JP2006084584A

JP2006084584A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006084584A
Application number: JP2004267373A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamauchi; 直史山内
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: JP4803632B2

Abstract

【課題】色再現性の良い鮮やかな液晶表示装置を簡便に作製する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、液晶素子を照射するために、光源から入射された光を出射する光出射面を有する導光板と、導光板と液晶素子との間に設けられた光拡散シートと、光出射面から出射する光の色を補正するために、特定波長以外の可視光を透過する機能を有する色補正手段を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話、携帯型小型テレビ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、および小型ノート型パーソナルコンピュータ等に用いられる液晶表示装置に関する。

携帯電話、携帯型小型テレビ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡ、および小型ノート型パーソナルコンピュータ等に用いられている液晶表示装置においては、冷陰極管に替わって、点灯特性が良好であり発熱やノイズの少ない光源としてＬＥＤを用いた液晶用照明装置が多用されるようになってきた。

一般に、透過型液晶表示装置では、白色光源を用いたバックライト照明装置を用いて、Ｒ（Ｒｅｄ）Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）Ｂ（Ｂｌｕｅ）カラーフィルタを各画素に具備する液晶表示素子を照明することによりカラー画像を表示する。しかしながら、理想的な白色光発光が可能なＬＥＤが存在しないために様々な工夫がなされてきた。

例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの３光源を近接配置させて色づきの少ない擬似白色光源を実現し、それから得られた白色光を導光板に入射させることによって液晶表示素子を照明することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、青色ＬＥＤから放射された青色光によって蛍光体を励起して緑色光から赤色光にかけての帯域の光を波長変換により得て、この青色光、緑色光、赤色光を加法混色して擬似白色光を得、これを導光板に導いて液晶表示素子を照明することが知られている。これにより、３つのＬＥＤを用いる方法に比べて、必要なＬＥＤの数は１／３になるため消費電力が著しく低減すると同時に、擬似白色を得るために３つのＬＥＤ出力を微調整する必要もなくなり、色ずれも起こらなくなった。

また、蛍光体を形成した青色ＬＥＤから放射された青色光によってその蛍光体を励起して緑色光から赤色光を波長変換により得て、この青色光と波長変換によって得られた光を加法混色して擬似白色光を得ると同時に、赤色の彩度を向上させるために赤色ＬＥＤを上記擬似白色光にさらに加法混色して、理想に近い白色光を得、これを導光板に導いて液晶表示素子を照明することが知られている（例えば、特許文献２参照）。これにより、赤色ＬＥＤの出力調整を行なうだけで容易に理想に近い白色光を得ることができ、より鮮明なカラー表示が可能な液晶表示装置を実現できる。

さらに、上述した擬似白色光および赤色光を色ずれなく効率良く混色するために、蛍光体が形成された青色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを、レンズ機能を有する透明な樹脂モールド中に近接して配置することが知られている（例えば、特許文献３を参照）。
特開平１０−２４７４１１号公報（第３−４頁、第３図）特開２０００−２７５６３６号公報（第３−４項、第１図）特開２００２−５７３７６号公報（第４項、第１図）

しかしながら、従来の液晶表示装置、特に最も理想に近い白色光を得ることができる特許文献２に記載の液晶表示装置においても、照明光のスペクトルは励起用の青色ＬＥＤと混色用の赤色ＬＥＤおよび青色光を波長変換して得られた緑色光および赤色光の発光スペクトルによって決まるために、蛍光材料の特性が色特性に大きく影響することになる。そして、実際に視認されるのは液晶素子の構成要素であるカラーフィルタ等の着色部材を透過した光であるために、蛍光材料とカラーフィルタとの光学的整合が取れていないと理想的な白色表示を得ることはできないという課題を有している。具体的には、蛍光材料からの発光スペクトルやカラーフィルタ材料の分光透過率特性のミスマッチングによって、特許文献２に記載の液晶表示装置における白色表示は、若干黄色からオレンジ色を帯びてしまうという課題を有している。

