JP2006234973A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡便な方法で照明装置の総厚を大きく変えることなく、かつ効率的にリフレクティブモアレを軽減する。
【解決手段】 導光板２から液晶表示素子７の間の何れかに、液晶表示素子に達するまでの光を波長成分毎に分光放射させるための手段、もしくは液晶表示素子から照明装置側へ反射される特定方向の偏光成分に作用してこれを効率的に除去する偏光解消手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導光体、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。

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では、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素子を用いた照明装置が多用されるようになってきた。

一般に、透過型のカラー液晶表示装置では、白色光源を用いた照明装置をバックライトとして用いて、導光板とその側端面に配設された光源を基本構成としており、導光板側端面から導入した光を、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状により反射させて出射面から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明している。図６は、これら従来の導光板（導光体）を適用した照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。図６に示すエッジライト方式の照明装置１８は、導光板２と光反射板３とＬＥＤ光源１、及び散光手段４と屈折手段６ａ，６ｂとを備える。一般に、導光板２は、光入射面１９から遠ざかるにつれ、光出射面２０と当該面の背面２１との距離が徐々に近づく（厚みが減少する）、いわゆる楔形導光板が採用され、また、背面２１には採光手段としての散乱ドットが複数形成される。

次にエッジライト方式の照明装置の動作について図７を使って説明する。ＬＥＤ光源１から導光板２に入射した光は、散乱ドット２２によって散乱し、散乱した光の一部は臨界角より大きい角度で光出射面２０に入射するので、導光板２外部へ取りだされる（図中ｍ１）。他の光ｍ２は、臨界角より小さい角度で光出射面２０側に入射するので、光出射面２０によって背面２１側へ全反射される。そして、背面２１へ到達した光は、散乱ドット２２によって一部は光出射面２０の臨界角より大きい角度で反射されて導光板２外部へ取り出され（図中ｍ３）、他は導光板２内をさらに進む（図中ｍ４）。以降も同様に、一部の光を光出射面から導光板外部へ取り出し、他を全反射することを繰り返す。そして光出射面２０の各位置から取り出された光は散光手段４によって散光、さらに光を広範囲へ広げた後、上下２枚に配置した屈折手段６ａ，６ｂにより集光して正面方向への輝度を向上させている。ここで、導光板２の上に設けた散光手段４は照明装置全体の明るさと均斉度を向上させる目的と、導光板２単体で取り出される光は一般に反入光側５０〜６０°方向にピークが認められる光分布形状を成すため、これをより平坦にする目的とから配置するものである。

図６に示す従来のエッジライト方式の照明装置１８の構成によると、構成部材全体の総厚を薄型化するために屈折手段６ａ，６ｂに用いる部材厚は薄い形状のものが好まれる。この場合２枚の部材がたわみ易く、たわみが生じることで２枚の部材間（もしくは一方の部材と他の構成部材の間）で全反射を繰り返す条件が形成される。これは液晶表示装置としてみた場合に幾層もの縞形状の模様（以降これをリフレクティブモアレと称する）がパネル内に観測される結果を引き起こし、表示装置としての見栄えを著しく損なう原因となっていた。従来では、これを解決するために一方の部材を厚い形状のものにして回避する方策が取られていたが、構成部材全体の総厚を薄型化する上で問題である。

そこで本発明は、比較的簡便な方法で総厚を大きく変えることなく、かつ効率的にリフレクティブモアレを軽減することを目的とする。

そこで本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子に達するまでの光を波長成分毎に分光放射させるための手段、もしくは、液晶表示素子から照明装置側へ反射される特定方向の偏光成分に作用してこれを効率的に除去する偏光解消手段を液晶表示素子と導光板の間に備えることとした。ここで、分光手段として透過型の回折格子が、また、偏光解消手段として偏波解消素子などが例示できる。偏波解消素子は複屈折性を持つ素子で例えばカルサイト（ＣａＣＯ３）等が一般的である。

各要素の配置については、具体的には、分光手段は図６において散光手段４と第１屈折手段６ａの間に、偏光解消手段は第２屈折手段６ｂもしくは第１屈折手段６ａと液晶表示素子７の間にそれぞれ設置するのが望ましいが、導光板２から液晶表示素子７の間で任意に変更が可能である。また分光手段と偏光解消手段は液晶表示装置内にいずれか一つを配置するが、これら両方を使った構成でも良い。

このように、分光手段もしくは偏光解消手段を備えることで入射光の波長成分もしくは偏光成分と関係した全反射の影響が回避されるため、効果的にリフレクティブモアレを軽減することができる。

本発明の液晶表示装置では、散乱出射光の分光放射が可能なため、光の散乱方向と散乱量を多く取ることができる。また、特定の偏光成分と関係したリフレクティブモアレを軽減する手段を備えるため、高輝度で視認性に優れた液晶表示装置が提供できる。

