JP2014215322A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルの反りを抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】偏光板３は液晶表示パネル２の第１主面２ａに設けられている。偏光板４は液晶表示パネル２の第２主面２ｂに設けられている。偏光板３は、偏光子３０と、偏光子３０における、液晶表示パネル２側の主面３０ａに積層された位相差フィルム３１とを有している。偏光板４は、偏光子４０と、偏光子４０における、液晶表示パネル２側とは反対側の主面４０ａに積層された透明フィルム４１とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型及び低消費電力の特徴を生かして、パーソナルコンピュータに代表される携帯情報機器等に最も使用されている平面表示装置である。液晶表示装置に備えられる液晶表示パネルは、例えば、以下のような一連の行程で作製される。

配線及び画素を構成する電極がマトリクス状に形成された透明基板（アレイ基板とも呼ばれる）上と、カラーフィルタが形成された透明基板（カラーフィルタ基板とも呼ばれる）上に、ポリイミド等の有機高分子材料から成る配向膜が塗布される。その後、配向膜に対して加熱処理及び配向処理が行われることによって配向膜が完成する。

次に、配向膜が形成された一対の透明基板は、スペーサを介して対向配置され、それらの間の周辺部分にシール剤が配設されることによって、互いに貼り合わせる。そして、貼り合わされた一対の透明基板の間に液晶が充填されることにより、液晶表示パネルが完成する。

このようにして作製された液晶表示パネルの外側に偏光板が貼り付けられるなどして、液晶表示装置が製造される。液晶表示装置においては、液晶表示パネルの画素電極と共通電極間に電圧が印加されることによって液晶の分子配向方向が変化させられる。これにより、液晶表示装置では、液晶を通過する光の透過率が制御され、その結果、画像が表示される。

液晶表示装置においては、表示特性を改善するため、広視野角対応の偏光板が使用されることがある。例えば特許文献１では、横電界方式の液晶表示パネルの一方の透明基板上に、偏光子と位相差フィルムが積層された偏光板を形成することによって、斜め方向から見たときのカラーシフトを抑制する技術が開示されている。

特許第４８９８１５８号公報

特許文献１に記載の技術のように、一方の透明基板上の偏光板として、偏光子と位相差フィルムを積層したものを採用した場合、周囲環境の温度変化により液晶表示パネルに反りが生じることがある。液晶表示装置では、液晶表示パネルに反りが生じると、黒を表示した際に光漏れが生じるなど、表示特性が劣化することがある。液晶表示パネルに反りが生じるのは以下の理由による。

偏光子や位相差フィルムは樹脂等で形成され、液晶表示パネルの透明基板はガラス等で形成されることから、偏光子及び位相差フィルムの熱膨張係数と、透明基板の熱膨張係数とに差が生じる。一方で、一対の透明基板上の偏光板のうちの一方だけに、位相差フィルムを有する偏光板を採用した場合には、一対の透明基板上の偏光板の間では構成が異なるようになる。つまり、一対の透明基板上の偏光板の間では熱膨張挙動が異なるようになる。このため、偏光板の伸縮により透明基板が受ける力は、一対の透明基板の間で異なるようになる。その結果、液晶表示パネルに反りが生じる。

そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたものであり、液晶表示パネルの反りを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、第１主面と、当該第１主面とは反対側の第２主面とを有する液晶表示パネルと、前記第１主面に設けられた第１偏光板と、前記第２主面に設けられた第２偏光板とを備え、前記第１偏光板は、第１偏光子と、前記第１偏光子における、前記液晶表示パネル側の主面に積層された第１位相差フィルムとを有し、前記第２偏光板は、第２偏光子と、前記第２偏光子における、前記液晶表示パネル側とは反対側の主面に積層された透明フィルムとを有する。

本発明によれば、第２偏光子における、液晶表示パネル側とは反対側の主面に、透明フィルムが積層されているため、第１偏光板の熱膨張挙動と、第２偏光板の熱膨張挙動との差を小さくすることができる。よって、液晶表示パネルの反りを抑制することができる。その結果、表示特性を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置１の構成を示す断面図である。図２は、本実施の形態に係る液晶表示装置１の構成を示す分解斜視図である。

