JP2006227408A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタを必要としない液晶表示装置において、外光による色純度の低下を防ぎつつ、高輝度且つ高精細なカラー表示を行う。
【解決手段】 液晶パネル２とバックライト３との間に配置されて、液晶パネル２の前面側から入射して液晶パネル２の背面側から出射される光を一の方向の直線偏光のみ透過させる偏光板４ｂと、偏光板４ｂとバックライト３との間に配置されて、偏光板４ｂを透過した直線偏光を別の偏光状態の光に変換して透過させると共に、この透過した光がバックライト３側で反射して戻ってくる戻り光を一の方向の直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換して透過させる偏光変換素子１４とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー表示を行うカラーフィルタを必要としない液晶表示装置に関する。

従来より、カラー表示を行う液晶表示装置では、各画素（ピクセル）を３つのサブピクセルに区分し、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３原色に対応したカラーフィルタをピクセル毎に配置したカラー液晶表示パネルが用いられている。しかしながら、このカラー液晶表示パネルを用いた場合には、バックライトからの光をカラーフィルタが吸収しながら発色するため、輝度レベルが低下してしまうといった欠点がある。また、このカラー液晶表示パネルでは、画素毎に３つのサブピクセルの点灯を制御する必要があるため、より高精細なカラー表示を行おうとすると、構造が複雑化してしまうといった欠点もある。

そこで、これらの欠点を解消する一つの方法として、フィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動方式が提案されている。すなわち、このＦＳ駆動方式を採用した液晶表示装置では、バックライトに赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３原色に対応した各光源を配置し、カラーフィルタを使用しないモノクロ表示型の液晶パネルが、これらバックライトの各光源が出射する色光を時分割で選択的に透過させることでカラー表示を行う。このように、ＦＳ駆動方式では、カラーフィルタを必要としないため、液晶パネルの構造を単純化することができ、また、バックライトからの光を効率良く利用することができるため、輝度レベルの高いカラー表示を行うことができる。

ところで、このようなＦＳ駆動方式を採用した液晶表示装置では、カラーフィルタを使用せずに明るい高精細なカラー表示が可能であるものの、液晶パネルの前面側から外光が入射した場合には、逆にカラーフィルタが無いために、この液晶パネルを通過した外光が吸収されずに、バックライト側で大きく反射・散乱することになる。この場合、バックライト側で大きく反射・散乱した外光によって表示色が薄まるといった問題が発生してしまう。

なお、本発明に関連する公知文献としては、例えば下記特許文献１がある。この特許文献１には、装置外部から表示パネルユニットを透過してきた周囲光（入射直線偏光）を円偏光に変化させ、装置内部の光制御シートで反射された円偏光を電場ベクトル振動面が９０゜回転した反射直線偏光に変化させる偏光変換素子を備え、この反射直線偏光を偏光子が遮断することにより、周囲光による二重映りを抑制する構成が記載されている。
しかしながら、この特許文献１に記載される構成とした場合には、バックライトと液晶パネルとの間に配置された集光シートや拡散シートなどの光学制御シートが、円偏光を崩してしまうために、この光制御シートで反射された円偏光が偏光変換素子で完全な直線偏光とはならずに楕円偏光となって一部が偏光子を透過することになる。したがって、この場合、二重映りを抑制できても、カラーフィルタを必要としない液晶表示装置では、上述した表示色が薄まるといった問題が発生してしまう。
特開２００２−１１６４３５号公報

そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、カラーフィルタを必要としない液晶表示装置において、外光等による色純度の低下を防ぎつつ、高輝度且つ高精細なカラー表示を行うことを可能とした液晶表示装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、液晶表示パネルの背面側から光を照射するバックライトとを備え、バックライトに３原色に対応した各光源を配置し、これら各光源が出射する異なる色の光を用いてカラー表示を行うカラーフィルタを必要としない液晶表示装置であって、液晶パネルとバックライトとの間に配置されて、液晶パネルの前面側から入射して液晶パネルの背面側から出射される光を一の方向の直線偏光のみ透過させる偏光子と、偏光子とバックライトとの間に配置されて、偏光子を透過した直線偏光を別の偏光状態の光に変換して透過させると共に、この透過した光がバックライト側で反射して戻ってくる戻り光を一の方向の直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換して透過させる偏光変換素子とを有することを特徴とする。
また、偏光変換素子は、１／４波長板を有し、偏光子を透過した直線偏光を略円偏光に変換することが望ましい。
また、偏光変換素子は、二軸性の１／４波長板を有し、偏光子を透過した直線偏光を略円偏光に変換する構成とすることもできる。
また、偏光変換素子は、１／４波長板と１／２波長板とを有する構成とすることもできる。
また、バックライトは、各光源から出射された光を側端面から内部に導入し、この導入した光を液晶表示パネルと対向する一主面側から出射する導光板と、導光板の他主面側に対向配置されて、導光板の他主面側から出射された光を導光板の一主面側に向かって反射する反射板とを有し、反射板の導光板と対向する面を複数のプリズムが形成されたプリズム面とする構成であることが望ましい。
また、導光板の他主面を複数のプリズムが形成されたプリズム面とすることもできる。
また、液晶表示装置は、液晶パネルをカラーフィルタを備えていないモノクロ表示型とし、このモノクロ表示型の液晶表示パネルがフィールドシーケンシャル駆動方式によってバックライトの各光源が出射する色光を時分割で選択的に透過させることでカラー表示を行う構成とすることもできる。

以上のように、本発明に係る液晶表示装置では、偏光子とバックライトとの間に配置された偏光変換素子が、偏光子を透過した直線偏光を別の偏光状態の光に変換して透過させると共に、この透過した光がバックライト側で反射して戻ってくる戻り光を一の方向の直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換して透過させることから、この偏光変換素子を透過した戻り光を偏光子で適切に遮断することができる。したがって、この液晶表示装置では、カラーフィルタを必要としない構成において、外光等による色純度の低下を防ぎつつ、高輝度且つ高精細なカラー表示を行うことができる。

以下、本発明を適用した液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１に示すように、本発明を適用した液晶表示装置１は、カラーフィルタを必要としない、例えばフィールドシーケンシャル（ＦＳ）駆動方式によってカラー表示を行うものである。具体的に、この液晶表示装置１は、モノクロ表示型の液晶パネル２と、この液晶パネル２の背面側から光を照射するバックライト３とを備えている。

液晶パネル２は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶を挟持してなるものであり、これら一対の基板の間は、スペーサによって互いの対向間隔が均一に保持されると共に、その周囲がシール材によって封止されている。また、一対の基板の対向面には、それぞれ電極と配向膜とが形成されており、これら配向膜によって液晶の配向状態が制御されると共に、マトリックス状に配置された各画素の電極間に印加される駆動電圧を制御することによって各画素の点灯が制御される。なお、この液晶パネル２は、カラーフィルタを備えておらず、このパネル自体はモノクロ画像を表示するのみである。また、ＦＳ駆動方式では、動画再生時の高速応答性が求められるため、スプレー配向状態とベント配向状態との切り替えによって高速スイッチングが可能なＯＣＢモードの液晶を採用することが望ましい。また、高速応答が可能であれば、例えば強誘電性液晶(ＦＬＣ)や、狭ギャップＴＮモード液晶等を採用することもできる。

この液晶パネル２の前面側及び背面側には、特定の方向の直線偏光のみを透過させる一対の偏光子である偏光板４ａ，４ｂが配置されている。これら一対の偏光板４ａ，４ｂは、電圧無印加時に黒レベルを与えるノーマリーブラックモード、或いは電圧無印加時に白レベルを与えるノーマリーホワイトモードで表示を行うように、液晶パネル２に対する互いの偏光方向が設定されている。

一方、バックライト３は、赤(Ｒ)，緑(Ｇ)，青(Ｂ)の３原色に対応した赤色光，緑色光，青色光を出射する各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと、これら各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから出射されたバックライト(ＢＬ)光を伝搬するバー導光体５Ａと、このバー導光体５Ａから出射されたＢＬ光を側端面から内部に導入し、均一に面発光させるための導光板６と、この導光板６の背面側に対向配置されて、導光板６の背面側から出射されたＢＬ光を導光板６の前面側に向かって反射する反射板７とを有している。

光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、バー導光体５Ａの長手方向の両端部に取り付けられたＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の発光素子からなる。一方、バー導光体５Ａは、導光板６の側端面に沿って取り付けられた棒状の透明なアクリル樹脂などからなる。また、これら光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ及びバー導光体５Ａは、内面が鏡面とされた金属製のケース体８に収納されて一体化された構造を有している。そして、各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから出射された赤色光，緑色光，青色光は、バー導光体５Ａの内部を伝搬しながら、このバー導光体５Ａが露出するケース体８の一側面から導光板６の側端面に向かってＢＬ光として出射される。

