JP2009276708A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリュースター角を考慮することによりバックライトからのＰ波の減衰を抑制し、液晶表示パネルの表示領域面にほぼ垂直に光を入射することを可能にした液晶表示装置の提供。
【解決手段】観察者側から、少なくとも、液晶表示パネル、プリズムシート、バックライトが配置される液晶表示装置であって、
前記プリズムシートは、前記液晶表示パネル側の面に複数のプリズムを備え、その屈折率は１．５５以上、１．７５以下の範囲内にあり、
前記バックライトから輝度のピークを示す光の前記プリズムシートのバックライト側の面に対する入射角は５８°以上、６０°以下の範囲内に設定され、
前記プリズムのプリズム面の前記プリズムシートの前記バックライト側の面に対する角度は５９°以上、６５°以下の範囲内に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に係り、液晶表示パネルの背面にバックライトを備える液晶表示装置に関する。

液晶表示パネルは、その各画素において液晶の光透過量を独立に制御するように構成されているため、該液晶表示パネルの背面にバックライトを備えて構成されるのが通常である。

また、この場合、前記バックライトと液晶表示パネルの間にプリズムシートを配置させ、前記プリズムシートによって、バックライトからの光を液晶表示パネルの表示領域面にほぼ垂直に入射させるようにした構成が知られている。

また、このような構成において、バックライトからの光は、入射面に平行な偏向成分波であるＰ波と、垂直成分波であるＳ波を有し、このうちＰ波をＳ波よりも優先的に液晶表示パネル側に照射するように、前記プリズムシートの各プリズムの斜面（プリズム面）の角度条件を定めた技術が知られるに至っている（下記特許文献１参照）。ここで、前記Ｐ波を優先的に液晶表示パネル側に照射させるようにしたのは、Ｐ波の輝度のピーク値がＳ波の輝度のピーク値よりも高いという事実に基づく。

これにより、輝度の向上を図ったバックライトを備える液晶表示装置を得ることができる。
特許第３２９９０８７号公報

しかし、バックライトの輝度のさらなる向上を考察した場合、本発明者等は、屈折率の異なる部材の界面に入射させる光の角度を増加させていくこによって、Ｐ波とＳ波とでは前記界面に対する反射率が異なり、Ｓ波の反射率は単調に増加するのに対し、Ｐ波はブリュースター角度と称される角度で反射率は０まで減少し、その後に増加する性質を有することを利用した。

したがって、前記ブリュースター角を考慮することによって、バックライトからのＰ波において反射による減衰を抑制でき、液晶表示パネルの表示領域に照射させることができることが判る。なお、上記特許文献１では、このブリュースター角を考慮していないものとなっている。

本発明の目的は、ブリュースター角を考慮することによりバックライトからのＰ波の減衰を抑制し、液晶表示パネルの表示領域面にほぼ垂直に光を入射することを可能にした液晶表示装置を提供することにある。

なお、上記した課題以外のその他の課題は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）本発明の液晶表示装置は、たとえば、観察者側から、少なくとも、液晶表示パネル、プリズムシート、バックライトが配置される液晶表示装置であって、
前記プリズムシートは、前記液晶表示パネル側の面に複数のプリズムを備え、その屈折率は１．５５以上、１．７５以下の範囲内にあり、
前記バックライトから輝度のピークを示す光の前記プリズムシートのバックライト側の面に対する入射角は５８°以上、６０°以下の範囲内に設定され、
前記プリズムのプリズム面の前記プリズムシートの前記バックライト側の面に対する角度は５９°以上、６５°以下の範囲内に設定されていることを特徴とする。

（２）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記バックライトは、液晶表示パネルと対向して配置される導光板と、この導光板の少なくとも一辺における側壁面に対向して配置された光源を備え、
前記プリズムの前記プリズム面は前記光源に対して遠い側のプリズム面であることを特徴とする。

（３）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記液晶表示パネルは、そのバックライト側の面に第１偏光板が、前記バックライトと反対側の面に第２偏光板を備え、前記第１偏光板はＳ波を遮断し、前記第２偏光板はＰ波を遮断するように構成されていることを特徴とする。

