JP3500806B2 - 液晶表示装置用バックライトと液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置用バックライトと液晶表示装置

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JP3500806B2 JP29565995A JP29565995A JP3500806B2 JP 3500806 B2 JP3500806 B2 JP 3500806B2 JP 29565995 A JP29565995 A JP 29565995A JP 29565995 A JP29565995 A JP 29565995A JP 3500806 B2 JP3500806 B2 JP 3500806B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶テレビ,液晶
モニタ,液晶プロジェクタ等の液晶パネルを使ったディ
スプレイに利用される液晶表示装置用バックライトと液
晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常,液晶パネル6aは図7に示す構造
のものからなる。即ち、入射側の偏光板7aと出射側の
偏光板8aとの間には配向方向が直交する入射側配向膜
9と出射側配向膜10が配設され、両配向膜9,10内
には液晶11が介在される。図7(a)は入射側配向膜
9の配向方向と入射側の偏光板7aの偏光方向が一致
し、出射側配向膜10の配向方向と出射側の偏光板8a
の配光方向が一致する場合が示されている。この状態で
電圧無印加時には液晶11は図示のように90°に捩れ
て配列される。そのため、入射側の偏光板7aから入射
した光は出射側の偏光板8aからそのまま出射され、白
が表示される。一方、図7(b)に示すように液晶11
に電圧が印加されると、液晶11の捩れがなくなる。そ
のため、入射側の偏光板7aから入射した光は出射側の
偏光板8aで遮断され、結果として黒が表示される。な
お、この例は電圧無印加で白表示となるノーマリホワイ
トモードであるが、一対の偏光板の偏光軸を平行にすれ
ば白黒が正転したノーマリブラックモードとなる。
【0003】一方、通常の液晶パネル6aにおいては、
入射光の偏光方向に対して液晶の屈折率は約0.1程度
異なり、液晶の前後に配置した偏光板の透過偏光方向を
図7のように直交させた場合、カラーの液晶パネルでは
入射光の波長λを例えば500[nm]として液晶の厚
みを約5[μm]としている。つまり、液晶の2つの偏
光方向夫々に対する屈折率差△nと液晶層の厚みdの積
が波長に等しくなるようにしている。このような液晶パ
ネルの場合、液晶層への入射光の入射角度は垂直を前提
として光学設計されている。従って、垂直入射光に対し
ては液晶に印加する電圧に応答してほぼ完全な光の透過
/遮断制御が行なわれ、理想的な白黒表示が実現でき
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、バックライ
ト側から液晶パネルに入射される照明光は垂直の光のみ
ではなく、拡散板を介在させているため散乱光が入射さ
れる。散乱光の大部分は液晶パネルに対して斜めに入射
されるため垂直の入射光に較べて良好な偏光旋回性を発
揮することができない。その結果、従来の液晶表示装置
の場合には、偏光旋回性が悪く入射光の透過/遮断制御
が不完全となりコントラストの低い画像が表示される問
題点があった。
【0005】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、液晶パネルの最適な偏光旋回性を実現して明るく、
且つ高コントラストの画像を表示し得る液晶表示装置用
バックライトと液晶表示装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、液晶パネルにその背面から照明光を照
射する光源と、該光源の前面に配置され前記照明光を広
角度範囲で散乱する拡散板と、該拡散板と前記液晶パネ
ルとの間に介在する体積位相反射型のグレーティングと
を備えたバックライトであって、前記グレーティング
は、前記拡散板で散乱された照明光の内の所定の狭角度
範囲を超えて斜めに入射する部分を選択的に反射回折し
て前記液晶パネルに実際に入射する照明光の角度範囲を
制限する液晶表示装置用バックライトを構成するもので
ある。また、入射側の偏光板と出射側の偏光板および両
偏光板の間に介在し印加電圧に応じて捩れ方向が変化す
る液晶セルとを有する偏光旋回性を備えた液晶パネル
と、液晶パネルにその背面から照明光を照射する光源
と、該光源の前面に配置され前記照明光を広角度範囲で
散乱する拡散板と、該拡散板と前記液晶セルとの間に介
在する体積位相反射型のグレーティングとを備えた液晶
表示装置であって、前記グレーティングは、前記拡散板
で散乱された照明光の内の所定の狭角度範囲を超えて斜
めに入射する部分を選択的に反射回折して前記液晶パネ
ルに実際に入射する照明光の角度範囲を制限することで
前記液晶パネルの偏光旋回性を維持する液晶表示装置を
構成するものである。更に具体的に、前記グレーティン
グは、異なる空間周波数を有する複数のグレーティング
を多重化又は多層化した構成であり、前記照明光に含ま
れる複数の波長成分に対して前記液晶パネルに入射する
照明光の角度範囲を制限するものである。
【0007】バックライト側と液晶パネルとの間に前記
