(57)【要約】  光源と光源に結合された偏光分離素子を備える電子光学ディスプレイを開示する。偏光分離素子は、第一偏光状態を有する第一の出力と第二偏光状態を有する第二の出力を生成する。この電子光学ディスプレイは偏光分離素子と結合され、第二領域と光学的に分離された第一領域を有する異方位偏光導光板を備える。偏光分離素子の第一の出力は、第一領域に導かれ、偏光分離素子の第二の出力は、第二領域に導かれ、第一領域と第二領域は、ほぼ同じ方向に光を出力する。
2010541186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源に結合され、主に第一偏光状態の光を含む第一の光を出力する第一領域と主に第二偏光状態の光を含む第二の光を出力する第二領域を有する異方位偏光導光部と、
前記異方位偏光導光部に結合され、第一方向に配向された偏光を受け入れる第三領域と第二方向に配向された偏光を受け入れる第四領域とを含む偏光修正光強度変調層とを備える電子光学システムであって、
前記第一の光と前記第二の光がほぼ同じ方向に出力され、前記第一偏光状態は、前記第二偏光状態とは異なり、
前記第三領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、
前記第四領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である
ことを特徴とする電子光学システム。
【請求項２】
前記光源に結合された偏光分離素子をさらに備え、
前記偏光分離素子は、前記光源からの光を受け、主に前記第一偏光状態の光を含む第一出力と主に前記第二偏光状態の光を含む第二出力を生成し、
前記第一出力は光学的に前記異方位偏光導光部の前記第一領域に結合し、
前記第二出力は光学的に前記異方位偏光導光部の前記第二領域に結合し、
前記導光部の前記第一領域と前記第二領域は、前記第一領域と前記第二領域の間の光の実質的な通過を阻止するように、光学的に分離されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項３】
前記偏光修正光強度変調部が液晶層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項４】
前記光源に連結されたコリメータをさらに備え、前記偏光分離素子にコリメート光を送ることを特徴とする請求項２に記載の電子光学システム。
【請求項５】
前記コリメータはレンズシステムを備えることを特徴とする請求項４に記載の電子光学システム。
【請求項６】
前記光強度変調層に結合され、第五領域と第六領域を有する前面側異方位偏光板をさらに備え、
前記第五領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、前記第六領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項７】
前記電子光学システムは、異方位偏光液晶ディスプレイとして機能することを特徴とする請求項６に記載の電子光学システム。
【請求項８】
前記光強度変調層に結合され、第七領域と第八領域とを有する背面側異方位偏光板をさらに備え、
前記第七領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、前記第八領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項９】
前記背面側異方位偏光板は反射性を有し、
前記第七領域は、前記第一偏光状態の光を透過し、前記第二偏光状態の光を反射し、
前記第八領域は、前記第二偏光状態の光を透過し、前記第一偏光状態の光を反射する
ことを特徴とする請求項８に記載の電子光学システム。
【請求項１０】
前記光強度変調層に結合され、第九領域と第十領域とを有する背面側異方位偏光板をさらに備え、
前記第九領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、前記第十領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である
ことを特徴とする請求項６に記載の電子光学システム。
【請求項１１】
前記背面側異方位偏光板は反射性を有し、
前記第九領域は、前記第一偏光状態の光を透過し、前記第二偏光状態の光を反射し、
前記第十領域は、前記第二偏光状態の光を透過し、前記第一偏光状態の光を反射する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電子光学システム。
