(57)【要約】【課題】ホワイトバランスを合わせて高輝度の色再現性を具現した反射透過型ディスプレイパネル及びそれを採用したディスプレイ装置を提供する。【解決手段】互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されたディスプレイパネルにおいて、サブ画素は、回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃを備えた反射領域ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃおよび透過領域ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃを有する反射透過部１２０と、電気的制御によって入射光の透過率を調節できる液晶層１２５と、入射光のうち所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃと、を備える。【選択図】図４
2008165228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されたディスプレイパネルにおいて、
前記サブ画素は、
回折格子を備えた反射領域、及び透過領域を有する反射透過部と、
電気的制御によって前記反射透過部からの光の透過率を調節する液晶層と、
前記液晶層を透過した光のうち所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタと、を備えることを特徴とするディスプレイパネル。
【請求項２】
前記回折格子は、前記サブ画素ごとに同じパターンで形成されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項３】
前記回折格子は、前記サブ画素ごとに対応するサブカラーフィルタの透過率によって異なるパターンで形成されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項４】
前記サブ画素の各回折格子は、前記サブカラーフィルタの透過率と前記回折格子の回折効率との積から得られる結合効率を一定にするパターンを有することを特徴とする請求項２に記載のディスプレイパネル。
【請求項５】
前記サブカラーフィルタの透過率と前記回折格子の回折効率との積は、サブカラーフィルタのうち最も低い透過率を有するサブカラーフィルタとこれに対応する回折格子とを基準に決定されることを特徴とする請求項４に記載のディスプレイパネル。
【請求項６】
前記回折格子は、反射型回折格子で構成されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項７】
前記反射領域は、前記サブカラーフィルタの一部領域に備えられた透過型回折格子と、前記液晶層下部の一部領域に備えられた反射層とを備えることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項８】
前記回折格子の上部に前記液晶層と異なる屈折率を有する入射角調節層がさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイパネル。
【請求項９】
前記回折格子が複数の領域に分割され、前記複数の領域の格子パターンの配列方向がそれぞれ異なって形成されたことを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１０】
前記回折格子は、複数の領域に分割され、前記複数の領域の格子パターンのピッチが異なって形成されたことを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１１】
前記回折格子は、面積が異なる複数の領域に分割され、各領域の格子パターンが異なって形成されたことを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１２】
前記回折格子は、同心円状に形成されることを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１３】
前記回折格子は、複数の領域に分割され、各領域に同心円状の格子パターンが形成されることを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１４】
前記複数の領域は、蜂の巣形態を有することを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイパネル。
【請求項１５】
前記サブカラーフィルタは、赤色サブカラーフィルタ、緑色サブカラーフィルタ、青色サブカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１ないし８のうち何れか１項に記載のディスプレイパネル。
【請求項１６】
前記青色サブカラーフィルタの透過率と青色サブカラーフィルタに対応する回折格子の−１次回折光の回折効率との積から得られる結合効率を基準として、緑色サブカラーフィルタと青色カラーフィルタとの結合効率を一定に決定することを特徴とする請求項１５に記載のディスプレイパネル。
【請求項１７】
互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されたディスプレイパネルにおいて、
前記サブ画素は、
反射領域及び透過領域を有する反射及び透過部と、
前記反射及び透過部上に備えられたものであって、電気的制御によって光の透過率を調節する液晶層と、
前記液晶層を透過した光のうち所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタと、を備え、
前記反射領域には、前記液晶層下部に設けられる反射層と、前記液晶層と反射層との間に備えられるものであって、液晶層の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる入射角調節セルが一定の間隔で配列された入射角調節アレイとが備えられたことを特徴とするディスプレイパネル。
【請求項１８】
光を照射するバックライトユニットと、
