(57)【要約】  本発明は、画像コントラストが向上した液晶表示パネルに関する。それは、ピクセル領域のアレイと、一連のリサイクル型バックライト構造（２）、空間強度変調構造、空間フィルタリング構造（６）とを備える。リサイクル型バックライト構造（２）は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー４）を備える。空間強度変調構造は、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー７）を備える。ＲＩ−ポーラー（４）及びＦＩ−ポーラー（７）は、積層された複数の層からなる多層構造である。各多層構造の少なくとも一つの層は、光学的に異方性であり、かつカスケード結晶化プロセスによって作製されている。該層は、透過軸ＡＢに略平行な方向に３．４±０．３Åの分子間距離を有する全体的に秩序づけられた二軸結晶構造を特徴とする。この層は、可視光の波長帯域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一種の多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている。
2008530585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向の透過軸ＡＢを有する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）を具備したリサイクル型バックライト構造、
各ピクセル領域の光を変調するための空間強度変調構造、
前記透過軸ＡＢに略平行な透過軸を有する広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）、
前記ピクセル領域のそれぞれに備えられたスペクトルフィルタリング構造、
を含む一連の素子と、ピクセル領域のアレイと、を具備した画像コントラストが向上した液晶表示パネルであって、
前記ＲＩ−ポーラー及び前記ＦＩ−ポーラーは、カスケード結晶化プロセスによって作製され、複数の層が積層された多層構造であり、各多層構造のうち少なくとも一つの層が、光学的に異方性であり、
前記透過軸ＡＢに略平行な方向に３．４±０．３Åの分子間距離を有する全体的に秩序づけられた二軸結晶構造を有し、可視光の波長帯域において透明であり、かつπ共役系及びイオノゲン基を有する少なくとも一種の多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されていることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項２】
前記空間強度変調構造は、前記バックライト構造に隣接する偏光方向回転素子のアレイをさらに備え、かつ前記広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）は前記スペクトルフィルタリング構造に隣接する、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項３】
前記表示パネルの外面上に配置された反射防止手段をさらに備える、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項４】
前記ピクセル領域は、複数のサブピクセル領域を空間的に包含し、前記スペクトルフィルタリング構造は、カラーフィルターのピクセル化されたアレイをさらに備え、かつ前記空間強度変調構造は、複数のサブピクセル領域を含む、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項５】
前記バックライト構造が、
前記空間強度変調構造に面する前面、裏面、及び端部を有する光導体、
前記光導体の端部に光学的に接続され、かつ、前記光導体に光を出射する光源、
入射する光を反射し、かつ、ランダム化することができ、かつ、前記光導体の裏面上に配置される広帯域反射体、
前記光導体の前面上に配置される広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）、並びに
前記ＲＩ−ポーラー上に配置され、かつ前記透過軸ＡＢと略平行な透過軸を有するリヤ広帯域シート偏光子をさらに備える、請求項１または４に記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
前記ＲＩ−ポーラーの少なくとも一つの層は、紫外線を可視光に変換する蛍光物質からなる、請求項１または４に記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有する、請求項１または４に記載の液晶表示パネル。
【請求項８】
前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、０．９８以上の透過係数を有する、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項９】
前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、可視光の波長帯域において一様に透明である、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項１０】
少なくとも一つの光学的に異方性の層が、二価及び／又は三価の金属のイオンで処理されている、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項１１】
少なくとも一種の有機化合物材料の分子が複素環を備える、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項１２】
少なくとも一つの光学的に異方性の層が、少なくとも一種の二色性染料をベースとするリオトロピック液晶から作製されている、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項１３】
前記空間的に包含するピクセル領域のそれぞれに存在する前記複数のサブピクセル領域は、「赤」のサブピクセル領域、「緑」のサブピクセル領域、及び「青」のサブピクセル領域を備える、請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項１４】
前記「赤」のサブピクセル領域は、「赤」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「緑」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収し、
前記「緑」のサブピクセル領域は、「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「赤」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収し、
前記「青」のサブピクセル領域は、「青」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「赤」の帯域及び「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収する、請求項１３に記載の液晶表示パネル。
【請求項１５】
前記空間的に包含するピクセル領域のそれぞれに存在する該複数のサブピクセル領域は、「シアン」のサブピクセル領域、「マゼンタ」のサブピクセル領域、及び「黄」のサブピクセル領域を備える、請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項１６】
前記「シアン」のサブピクセル領域は、「赤」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「緑」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させ、
前記「マゼンタ」のサブピクセル領域は、「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「赤」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させ、かつ
前記「黄」のサブピクセル領域は、「青」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「赤」の帯域及び「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させる、請求項１５に記載の液晶表示パネル。
【請求項１７】
前記偏光方向回転素子のそれぞれが液晶材料からなる、請求項２に記載の液晶表示パネル。
【請求項１８】
前記広帯域反射体が、準拡散反射体である、請求項５に記載の液晶表示パネル。
【請求項１９】
前記反射防止手段が、該透過軸ＡＢに略平行な透過軸を有するフロント広帯域シート偏光子である、請求項３に記載の液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６０／５５７０９５号（２００４年３月２６日出願）（その開示内容は、その全体が参照により本明細書に記載されているものとする）の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、液晶表示装置の分野に関するものであり、特に、非吸収性干渉カラーフィルターおよび隣接するサブピクセル間での光リサイクリングを用いて画像コントラストを向上させた高輝度カラー液晶表示パネルに関する。
【背景技術】
【０００３】
高コントラストのビデオ画像を表示できるフラットな液晶表示（ＬＣＤ）パネルに対して大きな需要がある。直視用表示構造を必要とする装置には、例えばノートブック型、ラップトップ型等のコンピューターおよびフラットスクリーンテレビセットがある。
【０００４】
一般的に、通常のカラーＬＣＤパネルは、本質的に同じ基本構造を有する。それぞれのＬＣＤ表示パネルは、均一な照明強度の面を生成するためのバックライト構造、電気的にアドレス可能で光強度を変調する制御素子のアレイ、及び変調素子のアレイに隣接して配置され、カラー画像を形成するため変調光のスペクトルフィルタリングをもたらすカラーフィルターのアレイ、を備えている。
【０００５】
カラーＬＣＤパネルの設計における目標は、バックライト構造からカラーフィルターアレイを通過する光の透過率を最大に引き出すことである。しかし、従来の設計及び技術を用いる場合、この目標を達成することは不可能である。というのも、以下の要因により光透過が顕著に損なわれるからである。その要因とは、ＬＣＤパネルに使用される吸収型偏光子による光エネルギーの損失、ＬＣＤパネルに使用されるピクセル化された空間強度変調アレイの配線及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から反射される光の吸収、ＬＣＤパネルの分光フィルターに用いられている色素による光の吸収、及びＬＣＤパネル内の層間の屈折率の不整合によるフレネル損失である。そのような要因があるために、従来のカラーＬＣＤパネルの光透過効率は、典型的に５％以下である。従って、バックライト構造によって生成される光の最大９５％は、ＬＣＤパネルを通過する間に熱に変わる。従って、直視型又は投影型の表示システムにおいては、大きな供給電力を必要とし、適当な冷却手段等が必要になる大量の熱を発生させるような超高強度のバックライト光源を用なければ、従来技術のカラーＬＣＤパネルにより高輝度の画像を得ることは不可能である。
