JP4707085B2

JP4707085B2 - 液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JP4707085B2
Application number: JP2004056937A
Authority: JP
Inventors: 文雄鈴木
Original assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Current assignee: ABEL SYSTEMS Inc
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2005249894A

Description

本発明は、バックライトの光を光学シートに透過させて液晶パネルに供給する液晶ディスプレイに関する。

カラーの液晶ディスプレイは、バックライトの光を効率よく外部に放射して輝度を高くすることが大切である。液晶ディスプレイは、バックライトから出た光を、偏光板と、ＴＦＴを設けているガラス基板と、カラーフィルターのガラス基板と、液晶等の種々の層に透過させるので、最終的に外部に放射される光がバックライトのがわずか５〜１０％以下となってしまう。

外部に放射される光を強くするために、液晶ディスプレイはバックライトと液晶パネルとの間に、光学シートを配設している。光学シートはバックライトの光を拡散して均一な光とする光拡散シートと、拡散された光を有効に利用できる法線方向に集光する、２層のマイクロプリズムシートからなる。マイクロプリズムシートは光の方向をＸ軸の方向とＹ軸の方向に揃えるために、マイクロプリズムが互いに直交する方向となるように２枚にマイクロプリズムシートを積層している。

この構造の光学シートは、光を法線方向に集光するために、製造コストの高い２枚のマイクロプリズムシートを積層する必要がある。この欠点を解消するために、１枚の光学シートで光を集光するものが開発されている。（特許文献１参照）
特開２００１−１６６１１４号公報

以上の公報に記載される液晶ディスプレイに使用される光学シート２０は、図１に示すように、ビーズ２１中に屈折率制御フィラー２２を分散している。屈折率制御フィラー２２は、酸化チタン、硫化亜鉛、酸化セリウム等の高屈折率制御フィラーや、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、酸化硅素等の低屈折率制御フィラーであって、粒径を１ｎｍ以上で４００ｎｍ以下のものを使用する。この光学シート２０は、分散させる屈折率制御フィラー２２の屈折率でもって、光の集光特性や拡散特性を調整できる。

この光学シートは、透光性を実現するために、光の波長よりも小さい屈折率制御フィラーを使用するので、屈折率制御フィラーを微細な粒子に加工するのに極めて手間がかかる。また１μｍ以下と極めて微細な屈折率制御フィラーは凝集しやすく、ビーズ中に均一に分散させるのは極めて難しい。また、バインダーに屈折率制御フィラーを分散させ、屈折率制御フィラーの屈折率を制御して光の集光特性と拡散特性を制御できる。ただ、この構造の光学シートも、屈折率制御フィラーを微細な粒子とし、またこれをバインダーに均一に分散させるのに極めて手間がかかる欠点がある。

本発明は、さらにこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造でバックライトの光を均一に拡散し、拡散された光を効率よく法線方向に集光して液晶パネルに入射できる液晶ディスプレイを提供することにある。

本発明の液晶ディスプレイは、液晶パネル２と、この液晶パネル２を裏面から光で照射するバックライト１と、このバックライト１と液晶パネル２との間に配置されて、バックライト１の光を法線方向に集光して液晶パネル２に入力する光学シート３とを備える。光学シート３は、バックライト１と対向する裏面には、光拡散粒子８をバインダーで結合した光拡散層７を設けている。さらに、光学シート３は、液晶パネル２と対向する表面側又は全体を誘電体シートで構成すると共に、この誘電体シートの表面から突出する無数の誘電体アンテナ６を一体的構造として設けている。光学シート３は、光拡散粒子８で拡散された光を、誘電体シートの表面に設けている誘電体アンテナ６で集光して液晶パネル２に照射する。

本発明の液晶ディスプレイは、光拡散層７の光拡散粒子８を、酸化チタン粒子と、酸化チタン粒子よりも誘電率の小さい低誘電率無機粒子として、低誘電率無機粒子の間に酸化チタン粒子を分散させて光拡散層７とすることができる。さらに、本発明の液晶ディスプレイは、光拡散層７を、酸化チタン粒子の間に低誘電率無機粒子を分散させてなる無機粒子分散層とすることができる。

