JP4348061B2 - 画像表示状態と鏡状態とを切り替え可能な装置、および、これを備えた機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示画面を鏡に切り替えることができる鏡機能付き表示装置およびこれを備えた機器、または、鏡を画像表示画面に切り替えることができる画像表示機能付き鏡およびこれを備えた機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外光を反射する鏡状態に切り替え可能な表示装置（或いは表示機能を備えた鏡）としては、例えば特開平１１−１５３９２号公報や特開平１１−２９１８１７号公報等に記載されているように、液晶表示装置等の画像表示部材の前面にハーフミラー素材を配置した表示装置が知られている。これらの表示装置では、照明装置が消灯時、或いは画像が暗表示の場合には、ハーフミラー素材で反射される外光がハーフミラー素材を透過する画像光より多くなるため、鏡状態となる。一方、照明装置が点灯時、或いは画像が明表示の場合には、ハーフミラー素材を透過する画像光はハーフミラー素材で反射する外光より多くなるため、画像表示状態となる。即ち、これらの表示装置では、ハーフミラー素材背面の画像表示部材の明るさを切り替えることで、同一観察面を鏡状態と画像表示状態とに切り替え可能にしたものである。
【０００３】
また、国際公開番号ＷＯ９９／０４３１５の再公表公報には、画像表示が観察されるシャッタ開状態と画像表示が観察されないシャッタ閉状態とに切り替え可能な液晶表示装置が開示されている。この公報によれば、シャッタ閉状態の際には、外光が反射され”メタル調”になると記載されている。
【０００４】
このＷＯ９９／０４３１５の再公表公報の液晶表示装置は、電極を備えた一対の基板の間隙に液晶層を封入した液晶表示パネルを２枚積み重ね、この積み重ねた２枚の液晶表示パネルの上面と、下面と、２枚の液晶表示パネルの間の３カ所に偏光板を配置したものである。これらの偏光板のうち、液晶表示パネルの間に配置する偏光板として、所定の直線偏光は透過し、これと偏光軸が直交する直線偏光は反射する反射型偏光板を用いている。反射型偏光板の透過偏光軸は、積み重ねた２枚の液晶表示パネルの上面の偏光板の透過偏光軸と平行にしている。また、上側（観察者側）の液晶表示パネルとしては、液晶としてツイストネマティック型液晶を用いている。このような構成では、上側の液晶表示パネルの液晶層に印加する電圧が小さい場合には、上面の偏光板を透過した光は、液晶層を透過する際に偏光方向が９０度回転して反射型偏光板に至るため、反射型偏光板の反射特性により強く反射される。これにより、”メタル調”のシャッタ閉状態となる。一方、上側の液晶表示パネルの液晶層に印加する電圧が大きい場合には、上面の偏光板と上側の液晶表示パネルと反射型偏光板とが実効的に透明な状態となり、下側の液晶表示パネルの画像表示が観察されるシャッタ開状態となる。すなわち、上側の液晶表示パネルへの印過電圧により、外光が反射され”メタル調”を呈するシャッタ閉状態と、下側の液晶表示パネルの表示が観察されるシャッタ開状態とを切り替えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の表示装置は、外光を反射する鏡のような状態に切り替え可能であるが、この鏡のような状態は、人が自分の顔や姿を映して観察する鏡として使用するには不十分である。これを具体的に以下説明する。
【０００６】
上記特開平１１−１５３９２号公報や特開平１１−２９１８１７号公報の表示装置は、ハーフミラーを用いているため、外光を反射する鏡状態の明るさは、ハーフミラーの反射率に依存する。このため、人が自分の顔や姿を映し出す鏡として使用できる明るい鏡にするには、ハーフミラーの反射率を高める必要がある。しかしながら、ハーフミラーの反射率を高めると、画像表示状態の際にハーフミラー素材で反射される光の分だけ画像の光量が低下するため、表示画像が暗くなる。すなわち、画像表示状態での画像の明るさと、鏡状態での鏡の明るさはトレードオフの関係にあるため、明るい画像表示と明るい鏡の両立が困難である。このため、ハーフミラーを用いる表示装置の鏡状態の明るさを、人が自分の顔や姿を映して観察する鏡として使用できるほどまで高めることは難しい。
【０００７】
また、このようなハーフミラーを用いる表示装置では、明るい環境下で用いると、画像表示状態であっても、外光の一部がハーフミラーで反射する。このため画像表示状態において外光の映り込みや、外光の反射による画像のコントラスト比の低下といった画質の劣化を生じる。
【０００８】
また、上述の国際公開番号ＷＯ９９／０４３１５の再公表公報の表示装置では外光の反射機能を、人が自分の顔や姿を映して観察する鏡として機能させようとした場合に以下の問題を生じる。
【０００９】
この表示装置では、２枚の液晶パネルのうち上側（観察者側）の液晶パネルの液晶層に印加する電圧が小さい場合に”メタル調”のシャッタ閉状態となる。このとき、外部から入射した光は、上面の偏光板を透過し、上側の液晶パネルの液晶層を透過し、反射型偏光板で反射されて再び外部へ戻る。これにより、鏡のような反射を呈する。一方、下側の液晶パネルから出射された画像表示光のうち、暗表示部光として偏光の状態を制御された光は、上記反射型偏光板の透過偏光軸と偏光軸が直交しているため、この反射型偏光板により反射され、外部へは出射されない。しかしながら、現実には、透過偏光軸と直交する方向の反射率が１００％という完全な反射型偏光板は存在しないため、一部の暗表示部光は反射型偏光板を透過する。反射型偏光板を透過した暗表示光は、上側の液晶パネルの液晶層を通過することにより偏光軸が上面の偏光板の透過偏光軸と一致するため、これを透過して観察者に視認される。すなわち、シャッタ閉の鏡状態の際に、画像の暗表示部から外部に光漏れが生じる。
【００１０】
また、下側の液晶パネルから出射される画像表示光のうち、明表示光として偏光状態を制御された光は、偏光軸が上記反射型偏光板の透過偏光軸と平行であるため、これを透過し、上側の液晶パネルの液晶層を通過する。その際に偏光軸が９０度回転するため、偏光軸が上面の偏光板と直交し、上面の偏光板で吸収される。一般的に知られているように、液晶分子が層厚方向に連続的にツイストしたの液晶層に光を通過させて出射させる場合、層厚方向への液晶分子の傾斜やツイストの状態により、液晶層の斜め方向へ出射される光の偏光状態が異なるため、斜め方向へ出射される光には上面の偏光板の透過偏光軸と平行な偏光成分が含まれる。このため、表示装置の正面方向よりも斜め方向から、多くの光漏れが生じて、観察者に視認されることになる。
【００１１】
発明者らが、国際公開番号ＷＯ９９／０４３１５の再公表公報の表示装置とほぼ同様の表示装置を実際に作成して、シャッタ閉状態における光の漏れを測定した結果を、図４４に示す。図４４のグラフは、表示装置をシャッタ開状態で画像表示した場合に明表示部で輝度４５０cd/ｍ²が得られるように下側の液晶パネルで画像表示をさせ、その状態で、上側の液晶パネルをシャッタ閉状態として、表示装置の前面からの光漏れを測定したデータである。図４４の横軸は、表示装置の表示部上の位置を示し、縦軸が、正面方向での輝度値を示す。
【００１２】
図４４のように、暗表示部の正面方向の光漏れは、輝度値24〜28cd/ｍ²であり、明表示部の正面方向の光漏れは、輝度値４〜５cd/ｍ²であった。よって、正面方向の光漏れは、暗表示部の方が明表示部よりも約７倍大きかった。また、暗表示部での光の漏れは位置に対して不均一であり、色むらも認められた。なお、輝度値４〜５cd/ｍ²という値は、薄暗い環境下であれば十分に視認できる値である。また、斜め方向から観察した場合は、方向によっては明表示部から４〜５cd/ｍ²以上の光の漏れが観察された。このように、従来の表示装置のシャッタ閉状態を鏡として機能させようとすると、光の漏れのために反射像のコントラスト比が著しく低減する。このため、人の顔や姿を映し出す鏡としては、十分ではない。
【００１３】
なお、反射型偏光板として、例えば国際出願の国際公開番号：ＷＯ９５／２７９１９号に開示されている異なる複屈折性高分子フィルムを交互に複数層積層した複屈折反射型偏光フィルムを用いることができる。このような反射型偏光板は、通常、液晶素子の裏面側に配置する偏光板と照明装置（バックライト）との間に配置して、照明光の利用効率を向上する目的に使用する場合に極めて高い効果が得られるものである。しかしながら、本発明が目的とするような鏡性能を実現する場合には所定の偏光に対する光の漏れが大きな問題となるためこのような反射型偏光板だけでは十分な鏡性能を得ることができない。
【００１４】
本発明は、高画質な画像を表示する状態と、人が自分の顔や姿を映して観察するのに適した見やすい反射像が得られる鏡状態とに切り替え可能な装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような構成の、画像表示状態と鏡状態とを切り替え可能な装置が提供される。
【００１６】
すなわち、所望の画像を表示するための画像光を出射する画像表示部と、前記画像表示部に重畳して配置された、前記画像光を透過する画像透過状態と外光を反射する鏡状態とに切り替え可能な鏡機能部とを有し、
該鏡機能部は、前記画像表示部側から順に配置された、反射型偏光選択手段と、透過偏光軸可変手段と、吸収型偏光選択手段とを含み、前記反射型偏光選択手段は、予め定めた偏光軸の第１の偏光を透過し、前記第１の偏光と偏光軸が交差する第２の偏光を反射し、前記透過偏光軸可変手段は、入射した前記第１の偏光を前記第２の偏光へ変化させて透過する状態と、入射した光の偏光軸を変化させないで透過する状態とに切り替え可能であり、前記吸収型偏光選択手段は、前記第１の偏光および第２の偏光のうち一方を透過し、他方を吸収し、
前記画像表示部は、前記第１の偏光を透過し、前記第２の偏光を吸収する画像光用偏光選択手段を備え、前記画像光用偏光選択手段を透過した前記第１の偏光を前記画像光として出射することを特徴とする画像表示状態と鏡状態とを切り替え可能な装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、画像表示状態と鏡状態とが切り替え可能な装置（すなわち鏡機能付き表示装置、或いは表示機能付き鏡）を提供する。この装置は、鏡状態では、画像表示光の光漏れを防止して、明るく、コントラスト比の高い反射像を得ることができる。よって、本実施の形態の装置は、鏡状態の場合には、人が自分の顔や姿を映し出し、観察するのに適している。一般的に、人の顔の見え方は、部位の大きさ、輝度値、コントラスト比（輝度対比）等の物理量に依存すると考えられており、コントラスト比（輝度対比）が大きいほど見え易さの評価が高いことが評価実験により確認されている（奥田紫乃、佐藤隆二：人の顔の見え方に対する評価法の構築に関する基礎検討、照明学会誌、第８４巻、第１１号、pp809-814）。また、本実施の形態の装置は、画像表示状態では、明るい環境下であっても外光の映り込みやコントラスト比の低下といった画質の劣化が少なく、明るい画像が得られる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置を図１〜図６を参照して説明する。
【００１９】
まず、第１の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置の基本構成と動作を図１及び図２を用いて説明する。
【００２０】
第１の実施の態様の表示装置は、図１のように、順に配置された、画像表示部１０００と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とを有している。画像表示部１０００は、予め定めた方向の直線偏光成分を透過し、それと直交する方向の直線偏光成分を吸収する吸収型偏光選択部材２０８を含み、この吸収型偏光選択部材２０８は、反射型偏光選択部材３００側に配置されている。本実施の形態では、画像表示部１０００は、照明装置と、液晶層と、液晶層を挟む２枚の吸収型偏光選択部材とを含む。２枚の吸収型偏光選択部材のうち出射側ものが、吸収型偏光選択部材２０８である。液晶層に印加する電圧を明表示領域と暗表示領域とで変化させて、明表示領域からは吸収型偏光選択部材２０８を透過する直線偏光を出射させ、暗表示領域では吸収型偏光選択部材２０８で光を吸収させて、光を出射させない。これにより、画像を表示する構成である。よって、画像表示部１０００から出射される画像光（明表示光）は、吸収型偏光選択部材２０８の透過偏光軸と一致した偏光軸を有する直線偏光である。以下、画像光の偏光軸と同じ方向の偏光軸を有する直線偏光を「第１の直線偏光」と称する。また、第１の直線偏光と偏光軸が直交する方向の直線偏光を「第２の直線偏光」と称する。
【００２１】
反射型偏光選択部材３００は、予め定めた方向の直線偏光成分を透過し、それと直交する直線偏光成分を反射する部材である。ここでは、反射型偏光選択部材３００は、第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は反射する向きに配置している。
【００２２】
透過偏光軸可変部４００は、入射した直線偏光光が透過する際にその偏光軸を変化させる状態と、偏光軸を変化させない状態とを、電気的な切り替えにより選択できる構造を有する素子である。本実施の形態では、透過偏光軸可変部４００として、液晶層４０７と、液晶層４０７に電圧を印加するための透明電極４０３、４０６とを含む液晶素子を用いている。透明電極４０３には、電圧のオンオフを切り替える切り替えスイッチ８１３が接続されている。切り替えスイッチ８１３により、液晶層４０７に印加する電圧をオフにしているときには、液晶層４０７は、入射した直線偏光の偏光軸を変化させる状態であり、電圧をオンにすると偏光軸を変化させない状態となる。本実施の形態では、液晶層４０７は、液晶分子４０７ａの長軸が、電圧オフのときに、透明電極４０３と透明電極４０６との間で連続的に９０°捩じれるように構成した、いわゆるツイストネマティック（ＴＮ）型液晶である。液晶層４０７の配向方向は、反射型偏光選択部材３００側から入射した第１の直線偏光を第２の直線偏光へ変化させる方向に定めている。一方、電圧オンの場合、液晶層４０７の液晶分子４０７ａは、図２のように透明電極４０３、４０６に対して垂直に立った状態となり、入射した光の偏光軸を変化させない状態となる。
【００２３】
吸収型偏光選択部材５００は、予め定めた方向の直線偏光成分を透過し、それと直交する方向の直線偏光成分を吸収する部材である。ここでは、吸収型偏光選択部材５００は、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収して、第２の直線偏光成分は透過するように配置されている。
【００２４】
尚、観察者は、吸収型偏光選択部材５００側（図１中の紙面左側）から本表示装置を観察することになる。
【００２５】
つぎに、第１の実施の形態の表示装置の動作を図１および図２を用いて説明する。
【００２６】
本実施の形態の表示装置を画像表示状態で使用する場合には、図１のように、切り替えスイッチ８１３をオフにして、透過偏光軸可変部４００の液晶層４０７の液晶分子４０７ａが９０゜捻れた状態に設定する。この状態で、画像表示部１０００から所望の表示の画像光（明表示光）３００１を出射させる。画像光３００１は、画像表示部１０００の吸収型偏光選択部材２０８を通過している光であるため、第１の直線偏光である。よって、画像光３００１の偏光軸は、反射型偏光選択部材３００の透過偏光軸と一致しており、反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。上述のように、透過偏光軸可変部４００の液晶層４０７はオフ状態に設定されているため、入射した第１の直線偏光の画像光３００１は、液晶分子４０７ａの捻れに沿ってその偏光軸が回転して第２の直線偏光となって出射される。第２の直線偏光となった画像光３００１は、偏光軸が吸収型偏光選択部材５００の透過偏光軸と一致しているため、これを透過して、観察者に観察される。
【００２７】
一方、画像表示状態のときに観察者側から表示装置へ入射する外光３００２は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。吸収型偏光選択部材５００を透過した第２の直線偏光の外光３００２は、透過偏光軸可変部４００を透過する際に、第２の直線偏光から第１の直線偏光に変化する。これにより、偏光軸が反射型偏光選択部材３００の透過偏光軸と一致するため、反射型偏光選択部材で反射されることなく透過して画像表示部１０００に入射する。入射した第１の直線偏光の外光３００２は、偏光軸が吸収型偏光選択部材２０８の透過偏光軸と一致しているため、吸収型偏光選択部材２０８を透過し、画像表示部１０００の液晶層に入射する。このとき、暗表示領域に入射した光は、液晶層よりも照明装置側に配置されている吸収型偏光選択部材によって吸収される。よって、観察者側には戻ってこない。また、明表示領域に入射した光は、光源側の吸収型偏光選択部材も透過して照明装置に至る。照明装置に至った光の一部は、これにより反射されるが、反射された光は照明光と実質的に変わりなく、照明光の一部となるため、画質を劣化させる外光の反射とはならない。すなわち、本実施の形態の表示装置では、画像表示状態のときに、外光が入射しても、画質を劣化させる外光の反射はほとんどない。
【００２８】
このように、本実施の形態の表示装置は、画像表示状態では、画像光３００１がほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像が得られる。一方、外光３００２は表示装置ではほとんど反射されないので、映り込みやコントラスト比の低下等の外光の反射による画質の劣化がほとんどない。
【００２９】
つぎに、本実施の形態の表示装置を鏡状態に切り替えて使用する場合について説明する。この場合、図２のように、切り替えスイッチ８１３をオンにして、透過偏光軸可変部４００の液晶層４０７の液晶分子４０７ａを立たせた状態に設定する。
【００３０】
このとき、観察者側から本表示装置へ向かう外光３００２は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過し、透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００は、液晶層４０７の液晶分子４０７ａが立った状態であるため、入射した外光３００２は偏光状態が変化することなく第２の直線偏光のまま透過偏光軸可変部４００を透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００の反射偏光軸は、第２の直線偏光の偏光軸と一致しているため、外光３００２は反射型偏光選択部材３００によって反射される。反射型偏光選択部材３００で反射した外光３００２は、再び透過偏光軸可変部４００に入射し、第２の直線偏光のままこれを透過して出射され、さらに吸収型偏光選択部材４００も透過して観察者へ向かう。これにより、外光３００２の反射像が得られ鏡状態が実現する。
【００３１】
この鏡状態のときに、画像表示部１０００から出射される画像光（明表示光）３００１は、吸収型偏光選択部材２０８を透過した第１の直線偏光であるため、反射型偏光選択部材３００を透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００はオン状態であるため、画像光３００１の偏光状態は変化することなく第１の直線偏光のままこれを透過し、吸収型偏光選択部材５００に入射する。第１の直線偏光は、吸収型偏光選択部材５００の吸収偏光軸に一致しているため、吸収型偏光選択部材５００で吸収されて観察者には観察されない。
【００３２】
つまり、鏡状態の場合には画像表示部材からの光は観察者に至ることがなく、一方、周囲から表示装置に入射する外光３００２は理想的には非偏光の半分の光が反射型偏光選択部材３００で反射して、観察者側に向かうため明るい鏡として機能する。
【００３３】
なお、鏡状態の場合、本実施の形態の表示装置は、国際公開番号ＷＯ９９／０４３１５の再公表公報の表示装置と比較して、光漏れを大幅に減少させることができる。国際公開番号ＷＯ９９／０４３１５では、鏡状態において反射型偏光板の反射性能に起因する暗表示部からの光漏れが問題であったが、本実施の形態の表示装置では、画像表示部１０００が吸収型偏光選択部材２０８を備え、暗表示領域の照明光を吸収しているため、暗表示領域では反射型偏光選択部材３００に光が到達しない。このため、反射型偏光選択部材３００の性能の如何に関わらず、暗表示領域からの光漏れはほとんど観察されない。
【００３４】
また、本実施の形態の表示装置は、鏡状態のときに、透過偏光軸可変部４００をオンにして、液晶分子４０７ａを立たせる構成である。一般にネマティック型液晶は、電圧オンの液晶分子を立たせた状態の方が、電圧オフの液晶分子が捻れた状態のときよりも、斜め方向に出射させる光の偏光軸のずれは小さい。このため、本実施の形態の表示装置は、従来の技術で述べた鏡状態で電圧オフにする構成のものと比較して、鏡状態のときに画像光（明表示光）３００１の斜め方向への光漏れが少ないという効果も得られる。
【００３５】
鏡状態における画像表示部１０００からの光の漏れを図３及び図４のグラフを用いて具体的に説明する。図３が明表示領域、図４が暗表示領域での光の漏れの大小を輝度値で表している。これらのグラフは、表示装置が画像表示状態の場合に輝度４５０cd/ｍ²の明表示を行う場合のデータであり、横軸が表示装置の表示部上の位置を示し、縦軸が正面方向、すなわち画面に対して垂直方向での輝度値を示す。また、図３，図４には、画像表示部１０００の吸収型偏光選択部材２０８としてＡタイプ偏光板、Ｂタイプ偏光板、Ｃタイプ偏光板を用いた構成のそれぞれの光漏れと、画像表示部１０００から吸収型偏光選択部材２０８を取り去って、他の構成は本実施の形態の表示装置と同様にした装置の光漏れとを示した。なお、吸収型偏光選択部材２０８を取り去った構成であっても、画像表示状態では通常レベルの画像が表示できた。また、Ａ，Ｂ，Ｃタイプ偏光板の詳細は後述する。