導光板６は、液晶パネル２の背面側に配置された平板状の透明なアクリル樹脂などからなり、各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから出射されたＢＬ光を側端面（入射面）６ａから内部に導入し、この導入したＢＬ光を反射板７で反射させた後に、液晶パネル２と対向する前面（出射面）６ｂから出射する。一方、導光板６の出射面６ｂとは反対側の面、すなわち導光板６の背面は、この導光板６の内部を伝搬するＢＬ光の方向を変えるためのプリズム面６ｃとされている。具体的に、このプリズム面６ｃには、ストライプ状のプリズム溝９が所定の間隔で導光板６の内部を伝搬する光の進行方向に並んで形成されている。このプリズム溝９は、その縦断面形状が略くさび状であり、導光板６の出射面６ｂに対して傾斜して形成された緩斜面部９ａと、この緩斜面部９ａよりも急な角度で傾斜して形成された急斜面部９ｂとから構成されている。そして、このプリズム面６ｃは、導光板６の内部を伝搬するＢＬ光をプリズム溝９の緩斜面部９ａで反射板７側へと出射させる。

また、緩斜面部９ａの出射面６ｂに対する傾斜角（プリズム角）は、０．５゜〜５゜の範囲が望ましく、ここでは例えば２゜に設定されている。一方、急斜面部９ｂの出射面６ｂに対する傾斜角（プリズム角）は、２０゜〜９０゜の範囲が望ましく、ここでは例えば５０゜に設定されている。また、導光板９の急斜面部９ｂは、光の出射に寄与せずに実質的にはロス面積となるため、できるだけ急角度にする、すなわち９０゜に近づけることが望ましいが、急角度にし過ぎるとプリズム溝９が深くなり、生産性が悪化することになる。したがって、急斜面部９ｂの傾斜角は、更に４０゜〜７０゜の範囲にすることが望ましい。
また、導光板６は、透過する光の偏光状態を変化させないように、それ自体に複屈折の小さいものを用いることが望ましい。

反射板７は、導光板６の背面側、すなわちプリズム面６ｃから漏れ出たＢＬ光を導光板６の出射面６ｂに向かって反射するプリズム反射板であり、この反射板７の導光板６と対向する面が、導光板６のプリズム面６ｃから出射されたＢＬ光の方向を変えるためのプリズム面７ａとされている。具体的に、このプリズム面７ａは、基板１０上に有機膜１１が形成され、この有機膜１１の表面にストライプ状のプリズム溝１２の形状が転写され、このプリズム溝１２が所定の間隔で導光板６のプリズム溝９と略平行な方向に並んで形成され、この上に光反射性を有するＡｌやＡｇなどの金属反射膜１３が形成されてなる。このプリズム溝１２は、その縦断面形状が略くさび状であり、基板１０に対して光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ側に傾斜して形成された光源側斜面部１２ａと、光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ側とは反対側に傾斜して形成された反光源側斜面部１２ｂとから構成されている。そして、このプリズム面７ａは、導光板６のプリズム面６ｃから出射されたＢＬ光をプリズム溝１２の光源側斜面部１２ａで導光板６側へと反射させる。

ここで、図２に示すように、光源側斜面部１２ａの基板１０に対する傾斜角（プリズム角）θ１及び反光源側斜面部１２ｂの基板１０に対する傾斜角（プリズム角）θ２は、導光板６のプリズム面６ｃから出射したＢＬ光の進行方向と導光板６に対して垂直な方向とのなす角をαとし、反射板７で反射した光の進行方向（照明したい方向）と導光板６に対して垂直な方向とのなす角βとしたときに、下記式（１）及び式（２）を満足することが望ましい。

すなわち、光源側斜面部１２ａの傾斜角θ１は、式（１）から求め、反光源側斜面部１２ｂの傾斜角θ２は、式（２）を満足する範囲とする。例えばα＝７５゜、β＝０°の場合には、光源側斜面部１２ａの傾斜角θ１は、２０゜〜４０゜の範囲に設定することが望ましく、反光源側斜面部１２ｂの傾斜角θ２は、３０゜〜９０゜の範囲に設定することが望ましい。また、反射板１２の反光源側斜面部１２ｂも、上記導光板９の急斜面部９ｂと同様、光の出射に寄与せずに実質的にはロス面積となるため、できるだけ急角度にする、すなわち９０゜に近づけることが望ましいが、生産性の問題などから、反光源側斜面部１２ｂの傾斜角θ２は、更に４０゜〜７０゜の範囲にすることが望ましい。

