JP2002122864A - 液晶表示装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半透過型液晶パネルの透過表示の色純度が悪
い。 【解決手段】 バックライトからの光を斜めに入射する
ことで色純度を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射光を利用し、
かつバックライトの透過光でも照らすカラー液晶パネル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の電池で駆動する機器のディ
スプレイは、低消費電力の反射型液晶が用いられてい
る。反射型液晶は、液晶パネルの背後に反射板を設けて
いるが、暗いところでも見えるように、反射板を半透過
膜として、バックライトを背後に設けた半透過型液晶も
使われている。

【０００３】微小な赤、緑、青の３色のカラーフィルタ
ーを一方の基板内面に設けて反射型液晶をカラー化す
る、反射カラー液晶が、最近商品化されているが、カラ
ーフィルターを設けると、光の透過率が下がり、暗い表
示になってしまう。そこで、明るさを稼ぐために、カラ
ーフィルターの彩度を下げて、透過率を上げた仕様に
し、また、反射板の凹凸を制御して、散乱性を抑えて、
視野角を狭めることにより、最大輝度を上げている。

【０００４】半透過型のカラー液晶としては、例えば、
特開平11-52366では、画素毎に、反射膜に部分的に穴を
開けて、透過部分を形成するか、または、アルミなどの
金属膜の膜厚を薄くして、半透過膜とすることにより、
半透過型のカラー表示を行っている。このとき、観察者
側から入射した光は、反射板で反射を挟んで、液晶層と
カラーフィルターを往路と復路で２回通る。一方、バッ
クライトからの光は背面側から入射し、偏光板を通っ
て、液晶層とカラーフィルターを１回通って、表側の偏
光板を通って出射する

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の半透過型カラー
液晶では、反射光はカラーフィルターを２回通り、透過
光は１回しか通らないので、反射表示は色が濃く、透過
表示では色は薄くなる。反射表示にカラーフィルターの
濃度を合わせると、透過表示ではカラーフィルターの濃
度は半分になるので彩度が非常に低く、逆に透過表示に
カラーフィルターの濃度を合わせると、反射表示の透過
率が下がって、非常に暗い表示になってしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液晶表示装置は、「カラーフィルターを具
備する、半透過型液晶パネルとバックライトを有し、バ
ックライトからの入射光が、入射後の屈折角で、基板法
線に対して４２度以上、９０度以下の光を含む」ことに
より、透過でも反射でも良好な色純度の表示が可能にな
る。

【０００７】このとき、バックライトからの入射光が、
カラーフィルターを透過後、進行方向を基板法線方向に
近づける偏向または散乱層を有することを特徴とするこ
とが、視野方向の観点から望ましい。

【０００８】また、屈折角の中心値がおよそ６０度であ
ることにより反射と透過の色がほぼ一致して好ましい。

【０００９】また、基板面に対して傾斜面を有する樹脂
表面が液晶パネルの背面側に光学的に結合していること
により、屈折角を４２度以上にできる。

【００１０】本発明の第２の液晶表示装置は、カラーフ
ィルターを具備する半透過パネルと、前記カラーフィル
ターに対応するピッチで、出射光を色分離したバックラ
イトを具備することにより、透過でも反射でも良好な色
純度の表示が可能になる。

【００１１】このとき、半透過パネルの基板がプラスチ
ックで、さらに好ましくは、基板の厚みが０．４ｍｍ以
下であることにより、色分離の色純度を上げやすい。

【００１２】また、本発明の照明装置は、光源と、導光
板と、導光板の入射面または出射面に、所定の色を透過
し、その補色を反射する複数の色の選択反射膜を設けた
ことにより、光利用効率が高く、かつ出射光の色分離が
できる。

【００１３】このとき、照明装置の出射側にマイクロレ
ンズを設けることにより、出射光の拡散により色が混ざ
るのを抑えることができる。このような、照明装置と、
受光型表示素子、特に液晶パネルを具備する表示装置に
より、色純度の高い表示が得られる。

