JP5426071B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
そのため、バックライトの光利用効率を向上するために種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、バックライト側の偏光手段としてワイヤグリッド偏光子を用いることで、光利用効率を向上した液晶表示装置が記載されている。
また、特許文献2には、複屈折性を示す重合体成分と等方性を示す重合体成分からなるブロック共重合体により形成されたミクロ層分離構造を有する反射型偏光フィルムを液晶パネルと光源との間に配置した液晶表示装置が記載されている。
また、特許文献3には、カラーフィルタを備えることで、フルカラー表示が可能な液晶表示装置であって、画素領域を画するように形成される遮光膜の領域に光源側からの光を反射する反射膜を設けた液晶表示装置が記載されている。
特許文献1、2に記載の技術では、確かに、それぞれワイヤグリッド偏光子、反射型偏光フィルムを用いることにより、従来の二色性偏光フィルムでは吸収されていた偏光成分をバックライト側に戻してバックライト光の利用効率を向上させることができる。そのため、モノクロ表示の場合には利用効率を向上できるものの、カラー表示を行う場合には各画素領域に配置された三原色のカラーフィルタにより2/3以上の光が吸収されるため、さらなる利用効率の向上が求められている。
また、特許文献3に記載の技術では、カラー表示を行う場合に、画素領域以外で遮光膜により吸収される光を有効利用することによって、光の利用効率を改善することが提案されているが、カラーフィルタによる光量損失自体は改善されないので、十分に光の利用効率を向上できるものではないという問題がある。
この発明によれば、少なくとも1つの偏光分離素子を備え、バックライト部から供給される光のうち第1の偏光成分はこの偏光分離素子により反射されてバックライト部に戻される。また、第2の偏光成分は、この偏光分離素子に付与された反射率の波長特性によって、この偏光分離素子が対向するカラーフィルタの1種類が透過させる表示光の波長帯域よりも、他の表示光の波長帯域が相対的な高反射率となっているので、透過して対向するカラーフィルタでは吸収されることなく、バックライト部に戻される。
このため、偏光分離素子に対向するカラーフィルタで吸収されるべき他の表示光の波長帯域の光が吸収されることなく、他のカラーフィルタで透過される表示光として再利用可能となる。
ここで、偏光分離素子によって相対的な高反射率とされる他の表示光の波長帯域は、少なくとも1つの表示光の波長帯域であればよい。
また、相対的な高反射率とは、同一の入射光量に対して、各表示光の波長帯域での反射光量が相対的に大きくなることを意味しており、例えば、各表示光の波長帯域に幅がある場合には、一部の波長帯域での反射率が逆転していてもよい。
ただし、相対的な高反射率は偏光分離素子の製造上のバラツキなどにより生じる反射率差(例えば5%以下程度)を意味するものではない。
相対的な高反射率の反射率差は、例えば、10%以上あることが好ましく、15%以上あることがより好ましい。
本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す模式的な分解斜視図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の1画素に対応する模式的な部分断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)は、本発明に用いることができる偏光分離素子の構成を示す模式的な断面図である。図5〜7は、本発明の第1の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。各グラフとも、横軸は波長(単位はμm)、縦軸は透過率(%)または反射率(%)を示す(以下のグラフも同様)。
光源4aとしては、例えば、冷陰極管やLED光源などを採用することができる。リフレクタ4bは、必要に応じて導光部材などに代えた構成を採用してもよい。
本実施形態の偏光カラーフィルタ部3は、図2に示すように、バックライト部4側から、基材31、ワイヤグリッド偏光分離素子(以下、WGPと略称する)33、およびカラーフィルタ32からなる。
本実施形態では、厚さ100μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを採用している。
WGP33R、33G、33Bは、以下に説明するように互いに異なる透過率、反射率の波長特性が付与されている。
