JP4910541B2

JP4910541B2 - 液晶表示装置および携帯情報端末装置

Info

Publication number: JP4910541B2
Application number: JP2006203634A
Authority: JP
Inventors: 秀之城田; 強松永
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP2008032841A

Description

本発明は、液晶を用いて画像の表示を行う液晶表示装置および携帯電話機やＰＤＡ等の携帯情報端末装置に係わり、特にモアレによる画像の表示の劣化を防止した液晶表示装置および携帯情報端末装置に関する。

携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータのモニタあるいは液晶テレビ等の各種の電子機器に液晶表示装置が広く使用されている。このような装置の多くは、液晶表示パネルの背面からバックライトモジュールで光線を照射して、画像を透過光で観察するようにしている。

液晶表示パネルは、それぞれの画素をマトリックス状に整然と配置した構造となっている。このため、カラー表示を行う液晶表示パネルでは、３原色のそれぞれの色に対応する光のオン・オフを制御する窓状の最小サイズの構成要素（以下、本明細書では単に窓と称する。）を、特定の直線に対して垂直方向に等間隔で複数配置している。そして、３原色のそれぞれに対応する着色されたフィルタを窓に対応させて配置している。

一方、バックライトモジュールを構成するプリズムシートは、光を表示面方向に立ち上げるためのものであり、断面がプリズム形状をした直線状のプリズム素子列が、シート面と平行でプリズム素子列の長手方向に対して垂直方向に等間隔で複数配置された構成となっている。液晶表示パネルとプリズムシートは、これらのパネル面あるいはシートと垂直方向に所定間隔を置いて、重ねて配置されるようになっている。

このように液晶表示装置では、画素を構成する窓の規則正しい二次元的な配列とプリズム素子列の規則的な配列が、比較的狭い空間に向き合うように存在している。この結果として、モアレと呼ばれる干渉縞が液晶表示パネルの表示面側から視認される可能性が生じる。モアレは、二次元空間周波数のうねりによって生じるものであり、周期的な縞状のパターンの発生は、表示される画像の品位を著しく劣化させる。

そこで、液晶表示装置でモアレの発生を防止する手法が各種提案されている。たとえば、バックライトモジュールに配置されたプリズムシートのプリズム面を液晶表示パネルの方向に向けると共に、プリズムの直線状の溝の伸長方向を、液晶表示パネルの画素の配列方向に対して角度を持たせることが第１の提案として提案されている（たとえば特許文献１参照）。この第１の提案では、プリズムシートの直線状の溝の伸長方向と液晶表示パネルの画素の配列方向を約２０°〜７０°の範囲、更に望ましくは約２０°〜３５°の範囲、あるいは約５５°〜７０°の範囲に設定するようにしている。

また、液晶表示装置の開口部のピッチおよび幅を所定の値に制限するようにした第２の提案も提案されている（たとえば特許文献２参照）。この第２の提案では、周期的に開口部を有する遮光材料層である第１の周期構造と、第２の周期構造とを備える液晶表示装置において、開口部のピッチおよび幅をそれぞれＰ_LとＷ_L、第２の周期構造のピッチをＰ_Pとしたときに、空間周波数の成分Ａ_n＝２Ｗ_L／Ｐ_L・ｓｉｎ（ｎπＷ_L／Ｐ_L）／（ｎπＷ_L／Ｐ_L）（ｎは自然数）で求められる空間周波数の成分Ａ_nが０．０５以下であり、かつ、（２ｎ−１）／（２・Ｐ_L）＜１／Ｐ_P＜（２ｎ＋１）／（２・Ｐ_L）を満たすようにしている。また、このような液晶表示装置において、ｎＷ_L＝ｍＰ_L（ｍ，ｎは自然数）であり、かつ、（２ｎ−１）／（２・Ｐ_L）＜１／Ｐ_P＜（２ｎ＋１）／（２・Ｐ_L）を満たすようにしている。
特開平７−２４８４９３号公報（第００２２段落、第００２３段落、図１）特開２００６−０５８５３３号公報（第０００７段落、第０００８段落、図１）

