JP2002501624A - 偏光維持拡散シートを用いたディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液晶ディスプレイは、液晶セル（１０）と、背面偏光板（１２）と、前面偏光板（１４）と、液晶セル（１０）および偏光板（１２、１４）に光を通過させるように構成されるバックライトアセンブリ（１６）と、を含む。液晶セル（１０）と前面偏光板との間に挿入された偏光維持拡散シートまたは層（２４）は、視野角を増加する役割を果たし、そしてまた、ＬＣＤディスプレイが画素によるディスプレイである場合には、個々の画素の認識を減らすまたは無くす役割を果たす。改変例では、交互のフロントライトおよびバックライトディスプレイとしてのディスプレイの性能を高めるために、バックライトアセンブリとディスプレイの残りとの間に、金属化された偏光維持トランスフレクティブ拡散板（３６）が挿入され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 偏光維持拡散シートを用いたディスプレイ 本発明は、表示装置に関し、具体的には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であっ て、特にバックライトＬＣＤディスプレイに関して使用される液晶ディスプレイ に関する。ただし、本発明は、液晶ディスプレイに限定されるわけではなく、同 様に、バックライトＬＣＤディスプレイに関する使用に限定されるわけではない 。 液晶ディスプレイは、従来、パッシブスーパーツイストネマチックディスプレ イの場合には、偏光シートの間に装着される液晶セルを含む。このセルは、液晶 媒体が充填される空間をその間に規定するように間隔があけられた透明（例えば 、ガラス）プレートの対を含み、ガラスプレートの対向表面、即ち、液晶媒体に 隣接する表面は、透明（酸化スズ）電極を備える。回路機構を制御することによ りこれらの電極に適切な電位を付与すると、液晶媒体中に、局所化された電場が 生じる。この電場は、偏光シートのうちの一方を介してセルを通過する偏光の偏 りに、局所化された変動を生じさせ、従って、セルから他方の偏光シートを介し て透過される光の強度に、対応する局所化された変動を生じさせる。この後者の 変動は、例えばディスプレイの特定の用途に依存して、所望のテキストもしくは 数値表示の形をとるか、または、画素による（pixelated）グラフィックまたは ビデオディスプレイの形をとる。マルチカラーディスプレイは、典型的には、デ ィスプレイのそれぞれの画素領域の上に装着される赤、緑および青のフィルタで あって、例えば、対応する画素電極を有するガラスプレートトに配置されるフィ ルタにより提供される。 液晶ディスプレイの別の形態であるアクティブマトリクスＴＦＴ（薄膜トラン ジスタ）ＬＣＤの構造は、個々の電極の付勢を制御する能動電子（半導体）構成 要素を、電極を有するプレート上に組み込んでいることと、本発明の説明の目的 には関係のないその他の幾つかの点とを除いて、上記の構造と同様である。 バックライトＬＣＤでは、単数または複数の液晶セルを通るように照射される 光の光源は、ディスプレイの後ろに配置されるバックライトアセンブリである。 フロントライトＬＣＤは、特に英数字ディスプレイとして知られており、このＬ ＣＤでは、ＬＣＤの後ろに配置された反射板が、ＬＣＤを通って反射板に達する 周辺光を反射し、再びＬＣＤを通って、見る人に戻す役割を果たす（フロントラ イトＬＣＤでは、反射板により偏光が保たれると仮定すると、液晶セルの外側に 、偏光シートが１つだけ必要とされ得る）。 スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）ＬＣＤは、液晶材料の光学特性のため 、法線（即ち、垂線）からの広い視野角での性能が乏しい。これは、大きい視野 角での低いコントラストおよび色反転において明らかである。ＳＴＮＬＣＤはま た、過去においては、応答速度が遅く、ディスプレイ技術を生映像には不適切な ものにしていた。デュアルスキャンアドレッシング技術などの近年の技術開発に より、ＳＴＮＬＣＤパネル（即ち、ディスプレイ）の応答速度は、ビデオレート に非常に近いレベルに増加されている。 技術的により優れているアクティブマトリクスＴＦＴＬＣＤのより良い性能に も拘わらず、パッシブＳＴＮＬＣＤパネルが、その大幅に低いコストのために、 依然として、多くの消費者製品において好んで使用されており、さらなる技術の 開発および改良により、この傾向がさらに増加されることが予想される。 バックライトＬＣＤパネル全般の有用な視野角、特に、ＳＴＮＬＣＤパネルの 有用な視野角、を拡大するための幾つかの技術が示唆されている。「Viewing-an gle-enhancement system for LCDs」、S．Zimmermanら、Journal of Society fo r In formation Display、Volume 3、1995、p．173-176に開示されている１つの そのような方法は、ＬＣＤパネルに入射する光の発散を低減するために、バック ライトアセンブリに光学素子を導入することを含む。次いで、拡散板として作用 する第２の光学素子が、外側偏光板（即ち、バックライトアセンブリから離れて いる方の偏光板）の外面に配置される。この拡散板は、選択された視野角にわた って光を再分布するように作用する。 バックライトアセンブリからの最大量の光がＬＣＤを法線方向に通過する、即 ち、ディスプレイの主面に対して垂直に通過するようにバックライトアセンブリ の光出力をコリメートすることにより、潜在的に利用可能なコントラストが最大 にされ、ディスプレイの前にある拡散板は、得られる高コントラストが、拡散板 が無い場合よりも広い視野角にわたって認識されることを可能にする（概して、 そのような拡散板が無ければ、認識されるコントラストおよび明るさは、法線、 即ち、垂直の視野角から離れると急速に低下する）。 