィルタ５１の下面に透明電極８が配列形成され、この上側のガラス基板４と下側のガラス基板５との間に液晶層６をシール材７で封止した構成になっている。
このような液晶表示装置５０では、第１参考例と同様、電界非印加時に液晶セル２が散乱状態を呈するので、白紙のように白い所謂ペーパーホワイトの明るい白表示が得られ、電界印加時に液晶セル２が透過状態を呈するので、カラーフィルタ５１によってカラー表示が得られる。
【００５１】
なお、上記第６参考例では、透過反射層として上面にリニアプリズム１５が形成された透過反射層１２を用いているが、これに限らず、第４参考例およびその各変形例のように、第１、第２プリズムシート６２、６４を積層した２層構造の透過反射層６１、またはプリズムシートを３層以上積層した多層構造の透過反射層を用いても良く、また第５参考例のように、四角錐プリズム２２、八角錐プリズム２３、円錐プリズム２４などのプリズムが形成された透過反射層２１を用いても良く、さらに第２実施形態およびその各変形例のように、上側の２辺の長さが異なる三角形状のプリズム４２が形成された透過反射層４１を用いても良いことは言うまでもない。
また、上記第６参考例では、低反射膜を設けていないが、これに限らず、例えば第１実施形態およびその各変形例のように、光吸収層１４の上面、液晶セル２の下面、液晶セル２の上面、透過反射層１２、４１、６２、６４の下面、透過反射層１２、４１、６２、６４の上面のいずれかの面に低反射膜を少なくとも１つ設けた構成でも良い。
【００５２】
さらに、上記第１〜第６参考例および第1〜第２実施形態では、液晶セル２の液晶層６が高分子１０中に液晶分子１１を分散させた高分子分散型の構成になっているが、これに限らず、例えばコレステリック相とネマティック相との相転移型の液晶を用いた散乱透過型の液晶セルでも良く、また電界印加時に透過状態を呈し、電界非印加時に散乱状態を呈する液晶セル２に限らず、電界印加時に散乱状態を呈し、電界非印加時に透過状態を呈する散乱透過型の液晶セルでも良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、液晶素子が散乱状態を呈するときには、液晶素子に入射した光の後方散乱光と前方散乱光のうち、透過反射層を透過して光吸収層に吸収される一部の散乱光を除く多くの前方散乱光が透過反射層のプリズムで反射されて観察者側に出射するので、白紙のように白い所謂ペーパーホワイトの白表示が得られる。また、液晶素子が透過状態を呈するときには、液晶素子に入射した光が液晶素子を透過して透過反射層に向けて出射され、その一部の出射光がプリズムで反射されて観察者側に出射されるが、この入射光は液晶素子に対して大きく傾いた角度で入射する光であるからその光強度は弱く、残りの大部分の出射光が透過反射層を透過して光吸収層に吸収され、光吸収層の表面での反射が低減されるので、十分に暗い黒表示が得られるとともに、広い視角範囲が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１参考例を示した断面図。
【図２】 図１の液晶セルの動作状態を示し、（ａ）は電界非印加に液晶セルが散乱状態を呈した拡大断面図、（ｂ）は電界印加に液晶セルが透過状態を呈した拡大断面図。
【図３】 図１の透過反射層のリニアプリズムの要部を示した拡大斜視図。
【図４】 図１の液晶表示装置の理想的な吸収反射特性を示した図。
【図５】 図３のリニアプリズムの臨界角を求めるときの光路状態を示した図。
【図６】 図５のリニアプリズムの屈折率に対する臨界角と頂角との関係を示し、（ａ）は屈折率が１．４の場合を示した図、（ｂ）は屈折率が１．５の場合を示した図、（ｃ）は屈折率が１．６の場合を示した図。
【図７】 第１参考例の透過反射層の下面に屈折層を設けた第２参考例を示した図。
【図８】 図７のリニアプリズムの臨界角を求めるときの光路状態を示した図。
【図９】 第１参考例の透過反射層の下面に第１屈折層と第２屈折層を積層させて設けた第３参考例を示した図。
【図１０】 この発明の液晶表示装置の第４参考例を示した断面図。
【図１１】 図１０の吸収反射板の要部を示した分解斜視図。
【図１２】 この発明の液晶表示装置の第５参考例を示した断面図。
【図１３】 図１２の透過反射層に形成された四角錐プリズムの要部を示した拡大斜視図。
【図１４】 第５参考例の透過反射層に八角錐プリズムを形成した要部の拡大斜視図。
【図１５】 第５参考例の透過反射層に円錐プリズムを形成した要部の拡大斜視図。
【図１６】 この発明の液晶表示装置の第１実施形態を示した断面図。
【図１７】 図１６の第１実施形態の液晶表示装置の液晶セルの下面にも低反射膜を設けた第１変形例を示した断面図。
【図１８】 図１７の第１変形例の液晶表示装置の液晶セルの上面にも低反射膜を設けた第２変形例を示した断面図。
【図１９】 図１８の第２変形例の液晶表示装置の透過反射層の下面にも低反射膜を設けた第３変形例を示した断面図。
【図２０】 図１９の第３変形例の液晶表示装置の透過反射層の上面にも低反射膜を設けた第４変形例を示した断面図。
【図２１】 この発明の液晶表示装置の第２実施形態を示した断面図。
【図２２】 図２１の透過反射層のリニアプリズムの断面形状を示した拡大図。
【図２３】 この発明の液晶表示装置の第６参考例を示した断面図。
【符号の説明】
１、２０、３０、３２〜３５、４０、５０、６０ 液晶表示装置
２ 液晶セル
１２、２１、４１、６１ 透過反射層
１３、６３、６５ 空気層
１４ 光吸収層
１５、４２ リニアプリズム
１６ 屈折層
１７ 第１屈折層
１８ 第２屈折層
２２ 四角錐プリズム
２３ 八角錐プリズム
２４ 円錐プリズム
３１ 低反射膜
５１ カラーフィルタ
６２ 第１プリズムシート
６４ 第２プリズムシート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a liquid crystal display device, the structure of a liquid crystal cell is simpler than that of a TN liquid crystal element, there are few manufacturing problems, and the utilization rate of light is increased without using a polarizing plate. A scattering transmission type liquid crystal display element such as a polymer dispersion type liquid crystal display element in which a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are dispersed is sealed between a pair of transparent electrode substrates has been developed.
This polymer-dispersed liquid crystal element has a scattering state in which liquid crystal molecules are randomly oriented in a liquid crystal layer when no electric field is applied between a pair of transparent electrode substrates and no liquid is applied. Molecules are aligned in the direction of the electric field and exhibit a transmission state.
[0003]
