JPH10509537A - フラットパネル画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フラットパネル画像表示装置(1)はパネルに結合された偏光の偏光状態を表示すべき情報に従って変調する画像表示パネル(3)を具える。光は画像表示パネル(3)と一体化された又は一体化されてない反射性偏光子(31)により偏光する。画像表示パネル(3)の少なくとも一部分が変調に好適でない偏光状態を有するビーム成分(b2)に対する光導波路として機能する。検光子(27)が画像表示パネル(3)の第１表面(25)に存在する。反射性偏光子(31)の形態の偏光手段が画像表示パネル(3)の第１表面(25)と反対側の第２表面(29)に存在する。光指向手段(33)が偏光子(31)の画像表示パネル(3)とは反対側の表面(35)に存在し、この光指向手段により画像表示パネル(3)からこの表面(35)を経て出る画像形成に寄与しない光を画像表示パネル(3)に再び送り、この光が所望の偏光状態を有する光に変換されるチャンスを与えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 フラットパネル画像表示装置 本発明は、光導波路に結合される光を偏光する偏光手段が一体に設けられた光 導波路と、該光導波路により偏光された光の偏光状態を表示すべき画像情報に従 って変調する画像表示パネルと、該画像表示パネルの第１表面に配置された検光 子とを具えるフラットパネル画像表示装置に関するものである。 頭書に記載したタイプのフラットパネル画像表示装置は、例えば米国特許ＵＳ −Ａ−４，２１２，０４８から既知である。この特許に記載されている画像表示 装置では、画像表示パネルを、光源及び光導波路として機能する楔形透明板から なる照明手段により照明している。光源から放射された光線は光導波路の端面に 結合され、光導波路と空気との間の界面において内部全反射を受けて導波路内を 伝搬する。画像表示パネルに対面する光導波路の界面における光線の入射角は各 反射毎に減少するため、この角度は所定の瞬時に臨界角より小さくなり、これら の光線は光導波路から出て行く。更に、光導波路は、光源の近傍において光導波 路の厚さを横切って延在する偏光材料ストリップの形態の偏光手段を具えている 。こうして、光導波路を出る光は偏光されたものとなる。 前記米国特許に記載された画像表示装置の欠点は、光源により供給される光の 約５０％が画像の形成に寄与し得ないで無駄になる点にある。これは、偏光子が ダイクロイックであり、従って画像表示パネルに対し望ましくない偏光状態を吸 収するためである。他の欠点は、光を光導波路の射出面から取り出しうるように 光導波路を楔形にする必要がある点にある。更に、楔形のために、光導波路がか なり厚くなり、設計の自由度がかなり制限される。 本発明の目的は、厚さを著しく減少したフラットパネル画像表示装置を提供す ることにある。更に、光導波路に結合される無偏光の光の大部分を光導波路内に おいて画像表示パネルにより画像情報に従って変調するのに好適な同一の偏光状 態を有する光に変換することにある。従って、画像表示装置の輝度を向上させる ことにある。 この目的のために、本発明のフラットパネル画像表示装置は、画像表示パネル の少なくとも一部分が光導波路を構成し、偏光手段が画像表示パネルの第１表面 と反対側の第２表面に配置された反射性偏光子で構成され、且つ該反射性偏光子 の画像表示パネルとは反対側の表面に光指向手段が配置されていることを特徴と する。 既知のフラットパネル画像表示装置では、光導波路は一般に約１〜３ｍｍの平 均厚さを有する光学的に透明な板からなるが、光導波路を含めたフラットパネル 画像表示装置全体の厚さは約３〜７ｍｍである。本発明画像表示装置では光導波 路の機能が画像表示パネルにより与えられるので、この透明板を省略することが でき、画像表示装置の厚さを著しく減少させることができる。 偏光手段が反射性偏光子により構成されているため、不所望な偏光状態を有す る光は吸収されず、まだその大部分を所望の偏光状態を有する光に変換して再利 用することができる。 所望の偏光状態とは、ここでは、不所望な偏光状態と相違して、画像情報に従 って変調するのに好適な偏光状態を意味する。 