JP4412441B2

JP4412441B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4412441B2
Application number: JP2000209802A
Authority: JP
Inventors: 研住吉; 浩葉山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-07-11
Also published as: JP2002023156A; EP1312972A1; US20040021809A1; WO2002005020A1; EP1312972A4; TW528910B; US6842209B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報を表示する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置は、低消費電力のために、携帯用途に広く用いられつつある。特に、フルカラー表示可能な反射型液晶表示装置が開発されるようになってきた。
【０００３】
反射型液晶表示装置は周囲光を光源として用いており、屋外の太陽光下では高い画質で表示することが可能であり、これに対し、透過型液晶表示装置は屋外の太陽光下ではコントラストが低く、視認性の悪いのが一般的である。しかし、夜間の屋外や特別な照明の無い室内では、反射型液晶表示装置の視認性は悪く、透過型液晶表示装置のような画質は得られない。
【０００４】
そこで、明るい環境では反射型として表示でき、暗い環境では付加光源で表示できる、液晶表示装置が求められている。この一例として、半透過型液晶表示装置を挙げることができる。この半透過型液晶表示装置は、入射光を反射する反射面を半透過面とするものである。しかし、例えば透過率５０％・反射率５０％の半透過面による表示では、反射表示時に暗く、透過表示時にも暗いという欠点を有している。
【０００５】
以上のような欠点を克服するものとして、特開平１１-１１９０２６号公報に、反射・透過切り替え可能な液晶表示装置が開示されている。図１３に、ホログラム反射層を有する液晶表示装置の模式的な側断面図を示す。図１３に示すように、バックライトユニット５０３と液晶層５０１との間に体積ホログラムであるホログラム反射層５２８が配置されている。
【０００６】
この体積ホログラムは、一定の屈折率変調を有する構造物であり、この変調周期が可視波長程度であれば、ブラッグ反射と呼ばれる回折が生じ、ある入射角のある波長の光を、特定の方向に強く反射させるものである。この関係を、図１４に示す円図形によって説明する。図１４（ａ）に示す円の半径は、ｎ／λで与えられる。ここで、λは入射光の波長であり、ｎはホログラム媒体の平均屈折率である。入射光はこの円に中心から円上へのベクトルで表わされる。入射波数ベクトル５２９、逆格子ベクトル５３１を図１４（ａ）のように配置する。ここで、逆格子ベクトル５３１は、その方向が屈折変調の変調方向、ベクトルの大きさは変調周期の逆数で定義される。図１４（ａ）では、入射波数ベクトル５２９と逆格子ベクトル５３１の差として、出射波数ベクトル５３０が表示されている。この出射波数ベクトル５３０の方向に強く光が反射される。
【０００７】
次に、図１４（ｂ）により、反射動作を説明する。反射表示時には、バックライトユニット５０３は用いず、入射光のみで表示を行う。周囲からの入射光が液晶層５０１に入射し、そして、ホログラム反射層５２８に入射する。ホログラム反射層５２８の逆格子ベクトルを図１４（ｂ）に示すように配置しておけば、特定出射方向に特定の波長のみが選択反射される。選択反射された光は再び液晶層５０１を通過して、反射表示が可能となる。この選択反射する波長以外の光はホログラム反射層５２８を通過するため、表示には寄与しない。
【０００８】
一方、周囲の環境が暗い場合には、バックライトを点灯させる。この場合、バックライトからの光はホログラム反射層５２８を通過して液晶層５０１に入射する。これによって、図１４（ｃ）に示すような透過型表示を行わせることができる。
【０００９】
以上のようにして、特開平１１-１１９０２６号公報に開示された液晶表示装置を用いれば、反射・透過切り替え表示が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平１１-１１９０２６号公報に開示された液晶表示装置では、反射表示時の表示色と透過表示時の表示色が異なるという問題を有している。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、反射表示時ではホログラムで決まる特定の波長の光のみが反射する。このため、反射表示時は単色表示しかできない。さらに、透過表示時では図１４（ｃ）に示すように、バックライト光の特定波長はホログラムでブラッグ反射されてしまい、透過型表示に寄与することができない。このブラッグ反射する波長は、反射表示時の単色光の波長と同一である。このため、例えば、反射表示時には緑色で表示できていても、透過表示時にはその補色で表示を行わなければならない。また、同様の理由のため、フルカラー表示を行わせることもできない。
