(57)【要約】【課題】薄型の透過型又は透過型の液晶表示装置のコントラストを高くする。【解決手段】透明基板４と透明基板２６との間の液晶層１２の光学特性を変えることで、偏光板２とワイヤーグリッド偏光子１８との間でＴＭ偏光を変調して画像を表示する。このワイヤーグリッド偏光子１８の液晶層１２側にＴＥ偏光を吸収する吸収層を設け、明室でのコントラスト低下を防止する。【選択図】図１
2008102416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光子を有する第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向して第２の偏光子を有する第２の透明基板と、前記第１の透明基板と第２の透明基板との間に封入されて複数の画素を形成する液晶層と、前記液晶層を駆動する第１の電極と第２の電極と、前記画素の少なくとも一部に形成された光透過部とを備えた液晶表示装置において、
前記第１の偏光子が、ワイヤーグリッド偏光子であり、
前記ワイヤーグリッド偏光子の液晶層側の面にＴＥ偏光を吸収する光吸収層を設けたことを特徴とする液晶表示装置
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記ワイヤーグリッド偏光子を第１の電極として用いたことを特徴とする液晶表示装置
【請求項３】
請求項２に記載の液晶表示装置において、前記第１の電極を共通電極とし、前記第２の電極を画素電極とし、前記第１の電極と第２の電極は、絶縁層を介して、前記第１の透明基板側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置
【請求項４】
請求項２に記載の液晶表示装置において、前記ワイヤーグリッド偏光子の他方の面に、透明導電材料又は金属材料の層を設けたことを特徴とする液晶表示装置
【請求項５】
請求項２に記載の液晶表示装置において、前記第１の電極を画素電極とし、前記第２の電極を共通電極とし、前記第１の電極をスイッチング素子に接続し、前記第２の電極との間に電位差を生じさせることを特徴とする液晶表示装置
【請求項６】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記ワイヤーグリッド偏光子、前記第１の電極、前記第２の電極の順に配置されていることを特徴とする液晶表示装置
【請求項７】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記第１の電極と第２の電極との間の電位差によって駆動された液晶層によって光反射率を変えて表示する反射表示部を有し、前記反射表示部は、前記第１の偏光子を透過した外光を反射して反射表示を行うことを特徴とする液晶表示装置
【請求項８】
請求項７に記載の液晶表示装置において、前記反射表示部は、前記第１の偏光子を透過した偏光を反射する反射層を有し、前記反射層が、前記第１の偏光子の光吸収層側とは反対側に設けられていることを特徴とする液晶表示装置
【請求項９】
請求項８に記載の液晶表示装置において、前記反射層が凹凸形状を有していることを特徴とする液晶表示装置
【請求項１０】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記第２の偏光子がワイヤーグリッド偏光子であることを特徴とする液晶表示装置
【請求項１１】
第１の偏光子を有する第１の透明基板と、前記第１の透明基板に対向して第２の偏光子を有する第２の透明基板と、前記第１の透明基板と第２の透明基板との間に封入されて複数の画素を形成する液晶層と、前記液晶層を駆動する第１の電極と第２の電極と、前記画素の少なくとも一部に形成された光透過部とを備えた液晶表示装置において、
前記第１の偏光子が液晶層側に設けられており、液晶層側から入射したＴＥ偏光を吸収し、液晶層側とは反対側から入射したＴＥ偏光を反射することを特徴とする液晶表示装置
【請求項１２】
請求項１１に記載の液晶表示装置において、前記第１の電極と第２の電極との間の電位差によって駆動された液晶層によって光反射率を変えて表示する反射表示部を有し、前記反射表示部は、前記第１の偏光子を透過した外光を反射して反射表示を行うことを特徴とする液晶表示装置
【請求項１３】
請求項１ないし１２に記載の液晶表示装置において、面発光素子を有し、前記面発光素子と前記第１の透明基板の間にレンズアレイを有することを特徴とする液晶表示装置
【請求項１４】
請求項１ないし１２に記載の液晶表示装置において、前記第１の透明基板を面発光素子の導光板として用いたことを特徴とする液晶表示装置
【請求項１５】
微細な金属細線を並べ、ＴＭ偏光を透過するワイヤーグリッド偏光子において、
前記ワイヤーグリッド偏光子の少なくとも一方の面にＴＥ偏光を吸収する光吸収層を設けたことを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項１６】
請求項１５に記載のワイヤーグリッド偏光子において、前記光吸収層が、前記金属細線上に誘電体と金属とを積層した積層細線によって構成されていることを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項１７】
請求項１６に記載のワイヤーグリッド偏光子において、前記誘電体の屈折率が、可視波長域において１．８以上であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項１８】
請求項１６に記載のワイヤーグリッド偏光子において、可視波長域における、前記金属の屈折率が１以上、消衰係数が１以上であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項１９】
請求項１５に記載のワイヤーグリッド偏光子において、前記光吸収層が、塗布型の偏光層であることを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項２０】
請求項１９に記載のワイヤーグリッド偏光子において、前記塗布型の偏光層がワイヤーグリッド偏光子の金属細線に形成されていることを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【請求項２１】
請求項１５に記載のワイヤーグリッド偏光子において、前記ワイヤーグリッド偏光子の光吸収層とは逆側に光を反射する反射層を設け、前記反射層は、前記ワイヤーグリッド偏光子を透過したＴＭ偏光を反射することを特徴とするワイヤーグリッド偏光子
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーグリッド偏光子と、この偏光子を用いた透過型表示と反射型表示とを併用する半透過型表示の液晶表示装置又は透過型表示の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、視差が小さく正反射を低減してコントラストを向上するために、液晶表示装置に内蔵された凹凸形状の上にワイヤーグリッド偏光子を形成し、ワイヤーグリッド偏光子で反射した偏光を用いて画像表示を行う反射型画像表示装置が開示されている。このワイヤーグリッド偏光子を透過した偏光は、ワイヤーグリッド偏光子の裏面側に設けられた光吸収層で吸収される。
