JP2007011313A - Liquid crystal display device and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
カラー液晶表示装置の表示領域は数十万から百数十万個の画素によって構成されている。各画素は、赤、緑、青、すなわちR,G,Bの絵素(「サブ画素」ともいう。)から構成されている。各絵素にはR,G,Bのうちそれぞれ対応する色のカラーフィルタが配置されている。各絵素では液晶の配向状態を制御することによって、各絵素の領域内に入射する光をどの程度透過させるかを調節することができる。各絵素の液晶層を透過する光は液晶層の前または後に必ずその絵素に対応するカラーフィルタを透過することになるので、最終的にはその絵素の色の光となって出射される。 The display area of the color liquid crystal display device is composed of hundreds of thousands to hundreds of thousands of pixels. Each pixel is composed of red, green, and blue, that is, R, G, and B picture elements (also referred to as “sub-pixels”). Each picture element is provided with a color filter of a corresponding color among R, G, and B. By controlling the alignment state of the liquid crystal in each picture element, it is possible to adjust how much light incident on the area of each picture element is transmitted. The light that passes through the liquid crystal layer of each picture element always passes through the color filter corresponding to the picture element before or after the liquid crystal layer, so that the light of the color of the picture element is finally emitted. The
各絵素は、RGBのうちの1つの色を発色するための光について液晶層の透過率を制御するのみであるが、1つの画素には3色分の絵素が含まれているので、1つの画素としてはRGBの3色を所望の割合で組み合わせた光を表示することができる。このような画素による表示の集合体としてフルカラー画像が得られる。しかし、各絵素においては光は液晶層だけでなくカラーフィルタをも透過することとなるので、カラーフィルタ透過時に光量の2/3は吸収されてしまう。したがって、画像表示には、理論上1/3の光量しか利用していないこととなる。 Each picture element only controls the transmittance of the liquid crystal layer with respect to light for developing one color of RGB, but one pixel contains picture elements for three colors. One pixel can display light in which three colors of RGB are combined at a desired ratio. A full-color image is obtained as an aggregate of display with such pixels. However, since light passes through not only the liquid crystal layer but also the color filter in each picture element, 2/3 of the light amount is absorbed when passing through the color filter. Therefore, theoretically, only 1/3 of the light amount is used for image display.
カラーフィルタによる光損失を回避するため、カラーフィルタを用いずにカラー表示を行なう方法として、光を複数の波長領域の光に分離し、各波長領域の光ごとに集光する方法が知られている。たとえば、特開2000−241812号公報(特許文献1)に開示されている技術がある。この特許文献の図1に示される構成は、液晶表示パネルとバックライト装置とを備えた液晶表示装置において、バックライト装置の導光体上に回折格子を設けることによって、RGB各色の光をそれぞれ異なる回折角度に分離するように回折してバックライト装置から出射させる。バックライト装置から出射した光は、液晶表示パネルの表面に設けられたシリンドリカルレンズアレイに入射する。シリンドリカルレンズアレイは入射してきた各色の光をそれぞれ対応する絵素に導く。 In order to avoid light loss due to the color filter, a method of performing color display without using a color filter is known in which light is separated into light of a plurality of wavelength regions and condensed for each light of each wavelength region. Yes. For example, there exists a technique currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-241812 (patent document 1). In the configuration shown in FIG. 1 of this patent document, in a liquid crystal display device including a liquid crystal display panel and a backlight device, each of the RGB colors is transmitted by providing a diffraction grating on the light guide of the backlight device. The light is diffracted so as to be separated into different diffraction angles and emitted from the backlight device. Light emitted from the backlight device is incident on a cylindrical lens array provided on the surface of the liquid crystal display panel. The cylindrical lens array guides incident light of each color to the corresponding picture element.
また、回折格子の溝深さや構造を制御することによりRGB各色の分離を行なう方法が、"Color Separation gratings", Applied Optics, Vol.17, No.15, pp.2273-2279(非特許文献1)や、"Stripe color separation with diffractive optics", Applied Optics, Vol.38, No.35, pp.7193-7201(非特許文献2)に記載されている。前者は、白色光をマルチレベルグレーティング構造に入射し、0次光でG光を、1次光でR光を、−1次光でB光を作り出すというものである。後者は、前者を発展させたものであり、マルチレベルグレーティング構造を用い、さらに絵素単位で格子深さ、格子ピッチを変化させている。この働きについて図29を用いて説明する。以下において、「R光」、「G光」、「B光」とは、それぞれ赤の光、緑の光、青の光を意味する。 Further, a method of separating RGB colors by controlling the groove depth and structure of the diffraction grating is described in “Color Separation gratings”, Applied Optics, Vol. 17, No. 15, pp. 2273-2279 (Non-patent Document 1). And “Stripe color separation with diffractive optics”, Applied Optics, Vol.38, No.35, pp.7193-7201 (Non-patent Document 2). In the former, white light is incident on the multilevel grating structure, and G light is generated with zero-order light, R light is generated with primary light, and B light is generated with −1st-order light. The latter is an extension of the former, uses a multi-level grating structure, and further changes the lattice depth and lattice pitch in units of picture elements. This function will be described with reference to FIG. In the following, “R light”, “G light”, and “B light” mean red light, green light, and blue light, respectively.
マルチレベルグレーティング構造の回折格子41の格子深さの設定により、R光を直進透過させる領域41R、G光を直進透過させる領域41G、B光を直進透過させる領域41Bをそれぞれ形成する。回折格子41から距離Dだけ離れた位置で領域41Gの0次光、領域41Rの1次回折光、領域41Bの−1次回折光が重なるよう回折格子ピッチを設定する。回折格子41を液晶表示パネルに設け、この液晶表示パネルのカラーフィルタ46は回折格子41に対して距離Dだけ離れた位置に配置されるようにする。このような液晶表示パネルでは、G光用の絵素にはG光が、R光用の絵素にはR光が、B光用の絵素にはB光が入射するため、カラーフィルタによる光損失を低減することができる。
特許文献1に記載されている構成では、バックライト装置の回折格子から出射されたRGBの各色の光の主光線の光軸が傾いているため、見る方向により色が変化して見えてしまうという問題がある。すなわち、見る方向によってR光が強く見えたり、B光が強く見えたりする。解決策として、拡散板を設けることが特許文献1の段落0025に記載されているが、この対策だけでは十分な効果を有さない。 In the configuration described in Patent Document 1, since the optical axes of the principal rays of the RGB light beams emitted from the diffraction grating of the backlight device are inclined, the color changes depending on the viewing direction. There's a problem. That is, depending on the viewing direction, the R light appears strong or the B light appears strong. As a solution, providing a diffusion plate is described in paragraph 0025 of Patent Document 1, but this measure alone does not have a sufficient effect.
非特許文献1による色分離方法を用いた場合も、同様に各色の主光線の光軸が傾斜するため、見る方向によって色が変化する。 Similarly, when the color separation method according to Non-Patent Document 1 is used, the optical axis of the principal ray of each color is similarly inclined, so that the color changes depending on the viewing direction.
一方、非特許文献2に記載されている構成では、白色光をストライプ状にRGBの3色に色分離し、各色の光の主光線の光軸も揃っているため、見る方向によって色が変化して見えるという問題はない。しかし、この技術を適用しようとすると回折格子と液晶表示パネルとの相互間の精密な位置合せが必要である。モバイル用途の液晶表示パネルでは、画素ピッチが百数十μmと細かく、絵素ピッチはその1/3であるため、回折格子と液晶表示パネルとの間では数μmの精度での位置合せが必要である。また、非特許文献2では3段のマルチレベル回折格子を用いているが、ピッチ4〜5μmで3段のマルチレベル回折格子を形成することは難しく、形成できたとしても必要なプロセスは複雑なものとなる。
On the other hand, in the configuration described in Non-Patent
そこで、本発明は、カラー表示時の光利用効率を高めることができ、しかも製造が容易な液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device and a method for manufacturing the liquid crystal display device that can improve the light use efficiency during color display and are easy to manufacture.
