专利名称：显示装置及使用它的电子机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置的技术领域，特别是涉及备有偏振片、反射起偏镜等偏振光分离器、反射外部光线进行显示的反射型及透过光源的光线进行显示的透射型能够两用的液晶显示装置等显示装置及使用它的便携式电话和钟表等电子机器的技术领域。
背景技术：
迄今，在使用外部光线进行显示的反射型的显示装置的情况下，在暗处随着光量的减少，难以看清显示。另一方面，在利用背照光等光源进行显示的透射型的显示装置的情况下，不管是在亮处还是在暗处，光源的电力消耗大，特别不适合于使用电池工作的便携式的显示装置等。因此，反射型及透射型可以两用的半透射反射型的显示装置主要用于亮处时，用设置在装置内部的半透射反射膜反射从显示画面入射的外部光，并利用配置在该光路上的液晶、偏振光分离器等光学元件对每个象素控制从显示画面出射的光量，进行反射型显示。另一方面，在主要用于暗处时，利用背照光等内部光源从上述半透射反射膜的背面照射光源光线，用上述的液晶、偏振光分离器等光学元件对每个象素控制从显示画面出射的光量，进行透射型显示。
在这样呈反射型及透射型可以两用、利用现有的TN(TwistedNematic)液晶和STN(Super-Twisted Nematic)液晶等使透射光的偏振光轴旋转的透射偏振光轴可变光学元件的液晶显示装置中，所采用的结构是利用两片偏振片将该透射偏振光轴可变光学元件夹在中间。
在上述的反射型显示的情况下，在备有两片偏振片的结构中，如果外部光从显示画面入射，则只有特定方向的偏振光分量透过位于液晶的显示画面一侧的第一偏振片，其它偏振光分量被该第一偏振片吸收。液晶的取向状态随着加在液晶上的电压的变化而变化，透过第一偏振片的光对应于液晶的取向状态有选择地改变其偏振方向，入射到位于液晶的另一侧的第二偏振片上。如果该外部光例如呈正常白色状态，则对各象素来说，(ⅰ)在电压未加在液晶上的状态下，从该液晶射出的光透过第二偏振片，进而由位于其背面的反射片反射后，再透过第二偏振片、液晶及第一偏振片，作为显示光从液晶显示装置的显示画面射出，(ⅱ)在电压加在液晶上的状态下，从该液晶射出的光被第二偏振片吸收，最后从显示画面不射出显示光。
这样，通过一边用设置在装置内部的反射膜反射从显示画面入射的外部光，一边用配置在其光路上的液晶、偏振片等，对每个象素控制从显示画面射出的显示光的光量，进行反射型显示。
另一方面，在上述的透射型显示的情况下，在备有两片偏振片的结构中，如果从显示画面看，光源光从液晶的背面发射，则只有特定方向的偏振光分量透过位于液晶背面一侧的第二偏振片，其它偏振光分量被该第二偏振片吸收。透过第二偏振片的光按照随着加在液晶上的电压而变化的液晶取向状态，有选择地改变其偏振方向，入射到位于液晶的显示画面侧的第一偏振片上。该光源光如果例如呈正常白色状态，则对各象素来说，(ⅰ)在电压未加在液晶上的状态下，从该液晶射出的光透过第一偏振片，作为显示光从液晶显示装置的显示画面射出，(ⅱ)在电压加在液晶上的状态下，从该液晶射出的光被第一偏振片吸收，从显示画面不射出显示光。
这样，通过用配置在光源光的光路上的液晶、偏振片等，对每个象素控制从显示画面射出的显示光的光量，进行透射型显示。
发明的公开可是，作为偏振光分离器之一例的偏振片，通过吸收与入射光中特定的偏振光轴方向不同方向的偏振光分量使光偏振，所以光的利用效率低。因此，如上所述在液晶的两侧配置两片偏振片进行的反射型显示或透射型显示中，存在显示暗的问题。反之，如果简单地将偏振片换成偏振光分离装置，使显示变亮，这时，存在与显示的亮度一起被重视的显示的对比度下降的问题。
本发明就是鉴于上述问题而完成的，其课题是提供一种在利用液晶等的透射偏振光轴可变光学元件的显示装置中，在反射显示时或透射显示时，能以高对比度进行亮的显示的显示装置及使用它的电子机器。
本发明的上述课题能由这样的显示装置来完成，该显示装置备有使透射偏振光轴可变的透射偏振光轴可变装置；配置在该透射偏振光轴可变装置的一侧、使第一方向的线偏振光分量的光透过，同时将与该第一方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射或吸收的第一偏振光分离装置；配置在上述透射偏振光轴可变装置的另一侧、使第二方向的线偏振光分量的光透过，同时将与该第二方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射的第二偏振光分离装置；相对于该第二偏振光分离装置来说，配置在与上述透射偏振光轴可变装置相反一侧的偏振片；以及相对于该偏振片来说，配置在与上述第二偏振光分离装置相反一侧、使光入射到上述透射偏振光轴可变装置一侧的光源，上述第二偏振光分离装置和上述偏振片的相对位置被规定得使上述第二方向相对于上述偏振片的透射轴的方向偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，且相对于上述偏振片的吸收轴的方向偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)。
