図1〜図5はこの発明の第1の実施例を示しており、図1は液晶表示装置の分解斜視図、図2は前記液晶表示装置のハッチングを省略した断面図、図3及び図4は、前記液晶表示装置の一方の面を表示面とするときと、他方の面を表示面とするときの入射光の透過経路を示す模式図、図5は両面に表示部を有する電子機器の一例を示す斜視図である。
まず、図5に示した電子機器について説明すると、この電子機器は携帯電話機であり、前面に複数のキー2を備えた機器本体1と、一端を前記機器本体1の上縁部に枢支され、前記機器本体1に対して開閉回動可能に設けられた蓋3とからなっており、前記蓋3の内面、つまり、図5(a)のように蓋3を閉じたときに機器本体1に対向し、図5(b)のように蓋3を開いたときに前向きになる面と、前記蓋3の外面とに、それぞれ表示部A,Bが設けられている。
次に、第1の実施例の液晶表示装置について説明すると、この液晶表示装置は、図1及び図2に示したように、表示の観察側とは反対側の面である後面を互いに対向させて逆向きに配置された第1と第2の液晶素子10A,10Bと、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの前側にそれぞれ配置された偏光板16,17と、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に配置された偏光分離素子18と、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bのいずれか一方と前記偏光分離素子18との間に配置された面光源19とを備えている。
前記第1と第2の液晶素子10A,10Bは、いずれも、表示の観察側である前側の透明基板11と、この前側基板11に対向する後側の透明基板12との間に、印加される電界に応じて透過光の偏光状態を制御する液晶層15(図2参照)が設けられたものであり、前記前側基板11と後側基板12は、枠状のシール材13を介して接合されており、これらの基板11,12間の前記シール材13で囲まれた領域に前記液晶層15が設けられている。
なお、図では省略しているが、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの前後の基板11,12の内面には、それぞれ、互いに対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する透明電極が設けられ、その上に配向膜が設けられている。
前記第1と第2の液晶素子10A,10Bは、例えばTFT(薄膜トランジスタ)を能動素子とするアクティブマトリックス液晶素子であり、その一方の基板、例えば後側基板12の内面に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のTFTと、各行のTFTにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のTFTにそれぞれデータ信号を供給する複数のデータ配線(いずれも図示せず)が設けられ、他方の基板である前側基板11の内面に、前記複数の画素電極にそれぞれ対向させて交互に並べて形成された複数の色、例えば赤、緑、青の3色のカラーフィルタ14R,14G,14B(図2参照)と、前記カラーフィルタ14R,14G,14Bの上に形成された一枚膜状の対向電極(図示せず)とが設けられている。
なお、図2では、第1と第2の液晶素子10A,10Bの画素ピッチ(カラーフィルタ14R,14G,14Bのピッチ)を大きく誇張して示しているが、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの画素ピッチは、いずれも、100μm〜200μmの極く小さいピッチである。
また、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bは、いずれもTN(ツイステッドネマティック)型のものであり、その液晶層15は、液晶分子が前後の基板11,12間において実質的に90°のツイスト角でツイスト配向した誘電異方性が正のネマティック液晶からなっている。
図1において、矢印11aは前記第1と第2の液晶素子10Aの前側基板11の近傍における液晶分子配向方向、矢印12aは後側基板12の近傍における液晶分子配向方向を示しており、図において上側の第1の液晶素子10Aの前側基板(図において上側の基板)11の近傍における液晶分子配向方向11aは、互いに平行に設定された第1及び第2の液晶素子10A,10Bの横軸(基板11,12面に沿った左右方向の軸)xに対して一方の方向、例えば前側から見て右回りに実質的に45°の方向、後側基板(図において下側の基板)12の近傍における液晶分子配向方向12aは、前記横軸xに対して他方の方向、つまり前側から見て左回りに実質的に45°の方向にあり、この第1の液晶素子10Aの液晶層15の液晶分子は、そのツイスト方向を図1に破線矢印で示したように、後側基板12から前側基板11に向かい、前側から見て右回りに実質的に90°のツイスト角でツイスト配向している。
一方、図1において下側の第2の液晶素子10Bの前側基板(図において下側の基板)11の近傍における液晶分子配向方向11aは、前記第1の液晶素子10Aの前側基板11の近傍における液晶分子配向方向11aと実質的に平行な方向、後側基板(図において上側の基板)12の近傍における液晶分子配向方向12aは、前記第1の液晶素子10Aの後側基板12の近傍における液晶分子配向方向12aと実質的に平行な方向にあり、この第2の液晶素子10Bの液晶層15の液晶分子は、そのツイスト方向を図1に破線矢印で示したように、後側基板12から前側基板11に向かい、前側から見て右回り(図1では後側から見て左回り)に実質的に90°のツイスト角でツイスト配向している。
