JP2008003245A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、液晶表示パネルから出射した光を拡散するための光拡散素子を備えた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device including a light diffusing element for diffusing light emitted from a liquid crystal display panel.
近年、携帯型電話機やPDA(Personal Digital Assistant)に代表される携帯型電子機器が広く利用されている。携帯型電子機器の表示部には、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有する液晶表示装置が用いられている。 In recent years, portable electronic devices represented by portable telephones and PDAs (Personal Digital Assistants) have been widely used. A liquid crystal display device having advantages such as thinness, light weight, and low power consumption is used for a display portion of a portable electronic device.
液晶表示装置は、CRTやPDP(プラズマディスプレイパネル)などの自発光型の表示装置とは異なり、表示素子自体は発光しない。そのため、透過型の液晶表示装置では、液晶表示素子の背面側にバックライトと呼ばれる照明素子が設けられており、このバックライトからの照明光の透過光量を液晶表示素子が画素ごとに制御することによって画像の表示が行われる。 Unlike a self-luminous display device such as a CRT or PDP (plasma display panel), a liquid crystal display device does not emit light. Therefore, in a transmissive liquid crystal display device, an illumination element called a backlight is provided on the back side of the liquid crystal display element, and the liquid crystal display element controls the amount of transmitted illumination light from the backlight for each pixel. The image is displayed by.
液晶表示装置としては、種々の方式のものが知られている。しかしながら、一部の方式(例えば、TN型やSTN型の液晶表示素子を用いる方式)は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行なわれている。 Various types of liquid crystal display devices are known. However, some methods (for example, a method using a TN type or STN type liquid crystal display element) have a disadvantage that the viewing angle is narrow, and various technical developments have been made to solve the problem. Yes.
液晶表示装置の視野角特性を改善するための代表的な技術として、光学補償板を付加する方式がある。また、バックライトから出射された光をその指向性(平行度)を高めた上で液晶表示素子に入射させ、液晶表示素子を通過した光を光拡散素子によって拡散させる方式も知られている(例えば特許文献1)。 As a typical technique for improving the viewing angle characteristics of a liquid crystal display device, there is a method of adding an optical compensator. Also known is a method in which light emitted from a backlight is made incident on a liquid crystal display element after increasing its directivity (parallelism), and light passing through the liquid crystal display element is diffused by a light diffusing element ( For example, Patent Document 1).
光拡散素子を備えた液晶表示装置の一例を図18に示す。図18に示す液晶表示装置500は、液晶表示パネル520と、液晶表示パネル520の背面側に配置されたバックライト510と、液晶表示パネル520の観察者側に配置された光拡散素子530とを備えている。
An example of a liquid crystal display device provided with a light diffusing element is shown in FIG. 18 includes a liquid
液晶表示パネル520は、一対の基板521および522と、これらの間に設けられた液晶層523とを有している。ここでは図示しないが、基板521および522の液晶層523側の表面には、液晶層523に電圧を印加するための電極や、液晶層523に含まれる液晶分子の配向方向を規定するための配向膜が形成されている。
The liquid
バックライト510は、光源501と、光源501から出射した光を液晶表示パネル520に導く導光板502とを有している。導光板502は、液晶表示パネル520に向けて光を出射する表面(光出射面)502aと、光出射面502aに対向する裏面502bとを有する。導光板502の裏面502bには、複数のプリズム503が形成されている。
The
光源501から出射した光は、導光板502内を伝搬する途中で、裏面502bに形成されたプリズム503によって液晶表示パネル520側に反射され、光出射面502aから出射する。プリズム503は、光出射面502aに対して互いに異なる所定の角度で傾斜した2つの傾斜面を有しており、そのことによって、バックライト510から出射する光は、表示面法線方向(正面方向)における強度が著しく強くなっている。つまり、バックライト510から出射する光は、高い指向性を付与されている。
The light emitted from the
バックライト510から出射する光が高い指向性を有していると、液晶層523を通過する光を一様に変調することができる(つまり液晶層523を通過する光に一様なリタデーションを与えることができる)。そのため、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができる。液晶層523を通過した光は、そのままでは指向性が高く、輝度に大きな偏りを有している(つまり表示面法線方向の輝度が著しく高く、斜め方向の輝度が低い)が、光拡散素子530によって拡散されることにより、輝度の偏りが低減され、視野角が広がる。そのため、液晶表示装置500は、良好な表示を広い視角範囲で行うことができる。
When the light emitted from the
光拡散素子530としては、例えば、図19に示すようなプリズムアレイシート530を好適に用いることができる。プリズムアレイシート530は、三角柱状の複数のプリズム531を有している。個々のプリズム531は、表示面法線方向に対して傾斜した傾斜面531sを有しており、液晶表示パネル520から出射した光はプリズム531の傾斜面531sで全反射(あるいは屈折)することによって拡散される。バックライト510から出射する光の輝度分布に応じて傾斜面531sの傾斜角を適宜設定することにより、プリズムアレイ530から出射する光に所定の輝度分布を実現することができる。
しかしながら、本願発明者の検討によれば、従来のプリズムアレイ530を用いても、必ずしも所望の輝度分布を実現することはできず、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うのは困難であることがわかった。
However, according to the study of the present inventor, even if the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光拡散素子を備えた液晶表示装置において、所望の輝度分布を実現し、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a desired luminance distribution and display with a high contrast ratio over a wide angle range in a liquid crystal display device including a light diffusing element. It is in.
