JP2008015369A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】透過表示のみならず反射表示の表示品位も良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 互いに対向して配置された第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した透過型の液晶表示パネルLPNと、第1基板の外面に設けられた第1光学素子OD1と、第2基板の外面に設けられた第2光学素子OD2と、液晶表示パネルを第1光学素子側から照明するバックライトユニットBLと、を備え、第1光学素子OD1は、さらに、第1偏光板のバックライトユニット側に配置され三角形の断面形状を有する複数のプリズムPRからなるプリズム層PRLと、プリズムPRのそれぞれのバックライトユニットBLと対向する1つの傾斜面F1に配置され第2光学素子OD2を介して入射した外光の一部を反射するとともにバックライトユニットBLからのバックライト光の一部を透過する半透過反射層TRLと、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図3
【解決手段】 互いに対向して配置された第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した透過型の液晶表示パネルLPNと、第1基板の外面に設けられた第1光学素子OD1と、第2基板の外面に設けられた第2光学素子OD2と、液晶表示パネルを第1光学素子側から照明するバックライトユニットBLと、を備え、第1光学素子OD1は、さらに、第1偏光板のバックライトユニット側に配置され三角形の断面形状を有する複数のプリズムPRからなるプリズム層PRLと、プリズムPRのそれぞれのバックライトユニットBLと対向する1つの傾斜面F1に配置され第2光学素子OD2を介して入射した外光の一部を反射するとともにバックライトユニットBLからのバックライト光の一部を透過する半透過反射層TRLと、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
この発明は、液晶表示装置に係り、特に、外光を選択的に反射することによって画像を表示する反射表示機能及びバックライト光を選択的に透過することによって画像を表示する透過表示機能を備えた液晶表示装置に関する。
反射表示機能及び透過表示機能を備えた液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネル及び液晶表示パネルを背面から照明するバックライトユニットを備えている。このような液晶表示装置は、暗所においては、バックライト光を選択的に透過することによって画像を表示し、明所においては、液晶表示パネルとバックライトユニットとの間の反射面(バックライト表面を含む)を利用して外光を選択的に反射することによって画像を表示している。これにより、消費電力を大幅に低減することができるメリットがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001-004997号公報
上述したような液晶表示装置において、外光を反射する反射面は、液晶表示パネルから離れており、反射光で画像を表示した場合、視差を生じやすく、十分な表示品位が得られないことがある。また、液晶表示パネルとバックライトユニットとの間に配置される反射面は、バックライト光を効率よく液晶表示パネルに導くために光透過性の高い材料(例えば透明材料)によって形成される場合がある。この場合、透過表示の輝度を向上することはできるが、外光の反射効率が悪く、反射表示の輝度を十分に向上することは困難である。
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、透過表示のみならず反射表示の表示品位も良好な液晶表示装置を提供することにある。
この発明の態様による液晶表示装置は、
マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した透過型の液晶表示パネルと、
前記第1基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第1偏光板を含む第1光学素子と、
前記第2基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第2偏光板を含む第2光学素子と、
前記液晶表示パネルを前記第1光学素子側から照明するバックライトユニットと、を備え、
前記第1光学素子は、さらに、
前記第1偏光板の前記バックライトユニット側に配置され、三角形の断面形状を有する複数のプリズムからなるプリズム層と、
前記プリズムのそれぞれの前記バックライトユニットと対向する1つの傾斜面に配置され、前記第2光学素子を介して入射した外光の一部を反射するとともに前記バックライトユニットからのバックライト光の一部を透過する半透過反射層と、を含むことを特徴とする。
マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した透過型の液晶表示パネルと、
前記第1基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第1偏光板を含む第1光学素子と、
