JP2009222797A - Liquid crystal display panel and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関するものであり、特に、マイクロレンズアレイを備えた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display panel and a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device including a microlens array.
近年、モニター、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などの表示装置として液晶表示装置が広く利用されている。液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルの透過率(又は反射率)を駆動信号によって変化させ、液晶表示パネルに照射される光源からの光の強度を変調して画像や文字などを表示する。液晶表示装置には、液晶表示パネルに表示された画像などを直接観察する直視型表示装置や、液晶表示パネルに表示された画像を投影レンズによってスクリーン上に拡大投影する投影型表示装置(プロジェクタ)などがある。 In recent years, liquid crystal display devices have been widely used as display devices for monitors, projectors, portable information terminals, mobile phones and the like. In general, a liquid crystal display device changes the transmittance (or reflectivity) of a liquid crystal display panel according to a drive signal and modulates the intensity of light from a light source irradiated on the liquid crystal display panel to display an image, text, or the like. The liquid crystal display device includes a direct-view display device that directly observes an image displayed on the liquid crystal display panel, and a projection display device (projector) that projects an image displayed on the liquid crystal display panel on a screen by a projection lens. and so on.
液晶表示装置は、マトリクス状に規則的に配列された画素のそれぞれに画像信号に対応した駆動電圧を印加することによって、各画素における液晶層の光学特性を変化させ、液晶層を通過した光を偏光板を用いて調光することによって表示を行う。 The liquid crystal display device changes the optical characteristics of the liquid crystal layer in each pixel by applying a driving voltage corresponding to the image signal to each of the pixels regularly arranged in a matrix, and the light that has passed through the liquid crystal layer is changed. Display is performed by dimming using a polarizing plate.
液晶表示装置には、表示面から入射した光を反射させて表示を行う反射型液晶表示装置、及びバックライト光源からの光を透過させて表示を行う透過型液晶表示装置がある。また、近年、モバイル機器等の表示装置として、各画素の中に、バックライト光源からの光を利用して表示を行う領域と、表示面から入射した光を反射して表示を行う領域とを備えた半透過型(透過反射型)液晶表示装置の開発が進められている。 The liquid crystal display device includes a reflective liquid crystal display device that performs display by reflecting light incident from a display surface, and a transmissive liquid crystal display device that performs display by transmitting light from a backlight light source. In recent years, as display devices for mobile devices and the like, each pixel includes a region that displays using light from a backlight light source, and a region that displays by reflecting light incident from a display surface. Development of a transflective (transmission / reflection) liquid crystal display device provided is underway.
透過領域を有する液晶表示装置の光利用効率を改善するために、液晶表示パネルに個々の画素に光を集光するマイクロレンズを設け、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上させる方法が特許文献1に開示されている。 In order to improve the light utilization efficiency of a liquid crystal display device having a transmissive region, a method for improving the effective aperture ratio of the liquid crystal display panel by providing a microlens for condensing light on each pixel in the liquid crystal display panel is patented It is disclosed in Document 1.
また、マイクロレンズを精度良く形成する方法が特許文献2に記載されている。特許文献2のマイクロレンズは、基板上に塗布した光硬化性樹脂にCF基板側から画素開口部を介して光を照射した後、現像、加熱等のフォトリソグラフィ工程を施すことによって形成され、その光照射工程には、画素開口部を透過する光の入射角度を変化させて露光を行う、いわゆるセルフアライメント露光が採用される。この露光方法によれば、マイクロレンズが各画素に対応して自己整合的に形成されるため(セルフアライメント方式によるマイクロレンズの形成)、マイクロレンズを形成するためのマスクのアライメントが不要となり、画素開口部とマイクロレンズアレイとの位置合わせを極めて高い精度で行うことが出来る。 Further, Patent Document 2 describes a method for forming microlenses with high accuracy. The microlens of Patent Document 2 is formed by irradiating light from a CF substrate side to a photocurable resin applied on a substrate through a pixel opening, and then performing a photolithography process such as development and heating. In the light irradiation process, so-called self-alignment exposure is performed in which exposure is performed by changing the incident angle of light that passes through the pixel opening. According to this exposure method, since the microlens is formed in a self-aligned manner corresponding to each pixel (formation of the microlens by the self-alignment method), alignment of the mask for forming the microlens becomes unnecessary, and the pixel Positioning of the opening and the microlens array can be performed with extremely high accuracy.
特許文献3には、カーナビゲーションシステムのモニタ表示部等に用いられる液晶ディスプレイが記載されている。図8は、特許文献3において車載用液晶ディスプレイの問題点を説明するために用いられた図である。 Patent Document 3 describes a liquid crystal display used for a monitor display unit of a car navigation system. FIG. 8 is a diagram used for explaining the problem of the in-vehicle liquid crystal display in Patent Document 3. In FIG.
図8を用いて説明されているように、カーナビゲーションシステム等に用いられる従来の液晶ディスプレイ4は、表示光を、ドライバー1及び助手席に向かう方向のみならず、他の広い方位角方向及び極角方向にもほぼ同様の強度で伝播させる。したがって、図8の中で斜線にて示されるように、フロントグラス5またはドアグラス6に表示の映り込み4A及び4Bが発生し、ドライバー1による運転の妨げになるという問題があった。 As described with reference to FIG. 8, the conventional liquid crystal display 4 used in a car navigation system or the like is not limited to the direction in which the display light is directed toward the driver 1 and the passenger seat, but in other wide azimuth directions and poles. Propagate in the angular direction with almost the same intensity. Therefore, as shown by the hatched lines in FIG. 8, display reflections 4 </ b> A and 4 </ b> B are generated on the front glass 5 or the door glass 6, which hinders the driver 1 from driving.
