CN104641283A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光控制膜的散射性以像素为单位均匀的液晶显示装置。液晶显示装置(1)的特征在于，具备：光源(2)；对从光源(2)出射的光进行调制的液晶面板(4)；和配置在比液晶面板(4)更靠视认者侧的位置，利用全反射的光控制膜(7)，光控制膜(7)具有：具有光透射性的基材(39)；和在基材(39)的一面侧形成的遮光层(40)和光扩散部(41)，遮光层(40)的图案具有各向异性，该图案的长边方向与使液晶面板(4)的特性大致相同的1个区域的长边方向交叉。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置。
背景技术
以往，在使用以广视野角化为目的的光控制膜的显示器系统中，从背光源发出的光通过液晶单元和偏光板后，由光控制膜扩散，由此，使得从倾斜方向也能够看到颜色变化小的影像(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/053501号
发明内容
发明要解决的技术问题
在这样的显示器系统中，当液晶单元的分辨率变高时，光控制膜的散射性以像素为单位变得不均匀，在显示器的正面、特别是显示器的倾斜方向上产生了显示的粗糙、莫尔条纹等问题。
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于提供光控制膜的散射性以像素为单位均匀的液晶显示装置。
用于解决技术问题的手段
本发明的液晶显示装置的特征在于，具备：光源；对从上述光源出射的光进行调制的液晶面板；和配置在比上述液晶面板更靠视认者侧的位置，利用全反射的光控制膜，上述光控制膜具有：具有光透射性的基材；和在上述基材的一面侧形成的遮光层和光扩散部，上述遮光层的图案具有各向异性，上述图案的长边方向与使上述液晶面板的特性大致相同的1个区域的长边方向交叉。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述图案的长边方向与使上述液晶面板的特性大致相同的1个区域的长边方向垂直。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述图案的间隔比上述区域的长度短。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述图案的相对的2边包含在上述区域中。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述区域为具有相同的透射光谱的区域。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述区域为透射的光的波段大致相同的区域。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述区域为液晶的取向方向被限制在大致一个方向的区域。
在本发明的液晶显示装置中，优选：上述区域为液晶的取向方向被限制在大致一个方向、且由共用的电压驱动的区域。
发明效果
根据本发明，能够提供每个使液晶面板的特性大致相同的区域的扩散特性的差变小，能得到均匀的显示的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的液晶显示装置的实施方式的纵截面图。
图2是液晶面板的纵截面图。
图3是光控制膜的纵截面图。
图4是光控制膜的横截面图。
图5是表示光控制膜中的黑色层的配置的示意图。
图6是表示光控制膜中的黑色层的配置的示意图。
图7是表示光控制膜中的黑色层的间隔的示意图。
图8是表示液晶层中的液晶的取向状态的示意图。
图9是表示液晶面板的像素的示意图。
图10是表示液晶显示装置的子像素的示意图。
具体实施方式
对本发明的液晶显示装置的实施方式进行说明。
此外，本实施方式是为了使得更好地理解发明的主旨而具体地进行说明，只要没有特别指定，就不是对本发明进行限定。
