JP2006330220A

JP2006330220A - Liquid crystal display device

Info

Publication number: JP2006330220A
Application number: JP2005151869A
Authority: JP
Inventors: Zenta Fukutomi; 善太福富
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means which prevents front brightness from being deteriorated by using a relatively convenient method and, further, prevents a liquid crystal panel from blueing even when light intensity of an LED light source or a drive current is raised. <P>SOLUTION: The liquid crystal display device includes a means for spectroscopically radiating light until the light reaches a liquid crystal element and a spectrum selection means which operates a specific spectral light component until the light reaches the liquid crystal element and efficiently removes or transmits the light component, between a light transmission plate 2 and the liquid crystal element 7. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

Detailed Description of the Invention

本発明は、導光体、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light guide, an illumination device, and a liquid crystal display device.

近年、携帯電話、携帯型小型テレビ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡ、および小型ノート型パーソナルコンピュータ等に代表される液晶表示装置では液晶表示の大型・高精細・広視野角化が進んできたが、これに伴い液晶装置用の照明装置には高輝度化の性能要求があり、現在もこの動向は変わりなく継続している。 In recent years, liquid crystal display devices represented by mobile phones, portable small TVs, portable game machines, PDAs, small notebook personal computers, etc. have been increasing in size, high definition, and wide viewing angle. Along with this, there is a demand for higher luminance performance in lighting devices for liquid crystal devices, and this trend is still continuing.

ＴＦＴ−ＬＣＤ等に代用される透過型カラー液晶表示装置では、一般に白色光源を用いた照明装置をバックライトとして用いて、導光板（導光体）とその側端面に配設された光源とを基本構成としており、導光板側端面から導入した光を、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状により反射させて出射面から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明するようになっている。 In a transmissive color liquid crystal display device substituted for a TFT-LCD or the like, generally, an illumination device using a white light source is used as a backlight, and a light guide plate (light guide) and a light source disposed on a side end surface thereof are provided. The light is introduced from the end surface on the light guide plate side by the prism shape formed on the surface opposite to the exit surface of the light guide plate, and is emitted from the exit surface, so that an object to be illuminated such as a liquid crystal panel It comes to illuminate.

図１１に、従来の液晶表示装置の構成断面を示す。照明装置２１は、ＬＥＤ光源１、アクリル樹脂等の透明樹脂で形成された導光板２、導光板に導光された光を散乱させるために導光板下面に形成された印刷ドット２０、および反射シート３、導光板２の上面に設置された光を散乱させるための拡散シート１８、散乱した光をそれぞれｘ方向、ｙ方向に集光させるための第１プリズムシート１９ａ、第２プリズムシート１９ｂを備えている（例えば、非特許文献１参照）。即ち、従来の照明装置２１では、ＬＥＤ光源１から出射された光は、導光板２に導かれ、印刷ドット２０により散乱され、その散乱光の一部は反射シート３により再度導光板２に入射し、その後拡散シート１８とプリズムシート１９ａ，１９ｂとを通過して液晶素子７に照射される構成になっている。しかしこの方式では、各方向に散乱した光を２枚のプリズムシートで屈折させて正面方向へ集光する構成のため、導光体からの出射光でプリズムシートにより正面方向の輝度に利用される効率は高々６０％程度に留まること、及びプリズムシート内で多重反射する光線の存在により光量ロスが発生するなど、高輝度化には限界がある事が従来から指摘されていた。 FIG. 11 shows a cross section of a conventional liquid crystal display device. The illuminating device 21 includes an LED light source 1, a light guide plate 2 formed of a transparent resin such as acrylic resin, printed dots 20 formed on the lower surface of the light guide plate to scatter light guided to the light guide plate, and a reflective sheet 3. A diffusion sheet 18 for scattering light installed on the upper surface of the light guide plate 2, and a first prism sheet 19a and a second prism sheet 19b for collecting the scattered light in the x and y directions, respectively. (For example, refer nonpatent literature 1). That is, in the conventional illumination device 21, the light emitted from the LED light source 1 is guided to the light guide plate 2 and scattered by the printing dots 20, and a part of the scattered light is incident on the light guide plate 2 again by the reflection sheet 3. After that, the liquid crystal element 7 is irradiated through the diffusion sheet 18 and the prism sheets 19a and 19b. However, in this system, the light scattered in each direction is refracted by two prism sheets and collected in the front direction, so that light emitted from the light guide is used for luminance in the front direction by the prism sheet. Conventionally, it has been pointed out that there is a limit to increasing the brightness, such that the efficiency is limited to about 60% at most, and light quantity loss occurs due to the presence of light rays that are multiply reflected in the prism sheet.

これに対して、近年エッジライト方式の導光体より斜めに出射した光をバックライトの正面方向に変角し、正面輝度を極端に向上させる照明装置が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。図１２は、それをバックライトとして用いた液晶表示装置の構成を示す断面図である。図示するように液晶表示装置２５は、ＬＥＤ光源１と光を面光源へと転換する導光板２と、導光板２の下方に配置されて導光板２の下方に放出される光を導光板２の内部に反射する反射シート３と、導光板２の上方に配置される光学シート層４と液晶素子７を備えている。 On the other hand, in recent years, there has been proposed an illuminating device that changes the angle of light emitted obliquely from an edge-light-type light guide in the front direction of the backlight to extremely improve the front luminance (for example, non-patent literature). 2). FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal display device using the same as a backlight. As shown, the liquid crystal display device 25 includes an LED light source 1, a light guide plate 2 that converts light into a surface light source, and light that is disposed below the light guide plate 2 and emitted below the light guide plate 2. A reflection sheet 3 reflecting inside, an optical sheet layer 4 disposed above the light guide plate 2, and a liquid crystal element 7.