前記バックライトユニット上に備えられた請求項１〜１７の何れか一つに記載のディスプレイパネルと、を備え、
前記バックライトユニットから照射された光が、前記ディスプレイパネルの前記透過領域を通過して画像を形成し、外部から入射された光が前記反射領域で反射されて画像を形成することを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイパネル及びディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、外部から照明される自然光や人工照明に対してホワイトバランスと結合効率とを向上して視認性を確保したディスプレイパネル及びディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信技術及びディスプレイ装置の発達で携帯用端末機が多く開発されている。携帯用端末機としては、例えば、ＰＤＡ（パーソナルディジタルアシスタント：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ＰＭＰ（ポータブルマルチメディアプレイヤー：Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｐｌａｙｅｒ）、デジタル放送受信機（例えば、地上デジタル放送の受信機（ＤＭＢ：ディジタルマルチメディアブロードキャスティング（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）））がある。
【０００３】
このような携帯用端末機に使われる受光型平板ディスプレイの一種である液晶表示装置は、自主的な発光能力がないため、光源から照射された照明光を画素ごとに透過率を調節して画像を形成する。このために液晶表示装置の背面には、光を照射するバックライトユニットが設置される。
【０００４】
バックライトユニットは、光源の配置形態によって直光型と、測光型とに分類される。直光型は、液晶パネルの直下に設置されたランプが光を液晶パネルに直接照射する方式である。直光型は、光源を広い面積に自由に効果的に配置できるため、据え置き型の液晶テレビ（ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）ＴＶ）のようなディスプレイに適している。一方、測光型は、光源が導光板の側面という制限された位置に配置されるので、携帯用端末機のディスプレイに適している。
【０００５】
しかし、携帯用端末機は、携帯性の特性上使用場所に制限なしにどこでも使用でき、太陽光が射す外部で使用する場合も多い。このとき、画面照度が相対的に暗くて、ディスプレイの視認性が低下するという問題点がある。したがって、使用場所の制限なしに使用できるという携帯用端末機の利点を十分に活用できない。
【０００６】
また、屋外広告看板や照明が明るく射す公共場所での展示ディスプレイに液晶ディスプレイが採用される場合にも、視認性が確保されない限り、その活用度が大きくない。
【０００７】
このような問題を解決するために、外光を利用する反射モードとバックライトを利用する透過モードとを備えたディスプレイ装置が開発されている。
【０００８】
図１は、従来の反射モードと透過モードとを備えたディスプレイ装置を示す図面であって、このディスプレイ装置は、光源１０と、光源１０から照射された光を案内する導光板１５と、透光率を調節するための液晶層４７とを備える。図２は、青色光サブ画素Ｂ、緑色光サブ画素Ｇ、赤色光サブ画素Ｒで構成された一つの画素を示す図面であって、各サブ画素は、液晶層４７の一部領域に形成された反射部ＲＭと透過部ＴＭとを備える。反射部ＲＭは、液晶層４７の一部領域に散乱パターン４５が形成されることによって備えられ、透過部ＴＭは、液晶層４７の一部で構成される。散乱パターン４５の下部には、支持層４３が備えられる。液晶層４７の上部にカラーフィルタ５０が備えられ、カラーフィルタ５０の一部領域にライトホールｈが形成される。前記ライトホールｈは、前記散乱パターン４５の上部領域のうち一部に形成される。
【０００９】
導光板１５と液晶層４７との間に第１線偏光フィルム３３、第１の１／４波長板３５、第１ガラス基板３８、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）層４０が備えられ、前記カラーフィルタ５０の上部には、第２ガラス基板５８、第２の１／４波長板５５、第２線偏光フィルム６０が備えられる。前記導光板１５と第１線偏光フィルム３３との間には、光効率を高めるための複数層２０が備えられる。複数層２０は、例えば、光を拡散させるための拡散板、光路を補正するためのプリズムシート、プリズムシートを通過した光をディスプレイパネルに向けて直進するように方向性を向上させる輝度向上フィルム（ＢＥＦ：Ｂｒｉｇｈｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）を備えうる。
【００１０】
導光板１５から照明された光Ｌｂは、透過部に該当する領域の液晶層に入射され、前記ＴＦＴ層４０の電圧によって透過率が調節されて液晶層４７を通過した後、カラーフィルタ５０で特定波長帯域のカラー光のみが透過される。導光板１５から前記散乱パターン４５のある方向に入射される光は反射されて、画像の形成に寄与できない。このような点で光効率が低下する短所を、外光を利用して照明が明るい外部でも使用できる利点で補完する。一方、外光Ｌｓは、カラーフィルタ５０を通じて特定波長帯域のカラー光のみが透過されて散乱パターン４５で入射される。前記散乱パターン４５で反射された光は、カラーフィルタ５０を通過して外部に出射されて画像を形成する。しかし、前記カラーフィルタ５０は、白色ＬＥＤを使用する透過領域に対して最適化されて設計されるため、太陽光や外部照明光については、色再現率が劣るという問題点がある。さらに、外光を利用して反射モードを具現する場合、カラーフィルタを２回通過するので、光効率が低下する。このような問題点を補完するために、カラーフィルタ５０にライトホールｈを備えてカラーフィルタを通過せず散乱パターン４５で直ぐ入射させることによって、色再現率を高め、かつホワイトバランスを合わせようとした。
【００１１】
