JP5571641B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に関し、より詳細には、コントラストと光効率とを向上させる液晶表示装置に関する。

近年ディスプレイ装置は、携帯の可能な薄型の平板ディスプレイ装置に急速に置き換わっている。平板ディスプレイ装置の中でも液晶表示装置は、低電力を消費する長所を持っていて、次世代ディスプレイ装置として注目されている。また身体に有害な電磁波が少なく発生するという長所がある。

一方、液晶表示装置は自発光型平板ディスプレイ装置ではないため、別途の光源を必要とする。別途の光源としてバックライトが使われる。しかし、バックライトで発生した光が液晶層に伝えられる途中で損失して光効率が高くない。特にバックライトと液晶層との間に介する偏光層のために光損失がさらに大きい。

また液晶表示装置に光効率のために反射型偏光板を使用することもあるが、この場合、外光の反射によってコントラストが減少する。

本発明は、液晶層とバックライトとの間に反射面と吸収面とを備える偏光層を備えてコントラストと光効率とを向上させることができる液晶表示装置を提供できる。

本発明は、バックライトと、前記バックライト上に配された液晶層と、前記バックライトと前記液晶層との間に配される第１偏光層と、前記液晶層の前記バックライトに向かう面の反対側に配される第２偏光層と、を備え、前記第１偏光層の前記バックライトに向かう面は反射面を備え、反対側の面は吸収面を備える液晶表示装置を開示する。

本発明において、前記バックライトの面のうち、前記第１偏光層に向かう面の反対面に配された反射膜をさらに備える。

本発明において、前記反射膜と前記バックライトとの間に配された１／４波長位相差層をさらに備える。

本発明の他の側面によれば、バックライトと、前記バックライト上に配された液晶層と、前記バックライトと前記液晶層との間に配され、複数のグリッドと吸収部材とを備える第１偏光層と、前記液晶層の前記バックライトに向かう面の反対側に配される第２偏光層と、を備え、前記第１偏光層のグリッドは、金属を含んで前記バックライトに向かって配され、前記吸収部材は、誘電物質を含んで前記液晶層と前記グリッドとの間に配される液晶表示装置を開示する。

本発明において、前記吸収部材は、前記グリッドと同じパターンでグリッド上に積層される形態である。

本発明において、前記吸収部材は、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）またはルテニウムを含む材料で形成される。

本発明において、前記吸収部材は、有機物を含む。

本発明において、前記吸収部材は、無機物を含む。

本発明において、前記吸収部材は金属をさらに含み、前記金属と前記誘電物質とは混合物をなす。

本発明のさらに他の側面によれば、バックライトと、前記バックライト上に配された液晶層と、前記バックライトと前記液晶層との間に配されて複数のグリッドを備える第１偏光層と、前記液晶層の前記バックライトに向かう面の反対側に配される第２偏光層と、を備え、前記グリッドは、誘電物質を含む第１成分と金属を含む第２成分とを含み、前記第１成分及び第２成分は、前記グリッドの厚さ方向に濃度勾配を持ち、前記第１成分は前記液晶層に向かう方向へ行くほど含有量が増加し、前記第２成分は前記バックライトに向かう方向へ行くほど含有量が増加する液晶表示装置を開示する。

本発明において、前記第１成分は、ＳｉＯｘ（ｘ≧１）、ＳｉＮｘ（ｘ≧１）、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ及びＩｎ_２Ｏ_３からなる群から
選択されたいずれか一つを含む。

本発明において、前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択されたいずれか一つを含む。

本発明において、前記グリッドは、所定の間隔で離隔してストライプ状にパターニングされる。

本発明は、液晶層とバックライトとの間に反射面と吸収面とを備える偏光層を備え、外光の反射を防止してコントラスト及び視認性を向上でき、バックライトから出る光源の効率を向上させて液晶表示装置の輝度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図２のＡを拡大した図面である。 本発明の他の実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な断面図である。 図４のＢを拡大した図面である。 図４の第１偏光層のみを示した概略的な斜視図である。 図４の第１偏光層の材料のうち一部の可視光線に対する反射率を示すグラフである。 図４の第１偏光層の材料のうち一部の偏光消滅比を示すグラフである。 本発明のさらに他の実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な断面図である。 図９のＣを拡大した図面である。 図１０のグリッドを拡大した図面である。 図１０のグリッドの厚さ別の第１成分及び第２成分の含有量を比較して図示したグラフである。