【０００３】
下記特許文献２には、画像品質を向上し、小型化するために、光反射部と光透過部とが画素部に設けられている第１基板と、この第１基板と間隔を隔てて対向している第２基板と、これら第１基板と第２基板との間に配置されている液晶層とを有し、第１基板の少なくとも光反射部に対応する液晶層側の領域に偏光層が形成されている液晶表示装置が開示されている。
【０００４】
下記非特許文献１には、ワイヤーグリッド偏光子を内蔵した透過型液晶を用いた立体ディスプレイが開示されている。
【０００５】
特許文献１のワイヤーグリッド偏光子は反射型偏光子の一種であり、吸収型の偏光子とは異なり、一方向の偏光を透過するともに、一方向の偏光と９０°異なる偏光を反射するという特性を有している。そのため、反射型液晶表示装置においては、ワイヤーグリッド偏光子を液晶表示装置の内部に内蔵してコントラストを向上することができる。しかし、透過部を有する液晶表示装置においては、ワイヤーグリッド偏光子で反射される偏光のために、明室でのコントラストが低下するという問題点があった。
【０００６】
そのため、非特許文献１のように透過型液晶表示装置にワイヤーグリッド偏光子を用いた場合、暗い場所では、バックライトからの透過光によって良好な画像が見えるが、明るい場所では、外光の反射によってコントラストが低下し、画質が劣化するという問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２において、第１基板の液晶層側の領域に形成された偏光層として、塗布型の偏光材料を用いた偏光層が示されているが、塗布型偏光板は、液晶表示装置に外側に貼り付けて使用する通常の偏光板に比べて偏光性能が劣っているという問題点があった。そのため、通常はコントラストを向上するために、塗布型偏光板単独ではなく、外付けの偏光板も併用する必要がある。
【０００８】
なお、特許文献１においても、この塗布型偏光層の偏光性能が小さいことが懸念されており、第１基板の液晶層とは反対側に、さらに、偏光板を設けることによって、高いコントラストと画像品質の向上させることについて触れている。
【特許文献１】米国特許第６３４８９９５号明細書
【特許文献２】特開２００５−２５０４３０号公報
【非特許文献１】ＳＩＤ（Society of Information Display）０６  Ｄｉｇｅｓｔ  ｐ．８９  （２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コントラストが高く、薄型の透過型又は半透過型の液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、透過型又は半透過型液晶表示装置において、その偏光板（偏光子）として、ＴＥ偏光を吸収する光吸収層を設けたワイヤーグリッド偏光子を用いることを特徴とする。このワイヤーグリッド偏光子をＩＰＳモードの共通電極とすることができ、また、ＴＮモードの画素電極とすることもできる。
【００１１】
また、本発明は、透過型又は半透過型液晶表示装置において、その偏光板の一方の面がＴＥ偏光を吸収し、他方の面がＴＥ偏光を反射することを特徴とする。この液晶表示装置のバックライト（面発光素子）と透明基板の間に、レンズアレイを設け、このレンズアレイによりバックライト光の透過光量を向上するのに適している。また、偏光板を内蔵することによって、透明基板をバックライトの導光板として用いることもできる。
【００１２】
さらに、本発明に係るワイヤーグリッド偏光子は、その一方の面がＴＥ偏光を吸収することを特徴とする。この光吸収層としては、誘電体と金属の積層、又は、塗布型の偏光層によって構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、少なくとも片側にＴＥ偏光を吸収する手段を設けたワイヤーグリッド偏光子を液晶表示装置に適用することによって、コントラストが高く、薄型の透過型又は半透過型の液晶表示装置を提供できる。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、透過表示部を有する液晶表示装置に適用するものであり、透過型又は半透過型の液晶表示装置において、薄型化、高輝度化、低コスト化が可能なものであり、特に、携帯電話、デジタルカメラ、ナビゲーションシステムといった、中小型と呼ばれる液晶表示装置を用いる情報機器に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１から図１１を用いて、本発明の実施例１を説明する。
【００１７】
図１は、液晶表示装置の断面図を示している。本実施例の液晶表示装置は、半透過型の液晶表示素子１５７と面発光素子としてのバックライト２８を用いている。対向した上側基板４（第２の透明基板）と下側基板２６（第１の透明基板）との間に形成された空間内に液晶を封入した液晶層１２の光学特性をスイッチングすることで、上側偏光板２（第２の偏光子）と下側基板２６の液晶層１２側に設けたワイヤーグリッド偏光子１８（第１の偏光子、以下「ＷＧＰ」という。）とで光強度を変調し、画像を表示する。
【００１８】
本実施例では、サブ画素３６内に透過開口部３８と反射表示部４０とを有する半透過表示を用いている。また、表示モードとして、ワイヤーグリッド偏光子１８を共通電極とし、絶縁層１６を介して、この共通電極（第１の電極）とは別の層に設けられたくし歯状の画素電極１４（第２の電極）との間で生じる電場を用いてスイッチングを行う、いわゆる、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードを用いている。なお、その他の符号は、符号の説明に記載してある。
【００１９】
図２から図６を用いて本実施例に用いたＷＧＰ１８の構造及び特性を説明する。
【００２０】
図２は、透過開口部３８付近でのＷＧＰ１８部の断面図である。図３は、反射表示部４０付近でのＷＧＰ１８部の断面図である。このＷＧＰ１８は、外光４６が入射する側に、光吸収多層膜層６２を設けたことを特徴としている。
【００２１】
通常、ワイヤーグリッド偏光子は使用する波長の半分以下の周期で、一方向に並んだ金属の細線（ワイヤー）で構成される。このワイヤーに垂直な偏光（ＴＭ偏光）の透過率が高い特性と、このワイヤーに平行な偏光（ＴＥ偏光）の反射率が高い特性を活かして、金属ワイヤーの材料、ワイヤーの周期・幅が選ばれる。そのため、ＴＭ偏光を透過し、ＴＥ偏光を反射する偏光特性を持つ。この通常のワイヤーグリッド偏光子を液晶表示装置の透過表示部に用いると、明室でのコントラストが低下するという問題があった。つまり、黒表示のときに、外光４６のうち上側偏光板２を透過した偏光が、ワイヤーグリッド偏光子で反射して再び上側偏光板２を透過して戻ってきてしまうため、コントラストが低下してしまう。