図３Ａは、前記透過部を通過した光と反射部で反射された光との色座標を示す図面であって、図３Ｂは、ライトホールｈの直径の変化による色座標の変化を示す図面である。この場合、反射モードでの色座標と透過モードでの色座標とが類似しているということが分かる。このようにライトホールを利用して色再現率を補完した。
【００１２】
しかしながら、前記散乱パターン４５は、入射光を散乱させて反射するので、反射光の方向が制御されず、拡散される。したがって、視聴者の視野角に集光される光が少ないので、正面輝度が低い。赤色画素、緑色画素、青色画素別に前記ライトホールｈのサイズを異ならせてホワイトバランスを合わせるのは可能であるが、高反射正面輝度を高めるのには限界がある。
【特許文献１】米国特許明細書第５２０４７６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであって、反射輝度を高め、ホワイトバランスを合わせて高輝度の色再現性を具現したディスプレイパネル及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために本発明によるディスプレイパネルは、互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されたディスプレイパネルにおいて、前記サブ画素は、回折格子を備えた反射領域、及び透過領域を有する反射透過部と、電気的制御によって前記反射透過部からの光の透過率を調節する液晶層と、前記液晶層を透過した光のうち所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記回折格子は、前記サブ画素ごとに同じパターンで形成される。
【００１６】
前記回折格子は、サブ画素ごとに対応するサブカラーフィルタの透過率によって異なるパターンで形成される。
【００１７】
前記サブ画素の各回折格子は、サブカラーフィルタの透過率と回折格子の回折効率との積から得られる結合効率を一定にするパターンを有しうる。
【００１８】
前記サブカラーフィルタの透過率と回折格子の回折効率との積は、サブカラーフィルタのうち最も低い透過率を有するサブカラーフィルタとこれに対応する回折格子とを基準に決まる。
【００１９】
前記回折格子は、反射型回折格子で構成される。
【００２０】
前記反射領域は、前記サブカラーフィルタの一部領域に備えられた透過型回折格子と、前記液晶層の下部の一部領域に備えられた反射層とを備えうる。
【００２１】
前記回折格子の上部に前記液晶層と異なる屈折率を有する入射角調節層がさらも備えられる。
【００２２】
前記回折格子は、複数の領域に分割され、前記複数の領域の格子パターンの配列方向が異なって形成される。
【００２３】
前記目的を達成するために本発明によるディスプレイパネルは、互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されたディスプレイパネルにおいて、前記サブ画素は、反射領域及び透過領域を有する反射及び透過部と、前記反射及び透過部上に備えられたものであって、電気的制御によって光の透過率を調節する液晶層と、前記液晶層を透過した光のうち所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタと、を備え、前記反射領域には、前記液晶層の下部に設けられる反射層と、前記液晶層と反射層との間に備えられるものであって、液晶層の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる入射角調節セルが一定の間隔で配列された入射角調節アレイとが備えられたことを特徴とする。
【００２４】
前記目的を達成するために本発明によるディスプレイ装置は、光を照射するバックライトユニットと、このバックライトユニット上に備えられた前記のディスプレイパネルと、を備えてなり、前記バックライトユニットから照射された光が前記透過領域を通過して画像を形成し、外部から入射された光が前記反射領域で反射されて画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によるディスプレイパネルは、回折格子を備えた反射領域を備えて明るい外部や照明光でも高効率のホワイトバランスを充足させる画像を提供する。回折格子を利用してカラーによる結合効率を一定に調節することにより、ホワイトバランスを合わせ、回折角を調節して、視聴者が画面を見られる視野角範囲内に高効率の光を供給させる。
【００２６】
また、回折格子を複数の領域に区画し、各領域ごとに回折パターンを異なって構成することにより、色々な方向で画面を視聴可能にする。
【００２７】
このように、高効率の反射領域を通じて外光を利用して画像を形成することにより、携帯用ディスプレイ装置を使用場所に制限なしに使用可能にして携帯性の利益を増大させうる。さらに、外部に設置される大型広告看板や明るい照明下に設置される展示用ディスプレイにも応用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態による反射透過型ディスプレイパネルを示す図面であって、異なるカラー光を出射する複数のサブ画素を含む一つの画素を示す。
【００３０】
図において、画素は、第１、第２及び第３サブ画素ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３を含む。そして、このような画素がマトリックス状に配列されている。本実施形態による反射透過型ディスプレイパネルは、各サブ画素に反射領域ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃと透過領域ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃとが備えられた反射透過部１２０を備える。
【００３１】
前記反射領域ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃは、回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃを有する。前記反射領域では、外光Ｌｓを利用して画像を形成する反射モードが具現され、透過領域では、ディスプレイ装置の光源から出射される光を利用して画像を形成する透過モードが具現される。
