CN1621899A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置，在最前面具有偏光板的显示装置上设置透光性罩，即便在经由偏光太阳镜等偏光板来进行观察的情况下也能保证辨识性。显示装置包括：在最前面具有偏光板的显示元件；配置于上述显示元件的前方，面内具有迟延的透光性罩；以及配置于上述偏光板和上述透光性罩之间，降低上述透光性罩的迟延对于人的辨识的影响的、面内具有迟延的透光性光学元件。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置，特别涉及在前面设置了透明树脂等的保护用罩的显示装置。

背景技术

在液晶显示装置等显示装置中，为防止刮伤和破损，有时在前面设置保护用的透光性的罩(cover)。对于这样的罩，从容易成形和表面强度的观点出发，多使用聚碳酸酯(polycarbonate)或丙烯酸(acryl)树脂等。

液晶显示装置多使用最前面具有偏光板的结构。扭曲向列(twisted nematic，TN)液晶显示装置(LCD)、超级扭曲向列(STN)LCD大多是夹着液晶层地配置一对偏光板。在反射型的情况下也在表面侧配置偏光板。在正交配向型LCD中也大多是至少在前面侧配置偏光板。

显示装置并不限于在室内照明下使用，还有在车辆用、航空器用等外光下或有外光进入的环境下使用。显示装置的观察者多是根据外部环境而佩戴偏光太阳镜(sun glass)等。作为驱动方式使用段(segment)电极型、单纯矩阵型、有源矩阵型等。

如果佩戴偏光太阳镜来观察在最前面具有偏光板的液晶显示元件的前面设置了透光性罩的显示装置，在显示画面上会看到浓淡或干涉色，显示难以看清。如果不能辨识本来的显示，则显示装置就失去意义。另外，例如在汽车或航空器等中，有时显示色具有特定的意义。不希望该显示色因干涉而被看成其他颜色。即便是均匀的，也不希望显示色变化。

日本特开平10-010522号中指出，如果通过偏光眼镜来观察液晶显示画面，则出现偏光眼镜和液晶显示装置互相带来不好影响，显示变暗难以看清、辨识性下降等现象，为防止该现象，提出了在液晶显示装置的观察者侧设置偏光消除板的方案。使用楔形水晶板等来消除从显示装置射出的光的偏光，使之成为无偏光，从而即使通过偏光太阳镜等来观察也不会降低辨识性。

最前面具有偏光板的显示装置不限于液晶显示装置。日本专利第2761453号中提出了一种在出射侧提供偏光板、对比度较高、辨识性好的有机(organic)电致发光(electro-luminescence，EL)装置。

发明内容

如上述那样，如果对最前面具有偏光板的显示装置设置透光性罩，经由偏光太阳镜等偏光板来观察，则有时显示发生变化而使辨识性恶化。如果使用楔形水晶板等来消除偏光，则虽然能够保证辨识性，但成本变高。还有用扩散膜消除偏光的方法。这时，虽然成本得以抑制但显示上会产生模糊。

本发明的目的在于提供一种在对最前面具有偏光板的显示装置设置透光性罩，即便在经由偏光太阳镜等偏光板来观察的情况下，也能保证辨识性的显示装置。

本发明的其他目的在于提供一种在对最前面具有偏光板的显示装置设置透光性罩，即便在经由偏光太阳镜等偏光板来观察的情况下，也能防止差色、因场所而造成的浓淡不均等显示差异的显示装置。

本发明的技术方案提供一种显示装置，包括：在最前面具有偏光板的显示元件；配置于上述显示元件的前方，面内具有迟延的透光性罩；以及配置于上述偏光板和上述透光性罩之间，降低上述透光性罩的迟延对于人的辨识的影响的、面内具有迟延的透光性光学元件。

即使戴着偏光太阳镜来观察也能保证显示装置的辨识性，并能够降低差色或浓淡不均。

附图说明

图1(A)、(B)是用于说明本发明的实施例的剖面图和图表。

图2(A)～(D)是表示为确认本发明实施例的效果而制作的简化了的样品的结构的剖面图以及样品的平面照片。

图3(A)～(F)是用于说明现有技术的例子的剖面图、图表、照片。

图4(A)～(E)是表示仿真(simulation)结果的曲线图。

图5(A)、5(B)是表示仿真结果的曲线图。

图6是表示本发明的其他实施例的剖面图。

具体实施方式

在说明本发明的实施例之前，先说明以往的在TN-LCD上设置保护用透光性罩的情况。

图3A是示意性地表示液晶显示装置的结构的剖面图。上基板1和下基板2相对，其间夹着液晶层3来构成TN-LCD单元。在TN-LCD单元两外侧配置偏光板5、6，构成标准白或标准黑的液晶显示装置。如果经由具有与出射侧偏光板的偏光轴正交的偏光轴的偏光太阳镜来观看TN-LCD则成为全黑。在下基板2下侧配置后退灯(back light)7并使其向上方照射照明光。为保护该液晶显示装置，在最表面的偏光板上方设置保护用透光性罩8。透光性罩8是通过注塑成型使树脂在水平方向流过而制作成的聚碳酸酯制的透明板。