本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子と、点光源と、点光源からの出射光を液晶表示素子に導く導光板と、液晶表示素子と導光板の間に設けられるとともに導光板から出射した光を波長成分毎に分光放射させる分光手段を備えている。さらに、分光手段と導光板の間に、導光板から出射した光の明るさと均斉度を向上させる散光手段を備えている。あるいは、分光手段と液晶表示素子の間に、光源に対して水平・垂直方向に広がった光を屈折し正面方向へ集光させるための屈折手段を備えている。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子と、点光源と、点光源からの出射光を液晶表示素子に導く導光板と、液晶表示素子と導光板の間にもうけられるとともに、液晶表示素子から導光板側へ反射される特定方向の偏光成分を除去する偏光解消手段を備えている。

以下、本発明に係る液晶表示装置の実施例を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。

本実施例の液晶表示装置の構成を図１に模式的に示す。図示するように、液晶表示素子７の背後に液晶表示素子を照明するための導光板２が設けられており、導光板の側面にはＬＥＤ光源１が配置されている。また、導光板からの漏れ光を反射し液晶表示装置側へ戻すために、導光板２の背後に光反射板３が設けられている。液晶表示素子７と導光板２の間には、照明装置全体の明るさと均斉度を向上させるための散光手段として拡散シート４が設けられている。さらに、光源に対して水平・垂直方向に広がった光を屈折し正面方向へ集光させるための屈折手段としてプリズムシート６ａ、６ｂが液晶表示素子７と拡散シートの間に設けられている。また、プリズムシートと拡散シートの間に、拡散シートからの散乱光を波長成分毎に分光放射させる分光手段として透過型回折格子５が設けられている。ここで、ＬＥＤ光源から拡散シート４で散光させるまでの動作は従来例で説明した図７と同様であり、その説明を省略する。

拡散シート４で散光された光が透過型回折格子５に入射すると、その波長成分毎に次の式１の関係に従う方向に散乱出射する。
θ＝ｓｉｎ^−１（ｍλ／ｄ）・・・（式１）
ここでｄは透過型回折格子５の溝間隔、ｍは透過型回折格子の回折次数、λは入射光の波長、θは散乱出射する角度である。

図２は、拡散シート４で散光出射した一つの光線８が、透過型回折格子５で散乱出射した後にたわみの発生した２枚のプリズムシートで全反射する状況を示した図である。図２では、透過型回折格子５で散乱出射した代表光線（波長λ₁ ，λ₂ ）９ａ、９ｂ、２枚のプリズムシートで全反射を繰り返した後に第２プリズムシート６ｂより屈折する光線１０ａ、１０ｂを表している。ここで図１と同一部分には同一符号を付し、ここではその説明を省略する。また、図３は透過型回折格子がない従来の場合での同状況を示した図であり、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは第１プリズムシート６ａで分光された代表光線（波長λ₁，λ₂，λ₃）を、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは図２と同様に２枚のプリズムシートで全反射を繰り返した後での屈折光線を表す。ここで図２と同一部分には同一符号を付し、ここではその説明を省略する。

図２において波長毎に散乱出射した光９ａ、９ｂは、前述の従来例で説明したように上下２枚に配置したプリズムシート６ａ，６ｂにより液晶表示素子の正面方向へと集光される。ここで、透過型回折格子５がある場合には、２枚のプリズムシートにたわみが発生してプリズムシート間で全反射を繰り返す条件が形成された場合でも、波長毎に第１プリズムシート６ａへ入射する光線の方向が大きく異なるため、図２の１０ａ、１０ｂで示すようにプリズムシート６ｂからの屈折光線の方向は波長成分毎に揃わなくなる。

図３において拡散シート４で散光出射した光線８に着目すると、透過型回折格子５がない場合では第１プリズムシート６ａへ入射した際に、プリズムが持つ分光性により図３の１１ａ〜１１ｃで示すように波長成分毎に僅かながら屈折方向が変化する。このため２枚のプリズムシートで全反射を繰り返す条件が形成された場合には１２ａ〜１２ｃで示すように波長成分毎にプリズムシート６ｂからの屈折光線の方向が揃い、これが液晶表示装置としてみた場合にパネル内に幾層もの縞形状の色靄（リフレクティブモアレ）として観測される。

これに対し、透過型回折格子５を配置した場合では、前述したようにプリズムシート６ｂからの屈折光線の方向は波長成分毎に揃わず無秩序となるために縞形状の色靄は観測されなくなり、結果としてリフレクティブモアレの発生を抑制する事ができる。ここで、透過型回折格子５の設置位置は図１において、拡散シート４とプリズムシート６ａの間に設置するのが望ましいが、導光板２から液晶表示素子７の間で任意に変更が可能であり、リフレクティブモアレの発生状況に応じた対応が可能である。

このような液晶表示装置によれば、従来技術の構成では成し得ない散乱出射光の分光放射が可能であり、前記従来技術の構成例にある拡散シート４のみを使用している場合と比べて、光の散乱方向と散乱量を多く取る事ができる。これはプリズムシート６ａ，６ｂで集光する光量が増える事に等しく、前記リフレクティブモアレを軽減する効果は勿論のこと、結果として高輝度な液晶表示装置を提供する事ができる。