（４）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（２）の構成を前提とし、前記プリズムシートのバックライト側の面に、前記光源に近い側から遠い側にかけて深くなる底面を有する傾斜溝が形成されていることを特徴とする。

（５）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（４）の構成を前提とし、前記傾斜溝は前記プリズムのピッチと同じピッチで形成されていることを特徴とする。

（６）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（４）の構成を前提とし、前記傾斜溝は前記プリズムのピッチよりも小さなピッチで形成されていることを特徴とする。

なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載のまたは図面から明らかにされる。

このように構成した液晶表示装置は、ブリュースター角を考慮することによりバックライトからのＰ波の減衰を抑制し、液晶表示パネルの表示領域面にほぼ垂直に光を入射することができるようになる。

本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。

本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一又は類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

〈実施例１〉
（全体の構成）
図２は、本発明の液晶表示装置の全体を示す概略構成図である。

図２において、まず、液晶表示パネルＰＮＬがある。この液晶表示パネルＰＮＬは、液晶（図示せず）を挟持して対向配置される透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を外囲器として備える。これら透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の液晶側の面にはマトリックス状に配列された複数の画素を備え、これら画素は独立に駆動されて前記液晶の光透過量を変化させるようになっている。

また、前記透明基板ＳＵＢ１の液晶と反対側の面には偏光板ＰＯＬ１が、前記透明基板ＳＵＢ２の液晶と反対側の面には偏光板ＰＯＬ２が配置されている。これら偏光板ＰＯＬ１、ＰＯＬ２は、前記液晶の分子の駆動を可視化できるように配置されている。すなわち、偏光板ＰＯＬ１の光吸収軸と偏光板ＰＯＬ２の光吸収軸は直交する関係にあり、後述のバックライトＢＬからのＳ波を偏光板ＰＯＬ１によって遮断し、Ｐ波を偏光板ＰＯＬ２によって遮断するようになっている。これにより、前記各画素において液晶の偏光軸を制御し該液晶に光シャッター機能を持たせるようになっている。

このことから、後述のバックライトからの光は前記偏光板ＰＯＬ１を通過した段階で半分以下となり、前記偏光板ＰＯＬ１に入射される光はＰ波を多くしておくことが、輝度向上の観点が極めて好ましいことが判る。

そして、前記液晶表示パネルＰＮＬの観察者側とは反対の面には、拡散シートＤＳＴ、プリズムシートＰＳＴを介して、バックライトＢＬが配置されている。

前記プリズムシートＰＳＴは、前記バックライトＢＬからの光を前記液晶表示パネルＰＮＬの面とほぼ垂直方向に指向させるように、前記表示パネルＰＮＬと対向する面に複数のプリズムＰＲＳが並設されたシート材から構成されている。このプリズムシートＰＳＴについては後にさらに詳述する。

前記拡散シートＤＳＴは、前記プリズムシートＰＳＴからの光の輝度の均一化を図って前記液晶表示パネルＰＮＬ側に導くようになっている。この拡散シートＤＳＴは、本発明において必ずしも必要とせず、なくてもよい。

前記バックライトＢＬは、前記液晶表示パネルＰＮＬの少なくとも表示領域（画素の集合からなる領域）に対向して配置される導光板ＣＬＢと、該導光板ＣＬＢの少なくとも一辺における側壁面に該辺に沿って配置されたたとえば複数の発光ダイオードからなる光源ＬＳと、前記導光板ＣＬＢの前記液晶表示パネルＰＮＬと反対側の面に配置された反射シートＲＳＴとから構成されている。

このように構成されるバックライトＢＬは、光源ＬＳからの光が導光板ＣＬＢの内部に導かれ、前記液晶表示パネルＰＮＬと対向する面側から出射され、プリズムシートＰＳＴ、拡散板ＤＳＴを介して液晶表示パネルＰＮＬの少なくとも表示領域を照射するようになる。

