JPH1096915A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光板によって吸収される光をなくし、明る
い表示の液晶表示装置を得る。 【解決手段】一方の偏光板の背面に偏光ビームスプリッ
ター、１／４波長板、反射板を配置し、偏光ビームスプ
リッターの偏光軸と偏光板の偏光軸とをほぼ平行に配置
することにより明るい表示の液晶表示装置を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器の端末と
しての直視型および投射型のディスプレイ、テレビ、プ
ロジェクターまたは掲示板などに用いられる液晶表示装
置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の小型軽量化が進行し、
それに登載するディスプレイも省電力化が求められてい
る。小表示容量機器にはＴＮ方式による液晶表示装置
が、中表示容量機器にはＦＴＮ方式による液晶表示装置
が、大容量表示容量機器にはアクティブ素子を用いたＴ
Ｎ方式による液晶表示装置が用いられている。特に最近
ではバックライト付きのカラー大容量表示が求められる
ようになり、さらにタブレットなどの情報入力装置をこ
れらのディスプレイの上に重ねて用いる用途も拡大して
いる。またこれらの情報機器は携帯性が求められること
が多くなり、必然的にバッテリー駆動が前提となる。こ
のためバックライト付き液晶表示装置としては明るさ、
低消費電力が切望されている。

【０００３】また低消費電力の観点から、通常はバック
ライトを用いずに反射型液晶表示装置として用い、暗い
使用環境ではバックライトを用いるようにする工夫もな
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏光板を用いたＴＮ方式、ＦＴＮ方式による液晶表示装
置においては、偏光板を用いるためバックライトの発す
る光の内半分しか利用することができず表示が暗くなっ
ていた。またそのためバックライトの消費電力の半分は
捨てられていたことになる。こうした状況を解決するた
めに、特開平０５−１１９２９３号公報では、バックラ
イトの光軸と液晶パネルの法線がブリュースター角近傍
の角度をなす様に傾けて配置している。また特開平０６
−０２７４２０号公報では液晶パネルの裏側に配置する
偏光板の替わりに偏光ビームスプリッタを設けて光源の
光を２つの偏光に分け、一方の偏光を液晶パネルに入射
し、他方の偏光を１／２波長板で偏光方向を９０度捻っ
て液晶パネルに入射している。いずれもこれらの工夫に
より光源の利用効率を１００％に近づけている。

【０００５】しかし前者の方法では光源としてコリメー
タ光源を必要とし、しかもこの光源に対して液晶パネル
を斜めに配置することはスペース的に不利である。後者
においては光源部の大きさが極めて大きくなりやはりス
ペース的に現実的でない。さらに後者では、直視型液晶
表示パネルに応用した場合、液晶パネルの表側から液晶
パネルを見ると、偏光ビームスプリッタの鏡面が見えて
しまい、視認性が低下する問題を有していた。

【０００６】また、特開平６−１９０１２号公報に因れ
ば、コレステリック液晶セルを偏光ビームスプリッタと
して用いたプロジェクターを開示している。これによれ
ば、前者のように装置の大型化を避けることができる。
しかし、この原理をそのまま直視型液晶表示パネルに応
用すると、やはり偏光ビームスプリッタの鏡面が見えて
しまい、視認性が低下する問題を有していた。

【０００７】また反射型とバックライトを併用する液晶
表示装置においては、液晶パネルの裏側に配置する反射
板が半透過型であるために反射率が低く、反射型として
用いる場合には表示が暗くなり、バックライトを用いた
場合も半透過反射板により幾分吸収反射されるために十
分液晶パネルを照らすことができずに表示が暗くなる問
題を有していた。

