特許 5984078 表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984078

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1335 20060101AFI20160823BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20160823BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20160823BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/1335

   G09F9/00 313

   G02B5/18

   G02B5/30

   G09F9/00 324

   G09F9/00 336E

【請求項の数】11

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2011-171602(P2011-171602)

(22)【出願日】2011年8月5日

(65)【公開番号】特開2012-37889(P2012-37889A)

(43)【公開日】2012年2月23日

【審査請求日】2014年7月14日

(31)【優先権主張番号】099126112

(32)【優先日】2010年8月5日

(33)【優先権主張国】TW

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514268110

【氏名又は名称】奇美材料科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100143465

【弁理士】

【氏名又は名称】竹尾 由重

(74)【代理人】

【識別番号】100162248

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 豊

(72)【発明者】

【氏名】伍 庭毅

(72)【発明者】

【氏名】李 汪洋

【審査官】 稲荷 宗良

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０８９２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０４２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３３５

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０９Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像を表示することに用いられ、ユーザーが、第１の視野角範囲で前記映像を観察する場合に、第１の観察映像を観察でき、前記ユーザーが、第２の視野角範囲で前記映像を観察する場合に、第２の観察映像を観察できる液晶ディスプレイと、
前記液晶ディスプレイの出光方向に設けられ、前記第１の観察映像を構成する光線を前記第２の視野角範囲に回折させることによって、前記第１の観察映像を第３の観察映像に変換させると同時に、前記第２の観察映像を第４の観察映像に変換させることに用いられる回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ；ＤＯＥ）とを含み、
前記回折光学素子は、少なくとも１つの格子を含み、前記少なくとも１つの格子はブレーズ回折格子であり、前記少なくとも１つの格子の方向は、前記少なくとも１つの格子のピークまたはトラフの連結線によって定義され、
前記液晶ディスプレイは、複数の液晶分子を含む液晶層を含み、前記液晶分子の少なくとも１つが、プレチルト角を有し、
前記少なくとも１つの格子の方向は、前記液晶層のねじれ角を二等分する二等分線に垂直であり、前記ねじれ角の二等分線を基準とした４５度の許容範囲を有する、表示装置。

【請求項2】

前記液晶ディスプレイが、ねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）液晶ディスプレイ、又は超ねじれネマティック（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＳＴＮ）液晶ディスプレイである、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの格子は、実は前記ねじれ角の二等分線に垂直である少なくとも１つの格子方向を有する、請求項１に記載の表示装置。

【請求項4】

前記液晶ディスプレイは、
下偏光板と、
前記下偏光板に設けられた液晶層と、
前記液晶層に設けられ、且つ、偏光層を有する上偏光板と、
前記下偏光板の下に設けられ、前記下偏光板に向かって光線を発射することに用いられるバックライトモジュールとを含み、
前記回折光学素子は、前記上偏光板の前記偏光層に設けられた、請求項２に記載の表示装置。

【請求項5】

前記回折光学素子が、格子である、請求項１に記載の表示装置。

【請求項6】

前記格子の格子周期が、０．２９μｍ〜１．１３μｍにある、請求項５に記載の表示装置。

【請求項7】

前記格子が、多方向又は多周期を有する格子である、請求項５に記載の表示装置。

【請求項8】

前記格子が、２つの互いに垂直である方向を有する、請求項５に記載の表示装置。

【請求項9】

ねじれ角を有する液晶層と、
前記液晶層の片側に設けられた上偏光板と、
前記液晶層の前記上偏光板に対する片側に設けられた下偏光板と、
前記上偏光板に設けられ、前記液晶層の片側から遠い回折光学素子と、を含み、
前記回折光学素子が、第１の格子方向を有する格子を含み、前記格子はブレーズ回折格子であり、
前記第１の格子方向は、前記格子のピークまたはトラフの連結線によって定義され、実は前記ねじれ角の二等分線に垂直であり、前記ねじれ角の二等分線を基準とした４５度の許容範囲を有する、表示装置。

【請求項10】

前記格子は、実は前記第１の格子方向に垂直である第２の格子方向をさらに有する、請求項９に記載の表示装置。

【請求項11】

前記液晶表示装置に光源を提供することに用いられ、第１の出光角度において、第１の輝度を有するバックライトモジュールと、
前記バックライトモジュールと前記下偏光板との間に配置され、前記バックライトモジュールに、第１の出光角度において、前記第１の輝度より小さい第２の輝度を持たせることに用いられる光線転移装置と、をさらに含む、請求項９に記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、広視野角表示装置に関し、特に、光学回折現象を利用して、可視範囲を改善した広視野角表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜トランジスタ作製技術の速い進歩に伴って、液晶表示装置が、軽くて薄くて、節電的であり、放射線がないなどの長所を持つようになったため、テレビ、個人用デジタル補助装置、ノートパソコン、デジタルカメラ、撮影機、携帯電話などの各種の電子製品に広く応用されてきた。しかしながら、液晶表示装置は、自発光型ディスプレイではないため、一般的に、バックライトを利用して光線を生成し、拡散膜、輝度向上膜などの光学膜層を透過させて、均一な平面光を形成して液晶表示パネルに入射させることによって、映像を表示する必要がある。ねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）又は超ねじれネマティック（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＳＴＮ）が、常用の液晶ディスプレイの１つとなる。このような液晶ディスプレイは、価格において優位性を持っているが、その可視角が、普通の広視野角液晶ディスプレイ（例えば、マルチドメイン垂直配向（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＭＶＡ）液晶ディスプレイ、面内切替（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＩＰＳ）液晶ディスプレイ、フリンジフィールドスイッチング（Ｆｒｉｎｇｅ ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＦＦＳ）液晶ディスプレイなど）より小さい。

【0003】

可視角とは、ディスプレイが、ある視野角範囲にあっても、その映像品質を一定の水準に保持できるものである。例えば、普通のデスクトップ液晶ディスプレイについて言えば、主な観賞視野角が、正視野角であるため、設計者にとって、液晶分子の異なった配列によって異なった光学効果が発生するため、正視野角を主に考慮してディスプレイを設計することになる。そのため、観察者は、液晶ディスプレイの側視野角から映像を観賞する場合に、映像のカラー及び輝度が、正視野角から観賞する場合と異なり、且つ視野角が大きくなるにつれて、差異がより大きくなることを発見した。常用の液晶ディスプレイにおいて、ＴＮ型は、特に上記の状況になった。

【0004】

ねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）液晶ディスプレイ１０の液晶層１２の構造を示す模式図である図１を参照する。ＴＮ液晶ディスプレイは、液晶層１２と、上配向板１４と、下配向板１６とを含み、そのうち、下配向板１６が、バックライトに近い。液晶層１２は、最上層液晶分子１２ａと、最下層液晶分子１２ｂとを含む。上配向板１４と下配向板１６は、液晶層１２における液晶分子を配向させ、最上層液晶分子１２ａと最下層液晶分子１２ｂをねじれネマティック構造に配置し、プレチルト角を持たせることに用いられ、そのうち、プレチルト角を有する液晶分子の配向板から遠い一端が、ヘッド端と称されればよく、他端が、末端と称されればよい。例えば、上配向板１４は、最上層液晶分子１２ａを配向させ、プレチルト角を持たせる。又、例えば、下配向板１６は、最下層液晶分子１２ｂを配向させ、プレチルト角を持たせる。しかしながら、配向板１４と１６の配向方向がお互いに平行していないため、その間に位置する液晶分子が、連続的にねじられ、ねじれネマティック構造になり、そのうち、液晶のねじれ角が、最下層液晶分子のヘッド端から、中間層液晶を介して、連続的に最上層液晶分子の末端にねじられた角度と定義されればよい。