このような問題を解決するために、特許文献3には、バックライトから出射された光の出射方向を光出射方向修正素子によって修正することにより、液晶ディスプレイの表示部から出射される光に指向性を与え、特定の方向にのみ明るい表示を提供する技術が記載されている。 In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228867 discloses a technique for directing light emitted from a display unit of a liquid crystal display by correcting the emission direction of light emitted from a backlight by a light emission direction correcting element. A technique is described that provides a bright display only in a specific direction.
特許文献4には、基板法線に対して非対称な形状を有するマイクロ光学素子を光入射側に配置した液晶表示装置が開示されている。 Patent Document 4 discloses a liquid crystal display device in which micro optical elements having an asymmetric shape with respect to the substrate normal are arranged on the light incident side.
図9は、特許文献4に開示された液晶表示装置の断面を表している。図9に示されるように、この液晶表示装置では、コントラストを向上させるために、入射光が非対称マイクロレンズによって液晶のプレチルト角に合った方向に傾けられる。 FIG. 9 shows a cross section of the liquid crystal display device disclosed in Patent Document 4. As shown in FIG. 9, in this liquid crystal display device, in order to improve contrast, incident light is tilted by an asymmetric microlens in a direction that matches the pretilt angle of the liquid crystal.
また、特許文献5には、液晶表示装置に用いられるバックライトの一例が示されている。
車載用、モバイル用等の液晶表示パネルには、消費電力を抑えるために、より光の利用効率の高い液晶表示パネルが求められる。また、日中の車内や屋外など明るい場所での使用においては、表示品質を向上させるために、より高い輝度で表示を行うことが求められる。また、上述したように、窓等への映り込みを抑えるために、表示に指向性を与えることも要求される。 In order to reduce power consumption, liquid crystal display panels with higher light utilization efficiency are required for liquid crystal display panels for in-vehicle use and mobile use. Further, in use in a bright place such as in a car during the daytime or outdoors, it is required to display with higher luminance in order to improve display quality. Further, as described above, in order to suppress reflection in a window or the like, it is also required to give directivity to the display.
特許文献3には、光出射方向修正素子を用いることにより出射光の方向を規制して表示に指向性を与えることは記載されているが、光の利用効率を向上させるための技術については述べられていない。 Patent Document 3 describes that the direction of the emitted light is regulated by using a light emission direction correcting element to give directivity to the display, but a technique for improving the light utilization efficiency is described. It is not done.
また、特許文献4の液晶表示パネルにおいては、垂直配向時の液晶のプレチルト角度に合わせて光の入射角度及び出射角度が規定される。したがって、このような液晶表示パネルでは、出射光の方向は液晶のプレチルト角度によって完全に規定されるため、指向性の向きを任意に設定することはできない。また、垂直配向時の液晶のプレチルト角度は、通常、基板鉛直方向に対して5度以下に設定されるため、それ以上の極角方向に向けて指向性を高めることもできない。よって、この液晶表示パネルでは、図1に示される運転手方向に指向性の強い表示を行うことができない。また、不必要な方向への光の出射を防止することもできず、特許文献4の液晶表示パネルを用いて映り込みを低減させることは困難である。 Further, in the liquid crystal display panel of Patent Document 4, the incident angle and the outgoing angle of light are defined in accordance with the pretilt angle of the liquid crystal during vertical alignment. Therefore, in such a liquid crystal display panel, since the direction of the emitted light is completely defined by the pretilt angle of the liquid crystal, the directivity direction cannot be arbitrarily set. Further, since the pretilt angle of the liquid crystal during vertical alignment is usually set to 5 degrees or less with respect to the vertical direction of the substrate, the directivity cannot be increased in the polar angle direction beyond that. Therefore, in this liquid crystal display panel, it is not possible to perform display with strong directivity in the driver direction shown in FIG. Further, it is impossible to prevent the emission of light in unnecessary directions, and it is difficult to reduce the reflection using the liquid crystal display panel of Patent Document 4.
バックライトのみならず外光を利用して表示を行うことができる半透過型液晶表示パネルは、光の利用効率向上及び消費電力の低減に適している。しかし、半透過型液晶表示パネルは、各画素の中に広い反射領域を有するため、反射領域による遮光によってバックライトの利用効率が低下する。特に暗所での使用時には、ほぼバックライトのみに頼って表示を行うため、輝度の向上と消費電力の低減を両立させるために、バックライトの利用効率の向上が必要である。 A transflective liquid crystal display panel that can perform display using external light as well as a backlight is suitable for improving light utilization efficiency and reducing power consumption. However, since the transflective liquid crystal display panel has a wide reflection area in each pixel, the use efficiency of the backlight is reduced due to light shielding by the reflection area. In particular, when used in a dark place, display is performed almost exclusively by the backlight. Therefore, it is necessary to improve the utilization efficiency of the backlight in order to achieve both improvement in luminance and reduction in power consumption.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロレンズを備えた比較的広い遮光領域を有する半透過型等の液晶表示パネルによって、指向性の強い表示を提供すると共に、バックライトの利用効率をさらに向上させることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a highly directional display by a transflective liquid crystal display panel having a relatively wide light-shielding region provided with a microlens. At the same time, the utilization efficiency of the backlight is further improved.