【００３６】
図３に示すとおり、鏡状態における明表示領域では、吸収型偏光選択部材２０８を用いる本実施の形態の表示装置の方が、吸収型偏光選択部材２０８がない装置よりも、光の漏れが半分程度に抑えられる。このため、本実施の形態の表示装置は、コントラスト比が高い反射像を映し出す鏡が実現できる。また、鏡状態における暗表示領域部では、図４に示すとおり、吸収型偏光選択部材２０８を用いる本実施の形態の表示装置は、光の漏れがほんとんどないため、コントラスト比がより高く見やすい反射像を映し出す鏡を実現ができる。一方、吸収型偏光選択部材２０８を用いない表示装置では、図４のように暗表示領域で多くの光漏れが生じている。
【００３７】
これらのことから、本実施の形態の表示装置は、鏡状態のとき、画像表示部１０００の表示を暗表示とすることでより、視認性の良い鏡が実現できることを示す。このことは、図３，図４で光漏れを示した吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を備えない構成の表示装置および図４４で光漏れを示した従来の表示装置が、暗表示部の方が明表示部よりも光の漏れが多いことと対照的である。
【００３８】
よって、本実施の形態では、画面全面を鏡状態とする場合には、画像表示部１０００全体を暗表示もしくは画像表示部１０００の照明装置自体を非発光状態とする。また、透過偏光軸可変部４００の一部領域のみを電圧オン状態として、画面の一部のみを鏡状態とする場合には、鏡状態とする領域と重なる領域の画像表示部１０００を暗表示もしくは非発光状態とする。これにより、鏡状態の部分からの光漏れを減少させ、高いコントラスト比の反射像を映し出すことができる。
【００３９】
具体的には、鏡状態に切り替えるために、切り替えスイッチ８１３がオンに切り替えられたならば、切り替えスイッチ８１３と連動させて画像表示部１０００の液晶素子を暗表示にする回路を設けるか、もしくは画像表示部１０００の液晶素子の背面の照明装置を消灯させる回路を設ける構成にすることができる。鏡状態の場合に照明装置を消灯させるようにした場合には、表示装置の消費電力の低減が可能となる。なお、画面の一部だけを鏡状態とし、残りの部分に画像を表示する場合には、液晶素子の背面の照明装置を消灯すると画像表示領域の表示が暗くなるため、鏡状態とする領域と重なる領域の画像表示部１０００を暗表示とすることが望ましい。これにより、高コントラスト比な反射像を実現する鏡状態の実現と、明るい画像表示を同一画面上に同時に実現することが可能となる。
【００４０】
また、画像表示部１０００としては、液晶素子を用いるものの他、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：electroluminescence）素子のような自発光型の表示部を用いることもできる。ＥＬ素子の反射型偏光選択部材３００と対向する位置に吸収型偏光選択部材２０８を備える構成とする。ＥＬ素子を用いる場合には、鏡状態への切り替えと連動させて、ＥＬ素子の発光自体を止めて暗表示状態にすることにより、原理的に光の漏れをなくすことができる。これにより、高コントラスト比の反射像が得られる高品位な鏡状態を実現できるとともに、表示装置の消費電力の低減が可能となる。
【００４１】
また、画像表示部１０００の照明装置の光源としてメタルハライドランプなどの放電ランプを用い、これを液晶素子とを組み合わせることにより、本実施の形態の表示装置を投射型表示装置にすることができる。この場合、放電ランプは点灯と消灯を素早く行うことができないため、鏡状態への切り替えに連動させて、画像表示部１０００の表示を暗表示とすることで光漏れを低減させる構成にすることが望ましい。
【００４２】
なお、第１の実施の形態では、図１，図２のように吸収型偏光選択部材５００として、透過偏光軸が第１の直線偏光の偏光軸と平行であり、吸収偏光軸が第２の直線偏光の偏光軸と平行なものを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、透過偏光軸が第２の直線偏光の偏光軸と平行であり、吸収偏光軸が第１の直線偏光の偏光軸と平行なものを用いることができる。この場合、透過偏光軸可変部４００を入射した偏光軸を変化させないで透過する状態（電圧オンの状態）に切り替えることにより、表示装置を画像透過状態に切り替え、透過偏光軸可変部４００を第１の偏光を第２の偏光へ変化させる状態（電圧オフの状態）に切り替えることにより、表示装置を鏡状態に切り替える構成となる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置について、基本構成と動作を図５，図６を用いて説明する。
【００４４】
第２の実施の形態の表示装置は、第１の実施の形態の図１及び図２の表示装置の吸収型偏光選択部材５００を、反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００との組み合わせに置き換えたものである。他の構成は、第１の実施の形態の表示装置と同様であるので、同一部には同じ符号を付け詳細な説明は省略する。
【００４５】
反射型偏光選択部材３０１は、透過偏光軸可変部４００に対向する位置に配置され、反射型偏光選択部材３０１よりも観察者側に可変偏光選択部材６００が配置されている。反射型偏光選択部材３０１は、第１の直線偏光成分は反射して第２の直線偏光成分は透過する構成である。可変偏光選択部材６００は、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収して第２の直線偏光成分は透過する状態と、全偏光成分を透過する状態とのいずれかを選択可能な構成である。
【００４６】
第２の実施の形態の表示装置は、透過偏光軸可変部４００による偏光状態の制御と、可変偏光選択部材６００による偏光の吸収または透過の制御とにより画像表示状態と鏡状態とを切り替えられる構成としたものである。尚、観察者は可変偏光選択部材６００側から表示装置を観察する。
【００４７】
ここでは、可変偏光選択部材６００として、ゲストホスト型の液晶層６０７と、液層層６０７に電圧を印加する透明電極６０３、６０６と、切り替えスイッチ６００ａとを含むものを用いる。切り替えスイッチ６００ａがオフのときには、図５のように液晶層６０７の液晶分子６０７ａの長軸が第１の直線偏光と平行になるように、液晶層６０７を配向させている。これにより、可変偏光選択部材６００は、オフ状態では、第１の直線偏光成分は吸収し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は透過する。また、切り替えスイッチ６００ａがオンのときには、図６のように液晶分子６０７ａが透明電極６０３，６０６に垂直となるため、可変偏光選択部材６００は、全偏光成分を透過する。
【００４８】
第２の実施の形態の表示装置が画像表示状態の場合の動作を図５を用いて説明する。画像表示状態にする場合、切り替えスイッチ８１３をオフにして透過偏光軸可変部４００をオフ状態とするとともに、これと連動させて切り替えスイッチ６００ａもオフにして可変偏光選択部材６００をオフ状態とする。
【００４９】
画像表示部１０００から出射した画像光３００１は、反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。このとき透過偏光軸可変部４００はオフ状態であるため、通過する画像光３００１は第１の直線偏光から第２の直線偏光に変化する。透過偏光軸可変部４００を透過した画像光３００１は第２の直線偏光となっているため、偏光軸が反射型偏光選択部材３０１の透過偏光軸と一致しており、これを透過する。さらに、オフ状態の可変偏光選択部材６００の透過偏光軸とも一致しているため、これも透過し、観察者に観察される。
【００５０】
一方、観察者側から画像表示状態の表示装置へ入射する外光３００２は、非偏光であるが、可変偏光選択部材６００はオフ状態であるため、可変偏光選択部材の吸収偏光軸と一致する第１の直線偏光成分は吸収され、透過偏光軸と一致する第２の直線偏光成分のみが透過する。可変偏光選択部材６００を透過した第２の直線偏光の外光３００２は、反射型偏光選択部材３０１を透過し、透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化し、第１の反射型偏光選択部材３００を透過して画像表示部１０００の液晶層に入射する。このとき、第１の実施の形態で説明したように、暗表示領域に入射した光は、液晶層よりも照明装置側に配置されている吸収型偏光選択部材によって吸収される。よって、観察者側には戻ってこない。また、明表示領域に入射した光は、光源側の吸収型偏光選択部材も透過して照明装置に至り、一部は反射されるが、反射された光は照明光と実質的に変わりなく、照明光の一部となる。すなわち、本実施の形態の表示装置では、画像表示状態のときに、外光が入射しても、画質を劣化させる外光の反射はほとんどない。
【００５１】
従って、画像表示状態では画像光３００１はほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像が得られる。また、外光３００２は表示装置でほとんど反射されないので外光の映り込みやコントラスト比の低下といった画質劣化は生じない。
【００５２】
つぎに、第２の実施の形態の表示装置が鏡状態の場合について、その動作を図６を用いて説明する。鏡状態の場合、切り替えスイッチ８１３および切り替えスイッチ６００ａを連動させてオンにし、透過偏光軸可変部４００および可変偏光選択部材６００はオン状態とする。
【００５３】
鏡状態の場合、観察者側から表示装置へ入射した外光３００２は、図６のように、全ての偏光成分が可変偏光選択部材６００を透過する。可変偏光選択部材６００を透過した外光３００２は、反射型偏光選択部材３０１に入射する。反射型偏光選択部材３０１に入射した外光３００２のうち、第２の直線偏光成分は反射型偏光選択部材３０１を透過し、第１の直線偏光成分は反射型偏光選択部材３０１で反射され、再び可変偏光選択部材６００を透過して観察者側へ向かう。一方、反射型偏光選択部材３０１を透過した第２の直線偏光成分は、偏光軸が変化することなく透過偏光軸可変部４００を透過し、反射型偏光選択部材３００で反射され、再び透過偏光軸可変部４００と、反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００を透過して観察者側へ向う。
【００５４】
このように、第２の実施の形態の表示装置では、入射した外光３００２は、反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１により、そのほとんどの偏光成分が反射される。したがって、極めて明るい反射像が得られる鏡状態が得られる。
【００５５】
一方、鏡状態の場合に、画像表示部１０００から出射した画像光（明表示光）３００１は、第１の実施の形態で説明したように、吸収型偏光選択部材２０８を通過しているため、第１の直線偏光である。よって、画像光３００１は、反射型偏光選択部材３００を透過した後、透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第１の直線偏光のまま透過し、反射型偏光選択部材３０１で反射され、画像表示部１０００へ戻るため、ほとんど観察者には観察されない。
【００５６】
なお、鏡状態における画像表示部１０００側からの光の漏れをより低減するためには、第１の実施の形態で述べたように、鏡状態となっている領域に相当する画像表示部１０００の表示領域を暗表示とすることが望ましい。表示領域全体を鏡領域とする場合には、画像表示部の照明装置を非発光状態にすることにより、光の漏れをなくすようにすることもできる。
【００５７】
このように、第２の実施の形態の表示装置では、鏡状態のときに外光３００２のほとんど偏光成分が反射されるため、極めて明るい反射像が得られるとともに、画像光３００１の光漏れが少なく、見やすい鏡が得られる。また、画像表示状態の場合には、第１の実施の形態と同様に、外光の映り込みこみが少なく、しかも、明るい画像を表示できる。
【００５８】
なお、第２の実施の形態では、第２の反射型偏光選択部材３０１として、図５，図６のように反射偏光軸が第１の直線偏光の偏光軸と平行であり、透過偏光軸が第２の直線偏光の偏光軸と平行なものを用いたが、本発明はこの構成に限られるものではなく、反射偏光軸が第２の直線偏光の偏光軸と平行であり、透過偏光軸が第１の直線偏光の偏光軸と平行なものを用いることができる。この場合、透過偏光軸可変部４００を、入射した偏光軸を変化させないで透過する状態（電圧オン状態）に切り替えるとともに、可変偏光選択部６００を、第２の直線偏光を吸収し第１の直線偏光を透過する状態（電圧オフ状態）に切り替えることにより、表示装置を画像透過状態に切り替え、透過偏光軸可変部４００を、第１の直線偏光を第２の直線偏光へ変化させる状態（電圧オフ状態）に切り替えるとともに、可変偏光選択部６００を、全偏光成分を透過する状態（電圧オン状態）に切り替えることにより、表示装置を鏡状態に切り替える構成にすることができる。
【００５９】
尚、上述の第１および第２の実施の形態では、画像表示部１０００として液晶素子を用いる場合に、照明装置を含む透過型の液晶素子について説明したが、反射型の液晶素子を用いることも可能である。
【００６０】
また、画像表示部材を構成する吸収型偏光選択部材２０８の偏光度をＰ１、吸収型偏光選択部材５００の偏光度をＰ２とした場合、０．９６６≦Ｐ１≦０．９９５≦Ｐ２の関係を満たすか、もしくは０．９６６≦Ｐ２≦０．９９５≦Ｐ１の関係を満たすことが望ましい。この理由については、後述の実施例２で説明する。
【００６１】
また、第１および第２の実施の形態の表示装置において、吸収型偏光選択部材５００、２０８の表面および可変偏光選択部材６００の最表面に反射防止膜を形成することが好ましい。
【００６２】
また、本発明では反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１との間隔を０．１１ｍｍ以下とすることが好ましい。この理由については、後述の実施例２で説明する。
【００６３】
また、本発明では表示装置を鏡状態にした場合、少なくとも５８．６ｍｍ×３９．１ｍｍの領域全域が実質的に鏡となるように構成することが好ましい。これは、成人男性の顔の４分の１を映すことを考慮して定めた大きさである。これについても、後述の実施例で説明する。
【００６４】
また、第１および第２の実施の形態において、反射型偏光選択部材３００，３０１としてフィルム状の部材を使用することができる。この場合、フィルム状の部材を透明な粘着剤を介して、剛性が高く、平坦、かつ透明で光学的に等方な透明基板に直接粘着するか、或いは平坦なフィルム等を介して間接的に粘着固定して、反射面に歪みがないように構成することが望ましい。
【００６５】
また、第１および第２の実施の形態の表示装置を、投射装置から出射した投射光がミラー部材を介して透過型スクリーンに照射される投射方式の表示装置にすることができる。この場合、透過型スクリーンに、鏡機能部を備える構成としても良い。この場合、投射装置は投射光として各色光の偏光状態が一致した直線偏光を出射するものとし、さらに、該直線偏光光がミラー部材の反射面に対してｓ偏光光、或いはｐ偏光光となるよう構成する。
【００６６】
さらにまた、前記透過型スクリーンを構成する鏡機能部および光学系のうち、鏡機能部を着脱可能な構造として、鏡機能が不要なときには鏡機能部を取り外す構成とすることができる。あるいは、画像表示部を含まず鏡機能部を独立して備えたスクリーンを構成し、この鏡機能スクリーンを任意の表示装置に必要に応じて装着する構成としても良い。
【００６７】
第１および第２の実施の形態において、反射型偏光選択部材３００，３０１として、千数百オングストローム（１０^-10ｍ）のピッチで導電性の金属線状パターンを配置した構成のもの用いることができる。このとき、金属線状パターンの長手方向が反射偏光軸となる。また、透明基板上に千数百オングストローム（１０^-10ｍ）のピッチで導電性の金属線状パターンを形成し、さらに隣り合う線状パターンの一部を電気的に接続したもので、透明電極と反射型偏光選択部材とを兼用させることができる。これにより、透明電極６０６と反射型偏光選択部材３０１、または、反射型偏光選択部材３０１と透明電極４０３、または、透明電極４０６と反射型偏光選択部材３００を構成することができる。
【００６８】
上記第１および第２の実施の形態において、画像表示部材１０００は、以下のような構造にすることができる。すなわち、一定の間隙をもって接合された一対の透明基板と、これら透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板の少なくとも一方に透明電極により形成されるマトリクス状に配置された画素電極群と、観察者側に配置される吸収型偏光選択部材２０８と、観察者側とは反対側の透明基板に配置される吸収型偏光選択部材とを含む液晶素子、前記画素電極群に画像信号に対応した電圧を印加する表示用液晶素子駆動部、前記表示用液晶素子の背面に配置した照明装置を備えた構成とすることができる。このとき、照明装置の点灯、消灯を切り替えスイッチ８１３に連動させて切り替える切替え部を備える構成にすることができる。照明装置は、複数の色光を順次発光する光源を有し、液晶素子は照明装置からの色光に対応して、フィールド順次カラー表示を行う構成とすることができる。
【００６９】
また、画像表示部１０００として、反射型液晶素子を用いる構成とすることもできる。この場合、反射型液晶素子としては、透明基板と、反射部を備える反射基板とを、ビーズ等のスペーサを介して張り合わせ、枠状のシール材により周囲をシールし、前記２枚の基板の間隙に液晶を封入して封止したものを用いることができる。このとき、透明基板には、位相差板を積層して配置する。なお、透明基板または反射基板にカラーフィルタを備えることができる。このカラーフィルタは暗表示での暗さを高める機能を備えていることが好ましく、具体的にはデルタ配列のカラーフィルタを用いることがより望ましい。
【００７０】
また、第１および第２の実施の形態の表示装置において、鏡状態となる領域と画像表示状態での画像表示領域の大きさが異なるように構成することができる。また、画像表示部１０００として、一部の表示領域で透過型として機能し、それ以外の領域では反射型として機能する表示用液晶素子と、前記透過型として機能する領域を照明するための照明装置とを備える構成のものを用いることができる。
【００７１】
また、第１および第２の実施の形態の表示装置において、画像表示部の表示領域を複数に領域に分割し、各分割領域毎に鏡状態と画像表示状態との切替制御を行う構成としても良い。これを実現するために、透過偏光軸可変部４００や可変偏光選択部材６００の光透過面を、複数の領域に分割し、個別領域ごとに透過する光の偏光軸を変化させる状態と変化しない状態との選択制御や、吸収すべき偏光光の選択制御を行う構成にすることができる。
【００７２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００７３】
（実施例１）
本発明の実施例１の、鏡状態への切り替え機能付き表示装置を図７，図８を用いて説明する。本実施例１の表示装置は、基本構成が第１の実施の形態の図１、図２に示した表示装置と同様である。
【００７４】
第１の実施の形態と同様に、実施例１の図７の表示装置は、順に重ねられた、画像表示部１０００と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とを有している。これらは、開口１０７１を有する筐体１０７０内に収容されている。開口１０７１が、鏡状態に切り替え可能な画像表示部となる。各部の作用は、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００７５】
画像表示部１０００は、図７，図８に示したように、表示用液晶素子を含み、光の透過光量を調節することで画像を表示する液晶表示パネル２００と、その背面に配置した照明装置１００とを有する。液晶表示パネル２００としてはＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード等の表示モードを用いた液晶表示パネルを用いることが望ましい。このような、液晶表示パネルは偏光板を用いて液晶層に入射する光の偏光状態を変調することで表示を行うため、比較的低い駆動電圧で高いコントラスト比が得られる。また、液晶表示パネル２００の反射型偏光選択部材３００側に配置される吸収型偏光選択部材２０８として機能する偏光板により、画像光として直線偏光光が出射する。
【００７６】
尚、液晶表示パネル２００は、一般的に知られているように、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネルと、マルチプレックス駆動の液晶表示パネルとの２方式があり、いずれかを選択して用いることができる。具体的にはＴＮ（Twisted Nematic）液晶表示パネルや、ＩＰＳ（In Plane Switching）液晶表示パネル、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Aligned）液晶表示パネル等のアクティブマトリクス駆動による液晶表示パネル、或いはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶表示パネル等のマルチプレックス駆動の液晶表示パネルを用いることができる。実施例１では、液晶表示パネル２００としてＴＮ液晶表示パネルを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７７】
図８を用いて、実施例１の表示装置の各部の詳しい構成について説明する。
【００７８】
