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WO1998002774A1 - Liquid crystal display and back-light device - Google Patents

Liquid crystal display and back-light device Download PDF

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WO1998002774A1
WO1998002774A1 PCT/JP1996/001946 JP9601946W WO9802774A1 WO 1998002774 A1 WO1998002774 A1 WO 1998002774A1 JP 9601946 W JP9601946 W JP 9601946W WO 9802774 A1 WO9802774 A1 WO 9802774A1
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WO
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liquid crystal
crystal display
light
optical element
light guide
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PCT/JP1996/001946
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English (en)
French (fr)
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Junichi Hirakata
Tatsuhisa Fujii
Tatsuyuki Fumikura
Hitomi Madokoro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Device Engineering Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Device Engineering Co Ltd
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/133528—Polarisers
    • G02F1/13355—Polarising beam splitters [PBS]

Definitions

  • Liquid crystal display device and backlight device Liquid crystal display device and backlight device
  • the present invention relates to a liquid crystal display device and a backlight device of a simple matrix type or an active matrix type. In particular, by providing an optical element for improving light use efficiency, a bright and high contrast ratio is obtained.
  • the present invention relates to a liquid crystal display device and a backlight device with low power consumption.
  • Conventional liquid crystal display devices capable of large-capacity display include a super twisted nematic type (STN) and a thin film transistor type (TFT), which control the amount of transmitted light.
  • STN super twisted nematic type
  • TFT thin film transistor type
  • a pair of polarizing plates is provided with a liquid crystal layer interposed therebetween.
  • this polarizing plate was able to transmit only one-way polarized light component due to absorption of a dichroic dye represented by iodine, and was able to use only 50% of the light amount of the backlight. Therefore, there is a problem that the display screen is large, the contrast ratio is low, the power consumption is large, and if the battery is driven, it cannot be used for a long time.
  • a polymer disperse liquid crystal (PDLC) method has been proposed as a display method that does not use a polarizing plate as a means of increasing the light use efficiency of the backlight.
  • PDLC polymer disperse liquid crystal
  • An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device and a backlight device that have high light use efficiency, are bright, have a high contrast ratio, and consume less power.
  • a liquid crystal display device of the present invention comprises a pair of substrates, at least one of which is transparent and has an electrode, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates,
  • a liquid crystal display device comprising: a liquid crystal display element including voltage control means for applying a voltage to the liquid crystal layer to change the amount of light transmitted through the liquid crystal layer; and a light source device disposed on the side opposite to the viewing direction of the liquid crystal display element.
  • a first optical element between the liquid crystal display element and the light source device for transmitting a single polarization component of light from the light source device and reflecting another polarization component;
  • a second optical element for dispersing an arbitrary polarization component of light into a plurality of polarization components is provided between the first optical element and the light source device.
  • the light source device includes a light guide, a light emitting element provided on an end face of the light guide, and a reflector disposed on a side opposite to the observation direction of the light guide. If the vibration direction of the light of the single polarization component passing through the first optical element is different from the liquid crystal direction at the liquid crystal layer side interface of one of the substrates adjacent to the first optical element, A third optical element (rotatory element) for rotating the light oscillation direction in a direction substantially parallel to the liquid crystal alignment direction is disposed between the first optical element and the liquid crystal display element.
  • the liquid crystal display device is of the STN type, since the display principle is different from that of the TFT type, the angle between the light oscillation direction and the liquid crystal alignment direction is 20. ⁇ 70. In the range of.
  • the light that has passed through the first optical element is light having a single polarization component, so that the light is absorbed by the polarizing plate disposed on the light source device side. Is not in principle. Therefore, when the liquid crystal display element is sandwiched between a pair of polarizing plates, and the oscillation direction of the light of the single polarization component passing through the first optical element is the polarizing plate adjacent to the first optical element. If the polarization axis is different from that of the first optical element and the polarizing plate, an optical rotation element for rotating the oscillation direction of the light in a direction substantially parallel to the polarization axis direction of the polarizing plate. To be placed. In this regard, the STN and TFT types are common.