基材31および外界の屈折率は、それぞれの材質を変えたり、外界として透明な誘電体層、例えば適宜屈折率を有する透明な樹脂層などを配置したりして変えることができる。また、グレーティングピッチpの透明誘電体グレーティングを金属細線の上下の少なくともいずれかに形成し、その透明誘電体の屈折率nと、デューティサイクルF、すなわちグレーティングピッチpに対するグレーティングの幅wの比と、グレーティング高さhとによって決まる見かけ上の屈折率を用いることもできる。
そのため、WGPの断面構成としては、図4に示すような種々のタイプを採用することができる。
なお、以下では簡単のため、屈折率n、グレーティングピッチp、デューティサイクルF、グレーティング高さhなどの数値を部材ごとに示す場合に、n、p、F、hなどに対応する部材に付した符号を添字に用いることにする。
図4(a)に示すのは、屈折率n31の基材31上に金属格子37を直接形成した一般的なWGPの構成である。
図4(b)に示すのは、基材31上に屈折率n38の透明誘電体格子38を形成し、この透明誘電体格子38上に金属格子37を形成したものである。
図4(c)に示すのは、基材31上に、透明誘電体格子38、金属格子37、屈折率n38aの透明誘電体格子38aをこの順に積層して形成したものである。
図4(e)に示すのは、WGPの両端を閉じて外界の屈折率を変えた構成の一例であり、図4(b)における金属格子37上に屈折率n31aの透明誘電体層31aを設けている。透明誘電体層31aは、例えば、粘着材層、接着材層からなっていてもよいし、光透過性の基材やカラーフィルタなどでもよい。
図4(d)、(e)のような、透明誘電体層を設けたり、一端側を閉じたりする構成は、図4(a)、(b)、(c)の構成と適宜組み合わせた構成としてもよい。したがって、WGPの構成としては、12種類のタイプがあり、本発明では、この中から、適宜のタイプを必要に応じて採用することができる。
例えば、図4(f)に示す基材31側から、透明誘電体層36、透明誘電体格子38、金属格子37を積層させた構成は、このような変形例の1つである。
すなわち、WGP33R(33B)は、図3、図4(e)に示すように、基材31上に、屈折率n33b(n33f)、グレーティングピッチp33b(p33f)、デューティサイクルF33b(F33f)の透明誘電体格子部33b(33f)を形成し、その上に、金属格子部33a(33e)を形成し、この金属格子部33a(33e)の図示上端部を、透明誘電体層31a(図3では図示を省略)で覆ったものである。本実施形態では、透明誘電体層31aは、金属格子部33a(33e)をRフィルタ32R(Bフィルタ32B)に固定する粘着層(屈折率1.5)を用いている。
本実施形態のWGP33Gでは、図4(c)、(e)を組み合わせたタイプの構成を採用している。
すなわち、WGP33Gは、図3に示すように、基材31上に、屈折率n33d、グレーティングピッチp33d、デューティサイクルF33dの透明誘電体格子部33d(図4(c)の透明誘電体格子38に対応)を形成し、その上に、金属格子部33c(図4(c)の金属格子37に対応)を形成し、さらにその上に透明誘電体格子部33d(図4(c)の透明誘電体格子38aに対応)を形成し、この透明誘電体格子部33dをWGP33R(33B)と同様な粘着層(図4(e)の透明誘電体層31aに対応)で覆ったものである。
WGP33Rの金属格子部33aは、透明誘電体格子部33bの上に透明誘電体格子部33bと同ピッチ、同幅で、h33a=0.25μmのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線101rに示すように、波長0.38μm〜0.55μmでは約47%から約72%まで増大し、波長0.55μm〜0.70μmでは略直線的に約0%まで減少し、波長0.70μm〜0.78μmでは反射率が増大して、波長0.78μmで約7%となる。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線101tに示すように、波長0.38μm〜0.45μmでは約18%から約5%まで減少し、波長0.45μm〜0.56μmでは略横ばいに分布し、波長0.56μm〜0.68μmでは直線的に増大し、波長0.68μm〜0.78μmでは約80%〜約77%で略横ばいに分布する。
したがってTM偏光成分に関しては、Rの波長範囲である波長0.63μm〜0.74μm(以下、R波長域と称する)では、約50%〜約82%の高透過率となる。一方、Bの波長範囲である波長0.45μm〜0.49μm(以下、B波長域と称する)では、約48%〜約69%とR波長域に対して相対的に高反射率である。また、Gの波長範囲である波長0.50μm〜0.57μm(以下、G波長域と称する)では、約70%〜52%とR波長域に対して相対的に高反射率である。
また、TE偏光成分に対する透過率は、曲線201tに示すように、波長0.38μm〜0.43μmでは約13%〜約1%程度で、波長0.43μm以上では10%以下で概ね0%に近い分布となっている。