When performing black and white display with this liquid crystal display device, an optical element such as a black light absorbing plate, a scattering type reflecting plate, or a specular type reflecting plate is disposed on the back side of the polymer dispersion type liquid crystal cell. ing. When no electric field is applied between the electrode substrates of the liquid crystal cell, the liquid crystal cell exhibits a scattering state, so that white display is obtained by observing the scattered light. In addition, when an electric field is applied between the counter electrodes of the liquid crystal cell, the liquid crystal cell at the location where the electric field is applied exhibits a transmission state, so that the optical element disposed on the back side of the liquid crystal cell is directly viewed and looks black. Alternatively, by observing weak reflected light or not observing reflected light, a portion to which an electric field is applied is displayed in black.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a liquid crystal display device, when a black light absorbing plate is used as an optical element in order to obtain the darkest black display, there is a problem that although a black display can be secured, a bright white display cannot be obtained. This is because of the backscattered light traveling in the opposite direction to the traveling direction of the light incident on the liquid crystal cell due to the scattering state of the liquid crystal layer and the forward scattered light traveling toward the traveling direction of the light incident on the liquid crystal cell. This is because the forward scattered light is absorbed by the light absorption layer.
In addition, in a liquid crystal display device using a scattering type reflection plate as an optical element, light transmitted through the liquid crystal cell when an electric field is applied is scattered by the scattering type reflection plate, and a part of this scattered light is transmitted again through the liquid crystal cell. Therefore, there is a problem that sufficient black display cannot be secured.
Furthermore, in a liquid crystal display device using a mirror-type reflector as an optical element, high contrast is obtained under specific observation conditions. However, due to the specularity of the reflector, the viewer's own reflection may occur, or black display may occur. There are problems such as glare and a narrow viewing angle range.
[0005]
An object of the present invention is to ensure bright white display and dark black display, and to obtain a wide viewing angle range.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a scattering transmission type liquid crystal element controlled in a scattering state and a transmission state in accordance with an applied electric field;
Light that is arranged on the light emitting side of the liquid crystal element and is composed of a plurality of prisms arranged on the light incident surface, transmits light incident in a predetermined angle range, and enters light at an angle other than the predetermined angle range. A transmissive reflective layer that reflects
A light absorbing layer that is disposed with the transmissive reflective layer and an air layer interposed therebetween and absorbs light transmitted through the transmissive reflective layer;
Light from the light absorption layer is incident A low reflection film provided on the surface;
It is provided with.
