JPH11326887A

JPH11326887A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11326887A
Application number: JP11056612A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Masaya Adachi; 昌哉足立; Makoto Tsumura; 津村　　誠; Katsumi Kondo; 克己近藤; Junichi Hirakata; 純一平方; Yuji Mori; 祐二森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP4185614B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広視野角な液晶表示装置を実現するために、偏
光板，カラーフィルタによる吸収損失を低減するため
に、反射型色選択層，反射型偏光選択板，光路変換素子
等の配置規定し、明るさを向上した高性能な表示の実
現。【解決手段】液晶表示装置を、偏光を制御し画素の長軸
方向を照明装置からの直線偏光成分出射光の高い方向に
略平行になるように構成した液晶表示素子２０と、液晶
表示素子の背面に配置した照明装置５０と、照明装置の
裏面に配置した反射板５４と、液晶表示素子と照明装置
間に配置した光路変換素子４０、及び反射型偏光選択板
３０と、液晶表示素子の前記照明装置とは反対側に配置
したスクリーン１０により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の広
視野角化技術と、偏光変換・波長選択性を利用した光の
再利用による光利用効率向上技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年において、液晶表示装置（特にカラ
ー液晶表示装置）の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴの表
示品質に近いディスプレイが見られるようになってき
た。液晶ディスプレイは、薄型，軽量，低消費電力を特
長に市場を拡大しているが、表示性能の点で、動画表
示，視野角，色再現性はまだＣＲＴに劣っており、ま
た、低コスト化の課題と共に表示性能向上の課題が残さ
れている。

【０００３】現在の市場を占める直視型カラー液晶表示
装置は、大別してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた
アクティブマトリクス駆動による液晶表示装置と、マル
チプレックス駆動のＳＴＮ（スーパーツイステッドネマ
チック）液晶表示装置との２方式がある。いずれの方式
による液晶表示装置も、液晶層をガラス基板で保持した
素子の両側に偏光板を配置し、直線偏光の偏光状態を変
調して表示を行うものである。

【０００４】ＴＦＴを用いた液晶表示装置には代表的な
ＴＮ（ツイストネマチック）方式がある。しかし、Ｔ
Ｎ，ＳＴＮ方式共に視野角が狭く、階調表示，多色表示
をしたときの画像反転や、コントラスト比低下が問題と
なっている。

【０００５】ＴＦＴを用いた広視野角方式としてＶＡＮ
（垂直配向ネマチック液晶）方式，ＩＰＳ（横電界）方
式等の広視野角方式が用いられている。広視野角方式で
あるＶＡＮ，ＩＰＳ方式では、視野角依存の階調反転は
ほとんど無いが、色変化，コントラスト比低下が生じ
る。

【０００６】そこで、広視野角の表示を実現するための
従来技術として、ＰＣＴ／ＵＳ９４／７３６９にコリメ
ート光源と液晶表示素子上に配置したスクリーンの構成
による技術が開示されている。また、広視野角のスクリ
ーン技術についてはUSP.2,378,252に開示されている技
術が知られている。

【０００７】従来の液晶表示装置は、照明装置からの透
過光の偏光を制御して画像表示を行っている。カラー液
晶表示装置の光損失を見積ってみると、偏光板による光
損失は６０％程度である。また、カラー表示を行う場
合、面分割したカラーフィルタを配置した表示装置で
は、カラーフィルタの損失は７０％以上である。この偏
光板，カラーフィルタの配置により８８％程度の光が損
失となっている。従って、他の原因に起因する光損失を
排除したとしても、偏光板及びカラーフィルタによる吸
収損失により、照明装置からの出射光のうち高々１２％
程度しか利用できないことになってしまう。

【０００８】一方、ノートパソコン用の液晶ディスプレ
イである液晶表示装置に対する要求は、薄型，軽量のみ
ならず低消費電力で高輝度の表示である。更に、デスク
トップコンピュータやワークステーション等のディスプ
レイとして低消費電力化の要求も高い。従って、液晶デ
ィスプレイに対する低消費電力化は、広視野角技術と共
に至上命題の一つである。

【０００９】これに対して、偏光板，カラーフィルタに
よる吸収損失を無くし、明るさ向上を実現するための技
術が、特開平6−130424 号公報，特開平6−167718 号公
報に開示されている。この技術は、特定波長の光を効率
良く利用するために、特定波長の所定方向円偏光の反射
・透過をコレステリック液晶層により制御して、反射光
を再利用することにより光利用効率向上を行うというも
のである。

【００１０】また、明るさ向上を実現するために、コレ
ステリック液晶を用いた偏光変換に関する技術として特
開平3−45906号公報に開示されているものがある。ま
た、コレステリックフィルタを直視型バックライトに適
用した構成が開示された従来技術として、特開平7−360
32号公報がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＰＣＴ／ＵＳ９４／７
３６９の従来技術に開示される液晶ディスプレイの広視
野角化技術の構造を図３２に示す。この技術は、コリメ
ート化構造，スクリンーン構造が複雑であるとともに、
スクリーンの透過率が低いために高輝度な表示を得るた
めにはバックライトの消費電力が大幅に増加するという
問題がある。また、液晶表示素子は、２枚の透明基板１
１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３を挟持し、偏光板を両側に
配置した（図面では省略）構成に、表示面側に四角錐状
の透明部分とその隙間が黒色吸収体で覆われたスクリー
ン１０ＡＡ、及び、導光体の両側にランプ５１を備え、
導光体上に四角錐状の透明媒体６５を接着配置したコリ
メート化された照明装置からなっている。この構造によ
る液晶表示装置は、スクリーン１０ＡＡによる広視野角
化及びコリメート化された照明装置により基板１１Ａの
厚みによる解像度低下が抑制されている。また、この従
来技術の構造により、高解像度を得るためには、透明基
板１１Ａの厚みと屈折率にもよるが、バックライトにか
なりの平行度が要求される。同時に、更なる低消費電力
化，広視野角，解像度向上が要求される。尚、ランプへ
の入力電力の増加は、消費電力が増大するばかりか、熱
による温度上昇により表示に悪影響を及ぼす（ランプの
寿命を低下させる）ことがわかっている。

【００１２】光利用効率向上を図るために、前述した特
開平3−45906号公報，特開平7− 36032 号公報に開示
されている構成では、反射型偏光板として作用するコレ
ステリック液晶を用いて反射光を再利用している。一
方、ノートパソコン用の液晶ディスプレイには、低消費
電力で正面輝度を向上させるために光路変換素子が適用
されている。最も一般的に使用されている光路変換素子
は、３Ｍ社のＢＥＦ（商品名）が挙げられる。この光路
変換素子は、照明装置に指向性を持たせ、低消費電力で
高輝度な表示を得るために適用されている。しかしなが
ら、上記従来技術においては、これらの光路変換素子を
適用し正面輝度向上を図った時の偏光変換効率について
は何ら考慮されていない。更には、光路変換素子を用い
た時の偏光変換効率向上については何ら考慮されていな
い。

【００１３】この光路変換素子については、断面が三角
形のストライプ状のフィルムが使用されている。材質
は、一般的にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が
使用されており、２軸の複屈折性を有している。従っ
て、入射する直線偏光と、その光学軸とがずれると偏光
状態が変化し、結果として偏光変換効率の低下を招くこ
とがわかった。更には、この光路変換素子を直交して２
枚適用すると偏光変換効率が低下してしまうことがわか
った。

【００１４】更に、カラーフィルタにより吸収損失を低
減し、光利用効率向上を図るために、前述した特開平6
−130424 号公報，特開平6−167718 号公報における構
成がある。この構成の特徴は、それぞれ色選択層を基板
の外側及び内側に配置している点である。これらの従来
技術の構成を図３７，図３８に示す。図３７は、ガラス
基板５０１，５０４間に液晶５０３を挟持し、出射側に
選択層５００、入射側に色選択層であるコレステリック
層５０６及びフィルタ層５０５を配置しており、コレス
テリック層５０６の裏面に光源５０７及び反射板５０８
を配置した構造である。図３７のように色選択層である
コレステリック層５０６がガラス基板504の外部に配置
された構成の場合、正面から見た出射光５１０は、コレ
ステリック層５０６と液晶５０３が同一の画素(同一の
色を表示する領域)を透過するために、表示色に混色等
の問題が生じない。しかしながら、斜め方向から見た場
合の斜め出射光５０９は、例えば赤（又は緑，青）の色
選択層５０６を透過した光が、隣の画素である緑（又は
青）の変調信号で透過光が制御されることになる。従っ
て、斜めから見た場合、基板５０４の厚み（通常ガラス
基板の厚みは１.１mm 又は０.７mm 、画素ピッチは１０
０μｍ程度）のために、見る角度により正しい色が表示
されないことになる。

【００１５】一方、このガラス基板５０４の厚みの影響
を無くすために、図３８に示すように色選択層５１２及
び位相差板５１１を内蔵した構造も開示されている。そ
の他の構成は図３７と同様である。しかしながら、光源
の特性に絡む斜め入射に対する問題については何ら考慮
されていない。この図３８の構成では、色選択層512と
位相差板５１１により液晶層５０３への偏光状態を制御
し、その偏光状態を液晶層５０３で制御して表示を行っ
ている。しかしながら、色選択層５１２に用いているコ
レステリック液晶層は斜め入射に対して偏光度が悪いば
かりか、不必要な色の光漏れを生じる。つまり、斜め入
射に対しては、所望の偏光以外の偏光及び、所望の色以
外の色に漏れを生じ、コントラスト比，色再現性，視野
角特性の低下で代表される表示品質劣化を招く。また、
偏光を効率良く利用することについては何ら考慮されて
いない。

【００１６】本発明の目的は、低消費電力で広視野角な
表示を行うことができる液晶表示装置を提供することに
ある。

【００１７】本発明の他の目的は、正面輝度を向上させ
るために光路変換素子を適用した時の、光路変換素子と
偏光板の最適化な軸配置を規定し、偏光変換効率の高い
高輝度な液晶表示装置を提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、反射型偏光板からの
反射光の偏光を維持でき、かつ、指向性を向上できる導
光体を用いて、光利用効率及び正面輝度の向上を実現す
ることができる液晶表示装置を提供することにある。

【００１９】本発明の他の目的は、偏光板・カラーフィ
ルタによる吸収損失を無くし、光利用効率の向上を目指
すものであるが、従来技術では問題であったガラス基板
の厚みによる画質の劣化（不鮮明さ）及び、斜め方向で
の画質の劣化（コントラスト比低下，表示色の劣化）を
排除し、斜め方向から見た場合でも表示品質の高い広視
野角のカラー液晶表示装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では以下の手段を用いる。