【０００８】そこで本発明の液晶表示装置はこのような
問題を解決するものであり、その目的とするところは、
バックライトから発せられる光を１００％近く利用で
き、しかもコントラスト、視認性の良好液晶表示装置を
提供するところにある。またバックライトから発せられ
る光を１００％近く利用でき、しかも明るいところでは
反射型として用いることのできる液晶表示装置を提供す
るところにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、対向する内面に電極を有する一対の基板間に液晶層
を挟持してなる液晶パネルと、前記一方の基板の背面に
配置されたバックライトを有する液晶表示装置におい
て、前記他方の基板の外側の面には第１の偏光板が配置
されてなり、前記一方の基板の前記バックライトを配置
した面には第２の偏光板、偏光ビームスプリッター、導
光板もしくは光源、１／４波長板、及び反射層を配置し
てなり、前記第２の偏光板の偏光軸と前記偏光ビームス
プリッターの偏光軸とがほぼ揃って配置されてなること
を特徴とする。

【００１０】この構成により、光源からの光の内、一方
の偏光は直接または反射層で反射されて平面型偏光ビー
ムスプリッタおよび偏光板２を透過して液晶パネルで変
調される。光源からの光の内、先の偏光に直交する成分
は平面型偏光ビームスプリッタで反射されて１／４波長
板を透過して反射層で反射され再び１／４波長板を透過
して偏光軸を９０度回転されて偏光ビームスプリッタに
入射する。今度は偏光軸が９０度回転しているため、偏
光ビームスプリッタおよび偏光板２を透過して液晶パネ
ルで変調される。

【００１１】このように光源の光がほぼ１００％有効に
液晶パネルで変調されるため、従来のバックライトの２
倍の明るさを実現できる。また明るさを従来並にするに
は消費電力は半減できるのである。さらに偏光板２は、
本来必要無い。もし偏光板２をはずすと、正面から表示
を見たとき、本来黒を表示している部分に偏光ビームス
プリッタの反射が乗ってしまい、明るい場所ではコント
ラストが低下する。

【００１２】本発明では偏光板２を挿入することによ
り、この偏光ビームスプリッタの反射を吸収することが
でき、明るい場所で見た場合のコントラストを飛躍的に
向上することができるのである。この構成において表面
にノングレア板を配置して、そしてまたは減反射処理を
施すことにより、視認性を向上することができる。

【００１３】また本発明は、２枚の透明電極付き基板の
間隙に液晶層を挟持し、前記基板の背面にバックライト
を配置した液晶表示装置において、表側から光散乱板、
偏光板、液晶を挟持した２枚の基板、平面型偏光ビーム
スプリッタ、光源または導光層、１／４波長板、反射層
を重ねた構成を有することを特徴とする。この構成によ
り、反射型で用いる場合、表から入射した光は光散乱
板、偏光板を透過して液晶パネルで変調されて、偏光ビ
ームスプリッタに届く。液晶パネルでの変調具合に応じ
て１偏光は反射され、他の１偏光は透過される。反射さ
れた偏光は再び液晶パネルで変調され、偏光板で検光さ
れて光散乱板で散乱される。バックライトで表示する場
合には、先に示した原理により、光源の光がほとんど同
一方向に偏光されて液晶パネルに入射、変調されて偏光
板と光散乱板を透過する。このように反射型とバックラ
イト型のそれぞれの性能を損なうこと無く両者を兼ね備
えた液晶表示装置を実現できるのである。またこの構成
において表面に減反射処理を施すことにより視認性を向
上できる。

【００１４】また、本発明の上記２つめの液晶表示装置
において、反射型として用いる場合とバックライトを用
いる場合で液晶層に印加する表示データを白黒反転する
手段を有することを特徴とする。これにより、反射型で
用いる場合と透過型（バックライト）で用いる場合にお
けるコントラストの反転を防ぐことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１６】（実施例１）本実施例では導光層に横から
光を入射する薄型のバックライトを用いて、表側からノ
ングレア板（１４）、偏光板（１）、液晶パネル
（２）、偏光板（３）、光散乱板（４）、平面型偏光ビ
ームスプリッタ（５）、光源（８）、または導光層
（９）、１／４波長板（６）、反射板（７）を重ねた構
成を有し、偏光板３と平面型偏光ビームスプリッタの各
々の透過光に対する偏光軸を揃えて重ねて配置した例を
示す。図１に本実施例の液晶表示装置の簡単な断面図を
示す。図中の←→および○に点は偏光方向を示す。