したがってTE偏光成分に関しては、R、G、B波長域のいずれも同様に高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線301rに示すように、B、G波長域で約60%〜約79%と相対的に高反射率であり、R波長域で約40%と相対的に低反射率である。
WGP33Gの金属格子部33cは、透明誘電体格子部33dの上に透明誘電体格子部33dと同ピッチ、同幅で、h33c=0.225μmのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線102rに示すように、波長0.38μmで約72%、波長0.57μmで極小値0%、波長0.78μmで約27%となるV字状の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線102tに示すように、波長0.38μmで約3%、波長0.57μmで極大値約88%、波長0.78μmで約62%に到る山形の曲線に沿って分布する。
したがって、B波長域では、約45%〜約30%とG波長域に対して相対的な高反射率となり、G波長域では、約65%〜約88%の高透過率となっている。
また、TE偏光成分に対する透過率は、曲線202tに示すように、波長0.38μm〜0.78μmで約10%以下、波長0.43μm〜0.78μmでは概ね0%である。
したがって、WGP33Gは、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線302rに示すように、B波長域で約66%〜57%と相対的に高反射率であり、G、Rの波長範囲で約42%〜55%と相対的に低反射率である。
WGP33Bの金属格子部33fは、透明誘電体格子部33eの上に透明誘電体格子部33bと同ピッチ、同幅で、h33f=0.175μmのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線103rに示すように、波長0.38μm〜0.53μmで、約10%〜約3%に減少し、波長0.53〜0.78μmでは約3%で横ばいに分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線103tに示すように、波長0.38μm〜0.53μmで、約80%〜約88%まで増大し、波長0.53μm〜0.78μmでは約87%前後で略横ばいに分布する。
したがって、R、G、B波長域のいずれでも80%以上の高透過率となっている。
また、TE偏光成分に対する透過率は、曲線203tに示すように、波長によらず略0%である。
したがって、TE偏光成分に対して、R、G、B波長域のいずれでも約85%以上の高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線303rに示すように、波長依存性は少なく45%である。
このように、本実施形態のWGP33Bは波長依存性が少ない偏光分離素子を構成している。
画素領域P内で、Rフィルタ32RはWGP33Rの金属格子部33aの上に、Gフィルタ32GはWGP33Gの金属格子部33cの上に、Bフィルタ32BはWGP33Bの金属格子部33eの上に、それぞれ形成されている。
透明電極は、画素領域P内に、Rフィルタ32R、Gフィルタ32G、Bフィルタ32Bにそれぞれ重なるような位置関係に3種類設けられ、それぞれに独立に電圧が印加できるようになっている。
図3に示すように、LCDパネル2のバックライト部4側には、Rフィルタ32R、Gフィルタ32G、Bフィルタ32Bと図示しない各透明電極と位置関係を合わせた状態で、粘着層10を介して偏光カラーフィルタ部3が固定されている。
LCDパネル2の大きさは、特に限定されないが、例えば、7インチVGAサイズ(640×480画素)などを好適に採用することができる。
バックライト部4が点灯されると、光源4aから白色光が放射され、この白色光が偏光カラーフィルタ部3に対して、直接、あるいはリフレクタ4bで反射されて間接的に入射する。このとき、白色光は略無偏光となっている。
偏光カラーフィルタ部3に入射した白色光は、基材31を透過し、入射位置に応じてそれぞれWGP33R、33G、33Bに入射する。
バックライト部4に戻された光は、拡散、反射を繰り返して偏光状態を変化させ、再度偏光カラーフィルタ部3に入射し、表示光の一部として再利用される(WGP33G、33B等でも同様)。
WGP33Rを透過したTM偏光成分は、R波長域に相対強度が強いので多くがRフィルタ32Rを透過し、LCDパネル2に入射する。
LCDパネル2内を進む光は、透明電極に印加された電圧に応じた液晶の配向状態により、偏光方向が回転され、偏光フィルム1の偏光方向に一致する成分が偏光フィルム1を透過し、Rの表示光として観察される。
偏光度ρは、次式で定義される(表1では、百分率で表示した)。
ρ=(tM−tE)/(tM+tE) ・・・(1)