在本发明的显示装置中，在利用外部光进行反射型显示的情况下，外部光从第一偏振光分离装置一侧入射。第一偏振光分离装置使入射的外部光中的第一方向的线偏振光分量的光透射到透射偏振光轴可变装置一侧。而且，第一偏振光分离装置反射或吸收与第一方向不同的规定方向(例如与第一方向正交或大致正交的方向)的线偏振光分量。其次，第二偏振光分离装置使通过第一偏振光分离装置及透射偏振光轴可变装置入射的光中的第二方向的线偏振光分量的光透射到与透射偏振光轴可变装置相反的一侧，使与第二方向不同的规定方向(例如与第二方向正交或大致正交的方向)的线偏振光分量的光反射。另外，透过第二偏振光分离装置的光被偏振片吸收其吸收轴方向的分量后再透过偏振片的光在处于非点亮状态的光源部分被反射或散射。另一方面，由第二偏振光分离装置反射的光按照与上述相反的顺序透过透射偏振光轴可变装置及第一偏振光分离装置。
以上的结果，在反射型显示的情况下，能获得两种显示状态，即对应于透射偏振光轴可变装置的透过轴的方向，有选择地使由第二偏振光分离装置反射的光通过偏振光轴可变装置后，从第一偏振光分离装置一侧射出的(相对亮的)第一显示状态，以及使透过第二偏振光分离装置的光被偏振片吸收等而不从第一偏振光分离装置一侧射出的(相对暗的)第二显示状态。这里特别是第二偏振光分离装置和偏振片的相对位置被规定为使第二方向相对于偏振片的透射轴的方向偏移规定的角度θ(0度＜θ＜90度)，所以与第二方向同偏振片的透射轴的方向一致(即θ=0度)的情况相比，透过第二偏振光分离装置的光被偏振片大量地吸收。因此，该被吸收的部分在上述第二显示状态下，能使最后从第一偏振光分离装置一侧射出的光量小，所以该反射型显示时的对比度大。另外，关于该反射型显示时的亮度，与以往使用偏振片作为第二偏振光分离装置的情况(或第一及第二偏振光分离装置两者都使用偏振片的情况)相比较，由于光不是被吸收，而是通过光的反射进行偏振光分离，同时将该被反射的线偏振光分量作为显示光利用，所以能获得明亮的反射型显示。
另一方面，在利用光源进行透射型显示的情况下，光源光从光源通过偏振片入射到第二偏振光分离装置中。第二偏振光分离装置使入射的光源光中的第二方向的线偏振光分量的光透射到透射偏振光轴可变装置一侧，而使与第二方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射。另外，第一偏振光分离装置使通过第二偏振光分离装置及透射偏振光轴可变装置入射的光中的第一方向的线偏振光分量的光透射到与透射偏振光轴可变装置相反的一侧、即显示画面一侧。而且，使与第一方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射。
以上的结果，在透射型显示的情况下，能获得下述两种显示状态，即对应于透射偏振光轴可变装置的透过轴的方向，有选择地使透过第二偏振光分离装置的光从第一偏振光分离装置一侧射出的(相对亮的)第三显示状态，以及来自光源的光由第一偏振光分离装置反射而呈现的(相对暗的)第四显示状态。这里特别是第二偏振光分离装置和偏振片的相对位置被规定为使第二方向相对于偏振片的吸收轴的方向偏移规定的角度θ’(0度＜θ’＜90度)，所以与第二方向同偏振片的吸收轴的方向一致(即θ’=0度)的情况相比，光源光大量地透过偏振片及第二偏振光分离装置。因此，该透射的部分在上述第三显示状态下，能使最后从第一偏振先分离装置一侧射出的光量大，所以该透射型显示时的对比度高，同时能提高亮度。
这样利用本发明的显示装置，在反射显示时或透射显示时，都能以高对比度进行明亮的显示，特别是能在使用外部光的反射型显示时提高对比度，且能在使用光源光的透射型显示时提高亮度。
在本发明的显示装置的一种形态中，上述第一偏振光分离装置由使上述第一方向的线偏振光分量的光透过，同时使与上述第一方向正交的方向的线偏振光分量的光反射的反射起偏镜构成。
如果采用该形态，则反射起偏镜将入射的光中的第一方向的线偏振光分量作为第一方向的线偏振光分量使其透过。而且，将与第一方向正交的方向的线偏振光分量作为该正交的方向的线偏振光分量使其反射。因此，能依靠透过该反射起偏镜的光进行显示。
在该形态中，上述反射起偏镜还可以由其第一层和第二层互相重叠的重叠体构成，上述第一层具有双折射性，上述第二层具有与该第一层的多种折射率中的某一种实际上相等的折射率，同时没有双折射性。
在这样构成的反射起偏镜中，从重叠层方向入射到反射起偏镜的一个主面上的光中的第一方向的线偏振光分量的光作为第一方向的线偏振光分量的光透射到相反一侧的另一主面侧。而且，与第一方向正交的方向的线偏振光分量的光作为该正交的方向的线偏振光分量的光被反射。另外，从重叠层方向入射到反射起偏镜的另一个主面上的光中的第一方向的线偏振光分量的光作为第一方向的线偏振光分量的光透射到相反一侧的一个主面侧。而且，与第一方向正交的方向的线偏振光分量的光作为该正交的方向的线偏振光分量的光被反射。
在本发明的显示装置的另一形态中，上述第一偏振光分离装置的特征在于由使上述第一方向的线偏振光分量的光透过，同时将与上述第一方向正交的方向的线偏振光分量的光吸收的偏振片构成。