上記目的を達成するため、本発明に基づく液晶表示装置は、複数の画素が規定されており、上記複数の画素の各々は、第1色光を透過させる第1カラーフィルタが配置された第1絵素と、上記第1色光とは異なる第2色光を透過させる第2カラーフィルタが配置された第2絵素とを含む複数の絵素を含む透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルに向けて光を供給するバックライト装置とを備える。上記液晶表示パネルの上記バックライト装置側の面においては、上記第1絵素の領域に第1回折格子部が、上記第2絵素の領域に第2回折格子部がそれぞれ形成されている。上記第1回折格子部は、上記第1色光を直進させ、上記第1色光以外の光を回折する性質を有する。上記第2回折格子部は、上記第2色光を直進させ、上記第2色光以外の光を回折する性質を有する。各絵素の回折格子部は、一次回折光が隣接する絵素のカラーフィルタに入射するような位置関係で配置されている。 In order to achieve the above object, in the liquid crystal display device according to the present invention, a plurality of pixels are defined, and each of the plurality of pixels has a first picture in which a first color filter that transmits a first color light is arranged. A transmission type liquid crystal display panel including a plurality of picture elements including a first color element and a second picture element on which a second color filter that transmits a second color light different from the first color light is disposed; and And a backlight device that supplies light toward. On the surface of the liquid crystal display panel on the backlight device side, a first diffraction grating portion is formed in the first pixel region and a second diffraction grating portion is formed in the second pixel region. The first diffraction grating portion has a property of causing the first color light to travel straight and diffracting light other than the first color light. The second diffraction grating portion has a property of causing the second color light to travel straight and diffracting light other than the second color light. The diffraction grating portions of the picture elements are arranged in a positional relationship such that the first-order diffracted light enters the color filter of the adjacent picture element.
上記目的を達成するため、本発明に基づく液晶表示装置の製造方法は、複数の画素が規定されており、上記複数の画素の各々は複数の絵素を含んでおり、上記複数の絵素のうちの第1絵素には第1色光を透過させる第1カラーフィルタが配置され、上記複数の絵素のうちの上記第1絵素とは異なる第2絵素には上記第1色光とは異なる第2色光を透過させる第2カラーフィルタが配置された透過型の液晶表示パネルを用意する工程と、上記液晶表示パネルのバックライト装置側になる予定の面に感光性樹脂層を形成する工程と、上記感光性樹脂層を硬化させることができ、かつ、上記第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、上記第2カラーフィルタを透過することがほぼできない硬化用光を上記液晶表示パネルに対して入射角度を順次変えながら照射することで、上記感光性樹脂層を部分的に硬化させる工程と、回折格子成形型を押し付けることによって上記感光性樹脂層のうち上記第1絵素の領域に第1回折格子部を形成し、上記感光性樹脂層のうち上記第2絵素の領域に第2回折格子部を形成する工程とを含む。 In order to achieve the above object, a manufacturing method of a liquid crystal display device according to the present invention defines a plurality of pixels, and each of the plurality of pixels includes a plurality of picture elements. A first color filter that transmits the first color light is arranged in the first picture element, and the second color element different from the first picture element in the plurality of picture elements is the first color light. A step of preparing a transmission type liquid crystal display panel in which a second color filter that transmits different second color light is disposed, and a step of forming a photosensitive resin layer on the surface of the liquid crystal display panel that is to be on the backlight device side The liquid crystal display panel emits curing light that can cure the photosensitive resin layer, transmit the first color filter, and transmit the second color filter. With respect to the incident angle A step of partially curing the photosensitive resin layer by irradiating while changing, and a first diffraction grating portion in the region of the first picture element of the photosensitive resin layer by pressing a diffraction grating mold And forming a second diffraction grating portion in the region of the second picture element in the photosensitive resin layer.
本発明による液晶表示装置では、第1カラーフィルタには、第1回折格子部で直進するように透過した第1色光と、第2回折格子部で回折した第1色光とが入射し、第2カラーフィルタには、第2回折格子部で直進するように透過した第2色光と、第1回折格子部で回折した第2色光とが入射することとなる。したがって、光利用効率を高めることができる。しかも、出射する各光の中心光軸は液晶表示パネルに垂直な方向となるので、斜めから見たときに色が変わって見えるという問題も生じない。 In the liquid crystal display device according to the present invention, the first color light that has been transmitted so as to travel straight through the first diffraction grating portion and the first color light diffracted by the second diffraction grating portion are incident on the first color filter, The second color light transmitted so as to travel straight through the second diffraction grating portion and the second color light diffracted by the first diffraction grating portion are incident on the color filter. Therefore, the light use efficiency can be increased. In addition, since the central optical axis of each emitted light is in a direction perpendicular to the liquid crystal display panel, there is no problem that the color changes when viewed obliquely.
(実施の形態1)
(構成)
図1〜図4を参照して、本発明に基づく実施の形態1における液晶表示装置について説明する。図1に示すようにこの液晶表示装置100は、透過型の液晶表示パネル11と、バックライト装置10とを備える。バックライト装置10は、光源1と導光板2とプリズムシート3とを含む。プリズムシート3は導光板2の液晶表示パネル11側の面を覆うように配置されている。光源1は導光板2の側面に沿って配置されている。光源1には、たとえば、RGBの3色のLEDを組み合わせたものを用いてもよい。
(Embodiment 1)
(Constitution)
With reference to FIGS. 1-4, the liquid crystal display device in Embodiment 1 based on this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, the liquid
液晶表示パネル11は、2枚の透明基板4,5と、その間に介在する液晶層(図示せず)とを含む。透明基板4,5はガラス基板であってよい。透明基板4の液晶層側の表面にはカラーフィルタ層6が形成されている。液晶表示パネル11の表示領域には、複数の画素が規定されている。画素の数は数万から百数十万であってよい。これら複数の画素の各々はR,G,Bの3色の絵素から構成される。R,G,Bの3色の絵素を以下、それぞれ「R絵素」、「G絵素」、「B絵素」と呼ぶものとする。各絵素は光を透過させるための開口部を有する。ただし、この光を透過させる領域にはカラーフィルタが張られている。R絵素の開口部には、R光を透過し、G光、B光を吸収するカラーフィルタ6Rが張られている。G絵素の開口部にはG光を透過し、R光、B光を吸収するカラーフィルタ6Gが張られている。B絵素の開口部にはB光を透過し、R光、G光を吸収するカラーフィルタ6Bが張られている。この液晶表示装置100では、各画素ごとに含まれるこれらRGBの3つの絵素の透過光を組み合わせてフルカラー画像が得られる。
The liquid
図1では図示しないが、液晶表示パネル11はこのほかにTFT回路や偏光板、位相差補償板などの部材を備える。
Although not shown in FIG. 1, the liquid
液晶表示パネル11のバックライト装置10側の面には回折格子層12が形成されている。回折格子層12の回折格子は、「色分離回折格子」とも呼ばれる。回折格子層12は、RGBの絵素ごとに構造が異なっている。回折格子層12の1画素に相当する領域を取り出して拡大したところを図2に示す。図2に示すように、回折格子層12には、回折格子部12R,12G,12Bが含まれる。回折格子部12R,12G,12BはそれぞれR,G,Bの絵素の領域に配置されている。各回折格子部は拡大すると、図3に示すように周期的な突起として形成されている。各回折格子部は、感光性樹脂によって形成されている。G絵素の領域にある回折格子部12Gの格子厚みdGは、式(1)を満たすように設計されている。
(n1−n2)×dG=LλG (Lは自然数) …(1)
ここで、n1,n2は回折格子層12の肉部分を構成する材料の屈折率と隙間部分を満たす媒質の屈折率である。λGはG光の中心波長である。「格子厚み」とは、図3に示すように回折格子部12Gの上下方向の厚みである。
A
(N 1 −n 2 ) × d G = Lλ G (L is a natural number) (1)
Here, n 1 and n 2 are the refractive index of the material constituting the flesh portion of the
回折格子部12Gの格子厚みdGは、入射するG光を直進させてカラーフィルタ6Gに導く一方、G光以外のR光、B光は回折して、G絵素に隣接するR絵素、B絵素のカラーフィルタ6R,6Bにそれぞれ導くような厚みになっている。同様に、R絵素の領域にある回折格子部12Rの格子厚みdRは、R光を直進させて、G光、B光を回折するような厚みになっている。B絵素の領域にある回折格子部12Bの格子厚みdBは、B光を直進させて、R光、G光を回折するような厚みになっている。各回折格子部がこれらの条件を満たすようにするためには、たとえば、回折格子層12の肉部分の材料を屈折率1.6の樹脂とし、隙間を満たす媒質を空気とした場合、各回折格子部12R,12G,12Bの格子厚みdR,dG,dRは、表1に従って設計すればよい。このときの各回折格子部における波長−回折効率の関係を図4に示す。
The grating thickness d G of the diffraction
回折格子部の格子厚みは格子深さと一致しているので、各絵素に配置された回折格子部の格子厚みがそれぞれ異なっているということは、各絵素における格子深さがそれぞれ異なることを意味する。 Since the grating thickness of the diffraction grating portion matches the grating depth, the fact that the grating thickness of the diffraction grating portion arranged in each picture element is different means that the grating depth in each picture element is different. means.
