JP2010122590A - Liquid crystal display, light guide plate and light guide method - Google Patents

Liquid crystal display, light guide plate and light guide method Download PDF

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Kazunori Shiozawa
一史 塩澤
Naotada Okada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display, a light guide plate and a light guide method wherein the number of components is reduced and the using efficiency of light is improved. <P>SOLUTION: The liquid crystal display device including a plurality of sub-pixels different in a display color each other includes: a rear substrate 11 constituted of a transparent material; a front substrate 12 composed of a transparent material; a liquid crystal layer 13, held between the rear substrate 11 and the front substrate; and a light source 14 for making light incident on an edge surface 11c of the rear substrate 11. A diffraction grating 22 is formed, for each sub-pixel, on a front surface 11a of the rear substrate 11, and a cycle of the diffraction grating 22 is made different, according to the display color of the sub-pixel to which the diffraction grating 22 belongs. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶表示装置、導光板及び導光方法に関し、特に、各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置、回折格子が形成された導光板及び導光方法に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device, a light guide plate, and a light guide method, and in particular, a liquid crystal display device in which each pixel includes a plurality of sub-pixels having different display colors, a light guide plate in which a diffraction grating is formed, and a light guide method. About.

従来より、エッジライト方式のバックライトユニットを備えた液晶表示装置においては、光源と、光源から出射された光が端面に入射され、その光を前面から均一に出射させる導光板と、導光板から出射された光を前方に偏向させるプリズムシートと、プリズムシートから出射された光を画素毎に選択的に透過させる液晶パネルとが設けられている。   Conventionally, in a liquid crystal display device provided with an edge light type backlight unit, a light source, a light guide plate that makes light emitted from the light source incident on an end surface, and uniformly emits the light from the front surface, and a light guide plate A prism sheet that deflects the emitted light forward and a liquid crystal panel that selectively transmits the light emitted from the prism sheet for each pixel are provided.

これに対して、近年、導光板に回折格子を形成することにより、導光板から直接前方に向けて光を出射させる技術が研究されている。これにより、プリズムシートを省略することが可能となり、液晶表示装置の薄型化及び低コスト化を図ることが期待できる。   On the other hand, in recent years, a technique for emitting light directly forward from the light guide plate by forming a diffraction grating on the light guide plate has been studied. As a result, the prism sheet can be omitted, and it can be expected that the liquid crystal display device is made thinner and lower in cost.

しかし、導光板に回折格子を形成すると、光の波長によって出射方向が異なる「色割れ」と呼ばれる現象が生じ、均一な白色光が得られなくなってしまう。そこで、導光板と液晶パネルとの間にレンズを設け、相互に異なる方向に出射された各色の光を、各色のサブ画素の位置に集光する技術が提案されている（特許文献１及び２参照。）。   However, when a diffraction grating is formed on the light guide plate, a phenomenon called “color breakup” in which the emission direction differs depending on the wavelength of light occurs, and uniform white light cannot be obtained. Therefore, a technique has been proposed in which a lens is provided between the light guide plate and the liquid crystal panel, and the light of each color emitted in different directions is condensed at the position of the sub-pixel of each color (Patent Documents 1 and 2). reference.).

しかしながら、この場合は、レンズを設けることによって部品点数が増加し、プリズムシートの削減により小型化及び低コスト化を図る効果が相殺されてしまう。また、光は導光板内を順方向、すなわち、光源から遠ざかる方向だけでなく、逆方向にも進行する。従って、順方向に進む光に対して、色割れした各色の光がその色のサブ画素に集光されるようにレンズを配置すると、逆方向に進む光に対してはうまく機能せず、光の利用効率が低くなってしまう。   However, in this case, the number of parts is increased by providing the lens, and the effect of reducing the size and cost is offset by the reduction of the prism sheet. Further, the light travels not only in the forward direction in the light guide plate, that is, in the direction away from the light source, but also in the reverse direction. Therefore, if the lens is arranged so that the light of each color that has been broken is condensed on the sub-pixel of that color with respect to the light traveling in the forward direction, it will not function well for the light traveling in the reverse direction. The utilization efficiency of will become low.

特開平９−１１３９０３号公報JP-A-9-113903 特開２０００−２４１８１２号公報JP 2000-241812 A

本発明の目的は、部品点数が少なく、光の利用効率が高い液晶表示装置、導光板及び導光方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device, a light guide plate, and a light guide method having a small number of components and high light utilization efficiency.

本発明の一態様によれば、各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置であって、透明材料からなり、前記サブ画素毎に回折格子が形成された背面基板と、透明材料からなる前面基板と、前記背面基板と前記前面基板との間に保持された液晶層と、前記背面基板の端面に対して光を入射する光源と、を備え、前記回折格子の周期は、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色によって異なっていることを特徴とする液晶表示装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, the back substrate is a liquid crystal display device in which each pixel includes a plurality of sub-pixels having different display colors and is made of a transparent material, and a diffraction grating is formed for each sub-pixel. A front substrate made of a transparent material, a liquid crystal layer held between the rear substrate and the front substrate, and a light source that makes light incident on an end surface of the rear substrate, There is provided a liquid crystal display device characterized in that the period varies depending on the display color of the sub-pixel to which the diffraction grating belongs.

本発明の他の一態様によれば、表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっていることを特徴とする導光板が提供される。   According to another aspect of the present invention, the surface is divided into a plurality of regions, a diffraction grating is formed for each of the regions, and the plurality of regions are grouped into a plurality of groups, and the diffraction grating The light guide plate is provided in which the period is different depending on the group to which the region where the diffraction grating is formed belongs.

本発明の更に他の一態様によれば、表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっている導光板の端面に光を入射させることにより、前記領域から、前記表面に対して交差する第１の方向に向けて、前記領域が属するグループ毎に異なる光を出射させることを特徴とする導光方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, the surface is partitioned into a plurality of regions, a diffraction grating is formed in each region, the plurality of regions are grouped into a plurality of groups, and the diffraction The period of the grating is such that light is incident on an end face of the light guide plate that is different depending on the group to which the region where the diffraction grating is formed, so that the first direction intersects the surface from the region. The light guide method is characterized by emitting different light for each group to which the region belongs.

本発明によれば、部品点数が少なく、光の利用効率が高い液晶表示装置、導光板及び導光方法を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a liquid crystal display device, a light guide plate, and a light guide method with a small number of components and high light utilization efficiency.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図であり、
図２は、図１の一部拡大断面図である。
なお、図１及び図２においては、光路の例も図示しているが、この光路は無数にある光路のうちの一部である。また、図１においては、背面基板１１、前面基板１２、液晶層１３及び光源１４以外の構成要素は、図示を省略している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to this embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG.
1 and 2 also show examples of optical paths, this optical path is a part of an infinite number of optical paths. In FIG. 1, the components other than the back substrate 11, the front substrate 12, the liquid crystal layer 13, and the light source 14 are not shown.

