JP2014081398A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置に関する。 The present invention relates to a display device.
Ｘ線、紫外線、可視光線等のエネルギー線によって蛍光体を励起させ、蛍光発光させた光を用いて表示を行う表示装置が従来から知られている。例えば下記の特許文献１には、青色ＬＥＤ等の光源と、液晶層と、蛍光体と、を備えたカラー液晶表示装置が開示されている。このカラー液晶表示装置では、光源からの青色光の光量を液晶層により変調し、変調後の青色光を蛍光体で波長変換することで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの所望の色の表示を行っている。以下、本明細書では、この種の表示装置を蛍光励起型液晶表示装置と称することもある。 2. Description of the Related Art Conventionally, display devices that perform display using light that is excited by a fluorescent material by energy rays such as X-rays, ultraviolet rays, and visible rays and that emits fluorescence are known. For example, Patent Document 1 below discloses a color liquid crystal display device including a light source such as a blue LED, a liquid crystal layer, and a phosphor. In this color liquid crystal display device, red (R), green (G), blue (B), etc. are obtained by modulating the amount of blue light from a light source by a liquid crystal layer and wavelength-converting the modulated blue light with a phosphor. The desired color is displayed. Hereinafter, in this specification, this type of display device may be referred to as a fluorescence excitation type liquid crystal display device.
液晶光変調素子は、正面方向の光透過率が小さくなるときに広角方向の光透過率が大きくなる傾向を有する。このとき、黒表示の際の全透過光束量が大きくなる。液晶光変調素子がこの種の特性を有することに起因して、蛍光励起型液晶表示装置では、黒表示時の輝度が高くなり、表示のコントラストが低下する。一般的な液晶表示装置の分野では、コントラストの改善を図るためにカラーフィルターと液晶層との間にインセル偏光板を配置したものが、下記の特許文献２に開示されている。さらに、特許文献２の液晶表示パネルでは、裏側偏光板とインセル偏光板との間に裏側位相差フィルムを配置することにより斜め方向の位相差の補償を行い、広角方向でのコントラストの改善を図っている。 The liquid crystal light modulation element has a tendency that the light transmittance in the wide-angle direction increases when the light transmittance in the front direction decreases. At this time, the total amount of transmitted light during black display increases. Due to the fact that the liquid crystal light modulation element has this kind of characteristic, in the fluorescence excitation type liquid crystal display device, the luminance at the time of black display is increased and the contrast of display is decreased. In the field of general liquid crystal display devices, an in-cell polarizing plate disposed between a color filter and a liquid crystal layer in order to improve contrast is disclosed in Patent Document 2 below. Further, in the liquid crystal display panel of Patent Document 2, a back-side retardation film is disposed between the back-side polarizing plate and the in-cell polarizing plate to compensate for the phase difference in the oblique direction, thereby improving the contrast in the wide-angle direction. ing.
特許文献２の液晶表示パネルにおいて、裏側位相差板は、広角方向のコントラスト改善にのみ寄与するものであり、正面方向を含む全体のコントラスト改善に寄与するものではない。したがって、蛍光励起型液晶表示装置において正面方向のコントラストを改善したい要求があっても、特許文献２の裏側位相差板をそのまま適用できるものではない。 In the liquid crystal display panel of Patent Document 2, the back side retardation plate contributes only to the improvement of contrast in the wide-angle direction, and does not contribute to the improvement of the overall contrast including the front direction. Therefore, even if there is a request to improve the contrast in the front direction in the fluorescence excitation type liquid crystal display device, the back side retardation plate of Patent Document 2 cannot be applied as it is.
本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、コントラストに優れた蛍光励起型の表示装置の提供を目的とする。 One embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a fluorescence excitation display device having excellent contrast.
上記の目的を達成するために、本発明の一態様の表示装置は、発光スペクトルにおける４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域内に少なくとも一つの極大波長を有する光を射出する光源と、第１偏光板と第２偏光板と前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された垂直配向モードの液晶層とを含み、前記液晶層を電気的に制御することで前記光源から射出された光の透過光量を変調する液晶光変調素子と、前記液晶光変調素子を透過した光を吸収し、前記光源から射出された光の波長域と異なる波長域の蛍光を発光する蛍光体と、前記第１偏光板と前記液晶層との間、もしくは前記第２偏光板と前記液晶層との間に設けられ、前記光源から射出された光の位相差を補償するための２軸位相差を有する位相差層と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a display device of one embodiment of the present invention includes a light source that emits light having at least one maximum wavelength in a wavelength region of 440 nm to 470 nm in an emission spectrum, a first polarizing plate, and a second polarizing plate. A vertical alignment mode liquid crystal layer disposed between the polarizing plate, the first polarizing plate, and the second polarizing plate, and electrically controlling the liquid crystal layer to emit light emitted from the light source. A liquid crystal light modulation element that modulates the amount of transmitted light; a phosphor that absorbs light transmitted through the liquid crystal light modulation element and emits fluorescence in a wavelength range different from the wavelength range of the light emitted from the light source; A phase difference provided between the polarizing plate and the liquid crystal layer or between the second polarizing plate and the liquid crystal layer and having a biaxial phase difference for compensating for the phase difference of the light emitted from the light source. And a layer.
本発明の一態様の表示装置は、前記液晶層の屈折率差をΔｎ、前記液晶層の厚みをｄとしたときの前記液晶層のリタデーションΔｎ×ｄの数値範囲が２６０ｎｍ〜３４０ｎｍであり、前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．０５０×Δｎ×ｄ＋４１≦Ｒｅｔ≦−０．２００×Δｎ×ｄ＋１１０
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
１．０５×Δｎ×ｄ−３３．０≦Ｒｔｈ≦０．８００×Δｎ×ｄ＋８０．０
の関係を満たすことを特徴とする。
In the display device of one embodiment of the present invention, the numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm, When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within a numerical range is Ret (nm),
−0.050 × Δn × d + 41 ≦ Ret ≦ −0.200 × Δn × d + 110
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
1.05 × Δn × d-33.0 ≦ Rth ≦ 0.800 × Δn × d + 80.0
It is characterized by satisfying the relationship.
本発明の一態様の表示装置は、前記液晶層の屈折率差をΔｎ、前記液晶層の厚みをｄとしたときの前記液晶層のリタデーションΔｎ×ｄの数値範囲が２６０ｎｍ〜３４０ｎｍであり、前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋６７．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８３．５
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１１．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３５．５
の関係を満たすことを特徴とする。
In the display device of one embodiment of the present invention, the numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm, When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within a numerical range is Ret (nm),
−0.125 × Δn × d + 67.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 83.5
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
0.925 × Δn × d + 11.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 35.5
It is characterized by satisfying the relationship.
本発明の一態様の表示装置は、前記液晶層の屈折率差をΔｎ、前記液晶層の厚みをｄとしたときの前記液晶層のリタデーションΔｎ×ｄの数値範囲が２６０ｎｍ〜３４０ｎｍであり、前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋７０．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８０．５
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１５．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３１．５
の関係を満たすことを特徴とする。
In the display device of one embodiment of the present invention, the numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm, When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within a numerical range is Ret (nm),
−0.125 × Δn × d + 70.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 80.5
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
0.925 × Δn × d + 15.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 31.5
It is characterized by satisfying the relationship.
本発明の一態様の表示装置は、前記光源から射出された光の拡散角度を調整するための拡散角度調整部材を備えたことを特徴とする。 The display device according to one embodiment of the present invention includes a diffusion angle adjusting member for adjusting a diffusion angle of light emitted from the light source.
本発明の一態様の表示装置は、前記拡散角度調整部材がプリズムシートであることを特徴とする。 In the display device of one embodiment of the present invention, the diffusion angle adjusting member is a prism sheet.
本発明の一態様の表示装置は、前記拡散角度調整部材がバンドパスフィルタであることを特徴とする。 In the display device of one embodiment of the present invention, the diffusion angle adjusting member is a band-pass filter.
本発明の一態様によれば、コントラストに優れた蛍光励起型の表示装置を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a fluorescence excitation display device with excellent contrast can be provided.
本発明者らは、一般の液晶表示装置と蛍光励起型液晶表示装置とではコントラスト特性に影響を及ぼす光の角度成分が異なることに着目した。
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、一般の液晶表示装置におけるコントラスト特性の考え方を説明するための図である。図１６（Ａ）、（Ｂ）は、蛍光励起型液晶表示装置におけるコントラスト特性の考え方を説明するための図である。
図１５（Ａ）、（Ｂ）および図１６（Ａ）、（Ｂ）において、符号１０１は入射側偏光板、１０２は液晶層、１０３は射出側偏光板、１０４は液晶光変調素子、である。
The present inventors have paid attention to the fact that the angle component of light that affects contrast characteristics differs between a general liquid crystal display device and a fluorescence excitation type liquid crystal display device.
FIGS. 15A and 15B are views for explaining the concept of contrast characteristics in a general liquid crystal display device. FIGS. 16A and 16B are views for explaining the concept of contrast characteristics in a fluorescence excitation type liquid crystal display device.
In FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B, reference numeral 101 denotes an incident side polarizing plate, 102 denotes a liquid crystal layer, 103 denotes an exit side polarizing plate, and 104 denotes a liquid crystal light modulation element. .
図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一般の液晶表示装置の場合、観察者は液晶光変調素子１０４を透過した光を直接見ることになる。液晶層１０２の光透過率が最大の状態（白表示時）において、液晶光変調素子１０４の法線方向（角度θ０）に透過する光の輝度をＬ_on（θ０）、液晶光変調素子１０４の法線方向に対して角度θ１の方向に透過する光の輝度をＬ_on（θ１）、液晶光変調素子１０４の法線方向に対して角度θ２の方向に透過する光の輝度をＬ_on（θ２）、とする。液晶層１０４の光透過率が最小の状態（黒表示時）において、液晶光変調素子１０４の法線方向（角度θ０）に透過する光の輝度をＬ_off（θ０）、液晶光変調素子１０４の法線方向に対して角度θ１の方向に透過する光の輝度をＬ_off（θ１）、液晶光変調素子１０４の法線方向に対して角度θ２の方向に透過する光の輝度をＬ_off（θ２）、とする。 As shown in FIGS. 15A and 15B, in the case of a general liquid crystal display device, the observer directly sees the light transmitted through the liquid crystal light modulation element 104. In a state where the light transmittance of the liquid crystal layer 102 is maximum (at the time of white display), the luminance of light transmitted in the normal direction (angle θ0) of the liquid crystal light modulation element 104 is L_on (θ0), and the liquid crystal light modulation element 104 method The luminance of light transmitted in the direction of the angle θ1 with respect to the line direction is L_on (θ1), and the luminance of light transmitted in the direction of the angle θ2 with respect to the normal direction of the liquid crystal light modulation element 104 is L_on (θ2). To do. In a state where the light transmittance of the liquid crystal layer 104 is minimum (during black display), the luminance of light transmitted in the normal direction (angle θ0) of the liquid crystal light modulation element 104 is L_off (θ0), and the liquid crystal light modulation element 104 method The luminance of light transmitted in the direction of the angle θ1 with respect to the line direction is L_off (θ1), and the luminance of light transmitted in the direction of the angle θ2 with respect to the normal direction of the liquid crystal light modulation element 104 is L_off (θ2). To do.
