JP2001290142A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレステリック液晶もしくはカイラルネマチ
ック液晶を用いたカラーフィルタにおける反射光の短波
長側への波長シフトを抑制する。 【解決手段】 液晶表示装置１０において、バックライ
ト装置１２からの出射光を、屈折率等を調整した第１及
び第２のプリズムシート１６、１８を通して出射光角度
の範囲が出光面での法線に対して±１０°、好ましくは
±５°の範囲となるようにして、カラーフィルタ２０に
入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、透過型液晶表示
装置に係り、特に、コレステリック液晶又はカイラルネ
マチック液晶からなるカラーフィルタを用いた透過型液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型カラー液晶表示装置は、液晶セル
の背後からバックライト光を照射し、液晶セルを透過し
た光をカラーフィルタに通して液晶パネル表面から出射
させ、カラー表示をするようにしている。

【０００３】このようにした液晶表示装置としては、例
えば特開平９−３１８８０７号公報に開示されるよう
な、２枚のガラス基板間にカラーフィルタ用のコレステ
リック液晶を分散したコレステリックフィルムと１／４
波長板とを液晶セルの入光側に配置したものがある。

【０００４】このカラーフィルタは、輝度、色純度にお
いて、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルタと比較
して優れた性能を有している。特に、温度によりその選
択反射光の波長が変化し、更に紫外線照射によって液晶
状態を保持できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用
いることにより、従来と比較して簡単に製造することが
できるという利点がある。

【０００５】前記のようなコレステリック液晶、及び、
カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩
序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしている
という特性がある。即ち、液晶分子軸と平行な平面内で
は、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、
隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずか
に回転しているので、これが順次連続して螺旋構造とな
っている。

【０００６】一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光
に分けることが可能であり、コレステリック液晶もしく
はカイラルネマチック液晶は、前記右旋及び左旋両成分
の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、該液晶の
ねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、
他方の円偏光成分は透過するという特性がある。

【０００７】このとき、反射光の、入射光に対する位相
の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光
方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリ
ック液晶もしくはカイラルネマチック液晶のねじれのピ
ッチに伴い変化する。このピッチは、液晶にねじれの力
を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例え
ば温度、電場、磁場等）により変化する。

【０００８】従って、上記のようなパラメータを、可視
域で制御することにより、赤、緑、青の反射光を形成さ
せることができ、且つ、それ以外の波長の光を従来のカ
ラーフィルタのように透過させることができる。

【０００９】ここで、上記のようなコレステリック液晶
もしくはカイラルネマチック液晶は、２枚のガラス、ア
クリル等の光透過性の基板に挟み込まれた状態でセルを
構成している。

【００１０】この場合、前記液晶の螺旋軸は、基板に対
して垂直となり、バックライト光が白色光の場合、透過
光をイエロー、シアン、マゼンタとすることが可能であ
る。更に、上記のようなセルを２枚積層することによ
り、例えば、透過光がイエローである液晶とシアンであ
る液晶を積層した場合は緑の透過光を形成可能であり、
同様にしてイエロー、シアン、マゼンタを組み合わせる
ことにより赤、緑、青の透過光とすることができる。こ
の場合、セルからバックライト光源方向に反射した光
は、バックライト光源の背面側にある反射板で再び反射
され再利用され、光の利用効率を向上させている。

【００１１】具体的には、例えば、図３に示されるよう
に、透過型液晶表示装置に用いられているバックライト
装置１は、導光板２、この導光板２の一側端面２Ａから
導光板２内に光を供給する冷陰極管等の光源３、前記導
光板２の光出射面２Ｂ側に設けられた光拡散板４、第１
及び第２のプリズムシート５、６、及び導光板２の前記
光出射面２Ａと反対側の面に隣接して設けられた反射シ
ート７を含んで構成されている。

【００１２】前記バックライト装置１においては、通
常、前記光拡散板４、第１のプリズムシート５及び第２
のプリズムシート６の各々における出光面での輝度視角
特性を、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、順次狭
めていき、最終的に、第２のプリズムシート６の出光面
での開口角度を１５°程度に絞り込んで前方方向に光量
を増幅し、表示面の輝度を確保するようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなバックラ
イト装置において、通常の顔料分散や染色によるカラー
フィルタに代わって、前述のようなコレステリック液晶
もしくはカイラルネマチック液晶を用いたカラーフィル
タを適用すると、これら液晶は、螺旋軸に対して斜めに
入射した光を、垂直に入射したときに比べて短波長側に
シフトして反射するという特性がある。このため、液晶
の配向軸に対して斜めにバックライト光が入射すると、
その透過光が正面から透過した場合に比べ短波長側にシ
フトされ、観察側からの視角変化により、色表示が変化
してしまうという問題点がある。