【0005】

なお、普通のねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）液晶ディスプレイに対しては、最下層液晶分子１２ｂのヘッド端から、中間層液晶を介して、連続的に上層液晶分子の末端にねじられたこの視野角範囲は、光学特性がよくないため、使用において、観察者の下視野角方向と常に定義されたことを注意すべきである。もちろん、応用要求に合わせて、上記視野角のよくない範囲を観察者のある視野角方向と定義してもよい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

いかなる視野角補償機構も加えられていないＴＮ液晶ディスプレイについて言えば、一般に、液晶ディスプレイの側視野角から観察した映像には、コントラストが厳しく低下し（１０以下に低下）、グレースケール反転の程度が厳しく、色かぶりが生じたなどの問題がある。ＴＮ液晶ディスプレイの視野角における問題を解決するために、補償膜を加えて側視野角の結像品質を改善してもよく、例えば、富士フィルム（Ｆｕｊｉｆｉｌｍ）社の研究・開発した広視野角補償膜（Ｆｕｊｉ ｗｉｄｅ ｖｉｅｗ ｆｉｌｍ；ＷＶ ｆｉｌｍと略称する）が、現在、よく使われているＴＮ補償膜である。しかしながら、現在、大部分の広視野角表示補償膜技術は、主にコントラストを向上させ、色かぶりを減少させることに用いられ、ＴＮ液晶ディスプレイの厳しいグレースケール反転に対する改善がまだ不足である。そのため、ＴＮ液晶ディスプレイは、現在、広視野角ディスプレイ類にまだ属していない。

【0007】

そのため、コントラスト、グレースケール反転、ガンマ曲線（ｇａｍｍａ ｃｕｒｖｅ）変異、及び色かぶりなどの輝度、色度に係わる映像品質問題を同時に改善できる新しい表示装置が望まれている。特に、ＴＮ液晶表示ディスプレイに応用する場合に、改良した後に、広視野角液晶ディスプレイとして使うことができるほか、市販されている常用の液晶ディスプレイに比べて、応答速度又はコストにおいて、更に優位性を持っている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

そのため、本発明は、一側面において、優れた視野角均一性を有するだけでなく、コストが低い優位性を更に有する表示装置を提供する。

【0009】

本発明の実施例によって、上記表示装置は、液晶ディスプレイと、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ；ＤＯＥ）とを含む。上記表示装置は、映像を表示することに用いられ、そのうち、液晶ディスプレイは、ユーザーが、第１の視野角範囲で上記映像を観察する場合に、第１の観察映像を観察でき、ユーザーが、第２の視野角範囲で上記映像を観察する場合に、第２の観察映像を観察できる。回折光学素子は、液晶ディスプレイの出光方向に設けられ、第１の観察映像を構成する光線を第２の視野角範囲に回折させることによって、第１の観察映像を第３の観察映像に変換させると同時に、第２の観察映像を第４の観察映像に変換させることに用いられる。回折光学素子は、少なくとも１つの格子を含み、上記少なくとも１つの格子はブレーズ回折格子であり、少なくとも１つの格子の方向は、少なくとも１つの格子のピークまたはトラフの連結線によって定義される。液晶ディスプレイは、複数の液晶分子を含む液晶層を含み、液晶分子の少なくとも１つが、プレチルト角を有する。少なくとも１つの格子が、液晶層のねじれ角を二等分する二等分線に垂直であり、ねじれ角の二等分線を基準とした４５度の許容範囲を有する。

【0010】

本発明の実施例によって、上記表示装置は、液晶層と、上偏光板と、下偏光板と、回折光学素子とを含む。上記液晶層は、ねじれ角を有する。上偏光板は、上記液晶層の片側に設けられる。下偏光板は、液晶層の上偏光板に対する片側に設けられる。回折光学素子は、上記上偏光板に設けられ、且つ、上記液晶層の片側から遠い。そのうち、回折光学素子は、第１の格子方向を有する格子を含み、上記格子はブレーズ回折格子である。上記第１の格子方向は、格子のピークまたはトラフの連結線によって定義され、実はねじれ角の二等分線に垂直であり、ねじれ角の二等分線を基準とした４５度の許容範囲を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、コントラスト、グレースケール反転、ガンマ曲線（ｇａｍｍａ ｃｕｒｖｅ）変異、及び色かぶりなどの輝度、色度に係わる映像品質問題を同時に改善できるという利点がある。特に、ＴＮ液晶表示ディスプレイに応用する場合に、改良した後に、広視野角液晶ディスプレイとして使うことができるほか、市販されている常用の液晶ディスプレイに比べて、応答速度又はコストにおいて、更に優位性を持っている。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ねじれネマティック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）液晶ディスプレイの液晶層の構造を示す模式図である

【図2】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図3a】ユーザーが側視野角でディスプレイを観察することを示す模式図である。

【図3b】ユーザーが側視野角で表示装置を観察することを示す模式図である。

【図4a】視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの左（右）視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である。

【図4b】表示装置（視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイ）の視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である。

【図5a】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図5b】ユーザーが下視野角で表示装置を観察することを示す模式図である。

【図5c】視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの上下視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である。

【図5d】表示装置（視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイ）の視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である。

【図6a】視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの下視野角における各天頂角θのガンマ曲線を示す図である。

【図6b】視野角補償膜を加えたＴＮ表示装置の下視野角における各天頂角θのガンマ曲線を示す図である。

【図6c】従来の表示装置の斜下視野角３１５度におけるガンマ曲線を示す図である。

【図6d】従来の表示装置の斜下視野角３１５度における色度座標ｘの値とグレースケール値との曲線関係を示す図である。

【図6e】従来の表示装置の斜下視野角３１５度における色度座標ｙの値とグレースケール値との曲線関係を示す図である。

【図6f】表示装置の斜下視野角３１５度におけるガンマ曲線を示す図である。

【図6g】表示装置の斜下視野角３１５度における色度座標ｘの値とグレースケール値との曲線関係を示す図である。

【図6h】表示装置の斜下視野角３１５度における色度座標ｙの値とグレースケール値との曲線関係を示す図である。

【図7a】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図7b】回折光学素子の格子方向と液晶ねじれ角との関係を示す模式図である。

【図8】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図9】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図10a】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図10b】現在の普通のバックライトモジュールの光線分布状況を示す図である。

【図10c】現在の普通のバックライトモジュールの光線分布状況を示す図である。

【図11a】バックライトモジュールの各視野角における光線強度を示す図である。

【図11b】表示装置の左（右）視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である。

【図12a】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【図12b】表示装置の下視野角のガンマ曲線を示す図である。

