JP2007171903A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グレイインバージョンによる画質低下を最小化できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶パネル１００と；前記液晶パネル１００の上下部にそれぞれ位置する第１偏光板１０９及び第２偏光板１１１と；前記第１偏光板１０９の外側面に位置し、前記液晶パネル１００を通過して前記第１偏光板１０９によって偏光された光を前記液晶パネル１００の外側に出射するとともに、出射時に光を複数個の方向に屈折する光経路制御フィルム１２０と、を備えて液晶表示装置を構成する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液晶表示装置に関するもので、詳しくは、グレイインバージョン（ｇｒａｙ−ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）による画質低下を最小化できる液晶表示装置に関するものである。

最近、情報化社会が発展するにつれて、表示装置に対する要求も多様な形態で漸増している。さらに、このような要求に応じて、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＥＬＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの多様な平板表示装置が研究され、その一部は、既に多様な装置に表示装置として活用されている。

上記の平板表示装置のうち、現在、優れた画質、軽量、薄型、低消費電力などの特徴及び長所により、移動型画像表示装置の用途として、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）の代わりにＬＣＤが最も多く用いられており、ＬＣＤは、ノートブックコンピュータのモニターなどの移動型の用途以外に、放送信号を受信してディスプレイするテレビ及びコンピュータのモニターなどの用途にも開発されている。

ＬＣＤは、一般的な画面表示装置として多様な装置に用いられるために、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を維持しながら、高解像度、高輝度、大面積などの高品質画像を実現しなければならない。

ＬＣＤは、液晶セルに印加される電界を制御し、液晶セルに入射される光を変調することで画像を表示する。かかる液晶表示装置は、液晶を駆動する電界の方向にしたがって、垂直電界印加型と水平電界印加型とに分けられる。

垂直電界印加型の液晶表示装置は、垂直に対向する上部基板及び下部基板に、垂直に対向する画素電極及び共通電極を形成し、それら電極に印加される電圧で液晶セルに垂直方向に電界を印加する。この垂直電界方式によると、開口率を広く確保できるが、視野角が狭いという短所がある。垂直電界方式の代表的な液晶モードとしては、一般的な液晶表示装置で用いられるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードがある。

図１Ａ及び図１Ｂは、一般的なＴＮモード液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向を示した概略断面図である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、一般的なＴＮモードの液晶パネル１０において、上部基板７と下部基板３との間には、液晶分子が充填された液晶層５が位置する（説明の便宜上、図１Ａ及び図１Ｂには、３時方向から液晶を見たときの形状を示した）。

上部基板７の光出射面上には、特定方向の光透過軸を有する上部偏光板９が付着され、下部基板３の光入射面上には、上部偏光板９の光透過軸と直交する光透過軸を有する下部偏光板１１が付着される。

以下、ノーマリホワイトモード（オフ状態ではブラックを実現し、オン状態ではホワイトを実現）と仮定した上で、ＴＮモードの動作に対して説明する。

ＴＮモードにおいて、図１Ａに示すように、上部基板７及び下部基板３に電圧が印加されないオフ状態で、各液晶分子の局所光軸（方向子）は、上部基板７と下部基板３との間で連続的に９０゜だけねじれている。このオフ状態では、下部偏光板１１を通過して入射される線偏光は、偏光特性を変えながら上部偏光板９を通過する。

その反対に、上部透明電極及び下部透明電極に電圧が印加され、その電圧差によって液晶に電場が印加されるオン状態では、液晶層５の中間部分の光軸が電場に平行となり、歪んだ構造が解除される。このオン状態では、下部偏光板１１を通過して入射される線偏光は、液晶層５を通過しながらその偏光特性をそのまま維持するため、上部偏光板９を通過できない。

図２は、視野角による輝度変化を示した実験データで、図３Ａ及び図３Ｂは、グレイインバージョン画面及び正常画面を示した写真である。

上記のＴＮモード液晶表示装置には、高い透過率及び生産に容易な構造などの長所があるが、下方（液晶表示パネルの下部）視野角でグレイインバージョン現象が表れるという短所がある。グレイインバージョン現象とは、図２の実験データに示すように、下方視野角で暗い階調が明るい階調より明るく見える現象をいう。よって、図３Ａ及び図３Ｂから確認できるように、図３Ｂのような正面に比べて、図３Ａのようなグレイインバージョンの大きい下方視野角で画像の品質が著しく低下することが分かる。

以下、ＴＮモードのグレイインバージョン発生原因を説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向に対する視野角による複屈折率の変化を示した図で、図５は、視野角によるグレイインバージョン発生領域を図式化した図である。