図１，２に示されるように、液晶表示装置１は、液晶表示パネル２と、偏光板３，４と、バックライト５とを備えている。液晶表示パネル２は、カラーフィルタ、保護膜及び配向膜等が形成された透明基板２０と、配線及び画素を構成する電極がマトリクス状に形成されるとともに配向膜等が形成された透明基板２１とを備えている。透明基板２０，２１のそれぞれは例えばガラス基板である。透明基板２０，２１はスペーサ（図示せず）を介して互いに対向配置されている。透明基板２０，２１は、それらの間の周辺部分に配置されたシール剤によって互いに貼り合わされている。そして、透明基板２０，２１の間には液晶２２が充填されている。以後、透明基板２０，２１を「カラーフィルタ基板２０」及び「アレイ基板２１」とそれぞれ呼ぶことがある。

本実施の形態では、液晶表示パネル２の動作モードとして、横方向の電界を印加して液晶を駆動する方式であるIn-Plane Switchingモード（横電界モード）が採用されている。横電界モードでは、アレイ基板２１に形成した櫛歯状電極により横電界が発生することによって液晶分子が面内で回転し、これにより液晶２２内の光の透過率が制御される。なお、液晶表示パネル２の動作モードとして、横電界モード以外の動作モードを採用しても良い。例えば、液晶表示パネル２の動作モードとして、横方向の電界を含む電界を印加して液晶を駆動することから、広義の横電界モードに含まれるＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードや、その他の方式であるＶＡ（Vertical Alignment）モードあるいはＴＮ（Twisted Nematic）モードなどを採用しても良い。

偏光板３は、液晶表示パネル２における、カラーフィルタ基板２０側の第１主面２ａ上に設けられている。具体的には、偏光板３は、第１主面２ａ、つまりカラーフィルタ基板２０における液晶２２側とは反対側の主面に貼り付けられている。偏光板３は、偏光子３０と位相差フィルム３１とを備えている。位相差フィルム３１は、偏光子３０における、液晶表示パネル２側の主面３０ａに積層されている。位相差フィルム３１は、偏光子３０とカラーフィルタ基板２０とに挟まれている。偏光子３０の吸収軸３００と位相差フィルム３１の遅相軸３１０とは互いに垂直を成している。位相差フィルム３１は、液晶表示パネル２を通過した光の偏光状態を変化させる。

このように、偏光子３０と液晶表示パネル２との間に位相差フィルム３１が設けられることによって、液晶表示装置１の表示特性が向上する。以後、偏光板３を「カラーフィルタ側偏光板３」と呼ぶことがある。

偏光板４は、液晶表示パネル２における、アレイ基板２１側の第２主面２ｂ上に設けられている。具体的には、偏光板４は、第２主面２ｂ、つまりアレイ基板２１における、液晶２２側とは反対側の主面に貼り付けられている。偏光板４は、偏光子４０と透明フィルム４１とを備えている。偏光子４０は、液晶表示パネル２の第２主面２ｂに積層されている。透明フィルム４１は、偏光子４０における、液晶表示パネル２側とは反対側の主面４０ａに積層されている。よって、偏光子４０は、アレイ基板２１と透明フィルム４１に挟まれている。偏光子４０の吸収軸４００と位相差フィルム３１の遅相軸３１０とは互いに平行を成している。偏光子４０の吸収軸４００と偏光子３０の吸収軸３００とは互いに垂直を成している。以後、偏光板４を「アレイ側偏光板４」と呼ぶことがある。

偏光子３０，４０及び位相差フィルム３１のそれぞれは、例えば樹脂（合成樹脂）で構成されている。偏光子３０，４０のそれぞれは、例えば、偏光機能を有する偏光フィルムの両面に接着層を介して保護層が積層された三層構造を成している。偏光フィルム及び保護層のそれぞれは、例えば高分子フィルムで構成されている。偏光フィルムは、例えば、ヨウ素錯体などの二色性物質を吸着させたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）で構成される。保護層を構成する高分子フィルムは、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮断性、等方性などに優れていることが好ましい。保護層を構成する高分子フィルムとして、ＴＡＣ（トリアセチルセルロール）層などを用いることができる。偏光子３０と偏光子４０とは、例えば、同じ厚みであって、同じ材料で構成されている。位相差フィルム３１は、偏光フィルムと同様に、例えば高分子フィルムで構成されている。

バックライト５は、図示しない光源と、導光板５０と、導光板５０上に設けられた光学シート群５１とを備えている。バックライト５は、アレイ側偏光板４と対向配置されている。光学シート群５１は、複数の光学シートで構成されており、アレイ側偏光板４と対向配置されている。光学シート群５１には拡散シート及びレンズシート等が含まれている。本実施の形態では、バックライト５には、輝度向上のための偏光反射フィルムが設けられていない。これにより、バックライト５からアレイ側偏光板４に向かって出力される光が非偏光（自然光）となっている。