ここで、tM、tEは、それぞれTM偏光成分、TE偏光成分の透過光強度である。表示光に対応する光の偏光度は100%に近いことが望ましい。
また「性能」の項は、これらの算出値を各波長帯域間およびWGP33G、33Bとの間で比較し、総合的にみて、それぞれが反射、透過のいずれの機能を有しているか判定した結果を参考に記している。
例えば、WGP33Rは、B光、G光ではいずれも反射率>透過率であるので、これらの光に対しては反射性が高い。また、R光においては、反射率>透過率であるが、B光、R光の場合と対比すると反射率は小さく透過率は大きいため、他の波長に比べて透過性が高い。
WGP33Gを透過したTM偏光成分は、G波長域に分布するため、大部分がGフィルタ32Gを透過し、LCDパネル2に入射する。そして、上記と同様に偏光フィルム1を透過し、Gの表示光として観察される。
WGP33Bを透過したTM偏光成分は、Bフィルタ32BによりB波長域の光のみが透過し、LCDパネル2に入射する。そして、上記と同様に偏光フィルム1を透過し、Bの表示光として観察される。
例えば、下記表2に本実施形態の液晶表示装置50のバックライト部4の光の利用効率を、従来の二色性偏光フィルムを用いた液晶表示装置(比較例1とする)の光利用効率を100として相対比較した結果を示す。
ここで、比較例2は、バックライト側の偏光フィルムに代えて、反射率、透過率に波長依存性がほとんどない従来のWGPを用いた液晶表示装置の光利用効率である。比較例2の場合は、TE偏光成分が波長によらずバックライト部4側に戻されるため、光利用効率は比較例1の1.3倍となっている。
このように、バックライト部4の光の利用効率を向上することで、液晶表示装置50の消費電力を低減することができ、液晶表示装置50の小型化、薄型化などが可能となる。
本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図9は、本発明の第2の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。図10は、本発明の第2の実施形態に用いる積層された偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。
偏光カラーフィルタ部3Aは、上記第1の実施形態の偏光カラーフィルタ部3の基材31、WGP33R、33Gに代えて基材31A、WGP40を備え、WGP33Bに代えて透明誘電体層41を備え、さらに、基材31のバックライト部4側にWGP33Bを追加したものである。上記第1の実施形態のWGP33の機能は、WGP40およびWGP33Bに分担されている。
本実施形態では、光学的異方性を有しない厚さ100μmの無延伸PCフィルムを採用している。これにより、WGP33Bを透過したTM偏光成分の光の偏光方向が、基材31Aを透過しても乱されないため、偏光カラーフィルタ部3Aの偏光性能が良好になる。
WGP40の断面構成は、基材31側から、透明誘電体格子40a、金属格子40bがこの順に積層されてなり、図4(b)に示す断面構成を有している。なお、図8は模式図のため、金属格子40bとRフィルタ32R、Gフィルタ32Gとが当接しているように描かれているが、後述する透明誘電体層41によって高さを規制することで、それぞれの間に空気層が形成されている。
それぞれの格子のグレーティングピッチp、デューティサイクルFは共通(p40、F40)とし、透明誘電体格子40aの条件により、金属格子40bに対する外界の見かけ上の屈折率を変えて、波長特性を設定している。
本実施形態では、p40=0.29μm、F40=0.40とし、透明誘電体格子40c、40aをn40a=1.5の透明誘電体でh40a=0.15μmに形成し、金属格子40bは、h40b=0.225μmのアルミニウム製としている。
なお、WGP40の金属細線の配置方向は、図示の紙面貫通方向であり、WGP33Bと共通である。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線104rに示すように、波長0.39μmで極大値約82%、波長0.56μmで極小値約0%、波長0.78μmでは約16%となる略L字状の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線104tに示すように、波長0.39μmで極小値約0%、波長0.56μmで極大値は約83%、波長0.78μmで約70%となるΓ字状の曲線に沿って分布する。
したがって、B波長域では、約60%〜約34%とG、R波長域に対して相対的な高反射率となり、G波長域では、約40%〜約83%の高透過率となっている。
またTE偏光成分に対する透過率は、曲線204tに示すように、波長0.38μm〜0.78μmで略0%である。