一般の液晶表示装置の場合、観察者の目の位置に向けて液晶層１０２を透過する光のみが観察者の目に到達するため、この光の輝度によってコントラストが決まる。したがって、コントラストは、光の透過方向、すなわち観察者が見る方向に依存して異なる値を取る。一般に、コントラストは、液晶光変調素子１０４の法線方向で相対的に大きい値を取り、広角領域で相対的に小さい値を取る。
任意の角度θｉにおけるコントラストＣＲ（θｉ）は、
ＣＲ（θｉ）＝Ｌ_on（θｉ）／Ｌ_off（θｉ） …（１）
で表される。
In the case of a general liquid crystal display device, only light that passes through the liquid crystal layer 102 toward the viewer's eyes reaches the viewer's eyes, and the contrast is determined by the brightness of the light. Therefore, the contrast takes different values depending on the light transmission direction, that is, the direction viewed by the observer. In general, the contrast takes a relatively large value in the normal direction of the liquid crystal light modulation element 104 and takes a relatively small value in the wide-angle region.
The contrast CR (θi) at an arbitrary angle θi is
CR (θi) = L_on (θi) / L_off (θi) (1)
It is represented by
これに対して、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、蛍光励起型液晶表示装置の場合、観察者は液晶光変調素子１０４を透過した光を直接見るわけではない。蛍光励起型液晶表示装置では、液晶光変調素子１０４を透過した光が蛍光体（図１６（Ａ）、（Ｂ）では図示略）に入射し、観察者は蛍光体で発光した光を見ることになる。蛍光体での発光量は、蛍光体に入射する全光束量に比例する。また、蛍光体は全方向にわたって等方的に発光する。したがって、蛍光励起型液晶表示装置のコントラストは、全方向にわたって等しい値を取る。 On the other hand, as shown in FIGS. 16A and 16B, in the case of a fluorescence excitation type liquid crystal display device, the observer does not directly see the light transmitted through the liquid crystal light modulation element 104. In the fluorescence excitation type liquid crystal display device, the light transmitted through the liquid crystal light modulation element 104 enters the phosphor (not shown in FIGS. 16A and 16B), and the observer sees the light emitted from the phosphor. become. The amount of light emitted from the phosphor is proportional to the total luminous flux incident on the phosphor. The phosphor emits isotropically in all directions. Therefore, the contrast of the fluorescence excitation type liquid crystal display device takes the same value in all directions.
蛍光励起型液晶表示装置のコントラストは、蛍光体に入射する全光束量で決まる。液晶層１０２の光透過率が最大の状態（白表示時）における全光束をΦ_on、液晶層１０２の光透過率が最小の状態（黒表示時）における全光束をΦ_offとすると、
ここで、全方向で共通のコントラストＣＲ（θ）は、
ＣＲ（θ）＝Φ_on／Φ_off …（４）
で表される。
なお、上記（２）式、（３）式において、「ω」は立体角である。「立体角」は、１点とある閉曲線とを結ぶ直線全体によって作られる錐面が、その頂点を中心とする単位球面を切り取る部分の面積の単位球面面積に対する比のことである。
立体角ωが微小な面積とみなせるとき、あるいは、立体角ω内で輝度Ｌ（θ）が均一とみなせるとき、立体角ωにおける光束Φは、
Φ＝Ｌ（θ）×ω
と表せる。したがって、光源から射出される光の全光束は、（２）式、（３）式のように表せる。
The contrast of the fluorescence excitation type liquid crystal display device is determined by the total luminous flux incident on the phosphor. When the total luminous flux in the state where the light transmittance of the liquid crystal layer 102 is maximum (white display) is Φ_on, and the total luminous flux in the state where the light transmittance of the liquid crystal layer 102 is minimum (black display) is Φ_off,
Here, the contrast CR (θ) common to all directions is
CR (θ) = Φ_on / Φ_off (4)
It is represented by
In the above equations (2) and (3), “ω” is a solid angle. “Solid angle” is the ratio of the area of a portion of a unit sphere that is cut out from a unit sphere centered on a vertex formed by the entire straight line connecting one point to a closed curve to the unit sphere area.
When the solid angle ω can be regarded as a small area, or when the luminance L (θ) can be regarded as uniform within the solid angle ω, the light flux Φ at the solid angle ω is
Φ = L (θ) × ω
It can be expressed. Therefore, the total luminous flux of the light emitted from the light source can be expressed as shown in equations (2) and (3).
図１７（Ａ）は、正面光透過率が最大の状態における光透過率−視角特性の全方位図を示す。図１７（Ｂ）は、方位角０°−１８０°方向および４５°−２２５°方向における光透過率−視角特性を示すグラフである。図１８（Ａ）は、正面光透過率が最小の状態における光透過率−視角特性の全方位図を示す。図１８（Ｂ）は、方位角０°−１８０°方向および４５°−２２５°方向における光透過率−視角特性を示すグラフである。図１７（Ｂ）および図１８（Ｂ）のグラフの横軸は液晶光変調素子の法線方向を基準とした極角（°）を示し、縦軸は光透過率を示す。図１７（Ｂ）および図１８（Ｂ）において、実線のグラフは方位角０°−１８０°方向の光透過率−視角特性を示し、破線のグラフは方位角４５°−２２５°方向の光透過率−視角特性を示す。
このシミュレーションでは、液晶層を垂直配向モードとし、光入射側と光射出側の２枚の偏光板の吸収軸を方位角０°−１８０°方向と９０°−２７０°方向に配置した。
FIG. 17A shows an omnidirectional view of the light transmittance-viewing angle characteristic in a state where the front light transmittance is maximum. FIG. 17B is a graph showing light transmittance-viewing angle characteristics in the azimuth angles 0 ° -180 ° direction and 45 ° -225 ° directions. FIG. 18A shows an omnidirectional view of the light transmittance-viewing angle characteristic in a state where the front light transmittance is minimum. FIG. 18B is a graph showing light transmittance-viewing angle characteristics in the azimuth angles 0 ° -180 ° direction and 45 ° -225 ° direction. In the graphs of FIGS. 17B and 18B, the horizontal axis indicates the polar angle (°) with respect to the normal direction of the liquid crystal light modulation element, and the vertical axis indicates the light transmittance. In FIG. 17B and FIG. 18B, the solid line graph shows the light transmittance-viewing angle characteristic in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction, and the broken line graph shows the light transmission in the azimuth angle 45 ° -225 ° direction. The rate-viewing angle characteristic is shown.
In this simulation, the liquid crystal layer was set to the vertical alignment mode, and the absorption axes of the two polarizing plates on the light incident side and the light emitting side were arranged in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction and 90 ° -270 ° direction.
図１７（Ｂ）に示すように、正面光透過率が最大の状態では、方位角０°−１８０°方向、４５°−２２５°方向の双方において、符号Ｗ１で示したように、極角が小さい方向（法線方向）から極角が大きい方向（広角方向）に向けて光透過率は単調に低下する。これに対して、図１８（Ｂ）に示すように、正面光透過率が最小の状態では、符号Ｗ２，Ｗ３で示したように、極角が大きい領域（広角領域）で光透過率が上昇する傾向を示す。特に、実線のグラフで示す方位角４５°−２２５°方向（一対の偏光板の２本の吸収軸の中間方位）において、符号Ｗ２で示したように、光透過率の上昇が顕著である。 As shown in FIG. 17B, in the state where the front light transmittance is maximum, the polar angle is as shown by the symbol W1 in both the azimuth angles 0 ° -180 ° direction and 45 ° -225 ° direction. The light transmittance decreases monotonously from a small direction (normal direction) to a direction where the polar angle is large (wide angle direction). On the other hand, as shown in FIG. 18B, in the state where the front light transmittance is minimum, the light transmittance increases in a region where the polar angle is large (wide angle region), as indicated by reference numerals W2 and W3. Show a tendency to In particular, in the azimuth angle direction of 45 ° -225 ° indicated by the solid line graph (intermediate azimuth between the two absorption axes of the pair of polarizing plates), as shown by the symbol W2, the increase in light transmittance is remarkable.
上述したように、一般の液晶表示装置であれば、正面光透過率が最小の状態における広角領域での光透過率の上昇は、広角方向でのコントラスト低下の要因となるものの、正面方向でのコントラストには影響を及ぼさない。これに対して、蛍光励起型液晶表示装置の場合、全方向のコントラストが蛍光体に入射する全光束量で決まるため、黒表示時の広角領域での光透過率の上昇は、正面方向を含む全方向でのコントラスト低下の要因となる。したがって、蛍光励起型液晶表示装置において、正面方向を含む全方向でのコントラストを改善するためには、広角領域での光透過率の上昇を抑える必要がある。逆に言えば、広角領域での光透過率の上昇を抑えられれば、正面方向を含む全方向でのコントラストを改善することができる。そこで、本発明者らは、蛍光励起型液晶表示装置において、２軸位相差を有する位相差層を第１偏光板と液晶層との間もしくは第２偏光板と液晶層との間に配置することにより、広角領域での光透過率の上昇を抑えることができ、コントラストを改善できることに想到した。 As described above, in the case of a general liquid crystal display device, an increase in light transmittance in the wide-angle region in a state where the front light transmittance is minimum causes a decrease in contrast in the wide-angle direction, but in the front direction. Does not affect contrast. On the other hand, in the case of a fluorescence excitation type liquid crystal display device, since the contrast in all directions is determined by the total amount of light incident on the phosphor, the increase in light transmittance in the wide angle region during black display includes the front direction. This causes a decrease in contrast in all directions. Therefore, in the fluorescence excitation type liquid crystal display device, in order to improve the contrast in all directions including the front direction, it is necessary to suppress an increase in light transmittance in the wide angle region. In other words, if an increase in light transmittance in the wide-angle region can be suppressed, contrast in all directions including the front direction can be improved. Therefore, the present inventors arrange a retardation layer having a biaxial retardation in the fluorescence excitation type liquid crystal display device, between the first polarizing plate and the liquid crystal layer or between the second polarizing plate and the liquid crystal layer. As a result, it was conceived that the increase in light transmittance in the wide-angle region can be suppressed and the contrast can be improved.