【００１７】図１を用いて原理を説明する。光源から発
した光は導光層に入射し、導光層内の界面で反射を繰り
返し、散乱ピット（１３）に到達する。すると散乱ピッ
トでは導光層と散乱ピット界面の屈折率差が極めて小さ
いために光が散乱ピットに入り、光散乱が生じる。その
光は主にパネル側に散乱され、導光層から外に出る。そ
して偏光ビームスプリッタで１つの偏光は透過して散乱
層で散乱されて偏光板を透過して液晶パネルで変調され
る。

【００１８】一方、偏光ビームスプリッタを透過しなか
った偏光は偏光ビームスプリッタで反射されて導光層を
透過して１／４波長板を透過して、反射板で反射され、
再び１／４波長板、導光層を透過して偏光方向を９０度
ひねられて今度は偏光ビームスプリッタを透過する。

【００１９】従来のバックライトを用いた液晶表示装置
では表示の明るさが２００ｃｄ／ｃｍ２であったが、同
じ光源を用いた場合、本実施例の液晶表示装置では３５
０ｃｄ／ｃｍ２を実現することができた。従来と同じ明
るさにしたところ、消費電力は半分程度に低減できた。

【００２０】ノングレア板については日東電工社製のも
のを用いたが、表面に減反射コートを施したものを用い
ると視認性が向上する。もちろん用いずとも良い。

【００２１】偏光板は日東電工社製のものを用いたが、
通常用いられている偏光板を用いることができる。偏光
板の偏光方向については、用いる液晶パネルの構造と配
置により最適化すれば良い。

【００２２】液晶パネルとしてはＴＦＴ素子を用いたカ
ラー液晶パネルを用いたが、ＭＩＭ素子などを用いたア
クティブ型液晶パネル、またはＳＴＮなどの液晶パネ
ル、通常のＴＮ型液晶パネルなど、その表示原理におい
て偏光を必要とするものであれば用いることができる。

【００２３】光散乱板は光源の形を隠すために必要であ
るが、あまり散乱性が高いと偏光軸を乱すので選定には
注意を有する。また、この光散乱板に屈折率異方性があ
るとやはり偏光度を落とすので、屈折率異方性ができる
だけ無いものを用いることが望ましい。やむを得ず屈折
率異方性があるものを用いる場合には異方性のある方向
を偏光軸と一致または直交させるとよい。また光散乱方
向を最適化するためにプリズムレンズアレイをこの場所
に挿入しても良い。コントラストを増す方法として、図
５に示したように、光散乱板を取り去り、この光散乱板
をノングレア板（１４）の替わりに用いると、偏光光学
系から散乱体を取り去ることができ、コントラストが向
上した。またこの光散乱板の表面に減反射処理を施した
ところ、周囲の景色の写り込みが減少して、極めて視認
性が向上した。

【００２４】光散乱板は、散乱ピットの大きさ形と配置
を最適化（例えば非常に細かくする）する事により散乱
度を落としたものでも用いることができるようになる。
極端な場合、取り除くことができる。

【００２５】平面型偏光ビームスプリッタとしては、コ
レステリック液晶をガラスセルに封入したコレステリッ
クセルを２枚の１／４波長板で挟んだ構造のものを用い
た。この平面型偏光ビームスプリッタは、入射した光の
１円偏光成分をコレステリック層で反射し、もう一つの
円偏光成分を透過し、その透過した円偏光が１／４波長
板により直線偏光に変換される構成となっている。反射
したもう一つの円偏光は反射光側の１／４波長板で直線
偏光に変換されて出射する。コレステリックセルは、液
晶をセルに封入したものの他、高分子液晶などを用いた
フィルム型のコレステリックフィルムなども用いること
ができる。

