JP2000131683A

JP2000131683A - カラー表示装置

Info

Publication number: JP2000131683A
Application number: JP10308760A
Authority: JP
Inventors: Masaya Adachi; 昌哉足立; Ikuo Hiyama; 郁夫桧山; Makoto Tsumura; 津村　　誠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタによる光吸収、偏光板での光吸
収を抑制することで、光源光の利用効率を高くした明る
く、低消費電力で、かつ、色のにじみや解像度低下の無
い高品位な表示が得られるカラー表示装置の提供。【解決手段】偏光状態の変化により表示を行う液晶表示
素子と、これを背面から照明する発光ピーク波長が４０
０〜５００ｎｍの光を出射する光源と、前記液晶表示素
子の光出射側に該液晶表示素子の各画素に対応して配置
した、前記光源光を赤色または緑色に変換する一種以上
の波長変換用蛍光体を備えた波長変換部とを有するカラ
ー表示装置であって、前記液晶表示素子はその光入射側
に偏光板を有し、前記光源から前記液晶表示素子への光
路中に、前記光源の主発光波長帯域の光を偏光状態が異
なる偏光に分離する偏光分離手段を備え、分離した偏光
を前記液晶表示素子の光入射側に配置した偏光板を透過
する偏光に変換する偏光変換手段を備えたカラー表示装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透過型の液晶表示素
子を用いた表示装置に関し、特に、カラー液晶表示装置
に利用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は薄型、軽量という特徴を
有するため携帯情報機器やノート型パーソナルコンピュ
ータ用のディスプレイとして広く普及している。このよ
うな液晶表示装置では、一般に透過型の液晶表示素子の
背面に照明装置を設け、液晶表示素子を背面から照明す
ることで視認性を向上している。

【０００３】液晶表示素子は、大別してＴＦＴ（Ｔhin
Ｆilm Ｔransistor）等のスイッチング素子を用いたア
クティブマトリクス駆動による液晶表示素子と、マルチ
プレックス駆動の液晶表示素子との２方式がある。アク
ティブマトリクス駆動による液晶表示素子としては、例
えば、ＴＮ（Ｔwisted Ｎematic）液晶表示素子等、ま
た、マルチプレックス駆動の液晶表示素子としてはＳＴ
Ｎ（Ｓuper ＴwistedＮematic）液晶表示素子等があ
る。いずれも液晶層をガラス基板で保持し、その両側に
偏光板を配置し、液晶層に入射する直線偏光の偏光状態
を変調して表示を行うものである。

【０００４】一方、照明装置としては、光源を照光面で
ある液晶表示素子表示部の直下に配置する直下型バック
ライト装置や、光源を液晶表示素子表示部の外側に配置
し、光源からの出射光を導光体により液晶表示素子表示
部に導くようにしたエッジライト型バックライト装置が
ある。

【０００５】ところで、このような液晶表示装置では、
照明装置（光源）からの出射光は一般に非偏光であり、
液晶表示素子の照明光入射側に配置した偏光板で５０％
以上が吸収されて、光源光の利用効率は低かった。さら
に、光源として白色光源を用い、３原色に対応したマイ
クロカラーフィルタを表示面内に並置し、加法混色によ
りカラー表示を行うカラー液晶表示装置では、カラーフ
ィルタで７０％を超える光が吸収されるため、光源光の
利用効率はさらに低くなっていた。

【０００６】このため従来の液晶表示装置では十分な明
るさの表示を得るために、出力の大きな照明装置（光
源）を用いるため、照明装置で消費される電力が液晶表
示装置全体の消費電力の大部分を占めていた。従って、
液晶表示装置の省電力化のためには、光源からの出射光
を効率良く利用することが重要である。

【０００７】上記の課題に対し、特許第２,５０９,３７
２号公報に記載の偏光子では、グランジャン構造を有す
るコレステリック液晶層と、円偏光の回転方向を逆にす
るミラーとを使用して、非偏光である光源光を特定の偏
光に効率良く変換する技術が開示されている。図２０は
この偏光子の基本作用の説明図である。

【０００８】上記偏光子は図２０に示すとおりコレステ
リック液晶層１５０２と、鏡面反射ミラー１５０１と、
光源１５００と、位相差板（１／４波長板）１５０３か
ら構成される。コレステリック液晶層１５０２は、ヘリ
カルな分子配列に基づく特異な光学特性を示すもので、
ヘリカル軸に平行に入射した光はコレステリック螺旋の
ピッチに対応する波長において、螺旋の回転方向に応じ
て一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過すると
云う選択反射を示すものである。

【０００９】従って、例えばコレステリック液晶層１５
０２が右回りの円偏光（以下、右円偏光）は透過し、左
回りの円偏光（以下、左円偏光）は反射する場合、非偏
光である光源１５００からの出射光のうち、右円偏光成
分はコレステリック液晶層１５０２を透過し、左偏光成
分は反射する。コレステリック液晶層１５０２を透過し
た光１５０５は、位相差板１５０３の作用により、所望
の直線偏光に変換される。

【００１０】一方、コレステリック液晶層１５０２で反
射した左円偏光１５０６は、鏡面反射ミラー１５０１で
反射して再びコレステリック液晶層１５０２に向かう
が、鏡面反射ミラー１５０１での反射の際、その円偏光
の回転方向が逆の右円偏光となるため、今度はコレステ
リック液晶層１５０２を透過し、位相差板１５０３の作
用により、所望の直線偏光に変換される。

【００１１】即ち、光源１５００からの出射光は、理想
的には全て右円偏光となってコレステリック液晶層１５
０２を透過して、さらに位相差板１５０３の作用によっ
て所望の直線偏光に変換できるので、従来、液晶表示素
子の偏光板で吸収され、無駄となっていた光を有効に利
用することができると云うものである。

【００１２】また、特開昭６０−５０５７８号公報に記
載の蛍光色彩表示装置、あるいは、特開平７−２５３５
７６号公報に記載の液晶表示モジュールでは、紫外線
（あるいは近紫外線）を発する光源を備え、紫外線によ
り赤、緑、青に蛍光する蛍光体を液晶表示素子の画素に
対応して配置し、液晶表示素子を光シャッターとして使
用し、紫外線による蛍光体の蛍光によりカラー表示を行
うカラー表示装置が提案されている。

【００１３】このような表示装置では、液晶表示素子は
単に紫外線を選択的に通過させる光シャッターとして機
能し、紫外線が通過した画素に配置した蛍光体の蛍光に
より表示が行われる。蛍光色は蛍光体の特性により決ま
り、赤、緑、青それぞれ色鮮やかな色彩表示が可能なた
め、カラーフィルタによる光の吸収が無く、明るいカラ
ー表示を実現すると云うものである。さらに蛍光体から
の蛍光の空間分布は入射光の方向に依存せず一様となる
ため、視野角依存性の無い表示が得られると云うもので
ある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】コレステリック液晶層
による選択反射の中心波長λ₀はλ₀＝ｎ_m・ｐ、その波
長帯域ΔλはΔλ＝Δｎ・ｐで表される。ここで、ｐは
コレステリック液晶層の螺旋ピッチ、ｎ_mは液晶の平均
屈折率、Δｎは液晶の複屈折であり、液晶分子長軸に平
行および垂直な方向の屈折率をそれぞれｎ_e、ｎ_Oとする
と、ｎ_m＝√〔(ｎ_e ²＋ｎ_O ²)／２〕、Δｎ＝ｎ_e−ｎ_Oで
表される。

【００１５】コレステリック液晶層と位相差板を用いた
上記偏光子を、白色光源を用いたカラー液晶表示装置に
適用するためには、可視波長域全域で選択反射が起こ
る、あるいは少なくとも光源の３原色に対応した輝線ス
ペクトルの波長において、選択反射が起こるようにする
必要がある。

【００１６】しかし、現実的には液晶材料のΔｎは一般
に０.０５〜０.３０程度であるため、一層のコレステリ
ック液晶層で白色光源に対応した広い波長帯域において
選択反射を得ることができない。従って、白色光源に対
応するには、ピッチの異なるコレステリック液晶層を複
数層積層する必要があるが、コレステリック液晶層を積
層すると、界面増加による性能の劣化や、コストが高く
なると云った問題を生じる。

【００１７】さらに、上記偏光子に用いられる位相差板
はコレステリック液晶層を透過した円偏光を、直線偏光
に変換する機能を有し、白色光源に対応するためには、
可視波長全域において１／４波長板として機能する必要
があるが、一般に位相差板を構成する材料の屈折率の波
長依存性（波長分散）により、一種類の位相差板で可視
波長の全域において、１／４波長板として機能する位相
差板を構成することは困難である。

【００１８】この場合、波長分散の異なる少なくとも２
種類の位相差板を、その光学軸を直交するように貼り合
わせることで広い波長域で１／４波長板として機能する
位相差板を構成することが可能であるが、この場合は位
相差板の積層により、光入射角度による位相差の変化が
大きくなる等の性能の劣化や、コストの上昇と云った問
題が生じる。

【００１９】一方、紫外線あるいは近紫外線を発する光
源を備え、液晶表示素子を光シャッターとして使用し、
紫外線による蛍光体の蛍光によりカラー表示を行う液晶
表示装置では、紫外線が各種透明材料で吸収され易いた
め、期待したほど効率が高くて明るいカラー表示装置を
実現できるわけではない。

【００２０】特に照明装置として、エッジライト型バッ
クライト装置を用いる場合、光源光を液晶表示素子表示
部に導く導光体は、一般にアクリル樹脂で構成されてい
るが、アクリル樹脂は紫外線を吸収するため、効率よく
紫外線を液晶表示素子に導くことができない。

【００２１】さらに現在、一般に使用されている偏光板
は、偏光膜の保護層に紫外線吸収剤が添加されているた
め、波長３８０ｎｍ以下の紫外線はほとんど吸収される
（図１１参照）。さらに図１２は、偏光板を除いた液晶
表示素子の透過スペクトルを示したものであるが、図示
のとおり透明電極、配光膜、液晶においても紫外線は大
部分が吸収される。

【００２２】このように、液晶表示装置の各部で紫外線
は吸収されるため、高効率のカラー表示装置を実現する
のは困難である。さらに液晶や配光膜等は、材料によっ
ては紫外線により劣化して、寿命が短くなると云った課
題も生じる。

【００２３】さらに液晶表示素子の液晶層と、蛍光発光
部である蛍光体がガラス基板等で隔てられ、距離が離れ
ている場合は照明光（照射紫外線）の指向性が低い、即
ち、平行性が悪いと、液晶表示素子の本来表示すべき画
素とは異なる画素に対応する蛍光体に照明光が漏れて蛍
光し、色が滲んだり解像度が低下すると云った問題を生
じる。しかし、上記公知例では照明光の平行性の具体的
な改善方法については特に言及されていなかった。

【００２４】本発明は上記課題を鑑みなされたもので、
その目的はカラーフィルタによる光吸収、あるいは、偏
光板での光吸収を抑制することで、光源光の利用効率を
高くして明るく、低消費電力で、かつ、色のにじみや解
像度低下のない高品位な表示が得られるカラー表示装置
を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の要旨は次の通りである。

【００２６】〔１〕透明電極形成面が対向し一定の間
隙をもって構成された一対の透明基板と、該透明基板間
に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板の透明電極
により形成されるマトリクス状の画素に画像信号に対応
した電圧を印加する電圧印加手段を有する液晶表示素子
と、前記液晶表示素子の背面から照明する発光ピーク波
長が４００〜５００ｎｍの光を出射する光源と、前記液
晶表示素子の液晶層の光出射側に液晶表示素子の各画素
に対応して配置し、前記光源光を赤色、あるいは緑色に
変換する一種以上の波長変換用蛍光体からなる波長変換
部を有するカラー表示装置であって、前記液晶表示素子
は少なくともその光入射側に偏光板を有し、液晶層に入
射する光の偏光状態を利用して表示を行うものであり、
前記光源から前記液晶表示素子への光路中に、少なくと
も前記光源の主発光波長帯域の光を互いに偏光状態が異
なる第１の偏光と第２の偏光に分離する偏光分離手段を
備え、分離した第１の偏光を前記液晶表示素子の光入射
側に配置された偏光板を透過する偏光成分に変換する第
１の偏光変換手段と、第２の偏光を前記液晶表示素子の
光入射側に配置された偏光板を透過する偏光成分、ある
いは、第１の偏光と同じ偏光に変換する第２の偏光変換
手段を備えたことを特徴とするカラー表示装置。