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１１を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の蛍光をそれぞれ発する蛍光体を備えた蛍光励起型カラー液晶表示装置の一例である。
図１は、本実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The liquid crystal display device according to the present embodiment is an example of a fluorescence excitation type color liquid crystal display device including phosphors that emit fluorescence of R, G, and B colors.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the liquid crystal display device of this embodiment.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
本実施形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、バックライト２（光源）と、液晶光変調素子２０と、蛍光体基板６と、を備えている。液晶光変調素子２０は、第１偏光板３と、液晶パネル４と、第２偏光板５と、を備えている。液晶表示装置１においては、バックライト２から射出された光を蛍光体基板６により波長変換し、発せられたＲ、Ｇ、Ｂの蛍光によって所望のカラー表示を行う。観察者は、バックライト２が配置された側と反対側、すなわち、蛍光体基板６が配置された側（図１の上側）から表示を視認する。 As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device 1 of the present embodiment includes a backlight 2 (light source), a liquid crystal light modulation element 20, and a phosphor substrate 6. The liquid crystal light modulation element 20 includes a first polarizing plate 3, a liquid crystal panel 4, and a second polarizing plate 5. In the liquid crystal display device 1, the wavelength of light emitted from the backlight 2 is converted by the phosphor substrate 6, and a desired color display is performed by the emitted R, G, and B fluorescence. The observer visually recognizes the display from the side opposite to the side where the backlight 2 is arranged, that is, the side where the phosphor substrate 6 is arranged (upper side in FIG. 1).
バックライト２は、発光スペクトルにおいて、４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域内に少なくとも一つの極大値を有するものが用いられる。すなわち、バックライト２は、青色領域内に強度のピークを持つ光を射出するものである。４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域に極大値を有する光は、後述する蛍光体層に吸収された際に蛍光体層を効率良く励起して蛍光を生じさせる。具体的に、バックライト２は、青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）、青色蛍光管などの発光素子（図示略）と、導光板７と、から構成されている。発光素子は、例えば波長４５０ｎｍ付近に発光強度の極大値を有する青色光を発光する。導光板７は、発光素子から入射された光を伝播しつつ主面から射出させ、液晶光変調素子２０を照明する。 As the backlight 2, one having at least one maximum value in the wavelength region of 440 nm to 470 nm in the emission spectrum is used. That is, the backlight 2 emits light having an intensity peak in the blue region. The light having the maximum value in the wavelength region of 440 nm to 470 nm efficiently excites the phosphor layer to generate fluorescence when absorbed by the phosphor layer described later. Specifically, the backlight 2 includes a light emitting element (not shown) such as a blue light emitting diode (blue LED) or a blue fluorescent tube, and a light guide plate 7. The light emitting element emits blue light having a maximum value of emission intensity in the vicinity of a wavelength of 450 nm, for example. The light guide plate 7 emits light incident from the light emitting element from the main surface while propagating, and illuminates the liquid crystal light modulation element 20.
液晶パネル４は、第１基板８と、第２基板９と、第１基板８と第２基板９との間に挟持された液晶層１０と、を備えている。第１基板８および第２基板９は、光透過性を有するガラス基板等で構成される。液晶パネル４は、マトリクス状に配置されたＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎に、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えたアクティブマトリクス型の液晶パネルである。 The liquid crystal panel 4 includes a first substrate 8, a second substrate 9, and a liquid crystal layer 10 sandwiched between the first substrate 8 and the second substrate 9. The first substrate 8 and the second substrate 9 are made of a light transmissive glass substrate or the like. The liquid crystal panel 4 is an active matrix liquid crystal panel provided with a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) for each of R, G, and B sub-pixels arranged in a matrix.
第１基板８の第１の面８ａには、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜で構成された複数の画素電極１１が設けられている。１つの画素電極１１は１つのサブ画素に対応して設けられている。各画素電極１１にはＴＦＴ（図示略）が接続されている。さらに、第１基板８の第１の面８ａに、データバスライン、ゲートバスライン等の配線（図示略）が設けられている。第１基板８の第１の面８ａに、配向膜（図示略）が複数の画素電極１１を覆うように設けられている。 A plurality of pixel electrodes 11 made of a transparent conductive film such as indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) are provided on the first surface 8 a of the first substrate 8. One pixel electrode 11 is provided corresponding to one subpixel. A TFT (not shown) is connected to each pixel electrode 11. Furthermore, wirings (not shown) such as data bus lines and gate bus lines are provided on the first surface 8 a of the first substrate 8. An alignment film (not shown) is provided on the first surface 8 a of the first substrate 8 so as to cover the plurality of pixel electrodes 11.
第２基板９の第１の面９ａに、ＩＴＯ等の透明導電膜で構成された対向電極１２が形成されている。さらに、第２基板９の第１の面９ａに、配向膜（図示略）が対向電極１２を覆うように形成されている。 A counter electrode 12 made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the first surface 9 a of the second substrate 9. Further, an alignment film (not shown) is formed on the first surface 9 a of the second substrate 9 so as to cover the counter electrode 12.
液晶層１０は、例えば誘電異方性が負の液晶材料で構成されている。液晶層１０は、電界無印加時に第１基板８および第２基板９の表面に対して略垂直に配向した液晶層、いわゆる垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードの液晶層である。液晶層１０として、バックライト２からの光の４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域に存在する極大波長±２５ｎｍの範囲において、透過率が最大となる実効的なリタデーションを有するものを用いることが好ましい。 The liquid crystal layer 10 is made of, for example, a liquid crystal material having negative dielectric anisotropy. The liquid crystal layer 10 is a liquid crystal layer that is aligned substantially perpendicular to the surfaces of the first substrate 8 and the second substrate 9 when no electric field is applied, that is, a so-called vertical alignment (VA) mode liquid crystal layer. As the liquid crystal layer 10, it is preferable to use a liquid crystal layer having an effective retardation that maximizes the transmittance in the range of the maximum wavelength ± 25 nm existing in the wavelength region of 440 nm to 470 nm of the light from the backlight 2.
換言すれば、液晶層１０の透過率が最大になる波長（ＷＬＣ）と、バックライト２が最大強度を示す波長（ＷＢＬ）とが、以下の関係式（５）を満たすことが好ましく、以下の関係式（６）を満たすことがより好ましい。
ＷＢＬ−２５ｎｍ≦ＷＬＣ≦ＷＢＬ＋２５ｎｍ …（５）
ＷＢＬ−１０ｎｍ≦ＷＬＣ≦ＷＢＬ＋１０ｎｍ …（６）
In other words, the wavelength (WLC) at which the transmittance of the liquid crystal layer 10 is maximized and the wavelength (WBL) at which the backlight 2 exhibits the maximum intensity preferably satisfy the following relational expression (5). It is more preferable to satisfy the relational expression (6).
WBL−25 nm ≦ WLC ≦ WBL + 25 nm (5)
WBL−10 nm ≦ WLC ≦ WBL + 10 nm (6)
ここで、液晶層１０が最大透過率を示すリタデーションについて説明する。
液晶層１０の屈折率差（Δｎ）と厚み（ｄ）とは、各表示モードに併せて適宜設計する必要がある。液晶層１０が最大透過率を示すリタデーションは、単に液晶層１０の屈折率差（Δｎ）と厚み（ｄ）の積で求めることができるΔｎ×ｄではなく、液晶層１０の駆動時に得られる実効的なΔｎ×ｄの値のことである。
Here, the retardation in which the liquid crystal layer 10 exhibits the maximum transmittance will be described.
The refractive index difference (Δn) and thickness (d) of the liquid crystal layer 10 need to be appropriately designed in accordance with each display mode. The retardation at which the liquid crystal layer 10 exhibits the maximum transmittance is not Δn × d that can be obtained simply by the product of the refractive index difference (Δn) and the thickness (d) of the liquid crystal layer 10, but is effective obtained when the liquid crystal layer 10 is driven. It is a typical value of Δn × d.
例えばリタデーション（Δｎ×ｄ）について、下記のような設計が必要である。
ＶＡモードに用いられる液晶材料として、例えば、波長５５０ｎｍにおいて、屈折率差Δｎ＝０．１を示すものを用いる場合、液晶層１０の最大透過率を得るための位相差はλ／２であるから、２７５ｎｍである。しかしながら、配向膜と液晶層１０との界面近傍の液晶分子は電界に応答しないため、単純にセル厚（ｄ）を２．７５μｍ（２７５ｎｍ）に設定すると、Δｎ×ｄの値が不足する。そのため、セル厚（ｄ）を例えば３．５μｍ程度に設定することが一般的である。
For example, the following design is required for retardation (Δn × d).
As a liquid crystal material used for the VA mode, for example, when a material showing a refractive index difference Δn = 0.1 at a wavelength of 550 nm is used, the phase difference for obtaining the maximum transmittance of the liquid crystal layer 10 is λ / 2. 275 nm. However, since the liquid crystal molecules in the vicinity of the interface between the alignment film and the liquid crystal layer 10 do not respond to the electric field, if the cell thickness (d) is simply set to 2.75 μm (275 nm), the value of Δn × d is insufficient. Therefore, the cell thickness (d) is generally set to about 3.5 μm, for example.
ＶＡモードの液晶層において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各サブ画素の電圧−透過率カーブ（Ｖ−Ｔカーブ）、もしくは階調−輝度特性（ガンマカーブ）は色毎に異なっている。これは、液晶分子の屈折率が波長分散を有することに起因する。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの階調−輝度特性を合わせるために、液晶分子が完全に倒れるまでの電圧を印加しない場合もある。すなわち、設計時には、液晶層１０が最大透過率を示す位相差値を使用するのではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂのバランスを考慮して色毎に最大透過率を設定し、実効的なΔｎ×ｄの値を設定する。 In the VA mode liquid crystal layer, the voltage-transmittance curve (VT curve) or gradation-luminance characteristic (gamma curve) of each of the red (R), green (G), and blue (B) sub-pixels is the color. Every one is different. This is due to the fact that the refractive index of the liquid crystal molecules has wavelength dispersion. In addition, in order to match the gradation-luminance characteristics of R, G, and B, there is a case where no voltage is applied until the liquid crystal molecules are completely tilted. That is, at the time of designing, the liquid crystal layer 10 does not use the phase difference value indicating the maximum transmittance, but sets the maximum transmittance for each color in consideration of the balance of R, G, and B, and the effective Δn × Set the value of d.