本発明による液晶表示装置は、複数の画素を備えた液晶表示パネルであって、TFT及び画素電極を含む電気素子層を備えたTFT基板と、前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向基板と、前記電気素子層と前記対向電極との間に配置された液晶層と、前記複数の画素に対応するように、前記TFT基板の前記液晶層とは反対側の第1面の上に配置された複数のマイクロレンズと、を備え、前記複数の画素のそれぞれが、前記TFT基板の前記第1面から入射する光を前記対向基板の外面に向けて透過させる開口部と、前記TFT基板の前記第1面から入射する光を遮光する遮光部とを含み、前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、基板面に垂直な軸であってマイクロレンズの中心を通る軸に対して非対称な形状を有し、且つ、入射光を前記開口部に向けて集光する第1レンズ部分と、入射光を前記遮光部に向けて集光する第2レンズ部分とを含む。 A liquid crystal display device according to the present invention is a liquid crystal display panel including a plurality of pixels, and includes a TFT substrate including an electric element layer including TFTs and pixel electrodes, and a counter substrate including a counter electrode facing the pixel electrodes. And a liquid crystal layer disposed between the electric element layer and the counter electrode, and a first surface of the TFT substrate opposite to the liquid crystal layer so as to correspond to the plurality of pixels. A plurality of microlenses, wherein each of the plurality of pixels transmits an incident light from the first surface of the TFT substrate toward an outer surface of the counter substrate; and A light shielding portion that shields light incident from the first surface, and each of the plurality of microlenses has an asymmetric shape with respect to an axis that is perpendicular to the substrate surface and passes through the center of the microlens. And incident The toward the opening portion comprising a first lens portion for focusing, a second lens portion for condensing light toward the light incident on the light-shielding portion.
ある実施形態では、前記第1レンズ部分の光軸が前記開口部を通り、前記第2レンズ部分の光軸が前記遮光部を通る。 In one embodiment, the optical axis of the first lens portion passes through the opening, and the optical axis of the second lens portion passes through the light shielding portion.
ある実施形態では、前記第1レンズ部分の焦点位置が前記開口部の中にあり、前記第2レンズ部分の焦点位置が前記遮光部の中にある。 In one embodiment, the focal position of the first lens portion is in the opening, and the focal position of the second lens portion is in the light shielding portion.
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズが複数のレンチキュラーレンズであり、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれが、基板面に垂直な面であって、前記複数のレンチキュラーレンズの延びる第1方向に平行な面に対して非対称な形状を有する。 In one embodiment, the plurality of microlenses are a plurality of lenticular lenses, and each of the plurality of lenticular lenses is a surface perpendicular to a substrate surface and parallel to a first direction in which the plurality of lenticular lenses extend. It has an asymmetric shape with respect to the surface.
ある実施形態では、基板面に垂直に見た場合、前記第1方向に垂直な第2方向における前記複数の画素のそれぞれの中央位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの中央位置と異なる。 In one embodiment, when viewed perpendicularly to the substrate surface, each central position of the plurality of pixels in a second direction perpendicular to the first direction is different from each central position of the plurality of lenticular lenses.
ある実施形態では、基板面に垂直に見た場合、前記第2方向における前記複数の画素のそれぞれの端部位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの端部位置と異なる。 In one embodiment, when viewed perpendicular to the substrate surface, the end positions of the plurality of pixels in the second direction are different from the end positions of the plurality of lenticular lenses.
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第2方向に沿って見た場合、前記遮光部の半分以上が前記第1レンズ部分と重なっている。 In one embodiment, when viewed along the second direction perpendicular to the substrate surface, more than half of the light shielding portion overlaps the first lens portion.
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第2方向に沿って見た場合、前記第2レンズ部分の全てが前記遮光部と重なっている。 In one embodiment, when viewed along the second direction perpendicular to the substrate surface, all of the second lens portion overlaps the light shielding portion.
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、前記第1レンズ部分と前記第2レンズ部分との間に配置された、基板面に略平行な光入射面を有する第3レンズ部分を含む。 In one embodiment, each of the plurality of microlenses includes a third lens portion that is disposed between the first lens portion and the second lens portion and has a light incident surface substantially parallel to the substrate surface. .
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第2方向に沿って見た場合、前記第3レンズ部分の全てが前記開口部と重なっている。 In one embodiment, when viewed along the second direction perpendicular to the substrate surface, all of the third lens portion overlaps the opening.
ある実施形態では、前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルを透過する光によって表示を行う透過領域と、前記電気素子層に含まれる反射層によって光を反射させて表示を行う反射領域とを備えた半透過型液晶表示パネルであり、前記対向基板はカラーフィルタ層を含み、前記遮光部は、前記反射領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分であり、前記開口部は、前記透過領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分である。 In one embodiment, the liquid crystal display panel includes a transmissive region that performs display by light transmitted through the liquid crystal display panel, and a reflective region that performs display by reflecting light by a reflective layer included in the electrical element layer. The counter substrate includes a color filter layer, and the light shielding portion is a portion from a bottom surface of the electric element layer to an upper surface of the color filter layer in the reflection region, and the opening. The portion is a portion from the bottom surface of the electric element layer to the top surface of the color filter layer in the transmission region.