【００２７】〔２〕前記波長変換部が前記液晶表示素
子の赤色表示画素に対応する部分には前記光源光を吸収
して赤色の蛍光を発する赤色用蛍光体をパターニング
し、緑色表示画素に対応する部分には前記光源光を吸収
して緑色の蛍光を発する緑色用蛍光体をパターニング
し、青色表示画素に対応する部分には青色以外の波長光
をカットする青色カラーフィルタをパターニングした前
記のカラー表示装置。

【００２８】〔３〕前記偏光分離手段がコレステリッ
ク液晶層であり、前記第１の偏光変換手段が前記コレス
テリック液晶層と液晶表示素子との間に配置した位相差
板であり、前記第２の偏光変換手段が前記コレステリッ
ク液晶層で反射した光源光を再び前記コレステリック液
晶層へ反射する少なくとも垂直入射した円偏光を回転方
向が逆の円偏光として反射する反射面である前記〔１〕
または〔２〕に記載のカラー表示装置。

【００２９】〔４〕前記偏光分離手段が電気ベクトル
の振動方向が互いに直交する２種の直線偏光にそれぞれ
反射光と透過光とに分離する直線偏光分離素子であり、
該直線偏光分離素子はこれを透過する直線偏光の電気ベ
クトルの振動方向を、前記液晶表示素子の照明光入射側
に配置した偏光板の透過軸と一致させることで前記偏光
分離手段と前記第１の偏光変換手段の機能を兼用したも
のであり、前記第２の偏光変換手段が前記直線偏光分離
素子で反射した光を、再び前記直線偏光分離素子へ反射
する少なくとも垂直入射した円偏光を回転方向が逆の円
偏光として反射する反射面と、前記直線偏光分離素子と
前記反射面の間に配置した位相差板とから構成される前
記〔１〕または〔２〕に記載のカラー表示装置。

【００３０】〔５〕前記光源が板状の導光体の周縁に
近接配置された蛍光ランプであり、前記導光体が端面か
ら入射した光を全反射により内部に閉じ込めるよう構成
され、内部を伝搬する光の反射角度を変えることで、少
なくとも一方向がほゞ平行化された光を外部に放射する
微細な傾斜面を有する多数の凹面、凸面または段差で構
成された傾斜反射面を裏面（液晶表示素子と反対側の
面）に備え、前記導光体と前記液晶表示素子との間に前
記偏光分離手段としてコレステリック液晶層を配置し、
前記コレステリック液晶層と前記液晶表示素子との間に
前記第１の偏光変換手段として位相差板を配置し、前記
導光体の裏面に前記第２の偏光変換手段として前記コレ
ステリック液晶層で反射した光源光を再び前記コレステ
リック液晶層へ反射する少なくとも垂直入射した円偏光
を、回転方向が逆の円偏光として反射する反射面を備え
た前記〔１〕または〔２〕に記載のカラー表示装置。

【００３１】〔６〕前記光源が板状の導光体の周縁に
近接配置された蛍光ランプであり、前記導光体が端面か
ら入射した光を全反射により内部に閉じ込めるよう構成
され、内部を伝搬する光の反射角度を変えることで少な
くとも一方向がほゞ平行化された光を外部に放射する微
細な傾斜面を有する多数の凹面，凸面または段差で構成
された傾斜反射面を裏面（液晶表示素子と反対側の面）
に備え、前記導光体と前記液晶表示素子との間に前記偏
光分離手段として電気ベクトルの振動方向が互いに直交
する２種の直線偏光にそれぞれ反射光と透過光に分離す
る直線偏光分離素子を配置し、前記直線偏光分離素子は
これを透過する直線偏光の電気ベクトルの振動方向を前
記液晶表示素子の光入射側に配置した偏光板の透過軸と
一致させることで前記偏光分離手段と前記第１の偏光変
換手段の機能を兼用したものであり、前記第２の偏光変
換手段が前記直線偏光分離素子で反射した光を、再び前
記直線偏光分離素子へ反射し、少なくとも垂直入射した
円偏光を回転方向が逆の円偏光として反射する前記導光
体の裏面に配置した反射面と、前記直線偏光分離素子と
前記反射面との間に配置した位相差板とから構成された
前記〔１〕または〔２〕に記載のカラー表示装置。

【００３２】〔７〕前記導光体と前記液晶表示素子と
の間に、少なくとも一方向に関しては無指向性である光
をほゞ平行光に変換する光路変換手段を配置し、前記光
路変換手段の光路変換方向を、前記導光体から出射する
光のほゞ平行化された方向と直交させた前記〔５〕また
は〔６〕に記載のカラー表示装置。

【００３３】〔８〕前記光路変換手段は一方の面が平
滑面で、他方の面が複数の三角柱状のマイクロプリズム
を整列配置した形状のマイクロプリズムアレイであり、
前記マイクロプリズムアレイは光学的に等方な透明体、
または、マイクロプリズムの長手方向と平行もしくは直
交する方向に光学軸を有する一軸光学異方性の透明体で
構成され、前記マイクロプリズムアレイは、これを通過
する直線偏光の電気ベクトルの振動方向とマイクロプリ
ズムの長手方向を平行、または、直交するように配置し
た前記〔７〕に記載のカラー表示装置。

【００３４】

〔９〕前記光源が複数の整列配置した青
色ＬＥＤ（Ｌight Ｅmitting Ｄiodes）であり、前記青
色ＬＥＤと、前記液晶表示素子との間に前記青色ＬＥＤ
からの出射光をほゞ平行化する複数のコリメータレンズ
と、前記青色ＬＥＤから出射し、前記コリメータレンズ
を通過した光を反射と透過により２つの異なる偏光に分
離する偏光分離面を有する偏光分離手段を備え、前記偏
光分離面で反射した光を、前記偏光分離面を透過した光
と同じ方向に反射する複数の反射面を、前記偏光分離面
と交互に複数個整列配置し、前記偏光分裏面で分離され
た２つの異なる偏光の少なくとも一方の偏光状態を変え
ることで、偏光状態を揃える前記第１の偏光手段または
第２の偏光手段としての偏光変換素子を、前記偏光分離
面および前記反射面と、前記液晶表示素子との間に配置
した前記〔１〕または〔２〕に記載のカラー表示装置。

【００３５】〔１０〕前記波長変換部の前記青色カラ
ーフィルタがパターニングされていない部分（蛍光体が
パターニングされている部分）に、蛍光体よりも表面
（観察者側の面）側の位置に前記赤色用蛍光体および緑
色用蛍光体の蛍光の発光スペクトルが透過し、それ以外
の光を吸収するバンドパスフィルタを設けた前記〔１〕
〜

〔９〕のいずれかに記載のカラー表示装置。

【００３６】〔１１〕前記波長変換部の背面（液晶表
示素子側の面）に光源の発光スペクトル以外の可視光を
反射する反射層を設けた前記〔１〕〜〔１０〕のいずれ
かに記載のカラー表示装置。

【００３７】

【発明の実施の形態】前記のように構成した本発明のカ
ラー表示装置では、光源から出射し、液晶表示素子で変
調される光は帯域の狭い単色（青色）光である。このた
め偏光分離手段であるコレステリック液晶層、あるいは
直線偏光分離素子の偏光分離性能や、偏光変換手段であ
る位相差板の機能は、白色光のように帯域の広い光の場
合よりも高くなる。

【００３８】従って、非偏光である光源光は従来よりも
効率良く所望の直線偏光、即ち、液晶表示素子の背面側
に配置した偏光板の直線偏光透過軸と、電気ベクトルの
振動方向が一致した直線偏光に変換された後、液晶表示
素子に照射される。このため液晶表示素子に入射する光
は、偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与できる
ので、従来、液晶表示素子の偏光板で吸収され、無駄に
なっていた光を効率良く利用することができる。

【００３９】また、液晶表示素子は、単に光源光である
青色光を選択的に通過させる光シャッターとして機能
し、緑色と赤色の表示はそれぞれの色を表示する画素に
対応した位置にパターニングされた蛍光体の蛍光により
行われる。また、青色の表示は青色を表示する画素に対
応した位置にパターニングされた青色カラーフィルタの
透過光により表示されるが、光源光はもともと青色なの
で青色カラーフィルタでの光の損失はほとんど無い。こ
のため、従来のカラー液晶表示装置のようなカラーフィ
ルタによる光吸収がなく、光利用効率が高くて明るいカ
ラー表示装置が実現できる。

【００４０】さらに照明装置から出射する照明光は、導
光体の裏面に形成された傾斜反射面、および光路変換手
段の作用により、全方位にわたって平行化されているた
め、液晶表示素子の液晶層と、波長変換部の蛍光体がガ
ラス基板で隔てられ、距離が離れていても、本来表示す
べき画素とは異なる画素に対応した蛍光体への照明光の
漏れが少なくなり、色のにじみや解像度の低下が抑制さ
れて高品位なカラー表示が得られる。

【００４１】また、蛍光表示に用いる励起光（光源光）
は可視光なので、一般に、液晶表示素子で使用される各
種透明材料において、紫外線のように吸収されることが
ないので光源光が効率良く利用でき、さらに紫外線によ
る偏光板、液晶等の劣化が無く、長寿命の蛍光カラー表
示が得られる。

【００４２】さらに、本発明のカラー表示装置では、波
長変換部の青色カラーフィルタがパターニングされてい
ない部分、即ち、蛍光体がパターニングされている部分
であって、かつ、蛍光体よりも表面（観察者側の面）側
の位置に前記赤色用蛍光体および緑色用蛍光体の蛍光の
発光スペクトルは透過し、それ以外の光は吸収するバン
ドパスフィルタを設けた。

【００４３】この場合は、外光に含まれる励起光はバン
ドパスフィルタにおいて吸収されるので、蛍光体が蛍光
して黒表示の輝度を高くしてしまうことがなく、さらに
蛍光体の蛍光による赤色光や緑色光は、バンドパスフィ
ルタで吸収されることなく透過し、青色光も青色カラー
フィルタ部にはバンドパスフィルタがないので吸収され
ることなく表示に寄与できるので、明るい環境下であっ
ても高いコントラスト比が得られる。

【００４４】また、波長変換部の背面（液晶表示素子側
の面）に光源の発光スペクトルは透過し、それ以外の可
視光を反射する反射層を設けたことで、蛍光体で蛍光し
た拡散光が液晶表示素子へ戻って光の損失となったり、
迷光となって色のにじみ等の画質劣化を引き起こすこと
がないため、明るく表示品質の高いカラー表示装置が実
現できる。

【００４５】

【実施例】〔実施例１〕以下、本発明の実施例を図面
を用いて説明する。図１は本発明のカラー表示装置の一
例を示す模式断面図である。

【００４６】液晶表示素子２００は、液晶層に入射する
光の偏光状態を変調することで表示を行うものを使用す
る。液晶表示素子は大別してＴＦＴ等のスイッチング素
子を用いたアクティブマトリクス駆動によるものと、マ
ルチプレックス駆動によるものの２方式があるが、液晶
層に入射する光の偏光状態を変調して表示を行うものと
しては、ＴＮ液晶表示素子等のアクティブマトリクス駆
動によるもの、あるいは、ＳＴＮ液晶表示素子等のマル
チプレックス駆動のものを用いることができる。ここで
は、ＴＮ液晶表示素子の場合について説明する。

【００４７】液晶表示素子２００は、透明電極２０３お
よび配向膜２０４が積層形成された第１の透明ガラス基
板２０１と、配向膜２０６および画素を形成する透明電
極２０５、およびこれと接続される図示していない配線
や、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第
２の透明ガラス基板２０２と、これら２枚の透明ガラス
基板２０１、２０２の間に図示していないスペーサーに
より形成された間隙に、シール剤２１０を介して封入さ
れた誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層２
０７とを有する。

【００４８】液晶層２０７の液晶分子長軸の配向方向
は、２枚の透明ガラス基板２０１，２０２上に形成され
た配向膜にラビング等の配向処理を行なうことで規定さ
れ、透明ガラス基板間で連続的に９０°ねじれた状態と
なっている。