照明装置１００は、液晶表示パネル２００の画像表示部を均一に照明できるものを用いる。照明装置としては、エッジライト方式（導光体方式）、直下方式（反射板方式）、面状光源方式等（液晶ディスプレイ技術、ｐ２５２−２５６、産業図書株式会社、発行日１９９６年１１月８日：フルカラー液晶表示技術、ｐ２０１−２０２、株式会社トリケップス、発行日１９９０年２月２６日）が一般的には知られている。照明装置１００としては、これらの方式やその他の方式の中から用途や目的、画面サイズに合わせて最適な方式を選べば良い。ここでは、照明装置１００としてエッジライト方式のものを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７９】
照明装置１００は、裏面に白色顔料によるドット印刷１０５等の処理を施した透明なアクリル樹脂からなる導光体１０３と、導光体１０３の端面に配置した例えば冷陰極管からなる線状光源１０１と、ランプカバー１０２と、導光体１０３の裏面に配置した反射シート１０４と、導光体１０３の前面に配置した拡散シート１１０，１１２と、プリズムシート１１１とを有している。
【００８０】
この構成において、光源１０１から出射した光は直接、或いはランプカバー１０２で反射した後、導光体１０３に入射する。導光体１０３に入射した光１１０１は全反射しながら導光体１０３内を伝播するが、導光体１０３の裏面に施された白色顔料によるドット印刷１０５に至った光は、その進行方向が変わり、導光体１０３表面側から出射する。導光体１０３から出射した光は、拡散シート１１０、１１２、及びプリズムシート１１１等により出射角度分布や、面内での輝度分布が均一化された後、液晶表示パネル２００に照射される。
【００８１】
液晶表示パネル２００は、図８のように、平坦かつ透明で光学的に等方なガラス或いはプラスチックからなる第１の透明基板２０１および第２の透明基板２０２とを含んでいる。透明基板２０１には、カラーフィルタ（不図示）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極２０３、及び、ポリイミド系高分子からなる配向膜２０４が積層されている。第２の透明基板２０２には、配向膜２０６、画素を形成する透明電極２０５、および、これと接続される電極や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子（不図示）が形成されている。２枚の透明基板２０１、２０２を配向膜２０４，２０６が形成されている面を向かい合わせ、２枚の透明基板２０１、２０２の間に図示しないスぺ−サーを介して一定の間隙を設け、さらに枠状のシール材２１０で周囲を封止して内部に空間を形成している。この空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入することにより、液晶層２０７が設けられている。
【００８２】
液晶層２０７の液晶分子の長軸の配向方向は、２枚の透明基板２０１、２０２上に形成された配向膜２０４，２０６にラビング等の配向処理を行なうことで規定されている。ここでは、透明基板２０１，２０２間で連続的に９０°ねじれた状態となっている。透明基板２０２の背面と、透明基板２０１の前面にはそれぞれ偏光板２０９及び吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８が、互いに偏光軸が直交する直線偏光を透過するように配置されている。透明基板２０２側及び透明基板２０１側の液晶分子の長軸の配向方向は、偏光板２０９及び吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８の透過偏光軸に対して、共に平行、もしくは共に直交するように構成している。
【００８３】
吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８および偏光板２０９としては、例えば延伸したポリビニルアルコールにヨウ素を吸収させることにより偏光機能を付与した膜の両面に、トリアセチルセルロースの保護層を施したものを用いることができる。なお、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８および偏光板２０９は、それぞれ透明基板２０２及び透明基板２０１に、アクリル系の接着剤により光学的に結合するよう接着する。
【００８４】
このような構成により、液晶表示パネル２００の背面（照明装置１００側）から入射する照明光のうち、偏光板２０９を透過した直線偏光は、液晶層２０７を通過して吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８に入射する。この際、液晶層２０７を透過する光の偏光状態は、液晶層２０７に印加する電圧によって変化させることができる。よって、画像情報発生部（不図示）から伝えられる画像情報に対応した電圧を透明電極２０３、２０５に印加して、液晶層２０７に電界を印加することで、液晶層２０７を通過する光の偏光状態を変え、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を透過する光量を制御することができる。これにより、直線偏光光からなる所望の画像光を形成することができる。
【００８５】
つぎに、反射型偏光選択部材３００について説明する。
【００８６】
反射型偏光選択部材３００は、画像表示部１０００から出射する第１の直線偏光成分は透過し、これと直交する偏光軸を有する第２の直線偏光成分は鏡面反射する機能を有するものを使用する。そのような部材としては、例えば国際出願の国際公開番号：ＷＯ９５／２７９１９号に開示されている異なる複屈折性高分子フィルムを交互に複数層積層した複屈折反射型偏光フィルム、或いは、コレステリック液晶層の表と裏に１／４波長板を配置したものを用いることができる。複屈折反射型偏光フィルムの場合、所定の直線偏光成分は透過し、これと偏光軸が直交する直線偏光成分は鏡面反射するフィルムが３Ｍ社（米国）からＤＢＥＦという商品名で市販されており、これを反射型偏光選択部材３００として使用することができる。尚、反射型偏光選択部材３００は、本表示装置を鏡状態にする場合に鏡面として機能する重要な部材であるため、マット処理等のように反射像をぼかすような処理がなされていないものを使用する。
【００８７】
一方、反射型偏光選択部材３００として、コレステリック液晶層の表と裏に１／４波長板を配置したもので構成する場合、配向処理された２枚の透明基板間に低分子コレステリック液晶を収めた液晶セルや、高分子コレステリック液晶層をガラス或いは透明樹脂等の平坦かつ光学的に等方で透明な基板上に形成したものを、コレステリック液晶層として使用することができる。コレステリック液晶層は、ヘリカルな分子配列に基づく特異な光学特性を示すもので、ヘリカル軸に平行に入射した光が、コレステリック螺旋の回転方向に応じて、一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過するという選択反射を示すものである。選択反射の波長域は、分子配列のピッチによって決まるので、可視波長域全域で選択反射が起こるようにするためには、ピッチの異なる複数のコレステリック液晶層を積層して用いることが必要である。この場合、可視波長域全域で選択反射を得るために、ピッチの異なるコレステリック液晶層を複数層重ねる代わりにAsia Display 95 Digest, p735, The Institute of Television Engineers of Japan (ITE) & The Society for Information Display (SID) に記載されているようなピッチを連続的に変化させたコレステリック液晶層を用いてもよい。
【００８８】
反射型偏光選択部材３００として、コレステリック液晶層の表と裏に１／４波長板を配置したものを用いる場合、コレステリック液晶層の裏側、すなわち画像表示部１０００側に配置される１／４波長板は、その遅相軸をつぎのような方向に設定する。すなわち、画像表示部１０００から出射して、反射型偏光選択部材３００に入射する第１の直線偏光を、コレステリック液晶層を透過する円偏光に変換するように、その遅相軸を配置する。一方、同じくコレステリック液晶層の表側、すなわち透過偏光軸可変部４００側に配置される１／４波長板は、コレステリック液晶層を透過する円偏光が第１の直線偏光へ変換されるように、その遅相軸を配置する。
【００８９】
このようにコレステリック液晶層の表と裏に１／４波長板を配置した構成の反射型偏光選択部材に第２の直線偏光が入射した場合、第２の直線偏光は、１／４波長板の作用で、コレステリック液晶層を透過する円偏光とは逆周りの円偏光に変換されるため、コレステリック液晶層で選択反射される。コレステリック液晶層で反射した円偏光は、再び１／４波長板を透過する際、その作用で第２の直線偏光に変換される。
【００９０】
尚、この構成の反射型偏光選択部材３００に使用する１／４波長板は、可視波長の全域に於いて１／４波長板として機能するものを用いることが望ましい。１／４波長板としては、可視波長域において高い透過率を有する、延伸した高分子フィルム、例えばポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリアリレート等を用いることができる。この他にも雲母や水晶または分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用いることができる。
【００９１】
また、一般に１／４波長板を構成する材質の屈折率の波長依存性（以下、波長分散）により、一種類の位相差板で可視波長の全域に対し１／４波長板として機能する位相差板を構成することは困難であるが、波長分散の異なる少なくとも２種類の位相差板をその光学軸を直交するように貼り合わせることで広い波長域で１／４波長板として機能するよう構成したものを使用するようにすればよい。
【００９２】
尚、反射型偏光選択部材３００として、複屈折反射型偏光フィルム、もしくはフィルム状のコレステリック液晶層と１／４波長板の積層部材のように、フィルム状の部材を用いる場合は以下の点に注意する。
【００９３】
すなわちフィルム状の反射型偏光選択部材は、そのままでは平坦性が低いため単に画像表示部１０００の前面に配置しただけでは、ゆがみが多く、実用上満足な鏡を実現するのは困難である。そこで、反射型偏光選択部材３００としてフィルム状の部材を使用する場合は、透明な粘着剤を介して、ガラス板あるいはプラスチック板等のように剛性が高く、平坦、かつ透明で光学的に等方な透明基材に粘着固定し、歪みがないようにすることが望ましい。
【００９４】
あるいは反射型偏光選択部材３００を平坦な状態で固定するために、新たな透明基材に粘着固定する代わりに、液晶表示パネル２００或いは後述の透過偏光軸可変部４００の透明基板に固定する構成にすることができる。いずれにしても、反射型偏光選択部材３００としてフィルム状の部材を用いる場合は、歪みの無い鏡を実現するために、別の平坦な部材に粘着固定することが望ましい。
【００９５】
つぎに、透過偏光軸可変部４００について説明する。
【００９６】
透過偏光軸可変部４００は、入射した直線偏光光が透過する際に、その偏光状態を変化させて、入射した直線偏光とは偏光軸が直交する直線偏光光へ変化させる状態と、偏光状態を変化させない状態のいずれかを選択可能な構成であり、例えば図８に図示するような液晶素子を用いることができる。
【００９７】
この透過偏光軸可変部４００は、ＩＴＯからなる透明電極４０３、及びポリイミド系高分子からなる配向膜４０４が全面的に積層形成された第１の透明基板４０１と、同じく透明電極４０６、及び配向膜４０５が全面的に積層形成された第２の透明基板４０２と、液晶層４０７とを含む。尚、２枚の透明基板４０１，４０２にそれぞれ形成された透明電極４０３、４０６は、図示しない配線、及び切り替えスイッチ８１３（図１参照、図８では不図示）を介して電源に接続されている。よって、透明電極４０３、４０６に電圧を印加しない状態と、電圧を印加する状態のいずれかの状態を選択可能に構成されている。つまり、透明電極４０３，４０６に電位差がなく、液晶層４０７に電界が印加されない状態と、透明電極４０３，４０６に電圧を印加し、液晶層４０７に電界が印加される状態のいずれかの状態を選択可能に構成されている。
【００９８】
透過偏光軸可変部４００の液晶層４０７は、２枚の透明基板４０１，４０２を配向膜の形成面が向かい合うように配置し、図示しないスペーサーを挟むことで２枚の透明基板４０１、４０２の間に一定の間隙を設け、この間隙の周囲をシール材４１０で枠状にシールして空間を形成し、この空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入することで構成する。
【００９９】
尚、ここでは透過偏光軸可変部４００として、２枚の透明基板４０１，４０２に形成した配向膜４０４，４０５にそれぞれラビング処理等の配向処理を行い、液晶層４０７の液晶分子長軸を２枚の透明基板４０１，４０２間で連続的に９０°捩じれるよう構成した、いわゆるＴＮ液晶素子の場合を説明する。
【０１００】
この場合、透明基板４０２側の液晶分子長軸の配向方向は液晶表示パネル２００の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８の直線偏光透過偏光軸と平行、もしくは直交するように構成し、液晶層４０７は可視波長域においてウエーブガイドの条件を満たすように構成する。ウエーブガイドの条件は、例えばJ. Phys. D: Appl. Phys. Vol.8 (1975)の第１５７５〜１５８４頁のC. H. GoochとH. A. Tarryによる論文に記載されている。
【０１０１】
ここでは液晶の複屈折をΔｎ、液晶層の厚さをｄとした場合、ｄ・Δｎ＝０．４４５２（波長６３３ｎｍ）とした。
【０１０２】
上記構成により本実施例の透過偏光軸可変部４００は、２枚の透明基板４０１，４０２にそれぞれ形成された透明電極４０３，４０６に電位差がなく、液晶層４０７に電界が印加されないオフ状態では、画像表示部１０００から出射し、反射型偏光選択部材３００を透過した第１の直線偏光はこれと偏光軸が直交する第２の直線偏光光へ変化する。 一方、２枚の透明基板４０１，４０２にそれぞれ形成された透明電極４０３，４０６に電圧を印加し、液晶層４０７に電界が印加されるオン状態では画像表示部１０００から出射し、反射型偏光選択部材３００を透過した第１の直線偏光光はその偏光軸が変化することなく透過する。この際、透明電極４０３，４０６に印加する電圧は±５Ｖ、６０Ｈｚであれば十分に機能した。
【０１０３】
尚、実施例１では、透過偏光軸可変部４００としてＴＮ液晶素子の場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち透過偏光軸可変部４００は入射した直線偏光光が透過する際にその偏光軸を変化させて入射した直線偏光光とは偏光軸が直交する直線偏光光へ変化させる状態と、偏光軸を変化させない状態のいずれかの状態に選択可能な部であれば良く、上記ＴＮ液晶素子の他にＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）液晶素子、強誘電液晶素子、反強誘電液晶素子等を用いることができる。
【０１０４】
つぎに、吸収型偏光選択部材５００について説明する。
【０１０５】
吸収型偏光選択部材５００は入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は透過する、もしくは第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は吸収する機能を有するもので、いわゆる偏光板を用いることができる。つまり、吸収型偏光選択部材５００としては、例えば延伸させたポリビニルアルコールにヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面に、トリアセチルセルロースの保護層を施した偏光板を用いることができる。
【０１０６】
尚、吸収型偏光選択部材５００は、映り込みによる画質の劣化を抑えるために、その表面に正反射を抑える処理を施すことが望ましい。但し、ここで重要なのは本発明の表示装置は鏡としても機能するため、吸収型偏光選択部材５００の正反射防止の処理として、表面に微細な凹凸を形成する、或いは表面に透明微粒子を含有する透明樹脂層を形成するなどして正反射成分を低減する方法は望ましくない。なぜなら、このような処理をした場合、映り込みの低減により画像表示性能は向上するが、鏡に映る像がぼけてしまい鏡の性能が劣化するという問題が生じるからである。
【０１０７】
従って、吸収型偏光選択部材５００の正反射防止の処理としてはその表面に反射防止膜を形成することが望ましい。反射防止膜としては公知の技術を用いることができる。即ち、光学設計された屈折率の異なる数種の金属酸化物を蒸着により多層コートする方法、或いはフッ素化合物などの低屈折率材料を塗布する方法を用いれば良い。
【０１０８】
つぎに、本実施例の表示装置の各部材の軸の方向について、図９を用いて説明する。
【０１０９】
ここでは、吸収型偏光選択部材５００は、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は透過する場合を示す。尚、各軸の角度は画像表示面の水平方向３時の位置を基準とし、ここから逆時計周りの角度で示している。図９に示す通り、画像表示部１０００を構成する液晶表示パネル２００として、ＴＮ液晶表示パネルを用いた場合は、視角特性の水平方向の対称性を得るため、通常、偏光板の直線偏光の透過偏光軸は１３５°（または４５°、本実施例では１３５°）とする。従って、反射型偏光選択部材３００の直線偏光の透過偏光軸も同じく１３５°、透過偏光軸可変部４００の透明基板４０２側と、透明基板４０１側の液晶分子長軸の配向方向はそれぞれ１３５°と４５°、吸収型偏光選択部材５００の直線偏光の透過偏光軸は４５°とする。
【０１１０】
次に、本実施例１の表示装置の動作を、図１０および図１１を用いて説明する。
【０１１１】
実施例１の表示装置が画像表示状態の場合について、図１０を用いて説明する。表示装置が画像表示状態の場合、透過偏光軸可変部４００は、これを構成する液晶層４０７に電圧を印加しない状態、すなわちオフ状態となるよう、切り替えスイッチ８１３をオフとする。画像表示部１０００の照明装置１００から出射し、液晶表示パネル２００の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を透過した直線偏光は、画像光３００１として画像表示部１０００から出射される。この第１の直線偏光からなる画像光３００１は、反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００を通過する画像光３００１は第１の直線偏光から第２の直線偏光に変化する。透過偏光軸可変部４００を透過した第２の直線偏光の画像光３００１は、吸収型偏光選択部材５００に入射する。吸収型偏光選択部材５００は第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過するため、第２の直線偏光の画像光３００１は吸収型偏光選択部材５００を透過して、観察者に観察される。
【０１１２】
一方、観察者側（図中左側）から表示装置へ入射する外光３００２は、非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。吸収型偏光選択部材５００を透過した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光から第１の直線偏光に変化し、反射型偏光選択部材３００を透過して画像表示部１０００に向かう。この光は、第１の実施の形態で説明した通り、ほとんど観察者側へは戻ってこない。
【０１１３】
従って、画像表示状態では、画像表示部１０００から出射した画像光３００１はほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像を得ることができる。さらに、外光３００２は鏡状態の場合に鏡として機能する反射型偏光選択部材３００で反射されることがないので映り込みや、コントラスト比の低下といった外光に起因した画質の劣化がほとんど起こらない。
【０１１４】
図１１は、本表示装置が鏡状態の場合を示す。本表示装置が鏡状態の場合、透過偏光軸可変部４００は、これを構成する液晶層４０７に電界を印加するオン状態とするように、切り替えスイッチ８１３をオンにする。この場合、観察者側から本表示装置へ向かう外光３００２は、非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過し、透過偏光軸可変部４００に入射する。このとき透過偏光軸可変部４００に入射した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光光のまま透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００は第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は鏡面反射するため、外光３００２は反射型偏光選択部材３００で反射する。反射型偏光選択部材３００で反射した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、さらに偏光選択部材５００も透過して観察者へ向かうため鏡状態が実現する。
【０１１５】
この際、本実施例の画像表示部１０００では、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を備えているため、暗表示領域の画像光は、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８により吸収され、反射型偏光選択部材３００に至ることがない。よって、反射型偏光選択部材３００の反射性能の如何に関わらず、暗表示部領域から光の漏れを大幅に低減することができる。
