JPH11281978A

JPH11281978A - バックライトの製造方法および液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11281978A
Application number: JP10087045A
Authority: JP
Inventors: Motoji Ono; 元司小野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】光源光の利用効率を向上する。【解決手段】液晶セル１、偏光板２、３、拡散板４、ホ
ログラム５、導光板６、冷陰極管７、反射板８、λ／４
板９、反射板１０を有し、ランダム偏光である光源光の
偏光方向の一部のみを、特定方向の偏光成分のみを回折
するホログラムを用いて裏面側の偏光板３に供給し、残
る偏光成分をλ／４板９と反射板１０とを用いて変換
し、再び、裏面側の偏光板３に供給する液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッジライトと導
光板とを有するバックライトおよび透過型の液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、その裏面に反射板を配
置した反射型表示装置と、その裏面側に光源を配置した
透過型表示装置とがある。反射型表示装置の場合には、
光源等を用いず外光を利用して表示を認識する。小型、
軽量、低消費電力等が求められる携帯型機器等の表示装
置としては最適であるが、周囲が暗い環境での使用は困
難である。

【０００３】一方、透過型表示装置の場合には周囲が暗
い環境でも表示を認識できる利点がありパソコンを始め
とするＯＡ機器に広く用いられている。透過型液晶表示
装置は通常、液晶セルと、液晶セルを挟んで配置された
一対の偏光板、表示面の裏面のバックライトから構成さ
れる。

【０００４】本発明で用いる液晶表示素子とは、液晶セ
ルと偏光板とを組み合わせて、偏光を制御・利用して表
示機能を達成するものである。通常、一対の透明電極付
きの基板間に液晶層が挟持され、液晶層の両外側に一対
の偏光板が配置され、透明電極間に電圧を印加する駆動
手段が備えられ、さらに、裏面側の偏光板の外側にバッ
クライトが配置されて液晶表示装置として使用される。
バックライトには少なくともエッジライトと導光板とが
備えられる。

【０００５】液晶セルは、ＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ
₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極を形成し、その上に配向膜
を形成した上下一対のガラス、プラスチック等の透明基
板を枠状のシール材で接合し、両基板とシール材とで囲
まれた空セル領域に液晶を封入したものである。一般
に、液晶の分子を両基板間においてほぼ９０°のツイス
ト角でツイスト配向させたツイステッド・ネマティック
（ＴＮ）型のものが用いられる。

【０００６】また、透過型液晶表示装置では、一対の偏
光板は、その透過軸を互いに直交するように通常配置さ
れ、また、これら偏光板の透過軸は、液晶セルの液晶分
子配向方向とほぼ平行または直交する方向に配置され
る。このような液晶表示装置は、透明電極間に電圧を印
加しない部分および背景部が明るく、透明電極間に電圧
を印加した部分が黒く表示され、いわゆるポジ型表示と
なる。

【０００７】すなわち、バックライトからの光は、裏面
側の偏光板により直線偏光されて液晶セルに入射する。
そして、この液晶セルの両基板の電極間に電圧を印加し
た部分では、入射された直線偏光は、理想的には液晶分
子が基板に垂直な方向に立っているので、そのまま偏光
方向が回転せずに通過し、表面側の偏光板の透過軸が９
０°ずれているので、光が吸収される。このため、この
部分は黒く見える。

【０００８】また、液晶セルの電極間に電圧を印加して
いない部分や電極が対向していない背景部分では、液晶
分子は配向膜の影響を受けてツイスト配向している。こ
の状態では、直線偏光されて液晶セルに入射した光は液
晶層で９０°旋光され、表面側の偏光板の９０°ずれて
いる透過軸と透過光の偏光方向が一致するため、光が透
過する。そのため、その部分は明るく見える。これによ
り背景部分が明るく（白っぽく）見え、特定の部分が黒
く見えるポジ型の液晶表示装置が得られる。一対の偏光
板の透過軸を互いにほぼ平行に配置することにより、背
景部分が黒く、特定の部分が明るく見えるネガ型の液晶
表示装置も可能である。

【０００９】次に液晶表示装置のバックライトの構成を
分類すると、直下型、エッジライト型の二つに大きく分
かれる。直下型は、高輝度表示を要する航空機のコック
ピット内の計器類等に限定的に用いられ、エッジライト
型は、ノートパソコンを始め多くの液晶表示装置に用い
られている。

