JP4289583B2 - 反射型兼透過型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型兼透過型液晶表示装置に関し、周囲が明るい場所でも暗い場所でも明るい表示が可能な反射型兼透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置のフロントライト及びバックライト用に導光板が用いられる。バックライト用導光板は、散乱板等により均一性を上げることができるが、フロントライト用導光板の場合、その導光板を通して表示面を観察するため、透明である必要がある。
【０００３】
本出願人は、特開平１１−１０９３３８号において、反射型液晶表示装置のフロントライト用導光板として、全反射を繰り返しながら光を伝搬する導光板の一面に反射型又は透過型のホログラムを設けて伝搬光を外部に照明光として出すホログラム付き導光板を提案している。
【０００４】
このような導光板を透過型液晶表示装置のバックライト用導光板として用いることも、特願２０００−３１９２６０において提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような導光板をバックライト用導光板として用いて、周囲が明るい場所では外光を利用する反射型液晶表示装置として、周囲が暗い場所ではそのバックライト用導光板による照明を用いた透過型液晶表示装置として機能するようにするものは従来知られていなかった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム付き導光板をバックライト用導光板として使用することにより、周囲が明るい場所でも暗い場所でも明るい表示が可能な反射型兼透過型液晶表示装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の反射型兼透過型液晶表示装置は、画素毎に区切られた画素電極と共通電極の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を備えた液晶表示素子を備えた液晶表示装置において、
前記液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、
前記偏向素子付き導光板がホログラム付き導光板からなり、そのホログラム付き導光板は、透明板状体を備え、その一面にホログラムが設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が前記ホログラムにより前記透明板状体の背面側へ回折されるように構成されており、
前記光源から導入され前記ホログラムにより前記背面側へ回折されて前記指向性反射層に入射する光と、その回折光と同じ方向から前記液晶表示装置に入射し前記液晶表示素子と前記ホログラム付き導光板を透過した外光とが、前記指向性反射層によって前記液晶表示素子側へ反射回折されるようになっていることを特徴とするものである。
【０００９】
この場合、そのホログラムが透過型ホログラムでも反射型ホログラムでもよい。
【００１０】
本発明においては、液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、その偏向素子付き導光板は、透明板状体を備え、その一面に偏向素子が設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が偏向素素子により透明板状体の背面側へ偏向されるように構成されているので、簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく反射型兼透過型液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、その１実施例の反射型兼透過型液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２にその反射型兼透過型液晶表示装置の概念図を示す。この反射型兼透過型液晶表示装置の液晶表示素子１０としては、例えば、観察側の透明ガラス基板１２と反対側の透明ガラス基板１３との間に、ツイストネマチック等の液晶層１１が挟持されており、観察側の透明ガラス基板１２の内表面には、図示しないブラック・マトリックスとＩＴＯ等からなる一様な透明対向電極１４が設けられ、観察側と反対側の透明ガラス基板１３の内表面には、ＲＧＢ３色からなるカラーフィルター１６とその画素毎に独立に設けられＴＦＴを備えた透明画素電極１５が設けられている。また、電極１４、１５の液晶層１側には不図示の配向層も設けて構成されている。そして、透明ガラス基板１２、１３の外表面にはそれぞれ偏光板１７、１８が貼り付けられており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。
【００１３】
そして、本発明に基づいて、液晶表示素子１０の背面側には、極く薄い空隙あるいは低屈折率層を介して、ホログラム付き導光板１が配置されている。このホログラム付き導光板１は、プラスチック等の透明板状体２を備えており、その背面側には、透過型ホログラム３が密着あるいは接着配置されている。この透過型ホログラム３は、特開平１１−１０９３３８号の透過型ホログラムと同様に、透明板状体２内で導光され透過型ホログラム３に臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体２の背面の外へ透過型ホログラム３の法線に対して角度θをなす斜めの射出角で回折光６として回折する特性を有するものである。そして、透過型ホログラム３の回折効率は、平均して光源４に近い程低く、光源４から離れるに従って高く設定されている。詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。何れにしても、透過型ホログラム３の回折効率は１００％より小さくなっている。
【００１４】