【０１１６】
また、画像表示部１０００から出射する画像光のうち、明表示領域から出射される画像光３００１は、反射型偏光選択部材３００を透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。本表示装置が鏡状態の場合、透過偏光軸可変部４００はオン状態であり、このとき透過偏光軸可変部４００を透過する画像光３００１は、偏光軸が変化することなく第１の直線偏光光のまま透過するため、吸収型偏光選択部材５００で吸収されて観察者にはほとんど観察されない。
【０１１７】
つまり、鏡状態の場合には画像表示部材からの光は観察者に至ることがなく、一方、周囲から表示装置に入射する外光３００２は理想的には非偏光の半分の光が反射型偏光選択部材３００で反射して、観察者側に向かうため明るい鏡として機能する。
【０１１８】
また、本実施例の表示装置は、鏡状態のときに、透過偏光軸可変部４００をオンにして、液晶分子４０７ａを立たせる構成である。一般にネマティック型液晶は、電圧オンの液晶分子を立たせた状態の方が、電圧オフの液晶分子が捻れた状態のときよりも、斜め方向に出射させる光の偏光軸のずれは小さい。このため、本実施の形態の表示装置は、従来の技術で述べた鏡状態で電圧オフにする構成のものと比較して、鏡状態のときに画像光（明表示光）３００１の斜め方向への光漏れが少ないという効果も得られる。
【０１１９】
尚、吸収型偏光選択部材２０８や吸収型偏光選択部材５００として機能する偏光板の特性は、画像表示状態の画質や鏡状態の鏡の見え易さに直接関係する。具体的には、偏光板の透過率は画像表示状態での画像の明るさと、鏡状態での反射像の明るさに寄与するため、高いことが望ましい。また、偏光板の偏光度は、画像表示状態でのコントラスト比と外光の不要な反射の量に直接関係している。偏光板の偏光度が高いほど、画像表示のコントラスト比が高くなり、外光の不要な反射が小さくなることから、偏光板の偏光度は高いことが望ましい。鏡状態においても偏光度が高いほど画像表示部材からの光の漏れが小さくなり反射像のコントラスト比が向上してより見え易い鏡状態が実現されるため、偏光板の偏光度はより高いことが望ましい。
【０１２０】
従って、吸収型偏光選択部材２０８や吸収型偏光選択部材５００として用いる偏光板は高透過率でなおかつ高偏光度の偏光板を用いることが望ましい。しかし、一般に偏光板の透過率と偏光度との間には図１２に例示するようなトレードオフの関係が存在する（日東技報、Vol38, No.1,May,2000,pp11-14）。図１２はヨウ素系偏光板の透過率と偏光度の一般的な関係を示すグラフであり、横軸が偏光板の透過率、縦軸が偏光度を示す。このため、吸収型偏光選択部材２０８と吸収型偏光選択部材５００として用いる偏光板の特性の選択が、画像表示状態の画質と鏡状態での鏡性能の両立に極めて重要となる。
【０１２１】
図３、及び図４は鏡状態における画像表示部１０００からの光の漏れを示すグラフである。図３が明表示部、図４が暗表示部の光の漏れの大小を輝度値で表す。これらのグラフは表示装置が画像表示状態の場合に、輝度値4５0cd/ｍ²の明表示を行う条件でのデータであり、横軸が表示装置表示部上の位置を示し、縦軸が正面方向での輝度値を示す。また、図中Ａタイプ偏光板、Ｂタイプ偏光板、Ｃタイプ偏光板が吸収型偏光選択部材２０８として用いた偏光板のタイプを示し、比較のため吸収型偏光選択部材２０８をなくし、他の構成は本実施例１の表示装置と同じにした場合の光漏れも併記している。図３，図４のＡタイプ偏光板は透過率41.5％、偏光度99.97％、Ｂタイプ偏光板は透過率43.6％、偏光度99.5％、Ｃタイプ偏光板は透過率45.4％、偏光度96.60％である。尚、図３および図４のデータは、吸収型偏光選択部材５００として、Ａタイプ偏光板を用いている。
【０１２２】
図３および図４に示すとおり、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのどの偏光板であっても吸収型偏光選択部材２０８を備えたことで、吸収型偏光選択部材２０８がない場合と比較して、光の漏れが著しく低減しており、コントラスト比の高い反射像を映し出す鏡が実現ができることがわかる。特に、偏光度が99.5％以上のＡタイプおよびＢタイプ偏光板の場合、図４に示す通り暗表示部での光の漏れが著しく低減して、コントラスト比がより高い反射像を映し出す高品位な鏡状態が実現ができることがわかる。
【０１２３】
従って、吸収型偏光選択部材２０８として用いる偏光板の偏光度は、少なくとも96.60％以上であることが望ましく、より高品位な鏡状態を実現するために偏光度が99.5％以上であることがより望ましい。
【０１２４】
一方、図１３は吸収型偏光選択部材５００として用いる偏光板の偏光度と、鏡状態での鏡の反射率、及び画像表示状態での外光の反射率（不要反射率）との関係を示すグラフである。横軸が、吸収型偏光選択部材５００として用いる偏光板の偏光度、縦軸が反射率を示す。図１３の通り、吸収型偏光選択部材５００として用いる偏光板の偏光度を99.97％から96.60％と下げて、より高透過率なものとすることで、鏡状態での反射率が約１０％向上し、より明るい鏡が実現できる。この際、画像表示状態での不要反射率の増加は小さかった。
【０１２５】
図１4は、吸収型偏光選択部材２０８として用いる偏光板の偏光度と画像表示状態における明表示の輝度値の関係の一例を示すグラフであり、横軸が偏光板の偏光度、縦軸が相対輝度を示す。尚、図1４のデータは、吸収型偏光選択部材５００としてＡタイプ偏光板を用いている場合のデータである。図１４の通り、吸収型偏光選択部材２０８として用いる偏光板の偏光度を、99.97％から96.60％と低下させて、高透過率のものとすることで輝度値が約9.5％上昇し、より明るい画像が得られた。この関係は吸収型偏光選択部材２０８の偏光板の特性を固定し、吸収型偏光選択部材５００の偏光板の偏光度を変えた場合も同じであった。
【０１２６】
また、吸収型偏光選択部材２０８および吸収型偏光選択部材５００のうちのどちらか一方に偏光度が99.5％以上の偏光板を用いれば、他方の偏光板の偏光度が96.6％以下であっても十分なコントラスト比が得られた。従って、画像表示状態において十分なコントラスト比を維持しつつ、輝度を向上するためには吸収型偏光選択部材２０８および吸収型偏光選択部材５００のうちのどちらか一方の偏光板に偏光度の高い偏光板を用い、他方に偏光度の低い偏光板を用いることが有効である。
【０１２７】
以上から、吸収型偏光選択部材２０８の偏光板の偏光度をＰ１とし、吸収型偏光選択部材５００の偏光板の偏光度をＰ２とした場合、画像表示状態における表示画像の明るさとコントラスト比、及び鏡状態における反射像のコントラスト比と明るさを高いレベルで両立するために以下の条件を満足することが望ましい。
条件１ 0.966≦Ｐ１≦0.995≦Ｐ２。
条件２ 0.966≦Ｐ2≦0.995≦Ｐ1を満足し、鏡状態では必ず画像表示部材を暗表示とする。
【０１２８】
尚、条件２で鏡状態では必ず画像表示部材を暗表示とするとした理由は、吸収型偏光選択部材５００の偏光板の偏光度が低い場合、明表示領域からの光の漏れが大きくなり、反射像のコントラスト比が著しく低下してしまうからである。そこで、暗表示とすることにより、光の漏れを防止し、コントラスト比の低下を防止する。
【０１２９】
尚、本実施例１の表示装置では、照明装置１００の点灯、消灯を、透過偏光軸可変部４００の切り替えスイッチ８１３の切り替えと連動させる切替え部を設けて、全面鏡状態の場合に照明装置を消灯するようにしてもよい。この場合、画像表示部１０００から光は出力されないので光の漏れがなくコントラスト比が高い反射像が得られる見やすい鏡を実現できるとともに、消灯した分だけ表示装置の消費電力が低減できるといった効果もある。
【０１３０】
また、画面の一部だけを鏡状態とし、残りの部分に画像を表示する場合には、照明装置は消灯せず、鏡状態の領域に該当する画像表示部１０００の領域を暗表示とすることで高コントラスト比な反射像を実現する鏡の実現と、明るい画像表示領域を同一画面上に実現することができる。
【０１３１】
上記の通り、本発明の表示装置によれば、反射型偏光選択部材３００は、透過偏光軸可変部４００による偏光状態の制御により、実効的に透明な状態と、鏡として機能する状態とに切り換えられる。従って、画像表示状態では反射型偏光選択部材３００を実効的に透明な状態とすることで明るい画像が得られる。また、周囲が明るい環境であっても、外光は表示装置でほとんど反射されないので、ハーフミラーを使用する場合のような映り込みや、それに伴うコントラスト比の低下といった画質の劣化が生じない。つまり、画像表示状態と鏡状態の切り換えを互いの性能を劣化することなく実現できる。
【０１３２】
また、本実施例の画像表示部１０００では、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を備えているため、暗表示領域の画像光は、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８により吸収され、反射型偏光選択部材３００に至ることがない。よって、反射型偏光選択部材３００の反射性能の如何に関わらず、鏡状態における暗表示部領域から光の漏れを大幅に低減することができる。
【０１３３】
尚、上記実施例では吸収型偏光選択部材５００として第２の直線偏光成分は透過し、これと偏光軸が直交する第１の直線偏光成分は吸収する場合を示したが、吸収型偏光選択部材５００として第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は吸収するものを用いるようにしてもよい。この場合は、透過偏光軸可変部４００が液晶層４０７に電圧を印加しない状態、すなわちオフ状態で鏡状態となり、透過偏光軸可変部４００が液晶層４０７に電圧を印加する状態、すなわちオン状態で画像表示状態となるようにする。すなわち、表示装置全体の電力が切れている場合に鏡状態とすることができる。このことは本表示装置をハンドヘルドＰＣや、携帯電話といったできるだけ消費電力を小さくしたい機器に採用する場合、鏡機能を消費電力がない状態で実現できるためとても有利となる。
【０１３４】
尚、本実施例１の表示装置において、構成部材の界面における光の反射を低減するため、各部材を屈折率を合せた透明な粘着剤により光学的に結合する構成にすることも可能である。
【０１３５】
（実施例２）
本発明の実施例２の、鏡状態への切り替え機能付き表示装置を図１５，図１６を用いて説明する。本実施例２の表示装置は、基本構成が第２の実施の形態の図１、図２に示した表示装置と同様である。すなわち、本実施例２の表示装置は、実施例１で説明した表示装置の吸収型偏光選択部材５００を、反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００の組み合わせに置き換えたものである。従って、実施例１と同一部分には同じ符号を付け、その部分の詳細な説明は省略する。
【０１３６】
本表示装置の構成は、図１５，図１６に示したように、実施例１の表示装置の吸収型偏光選択部材５００に代えて、第１の直線偏光成分は反射し、第２の直線偏光成分は透過する反射型偏光選択部材３０１と、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過する状態と、全偏光成分を透過する状態のいずれかの状態に選択可能な可変偏光選択部材６００とを、透過偏光軸可変部４００側から順に配置したものである。
【０１３７】
尚、観察者は可変偏光選択部材６００側（図中左側）から本表示装置を観察することになる。
【０１３８】
画像表示部１０００としては光の透過光量を調節することで画像を表示する液晶表示パネル２００とその背面に配置した照明装置１００とから構成されるものを用いることができきる。
【０１３９】
本実施例２では、以下図１６を参照して、（実施例１）と同様、照明装置１００としてはエッジライト方式、表示パネル２００としてはＴＮ液晶表示パネルを用いる場合を説明するが本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４０】
反射型偏光選択部材３００、及び反射型偏光選択部材３０１は、所定の直線偏光成分は透過し、これと直交する偏光軸を有する直線偏光成分は鏡面反射するものである。このような部材としては（実施例１）で述べた複屈折反射型偏光フィルム、或いは、コレステリック液晶層とその表と裏に１／４波長板を積層した部材を用いることができる。
【０１４１】
尚、反射型偏光選択部材３００、及び反射型偏光選択部材３０１として、屈折反射型偏光フィルム、もしくはフィルム状のコレステリック液晶層と１／４波長板の積層部材といったフィルム状の部材を用いる場合は、以下のようにする。すなわちフィルム状の反射型偏光選択部材はそのままでは平坦性が低いため、透明な粘着剤を介して、ガラス板あるいはプラスチック板等の剛性が高く平坦で、なおかつ透明で光学的に等方な透明基材に粘着固定し、歪みがないようにすることが望ましい。フィルム状の反射型偏光選択部材３００、及び反射型偏光選択部材３０１を、液晶表示パネル２００の透明基板等の隣接する他の部材の基板等に粘着固定するようにしてもよい。
【０１４２】
透過偏光軸可変部４００は、入射した直線偏光光が透過する際にその偏光軸を変化させて入射した直線偏光光とは偏光軸が直交する直線偏光光へ変化させる状態と、偏光軸を変化させない状態のいずれかの状態に選択可能な部であり、（実施例１）で説明した液晶素子を用いることができる。
【０１４３】
本実施例では、透過偏光軸可変部４００は反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１との間に配置される。反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１は、本表示装置を鏡状態としたときに反射面として機能する部材である。このため、反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１の間隔が大きくなると反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１でそれぞれ反射した像に視差が生じるため、両者の間隔はできるだけ小さくすることが望ましい。つまり、反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１の間に配置される透過偏光軸可変部４００の厚さはできるだけ薄くすることが望ましい。
【０１４４】
本実施例２の表示装置は、鏡状態では人が自分の顔を写して観察することを主な用途とする。成人男子の全顔高さの平均が２３４．６ｍｍ（人間工学基準数値数式便覧；１９９２年、技報堂出版）であることから、眼から顔の端までの垂直距離をその半分の１１７．３ｍｍと仮定し、鏡状態の本表示装置と眼の距離を３００ｍｍとし、さらに「平均的な視力１．０の解像力の定義が視角で最小１分」（視力の定義；１９０９年国際眼科学会）であることを考慮すると、視差を感じさせないためには反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１の間隔は幾何学的計算から０．１１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【０１４５】
つまり、現在、一般に液晶素子に使用されている厚さ０．７ｍｍのガラス基板を透過偏光軸可変部４００の透明基板４０１、４０２に採用すると本表示装置が鏡状態のとき反射した像には視差を生じることになる。従って、実用上視差の無い鏡を実現するためには透明基板４０１、４０２として０．０５ｍｍ以下の透明基板を用いることが望ましい。このような透明基板４０１、４０２としては、ガラス或いは高分子フィルムを用いることができる。高分子フィルムとしては、特に光学的異方性がないものとしてトリアセチルセルロースや、キャスティング法（溶液流延法）により成膜した無延伸のポリカーボネート等を用いることができる。
【０１４６】
或いは、反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１を透明基板４０１、４０２よりも液晶層４０７側に配置し、液晶層４０７を挟むように構成すれば反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１との間隔は液晶層の厚み程度になるため、視差のない鏡状態を実現できる。
【０１４７】
尚、用途によっては多少の視差は許容されるので、本発明は反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１の間隔が上記の値でない場合を除外するものではない。
【０１４８】
一方、可変偏光選択部材６００は、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は透過する状態と、全偏光成分が透過する状態のいずれかの状態を選択可能な部材である。このような部としてはゲストホスト型の液晶素子を用いることができる。ここで、ゲストホスト型液晶素子を用いた可変偏光選択部材６００について図１７，１８を参照して説明する。
【０１４９】
ゲストホスト型液晶素子を用いた可変偏光選択部材６００は、ＩＴＯからなる透明電極６０３およびポリイミド系高分子からなる配向膜６０４が全面的に積層形成された第１の透明基板６０１と、透明電極６０６および配向膜６０５が全面的に積層形成された第２の透明基板６０２と、これらに挟まれたゲストホスト型の液晶層６０７とを含む。
【０１５０】
尚、２枚の透明基板６０１，６０２にそれぞれ形成された透明電極６０３、６０６は配線及び切り替えスイッチ６００ａを介して電源に接続されており、透明電極６０３、６０６に電圧を印加しない状態と、電圧を印加する状態のいずれかの状態を選択できる。つまり、透明電極６０３，６０６に電位差がなく、液晶層６０７に電界が印加されない状態と、透明電極６０３，６０６に電圧を印加し、液晶層４０７に電界が印加される状態のいずれかの状態を選択可能に構成されている。
【０１５１】
液晶層６０７は、２枚の透明基板６０１，６０２を配向膜形成面が向かい合うように配置し、さらに図示しないスペーサーを挟んで、２枚の透明基板６０１、６０２の間に一定の間隙を設け、この間隙の周囲をシール材６１０で枠状にシールして空間を形成し、この空間にゲストホスト型の液晶を封入することで構成する。
【０１５２】
ここで、可変偏光選択部材６００の動作について図１７、図１８を参照して説明する。図１７、及び図１８は可変偏光選択部材６００の一例を示す一部概略断面図である。ゲストホスト型の液晶層６０７はネマチック液晶６０７２にゲストとして２色性色素６０７１を添加したものである。本実施例ではネマチック液晶として誘電異方性が正の液晶を用い、液晶分子長軸の配向方向はラビング処理を施した配向膜６０４、６０５によって、基板６０１，６０２に対して略水平で、なおかつ２枚の透明基板６０１、６０２間で捩じれのない配向、即ちホモジニアス配向とする。このとき２枚の透明基板６０１、６０２近傍の配向方向が互いに平行となるようなプレチルトを付けておく。プレチルトの角度はリバースチルトが起こらないよう２°以上付けることが望ましく、ここでは約４°のプレチルトを付けた。
【０１５３】
ここで、２色性色素６０７１は棒状構造をしており、液晶分子に平行な方向に配向する性質がある。このため、例えば液晶分子の配向を基板に対して水平方向から垂直方向へ変化させると、２色性色素もこれに習って水平方向から垂直方向へ配向が変化する。ここでは液晶層６０７として三菱化成株式会社製のゲストホスト液晶材料ＬＡ１２１／４（商品名）を用い、液晶層６０７の厚さは５μｍとした。
【０１５４】
図１７は、２枚の透明基板６０１、６０２にそれぞれ形成した透明電極６０３、６０６の間に電位差がなく液晶層６０７に電界が印加されていない状態、すなわち切り替えスイッチ６００ａがオフ状態を示す。この場合、液晶層６０７のネマチック液晶６０７２は初期配向状態、即ち基板に略水平（図中紙面の左右方向）なホモジニアス配向であり、２色性色素６０７１もこれに習って配向している。２色性色素６０７１は分子軸に略平行な吸収偏光軸を持っており、分子軸に平行な偏光成分は強く吸収し、これと直交する偏光成分は殆ど吸収しないという性質を持っている。このため透明基板面に対してほぼ垂直方向から入射するさまざまな偏波面をもつ入射光５０００は液晶層６０７を通過する際、２色性色素６０７１の分子軸に平行な電気ベクトルの振動方向を有する直線偏光成分Ｌｐは吸収され、これと直交する直線偏光成分Ｌｓは透過する。
【０１５５】
図１８は２枚の透明基板６０１、６０２にそれぞれ形成した透明電極６０３、６０６に電圧を印加し、液晶層６０７に電界を印加した状態、すなわち切り替えスイッチ６００ａがオン状態を示す。この場合、ネマチック液晶６０７２の分子長軸の配向方向は２枚の透明基板６０１、６０２に対して水平方向から垂直方向へ変化し、これに伴い２色性色素６０７１の配向方向も垂直方向へ変化する。このため透明基板面に対してほぼ垂直方向から入射するさまざまな偏波面をもつ入射光５０００は殆どの偏光成分が吸収されることなく透過する。この際、本実施例では透明基板６０１、６０２の透明電極６０３、６０６に印加した電圧は±３０Ｖ、６０Ｈｚとした。
【０１５６】
従って、液晶分子の配向方向を第１の直線偏光の偏光軸と一致させれば、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収してこれと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は透過する状態と、全偏光成分が透過する状態のいずれかの状態を選択可能な可変偏光選択部材を実現できる。
【０１５７】