【００２２】
そこで、本実施例では、ＷＧＰ１８の外光４６入射側（液晶層１２側）に、光吸収層として光吸収多層膜層６２を設け、ＷＧＰ１８に入射した外光４６のうちＴＥ偏光を吸収するようにした。このＷＧＰ１８は、アルミニウムの細線を用いた金属ワイヤー層３０上に、光吸収用誘電体ワイヤー層３２ｂ、３２ａと、光吸収用金属ワイヤー層３４ｂ、３４ａを交互に積層している。ここでは、ＷＧＰ１８の周期を１２０ｎｍとし、アルミニウムの金属ワイヤー層３０の細線幅を３６ｎｍ、高さを１００ｎｍとした。金属ワイヤー層３０上に、光吸収用誘電体ワイヤー層３２ｂ、３２ａと、光吸収用金属ワイヤー層３４ｂ、３４ａを交互に順に積層した。
【００２３】
光吸収用誘電体ワイヤー層３２として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、光吸収用金属ワイヤー層３４としてモリブデン（Ｍｏ）を用い、金属ワイヤー層３０上にＺｒＯ2、Ｍｏ、ＺｒＯ2、Ｍｏの順で、それぞれ２３．３ｎｍ、２２．９ｎｍ、６４．２ｎｍ、４．２ｎｍの厚さで積層した。光吸収用誘電体ワイヤー層３２ｂ、３２ａと光吸収用金属ワイヤー層３４ｂ、３４ａの細線幅は、金属ワイヤー層３０の細線幅に合せた。
【００２４】
金属ワイヤー層３０の材料としては、複素屈折率における屈折率が小さく、消衰係数の大きな材料が望ましく、アルミニウムが好適である。ただし、材質を限定するものではなく、可視波長域でＴＭ偏光の透過率が高くＷＧＰ１８を構成できる材料であれば用いることできる。
【００２５】
金属ワイヤー層３０及び光吸収多層膜層６２での光干渉によってＴＥ偏光を吸収するため、光吸収用金属ワイヤー層３４には、細線としたときにＴＥ偏光に対して光吸収が大きく、ＴＭ偏光に対しては光吸収が小さくなるような材料を用いることが望ましい。そのため、光吸収用金属ワイヤー層３４の材料としては、複素屈折率の屈折率が１以上の材料が望ましく、屈折率に合せて消衰係数も同程度に大きな材料が望ましい。したがって、屈折率１以上、消衰係数１以上、特に、屈折率２以上、消衰係数２以上が望ましく、モリブデン、タングステン、ニッケル、ニオブ、鉄、チタン、クロム等が適している。
【００２６】
光吸収用誘電体ワイヤー層３２の材料も、屈折率が高いことが望ましく、屈折率１．８以上で吸収係数の少ない材料が望ましく、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等が適している。
【００２７】
光吸収用誘電体ワイヤー層３２と光吸収用金属ワイヤー層３４を１組とし、この組の積層数は、必要とする特性が得られるように選べばよい。また、層毎に材料を変えてもよい。
【００２８】
ＷＧＰ１８の作成にはホトリソグラフィを用いた。金属ワイヤー層３０上に、光吸収用誘電体ワイヤー層３２と光吸収用金属ワイヤー層３４を所望の厚さで積層した後、最上層の光吸収用金属ワイヤー層３４ａ上にレジストを塗布し、ホログラムを用いて微細パターンを露光してレジストパターンを形成した。レジストパターンを用いて光吸収用金属ワイヤー層３４、光吸収用誘電体ワイヤー層３２、金属ワイヤー層３０をエッチングして、ＷＧＰ１８を形成した。このＷＧＰ１８の作成方法については、特に制限するものではなく、ナノインプリントを用いることもできる。また、自己組織化を用いて周期構造を形成してもよい。
【００２９】
光吸収多層膜層６２は、金属ワイヤー層３０の微細構造を形成した後に、光吸収用誘電体ワイヤー層３２と光吸収用金属ワイヤー層３４を積層して形成してもよい。また、別の基板に作成したＷＧＰ１８を平坦化層２０上に転写してもよい。
【００３０】
ワイヤー間の間隙３５は、屈折率が小さいほうがＴＭ偏光透過率・透過消光比といった偏光子としての特性が良く望ましい。間隙３５を透明材料で充填する場合には低屈折率な材料を用いることが望ましく、屈折率１．５以下、望ましくは、屈折率１．４以下の材料が適している。ＷＧＰ１８が液晶層１２と直接接する場合には、間隙３５を液晶としてもよい。ＷＧＰ１８の特性としては、間隙３５を空間として残しておくことが最良であり、この場合には、間隙３５に液晶等が入りこまないように、絶縁層１６によって間隙３５を封止することが望ましい。この場合、絶縁層１６も屈折率が小さいほうが望ましく、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等、が適している。
【００３１】
このようなＷＧＰ１８は、平面上に形成するのが作成しやすい。反射表示における光の反射角度分布は、凹凸反射層２２で制御するために、ＷＧＰ１８は平坦とすることができる。ＷＧＰ１８は、平坦な方がＷＧＰ１８での反射が正反射となるため、明室コントラストの低下を抑制でき、望ましい。そのため、透明な平坦化層２０を用いて凹凸反射層２２の凹凸を平坦化し、平坦化した上にＷＧＰ１８を形成した。但し、凹凸反射層２２上にＷＧＰ１８を形成しても十分な特性が得られる場合には、必ずしも平坦化層２０を用いる必要はない。このＷＧＰ１８のワイヤーの周期は小さいことが望ましく、可視波長域で有効に機能するためには、１５０ｎｍ以下が望ましい。また、ワイヤー幅も細いほうが望ましく、周期の５０％以下となるようにすることが望ましい。
【００３２】
また、透過表示部と反射表示部では必要とされる輝度・コントラストが異なるため、ＷＧＰ１８のワイヤー形状、各層の厚さも透過表示部と反射表示部とで変えてもよい。反射表示部では、所望の反射コントラストが得られる範囲でＴＭ偏光の反射率が高くなるように、透過表示部に比べて金属ワイヤー層３０や光吸収用金属ワイヤー層３４を薄くしてもよい。
【００３３】
なお、凹凸反射層２２で反射角度分布を制御することによって、反射表示の視野角を制御することができる。また、反射表示部に入射したバックライト光４４は、凹凸反射層２２で反射し、バックライト２８側に戻るため、光を再利用することができる。
【００３４】
この凹凸反射層２２は、凹凸層２４上にアルミニウム、銀等の反射率の高い金属材料を用いて形成した。凹凸層２４は、一般的に用いられている作成方法を用いて形成すればよく、ホトリソグラフィを用いてポリマー材料を加工した後加熱して溶融させるホットメルト法、グレースケールマスクを用いたホトリソグラフィ法や、別途フィルムに形成した凹凸層を転写する転写法を用いてもよい。凹凸形状によって外光４６の反射角度分布が決まるために、所望の反射角度分布が得られるように、表面形状を定める。
【００３５】
図４と図５に、ＷＧＰ１８の透過表示部における透過スペクトル及び反射スペクトルを示す。
【００３６】
図４は、図２に示す透過開口部において、光吸収多層膜層６２側から入射した場合、つまり外光４６に対する透過率（Ｔ）と反射率（Ｒ）を示している。ＴＭ偏光は、通常のワイヤーグリッド偏光子と同様に透過率が高く、反射率が低い。一方、ＴＥ偏光は、透過率・反射率ともに低く、通常のワイヤーグリッド偏光子とは異なってＴＥ偏光が吸収されていることを示している。透過偏光度は、ＴＥ偏光の透過率に対するＴＭ偏光の透過率の比を示し、この透過偏光度が大きいことから可視波長域で透過光の偏光度が高いことを示している。
