JP2005099639A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示パネルの表示面での反射光と、バックライトの導光板の表面での反射光による表示視認性の低下を有効に抑えることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明によれば、液晶表示パネルＬＰと、前光源２０と該光源２０からの光を液晶表示パネルＬＰに放出する導光板２１とから成るバックライトＢＬとから構成される液晶表示装置であって、
バックライトＢＬは、液晶表示パネルＬＰの表示面側基板１の表面と、バックライトＢＬの導光板２１の光の放出面とが傾斜するようにして、液晶表示パネルＬＰの背面側に配置した。ことを特徴とする液晶表装置である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を順次積層して成る矩形状の表示面側基板と、前記一方向と直行する他方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を順次積層して成なる矩形状の背面側基板と、この間に液晶層が介在された液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを通過して表示面側に表示画像を表示させるための光を放出するバックライトとからなる液晶表示装置に関するものである。すなわち、液晶表示パネルと光透過モードを利用した表示モードである。

通常、液晶表示パネルは、表示面側基板上に形成した透明電極（例えば、セグメント側透明電極）と背面側基板上に形成した透明電極（例えば、コモン側透明電極）とが互いに直交するように、その間に液晶層を配置して構成されている。このマトリックス表示させるためには、セグメント側透明電極に表示信号を、コモン側透明電極に走査信号をそれぞれ供給することにより表示していた。尚、実際の表示に際しては、液晶材料の旋光作用や複屈折作用を利用し、液晶層を通過する光の制御によって、液晶表示パネルの表示面に画像情報を形成していた。

この液晶表示装置には、この液晶パネルの背面にバックライトを設け、バックライトか放たれた光を液晶パネルに透過させることで表示を認識することを可能とする透過型液晶表示装置がある。尚、バックライトは、光源と該光源からの光を前記液晶表示パネルに放出する導光板とからから構成されている。

このような液晶表示装置は、室内など周囲が暗い場所では、液晶表示パネルを通過する光が周囲の明るさに対し十分な光量を持つため、優れた視認性を有するものの、特にカラー表示可能な液晶表示装置（液晶表示パネル内にカラーフィルタを配置する）においては、屋外など周囲が明るい場所では周囲の明るさに対し光量が不足するため視認性が低下してしまう。

尚、この透過型液晶表示装置に対して反射型液晶表示装置、すなわち、液晶表示パネルの背面側基板の表面に金属反射膜を形成した装置があるが、このような装置は外光を利用するため、屋外など周囲が明るい場所では優れた視認性を有するものの、周囲が暗い場所では視認性が低下するもしくは表示が認識できなくなってしまう。

このため、透過型液晶表示装置において、液晶表示パネルの内部に設けるカラーフィルタの透過率を上げ液晶パネルの表示面から入射しバックライト表面で反射する光量を増やし周囲が明るい場所での視認性を改善する方法や、特開２００２−２４５８２５号（特許文献１）に示されたように、透過型の液晶表示装置においても液晶表示パネル表面から入射した外光を、液晶表示パネルの背面のバックライトに設けた微細な凹凸部で効率よく反射させ光源として利用する方法が提案された。
特開２００２−２４５８２５号公報

しかし、従来、液晶表示パネルの表示面側基板の表面とバックライトの導光板の表面がほぼ平行に配置されていた。この平行は、液晶表示パネルの背面側基板の外表面とバックライトの導光板の光の放出面（表面）とに言い換えることかできる。すなわち、図５に示すように、液晶表示パネルＬＰとバックライトＢＬとが平行状態の関係である。

このような液晶表示装置では、外光が強いほど、液晶表示パネルＬＰの表示面側基板の表面での反射が大きくなるとともに、バックライトＢＬの導光板の表面での反射光が強くなり、光源としての作用が大きくなる。その結果、図５に示すように、液晶表示パネルＬＰの表示面側での反射光と、バックライトＢＬの導光板での反射光とが、視認者からみると、同一角θ３で反射してしまい、それぞれの反射光が合成されて視認性を大きく低下させてしまうという問題があった。また、バックバックライトの導光板の表面に微細な凹凸部を設けて散乱を発生させることも考えられるが導光板の表面形状が複雑になるという課題があった。

