JP2007010955A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度分布が均一化されると共に平均輝度が高度に維持されて明るくムラの無い高品位な表示が得られる液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】液晶表示パネル１のバックライトユニット２から光が照射される後側のガラス基板１２に貼着された後偏光板１４は、偏光フィルム層１４ａにアンチグレア表面層１４ｂが積層されてなり、この後偏光板１４には輝度向上フィルム１７がそれぞれの透過軸を平行に揃えた配置で積層されている。バックライトユニット２は、導光板２１の端面２１ａに冷陰極管２２が対向配置され、その光出射面とする前面２１ｂとは反対側の後面２１ｃに光反射板２４が設置されて、構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンチグレア処理された偏光板と輝度向上フィルムを備える液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイでは、バックライト光として輝度分布が全照射エリアにわたり均一な照射光を得ることが難しく、照射光の輝度分布のバラツキに起因する表示における輝度ムラが発生し易い。

そこで、特許文献１に示されるように、液晶表示パネルのバックライト側に光拡散シートを配置し、バックライト光をこの光拡散シートを介して液晶表示パネルに照射させることにより表示における輝度ムラを解消した液晶表示装置が提案されている。
特開平５−１７３１３３号公報

しかし、上述の方法による場合、光拡散シートを介することによって光のロスが生じ、その分、表示における平均輝度が低下する。

本発明の目的は、輝度分布が均一化されると共に平均輝度が高度に維持されて明るくムラの無い高品位な表示が得られる液晶表示装置を提供することである。

本発明の液晶表示装置は、一対の透明基板間に液晶が封入されてなる液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの表示の観察側とは反対側の後側から光を照射するバックライトユニットとを備える液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの後側透明基板の液晶封入側とは反対側の外面に、表面を微細な凹凸面に形成された偏光板が、その微細凹凸表面を前記バックライトユニットに対向させて設置され、前記偏光板の微細凹凸表面には、入射光のうちの偏光面が所定方向に沿った偏光成分光を選択的に反射させ他の成分光を透過させる輝度向上フィルムが積層され、前記バックライトユニットには、前記輝度向上フィルムにより反射された光を反射して前記輝度向上フィルムに再入射させる光反射シートが設置されていることを特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置によれば、表面層がアンチグレア処理された偏光板を用いることによりバックライト光の輝度分布が均一化され、これに輝度向上フィルムを積層することによりバックライト光がアンチグレア処理偏光板を透過し拡散されることによる光の損失が補填され、輝度が表示面全体にわたりムラ無く高度に維持された高品位な表示が得られる。

本発明の液晶表示装置では、アンチグレア処理された偏光板の表面が、１０点平均高さが１．０〜３．５μｍの凸部が３０〜１５０μｍの間隔で形成された表面であることが好ましく、これにより、バックライト光の輝度分布が充分に均一化される。

また、本発明の液晶表示装置においては、バックライトユニットを、光源と、この光源から射出された光を端面から入射させて一方の主面から面状に出射させる導光板と、この導光板の光出射面とは反対側の後面に設置された光反射シートとで構成することが好ましく、これにより、薄型化が促進されるとともに表示における輝度ムラが解消され且つ平均輝度が高度に維持されて明るい表示が得られる。

図１は本発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す模式的断面図、図２はその要部Ｑを示す部分断面図、図３は各部材の光学軸の配置関係を示す分解説明図である。

本実施形態の液晶表示モジュールは、大略、液晶表示パネル１と、これに後側から光を照射するバックライトユニット２とで、構成されている。なお、液晶表示パネル１に対する後側とは、表示の観察側を前側としてその反対側のことである。

液晶表示パネル１においては、電極（不図示）が形成された一対の透明な前、後ガラス基板１１、１２が、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合されている。これら一対の前、後ガラス基板１１、１２間の前記枠状シール材で囲まれた空間には、液晶（不図示）が封入されている。そして、一対の前、後ガラス基板１１、１２の液晶封入側とは反対側の各外面には、それぞれ、前、後偏光板１３、１４層が透明な粘着層（不図示）を介して貼着されている。

本実施形態の液晶表示パネル１は、液晶分子を９０°にわたりツイスト配向させたネガタイプ（ノーマリーブラック）のアクティブマトリックス型液晶表示パネルであり、前、後偏光板１３、１４は、図３に示すように、各透過軸１３ａ、１４ｃを共にパネル長手方向に沿った水平線ｈに対して４５°で交差する方向に平行に揃えた配置で設置されている。