【０００６】
従来技術のカラーＬＣＤパネル設計の欠点に対して、パネルの光透過効率を向上させ、生成画像の輝度を高めるためにいくつかの代替方法が提案されている。
【０００７】
例えば、コレステリック液晶（ＣＬＣ）偏光子を用いるＬＣＤパネルを、従来のＬＣＤパネルの吸収型染料偏光子の代わりに用いて、色純度の向上を図る方法や、部分的に光をリサイクルする系を用いて、ＬＣＤパネルの輝度を向上させる方法である。また、他のＬＣＤパネルでは、バックライト構造の光誘導パネルから光を取り出すホログラム拡散板と、該ホログラム拡散板によって広範に散乱される光を局所的にリサイクルするＣＬＣ偏光子とを用いて、ＬＣＤパネルの輝度を向上させている。
【０００８】
しかし、そのような従来のカラーＬＣＤパネルは、依然として短所及び欠点が解消されていない。特に、従来のＬＣＤパネルは、非吸収性ＣＬＣ偏光子及び局所的光リサイクルの原理を用いているにもかかわらず、バックライト構造から視認者に至る光路に沿って、少なくとも一つの光吸収層を依然として必要とする。従って、従来のＬＣＤパネルは、光透過効率が非常に低い。そのため、従来のＬＣＤパネルを用いて高輝度のカラー画像を形成するには、高強度のバックライト光源が必要であった。そのようなバックライト光源は、非常に大きな電力を消費し、大量の熱を発生するため、ＬＣＤパネル及びバックライト構造におけるランプ（類）の両方の温度を安全な動作範囲内に維持するためにはファン等の冷却手段の使用が必要である。
【０００９】
一方で、広帯域の複屈折反射型偏光子が知られており、それは、該反射型偏光子の厚み軸に沿った空間に割り当てられた反復光学単位に複屈折材料が配置されたものである。この複屈折反射型偏光子は、確立されている共押出技術により、多層シート又はフィルムの形態でポリマー材料から製造することができる。この方法にはある限界がある。ポリマーはこの方法の実施に適したものであることを要する。すなわち、ポリマーが配向した際に少なくとも１つの面で屈折率が異なるような応力光係数を有するポリマーであることを要する。従って、任意のポリマー材料組み合わせを使用できるわけではない。また、あらゆるポリマー材料が共押出に適合するわけではない。多くのポリマーはガラス転移温度より高い温度で延伸するため、反射型偏光子の製造は、高温プロセスである。そのため、反射型偏光子は、独立に（個別に）しか製造することができず、この製造方法は、例えば表示装置や他の装置の製造プロセスに組み込むことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、従来のＬＣＤパネル装置の短所及び欠点を解消して、高輝度のカラー画像を形成可能な改良型ＬＣＤパネルが強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ピクセル領域のアレイ及び一連のリサイクル型バックライト構造、空間強度変調構造、並びに前記ピクセル領域のそれぞれに付随するスペクトルフィルタリング構造を備える画像コントラストが向上した液晶表示パネルに関する。前記リサイクル型バックライト構造は、予め定められた方向の透過軸ＡＢを有する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）を備える。前記空間強度変調構造は、前記透過軸ＡＢに略平行な透過軸を有する広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）を備える。前記ＲＩ−ポーラー及びＦＩ−ポーラーは複数の層が積層された多層構造である。各多層構造の少なくとも一つの層は、光学的に異方性（光学異方性）であり、かつカスケード結晶化プロセス（Ｃａｓｃａｄｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）によって作製されている。この層は、前記透過軸ＡＢに略平行な方向に３．４±０．３Åの分子間距離を有する全体的に秩序づけられた二軸結晶構造を特徴とする。この層は、可視光の波長帯域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一種の多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている。
【００１２】
本発明及びその多くの利点のより完全な説明は、添付の図面ととともに考慮される以下の詳細な説明を参照することで容易に理解されるものである。詳細な説明及び添付図面のすべては本開示の一部を構成するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
先に本発明の概要を説明したが、ここに示す特定の好ましい実施態様を参照することにより、さらに理解を進めることができる。なお、特定の好ましい実施態様は、単なる例示を目的とするものであり、添付する請求の範囲の限定を意図するものではない。
【００１４】
本発明によるＬＣＤパネルの第一の一般化された実施態様におけるサブコンポーネント構造を、より理解しやすいように図１に示している。第一の一般化された実施態様のＬＣＤパネル１は、リサイクル型バックライト構造２（ｘ及びｙ座標軸にわたって実質的に均一な強度を有する広帯域の光束をもたらす準拡散反射体３、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４並びにリヤ広帯域シート偏光子４０を備える）と、空間強度変調構造（バックライト構造から出射される光の空間強度変調を行う偏光方向回転素子５のアレイ、及び広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７を備える）と、空間フィルタリング構造（バックライト構造によって生成される光の空間フィルタリングを行うカラーフィルター６のピクセル化されたアレイを備える）と、偏光方向回転素子５のアレイ及びカラーフィルター６のピクセル化されたアレイと協同して働く反射防止手段（７０）とを備える。フロント広帯域シート偏光子を、反射防止手段として用いることができる。ピクセル駆動部１０は、偏光方向回転素子のそれぞれを制御する。
【００１５】
バックライト構造は、ａ型及びｂ型の両方の偏光状態を有するスペクトル成分からなる非偏光を生成する。ＲＩ−ポーラー及びＦＩ−ポーラーは、積層された複数の層からなる多層構造であり、それらは、少なくとも可視帯域の波長において、前記ｂ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光を反射し、前記ａ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる偏光を透過させる。リヤ広帯域シート偏光子４及びフロント広帯域シート偏光子７は、少なくとも、可視帯域の波長において、前記ｂ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光を吸収し、前記ａ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる偏光を透過させる。
【００１６】
各多層構造の少なくとも一つの層は、光学的に異方性（光学異方性）であり、かつカスケード結晶化プロセスによって作製されている。
【００１７】
図２ａは、積層された複数の層からなる多層構造の断面の一例を示す模式図である。この図は、Ｘ、Ｙ及びＺの方向を規定する座標系で表されている。図に示す多層構造は、図面及び明細書を通じて異方性Ａ層（結晶薄膜（ｔｈｉｎ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｌｍ、ＴＣＦ）とも呼ばれる）及び等方性Ｂ層と呼ばれる二つの異なる多環式有機材料の層が交互に配置されたものを含有する。異方性ＴＣＦは、Ｏｐｔｉｖａ，Ｉｎｃ．によって開発されたカスケード結晶化プロセス（Ｃａｓｃａｄｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる方法により得ることができる（Ｐ．Ｌａｚａｒｅｖ及びＭ．Ｐａｕｋｓｈｔｏ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ７ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  “Ｄｉｓｐｌａｙｓ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”（神戸、日本、２０００年１１月２９日〜１２月１日），１１５９−１１６０頁）。この方法によれば、適当な溶媒中に溶解された有機化合物は、コロイド系（リオトロピック液晶溶液）を形成し、分子は、系の動力学的に従って凝集し、超分子を形成する。この液晶相は、本質的に、秩序系状態の前駆体であり、該超分子の配向および溶媒の除去の過程を経て、固体の異方性結晶層（結晶薄膜（ＴＣＦ）とも呼ばれる）が形成される。超分子を有するコロイド系から異方性結晶薄膜を合成する方法は、以下の段階を含む。
【００１８】
（ｉ）基材上（または装置もしくは多層構造の層上）に上述したコロイド系を塗布する段階（該コロイド系は、チキソトロピー性を有する必要があり、それは、予め設定した温度および分散相の所定の濃度を維持することによりもたらされる）、
（ｉｉ）該溶液の粘度を低下させる任意の外部作用（加熱、剪断歪作用など）により、塗布されたコロイド系を高流動性、すなわち、粘度が減少した状態に変換する段階（この作用は、後の配向段階全体の間あるいは配向段階の最後に、必要最小限の時間付与することができる。この作用の付与により、配向段階の間、コロイド系が粘度の増加した状態に戻らないようにする）、
（ｉｉｉ）該系への外部からの配向作用の段階（該作用は、機械的因子を用いるか、またはそれ以外の手段により、発生させることができる。該外部作用の程度は、該コロイド系の動力学的単位が必要な配向を獲得しかつ異方性結晶薄膜の結晶格子の基礎として働く構造を形成するように、十分なものでなければならない）、
（ｉｖ）該層の配向している領域を、該外部作用により粘度が低下した状態から、初期と同等、あるいはそれより高粘度の状態に変換する段階（この変換は、異方性結晶薄膜の構造の劣化が起こらず、かつ、表面欠陥が生じないように行われる）、
（ｖ）、最終的な異方性結晶薄膜の構造を形成する溶媒除去（乾燥）の最終段階。
【００１９】
得られる異方性層において、分子面は互いに平行であり、その分子は、異方性層の少なくとも一部において、三次元的結晶構造を形成する。製造技術を最適化することにより、単結晶膜も形成し得る。
【００２０】
異方性層の厚みは、通常、１μｍを超えない。この層の厚みは、塗布する溶液中の固体物質の含有量を変えることにより、及び／又は、塗布する層の厚みを変えることにより、調節することができる。望ましい光学特性を有する層を得るため、混合したコロイド系を用いることができる（そのような混合物は、共同の超分子を形成することができる）。
【００２１】