【００３７】
図５は、図２に示す透過開口部において、金属ワイヤー層３０側から入射したとき、つまりバックライト光４４に対する透過率と反射率を示す。この場合は、通常のワイヤーグリッド偏光子と同様に、ＴＭ偏光については透過率が高くて反射率が低く、ＴＥ偏光は反射率は高く透過率が低い。ＴＭ偏光、ＴＥ偏光ともにＷＧＰ１８での吸収率が小さく、光損失が小さい。透過率は、図４の光吸収多層膜層６２側から入射した場合と同じであるので、透過偏光度も同じ値となり、高い偏光度の透過光が得られる。一方、反射率は、光吸収多層膜層６２側から入射した場合と異なり、ＴＥ偏光の反射率が高い。そのため、バックライト光４４のうちＷＧＰ１８に入射したＴＥ偏光は反射され、バックライト２８側に戻る。
【００３８】
図６は、図３に示す反射表示部での反射スペクトルを示す。反射表示部においては、ＷＧＰ１８を透過したＴＭ偏光は、平坦化層２０を透過し、凹凸反射層２２で反射する。反射したＴＭ偏光は再びＷＧＰ１８を透過して戻ってくる。ＴＥ偏光は、光吸収多層膜６２の特性によって吸収される。そのため、図６に示すように、ＴＭ偏光を反射し、ＴＥ偏光は吸収されて反射率が低くなる。
【００３９】
図７に、黒表示の場合について液晶表示素子１５７に入射する光線の様子を示す。電圧を印加しない場合に、ＷＧＰ１８を透過したバックライト光４４が上側偏光板２で吸収されるようにし、ノーマリブラックとなるようにした。ＷＧＰ１８に入射したバックライト光４４の内、ＴＭ偏光はＷＧＰ１８を透過し、ＴＥ偏光は反射してバックライト２８に戻る。ＷＧＰ１８、液晶層１２、カラーフィルタ６を透過した光は、上側偏光板２で吸収され、視点４２側には透過してこない。外光４６についても、上側偏光板２を透過した偏光は、カラーフィルタ６、液晶層１２を透過して、ＷＧＰ１８に至る。このとき外光４６は、ＷＧＰ１８に対してＴＥ偏光で入射するため、光吸収多層膜層６２を設けたＷＧＰ１８において吸収される。そのため、透過表示部、反射表示部ともに、ＷＧＰ１８に至った外光４６はＷＧＰ１８で吸収されるため、外光４６に対しても黒表示となる。
【００４０】
図８に、白表示の場合の液晶表示素子１５７に入射する光線の様子を示す。白表示の場合は、液晶層１２に電場を印加して液晶分子を回転し、液晶を透過する偏光が電圧をかけない場合に比べて９０°回転するようにした。ＷＧＰ１８を透過したＴＭ偏光のバックライト光４４は、液晶層１２を透過する際に偏光方向が９０°回転し、カラーフィルタ６、上側偏光板２を透過して視点４２側に出射される。ＷＧＰ１８で反射したＴＥ偏光のバックライト光４４は、バックライト２８に戻り再利用される。外光４６に関しても同様に、上側偏光板２を透過した直線偏光は、カラーフィルタ６を透過した後、液晶層１２で偏光方向が９０°回転し、ＷＧＰ１８に対してＴＭ偏光となって入射する。そのため、ＷＧＰ１８を透過し、凹凸反射層２２で反射した後、再びＴＭ偏光としてＷＧＰ１８を透過する。その後、液晶層１２で偏光方向が９０°回転し、カラーフィルタ６を透過した後、上側偏光板２を透過する。このように、透過表示部においては、バックライト光４４が透過して明るくなり、反射表示部では外光が反射するため、明るい場所でも外光４６を反射して画像を見ることができる。
【００４１】
このように、本実施例においては、光吸収多層膜層６２を設けることによってＷＧＰ１８を液晶表示素子１５７内に内蔵しても、黒表示の場合にＷＧＰ１８から反射して戻ってくるＴＥ偏光の光量を小さくすることができ、明室においてもコントラストの高い表示を行うことができる。
【００４２】
また、透過開口部３８において、ＷＧＰ１８に入射したＴＥ偏光は、ＷＧＰ１８で反射されてバックライト２８に戻る。さらに、反射表示部４０に入射したバックライト光４４は、凹凸反射層２２で反射してやはりバックライト２８に戻る。バックライト２８に戻った光は、バックライト２８内で反射し、その大部分が再びバックライト２８から出射されて、液晶表示素子１５７に戻ってくる。このように、透過開口部３８を透過しない光を最大限バックライト２８に戻して再利用でき、透過開口部３８を透過する光量を大きくすることができる。
【００４３】
液晶表示素子１５７の外側のバックライト２８側に偏光板を設ける場合、偏光板のバックライト２８側に反射型偏光板を設けることによって、偏光板で吸収される偏光をバックライト２８側に戻し、輝度を向上することが行われている。
【００４４】
本実施例においては、反射型偏光板を設けることなくＷＧＰ１８の特性によって、ＷＧＰ１８を透過しない偏光（ＴＥ偏光）を反射し、再利用することができる。偏光板を液晶表示素子の外側に貼り付ける必要がないため、液晶表示装置を薄型にできるとともに、反射型偏光板といった部材を増やすことなく、光を再利用することができ、透過表示の輝度を向上することができる。特に、反射表示部においては、凹凸反射層２２で直接反射するため、偏光板や反射型偏光板を透過することがなく、凹凸反射層２２の反射率を高くすることによってバックライト光４４の利用効率を高くすることができる。
【００４５】
本実施例の液晶表示素子はアクティブマトリックス駆動とし、図示していないが、反射表示部４０に設けたＴＦＴ（Thin Film Transistor）を用いて、くし歯状の画素電極１４の電圧をスイッチングした。また、本実施例では、表示モードとして、各画素に亘って共通の共通電極とこの共通電極とは別の層に設けたくし歯状の画素電極を用い、画素電極と共通電極との間の電位差によって液晶層に生じる電場を用いて液晶を駆動するＩＰＳモードを用いた。ここでは、ＷＧＰ１８を共通電極として用い、絶縁層１６を介してくし歯状の画素電極１４を共通電極とは別の層に設けた。ＷＧＰ１８を電極として用いるために、光学的には影響ない程度に所々で金属ワイヤー３０間を繋ぎ、ＷＧＰ１８全体が同電位となるようにした。このように、ＷＧＰ１８を共通電極として用いることにより、偏光子と電極を共用でき、共通電極を新たに設ける必要がなく、構成が簡単になる。
【００４６】
画素電極１４は、透過率を大きくするために透明導電材料を用いることが望ましく、ＩＴＯ、ＩＺＯ等を用いて形成することが望ましい。画素電極１４として、ＷＧＰ１８と同様に、ＴＥ偏光を吸収するワイヤーグリッド偏光子を用いてもよい。また、画素電極と共通電極間の容量を画素容量として用いることができる。画素電極１４のくし歯形状は、通常のＩＰＳモードに用いられている形状とすればよく、直線状の電極としてもよく、くの字状に屈曲した形状としてもよい。
【００４７】
本実施例では、偏光子を内蔵したことによって、位相差板を用いることなく、一定のギャップの液晶層１２を用いて、反射表示と透過表示を行うことができる。また、半透過のＩＰＳモードにおいては、ツイストした液晶が用いられているが、本実施例のように偏光子を内蔵することによって液晶をツイストする必要はない。
【００４８】