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、透過型の液晶表示パネルにバックライトを配置するにあたり、配置構造を規定することにより、液晶表示パネルの表示面での反射光と、バックライトの導光板の表面での反射光による表示視認性の低下を有効に抑え、その視認性を向上及び安定させる液晶表示装置を提供するものである。

本発明によれば、一方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を形成した矩形状の表示面側基板と、前記一方向と直交する他方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を形成した矩形状の背面側基板とを、前記両透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせて成る液晶表示パネルと、光源と該光源からの光を前記液晶表示パネルに放出する導光板とから成るバックライトとから構成される液晶表示装置において、
前記バックライトは、前記液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、前記バックライトの導光板の光の放出面とが傾斜するようにして、前記液晶表示パネルの背面側に配置したことを特徴とする液晶表示装置である。

また、前記液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、前記バックライトの導光板の光の放出面とが成す傾斜角が１０°乃至２０°である。

また、前記バックライトの導光板の面積が、前記液晶表示パネルの表示領域の面積よりも大きく設定した。

さらに、前記液晶表示パネルの背面側基板と、前記バックライトの導光板の光の放出面との間に、光拡散フィルムを設けた。

このように、液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、バックライトの導光板の光の放出面（表面）とが傾斜するようにして、バックライトを液晶表示パネルの背面側に配置している。これにより、室内など周囲が暗い場所などにおいては、従来どおり、バックライトの光が液晶層を通過して、所定の視認性が維持できる。また、周囲の明るい場所では外光が液晶表示パネルに与えられてしまう。そして、上述のように、液晶表示パネルの表示面側基板の表面にその一部が反射する。また、その一部は、液晶表示パネルを通過して、バックライトにまで到達し、バックライトの導光板の光の放出面（バックライトの表面）で反射する。

ここで、液晶表示パネルの表示側基板の表面と、バックライトの導光板の表面とが、傾斜しているため、液晶表示パネルの表示側基板の表面で反射した光が、液晶表示装置から出射する角度と、バックライトの導光板の表面で反射して、液晶表示パネルを通じて液晶表示装置から出射する角度との間に、傾斜角に相当する差異が発生する。

これにより、液晶表示パネルの表面による反射光と、バックライトの導光板の表面による反射光とが視認者から分散されることにより、液晶表示パネルの表示画面での光のちらつきを低減させることでき、視認性の低下を有効に防止できる。

また、バックライトＢＬの反射光を、通常のバックライトＢＬの光と協動させることも可能となり、外光を効率よく利用することが可能となる。これによって、バックライトがオフの場合でも高い視認性を得ることが可能となり、消費電力の大幅な低減が可能となる。

すなわち、液晶表示パネルを通過して、表示面から出射した光が、液晶表示パネルの表示領域で形成された表示情報を現すことになるが、液晶表示パネルを通過する光と、液晶表示パネルの表面で反射する光との出射角度が相違するため、液晶表示の視認性が大きく向上する。

尚、この液晶表示パネル及びバックライトで、それぞれ外光が反射する面、すなわち、液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、バックライトの導光板の光の放出面（バックライトの表面）とが成す傾斜角度は、１０°乃至２０°となっている。これにより、バックライトの光を効率的に利用して、液晶表示パネルに供給することができ、かつ上述の視認性を向上させることができる。例えば、この傾斜角が１０°未満であると、バックライトの導光板の表面での反射光と、液晶表示パネルの表示側基板の表面での反射光が重なりやすく、視認性が低下してしまう。また、その傾斜が２０°を越えると、バックライトから放出される光が、液晶表示パネルに斜めに入射されることにより、液晶表示パネルの表示面側からみた時の輝度が低下してしまい、その結果、視認性が低下してしまう。また、別の問題として、液晶表示パネルの表示領域とバックライトとの形状を互いに実質的に同一にした場合、バックライトの傾斜方向の先端部が、液晶表示パネルの表示領域内で位置して、表示領域内で輝度の高い部分、極端に低い部分とが発生してしまうとともに、その端部が表示面側から確認することができ、いずれにしても、視認性が大きく低下してしまう。

