JPH05273540A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画素配列を有する表示体に対して、画素の境
目（非発光部）や画素欠陥を光学的に補間できる表示装
置を提供することを目的にしている。 【構成】 本発明の表示装置は、画素配列を有する表示
体と、表示体の一部に、あるいは、表示体から分離
して配置された支持部材の表面に形成された位相型回折
格子を備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相型回折格子を応用
した表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画素配列を有する表示体の一
部または後ろに位相型回折格子を配置した構成の表示装
置が提案されている（例えば、特許公開 59-214825、U.
S. Patent No.5046827）。それらでは、位相型回折格子
の光分配作用により表示体の画素と画素の間の遮光部分
を光学的に補間して目立たなくしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の表示装置
では、どの回折次数へどれくらいの光を分配するかが充
分に考慮されていなかった。このせいで画素間の遮光部
の黒が目立ち、満足がいく映像が得られていなかった。

【０００４】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、その目的は、簡便な手段により、表示体の遮
光部（あるいは非発光部）が目立たない表示装置を提供
するところにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の表示装置
は、画素配列を有する表示体の一部に位相型回折格子が
形成されていることを特徴とする。

【０００６】本発明の第２の表示装置は、画素配列を有
する表示体から離して位相型回折格子が配置されている
ことを特徴とする。

【０００７】本発明の第３の表示装置は、第１ないし第
２の表示装置において、画素配列を有する表示体がカラ
ー液晶表示体であって、ＲＧＢの主波長近傍に発光スペ
クトルピークを有する白色光源を備えていることを特徴
とする。

【０００８】本発明の第４の表示装置は、第１ないし第
３の表示装置において、位相型回折格子が入射光のエネ
ルギーを（０、０）次数を含む（２ｍ＋１）×（２ｍ＋
１）個の回折次数のうちの中央の（２ｍ−１）×（２ｍ
−１）個の各々の回折次数へほぼ１／４ｍ²づつ、それ
らの外側の（±ｍ、±ｍ）次数を除く４×（２ｍ−１）
個の各々の回折次数へほぼ１／８ｍ²づつ、（±ｍ、±
ｍ）次数の４個の各々へほぼ１／１６ｍ²づつ分配する
ことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下では実施例にもとづき、本発明の内容に
ついて詳しく説明する。

【００１０】（実施例１）図１に本発明の直視型表示装
置の構成を示す。ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動方式
のカラー液晶表示体を用いた。図中１０１はバックライ
ト、１０３はＴＦＴ素子基板、１０４はＴＦＴ素子、１
０５は液晶層、１０６はカラーフィルタ、１０７は遮光
部材、１０８は対向基板、１０９は位相型回折格子、で
ある。１０２と１１０は偏光板であり、ＴＮ（ねじれネ
マチック）モードの液晶層１０５と組み合わせて階調表
示をおこなう。

【００１１】本発明の位相型回折格子の構造を図３に示
す。この回折格子３０１は複数の単位構造３０２を直交
する２方向（ｘ、ｙ）へ周期的に並べた構造になってい
る。この単位構造の周期的な並びとその位相分布と
により、各画素の開口部に対して、所定の強度比を有す
る複数の複製像が得られる。これらの複製像は、それぞ
れ異なる回折次数に対応する。ここでは（±ｍ、０）次
数に対応する複製像が表示体の主走査方向の画素と画素
の継ぎ目にくるように、他方（０、±ｍ）次数に対応す
る複製像が副走査方向の継ぎ目にくるように配慮した。
この条件から、格子要素における単位構造の並びの周期
ｇｘ、ｇｙはそれぞれ次式で与えられる。

【００１２】 ｇ_x＝２ｍλｔ／（ｎｐ_x） ・・・・（１） ｇ_y＝２ｍλｔ／（ｎｐ_y） ・・・・（２） ここで、ｍは回折次数、λは波長、ｔ、ｎは対向基板の
厚さとその屈折率、ｐｘ、ｐｙは表示体の主走査方向お
よび副走査方向の画素並びの周期である。

