JP5163571B2

JP5163571B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP5163571B2
Application number: JP2009070368A
Authority: JP
Inventors: 君平小林
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: JP2010224148A

Description

本発明は、サイドライト型のバックライトを備え、このサイドライト型のバックライトが発光する光を用いた表示と外光を用いた表示とが可能な液晶表示装置に関する。

近年、液晶パネルの後方に配置されたバックライトからの照明光を利用して表示を行う透過表示と、液晶パネルの前方から入射され液晶パネルの液晶層を一旦通過した外光を反射させ、再度液晶層を介して液晶パネルの前方から射出させて表示を行う反射表示と、を兼用可能にした液晶表示装置が開発されている。例えば、特許文献１では、各表示画素をそれぞれ２つの領域に区分し、一方の領域における画素電極を透明性の材料のみで形成するとともに他方の領域における画素電極を反射性の材料が含まれるように形成することにより、各表示画素で透過表示と反射表示とを可能に形成している。

特開２００４−９３７１５号公報

しかし、各表示画素を透過表示領域と反射表示領域とに区分けした場合には、互いの表示に利用可能な表示面積が半減するため利用可能な光も半減し、互いに暗い表示になり、表示品位が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、各表示画素を透過表示領域と反射表示領域とに区分けすることなくバックライトが発光する光を用いた表示と外光を用いた表示とが可能になるとともに、高い表示品位を得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置の一態様は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、導光板により導かれた発光素子からの光を前記液晶パネルに照射するサイドライト型のバックライトと、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された第１の拡散板と、を備え、前記バックライトは、前記液晶パネルとの間に前記導光板を介在させるようにして配置され前記液晶パネルと前記導光板とを順に通過してきた光を反射する反射板と、前記反射板と前記導光板との間に配置された第２の拡散板と、を具備し、前記第１の拡散板のヘイズ値及び前記第２の拡散板のヘイズ値は、９０％以上に設定され、前記導光板は、前記第１の拡散板との対向面側の第１の主面及び前記導光板の前記第２の拡散板との対向面側の第２の主面を有し、前記第２の主面は、前記発光素子からの光を前記導光板の内部で内面反射させて前記第１の主面から前記液晶パネルへ向けて射出させる複数の溝を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、各表示画素を透過表示領域と反射表示領域とに区分けすることなくバックライトが発光する光を用いた表示と外光を用いた表示とが可能になるとともに、高い表示品位を得ることができる。

液晶表示装置の分解斜視図液晶表示装置の側面図液晶パネルの拡大断面図画素電極の配置を示す模式図導光板によって導かれる発光素子からの光の軌跡の説明図拡散板で生じる後方散乱の説明図暗室環境下で各発光素子を発光させた場合に、白表示時に液晶パネルを通過して射出されてくる各発光素子２０からの光強度の視角依存性の説明図発光素子の変形例

本発明にかかる液晶表示装置は、サイドライト型のバックライトを発光させて表示を行う発光表示に加え、このサイドライト型のバックライトで外光を反射させて外光による表示をも可能にするものであり、図１及び図２に示すように液晶パネル１と、液晶パネル１の一方の面に向けて照明光を照射する光源部１５と、光源部１５と液晶パネル１との間に配置された第１の拡散板３４と、を備えている。

液晶パネル１は、図３に示すように、予め定めた間隙を設けて対向配置された一対の透明基板２，３と、この一対の透明基板２，３間の間隙に封入された液晶層１１と、一対の透明基板２，３を挟持するように且つ互いの透過軸が直交するように配置された一対の偏光板１２，１３と、を備えている。

そして、一対の透明基板２，３のうちの第１の透明基板３には、第２の透明基板２との対向面側に、図４に示すように、互いに平行となるように延伸配設された複数の信号線ＳＬと、この複数の信号線ＳＬと交差するように延伸配設された複数の走査線ＧＬと、それぞれが信号線ＳＬと走査線ＧＬとの交点に対応するように配置されたＩＴＯ等の透明性の導電膜からなる複数の画素電極４と、これらの画素電極４にそれぞれが対応するように配置された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）５と、が形成されている。即ち、各表示画素にそれぞれ画素電極４が配置されるように複数の画素電極４がマトリックス状に配列されている。そして、画素行毎にＴＦＴ５にゲート信号が供給可能なように各画素行に対応させて走査線ＧＬが形成されているとともに、ＴＦＴ５を介して画素電極４に表示信号電圧が供給可能なように各画素列に対応させて信号線ＳＬが形成されている。