【請求項１２】
前記電子光学システムは、異方位偏光液晶ディスプレイとして機能することを特徴とする請求項１０に記載の電子光学システム。
【請求項１３】
前記第一偏光状態は前記第二偏光状態と直交するものであり、前記第一方向は前記第二方向と直交することを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項１４】
前記第一領域は、選択的に第一偏光状態の光を抽出して放出し、
前記第二領域は、選択的に第二偏光状態の光を抽出して放出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子光学システム。
【請求項１５】
前記偏光選択放出は、異方性高分子分散液晶層を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電子光学システム。
【請求項１６】
光を生成するステップと、
前記光を、光の実質的な通過を阻止するように光学的に互いに分離された第一領域と第二領域とを有する異方位偏光導光部に送るステップと、
前記第一領域が主に第一偏光状態の光を出力することを可能にし、前記第二領域が主に、前記第一偏光状態とは異なる第二偏光状態の光を出力することを可能にするステップと、
前記異方位偏光導光部からの前記光を、液晶分子を有し、第三領域と第四領域とを含む液晶光強度変調層に送るステップと、
前記液晶光強度変調層からの出力光を、第五領域と第六領域とを含む前面側異方位偏光板に送るステップとを有する電子光学表示機器を動作させる方法であって、
前記第一偏光状態と前記第二偏光状態の両方の光がほぼ同じ方向に出力され、
前記第三領域の分子は、第一方向に配向されており、前記第四領域の分子は、第二方向に配向されており、
前記第三領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、
前記第四領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、
前記第五領域は、実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状であり、
前記第六領域は、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である
ことを特徴とする電子光学表示機器を動作させる方法。
【請求項１７】
主に前記第一偏光状態の光を有する第一出力と主に前記第二偏光状態の光を有する第二出力を生成する偏光分離素子に前記光を送るステップをさらに有し、
前記第一出力は、前記異方位偏光導光部の前記第一領域と光学的に連結し、前記第二出力は、前記異方位偏光導光部の前記第二領域と光学的に連結している
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
実質的に前記第一領域と位置が一致し、前記第一領域とほぼ同じ大きさ及び形状である第九領域と、実質的に前記第二領域と位置が一致し、前記第二領域とほぼ同じ大きさ及び形状である第十領域とを有する背面側異方位偏光板を備えるステップをさらに有し、
前記異方位偏光導光部からの光は、前記背面側異方位偏光板に送られ、前記背面側異方位偏光板は前記液晶光強度変調層に光を出力することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一領域は、前記第一偏光状態の光を選択的に放出し、前記第二領域は、前記第二偏光状態の光を選択的に放出することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
光源と、 
前記光源と結合され、第一偏光状態の光を有する第一出力と第二偏光状態の光を有する第二出力を生成する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子に結合され、第二領域と光学的に分離された第一領域を含む異方位偏光導光部とを備え、