図2に示すように、各回折格子部12R,12G,12Bの格子ピッチは共通の値ピッチPGとなっている。この格子ピッチPGは、回折格子部12Gで回折された一次回折光がそれぞれ隣接する絵素のカラーフィルタに入射するようにという方針で設計されている。したがって、格子ピッチPGは、式(2)、(3)を満たすように定められる。
tanθd=PP/D …(2)
n3sinθd=λ/PG …(3)
ここで、n3はガラス基板の屈折率、θdはガラス基板内での回折光の回折角度、PPは液晶表示パネル11の絵素ピッチ、Dは回折格子とカラーフィルタとの間の距離である。図2では、カラーフィルタ6R,6G,6Bと透明基板5との間にある液晶層、TFT回路などが図示省略されているが、Dはこれらの構成要素を挟んで互いに対向する回折格子とカラーフィルタとの間の距離である。さらに、λは光の波長である。波長によって回折角が少し異なるため、G光に合わせて格子ピッチPGを最適化したことによって、一次回折光として出射するR光、B光については、隣接する絵素から少しずれた位置に入射することになるがそのずれ量は1〜2割程度であり、小さいので許容する。
As shown in FIG. 2, the diffraction
tan θ d = P P / D (2)
n 3 sin θ d = λ / P G (3)
Here, n 3 is the refractive index of the glass substrate, θ d is the diffraction angle of the diffracted light in the glass substrate, P P is the pixel pitch of the liquid
格子ピッチPGを定める際に3色のうちGを基準としたのは、RGB各色の光の波長の大小関係を考えたとき、G光が中間であることによる。この場合、G光の波長を基準に格子ピッチが決められたことにより、R絵素、B絵素においては若干のずれが生じるが、このずれは小さく、また、格子ピッチを統一することによるメリットの方が大きいので、許容するものとする。 The reason why G of the three colors is used as a reference when determining the grating pitch PG is that the G light is in the middle when considering the magnitude relationship of the wavelengths of the light of each RGB color. In this case, since the grating pitch is determined based on the wavelength of the G light, a slight deviation occurs in the R picture element and the B picture element, but this deviation is small, and the merit by unifying the grating pitch Since is larger, it is allowed.
(作用・効果)
本実施の形態における液晶表示装置のもたらす作用・効果について説明する。図1において光源1から出射された光は、導光板2の端面から導光板2の内部に入射し、導光板2の上下の面で全反射を繰り返しながら導光板2内を伝搬する。導光板2の上面にはマイクロドットと呼ばれる微小構造がランダムに設けられている。このマイクロドットによって全反射条件を満足せずに上方に漏れ出た光は、プリズムシート3によってプリズムシート3の上面に対して垂直な方向に導かれ、光13としてバックライト装置10から出射する。
(Action / Effect)
Actions and effects brought about by the liquid crystal display device in this embodiment will be described. In FIG. 1, light emitted from the light source 1 enters the
バックライト装置10から出射した光13は、回折格子層12に入射する。この光13のうちG絵素の回折格子部12Gに入射する光に注目する。光13にはR光、G光、B光の各成分が含まれている。図1、図2において、光を示す矢印に施されたハッチングは色の区別を表している。カラーフィルタに施されたハッチングについても同様である。
The light 13 emitted from the
回折格子部12Gに入射した光13のうちG光は、直進してカラーフィルタ6Gに導かれる。回折格子部12Gに入射した光13のうちR光、B光はそれぞれ2方向に回折され、隣接する絵素のカラーフィルタ6R,6Bに導かれる。一方、回折格子部12Rに入射した光13に含まれるG光は2方向に回折され、隣接する絵素のカラーフィルタ6B′,6Gに導かれる。回折格子部12Bに入射した光に含まれるG光は2方向に回折され、隣接する絵素のカラーフィルタ6G,6R″に導かれる。
Of the light 13 incident on the diffraction
こうして、G絵素のカラーフィルタ6Gに導かれたG光は直進光であろうと回折光であろうとそのままカラーフィルタ6Gを透過する。R絵素、B絵素のカラーフィルタ6R″,6B′に導かれたG光はカラーフィルタ6R″,6B′によって吸収される。R光、B光についても同様の現象が起こる。
Thus, the G light guided to the
本実施の形態における光利用効率について説明する。従来の液晶表示装置では、カラーフィルタによる損失が2/3もあったため、光利用効率は1/3以下に留まっていた。一方、本実施の形態では、回折格子部12Gに入射するG光はそのまま損失なく透過し、また回折格子部12R,12Bに入射するG光のうちの一部も回折光としてカラーフィルタ6Gに導かれる。すなわち、カラーフィルタ6Gには、回折格子部12Gから直進するG光と、隣接する絵素の回折格子部12R,12Bからそれぞれ一次回折光として進んでくるG光との3通りが入射し、透過することとなる。
The light utilization efficiency in this embodiment will be described. In the conventional liquid crystal display device, since the loss due to the color filter was 2/3, the light use efficiency remained at 1/3 or less. On the other hand, in the present embodiment, the G light incident on the diffraction
ここでは、G光に着目したが、R光、B光についても同様の効果が得られる。一次回折効率が30〜40%となるように回折格子を設計すると、平均回折効率を35%と考えて光利用効率は、1+35/100×2=1.7となる。すなわち、全体として光利用効率を従来の1.7倍にまで上げることができる。また、RGB各光の中心光軸は液晶表示パネルに対して垂直となるため、斜めから見たときの色ずれの問題も生じない。 Here, attention is paid to G light, but the same effect can be obtained for R light and B light. When the diffraction grating is designed so that the primary diffraction efficiency is 30 to 40%, the average diffraction efficiency is considered to be 35%, and the light utilization efficiency is 1 + 35/100 × 2 = 1.7. In other words, the light utilization efficiency as a whole can be increased to 1.7 times the conventional efficiency. In addition, since the central optical axis of each RGB light is perpendicular to the liquid crystal display panel, there is no problem of color misregistration when viewed obliquely.