图3(B)表示偏光板的偏光轴、基板上的方向性涂层(镀层)的研摩/抛光(rubbing)方向等的角度关系。上侧基板1的研摩方向是自x轴、y轴45度的方向，上侧偏光板5的偏光轴平行于上侧基板的研摩方向。下侧基板2的研摩方向是与上侧基板1的研摩方向成90度的方向，下侧偏光板6的偏光轴平行于下侧基板的研摩方向。形成有具有90度螺旋(扭曲)角的标准白TN-LCD。

液晶层3的双折射与单元厚度之积Δn·d、也就是液晶单元的迟延以能见度最大的波长550nm被设定为满足作为Gooch & Tarry的第一最小条件的476nm。

若戴着偏光太阳镜来观察该液晶显示装置，则看到加入了黑影那样的浓淡，或看到差色等非常不好看。这样，因罩的追加而产生浓淡、差色等对于人进行辨识的影响(妨碍本来的显示的影响)。但是，如经由偏光太阳镜来看没有罩的液晶显示装置时那样，不会出现在某个方向上显示成为全黑，显示完全看不见的情况。

作为透光性罩的成型方法，大多采用注塑成型(injection mold)。众所周知若用注塑成型来制作透光性树脂制薄板，则产生以树脂的流动方向为光学轴的迟延(retardation)。即，沿流动方向折射率较高、而在正交方向上折射率较低。迟延不一样，依照流动方向而在各处具有差异。

除注塑成型外，还有从原板材(mother plate)进行冲裁的方法等。这种情况下，已知原板材本身具有大致均匀的单轴性的迟延。当进行冲裁后，在周边部因冲裁时的应力等而产生光轴或迟延值的差异。

考虑到出射光的偏光状态因透光性罩的迟延而发生变化。为易于理解地分析该状况，测试图3(C)所示的简化后的结构。在相当于最表面的偏光板的偏光板5和相当于偏光太阳镜的偏光板10之间夹持透光性罩8后在白色荧光灯下进行观察。

图3(D)、3(E)是正交偏光镜(Nicol)配置、平行偏光镜配置时的照片。在这两者中，观察到黑影状的浓淡和差色等，显示较难观看。另外，照片周围的黑边是因在透光性罩表面印刷黑色的涂料而形成的。在黑框内配置LCD乃至其对应物。

图3(F)表示在一对偏光板间插入透光性罩，检查透光性罩8的迟延的光轴分布后的结果。透光性罩的树脂流动方向是图中水平方向。在面内迟延有所差异，但平均来说迟延的滞相轴沿图中作为水平方向的箭头方向分布。将该方向称为主光轴方位。另外，该方向与照片外箭头所示的注塑成型时的树脂的流动方向一致。注塑成型后在树脂的流动方向上产生光轴，这与以往的所了解的知识相吻合。

如果在最前面有偏光板的显示装置的前面设置透光性罩，经由偏光太阳镜来观察，则有可能观察到浓淡和差色，而妨碍正确的识别。

本发明者考察了在因追加透光性罩而产生迟延，显示较难观看时，如果使迟延进一步变化会产生什么样的现象。实验结果可知，通过主动地附加某程度以上的迟延，因罩的追加对人的辨识造成的影响就得以抑制从而能够保证显示的辨识性。

图1(A)是示意性地表示本发明的实施例的液晶显示装置的结构的剖面图。上基板1和下基板2相对，其间夹有液晶层3，在两外侧配置偏光板5、6，构成标准白的TN-LCD液晶显示装置。在下方配置后退灯7，在前面配置透光性罩8。该结构与以往相同。

进而，在透光性罩8和上侧偏光板5之间配置具有迟延的光学元件，例如由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制作的迟延膜9。迟延膜是在膜面内具有折射率较大的轴和折射率较小的轴的双折射率的膜，是作为折射率差的Δn和膜厚d之积的迟延R＝Δn·d，被设定成预定值的膜。作为迟延膜9的迟延值，准备了与透光性罩8的迟延之和为2000nm、4000nm、6000nm这3种。