溶液における前記有機化合物の混合によって、種々の組成の混合集合体が形成される。色素混合物についてのＸ線回折パターンを解析することで、３．１〜３．７Åの範囲の分子間距離に対応する特徴的な回折ピークの存在により、超分子における分子の充填について判定することができる。一般的な場合、この値は、結晶および集合体の形態にある芳香族化合物に共通している。乾燥過程によってピーク強度およびピークの鋭さは高まるが、ピークの位置は変化しない。この回折ピークは、集合体（積層体）内の分子間距離に対応するものであり、種々の材料のＸ線回折パターンに見られるものである。分子（またはそのフラグメント）が平面構造を有する場合や、混合系の有機化合物の分子サイズの１方向が一致する場合において、混合は好ましい形態である。塗布された水性の層において、有機分子は、一つの方向に長い距離にわたって秩序を有するため、基板表面における超分子の配向に適応する。溶媒蒸発時に分子が三次元的二軸結晶構造を形成することは、エネルギー的に有利なことである。なお、この目的のため利用できる化合物は、上記のものに限定されるものではない。
【００２２】
また異方性層は、高度の光学異方性を有する。そのような層は、超分子複合体の光吸収特性に由来するＥ型偏光子の特性を示すものであり、また、その吸収がわずかであるスペクトル領域においては、位相差板（位相シフトフィルム）として作用する。これらの異方性層の位相差特性は、その複屈折性（複屈折）、すなわち、ＬＬＣ溶液を基板に塗布する方向の屈折率とそれに垂直な方向の屈折率との差と関連する。強い（耐光性を有する）染料分子をベースとするＬＬＣ系から形成される層は、高い熱安定性と耐放射線性とを特徴とする。それらは、概ね３５０〜７００℃の温度範囲において安定である。
【００２３】
この技術は他にも利点がある。異方性結晶薄膜の厚みは、液晶中の固相含量及びその塗布時のウェット厚みによって正確に制御することができる。従って、この技術は、入射光の少なくとも一つの偏光状態に対し、少なくとも一つのスペクトル領域において、干渉極値をもたらすよう、各層の厚み及び反射率並びにそれらの組み合わせを選択することが可能である。この技術は低温プロセスである。この技術によって、干渉偏光子の製造プロセスを顕著に簡略化することができる。偏光子の製造プロセスは、例えば、表示装置又は他の装置の製造プロセスに組み込むことができる。使用される多環式有機化合物は特に制限されない。
【００２４】
このようにして、カスケード結晶化プロセスによって光学異方性のＡ層を得ることができる。そのような層は、光軸の一つの方向に３．４±０．３Åの分子間距離を有し、全体的に秩序づけられた二軸結晶構造を特徴とする。各ＴＣＦは、少なくとも二つの屈折率ｎｘ及びｎｙによって特徴づけられる。これらの層は、４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有し、可視光の波長帯域において一様に透明であり、そして０．９８以上の透過係数を有する。各ＴＣＦは、共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一種の多環式有機化合物に相当する棒状の超分子によって形成されている。
【００２５】
下記においてＸ軸は「配向」方向と呼ばれ、一方、Ｙ軸は「横」方向と呼ばれる。
【００２６】
Ｂ層は、等方性であり、かつカスケード結晶化プロセスによって実質的に変わらない公称屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有する。
【００２７】
カスケード結晶化プロセスは、Ａ層に相当するＴＣＦの屈折率を変化させる。ＴＣＦは、配向方向に関してある一つの屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有し、横方向に関して異なる屈折率（例えばｎ＝１．８８）を有する。定義により、面内軸（フィルムの表面に平行な一つの軸）に関する屈折率は、その軸に平行な偏光面を有する平面偏光された入射光について、「有効」屈折率と呼ばれる。
【００２８】
従って、多層積層体（ＴＣＦ−Ｂ−ＴＣＦ−Ｂ−ＴＣＦ・・・）は、横方向に関して層間で大きな屈折率差（Δｎ＝１．８８−１．６４＝０．２４）を有する。配向方向において、種々の層の屈折率は実質的に等しい（Δｎ＝１．６４−１．６４＝０）。このような光学特性により、多層構造体は、図２ａに示すＹ軸に平行な「透過」軸（３０）について正確に配向される入射光の偏光成分を透過させることができる。概説された実施態様において、この透過軸は配向方向と一致する。Ｉ−ポーラー（１）から出てくる光は、第一の偏光方向（ａ）を有するものとして示されている。
【００２９】
干渉ポーラー（Ｉ−ポーラー）（１）を通過しない光は、第一の方向（ａ）と異なる偏光方向（ｂ）を有する。偏光方向（ｂ）を有する光は、屈折率差に遭遇し、その結果、反射される。従って、横方向は、図２ａに示されるＸ軸に平行ないわゆる「消光」軸（２０）と規定される。このようにしてＩ−ポーラー（１）は、選択された第一の偏光状態（ａ）を有する光を透過させ、そして第二の偏光状態（ｂ）を有する光を反射する。
【００３０】
高解像度のカラー画像を形成するという目的においては、ピクセル化されたアレイ６の空間的周期は、ＬＣＤパネルの全長及び高さのサイズと比べて相対的に小さくなるように選択される。本発明の一実施態様において、ＬＣＤパネルの各ピクセル構造９は、図２ｂに示すとおり、「赤」のサブピクセル８Ｒ、「緑」のサブピクセル８Ｇ、及び「青」のサブピクセル８Ｂから構成される。図に示すとおり、各「赤」のサブピクセル構造８Ｒは、第一の偏光方向回転素子５Ｒ（これは連続する液晶層の一部である）に隣接する「赤」帯域カラーフィルター６Ｒを備える。各「緑」のサブピクセル構造８Ｇは、第二の偏光方向回転素子５Ｇ（これは連続する液晶層の一部である）に隣接する「緑」帯域カラーフィルター６Ｇを備える。各「青」のサブピクセル素子８Ｂは、第三の偏光方向回転素子５Ｂ（これは連続する液晶層の一部である）に隣接する「青」帯域カラーフィルター６Ｂを備える。各「赤」のサブピクセル構造の出力強度（すなわち明るさ又は暗さのレベル）は、電気制御される空間偏光方向回転素子５Ｒの電極にパルス幅変調電圧信号ＶＲを印加することにより制御される。各「緑」のサブピクセル構造の出力強度は、電気制御される偏光方向回転素子５Ｇの電極にパルス幅変調電圧信号ＶＧを印加することにより制御される。各「青」のサブピクセル構造の出力強度は、電気制御される偏光方向回転素子５Ｂの電極にパルス幅変調電圧信号ＶＢを印加することにより制御される。電圧ＶＲ、ＶＧ、ＶＢのパルス幅を単に変化させるというＬＣＤパネル技術において周知の方法により、各サブピクセル構造のグレースケール強度（すなわち輝度）レベルを制御することができる。
【００３１】
図１に示すＬＣＤパネル構造の一実施態様において、スペクトルフィルタリングは、空間強度変調の後に行われる。図３及び図４に示すこのＬＣＤパネル構造の具体的態様においては、そこで使用されるスペクトルフィルタリングの機能および空間強度変調を実現するために直線偏光法が用いられている。
【００３２】
図３及び図４に示す実施態様において、バックライト構造２は、準拡散反射体３、光導板１１、一対のエッジ照明光源１２及び１３（図３及び４において後者は示されていないので、この素子は図１を参照のこと）、並びに光源１２及び１３によって生成される光束を光導板１１の端部にそれぞれつなげる一対の集束鏡１４及び１５（図１参照）を備える。光導板１１は光透過性材料からなることが好ましい。偏光されていない光（非偏光）を発する一対の小型蛍光管が光源１２及び１３として働く。
【００３３】
バックライトの動作中、光源１２及び１３によって生成される光束は、集束鏡１４及び１５の働きにより光導板１１の端部に導かれる。光導板１１において、光は、通常の様式で内部全反射を示す。この実施態様において、光導板１１の前面は、非常に細かいピット（穴）を有しているため、界面において内部全反射の条件が崩れ、偏光方向回転素子のアレイの方向に光を放出させることができるようになっている。非偏光面を生成する多くの他の手法が存在するが、それらは、本発明のＬＣＤパネルの任意の特定の実施態様の構造に用いることができる。
【００３４】
単なる例示であるが、第一の実施態様のＬＣＤパネルにおいて用いられるスペクトルフィルタリング機能は、ＲＧＢ（赤、緑、青）加法三原色系に基づいている。しかし、その代わりとして、ＬＣＤパネルにおけるスペクトルフィルタリング機能は、ＣＭＹ（シアン、マゼンタ、黄）減法三原色系に基づくものであってもよい。
【００３５】
ＬＣＤパネルの具体的な第一の実施態様において、バックライトパネル内にある光源の発光スペクトルは「白」であるとみなされ、ＬＣＤパネルのスペクトルフィルタリング機能はＲＧＢ（赤、緑、青）表色系に基づく。従って、カラーフィルター６Ｒ、６Ｇ、及び６Ｂのそれぞれは、光源の「赤」、「緑」及び「青」の帯域のスペクトル成分すべてがそれぞれ表示用カラー画像の生成に使用されるような通過帯域特性を有するように設計される。この実施態様において、各カラーフィルター６Ｒ、６Ｇ及び６Ｂは、「通過帯域」干渉カラーフィルターとして用いられる。
【００３６】
図３及び図４に示す第一の実施態様においては、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４は、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、ｂ型の偏光状態を有する光を反射する偏光リファレンスとして作用する。同様に、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、ｂ型の偏光状態を有する光を反射する。ｂ型の直線偏光状態を有する入射光に対する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４の反射特性を、図５Ａにグラフとして示している。また、ｂ型の直線偏光状態を有する入射光に対する広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７の反射特性を、図５Ｂにグラフとして示している。ａ型の直交する直線偏光状態を有する入射光に対して、これらのパネル（４及び７）の広帯域透過特性は、可視スペクトル領域内にあるすべての波長について実質的に一定である。
【００３７】
図３及び図４に示す具体的な第一の実施態様において、偏光方向回転素子５のアレイは光がＬＣＤパネルの対応するピクセルを通過する際、ａ型の直線偏光の電場をｂ型の偏光状態の電場に、またはその逆に回転させる電子制御素子のアレイとして作用する。このような偏光方向回転素子のそれぞれは、連続する液晶層の一部（領域）である。図３及び図４に示す具体的な第一の実施態様において、電子制御される直線偏光方向回転素子のそれぞれは、ねじれ角度が９０°に等しいねじれネマチック（ＴＮ）液晶層の一部として作用し、その作動は、当該技術において周知のように、（ピクセル駆動部１０による）印加電圧によって制御される。液晶層のそのような電気制御される部分を直線偏光方向回転素子と呼ぶこととする。直線偏光方向回転素子の構成には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いることができ、それにより、液晶分子の配向を行い、そして、対応する素子が透過光の偏光方向を回転させないために必要な電圧降下を、液晶材料の層にもたらすことができる。電気的にインアクティブな状態（すなわち印加電圧ゼロの状態）において、セル出力における光の電場強度は実質的にゼロであり、従って「暗」のサブピクセルレベルとなる（図３参照）。電気的にアクティブな状態において（すなわち、しきい電圧ＶＴが印加される時）、セル出力における光の電場強度は、実質的にゼロではなく、従って「明」のサブピクセルレベルとなる（図４参照）。
