JP2004309611A

JP2004309611A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004309611A
Application number: JP2003100078A
Authority: JP
Inventors: Masami Inokuchi; 雅美井ノ口; Hideaki Honma; 英明本間
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】外光が明るい環境下でも、外光が少ない環境下でも、面光源装置の発光強度を高くすることなく良好な表示が可能となるような液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】液晶表示素子と、その背面（観察者とは反対側）に面光源装置を有する液晶表示装置において、前記液晶表示素子と面光源装置との間に、光の入射方向に応じて光散乱特性が変化するような異方性光散乱特性を持つ光散乱フィルムと、偏光分離機能を持っている反射型偏光板を配置した液晶表示装置を提供する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の入射角度に応じて散乱性が異なる（あるいは、入射角度選択性を持つ）ような、光散乱特性に異方性を持つ光散乱フィルムと、偏光分離機能を持っている反射型偏光板を適用して、面光源装置からの照明光を効率良く利用し、面光源装置の発光強度を高くすることなく、表示画像の明るさを向上することが実現される液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置では、屋外等の外光が十分にあるところにおいては、外光を拡散して表示を得る為に、光散乱フィルムを配置することが行なわれている。また、面光源装置からの光を拡散し、バックライトのプリズムパターンをぼかす目的や、輝度分布のムラを低減する目的でも、光散乱フィルムが用いられている。
このような光散乱フィルムにおいて、背面の面光源装置からの光を重視する場合、光散乱フィルムの散乱性を落とし、光散乱フィルムにより、光が過度に散乱されて液晶表示装置の正面での輝度の低下があまりおきないような光散乱フィルムが用いられる。
一方、外光を利用して明るい表示を得ようとする場合、外光を十分に散乱することによって正面方向での輝度を向上させる事が必要であり、そのための光散乱フィルムとしては、散乱性の高いものが用いられる。
【０００３】
そのため、背面の面光源装置からの光の輝度を落とさないようにすると、散乱性を落とさなければならず、逆に、反射時の輝度を上げるために散乱性をあげると、透過時のバックライトの光を散乱してしまい輝度を低下させてしまっていた。
【０００４】
このような光散乱フィルムとして、従来、表面をマット状に加工したものや、内部に拡散材を包含したものなどが用いられている。
表面をマット状に加工した光散乱フィルムは、フィルム表面をサンドブラスター処理のように物理的に加工してマット面を形成したり、あるいは、酸性またはアルカリ性の溶液による溶解処理により化学的にマット面を形成するものであった。このような構成の光散乱フィルムは、マット面（凹凸の形状など）の制御により、散乱光の出射範囲／方向（以後、散乱指向性と称する）を制御することは可能であるが、散乱異方性までも制御することは、原理的に困難である。
また、内部に拡散材を包含した光散乱フィルムにおいても、散乱異方性を制御するために、拡散材の屈折率，大きさ，形状などを制御する試みも為されているが、技術的に難易度が高く、実用上十分であるとは言えないのが現状である。
特に、上記のフィルムでは、いずれも散乱異方性や軸外しの光散乱特性がなく、光散乱の指向性が小さく、表示装置に適用しても、表示の明るさやコントラストが低下するという問題点がある。
【０００５】
一方、散乱異方性を有する表示装置として、例えば、後方散乱特性がほとんどなく前方散乱特性が強い（周辺光が表示装置へ入射する際にのみ光散乱を生じ、装置から表示光が出射する際には光散乱を生じない）という散乱異方性を持つ散乱板を用いた反射型液晶表示装置に関するものがある。（特許文献１参照）
上記公報に記載された発明では、散乱板の構成は具体的に説明されておらず、「透明微細粒子を透明な重合性高分子で固めたもの」とだけ記載されている。このような散乱板では、上述した「内部に拡散材を包含した光散乱フィルム」と同様に、散乱異方性（前方か後方か）を制御できたとしても、散乱指向性までも制御するのは困難である。
【０００６】
また、散乱板としてホログラムを用いた透過型液晶表示装置に係る特許出願がある。（特許文献２参照）
上記出願は、バックライトを有する液晶表示装置からの出射表示光を散乱させるものであり、散乱板としてホログラムを採用しているため、散乱異方性や散乱指向性を制御することも容易ではあるが、必然的に分光（波長分散）を伴ってしまうため、観察する視点を移動するに応じて、表示光の色が変化して視覚されることになる。
【０００７】
更に、輝度向上の為に反射型偏光板を用いたものが公知である。（特許文献３参照。）本発明では上記に示した構成以上の輝度向上を目指した液晶表示装置を提案する。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２０１８０２号公報
【特許文献２】特開平９−１５２６０２号公報