導光板２は、ＬＥＤ光源１から放射された光が入光される入光面２２と、光学シート層４に向けて光が出光される出光面２３とを有する。導光板２の反射シート３と対向する表面には所定の間隔をおいてプリズム山２４ａが形成されており、導光板２内に反射される光が光学シート層４に向けて均一に出射されるようにしている。光学シート層４は、導光板２の出光面２３の上方に配置され、出光面２３と対向する表面に所定の間隔をおいてプリズム山２４ｂが形成された逆プリズム形状を成す。逆プリズム形状の光学シート層４では、液晶表示パネルに入光される光の垂直方向の成分を増加させることにより、光の正面輝度を向上させる。 The light guide plate 2 has a light incident surface 22 where light emitted from the LED light source 1 is incident and a light output surface 23 where light is emitted toward the optical sheet layer 4. A prism crest 24a is formed on the surface of the light guide plate 2 facing the reflection sheet 3 at a predetermined interval, and the light reflected in the light guide plate 2 is uniformly emitted toward the optical sheet layer 4. I am doing so. The optical sheet layer 4 is disposed above the light exit surface 23 of the light guide plate 2 and has a reverse prism shape in which prism peaks 24b are formed on the surface facing the light exit surface 23 at a predetermined interval. In the inverted prism-shaped optical sheet layer 4, the front luminance of the light is improved by increasing the vertical component of the light incident on the liquid crystal display panel.

次にこの方式の照明装置の動作について図１３を使って説明する。導光板２内部を伝播する光は、空気と導光板材料の屈折率で決まる臨界角より小さな角度で界面に入射・反射を繰り返して導光板内部に閉じ込められているが（図中ｍ１）、導光板２の背面に形成したプリズム山２４ａの界面に入射した光は、平面に対する凹凸斜面の角度分に対応する入射角の範囲で臨界角を超えるので、全反射することなく導光板２より出射する（図中ｍ２）。この方式では、プリズム山２４ａにより臨界角近傍の光を選択的に出射させるので、高い指向性をもった光を導光板２より出射させることができる。そして出光面２３の各位置から取り出された光は光学シート層４のプリズム山２４ｂの斜面により全反射され（図中ｍ３）、バックライトの正面方向に変角して正面方向への輝度を向上させている。 Next, the operation of this type of lighting device will be described with reference to FIG. The light propagating through the light guide plate 2 is incident and reflected at the interface at an angle smaller than the critical angle determined by the refractive index of air and the light guide plate material, and is confined inside the light guide plate (m1 in the figure). Since the light incident on the interface of the prism crest 24a formed on the back surface of the optical plate 2 exceeds the critical angle in the range of the incident angle corresponding to the angle of the uneven slope with respect to the plane, it is emitted from the light guide plate 2 without being totally reflected. (M2 in the figure). In this method, since light near the critical angle is selectively emitted by the prism crest 24a, light having high directivity can be emitted from the light guide plate 2. Then, the light extracted from each position on the light exit surface 23 is totally reflected by the slope of the prism crest 24b of the optical sheet layer 4 (m3 in the figure), and the angle is changed to the front direction of the backlight to improve the luminance in the front direction. I am letting.

この方式（以降全反射方式と称する）の照明装置では、プリズムシートでの全反射を利用するため導光体からの出射光でプリズムシートにより正面方向の輝度に利用される効率は９０％と大きい反面、導光板単体で取り出される光に強い指向性があるため、一般的に視野角範囲は狭い事が知られている。
岡田博司著「ＬＣＤバックライト用プリズムシートの開発動向」月間ディスプレイ、2004年４月号、p.14−21 田中章著「液晶用バックライトの技術動向」、月間ディスプレイ、1998年６月号、p.50−57 In the illumination device of this system (hereinafter referred to as a total reflection system), since the total reflection on the prism sheet is used, the efficiency of use of the light emitted from the light guide for the luminance in the front direction by the prism sheet is as high as 90%. On the other hand, it is known that the viewing angle range is generally narrow because the light extracted by the light guide plate alone has strong directivity.
Hiroshi Okada, “Development Trend of Prism Sheet for LCD Backlight” Monthly Display, April 2004, p.14-21 Akira Tanaka, “Technology Trends of LCD Backlights”, Monthly Display, June 1998, p.50-57

全反射方式の照明装置を用いた液晶表示装置では、従来の照明装置を用いた液晶表示装置と比べて正面方向での輝度が低くなる問題がある。これは図１２にある液晶素子７が本質的に拡散効果をもつ素子として作用するために、狭い視野角範囲で出射する全反射方式の照明装置では拡散効果が大きく作用するためである。これを解決するために、従来ではＬＥＤ光源１の光度を上げる、あるいは、ＬＥＤ光源１への駆動電流を増やすという方策が取られていた。しかし、ＬＥＤ光源の発光スペクトルは、図１４に示すように青の波長光（４８８ｎｍ近傍）に強い相対強度を持つ特性であるため、このような方策を行うと液晶パネルの表示に青みが出てしまうという問題がある。 In the liquid crystal display device using the total reflection type illumination device, there is a problem that the luminance in the front direction is lower than the liquid crystal display device using the conventional illumination device. This is because the liquid crystal element 7 shown in FIG. 12 essentially acts as an element having a diffusing effect, so that the diffusing effect acts greatly in a total reflection illumination device that emits light in a narrow viewing angle range. In order to solve this, conventionally, measures have been taken to increase the luminous intensity of the LED light source 1 or to increase the drive current to the LED light source 1. However, as shown in FIG. 14, the emission spectrum of the LED light source has a characteristic having a strong relative intensity with respect to the blue wavelength light (near 488 nm). Therefore, when such a measure is taken, the display of the liquid crystal panel becomes bluish. There is a problem of end.