According to the present invention, when the liquid crystal element exhibits a scattering state, in addition to the backscattered light directed to the opposite side to the traveling direction of the light incident on the liquid crystal element, the liquid crystal element travels toward the traveling direction side of the light incident on the liquid crystal element. Most of the scattered light except the part of the scattered light that is transmitted through the transmission / reflection layer and absorbed by the light absorption layer is reflected by the prism of the transmission / reflection layer and emitted to the viewer side. As a result, the white display becomes brighter, and a so-called white paper-white display can be obtained like white paper. In addition, when the liquid crystal element is in a transmissive state, light incident on the liquid crystal element is transmitted through the liquid crystal element and emitted toward the transmission / reflection layer, and light incident in a predetermined angle range from the front surface of the liquid crystal element is emitted from the prism. Light that is transmitted through the transmission / reflection layer and absorbed by the light absorption layer and incident in a range other than the predetermined angle range is reflected by the prism, but is incident on the light incident from a direction greatly inclined from the normal line of the liquid crystal element. Since the intensity is weak, a sufficiently dark black display can be obtained and a wide viewing angle range can be secured. further, Light from the light absorption layer is incident By providing a low-reflection film on the surface Light from the light absorption layer is incident The reflected light on the surface can be reduced, and the black display can be darkened to increase the contrast.
[0007]
In this case, as described in
According to a third aspect of the present invention, the transmission / reflection layer includes a plurality of prism sheets in which a plurality of linear prisms having a triangular section are arranged, and the prism sheets cross the linear prisms for each prism sheet. By being laminated, it is possible to effectively use light incident from four directions, top and bottom, and left and right, and a brighter white display can be obtained.
Further, as described in claim 4, the transmission / reflection layer is formed of a prism sheet formed by arranging prisms in the shape of projections of polygonal cones, cones, or elliptical cones in close contact in the vertical and horizontal directions. The light incident from all directions can be used effectively, and a brighter white display can be obtained.
[0008]
In this liquid crystal display device, the prism has at least one apex angle facing the light emitting surface of the liquid crystal element, transmits light incident on the liquid crystal element in a predetermined angle range, and transmits the light in the predetermined angle range. The refractive index and the apex angle are set so as to reflect light incident at an angle other than. In this case, the predetermined angle range for transmitting the light incident on the liquid crystal element is 30 ° to 50 ° with respect to the normal line of the liquid crystal element, and the refractive index of the prism is 1.4 to 1.6. The apex angle is preferably set in the range of 30 ° to 130 °. In particular, when the refractive index of the prism is 1.4, the apex angle is 30 ° to 110 °, and when the refractive index of the prism is 1.5, the apex angle is 60 ° to 120 °, and the refractive index of the prism is 1.6. Sometimes the apex angle is preferably set in the range of 80 ° to 130 °.
In addition, as described in
Further, claim 8. As described above, by providing the color filter, a reflective color display with high contrast can be obtained.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[ First reference example ]
Hereinafter, referring to FIGS. First reference example Will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device, and FIGS. 2A and 2B are enlarged cross-sectional views of a main part for explaining the operation principle of the liquid crystal cell.
As shown in FIG. 1, the liquid
The
[0010]
In this polymer-dispersed
[0011]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 3, the transmission /
[0012]
The critical angle is a boundary angle between a range of incident angles at which incident light is transmitted through the transmission / reflection layer 12 (an inclination angle with respect to the normal line of the liquid crystal cell 2) and an incident angle at which incident light is reflected by the transmission /
An angle formed by a light ray incident on one surface of the
Under this condition, the geometric relationship of θp, θ2, and θ3 is
(90 ° −θp) + θ2 + θ3 = 90 °
θ2 = θp−θ3 (1)
And the geometrical relationship of θp, θcp, θ1 is
(90 ° −θp) + θcp + θ1 = 90 °
θcp = θp−θ1 (2)
It is.
[0013]
Also, according to the law of refraction, the relationship between θ1 and θ2 is
sin θ1 / sin θ2 = n
sin θ1 = n · sin θ2
θ1 = asin (n · sin θ2) (3)
And the relationship between θ3 and θ4 is
n · sin θ3 = sin θ4 = 1 (θ4 = 90 °)
sin θ3 = 1 / n
θ3 = asin (1 / n) (4)
Is established.
