JP3855987B2 - 電気光学装置、およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、一対の透光性基板間に電気光学物質としての液晶を保持した電気光学装置、およびそれを用いた電気光学装置に関するものである。

一対の透光性基板の間に保持された液晶（ＴＮ液晶／ツイステッドネマティックモードの液晶）が基板間で捩じれ配向している液晶パネルを備えた電気光学装置は、直視型の表示装置や投射型の表示装置などの電子機器に搭載されている。

このような電気光学装置において、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す第１の偏光子１４０、および第２の偏光子１５０は、液晶パネル１００の背面側および前面側に接着固定される。ここで、第１の偏光子１４０と第２の偏光子１５０とをクロスニコルに配置した場合、液晶パネル１００の背面側から入射した光は、第１の偏光子１４０によって所定の直線偏光光に揃えられているので、液晶パネル１００において液晶が捩じれ配向している画素では、入射した光の偏光軸が捩じられて第２の偏光子１５０を透過する。これに対して、電場によって液晶の捩じれが解除されている画素では、入射した光の偏光軸が捩じられることがないので、第２の偏光子１５０を透過しない。それ故、画素毎に電場を制御することにより、画素毎に液晶の配向状態を制御すれば、所定の画像を表示することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２１８３２号公報

しかしながら、第１の偏光子１４０と第２の偏光子１５０とは、液晶パネル１００を介して対向しているため、矢印Ｌ１で示すように、液晶パネル１００の画像表示面に対する法線方向からみた場合には、第１の偏光子１４０の透過軸１４１と第２の偏光子１５０の透過軸１５１とは直交しているものの、法線方向から斜めに傾いた方向（矢印Ｌ２、Ｌ３で示す）からみた場合、第１の偏光子１４０の透過軸１４１と第２の偏光子１５０の透過軸１５１とは直交状態からずれることになる。このため、従来の電気光学装置では、液晶パネル１００を斜めからみた場合、偏光子１４０、１５０自身の視野角特性の影響を受けてコントラストが低下してしまうという問題点がある。

また、従来の電気光学装置のように、液晶パネル１００に対して偏光子１４０、１５０を直接、接着固定すると、リワークのために偏光子１４０、１５０を剥がすのに多大な手間がかかるという問題点がある。また、偏光子１４０、１５０を剥がす際に液晶パネル１００を構成する基板に大きな応力がかかるので、基板が変形し、その結果、セルギャップが変動して表示品位が著しく低下するという問題点もある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、偏光子の構成を改良することにより、いずれの方向に対しても、偏光子自身の視野角特性の影響を受けることなく、コントラストの高い画像を表示可能な電気光学装置、およびそれを用いた電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、一対の透光性基板間に保持された液晶パネルと、該液晶パネルの背面側に配置された第１の偏光子と、前記液晶パネルの前面で前記第１の偏光子に対してクロスニコルとなるように配置された第２の偏光子とを有する電気光学装置において、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子のいずれもが、前記液晶パネル側に設定された仮想軸線を中心とする円弧状に配置されていることを特徴とする。

本発明において、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子のいずれもが、前記仮想軸線を囲むように湾曲した形状で配置されていることが好ましい。第１および第２の偏光子の双方を前記仮想軸線を囲むように湾曲した形状で配置した場合には、液晶パネルを斜め方向からみた場合でも、一対の偏光子の透過軸がなす角度がずれることをより確実に防止できるので、いずれの方向に対しても、コントラストの高い画像を表示することができる。

本発明ににおいて、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子のいずれもが、前記仮想軸線を中心とする円弧状に配置されていることが好ましい。

本発明において、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子は各々、前記仮想軸線を囲むように配置された１枚のシート状偏光部材のうち、前記液晶パネルの背面側に位置する部分、および前面側に位置する部分であることが好ましい。このように構成すると、液晶パネルをいずれの方向からみても一対の偏光子の透過軸がなす角度が必ず一定であるので、いずれの方向からみても、コントラストの高い画像をみることができる。

本発明において、前記シート状偏光部材の端部同士の継目部分は、前記液晶パネルの側方に位置していることが好ましい。

本発明において、前記液晶パネルは、前記仮想軸線を囲むように配置された透明な円筒容器の略中央に位置し、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面あるいは外面に沿うように保持されていることが好ましい。

本発明において、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面あるいは外面に保持されていることが好ましい。

本発明において、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面に沿うように配置されていることが好ましい
本発明において、前記円筒容器の開口は、遮光部材で遮光されていることが好ましい。