そこで本発明は、比較的簡便な方法で正面輝度を低下させる事なく、かつＬＥＤ光源の光度もしくは駆動電流を上げても液晶パネルに青みが出ない手段を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a means that does not cause bluishness in a liquid crystal panel even when the luminous intensity or driving current of an LED light source is increased without lowering the front luminance by a relatively simple method.

そこで本発明の液晶表示装置は、液晶素子に達するまでの光を分光放射するための手段と、液晶素子に達するまでの特定のスペクトル光成分に作用してこれを効率的に除去、もしくは透過させるスペクトル選択手段を液晶素子と導光板の間に備えることとした。ここで、分光手段として透過型の回折格子や音響光学素子が、また、スペクトル選択手段として干渉フィルタやエッジフィルタなどが例示できる。音響光学素子は超音波などによる音響光学変調機能を備えた光学素子で、テルライトガラスやモリブデン酸鉛単結晶（ＰｂＭｏＯ４）などを音響光学媒体として使用するのが一般的である。 Therefore, the liquid crystal display device according to the present invention acts on the spectral emission of light up to the liquid crystal element and the specific spectral light component up to the liquid crystal element to efficiently remove or transmit this. The spectrum selecting means is provided between the liquid crystal element and the light guide plate. Here, a transmissive diffraction grating or an acousto-optic element can be exemplified as the spectroscopic means, and an interference filter or an edge filter can be exemplified as the spectrum selecting means. The acoustooptic device is an optical device having an acoustooptic modulation function using ultrasonic waves or the like, and generally uses tellurite glass, lead molybdate single crystal (PbMoO4), or the like as an acoustooptic medium.

各要素の配置については、具体的には、分光手段とスペクトル選択手段は図１２において光学シート層４と液晶素子７の間に、スペクトル選択手段５を光学シート層４の上方にして設置するのが望ましいが、導光板２から液晶素子７の間で任意に変更が可能である。また分光手段とスペクトル選択手段は液晶表示装置内に双方を配置するが、何れか一方を使った構成でも良い。 Regarding the arrangement of each element, specifically, the spectroscopic means and the spectrum selecting means are installed between the optical sheet layer 4 and the liquid crystal element 7 with the spectrum selecting means 5 positioned above the optical sheet layer 4 in FIG. However, it can be arbitrarily changed between the light guide plate 2 and the liquid crystal element 7. Further, although both the spectroscopic means and the spectrum selecting means are arranged in the liquid crystal display device, a configuration using either one may be used.

このように、分光手段とスペクトル選択手段を備えたことで、光学シート層４より出射した狭い視野角範囲の光を所定の視野角範囲に広げる効果が期待できるため、液晶パネル透過後の輝度低下を最小限度とする事ができる他、スペクトル選択手段を配置して青の波長成分の光を効果的に低減しているため、液晶パネルへの青みの発生を効果的に低減する事ができる。 As described above, the provision of the spectroscopic means and the spectrum selection means can be expected to have an effect of widening light in a narrow viewing angle range emitted from the optical sheet layer 4 to a predetermined viewing angle range. In addition, since the spectrum selection means is arranged to effectively reduce the light of the blue wavelength component, the occurrence of blueness in the liquid crystal panel can be effectively reduced.

本発明の液晶表示装置では、分光範囲の制御が溝間隔の変更で容易に変化できるため、液晶パネルに応じた分光状態の制御が比較的容易であり、液晶パネル透過後の輝度低下を最小限度とする事ができる。また、青の波長成分の光を効果的に低減する手段を備えるため、ＬＥＤ光源の光度もしくは流す電流量を多く取った場合でも液晶パネルに青みが発生せず、結果として高輝度な液晶表示装置が提供できる。 In the liquid crystal display device of the present invention, the control of the spectral range can be easily changed by changing the groove interval, so the control of the spectral state according to the liquid crystal panel is relatively easy, and the luminance reduction after transmission through the liquid crystal panel is minimized. Can be. In addition, since a means for effectively reducing the light of the blue wavelength component is provided, the liquid crystal panel does not appear bluish even when the luminous intensity of the LED light source or a large amount of current is taken, resulting in a high-brightness liquid crystal display device Can be provided.

本発明の液晶表示装置は、点光源からの出射光を液晶素子に導く導光板と液晶素子との間に、導光板から出射した光を分光放射させる光学素子が設けられている。このような構成によれば、液晶パネルの輝度を低下させずに、青みの発生を低減することができる。 In the liquid crystal display device of the present invention, an optical element for spectrally radiating light emitted from the light guide plate is provided between the light guide plate that guides light emitted from the point light source to the liquid crystal element. According to such a configuration, it is possible to reduce the occurrence of blueness without reducing the luminance of the liquid crystal panel.

ここで、光学素子として透過型の回折格子を用いることとした。このような構成では、分光範囲の制御が回折格子の溝間隔を変えるだけで容易に実現できるため、液晶パネルに応じて分光状態を制御することが容易となる。あるいは、光学素子として音響光学変調機能を持つ光学素子を用いることができる。さらに、光学素子と導光板の間に、導光板から出射した光を正面方向へ集光させる集光素子を設ける構成とした。 Here, a transmissive diffraction grating is used as the optical element. In such a configuration, since the control of the spectral range can be easily realized simply by changing the groove interval of the diffraction grating, the spectral state can be easily controlled according to the liquid crystal panel. Alternatively, an optical element having an acousto-optic modulation function can be used as the optical element. Further, a condensing element for condensing light emitted from the light guide plate in the front direction is provided between the optical element and the light guide plate.

