KR20110025113A

KR20110025113A - 표시 장치, 전자 기기, 투사형 영상 장치

Info

Publication number: KR20110025113A
Application number: KR1020100084663A
Authority: KR
Inventors: 오사무 오꾸무라
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2011-03-09
Also published as: US20110051029A1; JP2011053386A; CN102004318A

Abstract

본 발명의 과제는 소정의 시각 범위에서 외광 반사의 영향을 받기 어렵고, 또한 최적의 콘트라스트로 화상을 시인 가능한 표시 장치, 전자 기기, 투사형 영상 장치를 제공하는 것이다. 표시 장치(100)는, 표시 패널(120)과, 표시 패널(120)의 표시면(120a)측에 설치되고, 표시면(120a)에 대해 경사진 경사면(110b)을 갖는 프리즘(110)을 구비하고, 표시면(120a)에 대한 프리즘(110)의 경사면(110b)의 경사 각도 θw는, 표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 한 경사면(110b)에서의 외광의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2 중 작은 쪽의 각도에 대해, 표시면(120a)으로부터 사출되어 프리즘(110)을 투과한 표시광 L의 사출 각도 θd가 동등 이상으로 되도록 설정되어 있다.

Description

표시 장치, 전자 기기, 투사형 영상 장치{DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS, AND PROJECTION IMAGING APPARATUS}

본 발명은, 표시 장치, 표시 장치를 구비한 전자 기기 및 투사형 영상 장치에 관한 것이다.

상기 표시 장치로서, 예를 들면 차량의 실내에 설치되고, 표시부에 표시된 화상을 프론트 글래스에 투영하는 헤드업 디스플레이(HUD)가 개발되어 있다.

이와 같은 헤드업 디스플레이에서는, 표시부에 대해 프론트 글래스 너머로 입사한 외광이 다양한 영향을 미치는 것이 알려져 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 표시부로서 액정 표시기를 이용한 경우, 상기 외광에 의해 편광 부재가 손상되어, 최악의 경우에는 표시를 할 수 없게 될 우려가 있다는 것이 기재되어 있다.

이에 대해 특허 문헌 1에서는, 액정 셀 앞측에, 표시광을 투과시켜 적외선을 반사시키는 투과 반사 부재와, 편광 부재를 액정 셀과 평행하지 않은 상태로 배치하고 있다.

이에 의해, 액정 셀에 입사하는 외광이 투과 반사 부재에 의해 반사되므로, 외광의 열에 의한 편광 부재 및 액정 셀의 손상을 방지하고 있다. 또한, 액정 셀로부터 사출한 표시광이 앞측에 설치된 투과 반사 부재에 의해 반사하여 다시 액정 셀에 입사하는 미광도 막을 수 있다고 되어 있다.

또한, 예를 들면, 특허 문헌 2에는, 외광이 여러 각도에서 표시부에 입사하기 때문에, 입사 각도에 따라서는 표시부에서 반사한 외광이 표시광과 서로 중첩하게 되어 화상을 인식할 수 없게 될 우려가 있는 것이 개시되어 있다.

이에 대해 특허 문헌 2에서는, 표시 수단 앞측에 배치되어 표시 수단으로부터 조사된 영상을 확대하면서 투과하는 광학 부재를, 확대 영상이 투영되는 투영면과, 그 투영면에 마주 대하는 광학 부재의 투과면이 이루는 각도가 변동되도록, 광학 부재를 회동 가능하게 하고 있다. 또는, 광학 부재를 투과한 외광이 표시 수단에 대해 수직으로 입사하지 않도록, 각도를 부여하여 표시 수단을 배치하고 있다.

이에 의해 외광과 투영광(표시광)이 서로 중첩하지 않도록 광학 부재를 회동시켜, 안정된 영상을 볼 수 있도록 하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2007-65011호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-148092호 공보

그러나, 특허 문헌 1에서는, 외광의 일부가 투과 반사 부재에 의해 반사 제거되지만, 대부분의 광은 이를 투과하여 액정 셀 표면에서 반사하여, 표시광과 서로 중첩하여 콘트라스트가 저하된다고 하는 과제가 있다.