バックライト５では、蛍光管あるいは発光ダイオード等の光源から出力された光が、導光板５０で拡散され、その後、光学シート群５１を通ってアレイ側偏光板４に向かって出力される。バックライト５から出力された光が、アレイ側偏光板４を通って液晶表示パネル２に入力される。液晶表示パネル２を通過した光は、カラーフィルタ側偏光板３を通って、液晶表示装置１の使用者の目に届くことになる。これにより、使用者は液晶表示装置１に表示される画像を視認することが可能となる。

以上のような構造を有する液晶表示装置１において、カラーフィルタ側偏光板３とアレイ側偏光板４の間において熱膨張挙動に差がある場合には、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張によってカラーフィルタ基板２０（液晶表示パネル２の第１主面２ａ）が受ける力と、アレイ側偏光板４の熱膨張によってアレイ基板２１が受ける力（液晶表示パネル２の第２主面２ｂ）とが互いに異なるようになる。その結果、液晶表示パネル２に反りが発生し、液晶表示装置１の表示特性が劣化する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動が、位相差フィルム３１を有するカラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動に近づくように、アレイ側偏光板４に透明フィルム４１を設けている。つまり、アレイ側偏光板４に透明フィルム４１を設けることによって、アレイ側偏光板４の剛性とカラーフィルタ側偏光板３の剛性との差を小さくし、これにより、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動とカラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動との差を小さくしている。

透明フィルム４１としては、光学的に等方なフィルムあるいは位相差フィルムを採用することができる。透明フィルム４１は、位相差フィルム３１と熱膨張係数の正負が同じであるフィルムが好ましい。位相差フィルム３１の熱膨張係数は、液晶表示装置１の使用温度範囲（例えば−４０度から＋９０度程度の範囲）において、位相差フィルム３１と同じかあるいは同程度であることが好ましい。透明フィルム４１の厚みは、位相差フィルム３１と同じかあるいは同程度であることが好ましい。これにより、偏光板３の剛性と偏光板４の剛性が同程度となる。また、透明フィルム４１は、光学的に等方なフィルムであるか、位相差フィルムであるかにかかわらず、位相差フィルム３１と同じ材料で形成されることが好ましい。

透明フィルム４１として位相差フィルムを使用する場合には、位相差フィルム３１と同じ種類の位相差フィルムを透明フィルム４１として採用することが好ましい。また、位相差フィルム３１と同じ種類であって、かつ同じ厚みの位相差フィルムを透明フィルム４１に採用することが好ましい。また、透明フィルム４１として採用された位相差フィルムの遅相軸と、偏光板３の位相差フィルム３１の遅相軸とは互いに平行であることが好ましい。偏光板４の位相差フィルムと、偏光板３の位相差フィルム３１との間において、種類、厚み及び遅相軸の方向が同じである場合には、ほぼ同じ熱膨張挙動を示すようになる。よって、偏光板３の熱膨張挙動と偏光板４の熱膨張挙動との差が小さくなり、液晶表示パネル２に反りが発生することを抑制することができる。

なお、透明フィルム４１として位相差フィルムを使用する場合には、当該位相差フィルムは、偏光板３の位相差フィルム３１とは異なり、液晶表示パネル２と偏光子４０との間ではなく、偏光子４０よりも外側に配置される。ここで、位相差フィルムは、入力光が偏光である場合には入力光の偏光状態を変化させるものの、入力光が非偏光である場合には入力光の偏光状態を変化させない。本実施の形態では、バックライトから出力される光は非偏光であることから、透明フィルム４１としての位相差フィルムには非偏光が入力される。したがって、本実施の形態では、透明フィルム４１として位相差フィルムを採用したとしても、当該位相差フィルムは、その遅相軸（あるいは進相軸）の方向にかかわらず、液晶表示パネル２を通過する光の偏光状態を変化させない特性を有している。したがって、当該位相差フィルムは、１軸位相差フィルムであっても、２軸位相差フィルムであっても良い。

以上のように、本実施の形態では、アレイ側偏光子４０における、液晶表示パネル２側とは反対側の主面４０ａに、透明フィルム４１が積層されているため、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動と、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動との差を小さくすることができる。よって、液晶表示パネル２の反りを抑制することができる。その結果、液晶表示装置１の表示特性が向上する。