射出光とは、ここでは、光導波路を不所望な態様で出る光であって、他の手段 を講じなければ、この光が所望の偏光状態であるか不所望な偏光状態であるかと 無関係に、画像の形成に寄与しない光を意味する。取り出し光とは、光導波路を 所望の方向に出る所望の偏光状態を有する光、従って画像の形成に寄与する光を 意味する。 光指向手段は所望の偏光状態を有する光を装置の変調部に送る作用をなす。 光指向手段は個別の素子として実現することができるが、画像表示パネルと直 接接触させて設けることもできる。この構成は、材料界面、従って不所望な反射 が少なくなるので好適である。 本発明フラットパネル画像表示装置の好適実施例では、光指向手段を偏光維持 効果を有するものとする。 光指向手段は偏光維持効果を有する必要はない。その理由は、光指向手段から 到来する光は反射性偏光子に再び供給され、所望の偏光状態のみが通過するため である。しかし、所望の偏光状態を有する光の大部分は光指向手段に供給される ため、光指向手段は偏光維持効果を有するものとするのが効果的である。 光指向手段は種々に実現することができる。本発明フラットパネル画像表示装 置の第１の実施例では、光指向手段を反射性偏光子の面に対し角度θをなす複数 の反射小面を具える反射構造体で構成する。 反射性偏光子を通過したビーム成分、換言するば所望の偏光状態を有するビー ム成分がこの反射構造体により反射される。反射が生ずる角度は反射性偏光子の 面に対し反射小面がなす角度θにより決まる。 前記反射構造体は、例えば反射性偏光子の画像表示パネルとは反対側の表面に 、所望の形状を有する複数のへこみを設けることにより形成することができる。 この構造体は、例えばジグザグパターン又は鋸歯パターンの形状を有するものと することができる。 本発明フラットパネル画像表示装置の第２の実施例では、光指向手段を拡散体 と反射器で構成し、拡散体を反射性偏光子と反射器との間に配置する。 拡散体の存在のために、所望の偏光状態を有する入射ビーム成分の一部分が画 像表示パネル側に拡散される。しかし、他の部分は画像表示パネルとは反対側に 拡散される。このビーム部分が失われ、画像の形成に寄与しなくなるのを阻止す るために、反射器がこの光を再び画像表示パネルに送る。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例では、反射性偏光子をコレス テリック偏光子として実現する。 コレステリック偏光子はコレステリック秩序を有する液晶材料の層を具える偏 光子である。このタイプの液晶材料では、キラル分子が溶液中で自発的にスパイ ラル又はらせん構造に配列する構造を有する。このらせん構造は、らせん軸が層 を横断する向きにすることができる。 無偏光がこのような層に入射すると、らせんの回転方向（右回り又は左回り） に合致するとともにらせんのピッチｐに合致する波長を有するこの光の円偏光ビ ーム成分が反射され、他の円偏光ビーム成分が通過する。 コレステリック層の反射帯域幅λ_Oは： λ_O＝１／２・（ｎ_o＋ｎ_e）ｐ により与えられる。ここで、ｐは分子らせんのピッチであり、ｎ_o及びｎ_eは液 晶材料の常光線屈折率及び異常光線屈折率である。コレステリック偏光子は狭帯 域コレステリック層を具えるものとすることができる。これは、この偏光子は制 限された波長範囲において偏光作用を有し、得られる偏光はこの波長範囲と一致 する色を有することを意味する。 本発明フラットパネル画像表示装置の好適実施例では、コレステリック偏光子 を、分子らせんのピッチが全可視波長範囲をカバーするのに必要な反射帯域の下 限値及び上限値に対応する２つの値間をほぼ連続的に変化する液晶ポリマ材料の 単一層で構成する。 らせんピッチが層の厚さ方向にほぼ連続的に変化するため、比較的大きな反射 帯域幅を達成することができ、単層のコレステリック偏光子により全可視波長範 囲をカバーすることもできる。同一の効果を、各々異なる波長範囲で活性である 複数のコレステリック偏光子を全可視波長範囲をカバーするするように積層する ことにより達成することができる。更に、積層体の複数の層のらせんピッチを変 化させて、少数の層で十分にすることもできる。