また、液晶パネルの背面側基板とバックライトの導光板との間の断面楔状の空間に、光の拡散機能を持つフィルムを設けることで、外光を利用する場合に生じる液晶表示パネルに表示されているパターンの影による視認性の低下を防止できる。

さらに、液晶表示パネルの表示領域の面積に対してバックライトの導光板の面積を大きくすることでバックライトの導光板の端部が、液晶表示パネルの表示面側から見えなくなり、液晶パネルの表示領域の端部の視認性を改善できる。

以下、本発明の液晶表示装置を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の液晶表示装置の平面図であり、図２その断面図である。

本発明の液晶表示装置は、２枚の基板及びその間に介在させた液晶層とから構成される液晶表示パネルＬＰと、光源と導光板とからなるバックライトＢＬとから構成されている。

液晶表示パネルＬＰは、一方向に延びる複数の透明電極４及び配向膜６を形成した矩形状の表示面側基板１と、
前記一方方向と直交する他方向に延びる複数の透明電極５及び配向膜７を形成した矩形状の背面側基板２とを、前記両透明電極４、５が互いに直交して表示領域を形成して、液晶層３を介して貼り合わせてなる。尚、この貼り合わせ及び液晶層３の充填位置の規定は、シール部８によって行われる。

また、バックライトＢＬは、液晶表示パネルＬＰの背面側の外部に配置されるものであり、光源２０と該光源２０からの光を前記液晶表示パネルに放出させる導光板２１とから成る。

表示面側基板
表示面側基板１は、アクリル系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、エポキシ系の樹脂、ガラスなどからなり、その形状は矩形状となっている。この表示面側基板１の寸法において、横方向寸法は、実質的に背面側基板２と同一の幅となっており、長さ寸法は実質的に背面側基板２よりも短い寸法となっている。

この表示側基板１は、平面的にはシール部８に囲まれた領域には、上述の表示部領域と配線パターンが引き回される領域とを有している。

表示側基板１の上面では、たとえは横方向に延びる複数の透明電極４が形成されている。これにより、複数の透明電極４でコモン透明電極群が構成される。

この透明電極５の一端は、横方向に延び、延在方向に位置するシール部８の直下領域にまで達している。

また、表示面側基板１のコモン電極となる透明電極４の上部には、配向膜６が形成されている。

尚、透明電極４は、例えばＩＴＯなどの透明電極材料を薄膜技法により被着形成し、その後、フォトリソグラフィにより所定パターンに形成される。尚、表示領域以外の領域においては、透明材料を用いる必要はなく、ＩＴＯ膜上にアルミニウムやアルミニウム合金、銀、金などの金属材料を積層した多層構造としたり、また、アルミニウムやアルミニウム合金、銀、金などの金属材料で形成した金属層で形成してもよい。

また、表示面側基板１の外面側の表示領域上には、位相差板９、偏光板１０が被着形成されている。

背面側基板
背面側基板２は、表示面側基板１と対向する基板であり、アクリル系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、エポキシ系の樹脂、ガラスなどからなり、その形状は矩形状となっている。そしてこの背面側基板２は、平面的にはシール部材８に囲まれた領域には、上述の表示領部と、配線パターン１５、１６が引き回される領域とを有し、さらに、背面側基板２には、セグメント側端子、コモン側端子群が集中した端子群１７が形成されている。このシール部８以外で、所定配線パターン１５、１６が形成された領域は回路配線領域となる。