  • the first optical element may be composed of two or more thin films having different refractive indexes.
  • the ratio of the refractive index of two adjacent thin films among the above thin films is 1.1 or more.
  • the optical pitch of the third optical element be 2 ⁇ m or more, and that the rotation angle be less than 90 °.
  • a backlight device for achieving the above object includes a light guide, a light emitting element provided on an end face of the light guide, a reflector disposed on one of the light guides, and the other of the light guides.
  • a first optical element polarization splitting element
  • a second optical element a depolarizer
  • the polarizing beam splitter also has the function of the polarization separating element.
  • the light source device is a transparent light guide plate, a linear light source arranged on at least one end face of the light guide plate, and a light guide opposite to the observation direction side of the light guide.
  • the light guide plate is formed of an arranged reflector, and the surface on the observation direction side of the light guide plate forms a prism array that transmits a single polarization component of light from inside the light guide and reflects another polarization component.
  • a liquid crystal display device or a backlight device including an optical element between the light guide plate and the reflection plate for dispersing an arbitrary polarization component of light into a plurality of polarization components may be applied.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the liquid crystal display device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an optical path of a polarization component of the liquid crystal display device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the first polarization separation element of the liquid crystal display device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the second polarization separation element of the liquid crystal display device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the liquid crystal display device of the present invention.
  • 1a and 1b are polarizing plates
  • 2 is a liquid crystal layer
  • 3a and 3b are substrates sandwiching liquid crystal
  • 4 is an optical rotation element
  • 5 is a polarization separation element
  • 6 is a depolarizer
  • 7 is a backlight
  • 8 is a backlight. Construct a reflector.
  • the viewing direction of the liquid crystal display element is above the polarizing plate 1a on the drawing, and in this specification, for example, the polarizing plate 1a is connected to the polarizing plate on the viewing direction side or the upper polarizing plate and the polarizing plate 1b.
  • the surface 5a of the polarization beam splitter 5 is appropriately defined as the surface on the observation direction side or the upper surface.
  • the polarization separation element 5 By providing the polarization separation element 5, the light of the knock light is separated into two polarization components, only one polarization component is transmitted, and the other polarization component is reflected. The reflected light returns to the polarization separation element 5 after changing the polarization plane again by the function of the depolarizer 6 and the reflector 6 described later. Therefore, the light from the knock light 7 is not absorbed even by the optical member which is deviated or shifted, and in principle, all the light is directly or regenerated, so that the efficiency of the light can be improved.
  • the polarization component transmitted through the polarization separation element 5 can rotate the polarization plane (polarization axis or transmission axis) by a desired angle by the optical rotation element 4, and the polarization plane can be rotated to the lower polarizing plate of the liquid crystal layer 2. Light is incident almost parallel to the polarization axis of 1b.
  • the polarization plane of the polarization component transmitted through the polarization separation element 5 is incident almost parallel to the liquid crystal molecular axis on the viewing direction plane of the substrate 3b in the case of the TFT type, and 2 in the case of the STN type. 0 to 70.
  • the same efficiency of light can be achieved by shifting the incident light within the range.
  • a retardation film made of a plastic film having birefringence between the liquid crystal layer 2 and the optical rotation element 4 or the polarizing plate 1b.
  • the polarization plane of the emitted light is incident substantially parallel to the optical axis of the retardation film.
  • the retardation film has a product ⁇ nd of a birefringence and a thickness of polyforce-bonate of about 0.4 ⁇ .
  • the polarized light component reflected by the polarization separation element 5 is returned to random polarization by the depolarizer 6, and then reflected by the reflection plate 8 to enter the polarization separation element 5 again.
  • each of the substrates 3a and 3b is about 0.7 mm, and the surface is polished, and a transparent electrode of ITO (indium tin oxide) is formed by a sputtering method.