また、透明フィルム４１の厚みを、位相差フィルム３１の厚みと同じにすることによって、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動と、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動との差をさらに小さくすることができる。よって、液晶表示パネル２の反りをさらに抑制することができる。

また、透明フィルム４１を、位相差フィルム３１と同じ材料で形成することによって、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動と、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動との差をさらに小さくすることができる。よって、液晶表示パネル２の反りをさらに抑制することができる。

また、透明フィルム４１として、位相差フィルム３１と同じ種類の位相差フィルムを採用することによって、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動と、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動との差をさらに小さくすることができる。よって、液晶表示パネル２の反りをさらに抑制することができる。

また、透明フィルム４１として、位相差フィルムを採用する場合には、当該位相差フィルムの遅相軸を、位相差フィルム３１の遅相軸と平行にすることによって、カラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動と、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動との差をさらに小さくすることができる。よって、液晶表示パネル２の反りをさらに抑制することができる。

なお、本実施の形態とは異なり、透明フィルム４１をアレイ側偏光子４０と液晶表示パネル２の間に設ける場合であっても、アレイ側偏光板４の熱膨張挙動とカラーフィルタ側偏光板３の熱膨張挙動との差を小さくすることは可能である。

しかしながら、この場合において、透明フィルム４１が位相差フィルムである際には、当該位相差フィルムに対して、アレイ側偏光子４０から出力される偏光が入力されることから、液晶表示パネル２に入射する光の偏光状態が変化する可能性がある。その結果、液晶表示装置１の表示特性が劣化する可能性がある。このような場合には、透明フィルム４１としての位相差フィルムの遅延軸を、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と平行あるいは垂直にすることによって、液晶表示パネル２に入射する光の偏光状態が変化することを抑制することができる。しかしながら、液晶表示装置１の製造時においては、位相差フィルムと偏光子との間の貼り合わせ角度にばらつきが生じることから、透明フィルム４１としての位相差フィルムの遅延軸とアレイ側偏光子４０の吸収軸４００とを正確に平行あるいは垂直にすることは困難である。そのため、所望の表示特性が得られない液晶表示装置１が製造される可能性がある。その結果、製造歩留まりが低下する。

本実施の形態では、アレイ側偏光子４０における、液晶表示パネル２側とは反対側の主面４０ａに透明フィルム４１が積層されていることから、上記のような問題が生じることを抑制することができる。よって、製造歩留まりを向上することができる。

＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置１０の構成を示す断面図である。図４は、本実施の形態に係る液晶表示装置１０の構成を示す分解斜視図である。以下に、上述の実施の形態１に係る液晶表示装置１との相違点を中心に、本実施の形態に係る液晶表示装置１０について説明する。

本実施の形態に係る液晶表示装置１０では、バックライト５において、輝度向上のための偏光反射フィルム（反射型偏光フィルムとも呼ばれる）５２が設けられている。偏光反射フィルム５２は、アレイ側偏光板４の透明フィルム４１と対向するように光学シート群５１上に設けられている。偏光反射フィルム５２としては、例えば、３Ｍ社製のＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）が採用される。

バックライト５では、光源から出力された光が、導光板５０で拡散され、その後、光学シート群５１及び偏光反射フィルム５２を順に通ってアレイ側偏光板４に向かって出力される。偏光反射フィルム５２を通過した光においては、偏光反射フィルム５２の反射軸５２０に直交する偏光成分が多くなる。つまり、偏光反射フィルム５２を通過した光は、弱い直線偏光状態となる。

また本実施の形態では、透明フィルム４１として位相差フィルムが採用されている。以後、本実施の形態に係る透明フィルム４１を「位相差フィルム４１」と呼ぶことがある。本実施の形態では、位相差フィルム４１の遅相軸４１０と、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と、偏光反射フィルム５２の反射軸５２０とは、互いに平行となっている。

上述のように、偏光反射フィルム５２を通過した光は、弱い直線偏光状態となることから、アレイ側偏光板４の位相差フィルム４１には偏光が入力される。したがって、位相差フィルム４１の遅相軸４１０（光軸）の方向によっては、位相差フィルム４１において光の偏光状態が変化する可能性がある。その結果、アレイ側偏光子４０に入力された光がアレイ側偏光子４０で吸収されて、光の利用効率が低下する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、位相差フィルム４１の遅相軸４１０と、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と、偏光反射フィルム５２の反射軸５２０とが、互いに平行を成すようにしている。これにより、偏光反射フィルム５２を通過した光は、位相差フィルム４１において偏光状態が変化せずにアレイ側偏光子４０に到達することになる。つまり、透明フィルム４１としての位相差フィルムは、液晶表示パネル２を通過する光の偏光状態を変化させない特性を有するようになる。その結果、アレイ側偏光子４０に到達する光の偏光方向が、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と直交するようになる。したがって、アレイ側偏光子４０に入力された光がアレイ側偏光子４０で吸収されることを抑制でき、その結果、光の利用効率が向上する。