図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、背面基板１１及び前面基板１２が設けられている。背面基板１１及び前面基板１２は共に透明材料、例えば、ガラス又は透明な樹脂からなり、相互に対向するように配置されている。背面基板１１と前面基板１２との間には、液晶層１３が保持されている。以下、背面基板１１から前面基板１２に向かう方向を「前方」といい、前面基板１２から背面基板１１に向かう方向を「後方」といい。前方及び後方に対して直交する方向を「側方」という。   As shown in FIG. 1, in the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment, a back substrate 11 and a front substrate 12 are provided. Both the back substrate 11 and the front substrate 12 are made of a transparent material, for example, glass or transparent resin, and are arranged so as to face each other. A liquid crystal layer 13 is held between the back substrate 11 and the front substrate 12. Hereinafter, the direction from the back substrate 11 toward the front substrate 12 is referred to as “front”, and the direction from the front substrate 12 toward the back substrate 11 is referred to as “rear”. The direction orthogonal to the front and rear is referred to as “side”.

背面基板１１の側方には、光源１４が設けられている。光源１４は、背面基板１１の端面１１ｃに対して光を入射するものであり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）又はＣＣＦＬ（Cold-Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極線管）によって構成されている。光源１４から出射された光は、端面１１ｃから背面基板１１内に導入され、背面基板１１の前面１１ａ及び背面１１ｂにおいて反射されつつ、背面基板１１内を伝搬する。そして、後述するように、前面１１ａの全体から前方に向けて出射される。つまり、液晶表示装置１においては、背面基板１１が導光板を兼ねている。   A light source 14 is provided on the side of the back substrate 11. The light source 14 makes light incident on the end surface 11c of the back substrate 11, and is configured by, for example, an LED (Light Emitting Diode) or a CCFL (Cold-Cathode Fluorescent Lamp). . The light emitted from the light source 14 is introduced into the back substrate 11 from the end surface 11 c and propagates through the back substrate 11 while being reflected by the front surface 11 a and the back surface 11 b of the back substrate 11. Then, as will be described later, the light is emitted forward from the entire front surface 11a. That is, in the liquid crystal display device 1, the back substrate 11 also serves as a light guide plate.

また、図２に示すように、背面基板１１の前面１１ａ上には、前面１１ａに接するように、低屈折率層１５が設けられている。低屈折率層１５は、屈折率が背面基板１１を形成する材料の屈折率よりも低い透明材料によって形成されている。低屈折率層１５の前方には偏向層１６が設けられており、偏向層１６の前方には複数枚のカラーフィルタ１７が設けられている。カラーフィルタ１７には、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ１７Ｒ、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ１７Ｇ、青色（Ｂ）のカラーフィルタ１７Ｂの３種類があり、前方から見てマトリクス状に配列されている。カラーフィルタ１７の前方には、ＩＴＯ（Indium tin oxide：インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる対向電極１８が設けられている。また、背面基板１１における端面１１ｃの反対側の端面１１ｄ上には、反射膜１９が形成されている。なお、背面基板１１の背面１１ｂは大気中に露出している。   As shown in FIG. 2, a low refractive index layer 15 is provided on the front surface 11a of the back substrate 11 so as to be in contact with the front surface 11a. The low refractive index layer 15 is formed of a transparent material whose refractive index is lower than the refractive index of the material forming the back substrate 11. A deflection layer 16 is provided in front of the low refractive index layer 15, and a plurality of color filters 17 are provided in front of the deflection layer 16. There are three types of color filters 17, a red (R) color filter 17 R, a green (G) color filter 17 G, and a blue (B) color filter 17 B, which are arranged in a matrix as viewed from the front. A counter electrode 18 made of a transparent conductive material such as ITO (Indium tin oxide) is provided in front of the color filter 17. A reflective film 19 is formed on the end surface 11d of the back substrate 11 opposite to the end surface 11c. The back surface 11b of the back substrate 11 is exposed to the atmosphere.

一方、前面基板１２の背面１２ａには、液晶層１３の配向状態を制御するＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）回路（図示せず）が形成されている。また、背面１２ａ上には、ＴＦＴ回路に接続され、透明導電性材料からなる複数枚の画素電極２０がマトリクス状に形成されている。   On the other hand, on the back surface 12 a of the front substrate 12, a TFT (Thin Film Transistor) circuit (not shown) for controlling the alignment state of the liquid crystal layer 13 is formed. On the back surface 12a, a plurality of pixel electrodes 20 made of a transparent conductive material connected to the TFT circuit are formed in a matrix.

そして、背面基板１１の端部と前面基板１２の端部との間には、枠状のフリット２１が設けられている。そして、液晶層１３は、背面基板１１、前面基板１２及びフリット２１によって囲まれた空間内に封止されている。   A frame-like frit 21 is provided between the end of the back substrate 11 and the end of the front substrate 12. The liquid crystal layer 13 is sealed in a space surrounded by the back substrate 11, the front substrate 12, and the frit 21.

カラーフィルタ１７は画素電極２０に対応して設けられており、１枚のカラーフィルタ１７及び１枚の画素電極２０により１つのサブ画素が構成されている。各サブ画素の表示色は、カラーフィルタ１７の色に対応している。すなわち、赤色のカラーフィルタ１７Ｒ、緑色のカラーフィルタ１７Ｇ、青色のカラーフィルタ１７Ｂは、それぞれ、赤色のサブ画素ＰＲ、緑色のサブ画素ＰＧ、青色のサブ画素ＰＢを構成している。そして、各１つの赤色のサブ画素ＰＲ、緑色のサブ画素ＰＧ、青色のサブ画素ＰＢにより、１つの画素が構成されている。このように、液晶表示装置１においては、複数の画素が設定されており、各画素は表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含んでいる。各サブ画素に属するカラーフィルタ１７は、入射された光のうち、そのサブ画素の表示色の光を選択的に透過させる。 The color filter 17 is provided corresponding to the pixel electrode 20, and one color filter 17 and one pixel electrode 20 constitute one subpixel. The display color of each sub-pixel corresponds to the color of the color filter 17. That is, the red color filter 17R, a green color filter 17G, a blue color filter 17B, respectively, constitute the red sub-pixel P R, the green sub-pixel P G, the blue subpixel P B. One red sub-pixel P R , green sub-pixel P G , and blue sub-pixel P B constitute one pixel. Thus, in the liquid crystal display device 1, a plurality of pixels are set, and each pixel includes a plurality of sub-pixels having different display colors. The color filter 17 belonging to each sub-pixel selectively transmits the light of the display color of the sub-pixel among the incident light.