本発明による液晶表示装置は、光源と、前記光源から出射した光を変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散させる光拡散素子とを備えた液晶表示装置であって、光拡散素子は、表示面法線方向に対して第1の角度で傾斜した第1傾斜面を有する第1プリズムと、表示面法線方向に対して前記第1の角度とは異なる第2の角度で傾斜した第2傾斜面を有する第2プリズムと、をそれぞれが含む複数のプリズムセットを有し、前記複数のプリズムセットは、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび/または配列ピッチが異なるように設けられており、そのことによって上記目的が達成される。 A liquid crystal display device according to the present invention includes a light source, a liquid crystal display panel that modulates light emitted from the light source, and a light diffusion that is disposed on an observer side of the liquid crystal display panel and diffuses light that has passed through the liquid crystal display panel. The light diffusing element includes a first prism having a first inclined surface inclined at a first angle with respect to the display surface normal direction, and a display surface normal direction. A plurality of prism sets each including a second prism having a second inclined surface inclined at a second angle different from the first angle, wherein the plurality of prism sets are adjacent prism sets. The prisms are arranged so that the arrangement pattern and / or the arrangement pitch of the prisms are different from each other, thereby achieving the above object.
ある好適な実施形態において、前記複数のプリズムセットは、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび配列ピッチの両方が異なるように設けられている。 In a preferred embodiment, the plurality of prism sets are provided such that adjacent prism sets have different prism arrangement patterns and arrangement pitches.
ある好適な実施形態において、前記第1傾斜面の法線方向の方位角と、前記第2傾斜面の法線方向の方位角とは互いに異なっている。 In a preferred embodiment, the azimuth angle in the normal direction of the first inclined surface is different from the azimuth angle in the normal direction of the second inclined surface.
ある好適な実施形態において、前記複数のプリズムセットのうちの少なくとも1つのプリズムセットに含まれる前記第1プリズムは、表示面法線方向に対して前記第1の角度および前記第2の角度とは異なる第3の角度で傾斜したさらなる傾斜面を有する。 In a preferred embodiment, the first prism included in at least one prism set of the plurality of prism sets is different from the first angle and the second angle with respect to the normal direction of the display surface. It has a further inclined surface inclined at a different third angle.
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、光拡散素子よりも観察者側に配置された偏光素子を備える。 In a preferred embodiment, the liquid crystal display device according to the present invention includes a polarizing element disposed closer to the viewer than the light diffusing element.
ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記光源を含む照明素子を備える。 In a preferred embodiment, the liquid crystal display device according to the present invention includes an illumination element including the light source.
ある好適な実施形態において、前記照明素子は、表示面法線方向に対して30°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の13%以下となるような配光分布を有する。 In a preferred embodiment, the illumination element has a light distribution such that luminance in a direction forming an angle of 30 ° or more with respect to the normal direction of the display surface is 13% or less of luminance in the normal direction of the display surface. Have
ある好適な実施形態において、前記照明素子は、表示面法線方向に対して30°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の3%以下となるような配光分布を有する。 In a preferred embodiment, the illumination element has a light distribution such that luminance in a direction forming an angle of 30 ° or more with respect to the normal direction of the display surface is 3% or less of luminance in the normal direction of the display surface. Have
ある好適な実施形態において、前記照明素子は、前記光源から出射した光の指向性を制御する指向性制御素子を有している。 In a preferred embodiment, the illumination element includes a directivity control element that controls the directivity of light emitted from the light source.
