JPH06230223A - 集光シート、偏光板、位相差板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画素、特にストライプ状配列の画素にアライ
メント性よく容易に対応配置でき、容易に精度よく量産
できて対応配置時の位置修正も容易であり、液晶セルの
素子形成時に不純物の関与を回避できる、液晶表示装置
ないし液晶セルの光利用効率の向上手段を得ること。 【構成】 光透過性の平坦シートの少なくとも片面に、
断面三角形で光透過性の凸部（１１）又は凹部を縞状に
有する集光シート（１）、その集光シートを偏光フィル
ム又は複屈折性フィルムの少なくとも片面に有する偏光
板又は位相差板、及び前記集光シートを液晶セルの少な
くとも片側に有する液晶表示装置。 【効果】 電極部分等で遮られることとなる光を屈折さ
せて画素の開口部に供給でき光の利用効率を向上させて
明るい画面の液晶表示装置が得られ従来と同じ明るさで
はバックライトを暗くでき消費電力を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロス光を活用して光の
利用効率を向上させうる集光シート、及びそれを用いた
偏光板、位相差板、並びに液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置ないし液晶セルにおいては
電極部分が遮光（光のロス）部分となり、開口率を低下
させて画面の明るさを減少させる問題がある。ちなみに
アクティブマトリクス駆動の液晶表示装置、例えば薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）方式のものの場合、トランジス
タ部分や蓄積容量部分が遮光部分となり、画素の小型化
につれてそれらの部分を微細化して開口率を向上させる
ことも困難なものとなっている。またカラー表示の場合
には、開口部以外の部分に色の鮮明化向上を目的にマス
クを兼ねてブラックマトリクスが設けられることより更
に開口率を低下させることとなっている。

【０００３】従来、前記に対処して光の利用効率を向上
させる手段としては、液晶セルのガラス板片面に不純物
拡散方式や樹脂付与方式等で画素の開口部に対応させて
レンズアレイを設けたものが知られていた。

【０００４】しかしながら、各画素に対応させてアレイ
する必要からレンズを縦横に形成する必要があり、その
アライメントが困難な問題点があった。またレンズの形
成も困難で多時間多労力を要し、レンズを一旦形成した
後はそれを位置修正できない問題点もあった。さらにセ
ルのガラス面へのプロセスであることから不純物が関与
して液晶セルの素子形成時に悪影響を及ぼす問題点など
もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、画素、特に
ストライプ状に配列された画素にアライメント性よく容
易に対応配置でき、容易に精度よく量産できて対応配置
時の位置修正も容易であり、液晶セルの素子形成時に不
純物の関与を回避できる、液晶表示装置ないし液晶セル
の光利用効率の向上手段の開発を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光透過性の平
坦シートの少なくとも片面に、断面三角形で光透過性の
凸部又は凹部を縞状に有することを特徴とする集光シー
ト、及びその集光シートを偏光フィルム又は複屈折性フ
ィルムの少なくとも片面に有することを特徴とする偏光
板又は位相差板、並びに前記の集光シートを液晶セルの
少なくとも片側に有することを特徴とする液晶表示装置
を提供するものである。

【０００７】

【作用】上記構成の集光シートに例えば平行光線が入射
すると、図１、図２に矢印で例示した如く凸部１２又は
凹部２２で屈折して平坦部１１，２１の側に集光し、こ
れにより凸部又は凹部を通過する光を平坦部で利用する
ことができる。

【０００８】従ってかかる集光シートの凸部又は凹部を
液晶表示装置ないし液晶セル、特に画素がストライプ状
に配列したものの電極部分やブラックマトリクス部分に
対応させて配置することにより就中、光源側に配置する
ことにより、集光シートの凸部又は凹部を通過する光を
平坦部に対応配置した液晶表示装置の開口部に供給でき
画面の明るさを向上させることができる。