【図12c】表示装置の上下視野角のコントラスト曲線を示す図である。

【図12d】各種の表示装置のコントラストを示す図である。

【図12e】視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの上視野角におけるガンマ曲線を示す図である。

【図12f】表示装置の上視野角のガンマ曲線を示す図である。

【図12g】各種の表示装置の上視野角６０度映像の白色の明るい状態における色かぶり状況を示す図である。

【図13】本発明の実施例による表示装置の構造を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の上記と他の目的、特徴、長所をより分かりやすくするように、特に好ましい実施例を挙げ、添付図面に合わせて、以下のように詳しく説明する。

【実施例1】

【0014】

本発明の実施例による表示装置１００の構造を示す模式図である図２を参照する。表示装置１００は、ディスプレイ１１０と、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ；ＤＯＥ）１２０とを含む。ディスプレイ１１０は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、及び電子ペーパーディスプレイ又は映像を表示するためのほかのディスプレイであってもよく、回折光学素子１２０は、ディスプレイ１１０の出光面に置かれ、ディスプレイ１１０が出射した光線を回折させることに用いられる、格子（例えば、位相格子）が設置されたフィルムであってもよい。

【0015】

本実施例において、光線の出射方向は、球座標系における天頂角θと方位角ψで表される。例えば、回折光学素子１２０の表面をＸ−Ｙ平面とし、Ｚ軸正方向が、回折光学素子１２０から表示装置１００の外に延びるため、表示装置１００の視野角は、（θ，ψ）で表されてもよい。右視野角と左視野角を例として、それぞれは、（α，０）と（β，１８０）で表されてもよく、そのうち、０度≦α、β≦９０度。それに類似して、上視野角と下視野角のそれぞれは、（γ，９０）と（δ，２７０）で表されてもよく、そのうち、０度≦γ、δ≦９０度。

【0016】

なお、本実施例における格子方向は、格子構造におけるピーク（トラフ）連結線の方向で定義される。広義で言えば、入射光が格子に正射している場合に、回折が生じて、この回折方向に垂直な方位も、格子方向と定義されてもよい。

【0017】

ユーザーが側視野角でディスプレイ１１０を観察することを示す模式図３ａと、ユーザーが側視野角で表示装置１００を観察することを示す模式図３ｂを同時に参照する。本実施例において、ディスプレイ１１０は、液晶ディスプレイである。ディスプレイ１１０の正視野角を仮に０度とし、斜視野角の最大範囲を仮に９０度とすると、映像品質が正視野角に対して変わることが発生するディスプレイ１１０の視野角範囲は、天頂角θが９０〜１０度である範囲にある。それは、ユーザーが１０度を超えた側視野角でディスプレイ１１０を観察する場合に、ディスプレイ１１０の映像に、コントラストの低下、グレースケール反転、ガンマ曲線変異、又は色かぶりなどの問題が見つけられることを表す。もちろん、正視野角の映像を比較の基準とするとは限らず、例えば、当初の設計において映像が最も好ましい角度を比較基準としてもよい。

【0018】

以下の説明において、左視野角３０度の映像品質を改善することだけを例として説明する。例えば、ユーザーが正視野角（視野角０度）で、ある特定の範囲（例えば、図式における車）を観察して取得した観察映像をＩ_１（正視野角映像Ｉ_１ともいう）とし、左視野角３０度の側視野角で、上記特定の範囲を観察して取得した観察映像をＩ_２（側視野角映像Ｉ_２ともいう）とし、光源が液晶層を透過することによる位相遅延（ｐｈａｓｅ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）が異なるため、正視野角映像Ｉ_１と側視野角映像Ｉ_２において、同じ位置にある画素の色相（ｈｕｅ）、彩度（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）又は輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）が明らかに異なって、ディスプレイ１１０の視野角均一性の劣化を引き起こしてしまう。そのため、本実施例は、回折光学素子１２０を利用して、正視野角映像Ｉ_１を構成する光線を左視野角３０度に回折させることによって、正視野角映像Ｉ_１の部分成分を利用して側視野角映像Ｉ_２を補償する。

【0019】

本実施例において、正視野角映像Ｉ_１と側視野角映像Ｉ_２において、同じ位置にある画素の輝度の差が元の輝度（正視野角映像Ｉ_１の画素の色座標）の３％を超えた場合に、明らかに異なると認めることは注意すべきである。また、正視野角映像Ｉ_１と側視野角映像Ｉ_２において、同じ位置にある画素の色座標の差が（正視野角映像Ｉ_１の画素の輝度）０．００１を超えた場合も、明らかに異なると認める。しかしながら、本発明のほかの実施例において、これらの閾値は、ユーザーの条件によって、変更されてもよい。なお、正視野角映像Ｉ_１と側視野角映像Ｉ_２のガンマ曲線のそれぞれに対応するガンマ値（ｇａｍｍａ ｖａｌｕｅ）の差が０．１を超えた場合に、ガンマ曲線に変異が生じたと認める。

【0020】

図３ｂに示すように、ユーザーが左視野角３０度で表示装置１００を観察する場合に、観察した観察映像Ｉ_４（側視野角映像Ｉ_４ともいう）は、側視野角映像Ｉ_２の回折されていない分量に正視野角映像Ｉ_１の左視野角３０度における分量をプラスした結果に等しく、即ち、Ｉ_４＝ＪＩ_２+ｋＩ_１、ただし、Ｊ、ｋが１未満の正数である。それと同時に、正視野角映像Ｉ_１を構成する光線が側視野角に回折されたため、正視野角映像Ｉ_１は、輝度が小さい正視野角映像Ｉ_３に変換された。

【0021】

側視野角映像Ｉ_４にとって、正視野角映像Ｉ_１の側視野角における分量（即ち、ｋＩ_１）が十分に強いため、側視野角の回折されていない映像ＪＩ_２の側視野角映像Ｉ_４に対する貢献が相対的に小さくなる場合に、正視野角映像Ｉ_３と側視野角映像Ｉ_４の映像差異を減少させ、側視野角映像Ｉ_４の映像品質を向上させることができる。上記映像差異とは、映像Ｉ_３とＩ_４において、同じ位置にある２つの画素の色相、彩度及び輝度の差異を指し、映像差異が小さくなることは、表示装置の視野角均一性が向上したことを表すことは注意すべきである。

【0022】

本実施例における正視野角は視野角０度に限らないことを提出する値打ちがある。０度付近の視野角範囲において、ユーザーがよい映像を観察できるため、上記正視野角は、０±１０度の視野角範囲と定義されてもよく、そのため、補償された視野角が側視野角３０度だけに限らない。

【0023】

回折機構において、格子周期が決まった場合に、入射光の波長が短いほど、その回折角は小さい。そのため、可視光範囲（波長が４５０ナノメートル（ｎｍ）／５５０ナノメートル／６５０ナノメートルである青色光／緑色光／赤色光を代表とする）における映像回折計算を考慮する場合に、波長が４５０ナノメートルである場合によって推算を行うと、代表的な境界状況を取得できる。

