JP2009181016A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の薄型化が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示パネルＬＰＮと、
液晶表示パネルの前面側に配置された光学素子ＯＤ２と、を備え、
光学素子ＯＤ２は、１／４波長の位相差を与える位相差板ＲＬと、位相差板と液晶表示パネルとの間に配置された支持体層ＳＬと、位相差板と支持体層との間に挟持され位相差板の遅相軸に対して略４５度の角度で交差する吸収軸を有する偏光子層ＰＬと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶表示パネルの前面側に配置される光学素子の構成に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量かつ低消費電力であることから、ＯＡ機器や携帯型情報端末等のディスプレイとして広く使用されている。特に、画素毎にスイッチング素子を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、表示特性が優れているため、表示デバイスの主流になりつつあり、また研究開発も盛んに行われている。

このような液晶表示装置は、通常、液晶表示パネルの前面側に偏光板を備えており、この偏光板を選択的に透過した光によって画像を表示している。このため、偏光サングラスを通して液晶表示装置を観察した場合、偏光板の偏光軸（吸収軸）と偏光サングラスの偏光軸（吸収軸）とが直交する条件では、液晶表示パネルの視野角の範囲内であっても、表示内容が視認しにくくなるといった課題がある。

このような課題に対して、例えば、特許文献１には、液晶表示パネルと当該液晶表示パネルの前面に付設された保護カバーとを備えた液晶表示装置において、保護カバーとして透明樹脂材料の押し出し成形体よりなるものを用いると共に、液晶表示パネルの偏光軸方向と保護カバーの分子配向方向とを４５度±１０度に配置する構成が開示されている。

このような特許文献１によれば、以下のような作用効果が得られるとの記載がある。

すなわち、透明樹脂材料の押し出し成形体には、押し出し成形時に作用する応力により、樹脂の分子が樹脂の押し出し方向に配向した部分と樹脂の分子が特定方向に配向しない無配向の部分とが層状に混在する。このため、透明樹脂材料の押し出し成形体よりなる保護カバーを液晶表示パネルの保護カバーとして用い、当該保護カバーの分子の配向方向を液晶表示パネルの偏光軸方向と４５度に配置すると、液晶表示パネルに付設された偏光板の偏光軸方向と偏光サングラスの偏光軸方向とが直交する場合のみならず、保護カバーにおける樹脂の分子の配向方向と偏光サングラスの偏光軸方向とが直交するときにも、液晶表示パネルの視野角の範囲内で液晶表示パネルの表示内容を視認できるようになり、液晶表示パネルの視認性を改善することができる。
特開２００２−３５０８２１号公報

近年、液晶表示装置の薄型化に伴い、各構成部品の薄型化の要求が高まっており、液晶表示パネルと組み合わせられる光学素子の薄型化の要求も高まっている。

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、装置全体の薄型化が可能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、
一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの前面側に配置された光学素子と、を備え、
前記光学素子は、１／４波長の位相差を与える位相差板と、前記位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置された支持体層と、前記位相差板と前記支持体層との間に挟持され前記位相差板の遅相軸に対して略４５度の角度で交差する吸収軸を有する偏光子層と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、装置全体の薄型化が可能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。ここでは、バックライト光を利用して画像を表示する透過型の液晶表示装置を例に説明するが、この例に限らない。例えば、外光を利用して画像を表示する反射型の液晶表示装置、各画素が反射部及び透過部を有する半透過型液晶表示装置など種々のタイプの液晶表示装置に適用可能である。

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透過型液晶表示装置であって、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、液晶表示パネルＬＰＮの背面側、すなわちアレイ基板ＡＲの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の面に設けられた第１光学素子ＯＤ１、及び、液晶表示パネルＬＰＮの前面側、すなわち対向基板ＣＴの液晶層ＬＱを保持する面とは反対の面に設けられた第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。