グレイインバージョンが発生する最も大きな原因は、視野角によって屈折率が変化するためである。

図４Ａに示すように、ＴＮモード液晶パネル１０のオフ状態では、使用者がパネル１０の下部側から画面を見る第１方向（下方視野角）での複屈折率（ｄΔｎ１）、パネルの上部側から画面を見る第２方向（上方視野角）での複屈折率（ｄΔｎ２）、パネルの正面から画面を見る第３方向での複屈折率（ｄΔｎ３）の変化がほとんどない（ここで、ｄΔｎは液晶層の有する複屈折率を、ｄは液晶層の厚さを、Δｎは屈折率をそれぞれ示す）。

その反面、図４Ｂに示すように、ＴＮモードのオン状態では、液晶の平均方向子Ａが上下方向を中心にやや傾いているため、液晶を通過した光が感じる実際の複屈折性（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄ Δｎ）が視野角によって変わり、ｄΔｎ１＜ｄΔｎ３＜ｄΔｎ２の関係が成立する。すなわち、第１方向では液晶の短軸が見られ、第３方向から第２方向に行くほど液晶の長軸が見られることで、第１方向では、実際に実現しようとするグレイがほぼ完壁に実現される。一方、第２方向及び第３方向では、ｄΔｎ値が大きくなることで、多少高い輝度値を有するグレイが実現される（図２のＰ１領域）。

ここで、使用者が第１方向より低い視野角を有する第４方向で画面を見る場合、第４方向でのｄΔｎ４が第１方向でのｄΔｎ１より大きくなることで、第４方向でのグレイが第１方向でのグレイより一層明るく見える（図２のＰ２領域）。

その結果、図５に示すように、液晶の平均方向子のΔｎが理論的に”０”になる点を基準にすると、それより下方（パネルの下部）視野角では、暗い階調の複屈折が明るい階調の複屈折値より大きくなるが、これが画面ではグレイインバージョンとして表れる。

しかしながら、従来のＴＮモード液晶表示装置においては、高い透過率及び生産に容易な構造などの長所があるが、下方視野角でグレイインバージョンが発生していた。このグレイインバージョンは、ＴＮモードの画面品質を阻害し、使用者の利用を制限するという問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、グレイインバージョンによる画質低下を最小化できる液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと；前記液晶パネルの上下部にそれぞれ位置する第１偏光板及び第２偏光板と；前記第１偏光板の外側面に位置し、前記液晶パネルを通過して前記第１偏光板によって偏光された光を前記液晶パネルの外側に出射するとともに、出射時に光を複数個の方向に屈折する光経路制御フィルムと、を備えることを特徴とする。

ここで、前記光経路制御フィルムは、各屈折方向への相異なる形状の傾斜面を有する複数個の三角形状の表面を備えた透明基材からなる。また、前記光経路制御フィルムは、透明基材と、前記透明基材上に形成され、各屈折方向への相異なる形状の傾斜面を有する複数個の三角形状の微細パターンと、を含んで構成される。前記光経路制御フィルムは、前記光が出射される側の表面または前記第１偏光板に対応する前記光経路制御フィルムの表面に、複数個の出射光を誘導する相異なる形状の傾斜面を有し、前記第１偏光板に対応する前記光経路制御フィルムの表面には、前記各傾斜面の間に正面への出射光を誘導する平らな表面がさらに含まれる。

前記光経路制御フィルムは、光を正面から下方視野角までの二つ以上の方向に同時に出射する。このとき、前記光経路制御フィルムは、前記下方視野角に出射される光量よりも、正面に出射される光量をより多くして出射する。

また、前記光経路制御フィルムは、光を正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射する。ここで、前記光経路制御フィルムは、前記正面に出射される光量を、下方視野角または上方視野角側に出射される光量より多くして出射する。

前記透明基材や微細パターンは、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）系、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）系、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）系、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｙｅｎｅ）系、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｏｒｐｙｌｅｎｅ）系、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）系樹脂及びガラスのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで構成される。ここで、前記光経路制御フィルムは、前記ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、PI系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質の組み合わせにより屈折率が制御される。

また、前記光経路制御フィルムは、相異なる屈折率を有する複数個の基材が斜線方向に交互に積層された形態である。

前記複数個の基材は、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質を含み、前記光経路制御フィルムは、前記ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質の組み合わせによって屈折率が制御される。

また、前記光経路制御フィルム上に出射される光の光散乱を誘導する拡散フィルムをさらに含むこともできる。ここで、前記拡散フィルムには、透明基材上に光散乱のための拡散粒子が備わるか、前記拡散フィルムには、透明基材内に含まれる拡散粒子が備わる。