【００３８】
図３及び図４に示す具体的な第一の実施態様において、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイは、単一の平面内に形成された通過帯域素子のアレイとして用いられる。広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイ上に積層される。図３及び図４に示すとおり、ピクセル化された通過帯域パネル６の各通過帯域素子は、サブピクセルの透過帯域に合致する狭い波長帯域内の光を透過させ、その波長帯域外の光を吸収する。それと同時に、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、広い波長帯域において、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、ｂ型の偏光状態を有する光を反射する。
【００３９】
図５Ｃに示すように、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「青」のサブピクセルに付随する各通過帯域カラーフィルターは、「緑」の帯域ΔλＧ内、又は「赤」の帯域ΔλＲ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％を吸収する一方で、「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分すべての約７０％が、通過帯域カラーフィルターを通過するように特別に設計されている。
【００４０】
図５Ｄに示すように、干渉カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「緑」のサブピクセルに付随する各通過帯域カラーフィルターは、「赤」の帯域ΔλＲ内、又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％を吸収する一方で、「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有するスペクトル成分すべての約７０％が、通過帯域カラーフィルターを通過するように特別に設計されている。
【００４１】
図５Ｅに示すように、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「赤」のサブピクセルに付随する各通過帯域カラーフィルターは、「緑」の帯域ΔλＧ内、又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％を吸収する一方で、「赤」の帯域ΔλＲ内の波長を有するスペクトル成分すべての約７０％が、通過帯域カラーフィルターを通過するように特別に設計されている。
【００４２】
本発明によるＬＣＤパネルは、光リサイクル系を用いる。この系は、従来のＬＣＤパネルデザインに伴う大きなエネルギー損失を回避し、それにより、バックライト構造が生成する光エネルギーをより十分に利用するため、本開示のＬＣＤパネルに実装される。それぞれの具体的な実施態様に対する光リサイクル系の詳細を以下に説明するが、便宜のたに、これに関連する光リサイクルの一般的な原理を概説する。
【００４３】
光リサイクル系を図３及び図４に模式的に示し、以下により詳細に説明する。本発明のこの光リサイクル系により、バックライト光源によって生成される光を高効率で利用できるＬＣＤパネルを設計することが可能となるが、これは、最大効率が約５％である従来のＬＣＤパネルと顕著に異なるものである。本発明の特徴は、液晶表示装置の「暗」状態において光が節約されることである。
【００４４】
図３及び図４に示すとおり、バックライト構造内で生成される非偏光は、ａ型及びｂ型の両方の偏光状態を有するスペクトル成分で構成されている。ａ型の偏光状態のスペクトル成分のみが、バックライトパネル２に隣接する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過し、一方、ｂ型の偏光状態のスペクトル成分は、エネルギーの損失又は吸収なく、反射される。広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４から反射されたスペクトル成分は、準拡散反射体３に入射し、偏光状態の逆転（ａ型からｂ型、又はその逆）を受ける。この反射過程は波長に依存しない。ｂ型からａ型に逆転された偏光状態を有するスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過するようになる。次いで、広帯域リヤ干渉ポーラーを通過した光は、リヤ広帯域シート偏光子４０に入射するが、そこで、可視帯域内の波長を有し、かつｂ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光は吸収され、可視帯域内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光は透過する。
【００４５】
「赤」、「緑」、又は「青」のサブピクセル（８Ｒ、８Ｇ又は８Ｂ）に付随する直線偏光方向回転素子６Ｒ、６Ｇ、又は６Ｂが、図３に示すようなインアクティブ状態に駆動されるとき、透過光のスペクトル成分は、偏光状態の直交変換（ａ型からｂ型、又はその逆）により変換され、所定の素子が駆動されるインアクティブ状態に応答して「暗」のサブピクセルレベルが生成される。
【００４６】
「赤」のサブピクセル８Ｒが図３に示すその「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、又は「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｒを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｒを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過してバックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印２５Ｒ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印３５Ｒ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「赤」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｒを通過する一方、「緑」又は「青」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「赤」のスペクトル成分（矢印４５Ｒ参照）は、偏光方向回転素子５Ｒを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「赤」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｒ参照）。
【００４７】
「緑」のサブピクセル８Ｇが図３に示すその「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、及び「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｇを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｇを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過して、バックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印２５Ｇ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印３５Ｇ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「緑」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｇを通過する一方、「赤」又は「青」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「緑」のスペクトル成分（矢印４５Ｇ参照）は、偏光方向回転素子５Ｇを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「緑」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｇ参照）。
【００４８】
「青」のサブピクセル８Ｂが図３に示すその「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、及び「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｂを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｂを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過して、バックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印２５Ｂ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図３の矢印３５Ｂ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「青」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｂを通過する一方、「緑」又は「赤」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「青」のスペクトル成分（矢印４５Ｂ参照）は、偏光方向回転素子５Ｂを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「青」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｂ参照）。
【００４９】
直線偏光回転素子が図４に示すようなアクティブ状態に駆動されるとき、該素子は、波長に依存することなく、偏光状態の変換を行わずにスペクトル成分を透過させ、所定の素子が駆動されるアクティブ状態に応答して「明」のサブピクセルレベルを生成する。
【００５０】
「赤」のサブピクセル８Ｒが図４に示すような「明」状態に駆動されるとき、「赤」の帯域ΔλＲ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｒ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「赤」の通過帯域カラーフィルター６Ｒ、並びにフロント広帯域シート偏光子７０を通過する。この状態において、「緑」の帯域ΔλＧ又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｒを通過し、「赤」の通過帯域カラーフィルター６Ｒによって吸収される。