このような液晶表示パネル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、ガラス板や石英板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成される。すなわち、このアレイ基板ＡＲは、表示領域ＤＳＰにおいて、各画素ＰＸに配置されたｍ×ｎ個の画素電極ＥＰ、これらの画素電極ＥＰの行方向に沿ってそれぞれ配置されたｎ本の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｎ）、これらの画素電極ＥＰの列方向に沿ってそれぞれ配置されたｍ本の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｍ）、各画素ＰＸに配置されたｍ×ｎ個のスイッチング素子Ｗ（例えば薄膜トランジスタ）などを備えている。

各スイッチング素子Ｗは、例えば、Ｎチャネル薄膜トランジスタであり、絶縁基板１０上に配置された半導体層１２を備えている。半導体層１２は、ポリシリコンや、アモルファスシリコンなどによって形成され、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。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。

スイッチング素子Ｗのゲート電極ＷＧは、走査線Ｙに接続され（あるいは走査線Ｙと一体的に形成され）、走査線Ｙ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。

スイッチング素子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と一体に形成される）とともに、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、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、有機絶縁膜１８上に配置され、有機絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極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材料によって形成されている。反射型の液晶表示装置においては、画素電極ＥＰは、アルミニウムなどの光反射性を有する導電材料によって形成される。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、ガラス板や石英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。この対向電極ＥＴは、複数の画素ＰＸの画素電極ＥＰに対向するように配置されている。この対向電極ＥＴは、ＩＴＯなどの光透過性を有する導電材料によって形成されている。対向電極ＥＴは、配向膜３６によって覆われている。

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、互いに異なる複数の色、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。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。

なお、このようなカラーフィルタ層３４は、アレイ基板ＡＲ側に配置しても良い。この場合、アレイ基板ＡＲにおける有機絶縁膜１８をカラーフィルタ層３４に置き換えても良いし、有機絶縁膜１８と画素電極ＥＰとの間にカラーフィルタ層３４を配置しても良い。

また、各画素ＰＸは、図示しないブラックマトリクスによって区画されている。このブラックマトリクスは、アレイ基板ＡＲに設けられた走査線Ｙや信号線Ｘ、スイッチング素子Ｗなどの配線部に対向するように配置されている。また、カラーフィルタ層３４の表面の凹凸の影響を緩和するために、カラーフィルタ層３４と対向電極ＥＴとの間に、オーバーコート層を配置しても良い。

上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、それぞれの配向膜２０及び３６が対向するように配置され、両者の間に配置された図示しないスペーサ（例えば一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサ）により、所定のギャップが形成される。液晶層ＬＱは、これらのアレイ基板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４０を含む液晶組成物によって構成されている。

また、液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの表示領域ＤＳＰの周辺の駆動回路領域ＤＣＴにおいて、ｎ本の走査線Ｙに接続された走査線ドライバＹＤを構成する少なくとも一部、及び、ｍ本の信号線Ｘに接続された信号線ドライバＸＤを構成する少なくとも一部を備えていても良い。

走査線ドライバＹＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいてｎ本の走査線Ｙに順次走査信号（駆動信号）を供給する。また、信号線ドライバＸＤは、コントローラＣＮＴによる制御に基づいて各行のスイッチング素子Ｗが走査信号によってオンするタイミングでｍ本の信号線Ｘに映像信号（駆動信号）を供給する。これにより、各行の画素電極ＥＰは、対応するスイッチング素子Ｗを介して供給される映像信号に応じた画素電位にそれぞれ設定される。

第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、それぞれ少なくとも偏光板を含んでいる。これらの偏光板は、例えば、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配置されている。また、これらの第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、透過光に対して適当な位相差を付与する位相差板を含んでいてもよい。例えば、円偏光を利用した表示モードにおいては、第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、それぞれ偏光板以外に、透過光にλ／４の位相差を付与する位相差板を含んでいてもよい。