图1(B)表示图1(A)的结构中的研摩方向、偏光轴、迟延轴的关系。构成TN-LCD单元的基板1、2的研摩方向、偏光板5、6的偏光轴、透光性罩8的主光轴方位(滞相轴)与图3(B)是一样的。迟延膜9的滞相轴方位与透光性罩8的主光轴方位(滞相轴)平行。即，迟延膜9具有与透光性罩8同方向的迟延而共同使迟延变大。

迟延膜的滞相轴相对于从液晶单元射出光的上侧偏光板5的偏光轴成45度角。可以考虑从偏光板5射出的直线偏光由迟延膜等分成相位滞后(滞相)轴分量和相位超前(进相)轴分量。如果以波长λ相位滞后轴分量滞后λ/4(90度)(λ/4板)，则合成波成为圆偏光。如果滞后λ/2(180度)(λ/2板)，则合成波成为使偏光轴旋转了90度的直线偏光。如果是正交偏光镜(cross nicol)则透过，如果是平行偏光镜则遮光。如果相位滞后轴分量滞后270度，则产生圆偏光，如果滞后360度，则合成光就成为与原来相同的直线偏光。此时如果是正交偏光镜则遮光，如果是平行偏光镜则透过。

依照光的波长，即使是相同的迟延相对于相位超前轴分量的相位滞后轴分量的相位滞后(波长差)也有变化。在波长λ(1/2)波长(λ/2)的滞后，在波长2λ就是(1/4)波长的滞后。前者产生直线偏光，后者产生圆偏光。如果是1个波长和(1/2)波长，则成为正交的直线偏光。这样的与波长相应的变化表现为振动的透过光光谱。

当迟延之和为2000nm时，虽然整体上看着略带差色，但各处不同的浓淡和差色从哪里看都看不出来。不论从哪个方向看、将偏光太阳镜的偏光轴设定成任何角度，显示部的亮度都大致恒定而易于观看。整体的差色因观看方向和偏光轴角度而多少有些变化，但显示面整体上是均匀地变化，所以不太会被注意到。

试着使迟延膜9的滞相轴和偏光板5的偏光轴所成的角度从45度开始变化。在角度从30度到60度的范围内，能够得到与45度时大致同等的结果。在从20度到30度、从60度到70度的范围内，与以往例子相比浓淡和差色变浅其效果减低了。在从0度到20度、从70度到90度的范围内，是与以往例子大致同样的结果。即，加入了迟延膜的效果几乎看不出来。

当迟延之和为4000nm时，各处不同的浓淡和色偏从哪里看都看不出来，整体上的色偏也完全没有了。不论从任何方向看、将偏光太阳镜的偏光轴设定成任何角度，显示部的亮度都大致恒定而非常易于观看。

试着改变迟延膜的滞相轴的方向和偏光板的偏光轴所成的角度。与迟延为2000nm时一样，在从30度到60度的范围内看到理想的效果，在从20度到30度以及从60度到70度的范围内看到降低了的效果。

在xy面内，如果将与x轴成角度45度的向量分解为x分量和y分量，则产生相等大小的x分量和y分量。如果使角度从45度偏离，则x分量和y分量的大小上产生差。例如，若x分量大，则产生与y分量相等的第1x分量和多余的第2x分量，第2x分量成为不受变化的定常分量。换言之，可认为如果从45度偏离，因干涉而变化的第1分量减少，则迟延膜的效果减少。如果设角度为0度，则从偏光板出射的直线偏光与迟延膜的滞相轴方向一致，所以没有相位超前分量，使用迟延膜的效果消失。

当迟延之和为6000nm时，是与迟延之和为4000nm时大致相同的结果。

还试着制作了罩的迟延与迟延膜的迟延值之和为600nm、1000nm的液晶显示装置的样品。

当迟延值之和为600nm时，在各处都能明显地看到颜色不同的相当严重的差色。若改变观看的方向，或使偏光太阳镜的偏光轴旋转，则差色眼花缭乱地变化非常难以看清。在显示色有意义的情况下，误识别的可能性变高。感觉到还是不插入迟延膜的以往例子要容易观看。

试着改变迟延膜的滞相轴和偏光板的偏光轴所成的角度。角度越偏离45度，严重的差色就变得越少，在接近0度和90度时，成为与以往例子同样的浓淡、差色。结论是该情况不比以往例子容易观看。

当迟延值之和为1000nm时，看到与600nm时同样严重的差色，非常难以看清。即使改变迟延膜的滞相轴和偏光板的偏光轴的角度，也与600nm时一样。

图2(A)与针对以往例子的图3(C)的结构一样，是表示简化了实施例的结构的样品的结构的剖面图。拆掉液晶显示部，仅取从出射侧偏光板5往后的结构。即，将偏光板5、迟延膜9、透光性罩8、偏光板(对应于偏光太阳镜)10进行叠层，用白色荧光灯从下方照射，从上方观察。