  • the liquid crystal of the liquid crystal layer 2 has a positive dielectric anisotropy ⁇ of about 4.5 and a birefringence of about 0.13 3 (at a temperature of 20 ° C. and a wavelength of 589 nm). (Measured in (1)).
  • the twist angle of the liquid crystal is around 240 degrees, the maximum value is limited because the lighting state near the threshold value is an orientation that scatters light, and the maximum value is almost 260 degrees, and the lower limit is limited by contrast. Nearly 200 degrees is the limit.
  • a polyimide-based orientation control film is provided on the surface of the substrates 3a and 3b on the liquid crystal layer side, and a pretilt angle of about 3.5 degrees is formed by rubbing. The pretilt angle is measured by a rotating crystal method.
  • a red, blue, or green striped color filter may be arranged on one of the substrates.
  • the optical rotatory element 5 is a transparent glass substrate with a spacing of about 0.7 mm and a liquid crystal material sealed to a twist angle of about 45 degrees and a helical pitch of about 20 ⁇ .
  • the substrate is made of a plastic material such as PET (polyethylene terephthalate) or the liquid crystal layer is made of a high molecular weight liquid crystal film, the thickness becomes thinner, more powerful and lighter. Is desirable for the liquid crystal display device.
  • the depolarizer 6 is obtained by coating a liquid crystal material with PVA (polyvinyl alcohol), forming a capsule having a diameter of about 0.1, and then laminating the film with a PET film.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the knock light 7 prints aluminum on the lower surface of the light guide, It suffices if a process of reflecting light from above is performed on the surface.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the optical path of the polarized light component of the liquid crystal display device of the present invention.
  • the light emitted from the knock light is composed of an s-polarized light component and a p-polarized light component.
  • the angle of the light is random, only the s-polarized light component is transmitted by the polarization splitting element, and the polarization plane (polarization axis or transmission axis) is rotated by the optical rotation element, so that the polarization axis is shifted to the liquid crystal molecular axis of the lower substrate of the liquid crystal layer.
  • the plane of polarization is incident parallel or perpendicular.
  • the p-polarized light component is reflected by the polarization splitter, but is again dispersed by the depolarizer into the s-polarized light component and the p-polarized light component, and is reflected by the reflector and then re-enters the polarization splitter.
  • the polarizing plate 1b of the liquid crystal element By repeating this series of light paths of polarization separation, depolarization, and reflection, only a single polarization component is incident on the polarizing plate 1b of the liquid crystal element, and the polarization axis of the light from the polarizing plate transmission axis and the polarization separator.
  • the planes match, the loss due to light absorption by the polarizing plate is eliminated, and the light use efficiency is high, the brightness is high, the contrast ratio is high, and the power consumption can be further reduced.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an example of the polarization beam splitter of the liquid crystal display device of the present invention, which is composed of thin film layers having different refractive indexes.
  • the efficiency of polarization separation improves.
  • the refraction of each adjacent thin film layer The efficiency of polarization separation improves as the ratio of the ratios increases.
  • the refractive index ratio be about 1.1 or more.
  • This polarized light separating element is formed of three layers of acrylolate with a refractive index of 1.4, tolyl cyanolate (TAC) with a refractive index of about 1.5, and polycarbonate with a refractive index of about 1.6. The separation rate is almost 95%.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another example of the polarization beam splitter of the liquid crystal display device of the present invention, which is composed of a microprism.
  • This micro prism has the shape of the surface itself in the observation direction of the light guide described above.
  • the light guide has the function of both the polarization splitting element 5 and the light guide shown in FIG. Will have. Therefore, when the light guide having the function of the polarization splitting element is used, the depolarizer 6 is disposed between the light guide 7 and the reflection plate 8.
  • a liquid crystal display device having high contrast and excellent viewing angle characteristics can be obtained, and the transmittance of the liquid crystal display device, which had been limited to about 5% in the past, can be increased to about twice (about 9%) in the past. Above).
  • the present invention is applied to any liquid crystal display device or backlight device, and particularly provides a means for realizing a bright liquid crystal display device, which has been a problem to be solved for many years.