なお、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bのそれぞれの前側基板11の近傍の液晶分子配向方向11aと、それぞれの後側基板12の近傍の液晶分子配向方向12aは、上記と逆に、実質的に直交させてもよい。
また、前記第1の液晶素子10Aの前側に配置された第1の偏光板16と、前記第2の液晶素子10Bの前側に配置された第2の偏光板17はそれぞれ、互いに直交する方向に透過軸16a,17aと吸収軸(図示せず)とをもち、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、前記吸収軸に平行な振動面をもった一方の偏光成分の光を吸収し、前記透過軸16a,17aに平行な振動面をもった他方の偏光成分を透過させる吸収偏光板である。
そして、前記第1の吸収偏光板16は、その透過軸16aを前記第1の液晶素子10Aの前側基板11の近傍における液晶分子配向方向11aと実質的に平行または直交(図では直交)させて前記第1の液晶素子10Aの前側基板11の外面に貼付けられ、前記第2の吸収偏光板17は、その透過軸17aを前記第2の液晶素子10Bの前側基板11の近傍における液晶分子配向方向11aと実質的に平行または直交(図では直交)させるとともに、前記第1の吸収偏光板16の透過軸16aに対して実質的に直交させて、前記第2の液晶素子10Bの前側基板11の外面に貼付けられている。
すなわち、前記第1の液晶素子10Aと第2の液晶素子10Bは、それぞれの後側基板12の近傍の液晶分子配向方向12aを実質的に平行または直交(図1では平行)させて配置されており、前記第1の液晶素子10A側の第1の吸収偏光板16と、前記第2の液晶素子10B側の第2の吸収偏光板17は、それぞれの透過軸16a,17aを前記第1の液晶素子10Aと第2の液晶素子10Bの後側基板12の近傍の液晶分子配向方向12aを実質的に平行または直交させ、且つ、それぞれの透過軸16a,17aを実質的に互いに直交させて配置されている。
また、前記偏光分離素子18は、例えば、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、一方の直線偏光成分を反射し、他方の直線偏光成分を透過させる反射偏光素子であり、この実施例では、互いに直交する方向に透過軸18aと反射軸18bとをもち、前記反射軸18bに平行な振動面をもった直線偏光成分の光を反射し、前記透過軸18aに平行な振動面をもった直線偏光成分の光を透過させる反射偏光板を用いている。以下、この偏光分離素子18を反射偏光素子と言う。
前記反射偏光素子18は、その透過軸18aを、前記第1と第2の吸収偏光板16,17のうち、一方の吸収偏光板、例えば第1の吸収偏光板16の透過軸16aと実質的に直交させ、他方の吸収偏光板である第2の吸収偏光板17の透過軸17aと実質的に平行にして、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に配置されている。
また、前記面光源19は、一方と他方の面から入射した光をそれぞれ透過させ、端面からの入射光を前記一方の面から出射する導光板20と、この導光板20の前記端面に対向させて設けられた発光素子22とからなっている。
なお、この実施例で用いた面光源19は、LED(発光ダイオード)からなる複数の前記発光素子22を前記導光板20の端面に対向させて配置したものであるが、前記導光板20の端面に対向させて配置する発光素子は、直管状の冷陰極管等でもよい。
この面光源19は、前記導光板20の一方の面から入射した光を透過させてこの導光板20の他方の面から出射し、前記導光板20の他方の面から入射した光を透過させてこの導光板20の一方の面から出射するとともに、前記発光素子22が出射する照明光を、前記導光板20にその端面から入射させ、その照明光を、前記導光板20の一方及び他方の面と外気(空気)との界面で全反射しながら導光板20内を導いて、この導光板20の一方の面(以下、照明光出射面と言う)20aから出射するものであり、前記導光板20の他方の面には、この導光板20内を前記他方の面に向かって進んできた光を、導光板面の法線に対する角度が小さくなる方向に反射して前記照明光出射面20aから出射させるための複数の溝状凹部21が、前記導光板20の端面と平行に形成されている。
なお、図では、前記複数の溝状凹部21のピッチを大きく誇張して示しているが、この溝状凹部21は、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの画素ピッチ(100μm〜200μm程度)よりも小さいピッチで形成されている。
そして、前記面光源19は、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bのいずれか一方、例えば第1の液晶素子10Aと前記反射偏光素子18との間に、前記導光板20の照明光出射面20aを前記反射偏光素子18に向けて配置されている。すなわち、この面光源19は、前記第1の液晶素子10A側及び前記反射偏光素子18側から入射した光を透過させ、且つ、照明光を前記反射偏光素子18に向けて出射する。 この液晶表示装置は、例えば図5に示した電子機器(携帯電話機)の蓋3内に、前記液晶表示装置の両面のうち、透過軸16aが前記反射偏光素子18の透過軸18aと実質的に直交している第1の吸収偏光板16が設けられた第1の液晶素子10Aの配置側を前記蓋3の内面側の表示部Aとし、透過軸17aが前記反射偏光素子18の透過軸18aと実質的に平行になっている第2の吸収偏光板17が設けられた第2の液晶素子10Aの配置側を前記蓋3の外面側の表示部Bとして実装される。
