JP6401904B2

JP6401904B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP6401904B2
Application number: JP2013269182A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　治; 治佐藤; 克彦岸田
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP2015125260A

Description

この発明は、エッジライト型バックライトユニットを用いた液晶表示装置に関する。

従来から、液晶表示装置に適用されるバックライトユニットとして、光源を導光板（ＬＧＰ：ＬｉｇｈｔＧｕｉｄｉｎｇＰｌａｔｅ）のエッジに配置し、導光板を介して、光源から出射された光を液晶パネルに入射させるエッジライト型バックライトユニットが知られている。以下、図２を参照しながら、エッジライト型バックライトユニットを備えた液晶表示装置について説明する。

図２は、従来の液晶表示装置１００を示す模式断面図である。図２において、液晶表示装置１００は、バックライトユニット１１０、液晶パネル１２０およびＤＢＥＦ（反射型偏光性フィルム：ＤＵＡＬＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴＦＩＬＭ）１３０から構成されている。

バックライトユニット１１０は、光を出射する光源１１１、光源１１１からの光を導光し、表面から光を取り出す導光板１１２、光を反射させる反射板１１３、光を拡散する拡散シート１１４、および光を集める（集光する）プリズムシート１１５から構成されている。

ここで、光源１１１としては、ＬＥＤ（発光ダイオード：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）やＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管：ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ）が用いられる。また、導光板１１２には、一般的に、複屈折性を有する材料が用いられる。

液晶パネル１２０は、２枚の基板の間に液晶が封止された液晶セル１２１、液晶セル１２１のバックライトユニット１１０側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第１偏光板１２２、および液晶セル１２１のバックライトユニット１１０とは反対側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第２偏光板１２３から構成されている。

ＤＢＥＦ１３０は、バックライトユニット１１０と液晶パネル１２０との間に設けられ、光の利用効率を高めるための反射板であり、特定の振動方向の光のみを透過させ、それ以外の光を反射させる。ＤＢＥＦ１３０で反射された光は、バックライトユニット１１０内での反射により振動方向が変化し、ＤＢＥＦ１３０に再入射した際に一部の光が透過することにより、光の利用効率を高めることができる。ＤＢＥＦ１３０は、屈折率の異なる多層薄膜から形成される。なお、一般的に、ＤＢＥＦ１３０のサイズは、液晶パネル１２０のサイズとほぼ同じである。

また、本発明の発明者らによって、入射光の偏光状態が変化しないゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板として用いることにより、光の利用効率を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、図３を参照しながら、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板に用いた液晶表示装置について説明する。

図３は、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板に用いた液晶表示装置２００を示す模式断面図である。図３において、液晶表示装置２００は、バックライトユニット２１０および液晶パネル２２０から構成されている。

バックライトユニット２１０は、偏光光を出射する発光部２１１、発光部２１１からの光を導光し、表面から光を取り出す導光板２１２、光を反射させる反射板２１３、光を拡散する拡散シート２１４、および光を集める（集光する）プリズムシート２１５から構成されている。また、拡散シート２１４およびプリズムシート２１５は、入射された光の偏光状態を変化させない偏光維持特性を有している。

発光部２１１は、光を出射する光源２１１ａ、光源２１１ａからの光のうち、特定の振動方向の光のみを透過させ、それ以外の光を反射させる反射型偏光板２１１ｂ、および反射型偏光板２１１ｂで反射した光を導光板２１２側に反射させる反射板２１１ｃから構成されている。また、反射型偏光板２１１ｂは、積層型偏光板、ＷＧＰ（ワイヤグリッド偏光板：ＷｉｒｅＧｒｉｄＰｏｌａｒｉｚｅｒ）、積層フィルムと透過型偏光板とを組み合わせた偏光板である。これらの偏光板を反射板２１１ｃと組み合わせることにより、光リサイクル構造を構成することができる。

ここで、光源２１１ａとしては、ＬＥＤやＣＣＦＬが用いられる。また、発光部２１１として、偏光光を出射する半導体レーザ（レーザダイオード（ＬＤ）：ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）を用いることもできる。

導光板２１２は、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成されている。なお、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマとは、配向複屈折率および応力複屈折率が何れもほぼゼロである樹脂であり、入射された光の偏光状態を変化させずに出射することができる。

具体的には、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマにおいて、例えば、配向複屈折率を示す面内リタデーションの絶対値および厚み方向リタデーションの絶対値は何れも５ｎｍ以下であり、応力複屈折率を示す光弾性係数の絶対値は５．０×１０−^１２／Ｐａ以下である（例えば、特許文献２参照）。

液晶パネル２２０は、２枚の基板の間に液晶が封止された液晶セル２２１、液晶セル２２１のバックライトユニット２１０側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第１偏光板２２２、および液晶セル２２１のバックライトユニット２１０とは反対側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第２偏光板２２３から構成されている。