【００１４】また、望ましくは、受光型表示素子がカラ
ーフィルターを具備することにより、照明装置では色分
離された色純度が十分ではなくても、色純度が高めるこ
とができる。

【００１５】本発明の第２の照明装置は、光源と、前記
点光源の光を導光し、所定の方向に反射する傾斜面を具
備する棒状の導光棒と、前記所定の方向に反射した光を
入射させる導光板とを具備し、前記導光板が、複数の線
状導光路を有し、前記複数の線状導光路の入射面に３色
のカラーフィルターを設けたことにより、色分離ができ
る。特に、カラーフィルターが、所定の色を透過し、そ
の補色を反射する複数の色の選択反射膜であることによ
り、光利用効率が高くなる。また、照明装置の出射側に
マイクロレンズを設けたことにより、色分離した色の純
度低下を抑えられる。

【００１６】このような照明装置と、受光型表示素子を
具備する表示装置は、光利用効率が高く、低消費電力化
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１について、図１に基づいて説明する。

【００１８】但し、説明に不要な部分は省略し、又、説
明を容易にする為に拡大或いは縮小等して図示した部分
がある。以上のことは以下の図面に対しても同様であ
る。

【００１９】図１は、本発明の液晶表示装置の断面図で
ある。半透過液晶パネル１は、上基板２の内面に散乱膜
３、カラーフィルター４ｒ、４ｇ、４ｂ、各カラーフィ
ルター上には透明電極５が形成されている。下基板６上
には、アルミを２５０ｎｍ成膜した透過率約３０％の半
透過膜７で電極を形成している。配向処理をした後、上
下基板間に液晶８を挟み、偏光板９、１０を外側に貼付
した半透過型液晶パネルに、ＬＥＤ１１と導光板１２か
らなる照明装置１３を裏の偏光板１０に粘着樹脂１４を
挟んで接触させ、パネルと照明装置を光学的に結合し
た。

【００２０】観察者側から入る外光１５は、パネルに入
射すると屈折して、屈折角は小さくなる。例えば３０°
入射で屈折角は１９度となり、垂直入射と光路長は６％
程度しか差がない。外光１５は、偏光板９、散乱膜２、
カラーフィルター(図１では４ｇ)、液晶層を通り、半透
過膜で反射して、往路で同じ層をもう一度通る。カラー
フィルターを２度通るので、カラーフィルターの濃度は
通常の透過型の半分に設定している。

【００２１】一方、ＬＥＤ１１から出射した光は、導光
板の背面で全反射して、液晶パネル１へ入射角θが６０
°±１０°となるように導光板の楔形状を設計した。パ
ネルへ入射した光は、光路長が垂直入射の場合の、１／
Ｃｏｓ（６０°）＝２倍になるので、カラーフィルター
を通る長さが倍になりカラーフィルターの濃度が倍にな
り、外光に対する反射表示の場合とほぼ同じ高い色純度
が得られる。

【００２２】従来の半透過型液晶では、バックライトの
パネルへの入射角は垂直方向を中心に数十度の分布を持
っていたが、空気層を経てからパネルへ入射すると、入
射後の屈折角は、入射角が６０度でも３５度に、９０度
でも４２度に小さくなってしまい、斜め入射光でも光路
調は２割程度しか上がらない。斜め入射により色純度を
上げるには、従来のようなバックライトではなく、例え
ば、本実施形態のように、導光板を光学結合するような
方法が必要である。カラーフィルターの色純度だけでは
なく、液晶層を通る光路長も垂直入射では、反射時と透
過時では異なってしまう。そのため、液晶層の複屈折に
よる光変調率を反射に合わせると、透過時のコントラス
トが低下する、といった問題があった。この問題にたい
しても、斜め方向から入射させることで、複屈折量Δｎ
ｄ（Δｎ：複屈折率、ｄ：光路長）がカラーフィルター
に対する作用と同様に倍になるので、光変調率が反射と
透過でほぼ一致して、コントラスト向上ができる。

