JP2011075964A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリズムシートの枚数増によるコストの上昇及び左右方向の輝度視野角の大幅な低下を招くことなく、高い輝度を得ることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１１は、バックライト１２と、バックライト１２の一方の面側に配置されており、かつプリズムレンズ部１５ａを有するプリズムシート１５と、プリズムシート１５のバックライト１２が配置された側とは反対側に配置された偏光板１８と、偏光板１８のプリズムシート１５が配置された側とは反対側に配置された液晶表示セル１６とを備えている。液晶表示装置１１では、プリズムシート１５のプリズムレンズ部１５ａの稜線１５ｂ方向は、偏光板１８の透過軸方向と直交している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い輝度が得られる液晶表示装置に関する。

近年、パーソナルコンピューターのモニタ又はテレビジョン受像機に、様々な光学ディスプレイ装置が用いられている。このような光学ディスプレイ装置としては、液晶表示装置及びプラズマディスプレイ装置などが存在する。光学ディスプレイ装置では、表示品位を高めるために、解像度及び輝度の向上が強く求められている。

下記の特許文献１には、輝度を高めるための構造を備えた光学ディスプレイ装置が開示されている。具体的には、特許文献１には、液晶セルなどのディスプレイモジュールと、ライン照射式のバックライトとの間に、プリズムシート及び反射偏光子が配置されている反射偏光子ディスプレイ装置が開示されている。上記反射偏光子は、第１の偏光状態の光がバックライトの方向へ反射されるように、かつ第２の偏光状態の光が反射偏光子を通過するように配置された複数の複屈折性材料層を有し、該複数の複屈折性材料層が積層された構造を有する。上記反射偏光子の使用により、輝度を向上できる。

特許文献１に記載のような反射偏光子を用いた液晶表示装置が市販されている。このような液晶表示装置の構造を、図６に分解正面図で示す。

図６に示す液晶表示装置１０１は、光源としてのバックライト１０２を有し、バックライト方式の液晶表示装置である。バックライト１０２は、直下型のバックライトであり、複数本の冷陰極管１０２ａを有する。

バックライト１０２の上方に、拡散板１０３が配置されている。拡散板１０３の上方に、ビーズ付拡散シート１０４が配置されている。さらに、ビーズ付拡散シート１０４の上方に、プリズムシート１０５が配置されている。プリズムシート１０５は上面に、複数本のプリズムレンズ部１０５ａを有する。複数本のプリズムレンズ部１０５ａは、紙面−紙背方向に延びる三角柱形状を有する。

プリズムシート１０５の上方には、反射偏光子１０７が配置されている。反射偏光子１０７は、反射偏光子本体１０７ａと、反射偏光子本体１０７ａの両面に積層された拡散シート１０７ｂ，１０７ｃとを有する。反射偏光子１０７の上方には、液晶表示パネル１１０が配置されている。液晶表示パネル１１０は、液晶表示セル１０６と、液晶表示セル１０６の両面に積層された偏光板１０８，１０９とを有する。

プリズムシート１０５は、下方のバックライト１０２の冷陰極管１０２ａの形状を見えなくするだけでなく、入射してきた光のうちより多くの光を液晶表示セル１０６に集光させるために設けられている。すなわち、拡散板１０３及びビーズ付拡散シート１０４からプリズムシート１０５には、様々な方向に進む光が入射される。プリズムシート１０５に入射した光のうち、プリズムシート１０５を通過する光以外の光は、プリズムシート１０５により反射され、バックライト１０２側において再度反射され、プリズムシート１０５に再度入射される。従って、液晶表示セル１０６に多くの光を出射して輝度を高めることができる。

特許第３４４８６２６号公報

大型テレビ用の液晶表示装置では、一般に、左右（水平）方向の輝度視野角が広いことが要求される。このため、プリズムシート１０５は、一般的に、プリズムレンズ部１０５ａの稜線１０５ｂが水平方向となるように配置される。このとき、特許文献１に記載のように、反射偏光子１０７、並びに液晶表示セル１０６のバックライト１０２側に設けられた偏光板１０８も、これらの透過軸が水平方向となるように配置される。