특허 문헌 2에서는, 광학 부재를 회동시키는 기구가 필요하여, 구조가 복잡하게 된다.

또한, 예를 들면, 표시 수단으로서 액정 표시 장치를 이용한 경우, 광학 부재를 투과한 외광에 대해 각도를 부여하여 표시 수단을 배치하면, 액정 표시 장치의 실제의 시각 범위가 최적인 콘트라스트를 얻을 수 있는 범위로부터 어긋나게 될 우려가 있다고 하는 과제가 있다.

본 발명은, 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

<적용예 1>

본 적용예의 표시 장치는, 표시 패널과, 상기 표시 패널의 표시면측에 설치되고, 상기 표시면에 대해 경사진 경사면을 갖는 프리즘을 구비하고, 상기 표시면에 대한 상기 프리즘의 상기 경사면의 경사 각도는, 상기 표시면의 법선을 기준으로 한 상기 경사면에서의 외광의 입사 각도와 반사 각도 중 작은 쪽의 각도에 대해, 상기 표시면으로부터 사출되어 상기 프리즘을 투과한 표시광의 사출 각도가 동등 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 프리즘의 경사면에서 반사한 외광 혹은 프리즘을 투과하여 표시 패널의 표시면에서 반사한 외광이 표시광의 사출 방향과 겹치기 어렵게 된다. 즉, 표시 패널에서의 표시가 외광 반사의 영향으로 보이기 어렵게 되는 것이 억제된다. 또한, 표시면측에 프리즘을 배치함으로써, 표시광의 사출 방향이 표시면의 법선 방향으로부터 어긋나도, 표시광의 사출 방향으로부터 표시 패널을 보면, 콘트라스트 등의 광학 특성이 최적인 상태에서 화상을 확인할 수 있다. 바꿔 말하면, 프리즘이 없는 상태의 표시 패널을 법선 방향에 대해 어긋난 방향으로부터 보는 경우에 비해, 안정된 광학 특성의 화상을 시인할 수 있다.

<적용예 2>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 경사면의 경사 각도가, 30도 이하인 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 표시면으로부터 프리즘에 입사한 표시광이 프리즘의 파장 분산 특성에 의해 현저하게 색 분리되는 것이 억제된다. 즉, 안정된 광학 특성이 얻어진다.

<적용예 3>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 표시면의 법선을 기준으로 한 상기 경사면에서의 상기 외광의 입사 각도와 반사 각도와의 합을 20도 이상 50도 이하로 하였을 때, 상기 표시면에 대한 상기 경사면의 경사 각도가, 6도 이상 18.5도 이하인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 표시면의 법선을 기준으로 하는 시각 범위가 20도 이상 50도 이하에서, 외광 반사의 영향이 억제되어, 미관상 좋은 표시가 얻어진다.

<적용예 4>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 프리즘은, 상기 표시 패널의 상기 표시면에 밀착하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 프리즘에 입사한 외광이 표시면에서 반사하기 어려워져, 표시 패널의 표시에서의 외광 반사의 영향을 더욱 억제할 수 있다.

<적용예 5>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 프리즘이 동일 방향으로 기울어 배열된 복수의 상기 경사면을 갖는 프리즘 시트인 것으로 하여도 된다.

이 구성에 따르면, 표시면에 대해 단일의 경사면을 갖는 프리즘을 배치하는 경우에 비해, 프리즘을 포함한 표시 장치의 두께를 얇게 할 수 있다. 그러므로, 보다 소형의 표시 장치를 제공할 수 있다.

<적용예 6>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 표시 패널은, 제1 방향과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 배열된 복수의 화소를 갖고, 상기 프리즘은, 복수의 상기 경사면의 연장 방향이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하도록 상기 표시 패널에 대해 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 복수의 경사면과 복수의 화소와의 사이에서의 광의 간섭을 피할 수 있어, 미관상 좋은 표시가 얻어진다.