【００１３】回折格子の単位構造の周期を決めるには、
液晶表示体の画素配列とバックライトの発光スペクトル
を考慮する必要がある。図５に本実施例の液晶表示体の
画素配列を示す。画素並びの周期は、ｐ_x＝34μｍ、ｐ_y
＝48μｍである。図中、５０１は開口部、５０２は遮光
部（図１の遮光部材）であり、画素に対する開口部の面
積比率はおよそ25％である。ここでは（±１、±１）
次数までを用いて複製像をつくり遮光部を補間する場合
と（±２、±２）次数までを用いて補間する場合とに
ついて回折格子を設計した。液晶表示体の画素密度がさ
らに高くなり開口部がせまくなる場合には、回折次数ｍ
を増やして対応すればよい。図６にバックライトの発光
スペクトルを示す。ＲＧＢの主波長近傍にピークを有す
る、三波長型の白色光源である。ここではＧのピークに
注目し、回折格子の設計波長を 0.54μｍと定めた。対
向基板の厚さと屈折率は、それぞれｔ＝1.2ｍｍ、ｎ＝
1.5である。これらの条件から、回折次数ｍが１の時の
回折格子の周期は、ｇ_x＝25μｍ、ｇ_y＝18μｍとなり、
回折次数ｍが２の時の回折格子の周期は、ｇ_x＝50μ
ｍ、ｇ_y＝36μｍとなる。回折格子の単位構造の位相分
布は、シミュレーテッドアニーリング法（参考文献 Sci
ence 220, 671(1983)、Opt. Lett. 14, 479(1989)な
ど）により算出した。評価関数Ｆには次式を用いた。 Ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３ ・・・・（３） ｆ１＝Σ（１／４ｍ²−ｐ_kl）²＋（ｍａｘ−ｍｉｎ）² ・・・・（４） ただし、Σは回折格子のフーリエスペクトルにおける
（０、０）を含む（２ｍ−１）×（２ｍ−１）個の回折
次数の総和を、ｐ_klは（ｋ、ｌ）次数の光強度を、ｍａ
ｘとｍｉｎはこれらの回折次数における光強度の最大と
最小をあらわす。

【００１４】 ｆ２＝Σ（１／８ｍ²−ｐ_kl）²＋（ｍａｘ−ｍｉｎ）² ・・・・（５） ただし、Σは最外周の回折次数から（±ｍ、±ｍ）次数
を除く４×（２ｍ−１）個の回折次数の総和を、ｐ_klは
（ｋ、ｌ）次数の光強度を、ｍａｘとｍｉｎはこれらの
回折次数における光強度の最大と最小をあらわす。

【００１５】 ｆ３＝Σ（１／１６ｍ²−ｐ_kl）²＋（ｍａｘ−ｍｉｎ）² ・・・・（６） ただし、Σは最外周の４個の（±ｍ、±ｍ）次数の総和
を、ｐ_klは（ｋ、ｌ）次数の光強度を、ｍａｘとｍｉｎ
はこれらの回折次数における光強度の最大と最小をあら
わす。

【００１６】こうして求めた単位構造の位相分布を図４
に示す。わかりやすいように、５×５個分の単位構造を
示してある。図４（ａ）はｍ＝１の時の計算結果であ
り、白部分が位相値 2.14（ｒａｄ）、斜線部分が 0.0
（ｒａｄ）に対応する。他方、図４（ｂ）はｍ＝２の時
の計算結果であり、白部分が位相値 2.74（ｒａｄ）、
斜線部分が 0.0（ｒａｄ）に対応する。単位構造のサン
プリング数は２０×２０から４０×４０までかえて計算
してみたが、ほぼ同じ位相分布が得られた。

【００１７】図４の単位構造を直交する２方向（ｘ、
ｙ）へ周期的に並べて、回折格子の位相構造をつくる。
このような２値の位相構造は、金型成形やフォトエッチ
ングにより対向基板上へ容易に形成することができる。

【００１８】本発明によれば、像複製機能を備えた位相
型回折格子を表示体の一部へ形成することにより、表示
体の遮光部（あるいは非発光部）が目立たなくなり、視
認評価値が高い映像を提供することができる。

【００１９】（実施例２）図２に本発明の直視型表示装
置の構成を示す。実施例１との相違は、透明支持部材２
０２に形成された位相型回折格子２０１を液晶表示体か
ら分離して配置した点にある。