前記拡散粒子は、所定以上の大きさを有するビードからなる。前記拡散粒子が複数個の大きさのビードを備えるとき、所定大きさのビードは、前記光経路制御フィルムと同じ屈折率を有し、残りの大きさのビードは、前記光経路制御フィルムと相異なる屈折率を有する。

前記各ビードは、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂、ガラス、シリカのうち少なくともいずれか一つの物質からなる。

上記の液晶表示装置の構成において、前記液晶パネルは、互いに対向する第１基板及び第２基板と；前記第１基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと；前記第１基板上の前記画素領域に形成された画素電極と；前記第２基板の全面に形成された共通電極と；前記第１及び第２基板の間に充填された液晶層と；を含んで構成される。

本発明に係る液晶表示装置は、ＴＮセルを通過して投射される光を制御することで、グレイインバージョンが発生する下方視野角方向に通過された光を減少し、グレイインバージョンが発生しない上方視野角側に投射される光を拡大するＴＮモードのグレイインバージョン減少方法を適用している。このために、グレイインバージョンのない光の透過領域を増加し、グレイインバージョンが発生する光の透過領域を相対的に減少するように、光経路を変更する光経路制御フィルムを用いる。

本発明に係る液晶表示装置においては、液晶パネルを透過する光のうち、下方視野角でのグレイインバージョンを防止するために出射される光を液晶パネルの下部方向に屈折して出射する一方、正面方向や上方視野角で同時に出射する微細パターンを備えた光経路制御フィルムを備えることで、グレイインバージョンを防止するとともに、正面方向または上方視野角での光特性低下を防止できる。

したがって、使用者が実質的に感じるグレイインバージョン領域は、遥かに減少することになり、広い視野角を安定的に確保することで、グレイインバージョンによる画質低下を防止できる。また、上下視野角で出射される光を混合して出射することで、視感改善を得られる。

以下、本発明に係る液晶表示装置の好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図６Ａ及び図６Ｂは、従来及び本発明に係る液晶表示装置において、液晶パネルのオン状態でのグレイインバージョン領域を示した図である。

従来の液晶パネル１０は、図６Ａに示すように、互いに対向する下部基板３及び上部基板７と、前記上下部基板の間に形成された液晶層５と、前記下部基板３及び上部基板７の背面にそれぞれ形成された上部偏光板９及び下部偏光板１１と、を含んで構成される。

従来の液晶パネル１０においては、図６Ａに示すように、液晶５の平均方向子より低い視野角でグレイインバージョンが発生していた。

かかるグレイインバージョンの発生領域を最小化するために、本発明に係る液晶表示装置では、図６Ｂに示すように、液晶パネル１００を透過する光の一部を液晶パネル１００の下部方向に屈折する。

本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する第１基板１０３及び第２基板１０７と、前記第１及び第２基板の間に充填された液晶層１０５と、前記第１基板１０３及び第２基板１０７の背面にそれぞれ形成された第１偏光板１０９及び第２偏光板１１１と、前記第１偏光板１０９を通して透過される光の経路を制御する光経路制御フィルム１２０と、を含んで構成される。

上記の構成によって、液晶層１０５の平均方向子Ａの短軸方向に透過する光が、液晶パネル１００の出射面から液晶パネル１００の下部方向に屈折することで、使用者は、一層低い視野角でも平均方向子の短軸方向に透過する光を感じるようになる。

その結果、図６Ｂに示すように、使用者が実質的に感じるグレイインバージョン領域は、遥かに減少する。すなわち、下方視野角方向に通過される光を減少し、グレイインバージョンの発生しない上部視野角側に通過される光を拡大することでグレイインバージョンを最小化できる。

図７は、本発明に係る液晶表示装置を概略的に示した図で、図８は、本発明に係る液晶表示装置において、光経路制御フィルムによってグレイインバージョン発生領域が減少した様相を図式化した図である。

図７に示すように、本発明に係る液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ（図示せず）及びカラーフィルタアレイ（図示せず）が形成される第１基板１０３及び第２基板１０７と、前記第１及び第２基板１０３，１０７の間に形成された液晶層１０５と、からなる液晶パネル１００と、前記第２基板１０７の光出射面（背面）に付着された特定方向の光透過軸を有する第１偏光板１０９と、前記第１基板１０３の光入射面（背面）上に付着され、前記第１偏光板１０９の光透過軸と直交する光透過軸を有する第２偏光板１１１と、を含んで構成される。ここで、第１偏光板１０９を検光子（ａｎａｌｙｚｅｒ）といい、第２偏光板１１１を偏光子（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）という。

前記液晶層１０５には、ＴＮモードに用いられる正の誘電異方性を有する液晶が充填される。

また、前記第１基板１０３に形成される薄膜トランジスタアレイは、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）と、前記画素領域に形成された画素電極（図示せず）と、前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、を含んで構成される。