このうち第１の提案では、プリズムシートのプリズム面が液晶表示パネルと対向するように上面に配置されており、ベースとなる平滑面がプリズムシートの下面となっている。このように第１の提案では、プリズムシートのプリズム面を上面に配置しているため、液晶表示装置の輝度向上効果を十分に得ることができない。更に、この第１の提案では液晶表示パネルの画素配列とプリズムシートのプリズム素子列のなす角度を２０°〜７０°の範囲としている。一般に、表示パネルの画素配列とプリズムシートのプリズム素子列のなす角度は、ある程度以上大きくなると、大幅な輝度低下を招く。したがって、この第１の提案では、モアレを解消することができるとしても、液晶表示装置の輝度が低下する要因が２つ存在することになって、装置の輝度向上に大きな障害となるという問題があった。

一方、第２の提案では、液晶表示パネルの画素配列とプリズムシートのプリズム素子列のなす角度を０°とすることができる。したがって、第１の提案で問題とされた輝度の低下を、この角度に関しては改善することができる。しかしながら、第２の提案では、モアレを解消するために液晶表示パネルの開口幅の設計に制限を付けてしまうので、画素ごとの開口幅の自由度がなくなる。

近年、液晶表示パネルの画素数が増加し、ファインピッチ化している。第２の提案では、開口幅をモアレについて最適化するのみであり、開口幅を透過率について最適化することはできない。そこで、バックライトモジュールと組み合わせた液晶表示装置全体としてみた場合には、結局のところ液晶表示モジュールの透過率が低くなり、輝度を低下させる原因となる。

そこで本発明の目的は、輝度の低下をほとんど生じさせず、モアレの発生を効果的に回避することのできる液晶表示装置およびこれを使用した携帯情報端末装置を提供することにある。

本発明では、（イ）一方の面が平面となっており他方の面には断面が三角形をした三角柱状のプリズム素子列が所定間隔で第１の方向と平行に複数本配置されていて、前記したプリズム素子列の配置された面側から光線を入射してこれを透過した光線を前記した一方の面側から出射するプリズムシートと、このプリズムシートに隣接する形で配置されたシート部材であってそのシート部材の延伸方向が前記した第１の方向と所定の鋭角として３°〜６°の範囲だけ異なった方向としての第２の方向に対して他の所定角度として４５°だけ傾いている拡散シートとを備えたバックライトモジュールと、（ロ）前記したプリズムシートの面と平行に配置された液晶組成物の面内における各部位の液晶分子の配向を画像に応じて変化させ、前記したバックライトモジュールを経た光線による画像パターンを発生させる画像パターン発生手段と、前記したプリズムシートの面と平行で前記した第２の方向に沿って互いに同一サイズの開口部としての窓を画素に対応させて間隔を置いて複数配列したものを、この第２の方向と直交する第３の方向に繰り返し配置し、前記した画像パターン発生手段の発生させる光線の透過による画像パターンをそれぞれの窓の開口した範囲からなるパターンに制限する画素配列板とを備えた液晶表示パネルとを液晶表示装置に具備させる。

また、本発明では、請求項１記載の液晶表示装置を携帯情報端末装置に具備させることにしている。

以上説明したように本発明によれば、プリズムシートの三角柱状のプリズム素子列の配置された側の面と反対側の平面側を液晶表示パネルと対向させるということと、プリズムシートのプリズム素子列の配置された第１の方向と、各画素に対応する窓の配列された方向としての第２の方向とのなす角度を３°〜６°の鋭角にすることによってモアレの発生を抑えたので、コストアップを生じることなく簡易に製品に適用することができ、実用上の効果が大きい。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例における液晶表示装置の分解された状態を表わしたものである。この液晶表示装置１００は、携帯情報端末装置としての携帯電話機に使用されるもので、画像信号に応じてその表面に画像を表示する液晶表示パネル１０１と、この液晶表示パネル１０１の背面から光を均一に照射するバックライトモジュール１０２によって構成されている。

図２は、図１に示した液晶表示パネルの具体的な分解構造を表わしたものである。液晶表示パネル１０１は、図１に示したバックライトモジュール１０２から最も離れた位置から順に、第１の偏光板１１１、第１のガラス基板１１２、カラーフィルタ１１３、第１の透明電極１１４、第１の配向膜１１５、液晶組成物１１６、第２の配向膜１１７、第２の透明電極１１８、第２のガラス基板１１９および第２の偏光板１２０がそれぞれ平行に層を成している。