ところで、偏光サングラスを通して液晶表示装置を観察した場合に偏光板の偏光軸と偏光サングラスの偏光軸とが直交する条件で、表示内容が視認しにくくなるといった課題がある。このような課題に対して、本実施形態においては、第２光学素子ＯＤ２の偏光板を通過した直線偏光を円偏光に変更することで、偏光板の吸収軸依存性を排除している。

より具体的に説明すると、図３に示すように、第２光学素子ＯＤ２は、位相差板ＲＬと、位相差板ＲＬと液晶表示パネルＬＰＮとの間に配置された支持体層ＳＬと、位相差板ＲＬと支持体層ＳＬとの間に挟持された偏光子層ＰＬと、を備えて構成されている。

すなわち、支持体層ＳＬは、液晶表示パネルＬＰＮにおける対向基板ＣＴの外面に配置されている。この支持体層ＳＬは、対向基板ＣＴの外面に接するように配置（つまり、対向基板ＣＴを構成する絶縁基板３０の外面に直接配置）しても良いし、これらの間に他の位相差板などの光学素子が介在しても良い。支持体層ＳＬは、例えばトリアセテート・セルロース（ＴＡＣ）によって形成されている。

偏光子層ＰＬは、支持体層ＳＬ上に配置されている。この偏光子層ＰＬは、例えば接着剤を介して支持体層ＳＬに接着されている。ここで適用した接着剤の厚みは、無視できるほど極めて薄い。この偏光子層ＰＬは、その面内で互いに直交する透過軸及び吸収軸を有している。このような偏光子層ＰＬは、例えば延伸処理され染色されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）によって形成されている。

位相差板ＲＬは、偏光子層ＰＬ上に配置されている。この位相差板ＲＬは、糊ＰＳを介して偏光子層ＰＬに貼り合わせられている。位相差板ＲＬは、その面内に互いに直交する進相軸及び透過軸を有しており、進相軸及び遅相軸をそれぞれ透過する所定波長の光の間に１／４波長の位相差を与える機能を有している。このような位相差板ＲＬは、例えばシクロオレフィン系ポリマによって形成されている。また、位相差板ＲＬは、偏光子層ＰＬを支持する支持体としての機能も兼ね備えている。

そして、このような構成の第２光学素子ＯＤ２においては、位相差板ＲＬの遅相軸は、偏光子層ＰＬの吸収軸とは、略４５度で交差している。

これにより、液晶表示パネルＬＰＮを透過した後、第２光学素子ＯＤ２の偏光子層ＰＬを透過した直線偏光は、位相差板ＲＬを透過した際に円偏光に変換される。つまり、観察者は、円偏光を観察することになり、たとえ偏光サングラスを通して液晶表示装置を観察したとしても、偏光サングラスの偏光軸の方位にかかわらず、表示内容の視認性を改善することが可能となる。

一方で、偏光板と位相差板とを組み合わせて円偏光板を構成する場合、一対の支持体層の間に偏光子層を挟持した偏光板が適用され、このような構成の偏光板に糊を介して位相差板が貼り合わせられる。つまり、偏光板を構成する３層と、位相差板、及び、糊をあわせて５層構造が必要となる。

これに対して、本実施形態によれば、第２光学素子ＯＤ２は、支持体層ＳＬ、偏光子層ＰＬ、糊ＰＳ、及び、位相差板ＲＬを順次積層した４層構造によって構成されている。このような構成の第２光学素子ＯＤ２は、５層構造の円偏光板と比較して全体の厚みを薄くすることができる。また、このような第２光学素子ＯＤ２を備えた液晶表示装置全体の薄型化も可能となる。さらに、第２光学素子ＯＤ２の構成を簡素化できるため、低コスト化も可能となる。

上述した第２光学素子ＯＤ２は、位相差板ＲＬの上に表面処理層ＳＴＬを備えていても良い。このような表面処理層ＳＴＬは、例えばＴＡＣによって形成されたベースフィルムＢＦの上に成膜された薄膜であり、例えば、ハードコート層、アンチグレア層（防眩層）、散乱層などである。このような表面処理層ＳＴＬは、ベースフィルムＢＦとの間の糊ＰＳを介して位相差板ＲＬに貼り合わせられている。