前記第一出力は、前記第一領域に導かれ、前記第二出力は、前記第二領域に導かれ、前記第一領域と前記第二領域は、ほぼ同じ方向に光を出力することを特徴とする液晶ディスプレイ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は液晶ディスプレイに関するものであり、より詳しくは、異方位偏光導光部を備える液晶ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」という）とは、光源やリフレクタの前側に配置された任意の数のカラーもしくはモノクロの画素によって構成される、薄型平面ディスプレイである。液晶ディスプレイは、極少量の電力しか消費しないためバッテリ駆動の電子機器に適用するのに適していることと、その薄さから、他の競合技術に対し多くの利点を有している。
【０００３】
ＬＣＤの一つ一つの画素は、２枚の互いに交差した直線偏光板 （つまり、互いの透過軸が直交している２枚の偏光板）に挟まれ、２本の透明電極の間に保持される液晶 （以下、「ＬＣ」という） 分子の層から構成されている。もし２枚の偏光板の間に液晶がなければ、一方の偏光板を透過した光は、もう一方の偏光板によって遮断されてしまうことになる。液晶は、背面側偏光板から入射した光の偏光状態を変えることにより、偏光修正光弁としての役割を果たしている。偏光修正光弁として機能するために、液晶分子は、背面側偏光板を透過する偏光状態の光を受け、その光を前面側偏光板を透過する偏光状態に回転可能なように、正しく配向されている必要がある。液晶分子を適切に配向させるための方法として、様々な技術が知られている。これらの技術には、微細な溝を形成する機械的ラビング処理や、適切な配向層に、方向付けされた直線偏光紫外線を照射する技術が含まれている。透明電極に電圧をかけることにより電場を印加すると、偏光回転の度合いを修正することが可能となる。これにより、画素を透過する光の微調整が出来る。液晶ディスプレイの動作は、背面側偏光板の透過軸、（入射する光と出射する光の両方に対する）液晶層の配向、前面側偏光板の透過軸が正しい関係にあるかどうかに依存している。
【０００４】
画素はそれ自体では光を発生することはないため、ＬＣＤは、「反射型」ＬＣＤの場合には環境発生源から、「透過型」ＬＣＤの場合にはバックライトから、（「透過反射型」ＬＣＤの場合には、その組み合わせから）外部照明が必要となる。通常の透過型ＬＣＤは、光源と導光部からなるバックライト部を備えている。導光部は、光源から出力された光をＬＣＤパネル全体に渡って均一に分散させる（通常は、光は導光部に入り、抽出機能に当たるまで、導光部内を全内反射により伝播し続けるように制約される）。透過型ＬＣＤの電力消費の大部分は、バックライトによるものである。公知の透過型ＬＣＤの問題点の一つは、この電力の大部分が、フィルタに遮断されるためディスプレイの出力として最終的には使用されない光を生成することに費やされている点である。これらの既知のＬＣＤの典型的な光収率（つまり、生成された光のうち、フル・アクティブ・ピクセルが透過する光の比率）は、約５％から７％である。
【０００５】
ＬＣＤの設計に固有の光の損失は、通常、以下の要素によるものである（非偏光の白色光源による照明を前提とする）。
・カラーフィルターセット: 約２８％の透過
・開口率: 約７０％の透過
・背面側及び前面側の偏光板: 約４０％の透過
バックライトは通常白色光を生成するため、カラーフィルターが必要となる。ＬＣＤの一部のエリアは光を透過しないため、開口率が問題となる。
【０００６】
液晶ディスプレイの設計に固有の特徴から、偏光の損失が生じる。上述したように、液晶ディスプレイは、照明を線形偏光して適切に方向づけることを必要とするが、このことが、通常、バックライトから利用できる光の少なくとも半分の量の損失につながっている。
【０００７】
ＬＣＤの光収率を改善するために様々な試みがなされてきた。ＬＣＤの光収率を改善すると、ＬＣＤの電力効率を大幅に改善できる。ＬＣＤの電力効率の改善により、より電力効率の良い電機機器の実現、携帯機器のバッテリの駆動時間の延長が可能になる。また、ある一定の光度を提供するのに必要なランプの数や電力が少なくなることから、必要なバックライト照明部品を削減することもできる。損失光の多くは熱として吸収されるため、表示装置の熱管理の改善も可能になる。
【０００８】
光集率を向上させるための公知の先行技術の一つは、偏光分離素子（以下、「ＰＳＥ」という）と偏光変換素子（以下、「ＰＣＥ」という）を使用するものである。例えば、特許文献１は、第一偏光状態の光を透過し第二偏光状態の光を反射する背面側反射偏光板をＰＳＥとして、また、背面側ランバート反射板をＰＣＥとしてバックライト部に使用することを開示している。背面側ランバート反射板は、その一部に第一偏光状態を含むように第二偏光状態を解消し、それにより第一偏光状態の光が背面側反射偏光板を透過し、光集率を向上する。この開示された技術においては、偏光分離は、減衰全内反射によって非偏光が導光部から抽出された後に起こる。この技術の商用型はすでに使用されており、以前の技術に比べ改善を示しているものの、光源の出力の大部分は使用されないままである。