しかし、上述の２つの他の実施 例と比較して、可変ピッチを有する単層コレステリック偏光子は、より薄く且つ 複数の層間の界面が存在しないために反射損がより少ない利点を有する。 偏光子の層の厚さ方向に可変であるピッチの他の利点は、反射帯域幅を、光が 偏光子に法線に対し大きな角度で入射する際に発生する帯域シフトが偏光作用に 悪影響を及ぼさないように広く選択することができる点にある。 単層コレステリック偏光子の製造に関する詳細な情報については欧州特許出願 ＥＰ−０６０６９４０を参照されたい。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例は、更に、ｎλ／４板を具え る（ここで、ｎは奇数）。 画像表示パネルが直線偏光を変調するよう構成されている場合には、ｎλ／４ 板を画像表示装置内に存在させてコレステリック偏光子からの円偏光を画像表示 パネルに到達前に直線偏光に変換する。 このｎλ／４板はコレステリック偏光子により画像表示パネル内に反射された 不所望な偏光状態を有するビーム成分の減偏光にも寄与する。 画像表示パネルが円偏光を変調するよう構成されている場合には、このｎλ／ ４板は省略することができる。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例では、ｎλ／４板をコレステ リック偏光子と画像表示パネルとの間に配置する。 コレステリック偏光子は、例えば自己支持膜とすることができる。そうでない 場合には、コレステリック層を基板上に設ける必要がある。この基板は例えば光 学的に透明な板とすることができる。本発明フラットパネル画像表示装置の有利 な実施例では、ｎλ／４板をコレステリック偏光子の基板として機能させる。コ レステリック層をｎλ／４板上に設けることにより、別個の基板を省略すること ができるため、画像表示装置を一層薄く実現することができる。 画像表示パネルが直線偏光を変調するよう構成され、ｎλ／４板を省略するこ とができる本発明フラットパネル画像表示装置の実施例では、反射性偏光子を複 数の層を具え、そのうちの少なくとも幾つかの層が複屈折材料からなるものとす る。 この場合には、例えばすべての層を複屈折材料にすること、又はこれらの層を 交互に複屈折材料及び非複屈折材料にすることができる。 このような偏光子はシングルステップ押出により製造することができる。この ような偏光子の一例は米国特許ＵＳ−Ａ−５，２１７，７９４に詳細に記載され ている。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例では、減偏光用反射器を光源 とは反対側の少なくとも１つの側面上に配置する。 フラットパネル画像表示装置の照明手段の光導波路の、非光結合端面に反射器 を設けること自体は既知である。このようにすると、その端面に到達した光が失 われ、画像表示装置の輝度に寄与しなくなることが阻止される。この反射器は光 を光導波路内へ反射するため、この光が所望の偏光状態を有する光に少なくとも 部分的に再度変換され、光導波路の射出面から取り出されるチャンスを与える。 端面に設けられた反射器が減偏光作用を有する場合には、反射器に入射した光 の約半分が直ちに所望の偏光状態を有する光に変換される。この場合、減偏光を 不所望なビーム成分が伝搬する材料の複屈折性と無関係にすることができる。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例では、拡散体を反射性偏光子 の表面に設けた光拡散構造とする。 この光拡散構造は別個の箔に設けることができるが、この光拡散構造は偏光子 の製造中にこの偏光子の表面に直接設けることもできる。 本発明フラットパネル画像表示装置の他の実施例では、光拡散構造を個別拡散 区域のパターンにより構成する。 このようなパターンの利点は、その構成を画像表示パネルの表面上で所望の強 度分布に適合させることができる点にある。光が、例えば画像表示パネルの１つ の端面に結合される場合、この光の強度はこの端面から遠くへ伝搬するにつれて 減少するため、装置の輝度はこの端面までの距離の増大につれて減少する。光拡 散区域のパターンを、例えばその密度を光源に対向する端面までの距離の増大に つれて増大することにより適合させることによって、画像表示パネルの全表面上 の輝度分布を一様にすることができる。