【０００９】前記において集光シートの凸部又は凹部を
通過する光は、従来の画素開口部へのレンズアレイ方式
ではレンズ間を透過する光でこれまで液晶表示装置の電
極部分やブラックマトリクス部分で遮光されていた光で
ある。一方、集光シートの平坦部を透過する光は何の影
響も受けずこれまで通り利用できることから前記の系で
は凸部又は凹部を通過した光が有効利用分として増加し
たこととなり光利用効率が向上したこととなる。従って
バックライトを暗くしても従来の明るさを達成でき、消
費電力を低減することができる。

【００１０】他方、集光シートの凸部又は凹部を縞状に
配列させることで縦又は横の一方向を基準としてアライ
メントでき、レンズアレイのように液晶表示装置の画素
毎に縦横に対応させたアライメントが不要となり、かつ
集光シートは液晶セルとは別プロセスで別体のものとし
て形成されていることからセルのガラス板の汚染を回避
できると共に、自由に移動できてアライメントを容易に
行うことができ、位置合せの失敗によるロスを回避でき
て位置合せや位置修正も容易で歩留を向上させることが
できる。さらに偏光板や位相差板等の液晶セルに付設さ
れる部品に対して設けることによっても前記と同等の作
用効果を発揮させることができる。

【００１１】

【実施例】本発明の集光シートは、光透過性の平坦シー
トの少なくとも片面に、断面三角形で光透過性の凸部又
は凹部を縞状に有するものである。その例を図１、図２
に示した。１，２が光透過性の平坦シート、１１，２１
が平坦部、１２，２２が断面三角形で光透過性の凸部又
は凹部である。凸部又は凹部は必要に応じて平坦シート
の両面に設けてもよい。

【００１２】集光シートの形成は、例えば所定の凸部又
は凹部を縞状に形成した型を用いて注形成形する方式や
プレス成形する方式などの適宜な方式で行うことができ
る。従って集光シートの形成には、例えばガラスや樹
脂、ないしプラスチックなどの適宜な光透過性材料を用
いることができる。一般には、熱可塑性樹脂や溶液タイ
プの熱硬化性樹脂などが用いられる。集光シートの厚さ
は任意であるが、一般には平坦部の厚さに基づき１μm
〜１mm、就中５〜５００μmとされる。

【００１３】なお凸部又は凹部での屈折状態の制御等を
目的に、平坦シートと凸部又は凹部、特に凸部を異種材
料で形成してそれらの屈折率を相違させることもでき
る。その形成は、例えば平坦シートに異種材料で凸部を
付設する方式などにより行うことができる。

【００１４】集光シートに設ける断面三角形の凸部又は
凹部の大きさやその縞状の配置間隔は、適用対象の液晶
セルにおける画素配列などその使用目的に応じて適宜に
決定することができる。

【００１５】一般には図１、図２に示した例の如く、シ
ート端に位置する場合にはシート中央側への屈折を目的
に断面が直角三角形の凸部又は凹部とされ、シートの中
間部に位置する場合にはシート両側への均等屈折を目的
に断面が二等辺三角形の凸部又は凹部とされる。凸部又
は凹部の一般的な大きさは、その斜面が平坦部と１０〜
４５度の角度で交叉し、基底部幅が５μm〜１mm、就中
１０〜３００μmのものである。また凸部又は凹部の縞
状の配置は等間隔が一般的である。

【００１６】本発明において集光シートは、液晶セル等
との接合を容易とすることなどを目的に、凸部又は凹部
を有する必要な面に異屈折率の材料を補填して表面を平
坦化処理してもよい。その例を図３、図４に示した。

【００１７】図３に例示のものは、集光シート１の凸部
１１を設けた面に屈折率が異なる異種の樹脂液を展開し
て補填層３を形成し表面を平坦化したものである。一
方、図４に例示のものは、集光シート２の凹部２１を設
けた面に異屈折率の材料を補填して表面を平坦化したも
のであるが、その補填材料に粘着剤を用いたものであ
る。このように異屈折率の補填材料としては光透過性の
適宜なものを用いることができる。