【００２０】回折格子における単位構造の並びの周期ｇ
_x、ｇ_yは次式で与えられる。

【００２１】 ｇ_x＝２ｍλ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_x ・・・・（７） ｇ_y＝２ｍλ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_y ・・・・（８） ここで、ｚは液晶表示体と回折格子２０１の距離であ
る。その他の記号は、実施例１における（１）式および
（２）式のものと同じである。例えば、ｍ＝１、ｚ＝5.
0ｍｍとすると、ｇ_x＝184μｍ、ｇ_y＝131μｍ、とな
る。また、ｍ＝１、ｚ＝10ｍｍとすると、ｇ_x＝343μ
ｍ、ｇ_y＝243μｍとなる。これらの数値からもわかるよ
うに、回折格子を表示体から離すにつれて単位構造の並
びの周期（単位構造の長さ）も長くなる。このことは、
回折格子の製作が容易になることにつながる。

【００２２】本発明によれば、像複製機能を備えた位相
型回折格子を表示体から分離して配置することにより、
表示体の遮光部（あるいは非発光部）が目立たなくな
り、視認評価値が高い映像を提供することができる。

【００２３】なお、上記実施例では直視型液晶表示装置
を例にあげたが、この他にも、本発明は投射型液晶表
示装置、さらにはＬＥＤアレイ表示装置やプラズマ表
示装置に対しても広く応用が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、画素配列を有する表示
体と位相型回折格子を組み合わせて使用し、回折格子の
像複製機能により、画素間に存在する遮光部を光学的に
補間することができる。したがって、使用目的に合わせ
て視認評価値が高い映像を提供することが可能になる。

【００２５】従来技術に対する本発明の特徴は、とくに
位相型回折格子に関し、複数の単位構造を周期的に並
べた構造により像複製機能を実現した点と、遮光部
（あるいは非発光部）に対する画素開口部（あるいは発
光部）の面積比率を考慮して、上記の単位構造の位相分
布を決定した点にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成を示す平面図である。

【図２】本発明の実施例２の構成を示す平面図である。

【図３】本発明の位相型回折格子の全体構造を示す平面
図である。

【図４】（ａ）位相型回折格子（ｍ＝１）の単位構造の
位相分布を示す平面図である。 （ｂ）位相型回折格子（ｍ＝２）の単位構造の位相分布
を示す平面図である。

【図５】本発明の実施例１および２における液晶表示体
の画素配列を示す平面図である。

【図６】本発明の実施例１および２におけるバックライ
トの発光スペクトルの図である。

【符号の説明】

１０１・・・・・・バックライト １０２・・・・・・偏光板 １０３・・・・・・ＴＦＴ素子基板 １０４・・・・・・ＴＦＴ素子 １０５・・・・・・液晶層 １０６・・・・・・カラーフィルタ １０７・・・・・・遮光部材 １０８・・・・・・対向基板 １０９・・・・・・位相型回折格子 １１０・・・・・・偏光板 ２０１・・・・・・位相型回折格子 ２０２・・・・・・透明支持部材 ３０１・・・・・・位相型回折格子 ３０２・・・・・・単位構造 ５０１・・・・・・画素開口部 ５０２・・・・・・遮光部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素配列を有する表示体の一部に位相型回
   折格子が形成されていることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】画素配列を有する表示体から離して位相型
   回折格子が配置されていることを特徴とする表示装置。
3. 【請求項３】前記画素配列を有する表示体がカラー液晶
   表示体であって、ＲＧＢの主波長近傍に発光スペクトル
   ピークを有する白色光源を備えていることを特徴とする
   請求項１ないし２に記載の表示装置。
4. 【請求項４】前記位相型回折格子が入射光のエネルギー
   を（０、０）次数を含む（２ｍ＋１）×（２ｍ＋１）個
   の回折次数のうちの中央の（２ｍ−１）×（２ｍ−１）
   個の各々の回折次数へほぼ１／４ｍ²づつ、それらの外
   側の（±ｍ、±ｍ）次数を除く４×（２ｍ−１）個の各
   々の回折次数へほぼ１／８ｍ²づつ、（±ｍ、±ｍ）次
   数の４個の各々へほぼ１／１６ｍ²づつ分配することを
   特徴とする請求項１ないし３に記載の表示装置。