ところが、最近の省エネルギー化の要請により、冷陰極管１０２ａへの電力が削減されたり、冷陰極管１０２ａの本数が削減されたりすることがある。このため、液晶表示装置の輝度が不足するおそれがある。この対策として、２枚のプリズムシート１０５，１０５を用いて、プリズムレンズ部１０５ａ，１０５ａの稜線１０５ｂ，１０５ｂが垂直方向となるように２枚のプリズムシート１０５，１０５を配置することが考えられる。しかしながら、この場合には、コストが上昇し、かつ左右方向の輝度視野角が低下するという問題がある。

本発明の目的は、プリズムシートの枚数増によるコストの上昇及び左右方向の輝度視野角の大幅な低下を招くことなく、高い輝度を得ることができる液晶表示装置を提供することである。

本発明の広い局面によれば、バックライトと、上記バックライトの一方の面側に配置されており、かつプリズムレンズ部を有するプリズムシートと、上記プリズムシートの上記バックライトが配置された側とは反対側に配置された偏光板と、上記偏光板の上記プリズムシートが配置された側とは反対側に配置された液晶表示セルとを備え、上記プリズムシートの上記プリズムレンズ部の稜線方向は、上記偏光板の透過軸方向と直交している、液晶表示装置が提供される。

本発明に係る液晶表示装置のある特定の局面では、上記プリズムシートと上記偏光板との間に配置された反射型偏光子がさらに備えられており、上記反射型偏光子の透過軸方向は、上記偏光板の透過軸方向と平行である。

本発明に係る液晶表示装置では、プリズムシートのプリズムレンズ部の稜線方向が、液晶表示セルの入射側偏光板の透過軸方向と直交しているので、プリズムシートの追加によるコストの上昇又は左右方向の輝度視野角の大幅な低下を招くことなく、高い輝度を得ることができる。

従って、本発明に係る液晶表示装置は、パーソナルコンピューターのモニタ又はモバイル端末のディスプレイとしても好適に用いることができる。更に、本発明に係る液晶表示装置は、大型テレビにも用いることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を分解して示す正面図である。 図２は、図１に示すプリズムシートの斜視図である。 図３は、反射偏光子の一例を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、実施例１及び比較例１の液晶表示装置の視野角特性を示す図であり、図４（ａ）は水平方向の視野角特性を示し、図４（ｂ）は垂直方向の視野角特性を示す。 図５（ａ）及び（ｂ）は、実施例２及び比較例２の液晶表示装置の視野角特性を示す図であり、図５（ａ）は水平方向の視野角特性を示し、図５（ｂ）は垂直方向の視野角特性を示す。 図６は、従来の液晶表示装置の一例を分解して示す正面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１に、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を分解して正面図で示す。

図１に示す液晶表示装置１１は、光源としてのバックライト１２を有する。液晶表示装置１１は、バックライト方式の液晶表示装置である。バックライト１２は、直下型のバックライトであり、複数本の冷陰極管１２ａを有する。複数本の冷陰極管１２ａは、図１の紙面−紙背方向に延びている。

バックライト１２の上方に、拡散板１３が配置されている。拡散板１３の上方に、ビーズ塗工タイプのビーズ付拡散シート１４が配置されている。拡散板１３は、乳白色の合成樹脂シートにより形成されている。但し、拡散板１３の材料は特に限定されない。拡散板１３は、下面から入射してきた光を拡散させる作用を有する。ビーズ付拡散シート１４では、拡散性を有する樹脂シート１４ａの片面に多数のビーズ１４ｂが固着している。エッジ照射式のバックライト１２では、複数の冷陰極管１２ａから光が上方に照射されるが、最終的に観察者が冷陰極管の形状を認識しないように光を拡散させる必要がある。このため、拡散板１３及びビーズ付拡散シート１４が用いられている。

