JP2006064906A

JP2006064906A - 透過型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006064906A
Application number: JP2004246268A
Authority: JP
Inventors: Hisao Arai; 久夫新井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】カラーフィルタ上での反射を低減し、更なるコントラストの向上を図る。
【解決手段】光源側の下側偏光板１８と表示側の上側偏光板１９との間に、下側偏光板１８を透過した直線偏光の偏光面を変化させて光透過率を調整する液晶パネル１７を配置し、液晶パネル１７と上側偏光板１９と間にカラーフィルタ２０を配置した透過型カラー液晶表示装置において、上側偏光板１９とカラーフィルタ２０の間でカラーフィルタ２０のブラックマトリックス部２１に対応する位置上に、上側偏光板１９の偏光方向と直交する偏光方向を持つ偏光板２２を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、外光の反射を低減して表示画像のコントラストを高めるようにした透過型カラー液晶表示装置に関する。

現在、各種装置のディスプレイとして、透過型カラー液晶表示装置が広く使用されている。このうち一般に広く利用されているＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶表示装置は、透明電極を有する２枚のガラス基板間に液晶分子を９０度ねじれた状態で封入することで液晶パネルを構成し、その液晶パネルのガラス基板の外側に２枚の偏光板を直交配置した構造を有している。この種の液晶表示装置における画像表示は、両基板間への印加電圧を調整することで液晶分子の配向を変化させて、液晶中を通過する光の出力を変化させることで行われる。

即ち、印加電圧が閾値より低い場合、入射側の偏光板を通過した直線偏光の偏光方向が液晶分子のねじれに沿って９０度回転（旋光）するので、旋光された光が、入射側の偏光板に対して直交配置された出射側の偏光板を通過して明るい状態が表示される（白表示）。一方、印加電圧が閾値より高くなると、電極間の中央部分から液晶分子長軸が立ちはじめ、旋光性が低下し始める。さらに印加電圧を高くすると、旋光性がついに無くなってしまい、入射側の偏光板を通過した直線偏光は、旋光することなく、出射側の偏光板に到達するので、出射できず、暗い状態が表示される（黒表示）。

ところで、このような液晶表示装置においては、室内や窓からの外光が画像表示面で反射することにより、例えば、黒表示時の黒の締まりが悪くなり、コントラストの低下をもたらすという問題があった。その原因としては、ディスプレイ最表面の空気界面での反射（表面反射）と、カラーフィルタ部での反射（内部反射）が主として挙げられる。これまでは前者の反射率が一般には後者より高かったので、その対策として、例えばディスプレイ表面に多層干渉効果を取り入れた低反射率フィルムを貼り付けて反射率の低減を図っていた。

しかしながら、低反射率フィルムを貼り付けて空気界面での表面反射率をある程度以下に抑えた場合、相対的に後者のカラーフィルタ表面での内部反射、特にブラックマトリックス表面での反射が、コントラスト向上を図る上での新たな問題となってきた。

従来、カラーフィルタのブラックマトリックスとしては、（１）蒸着、スパッタリング等で形成したクロム薄膜をフォトエッチングしてレリーフしたもの、（２）黒色電着塗料を電着して形成したもの、（３）印刷により形成したもの、等があった（例えば、特許文献１参照）が、今までは、必要な寸法精度を確保しながら十分に反射率を低減したものが無かったので、その対策が必要となってきた。

特開２００２−３７１２０４号公報

上述したように、従来では、画像表示面での外光の反射のうち、空気界面での表面反射については、ある程度十分な対策が採られてきたが、カラーフィルタ上での内部反射については、十分な対策が採られていなかった。そのため、更なるコントラスト向上を図る上で、内部反射の問題（特にブラックマトリクス部での反射の問題）を解決することが重要になってきた。

本発明は、上記事情を考慮し、カラーフィルタのブラックマトリクス部での反射を低減し、更なるコントラストの向上を図ることのできる透過型カラー液晶表示装置を提供することを目的とする。

請求項１の透過型カラー液晶表示装置は、光源側の下側偏光板と、表示側の上側偏光板と、前記下側偏光板と前記上側偏光板の間に設けられる液晶パネルと、前記液晶パネルと前記上側偏光板の間に設けられ、ブラックマトリクス部を有するカラーフィルタとを含む透過型カラー液晶表示装置であって、前記上側偏光板と前記カラーフィルタの間で前記ブラックマトリクス部の少なくとも一部に対応する位置に、前記上側偏光板を通過して前記ブラックマトリクス部に入射しようとする光の偏光方向と異なる偏光方向を持つ偏光層を備える。

請求項２の透過型カラー液晶表示装置は、偏光層の偏光方向が、前記上側偏光板の偏光方向と直交する。

請求項３の透過型カラー液晶表示装置は、前記偏光層の偏光方向が、前記上側偏光板の偏光方向と同じであり、前記上側偏光板と前記偏光層の間に、前記上側偏光板を通過した外光の偏光方向を前記偏光層の偏光方向と異ならせる位相板を備える。