したがって、WGP40は、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線304rに示すように、B波長域で約85%〜約62%と相対的に高反射率であり、G波長域では、約58%〜約45%、R波長域で約45%前後と相対的に低反射率である。
WGP40に入射した光は、R、G波長域では相対的に透過光量が多くなり、Bの波長範囲では相対的に反射光量が多くなる。
WGP40で反射された光は、基材31A、WGP33Bを透過して、バックライト部4側に戻される。
WGP40で透過された光は、それぞれRフィルタ32R、Gフィルタ32Gを透過して、LCDパネル2に入射し、それぞれR、Gの表示光として観察される。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線104r’に示すように、波長0.38μmで約71%、波長0.54μmで極小値約2%、波長0.78μmで約22%となる略L字状の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線104t’に示すように、波長0.38μmで約2%、波長0.56μmで極大値約72%、波長0.78μmで約54%となるΓ形の曲線に沿って分布する。
したがって、B波長域では、約48%〜約18%とG、R波長域に対して相対的な高反射率となり、G波長域では、約40%〜約83%の高透過率となっている。
またTE偏光成分に対する透過率は、曲線204t’に示すように、波長0.38μm〜0.78μmで略0%である。
したがって、WGP33B、40を積層した構成では、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線304r’に示すように、B波長域で約68%〜約51%と相対的に高反射率であり、G波長域では、約50%〜約44%、R波長域で約50%前後と相対的に低反射率である。
すなわち、本実施形態は、WGP40においてB波長域の反射率を相対的に高めることにより、B波長域の光をバックライト部4側に戻し、Rフィルタ32R、Gフィルタ32Gに吸収される光量を低減することによって、B波長域の光の利用効率を向上した例となっている。
B光は、WGP40を透過後にRフィルタ32R、Gフィルタ32Gで略吸収されるが、B光の透過率は、9.6%なので、B光に関しては有効に再利用されるものである。
そのため、波長特性を設定した偏光分離素子を3色に分けて形成する場合に比べて、プロセスの数が減り、位置合わせなども容易となるため、工程が簡略化され偏光カラーフィルタ部3Aを容易に製作できるという利点がある。
本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図11は、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図12〜14は、本発明の第3の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。
偏光カラーフィルタ部3Bは、上記第1の実施形態の偏光カラーフィルタ部3の基材31、WGP33に代えて、基材31B、WGP42を備える。そして、基材31B上のバックライト部4側の表面にカラーフィルタ32が形成され、カラーフィルタ32に対して図示下側にWGP42が積層して設けられている。
本実施形態では、光学的異方性を有しない厚さ100μmのPESフィルムを採用している。このため、WGP42を透過した光の偏光方向が、基材31Bを透過しても乱されないので、偏光カラーフィルタ部3Bの偏光性能を良好なものとすることができる。
基材31Bは、粘着層10を介して、LCDパネル2のバックライト部4側の表面に固定されている。
なお、WGP42の各金属細線の配置方向は、いずれも図示の紙面貫通方向であり、上記第1の実施形態と同様である。
すなわち、透明誘電体格子46r、46g、46bは、それぞれ、n46=1.5の透明誘電体で、p46=0.14、F46=0.5のグレーティングを形成し、それぞれのグレーティング高さを、h46r=0.30μm、h46g=0.24μm、h46b=0.175μmに変化させている。
金属格子部43は、透明誘電体格子46r、46g、46bと同ピッチ、同幅で、h43=0.175μmのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。
図11はWGP42Rの波長特性を示す。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線105rに示すように、波長0.47μmで極大値約32%、波長0.66μmで極小値0%、波長0.78μmで約12%となる波形の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線105tに示すように、波長0.47μmで極小値約58%、波長0.66μmで極大値約93%、波長0.78μmで約78%となる波形の曲線に沿って分布する。
