JP2006106687A - 偏光光学装置及び液晶ディスプレイモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶ディスプレイモジュールの光学利用率を効果的に増加させることのできる装置を含む液晶ディスプレイモジュールを提供する。
【解決手段】 本発明は、第一屈折層と、前記第一屈折層の屈折率と異なる第二屈折層とを有する薄膜、前記薄膜の下表面に位置され、前記第一屈折層と接する第一プリズム、及び、前記薄膜の上表面に位置され、前記薄膜を中心として前記第一プリズムと対称する第二プリズム、を含む偏光光学装置、及び、この偏光光学装置を備える液晶ディスプレイモジュールである。本発明では、入射光を薄膜干渉によってＳ−ｒａｙとＰ−ｒａｙに分けることができる、Ｓ−ｒａｙを再利用することで輝度を高めることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、偏光光学装置に関し、特に、液晶ディスプレイモジュールの輝度を向上することができる偏光光学装置に関するものである。

図１は、従来の薄膜トランジスタＬＣＤの液晶ディスプレイモジュール１を表している。液晶ディスプレイモジュール１は、液晶パネル１０とバックライトモジュール２０を含む。液晶パネル１０は、二つの偏光板１１を含む。バックライトモジュール２０は、プリズム２１、光学膜２２、導光板２３、反射板２４と光源２５を含む。プリズム２１は、光源２５からの光線を集光する。この液晶ディスプレイモジュール１では、光源２５が発する光の５０％が偏光器１１によって吸収されるため、その輝度が低下するという問題がある。

３Ｍ社は、液晶ディスプレイモジュールの輝度を向上させるＤｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ（以下、ＤＢＥＦと略する。）を提供している。ＤＢＥＦは、薄膜を延伸することによって製造される、約６００〜８００層の複屈折薄膜を含む。ＤＢＥＦを利用する液晶ディスプレイモジュールでは、ＤＢＥＦが光学膜２２に取って代わり、Ｓ−Ｒａｙの光を導光板２３に反射し返す。但し、注意すべきは、Ｓ−ｒａｙが液晶パネル１０に届いたときには、偏光板１１に吸収されることである。

上記ＤＢＥＦに加えて、その他の増光膜（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）も公開されている（特許文献１、２、３参照）
米国特許第５９６５２４７号明細書 米国特許第６７０７６１１号明細書 米国特許第６６７１４５２号明細書

本発明は、上記従来技術を考慮し、液晶ディスプレイモジュールの光学利用率を効果的に増加させることのできる装置を含む液晶ディスプレイモジュールを提供するものである。

本発明は、まず、新規の偏光光学装置が提供するものである。この偏光光学装置は、薄膜、第一プリズム、及び、第二プリズムを含む。薄膜は、上表面、下表面、第一屈折層と第二屈折層からなる。第一屈折層の屈折率は、第二屈折層の屈折率と異なる。第一プリズムは、薄膜の下表面に位置され、第一屈折層と接する。第二プリズムは、薄膜の上表面に位置される。第一プリズムと第二プリズムは、薄膜を中心としてと対称している。第一プリズムからの光は、薄膜によってＳ−ｒａｙとＰ−ｒａｙに分けられる。Ｓ−ｒａｙは、薄膜によって第一プリズムに反射される。Ｐ−ｒａｙは、薄膜から第二プリズムに送られる。第一屈折層の屈折率は、第二屈折層の屈折率より大きい、または小さい。第一屈折層と第二屈折層は、均質材質である。

また、第一プリズムは、第一屈折層から第二屈折層への光の入射角がブルースター角となるように形成される。第二プリズムは、第二屈折層からの光が薄膜の上表面にほぼ垂線方向に屈折されるように形成される。

屈折層の厚さは、方程式Ｔ=λ０／４ｎによって得られる。ここで、Ｔは、屈折層の厚さであり、λ０は、光の中央波長であり、ｎは、屈折層の屈折率である。

第一プリズムの屈折率は、１．５２〜１．６５である。第一屈折層の屈折率は、約２．０〜２．２である。第二屈折層の屈折率は、１．３８〜１．５である。第一と第二屈折層は、薄膜に交互に配置される。第一と第二屈折層の数は、それぞれ３〜６である。第一プリズムの頂角は５６度である。