この液晶表示装置は、第1の液晶素子10Aが配置された一方の面を表示面とし、前記第1の液晶素子10Aを前記第1の吸収偏光板16の前面側から観察させる第1の表示と、第2の液晶素子10Bが配置された他方の面を表示面とし、前記第2の液晶素子10Bを前記第2の吸収偏光板17の前面側から観察させる第2の表示との両方の表示を行なうものであり、前記第1の液晶素子10Aは、前記第1の表示のときに、その液晶層15に電界を印加して駆動され、前記第2の液晶素子10Bは、前記第2の表示のときに、その液晶層15に電界を印加して駆動される。
また、この液晶表示装置は、前記第1の表示のときも、前記第2の表示のときも、充分な明るさの外光が得られる環境下では、表示の観察側である前側から入射した外光を利用する反射表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときに前記面光源19から照明光を出射させてその照明光を利用する透過表示を行なうものであり、いずれの表示も、正面方向(表示面の法線付近の方向)から観察される。
図3は前記液晶表示装置の一方の面を表示面とする第1の表示を行なうときの入射光の透過経路を示す模式図、図4は他方の面を表示面とする第2の表示を行なうときの入射光の透過経路を示す模式図である。
まず、図3に示した第1の表示における入射光の透過経路を説明する。図3において、実線で示した透過経路は、外光を利用する反射表示のときの経路、破線で示した透過経路は、面光源19からの照明光を利用する透過表示のときの経路である。
前記第1の液晶素子10Aを前記第1の吸収偏光板16の前面側から観察させる第1の表示を反射表示により行なうときは、図3に実線で示したように、前記一方の面にその前側から入射した外光(非偏光)の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、第1の吸収偏光板16の吸収軸に平行な偏光成分の光が、この吸収偏光板16により吸収され、前記吸収偏光板16の透過軸16aに平行な偏光成分の光が、この吸収偏光板16を透過し、前記吸収偏光板16の透過軸16aに平行な直線偏光Sとなって第1の液晶素子10Aに入射する。
前記第1の液晶素子10Aに入射した直線偏光Sは、この液晶素子10Aの電極間に印加される電界により変化する液晶分子の配向状態に応じた液晶層15の複屈折作用を受けて前記第1の液晶素子10Aの後側に出射する。
すなわち、前記第1の液晶素子10Aの電極間に電界を印加しない無電界時(V=0)の液晶分子の配向状態は、実質的に90°のツイスト角のツイスト配向であり、このときは、前記第1の吸収偏光板16を透過して第1の液晶素子10Aに入射した直線偏光Sが、図3の右側に実線で示したように、液晶層15の複屈折作用により、振動面が実質的に90°回転した直線偏光Pとなって第1の液晶素子10Aの後側に出射する。
前記第1の液晶素子10Aの後側に出射した直線偏光Pは、面光源19の導光板20を透過し、さらに、透過軸18aが前記第1の吸収偏光板16の透過軸16aと実質的に直交している前記反射偏光素子18を透過して、他方の面側の第2の液晶素子10Bにその後側から入射する。そして、前記他方の面側の第2の液晶素子10Bは、前記第1の表示のときは無電界(V=0)の非駆動状態(液晶層15の液晶分子がツイスト配向した状態)にあるため、前記反射偏光素子18を透過して前記第2の液晶素子10Bにその後側から入射した前記直線偏光Pは、この第2の液晶素子10Bの液晶層15の複屈折作用により直線偏光Sとされて前記第2の液晶素子10Bの前側に出射し、透過軸17aが前記反射偏光素子18の透過軸18aと実質的に平行な第2の吸収偏光板17により吸収される。
したがって、前記第1の表示における反射表示のときの無電界時(V=0)の表示は、黒の暗表示である。
一方、前記第1の液晶素子10Aの電極間に液晶分子を基板11,12面に対して実質的に垂直に立上がり配向させる電界を印加した電界印加時(V>Vth)は、前記第1の吸収偏光板16を透過して第1の液晶素子10Aに入射した直線偏光Sが、図3の左側に実線で示したように、液晶層15を直線偏光Sのまま透過して、この第1の液晶素子10Aの後側に出射する。
そして、前記第1の液晶素子10Aの後側に出射した前記直線偏光Sは、前記導光板20を透過して前記反射偏光素子18に入射し、この反射偏光素子18により反射される。
この反射偏光素子18により反射された直線偏光Sは、前記導光板20を再び透過して前記第1の液晶素子10Aにその後側から再入射し、液晶層15の複屈折作用により直線偏光Sとなって前記第1の吸収偏光板16に入射して、この第1の吸収偏光板16を透過して、前記一方の面から出射する。
したがって、前記第1の表示における反射表示のときの電界印加時(V>Vth)の表示は、前記第1の液晶素子10Aのカラーフィルタ14R,14G,14Bの色に着色した明表示である。
また、前記第1の表示を透過表示により行なうときは、前記面光源19の発光素子22が点灯され、前記発光素子22からの照明光(非偏光)が、図3に破線で示したように、導光板20にその端面から入射してこの導光板20内を導かれ、その光のほとんどが、前記反射偏光素子18に対向する照明光出射面20aから出射する。
前記面光源19から出射した照明光(導光板20の照明光出射面20aから出射の光)は、前記反射偏光素子18に入射し、その光のうち、前記反射偏光素子18の反射軸18bに平行な偏光成分の直線偏光Sが、この反射偏光素子18により反射され、前記面光源19の導光板20を透過して、液晶表示装置の一方の面側の第1の液晶素子10Aにその後側から入射する。