本発明に係る電気光学装置は、大型表示装置などといった電子機器に用いられる。

本発明では、液晶パネルの背面側および前面側にクロスニコルで配置された第１および第２の偏光子のうちの一方が、液晶パネル側に設定された仮想軸線を囲むように湾曲した形状で配置されているため、液晶パネルを斜め方向からみた場合でも、一対の偏光子を対向配置した場合と比較して、一対の偏光子の透過軸がなす角度がずれない。従って、液晶パネルを斜め方向からみた場合でも、コントラストの高い画像をみることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（電気光学装置の基本構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した電気光学装置に用いた液晶パネルの構成を対向基板の側から見た斜視図、および断面図である。図２は、電気光学装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。なお、本形態の説明に用いた各図では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

図１（Ａ）、（Ｂ）において、本形態の電気光学装置１は、透過型あるいは半透過反射型のアクティブマトリクス型の液晶パネル１００と、バックライト装置（図示せず）とを有している。液晶パネル１００においては、矩形枠状に塗布されたシール材５２により貼り合わされたＴＦＴアレイ基板１０（透光性基板）と対向基板２０（透光性基板）との間には、電気光学物質としての液晶５０が保持されている。また、シール材５２の内側には、シール材５２に沿って、遮光性材料からなる周辺見切り５３が形成されている。本形態において、ＴＦＴアレイ基板１０は、対向基板２０より大きく、対向基板２０からの張り出し領域１２には、多数の端子１４がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って形成され、これらの端子１４に対して、駆動用ＩＣ１１０がＣＯＦ実装された可撓性基板１２０が接続されている。なお、駆動用ＩＣ１１０がＣＯＦ実装された可撓性基板１２０の代わりに、データ線駆動回路および走査線駆動回路をＴＦＴアレイ基板１０の上に形成した構成、あるいは駆動用ＩＣ１１０をＴＦＴアレイ基板１０上にＣＯＧ実装した構成を採用することもある。

ＴＦＴアレイ基板１０には、画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。対向基板２０には、ＴＦＴアレイ基板１０の画素電極９ａの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜２３が形成され、その上層側には、ＩＴＯ膜からなる対向電極２１が形成されている。なお、電気光学装置１をカラー表示用として構成する場合には、対向基板２０において、ＴＦＴアレイ基板１０の各画素電極（後述する。）に対向する領域にＲＧＢのカラーフィルタをその表面保護膜とともに形成する。

液晶パネル１００に対しては、使用する液晶５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて偏光子などが所定の向きに配置されるが、本形態では、後述するように、偏光板を配置する。

このような構造を有する液晶パネル１００の画像表示領域においては、図２に示すように、複数の画素１００ａがマトリクス状に構成されている。これらの画素１００ａの各々には、画素電極９ａ、およびこの画素電極９を駆動するための画素スイッチング用のＴＦＴ３０（薄膜半導体素子）が形成されており、画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎを供給するデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｍをこの順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９ａを介して液晶５０に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎは、図１（Ｂ）に示す対向基板２０の対向電極２１との間で一定期間保持される。

ここで、液晶５０は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。本形態では、ノーマリーホワイトモードで構成されているので、印加された電圧に応じて入射光がこの液晶５０の部分を通過する光量が低下していく。その結果、全体として電気光学装置１からは画素信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎに応じたコントラストを持つ光が出射される。

なお、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、・・・Ｓｎがリークするのを防ぐために、画素電極９ａと対向電極２１との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量６０を付加することがある。例えば、画素電極９ａの電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ蓄積容量６０（薄膜キャパシタ素子）により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い電気光学装置１が実現できる。なお、蓄積容量６０を形成する方法としては、図２に例示するように、蓄積容量６０を形成するための配線である容量線３ｂとの間に形成する場合、あるいは前段の走査線３ａとの間に形成する場合もいずれであってもよい。

（偏光板の構成）
図３は、本形態の電気光学装置１の構成を示す説明図である。

図３において、本形態の電気光学装置１において、図１（Ｂ）に示す液晶５０は、基板間で９０°、捩じれており、それに対応して、液晶パネル１００の背面側、および前面側には、第１の偏光子１４０、および第２の偏光子１５０がクロスニコルとなるように配置されている。