このように拡散体をフラットパネル画像 表示装置の光導波路上に設けることは、例えば米国特許４，９８５，８０９から 既知である。 本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から明らか になる。 図面において、 図１及び図２は本発明によるフラットパネル画像表示装置の第１及び第２の実 施例の一部分を、周辺照明手段及び関連する光路と一緒に線図的に示すものであ る。 多くの既知のフラットパネル画像表示装置では、光源からの光は画像表示パネ ルから分離された光導波路に結合される。この光導波路は、例えば光学的に透明 な板であり、その少なくとも一方の端面に光源が配置される。光はこの端面から 光導波路内に結合され、光導波路の導波路−空気界面で１回以上の反射された後 に光導波路の表面から画像表示パネル側に少なくとも部分的に取り出される。次 に、取り出された光の偏光状態が画像表示パネルにより表示すべき画像情報に従 って変調される。従って、画像表示パネルに結合する光は予め所望の状態に偏光 するのが好ましい。この目的のために、既知のフラットパネル画像表示装置は、 画像表示パネルと光導波路との間に、画像表示パネルに望ましくない偏光状態の 大部分を吸収するダイクロイック偏光子を配置している。従って、光源により供 給される光のほぼ半分がむだになるとともに、偏光子及び画像表示パネルが加熱 される。 本発明は追加の光導波路を省略し、その機能を画像表示パネル又はその一部分 により代行することを提案する。このようにすると、フラットパネル画像表示装 置を極めて薄くすることができる。更に、画像表示パネルと一体化しうる反射性 偏光子を用いて光源により放射された光を偏光することを提案する。画像表示パ ネルに対し不所望な偏光状態を有する光をこのような偏光子により回復させ、そ の大部分を画像表示パネルに対し望ましい偏光状態を有する光にまだ変換するこ とができる。このようにすると、光源により放射された光の大部分を画像の形成 に使用することができため、画像表示装置の輝度が向上する。更に、偏光子又は 画像表示パネルが殆ど加熱されない。 図１に線図的に示すフラットパネル画像表示装置は、画像表示パネル３を具え るとともに、少なくとも一方の端面５に照明手段７を具え、その光を端面５から 画像表示パネル３内に結合することができる。照明手段７は光源９及び関連する 反射器１１を具える。反射器１１は、光源９により画像表示パネル３と反対側に 放射された光を画像表示パネル３側に反射させる。 光源は、例えば柱状けい光ランプとすることができる。特に、例えば携帯電話 のように小形の画像表示パネルを有するフラットパネル画像表示装置においては 、光源を、例えば１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成することもできる。 画像表示パネル３は、例えばガラス又は合成樹脂の２つの透明基板１５、１７ により形成することができ、これらの基板にＩＴＯ電極１９、２１及びポリイミ ド配向層２３が設けられる。２つの基板１５、１７間に活性層１３が存在する。 この活性層１３は、例えば液晶材料とし、捩じれネマティック効果（ＴＮ）、ス ーパー捩じれネマティック効果（ＳＴＮ）又は強誘電効果に基づいて動作する画 素マトリクスを構成して入射光の偏光状態を変調することができる。更に、活性 層１３の所望の厚さを実現維持するためにスペーサ素子（図示せず）を２つの基 板間に配置することができる。 画像表示パネル３の第１表示面２５に検光子２７を設ける。検光子２７は検光 子内への光の伝達を避けるために表面２５に光学的に接触させないのが好ましい 。これは、例えば、画像表示パネル３と検光子２７との間に空隙２８を残すこと により、又は検光子２７を画像表示パネル３に低屈折率の接着剤で固着すること により実現することができる。検光子２７は最終画像内の暗画素として表示すべ き画素から到来する光を阻止する。反射性偏光子３１を第１表面２５と反対側の 第２表面２９に設ける。 端面５から画像表示パネル３内に結合された光線は反射性偏光子３１が配置さ れた画像表示パネル３の表面２９に入射する。