液晶パネル２の背面側に配置された偏光板４ｂと導光板６との間には、偏光変換素子１４が配置されている。この偏光変換素子１４は、偏光板４ｂを透過した直線偏光を別の偏光状態の光に変換して透過させると共に、この透過した光がバックライト３側で反射して戻ってくる戻り光を偏光板４ｂを透過する直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換して透過させる。具体的に、この偏光変換素子１４としては、偏光板４ｂを透過した直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板を用いることができる。１／４波長板は、厚み方向の屈折率が異なる二軸性位相差板であってもよい。また、偏光変換素子１４は、広視野角化のため、これら１／４波長板と１／２波長板（λ／２板）とを組み合わせた構成とすることもできる。

以上のような構造を有する液晶表示装置１では、ＦＳ駆動方式によって、バックライト３の各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂが赤色光、緑色光、青色光を高速で順次点灯させながら、これに見合うレスポンスで液晶パネル２の各画素が各色光の透過状態を切り替えることでカラー表示を行う。すなわち、このＦＳ駆動方式を採用した液晶表示装置１では、その表示原理からモノクロ画像を表示した液晶パネル２が必要な色光のみを透過させることによって、カラーフィルタを必要としないカラー表示を行うことができる。したがって、この液晶表示装置１では、液晶パネル２の構造を単純化することができ、また、バックライト３からのＢＬ光を効率良く利用できるため、高輝度且つ高精細なカラー表示を行うことができる。

ところで、この液晶表示装置１では、液晶パネル２の前面側から入射された外光Ｌが液晶パネル２の背面側から出射されると、一の方向の直線偏光のみが偏光板４ｂを透過し、偏光変換素子１４で円偏光に変換されてバックライト３側に入射する。このうち、バックライト３側で反射して戻ってくる戻り光Ｌ’は、入射時とは回転方向が逆転した略円偏光となるため、偏光変換素子１４によって偏光板４ｂを透過する一の方向の直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換されて、最終的に偏光板４ｂで遮断されることになる。

ここで、本発明の液晶表示装置１のように、偏光変換素子１４として１／４波長板が偏光板４ｂに貼り付けられた構成と、従来の液晶表示装置のように、偏光板４ｂに１／４波長板が貼り付けられていない構成について、それぞれ外光（波長５５０ｎｍ）の入射角度を変化させながら、その外光の反射強度をシミュレーションした結果を図３に示す。
図３に示すように、本発明の液晶表示装置１のように、偏光板４ｂに１／４波長板が貼り付けられていない構成では、外光入射角が小さくなるほど外光の反射強度が増すのに対して、偏光板４ｂに１／４波長板が貼り付けられた構成では、外光入射角のほぼ全域に亘って外光が偏光板４ｂで吸収されたことがわかる。

したがって、この液晶表示装置１では、カラーフィルタを必要としない構成において、外光Ｌによる色純度の低下を防ぎつつ、高輝度且つ高精細なカラー表示を行うことができる。また、この液晶表示装置１では、偏光板４ｂに偏光変換素子１４を貼り付けるだけでよいため、コスト的にも有利である。

また、本発明を適用した液晶表示装置１では、バックライト３として戻り光Ｌ’の円偏光を崩さないものを用い、且つ、バックライト３と液晶パネル２との間に戻り光Ｌ’の円偏光を崩すものを配置しない構成とすることが望ましい。
ここで、本発明を適用した液晶表示装置１に対する比較例として、例えば図４に示す液晶表示装置１００について説明する。なお、以下の説明では、図１に示す液晶表示装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
この液晶表示装置１００は、上述した導光板６及び反射板７の代わりに、各光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから出射された光を側端面から内部に導入し、この導入した光を液晶パネル２と対向する前面（出射面）から出射する平板状の導光板１０１と、この導光板１０１の背面に対向配置されて、導光板１０１の他主面側から出射された光を導光板１０１の一主面側に向かって反射する平板状の反射板１０２と、導光板１０１の前面に対向配置されて、導光板１０１の出射面から出射された光を液晶パネル２の法線方向に向かって屈折させるプリズムシート(ＢＥＦ:Brightness Enhanncement Film)１０３と、このプリズムシート１０３と偏光板４ｂとの間に配置されて、プリズムシート１０３を透過した光を拡散させる拡散シート１０４とを備えている。