上で引用したZimmermanらの文献に開示された構成の優れた性能にも拘わらず 、この文献に記載されているこの構成、特に、外側偏光板の外面に第２の光学素 子または拡散板を設けることには、幾つかの不利な点および制限がある。その構 成では、ミクロ光学膜に形成され、且つ、全反射（ＴＩＲ）光チャネリングを使 用するミクロ機械加工された３−Ｄ表面構造のアレイにより、拡散板において光 が再分布される。４００μｍまでの厚さを有する表面レリーフミクロ光学膜は、 外側偏光板の外面に配置しなければならず、例えば、外側偏光板と液晶セルとの 間に挟むことはできない。そのようなミクロ光学膜を、接着手段によって、外側 偏光板に結合すると、拡散板としての膜の有効性が低減される。なぜなら、接着 剤が、ある程度、屈折率の一致する媒体としての役割を果たし、従って、表面レ リーフ特徴の効果を低減してしまうからである。そのような表面レリーフミクロ 光学膜は、その脆さのため、かなりのエアギャップと、追加の反射防止コーティ ングと、を有する別の保護ガラスプレートをさらに必要とする。ミクロ光学素子 の規則性のため、ＬＣＤパネルのブラックマスクと、拡散板との間にモアレ干渉 効果が起こる危険性が高い。多数の構成要素は、光学設計および製造の柔軟性の なさおよび複雑さと結びついて、消費者製品の製造業者の観点からは低コストデ ィスプレイであるべきものへの、非常に高価でかさの高い付加物になってしまう 。 本発明の目的の中には、上記の不利な点を防ぐまたは低減する、改良されたＬ ＣＤディスプレイを提供することがある。 本発明の１つの局面によれば、偏光シートと、偏光シートの前または後ろに配 置され、偏光シートから間隔があけられるか、または、偏光シートと接するか、 または、偏光シートに結合される、偏光維持（非複屈折）光拡散シートまたは層 と、を含むスクリーンを組み込むディスプレイが、提供される。あるいは、スク リーンは、例えば、偏光シートの表面上のレリーフ光学特徴の結果として、また は、偏光シートに組み込まれるバルク特徴の結果として、それ自体が偏光維持拡 散板として作用する偏光シートを含んでいてもよい。 本発明の別の局面によれば、単数または複数の液晶セルを含み、この単数また は複数の液晶セルの前に偏光シートが配置され、それにより液晶セルを偏光シー トを通して見ることができる種類の液晶ディスプレイであって、偏光維持（非複 屈折）光拡散シートまたは層が、液晶セルと、偏光シートとの間に挿入されるか 、または、偏光シートの前に配置されることを特徴とする、液晶ディスプレイが 提供される。 本発明の別の局面によれば、偏光シートの間に装着される単数または複数の液 晶セルを含み、本明細書において背面偏光シートと呼ばれる他方のそのような偏 光シートを通して照射されたときに、本明細書において前面偏光シートと呼ばれ る一方のそのような偏光シートを通して見られるように適合される種類の液晶デ ィスプレイであって、液晶セルと前面偏光シートとの間に偏光維持（非複屈折） 光拡散シートまたは層が挿入されることを特徴とする、液晶ディスプレイが提供 される。 本発明のさらに他の局面によれば、偏光シートの間に装着される単数または複 数の液晶セルを含み、本明細書において背面偏光シートと呼ばれる他方のそのよ うな偏光シートを通して照射されたときに、本明細書において前面偏光シートと 呼ばれる一方のそのような偏光シートを通して見られるように適合される種類の 液晶ディスプレイであって、偏光維持（非複屈折）光拡散シートまたは層が、前 面偏光シートの上に配置され、従って、前面偏光シートと、見る人の目との間に 配置されることを特徴とする、液晶ディスプレイが提供される。 上記局面のいずれかによる本発明の実施形態では、拡散板は、外側偏光板およ び／または液晶セルから間隔があけられる別個のシートを含んでいてもよく、外 側偏光板および／または液晶セルに結合されていてもよく、これらの構成要素の 一方または他方の上にコーティングを形成していてもよい。 本発明の局面のうちの別の局面において、本発明の他の目的は、バックライト ＬＣＤディスプレイの効率を向上することである。 本発明のこの局面によれば、前面偏光シートまたは検光子と、適切に偏光され た光を液晶セルおよび前面偏光シートまたは検光子を通るように向けるための構 成と、の間に挿入される液晶セルを含む種類のＬＣＤディスプレイであって、上 記構成が、光源と、光源の前に配置される拡散板と、拡散板の前に配置され、従 って、液晶セルと拡散板との間の位置に配置される反射性偏光板と、を含み、拡 散板が、偏光維持（非複屈折）光拡散シートまたは層であることを特徴とする、 ＬＣＤディスプレイが提供される。 好ましくは、反射性偏光板は、拡散板の前に配置されるコレステリックフィル タであり、四分の一波長板が、コレステリックフィルタの前に配置され、従って 、液晶セルとコレステリックフィルタとの間の位置に配置される。 あるいは、反射性偏光板は、Brewsterにより伝統的に調査された、滑らかな誘 電表面からの反射による光の偏光現象を利用し得、そして、例えば、異なる屈折 率の媒体間の複数の実質的に平面の界面であって、入射方向に関して、光源から の光の反射性偏光板に傾斜している界面を含む。 好ましくは、上記局面のいずれかにおいて、偏光維持光拡散シートまたは層は 、傾斜屈折率（graded refractive index）光学特徴を組み込むフォトポリマー を含む。 好ましくは、傾斜屈折率光学特徴は、フォトポリマー中にわたってランダムに 分布される。 本発明のさらに他の局面によれば、部分的に光反射性であり且つ部分的に光透 過性である光拡散シートまたはスクリーンが提供される。 