背面側基板２の上面では、例えば縦方向に延びる複数の透明電極５が形成されている。これにより、複数の透明電極５でセグメント透明電極群が構成される。

また、背面側基板２の上面には、各透明電極５に接続する配線パターン１５が形成されている。この配線パターン１５は、一端が各透明電極５の一端に接続または一体化しており、他端が端子群１７となっている。配線パターン１６は、シール部８内で、かつ表示領域の外側に形成されている。この配線パターンは、表示面側基板１に形成した透明電極４と端子群１７の所定端子とを接続直ぐものである。すなわち、配線パターン１６の一部は、シール部８の一部にまで延出している。この延出部は、先の透明電極４が延出した部位であり、透明電極４からの延出部と、配線パターン１６の延出部が、それぞれ一対一に対応している。尚、シール部８内には、導電性粒子が混在されており、この延出部においては、透明電極４の延出部と配線パターン１６の延出部が導電性粒子を介して接続されることになる。

また、背面側基板２の透明電極群５上には、配向膜７が形成されている。

透明電極５は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極材料を薄膜技法により被着形成し、その後、フォトリソグラフィにより所定パターンに形成される。

配向膜７は、樹脂材料や無機物材料から成り、液晶層３の液晶分子のねじれ角を規定するように配向処理が施されている。配向膜７が樹脂材料である場合には、所定配向方向にラビング処理される。また、配向膜７が無機物材料の場合には、その薄膜形成過程で斜め蒸着などによって物理的な配向処理が施される。

配線パターン１５、１６及び端子群１７は、背面側基板２上に形成した透明電極５を構成する透明電極と同一の材料であるＩＴＯで形成したり、このＩＴＯ膜上にアルミニウムやアルミニウム合金、銀、金などの金属材料を積層した多層構造としたり、また、アルミニウムやアルミニウム合金、銀、金などの金属材料で形成した金属層で形成してもよい。

また、背面側基板２の外面（背面側）の表示領域上には、位相差板１１、偏光板１２が被着形成されている。

その他の構造
尚、上述の構造は、単純マトリックス型の表示部で説明したが、セグメント透明電極群の透明電極５、またはコモン透明電極群の透明電極４とが互いに直交しあう交差部分で表示画素領域ごとに、例えばカラーフィルタとなる色彩を有する樹脂層やカラーフィルタの樹脂層の表面凹凸を解消するための平坦化保護膜が形成される場合もある。また、各画素領域にスイッチング手段であるスイッチングトランジスタを設けても構わない。

シール部
シール部材８は、シール樹脂が主成分であり，導電性粒子が含有されている。

この導電性粒子を含むシール部材８は、異方性の導電特性を示すものであり、表示面側基板１と背面側基板２とを貼り合わせて、その内部に液晶層３を封止するとともに、表示面側基板１の透明電極４の一端を、背面側基板２の配線パターン１６に接続するものである。尚、このシール部８に導電性粒子を混在させない場合には、シール部８で透明電極４と配線パターン１６との接続ができないため、別途、両者の接続部分を構成する必要かある。

液晶層
液晶層３は、ツイストネマティク液晶、コレステリック液晶などの液晶材料で構成され、表示面側基板１、背面側基板２及びシール部８に囲まれた領域に液晶材料を注入されて形成される。この液晶層３内には、液晶層２の厚みを制御するためのスペーサ材（図示せず）が混入されている。このスペーサ材は、一方の基板上に、シール部８を塗布する前後に、少なくとも表示領域に均一に噴霧することによって、結果として、液晶層３中に均一に分散することができる。

また、液晶層３の液晶分子は、液晶材料、その厚み、上述の配向膜６、７の配向処理によって規定されたチルト角、ねじれ角を有している。液晶層３に表示するための電界を与えていない時のねじれ角は、例えば２７０°であり、所定電界が印加されると、液晶分子は、このねじれが解消され、例えば基板の厚み方向に整列する。

この液晶層３を通過する光は、偏光板、位相差板９〜１２によって、液晶層３を通過する光を遮断したり、また通過させたりし、その画素での表示ＯＮ−ＯＦＦ制御して、表示部６全体で所定表示を作成する。

バックライト
バックライトＢＬは、背面側基板２の背面部に配置される。このバックライトＢＬは導光板光源２０と導光板２１とから構成されている。具体的には、導光板２１の特定の端面付近に光源２０が配置され、この導光板２１の端面から入射される光源２０の光が、導光板２１内の肉厚部分に進行して、導光板２１の表面である光の放出面に均一な輝度で光を放出するものである。

