JP2005227708A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】二重像の発生を低減するとともに、透過表示でのコントラスト比を向上させて視野角を広くする。
【解決手段】二重像の発生を抑制するための光拡散層１８を視野角補償板１９と反射層４１との間に配置する。この構成により、反射層４１の外側に配置されたバックライト４から発せられた光は、光拡散層１８でその進行方向が変更されるものの、視野角補償板１９に一旦入射した後は、視野角補償板１９、液晶層３において進行方向が変更されることはなく、透過光は鉛直方向、斜め方向のいずれにおいても直進する。これにより、透過光が直進することを前提に設計された液晶層３の液晶分子と視野角補償板１９の液晶分子のそれぞれの配向状態においては、視野角補償板１９は本来の位相差を補償する機能を発揮できることとなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、主にバックライトによる透過表示を行い、外光照度の強い場所では反射表示を行うことが可能な液晶表示素子に関する。

図９は、第１の従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。アレイ基板１と対向基板２との間に液晶層３が保持され、液晶層３からみてアレイ基板１の外側にバックライト４が配置された構成である。

アレイ基板１では、ガラス製の透明基板１１の外側面に偏光板１２が透明粘着層１３により貼り付けられ、透明基板１１の内側面にアドレス線１４が形成され、その上面全体に透明絶縁層１５が形成され、透明絶縁層１５の上面に画素電極１６とスイッチ素子１７が形成される。

対向基板２では、ガラス製の透明基板２１の外側面に偏光板２２が透明粘着層２３により貼り付けられ、透明基板２１の内側面にカラーフィルタ２４、ブラックマトリクス（ＢＭ）２５が形成され、カラーフィルタ２４を覆うように対向電極２６が形成される。

バックライト４は、白色ＬＥＤを用いた光源である。透過表示の際には、バックライト４が放出した光が、アレイ基板１、液晶層３、対向基板２をこの順で透過して、表示に利用される。

また、偏光板１２とバックライト４との間には、反射層４１が形成されており、反射表示の際には、太陽光などの外部から表示画面に入射した光が、対向基板２、液晶層３、アレイ基板１を透過した後、反射層４１で反射し、アレイ基板１、液晶層３、対向基板２を透過して、表示に利用される。

しかしながら、第１の従来技術においては、バックライトからの光による表示像と、反射層４１で反射した光による反射像とが重なって二重像（視差）が発生し、画質が劣化するという問題があった。

図１０は、第２の従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。この液晶表示素子は、二重像の発生を低減する目的で、アレイ基板１において透明基板１１と偏光板１２との間に光拡散層１８を形成した構成である。その他の部分は、図９と同様の構成である。通常、光拡散層の配置場所は、表示画面側からみたときに液晶層よりもバックライト側に配置する方が良いことが多い。この理由は、光拡散層を液晶層よりも表示画面側に配置すると、表示画面上に光散乱による文字ボケやにじみが生じやすくなり、画質が劣化するからである。なお、光拡散層を用いた技術としては、特許文献１、特許文献２に記載のものが知られている。

図１１は、第３の従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。この液晶表示素子は、視野角を拡大する目的で、アレイ基板１において視野角補償板１９を透明基板１１と偏光板１２との間に配置するとともに、対向基板２において視野角補償板２９を透明基板２１と偏光板２２との間に配置した構成である。この視野角補償板１９は、透明基板１１には透明粘着層１３により貼り付けられ、偏光板１２には透明粘着層２０により貼り付けられる。また、視野角補償板２９は、透明基板２１には透明粘着層３０により貼り付けられ、偏光板２２には透明粘着層２３により貼り付けられる。その他の部分は、図９と同様の構成である。

図１２は、第４の従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。この液晶表示素子は、二重像発生の低減と視野角の拡大の双方を目的とし、図１１の液晶表示素子において、アレイ基板１の透明基板１１と視野角補償板１９との間に光拡散層１８を配置した構成である。その他の部分は、図１１と同様の構成である。このように、第４の従来技術は、光拡散層１８と視野角補償板１９，２９の双方を設けることにより、二重像発生の低減と視野角の拡大を図ろうとしたものである。
特開２００３−２５５３１７号公報 特開２００３−１２１８４７号公報

しかしながら、第４の従来技術では、二重像発生の低減は図れるものの、透過表示の際に、コントラスト比が著しく低下してしまい、結果として視野角の角度範囲が狭くなるという問題があった。これは、光拡散層と視野角補償板との組み合わせの条件により特異的に光学特性が劣化するためと考えられる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二重像の発生を低減するとともに、透過表示でのコントラスト比を向上させ、視野角を拡大させ得る液晶表示素子を提供することにある。