尚、可変偏光選択部材６００には、外光の映り込みによる画質の劣化を抑えるために、その表面に正反射を抑える処理を施すことが望ましい。但し、ここで重要なのは本発明の表示装置は鏡としても機能するため、可変偏光選択部材６００の正反射防止の処理として、表面に微細な凹凸を形成する、或いは表面に透明微粒子を含有する透明樹脂層を形成するなどして正反射成分を低減する方法は望ましくない。なぜなら、このような処理をした場合、映り込みの低減により画像表示性能は向上するが、鏡に映る像がぼけてしまい鏡の性能が劣化するという問題が生じるからである。従って、可変偏光選択部材６００の正反射防止の処理としてはその表面に反射防止膜を形成することが望ましい。反射防止膜としては公知の技術を用いることができる。即ち、光学設計された屈折率の異なる数種の金属酸化物を蒸着により多層コートする方法、或いはフッ素化合物などの低屈折率材料を塗布する方法を用いることができる。
【０１５８】
図１９は本実施例の各部材の軸の方向の説明図である。尚、各軸の角度の表示は画像表示面水平方向の３時の位置を基準とし、ここから逆時計周りの角度で示している。図１９に示す通り、画像表示部１０００を構成するＴＮ液晶表示パネル２００の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８の直線偏光の透過偏光軸は１３５°とする。従って、反射型偏光選択部材３００の直線偏光の透過偏光軸も同じく１３５°、透過偏光軸可変部４００の透明基板４０２側と、透明基板４０１側の液晶分子長軸の配向方向はそれぞれ１３５°と４５°、反射型偏光選択部材３０１の直線偏光の透過偏光軸は４５°、可変偏光選択部材６００の透明基板６０２側と透明基板６０１側の液晶分子長軸の配向方向は共に１３５°とする。
【０１５９】
次に、実施例２の表示装置の動作を図面を参照して説明する。図２０及び図２１は本表示装置の基本構成と動作を説明するための概略構成図である。
【０１６０】
本実施例では可変偏光選択部材６００が、オフ状態で第１の直線偏光成分（図中紙面上下方向）は吸収し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分（図中紙面垂直方向）は透過し、オン状態で全偏光成分を透過する場合を述べる。
【０１６１】
また、透過偏光軸可変部４００としては、オフ状態では入射した直線偏光光が透過する際にその偏光軸を変化させて入射した直線偏光光とは偏光軸が直交する直線偏光光へ変化させ、オン状態では偏光軸を変化させない場合を述べる。
【０１６２】
図２０は、画像表示状態の場合を示す。本表示装置が画像表示状態の場合は透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電圧を印加しない状態、すなわちオフ状態とする。また、可変偏光選択部材６００もオフ状態とする。
【０１６３】
既に述べた通り、画像表示部１０００は液晶表示パネル２００とのその背面に配置した照明装置１００から構成されており、照明装置１００から出射し、液晶表示パネル２００の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を透過した第１の直線偏光が画像光３００１として画像表示部１０００から出射する。画像表示部１０００から出射した第１の直線偏光光からなる画像光３００１は反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。
【０１６４】
透過偏光軸可変部４００を通過する画像光３００１は第１の直線偏光光から第２の直線偏光光に変化する。透過偏光軸可変部４００を透過した画像光３００１は反射型偏光選択部材３０１へ入射する。反射型偏光選択部材３０１は、第１の直線偏光成分は鏡面反射するが、第２の直線偏光成分は透過するため、透過偏光軸可変部４００により第２の直線偏光光に変化した画像光３００１は、反射型偏光選択部材３０１を透過して、可変偏光選択部材６００に入射する。本表示装置が画像表示状態の場合、可変偏光選択部材６００はオフ状態であり、これに入射する光のうち第１の直線偏光成分は吸収されるが、第２の直線偏光成分は透過する。従って、画像光３００１は可変偏光選択部材６００を透過して、観察者に観察される。
【０１６５】
一方、観察者側（図中左側）から表示装置へ向かう外光３００２は非偏光であるが、表示装置が画像表示状態の場合、可変偏光選択部材６００はオフ状態であり、これに入射する光は第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。可変偏光選択部材６００を透過した外光３００２は反射型偏光選択部材３０１を透過し、透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化して、反射型偏光選択部材３００も透過して、画像表示部１０００に向いほとんど観察者側へは戻ってこない。
【０１６６】
従って、画像表示状態では、画像表示部１０００から出射した画像光３００１はほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像を得ることができる。さらに、外光３００２は表示装置ではほとんど反射されないので映り込みや、コントラスト比の低下といった外光に起因した画質の劣化が起こらない。
【０１６７】
図２１は本表示装置が鏡状態の場合を示す。本表示装置が鏡状態の場合、透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電圧を印加してオン状態とする。可変偏光選択部材６００もオン状態とする。
【０１６８】
この場合も画像表示部１０００から出射し、反射型偏光選択部材３００を透過した明表示に対応する画像光３００１は透過偏光軸可変部４００に入射する。このとき透過偏光軸可変部４００を透過する画像光３００１は偏光軸が変化することなく第１の直線偏光光のまま透過し、反射型偏光選択部材３０１で反射して画像表示部１０００へ戻るため、観察者には観察されない。
【０１６９】
一方、観察者側から表示装置へ向かう外光３００２は、表示装置が鏡状態の場合、可変偏光選択部材６００はオン状態であり、ほとんどの偏光成分に対して透明な状態となるので、外光３００２はそのほとんどが可変偏光選択部材６００を透過する。可変偏光選択部材６００を透過した外光３００２は反射型偏光選択部材３０１に入射する。反射型偏光選択部材３０１に入射した外光３００２のうち、第２の直線偏光成分は、反射型偏光選択部材３０１を透過し、第１の直線偏光成分は、反射型偏光選択部材３０１で反射され、再び可変偏光選択部材６００を透過て観察者側へ向かう。一方、反射型偏光選択部材３０１に入射した外光３００２のうち、反射型偏光選択部材３０１を透過した第２の直線偏光成分は偏光軸が変化することなく透過偏光軸可変部４００を透過し、反射型偏光選択部材３００で反射され、再び透過偏光軸可変部４００と、反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００を透過して観察者側へ向う。
【０１７０】
つまり、鏡状態の場合、画像光３００１は反射型偏光選択部材３０１で反射し、画像表示部１０００へ戻るため観察者に観察されない。また、外光３００２は、第１の反射型偏光選択部材３００、及び反射型偏光選択部材３０１により、そのほとんどの偏光成分が反射されるため、極めて明るい鏡として機能する。
【０１７１】
尚、上述の実施例１と同様、本実施例においても表示装置を鏡状態にする場合は、画像表示部１０００の該当部分を暗表示にする、或いは画像表示部材を構成する照明装置１００を消灯するといったことを上記動作と連動して行う構成にすることができる。この場合、画像表示部１０００から画像光は出力されないので観察者に不要な迷光が向かって鏡の性能を損なうことがなくなり、特に照明装置１００を消灯する場合は、鏡状態において消費電力を低減できるといった効果もある。
【０１７２】
上記の通り、本実施例の表示装置では、反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１は、可変偏光選択部材６００による偏光光の吸収の制御と、透過偏光軸可変部４００による偏光状態の制御により、実効的に透明な状態と、鏡として機能する状態とに切り換えられる。従って、画像表示状態では反射型偏光選択部材３００及び反射型偏光選択部材３０１を実効的に透明な状態とすることで明るい画像が得られ、さらに周囲が明るい環境であっても、外光は表示装置でほとんど反射されないので、ハーフミラーを使用する場合のような映り込みや、それに伴うコントラスト比の低下といった画質の劣化が生じない。つまり、画像表示状態と鏡状態の切り換えを互いの性能を劣化することなく実現できる。
【０１７３】
特に本実施例では、表示装置が鏡状態の場合、可変偏光選択部材６００は透明状態となり、さらに反射型偏光選択部材３０１と反射型偏光選択部材３００によって、外光はそのほとんどの偏光成分が反射されるため、実施例１の表示装置の２倍以上の極めて明るい鏡を実現できるという効果がある。
【０１７４】
尚、本表示装置を構成する各部材の界面反射を低減するため、各部材を屈折率を合せた透明な粘着剤により光学的に結合する構成にすることも可能である。
【０１７５】
尚、上記実施例では可変偏光選択部材６００の液晶層６０７として、ネマチック液晶に誘電異方性が正の液晶を用いホモジニアス配向としていたが、液晶層６０７のネマチック液晶として誘電異方性が負の液晶を用い、初期状態（電界無印加状態）において液晶分子長軸の方向が透明基板に対して略垂直となるホメオトロピック配向としたものを用いることもできる。この場合、２枚の透明基板６０１、６０２の透明電極６０３、６０６に電圧を印加し、液晶層６０７に電界を印加した際、液晶分子長軸の配向方向は２枚の透明基板６０１、６０２に対して垂直方向から水平方向に変化するが、液晶分子が一定方向に配向するように、液晶の初期配向状態にわずかなプレチルト角を付けておくと良い。
【０１７６】
液晶層６０７のネマチック液晶として誘電異方性が負の液晶を用い、ホメオトロピック配向とした場合、２枚の透明基板６０１、６０２の透明電極６０３、６０６の間で電位差がなく液晶層６０７に電界が印加されていない状態、すなわちオフ状態では、液晶層６０７のネマチック液晶はその分子長軸の方向が透明基板に対して略垂直となっており、２色性色素もこれに習って配向しているため、外部からの入射光は液晶層６０７で殆ど吸収されることなく透過する。
【０１７７】
一方、２枚の透明基板６０１、６０２の透明電極６０３、６０６に電圧を印加し、液晶層６０７に電界を印加した状態、すなわちオン状態ではネマチック液晶の分子長軸の配向方向は２枚の透明基板６０１、６０２に対して垂直方向から水平方向へ変化し、これに伴い２色性色素の配向方向も水平方向へ変化する。２色性色素は分子軸に略平行な吸収偏光軸を持っており、分子軸に平行な偏光成分は強く吸収し、これと直交する偏光成分は殆ど吸収しないという性質を持っている。このため外部からの入射光は液晶層６０７を通過する際、２色性色素の分子軸に平行な方向に電気ベクトルの振動方向を有する直線偏光成分は吸収され、これと直交する直線偏光成分は透過する。
【０１７８】
つまり、液晶層６０７に電界を印加した状態の液晶の配向方向を第１の直線偏光の偏光軸と一致させれば、入射した光のうち第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過する状態と、全偏光成分が透過する状態のいずれかの状態を選択可能な可変偏光選択部材を実現できる。
【０１７９】
尚、本実施例２では、反射型偏光選択部材３０１の観察者側に可変偏光選択部材６００を配置する場合を述べた。可変偏光選択部材は画像表示状態では反射型偏光選択部材３０１での外光の不要反射を抑制し、鏡状態では実効的に透明な状態となって鏡の明るさ向上に貢献する重要な部材である。しかし、本発明は様々な用途を考慮した場合、反射型偏光選択部材３０１の観察者側に可変偏光選択部材６００を配置しない構成を除外するものではない。この場合、画像表示状態では、外光が反射型偏光選択部材３０１で反射して画像が見にくくなる場合があるが、鏡状態においては反射型偏光選択部材、及び反射型偏光選択部材３０１での外光の反射を阻害する部材がないため８０％以上の極めて高い反射率が得られた。この反射率はアルミニウムの薄膜をガラス基板上に形成した鏡に匹敵する明るさであり、一般の鏡と同等の明るさの鏡が実現できる。
【０１８０】
（鏡領域の大きさ）
ここで、実施例１および実施例２の表示装置が、鏡状態の際に、観察者が自分の顔を映し観察することが主たる用途である場合、望ましい鏡領域のサイズを求める。成人男子の全顔高さの平均が２３４．６ｍｍ、頭幅の平均が幅１５６．４ｍｍ（人間工学基準数値数式便覧；１９９２年、技報堂出版）であることを考慮すると、観察者が観察位置を変えることなく顔全体を鏡に映すには鏡の大きさとして高さ１１７．３ｍｍ、幅７８．２ｍｍ以上の大きさが必要である。
【０１８１】
本発明の表示装置は（実施例１）においては、透過偏光軸可変部４００により、また、（実施例２）では透過偏光軸可変部４００と可変偏光選択部材６００により画像表示状態と鏡状態の切り換えを行っている。よって、上記大きさの鏡領域を実現するためには、透過偏光軸可変部４００を構成する２枚の透明基板４０１，４０２にそれぞれ形成された透明電極４０３，４０６と、可変偏光選択部材６００の２枚の透明基板６０１、６０２にそれぞれ形成された透明電極６０３、６０６は少なくとも高さ１１７．３ｍｍ、幅７８．２ｍｍ以上の領域に対して欠けることなく連続的に形成されていることが望ましい。というのは、透明電極が例えばこの領域範囲内で分割形成されているとすると、透明電極のある部分は鏡として機能するが、透明電極の隙間が鏡として機能せず、この間隙が筋状に観察されるなどして、鏡としては満足な性能が得られなくなるためである。
【０１８２】
尚、実施例１および実施例２の表示装置を、携帯電話や携帯情報端末といった携帯機器に使用する場合は、表示装置の大きさ自体が、上記した鏡サイズの高さ１１７．３ｍｍ、幅７８．２ｍｍに満たない場合がある。そこで、顔全体を映すのではなく、部分的に化粧を直す、或いは目の中のコンタクトレンズを確認する等に使用するのに適した大きさの、鏡のサイズが得られるようにすることもできる。この場合、鏡に顔の４分の１が映る大きさにすれば良い。具体的には鏡の大きさとして高さ５８．６ｍｍ、幅３９．１ｍｍ以上にすることが望ましい。
【０１８３】
従って、透過偏光軸可変部４００を構成する２枚の透明基板４０１，４０２に、それぞれ形成された透明電極４０３，４０６と、可変偏光選択部材６００の２枚の透明基板６０１、６０２にそれぞれ形成された透明電極６０３、６０６は、少なくとも高さ５８．６ｍｍ、幅３９．１ｍｍ以上の領域に対して欠けることなく連続的に形成されていることが望ましい。
【０１８４】
（実施例３）
上述した実施例１及び実施例２の表示装置では、第１の直線偏光を画像光として出射する画像表示部１０００として、裏面に照明装置を配置した液晶表示パネルを用いる構成であったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１８５】
直線偏光光を画像光として出射する画像表示部１０００としては、他に２次元光学スイッチ素子として液晶表示パネルを用いた背面投射型表示装置を用いることができる。実施例３は、実施例１で説明した表示装置の画像表示部１０００として、背面投射型表示装置を用いたものであり、実施例１と同一部には同じ符号を付け詳細な説明は省略する。
【０１８６】
本表示装置は、図２２のように、透過型スクリーン７０３と、投射装置７０１と、ミラー７０２とから構成され、投射装置７０１から出射した投射光７０４がミラー７０２を介して透過型スクリーン７０３に照射される構造になっている。透過型スクリーン７０３は、実施例１の反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とを含む。
【０１８７】
投射装置７０１は、２次元光学スイッチ素子として液晶表示パネルを用いた液晶投射装置を用いることができる。投射装置７０１は、投射光として各色光の偏光状態が一致した直線偏光を出射するものを用いる。さらに、投射装置７０１から出射される画像光７０４は、ミラー７０２の反射面に対してｓ偏光光、或いはｐ偏光光となるよう構成する。これは一般に、反射面に入射する光は反射面に対してｓ偏光成分とｐ偏光成分とで位相差が生じるため、反射面に対してｓ偏光光、或いはｐ偏光光以外の偏光光が入射するとその偏光状態が変化してしまうからである。
【０１８８】
ミラー７０２は、光学的に等方な透明ガラスに銀またはアルミニウムのような反射性金属を蒸着したものを用いることができる。
【０１８９】
透過型スクリーン７０３は、図２３に示す通り、フレネルレンズシート１４０２と、レンチキュラレンズシート１４０１と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とをこの順に配置した構成となっている。フレネルレンズシート１４０２は凸レンズと同じ作用をする光学部品であり、投射装置７０１からの主光線の方向を観察者側に曲げて適視範囲を広げる働きをする。レンチキュラレンズシート１４０１は投射装置７０１からの限られた投射光束を観察者の観察範囲に有効に配光する作用をする。これにより、明るい画像を得られる。
【０１９０】
図２４及び図２５に、本実施例で用いることのできるレンチキュラレンズシート１４０１の一例を説明する。レンチキュラレンズシート１４０１は、シリンドリカルレンズ状のレンズ１５０１を一方向に複数配列し、光の集光部以外の部分にブラックストライプ１５０２を設けた構成となっており、レンズ１５０１の焦点位置を観察面とすることで、理想的には投射光の損失なく、外光に対するコントラスト比の低下を抑制することができる構成となっている。一般にレンチキュラレンズシートは、その母線を表示面に対して垂直方向になるように配列することで、水平方向に広い視野角が得られる。
【０１９１】
尚、フレネルレンズシート１４０２とレンチキュラーレンズシート１４０１はともに、投射装置７０１からの投射光７０４の偏光の乱れが極力小さくなるように、複屈折性が小さい部材、例えばアクリル樹脂を用いた射出成形品を用いることが望ましい。
【０１９２】
反射型偏光選択部材３００は、すでに述べた通り、鏡の反射面として機能する重要な部材であるため、歪むことがないよう剛性があり平坦で光学的に等方な透明な基板、例えば厚さ３ｍｍ程度の射出成形したアクリル樹脂板等に粘着剤により貼りあわせた構成にすることができる。
【０１９３】
反射型偏光選択部材３００、透過偏光軸可変部４００、吸収型偏光選択部材５００の各軸の方向は、投射装置７０１から出射し、透過型スクリーン７０３に入射する投射光７０４を第１の直線偏光として、実施例１で述べた通りに作用するように配置する。
【０１９４】
次に本表示装置の動作を説明する。ここでは吸収型偏光選択部材５００が、第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過する場合を説明する。
【０１９５】
本表示装置は、画像表示部材に背面投射型表示装置を用いたこと以外は、実施例１と同様の部材で構成しているので、動作も同様となる。即ち、本表示装置が画像表示状態の場合、投射装置７０１から出射した画像光７０４はミラー７０２で反射して、透過型スクリーン７０３に入射する。透過型スクリーン７０３に入射した画像光７０４はフレネルレンズ１４０２と、レンチキュラレンズ１４０１の作用により、観察者の観察範囲に有効に広がりながら反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。本表示装置が画像表示状態の場合、透過偏光軸可変部４００を通過する画像光７０４は第１の直線偏光光から第２の直線偏光光に変化し、吸収型偏光選択部材５００を透過して観察者に観察される。
【０１９６】
一方、観察者側から本表示装置へ向かう外光は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。吸収型偏光選択部材５００を透過した外光は透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化し、反射型偏光選択部材３００を透過して、フレネルレンズ１４０２と、レンチキュラレンズ１４０１、さらにはミラー７０２を介して投射装置７０１へ向かい観察者側へはほとんど戻ってこない。
【０１９７】
従って、画像表示状態では、投射装置７０１から出射し、フレネルレンズ１４０２と、レンチキュラレンズ１４０１を通過した画像光７０４はほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像を得ることができる。さらに、外光は表示装置でほとんど反射されないので映り込みやコントラスト比の低下といった外光に起因した画質の劣化が起こらない。
【０１９８】
本表示装置が鏡状態の場合は、投射装置７０１から出射した画像光７０４はミラー７０２を介して、透過型スクリーン７０３に入射する。透過型スクリーン７０３に入射した画像光７０４はフレネルレンズ１４０２と、レンチキュラレンズ１４０１の作用により、観察者の観察範囲に有効に広がりながら反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。表示装置が鏡状態の場合、透過偏光軸可変部４００を透過する画像光７０４は偏光軸が変化することなく第１の直線偏光光のまま透過し、吸収型偏光選択部材５００で吸収されるため、観察者には観察されない。
【０１９９】
一方、観察者側から表示装置へ向かう外光は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００に入射した外光は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光光のまま透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００は第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は鏡面反射するため、外光は反射型偏光選択部材３００で反射する。反射型偏光選択部材３００で反射した外光は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光光のまま透過し、偏光選択部材５００も透過して観察者へ向かう。