本実施例では、画素電極１４と共通電極を別の層に設けたが、一般に知られているＩＰＳモードの画素構成と同じく画素電極１４と同じ層にくし歯状の共通電極を設けてもよい。この場合、ＷＧＰ１８は電極として機能させなくてよい。
【００４９】
また、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｒ）のカラーフィルタ６を設けたサブ画素３６を一組として１画素とした。サブ画素３６の間にはブラックマトリックス８を設けて、隣接するサブ画素３６間で混色しないようにした。モノクロの場合やフィールドシーケンシャルの場合にはカラーフィルタを用いなくてもよく、また、多元色化する場合には色数に合せてサブ画素の数を増やせばよい。また、透過表示部と反射表示部でカラーフィルタの厚さを変え、反射表示部のカラーフィルタを薄くしてもよい。カラーフィルタ６は、オーバコート層１０を用いて平坦化した。
【００５０】
本発明に用いたＷＧＰ１８は、少なくともＷＧＰ１８片面に入射したＴＥ偏光を吸収することに特徴がある。ここでの光吸収とは、透過率、反射率、吸収率を比較した場合に、吸収率が一番大きいことを示しているが、通常は５０％以上の吸収率、望ましくは９０％以上の吸収率を想定している。ＴＥ偏光の吸収率を大きくする手段は、これまで説明した光吸収多層膜層６２に限定するものではない。図９、図１０に別の構成を示す。
【００５１】
図９は、光吸収多層膜層６２に変えて塗布型偏光層５２を用いたＷＧＰ１８の断面図を示す。塗布型偏光層５２は、金属ワイヤー層３０に対してＴＥ偏光となる偏光を吸収し、ＴＭ偏光を透過するように配向される。ＴＭ偏光は、塗布型偏光層５２、金属ワイヤー層３０を透過する。反射表示部においては、反射層５４で反射して再び金属ワイヤー層３０、塗布型偏光層５２を透過して戻ってくる。塗布型偏光層５２は、応力をかけながら塗布し、硬化することで配向させ、偏光子として機能させることができる。応力をかけることで配向させる場合には、塗布型偏光層５２と金属ワイヤー層３０の間に透明材料の層を設けてもよい。または、金属ワイヤー層３０は一方向に揃った微細構造であるため、配向膜として機能する。そのため、金属ワイヤー層３０上に金属ワイヤー層３０に接して塗布型偏光層５２を塗布することで、配向させ、塗布型偏光層５２とすることもできる。このように、塗布型偏光層５２を用いてＴＥ偏光を吸収する場合には、塗布型偏光層５２は全面に一様に塗布すればよく、金属ワイヤー層３０に合せてワイヤー状とする必要がないため、作製が容易となる。塗布型偏光層５２は、ＷＧＰ１８に入射する外光４６のＴＥ偏光を吸収することで、明室での反射コントラストを向上するために設けるものである。透過光については、ＷＧＰ１８によって高い偏光度が得られるため、塗布型偏光層５２は、所望の反射コントラストを得られる程度の偏光特性を有しておればよく、高い偏光度は要求しない。
【００５２】
図１０は、光吸収多層膜層６０に変えて光吸収ワイヤー層６０を用いたＷＧＰ１８の断面図を示す。光吸収ワイヤー層６０は、カーボンブラック等の可視光を良く吸収する黒色の材料を用い、金属ワイヤー層３０のワイヤーに合せてワイヤー状としたものである。光吸収ワイヤー層６０においてＴＥ偏光を吸収する。光吸収ワイヤー層６０に用いる材料としては、吸収係数の大きな材料を用いることが望ましい。光吸収ワイヤー層６０は、ＷＧＰ１８に入射する外光４６の中でＴＥ偏光を吸収し、反射コントラストを向上するために設けるものであり、所望の反射コントラストを得られる程度の偏光特性を有しておればよい。
【００５３】
図１１に、反射表示部における別のＷＧＰ１８の構成を示す断面図を示す。ここでは、平坦化層を設けず、反射層５４の上に直接金属ワイヤー層３０を形成した。この場合、反射層５４、金属ワイヤー層３０を同じ材料を用いて形成することができ、ともにアルミニウムを用いることができる。このように、反射層５４との間に透明な誘電体層５６を設けなくても、誘電体層５６を設けた場合と同様にＴＭ偏光を反射することができる。所望の反射角度分布を得るためには、反射層５４は、凹凸形状を有していることが望ましいが、光拡散部材を別途用いるなどして、光拡散機能を別に設ける場合には平坦にしてもよい。このように、反射層５４の上に金属ワイヤー層３０を形成することで、金属ワイヤー層３０間が電気的に繋げることができる。そのため、反射表示部においては、金属ワイヤー層３０のワイヤー間を別途繋ぐ必要はなく、ＷＧＰ１８を共通電極として同電位とすることができる。
【００５４】
本実施例において用いたＷＧＰ１８は、無機物を用いており耐熱性が高い。そのため、高温や低温においても劣化することなく、環境安定性に優れている。
【実施例２】
【００５５】
図１２を用いて、本発明の実施例２を説明する。
【００５６】
図１２は、液晶表示装置の断面図を示している。共通透明電極４８をＷＧＰ１８の金属ワイヤー層３０の下側基板２６側に設けた以外、第１の実施例と同じである。金属ワイヤー層３０に接して共通透明電極４８を設けることによって、金属ワイヤー層３０を別途繋ぐことなく金属ワイヤー層３０全体を同電位となるようにした。このように、透明電極材料を用いて共通透明電極４８を設けることによって、共通電極のシート抵抗を小さくすることができる。共通透明電極４８は、必ずしも金属ワイヤー層３０と接していなくてもよく、また、ＷＧＰ１８の上側（液晶層１２側）に設けてもよい。
【実施例３】
【００５７】
図１３と図１４を用いて、本発明の実施例３を説明する。
【００５８】
図１３は、液晶表示装置の断面図を示している。実施例１と比べて上側偏光板２に代えて上側ワイヤーグリッド偏光子（以下「上側ＷＧＰ」という。）６４を設けた以外は、実施例１と同じである。上側ＷＧＰ６４はカラーフィルタ６上の液晶層１２側に設けた。図１４に上側ＷＧＰ６４の断面図を示す。外光のＴＥ偏光を吸収するために、視点４２側に光吸収多層膜層６２ａを設けているのに加えて、液晶層１２側にも光吸収多層膜層６２ｂを設けた。光吸収多層膜層６２ｂを設けることにより、ＷＧＰ１８と上側ＷＧＰ６４との間で反射した微少のＴＥ偏光が崩れて、ＴＭ偏光が生じ、上側ＷＧＰ６４を透過してコントラストが低下することを抑制できる。このコントラスト低下が問題とならない場合には、光吸収多層膜層６２ｂは、必ずしも設ける必要はない。光吸収多層膜層６２ａと光吸収多層膜層６２ｂとは、同じ構成としてもよく、別の構成としてもよい。金属ワイヤー層３０にはアルミニウムを用いることが望ましく、十分な透過偏光度が得られるように幅、高さ、周期を選ぶ必要がある。
【００５９】
このように、上側ＷＧＰ６４をカラーフィルタ６の液晶層１２側に設けることにより、カラーフィルタ６において生じる偏光解消が液晶層１２に影響しないので、カラーフィルタ６において生じる偏光解消によるコントラスト低下を防止することができ、コントラストの高い表示を得ることができる。カラーフィルタ６において生じる偏光解消が問題と成らない場合には、カラーフィルタ６と上側基板４との間に上側ＷＧＰ６４を設けてもよい。
【００６０】