ビーズ付拡散シート１４の上方に、プリズムシート１５が配置されている。従って、プリズムシート１５は、バックライト１２の一方の面側に配置されている。図２に示すように、プリズムシート１５は、シート状体の上面に、複数のプリズムレンズ部１５ａを有する。複数のプリズムレンズ部１５ａは、一方向に延びかつ凸状の形状を有する。プリズムシート１５は、複数のプリズムレンズ部１５ａが並列に設けられている構造を有する。プリズムレンズ部１５ａは、具体的には、横断面が略二等辺三角形の形状である。プリズムレンズ部１５ａは、横断面に直交する方向、図１では紙面−紙背方向に延びる稜線１５ｂを有する。

本実施形態では、図１に示すプリズムレンズ部１５ａの二等辺三角形の頂角θは、７０〜１１０°の範囲内であることが好ましい。頂角θが上記範囲内であると、十分な輝度を得ることができる。

また、隣り合うプリズムレンズ部１５ａ，１５ａ間の頂部間の距離、すなわち溝ピッチΔＷは、２０〜１１０μｍの範囲内であることが好ましい。溝ピッチΔＷが２０μｍ以上であると、プリズムシート１５の製造が容易である。溝ピッチΔＷが１１０μｍ以下であると、液晶表示セル又はカラーフィルターの周期とモアレを生じ難く、外観不良が生じ難い。

プリズムシート１５は、１種類の樹脂で構成されていてもよく、複数の樹脂を積層した構造を有していてもよい。

１種類の樹脂で構成されたプリズムシート１５の製造方法としては、例えば溶融押出法及び溶融流延法を採用できる。プリズムシート１５の他の製造方法としては、プレス型表面に略プリズム形状と逆の模様を彫刻したものを用いて賦型する方法、並びに射出成形により成形する方法等が挙げられる。この場合には、例えばポリカーボネート等の光学用透明樹脂を用いることができる。

複数の樹脂で構成されたプリズムシート１５の製造方法としては、ポチエチレンテレフタレート等の光学用透明樹脂基材の上に、例えばアクリル系の紫外線硬化樹脂を塗布した後、プレス型でプレスしながら、紫外線硬化樹脂を紫外線硬化させる方法等が挙げられる。

プリズムシート１５は、下方のバックライト１２の冷陰極管１２ａの形状を見えなくするだけでなく、入射してきた光のうち、より多くの光を、後述の液晶表示セル１６に集光させるために設けられている。拡散板１３及びビーズ付拡散シート１４から、プリズムシート１５には、様々な方向に進む光が入射される。このプリズムシート１５に入射した光のうち、プリズムシート１５を通過する光以外の光は、プリズムシート１５により反射され、バックライト１２側において再度反射され、プリズムシート１５に再度入射される。従って、液晶表示セル１６に多くの光を出射して、液晶表示装置１１の輝度を高めることができる。

より一層高い輝度が求められる場合、プリズムシート１５と、液晶パネル２０との間に、反射偏光子１７が配置される。反射偏光子１７は、反射型偏光子である。液晶表示装置は、プリズムシート１５と、液晶パネル２０との間に配置された反射偏光子１７を備えることが好ましい。但し、反射偏光子１７は必ずしも用いられている必要はない。ここでは、反射偏光子１７は、反射偏光子本体１７ａと、反射偏光子本体１７ａの両面に積層された拡散シート１７ｂ，１７ｃとを有する。但し、拡散シート１７ｂ，１７ｃは必ずしも用いられていなくてもよい。拡散シート１７ｂ，１７ｃは、拡散板１３及びビーズ付拡散シート１４と同様に、下方の冷陰極管１２ａの形状を見え難くし、かつプリズムシート１５のプリズムレンズ部１５ａの形状を見え難くするために配置されている。従って、拡散シート１７ｂ，１７ｃは、例えば、光拡散性を有する透明な合成樹脂フィルムにより形成される。

