JP2004334249A

JP2004334249A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2004334249A
Application number: JP2004251531A
Authority: JP
Inventors: Toru Yagasaki; 透矢ケ崎; Mutsumi Matsuo; 睦松尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: JP3672038B2

Abstract

【課題】反射モード及び透過モードのいずれで使用する場合にも、表示画面の充分な明るさが得られ、またコントラスト感の低下を生じさせない液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル１２と、この液晶表示パネル１２の背後に配置された照明装置であるバックライト１６とを備えた液晶表示装置１１であって、液晶表示パネル１２と前記バックライト１６との間に、片面に断面三角形の連続した波形面２３を有する透明板１５を、その波形面２３が前記バックライト１６側を向くように配置する。前記三角形には、正三角形や二等辺三角形の他、不等辺三角形も含まれる。また、片面に三角錐等の連続した突起面を有する透明板を使用してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に透過光及び反射光のいずれの場合も利用可能な液晶表示装置に関する。

液晶表示装置としては、大別して反射型表示装置と透過型表示装置とがある。

反射型表示装置は、液晶表示パネルの背面に配置された反射板で外部の光源の光を反射させる方式によるものである。

反射型表示装置は、バックライトを持たないため、薄型・軽量化が容易であるという利点を有する。しかし、この装置は、外部光を反射して利用する特性上、環境の照度により視認性が著しく損なわれるという問題があり、主に液晶表示パネルの透過率が高いモノクロ表示装置として用いられていた。

透過型表示装置は、液晶表示パネルの背面に配置されたバックライトと呼ばれる照明装置で背面からの透過光を利用する方式によるものである。この反射型表示装置によれば、環境の照度に影響されないで安定した視認性が得られるため、主に液晶表示パネルの透過率が低いカラー表示装置として用いられている。しかし、この装置は、照明装置が大きな電力を消費するため、特に携帯機器においては、電池寿命が短くなるという問題があった。

一方、図１４に示すように、近年では、上記問題点を解決する装置として、上記反射型及び透過型を兼備する半透過型表示装置１１が提案されている。この半透過型表示装置１１は、液晶表示パネル１２と、この背面に配置されたバックライト１６との間に半反射・半透過性部材５１が配置されたものである。

反射モードでは、液晶１９の印加電圧がオフのとき、外部光２１は、上側の偏光板１３の透過軸成分２２がＴＮ液晶１９でツイストして下側の偏光板１４に入射し、半反射・半透過性部材５１により５０％が反射して上方向に戻って白表示が得られる。また、液晶１９の印加電圧がオンのとき、外部光２１は、上側の偏光板１３の透過軸成分２２がＴＮ液晶１９をそのまま通過し、下側の偏光板１４で全て吸収されて黒表示が得られる。

一方、透過モードでは、液晶１９の印加電圧がオフのとき、バックライト１６の光２１は、半反射・半透過性部材５１により５０％が透過して下側の偏光板１４に入射し、その偏光板１４の透過軸成分２２がＴＮ液晶１９でツイストして上側の偏光板１３に入射し、更に上方向に抜けて白表示が得られる。また、液晶１９の印加電圧がオンのとき、バックライト１６の光２１は、下側の偏光板１４の透過軸成分２２がＴＮ液晶１９をそのまま通過し、上側の偏光板１３で全て吸収されて黒表示が得られる。

前記半透過型表示装置において、用いられている半反射・半透過性の部材は、金属等の蒸着によって形成された薄膜であるため、反射モード及び透過モードのいずれで使用する場合にも、表示画面の明るさが半分程度しか得られず、またコントラスト感が低下するという問題点がある。

そこで、本発明は、反射モード及び透過モードのいずれで使用する場合にも、表示画面の充分な明るさが得られ、またコントラスト感の低下を生じさせない液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に配置された照明装置とを備えた液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記照明装置との間に、片面に断面三角形の連続した波形面を有する透明板を、その波形面が前記照明装置側を向くように配置し、前記透明板は、前記照明装置から入射した光を前記波形面で屈折させて前記液晶パネル側に出射させると共に、前記液晶パネル側から入射した光を前記波形面で反射させて前記液晶パネル側に出射させることを特徴とする。

前記断面三角形には、正三角形や二等辺三角形の他、不等辺三角形も含まれる。

前記透明板の材質は任意であり、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、等を使用できる。

本発明によれば、反射モード及び透過モードのいずれで使用する場合であっても、表示画面の視認に利用できない光のロスが少なくなるため、表示画面の充分な明るさが得られ、またコントラスト感の低下を抑えることができるようになる。