From these equations, the theoretical critical angle θcp is
θcp = θp-asin {n · sin [θp-asin (1 / n)]}
... (5)
It is represented by
[0014]
This critical angle also varies depending on the refractive index n of the material of the transmissive
[0015]
Next, the operation of the liquid
[0016]
Further, when an electric field is applied between the
[0017]
Where this First reference example The brightness and contrast of the liquid
The observation results of the conventional liquid crystal display device are as follows.
Front direction, white display = 29.5%, black display = 5.3%, contrast = 5.6
Diagonal direction, white display = 31.2%, black display = 10.1%, contrast = 3.1
this First reference example The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.6%, black display = 7.7%, contrast = 5.2
Diagonal direction, white display = 40.2%, black display = 23.9%, contrast = 1.7
As a result, First reference example In the liquid
[0018]
The above First reference example In FIG. 7, the
The critical angle of the
[0019]
In this condition, First reference example The following equation (4) is different, and according to the law of refraction, the relationship between θ3 and θ4 is
n1 · sin θ3 = n2 · sin θ4
sin θ3 = (n2 / n1) sin θ4
θ3 = asin {(n2 / n1) sin θ4} (6)
It becomes. The relationship between θ4 and θ5 is
n2 · sin θ4 = sin θ5 = 1 (θ5 = 90 °)
sin θ4 = (1 / n2)
θ4 = asin (1 / n2) (7)
It becomes. These formulas and Second reference example From the equations (1) to (3), the theoretical critical angle θcp is
θcp = θp−asin {n1 · sin [θp−asin {(n2 / n1)
Sin [asin (1 / n2)]}]} (8)
It is represented by As a result, by providing the
[0020]
Also, above Second reference example Then, the
[0021]
[ Fourth reference example ]
Next, referring to FIG. 10 and FIG. 11R> 1, the liquid crystal display device of the present invention is Fourth reference example Will be described. In addition, it was shown in FIGS. First reference example The same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. This liquid
[0022]
The first and
[0023]
In such a liquid
[0024]
When the
[0025]
On the other hand, the remaining emitted light, that is, incident light incident at an angle smaller than the critical angle of each of the
[0026]
Where this Fourth reference example Liquid
First reference example The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.6%, black display = 7.7%, contrast = 5.2
Diagonal direction, white display = 40.2%, black display = 23.9%, contrast = 1.7
this Fourth reference example The observation results of the liquid
Front direction, white display = 45.0%, black display = 12.2%, contrast = 3.7
Diagonal direction, white display = 45.3%, black display = 31.2%, contrast = 1.5
As a result, Fourth reference example In the liquid
[0027]
The above Fourth reference example However, the first and second air layers 63 and 65 are provided on the lower surfaces of the first and
[0028]
Also, above Second reference example and third reference example For example, as shown in FIG. Third reference example As described above, a two-layer structure in which the first
In addition, the above Second to fourth reference examples The transmission /
[0029]
[ 5th reference example ]
Next, referring to FIG. 12 and FIG. 5th reference example Will be described. Also in this case, it was shown in FIGS. First reference example The same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This liquid
[0030]
As shown in FIG. 13, this
[0031]
In such a liquid
[0032]
When the
On the other hand, the remaining emitted light, that is, incident light incident on the
[0033]
Where this 5th reference example A liquid
First reference example The absorption and reflection characteristics of the liquid
Input /
Vertical 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
45 ° direction 5.5% 5.7% 6.0% 6.9% 17.1% 38.6% 48.0%
Horizontal 4.0% 3.7% 3.7% 4.2% 5.1% 7.0% 10.8%
Average in all directions 5.3% 5.4% 5.7% 7.3% 20.5% 32.4% 39.1%
5th reference example The absorption and reflection characteristics of the liquid
Input /
Vertical 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
45 ° direction 5.5% 5.7% 6.0% 6.9% 17.1% 38.6% 48.0%
Horizontal 6.2% 6.6% 7.7% 11.1% 41.2% 49.8% 53.5%
Average in all directions 5.9% 6.2% 6.6% 9.0% 28.9% 44.2% 50.8%
As a result, 5th reference example Since the liquid
[0034]
The above 5th reference example However, the
[0035]
Also, above Reference example For example, as shown in FIG. Third reference example As described above, a two-layer structure in which the first
Also, above 5th reference example Then, each corner of the
[0036]
In addition, the above 5th reference example Then, the
That is, the three-dimensional prism may be an
[0037]
[ First embodiment ]
Next, referring to FIG. 16, the liquid crystal display device of the present invention First embodiment Will be described. Also in this case, it was shown in FIGS. First reference example The same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This liquid
In such a liquid
[0038]
Where this First embodiment A liquid
First reference example The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.6%, black display = 7.7%, contrast = 5.2
Diagonal direction, white display = 40.2%, black display = 23.9%, contrast = 1.7
this First embodiment The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.3%, black display = 6.7%, contrast = 5.8