本実施形態の液晶層１０として、ＶＡモードに用いられる液晶材料を用いた場合の例を以下に示す。
液晶層１０では、波長４５０ｎｍの光に対しては、波長λが５５０ｎｍよりも小さいので、実効的な位相差がλ／２の条件を満たすようなセル厚は、波長５５０ｎｍの光を前提としたときの液晶層よりも２０％程度薄くなる。そのため、波長５５０ｎｍに合わせて設計したセル厚３．５μｍに対して２０％程度薄くしたセル厚、すなわち、セル厚２．９μｍを最適値として設計する。
An example in which a liquid crystal material used in the VA mode is used as the liquid crystal layer 10 of the present embodiment is shown below.
In the liquid crystal layer 10, since the wavelength λ is smaller than 550 nm for light having a wavelength of 450 nm, the cell thickness that satisfies the condition that the effective phase difference satisfies λ / 2 is premised on the light having a wavelength of 550 nm. It is about 20% thinner than the liquid crystal layer. Therefore, a cell thickness that is about 20% thinner than a cell thickness of 3.5 μm designed for a wavelength of 550 nm, that is, a cell thickness of 2.9 μm is designed as an optimum value.
本実施形態では、液晶層１０を透過するのは青色光であるから、青色領域についてのみ、Δｎ×ｄを考慮すれば良い。そのため、液晶分子の応答が飽和する状態にまで電圧を印加すれば、最大透過率を得ることができる。その場合、光の利用効率を高めることができる。一方、液晶分子の応答が飽和しない程度の電圧で最大透過率を設定すれば、応答速度をより速くする効果が得られる。そのような設計も可能である。 In the present embodiment, since the blue light is transmitted through the liquid crystal layer 10, Δn × d need only be considered for the blue region. Therefore, the maximum transmittance can be obtained by applying a voltage until the response of the liquid crystal molecules is saturated. In that case, the light use efficiency can be increased. On the other hand, if the maximum transmittance is set at a voltage that does not saturate the response of the liquid crystal molecules, the effect of increasing the response speed can be obtained. Such a design is also possible.
図１に示すように、蛍光体基板６は、第３基板１３と、第３基板１３の第１の面１３ａに形成された蛍光体層１４と、を備えている。第３基板１３は、光透過性を有するガラス基板等で構成される。蛍光体層１４は、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光材料を含む赤色蛍光体層１４Ｒ、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体材料を含む緑色蛍光体層１４Ｇ、を有している。 As shown in FIG. 1, the phosphor substrate 6 includes a third substrate 13 and a phosphor layer 14 formed on the first surface 13 a of the third substrate 13. The third substrate 13 is composed of a light transmissive glass substrate or the like. The phosphor layer 14 includes a red phosphor layer 14R including a phosphor material that absorbs blue light and emits red light, and a green phosphor layer 14G that includes a phosphor material that absorbs blue light and emits green light. ing.
蛍光体層１４は、以下に例示する蛍光体材料のみから構成されていても良い。蛍光体層１４は、任意に添加剤等を含んでいても良く、蛍光体材料が樹脂材料や無機材料等の結合材中に分散された構成であっても良い。本実施形態の蛍光体材料として、公知の蛍光体材料を用いることができる。この種の蛍光体材料は、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料とに分類することができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本実施形態はこれらの材料に限定されるものではない。 The phosphor layer 14 may be composed of only the phosphor material exemplified below. The phosphor layer 14 may optionally contain an additive or the like, and may have a configuration in which the phosphor material is dispersed in a binder such as a resin material or an inorganic material. A known phosphor material can be used as the phosphor material of the present embodiment. This type of phosphor material can be classified into an organic phosphor material and an inorganic phosphor material. Although these specific compounds are illustrated below, this embodiment is not limited to these materials.
有機系蛍光体材料では、青色光を赤色光に変換する蛍光材として、シアニン系色素：４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリル）−４Ｈ−ピラン、ピリジン系色素：１−エチル−２−［４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル］−ピリジニウム−パークロレート、およびローダミン系色素：ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、ベーシックバイオレット１１、スルホローダミン１０１等が挙げられる。青色光を緑色光に変換する蛍光材として、クマリン系色素：２，３，５，６−１Ｈ、４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフロメチルキノリジン（９，９ａ、１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２′−ベンゾチアゾリル）―７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２′−ベンゾイミダゾリル）―７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、ナフタルイミド系色素：ベーシックイエロー５１、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６等が挙げられる。 In organic phosphor materials, cyanine dyes: 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran, pyridine dyes as fluorescent materials that convert blue light into red light : 1-ethyl-2- [4- (p-dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl] -pyridinium-perchlorate and rhodamine dyes: rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110, And basic violet 11, sulforhodamine 101 and the like. As a fluorescent material that converts blue light into green light, coumarin dyes: 2,3,5,6-1H, 4H-tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9,9a, 1-gh) coumarin (coumarin 153 ), 3- (2'-benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 6), 3- (2'-benzoimidazolyl) -7-N, N-diethylaminocoumarin (coumarin 7), naphthalimide dye: basic yellow 51 Solvent Yellow 11, Solvent Yellow 116 and the like.
無機系蛍光体材料では、青色光を赤色光に変換する蛍光材として、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、ＹＡｌＯ3：Ｅｕ3+、Ｃａ2Ｙ2（ＳｉＯ4）6：Ｅｕ3+、ＬｉＹ9（ＳｉＯ4）6Ｏ2：Ｅｕ3+、ＹＶＯ4：Ｅｕ3+、ＣａＳ：Ｅｕ3+、Ｇｄ2Ｏ3：Ｅｕ3+、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ3+、Ｍｇ4ＧｅＯ5.5Ｆ：Ｍｎ4+、Ｍｇ4ＧｅＯ6：Ｍｎ4+、Ｋ5Ｅｕ2.5（ＷＯ4）6.25、Ｎａ5Ｅｕ2.5（ＷＯ4）6.25、Ｋ5Ｅｕ2.5（ＭｏＯ4）6.25、Ｎａ5Ｅｕ2.5（ＭｏＯ4）6.25等が挙げられる。青色光を緑色光に変換する蛍光材として、（ＢａＭｇ）Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+、（ＳｒＢａ）Ａl12Ｓｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、（ＢａＭｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7−Ｓｒ2Ｂ2Ｏ5：Ｅｕ2+、（ＢａＣａＭｇ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｓｉ3Ｏ8−２ＳｒＣｌ2：Ｅｕ2+、Ｚｒ2ＳｉＯ4、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｂａ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、Ｓｒ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（ＢａＳｒ）ＳｉＯ4：Ｅｕ2+等が挙げられる。 In the inorganic phosphor material, Y 2 O 2 S: Eu 3+ , YAlO 3 : Eu 3+ , Ca 2 Y 2 (SiO 4 ) 6 : Eu 3+ are used as fluorescent materials for converting blue light into red light. LiY 9 (SiO 4 ) 6 O 2 : Eu 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , CaS: Eu 3+ , Gd 2 O 3 : Eu 3+ , Gd 2 O 2 S: Eu 3+ , Y (P, V) O 4 : Eu 3+ , Mg 4 GeO 5.5 F: Mn 4+ , Mg 4 GeO 6 : Mn 4+ , K 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , K 5 Examples include Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 and Na 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 . As fluorescent materials for converting blue light into green light, (BaMg) Al 16 O 27 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , (SrBa) Al 12 Si 2 O 8 : Eu 2+ , (BaMg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ , Sr 2 P 2 O 7 —Sr 2 B 2 O 5 : Eu 2+ , (BaCaMg) 5 ( PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 8 -2SrCl 2 : Eu 2+ , Zr 2 SiO 4 , MgAl 11 O 19 : Ce 3+ , Tb 3+ , Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , (BaSr) SiO 4 : Eu 2+ and the like.
赤色蛍光体層１４Ｒは液晶パネル４の一つの画素電極１１に対応して配置されている。赤色蛍光体層１４Ｒが配置された領域が赤色サブ画素である。同様に、緑色蛍光体層１４Ｇは液晶パネル４の一つの画素電極１１に対応して配置されている。緑色蛍光体層１４Ｇが配置された領域が緑色サブ画素である。また、蛍光体層４のうち、青色サブ画素に相当する領域には、蛍光体層が配置されておらず、入射した青色光を散乱させて射出させる散乱体層１４Ｂが配置されている。なお、蛍光体層１４と第２偏光板５との間に、蛍光体層１４で発せられた光を反射する反射膜があっても良い。 The red phosphor layer 14 </ b> R is disposed corresponding to one pixel electrode 11 of the liquid crystal panel 4. A region where the red phosphor layer 14R is arranged is a red sub-pixel. Similarly, the green phosphor layer 14 </ b> G is arranged corresponding to one pixel electrode 11 of the liquid crystal panel 4. A region where the green phosphor layer 14G is disposed is a green sub-pixel. Further, in the phosphor layer 4, a phosphor layer is not disposed in a region corresponding to the blue subpixel, and a scatterer layer 14 </ b> B that scatters and emits incident blue light is disposed. A reflective film that reflects light emitted from the phosphor layer 14 may be provided between the phosphor layer 14 and the second polarizing plate 5.
第３基板１３の第２の面１３ｂ（蛍光体層１４が設けられた側と反対側の視認側の面）には、外光フィルタ１６が設けられている。外光フィルタ１６は、例えば誘電体多層膜で構成されている。外光フィルタ１６は、太陽光や照明光などの外光に含まれる青色光を吸収もしくは反射する一方、蛍光体層１４で発せられた赤色光や緑色光を透過する特性を有する。外光フィルタ１６は、外光に含まれる青色光によって蛍光体層１４が励起されるのを抑える機能を果たす。 An external light filter 16 is provided on the second surface 13b of the third substrate 13 (the surface on the viewing side opposite to the side on which the phosphor layer 14 is provided). The external light filter 16 is made of, for example, a dielectric multilayer film. The external light filter 16 absorbs or reflects blue light included in external light such as sunlight and illumination light, and has a characteristic of transmitting red light and green light emitted from the phosphor layer 14. The external light filter 16 functions to suppress the phosphor layer 14 from being excited by blue light contained in external light.