そして、図２に示すように、背面基板１１の前面１１ａには、回折格子２２が形成されている。回折格子２２は、例えば、背面基板１１の端面１１ｃから端面１１ｄに向かう方向に対して直交する方向に延びる直線状の凹凸によって形成されており、例えば、金型成型又はエッチングにより形成されている。   As shown in FIG. 2, a diffraction grating 22 is formed on the front surface 11 a of the back substrate 11. The diffraction grating 22 is formed by, for example, linear unevenness extending in a direction orthogonal to the direction from the end surface 11c of the back substrate 11 toward the end surface 11d, and is formed by, for example, mold molding or etching.

回折格子２２はサブ画素毎に形成されており、その周期はサブ画素の表示色毎に異なっている。すなわち、前面１１ａはサブ画素毎に複数の領域に区画されており、各領域における回折格子２２の周期は、その領域が属するサブ画素の表示色によって異なっている。各領域における回折格子２２の周期は、端面１１ｃから背面基板１１内に入射された光のうち、その領域が属するサブ画素の表示色の光を、前面１１ａから前方、すなわち、前面１１ａに対して垂直な方向に向けて出射させるような周期である。例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒの周期は、背面基板１１内を伝搬して回折格子２２Ｒに到達した光のうち、赤色の光を前方に出射させるような周期である。 The diffraction grating 22 is formed for each sub-pixel, and the cycle thereof is different for each display color of the sub-pixel. That is, the front surface 11a is divided into a plurality of regions for each sub-pixel, and the period of the diffraction grating 22 in each region differs depending on the display color of the sub-pixel to which the region belongs. The period of the diffraction grating 22 in each region is that the light of the display color of the subpixel to which the region belongs out of the light incident from the end face 11c into the back substrate 11 is forward from the front surface 11a, that is, from the front surface 11a. The period is such that the light is emitted in the vertical direction. For example, the period of the diffraction grating 22R belonging to the red sub-pixel P R, of the light that reaches the diffraction grating 22R propagates through the rear substrate 11, a period that emit red light to the front.

回折格子２２の周期の決定方法については後述するが、一般的には、前方に出射させようとする光の波長が長いほど、回折格子２２の周期は長くなる。すなわち、ＲＧＢのサブ画素について言えば、サブ画素の表示色の波長と回折格子２２の周期は、例えば表１に示すような値となっている。   A method for determining the period of the diffraction grating 22 will be described later. In general, the longer the wavelength of light to be emitted forward, the longer the period of the diffraction grating 22. That is, for RGB sub-pixels, the wavelength of the display color of the sub-pixels and the period of the diffraction grating 22 have values as shown in Table 1, for example.

Figure 2010122590
Figure 2010122590

以下、液晶表示装置１における回折格子２２以外の部分の寸法の一例を示す。
背面基板１１の厚さは例えば７００μｍである。また、背面基板１１の前面１１ａから液晶層１３までの距離は例えば１０μｍ以下である。更に、１つのサブ画素の幅は例えば１００μｍである。従って、各画素においてＲＧＢのサブ画素が一列に配列されている場合には、画素の幅は３００μｍである。更にまた、背面基板１１は例えばガラスからなり、その屈折率は例えば１．４５である。これに対して、低屈折率層１５の屈折率は例えば１．３〜１．４である。 Hereinafter, an example of the dimension of parts other than the diffraction grating 22 in the liquid crystal display device 1 is shown.
The thickness of the back substrate 11 is 700 μm, for example. The distance from the front surface 11a of the back substrate 11 to the liquid crystal layer 13 is, for example, 10 μm or less. Furthermore, the width of one subpixel is, for example, 100 μm. Accordingly, when the RGB sub-pixels are arranged in a line in each pixel, the width of the pixel is 300 μm. Furthermore, the back substrate 11 is made of, for example, glass, and its refractive index is, for example, 1.45. On the other hand, the refractive index of the low refractive index layer 15 is, for example, 1.3 to 1.4.

また、背面基板１１を導光板として捉えた場合には、表面（前面１１ａ）が複数の領域に区画され、これらの領域毎に回折格子２２が形成されており、これらの複数の領域は複数のグループに組分けされており、回折格子２２の周期ｐは、回折格子が形成された領域が属するグループによって異なっている導光板ということになる。この場合、上述の領域はサブ画素に対応し、上述のグループは表示色の種類に対応する。そして、この導光板の端面に光を入射させることにより、これらの領域から、表面（前面１１ａ）に対して交差する特定の方向に向けて、これらの領域が属するグループ毎に異なる光が出射する。   When the rear substrate 11 is regarded as a light guide plate, the front surface (front surface 11a) is partitioned into a plurality of regions, and a diffraction grating 22 is formed for each of these regions. The light guide plate is divided into groups, and the period p of the diffraction grating 22 is different depending on the group to which the region where the diffraction grating is formed belongs. In this case, the above-described area corresponds to a sub-pixel, and the above-described group corresponds to a display color type. Then, by making light incident on the end face of the light guide plate, different light is emitted from these regions in a specific direction intersecting the surface (front surface 11a) for each group to which these regions belong. .

次に、本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。
先ず、図２に示すように、光源１４が例えば白色の光ＬＷを出射する。この白色の光ＬＷには、赤色の光、緑色の光及び青色の光が含まれている。光源１４から出射された光ＬＷは、背面基板１１の端面１１ｃから背面基板１１の内部に入射する。このとき、端面１１ｃから背面基板１１内に入射する光は、スネルの法則に従って屈折するため、背面基板１１内における伝搬角度の範囲が制限される。 Next, the operation of the liquid crystal display device according to this embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 2, the light source 14 emits, for example, white light L W. The white light L W, includes a red light, green light and blue light. Light L W emitted from the light source 14 is incident from the end face 11c of the rear substrate 11 in the interior of the rear substrate 11. At this time, the light incident from the end surface 11c into the back substrate 11 is refracted according to Snell's law, and thus the range of the propagation angle in the back substrate 11 is limited.