ここで、後偏光板１４の後側の表面は、微細な凹凸を備えた光拡散面に形成されている。本実施形態においては、所謂アンチグレア処理によりその表面全体にわたり略均一にヘイズ値で約４０±５％の光拡散能を備えた微細凹凸面を得ている。即ち、図２に示すように、互いに平面内で直交する透過軸１４ｃ（図３参照）と吸収軸１４ｄ（図３参照）を備える偏光フィルム層１４ａが後ガラス基板１２の外面に透明粘着層１５を介して貼着され、この偏光フィルム層１４ａの表面に、シリコーン系ハードコート液に粒径が均一な透明微粒子として珪酸微粉を分散混合させたハードコート混合液を塗布することにより、均一な微細凹凸面を備える実質的に透明なアンチグレア表面層１４ｂが形成されている。この場合の微細凹凸面は、平均凹凸間隔が３０〜１５０μｍで１０点平均高さが１．０〜３．５μｍの凹凸面であることが好ましい。

なお、ハードコート液に分散混合させる透明微粒子としては、上述の珪酸微粉以外に、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム等からなる導電性無機系微粒子や、架橋または未架橋のポリマからなる有機系微粒子等が好適に用いられる。また、後偏光板１４に施すアンチグレア処理としては、上述した透明微粒子配合方式の他に、透明な表面層表面をサンドブラスト法やエンボス加工法等による粗面化する方式が好適に用いられる。

後偏光板１４のアンチグレア表面層１４ｂの凹凸表面には、透明粘着層１６を介して輝度向上フィルム１７が貼着されている。輝度向上フィルム１７は、自然光等の偏光方向がランダムな光が入射すると、所定の偏光方向の直線偏光や円偏光を選択反射するとともに他の光を透過させる特性を備えた光学フィルムである。この場合、直線偏光を選択反射する輝度向上フィルムとしては誘電体の多層薄膜や屈折率異方性が相違する薄膜フィルムの積層体等があり、円偏光を選択反射する輝度向上フィルムとしてはコレステリック液晶層をフィルム基材上に積層したものやコレステリック液晶ポリマの配向フィルム等があるが、本実施形態では、前者の屈折率異方性が相違する薄膜フィルムの積層体からなる輝度向上フィルム１７を用いている。したがって、本実施形態の輝度向上フィルム１７は、図３に示すように、光学軸として平面内で互いに直交する透過軸１７ａと反射軸１７ｂを備えている。

そして、本実施形態の輝度向上フィルム１７は、その透過軸１７ａが後偏光板１４の透過軸１４ｃに平行となる配置で設置されている。これにより、バックライトユニット２からの照射光で輝度向上フィルム１７を透過した光は、偏光方向（偏光軸）が後偏光板１４の透過軸１４ｃに平行な直線偏光となって後偏光板１４を透過する。また、輝度向上フィルム１７に入射し反射された光も、後述するバックライトユニット２側に設けられている反射手段により反射されて再入射する作用を繰り返し、その透過軸１７ａに平行な偏光成分の偏光が透過するから、光のロスが格段に抑制される。

図１に戻って、液晶表示パネル１の後方には、サイドライト型面光源のバックライトユニット２が配置されている。このバックライトユニット２は、液晶表示パネル１の外形に対応した矩形をなす透明な導光板２１と、この導光板２１の光入射面とする端面２１ａに対向配置された光源としての冷陰極管２２、冷陰極管２２を囲繞するように配置されて冷陰極管２２からの射出光を光入射面２１ａに反射させるリフレクタ２３、導光板２１の液晶表示パネル１に対向させて光出射面とする前面２１ｂとは反対側の後面２１ｃに対面設置された光反射板２４、及び導光板２１の光入射面２１ａとは反対側端面に被着された光反射膜２５等から成る。ここで、導光板２１の光出射面２１ｂとは反対側の後面２１ｃは、図示しない微細なドットを所定の配置で点在させてなる凹凸面に形成されている。そして、このように構成されたバックライトユニット２は、一方の主面が開放された矩形箱型ケース３内に、導光板２１の光出射面（前面）２１ｂが開放される配置で収納されている。

導光板２１の光出射面２１ｂと後偏光板１４との間には２枚の偏向プリズムシート４、５が配設されている。これら偏向プリズムシート４、５は、光の進行方向を正面方向に揃えるために設置される光学シートであり、それぞれ、光出射面とする一方の主面が断面が直角二等辺三角形をなす複数の突条（不図示）を波状に連続して並設した凹凸面に形成されている。そして、これら偏向プリズムシート４、５は、図３に示されるように、各凹凸面を液晶表示パネル１側に向けるとともにそれぞれの突条の延在方向４ａ、５ａを直交させて配設されている。