なお、この液晶表示パネルＰＮＬの表示領域における各画素は、それぞれ、その光透過量が制御され、観察者はこれら画素を通して画像を認識するようになっている。

（プリズムシート）
図１は、前記プリズムシートＰＳＴを導光板ＣＬＢとともに示した図で、図２の点線枠αの部分を拡大した図となっている。

図１において、導光板ＣＬＢがあり、この導光板ＣＬＢの屈折率をｎ１とする。前記導光板ＣＬＢに空気層（屈折率ｎ２（＝１））を介して対向配置されたプリズムシートＰＳＴがあり、このプリズムシートＰＳの屈折率をｎ３とする。前記プリズムシートＰＳＴの前記導光板ＣＬＢと反対側の面には、頂角を液晶表示パネル（図示せず）側に指向させた断面が三角形状のプリズムＰＲＳが並設されて形成されている。この場合、前記プリズムＰＲＳにおいてバックライトＢＬからの光が通過する斜面（プリズム面）ＯＦＣは、前記導光板ＣＬＢの前記光源ＬＳが配置された側壁面（便宜上、図１中符号ＩＦＣで示す）とほぼ対向する位置関係にある。換言すれば、前記プリズム面ＯＦＣは前記光源ＬＳに対して他方の斜面（図中符号ＯＦＣ'で示す）よりも遠い側の面となっている。ここで、前記斜面（プリズム面）ＯＦＣの角度（プリズムシートＰＳの前記導光板ＣＬＢ側の面に対する角度）をθｐとする。前記プリズムシートＰＳＴと液晶表示パネル（図示せず）の間には空気層があり、その屈折率ｎ２（＝１）である。

このような構成において、導光板ＣＬＢ内の光は、入射角φ１、出射角φ２を有して導光板ＣＬＢ外に出射され、プリズムシートＰＳＴの前記導光板ＣＬＢ側の面に指向される。導光板ＣＬＢからの光は、入射角φ３（＝φ２）、出射角φ４を有してプリズムシートＰＳＴ内に出射される。プリズムシートＰＳＴ内の光は、前記プリズムＰＲＳの前記斜面ＯＦＣにおいて、入射角φ５、出射角φ６を有して、プリズムシートＰＳＴ外に出射される。そして、プリズムシートＰＳＴからの光は、液晶表示パネル（図示せず）の表示領域に対する法線ＰＰＤに対し、角度θｘで出射されるようになっている。

ここで、前記プリズムシートＰＳＴにおいて、バックライトＢＬからプリズムシートＰＳＴに至る光の入射角φ３、およびプリズムシートＰＳＴ内から空気層に至る光の入射角φ４において、それぞれ、ブリュースター角あるいはその角度に近い角度に設定されている。なお、前記入射角φ３、入射角φ４は、前記バックライトＢＬからの光のうち輝度のピークを示す光を対象して定めた角度としている。

ここで、前記ブリュースター角について詳述する。図３（ａ）は、屈折率ｎ１の材料と屈折率ｎ２の材料の界面に、屈折率ｎ１の材料から光（入射光：この場合Ｐ波）が入射し、前記光の一部は屈折率ｎ２の材料内にある出射角で出射される出射光となり、残りの部分は前記界面で反射する反射光となることを示している。この場合、前記入射角が次式（１）で表わせる角度θＢにあるとき、入射光は、反射光を発生させることなく、出射光に変えることができる。この場合の角度θＢをブリュースター角と称している。

θＢ ＝ Ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１） …… （１）
図３（ｂ）は、Ｐ波（Ｐ偏光）およびＳ波（Ｓ偏光）における、前記入射角度に対する透過率（反射率）を示したグラフである。該グラフは、その横軸に入射角度（°）を取り、縦軸に透過率および反射率（％）を取っている。

図３（ｂ）で明らかとなるように、入射角度の０°からの増大にともない、Ｓ波の反射率は０以上の値から単調に増加し、また、Ｐ波の反射率はブリュースター角度と称される角度で０にまで減少し、その後に増加する特性を示す。

このため、図１に示すプリズムシートＰＳＴにおいて、バックライトＢＬからプリズムシートＰＳＴに至る光の入射角φ３、およびプリズムシートＰＳＴ内から空気層に至る光の入射角φ４において、それぞれ、前記ブリュースター角θＢあるいはその角度θＢに近い角度に設定することにより、前記Ｐ波を液晶表示パネルＰＮＬ側に照射させることができる。