このうち第１の偏光板１１１および第２の偏光板１２０は、一定の方向に振動している光だけを透過する性質を持っている。第１のガラス基板１１２および第２のガラス基板１１９は、液晶表示装置１００のベース基板として、この図２に示す他の構成層を保持している。第１の透明電極１１４および第２の透明電極１１８は、これらに電流を流すことで電界を発生させる。そして、第１の配向膜１１５と第２の配向膜１１７によって上下に挟み込まれるようにして封じ込まれた液晶組成物１１６に物理的な影響を与えて、図示しない液晶分子の配向を変えるようになっている。

第１の配向膜１１５および第２の配向膜１１７は、これらの表面に一方向に沿って傷が付けられている。このため、第１の透明電極１１４および第２の透明電極１１８からの電界の影響がないときには、液晶組成物１１６の液晶分子を傷の方向に倣った一定の方向に配向する。一例として、第１の配向膜１１５の傷の方向を第２の配向膜１１７の傷の方向に対して９０°ずらして配置すると、液晶分子は第１の配向膜１１５から第２の配向膜１１７にかけて９０°の螺旋を描くように並ぶことになる。

カラーフィルタ１１３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光の３原色の色が付いた窓を規則正しく配置したもので、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色１つずつを１つのグループとしてまとめ、一つの画素を構成するようになっている。カラーフィルタ１１３については、一点鎖線で示した領域１２１を後の図で拡大して説明することにする。

図３は、図１に示したバックライトモジュールの具体的な分解構成を表わしたものである。バックライトモジュール１０２は、四角い枠としてのフレーム１３１を備えており、下側、すなわち図１に示した液晶表示パネル１０１から最も遠い位置に反射シート１３２を配置するようになっている。反射シート１３２の上面には、導光板１３３と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１３４を搭載したＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）１３５と、プリズムシート１３６、拡散シート１３７およびリムシート１３８が順にフレーム１３１内に配置されている。プリズムシート１３６についても、一点鎖線で示した領域１３９を後の図で拡大して説明することにする。

この明細書では、「上面」あるいは「下面」という用語を使用する。ここで「上面」とは、バックライトモジュール１０２から見て図１に示す液晶表示パネル１０１側の方向とし、下面側とは「上面」と反対側とする。導光板１３３は、光源としてのＬＥＤ１３４から導光板１３３の側面方向に放射された光を面状に広げ、上面側へ照射する役割を持っている。ＦＰＣ１３５は、ＬＥＤ１３４を保持するための基板である。ＦＰＣ１３５上には、図示しない電源から供給される電流を用いてＬＥＤ１３４を駆動する回路が形成されている。プリズムシート１３６は、導光板１３３から照射された光を上面側へ集光することで、正面方向の輝度を上昇させる。拡散シート１３７は、プリズムシート１３６から入射した面内の光を均一化する。リムシート１３８は、両面テープを所定の形状に切り抜いたものであり、下面側でプリズムシート１３６および拡散シート１３７を固定し、上面側で図１に示した液晶表示パネル１０１を固定するようになっている。

図４は、液晶表示パネルを構成するカラーフィルタの一部領域を拡大したものである。図２に示したカラーフィルタ１１３の一部の領域１２１は、拡大してみると、Ｒ（赤）１４１、Ｇ（緑）１４２およびＢ（青）１４３のそれぞれの色に着色された長方形の３つの窓が特定方向としてのＸ₁方向に沿って１セットずつ並べられており、それぞれのセットが１つ１つの画素１４４を構成している。これらの画素１４４が特定の１つの方向に繰り返し並んでいる状態を画素配列と呼ぶ。本実施例でこのような画素配列は、所定の間隔をおいてＸ₁方向と直交するＹ₁方向に複数回繰り返されている。

図５は、バックライトモジュールを構成するプリズムシートの一部領域を拡大したものである。同図（Ａ）はプリズムシート１３６の一部の領域１３９の平面図であり、同図（Ｂ）はＡ−Ａ方向に切断した断面を表わした断面図である。プリズムシート１３６は、所定の厚さの基材１５１上に、断面が三角形をした三角柱状のプリズム素子列１５２が特定方向としてのＸ₂方向に伸びると共に、これと直交したＹ₂方向に等間隔で繰り返し複数配列された形状となっており、シート状に一体成型されている。