【００４９】透明ガラス基板２０２の背面（照明光入射
面）と、透明ガラス基板２０１の光出射面（観察者側の
面）には、それぞれ偏光板２０９，２０８が互いに直交
する直線偏光を透過するように配置され、透明ガラス基
板２０１，２０２での液晶分子長軸の配向方向は、偏光
板２０８，２０９の直線偏光の透過軸に対して共に平
行、もしくは、共に直交するように構成する。

【００５０】偏光板２０８，２０９としては、延伸させ
たポリビニルアルコールにヨウ素を吸収させて偏光機能
を付与した膜の両面に、トリアセチルセルロースの保護
層を施したものを用いることができ、それぞれ透明ガラ
ス基板２０１，２０２にアクリル系の接着剤により光学
的に結合されるよう接着される。

【００５１】上記構成により、液晶表示素子２００の裏
面（照明光入射面）から入射した光のうち偏光板２０９
を透過した直線偏光は、液晶層２０７を介して偏光板２
０８に入射するが、この際、液晶層２０７を透過する光
の偏光状態は、液晶層２０７に印加する電界によって変
化させることができる。このため画像情報に対応した電
圧を２枚の透明ガラス基板上の透明電極２０３，２０５
に印加し、液晶層２０７に電界を印加して、液晶層２０
７を通過する光の偏光状態を変えることで、偏光板２０
８を透過する光量を制御し光学画像を形成することがで
きる。

【００５２】図９は従来のマイクロカラーフィルタを用
いたカラーＴＮ液晶表示素子の液晶駆動電圧と透過率の
関係を示したものである。図９のとおり従来のカラー液
晶表示素子では、液晶駆動電圧と透過率の関係が各色光
により異なるため、通常、比視感度の高い緑色光で最大
の効率が得られるように液晶表示素子のΔｎ・ｄが設計
される。ここでΔｎは液晶の複屈折、ｄは液晶層の厚さ
である。この場合、緑色光で最大の明るさが得られる条
件では、青色光、赤色光共に最大の明るさが得られな
い。

【００５３】本カラー表示装置では、液晶表示素子２０
０で変調される光が青色光のみなので、液晶表示素子２
００の条件を青色光に対して最大の明るさが得られるよ
うにすることが必要である。

【００５４】具体的には図９に例示した従来のカラー液
晶表示素子では、Δｎ・ｄ＝０.４４５２（波長６３３
ｎｍ）であったが、Δｎ・ｄの値を従来より小さくし、
例えば、Δｎ・ｄ＝０.３５２８（波長６３３ｎｍ）と
変更することで図１０に示す様に、液晶表示素子の液晶
駆動電圧と透過率の関係を青色光に最適化する。

【００５５】波長変換部１００は、短波長の可視光（青
色光）を吸収して、長波長の可視光（緑色光、赤色光）
を放出する蛍光色素や、蛍光顔料または蛍光染料を含む
蛍光体膜をガラス板や樹脂板等の透明基材に塗布し、液
晶表示素子２００の画素に対応してパターニングしたも
のを用いる。

【００５６】液晶表示素子２００の赤色表示画素に対応
する部分には、青色光を吸収して赤色の蛍光を発する赤
色用蛍光体１０１Ｒをパターニングし、緑色表示画素に
対応する部分には青色光を吸収して緑色の蛍光を発する
緑色用蛍光体１０２Ｇをパターニングし、青色表示画素
に対応する部分には青色以外の波長光をカットする青色
カラーフィルタをパターニングする。この際、蛍光色素
の蛍光は拡散光となるので、別の画素に対応した部分に
光が漏れることがないように、異なる画素に対応した蛍
光体やカラーフィルタとの境に、可視光を吸収するブラ
ックマトリクス１０４を形成してもよい。

【００５７】可視光のような低エネルギー線に対して蛍
光を発するものとしては、レーザー色素のような有機系
の蛍光色素、または、蛍光顔料を用いることができる。

【００５８】青色光を吸収して赤色領域の蛍光を発する
蛍光色素としては、例えば、ローダミンＢ、ベーシック
レッド２等のローダミン系色素、４−ジシアノメチレン
−２−メチルー６−(ｐ−ジメチルアミノスチルリン)−
４Ｈ−ビラン等のシアニン系色素、１−エチル−２−
〔４−(ｐ−ジメチルアミノフェ二ル)−１,３−ブタジ
エニル〕−ピリジウム−パーコラレイト等のピリジン系
色素、オキサジン系色素を挙げることができる。

【００５９】また、青色光を吸収して緑色領域の蛍光を
発する蛍光色素としては、例えば、３−(２'−ベンゾチ
アゾイル)−ジエチルアミノクマリン、２,３,５,６−１
Ｈ,４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノ
リジン（９,９ｓ,１−ｇｈ）クマリン、３−(２'−ベン
ゾイミダゾイル)−７−Ｎ,Ｎ−ジエチルアミノクマリン
等のクマリン色素やクマリン色素系染料であるベーシッ
クイエロー５１を挙げることができる。さらに各種染料
も蛍光性があれば使用できる。

【００６０】これらの蛍光色素は単独、あるいは、波長
変換効率を高めるために必要に応じて混合して用いると
よい。

【００６１】また、各蛍光の色純度を高めるために、赤
色用蛍光体１０１Ｒには赤色色素、緑色蛍光体１０２Ｇ
には緑色色素を混入する、あるいは、赤色用蛍光体１０
１Ｒの表面（観察者側の面）に赤色以外の波長光を吸収
する赤色カラーフィルタを形成し、緑色用蛍光体１０１
Ｒの表面（観察者側の面）に緑色以外の波長光を吸収す
る緑色カラーフィルタを形成するようにしてもよい。

【００６２】透明基材の材料としては、可視光に対して
透明なガラス板や樹脂板、あるいは、樹脂フィルムを用
いることができ、透明樹脂としては、例えば、ポリカー
ボネート、ポリサルフォン、ポリビニルアルコール、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリメ
チルメタクリレート等の透明高分子樹脂を用いることが
できる。

【００６３】蛍光色素を含む蛍光体膜の塗布，パターニ
ングは、周知技術を利用する。例えば、蛍光材料をイン
ク基材に練りこんだインクを使用する印刷法や、蛍光色
素を液状のレジスト中に分散させ、これをスピンコート
法などにより成膜したのちフォトリソグラフィー法でパ
ターニングする等の方法を用いることができる。

【００６４】なお、こうした波長変換部としては特開平
９−２４５５１１号公報に記載の蛍光変換フィルタを用
いることができる。

【００６５】図１における照明装置３００は導光体３０
２と、導光体３０２の１側面に配置され、その側面長さ
に対応した発光長を有する光源３０１と、光源３０１の
一部を覆うように配置したランプカバー３０３と、導光
体３０２の表面側（液晶表示装置２００側の面）に、空
気を介して積層配置した偏光分離手段としてのコレステ
リック液晶層６０１、偏光変換手段としての位相差板５
０１、および、光路変換手段としてマイクロプロズムア
レイ４０１と、導光体３０２の裏面（液晶表示素子２０
０と反対側の面）に、空気を介して配置した偏光維持反
射板３０４とから構成される。

【００６６】本カラー表示装置は、波長変換部１００に
パターニングされた蛍光体の蛍光によりカラー表示を行
うもので、光源光（励起光）として紫外線、あるいは、
近紫外線ではなく可視光である青色光を用いることを特
徴とする。

【００６７】これは、紫外線が光源光を液晶表示素子に
導く導光体、あるいは、液晶表示素子において吸収され
るため光源光を効率良く利用できないこと、および、液
晶や配向膜等が、材料によっては紫外線により劣化して
寿命が短くなると云った課題を生じるからである。

【００６８】図１１は、液晶表示素子に用いられている
偏光板の透過スペクトルの一例を示す図である。

【００６９】一般に、液晶表示素子に使用される偏光板
は、偏光膜の保護層に紫外線吸収剤が添加されており、
これにより偏光膜を紫外線から保護している。このため
波長３８０ｎｍ以下の光（紫外線）は、ほとんど吸収さ
れて透過しない（図１１参照）。

【００７０】図１２は、偏光板を除いた液晶表示素子の
透過スペクトルを示す図である。図示のとおり透明電
極、配向膜、液晶においても紫外線は大部分が吸収さ
れ、波長４００ｎｍ以下になると透過率は急激に減少し
ている。

【００７１】従って、光源の発光ピーク波長は４００ｎ
ｍ以上、かつ、光源光をそのまま青色表示に利用するた
めに５００ｎｍ以下であることが、光利用効率を高くす
る上で望ましい。即ち、光源３０１は、発光ピーク波長
４００〜５００ｎｍの青色光を発光し、小型、高発光効
率、低発熱と云った条件を満たす光源を用いるとよい。
さらに偏光板の透過率が波長４３０ｎｍを下回ると急激
に低下すること（図１１参照）、および、光源光の青色
の色純度を考慮すると、光源の発光ピーク波長は４３０
〜４８０ｎｍであることがより望ましい。

【００７２】このような光源としては、冷陰極管や熱陰
極管等の蛍光ランプあるいはＬＥＤ（Ｌight Ｅmitting
Ｄiodes）等を使用することができる。ここでは、まず
円柱状の蛍光ランプを使用する場合を説明する。

【００７３】蛍光ランプに使用する蛍光体としては、例
えば、Ｓｒ₁₀(ＰＯ₄)₆Ｃｌ：Ｅｕ2+、(Ｓｒ,Ｃａ)₁₀(Ｐ
Ｏ₄)₆Ｃｌ：Ｅｕ2+、(Ｓｒ,Ｃａ)₁₀(ＰＯ₄)₆Ｃｌ・ｎＢ
₂Ｏ₃：Ｅｕ2+等のハロりん酸塩蛍光体、Ｓｒ₂Ｐ₂Ｏ₇：
Ｅｕ2+等のりん酸塩蛍光体、(Ｓｒ,Ｂａ)Ａｌ₂Ｓｉ
₂Ｏ₈：Ｅｕ2+、Ｂａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ2+等のけい酸
塩蛍光体、ＣａＷＯ₄等のタングステン酸塩蛍光体、Ｂ
ａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ2+、ＳｒＭｇ₂Ａｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅ
ｕ2+等のアルミン酸塩蛍光体等を挙げることができる。

【００７４】これらの蛍光体は単独で、あるいは発光効
率を高めるために必要に応じて混合して用いるとよい。
これらの蛍光体を用いた蛍光ランプでは、ランプ発光効
率が数十ｌｍ／Ｗと高く、発光波長帯域が半値幅５０ｎ
ｍ以下と狭帯域な青色光を得ることが可能である。

【００７５】ランプカバー３０３は、光源３０１をカバ
ーし、光源からの出射光を導光体３０２側に反射するも
ので、光源３０１を包み込むような円筒形あるいは楕円
筒形等の形状をした反射板あるいは反射フィルムを使用
する。

【００７６】導光体３０２は、透明なアクリル樹脂から
構成され、端面から入射した光を全反射により内部に閉
じ込める構成と、内部を伝搬する光の反射角度を変える
ことで、少なくとも一方向が略平行化された光を、液晶
表示素子２００側へ放射する微細な傾斜面を有する多数
の凹凸面または段差で構成された傾斜反射面を、裏面
（液晶表示素子と反対の側の面）に備える。

【００７７】図２は、導光体３０２の一例を示す模式断
面図である。図２に例示する導光体３０２は、その表面
（液晶表示素子側の面）３０２Ｃが平坦な面で構成さ
れ、その裏面が略平坦な主面３０２Ｂ、および、図中紙
面垂直方向にのびる複数の三角溝の一辺に形成された傾
斜反射面３０２Ａとで構成される。

【００７８】導光体３０２の裏面の主面３０２Ｂは光源
３０１から出射し、導光体に入射した光を、導光体の表
面３０２Ｃとの間で全反射により伝搬し、内部に閉じ込
めるよう構成される。また、導光体３０２の裏面の傾斜
反射面３０２Ａは、導光体３０２内を伝搬する光の一部
を、その反射角度を変えることで導光体３０２の表面３
０２Ｃから出射させる機能を有する。このため傾斜反射
面３０２ＡはＡｌ、Ａｇ等の金属薄膜、あるいは、誘電
体多層膜により鏡面反射面とすることが望ましい。