また、本発明の液晶表示装置は、点光源からの出射光を液晶素子に導く導光板と液晶素子との間に、導光板から出射した光の特定の波長を除去、または透過するスペクトル選択手段を備えている。このような構成によれば、点光源の光度や電流量を多くしても液晶パネルの青みが増加することがないので、表示品質の劣化を防ぐことができる。ここで、スペクトル選択手段として、干渉フィルタやエッジフィルタが用いられる。さらに、スペクトル選択手段と導光板の間に、導光板から出射した光を正面方向へ集光させる集光素子を設ける構成とした。 Further, the liquid crystal display device of the present invention is a spectrum selecting means for removing or transmitting a specific wavelength of the light emitted from the light guide plate between the light guide plate for guiding the emitted light from the point light source to the liquid crystal element and the liquid crystal element. It has. According to such a configuration, since the bluishness of the liquid crystal panel does not increase even when the luminous intensity and current amount of the point light source are increased, it is possible to prevent the display quality from deteriorating. Here, an interference filter or an edge filter is used as the spectrum selection means. Further, a condensing element for condensing light emitted from the light guide plate in the front direction is provided between the spectrum selection unit and the light guide plate.

以下、本発明に係る液晶表示装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the liquid crystal display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１に、本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す。図示するように、本実施例の液晶表示装置は、導光板２、ＬＥＤ光源１、光反射板３、導光板から出射される光を液晶素子７の正面方向へ変角する逆プリズムシート４、逆プリズムシートから出射した光のうち特定の波長成分光のみを選択出射する干渉フィルタ（スペクトル選択手段）５、干渉フィルタからの出射光を分光放射する透過型回折格子（分光手段）６、及び液晶素子７を備えている。ここで、ＬＥＤ光源から逆プリズムシート４で出射させるまでの動作は従来例で説明した図１３と同様であり、その説明を省略する。 FIG. 1 schematically shows the configuration of the liquid crystal display device of this embodiment. As shown in the figure, the liquid crystal display device of this example includes a light guide plate 2, an LED light source 1, a light reflection plate 3, an inverted prism sheet 4 that changes the light emitted from the light guide plate in the front direction of the liquid crystal element 7, An interference filter (spectrum selecting means) 5 that selectively emits only specific wavelength component light out of the light emitted from the reverse prism sheet, a transmissive diffraction grating (spectral means) 6 that spectrally radiates light emitted from the interference filter, and liquid crystal An element 7 is provided. Here, the operation from the LED light source until it is emitted by the reverse prism sheet 4 is the same as that in FIG. 13 described in the conventional example, and the description thereof is omitted.

干渉フィルタ５は、ＬＥＤ光源などの多色光から特定波長の光を選択的に取り出す機能を備えた光学素子で、一般には誘電体多層膜と金属膜、フィルタガラス等の積層構造により構成される。図２は、逆プリズムシート４より出射した光のスペクトラムが干渉フィルタ５により選択出射される様子を示したものである。すなわち、ＬＥＤ光源からの出射光８が導光体を伝搬する様子を示す。図中ａ〜ｃの各出射位置に対応する光のスペクトラムをそれぞれ図１５ａ〜ｃに示す。ここで図１と同一部分には同一符号を付し、ここではその説明を省略する。また、図３は干渉フィルタ５がない従来の場合での同状況を示した図であり、図中ｄの出射位置に対応する光のスペクトラムを図１６ｂに示す。ここで図２と同一部分には同一符号を付し、ここではその説明を省略する。 The interference filter 5 is an optical element having a function of selectively extracting light of a specific wavelength from multicolor light such as an LED light source, and is generally configured by a laminated structure of a dielectric multilayer film, a metal film, filter glass, and the like. FIG. 2 shows how the spectrum of light emitted from the inverted prism sheet 4 is selectively emitted by the interference filter 5. That is, it shows how the outgoing light 8 from the LED light source propagates through the light guide. The spectrum of the light corresponding to each emission position of a to c in the figure is shown in FIGS. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here. FIG. 3 is a diagram showing the same situation in the conventional case where the interference filter 5 is not provided, and FIG. 16b shows the spectrum of light corresponding to the emission position d in FIG. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.

ＬＥＤ光源より導光体を介して出射される光のスペクトラムは図１６ａで示すように青の波長成分（４８８ｎｍ近傍）に強い相対強度を持っている。液晶パネルを透過することで低下した光量をＬＥＤ光源１の光度もしくは流す電流量を多くする方法で補う場合は、スペクトラム光全体としての光量が上がるため図１６ｂ中の破線で示すように相対的に青の波長成分の光量も強まることとなり、液晶表示装置を観察した時にパネル面内に青みが発生する。干渉フィルタ５は、半値全幅（ＦＷＨＭ）で決まる波長範囲の光を選択的に出射させる機能を備えている。そのため、例えば図１５ｂで示す特性のように、青の波長成分（４８８ｎｍ近傍）を避けた位置に半値全幅をもつ干渉フィルタを用いると、効果的に青の波長成分のみを除去した出射光（図１５ｃ）とすることができる。したがって、ＬＥＤ光源１の光度もしくは流す電流量を上げた場合でもスペクトラム光全体としては白色成分に近いため、パネル面内に青みが生じない。 The spectrum of light emitted from the LED light source through the light guide has a strong relative intensity in the blue wavelength component (near 488 nm) as shown in FIG. 16a. When the amount of light that has been reduced by being transmitted through the liquid crystal panel is compensated by increasing the luminous intensity of the LED light source 1 or the amount of current that flows, the amount of light as a whole of the spectrum light increases, so that the relative amount of light as shown by the broken line in FIG. The amount of light of the blue wavelength component is also increased, and blue is generated in the panel surface when the liquid crystal display device is observed. The interference filter 5 has a function of selectively emitting light in a wavelength range determined by the full width at half maximum (FWHM). Therefore, for example, when an interference filter having a full width at half maximum is used at a position avoiding the blue wavelength component (near 488 nm) as in the characteristic shown in FIG. 15b, the emitted light (FIG. 15B) that effectively removes only the blue wavelength component. 15c). Therefore, even when the luminous intensity of the LED light source 1 or the amount of current to flow is increased, the spectrum light as a whole is close to the white component, and thus no blueness is generated in the panel surface.