【００１０】エッジライト型のバックライトは、薄型
化、低消費電力化を達成するためのものであり、図３に
示す従来例１のように、楔状の導光板６の片側端面から
反射板８でコリメート（平行光化）された冷陰極管７の
光で照明する方式が一般的である。導光板の裏面（液晶
表示面の反対側）にはシルク印刷等により拡散反射層１
６を施したものが広く使用されている。さらに、導光板
６から漏れた光を無駄なく利用するために、導光板６の
背面に反射板１０が設置される。表示機能を持つ液晶表
示素子は液晶セル１の両側に表面側の偏光板２と裏面側
の偏光板３とを有している。

【００１１】また、裏面側の偏光板３と導光板６の間に
は、バックライト光のむらを低減するために、拡散板４
が設置される。このようにして、透過型液晶表示装置
は、輝度の確保とコントラストの向上を計っている。

【００１２】また、バックライトに、光源光の有効利用
を目的として、偏光光の選択反射・分離機能を行う手段
を設ける従来例２（特開平１−１８９６２７）が知られ
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例２にお
いても、偏光光の分離・反射についての効率が十分では
なく、また、構造が複雑で製造しにくいという問題点が
あった。またバックライトから液晶表示素子の表示面に
対し、さらに有効な角度成分の光を多く照射することが
求められていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、基本構成として、光
源部に、導光板とホログラムとλ／４板とを組み合わせ
て用いる。

【００１５】すなわち、請求項１は、偏光板と、液晶表
示素子と、エッジライト付き楔状の導光板を有するバッ
クライトと、光源光の偏光成分分離手段が備えられた液
晶表示装置であって、液晶表示素子の裏面側に、導光
板、ホログラム、λ／４板、および反射板が順に配置さ
れたことを特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１６】また、請求項２は、特定方向の偏光成分の
みを回折するホログラムが用いられた請求項１記載の液
晶表示装置を提供する。

【００１７】また、請求項３は、ホログラム内部のフリ
ンジへの入射光と回折光とのなす角度がほぼ９０°とさ
れた請求項１または２記載の液晶表示装置を提供する。

【００１８】また、請求項４は、回折光が拡散する拡散
型のホログラムが用いられた請求項１、２または３記載
の液晶表示装置を提供する。

【００１９】また、請求項５は、液晶表示装置用のバッ
クライトの製造方法であって、平面状にホログラム記録
材料を配置し、その上に透明体を配置し、少なくとも２
層の積層体を構成し、この積層体に対して、コリメート
した偏光性のレーザ光を２方向から照射して、フリンジ
に対する所定の入射角度と回折角度とを有するホログラ
ム形成し、このホログラムをバックライトの偏光分離面
とし、２方向の一方をバックライトの導光方向とし、他
方をバックライトの出射方向にほぼ設定することを特徴
とするバックライトの製造方法を提供する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明の液晶表示装置の代表
的な例の模式的な断面図である。図１において、液晶表
示素子は、液晶セル１と、この液晶セル１を挟んで配置
された一対の偏光板２、３とからなる。その背面側（図
では下）には、エッジライト型のバックライトがある。
そして、バックライト光を均一化するための拡散板４、
拡散板４と反対側の界面に、ホログラム５を貼り付けた
楔状の導光板６がある。その一方の端面（図では左側）
から冷陰極管７の光を反射板８でコリメートし、入射さ
せる。さらに、導光板６の背面側に、λ／４板９と反射
板１０がある。

【００２１】液晶セル１は、ＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −Ｓｎ
Ｏ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極を形成し、その上に、配
向膜を形成した上下一対のガラス、プラスチック等の透
明基板を枠状のシール材を介して接合し、この両基板間
の前記シール材で囲まれた領域に液晶を封入して形成さ
れる。この配向膜は、従来の液晶表示装置で使用されて
いる配向膜が使用でき、例えば、ポリイミド、ポリアミ
ド等の高分子膜やＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機膜をラ
ビングしたり、ＳｉＯの斜め蒸着等により形成できる。

【００２２】さらに、これにＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等の無
機膜を絶縁膜として積層したり、遮光膜、カラーフィル
タ等を積層してもよい。また、電極と基板との間に、ア
ルカリ溶出防止用のＳｉＯ₂ やＡｌ₂ Ｏ₃ 等の無機膜を
設けたり、遮光膜、カラーフィルタ等を積層してもよ
い。