【００２１】偏光を制御する液晶表示素子と前記液晶表
示素子の背面に照明装置を配置した液晶表示装置で、液
晶表示素子にスクリーンを、照明装置の裏面に反射板
を、液晶表示素子と照明装置間に光路変換素子と反射型
偏光選択板とを具備し、反射型偏光選択板の偏光透過軸
を照明装置からの出射光の偏光透過率が高くなるように
配置した構成とする。

【００２２】更に、液晶表示素子の画素の長軸方向と反
射型偏光選択板の偏光透過軸とが略平行であり、偏光透
過軸と光路変換素子の光路変換軸とが略平行又は略垂直
であり、照明装置からの出射光が少なくとも画素の短軸
方向には指向性が高く、かつスクリーンが少なくとも画
素の短軸方向においては出射光を広げる働きをする構成
とする。

【００２３】更には、スクリーンが外光を吸収し、照明
装置からの出射光を透過する構成とする。

【００２４】更に、好ましくは、一方の直線偏光を透過
し、直交する他方の直線偏光を反射する反射型偏光選択
板を用い、光路選択層の背面に複屈折媒体を配置する構
成とする。

【００２５】更に、複屈折媒体が略１／４波長板として
作用するように前記複屈折媒体を前記反射光の偏光方向
と略４５°に配置した構成とする。

【００２６】照明装置は、反射型偏光板からの反射光が
照明装置内で偏光が崩れないようにして偏光変換効率を
高め、かつ、少なくとも一軸方向の指向性を高め、光路
変換素子を併用することで全方位の指向性を高めた構成
とする。正面輝度を向上させるために、照明装置が板状
の導光体と、その周辺に近接配置された光源を有し、光
源から出射された光が前記導光体内を伝搬して導光体の
光出射面から出射されるよう構成され、導光体の光出射
面の裏面に微細な傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は
段差で構成された反斜面を備え、反斜面は少なくとも傾
斜面部分が鏡面化されており、導光体の裏面に直接もし
くは空気層を介して反射板を設ける構成とする。

【００２７】更に、光利用効率向上のための構成とし
て、液晶表示素子の画素に対応した反射型色選択層を配
置する。

【００２８】更に、スクリーンの構成を、斜め入射光を
効率良く吸収し、垂直透過光は効率良く透過する構成と
する。特に、光の屈折により液晶表示素子からの平行透
過光が微小開口部を透過し、斜め透過光は吸収する。ま
た、スクリーンの構成は、表示面側から見ると外光をほ
とんど吸収する吸収体で覆われている構成となってい
る。

【００２９】個々の作用について説明すると、導光体裏
面のストライプ溝からの反射光は、ストライプ方向の偏
光成分が高く、この方向を反射型偏光板や、液晶表示素
子の入射側偏光板の偏光軸方向に合わせることで効率を
向上できる。更には、光路変換素子のストライプ方向と
合わせることで更に透過率が向上できる。一般に光路変
換素子は、複屈折性が無いことが好ましいが、複屈折性
を有する場合でも、その光軸を偏光軸と合わせることや
その複屈折性を利用し波長板とし作用させることで効率
が向上できる。

【００３０】電界印加手段により液晶層の配向状態を制
御し、液晶層を透過する偏光の偏光状態を制御すること
により表示を行う。吸収型偏光選択層は、例えば直交す
る一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を吸収する
不要偏光を吸収する所謂直線偏光板、または、二つの円
偏光の内一方を透過し、他方の円偏光を吸収する不要偏
光を吸収する所謂円偏光板である。反射型偏光選択板
は、例えば直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直
線偏光を反射する不要偏光を反射する直線偏光板、また
は、二つの円偏光の内一方を透過し、他方の円偏光を反
射する不要偏光を反射する円偏光板である。反射型色選
択層は、ある波長領域（例えば中心波長５５０ｎｍに対
し±４０ｎｍ程度）の直線偏光（又は円偏光）を透過
し、他の波長領域の直線偏光（又は円偏光）を反射する
不要波長領域の光を反射する所謂カラーフィルタであ
る。詳細は、実施例から明らかになるが、コレステリッ
クの選択反射や誘電体多層膜の特性を利用したものであ
る。一般に、このような選択反射や誘電体多層膜を用い
た色選択層は視野角依存性が大きいため、各所望の透過
光以外を吸収する色素を混入又は積層することもでき
る。

【００３１】スクリーンは、入射光を拡散する例えば、
ビーズ，ロッドレンズを配置し、出射側は黒色吸収体で
覆われたものや、ホログラムや屈折率の不均一性を有す
る散乱媒体であり、好ましくは偏光を維持するものであ
り、照明装置からの平行度の高い光を液晶表示素子の出
射側で広げることにより広視野角化を果たす役割を示す
ものである。更には、外光を効率良く吸収する働きをす
る。照明装置とし出射光の平行度を高める手段として、
例えば、裏面にストライプ状の微細溝を有する楔型の導
光体及び導光体上に、光路変換素子としてストライプ溝
とは直交するストライプ状の三角形状を有するレンズシ
ートを配置する。これにより、導光体のストライプ微細
溝によりストライプ方向に垂直方向には平行度の高い出
射光が得られ、更に、レンズシートによりそれに直交す
る方向にも平行度を高めることができる。全方位に平行
度の高い照明装置を得ることができる。

【００３２】照明装置の平行度が悪い場合、画像の不鮮
明さ，混色が生じる問題は、図３７，図３８の公知例で
示した通りであるが、照明装置の平行度が鮮明な画像を
得るためには重要になる。図３９の液晶表示素子を用い
て、光源の必要な平行度について検討した。まず、本発
明では、出射側に吸収型偏光選択板１４Ａ，スクリーン
１０を配置した透明基板１１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３
を配置し、入射側に反射側色選択層７０である位相差板
７１及びコレステリック層７２を配置した構造である。
透明基板１１Ａ，１１Ｂの厚み１１Ａｔ，１１Ｂｔを共
にｔ、画素ピッチ１３Ａをｄ、液晶表示素子２０への入
射光の入射角度４３０をθ₁、透明基板１１Ｂへの入射
角度４３１をθ₂、透明基板１１Ａ，１１Ｂの屈折率を
ｎとする。ここで、画素はＲＧＢの３画素で１絵素とな
り、１画素は通常縦横比３：１であり、１画素の短辺を
画素ピッチｄとした。また、斜め入射における透明基板
の厚みによる混色，不鮮明さは、ピーク輝度の１／２に
なる輝度の角度において、少なくても２画素分以内に収
めないと画像が不鮮明になる。従って、入射光の入射角
度θ₁は、下記を満足しなければならない。

【００３３】

【００３４】透明基板の屈折率ｎ＝１.５３，厚みｔ＝
７００μｍ，画素ピッチｄ＝１００μｍとすると、入射
光の入射角θ₁は、２４.９°以下でなければ、入射光が
他の色の画素と重なり、混色，不鮮明さ等の画質低下を
招く。従って、照明装置の平行度としては少なくて半値
幅（ピーク輝度の１／２になる輝度の角度範囲）で
（１）を満足す角度範囲にする必要があり、本実施例で
使用した透明基板、画素においては、２４.９° 以下が
必要である。スクリーンが斜め入射光を効率良く吸収
し、解像度の低下を抑制することが好ましい。

【００３５】

【発明の実施の形態】まず、照明装置について説明す
る。

【００３６】照明装置はバックライトと呼ばれ、大別し
て直下型バックライトとエッジライト型バックライトの
２種類に分類される。直下型バックライトは光源が照光
面の内側にある構成のものである。一方、エッジライト
型バックライトは、光源が照光面の外側に配置され、照
光面である導光体が透明なアクリル樹脂等からなり、そ
の１辺若しくは２辺に蛍光ランプ（冷陰極放電管若しく
は熱陰極放電管）等の円柱状発光体を配置し、その外側
に反射体からなるランプカバーを設けて、導光体内に光
を導入する構成のものである。尚、薄型が要求される液
晶ディスプレイにはエッジライト型バックライトが有効
であり、軽量で額縁の小さいことが要求される液晶ディ
スプレイには直下型バックライトが有効である。

【００３７】従来の液晶表示装置は、エッジライト型バ
ックライトが主流であり、面内の均一性を得るために導
光体裏面に白色インクが塗られている構成となってい
る。また、光利用効率を向上させるために、反射型偏光
板を適用しており、この反射型偏光板としては、USP.5,
486,949や“ＳＩＤ９２ダイジェストｐｐ.４２７”に開
示された誘電体多層膜による偏光分離器と、特開平7−3
6032号公報や“アジアディスプレイ９５ダイジェストｐ
ｐ．７３５”に開示されたコレステリックフィルム＋１
／４波長板がある。以後、前者の誘電体多層膜による偏
光分離器を反射型偏光板タイプ１、後者のコレステリッ
クフィルム＋１／４波長板を反射型偏光板タイプ２と呼
ぶことにする。

【００３８】ここで、偏光状態を示すＳ偏光は入射面
（入射面とは、入射光線と境界面にたてた入射法線がな
す平面）に垂直な偏光であり、Ｐ偏光は入射面に平行な
偏光である。

【００３９】一般に、屈折率Ｎ₀の透明媒体と屈折率Ｎ₁
の透明媒体の界面において、Ｎ₀媒体からＮ₁媒体へ光
が入射するとき入射する光の入射角をθとすると、入射
角θの正接がＮ₁／Ｎ₀に等しい(tanθ＝Ｎ₁／Ｎ₀）と
き、Ｐ偏光の反射成分はなく、すべて反射光はＳ偏光と
なり、透過光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知ら
れている。このときの入射角θをブリュースタ角とい
う。このブリュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒
体を積層し、その積層膜厚を波長オーダーで制御するこ
とで、各偏光の位相を制御しＰ偏光のみを透過しＳ偏光
を反射する反射偏光板を作製することが可能である。

【００４０】反射型偏光板タイプ１の一例を図１０，図
１１に示す。

【００４１】図１０は、屈折率異方性を有する一軸異方
性透明媒体３１Ａと等方性透明媒体３１Ｂを３１Ａの光
軸を合わせて多層積層した反射型偏光板３１である。こ
の反射型偏光板３１への入射光である無偏光１４０は、
一方の直線偏光１４１のみ透過し、１４１に直交する直
線偏光１４２は反射される。

【００４２】図１１は、プリスム状の形状に屈折率の異
なる２種の透明媒体を交互に積層した構造である。反射
型偏光板３２は、無偏光１４３の内、Ｐ偏光成分１４４
のみを透過し、それに直交するＳ偏光成分１４５を反射
する。