【0024】

本実施例において、波長が４５０ナノメートルである光について言えば、回折光学素子１２０における格子周期が１．３マイクロメートル（ｕｍ）以下に設計された場合に、右視野角１０度の光（仮に、映像品質のよい光が０±１０度の範囲にあるとすると、右の視野角１０度は１つの境界である）は、左視野角の少なくとも１０度以上に回折して、効果的な補償を行うことができる。左視野角１０度以下に回折すると、映像品質の好ましい範囲にあるため、意義が大きくない。一般的に、格子の１次回折効率が高く、２次回折効率が低いが、やはり貢献があるため、１次回折角が小さい角度に設計された場合に、２次回折によって、大きい視野角を補償でき、又は、多周期格子を設計することも、大視野角の映像品質が好ましくない問題を解決する方法になる。

【0025】

正視野角における映像品質が好ましい光線（例えば、正視野角範囲における光線）が大きい視野角範囲に回折できるようにするために、本発明のほかの実施例において、２次回折、３次回折などによって、複数の側視野角範囲に対して補償を行うこともできることが上記で提出された。例えば、一般的に、ユーザーが側視野角からディスプレイを観察する場合に、天頂角θ８０度が、およそ限界であり、回折光学素子１２０における格子周期が０．１５マイクロメートルに設計された場合に、波長が４５０ナノメートルである正視野角光線の２次回折を少なくとも８０度の視野角範囲に達させることができ、この時、１次回折が、およそθ＝７１度である。又、本発明は、側視野角のみに対して補償を行うことに限らない。本発明のほかの実施例において、その映像品質問題を解決するように、正視野角の光線を上の視野角、下の視野角、又は斜方向における視野角に回折させてもよい。ただ、その場合に、格子の方向は改善しようとする方位角ψによって変更する必要がある。又、複数の方位角ψの視野角範囲に対して改善を行う必要があると、格子方向は多方向に設計されてもよい。例えば、回折光学素子としては、単層構造（単層において多方向格子が設計される）又は多層構造（多層と単層構造の重ね合わせ）であってもよい。

【0026】

屋外看板などに応用され、下視野角映像を特に重視し、上視野角映像を重視しない表示装置に対して、下視野角のカラーを改善するほかに、正視野角の輝度をできるだけ側視野角に移して使用することもできる。その場合に、表示装置自身が、視野角が均一であるシステムではないが、特別な用途について言えば、大変大きい効果がある。

【0027】

上記の説明によって、本実施例における回折光学素子１２０の格子周期が、０．１５〜１．３マイクロメートルにあり、そうすると、各側視野角の映像品質問題の改善に対応できることを了解できる。又、一般的に、よい映像の光の範囲が、約０±１０度であり、３０度以上の範囲が、はっきりしている映像品質劣化の範囲であり、観察者の大部分の側視野角範囲が、約６０度内にあるため、正視光の１次回折が、天頂角θ３０〜６０度の範囲にあり、他の周辺視野角に対して、２次回折又は０±１０度の範囲にある光回折によって補償することは望ましく、その場合、格子周期が０．２６〜０．７８マイクロメートルであることが好ましい。大きい角度（＞６０度）を問題にしない映像補償は、視野角１０度における映像の１次回折が天頂角θ３０〜６０度の範囲にあることだけを希望すると、格子周期が０．２９〜１．１３マイクロメートルであることが好ましい。一般的に、回折光学素子１２０が対称的な構造に設計されることは最もよくある状況であり、つまり、回折光学素子１２０は対称的な回折を行うことができる素子であり、即ち、同時に２つの対称的な視野角範囲に対して、例えば、左視野角３０度と右視野角３０度である側視野角に対して、補償を行うことができる。ただし、単一の方位角に対する補償を行うように、回折光学素子１２０は、非対称的な構造に設計されてもよく、ブレーズ格子（ｂｌａｚｅ ｇｒａｔｉｎｇ）を利用した回折光学素子が一例である。なお、異なる方向における回折効率は、格子の構造によって設計されてもよい。

【0028】

従来の視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイの左（右）視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である図４ａと、表示装置１００（視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイ）の視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である図４ｂを同時に参照し、そのうち、表示装置１００の光学回折素子の格子の「主な」方向が、方位角ψが９０〜２７０度である方向にある（Ｘ−Ｙ平面から見る）。図４ａによって、従来のディスプレイのコントラストは、左視野角２５度において、正視野角のコントラストの半分に低下し、即ち、従来のディスプレイのコントラストの半値全幅が２５度であることを見出せる。本実施例における表示装置１００を逆から見れば、図４ｂによって、コントラストは、左視野角３５度において、正視野角のコントラストの半分であり、即ち、表示装置１００のコントラストの半値全幅が３５度であることを見出せる。表示装置１００のコントラストの半値全幅が従来の表示装置の半値全幅より大きいため、表示装置１００の側視野角におけるコントラストが、大幅に改善できる。また、従来のディスプレイのコントラストが、左、右視野角６０度以上である場合、コントラストが実際に１０未満であることが生じるため、左、右視野角２５度に対して、補償を行うこともできる。

【実施例2】

【0029】

本発明の実施例による表示装置２００の構造を示す模式図である図５ａを参照する。表示装置２００は表示装置１００に似ており、異なるところは、表示装置２００の回折光学素子２２０に格子が設けられ、その方向が回折光学素子１２０の格子の方向と異なることにある。本実施例において、回折光学素子２２０の主な格子方向が、０〜１８０度であり、ディスプレイ２１０の下視野角及び／又は上視野角映像を補償する。一般的に、ユーザーの大部分は、下視野角から表示装置を観察しない。しなしながら、例えば、大型屋外看板、売り場展示棚における展示機、タブレットパソコン（Ｔａｂｌｅｔ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）のような用途が特別な表示装置に対して、ユーザーは、常に、下視野角で表示装置を観察する。ＴＮ液晶ディスプレイを例として、下視野角において、厳しいグレースケール反転現象が生じる。

【0030】

ユーザーが下視野角で表示装置２００を観察することを示す模式図である図５ｂを参照し、そのうち、正視野角を０度とし、上視野角と下視野角の（θ，ψ）のそれぞれを（γ，９０）と（δ，２７０）とし、ただし、０度≦γ、δ≦９０度（ここで、図面の説明に合わせるため、天頂角０度≦θ≦１８０度を改めて定義し、θ≧０度の場合に、上視野角となり、θ≦０度の場合に、下視野角となる）である。広視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイを例として、その下視野角は、グレースケール反転が生じ始める角度が−２５度（下視野角２５度）であり、コントラストが１０以下に低下する視野角が−７５度（下視野角７５度）以上の視野角（即ち、よりマイナスの角度）である。そのため、本実施の回折光学素子２２０は、視野角−２５度又は−７５度における映像に対して補償を行い、又は、同時に１次回折と高次回折あるいは多周期格子を利用して下視野角２５度又は７５度における映像に対して、補償を行うものに設計されてもよい。

【0031】

なお、本発明のほかの実施例において、下視野角１５度以上の視野角に対して、補償を行うことができる。その原因は、下視野角のコントラストの半値全幅が１５度であることにある。図５ｃを参照する。又、上視野角のコントラストの半値全幅が１０度であるため、上視野角１０度以上の視野角に対しても、補償を行うことができる。