また、前記第２基板１０７に形成されるカラーフィルタアレイは、前記画素領域を除いた領域に対応して形成されたブラックマトリックス層（図示せず）と、少なくとも前記画素領域に対応して形成されたカラーフィルタ層（図示せず）と、前記第２基板１０７の全面に形成された共通電極（図示せず）と、を含んで構成される。

ここで、前記第１基板１０３上の画素電極及び前記第２基板１０７上の共通電極では、電圧印加時に垂直電界がそれぞれ発生する。

また、前記第１偏光板１０９の外側面には、前記液晶パネル１００を透過した光を制御するための光経路制御フィルム（光学層）１２０が形成される。この光経路制御フィルム１２０は、光を所定角度に屈折する。図６Ｂは、前記光経路制御フィルム１２０が、上方視野角方向で見られる光を下方視野角方向に拡大するように制御する様態を示している。

本発明に係る液晶表示装置においては、液晶パネル１００の共通電極及び画素電極に電圧が印加され、それらの電圧差によって液晶に電場が印加されるオン状態では、前記液晶層１０５の中間部分の光軸が電場に平行となり、歪んだ構造が解除される。ここで、液晶の平均方向子Ａは、上下方向を中心にやや傾いている。このとき、第２偏光板１１１を通過して入射される線偏光は、液晶層１０５を通過しながら偏光特性をそのまま維持しするため、第１偏光板１０９を通過できなくなり、ブラックが実現される（ノーマリホワイトの場合）。

ここで、第１偏光板１０９を透過した光は、前記光経路制御フィルム１２０によって液晶パネル１００の下部側に屈折する。これによって、液晶の平均方向子の短軸方向に透過する光は、液晶パネル１００の出射面から液晶パネル１００の下部視野角方向に屈折することで、使用者は、一層低い視野角でも平均方向子の短軸方向に透過する光を感じるようになる。その結果、図８に示すように、使用者が実質的に感じるグレイインバージョン領域は、遥かに減少する。

図９Ａ及び図９Ｂは、図７の光経路制御フィルムの具体的な形状を示した図である。

ここで、光経路制御フィルム１２０は、図９Ａに示すように、透明なプラスチック物質の基材１２０ａと、該基材１２０ａ上に屈折方向への傾斜面を有する三角形状のプリズム１２０ｂと、から構成される。このプリズム１２０ｂにも、透明なプラスチック物質が用いられる。

具体的に説明すると、基材１２０ａ及びプリズム１２０ｂの材料には、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂、ガラス、シリカなどが用いられる。

一般的に、ＰＭＭＡの屈折率は約１．４９、ＰＣの屈折率は約１．５３、ＰＳの屈折率は約１．５８、ＰＰの屈折率は約１．４９、ＰＥＴの屈折率は約１．５７、ＰＳの屈折率は約１．５９である。

上記のような屈折率を有する上記素材を適切に組み合わせるか、または、空気の屈折率（１．０）と適切に組み合わせることで、前記光経路制御フィルム１２０が製作される。

また、上記素材の屈折率は、樹脂モノマーの二重結合、ベンゼンリングなどの形態及び個数に左右されるので、前記樹脂モノマーの二重結合、ベンゼンリングなどの形態及び個数を調節することで、樹脂の一般的な屈折率を微細に調節できる。さらに、前記樹脂モノマーの三重結合または強い極性基をドーピングすることで、樹脂の屈折率を調節できる。

一般に、前記プリズム１２０ａは、空気の屈折率と樹脂の屈折率との差によるスネルの法則による屈折及び反射を用いて製作する。したがって、前記プリズム１２０ａのパターン形状及びプリズム１２０ａの傾斜面角度によって、必要なだけの光経路を制御できるようになる。

この光経路制御フィルム１２０では、一つの基材を設け、その基材の上部を部分的にエッチングして三角形状のプリズムを製作するか、または、基材なしに直三角形状のプリズムのみを製作する。

図９Ｂは、光経路制御フィルム１２０の他の形態を示した図である。

図９Ｂに示した光経路制御フィルム１２０は、相異なる屈折率を有する二つ以上の素材を積層した後、斜線１２０ｃに沿って切断して製造できる。したがって、図９Ｂの斜線１２０ｃは、相異なる素材の間の境界部であり、この境界部で屈折率が変わることで光経路を制御できるようになる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置では、グレイインバージョンのない出射光を下方視野角側に誘導し、下方視野角のグレイインバージョンを減少する方法を説明した。

以下、下方視野角側に出射される光を減少し、正面または上方視野角側に出射される光を拡散することで、グレイインバージョンを一層改善する液晶表示装置を説明する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示した図である。