特願２０１３−２６８９９９号明細書特開２０１３−１１４１９８号公報

しかしながら、図２に示した従来の液晶表示装置では、光源からの光のうち、５０％強が第１偏光板で吸収されるので、光の利用効率（光源から出射した光が第１偏光板を透過する割合）が低いという問題がある。また、光の利用効率を高めるために、上述したＤＢＥＦを用いた場合であっても、ＤＢＥＦによるｓ偏光からｐ偏光への変換効率がそれほど高くないので、光の利用効率は５１％程度までしか向上しない。

また、上述したように、ＤＢＥＦのサイズは、液晶パネルとほぼ同等のサイズが必要であり、また、ＤＢＥＦは、多層膜で形成されているので単価が高く、特にテレビ等の大型ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）に適用した場合には、コストが高くなるという問題がある。

また、図３に示したゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板に用いた液晶表示装置では、発光部の光源としてＬＥＤまたはＣＣＦＬを用いた場合、発光部からの偏光光が拡散しながら導光板に入射するので、所定の偏光方向以外の偏光光も導光板に入射してしまう。なお、発光部として半導体レーザを用いた場合、この課題は多少緩和されるが、完全に課題が解決されるわけではない。

また、導光板に入射した偏光光が導光板内で反射を繰り返すうちに、偏光状態の変化（偏光崩れ）が促進されるという問題が生じる。

そのため、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板に用いた液晶表示装置において、光学条件を調整した場合であっても、光の利用効率は５７％程度までしか向上せず、光の利用効率を十分に高めることができないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低コストで、光の利用効率を高め、消費電力を低減することができるエッジライト型バックライトユニットを用いた液晶表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルに光を照射するバックライトユニットとから構成される液晶表示装置であって、バックライトユニットは、偏光光を出射する発光部と、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成され、発光部からの光を導光し、表面から光を取り出す導光板とを備え、導光板の光入射面側に設けられ、発光部から入射した偏光光を導光板の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換して出射する光学部材をさらに備えたものである。

この発明に係る液晶表示装置によれば、導光板は、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成され、導光板の光入射面側に設けられて、発光部から入射した偏光光を導光板の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換して出射する光学部材をさらに備えている。
そのため、低コストで、光の利用効率を高め、消費電力を低減することができるエッジライト型バックライトユニットを用いた液晶表示装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置を示す模式断面図である。従来の液晶表示装置を示す模式断面図である。ゼロ・ゼロ複屈折ポリマを導光板に用いた液晶表示装置を示す模式断面図である。

以下、この発明に係る液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置１を示す模式断面図である。図１において、液晶表示装置１は、バックライトユニット１０、液晶パネル２０および光学部材３０から構成されている。

バックライトユニット１０は、偏光光を出射する発光部１１、発光部１１からの光を導光し、表面から光を取り出す導光板１２、光を反射させる反射板１３、光を拡散する拡散シート１４、および光を集める（集光する）プリズムシート１５から構成されている。

発光部１１は、光を出射する光源１１ａ、光源１１ａからの光のうち、特定の振動方向の光のみを透過させ、それ以外の光を反射させる反射型偏光板１１ｂ、および反射型偏光板１１ｂで反射した光を導光板１２側に反射させる反射板１１ｃから構成されている。

ここで、光源１１ａとしては、ＬＥＤやＣＣＦＬが用いられる。ここでは、光源１１ａがＬＥＤの場合について説明するが、ＣＣＦＬであっても同様のことがいえる。なお、発光部１１として、偏光光を出射する半導体レーザを用いることができる。この場合には、コストは高くなるものの、構成を簡素化することができる。

反射型偏光板１１ｂおよび反射板１１ｃは、光の利用効率を高めるための光リサイクル構造を構成する。なお、上述したＤＢＥＦを用いて光の利用効率を高めようとした場合には、液晶パネルのサイズとほぼ同等のサイズのＤＢＥＦが必要になることからコストが高くなるのに対して、この発明の実施の形態１では、反射型偏光板１１ｂを導光板１２の入射面のみに設ければよいので、コストを削減することができる。

また、反射型偏光板１１ｂは、積層型偏光板、ＷＧＰ（ワイヤグリッド偏光板：ＷｉｒｅＧｒｉｄＰｏｌａｒｉｚｅｒ）、積層フィルムと透過型偏光板とを組み合わせた偏光板である。これらの偏光板を反射板１１ｃと組み合わせることにより、光リサイクル構造を構成することができる。

ＷＧＰは、金属配線が例えば５０〜１００ｎｍピッチで並べられた偏光板であって、金属配線と垂直方向に振動する光を透過するとともに、金属配線と平行な方向に振動する光を反射する。ＷＧＰは、耐熱性が高く、高温にさらされるＬＥＤの近傍での使用には、適している。