そして、端面１１ｃから背面基板１１内に導入された光ＬＷは、背面基板１１の前面１１ａ及び背面１１ｂによって反射されつつ、背面基板１１内を伝搬する。このとき、空気に接触している背面１１ｂにおいては、光ＬＷは全反射する。一方、前面１１ａに到達した光ＬＷの一部は、回折格子２２によって回折され、前面１１ａを介して背面基板１１の外部に出射される。このとき、光の出射方向は、その光の波長によって異なる。また、前面１１ａに到達した光ＬＷの残部は、前面１１ａによって反射され、引き続き背面基板１１内を伝搬する。 Then, the light L W introduced into the rear substrate 11 from the end surface 11c, while being reflected by the front surface 11a and rear surface 11b of the rear substrate 11, propagating in the rear substrate 11. At this time, the light LW is totally reflected on the back surface 11b in contact with air. On the other hand, part of the light L W having reached the front 11a is diffracted by the diffraction grating 22, it is emitted to the outside of the rear substrate 11 via the front 11a. At this time, the light emission direction varies depending on the wavelength of the light. Also, the remainder of the light L W having reached the front 11a is reflected by the front surface 11a, it continues to propagate in the rear substrate 11.

例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒにおいては、白色光ＬＷのうち赤色の光ＬＲが前方、すなわち、前面１１ａに対して垂直な方向に出射する。この赤色の光ＬＲは、低屈折率層１５を透過し、偏向層１６を通過することによって偏向され、赤色のカラーフィルタ１７Ｒを透過し、対向電極１８を透過する。そして、赤色の光ＬＲは、液晶層１３、画素電極２０及び前面基板１２を透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。 For example, in the diffraction grating 22R belonging to the red sub-pixel P R, red light L R of the white light L W is emitted forward, i.e., in a direction perpendicular to the front face 11a. The red light LR passes through the low refractive index layer 15, is deflected by passing through the deflecting layer 16, passes through the red color filter 17 R , and passes through the counter electrode 18. Then, the red light L R, the liquid crystal layer 13 is transmitted through the pixel electrode 20 and the front substrate 12 and emitted to the outside of the liquid crystal display device 1.

なお、このとき、回折格子２２Ｒからは、白色光ＬＷのうち緑色の光ＬＧ及び青色の光ＬＢも出射するが、これらの光の出射方向は、前方に対して傾斜した方向である。これらの光は、赤色のカラーフィルタ１７Ｒによって遮断され、液晶表示装置１の外部には出射しない。 At this time, from the diffraction grating 22R, also green light L G and the blue light L B of the white light L W emitted, but the emission direction of light is a direction inclined with respect to the front . These lights are blocked by the red color filter 17R and are not emitted to the outside of the liquid crystal display device 1.

同様に、緑色のサブ画素ＰＧに属する回折格子２２Ｇにおいては、白色光ＬＷのうち緑色の光ＬＧが前方に出射し、緑色のカラーフィルタ１７Ｇを透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。また、青色のサブ画素ＰＢに属する回折格子２２Ｂにおいては、白色光ＬＷのうち青色の光ＬＢが前方に出射し、青色のカラーフィルタ１７Ｂを透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。このとき、回折格子２２Ｇからは赤色の光ＬＲ及び青色の光ＬＢが前方に対して傾斜した方向に出射され、回折格子２２Ｂからは赤色の光ＬＲ及び緑色の光ＬＧが前方に対して傾斜した方向に出射されるが、これらの光は、それぞれ緑色のカラーフィルタ１７Ｇ及び青色のカラーフィルタ１７Ｂによって遮られ、液晶表示装置１の外部には出射しない。 Similarly, in the diffraction grating 22G belonging to the green sub-pixel P G, green light L G of the white light L W is emitted forward, it passes through the green color filter 17G, a liquid crystal display device 1 outside To exit. In the diffraction grating 22B belonging to the blue subpixel P B, blue light L B of the white light L W is emitted forward, it passes through the blue color filter 17B, outside the liquid crystal display device 1 Exit. At this time, from the diffraction grating 22G is emitted in the direction of the red light L R and the blue light L B is inclined with respect to the front, from the diffraction grating 22B red light L R and the green light L G is forward However, these lights are blocked by the green color filter 17G and the blue color filter 17B, respectively, and are not emitted to the outside of the liquid crystal display device 1.

また、背面基板１１内を伝搬し、端面１１ｄに到達した光は、反射膜１９によって反射され、背面基板１１内を逆方向に伝搬する。このときも、前面１１ａの回折格子２２に到達した光は、上述の動作と同様な動作により、その領域が属するサブ画素の表示色と同じ色の光が前方に向けて出射される。   The light that has propagated through the back substrate 11 and reached the end surface 11d is reflected by the reflective film 19 and propagates through the back substrate 11 in the reverse direction. Also at this time, the light having reached the diffraction grating 22 on the front surface 11a is emitted forward in the same color as the display color of the sub-pixel to which the region belongs by the same operation as described above.

このように、各色のサブ画素においては、そのサブ画素の表示色と同じ色の光が前方に向けて出射される。そして、サブ画素毎に液晶層１３の配向状態を制御することによって光の透過率を制御し、液晶表示装置１から出射される光に画像を付加する。   In this way, in each color sub-pixel, light of the same color as the display color of the sub-pixel is emitted forward. Then, the transmittance of light is controlled by controlling the alignment state of the liquid crystal layer 13 for each sub-pixel, and an image is added to the light emitted from the liquid crystal display device 1.

以下、上述の動作を可能とするような回折格子２２の周期の決定方法について説明する。
図３は、本実施形態における回折格子の周期の決定方法を例示する光学モデル図である。
なお、図３においては、回折格子は図示を省略している。 Hereinafter, a method for determining the period of the diffraction grating 22 that enables the above-described operation will be described.
FIG. 3 is an optical model diagram illustrating a method for determining the period of the diffraction grating in the present embodiment.
In FIG. 3, the diffraction grating is not shown.

図３に示すように、光Ｌの波長をλとし、背面基板１１の内部から前面１１ａに入射する光の入射角度をθｉｎとし、前面１１ａを介して背面基板１１の外部、すなわち、低屈折率層１５内に出射する光の出射角度をθｏｕｔとし、背面基板１１の屈折率をｎｉｎとし、低屈折率層１５の屈折率をｎｏｕｔとし、回折格子２２（図２参照）の周期をｐとするとき、下記数式１が成立する。なお、ｍは整数である。 As shown in FIG. 3, the wavelength of the light L is λ, the incident angle of light incident on the front surface 11a from the inside of the back substrate 11 is θ in, and the outside of the back substrate 11 through the front surface 11a, that is, low refraction. The emission angle of the light emitted into the refractive index layer 15 is θ out , the refractive index of the back substrate 11 is n in , the refractive index of the low refractive index layer 15 is n out, and the period of the diffraction grating 22 (see FIG. 2). When p is p, the following formula 1 is established. Note that m is an integer.