酸化チタン粒子の平均粒子径は、低誘電率無機粒子の平均粒子径よりも小さくすることができる。酸化チタン粒子の平均粒子径は、好ましくは０．６〜２μｍとし、誘電率無機粒子の平均粒子径は、好ましくは１〜２０μｍとすることができる。低誘電率無機粒子は、二酸化硅素またはアルミナとすることができる。

さらに、本発明の液晶ディスプレイは、光拡散粒子８を透明性ビーズとすることができる。

光学シート３は、１枚の透明シート３Ａを備え、透明シート３Ａの一方の表面に誘電体アンテナ６を、他方の表面に光拡散層７を設けることができる。さらに、光学シート３は、２枚の透明シート３Ａ、３Ｂを積層したものとして、液晶パネル２側に積層している透明シート３Ａの表面に誘電体アンテナ６を設けて、バックライト１側に積層している透明シート３Ｂに光拡散層７を設けることができる。

誘電体アンテナ６は、高さ（Ｔ）を０．３〜５０μｍ、最小幅（Ｄ）を０．３〜５０μｍ、高さ（Ｔ）／幅（Ｄ）の比率を０．２〜１０とする。さらに、誘電体アンテナ６は、多角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれかとすることができる。さらに、誘電体アンテナ６は、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることができる。さらに、誘電体アンテナ６は、誘電率を１．２〜１０とする。さらにまた、誘電体アンテナ６は、表面側を平滑面とすることができる。

本発明の液晶ディスプレイは、極めて簡単な構造の光学シートでバックライトの光を均一に拡散しながら、拡散された光を効率よく法線方向に集光して液晶パネルに入射する。このため、光学シートを安価に多量生産しながら、輝度を高くできる特長がある。とくに、本発明の液晶ディスプレイは、光学シートのバックライト側には、光拡散粒子をバインダーで結合した光拡散層を設け、さらに液晶パネル側には誘電体アンテナを設けている。この構造の光学シートは、光拡散粒子で拡散した光を誘電体アンテナで吸収し、吸収した光を法線方向に集光して液晶パネルに入射させる。誘電体アンテナは、種々の方向から入射される光を効率よく吸収して、法線方向に集光して放射する。図１４は、誘電体アンテナを設けている光学シートの液晶パネル側に放射される光の強度を示している。この図は、法線方向を０度とし、法線方向に対して傾斜する角度が大きくなるにしたがって、光の強度が低下することを示している。この図に示すように、誘電体アンテナを設けている光学シートは、法線方向に集光して強い光を放射する。法線方向においては、２枚のマイクロプリズムシートを積層してなる従来の光学シートに比較して、１２０％と２０％も強い光を放射する。このため、本発明は、液晶ディスプレイに有効に使用される方向の光の強度を簡単な構造の光学シートで強くすることができ、液晶ディスプレイの輝度を相当に向上できる特長がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための液晶ディスプレイを例示するものであって、本発明は液晶ディスプレイを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２に示す液晶ディスプレイは、バックライト１と、このバックライト１の光の一部を透過させて、文字や図形を表示する液晶パネル２と、この液晶パネル２とバックライト１との間に配置している光学シート３と備える。

液晶パネル２は、偏光板と、ＴＦＴ基板やＳＴＮ基板と、液晶プレートと、カラーフィルターと、偏光板等の複数の層を積層しており、バックライト１から入射される光の透過色と明るさを部分的に制御して、文字や図形等を表示する。

バックライト１は、光源４と導光板５とを備える。光源４は冷陰極管や発光ダイオードで、導光板５の端面に光を照射する。導光板５は、端面から入力される光を上方に反射して、光学シート３を介して液晶パネル２を照射する。

光学シート３は、バックライト１と対向する裏面に光拡散層７を設けて、液晶パネル２と対向する面に誘電体アンテナ６を設けている。光拡散層７は、バックライト１の光を拡散して均一な光とする。光拡散層７は、図３に示すように、光拡散粒子８をバインダーで結合した層で、光拡散粒子８で光を散乱して均一な光とする。

光拡散粒子８は、低誘電率無機粒子の間に酸化チタン粒子を分散させている。酸化チタン粒子は、平均粒子径を０．５〜２μｍとする粉末である。ただし、酸化チタン粒子の平均粒子径は、たとえば０．３〜１０μｍ、好ましくは０．５〜５μｍ、さらに好ましくは０．５〜２μｍとすることもできる。