图2(B)是通过正交偏光镜配置的偏光板来观察迟延2000nm的区域A和迟延4000nm的区域B后的照片。在区域A中，看到稍微带着粉红色的差色。在区域B中，完全看不到差色保持为荧光灯的白色。

图2(C)是迟延之和为6000nm的样品。与图2(B)的区域B一样，完全看不到差色，保持成荧光灯的白色。

图2(D)表示迟延值之和为600nm、1000nm时的图2(A)所示的简化后的结构的照片。区域C是迟延值之和为600nm的情况，区域D是迟延值之和为1000nm的情况。两区域都产生了不均匀的严重的差色。

为验证以上的观察结果进行了理论计算。虽然实际上除迟延膜外还插入有罩，但在罩的主光轴和膜的主光轴平行时，在光学上按两者之和来考虑也没问题。聚碳酸酯制的罩所产生的迟延，根据用罩单体插入到偏光板间时的差色的程度而考虑为位于从200nm到600nm，也有场所上的差异。差异不确定在仿真中忽视了差异。

由仿真得到了在正交偏光镜配置的一对偏光板之间、以使滞相轴相对于偏光轴成45度的角度、插入了具有预定迟延的迟延膜后的结构的、遍及可见光全区域的透过光光谱。计算中所用的偏光板是理想的，设对全波长偏光度为100％没有光吸收。迟延膜设为完全的单轴性、没有光吸收。考虑了界面上的反射。

图4(A)～4(E)分别是表示迟延为600nm、1000nm、2000nm、4000nm、6000nm时的仿真结果的光谱。从图可知透过光光谱是相对于波长以大致相同的振幅反复取极大值、极小值的振动波形。极大值、极小值的波长若迟延变化则左右进行移位。迟延越大振动的周期越短。

图4(A)～4(E)是波长为380nm至780nm的透过率光谱。在图4(A)中，有1个极大值和1个极小值。在图4(B)中，有2个极大值和1个极小值。在图4(C)中，有4个极大值和3个极小值。在图4(D)中，有7个极大值和7个极小值。在图4(E)中，有11个极大值和10个极小值。

在以往例子中，仅插入了罩时迟延是从200nm～600nm。这大致相当于图4(A)或从图4(A)以与图4(B)相反的方向进行了变化的情况。在可见光区域中会出现最多1个极大峰值(和最多1个极小峰值)。实际上，根据场所的差异，峰值波长会场所性地变化。已知具有较少峰值的光谱具有相当的差色。这能够说明在以往例子中观察到了差色的情况。在迟延较小时，仅出现1个极大值。差色变少，产生浓淡的差异。

在除聚碳酸酯的罩外还使用了迟延较小(600nm、1000nm)的迟延膜时，成为在显示部中凌乱地分布着迟延为数百到数千nm左右的迟延的情况。如从图4(A)、4(B)、4(C)所推测那样，在可见光区域中具有1个至2、3个左右与极大峰值和对应的极小峰值的光谱，就在各场所一边使峰波长变化一边进行射出。

如图4(A)的情况下着蓝色、图4(B)的情况下着紫色那样，具有数个左右以下的峰值的光谱具有相当严重的差色。能够说明使用迟延膜结果却反而变差的情况。

如图4(C)、4(D)、4(E)那样，若迟延变大，则在可见光区域中具有相当多(大于等于4个)的极大峰值的光谱，在每个场所一边使峰波长位置变化一边进行射出。此时，由于人眼对波长所具有的积分作用，这样的具有多个峰值的光谱的光已无法分解为颜色，而可看到全波长大致为相同强度的白色显示。即使迟延因场所而变化数百nm，光谱也仅左右移位，或其周期多少有些变化，故在任何场所都辨识为白色显示。这样，就能够消除差色不均和浓淡不均。包括由追加罩而引起的浓淡不均、差色不均的对人的辨识的影响，通过迟延膜的追加就得以抑制。

之所以在迟延2000nm下看到少许的差色，考虑是因为峰值的个数较少故人眼的颜色分解能力仅有一点点所致。

图5(A)、5(B)表示以迟延6000nm，改变迟延膜的滞相轴和偏光板的偏光轴所成的角度的情况。图5(A)表示30度的情况，图5(B)表示0度的情况。比较图4(E)和图5(A)，则可知随着角度偏离45度光谱的振幅变小。在0度时，没有振动振幅成为0。这也可以认为是如上述那样根据迟延的轴方向和偏光的方向，由迟延变化的分量减少乃至消失。