【００１１】
以上のように、特開平１１-１１９０２６号公報に開示された液晶表示装置は、反射・透過表示切り替え表示を実現するものではあるが、カラー表示が限られ、フルカラー表示できないという課題を有している。
【００１２】
そこで本発明は、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことが可能なブラッグ反射を利用した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液晶表示装置は、
液晶層と、
特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、前記各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な、前記液晶層よりも下層に配置されている反射構造層と、
前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトユニットとを有することを特徴とする。
【００１４】
上記の通り構成された本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも下層に特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な反射構造層を有している。すなわち、ブラッグ反射を用いることで半透過面を用いる液晶表示装置よりも明るい反射・透過切り替え可能な液晶表示装置となる。さらに、反射構造層の各反射部を特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する、例えば、各反射部のそれぞれを、青のみ反射、緑のみ反射、赤のみ反射というように構成することでフルカラー表示が可能となる。
【００１５】
また、本発明の液晶表示装置の液晶層を挟持する基板の少なくとも１つの厚さが、視差を生じない厚さであってもよく、この基板は、薄膜化ガラスであってもよいし、フィルム基板であってもよい。
【００１６】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第１のカラーフィルタ層を有するものであってもよいし、さらに、反射構造層よりも下層に配置されている第２のカラーフィルタ層を有するものであってもよい。特に、第１のカラーフィルタ層に加えて第２のカラーフィルタ層を有する構成の場合、例えば、第１のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを、第２のカラーフィルタ層として高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといった特性を持たせることができる。
【００１７】
また、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよい。
【００１８】
さらに、各反射部は、反射構造層に対して液晶層とバックライトユニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているものであってもよい。この場合、青、緑、赤を反射する各反射部が並列に配置された場合、カラーフィルタを設けずにフルカラー表示が可能となるため、明るく、かつ、構造が簡単な液晶表示装置を得ることができる。
【００１９】
また、各反射部は、液晶を含むものであってもよく、特に、コレステリック液晶を含むものであってもよいし、液晶の液滴を含む少なくとも１つの液晶液滴層と、少なくとも１つの高分子層とが交互に積層された構造であってもよいし、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。
【００２０】
また、本発明の液晶表示装置は、液晶層よりも上層に配置されている第１の偏光板を有するものであってもよいし、液晶層よりも下層に配置されている第２の偏光板を有するものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子としてＴＮ液晶以外のＳＴＮ液晶や複屈折液晶などの表示素子を用いることが可能となる。
【００２１】
また、本発明の液晶表示装置は、第１の偏光板よりも下層、かつ、第２の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有するものであってもよいし、補償板は、反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよい。
【００２２】
また、液晶層は、アクティブマトリクス駆動されているものであってもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態の説明において、ホログラフィック高分子分散液晶はＨＰＤＬＣと表す。
（第１の実施形態）
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図１に示す。
【００２４】