前記第2基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第2偏光板を含む第2光学素子と、
前記液晶表示パネルを前記第1光学素子側から照明するバックライトユニットと、を備え、
前記第1光学素子は、さらに、
前記第1偏光板の前記バックライトユニット側に配置され、三角形の断面形状を有する複数のプリズムからなるプリズム層と、
前記プリズムのそれぞれの前記バックライトユニットと対向する1つの傾斜面に配置され、前記第2光学素子を介して入射した外光の一部を反射するとともに前記バックライトユニットからのバックライト光の一部を透過する半透過反射層と、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、透過表示のみならず反射表示の表示品位も良好な液晶表示装置を提供することができる。
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置であって、透過型の液晶表示パネルLPNを備えている。この液晶表示パネルLPNは、アレイ基板(第1基板)ARと、アレイ基板ARと互いに対向して配置された対向基板(第2基板)CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えて構成されている。
また、この液晶表示装置は、アレイ基板ARの液晶層LQを保持する面とは反対の外面に設けられた第1光学素子OD1、及び、対向基板CTの液晶層LQを保持する面とは反対の外面に設けられた第2光学素子OD2を備えている。さらに、この液晶表示装置は、第1光学素子OD1側から液晶表示パネルLPNを照明するバックライトユニットBLを備えている。
液晶表示パネルLPNは、画像を表示する表示領域DSPを備えている。表示領域DSPは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている。
アレイ基板ARは、ガラス板などの光透過性を有する絶縁基板10を用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板ARは、表示領域DSPにおいて、画素毎に配置されたm×n個の画素電極EP、これら画素電極EPの行に沿ってそれぞれ形成されたn本の走査線Y(Y1〜Yn)、これら画素電極EPの列に沿って形成されたm本の信号線X(X1〜Xm)、各々対応走査線Y及び対応信号線Xの交差位置近傍に画素毎に配置されたm×n個のスイッチング素子Wなどを有している。
n本の走査線Yは、アレイ基板AR上または外部回路基板上に配置された走査線ドライバYDに接続されている。m本の信号線Xは、アレイ基板AR上または外部回路基板上に配置された信号線ドライバXDに接続されている。
アレイ基板ARにおいて、各スイッチング素子Wは、例えばNチャネル型薄膜トランジスタであり、絶縁基板10上に配置されたポリシリコン半導体層12を有している。ポリシリコン半導体層12は、チャネル領域12Cを挟んだ両側にそれぞれソース領域12S及びドレイン領域12Dを有している。このポリシリコン半導体層12は、ゲート絶縁膜14によって覆われている。
薄膜トランジスタWのゲート電極WGは、走査線Yに接続されている(あるいは走査線Yと一体的に形成されている)。ゲート電極WG及び走査線Yは、とともにゲート絶縁膜14上に配置されている。これらのゲート電極WG及び走査線Yは、層間絶縁膜16によって覆われている。
薄膜トランジスタWのソース電極WS及びドレイン電極WDは、層間絶縁膜16上においてゲート電極WGの両側に配置されている。ソース電極WSは、信号線Xに接続される(あるいは信号線Xと一体的に形成される)とともに、ポリシリコン半導体層12のソース領域12Sにコンタクトしている。ドレイン電極WDは、画素電極EPに接続されるとともに、ポリシリコン半導体層12のドレイン領域12Dにコンタクトしている。これらのソース電極WS、ドレイン電極WD、及び、信号線Xは、有機絶縁膜18によって覆われている。
画素電極EPは、層間絶縁膜16上に配置され、ドレイン電極WDと電気的に接続されている。この画素電極EPは、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)などの光透過性を有する導電性部材によって形成される。すべての画素PXに対応した画素電極EPは、配向膜20によって覆われている。
一方、対向基板CTは、ガラス板などの光透過性を有する絶縁基板30を用いて形成されている。すなわち、この対向基板CTは、表示領域DSPにおいて、対向電極ETなどを備えている。対向電極ETは、複数の画素PXに対応して画素電極EPに対向するように配置されている。この対向電極ETは、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)などの光透過性を有する導電性部材によって形成されている。また、この対向電極ETは、配向膜36によって覆われている。
このような対向基板CTと、上述したようなアレイ基板ARとをそれぞれの配向膜20及び36を対向して配置したとき、両者の間に配置された図示しないスペーサにより、所定のギャップが形成される。液晶層LQは、これらアレイ基板ARの配向膜20と対向基板CTの配向膜36との間に形成されたギャップに封入された液晶分子を含む液晶組成物で構成さていれる。
カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素に対応して液晶表示パネルLPNの内面に設けられたカラーフィルタ層34を備えている。図2に示した例では、カラーフィルタ層34は、対向基板CTに設けられている。カラーフィルタ層34は、互いに異なる色、例えば赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。
第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2は、これらを通過する光の偏光状態を制御するものである。図3に示すように、この第1光学素子OD1は、その主面内で所定方位に透過軸を有するとともに透過軸に直交する方位に吸収軸を有する第1偏光板PL1を含んでいる。第2光学素子OD2は、その主面内で所定方位に透過軸を有するとともに透過軸に直交する方位に吸収軸を有する第2偏光板PL2を含んでいる。第1偏光板PL1及び第2偏光板PL2は、例えば、それぞれの透過軸が互いにほぼ直交するように配置されている。
なお、図3に示した例では、液晶表示パネルLPNの液晶層LQは、ホモジニアス配向した液晶分子を含んでおり、液晶分子によるリタデーションの影響を補償するために、第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2は、それぞれ第1位相差板R1及び第2位相差板R2を備えているが、これらの位相差板は、液晶モードに応じて適宜配置すればよいので、必ずしも必要ではない。
次に、第1光学素子OD1について、より詳細に説明する。
すなわち、図3及び図4に示すように、第1光学素子OD1は、第1偏光板PL1に加えて、プリズム層PRLと、半透過反射層TRLとを含んでいる。プリズム層PRLは、第1偏光板PL1のバックライトユニットBL側に配置され、三角形の断面形状を有する複数のプリズムPRによって構成されている。半透過反射層TRLは、プリズムPRのそれぞれのバックライトユニットBLと対向する1つの傾斜面F1に配置されている。この半透過反射層TRLは、第2光学素子OD2を介して入射した外光の一部を反射するとともにバックライトユニットBLからのバックライト光の一部を透過する。
また、図3に示した例では、第1光学素子OD1は、散乱層SCを含んでいる。この散乱層SCは、例えば第1偏光板PL1のバックライトユニットBL側に配置されている。プリズム層PRLは、この散乱層SC上に配置されている。
このような構成により、バックライトユニットBLから出射されたバックライト光は、その一部が半透過反射層TRLを透過してプリズムPRの傾斜面F1から入射するとともに半透過反射層TRLが配置されていないプリズムPRの他の平面F2からも入射する。プリズム層PRLに入射したバックライト光のうち、散乱層SC、第1偏光板PL1、第1位相差板R1を透過した透過光は、液晶表示パネルLPNを通過した後、選択的に第2光学素子OD2の第2偏光板PL2を通過し、透過表示モードにおける表示画像を構成する。
また、第2光学素子OD2を介して入射した外光は、液晶表示パネルLPNを通過し、選択的に第1光学素子OD1の第1偏光板PL1を通過した後、散乱層SC及びプリズム層PRLを透過し、その一部が半透過反射層TRLで反射される。この反射光のうち、再び、プリズム層PRL、散乱層SC、第1偏光板PL1、第1位相差板R1を透過した透過光は、液晶表示パネルLPNを通過した後、選択的に第2光学素子OD2の第2偏光板PL2を通過し、反射表示モードにおける表示画像を構成する。
このような実施形態によれば、反射表示に主に寄与する外光を反射する反射面(半透過反射層TRL)を液晶表示パネルLPNに近接して配置することが可能となり、視差の影響を軽減することが可能となる。また、反射面を半透過反射層TRLとしたことにより、バックライト光の透過率を著しく低下させることなく反射率を向上することができる。このため、反射表示の輝度を十分に向上することが可能となる。したがって、透過表示のみならず反射表示の表示品位を改善することが可能となる。
上述した実施形態に適用可能な半透過反射層TRLは、例えば、光反射性を有する銀(Ag)やアルミニウム(Al)などの無機系材料の蒸着膜または多層膜によって形成されている。また、プリズム層PRLは、例えば、一体成型された樹脂フィルムなどによって形成されている。
プリズム層PRLを構成する各プリズムPRは、液晶表示パネルLPNにおける一方向例えば行方向に延びており、行方向に沿って頂角PRXを有している。この頂角PRXは、プリズムPRを形成する2つの平面すなわち半透過反射層TRLが配置された傾斜面F1と、半透過反射層が配置されていない平面F2との交線に相当する。これらのプリズムPRは、行方向に直交する列方向に並んで配列されている。
図4に示した例では、平面F2は、液晶表示パネルLPNの法線(あるいは第1光学素子OD1の法線)N1に平行な方向に延びている。すなわち、プリズムPRを構成する平面F2と、散乱層SCに接する平面F3とが直交しており、各プリズムPRは、直角三角形の断面形状を有している。このようなプリズムPRからなるプリズム層PRLに対してその法線方向に配置した蒸着源から無機系材料を蒸発させた際、蒸着源と対峙する傾斜面F1には材料が蒸着される一方で、材料の飛散方向と略平行な平面F2には材料が蒸着されにくい。