这样，虽然通过插入具有较大迟延的膜，能够防止差色、浓淡，但这并不是消除偏光。使偏光状态变化，根据波长而使其效果不同。

在使用了正交偏光镜偏光元件时，入射光成为直线偏光，通过迟延膜受到因面内方向而不同的迟延。若相位滞后轴分量成为反转后的状态后则成为90度的偏光轴旋转，透过正交偏光镜。当180度旋转后则再次被遮光。在中间状态下成为圆偏光或椭圆偏光。根据波长，这样的偏光状态产生变化，相对于波长表示振动。

还作成了迟延膜的滞相轴方向和罩上所产生的迟延的主光轴方位相正交的样品。使用了迟延值合计为4000nm这样的结构。当在戴着偏光太阳镜的状态下观察该液晶显示装置时，与两方向平行的情况相比，整体的差色和各场所不同的浓淡及差色较大稍微难以看清。仅从合计值不能说明该现象，但实际观察的结果就清楚明了。

这样，根据本发明的实施例，即使是使用偏光太阳镜来观看在前面具有偏光板的液晶显示装置的前面配置了具有不均匀的迟延的罩的显示装置，也能够看到良好的显示而不会感到不适的差色不均和浓淡不均。

另外，虽然说明了使用透光性罩和迟延膜的情况，但显然使用同时具有迟延膜和透光性罩的功能的透光性罩或透光性光学部件，也能取得同样的效果。

虽然以TN-LCD为例进行了说明，但图1(A)所示的液晶显示装置也可以是STN-LCD或正交配向型。驱动方式可以是段电极型、单纯矩阵型、有源矩阵型等任一种。罩可以由具有聚碳酸酯、丙烯酸树脂那样的强度和透明性的树脂来形成。罩并不限于由注塑成型来形成，也可以使用从原板材冲裁出的罩。只要是具有迟延的即可。当迟延在面内更均匀时，就能够得到更稳定的结果。也可以取代迟延膜而使用具有预定的迟延的光学元件。还可以在制作出罩后，在其表面粘接经过延伸的PET层。

另外，并不限于液晶显示装置，还能够广泛适用于在前面具有偏光板的显示装置。

图6示意地表示有机EL显示装置的结构。在玻璃等基板1上叠层电极11、有机EL层12、电极13来构成有机EL元件。在其上方配置有圆偏光板15、迟延膜19、罩18。圆偏光板以(1/4)波长板和偏光板的组合，在最前面配置偏光板。迟延膜19、罩18与前面所述的实施例相同。

以上，沿用实施例说明了本发明，但本发明并不限于这些。例如，可以进行各种变更、改良、组合等这对本领域技术人员而言显而易见。

Claims (15)

1.一种显示装置，包括：

在最前面具有偏光板的显示元件；

配置于上述显示元件的前方，面内具有迟延的透光性罩；以及

配置于上述偏光板和上述透光性罩之间，降低上述透光性罩的迟延对于人的辨识的影响的、面内具有迟延的透光性光学元件。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩的迟延和上述透光性光学元件的迟延之和大于等于2000nm。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩的迟延和上述透光性光学元件的迟延之和大于等于4000nm。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩的迟延的平均滞相轴方向与上述透光性光学元件的迟延的滞相轴方向平行。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩的迟延在面内有一定方向性的基础上有所差异，迟延的方向平均上是确定的。

6.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩通过注塑成型而形成，局部上具有大致以流动方向为滞相轴的迟延，面内具有差异，迟延从约200nm到约600nm。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性光学元件的迟延的滞相轴方向，与上述偏光板的偏光轴成30度至60度的角度。

8.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性光学元件的迟延的滞相轴方向，与上述偏光板的偏光轴成约45度的角度。

9.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性光学元件为膜状。

10.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述显示元件是液晶显示元件。

11.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述显示元件是有机EL元件。

12.根据权利要求1至6的任一项所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性罩用聚碳酸酯或丙烯酸树脂形成，上述光学元件用聚对苯二甲酸乙二酯形成。

13.一种显示装置，包括：

在最前面具有偏光板的显示元件；以及

配置在上述显示元件的前方，面内具有大于等于2000nm的迟延的透光性光学部件。

14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于：

上述透光性光学部件包括表面侧的透光性罩和背面侧的迟延膜。

15.根据权利要求13或14所述的显示装置，其特征在于：

上述偏光板的偏光轴和上述透光性光学部件的迟延的滞相轴方向成30度至60度的角度。

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