【００４３】この反射された直線偏光は、偏光解消子と
しての散乱板や、偏光状態を変化させる位相差板を使用
すると、その位相差板により楕円偏光（直線偏光，円偏
光を含む）になり、再び反射偏光板に入射し一方の直線
偏光成分のみが透過し、他方の直交する直線偏光成分は
反射され導光体へ戻る。理論的には、これを繰り返すこ
とにより、殆どすべての光が直線偏光に変換され出射さ
れることになる。

【００４４】しかしながら、実際には各部の吸収等が存
在するために、反射された直線偏光が、全てそれに直交
する直線偏光に変換されるように、往復透過後１／２波
長板になるように１／４波長板として作用する位相差板
を設定することが好ましい。一方、反射型偏光板タイプ
２の一例を図１２に示す。

【００４５】図１２の構成は、“アジアディスプレイ９
５ダイジェストｐｐ．７３５”に記載されるコレステリ
ック液層高分子を可視波長域で選択反射を示すようにピ
ッチの異なるコレステリック液晶高分子３３Ｂを積層
し、無偏光１４６の内ある回りの円偏光を透過，逆回り
の円偏光１４８を反射させ、その上に１／４波長板33Ａ
を積層し、ある１方向の直性偏光１４７を透過するもの
である。

【００４６】反射型偏光板タイプ２の作用は、右回り
（又は左回り）の円偏光のみを透過し、左回り（又は右
回り）の円偏光を反射し、透過した円偏光は、１／４波
長板で１方向の直線偏光となる。一方、反射された左回
り（又は右回り）円偏光は、鏡面反射板で反射されて、
右回り（又は左回り）の円偏光となり反射偏光板タイプ
２を透過し、１／４波長板で１方向の直線偏光となり全
ての光が直線偏光に変換される。反射板が鏡面反射板で
ない場合でも、反射光は、楕円偏光（直線偏光，円偏光
を含む）になり、再び反射偏光板に入射し右回り（又は
左回り）の円偏光のみが透過し、左回り（又は右回り）
の円偏光は反射され導光体へ戻る。これを繰り返すこと
により、殆どすべての光が右回り（又は左回り）の円偏
光のみに変換され、その後１／４波長板で１方向の直線
偏光となり出射される。従って、反射板には少なからず
光の吸収が存在するため、反射された左回り（又は右回
り）の円偏光が、全て右回り（又は左回り）の円偏光に
変換されるように、鏡面反射板であることが好ましい。

【００４７】本発明の液晶表示装置の構成及び効果と、
従来のそれとの相違について明確にするために、まず、
従来の液晶表示装置について図３３〜図３６を用いて説
明する。

【００４８】図３５は、従来のエッジライト型バックラ
イトの構成を示す図である。

【００４９】この構成によるエッジライト型バックライ
トは、１枚の透明なアクリル樹脂からなり裏面に白色イ
ンクを有する導光体５３の裏面に反射板５４を、導光体
５３側面の少なくとも一方に光源５１を配置し、更に導
光体５３の出射面に拡散板５６が配置されている。

【００５０】また、正面輝度を上げるための構成とし
て、光路変換素子４０が光源５１の長辺と平行もしくは
垂直に配置されている。この光路変換素子４０は、図に
示すような三角断面を有するストライプ形状である。ま
た、液晶表示素子２０は最も一般的なモードとして９０
°捩じれを有するＴＮモードが適用されている。尚、こ
の液晶表示素子２０は、下側偏光板の偏光透過軸１４Ｂ
Ｂと上側偏光板の偏光透過軸１４ＡＡが直交するように
配置された所謂ノーマリーホワイトモードである。従っ
て、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１は、下側偏
光板の偏光透過軸１４ＢＢと平行に配置されている。つ
まり、光路変換素子４０のストライプ方向４１（以後、
この方向４１に直交する光路が変換される方向を光路変
換素子の光路変換軸と呼ぶことにする）は、反射型偏光
選択板３０の偏光透過軸３１と45°で交差する構成とな
っている。

【００５１】反射型偏光選択板３０として反射型偏光板
タイプ１を適用した場合、上記のような構成では、図３
４に示すように、無偏光である導光体からの出射光１９
４は、一方の直線偏光１９５が透過し、他方の直交する
直線偏光１９６は反射型偏光板３１で反射される。ま
た、光路変換素子４０の複屈折性の光軸が光路変換軸方
向にあることがわかったが、この時、直線偏光である反
射光１９６は、その偏光軸方向が光路変換素子４０と４
５°角度を為すために、光路変換素子４０の複屈折性に
より、偏光が維持できず直線偏光が楕円偏光になる。ま
た、導光体裏面の白色インク及び拡散板５６の光拡散に
より無偏光になり、反射板５４で反射され無偏光１９７
になる。従って、反射型偏光板３１の偏光透過軸に平行
な成分のみ透過し、透過光１９５と同一偏光である直線
偏光透過光１９５Ａとなる。透過光１９５Ａの直線偏光
とは直交する反射された直線偏光１９６Ａは、反射光１
９６と同様な過程で無偏光１９７Ａとなる。透過光１９
５，１９５Ａと同一偏光である直線偏光透過光１９５Ｂ
となる。更に、反射光１９６Ｂは、反射光１９６Ａと同
様の過程で無偏光１９７Ｂとなる。

【００５２】以上の過程を繰り返すことで、理論的には
すべての光が同一の直線偏光に変換されて出射されるこ
とになるが、実際に液晶表示装置からの出射光の効率を
測定すると、反射型偏光板３１の有無で、高々３０％程
度光束量が増加するのみであった。この効率低下の直接
要因は、反射板５４，導光体，白色インク、及び拡散板
５６等の吸収、更には、反射型偏光板３１の不完全性に
よる不要偏光の透過であると考えられる。つまり、各部
材の吸収は１回の透過反射ではわずかであるが、従来の
構成では、１回の反射で効率良く偏光変換が行われない
ために多数回の反射・透過で偏光変換が行われるため各
部材による吸収が増大してしまっている。つまり、効率
低下の根本原因は、図３５における光路変換素子４０の
ストライプ方向４１と反射型偏光選択板３０の偏光透過
軸３１が４５°で交差しているために、その複屈折性に
より直線偏光が楕円偏光に変換されることによる。これ
により、１回の反射で効率良く偏光変換されずに、多数
回の反射により偏光変換されるため、各部材の吸収の影
響を大きく受け偏光変換効率が低下すると考えられる。

【００５３】また、反射型偏光選択板３０として反射型
偏光板タイプ２を適用した場合、上記構成では、図３３
に示すように、無偏光である導光体からの出射光１９０
は、一方の円偏光が透過し位相差板３３Ａで直線偏光１
９１となり透過する。また、他方の円偏光１９２は反射
型偏光板３３で反射される。この時、円偏光である反射
光１９２は、光路変換素子４０の複屈折性により偏光が
維持されず楕円偏光になる。また、導光体裏面の白色イ
ンク及び拡散板の光拡散により無偏光になり、反射板５
４で反射され無偏光１９３になる。従って、反射型偏光
板３３により一方の円偏光は透過し、位相差板３３Ａで
１９１と同一の直線偏光１９１Ａとなり、他方の逆回り
円偏光１９２Ａは反射され、反射光１９２と同様の過程
で無偏光１９３Ａとなる。同様の過程により、１９１
Ｂ，１９２Ｂ，１９３Ｂとなる。

【００５４】従って、この構成でも、理論的にはすべて
の光が同一の直線偏光に変換されることになるが、反射
型偏光板タイプ１を用いた場合と同様に光利用効率向上
は高々３０％程度向上するのみであった。この要因は、
反射型偏光板タイプ１の時と同様に多数回の反射による
吸収損失であると考えられる。この反射型偏光板タイプ
２の場合、円偏光が反射されるために、光路変換素子４
０を複屈折性のない等方性媒体を用いるか、光路変換素
子４０へ反射光が入射する前に光路変換軸と直交もしく
は平行になるように位相差板を配置すればこの要因を緩
和できると考えられる。

【００５５】従来から、正面輝度を更に向上させるため
の構成として、図３６の示す光路変換素子４０，４２の
ように、それぞれの光路変換軸を直交するように光路変
換素子を配置させる構成が考えられている。この構成
は、一枚の光路変換素子では一軸方向（水平又は垂直方
向）のみに指向性を持たせていたものを、略全方位に指
向性を持たせて正面輝度を上げることができるというも
のである。

【００５６】従来のエッジライト型バックライトは、１
枚の透明なアクリル樹脂からなり裏面に白色インクを有
する導光体５３の裏面に反射板５４を配置し、また導光
体５３の側面の少なくとも一方に光源５３を配置し、更
に導光体５３の出射面に拡散板５６が配置される構成と
なっている。更に、光路変換素子４０，４２の光路変換
軸は、光源５１の長辺と平行もしくは垂直に配置されて
いる。

【００５７】液晶表示素子２０は、最も一般的なモード
として９０°捩じれを有するＴＮモードが適用されてい
る。この例では下側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢと上側
偏光板の偏光透過軸１４ＡＡが、直交するように配置さ
れた所謂ノーマリーホワイトモードとなっている。従っ
て、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１は、下側偏
光板の偏光透過軸１４ＢＢと平行に配置される構成とな
っている。つまり、光路変換素子４０，４２のストライ
プ方向４１，４３は、反射型偏光選択板３０の偏光透過
軸３１と平行又は直交する構成となっている。

【００５８】このように構成した液晶表示装置であって
も、図３５と同様に反射型偏光板の適用により光利用効
率がわずかに３０％程度向上したのみである。この構成
において、反射型偏光選択板３０として、反射型偏光板
タイプ２を用いた時には、光路変換素子４０の直前に位
相差板を配置して直線偏光にする必要があるが、反射型
偏光板タイプ１を使用しても高々３０％程度の光利用効
率の向上である。この原因としては、光路変換素子４
０，４２は異方性媒体であり、その光学軸の射影成分が
入射する直線偏光と平行もしくは垂直にあっても偏光状
態の変化を招くためであることがわかった。その偏光状
態の変化の作用が光路変換素子が一枚の時には小さい
が、二枚の時には一枚の時に比べ増強されたことによる
ことがわかった。このように増強される原因は、光路変
換素子４０の頂角を９０°とした時、垂直に入射した光
は全反射されて出射されないために、２枚使用すること
で多重反射を繰り返し、偏光状態の変化を大きく受け効
率が低下すると考えられる。

【００５９】上述のように光利用効率向上及び正面輝度
向上のために反射型偏光板及び光路変換素子を用いた場
合、多数回の反射により光利用効率が向上できないこと
がわかってきた。また、光路変換素子の光路変換軸が偏
光透過軸と合わないために効率が向上できないことがわ
かってきた。