反射偏光子とは、入射してきた光のうち、特定の偏光状態の光を通過させ、残りの偏光状態の光を反射、散乱及び拡散する偏光子を広く含むものとする。

反射偏光子１７の上方には、液晶表示パネル２０が配置されている。液晶表示パネル２０は、液晶表示セル１６と、液晶表示セル１６の両面に積層された第１，第２の偏光板１８，１９とを有する。第１の偏光板１８が、液晶表示セル１６のバックライト１２側に配置されている。従って、第１の偏光板１８は、プリズムシート１５のバックライト１２が配置された側とは反対側に配置されている。また、第１の偏光板１８のプリズムシート１５が配置された側とは反対側に、液晶表示セル１６が配置されている。液晶表示セル１６の第１の偏光板１８が配置された側とは反対側に第２の偏光板１９が配置されている。

プリズムシート１５の出射光の配光分布は、広く知られているようにプリズムレンズ部１５ａの稜線１５ｂに平行な方向に広く、稜線に直交する方向に狭い。例えて言えば、球体を稜線１５ｂに垂直な方向に押しつぶして球の頂点を上に押し上げるように正面輝度を高める。したがって、プリズムシートを２枚用いるときは、稜線を平行に配置するのではなく、直交するように配置するのが普通である。これは、稜線を平行に配置にすると２枚目のプリズムシートの稜線に垂直な方向の光は１枚目のプリズムシートにより視野角が狭められていて更なる輝度上昇の余力がないのに対して、稜線を直交するように配置にすると２枚目のプリズムシートの稜線に垂直な方向の光は１枚目のプリズムシートにより視野角が狭められていないので更なる輝度上昇の余力があるためである。

本発明者は、鋭意検討したところ、偏光板及び反射偏光子の出射光の配光分布も非対称性を有することを見出した。すなわち、偏光板及び反射偏光子の透過軸に平行な方向の視野角は透過軸に直交する方向の視野角よりも広いことがわかった。２枚のプリズムシートを使用したときと同様の理由により、偏光板及び反射偏光子の透過軸方向と、プリズムシートの稜線方向とが直交させた配置の方が、平行に配置したときよりも正面輝度を高めることができる。

従って、本実施形態では、プリズムシート１５のプリズムレンズ部１５ａの稜線１５ｂ方向が、第１の偏光板１８の透過軸方向と直交している。このため、プリズムシートの追加によるコストの上昇又は左右方向の輝度視野角の大幅な低下を招くことなく、液晶表示装置１１の輝度を高くすることができる。

さらに、本実施形態では、反射偏光子１７の透過軸方向が、第１の偏光板１８の透過軸方向と平行である。このため、液晶表示装置１１の輝度をより一層高くすることができる。

以下、反射偏光子の具体的な構成及び作用を説明する。図３に、反射偏光子の一例を模式的に斜視図で示す。

図３に示す反射偏光子１７Ａでは、２つの異なったポリマー材料層Ａ，Ｂが交互に積層された多層の積層体である。この２つの材料は、一緒に押し出し成形されて、結果として押し出しされた複数の層（ＡＢＡＢＡ…）の材料は、一方の軸（Ｘ）に沿って延伸されており、他方の軸（Ｙ）に沿っては、ほとんど伸びていない。Ｘ軸を「延伸」方向といい、Ｙ軸を「横」方向という。ポリマー材料層Ａは複屈折材料層である。ポリマー材料層Ｂは等方性屈折率材料層である。

（Ｂ）材料は、延伸工程によって実質的に変わらない公称屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有している。

（Ａ）材料は、延伸工程によって屈折率が変わる特性を有している。例えば、（Ａ）材料の一軸延伸シートは、延伸方向についての一つの屈折率（例えばｎ＝１．８８）と、横方向についての別の屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有する。面内軸（フィルムの面に平行な軸）に関連する屈折率とは、偏光面がその軸に平行な、面偏光した入射光の有効屈折率である。

従って、延伸後、多層になった材料のスタック（ＡＢＡＢＡ…）は、延伸方向については層間に大きな屈折率の差（Δｎ＝１．８８−１．６４＝０．２４）を呈する。これに対して、横方向においては、層間で屈折率は本質的に同一となる（Δｎ＝１．６４−１．６４＝０．０）。これらの光学特性により、多層の積層体は、軸に偏光成分を有する入射光を透過する反射偏光子１７Ａとして機能する。この軸は透過軸として定められ、図３に透過軸Ｄ１として示した。反射偏光子１７Ａから出射される光を、第１の偏光方向を有しているという。

