JP2000221481A

JP2000221481A - 表示素子

Info

Publication number: JP2000221481A
Application number: JP11019298A
Authority: JP
Inventors: Taku Nakamura; 卓中村; Yuzo Hisatake; 雄三久武
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】反射型または半透過型表示素子の問題点を新
規な構造にて解決し、光利用効率を飛躍的に高めた表示
素子を提供することを目的とする。【解決手段】直線偏光成分を透過する第一偏光板と、
第一偏光板の後方に配置され、印加電圧に応じて入射光
の偏光を変調する光学素子層と、光学素子の後方に配置
され、第一方向の直線偏光成分を透過し、第一方向と直
交する第二方向の直線偏光成分を所定の割合で反射およ
び透過する直線偏光半透過層と、直線偏光半透過層の後
方に配置され、第二方向の直線偏光成分を透過する第二
偏光板と、を備えたことを特徴とする表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶等の光学素子を
用いた表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型液晶表示素子は、外光を利
用するため使用環境によっては照度不足のため表示画面
が暗くなり、特に暗所では全く利用することができな
い。一方で、暗い環境では透過型液晶表示素子として利
用できるように、外光を反射するための反射板として半
透過反射板（ハーフミラー）を用い、この半透過反射板
の背面にバックライトを具備した半透過型表示素子が応
用されてきた。しかしながら、半透過反射板は入射光の
利用効率が最大でも５０％であるため、表示画面の明る
さは透過型表示素子または反射型表示素子と比べて著し
く劣っていた。

【０００３】近年、こうした問題に対し、反射板に画素
毎にピンホールを設け、このピンホールに対応したマイ
クロレンズを配置した半透過型液晶表示素子が検討され
ている。この半透過型液晶表示素子においては、外光利
用時には反射板のピンホールを除く領域で反射した光を
光源として利用し、バックライト使用時にはピンホール
を透過した光をマイクロレンズにより集光することによ
り、光の利用効率を高めている。しかしながら外光利用
時にはピンホール分の光の損失があるため、結果的に透
過型としての使用頻度が高まり、消費電力を増大させる
こととなる。また、反射板の構造が複雑なため外付けの
反射板を用いる必要があり、その結果、視差が生じ表示
性能を著しく低下させる。

【０００４】また、反射型液晶表示素子の観察面側に導
光板を配置し、この導光板の側面に線状光源を配置した
いわゆるフロントライト方式の表示素子も検討されてい
る。しかしながら、フロントライト表面での表面反射が
著しく、コントラストなどの表示品位を著しく低下させ
てしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれら従来の
反射型または半透過型表示素子の問題点を新規な構造に
て解決し、光利用効率を飛躍的に高めた表示素子を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、直線偏光成分
を透過する第一偏光板と、第一偏光板の後方に配置さ
れ、印加電圧に応じて入射光の偏光を変調する光学素子
層と、光学素子の後方に配置され、第一方向の直線偏光
成分を透過し、第一方向と直交する第二方向の直線偏光
成分を所定の割合で反射および透過する直線偏光半透過
層と、直線偏光半透過層の後方に配置され、第二方向の
直線偏光成分を透過する第二偏光板と、を備えたことを
特徴とする表示素子である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
一実施例を詳細に説明する。図１に、本発明の一実施例
における表示素子の構成を示す。この表示素子は、２枚
の対向配置されたガラス基板１３、１４にネマティック
液晶層１５が挟持されている。そしてガラス基板１３、
１４の内面にはそれぞれ透明電極１６、１７が形成され
ており、さらにその上には図示しない配向膜が形成され
ている。それぞれのガラス基板１３、１４に形成された
配向膜はその配向軸が互いに直交するように形成されて
おり、これによりネマティック液晶層１５は９０°のツ
イスト角を持つ。

【０００８】さらに、透明電極１７とガラス基板１４と
の層間に直線偏光半透過層１８が形成されている。この
直線偏光半透過層１８には、例えばＤ−ＢＥＦ（商品
名：３Ｍ社製）等が用いられる。

【０００９】さらに、ガラス基板１３および１４の外面
にはそれぞれ偏光板１１、１２が互いにクロスニコルに
形成されており、偏光板１２のさらに外側にはバックラ
イト２２が配置されている。本実施例では偏光板１１の
側から観察することを前提としている。また、直線偏光
半透過層１８の透過軸と偏光板１２の透過軸とが略直交
するように配置される。