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズが、光硬化性樹脂からなり、前記開口部を介して照射された光を利用して自己整合的に形成されている。 In one embodiment, the plurality of microlenses are made of a photocurable resin, and are formed in a self-aligned manner using light irradiated through the opening.
ある実施形態では、前記マイクロレンズの前記TFT基板とは反対側に、前記マイクロレンズと同じ材料またはアクリル材料によって形成された保護層が配置されている。 In one embodiment, a protective layer made of the same material as the microlens or an acrylic material is disposed on the side of the microlens opposite to the TFT substrate.
本発明による液晶表示装置は、上記の液晶表示パネルと、前記マイクロレンズの前記TFT基板とは反対側に配置されたバックライトとを備えている。 A liquid crystal display device according to the present invention includes the above-described liquid crystal display panel, and a backlight disposed on the side of the microlens opposite to the TFT substrate.
ある実施形態では、前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、狭指向性を有する光を出射する。 In one embodiment, the backlight emits light having narrow directivity toward the liquid crystal display panel.
ある実施形態では、前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの基板面鉛直方向から傾斜した方向に伝播する照射光を出射し、前記傾斜した方向に沿って前記複数のマイクロレンズが非対称の形状を有する。 In one embodiment, the backlight emits irradiation light propagating in a direction inclined from a vertical direction of the substrate surface of the liquid crystal display panel toward the liquid crystal display panel, and the plurality of light sources along the inclined direction. The microlens has an asymmetric shape.
本発明によれば、マイクロレンズの第1レンズ部分によって多くの入射光を集光させると共に、その集光された光によって所望の指向性が得られ、また、第2レンズ部分によって不要な方向に向かう光路が妨げられる。したがって、比較的広い遮光領域を有する液晶表示パネルのバックライト利用効率が向上すると共に、特別な素子を付加することなく指向性の強い表示を提供することができる。 According to the present invention, a large amount of incident light is condensed by the first lens portion of the microlens, a desired directivity is obtained by the condensed light, and an unnecessary direction is obtained by the second lens portion. The optical path to go is obstructed. Therefore, the backlight utilization efficiency of the liquid crystal display panel having a relatively wide light-shielding region can be improved, and a highly directional display can be provided without adding a special element.
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a liquid crystal display device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の液晶表示装置100の構成を模式的に示した断面図である。液晶表示装置100は、アクティブマトリクス方式による半透過型(反射透過型)の液晶表示装置(LCD)である。図に示すように、液晶表示装置100は、液晶表示パネル(マイクロレンズ付き液晶表示パネル)50と、液晶表示パネル50の下(表示面と反対側の面側)に配置されたバックライト30とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the liquid
液晶表示パネル50は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する貼り合せ基板51と、貼り合せ基板51の受光面(紙面に垂直に延びる貼り合せ基板51の底面)に設けられた複数のマイクロレンズ53を含むマイクロレンズアレイ52と、マイクロレンズアレイ52の周辺領域に設けられた支持体59と、貼り合せ基板51の観察者側(図の上側)に設けられた前面側光学フィルム54と、マイクロレンズアレイ52の光入射側に設けられた背面側光学フィルム55と、背面側光学フィルム55とマイクロレンズアレイ52との間に配置された保護層56とを備えている。
The liquid
マイクロレンズアレイ52は、光硬化性樹脂によって形成されている。マイクロレンズアレイ52の各マイクロレンズ53は、例えば特許文献2に記載される方法に従って、光硬化性樹脂に画素の開口部を介して光を照射することにより、各画素に対応するように自己整合的に形成されている。なお、マイクロレンズ53を、他の従来の方法によって形成してもよく、例えば、スタンパによって樹脂を型取りすることにより形成することも可能である。
The
保護層56は、マイクロレンズアレイ52と同じ光硬化性樹脂によって、マイクロレンズアレイ52及び支持体59に接するように設けられている。保護層56とマイクロレンズアレイ52は、保護層56が各マイクロレンズ53の頂点付近にのみ接するように貼り合わせられており、マイクロレンズアレイ52と保護層56との間には、空気を含む間隙が形成されている。
The
前面側光学フィルム54は接着層57を介して貼り合せ基板51に貼り付けられており、背面側光学フィルム55は接着層58を介して保護層56に貼り付けられている。なお、前面側光学フィルム54及び背面側光学フィルム55は、それぞれ、直線偏光を透過する偏光フィルムを含んでいる。