(実施の形態2)
(構成)
図5を参照して、本発明に基づく実施の形態2における液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置100hは、透過型の液晶表示パネル11hと、バックライト装置10とを備える。バックライト装置10は実施の形態1で説明したものと同じである。液晶表示パネル11hは、実施の形態1で説明した液晶表示パネル11と似ているが、回折格子層12に代えて回折格子層25を備える。回折格子層25には回折格子部25R,25G,25Bが含まれる。回折格子部25R,25G,25BはそれぞれR,G,Bの絵素の領域に配置されている。回折格子部25R,25G,25Bは周期的な突起構造になっているという点では、実施の形態1で説明した回折格子部12R,12G,12Bと同様である。
(Embodiment 2)
(Constitution)
With reference to FIG. 5, the liquid crystal display device in
実施の形態1の回折格子部12R,12G,12Bは、格子厚みが各色の波長に応じて式(1)を満たすように定められた結果、それぞれ異なっていたが、本実施の形態では、回折格子部25R,25G,25Bは格子厚みは等しく、屈折率差がそれぞれ異なる。「屈折率差」とは、肉部分を構成する材料の屈折率と隙間部分を満たす媒質の屈折率との差すなわち式(1)におけるn1−n2である。たとえば、格子厚みを8μmで一定とし、各回折格子部における屈折率差を表2に示すように設計すればよい。
The
(作用・効果)
本実施の形態で示した回折格子層25においても、図4に示す特性が得られる。したがって、実施の形態1で図2を参照して説明したのと同様の現象が起こる。すなわち、図6に示すように、回折格子部25Gに入射した光13のうちG光は、直進してカラーフィルタ6Gに導かれる。回折格子部25Gに入射した光13のうちR光、B光はそれぞれ2方向に回折され、隣接する絵素のカラーフィルタ6R,6Bに導かれる。カラーフィルタ6Gには、回折格子部25Gから直進するG光と、隣接する絵素の回折格子部25R,25Bからそれぞれ一次回折光として進んでくるG光との3通りが入射し、透過することとなる。したがって、本実施の形態においても実施の形態1と同様に光利用効率を上げることができる。
(Action / Effect)
The characteristics shown in FIG. 4 can also be obtained in the
(実施の形態3)
(製造方法)
図7〜図13を参照して、本発明に基づく実施の形態3における液晶表示装置の製造方法について説明する。この液晶表示装置の製造方法は、実施の形態1で説明した液晶表示装置を得るためのものである。
(Embodiment 3)
(Production method)
With reference to FIGS. 7 to 13, a method of manufacturing the liquid crystal display device according to the third embodiment of the present invention will be described. This liquid crystal display device manufacturing method is for obtaining the liquid crystal display device described in the first embodiment.
まず、図7に示すように、回折格子層がまだ形成されていない透過型の液晶表示パネル21を用意する。
First, as shown in FIG. 7, a transmissive liquid
液晶表示パネル21には複数の画素が規定されており、これら複数の画素の各々は複数の絵素を含んでおり、これら複数の絵素のうちの第1絵素には第1色光を透過させる第1カラーフィルタが配置され、複数の絵素のうちの第1絵素とは異なる第2絵素には第1色光とは異なる第2色光を透過させる第2カラーフィルタが配置されている。
A plurality of pixels are defined in the liquid
液晶表示パネル21は、液晶層(図示せず)を挟み込むようにして透明基板4,5が貼り合せられたものであり、透明基板4,5の内側にカラーフィルタ層6が配置されている。カラーフィルタ層6は透明基板4,5のいずれかの表面に形成されたものであっても、カラーフィルタ層6単独で作成されて透明基板4,5の間に挿入されたものであってもよい。カラーフィルタ層6にはRGBの3色のカラーフィルタ6R,6G,6Bが規則的に配列されている。
The liquid
図8に示すように、液晶表示パネル21のバックライト装置側になる予定の面、すなわちこの例では透明基板5の表面にネガ型感光性樹脂を塗布する。こうして感光性樹脂層31を形成する。感光性樹脂の初期状態が液体である場合は、スピンコート法で塗布し、加熱して乾燥させることによって感光性樹脂層31を形成すればよい。あるいは、感光性樹脂層31は、ドライフィルム型の感光性樹脂をラミネートすることによって形成してもよい。感光性樹脂層31の材料となる樹脂には、紫外線硬化型や可視光硬化型のものを用いることができるが、後に述べるように、各絵素内のカラーフィルタおよび液晶層を透過するように光を照射して感光させることを予定しているので、h線を中心に感度をもつ感光性樹脂を用いるとよい。「h線」とは波長405nmの光のことである。また、ネガ型ではなくポジ型の感光性樹脂を用いてもよい。
As shown in FIG. 8, a negative photosensitive resin is applied to the surface of the liquid
次に、感光性樹脂層を硬化させることができ、かつ、第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、第2カラーフィルタを透過することがほぼできない硬化用光を前記液晶表示パネルに対して入射角度を順次変えながら照射することで、感光性樹脂層を部分的に硬化させる工程を行なう。この工程について以下に詳しく説明する。 Next, curing light that can cure the photosensitive resin layer, transmit the first color filter, and hardly transmit the second color filter is applied to the liquid crystal display panel. The step of partially curing the photosensitive resin layer is performed by sequentially irradiating while changing the incident angle. This process will be described in detail below.
図9に示すように、液晶表示パネル21の基板4側からh線の光32を照射する。ここでは光32が硬化用光に該当し、B絵素が第1絵素に該当し、B絵素のカラーフィルタが第1カラーフィルタに該当し、R絵素またはG絵素のカラーフィルタが第2カラーフィルタに該当する。B絵素のカラーフィルタを第1カラーフィルタとみなせば、h線の光32は、第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、第2カラーフィルタを透過することがほぼできない光に該当する。照射する光にh線が選ばれたのは、このような条件を満たしていることによる。
As shown in FIG. 9, h-
図9に示すように、光32はB絵素以外の絵素のカラーフィルタすなわちカラーフィルタ6R,6Gなどでは大部分が吸収され、逆にB絵素のカラーフィルタすなわちカラーフィルタ6B,6B′などでは大部分が透過する。この透過光を利用して感光性樹脂のパターニングを行なうことができる。カラーフィルタ6B,6B′などを透過した光32が感光性樹脂層31に到達することによって感光性樹脂層31は部分的に感光し、硬化する。感光性樹脂層31の光32が照射された部分においても厚み方向に見れば全体が硬化するとは限らない。図9における上面から厚み方向に一定の量のみが硬化する。光32の照度または照射時間を調整することによって、感光性樹脂層31における光32の照射領域のうちの上面からどの程度の厚みまでを硬化させるかを調整することができる。
As shown in FIG. 9, most of the light 32 is absorbed by the color filters of the picture elements other than the B picture element, that is, the
硬化用光としての光32の照射は、感光性樹脂層31のうち複数の絵素の各々に対応する領域にそれぞれ到達するように入射角度を順次変え、なおかつ、入射角度を変えるごとに感光性樹脂層31の硬化する部分の厚みがそれぞれ異なるように照射条件をそれぞれ変えながら前記硬化用光を照射する。この結果、感光性樹脂層31の硬化部分は各絵素に対応する周期的な段差を有するようになる。現像を行なうと未硬化の部分が除去され、図10に示すように、透明基板5の表面に段差構造体34が形成される。段差構造体34は、回折格子部12Rを形成するための領域では厚く、回折格子部12Bを形成するための領域では薄くなっている。図10の時点での段差構造体34の各絵素に対応する領域の厚みは、この後の工程における型33(図11参照)の押し付け後に最適の厚みとなるように予め設定しておく。
Irradiation with light 32 as curing light changes the incident angle sequentially so as to reach the region corresponding to each of the plurality of picture elements in the
なお、この例では、第1絵素がB絵素であるものとしたが、ほとんどの感光性樹脂は青色光または紫外光で硬化するので、第1絵素がB絵素であることが好ましい。 In this example, the first picture element is assumed to be a B picture element. However, since most photosensitive resins are cured by blue light or ultraviolet light, the first picture element is preferably a B picture element. .