【００７９】ここでは、対角寸法１３.３インチの液晶
表示素子２００に対応するため、光源３０１として直径
２.５ｍｍ×長さ２９０ｍｍの円筒状の蛍光ランプを使
用し、また、導光体３０２は、屈折率１.４９のアクリ
ル樹脂製で最大厚さを４ｍｍ、寸法２９０ｍｍ×２２４
ｍｍとした。また、導光体裏面の傾斜反射面３０２Ａ
は、その長軸方向を光源３０１の長軸方向と平行となる
ように形成し、傾斜反射面３０２Ａの平均ピッチＰ＝２
００μｍ、平均高さｈ＝１０μｍ、平均傾斜角度θ＝４
０°とした。

【００８０】なお、傾斜反射面３０２Ａの高さｈを光源
３０１に近いところでは低く、光源３０１から遠い場所
では高くなるよう連続的に変化させるか、あるいは、傾
斜反射面３０２ＡのピッチＰ、もしくは、傾斜角度θを
光源３０１からの距離により連続的に変化させるか、あ
るいは導光体３０２の厚さ、即ち、導光体の表面３０２
Ｃと裏面の主面３０２Ｂとの厚さを、光源から離れるに
従って薄くなるよう構成するなどして、導光体３０２か
ら出射する光の均一性を高めるようにしてもよい。

【００８１】本構成によれば、導光体３０２に入射した
光源３０１からの出射光１１０１は、導光体３０２の表
面３０２Ｃおよび導光体裏面の主面３０２Ｂとの間で全
反射を繰り返しながら伝搬するが、導光体内を伝搬する
光のうち、傾斜反射面３０２Ａに至った光は、反射角度
が変わり導光体表面３０２Ｃで全反射条件からはずれて
出射する。

【００８２】導光体３０２から出射した光は、傾斜反射
面３０２Ａを構成する三角溝の長手方向（稜線）に平行
な方向には広がりを持った光になるが、傾斜反射面３０
２Ａの長手方向と垂直な方向には、半値角が±１０°以
下の略平行化された光が得られる。

【００８３】なお、導光体３０２の形状は、上記機能を
満たせば本形状に限定されるものではなく、図３、また
は、図４に例示するとおり、その裏面が連続的な波形、
あるいは、階段状になっていてもよい。

【００８４】コレステリック液晶層６０１は光源３０１
から出射し、導光体３０２を介して液晶表示素子２００
に向かう光を、異なる２種類の偏光に分離する偏光分離
手段として機能するもので、配向処理された２枚のガラ
ス基板間に低分子コレステリック液晶を収めた液晶セル
や、高分子コレステリック液晶層をガラスあるいは透明
性樹脂等の光学的に等方で透明な基板上に形成したもの
が使用できる。

【００８５】コレステリック液晶層６０１は、ヘリカル
な分子配列に基づく特異な光学特性を示すもので、ヘリ
カル軸に平行に入射した光が、コレステリック螺旋の回
転方向に応じて一方の回転方向の円偏光は反射し、他方
は透過すると云う選択反射を示すものである。このため
コレステリック液晶層６０１に入射する主光束がヘリカ
ル軸と平行となるよう、コレステリック液晶層６０１の
ヘリカル軸は、液晶表示素子２００の表示面に対してほ
ゞ垂直となるように構成することが望ましい。

【００８６】また、コレステリック液晶層による選択反
射の中心波長λ₀はλ₀＝ｎ_m・ｐ、その波長帯域Δλは
Δλ＝Δｎ・ｐで表される。

【００８７】ここで、ｐはコレステリック液晶層の螺旋
ピッチ、ｎ_mは液晶の平均屈折率、Δｎは液晶の複屈折
であり、液晶分子の長軸に平行および垂直な方向の屈折
率をそれぞれｎ_e、ｎ_Oとすると、ｎ_m＝√〔(ｎ_e ²＋
ｎ_O ²)／２〕、Δｎ＝ｎ_e−ｎ_Oと表される。

【００８８】光源の発光ピーク波長と選択反射の中心波
長λ₀は一致させることが望ましく、ｎ_mは一般に１.５
〜１.７、Δｎは０.１０〜０.２６程度の値を持つの
で、螺旋ピッチｐは、光源の発光ピーク波長と液晶材料
の物性値とから自ずと決定される。例えば、光源である
蛍光ランプの主たる蛍光体としてＢａＭｇ₂Ａｌ
₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ2+を使用した蛍光ランプでは、その発光ス
ペクトルの半値幅が約５０ｎｍ、発光ピーク波長が約４
５０ｎｍとなるので、ｎ_m＝１.５、Δｎ＝０.２６の液
晶を用いた場合、螺旋ピッチＰは約３００ｎｍとすれば
よい。この場合の選択反射の帯域は７６ｎｍ程度にな
り、光源光の発光スペクトルをほゞカバーできるので、
光源光の偏光分離を効率良く行うことができる。

【００８９】図５は、コレステリック液晶層６０１の特
定の円偏光に対する透過率の波長依存性の一例を示した
ものである。

【００９０】上記のとおり、光源３０１から出射する光
は単色（青色）光であり、蛍光ランプであれば発光波長
帯域は半値幅で５０ｎｍ以下と狭くできるので、光源か
ら出射される非偏光を、一層のコレステリック液晶層に
よって異なる円偏光に効率よく分離することができる。
つまり、ピッチの異なる複数のコレステリック液晶層を
積層したり、Ａsia Ｄisplay ９５Ｄigest ｐ７３５
に記載されているようなピッチを連続的に変化させたコ
レステリック液晶層を用いる必要がないため、より低コ
ストで性能の高い偏光分離手段が実現できる。

【００９１】位相差板５０１は、コレステリック液晶層
６０１を透過した円偏光を、液晶表示素子２００の裏面
側（照明光入射面）の偏光板２０９を透過する直線偏
光、即ち、偏光板２０９の透過軸と、電気ベクトルの振
動方向が一致した直線偏光に変換する偏光変換手段とし
て機能するもので、光源光の発光波長帯域において、１
／４波長板として機能するものを用いる。

【００９２】位相差板５０１としては、光源光に対して
高い透過率を有する一軸延伸した高分子フィルム、例え
ば、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリサ
ルフォン、ポリスチレン、ポリアリレート等を用いるこ
とができる。この他にも雲母や水晶、または、分子軸を
一方向に揃えて配向した液晶層等を用いることができ
る。

【００９３】なお、一般に位相差板を構成する透明体に
は、屈折率の波長依存性（波長分散）があるため、白色
光のように波長帯域が広い光に対しては、一種一層の位
相差板では十分な性能が得られない。このため波長分散
の異なる２種の位相差板を、その光学軸をずらして貼合
わせると云ったことが行われるが、この場合は、光入射
角度による位相差の変化が大きくなる等の性能の劣化
や、コストの上昇と云った問題が生じる。

【００９４】しかし、本カラー表示装置では、光源３０
１からの出射光の波長帯域は、半値幅で５０ｎｍ以下と
狭くなるため、一種一層の位相差板でその機能を十分に
満たすことができるので、高性能な偏光変換手段を容易
に実現することができる。

【００９５】マイクロプロズムアレイ４０１は、導光体
３０２から出射し液晶表示素子２００に向う照明光の平
行度を高める光路変換手段としての機能を有するもの
で、特公平１−３７８０１号公報（発明の名称：照明パ
ネル）に記載の、その両面が平滑面と波形面で構成され
る透明シートを用いることができる。

【００９６】図６に例示するとおりマイクロプリズムア
レイ４０１は、その両面がそれぞれ頂角αの３角柱状プ
リズムからなる波形面４０１Ｂと、平滑面４０１Ｃとで
構成される透明シートであり、プリズムの長手方向（稜
線）４０１Ａと直交する方向に広がりを有する光束を、
平滑面４０１Ｃの垂線方向に平行化する光路変換手段と
して機能するものである。

【００９７】プリズムのピッチは数十μｍ、プリズムの
頂角αは８０〜１００°程度にすればその機能を満たす
ことができるが、プリズムのピッチが液晶表示素子の画
素ピッチと同程度であるとモアレが目立つので、プリズ
ムのピッチは画素ピッチより小さくするかまたは大きく
して、モアレが目視できないようにすることが望まし
い。また、プリズムの頂角αも、導光体３０２から出射
される光の出射角度分布に対応して最適化するとよい。

【００９８】本実施例では導光体３０２から出射する光
は、導光体裏面の傾斜反射面３０２Ａの長手方向（稜
線）と直交する方向にはほゞ平行化された光となるが、
傾斜反射面３０２Ａの長手方向（稜線）と平行な方向に
は広がりを持った光となるため、マイクロプロズムアレ
イ４０１は、そのプリズムの長手方向４０１Ａを導光体
３０２の傾斜反射面３０２Ａの長手方向（稜線）と直交
するように配置することで、液晶表示素子２００に照射
される照明光の平行性を、全方位に渡って高めるように
構成する。

【００９９】なお、導光体３０２から出射し、コレステ
リック液晶層６０１および位相差板５０１を通過した照
明光は、液晶表示素子２００の偏光板２０９の透過軸
と、電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光となっ
ており、このまま液晶表示素子２００に照射すれば、偏
光板２０９での光損失は殆どない。

【０１００】従って、照明光を効率良く利用するには、
マイクロプリズムアレイ４０１はこれを通過する照明光
の偏光状態を、できるだけ維持する必要がある。このた
め、マイクロプリズムアレイ４０１を構成する透明体は
復屈折性の無い材料、あるいはマイクロプリズムの長手
方向４０１Ａまたはこれと直交する方向に光学軸を有す
る一軸光学異方性の透明体を用い、さらに、マイクロプ
リズムの長手方向４０１Ａを、マイクロプリズムアレイ
を通過する直線偏光の電気ベクトルの振動方向と平行、
もしくは、直交するように配置するとよい。

【０１０１】マイクロプリズムアレイ４０１を構成する
透明体としては、キャスティング法（溶液流延法）によ
り成膜したポリカーボネートフィルムや、トリアセチル
セルロースフィルム等のポリマーフィルム、あるいは、
射出成形により形成した脂環式アクリル樹脂（商品名オ
プトレッツ：日立化成工業製）等の光学的に等方な透明
体、あるいは、一軸延伸したポリカーボネートフィル
ム、ポリビニルアルコール、ポリサルフォンと云ったポ
リマーフィルムを用いることができる。

【０１０２】偏光維持反射板３０４はガラス板や樹脂
板、樹脂フィルム等の基材上に偏光状態を維持する反射
面を形成したものであり、偏光分離手段であるコレステ
リック液晶層６０１で反射して導光体３０２へ戻ってき
た光を、再び、その偏光状態を維持したまま液晶表示素
子２００側へ反射する機能を有する。

【０１０３】ここで述べる偏光状態を維持する反射面と
は、少なくとも垂直入射光に対しては、円偏光はその回
転方向が逆の円偏光として反射する反射面のことであ
る。具体的には反射面として基材にＡｌ、Ａｇ等の金属
薄膜を被着したもの、あるいは、光源光の波長帯域に対
して高い反射率が得られるように構成した誘電体多層膜
による鏡面反射面を使用する。

【０１０４】図７は本発明のカラー表示装置を構成する
各部材の配置の一例を示した模式斜視図である。

【０１０５】前記のとおり、マイクロプリズムアレイ４
０１は、そのプリズムの長手方向４０１Ａを導光体３０
２裏面の傾斜反射面３０２の長手方向（稜線）３０２Ａ
Ａに対し直交するよう配置する。さらに、液晶表示素子
の裏面（照明光入射面）に配置した偏光板２０９の透過
軸２０９Ａをマイクロプリズムアレイ４０１のプリズム
長手方向（稜線）４０１Ａに対して、垂直（あるいは平
行）となるように配置し、液晶表示素子の表面（観察者
側の面）に配置した偏光板２０８の透過軸２０８Ａは、
偏光板２０９の透過軸２０９Ａと直交するように配置す
る。

【０１０６】また、位相差板５０１の光学軸５０１Ａ
は、コレステリック液晶層６０１を透過した円偏光を、
偏光板２０９の透過軸２０９Ａと平行な偏光軸を有する
直線偏光に変換するため、偏光板２０９の透過軸２０９
Ａに対し、４５°（または１３５°）の角度を成すよう
に配置する。