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Description

明 細 書
液晶表示装置およびバックライ ト装置
[技術分野〕
本発明は、 単純マ卜リクス方式またはアクティブ.マトリクス方式の 液晶表示装置およびバックライ 卜装置に係り、特に、光利用効率を高め るための光学素子を設けることにより、明るく、 コン トラスト比が高く , 消費電力の少なレ、液晶表示装置及びバックライ ト装置に関する。
〔背景技術〕
従来の液晶表示装置において、大容量表示が可能な液晶表示装置には、 ス一パ一ツイステツドネマチックタイプ（STN) とシンフィルムトラ ンジスタタイプ （TFT) が知られており、 透過光量を制御する手段と して、 液晶層を挟んで一対の偏光板が設けられている。 しカゝし、 この偏 光板はヨウ素に代表される二色性色素の吸収により一方向の偏光成分 しか透過できず、バックライ トの光量の 50%しか利用できなかった。 したがって、表示画面が喑くコントラス卜比が低くなることと、消費 電力が大きくなり、バッテリー駆動した場合、長時間使用できないとい う問題があった。
バックライ 卜の光利用効率をあげる手段として偏光板を使用しない 表示方式として、ポリマーデイスパーズドリキッドクリスタル（PDL C) 方式が提案されている。 例えば、 そのような PDLC方式は、 19 95年 S I D予稿集 （日立製作所、 P 223〜226)に記載されてい る。このような偏光板を使用しない PDLC方式等によればバックライ トの光利用効率は向上して明るくなつたが、黒表示が悪くコントラス ト 比が低いという問題が残った。
本発明の目的は、 光利用効率が高く、 明るく、 コントラス 卜比が高く、 消費電力の少ない液晶表示装置及びバックライ ト装置を提供すること に ¾る。
〔発明の開示〕
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、対向配置され た少なくとも一方が透明かつ電極を有した一対の基板と、その一対の基 板間に挾持された液晶層と、上記電極に電圧を印加して液晶層の透過光 量を変化させる電圧制御手段とを備えた液晶表示素子と、その液晶表示 素子の反観察方向側に配置された光源装置とからなる液晶表示装置で あって、上記液晶表示素子と上記光源装置との間に上記光源装置からの 光の単一偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する第 1の光学素子（偏 光分離素子） を備え、該第 1の光学素子と上記光源装置との間に光の任 意の偏光成分を複数の偏光成分に分散する第 2の光学素子 （偏光解消 子） とを備える。
上記光源装置は、導光体と、 この導光体の端面に設けられた発光素子 と、上記導光体の反観察方向側に配置された反射板とから構成される。 上記第 1の光学素子を通過する単一偏光成分の光の振動方向が、上記 第 1の光学素子と隣接する一方の基板の液晶層側界面における液晶配 向方向と異なる場合には、上記第 1の光学素子と上記液晶表示素子との 間に、上記光の振動方向を上記液晶配向方向とほぼ平行な方向に回転す るための第 3の光学素子 （旋光性素子） を配置する。 もっとも、 液晶表 示装置が S T Nタイプの場合には、その表示原理が T F Tタイプとは異 なることから、上記光の振動方向と上記液晶配向方向とのなす角が 2 0 〜 7 0。 の範囲内でずらすようにする。
上記液晶表示素子を一対の偏光板で挟持する場合でも、上記第 1の光 学素子を通過した光は単一偏光成分の光のため、光源装置側に配置され た偏光板での光の吸収は原理的にない。 したがって、液晶表示素子を一 対の偏光板で挟持する場合で、 かつ、第 1の光学素子を通過する単一偏 光成分の光の振動方向が、上記第 1の光学素子と隣接する偏光板の偏光 軸と異なる場合には、上記第 1の光学素子と上記偏光板との間に、上記 光の振動方向を上記偏光板の偏光軸方向とほぼ平行な方向に回転する ための旋光性素子を配置するようにする。 この点に関しては、 S T N、 T F Tタイプとも共通する。