また、前記面光源19から出射して前記反射偏光素子18に入射した光のうち、前記反射偏光素子18の透過軸18aに平行な偏光成分の直線偏光Pは、この反射偏光素子18を透過して、液晶表示装置の他方の面側の第2の液晶素子10Bにその後側から入射する。
そして、前記第1の液晶素子10Aの電極間に電界を印加しない無電界時(V=0)は、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18により反射されて前記第1の液晶素子10Aに入射した直線偏光Sが、図3の右側に破線で示したように、液晶層15の複屈折作用により直線偏光Pとされて第1の吸収偏光板16に入射し、この第1の吸収偏光板16により吸収される。
また、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18を透過して前記第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pは、非駆動状態にある前記第2の液晶素子10Bの液晶層15により直線偏光Sとされて第2の吸収偏光板17に入射し、この第2の吸収偏光板17により吸収される。
したがって、前記第1の表示における透過表示のときの無電界時(V=0)の表示は、黒の暗表示である。
一方、前記第1の液晶素子10Aの電極間に液晶分子を基板11,12面に対して実質的に垂直に立上がり配向させる電界を印加した電界印加時(V>Vth)は、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18により反射されて前記第1の液晶素子10Aに入射した直線偏光Sが、図3の左側に実線で示したように、液晶層15を直線偏光Sのまま透過し、さらに第1の吸収偏光板16を透過して前記一方の面から出射する。
したがって、前記第1の表示における反射表示のときの電界印加時(V>Vth)の表示は、前記第1の液晶素子10Bのカラーフィルタ14R,14G,14Bの色に着色した明表示である。
なお、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18を透過して前記第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pは、前記無電界時と同様に、非駆動状態にある前記第2の液晶素子10Bの液晶層15により直線偏光Sとされて第2の吸収偏光板17に入射し、この第2の吸収偏光板17により吸収される。
このように、この液晶表示装置の第1の液晶素子10Aを第1の吸収偏光板16の前面側から観察させる第1の表示は、外光を利用する反射表示のときも、前記面光源19からの照明光を利用する透過表示のときも、無電界時(V=0)の表示が暗表示、電界印加時(V>Vth)の表示が明表示のノーマリーブラック表示である。
なお、前記第1の表示面とする表示、つまり図5に示した電子機器の蓋内面の表示部Aの表示は、図4(b)のように蓋3を開いた状態で観察されるため、前記第1の表示のときは、前記蓋3の外面側の表示部Bからも外光が入射し、その光が前記液晶表示装置の他方の面側から入射する。
しかし、前記第1の表示中は、前記他方の面側の第2の液晶素子10Bは非駆動状態にあるため、前記他方の面から外光が入射しても、その光は、図3の右側に二点鎖線で示したように、第2の吸収偏光板17により直線偏光Pとされ、第2の液晶素子10Bにより直線偏光Sとされて前記反射偏光素子18により反射され、前記第2の液晶素子10Bにより再び直線偏光Pとされて前記他方の面から出射するため、前記他方の面から入射した光が、前記一方の面の表示に影響することはない。
次に、図4に示した第2の表示における入射光の透過経路を説明する。図4において、実線で示した透過経路は、外光を利用する反射表示のときの経路、破線で示した透過経路は、面光源19からの照明光を利用する透過表示のときの経路である。
前記第2の液晶素子10Bを前記第2の吸収偏光板17の前面側から観察させる第2の表示を反射表示により行なうときは、図4に実線で示したように、前記他方の面にその前側から入射した外光(非偏光)の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、第2の吸収偏光板17の吸収軸に平行な偏光成分の光が、この吸収偏光板17により吸収され、前記吸収偏光板17の透過軸17aに平行な偏光成分の光が、この吸収偏光板17を透過し、前記吸収偏光板17の透過軸17aに平行な直線偏光Pとなって第2の液晶素子10Bに入射する。
前記第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pは、この液晶素子10Bの電極間に印加される電界により変化する液晶分子の配向状態に応じた液晶層15の複屈折作用を受けて前記第2の液晶素子10Bの後側に出射する。
すなわち、前記第2の液晶素子10Bの電極間に電界を印加しない無電界時(V=0)、つまり液晶分子の配向状態が実質的に90°のツイスト角のツイスト配向であるときは、前記第2の吸収偏光板17を透過して第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pが、図4の右側に実線で示したように、液晶層15の複屈折作用により、振動面が実質的に90°回転した直線偏光Sとなって第2の液晶素子10Bの後側に出射する。