液晶表示装置は、最上層に、第１の偏光板１６ａが形成されており、第１の偏光板１６ａの下層にカラーフィルタ基板１５を上層側として形成された、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のみをそれぞれ透過するフィルタからなるカラーフィルタ層６を、さらにカラーフィルタ層６の下層にガラス１８上に形成された映像情報を映し出す液晶層１を、液晶層１の下層、すなわち、ガラス１８の下層に第２の偏光板１６ｂを、第２の偏光板１６ｂの下層、すなわち、液晶層１よりも下層に、反射率が電気的に切り替え可能な反射部を有する三層積層ＨＰＤＬＣ１７を、そして、最下層に液晶層１を背面から光を照射する照明であるバックライトユニット３を有する構造となっている。
【００２５】
液晶層１は、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶などのネマチック液晶、あるいは垂配向液晶、ＯＣＢ液晶などの複屈折性液晶を用いるものであってもよい。
【００２６】
ここで、液晶層１の形成方法の概略を説明する。
【００２７】
まず、透明電極を有するガラス基板１８と、カラーフィルタ層６と透明電極を有するカラーフィルタ基板１５の両基板上に配向膜を成膜する。なお、図１では、両基板上の透明電極を図示していない。この後、配向膜上に配向処理を行い、スペーサを介して両基板を張り合わせる。この際に、両基板の配向処理方向を直交するように張り合わせる。この後、ネマチック液晶を両基板の間隙に注入し、液晶層１を形成する。
【００２８】
次に、本実施形態の液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図を示す図２を用いて、本実施形態の液晶表示装置の基本的原理を説明する。
【００２９】
液晶表示装置は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、液晶層１、三層積層ＨＰＤＬＣ１７に相当する反射構造層２、および、バックライトユニット３を基本構造としたものであるが、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように液晶層１の上層にカラーフィルタ層６が形成されているものを基本構造とするものであってもよい。
【００３０】
反射構造層２は、反射部が、光の反射率が高く透過率が低い状態と、光の透過率が高く反射率が低い状態とを可逆的に切り替えられる構造であればどのような構造であってもよいが、以下に示される、反射率が電気的に制御可能でブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層であることが特に好適である。
【００３１】
例えば、反射構造層２は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す、反射部である液晶液滴層１０と高分子層１１が交互に積層した交替積層構造層９で構成されるものであってもよい。液晶液滴層１０と高分子層１１の屈折率が異なれば、図３（ａ）に示すように交替周期で決まる波長に周囲光４が選択的に反射される。一方、この交替積層構造層９に電圧を印加すれば、液晶液滴層１０の屈折率が変化し高分子層１１の屈折率と一致し、選択的な反射が解消して透明状態となり、図３（ｂ）に示すようにバックライトユニット３からのバックライト光５を透過させることができる。なお、交替積層構造層９も図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように積層周期の異なる第１の交替積層構造層９ａおよび第２の交替積層構造層９ｂを重ね合わせることにより多色光を反射させることも可能である。すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、第１の交替積層構造層９ａ、第２の交替積層構造層９ｂ等の複数の反射部のそれぞれが特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する構成とすることでフルカラー表示が可能となる。
【００３２】
また、反射構造層２の反射部としてコレステリック液晶を用いるものであってもよい。周知のようにコレステリック液晶を用いれば、反射率が電気的に制御可能である。図４（ａ）に示すように、コレステリック液晶層７は螺旋構造を有しているため、そのピッチの半分に対応した周囲光４を選択的に反射する。また、このコレステリック液晶に電圧を印加すれば、図４(ｂ)に示すように、螺旋構造が解消される。このため、上述の反射性能を失い、全波長帯のバックライト光５を透過する。これを実現する例として、“スイッチャブル・ミラーズ・オブ・キラル・リキッド・クリスタル・ゲルズ”、リキッド・クリスタルズ、１９９９年、２６巻、１６４５-１６５３ページ（”Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅｍｉｒｒｏｒｓｏｆｃｈｉｒａｌｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｇｅｌｓ",ＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬ,１９９９,Ｖｏｌ．２６,Ｎｏ．１１,１６４５-１６５３）を挙げることができる。また、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、螺旋ピッチの異なる第１のコレステリック液晶７ａ、第２のコレステリック液晶７ｂを積層した積層コレステリック液晶層８を反射構造層２として用いれば、交替積層構造層９と同様に多色光を反射することが可能である。