第１偏光板３は、液晶パネル４を構成する第１基板８の第２の面８ｂに配置されている。第２偏光板５は、第２基板９の第２の面９ｂに配置されている。本実施形態の第１偏光板３および第２偏光板５は、液晶パネル４の外側に位置する偏光板、いわゆるアウトセル型の偏光板である。 第１偏光板３および第２偏光板５は、例えば２色性染料からなる２色性色素、もしくはヨウ素を樹脂基材中に含む偏光板である。第１偏光板３および第２偏光板５の吸収軸は、方位角０°−１８０°方向および方位角９０°−２７０°方向に配置されている。第１偏光板３の吸収軸が方位角０°−１８０°方向、第２偏光板５の吸収軸が９０°−２７０°方向に配置されていてもよいし、第１偏光板３の吸収軸が方位角９０°−２７０°方向、第２偏光板５の吸収軸が方位角０°−１８０°方向に配置されていてもよい。 The first polarizing plate 3 is disposed on the second surface 8 b of the first substrate 8 constituting the liquid crystal panel 4. The second polarizing plate 5 is disposed on the second surface 9 b of the second substrate 9. The first polarizing plate 3 and the second polarizing plate 5 of the present embodiment are polarizing plates located outside the liquid crystal panel 4, so-called out-cell type polarizing plates. The 1st polarizing plate 3 and the 2nd polarizing plate 5 are polarizing plates which contain the dichroic pigment | dye which consists of a dichroic dye, or an iodine in a resin base material, for example. The absorption axes of the first polarizing plate 3 and the second polarizing plate 5 are arranged in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction and the azimuth angle 90 ° -270 ° direction. The absorption axis of the first polarizing plate 3 may be arranged in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction, the absorption axis of the second polarizing plate 5 may be arranged in the 90 ° -270 ° direction, or the absorption axis of the first polarizing plate 3. May be arranged in the azimuth angle 90 ° -270 ° direction, and the absorption axis of the second polarizing plate 5 may be arranged in the azimuth angle 0 ° -180 ° direction.
位相差板１７は、第１偏光板３と第１基板８との間に設けられている。位相差板１７は、面内位相差と厚み方向位相差とを含む２軸位相差を有する。位相差板１７の面内において互いに直交する２方向の屈折率をｎｘ，ｎｙとし、位相差板１７の厚み方向の屈折率をｎｚとし、位相差板１７の厚みをｄとしたとき、面内位相差Ｒｅｔは、
Ｒｅｔ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ …（７）
で表される。
厚み方向位相差Ｒｔｈは、
Ｒｔｈ＝（ｎｘ−ｎｚ）×ｄ …（８）
で表される。
なお、位相差板１７の面内屈折率は、第１偏光板３の吸収軸に直交する方位の屈折率をｎｘとし、第１偏光板３の吸収軸に平行な方位の屈折率をｎｙとし、ｎｘ＞ｎｙとする。
本実施形態の位相差板１７は、特許請求の範囲における位相差層に相当する。なお、位相差板１７は、第２偏光板５と第２基板９との間に設けられていてもよい。位相差板１７が第２偏光板５と第２基板９との間に配置されている場合、位相差板１７の面内屈折率は、第２偏光板５の吸収軸に直交する方位の屈折率をｎｘとし、第２偏光板５の吸収軸に平行な方位の屈折率をｎｙとし、ｎｘ＞ｎｙとする。
The phase difference plate 17 is provided between the first polarizing plate 3 and the first substrate 8. The retardation plate 17 has a biaxial retardation including an in-plane retardation and a thickness direction retardation. When the refractive index in two directions orthogonal to each other in the plane of the retardation plate 17 is nx, ny, the refractive index in the thickness direction of the retardation plate 17 is nz, and the thickness of the retardation plate 17 is d, the in-plane The phase difference Ret is
Ret = (nx−ny) × d (7)
It is represented by
Thickness direction retardation Rth is
Rth = (nx−nz) × d (8)
It is represented by
The in-plane refractive index of the phase difference plate 17 is nx as the refractive index in the direction orthogonal to the absorption axis of the first polarizing plate 3, and ny as the refractive index in the direction parallel to the absorption axis of the first polarizing plate 3. Nx> ny.
The retardation plate 17 of the present embodiment corresponds to a retardation layer in the claims. The retardation film 17 may be provided between the second polarizing plate 5 and the second substrate 9. When the phase difference plate 17 is disposed between the second polarizing plate 5 and the second substrate 9, the in-plane refractive index of the phase difference plate 17 is refracted in the direction orthogonal to the absorption axis of the second polarizing plate 5. The refractive index is nx, the refractive index in the direction parallel to the absorption axis of the second polarizing plate 5 is ny, and nx> ny.
本発明者らは、２軸位相差を有する位相差板の効果を実証するシミュレーションを行った。その結果について説明する。
図４（Ａ）に示すモデルを用いてシミュレーションを行った。このモデルでは、液晶層２２は、第１偏光板２３と第２偏光板２４とによって挟持されている。２軸位相差を有する位相差板２５は、第１偏光板２３と液晶層２２との間に挿入されている。バックライト２６は、第１偏光板２３の背面側に配置されている。
The present inventors performed a simulation to demonstrate the effect of a retardation plate having a biaxial phase difference. The result will be described.
Simulation was performed using the model shown in FIG. In this model, the liquid crystal layer 22 is sandwiched between a first polarizing plate 23 and a second polarizing plate 24. A retardation plate 25 having a biaxial retardation is inserted between the first polarizing plate 23 and the liquid crystal layer 22. The backlight 26 is disposed on the back side of the first polarizing plate 23.
図４（Ｂ）に示すように、このモデルでは、液晶層２２はＶＡモードであり、液晶層２２の厚さ方向中央部における液晶分子Ｂの配向方向が異なる４つのドメインＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有しているものとした。各ドメインＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４における２つの矢印Ｈ１，Ｈ２は、液晶層２２を挟持する２枚の基板（図４（Ａ）では図示略）の各々と液晶層２２との界面における液晶分子Ｂの初期配向の方位を示している。２枚の基板のうち、いずれの基板と液晶層２２との界面がいずれの矢印Ｈ１，Ｈ２に対応していてもよい。また、矢印Ｐ23は第１偏光板２３の吸収軸の方位を示し、矢印Ｐ24は第２偏光板２４の吸収軸の方位を示す。また、第１偏光板２３の吸収軸Ｐ23に直交する方位の屈折率をｎｘとし、第１偏光板２３の吸収軸Ｐ23に平行な方位の屈折率をｎｙとし、ｎｘ＞ｎｙとする。 As shown in FIG. 4B, in this model, the liquid crystal layer 22 is in the VA mode, and the four domains D1, D2, D3, which have different alignment directions of the liquid crystal molecules B in the central portion in the thickness direction of the liquid crystal layer 22. It was assumed to have D4. Two arrows H1 and H2 in each domain D1, D2, D3, and D4 indicate liquid crystal molecules at the interface between each of two substrates (not shown in FIG. 4A) that sandwich the liquid crystal layer 22 and the liquid crystal layer 22. The orientation of the initial orientation of B is shown. Of the two substrates, the interface between any substrate and the liquid crystal layer 22 may correspond to any arrow H1, H2. An arrow P23 indicates the direction of the absorption axis of the first polarizing plate 23, and an arrow P24 indicates the direction of the absorption axis of the second polarizing plate 24. Further, the refractive index in the direction perpendicular to the absorption axis P23 of the first polarizing plate 23 is nx, the refractive index in the direction parallel to the absorption axis P23 of the first polarizing plate 23 is ny, and nx> ny.
シミュレーションの条件として、バックライト２６には、全方位にわたって均一な配光分布を有するものを用いた。
図５は、バックライト２６の指向性を示す図である。図５の横軸は極角（°）であり、縦軸はバックライト２６から射出される光の強度である。光の強度は、極角０°（正面方向）における光の強度を１００としたときの相対値で示した。バックライト２６の指向性は、図５に示したように、半値全幅で３５°に設定した。
As a simulation condition, a backlight 26 having a uniform light distribution over all directions was used.
FIG. 5 is a diagram showing the directivity of the backlight 26. The horizontal axis in FIG. 5 is the polar angle (°), and the vertical axis is the intensity of light emitted from the backlight 26. The light intensity is shown as a relative value when the light intensity at a polar angle of 0 ° (front direction) is taken as 100. The directivity of the backlight 26 was set to 35 ° with the full width at half maximum, as shown in FIG.
第１偏光板２３および第２偏光板２４として、波長４５０ｎｍにおけるクロスニコル透過率が０．００１４％であり、パラレルニコル透過率が３７．８％であり、パラレル／クロス透過率比が２７０１２であるものを用いた。第１偏光板２３および第２偏光板２４の屈折率は、１．５に設定した。 As the first polarizing plate 23 and the second polarizing plate 24, the crossed Nicol transmittance at a wavelength of 450 nm is 0.0014%, the parallel Nicol transmittance is 37.8%, and the parallel / cross transmittance ratio is 27012. A thing was used. The refractive indexes of the first polarizing plate 23 and the second polarizing plate 24 were set to 1.5.
液晶層２２として、波長４５０ｎｍにおける屈折率差Δｎが０．１００の液晶を用いた。液晶層２２の厚み（セル厚）ｄは、２．９μｍとした。液晶層２２は、ＶＡモードであり、単位領域内に配向方向が異なる４つのドメインを有するものとした。
波長４５０ｎｍにおける液晶層２２のリタデーションは２９０ｎｍに設定した。
波長４５０ｎｍにおける位相差板２５の屈折率は、１．５０に設定した。位相差板２５の面内位相差は８０ｎｍ、厚み方向位相差は２９０ｎｍに設定した。
As the liquid crystal layer 22, a liquid crystal having a refractive index difference Δn of 0.100 at a wavelength of 450 nm was used. The thickness (cell thickness) d of the liquid crystal layer 22 was 2.9 μm. The liquid crystal layer 22 is a VA mode and has four domains having different alignment directions in the unit region.
The retardation of the liquid crystal layer 22 at a wavelength of 450 nm was set to 290 nm.
The refractive index of the retardation plate 25 at a wavelength of 450 nm was set to 1.50. The in-plane retardation of the retardation plate 25 was set to 80 nm, and the thickness direction retardation was set to 290 nm.