【００３２】
各サブ画素は、反射領域ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃと透過領域ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃとを有する反射透過部１２０と、前記反射透過部１２０上に積層された液晶層１２５と、所定波長帯域の光を透過させるサブカラーフィルタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃとを備える。前記反射領域ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃは、各サブ画素の一部領域に回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃを形成して構成され、残りの回折格子パターンが形成されない領域が透過領域ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃとして構成される。前記回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃは、反射型に形成されていて、外光Ｌｓがこの反射領域で外部に反射される。前記透過領域ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃを透過した光は、液晶層１２５の状態に応じて液晶層１２５を透過または遮断される。
【００３３】
前記回折格子の下部には、回折格子を支持するための支持層１２２が形成され、前記カラーフィルタ層１３０の上部には、ガラス基板１４０、１／４波長板１４５及び線偏光フィルム１４３が積層されている。反射透過部１２０の下部には、ＴＦＴ層、前記カラーフィルタ層上に備えられた層と対称的にガラス基板、１／４波長板及び線偏光フィルムが積層されており、これについては後述する。
【００３４】
前記液晶層１２５は、ＴＦＴ層の電気的制御によって前記反射透過部１２０からの光の透過率を調節しうる。前記液晶層１２５上には、前記液晶層１２５を通過した光のうち所定波長帯域の光を透過させるカラーフィルタ層１３０が備えられている。カラーフィルタ層１３０は前記各サブ画素に対応するサブカラーフィルタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃである。
【００３５】
例えば、複数のサブ画素は、第１ないし第３サブ画素ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３を含み、前記第１ないし第３サブ画素ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３に対向して第１ないし第３サブカラーフィルタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃが配置される。例えば、前記第１サブカラーフィルタ１３０ａは赤色光を透過させ、第２サブカラーフィルタ１３０ｂは緑色光を透過させ、第３サブカラーフィルタ１３０ｃは青色光を透過させる。
【００３６】
反射透過部１２０には、第１画素ＰＸ１に第１回折格子１２３ａが形成された第１反射領域ＲＭａと、液晶からなる第１透過領域ＴＭａとが備えられ、第２画素ＰＸ２に第２回折格子１２３ｂが形成された第２反射領域ＲＭａと、液晶からなる第２透過領域ＴＭｂとが備えられ、第３画素ＰＸ３に第３回折格子１２３ｃが形成された第３反射領域ＲＭｃと、液晶からなる第３透過領域ＴＭｃとが備えられる。前記第１ないし第３回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃは、何れも同じパターンで構成される。外光Ｌｓがカラーフィルタ層１３０を通過して回折格子で反射されるとき、回折が発生する。回折光のうち、回折効率が高く、回折角の小さい次数の光を利用して画像を形成することにより、高効率のホワイトバランスを有する画像を具現しうる。
【００３７】
一方、第１ないし第３回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃが異なるパターンを有するように形成することも可能である。一般的に、カラーフィルタは、透過波長帯域によって透過率が異なって形成される。したがって、透過波長帯域によって画像の形成に使われる光量が変わるため、ホワイトバランスが合わないという問題が発生する。ホワイトバランスを合わせるために、前記第１ないし第３サブ画素における結合効率を調節する。結合効率は、カラーフィルタの透過率と回折格子の回折効率とで調節される。第１ないし第３サブカラーフィルタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃの透過率をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとし、第１ないし第３回折格子の回折効率をそれぞれη（Ｒ）、η（Ｇ）、η（Ｂ）とするとき、透過率と回折効率との積によって定義される結合効率が次の（１）式を満足する場合に、ホワイトバランスを合わせうる。
【００３８】
ＴＲη（Ｒ）＝ＴＧη（Ｇ）＝ＴＢη（Ｂ）    …（１）
ホワイトバランスを合わせるために、前記第１ないし第３回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃのパターンを変形させて結合効率を調節する。例えば、第１ないし第３サブカラーフィルタの透過率がＴＲ＞ＴＧ＞ＴＢであるとき、回折効率をη（Ｒ）＞η（Ｇ）＞η（Ｂ）に調節する。
【００３９】
次いで、第１ないし第３サブ画素の結合効率を一定にさせるために、回折格子のパターンを決定する方法について具体的に説明する。
【００４０】