如果采用该形态，则偏振片将入射的光中的第一方向的线偏振光分量作为第一方向的线偏振光分量使其透射，且吸收与第一方向正交的方向的线偏振光分量。因此，能依靠透过偏振片的光进行显示。
在本发明的显示装置的另一形态中，上述第二偏振光分离装置由使上述第二方向的线偏振光分量的光透过，同时使与上述第二方向正交的方向的线偏振光分量的光反射的反射起偏镜构成。
如果采用该形态，则反射起偏镜将入射的光中的第二方向的线偏振光分量作为第二方向的线偏振光分量使其透过。而且，将与第二方向正交的方向的线偏振光分量作为该正交的方向的线偏振光分量使其反射。因此，能依靠透过该反射起偏镜的光进行显示。
在该形态中，上述反射起偏镜还可以由其第一层和第二层互相重叠的重叠体构成，上述第一层具有双折射性，上述第二层具有与该第一层的多种折射率中的某一种实际上相等的折射率，同时没有双折射性。
在这样构成的反射起偏镜中，从重叠层方向入射到反射起偏镜的一个主面上的光中的第二方向的线偏振光分量的光作为第二方向的线偏振光分量的光透射到相反一侧的另一主面侧。而且，与第二方向正交的方向的线偏振光分量的光作为该正交的方向的线偏振光分量的光被反射。另外，从重叠层方向入射到反射起偏镜的另一个主面上的光中的第二方向的线偏振光分量的光作为第二方向的线偏振光分量的光透射到相反一侧的一个主面侧。而且，与第二方向正交的方向的线偏振光分量的光作为该正交的方向的线偏振光分量的光被反射。
在本发明的显示装置的另一形态中，对于可见光区域的全部波长范围的光来说，上述第二偏振光分离装置使上述第二方向的线偏振光分量透过，同时使与上述第二方向正交的方向的线偏振光分量的光反射。
如果采用该形态，在反射型显示时，对于可见光区域的几乎全部波长范围的外部光来说，对应于透射偏振光轴可变装置的透射偏振光轴的方向，能获得两种显示状态，在其中的一种显示状态下，能获得由透明反射或白色反射进行的显示。另一方面，在透射型显示时，如果采用白色光源，则对于可见光区域的几乎全部波长范围的光源光来说，对应于透射偏振光轴可变装置的透射偏振光轴的方向，能获得两种显示状态，在其中的一种显示状态下，能获得由透明反射或白色反射进行的显示。
在本发明的显示装置的另一形态中，上述偏振片的上述透射轴和上述吸收轴构成的角呈直角。
如果采用该形态，则偏振片是透射轴和吸收轴构成的角呈直角的现有的偏振片，规定角度θ’=90度-规定角度θ。因此，采用较简单的结构，在反射型显示及透射型显示时都能获得良好的对比度和亮度。
在本发明的显示装置的另一形态中，上述规定角度θ最好为30～75度。
如果采用该形态，则在反射型显示及透射型显示时都能获得良好的对比度和亮度。
在该形态中，最好使上述规定角度θ为45～60度。如果这样构成，则在反射型显示及透射型显示时都能获得更良好的对比度和亮度。
在本发明的显示装置的另一形态中，上述透射偏振光轴可变装置由液晶元件构成。即该显示装置也可以被构成为液晶显示装置。
在该情况下，上述透射偏振光轴可变装置也可以是TN液晶元件、STN液晶元件或ECB(Electrically Controlled Birefringence)液晶元件。如果这样构成，则能较容易地进行明亮的高品位的反射型显示。另外，该STN液晶元件中包括使用色补偿用光学各向异性体的STN液晶元件。另外，如果使用ECB液晶元件等具有双折射效应的液晶元件，则能改变来自上述光源的颜色。
在本发明的显示装置的另一形态中，相对于上述第二偏振光分离装置来说，在与上述透射偏振光轴可变装置相反的一侧还备有第二透射偏振光轴可变装置。
如果采用该形态，则在反射型显示时，第二透射偏振光轴可变装置调整透过第二偏振光分离装置的外部光的吸收，能调整对比度。另一方面，在透射型显示时，第二透射偏振光轴可变装置调整透过第二偏振光分离装置的光源光的强度，能调整亮度。
在该形态中，上述第二透射偏振光轴可变装置也可以由液晶元件构成。
在该情况下，上述第二透射偏振光轴可变装置也可以是TN液晶元件、STN液晶元件或ECB(Electrically ControlledBirefringence)液晶元件。
在备有该第二透射偏振光轴可变装置的形态中，上述第二透射偏振光轴可变装置也可以配置在上述第二偏振光分离装置和上述偏振片之间。
如果这样构成，在反射型显示时，利用第二透射偏振光轴可变装置使透过第二偏振光分离装置的线偏振光的方向相对于偏振片的透射轴变化，能任意地调整该线偏振光被偏振片吸收的比率。另外，在透射型显示时，利用第二透射偏振光轴可变装置使透过偏振片的线偏振光的方向相对于第二偏振光分离装置的第二方向变化，能任意地调整该线偏振光透过第二偏振光分离装置的比率。这些结果，能进行反射型显示时的对比度的调整及透射型显示时的亮度的调整。
在本发明的显示装置的另一形态中，在上述光源和上述第一偏振光分离装置之间还备有透光性的光散射装置。
如果采用该形态，则利用透过第一偏振光分离装置后作为显示光射出的光，能进行非镜面状态的(纸状的)显示。另外，作为光散射装置的配置方法，也可以例如位于第一偏振光分离装置和透射偏振光轴可变装置之间，还可以位于透射偏振光轴可变装置和第一偏振光分离装置之间。
本发明的上述课题也能通过以备有上述本发明的显示装置为特征的电子机器来完成。