<적용예 7>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 표시 패널이, 적어도 외광의 입사측에 편광 소자를 갖고, 상기 편광 소자가 상기 프리즘의 상기 경사면에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 외광을 흡수하여 가열되기 쉬운 편광 소자가 표시면으로부터 이격한 위치에 배치된다. 따라서, 편광 소자를 통하여 표시면측에 프리즘을 배치하는 경우에 비해, 표시 패널은 외광에 의한 열의 영향을 받기 어려워진다.

<적용예 8>

상기 적용예의 표시 장치에서, 상기 표시 패널이 액정 패널이며, 상기 액정 패널에서의 액정 분자의 초기 배향이 상기 표시면에 대해 대략 평행하며, 상기 프리즘은, 상기 표시면의 법선을 기준으로 하여 상기 경사면의 경사 방향이 상기 액정 분자의 초기 배향 방향과 교차하는 방향으로 되도록 상기 표시면에 배치되고, 상기 편광 소자는, 흡수축이 상기 초기 배향 방향과 대략 동일하게 되도록 상기 경사면에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 편광 소자를 프리즘의 경사면에 배치하여도, 흡수축과 액정 분자의 초기 배향 방향이 대략 동일하게 되어 있으므로, 경사면의 경사 방향의 영향을 받지 않고, 표시 패널에서의 표시에서 안정된 광학 특성이 얻어진다.

<적용예 9>

본 적용예의 전자 기기는, 상기 적용예의 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 소정의 시각 범위 내에서 외광 반사의 영향을 받기 어려워, 미관상 좋은 표시 상태가 얻어지는 전자 기기를 제공할 수 있다.

<적용예 10>

본 적용예의 투사형 영상 장치는, 상기 적용예의 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 관찰자로부터 본 소정의 시각 범위 내에서 외광 반사의 영향을 받기 어려워, 미관상 좋은 투사 영상이 얻어지는 투사형 영상 장치를 제공할 수 있다.

도 1의 (a)는 제1 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 사시도, 도 1의 (b)는 제1 실시 형태의 표시 장치의 개략 단면도.
도 2의 (a)는 표시 패널의 구성을 도시하는 개략 평면도, 도 2의 (b)는 표시 패널의 개략 단면도.
도 3은 화소의 구성을 도시하는 개략 평면도.
도 4는 화소의 구조를 도시하는 주요부 단면도.
도 5의 (a)∼(c)는 표시 패널에서의 광학 설계 조건을 도시하는 개략도.
도 6은 제1 실시 형태의 표시 장치에서의 외광의 영향을 설명하는 개략 단면도.
도 7은 비교예의 표시 패널과 조명 장치와의 광학적인 배치를 도시하는 개략 단면도.
도 8은 표시 패널에서의 콘트라스트 특성을 나타내는 그래프.
도 9는 제1 실시 형태의 표시 장치에서의 콘트라스트 특성을 나타내는 그래프.
도 10은 제2 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 11의 (a)는 제3 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 사시도, 도 11의 (b)는 제3 실시 형태의 표시 장치의 정면도.
도 12는 제3 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 13은 투사형 영상 장치로서의 헤드업 디스플레이의 구성을 도시하는 개략도.

이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대해서 도면을 따라서 설명한다. 또한, 사용하는 도면은, 설명하는 부분이 인식 가능한 상태로 되도록, 적절하게 확대 또는 축소하여 표시하고 있다.