低誘電率無機粒子は、酸化チタン粒子よりも誘電率の小さい粉末であって、二酸化ケイ素、又はアルミナの粉末である。低誘電率無機粒子は、二酸化ケイ素とアルミナの混合体とすることもできる。低誘電率無機粒子の平均粒子径は、１．５〜１０μｍである。ただし、低誘電率無機粒子の平均粒子径は１〜２０μｍとすることもできる。

低誘電率無機粒子の間に酸化チタン粒子を分散して配設している光拡散層７は、酸化チタン粒子が誘電体アンテナの作用をして光を拡散する。誘電体アンテナは、電磁波である電波を受信するように、入射される光の電磁波を吸収し、吸収した光の電磁波を放射する。球形の酸化チタン粒子は方向性がない。したがって、低誘電率無機粒子の間に酸化チタン粒子を分散させている光拡散層７は、酸化チタン粒子が誘電体アンテナとなり、図において下面から入射される光を電磁波として吸収し、吸収した光を上面から放射する。酸化チタン粒子が誘電体アンテナとなって、下面から入射される光を効率よく吸収するためには、低誘電率無機粒子の間に、できるかぎり酸化チタン粒子の凝集を少なくして、均一に分散させるのがよい。酸化チタン粒子は単独の粒子でひとつの誘電体アンテナを構成するので、複数の酸化チタン粒子が凝集すると、誘電体アンテナの形状が不揃いとなるからである。誘電体アンテナは、単独の粒子を独立して低誘電率無機粒子中に配置する状態で、理想的な状態で光を吸収して放射する。したがって、光拡散層７は、低誘電率無機粒子中に酸化チタン粒子の凝集を少なくして分散させるのがよい。この状態は、低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の混合率と均一な分散状態で調整する。低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の混合率が高くなると、酸化チタン粒子からなる誘電体アンテナの個数は多くなるが、酸化チタン粒子が凝集して誘電体アンテナの特性が低下する。反対に低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の割合を少なくすると、酸化チタン粒子の凝集が少なくなって、各々の酸化チタン粒子が誘電体アンテナとして有効に働くが、誘電体アンテナの個数が少なくなり、誘電体アンテナが光を電磁波として吸収して放射する効率が低下する。したがって、低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の割合は、多すぎても少なすぎても光拡散層７の光透過率が低下する。低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の最適な割合は、１００重量部の低誘電率無機粒子に対して、酸化チタン粒子が１〜５重量部となる比率である。ただし、低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の最適な割合は、低誘電率無機粒子と酸化チタン粒子の平均粒子径によっても変化するので、１００重量部の低誘電率無機粒子に対する酸化チタン粒子の比率を、たとえば０．１〜１０重量部、好ましくは０．５〜１０重量部とすることもできる。

光拡散層７は、光拡散粒子８を透明性ビーズとすることもできる。透明性ビーズを分散させている光拡散層は、図示しないが、下方から入射する光を、種々の方向に屈折させて上方に放射して光を拡散する。

光学シート３の上面に設けている誘電体アンテナ６は、光拡散層７で拡散された光を電磁波として吸収し、吸収した光を法線方向に集光して上方に放射する。誘電体アンテナ６は、図５と図６に示すように全面に均一に設けられている。

図３の光学シート３は、１枚の透明シート３Ａに誘電体アンテナ６と光拡散層７を設けている。したがって、この光学シート３は、液晶パネル２と対向する表面側を含む全体を誘電体シートで構成して、この誘電体シートの表面から突出するように無数の誘電体アンテナ６を一体的に設けている。図４の光学シート３は、２枚の透明シート３Ａ、３Ｂを積層している。この光学シート３は、液晶パネル２側に積層している透明シート３Ａの表面に誘電体アンテナ６を設け、バックライト１側に積層している透明シート３Ｂに光拡散層７を設けている。この光学シート３は、液晶パネル２と対向する表面側に積層している誘電体シートに表面から突出して無数の誘電体アンテナ６を一体的に設けている。