そして、前記第2の液晶素子10Bの後側に出射した前記直線偏光Sは、透過軸18aが前記第2の吸収偏光板17の透過軸17aと実質的に平行な反射偏光素子18に入射し、この反射偏光素子18により反射される。
この反射偏光素子18により反射された直線偏光Sは、前記第2の液晶素子10Bにその後側から再入射し、液晶層15の複屈折作用により直線偏光Pとなって前記第2の吸収偏光板17に入射して、この第2の吸収偏光板17を透過して、前記他方の面から出射する。
したがって、前記第2の表示における反射表示のときの無電界時(V=0)の表示は、前記第2の液晶素子10Bのカラーフィルタ14R,14G,14Bの色に着色した明表示である。
一方、前記第2の液晶素子10Bの電極間に液晶分子を基板11,12面に対して実質的に垂直に立上がり配向させる電界を印加した電界印加時(V>Vth)は、前記第2の吸収偏光板17を透過して第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pが、図4の左側に実線で示したように、液晶層15を直線偏光Pのまま透過して、この第2の液晶素子10Bの後側に出射する。
前記第2の液晶素子10Bの後側に出射した前記直線偏光Pは、前記反射偏光素子18を透過し、さらに面光源19の導光板20を透過して、液晶表示装置の一方の面側の第1の液晶素子10Aにその後側から入射する。
そして、前記一方の面側の第1の液晶素子10Aは、前記第2の表示のときは無電界(V=0)の非駆動状態(液晶層15の液晶分子がツイスト配向した状態)にあるため、前記反射偏光素子18を透過して前記第1の液晶素子10Aにその後側から入射した前記直線偏光Pは、この第1の液晶素子10Aの液晶層15の複屈折作用により直線偏光Sとされ、透過軸16aが前記反射偏光素子18の透過軸18aと実質的に直交している第1の吸収偏光板16を透過して前記一方の面から出射する。
したがって、前記第2の表示における反射表示のときの無電界時(V=0)の表示は、黒の暗表示である。
すなわち、前記第2の表示における反射表示、つまり図5に示した電子機器の蓋外面の表示部Bの表示は、図5(a)のように蓋3を閉じた状態で観察されるため、このときは、前記電子機器の機器本体1と蓋3との間が暗部となっており、したがって、前記第2の表示における反射表示のときの電界印加時(V>Vth)の表示、つまり前記他方の面からの入射光が前記一方の面から出射するときの表示は、前記電子機器の機器本体1と蓋3との間の暗部が前記他方の面から観察される黒の暗表示である。
また、前記第2の表示を透過表示により行なうときは、上述した一方の面を表示面とする透過表示のときと同様に、前記面光源19の導光板20の反射偏光素子18に対向する照明光出射面20aから出射した照明光(非偏光)の光のうち、前記反射偏光素子18の反射軸18bに平行な偏光成分の直線偏光Sが、この反射偏光素子18により反射され、前記反射偏光素子18の透過軸18aに平行な偏光成分の直線偏光Pが、この反射偏光素子18を透過して、前記他方の面側の第2の液晶素子10Bにその後側から入射する。
そして、前記第2の液晶素子10Bの電極間に電界を印加しない無電界時(V=0)は、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18を透過して前記第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pが、図4の右側に破線で示したように、液晶層15の複屈折作用により直線偏光Sとされて第2の吸収偏光板17に入射し、この第2の吸収偏光板17を透過して前記他方の面から出射する。
したがって、前記他方の面を表示面とする反射表示のときの無電界時(V=0)の表示は、前記第2の液晶素子10Bのカラーフィルタ14R,14G,14Bの色に着色した明表示である。
なお、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18により反射された直線偏光Sは、前記導光板20を透過して非駆動状態の第1の液晶素子10Aに入射して直線偏光Pとされ、第1の吸収偏光板16を透過して前記一方の面から出射して、上述したように機器本体1と蓋3との間の暗部に吸収される。
一方、前記第2の液晶素子10Bの電極間に液晶分子を基板11,12面に対して実質的に垂直に立上がり配向させる電界を印加した電界印加時(V>Vth)は、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18を透過して前記第2の液晶素子10Bに入射した直線偏光Pが、図4の左側に破線で示したように、液晶層15を直線偏光Pのまま透過して、この第2の液晶素子10Bの後側に出射し、前記第2の吸収偏光板17により吸収される。
したがって、前記第2の表示における透過表示のときの電界印加時(V>Vth)の表示は、前記第2の液晶素子10Bのカラーフィルタ14R,14G,14Bの色に着色した明表示である。
なお、このときも、前記面光源19から出射し、前記反射偏光素子18により反射された直線偏光Sは、前記一方の面から出射して、前記機器本体1と蓋3との間の暗部に吸収される。
このように、この液晶表示装置の第2の液晶素子10Bを第2の吸収偏光板17の前面側から観察される第2の表示は、外光を利用する反射表示のときでノーマリーホワイト表示、面光源19からの照明光を利用する透過表示のときでノーマリーブラック表示である。
したがって、前記第2の表示は、反射表示のときと透過表示のときで、前記第2の液晶素子10Bに印加する駆動電界を反転させるのが好ましく、このようにすることにより、反射表示のときと透過表示のときとの明暗の反転を無くすことができる。