図４は本発明を適用した第２の実施例として偏波解消素子１３を第２のプリズムシート６ｂと液晶表示素子７の非表示面１４の間に設置した液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図示するように、液晶表示素子７の背後に液晶表示素子を照明するための導光板２が設けられており、導光板の側面にはＬＥＤ光源１が配置されている。また、導光板２の背後には光反射板３が設けられている。液晶表示素子７と導光板２の間には、導光板表面の明るさと均斉度を向上させるための散光手段として拡散シート４が設けられている。さらに、光源に対して水平・垂直方向に広がった光を屈折し正面方向へ集光させるための屈折手段としてプリズムシート６ａ、６ｂが液晶表示素子７と拡散シートの間に設けられている。また、液晶表示素子７の非表示面１４からの反射偏光成分を除去するための偏光解消手段として偏波解消素子１３が液晶表示素子７とプリズムシートの間に設けられている。

液晶表示素子７の非表示面１４の側には図５に示すようにある特定の方向にのみ振動する光（以降これを偏光と称する）を液晶表示素子７内へ透過させるための偏光板１５が貼られている。ＬＥＤ光源から導光板を介して出射される光には一般に無数の方向に振動する光が存在するが、偏光板はこのうちのある一つの方向に振動する光を取り出すための手段である。つまり、図５において偏光板１５で取り出す光の方向１７（以降これを偏光軸と称する）と一致しない光の成分は偏光板１５で一部は吸収され、一部は照明装置側へ反射される。このうち偏光板１５で吸収される光の成分（以降これをＳ波と称する）を照明装置側へ反射し、光量を有効活用するためにＤＢＥＦフィルム１６を偏光板１５の下にさらに貼って使用するケースが一般的である。こうした構成の液晶表示装置では、ＤＢＥＦフィルムで反射されたＳ波の偏光成分がプリズムシートのたわみにより、ＤＢＥＦフィルムと第２もしくは第１プリズムシートの間に全反射を繰り返す条件が形成され、液晶表示装置のパネル面内にリフレクティブモアレが観測される。

本発明を適用した実施例２では、Ｓ波の偏光成分を有効的に解消する偏波解消素子１３を第２プリズムシート６ｂと液晶表示素子７の非表示面１４の間に設置することで効率的にＳ波の偏光成分が除去されるため、リフレクティブモアレを軽減することができる。なお、偏波解消素子１３の設置位置は図４において、第２プリズムシート６ｂか第１プリズムシート６ａと液晶表示素子７の非表示面１４の間に設置するのが望ましいが、導光板２から液晶表示素子７の間で任意に変更が可能であり、リフレクティブモアレの発生状況に応じた対応が可能である。

このように、偏光解消手段を備えた液晶表示装置を用いると、従来の回避策にある一方のプリズムシートを厚くする方法では改善できないＳ波の偏光成分と関係したリフレクティブモアレを軽減することができるため、より視認性に優れた照明装置、惹いては液晶表示装置を提供することができる。

本発明は、小型携帯情報機器の画質改善を意図して考案したものであるが、比較的低コストで大きなサイズまで製造容易な部材（一例としてシート状の透過型回折格子）をそのまま適用できるため、昨今の大型化が進む液晶表示装置の画質改善にも役立つ。

本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 本発明の液晶表示装置の構成でリフレクティブモアレ軽減を説明する模式図である。 従来の液晶表示装置でリフレクティブモアレの発生原理を説明する模式図である。 本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 本発明の液晶表示装置に用いた液晶表示素子の構造を模式的に説明する断面図である。 従来の液晶表示装置を説明するための断面図である。 従来のエッジライト方式の照明装置を説明するための断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ光源
２ 導光板
３ 光反射板
４ 拡散シート（散光手段）
５ 透過型回折格子（分光手段）
６ａ，６ｂ プリズムシート（屈折手段）
７ 液晶表示素子
８ 光線
９ａ，９ｂ 光線
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 光線
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光線
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 光線
１３ 偏波解消素子（偏光解消手段）
１４ 液晶表示素子の非表示面
１５ 偏光板
１６ ＤＢＥＦフィルム（Ｓ波偏光成分を照明装置側へ反射させるための手段）
１７ 偏光軸
１８ 照明装置
１９ 導光板端面（光入射面）
２０ 導光板表面（光出射面）
２１ 導光板背面
２２ 散乱ドット（採光手段）

Claims (4)

1. 液晶表示素子と、点光源と、前記点光源からの出射光を前記液晶表示素子に導く導光板を備える液晶表示装置であって、
   前記液晶表示素子と前記導光板の間に、前記導光板から出射した光を波長成分毎に分光放射させる分光手段を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記分光手段と前記導光板の間に、前記導光板から出射した光の明るさと均斉度を向上させる散光手段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。
3. 前記分光手段と前記液晶表示素子の間に、光源に対して水平・垂直方向に広がった光を屈折し正面方向へ集光させるための屈折手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 液晶表示素子と、点光源と、前記点光源からの出射光を前記液晶表示素子に導く導光板を備える液晶表示装置であって、
   前記液晶表示素子と前記導光板の間に、前記液晶表示素子から前記導光板側へ反射される特定方向の偏光成分を除去する偏光解消手段を備えることを特徴とする液晶表示装置。

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