【００２３】本例では、液晶セル１として９０°ツイス
トのＴＮ型液晶表示素子を用いた。また、一対の偏光板
２、３は、その透過軸を互いにほぼ直交して配置されて
おり、これら偏光板２、３の透過軸は、液晶セル１の基
板の液晶分子配向方向とほぼ平行な方向とした。

【００２４】この液晶表示装置は、液晶セル１の両基板
の透明電極間に電圧を印加して表示駆動する。冷陰極管
７からの光は、反射板８でコリメートされ導光板６の端
面から入射する。このとき、このコリメート光は、Ｓ偏
光成分、Ｐ偏光成分を持つランダム偏光である。図１で
は、Ｓ偏光（偏光面が紙面垂直）を実線で、Ｐ偏光成分
（偏光面が紙面平行）を破線で示している。コリメート
光中のＰ偏光成分は、ホログラム５でほとんど回折され
ず、ホログラム５と空気界面での全反射により導光板
６、拡散板４を透過し図中下側（裏面側）の偏光板３へ
入射する。

【００２５】この際、偏光板３の透過軸はＰ偏光成分の
偏光方向と合わせているため、偏光板での損失なしに液
晶セル１へ入射し、照明光として利用される。一方、コ
リメート光中のＳ偏光成分は、ホログラム５でほとんど
回折され、ホログラム５を抜け、背面のλ／４板９を透
過の際、右回り円偏光に変換される。このように、λ／
４板９では直線偏光を円偏光に変換するように作用す
る。

【００２６】そして、λ／４板９を透過後、最背面の反
射板１０で反射され、その際、左回り円偏光に変換さ
れ、再び、λ／４板９に入射し、Ｐ偏光に変換され、ホ
ログラム５、導光板６、拡散板４を透過し下側の偏光板
３へ入射し、同様に偏光板での損失なしに液晶セル１へ
入射し、照明光として利用される。このようにして、従
来半分しか利用できなかった照明光を、ほぼ１００％利
用できる。

【００２７】液晶セル１に入射したＰ偏光は、液晶セル
１の両基板の透明電極間に電圧を印加した部分では、理
想的には液晶分子が基板に垂直な方向に立っているの
で、そのまま偏光方向が回転せずに通過し、裏側の偏光
３の透過軸が９０°ずれているので、光が吸収される。
このため、この電圧を印加した透明電極間に挟まれた部
分は黒く見える。

【００２８】この理想的には液晶分子が基板に垂直な方
向に立っているという意味は、スタティック駆動のよう
に十分に高い電圧が印加されれば、液晶分子はほとんど
完全に基板に垂直な方向に配列することを意味する。時
分割駆動（マルチプレックス駆動）においては、選択部
分では液晶分子が十分に立ち上がる程の電圧が印加でき
ないので、ある程度立ち上がっている状態となるが、非
選択部分よりは立ち上がっているので、黒く見えること
になる。

【００２９】また、液晶セル１の透明電極間に電圧を印
加していない部分や電極が対向していない背景部分で
は、液晶分子は配向膜の影響を受けてツイスト配向して
いる。この状態では、液晶セル１に入射したＰ偏光は液
晶層で９０°旋光され、裏側の偏光板３の９０°ずれて
いる透過軸と透過光の偏光方向が一致するため、光が透
過する。そして、その部分は明るく見える。これにより
背景部分が明るく（白っぽく）見え、特定の部分が黒く
見えるポジ型の液晶表示装置が得られる。

【００３０】また、一対の偏光板２、３の透過軸を互い
にほぼ平行に配置することにより、背景部分が黒く、特
定の部分が明るく見えるネガ型の液晶表示装置を得るこ
ともできる。

【００３１】図２に、本発明のバックライトの製造方法
の説明図を示す。偏光分離の機能のために所定の構造の
ホログラムを作製する。図２において、１１は液晶表示
装置用の光源部に用いる導光板と同じ頂角θを持つ直角
三角形状のガラスブロックである。このガラスブロック
１１の斜面にホログラム記録材料１２を貼り付け、その
上にキシレン等の屈折率整合液を介してＡＲコートを施
したガラス板１３を積層した。この積層体の直角を挟む
２面に、レンズ１４、１５でコリメートされたレーザ光
を図２に示すように照射した。レーザ光の偏光方向は、
干渉性を良くするために紙面に垂直（Ｓ偏光）にしてあ
る。