このように偏光子１４０、１５０を配置するために、本形態において、液晶パネル１００は、液晶パネル１００の側で上下方向に延びる仮想軸線Ｌを同心状に囲むように配置された透明な円筒容器２００の略中央に位置し、円筒容器２００の内面２１０には、この内面２１０の全周に沿うように配置された矩形のシート状偏光部材１３０が接着あるいは機械的な方向で保持されている。従って、シート状偏光部材１３０は、仮想軸線Ｌを囲むように湾曲した形状に配置され、その継目１３５は、液晶パネル１００の側方位置にある。

本形態では、透明な円筒容器２００の上面開口２３０および下面開口２４０は各々、円形の遮光部材２８０、２９０で塞がれ、円筒容器２００の内部には、上面開口２３０および下面開口２４０から光が入射しないように構成されている。

また、本形態では、円筒容器２００の外側のうち、液晶パネル１００の背面側にバックライト装置３００が配置されている。

ここで、シート状偏光部材１３０は、その全体において、透過軸１３１が斜めに向いており、本形態において、透過軸１３１は、シート状偏光部材１３０の長辺に対して４５°の角度を成している。このため、シート状偏光部材１３０の長手方向において、液晶パネル１００の背面側で仮想軸線Ｌを中心として円弧状に湾曲している部分で第１の偏光子１４０を構成し、液晶パネル１００の前面側で仮想軸線Ｌを中心として円弧状に湾曲している部分で第２の偏光子１５０を構成したとき、第１の偏光子１４０と第２の偏光子１５０は、クロスニコルに配置された状態にある。

このように構成した電気光学装置１において、図１（Ｂ）に示すＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で液晶５０は、例えば、９０°捩じれ配向している。このため、バックライト装置３００から出射された光は、第１の偏光子１４０によって所定の直線偏光光に揃えられた状態で液晶パネル１００に入射するので、電場が印加されず、液晶５０が捩じれ配向しているままの画素では、入射した光の偏光軸が液晶５０によって捩じられて第２の偏光子１５０を透過する。これに対して、電場によって液晶５０が捩じれが解除されている画素では、入射した光の偏光軸が捩じられることがないので、第２の偏光子１５０を透過しない。それ故、画素毎に電場を制御することにより、所定の画像を表示することができる。

ここで、第１の偏光子１４０および第２の偏光子１５０はいずれも、１枚のシート状偏光部材１３０において液晶パネル１００の背面側、および前面側で仮想軸線Ｌを中心に円弧状に湾曲している部分である。このため、矢印Ｌ１で示すように、液晶パネル１００に対する法線方向からみた場合、第１の偏光子１４０の透過軸および第２の偏光子１５０の透過軸は、９０°の角度をもって交差している一方、矢印Ｌ２、Ｌ３で示すように、法線方向から傾いた斜め方向からみた場合でも、第１の偏光子１４０の透過軸および第２の偏光子１５０の透過軸は、常に９０°の角度をもって交差している。それ故、液晶パネル１００で表示された画像は、いずれの方向からみても、コントラストが高い。

しかも、本形態では、１枚のシート状偏光部材１３０で第１の偏光子１４０および第２の偏光子１５０を構成したので、液晶パネル１００をいずれの方向からみても一対の偏光子１４０、１５０の透過軸がなす角度が必ず一定であるため、いずれの方向からみても、コントラストの高い画像をみることができる。

また、シート状偏光部材１３０の端部同士の継目部分１３５は、液晶パネル１００の側方に位置しているため、画像を見るのを妨げない。

さらに、円筒容器２００の開口２３０、２４０は、遮光部材２８０、２９０で遮光されているため、余計な方向から光が入射しないので、常に、観察者の目に届くのは、第１の偏光子１４０および第２の偏光子１５０を通過した光のみである。それ故、最適な画像を表示することができる。

また、偏光子１４０、１５０については円筒容器２００の外面に沿うように配置してもよいが、本形態では、内面２１０に沿うように配置したため、円筒容器２００を介しての光の侵入や漏れを防止することができる。

さらにまた、本形態では、シート状偏光部材１３０が円筒容器２００に保持され、液晶パネル１００に接着固定されていない。このため、電気光学装置１をリワークする際、シート状偏光部材１３０を液晶パネル１００から剥がす必要がないので、リワークの手間を省くことができ、かつ、シート状偏光部材１３０を剥がす際の液晶パネル１００の損傷を防止することができる。

［その他の実施の形態］
上記形態では、１枚のシート状偏光部材１３０を仮想軸線Ｌを中心に巻いて、液晶パネル１００の背面側に位置する部分、および前面側に位置する部分を各々、第１の偏光子１４０および第２の偏光子１５０としたが、２枚のシート状偏光部材を各々、液晶パネルの背面側、および前面側において、仮想軸線を中心に円弧状に配置して第１の偏光子および第２の偏光子としてもよい。