如果采用本发明的电子机器，则由于备有上述本发明的显示装置，所以能实现使对比度保持所希望的程度、进行亮的显示的各种电子机器。另外，本发明的电子机器根据其用途，可以安装上述各种形态中的任意一种显示装置。
本发明的上述课题还可以用下述的显示装置来完成，该显示装置备有透射偏振光轴可变光学元件；配置在该透射偏振光轴可变光学元件的一侧、通过反射或吸收进行偏振光分离型的第一偏振光分离器；配置在上述透射偏振光轴可变光学元件的另一侧、通过反射进行偏振光分离型的第二偏振光分离器；相对于该第二偏振光分离器配置在与上述透射偏振光轴可变光学元件相反一侧的偏振片；以及相对于该偏振片配置在与上述第二偏振光分离器相反一侧、使光入射到上述透射偏振光轴可变光学元件一侧的光源，上述第二偏振光分离器和上述偏振片的相对位置被规定得使上述第二方向相对于上述偏振片的透射轴的方向偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，且相对于上述偏振片的吸收轴的方向偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)。
如果采用该显示装置，如上所述能获得高对比度且明亮的显示。
另外，在上述的本发明的显示装置中，即使作为单纯的矩阵方式、使用TFT(Thin Film Transistor)或TFD(Thin Film Diode)等的有源矩阵方式、区段方式等众所周知的驱动方式的显示装置来构成，也能实现明亮的反射型显示。
另外，作为本发明的偏振光分离装置，除了上述反射起偏镜外，还可以使用例如将胆甾醇液晶层和(1/4)波长片组合而成的构件、利用布鲁斯特角使反射偏振光和透射偏振光分开的构件(SID 92DIGEST第427页至第429页)、利用全息照相的构件、国际公开的国际申请(国际申请公开WO95/27819号及WO95/17692号)中公开的构件等。另外，这些各种偏振光分离器在上述及后文所述的各实施例中同样都可以用来代替反射起偏镜。
附图的简单说明
图1是本发明的各实施例的显示装置中使用的偏振光分离器(反射起偏镜)的简略斜视图。
图2是说明本发明的各实施例的显示装置进行反射型显示时的工作原理用的说明图。
图3是说明本发明的各实施例的显示装置进行透射型显示时的工作原理用的说明图。
图4是说明本发明的第一实施例的液晶显示装置用的分解剖面图。
图5是表示本发明的第一实施例的液晶显示装置进行反射型显示时使规定角度θ变化时的对比度及反射率的变化的特性曲线图(图5(a))，以及进行透射型显示时使规定角度θ变化时的对比度及透射率的变化的特性曲线图(图5(b))。
图6是说明本发明的第二实施例的比较例的液晶显示装置用的分解剖面图。
图7是对本发明的第二实施例和比较例的对比度及透射率特性进行比较用的表。
图8是说明本发明的第三实施例的液晶显示装置用的分解剖面图。
图9(a)、(b)及(c)分别是本发明的电子机器的实施例的斜视图。
实施发明用的最佳形态以下，根据附图对每个实施例说明实施本发明用的最佳形态。
(工作原理)首先，参照图1至图3说明本发明的各实施例的液晶显示装置的工作原理。
图l是本发明的各实施例中使用的作为偏振光分离器之一例的反射起偏镜(reflective polarizer)的简略斜视图。另外，关于这样的反射起偏镜的基本结构公开于特表平9-506985号公报(国际申请公报WO/95/17692号)及国际申请公报WO/95/27819号中。
偏振光分离器160有多层由不同的两层1(A层)和2(B层)交替地重叠的结构。A层1沿X方向的折射率(n AX)和沿Y方向的折射率(n AY)不同。B层2沿X方向的折射率(n BX)和沿Y方向的折射率(n BY)相等。另外，A层1沿Y方向的折射率(n AY)和B层2沿Y方向的折射率(n BY)相等。
因此，从垂直于该偏振光分离器160的上表面5的方向入射到偏振光分离器160的光中的Y方向的线偏振光透过该偏振光分离器160，从下表面6作为Y方向的线偏振光射出。另外，相反地从垂直于该偏振光分离器160的下表面6的方向入射到偏振光分离器160的光中的Y方向的线偏振光透过该偏振光分离器160，从上表面5作为Y方向的线偏振光射出。这里，将这样透过的方向(在本例中为Y方向)称为透射轴。
另一方面，假设A层1沿Z方向的厚度为tA,B层2沿Z方向的厚度为tB，入射光的波长为λ，则有如下关系tA·n AX+tB·n BX=λ/2……(1)因此波长为λ的光从垂直于偏振光分离器160的上表面5的方向入射到偏振光分离器160的光中的X方向的线偏振光被该偏振光分离器160作为X方向的线偏振光反射。另外，波长为λ的线偏振光在偏振光分离器160的下表面6上被该偏振光分离器160作为X方向的线偏振光反射。这里，将反射的方向(在本例中为X方向)称为反射轴。
而且，通过使A层1沿Z方向的厚度tA及B层2沿Z方向的厚度tB进行各种变化，使上述式(1)在可见光的全部波长范围内成立，能获得这样一种偏振光分离器，即该偏振光分离器不仅将单一颜色、而且将白色光全部沿X方向的线偏振光作为X方向的线偏振光反射，使Y方向的线偏振光作为Y方向的线偏振光透过。