図６は、プリズムシートの一部を斜め下から見たものである。プリズムシート１３６の平坦な基材側の面が上面となっており、図１における液晶表示パネル１０１側を向いている。プリズムシート１３６のプリズム素子列１５２は、下面側の図３に示す導光板１３３の方を向いている。

図７は、カラーフィルタの画素配列の方向とプリズムシートのプリズム素子列の方向が一致している場合を参考で示したものである。この例では、図２および図４で説明したカラーフィルタ１１３の画素１４４の配列方向としての画素配列の方向（Ｘ₁方向）が図３および図５に示したプリズムシート１３６のプリズム素子列１５２の方向（Ｘ₂方向）と厳密に一致している場合を表わしている。この場合、カラーフィルタ１１３の画素１４４の配列方向がＸ₁方向であれば、プリズムシート１３６のプリズム素子列１５２の方向としてのＸ₂方向も厳密にＸ₁方向となる。すなわち、この場合、Ｘ₁方向とＸ₂方向が等しく、両者のなす角度θ₁は０゜（度）である。

図８は、本実施例におけるカラーフィルタの画素配列の方向とプリズムシートのプリズム素子列の配置関係を示したものである。本実施例では、図３および図５に示したプリズムシート１３６のプリズム素子列１５２の方向（Ｘ₂方向）が、図２および図４で説明したカラーフィルタ１１３の画素１４４の配列方向としての画素配列の方向（Ｘ₁方向）とわずかな角度だけ相違している。本実施例の場合では、Ｘ₁方向とＸ₂方向のなす角度θ₂が、４．５゜となっている。このような角度設定は、フレーム１３１に嵌め込むプリズムシート１３６に予め傾斜を設定しておけばよい。このような角度設定を行うことでモアレの発生が効果的に防止される。これを次に説明する。

図９は、カラーフィルタの画素配列とプリズムシートのプリズム素子列の両方向のなす角度θを横軸にとり、モアレの程度を縦軸にとった実験結果をプロットして表わしたものである。画素配列とプリズム素子列のなす角度θが、０°〜３．５°にかけてモアレは小さくなっていき、４°になると完全に消滅することが分かる。本実施例では、画素配列とプリズム素子列のなす角度θを４°よりも大きな４．５°としている。このため、モアレの発生を防止する効果が得られることが分かる。

図１０は、画素配列とプリズム素子列の両方向のなす角度θを横軸にとり、液晶表示パネルの正面の輝度相対値を縦軸にとった場合の、角度θに対する輝度相対値の変化をプロットしたものである。ここでは、角度θが０°のときの輝度を基準値として“１００”としている。画素配列とプリズム素子列のなす角度θが、０°〜５°までは輝度の低下がほとんど現われないが、６°を超えた角度から輝度の低下が著しくなってくる。本実施例では角度θを４．５°としているため、輝度を維持することがわかる。すなわち本実施例ではモアレが現われず、輝度の低下がほとんど生じない角度として、画素配列とプリズム素子列のなす角度θを４．５°に設定している。

＜発明の変形例＞

以上説明した実施例では、液晶表示パネル１０１におけるカラーフィルタ１１３と、バックライトモジュール１０２におけるプリズムシート１３６の関係でモアレの防止を図ったが、更にプリズムシート１３６に隣接して配置される拡散シート１３７のシート作製時の延伸方向を工夫することで、更に輝度の向上を図ることができる。

図１１は、バックライトモジュールに使用される拡散シートの延伸方向と液晶表示パネルの光の相対的な透過率の関係を表わしたものである。図３に示した拡散シート１３７は、プリズムシート１３６から入射した面内の光を均一化する役割を持っており、その製造時に延伸加工される。このときの延伸方向をＸ₃方向とする。本実施例では、このＸ₃方向が画素配列の方向（Ｘ₁方向）に対して４５゜の角度を持ったとき液晶表示パネルの透過率が最大となった。これにより、この４５゜の角度のときに輝度が最大になることになる。したがって、実施例で説明した角度調整に加えて拡散シートの延伸方向を調整することによって、輝度を高めた状態でモアレの発生を防止することができることになる。