Figure 2010122590
Figure 2010122590

そして、出射角度θｏｕｔを０°とし、整数ｍを−１とすると、上記数式１から下記数式２が導かれる。 When the emission angle θ out is 0 ° and the integer m is −1, the following equation 2 is derived from the above equation 1.

Figure 2010122590
Figure 2010122590

上記数式２より、回折格子２２の周期ｐは、背面基板１１の屈折率ｎｉｎ、入射角度θｉｎ及び前方（θｏｕｔ＝０°）に出射させたい光の波長λによって決まり、屈折率ｎｉｎが高いほど短く、入射角度θｉｎが大きいほど短く、前方に出射させたい光の波長λが長いほど長くなる。 From the above formula 2, the period p of the diffraction grating 22 is determined by the refractive index n in of the back substrate 11, the incident angle θ in and the wavelength λ of light desired to be emitted forward (θ out = 0 °), and the refractive index n in. Is shorter, the shorter the incident angle θ in is, the shorter the wavelength is, and the longer the wavelength λ of the light desired to be emitted forward, the longer.

しかしながら、背面基板１１の屈折率ｎｉｎ及び前方に出射させたい光の波長λは１つの値に決めることができるが、端面１１ｃから入射した光は無数の光路を経て前面１１ａに到達するため、入射角度θｉｎを１つの値に決めることはできず、一定の範囲内のあらゆる値をとる。但し、入射角度θｉｎの下限値は、光が端面１１ｃを介して背面基板１１内に入射する際のスネルの法則によって決まり、例えば、端面１１ｃが垂直な平坦面であり、端面１１ｃが大気中に露出しており、背面基板１１が屈折率が１．４５のガラスにより形成されている場合は、入射角度θｉｎの下限値は４６°となる。従って、この場合は、入射角度θｉｎは４６〜９０°の範囲内の値をとる。 However, although the refractive index n in of the back substrate 11 and the wavelength λ of the light desired to be emitted forward can be determined as one value, the light incident from the end face 11c reaches the front face 11a through an infinite number of optical paths. The incident angle θ in cannot be determined as one value, and takes any value within a certain range. However, the lower limit value of the incident angle θ in is determined by Snell's law when light enters the back substrate 11 through the end surface 11c. For example, the end surface 11c is a vertical flat surface, and the end surface 11c is in the atmosphere. When the back substrate 11 is made of glass having a refractive index of 1.45, the lower limit value of the incident angle θ in is 46 °. Therefore, in this case, the incident angle θ in takes a value in the range of 46 to 90 °.

そこで、入射角度θｉｎがとり得る複数の値について、その入射角度における光の利用効率を重み付けしてシミュレーションを行うことにより、所望の波長λの光の出射強度が前方において最大値をとるような回折格子２２の周期を決定することができる。なお、光の利用効率は、入射角度θｉｎが小さいほど高い。 Therefore, for a plurality of values that the incident angle θ in can take, a simulation is performed by weighting the light use efficiency at the incident angle, so that the emission intensity of light having a desired wavelength λ takes a maximum value in the front. The period of the diffraction grating 22 can be determined. The light utilization efficiency is higher as the incident angle θ in is smaller.

以下、上述のシミュレーションの結果について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は、横軸に出射角度θｏｕｔをとり、縦軸に回折効率をとって、回折格子による回折光の強度分布のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ａ）は赤色の光（λ＝６２０ｎｍ）を示し、（ｂ）は緑色の光（λ＝５３０ｎｍ）を示し、（ｃ）は青色の光（λ＝４７０ｎｍ）を示す。 The results of the above simulation will be described below.
4A to 4C are graphs illustrating simulation results of the intensity distribution of diffracted light by the diffraction grating, with the emission angle θ out on the horizontal axis and the diffraction efficiency on the vertical axis. a) shows red light (λ = 620 nm), (b) shows green light (λ = 530 nm), and (c) shows blue light (λ = 470 nm).

上述のシミュレーションの結果、各波長についての最適な回折格子の周期は、表１に示す値となる。また、このとき、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、回折光は前方（θｏｕｔ＝０°）を中心として±１５°以内の角度範囲に出射させることができる。この場合、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離は数μｍ程度であるため、回折格子２２のある点から出射した光は、カラーフィルタ１７に到達するときには、半径１〜２μｍ程度まで広がる。これに対して、上述の如く、各カラーフィルタ１７の幅は例えば１００μｍ程度であるため、あるサブ画素に属する回折格子２２から出射した光の大部分は、そのサブ画素に属するカラーフィルタ１７に入射する。 As a result of the simulation described above, the optimum diffraction grating period for each wavelength has the values shown in Table 1. At this time, as shown in FIGS. 4A to 4C, the diffracted light can be emitted within an angular range of ± 15 ° with the front (θ out = 0 °) as the center. In this case, since the distance from the diffraction grating 22 to the color filter 17 is about several μm, the light emitted from a certain point of the diffraction grating 22 spreads to a radius of about 1 to 2 μm when reaching the color filter 17. On the other hand, since the width of each color filter 17 is, for example, about 100 μm as described above, most of the light emitted from the diffraction grating 22 belonging to a certain sub-pixel is incident on the color filter 17 belonging to that sub-pixel. To do.

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る液晶表示装置１においては、光源１４から出射した光が端面１１ｃを介して背面基板１１内に導入され、前面１１ａに形成された回折格子２２によって前方に出射されるようになっている。これにより、背面基板１１を導光板として機能させることができ、専用の導光板を設ける必要がない。また、プリズムシート等の光学シートも不要である。この結果、液晶表示装置１の部品点数を減らし、薄型化、軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、導光板から背面基板に到る光路における光の損失がないため、光の利用効率が高い。 Next, the effect of this embodiment will be described.
In the liquid crystal display device 1 according to the present embodiment, light emitted from the light source 14 is introduced into the back substrate 11 through the end face 11c, and is emitted forward by the diffraction grating 22 formed on the front face 11a. ing. Thereby, the back substrate 11 can function as a light guide plate, and there is no need to provide a dedicated light guide plate. Further, an optical sheet such as a prism sheet is not necessary. As a result, the number of parts of the liquid crystal display device 1 can be reduced, and the thickness, weight, and cost can be reduced. Further, since there is no loss of light in the optical path from the light guide plate to the rear substrate, the light utilization efficiency is high.

