CN1613027A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示装置，其特征在于，包括：背光灯(1)；用来将从背光灯(1)入射的光平行光化后射出的平行光化机构(2)；使从平行光化机构(2)射出的光透过的液晶单元(3)；和扩散透过液晶单元(3)的光，以扩大视野角的扩大机构(4)，平行光化机构(2)不具有：在从显示面一侧的光学观察中，在与构成液晶显示装置(10)的其他光学材料规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉纹条纹等产生的规则性图案结构。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，尤其涉及能薄型化且具有宽视野角的显示质量优良的液晶显示装置。
背景技术
一直以来，作为扩大液晶显示装置的视野角的方法，公知的是将背光灯平行光化后照射在液晶单元上，只取出对比度和色调良好的正面附近的透射光，通过扩散这些光，从而得到无论从哪个角度观看都有和正面附近相同质量的显示的方法。
在应用所述视野角扩大方法的液晶显示装置中，背光灯的平行光化技术在实用方面存在各种问题。例如在以往所公知的背光灯的平行化技术(如参照日本国特开平10-333147号公报及日本国特开平10-255528公报)中，因为背光灯部分变厚，或光利用效率差、成本高等原因，在实用化时有许多问题。
在这里，如图5所示，在通常的TN(Twisted Nematic)液晶显示装置(不应用视野角扩大机构的液晶显示装置)中，能得到高对比度的区域只有正面的±20度左右的范围。作为只扩大具有正面附近良好显示质量的光的方法，可以列举出将背光灯射出的光的平行度收敛到±20度以内，在透过液晶单元后用扩散机构扩展正面附近的透过光，从而扩大视野角的方法。
在背光灯中作为平行光化机构而使用棱镜聚光板(如3M公司制BEF(Brightness Enhance Film))时，平行度限制为±40度左右。构成背光灯的导光体的形状也可使平行光保持在±40度左右，要使这些作为液晶显示装置的视野角扩大机构来使用，能力是不足的。并且，如BEF那样，在依赖于利用表面凹凸和空气之间的折射率差而使光折射的棱镜效果的光学系统中，通过粘着剂和粘接剂进行层叠是不可能，一定会有空气界面。因此，在组合工序中，就会有在空气界面上夹杂灰尘或杂质，或损伤表面的问题。
并且，作为以往已有的平行光化机构，在使用如图6所示的遮光隔栅薄膜(如3M公司制的光控制薄膜)时，吸收损失增大，在亮度上有问题。
例如，如图6(b)所示，在构成遮光隔栅薄膜20的各个遮光隔栅(着为黑色以吸收光的矩形片)5的宽度W为13μm、各个遮光隔栅5的配置间隔P为250μm时，遮光隔栅薄膜20的最大透射比(使平行光线垂直入射到薄膜20的厚度方向上时的透射比)为95％(250/(250+13)＝0.95)。但是，要使遮光隔栅薄膜20透射后的平行度为±20度，就有必要使图6(a)所示的遮光隔栅5的厚度T为680μm(透过光的平行度由配置间隔P及厚度T来决定)。还有，要在遮光隔栅5的长度方向上使平行的光平行化，就有必要如图6(c)所示，使排列方向相互垂直相交的2张薄膜20进行层叠，结果，作为整体就有约为1.4mm的厚度。这时的最大透射比可以确保为90％左右，平行度也良好，但会有厚度增大的缺点。
此外，在各个遮光隔栅5的厚度T及配置间隔P都为13μm时，最大透射比为50％，要使透过光的平行度为±20度，则厚度T为35μm，通过将2张薄膜20进行层叠，从而作为整体的厚度就达到70μm。可是，2张薄膜层叠后的透射比降低到25％。
同样，在各个遮光隔栅5的厚度T为13μm、配置间隔P为250μm、厚度为100μm时，最大透射比为95％，即使是2张薄膜层叠也可以维持最大透射比为90％，整体的厚度也达到200μm，但透过光的平行度约为±50度，无法得到平行光。
如以上所说明的，作为平行光化机构而使用遮光隔栅薄膜时，就必须牺牲厚度、透射比(亮度)、平行度中的任意一个，在实用上问题很多。
在这里，用于笔记本型个人计算机和移动电话所使用的液晶显示装置的平行光化机构的厚度优选为200μm以下，最好是100μm以下。
从这种观点来看，由反射镜、透镜、棱镜、导光体等构成的平行光机构，厚度和重量的增大是显著的，除了投影仪等特殊用途以外，是不能成为有效的机构。
因此，期望在将背光灯的射出光收敛至可以得到液晶显示装置的良好的视野角特性的范围内，即约±20度以内的同时，能够使吸收损失减少的薄膜状的平行光化机构。