本発明のさらに他の局面によれば、単数または複数の液晶セルを含むＬＣＤデ ィスプレイであって、偏光シートが、単数または複数の液晶セルの前に配置され 、それにより、液晶セルを、偏光シートを通して見ることができ、ＬＣＤディス プレイは、液晶セルの後ろに配置される、直前に示した局面によるスクリーンと 、部分的に光反射性であり且つ部分的に光透過性であるスクリーンの後ろに配置 される光源とをさらに含み、それにより、光源が作動しない状態で、ディスプレ イを、周辺光の中で見ることができる。それには、液晶セルを通って部分的に反 射性のスクリーンに到達する周辺光が、表示のためにこのスクリーンにより反射 されセルを通って戻り、そして、低レベルの周囲照明で、光源が、光を生成して 拡散させながら上記スクリーンを通過させ、そして、液晶セルおよび偏光シート を通過させて見る人まで到達させるように作動され得る、ＬＣＤディスプレイが 提 供される。 本発明のさらに他の局面によれば、単数または複数の液晶セルを含み、単数ま たは複数の液晶セルの前に偏光シートが配置され、それにより、偏光シートを通 して液晶セルを見ることができるＬＣＤディスプレイであって、液晶セルの後ろ に配置される完全に反射性の光拡散シートまたはスクリーンをさらに含み、それ により、周辺光の中でディスプレイを見ることができ、その結果、液晶セルを通 過して完全に反射性の光拡散スクリーンに到達する周辺光が、表示のために、こ のスクリーンにより反射され、セルを通って戻る、ＬＣＤディスプレイが提供さ れる。 以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例示的に説明する。 図１は、本発明を実施するディスプレイの概略断面図である。 図２は、上で参照されたD．J．Broerら、Proc．SID Asia Display'95の文献に おいて提案されているようなＬＣＤディスプレイ構成の、図１と同様の概略断面 図であり、その構成が、本発明を実施する改良されたＬＣＤディスプレイに対応 している。 図３は、別の偏光源の様々な形の概略断面図である。 図４は、本発明の局面のうちの別の局面において、本発明を実施するＬＣＤス クリーンの部分の概略断面図である。 図１を参照して、参照番号１０は、液晶セルを示し（液晶媒体、含有（contai ning）ガラスプレート、電極などの、液晶セルの個々の構成要素は、図示されて いない）、参照番号１２は、液晶セルの背面に接して配置される背面偏光板を示 し、参照番号１４は、前面偏光板を示す。この前面偏光板の前面は、従来のグレ ア防止／反射防止用などの表面コーティングまたは表面処理を備える。参照番号 １６は、従来のバックライトアセンブリ全体を示し、このバックライトアセンブ リは、例えばガス放電管などの光源１８を含み、構造２０は、光源１８からの光 をディスプレイ全体にわたって均一に分布するように適合され、光コリメート膜 または他の構造２２は、構造２０から出る光を、ＬＣＤの主面に対して平行およ び垂直な光により近づけるように適合される。 示されたディスプレイは、偏光維持光拡散シートまたは層２４が、液晶セル１ ０と前面偏光板１４との間に挟まれるという点で、従来のこのタイプのディスプ レイとは異なる。拡散板２４は、例えば、拡散板を法線方向に通過する面偏光の 場合、拡散板２４に入る前に偏光される光が、拡散板を通過した後、偏光解消さ れず、典型的には、偏光面が認められるほど回転せずに、対応して偏光されたま まであるという意味で、偏光維持である。従って、前面偏光板１４は、液晶セル が液晶セルを通過する光に与える、偏光シフトの局所化された変動を、意図され たディスプレイが拡散板により品質低下される（例えば、コントラストの損失） または「スクランブル」されることなく、見る人により認識される所望の強度変 動に変換するのに効果的なままである。 偏光維持光拡散層２４は、好ましくは、傾斜屈折率光学特徴のアレイ、好まし くは、ランダムなアレイを組み込むフォトポリマーを含む。例示的に、層２４は 、EP-A-0294122、US-A-5442482、WO94/29768、およびWO96/20419のうちのいずれ か１つ以上に開示された技術のいずれかにより形成され得る。ここでは、光重合 可能な材料の層またはシートが、空間的に強度が変動する重合放射パターン（こ の用語は、完全にランダムな分布を含むように意図される）に露光され、対応す る局所化された表面レリーフ特徴、および従って、層の厚さの局所化された変動 を有して、または、対応する局所化された表面レリーフ特徴および層の厚さの局 所化された変動なしで、重合度の局所化された変動、および従って、屈折率の局 所化された変動を生じさせる。それらが起こる場合、これらの局所化された表面 レリーフ特徴および変動は、傾斜屈折率の変動の拡散効果を高める。使用される フォトポリマーは、Du Pontにより登録商標ＯＭＮＩＤＥＸの下で供給される、 形式表示ＨＲＦ１５０またはＨＲＦ６００を有するフォトポリマーであり得る。 ＨＲＦシリーズのフォトポリマー中のモノマーは、ポリマー結合剤としての、可 塑化されたポリビニルアセテート（ＰＶＡＣ）、セルロースアセテートブチレー ト（ＣＡＢ）、またはポリビニルブチレート（ＰＶＢ）中に分散された、蛍光Ｎ −ビニル−カルバゾール（ＮＶＣ）である。材料は、光開始剤か、または、感光 性染料／開始剤の組み合わせか、のいずれかにより開始され得る。 ＯＭＮＩＤＥＸ材料は、シートの形態で入手可能であり、ポリエステル膜ベー ス（ＭＹＬＡＲ）の上にモノマーの層を含む。この層は完全に、ポリエステル （ＭＹＬＡＲ）膜で覆われる。 効果的な偏光維持拡散板は、例えば、成形技術、エンボシング技術、または鋳 造技術、などにより、屈折率の変動を引き起こさずに、表面レリーフパターンを 、他の透明材料に与えることにより製造され得る。 従来技術の制限の多くは、示された構成において偏光維持拡散板を使用するこ とにより克服される。膜または層２４は、好ましくは、光学的に記録された非複 屈折ポリマー膜のバルク内に非常に小規模の傾斜屈折率特徴を含む。