本実施例のように、視点４２側の上側偏光板をワイヤーグリッド偏光子を用いて上側基板４の液晶層１２側に内蔵する場合には、画素電極と共通電極をともに下側基板２６側に形成することが望ましく、ＩＰＳモードが適している。
【００６１】
本実施例では、外付けしていた上側偏光板を内蔵することができ、液晶表示装置を薄くすることができる。また、本実施例に用いたＷＧＰ１８及び上側ＷＧＰ６４は、無機物を用いて構成されており、耐熱性が高い。そのため、環境安定性に優れ、高温や低温においても劣化することなく、表示装置として用いることができる。
【実施例４】
【００６２】
図１５と図１６を用いて、本発明の実施例４を説明する。
【００６３】
図１５は、液晶表示装置の断面図を示している。本実施例では、ＴＮ（Twisted Nematic）モードを用いた。そのため、上側基板４側に透明電極５０を共通電極として設けた。また、ＷＧＰ１８をサブ画素３６毎に分離し、画素電極としてＴＦＴ（図示せず）で駆動した。サブ画素３６内のＷＧＰ１８が同一電位となるように、これまでの実施例と同じく、ワイヤー間を電気的に接続した。ＷＧＰ１８（第１の電極）と透明電極５０（第２の電極）との間に印加した電圧によって、液晶層１２に縦電場をかけ、スイッチングした。ここでは、ノーマリクローズとなるようにし、電圧を印加しない場合には上側偏光板２とＷＧＰ１８で光を遮断する。透明電極５０とＷＧＰ１８の間に電圧を印加すると、液晶層１２の液晶が回転し、ＷＧＰ１８を透過した光が上側偏光板２を透過して、白表示となるようにした。ＷＧＰ１８がサブ画素３６毎に分離しているため、分離部によってコントラストが低下しないように、ブラックマトリックス８で分離部からの光を遮光した。
【００６４】
このように、別途画素電極を設けることなく、ＷＧＰ１８を画素電極として用いることができる。実施例２のように、透明導電材料を用いてＷＧＰ１８の金属ワイヤー層３０間を接続してもよい。本実施例のように、縦電界を用いることにより、画素電極と共通電極を別の基板上の形成することができ、下側基板２６においてＷＧＰ１８上の層構造を低減できる。
【００６５】
図１６に液晶表示素子を駆動するＴＦＴの断面図を示す。本実施例ではアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴ６７によりスイッチング素子を構成した。ガラスの下側基板２６上にＴＦＴ６７のゲート電極８１を形成する。ゲート電極８１の材料としてタンタルＴａ、モリブデンタンタルＭｏＴａ、モリブデンタングステンＭｏＷ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ、等の高融点金属を用いる。ゲート電極８１上に酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いて絶縁膜６９を形成する。ゲート電極８１直上の絶縁膜６９上には、アモルファスのシリコン膜７１を成膜する。Ｎ＋シリコン層７９を形成し、アルミニウム等の金属によりソース電極８３、ドレイン電極８５を形成する。ソース電極８３は、スルーホール９８により、画素電極として用いたＷＧＰ１８に接続している。スルーホール９８には、金属膜９８が形成され、ソース電極５３とＷＧＰ１８とを電気的に接続している。金属層９８としては、ＷＧＰ１８の金属ワイヤー層３０と同じ材料を用いることもでき、ＷＧＰ１８を形成する際に金属層９８も形成してもよい。ソース電極８３とドレイン電極８５を分離するように、ＴＦＴ６７のチャネル部を形成し、ＴＦＴ６７を形成する。ＴＦＴ６７は、本実施例のアモルファスシリコンを用いたものに限ることなく、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）や、単結晶シリコンを用いて作製してもよく、有機ＴＦＴを用いてもよい。また、ＴＦＴの構造も、本実施例のボトムゲート型に限定するものではなく、別のＴＦＴ構造を用いることができる。
【００６６】
本実施例では、反射表示部４０のＴＦＴ６７と下側基板２６の間に裏面反射層９０を設けた。裏面反射層９０を設けることで、ＴＦＴ６７にバックライト光が当たるのを防止するとともに、平坦な裏面反射層９０によりバックライト光を正反射してバックライト側に戻し、バックライトで再利用される光量を増加した。裏面反射層９０としては、反射率の高い材料が望ましく、アルミニウム、銀、等を用いることが望ましい。
【実施例５】
【００６７】
図１７を用いて、本発明の実施例５を説明する。
【００６８】
図１７は、液晶表示装置の断面図を示している。透明導電材料を用いて、ＷＧＰ１８とは絶縁層１６を介して液晶層１２側の別の層に画素電極１４を設けた以外は、第４の実施例と同じであり、ＴＮモードを用いている。ＴＦＴで駆動した画素電極１４と上側基板４側の透明電極５０との間に電圧を印加して、液晶をスイッチングした。画素電極１４をＷＧＰ１８とは別に設けることによって、ＷＧＰ１８を全面に形成し、サブ画素間でのコントラスト低下を防止した。
【実施例６】
【００６９】
図１８を用いて、本発明の実施例６を説明する。
【００７０】
図１８は、液晶表示装置の断面図を示している。画素電極１４の形状を変更し、ＶＡ（Vertical Align）モードを用いた以外は、実施例５と同じである。画素電極１４の形状により、液晶層１２をマルチドメイン化し、広視野角化を図った。ＷＧＰ１８は、斜めから入射した光に対しても偏光度が高く、ＶＡやＩＰＳといった広視野角な表示モードに適していると言える。但し、表示モードは特に広視野角な表示モードに限定するものではなく、各種表示モードの適用できるものである。
【実施例７】
【００７１】
図１９を用いて、本発明の実施例７を説明する。
【００７２】
図１９は、液晶表示装置の断面図を示している。凹凸反射層及び凹凸層を設けず透過表示とした以外は、第１の実施例と同じである。透過型においても、ＷＧＰ１８に光吸収多層膜層６２を設けることによって、明るい場所でのコントラスト低下といった画質の劣化を防止することができる。さらに、ＷＧＰ１８を内蔵することによって、ＷＧＰ１８と下側基板２６との間にある配線等からの反射によるコントラスト低下を防止することもできる。
【実施例８】
【００７３】
図２０を用いて、本発明の実施例８を説明する。
【００７４】
図２０は、液晶表示装置の断面図を示している。外付けワイヤーグリッド偏光子（以下「外付けＷＧＰ」という。）６５を下側基板２６のバックライト２８側に設けたこと、透明導電材料を用いて共通透明電極４８を設けたこと以外は、実施例７と同じで透過型の液晶表示装置である。外付けＷＧＰ６５は、実施例１と同じく、液晶層１２側（ここでは下側基板２６側）にＴＥ偏光と吸収する光吸収多層膜（図示せず）を設け、外光のＴＥ偏光を吸収するようにした。バックライト２８側から入射したＴＥ偏光は反射し、バックライト２８側に戻した。このように、外付けＷＧＰ６５は、反射型偏光板付きの吸収型偏光板と同じ機能を持つ。そのため、通常のワイヤーグリッド偏光子を外付けした場合に比べて、外光による明室での反射コントラストの低下を抑制できる。さらに、通常のワイヤーグリッド偏光子を外付けした場合には、液晶表示素子の配線等で反射しバックライト側に戻った光が、ワイヤーグリッド偏光子で反射して視点側に漏れることで、暗室でのコントラストも低下させる恐れがある。しかし、本実施例の外付けＷＧＰ６５では、配線等で反射してコントラストを低下させる要因となるＴＥ偏光を吸収するため、暗室でのコントラスト低下も抑制することができる。