另外，在使用所述的遮光隔栅薄膜、微透镜阵列、微棱镜阵列等的平行光化机构中，也会有在这些机构的微细图案结构与液晶单元的像素之间产生莫尔条纹、很难得到良好显示的问题。即，因为光不从平行光化机构的棱镜的连接点和透镜的间隙等射出，故在射出光中规则性地产生面内浓淡，这就使其与液晶单元的像素之间产生莫尔条纹。为了防止莫尔条纹，也能在平行光化机构的射出侧插入扩散机构，但由此会有平行度恶化的问题。对于在平行光化机构和液晶单元的像素之间产生的干涉条纹也同样。
再有，假如即使通过改变各自的图案结构的规则性(周期)而将液晶单元像素和平行光化机构之间的莫尔条纹和干涉条纹有所缓解，在配置在液晶单元的显示面侧的视野角扩大机构的图案结构和平行光化机构的图案结构之间产生莫尔条纹和干涉条纹的情况。即，在视野角扩大机构中也使用具有微透镜阵列和微棱镜等这样的规则性的图案结构时，有时会在该视野角扩大机构的图案结构和平行光化机构的图案结构之间产生莫尔条纹和干涉条纹。
为了防止其与液晶单元的像素之间的莫尔条纹和干涉条纹的产生，就要对视野角扩大机构的图案结构的尺寸或配置方法下工夫，但用于防止这种莫尔条纹和干涉条纹产生的设计，和用于防止在平行光化机构与液晶单元的像素之间产生的莫尔条纹和干涉条纹的设计相同。因此，有在防止莫尔条纹和干涉条纹产生的部件之间，即视野角扩大机构和平行光化机构之间，容易地再次引起莫尔条纹和干涉条纹的问题。
例如，由于作为平行化光机构，若采用具有在液晶单元的像素之间不使莫尔条纹和干涉条纹产生的程度大小的图案结构，则视野扩大机构也同样采用在其与液晶单元的像素之间不使莫尔条纹和干涉条纹产生的程度大小的图案结构，故两机构的图案结构之间，恰恰成为使莫尔条纹和干涉条纹产生的大小。对两机构的配置方法(角度和排列)的考虑也相同，从不使莫尔条纹和干涉条纹产生的观点来看，能够容许的设计范围狭窄，即，存在作为两个机构可以选择的光学系统的范围明显狭窄的问题。
还有，作为平行光化机构也有利用全息照相(hologram)的提案(如参照美国专利第4984872号说明书)。可是，在全息照相类材料中，通过使垂直入射光透过、斜向入射光发散，只得到使斜向的射出光的透射比降低的效果，在配置于扩散光源(背光灯)中时，获得指向性高的聚光是困难的。并且，因为全息照相类材料柔软而易受应力变形，故有光学可靠性差的问题。
如以上所说明的，具备平行光化机构和视野角扩大机构的现有的液晶显示装置，由于两种机构的微细图案结构所引起的光学性问题，故存在设计的选择范围狭窄，使显示质量优良显示成为可能的实用化困难的问题。
发明内容
本发明为了解决这种现有技术的问题点，其第一目的在于，提供一种在具有宽广视野角的同时，不产生莫尔条纹和干涉条纹的显示质量优良的液晶显示装置。并且，其第二目的在于提供一种能薄型化的液晶显示装置。
为了解决所述的第一目的，本发明提供一种液晶显示装置，其中包括：背光灯；用来将从所述背光灯入射的光平行光化并射出的平行光化机构；使从所述平行光化机构射出的光透过的液晶单元；和扩散透过所述液晶单元的光，以扩大视野角的视野角扩大机构，其特征在于，所述平行光化机构不具有：在从显示面侧的光学观察中，与构成液晶显示装置的其他的光学部件的规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉条纹等产生的规则性图案结构。
根据上述发明，因为包括向液晶单元射出平行光化过的光的平行光化机构；和扩散透过液晶单元的光、以扩大视野角的视野角扩大机构，故提供了一种具有广视野角的液晶显示装置。并且，由于平行光化机构不具有：在从显示面侧的光学观察中，在与构成液晶显示装置的其他光学部件(液晶单元和视野角扩大机构等)的规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉条纹等产生的规则性图案结构，故可以提供一种不产生莫尔条纹和干涉条纹的显示质量优良的液晶显示装置。
优选，也为了解决所述的第二目的，本发明将所述平行光化机构设为带通滤波器。
根据上述发明，通过将带通滤波器的透射波长频带最优化，从而能够只使面向正面方向、平行光化过的光透过。另外，由于带通滤波器通过将蒸镀材料进行多层层叠而形成，故不具有在与构成液晶显示装置的其他光学部件的规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉条纹等产生的规则性的图案结构。还有，由于蒸镀材料等可以薄层化，故具有可以将带通滤波器的厚度薄型化，甚至也能使液晶显示装置薄型化的优点。
所述带通滤波器，除了可以使用胆留醇型液晶聚合物材料形成以外，也可以将蒸镀材料进行多层层叠而形成，或将折射率各不相同的树脂材料进行多层层叠而形成。
如上所述，在将树脂材料进行多层层叠而形成带通滤波器时，所述树脂材料可以是多层挤压后再通过拉伸而进行多层层叠，也能通过薄膜涂敷来进行多层层叠。
优选所述平行光化机构，厚度为200μm以下，由此使具备该平行光化机构的液晶显示装置的厚度薄型化成为可能。此外，所述平行光化机构的厚度，更好是在100μm以下，进一步更好是在50μm以下。