另外，通过使上述式(1)在可见光的全部波长范围内成立，以便只反射该特定的波长范围内的光，也能构成不是进行白色显示，而是进行所希望的颜色的显示。
其次，参照图2及图3说明将如上构成的反射起偏镜作为偏振光分离器使用的显示装置在使用外部光的反射型显示时的工作情况及使用光源的透射型显示时的工作情况。图2是说明外部光入射到显示装置上时的情况用的图，图3是说明光源光点亮时的情况用的图。另外，这些图所示的液晶显示装置是说明本发明的原理用的图，当然本发明不限定于这些图所示的液晶显示装置。
如图2所示，在显示装置中使用TN液晶140作为透射偏振光轴可变光学元件。作为第一偏振光分离装置之一例，将偏振片130设置在TN液晶140的上侧。在TN液晶140的下侧，按顺序设置光散射层150、作为第二偏振光分离装置之一例的偏振光分离器160及偏振片170。另外，设有能使光从偏振光分离器160的下方射出的光源190。在本发明中特别规定偏振光分离器160和偏振片170的相对位置，使偏振光分离器160的透射轴的方向(第二方向)相对于偏振片170的透射轴的方向偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，且相对于偏振片170的吸收轴的方向偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)。
首先参照图2，说明在外部光照射下将该显示装置的左侧作为电压施加部110，将右侧作为非电压施加部120，进行反射型显示的工作原理。
在右侧的非电压施加部120中，作为外部光入射的自然光121借助偏振片130，变成平行于纸面方向的线偏振光，此后偏振方向被TN液晶140扭转90°，变成垂直于纸面方向的线偏振光，通过光散射层150后，被偏振光分离器160反射。该被反射的垂直于纸面方向的线偏振光再次通过光散射层150后，偏振方向被TN液晶140扭转90°，变成平行于纸面方向的线偏振光，从偏振片130作为平行于纸面方向的线偏振光射出。这样，在不加电压时，入射的光不是被偏振光分离器160吸收，而是被反射，所以能获得明亮的显示。另外，由于将光散射层150设置在偏振光分离器160和TN液晶140之间，所以来自偏振光分离器160的反射光从镜面状变成白色状，同时能在宽阔的视野看见。
在左侧的电压施加部110中，作为外部光入射的自然光111借助偏振片130，变成平行于纸面方向的线偏振光，此后偏振方向不变地透过TN液晶140，平行于纸面方向的线偏振光直接透过偏振光分离器160。该透过的光随着偏振光分离器160的透射轴和偏振片170的透射轴的偏移而被偏振片170吸收。另外，透过偏振片170的光在呈非点亮状态的光源190中被吸收和散射，所以在光源190上反射后再作为偏振片170的透射轴的分量透过偏振片170的分量很少或几乎不存在。
这样，在非电压施加部120中，由偏振光分离器160反射的光被光散射层150散射后变成白色的出射光122，在电压施加部110中，透过偏振光分离器160的光通过由偏振片170吸收等，变得几乎或完全不能返回偏振光分离器160一侧而变暗。
其次，参照图3说明在光源光照射下将该显示装置的左侧作为电压施加部110，将右侧作为非电压施加部120，进行透射型显示的工作原理。
点亮光源190时，在右侧的非电压施加部120中，光源光125由偏振片170变成其透射轴方向的线偏振光，另外，由偏振光分离器160变成平行于纸面方向的线偏振光，透过偏振光分离器160。然后，透过了偏振光分离器160的平行于纸面方向的线偏振光，其偏振方向由TN液晶140扭转90°后变成垂直于纸面方向的线偏振光，被偏振片130吸收。即，该非电压施加部120变暗。
在左侧的电压施加部110中，光源光115由偏振片170变成其偏振轴方向的线偏振光，另外，由偏振光分离器160变成平行于纸面方向的线偏振光，透过偏振光分离器160。因此，光源光125随着偏振片170的透射轴和偏振光分离器160的透射轴的偏移而被偏振片170及偏振光分离器160衰减。然后，透过了偏振光分离器160的平行于纸面方向的线偏振光，借助TN液晶140其偏振方向不变地作为平行于纸面方向的线偏振光116透过，不被偏振片130吸收而射出。即，该电压施加部110呈明亮的光源光116的颜色。
这样，在非电压施加部120中，由于偏振片130吸收而变暗，在电压施加部110中，由于不被偏振片130吸收而变亮。因此，在光源190点亮的情况下，能获得在黑色背景上呈光源色的显示。
另外，在上述中，虽然以TN液晶140为例进行了说明，但即便使用能利用电压等改变STN液晶或ECB(Electrically ControlledBirefringence)液晶等的其它透射偏振光轴的物质来代替TN液晶140，其基本的工作原理是相同的。
以下说明根据上述的原理进行工作的显示装置的各种实施例。
(第一实施例)参照图4及图5说明本发明的第一实施例的液晶显示装置。图4是说明本发明的第一实施例的液晶显示装置用的分解剖面图，图5是表示其对比度特性、透射特性等的特性曲线图。