<제1 실시 형태>

본 실시 형태의 표시 장치에 대해서, 도 1∼도 6을 참조하여 설명한다. 도 1의 (a)는 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 사시도, 도 1의 (b)는 표시 장치의 개략 단면도, 도 2의 (a)는 표시 패널의 구성을 도시하는 개략 평면도, 도 2의 (b)는 표시 패널의 개략 단면도, 도 3은 화소의 구성을 도시하는 개략 평면도, 도 4는 화소의 구조를 도시하는 주요부 단면도, 도 5의 (a)∼(c)는 표시 패널에서의 광학 설계 조건을 도시하는 개략도, 도 6은 표시 장치에서의 외광의 영향을 설명하는 개략 단면도이다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 표시 장치(100)는, 표시 패널(120)과, 표시 패널(120)의 표시면(120a)측에 설치된 프리즘(110)을 갖고 있다. 이 경우, 표시 패널(120)은, 수광형이며 표시면(120a)에 대해 반대측(배면측)에 설치된 조명 장치(150)에 의해 조명되어 표시가 행해진다. 따라서, 표시 장치(100)는, 조명 장치(150)를 포함하는 구성으로 하여도 된다.

조명 장치(150)는, 발광면(150a)으로부터 균일한 휘도의 광이 얻어지도록 배치된 광원으로서의 예를 들면 냉음극관(CCFL)이나 발광 다이오드(LED)와, 광원으로부터의 광을 발광면(150a)에 유도하는 예를 들면 도광판, 반사판, 확산판 등의 구성을 구비하는 것이다. 조명 방식으로서는, 광원이 발광면(150a)의 바로 아래에 배치된 직하형이나 도광판의 단부에 배치된 사이드형이 생각된다.

표시 패널(120)의 전방에 구비된 프리즘(110)은, 표시면(120a)에 대해 소정의 각도로 경사진 단일의 경사면(110b)을 갖고 있다. 이와 같은 프리즘(110)은, 일반적으로 웨지 프리즘이라고 불리어지고 있다.

도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 프리즘(110)은, 경사면(110b)에 대향하는 제1면(110a)이 표시면(120a)과 밀착되도록 표시 패널(120)에 대해 배치되어 있다.

제1면(110a)과 표시면(120a)을 간극없이 밀착시키는 방법으로서는, 제1면(110a)과 표시면(120a)과의 사이에 투명한 접착제나 점착제 혹은 겔 형상 부재 등의 중간 물질을 사이에 끼워 압착하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면 접착제를 균일하게 끼워 넣는 방법이, 일본 특허 공개 제2009-3067호 공보에 개시되어 있다.

조명 장치(150)로부터 조사되어, 표시면(120a)에 대해 수직으로 입사한 조명광은, 표시 패널(120)을 투과함으로써 표시 정보에 기초한 표시광 L로 되고, 프리즘(110)에 입사한다. 프리즘(110)은, 경사면(110b)의 경사 각도(혹은 웨지각) θw와 굴절률 n에 의해 규정되는 편각 θd를 갖는 것이다. 프리즘(110)을 투과한 표시광 L은, 경사면(110b)으로부터 표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 하여 편각 θd만큼 기울어진 방향으로 사출한다. 즉, 편각 θd는 경사면(110b)에서의 표시광 L의 사출 각도 θd라고 부를 수 있다.

이와 같은 표시 장치(100)는, 후술하는 전자 기기로서의 헤드업 디스플레이(HUD)에 바람직하게 이용되는 것이다.

이 경우, 표시 패널(120)은 사각형이며, 표시면(120a)의 길이 방향을 X 방향, 폭 방향을 Y 방향, 표시면(120a)의 법선 방향을 Z 방향으로 하여, 이후의 설명을 행하는 것으로 한다.

또한, 프리즘(110)의 경사면(110b)이 표시 패널(120)의 폭 방향(Y 방향)에서 경사지도록 표시 패널(120)에 대해 프리즘(110)이 배치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 프리즘(110)의 광학적인 배치의 방법에 대해서는 후술한다.

다음으로, 표시 패널(120)에 대해서 설명한다. 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 표시 패널(120)은, 서로 대향하여 배치되고, 소자 기판(10)과, 소자 기판(10)보다도 평면적으로 한층 작은 사이즈의 대향 기판(20)을 구비하고 있다.