上述したように、この液晶表示装置は、前側基板11と後側基板12との間に液晶層15が設けられた第1と第2の液晶素子10A,10Bを、それぞれの後面を互いに対向させて逆向きに配置し、前記第1の液晶素子10Aの前側と、前記第2の液晶素子10Bの前側とにそれぞれ吸収偏光板16,17を配置するとともに、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過させる反射偏光素子18を配置したものであるため、一方の面を表示面とする前記第1の表示と、他方の面を表示面とする前記第2の表示とを、外光を利用する反射表示により行なうことができる。
すなわち、この液晶表示装置では、その一方の面(第1の吸収偏光板16の前面側から観察される面)を表示面とする反射表示のときに、この一方の面の前側から入射した光が、前記第1の吸収偏光板16により直線偏光とされ、さらに前記第1の液晶素子10Aの液晶層15により偏光状態を制御されて前記反射偏光素子18に入射し、その光のうち、前記反射偏光素子18により反射される偏光(反射偏光素子18の反射軸18bと平行な直線偏光)に制御された光が前記反射偏光素子18により反射され、その反射光が前記一方の面から出射して、前記一方の面から観察される表示が明表示になり、前記反射偏光素子18を透過する偏光(反射偏光素子18の透過軸18aと平行な直線偏光)に制御された光が前記反射偏光素子18を透過し、さらに第2の液晶素子10Bを透過して第2の吸収偏光板17により吸収され、前記一方の面から観察される表示が暗表示になる。
また、他方の面(第2の吸収偏光板17の前面側から観察される面)を表示面とするときは、この他方の面の前側から入射した光が、前記第2の吸収偏光板17により直線偏光とされ、さらに前記第2の液晶素子10Bの液晶層15により偏光状態を制御されて前記反射偏光素子18に入射し、その光のうち、前記反射偏光素子18により反射される偏光(反射偏光素子18の反射軸18bと平行な直線偏光)に制御された光が前記反射偏光素子18により反射され、その反射光が前記他方の面から出射して、前記一方の面から観察される表示が明表示になり、前記反射偏光素子18を透過する偏光(反射偏光素子18の透過軸18aと平行な直線偏光)に制御された光が前記反射偏光素子18を透過し、さらに第1の液晶素子10Aを透過して第1の吸収偏光板16により吸収され、前記他方の面から観察される表示が暗表示になる。
この液晶表示装置は、前記一方の面を表示面とする反射表示においても、また前記他方の面を表示面とする反射表示においても、偏光板による光の吸収が、その表示面側の吸収偏光板16または17による吸収だけであり、したがって、前記表示面の前側からの入射光の強度に対する出射光の強度低下が小さく、また、前記吸収偏光板16,17の光吸収特性の波長依存性による透過光の帯色もほとんど無いため、前記一方と他方のいずれの面を表示面とするときも、明るく、帯色の無い良好な反射表示を行なうことができる。
また、この実施例では、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bのいずれか一方、例えば第1の液晶素子10Aと前記反射偏光素子18との間に、前記一方の液晶素子10A側及び反射偏光素子18側から入射した光を透過させ、照明光を前記反射偏光素子18に向けて出射する面光源19をさらに配置しているため、前記一方と他方のいずれの面を表示面とするときも、外光を利用する反射表示と、前記面光源19からの照明光を利用する透過表示とを行なうことができる。
さらに、この実施例では、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に、偏光分離素子として、互いに直交する方向に透過軸18aと反射軸18bとをもち、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、前記反射軸18bに平行な振動面をもった一方の直線偏光成分を反射し、前記透過軸18aに平行な振動面をもった他方の直線偏光成分を透過させる反射偏光素子18を配置するとともに、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bをそれぞれ、液晶分子が前後の基板11,12間において実質的に90°のツイスト角でツイスト配向したTN型液晶素子とし、これらのTN型液晶素子10A,10Bの前側の第1と第2の吸収偏光板16,17をその透過軸16a,17aを実質的に互いに直交させて配置し、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの間の反射偏光素子18を、その透過軸18aを前記第1と第2の一方、例えば第1の吸収偏光板16の透過軸16aと実質的に直交させ、他方の第2の吸収偏光板17の透過軸17aと実質的に平行にして配置しているため、前記一方の面を表示面とするときも、他方の面を表示面とするときも、高コントラストの表示を得ることができる。
なお、上記実施例の液晶表示装置は、一方の面(第1の吸収偏光板16の前面側から観察される面)を表示面とする表示が、反射表示のときも透過表示のときもノーマリーブラック表示であり、他方の面(第2の吸収偏光板17の前面側から観察される面)を表示面とする表示が、反射表示のときでノーマリーホワイト表示、透過表示のときでノーマリーブラック表示のものであるが、前記一方の面を表示面とする反射表示のときと透過表示のときの表示をノーマリーホワイト表示とし、前記他方の面を表示面とする表示を、反射表示のときでノーマリーブラック表示、透過表示のときでノーマリーホワイト表示としてもよく、その場合は、前記第1と第2の吸収偏光板16,17をそれぞれ、その透過軸16a,17aを図1に示した方向に対して実質的に直交する方向に向けて配置すればよい。