また、上記第 1の光学素子は、相互に屈折率の異なる 2層以上の薄膜 フィルムからなるものを用いてもよい。
また、上記薄膜フィルムのうち、隣接する 2枚の薄膜フィルムの屈折 率の比が 1 . 1以上とすることが望ましい。
上記第 3の光学素子の光学的ピッチを 2 μ m以上とすることが望ま しく、 その回転角度を 9 0 ° 未満とすることが望ましレ、。
一方、本発明はバックライ ト装置のみに適用することも考えられる。 上記目的を達成するためのバックライ ト装置は、導光体と、 この導光 体の端面に設けられた発光素子と、上記導光体の一方に配置された反射 板と、上記導光板の他方に配置され、上記導光板からの光の単一偏光成 分を透過し他の偏光成分を反射する第 1の光学素子（偏光分離素子） と、 該第 1の光学素子と上記導光板との間に配置され、光の任意の偏光成分 を複数の偏光成分に分散する第 2の光学素子（偏光解消子） とを備える。 また、上述した構成の変形例としては、偏光分離素子の機能を兼ねた 導光板を用いることも可能であり、 その場合には、上記光源装置が透明 な導光板と該導光板の少なくとも一つの端面に配置された線状光源と 上記導光体の反観察方向側に配置された反射板からなり、上記導光板の 観察方向側の面が、該導光体内部からの光の単一偏光成分を透過し他の 偏光成分を反射するようなプリズムァレイを形成しており、上記導光板 と上記反射板との間に光の任意の偏光成分を複数の偏光成分に分散す る光学素子を備えたものを液晶表示装置やバックライ ト装置に適用し ても構わない。
〔図面の簡単な説明〕
F i g . 1は、 本発明による液晶表示装置の模式断面図である。
F i g . 2は、本発明による液晶表示装置の偏光成分の光路を説明す るための図である。
F i g . 3は、本発明による液晶表示装置の第 1の偏光分離素子の断 面図である。
F i g . 4は、本発明による液晶表示装置の第 2の偏光分離素子の断 面図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
F i g . 1は本発明の液晶表示装置の模式断面図である。 1 a及び 1 bは偏光板、 2は液晶層、 3 a及び 3 bは液晶を挟む基板、 4は旋光性 素子、 5は偏光分離素子、 6は偏光解消子、 7はバックライ ト、 8は反 射板を構成する。 尚、液晶表示素子の観察方向は図面上の偏光板 1 aの 上方であり、本明細書では、例えば偏光板 1 aを観察方向側の偏光板あ るいは上側偏光板と、偏光板 1 bを反観測方向側の偏光板あるいは下側 偏光板という。 基板 3 a、 3 bも同様であり、各部材の両面の一方を指 す場合にも、例えば、偏光分離素子 5の 5 aの面を観察方向側の面ある いは上面というように適宜定義する。
上記偏光分離素子 5を設けたことによりノくックライ 卜の光を 2つの 偏光成分に分離し、 1つの偏光成分のみを透過させ、 もう 1つの偏光成 分は反射させる。反射した光は後述の偏光解消子 6と反射板 6の機能に より、再度偏光面を変えて偏光分離素子 5に戻ってくる。 したがって、 ノくックライ 卜 7からの光はレ、ずれの光学部材でも吸収されることがな く、原理的には全ての光が直接あるいは再生利用されるので光の効率化 が図れる。
偏光分離素子 5を透過した偏光成分は上記旋光性素子 4により、偏光 面（偏光軸あるいは透過軸） を所望の角度回転させることが可能であり、 その偏光面を液晶層 2の下側偏光板 1 bの偏光軸にほぼ平行に入射さ せる。