バックライトからの散乱光の内の狭角度範囲の光のみを
液晶パネル側に入射させる体積位相反射型のクレーディ
ングを配置することにより、グレーティングを透過した
光は最適な偏光旋回性を発揮して出射される。また、グ
レーティングで反射された光も再びグレーティング側に
入射され、角度制限されて液晶パネル側に入射される。
以上の結果、明るく、且つ高コントラストの画像を表示
することができる。例えば、単層又は多重,多層の前記
グレーティングは、30度±α度の範囲でグレーティン
グに照射される光を反射回折すべく形成され、前記αは
一例として約15度が採用される。従って、この場合、
液晶パネルの法線方向に対し、±15度の範囲内の照明
光のみが選択的に液晶パネルに入射される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳述する。図1は本発明の液晶表示装置用バ
ックライト1(以下、バックライト1という)を示し、
図2は本発明の液晶表示装置2を夫々示す。
【0009】図1に示すように、バックライト1は蛍光
灯等からなる光源3と、その上面に積層される拡散板4
と、更にその上に積層される体積位相反射型のグレーテ
ィング5からなる。グレーティング5の上面には2点鎖
線で示す液晶パネル6が配置される。
【0010】図2に示すように、液晶表示装置2は、光
源3と、拡散板4と、グレーティング5と偏光板7,8
および液晶セルを有する液晶パネル6等からなる。即
ち、液晶表示装置2は液晶パネル6とバックライト1と
を組み合わせしたものからなる。図示の例では、グレー
ティング5は拡散板4と入射側偏光板7との間に介在し
ている。これに代って、グレーティング5を液晶セル6
0と偏光板との間に介在させてもよい。いずれにして
も、グレーティング5は液晶セル60と拡散板4との間
に介在する。
【0011】グレーティング5は、単層のものでもよい
が、カラー液晶表示装置の場合は図3に示す多重又は多
層のものからなる。このグレーティング5は赤色(R)
用の体積位相反射型のグレーティング5aと、緑色
(G)用の体積位相反射型のグレーティング5bと、青
色(B)用の体積位相反射型のグレーティング5cから
なり、3枚のグレーティングを互いに貼着した多層のも
のからなる。これに代って1枚の感光材料にRGB3種
のグレーティングを多重露光した構成を用いてもよい。
【0012】図4は本発明におけるグレーティング5の
作製方法の概要を示すものである。平面ミラー12上に
グレーティング5用の感光材料を搭載し、入射角度θの
方向からレーザ光等の入射光13を入射させる。入射光
13は平面ミラー12で反射し反射光14となる。ここ
で入射光13が物体光となり反射光14が参照光として
機能し、前記感光材料に体積位相型のリップマンホログ
ラムが形成され、グレーティング5が作製される。入射
光13の波長と入射角度θを変えることによりグレーテ
ィングのピッチを変えて所望の反射特性を有するグレー
ティング5を形成することができる。
【0013】図5は本発明のグレーティング5に入射さ
れる照明光(散乱光)の内、グレーティング5で反射回
折される光の角度範囲を示す概要図である。例えば、図
示のように30度±α度の角度範囲の光が反射回折され
る。従って(30−α)度より小さい狭角範囲の光しか
グレーティング5を透過しない結果となる。なお、(3
0+α)度より大きな範囲でも光が透過するが、この領
域はもともと絶対光量が少なく、表示への影響は無視で
きる。
【0014】図6は本発明の作用を説明する概要図であ
る。光源3からの光は拡散板4が散乱され、広角度範囲
でグレーティング5に入射される。前記したようにグレ
ーティング5は照明光の内の狭角度範囲の光しか透過さ
せない。そのため、前記狭角度範囲の透過光15のみが
液晶パネル6側に進み、残りの光は反射光16となり拡
散板4側に戻る。この反射光16は拡散板4等から再び
反射し、グレーティング5側に入射され、その一部が液
晶パネル6側に進む。その繰返しにより、すべての照明
光が液晶パネル6側に狭角度範囲で入射されることにな
る。なお、バックライト側にミラー(図略)を設けるこ
とにより、前記作用は一層効果を上げることができる。
液晶パネル6側に進んだ光は、偏光板7で偏光され、無
電圧の状態では液晶セル60の液晶配列に沿って90度
旋回し、偏光板8を透過する。これにより、白色が表示
される。一方、電圧を印加すると液晶セル60の捩じれ
が消失し、グレーティング5側から偏光板7を通過した
光はすべて偏光板8により遮断され黒色が表示される。
以上のように、液晶パネル6側に入射される光は垂直に
近い狭角度範囲の光のみに制限されるため、コントラス
トの高い黒白表示が行なわれる。また、グレーティング
5による反射光16も入反射を繰返し行なうことによ
り、液晶パネル6側に入射される。そのため、明るい表
示が得られる。なお、図6の例はノーマリホワイトモー
ドであるがノーマリブラックモードであっても同様であ
る。
【0015】次に、本発明の実施例を説明する。本実施
例におけるグレーティング5は赤,緑,青(R,G,B
と表示する)の多重又は多層のものが使用される。本実
施例は液晶テレビに本発明を適用した場合である。本例
ではR,G,Bの3原色のグレーティング5a,5b,
5cによって反射回折する光の角度範囲を30度±α度
に設定した。この場合、液晶テレビのR,G,Bの3原
色の波長を夫々610[nm],530[nm],46