また、第１の透明基板３には、各画素行に対応させて補助容量線ＨＬが形成され、この補助容量線ＨＬと画素電極４との間に配置された絶縁膜によって表示画素毎に補助容量Ｃｓが形成されている。補助容量線ＨＬは、後述する対向電極６と等しい電位に設定される。

なお、各ＴＦＴ５は、第１の透明基板３の基板面上に形成されたゲート電極と、このゲート電極を覆うように成膜された透明性の絶縁物からなるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を介してゲート電極と対向するように当該ゲート絶縁膜上に形成されたｉ型半導体膜と、このｉ型半導体膜の両側部の上にそれぞれｎ型半導体膜を介して形成されたドレイン電極及びソース電極と、を有している。そして、各ＴＦＴ５は、対応する画素電極４にソース電極が接続され、対応する走査線にゲート電極が接続され、対応する信号線にドレイン電極が接続されている。

一方、一対の透明基板２，３のうちの第２の透明基板２には、第１の透明基板３との対向面側に、カラーフィルタ７と対向電極６とが下層側から順に形成されている。カラーフィルタ７は、赤色成分に対応した赤色カラーフィルタ７Ｒと、緑色成分に対応した緑色カラーフィルタ７Ｇと、青色成分に対応した青色カラーフィルタ７Ｂと、からなり、表示画素毎に、対応する色成分のカラーフィルタが配置されている。また、対向電極６は、ＩＴＯ等の透明性の導電膜からなり、各表示画素間で互いに等しい電位に設定可能なように形成されている。例えば、対向電極６は、各表示画素におけるカラーフィルタ７の全領域を覆うように一枚膜状に形成されている。

ここで、各表示画素において画素電極４上及び対向電極６上には、それぞれ、液晶層１１における液晶分子の初期配向状態を制御するための配向膜８、９が塗布されている。そして、配向膜８、９は、例えば画素電極４と対向電極６との間に電圧が印加されていないときに液晶層１１の液晶分子がツイスト角９０°でねじれ配向するように配向処理が施されている。

一対の透明基板２，３は、上述したように複数の画素電極４が配置された画像表示エリアを囲むように配置された枠状のシール材１０によって接合され、この枠状のシール材１０によって囲まれた領域に上述した液晶層１１を構成する液晶が封入されている。

ところで、液晶パネル１は、図１及び図２に示すように、第１の透明基板３が第２の透明基板２の一辺から張り出すように対向配置され、この張出部３ａにドライバ回路１４が搭載されている。ドライバ回路１４は、張出部３ａに形成された複数の端子に電気的に接続され、これらの端子を介して各走査線ＧＬに走査信号を供給するとともに各信号線ＳＬに表示信号電圧を供給し、更には、各補助容量線ＨＬや対向電極６にコモン電圧を供給する。

そしてドライバ回路１４は、画素電極４及び対向電極６を介して液晶層１１に印加する電圧を制御することによって、一対の偏光板１２，１３の透過軸に対する液晶分子の傾斜角または方位角を変化させ、表示画素毎に当該液晶パネル１を透過する光量を制御する。

光源部１５は、図１及び図２に示すように、所謂サイドライト型のバックライトであり、液晶パネル１に対向するように配置され液晶パネル１における画像表示エリアよりも大きい面積を有した板状の透明部材からなる導光板１６と、導光板１６に対して対向するように配置された反射板１９と、導光板１６と反射板１９との間に配置された第２の拡散板３５と、導光板１６の何れかの端面に向けて光を照射する複数の発光素子２０と、を備えている。

複数の発光素子２０は、当該液晶表示装置が光源部１５からの照射光を用いた透過表示を行う際に発光させるものであり、それぞれが、赤色成分の光を発光する赤色ＬＥＤと、緑色成分の光を発光する緑色ＬＥＤと、青色成分の光を発光する青色ＬＥＤと、を備えている。なお、複数の発光素子２０は、当該液晶表示装置の使用環境での明るさに応じて、適宜、光の発光／非発光が制御可能に構成されていることが好ましい。

導光板１６は、図５に示すように、発光素子２０から当該導光板１６の端面１７に向けて照射された各色成分の光を導いて液晶パネル１との対向面側の主面１８ａ（以下、「第１の主面１８ａ」と記す）から液晶パネル１に向けて当該光を照射するものである。ここで、例えば第１の主面１８ａに対向するもう一方の主面１８ｂ（以下、「第２の主面１８ｂ」と記す）には、例えばライン状の複数の溝ＧＢが、発光素子２０により光が照射される端面１７に対して平行に沿うように形成されている。この溝ＧＢの断面形状は、例えば頂角を挟む２辺ＧＢ１，ＧＢ２が当該導光板１６の第１の主面１８ａに対して互いに異なる傾斜角になるように形成されている。具体的には、発光素子２０の配置側に位置する一辺ＧＢ１の傾斜角が他方の一辺ＧＢ２よりも大きな傾斜角になるように形成されている。

