JP2006208647A

JP2006208647A - 透過型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006208647A
Application number: JP2005019394A
Authority: JP
Inventors: Hisao Arai; 久夫新井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

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、光を散乱させる散乱シート２４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、光を散乱させる散乱層を備える。

本発明によれば、上側偏向板から入射する外光は、カラーフィルタで反射して散乱層を２回通過することになる。このため、外光の大部分の偏向面が変化して上側偏向板を透過できなくなり、観察者の目に入るカラーフィルタでの反射光の光量は大幅に減少する。この結果、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、光を散乱させる散乱層２３を含む散乱シート２４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。散乱シート２４は、カラーフィルタ２０の上に設けられたガラス基板２１上に貼り付けられている。

散乱シート２４は、透明支持体２２の上に散乱層２３を有するものである。散乱層２３はバインダーと散乱性を付与する透光性粒子から形成される。バインダーとしては、飽和炭化水素鎖またはポリエーテル鎖を主鎖として有するポリマーであることが好ましく、飽和炭化水素鎖を主鎖として有するポリマーであることが更に好ましい。また、バインダーポリマーは架橋構造を有することが好ましい。高屈折率にするには、このモノマーの構造中に芳香族環や、フッ素以外のハロゲン化原始、硫黄原子、リン原子、及び窒素原子から選ばれた少なくとも１種の原子を含むことが好ましい。散乱層２３には散乱性付与の目的で、平均粒径が０．３〜１０．０μｍ、好ましくは０．５〜５．０μｍ、より好ましくは１．０〜３．０μｍの透光性粒子、例えば無機化合物の粒子または有機高分子(樹脂)粒子が含有される。透光性粒子の屈折率としては、透光性粒子以外の部分の散乱層２３の屈折率との関係で選択すべきであるが、１．４〜１．８の範囲にあることが好ましい。上記透光性粒子としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、ＴｉＯ_２粒子等の無機化合物の粒子、あるいは、架橋アクリル粒子、架橋スチレン粒子、架橋メラミン粒子、架橋ベンゾグアナミン粒子等の樹脂粒子が好ましく挙げられる。散乱層２３には散乱層２３を形成する素材の屈折率を高めるために、チタン、アルミニウム、インジウム、亜鉛、錫、アンチモン、ジルコニウムより選ばれる少なくとも一つの酸化物からなる粒径１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下の微粒子を含有することが好ましい。散乱層２３の屈折率と前記透光性粒子の屈折率差は０．０５〜０．１５が好ましい。微粒子の例としては、ＴｉＯ_２、ＡＬ_２Ｏ_３、ＩＮ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＩＴＯ、ＺｒＯ_２が挙げられる。無機微粒子の添加量は散乱層の全質量の１０〜９０質量％であることが好ましく、２０〜８０質量％であると更に好ましい。散乱層２３は、バインダーと散乱性を付与する透光性粒子を含む塗布液を、デップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法やエクストルージョンコート法によって、透明支持体２２上に塗布することにより形成することができる。

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、ガラス基板２１、散乱シート２４、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を通過する際に光の偏光面が９０°回転し、黒表示の場合は光の偏光面が変化しない。

白表示の場合、カラーフィルタ２０を通過した光は、次に散乱シート２４を１回だけ通過するが、このとき、その一部の偏向面が変化するため、この光の一部が上側偏向板１９をできず、上側偏向板１９を通過する光量は減少する。黒表示の場合、カラーフィルタ２０を通過した光は、次に散乱シート２４を１回だけ通過するが、このとき、その一部の偏向面が変化するため、この光の一部が上側偏向板１９を通過する。一方、上側偏向板１９から入射する外光は、カラーフィルタ２０で反射するため、散乱シートを往復で２回通過する。したがって、その光量は減少するが、その減少量は、バックライトユニット１０からの白表示時の光の減少量よりも少ない。

このように、本実施形態によれば、外光を散乱シート２４で２回散乱させることで、カラーフィルタ２０上での反射を低く抑えることができる。また、画像表示に使用する光量減少に比べて、外光の反射光の光量減少の方が大きいため、コントラストの高い液晶表示が可能となる。なお、散乱層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。また、本実施形態では、黒表示時に光が多少漏れてしまうが、全体的なコントラストは、散乱シートを設けない場合よりも向上させることができる。

以下に、本発明の効果を実施例によって証明する。
＜散乱層用塗布液の調製＞
シクロヘキサン１０４．１g、メチルエチルケトン６１．３ｇの混合溶媒に、エアディスパで攪拌しながら二酸化チタン分散物含有散乱層塗布液２１７．０ｇを添加した。更に、この溶液に平均粒径２μｍの架橋ポリスチレン粒子を添加して、高速ディスパにて５０００ｒｐｍで１時間攪拌、分散した後、孔径３μｍのポリプロピレン製フィルタでろ過して散乱層の塗布液を調製した。散乱層の乾燥膜厚を１．２μｍとし、この厚みの時に架橋ポリスチレン粒子添加量に対する、散乱シートの偏光変換度(入射直線偏光量に対する、入射光と直交する偏光面の反射光量の比)の検量線を実験的に求め、その値が０．４５になるように調製して塗布液ａを作成した。また、上記偏光変換度が０．２になるように、散乱層の粒子濃度を変更せずにそれ以外の固形分濃度を多くする（粒子頻度を一定にして、膜厚のみ厚くする）以外は、塗布液ａと全く同様の方法で塗布液ｂを作成した。

＜散乱シートの作成＞
８０μｍの厚さのトリアセチルセルロースフィルム(ＴＡＣ-ＴＤ８０ＵＬ;富士写真フィルム（株）製)に、上記散乱層塗布液ａをバーコーターを用いて塗布し、１２０℃で乾燥させて厚さ約１．２μｍの散乱層を形成して散乱シートＡを作成した。
８０μｍの厚さのトリアセチルセルロースフィルム(ＴＡＣ-ＴＤ８０ＵＬ;富士写真フィルム（株）製)に、上記散乱層塗布液ｂをバーコーターを用いて塗布し、１２０℃で乾燥させて厚さ約１．２μｍの散乱層を形成して散乱シートＢを作成した。

実施例用の透過型カラー液晶表示装置として、図１に示した構成のもの（装置Ｘとする）を用意し、比較用の透過型カラー液晶表示装置(装置Ｙとする)として、散乱シート２４が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と散乱シート２４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(１００００ｃｄ/ｍ^２)を設置し、カラーフィルタ２０上での正反射光について、装置Ｘ,Ｙの各々の平行光反射率(％)を測定した。ここで、装置Ｘの散乱シート２４としては、散乱シートＡと散乱シートＢの２種類を用いた。

測定の結果、平行光反射率は、散乱シートＡを備えた装置Ｘで１．５％、散乱シートＢを備えた装置Ｘで２．１％、散乱シートを備えない装置Ｙで２．７％となり、本発明のように散乱シート２４を備えた構成の方がカラーフィルタ上での反射率を低減できることがわかった。

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
２１ガラス基板
２２透明支持体
２３散乱層
２４散乱シート

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、光を散乱させる散乱層を備える透過型カラー液晶表示装置。