【００３３】
このように反射構造層２の各反射部は、反射構造層２に対して液晶層１とバックライトユニット３とが積層される積層方向に積層されて形成されているものであってもよい。
【００３４】
あるいは、反射構造層２は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すような反射部がコレステリック液晶液滴を含む高分子層からなるものであってもよい。周囲光４を選択反射するような螺旋ピッチのコレステリック液晶からなるコレステリック液晶滴１３を含む高分子層１４は、電圧が印加されることにより、コレステリック液晶滴１３の内部の螺旋が解消されて透明状態になり、バックライト光５の透過が可能となる。また、螺旋ピッチの異なる複数のコレステリック液晶を含むコレステリック液晶滴を含む高分子層であれば、同様に多色光を選択的に反射させることが可能である。
【００３５】
次に、図６および図７を用いて、交替積層構造層９であるＨＰＤＬＣの積層構造の作成方法および構造の詳細に関して説明する。
【００３６】
はじめに、図６（ａ）に示すように、不図示の透明電極を有する基板１９上に液晶と感光性物質の混合物からなる層、液晶・光硬化性物質混合層２０を形成する。
【００３７】
次に、図６（ｂ）に示すように、同一レーザから発せられたレーザ光２１を二分岐して、両光線を液晶・光硬化性物質混合層２０中で交叉させる。レーザ光干渉の結果、レーザ強度の強い領域で選択的に強く光硬化が生じる。また、レーザ強度の弱い領域で液晶が液滴として析出する。以上のようにして、図６（ｃ）に示すような、液晶液滴層と光硬化した高分子層とからなるＨＰＤＬＣ層２２が完成する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が異なれば、交替積層構造の積層周期に対応する波長の光が選択的に反射される。光硬化させる際に、酸素阻害させるような光硬化性物質の場合には、窒素雰囲気化や減圧下の環境で行う。この交替積層構造の積層周期はレーザ光の波長とその交叉角で決めることができる。そこで、図６（ｃ）の完成したＨＰＤＬＣ層２２上に、液晶・光硬化性物質混合層を再度成膜しレーザ波長や交叉角を変えて露光すれば、交替積層周期の異なる二層のＨＰＤＬＣ層を得ることができる。以上のようにして、例えば３回の成膜・露光を繰り返し、ＨＰＤＬＣ層を、図７に示すような、青を反射する青用ＨＰＤＬＣ２３、緑を反射する緑用ＨＰＤＬＣ２４、赤を反射する赤用ＨＰＤＬＣ２５からなる３層積層ＨＰＤＬＣ層１７とすることができる。なお、この場合、透明電極２６は、青用ＨＰＤＬＣ２３と赤用ＨＰＤＬＣ２５とに電気的に接続されているこの積層の際に、積層順序として積層上面から光が入射するとすれば、青、緑、赤が望ましい。これは、短波長の光ほど散乱され易いためである。この３層積層ＨＰＤＬＣ層１７は白色光を反射する。この３層積層ＨＰＤＬＣ層１７に電圧を印加すれば、液晶液滴層の屈折率が変化する。液晶液滴層と高分子層の屈折率が一致すれば、選択反射光は解消し、透明状態となる。
【００３８】
本実施形態では、３層積層ＨＰＤＬＣ層１７の反射率は電圧無印加時に高い。従って、３層積層ＨＰＤＬＣ層１７に電圧供給することなく、液晶層１のみに電圧供給することにより、表示動作が可能である。このため、反射表示時には余分な電力を伴わない。また、積層したＨＰＤＬＣ層２２に電圧を供給して透明状態にして、バックライトユニット３を点灯させれば、透過表示が得られる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置によれば、反射構造層２としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層１と、バックライトユニット３との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
（第２の実施形態）
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図８に示す。
【００４０】
本実施形態の液晶表示装置は、図８（ａ）に示すように、最上層から順に、第１の偏光板１１６ａ、カラーフィルタ基板１１５、カラーフィルタ層１０６、液晶層１０１、薄膜化ガラス１２７、三層積層ＨＰＤＬＣ１１７、第２の偏光板１１６ｂ、そして最下層にバックライトユニット１０３を有する構成となっている。
【００４１】
このように、本実施形態の液晶表示装置の場合、液晶層１０１と第２の偏光板１１６との間に、薄膜化ガラス１２７と三層積層ＨＰＤＬＣ１１７とが積層されている点が第１の実施形態の液晶表示装置とは異なる。
【００４２】