したがって、B波長域では、30%以上の相対的な高反射率となり、Rの波長範囲である波長0.63μm〜0.74μmでは、90%以上の高透過率となっている。
またTE偏光成分に対する透過率は、曲線205tに示すように、波長0.38μm〜0.78μmまでの間で概ね0%である。
したがって、WGP42Rは、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線305rに示すように、B、G波長域で約50%〜約58%と相対的に高反射率であり、R波長域で約40%程度と相対的に低反射率である。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線106rに示すように、波長0.38μmで約34%、波長0.55μmで極小値0%、波長0.78μmで約27%となるV字状の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線106tに示すように、波長0.38μmで約54%、波長0.55μmで極大値約94%、波長0.78μmで約63%となる山形の曲線に沿って分布する。
したがって、B、R波長域では、相対的な高反射率となり、G波長域では85%以上の高透過率となっている。
またTE偏光成分に対する透過率は、曲線206tに示すように、波長0.38μm〜0.78μmで略0%である。
したがって、WGP42Gは、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線306rに示すように、B、R波長域で50%前後と相対的に高反射率であり、G波長域で約40%程度と相対的に低反射率である。
TM偏光成分に対する反射率は、曲線107rに示すように、波長0.38μmで約6%、波長0.41μmで極小値0%、波長0.70μmで極大値約33%、波長0.78μmで約31%となる波形の曲線に沿って分布する。
また、TM偏光成分に対する透過率は、曲線107tに示すように、波長0.38μmで約82%、波長0.41μmで極大値約91%、波長0.70μmで極小値約58%、波長0.78μmで約60%となる波形の曲線に沿って分布する。
したがって、G、R波長域では、相対的な高反射率となり、B波長域では80%以上の高透過率となっている。
またTE偏光成分に対する透過率は、曲線207tに示すように、波長0.38μm〜0.78μmで略0%である。
したがって、WGP42Bは、TE偏光成分に対してはR、G、B波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線307rに示すように、G、R波長域で50%以上と相対的に高反射率であり、B波長域で45%以下と相対的に低反射率である。
そのため、カラーフィルタ32に入射した光は、ほとんど吸収されることなく基材31B、粘着層10を透過して、LCDパネル2に入射し、それぞれ、R、G、Bの表示光として観察される。
すなわち、本実施形態は、WGP42によって、三原色ごとの光の利用効率を向上した例となっている。このような特性を有するWGP42は、バックライト部4側の金属格子部43が屈折率1の空気で満たされた外界に配置され、金属格子部43のカラーフィルタ32側の端部に、高屈折率の透明誘電体層45を配置することにより可能となっている。
本実施形態では、n45=2.5としたが、n45は、より大きな値をとるほど、R、G、Bの透過率、反射率の差を付けやすくなる。そのため、WGP42の波長特性の設定を、カラーフィルタ32の波長特性に近づけることができ、より一層、光の利用効率を向上することができる。
また、WGP42Gは、入射するR光、B光、G光を、それぞれ35.4%、46.6%、32.4%の割合で透過し、それぞれ49.8%、41.1%、53.2%の割合で反射する。そのため、Gフィルタ32Gを透過するG光の透過光量が相対的に大きく、Gフィルタ32Gで吸収されるG光、B光の反射光量が相対的に大きくなっている。
また、WGP42Bは、入射するR光、B光、G光を、それぞれ29.0%、33.8%、45.2%の割合で透過し、それぞれ57.2%、53.7%、42.4%の割合で反射する。そのため、Bフィルタ32Bを透過するB光の透過光量が相対的に大きく、Bフィルタ32Bで吸収されるR光、G光の反射光量が相対的に大きくなっている。
またいずれの透過光も偏光度は99.8%以上と高いため、良好な偏光特性を有している。
本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図15(a)、(b)は、本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置およびその変形例のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する模式断面図である。