反射偏光子１７Ａを透過しない光は、第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向を有している。この第２の偏光方向を有する光は、屈折率の差によって反射する。この軸は、図３に吸光軸（反射軸）Ｄ２として示した。

Ａ層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの結晶質のナフタリンジカルボン酸ポリエステルにより形成されていることが好ましい。Ｂ層は、ナフタリンジカルボン酸とテレフタル酸またはイソフタル酸の共ポリエステル（ｃｏＰＥＮ）により形成されていることが好ましい。

反射偏光子１７Ａの光学性能は、種々の層の光学厚さによってある程度定まる。厚いフィルムと薄いフィルムとの両方を用いた構成は有用である。層が光の種々の波長の長さの光学経路を有する場合は、反射偏光子１７Ａの光学特性は本質的に広帯域となる。層が光の波長よりも小さな光学厚さを有する場合は、選択された波長についての反射偏光子１７Ａの光学性能を高めるために、構造的干渉を利用できる。

構造的干渉は、対になった層（Ａ，Ｂ）の光学厚さが入射光の波長の半分を増す場合（Ａ＋Ｂ＝λ／２）に生じる。この半波長の条件により、設計波長における狭帯域の構造的干渉が生じる。広帯域の光学性能は、複数の狭い帯域のスタックを積層するか、又は連結することによって得られる。例えば、同じ厚さ（Ａ＋Ｂ＝λ／２）を有する層の第１グループ３７を、異なる厚さ（Ａ＋Ｂ＝λ′／２）を有する第２のグループ３５に積層できる。通常は、能率的な広帯域の応答性を得るために多数の層（ＡＢＡＢ…）が重ね合わされる。図３では、分かりやすくするために、少ない数の層のみを示している。反射偏光子１７Ａは、対象とするあらゆる角度と波長の光を反射するように構成されていることが好ましい。

反射偏光子１７Ａなどの反射偏光子１７を用いると、図１に示す下方から入射してきた光のうち、紙面−紙背方向に偏光した第２の偏光状態の光は通過し、紙面内左右方向に偏光した第１の偏光状態の光はリサイクルされるように、バックライト１２側に反射される。反射された第１の偏光状態の光は、プリズムシート１５とバックライト１２との間のいずれかの部分で再度反射され、偏光状態が変換される。この偏光状態が変換された光が、再度反射偏光子１７に入射する。偏光状態が変換された光のうち、第２の偏光状態の光が、反射偏光子１７を通過する。従って、液晶パネル２０の入射側に設けられた反射偏光子１７により吸収されていた第１の偏光状態の光のうちの大部分が第２の偏光状態の光となって液晶表示セル１６に到達する。従って、反射偏光子１７の使用により、輝度を高めることができる。

次に、具体的な実施例及び比較例を挙げて、本発明を明らかにする。本発明は、以下の実施例に限定されない。

以下の要領で図１に示した液晶表示装置１１を組み立てた。

バックライト１２として、シャープ社製の液晶テレビＡＱＵＯＳ ＬＣ−２０Ｓ１のバックライトを取り出して用いた。拡散板１３として旭化成ケミカルズ社製の拡散板（グレードＭＳ、厚さ２ｍｍ）を用いた。ビーズ付拡散シート１４として、きもと社製、品番：１００ＤＸ２（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材にスチレンビーズをアクリル系バインダーに分散させたものを塗布したもの）を用いた。このビーズ付拡散シート１４の厚みは１００μｍであった。

また、反射偏光型光学デバイスとしての反射偏光子１７として、ミネソタマイニングアンドマニュファクチュアリングカンパニー社製の反射偏光子（品名：ＤＢＥＦ、厚さ１３２μｍ）を用いた。プリズムシート１５として、ミネソタマイニングアンドマニュファクチュアリングカンパニー製のプリズムシート（品名：ＢＥＦＩＩ、プリズム頂角９０度、プリズムレンズピッチ５０μｍ、厚さ１５５μｍ）を用いた。