【００６０】そこで、本発明による、１回の反射で効率
良く反射光を再利用する原理について、図１３，図１４
を用いて説明する。

【００６１】まず、反射型偏光選択板３０として反射型
偏光板タイプ１を適用した時の作用を図１３により説明
する。

【００６２】導光体からの出射光である無偏光１６０の
内、一方の直線偏光１６１が透過し、透過光１６１と直
交する他方の直線偏光１６２は反射型偏光板３１で反射
され、１／４波長板として作用する複屈折媒体６０によ
り円偏光１６３に変換される。また、円偏光１６３は、
反射板５４で反射され１６３とは逆回りの円偏光１６４
となる。円偏光１６４は、複屈折媒体である光路変換素
子４０で透過光１６１と同一の直線偏光１６５となり、
反射型偏光板３１を透過し１６６となる。この過程によ
り一回の反射ですべての光が同一の直線偏光に変換され
効率のよい偏光変換が達成できるというものである。

【００６３】また、反射型偏光選択板３０として反射型
偏光板タイプ２を適用した時の作用を図１４により説明
する。

【００６４】導光体から無偏光１７０の内、一方の円偏
光１７１が透過し、１／４波長板として作用する複屈折
媒体３３Ａにより、直線偏光１７２となる。一方、コレ
ステリック層３３Ｂで反射された他方の円偏光１７３
は、反射板５４により鏡面反射され円偏光１７３と逆回
りの円偏光１７４となる。円偏光１７４は、コレステリ
ック層３３Ｂを透過し、複屈折媒体３３Ａにより１７２
と同一の直線偏光１７６となり出射される。この過程に
より一回の反射ですべての光が同一の直線偏光に変換さ
れ効率のよい偏光変換が達成できる。このタイプ２の反
射型偏光板を用いる時には、光路変換素子に入射する前
に直線偏光の変換するか、光路変換素子を少なくても１
軸異方性更には等方性媒体を適用することが好ましい。
光路変換素子として一軸異方性媒体を使用する場合は、
直線偏光が透過後円偏光になるように１／４波長板とし
て働くようにすることが好ましい。

【００６５】このように、１回の反射で効率良く偏光変
換を行うためには、光路変換素子の配置を複屈折性の影
響を受けないような配置にする必要がある。また、導光
体，拡散板等も偏光を維持するようにすることが効率向
上には最適であることがわかった。また、全方位で指向
性を高め、正面輝度向上を図る場合、従来、光路変換素
子４０を２枚用いていたが、２枚使用すると多重反射で
効率が低下することがわかったので、一軸方向は導光体
で指向性を高め、直交方向は光路変換素子で指向性を高
める構成とすることが有効であると考えられることがわ
かった。

【００６６】ここで、本発明による導光体の一例を図７
〜図９により説明する。

【００６７】反射型偏光板からの反射光の偏光を維持し
たまま再び液晶表示素子側に反射させるために、図７に
おいて導光体５３裏面に微細な鏡面反射の傾斜面５３Ｂ
とフラットな鏡面部５３Ａとを設け、導光体５３の裏面
に鏡面反射板５４を設ける。このとき、傾斜面５３Ｂは
フラット部５３Ａに比べて面積比率を小さくする。ま
た、傾斜面５３Ｂは導光体５３から光を出射させるため
の面で、鏡面反射面で、フラット部５３Ａは、導光体５
３内を全反射して伝搬させるためのものである。傾斜面
及びフラット面を金属反射面にしてもよいが、導光体内
を伝搬す時の反射回数は多数になるために、反射率の最
も高い全反射を利用することが好ましい。また、図８に
示すように傾斜部５３Ａと若干傾斜したフラット部５３
Ｂを設けることも出来る。

【００６８】この構成により、反射型偏光板から反射さ
れた光の殆どは導光体裏面のフラット部を透過し、裏面
に配置された反射板で偏光状態を略維持したまま再び導
光体から出射れる。これにより、液晶表示素子の入射側
偏光板による吸収が殆どなく効率良く光を利用でき明る
さ向上を図ることができる。また、図９に示すように傾
斜部５３Ａと階段状のフラット部５３Ｂを設けることも
出来る。この構成により、反射型偏光板から反射された
光の殆どは導光体裏面のフラット部を透過し、裏面に配
置された反射板で偏光状態を略維持したまま再び導光体
から出射れる。これにより、液晶表示素子の入射側偏光
板による吸収が殆どなく効率良く光を利用でき明るさ向
上を図ることができる。

【００６９】光源からの光１２０が導光体５３裏面のフ
ラットな鏡面部５３Ａに入射した場合は全反射１２１
し、導光体５３中を伝搬し、微細な鏡面反射面５３Ｂへ
入射したときのみ導光体５３より出射１１０Ａされる。
又は、透過光は導光体５３中を伝搬１１１する。また、
導光体５３上面でも全反射する。導光体５３の表面にお
いて、導光体の屈折率によって定まる全反射角θｃ以上
の入射角の光が全反射し、導光体内を伝搬する。全反射
角θｃ以下の入射角の光が導光体の上面で屈折し出射さ
れる。例えば、空気（屈折率ｎ＝１）と透明樹脂、例え
ば、アクリル，ポリカーボネート，ポリウレタン，ポリ
スチレン等のようなプラスチック（屈折率ｎ＝１．５程
度）の界面における全反射角θｃは、θｃ＝sin^-1(１／
ｎ)＝４２°で与えられる。導光体へ入射した光θは、
−（９０°−θｃ）≦θ≦＋（９０°−θｃ）内の光と
なるために、導光体の上面及び下面のフラット部では全
反射する。

【００７０】更に、図９においては、微細な鏡面反射面
５３Ｂへ入射したときのみ導光体５３より出射１１０Ａ
されると同時に透過光も導光体５３裏面の反射板で反射
され出射光１１Ａとなる。

【００７１】本発明で最も重要である構成は、一軸方向
は導光体で、それに直交する方向は光路変換素子で実現
し、反射型偏光板を使用したときの再利用効率を向上さ
せるために光路変換軸を偏光方向と垂直にすることであ
る。液晶表示素子の画素の縦横比が３：１であることを
利用して、少なくとも画素の短軸方向の平行度を上げる
ことのできる図７〜図９の照明装置を用いる。これらの
照明装置は、ストライプの溝が裏面に形成されているた
め図面に垂直方向の偏光成分が大きい。そこで、更に光
利用効率を向上させるため、この偏光成分の大きいスト
ライプ溝方向と、液晶表示素子の偏光板の偏光透過軸を
合わせる構成とすることが考えられる。更に光利用効率
を大幅に向上させるため、光路変換素子の光路換軸と反
射型偏光板の偏光透過軸と略直交させる構成とする。更
に光利用効率を向上させるためには、平行化した照明装
置上に液晶表示素子を配置し、出射側偏光板に外側（又
は、偏光維持性能が高ければ内側へ）スクリーンを配置
する構成とする。この構成により、液晶表示素子透過光
を広げ視野角を拡大することができる。尚、このスクリ
ーンは、外光を吸収し液晶表示素子の垂直透過光を効率
良く透過し、斜め入射光を吸収するスクリーンを使用す
る。

【００７２】さらに、吸収タイプのカラーフィルタの吸
収損失を低減し、光利用効率向上を図るために、反射型
の色選択層を適用する場合にも、上記構成と同様に偏光
方向を考慮して配置することが好ましい。

【００７３】以下、本発明の具体的実施例について説明
する。

【００７４】まず、本発明の実施例について図１を用い
て説明する。

【００７５】本実施例では、図面の左右方向には特に指
向性の強い（平行度の高い）照明装置５０，反射型偏光
選択板３０として誘電体多層膜からなる図１０の反射型
偏光板３１を、また、液晶表示素子２０，光路変換素子
４０，複屈折媒体６０，広視野角を図るスクリーン１０
を用いた構成となっている。

【００７６】本実施例に適用する照明装置５０として
は、エッジライト型バックライト又は直下型バックライ
トを用いる。本実施例による照明装置５０は、光源５１
の出射光に少なくとも一軸方向に指向性を持たせるた
め、例えば、図１のように導光板５３の裏面に図面垂直
方向には一定の微細な溝を設け、背面反射板５４として
反射率の高い金属（アルミ・銀等）を配置する構成とな
っている。光源５１からの出射光の内、導光板５３の裏
面の左傾斜部に照射された成分は、反射され、指向性の
強い（図面左右方向）光として上部に出射される。一
方、右傾斜部に照射された成分は導光板５３中を導光す
ることにより面内の均一性が図れる。また、本実施例の
ようにストライプ溝を形成した導光体により、図面に垂
直方向の偏光成分が大きくする。従って、導光体のスト
ライプ溝方向と平行に、液晶表示素子２０の下側偏光板
１４Ｂを配置すれば更に好ましい構成となる。尚、この
構成については後述する。

【００７７】本実施例の照明装置は、光源５１が図面に
垂直方向に長く、その回りには反射板５２が配置され光
源５１からの出射光１１０を導光板５３に導くような構
成になっている。光源５１には冷陰極蛍光ランプを用い
たがこれに限定されるものではない。また、表示面側に
スクリーン１０を配置しているために、透過率の向上、
及び斜め入射に対する混色を無くす必要があり、少なく
とも図面左右方向には指向性を持たせることが必要であ
る。そこで、図７〜図９に示すように、本実施例による
照明装置５０の透明アクリル樹脂からなる導光板５３の
裏面は、微細な溝構造を形成することにより、導光板５
３からの出射光の少なくとも図面の左右方向に指向性を
持たせることのできる構成とした。

【００７８】この構成では、導光板５３への入射光１１
０の内、微細溝の傾斜部５３Ｂへ入射した光は、傾斜角
５３Ｄにより反射され出射光１１０Ａとして導光板５３
から出射される。一方、微細構造のフラット部５３Ａに
入射した光は、全反射し、導光体５３内を導光して図面
右方向へ伝播し、傾斜部へ入射した時のみ出射光110Aと
なり出射する。導光体５３裏面の微細構造は、ピッチ５
３Ｃを２００μｍ、傾斜角５３Ｄを４０度とした。但
し、ピッチ５３Ｃは１０μｍ〜１０００μｍ程度、傾斜
角５３Ｄは２０度〜５０度程度であれば良い。