【００３２】ここで、本発明では、ホログラムにＳ偏光
のみ回折する偏光特性を持たせるために、以下の条件で
作製した。コーゲルニックの理論よると、ホログラムに
は、その内部での入射光、回折光の方向ベクトルの内積
に比例してＰ偏光を回折し、Ｓ偏光はそれによらず一定
に回折するという偏光特性が有ることが知られている。

【００３３】すなわち、入射光と回折光が平行な場合
（内積が１）は、Ｐ偏光、Ｓ偏光とも回折し、入射光と
回折光が直交する（内積が０）場合には、Ｐ偏光は回折
されずＳ偏光のみ回折する。従って、ホログラムにＳ偏
光のみ回折する偏光特性を持たせるためには、ホログラ
ム内部での入射光と回折光とのなす角を９０°にすれば
よい。従って本実施例では、それぞのコリメート光を直
角三角形状のガラスブロック１１の直角を挟む２面に対
し垂直に照射した。

【００３４】本実施例に用いたホログラムは、厚さ２０
μｍのアクリル系のフォトポリマーに形成したホログラ
ムであり、リップマンタイプの体積・位相型のホログラ
ムとした。ホログラム材料としては、上記の他にポリビ
ニルカルバゾール系などのフォトポリマー、重クロム酸
ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の感光材料を用い
ることができる。また、ホログラムとしては、リップマ
ンタイプ等の体積・位相型のホログラムが、高い回折効
率を得られるという点で望ましいが、エンボスタイプ、
レインボータイプ等のホログラムと呼ばれるものも、広
く用いることができる。

【００３５】反射板１０はホログラム５を回折透過した
Ｓ偏光を有効に利用するため、ポリエステルフィルムに
アルミニウムを蒸着した厚さ１００μｍのフィルムを貼
付した。反射板としてアルミニウム単体のものにくら
べ、さらに高反射率を得られる。さらに、銀反射板を用
いることが好ましい。

【００３６】また、液晶セル１は、ＴＮ型に限らずスー
パー・ツイステッド・ネマティック（ＳＴＮ）型のもの
でもよく、また、偏光成分を直接利用するその他の動作
モードの液晶表示素子が適用可能である。さらに、この
ＳＴＮ型の液晶表示装置に位相差板やもう１つの液晶セ
ルを積層して、色を白黒化したＦＳＴＮ型やＤＳＴＮ型
の液晶表示装置としたり、されにこれにカラーフィルタ
を組合せてカラー化したカラーＳＴＮ型の液晶表示装置
としてもよい。本発明は、さらにこれら実施例に限定さ
れなく、種々の変形が可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明による液晶表示装置を用いれば、
従来構造が複雑であった偏光分離手段の製造が容易にな
り、かつ、さらに、光源部の薄型化を達成できるように
なった。また、回折光の制御性が良好であって、偏光分
離効率も良好で、全体の光源光の利用効率もさらに向上
でき、明るい液晶表示装置を安価で実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の断面図。

【図２】本発明に用いるホログラムの作製法の説明図。

【図３】従来例１の液晶表示装置の断面図。

【符号の説明】

１：液晶セル２、３：偏光板４：拡散板５：ホログラム６：導光板７：冷陰極管８：反射板９：λ／４板１０：反射板１１：ガラスブロック１２：ホログラム記録材料１３：ＡＲコートガラス１４：レンズ１５：レンズ１６：拡散反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光板と、液晶表示素子と、エッジライト
付き楔状の導光板を有するバックライトと、光源光の偏
光成分分離手段が備えられた液晶表示装置であって、液晶表示素子の裏面側に、導光板、ホログラム、λ／４
板、および反射板が順に配置されたことを特徴とする液
晶表示装置。
【請求項２】特定方向の偏光成分のみを回折するホログ
ラムが用いられた請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】ホログラム内部のフリンジへの入射光と回
折光とのなす角度がほぼ９０°とされた請求項１または
２記載の液晶表示装置。
【請求項４】回折光が拡散する拡散型のホログラムが用
いられた請求項１、２または３記載の液晶表示装置。
【請求項５】液晶表示装置用のバックライトの製造方法
であって、平面状にホログラム記録材料を配置し、その
上に透明体を配置し、少なくとも２層の積層体を構成
し、この積層体に対して、コリメートした偏光性のレー
ザ光を２方向から照射して、フリンジに対する所定の入
射角度と回折角度とを有するホログラム形成し、このホ
ログラムをバックライトの偏光分離面とし、２方向の一
方をバックライトの導光方向とし、他方をバックライト
の出射方向にほぼ設定することを特徴とするバックライ
トの製造方法。