The front side
保護層56は、可視光の透過率が高いアクリル系あるいはエポキシ系のUV硬化樹脂で形成されているが、これを熱硬化性樹脂によって形成することも可能である。保護層56及び支持体59は、マイクロレンズ53と同じ材料、あるいはマイクロレンズ53を構成する材料の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料によって形成することが好ましい。
The
保護層56が支持体59と複数のマイクロレンズ53の頂上部とによって固定されているので、液晶表示パネル50の押圧強度が高くなる。また、保護層56に硬化性樹脂を用いることにより、保護層56とマイクロレンズアレイ52とを、接着層を用いることなく強固に固着することができる。したがって、本実施形態によれば、たとえ液晶表示パネル50が押圧を受けたとしても、背面側光学フィルム55とマイクロレンズアレイ52との間隔が一定に保たれるので、両者の間隔が変化することに起因する輝度ムラの発生を防止することができる。
Since the
マイクロレンズアレイ52と保護層56との間をマイクロレンズアレイ52とは異なる屈折率を有する材料で埋めてもよい。このような構成を採ることにより、液晶表示パネル50の強度を上げることができる。また、強度は落ちるものの、支持体59の高さをマイクロレンズアレイ52の高さよりも高くして、保護層56を支持体59のみで支えてもよい。
The space between the
保護層56を配置しない構成を採ることも可能である。しかしその場合、マイクロレンズアレイ52に接着層58が接することになり、液晶表示パネル50が押圧を受けた場合、接着材がマイクロレンズアレイ52の中に入り込み、表示ムラ等の不具合を発生させる恐れがある。本実施形態のように保護層56を配置することにより、そのような不具合の発生を防止することができる。
It is also possible to adopt a configuration in which the
貼り合せ基板51は、画素毎にTFTが形成されたTFT基板60と、カラーフィルタ基板(CF基板)である対向基板62と、液晶層64とを備えている。液晶層64は、TFT基板60と対向基板62との間に封入された液晶材料を含み、外周部に設けられたシール材66によって密閉されている。
The bonded
マイクロレンズ53は、貼り合せ基板51にマトリクス状に配置された画素の列方向(図の紙面垂直方向)に延びるレンチキュラーレンズである。画素の行方向(図の紙面左右方向)に沿って見た場合、各マイクロレンズ53は非対称の形状を有している。図1にはマイクロレンズ53の簡略化した断面形状を示している。マイクロレンズの断面形状の詳細は、後に図4及び図5を用いて説明する。
The
画素ピッチ(1つの画素の行方向の幅)は約170μmであり、マイクロレンズ53の幅も画素ピッチに対応している。ただし、後述するように、行方向に沿って見た場合、画素の位置とレンチキュラーレンズの位置は一致してはいない。すなわち、行方向における画素の中央とレンチキュラーレンズの中央は一致しておらず、画素の端部位置とレンチキュラーレンズの端部位置も異なっている。
The pixel pitch (the width in the row direction of one pixel) is about 170 μm, and the width of the
マイクロレンズ53をレンチキュラーレンズとした場合、各マイクロレンズ53は画素の列に沿って複数の画素を覆うように形成される。各マイクロレンズ53の画素の列に沿った幅を1つの画素と同じ幅に形成してもよい。
When the
バックライト30には、逆プリズム(TL:Turning Lens又はRP:Reversed Prism)を利用したエッジライト方式のバックライトが用いられる。この方式のバックライト30により、指向性の強い平行光(狭指向性を有する光とも呼ぶ)が得られる。
As the
図1に示すように、バックライト30は、導光板32と、導光板32の1つの側面に配置されたLEDや冷陰極管等の光源34と、導光板32の下に配置された反射板36と、導光板32の上(液晶表示パネル側)に配置されたプリズムシート38を備えている。
As shown in FIG. 1, the
反射板36に面する導光板32の下部には鋸歯状に溝が掘られており、その結果、導光板32の底面には、傾斜角度θが異なる複数の傾斜面が形成される。ここで複数の傾斜面は、光源34から離れるに従って傾斜角度θが大きくなるように形成されている。プリズムシート38は、下方向に尖った複数のプリズムを有する。
A groove is formed in a sawtooth shape below the
光源34から出射された光は、反射板36あるいは導光板32の傾斜面で反射された後、導光板32の上面(出射面)を通過し、プリズムシート38のプリズムによって屈折された後、液晶表示パネル50に向けて出射される。
The light emitted from the
光源34から発せられた光のうち、導光板32の底面及び上面に臨界角(Critical Angle)以上の角度で入射した光は、これらの面によって全反射される。一方、臨界角よりも小さい角度で入射した光は、その一部が反射され、残りは屈折して底面又は上面から出射される。底面から出射した光は、反射板36で反射して再び導光板32に入射し、上面から出射した光はプリズムシート38へと向かう。
Of the light emitted from the
このような仕組みにより、導光板32を伝播する光は反射及び屈折を繰り返しながら、徐々にプリズムシート38に向けて出射されていくが、このとき、導光板32から出射される光は、上面の面鉛直方向から傾いた方向の指向性を有する光となる。この指向性の方向は、上面の面鉛直方向を極角0°、上面に沿って光源34から離れる方向(図の左から右に向かう方向)を極角90°とした場合、例えば極角45°以上90°未満の方向となる。
With such a mechanism, light propagating through the
ここで、光が「指向性を有する」とは、出射される光がある特定の方向に対して強い強度を有することを示しており、指向性の強さ、すなわち特定の方向に対してどの程度強い方向性を有するかは、出射光の強度分布における半値幅角によって示される。その半値幅角の中心値によって示される方向を「指向性の方向」と定義する。 Here, “having directivity” means that the emitted light has a strong intensity with respect to a certain direction, and the intensity of directivity, that is, with respect to a certain direction, Whether or not the directionality is strong is indicated by the half-value width angle in the intensity distribution of the emitted light. The direction indicated by the center value of the half-value width angle is defined as “direction of directivity”.