优选从所述平行光化机构射出的光的平行度在±20度以内，由此能有效地利用可以得到通常的TN液晶显示装置中的高对比度的区域。而且，所述光的平行度更好是±15度以内，进一步更好是±10度以内。
优选所述背光灯的光源具有明线光谱，具体地讲，能将3波长冷阴极管、发光二极管或电致发光元件作为光源使用。
优选所述视野角度扩大机构，是实质上不产生向后散射，且实质上不消除偏振光状态的扩散板。
根据上述发明，由于视野角度扩大机构实质上不产生向后散射，故可以防止该视野角扩大机构所导致的透射比降低，同时由于实质上不消除的偏振光状态，能接近液晶单元(如在液晶单元和该液晶单元的显示面侧的偏振片之间)地进行配置，由此能够防止液晶单元的像素的渗杂等的影响。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的主要部分的概略构成的纵向剖面图。
图2是表示实施例1所示的带通滤波器的透射分光特性的图。
图3是表示实施例1所示的液晶显示装置的视野角特性的图。
图4是表示实施例2所示的带通滤波器的透射分光特性的图。
图5是表示现有的液晶显示装置的视野角特性的图。
图6是表示作为现有的平行光化机构的遮光隔栅薄膜的概略构成的图，(a)、(b)、(c)分别表示立体图、俯视图、层叠了2张薄膜的状态的立体图。
图7是表示实施例3所示的选择反射圆偏振光薄膜的透过分光特性的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的主要部分的概略构成的纵向剖面图。如图1所示，本实施方式的液晶显示装置10包括：背光灯1；用于将从背光灯1入射的光平行光化并射出的平行光化机构2；使从平行光化机构2射出的光透过的液晶单元3；和扩散透过液晶单元3的光，以扩大视野角的视野角扩大机构4。
背光灯1，例如除了使用3波长冷阴极管以外，还可以是发光二极管、电子发光元件等具有明线光谱的光源，构成为相对于平行光化机构2呈面状地射出光。而且，作为背光灯1，除了图1所示的所谓的直下型以外，也可以是构成为将光源配置在侧方、通过导光体而呈面状射出的所谓的侧光型。
平行光化机构2不具有：在从显示面侧(图1的纸面上方侧)的光学观察中，在与构成液晶显示装置10的其他的光学部件(液晶单元3或视野角扩大机构4等)的规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉条纹等产生的规则性图案结构，在本实施方式中，是指带通滤波器(以下将平行光化机构2称为带通滤波器2)。
带通滤波器2，例如，如日本国专利申请第2001-60005号和日本国专利申请第2000-281382号所公开的，可以使用胆留醇型液晶聚合物材料，利用胆留醇型液晶的选择反射的角度依存性而形成。利用这种带通滤波器2，能够使由背光灯1射出的光没有吸收损失而进行平行光化。
另外，同样的功能，即使利用通过将蒸镀材料或折射率各不相同的树脂材料在透明基体材料上进行多层层叠而形成的带通滤波器2，也能够实现。
这样，通过利用带通滤波器2的背光灯1的射出光的平行光化，从而与以往相比，具有容易得到平行度高的光的特征。特别是在背光灯1的光源为3波长冷阴极管这种具有明线光谱的光源时，通过根据所述明线光谱将带通滤波器2的透过波长频带最优化，从而只使向正面方向平行光化的光透过成为可能。此外，带通滤波器2，本质上是没有光吸收的滤波器，被反射的非平行光(斜向入射光)，被返回到背光灯1，再向带通滤波器2反射，只有该再反射光的正面方向成分透过带通滤波器2。因此，利用重复以上的动作的所谓光再利用效果，使透过带通滤波器2的正面方向(垂直方向)的光的辉度提高，以高效率射出平行光成为可能。
再有，如前所述，作为带通滤波器2，若利用胆留醇型液晶的圆偏振光选择反射，则如日本国专利申请第2001-60005号和日本国专利申请第2000-281382号所公开的，透过带通滤波器2的平行光成为圆偏振光，如果用1/4波长板将其直线偏振光化，则可以达到实质上不存在吸收损失的高效率平行光化。
还有，如上所述构成的带通滤波器2，面内的微细图案结构可以忽视，除了液晶单元3的像素或视野角扩大机构4之外，在黑底(black matrix)(图中未示出)或液晶显示装置10的最外面所具备的强光处理层(图中未示出)等其他的光学部件之间，不产生莫尔条纹和干涉条纹，在可以得到优良的显示质量的同时，具有使视野扩大机构4的设计范围显著扩大的优点。
进而，和现有的使用微透镜阵列或微棱镜阵列等的平行光化机构相比，带通滤波器2的薄膜层的厚度，除基体材料之外，为几μm～几十μm左右，极薄型化的设计是容易的。另外，因为空气界面没有必要存在，故也能贴在背光灯1等上使用，这种情况下，在操作方面具有大的优点。