干渉フィルタ５より出射した光はさらに透過型回折格子（分光手段）６へと入射する。図４に透過型回折格子に入射した光が散乱する様子を示す。散乱出射する角度をθ、入射光の波長をλ、透過型回折格子の溝間隔をｄ、透過型回折格子の回折次数ｍとすると、入射光の波長成分毎に次式１の関係に従う方向に光が散乱出射する。 The light emitted from the interference filter 5 further enters the transmission diffraction grating (spectral means) 6. FIG. 4 shows how the light incident on the transmission diffraction grating is scattered. Assuming that the angle of scattered emission is θ, the wavelength of incident light is λ, the groove interval of the transmissive diffraction grating is d, and the diffraction order of the transmissive diffraction grating is m, the wavelength component of the transmissive diffraction grating is in a direction according to the relationship of the following equation 1. Light is scattered and emitted.

図４に示すように、透過型回折格子への入射光線９は透過型回折格子６で分光され、波長成分に応じて回折光線１０ａ〜１０ｅとなる。透過型回折格子６がもつ役目は、分光放射する範囲（分光範囲１１）を液晶素子の内面散乱の状況に応じて整合が取れるようにすることである。 As shown in FIG. 4, the incident light beam 9 to the transmissive diffraction grating is split by the transmissive diffraction grating 6, and becomes diffracted light beams 10a to 10e according to the wavelength components. The role of the transmissive diffraction grating 6 is to match the spectral emission range (spectral range 11) according to the state of inner surface scattering of the liquid crystal element.

図５を用いて、透過型回折格子６を配した場合に液晶パネル透過後の輝度が改善する理由を説明する。図５において８はＬＥＤ光源からの出射光で導光体を伝搬する一つの代表光線を表し、図中ａ〜ｃの各出射位置での角度方向に対する輝度の関係を図１７ａ〜ｃに示す。また、図６は透過型回折格子がない従来の場合での同状況を示した図であり、図６中に示すｂの出射位置での角度方向に対する輝度の関係を図１８ｂに示す。 The reason why the luminance after transmission through the liquid crystal panel is improved when the transmissive diffraction grating 6 is provided will be described with reference to FIG. In FIG. 5, 8 represents one representative light beam propagating through the light guide with the light emitted from the LED light source, and the relationship of the luminance with respect to the angular direction at each of the light emission positions a to c in the drawing is shown in FIGS. FIG. 6 is a diagram showing the same situation in the conventional case where there is no transmissive diffraction grating, and FIG. 18b shows the relationship of luminance with respect to the angular direction at the emission position b shown in FIG.

全反射方式の照明装置を用いた液晶表示装置では、一般に導光板単体で取り出される光に強い指向性があるため、逆プリズムシート４より出射した光は液晶素子７に対して９０゜方向の成分が強くなる。すなわち、液晶素子に入射する光は垂直に近い角度で入射し（図１８ａ）、光が液晶素子７を通過する際に液晶素子７の内部で発生する散乱（これを内面散乱という）の影響を受け易く、従来の照明装置を用いた液晶表示装置と比べて正面方向での輝度が低くなる問題が発生する（図１８ｂ）。透過型回折格子６は回折格子の溝間隔で決まる分光範囲に光を広げる効果があるため（図１７ｂ）、液晶素子に対しての光の入射状態は従来の照明装置でのそれと近く、しかも溝間隔の変更で分光範囲が変化できるため、組み合わせる液晶素子の内面散乱の状況に応じて分光範囲を最適化することができる。そのため、液晶素子７を透過した後も輝度を低下させる事なく液晶パネル面より光を取り出すことができる（図１７ｃ）。 In a liquid crystal display device using a total reflection type illumination device, the light emitted from the reverse prism sheet 4 is a component in the direction of 90 ° with respect to the liquid crystal element 7 because the light extracted from the single light guide plate is generally highly directional. Becomes stronger. That is, light incident on the liquid crystal element is incident at an angle close to vertical (FIG. 18 a), and the influence of scattering (this is called inner surface scattering) generated inside the liquid crystal element 7 when the light passes through the liquid crystal element 7. It is easy to receive and the problem that the brightness | luminance in a front direction becomes low generate | occur | produces compared with the liquid crystal display device using the conventional illuminating device (FIG. 18b). Since the transmissive diffraction grating 6 has an effect of spreading light in a spectral range determined by the groove interval of the diffraction grating (FIG. 17b), the incident state of light on the liquid crystal element is close to that in the conventional illumination device, and the groove Since the spectral range can be changed by changing the interval, the spectral range can be optimized according to the state of internal scattering of the liquid crystal elements to be combined. Therefore, it is possible to extract light from the liquid crystal panel surface without reducing the luminance even after passing through the liquid crystal element 7 (FIG. 17c).