【００２３】なお、照明装置として図１の構造以外に
も、プリズム状の突起をパネルの背面側に光学結合する
など、基板面に対して傾斜面を有する部材が、とくに偏
光板と膨張率を合わせる意味で、樹脂が好ましいが、こ
れを、パネルに光学結合すれば、空気層は挟む場合の上
限値４２°より大きな角度で斜め入射させることができ
る。

【００２４】（実施の形態２）図２は、本発明の照明装
置の斜視図で、ＬＥＤ１９から出た光は、楔形をした棒
状の導光体２０の側面で全反射して、選択反射カラーフ
ィルター２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを通り、線条の導光路
２２へ入射する。選択反射カラーフィルター２１ｒ、２
１ｇ、２１ｂは、各々赤、緑、青を透過し、その補色を
反射する機能がある、コレステリック液晶ポリマーを塗
布したものである。選択反射カラーフィルターで反射し
た色の光は棒状導光体に戻り、全反射して他の色のカラ
ーフィルターを通り抜ける。このため、吸収などによる
光のロスなく色分離ができる。

【００２５】次に、図３の断面図で、線条導光体２２に
入射したＲ、Ｇ、Ｂの光は、線条導光体２２の上部の板
部材２３上に設けたマイクロレンズ２４で、平行度が増
し、垂直方向を中心におよそ半値幅で±１５度以下の平
行光にできた。線条導光体の幅３０ミクロンに対して、
マイクロレンズの直径は１００ミクロンとし、線条導光
体の幅をマイクロレンズの直径より小さくするほど平行
度が増し、その比は１／３以下が望ましい。±１５度で
拡がる光は、半透過液晶パネル１の下基板、厚み０．４
ｍｍを透過し、液晶層８、顔料分散カラーフィルター４
ｒ、４ｇ、４ｂを透過して、偏光板９を経てから出射す
る。マイクロレンズからパネルに入射する光は、平行よ
りやや拡がっているので、カラーフィルター４ｒ、４
ｇ、４ｂ上の電極が形成する画素を通るときは、色が混
ざってしまい色純度は下がっているが、カラーフィルタ
ー４ｒ、４ｇ、４ｂを透過することにより、カラーフィ
ルター４ｒ、４ｇ、４ｂを従来のように、白色光が透過
する場合より、格段に色純度が上がる。あらかじめある
程度色分離されていることにより、吸収型のカラーフィ
ルターである顔料カラーフィルターで光が吸収される率
が小さくなり、かつ、バックライトの色分離では選択反
射膜を用いて光のロスがほとんどないので、光源の消費
電力が同じでも、従来より明るい表示が得られる。逆
に、同じ明るさなら、電力の削減が可能になる。

【００２６】なお、バックライトからの出射光の平行度
がよいほど、色純度は上がるが、投射型と異なり、直視
型の平面照明で完全な平行光を得るのは無理なので、液
晶パネル内にもカラーフィルターを設けなければならな
い。基板が薄ければ、色分離された出射光が拡散距離が
小さくなるので、基板厚みは薄い方が好ましい。本実施
の形態より平行度が少し悪い場合、例えば照明輝度の半
値幅で±２０度、４０度以内程度でも、画素ピッチが標
準的な１００μｍの場合で、基板厚が０．４ｍｍ程度以
下なら、画素を通過するときにも、色分離した入射光の
色調が保たれていたので、本発明の効果は十分あった。
もちろん、平行度が高ければ、基板厚みはもう少し厚く
ても構わない。また、本実施の形態では、半透過型液晶
パネルを用いて、半透過型液晶パネルの色純度の課題を
解決できたが、透過型パネルを用いた場合でも、照明の
低電力化や表示の高輝度化の効果はあり、本発明は有効
である。また、選択反射膜として、液晶ポリマー以外の
干渉フィルターなどでもよい。選択反射カラーフィルタ
ーを用いなくとも、色分離はできるが、その場合、光の
吸収が照明側でも液晶層側でも生じて暗くなってしま
い、半透過型液晶パネルの本来の目的である低消費電力
が損なわれるし、かつ、コストはいずれの場合も従来よ
り上がるので、望ましくない。