以下、添付した図面に図示された本発明に関する実施形態を参照して、本発明の構成及び作用を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。図３は、図２のＡを拡大した図面である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態に関する液晶表示装置１００は、バックライト３００、液晶層２６０、第１偏光層２２０及び第２偏光層２９０を備える。

図１及び図２を参照すれば、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル２００及び液晶表示パネル２００に光を供給するバックライト３００を備える。液晶表示パネル２００には、画像信号を伝達する軟性印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）２０５が取り付けられている。液晶表示パネル２００の後方にはバックライトユニット３００が配される。

バックライト３００は、連結ケーブル３０５を通じて電源を供給され、バックライト３００の前面を通じて光を放出する。図１及び図２に、バックライト３００から放出された光を矢印で図示した。バックライト３００から放出された光は液晶表示パネル２００に供給される。

バックライト３００の液晶層２６０に向かう面の反対面には、反射膜３２０が配される。反射膜３２０は、バックライト３００から放出される光を液晶層２６０に向かわせて光効率を向上させる。反射膜３２０とバックライト３００との間には１／４波長位相差層３１０が配される。

一方、液晶表示パネル２００は、液晶層２６０及び液晶層２６０の両端に配される第１偏光層２２０並びに第２偏光層２９０を備える。図２を参照して具体的に説明する。液晶表示パネル２００は第１基板２１０を備える。第１基板２１０は透明基板で形成する。第１基板２１０はＳｉＯ_２を主成分とする透明なガラス材質であってもよく、透明なプラスチックであってもよい。

第１基板２１０の面のうち、バックライト３００に向かう面に第１偏光層２２０を形成する。図２のＡの拡大図である図３には、第１偏光層２２０の具体的な構成が図示されている。第１偏光層２２０は、吸収面２２１及び反射面２２２を備える。第１偏光層２２０の面のうち、バックライト３００に向かう面は反射面２２２であり、その反対面、すなわち、第１基板２１０に向かう面は吸収面２２１である。

反射面２２２を形成する反射物質を形成した後、その上に吸収面２２１を形成する吸収物質を形成する。次いで、これらを一括的にパターニングして第１偏光層２２０を形成できる。しかし、第１偏光層２２０の製法がこれに限定されるものではない。吸収面２２１を形成してからその面に反射面２２２を形成する物質をドーピングして第１偏光層２２０を形成するなど、多様な製法を利用して第１偏光層２２０を形成できる。

第１基板２１０の他面、すなわち、第１偏光層２２０が形成された面の反対面上にはバッファ層２１１が形成される。バッファ層２１１は、第１基板２１０の平滑性を確保して不純元素の流出を防止するために形成する。バッファ層２１１は、ＳｉＯ_２及び／またはＳｉＮｘなどで形成できる。

バッファ層２１１上には活性層２３１が所定のパターンで形成される。活性層２３１上にはゲート絶縁膜２３２が形成され、ゲート絶縁膜２３２上にはゲート電極２３３が所定のパターンで形成される。ゲート電極２３３上には、ゲート電極２３３を覆うように層間絶縁膜２３４が形成される。層間絶縁膜２３４が形成された後には、ドライエッチングなどの工程により、ゲート絶縁膜２３２と層間絶縁膜２３４とをエッチングして、活性層２３１の領域が露出されるようにコンタクトホールを形成する。コンタクトホールを通じて活性層２３１と電気的に連結されるように、ソース電極２３５とドレイン電極２３６とが形成される。ソース電極２３５及びドレイン電極２３６を覆うようにパッシベーション膜２４０が形成され、パッシベーション膜２４０上に平坦化膜２５０が形成される。平坦化膜２５０及びパッシベーション膜２４０をエッチングして、ソース電極２３５またはドレイン電極２３６と電気的に連結されるように、所定のパターンで第１電極２５５を形成する。

第１基板２１０と対向するように第２基板２８０が配される。第２基板２８０は、第１基板２１０と同様に透明な成分で形成される。第１基板２１０と第２基板２８０との間には、液晶層２６０が配される。第２基板２８０の下面にはカラーフィルター層２８５が形成される。カラーフィルター層２８５の下面には第２電極２７５が形成され、第１電極２５５と第２電極２７５との互いに対向する面には、液晶層２６０に配向する第１配向層２７１と第２配向層２７２とが形成される。