【０００９】
例えば、特許文献２は、光集率を向上させるための別の技術を開示している。特許文献２は、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」という）を偏光分離素子として光源と導光部の間に配置することを開示している。偏光ビームスプリッタからの（そのままの偏光状態だと出力光として）透過しない光は、ＰＣＥとして機能する波長板に導かれ、波長板からの光が導光部に送られる。この技術においては、偏光分離は光が導光部に入る前に起こる。この技術の一つの問題点は、ＰＣＥの変換効率と、入射角と波長によってＰＣＥの変換処理能力に変動（ばらつき）があることである。このことにより、光源の出力の一部が使われないことになる。
【００１０】
さらに別の先行技術が特許文献３に開示されている。特許文献３は、ＰＳＥとして偏光選別放出を、またＰＣＥとして４分の１波長板とリフレクタを使用することを開示している。非偏光は、導光部内の一連の傾斜面における反射によって偏光選別放出の機能を有する導光部に入射する。その一連の傾斜面は、屈折率が適切に調整されて変化している。これらの機能により、第一偏光状態の光は選択的に抽出され、第二偏光状態の光は全内反射（以下、「ＴＩＲ」という）で伝播し続ける。第二偏光状態の光は、最終的には、ＰＣＥにあたり、その一部が抽出可能な偏光状態に変換される。上述のように、偏光分離は、導光部において抽出の過程で起こる。この技術においても同様に、変換処理の効率によって、光源の出力の一部を使用できない。
【００１１】
その他の様々な偏光選別放出技術が公知であり、導光部に適用されている。例えば、特許文献４は、傾斜反射膜の使用を開示しており、特許文献５は、様々な屈折率を有する傾斜平板の層に相当する、体積ホログラムの使用を開示している。また、特許文献６は、分散相が異方性屈折率を有する高分子分散液晶（以下、「ＰＤＬＣ」という）の使用を開示しており、特許文献７は、複屈折微細構造層の使用を開示している。これらの偏光選別放出技術のいくつかは、限定された範囲の方向に光を抽出することによる利点があり、プリズムフィルムや他の出力光コリメーション構造の必要性を最小化するのに有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７,０３８,７４５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７/００６４４４５号明細書
【特許文献３】米国特許第６,２３４,６３９号明細書
【特許文献４】米国特許第６,７９６,６６９号明細書
【特許文献５】米国特許第６,７５０,９９６号明細書
【特許文献６】米国特許第７,０７２,５４４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００３/００５８３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の問題点を解決するために、既知のシステムに比べ光集率が改善されたＬＣＤシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態は、光源と光源に結合された偏光分離素子を備える電子光学ディスプレイである。ＰＳＥは、第一偏光状態を有する第一の出力と第二偏光状態を有する第二の出力を生成する。この電子光学ディスプレイはＰＳＥと結合され、第二領域と光学的に分離された第一領域を有する異方位偏光導光部（以下、「ＨＰＬＧ」という）を備える。ＰＳＥの第一の出力は、第一領域に導かれ、ＰＳＥの第二の出力は、第二領域に導かれ、第一領域と第二領域は、ほぼ同じ方向に光を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるＨＰＬＧを備える直視型ＬＣＤバックライト部（以下、「ＢＵ」という）の平面図である。
【図２】一実施形態による、複数の光源と、偏光選別取込 のためのＨＰＬＧを備えた複数の直視型ＬＣＤバックライト部の平面図である。
【図３】偏光選別放出により機能する一実施形態によるＨＰＬＧを備えた直視型ＬＣＤバックライト部の平面図である。
【図４】高分子分散液晶偏光選別放出を使用するＨＰＬＧの平面図と断面図である。