本発明による液晶表示装置が備える光拡散素子は、それぞれが複数のプリズムを含む複数のプリズムセットを有している。各プリズムセットは、表示面法線方向に対して第1の角度で傾斜した第1傾斜面を有する第1プリズムと、表示面法線方向に対して第1の角度とは異なる第2の角度で傾斜した第2傾斜面を有する第2プリズムとを含んでいるので、光の進行方向を複数の方向に変換することができる。従って、本発明による液晶表示装置では、光の進行方向を一方向にしか変換できない従来のプリズムアレイシートを備えた液晶表示装置よりも、所望の輝度分布を実現しやすく、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。また、複数のプリズムセットは、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび/または配列ピッチが異なるように設けられているので、形状の異なる複数のプリズムが周期的に配置されることによるモアレの発生が防止される。 The light diffusing element included in the liquid crystal display device according to the present invention has a plurality of prism sets each including a plurality of prisms. Each prism set includes a first prism having a first inclined surface inclined at a first angle with respect to the display surface normal direction, and a second angle different from the first angle with respect to the display surface normal direction. And the second prism having the second inclined surface inclined at (5), the light traveling direction can be converted into a plurality of directions. Therefore, in the liquid crystal display device according to the present invention, it is easier to realize a desired luminance distribution and the contrast ratio over a wide angle range than a liquid crystal display device having a conventional prism array sheet that can change the traveling direction of light in only one direction. High display can be performed. Further, since the plurality of prism sets are provided so that the prism arrangement patterns and / or arrangement pitches of adjacent prism sets are different from each other, moire due to the periodic arrangement of the plurality of prisms having different shapes is provided. Occurrence is prevented.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図1に、本実施形態における液晶表示装置100を示す。液晶表示装置100は、図1に示すように、液晶表示パネル20と、液晶表示パネル20の背面側に配置された照明素子(バックライト)10と、液晶表示パネル20の観察者側に配置された光拡散素子30とを備えている。
FIG. 1 shows a liquid
液晶表示パネル20は、一対の基板21および22と、これらの間に設けられた液晶層23とを有する。基板21および基板22の液晶層23側の表面には、液晶層23に電圧を印加するための電極や、液晶層23に含まれる液晶分子の配向方向を規定するための配向膜(いずれも不図示)が形成されている。以下では、一対の基板21および22のうち、液晶層23よりも照明素子10側、つまり液晶層23に対して観察者とは反対側に配置された基板21を「背面基板」と称し、液晶層23よりも観察者側に配置された基板22を「前面基板」と称する。本実施形態では、前面基板22の液晶層23側にカラーフィルタ24が設けられている。
The liquid
光拡散素子30は、前面基板22上に設けられている。光拡散素子30上には、位相差補償素子50aおよび偏光板40aが積層されている。また、背面基板21上にも、位相差補償素子50bおよび偏光板40bが積層されている。位相差補償素子50aおよび50bとしては、公知の種々の位相差板が用いられる。なお、位相差補償素子の数や配置はここで例示したものに限定されない。
The
照明素子10は、指向性の高い光を発する。照明素子10の具体的な構成は後述する。照明素子10から出射する光が高い指向性を有していると、液晶層23を通過する光を一様に変調することができる(つまり液晶層23を通過する光に一様なリタデーションを与えることができる)ので、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができる。液晶層23を通過した光は、そのままでは指向性が高く、輝度に大きな偏りを有している(つまり表示面法線方向の輝度が著しく高く、斜め方向の輝度が低い)が、光拡散素子30によって拡散されることにより、輝度の偏りを低減され、そのことによって視野角が広がる。
The
本実施形態における光拡散素子30は、複数のプリズムを有するプリズムアレイシートである。図2に、光拡散素子30の断面構造を模式的に示す。
The
光拡散素子30は、図2に示すように、それぞれが複数のプリズム31Aおよび31Bを含む複数のプリズムセット32A、32Bおよび32Cを有している。ここで、各プリズムセットに含まれるプリズム31Aおよび31Bの構造を、図3を参照しながら説明する。図3は、あるプリズムセット32Aを拡大して示す断面図である。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、プリズムセット32Aに含まれるプリズム31Aおよび31Bは、それぞれ表示面法線方向に対して傾斜した傾斜面31s1、31s2を有している。以下では、一方のプリズム31Aの傾斜面31s1を「第1傾斜面」と呼び、他方のプリズム31Bの傾斜面31s2を「第2傾斜面」と呼ぶ。
As shown in FIG. 3, the
第1傾斜面31s1の表示面法線方向に対する傾斜角αと、第2傾斜面31s2の表示面法線方向に対する傾斜角βとは、互いに異なっている。つまり、プリズムセット32Aは、形状の異なる複数のプリズム31Aおよび31Bを含んでいる。なお、図3には、1つのプリズムセット32Aのみを示しているが、他のプリズムセット32Bおよび32Cも同様に、形状の異なる(すなわち傾斜面の角度が異なる)複数のプリズム31Aおよび31Bを含んでいる。