膜または層 ２４は、好ましくは非常に薄く、例えば１００μｍの合計厚を有するが、この厚 さは、それよりも大幅に薄くてもよい。膜または層２４の体積（volumetric）拡 散特性および偏光保存特性により、膜または層２４を、ＬＣＤパネルの前面偏光 板１４の下側（即ち、裏面）に直接はり合わせることが可能になる。これは、素 子を保護する役割を果たすとともに、表示画像のコントラストに関する周辺光の 影響を低減する。ほとんどの標準的なＬＣＤ前面偏光板は、標準として、グレア 防止／反射防止前面またはコーティングを有するように処理され、前面偏光板の 裏面への層２４の付与は、そのようなグレア防止／反射防止処置の作業の妨げに はならない。このグレア防止／反射防止処置は、好ましくは、本発明の実施形態 において同様に使用される。 WO96/20419により詳細に説明されるように、拡散板２４に関して提案されてい るような、傾斜屈折率フォトポリマー拡散板は、その光拡散特性において、制御 された非対称度を有するように製造され得る。即ち、拡散板に法線方向に入射す る光が、拡散板の平面に対して垂直な１つの平面において、拡散板の平面に対し て同様に垂直な平面である垂直平面よりも、広い角度にわたって散乱または拡散 され得る。さらに、WO96/20419に記載されるように、歪んだ拡散プロファイルを 有するフォトポリマー傾斜屈折率拡散板を提供することが可能である。そのため 、光が、例えば、拡散板に法線方向（即ち、垂直に）照射される場合、拡散板か ら出て来る対応する拡散光の最も高い強度は、拡散板に対する法線に関して幾ら か傾斜したベクトルに沿う。そのような歪んだ拡散プロファイルは、例えば、光 拡散層または膜２４の製造において、光重合可能な材料の露光中に、この材料に 、法線ではなく、選択された斜角で重合放射を照射することにより得られ得る。 歪 んだ拡散プロファイルを有する拡散板２４の使用は、望まれる場合に、ＬＣＤパ ネルの最適な視野角を、法線から離れた特定の選択された視野角に入れ換えるこ とを可能にする。あるいは、補正を行わなければ最適な視野角がＬＣＤの平面に 垂直でないような非対称の視野特性を示すＬＣＤパネルの場合には、最適な視野 角を、法線の方に戻すように入れ換えるを可能にする。拡散板２４の好適な形態 での光学素子のランダムな性質および分布はまた、モアレ干渉またはその他の望 ましくないアーティファクトが起こらないことを確実にする。 ＬＣＤディスプレイが画素によるグラフィックまたはビデオディスプレイであ る場合、慎重な設計で、ＬＣＤの前面に拡散素子２４を画素に非常に近接させて 配置すると、これは、そのようなＬＣＤディスプレイの個々の画素を囲むブラッ クマトリクスの視認度を無くすことにより、画素の境界を無くす（depixellate ）役割を果たし、それにより、画像の解像度を保ちながら、明らかにより自然に 見える画像を作り出す。 上記のように、拡散板２４の好適な場所は、前面偏光板１４の裏側、即ち、液 晶セル１０に隣接する側であるが、拡散板２４は、前面偏光板１４の前面に配置 されてもよい。ただし、出願人は、そのような構成は概して、より劣った結果を 生み出すことを見いだしている。 図１を参照して上で説明されたＬＣＤディスプレイの場合と同様に、ほとんど の一般的な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、照射源と、液晶セルとの間に、二色 性シート偏光板を使用する。図２を参照して、これらのシート偏光板（図２にお いても、１２および１４として参照される）は、入射光の２つの直交する直線偏 光成分のうちの一方を選択的に吸収する。理想的な場合、この段階では、光の５ ０％だけが吸収されるが、実際には、この数値は、６０％により近い。そのよう な損失は、ディスプレイ性能に影響を及ぼし、そして、ディスプレイの電力消費 、従って、バッテリーの寿命にも、直接影響を及ぼす。これは、ラップトップコ ンピュータ、パーソナルテレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ハンド ヘルド電子オーガナイザ、ＧＰＳシステムなどの、ＬＣＤディスプレイに頼る携 帯用電子製品において、特に重要である。 分子の配向が螺旋状に変わるコレステリック液晶は、偏光選択ミラーを製造す るために使用され得る。このミラーは、コレステリック螺旋と同じ左右像の円偏 光を反射し、直交する円偏光を透過する（S．V．Belayevら、Jap．J．Appl．Phy rleら、IEEE 1991、Proc．SID conference、San Diego、p．57、(1991)；J Lub ら、Liquid Crystals 18、319(1995)；D．J．Broerら、Proc．SID Asia Display '95、Hammamatsu、Japan、page 735(1995)；D．J．Broerら、Nature．vol 378、 30 November(1995)）。これらの装置の性能は、ＬＣポリマーに、横方向の螺旋 状ピッチの傾斜を導入することにより、大きい光学バンド幅をカバーするように 拡張されている。 これらの開発は、不要の偏光を再利用することにより、ＬＣディスプレイのバ ックライトにおけるこれらの材料の応用例を作り出している。D．J．Broerら、P roc．SID Asia Display'95、Hammamatsu、Japan、page 735(1995)の文献によれ ば、四分の一波長板と組み合わされたピッチ傾斜コレステリック層を、プロトタ イプＬＣＤのバックライト拡散板と二色性偏光板との間に挿入することにより、 ４０％まで大きい光のスループットが得られている。以下、上記文献を、簡潔さ のために、「D．J．Broerらの文献」と呼ぶ。 図２は、上で参照され、D．J．Broerらの文献に開示されたプロトタイプＬＣ Ｄディスプレイを示す。 