JP2007264111A

JP2007264111A - 透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007264111A
Application number: JP2006086301A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Saneto; 竜二実藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】広い視野角範囲にわたって階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることが可能な透過型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】光散乱フィルム１２、液晶セル１３及びバックライト１４を順に積層して透過型液晶表示装置１１を構成する。液晶セル１３の各画素毎に開口を有する光吸収シートからなる周期開口板３２を全面発光型光源３１に重ね、さらに各画素毎のレンズ３３ａを有するマイクロレンズアレイ３３を重ねることにより、バックライト１４を、指向性光からなる点光源とし、光散乱フィルム１２にて焦点させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト照射される液晶セルの透過光が表示光である透過型液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置には、観察側の光を反射させて表示する反射型と、背面のバックライトからの光を透過させて表示する透過型とがある。
ところで、透過型液晶表示装置において、液晶セルを光量変調用部材として用いた場合、表示面では、視野角に依存してコントラスト比が変動する。
このため、表面に光散乱フィルムを設けるとともに、液晶セルへ指向性のある光を入射させ、光散乱フィルムにて出射光を散乱させることにより、コントラスト比を低減させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９８２０５号公報

ところで、特に、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードの液晶セルを備えた表示装置では、液晶の傾き方向に沿った斜め方向から表示面を観た際に、正面から観た場合と比較して明るさが大きく変化する階調反転が生じる。このため、液晶の傾き方向を上下方向とし、左右の斜め方向から観た場合の階調反転を抑える工夫の構成も提案されているが、左右斜め方向のみならず上下斜め方向から観た場合でも階調反転が抑えられた表示装置の開発が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広い視野角範囲にわたって階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることが可能な透過型液晶表示装置を提供することを目的としている。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）バックライト照射される液晶セルの透過光が表示光である透過型液晶表示装置であって、前記液晶セルの画素毎に対応配置して前記バックライトとなる光源集合と、前記点光源集合と前記液晶セルとの間に配置され、前記点光源の光を前記液晶セルの各画素毎もしくは各画素列毎への指向性光とする指向性光発生手段と、前記液晶セルの表示側に配置され、前記液晶の各画素を透過した前記指向性光を拡散透過させる光拡散手段とを備える透過型液晶表示装置。
この構成によれば、液晶の各画素毎に対応配置された光源集合からの光が指向性光発生手段によって各画素毎もしくは各画素列毎に指向性光とされて液晶へ照射される。そして、この液晶を透過する光は指向性を持った状態で透過することとなる。この透過光は光拡散手段にて拡散されて各画素毎もしくは各画素列毎に表示光として出射する。
つまり、液晶セルを透過し光拡散手段手前にある透過光は法線方向に指向性を持つ光が多くなり、視野角特性の悪い角度で液晶セルを透過する光量が少なくなり、液晶セルを透過後に光拡散手段で光散乱されるので、視野角特性が良好な角度で透過してきた光を広範な角度にわたって光散乱させ、階調反転光の発生を抑えて良好なコントラスト比による表示を実現することができる。

（２）前記バックライトの光源が、前記液晶セルの各画素毎に対応した開口を有して全面発光型光源を覆う光吸収シートの該開口から光照射する点光源である上記（１）記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、全面発光型光源の光を光吸収シートの開口から照射される各画素毎に対向した点光源とし、これら点光源の光に指向性光発生手段によって指向性を持たせて液晶を透過させ、光拡散手段にて光散乱させることにより、単純な構成でも階調反転を抑えて良好なコントラスト比の表示を得ることができる。

（３）前記全面発光型光源がエレクトロルミネセンス又は冷陰極管のいずれかである上記（２）記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、エレクトロルミネセンス又は冷陰極管からなる全面発光型光源の光を光吸収シートによって点光源とし、さらに、指向性光発生手段によって指向性を持たせて液晶を透過させ、光拡散手段にて光散乱させることにより、階調反転を抑えて良好なコントラスト比の表示を得ることができる。