また、液晶表示装置１においては、背面基板１１の前面１１ａに形成された回折格子２２の周期が、その回折格子が属するサブ画素の表示色によって異なっている。これにより、サブ画素の表示色毎に異なる波長の光を取り出すことができる。特に、本実施形態においては、回折格子２２の周期が、光源１４から背面基板１１に入射された光のうち、その回折格子２２が属するサブ画素の表示色の光を、前方、すなわち、背面基板１１の前面１１ａに対して垂直な方向に出射させるような周期となっているため、各サブ画素の表示色の光を液晶表示装置１の前方に向けて集中的に出射させることができる。そして、この表示色の光は、カラーフィルタ１７を高い透過率で透過するため、光の利用効率が高い。   In the liquid crystal display device 1, the period of the diffraction grating 22 formed on the front surface 11 a of the back substrate 11 differs depending on the display color of the subpixel to which the diffraction grating belongs. Thereby, it is possible to extract light having a different wavelength for each display color of the sub-pixel. In particular, in the present embodiment, the light of the display color of the subpixel to which the diffraction grating 22 belongs out of the light incident on the back substrate 11 from the light source 14 is the front, that is, the back substrate, of the diffraction grating 22. 11 is emitted in a direction perpendicular to the front surface 11a, the light of the display color of each sub-pixel can be intensively emitted toward the front of the liquid crystal display device 1. And since the light of this display color permeate | transmits the color filter 17 with high transmittance | permeability, the utilization efficiency of light is high.

また、液晶表示装置１の正面（前方）には、全てのサブ画素から前方に向けて出射した光が到達するため、画面全体の色のバランスが良好である。更に、導光板１１の端面１１ｄにおいて反射された戻り光についても、サブ画素の表示色と同色の光を前方に出射させることができるため、光の利用効率及び画面の色バランスが良好である。更にまた、回折光を再び集光するためのレンズ等も不要であるため、液晶表示装置１の薄型化、軽量化及び低コスト化を阻害することがない。   Further, since the light emitted forward from all the sub-pixels reaches the front (front) of the liquid crystal display device 1, the color balance of the entire screen is good. Further, the return light reflected by the end face 11d of the light guide plate 11 can also emit light having the same color as the display color of the sub-pixels forward, so that the light use efficiency and the screen color balance are good. Furthermore, since a lens or the like for condensing the diffracted light is unnecessary, the liquid crystal display device 1 is not hampered in thickness reduction, weight reduction, and cost reduction.

なお、液晶表示装置１を正面以外の方向から見るときには、光の強度が低くなる。しかしながら、広い視野角を必要とせず、画面の正面方向のみに光強度が必要な用途、例えば、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等に組み込む液晶表示装置については、問題が生じない。むしろ、他人によるのぞき見を防止できるという利点がある。   Note that when the liquid crystal display device 1 is viewed from a direction other than the front, the light intensity is low. However, there is no problem for a liquid crystal display device that does not require a wide viewing angle and requires light intensity only in the front direction of the screen, for example, a personal computer and a mobile phone. Rather, there is an advantage that peeping by others can be prevented.

以下、上述の回折格子の周期をサブ画素毎に異ならせる効果を、比較例と比較して説明する。
図５（ａ）は本実施形態の効果を例示する模式図であり、（ｂ）は比較例を示す模式図である。
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、回折格子２２の各領域からは各サブ画素の表示色に対応した光が前方に出射される。そして、この光はカラーフィルタ１７によって遮られる割合が少なく、大部分がそのまま出射する。このため、光の利用効率が高く、また、色のバランスが良好である。 Hereinafter, the effect of changing the period of the above-described diffraction grating for each sub-pixel will be described in comparison with a comparative example.
FIG. 5A is a schematic diagram illustrating the effect of this embodiment, and FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a comparative example.
As shown in FIG. 5A, in the liquid crystal display device 1 according to this embodiment, light corresponding to the display color of each sub-pixel is emitted forward from each region of the diffraction grating 22. And this light is less likely to be blocked by the color filter 17, and most of it is emitted as it is. For this reason, the utilization efficiency of light is high and the color balance is good.

これに対して、図５（ｂ）に示すように、比較例に係る液晶表示装置１０１においては、背面基板とは別に導光板１１２が設けられており、導光板１１２の前面１１２ａには周期が均一な回折格子１２２が形成されている。このため、液晶表示装置１０１においては、回折格子１２２の各部において色割れが発生し、各色の光が相互に異なる方向に出射する。従って、画面の色バランスが悪い。また、各色の光は各色のカラーフィルタに均等に入射するが、その光の色と同じ色のカラーフィルタに入射した光のみがカラーフィルタを透過し、その光の色とは異なる色のカラーフィルタに入射した光はカラーフィルタによって吸収されるため、光の利用効率が低い。例えば、各画素にＲＧＢのサブ画素を設ける場合、赤色の光は赤色のカラーフィルタのみを透過し、緑色及び青色のカラーフィルタは透過しないため、カラーフィルタを設けない場合と比較して、光の利用効率は３分の１程度となる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the liquid crystal display device 101 according to the comparative example, a light guide plate 112 is provided separately from the rear substrate, and the front surface 112a of the light guide plate 112 has a cycle. A uniform diffraction grating 122 is formed. For this reason, in the liquid crystal display device 101, color breakup occurs in each part of the diffraction grating 122, and light of each color is emitted in different directions. Therefore, the screen color balance is poor. In addition, although the light of each color is equally incident on the color filter of each color, only the light incident on the color filter of the same color as the color of the light is transmitted through the color filter, and the color filter of a color different from the color of the light Since the light incident on is absorbed by the color filter, the light use efficiency is low. For example, when RGB sub-pixels are provided for each pixel, red light passes only through the red color filter and does not pass through the green and blue color filters. The utilization efficiency is about one third.

更に、本実施形態においては、回折格子２２が背面基板１１の前面１１ａに形成されているため、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離が短い。このため、回折格子２２から出射した光が一定の角度範囲を持って広がっても、隣のサブ画素のカラーフィルタ１７に入射する割合は低い。例えば、上述の数値例では、カラーフィルタ１７の幅は１００μｍであるのに対して、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離は数μｍであるため、光の広がり半径は１〜２μｍ程度である。このため、光の利用効率が高い。また、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離を短く保ったまま、背面基板１１を厚く形成することができるため、背面基板１１内の光の伝搬量及び背面基板１１の強度を確保することが容易である。   Furthermore, in this embodiment, since the diffraction grating 22 is formed on the front surface 11a of the back substrate 11, the distance from the diffraction grating 22 to the color filter 17 is short. For this reason, even if the light emitted from the diffraction grating 22 spreads with a certain angle range, the rate of incidence on the color filter 17 of the adjacent sub-pixel is low. For example, in the above numerical example, the width of the color filter 17 is 100 μm, whereas the distance from the diffraction grating 22 to the color filter 17 is several μm, so the light spreading radius is about 1 to 2 μm. . For this reason, the utilization efficiency of light is high. Further, since the back substrate 11 can be formed thick while keeping the distance from the diffraction grating 22 to the color filter 17 short, it is possible to secure the amount of light propagation in the back substrate 11 and the strength of the back substrate 11. Easy.