The inclination angle α of the first inclined surface 31s1 with respect to the normal direction of the display surface is different from the inclination angle β of the second inclined surface 31s2 with respect to the normal direction of the display surface. That is, the prism set 32A includes a plurality of
第1傾斜面31s1の傾斜角αと第2傾斜面31s2の傾斜角βとが互いに異なっていると、第1傾斜面31s1で全反射する光と、第2傾斜面31s2で全反射する光とは、図3に模式的に示すように互いに異なる方向に向けられる。そのため、各プリズムセットは、光の進行方向を複数の方向に変換することができる。従って、光拡散素子30は、光の進行方向を一方向にしか変換できない従来のプリズムアレイシート530よりも、所望の輝度分布を実現しやすい。それ故、本実施形態における液晶表示装置100は、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。
When the inclination angle α of the first inclined surface 31s1 and the inclination angle β of the second inclined surface 31s2 are different from each other, the light totally reflected by the first inclined surface 31s1 and the light totally reflected by the second inclined surface 31s2 Are directed in different directions as shown schematically in FIG. Therefore, each prism set can convert the traveling direction of light into a plurality of directions. Therefore, the
本実施形態における光拡散素子30の効果を、より具体的に説明する。まず、図4に、照明素子10から出射した光の輝度分布の一例を示す。図4に示すように、照明素子10から出射した光は、正面方向の輝度が著しく高く、高い指向性を有している。
The effect of the
次に、図5に、光拡散素子30によって拡散された光の輝度分布の一例を示す。まず、図4に示す輝度分布に比べ、輝度の偏りが低減されていることがわかる。また、0°付近のピークに加え、±30°付近にショルダーが存在し、±60°付近にもピークが存在していることがわかる。±30°付近のショルダーは、第1傾斜面31s1での全反射に起因したものであり、±60°付近のピークは、第2傾斜面31s2での全反射に起因したものである。
Next, FIG. 5 shows an example of the luminance distribution of the light diffused by the
続いて、図6に、従来のプリズムアレイシート530によって拡散された光の輝度分布を示す。図6に示すように、輝度の偏り自体は低減されているものの、0°付近以外には明瞭なショルダーやピークは存在していない。これは、プリズムアレイシート530が光の進行方向を一方向にしか変換できないからである。
Next, FIG. 6 shows the luminance distribution of the light diffused by the conventional
図5と図6とを比較すればわかるように、本実施形態における光拡散素子30によれば、広い角度範囲で輝度を高くすることができ、広い角度範囲にわたってコントラスト比を高くすることができる。
As can be seen by comparing FIG. 5 and FIG. 6, according to the
第1傾斜面31s1の傾斜角度αと、第2傾斜面31s2の傾斜角度βとは、所望する輝度分布に応じて適宜設定される。表示面法線方向に進行する光は、第1傾斜面31s1では表示面法線方向に対して角度2αをなす方向に反射され、第2傾斜面31s2では表示面法線方向に対して角度2βをなす方向に反射される。そのため、ピークやショルダーを発生させたい角度に応じて、傾斜角度αおよびβを設定すればよい。また、拡散光の輝度分布に発生するピークやショルダーの幅は、照明素子10からの光の指向性の高さ(例えば半値角によって表される)に依存するので、傾斜角度αおよびβを設定する際には、そのことも考慮することが好ましい。十分に広い角度範囲でコントラスト比を高くする観点からは、第1傾斜面31s1の傾斜角度αと第2傾斜面31s2の傾斜角度βとの差が15°以上あることが好ましい。 The inclination angle α of the first inclined surface 31s1 and the inclination angle β of the second inclined surface 31s2 are appropriately set according to the desired luminance distribution. The light traveling in the normal direction of the display surface is reflected by the first inclined surface 31s1 in a direction that forms an angle 2α with respect to the normal direction of the display surface, and the second inclined surface 31s2 has an angle 2β with respect to the normal direction of the display surface. It is reflected in the direction that makes. Therefore, the inclination angles α and β may be set according to the angle at which the peak or shoulder is desired to be generated. In addition, since the width of the peak or shoulder generated in the luminance distribution of the diffused light depends on the high directivity of light from the illumination element 10 (for example, expressed by a half-value angle), the inclination angles α and β are set. In doing so, it is preferable to take this into consideration. From the viewpoint of increasing the contrast ratio in a sufficiently wide angle range, the difference between the inclination angle α of the first inclined surface 31s1 and the inclination angle β of the second inclined surface 31s2 is preferably 15 ° or more.