【００１８】前記図４における補填層としての接着層４
は、液晶セル等への接合を兼ねるものである。本発明に
おいて接着層は、集光シートの片面又は両面に設けるこ
とができ、両面に設ける場合には表裏で接着層の種類が
異なっていてもよい。

【００１９】接着層の形成には、接着剤ないし粘着剤等
の適宜な接着性物質を用いてよい。好ましく用いうるも
のは、集光シートを接着する際の位置合せや位置修正を
容易とすることなどを目的に、粘着剤やホットメルト接
着剤等の剥離・再接着が可能なものである。また接合対
象の光学特性の変化防止等の目的より、硬化や乾燥の際
に高温のプロセスを要さず長時間の硬化処理や乾燥時間
を要しないものが望ましい。なお接着層、特に再接着可
能な接着層に対してはそれを実用に供するまでの間、必
要に応じセパレータ５を仮着するなどして保護すること
が好ましい。

【００２０】本発明の偏光板は、偏光フィルムの片面又
は両面に集光シートを有するものであり、これは液晶表
示装置の形成などに好ましく用いうる。その例を図５に
示した。６が偏光フィルムで、２，４，５は上記に同じ
である。

【００２１】偏光フィルムとしては適宜なものを用いる
ことができ特に限定はない。一般には、ポリビニルアル
コール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコ
ール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分
ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムにヨウ素及
び／又は二色性染料を吸着させて延伸したもの、ポリビ
ニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸
処理物の如きポリエン配向フィルムなどからなる偏光フ
ィルムが用いられる。偏光フィルムの厚さは通例５〜８
００μmであるが、これに限定されない。

【００２２】用いる偏光フィルムはその片側又は両側に
透明保護層を有していてもよい。透明保護層の形成材と
しては、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性な
どに優れるものが好ましく用いうる。その代表例として
は、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
イミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹
脂、アセテート系樹脂の如きポリマーなどがあげられ
る。また透明保護層は、上記の集光シートに兼ねさせる
こともできる。

【００２３】なお本発明の偏光板には、その偏光フィル
ム等の構成部材を紫外線吸収剤、例えばサリチル酸エス
テル系化合物、ベンゾフェノール系化合物、ベンゾトリ
アゾール系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッ
ケル錯塩系化合物等で処理する方式などにより紫外線吸
収能をもたせることもできる。

【００２４】本発明の位相差板は、複屈折性フィルムの
片面又は両面に集光シートを有するものであり、これは
液晶表示装置の形成などに好ましく用いうる。その例を
図６に示した。７が複屈折性フィルムで、２，４，５は
上記に同じである。

【００２５】複屈折性フィルムとしては、ポリメチルメ
タクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコー
ル、ポリプロピレンやその他のポリオレフィン、ポリア
リレート、ポリスチレンなどのプラスチックからなるフ
ィルムをガラス転移点等の適宜な温度に加熱して延伸処
理したものなどがあげられる。

【００２６】位相差板は、液晶セルの位相差の補償によ
る着色防止やコントラストの向上などを目的に用いられ
もので、その位相差は複屈折性フィルムの延伸倍率等の
延伸条件を変えることにより容易に制御することができ
る。複屈折性フィルムの一般的な厚さは５００μm以
下、就中１００μm以下であるが、位相差の調節等を目
的に位相差板は複屈折性フィルムの重畳物として形成さ
れていてもよい。また位相差板は、複屈折性フィルムに
液晶性ポリマー等からなる旋光層を設けた光学補償フィ
ルムとして形成されていてもよい。

【００２７】本発明の液晶表示装置は、液晶セルの片側
又は両側に集光シートを有するものである。液晶表示装
置は一般に、集光シート、偏光板、位相差板、液晶セ
ル、バックライト、反射板等の構成部品を適宜に組立て
て駆動回路を組込むことなどにより構成されるが、本発
明においては集光シートを用いる点を除いて特に限定は
なく、従来に準じて形成することができる。