【0032】

視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの上下視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である図５ｃと、表示装置２００（視野角補償膜を加えたＴＮディスプレイ）の視野角とコントラストとの曲線関係を示す図である図５ｄを同時に参照する。図５ｃと図５ｄによって、表示装置２００のコントラストの半値全幅が従来のディスプレイのコントラストの半値全幅より広いことを見出せる。

【0033】

なお、ＴＮディスプレイにおいて、上視野角３５度で、グレースケール反転も生じ始め、上視野角６５度以上におけるコントラストも１０以下に低下するため、回折光学素子２０は、垂直視野角−２５度、−７５度、＋３５度、＋６５度に対して補償を行う格子を含んでよいことを提出する値打ちがある。各視野角に対して回折を行うこれらの格子は、複数枚のフィルムに個別に形成するように設計されてもよいし、同時に一枚のフィルムに形成するように設計されてもよい。

【0034】

視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの下視野角における各天頂角θの液晶透過輝度とグレースケールとの曲線関係を示す図（即ち、各天頂角θのガンマ曲線）である図６ａと、視野角補償膜を加えたＴＮ表示装置２００の下視野角における各天頂角θのガンマ曲線を示す図６ｂを同時に参照する。図６ａによって、従来のディスプレイのグレースケール反転程度が厳しくて、且つ、ガンマ曲線変異がかなり大きくて（そのうち、一部分の変異は大視野角におけるグレースケール透過率が低いことによるものである）、特に天頂角θが大きいほど、変異が大きいことを見せる。本実施例における表示装置２００を逆から見れば、図６ｂによって、表示装置２００において、グレースケール反転現象がなくなり、且つ、ガンマ曲線変異もかなり改善されたことを見出せる。

【0035】

上記の実施例から見出せるように、実は、ＴＮの左右視野角と上下視野角は、解決する問題及び角度が異なるため、多方向多周期の格子を設計する場合に、分けて設計することを考慮できる。なお、多方向格子によって、多方位角における側視野角映像品質を改善できるほか、バックライトモジュール光源が完全的な視準光源ではないため、斜視光源は、格子方向に垂直ではない方向に対しても、貢献がある。

【0036】

図６ｃ〜図６ｅを参照し、図６ｃが、従来の表示装置の斜下視野角３１５度における赤色のガンマ曲線を示し、図６ｄが従来の表示装置の斜下視野角３１５度における赤色の色度座標ｘの値とグレースケール値との曲線関係を示し、図６ｅが従来の表示装置の斜下視野角３１５度における赤色の色度座標ｙの値とグレースケール値との曲線関係を示す。図６ｃ〜図６ｅによって、斜下視野角３１５度における映像品質は、正視野角における映像品質に比べて、かなり差があることを見出せる。

【0037】

図６ｆ〜図６ｈを更に参照し、図６ｆが表示装置２００の斜下視野角３１５度における赤色のガンマ曲線を示し、図６ｇが表示装置２００の斜下視野角３１５度における赤色の色度座標ｘの値とグレースケール値との曲線関係を示し、図６ｈが表示装置２００の斜下視野角３１５度における赤色の色度座標ｙの値とグレースケール値との曲線関係を示す。図６ｆ〜図６ｈから見出せるように、表示装置２００の斜下視野角３１５度における映像品質と正視野角における映像品質は、図６ｃ〜図６ｅに比べて、かなり改善されており、それは、バックライトモジュール光源が完全的な視準光源ではないため、斜視光源が、格子方向に垂直ではない方向に対しても、貢献があるからである。

【0038】

なお、表示装置２００の回折光学素子２２０が、例えば、お互いに垂直な格子（例えば、０度と９０度）のような多方向の格子を有すると、回折光学素子２２０は、右上視野角（方位角ψが０度〜９０度にある）４５度、左上視野角（方位角ψが９０度〜１８０度にある）１３５度、左下視野角（方位角ψが１８０度〜２７０度にある）、右下視野角（方位角ψが２７０度〜３６０度にある）において、即ち、格子方向に垂直ではない範囲において、優れた補償効果がある。

【実施例3】

【0039】

本発明の実施例による表示装置３００の構造を示す模式図である図７ａと、回折光学素子３２０の格子方向と液晶ねじれ角との関係を示す模式図である図７ｂとを同時に参照する。表示装置３００は、ディスプレイ３１０と、回折光学素子３２０とを含み、そのうち、表示装置３００が表示装置１００に似ているが、ディスプレイ３１０がＴＮ又はＳＴＮ液晶ディスプレイであり、且つ、その液晶ねじれ角が９０度に限られない。回折光学素子３２０は、その方向が液晶のねじれ角（最下層液晶分子のヘッド端から、中間層液晶を介して、連続的に上層液晶分子の末端にねじられる）を二等分する二等分線に垂直である格子３２２を含む。例えば、本実施例において、ディスプレイ３１０のバックライトに近い配向板における配向方向（ここで、配向方向は、摩擦（ｒｕｂｂｉｎｇ）配向を代表とする）が３１５度であり、他側の配向板におけるｒｕｂｂｉｎｇ方向が４５であるため、液晶ヘッドは、最下層液晶分子のヘッド端３１５度から、中間層液晶を介して、連続的に上層液晶分子の末端２２５度にねじられたので、液晶ねじれ角Ａの二等分線Ｌが２７０度の方向にアラインメントし、格子方向Ｄ_ｇｒａが、方位角ψが０度又は１８０度である方向であり、または、ψが０度〜１８０度である方向と称する。

【0040】

又、例えば、本発明のほかの実施例において、ディスプレイ３１０のバックライトに近い配向板における配向方向が２７０度にあり、他側の配向板における配向方向が０度にある場合に、液晶ねじれ角の二等分線が２２５度にアラインメントしているため、格子３２２の方向は、ψが１３５度〜３１５度である方向である。

【0041】

なお、格子方向Ｄ_ｇｒａは±４５度の許容範囲Ｂを有してもよく、例えば、格子方向Ｄ_ｇｒａは、０度又は１８０度である場合に、実は、３１５度〜４５度又は１３５度〜２２５度に設計されてもよい。

【0042】

液晶ディスプレイのユーザーは、液晶分子のプレチルト角によって品質が好ましくない映像を観察することになり、本実施例における回折光学素子３２０の格子方向は、液晶ねじれ角によって決まり、そうすれば、映像品質が好ましくない視野角方向に対して改善を行うことができる。

【0043】

ＴＮ又はＳＴＮ液晶ディプレイに対して、偏光板の偏光方向がそれぞれ０度と９０度である場合に、ユーザーは、左視野角又は右視野角において、厳しいグレースケール反転現象を発現してしまい（Ａ角は１８０度〜２７０度にあるか２７０度〜３６０度にあるかによって）、左右視野角が明らかに非対称になり、ＴＮ液晶ディスプレイが０度と９０度の偏光方向を有する偏光板を採用できないようになったことについて説明する値打ちがある。しかしながら、本実施例において、回折光学素子３２０の格子方向が液晶ねじれ角によって調整されるため、液晶ディスプレイ３１０が０度と９０度の偏光方向を有する偏光板を採用しても、ユーザーが左視野角と右視野角で見る視野角の不対称現象を大幅に改善できることによって、左右視野角の対称性を人の目に受けさせ、ＴＮ又はＳＴＮ液晶ディスプレイが０度と９０度の偏光方向の偏光板を採用でき、偏光板又は補償膜のコストを節約する効果を達成できるようになった。