ホログラム付き導光板１の背面側には、極く薄い空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層１９が配置されている。このような指向性反射層１９の１つとしては、斜め入射の回折光６を略正面方向に拡散性の反射光６’として反射回折する反射型ホログラムがある。このような反射型のホログラムは例えば特開平１１−１２５７０７号、特開平１１−３５２３２９号等において知られているものである。また、その代わりに、同様の特性を持つ反射型の計算機ホログラム（特開平１１−１８３７１６号、特開平１１−２９６０５４号、特願２０００−１５９９１４）、あるいは、白色拡散板（特願２０００−３０９３３４）を用いてもよい。さらに、その代わりに、図３に断面を示すような断面鋸歯状の反射鏡１９’を用いても同様の作用を達成することができる。
【００１５】
このような構成であるので、透明板状体２の一端に面して配置された光源４を点灯すると、透明板状体２内に照明光５が導入され、透明板状体２の表面とその背面に密着あるいは接着配置されている透過型ホログラム３の空気又は低屈折率層との界面との間で全反射を繰り返しながら透明板状体２の他端へ向かって導光される。透過型ホログラム３は上記のような構成であるので、その導光の間、照明光５中の透過型ホログラム３の回折条件を満たす角度成分が透過型ホログラム３により回折され、斜めの回折光６として背面側へ回折される。その回折光６は、透過型ホログラム３に近接配置された指向性反射層１９で略正面方向に向かう反射光６’として反射回折され、その反射光６’は今度は透過型ホログラム３で回折されずにホログラム付き導光板１を透過し、液晶表示素子１０を背面側から一様に照明する。その光は液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けて表示光６”となって観察者の眼Ｅに達し、各画素の変調状態の組み合わせによって明るい表示が可能になる。
【００１６】
これに対して、明るい環境下で回折光６と同じ方向に入射する外光７が存在する場合、外光７は液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けてホログラム付き導光板１側へ透過し、その透明板状体２内に入射して一部は透過型ホログラム３で回折されないでホログラム付き導光板１を透過し、その透過光は指向性反射層１９で略正面方向に向かう反射光７’として反射回折され、その反射光７’は透過型ホログラム３で回折されずにホログラム付き導光板１を透過し、液晶表示素子１０を背面側から一様に照明し、その光は再度液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けて表示光７”となって観察者の眼Ｅに達し、各画素の変調状態の組み合わせによって明るい表示が可能になる。
【００１７】
以上のように、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置においては、ホログラム付き導光板を加えるだけの簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【００１８】
以上、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。また、ホログラム付き導光板１として、透明板状体２の背面に透過型ホログラム３を密着あるいは接着配置する代わりに、その前面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置し、透明板状体２内で全反射を繰り返しながら導光される光５をその間反射型ホログラムにより回折して透明板状体２の背面側に出して照明光とするようにしてもよい。詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。さらには、透過型ホログラム３の代わりに、レリーフ型あるいは体積型の回折格子を用いてもよく、さらには、マイクロプリズムのアレーからなるものを用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置によると、液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、その偏向素子付き導光板は、透明板状体を備え、その一面に偏向素子が設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が偏向素素子により透明板状体の背面側へ偏向されるように構成されているので、簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく１実施例の反射型兼透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の反射型兼透過型液晶表示装置の概念図である。
【図３】指向性反射層として使用可能な断面鋸歯状の反射鏡の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ホログラム付き導光板
２…透明板状体
３…透過型ホログラム
４…光源
５…照明光
６…回折光
６’…反射光
６”…表示光
７…外光
７’…反射光
７”…表示光
１０…液晶表示素子
１１…液晶層
１２、１３…透明ガラス基板
１４…透明対向電極
１５…透明画素電極
１６…カラーフィルター
１７、１８…偏光板
１９…指向性反射層
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型兼透過型液晶表示装置に関し、周囲が明るい場所でも暗い場所でも明るい表示が可能な反射型兼透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置のフロントライト及びバックライト用に導光板が用いられる。バックライト用導光板は、散乱板等により均一性を上げることができるが、フロントライト用導光板の場合、その導光板を通して表示面を観察するため、透明である必要がある。
【０００３】