【図５】一実施形態によるＨＰＬＧを使用した直視型ＨＰＬＣＤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態は、偏光選別取込によって機能する異方位偏光導光部（以下、「ＨＰＬＧ」という）を備えた電子光学機器である。一実施形態において、ＨＰＬＧは、異なった領域から、異なった偏光状態の光を同じ方向に出力する導光部である。対照的に、公知の導光部のほとんどは、出力面の全体に渡って、ほぼ均一な偏光特性の光を出力するため、均一偏光型といえる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態によるＨＰＬＧ２２を備える直視型ＬＣＤバックライト部２０の平面図である。図１には、一実施形態に直接かかわる要素のみを図示しており、ＬＣＤ機器に使用可能な他の要素（例えば、カラーフィルタ、プリズムシート、配向層、ディフューザ、他の偏光素子、他の反射素子など）は図示していない。光源１０は、偏光分離素子（以下、「ＰＳＥ」という）１１への入射光と光学的に結合する光を生成する。一実施形態においては、光源１０は発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）であり、ＰＳＥ１１は偏光ビームスプリッタキューブである。ＰＳＥ１１は、それぞれ互いに異なる単一の偏光状態である「Ｐ１」と「Ｐ２」を主に有する２つの出力光１４、１５を生成する。これらの偏光状態の一方の出力光１４は、ＨＰＬＧ２２の一領域１２に透過される。もう一方の出力光１５は、リフレクタ１６に導かれて、ＨＰＬＧ２２のもう一つの領域１３に入る。一実施形態においては、ＨＰＬＧの領域１２と１３は、光がそれらの領域の間を通過不可能なように光学的に分離されている。領域１２、１３の間の接合部分は、鏡張りにしてもよいし、他領域に光の漏出がないことを確かにするように他の方法で構成してもよい。他のリフレクタ１９、２１もまた、光を反射する。
【００１８】
ＨＰＬＧ２２のそれぞれの領域１２、１３は、本実施形態の特徴点以外では、従来の導光部と同じように機能し、出力面に均一な照明を提供するための、均一化と抽出のための従来の技術を使用することが出来る。導光部のそれぞれの領域からの抽出は、偏光修正のない方法（つまり、正反射）が最適である。正反射抽出技術は既知であり、グローバルライティングテクノロジーズ社のマイクロプリズム導光部などのように、購入可能である。一実施形態においては、ＬＣＤがＨＰＬＧ２２を使用するために、ＨＰＬＧ２２のそれぞれの出力面の位置は、図５に示されている異方位偏光ＬＣＤ（以下、「ＨＰＬＣＤ」という）の適切に配列された各領域の位置に一致している。一実施形態においては、ＨＰＬＣＤは、出力画像を形成するために、２つ以上の偏光状態の光を使用するＬＣＤである。したがって、ＨＰＬＣＤの背面側偏光板、液晶層、前面側偏光板の全てが、ＨＰＬＧの複数の領域とほぼ同じ大きさと形の複数の領域を有している。そして、その複数の領域のそれぞれは、適切に方向づけられた偏光軸を有している。この実施形態は、両方の偏光状態の光の大部分を使用して表示画像を生成することを可能にしている。
【００１９】
図１の実施形態のパフォーマンスは、ＰＳＥ１１の効率に大きく依存している。９５パーセントを超える透過、反射率を実現可能な非常に高効率のＰＳＥが公知であるが、このレベルの効率を実現するためには、ＰＳＥに対する入射光の角度を小さな範囲内に制御しなくてはならない場合が多い。一実施形態においては、レンズシステムまたはプリズムフィルムなどのコリメータ１７を光源１０とＰＳＥ１１の間に配置して、さらにパフォーマンスを向上させることも可能である。
【００２０】
ＰＳＥの主要特性は、各出力における、それぞれの偏光状態の量を表す偏光コントラスト比、つまり「消光」比である。本発明の各実施形態は、高コントラスト比のＰＳＥまたは低コントラスト比のＰＳＥを使用することが出来る。高いコントラスト比（例えば、５００:１以上）のＰＳＥが使われる実施形態においては、ＬＣＤに背面側偏光板が必要ないことにより、背面側偏光板に関わる損失を避けることが出来るので、さらなるパフォーマンスの向上が実現できる。低いコントラスト比のＰＳＥが使われる実施形態においては、ＨＰＬＧ２２の各領域内における（例えば、背面側反射偏光板を使用した）従来の偏光リサイクル技術を使用して、さもなくば使用されることのなかった要素の一部を使用可能な偏光状態に変換することが出来る。
【００２１】