如图4所示，在第一实施例的液晶显示装置10中，使用STN单元20作为透射偏振光轴可变光学元件。在STN单元20的上侧依次设置着相位差膜14及偏振片12。在STN单元20的下侧依次设置着光散射片30、偏振光分离器40及偏振片50。另外，还设有光能从偏振片50的下方入射的光源70。光源70利用LED(Light Emitting Diode)71，用光导72使光向上方射出。
使用按图1说明的偏振光分离器(即，反射起偏镜)作为偏振光分离器40。
在STN单元20中，STN液晶26被封入由两片玻璃基板21、22和密封构件23构成的单元内。透明电极24被设置在玻璃基板21的下表面上，透明电极25被设置在玻璃基板22的上表面上。作为透明电极24、25可以使用IT0(Indium Tin Oxide)或氧化锡等。相位差膜14被作为色补偿用的光学各向异性体用，用于修正在STN单元20中产生的着色。
本实施例的液晶显示装置10的工作原理与图2及图3的情况相同。因此，在外部光照射下，在非电压施加区域由偏振光分离器40反射的光被光散射片30散射，变成白色线偏振光射出，在电压施加区域透过偏振光分离器40的光通过被偏振片50吸收等，几乎不再返回偏振光分离器40而变暗。因此，能获得在白色背景上呈黑色的显示。另外，在光源70点亮的情况下，在非电压施加区域由于偏振片12进行吸收而变暗，在电压施加区域由于偏振片12不吸收而变亮。因此，在光源70点亮的情况下，能获得在黑色背景上呈光源色的显示。即，在外部光照射下，能获得在白色背景上呈黑色的正显示，在光源70点亮的情况下，能获得在黑色背景上呈光源色的负显示。
这里，在反射型显示的情况下，偏振光分离器40和偏振片50的相对位置被规定得使偏振光分离器40的透射轴的方向相对于偏振片50的透射轴的方向偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，所以与偏振光分离器40的透射轴的方向与偏振片50的透射轴的方向一致(即θ=0度)的情况相比较，透过偏振光分离器40的光被偏振片50大量地吸收。因此，该被吸收的量能使电压施加部分暗，所以能提高对比度。关于该反射型显示时的亮度，由于在偏振光分离器40中不是利用光的吸收、而是利用光的反射进行偏振光分离，同时将该反射的线偏振光分量作为显示光利用，所以变亮。
另一方面，在透射型显示的情况下，偏振光分离器40和偏振片50的相对位置被规定得使偏振光分离器40的透射轴的方向相对于偏振片50的吸收轴的方向偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)，所以与偏振光分离器40的透射轴的方向与偏振片50的吸收轴的方向一致(即θ’=0度)的情况相比较，光源光大量地透过偏振片50及偏振光分离器40。因此，该透过的量能使电压施加部分亮，所以能提高对比度，同时能提高亮度。
这里，参照图5更具体地讨论一下偏振片50的透射轴和偏振光分离器40的透射轴构成的角度即规定角度θ。另外，在本实施例的情况下，偏振片50的透射轴和吸收轴构成的角度θ’为直角。即，假定规定角度θ’=90度-规定角度θ。
另外，在此情况下，STN液晶26的扭转角度为250度，液晶层的厚度为5.8微米，液晶的光学各向异性Δn为0.138，相位差膜14的延迟值为570nm，占空比为1/240。
图5(a)是表示在显示装置10中在照射外部光时(反射型显示时)使角度θ变化时的对比度及反射率的变化的特性曲线图，图5(b)是表示在光源点亮时(透射型显示时)使角度θ变化时的对比度及透射率的变化的特性曲线图。
如图5所示，在显示装置10中，如果通过改变偏振光分离器40和偏振片50的相对位置，来改变该角度θ，就能改变对比度及亮度。特别是如果角度θ变大，则反射型显示时的对比度增大，透射型显示时的透射率减小，亮度减小。另外，即使角度θ变大，反射型显示时的反射率也几乎看不到变化，其亮度几乎是一定的，透射型显示时的对比度减小。
另一方面，如果角度θ变小，则反射型显示时的对比度减小，透射型显示时的透射率增大，亮度增大。另外，即使角度θ变小，反射型显示时的反射率也几乎看不到变化，其亮度几乎是一定的，透射型显示时的对比度增大。
这里如果采用本申请发明者的研究成果，一般来说在反射型显示时希望对比度好，更具体地说，在图5(a)所示的特性曲线图中，角度θ最好为30～75度。另外，在图5(a)所示的特性曲线图中，角度θ为45～60度进行反射型显示时对比度更好，同时在图5(b)所示的特性曲线图中，透射型显示时的透射率(即亮度)也达到了在实用上没有问题的良好的程度。
如上所述，利用本实施例的显示装置10，特别是在反射型显示时，能使对比度、以及以偏振光分离器40及偏振片50等为基础的显示装置10的反射率(即显示的亮度)达到较高的程度，在透射型显示时，能使对比度、以及以偏振光分离器40及偏振片50等为基础的显示装置10的透射率(即显示的亮度)达到较高的程度。
(第二实施例)其次，参照图6及图7说明本发明的第二实施例的液晶显示装置。另外，图6是说明第二实施例的比较例的液晶显示装置用的分解剖面图，图7是对第二实施例和比较例中的对比度特性等进行比较用的表。