図11に示すような型33を予め用意しておく。型33は、回折格子層12(図1参照)の形状を創出するための型である。したがって、型33の上面にはRGBの各回折格子部として実現すべき格子ピッチと等しいピッチで凹凸が形成されている。型33の凹凸における溝深さは一定である。型33の溝深さは、回折格子層12における最も深い溝深さよりも大きい値とすべきである。このような型33を図10に示した段差構造体34に押し当てて加熱する。すなわち、図12に示すようになる。
A
回折格子層12として実現しようとする格子ピッチがRGBで異なる場合は、型33の段差構造体34に対する絵素単位の位置合わせが必要となるが、本実施の形態では、回折格子層12として実現しようとする格子ピッチがRGBで異ならず共通となっているので、型33の凹凸ピッチは格子ピッチに等しく一定であってよい。したがって、型33の段差構造体34に対する高精度な位置合わせが不要である。
When the grating pitch to be realized as the
本実施の形態では、型33の凹凸ピッチが一定であることによって、段差構造体34と型33との間の高精度な位置合わせは不要であるが、回転調整だけは行なう必要がある。すなわち、型33上面の凹凸の並ぶ方向と液晶表示パネルの1画素内の複数の絵素の配列方向とを一致させる必要がある。こうすることによって、出来上がる回折格子部の格子並び方向とカラーフィルタの並び方向とが一致して正しく機能するようになる。
In the present embodiment, since the uneven pitch of the
型33を段差構造体34のガラス転移温度以上に加熱しながら圧力をかけると、型33の形状が段差構造体34に転写される。このとき、RGBの各絵素に対応する各領域で段差構造体34の樹脂の厚みが異なるため、回折格子部12Rとなる予定の領域では樹脂に凹凸が深く形成され、回折格子部12Bとなる予定の領域では樹脂に凹凸が浅く形成される。冷却後、型33を剥離させれば、図13に示すように、一方の透明基板5の表面に回折格子層12が形成された液晶表示パネル11が得られる。これによって、RGBの各絵素に応じた回折格子部12R,12G,12Bが高精度な位置合わせを要せずに形成される。
When pressure is applied while heating the
以下、公知技術に従って、バックライト装置10と組み合わせて、図1に示したような液晶表示装置100を得る。
Hereinafter, according to a known technique, the liquid
なお、型33の押し付けの際には、段差構造体34において回折格子の谷部となるべき領域の樹脂が山部となるべき領域に回り込むため、回折格子厚みは型押し付け前の段差構造体34の最大厚みよりも厚くなることがある。そこで、光を照射して感光性樹脂層31を部分的に硬化させる工程では、この回り込み量を予め見込んで、RGBの各絵素の領域の硬化部分の厚みを制御するとよい。
When the
(実施の形態4)
(製造方法)
図7、図14〜図21を参照して、本発明に基づく実施の形態4における液晶表示装置の製造方法について説明する。この液晶表示装置の製造方法は、実施の形態2で説明した液晶表示装置を得るためのものである。
(Embodiment 4)
(Production method)
A manufacturing method of the liquid crystal display device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This method of manufacturing a liquid crystal display device is for obtaining the liquid crystal display device described in the second embodiment.
まず、図7に示すように、回折格子層がまだ形成されていない液晶表示パネル21を用意するところまでは、実施の形態3における液晶表示装置の製造方法と同じである。図14に示すように、液晶表示パネル11のバックライト側の基板5の面上にネガ型の感光性樹脂を塗布して感光性樹脂層35を形成する。次に、実施の形態3で説明した照射の工程と同様に、感光性樹脂層35を硬化させる光であってなおかつB絵素のカラーフィルタを透過する光を照射する。この照射は、光がB絵素のカラーフィルタすなわちカラーフィルタ6Bなどを透過したときに感光性樹脂層35のうち第1絵素の領域に至るような入射角で行なう。第1絵素とは、RGBのうち、感光性樹脂層35の材料で回折格子部を形成しようとする、いずれか1種類の絵素である。ここでは、R絵素が該当する。こうして、光32によって第1絵素の領域のみを硬化させる。現像により未硬化の感光性樹脂を除去することで、図15に示すように、RGBの3種類のうち1種類目の絵素、すなわちR絵素について、第1の屈折率を有する第1樹脂層16Rが形成される。
First, as shown in FIG. 7, the process up to the preparation of the liquid
次に図16に示すように、感光性樹脂層35の材料とは異なる感光性樹脂を、第1樹脂層16Rを覆うように塗布することで感光性樹脂層36を形成する。図17に示すように、感光性樹脂層36を硬化させる光であってなおかつB絵素のカラーフィルタを透過する光を照射する。この照射は、光がB絵素のカラーフィルタを透過したときに感光性樹脂層36のうち第2絵素の領域に至るような入射角で行なう。第2絵素とは、RGBのうち先ほどの第1絵素とは異なる絵素である。図17の例では第2絵素はG絵素である。現像により未硬化の感光性樹脂を除去することで、RGBの3種類のうち2種類目の絵素について、第2の屈折率を有する第2樹脂層16G(図18参照)が形成される。
Next, as shown in FIG. 16, a
次に、図18に示すように、感光性樹脂層35の材料とも感光性樹脂層36の材料とも異なる第3の感光性樹脂を、第1樹脂層16R、第2樹脂層16Gを覆うように塗布する。こうして、感光性樹脂層37を形成する。感光性樹脂層37を硬化させる光であってなおかつB絵素のカラーフィルタを透過する光を照射する。この照射は、光がB絵素のカラーフィルタを透過したときに感光性樹脂層36のうち第3絵素の領域に至るような入射角で行なう。第3絵素とは、RGBのうち第1,第2絵素とは異なる絵素である。本実施の形態では、B絵素が該当する。現像により未硬化の感光性樹脂を除去することで、図19に示すように、RGBの3種類のうち3種類目の絵素について、第3の屈折率を有する第3樹脂層16B(図18参照)が形成される。この時点では図19に示すように、RGBの各絵素ごとに屈折率の異なる3種類の樹脂層16R,16G,16Bが並んだ状態となっている。
Next, as shown in FIG. 18, a third photosensitive resin that is different from the material of the
この後、図20に示すように、型33を押し付けて加熱する。型33は実施の形態3で説明したものと同じであってよい。
Thereafter, as shown in FIG. 20, the
冷却後、型33を剥離させると、図21に示すように、色分離用の回折格子層25が得られる。すなわち、回折格子層25を備える液晶表示パネル11hが得られる。これによって、RGBの各絵素に応じた回折格子部25R,25G,25Bが高精度な位置合わせを要せずに形成される。
When the
以下、公知技術に従って、バックライト装置10と組み合わせて、図5に示したような液晶表示装置100hを得る。
Hereinafter, according to a known technique, the liquid
なお、実施の形態1,2における液晶表示装置において、回折格子層12,25を保護するように、他の樹脂で覆うこととしてもよい。すなわち、図22、図23にそれぞれ示すように保護樹脂層24を形成してもよい。保護樹脂層24の材質は回折格子層12,25の隙間部を満たす媒質として働くので、保護樹脂層24の材料は屈折率を考慮して選択すべきである。保護樹脂層24を設けておけば、回折格子層12,25の表面にゴミが付着した場合でも、容易に拭き取りが可能となる。
In the liquid crystal display devices in the first and second embodiments, the diffraction grating layers 12 and 25 may be covered with another resin so as to protect them. That is, the
なお、これまでの各実施の形態では1つの画素が3種類の絵素から構成されていることを前提に説明したが、1つの画素が2種類の絵素から構成されている場合や、4種類以上の絵素から構成されている場合においても、本発明は適用可能である。 In each of the embodiments described so far, the description has been made on the assumption that one pixel is composed of three types of picture elements. However, when one pixel is composed of two kinds of picture elements, The present invention can also be applied to a case where it is composed of more than one type of picture element.