【０１０７】次に、本カラー表示装置の動作を図１およ
び図８を参照しながら説明する。図８は本カラー表示装
置の動作を説明するための一部概略断面図である。

【０１０８】図１の光源３０１から出射した光は直接、
または、ランプカバー３０３で反射した後、導光体３０
２に入射する。導光体３０２に入射した光１１０１は導
光体３０２の表面３０２Ｃと裏面の主面３０２Ｂとの間
で、全反射を繰り返しながら導光体３０２内を伝搬する
が、導光体内を伝搬する光１１０１のうち、傾斜反射面
３０２Ａに到達した光は反射角度が変わり、導光体表面
３０２Ｃで全反射条件から外れて、液晶表示素子２００
に向かって出射する。

【０１０９】図８の導光体３０２から出射した光１１０
２は、コレステリック液晶層６０１に至る。ここでは以
下、コレステリック液晶層６０１が左回りの円偏光（以
下、左円偏光）は透過し、右回りの円偏光（以下、右円
偏光）は反射する場合を説明する。

【０１１０】図８に示すとおり、導光体３０２を出射し
た光は非偏光であるが、この出射光のうち左円偏光成分
はコレステリック液晶層６０１を透過し、右円偏光成分
は反射する。コレステリック液晶層６０１を透過した光
１１０３は位相差板５０１の作用により、偏光板２０９
の直線偏光透過軸と、電気ベクトルの振動方向が一致し
た直線偏光に変換された後、マイクロプリズムシート４
０１を介して液晶表示素子２００に向かう。

【０１１１】一方、コレステリック液晶層６０１で反射
した光１１０４は、導光体３０２を透過して偏光維持反
射板３０４で反射し、再び導光体３０２を透過してコレ
ステリック液晶層６０１に向かう。この際、偏光維持反
射板３０４で反射した光は円偏光の回転方向が逆の円偏
光となるため、はじめコレステリック液晶層６０１で反
射した右円偏光光１１０４は偏光維持反射板３０４での
反射の際、左円偏光となり、今度はコレステリック液晶
層６０１を透過して、位相差板５０１の作用により、偏
光板２０９の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向
が一致した直線偏光に変換された後、液晶表示素子２０
０に入射する。

【０１１２】つまり、非偏光である光源３０１からの出
射光は、効率よく所望の直線偏光（偏光板２０９の直線
偏光透過軸と、電気ベクトルの振動方向が一致した直線
偏光）に変換された後、液晶表示素子２００に照射され
る。このため液晶表示素子２００に入射する光は、偏光
板２０９で殆ど吸収されることなく表示に寄与するの
で、従来、液晶表示素子の偏光板で吸収され、無駄とな
っていた光を有効に利用することができる。

【０１１３】液晶表示素子２００に入射した光は画像情
報に応じた変調を受けた後、波長変換部１００に入射す
る。

【０１１４】波長変換部１００は、光源光である青色光
を吸収して緑色の蛍光を発する緑色用蛍光体１０２Ｇ、
青色光を吸収して赤色の蛍光を発する蛍光体１０１Ｒ、
および青色以外の波長光をカットする青色カラーフィル
タ１０３Ｂが液晶表示素子２００の各色光の画素に対応
してパターニングされており、液晶表示素子２００は単
に青色光を選択的に通過させる光シャッターとして機能
し、青色光が通過した画素に配置した蛍光体の蛍光、ま
たは、カラーフィルタの透過光によりカラー表示が行わ
れる。

【０１１５】蛍光色は蛍光体の特性により決まり赤、緑
共に色鮮やかな色彩表示が可能となる。また、青色カラ
ーフィルタ部は、光源光がもともと青色なので光の損失
が殆ど無い状態で色鮮やかな青色光が得られる。

【０１１６】上記のとおり、本カラー表示装置によれ
ば、光源からの出射光は帯域の狭い単色（青色）光であ
るため白色光のように帯域の広い光に比べて効率よく所
望の直線偏光、即ち、液晶表示素子の背面側に配置した
偏光板の直線偏光透過軸と、電気ベクトルの振動方向が
一致した直線偏光に変換された後、液晶表示素子に照射
される。このため液晶表示素子に入射する光は、偏光板
で殆ど吸収されることなく表示に寄与できるので、従
来、液晶表示素子の偏光板で吸収され、無駄となってい
た光を有効に利用することができる。

【０１１７】液晶表示素子は、単に光源光である青色光
を選択的に通過させる光シャッターとして機能し、緑色
および赤色の表示はそれぞれの色を表示する画素に対応
した位置にパターニングされた蛍光体の蛍光により、明
るく色鮮やかな表示となる。さらに青色の表示は、青色
を表示する画素に対応した位置にパターニングされた青
色カラーフィルタの透過光により行なわれるが、光源光
がもともと青色なので、光の損失が殆ど無い状態で色鮮
やかな表示が得られる。このため、従来のカラー液晶表
示装置のようなカラーフィルタによる光の吸収が無く、
光利用効率が高くて明るいカラー表示装置が実現でき
る。

【０１１８】さらに、本カラー表示装置では照明装置か
ら出射する照明光が、導光体の裏面に形成された傾斜反
射面およびマイクロプリズムアレイの作用により、全方
位にわたって平行性の高い光となっている。このため、
液晶表示素子の液晶層と、波長変換部の蛍光体がガラス
基板で隔てられ、距離が離れていても、本来、表示すべ
き画素とは異なる画素に対応した蛍光体への照明光の漏
れが少ないため、色のにじみや解像度の低下が抑制され
て、高品位なカラー表示が得られると云う効果がある。

【０１１９】また、蛍光表示に用いる励起光（光源光）
が可視光なので、一般に、液晶表示素子で使用される各
種透明材料において、紫外線のように吸収されることが
無いため光源光が効率良く利用でき、さらに紫外線によ
る偏光板、液晶等の劣化が無く、長寿命の蛍光カラー表
示が得られると云う効果もある。

【０１２０】また、青色カラーフィルタの観察者側に、
前方散乱の大きい拡散層を付加すれば、入射光の方向に
依存せず一様な空間分布の青色光が得られ、赤色光およ
び緑色光は、蛍光体の蛍光の空間分布がもともと入射光
の方向に依存せず一様であるため、視野角依存性の無い
表示が得られると云う効果もある。

【０１２１】なお、光源の発光スペクトルが色純度の高
い青色光であれば、波長変換部の青色カラーフィルタは
必ずしも必要ないので、これを省いてもよい。

【０１２２】〔実施例２〕次に、本発明に係る他のカ
ラー表示装置の実施例を図面を用いて説明する。図１３
は本発明のカラー表示装置を示す一部概略断面図であ
る。

【０１２３】本実施例は、図１を用いて説明した実施例
１において、波長変換部１００を改良したもので、上記
実施例１と同一の部分には同じ符号をつけ、詳細な説明
は省略する。

【０１２４】本実施例では、波長変換部１００の表面
（観察者側の面）の青色カラーフィルタ１０３Ｂ部を除
いた部分、即ち、蛍光体がパターニングされている部分
に赤色用蛍光体１０１Ｒ、および、緑色用蛍光体１０２
Ｇの蛍光の発光スペクトルは透過し、それ以外の光は吸
収するバンドパスフィルタ１０５を設け、さらに、波長
変換部１００の背面（液晶表示素子２００側の面）に、
光源の発光スペクトル以外の可視光を反射する反射層１
０６を設けたことが実施例１とは異なる特徴である。

【０１２５】バンドパスフィルタ１０５は、明るい環境
下でカラー表示装置を見る際に、外光により波長変換部
１００にパターニングされた蛍光体が蛍光を発して、コ
ントラスト比が低下することを防止するために設けたも
ので、外光に含まれる励起スペクトル、即ち、青色光を
吸収する機能を有するものを使用する。

【０１２６】従って、青色の補色である黄色は透過し、
黄色以外の光は吸収する、いわゆる黄色カラーフィルタ
を用いてもよい。より望ましくは、蛍光体の蛍光の発光
スペクトルのみを透過し、それ以外の波長は吸収するバ
ンドパスフィルタを用いることで、外光に含まれる励起
スペクトル、および、蛍光体の蛍光の発光スペクトル以
外の、できるだけ広範囲の可視波長光を吸収するように
して、明るい環境下での黒表示の輝度をより下げて、コ
ントラスト比を向上するようにするとよい。

【０１２７】反射層１０６は光源の発光スペクトルは透
過し、蛍光体の蛍光の発光スペクトルは反射する機能を
有する。これは蛍光体の蛍光が拡散光であり、この拡散
光の一部が液晶表示素子２００側へ戻り光損失となった
り、迷光となって色のにじみ等の画質劣化の原因となる
ことを防止するために設けるものである。反射層１０６
としては青色光は透過し、黄色光を反射するように構成
した誘電体多層膜を用いればよい。

【０１２８】本実施例においても上記実施例１と同様、
非偏光である光源からの出射光は、帯域の狭い単色（青
色）光であるため効率良く所望の直線偏光に変換された
後、液晶表示素子に照射されるので、従来、液晶表示素
子の偏光板で吸収され、無駄となっていた光を有効に利
用することができる。

【０１２９】さらに、液晶表示素子は、単に光源光であ
る青色光を選択的に通過させる光シャッターとして機能
し、緑色および赤色の表示は蛍光体の蛍光により、ま
た、青色の表示はもともと青色の光源光の青色カラーフ
ィルタの透過光により行なうため、カラーフィルタによ
る光吸収のない、光利用効率が高くて明るいカラー表示
装置が実現できる等の効果がある。

【０１３０】さらに、本実施例特有の効果として以下の
効果が得られる。即ち、本実施例では波長変換部１００
表面の青色カラーフィルタ１０３Ｂ部を除いた部分、つ
まり蛍光体がパターニングされている部分に、赤色用蛍
光体１０１Ｒおよび緑色用蛍光体１０２Ｇの蛍光の発光
スペクトルは透過し、それ以外の光は吸収するバンドパ
スフィルタ１０５を積層した。

【０１３１】このため、明るい環境下であっても、外光
に含まれる励起光はバンドパスフィルタにおいて吸収さ
れるため、外光により波長変換部１００にパターニング
された蛍光体が蛍光して、黒表示の輝度を高くしてしま
うことがない。

【０１３２】さらに蛍光体の蛍光による赤色光や緑色光
は、バンドパスフィルタで吸収されることなく透過し、
青色光も青色カラーフィルタ部にはバンドパスフィルタ
がないので吸収されることなく表示に寄与できるため、
明るい表示が得られる。従って、明るい環境下であって
も高いコントラスト比が得られると云う効果がある。

【０１３３】また、本実施例では、波長変換部１００の
背面側（液晶表示素子２００）に光源の発光スペクトル
（青色光）は透過し、それ以外の可視光を反射する反射
層１０６を設けた。このため、液晶表示素子で変調され
た青色光は、反射層１０６で反射することなく透過して
蛍光体に至り、蛍光体は蛍光する。

【０１３４】蛍光による光の放出は拡散光であるため、
その一部は液晶表示素子の方向へ向かう。しかし、光源
の発光スペクトル、即ち、青色光以外の可視光は、液晶
表示素子へ戻ることなく反射層１０６で反射して、大部
分が観察者側へ向い表示の明るさに寄与することにな
る。つまり、蛍光体で蛍光した拡散光が、液晶表示素子
へ戻ることで光が損失したり、迷光となって色のにじみ
等の画質劣化を引き起こすことを防止できるため、明る
く表示品質の高いカラー表示装置が実現できると云う効
果がある。

【０１３５】〔実施例３〕次に、本発明に係る他のカ
ラー表示装置の実施例を図面を用いて説明する。図１４
は、本発明のカラー表示装置の一例を示す一部概略断面
図である。

【０１３６】本実施例は図１３を用いて説明した実施例
２において、コレステリック液晶層６０１の代わりに、
偏光分離手段として直線偏光分離素子７０１を使用し、
これに伴い位相差板５０１、および、マイクロプリズム
アレイ４０１の配置を図示のとおり、導光体３０２側か
ら位相差板５０１、マイクロプリズムアレイ４０１、直
線偏光分離素子７０１の順に配置したもので、実施例
１，２と同一の部分には同じ符号をつけ、詳細な説明は
省略する。