本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置は、図７に示した本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置と比較すると、下側方向に光経路を屈折する光経路制御フィルム１２０の代りに、領域別に光経路制御特性の相異なる光経路制御フィルム２００を形成した点を除けば、同一構造となっている。すなわち、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置は、薄膜トランジスタアレイ（図示せず）及びカラーフィルタアレイ（図示せず）がそれぞれ形成される第１基板１０３及び第２基板１０７と、前記第１及び第２基板１０３，１０７の間に形成された液晶層１０５と、からなる液晶パネル１００と、前記第２基板１０７の光出射面（背面）に付着された特定方向の光透過軸を有する第１偏光板１０９と、前記第１基板１０３の光入射面（背面）上に付着され、前記第１偏光板１０９の光透過軸と直交する光透過軸を有する第２偏光板１１１と、を含んで構成される。ここで、第１偏光板１０９を検光子といい、第２偏光板１１１を偏光子という。また、前記第１偏光板１０９の上部には、光経路制御フィルム２００が位置する。

前記液晶層１０５には、ＴＮモードに用いられる正の誘電異方性を有する液晶が充填される。

また、前記第１基板１０３に形成される薄膜トランジスタアレイは、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）と、前記画素領域に形成された画素電極（図示せず）と、前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、を含んで構成される。

また、前記第２基板１０７に形成されるカラーフィルタアレイは、前記画素領域を除いた領域に対応して形成されたブラックマトリックス層（図示せず）と、少なくとも前記画素領域に対応して形成されたカラーフィルタ層（図示せず）と、前記第２基板１０７の全面に形成された共通電極（図示せず）と、を含んで構成される。

図示してないが、本発明に係る液晶表示装置において、前記液晶パネル１００の下側には、前記液晶パネル１００に光を伝達するバックライトユニット（図示せず）がさらに備わる。

図１０に示した本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置は、本発明の第１実施形態と同様に、光が下方視野角に過度に出射される場合、正面の光経路特性が低下するという短所があるので、それを補完するために提案された。

図１０に示すように、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置は、光経路制御フィルム２００の表面上に形成される微細パターンの形状を領域別に異にして、正面に出射する光量及び下方視野角側に屈折する光量を適切に分配し、正面特性及び下方視野角の光経路制御特性を向上するとともに、正面方向での視感特性も向上できる。また、前記光経路制御フィルム２００の微細パターンを通してＴＮモードの上方視野角及び下方視野角に出射される光を混合することで、上下の二つのドメインを実現できる。

以下、前記光経路制御フィルム２００の具体的な形態を、図面に基づいて説明する。

図１１乃至図１４は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの多様な変形例を示した概略断面図である。

図１１に示すように、光経路制御フィルム２００は、液晶パネル１００を通過した光を相異なる出射角方向（θ１、θ２、θ３、・・・）で出射する複数個の三角形状の傾斜面を備える。この光経路制御フィルム２００には、透明なプラスチック物質が用いられる。このとき、前記光経路制御フィルム２００の傾斜面は、光の出射面側に備わる。よって、前記液晶パネル１００を通して透過した光は、前記光経路制御フィルム２００の外側表面から光の出射面から前記複数個の傾斜面によって異なる二つ以上の方向に同時に出射される。

前記光経路制御フィルム２００は、透明基材の表面をパターニングして形成するか、または、平らな透明基材及び光の出射面に、上述した傾斜面状の微細パターンが積層されて形成される。

図１２に示した光経路制御フィルム２１０は、光が正面から下方視野角までの二つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる形状の傾斜面を備えた微細パターンを形成するとともに、正面方向に出射される光量がより多くなるように、傾斜面が形成されない所定部分を含んでいる。このように、傾斜面を含まない部位は、液晶パネル１００から出射される光の正面出射量を下方視野角側に出射される光量より相対的に強く誘導する。ここで、前記光経路制御フィルム２１０の前記液晶パネル１００に対向する面には、複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導する各傾斜面の反対面に平らな表面が形成される。

図１３に示した光経路制御フィルム２２０には、光が正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる形状の傾斜面を備えた微細パターンが形成される。この光経路制御フィルム２２０においては、下方視野角のみならず、上方視野角にも光の出射を誘導するために、下方視野角側に複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導するとともに、上方視野角側にも複数個の出射角（θ１’、θ２’、θ３’、・・・）を誘導している。

図１４に示した光経路制御フィルム２３０には、光が正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる形状の傾斜面を有する微細パターンが形成され、このとき、正面方向に出射される光量がより多くなるように、パターンが形成されてない所定部分を含んでいる。このとき、下方視野角側に複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導するとともに、上方視野角側にも複数個の出射角（θ１’、θ２’、θ３’、・・・）を誘導する相異なる形状の微細パターンが備わる。