【００５１】
「緑」のサブピクセル８Ｇが図４に示すような「明」状態に駆動されるとき、「緑」の帯域ΔλＲ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｇ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「緑」の通過帯域カラーフィルター６Ｇ、並びにフロント広帯域シート偏光子７０を通過する。この状態において、「赤」の帯域ΔλＲ又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｇを通過し、「緑」の通過帯域カラーフィルター６Ｇによって吸収される。
【００５２】
「青」のサブピクセル８Ｂが図４に示すような「明」状態に駆動されるとき、「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｂ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「青」の通過帯域カラーフィルター６Ｂ、並びにフロント広帯域シート偏光子７０を通過する。この状態において、「赤」の帯域ΔλＲ又は「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｂを通過し、「青」の通過帯域の直線偏光干渉カラーフィルター６Ｂによって吸収される。
【００５３】
ＬＣＤパネルの具体的な第二の実施態様（図６、７及び８参照）においも、バックライトパネル内にある光源の発光スペクトルは「白」であるとみなされ、ＬＣＤパネルのスペクトルフィルタリング機能はＣＭＹ（シアン、マゼンタ、黄）表色系に基づく。従って、カラーフィルター６Ｃ、６Ｍ、及び６Ｙのそれぞれは、光源の「シアン」、「マゼンタ」及び「黄」の帯域のスペクトル成分すべてが表示用カラー画像の生成に使用されるような一つの「吸収帯域」特性と二つの「通過帯域」特性とを有するよう、設計される。この実施態様において、各カラーフィルター６Ｃ、６Ｍ及び６Ｙは、一つの「吸収帯域」特性と二つの「通過帯域」特性とを有するカラーフィルターとして用いられる。
【００５４】
図６及び図７に示す第二の実施態様において、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４は、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、ｂ型の偏光状態を有する光を反射する、偏光リファレンスとして作用する。同様に、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、ｂ型の偏光状態を有する光を反射する。ｂ型の直線偏光状態を有する入射光に対する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４の反射特性は、図８Ａにグラフとして示すとおりである。また、ｂ型の直線偏光状態を有する入射光に対する広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７の反射特性は、図８Ｂにグラフとして示すとおりである。これらの干渉ポーラー（４及び７）の、ａ型の直交する直線偏光状態を有する入射光に対する広帯域透過特性は、可視スペクトル領域内にあるすべての波長について実質的に一定である。
【００５５】
図６及び図７に示す具体的な第二の実施態様において、偏光方向回転素子５のアレイは、電子制御素子のアレイとして用いられ、それらの素子は、光がＬＣＤパネルの対応するピクセルを通過する際、ａ型の直線偏光状態を有する電場をｂ型の偏光状態（またその逆）に回転する。図６及び図７に示す具体的な第二の実施態様において、電子制御される直線偏光方向回転素子のそれぞれは、ねじれ角度が９０°に等しいねじれネマチック（ＴＮ）液晶セルとして作用させることができ、その作動は、当該技術において周知のように、制御電圧によって制御される。直線偏光方向回転素子を構成するため、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いることができ、それにより、液晶分子の配向を行い、そして、対応する素子が透過光の偏光方向を回転させないための電圧降下を、液晶材料の層にもたらすことができる。その電気的にインアクティブな（すなわち、電圧が印加されていない）状態において、セル出力に存在する光の電場強度は実質的にゼロであり、従って「暗」のサブピクセルレベルがもたらされる（図６参照）。その電気的にアクティブな（すなわち、しきい電圧ＶＴが印加される）状態において、セル出力における光の電場強度は、実質的にゼロではなく、従って「明」のサブピクセルレベルがもたらされる（図７参照）。
【００５６】
図６及び図７に示す具体的な第二の実施態様において、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイは、単一の面内に形成された二つの「通過帯域」特性を有する吸収帯域フィルターのアレイとして用いられる。広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイに積層される。図６及び図７に示すとおり、各吸収帯域フィルターは、二つの波長帯域にあるスペクトル成分を有する光を透過させ、ある狭い波長帯域のスペクトル成分を有する光を吸収する。それと同時に、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７は、ａ型の偏光状態を有する光を透過させ、広い波長帯域においてｂ型の偏光状態を有する光を反射する。
【００５７】
図８Ｃに示すとおり、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「シアン」のサブピクセルに付随する各吸収帯域カラーフィルターは、「青」の帯域ΔλＢ内及び「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有するスペクトル成分すべての約７０％を透過させる一方で、「赤」の帯域ΔλＲ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％が吸収されるように特別に設計されている。
【００５８】
図８Ｄに示すとおり、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「マゼンタ」のサブピクセルに付随する各吸収帯域カラーフィルターは、「赤」の帯域ΔλＲ内及び「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分すべての約７０％を透過させる一方で、「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％が吸収されるように特別に設計されている。
【００５９】
図８Ｅに示すとおり、カラーフィルター６のピクセル化されたアレイにおいて「黄」のサブピクセルに付随する各吸収帯域カラーフィルターは、「緑」の帯域ΔλＧ内及び「赤」の帯域ΔλＲ内の波波長を有するスペクトル成分すべての約７０％を透過させる一方で、「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分すべてのほぼ１００％が吸収されるように特別に設計されている。
【００６０】
本発明のＬＣＤパネルは、光リサイクル系を用いる。この系は、従来のＬＣＤパネルデザインに伴う光エネルギー損失を回避し、それにより、バックライト構造が生成する光エネルギーをより十分に利用するため、本開示のＬＣＤパネルに実装される。
【００６１】
本発明の第二の実施態様では、単一の偏光状態の光が、バックライト構造からＬＣＤパネルのそれらの構造（又はサブパネル）に伝播され、伝播される偏光の空間強度変調及びスペクトルフィルタリングが、サブピクセルで起こる。光リサイクル系を図６及び図７に模式的に示し、以下においてより詳細に説明する。本発明の光リサイクル系により、バックライト光源によって生成される光を高効率で利用できるＬＣＤパネルを設計することが可能となるが、これは、最大効率が約５％である従来のＬＣＤパネルと顕著に異なるものである。
【００６２】
図６及び図７に示すとおり、バックライト構造内で生成される非偏光は、ａ型及びｂ型の両方の偏光状態を有するスペクトル成分で構成されている。ａ型の偏光状態のスペクトル成分のみが、バックライトパネル２に隣接する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過し、一方、ｂ型の偏光状態のスペクトル成分は、エネルギーの損失又は吸収なく、反射される。広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４から反射されたスペクトル成分は、準拡散反射体３に入射し、偏光状態の逆転（ａ型からｂ型、又はその逆）を受ける。この反射過程は波長に依存しない。ｂ型からａ型に逆転された偏光状態を有するスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過する。
【００６３】
「シアン」、「マゼンタ」、又は「黄」のサブピクセル（８Ｃ、８Ｍ及び８Ｙ）に付随する直線偏光方向回転素子５Ｃ、５Ｍ、及び５Ｙが、図６に示すようなインアクティブ状態に駆動されるとき、透過光のスペクトル成分は、偏光状態の直交変換（ａ型からｂ型、又はその逆）により変換され、所定の素子が駆動されるインアクティブ状態に応答して「暗」のサブピクセルレベルが生成される。
【００６４】
「シアン」のサブピクセル８Ｃが図６に示すように「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、又は「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｃを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｃを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過してバックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印２５Ｃ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印３５Ｃ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「シアン」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｃを通過する一方、「マゼンタ」又は「黄」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「シアン」のスペクトル成分（矢印４５Ｃ参照）は、偏光方向回転素子５Ｃを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「シアン」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｃ参照）。