なお、プリズムセットに含まれる各プリズムは、傾斜角度の異なる2種類以上の傾斜面を有していてもよい。例えば図7に示すプリズムセット32Dでは、プリズム31Aは、第1傾斜面s1の傾斜角度αや第2傾斜面s2の傾斜角度βとは異なる角度γで傾斜したさらなる傾斜面31s3を有している。そのため、このプリズムセット32Dは、光の進行方向を三方向に変換することができる。このように、プリズムセットに含まれる傾斜面の種類を増やすことにより、光の進行方向をさらに多方向に変換することができ、より多様な輝度分布を実現することができる。
Each prism included in the prism set may have two or more types of inclined surfaces having different inclination angles. For example, in the
また、プリズムセットに含まれる各プリズムは、全反射型のプリズムに限定されない。プリズムとして、傾斜面での屈折を利用して光を拡散させる屈折型のプリズムを用いてもよい。 Further, each prism included in the prism set is not limited to a total reflection type prism. As the prism, a refraction type prism that diffuses light using refraction at an inclined surface may be used.
なお、ここまでは、表示面法線方向に平行な面内において、つまり、極角方向について所望の輝度分布を実現し得ることを説明したが、形状の異なる複数のプリズムを設けることにより、表示面に平行な面内において、つまり、方位角方向についても所望の輝度分布を実現することができる。この理由を図8を参照しながら説明する。図3が、表示面に垂直な方向に沿ったプリズムセット32Aの断面を示しているのに対し、図8は、表示面に平行な方向に沿ったプリズムセット32Aの断面を示している。 Up to this point, it has been explained that a desired luminance distribution can be realized in a plane parallel to the normal direction of the display surface, that is, in the polar angle direction. However, by providing a plurality of prisms having different shapes, A desired luminance distribution can be realized in a plane parallel to the plane, that is, also in the azimuth direction. The reason will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross section of the prism set 32A along a direction perpendicular to the display surface, while FIG. 8 shows a cross section of the prism set 32A along a direction parallel to the display surface.
図8に示すように、第1傾斜面31s1と第2傾斜面31s2とは、異なる方位を向いている。言い換えると、第1傾斜面31s1の法線方向の方位角と、第2傾斜面31s2の法線方向の方位角とは、互いに異なっている。そのため、第1傾斜面31s1で全反射する光と、第2傾斜面31s2で全反射する光とは、図3に模式的に示したように互いに異なる極角方向に向けられるだけでなく、図8に模式的に示すように互いに異なる方位角方向に向けられる。従って、光拡散素子30は、方位角方向についても所望の輝度分布を実現しやすい。
As shown in FIG. 8, the first inclined surface 31s1 and the second inclined surface 31s2 face different directions. In other words, the azimuth angle in the normal direction of the first inclined surface 31s1 and the azimuth angle in the normal direction of the second inclined surface 31s2 are different from each other. Therefore, the light totally reflected by the first inclined surface 31s1 and the light totally reflected by the second inclined surface 31s2 are not only directed to mutually different polar angles as schematically shown in FIG. As shown schematically in FIG. 8, they are directed in different azimuth directions. Therefore, the
上述したように、形状の異なる複数のプリズムを設けることにより、所望の輝度分布を実現することができる。ただし、プリズムの配置によっては、プリズムアレイシート内に存在する複数の周期構造に起因したモアレが発生し、表示品位が低下してしまうことがある。例えば、二種類のプリズムを単純に交互に配置した場合、モアレが発生しやすい。 As described above, by providing a plurality of prisms having different shapes, a desired luminance distribution can be realized. However, depending on the arrangement of the prisms, moire caused by a plurality of periodic structures existing in the prism array sheet may occur, and the display quality may deteriorate. For example, when two types of prisms are simply arranged alternately, moire tends to occur.
複数のプリズムセットを、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび/または配列ピッチが異なるように設けると、上述したような周期構造に起因したモアレが発生しにくく、表示品位の低下が発生しにくい。 If a plurality of prism sets are provided so that the prism arrangement pattern and / or pitch is different between adjacent prism sets, the moire caused by the periodic structure as described above is unlikely to occur, and the display quality deteriorates. Hateful.