（４）前記光源集合がＬＥＤを点光源とする集合である上記（１）記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、ＬＥＤからなる点光源からの光に、指向性光発生手段によって指向性を持たせて液晶を透過させ、光拡散手段にて光散乱させることにより、ＬＥＤからの光の殆どを指向性とすることができ、光を効率よく利用し、階調反転を抑えつつ明るい表示を得ることができる。

（５）前記指向性光発生手段が、前記光源と前記液晶画素との間で前記点光源の光を画素毎の指向性光にするマイクロレンズアレイである上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、光源光をマイクロレンズアレイによって確実に各画素毎に指向性光として液晶へ照射することができる。そして、この液晶を透過した光を光拡散手段にて光散乱させることにより、階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることができる。

（６）前記指向性光発生手段が、前記光源と前記液晶画素との間で前記光源の光を画素列毎に対応して指向性光にするレンティキュラーレンズアレイである上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、レンティキュラーレンズアレイを液晶の傾き方向と直交する方向に沿って配置することにより、レンティキュラーレンズアレイによって各画素列毎の指向性光として液晶へ照射された光源光が、この液晶を透過して光拡散手段にて光散乱されるので、階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることができる。

（７）前記指向性光が前記光拡散手段内に焦点を有する（１）〜（６）のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、液晶を透過した指向性光を光拡散手段内にて良好に光散乱させることにより、高い輝度によって表示させることができる。

（８）前記光拡散手段が内部ヘイズ＞５０，積分球透過率＞０．７である（１）〜（７）のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、液晶を透過した指向性光を、内部ヘイズ＞５０，積分球透過率＞０．７である光拡散手段によって良好に光散乱させることができ、表示光の輝度を高めることができる。

（９）前記光拡散手段が、屈折率１．４８〜１．５５のバインダー層に分散した粒子を有し、粒子屈折率がバインダー層屈折率×１．０５倍以上、粒子の平均粒径が３００ｎｍ以下、粒子充填率が０．１以上である（１）〜（８）のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
この構成によれば、液晶を透過した指向性光を、屈折率１．４８〜１．５５のバインダー層に分散した粒子を有し、粒子屈折率がバインダー層屈折率×１．０５倍以上、粒子の平均粒径が３００ｎｍ以下、粒子充填率が０．１以上である光拡散手段によって良好に光散乱させることができ、表示光の輝度を高めることができる。

本発明の透過型液晶表示装置によれば、液晶セル内の透過光を法線方向に集中させることにより、視野角特性の悪い角度で透過する光量を少なくすることができるとともに、光拡散手段で光散乱させることができ、これにより、視野角特性が良好な角度で透過してきた大量の光を広範な角度にわたって光散乱させて、階調反転を抑えつつ良好なコントラスト比にて表示させることができる。

以下、本発明に係る透過型液晶表示装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る透過型液晶表示装置の構成を表す概略断面図である。
図１に示すように、この透過型液晶表示装置１１は、光散乱フィルム（光拡散手段）１２と、液晶セル１３と、バックライト１４とを備えており、これら光散乱フィルム１２、液晶セル１３及びバックライト１４を順に積層した構造とされている。
光散乱フィルム１２は、液晶セル１３側から入射した光を散乱させて表面側へ出射するフィルムである。

この光散乱フィルム１２は、内部ヘイズが５０より大きく，積分球透過率＞０．７とされており、屈折率１．４８〜１．５５のバインダー層に分散した粒子を有し、この粒子は、屈折率がバインダー層屈折率×１．０５倍以上、粒子の平均粒径が３００ｎｍ以下、粒子充填率が０．１以上とされている。

液晶セル１３は、例えば、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードの液晶層２１の両面に、偏光層２２、２３を積層させた構造とされており、図示しない透明電極によって駆動されている。また、この液晶セル１３は、光散乱フィルム１２側に、所定の視野角の光のみを透過させる位相差フィルム２４が積層されている。