そして、本発明は上記偏光光学装置を備える液晶ディスプレイモジュールを提供する。液晶ディスプレイモジュールは、バックライトモジュールと、バックライトモジュールの上に配置された液晶パネルを含む。バックライトモジュールは、上記偏光光学装置を備え、薄膜、第一プリズムと第二プリズムを含む。薄膜は上表面、下表面、第一屈折層と、第二屈折層を含む。第一屈折層の屈折率は、第二屈折層の屈折率と異なる。第一プリズムは、薄膜の下表面に位置され、第一屈折層に接する。第二プリズムは、薄膜の上表面に位置される。第一プリズムと第二プリズムは、薄膜を中心として対称する。第一プリズムからの光は、薄膜によってＳ−ｒａｙとＰ−ｒａｙに分けられる。Ｓ−ｒａｙは、薄膜によって第一プリズムに反射される。Ｐ−ｒａｙは、薄膜から第二プリズムに送られ、第二プリズムによって薄膜の上表面にほぼ垂線の方向で屈折され、液晶パネルに送られる。

本発明の偏光光学装置及びこれを備える液晶ディスプレイモジュールによれば、入射光を薄膜干渉によってＳ−ｒａｙとＰ−ｒａｙに分けることができる。そして、Ｓ−ｒａｙを再利用し、これを導光板に反射することができ、輝度を高めることができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２は、液晶ディスプレイモジュール２の実施例を表している。液晶ディスプレイモジュール２の実施例は、バックライトモジュール４０と、バックライトモジュ−ル４０の上に配置された液晶パネル３０を含む。バックライトモジュール４０は、偏光光学装置４１、導光板４２、反射板４３と、光源４４を含む。また、液晶ディスプレイモジュール２は、他の装置を更に含む。これらの装置は、この実施例とは直接関わらないため、その詳細の記述は省略する。

液晶ディスプレイモジュール２の実施例は、従来の液晶ディスプレイモジュールとは異なり、従来の液晶ディスプレイモジュール１で使用されているプリズム２１と光学膜２２に替えて、偏光光学装置４１に置き換えられる。

図３は、偏光光学装置４１の概略図である。偏光光学装置４１は、薄膜４１２、第一プリズム４１１と第二プリズム４１３を含む。薄膜４１２は、第一プリズム４１１の上に配置され、複数の第一屈折層４１２ａと複数の第二屈折層４１２ｂを含む。図３では、第一屈折層４１２ａと第二屈折層４１２ｂの数は３層である。第一屈折層４１２ａと第二屈折層４１２ｂは、薄膜４１２中で交互に配置されている。第一屈折層４１２ａの屈折率と第二屈折層４１２ｂの屈折率は異なっている。よって、第一プリズム４１１からの光Ｌは、薄膜４１２によって、Ｓ−ｒａｙ Ｌ１とＰ−ｒａｙ Ｌ２に分けられる。Ｓ−ｒａｙ Ｌ１は、薄膜４１２によって、第一プリズム４１１に反射される。Ｐ−ｒａｙ Ｌ２は、薄膜４１２から第二プリズム４１３を経て液晶パネル３０に送られる。注意すべきは、第一と第二屈折層４１２ａと４１２ｂは、均質材料である。すなわち、同一の屈折層では屈折率は等しくなっている。

図３に示すように、第一プリズム４１１と第二プリズム４１３は、薄膜４１２と対称する。第一プリズム４１１は、薄膜４１２の下表面に配置され、底部で第一屈折層４１２ａと接する。また、第一プリズム４１１は、第一屈折層４１２ａから第二屈折層４１２ｂの光Ｌへの入射角がブルースター角となる方法で形成される。よって、第一プリズム４１１からの光Ｌは、薄膜４１２によって、Ｓ−ｒａｙ Ｌ１とＰ−ｒａｙ Ｌ２に分けられる。

第二プリズム４１３は、薄膜４１２の上表面に配置され、第二屈折層４１２ｂと接する。また、第二プリズム４１３は、薄膜４１２からのＰ−ｒａｙ Ｌ２が薄膜の上表面にほぼ垂線方向に屈折される方法で形成される。そして、Ｐ−ｒａｙ Ｌ２は、液晶パネル３０に垂直に送られる。

図４では、θｂは、第一プリズム４１１からの光ＬがＳ−ｒａｙ Ｌ１とＰ−ｒａｙ Ｌ２に分けられるブルースター角である。θｐは、第一プリズム４１１の頂角である。αは、外側から第一プリズムへの屈折角である。

光Ｌの中央波長（λ０）は、まず、６８０ｎｍに設定する。第一プリズム４１１の屈折率（ｎＳ）は、１．６２に設定する。第一屈折層４１２ａの屈折率（ｎｌ）は、２．２と設定する。第二屈折層４１２ｂの屈折率（ｎ２）は、１．３８に設定する。次に、θｂは、ブルースターの法則によって［θｂ＝ｔａｎ^−１（ｎ２／ｎ１）］で得ることができる。θｐは、スネルの法則によって［ｎｌＳｉｎ（θｂ）＝ｎＳＳｉｎ（９０−θｐ／２−α）］と、［ｎＳＳｉｎ（α）＝Ｓｉｎ（９０−θｐ／２）］で得ることができ５６度である。