また、本発明は偏光分離素子の機能によっては、必ずしも下側偏光板 1 bを設ける必要はない。 この場合、偏光分離素子 5を透過した偏光成 分の偏光面を、 T F Tタイプの場合には基板 3 bの観察方向面の液晶分 子軸にほぼ平行に入射させ、 S T Nタイプの場合には 2 0〜7 0。 の範 囲内でずらせて入射させることにより同様の光の効率化が図れる。
また、液晶層 2と、旋光性素子 4あるいは偏光板 1 bとの間に複屈折 性を有するブラスチックフィルムからなる位相差フイルムを配置する ことも可能であり、その場合は旋光性素子 4を出射した光の偏光面を位 相差フィルムの光軸にほぼ平行に入射させる。位相差フィルムはポリ力 —ボネートからなる複屈折率と厚みの積 Δ n dが約 0 . 4 μ πιのもので ある。 さらに偏光分離素子 5により反射された偏光成分は、偏光解消子 6に よりランダム偏光に戻された後、反射板 8で反射し再び偏光分離素子 5 に入射する。 この反射を無限に繰り返すことにより、下側偏光板 1 に は単一偏光成分のみ入射するため、偏光板の吸収による損失がなくなり、 光利用効率が高く、 明るく、 コン トラス ト比が高く、 さらに消費電力を 少なくすることが可能である。
尚、 基板 3 a、 3 bの厚みは約 0 . 7 mmであり、 その表面を研磨し た後、 I T O (インジウムチンォキサイ ド） の透明電極をスパッタ法で 形成したガラス基板である。 また、 液晶層 2の液晶は、誘電異方性 Δ ί が正でその値が約 4 . 5であり、 複屈折率が約 0 . 1 3 3 (温度 2 0 ° C、波長 5 8 9 n mで測定したもの） のネマチック液晶組成物である。 液晶のねじれ角は 2 4 0度近傍で、しきい値近傍の点灯状態が光が散乱 する配向となることから最大値が制限されほぼ 2 6 0度が限界であり、 下限はコントラストによって制限されほぼ 2 0 0度が限界である。
また、 上記基板 3 a 、 3 bの液晶層側表面にには、 ポリイミ ド系配向 制御膜を設け、 ラビング処理によって約 3 . 5度のプレチルト角を形成 する。 プレチルト角の測定は回転結晶法で測定したものである。 いずれ かの基板に、 赤、 青、 緑のストライプ状のカラーフィルタを配置しても よい。
旋光性素子 5は、間隔が約 0 . 7 mmとなるように配置された透明ガ ラス基板に、ねじれ角約 4 5度、 らせんピッチ約 2 0 μ πιとなるように 液晶材料を封入したものを用いた。 もっとも、 その基板を P E T (ポリ エチレンテレフタレ一卜）等のプラスチック材料にしたり、液晶層を高 分子液晶フィルムにすると厚さが薄く、 力つ、 軽量となるので、携帯型 の液晶表示装置には望ましい。
偏光解消子 6は、 液晶材料を P V A (ポリビュルアルコール） で被覆 し、 直径約 0 . 1 のカプセル状にし、 さらに P E Tフィルムでラミ ネ一卜したフィルムを用いるとよレ、。
ノくックライ ト 7は、 3波長の冷陰極蛍光灯ランプと導光体とからなる c 反射板 8を設ける代わりに、導光体の下面にアルミを印刷したり、導光 体の反観察側の面において上方からの光を反射する処理がなされてい ればよい。
F i g . 2は本発明の液晶表示装置の偏光成分の光路を模式的に説明 する図であってノくックライ トを出射した光は s偏光成分と p偏光成分 からなり、各成分の偏光面の角度はランダムであるが、偏光分離素子に より s偏光成分のみ透過し、 さらに旋光性素子によりその偏光面（偏光 軸あるいは透過軸） は回転され、液晶層の下側基板の液晶分子軸に平行 あるいは垂直に同偏光面を入射させる。
一方、偏光分離素子により p偏光成分は反射されるが、偏光解消子に より再び s偏光成分と p偏光成分に分散され、反射板により反射された 後偏光分離素子に再入射する。 この一連の偏光分離、 偏光解消、反射の 光路を繰り返すことにより、液晶素子の偏光板 1 bには単一偏光成分の み入射し、かつ偏光板の透過軸と偏光分離子からの光の偏光面が一致し、 偏光板での光の吸収による損失は無くなり、光利用効率が高く、明るく、 コントラスト比が高く、さらに消費電力を少なくすることが可能である。