【００２７】なお、液晶パネル１のカラーフィルターと
バックライトの色分離した出力光の位置や平行度がずれ
ると、モアレが出たり、暗くなってしまったりしたの
で、液晶パネルとバックライトの間には、位置を微調整
できる機構が必須であった。

【００２８】色分離できるバックライトであれば、図２
のもの以外でももちろん構わない。また、光源はＬＥＤ
に限らず、蛍光灯でもよいが、平行度を上げるために
は、光源の大きさは小さい方が望ましく、ＬＥＤが好ま
しい。ＬＥＤなら白色あるいは、赤、緑、青の３個を用
いることも可能である。

【００２９】例えば、図４のような構成の照明装置も効
果的であった。裏面にピッチが細かい、例えば３０μｍ
のストライプ状のプリズムシート３０のプリズム側にＰ
ＥＴの平板シート３１を接着し、プリズムの形成する空
間に、赤、青、緑を各々反射し、その補色を透過するコ
レステリック液晶ポリマー３２ｒ、３２ｇ、３２ｂを注
入してから固めた。３２ｒの表面で、ＬＥＤ３３からの
入射光の内、赤の光は反射してシートの法線方向へ反射
し、補色のシアンの光は透過し、シアン光のうち、緑光
は３２ｇの表面で反射して、さらに透過した青の光は３
２ｂで反射して法線方向へ出射する。このように、選択
反射膜をプリズムシートのプリズム面に塗布すること
で、色分離が可能である。プリズムの傾斜角は９０度前
後がよい。

【００３０】また、図５の断面図のような構成の照明装
置もよい。導光板３３の表面に、赤、青、緑を各々透過
し、その補色を反射するコレステリック液晶ポリマー３
４ｒ、３４ｇ、３４ｂを直径が２０から４０μｍの丸い
ドット状に塗布し、また、導光板の背面には白色反射板
を置いた。ＬＥＤ光源３４からの白色光３５は、導光板
３３を導波路として伝播するが、コレステリックポリマ
ーは散乱するために、ポリマー３４ｒに当たった光は、
赤の光が導光板から表側に洩れ、マイクロレンズ３６を
通って、前方へ出射する。３４ｒに当たった光でもシア
ン光は破線３７のように反射して、さらに伝播し、３４
ｇ、または３４ｂに当たると、緑または青の光を出射す
る。コレステリックポリマーの印刷形状を小さくし、マ
イクロプリズムの焦点に位置させれば、平行度のよい光
となって色分離することが可能で、かつ、光のロスが少
ない。

【００３１】また、コレステリックポリマーを導光板３
３の前面側ではなく、背面側に印刷してもよい。この場
合、コレステリックポリマーは、ＲＧＢを各々反射する
タイプがよく、ポリマーを透過した光は、背面の白色板
で反射して導光板に戻されて、やはり光のロスは少な
い。この場合、マイクロレンズは、導光板の表面を成形
しておくのがコストの点から好ましい。

【００３２】（実施の形態３）第２の実施の形態では、
照明に色分離機能を組み込んだが、色分離機能を照明側
ではなく、液晶パネルと照明の間、あるいは、液晶パネ
ルに貼り付けることも有効である。