請求項４の透過型カラー液晶表示装置は、前記位相板が２枚の１／４波長板又は１枚の１／２波長板である。

本発明によれば、上側偏光板とカラーフィルタの間でカラーフィルタのブラックマトリックス部の少なくとも一部に対応する位置に、上側偏光板を通過してブラックマトリクス部に入射しようとする光の偏光方向と異なる偏光方向を持つ偏光層を配置したので、上側偏光板を透過してカラーフィルタのブラックマトリックス部に届く直線偏光の外光を減らすことができる。つまり、上側偏光板を通過してカラーフィルタに入射する外光は直線偏光となるが、その直線偏光の偏光方向と偏光層の偏光方向とが異なるので、ブラックマトリックス部に届く外光が減る。特に、上側偏光板を通過してブラックマトリクス部に入射しようとする光の偏光方向と偏光層の偏光方向とが直交する場合には、ブラックマトリックス部に届く外光を偏光層で完全に吸収することができる。従って、ブラックマトリックス部での反射光の影響を確実に減らすことができ、画面表示のコントラストを高めることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態を説明するための透過型カラー液晶表示装置の概略断面図である。
透過型カラー液晶表示装置１００は、光源１１側の下側偏光板１８と表示側の上側偏光板１９との間に液晶パネル１７を配置し、液晶パネル１７と上側偏光板１９の間に、ブラックマトリックス部２１を有するカラーフィルタ２０を配置し、下側偏光板１８の下側にバックライトユニット１０を配置し、更に、上側偏光板１９とカラーフィルタ２０の間でブラックマトリックス部２１に対応する位置に、上側偏光板１９の偏光方向と直交する偏光方向を持つ偏光板（偏光層）２２を配置したものである。液晶パネル１７は、液晶層とそれを挟むガラスや駆動電極などから構成される。

図２は、カラーフィルタ２０を表示面側から見たときの平面図である。図２に示すように、ブラックマトリックス部２１は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各フィルタの間隙に配された行（縦）と列（横）のラインよりなる格子状のものである。偏光板２２は、このブラックマトリクス２１の上方（液晶パネル１７とは反対側）の対応する位置に設けられている。つまり、ブラックマトリクス部２１の形状と同じ形状の偏光板２２が、ブラックマトリクス部２１の上方に、ブラックマトリクス部２１を覆うように設けられている。なお、偏光板２２は、ブラックマトリクス部２１の全てを覆うように設けてある必要はなく、その一部に設けてあれば良い。例えば、ブラックマトリクス部２１の行だけに対応させて、あるいは、列だけに対応させて偏光板２２を設けても、半分程度の効果（後述）は期待できる。

ブラックマトリックス部２１に対応させて偏光板２２を配置する方法としては、例えば透明板２３上又はブラックマトリクス部２１上に、予めブラックマトリックス部２１の形状に対応させてカットしてある偏光板２２を貼り付ける方法を採ることができる。偏光板２２のカットの方法としてはミクロトーム等を用いることができる。また、最終的に所定の偏光性能を確保できるのであれば、電着やインクジェット等の塗布によって偏光板２２を形成してもよい。

バックライトユニット１０は、エッジライト型のもので、液晶パネル１７を背面側から照明するための冷陰極管等からなる光源１１と、光源１１からの光を反射する反射板１２と、光源１１からの光及び反射板１２で反射された光を液晶パネル１７側に向けるための導光板１４と、導光板１４内から出てくる光を導光板１４内あるいは液晶パネル１７側に戻すための拡散板（又は反射板）１３とを備える。また、導光板１４と下側偏光板１８の間には、導光板１４から出射された光を拡散する拡散フィルム１５と、拡散フィルム１５で拡散された光を集光して液晶パネル１７に入射させる集光フィルタ１６とが設けられている。なお、拡散板（又は反射板）１３、導光板１４、拡散フィルム１５、集光フィルタ１６、下側偏光板１８、液晶パネル１７、カラーフィルタ２０、偏光板２２、及び上側偏光板１９は、この順に積層されている。

液晶パネル１７としては、例えば、下側偏光板１８を透過した直線偏光の偏光面を変化させて光透過率を調整（ＯＮ／ＯＦＦの場合はスイッチング制御）するツイストネマティック（ＴＮ）型、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）型、ＩＰＳ型、又はＶＡ型等のものが用いられるが、これに限らず、公知の液晶パネルであれば何でも良い。

また、下側偏光板１８は、集光フィルタ１６からの全方位光中の特定の偏光成分を透過する機能を有し、上側偏光板１９は特定の偏光成分を透過する機能を有する。ここでは、下側偏光板１８と上側偏光板１９の偏光方向は直交する関係に設定されている。

次に作用を説明する。
バックライトユニット１０からの光は、下側偏光板１８によって偏光され、液晶パネル１７に入射する。液晶パネル１７は、図示しない透明電極間に印加される電圧により光透過率が調整される。即ち、印加電圧により液晶の分子配列が変化し、光透過率が調整される。白表示の場合は液晶パネル１７を通過する際に偏光面が９０°回転し、黒表示の場合は偏光面が変化しない。ここで、各色フィルタ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の対応する位置には偏光板２２が存在しないので、カラーフィルタ２０を透過した光はそのまま上側偏光板１９に到達する。そして、白表示の場合は上側偏光板１９をそのまま通過し、黒表示の場合は上側偏光板１９に吸収される。