【００６５】
「マゼンタ」のサブピクセル８Ｍが図６に示すように「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、又は「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト構造内のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｍを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｍを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過してバックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印２５Ｍ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印３５Ｍ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「マゼンタ」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｍを通過する一方、「シアン」又は「黄」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「マゼンタ」のスペクトル成分（矢印４５Ｍ参照）は、偏光方向回転素子５Ｍを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「マゼンタ」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｍ参照）。
【００６６】
「黄」のサブピクセル８Ｙが図６に示すように「暗」状態に駆動されるとき、「赤」、「緑」、又は「青」の帯域（ΔλＲ、ΔλＧ又はΔλＢ）内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト構造内のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４及びリヤ広帯域シート偏光子４０を通過する。該スペクトル成分が偏光方向回転素子５Ｙを通過すると、偏光状態はａ型からｂ型に変わる。次いで、ｂ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、吸収されることなく、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７から反射される。ｂ型の偏光状態を有する反射された「赤」、「緑」、及び「青」のスペクトル成分（ΔλＲ、ΔλＧ及びΔλＢ）は、偏光方向回転素子５Ｙを再度通過し、偏光状態をｂ型からａ型に変える。最終的に、ａ型の偏光状態を有する変換されたスペクトル成分は、リヤ広帯域シート偏光子４０及び広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４を通過してバックライト構造に戻り、リサイクルされる。ｂ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印２５Ｙ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって吸収される。一方、ａ型の偏光状態を有する「白」の自然光（図６の矢印３５Ｙ参照）は、フロント広帯域シート偏光子７０によって透過される。そして、「黄」のスペクトル成分を有する光の部分は、カラーフィルター６Ｙを通過する一方、「シアン」又は「マゼンタ」のスペクトル成分を有する光の部分は、該カラーフィルターによって吸収される。「黄」のスペクトル成分（矢印４５Ｙ参照）は、偏光方向回転素子５Ｙを通過し、偏光状態をａ型からｂ型に変える。次いで、リヤ広帯域シート偏光子４０は、変換された「黄」のスペクトル成分を吸収する（矢印５５Ｙ参照）。
【００６７】
直線偏光回転素子が図７に示すようなアクティブ状態に制御されるとき、該素子は、波長に依存することなく、偏光状態の変換を行わずにスペクトル成分を透過させ、所定の素子が駆動されるアクティブ状態に応答して「明」のサブピクセルレベルを生成する。
【００６８】
「シアン」のサブピクセル８Ｃが図７に示すように「明」状態に駆動されるとき、「赤」の帯域ΔλＲ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｃ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「シアン」の吸収帯域カラーフィルター６Ｃによって吸収される。サブピクセル８Ｃのこの状態において、「緑」の帯域ΔλＧ又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト構造内のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｃ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、そして「シアン」の吸収帯域カラーフィルター６Ｃを通過する。「緑」の帯域ΔλＧ内及び「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分は、カラーフィルター６Ｃの出力において互いに混合され、シアン色の光を生成する。そしてシアン色の光は、フロント広帯域シート偏光子７０を通過する。
【００６９】
「マゼンタ」のサブピクセル８Ｍが図７に示すように「明」状態に駆動されるとき、「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｍ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「マゼンタ」の吸収帯域カラーフィルター６Ｍによって吸収される。サブピクセル８Ｍのこの状態において、「赤」の帯域ΔλＲ又は「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト構造内のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｍ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、そして「マゼンタ」の吸収帯域カラーフィルター６Ｍを通過する。「赤」の帯域ΔλＲ内及び「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有するスペクトル成分は、カラーフィルター６Ｍの出力において互いに混合され、マゼンタ色の光を生成する。そしてマゼンタ色の光は、フロント広帯域シート偏光子７０を通過する。
【００７０】
「黄」のサブピクセル８Ｙが図７に示すように「明」状態に駆動されるとき、「青」の帯域ΔλＢ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト光のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｙ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、「黄」の吸収帯域カラーフィルター６Ｙによって吸収される。サブピクセル８Ｙのこの状態において、「赤」の帯域ΔλＲ又は「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有し、かつａ型の偏光状態を有するバックライト構造内のスペクトル成分は、広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）４、リヤ広帯域シート偏光子４０、直線偏光方向回転素子５Ｙ、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）７に吸収されずに通過し、そして「黄」の吸収帯域カラーフィルター６Ｙを通過する。「赤」の帯域ΔλＲ内及び「緑」の帯域ΔλＧ内の波長を有するスペクトル成分は、カラーフィルター６Ｙの出力において互いに混合され、黄色の光を生成する。そして黄色の光は、フロント広帯域シート偏光子７０を通過する。
【００７１】
（具体的実施態様の説明）
本開示の好ましい一実施態様は、所定の方向の透過軸ＡＢを有する広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）を具備したリサイクル型バックライト構造、各ピクセル領域の光を変調するための空間強度変調構造、前記透過軸ＡＢに略平行な透過軸を有する広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）、前記ピクセル領域のそれぞれに備えられたスペクトルフィルタリング構造、を含む、一連の素子と、ピクセル領域のアレイと、を具備した画像コントラストが向上した液晶表示パネルであって、前記ＲＩ−ポーラー及び前記ＦＩ−ポーラーは、カスケード結晶化プロセスによって作製され、複数の層が積層された多層構造であり、各多層構造のうち少なくとも一つの層が、光学的に異方性であり、
前記透過軸ＡＢに略平行な方向に３．４±０．３Åの分子間距離を有する全体的に秩序づけられた二軸結晶構造を有し、可視光の波長帯域において透明であり、かつπ共役系及びイオノゲン基を有する少なくとも一種の多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されていることを特徴とする液晶表示パネルである。本開示の液晶表示パネルの一変形例において、前記バックライト構造は前記空間強度変調構造に面する前面、裏面、及び端部を有する一連の光導体を備え、さらに、記光導体の端部に光学的に接続され、かつ、前記光導体に光を出射する光源と、入射する光を反射し、かつ、ランダム化することができ、かつ、前記光導体の裏面上に配置される広帯域反射体と、前記光導体の前面上に配置される広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）と、前記ＲＩ−ポーラー上に配置され、かつ該透過軸ＡＢと略平行な透過軸を有するリヤ広帯域シート偏光子とを備える。本開示の液晶表示パネルの他の変形例において、前記空間強度変調構造はさらに、前記バックライト構造に隣接する偏光方向回転素子のアレイを備え、かつ、前記広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）はスペクトルフィルタリング構造に隣接する。本開示の液晶表示パネルのさらなる変形例において、該ピクセル領域は複数のサブピクセル領域を空間的に包含し、前記スペクトルフィルタリング構造はカラーフィルターのピクセル化されたアレイをさらに備え、かつ、前記空間強度変調構造は、複数のサブピクセル領域を含む。本発明の液晶表示パネルの一実施態様においては、さらに、該表示パネルの外面上に配置された反射防止手段を備える。本開示の液晶表示パネルの可能な変形例において、前記反射防止手段は、該透過軸ＡＢに略平行な透過軸を有するフロント広帯域シート偏光子である。
【００７２】