図１の構成要素に対応する図２の構成要素は、同じ参照番号を有する。 図２において、参照番号１８、３４および３６は、光を、反射性コレステリッ ク反射板／フィルタ３０を通して投影し、そこから、四分の一波長板３２を通っ て、背面二色性偏光プレートまたは膜１２を通過し、液晶セル１０を通過し、そ して、前面偏光プレートまたは膜１４（本明細書では、検光子とも呼ばれる）を 通過し、そこから、透過光が表示のためにディスプレイから通過する。図２に示 された構成では、バックライト構成は、それ自体公知のタイプであり、蛍光管ラ ンプ１８を含む。この蛍光管ランプ１８は、光をランプ１８から拡散板フォイル またはプレート３６を通って液晶セルの方に向けるように構成される光反射性の 裏壁を有するチャンバを規定する（典型的には平面が矩形である）導波路または 光ガイド構造３４の一方側に沿って延びる。 図２に示されるように、バックライトからの光は、拡散板フォイル３６により 拡散され、次いで、コレステリック反射性偏光板３０に入射する。光のほぼ５０ ％が、円偏光として透過され、四分の一波長板３２を通過する。四分の一波長板 ３２は、この円偏光を直線偏光に変える。次いで、この光は、二色性偏光板１２ に入射する。この二色性偏光板１２は、その偏光面が、四分の一波長板３２から 入射する直線偏光の面と平行になるような向きにされる。一方、コレステリック 反射板／フィルタ３０により反射された光（コレステリックフィルタ３０に最初 に入射する光のほぼ５０％を含む）は、再び拡散板３６を通過して、光ガイド構 造３４に入る。この光ガイド構造３４は、この光を再び反射し、光が再び拡散板 ３６を通って、コレステリック反射板３０および液晶セル１０の方に向かうよう にする。偏光板３０により反射された光の幾らかは、言うまでもなく、拡散板３ ６を通過せずに拡散板３６により単に散乱されて偏光板３０の方に戻る。偏光板 ３０により反射され、偏光板３０により透過される光とは反対の意味で円偏光さ れた光は、拡散板３６による前方および後方散乱で、偏光が解消される。従って 、偏光板３０により反射されてバックライト構成の方に戻る光エネルギーの割合 は、バックライト構成によって戻された後、偏光板３０により透過される。この 反射による偏光のプロセスとして、偏光解消および後方反射が、多数回繰り返さ れ得、ランプ１８により生成された光の５０％よりも実質的に大きい、適切に偏 光された光の収率は、吸収が抑制される限り、可能である。しかし、数回の通過 が必要とされ得、吸収損失が大きくなることは避けられない。このことは、図２ の上記Broerの文献に記載されるプロトタイプＬＣＤディスプレイが、コレステ リック反射板を使用しない対応する従来のＬＣＤディスプレイに対して、液晶セ ルを通る光のスループットの（理論上の１００％の増加と比較して）わずか４０ ％の増加しか与えないことから明らかである。 本発明の目的の中には、D．J．Broerらの文献に記載された提案と比較して、 液晶セルを通る光のスループットのパーセンテージを増加させることがある。 図２を参照して上で説明され且つD．J．Broerらの文献に記載されたシステム は、コレステリックミラーにより反射された光の偏光状態を、拡散板３６により スクランブルすることに依存する。ほとんどの拡散材料は、まさにその性質によ り、入射光の偏光を解消するように作用し、これは、多数回の通過のアプローチ において利用される。しかし、（再び図２を参照して）以下に説明される構成は 、コレステリック反射板により反射された光の偏光状熊を保つことに頼り、それ により、通過回数を（理論上の２回の通過に）減らし、損失を大幅に減らす。 以下に説明される、本発明による構成では、BroerらのプロトタイプのＬＣＤ バックライト構成の従来の偏光ランダム化拡散板フォイル３６は、図１に関して 上で参照された種類の偏光保存拡散板と置き換えられる。この偏光保存拡散板は 、例えば上で特定された材料のうちの１つまたはその他の材料、などの適切な光 重合可能な材料を、偏光により照射の局所化された変動のパターンに露光するこ とにより生成される傾斜屈折率光学特徴および／または表面レリーフ光学特徴を 組み込むフォトポリマーを含む。従って、拡散板は、WO94/29768において好適な 実施形態として開示された種類のものであり得る。図２に従って構成され、偏光 維持拡散板３６を組み込む、結果として得られたＬＣＤでは、反射性偏光板３０ から反射された光は、拡散板３６からの反射または拡散板３６への通過に拘わら ず、偏光状態を保つ。最後に、光は、拡散板３６またはバックライト反射板３４ から、１８０度に近い反射を経験する。この反射を経験する際、光の偏光状態は また、１８０度の回転を経験し、次いで、光は、反対の意味で円偏光される。即 ち、反対の「左右像」で円偏光される。この偏光状態は、その光が拡散板３６を 通過する際、再び維持される。この偏光状態は今、正しい向きであり、この第２ の通過の際にのみ、コレステリック反射性偏光板３０に透過される。幾らかの低 いパーセンテージの光は、バックライト反射板３４にちょうど１８０度で当たら ず、従って、幾らかのわずかな光成分は、さらなる通過を経験するが、それでも 、光のスループットの正味のゲインは、D．J．Broerらの文献に開示されたプロ トタイプと比べて、非常に有意である。 現在利用可能なコレステリック偏光反射を、背面二色性偏光板１２が省略され 得る程度に改良することが可能であり得る。そのような改良されたコレステリッ ク反射板と、四分の一波長板との組み合わせは、十分に平面偏光された光を与え 、ディスプレイの所望の高コントラストを達成する。本発明はまた、最後に述べ た種類のディスプレイにも適用可能である。 「Euro Display'96」(1996)、p.229−232のM．Suzukiらの文献「Improvement of Backlighting Method by Means of Light Pipe Polariser」は、ＬＣＤディ スプレイのためのバックライト構成を開示している。