【００３３】図６は本発明の第３の実施の形態の液晶表
示装置の断面図である。半透過液晶パネル１の背面側
に、選択反射フィルム４０を粘着材４１で貼り付けてい
る。選択反射フィルム４１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの一方の円偏
光を透過し、ＲＧＢの他方の円偏光およびその補色光を
反射するコレステリック液晶ポリマー４２ｒ、４２ｇ、
４２ｂと、その間にある、すべての可視光を反射する白
色反射膜４２ｗをストライプ状にパターン化した選択反
射膜と、１／４波長板４３とを貼り合わせたものであ
る。プリズムシートで指向性を高めたエッジライト４４
から出射した白色光４５は、選択反射フィルム４０のコ
レステリック液晶ポリマー４２ｇで緑の一方の円偏光の
み透過し、１／４波長板４３で偏光板１０の偏光軸に平
行な直線偏光に変調されて、偏光板１０を透過し、カラ
ーフィルター４ｇを透過する。コレステリック液晶ポリ
マー４２ｇで反射した光のうち、緑の他方の円偏光は導
光板４６の裏面で反射して、一方の円偏光に変わる。反
射した補色のマゼンタの光４７は、導光板に戻って伝播
し、コレステリックポリマー４２ｒ、または４２ｂを透
過する。というように、選択反射フィルム４０で、光の
ロスが非常に少なく、色分離できる。色分離された光
は、位置合わせしてある同色のカラーフィルターを中心
に、やや拡散しながら画素を透過する。このため、実施
の形態２と同様に、半透過型液晶パネルの透過表示の色
純度向上や、照明の低電力化などの同様の効果が得られ
る。基板の厚さなどの適性も同様である。ただし、選択
反射フィルム４０を液晶パネルに貼るときに位置合わせ
しておけば、照明の位置合わせが不要で、モジュールと
しては位置合わせ機構などが要らないので扱いやすい。
また、選択反射フィルムは、色分離した光が画素を透過
時に拡散しすぎないために、厚みが薄いフィルム状であ
ることが非常に重要である。コレステリックポリマー以
外でも薄いシート状で貼付が可能な樹脂フィルム上に形
成できる選択反射膜ならよいが、通常の干渉フィルター
などは成膜温度が高いので好ましくない。また、コレス
テリックポリマーのパターン幅は液晶パネル内の画素よ
り狭い方が拡散による色純度の低下を防ぐためによい。

【００３４】なお、バックライト４４の出射光の平行度
を上げるために、マイクロレンズを使用してもよい。

【００３５】また、液晶パネルとして、透過型パネルで
も効果があることも実施の形態２と同様である。

【００３６】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置は、半透過型の液
晶表示パネルに、バックライトからの入射光をパネル入
射後の角度で６０°付近となるよう入射させることで、
反射表示に合わせたカラーフィルターや液晶層であって
も、透過型表示の色純度やコントラストの高い表示が可
能になる。

【００３７】また、本発明の第２の液晶表示装置は、特
定の色を反射し、他の色を透過する選択反射カラーフィ
ルターにより光のロスなく色分離したバックライトと、
カラーフィルターを具備する液晶パネルにより、照明の
消費電力を下げたり、表示の高輝度化が図れる。直視型
のバックライトでは光の平行色が悪く、画素を通過時に
は色純度は下がるが、カラーフィルターの付いた液晶で
色純度を上げることで、例えば半透過液晶の彩度の低い
カラーフィルターでも高い色純度を得ることができ、か
つ、明るさは損なわれない。一方、照明側は選択反射カ
ラーフィルターを用いて光ロスがほとんどなく、液晶パ
ネルでの吸収が小さくなるので、半透過に限らず透過型
でも、輝度が上がるか、消費電力が下がる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の断面図

【図２】本発明の照明装置の斜視図

【図３】本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の断
面図

【図４】本発明の第２の照明装置の斜視図

【図５】本発明の第３の照明装置の断面図

【図６】本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置およ
び選択反射フィルムの断面図

【符号の説明】

１ 半透過液晶パネル ２ 上基板 ３ 散乱膜 ４ｒ、４ｇ、４ｂ カラーフィルタ ５ 透明電極 ６ 下基板 ７ 半透過膜 ８ 液晶 ９ 偏光板 １０ 偏光板 １１ ＬＥＤ １２ 導光板 １３ 照明装置 １４ 粘着樹脂 １５ 外光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｆ２１Ｙ 101:02 // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 上村 強 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA15Y FA23Z FA29Z FA41Z FD04 FD12 FD24 LA15 5G435 AA04 BB12 BB15 BB16 EE26 EE27 FF03 FF06 FF08 GG02 GG12 GG23 GG24 GG26 HH01 HH04