【０２００】
従って、鏡状態では画像光７０４は吸収型偏光選択部材５００で吸収され、観察者に至ることがなく、表示装置に入射する外光は理想的には非偏光の半分の光が反射型偏光選択部材３００で反射して、観察者側に向かうため明るい鏡として機能する。
【０２０１】
尚、本表示装置を鏡状態にする場合は、鏡状態となる領域に該当する領域では投射装置７０１の画像を暗表示にする。この場合、投射装置７０１からの画像光はほとんど漏れないので観察者に不要な光が向かうことがないのでコントラスト比が高い反射像が得られる鏡状態が実現できるといった効果がある。
【０２０２】
また、上記説明では吸収型偏光選択部材５００が第２の直線偏光成分は透過し、第１の直線偏光成分は吸収する場合を示したが、吸収型偏光選択部材５００が第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は吸収するものを使用してもよい。この場合は表示装置の消費電力が０の場合に、鏡として機能させることができる。
【０２０３】
また、本実施例では透過型スクリーン７０３を、図２３に示す通り、フレネルレンズシート１４０２と、レンチキュラレンズシート１４０１と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とをこの順に配置した構成とした。しかし、この構成とは別に、図２６に示す通り、透過型スクリーン７０３をフレネルレンズシート１４０２と、レンチキュラレンズシート１４０１と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、反射型偏光選択部材３０１と、可変偏光選択部材６００とをこの順に配置した構成としてもよい。この場合は、実施例２で説明した表示装置の画像表示部１０００に、背面投射型表示装置を用いたこととなり、実施例２での説明と同様な動作、作用が得られる。
【０２０４】
また、本実施例の透過型スクリーン７０３を構成する鏡機能部（反射型偏光選択部材３００と透過偏光軸可変部４００と反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００）と光学系（フレネルレンズシート１４０２とレンチキュラレンズシート１４０１）のうち鏡機能部を光学系から着脱可能な構造として、鏡機能が不要なときには鏡機能部を取り外す構成としてもよい。あるいは、画像表示部を含まず鏡機能部を独立して備えたスクリーンを構成し、この鏡機能スクリーンを任意の表示装置に必要に応じて装着する構成とすることも可能である。
【０２０５】
（実施例４）
本発明の実施例４の表示装置を図２７、図２８を用いて説明する。本実施例４は、実施例２で説明した表示装置の透明基板４０１、４０２（図１６参照）に、導電性の金属線状パターンを千数百オングストロームのピッチで形成し、これら金属線状パターンに、反射型偏光選択部材３０１と透明電極４０３、及び、反射型偏光選択部材３００と透明電極４０６の機能を兼用させる構成としたものである。従って、上記説明と同一部には同じ符号を付け詳細な説明は省略する。
【０２０６】
本実施例４では、透過偏光軸可変手段４００の透明基板４０１、４０２にアルミニウムの金属線状パターンを千数百オングストロームのピッチで形成する。この場合、金属線状パターンに入射する光は、金属線状パターンの線の長手方向と平行な直線偏光成分は反射し、これと直交する方向の直線偏光成分は透過するため、金属線状パターンは反射型偏光選択部材として機能する。また、これらの隣り合う線状パターンの一部を電気的に接続することにより、電位を同一あるいは略同一の状態にすることができるため、特定の直線偏光成分を透過する透明電極としても機能させることができる。つまり、金属線状パターンは反射型偏光選択部材と透明電極の機能を兼用する。尚、隣り合う線状パターン同士の電気的な接続は、反射型偏光選択部材の機能に悪影響を与えないように、周縁部などの鏡領域以外の場所で行うようにする。
【０２０７】
ここでは、透過偏光軸可変部４００は、図２７のように、金属線状パターン３１１及びポリイミド系高分子からなる配向膜４０４が全面的に積層形成された第１の透明基板４０１と、同じく金属線状パターン３１０及び配向膜４０５が全面的に積層形成された第２の透明基板４０２と、液晶層４０７とを含む。
【０２０８】
２枚の透明基板４０１，４０２にそれぞれ形成された金属線状パターン３１１、３１０は、図示しない配線、及びスイッチング素子を介して電源に接続されており、金属線状パターン３１１、３１０に電圧を印加しない状態と、電圧を印加する状態のいずれかの状態を選択可能に構成されている。つまり、金属線状パターン３１１、３１０に電位差がなく、液晶層４０７に電界が印加されない状態と、金属線状パターン３１１、３１０に電圧を印加し、液晶層４０７に電界が印加される状態のいずれかの状態を選択可能に構成されている。また、金属線状パターン３１０、３１１の線の長手方向はお互いに直交するように構成・配置する。
【０２０９】
液晶層４０７は、２枚の透明基板４０１，４０２を配向膜４０４、４１０の形成面が向かい合うように配置し、さらに図示しないスペーサーを挟むことで２枚の透明基板４０１、４０２の間に一定の間隙を設け、この間隙の周囲をシール材４１０で枠状にシールして空間を形成し、この空間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入することで構成する。
【０２１０】
図２８は本実施例の各部材の軸の方向の説明図である。尚、各軸の角度の表示は画像表示面水平方向の３時の位置を基準とし、ここから逆時計周りの角度で示している。図２８に示す通り、画像表示部１０００を構成するＴＮ液晶表示パネル２００の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８の直線偏光の透過偏光軸は１３５°とする。従って、反射型偏光選択部材として機能する金属線状パターン３１０の直線偏光の透過偏光軸も同じく１３５°、透過偏光軸可変部４００の透明基板４０２側と、透明基板４０１側の液晶分子長軸の配向方向はそれぞれ１３５°と４５°、反射型偏光選択部材として機能する金属線状パターン３１１の直線偏光の透過偏光軸は４５°、可変偏光選択部材６００の透明基板６０２側、と透明基板６０１側の液晶分子長軸の配向方向は共に１３５°とする。
【０２１１】
上記構成により本実施例４の表示装置は、金属線状パターン３１０が実施例２の反射型偏光選択部材３００と電極４０６の機能を果たし、金属線状パターン３１１が実施例２の反射型偏光選択部材３０１と電極４０３の機能を果たすため、本実施例４の表示装置は、実施例２の表示装置と同様に動作し、同じ効果が得られる。
【０２１２】
なお、実施例２で述べた通り、反射型偏光選択部材３００，３０１は表示装置を鏡状態としたときに反射面として機能する部材である。このため、反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１の間隔が大きくなると反射型偏光選択部材３００と反射型偏光選択部材３０１のそれぞれで反射した像に視差が生じるため、両者の間隔はできるだけ小さくする必要があり、実用的には０．１１ｍｍ以下とすることが望ましい。本実施例４では特に反射型偏光選択部材３００として機能する金属線状パターン３１０と、反射型偏光選択部材３０１として機能する金属線状パターン３１１との間には、数μｍ程度の液晶層４０７と１μｍ未満の配向膜４０４、４１０等の薄膜があるだけなので、両者の間隔は１０μｍにも満たない。このため、明るく視差のない高品位な鏡が実現できるという効果がえられる。
【０２１３】
また、金属線状パターン３１０，３１１は、平坦なガラスなどの基板上に形成されるため、温度や湿度などの環境の変化を受けにくく、環境の変化によるゆがみが発生しにくい鏡が実現できるという効果もある。
【０２１４】
また、本発明では、金属線状パターン３１０，３１１は、可視光の範囲で均一な反射を得られるものであれば良く、線状パターンの具体的構造やピッチ、パターン高さ等は特に限定されるものではない。また、アルミニウム以外にクロムや銀などで形成した金属線状パターンを用いても良い。
【０２１５】
（実施例５）
上記実施例１〜実施例４では、第１の直線偏光を画像光として出射する画像表示部１０００の上部に、反射型偏光選択部材３００と透過偏光軸可変部４００と偏光選択部材５００からなる鏡機能部、或いは、反射型偏光選択部材３００と透過偏光軸可変部４００と反射型偏光選択部材３０１と可変偏光選択部材６００からなる鏡機能部を配置した場合を説明した。これらの場合、画像表示部１０００は、鏡機能部が配置されていなくても画像表示が可能であり、機器の使用目的によっては鏡機能部を着脱式にして、鏡機能が不要な場合に鏡機能部を取り外すなど、利便性を向上することができる。
【０２１６】
しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではない。つまり、鏡機能部がある場合に画像表示が可能になるような構成、あるいは鏡機能部と画像表示部材の一部構成を共用した構成であっても良い。
【０２１７】
図２９を用いて、実施例５の表示装置について説明する。本実施例５は、実施例１との共通部分が多いため（例えば図８参照）、実施例１と同様な部材には同じ符号を付け詳細な説明は省略する。
【０２１８】
本表示装置は、実施例１で説明した表示装置において、照明装置１００として赤色、緑色、青色の３原色を時分割に照射可能なものを用い、画像表示部１０００から観察者側の吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を取り除いたものである。従って、反射型偏光選択部材３００と透過偏光軸可変部４００と吸収型偏光選択部材５００からなる鏡機能部を取り除いた場合、本実施例の液晶表示パネル２００は鮮明な画像を表示することができない。
【０２１９】
本実施例の液晶表示パネル２００は、実施例１の液晶表示パネル２００において、吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８を取り除いたほかに、カラーフィルタを無くし、フィールド順次カラー表示方式に対応できるように液晶の応答が高速化可能なものとした。
【０２２０】
フィールド順次カラー表示方式は例えば特開平５−１９２５７号公報、特開平１１−５２３５４号公報などに技術の詳細が記載されている。本方式は３原色の照明光を時分割で液晶表示パネルに照射し、それに同期させて液晶を駆動することによりカラー画像の表示を実現するものである。すなわち、液晶表示パネルは１フレームの表示を行うために、３原色に対応した３つのサブフレームを順次表示する必要があるため液晶がより高速に応答する必要がある。フィールド順次カラー表示方式に対応するように液晶の応答を速くするには、例えばＴＮモードを用いる場合は上記ウェーブガイドの条件を満足するために複屈折Δｎの大きな液晶を用い、液晶層２０７の厚さを２μｍ程度と薄く構成すれば良い。
【０２２１】
尚、本実施例では以下、ＴＮモードの場合を説明するが、フィールド順次カラー表示方式に対応した応答特性が得られる構成であれば、本発明の液晶表示パネルは上記構成に限定されるものではない。
【０２２２】
照明装置１００は透明媒体からなる導光体１９３と、導光体１９３の端面に配置した赤色、緑色、青色の３原色の光を出射する光源１９０と、導光体１９３の裏面に配置した偏光維持反射シート１９２と、導光体１９３の前面に配置した偏光維持拡散部１９１とから構成される。
【０２２３】
赤色、緑色、青色の３原色の光を出射する光源１９０としては３原色のそれぞれの色光を発光する３つのチップを一体化したＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。このようなＬＥＤは日亜化学工業株式会社から発売されている。
【０２２４】
導光体１９３は、透明なアクリル樹脂から構成され、端面から入射した光を全反射により内部に閉じ込める構成と、内部を伝搬する光の反射角度を変えることで液晶表示パネル２００側へ光を放射する微細な傾斜面を有する多数の凹凸面または段差で構成された傾斜反射面１９４を裏面（液晶表示パネル２００と反対の側の面）に備える。これは後述する理由から液晶表示パネル２００側から導光体１９３に入射する光の偏光状態を維持するためである。
【０２２５】
傾斜反射面１９４はアルミニウム、銀等の金属薄膜、或いは誘電体多層膜により鏡面反射面とすることが望ましいが、これらに限定されるものではなく、このような特別な反射部材を付与しなくとも、空気とアクリル樹脂との屈折率の差により必要とされる反射機能が満たされるものとする。
【０２２６】
ここでは、傾斜反射面１９４は平均ピッチ２００μｍ、平均高さ１０μｍ、平均傾斜角度４１°とした。尚、傾斜反射面１９４の高さを光源１９０に近いところでは低く、光源１９０から遠い場所では高くなるよう連続的に変化させる、或いは傾斜反射面１９４のピッチ、もしくは傾斜角度を光源１９０からの距離により連続的に変化させる、或いは導光体１９３の厚さを光源１９０から離れるに従って薄くなるよう構成するなどして、導光体１９３から出射する光の均一性を高めるようにしても良い。
【０２２７】
尚、導光体１９３の形状は液晶表示パネル２００側から導光体１９３に入射する光の偏光状態を略維持するものであれば本形状に限定されるものではい。
【０２２８】
偏光維持反射シート１９２はガラス板や樹脂板、樹脂フィルム等の基材上に偏光状態を維持する反射面を形成したものであり、液晶表示パネル２００側から照明装置１００へ戻ってきた光を再びその偏光状態を維持したまま液晶表示パネル２００側へ反射する機能を有する。ここで述べる偏光状態を維持する反射面とは少なくとも垂直入射光に対しては、直線偏光光は同じ直線偏光光のまま反射し、円偏光はその回転方向が逆の円偏光として反射する反射面のことである。具体的には反射面として基材にＡｌ、Ａｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは光源光の波長帯域に対して高い反射率が得られるように構成した誘電体多層膜による鏡面反射面を使用する。
【０２２９】
偏光維持拡散部１９１は導光体１９３から出射した光の出射角度分布や面内での輝度分布を均一化するためのものであり、さらにこれを通過する光の偏光状態は略維持するものである。偏光維持拡散部１９１としては光学的に等方な透明基材上に複数の球状透明ビーズを面状に密に並べ、透明な樹脂で固定したもの、或いは光学的に等方な透明基材上に形成したホログラム拡散板、或いはSPIE, Vol. 1536, Optical Materials Technology for Energy Efficiency and Solar Energy Conversion X (1991), pp138-148に記載のＬＣＧ（light control glass）等を使用することができる。
【０２３０】
図３０は本実施例の各部材の軸の方向の説明図である。図示の通り、液晶表示パネル２００として、ＴＮ液晶表示パネルを用いた場合は視角特性の水平方向の対称性を得るため、通常、偏光板２０９の直線偏光の透過偏光軸は４５°もしくは１３５°とする（本実施例では４５°）。透明基板２０２側の液晶配向軸、及び透明基板２０１側の液晶配向軸はそれぞれ４５°と１３５°とし、反射型偏光選択部材３００の直線偏光の透過偏光軸を１３５°、透過偏光軸可変部４００の透明基板４０２側と、透明基板４０１側の液晶分子長軸の配向方向はそれぞれ１３５°と４５°、吸収型偏光選択部材５００の直線偏光の透過偏光軸は４５°とする。
【０２３１】
次に本実施例の動作を説明する。光源１９０から出射した光は導光体１９３に入射し、導光体１９３を全反射を繰り返しながら伝播していく。導光体１９３を伝播する光のうち傾斜傾斜面１９４に至った光はその進行方向が変わり、導光体１９３の表面側から出射する。導光体１９３から出射した光は偏光維持拡散部１９１により出射角度分布や、面内での輝度分布が均一化された後、液晶表示素子２００に照射される。
【０２３２】
液晶表示パネル２００に照射された光のうち、偏光板２０９を透過した直線偏光光は、液晶層２０７を通過して反射型偏光選択部材３００に入射するが、この際、液晶層２０８を透過する光の偏光状態は液晶層２０７に印加する電圧によって変化させることができる。このため画像情報発生部から伝えられる画像情報に対応した電圧を透明基板２０２、２０１上の透明電極２０３、２０５に印加し、液晶層２０７に電界を印加することで、液晶層２０７を通過する光の偏光状態を変え、反射型偏光選択部材３００を透過する光量を制御することで直線偏光光からなる光学画像を形成することができる。即ち、実施例１において液晶表示パネル２００の観察者側に配置した吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８の機能を、本実施例の反射型偏光選択部材３００が兼用することになる。
【０２３３】
反射型偏光選択部材３００を透過した画像光は透過偏光軸可変部４００に入射する。本表示装置が画像表示状態の場合、透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電圧を印加しない状態、すなわちオフ状態とする。
【０２３４】
ここで、反射型偏光選択部材３００を透過する直線偏光成分を第１の直線偏光成分とし、これと偏光軸が直交する直線偏光成分を第２の直線偏光成分とすると、透過偏光軸可変部４００を通過する画像光は第１の直線偏光光から第２の直線偏光光に変化する。透過偏光軸可変部４００を透過した画像光は吸収型偏光選択部材５００に入射する。吸収型偏光選択部材５００は第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過するため、透過偏光軸可変部４００により第２の直線偏光光に変化した画像光３００１は吸収型偏光選択部材５００を透過して、観察者に観察される。
【０２３５】
本表示装置が鏡状態の場合、透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電界を印加してオン状態とする。このとき本表示装置には上記実施例において吸収型偏光選択部材として設けていた吸収型偏光選択部材（偏光板）２０８がないため、照明装置１００が点灯していると画像光が観察者側に漏れるため反射像のコントラスト比が低下して見やすい鏡が実現できない。従って、照明装置１００は鏡状態の場合には消灯する。本実施例の場合、照明装置１００の光源１９０としてＬＥＤを用いることで高速に点灯、消灯ができるので、鏡状態と画像表示状態は観察者にストレスを感じさせないぐらい高速に切り替えられる。
【０２３６】
一方、観察者側から本表示装置へ向かう外光は吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００に入射した外光は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００は第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は鏡面反射するため、外光３００２は反射型偏光選択部材３００で反射する。反射型偏光選択部材３００で反射した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、さらに吸収型偏光選択部材５００も透過して観察者へ向かう。
【０２３７】
従って、本実施例の表示装置は、鏡状態では照明装置を消灯するため、画像光が観察者に至ることがなく、外光のうち、理想的には非偏光の半分の光が反射型偏光選択部材３００で反射して、観察者側に向かうため明るい鏡として機能する。
【０２３８】
この他に本実施例には以下の特有の効果がある。
【０２３９】
図３１は本実施例特有の効果を説明するための図である。ここで、反射型偏光選択部材３００を透過する直線偏光成分を第１の直線偏光成分とし、これと偏光軸が直交する直線偏光成分を第２の直線偏光成分とすると、偏光板２０９は第２の直線偏光成分を透過する。
【０２４０】
本表示装置では上記の通り、照明装置１００から液晶表示パネル２００に照射された光のうち偏光板２０９を透過した第２の直線偏光光（図中紙面垂直方向）は、液晶層２０７を通過して反射型偏光選択部材３００に入射する。この際、液晶層２０７を透過する光の偏光状態は画像情報に対応して変調され、明表示領域を通過する光３１００は第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化して反射型偏光選択部材３００を透過して、観察者へ向かう。
【０２４１】
一方、暗表示領域を通過する光３１０１は第２の直線偏光光のまま反射型偏光選択部材３００に入射するため、反射型偏光選択部材３００で反射して観察者には至らない。反射型偏光選択部材３００で反射した光３１０１は再び第２の直線偏光光のまま液晶層２０７及び偏光板２０９を透過して照明装置１００に戻る。この際、照明装置１００を構成する偏光維持拡散部、導光体、及び偏光維持反射シート１９２は液晶表示素子２００側から戻る光の偏光状態を略維持したまま、透過、或いは反射する。このため照明装置１００で反射して液晶表示パネル２００に向かう光３１０１は概ね第２の直線偏光光となっているため偏光板２０９でほとんど吸収されることなく液晶層２０７に入射する。液晶層２０７に入射した光３１０１のうち、明表示領域に入射した光は今度は第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化して反射型偏光選択部材３００を透過して、観察者へ向かい画像光として有効利用できる。