第２基板２８０の外部に向かう上面には、第２偏光層２９０が形成される。第２偏光層２９０は吸収偏光層として作用する。そのために位相変換層を備えることができる。第２偏光層２９０上には、外部から加えられる力による破損を防止するために保護フィルム２９５が形成される。

カラーフィルター層２８５と平坦化膜２５０との間には液晶層２６０を区画するスペーサ２６５が形成される。

図２にはＴＦＴ−ＬＣＤを例示したが、本発明の液晶表示パネル２００がこれに限定されるものではない。

液晶表示装置１００の作動原理について簡単に説明すれば、ゲート電極２３３、ソース電極２３５、ドレイン電極２３６により制御された外部信号により、第１電極２５５と第２電極２７５との間に電位差が形成され、電位差により液晶層２６０の配列が決定され、液晶層２６０の配列によってバックライト３００から供給される可視光線が遮蔽または通過される。通過された光がカラーフィルター層２８５を通過しつつ色を帯びるようになって画像を具現する。

本発明の一実施形態に関する液晶表示装置１００の第１偏光層２２０は、バックライト３００と液晶層２６０との間に配される。第１偏光層は、液晶層２６０に向かう面に吸収面２２１を備える。液晶表示装置１００の使用時、液晶層２６０を通じて入射された外部の光線は第１偏光層２２０に達する。

この時、第１偏光層２２０の吸収面２２１によって外部光線の反射を防止する。結果的に、液晶表示装置１００のコントラストを向上させる。また第１偏光層２２０のバックライト３００に向かう面は反射面２２２を備える。

バックライト３００から放出された光は、方向性なく無作為で広がる性質がある場合が多い。すなわち、液晶層２６０に向かって進む光もあるが、その逆方向に進む光も存在する。液晶層２６０と逆方向に進む光が多くなれば、光の効率が低くなりうる。

しかし、本発明はバックライト３００から放出された光が液晶層２６０と逆方向に進んでも、反射膜３２０で反射されて液晶層２６０に向かうようになるので光効率が低くならない。

具体的には、バックライト３００から放出された光が液晶層２６０に向かって進む途中で第１偏光層２２０に達すれば、光の成分のうち、第１偏光層２２０の透過軸による方向の成分が第１偏光層２２０を透過して液晶層２６０に向かう。

また第１偏光層２２０に達した光の成分のうち、第１偏光層２２０の反射軸に沿う方向の成分、すなわち、透過軸と直交する方向の成分は反射される。第１偏光層２２０で反射した光は、１／４波長の位相差層３１０を通過しつつ一方向に回転する円偏光に変換される。これらの一方向に回転する円偏光は、反射膜３２０で反射されて他方向に回転する円偏光に変換される。他方向に回転する円偏光は、１／４波長の位相差層３１０を通過しつつ第１偏光層２２０の反射軸と直交する方向の直線偏光に変換される。直線偏光は第１偏光層２２０の透過軸方向と同一であって、第１偏光層２２０を透過して液晶層２６０に向かう。

このような光の循環効果を利用して、バックライト２１０から放出された外光を最大限液晶層２６０に向かわせて光効率を向上させる。

また本発明の第１偏光層２２０は、その一面が吸収面２２１であり、他面は反射面２２２で形成されて外光の反射を防止し、バックライトの効率を向上させる。吸収機能と反射機能とを持つ面を一面と他面とに備えるので、吸収機能偏光層と反射機能偏光層とを別個に設置する必要がない。

図４は、本発明の他の実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な断面図であり、図５は、図４のＢを拡大した図面である。図６は、図４の第１偏光層のみを示した概略的な斜視図である。説明の便宜のために前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。同じ参照符号は同じ部材を表す。

図４を参照すれば、本発明の一実施形態に関する液晶表示装置４００は、バックライト５００、液晶層６６０、第１偏光層６２０及び第２偏光層６９０を備える。

図４を参照すれば、液晶表示装置４００は、液晶表示パネル６００及びバックライト５００を備える。

バックライト５００の液晶層６６０に向かう方向の反対面には反射膜５２０が配される。反射膜５２０とバックライト５００との間には１／４波長位相差層５１０が配される。

一方、液晶表示パネル６００は、液晶層６６０及び液晶層６６０の両端に配される第１偏光層６２０及び第２偏光層６９０を備える。

液晶表示パネル６００は第１基板６１０を備える。第１基板６１０の面のうち、バックライト５００に向かう面に、第１偏光層６２０を形成する。図４のＢ部分の拡大図である図５には、第１偏光層６２０の具体的な構成が図示されている。