なお、バックライト30には、特許文献5に記載されたバックライトを用いてもよく、それによっても指向性の強い光を得ることができる。
In addition, the backlight described in patent document 5 may be used for the
次に、貼り合せ基板51のより詳細な構成を説明する。
Next, a more detailed configuration of the bonded
図2は、貼り合せ基板51の一部の形状を模式的に表した断面図である。図に示すように、TFT基板60は、透明基板70と、透明基板70の上に形成された電気素子層78を備えている。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a part of the bonded
電気素子層78は、画素毎に形成された反射部72と画素電極76と、透明電極70と画素電極76との間に形成された絶縁層74とを含む。電気素子層78には、図示するものの他に、画素毎に配置されたTFT、画素を区分するように配置されたゲートライン(走査線)及びソースライン(信号線)、Csライン(補助容量線)なども形成されている。反射部72は、アルミニウム等の金属からなる反射層を有しており、この反射層により表示面側から入射した光が反射され、反射光46として表示面から出射される。TFT、ゲートライン、ソースライン、Csラインも、反射部の一部となり得る。
The
対向基板62は、対向電極84、CF(カラーフィルタ)層82、および透明基板80を備えている。透明基板80の上部の面は、液晶表示装置100の表示面となる。なお、TFT基板60および対向基板62それぞれの液晶層側の面には、電圧無印加時に液晶に垂直配向性を与える図示しない配向膜が形成されている。
The
基板面に垂直な方向から見た場合、液晶表示パネル50において、反射部72が形成されている領域を反射領域42と呼び、反射部72が形成されておらずバックライト30からの光を透過させ得る領域(透過光44を出射し得る領域)を透過領域43と呼ぶ。また、画素電極72のそれぞれを囲むように格子状に配置されたゲートライン及びソースラインによって区切られた領域を画素領域40と呼ぶ。
When viewed from the direction perpendicular to the substrate surface, in the liquid
なお、反射部72の上部の対向基板62の側には、透過性樹脂等によって形成された図示しない調整層が設けられ得る。調整層によって反射領域42と透過領域43における液晶層64内での光路長を同じにすることができる。
Note that an adjustment layer (not shown) made of a transmissive resin or the like may be provided on the
図3は、表示面側から見た液晶表示パネル50の構成を模式的に表した図である。図に示すように、マイクロレンズアレイ52は、画素の行方向Bに沿って画素ピッチと同じピッチで配列された複数のマイクロレンズ53からなる。各マイクロレンズ53は、画素の列方向Cに沿って延びるレンチキュラーレンズである。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the liquid
図4及び図5は、液晶表示パネル50の図3におけるA−A’位置の断面を模式的に表した図である。図4には、バックライト30から液晶表示パネル50に向けて、基板面に垂直に入射光90が照射される場合の光路を表しており、図5には、バックライト30から基板面鉛直方向に対して傾いた入射光90’が照射される場合の光路を表している。なお、これらの図では、前面側光学フィルム54、背面側光学フィルム55、保護層56等の図示を省略している。
4 and 5 are diagrams schematically showing a cross section of the liquid
図4及び図5に示すように、各マイクロレンズ53は、基板面に垂直な軸であって、行方向Bにおいてマイクロレンズ53の中心を通る軸に対して非対称な形状を有している。
マイクロレンズ53をレンチキュラーレンズとして考えた場合、各マイクロレンズ53は、基板面に垂直な面であって列方向Cに平行な面に対して非対称な形状を有するとも言える。
As shown in FIGS. 4 and 5, each microlens 53 has an asymmetric shape with respect to an axis perpendicular to the substrate surface and passing through the center of the
When the
各マイクロレンズ53は、第1の曲率を有する第1入射面を備えた第1部分53aと、第1の曲率よりも大きな曲率を有する(第1入射面よりも曲率半径が小さい)第2入射面を備えた第2レンズ部分53bとを有する。
Each
基板鉛直方向から見て反射領域42の中に位置する部分のうち、基板厚さ方向において電気素子層78の底面からCF層82の上面までの範囲にある部分(反射部72、絶縁層74、画素電極76、液晶層64、対向電極84、及びCF層82を含む)を遮光部と呼ぶ。また、基板鉛直方向から見て透過領域43の中に位置する部分のうち、基板厚さ方向において電気素子層78の底面からCF層82の上面までの範囲にある部分を開口部と呼ぶ。
Of the portion located in the
第1レンズ部分53aの焦点93aは開口部の中に位置し、第2レンズ部分53bの焦点93bは遮光部の中に位置する。第1レンズ部分53aの光軸92aは遮光部を通ることなく開口部を通って延び、第2レンズ部分53bの光軸92bは遮光部を通って延びている。つまり、第1レンズ部分53aによって入射光90及び90’は開口部に向けて集光され、第2レンズ部分53bによって入射光90及び90’は遮光部に向けて集光される。したがって、第1レンズ部分53aを透過した光91aは、遮光部によってほとんど遮光されることなく、正の行方向Bに強く傾いた出射光となり、第2レンズ部分53bを透過した光91bは、そのほぼ全てが反射部72によって遮光される。
The
なお、第2レンズ部分53bの光軸92bが反射部72を通って延びるようにマイクロレンズ53を形成すれば、不要な方向に進む光のより多くを遮光することができる。また、第2レンズ部分53bの焦点93bが反射部72の中に位置するようにマイクロレンズ53を形成すれば、さらに多くの不要な光を遮光することができる。
If the