いくつかのＰＳＥは、分離光の光量が異なった量の光を生成する。ＬＣＤにおいては、照明の均一性が重要であるため、この違いは補償するべきである。補償をするための方法の一つは、Ｐ１を発する領域１２とＰ２を発する領域１３の相対的な大きさを調節することである。Ｐ１を発する領域とＰ２を発する領域の相対的な大きさを変更することにより、偏光バイアスを有する光を生成する光源に対応することも出来る。偏光バイアスは、それぞれのＰＳＥ出力光が異なった量の光になることの原因となる可能性があるものである。他の考えられる調整法は、隣接する領域が接触する部分の近くの境界効果を考慮に入れることである。出来る限り均一に分散された光強度の出力を確保するために、抽出機能の分配を調節してもよい。また、本発明の実施形態は、いかなる特定の光源、ＰＳＥ、導光部材料や導光部形状に限定されるものではない。
【００２２】
図２は、一実施形態による、複数の光源と、偏光選別取込のためのＨＰＬＧを備えた直視型ＬＣＤバックライト部３０、３２の平面図である。複数の光源を備えた他の考えられる実施形態においては、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを使用することもできる。これらのＬＥＤは、それぞれのＬＥＤが自身のＰＳＥを有するようにして、各ＬＥＤを個別に使ってもよいし、２つ以上のＬＥＤがＰＳＥを共有するようにして、ＬＥＤを組み合わせて使用してもよい。
【００２３】
図３は、偏光選別放出により機能するＨＰＬＧを備えた直視型ＬＣＤバックライト部３８の平面図である。図３は、一実施形態に直接関係する要素のみを図示しており、組み合わせて使用可能な他の要素（例えば、カラーフィルタ、プリズムシート、配向層、拡散シート、他の偏光素子、他の反射素子など）は図示していない。光源１０は、従来どおりＨＰＬＧに入射する光を生成する。ＨＰＬＧは、領域１２、１３を有している。領域１２は、第一偏光状態Ｐ１を抽出する偏光選別放出が可能であり、領域１３は、第二偏光状態Ｐ２を抽出する偏光選別放出が可能である。光源からの光は、取り出し機能に当たるまで、ＨＰＬＧ内を全内反射によって伝播する。取り出し機能では、一つの偏光状態の大部分が選択的に抽出される一方、その他の偏光状態の大部分がＨＰＬＧ内を伝播し続ける。主にその他の偏光状態である、伝播し続ける要素は、別の抽出機能に当たるまで、伝播し、反射し続ける。
【００２４】
ＨＰＬＧ内の光線の伝播は、本発明の開示の目的により、２つのカテゴリに分類することが出来る。第一カテゴリの光線は、背面側リフレクタと側面側リフレクタにより途中で反射されることなく、２つの抽出機能に当たる光である。第一の抽出機能は、第二の抽出機能とは異なる領域にある。例えば、第一の機能が第一偏光状態の光の大部分を抽出し、第二の機能が第二偏光状態の大部分を抽出するため、この第一カテゴリの光線の大部分は、抽出されて、その光が表示画像を形成するために使用可能になる。第二カテゴリの光線は、抽出特性に当たる間に、背面側リフレクタもしくは側面側リフレクタにより少なくとも一回反射されるものである。第二カテゴリの光線の全体的な抽出特性は、背面側リフレクタまたは側面側リフレクタによる反射が正反射であるかどうかや、偏光解消があるかどうかに依存している。反射が正反射である場合、光線は、適切な領域の抽出機能にあたるまで伝播する。ＨＰＬＧの半分だけがマッチする抽出方向を有するため、そのような光線は、長い光路を必要とする可能性がある。そのことが、多大なエネルギーの損失につながる場合がある。一方、リフレクタが反射をする際に偏光解消する場合、最初にその反射光が当たった抽出機能により、どちらの領域にその最初の抽出機能があるかに関わらず、反射光の５０%を抽出することが出来る。これにより、平均的には、抽出までにより少ない回数の反射で、より短い光路とすることが可能となり、より少量のエネルギー損失につながる。第二カテゴリの光線は、従来技術の偏光リサイクルにおける光線と本質的に類似するものである。また、第一カテゴリの光線の数を最大限にする方法の一例は、ストライプ状の線形配列ではなく、複数の領域を交互に配列した格子状のパターンを使うことである。
【００２５】