バックライトの配置
バックライトＢＬは、液晶表示パネルＬＰの表示面側の表面に対して、バックライトＢＬの光の放出面、すなわち、表面が傾斜して配置されている。その傾斜は、具体的には、１０°乃至２０°の範囲に設定されている。

液晶表示装置の表示動作
上述の構造の液晶表示装置において、端子群１７から所定信号を供給することにより、表示情報が表示される。すなわち、例えば、セグメント側の透明電極５には、各画素領域の表示信号が、例えばコモン側の透明電極４には、表示させる各画素列を選択する走査信号が供給される。そして、表示信号及び走査信号が選択された画素領域においては、その間に、所定電界が印加されることになり、この部分の液晶層３の分子状態が変化して、光の透過が直線性となる。なお、表示画素において、表示信号や走査信号が選択されていない画素領域外においては、液晶層３の液晶分子が配向膜６、７には配向され分子のねじれが維持され、ここを透過する光が例えば旋光されることになる。そして、位相差板９、１１の特性、偏光板１０、１２の偏光角によって、液晶表示パネルＬＰの表示面側から表示内容が認識できる。

これは、バックライトＢＬの導光板２１の表面から放たれた光を対象とするものであり、背面側基板２から表示面側基板１に透過する光の制御によって達成できる。

反射光
このような透過型の液晶表示装置であっても、周囲の強い場合にはこの外光によって、反射作用が発生する。この外光は、液晶表示パネルＬＰの表示面側の表面で反射（第１の反射）するとともに、さらに、反射されなかった光が液晶表示パネルＬＰを通過して、バックライトＢＬの導光板２１の光の放出面である表面で反射（第２の反射）してしまう。

本発明では、バックライトＢＬの配置が、液晶表示パネルＬＰの表示面側の表面に対して傾斜しているため、図３に示すように、液晶表示パネルＬＰの表示面側の表面での反射の反射角θ１と、バックライトＢＬの表面での反射の反射角θ２とが互いに相違する。すなわち、第１の反射による出射光と、第２の反射による出射光が互いに合成されることがないため、液晶表示パネルＬＰの表示側基板の表面と、バックライトＢＬの導光板の表面とが、傾斜しているため、液晶表示パネルＬＰの表示側基板１の表面で反射した光が、液晶表示装置から出射する角度と、バックライトＢＬの導光板２１の表面で反射して、液晶表示パネルＬＰを通じて液晶表示装置から出射する角度との間に、この傾斜角に応じて差異が発生する。

これにより、液晶表示パネルＬＰの表面による反射光と、バックライトＢＬの導光板２１の表面による反射光とが視認者から見て分散されることにより、液晶表示パネルＬＰの表示画面上で光のちらつきが低減でき、表示情報の視認性の低下を有効に防止できる。

また、バックライトＢＬの反射光を、通常のバックライトＢＬの光と協動させることも可能となり、外光を効率よく利用することが可能となる。これによって、バックライトがオフの場合でも高い視認性を得ることが可能となり、消費電力の大幅な低減が可能となる。

なお、本発明者が液晶表示パネルＬＰの表示面側の表面と、バックライトＢＬの表面との成す傾斜角θを種々検討した。その結果、傾斜角θは、１０〜２０°の範囲に設定することで、バックライトＢＬの光を効率的に利用でき、液晶表示パネルＬＰに供給することができ、かつ上述の視認性を向上させることができる。また、液晶表示パネルＬＰの表示領域の形状（平面積）と、バックライトＢＬの導光板２１形状（平面積）を同じにしても視認性の低下は発生しない。

この傾斜角が１０°未満であると、バックライトＢＬの導光板２１の表面での反射光と、液晶表示パネルＬＰの表示側基板１の表面での反射光が重なった、平行に近い状態となり、特に、液晶表示パネルＬＰの表示面側基板１の表面での反射光によって、液晶表示パネルＬＰの表示情報の視認性が低下してしまう。