カラー液晶表示装置で理想的な白色表示を得るためには、励起用の青色ＬＥＤと混色用の赤色ＬＥＤおよび青色光を波長変換されて得られた緑色光および赤色光の発光スペクトルを調整するか、液晶素子におけるカラーフィルタ等の着色部材の透過スペクトルを調整するか、もしくはその両方を行なうことである。しかしながら、このような調整は蛍光材料またはカラーフィルタ材料そのものを改善しなければならないために、時間と費用がかかり困難であるという課題を有している。

さらには、液晶素子に用いられているカラーフィルタの特性は、製造メーカごとや製品ごとに異なっているのが通常であり、このような液晶素子に簡便に表示色を整合させることが困難であるという課題をも有している。

また、色補正を色素や顔料を含有したフィルムや膜などの色フィルタに実現しようとすると、この色フィルタを透過する光の入射角によって光路長が異なってくるため、液晶表示装置を見る視角によって微妙に色味が異なってしまうという課題を有している。

本発明の液晶表示装置は、青色の単色光を発光する第一ＬＥＤと、赤色の単色光を発光する第二ＬＥＤとを用い、緑色光は前記青色の単色光から波長変換によって生成し、前記第一ＬＥＤによって生成された青色光、緑色光と、前記第二ＬＥＤからの赤色光とを調合する加法混色により白色光を得る白色光源と、前記白色光源からの白色光を導波して液晶素子の表示面に一様に照射する導光板と、液晶素子と、前記導光板と前記液晶素子との間隙に配された光拡散シートと、前記導光板の光出射面と反対側の面に対向して配された光反射板とからなる液晶表示装置において、前記光拡散シートまたは光反射板の少なくとも一方に、黄色を吸収する顔料を含有した透明なビーズを所定の割合で塗布した減法混色による色補正手段を形成した。そして、平板状無機微粒子の表面に高屈折率層を形成してなる顔料を前記ビーズの基材に混合した。

この色補正手段としてのビーズは、光入射角による光路長変化が少ないためにどの角度の光に対しても同様に黄色光を吸収し、色味の視角依存性を減少させることができ、上記課題を解決することができた。

また、ビーズの径や、ビーズ中に含有する顔料の濃度、あるいはビーズの塗布密度を調節することによって、上記蛍光体材料やカラーフィルタ材料を変更することなく色味の調整が可能となり、様々な仕様の液晶表示装置にも容易に対応可能な色補正を実現できるようになり、上記課題を解決することができた。

そして、上記ビーズに、屈折率の異なる少なくとも２種類の材料からなる複数の光学層が１４０〜１６０ｎｍの光学膜厚で交互に積層して形成されており、前記複数の光学層の中央に位置する層は屈折率が低い材料からなる光学層となっており、前記屈折率の低い光学層の光学膜厚は他の光学層の光学膜厚の約２倍となっている構造を形成することによって、上記顔料や染料を基材に含有させなくても光干渉効果によって黄色を除去することができ、上記課題を解決することができた。

そして、ビーズの基材として、透明な無機酸化物を用いることによって、環境に強い安定したフィルタ特性を実現することができた。

さらにまた、ビーズの基材として、アクリル系高分子材料またはスチレン系高分子材料を用いることによって、安価な色補正をすることができた。

本発明の液晶表示装置は、青色光と、その青色光で励起した緑色光と、赤色光とを加法混色して白色光を得るタイプのＬＥＤを用いても、前記励起光と赤色光との重なりによる白色のずれを簡便に補正し、視角による色ずれのない鮮やかで色再現性の良い液晶表示装置とすることができるという効果を有する。

また、白色ＬＥＤに用いられている蛍光体や、液晶素子に用いられているカラーフィルタの特性に関わらず、簡便にカラー表示画像の色補正をすることができ、カラー液晶表示装置の低価格化を実現することができるという効果を有する。

本発明の液晶表示装置は、青色単色光を発光する第一光源と、赤色単色光を発光する第二光源を有し、青色単色光から波長変換によって生成された緑色光と、青色単色光と、赤色単色光とを調合する加法混色により白色光を得る白色光源と、液晶素子を照射するために白色光源から入射された白色光を出射する光出射面を有する導光板と、導光板と液晶素子との間に設けられた光拡散シートと、光出射面から出射する光の色を補正するために特定波長以外の可視光を透過する機能を有する色補正手段を具備することとした。