以上のような構造を有する液晶表示装置１００では、上記特許文献１に記載された構成と同様に、偏光板４ｂと導光板１０１との間に配置されたプリズムシート１０３や拡散シート１０４が円偏光を崩してしまうために、上述した戻り光Ｌ’の円偏光が偏光変換素子１４で完全な直線偏光とはならずに楕円偏光となって一部が偏光板４ｂを透過することになる。

ところで、上述した戻り光Ｌ’の円偏光が崩れる理由としては、外光入射角の偏光依存性が考えられる。すなわち、図５に示すように、ある屈折率Ｎの媒質から屈折率Ｎ’’の媒質に偏光した光が入射する場合、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分との入射角依存性の違いによって、Ｐ偏光及びＳ偏光に対する反射率（フレネル係数）Ｒｐ，Ｒｓは、それぞれ下記式（３）で表される異なった値を示すことになる。

なお、式（３）中、φ、φ’、φ’’は、それぞれ入射光の入射角、反射光の反射角、透過光の屈折角を表し、Ｅ、Ｅ’、Ｅ’’は、それぞれ入射光、反射光、透過光の電場振幅を表し、これら電場振幅のＰ偏光成分にｐを付け、Ｓ偏光成分にｓを付けて表している。また、反射光がＳ偏光のみとなるときの入射角をブリュースター角といい、このブリュースター角は下記式（４）で表される。

ここで、ある透明媒質（ｎ＝１．５５）に偏光した光が入射する場合の入射角依存特性を図６に示し、アルミ反射板に偏光した光が入射する場合の入射角依存特性を図７に示す。なお、図６，７において、横軸は、偏光した光の入射角を示し、縦軸は、反射したＰ偏光及びＳ偏光の反射率Ｒｐ，Ｒｓを示す。
図６に示す透明媒質では、入射角が０゜のとき、偏光した光が透明な媒質を透過するため、Ｒｐ及びＲｓは０となっている。一方、入射角が９０゜のとき、透明媒質の入射面に対して偏光した光が平行となるため、Ｒｐ及びＲｓは最大となっている。また、ＲｐとＲｓとは、その変化の度合いが異なっている。そして、入射角が６０゜の付近では、Ｒｐが０となるため、そのブリュースター角は約６０゜となる。
図７に示すアルミ反射板では、入射角が０゜のとき、Ｒｐ及びＲｓは９０％程度であり、入射角が増加するに従って、Ｒｓは１００％まで緩やかに増加するものの、Ｒｐは８０゜付近で一旦最小となってから、その後１００％まで急激に増加することになる。

したがって、図４に示す液晶表示装置１００では、偏光板４ｂと導光板１０１との間に配置されたプリズムシート１０３や拡散シート１０４によって実効的な外光入射角が大きくなるために、このような外光入射角の偏光依存性によって、バックライト３側で反射された円偏光が偏光変換素子１４で完全な直線偏光とはならずに楕円偏光となって一部が偏光板４ｂを透過したものと考えられる。すなわち、偏光板４ｂと導光板１０１との間に配置されたプリズムシート１０３や拡散シート１０４は、過度の散乱によりバックライト３側で反射する戻り光Ｌ’の偏光状態を変化させ、結果的に偏光板４ｂでの吸収を低下させることになる。したがって、バックライト３の液晶表示素子２側には、これらプリズムシート１０３や拡散シート１０４を配置しないことが望ましい。