また、その傾斜が２０°を越えると、バックライトＢＬから放出される光が、液晶表示パネルＬＰに斜めに入射されることにより、バックライトＢＬの光を効率よく、液晶表示パネルＬＰ内に供給できず、液晶表示パネルＬＰの表示面側からみた時の輝度が低下してしまい、その結果、視認性が低下してしまう。また、別の問題として、液晶表示パネルＬＰの表示領域とバックライトとの形状を互いに実質的に同一にした場合、バックライトＢＬの傾斜方向の先端部が、液晶表示パネルＬＰの表示領域内で位置して、表示領域内で輝度の高い部分、極端に低い部分とが発生してしまい、さらに、その端部が表示面側から確認することができ、いずれにしても、視認性が大きく低下してしまう。

本発明者が傾斜角を０°（平行）、５°、１０°、１５°、２０°、２５°に変化させて、その視認性を確認した。その結果、周囲の光（外光）の反射による表示情報が見づらいのは、傾斜角が０°、５°の時であり、１０°以上であれば、表示情報の見づらさは解消される。

また、バックライトＢＬからの光の効率が低下による視認性の低下は、２５°とした時であり、２０°以下では輝度の低下による視認性の低下は見られなかった。
また、２０°を越えると、バックライトＢＬの端部の影が、表示領域があらわれてしまい、これを防止するためには、バックライトＢＬの面積を、液晶表示パネルＬＰの表示領域の形状に比較して大きくする必要がある。例えば、傾斜角θが１０°の場合には、バックライトＢＬの傾斜方法の長さを、液晶表示パネルＬＰの表示領域の長さの１．０１５倍以上に、傾斜角θが２０°の場合には、バックライトＢＬの傾斜方法の長さを、液晶表示パネルＬＰの表示領域の長さの１．０６４倍以上にすることが重要である。

その他の構成
また、液晶表示パネルＬＰの背面側基板２とバックライトＢＬの導光板２１との間には、傾斜角θに基づく、楔状の空間が発生する。そして、この空間を利用して、図４に示すように、液晶表示パネルＬＰの背面側基板２の外面、または、バックライトＢＬの導光板２１の表面に、光の拡散機能を持つフィルム２２を設けることが重要である。これにより、外光が液晶表示パネルＬＰを透過して、バックライトＢＬの表面で反射される際、その反射光を散乱させることができる。このため、表示情報の視認性を安定化させることができる。

本発明の液晶表示装置の平面図である。 本発明の液晶表示装置の概略断面図である。 本発明の液晶表示装置の作用を説明する概略断面図である。 本発明の他の液晶表示装置の概略断面図である。 従来の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

ＬＰ 液晶パネル
ＢＬ バックライト
１ 表示面側基板
２ 背面側基板
３ 液晶層
４，５ 透明電極
２０ 光源
２１ 導光板
２２ 散乱フィルタ
θ 傾斜角
θ１ 液晶表示パネルの表示面での反射角
θ２ バックライトの表面での反射角

Claims (4)

1. 一方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を形成した矩形状の表示面側基板と、
   前記一方方向と直交する他方向に延びる複数の透明電極及び配向膜を形成した矩形状の背面側基板とを、前記両透明電極が互いに直交するように液晶層を介して貼り合わせてなる液晶表示パネルと、
   光源と該光源からの光を前記液晶表示パネルに放出する導光板とから成るバックライトと、
   から構成される液晶表示装置において、
   前記バックライトは、前記液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、前記バックライトの導光板の光の放出面とが傾斜するようにして、前記液晶表示パネルの背面側に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶表示パネルの表示面側基板の表面と、前記バックライトの導光板の光の放出面とが成す傾斜角が１０°乃至２０°であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライトの導光板の面積が、前記液晶表示パネルの表示領域の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の液晶表示パネル。
4. 前記液晶表示パネルの背面側基板と、前記バックライトの導光板の光の放出面との間に、光拡散フィルムを設けたことを特徴とする請求項１乃至２記載の液晶表示装置。

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