【０１３７】直線偏光分離素子７０１はシート状で、こ
れに入射する光のうち特定の直線偏光成分は反射し、こ
れと直交する直線偏光成分は透過する機能を有するもの
で、その構成は種々考えられる。

【０１３８】例えば、国際公開公報：ＷＯ９５／２７９
１９に記載の、異なる複屈折性高分子フィルムを交互に
複数層積層した複屈折反射型偏光フィルムや、ＳＩＤ９
２Ｄigest ｐ４２７に記載の頂角がほゞ９０度のプリ
ズムアレイを２枚重ね、その重ね合わせ部に誘電体多層
膜による偏光分離面を形成したものを使用することがで
きる。

【０１３９】どちらの場合も一般に偏光分離すべき光の
波長帯域が狭ければ、その分フィルムの積層枚数、もし
くは、誘電体膜の層数を減らしてもその機能は満たされ
るので、より安価な偏光分離素子が実現できる。あるい
は、偏光分離すべき光の波長帯域が狭ければ、その分、
偏光分離能力の光の入射角度依存性を小さくするなどの
性能向上も容易になる。

【０１４０】本カラー表示装置では、光源からの出射光
は単色（青色）光であり、蛍光ランプであれば、その発
光波長帯域は半値幅で５０ｎｍ以下と狭くできるので、
白色光源に対応した偏光分離素子に比べて、安価で性能
の高い偏光分離手段が容易に構成できる。

【０１４１】位相差板５０１は、直線偏光分離素子７０
１で反射した直線偏光を円偏光に変換する機能を有する
もので、実施例１，２と同様、光源の発光波長帯域にお
いて１／４波長板として機能するものを用いる。

【０１４２】位相差板５０１としては光源光に対して高
い透過率を有する一軸延伸した高分子フィルム、例え
ば、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリサ
ルフォン、ポリスチレン、ポリアリレート等を用いるこ
とができる。この他にも雲母や水晶または分子軸を一方
向に揃えて配向した液晶層等を用いることができる。

【０１４３】なお、一般に位相差板を構成する透明体に
は、屈折率の波長依存性（波長分散）があるため、白色
光のように波長帯域が広い光に対しては一種類の位相差
板では十分な性能が得られない。このため２種の位相差
板を、その光学軸をずらして張り合わせると云ったこと
が行われるが、この場合は光入射角度による位相差の変
化が大きくなる等の性能の劣化や、コストの上昇と云っ
た問題が生じる。

【０１４４】しかし、本カラー表示装置では、光源３０
１からの出射光の波長帯域は半値幅で５０ｎｍ以下と狭
くなるため、一種一層の位相差板でその機能を十分に満
たすことができ、高性能な偏光変換手段が容易に実現で
きる。

【０１４５】図１５は本実施例のカラー表示装置を構成
する各部材の配置の一例を示す模式斜視図である。上記
実施例と同様、マイクロプリズムアレイ４０１は、その
プリズムの長手方向４０１Ａを導光体３０２裏面の傾斜
反射面３０２の長手方向（稜線）３０２ＡＡに対し、直
交するよう配置する。

【０１４６】さらに液晶表示素子の光入射側に配置した
偏光板２０９の透過軸２０９Ａは、マイクロプリズムア
レイ４０１のプリズム長手方向（稜線）４０１Ａに対し
て、垂直（あるいは平行）となるように配置し、液晶表
示素子の観察者側に配置した偏光板２０８の透過軸２０
８Ａは、偏光板２０９の透過軸２０９Ａと直交するよう
に配置する。

【０１４７】また、直線偏光分離素子７０１は、その直
線偏光の透過軸７０１Ａを偏光板２０９の透過軸２０９
Ａと一致させるように配置し、位相差板５０１の光学軸
５０１Ａは、直線偏光分離素子７０１の直線偏光の透過
軸７０１Ａに対し、４５°もしくは１３５°の角度を成
すように配置する。

【０１４８】次に本カラー表示装置の動作を図１４、図
１６を参照しながら説明する。図１６は、本カラー表示
装置の動作を説明するための一部概略断面図である。

【０１４９】光源３０１から出射した光は直接、あるい
は、ランプカバー３０３で反射した後、導光体３０２に
入射する。導光体３０２に入射した光１１０１は、導光
体３０２の表面３０２Ｃと裏面の主面３０２Ｂとの間で
全反射を繰り返しながら導光体３０２内を伝搬するが、
導光体内を伝搬する光１１０１のうち、傾斜反射面３０
２Ａに至った光は反射角度が変わり、導光体表面３０２
Ｃで全反射条件から外れて、液晶表示素子２００に向か
って出射する。

【０１５０】導光体３０２から出射した光１１０２は位
相差板５０１を透過し、マイクロプリズムアレイ４０１
により平行性の高い光となった後、直線偏光分離素子７
０１に入射する。直線偏光分離素子７０１に入射した光
のうち、偏光板２０９の直線偏光透過軸と、電気ベクト
ルの振動方向が一致した直線偏光成分は直線偏光分離素
子７０１を透過し、これと直交する直線偏光成分は反射
する。直線偏光分離素子７０１を透過した光１１１１
は、そのまま液晶表示素子２００に照射される。

【０１５１】一方、直線偏光分離素子７０１で反射した
光１１１２は、偏光状態をほゞ維持したままマクロプリ
ズムアレイ４０１を通過し、位相差板５０１の作用によ
り円偏光となって導光体３０２へ向かう。導光体３０２
に向かった光はこれを透過して偏光維持反射板３０４で
反射し、再び、導光体３０２を透過して位相差板５０１
を介して直線偏光分離素子７０１に向かう。

【０１５２】この際、偏光維持反射板３０４で反射する
光は、円偏光の回転方向が逆の円偏光となるため、はじ
めに直線偏光分離素子７０１で反射して、位相差板５０
１を透過した光１１１２は、偏光維持反射板３０４での
反射の際、逆回りの円偏光となり、再び位相差板５０１
を透過する際、その作用により、直線偏光分離手段７０
１を透過する直線偏光に変換されるため、今度は直線偏
光分離素子７０１を透過して液晶表示素子２００に照射
される。

【０１５３】つまり、光源３０１から出射した光の大部
分は、直線偏光分離素子７０１を通過して液晶表示素子
２００に照射される。

【０１５４】ここで、直線偏光分離素子７０１を通過す
る光は、偏光板２０９の直線偏光透過軸と、電気ベクト
ルの振動方向が一致した直線偏光である。

【０１５５】つまり、非偏光である光源３０１からの出
射光は、効率よく所望の直線偏光（偏光板２０９の直線
偏光透過軸と、電気ベクトルの振動方向が一致した直線
偏光）に変換された後、液晶表示素子２００に照射され
るため、偏光板２０９で殆ど吸収されることなく表示に
寄与するので、従来、液晶表示素子の偏光板で吸収さ
れ、無駄となっていた光を有効に利用することができ
る。

【０１５６】液晶表示素子２００に入射した光は画像情
報に応じた変調を受けた後、波長変換部１００に入射す
る。

【０１５７】波長変換部１００は、光源光である青色光
を吸収して緑色の蛍光を発する緑色用蛍光体１０２Ｇ、
赤色の蛍光を発する赤色用蛍光体１０１Ｒ、および、青
色以外の波長光をカットする青色カラーフィルタ１０３
Ｂが、液晶表示素子２００の各色光の画素に対応してパ
ターニングされたもので、液晶表示素子２００は、単に
青色光を選択的に通過させる光シャッターとして機能し
て、青色光が通過した画素に配置した蛍光体の蛍光、あ
るいはカラーフィルタの透過光によりカラー表示が行わ
れる。

【０１５８】本実施例においても実施例１，２と同様、
従来、液晶表示素子の偏光板、あるいは、カラーフィル
タで吸収され、無駄となっていた光を有効に利用するこ
とができるため、光利用効率が高く明るいカラー表示装
置が実現できる。

【０１５９】さらに、蛍光表示に用いる励起光（光源
光）は、可視光なので紫外線による偏光板、液晶等の劣
化がなく、長寿命の蛍光カラー表示が得られるなど、上
記実施例と同様の効果が得られる。

【０１６０】なお、本カラー表示装置の照明装置に用い
るマイクロプリズムアレイは、照明光の平行性を高める
光路変換手段として機能するものであり、上記のとお
り、これに垂直入射する光が電気ベクトルの振動方向が
プリズムの長手方向（稜線）に平行、あるいは、垂直を
なす直線偏光であれば、その偏光状態はほゞ維持され
る。従って、図１あるいは図１３に例示した前記実施例
のように、偏光変換手段としてコレステリック液晶層を
用いる場合は、コレステリック液晶層を通過した光が位
相差板により直線偏光に変換された後、即ち、液晶表示
素子２００と位相差板の間にマイクロプリズムアレイを
配置することが、照明光の利用効率を高めるために望ま
しかった。

【０１６１】しかし、本実施例では偏光分離手段として
直線偏光分離素子７０１を用いており、直線偏光分離素
子７０１の透過光および反射光は、どちらも直線偏光で
あるため、マイクロプリズムアレイ４０１を直線偏光分
離素子７０１と液晶表示素子２００の間、あるいは、直
線偏光分離素子７０１と位相差板５０１の間のいずれに
配置しても、非偏光である光源光を所望の直線偏光に変
換する効率に悪影響を与えない。

【０１６２】ここで、一般に、偏光分離手段はこれに入
射する光の入射角度が小さい程、即ち、入射光の平行性
が高い程、偏光分離機能が高くなる。そこで本実施例で
はマイクロプリズムアレイ４０１を直線偏光分離素子７
０１の背面側（直線偏光分離素子と位相差板の間）に配
置して、全方位にわたって平行性の高い光を直線偏光分
離素子に入射するように構成した。このため偏光分離手
段である直線偏光分離素子７０１の偏光分離機能が高ま
り、光利用効率がより高まると云った効果が得られる。

【０１６３】〔実施例４〕次に本発明に係る他のカラ
ー表示装置の実施例を図面を用いて説明する。図１７は
本発明のカラー表示装置を示す一部概略断面図である。

【０１６４】本実施例は図１、図１３、あるいは、図１
４を用いて説明した実施例１，２または３において、照
明装置を変形したものであり、上記実施例と同様な部分
には同じ符号をつけ、同一部分については詳細な説明は
省略する。

【０１６５】本実施例の照明装置５００は、複数の整列
配置した青色ＬＥＤ５０７と、青色ＬＥＤ５０７からの
出射光を平行化するコリメータレンズ５０２と、青色Ｌ
ＥＤ５０７から出射した光を反射と透過により、電気ベ
クトルの振動方向が直交する２種の直線偏光に分離する
複数の偏光分離面５０３と、偏光分離面５０３で反射し
た直線偏光を、偏光分離面５０３を透過した光と同じ方
向へ反射する複数の反射面５０５と、偏光分離面５０３
および反射面５０５とを、透光性部材５０６を介して交
互に複数配列した構成の偏光分離プリズムアレイ５１０
と、偏光分離面５０３で分離された２種の直線偏光のう
ち、少なくとも一方の偏光状態を変えて、偏光分離プリ
ズムアレイ５１０から出射する光を、液晶表示素子２０
０の背面に配置された偏光板２０９の直線偏光透過軸
と、電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換
する機能を有する偏光変換素子５０４とから構成され
る。

【０１６６】青色ＬＥＤ５０７は、発光ピーク波長４０
０〜５００ｎｍの青色光を発するものを用いることがで
きるが、偏光板の透過スペクトル（図１１参照）、およ
び、光源光の青色の色純度を考慮すると、発光ピーク波
長が４３０〜４８０ｎｍの青色ＬＥＤを用いることがよ
り望ましい。

【０１６７】コリメータレンズ５０２は、青色ＬＥＤ５
０７から出射する拡散光を平行化する機能を有するもの
で、複数の青色ＬＥＤ５０７に１対１に対応して配置す
る。なお、市販の透明レンズを備えたＬＥＤランプの中
には指向性が強い、即ち、平行性の高い出射光が得られ
るものがあるので、これを青色ＬＥＤ５０７とコリメー
タレンズ５０２を一体化したものとして使用してもよ
い。