更具体的是，在为将胆留醇型液晶聚合物作为材料使用的带通滤波器2时，作为安装在所述材料上的相位差板，使用2张通常的拉伸薄膜(厚度为50μm)，即使用粘着材料将这些薄膜进行层叠，总计厚度为150μm左右。此外，若用液晶聚合物材料形成所述相位差板，并直接粘接各层间，则能够薄型化到50μm左右。在为使用蒸镀材料的带通滤波器2时，除去基体材料，能够薄型化到3μm左右。
视野角扩大机构4，是将由平行光化机构2得到的正面附近的良好显示特性的光透过液晶单元3后进行扩散，为了在全视野角内得到均匀且良好的显示质量而设计的。作为视野角扩大机构4，只要具有使光扩散功能的扩散板，就可以采用各种形式，但优选采用如日本国特开2000-347006号公报和日本国特开2000-347007号公报所公开的实质上不产生向后散射的扩散板(扩散粘着层)。若使用实质上不产生向后散射的扩散板，则具有可以防止由视野扩大方法4导致的透射比降低，同时，从液晶单元3的显示面侧侵入的外光(室内照明和日光)在该扩散板上不向后(即显示面侧)散射，可以抑制对比度降低的优点。具有这样特性的液晶显示装置10，除了大多通过改变液晶显示装置10的朝向，以改变显示装置的纵横方向来进行观看的DTP(desk top publishing)用途以外，也适用于数码相机和摄影机等的液晶显示装置。
并且，视野扩大方法4只要是液晶单元3的显示面侧就可以，也能配置在液晶显示3的显示面侧所配置的偏振片(图中没有示出)的表面背面的任一面。但是，从防止液晶单元3的像素的渗杂等的影响或少量残留的向后散射所引起的对比度降低的观点来看，是在所述偏振片和液晶单元3之间(也就是偏振片的背面侧)，优选尽可能地配置在液晶单元3的附近。另外，在采用这种配置的情况下，优选视野角扩大机构4实质上没有消除偏振光状态，例如，优选使用所述日本国特开2000-347006号公报和日本国特开2000-347007号公报所公开的微粒子分散型扩散板(扩散粘着层)(模糊度(haze)80％～90％左右)。
还有，作为视野角扩大机构4，也能采用如以往就存在的微透镜阵列或全息照相薄膜那样的、在内部具有规则性的图案结构的机构。这种情况下，若在以往，则在构成液晶显示装置的黑底或构成以往的平行光化机构的微透镜阵列、棱镜阵列、遮光隔栅、微反射镜阵列等的图案结构之间容易产生莫尔条纹和干涉条纹。不过，如前所述，由于作为本实施方式的平行光化机构的带通滤波器2的面内的微细图案结构被忽视，从带通滤波器2射出的光没有规则性调制，故没有必要考虑和视野角扩大机构4之间的相性和配置顺序。因此，作为视野角扩大机构4，只要在其与平行光化机构2以外的光学部件(黑底等)之间不使莫尔条纹和干涉条纹产生，就可以选择任意的形式。
而且，作为视野角扩大机构4，在为使用由全息照相材料这种在光扩散性上具有各向异性的材料所形成的扩散板的液晶显示装置100时，因为可以选择性地改善上下左右的视野角特性，故例如适用于横向长度画面的电视的液晶显示装置。
下面，对带通滤波器2的详细内容进行说明。
带通滤波器2，可以通过真空蒸镀法、溅射法、电子束共蒸镀(EB)法、树脂薄膜涂敷法等进行的多层层叠而形成，也可以使用多层挤压的树脂材料的拉伸薄膜，或者将这些带通滤波器的层叠体粉碎成鳞片状，将该粉碎片包埋在树脂中而形成等，由折射率各不相同的物质的薄膜层叠等而形成。下面，进行更具体的说明。
(1)将由蒸镀材料构成的薄膜进行层叠，以形成带通滤波器的情况
作为高折射率材料可以使用TiO2、ZrO2、ZnS等金属氧化物或电介质，作为低折射率材料，使用SiO2、MgF2、Na3AlF6、CaF2等金属氧化物或电介质，通过将这些折射率各不相同的材料在透明基体材料上进行蒸镀层叠，从而可以形成带通滤波器2。
(2)将由树脂组合物构成的薄膜进行层叠，以形成带通滤波器2的情况
例如，可以使用聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、乙烯基咔唑、溴化丙烯酸酯所代表的卤素类树脂组合物，或高折射率无机材料超微粒子包埋树脂组合物等高折射率材料；和3氟乙基丙烯酸酯等所代表的氟类树脂材料或聚甲基丙烯酸甲酯所代表的丙烯酸树脂等低折射率树脂材料，通过将这些折射率各不相同的材料在透明基体材料上进行层叠，从而可以形成带通滤波器2。
(3)使用液晶聚合材料，以形成带通滤波器的情况
例如，利用易溶液晶或热致液晶(thermotropic)，在透明基体材料上形成得到由胆留醇型液晶螺旋结构构成的选择反射的薄膜。在这种薄膜上实施UV聚合、干燥、热固化等处理，将所述结构固定化，以形成带通滤波器。