【特許文献３】特開２０００−９８３６０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の液晶表示装置で用いられる散乱フィルムの場合、入射光の入射角度に依存した散乱性の変化といった機能や、斜めから入射した光を正面方向により強く散乱するような機能（以後、散乱異方性と称する）を持たせることは原理上困難であり、現実にそのような機能は持ちあわせていない。
【００１０】
そのため、バックライトからの光に対しても、斜めから入射する外光に対しても、同様の散乱性を有するため、散乱性が強いものでは、外光を十分に散乱するが、一方、バックライトの光も散乱させてしまうため、バックライトを点灯した際には、輝度が低下してしまう。ここで反射型偏光板の下に散乱フィルムを配置すると、光が散乱されてしまうため、正面の輝度が低下する。一方、散乱性が弱いものについては、バックライトを点灯した際には、輝度の低下が抑制されて明るい表示が得られるが、外光を十分に散乱する事ができないため、屋外のような外光が十分にあるところでも、明るい表示が得られず、このような環境下では、ディスプレイの表示のコントラストが極端に低下する。
【００１１】
本発明では、外光が明るい環境下でも、外光が少ない環境下でも、面光源装置の発光強度を高くすることなく良好な表示が可能となるような液晶表示装置を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電極の形成された基板間に狭持した液晶層を備え、一対の電極への印加電圧に応じて透過／非透過を変調することで表示パターンを構成する画素を規定する液晶セルを有する液晶パネルとその両面に偏光板が配置されてなる液晶表示素子と、その背面（観察者とは反対側）に面光源装置を有する液晶表示装置において、前記液晶表示素子と面光源装置との間に、光の入射方向に応じて光散乱特性が変化するような異方性光散乱特性を持つ光散乱フィルムと、偏光分離機能を持っている反射型偏光板を配置したことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記液晶表示装置において、反射型偏光板が光散乱フィルムの背面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記光散乱フィルムは、屈折率の異なる部分の形状およびその分布に応じて内部での屈折率の高低の部分が形成されており、且つその屈折率の異なる部分がフィルムの厚さ方向に柱状に分布している構造であり、その柱状の傾斜方向に応じた異方性光散乱特性を有していることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の液晶表示装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置の一実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、上記液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
上から順に、上偏光板２、液晶パネル３、下偏光板４、光拡散フィルム１、反射型偏光板７、面光源装置５、反射層６が設置されている。液晶パネル３は、図１では構造を簡略化して示しているが、実際には、ガラス等からなる１対の透明基板の間に液晶層を封入した構成であり、前記基板の内側（液晶層側）には、電極が形成され、その上に配向膜が設けられている。前記一対の基板は、枠状のシール材を介して接合されており、液晶は両基板の前記シール材で囲まれた領域に封入されている。
【００１６】
本発明で面光源装置と液晶パネルとの間に配置されている光散乱フィルム１は、光の入射方向に応じて光散乱特性が変化するような異方性散乱特性を持つフィルムである。
図２（ａ）、（ｂ）は、上記光散乱フィルムの一実施形態の構成を概略的に示す断面図である。図中に示されるように、散乱フィルム断面では、フィルム主面に対してほぼ柱状をなす屈折率の異なる部分が方向を揃えて延びるように分布している。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）において、低屈折率領域１ｂ（白で示した部分）は屈折率ｎ１であり、高屈折領域１ａ（黒で示した部分）は屈折率ｎ２であると、その屈折率差△ｎ＝｜ｎ１−ｎ２｜に応じた光路間の位相差に伴って回折現象が発生し、入射光が拡散して伝播することは公知である。
拡散する度合い（ヘイズ）は、前記屈折率差△ｎとフィルム内を通過する近接する２光路の光路長Ｌとによって決まり、△ｎとＬの積が、入射光の半波長の奇数倍となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが打ち消し合うように干渉し、最もヘイズが高くなる。
逆に、△ｎ×Ｌが、入射光の波長の整数倍（半波長の偶数倍）となる場合に、屈折率ｎ１の部分を透過する光と屈折率ｎ２の部分を透過する光とが強め合うように干渉し、最もヘイズが低くなり、入射光は拡散することなく透過する。
【００１８】
＜正面方向に向ける散乱の性質＞
特定のフィルム断面を表す図２（ａ）では、フィルムの厚みほうに対して略垂直方向にそろって、屈折率の異なる領域が分布している。
図２（ａ）の光散乱フィルムの光学特性についてまず考える。反射でも透過でも明るいディスプレイを得られる拡散層としては、垂直方向からの光に対しては明るく、斜め方向からの光に関しては、散乱するようなフィルムが望ましい。そのため、柱状の傾斜方向に反った光を散乱させ、平行な光を透過させる性質をもたせる必要がある。このようなフィルムを得る為に、屈折率の異なった領域の屈折率差をその層との厚みとの関係において、