【００７９】図３０により、本実施例で用いた照明装置
５０の出射特性を示す。

【００８０】図面垂直方向特性は２５Ａ、図面左右方向
特性は２５Ｂであり、一軸方向に指向性の強い照明装置
を実現できた。更に、この照明装置５０に、頂角が略９
０°でストライプ形状の光路変換素子４０（３Ｍ製の商
品名ＢＥＦ）を、導光体５３のストライプ溝に直交する
ように適用した出射特性を図３１に示す。図面垂直方向
特性は２５Ｃ、図面左右方向特性は２５Ｄであり、図面
垂直方向にも指向性の強い照明装置を実現できた。本実
施例では、指向性のより強い方向を液晶表示素子の画素
短軸方向に合わせた。

【００８１】液晶表示素子２０として、一対の透明基板
１１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３を挟持し、図面に垂直方
向にストライプ状のカラーフィルタ１２，出射側基板１
１Ａ及び入射側偏光板１１Ｂに吸収型偏光板、及びスク
リーン１０を配置する。ここで、液晶層１３は、９０度
捩じれを有するツイストネマチック層として、屈折率異
方性Δｎｄを０.４μｍとした。また、透明基板１１
Ａ，１１Ｂはコーニング７０５９ガラス基板を使用し、
その厚みを０.７mm とした。スクリーン１０は、吸収型
偏光選択板１４Ａの内側に配置する場合は偏光を維持す
ることが必要である。また、吸収型偏光板として日東電
工製の偏光板Ｇ１２２０ＤＵを用いた。図１において
は、液晶を一定方向にならべるために配向膜、液晶層１
３に電界を印加するための電極，スイッチング素子，配
線等は省略している。また、一画素の大きさはＲＧＢ各
１００μｍ×３００μｍとした。ここで、図面の垂直方
向に長軸を有する画素配置とした。液晶層１３として、
初期配向（電圧無印加時）として、ホモジニアス配向，
ツイスト配向及びホメオトロピック配向を用いることが
でき、ホモジニアス配向・ツイスト配向は正の誘電異方
性を持つ液晶，ホメオトロピック配向は負の誘電異方性
を有する液晶を用いる。ツイスト配向としては、９０度
ツイスト配向が代表的であるが限定されるものではな
い。

【００８２】本実施例によるスクリーン１０の詳細を図
２〜図４に示す。

【００８３】スクリーン１０は、球形状で、屈折率１.
７のビーズ１０Ａ及び黒色吸収体１０Ｂから構成され
ている。スクリーン１０は、図４に示すようにビーズ１
０Ａ，黒色吸収体１０Ｂを最密構造になるように配置す
る。スクリーン１０を出射側から見ると、１０Ｃで示さ
れるわずかな開口部を有し、その他の領域は１０Ｂの黒
色吸収体からなっている。このスクリーン１０への平行
入射光１０１Ａは、ビーズ１０Ａへの入射角及び屈折率
により開口部１０Ｃへ集光され、スクリーン１０から広
がって出射１０１Ｂされる。一方、スクリーン１０への
斜め入射光１０２Ａは、黒色吸収体１０Ｂにより吸収さ
れ出射されない。従って、この構成により、画像の解像
度を低下させる斜め入射光は吸収できることとなる。ま
た、ディスプレイは、オフィス環境等の外光が存在する
環境で使用されるが、本スクリーン１０は、図３，図４
に示すように表示面側から見た時はほとんどが吸収体１
０Ｂで覆われているために外光１５０Ａはほとんどが吸
収され、開口部１０Ｃの反射成分１５０Ｂがわずかに反
射されるのみである。従って、外光の存在する環境下に
おいても表示の黒輝度が上昇しコントラスト比を低下さ
せる事が無い構成とすることができる。本実施例では、
球状ビーズを配列したスクリーンを使用したが、半球の
マイクロレンズアレイとしても良い。更には、例えば、
少なくとも照明装置５０の指向性の強い方向に視野角拡
大効果のあるストライプ状のロッドレンズアレイを配置
してもよい。

【００８４】本実施例においては、導光体５３のストラ
イプ溝方向と、光路変換素子４０の溝方向を直交させ
て、導光体５３のストライプ溝方向と反射型偏光選択板
３０の偏光透過軸方向を合わせる構成とした。導光体５
３からの出射光１１０Ａは、図面に垂直方向の偏光成分
が大きく、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸を合わせ
ているため効率良く透過１１０Ｂして液晶表示素子２０
へ入射する。また、光路変換素子４０の変換軸も合わせ
ているために、１１０Ｂに直交する直線偏光である反射
光１１０Ｃも複屈折媒体６０で効率良く円偏光に変換さ
れ、反射板５４で反射され再び複屈折媒体６０を透過
し、１１０Ｂと同一の直線偏光１１０Ｄとなり、液晶表
示素子２０への入射光１１０Ｅとなる。その結果、光の
利用効率を図３９，図４１の構成と比較して２０％以上
向上することができる。また、本実施例の表示装置の解
像度も高く、視野角性能が従来の液晶表示素子には無い
全く階調間の反転が無く、色変化，コントラスト比変化
の視野角依存性がほとんど無い表示を得ることができ
た。

【００８５】図１の実施例の詳細を図５，図６に示す。

【００８６】本実施例では、照明装置５０の微細ストラ
イプ溝方向と略４５°になるように複屈折媒体６０の延
伸軸６１を配置し、光路変換素子４０のストライプ溝方
向４１を導光体５３の微細ストライプ溝方向と略平行に
なるように配置して構成した。その結果、ストライプ溝
方向４１には、平行度が高く、偏光透過軸１４ＡＡ方向
に平行度を高めた照明装置５０を実現することができ
た。尚、導光体５３からの出射光がストライプ溝方向の
偏光成分の高いことから、複屈折媒体６０を導光体５３
と反射板５４間に配置しても良い。また、液晶表示素子
２０の入射側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢ，出射側偏光
板の偏光透過軸１４ＡＡを図示するように直交させ、反
射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１を１４ＢＢと略平
行にし、更に、偏光透過軸３１と光路変換素子４０のス
トライプ溝方向４１を略直交に配置して構成した。この
構成により、図６に示すように導光体５３からの出射光
１１０Ａは前述のように１１０Ｃ，１１０Ｄの過程を通
って、１回のパスで効率良く偏光変換が行われるような
出射光１１０Ｂ，１１０Ｅとなっている。光路変換素子
４０が複屈折性を有する場合、光路変換素子４０と複屈
折媒体６０で１／４波長板として働くようにするか、光
路変換素子４０の複屈折性が無視できるように光軸を直
線偏光方向と合わせることが好ましい。

【００８７】図１の実施例では、反射型偏光選択板３０
としてタイプ１である図１０の３１を用いたが、タイプ
２の反射型偏光板を含め、光路変換素子を用いた時の最
適構造と、その詳細な実施例を図１５，図１６に示す。

【００８８】まず、図１５に反射型偏光選択板３０とし
てタイプ１の反射型偏光板３１を用いた照明装置を示
す。

【００８９】本実施例の断面図は、図１の断面方向とは
異なり、図１の断面方向の方位角を９０°回転した方向
の断面図を示している。

【００９０】図１５の構成では、導光板の裏面に反射板
５４を配置し、導光板上に複屈折媒体６０，光路変換素
子４０，反射型偏光板３１を配置した構成である。

【００９１】導光板から出射される出射光１３０は、図
面に平行方向の偏光成分が大きい出射光であり、光路変
換素子４０により正面方向に指向され、反射型偏光板３
１を透過１３１する。一方、反射型偏光板３１で反射さ
れた透過光１３１と直交する直線偏光１３２は、光路変
換素子を透過，屈折し、複屈折媒体６０を透過し、円偏
光１３３となる。また、この時、複屈折媒体６０は、斜
め入射に対して１／４波長板として作用する。反射板５
４で反射された円偏光１３４は、円偏光１３３と逆回り
の円偏光であり、複屈折媒体６０で直線偏光となり、光
路変換素子４０で屈折され、屈折光１３５は、反射型偏
光板３１の偏光透過軸と同一となり出射光１３６にな
る。このように１回のパスで効率良く偏光変換が実現で
きる。

【００９２】次に、図１６に反射型偏光選択板３０とし
てタイプ２の反射型偏光板３３を用いた照明装置を示
す。

【００９３】本実施例の断面図は、図１５と同様に図１
の断面方向の方位角を９０°回転した方向の断面図を示
している。導光板の裏面に反射板５４を配置し、導光板
上に複屈折媒体６１Ａ，６１Ｂ，光路変換素子４０，反
射型偏光板３３を構成する位相差板３３Ａ，コレステリ
ック層３３Ｂを配置した構成である。

【００９４】導光体から出射光１８０は、図面に平行方
向の偏光成分が大きい出射光であり、光路変換素子４０
により正面方向に指向され、コレステリック層３３Ｂを
透過１８１し、位相差板３３Ａで直線偏光に変換され
る。一方、コレステリック層３３Ｂで反射された透過光
１８１と逆回りの円偏光１８２は、複屈折媒体６１Ａで
直線偏光１８４に変換され、光路変換素子４０を透過，
屈折し、複屈折媒体６１Ｂを透過し、円偏光１８５とな
る。また、この時、複屈折媒体６１Ｂは、斜め入射に対
して１／４波長板として作用する。反射板５４で反射さ
れた円偏光１８６は、円偏光１８５と逆回りの円偏光で
あり、複屈折媒体６１Ｂで直線偏光となり、光路変換素
子４０で屈折され、屈折光１８７は、複屈折媒体６１Ａ
で円偏光１８７になり、コレステリック層３３Ｂを透過
し、円偏光１８９は、位相差板３３Ａで透過光１８２と
同一の直線偏光１９０となり出射される。このように、
１回のパスで効率良く偏光変換が実現できる。

【００９５】次に、更に従来のカラーフィルタによる吸
収損失を無くし光利用効率を向上させ低消費電力で明る
い表示を得るための実施例について示す。

【００９６】図１７に示すようにコレステリック層７
３，反射型色選択層７０としてコレステリック層７３と
は逆捩じれの２層コレステリック層７２と１／４波長板
として作用する位相差板７１，液晶表示素子２０の上部
側にスクリーン１０とで構成される。その他の構成は、
図１と同様に図２０に示された構成である。

【００９７】図１７において反射型色選択層７０は、特
定波長の特定偏光を透過し、特定偏光のその他の波長を
反射する。例えば三原色（赤，緑，青）の内の一色を透
過し、他の色を反射する。また、コレステリック層７３
は、少なくても可視波長領域で、一方の円偏光を透過
し、他方の円偏光を反射する。このように照明装置５０
上にコレステリック層７３，反射型色選択層７０，液晶
表示素子２０を配置することにより、前述のように各層
７０，７３からの反射光を再利用でき吸収損失の少ない
光利用効率の高い液晶表示装置を実現できる。