また、本実施形態の液晶表示装置は、反射表示時には、第１の偏光板１１６ａのみが表示に寄与する。この表示モードは、一枚偏光板方式として知られている。すなわち、反射表示時に二枚の偏光板を用いる方式と比較して、明るい反射表示が得られる。この際に、液晶層１０１として、捩れネマチック液晶モードを用いる。この捩れネマチック液晶の設計は、“アナリシス・オブ・オペレイション・モード・オブ・レフレクティブ・リキッド・クリスタル・ディスプレイ・デバイシーズ”、リキッド・クリスタル２６巻１９９９年、１５７３-１５７８ページ（”Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅｓ",ＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬＳ,１９９９．ｖｏｌ．２６,Ｎｏ．１１,１５７３-１５７８）に述べられている。
【００４３】
なお、上述した以外は、基本的に第１の実施形態の液体表示装置と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００４４】
以下、本実施形態の液晶表示装置の作成手順の概略を説明する。
【００４５】
第１の実施形態と同様に、透明電極を有するカラーフィルタ基板１１５とガラス基板を張り合わせる。この後、どちらかの基板を薄膜化し、薄膜化ガラス１２７とする。この薄膜化は、ガラス基板を研磨あるいは化学的にエッチングすることによって得られる。また、高分子フィルムなどを薄膜をガラス基板の替わりに用いるもできるのは明らかである。この後、液晶を注入し液晶層１０１を形成する。この際に、所定の捩れネマチック構造を形成するように両基板の配向処理方向を調整する。以上のようにして、薄膜化ガラス１２７を有する液晶パネルが完成する。完成した液晶パネルの上面に第１の偏光板１１６ａを貼る。また、３層積層ＨＰＤＬＣ１１７を液晶パネル下面に貼り、さらに３層積層ＨＰＤＬＣ１１７の下面に第２の偏光板１１６を貼る。この後に、バックライトユニット１０３を配置して完成する。
【００４６】
ここで、薄膜化ガラス１２７を用いる理由を図８（ｂ）を用いて説明する。
【００４７】
図８（ｂ）は、薄膜化ガラス１２７ではなく、薄膜化がなされていないガラス１１８が用いられた構成を示している。反射型表示の際には、周囲光１０４は斜め方向から入射してくる。このため、ガラス基板１１８が厚く反射面である三層積層ＨＰＤＬＣ１１７から遠い場合には、例えば、カラーフィルタ層１０６のＲを通過して来た周囲光１０４は、反射表示光１０４ａとして、隣接する画素Ｇを通過してしまう。いわゆる、視差の問題が生じる。この視差の問題を防止必要がある場合、図８（ａ）に示すように、薄膜化ガラス１２７を形成することが必要となる。
【００４８】
なお、隣接画素からの反射表示光漏れを防止するため、図８（ｃ）に示すように、三層積層ＨＰＤＬＣ層１１７をカラーフィルタ基板１１５とガラス基板１１８との間に作り込む、すなわち、液晶パネル内部に作り込む構成とするものであってもよい。
【００４９】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、薄膜化ガラス１２７を用いることで視差が解消するだけでなく、第１の実施形態と同様に反射構造層１０２としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層１０１と、バックライトユニット１０３との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
（第３の実施形態）
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図９に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図１０にそれぞれ示す。
【００５０】
本実施形態の液晶表示装置は、図９（ａ）に示すように、最上層から順に、第１の偏光板２１６ａ、カラーフィルタ基板２１５、第１のカラーフィルタ層２０６ａ、液晶層２０１、ガラス２１８、三層積層ＨＰＤＬＣ２１７、第２の偏光板１１６ｂ、第２のカラーフィルタ層２０６ｂ、そして最下層にバックライトユニット２０３を有する構成となっている。なお、第１のカラーフィルタ層２０６ａがカラーフィルタ基板２１５に形成されてなるものであるのと同様に、第２のカラーフィルタ層２０６ｂもカラーフィルタ基板に形成されてなるものであるが、簡単のため、図９には第２のカラーフィルタ層２０６ｂのカラーフィルタ基板は示していない。
【００５１】
本実施形態の液晶表示装置は、図１０に示すように、バックライトユニット２０３と、三層積層ＨＰＤＬＣ２１７に相当する反射構造層２０２との間に、すなわち、反射構造層２０２よりも下層に第２のカラーフィルタ層２０６ｂが設けられている点が、第１および第２の実施形態の液晶表示装置と異なる。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第１の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００５２】
