JP2007078810A - 液晶表示装置及び発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックライト光源として直線偏光を発する光源を用いた液晶表示装置において、その視野角特性を良好なものにする。
【解決手段】バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子１を用いた液晶表示装置であって、直線偏光発光素子１上に積層された液晶セル２と、液晶セル２上に積層された偏光フィルム３と、直線偏光発光素子１と液晶セル２との間、及び、液晶セル２と偏光フィルム３との間の少なくとも一方に積層された少なくとも１つの位相差フィルム４とを備える。
【選択図】図４
【解決手段】バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子１を用いた液晶表示装置であって、直線偏光発光素子１上に積層された液晶セル２と、液晶セル２上に積層された偏光フィルム３と、直線偏光発光素子１と液晶セル２との間、及び、液晶セル２と偏光フィルム３との間の少なくとも一方に積層された少なくとも１つの位相差フィルム４とを備える。
【選択図】図４
Description
本発明は、バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子を用いた液晶表示装置に関する。
一般に、透過型の液晶表示装置のバックライト光源には、非偏光を発するものが用いられる。又、透過型の液晶表示装置にはバックライト上に２枚の偏光板が積層される。このため、バックライト光源から出た非偏光は２枚の偏光板によってその大部分が吸収されてしまい、光の利用効率が良くない。
これに対し、バックライト光源として特許文献１に記載されているような直線偏光を発する光源を用いると、この光源上に積層する偏光板を１つにすることができ、光の利用効率を向上させることができる。しかしながら、このような光源を用いる場合には、液晶表示装置を黒表示にし、その表示面を斜めから観察したときの光漏れをいかにして防ぐかが重要な課題となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、バックライト光源として直線偏光を発する光源を用いた液晶表示装置において、その視野角特性を良好なものにすることを目的とする。
本発明の液晶表示装置は、バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子を用いた液晶表示装置であって、前記直線偏光発光素子上に積層された液晶セルと、前記液晶セル上に積層された偏光フィルムと、前記直線偏光発光素子と前記液晶セルとの間、及び、前記液晶セルと前記偏光フィルムとの間の少なくとも一方に、少なくとも１つ積層された位相差フィルムとを備える。
本発明の液晶表示装置は、前記直線偏光発光素子が、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものであり、前記偏光フィルムは、その光学軸に対して垂直な向きの偏光を透過させるものである。
本発明の液晶表示装置は、前記直線偏光発光素子が、その発光軸に対して平行な方向の直線偏光を発するものであり、前記偏光フィルムは、その光学軸に対して平行な向きの偏光を透過させるものである。
本発明の液晶表示装置は、バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子を用いた液晶表示装置であって、前記直線偏光発光素子上に積層された液晶セルと、前記液晶セル上に積層された偏光フィルムとを備え、前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものであり、前記偏光フィルムは、その光学軸に対して平行な向きの偏光を透過させるものである。
本発明の液晶表示装置は、前記液晶セルがＩＰＳ型である。
本発明の発光素子は、直線偏光を発する直線偏光発光素子と、前記直線偏光発光素子の発光面に貼り付けられた位相差フィルムとを備え、前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものである。
本発明の発光素子は、直線偏光を発する直線偏光発光素子と、前記直線偏光発光素子の発光面に貼り付けられた位相差フィルムとを備え、前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して平行な方向の直線偏光を発するものである。