そして、導光板１６は、図５中に破線で示すように、端面１７から入射された発光素子２０からの光を内面反射させて、当該導光板１６の第１の主面１８ａから液晶パネル１へ向けて射出する。なお、導光板１６は、空気よりも大きな屈性率、例えば、１．５程度の屈折率を有するアクリル等の透明材料により形成することができる。

反射板１９は、発光素子２０からの光のうちの導光板１６の第２の主面１８ｂから漏れ出てきた光を導光板１６に向けて反射させるとともに、液晶パネル１や導光板１６を通過してきた外光を再度導光板１６や液晶パネル１に向けて反射させるものである。即ち、反射板１９は、当該液晶表示装置が発光素子２０から発光される光を利用した透過表示を行う際に当該光の利用効率を向上させる一方で、当該液晶表示装置が外光を利用した反射表示を行う際には外光を反射させる反射板として機能する。なお、反射板１９は、より効率的に光を反射させるために、光を鏡面反射させる鏡面反射板として形成することが好ましい。鏡面反射板は、例えばガラス基板やプラスチック基板上に銀やアルミニウム等の金属を蒸着させることにより形成できる。

第２の拡散板３５は、当該第２の拡散板３５に入射されてきた光を拡散させることにより導光板１６への戻り光の面内バラツキ及び指向性を低減させるもので、好ましくはヘイズ値が９０％以上になるように光散乱粒子が分散された透明性のシートからなっている。なお、第２の拡散板３５は、図６に示すように、液晶パネル１や導光板１６を通過してきた外光Ｌの一部を後方散乱させるため、この第２の拡散板３５は、当該液晶表示装置が外光を利用した反射表示を行う際の補助的な反射板としても機能する。

第１の拡散板３４は、導光板１６の第１の主面１８ａから射出されてきた光を拡散することにより導光板１６からの射出光の面内バラツキ及び指向性を低減させるもので、好ましくはヘイズ値が９０％以上になるように光散乱粒子が分散された透明性のシートからなっている。なお、第１の拡散板３４は、第２の拡散板３５と同様に、液晶パネル１を通過してきた外光の一部を後方散乱させるため、この第１の拡散板３４は、当該液晶表示装置が外光を利用した反射表示を行う際の補助的な反射板としても機能する。

上述したような液晶表示装置では、液晶パネル１における液晶層１１が光を透過可能に印加電圧が制御されているときには、外光は、発光素子２０の発光の有無にかかわらず、液晶パネル１を通過して導光板１６に向かって入射可能になるが、この導光板１６に向かって入射されてきた外光は、導光板１６の第１の主面１８ａと第２の主面１８ｂとを順に通過して反射板１９により反射され、その後、導光板１６の第２の主面１８ｂと第１の主面１８ａとを順に通過して、再び液晶パネル１へ戻ることになる。即ち、上述したような液晶表示装置では、各表示画素を透過表示領域と反射表示領域とに区分けすることなく、各発光素子２０が発光する光を用いた透過表示に加え、外光を用いた表示、即ち、反射表示を行うことも可能になる。

また、上述したような液晶表示装置では、光源部１５における反射板１９での外光反射に加え、導光板１６を挟持するように配置された第１の拡散板３４及び第２の拡散板３５により外光の一部が補助的に反射される。このため、液晶パネル１と反射板１９との間に複数の反射面が存在することになり、反射板１９をたとえ鏡面反射板として形成したとしても外光によって反射板１９に投影される液晶パネル１の画像にボケを生じさせることができる。従って、たとえ液晶層１１と反射板１９との間にある程度の距離があったとしても、液晶パネル１に表示される画像が二重映りとして視認されてしまうことを防止でき、表示品位を向上させることができる。さらに、第２の拡散板３５が導光板１６よりも反射板１９側に配置されているため、導光板１６の第１の主面１８ａから液晶パネル１へ向けて射出する発光素子２０からの光を必要以上に拡散させてしまうことを防止できる。即ち、発光素子２０からの光を用いた透過表示時における液晶パネル１の法線方向での輝度が極端に低下してしまうことを防止しながらも、画像の二重映りが発生することを防止できる。