また、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に、所定波長の位相差を与える１以上の位相差板を備えていてもよい。例えば、円偏光を利用した表示モードにおいては、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に１／４波長の位相差を与える位相差板が配置される。また、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードなどのように光学補償を必要とする表示モードにおいては、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に複数の位相差板が配置される。

このように、第２光学素子ＯＤ２と液晶表示パネルＬＰＮとの間に１以上の位相差板を必要とする場合には、支持体層ＳＬが位相差板からなる構成としてもよい。つまり、第２光学素子ＯＤ２において、支持体層ＳＬが本来の支持体としての機能のほかに、位相差板としての機能を兼ね備えたことにより、液晶表示装置全体の薄型化が可能となる。

（実施例）
図３に示した構成の第２光学素子ＯＤ２においては、支持体層ＳＬの厚みは４０μｍであり、偏光子層ＰＬの厚みは２８μｍであり、位相差板ＲＬの厚みは２７μｍであり、位相差板ＲＬと偏光子層ＰＬとの間の糊ＰＳの厚みが１５μｍであり、表面処理層ＳＴＬの厚みが５μｍであり、ベースフィルムＢＦの厚みが４０μｍであり、位相差板ＲＬとベースフィルムＢＦとの間の糊ＰＳの厚みが１５μｍであり、支持体層ＳＬと液晶表示パネルＬＰＮとの間の糊ＰＳの厚みが２５μｍである。

これにより、実施例に係る第２光学素子ＯＤ２の総厚は、１９５μｍである。

（比較例）
図４に示した構成の第２光学素子ＯＤ２においては、一対の支持体層ＳＬ１及びＳＬ２の厚みはそれぞれ４０μｍであり、偏光子層ＰＬの厚みは２８μｍであり、位相差板ＲＬの厚みは２７μｍであり、位相差板ＲＬと支持体層ＳＬ２との間の糊ＰＳの厚みが１５μｍであり、表面処理層ＳＴＬの厚みが５μｍであり、ベースフィルムＢＦの厚みが４０μｍであり、位相差板ＲＬとベースフィルムＢＦとの間の糊ＰＳの厚みが１５μｍであり、支持体層ＳＬ１と液晶表示パネルＬＰＮとの間の糊ＰＳの厚みが２５μｍである。

これにより、比較例に係る第２光学素子ＯＤ２の総厚は、２３５μｍである。

以上説明したように、実施例に係る第２光学素子ＯＤ２の厚みは、比較例に係る第２光学素子ＯＤ２の厚みと比較して、支持体層ＳＬ２の厚み分（４０μｍ）だけ薄型化できることが確認された。

なお、この発明は、上記各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わせてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の断面構造を概略的に示す図である。 図３は、図２に示した液晶表示装置の第２光学素子の構成を概略的に示す図である。 図４は、比較例に係る第２光学素子の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

ＬＰＮ…液晶表示パネル、ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＯＤ１…第１光学素子、ＯＤ２…第２光学素子、ＳＬ…支持体層、ＰＬ…偏光子層、ＲＬ…位相差板、ＢＬ…バックライトユニット、ＰＸ…画素

Claims (4)

1. 一対の基板間に液晶層を保持した構成の液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの前面側に配置された光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、１／４波長の位相差を与える位相差板と、前記位相差板と前記液晶表示パネルとの間に配置された支持体層と、前記位相差板と前記支持体層との間に挟持され前記位相差板の遅相軸に対して略４５度の角度で交差する吸収軸を有する偏光子層と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記位相差板上に表面処理層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶表示パネルと前記光学素子との間に、所定波長の位相差を与える１以上の位相差板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記支持体層は、所定波長の位相差を与える１以上の位相差板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。

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