ここで、色補正手段として、特定波長の光を吸収する透明なビーズを用いた。

あるいは、色補正手段として、特定波長の光を反射するビーズを用いることとした。さらに、このビーズの表面には、第一の光学層とこの第一の光学層と屈折率の異なる第二の光学層が積層された積層光学層が形成され、この積層光学層の光学的膜厚が特定波長の光の半波長であるとともに、第二の光学層の表面に第二の光学層と屈折率の異なる第三の光学層が形成されている。また、ここで、第一の光学層と第三の光学層の屈折率が等しくなるように構成した。さらに、積層光学層を複数積層することにより、二つの光学層が交互に積層された光学多層膜を形成することとした。

または、特定波長の光を反射するビーズの表面には、屈折率の異なる複数の光学層が交互に積層して形成された光学多層膜を備え、光学多層膜の厚みを特定波長の光の半波長のＮ倍（Ｎは１以上の自然数）であることとした。

さらに、ビーズの基材は特定波長の光を吸収する顔料を含有することとした。また、この顔料を無機平板状の微粒子の表面に高屈折率層を設ける構成とした。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶素子を照射するために、光源から入射された光を出射する光出射面を有する導光板と、導光板と液晶素子との間に設けられた光拡散シートと、光出射面から出射する光の色を補正するために、特定波長の光を反射し、残りの可視光を透過するビーズを備えており、さらに、ビーズの表面には、第一の光学層と第一の光学層と屈折率の異なる第二の光学層が積層して形成された積層光学層を備え、積層光学層の光学的膜厚が特定波長の光の半波長であるとともに、第二の光学層の表面に第二の光学層と屈折率の異なる第三の光学層が形成されている。なお、ここで光学膜厚とは、構成膜の屈折率と幾何膜厚との積で表した膜厚である。

以下に、本発明の液晶照明装置について図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の液晶照明装置の基本構成を示す模式的断面図である。図１において用いられている光源３は、簡略化のために１つにまとめて描かれているが、青色の単色光を発光する第一のＬＥＤと、赤色の単色光を発光する第二のＬＥＤとを用い、緑色光は青色の単色光から波長変換によって生成し、第１のＬＥＤによって生成された青色光、緑色光と、前記第２のＬＥＤからの赤色光とを調合する加法混色により白色光を得る白色光源である。

第１のＬＥＤはＩｎＧａＮ系またはＧａＮ系等の材料で形成された青色光を発光するＬＥＤであり、第２のＬＥＤはＧａＰ系またはＧａＡｌＡｓ系混晶系等の材料で形成された赤色光を発光するＬＥＤである。この第１のＬＥＤの発光波長は具体的には４３０〜４７０ｎｍの範囲にあり、第２のＬＥＤの発光波長は具体的には６１０〜６７０ｎｍの範囲にある。

第１のＬＥＤからの青色光を波長変換して緑色光を得るために、第１のＬＥＤの出射面には青色光を受けて青色光および緑色光を励起する蛍光体が形成されている。この蛍光体を形成する材料の一例としては、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｍｉｎｉｕｍ−Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体、またはＴｂ、Ｃｅ、ＥｕおよびＭｎなどの添加物元素を発光中心とした酸化物などがある。このように蛍光体が形成された第１のＬＥＤから得られた発光スペクトルの一例を図４に示す。すなわち、図４は発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを用いて蛍光体により緑色光を励起させ、もとの青色光との加法混色によって得られた発光スペクトルを示すグラフである。この場合、４５０ｎｍに第１のＬＥＤの発光スペクトルピークが現れ、また５５０ｎｍに蛍光体によって青色光を波長変換して得られた緑色光のスペクトルピークが得られる。また、図４から解るように、この発光スペクトルは青色光と緑色光のみならず、黄色から赤色にかけての発光スペクトルも得られている。このようにして、出射面に青色光を緑色光に波長変換する蛍光体を用いて得られた発光スペクトルは可視光全域に渡っており、その結果擬似的に白色光に見える。そして、白色度の調整は第１の青色ＬＥＤに流す電流を調整して発光輝度を変えたり、蛍光体の材料を最適化したりすることによって行なうために容易ではない。