以下，使用图1～图11对本发明的实施方式进行说明。
此外，在以下的所有附图中，有时为了使得各结构要素容易看见，使尺寸的比例尺根据结构要素的不同而不同地表示。
图1是表示液晶显示装置的实施方式的纵截面图。
本实施方式的液晶显示装置1主要包括：液晶显示体6，该液晶显示体6具有背光源2(光源)、第一偏光板3、液晶面板4和第二偏光板5；和光控制膜7(视野角扩大部件、光扩散部件)。
在图1中，将液晶面板4示意性地图示为1块板状，对于其详细结构将在后面进行说明。观察者从配置有光控制膜7的图1中的液晶显示装置1的上侧观看显示。因此，在以下的说明中，将配置有光控制膜7的一侧称为视认侧(观看侧)，将配置有背光源2的一侧称为背面侧。
在液晶显示装置1中，从背光源2射出的光由液晶面板4进行调制，利用调制后的光来显示规定的图像和字符等。另外，当从液晶面板4射出的光透过光控制膜7时，射出光的角度分布成为比入射光控制膜7之前扩展的状态，光从光控制膜7射出。由此，观察者能够以广的视野角观看显示。
以下，对液晶面板4的具体结构进行说明。
在此，作为液晶面板4，例示有源矩阵方式的透射型液晶面板，但是能够应用于本发明的液晶面板并不限定于有源矩阵方式的透射型液晶面板。能够应用于本发明的液晶面板，例如可以是半透射型(透射反射兼用型)液晶面板或反射型液晶面板，另外，也可以是各像素不具备开关用薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下简写为TFT)的单纯矩阵方式的液晶面板。
图2是液晶面板4的纵截面图。
液晶面板4，如图2所示，具有：作为开关元件基板的TFT基板9；与TFT基板9相对配置的彩色滤光片基板10；和被夹持在TFT基板9与彩色滤光片基板10之间的液晶层11。液晶层11被封入由TFT基板9、彩色滤光片基板10、和将TFT基板9和彩色滤光片基板10隔开规定的间隔贴合的框状的密封部件(未图示)包围的空间内。液晶面板4例如以VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式进行显示，液晶层11使用介电常数各向异性为负的垂直取向液晶。在TFT基板9与彩色滤光片基板10之间配置有用于将这些基板间的间隔保持为一定的球状的间隔物12。此外，显示模式并不限定于上述的VA模式，也能够使用TN(Twisted Nematic：扭转向列)模式、STN(Super Twisted Nematic：超扭转向列)模式、IPS(In-Plane Switching：面内开关)模式等。
在TFT基板9上，呈矩阵状配置有多个作为显示的最小单位区域的像素(未图示)。在TFT基板9上，以相互平行地延伸的方式形成有多个源极总线(未图示)，并且以相互平行地延伸、且与多个源极总线正交的方式形成有多个栅极总线(未图示)。因此，在TFT基板9上，多个源极总线和多个栅极总线形成为格子状，由相邻的源极总线和相邻的栅极总线划分出的矩形状的区域成为一个像素。源极总线与后述的TFT的源极电极连接，栅极总线与TFT的栅极电极连接。
在构成TFT基板9的透明基板14的液晶层11侧的面上，形成有具有半导体层15、栅极电极16、源极电极17和漏极电极18等的TFT19。透明基板14例如能够使用玻璃基板。在透明基板14上形成有由例如CGS(Continuous Grain Silicon：连续晶界硅)、LPS(Low-temperaturePoly-Silicon：低温多晶硅)、α-Si(Amorphous Silicon：非晶硅)等半导体材料形成的半导体层15。另外，在透明基板14上，以覆盖半导体层15的方式形成有栅极绝缘膜20。作为栅极绝缘膜20的材料，可以使用例如氧化硅膜、氮化硅膜或它们的层叠膜等。
在栅极绝缘膜20上，以与半导体层15相对的方式形成有栅极电极16。作为栅极电极16的材料，可以使用例如W(钨)/TaN(氮化钽)的层叠膜、Mo(钼)、Ti(钛)、Al(铝)等。
在栅极绝缘膜20上，以覆盖栅极电极16的方式形成有第一层间绝缘膜21。