(実施の形態5)
(構成)
図24、図25を参照して、本発明に基づく実施の形態5における液晶表示装置について説明する。
(Embodiment 5)
(Constitution)
With reference to FIG. 24 and FIG. 25, the liquid crystal display device in
この液晶表示装置は、複数の画素が規定されており、前記複数の画素の各々は、第1色光を透過させる第1カラーフィルタが配置された第1絵素と、前記第1色光とは異なる第2色光を透過させる第2カラーフィルタが配置された第2絵素と、前記第1色光および第2色光とは異なる第3色光を透過させる第3カラーフィルタが配置された第3絵素とを含む複数の絵素を含む透過型の液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに向けて光を供給するバックライト装置とを備え、前記液晶表示パネルの前記バックライト装置側の面においては、前記第2絵素と前記第3絵素の境界にまたがるように第1回折格子部が、前記第1絵素と前記第3絵素の境界にまたがるように第2回折格子部が、前記第1絵素と前記第2絵素の境界にまたがるように第3回折格子部が、それぞれ形成され、前記第1回折格子部は、前記第1色光を回折させ、前記第1色光以外の光を直進させる性質を有し、前記第2回折格子部は、前記第2色光を回折させ、前記第2色光以外の光を直進させる性質を有し、前記第3回折格子部は、前記第3色光を回折させ、前記第3色光以外の光を直進させる性質を有し、各光を回折させる回折格子部は、その一次回折光が各光を透過させるカラーフィルタに入射するような位置関係で配置されている。 In the liquid crystal display device, a plurality of pixels are defined, and each of the plurality of pixels is different from the first color light in which a first color filter that transmits a first color light is disposed and the first color light. A second picture element having a second color filter that transmits second color light, and a third picture element having a third color filter that transmits third color light different from the first color light and the second color light; A transmissive liquid crystal display panel including a plurality of picture elements including a backlight device that supplies light toward the liquid crystal display panel, and on the surface of the liquid crystal display panel on the backlight device side, The first diffraction grating portion spans the boundary between the second picture element and the third picture element, and the second diffraction grating portion spans the boundary between the first picture element and the third picture element. First to straddle the boundary between the picture element and the second picture element Each of the diffraction grating portions is formed, and the first diffraction grating portion has a property of diffracting the first color light and causing light other than the first color light to travel straight, and the second diffraction grating portion is It has the property of diffracting two-color light and causing light other than the second-color light to travel straight, and the third diffraction grating section has the property of diffracting the third-color light and causing light other than the third-color light to travel straight. And the diffraction grating part which diffracts each light is arrange | positioned by the positional relationship so that the primary diffraction light may inject into the color filter which permeate | transmits each light.
この液晶表示装置100iは、図24に示すように、透過型の液晶表示パネル11iと、バックライト装置10とを備える。バックライト装置10は実施の形態1で説明したものと同じである。液晶表示パネル11iは、実施の形態1で説明した液晶表示パネルと似ているが、実施の形態1で説明した回折光思想12に代えて回折格子層52を備える。回折格子層52に属する回折格子部の配置位置および形状は実施の形態1で説明した回折格子層12におけるものと異なっている。回折格子層52には、回折格子部52R,52G,52Bが含まれる。図24に示すように、回折格子部52Rはカラーフィルタ6Gとカラーフィルタ6Bの境界を中心としてこの境界にまたがる領域に配置されている。回折格子部52Gはカラーフィルタ6B′とカラーフィルタ6Rの境界、回折格子部52Bはカラーフィルタ6Rとカラーフィルタ6Gの境界をそれぞれ中心として各境界にまたがる領域に配置されている。回折格子部52R,52G,52Bは周期的な突起構造になっているという点では、実施の形態1で説明した回折格子部12R,12G,12Bと同様である。
As shown in FIG. 24, the liquid crystal display device 100 i includes a transmissive liquid crystal display panel 11 i and a
図25に示すように、回折格子部52R,52G,52Bはそれぞれ異なる格子厚みdR,dG,dBとなっている。この回折格子層52においては格子厚みと格子深さとが等しいので、前記第1回折格子部と前記第2回折格子部と前記第3回折格子部とでは、格子深さがそれぞれ異なっている。
As shown in FIG. 25, the
再び図24を参照して説明すると、回折格子部52Rの格子厚みdRは、入射するR光を回折させてR色に対応するカラーフィルタ6R,6R″に導く一方、R光以外の光であるG光およびB光は透過させるような厚みになっている。同様に、回折格子部52Gの格子厚みdGは、R光およびB光を直進させる一方、G光を回折させてカラーフィルタ6G,6G′に導くような厚みになっている。回折格子部52Bの格子厚みdBは、R光およびG光を直進させる一方、B光を回折させてカラーフィルタ6B,6B′に導くような厚みになっている。各回折格子部がこれらの条件を満たすようにするためには、たとえば、回折格子層の肉部分の材料を屈折率1.6の樹脂とし、隙間を満たす媒質を空気とした場合、各回折格子部52R,52G,52Bの格子厚みdR,dG,dBは、表3に従って設計すればよい。このときの各回折格子部における波長―回折効率の関係を図26に示す。
Referring again to FIG. 24, the grating thickness d R of the diffraction
また、各回折格子部52R,52G,52Bの格子ピッチPGは、以下の式(4)、および既出の式(3)を満たすように定められる。
tanθd=PP(1+0.5)/D …(4)
(作用・効果)
本実施の形態における液晶表示装置100iが備える各回折格子部52R,52G,52Bにおいては、回折させる光としてのR光、G光、B光の中心波長にあわせて格子ピッチを最適化できるので、各光の回折角を同一にできる。そのため、目的となる絵素に回折光を損失なく導くことができるため、光利用効率を高くすることができる。
Further, the diffraction
tan θ d = P P (1 + 0.5) / D (4)
(Action / Effect)
In each of the
本実施の形態における光利用効率について説明する。従来の液晶表示装置では、カラーフィルタによる損失が2/3もあったため、光利用効率は1/3以下に留まっていた。一方、本実施の形態では、回折格子部52G,52Bに入射するR光はそのまま損失なく透過して、その50%がカラーフィルタ6Rに導かれる。また、回折格子部52Rに入射するR光のうちの一部も回折光としてカラーフィルタ6Rに導かれる。さらに回折格子部52R′に入射するR光のうちの一部も回折光としてカラーフィルタ6Rに導かれる。
The light utilization efficiency in this embodiment will be described. In the conventional liquid crystal display device, since the loss due to the color filter was 2/3, the light use efficiency remained at 1/3 or less. On the other hand, in the present embodiment, the R light incident on the
したがって、カラーフィルタ6Rには、回折格子部52G,52Bから直進するR光と、回折格子部52Gに隣接する回折格子部52R′から一次回折光として進んでくるR光と回折格子部52Bに隣接する回折格子部52Rから一次回折光として進んでくるR光との3通りが入射し、透過することとなる。
Accordingly, the
ここでは、R光に着目したが、G光、B光についても同様の効果が得られる。一次回折効率が30〜40%になるように回折格子を設計した場合、平均1次回折効率を35%と考え、また他の波長の光の0次回折効率を90%程度と見積もると、光利用効率は、0.9+35/100×2=1.6となる。すなわち、全体として光利用効率を従来の1.6倍にまで上げることができる。実施の形態1では、格子ピッチが一定のため、R光、B光については最適回折角度からずれがあり、1〜2割程度の損失が生じていたという点を考慮すると、光利用効率は実施の形態1と同等と見積もれる。 Here, attention is paid to R light, but the same effect can be obtained for G light and B light. When the diffraction grating is designed so that the first-order diffraction efficiency is 30 to 40%, the average first-order diffraction efficiency is considered to be 35%, and the zero-order diffraction efficiency of light of other wavelengths is estimated to be about 90%. The utilization efficiency is 0.9 + 35/100 × 2 = 1.6. That is, the light utilization efficiency as a whole can be increased to 1.6 times that of the prior art. In the first embodiment, since the grating pitch is constant, the light utilization efficiency is implemented considering that the R light and the B light are deviated from the optimum diffraction angle and a loss of about 10 to 20% occurs. It can be estimated that it is equivalent to Form 1.