図１１乃至図１４に基づいて説明した光経路制御フィルム２００〜２３０は、図９Ａ及び図９Ｂで説明した材質と同一の透明基材からなり、材質の屈折率によって前記液晶パネル１００を出射する光の出射特性が制御される。

一方、図１１乃至図１４に基づいて説明された光経路制御フィルムは、液晶パネル１００を通過した出射光の方向を屈折する傾斜面を透過面側に備えている。以下、傾斜面を液晶パネル１００の対向面側に備えた光経路制御フィルムを説明する。後者の場合も、出射角の方向を屈折するという効果があるが、工程においては、光経路制御フィルムを前記第１偏光板１０９の上部に付着する点を勘案すると、前者の方が一層有用である。

図１５Ａ乃至図１５Ｄは、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの他の変形例を示した概略断面図である。

図１５Ａに示すように、前記液晶パネル１００の上側に位置した第１偏光板１０９上の光経路制御フィルム２０１は、液晶パネル１００を通過した光を相異なる出射角方向（θ１、θ２、θ３、・・・）で出射する複数個の三角形状の傾斜面を備える。この光経路制御フィルム２０１には、透明なプラスチック物質が用いられる。このとき、前記光経路制御フィルム２０１の傾斜面は、前記第１偏光板１０９に対応する面に備わる。よって、前記液晶パネル１００を通して透過した光は、前記光経路制御フィルム２０１の外側表面から前記複数個の傾斜面によって異なる二つ以上の方向に同時に出射される。

前記光経路制御フィルム２０１は、透明基材の表面をパターニングして形成するか、または、平らな透明基材及び前記液晶パネル１００に対応する面を、上述した傾斜面でパターニングされた微細パターンに積層して形成する。

図１５Ｂに示した光経路制御フィルム２１１は、光が正面から下方視野角までの二つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる形状の傾斜面を備えた微細パターンを形成しながら、正面方向に出射される光量がより多くなるように、傾斜面が形成されない所定部分を含んでいる。このように、傾斜面を含まない部位は、液晶パネル１００から出射される光の正面出射量を下方視野角側に出射される光量より相対的に強く誘導する。ここで、前記光経路制御フィルム２１１の前記液晶パネル１００に対向する面には、複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導する各傾斜面の間に平らな表面が形成される。

図１５Ｃに示した光経路制御フィルム２２１には、光が正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる傾斜面を備えた微細パターンが形成される。この光経路制御フィルム２２１においては、下方視野角のみならず、上方視野角にも光の出射を誘導するために、下方視野角側に複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導するとともに、上方視野角側にも複数個の出射角（θ１’、θ２’、θ３’、・・・）を誘導している。

図１５Ｄに示した光経路制御フィルム２３１には、光が正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射されるように、相異なる形状の傾斜面を有する微細パターンが形成され、このとき、正面方向に出射される光量がより多くなるように、パターンが形成されない所定部分を含んでいる。このとき、下方視野角側に複数個の出射角（θ１、θ２、θ３、・・・）を誘導するとともに、上方視野角側にも複数個の出射角（θ１’、θ２’、θ３’、・・・）を誘導する相異なる形状の微細パターンが備わる。

図１６は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を示した概略断面図である。

図１６に示すように、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置は、図１０に示した液晶表示装置の前記光経路制御フィルム２４０上に拡散フィルム２５０をさらに含んで構成される。以下、同一の部分に対する説明は省略する。

本発明の第３実施形態における光経路制御フィルム２４０は、下方視野角側に出射する他に、二つ以上の角度に屈折して出射する役割をし、前記拡散フィルム２５０は、前記光経路制御フィルム２４０によって屈折された光を分散及び拡散する役割をする。

前記拡散フィルム２５０は、拡散剤としての役割をするビードと、これを固着化するバインダーと、に分けられ、用いられるビードの材質、その材質による屈折率、ビードのサイズ及び粒度分布などで光学特性を適切に制御できる。ビードの材質は、無機材料としてはシリカが、有機材料としてはＰＭＭＡがそれぞれ用いられる。また、光学特性を調節するために、上述した多様な屈折率の材料を組み合わせて用いることもできる。

ここで、ビードは、大きさ及び屈折率を均一に分布させるか、大きさ及び屈折率を２種以上に多様に混合して分布させる。一般に、バインダーには、アクリル系やエポキシ系が用いられる。

本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置において、前記光経路制御フィルム２４０の構造は、図１１乃至図１４、または、図１５Ａ乃至図１５Ｄに示すように、多様な微細パターンを有するように変更できる。

図１７Ａ乃至図１７Ｃは、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の多様な変形例を示した概略断面図である。