図５は、第１ないし第３サブカラーフィルタ１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃの透過率を例示した図面である。第１ないし第３サブカラーフィルタの透過率は、それぞれＴＲ＝３３％、ＴＧ＝２７％、ＴＢ＝２６％であり、第１ないし第３サブカラーフィルタをそれぞれ透過した第１カラー光ないし第３カラー光Ｒｆ，Ｇｆ，Ｂｆの第１ないし第３ピーク波長がλｐ１＝４５０ｎｍ、λｐ２＝５４０ｎｍ、λｐ３＝６５０ｍｍであり、帯域幅は、１００ｎｍである。図５で、ＲＬ、ＧＬ、ＢＬは、それぞれ赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの正規化された光パワー密度を表す。
【００４１】
図６は、本実施形態での回折格子の作用を説明するために、第１サブ画素の第１回折格子１２３ａを例として示した図面である。外光が第１サブカラーフィルタ１３０ａを通過するとき、第１ピーク波長λｐ１を有する光が透過されて第１回折格子１２３ａに入射される。ここで、ｓは、ｓ偏光を、ｐは、ｐ偏光をそれぞれ表す。第１ピーク波長を有する光は、第１回折格子１２３ａで０次光と±１次光に回折反射される。０次光は、入射光Ｌｉが反射法則によって入射角ｉのような反射角ｉｒで反射され、−１次光は、前記入射角より小さい回折角θで反射される。ここで、入射角、反射角、回折角は、何れも光の入射面に対して法線を基準に測定された角度である。一般的に、回折角が小さいとき、垂直出射量が増加し、小さい回折角を有する次数の光の回折効率が高いとき、高効率の光が得られる。垂直出射量が増加するとき、画面正面への光量が増加して、画面を鮮明に見られる。したがって、回折角が小さい−１次光を有効光として使用する。
【００４２】
一般的に、回折角は、回折格子パターンのピッチｗによって変わり、回折効率は、パターンの深さ及び形状によって変わる。図７は、入射角ｉに対する−１次光の回折角θの変化を入射光の方位角ｄｅｌｔａ別に示した図面である。入射光の方位角は、図１５Ａを参照すれば、入射光を回折格子面に投影させた時に回折格子パターンに対して垂直である線ｃｉを基準に投影された光線ｉｐに対して測定された角度ｄｅｌｔａを表す。まず、入射角が３０°である時の反射をスポット反射とし、この入射角における出射回折角を０°にする回折格子パターンのピッチを求める。図７を参照すれば、方位角が０であり、入射角が３０°であるとき、回折角が０°となり、このような条件を満足させる回折格子パターンのピッチは、回折格子方程式を利用して求めうる。（２）式は、回折格子の回折角を求めるための回折光の波数ベクトルのｘ成分を表した格子方程式である。
【００４３】
ｋｘ’＝ｋｘ＋（２πｈ／ｗ）    …（２）
ここで、ｋｘ’は、回折光の波数ベクトルのｘ成分を表し、ｋｘは、入射光の波数ベクトルのｘ成分を表し、ｈは、回折次数を表し、ｗは、回折格子パターンのピッチを表し、前記方程式を利用して、回折格子パターンのピッチを求めれば、ピッチｗは、ｗ／λＰ＝１．３３に設定される。
【００４４】
一方、−１次光の入射角ｉによる回折角の変化を説明すれば、入射光の方位角が大きいほど回折角が大きくなる傾向がある。カラーフィルタを通過した光を正面から見るとき、回折角が約０〜１０°の範囲内の光が観察可能である。図７を参照すれば、方位角が０°である光と方位角が１０°である光とが何れも２０〜４０°の範囲の入射角をもって入射されるとき、０〜１０°の範囲の回折角分布をもって反射される。
【００４５】
このように、回折格子パターンのピッチｗが決定された後には、回折格子パターンの深さｄを決定する。回折格子パターンの深さｄは、回折効率が高く現れる深さと決定される。４５０ｎｍ、５４０ｎｍ、６５０ｎｍのピーク波長を有する光のうち、透過率が最も低い波長に対して回折効率が高くなるパターンの深さを先に求める。それにより、透過率が低いものを回折効率で補償可能にする。ここで、４５０ｎｍの波長の光が透過率が最も低いので、４５０ｎｍ波長領域のパターンの−１次回折効率が最大である深さを求める。図８Ａは、ピーク波長が４５０ｎｍである光に対する回折格子パターンの深さｄによる回折効率の変化を示す図面であって、−１次光の最大回折効率は、０．３３２である。
【００４６】
図８Ｂは、ピーク波長が５５０ｎｍである光に対する回折格子パターンの深さｄによる回折効率の変化を示す図面であり、図８Ｃは、ピーク波長が６２０ｎｍである光に対する回折格子パターンの深さｄによる回折効率の変化を示す図面である。
【００４７】
ピーク波長が５５０ｎｍである回折パターンと６２０ｎｍである回折パターンとの深さは、ホワイトバランスを考慮して計算される。サブカラーフィルタの透過率と回折効率との積によって決定される結合効率を一定に調節することにより、ホワイトバランスを合わせうる。さらに具体的に説明すれば、結合効率は、回折角が±１０°の範囲に入る光量の効率とサブカラーフィルタの透過率との積によって決定される。青色カラーフィルタに対する結合効率を計算すれば、−１次回折効率は、０．３３２であり、透過率が０．２６であるので、０．３３２×０．２６×１００＝８．６５％である。
【００４８】
ホワイトバランスを合わせるために、緑色カラーと赤色カラーとが青色カラーに対する結合効率を８．６５％になるように調節する。緑色カラーフィルタの透過率が２７％であるとき、結合効率が８．６５％を有するためには、−１次回折効率が０．３２０でなければならず、赤色カラーフィルタの透過率が３３％であるとき、−１次回折効率が０．２６２でなければならない。図９は、図８Ａないし図８Ｃから各波長別にパターンの深さによる−１次光の回折効率を共に示した図面である。図９を参照すれば、青色カラーに対する回折格子の深さｄは、−１次回折効率が０．３３２となるように１００ｎｍに設定され、緑色カラーに対する回折格子の深さｄは、−１次回折効率が０．３２０となるように１３０ｎｍに設定され、赤色カラーに対する回折格子の深さｄは、−１次回折効率が０．２６２となるように１００ｎｍに設定される。
【００４９】
前述したところによれば、第１回折格子は、ピッチｗが８２４ｎｍであり、深さは、１００ｎｍのパターンを有するように設計される。第２回折格子は、ピッチｗが７３１ｎｍであり、深さは、１３０ｎｍパターンを有するように設計される。第３回折格子は、ピッチｗが５９８ｎｍであり、深さは、１００ｎｍパターンを有するように設計される。それにより、各カラーに対して結合効率を同一に合わせ、ホワイトバランスを具現しうる。
【００５０】