バックライト１４は、表面全体にて均一に発光するパネル状の光源からなる全面発光型光源３１と、周期開口板３２と、マイクロレンズアレイ（指向性光発生手段）３３とを有し、全面発光型光源３１に対して、図示しないスペーサを介して周期開口板３２及びマイクロレンズアレイ３３が順に積層された構造とされている。ここで、この全面発光型光源３１としては、エレクトロルミネセンス又は冷陰極管からなるものがある。

図２は周期開口板の開口配置を示す正面図である。
図２に示すように、周期開口板３２は、光吸収シートに、液晶セル１３の各画素毎に対応配置となっている複数の開口３２ａを形成してマトリックス状にしたもので、この周期開口板３２によって全面発光型光源３１の表面を覆うように全面発光型光源３１に積層されている。これにより、全面発光型光源３１からの光は、各画素毎に設けられた周期開口板３２の開口３２ａを通る点光源とされる。

図３は指向性光発生手段であるマイクロレンズアレイのレンズ配置を示す正面図である。
図３に示すように、マイクロレンズアレイ３３は、各画素毎に配置されたレンズ３３ａを有するもので、各レンズ３２ａは周期開口板３２の各開口３２ａに対応する配置となっている。そして、周期開口板３２によって点光源とされた全面発光型光源３１からの光がマイクロレンズアレイ３３の各レンズ３３ａによって液晶セル１３側へ向かう指向性光とされる。

図４はマイクロレンズアレイの１つのレンズに関してバックライトが表示光となる光路を示す概念図である。
本実施形態に係る透過型液晶表示装置１１によれば、図４に示すように、バックライト１４では、全面発光型光源３１の光が周期開口板３２によって各画素毎の開口３２ａの点光源１４ａとされ、この点光源１４ａの光は、各画素毎に対応するマイクロレンズアレイ３３のレンズ３３ａによって、光散乱フィルム１２の位置を焦点として集光される指向性光となって液晶セル１３へ照射される。そして、液晶セル１３では最終的に位相差フィルム２４によって光学補償がなされて指向性光はそのままに透過し、光散乱フィルム１２内部にて焦点があるため、この光散乱フィルム１２内部にて光散乱し、表示光として出射する。

以上、説明したように、上記実施形態に係る透過型液晶表示装置１１によれば、液晶セル１３を透過する時点では殆どが指向性光であり、方向としては液晶セルの法線方向に集中しており、視野角特性が悪くなる角度で透過する光量は少なくなる。この状態では深い視野角の場合、光量不足となるが、光散乱フィルム１２の設置により、この光散乱フィルム１２内にて光散乱させることができ、視野角特性が良好な角度で透過してきた大量の光を広範な角度にわたって光散乱させて、階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることができる。

特に、光散乱フィルム１２として、内部ヘイズ＞５０，積分球透過率＞０．７であり、また、屈折率１．４８〜１．５５のバインダー層に分散した粒子を有し、粒子屈折率がバインダー層屈折率×１．０５倍以上、粒子の平均粒径が３００ｎｍ以下、粒子充填率が０．１以上であるものを用いたので、液晶セル１３を透過した指向性光を良好に光散乱させることができ、表示光の輝度を高めることができる。

なお、上記実施形態におけるバックライト１４としては、上記のものに限定されない。
図５は、他の構造のバックライトを示す平面図である。
図５に示すように、このバックライト４１は、液晶セル１３の各画素毎に対応して設けられた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）４２である点光源４１ａの集合を有するものである。
そして、このように、液晶セル１３の各画素毎に独自に発光する点光源４１ａを有するバックライト４１を備えた場合も、発光ダイオード４２からなる点光源４１ａからの光に、マイクロレンズアレイ３３の各レンズ３３ａによって指向性を持たせて液晶セル１３を透過させ、光散乱フィルム１２にて光散乱させることにより、階調反転を抑えて良好なコントラスト比にて表示させることができる。