また、実施の形態1では、格子ピッチが一定であるため、各光の回折角がわずかに異なり、斜めから見たときの色ずれが若干残るという問題があった。本実施の形態では各光ごとに格子ピッチが異なっていてもよいこととしているが、各光に合わせて格子ピッチを最適化することが好ましい。そうすれば、上述の実施の形態1での問題も解決できる。 Further, in the first embodiment, since the grating pitch is constant, the diffraction angles of the respective lights are slightly different, and there is a problem that a slight color shift remains when viewed obliquely. In this embodiment, the grating pitch may be different for each light, but it is preferable to optimize the grating pitch in accordance with each light. Then, the problem in the first embodiment can be solved.
本実施の形態で回折格子部の格子ピッチを領域によって異ならせる場合、回折格子部は、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとの組合せや、ナノインプリント技術を用いて製造するとよい。 In the present embodiment, when the grating pitch of the diffraction grating portion varies depending on the region, the diffraction grating portion may be manufactured using a combination of photolithography and reactive ion etching, or a nanoimprint technique.
(実施の形態6)
(構成)
図27、図28を参照して、本発明に基づく実施の形態6における液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置は、ホログラム層を備え、前記ホログラム層においては各絵素の領域をそれぞれ2分割するようにして得られる各領域にそれぞれ個別のホログラム部が配置され、前記ホログラム部の各々は、前記ホログラム部が属する絵素に隣接する絵素のカラーフィルタに回折光が入射するような位置関係で配置されている。
(Embodiment 6)
(Constitution)
With reference to FIGS. 27 and 28, a liquid crystal display device according to a sixth embodiment of the present invention will be described. The liquid crystal display device includes a hologram layer, and in the hologram layer, individual hologram portions are arranged in each region obtained by dividing each pixel region into two, respectively, They are arranged in such a positional relationship that the diffracted light is incident on the color filter of the picture element adjacent to the picture element to which the hologram part belongs.
図27に示すように、この液晶表示装置100jは、透過型の液晶表示パネル11jと、バックライト装置10とを備える。バックライト装置10は実施の形態1で説明したものと同じである。液晶表示パネル11jは、実施の形態5で説明した液晶表示パネル11iと似ているが、回折格子層52のほかにさらにホログラム層53を備える。ホログラム層53は、透明基板5と回折格子層52との間に配置されている。
As shown in FIG. 27, the liquid
図28に示すように、ホログラム層53には、ホログラム部53R′,53R″,53G′,53G″,53B′,53B″が含まれる。ホログラム部53R′は回折格子部52Gを透過したR光を回折してカラーフィルタ6Rに導く。このときホログラム部53R′によってはR光のみが回折され、他の波長の光G光、B光はホログラム部53R′をそのまま透過する。また、断面形状が矩形となる回折格子では2方向に回折光が発生したのに対し、ホログラムでは1方向に光を回折させることが可能であり、適切に設計することにより90%以上の回折効率を得ることも可能である。
As shown in FIG. 28, the
(作用・効果)
本実施の形態における液晶表示装置100jにおいては、ホログラム部53R″は回折格子部52Bを透過したR光を回折してカラーフィルタ6Rに導く。さらに、ホログラム部53G′は回折格子部52Bを透過したG光を回折してカラーフィルタ6Gに導き、ホログラム部53G″は回折格子部52R′を透過したG光を回折してカラーフィルタ6G′に導く。また、ホログラム部53B′は回折格子部52Rを透過したB光を回折してカラーフィルタ6Bに導き、ホログラム部53B″は回折格子部52Gを透過したB光を回折してカラーフィルタ6B′に導く。
(Action / Effect)
In the liquid
実施の形態5では、ホログラム層53を備えず回折格子部52だけを備えていたので、光利用効率は従来比で1.6倍程度に留まっていたが、本実施の形態ではホログラム層53を備えることによりさらに光利用効率を向上させることができる。ホログラム層53の平均回折効率を80%とすると、光利用効率は、0.9+35/100×2+80/100=2.4となる。すなわち、全体として光利用効率を従来比の2.4倍にまで上げることができる。
In the fifth embodiment, since the
ホログラム層の製造に当たっては、予め作製されたマスタホログラムと感光層とを密着させて露光を行ない、マスタホログラムのパターンを感光層に転写するという密着露光法を用いて作製するとよい。その上に実施の形態5と同様の方法で回折格子層を作製すればよい。 In producing the hologram layer, it is preferable to produce the hologram layer using a contact exposure method in which a master hologram prepared in advance is exposed to light and a photosensitive layer is exposed, and the pattern of the master hologram is transferred to the photosensitive layer. A diffraction grating layer may be formed thereon by the same method as in the fifth embodiment.
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
光源、2 導光板、3 プリズムシート、4,5 透明基板、6 カラーフィルタ層、6R,6G,6B (各絵素の)カラーフィルタ、6B′,6R″ (隣接する絵素の)カラーフィルタ、10 バックライト装置、11,11h,11i,11j (回折格子層がある)液晶表示パネル、12,25,52 回折格子層、12R,12G,12B 回折格子部、13 (プリズムシートから出射する)光、14 (回折格子から出射する)光、15 (液晶表示パネルから出射する)光、16R 第1樹脂層、16G 第2樹脂層、16B 第3樹脂層、21 (回折格子層がない)液晶表示パネル、31,35,36,37 感光性樹脂層、32 (h線の)光、33 型、34 (硬化した感光性樹脂層の)段差構造体、41 回折格子、41R,41G,41B (各色に対応する)領域、46 カラーフィルタ、53 ホログラム層、100,100h,100i,100j 液晶表示装置。 Light source, 2 light guide plate, 3 prism sheet, 4,5 transparent substrate, 6 color filter layer, 6R, 6G, 6B (for each picture element) color filter, 6B ′, 6R ″ (for adjacent picture element), 10 Backlight device, 11, 11h, 11i, 11j (with diffraction grating layer) Liquid crystal display panel, 12, 25, 52 Diffraction grating layer, 12R, 12G, 12B Diffraction grating section, 13 (emitted from prism sheet) light , 14 (emitted from the diffraction grating), 15 (emitted from the liquid crystal display panel), 16R first resin layer, 16G second resin layer, 16B third resin layer, 21 (no diffraction grating layer) liquid crystal display Panel, 31, 35, 36, 37 Photosensitive resin layer, 32 (h-line) light, 33 type, 34 Stepped structure (of cured photosensitive resin layer), 41 Diffraction grating, 41R 41G, 41B (corresponding to the colors) regions, 46 a color filter, 53 a hologram layer, 100,100h, 100i, 100j liquid crystal display device.