また、本発明は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に配置された照明装置とを備えた液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記照明装置との間に、片面に多角錐状の連続した突起面を有する透明板を、その突起面が前記照明装置側を向くように配置し、前記透明板は、前記照明装置から入射した光を前記突起面で屈折させて前記液晶パネル側に出射させると共に、前記液晶パネル側から入射した光を前記突起面で反射させて前記液晶パネル側に出射させることを特徴とする。

前記多角錐は、三角錐、四角錐、等である。

三角錐状の連続した突起は、キューブコーナパターンとも呼ばれるものである。三角錐状の突起の大きさは任意であり、相似形であればよい。

この多角錐によっても、断面三角形と同様に、表示画面の充分な明るさが得られ、またコントラスト感の低下を抑えることができるようになる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、前記透明板の前記液晶パネル側の面に粗面加工を施したことを特徴とする。

前記粗面加工は、化学的エッチング等により行うことができる。

前記透明板の液晶パネル側の面に粗面加工を施して拡散面を付加するのは、次の効果を得るためである。即ち、（１）透明板が鏡面として機能することによる映り込みを防止すること、（２）透明板の稜線が光学的異方部と見えること、（３）前記帯縞を緩和すること、（４）指向性を緩和すること。

また、本発明に係る液晶表示装置は、前記透明板の前記照明装置側の面に粗面加工を施したことを特徴とする。

前記粗面加工の具体的方法は、同様である。

本発明のように、前記透明板の前記照明装置側の面に粗面加工を施すことによっても、前記（１）〜（４）と同様の効果が得られるようになる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、前記透明板の照明装置側の面及び前記液晶パネル側の面に粗面加工を施したことを特徴とする。

本発明によれば、前記透明板の両面に粗面加工が施されているため、前記（１）〜（４）の効果を更に向上させることができるようになる。

さらに、本発明に係るの液晶表示装置の前記透明板は、前記照明装置から放出される光の成分のうち前記波形面あるいは前記突起面の溝部の直下よりも離れた位置から放出された光の成分を前記液晶パネルに対して垂直方向の光束を増やすように屈折させることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置の前記透明板の前記波形面の波形のピッチあるいは前記突起面の突起のピッチが前記液晶表示パネルの画素のピッチよりも小さいことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置は、前記液晶表示パネルと前記透明板との間に偏光板を備え、前記透明板の前記波形面の溝の方向あるいは前記突起面の溝の方向は前記偏光板の透過軸の方向に対して角度がつくように形成されてなることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置の前記透明板は、粗面加工を施された面によって入射あるいは出射する光を散乱させることを特徴とする。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置１１は、液晶表示パネル１２と、この液晶表示パネル１２の観察者側である上面に設けられた偏光板１３と、この液晶表示パネル１２の背面側である下面に設けられた偏光板１４と、この偏光板１４に取り付けられた透明板１５と、液晶表示パネル１２の背後に配置された照明装置であるバックライト１６とを備えて構成されている。

前記液晶表示パネル１２は、上ガラス１７と下ガラス１８の間にＴＮ液晶１９がスペーサ（図示せず）を介して挟持された構造を有する。

図２にも示すように、前記透明板１５は、片面が断面二等辺三角形の連続した波形面２３となり、その裏面が平面となっているものである。この透明板１５は、アクリル樹脂等よりなる。

この液晶表示装置１１を反射モード及び透過モードとして使用した場合の光路を説明する。

図３にも示すように、反射モードでは、偏光板１４を透過した偏光光２１は、透明板１５に入射し、この透明板１５で２回反射して偏光板１４に戻り、更に液晶１９と偏光板１３を透過して上方に戻る。この際、下側の偏光板１４の透過軸成分２２と波形面２３の溝の方向を一致させた方が明るいと思われるが、パネルの画素ピッチによりモアレが発生するため、多少角度をつけるのが好ましい。また、前記断面三角形の頂部の内角θは、ほぼ直角であれば全反射が可能になる。材料がアクリル樹脂の場合には、９０度±２度まで全反射が可能であるが、屈折率がアクリル樹脂より更に高い材料では、全反射可能なマージンは更に増える。

また、透過モードでは、バックライト１６から放出される光２１は、透明板１５の波形面２３で屈折、透過した後、下側の偏光板１４の透過軸成分２２が液晶１９で旋光して上側の偏光板１３を通過する。バックライト１６からの光２１は、一般的に拡散光だから透明板１５の偏光板１４側では均一な明るさが確保され、指向性が少ない。散乱光成分は、波形面２３に対する角度により、直上方向に出射する第１の光成分２４、やや斜め方向に出射する第２の光成分２５、及び直上の溝部以外の離れた溝部に向かって出射する第３の光成分２６に分けられ、バックライト１６の導光板の種類によって重み付けが異なる。第１と第２の光成分２４,２５より第３の光成分２６を増やすタイプの導光板では、垂直方向の光束が増えて、正面側が明るくできるため、より理想的である。