本発明によれば、バックライト光源として直線偏光を発する光源を用いた液晶表示装置において、その視野角特性を良好なものにすることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態を示す液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示す液晶表示装置は、直線偏光を発する直線偏光発光素子１と、直線偏光発光素子１上に積層された液晶セル２と、液晶セル２上に積層された偏光フィルム３とを備え、直線偏光発光素子１をバックライト光源として液晶セル２にて画像表示を行うものである。液晶セル２は、液晶層と、液晶層を挟む一対のガラス基板と、液晶層に電圧を与える電極等とから構成されるものであり、ＴＮ型、ＶＡ型、ＯＣＢ型、及びＩＰＳ型等のものを用いることができる。
図１に示す液晶表示装置は、直線偏光を発する直線偏光発光素子１と、直線偏光発光素子１上に積層された液晶セル２と、液晶セル２上に積層された偏光フィルム３とを備え、直線偏光発光素子１をバックライト光源として液晶セル２にて画像表示を行うものである。液晶セル２は、液晶層と、液晶層を挟む一対のガラス基板と、液晶層に電圧を与える電極等とから構成されるものであり、ＴＮ型、ＶＡ型、ＯＣＢ型、及びＩＰＳ型等のものを用いることができる。
直線偏光発光素子にはＯ型とＥ型が存在し、偏光フィルムにもＯ型とＥ型が存在する。
図２は、Ｏ型とＥ型の直線偏光発光素子の特性を説明するための図であり、（ａ）はＯ型の直線偏光発光素子の平面図、（ｂ）はＥ型の直線偏光発光素子の平面図である。
図２（ａ）に示すように、Ｏ型の直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な向きの直線偏光を発するものである。直線偏光を発させる方法としては、分子を同方向に向かせる方法がある。この方法では、分子の対称軸が上記発光軸である場合が多い。本実施形態では、直線偏光発光素子の発光軸を、そこに含まれる分子の対称軸と同義とする。Ｏ型の直線偏光発光素子としては、例えばディスコティック液晶を用いてラビング処理を行い、一方向に液晶分子を配向させた有機ＥＬ素子等があげられる。
図２（ａ）に示すように、Ｏ型の直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な向きの直線偏光を発するものである。直線偏光を発させる方法としては、分子を同方向に向かせる方法がある。この方法では、分子の対称軸が上記発光軸である場合が多い。本実施形態では、直線偏光発光素子の発光軸を、そこに含まれる分子の対称軸と同義とする。Ｏ型の直線偏光発光素子としては、例えばディスコティック液晶を用いてラビング処理を行い、一方向に液晶分子を配向させた有機ＥＬ素子等があげられる。
図２（ｂ）に示すように、Ｅ型の直線偏光発光素子は、その発光軸に対して平行な向きの直線偏光を発するものである。Ｅ型の直線偏光発光素子としては、例えば棒状液晶を用いてラビング処理を行い、一方向に液晶分子を配向させた有機ＥＬ素子等があげられる。
図３は、Ｏ型とＥ型の偏光フィルムの特性を説明するための図であり、（ａ）はＯ型の偏光フィルムの平面図、（ｂ）はＥ型の偏光フィルムの平面図である。
図３（ａ）に示すように、Ｏ型の偏光フィルムは、その光学軸に対して垂直な向きの直線偏光を透過させるものである。Ｏ型の偏光フィルムとしては、例えばヨウ素で染色したＰＶＡを延伸処理して得られたもの等があげられる。
図３（ａ）に示すように、Ｏ型の偏光フィルムは、その光学軸に対して垂直な向きの直線偏光を透過させるものである。Ｏ型の偏光フィルムとしては、例えばヨウ素で染色したＰＶＡを延伸処理して得られたもの等があげられる。
図３（ｂ）に示すように、Ｅ型の偏光フィルムは、その光学軸に対して平行な向きの直線偏光を透過させるものである。Ｅ型の偏光フィルムとしては、例えばＯＰＴＩＶＡ社製の二色性色素を用いたもの等があげられる。
図１に示す液晶表示装置において、直線偏光発光素子１はＯ型とＥ型の２種類を用いることができ、偏光フィルム３もＯ型とＥ型の２種類を用いることができるため、これらの組み合わせは、以下の（１）〜（４）の４通り存在する。
（１）直線偏光素子１：Ｏ型，偏光フィルム３：Ｏ型
（２）直線偏光素子１：Ｏ型，偏光フィルム３：Ｅ型
（３）直線偏光素子１：Ｅ型，偏光フィルム３：Ｏ型
（４）直線偏光素子１：Ｅ型，偏光フィルム３：Ｅ型
（１）直線偏光素子１：Ｏ型，偏光フィルム３：Ｏ型
（２）直線偏光素子１：Ｏ型，偏光フィルム３：Ｅ型
（３）直線偏光素子１：Ｅ型，偏光フィルム３：Ｏ型
（４）直線偏光素子１：Ｅ型，偏光フィルム３：Ｅ型