第１偏光層６２０は、複数のグリッド６２１及び吸収部材６２２を備える。グリッド６２１は光を反射できるように金属を含み、バックライト５００方向に向かうように配され、吸収部材６２２は、液晶層６６０に向かうように配される。図５を参照すれば、吸収部材６２２は、第１基板６１０とグリッド６２１との間に配される。

グリッド６２１は、電磁波で特定偏光のみを偏光させる目的で平行した導電体線を配列した形態である。グリッド６２１を形成する導電体には、アルミニウム、銀、クロムなどの金属がある。グリッド６２１は、各グリッド６２１間に一定の間隔Ｐ１を持つ。そして、このような間隔Ｐ１は、グリッド６２１の性能を決定する重要な要素である。グリッド６２１間の間隔Ｐ１が入射される光の波長に比べて長ければ、グリッド６２１は偏光機能よりは回折格子の機能を主に行う。一方、グリッド６２１間の間隔Ｐ１が入射される波長の光に比べて短いならば、グリッド６２１は偏光機能を主に行う。

第１偏光層６２０は吸収部材６２２を備える。図５を参照すれば、グリッド６２１と第１基板６１０との間に吸収部材６２２が形成される。吸収部材６２２の厚さＴ２はグリッド６２１の厚さＴ１と異なるが、吸収部材６２２の間隔Ｐ２がグリッド６２１の間隔Ｐ１と同じくなるように同じパターンで形成できる。吸収部材６２２は反射率の低い物質を使用できる。

吸収部材６２２は、多様な材料で形成できる。セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ルテニウムを含むことができる。また誘電物質を含むことができ、誘電物質と金属との混合物を含むことができる。

これらの材料は吸収部材６２２として優秀な性質を持つ。そのうち、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ルテニウムの特性を測定した結果のグラフを、図７及び図８に図示した。図７は、前述した材料の可視光線に対する反射率を示すグラフであり、図８は、前述した材料の偏光消滅比を示すグラフである。

図７及び図８の結果を得るために、図５及び図６のような構造の第１偏光層６２０を製作して実験したが、この時、グリッド６２１の周期Ｐ１は、１００nm、幅Ｗ１は５０nm、厚さＴ１は１００nmとし、吸収部材６２２の周期Ｐ２は１００nm、幅Ｗ２は５０nm、厚さＴ２は１００nmとした。

図７の横軸は、可視光線の波長帯を表し、縦軸は反射率を表す。図７を参照すれば、アルミニウムの場合、可視光線に対する反射率が青色、緑色、赤色いずれも５０％以上の値を表す。しかし、本発明の一実施形態に関する第１偏光層６２０に備えられる吸収部材６２２を使用すれば、可視光線の反射率は、アルミニウムの場合と比較すれば、ほぼ半分レベルに低くなる。下の表１は、図３の正確な数値を示す表である。

表１から分かるように、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ルテニウムいずれも可視光線のあらゆる波長帯で３０％以下の低い反射率を表す。

図８を参照すれば、偏光消滅比もアルミニウムに比べて吸収部材が優秀であることが分かる。図８の横軸は可視光線の波長帯を表し、縦軸は偏光消滅比値を表す。偏光消滅比は、Ｓ偏光が入射する時に入射されるＳ波と透過されるＳ波との光パワーの比であって、高い値を持つほど偏光性能が優秀である。次の表２は、図８の正確な数値を示す表である。

表２から分かるように、吸収部材６２２のうち、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅはアルミニウムに比べて２倍以上の偏光消滅比値を表し、ルテニウムは１０００倍以上の偏光消滅比値を表す。

前述したように吸収部材６２２は誘電物質を含むことができる。吸収部材６２２は、有機物または無機物を含む多様な誘電物質を使用できる。無機物で吸収部材６２２を形成する場合に、ＳｉＯｘ（ｘ≧１）、ＳｉＮｘ（ｘ≧１）、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、及び窒化物などの材料を利用できる。

有機物で吸収部材６２２を形成する場合、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴまたはＰＥＴＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）などの材料を利用できる。また銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ：ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）のような低分子有機物も使用できる。