【００１４】この発明は上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、コレステリック液晶又はカイラルネ
マチック液晶を含むカラーフィルタに対して光源光の入
射角度が小さくなるようにし、これによって色表示を正
確にできるようにした液晶表示装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、請求項１の
ように、光源からの光を面状に出射するバックライト装
置と、基材上にコレステリック液晶又はカイラルネマチ
ック液晶の一方からなる液晶層を配置してなり、前記バ
ックライト装置の出光面側に設けられたカラーフィルタ
とを有する透過型液晶表示装置において、前記バックラ
イト装置からのバックライト光の前記カラーフィルタへ
の入射前位置での入射光角度が、カラーフィルタ面での
法線に対して±１０°、好ましくは±５°の範囲となる
ようにして上記目的を達成するものである。

【００１６】又、前記透過型液晶表示装置において、前
記バックライト装置の出光面と前記カラーフィルタとの
間に、前記出光面から出射した光源光を集束して、出射
光角度を狭める少なくとも一枚のプリズムシートを設け
るようにしてもよい。

【００１７】更に、前記透過型液晶表示装置において、
前記カラーフィルタの出光面側に、これと略平行に、前
方散乱板を配置するようにしてもよい。

【００１８】この発明においては、カラーフィルタに入
射するバックライト装置からのバックライト光が、その
出光面からの出射光角度範囲が狭められているので、カ
ラーフィルタを構成するコレステリック液晶もしくはカ
イラルネマチック液晶の螺旋軸に対する入射角度が小さ
くなり、カラーフィルタでの反射光が短波長側にシフト
することが抑制される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１に示されるように、この発明の実施の
形態の例に係る透過型液晶表示装置１０は、無偏光光を
出射するバックライト装置１２と、このバックライト装
置１２の出光面１３Ａ側に設けられた光拡散板１４と、
この光拡散板１４の出光面側に順次配置された第１及び
第２のプリズムシート１６、１８と、このプリズムシー
ト１６、１８上に配置された円偏光分離フィルム１９
と、コレステリック液晶又はカイラルネマチック液晶の
一方からなるカラーフィルタ２０を含む液晶セル２２
と、この液晶セル２２の出光側に配置された１／４波長
層２４と、この１／４波長層２４の出光面側に配置され
た直線偏光板２６とを備えて構成されている。

【００２１】前記バックライト装置１２は、板状の光透
過性材料からなる導光板１３と、この導光板１３の一側
端面１３Ｂから導光板１３内に光を入射させる冷陰極管
等からなる光源１２Ａと、前記導光板１３における出光
面１３Ａと反対側の裏面１３Ｃに臨んで配置された、例
えば金属フィルム等からなる反射シート１２Ｂと、から
構成されている。

【００２２】前記光拡散板１４は、光拡散剤を含んだ透
光性樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）等からなり、バックライト装置１２側から入射した
光を、反対側の光出射面１４Ａから拡散して出射するも
のである。

【００２３】又、前記第１及び第２のプリズムシート１
６、１８は、断面三角形状のプリズム部１６Ａ、１８Ａ
を等間隔に一方向に並列して各々備えたものであり、プ
リズム部１６Ａと１８Ａとの稜線が直交するように配置
されている。

【００２４】この第１及び第２のプリズムシート１６、
１８は、光透過性樹脂からなり、プリズム部１６Ａ、１
８Ａの頂角及び材料による屈折率を適宜選択することに
よって、出光面（図において上側面）からの出射光の拡
散範囲（出射光面度）を狭めるようにされている。

【００２５】ここで、前記バックライト装置１２の出光
面１３Ａから出射したバックライト光は、一旦光拡散板
１４において拡散された後、第１及び第２のプリズムシ
ート１６、１８におけるプリズム部１６Ａ、１８Ａによ
ってその出射光角度が狭められ、前記円偏光分離フィル
ム１９に入射する直前位置においてその出射光角度が、
前記出光面での法線に対して±１０°、好ましくは±５
°の範囲となるように、前記プリズム部１６Ａ、１８Ａ
の頂角及び第１、第２のプリズムシート１６、１８の屈
折率が選択されている。

【００２６】なお、円偏光分離フィルム１９に入射する
直前位置において出射光が±１０°、好ましくは±５°
の範囲となるようにしたが、本発明はカラーフィルタ２
０に入射する直前位置において出射光が±１０°、好ま
しくは±５°の範囲となればよい。

【００２７】前記円偏光分離フィルム１９は、複屈折性
を有するフィルムを３層以上積層し、更にこれに１／４
波長層を積層して構成されている。上記の複屈折性を有
するフィルムはポリカーボネート系樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等の面内複屈折率
を示す物質を延長等の方法によって得ることができる。