図2に例示した光拡散素子30では、プリズムセット32A、32Bおよび32Cに含まれるプリズム31Aおよび31Bの形状が、隣接するプリズムセット同士で異なっており、それによってプリズムの配列パターンを異ならせている。また、図2に例示した構造では、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列ピッチPも異なっている。
In the
このように、本実施形態におけるプリズムアレイ30では、プリズムセット32A、32Bおよび32Cが、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび配列ピッチが異なるように設けられているので、形状の異なる複数のプリズムが設けられているにもかかわらずモアレが発生しにくい。
As described above, in the
なお、図2には、各プリズムセットに2つのプリズムが含まれている構造を示したが、各プリズムセットには3つ以上のプリズムが含まれてもよい。また、各プリズムセットに含まれるプリズムの個数は同じである必要はない。 FIG. 2 shows a structure in which each prism set includes two prisms, but each prism set may include three or more prisms. Further, the number of prisms included in each prism set need not be the same.
また、モアレの発生を抑制するためには、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび配列ピッチの少なくとも一方を異ならせればよく、両方を必ずしも異ならせる必要はない。以下、この点を図9に示すプリズムセット32を例として説明する。 In order to suppress the occurrence of moiré, at least one of the prism arrangement pattern and the arrangement pitch may be different between adjacent prism sets, and it is not always necessary to make both different. Hereinafter, this point will be described using the prism set 32 shown in FIG. 9 as an example.
図9に示すプリズムセット32は、互いに形状の異なる4つのプリズム31A、31B、31Cおよび31Dから構成されている。このようなプリズムセット32の配置例を図10、図11および図12に示す。図10、図11および図12は、表示面法線方向から見たプリズムの配置を模式的に示す図であり、「A」、「B」、「C」、「D」という符号を付された矩形が図9に示したプリズム31A、31B、31C、31Dをそれぞれ示している。
The prism set 32 shown in FIG. 9 includes four
図10に示すように、隣接するプリズムセット32同士でプリズムの配列パターンおよび配列ピッチが同じであると、周期構造に起因したモアレが発生しやすく、表示品位が低下しやすい。 As shown in FIG. 10, when the prism arrangement pattern and the arrangement pitch are the same between adjacent prism sets 32, moire due to the periodic structure is likely to occur, and the display quality is liable to deteriorate.
これに対し、図11に示すように、隣接するプリズムセット32同士でプリズムの配列パターンを異ならせると、モアレの発生が抑制される。また、図12に示すように、隣接するプリズムセット32同士でプリズムの配列ピッチを異ならせることによっても、モアレの発生を抑制できる。 On the other hand, as shown in FIG. 11, when the prism arrangement patterns are made different between adjacent prism sets 32, the occurrence of moire is suppressed. As shown in FIG. 12, the occurrence of moire can also be suppressed by making the prism arrangement pitches different between adjacent prism sets 32.
プリズムの配列ピッチPや各プリズムの幅W、高さH(図2参照)は、液晶表示パネル20の画素ピッチ等に応じて適宜設定される。プリズムの配列ピッチPは、例えば数十μm(10μm〜80μm)程度である。また、各プリズムの幅Wは、例えば数十μm(10μm〜50μm)程度であり、各プリズムの高さHは、例えば数μm(1μm〜10μm)程度である。
The arrangement pitch P of the prisms and the width W and height H (see FIG. 2) of each prism are appropriately set according to the pixel pitch of the liquid
プリズムの配列パターンを隣接するプリズムセット同士で異ならせた場合には、プリズムの配列ピッチPは、液晶表示パネル20の画素ピッチと独立に決定することができる。
When the prism arrangement pattern is different between adjacent prism sets, the prism arrangement pitch P can be determined independently of the pixel pitch of the liquid
一方、プリズムの配列パターンを隣接するプリズムセット同士で同じとした場合には、プリズムの配列ピッチPは、液晶表示パネル20の画素ピッチを考慮して決定することが好ましい。モアレの発生をより確実に抑制するためには、例えば、特開平6−273753号公報に開示されているように、プリズムの配列ピッチPが、画素ピッチをX、画素の配列方向とプリズムの稜線とのなす角をθとしたときに、下記の式の関係を満足することが好ましい。なお、下記の式において、nは自然数であり、kは0.4〜0.6の範囲内の数であり、θは0°〜45°である。
X/(P・cosθ)=n+k
On the other hand, when the prism arrangement pattern is the same between adjacent prism sets, the prism arrangement pitch P is preferably determined in consideration of the pixel pitch of the liquid
X / (P · cos θ) = n + k
図13に、プリズムの配列ピッチPの一例を示す。この例では、各画素の行方向に沿った幅は60μm、列方向に沿った幅は200μmであり、画素の間隔は行方向および列方向の両方について15μmである。つまり、画素ピッチXは、行方向については75μm、列方向については215μmである。上述した画素ピッチXに対し、プリズムの配列ピッチPは47μmである。勿論、プリズムの配列ピッチPや画素ピッチXはここで例示した数値に限定されるものではない。 FIG. 13 shows an example of the arrangement pitch P of the prisms. In this example, the width along the row direction of each pixel is 60 μm, the width along the column direction is 200 μm, and the pixel interval is 15 μm in both the row direction and the column direction. That is, the pixel pitch X is 75 μm in the row direction and 215 μm in the column direction. The prism arrangement pitch P is 47 μm with respect to the pixel pitch X described above. Of course, the arrangement pitch P of the prisms and the pixel pitch X are not limited to the numerical values exemplified here.