【０２４２】
つまり、暗表示領域に入射した光は、最初は反射型偏光選択部材３００で反射するため画像光とはならない。しかし、反射型偏光選択部材３００で反射した光は照明装置１００に向い、照明装置１００において偏光状態が略維持された状態で反射され、再び液晶表示パネル２００に向かう。このため、大きな損失が無い状態で光の再利用が行われることになり、明表示領域の明るさが向上することになる。
【０２４３】
また、一般に、カラーフィルタの光透過率は２５％程度と低いのだが、本実施例ではカラーフィルタを用いないため、より効率良く光の再利用が行われることになる。
【０２４４】
ここで、一般に液晶表示パネルでは画面全面を白表示する場合と、一部分を白表示する場合とでは白表示の輝度は変わらない。一方、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）では画面全面を白表示する場合に対して、画面の１５％の部分を白表示する場合には白表示を４倍程度明るくできるといわれている。このことは例えば太陽光など部分的に高輝度な画像の表示を行う場合に、ＣＲＴでは液晶表示パネルよりも迫力ある画像が得られるという画質の差となって現れる。
【０２４５】
本実施例の表示装置では暗表示領域に入射した光を再利用することで、明表示領域の明るさを向上することができるため、画面全面を白表示する場合に比べて、一部分を白表示する場合に白表示を明るくすることができる。従って、ＣＲＴに近い迫力ある画像が得られることになる。
【０２４６】
さらに、本表示装置を携帯電話などの携帯機器の表示部として用いる場合には以下の効果が得られる。本表示装置は照明装置を点灯する場合はフィールド順次カラー表示方式によるカラー表示装置として機能するが、照明装置を消灯した場合には、カラーフィルタが無いため明るいモノクロ表示の反射型液晶表示パネルとして機能させることができる。ここで、カラー表示の場合には１フレームの表示を行うのに赤色、緑色、青色の少なくとも３つのサブフレームを表示する必要があるが、モノクロ表示の場合はサブフレームを設ける必要がないため駆動周波数を３分の１以下にすることができる。駆動周波数を３分の１以下に下げることができれば消費電力は大幅に低減することができるため、駆動周波数切替部を設けてカラー表示状態と、モノクロ表示状態とで駆動周波数を変えられるようにすると、モノクロ表示状態の消費電力は大幅に低減できる。
【０２４７】
つまり本表示装置を携帯機器の表示部として用いた場合、機器が使用状態のときは照明装置を点灯し、カラー表示状態とすることで迫力があり、明るく高品位な画像が得られ、一方、機器が待機時には照明装置を消灯し、駆動周波数を下げ、モノクロ表示状態とすることで消費電力をきわめて低くできる。このため、例えば携帯電話の待受け時間を長くできるなど携帯機器のバッテリーによる使用時間を長くすることができる。
【０２４８】
さらにこれらの効果は画像表示状態と鏡状態を互いの性能を劣化することなく切替可能であるうえに成り立つことは上述の通りである。また、本実施例では液晶表示パネルの観察者側の透明基板に金属線状パターンを形成し、各パターン同士の一部を電気的に接続した構造とすることで、該金属線状パターンに透明電極と反射型偏光選択部材の機能を兼用させる構成としても良い。
【０２４９】
（実施例６）
以下、本発明の他の実施例を図面をもとに説明する。
【０２５０】
図３２を用いて、本発明の実施例６の鏡状態への切り替え機能付き表示装置を説明する。本表示装置は、上述した実施例１において、画像表示部１０００として、反射型液晶パネル３０００を用いたものであり、上記実施例と同じ部材には同じ符号をつけ詳細な説明は省略する。
【０２５１】
本実施例６の表示装置は、反射型液晶素子３０００を含み、反射型液晶素子は、透明基板３０３０と、反射部を備える反射基板３１００と、これら２枚の基板をビーズ等のスペーサを介して張り合わせ、枠状のシール材によりシールすることにより形成した空間に封止した液晶層３１３０とを有する。また、透明基板３０３０には、位相差板３０２０、反射型偏光選択部材３００、透過偏光軸可変部４００、及び吸収型偏光選択部材５００が重ねて配置されている。
【０２５２】
反射基板３１００としては、ガラスや高分子フィルム等の平坦な絶縁基板をもちい、ここでは厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いた。反射基板３１００には走査電極と信号電極、及びこれらの交差部に備えられた例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）等からなるスイッチング素子３１１０と、これらの上部に形成した絶縁層３０９０と、絶縁層の上に形成され、絶縁層３０９０に開けられたスルーホール３１２０を介してスイッチング素子と電気的に接続されたマトリクス状に細分化された画素電極３０７０とが備えられる。
【０２５３】
画素電極３０７０はアルミニウム、銀といった反射率の高い金属からなり、絶縁層３０９０上に形成された微細な凹部または凸部形状により、拡散反射性の反射部として機能するものである。画素電極３０７０の上層にはポリイミド系高分子からなる配向膜３０６０が全面的に形成され、その表面はラビング法等により表面処理がなされる。
【０２５４】
透明基板３０３０としてはガラス、高分子フィルムなどの光学的に等方で平坦な透明絶縁基板を用いることができ、ここでは厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いた。透明基板３０３０には、反射基板３１００の画素電極３０７０に対応する位置にカラーフィルタ３０４０を形成する。カラーフィルタ３０４０はそれぞれ赤色、緑色、青色の３原色に対応した透過スペクトルを有する３種類のカラーフィルタを交互に繰り返し、画素電極３０７０に対応する位置に配置したものである。
【０２５５】
また、カラーフィルタ３０４０の画素間に相当する位置にはブラックマトリクスを形成して画素間からの漏れ光を抑えるようにしてもよい。カラーフィルタ３０４０の上層には図示しないオーバーコート層を介してＩＴＯからなる透明電極３０５０を全面的に形成し、さらに透明電極３０５０の上層にポリイミド系高分子からなる配向膜３２１０を全面的に形成して、その表面をラビング法等により表面処理を行っている。
【０２５６】
透明基板３０３０と反射基板３１００は、透明電極３０５０形成面、及び反射電極３０７０形成面が対向するよう貼り合せられている。この際、両基板間にビーズスペーサを分散配置し、両基板の表示面相当部分の周囲を枠状のシール材によりシールすることで一定の間隙を有する空間が形成される。
【０２５７】
両基板３０３０，３１００の間隙には、誘電異方性が正のネマチック液晶にカイラル剤を少量（０．１〜０．２％）添加した液晶組成物を封入、封止して液晶層３１３０を構成した。液晶層３１３０のΔｎｄは０．３６５μｍとした。液晶層３１３０の液晶分子長軸の方向は透明基板３０３０、及び反射基板３１００上に形成された配向膜３２１０、及び配向膜３０６０に行なわれた表面処理（配向処理）によって配向方向が規定され、２枚の基板間で連続的に所定の角度だけねじれた状態となる。
【０２５８】
透明基板３０３０には位相差板３０２０が積層される。位相差板３０２０としては例えばポリカーボネート、ポリサルホン、ポリビニルアルコール等の一軸延伸した高分子フィルムを用いることができる。ここでは位相差板３０２０としてΔｎｄが０．１８μｍのポリカーボネートからなる位相差板を用いた。
【０２５９】
透明基板３０３０、位相差板３０２０、反射型偏光選択部材３００、透過偏光軸可変部４００、吸収型偏光選択部材５００はそれぞれアクリル系の接着剤により光学的に結合するように接着した。
【０２６０】
図３３は、観察者側から見た際の本表示装置の各部材の軸の方向を示す図である。各軸の角度は画像表示面の水平方向３時の位置を基準とし、ここから逆時計周りの角度で示している。図３３に示す通り本表示装置は反射基板３１００側の液晶配向軸を２９５°、透明基板３０３０側の液晶配向軸の方位角を６５°、位相差板３０２０の遅相軸を１３５°、反射型偏光選択部材３００の直線偏光の透過偏光軸を３０°、透明基板４０２側の液晶配向軸を３０°、透明基板４０１側の液晶配向軸を１２０°、吸収型偏光選択部材５００の直線偏光の透過偏光軸を１２０°とした。
【０２６１】
次に本表示装置の動作を図面を参照して説明する。尚、本実施例においても上記実施例１等と同様、反射型偏光選択部材３００を透過する直線偏光成分を第１の直線偏光成分をとし、これと偏光軸が直交する直線偏光成分を第２の直線偏光成分とする。
【０２６２】
図３４は本表示装置が鏡状態の場合を示す。この場合、観察者側から本表示装置へ向かう外光３００２は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００に入射した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００は第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は鏡面反射するため、外光３００２は反射型偏光選択部材３００で反射する。反射型偏光選択部材３００で反射した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、さらに吸収型偏光選択部材５００も透過して観察者へ向かう。
【０２６３】
つまり、本表示装置は鏡状態の場合、外光３００２は反射型液晶素子３０００に至ることがなく、反射型偏光選択部材３００で反射して、観察者側に向かい明るい鏡として機能する。
【０２６４】
尚、本表示装置を鏡状態にする場合は、反射型液晶素子３０００を非表示状態にして無駄な電力を消費することがないようにすることができる。
【０２６５】
図３５、及び図３６は本表示装置が画像表示状態の場合を示す。画像表示状態については図３２も参照しながら説明する。この場合、観察者側（図中左側）から表示装置へ向かう外光３００２は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。吸収型偏光選択部材５００を透過した外光３００２は透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化し、反射型偏光選択部材３００を透過して反射型液晶素子３０００に入射する。反射型液晶素子３０００に入射した第１の直線偏光光は位相差板３０２０、液晶層３１３０を通過し、画素電極３０７０で反射して、再び液晶層３１３０、位相差板３０２０を通過して反射型偏光選択部材３００に入射する。この際、液晶層３１３０を透過する光の偏光状態は液晶層３１３０に印加する電圧によって変化する。
【０２６６】
ここで、スイッチング素子３１１０は、画素電極３０７０にスルーホール３１２０を介して接続されており、画素電極３０７０に印加する電圧をスイッチングすることで、透明電極３０５０と画素電極３０７０とに挟まれた液晶層３１３０に印加する電圧を画素毎に制御することができる。従って、画像情報に対応した電圧を透明電極３０５０と画素電極３０７０とに印加し、液晶層３１３０に所定の電圧を印加することで、液晶層３１３０を通過する光の偏光状態を制御し、反射型偏光選択部材３００を透過する光量を制御して光学画像を形成することができる。
【０２６７】
図３５は明表示の場合を示す。本実施例の構成では、液晶層３１３０に電圧が印加されていないとき、反射型液晶素子３０００に入射した光は第１の直線偏光光のまま反射し、再び反射型偏光選択部材３００を透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。透過偏光軸可変部４００に入射した光はこれを透過する際、第１の直線偏光光から第２の直線偏光光に変化し、吸収型偏光選択部材５００を透過して、観察側へ向かい明表示となる。
【０２６８】
図３６は暗表示の場合を示す。本実施例の構成では、液晶層３１３０に所定の電圧を印加すると、反射型液晶素子３０００に入射した第１の直線偏光光は反射型液晶素子３０００で反射し、出射する際、第２の直線偏光光となって、再び反射型偏光選択部材３００に入射する。反射型偏光選択部材３００に再入射した第２の直線偏光光は反射型偏光選択部材３００で反射して再び反射型液晶素子３０００に入射する。反射型液晶素子３０００に入射した第２の直線偏光光は反射型液晶素子３０００で反射し、出射する際、第１の直線偏光光となる。
【０２６９】
しかし、この際、反射型液晶素子３０００の透明基板３０３０には赤色、緑色、青色の３原色に対応したそれぞれ異なる透過スペクトルを有する３種類のカラーフィルタ３０４０が交互に繰り返し形成されている。従って、例えば、図示のように最初に反射型液晶素子３０００に入射した光が、緑色のカラーフィルタ３０４０Ｇに入射、透過し、２回目の入射では青色のカラーフィルタ３０４０Ｂに入射することになれば、光はほとんど吸収されて暗表示となる。また、反射型液晶素子３０００に入射した光が同じ色のカラーフィルタを通過するとしても、往路復路を２回で合計４回カラーフィルタを通過することになるので暗い表示が得られる。すなわち、本実施例の構成では暗表示の暗さを向上させるための部材として、カラーフィルタを利用している。
【０２７０】
さらに十分暗い暗表示を実現するには、カラーフィルタを４回通過する際に、異なる色のカラーフィルタを通過することが望ましい。このためカラーフィルタの配列は上下左右で隣り合うカラーフィルタの色ができるだけ異なるようにするためストライプ状ではなく、デルタ配列にすることが望ましい。
【０２７１】
また、反射型液晶素子３０００の透明基板３０３０は厚ければ厚いほど、反射型偏光選択部材３００で反射した光が反射型液晶素子３０００の異なる位置を通過して、異なる色のカラーフィルタを通過し易くなるため、透明基板３０３０は実用的な範囲内でできるだけ厚くすることが望ましい。
【０２７２】
上記の通り、本実施例６の表示装置によれば、反射型偏光選択部材３００は、透過偏光軸可変部４００による偏光状態の制御により、実効的に透明な状態と、鏡として機能する状態とに切り換えられる。従って、画像表示状態では反射型偏光選択部材３００を実効的に透明な状態とすることで明るい画像が得られる。さらに周囲が明るい環境であっても、ハーフミラーを使用する場合のような映り込みや、それに伴うコントラスト比の低下、画像光の明るさ低下といった画質の劣化が生じない。つまり、画像表示状態と鏡状態の切り換えを互いの性能を劣化することなく実現できる。
【０２７３】
ところで、本実施例では反射型液晶パネル３０００に、吸収型偏光選択部材として機能する偏光板を設けない場合を述べた。これは、画像表示状態の明るさを向上するにはできるだけ、光を吸収する部材を減らすことが重要だからである。特にカラー表示が可能な反射型液晶表示パネルではもともと画像が暗いため、吸収型偏光選択部材と、透過偏光軸可変部と、反射型偏光選択部材からなる鏡機能部によってさらに画像が暗くなることが許容されない状況にあるからである。従って、例えば野外など外光が強い場所での使用頻度が高いなどの用途であれば反射型液晶素子３０００に偏光板を設けるようにしてもよい。
【０２７４】
さらに、所定の直線偏光成分に対する透過率が１００％に近い高透過率の偏光板であれば、反射型液晶素子３０００、すなわち反射型偏光選択部材３００と透明基板３０３０の間に偏光板の透過偏光軸を反射型偏光選択部材の透過偏光軸と合わせて配置しても画像の明るさはほとんど低減しないので望ましい。この場合、一般に高透過率の偏光板は偏光度が低いため反射型液晶パネル単体では十分なコントラスト比の画像表示はできないが、吸収型偏光選択部材５００として偏光度が高い偏光板を使用すれば表示性能に問題は生じない。寧ろ、画像表示の際にはより暗い暗表示が実現して高コントラスト比の画像表示が実現できるという利点がある。
【０２７５】
つまり、画像表示部材として基板内に反射部を内蔵した反射型液晶表示パネルを用いる場合は、吸収型偏光選択部材に偏光度が高い偏光板を用い、画像表示部材の反射型偏光選択部材側に配置する吸収型偏光選択部材には偏光度が低く、透過率が高い偏光板を用いると、画像の明るさと、高いコントラスト比が両立する。
【０２７６】
尚、本実施例では反射型の液晶表示パネルを用いる場合を説明したが、反射部材として機能する画素電極の一部に開口部を設け部分的に透過するようにして、反射表示と透過表示を兼用するようにしてもよい。この場合、反射部材の裏面側には１／４位相差板と偏光板、及び照明装置を配置するとよい。このような構成によれば、夜間や建物内など外光の弱い状況下でも、照明装置を点灯することで画像の表示が可能となる。
【０２７７】
（実施例７）
本発明の他の実施例を図面をもとに説明する。
【０２７８】
図３７を用いて実施例７の鏡状態への切り替え機能付き表示装置を説明する。また、図３８は本表示装置を用いた携帯電話の概観を示す模式図であり、図３８（ａ）は画像表示状態を示し、図３８（ｂ）は鏡状態を示す。図３９は図３８に示した本表示装置を用いた携帯電話の回路構成の一例を示す。
【０２７９】
本実施例７の携帯電話８１０は少なくともアンテナ８１１、スピーカー８１２、テンキー等のボタン８１４、マイクロフォン８１５、鏡状態と画像表示状態の切替スイッチ８１３、及び本表示装置の画像表示部１０００と鏡機能部８０１とを含んで構成される。
【０２８０】
本実施例７の携帯電話８１０は、電話機能を実現する通信部１０、操作を入力する操作部２０、および、情報表示状態と鏡状態を切替可能な本発明による表示部３０を備えている。通信部１０は、アンテナ８１１と接続して通信信号の送信／受信処理を実行する送信／受信部８２１と、マイクロホン８１５およびスピーカ８１２を通して音声情報の入出力を行うとともに該音声情報と送受信信号との信号変換処理を実施する信号処理部８２２と、入力される操作指示に応じて送受信動作を制御する通信制御部８２３とを備える。操作部２０は、各種操作入力を行うテンキー／ボタン８１４と、情報表示状態と鏡状態を切り替えるための切替スイッチ８１３とを備える。
【０２８１】
表示部３０は、照明装置８３６を備えて情報表示を行う画像表示部１０００と、通信部１０や操作部２０からの制御指示を受け入れて表示部の動作制御を行う表示制御部８３１と、表示制御部８３１からの制御信号に応じて画像表示部１０００を駆動する駆動回路部８３２と、画像表示部１０００に重畳配置され鏡状態と透過状態とを選択的に実現する鏡機能部８０１と、鏡機能部８０１の透過偏光軸可変部４００への印加電圧を少なくとも発生する印加電圧発生部８３４と、切替スイッチ８１３からの指示や通信状態に応じて鏡機能部８０１の状態を切り替えるよう印加電圧発生部８３４を制御する鏡制御部８３３と、表示制御部８３１及び鏡制御部８３３からの制御信号に応じて照明装置の点灯、消灯を行う照明スイッチ８３５とを備える。
【０２８２】
本表示装置は図３７に示す通り、反射型偏光選択部材３００と透過偏光軸可変部４００と吸収型偏光選択部材５００とを含む鏡機能部８０１の面積を、画像表示部１０００の画像表示領域１００１の面積よりも大きくしたものであり、これ以外は基本的に上記実施例１と同じ構成、機能を有するので上記実施例と同一部には同じ符号を付け詳細な説明は省略する。
【０２８３】
鏡機能部８０１の反射型偏光選択部材３００は透過偏光軸可変部４００を構成する基板に透明な粘着材により固定されている。また、反射型偏光選択部材３００が画像表示部１０００と中途半端に接触して干渉縞などが発生することがないように鏡機能部８０１と画像表示部１０００との間は携帯電話のフレーム８１０Ｆに形成された凸部８０１ａをスペーサーとして、一定の空間８０１Ｓを設けている。
【０２８４】
ここで、上述の通り、本表示装置は鏡状態のとき、そこにデータ等の情報を表示するのではなく、観察者が自分の顔を映し出し、それを観察することが主たる用途であると規定すると、鏡の大きさは上記の通り、高さ５８．６ｍｍ、幅３９．１ｍｍ以上あることが望ましい。しかし、画像表示部材は画像表示部を大きくすると消費電力が上がるなどの問題があるため、あまり大きくはできない。一方、鏡機能部はその面積を大きくすることで問題は生じない。よって、本実施の形態７では、鏡機能部の面積を画像表示領域１００１の面積にかかわらず、できるだけ大きくする構成にしている。
【０２８５】
また、本表示装置の鏡機能部８０１は透過偏光軸可変部４００による偏光状態の制御により、実効的に透明な状態と、鏡の状態を切り替えることができるものである。従って、大面積の鏡機能部８０１がロゴマーク等のデザインが施された上に配置されても実効的に透明状態の場合には下地に影響を与えないため、機器のデザインの自由度は奪われない。
【０２８６】
次に本実施例の携帯電話８１０の動作を図３８を参照して説明する。
【０２８７】
図３８（ａ）に示すとおり、携帯電話が使用状態、或いは待機時であっても画像表示を行う場合は、鏡機能部８０１は実効的に透明な状態となっており、明るい画像表示が得られ、また、画像表示部周辺のロゴマークやデザインも可視状態となっている。一方、鏡状態の場合は、図３８（ｂ）に示すとおり画像表示部よりも大きな鏡面が現れ実用的な鏡が得られることになる。
【０２８８】
尚、本実施例７の表示装置は、鏡状態と画像表示状態は切替スイッチ８１３によりワンタッチで行えるよう構成しているため、操作性が高い。切替スイッチ８１３は、透過偏光軸可変部４００の液晶層を挟む一対の電極に±３Ｖ〜±５Ｖ程度の交流電圧を印加する場合と、一対の電極を短絡する状態とを切り替えられるように構成する。さらに切替スイッチ８１３に連動して、鏡状態の場合には画像表示部１０００を無表示状態にし、照明装置も消灯するようにして消費電力を低減する。
【０２８９】
また、鏡状態から画像表示状態への切替が、着信により自動的に切り替わるように構成することにより、スイッチ操作なしで着信情報を見ることができるためさらに使用者の利便性が向上する。
【０２９０】
尚、鏡状態と画像表示状態の切り替えは透過偏光軸可変部４００としてＴＮ液晶素子を用いる場合は数十ｍ秒と高速で切り替わるので、使用者には何ら不便を与えることはない。