前記バックライト構造は、電磁気スペクトルの可視帯域内にある波長を有し、かつａ型及びｂ型の偏光を有するスペクトル成分からなる光を生成するための光源を備える。前記バックライト構造はさらに、前記可視帯域内の波長を有するスペクトル成分からなる偏光を反射して前記バックライト構造内で一以上の反射をもたらすための広帯域反射体を備える。この広帯域反射体は、前記スペクトル成分の偏光状態を、ａ型の偏光状態からそれに直交するｂ型の状態に変換し、また、ｂ型の偏光状態からａ型の状態に変換する。
【００７３】
前記複数のピクセル領域は、前記バックライト構造に対して範囲を規定することができる所定の表示領域を空間的に包含する。前記ピクセル領域のそれぞれは、複数のサブピクセル領域を空間的に包含し、そして、前記ピクセル領域のそれぞれにある前記サブピクセル領域のそれぞれは、電磁気スペクトルの可視帯域において所定のスペクトル帯域を有する。
【００７４】
広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）は、少なくとも前記可視帯域内の波長を有し、かつ前記ｂ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光を反射し、かつ、少なくとも前記可視帯域内の波長を有し、前記ａ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる偏光を透過させるためのものである。
【００７５】
偏光方向回転素子のそれぞれは、前記サブピクセル領域の一つに隣接し、そして、前記偏光方向回転素子に印加されるサブピクセル駆動信号に応答して、前記偏光方向回転素子を通過する偏光の偏光状態を選択的に変換する。
【００７６】
空間強度変調構造はさらに、広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）を備える。このＦＩ−ポーラーは、少なくとも前記可視帯域内の波長を有し、前記ｂ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる光を反射し、かつ、少なくとも前記可視帯域内の波長を有し前記ａ型の偏光状態を有するスペクトル成分からなる偏光を透過させるためのものであり、それゆえに、前記偏光変換素子のアレイと協同して働く。従って、前記ＦＩ−ポーラーは、偏光の空間強度を変調することで、前記ＦＩ−ポーラーに隣接する前記サブピクセル領域のそれぞれにおいて「暗」又は「明」の強度レベルをもたらす。
【００７７】
本開示の液晶表示パネルの一実施態様において、ＲＩ−ポーラーの少なくとも一つの層は、紫外線を可視光に変換する蛍光物質からなる。本開示の液晶表示パネルの可能な変形例において、前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有する。本開示の液晶表示パネルの他の可能な変形例において、前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、０．９８以上の透過係数を有する。本開示の液晶表示パネルのさらに他の可能な変形例において、前記多層構造のそれぞれにおける少なくとも一つの透明な層は、可視光の波長帯域において一様に透明である。
【００７８】
好ましい他の実施態様において、本発明が提供する液晶表示パネルは、少なくとも一つの光学異方性層が、二価及び／又は三価の金属のイオンで処理されており、それにより、前記層は不溶性の状態に変えられている。他の液晶表示パネルにおいて、少なくとも一種の有機化合物材料の分子は複素環を備える。本発明の一変形例において、液晶表示パネルは、少なくとも一種の二色性染料をベースとするリオトロピック液晶から作製された少なくとも一つの光学異方性層を備える。
【００７９】
本開示の液晶表示パネルの他の変形例において、前記空間的に包含するピクセル領域のそれぞれに存在する前記複数のサブピクセル領域は、「赤」のサブピクセル領域、「緑」のサブピクセル領域、及び「青」のサブピクセル領域を備える。前記「赤」のサブピクセル領域は、「赤」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「緑」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収する。一方、前記「緑」のサブピクセル領域は、「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「赤」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収する。一方、前記「青」のサブピクセル領域は、「青」の帯域内にある光のスペクトル成分を透過させ、かつ「赤」の帯域及び「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて吸収する。
【００８０】
本開示の液晶表示パネルのさらに他の変形例において、前記空間的に包含するピクセル領域のそれぞれに存在する前記複数のサブピクセル領域は、「シアン」のサブピクセル領域、「マゼンタ」のサブピクセル領域、及び「黄」のサブピクセル領域を備える。前記「シアン」のサブピクセル領域は、「赤」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「緑」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させる。一方、前記「マゼンタ」のサブピクセル領域は、「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「赤」の帯域及び「青」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させる。一方、前記「黄」のサブピクセル領域は、「青」の帯域内にある光のスペクトル成分を吸収し、かつ「赤」の帯域及び「緑」の帯域内にある光のスペクトル成分をほぼすべて透過させる。
【００８１】
本開示の液晶表示パネルの可能な変形例において、前記偏光変換素子のそれぞれは液晶材料からなる。液晶表示パネルのさらに可能な変形例において、前記広帯域反射体は準拡散反射体である。
【００８２】
本発明の理解をさらに容易にするため、以下の実施例が参照される。なお、以下の実施例は本発明の例示を目的とするものであって、その技術的範囲を限定しようとするものではない。
【００８３】
実施例１
典型的な干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー又はＦＩ−ポーラー）は、透明な基板上に配置される複屈折材料及び等方性材料が交互に配置される層を用いて構成することができる。該偏光子は透過軸ＡＢを有する。偏光されていない光が広帯域多層無損失偏光子に入射すると、該透過軸ＡＢに略直交する偏光状態を有する光の一部は、広帯域多層無損失偏光子から反射される。それぞれの層の屈折率及び厚み並びに層の総数を操作することにより、望ましい性能を得ることができる。この偏光子デザインの最も重要な局面の一つは、この基本構造の選択である。以下の検討において、垂直入射を想定し、そして基板の屈折率を１．５に固定する。典型的に、広帯域多層無損失偏光子は、入射光の偏光面において高い屈折率及び低い屈折率を有する二重層の周期的構造の形態で設計することができる。すなわち、十分な性能が得られるまで、同じ対の層が繰り返し付加される。この構造は、（ＨＬ）Ｎ−１Ｈ（Ｈ及びＬは、高屈折率層及び低屈折率層をそれぞれ表し、かつＮはこれらの対の数である）の形態である。以下、そのような構造を、合計Ｎの高屈折率層を含むキャビティーと呼ぶ。光学的厚み（物理的厚みと屈折率との積）が、ある特定の波長の四分の一（四分の一波長厚み）の奇数倍に等しいとき、該構造は、特定の波長において最大の反射をもたらす。
【００８４】
明らかなとおり、単一のキャビティーは、単一波長の前後に狭く集中した反射をもたらし、その帯域幅は、キャビティーにおける層の屈折率差及び層数に依存する。従って、複数のキャビティーの構造が重要となる。そのような構造において、各キャビティーは、異なる波長を中心とする。そのような構造は以下の式で表すことができる。
【数１】
2008530585.tif 000003
式中、Ｃ１２はキャビティー１とキャビティー２との間にある結合層を表す。Ｃ１２値は、通常Ｌ１及びＬ２の平均として選ばれる。さらに、キャビティーの間の波長間隔は、各キャビティーの帯域幅に基づいて慎重に選択すべきである。帯域幅が狭ければ狭いほど、より小さい間隔を選択すべきである。
【００８５】
図９は、６つのキャビティーを有し、各キャビティーが１５のＨ層（合計９５のＨ層）を有するほぼ完全な広帯域多層無損失偏光子の反射スペクトルを示す。５００ｎｍ〜７００ｎｍの帯域においてほぼ１００％の反射が得られることがわかる。高屈折率が２．２である場合は、７層からなるキャビティーがわずか４つ（すなわち、合計２８のＨ層）を用いることで、同様の性能を得ることができる。また、広い波長帯域において偏光子の反射が高度に均一であることは、そのような偏光子を用いる表示装置において演色が高品質となることにも寄与する。
【００８６】
以上の場合のすべてにおいて、層の厚みは、各キャビティーにおいて四分の一波長である。ここで層の厚みを増加させることについて再度検討する。上述したとおり、層の厚みが増すにしたがって帯域幅は減少する。このことは、波長の同じ範囲をカバーするのにより多くのキャビティーが必要であることを意味する。例えば、厚みが四分の三波長となる場合、図９と同様の性能を得るためには、それぞれが１７のＨ層を有するキャビティーを１１個（すなわち、合計１８７のＨ層）用いる必要がある。これは、より薄い層の場合に比べて、層の数が２倍を超えている。
【００８７】
カスケード結晶化プロセスによって該偏光子層を得て、層の光学特性を調べるために解析をおこなった。アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリンのスルホ誘導体の混合物（１２ｇ）を撹拌しながら２０℃の温度で６５．０ｇの脱イオン水に導入した。次いで、２５％アンモニア水溶液５．３ｍｌを添加し、その混合物を撹拌して完全に溶解させた。スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン水溶液の電子吸収スペクトルを図１０に示す。該溶液を、ロータリーエバポレーターで３０％に濃縮し、そして、マイヤーロッド＃２．５を用い１５ｍｍ／ｓの線速度で２０℃の温度においてガラス基板表面に積層した。このプロセスは６５％の相対湿度において行った。次いで、同じ湿度及び温度においてフィルムを乾燥させた。
【００８８】
フィルムの光学特性を調べるため、Ｃａｒｙ−５００分光光度計を用いて４００〜８００ｎｍの波長範囲で偏光における光透過スペクトルを測定した（図１１）。偏光子及び検光子の偏光軸に平行な直線偏光と垂直な直線偏光（それぞれＴｐａｒ及びＴｐｅｒ）とを用いて、該フィルムの光透過を測定した。図１０によって、４３０ｎｍを超える波長の可視スペクトル領域において、該フィルムの吸光度が非常に低いことがわかる。
【００８９】