なお、図１に示した導光板ＣＬＢおよびプリズムシートＰＳＴを通過する光路は、次式（２）に示すスネルの法則に示す関係を満足して設定されるようになっている。

ｎ１・ｓｉｎφ１＝ｎ２・ｓｉｎφ２
＝ｎ３・ｓｉｎφ３＝ …… ＝ 一定 …… （２）
したがって、前記バックライトＢＬからの光の前記プリズムシートＰＳＴの前記バックライトＢＬ側の面に対する入射角φ３、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３、前記プリズム面ＯＦＣの前記プリズムシートＰＳＴの前記バックライトＢＬ側の面に対する角度θｐを調整するとともに、前記スネルの法則に基づき、プリズムシートＰＳＴからの出射光が、液晶表示パネル（図示せず）の表示領域面に対する法線ＰＰＤに対して僅かの角度θｘ（±１０°以内）になるように設定することにより、バックライトＢＬからのＰ波の低減を大幅に抑制することができるようになる。

図４は、図１に示した構成のプリズムシートＰＳＴにおいて、その屈折率ｎ３をたとえば、１．５５、１．６０、１．７０、１．７２、１．７３、および１．７５とした場合に、それぞれ、φ３、φ４、φ５、φ６、θｐ、およびθｘの値を計算した結果を示す表である。同表にも示しているが、φ３＝Ａｒｃｔａｎ（ｎ３）、φ４＝Ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎφ３／ｎ３）、φ５＝Ａｒｃｔａｎ（１／ｎ３）、φ６＝Ａｒｃｓｉｎ（ｎ３・ｓｉｎφ５）で表せる。

図４に示すように、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３が１．５５の場合、φ３＝５７．２°、φ４＝３２．８°、φ５＝３２．８°、φ６＝５７．２°、θｐ＝６５．７°、θｘ＝８．５°である。また、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３が１．７０の場合、φ３＝５９．５°、φ４＝３０．５°、φ５＝３０．５°、φ６＝５９．６°、θｐ＝６０．９°、θｘ＝１．３８°である。また、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３が１．７２の場合、φ３＝５９．８°、φ４＝３０．２°、φ５＝３０．２°、φ６＝５９．８°、θｐ＝６０．３°、θｘ＝０．５２°である。また、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３が１．７３の場合、φ３＝６０．０°、φ４＝３０．０°、φ５＝３０．０°、φ６＝６０．０°、θｐ＝６０．０°、θｘ＝０．０９°である。そして、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３が１．７５の場合、φ３＝６０．３°、φ４＝２９．８°、φ５＝２９．７°、φ６＝６０．２°、θｐ＝５９．５°、θｘ＝−０．７５°である。

図４に示した各態様は、本願発明の実施例として、いずれも、Ｐ波の低減を抑制し、バックライトＢＬの輝度を向上できる効果を奏する。すなわち、前記プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３は１．５５以上、１．７５以下の範囲内に設定することができる。また、バックライトＢＬから輝度のピークを示す光の前記プリズムシートＰＳＴの前記プリズムＰＲＳが形成された側と反対側の面に対する入射角φ３は５８°以上、６０°以下の範囲内に設定することができる。前記プリズムＰＲＳのプリズム面ＯＦＣの前記プリズムシートＰＳＴの前記プリズムＰＲＳが形成された側と反対側の面に対する角度θｐは５９°以上、６５°以下の範囲内に設定することができる。

そして、この場合、液晶表示装置として、液晶表示パネルＰＮＬに入射される光は、表示領域の法線ＰＰＤの方向に対して僅かな角度（θｘ）で入射されるのが好ましい。このことから、図４に示した各態様のうち、プリズムシートＰＳＴの屈折率ｎ３を１．７３とした場合の態様が、最も好ましいことが判る。

〈実施例２〉
図５は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す構成図で、図１に対応した図となっている。

図１に示した構成と比較した場合、異なる構成は、プリズムシートＰＳＴにおいて、バックライトＢＬ（図示せず）と対向する側の面に、たとえばプリズムＰＲＳの下方において該プリズムＰＲＳとピッチを同じにして傾斜溝ＳＬＧを設けていることにある。この傾斜溝ＳＬＧは、前記光源に近い側から遠い側にかけて深くなる底面（傾斜角θｐｂ）を有する溝から構成されている。これにより、バックライトＢＬからの光の前記プリズムシートＰＳＴへの入射角φ３を大きくし、前記ブリュースター角θＢあるいはその角度θＢに近い角度に調整できるようにしている。なお、前記傾斜溝ＳＬＧを形成していない場合、バックライトＢＬからの光の前記プリズムシートＰＳＴへの入射角φ７は 次式（３）の関係を有するようになっている。