そして、反射モードと透過モードとのバランスを良くするには、断面三角形の頂部の内角θを６０〜９５度とし、バックライト１６側に第３の光成分２６を増やす導光板を設けるのがよい。

図４に示すように、第１の光成分２４の場合、透過モードでは、光の屈折により、正面よりやや斜め２方向に明るい視角が存在する。また、斜め右上から見たとき、やや明るい帯状領域ａ１とやや暗い帯状領域ｂ１が縞になって見える。同様に、斜め左上から見たとき、明るい領域ａ２と暗い領域ｂ２が縞になって見える。偏光板１４と透明板１５の間を散乱状態にすれば、重ね合わせで明るい領域ａ３と暗い領域ｂ３が縞になる。

図５に示すように、第２の光成分２５では、光の屈折のみの明領域ｃと暗領域dの場合と、１回反射した光の屈折による明領域ｅと暗領域ｆとがあり、斜め右上から見たとき、視角が２方向でそれぞれの視角に対して明暗の縞が見える。また、同様に斜め左上から見ても、視角が２方向で明暗の縞が見える（図示せず）。

偏光板１４と透明板１５の間を散乱状態にすれば、重ね合わせで第１の光成分２４より更に複雑な明暗の縞が見える（図示せず）。

図６に示すように、第３の光成分２６では、屈折、反射、更に屈折により、明領域ｇと暗領域ｈに分かれるが、ほぼ正面方向（斜めやや右上）の視角となる。垂直方向成分が最大となるのは、前記断面三角形の頂部の内角θが６０〜６５度のときである。

同様に、斜めやや左上の視角のときも明暗の縞が見える（図示せず）。

偏光板１４と透明板１５の間を散乱状態にすれば、重ね合わせで第１の光成分２４に近い明暗の縞が見える（図示せず）。

基本的には、第１〜第３の光成分２４〜２６の間に適当な大小関係を設定することにより、最適視角を設定することができる。

例えば、正面方向に視角を設定したい場合には、第３の光成分２６を主にし、やや斜め方向に視角を設定したい場合には、第１の光成分２４を主にし、更に斜め方向に視角を設定したい場合には、第２の光成分２５を主にすればよい。

いずれも明暗の縞がある視角のもとにあり、その視角を目立たなくさせるには、波形のピッチｗを充分小さくすればよい。

＜第２実施形態＞
図７、８に示すように、本実施形態の液晶表示装置１１は、第１実施形態の構造とほぼ同様であるが、透明板２７のみ異なる。

即ち、この透明板２７は、前記波形面２３となっている面の裏面が粗面加工により粗面２８とされたものである。

この粗面加工は、化学的エッチング等により行うことができる。

この透明板２７と偏光板１４との間には、接着剤２９が介在している。

この透明板２７を使用した液晶表示装置１１において、前期第１の光成分２４と、第２、第３の光成分２５,２６とは、似た光路となるので、第１の光成分２４の場合を説明する。

図７に示すように、反射モードでは、偏光板１４を透過した偏光光２１は、透明板２７に入射する際に散乱が起こり、透明板２７の波形面２３で２回反射して、偏光板１４側に向かい、接着剤２９との界面で再度散乱が生じて偏光板１３から出射する。この反射モードによれば、若干の光量ロスと、散乱によるコントラストの低下を若干生じるが、明るさを確保できる。

図８に示すように、透過モードでは、右斜め上から見ると、帯状の明るい領域ａ１と暗い領域ｂ１があり、また左斜め上から見ると、帯状の明るい領域ａ２と暗い領域ｂ２があり、その重ね合わせによる明るい領域ａ３と暗い領域ｂ３も帯状となっている。接着剤との界面で散乱されて、明るい領域と暗い領域との境界がややぼやけるが、視角の指向性が緩和される。相対的に暗い領域ｂ３を少なくするには、透明板２７の板厚Ｄを薄くすればよい。また、波形のピッチｗを、パネルの画素ピッチと比べて充分小さくすれば、更に明暗の差が緩和される。

＜第３実施形態＞
本実施形態の液晶表示装置１１も透明板の構成のみが異なる。

即ち、図９、１０に示すように、この透明板３１は、波形面２３となっている片面が粗面加工により粗面２８とされたものである。

この粗面加工も、化学的エッチング等により行うことができる。

図９に示すように、この透明板３１を使用した液晶表示装置１１において、反射モードでは、偏光板１４を透過した偏光光２１は、透明板３１の波形面２３で２回乱反射して、下側の偏光板１４側に向かい、上側の偏光板１３から出射する。この反射モードによれば、若干の光量ロスと、コントラストの低下が少々あるが、明るさを確保できる。

図１０に示すように、透過モードでは、第２実施形態の場合より更に散乱光があるため、明るい領域ａ３と暗い領域ｂ３の境界がややぼやけるが、視角の指向性が更に改善される。