様々な偏光選別放出技術が公知であるが、本発明はいかなる特定の技術にも限定されるものではない。図４は、特許文献６に開示されているような、異方性高分子分散液晶（以下、「ＰＤＬＣ」という）層を使用する一実施形態によるＨＰＬＧを備えた直視型ＬＣＤバックライト部の平面図と断面図である。選択型偏光抽出を実現するために、配向された分散相の要素間の異方性屈折率の違いが使われている。本発明の実施形態で使用するため、図４に示されているように、隣接する各領域においてその配向を変更することで、分散相の相対的な配向を変えている。その様な交互の配向は、単一配向のＰＤＬＣシートの適切な形状の要素を物理的に切り取り、接合することによって、実現することが出来る。特許文献６は、ＰＤＬＣの配向を形成する他の例も開示しているが、本願の発明には、開示されたこれらの例の何れを適用してもよい。例えば、本発明に必要なパターン化された配向は、適切にパターン化された電場もしくは磁場を使うことによって形成してもよい。特許文献６は、分散相がＬＧ全体に渡って延設されている必要はない（例えば、ＬＧの上面もしくは底面に配置された薄い層であってもよい）ことを開示している。本発明の実施形態には、その他の任意の偏光選別放出技術を使用してもよい。
【００２６】
図５は、一実施形態によるＨＰＬＧを使用した直視型ＨＰＬＣＤの断面図である。図５は、一実施形態に直接関わる要素のみを図示しており、ＬＣＤ機器に使用可能な他の要素（例えば、カラーフィルタ、プリズムシート、配向層、拡散シート、他の偏光素子、他の反射素子など）は図示していない。ＨＰＬＣＤの背面側偏光板６０、液晶層６１、前面側偏光板６２は全て、複数のＨＰＬＧ領域とほぼ同じ大きさと形の、ＨＰＬＧ領域に対応する複数の領域を有している。例えば、背面側偏光板の領域５０、液晶層の領域５２、前面側偏光板の領域５４は、ＨＰＬＧの領域１２とほぼ同じ大きさと形である。さらに、背面側偏光板の領域５１、液晶層の領域５３、前面側偏光板の領域５５はＨＰＬＧの領域１３とほぼ同じ大きさと形である。複数の領域１２、５０、５２、５４は、それらの領域１２、５０、５２、５４が偏光Ａを生成するＬＣＤディスプレイとして機能可能なように方向付づけられた偏光軸を有している。複数の領域１３、５１、５３、５５は、それらの領域１３、５１、５３、５５が偏光Ｂを生成するＬＣＤディスプレイとして機能可能なように方向付づけられた偏光軸を有している。一実施形態においては、偏光Ａは偏光Ｂと直交している。一実施形態においては、背面側リフレクタ４２は、正反射するものである。
【００２７】
ＨＰＬＧの異方位偏光領域１２、１３は、製造しやすい任意の形状と大きさであってよい。一実施形態においては、１つの偏光方位の領域を合計した面積は全表示エリアの約５０％を占める。他の実施形態においては、異方位偏光領域の形状やレイアウトはバックライト部の要素の特性を活かすように最適化したり、照明の均一性を最適化するように最適化してもよい。
【００２８】
一実施形態においては、ＬＣＤが開示されたＨＰＬＧを使用することが出来るように、ＨＰＬＧの出力面は、ＨＰＬＣＤの適切に配列された（図示しない）複数の領域に適合させた複数の領域を有する。したがって、背面側偏光板、液晶層、前面側偏光板全てが、複数のＨＰＬＧ領域とほぼ同じ大きさと形の領域を有しており、その領域の一つ一つは、適切に配向された偏光軸を有している。偏光選別放出の偏光コントラスト比が十分に高い場合は、背面側偏光板を有さないＨＰＬＣＤとすることも可能である。また、本発明の実施形態は、いかなる特定の光源、偏光選別放出技術や導光部の材料、形に限定されるものではない。
【００２９】
カラーフィルタ、拡散シート、補償フィルム、プリズムシート、コリメーティングシートなどの、ＬＣＤとバックライトに通常使用される他の構成要素を本発明の実施形態と併せて使用してもよい。整合された偏光の配向を必要とするこれらの付加的な構成要素はどれも、複数の異方位偏光領域を有する必要がある。
【００３０】
本発明の実施形態に使用する異方位偏光板は公知である。例えば、３Ｄ立体表示の専門領域においては、観察者の右目と左目に異なった画像をエンコードして提示するために、複数の偏光方向の出力が使われる。その異なった画像は、その後、適切な補償偏光メガネによってデコードされる。これらの既知のシステムにおいては、パターン化された偏光層を、別の面では従来と同じ電子光学ディスプレイの前面に備えることにより、複数の偏光方向の出力が観察者の右目と左眼に異なった像を送るために使用される。これらのシステムは、通常、ディスプレイの隣接する複数のピクセルまたは複数の細いストライプにおいて交互に配列される微細な偏光アレーもしくは、それぞれの目にはっきりと円偏光した視像を送るための、交互に配列された複数の位相リターダ領域のどちらかを使用する。しかし、これらの既知のシステムはＨＰＬＧを備えていない。
【００３１】