ここで、液晶セル２を黒表示にしたときに、偏光フィルム３から光が出ないように直線偏光発光素子１と偏光フィルム３を配置して、液晶セル２を斜め方向から観察したときの光漏れ量をシミュレーションによって算出する。例えば（１）の場合、直線偏光発光素子１の発光軸と偏光フィルム３の光学軸が直交するように配置し、（２）の場合、直線偏光発光素子１の発光軸と偏光フィルム３の光学軸が平行になるように配置し、（３）の場合、直線偏光発光素子１の発光軸と偏光フィルム３の光学軸が平行になるように配置し、（４）の場合、直線偏光発光素子１の発光軸と偏光フィルム３の光学軸が直交するように配置する。
シミュレーションの結果、上記（２）と（３）の組み合わせの場合、液晶セル２を斜めから見た場合でも、光漏れが少ないことが分かった。
又、上記（１）と（４）の組み合わせの場合、液晶セル２を斜めから見たときの光漏れは目立つが、少なくとも１つの位相差フィルムを用いることで、この光漏れを少なくできることがわかった。
図４は、図１に示す液晶表示装置において位相差フィルムを用いた構成例を示す図である。図４において図１と同じ構成には同一符号を付してある。
図４（ａ）に示す液晶表示装置は、液晶セル２と偏光フィルム３の間に位相差フィルム４を設けた構成である。この間に設ける位相差フィルム４は、複数の位相差フィルムを積層したものであっても良い。
図４（ａ）に示す液晶表示装置は、液晶セル２と偏光フィルム３の間に位相差フィルム４を設けた構成である。この間に設ける位相差フィルム４は、複数の位相差フィルムを積層したものであっても良い。
図４（ｂ）に示す液晶表示装置は、直線偏光発光素子１と液晶セル２の間に位相差フィルム４を設けた構成である。この間に設ける位相差フィルム４は、複数の位相差フィルムを積層したものであっても良い。尚、直線偏光発光素子１、液晶セル２、偏光フィルム３、及び位相差フィルム４は、それぞれ独立して販売される部材であるが、直線偏光発光素子１と位相差フィルム４を、直線偏光発光素子１の発光面に位相差フィルム４を貼り付けて一体化した部材として販売することも可能である。
図４（ｃ）に示す液晶表示装置は、直線偏光発光素子１と液晶セル２の間に位相差フィルム４を設け、液晶セル２と偏光フィルム３の間に位相差フィルム５を設けた構成である。位相差フィルム４及び位相差フィルム５は、それぞれ複数の位相差フィルムを積層したものであっても良い。尚、直線偏光発光素子１、液晶セル２、偏光フィルム３、位相差フィルム４、及び位相差フィルム５は、それぞれ独立した部材であるが、直線偏光発光素子１と位相差フィルム４を、直線偏光発光素子１の発光面に位相差フィルム４を貼り付けて一体化した部材として販売することも可能である。
以下、シミュレーション条件を説明する。
直線偏光発光素子から発する光の波長は５５０ｎｍとし、直線偏光発光素子を、偏光フィルムを回転させながら観察したときの最大光量と最小光量との比で表される偏光度は３００００とした。
液晶セル２はＩＰＳ型のものとし、そのリタデーション値（Ｒｅ）を３００ｎｍとし、プレチルト角を０度とした。
位相差フィルムは全て二軸性のものとした。二軸性位相差フィルムの材料としては、圧縮・延伸したポリカーボネート膜がある。又、この位相差フィルムの特性を決める値として、位相差フィルムの面内屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、その厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ１、ｎｙ１、ｎｚ１とし、その厚さをｄ１（ｎｍ）とした場合に、（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１で表されるリタデーション値（Ｒｅ）と、（（ｎｘ１＋ｎｙ１）／２−ｎｚ１）×ｄ１で表される厚み方向位相差値（Ｒｔｈ）と、（ｎｘ１−ｎｚ１）／（ｎｘ１−ｎｙ１）で表されるＮｚ値とを用いた。
液晶表示装置の表示面に基準軸を設定し、この基準軸と、各構成要素の面内の軸（直線偏光発光素子の場合は発光軸、液晶セルの場合は液晶分子の配向方向、正のＡＰｌａｔｅの場合は遅相軸、負のＡｐｌａｔｅの場合は進相軸、二軸性の位相差フィルムの場合は上述したＸ軸、偏光フィルムの場合は光学軸）とのなす角度をφとした。尚、Ｃｐｌａｔｅは、フィルム面内に特定方向の軸を持たないので、方向を特定する必要はない。
図５〜図７に示すように液晶表示装置の条件を設定し、比較用シミュレーション１，２と、シミュレーション３〜３０とを行った。