【００９８】次に、図２１に示される照明装置を用いた
液晶表示装置の実施例について図２０により説明する。

【００９９】本実施例による照明装置は、図２１に示す
ように導光体５３の裏面にはストライプ状微細溝を有
し、側面には光源５１及びランプカバー５２を備え、導
光体背面に反射板５４を配置する構成である。

【０１００】本実施例の照明装置５０は、ストライプ溝
に直交する方向の出射特性は指向性が高く、ストライプ
溝に平行方向は出射特性に広がりのある特性で、定性的
には３００，３０１で示される出射特性である。

【０１０１】ここで、図２１の照明装置の出射特性を図
３０に示す。

【０１０２】導光体５３の微細ストライプ溝方向に平行
方向は２５Ａ、それに垂直方向は２５Ｂのような特性に
なり、一軸方向は十分に平行度を高めることができた。

【０１０３】本照明装置５０を適用した実施例を図２０
に示す。

【０１０４】導光体５３のストライプ溝方向と、光路変
換素子４０の溝方向を直交させて、導光体５３のストラ
イプ溝方向と反射型偏光選択板３０の偏光透過軸方向を
合わせた。導光体からの出射光ストライプ溝に平行方向
の偏光成分が大きく、反射型偏光選択板３０の偏光透過
軸を合わせているために効率良く透過し、液晶表示素子
２０へ入射する。また、光路変換素子４０の変換軸と反
射型偏光選択板３０の偏光透過軸を略平行するように合
わせている構成である。この構成のより、導光体５３か
らの偏光成分の高い方向を合わせているため効率良く偏
光変換が達成でき光利用効率を大幅に向上できる。ま
た、本実施例の表示装置の解像度も高く、視野角性能が
従来の液晶表示素子には無い全く階調間の反転が無く、
色変化，コントラスト比変化の視野角依存性がほとんど
無い表示を得ることができる。

【０１０５】次に、本発明による反射型色選択層７０，
反射型偏光選択板７３の作用について図１８を用いて詳
細に説明する。

【０１０６】反射型色選択層７０の一例として、コレス
テリックの選択反射を利用したコレステリック層７２Ａ
〜７２Ｃと各波長に対して１／４波長として作用する位
相差板７１を用いる。この位相差板７１は、各色におい
て１／４波長として作用するようにコレステリック層７
２同様に各色毎に配置されていても良い。反射型偏光選
択板７３として例えば、少なくても３原色に対して特性
反射を有するコレステリック層を用い、コレステリック
層７２Ａ〜７２Ｃとは逆ねじりの層とする。反射型色選
択層７０としてのコレステリック層７２Ａ〜７２Ｃと位
相差板７１及び反射型偏光選択板としてのコレステリッ
ク層を導光部と反射部からなる照明装置上に配置する。

【０１０７】この反射型偏光選択板７３としてのコレス
テリック層を用いることは既に知られており、特開平3
−45906号公報，特開平6−324333 号公報に開示された
技術を適用することができる。コレステリック層による
選択反射波長λ＝(ｎｏ＋ｎｅ)／２Ｐはコレステリック
の螺旋ピッチＰ，材料の常方向ｎｏ，異常方向屈折率ｎ
ｅで決まり、選択反射帯域Δλ＝ΔｎＰは、屈折率異方
性Δｎ＝ｎｅ−ｎｏと螺旋ピッチＰで決まる。しかしな
がら、Δｎは高々０.３程度であり全可視域をカバーす
ることができないため、異なるピッチのコレステリック
層を積層あるいは、コレステリック層内でピッチを変化
させて対応する。また、反射型色選択層７０としてのコ
レステリック層７２Ａ〜７２Ｃは、反射型偏光選択板７
３と同様の材料を用いることができ、赤，緑，青の特性
反射をするようにそれぞれの層の螺旋ピッチを設定す
る。選択反射中心波長、選択反射帯域は限定されない
が、それぞれの中心波長を４７０ｎｍ，５５０ｎｍ，６
２０ｎｍとし、特性反射帯域を±３５ｎｍ程度が好まし
い。

【０１０８】説明の都合上、コレステリック層７２Ａ〜
７２Ｃは右捩じれ、反射型偏光選択板７３として用いる
コレステリック層７３は左捩じれとする。従って、コレ
ステリック層７３は、可視領域で左円偏光を反射し、右
円偏光を透過する。また、コレステリック層７２Ａ〜７
２Ｃはそれぞれ、赤色の右円偏光，緑色の右円偏光，青
色の右円偏光を反射し、それ以外の色を透過する。

【０１０９】透明アクリル樹脂からなる導光部からの白
色無偏光である出射光２００は、反射型偏光選択板であ
るコレステリック層７３に入射し、透過光は白色の右円
偏光２０１に反射光は白色の左円偏光２０３となる。透
過光である白色の右円偏光２０１は、コレステリック層
７２Ａ，７２Ｃに入射し、緑色の右円偏光２０２が透過
し、青色，赤色の右円偏光２０６は反射される。また、
透過した緑色の右円偏光は位相差板７１により緑色の直
線偏光２１３になる。

【０１１０】一方、反射された白色の左円偏光２０３
は、導光部の裏面に配置された反射板５４で反射され、
左円偏光２０７になり、コレステリック層７３を透過す
る。コレステリック層７３を透過した白色の右円偏光は
コレステリック層７２Ｂ，72Ｃに入射し、赤色の右円偏
光２０５のみが透過し、残りの右円偏光２１１は反射さ
れる。透過した右円偏光２０５は、位相差板７１により
緑色の直線偏光２１３と同一方向の赤色直線偏光２１４
に変換される。

【０１１１】反射された青色，赤色の右円偏光２０６は
反射板５４で反射され青色，赤色の左円偏光２０７にな
り、コレステリック層７３で左円偏光２０８のまま反射
され、再び反射板５４で反射され右円偏光２０９にな
る。右円偏光２０９は、コレステリック層７３を透過
し、コレステリック層７２Ａ，７２Ｂへ入射し、青色右
円偏光２１０のみ透過し、残りは反射される。透過した
青色右円偏光２１０は、位相差板７１で直線偏光２１
３，２１４と同一方向の直線偏光２１５に変換される。
ここで、導光部５３，反射板５４に散乱による偏光解消
がない場合を例に挙げて説明したが、偏光解消がある場
合には、所望の偏光成分のみ透過し、不要の偏光成分は
反射されることを繰り返すことにより光の再利用が行わ
れる。

【０１１２】また、反射型色選択層であるコレステリッ
ク層からの反射光２１１，２１２は、上記と同様な現象
で再利用される。

【０１１３】次に、反射型色選択層７０，反射型偏光選
択板７３の作用について図１９を用いて説明する。

【０１１４】反射型色選択層７０の一例として、各色の
直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反
射する誘電体多層膜７４Ａ〜７４Ｃを利用する。反射型
偏光選択板として例えば、少なくても３原色に対して直
交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射
する誘電体多層膜７３Ｂとする。誘電体多層膜７４Ａ〜
７４Ｃと誘電体多層膜７３Ｂの偏光方向は略等しく配置
する。反射型色選択層７０としての誘電体多層膜層７４
Ａ〜７４Ｃ及び反射型偏光選択板としての誘電体多層膜
層７３Ｂを導光部と反射板からなる照明装置上に配置す
る。好ましくは、各波長に対して１／４波長として働く
位相差板６１Ｃを誘電体多層膜７３Ｂと反射板５４間に
配置する。更に好ましくは、反射型色選択層である層に
合わせてストライプ状にして各色に対して位相差を合わ
せた位相差板６１Ｃとする。更に、好ましくは指向性を
高めるために光路変換素子４０を配置しても良い。

【０１１５】この反射型偏光選択板としての誘電体多層
膜７３Ｂを用いることは既に知られており、例えばＷＯ
９５／２７９１９に開示された技術を適用することがで
きる。また、反射型色選択層７０としての誘電体多層膜
層７４Ａ〜７４Ｃは、反射型偏光選択板と同様の材料を
用いることができ、赤，緑，青の直交する直線偏光の一
方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射するよう
にそれぞれの層を設定する。

【０１１６】説明の都合上、図面に垂直方向の直線偏光
を＋として、図面の左右方向の直線偏光を−として表記
する。透明アクリル樹脂からなる導光部からの白色無偏
光である出射光２００Ａは、反射型偏光選択板である誘
電体多層膜７３Ｂに入射し、透過光は白色の＋直線偏光
２０１Ａに反射光は白色の−直線偏光２０３Ａとなる。
透過光である白色の＋直線偏光２０１Ａは、誘電体多層
膜層７４Ａ，７４Ｃに入射し、緑色の＋直線偏光２０２
Ａが透過し、青色，赤色の＋直線偏光２０９Ａは反射さ
れる。

【０１１７】一方、反射された白色の直線偏光２０３Ａ
は、位相差板６１Ｃで右円偏光204Aに変換され、導光部
５３の裏面に配置された反射板５４で反射され、左円偏
光２０５Ａになり、再び位相差板６１Ｃを透過して、＋
直線偏光２０６Ａに変換され、誘電体多層膜層７３Ｂを
透過し、＋直線偏光２０７Ａになる。誘電体多層膜層７
３Ｂを透過した＋直線偏光２０７Ａは誘電体多層膜層７
４Ｂ，７４Ｃに入射し、赤色の＋直線偏光２０８Ａのみ
が透過し、残りの＋直線偏光２１８Ａは反射され、同様
な原理で再利用される。

【０１１８】反射された青色，赤色の＋直線偏光２０９
Ａは、位相差板６１Ｃで左円偏光２１０Ａに変換され、
反射板５４で反射され青色，赤色の右円偏光２１１Ａに
なり、再び位相差板６１Ｃに入射し、−直線偏光２１２
Ａになり、誘電体多層膜層７３Ｂで反射され反射された
−直線偏光２１３Ａは、位相差板６１Ｃを透過後右円偏
光２１４Ａになり、反射板５４で反射され左円偏光２１
５Ａになり、再び位相差板６１Ｃを透過し＋直線偏光２
１６Ａとなり、誘電体多層膜層７３Ｂを透過する。透過
光である＋直線偏光２１６Ａは、誘電体多層膜層７４
Ａ，７４Ｂに入射し、青色の＋直線偏光のみが透過し、
残りが反射され反射光２１９Ａとなり同様な原理で再利
用される。ここで、導光部，反射板５４に散乱による偏
光解消がない場合を例に挙げて説明したが、偏光解消が
ある場合には、所望の偏光成分のみ透過し、不要の偏光
成分は反射されることを繰り返すことにより光の再利用
が行われる。