光源３は、上記の擬似白色光と赤色光を色ずれなく効率良く混色するために、蛍光体が形成された青色光を発光する第１のＬＥＤと赤色光を発光する第２のＬＥＤを、レンズ機能を有する透明な樹脂モールド中に近接して配置したり、蛍光体を形成した青色光を発光する第１のＬＥＤと赤色光を発光する上記第２のＬＥＤとをライトパイプの両端に各々配置したりすることによって、このライトパイプ中で上記の擬似白色光と赤色光とを均一に混色する。

このようにして擬似白色光に赤色光を加法混色して得られた発光スペクトルを図５に示す。すなわち、図５は発光波長４５０ｎｍの青色ＬＥＤを用いて蛍光体により緑色光を励起させ、もとの青色光との加法混色によって得られた擬似白色光に波長６５０ｎｍの赤色光を加法混色して得られた発光スペクトルを示すグラフである。図５に示す発光スペクトルは、図４に示した擬似白色光に赤色光が重畳されているために６５０ｎｍに赤色光の発光ピークが立っている。この赤色光が上記擬似白色光に加法混色されることにより不足していた赤色成分を補うことができて理想に近い白色光が得られると同時に、後述するようにカラー画像の赤色の彩度を向上させることができる。

図１において、光源３から出射された光は、導光板２の側端面の入射端から導光板２の内部に伝播される。内部に伝播された光を均一に液晶素子に照射するために導光板２の底面には微小反射プリズム群や分布を持った粗面やホログラムパターンが形成されている。また、導光板２の底面外側には光反射板４が配置されており、底面側に逃げた光を再び液晶素子１側に戻して照明光を効率良く利用するようになっている。

また、液晶素子１と導光板２との間には、導光板２からの照明光を拡散透過して均一な照明ができるように光拡散シート５が配置されている。この光拡散シート５としては、透明なフィルム上にシボなどの微細な凹凸構造を形成したり、透明なビーズを表面に塗布したりして構成されている。

さらに、図１では明示していないが、稜線を導光板２の光入射面と平行または垂直な方向にそろえた周期的な直角プリズムが形成されたプリズムシートを設けることにより、導光板２からの照明光を偏向して液晶素子１に垂直に照射されるように構成する場合も多い。プリズムシートとしては、稜線の方向が互いに直交した二枚のプリズムシートを用いる場合も多い。

一方、図１における液晶素子１は、ガラスセル内で液晶を狭持したマトリックス状の画素電極間に駆動電圧を印加することによって液晶分子の配勾を制御し、その配勾を制御された液晶分子によって各画素を通過した光の偏光状態を制御する。そして、上記ガラスセルを直交または平行配置した偏光板で挟んでおくことによって、上記制御された偏光状態に応じた光強度の透過光または反射光を得て画像を表示する。

液晶素子１としては、各画素１つ１つにＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成して液晶への印加電圧を制御するアクチブマトリックス型液晶素子と、各画素を形成する透明電極に外部から直接駆動電圧を印加するパッシブマトリックス型液晶素子とがあり、本発明の液晶表示装置はどちらの方式の液晶素子を用いても構成することができる。

液晶素子１は、カラー画像を表示するために各画素にＲ、Ｇ、Ｂに対応した特定の波長帯域を選択的に透過させるように色素または顔料を含有したカラーフィルタが特定の規則に従って所定の膜厚で形成されている。図６に液晶素子において形成されている各ＲＧＢに対応したカラーフィルタの1例に関する分光透過率を示す。このカラーフィルタの分光透過率は、光源色や使用する液晶の動作モードなどに対応して厳密に設計し、内部に含有させる顔料や色素の種類や濃度や膜厚を調整することによって決められる。さらには、このカラーフィルタは液晶素子の内部に形成されるために、光学特性のみならず電気特性にも注意をはらって設計される。そして、カラーフィルタの分光透過率は、光源色と同様に液晶素子１の色再現性を決定する重要な要素となる。