図２（Ａ）は、位相差板を備えていない比較例の液晶表示装置において、正面光透過率が最小の状態（黒表示時）における光透過率−視角特性の全方位図を示す。図２（Ｂ）は、位相差板を備えた実施例の液晶表示装置において、正面光透過率が最小の状態（黒表示時）での光透過率−視角特性の全方位図を示す。図３は、方位角４５°−２２５°方向における光透過率−視角特性を示すグラフである。図３において、実線のグラフが実施例の液晶表示装置を示し、破線のグラフが比較例の液晶表示装置を示す。 FIG. 2A shows an omnidirectional view of the light transmittance-viewing angle characteristics in a state where the front light transmittance is minimum (during black display) in a liquid crystal display device of a comparative example that does not include a retardation plate. FIG. 2B is an omnidirectional view of the light transmittance-viewing angle characteristics in a state where the front light transmittance is minimum (when black is displayed) in the liquid crystal display device of the embodiment including the retardation plate. FIG. 3 is a graph showing the light transmittance-viewing angle characteristics in the direction of the azimuth angle 45 ° -225 °. In FIG. 3, the solid line graph indicates the liquid crystal display device of the example, and the broken line graph indicates the liquid crystal display device of the comparative example.
図２（Ａ）、図３に示すように、比較例の液晶表示装置の場合、方位角４５°−２２５°方向において、極角７０°付近を極大値として光透過率が０．１％を越える程度まで上昇していることが判った。これに対して、図２（Ｂ）、図３に示すように、本実施例の液晶表示装置の場合、極角が大きい領域での光透過率の上昇を０．０１％未満にまで抑えることができた。図３では、方位角４５°−２２５°方向のみを示したが、これと直交する方位角１３５°−３１５°方向についても同様である。 As shown in FIG. 2A and FIG. 3, in the case of the liquid crystal display device of the comparative example, in the azimuth angle of 45 ° to 225 ° direction, the light transmittance is 0.1% with a local maximum around 70 °. It turned out that it was rising to the extent that it exceeded. On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 3, in the case of the liquid crystal display device of this embodiment, the increase in light transmittance in a region where the polar angle is large is suppressed to less than 0.01%. I was able to. In FIG. 3, only the azimuth angle 45 ° -225 ° direction is shown, but the same applies to the azimuth angle 135 ° -315 ° direction orthogonal thereto.
このように、本実施例の液晶表示装置では、黒表示時における広角領域での光透過率の上昇を抑えられる結果、上記の（３）式に基づき、液晶光変調素子を透過する全光束量を比較例の液晶表示装置よりも小さくすることができる。以上のシミュレーション結果から、上記の（４）式に基づいてコントラストを計算したものが、以下の［表１］である。 As described above, in the liquid crystal display device of this embodiment, the increase in light transmittance in the wide-angle region during black display can be suppressed. As a result, the total light flux transmitted through the liquid crystal light modulation element based on the above equation (3) Can be made smaller than the liquid crystal display device of the comparative example. Table 1 below shows the contrast calculated from the above simulation results based on the above equation (4).
［表１］に示す通り、比較例の液晶表示装置のコントラストが７０１であったのに対し、本実施例の液晶表示装置のコントラストは５２９０に改善することができた。 As shown in [Table 1], the contrast of the liquid crystal display device of the comparative example was 701, whereas the contrast of the liquid crystal display device of this example could be improved to 5290.
次に、本発明者らは、液晶層のリタデーション毎に位相差板の面内位相差および厚み方向位相差の最適値を求めるシミュレーションを行った。以下、その結果について説明する。 Next, the inventors performed a simulation for obtaining the optimum values of the in-plane retardation and the thickness direction retardation of the retardation plate for each retardation of the liquid crystal layer. The results will be described below.
液晶層のリタデーションは２６０〜３４０ｎｍの範囲で変化させることとし、代表的な３点として２６０ｎｍ、３００ｎｍ、３４０ｎｍを選択した。
図６は、液晶層のリタデーションを変えたときの液晶層への印加電圧と正面方向における光透過率との関係を示すグラフである。グラフの横軸は液晶印加電圧（Ｖ）であり、縦軸は正面方向における光透過率（％）である。１点鎖線のグラフは液晶層のリタデーションが２６０ｎｍのときの特性を示し、破線のグラフは液晶層のリタデーションが３００ｎｍのときの特性を示し、実線のグラフは液晶層のリタデーションが３４０ｎｍのときの特性を示す。
The retardation of the liquid crystal layer was changed in the range of 260 to 340 nm, and 260 nm, 300 nm, and 340 nm were selected as representative three points.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the liquid crystal layer and the light transmittance in the front direction when the retardation of the liquid crystal layer is changed. The horizontal axis of the graph is the liquid crystal applied voltage (V), and the vertical axis is the light transmittance (%) in the front direction. The one-dot chain line graph shows the characteristics when the retardation of the liquid crystal layer is 260 nm, the broken line graph shows the characteristics when the retardation of the liquid crystal layer is 300 nm, and the solid line graph shows the characteristics when the retardation of the liquid crystal layer is 340 nm. Indicates.
図６に示すように、液晶印加電圧−光透過率特性は、液晶層のリタデーションに応じて変化する。液晶層のリタデーションが２６０ｎｍの場合、光透過率は、液晶印加電圧が１１．６Ｖのときに最大値を示す。液晶層のリタデーションが３００ｎｍの場合、光透過率は、液晶印加電圧が５．９Ｖのときに最大値を示す。液晶層のリタデーションが３４０ｎｍの場合、光透過率は、液晶印加電圧が４．７Ｖのときに最大値を示す。 As shown in FIG. 6, the liquid crystal applied voltage-light transmittance characteristic changes according to the retardation of the liquid crystal layer. When the retardation of the liquid crystal layer is 260 nm, the light transmittance shows a maximum value when the liquid crystal applied voltage is 11.6V. When the retardation of the liquid crystal layer is 300 nm, the light transmittance shows a maximum value when the liquid crystal applied voltage is 5.9V. When the retardation of the liquid crystal layer is 340 nm, the light transmittance shows the maximum value when the liquid crystal applied voltage is 4.7V.
このことから、以下のシミュレーションにおける液晶層への印加電圧は、液晶層のリタデーションが２６０ｎｍのときに１１．６Ｖとし、液晶層のリタデーションが３００ｎｍのときに５．９Ｖとし、液晶層のリタデーションが３４０ｎｍのときに４．７Ｖとした。 From this, the voltage applied to the liquid crystal layer in the following simulation is 11.6 V when the retardation of the liquid crystal layer is 260 nm, 5.9 V when the retardation of the liquid crystal layer is 300 nm, and the retardation of the liquid crystal layer is 340 nm. At that time, the voltage was set to 4.7V.
図７は、液晶層のリタデーションを２６０ｎｍとしたときの面内位相差Ｒｅｔおよび厚み方向位相差Ｒｔｈとコントラストとの関係を示すシミュレーション結果である。
図８は、液晶層のリタデーションを３００ｎｍとしたときの面内位相差Ｒｅｔおよび厚み方向位相差Ｒｔｈとコントラストとの関係を示すシミュレーション結果である。
図９は、液晶層のリタデーションを３４０ｎｍとしたときの面内位相差Ｒｅｔおよび厚み方向位相差Ｒｔｈとコントラストとの関係を示すシミュレーション結果である。
図７〜図９の各図において、横軸は厚み方向位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）であり、縦軸は面内位相差Ｒｅｔ（ｎｍ）である。
上述したように、コントラストＣＲ（θ）は、
ＣＲ（θ）＝Φ_on／Φ_off …（４）
で算出することができる。
このシミュレーションでは、Φ_onの液晶印加電圧を正面方向の透過率が最大となる電圧とし、Φ_offの液晶印加電圧を正面方向の透過率が最小となる電圧（いわゆる閾値電圧以下の電圧）とした。
FIG. 7 is a simulation result showing the relationship between the in-plane retardation Ret and the thickness direction retardation Rth and the contrast when the retardation of the liquid crystal layer is 260 nm.
FIG. 8 is a simulation result showing the relationship between the in-plane retardation Ret and thickness direction retardation Rth and the contrast when the retardation of the liquid crystal layer is 300 nm.
FIG. 9 is a simulation result showing the relationship between the in-plane retardation Ret and thickness direction retardation Rth and contrast when the retardation of the liquid crystal layer is 340 nm.
7 to 9, the horizontal axis represents the thickness direction retardation Rth (nm), and the vertical axis represents the in-plane retardation Ret (nm).
As described above, the contrast CR (θ) is
CR (θ) = Φ_on / Φ_off (4)
Can be calculated.
In this simulation, the liquid crystal applied voltage of Φ_on is set to a voltage that maximizes the transmittance in the front direction, and the liquid crystal applied voltage of Φ_off is set to a voltage that minimizes the transmittance in the front direction (so-called threshold voltage or less).
図７〜図９に示す各リタデーションにおいて、コントラストの最適条件、中位条件、少なくともコントラスト３０００以上を満たす条件の３つの条件を決定した。
図７に示すリタデーションΔｎ・ｄ＝２６０ｎｍの場合、コントラスト６０００以上を満たす条件を最適条件とし、コントラスト５０００以上を満たす条件を中位条件とした。
図８に示すリタデーションΔｎ・ｄ＝３００ｎｍの場合、コントラスト４５００以上を満たす条件を最適条件とし、コントラスト４０００以上を満たす条件を中位条件とした。
図９に示すリタデーションΔｎ・ｄ＝３４０ｎｍの場合、コントラスト４０００以上を満たす条件を最適条件とし、コントラスト３５００以上を満たす条件を中位条件とした。
In each of the retardations shown in FIGS. 7 to 9, three conditions were determined: a contrast optimum condition, a medium condition, and a condition satisfying at least a contrast of 3000 or more.
In the case of retardation Δn · d = 260 nm shown in FIG. 7, the condition satisfying the contrast of 6000 or more was set as the optimum condition, and the condition satisfying the contrast of 5000 or more was set as the intermediate condition.
In the case of retardation Δn · d = 300 nm shown in FIG. 8, the condition satisfying the contrast of 4500 or more was set as the optimum condition, and the condition satisfying the contrast of 4000 or more was set as the intermediate condition.
In the case of retardation Δn · d = 340 nm shown in FIG. 9, the condition satisfying the contrast of 4000 or more was set as the optimum condition, and the condition satisfying the contrast of 3500 or more was set as the intermediate condition.
蛍光励起型液晶表示装置においては、コントラストは少なくとも３０００以上あることが望ましい。その理由は、以下の通りである。
一般に、人間が色を知覚できる最低の明るさは、３×１０−２ｃｄ／ｍ２程度と言われている。一方、人間が感じる感覚が明るさから痛覚に変わる明るさは、３×１０６ｃｄ／ｍ２程度と言われている。このことから、明室における人間の視覚のダイナミックレンジは１０８（１億倍）となる。ところが、人間の目は、周囲の光環境に順応する機能があるため、視感度特性をダイナミックに変化させている。したがって、ディスプレイには、１億のコントラストが要求されるのではなく、明室において５０〜１００程度のコントラストで十分である。
In the fluorescence excitation type liquid crystal display device, the contrast is desirably at least 3000 or more. The reason is as follows.