Diagonal direction, white display = 39.9%, black display = 24.0%, contrast = 1.7
This results in this First embodiment The liquid
[0039]
The above First embodiment Then, the
Here, the liquid
First embodiment The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.3%, black display = 6.7%, contrast = 5.8
Diagonal direction, white display = 39.9%, black display = 24.0%, contrast = 1.7
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 38.3%, black display = 6.1%, contrast = 6.3
Diagonal direction, white display = 39.2%, black display = 24.5%, contrast = 1.7
As a result, the liquid
[0040]
In addition to the first modification, a
Here, the brightness and contrast of the liquid
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 38.3%, black display = 6.1%, contrast = 6.3
Diagonal direction, white display = 39.2%, black display = 24.5%, contrast = 1.7
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.5%, black display = 6.3%, contrast = 6.3
Diagonal direction, white display = 39.9%, black display = 24.1%, contrast = 1.7
As a result, the liquid
[0041]
Further, the
Here, the brightness and contrast of the liquid
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.5%, black display = 6.3%, contrast = 6.3
Diagonal direction, white display = 39.9%, black display = 24.1%, contrast = 1.7
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.2%, black display = 5.4%, contrast = 7.4
Diagonal direction, white display = 39.4%, black display = 24.9%, contrast = 1.6
As a result, the liquid
[0042]
Further, not only in the third modification but also in the fourth modification shown in FIG. 20, a
Here, the brightness and contrast of the liquid
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 39.2%, black display = 5.4%, contrast = 7.4
Diagonal direction, white display = 39.4%, black display = 24.9%, contrast = 1.6
The observation results of the liquid
Front direction, white display = 38.2%, black display = 5.4%, contrast = 7.1
Diagonal direction, white display = 38.7%, black display = 21.7%, contrast = 1.8
As a result, the liquid
[0043]
The above First embodiment In each of the modified examples, the case where the transmission /
[0044]
[ Second embodiment ]
Next, referring to FIG. 21 and FIG. 22, the liquid crystal display device of the present invention Second embodiment Will be described. Also in this case, it was shown in FIGS. First reference example The same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The liquid
The transmission /
[0045]
In this case, as shown in FIG. First reference example Unlike the above, the upper two sides are formed in a triangular shape having different lengths, and the long side and the short side of the triangular shape have different critical angles. These critical angles are First reference example The same theoretical formula is established, and also changes depending on the refractive index n of the material of the transmission /
The
[0046]
In such a liquid
[0047]
When the
[0048]
The above Second embodiment Then, the
[0049]
In addition, the above Second embodiment In addition, in the modified example, the case where the transmission /
[0050]
[ Sixth reference example ]
Next, referring to FIG. 23, the liquid crystal display device of the present invention Sixth reference example Will be described. Also in this case, it was shown in FIGS. First reference example The same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The liquid
That is, in the
In such a liquid
[0051]
The above Sixth reference example The transmission /
Also, above Sixth reference example Then, the low reflection film is not provided, but not limited to this, for example, First embodiment And like each modification, the upper surface of the
[0052]
Further, the first to the above Sixth reference example And 1st ~ Second embodiment In this case, the
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the liquid crystal element exhibits a scattering state, out of the back scattered light and the forward scattered light of the light incident on the liquid crystal element, the light is transmitted through the transmission / reflection layer and absorbed by the light absorption layer. A lot of forward scattered light except a part of the scattered light is reflected by the prism of the transmission / reflection layer and is emitted to the viewer side, so that white so-called white display of paper white like white paper can be obtained. Further, when the liquid crystal element is in a transmissive state, light incident on the liquid crystal element is transmitted through the liquid crystal element and emitted toward the transmission / reflection layer, and a part of the emitted light is reflected by the prism and emitted to the viewer side. However, since this incident light is incident on the liquid crystal element at a greatly inclined angle, its light intensity is weak, and most of the remaining emitted light passes through the transmission / reflection layer and is absorbed by the light absorption layer. Is , Reflection on the surface of the light absorption layer is reduced Therefore, a sufficiently dark black display can be obtained and a wide viewing angle range can be secured.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] First reference example FIG.