図４に示した発光スペクトルを有する光源と、図６に示した分光透過率を有するカラーフィルタが形成された液晶表示装置を用いて図１に示す液晶表示装置を構成したときに表示可能な白色輝度スペクトルを図７に示す。図７に示す輝度スペクトルは図４に示した発光スペクトルに比較して、カラーフィルタの透過特性を反映しているので５００ｎｍ近傍の緑青色や６００ｎｍ近傍の黄色からオレンジ色が強調されていることがわかる。また、赤色成分はスペクトルに含まれている強度が小さいために弱いままである。したがって、このようにして得られた光源で表示された白色は青色から緑色を帯びた白色になると同時に、赤色の彩度が充分得られないこととなる。

カラーフィルタは減法混色によって色調整を行なうために、この色バランスを改善するためには、ＢＧフィルタの透過率を下げてバランスを取ることが最も容易である。しかしながら、上記カラーフィルタは、液晶素子１の液晶側に形成された画素電極の上に電着などの方法を用いて直接形成するために、液晶の駆動特性に直接影響を与え、形成膜厚や選択できる材料に制限がある。さらに、ＢＧフィルタの透過率を下げて色バランスを調整することは照明光の利用効率を著しく低下させることになり好ましい方法ではない。

図５に示した発光スペクトルを有する光源と、図６に示した分光透過率を有するカラーフィルタが形成された液晶表示装置を用いたときに表示可能な白色輝度スペクトルを図８に示す。図８に示した輝度スペクトルは図７に示した輝度スペクトルに比較して、赤色光に対するスペクトル強度が著しく改善されており、その結果赤色に対する演色性が向上して鮮やかな赤色の表現が可能となると同時に、白色レベルも向上する。しかしながら、図７で得られた結果同様に、図８に示す輝度スペクトルではカラーフィルタの透過特性を反映しているので、図５に示した発光スペクトルに比較して５００ｎｍ近傍の緑青色や６００ｎｍ近傍の黄色からオレンジ色が強調されていることがわかる。

人間の色に対する視覚特性は特に敏感であり、このように緑青色や、黄色からオレンジ色が白色に若干混合されているだけで得られた白色画像が着色していることを容易に見出すことができる。その結果、得られたカラー画像は鮮やかさが低下して画像品質が低下してしまう。

そこで、本発明における液晶照明装置では、上記で得られた白色画像に対して減法混色による色補正手段を用いて補正することにより視覚上問題ない品質で白色光を実現した。そして、この減法混色による色補正手段としては、上記カラー液晶素子の画素に形成されているカラーフィルタに所定の色素や顔料を含んだ色補正膜を直接重ねて形成する方法なども考えられるが、この方法は上記したように液晶駆動特性に大きく影響を与えるなどの問題が生じる。そこで、本発明では光拡散シートまたは光反射板に黄色光を吸収するビーズを配して、カラー液晶素子４の駆動特性に影響を与えることなく減法混色による色補正ができる手段を実現した。

図１に示す例のように本発明の液晶表示装置においては、光拡散シート５や光反射板４が配されている。黄色光を吸収するビーズはこれら光拡散シート５や光反射板４のいずれか一方に配されておれば良い。

黄色光を吸収するビーズの例として、その基材内部に黄色からオレンジ色に対応する波長帯域である５６０〜６４０ｎｍの光を吸収する顔料を含有させたものを用い、これを光拡散シート５の裏面や光反射板４の光反射面の表面に粘着剤を用いて形成することができる。また、その含有濃度はビーズ径と関連が大きいため、ビーズ径と目的とする吸収強度に応じて決める。

含有させる顔料の材料は吸収させたい波長領域に対応して適切に選択する必要がある。しかしながら、通常の顔料の光吸収波長は材料自信の持つ吸光特性に依存するため、所望の吸光特性を得るためには多種の顔料材料の選定を行なわなければならない。そこで、本発明で用いた顔料は、平板状微粒子上に高屈折率層を所定の膜厚で形成したいわゆるパール顔料を用いた。このパール顔料は、平板状微粒子の屈折率に適合して表面に形成する高屈折率層の膜厚を調整することによって、光干渉作用によって任意の波長に対する吸光特性を現出させることができる。平板状微粒子としては、雲母微粒子が多用されているが、オキシ塩酸ビスマスや石英微粒子などを用いることができる。また、高屈折率層に用いられる材料として酸化チタンが多用されているが、酸化ジルコニウムや酸化アンチモンなどを用いることもできる。この顔料の平均粒径としては１〜１５０μｍのものがあるが、本発明ではビーズ径より小さな粒径であり、１〜１５μｍのものが適している。