また吸収部材６２２は金属を含み、金属と誘電物質とが混合物をなすように形成できる。すなわち、金属と誘電物質とを共蒸着して党混合物を形成して、反射率が低くて吸収係数の高い低反射率部材を形成できる。金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔなどの物質でありうる。金属と混合物をなす誘電物質は、有機物、無機物、有機物と無機物との化合物でありうる。

金属と混合物をなす無機物は、ＳｉＯｘ（ｘ≧１）、ＳｉＮｘ（ｘ≧１）、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、及び窒化物などの材料でありうる。

金属と混合物をなす有機物は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴまたはＰＥＴＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）などの高分子材料でありうる。また銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）のような低分子有機物も使用できる。そして、前述した有機物と無機物との化合物を金属と混合して吸収部材６２２を形成できる。

吸収部材６２２は、グリッド６２１上に形成されてグリッド６２１の上面を覆う。すなわち、このような構造の第１偏光層６２０に外光が入射される時、外光が金属のグリッド６２１上で反射することを吸収部材６２２が止める。このような効果のために、吸収部材６２２の幅Ｗ２は、グリッド６２１の幅Ｗ１と同じくすることができる。

図６には、第１偏光層６２０が一定の間隔で線形でパターニングされた形態で図示されている。このような構造を形成するために、図示していないが、第１基板６１０上に吸収部材６２２を形成する物質を塗布した後、グリッド６２１を形成するための導電体物質を塗布し、次いで、マスクを利用したパターニングを行ってこのような構造を容易に得ることができる。

また下部に置かれたバックライト５００上にグリッド６２１を形成するための物質を塗布してから、吸収部材６２２を形成する物質を塗布した後でパターニングすることできる。

第１基板６１０の他面、すなわち、第１偏光層６２０が形成された面の反対面上にはバッファ層６１１が形成される。バッファ層６１１上には活性層６３１が所定のパターンで形成され、活性層６３１上にはゲート絶縁膜６３２が形成され、ゲート絶縁膜６３２上には、ゲート電極６３３が所定のパターンで形成される。

ゲート電極６３３上には層間絶縁膜６３４が形成される。層間絶縁膜６３４が形成された後にはコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通じて活性層６３１と電気的に連結されるように、ソース電極６３５とドレイン電極６３６とが形成される。ソース電極６３５及びドレイン電極６３６を覆うようにパッシベーション膜６４０が形成され、パッシベーション膜６４０上に平坦化膜６５０が形成される。ソース電極６３５またはドレイン電極６３６と電気的に連結されるように、所定のパターンで第１電極６５５を形成する。

第１基板６１０と対向するように第２基板６８０が配される。第１基板６１０と第２基板６８０との間には液晶層６６０が配される。第２基板６８０の下面にはカラーフィルター層６８５が形成される。カラーフィルター層６８５の下面には第２電極６７５が形成され、第１電極６５５と第２電極６７５との互いに対向する面には、液晶層６６０に配向する第１配向層６７１と第２配向層６７２とが形成される。

第２基板６８０の外部に向かう上面には第２偏光層６９０が形成される。第２偏光層６９０は吸収偏光層として作用する。そのために位相変換層を備えることができる。第２偏光層６９０上には保護フィルム６９５が形成される。カラーフィルター層６８５と平坦化膜６５０との間には、液晶層６６０を区画するスペーサ６６５が形成される。

本実施形態に関する液晶表示装置４００の第１偏光層６２０は、バックライト５００と液晶層６６０との間に配される。第１偏光層６２０は、液晶層２６０に向かう方向には吸収部材６２２を備える。

液晶表示装置４００の使用時、液晶層６６０を通じて入射された外部の光線は第１偏光層６２０に達する。この時、第１偏光層６２０の吸収部材６２２によって外部光線の反射を防止する。結果的に、液晶表示装置４００のコントラストを向上する。

また、第１偏光層６２０のバックライト５００に向かう方向には金属を含むグリッド６２１を備える。バックライト５００から放出された光がグリッド６２１に達して反射され、かつ、反射された光は再び反射膜５２０で反射され、光効率が向上して輝度が向上する。

バックライト５００から放出された光が液晶層６６０に向かって進んでいる途中で第１偏光層６２０に達すれば、光の成分のうち、第１偏光層６２０の透過軸に沿う方向の成分が第１偏光層６２０を透過して液晶層６６０に向かう。