上述のように構成された本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、図１に示されるように、冷陰極管２２から射出された光Ｒが直接或いはリフレクタ２３に反射されて導光板２１内にその光入射面２１ａから入射し、導光板２１内を他方の端面に向けて進行する間に微細な凹凸面の後面２１ｃに入射し、ここで光出射面（前面）２１ｂに向けて全反射されるか外部に出射される。外部に出射された光は、光反射板２４により反射されて導光板５内に再入射する。

光出射面２１ｂに向けて反射された光Ｒ等は、光出射面２１ｂから面状に出射するが、その際の各光の進行方向は不均一でバラツキが大きい。しかし、その面状出射光は、一対の偏向プリズムシート４、５を透過することにより、各光の進行方向がシート法線方向つまり本液晶表示モジュールの正面方向に揃うように偏向される。

進行方向が略正面方向に揃えられた面状照射光は、先ず、輝度向上フィルム１７に入射する。このときの面状照射光は、偏光方向がランダムな光からなるため、偏光方向が輝度向上フィルム１７の透過軸１７ａ（図３参照）に平行な成分光Ｒ1 等は輝度向上フィルム１７を透過するが、それ以外の偏光成分の光Ｒ2 等は後側に反射される。

後側に反射された光Ｒ2 等は、一対の偏向プリズムシート４、５を再度透過して導光板２１内に入射するが、この再入射する光Ｒ2 は、導光板後面２１ｃ、或いは光反射シート２４により反射され、再び導光板２１と一対の偏向プリズムシート４、５をそれぞれの厚さ方向に透過し、輝度向上フィルム１７に再入射する。

このように、輝度向上フィルム１７で一旦反射された光Ｒ2 等は、一対の偏向プリズムシート４、５を透過して導光板２１の後面２１ｃ或いは光反射シート２４との間での反射、再入射作用を繰り返し、その間に偏光状態が徐々に変化する。そして、輝度向上フィルム１７に入射した光Ｒ2 のうちその透過軸１７ａ（図３参照）と平行な偏光成分の光が輝度向上フィルム１７を透過する。その結果、輝度向上フィルム１７の透過光の光量は、反射されずに透過した成分光Ｒ1 等に、一旦反射された光Ｒ2 が多重反射を繰り返すことによって前記輝度向上フィルム１７の透過軸１７ａと平行になった光が加わった光量となる。またこの間に、その透過光の光量の分布（輝度分布）の偏りも、或る程度緩和される。

輝度向上フィルム１７の透過光は、透明粘着層１６を透過してアンチグレア表面層１４ｂに入射し、ヘイズ値で約４０±５％程度に拡散されて出射する。これにより、バックライトユニット２からの照射光における輝度分布の偏りが大幅に緩和される。ただし、このアンチグレア表面層１４ｂからの出射光の偏光方向は、輝度向上フィルム１７を出射した際と略同様にその透過軸１７ａに平行な方向に揃えられたままである。

アンチグレア表面層１４ｂからの出射光は、次順の偏光フィルム層１４ａに入射すると、そのうちの偏光方向が偏光フィルム層１４ａの透過軸１４ｃに平行な光だけが選択的に透過する。しかし、このアンチグレア表面層１４ｂからの出射光は、上述したようにその偏光方向が輝度向上フィルム１７の透過軸１７ａに略平行な光であり、この偏光方向は偏光フィルム層１４ａの透過軸１４ｃに平行な方向でもあるから、その大部分がそのまま偏光フィルム層１４ａを透過する。