反射性偏光子３１は、無偏光ビー ム成分ｂが偏光子３１に入射する際、画像表示パネル３に対し所望の偏光状態を 有するビーム成分ｂ₁は偏光子３１を通過するが、不所望な偏光状態を有するビ ームｂ₂は偏光子３１により画像表示パネル３内へ反射されるようにする。不所 望な偏光状態を有するビーム成分ｂ₂は次いで画像表示パネル３内を端面５から 離れる方向に伝搬する。この伝搬中に、この不所望ビーム成分ｂ₂は伝搬する材 料の複屈折性により少なくとも部分的に減偏光される。このビーム成分ｂ₂が反 射性偏光子３１に入射する際、所望の偏光状態を有する部分が偏光子３１を通過 する。表面２５での反射があるかないかは光がこの表面２５に入射する角度によ り決まる。この入射角が内部全反射の臨界角より大きい場合には、光は反射され る。この入射角がこの臨界角より小さい場合には、光は射出する。光が端面５の 近傍で表面２５から射出するとき、おそらく射出光はまだ画像表示パネル３に対 し不所望な偏光状態を有しており、従って画像の形成に寄与しない。しかし、不 所望な偏光状態を有するビーム成分の大部分は画像表示パネル内をかなり長い距 離に亘って伝搬し、伝搬中に減偏光を受けるため、その大部分が所望の偏光状態 を獲得し、最終的に反射性偏光子３１を通過する。 反射性偏光子３１を通過した光は反射性偏光子３１の画像表示パネル３とは反 対側の表面３５に配置された光指向手段３３に入射する。光指向手段３３に入射 した光は少なくとも部分的に画像表示パネル３の方へ送られる。 反射性偏光子は、所望の偏光状態を通過して表面３５から取り出すことができ るとともに、不所望な偏光状態を反射してその大部分を反復する反射、拡散及び 光導波路の材料の複屈折性により所望の偏光状態を有する光に変換することがで きるように構成することができる。 光指向手段３３は種々の方法で実現することができる。図１に示す第１の例で は、光指向手段３３は拡散体３７と反射器３９を具える。拡散体に入射した光の 一部分は破線の矢印で示すように画像表示パネルの方へ拡散され、次いで変調さ れる。所望の偏光状態を有する光の一部分が拡散体３７により画像表示パネル３ とは反対方向にも拡散されるため、反射器３９を拡散体３７の偏光子３１とは反 対側に設けてこの光も画像表示パネル３の方へ送るようにするのが有利である。 光指向手段３３の反射器３９は、例えばアルミニウム層又は例えばＢａＳＯ₄ 又はＴｉＯ₂のような低吸収性粒子又は非吸収性粒子を有する合成材料層とする ことができる。 第２の例では、光指向手段３３は偏光子３１の面に対し角度θをなす複数の反 射小面３４を有する反射構造体を具える。この例を図２に示す。反射小面３４は 偏光子３１の画像表示パネルとは反対側の表面にへこみ３６を設けることにより 実現することができる。へこみ３６は別の透明板に設け、この透明板をこの表面 上に設けることもできる。反射小面が偏光子３１の面となす角θは入射光を画像 表示パネル３の方へ反射する角度を決定する。この反射構造体は例えばジグザグ パターン又は鋸歯パターンの形状を有するものとすることができる。 光指向手段３３は偏光維持効果を有するものとするのが好ましい。その理由は 、偏光子３１を通過した光の大部分は所望の偏光状態であるためである。しかし 光指向手段３３により画像表示パターン３へ送られる光は反射性偏光子３１を通 過しなければならず、この偏光子が所望の偏光状態を有する光のみ通すため、光 指向手段３３は偏光維持効果を有するものとする必要はない。しかし、所望の偏 光状態を維持すると効率が一層よくなる。 上述した図示の実施例では、画像表示パネル全体が光導波路として機能する。 しかし、例えば底板として作用する基板１７のみを光導波路として使用すること もできる。この場合には、低屈折率を有する層（図示せず）、例えばＳｉＯ₂層 を基板１７と活性層１３との間に設けて、不所望な偏光状態を有するビーム成分 をこの表面で反射させる必要がある。 光を画像表示パネル３に一方の端面５のみで結合する代わりに、２以上の照明 手段を用い、光を画像表示パネル３の２以上の側面に結合することもできる。光 源９が柱状ランプである場合には、複数の折り曲げ部を有し複数の側面を同時に 照明する単一の柱状ランプを使用すれば十分である。２以上の端面を照明するこ とにより、一層大きな輝度及び一層一様な強度の出力光を得ることができる。