得られたデータを用いて、配向方向に平行な偏光及び垂直な偏光についての屈折率（ｎｅ，ｎｏ）及び吸光係数（ｋｅ，ｋｏ）を計算した。計算された係数を図１２に示す。得られた層は、光学異方性であり、かつ可視スペクトル領域において０．２１から０．３８まで増加する高い位相差特性Δｎ＝ｎｏ−ｎｅを示している。吸光係数ｋｅ及びｋｏが低い値であることは、層の透過率が高いことを裏付けている。
【００９０】
実施例２
以下に記載する実験は、ある面内に偏光された光に対する反射が最大であり、それと垂直に偏光された光を透過するＩ−ポーラー試料を実際に作製することを目的としたものである。
【００９１】
式（ＨＬ）Ｎ−１Ｈで表される積層構造を仮定した。ただし、Ｈ及びＬは、それぞれ、高屈折率の複屈折結晶薄膜（ＴＣＦ）及び等方性材料からなる低屈折率の中間層を表し、Ｎはこれらの対の数を表す。種々の中間層の候補から、ＳＤＣ，ＩｎｃのＣｒｙｓｔａｌＣｏａｔ（商標）ＭＰ１１７５ＵＶを選択した。積層構造の（幾何学的厚みｘと屈折率ｎとの積として定義される）光学的厚みが四分の一波長（ＱＷ）の奇数倍に等しいとき、特定の波長において最大の反射特性を示した。
【００９２】
Ｏｐｔｉｖａ  Ｉｎｃ．のＢｏｒｄｅａｕｘ５０５ｓｆインクを用いて試料を製造した。固形分が１３．０１％の（Ｂｏｒｄｅａｕｘ  ＭＮＬ００１５６３−５５％及びＭＮＬ００２１８８−４５％）を用いて、１１、１０．５、１０、９．５、９、及び８％の濃度を有する一連の希釈インクを調製した。予備検討によって、予めプラズマ処理されたピンホールがない基板の場合、９〜１０．５重量％の濃度範囲においてコーティングの品質が非常によいこと、また、さらなる留意点として、コーティングの品質がマイヤーロッドの種類に大きく左右されることがわかった。そして、ＨＳ２ロッドのみが、局部的な厚みムラの顕著な発生を伴うことなく良好な外観のコーティングをもたらした。なお、そのような厚みムラは、Ｂｏｒｄｅａｕｘインクをベースとする反射性が高いＴＣＦによく見られるものである。問題なくＴＣＦをＢａ型に変換することができた。
【００９３】
異なるロッド（ＨＳ１．５、ＨＳ２、ＭＲ２．５、及びＭＲ＃３）並びに種々のインク濃度（９、９．５、１０、１０．５％）を用いて一連のコーティングを調製した。Ｃａｒｙ５００分光光度計を用いて光学パラメーターを測定した。図１３は吸光係数を示し、図１４は屈折率ｎｏ（ｎｅ＝１．５）を示している。これらの結果をシミュレーションに用いた。
【００９４】
中間層の種々の候補から、ＳＤＣ，Ｉｎｃ．によるＣｒｙｓｔａｌＣｏａｔ（商標）ＭＰ１１７５ＵＶを選択した。これは、浸漬塗布及びスピンコーティングによる塗布を目的とした紫外線硬化型耐性コーティング材料である。製造者が提供する典型的な値によれば、屈折率は１．４９である。化学的に、これは、アクリル酸の有機溶媒混合物溶液である。ＭＲローリング法及びスピンコーティング（〜８０００ｒｐｍ）法を用いて、この材料の良好なコーティングが得られた。硬化は、〜１５ｆｐｍの速度で６インチＵＶランプ（３００ｗｐｉ）下、３回通過により行った。
【００９５】
プラズマ処理の直後に積層を行った場合、ＭＰ１１７５ＵＶからなるラッカー層上のＴＣＦコーティングは良好であった。一方、プラズマ処理の直後でない場合は、濡れ性に問題が生じた。
【００９６】
まず、試料をＢａ形に変換する際に問題が生じた。すなわち、その後のすすぎ工程においてコーティングが剥離した。しかし、この問題は、試料を１７．５％ＢａＣｌ２溶液の容器に浸漬後、１％ＡＰＳ溶液中に浸漬することにより、解消された。
【００９７】
複屈折フィルムの厚みは、図１５に示すように決定されるが、より厚いものによる操作が好ましいことを付言しておく。使用したコーティング法により、５λ／４（λは波長〜６３０ｎｍ）に略等しい光学的厚み（物理的厚みと屈折率との積）を有する層の形成が可能である。このため、３９０〜４００ｎｍの値を、使用フィルムの物理的厚みとして選んだ。
【００９８】
ＴＣＦ／ラッカー／ＴＣＦ構造の試料を数種、調製した。残念ながら、第二のＴＣＦ塗布により、ラッカー中に多数のひびが入った。取り付けたマイヤーロッドが、非常に薄いラッカー層の表面を傷つけていることが分かった。この傷のため、この種の多層コーティングの典型的な試料を得るには支障があった。この傷の問題は、ラッカーの硬度が十分でないことよりもむしろ、ラッカー層が非常に薄いことに関係する。薄いラッカーの副層上にＴＣＦを特定のＭＲ法で塗布すると、いかなる場合も傷が生じることが明らかであった。この種の問題は非接触法により解消が可能であることが示唆された。
【００９９】
傷の発生を防止するために、ローリング（ＭＲ）法を用いてラッカー上にＴＣＦをコーティングした。この場合、傷はほとんど生じなかったが、層の性能が落ち、厚みムラが生じた。
【０１００】
しかしながら、測定によれば（図１６参照）、スペクトルはより滑らかになり、単一のピークが６００〜８００ｎｍの範囲にあることがわかった。最大反射率は４５〜５２％であった。なお、最大反射率の値は、測定される表面領域の質に左右される。測定領域が傷を含む場合、明らかに反射率はが低下する。
【０１０１】
３つのＴＣＦ層を有する積層体を作製した。そして、多層構造の法線に対して３０度で光線を当てた（入射させた）とき、最高６２％の反射率が得られた（図１７）。３６０ｎｍ〜４２０ｎｍの厚みのラッカー層を塗布することにより、４つのＴＣＦ層を有するコーティングが得られ（図１８）、それは、多層構造の法線に対して３０度で光線を当てた（入射させた）とき、反射率が７５％であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明による一般化されたＬＣＤパネルの構造を示す図である。
【図２】図２ａは、複数の層の積層体を備える多層構造の断面を示す図である。図２ｂは、図１のＬＣＤパネルの一部を示し、そのピクセル構造に付随して電子制御される偏光回転素子を示す図である。
【図３】図１に示すＬＣＤパネルの第一の特定の態様による具体的なピクセル構造の拡大断面を示す模式図である。ここで、該ＬＣＤパネルの空間強度変調素子は、直線偏光回転素子を用いて実現されており、それに与えられるピクセル駆動信号は、具体的なピクセル構造のＲＧＢ（赤、緑、青）サブピクセルのそれぞれにおいて、「暗」の出力レベルをもたらすよう選択されている。
【図４】図１に示すＬＣＤパネルの第一の特定の態様による具体的なピクセル構造の拡大断面を示す模式図である。ここで、該ＬＣＤパネルの空間強度変調素子は、直線偏光回転素子を用いて実現されており、それに与えられるピクセル駆動信号は、具体的なピクセル構造のＲＧＢサブピクセルのそれぞれにおいて、「明」の出力レベルをもたらすよう選択されている。
【図５】図５Ａは、図３及び図４に示すＬＣＤパネルの広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）の反射特性を示す模式図である。図５Ｂは、図３及び図４に示すＬＣＤパネルの広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）の反射特性を示す模式図である。図５Ｃは、図３及び図４に示すＬＣＤパネルの「青」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。図５Ｄは、図３及び図４に示すＬＣＤパネルの「緑」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。図５Ｅは、図３及び図４に示すＬＣＤパネルの「赤」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。
【図６】図１に示すＬＣＤパネルの第二の特定の態様による具体的なピクセル構造の拡大断面を示す模式図である。ここで、該ＬＣＤパネルの空間強度変調素子は、直線偏光回転素子を用いて実現されており、それに与えられるピクセル駆動信号は、具体的なピクセル構造のＣＭＹ（シアン、マゼンタ、黄）サブピクセルのそれぞれにおいて、「暗」の出力レベルをもたらすよう選択されている。
【図７】図１に示すＬＣＤパネルの第二の特定の態様による具体的なピクセル構造の拡大断面を示す模式図である。ここで、該ＬＣＤパネルの空間強度変調素子は、直線偏光回転素子を用いて実現されており、それに与えられるピクセル駆動信号は、具体的なピクセル構造のＣＭＹサブピクセルのそれぞれにおいて、「明」の出力レベルをもたらすよう選択されている。
【図８】図８Ａは、図６及び図７に示すＬＣＤパネルの広帯域リヤ干渉ポーラー（ＲＩ−ポーラー）の反射特性を示す模式図である。図８Ｂは、図６及び図７に示すＬＣＤパネルの広帯域フロント干渉ポーラー（ＦＩ−ポーラー）の反射特性を示す模式図である。図８Ｃは、図６及び図７に示すＬＣＤパネルの「シアン」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。図８Ｄは、図６及び図７に示すＬＣＤパネルの「マゼンタ」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。図８Ｅは、図６及び図７に示すＬＣＤパネルの「黄」の各サブピクセル領域に付随するカラーフィルターの透過特性を示す模式図である。
【図９】１５Ｈ層（高屈折率は１．８に設定され、低屈折率は１．５に設定される）を有する４分の６波長キャビティ（空胴キャビティー）の構造について、偏光子の反射率を波長の関数として示したものである。
【図１０】濃度が２５ｍｇ／ｌのスルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン水溶液の吸収スペクトルである。
【図１１】スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン誘導体の混合物から調製された層について、透過係数の波長依存性を示す透過スペクトルである。
【図１２】スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン誘導体の混合物から調製された層について、配向方向に平行及び垂直に測定された、屈折率（ｎｅ，ｎｏ）及び吸光係数（ｋｅ，ｋｏ）の波長依存性を示す。
【図１３】シミュレーションに使用された吸光係数を表す図である。
【図１４】シミュレーションに使用された屈折率を表す図である。
【図１５】ＴＣＦＢｏｒｄｅａｕｘ層の４分の１波長厚み、λ（２ｋ＋１）／（４×ｎｏ（λ）、（ｋ＝１または２）を示す図である。
【図１６】多層コーティングの反射率に対する光散乱の影響を表す図である。
【図１７】多層（３ＴＣＦ）コーティングの反射率スペクトルである。
【図１８】多層（４ＴＣＦ）コーティングの反射率スペクトルである。
【図１】
2008530585.tif 000004
【図２ａ】
2008530585.tif 000005
【図２Ｂ】
2008530585.tif 000006
【図３】
2008530585.tif 000007
【図４】
2008530585.tif 000008
【図５Ａ】
2008530585.tif 000009
【図５Ｂ】
2008530585.tif 000010
【図５Ｃ】
2008530585.tif 000011
【図５Ｄ】
2008530585.tif 000012
【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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