本発明に係る液晶表示素子は、対向して配置された一対の透明基板と、前記一対の透明基板の間に配置された液晶層と、前記一対の透明基板の外側に配置された一対の偏光板と、一方の偏光板の外側に配置された反射層と、前記反射層が設けられた側の偏光板と前記透明基板との間に配置された視野角補償板と、当該透明基板と前記視野角補償板との間ではなく、前記視野角補償板と前記反射層との間に配置された光拡散層と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、光拡散層を透明基板と視野角補償板との間ではなく、視野角補償板と反射層との間に配置したことで、反射層の外側に配置されるバックライトから発せられた光は、光拡散層でその進行方向が変更されるものの、視野角補償板に一旦入射した後は、視野角補償板、液晶層において進行方向が変更されないようにしている。

光拡散層は、視野角補償板と反射層との間で様々な位置に配置することができる。例えば、反射層が設けられた側の偏光板と視野角補償板との間に光拡散層を配置するようにしてもよい。

また、反射層が設けられた側の偏光板と視野角補償板との間に１／２波長板を備えることとし、視野角補償板と１／２波長板との間に光拡散層を配置するようにしてもよいし、１／２波長板と偏光板との間に光拡散層を配置するようにしてもよい。

また、反射層が設けられた側の偏光板と反射層との間に輝度向上フィルム層を備えることとし、この偏光板と輝度向上フィルム層との間に光拡散層を配置するようにしてもよい。

本発明に係る液晶表示素子によれば、光拡散層を視野角補償板と反射層との間に配置したことで、視野角補償板、液晶層において、透過光の光路が変更されずに直進するので、視野角補償板が本来の位相差を補償する機能を発揮でき、透過表示でのコントラスト比が向上し視野角を拡大することができる。また、光拡散層により、反射層で反射した光による二重像の発生を低減することができる。

本発明者は、視野角拡大原理に基づくシミュレーションを行い、第４の従来技術について、透過表示の際のコントラスト比の低下は、以下の理由によるものであることを見出した。

まず、図１を用いて視野角拡大の原理について説明する。ここでは、液晶表示素子の基本的な構成は、図１１に示したものと同様とする。

液晶層３は、画素電極１６と対向電極２６との間に印加される電圧によって駆動され、この電圧値によって液晶分子の配向状態が制御される。視野角補償板１９，２９は、配向状態が固定された液晶分子を含むポリマー混合物からなる。

視野角の拡大は、液晶層３の液晶分子と、視野角補償板１９，２９の液晶分子について、表示画面に対して正面方向を含む視野角範囲で位相差がずれない光学補償関係となるように配向状態をそれぞれ形成し、コントラスト比の低下を軽減することで図られる。

このとき、図２に示すように、バックライト４から発せられた光は、偏光板１２、視野角補償板１９を通過して所定の光変調を受けた後、液晶層３に入射する。ここでは、光拡散層を用いていないので、透過光の光路は、視野角補償板１９、液晶層３で進行方向が変更されることはなく、鉛直方向、斜め方向のいずれにおいても直進したものとなる。この場合は、液晶層３の液晶分子と視野角補償板１９の液晶分子のそれぞれの配向状態が有効に作用するので、視野角補償板１９は本来の位相差を補償する機能を発揮する。

次に、反射光による二重像の発生を低減するため、図１２に示したように、光拡散層１８を透明基板１１と視野角補償板１９との間に配置した第４の従来技術について説明する。

図３に示すように、バックライト４から発せられた光は、偏光板１２、視野角補償板１９を通過して所定の光変調を受けた後、光拡散層１８に入射する。この光は、光拡散層１８によりその進行方向が様々な方向に変更された後、液晶層３に入射する。液晶層３の液晶分子と視野角補償板１９の液晶分子のそれぞれの配向状態は、透過光が直進することを前提に設計されたものであるので、視野角補償板１９の位相差を補償する機能は低下する。このため、透過表示においてはコントラスト比が低下することになる。

このように、第４の従来技術では、視野角を拡大するための視野角補償板が、二重像の発生を抑制するための光拡散層の存在によって有効に機能しなくなるために、コントラスト比が著しく低下することになる。

本実施の形態では、このようなコントラスト比低下の原因を考慮し、光拡散層の配置位置を変更することで、コントラスト比の向上を図る。

図４は、一実施の形態における液晶表示素子の構成を示す断面図である。本液晶表示素子は、光拡散層１８を透明基板１１と視野角補償板１９との間ではなく、視野角補償板１９と反射層４１との間に配置した構成である。より具体的には、光拡散層１８を視野角補償板１９と偏光板１２との間に配置した構成である。