在第二实施例中，与上述第一实施例不同的是角度θ为50度，STN液晶26的扭转角度为240度，液晶层的厚度为6.5微米，液晶的光学各向异性Δn为0.133，相位差膜14的延迟值为600nm。其它结构与图4所示的第一实施例的情况相同。
研究了这样构成的第二实施例在反射时及点亮光源时的特性。使用图6所示的显示装置作为比较例。即，在比较例中，设置了偏振片80及半透射反射片90，以代替光散射片30、偏振光分离器40及偏振片50。
图7的表中示出了1/240占空驱动时的反射时和点亮光源时的特性。
由图7所示的表可知，反射时的对比度相同，但反射率提高65％。另一方面，点亮光源时，透射率几乎不变，但对比度提高15％。这是因为在比较例中点之间亮，与此相反，在实施例的情况下变暗，所以对比度增大。
(第三实施例)参照图8说明本发明的第三实施例的液晶显示装置。图8是说明本发明的第三实施例的液晶显示装置用的分解剖面图。
在第三实施例中，与上述第一实施例不同的是TN液晶单元1020设置在偏振光分离器40和偏振片50之间。其它结构与图4所示的第一实施例的情况相同。
如图8所示，在TN液晶单元1020中，TN液晶1026被封入由两片玻璃基板1021、1022和密封构件1023构成的单元内。透明电极1024被设置在玻璃基板1021的下表面上，透明电极1025被设置在玻璃基板1022的上表面上。能将电压加在透明电极1024和透明电极1025之间。
通过控制加在透明电极1024和透明电极1025之间的电压，能自由地设定反射时的对比度、以及透射时的亮度。
(第四实施例)在第四实施例中，与上述第三实施例不同的是设置ECB液晶单元来代替TN液晶单元1020。通过控制加在透明电极1024和透明电极1025之间的电压，能使透射时的外观颜色发生各种各样的变化。
另外，通过使透明电极1024和透明电极1025呈点阵形式，能显示更多的信息量。
另外，在以上说明的第一至第四实施例中，也可以用与偏振光分离器40相同的如图1所示的反射起偏镜构成偏振片12(图2及图3中的偏振光分离器130)。另外，不仅能用全部可见光波长范围内反射型的反射起偏镜作为偏振光分离器，进行白色显示，而且能用只对特定波长范围内的光反射型的反射起偏镜作为偏振光分离器，进行所希望的颜色的显示。
(第五实施例)第五实施例是安装了以上说明的各实施例的那种液晶显示装置的电子机器。
即，如果将各实施例的那种液晶显示装置应用于例如图9(a)所示的便携式电话3000的显示部3001，则能实现不管是在向阳处、还是在背阴处、或是在室内，都能进行明亮且对比度大的反射型显示的省电型的便携式电话。
另外，如果应用于例如图9(b)所示的手表3100的显示部3101，则能实现不管是在向阳处、还是在背阴处、或是在室内，都能进行明亮且对比度大的反射型显示的省电型的手表。
另外，如果应用于例如图9(c)所示的个人计算机(或信息终端)3200的显示部3201，则能实现不管是在向阳处、还是在背阴处、或是在室内，都能进行明亮且对比度大的反射型显示的省电型的个人计算机。
除了以上图9所示的电子机器以外，还能将本实施例的液晶显示装置应用于液晶电视、寻象型或监视器直视型的磁带录象机、汽车驾驶导向装置、电子笔记本、台式计算机、字处理机、工程工作站(EWS)、电视电话、POS终端、备有触摸面板的装置等电子机器中。
工业上应用的可能性本发明的显示装置利用液晶装置作为透射偏振光轴可变装置，能作为对比度大且明亮的反射型及透射型两用的显示装置使用，还能作为采用液晶装置以外的透射偏振光轴可变装置的显示装置使用。另外，本发明的电子机器用这样的显示装置构成，能作为能进行对比度大且明亮的反射型显示及透射型显示的省电型的电子机器等使用。
权利要求
1．一种显示装置，备有使透射偏振光轴可变的透射偏振光轴可变装置；配置在该透射偏振光轴可变装置的一侧、使第一方向的线偏振光分量的光透过，同时将与该第一方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射或吸收的第一偏振光分离装置；配置在上述透射偏振光轴可变装置的另一侧、使第二方向的线偏振光分量的光透过，同时将与该第二方向不同的规定方向的线偏振光分量的光反射的第二偏振先分离装置；相对于该第二偏振光分离装置来说，配置在与上述透射偏振光轴可变装置相反一侧的偏振片；以及相对于该偏振片来说，配置在与上述第二偏振光分离装置相反一侧、使光入射到上述透射偏振光轴可变装置一侧的光源，其特征在于上述第二偏振光分离装置和上述偏振片的相对位置被规定得使上述第二方向相对于上述偏振片的透射轴的方向仅偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，且相对于上述偏振片的吸收轴的方向仅偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)。
2．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述第一偏振光分离装置由使上述第一方向的线偏振光分量的光透过，同时使与上述第一方向正交的方向的线偏振光分量的光反射的反射起偏镜构成。