このバックライト構成は、 光源を有するプレート状構造の形態のいわゆる光パイプの形態をとる。この光源 は、１つの縁部に沿って延び、２つの異なる屈折率の透明材料からなる重ねられ たプレートまたは層により占有される構造内に光を向けるように構成される。こ れらのプレートまたは層間の境界面は、光源から入射する光と、プレート状構造 および上に重ねられたＬＣＤディスプレイの主面に対して４５°傾斜している。 それにより、偏光された光は、これらの境界面で反射され、ＬＣＤを通過するか 、または、反対方向で背面反射板に達し、この背面反射板から、偏光が反射され て、重ねられたシート材料を通過し、そこから、ＬＣＤに達する。 本明細書において、図３は、上記のM．Suzukiらの文献の図２を複製したもの であり、上で参照された「光パイプ」の様々な提案された構成を示す。本発明の 別の実施形態では、図１および図２に関して上で説明されたものと実質的に同じ 種類の光拡散性の偏光維持シートまたは層が、M．Suzukiらの文献の光パイプの 出射表面と、ＬＣＤディスプレイまたはセルとの間に挿入され得る。 さらに他の実施形態では、本明細書において図２を参照して説明された構成の コレステリックフィルタまたは反射板は、他の何らかのタイプの反射性偏光板と 置き換えられ得る。この反射性偏光板は、本明細書において図２を参照して説明 された種類のバックライト構成と、液晶セルとの間に挿入されるプレート状構造 を含み得、この構造は、例えば、M．Suzukiらの文献の「光パイプ」と同様の態 様で、異なる再生率（reproductive indices）の透明材料からなる複数の重ねら れた傾斜層を含み得る。このさらに他の実施形態では、偏光維持光分散シートま たは層は、同様に、バックライトアセンブリと、反射性偏光板との間に配置され 得る。図２の実施形態の四分の一波長板は、最後に示した改変例では、無くても よく、および／または、偏光反射板を組み込むプレート状構造内の単数または複 数の適切な場所に組み込まれてもよい。 図３を参照して上で説明され、上で参照されたM．Suzukiらの文献に記載され た「光パイプ」と光管との組み合わせは、全体として考えると、本質的に偏光さ れた光を生成する、光生成「ブラックボックス」であるとみなされ得る。例えば 、適切に設計されたレーザなどの、同様に、本質的に偏光された光を生成する他 の光源が知られている。現在の技術レベルでは、これらの光源をＬＣＤ表示装置 に組み込むことは実行可能でないまたは賢明でない場合もあり得るが、上で参照 したような偏光維持拡散板の使用は、原則的に、現在実行可能であるか、または 、実行可能になり得るような、そのような本質的に偏光された光の光源を使用す る構成に等しく適用可能であることが認識される。本質的に偏光された光の光源 が使用される場合、ＬＣＤディスプレイにおいて内側または背面偏光板を省略す ることが可能であり得ることが理解される。 本発明の他の実施形態において、四分の一波長板などを使用する構成のような 、偏光に影響を及ぼす他の光学構成であって、偏光維持拡散板の特性を同様に利 用する光学構成が使用され得ることが理解される。これらの光学構成は、当業者 に明らかである。 上記のように、拡散板は、基板上のコーティングとして形成され得る。この基 板は、例えば、ＬＣＤディスプレイの偏光シートまたはタッチスクリーンであり 得る。 拡散板が、コーティングの形態であっても、別個に形成されたシートまたは薄 板の形態であっても、拡散板が、ＬＣＤの外側偏光板または検光子の外側に配置 され、拡散板は、偏光維持である必要がなく、そのため、外側コーティングの形 態であるそのような拡散板の材料が、幾らか自由に選択され得、特に、そのよう な検光子またはタッチスクリーンのための効果的な保護コーティングまたは硬い コートを形成するように選択および処理され得ることが理解される。 拡散板は、例えば、流体の形態で付与され得る。この流体は、基板に塗布され 、その後に、熱または紫外線放射により硬化され、そして、例えば、EP-A-02941 22、US-A-5442482、WO94/29768、またはWO96/20419のうちのいずれか１つ以上に 記載されるような選択的露光、などの処理が行われ、コーティング内またはコー ティング上に、傾斜屈折率レンズ、などの適切な位相構造を符号化する（encode ）。従って、そのようなコーティングは、デピクセレータ（depixelator）とし て、および、ディスプレイの視野角を増加するとともに基板の物理的保護を与え る手 段としての役割を果たし得る。 例えばポータブルコンピュータに関連するＬＣＤディスプレイであって、低い 周囲照明の条件下では、ディスプレイに組み込まれたバックライト構成により光 を照らすことができ、且つ、単数または複数のＬＣＤセルの後ろに配置される光 源を含むＬＣＤディスプレイであって、高い周囲照明の条件下では、バッテリー 電力を節約するために、バックライト構成をオフに切り換えることができるＬＣ Ｄディスプレイを提供することが知られている。この目標のために、いわゆるト ランスフレクタ（transflector）、即ち、半反射性または「半銀付け」プレート が、光源と単数または複数のＬＣＤセルとの間に挿入される。この半反射性プレ ートは、典型的には、半反射性プレートに当たる光の２０％を透過し、残りの８ ０％の光を反射する。 図４を参照して以下に説明されるように、本発明は、この種類のＬＣＤディス プレイに、有利に適用され得る。 図４を参照して、参照番号１８および３４は再び、管状蛍光ランプおよび光ガ イド構造をそれぞれ示し、参照番号１０は、それぞれのガラス基板が有する対向 する平行な電極組の間に収容される液晶媒体を含むＬＣＤセルを示し、参照番号 １４は再び、前面偏光板を示す。 