【００２８】図７に本発明の液晶表示装置を例示した。
８が液晶セル、９がバックライトシステムで、２，４，
５，６は上記に同じである。なお、液晶表示装置に前記
の位相差板（７）を設ける場合には、液晶セル８の片側
又は両側の任意な位置、就中、視認側の偏光板６よりも
内側の任意な位置に配置することができる。

【００２９】用いる液晶セルについては特に限定はな
く、画素が千鳥状に配列したものなども用いうる。好ま
しく用いうる液晶セルは、開口率の低いもの、例えばカ
ラーＴＦＴ液晶セル、就中、画素、カラーフィルター、
ブラックマトリクスがストライプ状（縦長）に配列した
ものである。ちなみにかかるカラーＴＦＴ液晶セルにお
ける一般的な開口部（画素部）の面積は、全面積の約５
０％である。

【００３０】液晶セルに対する集光シートの配置は、液
晶セルの画素の開口部に集光シートの平坦部が対応し、
当該開口部に隣接する遮光部に集光シートの凸部又は凹
部が対応するように行われる。光利用効率の点よりは、
図例の如く液晶セルの光源側（バックライト９側）に集
光シートを配置することが好ましい。これにより、集光
シートの凸部又は凹部で屈折した光を当該開口部に有利
に供給できて開口部に隣接する遮蔽部に光が進行するこ
とを防止ないし抑制することができる。前記において画
素の開口部の端部に集光シートの凸部又は凹部がオーバ
ーラップしてもよい。

【００３１】画素がストライプ状に配列した液晶セルに
おいては画素の開口部と集光シートの凸部間又は凹部間
とが対応するように配置することが好ましい。ちなみに
図８に例示した赤８１、緑８２、青８３の各画素をセッ
トとしてストライプ状（縦長）に有するカラー表示型の
液晶セル８の場合、各画素間に位置する縦方向の遮光部
８５の面積が横方向のそれ８４の３〜４倍であることか
ら、集光シート２（又は１）における縞状の凹部２２
（又は凸部１２）は、縦方向の遮光部８５に対応させて
配置することが好ましい。その場合、モアレ模様などを
観察することで容易にアライメントすることができる。

【００３２】なお上記したように本発明の集光シート
は、種々の液晶表示装置の光利用効率を向上させうる
が、特に指向性の強い光源、例えば投射型光学系等の平
行光を投射する光源をバックライトシステムとするもの
が光利用効率の向上の点より有利である。

【００３３】実施例１ 所定の断面三角形の凸部を縞状に形成した平板金型に厚
さ１００μmのポリカーボネートフィルムを配置し、そ
の上に平板を配置して１７０℃で熱プレスし、片面に幅
４０μm、傾斜角３０度の逆二等辺三角形からなる凹部
を８０μm間隔（平坦部幅６０μm）で有するシートを形
成し、その両面にアクリル系粘着層を設けて両面が平坦
な集光シートを得た。

【００３４】実施例２ 実施例１で得た集光シートをその凹部形成面を介してス
トライプ状の画素配列を有するカラーＴＦＴ液晶セルに
ストライプ方向を対応させて、かつ凹部間の中央に画素
の中央が位置するように位置合せして接合したのち、そ
の両側に厚さ８０μmのポリビニルアルコール系偏光板
を接着積層してノーマリーホワイトの液晶表示装置を得
た。

【００３５】実施例３ 実施例１で得た集光シートをポリビニルアルコール系偏
光板と接合し、それを液晶セルに接着積層する方式で実
施例２に準じた形態の液晶表示装置を得た。

【００３６】実施例４ 実施例１で得た集光シートを厚さ８０μmの延伸ポリカ
ーボネートフィルムからなる複屈折性フィルムと接合し
て位相差板を得、その延伸ポリカーボネートフィルムの
露出面にアクリル系粘着層を設けそれを集光シートに代
えて用いたほかは実施例２に準じて液晶表示装置を得
た。なお延伸ポリカーボネートフィルムの配置は偏光板
側とした。