また、屈折層の厚さ（Ｔ）は、方程式Ｔ=λ０／４ｎによって得られる。次に、第一と第二の屈折層４１２ａと４１２ｂのそれぞれの数は、ソフトウェアによって得ることができ、本実施形態ではそれぞれ３層である。

図５は、本実施例の偏光光学装置のスペクトルのシミュレーションを示す。図５において実線はＳ−ｒａｙを表し、点線はＰ−ｒａｙを表している。図５によれは、Ｐ−ｒａｙの透過率はほぼ１００％である。逆に、Ｓ−ｒａｙの反射率は、４００〜６００ｎｍでほぼ１００％である。ここで留意すべき点は、液晶ディスプレイモジュールの光源の波長は、約４００〜６００ｎｍである。

また、上記の計算では、第一プリズム４１１の屈折率は、約１．５２〜１．６５とすることができる。第一屈折層４１２ａの屈折率は、約２．０〜２．２とすることができる。第二屈折層４１２ｂの屈折率は、約１．３８〜１．５とすることができる。望ましくは、第一と第二の屈折層４１２ａと４１２ｂのそれぞれの数は、約３〜６層である。

また、本実施例の計算結果では、第一屈折層４１２ａの屈折率が第二屈折層４１２ｂの屈折率を越える方法で行われるが、これに限定するものではない。実際には、第一屈折層４１２ａの屈折率が第二屈折層４１２ｂの屈折率より小さくてもよい。

上述のように、偏光光学装置の実施例は、薄膜と第一プリズムを含むことで、入射光を薄膜干渉によってＳ−ｒａｙとＰ−ｒａｙに分けることができる。また、Ｓ−ｒａｙは、再利用できるように、導光板に反射し返えされることができ、よって、輝度を高めることができる。

また、本実施例では、Ｓ−ｒａｙとＰ−ｒａｙは、薄膜干渉によって分けられる。６００〜８００層を含むＤＢＥＦと比較すると、本実施例の偏光光学装置は６〜１２層と簡易な構造である。

従来の液晶ディスプレイ装置の概略図である。 液晶ディスプレイ装置の実施例の概略図である。 偏光光学装置の実施例の概略図である。 図３の第一プリズムと薄膜の概略図である。 スペクトルのシミュレーションの概略図である。

符号の説明

１、２ 液晶ディスプレイモジュール
２、３０ 液晶パネル
１１ 偏光板
２０、４０ バックライトモジュール
２１ プリズム
２２ 光学膜
２３、４２ 導光板
２４、４３ 反射板
２５、４４ 光源
４１ 偏光光学装置
４１１ 第一プリズム
４１２ 薄膜
４１２ａ 第一屈折層
４１２ｂ 第二屈折層
４１３ 第二プリズム

Claims (11)

1. 第一屈折層と、前記第一屈折層の屈折率と異なる第二屈折層とを有する薄膜、
   前記薄膜の下表面に位置され、前記第一屈折層と接する第一プリズム、及び
   前記薄膜の上表面に位置され、前記薄膜を中心として前記第一プリズムと対称する第二プリズム、を含む偏光光学装置。
2. 第一プリズムは、第一屈折層から第二屈折層への光の入射角がほぼブルースター角となるように形成される請求項１に記載の偏光光学装置。
3. 第二プリズムは、第二屈折層からの光が薄膜の上表面にほぼ垂線方向に屈折されるように形成される請求項１又は請求項２に記載の偏光光学装置。
4. 第一屈折層と第二屈折層は、均質材質である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
5. 屈折層の厚さ（Ｔ）は、光の中央波長をλ０とし、屈折層の屈折率をｎとしたとき、方程式Ｔ=λ０／４ｎから求められる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
6. 第一プリズムの屈折率は、１．５２〜１．６５であり、第一屈折層の屈折率は、２．０〜２．２であり、第二屈折層の屈折率は、１．３８〜１．５である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
7. 第一屈折率と第二屈折層が、交互に配置されており、第一屈折層と第二屈折層の数が、それぞれ３〜６である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
8. 第一プリズムの屈折率は、１．６２であり、第一屈折層の屈折率は、２．２であり、第二屈折層の屈折率は、１．３８である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
9. 第一プリズムの頂角は、５６度である請求項８に記載の偏光光学装置。
10. 第一屈折層と第二屈折層が交互に配置されており、第一屈折層と第二屈折層の数はいずれも３である請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の偏光光学装置。
11. バックライトモジュール、及び、前記バックライトモジュールに配置された液晶パネルを含み、
    前記バックライトモジュールは、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の偏光光学装置を含む液晶ディスプレイモジュール。
    

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