作为第一层间绝缘膜21的材料，可以使用例如氧化硅膜、氮化硅膜或它们的层叠膜等。
在第一层间绝缘膜21上形成有源极电极17和漏极电极18。
源极电极17通过贯通第一层间绝缘膜21和栅极绝缘膜20的接触孔22与半导体层15的源极区域连接。同样，漏极电极18通过贯通第一层间绝缘膜21和栅极绝缘膜20的接触孔23与半导体层15的漏极区域连接。
作为源极电极17和漏极电极18的材料，可以使用与上述的栅极电极16同样的导电性材料。
在第一层间绝缘膜21上，以覆盖源极电极17和漏极电极18的方式形成有第二层间绝缘膜24。
作为第二层间绝缘膜24的材料，可以使用与上述的第一层间绝缘膜21同样的材料或有机绝缘性材料。
在第二层间绝缘膜24上形成有像素电极25。像素电极25通过贯通第二层间绝缘膜24的接触孔26与漏极电极18连接。因此，像素电极25将漏极电极18作为中继用电极与半导体层15的漏极区域连接。
作为像素电极25的材料，可以使用例如ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)、IZO(Indium Zinc Oxide：铟锌氧化物)等透明导电性材料。
根据该结构，通过栅极总线供给扫描信号，在TFT19成为导通状态时，通过源极总线供给至源极电极17的图像信号，经半导体层15和漏极电极18被供给至像素电极25。另外，以覆盖像素电极25的方式在第二层间绝缘膜24上的整个面形成有取向膜27。该取向膜27具有使构成液晶层11的液晶分子垂直取向的取向限制力。此外，作为TFT的形态，可以为图2所示的顶栅型TFT，也可以为底栅型TFT。
另一方面，在构成彩色滤光片基板10的透明基板29的液晶层11侧的面上，依次形成有黑矩阵30、彩色滤光片31、平坦化层32、对置电极33和取向膜34。
黑矩阵30具有在像素间区域将光的透射遮断的功能，由Cr(铬)或Cr/氧化Cr的多层膜等金属、或者使碳颗粒分散在感光性树脂中而得到的光致抗蚀剂形成。
彩色滤光片31包含红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的各种颜色的色素，R、G、B中的任一个颜色的彩色滤光片31与TFT基板9上的一个像素电极25相对配置。
平坦化层32由覆盖黑矩阵30和彩色滤光片31的绝缘膜构成，具有使由黑矩阵30和彩色滤光片31形成的台阶缓和而平坦化的功能。
在平坦化层32上形成有对置电极33。作为对置电极33的材料，可以使用与像素电极25同样的透明导电性材料。
另外，在对置电极33上的整个面形成有具有垂直取向限制力的取向膜34。
彩色滤光片31也可以为R、G、B的3种颜色以上的多色结构。
如图1所示，背光源2具有：发光二极管、冷阴极管等光源36；和利用从光源36射出的光的内部反射使该光向液晶面板4射出的导光板37。背光源2可以为光源配置在导光体的端面的边光型，也可以为光源配置在液晶面板4的正下方的正下方型。在本实施方式中使用的背光源2，优选使用对光的射出方向进行控制而使其具有指向性的背光源，即所谓的指向性背光源。通过使用使准直或大致准直的光入射至后述的光控制膜7的光扩散部的指向性背光源，能够减少模糊，进一步提高光的利用效率。上述的指向性背光源，能够通过使导光板37内形成的反射图案的形状和配置等最佳化来实现。另外，在背光源2与液晶面板4之间设置有作为起偏器起作用的第一偏光板3。另外，在液晶面板4与光控制膜7之间设置有作为检偏器起作用的第二偏光板5。
以下，对光控制膜7进行详细说明。
图3是光控制膜7的纵截面图。
光控制膜7，如图3所示，主要包括：基材39；在基材39的一面(与视认侧相反的一侧的面)39a上形成的多个黑色层(遮光层)40；和在与黑色层40相同的基材39的一面39a侧形成的光扩散部41。
该光控制膜7，如图1所示，以设置有光扩散部41的一侧朝向第二偏光板5，基材39的一侧朝向视认侧的姿势配置在第二偏光板5上。
基材39优选使用例如三乙酰纤维素(TAC)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)膜等透明树脂制的基材。