以上のことから、バックライト３として円偏光を崩さないものを用い、且つ、バックライト３と液晶パネル２との間に円偏光を崩すものを配置しない構成、すなわちバックライト３を平坦な導光板や鏡面反射板で構成することが理想的であるが、バックライト３の輝度向上や面内均一性が得られない。このため、輝度を犠牲にしない範囲で外光低減効果を得る目的で、本発明を適用した液晶表示装置１では、上述したプリズム面６ｃ，７ａを有する導光板６及び反射板７を配置した構成となっている。これにより、上述した戻り光Ｌ’の円偏光をそのまま偏光変換素子１４によって直線偏光に変換でき、この偏光変換素子１４を透過した戻り光Ｌ’を偏光板４ｂで適切に遮断することができる。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。
本実施例では、上述した図１に示す液晶表示装置１と同様の構成を有するＦＳ駆動方式の液晶表示装置を作製した。このうち、偏光変換素子１４として、１／４波長板を用い、この１／４波長板を偏光板４ｂに貼り合わせた。導光板６の出射面６ｂに形成したプリズム溝９は間隔を０．２０ｍｍ、緩斜面部９ａの出射面６ｂに対する傾斜角は２゜とし、急斜面部９ｂの出射面６ｂに対する傾斜角は５０゜とした。また、反射板７として、プリズム溝１２の間隔が０．１４９３ｍｍ、光源側斜面部１２ａの傾斜角θ１が３７．５゜、反光源側斜面部１２ｂの傾斜角θ２が５２．５゜、溝深さが７２．１μｍのプリズム面７ａを有するプリズム反射板(１)を用いた。また、プリズム反射板(２)として、プリズム溝１２の間隔が０．０６００ｍｍ、光源側斜面部１２ａの傾斜角θ１が３７．５゜、反光源側斜面部１２ｂの傾斜角θ２が５２．５゜、溝深さが３０．０μｍのプリズム面７ａを有するプリズム反射板を作製した。以下、これら反射板(１)，(２)をまとめたものを表１に示す。

ここで、表１に示すプリズム反射板(１)，(２)と共に、上述した比較例として図４に示す液晶表示装置１００が備える反射板１０２として、金属反射板と白色反射板とを用意し、これら反射板の反射角特性を、図９に示す輝度測定センサ２００（トプコン社製の分光放射計ＳＲ−３）を用いて測定した。具体的に、この輝度測定センサ２００は、各反射板の中央を中心Ｏとして、一端面側（−）方向と他端側（＋）方向に円弧状を描くように移動しながら、−７５゜の角度から入射したレーザー光の反射強度を測定する。その測定結果を図１０に示す。

また、本実施例では、上述した反射板(１)と、光源５ａ，５ｂ，５ｃとしてＬＥＤ（商品名：日亜化学工業株式会社製のＮＳＣＷ２１５Ｔ）を使用したバックライト３を作製し、このバックライト３の導光板６の面内方向における輝度分布についても測定した。その測定結果を図１１に示す。なお、図１１中に示す数値は、導光板６の面内を２５の領域に分割し、これら分割された各領域の中心部における輝度の測定結果を示す。なお、このバックライト３の平均輝度は、２９８ｃｄ／ｍ^２であり、中心輝度は、３５１ｃｄ／ｍ^２であった。

そして、実施例としては、このバックライト３と１．７μｍギャップのモノクロＴＮ液晶パネルとを組み合わせたＦＳ駆動方式の液晶表示装置１を作製し、１８０Ｈｚで駆動しながら、１フレーム６０Ｈｚのカラー画像を表示した。一方、比較例としては、図４に示す液晶表示装置１００のうち、プリズムシート（ＢＥＦ）１０３及び拡散シート１０４を備えたもの、拡散シート１０４を除いたもの、プリズムシート１０３を除いたもの、プリズムシート（ＢＥＦ）１０３及び拡散シート１０４を除いたものをそれぞれ作製し、同じく１８０Ｈｚで駆動しながら、１フレーム６０Ｈｚのカラー画像を表示した。そして、これら実施例及び比較例の各液晶表示装置に対して、外光吸収効果と輝度レベルとの評価を行った。以下、これらをまとめたものを表２に示す。