F i g . 3は、本発明の液晶表示装置の偏光分離素子の一例の模式断 面図であって、屈折率の異なる薄膜層から構成される。 この薄膜層の層 数が多いほど偏光分離の効率が向上する。 また、各隣あう薄膜層の屈折 率の比が大きいほど偏光分離の効率が向上する。特に、その屈折率の比 を、 約 1 . 1以上とすることが望ましい。 この偏光分離素子は屈折率 1 . 4のァク リノレと、 屈折率約 1 . 5のトリルァシァノ レート （T A C ) と- 屈折率約 1 . 6のボリカーボネートの 3層で形成されており、偏光の分 離率はほぼ 9 5 %である。
F i g . 4は、本発明の液晶表示装置の偏光分離素子の他の例の模式 断面図であって、マイクロプリズムから構成される。 このマイクロプリ ズムは上述の導光体の観測方向の面自体の形状であり、この場合の導光 体は、 F i g . 1に示した偏光分離素子 5と導光体とを兼ねた機能を有 することになる。 したがって、 このように偏光分離素子の機能を備えた 導光体を用いる場合には、偏光解消子 6は導光体 7と反射板 8との間に 配置されることになる。
本発明によれば、 コントラストが高く、視角特性が優れた液晶表示装 置が得られ、従来 5 %程度が限界であった液晶表示装置の透過率を、従 来の 2倍程度 （ほぼ 9 %以上） に向上させることができた。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明は、あらゆる液晶表示装置あるいはバックライ ト装置に適用さ れ、特に、長年の間の解決課題であった明るい液晶表示装置の一実現手 段を提示するものである。

Claims

求 の 車 β
1 .対向配置された少なくとも一方が透明かつ電極を有した一対の基 板と、 その一対の基板間に挾持された液晶層と、上記電極に電圧を印加 して液晶層の透過光量を変化させる電圧制御手段とを備えた液晶表示 素子と、その液晶表示素子の反観察方向側に配置された光源装置とから 百一青
なる液晶表示装置であって、上記液晶表示素子と上記光源装置との間に 上記光源装置からの光の単一偏光成分を透過し他の偏光成分を反射す る第 1の光学素子を備え、該第 1の光学素子と上記光源装置との間に光 の任意の偏光成分を複数の偏光成分に分散する第 2の光学素子とを備 えたことを特徴とする液晶表示装置。
2 . 上記光源装置は、 導光体と、 この導光体の端面に設けられた発光 素子と、上記導光体の反観察方向側に配置された反射板とから構成され ことを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。
3 . 上記第 1の光学素子と上記液晶表示素子との間に、上記第 1の光 学素子を通過した光の振動方向を、反観察方向側の上記基板の界面にお ける液晶の配向方向とほぼ平行な方向に回転するための第 3の光学素 子を配置したことを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。
4 . 上記液晶表示素子が T F Tタイプの液晶表示素子であり、該液晶 表示素子を一対の偏光板で挟持し、上記第 1の光学素子と上記液晶表示 素子の反観察方向側に配置された偏光板との間に、上記第 1の光学素子 を通過した光の振動方向を、上記偏光板の偏光軸方向とほぼ平行な方向 に回転するための第 3の光学素子を配置したことを特徴とする請求項 第 1項記載の液晶表示装置。
5 . 上記液晶表示素子が S T Nタイプの液晶表示素子であり、該液晶 表示素子を一対の偏光板で挟持し、上記第 1の光学素子と上記液晶表示 素子の反観察方向側に配置された偏光板との間に、上記第 1の光学素子 を通過した光の振動方向を、上記偏光板の偏光軸方向と約 2 0〜 7 0 ° の範囲ずれた方向に回転するための第 3の光学素子を配置したことを 特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。