このように、本実施の形態に係る液晶表示装置１０では、位相差フィルム４１の遅相軸４１０と、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と、偏光反射フィルム５２の反射軸５２０とが、互いに平行を成していることから、アレイ側偏光子４０に入力された光がアレイ側偏光子４０で吸収されることを抑制できる。よって、光の利用効率が向上する。

なお、本実施の形態に係る液晶表示装置１０において、位相差フィルム４１の遅相軸４１０のみ９０度回転させた構成においても、アレイ側偏光子４０に到達する光の偏光方向が、アレイ側偏光子４０の吸収軸４００と直交するようになる。その結果、光の利用効率が向上する。ただし、この場合、アレイ側偏光子４０に積層された位相差フィルム４１の遅相軸４１０と、カラーフィルタ側偏光子３０に積層された位相差フィルム３１の遅相軸３１０とは直交するために、偏光板３の熱膨張挙動と偏光板４の熱膨張挙動との間に僅かな差を生じてしまう。

また、上述の実施の形態１に係るバックライト５のように、偏光反射フィルムを備えていないバックライト５から出力される光には、実質的に表示に利用される非偏光成分以外にも、僅かながらではあるが、様々な方向の偏光成分が含まれている。したがって、これらの偏光成分のうち、特定方向の偏光成分については、透明フィルム４１としての位相差フィルムと干渉し、その結果、光の利用効率が僅かながら低下することがある。しかしながら、光の利用効率についてのこの程度の低下は無視できるものである。よって、バックライト５が偏光反射フィルムを有しない場合であっても、バックライト５が偏光反射フィルムを有する場合であっても、アレイ側偏光子４０における、液晶表示パネル２側とは反対側の主面４０ａに、透明フィルム４１としての位相差フィルムを積層することによって、液晶表示パネル２の反りの発生を抑制しつつ、光の利用効率を向上することが可能となる。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１０ 液晶表示装置、２ 液晶表示パネル、３，４ 偏光板、５ バックライト、３０，４０ 偏光子、３１ 位相差フィルム、４１ 透明フィルム、５２ 偏光反射フィルム。

Claims (7)

1. 第１主面と、当該第１主面とは反対側の第２主面とを有する液晶表示パネルと、
   前記第１主面に設けられた第１偏光板と、
   前記第２主面に設けられた第２偏光板と
   を備え、
   前記第１偏光板は、
   第１偏光子と、
   前記第１偏光子における、前記液晶表示パネル側の主面に積層された第１位相差フィルムと
   を有し、
   前記第２偏光板は、
   第２偏光子と、
   前記第２偏光子における、前記液晶表示パネル側とは反対側の主面に積層された透明フィルムと
   を有する、液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置であって、
   前記透明フィルムは、前記液晶表示パネルを通過する光の偏光状態を変化させない特性を有する、液晶表示装置。
3. 請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の液晶表示装置であって、
   前記透明フィルムの厚みは、前記第１位相差フィルムの厚みと同じである、液晶表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の液晶表示装置であって、
   前記透明フィルムは、前記第１位相差フィルムと同じ材料で形成されている、液晶表示装置。
5. 請求項４に記載の液晶表示装置であって、
   前記透明フィルムは、前記第１位相差フィルムと同じ種類の第２位相差フィルムである、液晶表示装置。
6. 請求項５に記載の液晶表示装置であって、
   前記第２位相差フィルムの遅相軸は、前記第１位相差フィルムの遅相軸と平行である、液晶表示装置。
7. 請求項５及び請求項６のいずれか一つに記載の液晶表示装置であって、
   前記第１及び第２偏光板のうち前記第２偏光板側に設けられた、偏光反射フィルムを有するバックライトをさらに備え、
   前記第２偏光子の吸収軸と前記偏光反射フィルムの反射軸とは、互いに平行となっており、
   前記第２偏光子の吸収軸と前記第２位相差フィルムの遅相軸とは、互いに平行または垂直となっている、液晶表示装置。

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