2 shows an operation state of the liquid crystal cell of FIG. 1, (a) is an enlarged cross-sectional view in which the liquid crystal cell exhibits a scattering state when no electric field is applied, and (b) shows a transmission state of the liquid crystal cell when an electric field is applied. FIG.
3 is an enlarged perspective view showing a main part of the linear prism of the transmission / reflection layer of FIG. 1;
FIG. 4 is a view showing ideal absorption reflection characteristics of the liquid crystal display device of FIG.
5 is a diagram showing an optical path state when a critical angle of the linear prism of FIG. 3 is obtained.
6 shows the relationship between the critical angle and the apex angle with respect to the refractive index of the linear prism of FIG. 5, (a) shows the case where the refractive index is 1.4, and (b) shows the refractive index of 1. FIG. The figure which showed the case of 5, (c) is the figure which showed the case where a refractive index is 1.6.
[Fig. 7] First reference example A refractive layer was provided on the bottom surface of the transmission / reflection layer Second reference example FIG.
8 is a diagram showing an optical path state when a critical angle of the linear prism of FIG. 7 is obtained.
FIG. 9 First reference example The first refractive layer and the second refractive layer are laminated on the lower surface of the transmission / reflection layer. Third reference example FIG.
FIG. 10 shows a liquid crystal display device according to the present invention. Fourth reference example FIG.
11 is an exploded perspective view showing a main part of the absorption reflector of FIG.
FIG. 12 shows a liquid crystal display device according to the present invention. 5th reference example FIG.
13 is an enlarged perspective view showing a main part of a quadrangular pyramid prism formed on the transmission / reflection layer of FIG. 12. FIG.
FIG. 14 5th reference example The enlarged perspective view of the principal part which formed the octagonal pyramid prism in the permeation | transmission reflection layer.
FIG. 15 5th reference example The enlarged perspective view of the principal part which formed the conical prism in the permeation | transmission reflective layer.
FIG. 16 shows a liquid crystal display device according to the present invention. First embodiment FIG.
FIG. 17 is the same as FIG. First embodiment Sectional drawing which showed the 1st modification which provided the low reflection film also in the lower surface of the liquid crystal cell of the liquid crystal display device of this.
18 is a cross-sectional view showing a second modification in which a low reflection film is also provided on the upper surface of the liquid crystal cell of the liquid crystal display device of the first modification shown in FIG.
19 is a cross-sectional view showing a third modification example in which a low reflection film is provided also on the lower surface of the transmission / reflection layer of the liquid crystal display device of the second modification example in FIG. 18;
20 is a cross-sectional view showing a fourth modification in which a low reflection film is also provided on the upper surface of the transmission / reflection layer of the liquid crystal display device of the third modification of FIG. 19;
FIG. 21 shows a liquid crystal display device according to the present invention. Second embodiment FIG.
22 is an enlarged view showing a cross-sectional shape of the linear prism of the transmission / reflection layer of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 shows a liquid crystal display device according to the present invention. Sixth reference example FIG.
[Explanation of symbols]
1, 20, 30, 32-35, 40, 50, 60 Liquid crystal display device
2 Liquid crystal cell
12, 21, 41, 61 Transmission / reflection layer
13, 63, 65 Air layer
14 Light absorption layer
15, 42 Linear prism
16 Refraction layer
17 First refractive layer
18 Second refractive layer
22 square pyramid prism
23 Octagonal prism
24 conical prism
31 Low reflection film
51 Color filter
62 1st prism sheet
64 Second prism sheet
Claims (8)
この液晶素子の光出射側に配置され、その光入射面に配列形成された複数のプリズムからなり、所定の角度範囲で入射した光を透過し、前記所定の角度範囲以外の角度で入射した光を反射する透過反射層と、
前記透過反射層と空気層を介在させて配置され、前記透過反射層を透過した光を吸収する光吸収層と、
前記光吸収層の光が入射する面に設けられた低反射膜と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。A scattering transmission type liquid crystal element controlled in a scattering state and a transmission state according to an applied electric field;
Light that is arranged on the light emitting side of the liquid crystal element and is composed of a plurality of prisms arranged on the light incident surface, transmits light incident in a predetermined angle range, and enters light at an angle other than the predetermined angle range. A transmissive reflective layer that reflects
A light absorbing layer that is disposed with the transmissive reflective layer and an air layer interposed therebetween and absorbs light transmitted through the transmissive reflective layer;
A low-reflection film provided on the light incident surface of the light absorption layer ;
A liquid crystal display device comprising:
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