【００２８】この他、前記円偏光分離フィルム１９とし
ては、コレステリック液晶を用いてフィルム内でコレス
テリックピッチに分布を持たせることで、可視光全てに
わたって左旋円偏光、右旋円偏光のいずれか一方を選択
的に反射するフィルムを用いてもよい。

【００２９】前記カラーフィルタ２０は、液晶セル２２
と共に、一対のガラス基板２８Ａ、２８Ｂ間に配置さ
れ、カラーフィルタ２０を透過した光が液晶セル２２を
通って、更に、前記１／４波長層２４及び直線偏光板２
６を通って観察側に出光するようにされている。

【００３０】前記カラーフィルタ２０は、前述と同様
の、コレステリック液晶又はカイラルネマチック液晶の
一方からなる液晶層により構成されている。コレステリ
ック液晶層の場合、カラーフィルタ２０は、例えば特開
平９−３１８８０７号公報等に開示されるようなコレス
テリックフィルムを用いる。

【００３１】又、前記液晶セル２２は、印加する電圧に
よって、カラーフィルタ２０を経て透過する円偏光の透
過量を制御するようにされている。

【００３２】又、前記１／４波長層２４は、例えばポリ
イミド等の高分子材料からなる位相板であり、入射する
円偏光を直線偏光に変換する作用を備えている。

【００３３】前記直線偏光板２６は、前記１／４波長層
２４によって変換された直線偏光の一方の光の偏光方向
に合わせてその偏光面が配置され、これによって、例え
ば液晶セル２２に電圧が印加されているとき透過してき
た直線偏光のみを透過するようにされている。

【００３４】前記第１及び第２のプリズムシート１６、
１８の材料としては、ポリメタアクリル酸メチル、ポリ
アクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又はメタアク
リル酸エステルの単独もしくは共重合体、ポリエチレン
テレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリ
エステル、ポリカーボネート、ポリエチレン等の透明な
樹脂、透明なガラス、透明なセラミクス等の透光性材料
からなる平面形状をしたシート状又は板状の部材から構
成されている。

【００３５】上記のような液晶表示装置１０において、
光源１２Ａからの光源光は、導光板１３に入射し、ここ
で内部反射を繰り返しながら、出光面１３Ａから光拡散
板１４方向に出射する。又、導光板１３の裏面１３Ｃか
ら出射した光は反射シート１２Ｂによって反射されて導
光板１３内に戻り、出光面１３Ａから出射する。

【００３６】出光面１３Ａから出射した光は、光拡散板
１４においてその出射方向が拡散された状態で、前記第
１及び第２のプリズムシート１６、１８に順次入射す
る。

【００３７】この過程で、プリズム部１６Ａ、１８Ａ
が、出射光の角度範囲を、出光面の法線に対して±１０
°、好ましくは±５°の範囲で狭めるように、その屈折
率及び頂角が選択されている。

【００３８】従って、第２のプリズムシート１８から出
射した光の拡散範囲は、出光面の法線に対して前記のよ
うに、±１０°以内、好ましくは±５°以内とされ、こ
の状態で前記偏光分離フィルタ１９に入射する。

【００３９】偏光分離フィルム１９は右旋円偏光もしく
は左旋円偏光のいずれか一方のみを選択的に透過し、そ
れ以外の光を反射する。この作用によりカラーフィルタ
２０で分離され得る方向の円偏光のみを利用し、それ以
外の光は導光板１３で内部反射又は反射シート１２Ｂで
反射して、再利用している。

【００４０】カラーフィルタ２０は、前述のように、コ
レステリック液晶層又はカイラルネマチック液晶層によ
って構成されているので、液晶の旋回方向と一致した円
偏光のうちカイラルピッチに応じた特定波長の光を反射
し、その波長以外の光は透過する。反射された円偏光
は、前記光拡散板１４を経て導光板１３に戻り、ここか
ら、内部反射又は一旦反射シート１２Ｂで反射された
後、再度出光面１３Ａからバックライト光として前記光
拡散板１４を経て出射する。

【００４１】前述のように、前記第１及び第２のプリズ
ムシート１６、１８を透過した光の拡散範囲は、光出射
面の法線に対して±１０°、好ましくは±５°の範囲に
狭められているので、カラーフィルタ２０において反射
される円偏光成分は、反射面の法線に対して狭い角度範
囲に集中する。

【００４２】従って、カラーフィルタ２０の反射光が短
波長側にシフトすることが抑制される。このため、カラ
ーフィルタ２０を透過した光の短波長側への波長のずれ
が少ないので、色表示のずれが抑制される。