また第１偏光層６２０に達した光の成分のうち、第１偏光層６２０の反射軸に沿う方向の成分、すなわち、透過軸と直交する方向の成分は反射される。第１偏光層６２０で反射した光は、１／４波長位相差層５１０を過ぎつつ一方向に回転する円偏光に変換される。これらの一方向に回転する円偏光は反射膜５２０で反射されて、他方向に回転する円偏光に変換される。他方向に回転する円偏光は、１／４波長位相差層５１０を過ぎつつ、第１偏光層６２０の反射軸と直交する方向の直線偏光に変換される。直線偏光は第１偏光層６２０の透過軸方向と同一であって、第１偏光層６２０を透過して液晶層６６０に向かう。

このような光の循環効果を利用して、バックライト５００から放出された外光を最大限液晶層６６０に向かわせて光効率を向上させる。

特に、バックライト５００から放出された光が方向性なしに進む場合、これらの光の循環効果を利用して放出された光が液晶層６６０に向かうように光を集光して光効率を向上させる。

図９は、本発明のさらに他の実施形態に関する液晶表示装置を示した概略的な断面図であり、図１０は、図９のＣを拡大した図面である。図１１は、図１０のグリッドを拡大した図面であり、図１２は、図１０のグリッドの厚さ別の第１成分及び第２成分の含有量を比較して図示したグラフである。

説明の便宜のために、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。

図９を参照すれば、本発明の一実施形態に関する液晶表示装置７００は、バックライト９００、液晶層８６０、第１偏光層８２０及び第２偏光層８９０を備える。

図９を参照すれば、液晶表示装置７００は大きく見て、液晶表示パネル８００及びバックライト９００を備える。

バックライト９００の液晶層８６０に向かう方向の反対面には反射膜９２０が配される。反射膜９２０とバックライト９００との間には、１／４波長位相差層９１０が配される。

一方、液晶表示パネル８００は、液晶層８６０、液晶層８６０の両端に配される第１偏光層８２０及び第２偏光層８９０を備える。

液晶表示パネル８００は第１基板８１０を備える。第１基板８１０の面のうち、バックライト９００に向かう面に第１偏光層８２０を形成する。図９のＣ部分の拡大図である図１０には、第１偏光層８２０の具体的な構成が図示されている。

第１偏光層８２０は複数のグリッド８２１を備える。グリッド８２１は、所定の間隔で離隔してストライプ状にパターニングされうる。

グリッド８２１は、各グリッド８２１間に一定の間隔Ｐ３を持つ。そして、これらの間隔Ｐ３は、グリッド８２１の性能を決定する重要な要素である。

グリッド８２１間の間隔Ｐ３が、入射される光の波長に比べて長ければ、グリッド８２１は偏光機能よりは回折格子の機能を主に行う。一方、グリッド８２１間の間隔Ｐ３が入射される波長の光に比べて短ければ、グリッド８２１は偏光機能を主に行う。

可視光線に対する偏光子として使用するために、グリッド６２１の幅Ｗ３は１００ないし５００ナノメートル、厚さＴ３は３００ないし５００ナノメートルで形成できる。

グリッド８２１は、第１成分８２１ａ及び第２成分８２１ｂを備える。グリッド８２１についての詳細な構造は、図１１に図示されている。図１１は、図１０のグリッド８２１を拡大して図示した図面である。第１成分８２１ａは誘電物質を含み、第２成分８２１ｂは金属を含む。第１成分８２１ａの含有量は、液晶層８６０に向かう方向へ行くほど増加し、第２成分８２１ｂの含有量は、バックライト９００に向かう方向へ行くほど増加する。

第１成分８２１ａは、ＳｉＯｘ（ｘ≧１）、ＳｉＮｘ（ｘ≧１）、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２などの絶縁透明物質で形成できる。また第１成分８２１ａは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯまたはＩｎ_２Ｏ_３の導電性透明物質で形成してもよい。第２成分８２１ｂは金属を含む。第２成分８２１ｂはＦｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、ＣｕまたはＰｔで形成できる。第１成分８２１ａ及び第２成分８２１ｂは、グリッド８２１の厚さ方向に濃度勾配を持つ。