此外，对于在所述(1)～(3)中使用的透明基体材料的材料并未特别限定，但通常使用聚合物或玻璃材料。作为聚合物的一例，可以使用2醋酸纤维素、3醋酸纤维素等纤维素类聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯类聚合物、聚烯烃类或聚碳酸酯类的聚合物等。
而且，在带通滤波器2和背光灯1之间，配置所谓的反射偏振镜(放射具有和配置在液晶单元3的背光灯侧的偏振片的偏振面垂直相交的偏振面的光)，且在使带通滤波器2的透过光量增大时，作为所述透明基体材料，优选使用相位差少的3醋酸纤维素、未拉伸聚碳酸酯、未拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯，或者ARTON和ZEONOR等薄膜。
下面，对带通滤波器2的选择透过波长的设定进行详细说明。
本实施方式的带通滤波器2设定为：以相当于背光灯1的发光光谱的波峰波长的波长表示最大透射比(将表示最大透射比的波长称为最大透过波长)，同时具有比该最大透过波长更长的波长侧阻断率为50％以上的反射波长(反射率为50％以上的波长)。
在这里，对应于反射波长与最大透过波长之间的差，如后所述，透过带通滤波器2的光的平行度不同，从而可以根据目的任意设定上述差。
即，对应于射向带通滤波器2的光的入射角θ的阻断率为50％以上的反射波长，利用下式(1)近似地导出。
λ2＝λ1×(1-(n0/ne)2×sin2θ)1/2     (1)
在这里，λ1表示将垂直入射光50％以上反射的反射波长的值，λ2表示将入射角为θ的光50％以上反射的反射波长的值，n0表示外部介质的折射率(在空气界面时为1.0)，ne表示带通滤波器2的有效折射率，θ表示入射角。
根据上式(1)，例如对应于背光灯1的发光光谱的波峰波长545nm，反射波长λ1＝555nm，带通滤波器2的有效折射率ne＝2.0，若将空气界面残留配置，则反射波长λ2＝545nm的入射角θ约为±22度以内。即，若入射角θ在±22度的范围内，则可以得到50％以上的透射比(相反，若入射角θ在±22度范围外，则λ2＜545nm，比该λ2长的波长侧的所述背光灯1的波峰波长545nm的光，50％以上不能透过带通滤波器2)。同样，若反射波长λ1＝547nm，则反射波长λ2＝545nm的入射角θ约为±10度，若反射波长λ1＝545.5nm，则反射波长λ2＝545nm的入射角θ约为±5度左右。
这样，通过设定带通滤波器2的最大透过波长(背光灯1的发光光谱的波峰波长)和反射波长λ1，就可以自由地控制透过带通滤波器2的光的平行度。
而且，在存在多个背光灯1的发光光谱的波峰波长时，可以针对各个波长进行同样的设定。例如，在将3波长冷阴极管作为光源的背光灯1的情况下，蓝色光大多具有435nm的波峰波长，绿色光大多具有545nm的波峰波长，红色光大多具有610nm的波峰波长，可以对应于各个波峰波长进行带通滤波器2的反射波长λ1的设定。
具体而言，在上述例子中，若分别将反射波长λ1设定为：蓝色光为436.6nm、绿色光为547nm、红色光为612.3nm，则和颜色无关，入射角θ约为±10度。即，不管颜色如何，都能在以正面为基准的±10度的范围内控制透过带通滤波器2的光的平行度。
并且，带通滤波器2中的各波长的最大透射比可以通过膜质的设计而进行改变，但为了调整透过光的色调，就要调整形成背光灯1的光源的各色荧光体的配合量，或者形成适合于所述每个不同波长的最大透射比的背光灯1，或者通过调整形成背光灯1的光源(多个发光二极管)的各个发光二极管的供给电力，从而能够达到适合所述每个不同波长的最大透射比的背光灯1的发光光谱强度。
再有，在为使用胆留醇型液晶聚合物材料而形成的带通滤波器2时，胆留醇型液晶的选择反射的角度特性，如特愿2001-60005号或特愿2000-281382号所公开的，选择反射光的波长频带Δλ，由胆留醇型液晶的平均折射率的差Δn，利用下式(3)导出。
Δλ＝Δn×P×cosθ        (3)
在这里，P表示胆留醇型液晶螺旋结构的螺距间隔，θ表示入射角。
因此，根据上式(3)，和所述带通滤波器的情况同样，能够设计、控制透过光的平行度。
并且，在带通滤波器2和背光灯1之间，优选配置所定扩散板(图中未示出)。若配置所述扩散板，则斜向入射到带通滤波器2而被反射的光由该扩散板散射，因为可以再利用该散射光的一部分(相对带通滤波器2垂直入射的成分)，故能够提高从背光灯1射出光的利用效率。作为这种扩散板，除了在表面形成凹凸形状，以发挥光的扩散功能以外，还可以通过将折射率不同的微粒子包埋在树脂中等方法而形成。在这里，特别是将所述扩散板和背光灯1接近配置时，就可能由所述扩散板和背光灯1之间的间隙的光干涉而产生牛顿环。因此，若面向背光灯1侧的表面有凹凸形状的方式形成扩散板，则可以抑制所述牛顿环的产生，能够维持背光灯1的质量。并且，在带通滤波器2的背光灯1侧的面上，也可以形成兼备用来抑制牛顿环产生的表面凹凸形状和光扩散功能的层。