図１７Ａに示した光分散処理層２５０ａは、拡散剤としての役割をするビード２５１と、該ビード２５１を固着するためのバインダー２５２と、から構成される。これらビード２５１とバインダー２５２との結合構成は、所定の透明基材（図示せず）の上部に塗布されて形成されるか、または、前記光経路制御フィルム２４０の上部表面に塗布されて形成される。後者の場合、前記光経路制御フィルム２４０、前記ビード２５１及びバインダー２５２の結合構成は一体型に形成される。

ここで、前記光経路制御フィルム２４０は、図１１乃至図１４に基づいて説明された光経路制御フィルムのうち一つを用いる。

ここで、前記ビード２５１などの前記拡散フィルム２５０ａの構成物は、前記光経路制御フィルム２４０をなす材料と同一か、または、相異なる屈折率を有する。また、前記拡散フィルム２５０ａは、効率的な光分散のための屈折率を有する材料からなる。

図１７Ｂに示した拡散フィルム２５０ｂは、透明基材２５３内に、図１７Ａに示したビード２５１より相対的に大きいビード２５４が含まれる構造となっている。

前記拡散フィルム２５０ｂは、前記光経路制御フィルム２４０の上部に形成されるもので、ここで、前記光経路制御フィルム２４０は、図１１乃至図１４に基づいて説明された光経路制御フィルムのうちいずれの形態でもよい。

図１７Ｃに示した拡散フィルム２５０ｃは、図１７Ａに示した拡散フィルム２５０ａに、相異なる２種以上のビード２５６，２５７を含む構造となっている。ここで、前記ビード２５６，２５７は、バインダー２５５によって固着される。

前記拡散フィルム２５０ｃは、前記光経路制御フィルム２４０の上部に形成されるもので、ここで、前記光経路制御フィルム２４０は、図１１乃至図１４に基づいて説明された光経路制御フィルムのうちいずれの形態でもよい。

図１７Ａ乃至図１７Ｃに示したビード２５１,２５４,２５６，２５７には、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂、ガラス、シリカなどが用いられる。

以下、図１５Ａ乃至図１５Ｄに示した光経路制御フィルム及びその上部に形成される光分散処理層を示した例を説明する。

図１８Ａ乃至図１８Ｃは、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の他の変形例を示した概略断面図である。

図１８Ａに示した光分散処理層２６０ａは、拡散剤としての役割をするビード２６１と、該ビード２６１を固着するためのバインダー２６２と、から構成される。これらビード２６１とバインダー２６２との結合構成は、所定の透明基材（図示せず）の上部に塗布されて形成されるか、または、前記光経路制御フィルム２４１の上部表面に塗布されて形成される。後者の場合、前記光経路制御フィルム２４１、前記ビード２６１及びバインダー２６２の結合構成は、一体型に形成される。

ここで、前記光経路制御フィルム２４１は、図１５Ａ乃至図１５Ｄに基づいて説明された光経路制御フィルムのうち一つを用いる。

ここで、前記ビード２６１などの前記拡散フィルム２６０ａの構成物は、前記光経路制御フィルム２４１をなす材料と同一か、または、相異なる屈折率を有する。また、前記拡散フィルム２６０ａは、効率的な光分散のための屈折率を有する材料からなる。

図１８Ｂに示した拡散フィルム２６０ｂは、透明基材２６３内に、図１８ａに示したビード２６１より相対的に大きいビード２６４が含まれる構造となっている。

前記拡散フィルム２６０ｂは、前記光経路制御フィルム２４１の上部に形成されるもので、ここで、前記光経路制御フィルム２４１は、図１５Ａ乃至図１５Ｄに基づいて説明された光経路制御フィルムのうちいずれの形態でもよい。

図１８Ｃに示した拡散フィルム２６０ｃは、図１８Ａに示した拡散フィルム２６０ａに、相異なる大きさの２種以上のビード２６６，２６７を含む構造となっている。

前記拡散フィルム２６０ｃは、前記光経路制御フィルム２４１の上部に形成されるもので、ここで、前記光経路制御フィルム２４１は、図１５Ａ乃至図１５Ｄに基づいて説明された光経路制御フィルムのうちいずれの形態でもよい。

図１８Ａ乃至図１８Ｃに示したビード２６１,２６４,２６６，２６７には，ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂、ガラス、シリカなどが用いられる。