【００１０】本実施例における直線偏光半透過層１８に
おいては、図２に示すように、その透過軸に平行な偏光
成分の光をほぼ１００％透過し、その透過軸に略直交す
る偏光成分の光のうち７０％を反射し残りの３０％を透
過する性質を持つ。実現手段としては、直線偏光半透過
層１８の膜厚を薄くし反射能を下げることにより透過成
分を確保し図３（ａ）に示すような特性とするか、また
は、直線偏光半透過層１８の層の一部を取り除き、その
範囲の波長の光は透過、それ以外は反射されるようにし
図３（ｂ）に示すような特性とする方法等がある。図３
（ｂ）では可視光領域のうちの３０％の波長を透過領域
とし、かつ全体として白色に見えるようにしてある。

【００１１】また、直線偏光半透過層１８のバンド幅は
４００〜７００ｎｍの可視光領域のみでなく、好ましく
は４００〜８００ｎｍ、さらに好ましくは４００〜８４
３ｎｍ程度とする。４００〜８４３ｎｍのバンド幅を有
する直線偏光半透過層１８を用いた表示装置は斜め方向
から見たときの色変化を防ぐことができ、視野角６０°
程度まで良好な表示を行うことができる。

【００１２】図１に戻って本実施例の動作を説明する。
なお、本明細書内では便宜的に図１の直交する矢印の方
向の成分をそれぞれ第一方向の偏光成分、第二方向の偏
光成分と呼ぶこととする。

【００１３】図１（ａ）は透明電極１６、１７間に電界
がかかっていない状態、即ちＶｏｆｆ時である。まずは
Ｖｏｆｆ時における反射モードについて説明する。観察
面側、即ち偏光板１１上から入射された光は、偏光板１
１により第一方向の偏光成分が取り出されて液晶層１５
に入射される。そして、液晶層１５を通ることで旋光に
より第二方向の偏光成分となり直線偏光半透過層１８に
到達する。直線偏光半透過層１８は第二方向の偏光成分
に偏光された光を反射し再び液晶層１５に戻る。そして
再度旋光により第一方向の偏光成分となり偏光板１１を
透過し明表示となる。

【００１４】次に、Ｖｏｆｆ時における透過型のモード
について同図を用いて説明する。バックライト２２から
発せられる光が偏光板１２により第に方向の偏光成分の
光を透過する。第二方向の偏光成分に偏光された光は直
線偏光半透過層１８に到達し、ここでその７０％が反射
され、３０％が透過する。この透過した３０％の光は上
記した反射モードにおける反射後の光と同様に、最終的
に偏光板１１を透過し明表示となる。

【００１５】次に、図１（ｂ）を用いて、Ｖｏｎ時にお
ける動作を説明する。まずＶｏｎ時における反射モード
について説明する。観察面側から入射される光は偏光板
１１により第一方向の偏光成分に偏光され液晶層１５に
入射される。このとき液晶層１５はＶｏｎとなっており
入射光に対して旋光することがない。従って、第一方向
の偏光成分に偏光された光はそのまま直線偏光半透過層
１８に到達する。直線偏光半透過層１８は第一方向の偏
光成分をほぼ１００％透過し、そのまま偏光板１２に到
達し、偏光板１２により第一方向の偏光成分が吸収さ
れ、暗表示となる。

【００１６】次にＶｏｎ時における透過モードについて
説明する。バックライト２２から発せられる光は偏光板
１２により第二方向の偏光成分に偏光されて直線偏光半
透過層１８に到達する。直線偏光半透過層１８は第二方
向の偏光成分に偏光された光の７０％を反射し残りの３
０％を透過する。透過された３０％の光は液晶層１５で
位相をずらされることなく通過し偏光板１１により吸収
され暗表示となる。

【００１７】ここで、直線偏光半透過層の製法を以下に
述べる。屈折率の異なる２種のポリマーを多層積層して
延伸する。このとき、ポリマーの屈折率を制御すること
により、２層のフィルムの延伸方向の屈折率を一致させ
て、１方向の直線偏光を透過し、その直交方向の直線偏
光を反射することができる。この多層膜は屈折率の異な
るポリマーフィルムを共押出しの方法で形成し、その後
延伸することにより１方向の屈折率を同一にし、もう一
方の屈折率は異なるようにしたものである。ポリマーと
してはナフタレンジカルボン酸ポリエステルを用いるこ
とができる。