このため、特にマスク等を必要とせずに、各プリズムPRの傾斜面F1のみに半透過反射層TRLを形成することが可能となる。これにより、半透過反射層TRLを形成するのに必要な製造コストの増大を抑制できる。
図4に示した例では、プリズム層PRLは、隙間なく複数のプリズムPRを配列したパターンによって構成したが、このようなパターンに限らず、上述した実施形態に適用可能である。すなわち、プリズム層PRLは、図5に示すように、隣接するプリズムPR間に所定の間隔Gを有するようなパターンによって構成されても良い。
このような構成例においても、各プリズムPRは、図4に示した例と同様に直角三角形の断面形状を有していることが望ましい。また、半透過反射層TRLは、各プリズムPRの傾斜面F1のみに配置されている。すなわち、このようなプリズムPRからなるプリズム層PRLに対しては、例えば、プリズムPR間の隙間を遮蔽するようなマスクを介してその法線方向に配置した蒸着源から無機系材料を蒸発させることにより、蒸着源と対峙する傾斜面F1のみに半透過反射層TRLを形成することが可能となる。
このような構成例によれば、バックライトユニットBLから出射されたバックライト光は、その一部が半透過反射層TRLを透過してプリズムPRの傾斜面F1から入射するとともに半透過反射層TRLが配置されていないプリズムPRの他の平面F2からも入射するのに加えて、さらに、プリズムPR間の隙間からも入射する。つまり、バックライト光の入射面を拡大することが可能となる。これにより、透過表示モードにおける表示画像の輝度を向上することが可能となる。
ところで、プリズムPRの傾斜面F1の傾斜角、すなわち、傾斜面F1と液晶表示パネルLPNの主面(あるいは第1光学素子OD1の主面)P1とのなす角度θpについて、最適な範囲について検討する。
携帯端末機器などに適用される液晶表示装置の屋外での使用状況を検証したところ、外光の入射角(つまり、液晶表示パネルLPNの法線N1に対する入射光の入射角度)θinが30°となる方向に液晶表示装置を向けて使用される頻度が高いことが分かった。このため、30°の入射角で入射した外光を液晶表示パネルLPNの法線方向N1(つまり、液晶表示パネルLPNからの出射角θoutが0°となる方向)に向けて出射するように制御する条件を考える。外気の屈折率が1.0であり、第1光学素子OD1の屈折率が1.5である場合、上述した条件を満たすためには、角度θpは、10°に設定することが望ましい。
なお、液晶表示装置の使用頻度については、外光の入射角θinが30°に限らず、30°±5°の範囲で比較的使用頻度が高いことが分かっているので、角度θpは、5°以上15°以下に設定されることが望ましい。このような設定により、外光を効率的に液晶表示パネルLPNの正面に向けて反射することが可能となり、反射表示モードにおける表示画像の表示品位を向上することができる。
次に、半透過反射層TRLの反射率について、最適な範囲について検討する。すなわち、半透過反射層TRLにおいて、外光に対する反射率とバックライト光に対する透過率とはトレードオフの関係にある。上述したような構成の第1光学素子OD1において、プリズムPRの傾斜面F1に半透過反射層TRLを配置しなかった場合と比較して、液晶表示パネルLPNの法線方向での反射輝度が20%アップさせるのに必要な半透過反射層TRLの反射率は、30%であることが分かった。
また、透過表示モードにおける表示画像の輝度を確保するのに必要なバックライト光の透過率に基づき、半透過反射層TRLの反射率は80%以下に設定されることが望ましいことが分かった。すなわち、半透過反射層TRLの反射率は、30%以上80%以下に設定されることが望ましい。
次に、散乱層SCのヘイズ値について、最適な範囲について検討する。すなわち、第1光学素子OD1に含まれる散乱層SCは、アレイ基板ARとプリズム層PRLとの間のいずれかの位置に配置されている。液晶表示パネルLPNに含まれる画素PXは規則的にマトリクス状に配置されている一方で、プリズム層PRLに含まれるプリズムPRは液晶表示パネルLPNにおける一方向に沿って規則的に並んでいる。このため、反射表示モードにおいて、反射光を利用した画像を表示した際、プリズムパターンと画素パターンとが干渉し、表示品位に悪影響を及ぼすおそれがある。
そこで、散乱層SCにより、反射光を散乱させることで、このような干渉を抑制することが可能である。十分な干渉抑制効果が得られるのに十分なヘイズ値は、30以上であることが望ましい。これにより、反射表示モードにおける表示画像の表示品位を改善することが可能となる。
一方、ヘイズ値を高く設定しすぎると、反射表示に利用する反射光のみならずバックライト光の拡散度も高くなり、透過表示モードにおける表示画像の輝度が著しく低下してしまう。このため、透過表示モードにおける表示画像の輝度を確保するのに必要なバックライト光の透過率に基づき、散乱層SCのヘイズ値は80以下に設定されることが望ましいことが分かった。すなわち、散乱層SCのヘイズ値は、30以上80以下に設定されることが望ましい。
次に、液晶表示パネルLPNにおいて液晶層LQに含まれる液晶分子の配向状態と、プリズム層PRLにおいてプリズムPRの傾斜面の向きとの関係について検討する。