【００４３】前記液晶セル２２においては、カラーフィ
ルタ２０を透過した円偏光を印加電圧のオン・オフによ
って変調し、所定の旋回方向の円偏光として出射する。

【００４４】前記１／４波長層２４においては、液晶セ
ル２２から出射した円偏光の位相をシフトすることによ
って直線偏光とする。このとき、前記液晶セル２２にお
ける電圧の印加の有無によって、１／４波長層２４によ
って変換された直線偏光光の偏光面は９０°相違するこ
とになる。

【００４５】１／４波長層２４によって変換された直線
偏光のうち、前記直線偏光板２６の偏光方向と一致する
成分のみが観察側に出射し、表示光となる。

【００４６】なお、上記液晶表示装置１０において、１
／４波長層２４は、液晶セル２２と直線偏光板２６との
間に配置されているが、本発明はこれに限定されるもの
でなく、例えば前記一対のガラス基板２８Ａ、２８Ｂ内
において、カラーフィルタ２０と液晶セル２２との間に
配置してもよい。

【００４７】この場合、液晶セル２２は、例えば旋光モ
ードとして、カラーフィルタ２０を経て１／４波長層２
４によって変換された直線偏光の出光時における偏光面
を制御するようにしてもよい。

【００４８】又、上記液晶表示装置１０において、バッ
クライト装置１２からのバックライト光は、第１及び第
２のプリズムシート１６、１８によってその拡散範囲が
±１０°、好ましくは±５°の範囲となるようにしてい
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、１枚のプ
リズムシート、あるいは２枚以上のプリズムシート、更
には、レンズシートを用いてもよい。

【００４９】又、プリズムシートの場合、断面三角形状
に限定されるものでなく、蒲鉾型、波型、等であっても
よい。

【００５０】更に、プリズムシートではなく、特表平９
−５０５４１２号公報等に開示されている光出力面積よ
り小さい光入力面積を有する傾斜光学部材や、特表平８
−５１１１２９号公報等に開示されているマイクロプリ
ズムや、バックライトから出射した光源光のうち傾斜し
た光成分を吸収するような少なくとも一枚のルーバーフ
ィルムや、バックライト装置１２として散乱導光板を用
いた場合には特開平１１−５２３７７号公報等に開示さ
れている一枚のフィルムの上下にプリズム形状を形成し
たフィルムを用いることでカラーフィルタ２０への入射
光角度を±１０°、好ましくは±５°の範囲となるよう
にしてもよい。

【００５１】なお、上記実施の形態の例に係る液晶表示
装置１０において、直線偏光板２６から出射した光がそ
のまま表示光となっているが、本発明はこれに限定され
るものでなく、例えば図２に示される本発明の実施の形
態の第２例に係る液晶表示装置３０のように、前記表示
光出射面に、前方散乱板３２を設けて、表示光を散乱さ
せ、これによって観察側からの視野角度を大きくすると
よい。

【００５２】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、コ
レステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶から
なるカラーフィルタに入射する光の入射角度を狭くし
て、この透過光の視角に応じた短波長側への非波長シフ
トを抑制し、又、反射光を再度バックライトで反射して
カラーフィルタに入射させ、表示光となるときの短波長
側への波長シフトも抑制して、正確な色表示を得ること
ができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例に係る液晶表示装置の
表部を分解して示す略示断面図

【図２】同実施の形態の第２例にかかる液晶表示装置を
示す図１と同様の略示断面図

【図３】従来の液晶表示装置の光源部を示す略示断面図

【図４】同液晶表示装置における光源部の出光面におけ
る出光の輝度視覚特性を示す線図

【符号の説明】

１０、３０…液晶表示装置 １２…バックライト装置 １３Ａ…出光面 １４…光拡散板 １６…第１のプリズムシート １８…第２のプリズムシート ２０…カラーフィルタ ２２…液晶セル ２４…１／４波長層 ２６…直線偏光板 ３２…前方散乱板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を面状に出射するバックライ
   ト装置と、基材上にコレステリック液晶又はカイラルネ
   マチック液晶の一方からなる液晶層を配置してなり、前
   記バックライト装置の出光面側に設けられたカラーフィ
   ルタと、を有する透過型液晶表示装置において、 前記バックライト装置からのバックライト光の前記カラ
   ーフィルタへの入射前位置での入射光角度が、カラーフ
   ィルタ面での法線に対して±１０°、好ましくは±５°
   の範囲となるようにしたことを特徴とする透過型液晶表
   示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記バックライト装置
   の出光面と前記カラーフィルタとの間に、前記出光面か
   ら出射した光源光を集束して、出射光角度が狭める少な
   くとも一枚のプリズムシートを設けたことを特徴とする
   透過型液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記カラーフィ
   ルタの出光面側に、これと略平行に、前方散乱板を配置
   したことを特徴とする透過型液晶表示装置。