基材39成为在后述的制造工序中在以后涂敷黑色层41和光扩散部40的材料时的基底，需要具备制造工序中的热处理工序的耐热性和机械强度。因此，基材39除了树脂制的基材以外，还可以使用玻璃制的基材等。但是，优选基材39的厚度在不损害耐热性和机械强度的程度内越薄越好。其理由是因为，基材39的厚度越厚，越有可能产生显示的模糊。
另外，优选基材39的总光线透射率按照JIS K7361-1的规定为90％以上。当总光线透射率为90％以上时，能得到充分的透明性。在本实施方式中，作为一个例子，使用厚度为100μm的透明树脂制基材。
黑色层40从视认侧看例如呈椭圆形状，如图3的(A)所示，在基材39的一面39a上，从视认侧看随机地配置。其中，x轴定义为液晶面板4的画面的水平方向，y轴定义为液晶面板4的画面的垂直方向，z轴定义为液晶显示装置1的厚度方向。
黑色层40，作为一个例子，由黑抗蚀剂等具有光吸收性和感光性的有机材料构成。除此以外，也可以使用Cr(铬)或Cr/氧化Cr的多层膜等金属膜。黑色层40的层厚设定为小于光扩散部41的从光入射端面41b至光射出端面41a的高度。另外，在多个光扩散部41间的间隙中，在与基材39的一面39a接触的部分存在黑色层40，在其以外的部分存在空气。
光扩散部41形成在基材39的一面39a中的黑色层40的形成区域以外的区域。
光扩散部41例如由丙烯酸树脂或环氧树脂等具有光透射性和感光性的有机材料构成。另外，优选光扩散部41的总光线透射率按照JISK7361-1的规定为90％以上。当总光线透射率为90％以上时，能够得到充分的透明性。如图4的(A)所示，光扩散部41的光射出端面41a的面积小，光入射端面41b的面积大，水平截面的面积从基材39侧向与基材39相反的一侧逐渐变大。也就是说，光扩散部41在从基材39侧看时，具有所谓的倒锥状的形状。另一方面，黑色层40在从基材39侧看时具有锥状的形状。
光扩散部41是光控制膜7中有助于光的透射的部分。即，入射光扩散部41的光，在光扩散部41的锥状的侧面41c进行全反射，同时在大致被封闭在光扩散部41的内部的状态下传导，从而被射出。光扩散部41形成在基材39的一面39a中的黑色层40的形成区域以外的区域，因此，如图3的(B)所示，从视认侧看随机地配置。
此外，优选基材39的折射率与光扩散部41的折射率大致相同。其理由是因为，例如，当基材39的折射率与光扩散部41的折射率大大地不同时，在从光入射端面41b入射的光要从光扩散部41射出时，有可能在光扩散部41与基材39的界面产生不必要的光的折射或反射，从而产生不能得到期望的视野角、射出光的光量减少等不良情况。
光控制膜7，如图1所示，以基材39朝向视认侧的方式配置，因此，圆锥台状的光扩散部41的2个相对面中的面积小的面成为光射出端面41a，面积大的面成为光入射端面41b。另外，光扩散部41的侧面41c的倾斜角(光射出端面41a与侧面41c所成的角)，作为一个例子，为80°左右。但是，光扩散部41的侧面41c的倾斜角度，只要是在从光控制膜7射出时能够使入射光充分地扩散的角度，就没有特别限定。
在本实施方式的情况下，在相邻的光扩散部41之间存在空气，因此，当假设用例如透明丙烯酸树脂形成光扩散部41时，光扩散部41的侧面41c成为透明丙烯酸树脂与空气的界面。在此，即使假设光扩散部41的周围由其他的低折射率材料填充，就光扩散部41的内部与外部的界面的折射率差而言，与外部存在任何低折射率材料的情况相比，在存在空气的情况下最大。因此，根据斯涅尔定律(Snell’s law)，在本实施方式的结构中，临界角变得最小，光在光扩散部41的侧面41c进行全反射的入射角范围变得最宽。其结果，光的损失进一步被抑制，能够得到高亮度。
另外，在光控制膜7中，如图4所示，黑色层(遮光层)40从视认侧看呈椭圆形状，黑色层(遮光层)40的长边方向，与液晶面板4中使液晶面板的特性大致相同的1个区域50的长边方向交叉。
此外，对于使液晶面板的特性大致相同的1个区域50，将在后面进行说明。