本実施形態の場合、第１のカラーフィルタ層２０６ａと第２のカラーフィルタ層２０６ｂは各画素が互いに整合するように配置されている。すなわち、第１のカラーフィルタ層２０６ａの各色画素Ａ、Ｂ、Ｃと第２のカラーフィルタ層２０６ｂの各色画素Ａ、Ｂ、Ｃとが互いに位置整合するように配置されている。このように配置することで、図１０（ｂ）に示すように、透過表示時に、例えば、第２のカラーフィルタ層２０６ｂの画素Ｂを通過したバックライトユニット２０３からのバックライト光２０５は、第１のカラーフィルタ層２０６ａの画素Ｂを通過することができる。なお、フルカラー表示の際には、一般にＡ,Ｂ,Ｃ各色を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に選ぶのが一般的である。
【００５３】
ところで、一般に、カラーフィルタの透過率と色純度は相反関係にあり、高透過率のカラーフィルタは低色純度となり、高色純度のカラーフィルタは低透過率となる。このような特性のカラーフィルタ層を１層のみ有する液晶表示装置の場合、反射表示時には、光は、入射時と反射表示光は２回カラーフィルタ層を透過し、透過表示時には透過表示光が１回カラーフィルタ層を透過する。このため、高透過率のカラーフィルタを用いた場合には、反射表示時には高い反射率が得られるものの、透過表示時には色純度が低くなってしまう。逆に、低透過率のカラーフィルタを用いた場合には、透過表示時の色純度を高くできるものの、反射表示時には低い反射率しか得られない。このように、カラーフィルタが１層のみの構成では、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを両立させるのが困難である。
【００５４】
本実施形態の構成では、反射表示時には図１０（ａ）に示すように反射表示光２０４ａが第１のカラーフィルタ層２０６ａのみを通過し、また、透過表示時には図１０（ｂ）に示すようにバックライト光２０５は、第２のカラーフィルタ層２０６ｂと第１のカラーフィルタ層２０６ａとの２層を通過する。よって、例えば、第１のカラーフィルタ層２０６ａとして高透過率で低色純度の特性のものを、第２のカラーフィルタ層２０６ｂとして高透過率で低色純度の特性のものを用いることで、反射表示時には、高反射率が得られ、透過表示時には、高色純度が得られるといった特性を持たせることができる。この他、第１のカラーフィルタ層２０６ａと第２のカラーフィルタ層２０６ｂとの反射率および色純度の特性を多様に組み合わせることで、所望の透過率および色純度を得られることとなり、１層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となる。
【００５５】
本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に第２のカラーフィルタ層２０６ｂが反射構造層２０２より下層、すなわち、図９においては、三層積層ＨＰＤＬＣ２１７より下層に配置されているのが好適であり、図９（ａ）以外の構成として、ガラス２１８および第２の偏光板２１６ｂが図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示されるような配置であってもよい。また、第２の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。
【００５６】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、１層のカラーフィルタを用いた構成の液晶表示装置に比べて、反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第１および第２の実施形態と同様に、反射構造層２０２としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層２０１と、バックライトユニット２０３との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
（第４の実施形態）
次に、本実施形態の液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図を図１１に、また、本実施形態の液晶表示装置の基本的な構成を図１２にそれぞれ示す。
【００５７】
本実施形態の液晶表示装置は、図１１（ａ）に示すように、最上層から順に、第１の偏光板３１６ａ、カラーフィルタ基板３１５、カラーフィルタ層３０６、液晶層３０１、ガラス３１８、カラーフィルタ層３０６の各画素に対応する波長帯の光のみ反射する複数の領域を有する空間分割反射構造層３３２、第２の偏光板３１６ｂ、そして最下層にバックライトユニット３０３を有する構成となっている。
【００５８】
すなわち、本実施形態の液晶表示装置は、図１２に示すように、バックライトユニット３０３と、液晶層３０１との間に、すなわち、液晶層３０１よりも下層に空間分割反射構造層３３２が設けられている。なお、上述以外の構成に関しては基本的に第１の実施形態と同様であるため、詳細の説明は省略する。
【００５９】