直線偏光発光素子から発する光の波長は５５０ｎｍとし、直線偏光発光素子を、偏光フィルムを回転させながら観察したときの最大光量と最小光量との比で表される偏光度は３００００とした。
液晶セル２はＩＰＳ型のものとし、そのリタデーション値（Ｒｅ）を３００ｎｍとし、プレチルト角を０度とした。
位相差フィルムは全て二軸性のものとした。二軸性位相差フィルムの材料としては、圧縮・延伸したポリカーボネート膜がある。又、この位相差フィルムの特性を決める値として、位相差フィルムの面内屈折率が最大となる方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸、その厚さ方向をＺ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をｎｘ１、ｎｙ１、ｎｚ１とし、その厚さをｄ１（ｎｍ）とした場合に、（ｎｘ１−ｎｙ１）×ｄ１で表されるリタデーション値（Ｒｅ）と、（（ｎｘ１＋ｎｙ１）／２−ｎｚ１）×ｄ１で表される厚み方向位相差値（Ｒｔｈ）と、（ｎｘ１−ｎｚ１）／（ｎｘ１−ｎｙ１）で表されるＮｚ値とを用いた。
液晶表示装置の表示面に基準軸を設定し、この基準軸と、各構成要素の面内の軸（直線偏光発光素子の場合は発光軸、液晶セルの場合は液晶分子の配向方向、正のＡＰｌａｔｅの場合は遅相軸、負のＡｐｌａｔｅの場合は進相軸、二軸性の位相差フィルムの場合は上述したＸ軸、偏光フィルムの場合は光学軸）とのなす角度をφとした。尚、Ｃｐｌａｔｅは、フィルム面内に特定方向の軸を持たないので、方向を特定する必要はない。
図５〜図７に示すように液晶表示装置の条件を設定し、比較用シミュレーション１，２と、シミュレーション３〜３０とを行った。
図５〜図７に示す“番号”の項目は、各シミュレーションの番号を示す。
番号で示される各行には、シミュレーションした液晶表示装置の各構成要素（部材）が、その積層順に左側から記載されている。例えばシミュレーション１の液晶表示装置は、Ｏ型直線偏光発光素子、液晶セル、Ｏ型偏光フィルムがこの順に積層されていることを示す。
各部材の右に示すφは、その部材のφを示す。シミュレーション１の場合は、Ｏ型直線偏光発光素子の発光軸が基準軸に対して直交し、液晶セルの配向方向が基準軸に対して直交し、Ｏ型偏光フィルムの光学軸が基準軸に対して平行となっていることを示す。
図５〜図７の“部材”の項目において、直線偏光発光素子、液晶セル、及び偏光フィルム以外の部材は全て位相差フィルムである。
“正Ａ”は、位相差フィルムが正のA plateであることを示す。正のA plateの材料としては、延伸したポリカーボネート膜がある。
“負Ａ”は、位相差フィルムが負のA plateであることを示す。負のA plateの材料としては、ディスコティック液晶を、ダイレクターを水平方向に配向させて塗布したフィルムがある。
“正Ｃ”は、位相差フィルムが正のC plateであることを示す。正のC plateの材料としては、棒状液晶を垂直に配向させて塗布したフィルムがある。
“負Ｃ”は、位相差フィルムが負のC plateであることを示す。負のC plateの材料としては、ＴＡＣフィルムや、ディスコティック液晶を、ダイレクターを垂直方向に配向させて塗布したフィルムがある。
番号で示される各行には、シミュレーションした液晶表示装置の各構成要素（部材）が、その積層順に左側から記載されている。例えばシミュレーション１の液晶表示装置は、Ｏ型直線偏光発光素子、液晶セル、Ｏ型偏光フィルムがこの順に積層されていることを示す。
各部材の右に示すφは、その部材のφを示す。シミュレーション１の場合は、Ｏ型直線偏光発光素子の発光軸が基準軸に対して直交し、液晶セルの配向方向が基準軸に対して直交し、Ｏ型偏光フィルムの光学軸が基準軸に対して平行となっていることを示す。
図５〜図７の“部材”の項目において、直線偏光発光素子、液晶セル、及び偏光フィルム以外の部材は全て位相差フィルムである。
“正Ａ”は、位相差フィルムが正のA plateであることを示す。正のA plateの材料としては、延伸したポリカーボネート膜がある。
“負Ａ”は、位相差フィルムが負のA plateであることを示す。負のA plateの材料としては、ディスコティック液晶を、ダイレクターを水平方向に配向させて塗布したフィルムがある。
“正Ｃ”は、位相差フィルムが正のC plateであることを示す。正のC plateの材料としては、棒状液晶を垂直に配向させて塗布したフィルムがある。
“負Ｃ”は、位相差フィルムが負のC plateであることを示す。負のC plateの材料としては、ＴＡＣフィルムや、ディスコティック液晶を、ダイレクターを垂直方向に配向させて塗布したフィルムがある。