3．根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于上述反射起偏镜由其第一层和第二层互相重叠的重叠体构成，上述第一层具有双折射性，上述第二层具有与该第一层的多种折射率中的某一种实际上相等的折射率，同时没有双折射性。
4．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述第一偏振光分离装置由使上述第一方向的线偏振光分量的光透过，同时将与上述第一方向正交的方向的线偏振光分量的光吸收的偏振片构成。
5．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述第二偏振光分离装置由使上述第一方向的线偏振光分量的光透过，同时使与上述第二方向正交的方向的线偏振光分量的光反射的反射起偏镜构成。
6．根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于上述反射起偏镜由其第一层和第二层互相重叠的重叠体构成，上述第一层具有双折射性，上述第二层具有与该第一层的多种折射率中的某一种实际上相等的折射率，同时没有双折射性。
7．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述第二偏振光分离装置使可见光区域的全部波长范围的光的上述第二方向的线偏振光分量透过，同时使与上述第二方向正交的方向的线偏振光分量的光反射。
8．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述偏振片的上述透射轴和上述吸收轴构成的角呈直角。
9．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述规定角度θ为30～75度。
10．根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于上述规定角度θ为45～60度。
11．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于上述透射偏振光轴可变装置由液晶元件构成。
12．根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于上述透射偏振光轴可变装置由TN液晶元件、STN液晶元件或ECB液晶元件构成。
13．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于相对于上述第二偏振光分离装置来说，在与上述透射偏振光轴可变装置相反的一侧还备有第二透射偏振光轴可变装置。
14．根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上述第二透射偏振光轴可变装置由液晶元件构成。
15．根据权利要求14所述的显示装置，其特征在于上述第二透射偏振光轴可变装置由TN液晶元件、STN液晶元件或ECB液晶元件构成。
16．根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上述第二透射偏振光轴可变装置配置在上述第二偏振光分离装置和上述偏振片之间。
17．根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于在上述光源和上述第一偏振光分离装置之间还备有透光性的光散射装置。
18．一种电子机器，其特征在于备有权利要求1所述的显示装置。
19．一种显示装置，备有透射偏振光轴可变光学元件；配置在该透射偏振光轴可变光学元件的一侧、通过反射或吸收进行偏振光分离型的第一偏振光分离器；配置在上述透射偏振光轴可变光学元件的另一侧、通过反射进行偏振光分离型的第二偏振光分离器；相对于该第二偏振光分离器配置在与上述透射偏振光轴可变光学元件相反一侧的偏振片；以及相对于该偏振片配置在与上述第二偏振光分离器相反一侧、使光入射到上述透射偏振光轴可变光学元件一侧的光源，其特征在于上述第二偏振光分离器和上述偏振片的相对位置被规定得使上述第二方向相对于上述偏振片的透射轴的方向仅偏移规定角度θ(0度＜θ＜90度)，且相对于上述偏振片的吸收轴的方向仅偏移规定角度θ’(0度＜θ’＜90度)。
全文摘要
将偏振片130设置在TN液晶140的上侧,将光散射层150、偏振光分离器160、偏振片170及光源190设置在TN液晶140的下侧。偏振光分离器160使从上侧入射的光中沿透射轴方向的线偏振光分量透过,使沿与其正交的反射轴方向的线偏振光分量反射。在外部光照射下,非电压施加部120呈白色,电压施加部110呈暗状态。在光源点亮的情况下,非电压施加部120变暗,电压施加部110变亮。偏振光分离器160和偏振片170被配置得使偏振光分离器160的透射铀与偏振片170的透射轴偏移规定角度θ,同时与偏振片170的吸收轴偏移规定角度θ’。
文档编号G02F1/13357GK1234876SQ9880104
公开日1999年11月10日 申请日期1998年7月22日 优先权日1997年7月25日
发明者饭岛千代明 申请人:精工爱普生株式会社