而且，带通滤波器2，无论贴在液晶单元3及背光灯1的哪一侧，都可以发挥其光学功能。例如，通过粘接剂或粘着剂，将带通滤波器2的光学功能面(和基体材料相反侧的面)贴在液晶单元3上，同时通过使带通滤波器2的基体材料暴露在空气界面上，从而可以保护光学功能面。再有，即使通过粘接剂和粘着剂将光学功能面贴在背光灯1上，也同样能够保护光学功能面。
实施例
下面，通过说明实施例和比较例，更进一步明确本发明的特征。
(实施例1)
以厚度50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为基体材料，以表1所示的设计值将TiO2/SiO2的蒸镀薄膜进行15层层叠(总计厚度约为53μm)，制作具有如图2所示的透过分光特性的带通滤波器。
 表1
    层     材料     膜厚(nm)
    15     TiO2     92.1
    14     SiO2     130.1
    13     TiO2     68.3
    12     SiO2     97.2
    11     TiO2     63.2
    10     SiO2     88.2
    9     TiO2     152.1
    8     SiO2     92.8
    7     TiO2     70.7
    6     SiO2     50.3
    5     TiO2     148.6
    4     SiO2     95.8
    3     TiO2     65.5
    2     SiO2     96.9
    1     TiO2     65.3
            基体材料
在构成通常的无指向性背光灯(所用的冷阴极光源的发光光谱如图2所示)的导光体上配置扩散板，再在其上配置所述带通滤波器时，就可以看到透过带通滤波器的光在±20度的正面附近平行光化。
还有，将所述光学系统和具有如图5所示的视野角特性的TFT液晶面板组装。更具体的是，考虑到可操作性，用丙烯类粘着剂(日东电工公司制No.7、厚度为25μm)，将带通滤波器的蒸镀面侧粘贴在液晶面板的光源侧偏振片上。这样，通过将蒸镀面侧贴在液晶面板上，可以防止蒸镀面上的损伤的产生，提高可操作性。
根据以上构成，可以只取出良好显示区域的光。因此，作为TFT液晶板的显示面侧偏振片的粘着材料(相当于视野角扩大机构)，配置模糊度88％的光扩散性粘着材料(日东电工制前置扩散器(front diffuser)、厚度约为30μm(相对于丙烯类粘着材料(折射率1.47)，将SiO2类圆球粒子φ4μm分散的材料))。由此得到的液晶显示装置的视野角特性如图3所示。如图3所示，可以知道视野角扩大，且良好的视看区域被扩大。
(实施例2)
作为低折射率树脂使用氟类丙烯酸酯树脂(日产化学公司制LR202B)，作为高折射率材料使用含有无机高折射率超微粒子的丙烯酸酯树脂(JSR制)，通过多层薄膜涂敷，将这些在基体材料(富士胶片公司制TAC薄膜(TD-TAC))以表2所示的设计值共计进行21层层叠，制作具有如图4所示的透过分光特性的带通滤波器。换言之，作为低折射率树脂使用氟类溶胶凝胶膜(nd＝1.4)，作为高折射率树脂使用含有ZrO2超微粒子的硬涂层树脂(nd＝1.7)，以厚度80μm的TAC薄膜为基体材料，将这些进行多层薄膜涂敷，制作带通滤波器。
                  表2
    层     折射率nd     膜厚[nm]
    21     1.71     78.69
    20     1.40     94.91
    19     1.71     76.47
    18     1.40     91.13
    17     1.71     209.91
    16     1.40     86.91
    15     1.71     73.47
    14     1.40     90.1
    13     1.71     187.19
    12     1.40     90.48
    11     1.71     79.55
    10     1.40     100
    9     1.71     83.27
    8     1.40     102.99
    7     1.71     85.58
    6     1.40     106.79
    5     1.71     88.36
    4     1.40     102.94
    3     1.71     382.65
    2     1.40     113.23