光拡散層１８は、視野角補償板１９と偏光板１２とを接合する粘着材に非吸引型の拡散フィラーを分散させたものであり、粘着材としての機能を兼用している。光拡散層１８における光拡散率は、ヘイズ値１０％乃至８０％の範囲とする。また、液晶層３と視野角補償板１９との間の光拡散率は、ヘイズ値１０％以下とする。

その他の構成について説明すると、アレイ基板１と対向基板２との間に液晶層３が保持され、液晶層３からみてアレイ基板１の外側にバックライト４が配置される。

アレイ基板１では、ガラス製の透明基板１１の外側面に視野角補償板１９が透明粘着層１３により貼り付けられる。この視野角補償板１９の外側面に、光拡散層１８、偏光板１２が配置され、さらにその外側に反射層４１が配置される。反射層４１は、偏光板１２の外側面に形成することとしてもよいし、バックライト４の表面における集光シートや拡散シートを反射層４１として兼用するようにしてもよい。透明基板１１の内側面にはアドレス線１４が形成され、その上面全体に透明絶縁層１５が形成され、透明絶縁層１５の上面に画素電極１６とスイッチ素子１７が形成される。スイッチ素子１７としては、例えばＭＯＳ構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film transistor）を用いる。

対向基板２では、ガラス製の透明基板２１の外側面に視野角補償板２９が透明粘着層３０により貼り付けられ、さらにその外側面に偏光板２２が透明粘着層２３により貼り付けられる。透明基板２１の内側面にはカラーフィルタ２４、ブラックマトリクス（ＢＭ）２５が形成され、カラーフィルタ２４を覆うように対向電極２６が形成される。

アレイ基板１、対向基板２のそれぞれの液晶層３に接する側の面には、液晶層３の液晶分子を配向するために略直行又は略平行の軸関係となるように、ラビング処理が施される。

液晶層３は、アレイ基板１と対向基板２との間で液晶分子の長軸が９０°連続的にねじれた、ねじれネマティック（ＴＮ）形とする。液晶層３に入射した光は、液晶層３が電圧無印加の状態においては、液晶分子のねじれに沿って９０°旋光する。なお、液晶層３における液晶分子の配向状態は、ホモジニアス配向としてもよい。

視野角補償板１９，２９は、配向状態が固定された液晶分子を含むポリマー混合物からなる板である。具体的には、ねじれネマティック形の液晶を用い、液晶分子の配向状態をハイブリッド配向とする。

バックライト４は、白色ＬＥＤを用いた光源である。透過表示の際には、バックライト４が放出した光が、アレイ基板１、液晶層３、対向基板２をこの順で透過して、表示に利用される。

一方、反射表示の際には、太陽光などの外部から表示画面に入射した光が、対向基板２、液晶層３、アレイ基板１を透過した後、反射層４１で反射し、アレイ基板１、液晶層３、対向基板２を透過して、表示に利用される。

図５に示すように、本液晶表示素子の構成においては、バックライト４が発した透過光の光路は、光拡散層１８により進行方向が変更されるものの、視野角補償板１９に入射した後は、視野角補償板１９、液晶層３で進行方向が変更されることなく直進する。この構成により、光路が直進することを前提に設計された液晶層３の液晶分子と視野角補償板１９の液晶分子のそれぞれの配向状態が有効に作用するので、視野角補償板１９は本来の位相差を補償する機能を発揮できる。

したがって、本実施の形態によれば、光拡散層１８を透明基板１１と視野角補償板１９との間ではなく視野角補償板１９と反射層４１との間に配置したことで、バックライト４から発せられた光は、光拡散層１８でその進行方向が変更されるものの、視野角補償板１９に一旦入射した後は、視野角補償板１９、液晶層３において進行方向が変更されることはなく、透過光は鉛直方向、斜め方向のいずれにおいても直進するので、視野角補償板１９が本来の位相差を補償する機能を発揮でき、もってコントラスト比の低下を防止でき、視野角の拡大を図ることができる。また、光拡散層１８を用いたことで、反射層４１で反射した光が、光拡散層１８により進行方向へ拡散するので、二重像の発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、光拡散層１８を反射層４１と視野角補償板１９との間に配置する構成の一例として、光拡散層１８を反射層４１が設けられた側の偏光板１２と視野角補償板１９との間に配置した構成を説明したが、これに限られるものではない。以下、別の形態について説明する。