さらに、光学シートは、図示しないが、誘電体シートに金属微粒子を分散させることもできる。この光学シートは、有機や無機の誘電体で製作される誘電体シートの内部に金属微粒子を分散させて製作される。金属微粒子には、たとえば、金、銀、銅、白金、チタン等の金属が使用できる。この光学シートは、光拡散層で拡散された光をある方向に集光しながら透過させる。したがって、光拡散層で拡散された光を法線方向に集光しながら、上面に設けた誘電体アンテナに透過できる。金属微粒子を分散してなる光学シートは、図３に示す光学シートと同様に、１枚の誘電体シートで構成して、この誘電体シートに金属微粒子を分散させることも、図４に示す光学シートと同様に、２枚の誘電体シートで構成して、一方の誘電体シートに金属微粒子を分散させることもできる。

誘電体アンテナ６は、誘電体シートの表面に対して垂直方向に突出して設けられる。誘電体アンテナ６は、多角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれかである。図５の誘電体アンテナ６は先端面の形状を四角形とする角柱状、図６の誘電体アンテナ６は円柱状、図７の誘電体アンテナ６は先端面の形状を長方形とする角柱状である。誘電体アンテナは、図示しないが、楕円柱状、あるいは凸条とすることもできる。さらに、図８に示すように、平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とすることもできる。さらに、以上の図の誘電体アンテナ６は先端を平面状としているが、図９の拡大断面図に示すように先端を湾曲面とすることもできる。また、誘電体アンテナ６は、図３と図４に示すように、立ち上がり面を傾斜面とすることもできる。さらにまた、誘電体アンテナ６は、図１０と図１１に示すように、先端面を長方形とする細長い角柱状として、長方形の光学シート３の端縁に対して傾斜する姿勢で配列することもできる。複数の誘電体アンテナ６は、互いに隣接するもの同士が平行となるように配列している。図１０の誘電体アンテナ６は、全ての誘電体アンテナの全長を等しくしており、これらを等間隔で縦横に配列している。図１１の誘電体アンテナ６は、光学シート３のコーナー部に近づくにしたがって、全長が短くなるように長さを変更している。さらに、これらの図の誘電体アンテナ６は、両側と両端の立ち上がり面を傾斜面としている。図の誘電体アンテナ６は、両端の傾斜面の傾斜を、両側の傾斜面の傾斜に対して緩やかにしている。

誘電体アンテナ６は、有機や無機の誘電体で製作している誘電体シートに一体的に成形して設けられる。誘電体シートは、誘電率を１．２〜１０とする材質が適している。これより誘電率が高すぎても低すぎても光を効率よく吸収できなくなるからである。有機の誘電体シートとして、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂等の合成樹脂をシート状に加工したものが使用できる。無機の誘電体としてガラス、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等を板状に成形したものが使用できる。

光学シート３は、誘電体シートをエッチングして誘電体アンテナ６を一体的に形成する。また、レーザー等で誘電体シートの一部を除去して誘電体アンテナ６を設けることもできる。

さらに、誘電体アンテナ６は、図１２に示すように、表面側を平滑面として、誘電体アンテナ６の隙間に異物が付着して汚れるのを防止できる。表面側を平滑面とするには、図に示すように可視光線を透過させる平面板９を配設し、あるいは図１３に示すように、誘電体アンテナ６の間に誘電率の低い材料１０を充填する。誘電率の低い材料１０としては、たとえば、四フッ化エチレン樹脂、ＦＲＰ等が使用できる。

誘電体アンテナ６は、光拡散層７で拡散された光を効率よく吸収するように、高さ（Ｔ）を０．３〜５０μｍとする。また、誘電体アンテナ６の最小幅（Ｄ）は０．３〜５０μｍとし、高さ（Ｔ）／最小幅（Ｄ）の比率を０．２〜１０とする。さらに、多数の誘電体アンテナ６を隣接して設ける構造においては、隣接する誘電体アンテナ６間の中心間隔（Ｌ）を最小幅（Ｄ）の１．２〜４倍、好ましくは１．５〜３倍とする。

誘電体アンテナ６の高さ（Ｔ）と最小幅（Ｄ）を０．５〜５０μｍとするのは、吸収する可視光線の波長に比較して、短すぎても反対に長すぎても、光を効率よく吸収できなくなるからである。また、誘電体アンテナ６の最小幅（Ｄ）も、小さすぎても大きすぎても可視光線を吸収する感度が低下する。さらに、高さ（Ｔ）／幅（Ｄ）の比率を０．２〜１０とするのも、誘電体アンテナ６が効率よく光を吸収するようにするためである。多数の誘電体アンテナ６を設ける構造において、隣接する誘電体アンテナ６の中心間隔（Ｌ）も、狭すぎても広すぎても受信感度は低下する。