空間分割反射構造層３３２は、図１２（ａ）に示すように、カラーフィルタ層３０６の各画素Ａ、Ｂ、Ｃに対応するように領域が空間的に区分されており、空間分割反射構造層３３２の各領域Ａ、Ｂ、Ｃは、カラーフィルタ層３０６の各画素Ａ、Ｂ、Ｃに対応する波長帯の光のみを反射する。フルカラー表示を行う場合には、カラーフィルタ層３０６の各画素Ａ、Ｂ、Ｃは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各波長帯を通過するように選択し、これに伴い、空間分割反射構造層３３２の各領域Ａ、Ｂ、Ｃも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各波長帯のみの光を反射するような構成とする。すなわち、空間分割反射構造層３３２は、カラーフィルタの特性と反射構造層の特性とを併せ持った特性を有するものである。また、この空間分割反射構造層３３２は電気的に制御することで透明状態にすることも可能である。なお、空間分割反射構造層３３２の各領域は、上述のＨＰＤＬＣ素子あるいは、コレステリック液晶層を用いて構成されるものであってもよい。
【００６０】
なお、ここでいう空間的に区分されているとは、各反射部（図１２では空間分割反射構造層３３２の各領域Ａ、Ｂ、Ｃ）が、反射構造層である空間分割反射構造層３３２に対して液晶層３０１とバックライトユニット３０３とが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されているということを意味する。
【００６１】
以上の構造では、図１２（ａ）に示すように、反射表示時に周囲光３０４はカラーフィルタ層３０６、液晶層３０１を通過し、空間分割反射構造層３３２に到達する。この空間分割反射構造層３３２は、カラーフィルタ色に対応する波長帯の光のみを反射する。図１２（ａ）では、カラーフィルタ層３０６のＡに対応する波長帯の光のみを空間分割反射構造層３３２のＡで反射する。反射後、反射表示光３０４ａは液晶層３０１、カラーフィルタ層３０６を通過する。このため、反射表示時に光は、２回カラーフィルタ層３０６を通過する。しかし、他の波長帯の光は空間分割反射構造層３３２から反射されない。このため、カラーフィルタ層３０６に低透過率のものを用いても、他波長帯の色が混色することなく、色純度は低下しない。また、空間分割反射構造層３３２を電気的に制御して透明状態にすれば、バックライトユニット３０３からのバックライト光３０５は、空間分割反射構造層３３２を通過し、図１２（ｂ）に示すようにフルカラー透過表示を行うことが可能である。
【００６２】
本実施形態の液晶表示装置の構成は、基本的に空間分割反射構造層３３２が液晶層３０１より下層に配置されているのが好適であり、図１１（ａ）以外の構成として、ガラス３１８および第２の偏光板３１６ｂが図１１（ｂ）〜図１１（ｃ）に示されるような配置であってもよい。また、第２の実施形態で述べた薄膜化ガラスを同様に用いれば、視差が解消することは言うまでもない。
【００６３】
また、本実施形態の場合、原理的には、カラーフィルタ層３０６がない構成であってもフルカラー表示が可能であるため、カラーフィルタ層３０６は、より色純度を向上させたい場合、あるいは、空間分割反射構造層３３２の色純度が視野角により変化する場合に設ける構成とするものであってもよい。
【００６４】
以上説明したように本実施形態の液晶表示装置によれば、空間分割反射構造層３３２を用いることで１層のカラーフィルタ層３０６のみとした簡単な構成で反射表示時の高反射率と透過表示時の高色純度とを高次元で両立させることが可能となるだけでなく、第１ないし第３の実施形態と同様に、空間分割反射構造層３３２としてブラッグ反射を利用した、液晶あるいは高分子液晶を含む層を、液晶層３０１と、バックライトユニット３０３との間に形成することで、明るい環境ではフルカラーの反射表示を、暗い環境では、フルカラーの透過表示を行うことができる。
【００６５】
以上の各実施形態の液晶表示装置において、最上層の第１の偏光板よりも下層、かつ、第２の偏光板よりも上層に補償板が積層されているものであってもよく、さらに反射構造層よりも上層に配置されているものであってもよい。補償板を用いることにより、液晶表示素子としてＴＮ液晶以外のＳＴＮ液晶や複屈折液晶などの表示素子を用いることが可能である。
【００６６】
また、各実施形態の液晶層はアクティブマトリクス駆動されるものであってもよい。これにより、大表示容量の際の反射・透過表示時に高いコントラスト比を維持することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、液晶層よりも下層に特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な反射構造層を有するため、明るい環境ではフルカラー反射表示を、また、暗い環境ではバックライトユニットを用いてフルカラー透過表示を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図２】図１に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図３】反射構造層として交替積層構造層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図４】反射構造層としてコレステリック液晶層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図５】反射構造層としてコレステリック液晶液滴を含む高分子層が用いられた場合の構成を示す模式的な側断面図である。