図１１及び図１２を参照すれば、第１基板８１０に近いほど第１成分８２１ａの含有量は増加し、第１基板８１０から遠ざかるほど第２成分８２１ｂの含有量が増加する。すなわち、第１基板８１０と隣接した部分では第１成分８２１ａが主に分布し、第１基板８１０から遠い部分には第２成分８２１ｂが主に分布する。外光は図面の上部から入射される。すなわち、液晶層８６０を通じて第１偏光層８２０に入射される。第１偏光層８２０に備えられたグリッド８２１は、外光に向かう方向へ行くほど誘電物質で形成された第１成分８２１ａが増加する。すなわち、グリッド８２１は液晶層８６０の方向である第１基板８１０へ行くほど不透明な金属から透明な物質に漸進的に変わる。結果的に屈折率差により発生する界面反射を抑制する。外光がグリッド８２１に入射された時、外光を吸収して外光の反射を防止する。

第１成分８２１ａと第２成分８２１ｂとが濃度勾配を持つようにグリッド８２１を形成するために、共蒸着などの方法を利用できる。共蒸着時に第１成分８２１ａと第２成分８２１ｂとの蒸着速度を経時的に調節して、第１成分８２１ａと第２成分８２１ｂとの含有量が反比例するようにグリッド８２１を形成できる。

第１基板８１０の他面、すなわち、第１偏光層８２０が形成された面の反対面上にはバッファ層８１１が形成される。バッファ層８１１上には活性層８３１が所定のパターンで形成され、活性層８３１上にはゲート絶縁膜８３２が形成され、ゲート絶縁膜８３２上にはゲート電極８３３が所定のパターンで形成される。

ゲート電極８３３上には層間絶縁膜８３４が形成される。層間絶縁膜８３４が形成された後にはコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通じて活性層８３１と電気的に連結されるようにソース電極８３５とドレイン電極８３６とが形成される。ソース電極８３５及びドレイン電極８３６を覆うようにパッシベーション膜８４０が形成され、パッシベーション膜８４０上に平坦化膜８５０が形成される。ソース電極８３５またはドレイン電極８３６と電気的に連結されるように、所定のパターンで第１電極８５５を形成する。

第１基板８１０と対向するように第２基板８８０が配される。第１基板８１０と第２基板８８０との間には液晶層８６０が配される。第２基板８８０の下面にはカラーフィルター層８８５が形成される。カラーフィルター層８８５の下面には第２電極８７５が形成され、第１電極８５５と第２電極８７５との互いに対向する面には、液晶層８６０に配向する第１配向層８７１と第２配向層８７２とが形成される。

第２基板８８０の外部に向かう上面には第２偏光層８９０が形成される。第２偏光層８９０は吸収偏光層として作用する。そのために位相変換層を備えることができる。第２偏光層８９０上には保護フィルム８９５が形成される。カラーフィルター層８８５と平坦化膜８５０との間には、液晶層８６０を区画するスペーサ８６５が形成される。

本実施形態に関する液晶表示装置７００の第１偏光層８２０は、バックライト９００と液晶層８６０との間に配される。第１偏光層８２０は、複数個のグリッド８２１を備える。グリッド８２１は、第１成分８２１ａ及び第２成分８２１ｂを備える。

液晶表示装置７００の使用時、液晶層８６０を通じて入射された外部の光線は第１偏光層８２０に達する。第１偏光層８２０のグリッド８２１は、液晶層８６０方向へ行くほど不透明な金属から透明な物質に漸進的に変化する。したがって、屈折率差により発生する界面反射を抑制して、外光がグリッド８２１に入射された時に外光を吸収して外光の反射を防止する。結果的に、コントラストを向上させることができる。

また第１偏光層８２０のグリッド８２１は、バックライト９００に向かう方向へ行くほど透明な物質から不透明な金属に漸進的に変化する。バックライト９００から放出された光がグリッド８２１に達して反射され、反射された光は再び反射膜９２０で反射されて、光の循環効果によって光効率が向上して輝度が向上する。

バックライト９００から放出された光は、方向性なしにランダムに広がる性質がある場合が多い。すなわち、液晶層８６０に向かって進む光もあるが、その逆方向に進む光も存在する。液晶層８６０と逆方向に進む光が多くなれば、光の効率が低くなる。