図１４の構成では、参照番号３６は、光拡散材料のシートを示す。このシート は、それ自体が公知である、半銀付けミラーなどを生成するための技術により上 に蒸着された薄いアルミニウム層により部分的に光透過性にされ部分的に光反射 性にされた少なくとも１つの表面を有する。この部分的に反射性の堆積物は、言 うまでもなく、他のいかなる適切な金属であってもよく、銀塩の溶液からの銀の 沈殿、または、最初に連続している層への微細開口のアレイのエッチング、など の他のいかなる粒子堆積技術により付与されてもよい。光拡散シート材料は、例 えば、粗面またはレンズ状面を使用するか、または、光散乱粒子または光散乱休 を組み込む、いかなる種類のものであってもよい。しかし、部分的に反射性の堆 積物がシート３６の下側、即ち、ＬＣＤセル１０から離れたシート３６の表面上 にある場合には特に、シート３６は、好ましくは、適切な光重合可能な材料、例 えば、上で特定された材料のうちの１つまたはその他を、重合光による照射にお いて局所化された変動のパターンに露光することにより生成される傾斜屈折率光 学特徴および／または表面レリーフ光学特徴を組み込むフォトポリマーを含む。 従って、拡散板は、WO94/29768において好適な実施形態として開示された種類の ものであってもよい。そのため、図２を参照して上で説明されたように、周囲か らディスプレイを通過して部分的に反射性の層に当たり、反射されて再びディス プレイを通過する光の偏光が保たれる。 本発明のさらに別の実施形態では、ＬＣＤディスプレイは、図４に示されるＬ ＣＤディスプレイに対応するものであってもよい。ただし、シート３６のアルミ ニウム処理表面は、非光透過性になり且つ完全に光反射性になるように、アルミ ニウムで密にコーティングされ、ランプ１４および光ガイド構造３４は、省略さ れる。本実施形態のディスプレイは、周辺光の中で表示のためだけに意図された ものである。従って、本実施形態では、シート３６は、光拡散性であり、完全に 光反射性である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９７２５８４８．７ (32)優先日 平成９年12月５日(1997．12．5) (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 オマー，バジル アーサー イギリス国 エスエヌ７ ８エルジー オ ックスフォードシャー，スタンフォード― イン―ザ―ベール，フロッグモア レーン ２，ジ オールド フォーゲ (72)発明者 エオ，テレンス エドワード イギリス国 ティーキュー12 ３イーディ ー デボン，ニュートン アボット，キン グステイトン，オーベック アベニュー 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．スクリーンを組み込むディスプレイであって、該スクリーンが、偏光シート と、該偏光シートの前もしくは後ろに配置され、該偏光シートから間隔があけら れるか、もしくは、該偏光シートと接するか、もしくは、該偏光シートに結合さ れる、偏光維持（非複屈折）光拡散シートまたは層と、を含むか、または、それ 自体が偏光維持拡散板として作用する偏光シートを含む、ディスプレイ。 ２．液晶セルと、該液晶セルを照射するための手段と、該液晶セルと前記スクリ ーンとの間に配置され、該液晶セルの画像を該スクリーン上で投影するように構 成される投影システム、を含むＬＣＤ投影システムの形態である、請求項１に記 載のディスプレイ。 ３．前記スクリーンが並置される液晶セルを含むＬＣＤディスプレイの形態であ る、請求項１に記載のディスプレイ。 ４．単数または複数の液晶セルを含み、該単数または複数の液晶セルの前に偏光 シートが配置され、それにより該液晶セルを該偏光シートを通して見ることがで きる種類の液晶ディスプレイであって、偏光維持（非複屈折）光拡散シートまた は層が、該液晶セルと、該偏光シートとの間に挿入されるか、または、該偏光シ ートの前に配置されることを特徴とする、液晶ディスプレイ。 ５．偏光シートの間に装着される単数または複数の液晶セルを含み、本明細書に おいて背面偏光シートと呼ばれる他方のそのような偏光シートを通して照射され たときに、本明細書において前面偏光シートと呼ばれる一方のそのような偏光シ ートを通して見られるように適合される種類の液晶ディスプレイであって、該液 晶セルと該前面偏光シートとの間に偏光維持（非複屈折）光拡散シートまたは層 が挿入されることを特徴とする、液晶ディスプレイ。 ６．偏光シートの間に装着される単数または複数の液晶セルを含み、本明細書に おいて背面偏光シートと呼ばれる他方のそのような偏光シートを通して照射され たときに、本明細書において前面偏光シートと呼ばれる一方のそのような偏光シ ートを通して見られるように適合される種類の液晶ディスプレイであって、偏光 維持（非複屈折）光拡散シートまたは層が、該前面偏光シートの上に配置され、 従って、該前面偏光シートと、見る人の目との間に配置されることを特徴とする 、液晶ディスプレイ。 ７．前面偏光シートまたは検光子と、適切に偏光された光を液晶セルおよび該前 面偏光シートまたは検光子を通るように向けるための構成と、の間に挿入される 液晶セルを含む種類のＬＣＤディスプレイであって、該構成が、光源と、該光源 の前に配置される拡散板と、該拡散板の前に配置され、従って、該液晶セルと該 拡散板との間の位置に配置される反射性偏光板と、を含み、該拡散板が、偏光維 持（非複屈折）光拡散シートまたは層であることを特徴とする、ＬＣＤディスプ レイ。 ８．前記反射性偏光板が、コレステリックフィルタであり、四分の一波長板が、 該コレステリックフィルタの前に配置され、従って、前記液晶セルと、該コレス テリックフィルタとの間の位置に配置される、請求項７に記載のＬＣＤディスプ レイ。 ９．