6 . 上記第 1の光学素子は、相互に屈折率の異なる 2層以上の薄膜フ ィルムから構成されることを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示
7 . 上記薄膜フィルムのうち、隣接する 2枚の薄膜フィルムの屈折率 の比が 1 . 1以上とであることを特徴とする請求項第 6項記載の液晶表 示装置。
8 .上記第 3の光学素子の光学的ピッチを 2 μ m以上としたことを特 徴とする請求項第 3項、 第 4項あるいは第 5項記載の液晶表示装置。
9 .上記第 3の光学素子の回転角度を 9 0 ° 未満としたことを特徴と する請求項第 3項、 第 4項あるいは第 5項記載の液晶表示装置。
1 0 .対向配置された少なくとも一方が透明かつ電極を有した一対の 基板と、その一対の基板間に挾持された液晶層と、上記電極に電圧を印 加して液晶層の透過光量を変化させる電圧制御手段とを備えた液晶表 示素子と、その液晶表示素子の反観察方向側に配置された光源装置とか らなる液晶表示装置であつて、上記光源装置が透明な導光板と該導光板 の少なくとも一つの端面に配置された線状光源と上記導光体の反観察 方向側に配置された反射板からなり、上記導光板の観察方向側の面が、 該導光体内部からの光の単一偏光成分を透過し他の偏光成分を反射す るようなプリズムアレイを形成しており、上記導光板と上記反射板との 間に光の任意の偏光成分を複数の偏光成分に分散する光学素子を備え たことを特徴とする液晶表示装置。
1 1 . 上記導光板と上記液晶表示素子との間に、上記プリズムアレイ を通過した光の振動方向を、反観察方向側の上記基板の界面における液 晶配向方向とほぼ平行な方向に回転するための旋光性素子を配置した ことを特徴とする請求項第 1 0項記載の液晶表示装置。
1 2 . 上記液晶表示素子が T F Tタイプの液晶表示素子であり、該液 晶表示素子を一対の偏光板で挟持し、上記導光板と上記液晶表示素子の 反観察方向側に配置された偏光板との間に、上記プリズムァレイを通過 した光の振動方向を、上記偏光板の偏光軸方向とほぼ平行な方向に回転 するための旋光性素子を配置したことを特徴とする請求項第 1 0項記 載の液晶表示装置。
1 3 . 上記液晶表示素子が S T Nタイプの液晶表示素子であり、該液 晶表示素子を一対の偏光板で挟持し、上記導光板と上記液晶表示素子の 反観察方向側に配置された偏光板との間に、上記プリズムァレイを通過 した光の振動方向を、上記偏光板の偏光軸方向と約 2 0〜7 0 ° の範囲 ずれた方向に回転するための第 3の光学素子を配置したことを特徴と する請求項第 1 0項記載の液晶表示装置。
1 4 . 導光体と、 この導光体の端面に設けられた発光素子と、 上記導 光体の一方に配置された反射板とから構成されるバックライ ト装置で あって、上記導光板の他方に配置されて、上記導光板からの光の単一偏 光成分を透過し他の偏光成分を反射する第 1の光学素子と、該第 1の光 学素子と上記導光板との間に配置され、光の任意の偏光成分を複数の偏 光成分に分散する第 2の光学素子とを備えたことを特徴とするバック ライ ト装置。
1 5 . 導光体と、 この導光体の端面に設けられた発光素子と、 上記導 光体の一方に配置された反射板とから構成されるバックライ ト装置で あって、上記導光板の観察方向側の面が、該導光体内部からの光の単一 偏光成分を透過し他の偏光成分を反射するようなプリズムァレイを形 成しており、上記導光板と上記反射板との間に光の任意の偏光成分を複 数の偏光成分に分散する光学素子を備えたことを特徴とするバックラ ィ 卜装置。
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