更 に、複数の折り曲げ部を有する単一の柱状ランプの使用は照明手段の効率を向上 する。その理由は、柱状けい光ランプの損失はランプの長さの増大につれて減少 するからである。 光が結合される画像表示パネルの端面又は側面は、効率のよい光結合が得られ るように実現することができる。良好な光結合は、例えば関連する端面を研磨す ることにより、又は端面の表面を適合する屈折率の層により滑らかにすることに より、又はこのような層にレンズ作用を有する曲率を与えることにより、又は光 源と画像表示パネルとの間に光結合部を設けることにより得ることができる。 反射性偏光子３１は種々の方法で実現することができる。第１の実施例では、 偏光子３１はコレステリック秩序を有する液晶材料の層を具えるものとする。こ のタイプの液晶材料では、キラル分子がピッチｐを有するスパイラル又はらせん 構造を有する。このらせん構造は、らせん軸が層と交差する向きにすることがで きる。 無偏光がこのような層に入射すると、らせんの回転方向（右回り又は左回り） に合致するとともにらせんのピッチｐに合致する波長を有するこの光の円偏光ビ ーム成分が反射され、他の円偏光ビーム成分が通過する。コレステリック層の反 射帯域幅λ_Oは： λ_O＝１／２・（ｎ_o＋ｎ_e）ｐ により与えられる。ここで、ｐは分子らせんのピッチであり、ｎ_o及びｎ_eは液晶 材料の常光線屈折率及び異常光線屈折率である。 コレステリック偏光子は制限された反射帯域を有するコレステリック層で構成 することができる。この場合には得られる偏光はコレステリック層の分子らせん のピッチｐに対応する波長を有する所定の色を有する。 コレステリック偏光子は、各々ピッチは一定であるがそれぞれ異なる波長範囲 内で活性である複数の層で構成することもできる。異なる波長範囲は、組み合わ せるすべての層が全可視波長範囲をカバーするように選択することができる。こ の場合には、フラットパネル画像表示装置をカラー画像表示装置として使用する ことができる。 コレステリック偏光子は、分子らせんのピッチが全可視波長範囲（４００ｎｍ 〜７８０ｎｍ）をカバーするのに必要な反射帯域の下限値及び上限値に対応する ２つの値間をほぼ連続的に変化する液晶材料の単一層で構成するのが好ましい。 この場合には、積層体の場合よりはるかに薄い偏光子を使用することが可能にな る。他の利点は、単一層偏光子は一層良好な光学品質を有する点にある。コレス テリック偏光子の品質は、コレステリック液晶の代表的な誤差のために層数の増 加につれて低下する。更に、偏光子が有効である偏光すべき光の入射角範囲が厚 さの増大につれて減少する。単一コレステリック層からなる偏光子の利点は、帯 域幅を、光が偏光子に法線に対し大きな角度で入射する際に発生する帯域シフト が偏光作用に悪影響を及ぼさないように選択することができる点にある。例えば 、８０°の入射角及び４００〜７００ｎｍの波長範囲内の光反射のためには、偏 光子は４００〜８９０ｎｍの反射帯域幅を有する必要がある。 コレステリック偏光子の他の製造方法は複数のコレステリック層を積層し、こ れらの層のうちの少なくとも幾つかはその厚さ方向にほぼ連続的に変化するピッ チを有するものとする。このようにすると、最初に述べた場合より少数の層を使 用することが十分可能になる。 コレステリック層を偏光子として使用すること自体は、例えばR.Maurer等の論 文"Polarizing Color Filters made from Cholesteric LC Silicones"，SID Int ernational Symposium，Digest of Technical Papers，May 1990，pp.110-113に から既知である点に注意されたい。 コレステリック偏光子は無偏光を互いに反対回りの円偏光ビーム成分に分割す る。無偏光を直線偏光ビーム成分に分割する反射性偏光子は少なくとも幾つかの 層が複屈折性である例えば積層体を具える。この積層体は複屈折層と非複屈折層 とを交互に具えることができる。或いは又、全ての層を複屈折材料とすることも できる。このような偏光子は、例えばシングルステップ押出により製造すること ができ、その一例が米国特許ＵＳ−Ａ−５，２１７，７９４に詳細に記載されて いる。 