また、顔料を混入するビーズの基材として、透明無機酸化物を用いることができる。すなわち、二酸化珪素やガラスなどを用いたいわゆるガラスビーズや、酸化チタンなどの高屈折率酸化物などを用いることによって、機械的磨耗や耐環境性にすぐれたビーズとすることができる。これらのビーズは、酸化物超微粒子を用いたゾルゲル法によって粒径を精密に制御して製造することができる。また、ビーズの基材として、一般に多用されているアクリル系透明高分子材料やスチレン系透明高分子材料を用いても良い。このような高分子材料をビーズ基材として用いることによって、安価にビーズを作製することができる。透明無機酸化物ビーズは粒径１〜１０μｍ程度、高分子ビーズの粒径は１〜２０μｍのものを用いることができる。ビーズ粒径がこれ以上小さくなると取り扱いが困難となり、またこれ以上大きくなると光拡散作用が大きくなって光利用効率を悪くしてしまう。

ビーズの他の構造としては、二酸化珪素や酸化チタンなどを基材としたビーズの表面上に酸化チタンや酸化ジルコニウムなどの高屈折率材料と二酸化ケイ素などの低屈折率材料とを交互に積層形成して得られる光学多層膜を形成したものがある。この光学多層膜を形成することによって特定波長の光を反射し、それ以外の可視光を透過する。ここで、高屈折率材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）や酸化アンチモンなどを用いることによって、ビーズ配置面の帯電を防止することもでき、製造組立工程での取り扱いが容易になる。

高屈折率材料と低屈折率材料における各々の屈折率をｎ_Ｈ、ｎ_Ｌ、５６０〜６４０ｎｍの範囲にある波長をλとしたとき、この範囲の光を反射する光学多層膜の具体的な構成の一例を説明する。ビーズの表面に膜厚λ／４ｎ_Ｈの高屈折率材料と膜厚λ／４ｎ_Ｌの低屈折率材料を交互にＭ（Ｍは偶数の自然数）層だけ積層した多層膜を形成する。さらに、この多層膜上に、（Ｍ＋１）層目として膜厚λ／２ｎ_Ｌの低屈折率材料を形成する。さらに、膜厚λ／４ｎ_Ｈの高屈折率材料と膜厚λ／４ｎ_Ｌの低屈折率材料を交互にＮ（Ｎは偶数の自然数）層だけ積層する。すなわち、膜総数は（Ｍ＋１＋Ｎ）層となる。このとき得られる分光特性は、高屈折率材料と低屈折率材料の選定と、積層数ＭとＮの決定、選択波長λの選定によって容易に調整することができる。具体的には、１〜Ｍ層と（Ｍ＋２）〜（Ｍ＋Ｎ＋１）層に形成されている高屈折率材料と低屈折率材料の光学膜厚をそれぞれ１４０〜１６０ｎｍとし、（Ｍ＋１）層に形成されている低屈折率材料の光学膜厚を２４０〜３２０ｎｍとして交互に積層する。このような構成によれば、黄色〜オレンジ色にかけての波長光を除去して表示素子に照射することができる。なお、ここで光学膜厚とは、構成膜の屈折率と幾何膜厚との積で表した膜厚である。

本発明においては、二酸化珪素やホウ珪酸系低屈折率ガラスなどをビーズ基材として用い、そこに接する第一層として酸化チタンなどの基材よりも屈折率の高い光学層を形成することによってより高い効果が得られる。

形成する層数は、色補正する光量やビーズ配置密度に依存するが、３〜２５層程度となる。層数が増えるに従って制御できる波長範囲を狭くして精密な色補正が可能となるが、制御領域以外の波長帯の光利用効率が低下すると同時にビーズ製造価格も高くなるため、吸収ピークの半値幅がおよそ３０ｎｍ程度となるように膜総数を選定するのが望ましい。