【００７５】
外付けＷＧＰ６５は、平坦な下側基板２６面に形成すればよいため、作成が容易である。外付けＷＧＰ６５を形成したフィルムを下側基板２６に貼り付けてもよい。この場合でも、外付けＷＧＰ６５単独で反射型偏光板付きの偏光板と同じ機能を果たすため、フィルム２枚を必要とする反射型偏光板付きの偏光板に比べて半分の厚さにでき、液晶表示装置を薄くすることができる。または、フィルム上に形成した外付けＷＧＰ６５を下側基板２６面側に転写してもよい。
【実施例９】
【００７６】
図２１を用いて、本発明の実施例９を説明する。
【００７７】
図２１は、液晶表示装置の断面図を示している。液晶表示素子１５７としては、実施例１と同じものを用い、透過開口部３８に対応してマイクロレンズアレイを設けた点を特徴としている。本実施例では、マイクロレンズアレイとして下側基板２６のバックライト２８側に形成したレンチキュラレンズ６６を用い、バックライト２８からの光を透過開口部３８に集光し、透過開口部３８を透過する光量を増加した。
【００７８】
集光素子であるレンチキュラレンズ６６が機能し、透過開口部３８を透過する光量を増加するためには、バックライト２８からの出射光の拡がり角度が狭くコリメート性が高いことが必要であり、角度±７°以下、望ましくは、±５°以下とすることが望ましい。なお、通常輝度視野角（拡がり角度）としては、ピークの輝度に対して輝度が半分となる角度が一般的に用いられており、視野角（拡がり角度）はこれに従って定めればよい。
【００７９】
画素は行列状に２次元で周期的に配置し、各画素はさらにＲＧＢの三色のサブ画素に分割されている。ここでは、サブ画素は、画面を見る場合の左右方向（水平方向）に並んでいる。そのため、レンチキュラレンズ６６は、上下方向（垂直方向）に曲率を持ち、左右方向に長く並べ、このレンチキュラレンズ６６を用いて、バックライト２８からの上下方向に指向性の強く、左右方向は視野角が広い出射光を集光した。左右方向については、所望の視野角が得られるようにバックライト２８からの出射光の拡がり角度を調整することが望ましい。
【００８０】
透過開口部３８に効率良く光を集光するためには、レンチキュラレンズ６６は非球面レンズとすることが望ましい。特に、下側基板２６が薄くレンチキュラレンズ６６の曲率半径が小さくなる場合には、非球面レンズを用いることが有効である。但し、球面レンズとしても十分な集光性能が得られる場合には必ずしも非球面レンズとする必要はない。また、レンチキュラレンズ６６の中心部の曲率を緩くし平らに近くすると、透過開口部３８を透過する光線の正面輝度を高くすることが知られており、本実施例にも適用できる。
【００８１】
本実施例では、レンチキュラレンズ６６を下側基板２６上に形成したが、レンチキュラレンズ６６を別の透明基板上に形成してもよく、あるいは、バックライト２８に形成してもよい。また、レンチキュラレンズ６６を屈折率の異なる材料で被覆して埋め込み、レンチキュラレンズ６６の表面が平面となるようにしてもよい。
【００８２】
レンチキュラレンズ６６の幅、高さ、曲率をランダムに変更するとレンチキュラレンズ６６自体に光拡散機能を持たせることができる。曲率を保ったままレンチキュラレンズ６６の幅と高さを変更すると、焦点距離は変わらず、レンチキュラレンズ６６の集光方向とは垂直方向について光拡散性を付与でき、特に望ましい。
【００８３】
ＷＧＰ１８に代えて、偏光板をレンチキュラレンズ６６のバックライト２８側に設けると、レンチキュラレンズ６６の焦点距離が短い場合に、レンチキュラレンズ６６によって偏光方向が変化し、透過コントラストを低下する原因となる。また、レンチキュラレンズ６６と下側基板２６の間に偏光板を設けると、コントラスト低下は防止できるが、レンチキュラレンズ６６から透過開口部３８までの距離が長くなり、特に高解像度の場合に、十分な集光効果が得られない。
【００８４】
本実施例のように、ＷＧＰ１８を内蔵することによって、レンチキュラレンズ６６によるコントラスト低下は生じず、コントラストの高い表示を得ることができる。また、レンチキュラレンズ６６から透過開口部３８までの距離を短くすることができ、高精細な液晶表示装置に適しているといえる。例えば、携帯電話用等の３インチ以下の液晶表示装置に関していえば、特に、ＶＧＡ以上の解像度に適しており、下側基板厚としては、０．４ｍｍ以下、特に０．２ｍｍ以下に適している。
【実施例１０】
【００８５】
図２２を用いて、本発明の実施例１０を説明する。
【００８６】
図２２は、液晶表示装置の断面図を示している。液晶表示素子１５７としては、実施例１と同じものを用い、下側基板２６をバックライトの導光板としても用いている。光源のＬＥＤ（図示せず）から出射された光線は、下側基板２６と第２低屈折率層１２３との界面で全反射して下側基板２６内を伝達する。光取り出し開口部１２５においては、下側基板２６と第1低屈折率層１２１が接するようにし、下側基板２６より液晶表示素子１５７側に光線を取り出した。光取り出し開口部１２５と反射ミラー１２７は、透過開口部３８と対応させて形成した。光取り出し開口部１２５を透過した光線は反射ミラー１２７の反射層１２９で反射し、透過開口部３８に入射する。液晶層１２側のＷＧＰ１８により入射した光線を偏光し、液晶層１２で偏光方向をスイッチングすることで、画像を表示する。反射ミラー１２７と透過開口部３８を近接して配置し、バックライト部１５９からの出射光の指向性を良くすることにより、実効的な開口透過光量を向上した。
【００８７】
下側基板２６と第２低屈折率層１２３との界面で光線が全反射して下側基板２６内を伝達し、光取り出し開口部１２５において第1低屈折率層１２１に光を取り出す。そのためには、下側基板２６、第１低屈折率層１２１、第２低屈折率層１２３の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とするとｎ１＞ｎ２＞ｎ３とする必要がある。これら屈折率の値を調整し、必要とする視野角を得られるようにする。
【００８８】
伝搬角度の大きな光線が下側基板２６から取り出され伝搬角度の小さな光線が残るため、光線が伝搬するにしたがって伝搬角度の小さな光線の割合が大きくなり、下側基板２６から取り出される光量が減少する。そのため、下側基板２６の光出射面とは逆の面に反射溝１３３を設け、バックライト部１５９の出射面内で輝度が均一となるようにした。反射溝１３３の深さや斜面の角度といった溝形状、反射溝１３３の間隔を調整することによって面内の均一性を得ることができる。
【００８９】