基板面に垂直に見た場合、マイクロレンズ53の行方向Bの端部は反射部72の中に位置し、画素の端部とは異なる部分に位置する。言い換えれば、基板面に垂直に見た場合、行方向Bにおける各画素の中央の位置は、各マイクロレンズ53の中央位置とは異なっている。また、基板面に垂直に行方向B方向に沿って見た場合、反射部72(又は遮光部)の半分以上が第1レンズ部分53aと重なっており、第2レンズ部分53bは全て反射部72(又は遮光部)と重なる。
When viewed perpendicularly to the substrate surface, the end of the
本実施形態の液晶表示装置100によれば、第1レンズ部分53aを透過した光によって正の行方向Bに向けて指向性の強い表示が得られる。また、それと同時に、本来反射部72によって遮光されるバックライトの多くを表示に用いることができるため、光の利用効率が向上する。また、第2レンズ部分53bによって不要な方向に向かう光路が妨げられるため、より指向性の強い表示を行うことができる。したがって、液晶表示装置100を車載用の液晶ディスプレイとして用いた場合、より明るい表示が得られると共に、窓への映り込みも防止することが可能となる。
According to the liquid
図6は、本実施形態による液晶表示装置100から出射される表示光の強度の極角依存性を表しており、(a)は画素の列方向Cに沿った極角依存性を、(b)は画素の行方向Bに沿った極角依存性をそれぞれ表したグラフである。図6(a)のグラフの横軸は列方向Cに沿って見た場合の極角を表しており、縦軸は出射光の強度を表している。図6(b)のグラフの横軸は行方向Bに沿って見た場合の極角を表しており、縦軸は出射光の強度を表している。両グラフにおける実線は、本実施形態の液晶表示装置100から得られた特性を示しており、点線はマイクロレンズ53を備えない液晶表示装置(比較例と呼ぶ)から得られた特性を示している。
FIG. 6 shows the polar angle dependency of the intensity of the display light emitted from the liquid
図6の(a)及び(b)からわかるように、列方向Cに沿ってみた場合、液晶表示装置100の出射光も比較例の出射光も、強度のピークは極角0度の位置にあり、ほぼ同様の極角依存性を有している。しかし、行方向Bに沿ってみた場合には、比較例では強度のピーク位置が極角0度の方向にあるのに対し、液晶表示装置100ではピーク位置が正の極角方向(約10度)の方向にある。したがって、本願発明によるマイクロレンズ53を用いることにより、指向性の強い表示が得られることがわかる。
As can be seen from FIGS. 6A and 6B, when viewed along the column direction C, the intensity peaks of the emitted light of the liquid
なお、これらのグラフは、液晶表示パネル50がバックライト30から図5に示した入射光90’を受けた場合の特性を表している。液晶表示パネル50が図4に示した入射光90を受けた場合、行方向Bに沿った強度のピーク位置(指向性の方向)が、図6(b)に示すピークよりも若干極角0度に近い側にずれる。
These graphs show the characteristics when the liquid
(実施形態2)
図7は、第2の実施形態による液晶表示装置の液晶表示パネル50の断面図であり、図3におけるA−A’に相当する位置の断面を模式的に表した図である。ただし、これらの図では、前面側光学フィルム54、背面側光学フィルム55、保護層56等の図示を省略している。実施形態2の液晶表示装置の構成は、マイクロレンズの形状以外は実施形態1と同じであるので、以下マイクロレンズの形状のみを説明し、他の構成要素の説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid
実施形態2の液晶表示パネル50のマイクロレンズ53’は、図7に示すように、第1の曲率を有する第1入射面を備えた第1部分53’aと、第1の曲率よりも大きな曲率を有する(第1入射面よりも曲率半径が小さい)第2入射面を備えた第2レンズ部分53’bと、第1レンズ部分53’aと第2レンズ部分53’bとの間に位置する第3レンズ部分53’cとを有する。第3レンズ部分53’cの受光面は、基板面に平行な面となっている。基板面に垂直に行方向Bに沿って見た場合、第3レンズ部分53’cの全てが開口部と重なっている。
As shown in FIG. 7, the
第1レンズ部分53’a及び第2レンズ部分53’bの焦点は、それぞれ実施形態1と同様、開口部及び遮光部の中に位置する。従って、第1レンズ部分53’a及び第3レンズ部分53’cの光軸は開口部を通り、第2レンズ部分53’bの光軸は遮光部を通る。つまり、第1レンズ部分53’aによって入射光は開口部に向けて集光され、第2レンズ部分53’bによって入射光は遮光部に向けて集光される。第3レンズ部分53’cへ入射した光のほぼ全ては集光されることなく開口部を透過する。 The focal points of the first lens portion 53'a and the second lens portion 53'b are located in the opening and the light shielding portion, respectively, as in the first embodiment. Accordingly, the optical axes of the first lens portion 53'a and the third lens portion 53'c pass through the opening, and the optical axis of the second lens portion 53'b passes through the light shielding portion. That is, incident light is condensed toward the opening by the first lens portion 53'a, and incident light is condensed toward the light shielding portion by the second lens portion 53'b. Almost all of the light incident on the third lens portion 53'c passes through the opening without being condensed.