表２に示すように、実施例として示す液晶表示装置１では、外光Ｌによる色純度の低下を防ぎつつ、高輝度なカラー表示を行うことができた。一方、比較例として示す液晶表示装置１００のうち、プリズムシート１０３及び拡散シート１０４を備えたものについては、外光Ｌによる色純度の低下が見られる一方で、輝度レベルについては良好であった。また、拡散シート１０４を除いたものについては、外光Ｌによる色純度の低下が見られる一方で、輝度レベルについては均一性の低下が見られた。また、プリズムシート１０３を除いたものについては、外光Ｌによる色純度の低下が見られる一方で、輝度レベルについては正面輝度の低下が見られた。また、プリズムシート１０３及び拡散シート１０４を除いたものについては、外光Ｌによる色純度の低下を防ぐことができたものの、輝度レベルの低下が見られた。
なお、実施例として示す液晶表示装置１の反射板７を表１に示すプリズム反射板(１)からプリズム反射板(２)に変更したところ、上述したプリズム反射板(１)の場合と同様に、外光Ｌによる色純度の低下を防ぎつつ、高輝度なカラー表示を行うことができた。また、実施例として示す液晶表示装置１をＦＳ駆動方式ではなく、通常の白黒表示を行った場合も、外光Ｌによる色純度の低下を防ぎつつ、高輝度な白黒表示を行うことができた。また、表１に示す光源側斜面部１２ａの傾斜角θ１を３０゜としたところ、光がパネルの法線方向に対して光源側に１０゜ほど傾いて出射された。
以上のことから、本発明を適用した液晶表示装置１では、カラーフィルタを必要としない構成において、外光Ｌによる色純度の低下を防ぎつつ、高輝度且つ高精細なカラー表示を行うことができることが明らかとなった。

なお、本発明は、上述したＦＳ駆動方式を採用した液晶表示装置に適用したものに必ずしも限定されるものではなく、カラーフィルタを必要としない液晶表示装置に対して広く適用することができる。

図１は、本発明を適用した液晶表示装置を示す構成図である。 図２は、反射板における光源側斜面部の傾斜角及び反光源側斜面部の傾斜角を説明するための模式図である。 図３は、１／４波長板の有無による外光の反射特性を示す特性図である。 図４は、図１に示す液晶表示装置の比較例を示す構成図である。 図５は、外光入射角の偏光依存性を説明するための模式図である。 図６は、透明媒質に偏光した光が入射する場合の入射角依存特性を示す特性図である。 図７は、アルミ反射板に偏光した光が入射する場合の入射角依存特性を示す特性図である。 図８は、図１に示す液晶表示装置にプリズムシートが配置された構成図である。 図９は、反射板の反射角特性を測定する測定方法を説明するための模式図である。 図１０は、反射板の反射角特性を示す特性図である。 図１１は、バックライトの輝度分布を示す模式図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶パネル、３…バックライト、４ａ，４ｂ…偏光板、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ…光源、５Ａ…バー導光体、６…導光板、６ｃ…プリズム面、９…プリズム溝、７…反射板、７ａ…プリズム面、１２…プリズム溝、１４…偏光変換素子、１５…プリズムシート

Claims (7)

1. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側から光を照射するバックライトとを備え、前記バックライトに３原色に対応した各光源を配置し、これら各光源が出射する色光を用いてカラー表示を行うカラーフィルタを必要としない液晶表示装置であって、
   前記液晶パネルと前記バックライトとの間に配置されて、前記液晶パネルの前面側から入射して前記液晶パネルの背面側から出射される光を一の方向の直線偏光のみ透過させる偏光子と、
   前記偏光子と前記バックライトとの間に配置されて、前記偏光子を透過した直線偏光を別の偏光状態の光に変換して透過させると共に、この透過した光が前記バックライト側で反射して戻ってくる戻り光を前記一の方向の直線偏光とは異なる方向の直線偏光に変換して透過させる偏光変換素子とを有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記偏光変換素子は、１／４波長板を有し、前記偏光子を透過した直線偏光を略円偏光に変換することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記偏光変換素子は、二軸性の１／４波長板を有し、前記偏光子を透過した直線偏光を略円偏光に変換することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記偏光変換素子は、前記１／４波長板と１／２波長板とを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
5. 前記バックライトは、前記各光源から出射された光を側端面から内部に導入し、この導入した光を前記液晶パネルと対向する一主面側から出射する導光板と、前記導光板の他主面側に対向配置されて、前記導光板の他主面側から出射された光を前記導光板の一主面側に向かって反射する反射板とを有し、
   前記反射板の前記導光板と対向する面は、複数のプリズムが形成されたプリズム面とされていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶表示装置。
6. 前記導光板の他主面は、複数のプリズムが形成されたプリズム面とされていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶パネルは、カラーフィルタを備えていないモノクロ表示型であり、このモノクロ表示型の液晶表示パネルがフィールドシーケンシャル駆動方式によって前記バックライトの各光源が出射する色光を時分割で選択的に透過させることでカラー表示を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液晶表示装置。

Images