黑色层40之上的光扩散层41，在从基材39侧看时，具有锥状的形状，因此，在黑色层40的上表面40a和下表面40b，光的扩散方向不同。通过黑色层40与上述的区域50均匀地组合，液晶显示装置1的显示也变得均匀。
在图4中，虽然存在稍许的偏差，但是黑色层40的上表面和下表面的至少一部分配置在区域50内，因此，每个区域50的扩散特性之差变小，容易得到均匀的显示。
另外，从容易实现扩散特性的均匀化这一点出发，优选黑色层40的长边方向与区域50的长边方向垂直(黑色层40的长边方向与区域50的长边方向正交)。
在此，对如图5所示，黑色层40的长边方向与区域50的长边方向不交叉，黑色层40的长边方向与区域50的长边方向平行的情况进行说明。
在(a)中，在区域50内基本上不存在黑色层40，因此，光不会被扩散。在(b)中，区域50的大部分被黑色层40覆盖，光的扩散强，透射率低。在(c)中，仅黑色层40的上表面与区域50重叠，虽然存在向黑色层40的上表面方向的配光，但是不存在向黑色层40的下表面方向的配光，成为不对称的特性。当这样使黑色层40的长边方向与区域50的长边方向平行时，每个区域50的扩散特性之差大，不能得到均匀的显示。
另外，如图4所示，黑色层40相对于区域50的配置并不限定于黑色层40的长边方向与区域50的长边方向正交，只要黑色层40的长边方向与区域50的长边方向交叉，就能得到使扩散特性均匀化的效果。例如，可以如图6所示，出于使由与区域50的干涉引起的莫尔条纹和特性均匀化的目的，使黑色层40的朝向和位置随机。
另外，优选黑色层40的椭圆形状的相对的2边包含在区域50中。
由此，黑色层40的上表面和下表面的至少一部分配置在区域50内，因此，每个区域50的扩散特性之差小，容易得到均匀的显示。
进一步，优选如图7所示，黑色层40的间隔(间距)d比区域50的长边方向的长度短。由此，黑色层40的上表面和下表面的至少一部分配置在区域50内，因此，每个区域50的扩散特性之差小，容易得到均匀的显示。
在本实施方式中，例示了从视认侧看的黑色层40的形状为椭圆形状的情况，但是本实施方式并不限定于此，从视认侧看的黑色层40的形状，只要是具有各向异性的形状，则可以为任何形状。作为这样的黑色层40的形状，可以列举长方形状、菱形等。
对使液晶面板的特性大致相同的1个区域50进行说明。
作为区域50，可以列举：具有相同的透射光谱的区域；透射的光的波段大致相同的区域；液晶的取向方向被限制在大致一个方向的区域；液晶的取向方向被限制在大致一个方向、且由共用的电压驱动的区域等。
图8是表示液晶层11中的液晶的取向状态的示意图。图中，表示为圆锥状的部分为液晶61。
在构成液晶层11的液晶单元的畴62～65中，液晶层11的层厚方向中央部的液晶61的预倾斜方向相互不同。在畴62～65中，液晶61的取向状态的变化在包含与X轴成45°的轴和Z轴的平面内产生。在畴62和畴64中，液晶61的倾倒方向为夹着通过像素电极的中心与Z轴平行的直线相互相反的方向。在畴63和畴65中，液晶61的倾倒方向为夹着通过像素电极的中心与Z轴平行的直线相互相反的方向。
将具有这样的关系的畴62～65中的1个(单独的畴)设为作为本实施方式的区域50之一的、具有相同的透射光谱的区域。
也就是说，在本实施方式中，配置成黑色层40的长边方向与畴62～65中的1个畴的长边方向交叉。
图9是表示液晶面板4的像素的示意图。
像素70包括红色部分70R、绿色部分70G和蓝色部分70B。
在本实施方式中，将红色部分70R、绿色部分70G或蓝色部分70B设为作为区域50之一的、透射的光的波段大致相同的区域。
也就是说，在本实施方式中，配置成黑色层40的长边方向与红色部分70R、绿色部分70G和蓝色部分70B中的1个的长边方向交叉。
此外，在本实施方式中，例示了像素70包括红色部分70R、绿色部分70G和蓝色部分70B的情况，但是本实施方式并不限定于此，像素可以包括红色部分、绿色部分、蓝色部分和黄色部分，或者像素可以包括红色部分、绿色部分、蓝色部分、黄色部分和青色部分。
图10是表示液晶显示装置的子像素的示意图。