一般的なＴＮモード液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向を概略的に示した断面図である。 一般的なＴＮモード液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向を概略的に示した断面図である。 視野角による輝度変化を示した実験データである。 グレイインバージョン表示を示した写真である。 通常表示を示した写真である。 液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向に対する視野角による複屈折率の変化を示した図である。 液晶パネルのオフ状態及びオン状態の液晶配向に対する視野角による複屈折率の変化を示した図である。 視野角によるグレイインバージョン発生領域を図式化した図である。 従来及び本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置において、液晶パネルのオン状態でのグレイインバージョン領域を示した図である。 従来及び本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置において、液晶パネルのオン状態でのグレイインバージョン領域を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示した図である。 図７の液晶表示装置において、光経路制御フィルムによってグレイインバージョン発生領域が減少する様相を図式化した図である。 図７の光経路制御フィルムの具体的な形状を示した図である。 図７の光経路制御フィルムの具体的な形状を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルムの他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の多様な変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の他の変形例を概略的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に用いられる光経路制御フィルム及び光分散処理層の他の変形例を概略的に示した断面図である。

符号の説明

１００ 液晶パネル
１０３ 第１基板
１０７ 第２基板
１０９ 第１偏光板
１１１ 第２偏光板
１０５ 液晶層
１２０ 光経路制御フィルム
２００，２０１，２１０，２１１，２２０，２２１，２３０，２３１，２４０，２４１ 光経路制御フィルム
２５０ 拡散フィルム

Claims (23)

1. 液晶パネルと；
   前記液晶パネルの上下部にそれぞれ位置する第１偏光板及び第２偏光板と；
   前記第１偏光板の外側面に位置し、前記液晶パネルを通過して前記第１偏光板によって偏光された光を前記液晶パネルの外側に出射するとともに、出射時に光を複数個の方向に屈折する光経路制御フィルムと、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光経路制御フィルムは、各屈折方向への相異なる形状の傾斜面を有する複数個の三角形状の表面を備えた透明基材からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光経路制御フィルムは、
   透明基材と、
   前記透明基材上に形成され、各屈折方向への相異なる形状の傾斜面を有する複数個の三角形状の微細パターンと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記光経路制御フィルムは、前記光が出射される側の前記光経路制御フィルムの表面に、複数個の出射光を誘導する相異なる形状の傾斜面を有することを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
5. 前記光経路制御フィルムは、前記第１偏光板に対応する前記光経路制御フィルムの表面に、複数個の出射光を誘導する相異なる形状の傾斜面を有することを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
6. 前記各傾斜面の間には、正面への出射光を誘導する平らな表面がさらに含まれることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
7. 前記光経路制御フィルムは、光を正面から下方視野角までの二つ以上の方向に同時に出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記光経路制御フィルムは、前記下方視野角に出射される光量よりも、正面に出射される光量をより多く出射することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記光経路制御フィルムは、光を正面から下方視野角までの一つ以上の方向、正面から上方視野角までの一つ以上の方向に同時に出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記光経路制御フィルムは、前記正面に出射される光量を、下方視野角または上方視野角側に出射される光量より多くして出射することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記透明基材は、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂及びガラスのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
12. 前記透明基材及び微細パターンは、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂及びガラスのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
13. 前記光経路制御フィルムは、前記ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質の組み合わせにより屈折率が制御されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記光経路制御フィルムは、相異なる屈折率を有する複数個の基材が斜線方向に交互に積層された形態であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
15. 前記複数個の基材は、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質を含み、
    前記光経路制御フィルムは、前記ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂のうち少なくともいずれか一つの物質の組み合わせによって屈折率が制御されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記光経路制御フィルム上に出射される光の光散乱を誘導する拡散フィルムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
17. 前記拡散フィルムは、透明基材上に光散乱のために塗布される拡散粒子を備えることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記拡散フィルムは、透明基材内に含まれる拡散粒子を備えることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
19. 前記拡散粒子は、所定以上の大きさを有するビードからなることを特徴とする請求項１8に記載の液晶表示装置。
20. 前記拡散粒子が複数個の別々の大きさのビードを備えるとき、前記ビードのいくつかは、前記光経路制御フィルムと同じ屈折率を有することを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
21. 前記拡散粒子が複数個の別々の大きさのビードを備えるとき、前記ビードのいくつかは、前記光経路制御フィルムと相異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
22. 前記各ビードは、ＰＭＭＡ、塩化ビニル、アクリル系樹脂、ＰＣ系、ＰＥＴ系、ＰＥ系、ＰＳ系、ＰＰ系、ＰＩ系樹脂、ガラス、シリカのうち少なくともいずれか一つの物質からなることを特徴とする請求項１９に記載の液晶表示装置。
23. 前記液晶パネルは、
    互いに対向する第１基板及び第２基板と；
    前記第１基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと；
    前記第１基板上の前記画素領域に形成された画素電極と；
    前記第２基板の全面に形成された共通電極と；
    前記第１及び第２基板の間に充填された液晶層と；を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。