なお、第２実施形態に係る透明板２７に対して、本実施形態に係る片面への粗面加工を組み合わせることもできる。即ち、この透明板は、片面と裏面が共に粗面加工により粗面とされたものである。

このような両面が粗面とされた透明板によれば、コントラストの低下が若干生じるが、（１）〜（４）の改善効果が更に高まる。

＜第４実施形態＞
本実施形態の液晶表示装置１１も透明板の構成のみが異なる。

第１〜第３実施形態の透明板１５,２７,３１は、波形面２３が断面二等辺三角形の場合であったが、図１１に示すように、本実施形態に係る透明板３２は、波形面２３が断面不等辺三角形となっている。このような透明板３２は、固定照明３３の位置と目３４の位置が固定されている場合に用いられる。

図１１に示すように、この透明板３２を使用した液晶表示装置１１において、反射モードでは、固定照明３３を出た光２１は、下側の偏光板１４を透過し、透明板３２の波形面２３で１回反射して目３４の方向に進む。

透過モードでは、バックライト１６から放出されて斜めに進んだ光２６は、透明板３２の不等辺三角形の長い斜辺側に入射して屈折し、目３４の方向に進む。また、斜めに進んだ光２６のうち、不等辺三角形の長い斜辺側の面に入射して屈折し、更に短辺側の面で反射して上方に出射する光もあるが、この光路による光量は、長い斜辺側の面と比べて短辺側の面の割合が少ない分少なくなる。

＜第５実施形態＞
本実施形態の液晶表示装置も透明板の構成のみが異なる。

第１〜第４実施形態の場合、透明板１５,２７,３１,３２が片面に断面三角形の連続した波形面２３を有するものであったが、図１２,１３に示すように、本実施形態に係る透明板３５は、片面に三角錐３６が連続して形成された突起面３７を有するものである。

この透明板３５を使用した液晶表示装置１１における光路は、例えば反射モードの場合には三角錐３６の内面で２回反射するため、波形面２３を有する透明板の場合と同様に説明できる。そして、明るい領域と暗い領域は、三角形状に見えることになる。

また、透明板３５が片面に四角錐の連続した突起面を有するものの場合であっても、光路は、同じ原理で説明可能である。そして、明るい領域と暗い領域は、格子状に見えることになる。

本発明に係る液晶表示装置によれば、反射モード及び透過モードのいずれで使用する場合にも、表示画面の充分な明るさが得られ、またコントラスト感の低下を生じさせることがなくなる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。第１実施形態に係る液晶表示装置の透明板の斜視図である。第１実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第１実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第１実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第１実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第２実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第２実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第３実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第３実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第４実施形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。第５実施形態に係る透明板の平面図である。第５実施形態に係る透明板の断面図である。従来例に係る液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１１液晶表示装置
１２液晶表示パネル
１５,２７,３１,３２,３５透明板
１６照明装置であるバックライト
１９液晶
２３波形面
２８粗面
３６三角錐
３７突起面

Claims

液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に配置された照明装置とを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記照明装置との間に、片面に断面三角形の連続した波形面を有する透明板を、その波形面が前記照明装置側を向くように配置し、
前記透明板は、前記照明装置から入射した光を前記波形面で屈折させて前記液晶パネル側に出射させると共に、前記液晶パネル側から入射した光を前記波形面で反射させて前記液晶パネル側に出射させることを特徴とする液晶表示装置。
液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背後に配置された照明装置とを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記照明装置との間に、片面に多角錐状の連続した突起面を有する透明板を、その突起面が前記照明装置側を向くように配置し、
前記透明板は、前記照明装置から入射した光を前記突起面で屈折させて前記液晶パネル側に出射させると共に、前記液晶パネル側から入射した光を前記突起面で反射させて前記液晶パネル側に出射させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記透明板の前記液晶パネル側の面に粗面加工を施したことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記透明板の前記照明装置側の面に粗面加工を施したことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記透明板の照明装置側の面及び前記液晶パネル側の面に粗面加工を施したことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記透明板は前記照明装置から放出される光の成分のうち前記波形面あるいは前記突起面の溝部の直下よりも離れた位置から放出された光の成分を前記液晶パネルに対して垂直方向の光束を増やすように屈折させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記透明板の前記波形面の波形のピッチあるいは前記突起面の突起のピッチが前記液晶表示パネルの画素のピッチよりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルと前記透明板との間に偏光板を備え、
前記透明板の前記波形面の溝の方向あるいは前記突起面の溝の方向は前記偏光板の透過軸の方向に対して角度がつくように形成されてなることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、
前記透明板は、粗面加工を施された面によって入射あるいは出射する光を散乱させることを特徴とする液晶表示装置。