    1     1.71     90.23
              基体材料
并且，在所述带通滤波器的背光灯侧的面上，涂敷含有φ4μm的圆球状三聚氰氨树脂微粒子的丙烯类硬涂层树脂，形成兼备有用于抑制牛顿环发生的表面凹凸形状和扩散功能的层。通过附加所述层，从而在背光灯侧上不需要配置扩散板的同时，可以提高带通滤波器的表面硬度，显著提高可操作性。
在将所述带通滤波器配置在通常的无指向性的背光灯上时，和实施例1同样，透过带通滤波器的光在±20度的正面附近平行光化，可以从液晶单元中只取出良好显示区域的光。
再有，在液晶单元的显示面侧，作为视野角扩大机构配置30μm间距的棱镜阵列。在这里，所述的棱镜阵列，为了防止在其与黑底之间产生的莫尔条纹，以约15度的倾斜角度配置。
在以上构成中，作为平行光化机构，由于使用的是带通滤波器，故不存在平行光的亮度的规则性变化。因此，视野角扩大机构的配置，只考虑其与黑底之间的关系就可以，在可以简单地决定配置的同时，可以在±50度的范围内获得没有灰度转换的良好显示的质量。
(实施例3)
首先，相对于3波长冷阴极管的发光光谱435nm、545nm、610nm，制作选择反射波长频带为440～490nm、550～600nm、615～700nm、反射右圆偏振光的选择性反射圆偏振光薄膜1。
在所述薄膜1的制作时，参考欧洲专利申请公开第83475号说明书中的记载，制作3种液晶混合物，以使选择反射中心波长分别为480nm、550nm及655nm。具体而言，首先将下列的化学式1所表示的向列单体A和下列化学式2所表示的手性单体B(与欧洲专利申请公开第834754号说明书所记载的成镜像对称)分别进行合成。
化学式1
Figure A0380191000181
化学式2
Figure A0380191000191
下面，根据各个选择反射中心波长，以以下的混合比混合所述液晶组合物A和B。即，对应于选择反射中心波长480nm，以组合物A/组合物B＝9.81进行混合，对应于选择反射中心波长560nm，以组合物A/组合物B＝11.9进行混合，对应于选择反射中心波长655nm，以组合物A/组成B＝14.8进行混合。
所述各混合物，分别做成四氢呋喃的33重量％的溶液，在60℃的环境下氮气清洗，添加0.5重量％的反应催化剂(偶氮二异异腈)，进行聚合处理。由此得到的聚合物，利用二乙醚再沉淀分离进行精制。
作为涂敷所述聚合物的基体材料，使用厚度为75μm的PET薄膜。在该基体材料表面上涂敷约0.1μm的PVC层，利用人造纤维制的摩擦布进行摩擦。
将所述聚合物作为二氯甲烷的10重量％的溶液，在所述基体材料上利用线锭进行涂敷，以使干燥时的厚度约为1μm。涂敷后，在140℃下干燥15分钟。该干燥处理完成后，通过将液晶在室温冷却固定，以得到液晶薄膜。
关于以上述各混合比聚合得到的各聚合物，经过以上所说明的工序，制作对应于各个选择反射中心波长的液晶薄膜，通过异氰酸酯类粘接剂互相贴合，将PET薄膜适当除去，最后，将各个液晶薄膜从短波长侧开始按照顺序进行三层层叠，制作具有厚度约为5μm的液晶复合层的选择反射圆偏振光薄膜1。如上所述地制作出的选择反射圆偏振光薄膜1的透过分光特性如图7所示。
一方面，作为反射左圆偏振光的薄膜2，使用日东电工公司制NIPOCS薄膜(PCF400)。这种薄膜通常是以辉度提高为目的而使用的圆偏振光反射偏振片。
将所述薄膜1及薄膜2进行贴合，和1/4波长板进行层叠，再使偏振片和透过轴一致地进行贴合。由此，成为与日本国专利申请第2001-60005号所公开的带通滤波器(光学元件)同样的结构，可以知道透过该带通滤波器的光，对应于所述3波长在约±15度左右的正面附近平行光化。
利用所述带通滤波器，即通过利用圆偏振光2色性，背光灯的光利用效率，和实施例1、实施例2相比，提高1.5倍左右。并且，在液晶单元的显示面侧上将不产生模糊度88％的实质上向后散射的视野角扩大功能薄膜进行层叠，通过使从所述带通滤波器射出的光透过，从而可以得到在视野角内的均匀性的灰度转换不产生的良好显示质量。
(实施例4)
取代实施例1的光扩散性粘着材料，将φ100μm的细密填充微透镜型视野角扩大薄膜进行层叠。因为在视野角扩大薄膜的透镜与液晶显示装置的黑底之间产生莫尔条纹，故旋转视野角扩大薄膜的粘贴角度，可除去莫尔条纹。即使在本实施例中，也可以得到在其与作为平行光化机构的带通滤波器之间不产生莫尔条纹和干涉条纹的良好的显示质量。
(比较例1)
使用微型隔栅型平行光化薄膜(各遮光隔栅的宽度为13μm，配置间隔为250μm)，使从背光灯射出的光平行光化。将排列方向垂直相交的2张薄膜进行层叠后的整体厚度为1.4mm，透过所述薄膜的光，在±10度正面附近平行光化。
接着，将由φ100μm的微透镜阵列薄膜构成的视野角扩大薄膜配置在液晶单元的显示面侧。