直線偏光発光素子が発する光の光量を１とし、液晶セルを黒表示にした状態で、方位角４５度、極角６０度から見たときの漏れ光量を、拡張ジョーンズマトリクスを用いた光学シミュレーションで求めた。結果を図８に示す。
図８に示す結果から、シミュレーション３〜３０の場合、シミュレーション１，２に比べて漏れ光量が少ないことが分かった。
この結果から、図４（ａ），（ｂ）に示すような構成にした場合には、位相差フィルムのＲｅが入射光の波長の１／２で、且つ、Ｎｚが０．５となっていれば、光漏れを抑えられることが分かった。又、図４（ａ），（ｂ）に示すような構成で、位相差フィルムを複数積層する場合には、各位相差フィルムのＲｅが入射光の波長の１／２で、且つ、各位相差フィルムのＮｚの総和が０．５×ｉ（ｉは位相差フィルムの数）となっていれば、光漏れを抑えられることが分かった。
更に、図４（ａ），（ｂ）に示すような構成において、位相差フィルムを２つ用いる場合には、図５〜図７のシミュレーション１３〜１５，１７，２６〜２８，３０に示すような特性を持つ位相差フィルムを用いることで、光漏れを抑えられることが分かった。
更に、図４（ｃ）に示すような構成にした場合には、図５〜図７のシミュレーション１６，２９に示すような特性を持つ位相差フィルムを用いることで、光漏れを抑えられることが分かった。
(実施例)
以下、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、上述したシミュレーション１〜３０と同じ条件で液晶表示装置を作製し、シミュレーション１〜３０と同じ条件で目視にて観察を行った。
この結果、シミュレーション１，２と同じ構成の液晶表示装置に比べ、それ以外の液晶表示装置の漏れ光量は少なかった。
以下、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、上述したシミュレーション１〜３０と同じ条件で液晶表示装置を作製し、シミュレーション１〜３０と同じ条件で目視にて観察を行った。
この結果、シミュレーション１，２と同じ構成の液晶表示装置に比べ、それ以外の液晶表示装置の漏れ光量は少なかった。
１ 直線偏光発光素子
２ 液晶セル
３ 偏光フィルム
４，５ 位相差フィルム
２ 液晶セル
３ 偏光フィルム
４，５ 位相差フィルム
Claims (7)
- バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子を用いた液晶表示装置であって、
前記直線偏光発光素子上に積層された液晶セルと、
前記液晶セル上に積層された偏光フィルムと、
前記直線偏光発光素子と前記液晶セルとの間、及び、前記液晶セルと前記偏光フィルムとの間の少なくとも一方に、少なくとも１つ積層された位相差フィルムとを備える液晶表示装置。 - 請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものであり、
前記偏光フィルムは、その光学軸に対して垂直な向きの偏光を透過させるものである液晶表示装置。 - 請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して平行な方向の直線偏光を発するものであり、
前記偏光フィルムは、その光学軸に対して平行な向きの偏光を透過させるものである液晶表示装置。 - バックライト光源として直線偏光を発する直線偏光発光素子を用いた液晶表示装置であって、
前記直線偏光発光素子上に積層された液晶セルと、
前記液晶セル上に積層された偏光フィルムとを備え、
前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものであり、
前記偏光フィルムは、その光学軸に対して平行な向きの偏光を透過させるものである液晶表示装置。 - 請求項１〜４のいずれか記載の液晶表示装置であって、
前記液晶セルがＩＰＳ型である液晶表示装置。 - 直線偏光を発する直線偏光発光素子と、
前記直線偏光発光素子の発光面に貼り付けられた位相差フィルムとを備え、
前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して垂直な方向の直線偏光を発するものである発光素子。 - 直線偏光を発する直線偏光発光素子と、
前記直線偏光発光素子の発光面に貼り付けられた位相差フィルムとを備え、
前記直線偏光発光素子は、その発光軸に対して平行な方向の直線偏光を発するものである発光素子。
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