反射性偏光子をコレステリック偏光子とし、画像表示パネルを直線偏光を変調 するものとする場合には、画像表示装置１に更にｎλ／４板４３（ｎは奇数）を 設けて、コレステリック偏光子により円偏光にされた光を画像表示パネルにより 変調する前に直線偏光に変換する必要がある。このｎλ／４板は広帯域を有する ものとするのが好ましい。更に、このｎλ／４板は反射性偏光子３１により画像 表示パネル３内へ反射された不所望なビーム成分の減偏光に寄与する。 広帯域λ／４板は、例えば種々の層からなる透明素子であり、円偏光を直線偏 光に変換する位相回転を可視波長範囲内の全波長に対しビームに生じさせるもの である。このようなλ／４は、例えばニットー電工社の論文”Retardation Film for STN-LCDs 'NRF'"、SID'92 Exhibit Gude，Society for Information Displ ay，May 17-22，1992，アメリカ，マサチュセッツ，ボストン，から既知である 。 ｎλ／４板４３は、例えば画像表示パネル３とコレステリック偏光子３１との 間に配置することができる。コレステリック層は自己支持膜として実現すること ができる。そうでない場合には、コレステリック層を別個の基板、例えば光学的 に透明な板上に設ける必要がある。しかし、コレステリック層をλ／４板上に設 けて、追加の基板を省略し、画像表示装置を所定の薄型にすることができる。 反射性偏光子をコレステリック偏光子とし、画像表示パネル３を円偏光を変調 するものとする場合には、λ／４板は省略することができる。 偏光子を直線偏光子とし、画像表示パネルを直線偏光を変調するのに好適なも のとする場合にも、λ／４板を省略することができる。 λ／４板は幾つかの場合に省略することができるため、図には破線で示されて いる。 画像表示装置がλ／４板を具えない場合には、不所望な偏光状態を有するビー ム成分は画像表示パネルにより減変更されるのみである。λ／４板を具える場合 には、λ／４板でも減偏光される。 不所望な偏光状態を有するビーム成分の減偏光は、画像表示パネル３の光結合 側面以外の１以上の側面に減偏光反射器（図示せず）を設けることにより得るこ とができる。フラットパネル画像表示装置において光導波路の非光結合側面に反 射器を設けてそこに到来する光が失われ画素形成に寄与しなくなことを阻止する こと自体は既知である。この反射器は光を光導波路内に反射してこの光が所望の 偏光状態を有する光に少なくとも部分的に変換されるチャンスを与える。この反 射器が減偏光する場合には、このビーム成分のほぼ半分が直ちに所望の偏光状態 を有する光に変換されるため、この光が反射性偏光子を通過し、前述したように 画像表示パネルに到達する。 光指向手段３３の一部分を構成するものとしうる拡散体３７も種々の方法で実 現することができる。拡散体３７は反射性偏光子３１の表面３５上に設けた箔と することができる。この箔は、ＳｉＯ₂粒子又はポリ酸化エチレン粒子を含む合 成材料、例えばＰＭＭＡからなるものとすることができる。粒子を含有させる代 わりに、箔に表面模様を設けることができる。拡散体３７は反射性偏光子３１の 表示面３５上に直接設けることもできる。これは、例えば表面３５を機械的に粗 面にすることにより、又は偏光子３１の製造後にホットダイ又はレプリカ技術を 用いて偏光子３１の表面３５に所望の拡散構造を設けることにより実現すること ができる。 拡散体３７は、例えばシルクスクリーン印刷により偏光子３１の表面３５上に 設けた光拡散区域の２次元パターンとすることもできる。このようなパターンの 利点は、その構成を画像表示パネルの表面２９に沿う強度分布ができるだけ一様 になるように適応させることができる点にある。実際上、光が結合される端面５ までの画像表示パネル内の距離が大きくなるにつれて、所望の偏光状態を有する 光の強度は減少する。この現象は、拡散区域の密度を光源までの距離の増大につ れて増大させることにより補償することができる。フラットパネル画像表示装置 内の強度分布を一様にするために拡散パターンのドットの密度を変化させる原理 は、例えば米国特許ＵＳ−Ａ−４，９８５，８０９から既知である。 上述したフラットパネル画像表示装置の利点は、周囲光が十分明るいときは周 辺照明手段が必要ない点にある。