调整平行光化薄膜的角度进行配置，以使平行光化薄膜和黑底之间不产生莫尔条纹，虽然在其与黑底之间不产生莫尔条纹，但在其与视野角扩大薄膜之间产生莫尔条纹。还有，可以尝试旋转视野角扩大薄膜，以降低其平行光化薄膜之间产生的莫尔条纹，但对应于旋转角，在视野角扩大薄膜和黑底之间产生莫尔条纹，显示质量恶化。
(比较例2)
作为平行光化机构，使用50μm间距的透镜阵列。
接着，将由φ100μm微透镜阵列薄膜构成的视野角扩大薄膜配置在液晶单元的显示面侧。
调整平行光化薄膜的角度进行配置，以使平行光化薄膜和黑底之间不产生莫尔条纹，虽然在其与黑底之间不产生莫尔条纹，但在其与视野角扩大薄膜之间产生莫尔条纹。还有，虽然可以尝试旋转视野角扩大薄膜，以降低在其与平行光化薄膜之间产生的莫尔条纹，但对应于旋转角，在视野角扩大薄膜和黑底之间产生莫尔条纹，显示质量恶化。
如以上所说明的，根据本发明的液晶显示装置，由于具备向液晶单元射出平行光化过的光的平行光化机构；和扩散透过液晶单元的光，以扩大视野角的视野角扩大机构，所以可以提供具有宽广视野角的液晶显示装置。并且，因为平行光化机构不具有：在从显示面侧的光学观察中，在与构成液晶显示装置的其他光学部件(液晶单元或视野角扩大机构等)的规则性图案结构之间使莫尔条纹或干涉条纹等产生的规则性图案结构，故可以提供不产生莫尔条纹和干涉条纹的显示质量优良的液晶显示装置。
特别是，在平行光化机构为带通滤波器时，通过将带通滤波器的透过波长波段最优化，从而能够只使面向正面方向而平行光化的光透过。此外，因为带通滤波器是通过将蒸镀材料进行多层层叠而形成的，故不具有在与构成液晶显示装置的其他光学部件的规则性图案结构之间使莫尔条纹或干涉条纹等产生的规则性图案结构。还有，因为蒸镀材料等可以薄层化，故具有可以薄型化带通滤波器的厚度，进而液晶显示装置的薄型化也成为可能的优点。

Claims (14)

1.一种液晶显示装置，其中包括：背光灯；用来将从所述背光灯入射的光平行光化并射出的平行光化机构；使从所述平行光化机构射出的光透过的液晶单元；和扩散透过所述液晶单元的光，以扩大视野角的视野角扩大机构，其特征在于，
所述平行光化机构不具有：在从显示面侧的光学观察中，在与构成液晶显示装置的其他的光学部件的规则性图案结构之间使莫尔条纹和干涉条纹等产生的规则性图案结构。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述平行光化机构是带通滤波器。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述带通滤波器使用胆留醇型液晶聚合物材料而形成。
4.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述带通滤波器是将蒸镀材料进行多层层叠而形成的。
5.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述带通滤波器是将折射率各不相同的树脂材料进行多层层叠而形成的。
6.根据权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，所述树脂材料是多层挤压后通过拉伸而进行多层层叠的。
7.根据权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，所述树脂材料是通过薄膜涂敷而进行多层层叠的。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述平行光化机构的厚度为200μm或其以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，从所述平行光化机构射出的光的平行度在±20度以内。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述背光灯的光源具有明线光谱。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光源为3波长冷阴极管。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光源为发光二极管。
13.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述光源为电致发光元件。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述视野角扩大机构是实质上不产生向后散射，且实质上不消除偏振光状态的扩散板。
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