【０１６８】具体的には品名ＮＳＰＢ３００Ａ、ＮＳＰ
Ｂ５００Ａ（日亜化学工業製）を用いることができ、こ
の場合、発光ピーク波長が約４７０ｎｍ、発光スペクト
ルの半値幅が約３０ｎｍ、半値角が約±７.５°と平行
性の高い出射光が得られる。また、品名Ｅ１Ｌ５１−３
Ｂ（豊田合成製）を用いれば、発光ピーク波長が約４７
０ｎｍ、発光スペクトルの半値幅が約３５ｎｍ、半値角
が約±７.５°と平行性の高い出射光が得られる。

【０１６９】偏光分離プリズムアレイ５１０は、青色Ｌ
ＥＤ５０７から出射した光を、反射と透過により電気ベ
クトルの振動方向が互いに直交する２種の直線偏光に分
離する偏光分離面５０３と、偏光分離面５０３で反射し
た光を、偏光分離面５０３を透過した光の方向と同じ方
向へ反射する反射面５０５とを、断面形状が平行四辺形
の柱状の透光性部材５０６を介して交互に複数配列した
ものである。

【０１７０】透光性部材５０６は、光源の発光スペクト
ルに対して透明で複屈折性の無い材料、例えば、ＢＫ−
７等の硝材から構成される。透光性部材５０６は、その
断面形状が内角４５°の平行四辺形である柱状の透明体
であり、これを順次接合することで板状の外観を形成す
るものである。透光性部材５０６の接合界面には偏光分
離面５０３、および、反射面５０５が交互に形成され
る。

【０１７１】偏光分離面５０３は誘電体多層膜により構
成する。ここで一般に偏光分離面は偏光分離すべき光の
波長帯域が狭ければ、その分、誘電体膜の層数を減らし
てもその機能は満たされるのでより安価になる。また、
偏光分離すべき光の波長帯域が狭ければ、その分、偏光
分離能力の光の入射角度依存性を小さくするなどの性能
向上も容易になる。従って、本発明のカラー表示装置で
は、光源からの出射光が単色（青色）光であり、その発
光スペクトルの半値幅は３０〜３５ｎｍと狭いので、白
色光源に対応した偏光分離面に比べ、安価で性能の高い
偏光分離手段が容易に構成できる。

【０１７２】反射面５０４は、偏光分離面５０３で反射
した光を反射するもので、偏光分離面５０３と同じ誘電
体多層膜、あるいはＡｌ、Ａｇ等の金属薄膜により実現
することができる。

【０１７３】偏光変換素子５０４は、偏光分離プリズム
アレイ５１０の偏光分離面５０３で分離された２種の直
線偏光のうち、少なくとも一方の偏光状態を変えて、偏
光分離プリズムアレイ５１０から出射する光を、液晶表
示素子２００の背面に配置された偏光板２０９の直線偏
光透過軸と、電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏
光に揃える機能を有する。

【０１７４】ここでは偏光変換素子５０４を偏光分離プ
リズムアレイ５１０の光出射面の一部に選択的に配置し
た光源の発光スペクトルに対し、１／２波長板として機
能する位相差板により実現する。

【０１７５】１／２波長位相差板としては、光源の発光
スペクトルに対して高い透過率を有する延伸した高分子
フィルム、例えば、ポリビニルアルコール、ポリカーボ
ネート、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリアリレー
ト等を用いることができる。この他にも雲母や水晶また
は分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用いるこ
とができる。

【０１７６】なお、一般に位相差板を構成する透明体に
は、屈折率の波長依存性（波長分散）があり、白色光の
ように波長帯域が広い光に対しては一種一層の位相差板
では十分な性能が得られない。そこで、２種類の波長分
散が異なる位相差板をその光学軸をずらして貼合わせる
と云ったことが行われるが、この場合は、光入射角度に
よる位相差の変化が大きくなる等の性能の劣化や、コス
トの上昇と云った問題が生じる。

【０１７７】しかし、本カラー表示装置では、光源であ
る青色ＬＥＤ５０７の発光波長帯域は、半値幅で３０〜
３５ｎｍ程度と狭いため一種一層の位相差板でその機能
を十分に満たすことができ、高性能な偏光変換手段が容
易に実現できる。

【０１７８】１／２波長位相差板は、偏光分離プリズム
５０１の光出射面のうち、偏光分離面５０３を透過した
光が通過する部分、あるいは、偏光分離面５０３で反射
し、さらに反射面５０５で反射した光が通過する部分の
いずれかに配置すればよい。

【０１７９】ここでは以下、偏光分離プリズムアレイ５
０１の光出射面のうち、偏光分離面５０３を透過した光
が通過する部分に、偏光変換素子（１／２波長板）５０
４を配置する場合について図面を参照し説明する。

【０１８０】図１８、１９はそれぞれ本実施例の照明装
置の概略斜視図、および、その動作を説明するための一
部模式断面図である。

【０１８１】青色ＬＥＤ５０７およびコリメートレンズ
５０２は、偏光分離プリズムアレイ５１０を構成する複
数の透光性部材５０６の光入射面５０６Ｂの中心位置、
即ち、透光性部材５０６の接合界面中央部の直下に対応
する位置に配置する。

【０１８２】この際、透光性部材５０６の長手方向に対
しては、複数個の青色ＬＥＤ５０７およびコリメートレ
ンズ５０２を連続的に線状に配置するが、これと直交す
る方向には透光性部材５０６一つ分の間隔を空けながら
配置する。また、透光性部材５０６の接合界面には、偏
光分離面５０３および反射面５０５を交互に形成する
が、青色ＬＥＤ５０７およびコリメートレンズ５０２の
直上部に対応する界面には、偏光分離面５０３が位置す
るよう構成する。

【０１８３】さらに、偏光分離プリズムアレイ５１０の
光出射面のうち、偏光分離面５０３を透過した光が通過
する部分、即ち、青色ＬＥＤ５０７およびコリメートレ
ンズ５０２の直上部に対応する透光性部材５０６の光出
射面５０６Ａに、偏光変換素子（１／２波長位相差板）
５０４を配置する。

【０１８４】本構成によれば、青色ＬＥＤ５０７から出
射した光１２０１は、コリメートレンズ５０２の作用に
より平行化された後、偏光分離プリズムアレイ５１０に
入射する。偏光プリズムアレイ５１０に入射した光は偏
光分離面５０３において、電気ベクトルの振動方向が直
交する異なる２種の直線偏光に、それぞれ反射光と透過
光として分離される。

【０１８５】偏光分離面５０３を透過した光１２０２は
偏光変換素子（１／２波長板）５０４の作用を受けて、
電気ベクトルの振動方向が９０°回転した直線偏光、即
ち、偏光分離面５０３で反射した光１２０３と同じ直線
偏光となる。また、偏光分離面５０３で反射した光１２
０３は、さらに反射面５０５で反射して、偏光分離面５
０１を透過した光１２０２と同じ方向に出射する。つま
り、本照明装置では、光源である青色ＬＥＤ５０７から
出射した非偏光を、異なる２つの直線偏光に分離した
後、特定の直線偏光に揃った面状の照明光として液晶表
示装置２００に照射することができる。

【０１８６】ここで、本カラー液晶表示装置では、液晶
表示素子２００の背面側の偏光板２０９の直線偏光の透
過軸を、照明装置５００から出射される直線偏光の電気
ベクトルの振動方向と一致するよう構成する。

【０１８７】こうすれば光非偏光である光源５０１から
の出射光は、効率よく所望の直線偏光（偏光板２０９の
直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直
線偏光）に変換された後、液晶表示素子２００に照射さ
れるため、偏光板２０９で殆ど吸収されることなく表示
に寄与できる。従って、従来、液晶表示素子の偏光板で
吸収され、無駄となっていた光を有効に利用することが
できる。

【０１８８】液晶表示素子２００に入射した光は、画像
情報に応じた変調を受けた後、波長変換部１００に入射
する。

【０１８９】波長変換部１００は、青色光を吸収して緑
色の蛍光を発する緑色用蛍光体１０２Ｇ、赤色の蛍光を
発する赤色用蛍光体１０１Ｒ、および、青色以外の波長
光をカットする青色カラーフィルタ１０３Ｂが、液晶表
示素子２００の各色光の画素に対応してパターニングさ
れたもので、液晶表示素子２００は、単に、青色光を選
択的に通過させる光シャッターとして機能して、青色光
が通過した画素に配置した蛍光体の蛍光、あるいは、青
色カラーフィルタの透過光によりカラー表示が行われ
る。

【０１９０】本実施例においても、実施例１，２または
３と同様、従来、液晶表示素子の偏光板あるいはカラー
フィルタで吸収されて無駄となっていた光を、有効に利
用することができるため、光利用効率が高く明るいカラ
ー表示装置が実現できる。

【０１９１】さらに、蛍光表示に用いる励起光（光源
光）は可視光なので、紫外線による偏光板、液晶等の劣
化がなく、長寿命の蛍光カラー表示が得られるなど、前
記実施例と同様の効果が得られる。

【０１９２】また、本カラー表示装置では照明装置から
出射する照明光は、微小光源である青色ＬＥＤからの出
射光を、コリメートレンズにより平行化した平行性の高
い照明光である。このため、液晶表示素子の液晶層と、
波長変換部の蛍光体がガラス基板で隔てられ、距離が離
れていても本来表示すべき画素とは異なる画素に対応し
た蛍光体への照明光の漏れが少ないため、色のにじみや
解像度の低下が抑制されると云う効果がある。

【０１９３】

【発明の効果】本発明のカラー表示装置は、光源から出
射し、液晶表示素子で変調される光が、帯域の狭い単色
（青色）光であるため、偏光分離手段および偏光変換手
段での性能が、白色光のように帯域の広い光の場合より
も高くなる。従って、非偏光である光源光は従来よりも
効率よく所望の直線偏光、即ち、液晶表示素子の背面側
に配置した偏光板の直線偏光透過軸と、電気ベクトルの
振動方向が一致した直線偏光に変換された後、液晶表示
素子に照射される。このため液晶表示素子に入射する光
は、偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与できる
ので、従来、液晶表示素子の偏光板で吸収されて無駄と
なっていた光を、効率良く利用することができる。

【０１９４】また、液晶表示素子は単に光源光である青
色光を選択的に通過させる光シャッターとして機能し、
緑色および赤色の表示は、それぞれの色を表示する画素
に対応した位置にパターニングされた蛍光体の蛍光によ
り行われる。さらに、青色の表示は青色を表示する画素
に対応した位置にパターニングされた青色カラーフィル
タの透過光により表示されるが、光源光はもともと青色
なので青色カラーフィルタでは光の損失がほとんど無
い。このため、従来のカラー液晶表示装置のようなカラ
ーフィルタによる光吸収がなく、光利用効率が高くて明
るいカラー表示装置が実現できる。

【０１９５】さらに照明装置から出射する照明光は、光
源が蛍光ランプの場合は導光体の裏面に形成された傾斜
反射面およびマイクロプリズムアレイの作用により、全
方位にわたって平行化されており、また光源がＬＥＤの
場合もコリメータレンズにより平行化されている。この
ため、どちらの場合も液晶表示素子の液晶層と、波長変
換部の蛍光体がガラス基板で隔てられ、距離が離れてい
ても本来表示すべき画素とは異なる画素に対応した蛍光
体へ、照明光の漏れ光が入射することが少ないため、色
のにじみや解像度の低下が抑制されて、高品位なカラー
表示が得られると云う効果がある。

【０１９６】また、蛍光表示に用いる励起光（光源光）
は可視光なので、一般に液晶表示素子で使用される各種
透明材料において、紫外線のように吸収されることがな
いので光源光が効率良く利用でき、さらに紫外線による
偏光板、液晶等の劣化がなく、長寿命の蛍光カラー表示
が得られるという効果がある。

【０１９７】また、青色カラーフィルタの観察者側に、
前方散乱の大きい拡散層を付加すれば入射光の方向に依
存せず、一様な空間分布の青色光が得られ、赤色光およ
び緑色光は、蛍光体の蛍光の空間分布がもともと入射光
の方向に依存せず一様であるため、視野角依存性の無い
表示が得られると云う効果がある。