ここで、干渉フィルタ５と透過型回折格子６の設置位置は、逆プリズムシート４と液晶素子７の間に、干渉フィルタ５を逆プリズムシート４の上方にして設置するのが望ましいが、導光板２から液晶素子７の間で任意に変更が可能であり、液晶パネルの整合状況に応じた対応が可能である。 Here, it is desirable that the interference filter 5 and the transmission diffraction grating 6 be installed between the reverse prism sheet 4 and the liquid crystal element 7 with the interference filter 5 positioned above the reverse prism sheet 4. It is possible to arbitrarily change between 2 and the liquid crystal element 7, and it is possible to cope with the matching state of the liquid crystal panel.

このような液晶表示装置によれば、逆プリズムシート４より出射した狭い視野角範囲の光を所定の視野角範囲に広げる効果が期待できるため、全反射方式の照明装置を用いた液晶表示装置で問題となる液晶パネル透過後の輝度低下を最小限度とする事ができる。ここで透過型回折格子６の分光範囲は溝間隔の変更で容易に変化が可能であり、従来の照明装置を用いた液晶表示装置でも解決できない液晶パネルの内面散乱の状況に応じた分光状態の制御が比較的容易である。また干渉フィルタ５を配置して青の波長成分の光を効果的に低減しているため、ＬＥＤ光源の光度もしくは流す電流量を多く取った場合でも液晶パネルに青みが発生せず、結果として高輝度な液晶表示装置を提供する事ができる。 According to such a liquid crystal display device, it is possible to expect an effect of widening light in a narrow viewing angle range emitted from the inverted prism sheet 4 to a predetermined viewing angle range. Therefore, in a liquid crystal display device using a total reflection type illumination device, It is possible to minimize a decrease in luminance after passing through the liquid crystal panel, which is a problem. Here, the spectral range of the transmissive diffraction grating 6 can be easily changed by changing the groove interval, and the spectral state according to the state of inner surface scattering of the liquid crystal panel that cannot be solved even by a liquid crystal display device using a conventional illumination device. Control is relatively easy. Further, since the interference filter 5 is disposed to effectively reduce the light of the blue wavelength component, the liquid crystal panel does not appear bluish even when the luminous intensity of the LED light source or a large amount of current is taken, resulting in high A bright liquid crystal display device can be provided.

図７に、本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す。ここでは、実施例１の干渉フィルタの代わりにエッジフィルタ１２を逆プリズムシート４と液晶素子７の間に設置した構成の液晶表示装置を説明する。本実施例の液晶表示装置は、図示するように導光板２、ＬＥＤ光源１、光反射板３、導光板から出射される光を液晶素子７の正面方向へ変角する逆プリズムシート（全反射手段）４、逆プリズムシートから出射した光のうち特定の波長領域の光を除去するエッジフィルタ１２、エッジフィルタからの出射光を分光放射する透過型回折格子（分光手段）６と液晶素子７を備えている。エッジフィルタ１２は、短波長側の光を除去する機能を備えた光学素子であり、その透過特性を図８に示す。ここで図中のλｃはフィルタでの内部透過率が５０％となる波長（これをカットオン波長という）である。すなわち、エッジフィルタ１２では、カットオン波長よりも長波側の光全てを選択出射させる事ができるのが特徴であり、逆プリズムシート４からの出射光をより白色状態に近いものとする事ができる。ここで、エッジフィルタを用いて液晶パネル透過後の青みを改善させる原理は実施例１で説明した図２、図３と同様であり、その説明を省略する。 FIG. 7 schematically shows the configuration of the liquid crystal display device of this example. Here, a liquid crystal display device having a configuration in which the edge filter 12 is installed between the inverted prism sheet 4 and the liquid crystal element 7 instead of the interference filter of the first embodiment will be described. As shown in the figure, the liquid crystal display device of the present embodiment includes a light guide plate 2, an LED light source 1, a light reflection plate 3, and an inverted prism sheet (total reflection) that changes the light emitted from the light guide plate in the front direction of the liquid crystal element 7. Means) 4, an edge filter 12 for removing light in a specific wavelength region from the light emitted from the reverse prism sheet, a transmission diffraction grating (spectral means) 6 for spectrally radiating light emitted from the edge filter, and a liquid crystal element 7 I have. The edge filter 12 is an optical element having a function of removing light on the short wavelength side, and its transmission characteristics are shown in FIG. Here, λc in the figure is a wavelength at which the internal transmittance of the filter is 50% (this is called a cut-on wavelength). That is, the edge filter 12 is characterized in that it can selectively emit all the light on the longer wavelength side than the cut-on wavelength, and the emitted light from the inverse prism sheet 4 can be made closer to a white state. . Here, the principle of improving the bluish color after passing through the liquid crystal panel using the edge filter is the same as in FIGS. 2 and 3 described in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

エッジフィルタ１２の設置位置は、逆プリズムシート４と透過型回折格子６の間に設置するのが望ましいが、導光板２から液晶素子７の間で任意に変更が可能であり、液晶パネルの整合状況に応じた対応が可能である。 The installation position of the edge filter 12 is preferably installed between the inverted prism sheet 4 and the transmissive diffraction grating 6, but can be arbitrarily changed between the light guide plate 2 and the liquid crystal element 7. It is possible to respond according to the situation.