これに対して、回折格子２２を背面基板１１の背面１１ｂに形成した場合、例えば、背面基板１１の厚さを７００μｍとし、光の広がり角度を±１５°とすると、回折光がカラーフィルタに到達したときの広がりは３００μｍ程度となり、１枚のカラーフィルタのみに入射させることは難しくなる。   On the other hand, when the diffraction grating 22 is formed on the back surface 11b of the back substrate 11, for example, when the thickness of the back substrate 11 is 700 μm and the light spread angle is ± 15 °, the diffracted light reaches the color filter. In this case, the spread becomes about 300 μm, and it is difficult to enter only one color filter.

更にまた、本実施形態においては、カラーフィルタ１７を設けているため、各サブ画素に属する回折格子２２から斜め方向に出射したそのサブ画素の表示色以外の色の光を遮断することができる。例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒから斜めに出射した緑色の光ＬＧ及び青色の光ＬＢを、赤色のカラーフィルタ１７Ｒによって遮断することが可能である。これにより、各サブ画素の表示色の精度をより一層高めることができる。特に、液晶表示装置１を正面以外の方向から見たときの色バランスを向上させることができる。 Furthermore, in the present embodiment, since the color filter 17 is provided, it is possible to block light of colors other than the display color of the sub-pixel emitted in an oblique direction from the diffraction grating 22 belonging to each sub-pixel. For example, the green light L G and the blue light L B emitted from the diffraction grating 22R belonging to the red sub-pixel P R obliquely, it can be blocked by the red color filter 17R. Thereby, the precision of the display color of each sub pixel can be further improved. In particular, the color balance when the liquid crystal display device 1 is viewed from a direction other than the front can be improved.

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置２は、前述の第１の実施形態に係る液晶表示装置１（図２参照）と比較して、カラーフィルタ１７が設けられていない点が異なっている。液晶表示装置２における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to this embodiment.
As shown in FIG. 6, the liquid crystal display device 2 according to the present embodiment is not provided with the color filter 17 as compared with the liquid crystal display device 1 according to the first embodiment described above (see FIG. 2). Is different. The other configuration of the liquid crystal display device 2 is the same as that of the first embodiment.

本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、カラーフィルタが設けられていないため、より一層の薄型化及び軽量化を図ることができる。また、液晶表示装置の製造プロセスにおいて、カラーフィルタを形成する工程を省略することができため、コストを低減することができる。なお、各サブ画素に属する回折格子からは各サブ画素の表示色の光が前方に出射されるため、液晶表示装置２の正面方向については、カラーフィルタがなくても適正な画像を表示することができる。   In the present embodiment, compared with the first embodiment described above, since no color filter is provided, it is possible to further reduce the thickness and weight. In addition, in the manufacturing process of the liquid crystal display device, a step of forming a color filter can be omitted, so that cost can be reduced. Since the light of the display color of each sub-pixel is emitted forward from the diffraction grating belonging to each sub-pixel, an appropriate image can be displayed in the front direction of the liquid crystal display device 2 without a color filter. Can do.

一方、本実施形態においては、前述の第１の実施形態において説明したカラーフィルタの効果、すなわち、各サブ画素に属する回折格子から斜め方向に出射したそのサブ画素の表示色以外の色の光を遮断する効果は得られない。このため、液晶表示装置２を正面以外の方向から見たときの色バランスは、第１の実施形態の方が高い。本実施形態に係る液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等の広い視野角を必要とせず、ユーザーが正面方向からのみ画面を視認するような用途であって、薄型化、軽量化又は低コスト化が特に要求されている用途に好適に利用可能である。   On the other hand, in the present embodiment, the effect of the color filter described in the first embodiment, that is, light of a color other than the display color of the sub-pixel emitted obliquely from the diffraction grating belonging to each sub-pixel. The blocking effect is not obtained. For this reason, the color balance when the liquid crystal display device 2 is viewed from a direction other than the front is higher in the first embodiment. The liquid crystal display device according to the present embodiment does not require a wide viewing angle, such as a personal computer and a mobile phone, and the user can view the screen only from the front direction. Therefore, it can be suitably used for applications in which it is particularly required.

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。   While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Those in which those skilled in the art appropriately added, deleted, or changed the design of the above-described embodiments are also included in the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention.

例えば、背面基板１１における前面１１ａ側の表層部分、すなわち、回折格子２２が形成されている部分は、背面基板１１における他の部分よりも屈折率が高い材料によって形成してもよい。これにより、光の出射効率をより一層向上させることができる。   For example, the surface layer portion on the front surface 11 a side of the back substrate 11, that is, the portion where the diffraction grating 22 is formed may be formed of a material having a higher refractive index than other portions of the back substrate 11. Thereby, the light emission efficiency can be further improved.

また、前述の各実施形態においては、光源１４の出射光が白色光である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源１４の出射光の色は、赤色、緑色若しくは青色でもよく、又はこれらの混色でもよい。更に、前述の各実施形態においては、光源１４がＬＥＤ又はＣＣＦＬによって構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。更にまた、光源１４の個数は１個に限定されず、複数個設けてもよい。   Further, in each of the above-described embodiments, an example in which the light emitted from the light source 14 is white light has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the color of the emitted light from the light source 14 may be red, green, or blue, or a mixed color thereof. Furthermore, in each above-mentioned embodiment, although the light source 14 showed the example comprised by LED or CCFL, this invention is not limited to this. Furthermore, the number of light sources 14 is not limited to one, and a plurality of light sources 14 may be provided.

更にまた、背面基板１１の端面１１ｃの形状は平坦面には限定されず、例えば、凹面であってもよい。これにより、光の入射効率を向上させることができる。更にまた、必要に応じて、光源１４と背面基板１１との間にレンズ等の光学素子を介在させて、光の配光角等を制御してもよい。   Furthermore, the shape of the end surface 11c of the back substrate 11 is not limited to a flat surface, and may be a concave surface, for example. Thereby, the incident efficiency of light can be improved. Furthermore, if necessary, an optical element such as a lens may be interposed between the light source 14 and the back substrate 11 to control the light distribution angle or the like.