Claims (12)
前記液晶表示パネルに向けて光を供給するバックライト装置とを備え、
前記液晶表示パネルの前記バックライト装置側の面においては、前記第1絵素の領域に第1回折格子部が、前記第2絵素の領域に第2回折格子部がそれぞれ形成され、
前記第1回折格子部は、前記第1色光を直進させ、前記第1色光以外の光を回折する性質を有し、
前記第2回折格子部は、前記第2色光を直進させ、前記第2色光以外の光を回折する性質を有し、
各絵素の回折格子部は、一次回折光が隣接する絵素のカラーフィルタに入射するような位置関係で配置されている、液晶表示装置。 A plurality of pixels are defined, and each of the plurality of pixels transmits a first color element having a first color filter that transmits the first color light and a second color light different from the first color light. A transmissive liquid crystal display panel including a plurality of picture elements including a second picture element in which a second color filter is disposed;
A backlight device for supplying light toward the liquid crystal display panel,
On the surface of the liquid crystal display panel on the backlight device side, a first diffraction grating portion is formed in the first pixel region, and a second diffraction grating portion is formed in the second pixel region,
The first diffraction grating portion has a property of straightly traveling the first color light and diffracting light other than the first color light,
The second diffraction grating portion has a property of causing the second color light to travel straight and diffracting light other than the second color light,
The liquid crystal display device in which the diffraction grating portion of each picture element is arranged in a positional relationship such that the first-order diffracted light is incident on a color filter of an adjacent picture element.
前記液晶表示パネルのバックライト装置側になる予定の面に感光性樹脂層を形成する工程と、
前記感光性樹脂層を硬化させることができ、かつ、前記第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、前記第2カラーフィルタを透過することがほぼできない硬化用光を前記液晶表示パネルに対して入射角度を順次変えながら照射することで、前記感光性樹脂層を部分的に硬化させる工程と、
回折格子成形型を押し付けることによって前記感光性樹脂層のうち前記第1絵素の領域に第1回折格子部を形成し、前記感光性樹脂層のうち前記第2絵素の領域に第2回折格子部を形成する工程とを含む、液晶表示装置の製造方法。 A plurality of pixels are defined, each of the plurality of pixels includes a plurality of picture elements, and a first color filter that transmits a first color light is transmitted through the first picture element of the plurality of picture elements. A transmissive liquid crystal in which a second color filter that is arranged and transmits a second color light different from the first color light is arranged in a second picture element different from the first picture element among the plurality of picture elements. Preparing a display panel;
Forming a photosensitive resin layer on the surface of the liquid crystal display panel that is to be the backlight device side;
Curing light that can cure the photosensitive resin layer, transmit the first color filter, and hardly transmit the second color filter is applied to the liquid crystal display panel. The step of partially curing the photosensitive resin layer by irradiating while sequentially changing the incident angle,
A first diffraction grating portion is formed in the region of the first picture element in the photosensitive resin layer by pressing a diffraction grating mold, and a second diffraction is formed in the region of the second picture element in the photosensitive resin layer. Forming a lattice part. A method for manufacturing a liquid crystal display device.
前記液晶表示パネルのバックライト装置側になる予定の面に、硬化時に第1の屈折率を有するような感光性の第1樹脂層を形成する工程と、
前記第1樹脂層を硬化させることができ、かつ、前記第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、前記第2カラーフィルタを透過することがほぼできない第1硬化用光を前記液晶表示パネルに対して、前記第1カラーフィルタを透過した前記第1硬化用光が前記第1樹脂層のうち前記第1絵素に対応する領域に到達するような第1入射角度で照射することで、前記第1樹脂層を部分的に硬化させる工程と、
前記液晶表示パネルのバックライト装置側になる予定の面に、硬化時に前記第1の屈折率とは異なる第2の屈折率を有するような感光性の第2樹脂層を形成する工程と、
前記第2樹脂層を硬化させることができ、かつ、前記第1カラーフィルタを透過することができ、かつ、前記第2カラーフィルタを透過することがほぼできない第2硬化用光を前記液晶表示パネルに対して、前記第1カラーフィルタを透過した前記第2硬化用光が前記第2樹脂層のうち前記第2絵素に対応する領域に到達するような第2入射角度で照射することで、前記第2樹脂層を部分的に硬化させる工程とを含む、液晶表示装置の製造方法。 A plurality of pixels are defined, each of the plurality of pixels includes a plurality of picture elements, and a first color filter that transmits a first color light is transmitted through the first picture element of the plurality of picture elements. A transmissive liquid crystal in which a second color filter that is arranged and transmits a second color light different from the first color light is arranged in a second picture element different from the first picture element among the plurality of picture elements. Preparing a display panel;
Forming a photosensitive first resin layer having a first refractive index upon curing on the surface of the liquid crystal display panel that is to be the backlight device side;
The liquid crystal display panel emits first curing light that can cure the first resin layer, transmit the first color filter, and transmit the second color filter. On the other hand, by irradiating the first curing light transmitted through the first color filter at a first incident angle such that the first resin layer reaches a region corresponding to the first pixel in the first resin layer, Partially curing the first resin layer;
Forming a photosensitive second resin layer having a second refractive index different from the first refractive index upon curing on a surface of the liquid crystal display panel that is to be the backlight device side;
The liquid crystal display panel emits second curing light that can cure the second resin layer, transmit the first color filter, and transmit substantially the second color filter. In contrast, by irradiating the second curing light transmitted through the first color filter at a second incident angle such that the second resin light reaches a region corresponding to the second picture element in the second resin layer, And a step of partially curing the second resin layer.
前記液晶表示パネルに向けて光を供給するバックライト装置とを備え、
前記液晶表示パネルの前記バックライト装置側の面においては、前記第2絵素と前記第3絵素の境界にまたがるように第1回折格子部が、前記第1絵素と前記第3絵素の境界にまたがるように第2回折格子部が、前記第1絵素と前記第2絵素の境界にまたがるように第3回折格子部が、それぞれ形成され、
前記第1回折格子部は、前記第1色光を回折させ、前記第1色光以外の光を直進させる性質を有し、
前記第2回折格子部は、前記第2色光を回折させ、前記第2色光以外の光を直進させる性質を有し、
前記第3回折格子部は、前記第3色光を回折させ、前記第3色光以外の光を直進させる性質を有し、
各光を回折させる回折格子部は、その一次回折光が各光を透過させるカラーフィルタに入射するような位置関係で配置されている、液晶表示装置。 A plurality of pixels are defined, and each of the plurality of pixels transmits a first color element having a first color filter that transmits the first color light and a second color light different from the first color light. A plurality of picture elements including a second picture element in which a second color filter is arranged and a third picture element in which a third color filter that transmits a third color light different from the first color light and the second color light is arranged. A transmissive liquid crystal display panel including
A backlight device for supplying light toward the liquid crystal display panel,
On the surface of the liquid crystal display panel on the backlight device side, a first diffraction grating portion extends across the boundary between the second picture element and the third picture element, and the first picture element and the third picture element. A second diffraction grating portion is formed so as to straddle a boundary between the first and second pixel elements, and a third diffraction grating portion is formed so as to straddle a boundary between the first and second picture elements,
The first diffraction grating portion has a property of diffracting the first color light and causing light other than the first color light to go straight.
The second diffraction grating portion has a property of diffracting the second color light and causing light other than the second color light to go straight.
The third diffraction grating portion has a property of diffracting the third color light and causing light other than the third color light to travel straight.
The diffraction grating part that diffracts each light is a liquid crystal display device that is arranged in a positional relationship such that the first-order diffracted light is incident on a color filter that transmits each light.
前記ホログラム層においては各絵素の領域をそれぞれ2分割するようにして得られる各領域にそれぞれ個別のホログラム部が配置され、
前記ホログラム部の各々は、前記ホログラム部が属する絵素に隣接する絵素のカラーフィルタに回折光が入射するような位置関係で配置されている、請求項10または11に記載の液晶表示装置。 With a hologram layer,
In the hologram layer, an individual hologram part is arranged in each region obtained by dividing each pixel region into two parts,
12. The liquid crystal display device according to claim 10, wherein each of the hologram parts is arranged in a positional relationship such that diffracted light is incident on a color filter of a picture element adjacent to the picture element to which the hologram part belongs.
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