光取り出し開口部１２５以外から反射ミラー１２７に光線が入射すると光損失が生じることになるが、上記のように、下側基板２６と第２低屈折層１２３の界面で光線が全反射して伝搬し、第２低屈折層１２３を通って直接反射ミラー１２７に光線が当たることがないため、反射ミラー１２７を設けてもバックライト部１５９における光損失は増加しない。また、反射ミラー１２７で反射した光線は、バックライト部１５９から取り出されるため、基本的に光線が反射膜１２９に当たるのは１回のみであり、反射膜１２９に金属膜を用いても光損失を小さく抑えることができる。反射ミラー１２７の角度は、所望の方向に光線が出射されるようにすればよく、下側基板２６に平行に近く出射する光線を反射して正面に向けるためには、４５°前後が望ましい。
【００９０】
第１低屈折率層１２１及び第２低屈折率層１２３は、溶液状の透明樹脂材料を用いて塗布・硬化させることで形成することができる。透明無機材料を用いてもよい。光取り出し開口部１２５は、第２低屈折率層１２３に光感光性の材料を用い、光硬化時に露光するパターンによって形成してもよく、ホトリソグラフィを用いて形成してもよい。また、光取り出し開口部１２５を設けた第２低屈折率層１２３を印刷により形成することもできる。
【００９１】
反射ミラー１２７は、光感光性材料を用い、露光量を調整して露光し三角形状のミラーを形成してもよく、或いは、反射ミラー１２７形状の溝を形成した第１低屈折率層１２１に反射膜１２９を形成し、第２低屈折率層１２３を形成した下側基板２６と貼り合せてもよい。第２低屈折率層１２３上に反射ミラー１２７を形成する場合には、反射ミラー１２７の形状を形成後その上に反射膜１２９を形成すればよい。
【００９２】
光取り出し開口部１２５及び反射ミラー１２７は、透過開口部３８の位置に合わせて周期的に形成した。光源のＬＥＤに近い側の光取り出し開口部１２５を小さくし、ＬＥＤから離れるにしたがって光取り出し開口部１２５の面積を大きくすることで、ＬＥＤ側から反対側にかけて輝度傾斜が生じないようにした。バックライトから取り出される光量は、このように光取り出し開口部１２５の形状で調整することもでき、また、反射ミラー１２７の高さ、幅によっても調整できる。
【００９３】
本実施例では、液晶層１２側にＴＥ偏光を吸収する光吸収多層膜層を設けたＷＧＰ１８を内蔵したことで、バックライト部１５９を液晶表示素子１５７と一体化しても、明室でのコントラストを落とすことなくＷＧＰ１８でＴＥ偏光を反射して再利用することができる。そのため、本実施例のように基板を導光板として用いることができる。このように、高コントラストで光利用効率が高いまま、バックライト部１５９を液晶表示素子１５７に一体化でき、画像表示装置の構成を簡単にし、また、画像表示装置を薄くすることができる。
【００９４】
また、透過開口部３８を大きくし、第２低屈折率層１２３の上に反射膜を設けると、透過開口部３８から入射した外光をこの反射膜で反射して反射表示として利用できるため、透過型液晶表示素子を用いて、いわゆる微反射の表示を得ることもできる。ＴＦＴは、別に形成して転写してもよく、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴを用いてもよい。
【００９５】
下側基板２６を導光板として用いたバックライト部１５９の構成は、本実施例に限定するものではないが、下側基板２６よりも屈折率の小さな低屈折率材料を、ＷＧＰ１８と下側基板２６との間の部分に設け、下側基板２６が導波路構造を形成することが望ましい。
これまで、ノーマリブラックのモードを用いて説明してきたが、電圧を印加しない場合に白表示となるノーマリホワイトにも適用できる。また、表示モードもこれまで説明したもの以外にも適用できるものであり、表示モードによっては必要に応じて位相差板を用いればよく、セルギャップも透過部と反射部で変えてもよい。またさらに、必要に応じて内蔵したＷＧＰ１８に加えてを外付けの偏光板を用いてもよい。
【００９６】
また、これまでアクティブマトリックス駆動をもちいた実施例を示してきたが、パッシブマトリックス駆動にも同様に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】実施例１の液晶表示装置の断面図
【図２】透過表示部におけるＷＧＰ部の断面図
【図３】反射表示部におけるＷＧＰ部の断面図
【図４】光吸収多層膜層側から光が入射した場合のＷＧＰの透過スペクトル及び反射スペクトル
【図５】金属ワイヤー層側から光が入射した場合のＷＧＰの透過スペクトル及び反射スペクトル
【図６】反射表示部での反射スペクトル
【図７】黒表示における液晶表示素子に入射する光線の説明図
【図８】白表示における液晶表示素子に入射する光線の説明図
【図９】別のＷＧＰの断面図
【図１０】また別のＷＧＰの断面図
【図１１】さらに別のＷＧＰの断面図
【図１２】実施例２の液晶表示装置の断面図
【図１３】実施例３の液晶表示装置の断面図
【図１４】実施例３上側ＷＧＰの断面図。
【図１５】実施例４の液晶表示装置の断面図
【図１６】実施例４のＴＦＴ周囲の断面図。
【図１７】実施例５の液晶表示装置の断面図
【図１８】実施例６の液晶表示装置の断面図
【図１９】実施例７の液晶表示装置の断面図
【図２０】実施例８の液晶表示装置の断面図
【図２１】実施例９の液晶表示装置の断面図
【図２２】実施例１０の液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
【００９８】
２…上側偏光板、４…上側基板、６…カラーフィルタ、８…ブラックマトリックス、１０…オーバコート層、１２…液晶層、１４…画素電極、１６…絶縁層、１８…ワイヤーグリッド偏光子（ＷＧＰ）、２０…平坦化層、２２…凹凸反射層、２４…凹凸層、２６…下側基板、２８…バックライト、３０…金属ワイヤー層、３２ａ、３２ｂ…光吸収用誘電体ワイヤー層、３４ａ、３４ｂ…光吸収用金属ワイヤー層、３５…間隙、３６…サブ画素、３８…透過開口部、４０…反射表示部、４２…視点、４４…バックライト光、４６…外光、４８…共通透明電極、５０…透明電極、５２…塗布型偏光層、５４…反射層、５６…誘電体層、５８…基板、６０…光吸収ワイヤー層、６２、６２ａ、６２ｂ…光吸収多層膜層、６４…上側ワイヤーグリッド偏光子、６５…外付けワイヤーグリッド偏光子、６６…レンチキュラレンズ、６７…ＴＦＴ、６９…絶縁膜、７１…シリコン膜、７９…Ｎ＋シリコン層、８１…ゲート電極、８３…ソース電極、８５…ドレイン電極、９０…裏面反射層、９２…絶縁層、９４…ＴＦＴ平坦化層、９６…スルーホール、９８…金属膜、１２１…第1低屈折率層、１２３…第2低屈折率層、１２５…光取り出し開口部、１２７…反射ミラー、１２９…反射膜、１３３…反射溝、１３５…反射シート、１５７…液晶表示素子、１５９…バックライト部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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