このように設計された反射型回折格子を有する反射領域における光の動作について記述すれば、外光がカラーフィルタを通過して所定波長の光が液晶層を過ぎて回折格子に入射される。回折格子では、設計されたパターンによって特定の回折効率と回折角とをもって光が反射される。そして、後述するＴＦＴ層での電気的制御により液晶層２５５での透過率が調節されて、各画素ごとに画像信号によるカラーを形成することによってカラー画像を具現する。このとき、光が回折格子で反射されるとき、高効率の光が１０°の範囲内の回折角をもって反射されるので、明るい照明下または太陽光でも画面を鮮明に見られる。
【００５１】
図１０は、入射角ｉによる結合効率を、本実施形態によるディスプレイパネルと図１に示された従来のディスプレイパネルとについて比較して示した図面である。これは、液晶層の法線に対して±１０°の範囲内のコーンアングルで出射される光を基準に示した図面である。このグラフによれば、本実施形態によるディスプレイパネルは、約３０％前後の結合効率を有する一方、従来の結合効率は、２％ほどにすぎない。これにより、本実施形態によるディスプレイパネルの光効率が従来に比べて向上したということが分かる。
【００５２】
次いで、図１１は、本実施形態によるディスプレイ装置の色座標とバックライトユニットの色座標とを対比して示した図面である。ここで、入射角が３０°、ｘ＝０．３２８、ｙ＝０．３４５であるとき、本実施形態の色座標では、Δｘ＝０．０２５、Δｙ＝０．０１８であるのに対して、バックライトユニットの色座標では、Δｘ＝０．０８３、Δｙ＝０．０６８である。△ｘ及び△ｙ値が小さいほどホワイトバランスが優秀であるので、本実施形態のホワイトバランスが優秀であるということが分かる。
【００５３】
図１２を参照すれば、本発明の第２実施形態によるディスプレイパネルは、反射領域ＲＭと透過領域ＴＭとで構成された反射透過部２１０を備える。図１２では、一つのサブ画素に対してのみ示し、他のカラーのためのサブ画素も同じ構造を有する。
【００５４】
反射領域ＲＭは、前記反射サブカラーフィルタ２３０の一部領域上に形成された透過型回折格子２３３と、前記透過型回折格子２３３に対向する位置の液晶層２２５の下部に配置された反射層２２３とを備える。前記透過型回折格子２３３は、前記サブカラーフィルタ２３０の下部に配置されることもある。前記透過型回折格子２３３上には、ガラス基板２４０と、１／４波長板２４３と、線偏光フィルム２４５が積層されている。透過型回折格子２３３は、外光Ｌｓを回折透過させ、回折された光は、サブカラーフィルタ２３０を透過して液晶層２２５に入射される。液晶層２２５を通過した光は、反射層２２３で反射されて前記サブカラーフィルタ２３０と透過型回折格子２３３とを透過して外部に出力される。
【００５５】
カラーフィルタ層は、異なるカラーの光を透過させる複数のサブカラーフィルタが反復的に配列されて構成され、透過光の波長帯域によってサブカラーフィルタの透過率が異なる。透過型回折格子２３３は、各サブカラーフィルタの一部領域に配置され、反射層２２３が前記透過型回折格子２３３に対応する位置に配置される。反射層２３３の下部には、支持層２２０が備えられる。前記透過型回折格子２３３は、サブカラーフィルタの透過率に関係なく、同じパターンを有しうる。透過型回折格子のパターンが同じである場合、ホワイトバランスを最適に合わせるのには限界があるが、回折光の回折角を調節して垂直出射量を増大させることによって高効率の画像が得られる。
【００５６】
または、ホワイトバランスを合わせるために、サブカラーフィルタの透過率によって透過型回折格子の結合効率が変わるように回折格子のパターンをサブカラーフィルタごとに異ならせて構成しうる。回折格子パターンのピッチ及び深さは、第１実施形態について説明したところと同じ方式で各サブ画素の結合効率が一定するように計算して求められる。但し、反射型回折格子に光が１回反射されるのに対して、透過型回折格子は、光が２回透過する点で差がある。ここでは、透過型回折格子と反射層とが第１実施形態における反射型回折格子の作用を行う。
【００５７】
外光Ｌｓは、前記透過型回折格子２３３を通過して反射層２２３で反射された後、再び透過型回折格子２３３を通過して外部に出射されることによって反射モードが具現される。そして、ディスプレイ装置の内部光は、前記反射層２２３のない透過領域ＴＭを通過した後、サブカラーフィルタ２３０で所定波長帯域の光のみが透過され、透過型回折格子２３３のない部分を通じて外部に出射されることによって透過モードが具現される。
【００５８】
図１３は、本発明の第３実施形態によるディスプレイパネルを示す図面であって、反射型回折格子２５３と、この回折格子２５３上に備えられた入射角調節層２５５とが備えられた反射領域ＲＭと、光を透過させる透過領域ＴＭで構成された反射透過部２５０とを備える。図１３で、図１２で使われた部材番号と同じ部材番号を使用する要素は、図１２で説明したところと実質的に同じ作用を行うので、ここでは、その詳細な説明を省略する。前記入射角調節層２５５は、液晶層２２５と異なる屈折率を有する物質で形成される。入射角調節層２５５は、液晶層の屈折率より高いかまたは低い屈折率を有する。このような屈折率差によって入射角調節層２５５を通過して前記反射型回折格子２５３に入射されるとき、入射角が変わる。入射角を調節することによって回折格子２５５で回折反射される光の垂直出射量を増加させうる。前記反射型回折格子２５３は、第１実施形態での回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｂと実質的に同じ機能及び作用を行う。
【００５９】
次いで、図１４は、本発明の第４実施形態によるディスプレイパネルを示す図面であって、図１２と比較するとき、反射透過部の構成にのみ差があるので、反射透過部についてのみ説明する。
【００６０】
反射透過部２６０は、反射領域ＲＭと透過領域ＴＭとを有し、前記反射領域ＲＭは、液晶層２２５の下部に設けられる反射層２５３と、反射層２５３上に備えられるものであって、入射角調節セル２６５ａが一定の間隔で配列された入射角調節アレイ２６５とを備える。前記入射角調節セル２６５ａは、液晶層２２５の屈折率と異なる屈折率を有する物質で形成される。前記透過領域ＴＭは、透過物質で形成されてバックライトで供給される光を透過させる。透過領域ＴＭは、液晶層２２５と異なる透過物質で形成しても、液晶層２２５と同じ物質で形成しても良い。