【実施例4】

【0044】

本発明の実施例による表示装置４００の構造を示す模式図である図８を参照する。表示装置４００は、表示装置１００に似ているが、表示装置４００の回折光学素子４２０が液晶ディスプレイ４１０の上偏光板４１１に設けられている。図８に示すように、液晶ディスプレイ４１０は、上偏光板４１１と、カラーフィルター４１２と、液晶層４１３と、薄膜トランジスタ配列４１４と、下偏光板４１５と、バックライトモジュール４１６と、を含む。偏光板４１１には、回折光学素子４２０が設けられている。本実施例において、回折光学素子４２０は、複数の格子（多方向及び／又は多周期）が設けられたフィルムであり、接着剤による接着方法で、偏光板４１１に設けられている。本発明のほかの実施例において、機構係合又はほかの方法で、回折光学素子４２０を偏光板４１１に設けてもよい。

【0045】

普通の偏光板の多くは、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ；ＰＶＡ）を最も常用の材料とする偏光層を有し、回折光学素子４２０がこの偏光層の外に設置されるだけでよいことは注意する値打ちがある。

【実施例5】

【0046】

本発明の実施例による表示装置５００の構造を示す模式図である図９を参照する。表示装置５００は、ディスプレイ５１０と、回折光学素子５２０と、を含む。ディスプレイ５１０はＴＮ液晶ディスプレイであり、且つ、液晶パネル５１２と、バックライトモジュール５１４とを含む。表示装置５００は、表示装置１００に似ているが、異なるところが、ディスプレイ５１０のバックライトモジュール５１４が視準光源を提供できることにある。

【0047】

表示装置５００において、正視野角の光線は側視野角に回折されて、側視野角の光線を補償するが、側視野角の光線がそれによって、正視野角の光線を妨害して、正視野角映像品質の劣化を引き起こす可能性もある。そのため、本実施例における表示装置５００には、視準光源を提供でき、且つ、表示装置５００の側視野角に対して、如何なる光線も貢献しないバックライトモジュールが採用されたため、ディスプレイ５１０には、ほとんど側視野角光線がないため、正視野角映像が妨害を受けなくなると同時に、側視野角映像の品質も側視野角光線の弱化によって、より良くなった。

【0048】

なお、回折光学素子５２０がお互いに平行していない格子（例えば、０度と９０度）を有すると、回折光学素子５２０は、右上視野角（方位角ψが０度〜９０度にある）４５度、左上視野角（方位角ψが９０度〜１８０度にある）１３５度、左下視野角（方位角ψが１８０度〜２７０度にある）、斜右下視野角（方位角ψが２７０度〜３６０度にある）において、即ち、格子方向に垂直ではない範囲において、優れた補償効果があることは提出する値打ちがある。

【実施例6】

【0049】

本発明の実施例による表示装置６００の構造を示す模式図である図１０ａを参照する。表示装置６００は、ディスプレイ６１０と、回折光学素子６２０と、を含む。ディスプレイ６１０は、ＴＮ液晶ディスプレイであり、且つ、液晶パネル６１２とバックライトモジュール６１４と、を含む。表示装置６００は、表示装置５００に似ているが、ディスプレイ６１０のバックライトモジュール６１４が提供した光線の視準性が比較的悪い。

【0050】

表示装置５００において、ディスプレイ５１０のバックライトモジュール５１４が視準光源であるため、ディスプレイ５１０には、ほとんど側視野角光線がない。しかしながら、光線を十分に視準化しようとすると、高いコストを費やす必要がある。そのため、本実施例には、バックライトモジュール６１４が採用されており、バックライトモジュール６１４が提供した光線がバックライトモジュール５１４に比べて、視準性が低いが、表示装置６００の視野角均一性が、普通の光源の場合より、かなり改善された。

【0051】

現在、普通のバックライトモジュールの光線分布状況は、図１０ｂと図１０ｃに示し、そのうち、図１０ｂが、上下視野角光線を集中するためのプリズムレンズを１枚だけ含む従来のバックライトモジュールに対応し、図１０ｃが、上下視野角光線及び左右視野角光線を集中するためのプリズムレンズを２枚含む別の従来のバックライトモジュールに対応する。図１０ｂと図１０ｃから見出せるように、２枚のプリズムレンズを含むバックライトモジュールの光線視準性は、１枚のプリズムレンズを含むバックライトモジュールの光線視準性より良いが、両者が大きい角度において、まだ、一定の程度の光線が存在している。

【0052】

バックライトモジュール６１４の各視野角における光線の強度を示す図１１ａを参照し、そのうち、正視野角が０度であり、左視野角と右視野角のそれぞれが、＋９０度と−９０度である。上記の実施例において、格子周期が０．１５〜１．３マイクロメートルにあることを了解できる。限界条件を取って、回折光学素子６２０における格子周期を仮に１．３マイクロメートルとする場合に、正視野角の１次回折によって、側視野角２５度を補償でき、２次回折によって、側視野角８５度を補償できる。しかしながら、２５度又は５８度以上のある側視野角に対応する光線が正視野角に回折されて、正視野角の映像品質に影響を与える可能性があるため、２５度以下（０〜２５度）のバックライトだけを液晶パネル６１２に提供する場合に、正視野角の映像品質を向上させることができ、５８度以下（０〜５８度）のバックライトを液晶パネル６１２に提供する場合に、２次回折によって主視野角範囲に回折された光線がなくなったため、正視野角の映像品質が上記より良くないが、改善が見られる。本実施例において、バックライトモジュール６１４は、２５度以下（０〜２５度）の光線だけを液晶パネル６１２に提供するため（本実施例において、垂直方向の視準光源だけを提供し、水平方向については、特別に提供しない）、２５度以上の側視野角において、光線が正視野角に回折されることがほとんどない。図１１ａに示すバックライトモジュール光形は２５度以上において、ほんの少しの光線があるが、元の光形に比べて、大幅に映像品質を改善でき、即ち、バックライトの存在が望まれていない方向において、バックライトの輝度が元より低いなら、正視野角の映像品質を改善できることは注意する値打ちがある。

【0053】

本実施例において、従来のバックライトモジュールに、例えば、視差バリア（Ｂａｒｒｉｅｒ）光学膜のような光線遮蔽装置を設けて、斜方向視野角の光線を遮蔽することによって、バックライトモジュールの出光角度を上記実施例に必要な出光角度条件に達成させたが、本発明のほかの実施例において、必要なバックライトモジュールをほかの方法によって製造してもよいことは提出する値打ちがある。例えば、光線反射板のような光線転移装置をバックモジュールに設けることによって、光線を出光が必要な角度範囲に転移する。

【0054】

表示装置６００の左（右）視野角とコントラストとの曲線関係を示す図１１ｂを参照する。図１１ｂから見出せるように、表示装置６００の正視野角のコントラストが約１１５０であるが、コントラストの半値全幅が約４０〜４５度である。そのため、図４ｂに比べると、本発明のバックライトモジュール６１４が完全的な視準光線ではなくても、表示装置６００のコントラスト及び視野角が表示装置１００のコントラスト及び視野角より、かなり向上した結果を了解できる。