このように、エッジフィルタを備えた液晶表示装置を用いると、カットオン波長以降の長波側の光全てを選択出射させる事ができるため、ＬＥＤ光源の光度もしくは流す電流量を多く取った場合でもより白色状態に近く、かつ高輝度な液晶表示装置を提供する事ができる。 In this way, when using a liquid crystal display device equipped with an edge filter, it is possible to selectively emit all the light on the long wave side after the cut-on wavelength, so even when the luminous intensity of the LED light source or the amount of current to flow is increased. A liquid crystal display device close to white and having high luminance can be provided.

図９に、本実施例の液晶表示装置の構成を模式的に示す。ここでは、前述の実施例の透過型回折格子の代わりに音響光学素子１３を逆プリズムシート４と液晶素子７の間に設けた構成の液晶表示装置を説明する。本実施例の液晶表示装置は、図９で示すように導光板２、ＬＥＤ光源１、光反射板３、導光板から出射される光を液晶素子７の正面方向へ変角する逆プリズムシート（全反射手段）４、逆プリズムシートからの出射した光のうち特定の波長成分光のみを選択出射する干渉フィルタ５、干渉フィルタからの出射光を分光放射する音響光学素子（分光手段）６及び液晶素子７を備えている。図１０は音響光学素子を説明する模式図である。１４は音響光学素子への入射光線、１５ａ〜１５ｅは音響光学変調後の回折光線、１６は外部から印加する超音波発生源、１７は音響光学素子１３での分光範囲を表す。音響光学素子１３は、図１０で示すように外部から印加する超音波の振動数に作用して、弾性媒体に回折効果が起こる性質を利用した光学素子で、次の数式の関係に従う方向に光を回折出射する。ここで、Ｖは音響光学媒体（音響光学素子）での音速、ｆaは外部から印加する超音波発生源の振動数、λ₀は真空中での光の波長、θ_Bは回折出射する角度である。 FIG. 9 schematically shows the configuration of the liquid crystal display device of this example. Here, a liquid crystal display device having a configuration in which the acoustooptic element 13 is provided between the inverted prism sheet 4 and the liquid crystal element 7 instead of the transmission type diffraction grating of the above-described embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the liquid crystal display device according to the present embodiment has an inverted prism sheet that changes the light emitted from the light guide plate 2, the LED light source 1, the light reflection plate 3, and the light guide plate in the front direction of the liquid crystal element 7. Total reflection means) 4, an interference filter 5 for selectively emitting only a specific wavelength component light out of the light emitted from the reverse prism sheet, an acousto-optic device (spectral means) 6 for spectrally radiating light emitted from the interference filter, and a liquid crystal An element 7 is provided. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an acoustooptic device. Reference numeral 14 denotes an incident light beam on the acoustooptic device, 15a to 15e denote diffracted light beams after acoustooptic modulation, 16 denotes an ultrasonic wave generation source applied from the outside, and 17 denotes a spectral range in the acoustooptic device 13. As shown in FIG. 10, the acoustooptic element 13 is an optical element that uses the property that a diffraction effect occurs in an elastic medium by acting on the frequency of ultrasonic waves applied from the outside. Is diffracted and emitted. Here, V is the speed of sound in the acoustooptic medium (acoustooptic element), fa is the frequency of the ultrasonic wave source applied from the outside, λ ₀ is the wavelength of light in vacuum, and θ _B is the angle at which diffraction is emitted. is there.

回折出射した光の強度は次の式３の関係に従い、外部から印加した超音波発生源のパワーに依存する事が知られている。 It is known that the intensity of the diffracted light depends on the power of the ultrasonic wave generation source applied from the outside according to the relationship of the following equation (3).

ここで、Kは音響光学媒体（音響光学素子）の定数、Pａは超音波発生源のパワーである。また、Meは音響光学媒体（音響光学素子）の物性値で決まる定数であり、次式で示す関係がある。 Here, K is a constant of the acoustooptic medium (acoustooptic element), and Pa is the power of the ultrasonic wave generation source. Me is a constant determined by the physical property value of the acoustooptic medium (acoustooptic element), and has a relationship represented by the following equation.

ここで、ｎは音響光学媒体（音響光学素子）の屈折率、ｐは光弾性定数、ρは音響光学媒体（音響光学素子）の密度である。 Here, n is the refractive index of the acoustooptic medium (acoustooptic element), p is the photoelastic constant, and ρ is the density of the acoustooptic medium (acoustooptic element).

すなわち音響光学素子では光の回折方向と強度が外部から印加する超音波発生源の振動数とパワーで制御される事を特徴としており、外部に設置した超音波発生源を使って容易に分光範囲と分光比率を変更することができる。このため、液晶素子内部で時間的に変化する内面散乱の状況に応じた分光状態の制御も可能であり、液晶パネル上での表面輝度を常に高輝度の状態に維持する事ができる。なお、音響光学素子を使用した場合は、光ドップラー効果により分光放射する各回折光に超音波発生源の振動数ｆaの周波数シフトを受けるが、その影響は高々であり無視する。ここで、音響光学素子を用いての液晶パネル透過後の輝度改善についての原理は実施例１で説明した図５及び図６と同様であり、その説明を省略する。 In other words, the acousto-optic device is characterized in that the diffraction direction and intensity of light are controlled by the frequency and power of the ultrasonic source applied from the outside, and the spectral range can be easily set using an external ultrasonic source. And the spectral ratio can be changed. For this reason, it is possible to control the spectral state in accordance with the state of internal scattering that changes with time in the liquid crystal element, and the surface luminance on the liquid crystal panel can always be maintained in a high luminance state. When an acousto-optic element is used, each diffracted light that is spectrally radiated by the optical Doppler effect is subjected to a frequency shift of the frequency fa of the ultrasonic wave generation source. Here, the principle of the luminance improvement after transmission through the liquid crystal panel using the acoustooptic device is the same as that in FIGS. 5 and 6 described in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

音響光学素子１３の設置位置は図９において、干渉フィルタ５と液晶素子７の間に設置するのが望ましいが、導光板２から液晶素子７の間で任意に変更が可能であり、液晶パネルの整合状況に応じた対応が可能である。 The installation position of the acousto-optic element 13 is preferably located between the interference filter 5 and the liquid crystal element 7 in FIG. 9, but can be arbitrarily changed between the light guide plate 2 and the liquid crystal element 7. It is possible to respond according to the matching situation.