【００６１】
入射角調節アレイ２６５は、入射角調節セル２６５ａが一定の間隔で離隔されて配置されてなされる。入射角調節セル２６５ａを通じて反射層２５３に入射される場合と入射角調節セル２６５ａの間に入射される場合とで、それぞれ入射角が変わるので、反射層２５３での反射角が変わる。したがって、入射角調節アレイと反射層とが協同して回折格子と同じ作用を行う。入射角調節アレイの間隔及び厚さを調節して屈折率を調節することにより、垂直出射量を増大させて光効率を向上させうる。さらに、サブ画素によって入射角調節アレイの間隔及び厚さを異ならせてホワイトバランスを合わせうる。
【００６２】
次いで、第１ないし第３実施形態で使われた回折格子のパターン形状について説明する。
【００６３】
図１５Ａは、回折格子パターンのピッチが一定の回折格子３２３を示す図面である。図７を参照して説明したように、回折格子パターンに対して垂直な線ｃｉを基準に小さい方位角ｉｐで入射されるほど１０°の範囲内の回折角をもって反射される光量が多い。このような点を考慮するとき、画面を眺める方向によって視聴者の目に入る有効光の方位角範囲が変わるので、大きい範囲の方位角をもって入射される光が多くの方向で画面を見る時には、１０°の範囲内に反射される光量が少なくて画面がよく見えない場合が生じうる。すなわち、画面の正面ではよく見られるが、他の方向で画面を見る時には、よく見えない場合が生じうる。このような点を補完するために、図１５Ｂに示したように、回折格子３２４を複数の領域に区画し、各領域ごとに回折パターンの配列方向を異ならせて構成しうる。
【００６４】
例えば、前記回折格子３２４は、第１ないし第６領域３２４ａ，３２４ｂ，３２４ｃ，３２４ｄ，３２４ｅ，３２４ｆに区画され、各領域のパターン配列方向が異なって構成されている。回折格子のパターン配列方向に多様に構成する場合、何れか一方向から眺める時の光量は減少するが、画面を色々な方向から視聴することが可能になる。
【００６５】
図１５Ｃに示された回折格子３２５は、複数の領域３２５ａ，３２５ｂ，３２５ｃ，３２５ｄ，３２５ｅ，３２５ｆに区画され、各領域の回折パターンのピッチが異なって構成される。回折パターンのピッチが異なれば、同一入射角に対して回折角が変わる。回折角が異なれば、視聴者が画面を見られる方向も多様になる利点がある。
【００６６】
図１５Ｄに示された回折格子３２６は、複数の領域に区画され、各領域の面積が異なって構成され、パターンの配列方向も異なって構成される。これは、ユーザが所望の方向を考慮して、その方向に対する光効率を高めるために、他の所に比べて面積を大きくする。
【００６７】
一方、図１６Ａに示された回折格子３５０は複数の領域に区画され、各領域に同心円状の回折パターンが形成されている。同心円状の回折パターンは、いかなる方向で画面を見ても、同じ条件で光が回折されるので、視聴者が全ての方向に対して画面を視聴しうる。
【００６８】
図１６Ｂに示された回折格子３５５は、同心円の回折パターンをさらに多く配列できるように、回折格子が蜂の巣形状に区画された例を示した図面である。回折パターンが多く配列されるほど光効率が向上する効果がある。
【００６９】
図１７は、本発明を適用したディスプレイ装置を示す図面である。このディスプレイ装置は、第１ないし第４実施形態によるディスプレイパネルを採用してカラー画像を表示する。図１７は、第１実施形態によるディスプレイパネルを採用した例を示した図面であって、ディスプレイ装置で前記多様な実施形態によるディスプレイパネルを交替して構成しうる。
【００７０】
このディスプレイ装置は、光を照射するバックライトユニットと、互いに異なるカラー光を出力する複数のサブ画素からなる画素がマトリックス状に配列されて画像を形成するディスプレイパネル１００（すなわち第１実施形態によるディスプレイパネルである）とを備える。
【００７１】
バックライトユニットは、直光型で構成されるか、または測光型で構成される。図１７は、一例として測光型を示したものである。測光型のバックライトユニットは、図示するように、光源３１０と、光源３１０から出射された光をディスプレイパネル１００に向けて進行するように案内するための導光板３１５とが備えられる。例えば小型ディスプレイ装置の場合には測光型が適しており、大型ディスプレイ装置の場合には直光型が適している。
【００７２】
前記導光板３１５とディスプレイパネル１００との間には、光効率を向上させるための複数の層３２０が備えられる。前記複数の層３２０としては、例えば、光を拡散させるための拡散板、光路を補正するためのプリズムシート、プリズムシートを通過した光をディスプレイパネルに向けて直進するように方向性を向上させる輝度向上フィルム（ＢＥＦ：Ｂｒｉｇｈｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）を備えうる。
【００７３】
ディスプレイパネル１００は、入射光を画素ごとに透過率を制御してカラー画像を形成する。本発明では、前記ディスプレイパネル１００が、バックライトユニットから入射された光は透過させて透過モードを具現し、外部から入射された光は反射させて反射モードを具現する反射透過部１２０を備えることを特徴とする。
【００７４】
前記反射透過部１２０は、反射型回折格子１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃを備える。反射透過部は、第１ないし第４実施形態で説明したように、発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で多様に構成される。
【００７５】
前記反射透過部１２０と複数の層３２０との間に線偏光フィルム３３３、１／４波長板３３５、ガラス基板３３８及びＴＦＴ層３４０が備えられる。
【００７６】
本発明によるディスプレイ装置では、回折格子を利用して外光を反射させることにより、外部や明るい照明下でも画面をよく見られる。
【００７７】