図６は、レンティキュラーレンズアレイ（指向性光発生手段）の概略斜視図である。
また、上記実施形態では、液晶セル１３の各画素毎に配置された複数のレンズ３３ａを有するマイクロレンズアレイ３３を備えた場合を例にとって説明したが、マイクロレンズアレイ３３に代えて、図６に示すようなレンティキュラーレンズアレイ（指向性光発生手段）５１を用いても良い。このレンティキュラーレンズアレイ５１は、断面半円形の長尺レンズ５１ａを複数配列したもので、このレンティキュラーレンズアレイ５１を用いる場合は、長尺レンズ５１ａを、液晶セル１３の液晶の傾き方向と直交する方向に沿って液晶セル１３の画素列毎に対応するように配置するのが最も効果的である。
これにより、液晶セル１３へ照射するバックライト１４からの光の液晶の傾き方向への広がりを抑制することができ、液晶セル１３にて生じる階調反転を抑制することができる。また、周期開口板３２の配置を不要とすることもでき、バックライト１４からの光を、有効に利用し、更に明るい表示を得ることができる。

本発明の実施形態に係る透過型液晶表示装置の構成を表す概略断面図である。周期開口板の開口配置を示す正面図である。バックライトに設けられたマイクロレンズアレイの正面図である。マイクロレンズアレイの１つのレンズに関してバックライトが表示光となる光路を示す概念図である。ＬＥＤからなる複数の点光源を備えたバックライトの正面図である。バックライトに設けられるレンティキュラーレンズアレイの概略斜視図である。

符号の説明

１１透過型液晶表示装置
１２光散乱フィルム（光拡散手段）
１３液晶セル（液晶）
１４、４１バックライト
１４ａ、４１ａ点光源
２４視野角補償用位相差フィルム
３１全面発光型光源
３２周期開口板（光吸収シート）
３２ａ開口
３３マイクロレンズアレイ（指向性光発生手段）
４２発光ダイオード（ＬＥＤ）
５１レンティキュラーレンズアレイ（指向性光発生手段）

Claims

バックライト照射される液晶セルの透過光が表示光である透過型液晶表示装置であって、
前記液晶セルの画素毎に対応配置して前記バックライトとなる光源集合と、
前記点光源集合と前記液晶セルとの間に配置され、前記点光源の光を前記液晶セルの各画素毎もしくは各画素列毎への指向性光とする指向性光発生手段と、
前記液晶セルの表示側に配置され、前記液晶の各画素を透過した前記指向性光を拡散透過させる光拡散手段とを備える透過型液晶表示装置。
前記バックライトの光源が、前記液晶セルの各画素毎に対応した開口を有して全面発光型光源を覆う光吸収シートの該開口から光照射する点光源である請求項１記載の透過型液晶表示装置。
前記全面発光型光源がエレクトロルミネセンス又は冷陰極管のいずれかである請求項２記載の透過型液晶表示装置。
前記光源集合がＬＥＤを点光源とする集合である請求項１記載の透過型液晶表示装置。
前記指向性光発生手段が、前記光源と前記液晶画素との間で前記点光源の光を画素毎の指向性光にするマイクロレンズアレイである請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
前記指向性光発生手段が、前記光源と前記液晶画素との間で前記光源の光を画素列毎に対応して指向性光にするレンティキュラーレンズアレイである請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
前記指向性光が前記光拡散手段内に焦点を有する請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
前記光拡散手段が内部ヘイズ＞５０，積分球透過率＞０．７である請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。
前記光拡散手段が、屈折率１．４８〜１．５５のバインダー層に分散した粒子を有し、粒子屈折率がバインダー層屈折率×１．０５倍以上、粒子の平均粒径が３００ｎｍ以下、粒子充填率が０．１以上である請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の透過型液晶表示装置。