△ｎ×ｄ＝ λ （式１）
となるようにする事により、垂直方向に入射する光に関しては、散乱性が低く斜めからの光に関しては、散乱性が高くなるような拡散層を得る事ができた。
【００１９】
次に、図２（ｂ）の光散乱フィルムの光学特性について考えると、このフィルムは柱状の傾斜方向に反った光を透過させ、平行な光を散乱させるものであることが望ましい。このようなフィルムを得る為に、屈折率の異なった領域の屈折率差をその層との厚みとの関係において、
△ｎ×ｄ＝ λ …（式２）
となるようにする事により、前記の光拡散フィルムを得る事ができた。
【００２０】
また、本発明で面光源装置の前面（観察者側）に配置されている反射型偏光板は、一方の偏光成分（Ｓ波またはＰ波）のみ透過し、他方の偏光成分（Ｐ波またはＳ波）を反射させる偏光分離機能を持っている。
【００２１】
次に、図３に基づいて本発明の光散乱フィルムを用いた液晶表示装置について説明する。
液晶パネル３の前後には偏光フィルム２，４がそれぞれ配置されている。
照明光１０が外部より液晶表示装置に入射すると、まず１枚目の偏光フィルム２で１方向の偏光成分の光だけが液晶パネル２に到達し、液晶パネル２で表示パターンに応じて旋光された後、２枚目の偏光フィルム４に達する。
２枚目の偏光フィルム４を透過した光は光散乱フィルム１と反射型偏光板７に入射し、光散乱フィルムの持つ異方性光散乱特性と合致して散乱光１１として特定角度で透過散乱する。
この散乱光１１は面光源装置５を透過し、面光源装置の背面にある反射層６で反射し、再び面光源装置及び反射型偏光板７を透過して光散乱フィルム１に入射する。
光散乱フィルム１に入射した散乱光１１は、再び光散乱フィルムの異方性光散乱特性に合致して散乱光１２として透過散乱し、順に、偏光フィルム４、液晶パネル３、偏光フィルム２を透過して観察者の目にパターン表示光として到達する。
【００２２】
また、外光が少ない環境下における本発明の光散乱フィルムを用いた液晶表示装置について、図４に基づいて説明する。
面光源装置５からの光１３は反射型偏光板７を透過する。この反射型偏光板において入射光１３の偏光が分離され、一方の偏光成分（Ｓ波またはＰ波）を持つ光１４のみが透過する。
反射型偏光板７を透過した光１４は、順に、光散乱フィルム１、反射型偏光板と吸収軸をそろえた下偏光板４、液晶パネル３、上偏光板２を透過して観察者の目にパターン表示光として到達する。
一方、反射型偏光板７で跳ね返されたもう一方の偏光成分（Ｐ波またはＳ波）を持つ光１５は、面光源装置５に入射し、背面にある反射層６によって反射される。この時、偏光成分が変わって反射型偏光板を透過する光となったものは、上記にならってパターン表示光となり、偏光成分が変わらなかった光のみが再び反射型偏光板７で跳ね返され、パターン表示光となるまで繰り返される。よってこのような構成を行うことで、光の利用効率を高めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上より、本発明によって、外光が明るい環境下でも、外光が少ない環境下でも、正面輝度を向上させることができ、表示画面が明るく見やすい、高表示品質で低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】（ａ）本発明の柱状の屈折率の微小な領域が略垂直に配置されている拡散層の一実施例を示す概略説明図である。（ｂ）本発明の柱状の屈折率の微小な領域が傾斜して配置されている拡散層の一実施例を示す概略説明図である。
【図３】外光利用時における、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図４】面光源装置利用時における、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１…光散乱フィルム
１ａ…光散乱フィルム中の高屈折率領域
１ｂ…光散乱フィルム中の低屈折率領域
２…上偏光板
３…液晶パネル
４…下偏光板
５…面光源装置
６…反射層
７…反射型偏光板
８ａ，９ａ…光散乱フィルムへの入射光
８ｂ，９ｂ…光散乱フィルムからの射出光
１０…照明光
１１，１２…拡散光
１３…面光源装置からの照明光
１４…一方の偏光成分（Ｓ波またはＰ波）を持つ光
１５…もう一方の偏光成分（Ｐ波またはＳ波）を持つ光

Claims

電極の形成された基板間に狭持した液晶層を備え、一対の電極への印加電圧に応じて透過／非透過を変調することで表示パターンを構成する画素を規定する液晶セルを有する液晶パネルとその両面に偏光板が配置されてなる液晶表示素子と、その背面（観察者とは反対側）に面光源装置を有する液晶表示装置において、前記液晶表示素子と面光源装置との間に、光の入射方向に応じて光散乱特性が変化するような異方性光散乱特性を持つ光散乱フィルムと、偏光分離機能を持っている反射型偏光板を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶表示装置において、反射型偏光板が光散乱フィルムの背面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記光散乱フィルムは、屈折率の異なる部分の形状およびその分布に応じて内部での屈折率の高低の部分が形成されており、且つその屈折率の異なる部分がフィルムの厚さ方向に柱状に分布している構造であり、その柱状の傾斜方向に応じた異方性光散乱特性を有していることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の液晶表示装置。