【００２６】また、本発明で用いる平面型偏光ビームス
プリッタは、平面型偏光ビームスプリッタとしての機能
を有していれば良く、その構造としてはここに示したも
のに限らない。偏光ビームスプリッタの偏光方向と光源
の配置の関係は、図１に示した配置が最も偏光分離性が
よく、表示が最も明るくなるが、この配置に限らずとも
従来よりは格段に明るい表示を得ることはできる。

【００２７】１／４波長板は、その延伸方向を偏光ビー
ムスプリッタの偏光方向に対しておよそ４５度の角度を
成すように配置する。またその１／４波長板としては、
その機能を有していれば良く、透明性が良好であればど
んなものでも用いることができる。またその挿入位置
は、偏光板２のすぐ下でも良い。

【００２８】反射板としては、反射率の高い銀フィル
ム、銀蒸着板などがよいが、反射率が高ければ他のもの
でも用いることができる。

【００２９】光源としては、理想的には偏光ビームスプ
リッタに光が垂直に近い入射角で入射することが望まし
いので、平面型の光源がよい。ただし本実施例では冷陰
極管を用いた。そのため偏光ビームスプリッタの偏光特
性の入射角依存性を考慮して図１に示したような光源と
偏光ビームスプリッタの配置となっている。

【００３０】偏光板（１）と偏光板（３）の位置関係
は、用いる液晶パネルのツイスト角、配置、電界印加時
の表示（すなわちノーマリブラックかノーマリホワイト
か）により変化するが、本実施例では液晶パネルを９０
度ツイスト配向として、さらに偏光板１と２の偏光方向
を揃えて配置してノーマリブラック表示とした。

【００３１】（実施例２）本実施例では導光層の中央か
ら光を入射するバックライトを用いて、表側からノング
レア板（１４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、偏
光板（３）、光散乱板（４）、平面型偏光ビームスプリ
ッタ（５）、光源（８）または導光層（９）、１／４波
長板（６）、反射層（７）を重ねた構成を有し、偏光板
（３）と平面型偏光ビームスプリッタの各々の透過光に
対する偏光軸を揃えて重ねて配置した例を示す。図２に
本実施例の液晶表示装置を示した。実施例１と比べて光
源（８）の位置と導光層（９）の構造が異なっている
が、基本的な偏光原理は同じである。

【００３２】この原理および構造により、従来のバック
ライト付き液晶表示装置よりも１．５倍の明るさを実現
できた。

【００３３】光散乱板（４）は光源の形を隠すために必
要であるが、あまり散乱性が高いと偏光軸を乱すので選
定には注意を有する。またこの光散乱板に屈折率異方性
があるとやはり偏光度を落とすので、屈折率異方性がで
きるだけ無いものを用いることが望ましい。やむを得ず
屈折率異方性があるものを用いる場合には異方性のある
方向を偏光軸と一致または直交させるとよい。また光散
乱方向を最適化するためにプリズムレンズアレイをこの
場所に挿入しても良い。

【００３４】コントラストを増す方法として、図５に示
したように、光散乱板を取り去り、この光散乱板をノン
グレア板の替わりに用いると、偏光光学系から散乱体を
取り去ることができ、コントラストが向上した。またこ
の光散乱板の表面に減反射処理を施したところ、周囲の
景色の写り込みが減少して、極めて視認性が向上した。

【００３５】１／４波長板の位置は導光層（９）と偏光
ビームスプリッタ（５）の間でも良い。また、この１／
４波長板を取り除いても従来に比べれば明るい表示を行
うことができる。なぜなら、１３．散乱ピットなど光散
乱する部分があるため、この部分で偏光ビームスプリッ
タからの反射光の偏光性が変化するためである。