φ７ ＝ φ３−θｐｂ …… （３）
このように構成することによって、プリズムシートＰＳＴからの出射光、すなわち液晶表示パネルＰＮＬに入射される光は、表示領域の法線ＰＰＤの方向に対して僅かな角度（θｘ：±１０°以内）で入射させることができる効果を奏する。

図５に示したプリズムシートＰＳＣによる前記効果を、図４に示した各態様のうち該プリズムシートＰＳＣの屈折率ｎ３が１．６０の場合を例にとり説明する。図６（ａ）に、前記プリズムシートＰＳＣの屈折率ｎ３が１．６０の場合のφ３、φ４、φ５、φ６、θｐ、およびθｘの値を示す。前記θｘの値は６．０°である。

そして、前記θｘの値の値を０°にしたい場合、図６（ｂ）に示すように、前記傾斜溝ＳＬＧを形成し、その傾斜角θｐｂを６．０°とする。このようにすることによって、ブリュースター角（φ３）の値を維持したまま、すなわち、輝度の低下を惹き起こすことなく、プリズムシートＰＳＴからの出射方向を液晶表示パネルＰＮＬの法線方向に一致づけるように調整できる。

なお、図５に示した実施例において、傾斜溝ＳＬＧは、プリズムＰＲＳの下方において該プリズムＰＲＳとピッチを同じにして設けたものである。しかし、たとえばモアレ現象を低減させるため、前記傾斜溝ＳＬＧのピッチを前記プリズムＰＲＳのピッチよりも小さくなるように形成してもよい。

本発明の液晶表示装置に用いられるプリズムシートの一実施例を示す構成図である。 本発明の液晶表示装置の一実施例を示す概略構成図である。 ブリュースター角についての説明図である。 本発明の液晶表示装置に用いられるプリズムシートの仕様態様を示す表である。 本発明の液晶表示装置に用いられるプリズムシートの他の実施例を示す構成図である。 プリズムシートの他の実施例における仕様態様を示す表である。

符号の説明

ＰＮＬ……液晶表示パネル、ＳＵＢ１、ＳＵＢ２……基板、ＰＯＬ１、ＰＯＬ２……偏光板、ＤＳＴ……拡散シート、ＰＳＴ……プリズムシート、ＰＲＳ……プリズム、ＯＦＣ……プリズム面、ＰＰＤ……法線、ＢＬ……バックライト、ＣＬＢ……導光板、ＲＳＴ……反射シート、ＬＳ……光源、ＳＬＧ……傾斜溝。

Claims (6)

1. 観察者側から、少なくとも、液晶表示パネル、プリズムシート、バックライトが配置される液晶表示装置であって、
   前記プリズムシートは、前記液晶表示パネル側の面に複数のプリズムを備え、その屈折率は１．５５以上、１．７５以下の範囲内にあり、
   前記バックライトから輝度のピークを示す光の前記プリズムシートのバックライト側の面に対する入射角は５８°以上、６０°以下の範囲内に設定され、
   前記プリズムのプリズム面の前記プリズムシートの前記バックライト側の面に対する角度は５９°以上、６５°以下の範囲内に設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記バックライトは、液晶表示パネルと対向して配置される導光板と、この導光板の少なくとも一辺における側壁面に対向して配置された光源を備え、
   前記プリズムの前記プリズム面は前記光源に対して遠い側のプリズム面である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は、そのバックライト側の面に第１偏光板が、前記バックライトと反対側の面に第２偏光板を備え、前記第１偏光板はＳ波を遮断し、前記第２偏光板はＰ波を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記プリズムシートのバックライト側の面に、前記光源に近い側から遠い側にかけて深くなる底面を有する傾斜溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記傾斜溝は前記プリズムのピッチと同じピッチで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記傾斜溝は前記プリズムのピッチよりも小さなピッチで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。

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