基板面に垂直に見た場合、マイクロレンズ53’の行方向Bの両端部は反射部72の中に位置し、画素の端部とは異なる部分に位置する。基板面に垂直に行方向B方向に沿って見た場合、反射部72(又は遮光部)と第1レンズ部分53’aとが重なる幅は、反射部72と第2レンズ部分53’bとが重なる幅よりも広い。
When viewed perpendicularly to the substrate surface, both end portions in the row direction B of the
このような形状を有するマイクロレンズ53’を用いることによって、実施形態1と同様、指向性の強い表示を提供するとともに、光の利用効率を向上させることができる。なお、第3レンズ部分53’cの受光面を基板面に対して傾いた平面としてもよく、第3レンズ部分53’cの第1レンズ部分53’a側の端部の位置を開口部の内側に設定してもよい。
By using the
本発明は、例えば車載用のディスプレイのような、電力消費が少なく、明るく指向性の強い表示が求められるディスプレイ用の液晶表示パネルとして好適に用いられる。 The present invention is suitably used as a liquid crystal display panel for a display that requires low power consumption, a bright and highly directional display, such as a vehicle-mounted display.
30 バックライト
32 導光板
34 光源
36 反射板
38 プリズムシート
40 画素領域
42 反射領域
43 透過領域
44 透過光
46 反射光
50 液晶表示パネル
51 貼り合せ基板
52 マイクロレンズアレイ
53、53’ マイクロレンズ
53a、53’a 第1レンズ部分
53b、53’b 第2レンズ部分
53’c 第3レンズ部分
54 前面側光学フィルム
55 背面側光学フィルム
56 保護層
57、58 接着層
59 支持体
60 TFT基板
62 対向基板
64 液晶層
66 シール材
70 透明基板
72 反射部
74 絶縁層
76 画素電極
78 電気素子層
80 透明基板
82 CF層
84 対向電極
90、90’ 入射光
91a、91b 出射光
92a、92b 光軸
93a、93b 焦点
100 液晶表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (16)
TFT及び画素電極を含む電気素子層を備えたTFT基板と、
前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向基板と、
前記電気素子層と前記対向電極との間に配置された液晶層と、
前記複数の画素に対応するように、前記TFT基板の前記液晶層とは反対側の第1面の上に配置された複数のマイクロレンズと、を備え、
前記複数の画素のそれぞれが、前記TFT基板の前記第1面から入射する光を前記対向基板の外面に向けて透過させる開口部と、前記TFT基板の前記第1面から入射する光を遮光する遮光部とを含み、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、基板面に垂直な軸であってマイクロレンズの中心を通る軸に対して非対称な形状を有し、且つ、入射光を前記開口部に向けて集光する第1レンズ部分と、入射光を前記遮光部に向けて集光する第2レンズ部分とを含む、液晶表示パネル。 A liquid crystal display panel having a plurality of pixels,
A TFT substrate having an electrical element layer including a TFT and a pixel electrode;
A counter substrate including a counter electrode facing the pixel electrode;
A liquid crystal layer disposed between the electric element layer and the counter electrode;
A plurality of microlenses arranged on the first surface of the TFT substrate opposite to the liquid crystal layer so as to correspond to the plurality of pixels,
Each of the plurality of pixels shields light incident from the first surface of the TFT substrate and an opening that transmits light incident from the first surface of the TFT substrate toward the outer surface of the counter substrate. Including a shading part,
Each of the plurality of microlenses has an asymmetric shape with respect to an axis perpendicular to the substrate surface and passing through the center of the microlens, and collects incident light toward the opening. A liquid crystal display panel, comprising: one lens portion; and a second lens portion that collects incident light toward the light shielding portion.
前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれが、基板面に垂直な面であって、前記複数のレンチキュラーレンズの延びる第1方向に平行な面に対して非対称な形状を有する、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示パネル。 The plurality of microlenses are a plurality of lenticular lenses;
4. The device according to claim 1, wherein each of the plurality of lenticular lenses has a shape asymmetric with respect to a surface perpendicular to a substrate surface and parallel to a first direction in which the plurality of lenticular lenses extend. A liquid crystal display panel as described in 1.
前記対向基板はカラーフィルタ層を含み、
前記遮光部は、前記反射領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分であり、
前記開口部は、前記透過領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分である、請求項1から10に記載の液晶表示パネル。 The liquid crystal display panel includes a transflective liquid crystal including a transmissive region that performs display by light transmitted through the liquid crystal display panel, and a reflective region that performs display by reflecting light by a reflective layer included in the electrical element layer. Display panel,
The counter substrate includes a color filter layer;
The light shielding portion is a portion from the bottom surface of the electric element layer to the top surface of the color filter layer in the reflection region,
The liquid crystal display panel according to claim 1, wherein the opening is a portion from a bottom surface of the electric element layer to an upper surface of the color filter layer in the transmission region.
前記マイクロレンズの前記TFT基板とは反対側に配置されたバックライトと、を備えた液晶表示装置。 A liquid crystal display panel according to any one of claims 1 to 13,
And a backlight disposed on the opposite side of the microlens from the TFT substrate.
前記傾斜した方向に沿って前記複数のマイクロレンズが非対称の形状を有する、請求項14または15に記載の液晶表示装置。 The backlight emits irradiation light propagating in a direction inclined from the vertical direction of the substrate surface of the liquid crystal display panel toward the liquid crystal display panel,
The liquid crystal display device according to claim 14, wherein the plurality of microlenses have an asymmetric shape along the inclined direction.
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