本出願人は、特開平１１−１０９３３８号において、反射型液晶表示装置のフロントライト用導光板として、全反射を繰り返しながら光を伝搬する導光板の一面に反射型又は透過型のホログラムを設けて伝搬光を外部に照明光として出すホログラム付き導光板を提案している。
【０００４】
このような導光板を透過型液晶表示装置のバックライト用導光板として用いることも、特願２０００−３１９２６０において提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような導光板をバックライト用導光板として用いて、周囲が明るい場所では外光を利用する反射型液晶表示装置として、周囲が暗い場所ではそのバックライト用導光板による照明を用いた透過型液晶表示装置として機能するようにするものは従来知られていなかった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム付き導光板をバックライト用導光板として使用することにより、周囲が明るい場所でも暗い場所でも明るい表示が可能な反射型兼透過型液晶表示装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の反射型兼透過型液晶表示装置は、画素毎に区切られた画素電極と共通電極の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を備えた液晶表示素子を備えた液晶表示装置において、
前記液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、
前記偏向素子付き導光板がホログラム付き導光板からなり、そのホログラム付き導光板は、透明板状体を備え、その一面にホログラムが設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が前記ホログラムにより前記透明板状体の背面側へ回折されるように構成されており、
前記光源から導入され前記ホログラムにより前記背面側へ回折されて前記指向性反射層に入射する光と、その回折光と同じ方向から前記液晶表示装置に入射し前記液晶表示素子と前記ホログラム付き導光板を透過した外光とが、前記指向性反射層によって前記液晶表示素子側へ反射回折されるようになっていることを特徴とするものである。
【０００９】
この場合、そのホログラムが透過型ホログラムでも反射型ホログラムでもよい。
【００１０】
本発明においては、液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、その偏向素子付き導光板は、透明板状体を備え、その一面に偏向素子が設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が偏向素素子により透明板状体の背面側へ偏向されるように構成されているので、簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく反射型兼透過型液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、その１実施例の反射型兼透過型液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図２にその反射型兼透過型液晶表示装置の概念図を示す。この反射型兼透過型液晶表示装置の液晶表示素子１０としては、例えば、観察側の透明ガラス基板１２と反対側の透明ガラス基板１３との間に、ツイストネマチック等の液晶層１１が挟持されており、観察側の透明ガラス基板１２の内表面には、図示しないブラック・マトリックスとＩＴＯ等からなる一様な透明対向電極１４が設けられ、観察側と反対側の透明ガラス基板１３の内表面には、ＲＧＢ３色からなるカラーフィルター１６とその画素毎に独立に設けられＴＦＴを備えた透明画素電極１５が設けられている。また、電極１４、１５の液晶層１側には不図示の配向層も設けて構成されている。そして、透明ガラス基板１２、１３の外表面にはそれぞれ偏光板１７、１８が貼り付けられており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。
【００１３】
そして、本発明に基づいて、液晶表示素子１０の背面側には、極く薄い空隙あるいは低屈折率層を介して、ホログラム付き導光板１が配置されている。このホログラム付き導光板１は、プラスチック等の透明板状体２を備えており、その背面側には、透過型ホログラム３が密着あるいは接着配置されている。この透過型ホログラム３は、特開平１１−１０９３３８号の透過型ホログラムと同様に、透明板状体２内で導光され透過型ホログラム３に臨界角以上の所定の角度で入射する光を透明板状体２の背面の外へ透過型ホログラム３の法線に対して角度θをなす斜めの射出角で回折光６として回折する特性を有するものである。そして、透過型ホログラム３の回折効率は、平均して光源４に近い程低く、光源４から離れるに従って高く設定されている。詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。何れにしても、透過型ホログラム３の回折効率は１００％より小さくなっている。
【００１４】
ホログラム付き導光板１の背面側には、極く薄い空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層１９が配置されている。このような指向性反射層１９の１つとしては、斜め入射の回折光６を略正面方向に拡散性の反射光６’として反射回折する反射型ホログラムがある。このような反射型のホログラムは例えば特開平１１−１２５７０７号、特開平１１−３５２３２９号等において知られているものである。また、その代わりに、同様の特性を持つ反射型の計算機ホログラム（特開平１１−１８３７１６号、特開平１１−２９６０５４号、特願２０００−１５９９１４）、あるいは、白色拡散板（特願２０００−３０９３３４）を用いてもよい。さらに、その代わりに、図３に断面を示すような断面鋸歯状の反射鏡１９’を用いても同様の作用を達成することができる。
【００１５】