【0055】

注意すべきなのは、上記では、視準性が比較的悪い光源について映像品質を改善する条件をおおざっぱに説明しただけであり、正視野角について言えば、格子周期が決まった場合に、１次と２次回折角のそれぞれがκ及びξであると、実際に、斜視野角がκである映像の１次回折が正視野角に回折せず、斜視野角がξである映像の２次回折が正視野角に回折せず、κ角度及びξ角度より大きい斜視野角の映像の１／２次回折が正視野角に回折し、上記の説明のように、κ（ξ）角以下の視準光を提供しさえすれば、正視野角の映像品質を改善できる。

【0056】

上記の説明によって了解できるように、実は、ある側視野角の回折が正視野角の映像品質に影響を与える場合に、バックライトモジュールは、この角度値以下の光線をパネルに提供することによって、正視光学の悪化を低下させることができる。つまり、主視野角範囲の光線について言えば、バックライトモジュールの提供した光線が主視野角範囲（０±１０度）に対応し、且つ、多次回折角度（例えば、１次回折角度、２次回折角度、３次回折角度など）を有する場合に、このバックライトモジュールは、Ｎ次回折角度以上の光線を提供せず、そのうち、Ｎが正整数である。しかしながら、ほかの視野角範囲の光線について言えば、バックライトモジュールは、そのＮ次回折が主視野角範囲に回折する光線を提供しない。

【0057】

一般的に、１次回折と２次回折の回折効率は、ほかの高次回折効率より、かなり大きい。回折光学素子の格子周期が０．９マイクロメートルを超えた場合に、ある側視角度の光線があり、その２次回折が正視野角の映像品質に影響を与え、折光学素子の格子周期が０．４５マイクロメートルを超えた場合に、ある側視角度の光線があり、その１次回折が正視野角の映像品質に影響を与える。そのため、ある側視野角の１次又は２次回折が正視野角の映像品質に影響を与える場合に、バックライトモジュールは、その１次回折角度未満（その角度を含まない）の光線だけをパネルに提供すると、正視野角範囲における光学品質を大幅に向上させることができ、又は、バックライトモジュールは、パネルに提供するその１次回折角度以上（その角度を含む）の光線を減少させると、正視野角範囲における光学品質を向上させることができ、又は、バックライトモジュールは、パネルに提供するその１次回折角度範囲（又は、２次回折角度範囲）における光線を減少させたり解除したりすると、正視野角範囲における光学品質を向上させることができ、そのうち、減少させたり解除したりする角度範囲が、主視野角の範囲によって決まり、例えば、本実施例において、主視野角の範囲が０±１０度であり、バックライトモジュールが減少させたり解除したりする１次回折角度範囲がおよそ１次回折角度値±１０度に等しく、もちろん、バックライトが主視野角に回折される角度を詳しく計算してもよく、それらの方向におけるバックライトを減少させたり解除したりする。又、１次回折の影響によってバックライトの設計を改善する場合に、正視野角の光学品質に対する改善が最も大きい。

【0058】

上記の状況は、正視野角（天頂角θが０度である）を改善目標として、バックライトモジュールの光形のデザインを考慮することであり、ほかの視野角（例えば、あるディスプレイにおいて、正視野角に対して、最適化を行わず、ほかの視野角に対して、最適化を行う）を考慮すると、上記の状況によって、バックライトモジュールのデザインを類推し、主視野角の映像品質を向上させることができることは提出する値打ちがある。又、改善目標が単一の視野角ではなく、主視野角範囲である場合に（例えば、天頂角が０±１０度である正視野角範囲の場合に）、ある視野角の回折光、特にその１次又は２次回折がこの主視野角範囲にある場合に、主視野角範囲における映像品質を向上させるために、バックライトのこれらの視野角における輝度を解除したり、低下させたりすべきである。

【0059】

なお、現在のバックライトモジュールの多くは、多方向の均一な光線を提供するので、現在のバックライトモジュールがある角度以下の光線だけを提供できるようにするために、視差バリア光学膜によって、光の出射方向を制限し、又は、バックライトモジュールの構造設計によって、ほかの角度（バックライトモジュールの光線を必要としない角度）の光線を必要な角度に反射させ、バックライトの利用率を向上させることができることは提出する値打ちがある。

【実施例7】

【0060】

本発明の実施例による表示装置７００の構造を示す模式図である図１２ａを参照する。表示装置７００は、ディスプレイ７１０と、回折光学素子７２０と、を含む。ディスプレイ７１０は、ＴＮ液晶ディスプレイであり、且つ、液晶パネル７１２と、バックモジュール７１４と、を含む。表示装置７００は、表示装置６００に似ており、異なるところが、表示装置７００の回折光学素子７２０に、格子が設けられており、その格子方向が回折光学素子６２０の格子方向と異なることにある。本実施例において、回折光学素子７２０の主な格子方向が０〜１８０度であって、ディスプレイ７１０の下視野角映像を補償する。

【0061】

実施例６の説明から了解できるように、バックライトモジュールの出光方向を制限し、又は、バックライトモジュールのある視野角（その回折光は主視野角の光学品質に影響を与える）における輝度を低下させることによって、主視野角のコントラストを向上させることができる。同様に、上下視野角のコントラストもこの方法によって改善できる。なお、図６ａから見出せるように、下視野角の大視野角の輝度が中間調のグレースケールにおいて、明らかに低くて、つまり、光利用率が実際に高くないため、この部分の光をほかの視野角（例えば、正視野角）に移して利用できれば、省エネルギーの効果を取得でき、且つ、全体的な光学品質を向上させることができ、これは、前記方法を採用するもう１つの目的とする。

【0062】

図１２ｂ、図１２ｃ、及び図１２ｄを同時に参照し、図１２ｂが表示装置７００の下視野角のガンマ曲線を示し、図１２ｃが表示装置７００の上下視野角のコントラスト曲線を示し、図１２ｄが各種の表示装置のコントラストを示す。図１２ｂ、図１２ｃ、及び図１２ｄによって、表示装置７００のグレースケール反転現象がなくなっただけでなく、斜視野角と正視野角のガンマ曲線もよりお互いに近づくようになったことを見出せる。表示装置２００に比べて、表示装置７００の映像品質はより良く、中心コントラスト値もかなり向上し、且つ、半値全幅が±４０度に向上した。

【0063】

次いで、表示装置７００の上視野角映像品質を考慮する。図１２ｅと図１２ｆを同時に参照し、図１２ｅが視野角補償膜を加えた従来のＴＮディスプレイの上視野角におけるガンマ曲線を示し、図１２ｆが表示装置７００の上視野角のガンマ曲線を示す。図１２ｅから見出せるように、上記のコントラスト、グレースケール反転の問題のほか、大視野角の中間調のグレースケールにおいて透過輝度が高いため、ガンマ曲線の変異が発生し、つまり、ディスプレイと回折光学素子をセットにする場合に、人の目には、それらの方向において、実はそんなに高い輝度を必要としないため、それらの方向におけるバックモジュールの光強度を低下させたり解除したりすると、光学品質を改善できるだけでなく、その部分の光線を映像品質がよいほかの視野角（例えば、正視野角）に移すと、更に、省エネルギーや輝度向上の効果を達成できる。図１２ｆに示すように、表示装置７００のガンマ曲線はお互いにとても近づいている。