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラーフィルターを具備する、半透過型
   液晶パネルとバックライトを有し、バックライトからの
   入射光が、入射後の角度で、基板法線に対して４２度以
   上、９０度以下となる光を含むことを特徴とする液晶表
   示装置。
2. 【請求項２】 バックライトからの入射光が、カラーフ
   ィルターを透過後、進行方向を基板法線方向に近づける
   偏向または散乱層を有する請求項１記載の液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 入射後の角度の中心値がおよそ６０度で
   ある請求項２記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 基板面に対して傾斜面を有する樹脂表面
   が液晶パネルの背面側に光学的に結合している請求項１
   記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 カラーフィルターを具備する液晶パネル
   と、前記カラーフィルターに対応するピッチで、出射光
   を色分離したバックライトを具備する液晶表示装置。
6. 【請求項６】 液晶パネルが半透過型である請求項５記
   載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 液晶パネルとバックライトの相互の色の
   位置を合わせる位置調節機構を具備することを特徴とす
   る請求項５または６記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 基板の厚みが０．４ｍｍ以下の請求項５
   記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】 光源と、導光板と、導光板の入射面また
   は出射面に、所定の色を透過し、その補色を反射する複
   数の色の選択反射膜を設けた照明装置。
10. 【請求項１０】 照明装置の出射側にマイクロレンズを
    設けた請求項９記載の照明装置。
11. 【請求項１１】 請求項９の照明装置と、受光型表示素
    子を具備する表示装置。
12. 【請求項１２】 受光型表示素子が液晶パネルである請
    求項１１記載の表示装置。
13. 【請求項１３】 照明装置の出射側で液晶パネルの背面
    側にマイクロレンズを設けた請求項１１記載の表示装
    置。
14. 【請求項１４】 受光型表示素子がカラーフィルターを
    具備する請求項１２記載の表示装置。
15. 【請求項１５】 光源と、導光板と、導光板の反射面
    に、所定の色を透過し、その補色を反射する複数の色の
    選択反射膜を設けたことを特徴とする照明装置。
16. 【請求項１６】 照明装置の出射側にマイクロレンズを
    設けた請求項１５記載の照明装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５の照明装置と、受光型表示
    素子を具備する表示装置。
18. 【請求項１８】 光源と、前記点光源の光を導光し、所
    定の方向に反射する傾斜面を具備する棒状の導光棒と、
    前記所定の方向に反射した光を入射させる導光板とを具
    備し、前記導光板が、複数の線状導光路を有し、前記複
    数の線状導光路の入射面に３色のカラーフィルターを設
    けた照明装置。
19. 【請求項１９】 カラーフィルターが、所定の色を透過
    し、その補色を反射する複数の色の選択反射膜である請
    求項１８記載の照明装置。
20. 【請求項２０】 照明装置の出射側にマイクロレンズを
    設けた請求項１９記載の照明装置。
21. 【請求項２１】 請求項１８の照明装置と、受光型表示
    素子を具備する表示装置。
22. 【請求項２２】 所定の色を透過し、その補色を反射す
    る複数の色の選択反射パターンと有する選択反射層と、
    １／４波長板を貼付した樹脂フィルム。
23. 【請求項２３】 所定の色を透過し、その補色を反射す
    る複数の色の選択反射膜を、液晶パネルの画素パターン
    と同じピッチで、複数パターンニングした選択反射フィ
    ルムを、前記液晶パネルの背面側に、前記液晶パネル内
    のカラーフィルターと位置合わせして貼付したことを特
    徴とする液晶表示パネル。
24. 【請求項２４】 液晶パネルが半透過型である請求項２
    ２記載の液晶表示パネル。
25. 【請求項２５】 出射光強度の半値幅が４０度以下のバ
    ックライトと請求項２３の液晶表示パネルとを具備する
    ことを特徴とする液晶表示装置。