このような構成であるので、透明板状体２の一端に面して配置された光源４を点灯すると、透明板状体２内に照明光５が導入され、透明板状体２の表面とその背面に密着あるいは接着配置されている透過型ホログラム３の空気又は低屈折率層との界面との間で全反射を繰り返しながら透明板状体２の他端へ向かって導光される。透過型ホログラム３は上記のような構成であるので、その導光の間、照明光５中の透過型ホログラム３の回折条件を満たす角度成分が透過型ホログラム３により回折され、斜めの回折光６として背面側へ回折される。その回折光６は、透過型ホログラム３に近接配置された指向性反射層１９で略正面方向に向かう反射光６’として反射回折され、その反射光６’は今度は透過型ホログラム３で回折されずにホログラム付き導光板１を透過し、液晶表示素子１０を背面側から一様に照明する。その光は液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けて表示光６”となって観察者の眼Ｅに達し、各画素の変調状態の組み合わせによって明るい表示が可能になる。
【００１６】
これに対して、明るい環境下で回折光６と同じ方向に入射する外光７が存在する場合、外光７は液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けてホログラム付き導光板１側へ透過し、その透明板状体２内に入射して一部は透過型ホログラム３で回折されないでホログラム付き導光板１を透過し、その透過光は指向性反射層１９で略正面方向に向かう反射光７’として反射回折され、その反射光７’は透過型ホログラム３で回折されずにホログラム付き導光板１を透過し、液晶表示素子１０を背面側から一様に照明し、その光は再度液晶表示素子１０の各画素によって空間変調を受けて表示光７”となって観察者の眼Ｅに達し、各画素の変調状態の組み合わせによって明るい表示が可能になる。
【００１７】
以上のように、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置においては、ホログラム付き導光板を加えるだけの簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【００１８】
以上、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。また、ホログラム付き導光板１として、透明板状体２の背面に透過型ホログラム３を密着あるいは接着配置する代わりに、その前面に反射型ホログラムを密着あるいは接着配置し、透明板状体２内で全反射を繰り返しながら導光される光５をその間反射型ホログラムにより回折して透明板状体２の背面側に出して照明光とするようにしてもよい。詳細は、特開平１１−１０９３３８号参照。さらには、透過型ホログラム３の代わりに、レリーフ型あるいは体積型の回折格子を用いてもよく、さらには、マイクロプリズムのアレーからなるものを用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の反射型兼透過型液晶表示装置によると、液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、その偏向素子付き導光板は、透明板状体を備え、その一面に偏向素子が設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が偏向素素子により透明板状体の背面側へ偏向されるように構成されているので、簡単な構成で、周囲が明るい場所では、光源を用いずに外光を利用した明るい反射型液晶表示装置として動作させることができ、また、周囲が暗い場所では、光源を点灯して明るい透過型液晶表示装置として動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく１実施例の反射型兼透過型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の反射型兼透過型液晶表示装置の概念図である。
【図３】指向性反射層として使用可能な断面鋸歯状の反射鏡の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ホログラム付き導光板
２…透明板状体
３…透過型ホログラム
４…光源
５…照明光
６…回折光
６’…反射光
６”…表示光
７…外光
７’…反射光
７”…表示光
１０…液晶表示素子
１１…液晶層
１２、１３…透明ガラス基板
１４…透明対向電極
１５…透明画素電極
１６…カラーフィルター
１７、１８…偏光板
１９…指向性反射層
Claims (3)
- 画素毎に区切られた画素電極と共通電極の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を備えた液晶表示素子を備えた液晶表示装置において、
前記液晶表示素子の背面側に、空隙あるいは低屈折率層を介して、偏向素子付き導光板が配置され、さらにその背面側に空隙あるいは低屈折率層を介して、指向性反射層が配置されてなり、
前記偏向素子付き導光板がホログラム付き導光板からなり、そのホログラム付き導光板は、透明板状体を備え、その一面にホログラムが設けられ、その板状体の一端の近傍に配置された光源から導入された光がその板状体中を繰り返し全反射しながら伝搬され、その伝搬される光の一部が前記ホログラムにより前記透明板状体の背面側へ回折されるように構成されており、
前記光源から導入され前記ホログラムにより前記背面側へ回折されて前記指向性反射層に入射する光と、その回折光と同じ方向から前記液晶表示装置に入射し前記液晶表示素子と前記ホログラム付き導光板を透過した外光とが、前記指向性反射層によって前記液晶表示素子側へ反射回折されるようになっていることを特徴とする反射型兼透過型液晶表示装置。 - 前記ホログラムが透過型ホログラムからなることを特徴とする請求項１記載の反射型兼透過型液晶表示装置。
- 前記ホログラムが反射型ホログラムからなることを特徴とする請求項１記載の反射型兼透過型液晶表示装置。
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