0[nm]とすると、グレーティング5a,5b,5c
に要求される空間周波数は4637本/mm,5337
本/mm,6149本/mmとなり体積方向の干渉縞の
間隔は夫々215.7[nm],187.4[nm],
162.6[nm]となる。この干渉縞を作製するため
には、レーザ光の波長をλとその入射角θはR,G,B
で次のようになる。即ち、R用ではλ=514.5[n
m],θ=65.47度、G用ではλ=514.5[n
m],θ=37.2度、B用ではλ=488[nm],
θ=0度となる。また、前記の感光材料としては銀塩感
光材料を使用したが、勿論これに限定されるものではな
く、重クロム酸ゼラチンやフォトポリマ等でもよい。ま
た、本実施例ではα=約15度とした。従って、グレー
ティング5に入射される照明光は各波長で約15度から
45度の角度範囲の光が反射回折され、垂直およびこれ
から±15度の狭角度範囲の光が液晶パネル6側に入射
される。勿論、拡散板4側からの照明光は45度を超え
るものもあるが、45度より大きな入射角の照明光は、
体積位相反射型のグレーティング5と空気層又は空気層
と液晶パネル6との界面での反射率が高くなるためグレ
ーティング5の反射角度範囲を前記のように30度±1
5度と制限しても特に問題にならない。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、体積位相反射型のグレ
ーティングを配置して光源側からの照明光の内の狭角度
範囲の成分のみ液晶パネル側に入射させるように構成し
たため、液晶パネルにおいて最適な偏光旋回性が発揮さ
れ、結果として明るく、且つ高コントラストの白黒表示
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置用バックライトの構成を
示す模式図。
【図2】本発明の液晶表示装置の構成を示す模式図。
【図3】本発明に係る多層グレーティングの構成を示す
模式図。
【図4】グレーティングの作製方法を示す概要図。
【図5】本発明におけるグレーティングの反射回折され
る角度範囲と、液晶パネル側に入射する狭角度範囲を示
す概要図。
【図6】本発明の液晶表示装置におけるグレーティング
の作用を示す模式図。
【図7】一般に使用される液晶パネルの構造を説明する
ための模式図。
【符号の説明】
1 液晶表示装置用バックライト 2 液晶表示装置 3 光源 4 拡散板 5 体積位相反射型のグレーティング 5a グレーティング(赤色) 5b グレーティング(緑色) 5c グレーティング(青色) 6 液晶パネル 7 偏光板(入射側) 8 偏光板(出射側) 9 入射側配向膜 10 出射側配向膜 11 液晶 12 平面ミラー 13 入射光(物体光) 14 反射光(参照光) 15 透過光 16 反射光 60 液晶セル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13357 F21V 8/00 601 G02B 5/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶パネルにその背面から照明光を照射
    する光源と、該光源の前面に配置され前記照明光を広角
    度範囲で散乱する拡散板と、該拡散板と前記液晶パネル
    との間に介在する体積位相反射型のグレーティングとを
    備えたバックライトであって、前記グレーティングは、
    前記拡散板で散乱された照明光の内の所定の狭角度範囲
    を超えて斜めに入射する部分を選択的に反射回折して前
    記液晶パネルに実際に入射する照明光の角度範囲を制限
    することを特徴とする液晶表示装置用バックライト。
  2. 【請求項2】 入射側の偏光板と出射側の偏光板および
    両偏光板の間に介在し印加電圧に応じて捩れ方向が変化
    する液晶セルとを有する偏光旋回性を備えた液晶パネル
    と、液晶パネルにその背面から照明光を照射する光源
    と、該光源の前面に配置され前記照明光を広角度範囲で
    散乱する拡散板と、該拡散板と前記液晶セルとの間に介
    在する体積位相反射型のグレーティングとを備えた液晶
    表示装置であって、前記グレーティングは、前記拡散板
    で散乱された照明光の内の所定の狭角度範囲を超えて斜
    めに入射する部分を選択的に反射回折して前記液晶パネ
    ルに実際に入射する照明光の角度範囲を制限することで
    前記液晶パネルの偏光旋回性を維持することを特徴とす
    る液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 前記グレーティングは、異なる空間周波
    数を有する複数のグレーティングを多重化又は多層化し
    た構成であり、前記照明光に含まれる複数の波長成分に
    対して前記液晶パネルに入射する照明光の角度範囲を制
    限するものである請求項1に記載の液晶表示装置用バッ
    クライト。
  4. 【請求項4】 前記グレーティングは、異なる空間周波
    数を有する複数のグレーティングを多重化又は多層化し
    た複数グレーティングであり、前記照明光に含まれる複
    数の波長成分に対して前記液晶パネルに入射する照明光
    の角度範囲を制限するものである請求項2に記載の液晶
    表示装置。
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