しかし、本発明はバックライト９００から放出された光が液晶層８６０と逆方向に進んでも、反射膜９２０で反射されて液晶層８６０に向かうので、光効率が低くならない。

具体的にバックライト９００から放出された光が液晶層８６０に向かって進んでいる途中で第１偏光層８２０に達すれば、光の成分のうち、第１偏光層８２０の透過軸による方向の成分が第１偏光層８２０を透過して液晶層８６０に向かう。

また第１偏光層８２０に達した光の成分のうち、第１偏光層８２０の反射軸に沿う方向の成分、すなわち、透過軸と直交する方向の成分は反射される。第１偏光層８２０で反射した光は、１／４波長位相差層９１０を過ぎつつ一方向に回転する円偏光に変換される。これらの一方向に回転する円偏光は、反射膜９２０で反射されて他方向に回転する円偏光に変換される。他方向に回転する円偏光は、１／４波長位相差層９１０を過ぎつつ、第１偏光層８２０の反射軸と直交する方向の直線偏光に変換される。直線偏光は第１偏光層８２０の透過軸方向と同一であって、第１偏光層８２０を透過して液晶層８６０に向かう。

これらの光の循環効果を利用して、バックライト９００から放出された外光を最大限液晶層８６０に向かわせて光効率を向上させる。

また本発明の第１偏光層８２０は、その一面は吸収面として作用できる第１成分８２１ａの含有量が多く、他面は反射面として作用できる第２成分８２１ｂの含有量が多く形成されて外光の反射は防止し、バックライトの効率は向上させる。吸収機能と反射機能とを行う面をその一面と他面に備えて、吸収機能偏光層と反射機能偏光層とを別途に設置する必要がない。

本発明は、図面に図示された実施形態を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められねばならない。

本発明は、液晶表示装置関連の技術分野に好適に用いられる。

１００、４００、７００ 液晶表示装置
２００、６００、８００ 液晶表示パネル
２０５ 軟性印刷回路基板
２１０、６１０、８１０ 第１基板
２１１、６１１、８１１ バッファ層
２２０、６２０、８２０ 第１偏光層
２３１、６３１、８３１ 活性層
２３２、６３２、８３２ ゲート絶縁膜
２３３、６３３、８３３ ゲート電極
２３４、６３４、８３４ 層間絶縁膜
２３５、６３５、８３５ ソース電極
２３６、６３６、８３６ ドレイン電極
２４０、６４０、８４０ パッシベーション膜
２５０、６５０、８５０ 平坦化膜
２５５、６５５、８５５ 第１電極
２６０、６６０、８６０ 液晶層
２６５、６６５、８６５ スペーサ
２７１、６７１、８７１ 第１配向層
２７２、６７２、８７２ 第２配向層
２７５、６７５、８７５ 第２電極
２８０、６８０、８８０ 第２基板
２８５、６８５、８８５ カラーフィルター層
２９０、６９０、８９０ 第２偏光層
３００，５００、９００ バックライト
３０５ 連結ケーブル
３１０、５１０、９１０ １／４波長位相差層
３２０、５２０、９２０ 反射膜

Claims (6)

1. バックライトと、
   前記バックライト上に配された液晶層と、
   前記バックライトと前記液晶層との間に配されて前記バックライト側に複数のグリッドを備える第１偏光層と、
   前記液晶層の前記バックライトに向かう面の反対側に配される第２偏光層と
   を備え、
   前記グリッドは、誘電物質を含む第１成分と金属を含む第２成分とを含み、前記第１成分及び第２成分は、前記グリッドの厚さ方向の全体に濃度勾配を持ち、前記第１成分の含有量は前記液晶層に向かう方向へ行くほど増加し、前記第２成分の含有量は前記バックライトに向かう方向へ行くほど増加し、前記第１成分と前記第２成分との含有量が反比例するように前記グリッドを形成し、前記複数のグリッドは第１基板に形成される液晶表示装置。
2. 前記第１成分は、ＳｉＯｘ（ｘ≧１）、ＳｉＮｘ（ｘ≧１）、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ及びＩｎ_２Ｏ_３からなる群から選択されるいずれか一つを含む請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２成分は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択されるいずれか一つを含む請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記グリッドは、所定の間隔で離隔してストライプ状にパターニングされる請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記バックライトの面のうち、前記第１偏光層に向かう面の反対面に配された反射膜をさらに備える請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記反射層と前記バックライトとの間に配された１／４波長位相差層をさらに備える請求項１に記載の液晶表示装置。

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