【0064】

各種の表示装置の上視野角６０度映像の白色の明るい状態における色かぶり状況を示す図１２ｇを参照する。図１２ｇから見出せるように、表示装置のバックライトモジュールの光線の視準性が高いほど、その色かぶり状況が少なくなり、つまり、側視と正視の色度点がお互いに近づくようになる。

【0065】

本発明の実施例による表示装置８００の構造を示す模式図である図１３を参照する。表示装置８００は、ディスプレイ８１０と、回折光学素子８２０と、を含む。ディスプレイ８１０はＴＮ液晶ディスプレイであり、且つ、液晶パネル８１２と、バックライトモジュール８１４と、を含む。表示装置８００は、表示装置６００に似ており、即ち、ディスプレイ８１０のバックライトモジュール８１４も視準性が比較的悪い光線を提供し、異なるところは、本実施例におけるバックライトモジュール８１４の提供した光線が表示装置８００の主視野角とサブ視野角の輝度によって決まることにある。第１の視野角、第２の視野角、第３の視野角…第ｎの視野角を考慮すると、そのうち、全視野角の各視野角の間に格子を加えた相互回折影響を含んでよい。第１の視野角（主視野角）において、バックライトモジュールの光強度を仮にＢ_１とし、液晶モジュールの透過率を仮にＴ_１％とし、格子を加える前の輝度を仮にＷ_１とし、格子を加えた後の輝度を仮にＬ_１とし、格子を加えたため各視野角に回折した総回折効率を仮にＤ_{１−ｔｏｔａｌ}％とし、第ｎの視野角から第１の視野角に回折した回折効率を仮にＤ_ｎ−１％とする。又、第２の視野角（サブ視野角）において、バックライトモジュールの光強度を仮にＢ_２とし、液晶モジュールの透過率を仮にＴ_２％とし、格子を加える前の輝度を仮にＷ_２とし、格子を加えた後の輝度を仮にＬ_２とし、格子を加えたため各視野角に回折した総回折効率を仮にＤ_{２−ｔｏｔａｌ}％とし、第ｎの視野角から第１の視野角に回折した回折効率を仮にＤ_ｎ−２％とする。そのうち、第ｎの視野角において格子を加える前の輝度をＷｎとし、格子を加えた後、主視野角及びサブ視野角の輝度は以下の関係を満たす。

【0066】

【数1】

【0067】

【数2】

【0068】

ただし、

【0069】

【数3】

【0070】

（１）例えば、正視野角を主視野角とする場合に、ある側視野角（サブ視野角）の輝度が正視野角の輝度の０．３倍より小さいと（Ｗ_２<０．３＊Ｗ_１）、ほかの視野角のその視野角に対する回折分量がその自身の輝度より大きい可能性があることを表し、バックライトモジュールがその側視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して使用してもよい。又、例えば、（２）正視野角を主視野角とする場合に、ある側視野角（サブ視野角）の輝度が正視野角の輝度の１．１倍より大きいと（Ｗ_２>１．１＊Ｗ_１）、正視野角のその側視野角に対する回折貢献が不足である可能性があることを表し、バックライトモジュールがその側視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して使用してもよい。（３）例えば、正視野角を主視野角とする場合に、ある側視野角（サブ視野角）の液晶層透過率が正視野角の液晶層透過率の０．７倍より小さいと（Ｔ_２<０．７＊Ｔ_１）、その視野角のバックライト利用率が低いことを表し、バックライトモジュールがその側視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して使用してもよい。（４）例えば、正視野角を主視野角とする場合に、ある側視野角（サブ視野角）の液晶層透過率が正視野角の液晶層透過率の１．１倍より大きいと（Ｔ_２>１．１＊Ｔ_１）、正視野角のその側視野角に対する回折貢献が不足である可能性があることを表し、バックライトモジュールがその側視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して使用してもよい。（５）上記において、主視野角は正視野角に限定されず、元にディスプレイに対して最適化した視野角であってもよい。（６）式（ｉ）を参照して、０．３＊[Ａ]<[Ｂ]の場合に、主視野角に対して、ほかの視野角の主視野角に対する貢献が大きすぎ、特に、ほかの視野角の映像品質が好ましくない場合に、主視野角の映像品質を大幅に低下させることを表し、その場合、主視野角方向に対して、視準性バックライトの設計がかなり重要になり、バックライトモジュールがそのサブ視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して用いるようにすることができる。（７）式（ｉｉ）を参照して、[Ｃ]>２＊[Ｄ]の場合に、サブ視野角に対して、ほかの視野角（特に主視野角又は映像品質が好ましい視野角）のサブ視野角に対する回折貢献が小さすぎて、サブ視野角の映像品質に対する改善に限界があることを表し、サブ視野角の映像品質を改善するために、バックライトモジュールによってそのサブ視野角に対応する光線を解除したり低下させたりして、正視野角に移して使用してもよい。（８）上記において、グレースケールに対する制限がなく、設計者が改良しようとするグレースケールによって決まる。（９）上記の条件に合致するバックライトスケジュールにおいて、それらの視野角方向におけるバックライトスケジュール構造のバックライトの輝度の完全的な解除を利用し、又は、上記の２つの公式を参照して、残したいバックライト強度比を設計する。注意すべきなのは、光線転移装置は、バックライトモジュールのサブ視野角光線を主視野角に転移することに限らず、サブ視野角光線を元の出光視野角から転移できれば、映像品質を改善できる。

【0071】

上記の説明から了解できるように、本実施例における表示装置７００は、バックライトモジュール光線を、光線転移装置によって、利用率が低い角度から、利用率が高い角度に移すことで、省エネルギーの目的を達成できる。

【0072】

本発明は、複数の実施例によって、上記のように開示されたが、それは本発明を限定するものではなく、本発明の技術分野において、当業者なら誰でも、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲内で、多種の変更や修飾を加えることができるため、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲に規定されたものに準ずる。

【符号の説明】

【0073】

１０ 液晶ディスプレイ、１２、４１３ 液晶層、１２ａ 最上層液晶分子、１２ｂ 最下層液晶分子、１４ 上配向板、１６ 下配向板、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 表示装置、１１０、２１０、３１０、５１０、６１０、７１０、８１０ ディスプレイ、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０ 回折光学素子、３２２ 格子、４１１ 上偏光板、４１２ カラーフィルター、４１４ 薄膜トランジスタ配列、４１５ 下偏光板、４１６、５１４、６１４、７１４、８１４ バックライトモジュール、５１２、６１２、７１２、８１２ 液晶パネル、Ａ 液晶ねじれ角、Ｂ 許容範囲、Ｄ_ｇｒａ 格子方向、Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４ 観察映像、Ｌ 二等分線

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図6d】

【図6e】

【図6f】

【図6g】

【図6h】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10a】

【図10b】

【図10c】

【図11a】

【図11b】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図12d】

【図12e】

【図12f】

【図12g】

【図13】