光学多層膜の形成方法としては、真空蒸着やスパッタ法などを用いることができるが、表面に一様に精度良く制御された光学膜を形成するためには、ビーズ基材上に繰り返しゾルゲル法を用いて光学層を積層するのが好ましい。

図１１にビーズ表面に３層の光学層を形成した例を模式的に示す。二酸化珪素からなるビーズ基材１１の表面に高屈折率層としての酸化チタン層１２、低屈折率層としての二酸化珪素層１３、高屈折率層としての酸化チタン層１４が順に形成されている。酸化チタン層１２と１４の層厚は約７０ｎｍで、二酸化珪素層１３の層厚は約２００ｎｍとなっている。

このような多層膜構造を持ったビーズを用いることによって、顔料や色素を用いなくても、任意の波長領域における透過光量を制御することが可能となる。

光学多層膜を表面に形成したビーズの分光透過率の一例を図９に示す。図９は、平均粒径５μｍの二酸化珪素ビーズ上に、酸化チタンと二酸化珪素を７層形成したものをアクリルフィルム上に単層で最蜜充填させたものの分光特性である。中央の二酸化珪素の層厚は約２００ｎｍとした。また、それ以外の層の二酸化珪素の層厚は約１００ｎｍとした。さらに、酸化チタンの層厚は約７０ｎｍとした。図９からこのビーズを塗布したアクリルビーズは、ピーク波長５９０ｎｍで最大の吸収を示している。この吸収ピークの強さはビーズ配列密度によって異なる。例えば、ビーズ配列密度を約２００個／ｍｍ^２とすると、吸収ピークの強さは、およそ１／５になった。

次に、光拡散シート上に実際に配列する例を説明する。図２は本発明に用いた光拡散シートの構成を模式的に示した断面図である。図６において、黄色光を吸収するビーズ８は透明フィルム６の裏面に配列されている。この裏面は図１における導光板２に対向した面である。また、表面には光拡散を行なうための高分子ビーズが接着剤に混合されて塗布されている。この高分子ビーズの粒径としては５〜２０μｍのものが用いられている。

裏面に塗布されている黄色光を吸収するビーズは、あらかじめ表面に透明樹脂である粘着剤が塗布されている透明フィルム６の上に乾式散布した後、スキージなどで表面をならすと同時に前記粘着剤中に埋め込むことによって配列・固定される。このようにして表面に配列された黄色光を吸収するビーズは、単層構造になっている。このような構造とすることによって、どのような角度で光が入射しても光路長が変化しないため、この光拡散シートは同一の光吸収特性を持つ。

もちろん、光吸収を大きくしたい場合は、表面に塗布されている側のビーズと同様に、接着剤に黄色光を吸収するビーズを混合して塗布しても良い。しかし、塗布するビーズ層が厚くなると、光の入射角によって光吸収特性が変化するため注意する必要がある。

このようにして、図６に示す光拡散シート５は、光の拡散作用と色補正作用との両方を同時に持つことになる。

一方、本発明に用いた光反射板の構成を図３に示す。この光反射板４は、高分子フィルム９上に光反射層１０が形成されている。この光反射層１０は真空蒸着などによってＡｌやＡｇあるいはこれらの化合物を所定の膜厚形成したものである。もちろん、光反射層１０として、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した光学多層膜を用いても良い。また、透明な高分子フィルム９中に反射率の高い白色顔料を混合したものを用いる場合は、光反射層１０は省略しても良い。そして、光反射層１０上には、光拡散シートのときに説明したのと同様にして、黄色光を吸収するビーズ８が単層に配列されている。

この光反射板４は、ビーズ８側を導光板側に向けて配され、光を効率良く反射すると同時に、色補正をする機能を持っている。また、ビーズ径を適切に選択することによって、所望の光拡散機能をも持たせることができる。

以上説明した黄色光補正用のビーズは、光拡散シート５または光反射板４のいずれかに配置されておれば良いが、もちろん両方の要素に配置しても良いことは言うまでもない。光反射板側にビーズを配置する場合は、ビーズ内を光が往復するために、光吸収効果は光拡散シート側に配置する場合よりも大きくなる。