図６の断面図に示すように、別の形態の液晶表示素子では、波長分散特性を調整する目的で、アレイ基板１において、視野角補償板１９と偏光板１２との間に１／２波長板５１を備える。そして、光拡散層１８を視野角補償板１９と１／２波長板５１との間に配置する。一方、対向基板２では、視野角補償板２９を形成せず、代わりに位相差板５２、１／２波長板５３を透明基板２１の表面に重ねて形成する。位相差板５２は、透明基板２１の表面に透明粘着層３１で貼り付け、１／２波長板５３は、位相差板５２の表面に透明粘着層３０で貼り付ける。１／２波長板５３の表面には偏光板２２を透明粘着層２３で貼り付ける。その他、図４と同一物には同一の符号を付すこととし、ここでは重複した説明は省略する。

このような構成の液晶表示素子においても、図７に示すように、バックライト４から発せられた光は、１／２波長板５１を透過した後、光拡散層１８でその進行方向が変更されるものの、視野角補償板１９に一旦入射した後は、視野角補償板１９、液晶層３において進行方向は変更されることがないので、視野角補償板１９は本来の位相差を補償する機能を発揮でき、もってコントラスト比の低下を防止でき、視野角の拡大を図ることができる。また、光拡散層１８を用いたことで反射層４１で反射した光による二重像の発生を抑制することができる。

また、別の形態の液晶表示素子として、図６の断面図において、光拡散層１８を視野角補償板１９と１／２波長板５１との間ではなく、１／２波長板５１と偏光板１２との間に配置するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏することができる。

さらに、別の形態の液晶表示素子として、アレイ基板１の偏光板１２と反射層４１との間に、偏光反射機能をもつ輝度向上フィルム層を備えることとし、光拡散層１８をこの輝度向上フィルム層と偏光板１２との間に配置するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏することができる。

図８は、上述した各液晶表示素子についての光学特性をまとめた表である。同表において、実施例１は、図４を用いて説明した液晶表示素子であり、実施例２は、図６を用いて説明した液晶表示素子である。また、比較例１は第１従来技術の液晶表示素子、比較例２は第２従来技術の液晶表示素子、比較例３は第３従来技術の液晶表示素子、比較例４は第４従来技術の液晶表示素子である。また、同表において、視野角特性は、コントラスト比が１０以上となる視野角の角度範囲を示す。

同表に示すように、実施例１、実施例２では、二重像の発生を抑制できるうえ、比較例４と比べても、良好なコントラスト比が得られ、視野角が広くなっている。

視野角拡大の原理を説明するための図である。 第３従来技術におけるバックライトが発した光の光路を示す図である。 第４従来技術におけるバックライトが発した光の光路を示す図である。 一実施の形態における液晶表示素子の構成を示す断面図である。 図４の液晶表示素子においてバックライトが発した光の光路を示す図である。 別の実施の形態における液晶表示素子の構成を示す断面図である。 図６の液晶表示素子においてバックライトが発した光の光路を示す図である。 各液晶表示素子について光学特性をまとめた表である。 第１従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。 第２従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。 第３従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。 第４従来技術による液晶表示素子の構成を示す断面図である。

符号の説明

１…アレイ基板，２…対向基板
３…液晶層，４…バックライト
１１，２１…透明基板
１２，２２…偏光板
１３…透明粘着層，１４…アドレス線
１５…透明絶縁層，１６…画素電極
１７…スイッチ素子，１８…光拡散層
１９，２９…視野角補償板
２０，２３，…透明粘着層
２４…カラーフィルタ
２６…対向電極
３０，３１…透明粘着層
４１…反射層，５１…波長板
５２…位相差板，５３…波長板

Claims (5)

1. 対向して配置された一対の透明基板と、
   前記一対の透明基板の間に配置された液晶層と、
   前記一対の透明基板の外側に配置された一対の偏光板と、
   一方の偏光板の外側に配置された反射層と、
   前記反射層が設けられた側の偏光板と透明基板との間に配置された視野角補償板と、
   当該透明基板と前記視野角補償板との間ではなく、前記視野角補償板と前記反射層との間に配置された光拡散層と、
   を有することを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記光拡散層は、前記反射層が設けられた側の偏光板と前記視野角補償板との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記反射層が設けられた側の偏光板と前記視野角補償板との間に１／２波長板を備え、
   前記光拡散層は、前記視野角補償板と前記１／２波長板との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
4. 前記反射層が設けられた側の偏光板と前記視野角補償板との間に１／２波長板を備え、
   前記光拡散層は、前記１／２波長板と当該偏光板との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
5. 前記反射層が設けられた側の偏光板と前記反射層との間に輝度向上フィルム層を備え、
   前記光拡散層は、当該偏光板と当該輝度向上フィルム層との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
   

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