実際上、上述のフラットパネル画像表示装置は 周囲光で機能するものとする場合にも好適である。これは、例えば携帯電話のよ うに比較的低い光出力及び比較的低いコントラストで十分である小形の表示装置 に特に適用される。周囲光のはぼ半分が検光子２７で阻止される。例えば画像表 示パネル３の画素は附勢状態では入射ビーム成分の偏光状態を変化せずにそのま まにするため、検光子２７を通過したビーム成分はこの偏光状態で反射性偏光子 ３１に到達し、偏光子３１及び検光子２７は一般に相補関係の偏光状態を有する ため、ここで反射される。この場合、この画素から到来する光が画像の明部分を 発生する。滅勢状態の画素では、検光子２７を通過した光の偏光状態が影響受け る。従って、この光は少なくとも部分的に反射性偏光子３１を光指向手段３３の 方へ通過し、この光は画像の暗部分にする必要があるため、この光指向手段にお いて反射又は拡散と反射のみならず減偏光も生ずる。周囲光でも機能しうるフラ ットパネル画像表示装置が望まれる場合には、画像表示パネルが光導波路として 作用するために薄い画像表示装置の利点が維持されるが、周囲光を照明に使用す る場合には許容しうるコントラストを実現するために輝度及びコントラストが犠 牲になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光導波路に結合された光を偏光する偏光手段が一体に設けられた光導波路と 、該光導波路により偏光された光の偏光状態を表示すべき画像情報に従って変調 する画像表示パネルと、該画像表示パネルの第１表面に配置された検光子とを具 えるフラットパネル画像表示装置において、画像表示パネルの少なくとも一部分 が光導波路を構成し、偏光手段が画像表示パネルの第１表面と反対側の第２表面 に存在する反射性偏光子で構成され、且つ該反射性偏光子の画像表示パネルとは 反対側の表面に光指向手段が存在することを特徴とするフラットパネル画像表示 装置。 ２．前記光指向手段は偏光維持効果を有することを特徴とする請求項１記載のフ ラットパネル画像表示装置。 ３．前記光指向手段は反射性偏光子の面に対し角度θをなす複数の反射小面を具 える反射構造体で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のフラッ トパネル画像表示装置。 ４．前記光指向手段は拡散体と反射器を具え、拡散体が反射性偏光子と反射器と の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のフラットパネル画 像表示装置。 ５．前記反射性偏光子はコレステリック偏光子であることを特徴とする請求項１ 〜４の何れかに記載のフラットパネル画像表示装置。 ６．前記コレステリック偏光子は、分子らせんのピッチが全可視波長範囲をカバ ーするのに必要な反射帯域の下限値及び上限値に対応する２つの値間をほぼ連続 的に変化する液晶ポリマ材料の単一層として実現されていることを特徴とする請 求項５記載のフラットパネル画像表示装置。 ７．当該画像表示装置はｎλ／４板を具える（ここで、ｎは奇数）ことを特徴と する請求項５又は６記載のフラットパネル画像表示装置。 ８．前記ｎλ／４板はコレステリック偏光子と画像表示パネルとの間に配置され ていることを特徴とする請求項７記載のフラットパネル画像表示装置。 ９．前記ｎλ／４板がコレステリック偏光子の基板として機能することを特徴と する請求項７記載のフラットパネル画素表示装置。 １０．前記反射性偏光子は複数の層を具え、これらの層のうちの少なくとも幾つ かの層が複屈折材料からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフ ラットパネル画像表示装置。 １１．減偏光用反射器が光源から遠く離れた少なくとも１つの側面上に配置され ていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のフラットパネル画像表 示装置。 １２．前記拡散体は反射性偏光子の表面に設けられた光拡散構造であることを特 徴とする請求項４〜１１の何れかに記載のフラットパネル画像表示装置。 １３．前記光拡散構造は個別拡散区域のパターンで構成されていることを特徴と する請求項１２記載のフラットパネル画像表示装置。