従来の液晶ディスプレイに使用される光学シートの拡大断面図である。本発明の一実施例にかかる液晶ディスプレイの概略構成図である。図２に示す液晶ディスプレイの光学シートの拡大断面図である。光学シートの他の一例を示す拡大断面図である。誘電体アンテナの一例を示す拡大断面斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大斜視図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面図である。誘電体アンテナの他の一例を示す拡大断面図である。誘電体アンテナを設けている光学シートの液晶パネル側に放射される光の強度を示すグラフである。

１…バックライト
２…液晶パネル
３…光学シート３Ａ…透明シート３Ｂ…透明シート
４…光源
５…導光板
６…誘電体アンテナ
７…光拡散層
８…光拡散粒子
９…平面板
１０…誘電率の低い材料
２０…光学シート
２１…ビーズ
２２…屈折率制御フィラー

Claims

液晶パネル(2)と、この液晶パネル(2)を裏面から光で照射するバックライト(1)と、このバックライト(1)と液晶パネル(2)との間に配置されて、バックライト(1)の光を法線方向に集光して液晶パネル(2)に入力する光学シート(3)とを備える液晶ディスプレイにおいて、
光学シート(3)は、バックライト(1)と対向する裏面には、光拡散粒子(8)をバインダーで結合した光拡散層(7)を設けており、さらに光学シート(3)は、液晶パネル(2)と対向する表面側又は全体を誘電体シートで構成すると共に、この誘電体シートの表面から突出する無数の誘電体アンテナ(6)を一体的構造として設けており、
この誘電体アンテナ(6)は柱状で、高さ(T)が０．３〜５０μｍ、最小幅(D)が０．３〜５０μｍ、高さ(T)／幅(D)の比率が０．２〜１０、誘電率が１．２〜１０で、
光拡散粒子(8)で拡散された光を、誘電体シートの表面に設けている誘電体アンテナ(6)で集光して液晶パネル(2)に照射するようにしてなることを特徴とする液晶ディスプレイ。
光拡散層(7)の光拡散粒子(8)が、酸化チタン粒子と、酸化チタン粒子よりも誘電率の小さい低誘電率無機粒子とからなり、低誘電率無機粒子の間に酸化チタン粒子を分散させて光拡散層(7)としている請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
光拡散層(7)が、酸化チタン粒子の間に低誘電率無機粒子を分散させてなる無機粒子分散層である請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
酸化チタン粒子の平均粒子径が低誘電率無機粒子の平均粒子径よりも小さい請求項２または３に記載される液晶ディスプレイ。
酸化チタン粒子の平均粒子径が０．６〜２μｍである請求項２ないし４のいずれかに記載される液晶ディスプレイ。
低誘電率無機粒子の平均粒子径が１〜２０μｍである請求項２ないし４のいずれかに記載される液晶ディスプレイ。
低誘電率無機粒子が二酸化硅素である請求項２ないし６のいずれかに記載される液晶ディスプレイ。
低誘電率無機粒子がアルミナである請求項２ないし６のいずれかに記載される液晶ディスプレイ。
光拡散粒子(8)が、透明性ビーズである請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
光学シート(3)が１枚の透明シート(3A)を備え、透明シート(3A)は、一方の表面に誘電体アンテナ(6)を、他方の表面に光拡散層(7)を設けている請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
光学シート(3)が２枚の透明シート(3A)、(3B)を積層したもので、液晶パネル(2)側に積層している透明シート(3A)は表面に誘電体アンテナ(6)を設けており、バックライト(1)側に積層している透明シート(3B)は光拡散層(7)を設けている請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
誘電体アンテナ(6)の形状が、多角柱状、円柱状、楕円柱状のいずれかである請求項１に記載される液晶ディスプレイ。
誘電体アンテナ(6)が、平面形状を細長い長方形とする角柱状、あるいは平面形状において両端を円弧状とする細長い形状の柱状とする請求項１に記載される液晶ディスプレイ
誘電体アンテナ(6)の表面側を平滑面としている請求項１に記載される液晶ディスプレイ。