更にまた、前述の各実施形態においては、液晶表示装置の各画素が、各１個の赤色のサブ画素、緑色のサブ画素、青色のサブ画素から構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、各画素は４色以上のサブ画素から構成されていてもよく、同色のサブ画素を２個以上含んでいてもよい。   Furthermore, in each of the above-described embodiments, the example in which each pixel of the liquid crystal display device is configured by one red subpixel, green subpixel, and blue subpixel is shown. Is not limited to this. For example, each pixel may be composed of sub-pixels of four or more colors, and may include two or more sub-pixels of the same color.

更にまた、前述の各実施形態においては、背面基板１１の前面１１ａの各領域からは、表示色と同じ色の光が前方に向けて出射する例を示したが、本発明はこれに限定されず、前面１１ａに対して交差する特定の方向に出射すればよい。   Furthermore, in each of the above-described embodiments, an example in which light of the same color as the display color is emitted forward from each region of the front surface 11a of the back substrate 11 is shown, but the present invention is not limited to this. What is necessary is just to radiate | emit in the specific direction which cross | intersects with respect to the front surface 11a.

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to a first embodiment of the invention. 図１の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of FIG. 第１の実施形態における回折格子の周期の決定方法を例示する光学モデル図である。It is an optical model figure which illustrates the determination method of the period of the diffraction grating in 1st Embodiment. （ａ）〜（ｃ）は、横軸に出射角度θｏｕｔをとり、縦軸に回折効率をとって、回折格子による回折光の強度分布のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ａ）は赤色の光を示し、（ｂ）は緑色の光を示し、（ｃ）は青色の光を示す。(A)-(c) is a graph which illustrates the simulation result of the intensity distribution of the diffracted light by a diffraction grating, with the emission angle θout on the horizontal axis and the diffraction efficiency on the vertical axis. Indicates red light, (b) indicates green light, and (c) indicates blue light. （ａ）は第１の実施形態の効果を例示する模式図であり、（ｂ）は比較例を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which illustrates the effect of 1st Embodiment, (b) is a schematic diagram which shows a comparative example. 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device according to a second embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、２ 液晶表示装置、１１ 背面基板、１１ａ 前面、１１ｂ 背面、１１ｃ、１１ｄ 端面、１２ 前面基板、１２ａ 背面、１３ 液晶層、１４ 光源、１５ 低屈折率層、１６ 偏向層、１７、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ カラーフィルタ、１８ 対向電極、１９ 反射膜、２０ 画素電極、２１ フリット、２２、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ 回折格子、１０１ 液晶表示装置、１１２ 導光板、１１２ａ 前面、１２２ 回折格子、ＬＷ 白色の光、ＬＲ 赤色の光、ＬＧ 緑色の光、ＬＢ 青色の光、ｎｉｎ 背面基板の屈折率、ｎｏｕｔ 低屈折率層の屈折率、ＰＲ 赤色のサブ画素、ＰＧ 緑色のサブ画素、ＰＢ 青色のサブ画素、θｉｎ 入射角度、θｏｕｔ 出射角度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Liquid crystal display device, 11 Back substrate, 11a Front surface, 11b Back surface, 11c, 11d End surface, 12 Front substrate, 12a Back surface, 13 Liquid crystal layer, 14 Light source, 15 Low refractive index layer, 16 Deflection layer, 17, 17R, 17G, 17B color filter, 18 counter electrode, 19 the reflective film, 20 pixel electrodes, 21 frit, 22,22R, 22G, 22B diffraction grating, 101 liquid crystal display device, 112 a light guide plate, 112a front, 122 grating, L W white of light, of L R red light, L G green light, L B blue light, the refractive index of n in the rear substrate, the refractive index of n out the low refractive index layer, P R red subpixel, P G green Sub pixel, P B blue sub pixel, θ in incident angle, θ out outgoing angle

Claims (7)

各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置であって、
透明材料からなり、前記サブ画素毎に回折格子が形成された背面基板と、
透明材料からなる前面基板と、
前記背面基板と前記前面基板との間に保持された液晶層と、
前記背面基板の端面に対して光を入射する光源と、
を備え、
前記回折格子の周期は、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色によって異なっていることを特徴とする液晶表示装置。 Each pixel is a liquid crystal display device including a plurality of sub-pixels having different display colors,
A back substrate made of a transparent material and having a diffraction grating formed for each sub-pixel,
A front substrate made of a transparent material;
A liquid crystal layer held between the back substrate and the front substrate;
A light source that makes light incident on an end surface of the rear substrate;
With
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a period of the diffraction grating varies depending on a display color of the sub-pixel to which the diffraction grating belongs. 前記回折格子の周期は、前記背面基板に入射された光のうち、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色の光を、前記背面基板における前記前面基板側の表面に対して垂直な方向に出射させるような周期であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。   The period of the diffraction grating is such that the light of the display color of the subpixel to which the diffraction grating belongs out of the light incident on the back substrate is in a direction perpendicular to the surface of the back substrate on the front substrate side. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the period is such that the light is emitted. 前記回折格子は、前記背面基板における前記前面基板側の表面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the diffraction grating is formed on a surface of the rear substrate on the front substrate side. 前記背面基板と前記前面基板との間に配置され、入射された光のうち、前記サブ画素の表示色の光を選択的に透過させるカラーフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。   2. The color filter according to claim 1, further comprising a color filter that is disposed between the rear substrate and the front substrate and selectively transmits light of a display color of the sub-pixel among incident light. 4. The liquid crystal display device according to any one of 3. 前記サブ画素の表示色は、赤色、緑色及び青色であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶表示装置。   The liquid crystal display device according to claim 1, wherein display colors of the sub-pixels are red, green, and blue. 表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっていることを特徴とする導光板。   The surface is partitioned into a plurality of regions, and diffraction gratings are formed for each of the regions. The plurality of regions are grouped into a plurality of groups, and the period of the diffraction gratings is the same as that of the diffraction gratings formed. The light guide plate is different depending on the group to which the region belongs. 表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっている導光板の端面に光を入射させることにより、前記領域から、前記表面に対して交差する第１の方向に向けて、前記領域が属するグループ毎に異なる光を出射させることを特徴とする導光方法。   The surface is partitioned into a plurality of regions, and diffraction gratings are formed for each of the regions. The plurality of regions are grouped into a plurality of groups, and the period of the diffraction gratings is the same as that of the diffraction gratings formed. By making light incident on an end face of a light guide plate that is different depending on the group to which the region belongs, light that differs from group to group in the first direction intersecting the surface from the region. A light guide method characterized by emitting light.
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