従来の偏光再利用技術は、ＰＳＥとＰＣＥを使用することにより以前は使用されなかった偏光状態の一部を使用可能な状態に変換することが可能な、均一な偏光方向のＬＣＤに依存していた。対照的に、本発明の実施形態は、必ずしもＰＣＥが必要なわけではなく、そのため、本発明の実施形態は変換処理の効率に制限されない。このことにより、偏光損失を最小にすることが可能となり、電力効率やパネル輝度を改善することが出来る。
【００３２】
ＬＣＤパネルのパターン化された複数の配向領域とその製造方法は公知である。例えば、マルチ・ドメイン・ピクセルが、コントラストと視野角を改善するために設計されている。マルチ・ドメイン・ピクセルにおいては、全てのドメインが単一の偏光方位を有するが、ピクセルは複数のドメインに分割され、各々のドメインは異なった配列方向を有している。一実施形態においては、これらの異なった方向に配列されたドメインを生成する既知の製造方法を使用して、液晶層のパターン化された複数の配向領域を形成している。
【００３３】
一実施形態においては、ＨＰＬＧとＨＰＬＣＤのパターン化された複数の領域は、複数の隣接する異方位偏光領域の間の境界が目に見えないように設計する必要がある。これを達成するために、一実施形態においては、ディスプレイのピクセル要素の間のパネルエリアに境界を配置することができる。
【００３４】
本発明の実施形態は、偏光照明を使用して機能する光強度変調部を有するあらゆる電子光学機器に適用可能である。これらの光強度変調部は、ピクセルで構成（つまり、同一の形、大きさのピクセルを規則正しく配列する）してもよいし、よく時計に使われる「７セグメントディスプレイ」といったような、複数の要素が異なった形、大きさをもつ他のパターンを有していてもよい。この光強度修正部は、ねじれネマチック液晶、超ねじれネマチック液晶、非ネマチック液晶を含む任意のタイプのものでよい。
【００３５】
本発明は、白黒のディスプレイ、カラーディスプレイ、３Ｄディスプレイに利用可能である。本発明は、冷陰極蛍光ランプ「ＣＣＦＬ」、電子発光、発光ダイオード「ＬＥＤ」、レーザーを含む任意の背面光源技術に利用可能である。発光ダイオードを備えたバックライトに関しては、本発明の実施形態は、ＬＥＤバックライトがディスプレイのより大きなセグメントを照らすことを可能にするため、ランプの部品数を少なくすることができるので、ディスプレイの製造業者にとって特に好都合である。また、ＬＥＤは、小さな光源であり、小さなＰＳＥしか必要としないためコストを削減することが出来るので、偏光選別取込の実施形態に特に適している。ＬＥＤは、より簡易で廉価なコリメーションの実現に役立つものであり、したがって、より高いＰＳＥパフォーマンスにも寄与するものである。同じことが、レーザー光源にも言える。
【００３６】
さらに、本発明の実施形態は、ホワイトサブピクセルを取り入れたカラーディスプレイ設計（例えば、特許文献２に開示）、カラーフィルタによる損失を避けるために複数の単原色ストロボ光源を使用した、フィールド・シーケンシャル方式のカラーフィルタを備えないディスプレイ（例えば、特許文献３に開示）といったような、効率を向上させる他の既知の方法と共に用いることができる。上述したようなディスプレイはなお大きな偏光損失を伴うため、本発明の実施形態によって利益を得ることが出来る。
【００３７】
本発明の実施形態は、いかなる特定の導光部の材料や形に限定されるものではない（例えば、厚肉導光部、くさび型導光部、薄膜導光部に適用することもできる）。
【００３８】
本発明の実施形態は、エッジ発光式バックライト部に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、液晶ディスプレイにおける使用に限られるものではなく、他の技術に使用することもできる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態をここに具体的に例示し詳述した。しかしながら、本発明の修正例、変形例が、上述した教示に含まれ、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、添付の請求の範囲に含まれることを理解されたい。
【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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【国際調査報告】
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