【００１８】各層の屈折率をｎ、層厚をｄ（μｍ）とす
ると、波長λ＝４×ｎ×ｄ（ｎｍ）の光の１偏光成分に
対して、干渉による反射を行う。ここで積層される層数
を増やすと反射率が増し、層数を減らすと反射率が低下
し透過率が増す。屈折率ｎまたは層厚ｄを変化させるこ
とにより任意の反射透過性能を付与できる。

【００１９】上記実施例では直線偏光半透過層１８をガ
ラス基板１４の内側の面に形成したが、外側の面に形成
してもよい。この場合はガラス基板厚相当の視差が表示
に現れるので、ガラス基板を５０μｍ以下程度の薄ガラ
スとすることが望ましい。目安としては、（直線偏光半透過層の厚さ）＋（直線偏光半透過層と液
晶との間隔）≦（１画素の短辺の長さ）の関係を満たすことが望ましい。

【００２０】さらに、光の損失を低減するために、図４
に示すように直線偏光半透過層１２ａをバックライト２
２と偏光板１２との間に配置させてもよい。この直線偏
光半透過層１２ａは図５に示すように、その透過軸に平
行な偏光成分をほぼ１００％透過し、その透過軸に略直
交する偏光成分をほぼ１００％反射する性質を持つもの
がよい。直線偏光半透過層１２ａにより反射された光が
バックライトに付設された反射板により再び反射され透
過軸に平行な成分となった光を透過する。これを繰り返
すことによって、反射された光をリサイクルすることが
でき、輝度の向上を図ることができる。

【００２１】なお、本実施例では液晶層１５にツイステ
ッドネマティック液晶を用いその旋光性を利用したが、
このほかにＶｏｎ時とＶｏｆｆ時でλ／２位相が異なる
モードを利用することもできる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、光利用効率が高く、表
示品位の良好な半透過型表示素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す表示装置の概念図
である。

【図２】本発明の一実施の形態における直線偏光半透過
層の機能を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態における直線偏光半透過
層の特性を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す表示装置の概念
図である。

【図５】図４における直線偏光半透過層１２ａの機能を
示す図である。

【符号の説明】

１１、１２…偏光板１３、１４…ガラス基板１５…液晶層１６、１７…透明電極１８、１２ａ…直線偏光半透過層２２…バックライト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線偏光成分を透過する第一偏光板と、前記第一偏光板の後方に配置され、印加電圧に応じて入
射光の偏光を変調する光学素子層と、前記光学素子の後方に配置され、第一方向の直線偏光成
分を透過し、前記第一方向と直交する第二方向の直線偏
光成分を所定の割合で反射および透過する直線偏光半透
過層と、前記直線偏光半透過層の後方に配置され、前記第二方向
の直線偏光成分を透過する第二偏光板と、を備えたこと
を特徴とする表示素子。
【請求項２】前記第二偏光板の後方に配置されるバッ
クライトを備えたことを特徴とする請求項１記載の表示
素子。
【請求項３】前記第二偏光板と前記バックライトとの
間に、前記第二方向の直線偏光成分を透過し、前記第一
方向の直線偏光成分を反射する第二直線偏光半透過層が
配置されていることを特徴とする請求項２記載の表示素
子。
【請求項４】前記光学素子層は、ツイステッドネマテ
ィック液晶素子、垂直配向型ネマティック液晶素子、水
平配向型ネマティック液晶素子、強誘電性液晶素子、ま
たは反強誘電性液晶素子のいずれかであることを特徴と
する請求項１記載の表示素子。
【請求項５】前記直線偏光半透過層は、第二方向の直
線偏光成分のうち所定の波長範囲の光を反射し、前記所
定の波長範囲外の光を透過することを特徴とする請求項
１記載の表示素子。
【請求項６】前記所定の波長範囲は、４００ｎｍ以上
８４３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の
表示素子。
【請求項７】表示素子は短辺と長辺を有する略矩形状
の複数の画素電極を有しており、前記直線偏光半透過層
の厚さと、前記直線偏光半透過層と前記光学素子層との
間隔との和が前記各画素の短辺の長さ以下であることを
特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項８】前記光学素子層は、旋光により入射光の
偏光を変調することを特徴とする請求項１記載の表示素
子。
【請求項９】前記光学素子層は、位相をずらせること
により入射光の偏光を変調することを特徴とする請求項
１記載の表示素子。