液晶表示パネル２０は上記液晶テレビに搭載されていたものを用いた。該液晶表示パネルは液晶表示セル１６の両面に、第１，第２の偏光板１８，１９が接着されている。このとき、入射側の第１の偏光板１８の透過軸は水平方向、出射側の第２の偏光板１９の透過軸は垂直方向であった。透過軸の向きを逆転するときは、液晶パネル２０を裏返して用いた。

（実施例１）
光学シート及び液晶パネルの配置を以下のようにした。拡散板１３上に、ビーズ付拡散シート１４を配置した。ビーズ付拡散シート１４上にプリズムシート１５をプリズムレンズ１５ａの稜線１５ｂが水平方向となるように配置した。プリズムシート１５上に液晶表示パネル２０を裏返して配置した。すなわち、光入射側の第１の偏光板１８の透過軸は垂直方向、光出射側の第２の偏光板１９の透過軸は水平方向であった。

従って、プリズムシート１５のプリズムレンズ部１５ａの稜線１５ｂ方向と、第１の偏光板１８の透過軸方向とは直交していた。

上記のようにして作製した液晶表示装置の輝度分布を、ＥＬＤＩＭ社製の視野角測定装置ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ８０で測定した。測定結果のうち、水平方向及び垂直方向の視野角特性を図４に、正面輝度、並びに水平方向及び垂直方向の輝度半値角を表１に示す。

（比較例１）
液晶表示パネル２０の向きを元の状態、すなわち光入射側の第１の偏光板１８の透過軸は水平方向、光出射側の第２の偏光板１９の透過軸は垂直方向にしたこと以外は実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製し、評価した。結果を図４及び表１に示す。

（実施例２）
実施例１の構成に加えて、プリズムシート１５と光入射側の第１の偏光板１８の間に、反射偏光子１７を透過軸が垂直方向となるように配置して液晶表示装置を作製し、評価した。結果を図５及び表１に示す。

（比較例２）
液晶表示パネル２０の向きを元の状態、すなわち光入射側の第１の偏光板１８の透過軸は水平方向、光出射側の第２の偏光板１９の透過軸は垂直方向にしたこと以外は実施例２と同様にして、液晶表示装置を作製し、評価した。結果を図５および表１に示す。

いずれの場合でも、比較例に比べて実施例の方が正面輝度が４〜７％高かった。また、垂直方向の輝度半値角も、比較例に比べて実施例の方が広かった。水平方向の輝度半値角は、比較例に比べて実施例の方が若干狭くなっているが、個人使用用途では実用上問題のない程度であり、大型テレビ用途においても液晶パネルの位相補償が行われて階調反転が起こらない場合には、実用上問題はなく、コスト上昇なく正面輝度の向上が図れる利点の方が大きい。

１１…液晶表示装置
１２…バックライト
１３…拡散板
１４…ビーズ付拡散シート
１４ａ…樹脂シート
１４ｂ…ビーズ
１５…プリズムシート
１５ａ…プリズムレンズ部
１６…液晶表示セル
１７…反射偏光子
１７Ａ…反射偏光子
１８…第１の偏光板
１９…第２の偏光板
２０…液晶表示パネル
Ａ，Ｂ…ポリマー材料層
３７…第１のグループ
３５…第２のグループ

Claims (2)

1. バックライトと、
   前記バックライトの一方の面側に配置されており、かつプリズムレンズ部を有するプリズムシートと、
   前記プリズムシートの前記バックライトが配置された側とは反対側に配置された偏光板と、
   前記偏光板の前記プリズムシートが配置された側とは反対側に配置された液晶表示セルとを備え、
   前記プリズムシートの前記プリズムレンズ部の稜線方向が、前記偏光板の透過軸方向と直交している、液晶表示装置。
2. 前記プリズムシートと前記偏光板との間に配置された反射型偏光子をさらに備え、
   前記反射型偏光子の透過軸方向が、前記偏光板の透過軸方向と平行である、請求項１に記載の液晶表示装置。

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