また、上記形態では、第１の偏光子および第２の偏光子のいずれについても、仮想軸線Ｌを中心とする円弧状に配置したが、例えば、図４に示すように、第１の偏光子１４０については液晶パネル１００と平行に配置し、第２の偏光子１５０のみを仮想軸線Ｌを中心とする円弧状に配置した場合も、第１の偏光子１４０および第２の偏光子１５０のいずれをも液晶パネル１００に平行に配置した場合と比較して、偏光子自身の偏光特性の角度依存性を抑えることができるので、みる方向によるコントラスト変化を抑えることができる。なお、図４には、第１の偏光子１４０については液晶パネル１００と平行に配置し、第２の偏光子１５０のみを仮想軸線Ｌを中心とする円弧状に配置した場合を図示したが、それとは逆に、第２の偏光子については液晶パネルと平行に配置し、第１の偏光子のみを仮想軸線を中心とする円弧状に配置してもよい。

また、上記形態では、液晶パネルとしては、画素スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型の液晶パネルを例に説明したが、画素スイッチング素子としてＴＦＤを用いたアクティブマトリクス型の液晶パネル、あるいはパッシブマトリクス型の液晶パネルを用いた電気光学装置に本発明を適用してもよい。

［電子機器への適用］
本発明に係る電気光学装置については、図示を省略するが、見る角度によらず高いコントラストを得ることができることを利用して、街頭や店先での表示を行う大型表示装置などといった電子機器に用いることができる。

本発明では、液晶パネルの背面側および前面側にクロスニコルで配置された第１および第２の偏光子のうちの一方が、液晶パネル側に設定された仮想軸線を囲むように湾曲した形状で配置されているため、液晶パネルを斜め方向からみた場合でも、一対の偏光子を対向配置した場合と比較して、一対の偏光子の透過軸がなす角度がずれない。従って、液晶パネルを斜め方向からみた場合でも、コントラストの高い画像をみることができる。それ故、本発明に係る電気光学装置は、街頭や店先での表示を行う大型表示装置などといった電子機器に用いることができる。

（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電気光学装置に用いた液晶パネルの構成を対向基板の側から見た斜視図、および断面構成図である。 図１に示す電気光学装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る電気光学装置の説明図である。 本発明の別の実施の形態に係る電気光学装置の構成を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、従来の電気光学装置の説明図、および偏光子自身の偏光特性の角度依存性を示す説明図である。

符号の説明

１ 電気光学装置、１０ ＴＦＴアレイ基板、２０ 対向基板、１００ 液晶パネル、１３０ シート状偏光部材、１３１ シート状偏光部材の透過軸、１４０ 第１の偏光子、１５０ 第２の偏光子、２００ 円筒容器、２１０ 円筒容器の内面、２８０、２９０ 遮光部材、３００ バックライト装置、Ｌ 仮想軸線

Claims (8)

1. 一対の透光性基板間に保持された液晶パネルと、該液晶パネルの背面側に配置された第１の偏光子と、前記液晶パネルの前面で前記第１の偏光子に対してクロスニコルとなるように配置された第２の偏光子とを有する電気光学装置において、
   前記第１の偏光子および前記第２の偏光子のいずれもが、前記液晶パネル側に設定された仮想軸線を中心とする円弧状に配置されていることを特徴とする電気光学装置。
2. 請求項１において、前記第１の偏光子および前記第２の偏光子は各々、前記仮想軸線を囲むように配置された１枚のシート状偏光部材のうち、前記液晶パネルの背面側に位置する部分、および前面側に位置する部分であることを特徴とする電気光学装置。
3. 請求項２において、前記シート状偏光部材の端部同士の継目部分は、前記液晶パネルの側方に位置していることを特徴とする電気光学装置。
4. 請求項２または３において、前記液晶パネルは、前記仮想軸線を囲むように配置された透明な円筒容器の略中央に位置し、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面あるいは外面に沿うように配置されていること特徴とする電気光学装置。
5. 請求項４において、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面あるいは外面に保持されていることを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項４または５において、前記シート状偏光部材は、前記円筒容器の内面に沿うように配置されていることを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかにおいて、前記円筒容器の開口は、遮光部材で遮光されていることを特徴とする電気光学装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに規定する電気光学装置を用いたことを特徴とする電子機器。

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