【０１１９】以上のように図１８，図１９で反射型色選
択層７０と反射型偏光選択板７３の作用について述べた
が、反射型色選択層７０にコレステリック層，反射型偏
光層７３に誘電体多層膜層を、反射型色選択層７０に誘
電体多層膜層，反射型偏光選択板７３にコレステリック
層を用いることもでき、これに限定されるものではな
い。

【０１２０】更には、図１８，図１９で説明した反射型
偏光選択板７３の視野角特性は、一般的に吸収型偏光板
と比較すると悪い（斜め入射により所望の偏光状態から
ずれた偏光状態になる）ので、照明装置の平行度に合わ
せて必要であれば、液晶表示素子の入射面側に図２６に
示すよう吸収型偏光選択板１４Ｂを配置することが好ま
しい。更に、反射型色選択層７０の視野角特性も一般に
悪く、斜め入射により偏光状態が所望の偏光状態からず
れるため、照明装置の平行度に合わせて、必要であれ
ば、液晶表示素子内に吸収型色選択層としてカラーフィ
ルタを配置することが好ましい。更には、反射型色選択
層７０の視野角依存性を補償するために、斜め入射光を
吸収する図２〜図４に示すようなスクリーンを用いるこ
とが好ましい。また、反射型色選択層７０の視野角依存
性を補償するために、所望の色以外を吸収する色素等を
混入又は積層することができる。

【０１２１】更には、反射型色選択層をストライプ状に
配置しそのストライプ方向に直交する方向に指向性を有
する照明装置を用い、表示面側でその指向性を有する方
向のみ拡散させることで反射型色選択層間の混色のない
広視野角な表示を得る。このように反射型色選択層をス
トライプ状に配置すれば、そのストライプ方向には指向
性を設けることなく画素（画素）間の混色による画質の
劣化を排除することができる。また、照明装置も一方向
にのみ平行度（指向性）を高めることにより、照明装置
自体の出射光量を増加させることができるばかりか、構
造も単純化することができる。例えば、上記照明装置の
ストライプ微細溝を反射型色選択層のストライプ方向と
略平行にし、導光体上部のレンズシートを省くことがで
きる。

【０１２２】更に、反射型色選択層の液晶層側に第２の
吸収型偏光選択層を配置することで、斜め入射に対する
反射型色選択層の特性変化（色変化，偏光変化）を補償
し、斜め入射光に対する色再現性の高い表示を得る。ス
トライプ方向には、光源の広がりが存在しても、ストラ
イプ方向は同色であるために混色等の問題がなくなるば
かりか、光の利用効率を劣化させることなく、指向性を
高めることができ光利用効率の高いカラー液晶表示装置
が実現できる。

【０１２３】更に好ましくは、反射型色選択層のストラ
イプ方向には視野角が広い液晶表示モードを用いること
で、表示面側の拡散板で拡散されない方向での斜め入射
光においても表示品質の高い表示を得る。更に好ましく
は、ランプの長手方向と該色選択層のストライプ方向が
略平行に配置することで照明装置の構成が容易になる。

【０１２４】上記手段を用いることで、従来問題であっ
た基板の厚みによる画質の劣化及び、斜め入射に対する
コントラスト比，表示色等の表示性能の劣化を防止で
き、吸収損失の少ない低消費電力で明るい表示装置を得
ることができる。つまり、光源の全方位での平行度を高
め、液晶表示素子の出射側に光拡散層を配置すること
で、反射型色選択層及び液晶層を透過する光を基板に略
垂直に透過させ、表示面側で光拡散させて広視野角を実
現する。このため、従来問題であった斜め入射に対する
問題は解決され、視野角による画質劣化のない広視野角
な表示装置を得ることができる。更には、反射型色選択
層及び反射型偏光選択板からの反射光を効率良く利用で
き光の再利用による効率向上も図れる。

【０１２５】次に、カラーフィルタによる吸収損失を低
減し、光利用効率を向上させ低消費電力で明るい表示を
実現するための反射型の色選択層を用いた実施例図１７
の効果・作用について説明する。従来の照明装置では画
像の不鮮明さ，混色の問題が生じた。そこで、反射型色
選択層７０は、液晶層１３のピッチに合わせて図面に垂
直方向にストライプ状（画素（画素）に合わせてピッチ
１００μｍ）の構造とした。本発明に用いた照明装置５
０は、図面の左右方向に指向性の強い、つまり、平行度
の高い出射光特性を有する。これにより、反射型色選択
層７０のストライプに垂直方向は、平行度が高いため、
反射型色選択層７０を透過した光が液晶表示素子の同一
の色に対応する画素を通過し、上部のスクリーン１０に
より図面の左右方向に広げられ、画像の不鮮明さ，コン
トラスト比の低下，色純度の低下のない広視野角な表示
を得ることができた。一方、図面に垂直方向は、同一の
色を表示するために、必ずしも光源の平行度が高い必要
はなく、照明装置５０からの出射光を広げずにそのまま
の表示を見るように、しかしながら、反射型色選択層７
０の視野角依存性を考慮して、照明装置の指向性をつけ
ることが必要である。照明装置５０からの出射光におい
て指向性の強い方向は少なくても広げ、それに垂直方向
にはスクリーン１０が必ずしも広げる必要がない。これ
により、少なくても反射型色選択層７０のストライプに
垂直方向にのみ平行度を高めれば、ガラス基板の厚みに
よる混色を排除することができ、広視野角な表示が可能
となった。本実施例では、画像の混色が無く，コントラ
スト比も高い特性を得ることができた。

【０１２６】以上のように本実施例では、画像が不鮮明
になることなく、広視野角な表示が実現できた。また、
従来の偏光板，カラーフィルタによる吸収損失を低減で
き光利用効率が大幅に向上した。まず、導光体５３から
の出射光は無偏光であるが、コレステリック層７３で一
方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。透過
した円偏光は反射型色選択層７２で色選択を受け所望の
色の円偏光のみ透過（異なる色は反射）し位相差板７１
で直線偏光になり、液晶層１３で偏光変調を受け吸収型
偏光選択板１４Ａで選択され画像信号に合わせた表示が
される。一方、コレステリック層７３で反射された他方
の円偏光は、導光体裏面の反射板５４で反射され逆回り
の円偏光となりコレステリック層７３を透過し同様に表
示に利用される。同様に、反射された異なる色の反射光
は、導光体裏面の反射板５４で反射を繰り返すうちに所
望の色選択層に入射した時に再利用される。従って、反
射板５４や選択層７２に若干の吸収損失があるが原理的
にはすべての光が再利用され光利用効率が大幅に向上で
きた。本実施例では、コレステリック層７３及び色選択
層７２が無い時と比較して光利用効率が約３.５倍に向
上した。

【０１２７】次に、一軸及び全方位における平行度の高
い照明装置の実施例について説明する。これまで実施し
た照明装置は勿論用いることができるがそれ以外の実施
例を示す。

【０１２８】照明装置５０Ａの実施例として図２２に示
す照明装置５０上にストライプ状の三角断面形状を有す
る光路変換素子４０としてレンズシートを用いて、図面
奥行き方向にも指向性を有する特性とした。本実施例で
は、頂角４０Ａを９０度、ピッチを５０μｍとしたが、
限定されるものではない。その結果、左右方向出射特性
３００Ａ，垂直方向出射特性３０１Ａに示すように全方
位で指向性を強めることができ平行度を向上できた。そ
の時の出射特性を図３１に示すが、左右方向出射特性２
５Ｄはやや広がったが、垂直方向出射特性２５Ｃの指向
性を高めることができた。この照明装置５０Ａを図１７
に適用することで、指向性による正面輝度の向上と共
に、反射型色選択層のストライプ方向の斜め入射光を低
減でき視野角における色再現性が向上した。また、この
時スクリーン１０として、図２，図３，図４に示すスク
リーンを配置することで、液晶層１３の透過光を全方位
にわたり広げることができ、視野角特性が向上できた。
本実施例では、画像の混色が無い、コントラスト比の高
い特性を得ることができた。

【０１２９】レンズシートに代わり、図２３に示すコリ
メートシート４１を適用する照明装置５０Ｂの実施例を
図２４に示す。コリメートシート４１としては、ストラ
イプ状の配置で底面が狭くなった透明アクリル樹脂から
なり、ピッチ４mm，高さ４mm，底面１mmの形状を用い
た。底面が狭く上面に近づくにしたがい広がる構造であ
れば、形状は限定されるものではない。この結果、この
コリメートシート４１の底面に入射した光は、図面左右
方向にのみ指向性を向上した３００Ｂのような特性にな
り、図面奥行き方向は３０１Ｂに示す入射光視野角特性
を反映した広がりのある特性となる。このコリメートシ
ート４１のストライプ方向を照明装置５０の溝方向と直
交するように配置して、導光板５３とコリメートシート
４１間は屈折率の略等しい透明媒体で接合した。この結
果、導光体５３の裏面の微細傾斜溝部で反射された光の
み出射されるが、それ以外のコリメートシート４１が無
いときには導光板５４内で全反射され導光した光もコリ
メートシート４１の底面に入射した光は出射される。従
って、左右方向の出射特性３００Ｃは、導光体５３裏面
の微細溝により平行光化され、垂直方向出射特性３０１
Ｃは、コリメートシート４１により平行光化される。好
ましくは、コリメートシート４１の接着部を底面全域で
は無く、導光板５３裏面の微細溝に平行に一定間隔で接
着する。この照明装置５０Ｂを図１７に適用すると、指
向性による正面輝度の向上と共に、反射型色選択層７０
のストライプ方向の斜め入射光を低減でき視野角におけ
る色再現性が向上した。

【０１３０】次に、液晶表示素子２０の異なる実施例に
ついて説明する。

【０１３１】液晶表示素子２０の実施例を図２５に示
す。

【０１３２】照明装置５０として図１８と同等の構造を
用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用でき
る。図１８の実施例と異なる点は、反射型色選択層７
０，反射型偏光選択板７３を透明基板１１Ｂの内側に配
置した点である。本実施例では、反射型色選択層７０を
内部に配置することがポイントで、反射型偏光選択板７
３は、画素（画素）合わせが必要無いため透明基板１１
Ｂの照明装置側に配置しても良い。図１８においては、
透明基板１１Ａ，１１Ｂの厚みが画像を不鮮明にする要
因である。つまり照明装置からの出射光の平行度が悪い
と反射型色選択層７０と液晶層１３の画素が異なる領域
を透過することになり混色等を生じる。本構成とするこ
とで、透明基板１１Ｂの厚みの影響は無くなり照明装置
５０の平行度が少なくても鮮明な画像を得ることができ
る。