【０２９１】
また、本実施例では鏡機能部８０１の面積を画像表示領域１００１の面積よりも大きくしたが、本発明において、鏡機能部８０１あるいは鏡状態を実現できる領域の面積と、画像表示領域１００１あるいは透過型／反射型の画像表示部材の面積との比率はこの例に限定されるものではない。もちろん、上記各実施例のように両面積をほぼ同一としても良く、あるいは、鏡機能部の面積をより小さくしたり、特定の領域を除いて鏡機能部を画像表示部に重ねる構成とすることも可能である。例えば、携帯電話が通信可能状態にあるかどうかを示すマークだけが常にチェックできるように、マークの表示部分だけを鏡機能部で覆わない構成とすることができる。
【０２９２】
さらに、本実施例では鏡機能部の全面を鏡状態とする場合について説明したが、例えば、鏡機能部の鏡領域を複数に分割して、各分割領域毎に鏡状態と画像表示状態の切り替えを行う構成とすることができる。より具体的には、例えば、透過偏光軸可変部や可変吸収型偏光選択部材への電圧印加を分割した領域毎に行ったり、マトリクス状に画素電極を配置して鏡状態の任意の絵や文字を表示させる構成とすることができる。
【０２９３】
（実施例８）
本発明の他の実施例を図面をもとに説明する。
【０２９４】
図４０、図４１、図４２を用いて、本発明の実施例８について説明する。実施例８において、実施例７と同様な部分については同じ符号をつけて詳細な説明は省略する。
【０２９５】
本実施例８の構成は、ユーザーが既存の携帯電話に鏡機能を付与することを可能にする着脱式の鏡機能部である。図４１に示す通り、着脱可能な鏡機能部８０１は、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とを含んで構成され、これらは互いに透明な粘着材により接着固定されている。また、吸収型偏光選択部材５００の表面にはフィルム、または薄いアクリル板からなる透明な保護部材５００Ｐが透明な粘着材によって貼り合わされている。反射型偏光選択部材３００の周縁部にはスポンジ状で弾性を有する枠状のスペーサー８４３が備えられており、必要に応じてスペーサ８４３の表面に両面テープ８４４が備えられる。このスペーサー８４３は、鏡機能部を携帯電話等の機器に取り付ける際に反射型偏光選択部材３００が、他の部材と接触せず、一定の空間を維持するようにするために配置されている。これにより、反射型偏光選択部材３００と他の部材とが接触して干渉縞などが発生することを防止している。
【０２９６】
透過偏光軸可変部４００は、これを構成する透明基板状に形成した透明電極に接続された配線を介して鏡機能駆動部８４０と接続されている。
【０２９７】
図４２に示すとおり、鏡機能駆動部８４０は小型電池からなる電源８４５と、切替スイッチ８４６と電源８４５からの電力供給により透過偏光軸可変部４００を駆動する電圧を発生する駆動回路８４７とから構成され、切替スイッチ８４６の操作により透過偏光軸可変部４００を駆動して鏡機能部を鏡状態と透明な状態とに切り替えるものである。
【０２９８】
この鏡機能部８０１を携帯電話８１０に取り付ける場合、鏡機能部８０１と鏡機能駆動部８４０との間の配線は、携帯電話のストラップ取り付け部８４１を経由して取り付け、配線８４２及び鏡機能駆動部８４０がストラップであるかのように取り付ける構成とすることができる。この場合、鏡機能駆動部８４０を誤って引っ張ってしまってもその力は携帯電話のストラップ取り付け部８４１で止まり、鏡機能部には直接付加がかからないという利点がある。
【０２９９】
（実施例９）
本発明の実施例９の表示装置を図４３をもとに説明する。
【０３００】
図４３の実施例９の表示装置は、画像光を出射する画像表示部として有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：electroluminescence）表示パネル９００を用いたものであり、上記実施例１等と同じ部材には同じ符号を付けて詳しい説明は省略する。
【０３０１】
本表示装置は、第１の直線偏光の画像光を出射する有機ＥＬ表示パネル９００と、反射型偏光選択部材３００と、透過偏光軸可変部４００と、吸収型偏光選択部材５００とから構成される。有機ＥＬ表示パネル９００は、反射型偏光選択部材３００と対面する側に第１の直線偏光成分は透過し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は吸収する吸収型偏光選択部材２０８と位相差板９０１が配置される。
【０３０２】
位相差板９０１としては１/４波長板を用いれは良く、例えば１軸延伸したポリカーボネート、ポリサルホン、ポリビニルアルコールなどの高分子フィルムを用いることができる。尚、一般に１／４波長板を構成する材質の屈折率の波長依存性（以下、波長分散）により、一種類の位相差板で可視波長の全域に対し１／４波長板として機能する位相差板を構成することは困難であるが、波長分散の異なる少なくとも２種類の位相差板をその光学軸を直交するように貼り合わせることで広い波長域で１／４波長板として機能するよう構成したものを使用することができる。
【０３０３】
有機ＥＬ表示パネル９００は有機薄膜からなる発光層に電流を注入することにより電気エネルギーを光エネルギーに変換して発光する自発光型の表示デバイスであり、透明基板９０２にＩＴＯからなる透明電極９０３、ホール輸送層９０４、発光層９０７、電子輸送層９０６、Ａｌ等で構成される反射性の金属電極９０５を順次積層した構造となっている。これらの積層膜は劣化を抑制するために透明基板９０２と封止部材９０９との間に酸素や水分を取り除いた状態でシール剤９０８によって密閉される。
【０３０４】
有機EL表示パネルでは、陽極である透明電極９０３と陰極である反射性金属電極９０５との間に直流電圧を印加すると、透明電極９０３から注入されたホールがホール輸送層９０４を経由して、また、陰極（反射性金属電極）９０５から注入された電子が電子輸送層を経由して、それぞれが発光層９０７に到達し、電子-ホールの再結合が生じてここから所定波長の発光が生じると考えられている。発光層９０７から出射する光は一般的には指向性がなく全方位に等方的に出射するため、金属電極９０５に向かった光を効率良く表示光として利用するためには金属電極は反射率の高い電極材料を用いることが望ましい。
【０３０５】
尚、有機ＥＬ表示パネル９００の構成は、上記構成に限定されるものではない。つまり、本発明に係る有機ＥＬ表示パネルは少なくとも発光層と、発光層の裏面に配置した反射性部材とから構成される自発光型の表示デバイスを用いることができる。
【０３０６】
次に、図４３を用いて本実施例９の表示装置の動作を説明する。図４３の、右側が画像表示状態、左側が鏡状態を示す。
【０３０７】
表示装置が画像表示状態の場合、透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電圧を印加しない状態、すなわちオフ状態とする。画像表示状態の場合、発光層から出射した光は直接、或いは裏面の金属電極９０５で反射した後、透明基板９０２から出射する。
【０３０８】
透明基板９０２から出射した画像光３２０１は位相差板９０１を透過し、吸収型偏光選択部材２０８を通過する際、第１の直線偏光成分は透過し、これと偏光軸が直交する第２の直線偏光成分は吸収される。吸収型偏光選択部材２０８を透過した画像光３２０１は反射型偏光選択部材３００も透過して、透過偏光軸可変部４００に入射する。この場合、透過偏光軸可変部４００を通過する画像光３２０１は第１の直線偏光から第２の直線偏光に変化する。透過偏光軸可変部４００を透過した画像光３２０１は吸収型偏光選択部材５００に入射する。吸収型偏光選択部材５００は第１の直線偏光成分は吸収し、第２の直線偏光成分は透過するため、透過偏光軸可変部４００により第２の直線偏光光に変化した画像光３２０１は吸収型偏光選択部材５００を透過して、観察者2000に観察される。
【０３０９】
一方、観察者2000側から表示装置へ入射する外光３２０２は、非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過する。吸収型偏光選択部材５００を透過した外光３２０２は透過偏光軸可変部４００を透過する際、第２の直線偏光光から第１の直線偏光光に変化し、反射型偏光選択部材３００を透過して有機ＥＬ表示パネル９００に入射する。
【０３１０】
有機ＥＬ表示パネル９００に入射した外光３２０２は吸収型偏光選択部材２０８を透過して、位相差板９０１を透過する際、その作用を受けて、円偏光（ここでは例えば右回りの円偏光）となる。位相差板９０１を透過した外光３２０２は金属電極９０５で反射する際、位相がπずれて回転方向が逆の円偏光（左回りの円偏光）になる。金属電極９０５で反射した外光３２０２は再び位相差板９０１を透過する際、その作用を受けて今度は第２の直線偏光となり吸収型偏光選択部材２０８で吸収されるため観察者２０００側へは戻らない。
【０３１１】
従って、画像表示状態では、有機ＥＬ表示パネル９００から出射した画像光３２０１はほとんど損失することなく観察者へ向かうため明るい画像を得ることができる。また、周囲から表示装置に入射する外光３２０２は鏡状態の場合に鏡として機能する反射型偏光選択部材３００での反射はなく、さらに、有機ＥＬ表示パネル９００の金属電極９０５で反射した光は吸収型偏光選択部材２０８で吸収されるため、観察者２０００にほとんど視認されない。つまり、外光の不要反射が抑制された、コントラスト比の高い画像表示が実現できる。
【０３１２】
一方、表示装置を鏡状態とする場合、透過偏光軸可変部４００はこれを構成する液晶層４０７に電界を印加してオン状態とする。鏡状態の場合、観察者２０００側から表示装置へ向かう外光３２０３は非偏光であるが、吸収型偏光選択部材５００を透過する際、第１の直線偏光成分は吸収され、第２の直線偏光成分のみが透過して透過偏光軸可変部４００に入射する。このとき透過偏光軸可変部４００に入射した外光３２０３は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光光のまま透過し、反射型偏光選択部材３００に至る。反射型偏光選択部材３００では第１の直線偏光成分は透過し、第２の直線偏光成分は鏡面反射するため、外光３２０３は反射型偏光選択部材３００で反射する。反射型偏光選択部材３００で反射した外光３２０３は透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第２の直線偏光のまま透過し、さらに偏光選択部材５００も透過して観察者へ向かうため鏡状態が実現する。
【０３１３】
このとき、鏡状態となっている領域に該当する有機ＥＬ表示パネル９００の表示領域は、鏡機能の動作と連動して、非発光の状態とすることが望ましい。この動作により、反射型偏光選択部材３００の裏面側からの光の漏れを完全になくすことができるため、高いコントラスト比の反射像を映し出す高品位な鏡を実現することができ、さらに発光量を抑制した分だけ表示装置の消費電力が低減される。
【０３１４】
ただし、必ずしも非発光の状態にしなくともよく、有機ＥＬ表示パネル９００から画像光が出射している場合であっても、有機ＥＬ表示パネル９００から出射する画像光は吸収型偏光選択部材２０８を透過した第１の直線偏光光であるため、反射型偏光選択部材３００を透過し、透過偏光軸可変部４００を偏光軸が変化することなく第１の直線偏光光のまま透過して、吸収型偏光選択部材５００で吸収されて観察者２０００にはほとんど観察されないため、高いコントラスト比の反射像を映し出す鏡を実現することはできる。
【０３１５】
尚、吸収型偏光選択部材２０８や吸収型偏光選択部材５００として機能する偏光板の特性は画像表示状態の画質や鏡状態の鏡の見え易さに直接関係する。このため、実施例１と同様、画像表示状態において十分なコントラスト比を維持しつつ、輝度を向上するためには吸収型偏光選択部材２０８と吸収型偏光選択部材５００のどちらか一方の偏光板に偏光度の高い偏光板を用い、他方に偏光度の低い偏光板を用いることが有効である。
【０３１６】
上述してきた各実施例のように、本発明の表示装置によれば、鏡として機能する反射型偏光選択部材が、実効的に透明な状態と、鏡として機能する状態とに任意に切り換えられるので、画像表示状態と鏡状態の切り換えを互いの性能を劣化することなく実現できるという効果がある。つまり、画像表示状態では画像光がほとんど損失しない明るい画像が得られ、周囲が明るい環境であっても、映り込みやそれに伴うコントラスト比の低下といった外光に起因した画質の劣化がない高品位な画像が得られるという効果がある。
【０３１７】
一方、鏡状態では、外光を効率良く反射するため明るい鏡を実現でき、さらに画像光の光の漏れが抑制されるため、コントラスト比が高い反射像を映し出す鏡を実現できるという効果がある。従って、鏡状態のときには、人が自分の顔や姿を映して観察するのに適した見やすい反射像が得られる。
【０３１８】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、高画質な画像を表示する状態と、人が自分の顔や姿を映して観察するのに適した見やすい反射像が得られる鏡状態とに切り替え可能な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置の基本構成と動作を表示装置の基本構成と動作を説明するための説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置の基本構成と動作を表示装置の基本構成と動作を説明するための説明図である。
【図３】図１、図２の表示装置が鏡状態の場合の明表示領域の光の漏れを示すグラフである。
【図４】図１、図２の表示装置が鏡状態の場合の暗表示領域の光の漏れを示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置の基本構成と動作を表示装置の基本構成と動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の鏡状態への切り替え機能付き表示装置の基本構成と動作を表示装置の基本構成と動作を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施例１の表示装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１の表示装置を構成する各部材の断面図である。
【図９】本発明の実施例１の表示装置を構成する各部材の軸の方向の説明図である。
【図１０】本発明の実施例１の表示装置の動作を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の実施例１の表示装置の動作を説明するための説明図である。
【図１２】一般的な偏光板の偏光度と透過率の関係の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例１の表示装置に係る吸収型偏光選択部材５００の偏光度と、鏡状態での反射率及び画像表示状態での外光の反射率との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例１の表示装置に係る吸収型偏光選択部材２０８の偏光度と、画像表示状態での表示輝度の関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例２の表示装置の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施例２の表示装置を構成する各部材の断面図である。
【図１７】本発明の実施例２の表示装置の可変偏光選択部材６００の構成の一例を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施例２の表示装置の可変偏光選択部材６００の構成の一例を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施例２の表示装置を構成する各部材の軸の方向の説明図である。
【図２０】本発明の実施例２の表示装置の動作を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施例２の表示装置の動作を示す説明図である。
【図２２】本発明の実施例３の表示装置の概略構成を示す説明図である。
【図２３】本発明の実施例３の表示装置の透過型スクリーンの部分断面図である。
【図２４】本発明の実施例３の表示装置のレンチキュラレンズシートの一例を示す一部断面図である。
【図２５】本発明の実施例３の表示装置のレンチキュラレンズシートの一例を示す一部斜視図である。
【図２６】本発明の実施例３の表示装置に係る透過型スクリーンの部分断面図である。
【図２７】本発明の実施例４の表示装置を構成する各部材の断面図である。
【図２８】本発明の実施例４の表示装置を構成する各部材の軸の方向の説明図である。
【図２９】本発明の実施例５の表示装置を構成する各部材の断面図である。
【図３０】本発明の実施例５の表示装置を構成する各部材の軸の方向の説明図である。
【図３１】本発明の実施例５の表示装置の動作を説明するための説明図である。
【図３２】本発明の実施例６の表示装置を構成する各部材の断面図である。
【図３３】本発明の実施例６の表示装置を構成する各部材の軸の方向の説明図である。
【図３４】本発明の実施例６の表示装置の動作を説明するための説明図である。
【図３５】本発明の実施例６の表示装置の動作を説明するための説明図である。
【図３６】本発明の表示装置の動作を説明するための概略構成図である。
【図３７】本発明の実施例７の表示装置の一部断面図である。
【図３８】（ａ），（ｂ）本発明の実施例７に係る携帯電話の概観を示す上面図である。
【図３９】本発明の実施例７に係る携帯電話の概略機能構成を示すブロック図である。
【図４０】本発明の実施例８に係る携帯電話の概観を示す上面図である。
【図４１】本発明の実施例８に係る着脱可能な鏡機能部の一例を示す一部断面図である。
【図４２】本発明の実施例８に係る鏡機能部の駆動部の概略機能構成を示すブロック図である。
【図４３】本発明の実施例９の表示装置の一例を示す一部断面図である。
【図４４】従来の表示装置のシャッタ状態における光の漏れを示すグラフである。
【符号の説明】
１００…照明装置、２００…液晶表示パネル、２０８…吸収型偏光選択部材、３００…反射型偏光選択部材、３０１…反射型偏光選択部材、４００…透過偏光軸可変部、５００…吸収型偏光選択部材、６００…可変偏光選択部材、７０１…投射装置、７０２…ミラー、７０３…透過型スクリーン。

Claims (4)

1. 第１の偏光状態を有する光を出射する画像表示部と、
   前記画像表示部に重畳して配置され、前記画像表示部からの画像光を透過する画像表示状態と、外部から前記画像表示部へ向かう光を反射する鏡状態とのうちいずれかを選択可能な鏡機能部とを備え、
   該鏡機能部は、
   前記画像表示部側から順に配置された、反射型偏光選択手段と、
   透過偏光軸可変手段と、
   吸収型偏光手段と、を含み、
   前記反射型偏光選択手段は、予め定めた偏光軸の第１の偏光を透過し、前記第１の偏光と偏光軸が交差する第２の偏光を反射し、
   前記透過偏光軸可変手段は、入射した前記第１の偏光を前記第２の偏光へ変化させて透過する状態と、入射した光の偏光軸を変化させないで透過する状態とに切り替え可能であり、
   前記吸収型偏光選択手段は、前記第１の偏光および前記第２の偏光のうち一方を透過し、他方を吸収し、
   前記画像表示部が、一定の間隙をもって接合された一対の透明基板と、
   これら透明基板間に狭持された液晶層と、
   前記一対の透明基板の少なくとも一方に透明電極により形成されるマトリクス状に配置された画素電極群と、
   該液晶層の視認側に配置した前記第１の偏光は透過して前記第２の偏光は吸収する画像光用偏光選択手段と、
   該液晶層の裏面側に配置した偏光板と、
   さらにその背面に配置した照明装置とを有し、
   前記鏡機能部が鏡状態に切り替えられた場合、その動作に連動して、前記画像表示部の発光状態を非発光状態に切替える切り替え手段を設けたことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記切り替え手段は、前記鏡機能部が鏡状態の場合に前記照明装置を消灯することを特徴とする表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記切り替え手段は、前記鏡機能部が鏡状態の場合に該鏡状態の領域と重なる前記画像表示部の領域の前記液晶層を暗表示状態にすることを特徴とする表示装置。
4. 表示装置を備える機器であって、
   該表示装置は、
   所望の画像を表示するための画像光を出射する画像表示部と、
   前記画像表示部に重畳して配置された、前記画像光を透過する画像透過状態と外光を反射する鏡状態とに切り替え可能な鏡機能部とを有し、
   該鏡機能部は、
   前記画像表示部側から順に配置された、反射型偏光選択手段と、
   透過偏光軸可変手段と、
   吸収型偏光選択手段とを含み、
   前記反射型偏光選択手段は、予め定めた偏光軸の第１の偏光を透過し、前記第１の偏光と偏光軸が交差する第２の偏光を反射し、
   前記透過偏光軸可変手段は、入射した前記第１の偏光を前記第２の偏光へ変化させて透過する状態と、入射した光の偏光軸を変化させないで透過する状態とに切り替え可能であり、
   前記吸収型偏光選択手段は、前記第１の偏光および前記第２の偏光のうちの一方を透過し、他方を吸収し、
   前記反射型偏光選択手段は、周縁部に弾性を有する枠状のスペーサを有し、
   前記画像表示部は、前記第１の偏光を透過し、前記第２の偏光を吸収する画像光用偏光選択手段を備え、前記画像光用偏光選択手段を透過した前記第１の偏光を前記画像光として出射することを特徴とする機器。

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