Generally, the minimum brightness at which a human can perceive a color is said to be about 3 × 10 −2 cd / m 2 . On the other hand, it is said that the brightness at which a human sense changes from brightness to pain is about 3 × 10 6 cd / m 2 . Therefore, the dynamic range of human vision in the bright room is 10 8 (100 million times). However, since the human eye has a function to adapt to the surrounding light environment, the visibility characteristic is dynamically changed. Therefore, a contrast of about 100 million is not required for the display, and a contrast of about 50 to 100 is sufficient in a bright room.
例えばプラズマディスプレイの場合、明室において、具体的には１００ルクスの外光下において１００以上のコントラストを得るには、暗室においては３０００以上のコントラストが必要である。一方、蛍光励起型ディスプレイの場合、ディスプレイ最表面、蛍光体下のバンドパスフィルタ、青色画素に用いる散乱層等により、外光全体の光量の１０％程度が反射することが見込まれる。蛍光励起型ディスプレイの外光反射率はプラズマディスプレイの外光反射率と同等と見ることができる。したがって、蛍光励起型ディスプレイの場合も、暗室におけるコントラストは３０００以上あることが望ましい。
（以上、T.Kurita,"Invited Paper: Desirable Performance and Progress of PDP and LCD Television Displays on Image Quality", (SID 03 DIGEST p.776-779)、栗田泰市郎、「視覚に挑む高画質技術の課題と期待」（Panasonic Technical Journal Vol.56 No.4 Jan.2011, p.33-37）参照）
For example, in the case of a plasma display, in order to obtain a contrast of 100 or more in a bright room, specifically under an external light of 100 lux, a contrast of 3000 or more is required in a dark room. On the other hand, in the case of a fluorescence excitation type display, it is expected that about 10% of the total amount of external light is reflected by the display outermost surface, the bandpass filter under the phosphor, the scattering layer used for the blue pixel, and the like. It can be seen that the external light reflectance of the fluorescence excitation display is equivalent to the external light reflectance of the plasma display. Therefore, in the case of a fluorescence excitation display, it is desirable that the contrast in the dark room is 3000 or more.
(T.Kurita, "Invited Paper: Desirable Performance and Progress of PDP and LCD Television Displays on Image Quality", (SID 03 DIGEST p.776-779), Yashiro Kurita, (See Panasonic Technical Journal Vol.56 No.4 Jan.2011, p.33-37)
図７〜図９のシミュレーション結果に基づいて、リタデーション毎に最適条件（［表２］の条件１）、中位条件（［表２］の条件２）、少なくともコントラスト３０００以上を満たす条件（［表２］の条件３）、の３つの条件をまとめたものが［表２］である。 Based on the simulation results of FIGS. 7 to 9, optimum conditions (condition 1 in [Table 2]), intermediate conditions (condition 2 in [Table 2]), and conditions satisfying at least the contrast of 3000 or more ([table [Table 2] summarizes the three conditions 3) and 2).
図１０は、面内位相差Ｒｅｔについて、上記の３つの条件をグラフ化したものである。グラフの横軸は液晶層のリタデーション（ｎｍ）であり、縦軸は面内位相差Ｒｅｔ（ｎｍ）である。
図１１は、厚み方向位相差Ｒｔｈについて、上記の３つの条件をグラフ化したものである。グラフの横軸は液晶層のリタデーション（ｎｍ）であり、縦軸は厚み方向位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）である。
FIG. 10 is a graph of the above three conditions for the in-plane phase difference Ret. The horizontal axis of the graph is the retardation (nm) of the liquid crystal layer, and the vertical axis is the in-plane retardation Ret (nm).
FIG. 11 is a graph showing the above three conditions for the thickness direction retardation Rth. The horizontal axis of the graph is the retardation (nm) of the liquid crystal layer, and the vertical axis is the thickness direction retardation Rth (nm).
図１０、図１１から直線の式を求め、上記３つの条件を数式化すると以下のようになる。なお、液晶層のリタデーションΔｎ・ｄは、２６０〜３４０ｎｍの範囲とする。 A straight line expression is obtained from FIGS. 10 and 11, and the above three conditions are mathematically expressed as follows. Note that the retardation Δn · d of the liquid crystal layer is in the range of 260 to 340 nm.
コントラスト３０００以上を満たす条件（図１０、図１１の符号Ａで示す範囲）として、面内位相差Ｒｅｔ（ｎｍ）は、
−０．０５０×Δｎ・ｄ＋４１≦Ｒｅｔ≦−０．２００×Δｎ・ｄ＋１１０ …（９）
厚み方向位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）は、
１．０５×Δｎ×ｄ−３３．０≦Ｒｅｔ≦０．８００×Δｎ×ｄ＋８０．０ …（１０）
の関係を満たすことが望ましい。
As a condition that satisfies the contrast of 3000 or more (range indicated by reference symbol A in FIGS. 10 and 11), the in-plane retardation Ret (nm) is:
−0.050 × Δn · d + 41 ≦ Ret ≦ −0.200 × Δn · d + 110 (9)
Thickness direction retardation Rth (nm) is
1.05 × Δn × d-33.0 ≦ Ret ≦ 0.800 × Δn × d + 80.0 (10)
It is desirable to satisfy the relationship.
より好ましい条件（図１０、図１１の符号Ｂで示す範囲）として、面内位相差Ｒｅｔ（ｎｍ）は、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋６７．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８３．５ …（１１）
厚み方向位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）は、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１１．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３５．５ …（１２）
の関係を満たすことが望ましい。
As a more preferable condition (range indicated by reference sign B in FIGS. 10 and 11), the in-plane retardation Ret (nm) is:
−0.125 × Δn × d + 67.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 83.5 (11)
Thickness direction retardation Rth (nm) is
0.925 × Δn × d + 11.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 35.5 (12)
It is desirable to satisfy the relationship.
さらに好ましい条件（図１０、図１１の符号Ｃで示す範囲）として、面内位相差Ｒｅｔ（ｎｍ）は、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋７０．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８０．５ …（１３）
厚み方向位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）は、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１５．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３１．５ …（１４）
の関係を満たすことが望ましい。
As a more preferable condition (range indicated by reference symbol C in FIGS. 10 and 11), the in-plane retardation Ret (nm) is:
−0.125 × Δn × d + 70.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 80.5 (13)
Thickness direction retardation Rth (nm) is
0.925 × Δn × d + 15.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 31.5 (14)
It is desirable to satisfy the relationship.
本実施形態の液晶表示装置１によれば、２軸位相差を有する位相差板１７を第１偏光板３と第１基板８との間に設けたことで黒表示時の広角方向への光漏れを抑えることができる。その結果、黒表示時に液晶光変調素子２０から射出される全光束量を低減でき、コントラストを改善することができる。 According to the liquid crystal display device 1 of the present embodiment, the light in the wide angle direction during black display is provided by providing the retardation plate 17 having a biaxial retardation between the first polarizing plate 3 and the first substrate 8. Leakage can be suppressed. As a result, the total amount of light emitted from the liquid crystal light modulation element 20 during black display can be reduced, and the contrast can be improved.
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１２を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、位相差板の位置が第１実施形態と異なるのみである。
図１２は、本実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図１２において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the liquid crystal display device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the position of the phase difference plate is different from that of the first embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device of this embodiment.
In FIG. 12, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1 of 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
第１実施形態では、位相差板１７が第１偏光板３と第１基板８との間に設けられていた。これに対して、図１２に示すように、本実施形態の液晶表示装置３１では、位相差板１７は、第２偏光板５と第２基板９との間に設けられている。すなわち、位相差板１７は、液晶パネル４の視認側に配置されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。位相差板１７の面内位相差および厚み方向位相差の好ましい値も第１実施形態と同様である。 In the first embodiment, the phase difference plate 17 is provided between the first polarizing plate 3 and the first substrate 8. On the other hand, as shown in FIG. 12, in the liquid crystal display device 31 of the present embodiment, the retardation film 17 is provided between the second polarizing plate 5 and the second substrate 9. That is, the phase difference plate 17 is arranged on the viewing side of the liquid crystal panel 4. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Preferred values of the in-plane retardation and the thickness direction retardation of the retardation film 17 are also the same as those in the first embodiment.
本実施形態の液晶表示装置３１においても、２軸位相差を有する位相差板１７の作用により、黒表示時の全光束量を低減でき、コントラストを改善することができる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the liquid crystal display device 31 of the present embodiment, the action of the phase difference plate 17 having a biaxial phase difference can reduce the total light flux amount during black display and improve the contrast. Similar effects can be obtained.
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１３を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、バンドパスフィルタが付加された点が第１実施形態と異なる。
図１３は、本実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図１３において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the liquid crystal display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that a band pass filter is added.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device of this embodiment.
In FIG. 13, the same components as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の液晶表示装置４１においては、図１３に示すように、蛍光体層１４と第２偏光板５との間に、バンドパスフィルタ４２が設けられている。バンドパスフィルタ４２は、波長−光透過率特性の入射角依存性を有している。この特性により、バンドパスフィルタ４２は、バックライト２からの指向性の高い青色光は高い透過率で透過させ、蛍光体層１４で等方的に発光する赤色光や緑色光は高い反射率で反射させるという機能を奏する。上述したように、バンドパスフィルタ４２は、光透過率の入射角依存性を有していることから、バックライト２からの光の拡散角度を調整する機能を奏する。よって、バンドパスフィルタ４２は、特許請求の範囲の拡散角度調整部材に相当する。 In the liquid crystal display device 41 of the present embodiment, as shown in FIG. 13, a bandpass filter 42 is provided between the phosphor layer 14 and the second polarizing plate 5. The band pass filter 42 has an incident angle dependency of the wavelength-light transmittance characteristic. Due to this characteristic, the bandpass filter 42 transmits blue light with high directivity from the backlight 2 with high transmittance, and red light and green light emitted isotropically with the phosphor layer 14 with high reflectance. Plays the function of reflecting. As described above, the band-pass filter 42 has the function of adjusting the diffusion angle of light from the backlight 2 because it has the incident angle dependency of the light transmittance. Therefore, the band pass filter 42 corresponds to a diffusion angle adjusting member in the claims.