なお、図11には隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンのみが異なる構成を示し、図12には隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列ピッチのみが異なる構成を示したが、より確実にモアレの発生を抑制するためには、プリズムの配列パターンおよび配列ピッチの両方を異ならせることが好ましい。 FIG. 11 shows a configuration in which only the prism arrangement pattern differs between adjacent prism sets, and FIG. 12 shows a configuration in which only the prism arrangement pitch differs between adjacent prism sets. In order to suppress the occurrence of this, it is preferable to vary both the arrangement pattern and the arrangement pitch of the prisms.
本実施形態における光拡散素子30は、種々の材料(例えば熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などの樹脂)を用いて公知の手法により形成することができる。例えば、プリズムの形状に応じた金型を予め作製しておき、紫外線硬化性樹脂から形成されたドライフィルムをこの金型を用いて押圧成型した後に紫外線により硬化させればよい。あるいは、この金型にスピンコート法を用いて紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を流し込んだ後に、成型されたこれらの樹脂を硬化させてもよい。
The
なお、図1に示した構成では、光拡散素子30よりも観察者側に偏光板(偏光素子)40aを配置しているが、図14に示すように、偏光板40aよりも観察者側に光拡散素子30を配置してもよい。図1に示したように、光拡散素子30よりも観察者側に偏光板40aを配置すると、観察者側から光拡散素子30に入射する外光が偏光板40aによって吸収され、その量が低減される。従って、光拡散素子30の表面での外光の反射が抑制され、表示面のぎらつきが防止される。
In the configuration shown in FIG. 1, a polarizing plate (polarizing element) 40a is arranged on the viewer side with respect to the
次に、照明素子(バックライト)10の具体的な構成を説明する。図15に、照明素子10の具体的な構成の一例を示す。
Next, a specific configuration of the illumination element (backlight) 10 will be described. FIG. 15 shows an example of a specific configuration of the
図15に示す照明素子10は、光源1と、光源1から出射した光を液晶表示パネル20に導く導光板2とを有している。光源1は、例えば発光ダイオード(LED)や冷陰極管である。導光板2には、光源1から出射して導光板2内部に入射した光を液晶表示パネル20側に出射させるための構造が形成されている。例えば、導光板2の2つの主面のうちの少なくとも一方に、プリズムやシボが形成されている。
The
照明素子10は、さらに、導光板2から出射した光の指向性を制御するプリズムアレイシート3を有している。指向性制御素子として機能するこのプリズムアレイシート3は、導光板2と液晶表示パネル20との間に設けられている。
The
プリズムアレイシート3は、導光板2側の主面上に形成された複数のプリズム4を有しており、図16に示すように、導光板2から出射した光を全反射現象を利用して表示面法線方向に向ける。このように、導光板2から出射した光は、プリズムアレイシート3によって高い指向性を付与される。
The
勿論、照明素子10としては、図15に例示したものに限定されず、種々のバックライトを用いることができるが、より高いコントラスト比を得るためには、より指向性の高い光を出射し得るものを用いることが好ましい。具体的には、照明素子10は、表示面法線方向に対して30°以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の13%以下となるような配光分布を有することが好ましく、3%以下となるような配光分布を有することがさらに好ましい。図17(a)、(b)および(c)に、照明素子10の好ましい配光分布の例を示す。
Of course, the
図17(a)に示す配光分布では、表示面法線方向に対して30°以上の角をなす方向における輝度は、表示面法線方向(0°)における輝度の8%〜13%以下である。このような配光分布を有する照明素子10を用いることによって、優れた表示品位を得ることができる。
In the light distribution shown in FIG. 17A, the luminance in a direction that forms an angle of 30 ° or more with respect to the display surface normal direction is 8% to 13% or less of the luminance in the display surface normal direction (0 °). It is. By using the
また、図17(b)および(c)に示す配光分布においては、表示面法線方向に対して30°以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向(0°)における輝度の3%以下である。これらのような配光分布を有する照明素子10を用いることによって、さらに優れた表示品位が得られる。
In the light distribution shown in FIGS. 17B and 17C, the luminance in the direction forming an angle of 30 ° or more with respect to the display surface normal direction is the luminance in the display surface normal direction (0 °). 3% or less. By using the