上述した実施の形態においては、複屈折モードを適用した液晶分子のツイスト角(画素電極と対向電極との間に電圧を印加しない状態において、アレイ基板近傍の液晶分子の長軸の面内方位と対向基板近傍の液晶分子の長軸の面内方位とのなす角度)が0°(ホモジニアス配向)となるような液晶モードについて説明したが、これ以外の液晶モードであっても良い。
プリズムPRの傾斜面F1の向き(図6において右上がりの傾き)と、液晶分子の長軸の傾きとが反対になるような設定であれば、いずれの液晶モードにおいても本実施形態を適用可能である。より詳細に説明すると、液晶表示パネルLPNにおいて、主視角方向とは、液晶分子の長軸の面内方位に相当する。液晶表示パネルLPNの法線N1から主視角方向に視角を拡大していくと、反主視角方向よりも小さな視角で黒つぶれが観察される場合がある。
そこで、液晶層LQは、少なくともその厚さ方向におけるほぼ中間において、液晶表示パネルLPNの法線方向N1よりプリズムPRの傾斜面F1の法線方向N2側に傾いた配向状態の液晶分子を含むように構成することが望ましい。これにより、透過表示モードにおいて、黒つぶれが観察される主視角方向にバックライト光がプリズムPRによって屈折され、黒つぶれによって暗くなってしまう表示画像の輝度を補うことが可能となる。このため、主視角方向において、透過表示モードでの表示画像の表示品位を改善することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
LPN…液晶表示パネル AR…アレイ基板 CT…対向基板 LQ…液晶層 BL…バックライトユニット PX…画素 PRL…プリズム層 TRL…半透過反射層 PR…プリズム F1…傾斜面 SC…散乱層 OD1…第1光学素子 OD2…第2光学素子
Claims (8)
- マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶表示装置であって、
互いに対向して配置された第1基板と第2基板との間に液晶層を保持した透過型の液晶表示パネルと、
前記第1基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第1偏光板を含む第1光学素子と、
前記第2基板の前記液晶層を保持する面とは反対の外面に設けられ、第2偏光板を含む第2光学素子と、
前記液晶表示パネルを前記第1光学素子側から照明するバックライトユニットと、を備え、
前記第1光学素子は、さらに、
前記第1偏光板の前記バックライトユニット側に配置され、三角形の断面形状を有する複数のプリズムからなるプリズム層と、
前記プリズムのそれぞれの前記バックライトユニットと対向する1つの傾斜面に配置され、前記第2光学素子を介して入射した外光の一部を反射するとともに前記バックライトユニットからのバックライト光の一部を透過する半透過反射層と、を含むことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記半透過反射層は、無機系材料の蒸着膜または多層膜によって形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記プリズムは、前記液晶表示パネルの法線方向に延びた平面と、前記半透過反射層が配置された前記傾斜面と、を有する直角三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記プリズム層は、隣接する前記プリズム間に所定の間隔を有するようなパターンによって構成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記プリズムの前記傾斜面と前記液晶表示パネルの主面とのなす角度は、5°以上15°以下に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記半透過反射層の反射率は、30%以上80%以下に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1光学素子は、さらに、ヘイズ値が30以上80以下に設定された散乱層を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、少なくともその厚さ方向におけるほぼ中間において、前記液晶表示パネルの法線方向より前記傾斜面の法線方向側に傾いた配向状態の液晶分子を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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JP2013242538A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-12-05 | Panasonic Corp | 液晶光学素子及びそれを備えた画像表示装置 |
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JP2013242538A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-12-05 | Panasonic Corp | 液晶光学素子及びそれを備えた画像表示装置 |
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