JP2006064908A

JP2006064908A - 透過型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006064908A
Application number: JP2004246270A
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の間に、ＮＤフィルタ２１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、カラーフィルタ上での反射を低減し、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に、前記上側偏光板を透過して前記カラーフィルタで反射する外光の光強度を減少させる手段を備える。

請求項２の透過型カラー液晶表示装置は、前記光強度を減少させる手段がＮＤフィルタである。

請求項３の透過型カラー液晶表示装置は、前記ＮＤフィルタの光吸収率が５％以上である。

本発明によれば、上側偏光板とカラーフィルタの間に、上側偏光板を透過してカラーフィルタで反射する外光の光強度を減少させる手段を配置したので、観察者の目に入る反射光の影響を減らすことができて、画像表示のコントラストを高めることができる。例えば、前記手段としてＮＤフィルタ（光量減少フィルタ）を使用した場合、外光が入射した際のカラーフィルタ上での反射光はＮＤフィルタを２回通過することになるので、その光量はＮＤフィルタ（ＮＤ層）の厚みの２倍に比例した量だけ減少する。一方、画像を形成するためのバックライトからの入射光は、ＮＤフィルタを１回しか通過しないので、その光量はＮＤフィルタ（ＮＤ層）の厚みの１倍に比例した量だけしか減少しない。従って、画像表示に使用する光量減少に比べて、外光の反射光は２倍の光量減少を図ることができるので、コントラストの高い液晶表示が可能となる。なお、ＮＤフィルタによる画像表示の光量減少分をバックライトの光量増加で補えば、表示光量の減少の影響を無くせる。

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の間に、上側偏光板１９を透過してカラーフィルタ２０で反射する外光の光強度を減少させる手段としてＮＤフィルタ（光量減少フィルタ）２１を配置したものである。ＮＤフィルタ２１の光吸収率は、５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。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。

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、ＮＤフィルタ２１、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、カラーフィルタ２０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各フィルタと、その間隙に配されたブラックマトリックスとからなる。

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。カラーフィルタ２０を通過した光は、次にＮＤフィルタ２１を１回だけ通過して光量が減少されて上側偏光板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、外光が上側偏光板１９を通して入射した場合のカラーフィルタ２０上での反射光は、ＮＤフィルタ２１を往復で２回通過（図中Ａ）するので、その光量はＮＤフィルタ（ＮＤ層）の厚みの２倍に比例した量だけ減少することになる。従って、画像表示に使用する光量減少（図中Ｂの１回の通過による光量減少）に比べて、外光の反射光の光量を２倍減らせるので、観察者の目に入る反射光の影響を減らすことができて、画像表示のコントラストを高めることができる。なお、ＮＤフィルタ２１による画像表示の光量減少分をバックライト（光源１１）の光量増加で補えば、表示光量の減少の影響を無くすことができる。

実施例用の透過型カラー液晶表示装置（装置Ｘとする）として図１に示した構成のものを用意し、比較例用の透過型カラー液晶表示装置（装置Ｙとする）として図１に示した構成の装置においてＮＤフィルタ２１を設けないものを用意した。装置Ｘについては、反射率測定に関して表面での反射を除くために、上側偏光板１９とＮＤフィルタ２１との距離を離した。この場合の離す程度は、光源が表示面の垂線に対して４５度の位置にある場合に、上側偏光板１９上での正反射光と、カラーフィルタ２０上での正反射光とが分離して測定できる位置を実験的に決定し、この決定した位置となる程度にした。
そして、装置Ｘ、Ｙの表示面に垂直から４５度の位置に（蛍光灯で照明された）１００ｃｄ／ｍ^２の明るさの白色板を配置し、カラーフィルタ２０上での正反射光について、白色板の映り込み部での反射率を白表示時と黒表示時について測定し、その比でコントラストを定義した。ここで、装置ＸのＮＤフィルタとしては、その吸収率が５％のものと１０％のものとの２種類を用いた。また、室内の迷光を防ぐために、暗室の室内にて実験を行った。

測定の結果、ＮＤフィルタの吸収率が５％の装置Ｘのコントラストは２５９、ＮＤフィルタの吸収率が１０％の装置Ｘのコントラストは２７０、装置Ｙのコントラストは２５０となった。この結果により、ＮＤフィルタを設けた構成の方が、コントラストを向上させられることがわかった。また、ＮＤフィルタの吸収率が５％以上であればコントラストを向上させることができ、ＮＤフィルタの吸収率が１０％以上であればコントラストをより向上させられることも分かった。

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

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
２１ＮＤフィルタ

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に、前記上側偏光板を透過して前記カラーフィルタで反射する外光の光強度を減少させる手段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、
前記光強度を減少させる手段がＮＤフィルタである透過型カラー液晶表示装置。
請求項２記載の透過型カラー液晶表示装置であって、
前記ＮＤフィルタの光吸収率が５％以上である透過型カラー液晶表示装置。