【００３６】その他、各部材に要求される特性は実施例
１と同様である。

【００３７】（実施例３）本実施例では平面型光源を用
いて、実施例１と同様の構成とした例を示す。図３に本
実施例の液晶表示装置の簡単な断面図を示す。図３に沿
ってその構成を説明する。ノングレア板（１４）、偏光
板（１）、液晶パネル（２）、偏光板（３）、平面型偏
光ビームスプリッタ（５）、１／４波長板（６）につい
ては実施例１で示したものを用いることができる。平面
型光源（１０）としては、ＥＬ素子を用いた。また裏側
の反射層（７）は平面型光源の反射性電極と兼ねること
もできる。

【００３８】本実施例では、平面型光源として有機ＥＬ
素子を用いた。平面型光源を用いると、実施例１や実施
例２で光源の形を隠すために必要であった光散乱板を必
要としないため、偏光効率が高くなる。

【００３９】ここで用いた有機ＥＬは、発光層にアルミ
ニウムキノリニウム錯体を用いたものであるが、図３に
示した構造上、バックライトの効率を上げるためには、
有機ＥＬ層の透明性が重要となる。そのため透明性の高
い発光層を有するＥＬ素子が最も適している。このよう
な構成であると、平面型光源で発した光は、直接または
反射電極で反射されて１／４波長板を透過して偏光ビー
ムスプリッタに入射して一偏光は透過し、これに直交す
る偏光は反射される。反射された偏光は１／４波長板、
平面型光源を透過して反射板で反射され、再び平面型光
源、１／４波長板を透過して偏光方向を９０度捻られて
偏光ビームスプリッタに入射して見事透過するのであ
る。

【００４０】１／４波長板を取り除いても従来に比べれ
ば明るい表示を行うことができる。なぜなら、平面型光
源など光散乱する部分があるため、この部分で偏光ビー
ムスプリッタからの反射光の偏光性が変化するためであ
る。

【００４１】本実施例では有機ＥＬを用いたが、無機の
ＥＬでも透明性の高いものなら用いることができる。ま
た他の発光光源、例えばＶＦＤ、マイクロ真空素子、プ
ラズマ光源などを用いることができる。

【００４２】（実施例４）本実施例では、表側から光散
乱板（４）、偏光板（１）、液晶パネル（２）、平面型
偏光ビームスプリッタ（５）、光源（８）または導光層
（９）、１／４波長板（６）、反射層（７）を重ねた構
成の液晶表示装置の例を示す。図４に本実施例の液晶表
示装置の簡単な断面図を示す。この構成により、反射型
で用いる場合、表から入射した光は光散乱板、偏光板を
透過して液晶パネルで変調されて、偏光ビームスプリッ
タに届く。液晶パネルでの変調具合に応じて１偏光は反
射され、他の１偏光は透過される。透過された光は１／
４波長板及び反射板で９０度偏光方向を捻られて再び偏
光ビームスプリッタに入射しようとするが偏光方向が直
交しているので透過できない。一方表側から入射した光
で偏光ビームスプリッタで反射された偏光は再び液晶パ
ネルで変調され、偏光板で検光されて光散乱板で散乱さ
れ、見やすい表示となる。バックライトで表示する場合
には、先に示した原理により、光源の光がほとんど同一
方向に偏光されて液晶パネルに入射、変調されて偏光板
と光散乱板を透過する。このようにして作製した液晶表
示装置は、反射型として用いた場合の明るさは、従来の
反射型液晶表示装置に比べて５０％明るく、またバック
ライト型として用いた場合には、やはり５０％明るいこ
とがわかった。

【００４３】本実施例においては、導光層の構造は、実
施例１に示したものを用いると、光散乱板と相まって光
源の形が見えにくくなるので好都合である。

【００４４】光散乱板は、他の実施例の光散乱板と役割
が異なり、偏光ビームスプリッタで反射された光を散乱
して白い表示にする役割をする。また偏光光学系の外に
あるため、散乱度を視認性の観点だけから最適化でき
る。またこの光散乱板の表面に減反射処理を施したとこ
ろ、周囲の景色の写り込みが減少して、極めて視認性が
向上した。