また、上記第1の実施例では、第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に1枚の反射偏光素子18を配置しているが、図6に示した第2の実施例のように、第1と第2の液晶素子10A,10Bの間に、2枚の反射偏光素子18を、それぞれの透過軸18a及び反射軸18b(図1参照)を一致させて積層配置してもよく、このようにすることにより、前記反射偏光素子18により反射された直線偏光Sと前記反射偏光素子18を透過した直線偏光Sの偏光度を高くし、一方の面を表示面とする表示と、他方の面を表示面とする表示のコントラストをより高くすることができる。
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、第1と第2の液晶素子10A,10BをそれぞれTN型の液晶素子としたものであるが、前記液晶素子10A,10Bは、TN型に限らず、液晶層の液晶分子を前後の基板間において180°〜270°(好ましくは200°〜250°)のツイスト角でツイスト配向させたSTN型、液晶分子を一方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させたホモジニアス配向型、ホメオトロピック配向型、横電界型、強誘電または反強誘電型、ECB(複屈折効果)型等の液晶素子でもよく、TN型以外の液晶素子を用いる場合は、その液晶素子の前後の基板の近傍における液晶分子の配向方向と、この液晶素子の前側に配置された吸収偏光板16,17の透過軸16a,17aの向きと、前記反射偏光素子18の透過軸18aの向きとを、ノーマリーブラックまたはノーマリーホワイトの表示系を形成するように設定すればよい。
また、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bの一方と他方は、互いに異なる型の液晶素子としてもよい。
図7はこの発明の第3の実施例を示す液晶表示装置のハッチングを省略した断面図である。
この実施例の液晶表示装置は、TN型の第1の液晶素子(以下、TN型液晶素子と言う)10Aと、STN型の第2の液晶素子(以下、STN型液晶素子と言う)10Baとを備え、前記STN型液晶素子10Baとその前側の第2の吸収偏光板17との間に、前記STN型液晶素子10Baの液晶層15の複屈折作用による帯色を補償するための帯色補償用位相差板23を配置したものであり、前記TN型液晶素子10Aの前後の基板11,12の近傍における液晶分子の配向方向11a,12aと、このTN型液晶素子10Aの前側に配置された第1の吸収偏光板16の透過軸16aと、前記反射偏光素子18の透過軸18aの向きの関係は、上記実施例(図1参照)のように設定され、前記STN型液晶素子10Baの前後の基板11,12の近傍における液晶分子の配向方向と、このSTN型液晶素子10Baの前側に配置された第2の吸収偏光板17の透過軸17aと、前記反射偏光素子18の透過軸18aの向きの関係は、これらによりノーマリーブラックまたはノーマリーホワイトの表示系を形成するように設定されている。
この実施例の液晶表示装置は、第1の液晶素子10AをTN型表示素子とし、第2の液晶素子10BaをSTN型表示素子としたものであるが、前記TN型液晶素子10Aの液晶分子配向方向11a,12a及び第1の吸収偏光板16の透過軸16aの向きと、前記STN型液晶素子10Baの液晶分子配向方向及び第2の吸収偏光板17の透過軸17aの向きと、前記反射偏光素子18の透過軸18aの向きとを上記のように設定しているため、一方の面と他方の面のいずれを表示面とするときも、明るく、帯色が無く、しかもコントラストが高い良好な表示を得ることができる。
また、この実施例では、前記STN型液晶素子10Baとその前側の第2の吸収偏光板17との間に帯色補償用位相差板23を配置しているため、前記STN型液晶素子10Ba側の面(第2の吸収偏光板17の前面側から観察される面)を表示面とするときの、前記STN型液晶素子10Baの液晶層の複屈折作用による表示の帯色も補償することができる。
なお、上記各実施例では、第1と第2の液晶素子10A,10Bまたは10Baの両方にカラーフィルタ14R,14G,15Bを設けているが、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bまたは10Baの一方または両方は、カラーフィルタを備えないモノクロ表示素子としてもよく、さらに、両方の液晶素子10A,10Bまたは10Baをモノクロ表示素子とし、透過表示のときに、前記液晶素子10A,10Bまたは10Baに赤、緑、青の単色画像データを順次書込むとともに、面光源19の発光素子22から赤、緑、青の着色光を順次出射するフィールドシーケンシャル表示を行なうようにしてもよい。
また、上記各実施例では、第1の液晶素子10Aと第2の液晶素子10Bまたは10Baとの間に、偏光分離素子として、反射偏光板からなる反射偏光素子18を用いているが、前記偏光分離素子は、入射光の互いに異なる2つの偏光成分のうち、一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過させるものであれば、前記反射偏光板に限らない。
図8は他の偏光分離素子の分解側面図であり、この偏光分離素子24は、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過させる反射偏光素子である。以下、この偏光分離素子24を反射偏光素子と言う。