従って、後偏光板１４を透過して液晶層（不図示）に入射する光の量は、輝度向上フィルム１７を介さない場合に比べて大幅に増加している。すなわち、輝度向上フィルム１７を介さない場合、後偏光板１４に入射する光はバックライトユニット２から出射されたままの偏光方向がランダムな光であるから、その約５０％は後偏光板１４により吸収されてしまうが、輝度向上フィルム１７を介することにより、バックライトユニット２からの出射光の約５０％の輝度向上フィルム１７をそのまま透過する成分光Ｒ1 等だけではなく、輝度向上フィルム１７で反射されて再入射を繰り返した後に、前記輝度向上フィルム１７の透過軸１７ａと平行になった光が、後偏光板１４に入射し、この入射光は偏光方向が後偏光板１４の透過軸１４ａに平行な光であるからそのまま後偏光板１４を透過する。つまり、後偏光板１４により吸収されてしまっていた約５０％の光が、輝度向上フィルム１７を介することによりそのうちの相当な割合の光が後偏光板１４を透過して表示に利用されるため、表示の輝度がその分向上する。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールでは、液晶表示パネル１のバックライトユニット２に対向させる後側に、偏光フィルム層４ａの表面にアンチグレア表面層４ｂを被着してなる後偏光板１４を設置したから、液晶表示パネル１とバックライトユニットの間に光拡散手段を配置しなくても、バックライトユニット２からの照射光における輝度分布の偏りが上記アンチグレア表面層１４ｂを透過させることにより略解消される。その結果、液晶表示パネル１の表示面では、バックライトユニット２の照射光における輝度分布の偏りに基づく輝度ムラが解消された良好な表示が得られる。

また、上記後偏光板１４の後側に輝度向上フィルム１７を各々の透過軸１４ｃ、１７ａを互いに平行に揃えた配置で設置し、輝度向上フィルム１７に入射してもそのまま透過せずに反射される光を、バックライトユニット２内の光反射シート２４との間で繰り返し反射させて再入射させることにより輝度向上フィルム１７を透過させる構成としたから、後偏光板１４を透過する光の量が大幅に増加し、液晶表示パネル１の表示の平均輝度が大幅に向上する。

さらに、後偏光板１４を偏光プリズム１４ａにアンチグレア表面層１４ｂを被着してなる１枚の積層体としたから、輝度ムラを解消するための光拡散部材を新たに設置する必要がなくなり、部品点数が減少して原価低減が促進されると共に液晶表示モジュールの小型薄型化にも有利となる。

加えて、後偏光板１４と輝度向上フィルム１７を接着する粘着層１６、或いは、この後偏光板１４を後ガラス基板１２に接着する粘着層１５等の、各シート間粘着層として、透明な粘着層を使用したから、拡散粒子を含有させた粘着層を採用する場合に比べて材料費が極めて安価となる

その結果、バックライトユニット２からの照射光の輝度分布の偏りに起因する表示における輝度ムラが解消されるとともに、充分な光量による明るい表示が得られ、且つ、小型薄型化及び原価低減をより一層促進可能な液晶表示装置が提供される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明は、上記実施形態のようにバックライトユニット２がサイドライト型のバックライトである場合に限らず、特許文献１に示されるように、冷陰極管等の線光源を光拡散板を挟んで液晶表示パネルに対向配置した直下ライト型のバックライトである場合にも、有効に適用できる。

加えて、バックライトユニットの光源は、冷陰極管等の線光源に限らず、発光ダイオード等の点光源であってもよいことは、勿論である。

本発明の一実施形態としての液晶表示モジュールの主要構成を示す模式的断面図である。 上記液晶表示モジュールにおける要部Ｑを拡大して示す部分断面図である。 上記液晶表示モジュールにおける光学軸の配置関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル
１１、１２ 前、後ガラス基板
１３、１４ 前、後偏光板
１４ａ 偏光フィルム層
１４ｂ アンチグレア表面層
２ バックライトユニット
２１ 導光板
２２ 冷陰極管
２３ リフレクタ
２４ 光反射板
２５ 光反射膜
３ ライトケース
４、５ 偏向プリズムシート

Claims (3)

1. 一対の透明基板間に液晶が封入されてなる液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの表示の観察側とは反対側の後側から光を照射するバックライトユニットとを備える液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルの後側透明基板の液晶封入側とは反対側の外面に、表面を微細な凹凸面に形成された偏光板が、その微細凹凸表面を前記バックライトユニットに対向させて設置され、
   前記偏光板の微細凹凸表面には、入射光のうちの偏光面が所定方向に沿った偏光成分光を選択的に反射させ他の成分光を透過させる輝度向上フィルムが積層され、
   前記バックライトユニットには、前記輝度向上フィルムにより反射された光を反射して前記輝度向上フィルムに再入射させる光反射シートが設置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記微細凹凸表面は、アンチグレア処理により、その平均凹凸間隔が３０〜１５０μｍで１０点平均高さが１．０〜３．５μｍの凹凸面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライトユニットは、光源と、該光源から射出された光を端面から入射させて一方の主面から面状に出射させる導光板と、該導光板の光出射面とは反対側の後面に設置された前記光反射シートとからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。

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