以上説明した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから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ことが分かるであろう。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決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、ＰＤＡ、ＰＭＰ，ＤＭＢなどの携帯用ディスプレイ関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の反射透過型ディスプレイ装置の層構造を示す図面である。
【図２】図１に示されたディスプレイ装置の反射パターンのある層の一般的な形状である。
【図３Ａ】図１に示されたディスプレイ装置の色座標を示す図面である。
【図３Ｂ】図１に示されたディスプレイ装置に備えられたライトホールの直径変化による色座標の変化を示す図面である。
【図４】本発明の第１実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す図面である。
【図５】本発明の第１実施形態によるディスプレイパネルに備えられたカラーフィルタの波長による透過率とＬＥＤの正規化された光パワー密度との一例を示すグラフである。
【図６】第１実施形態によるディスプレイパネルの反射領域を示す図面である。
【図７】第１実施形態によるディスプレイパネルに備えられた回折格子に光が入射された後に反射されるとき、入射角による回折角の変化を回折格子パターンに対する方位角別に示す図面である。
【図８Ａ】第１実施形態によるディスプレイパネルに備えられた青色のための回折格子のパターンの深さによる回折効率の変化を示す図面である。
【図８Ｂ】第１実施形態によるディスプレイパネルに備えられた緑色のための回折格子のパターンの深さによる回折効率の変化を示す図面である。
【図８Ｃ】第１実施形態によるディスプレイパネルに備えられた赤色のための回折格子のパターンの深さによる回折効率の変化を示す図面である。
【図９】第１実施形態によるディスプレイパネルの各サブ画素別に備えられた回折格子パターンの深さによる−１次光回折効率の変化を入射光の波長別に示す図面である。
【図１０】第１実施形態によるディスプレイパネルの各サブ画素別に備えられた回折格子に対して入射するとき、入射光の入射角による光結合効率と、図１に示されたディスプレイ装置での光結合効率とを比較して示す図面である。
【図１１】第１実施形態によるディスプレイパネルの色座標と図１に示されたディスプレイ装置の色座標とを示す図面である。
【図１２】第２実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す図面である。
【図１３】第３実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す図面である。
【図１４】第４実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す図面である。
【図１５Ａ】本発明によるディスプレイパネルに備えられる回折格子パターンの色々な例を示す図面である。
【図１５Ｂ】本発明によるディスプレイパネルに備えられる回折格子パターンの色々な例を示す図面である。
【図１５Ｃ】本発明によるディスプレイパネルに備えられる回折格子パターンの色々な例を示す図面である。
【図１５Ｄ】本発明によるディスプレイパネルに備えられる回折格子パターンの色々な例を示す図面である。
【図１６Ａ】本発明によるディスプレイパネルに備えらえる回折格子が同心円パターンを有する場合を示す図面である。
【図１６Ｂ】本発明によるディスプレイパネルに備えらえる回折格子が同心円パターンを有する場合を示す図面である。
【図１７】本発明の望ましい実施形態によるディスプレイ装置を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１２０  反射透過部、
１２２  支持層、
１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ  回折格子、
１２５  液晶層、
１３０  カラーフィルタ層、
１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ  サブカラーフィルタ、
１４０  ガラス基板、
１４３  線偏光フィルム、
１４５  １／４波長板、
Ｌｓ  外光、
ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３  第１、第２及び第３サブ画素、
ＲＭａ，ＲＭｂ，ＲＭｃ  反射領域、
ＴＭａ，ＴＭｂ，ＴＭｃ  透過領域。
【図１】
2008165228.tif 000003
【図２】
2008165228.tif 000004
【図３Ａ】
2008165228.tif 000005
【図３Ｂ】
2008165228.tif 000006
【図４】
2008165228.tif 000007
【図５】
2008165228.tif 000008
【図６】
2008165228.tif 000009
【図７】
2008165228.tif 000010
【図８Ａ】
2008165228.tif 000011
【図８Ｂ】
2008165228.tif 000012
【図８Ｃ】
2008165228.tif 000013
【図９】
2008165228.tif 000014
【図１０】
2008165228.tif 000015
【図１１】
2008165228.tif 000016
【図１２】
2008165228.tif 000017
【図１３】
2008165228.tif 000018
【図１４】
2008165228.tif 000019
【図１５Ａ】
2008165228.tif 000020
【図１５Ｂ】
2008165228.tif 000021
【図１５Ｃ】
2008165228.tif 000022
【図１５Ｄ】
2008165228.tif 000023
【図１６Ａ】
2008165228.tif 000024
【図１６Ｂ】
2008165228.tif 000025
【図１７】
2008165228.tif 000026