この反射偏光素子24は、入射光の右回りと左回りの2つの円偏光成分のうち、一方の円偏光成分を反射し、他方の円偏光成分を透過させる偏光分離フィルム(例えばコレステリック液晶フィルム)25を挟んで、入射する直線偏光を円偏光にして前記偏光分離フィルム25に入射させ、前記偏光分離フィルム25から出射した円偏光を直線偏光にして出射する一対の位相差板26,27を積層したものである。
なお、前記一対の位相差板26,27はそれぞれ、透過光の常光と異常光との間に1/4波長の位相差を与えるλ/4位相差板であり、これらの位相差板26,27は、それぞれの遅相軸を実質的に互いに直交させて配置されている。
この反射偏光素子24は、前記一対のλ/4位相差板26,27の遅相軸に対して実質的に45°ずれた互いに直交する2つの方向のうち、一方の方向、例えば図において上側の相差板(以下、上側位相差板と言う)26の遅相軸に対し、上側(上側位相差板26の外面側)から見て右回りに45°ずれた方向(下側相差板27の遅相軸に対し、上側から見て左回りに45°ずれた方向)に透過軸をもち、それと直交する他方の方向に反射軸をもっており、入射光の入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、前記反射軸に平行な振動面をもった一方の直線偏光成分を反射し、前記透過軸に平行な振動面をもった他方の直線偏光成分を透過させる。
すなわち、この反射偏光素子24は、図8に示したように、その一方の面側、例えば図において上側から入射した光のうち、前記反射軸に平行な直線偏光Sを、前記上側位相差板26により図上右回りの円偏光R1として前記偏光分離フィルム25に入射させ、前記透過軸に平行な直線偏光Pを、前記上側位相差板26により図上左回りの円偏光R2として前記偏光分離フィルム25に入射させるとともに、他方の面側、つまり図において下側から入射した光のうち、前記反射軸に平行な直線偏光Sを、前記下側位相差板27により図上左回りの円偏光R2として前記偏光分離フィルム25に入射させ、前記透過軸に平行な直線偏光Pを、前記下側位相差板27により図上右回りの円偏光R1として前記偏光分離フィルム25に入射させる。
なお、図8では便宜上、前記円偏光R1,R2の回転方向(矢印の向き)を、図において上側から見た方向に統一して示しているが、これらの円偏光R1,R2のうち、図において上側から下側に向かう円偏光R1,R2の進行方向に向かう方向から見た回転方向は図と同じ方向、図において下側から上側に向かう光の円偏光R1,R2の進行方向に向かう方向から見た回転方向は図とは逆の方向である。
一方、偏光分離フィルム25は、その一方の面側、例えば図において上側から前記上側位相差板26により円偏光R1,R2とされて入射した光のうち、図上右回りの円偏光R1を反射し、図上左回りの円偏光R2を透過させるとともに、他方の面側、つまり図において下側から前記下側位相差板27により円偏光R1,R2とされて入射した光のうち、図上左回りの円偏光R2を反射し、図上右回りの円偏光R1を透過させる偏光分離特性を有している。
そのため、図において上側から入射した光のうち、前記上側位相差板26により図上右回りの円偏光R1とされて前記偏光分離フィルム25に入射した光が、この偏光分離フィルム25により反射され、その反射光(図上左回りの円偏光)R2が前記上側位相差板26により前記反射軸に平行な直線偏光Sとされて上側に出射し、前記上側位相差板26により図上左回りの円偏光R2とされて前記偏光分離フィルム25に入射した光が、この偏光分離フィルム25を透過して下側位相差板27に入射し、この下側位相差板27により前記透過軸に平行な直線偏光Pとされて下側に出射する。
また、図において下側から入射した光のうち、前記下側位相差板27により図上左回りの円偏光R2とされて前記偏光分離フィルム25に入射した光が、この偏光分離フィルム25により反射され、その反射光(図上右回りの円偏光)R1が前記下側位相差板27により前記反射軸に平行な直線偏光Sとされて下側に出射し、前記下側位相差板27により図上右回りの円偏光R1とされて前記偏光分離フィルム25に入射した光が、この偏光分離フィルム25を透過して上側位相差板26に入射し、この上側位相差板26により前記透過軸に平行な直線偏光Pとされて上側に出射する。
このように、前記反射偏光素子24は、入射光の互いに直交する2つの直線偏光成分のうち、前記反射軸に平行な振動面をもった一方の偏光成分を反射し、前記透過軸に平行な振動面をもった他方の偏光成分を透過させるものであり、したがって、上述した各実施例の反射偏光板からなる反射偏光素子18に代えてこの反射偏光素子24を用いても、各実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、上記各実施例の液晶表示装置は、第1と第2の液晶素子10A,10Bまたは10Baのいずれか一方(上記各実施例では第1の液晶素子)10Aと、前記第1と第2の液晶素子10A,10Bまたは10Baの間に配置された偏光分離素子(反射偏光板からなる反射偏光素子18または図8に示した反射偏光素子24)との間に、前記一方の液晶素子10A側及び前記反射偏光素子18側から入射した光を透過させ、照明光を前記反射偏光素子18に向けて出射する面光源19を配置し、一方の面を表示面とするときも、他方の面を表示面とするときも、外光を利用する反射表示と、前記面光源19からの照明光を利用する透過表示との両方の表示を行なえるようにしたものであるが、前記面光源19を省略し、一方の面を表示面とする表示と、他方の面を表示面とする表示とを、外光を利用する反射表示だけにしてもよい。