前記反射性偏光板が、異なる屈折率の媒体間の複数の実質的に平面の界面で あって、入射方向に関して、前記光源からの光の該反射性偏光板に傾斜している 、請求項７に記載のＬＣＤディスプレイ。 １０．バックライト構成を含み、該バックライト構成自体が、偏光を生成し、そ のような光を、偏光維持拡散板を通り、そこから、液晶セルおよび検光偏光板を 通るように向ける、ＬＣＤディスプレイ。 １１．前記偏光維持光拡散シートまたは層が、バルク屈折率変動を組み込むフォ トポリマーを含む、請求項１から１０のいずれかに記載のディスプレイ。 １２．前記バルク屈折率変動が、傾斜屈折率変動である、請求項１１に記載のデ ィスプレイ。 １３．前記偏光維持光拡散シートまたは層が、傾斜屈折率光学特徴を組み込むフ ォトポリマーを含む、請求項１から１２のいずれかに記載のディスプレイ。 １４．前記傾斜屈折率光学特徴が、前記フォトポリマーにわたってランダムに分 布される、請求項13に記載の液晶ディスプレイ。 １５．前記フォトポリマーが、Du PontのＯＭＮＩＤＥＸタイプＨＲＦ１５０ま たはＨＲＦ６００を含む、請求項１３または１４に記載の液晶ディスプレイ。 １６．前記光拡散シートまたは層が、本明細書で規定されるように、その拡散特 性において非対称である、請求項１から１５のいずれかに記載の液晶ディスプレ イ。 １７．前記光拡散シートまたは層が、本明細書で規定されるような、歪んだ拡散 プロファイルを有する、請求項１から１６のいずれかに記載の液晶ディスプレイ 。 １８．請求項１から１７のいずれかに記載のディスプレイと、該ディスプレイに よる表示のための視覚画像を生成する手段と、を組み込む、製品。 １９．コンピュータ、電子オーガナイザ、などの電子データ処理装置の形態であ る、請求項１８に記載の製品。 ２０．背面投影テレビジョンの形態である、請求項１８に記載の製品。 ２１．実質的に、添付の図面の図１を参照して説明され且つ図１に示される通り である、液晶ディスプレイ。 ２２．実質的に、添付の図面の図２を参照して説明され且つ図２に示される通り である、請求項８に記載の液晶ディスプレイ。 ２３．実質的に、添付の図面の図３を参照して説明され且つ図３に示される通り である、請求項８に記載の液晶ディスプレイ。 ２４．例えばＬＣＤディスプレイなどのディスプレイであって、光透過性基板に 付与されるポリマーコーティングまたは他のコーティングの形態の拡散板を組み 込む、ディスプレイ。 ２５．前記コーティングが、外側保護コーティングまたは硬いコートの役割も果 たす、請求項２４に記載のディスプレイ。 ２６．部分的に光反射性であり、部分的に光透過性である、光拡散シートまたは スクリーン。 ２７．光拡散材料のシートを含み、該シートが、該シートの上に施された、金属 などの反射性媒体の制限された堆積により、部分的に反射性にされる、請求項２ ６に記載の光拡散シートまたはスクリーン。 ２８．前記反射性媒体が、蒸着により付与される、請求項２７に記載の光拡散シ ートまたはスクリーン。 ２９．前記光拡散材料が、光拡散効果を提供する、傾斜屈折率および／または表 面輪郭レンズまたは同様の特徴のアレイを備えて形成されるフォトポリマーを含 む、請求項２７または２８に記載の光拡散シートまたはスクリーン。 ３０．前記光拡散材料が、偏光維持材料である、請求項２７から２９のいずれか に記載の光拡散シートまたはスクリーン。 ３１．単数または複数の液晶セルを含み、偏光シートが、該単数または複数の液 晶セルの前に配置され、それにより、該液晶セルを、該偏光シートを通して見る ことができるＬＣＤディスプレイであって、該ＬＣＤディスプレイが、該液晶セ ルの後ろに配置される、請求項２６から２９のいずれかに記載のスクリーンと、 該部分的に光反射性であり且つ部分的に光透過性であるスクリーンの後ろに配置 される光源と、をさらに含み、それにより、該光源が不活性化された状態で、該 ディスプレイを、周辺光の中で見ることができ、そのため、該液晶セルを通って 該部分的に反射性のスクリーンに到達する周辺光が、表示のために該スクリーン により反射され、該セルを通って戻り、そして、低レベルの周囲照明で、該光源 は、光を生成して拡散させながら該スクリーンを通過させ、そして、該液晶セル および該偏光シートを通過させて見る人まで到達させるように活性化され得る、 ＬＣＤディスプレイ。 ３２．単数または複数の液晶セルを含み、該単数または複数の液晶セルの前に偏 光シートが配置され、それにより、該偏光シートを通して該液晶セルを見ること ができるＬＣＤディスプレイであって、該液晶セルの後ろに配置される完全に反 射性の光拡散シートまたはスクリーンをさらに含み、それにより、周辺光の中で 該ディスプレイを見ることができ、そのため、該液晶セルを通過して該完全に反 射性の光拡散スクリーンに到達する周辺光が、表示のために該スクリーンにより 反射され、該セルを通って戻る、ＬＣＤディスプレイ。 ３３．前記反射性の光拡散シートまたはスクリーンが、金属などの反射性媒体を その１つの表面に堆積させることにより反射性にされる光拡散材料のシートを含 む、請求項３２に記載のディスプレイ。 ３４．前記光拡散材料が、偏光維持材料である、請求項３１または３３に記載の ディスプレイ。 ３５．前記光拡散材料が、光拡散効果を提供する、傾斜屈折率および／または表 面輪郭レンズのアレイ、または、それに類似した特徴のアレイを備えて形成され るフォトポリマーを含む、請求項３１、３３または３４に記載のディスプレイ。 ３６．前記フォトポリマーが、Du PontのＯＭＮＩＤＥＸタイプＨＲＦ１５０ま たはＨＲＦ６００を含む、請求項３５に記載のディスプレイ。 ３７．前記光拡散シートまたは層が、本明細書で規定されるように、その拡散特 性において非対称である、請求項１から３６のいずれかに記載の液晶ディスプレ イ。 ３８．前記光拡散シートまたは層が、本明細書で規定されるような、歪んだ拡散 プロファイルを有する、請求項１から３７のいずれかに記載の液晶ディスプレイ 。