【図６】ＨＰＤＬＣ層の作成方法の概略を説明する図である。
【図７】３層積層ＨＰＤＬＣ層の構成を示す模式的な側断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図１０】図９に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の一例の詳細な構成を示す側断面図である。
【図１２】図１１に示した液晶表示装置の基本構成を示す模式的な側断面図である。
【図１３】従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の一例の模式的な側断面図である。
【図１４】ホログラムの機能および従来のホログラム反射層を有する液晶表示装置の特性を説明する図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１、３０１液晶層
２、１０２、２０２反射構造層
３、１０３、２０３、３０３バックライトユニット
４、１０４、２０４、３０４周囲光
４ａ、１０４ａ、２０４ａ、３０４ａ反射表示光
５、１０５、２０５、３０５バックライト光
６、１０６カラーフィルタ層
７コレステリック液晶層
７ａ第１のコレステリック液晶層
９交替積層構造層
９ａ第１の交替積層構造層
９ｂ第２の交替積層構造層
１０液晶液滴層
１１高分子層
１２積層した交替積層構造
１３コレステリック液晶液滴
１４高分子層
１５、１１５、２１５、３１５カラーフィルタ基板
１６偏光板
１６ａ、２１６ａ、３１６ａ第１の偏光板
１６ｂ、２１６ｂ、３１６ｂ第２の偏光板
１７、１１７、２１７、３１７三層積層ＨＰＤＬＣ
１８、１１８、２１８、３１８ガラス
１９基板
２０液晶・光硬化性物質混合膜
２１レーザ光
２２ＨＰＤＬＣ層
２３青用ＨＰＤＬＣ
２４緑用ＨＰＤＬＣ
２５赤用ＨＰＤＬＣ
２６透明電極
１２７薄膜化ガラス
３２空間分割ＨＰＤＬＣ層
２０６ａ第１のカラーフィルタ層
２０６ｂ第２のカラーフィルタ層
３３２空間分割反射構造層

Claims

液晶層と、
特定の周波数帯域の光のみをブラッグ反射により反射する複数の反射部を含み、前記各反射部の反射率が電気的に切り替え可能な、前記液晶層よりも下層に配置されている反射構造層と、
前記液晶層に背面から光を照射する、最下層に配置されているバックライトユニットとを有することを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶層を挟持する基板の少なくとも１つの厚さが、視差を生じない厚さである請求項１に記載の液晶表示装置。
前記基板は、薄膜化ガラスである請求項２に記載の液晶表示装置。
前記基板は、フィルム基板である請求項２に記載の液晶表示装置。
前記液晶層よりも上層に配置されている第１のカラーフィルタ層を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記反射構造層よりも下層に配置されている第２のカラーフィルタ層を有する請求項５に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトユニットとが積層される積層方向に積層されて形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、前記反射構造層に対して前記液晶層と前記バックライトユニットとが積層される積層方向に略直交する方向に並列に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、液晶を含む請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、コレステリック液晶を含む請求項９に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、液晶の液滴を含む少なくとも１つの液晶液滴層と、少なくとも１つの高分子層とが交互に積層された構造である請求項９に記載の液晶表示装置。
前記各反射部は、コレステリック液晶の液滴を含む高分子層からなる請求項９に記載の液晶表示装置。
前記液晶層よりも上層に配置されている第１の偏光板を有する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
前記液晶層よりも下層に配置されている第２の偏光板を有する請求項１３に記載の液晶表示装置。
前記第１の偏光板よりも下層、かつ、前記第２の偏光板よりも上層に配置されている、位相差を補償する補償板を有する請求項１４に記載の液晶表示装置。
前記補償板は、前記反射構造層よりも上層に配置されている請求項１５に記載の液晶表示装置。
前記液晶層は、アクティブマトリクス駆動されている請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。