【０１９８】さらに、波長変換部の表面（観察者側の
面）の青色カラーフィルタを除いた部分、つまり蛍光体
がパターニングされている部分に、赤色用蛍光体および
緑色用蛍光体の蛍光の発光スペクトルは透過し、それ以
外の光は吸収するバンドパスフィルタを配置すること
で、明るい環境下でも、外光に含まれる励起光はバンド
パスフィルタにおいて吸収されるため、外光により蛍光
体が蛍光して黒表示の輝度を高くしてしまうことがな
い。さらに、蛍光体の蛍光による赤色光や緑色光は、バ
ンドパスフィルタで吸収されることなく透過し、青色光
も青色カラーフィルタ部にはバンドパスフィルタがない
ので、吸収されることなく表示に寄与するので、明るい
環境下であっても、コントラスト比が高く明るい表示が
得られる。

【０１９９】さらにまた、波長変換部の背面側（液晶表
示素子側）に光源の発光スペクトル（青色光）は透過
し、それ以外の可視光を反射する反射層を設けたこと
で、蛍光体で蛍光した拡散光が液晶表示素子へ戻って光
の損失となったり、迷光となって色のにじみ等の画質劣
化を引き起こすことを防止できるため、明るく表示品質
の高いカラー表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー表示装置の一実施例を示す一部
概略断面図である。

【図２】本発明に係る導光体の一例を示す一部断面図で
ある。

【図３】本発明に係る導光体の一例を示す一部断面図で
ある。

【図４】本発明に係る導光体の一例を示す一部断面図で
ある。

【図５】本発明に係るコレステリック液晶層の円偏光の
透過スペクトルの一例を示す図である。

【図６】本発明に係るマイクロプリズムアレイの概略斜
視図である。

【図７】本発明のカラー表示装置の構成の一例を示す模
式斜視図である。

【図８】本発明のカラー表示装置の動作の説明のための
一部概略断面図である。

【図９】従来のカラー液晶表示装置の液晶駆動電圧と透
過率の関係を示す図である。

【図１０】本発明に係る液晶表示素子の液晶駆動電圧と
透過率の関係を示す図である。

【図１１】液晶表示素子に用いられる偏光板の透過スペ
クトルの一例を示す図である。

【図１２】偏光板を除いた液晶表示素子の透過スペクト
ルの一例を示す図である。

【図１３】本発明のカラー表示装置の一実施例を示す一
部概略断面図である。

【図１４】本発明のカラー表示装置の一実施例を示す一
部概略断面図である。

【図１５】本発明のカラー表示装置の構成の一例を示す
模式斜視図である。

【図１６】本発明のカラー表示装置の動作を説明するた
めの一部概略断面図である。

【図１７】本発明のカラー表示装置の一実施例を示す一
部概略断面図である。

【図１８】本発明に係る照明装置の概略斜視図である。

【図１９】本発明に係る照明装置の動作を説明するため
の一部概略断面図である。

【図２０】従来の偏光子の基本作用を説明するための図
である。

【符号の説明】

１００…波長変換部、１０１Ｒ…赤色用蛍光体、１０２
Ｇ…緑色用蛍光体、１０３Ｂ…青色カラーフィルタ、１
０４…ブラックマトリクス、１０５…バンドパスフィル
タ、１０６…反射層、２００…液晶表示素子、２０１，
２０２…透明ガラス基板、２０３，２０５…透明電極、
２０４，２０６…配向膜、２０７…液晶層、２０８，２
０９…偏光板、２１０…シール剤、３００…照明装置、
３０１…蛍光ランプ、３０２…導光体、３０３…ランプ
カバー、３０４…偏光維持反射板、４０１…マイクロプ
リズムアレイ、５００…照明装置、５０１…位相差板、
５０２…コリメートレンズ、５０３…偏光分離面、５０
４…偏光変換素子（１／２波長板）、５０５…反射面、
５０６…透光性部材、５０７…青色ＬＥＤ、５１０…偏
光分離プリズムアレイ、６０１…コレステリック液晶
層、７０１…直線偏光分離素子、１５００…光源、１５
０１…鏡面反射ミラー、１５０２…コレステリック液晶
層、１５０３…位相差板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者津村誠茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H089 HA22 QA16 TA12 TA14 TA15 TA17 TA18 TA20 2H091 FA02X FA08X FA08Z FA11Z FA14Z FA21Y FA21Z FA23Z FA42Z FD06 LA16 2H099 AA11 BA09 CA01 CA11 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極形成面が対向し一定の間隙をも
って構成された一対の透明基板と、該透明基板間に挟持
された液晶層と、前記一対の透明基板の透明電極により
形成されるマトリクス状の画素に画像信号に対応した電
圧を印加する電圧印加手段を有する液晶表示素子と、前
記液晶表示素子の背面から照明する発光ピーク波長が４
００〜５００ｎｍの光を出射する光源と、前記液晶表示
素子の液晶層の光出射側に液晶表示素子の各画素に対応
して配置し、前記光源光を赤色、あるいは緑色に変換す
る一種以上の波長変換用蛍光体からなる波長変換部を有
するカラー表示装置であって、前記液晶表示素子は少なくともその光入射側に偏光板を
有し、液晶層に入射する光の偏光状態を利用して表示を
行うものであり、前記光源から前記液晶表示素子への光路中に、少なくと
も前記光源の主発光波長帯域の光を互いに偏光状態が異
なる第１の偏光と第２の偏光に分離する偏光分離手段を
備え、分離した第１の偏光を前記液晶表示素子の光入射
側に配置された偏光板を透過する偏光成分に変換する第
１の偏光変換手段と、第２の偏光を前記液晶表示素子の
光入射側に配置された偏光板を透過する偏光成分、ある
いは、第１の偏光と同じ偏光に変換する第２の偏光変換
手段を備えたことを特徴とするカラー表示装置。
【請求項２】前記波長変換部が前記液晶表示素子の赤
色表示画素に対応する部分には前記光源光を吸収して赤
色の蛍光を発する赤色用蛍光体をパターニングし、緑色
表示画素に対応する部分には前記光源光を吸収して緑色
の蛍光を発する緑色用蛍光体をパターニングし、青色表
示画素に対応する部分には青色以外の波長光をカットす
る青色カラーフィルタをパターニングした請求項１に記
載のカラー表示装置。
【請求項３】前記偏光分離手段がコレステリック液晶
層であり、前記第１の偏光変換手段が前記コレステリッ
ク液晶層と液晶表示素子との間に配置した位相差板であ
り、前記第２の偏光変換手段が前記コレステリック液晶
層で反射した光源光を再び前記コレステリック液晶層へ
反射する少なくとも垂直入射した円偏光を回転方向が逆
の円偏光として反射する反射面である請求項１または２
に記載のカラー表示装置。
【請求項４】前記偏光分離手段が電気ベクトルの振動
方向が互いに直交する２種の直線偏光にそれぞれ反射光
と透過光とに分離する直線偏光分離素子であり、該直線偏光分離素子はこれを透過する直線偏光の電気ベ
クトルの振動方向を、前記液晶表示素子の照明光入射側
に配置した偏光板の透過軸と一致させることで前記偏光
分離手段と前記第１の偏光変換手段の機能を兼用したも
のであり、前記第２の偏光変換手段が前記直線偏光分離
素子で反射した光を、再び前記直線偏光分離素子へ反射
する少なくとも垂直入射した円偏光を回転方向が逆の円
偏光として反射する反射面と、前記直線偏光分離素子と
前記反射面の間に配置した位相差板とから構成される請
求項１または２に記載のカラー表示装置。
【請求項５】前記光源が板状の導光体の周縁に近接配
置された蛍光ランプであり、前記導光体が端面から入射
した光を全反射により内部に閉じ込めるよう構成され、
内部を伝搬する光の反射角度を変えることで、少なくと
も一方向がほゞ平行化された光を外部に放射する微細な
傾斜面を有する多数の凹面、凸面または段差で構成され
た傾斜反射面を裏面（液晶表示素子と反対側の面）に備
え、前記導光体と前記液晶表示素子との間に前記偏光分離手
段としてコレステリック液晶層を配置し、前記コレステリック液晶層と前記液晶表示素子との間に
前記第１の偏光変換手段として位相差板を配置し、前記導光体の裏面に前記第２の偏光変換手段として前記
コレステリック液晶層で反射した光源光を再び前記コレ
ステリック液晶層へ反射する少なくとも垂直入射した円
偏光を、回転方向が逆の円偏光として反射する反射面を
備えた請求項１または２に記載のカラー表示装置。
【請求項６】前記光源が板状の導光体の周縁に近接配
置された蛍光ランプであり、前記導光体が端面から入射
した光を全反射により内部に閉じ込めるように構成さ
れ、内部を伝搬する光の反射角度を変えることで少なく
とも一方向がほゞ平行化された光を外部に放射する微細
な傾斜面を有する多数の凹面，凸面または段差で構成さ
れた傾斜反射面を裏面（液晶表示素子と反対側の面）に
備え、前記導光体と前記液晶表示素子との間に前記偏光分離手
段として電気ベクトルの振動方向が互いに直交する２種
の直線偏光にそれぞれ反射光と透過光に分離する直線偏
光分離素子を配置し、前記直線偏光分離素子はこれを透過する直線偏光の電気
ベクトルの振動方向を前記液晶表示素子の光入射側に配
置した偏光板の透過軸と一致させることで前記偏光分離
手段と前記第１の偏光変換手段の機能を兼用したもので
あり、前記第２の偏光変換手段が前記直線偏光分離素子
で反射した光を、再び前記直線偏光分離素子へ反射し、
少なくとも垂直入射した円偏光を回転方向が逆の円偏光
として反射する前記導光体の裏面に配置した反射面と、前記直線偏光分離素子と前記反射面との間に配置した位
相差板とから構成された請求項１または２に記載のカラ
ー表示装置。
【請求項７】前記導光体と前記液晶表示素子との間
に、少なくとも一方向に関しては無指向性である光をほ
ゞ平行光に変換する光路変換手段を配置し、前記光路変
換手段の光路変換方向を、前記導光体から出射する光の
ほゞ平行化された方向と直交させた請求項５または６に
記載のカラー表示装置。
【請求項８】前記光路変換手段は一方の面が平滑面
で、他方の面が複数の三角柱状のマイクロプリズムを整
列配置した形状のマイクロプリズムアレイであり、前記マイクロプリズムアレイは光学的に等方な透明体、
または、マイクロプリズムの長手方向と平行もしくは直
交する方向に光学軸を有する一軸光学異方性の透明体で
構成され、前記マイクロプリズムアレイは、これを通過
する直線偏光の電気ベクトルの振動方向とマイクロプリ
ズムの長手方向を平行、または、直交するように配置し
た請求項７に記載のカラー表示装置。
【請求項９】前記光源が複数の整列配置した青色ＬＥ
Ｄ（Ｌight Ｅmitting Ｄiodes）であり、前記青色ＬＥＤと、前記液晶表示素子との間に前記青色
ＬＥＤからの出射光をほゞ平行化する複数のコリメータ
レンズと、前記青色ＬＥＤから出射し、前記コリメータ
レンズを通過した光を反射と透過により２つの異なる偏
光に分離する偏光分離面を有する偏光分離手段を備え、前記偏光分離面で反射した光を、前記偏光分離面を透過
した光と同じ方向に反射する複数の反射面を、前記偏光
分離面と交互に複数個整列配置し、前記偏光分裏面で分離された２つの異なる偏光の少なく
とも一方の偏光状態を変えることで、偏光状態を揃える
前記第１の偏光手段または第２の偏光手段としての偏光
変換素子を、前記偏光分離面および前記反射面と、前記
液晶表示素子との間に配置した請求項１または２に記載
のカラー表示装置。
【請求項１０】前記波長変換部の前記青色カラーフィ
ルタがパターニングされていない部分（蛍光体がパター
ニングされている部分）に、蛍光体よりも表面（観察者
側の面）側の位置に前記赤色用蛍光体および緑色用蛍光
体の蛍光の発光スペクトルが透過し、それ以外の光を吸
収するバンドパスフィルタを設けた請求項１〜９のいず
れかに記載のカラー表示装置。
【請求項１１】前記波長変換部の背面（液晶表示素子
側の面）に光源の発光スペクトル以外の可視光を反射す
る反射層を設けた請求項１〜１０のいずれかに記載のカ
ラー表示装置。