導光板１２は、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成されている。具体的には、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマにおいて、例えば、配向複屈折率を示す面内リタデーションの絶対値および厚み方向リタデーションの絶対値は何れも５ｎｍ以下であり、応力複屈折率を示す光弾性係数の絶対値は５．０×１０−^１２／Ｐａ以下である（例えば、特許文献２参照）。

また、導光板１２は、逆プリズム型または光散乱型であり、逆プリズム型の導光板１２において、プリズムは、導光板１２の光入射面と平行に形成されている。また、拡散シート１４およびプリズムシート１５は、入射された光の偏光状態を変化させない偏光維持特性を有している。これにより、光の利用効率をさらに高めることができる。

液晶パネル２０は、２枚の基板の間に液晶が封止された液晶セル２１、液晶セル２１のバックライトユニット１０側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第１偏光板２２、および液晶セル２１のバックライトユニット１０とは反対側の面に設けられ、特定の振動方向の光のみを透過させる第２偏光板２３から構成されている。

光学部材３０は、導光板１２の光入射面側に設けられ、入射した偏光光を導光板１２の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換して出射する。すなわち、発光部１１から拡散しながら出射される偏光光が、光学部材３０において、導光板１２の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換されるので、導光板１２に、所望の偏光方向の偏光光のみを入射させることができる。

なお、光学部材３０は、例えば、レンチキュラーレンズやプリズムシートで、反射型偏光板１１ｂと導光板１２との間に設けられてもよいし、光源１１ａと反射型偏光板１１ｂとの間に設けられてもよい。何れの場合であっても、導光板１２に、所望の偏光方向の偏光光のみを入射させることができる。

ここで、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置１において、第１偏光板２２の透過軸方向は、発光部１１から導光板１２に入射した偏光光が、導光板１２から出射されるときの偏光方向と一致するように配置される。

このような構成の液晶表示装置１において、図２に示したＤＢＥＦ１３０を用いた液晶表示装置１００において、５１％程度までしか向上しなかった光の利用効率が、７９％にまで向上することが測定された。さらに、これは、図３に示したゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成された導光板２１２および第１偏光板２２２を用いた液晶表示装置２００における光の利用効率（５７％程度）よりも高いことがわかる。

以上のように、実施の形態１によれば、導光板は、ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成され、導光板の光入射面側に設けられて、入射した偏光光を導光板の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換して出射する光学部材をさらに備えている。
そのため、低コストで、光の利用効率を高め、消費電力を低減することができるエッジライト型バックライトユニットを用いた液晶表示装置を得ることができる。

１液晶表示装置、１０バックライトユニット、１１発光部、１１ａ光源、１１ｂ反射型偏光板、１１ｃ反射板、１２導光板、１３反射板、１４拡散シート、１５プリズムシート、２０液晶パネル、２１液晶セル、２２第１偏光板、２３第２偏光板、３０光学部材。

Claims

液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射するバックライトユニットとから構成される液晶表示装置であって、
前記バックライトユニットは、
偏光光を出射する発光部と、
ゼロ・ゼロ複屈折ポリマで構成され、前記発光部からの光を導光し、表面から光を取り出し、光散乱型である導光板と、
前記導光板上に拡散シートと、
前記拡散シート上に、プリズムパターンが前記液晶パネル側に形成されたプリズムシートと、を備え、
前記導光板の光入射面側に設けられ、前記発光部から入射した偏光光を前記導光板の光入射面と垂直な方向の平行光線に変換して出射する光学部材をさらに備え、
前記発光部は、
光を出射する光源と、
前記光源からの光のうち、特定の振動方向の光のみを透過させ、それ以外の光を反射させる反射型偏光板と、
前記反射型偏光板で反射した光を前記導光板側に反射させる反射板と、を有し、
前記反射型偏光板と前記反射板とで光リサイクル構造を構成し、
前記光学部材は、前記反射型偏光板と前記導光板との間に設けられている
液晶表示装置。
前記光学部材は、レンチキュラーレンズまたはプリズムシートである
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記光源は、ＬＥＤまたはＣＣＦＬである
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射型偏光板は、ワイヤグリッド偏光板、積層型偏光板および積層フィルムと透過型偏光板とを組み合わせた偏光板のうちの１つである
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の液晶表示装置。
前記拡散シートおよび前記プリズムシートは、入射された光の偏光状態を変化させない偏光維持特性を有している
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の液晶表示装置。
前記反射型偏光板は、金属配線が５０〜１００ｎｍピッチで並べられたワイヤグリッド偏光板であって、前記金属配線と垂直方向に振動する光を透過し、前記金属配線と平行な方向に振動する光を反射する
請求項１に記載の液晶表示装置。