【００４５】（実施例５）本実施例では実施例４におい
て、反射型として用いる場合とバックライトを用いる場
合で液晶層に印加する表示データを白黒反転する手段を
設けた例を示す。具体的には、手動または周囲の明るさ
に応じて明るければバックライトを消して反射型で表示
を行う。自動で反射型とバックライト型を切り換える場
合の装置の概念図を図６に示した。周囲が暗くなれば、
バックライトを点灯してしかも液晶パネルのデータドラ
イバーに入力するデータ信号を白黒反転する様にする。
これにはバックライト制御信号でデータドライバーへの
データ信号線の間にインバータを入れるか入れないかを
選択できるようにするのである。

【００４６】なぜこのような反転回路が必要かと言う
と、実施例４で示した液晶表示装置は、反射型で用いる
場合と透過型（バックライト）で用いる場合で、液晶パ
ネルの裏側にある偏光板の偏光方向が９０度変わるため
である。すなわちノーマリブラックとノーマリホワイト
モードが入れ替わるのである。そこで本実施例で示した
構成により反射型で用いる場合と透過型で用いる場合に
おけるコントラストの反転を防ぐことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上本発明に因れば、平面型偏光ビーム
スプリッタと偏光板を組み合わせることにより、バック
ライトから発せられる光を１００％近く利用でき、かつ
明るい場所で見た場合のコントラストを飛躍的に向上す
ることができるようになった。また反射型としてもバッ
クライト型としても用いることができる従来に比べて格
段に明るい液晶表示装置を実現できた。更に、低消費電
力化を容易に行えることができるため、小型情報機器に
登載することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における液晶表示装置の簡単な断面図
である。

【図２】実施例２における液晶表示装置の簡単な断面図
である。

【図３】実施例３における液晶表示装置の簡単な断面図
である。

【図４】実施例４における液晶表示装置の簡単な断面図
である。

【図５】実施例１における液晶表示装置の簡単な断面図
である。

【図６】実施例５における液晶表示装置の回路を示す簡
単なブロック図である。

【符号の説明】

１ 偏光板１ ２ 液晶パネル ３ 偏光板２ ４ 光散乱板 ５ 偏光ビームスプリッタ ６ １／４波長板 ７ 反射板 ８ 光源 ９ 導光層 １０ 平面型光源 １３ 散乱ピット １４ Ｘドライバー １５ センサー回路 １６ 光センサー １７ バックライト回路 １８ ドライバ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する内面に電極を有する一対の基板
   間に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、前記一方の基
   板の背面に配置されたバックライトを有する液晶表示装
   置において、前記他方の基板の外側の面には第１の偏光
   板が配置されてなり、前記一方の基板の前記バックライ
   トを配置した面には第２の偏光板、偏光ビームスプリッ
   ター、導光板もしくは光源、１／４波長板、及び反射層
   を配置してなり、前記第２の偏光板の偏光軸と前記偏光
   ビームスプリッターの偏光軸とがほぼ揃って配置されて
   なることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記液晶表示装置の表面にノングレア層を配置したこと
   を特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の液晶表示装置において、
   その表面を減反射処理したことを特徴とする液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 ２枚の透明電極付き基板の間隙に液晶層
   を挟持し、前記基板の背面にバックライトを配置した液
   晶表示装置において、表側から光散乱板、偏光板、液晶
   を挟持した２枚の基板、平面型偏光ビームスプリッタ、
   光源または導光層、１／４波長板、反射層を重ねた構成
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の液晶表示装置において、
   前記液晶表示装置の表面に減反射処理を施したことを特
   徴とする液晶表示装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の液晶表示装置において、
   反射型として用いる場合とバックライトを用いる場合で
   液晶層に印加する表示データを白黒反転する手段を有す
   ることを特徴とする液晶表示装置。