【０１３３】液晶表示素子２０の他の実施例を図２６に
示す。

【０１３４】照明装置５０として図１８と同等の構造を
用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用でき
る。図１８の実施例と異なる点は、吸収型偏光選択板１
４Ｂを透明基板１４と反射型色選択層７０間に配置し
た。吸収型偏光選択板１４Ｂとして日東電工製の偏光板
G1220DU を用いた。本実施例では、反射型色選択層７
０，反射型偏光選択板７３としてコレステリック層を用
いており、偏光度及び偏光の視野角依存性が吸収型偏光
選択層と比較して悪いのが現状である。従って、反射型
偏光選択板７３，反射型色選択層７０上に吸収型偏光選
択板１４Ｂを配置することで、７０層からの不要な偏光
を吸収型偏光選択板１４Ｂで吸収することができ、透過
光の偏光特性が向上し、表示のコントラスト比が向上で
きる。

【０１３５】液晶表示素子２０の他の実施例を図２７に
示す。

【０１３６】照明装置５０として図２６と同等の構造を
用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用でき
る。図２６の実施例と異なる点は、吸収型偏光選択板１
４Ｂを透明基板１１Ｂと反射型色選択層７０間に配置し
た。吸収型偏光選択板１４Ｂとして日東電工製の偏光板
G1220DU を用いた。本実施例では、反射型色選択層７
０，反射型偏光選択板７３としてコレステリック層を用
いており、偏光度及び偏光の視野角依存性が吸収型偏光
選択層と比較して悪いのが現状である。従って、反射型
偏光選択板７３，反射型色選択層７０上に吸収型偏光選
択板１４Ｂを配置することで、７０層からの不要な偏光
を吸収型偏光選択板１４Ｂで吸収することができ、透過
光の偏光特性が向上し、表示のコントラスト比が向上で
きる。図２６と比較してより鮮明な画像を得ることがで
きた。

【０１３７】また、本実施例では、吸収型色選択層であ
るカラーフィルタを除いた構成で説明したが、色純度あ
げるためにカラーフィルタを配置しても良い。カラーフ
ィルタを配置すると表示色の色再現性が向上できる。

【０１３８】次に、スクリーン１０の更なる実施例につ
いて説明する。

【０１３９】スクリーン１０Ｄの特性の一例を図２８に
示す。前記実施例では、スクリーン１０としては、左右
方向には３０２Ａのように出射特性を有し、垂直方向に
は３０３Ａに示すように広がりの無い特性を有する一軸
光拡散層として住友化学製のルミスティーを使用でき
る。本実施例においては、一軸散乱性を有するスクリー
ン１０Ｄとして、図２９に示すストライプ状のロッドレ
ンズアレイ（ピッチは約５０μｍ）を使用した。本実施
例で使用した照明装置５０は、左右方向に指向性の強い
ものであり、液晶層１３透過後に一軸光散乱層として働
くスクリーン１０Ｄで広げることで、鮮明で広視野角な
表示を実現できた。好ましくは、図２〜図４に示すよう
に出射側の吸収体を配置することが良い。

【０１４０】以上、一軸又は全方位平行度の高い照明装
置、一軸又は全方位出射光を広げるスクリーン，反射型
偏光板，光路変換素子，反射型色選択層を使用した液晶
表示装置の実施例を説明したが、それぞれ組み合わせて
適用することが可能である。また、本実施例は、液晶の
表示モードは限定されるものではない。

【０１４１】以上、本発明において、反射型の色選択
層，偏光選択層，光路変換素子，スクリーンを用いて広
視野角で光利用効率の高い液晶表示装置が実現できる。
正面輝度を向上させるために光路変換素子を適用した時
の光路変換素子と偏光板の最適化な軸配置を規定し、反
射型偏光板からの反射光の偏光を維持でき、かつ、指向
性を向上できる導光体を用いて、光利用効率及び正面輝
度の向上を実現することができる。

【０１４２】更には、偏光板・カラーフィルタによる吸
収損失を無くし、光利用効率の向上を目指すものである
が、従来技術では問題であったガラス基板の厚みによる
画質の劣化（不鮮明さ）及び、斜め方向での画質の劣化
（コントラスト比低下，表示色の劣化）を排除し、斜め
方向から見た場合でも表示品質の高い広視野角のカラー
液晶表示装置を得ることにある。

【０１４３】

【発明の効果】以上のような構成により、本発明によれ
ば低消費電力で広視野角な表示を行うことができる液晶
表示装置を提供するができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの
断面図である。

【図３】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの
断面図である。

【図４】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの
図である。

【図５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図７】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図８】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図１０】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光
板の断面図である。

【図１１】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光
板の断面図である。

【図１２】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光
板の断面図である。

【図１３】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図１４】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図１５】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図１６】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図１７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図１８】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図１９】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図で
ある。

【図２０】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２１】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２２】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２３】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２４】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２８】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーン
作用を示す断面図である。

【図２９】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図３０】本発明の照明装置の特性を示す図である。

【図３１】本発明の照明装置の特性を示す図である。

【図３２】従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【図３３】従来の液晶表示装置の作用を示す断面図であ
る。

【図３４】従来の液晶表示装置の作用を示す断面図であ
る。

【図３５】従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【図３６】従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【図３７】従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【図３８】従来の液晶表示装置を示す断面図である。

【図３９】本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…スクリーン、２０…液晶表示素子、３０…反射型
偏光選択板、４０…光路変換素子、５０…照明装置、６
０…複屈折媒体、７０…反射型色選択層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者平方純一千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者森祐二千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明装置と、該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、該光路変換素子の上部に配置し、偏光透過軸を前記照明
装置からの出射光の偏光透過率が高くなるようにした反
射型偏光板と、該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御する
液晶表示素子と、該液晶表示素子の上部に配置したスクリーンと、を有す
る液晶表示装置。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示装置において、前記反射型偏光板は、該反射型偏光板の偏光透過軸と前
記液晶表示素子の画素の長軸方向とが略平行になるよう
に配置する構成とした液晶表示装置。
【請求項３】請求項２記載の液晶表示装置において、前記反射型偏光板は、さらに前記画素の短軸方向に指向
性を持たせる構成とし、前記スクリーンは、前記画素の短軸方向においては出射
光を広げる構成とした液晶表示装置。
【請求項４】請求項３記載の液晶表示装置において、前記反射型偏光板は、前記偏光透過軸と前記光路変換素
子の光路変換軸とが略垂直になるように配置する構成と
した液晶表示装置。
【請求項５】請求項４記載の液晶表示装置において、前記スクリーンは、外光を吸収し前記照明装置からの出
射光を透過する構成である液晶表示装置。
【請求項６】請求項１記載の液晶表示装置において、前記照明装置と前記光路選択素子の間に複屈折媒体を有
した液晶表示装置。
【請求項７】請求項１記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該
透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板
を挟持するように配置された一対の吸収型偏光板とを有
する液晶表示装置。
【請求項８】請求項１記載の液晶表示装置において、前記照明装置は、板状の導光体とその周辺に近接配置さ
れた光源を有しており、該光源から出射された光が前記
導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよ
う構成され、前記導光体の光出射面の裏面には、微細な
傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は段差で構成された
反斜面を備え、該反斜面は前記傾斜面部分が鏡面化され
ており、該導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して
反射板が設けられた構成である液晶表示装置。
【請求項９】請求項１〜８いずれかに記載の液晶表示装
置において、前記光路変換素子は、等方性媒体もしくは一軸性複屈折
媒体である液晶表示装置。
【請求項１０】請求項２又は３記載の液晶表示装置にお
いて、前記液晶表示素子の画素に対応して反射型色選択層を有
している液晶表示装置。
【請求項１１】請求項７記載の液晶表示装置において、少なくともある方位における前記照明装置からの出射光
半値幅θ₁(ピーク輝度の１／２になる角度範囲）が前記
透明基板の厚み、屈折率をそれぞれｔ，ｎとし、前記液
晶表示素子の画素短辺の長さをｄとすると、次式の関係
を満足する液晶表示装置。
【請求項１２】請求項１０記載の液晶表示装置におい
て、少なくとも前記反射型色選択層のストライプ方向には視
野角が広い方向になるように前記液晶層，前記反射型偏
光選択板，前記吸収型偏光選択層，前記反射型色選択層
を配置した液晶表示装置。
【請求項１３】照明装置と、該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、該光路変換素子の上部に配置した反射型偏光板と、該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御し、
画素の長軸方向を前記照明装置からの直線偏光成分出射
光の高い方向と略平行になるようにした液晶表示素子
と、該液晶表示素子の上部に配置したスクリーンと、を有す
る液晶表示装置。
【請求項１４】請求項１３記載の液晶表示装置におい
て、前記照明装置と前記光路選択素子の間に、複屈折媒体を
有する液晶表示装置。
【請求項１５】請求項１３記載の液晶表示装置におい
て、前記照明装置は、板状の導光体とその周辺に近接配置さ
れた光源を有しており、該光源から出射された光が前記
導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよ
う構成され、前記導光体の光出射面の裏面には、微細な
傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は段差で構成された
反斜面を備え、該反斜面は前記傾斜面部分が鏡面化され
ており、該導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して
反射板が設けられた構成である液晶表示装置。
【請求項１６】請求項１３〜１５いずれかに記載の液晶
表示装置において、前記光路変換素子は、等方性媒体もしくは一軸性複屈折
媒体である液晶表示装置。
【請求項１７】請求項１３〜１６いずれかに記載の液晶
表示装置において、前記液晶表示素子の画素に対応して反射型色選択層を有
している液晶表示装置。
【請求項１８】請求項１３〜１７いずれかに記載の液晶
表示装置において、前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該
透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板
を挟持するように配置された一対の吸収型偏光選択板と
を有する液晶表示装置。
【請求項１９】請求項１８記載の液晶表示装置におい
て、少なくともある方位における前記照明装置からの出射光
半値幅θ₁(ピーク輝度の１／２になる角度範囲）が前記
透明基板の厚み、屈折率をそれぞれｔ，ｎとし、前記液
晶表示素子の画素短辺の長さをｄとすると、次式の関係
を満足する液晶表示装置。
【請求項２０】照明装置と、該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、該光路変換素子の上部に配置し、偏光透過軸を前記照明
装置からの出射光の偏光透過率が高くなるようにした反
射型偏光板と、該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御し、
画素の長軸方向を前記照明装置からの直線偏光成分出射
光の高い方向と略平行になるようにした液晶表示素子
と、該液晶表示素子の上部に配置したスクリーンと、を有す
る液晶表示装置。
【請求項２１】請求項２０記載の液晶表示装置におい
て、前記照明装置は、裏面に反射板を有する液晶表示装置。
【請求項２２】請求項２０又は２１記載の液晶表示装置
において、前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該
透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板
を挟持するように配置された一対の吸収型偏光選択板と
を有する液晶表示装置。