なお、反射板１９と第２の拡散板３５とを互いに物理的に分離して配置したうえで、第１の拡散板３４のヘイズ値と第２の拡散板３５のヘイズ値とを等しい値に設定すれば、第１の拡散板３４での後方散乱度合いと第２の拡散板３５での後方散乱度合いとを等しくすることができるため、外光によって反射板１９に投影される液晶パネル１の画像を第１の拡散板３４と第２の拡散板３５との間でより均等に分散させてボケさせることができ、結果として、より効果的に画像の二重映りの発生を防止でき好ましい。

ここで、暗室環境下で各発光素子２０を発光させた場合に、白表示時に液晶パネル１を通過して射出されてくる各発光素子２０からの光強度の視角依存性について測定した結果を図７に示す。なお、図７中において、実線が第２の拡散板３５を備えている場合であり、破線が比較例として第２の拡散板３５を除去した場合である。また、液晶パネル１での光の射出面に対する法線方向が視角０°に対応している。図７によれば、各発光素子２０からの光をより効率的に利用するためには、光源部１５に第２の拡散板３５を備えていることがより好ましいことがわかる。

なお、上述の実施の形態では、液晶の配向モードを、画素電極４と対向電極６との間に電圧が印加されていないときに液晶層１１の液晶分子がツイスト角９０°でねじれ配向するＴＮモードにした場合について説明したが、液晶の配向モードはＴＮモードに限定するものではなく、例えば、画素電極４と対向電極６との間に電圧が印加されていないときに液晶層１１の液晶分子を基板面に対して垂直に配向させるとともに画素電極４と対向電極６との間に電圧を印加することによって液晶分子を傾斜配向させる垂直配向型の配向モードとしてもよい。

また、上述の実施の形態では、縦電界により液晶分子の配向状態を制御する場合の構成について説明したが、横電界により液晶分子の配向状態を制御する構成としてもよい。

また、上述の実施の形態では、それぞれの発光素子２０が赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを備えている場合について説明したが、それぞれの発光素子２０は、図８に示すように、樹脂成形品からなる１つの面が開放した箱状の筐体２１の内底面の中央部に青色ＬＥＤ２２が配置され、さらにこの筐体２１内に、透明樹脂等の透明材２４に微粒子状の赤色蛍光物質２５と緑色蛍光物質２６とを予め定めた割合で分散させた蛍光層（以下、赤色・緑色蛍光層という）２３が充填されているものであってもよい。それぞれの発光素子２０に対して光を発光するＬＥＤを単体にすることができるので、たとえ使用環境での明るさに応じて発光／非発光を頻繁に切り換えたとしてもより安定した動作を得ることができ好ましい。

１液晶パネル
２、３透明基板
４画素電極
５ＴＦＴ
７カラーフィルタ
１１液晶層
１２、１３偏光板
１５光源部（サイドライト型のバックライト）
１６導光板
１９反射板
２０発光素子
３４、３５拡散板

Claims

一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、
導光板により導かれた発光素子からの光を前記液晶パネルに照射するサイドライト型のバックライトと、
前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された第１の拡散板と、
を備え、
前記バックライトは、
前記液晶パネルとの間に前記導光板を介在させるようにして配置され前記液晶パネルと前記導光板とを順に通過してきた光を反射する反射板と、
前記反射板と前記導光板との間に配置された第２の拡散板と、
を具備し、
前記第１の拡散板のヘイズ値及び前記第２の拡散板のヘイズ値は、９０％以上に設定され、
前記導光板は、前記第１の拡散板との対向面側の第１の主面及び前記導光板の前記第２の拡散板との対向面側の第２の主面を有し、
前記第２の主面は、前記発光素子からの光を前記導光板の内部で内面反射させて前記第１の主面から前記液晶パネルへ向けて射出させる複数の溝を有する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第１の拡散板のヘイズ値は、前記第２の拡散板のヘイズ値と等しい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１の拡散板は、前記液晶パネルと前記導光板との間において前記導光板に最も近接した光学シートとして配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記第１の拡散板は、前記液晶パネルと前記導光板との間において前記液晶パネルに最も近接した光学シートとして配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の液晶表示装置。
前記第２の拡散板は、前記導光板と前記反射板との間において前記導光板に最も近接した光学シートとして配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の液晶表示装置。
前記第２の拡散板は、前記導光板と前記反射板との間において前記反射板に最も近接した光学シートとして配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の液晶表示装置。
前記反射板は、光を鏡面反射させる鏡面反射板からなることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の液晶表示装置。
前記液晶パネルは、一対の透明基板と、前記一対の透明基板を挟持するように配置された一対の偏光板と、を有していることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の液晶表示装置。