すなわち、LCDパネル2は、バックライト部4側から、封止基材2c、偏光カラーフィルタ部3C、液晶セル部2b、封止基材2aがこの順に積層されてなる。
封止基材2c、2aはそれぞれ、LCDパネル2の最外面を形成するもので、光透過性材料、例えばガラス基板や合成樹脂フィルムなどからなる。
封止基材2a、2cの間には、画素領域Pに干渉しない範囲に、それらの間の距離を一定に保つスペーサ部材(不図示)が設けられている。
また、WGP42は、液晶セル部2bとともに封止基材2cによって保護されるため、取り扱いが容易となり、経時の耐久性も向上できる。
本変形例は、上記第3の実施形態LCDパネル2において、偏光カラーフィルタ部3Cと封止基材2cとの位置を入れ替え、LCDパネル2の最外面をなす基材である封止基材2c上に、偏光カラーフィルタ部3Cを形成したものである。
また、上記に説明した偏光分離素子の断面の各部の材質、諸元は一例であって、必要な透過率、反射率の波長特性が得られれば、上記の例には限定されない。
TE偏光成分、TM偏光成分は、それぞれ第1の偏光成分、第2の偏光成分に対応する。LCDパネル2は、液晶シャッタ部の一実施形態である。Rフィルタ32R、Gフィルタ32G、Bフィルタ32Bは、それぞれカラーフィルタの一実施形態である。WGP33R、33G、33B、40、42R、42G、42Bは、それぞれ偏光分離素子の一実施形態である。
2 LCDパネル(液晶シャッタ部)
2c 封止基材
2b 液晶セル部
3、3A、3B、3C 偏光カラーフィルタ部
4 バックライト部
4a 光源;
10 粘着層
31、31A、31B 基材
31a、36、45 透明誘電体層
32 カラーフィルタ(複数種類のカラーフィルタ)
32R Rフィルタ(カラーフィルタ)
32G Gフィルタ(カラーフィルタ)
32B Bフィルタ(カラーフィルタ)
33、42 WGP(複数種類の偏光分離素子)
33R、33G、33B、40、42R、42G、42B WGP(偏光分離素子)
33a、33c、33e、43 金属格子部
33b、33d、33f 透明誘電体格子部
38、40a、40c 透明誘電体格子
37、40b 金属格子
50、51、52、53 液晶表示装置
P 画素領域
Claims (5)
- 光を供給するバックライト部と、
該バックライト部から供給される前記光から、カラー表示を行うため表示画素ごとに波長帯域の異なる複数の表示光をそれぞれ透過させる複数種類のカラーフィルタと、
該各カラーフィルタを透過した各表示光の偏光方向を制御して前記各表示光の前記表示画素ごとの透過光量を規制する液晶シャッタ部と、
前記複数種類のカラーフィルタの前記バックライト部側の面に対向して配置され、前記バックライト部から供給される前記光の第1の偏光成分を前記バックライト側に反射するとともに、前記第1の偏光成分の偏光方向と直交する第2の偏光成分を透過する少なくとも1つの偏光分離素子とを備え、
該偏光分離素子は、
金属細線のグレーティングピッチと、前記金属細線の高さ方向の両端で挟む誘電体の屈折率を変えることで、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分とに対する透過率及び反射率の波長特性が異なるように設定したものであり、
前記第2の偏光成分を前記バックライト側に反射する反射率において、
前記偏光分離素子が対向する前記カラーフィルタの1種類が透過させる表示光の波長帯域よりも、前記カラーフィルタの1種類が透過させる表示光とは異なる他の表示光の波長帯域を相対的な高反射率とする波長特性が付与されたことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記偏光分離素子が、前記複数種類のカラーフィルタの2種類以上を覆う範囲に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記偏光分離素子が、前記複数種類のカラーフィルタのそれぞれ対応する前記表示光の波長帯域に応じて構成され、前記複数種類のカラーフィルタのそれぞれに対向して配置されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記複数種類のカラーフィルタと前記偏光分離素子とが、1枚の基材上に積層して形成されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記複数種類のカラーフィルタと前記偏光分離素子とが、前記液晶シャッタ部の一部をなす基材上に積層して形成されてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示装置。
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