なお、実施例では画素配列とプリズム素子列のなす角度θを４．５゜としたが、３°以上でモアレ防止の効果を得られ、また、６°以下で、輝度を維持できることが確認されている。したがって、角度θは４．５゜に限らず、３°〜６°の範囲でもよいことは当然である。また、許容できる輝度あるいはモアレの程度によっては、角度範囲をこれらの範囲よりも広げることができることは当然である。たとえば、この角度を１゜〜１０゜としても実用上、良好な結果を得ることができる。

更に実施例では、カラーフィルタを使用した液晶表示装置について説明したが、単色の表示を行う液晶表示装置に対しても本発明を同様に適用することができる。更にまた、実施例では液晶表示装置を備えた携帯電話機を例に挙げたが、前記したようにＰＤＡやＰＨＳ（Personal Handy-phone System）あるいは小型のパーソナルコンピュータのように携帯可能な携帯情報端末装置の全般に本発明を適用することができることは当然である。

また、変形例では拡散シート１３７の延伸方向を画素配列の方向（Ｘ₁方向）に対して４５゜傾けるようにしたが、これに限るものではない。たとえば３０゜〜６０゜の範囲で傾けても相対的な透過率の低下は１０％にとどまるため、良好な輝度を維持することができる。

本発明の一実施例における液晶表示装置の分解された状態を示す斜視図である。図１に示した液晶表示パネルの具体的な分解構造を表わした斜視図である。図１に示したバックライトモジュールの具体的な分解構成を表わした斜視図である。本実施例で液晶表示パネルを構成するカラーフィルタの一部領域を拡大した平面図である。本実施例でバックライトモジュールを構成するプリズムシートの一部領域を拡大した平面図およびＡ−Ａ断面図である。本実施例のプリズムシートの一部を斜め下から見た斜視図である。カラーフィルタの画素配列の方向とプリズムシートのプリズム素子列の方向が一致している場合を参考で示した説明図である。本実施例におけるカラーフィルタの画素配列の方向とプリズムシートのプリズム素子列の配置関係を示した説明図である。画素配列とプリズム素子の両方向のなす角度θを横軸にとり、モアレの程度を縦軸にとった特性図である。画素配列とプリズム素子列の両方向のなす角度θを横軸にとり、輝度相対値を縦軸にとった特性図である。本発明の変形例で、拡散シートの延伸方向と液晶表示パネルの光の相対的な透過率との関係を表わした特性図である。

符号の説明

１００液晶表示装置
１０１液晶表示パネル
１０２バックライトモジュール
１１３カラーフィルタ
１３６プリズムシート
１４４画素
１５２プリズム素子列

Claims

一方の面が平面となっており他方の面には断面が三角形をした三角柱状のプリズム素子列が所定間隔で第１の方向と平行に複数本配置されていて、前記プリズム素子列の配置された面側から光線を入射してこれを透過した光線を前記一方の面側から出射するプリズムシートと、このプリズムシートに隣接する形で配置されたシート部材であってそのシート部材の延伸方向が前記第１の方向と所定の鋭角として３°〜６°の範囲だけ異なった方向としての第２の方向に対して他の所定角度として４５°だけ傾いている拡散シートとを備えたバックライトモジュールと、
前記プリズムシートの面と平行に配置された液晶組成物の面内における各部位の液晶分子の配向を画像に応じて変化させ、前記バックライトモジュールを経た光線による画像パターンを発生させる画像パターン発生手段と、前記プリズムシートの面と平行で前記第２の方向に沿って互いに同一サイズの開口部としての窓を画素に対応させて間隔を置いて複数配列したものを、この第２の方向と直交する第３の方向に繰り返し配置し、前記画像パターン発生手段の発生させる光線の透過による画像パターンをそれぞれの窓の開口した範囲からなるパターンに制限する画素配列板とを備えた液晶表示パネル
とを具備することを特徴とする液晶表示装置。
前記画素配列板は、三原色のそれぞれに対応した色の窓が１つの画素に１つずつ前記第２の方向に沿って配置されているカラーフィルタであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記所定の鋭角は、４．５°であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置
を具備することを特徴とする携帯情報端末装置。