図17(a)に示した程度の指向性は、例えば、図15に示した全反射型プリズムシート3を備えた照明素子10を用いることによって容易に実現することができる。また、図17(b)および(c)に示した程度の指向性は、米国特許第5949933号明細書や米国特許第5598281号明細書に開示されているバックライトを用いることによって実現できる。上記米国特許第5949933号明細書には、導光板の主面上にレンチキュラマイクロプリズムが設けられたエッジライト型のバックライトが開示されている。また、上記米国特許第5598281号明細書には、光源から出射した光を開口部を介してマイクロコリメータおよびマイクロレンズに入射させる直下型のバックライトが開示されている。
The directivity to the extent shown in FIG. 17A can be easily realized by using, for example, the
本発明によると、光拡散素子を備えた液晶表示装置において、所望の輝度分布を実現し、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。本発明は、透過型の液晶表示装置全般に好適に用いられ、特に、視野角特性の低い表示モード(例えば、STNモードやTNモード、ECBモード)の液晶表示装置に好適に用いられる。 According to the present invention, in a liquid crystal display device provided with a light diffusing element, a desired luminance distribution can be realized and display with a high contrast ratio can be performed over a wide angle range. The present invention is suitably used for transmissive liquid crystal display devices in general, and in particular, it is suitably used for liquid crystal display devices in display modes (for example, STN mode, TN mode, and ECB mode) with low viewing angle characteristics.
STNモードのような複屈折性を利用する表示モードでは、液晶層に斜めに入射する光による表示への悪影響が大きいので、指向性の高い光を液晶層に入射させ、液晶層で変調された光を光拡散素子によって拡散させる視野角拡大技術を用いることが好ましく、本発明を用いる意義が大きい。 In a display mode using birefringence such as the STN mode, the display is adversely affected by light obliquely incident on the liquid crystal layer. Therefore, highly directional light is incident on the liquid crystal layer and modulated by the liquid crystal layer. It is preferable to use a viewing angle expansion technique for diffusing light with a light diffusing element, and the significance of using the present invention is great.
10 照明素子(バックライト)
20 液晶表示パネル
21 背面基板
22 前面基板
23 液晶層
24 カラーフィルタ
30 光拡散素子
31A、31B、31C、31D プリズム
31s1 第1傾斜面
31s2 第2傾斜面
32、32A、32B、32C、32D プリズムセット
40a、40b 偏光板
50a、50b 位相差補償素子
100 液晶表示装置
10 Lighting element (backlight)
20 Liquid
Claims (9)
前記光源から出射した光を変調する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散させる光拡散素子と、を備えた液晶表示装置であって、
前記光拡散素子は、表示面法線方向に対して第1の角度で傾斜した第1傾斜面を有する第1プリズムと、表示面法線方向に対して前記第1の角度とは異なる第2の角度で傾斜した第2傾斜面を有する第2プリズムと、をそれぞれが含む複数のプリズムセットを有し、
前記複数のプリズムセットは、隣接するプリズムセット同士でプリズムの配列パターンおよび/または配列ピッチが異なるように設けられている液晶表示装置。 A light source;
A liquid crystal display panel that modulates light emitted from the light source;
A light diffusing element that is disposed on the viewer side of the liquid crystal display panel and diffuses light that has passed through the liquid crystal display panel, and a liquid crystal display device comprising:
The light diffusing element includes a first prism having a first inclined surface inclined at a first angle with respect to a display surface normal direction, and a second prism different from the first angle with respect to the display surface normal direction. A plurality of prism sets each including a second prism having a second inclined surface inclined at an angle of
The plurality of prism sets are provided such that adjacent prism sets have different prism arrangement patterns and / or arrangement pitches.
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