液晶显示装置80具有2个子像素电极94a、94b，该2个子像素电极94a、94b通过分别对应的TFT93a、93b与相互不同的信号线92a、92b连接。
构成子像素90a和90b的TFT93a、93b的栅极与共用的扫描线(栅极总线)95连接，由同一扫描信号进行导通/截止控制，信号线与(源极总线)92a、92b不同，因此，子像素90a和90b能够控制为完全不同的电压。
在本实施方式中，将与子像素电极94a、94b各自对应的子像素，设为作为区域50之一的、液晶的取向方向被限制为大致一个方向且由共用的电压驱动的区域。
也就是说，在本实施方式中，配置成黑色层40的长边方向与和子像素电极94a、94b各自对应的子像素的长边方向交叉。
此外，在本实施方式中，例示了液晶显示装置具有2个子像素的情况，但是本实施方式并不限定于此，液晶显示装置也可以具有3个以上的子像素。
另外，在本实施方式中，在如图8所示，子像素被分割为液晶的取向状态不同的畴的情况下，畴的数量为子像素的数量×各子像素的畴的数量，可以将该1个1个的畴设为区域50。
产业上的可利用性
本发明能够在液晶显示装置的技术领域广泛利用。
符号说明
1……液晶显示装置；2……背光源(光源)；3……第一偏光板；4……液晶面板；5……第二偏光板；6……液晶显示体；7……光控制膜；9……TFT基板；10……彩色滤光片基板；11……液晶层；12……间隔物；14……透明基板；15……半导体层；16……栅极电极；17……源极电极；18……漏极电极；19……TFT；20……栅极绝缘膜；21……第一层间绝缘膜；22、23、26……接触孔；24……第二层间绝缘膜；25……像素电极；27……取向膜；29……透明基板；30……黑矩阵；31……彩色滤光片；32……平坦化层；33……对置电极；34……取向膜；36……光源；37……导光板；39……基板；40……黑色层(遮光层)；41……光扩散部；50……区域；61……液晶；62、63、64、65……畴；70……像素；80……液晶显示装置；92a、92b……信号线；93a、93b……TFT；94a、94b……子像素电极；95……扫描线。

Claims (8)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，具备：
光源；对从所述光源出射的光进行调制的液晶面板；和配置在比所述液晶面板更靠视认者侧的位置，利用全反射的光控制膜，所述光控制膜具有：具有光透射性的基材；和在所述基材的一面侧形成的遮光层和光扩散部，所述遮光层的图案具有各向异性，所述图案的长边方向与使所述液晶面板的特性大致相同的1个区域的长边方向交叉。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述图案的长边方向与使所述液晶面板的特性大致相同的1个区域的长边方向垂直。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述图案的间隔比所述区域的长度短。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述图案的相对的2边包含在所述区域中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述区域为具有相同的透射光谱的区域。
6.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述区域为透射的光的波段大致相同的区域。
7.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述区域为液晶的取向方向被限制在大致一个方向的区域。
8.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述区域为液晶的取向方向被限制在大致一个方向、且由共用的电压驱动的区域。
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