図９に示す分光透過率を有するビーズを最蜜充填した光反射板を図１に示す配置に挿入し、擬似白色光源と赤色光源を加法混色して白色光を得た図５に示す発光スペクトルを有する光源と組み合わせて液晶素子に白色画像を表示させたところ、その輝度スペクトルは図１０に示すようになった。図８と図１０とを比較すると明らかなように、５７０〜６１０ｎｍにかけての黄色からオレンジ色の強度が低減するとともに、青色光、緑色光、赤色光の強度を低下させることなく輝度スペクトルの補正がかけられ、さらに良好な白色画像を表現することができることがわかった。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、特定波長（例えば黄色〜オレンジ色）以外の可視光を透過する機能を有する色補正手段を用いて表示素子を照明することによって、カラーフィルタや白色ＬＥＤに用いられている蛍光体を変更せずにカラー画像の色補正をすることが可能となり、鮮やかで表色性に優れた液晶表示装置を実現することができた。

本発明による液晶表示装置を模式的に示す断面図である。本発明に用いた光拡散シートを模式的に示す断面図である。本発明に用いた光反射板を模式的に示す断面図である。従来の白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。本発明に用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。本発明に用いたカラーフィルタの分光特性を示したグラフである。従来の液晶表示装置の輝度スペクトルを示すグラフである。従来の液晶表示装置の輝度スペクトルを示すグラフである。本発明に用いたビーズの分光特性を示すグラフである。本発明の液晶表示装置の輝度特性を示すグラフである。本発明に用いたビーズ構造の１例を示す模式図である。

符号の説明

１液晶素子
２導光板
３光源
４光反射板
５光拡散シート
６透明フィルム
７ビーズ
８黄色光を吸収するビーズ
９高分子フィルム
１０光反射層

Claims

青色単色光を発光する第一光源と、赤色単色光を発光する第二光源を有し、前記青色単色光から波長変換によって生成された緑色光と、前記青色単色光と、前記赤色単色光とを調合する加法混色により白色光を得る白色光源と、
液晶素子を照射するために前記白色光源から入射された白色光を出射する光出射面を有する導光板と、
前記導光板と前記液晶素子との間に設けられた光拡散シートと、
前記光出射面から出射する光の色を補正するために、特定波長以外の可視光を透過する機能を有する色補正手段を具備することを特徴とする液晶表示装置。
前記色補正手段は、前記特定波長の光を吸収する透明なビーズを備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記色補正手段は、前記特定波長の光を反射するビーズを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記ビーズの表面には、第一の光学層と前記第一の光学層と屈折率の異なる第二の光学層が積層して形成された積層光学層を備え、前記積層光学層の光学的膜厚が前記特定波長の光の半波長であるとともに、前記第二の光学層の表面に前記第二の光学層と屈折率の異なる第三の光学層が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
前記第一の光学層と前記第三の光学層の屈折率が等しいことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記積層光学層を複数積層することにより、前記二つの光学層が交互に積層された光学多層膜を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の液晶表示装置。
前記ビーズの表面には、屈折率の異なる複数の光学層が交互に積層して形成された光学多層膜を備え、前記光学多層膜の厚みが前記特定波長の光の半波長のＮ倍（Ｎは１以上の自然数）であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
前記ビーズの基材には前記特定波長の光を吸収する顔料が含まれていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
前記顔料は無機平板状の微粒子の表面に高屈折率層が形成されてなることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
液晶素子を照射するために、光源から入射された光を出射する光出射面を有する導光板と、
前記導光板と前記液晶素子との間に設けられた光拡散シートと、
前記光出射面から出射する光の色を補正するために、特定波長の光を反射し、残りの可視光を透過するビーズを備え、
前記ビーズの表面には、第一の光学層と前記第一の光学層と屈折率の異なる第二の光学層が積層して形成された積層光学層を備え、前記積層光学層の光学的膜厚が前記特定波長の光の半波長であるとともに、前記第二の光学層の表面に前記第二の光学層と屈折率の異なる第三の光学層が形成されたことを特徴とする液晶表示装置。