一方、上側偏光板１９を通して入射する外光のうち、ブラックマトリックス部２１に到達しようとする光は、上側偏光板１９を通過する際、図１の紙面に垂直な方向の直線偏光となっているので、その直下の偏光板２２で吸収されることになり、ブラックマトリックス部２１には到達しない。従って、ブラックマトリックス部２１での反射光の影響を減らすことができ、画面表示のコントラストを高めることができる。

なお、カラーフィルタ２０のブラックマトリクス部２１の上方に設ける偏光板２２の偏光方向は、必ずしも上側偏光板１９の偏光方向と直交する関係になっていなくてもよく、上側偏光板１９の偏光方向と異なっていれば、偏光板２２によってある程度の光の吸収効果は期待できる。

また、上記では、偏光板２２の偏光方向が上側偏光板１９の偏光方向と直交しているが、偏光板２２の偏光方向と上側偏光板１９の偏光方向とを同じとしても良い。この場合は、上側偏光板１９と偏光板２２との間に、上側偏光板１９を通過した外光の偏光方向を偏光板２２の偏光方向と異ならせる位相板を設けておく必要がある。例えば、上側偏光板１９の偏光方向が図１の左右方向であり、偏光板２２の偏光方向と同じであった場合、上側偏光板１９と偏光板２２との間に２枚のλ／４板（１／４波長板）または１枚のλ／２板（１／２波長板）を設けて、上側偏光板１９を通過した外光の偏光方向を９０°回転させることで、ブラックマトリックス部２１に到達しようとする光が偏光板２２で吸収されることになり、ブラックマトリクス部２１への外光の到達を防ぐことができる。

実施例用の透過型カラー液晶表示装置（装置Ａとする）を次のような方法で作成した。まず、市販の透過型カラー液晶表示装置のカラーフィルタよりも上にある偏光板を取り外し、カラーフィルタのブラックマトリクス部の行方向の幅を測定した。測定結果は１０μｍであった。次に、取り外した偏光板の吸収軸とブラックマトリクス部の行方向のなす角度θを確認した。そして、別の偏光板を、その透過軸とブラックマトリクス部の行方向のなす角度が前記θとなる方向に、ブラックマトリクス部と同じ幅（１０μｍ）となるようにミクロトームで短冊状にせん断した。せん断して得られる複数の偏光板を、その透過軸とブラックマトリクス部の行方向のなす角度が前記θとなり、且つ、ブラックマトリクス部の列方向を覆うようにブラックマトリクス部上に貼り付け、取り外した偏光板を元通りに取り付けて装置Ａを作成した。比較例用の透過型カラー液晶表示装置（装置Ｂとする）は、上記市販の透過型カラー液晶表示装置とした。そして、装置Ａ，Ｂの電源ＯＦＦ時に１００ｃｄ／ｍ_２の明るさの白色板を両装置の表示面の略正面から映し込み、その視覚的な映り込みの評価を行った。

評価の結果、装置Ａについては○（映り込みがあまり気にならない）、装置Ｂについては×（映り込みが気になる）という結果が得られ、本発明の構成の方が、装置内部での反射が抑えられ、映り込みを抑えられることが分かった。

本発明の実施形態を説明するための透過型カラー液晶表示装置の概略断面図本発明の実施形態を説明するための透過型カラー液晶表示装置のカラーフィルタの平面図

符号の説明

１００透過型カラー液晶表示装置
１１光源
１７液晶パネル
１８下側偏光板
１９上側偏光板
２０カラーフィルタ
２１ブラックマトリクス部
２２偏光板

Claims

光源側の下側偏光板と、表示側の上側偏光板と、前記下側偏光板と前記上側偏光板の間に設けられる液晶パネルと、前記液晶パネルと前記上側偏光板の間に設けられ、ブラックマトリクス部を有するカラーフィルタとを含む透過型カラー液晶表示装置であって、
前記上側偏光板と前記カラーフィルタの間で前記ブラックマトリクス部の少なくとも一部に対応する位置に、前記上側偏光板を通過して前記ブラックマトリクス部に入射しようとする光の偏光方向と異なる偏光方向を持つ偏光層を備える透過型カラー液晶表示装置。
請求項１記載の透過型カラー液晶表示装置であって、
前記偏光層の偏光方向が、前記上側偏光板の偏光方向と直交する透過型カラー液晶表示装置。
請求項１記載の透過型カラー液晶表示装置であって、
前記偏光層の偏光方向が、前記上側偏光板の偏光方向と同じであり、
前記上側偏光板と前記偏光層の間に、前記上側偏光板を通過した外光の偏光方向を前記偏光層の偏光方向と異ならせる位相板を備える透過型カラー液晶表示装置。
請求項３記載の透過型カラー液晶表示装置であって、
前記位相板は、２枚の１／４波長板又は１枚の１／２波長板である透過型カラー液晶表示装置。