バンドパスフィルタ４２は、例えば誘電体多層膜で構成されている。本実施形態のように、液晶表示装置４１がバンドパスフィルタ４２を備えている場合、液晶光変調素子２０への入射光の指向性は、バンドパスフィルタ４２の透過特性を考慮した上で設定される必要がある。バンドパスフィルタ４２の厚さは、第２偏光板５を透過した光が特定のサブ画素に対応する蛍光体層１４に入射するまでの間に、隣のサブ画素に対応する蛍光体層１４に入射する現象、いわゆる光学的クロストークが生じない程度に設定されることが望ましい。具体的には、バンドパスフィルタ４２の厚さは、隣接するサブ画素間の間隔よりも小さいことが望ましい。 The band pass filter 42 is composed of, for example, a dielectric multilayer film. When the liquid crystal display device 41 includes the band-pass filter 42 as in the present embodiment, the directivity of incident light to the liquid crystal light modulation element 20 is set in consideration of the transmission characteristics of the band-pass filter 42. It is necessary to The thickness of the band-pass filter 42 is such that the light transmitted through the second polarizing plate 5 is incident on the phosphor layer 14 corresponding to the adjacent sub-pixel before entering the phosphor layer 14 corresponding to the specific sub-pixel. It is desirable that the incident phenomenon, that is, so-called optical crosstalk is not set. Specifically, the thickness of the band pass filter 42 is desirably smaller than the interval between adjacent sub-pixels.
本実施形態においても、２軸位相差を有する位相差板１７の作用により、黒表示時の全光束量を低減でき、コントラストを改善することができる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態の液晶表示装置４１は、バンドパスフィルタ４２を備えているため、光の利用効率を高めることができる。
なお、本実施形態では、拡散角度調整部材としてバンドパスフィルタ４２を用いたが、バンドパスフィルタ４２に代えて、例えばプリズムシートなどを用いることもできる。
Also in the present embodiment, the effect of the retardation plate 17 having a biaxial phase difference can reduce the total light flux amount during black display and improve the contrast, similar to the first and second embodiments. An effect is obtained. Moreover, since the liquid crystal display device 41 of this embodiment is provided with the band pass filter 42, it can improve the utilization efficiency of light.
In this embodiment, the bandpass filter 42 is used as the diffusion angle adjusting member. However, for example, a prism sheet or the like can be used instead of the bandpass filter 42.
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１４を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、カラーフィルタが付加された点が第１実施形態と異なる。
図１４は、本実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
図１４において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the liquid crystal display device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and is different from the first embodiment in that a color filter is added.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the liquid crystal display device of the present embodiment.
In FIG. 14, the same components as those in FIG. 1 used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態の液晶表示装置５１においては、図１４に示すように、第１実施形態の液晶表示装置１に備えられていた外光フィルタ１６が備えられておらず、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素毎にパターニングされたカラーフィルタ５２が備えられている。カラーフィルタ５２は、赤色カラーフィルタ層５２Ｒ、緑色カラーフィルタ層５２Ｇ、青色カラーフィルタ層５２Ｂを備えている。蛍光体によって色変換された後の射出光をカラーフィルタ５２に通すことで、所望の色度調整が可能となる。従来方式のカラーフィルタは、白色光の３０％程度しか透過することができないが、蛍光体で色変換した後の光であれば、カラーフィルタによる吸収ロスはほとんどない。外光による蛍光体の励起に関しては、カラーフィルタ５２が励起波長の光を吸収するため、外光カットフィルタとして機能する。 In the liquid crystal display device 51 of this embodiment, as shown in FIG. 14, the external light filter 16 provided in the liquid crystal display device 1 of the first embodiment is not provided, and R, G, B sub- A color filter 52 patterned for each pixel is provided. The color filter 52 includes a red color filter layer 52R, a green color filter layer 52G, and a blue color filter layer 52B. By passing the emitted light after color conversion by the phosphor through the color filter 52, desired chromaticity adjustment can be performed. The conventional color filter can transmit only about 30% of white light, but there is almost no absorption loss due to the color filter as long as it is light after color conversion with a phosphor. Regarding the excitation of the phosphor by external light, the color filter 52 absorbs light having an excitation wavelength, and thus functions as an external light cut filter.
本実施形態においても、２軸位相差を有する位相差板１７の作用により、黒表示時の全光束量を低減でき、コントラストを改善することができる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the present embodiment, the effect of the phase difference plate 17 having a biaxial phase difference can reduce the total light flux amount during black display and improve the contrast, similar to the first to third embodiments. An effect is obtained.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、液晶パネルの外面側に配置したアウトセル型の偏光板を用いたが、この構成に代えて、液晶パネルの液晶層側に配置したインセル型の偏光板を用いてもよい。また、青色光を射出するバックライトを用い、青色サブ画素ではバックライトからの青色光を表示に用いる構成としたが、この構成に代えて、例えば紫外光を射出するバックライトを用い、青色サブ画素においても紫外光を青色光に変換する蛍光体を備える構成としてもよい。その他、液晶表示装置の各構成要素の形状、数、配置、材料等に関する具体的な記載は適宜変更しても良い。
上記のシミュレーションでは、条件として、液晶層は、液晶分子の配向方向が異なる４つのドメインを有するもの、いわゆる配向分割（マルチドメイン）構造を有するものとした。しかしながら、本発明は、配向分割の数が４に限ることはなく、また、配向分割構造を持たない（モノドメイン）構造であっても良く、各種のＶＡモードの液晶表示装置に適用が可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the out-cell type polarizing plate disposed on the outer surface side of the liquid crystal panel is used. However, instead of this configuration, an in-cell type polarizing plate disposed on the liquid crystal layer side of the liquid crystal panel may be used. In addition, a backlight that emits blue light is used and blue light from the backlight is used for display in the blue sub-pixel. Instead of this configuration, for example, a backlight that emits ultraviolet light is used and the blue sub-pixel is used. The pixel may include a phosphor that converts ultraviolet light into blue light. In addition, specific descriptions regarding the shape, number, arrangement, material, and the like of each component of the liquid crystal display device may be appropriately changed.
In the above simulation, the condition is that the liquid crystal layer has four domains having different alignment directions of liquid crystal molecules, that is, a so-called alignment division (multi-domain) structure. However, the number of alignment divisions is not limited to four, and the present invention may be a (monodomain) structure having no alignment division structure, and can be applied to various VA mode liquid crystal display devices. is there.
本発明は、例えば蛍光励起型の液晶表示装置に利用可能である。 The present invention is applicable to, for example, a fluorescence excitation type liquid crystal display device.
１，３１，４１，５１…液晶表示装置（表示装置）、２，２６…バックライト（光源）、３，２３…第１偏光板、５，２４…第２偏光板、１０，２２…液晶層、１４…蛍光体層、１７，２５…位相差板（位相差層）、２０，３２…液晶光変調素子、４２…バンドパスフィルタ（拡散角度調整部材）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,31,41,51 ... Liquid crystal display device (display device), 2,26 ... Backlight (light source), 3,23 ... 1st polarizing plate, 5,24 ... 2nd polarizing plate, 10, 22 ... Liquid crystal layer , 14... Phosphor layer, 17, 25... Retardation plate (retardation layer), 20, 32... Liquid crystal light modulation element, 42.
Claims (7)
第１偏光板と第２偏光板と前記第１偏光板と前記第２偏光板との間に配置された垂直配向モードの液晶層とを含み、前記液晶層を電気的に制御することで前記光源から射出された光の透過光量を変調する液晶光変調素子と、
前記液晶光変調素子を透過した光を吸収し、前記光源から射出された光の波長域と異なる波長域の蛍光を発光する蛍光体と、
前記第１偏光板と前記液晶層との間、もしくは前記第２偏光板と前記液晶層との間に設けられ、前記光源から射出された光の位相差を補償するための２軸位相差を有する位相差層と、
を備えたことを特徴とする表示装置。 A light source that emits light having at least one maximum wavelength within a wavelength region of 440 nm to 470 nm in an emission spectrum;
Including a first polarizing plate, a second polarizing plate, a liquid crystal layer in a vertical alignment mode disposed between the first polarizing plate and the second polarizing plate, and electrically controlling the liquid crystal layer A liquid crystal light modulation element for modulating the amount of transmitted light emitted from the light source;
A phosphor that absorbs light transmitted through the liquid crystal light modulator and emits fluorescence in a wavelength range different from the wavelength range of the light emitted from the light source;
A biaxial phase difference is provided between the first polarizing plate and the liquid crystal layer, or between the second polarizing plate and the liquid crystal layer, and compensates for the phase difference of the light emitted from the light source. A retardation layer having,
A display device comprising:
前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．０５０×Δｎ×ｄ＋４１≦Ｒｅｔ≦−０．２００×Δｎ×ｄ＋１１０
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
１．０５×Δｎ×ｄ−３３．０≦Ｒｔｈ≦０．８００×Δｎ×ｄ＋８０．０
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 The numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm,
When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within the numerical range is Ret (nm),
−0.050 × Δn × d + 41 ≦ Ret ≦ −0.200 × Δn × d + 110
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
1.05 × Δn × d-33.0 ≦ Rth ≦ 0.800 × Δn × d + 80.0
The display device according to claim 1, wherein:
前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋６７．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８３．５
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１１．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３５．５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 The numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm,
When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within the numerical range is Ret (nm),
−0.125 × Δn × d + 67.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 83.5
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
0.925 × Δn × d + 11.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 35.5
The display device according to claim 1, wherein:
前記数値範囲内の任意のリタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の面内位相差をＲｅｔ（ｎｍ）としたとき、
−０．１２５×Δｎ×ｄ＋７０．５≦Ｒｅｔ≦−０．１２５×Δｎ×ｄ＋８０．５
の関係を満たし、
前記リタデーションΔｎ×ｄにおける前記位相差層の厚み方向位相差をＲｔｈ（ｎｍ）としたとき、
０．９２５×Δｎ×ｄ＋１５．５≦Ｒｔｈ≦０．９２５×Δｎ×ｄ＋３１．５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 The numerical range of retardation Δn × d of the liquid crystal layer when the refractive index difference of the liquid crystal layer is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d is 260 nm to 340 nm,
When the in-plane retardation of the retardation layer at an arbitrary retardation Δn × d within the numerical range is Ret (nm),
−0.125 × Δn × d + 70.5 ≦ Ret ≦ −0.125 × Δn × d + 80.5
Satisfy the relationship
When the thickness direction retardation of the retardation layer in the retardation Δn × d is Rth (nm),
0.925 × Δn × d + 15.5 ≦ Rth ≦ 0.925 × Δn × d + 31.5
The display device according to claim 1, wherein:
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2012
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