【００３７】実施例５ 実施例１に準じて得たシートの凹部形成面にポリメチル
メタクリレートからなる樹脂液をキャスティングし、厚
さ約１３０μmの平坦シートとしたのちその両面にアク
リル系粘着層を設けて集光シートを得、それを用いて実
施例２に準じ液晶表示装置を得た。

【００３８】比較例１ 集光シートに代えて、厚さ１００μmの平坦なポリカー
ボネートフィルムを用いたほかは実施例２に準じ液晶表
示装置を得た。

【００３９】比較例２ 液晶セルのガラス板上にポリメチルメタクリレートの加
熱溶融液を滴下してマイクロレンズを形成し、そのセル
にポリビニルアルコール系偏光板を接着積層して実施例
２に準じ液晶表示装置を得た。なおマイクロレンズは、
直径約８０μmの半球体が約２０μmの隙間で縦横に配列
したものである。

【００４０】評価試験 実施例、比較例で得た液晶表示装置の集光シート、ポリ
カーボネートフィルム（比較例１）又はマイクロレンズ
の側からキセノンランプとピンホールとレンズからなる
光学系を介して平行光線を照射し、液晶表示装置を透過
した光量を測定した（色彩色差計ＣＳ１００、ミノルタ
社製）。結果を表１に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】なお前記においていずれの実施例の場合に
も画素に対する集光シートのアライメントは容易でその
接合作業を能率的に行うことができた。しかし比較例２
の場合にはマイクロレンズのアライメントが困難でその
接合作業に多時間を要した。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、電極部分等で遮られる
こととなる光を屈折させて画素の開口部に供給でき光の
利用効率を向上させて明るい画面の液晶表示装置を得る
ことができる。従って従来と同じ明るさとする場合には
バックライトを暗くでき消費電力を低減できる。また液
晶セルとは別体の集光シートによる光利用効率の向上で
あるので集光手段の直接形成による液晶セルの汚染を回
避でき、画素に対するアライメントも容易で位置合せミ
スによるロスを防止でき位置修正も容易で液晶表示装置
の組立歩留に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】集光シートの実施例の断面図。

【図２】集光シートの他の実施例の断面図。

【図３】集光シートの更に他の実施例の断面図。

【図４】集光シートの更に他の実施例の断面図。

【図５】偏光板の実施例の断面図。

【図６】位相差板の実施例の断面図。

【図７】液晶表示装置の実施例の断面図。

【図８】画素配列の説明図。

【符号の説明】

１，２：集光シート １１，２１：平坦部 ２１，２２：凸部又は凹部 ３：補填層 ４：接着層 ６：偏光フィルム ７：複屈折性フィルム ８：液晶セル ９：バックライトシステム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 正明 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 原 和孝 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性の平坦シートの少なくとも片面
   に、断面三角形で光透過性の凸部又は凹部を縞状に有す
   ることを特徴とする集光シート。
2. 【請求項２】 凸部又は凹部を有する面に異屈折率の材
   料を補填して表面を平坦化してなる請求項１に記載の集
   光シート。
3. 【請求項３】 接着層を有する請求項１又は２に記載の
   集光シート。
4. 【請求項４】 接着層が再接着可能なものである請求項
   ３に記載の集光シート。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の集光シートを偏
   光フィルムの少なくとも片面に有することを特徴とする
   偏光板。
6. 【請求項６】 請求項１又は２に記載の集光シートを複
   屈折性フィルムの少なくとも片面に有することを特徴と
   する位相差板。
7. 【請求項７】 請求項１又は２に記載の集光シートを液
   晶セルの少なくとも片側に有することを特徴とする液晶
   表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１又は２に記載の集光シートを液
   晶セルの光源側に有することを特徴とする液晶表示装
   置。
9. 【請求項９】 液晶セルにおけるストライプ状に配列し
   た画素の開口部と集光シートの凸部間又は凹部間とが対
   応配置状態にある請求項７又は８に記載の液晶表示装
   置。