このように、音響光学素子を備えた液晶表示装置を用いると、分光範囲と分光比率は外部に設置した超音波発生源を使って容易に制御する事ができるため、液晶素子内部で時間的に発生する内面散乱の状況に応じた分光状態の制御も可能であり、液晶パネル上での表面輝度を常に高輝度の状態に維持する事ができる。 As described above, when a liquid crystal display device including an acoustooptic device is used, the spectral range and the spectral ratio can be easily controlled using an external ultrasonic wave generation source. It is also possible to control the spectral state according to the situation of the internal scattering that occurs, and the surface luminance on the liquid crystal panel can always be maintained at a high luminance state.

本発明は、小型携帯情報機器の高輝度化を意図して考案したものであるが、比較的低コストで大きなサイズまで製造容易な部材（一例としてシート状の透過型回折格子、色ガラスフィルターなど）をそのまま適用できるため、昨今の大型化が進む液晶表示装置の輝度改善にも役立つ。 The present invention was devised with the intention of increasing the brightness of a small portable information device, but is a member that can be manufactured to a large size at a relatively low cost (for example, a sheet-shaped transmission diffraction grating, a colored glass filter, etc. ) Can be applied as it is, which is useful for improving the brightness of liquid crystal display devices that have recently become larger.

本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device of this invention typically. 本発明の液晶表示装置を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the liquid crystal display device of this invention. 従来の液晶表示装置を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the conventional liquid crystal display device. 透過型回折格子での分光状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the spectral state in a transmission type diffraction grating. 本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device of this invention typically. 従来の液晶表示装置を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the conventional liquid crystal display device. 本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device of this invention typically. エッジフィルタの波長に対する透過特性を示す図表である。It is a graph which shows the transmission characteristic with respect to the wavelength of an edge filter. 本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the liquid crystal display device of this invention typically. 音響光学素子での分光状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the spectral state in an acoustooptic device. 従来の液晶表示装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional liquid crystal display device. 従来の液晶表示装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional liquid crystal display device. 従来の照明装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional illuminating device. 従来の照明装置より出射する光のスペクトラムを示した図表である。It is the graph which showed the spectrum of the light radiate | emitted from the conventional illuminating device. 本発明の液晶表示装置におけるスペクトラムを説明する図表である。It is a graph explaining the spectrum in the liquid crystal display device of this invention. 従来の液晶表示装置におけるスペクトラムを説明する図表である。It is a chart explaining the spectrum in the conventional liquid crystal display device. 本発明の液晶表示装置におけるスペクトラムを説明する図表である。It is a graph explaining the spectrum in the liquid crystal display device of this invention. 従来の液晶表示装置におけるスペクトラムを説明する図表である。It is a chart explaining the spectrum in the conventional liquid crystal display device.

Explanation of symbols

１ＬＥＤ光源
２導光板
３光反射板
４逆プリズムシート
５干渉フィルタ
６透過型回折格子
７液晶素子
１１透過型回折格子での分光範囲
１２エッジフィルタ
１３音響光学素子
１６超音波発生源
１７音響光学素子での分光範囲
１８拡散シート
１９ａ，１９ｂプリズムシート
２０印刷ドット
２１照明装置
２２光入射面
２３光出射面
２４ａ，２４ｂプリズム山
２５液晶表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED light source 2 Light guide plate 3 Light reflecting plate 4 Reverse prism sheet 5 Interference filter 6 Transmission type diffraction grating 7 Liquid crystal element 11 Spectral range in the transmission type diffraction grating 12 Edge filter 13 Acoustooptic element 16 Ultrasonic wave generation source 17 Acoustooptic element Spectral range at 18 Diffusion sheet 19a, 19b Prism sheet 20 Print dot 21 Illumination device 22 Light incident surface 23 Light emission surface 24a, 24b Prism mountain 25 Liquid crystal display device

Claims

A liquid crystal display device comprising a liquid crystal element, a point light source, and a light guide plate that guides light emitted from the point light source to the liquid crystal element,
A liquid crystal display device comprising an optical element for spectrally radiating light emitted from the light guide plate between the liquid crystal element and the light guide plate.

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the optical element is a transmissive diffraction grating.

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the optical element is an optical element having an acousto-optic modulation function.

A liquid crystal display device comprising a liquid crystal element, a point light source, and a light guide plate that guides light emitted from the point light source to the liquid crystal element,
A liquid crystal display device comprising spectrum selecting means for removing or transmitting a specific wavelength of light emitted from the light guide plate between the liquid crystal element and the light guide plate.

5. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the spectrum selecting means is an interference filter.

5. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein the spectrum selecting means is an edge filter.

The light-collecting layer which condenses the light radiate | emitted from the said light-guide plate in a front direction between the said optical element or the said spectrum selection means, and the said light-guide plate is provided. The liquid crystal display device described.