시일재(40)에 의해 접합된 소자 기판(10)과 대향 기판(20)과의 간극(갭)에, 플러스의 유전 이방성을 갖는 액정이 충전되어 액정층(50)을 구성하고 있다. 즉, 소자 기판(10)과 대향 기판(20)에 의해 액정층(50)을 협지하고 있다.

시일재(40)의 외측은, 주변 회로 영역이며, 소자 기판(10)의 길이 방향(X 방향)의 1변을 따라서 데이터선 구동 회로(70) 및 외부 회로와 접속하기 위한 복수의 실장 단자(80)가 설치되어 있다. 또한, 소자 기판(10)의 폭 방향(Y 방향)의 다른 2변을 따라서, 각각 주사선 구동 회로(90)가 설치되어 있다. 소자 기판(10)의 남는 1변을 따라서, 2개의 주사선 구동 회로(90)를 접속하는 복수의 배선(13)이 설치되어 있다.

시일재(40)의 내측에는, 제1 방향으로서의 X 방향 및 X 방향과 직교하는 제2 방향으로서의 Y 방향에 매트릭스 형상으로 배열한 복수의 화소를 갖고 있다. 1개의 화소는, 3색의 컬러 필터(22R(적), 22G(녹), 22B(청))에 대응한 3개의 서브 화소로 구성되어 있다. 3색의 컬러 필터(22R, 22G, 22B)는, 동일 색의 컬러 필터(22)가 Y 방향으로 연속하도록 대향 기판(20)측에 형성되어 있다. 또한, 소자 기판(10)측에는, 서브 화소마다, 이를 구동 제어하는 스위칭 소자로서의 복수의 TFT(Thin Film Transistor)(30)가 설치되어 있다. 즉, 표시 패널(120)은, 스트라이프 방식의 컬러 필터(22)를 구비하고, 컬러 표시를 가능하게 한 액티브형의 액정 패널이다.

본 실시 형태에서는, 실제로 표시에 기여하는 복수의 화소의 영역을 표시 영역 AR로 하고, 각 서브 화소를 구획함과 함께, 표시 영역 AR을 액연 형상으로 차광하는 차광막(61)이 형성되어 있다. 차광막(61)이 형성된 차광 영역(60)은, 표시 패널(120)과 전술한 프리즘(110)을 접합할 때에, 표시 영역 AR의 위치를 규정하는 기준으로 되어 있다.

또한, 소자 기판(10)과 대향 기판(20)의 외측의 표면(액정층(50)에 대해 반대측의 표면)에 각각 편광 소자로서의 편광판(14, 24)이 접착되어 있다. 편광판(14, 24)을 제외한 표시 패널(120)을 액정 셀(101)이라고 불러 설명하는 경우도 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 표시 패널(120)의 1개의 화소는, 3색(R, G, B)의 컬러 필터(22R, 22G, 22B)에 대응하는 3개의 서브 화소 SG에 의해 구성되어 있다. 각 서브 화소 SG에는, 복수의 슬릿(간극)(29)이 대략 사다리 형상으로 형성된 사각형의 화소 전극(9)이 설치되어 있다. 즉, 서브 화소 SG는 사각 형상으로 되어 있다.

복수의 화소는, 서브 화소 SG의 길이 방향이 화소의 열 방향으로 되도록 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.

화소 전극(9)의 외주를 둘러싸도록 하여, 주사선(3a)과 공통선(3b)과 복수의 데이터선(6a)이 배치되어 있다.

주사선(3a)과 데이터선(6a)과의 교차부 근방에 TFT(30)가 형성되어 있고, TFT(30)는 데이터선(6a) 및 화소 전극(9)과 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 화소 전극(9)과 평면에서 보아 거의 겹치는 위치에 사각 형상의 공통 전극(19)이 형성되어 있다. 또한, 공통 전극(19)은, 공통선(3b)을 따른 인접하는 서브 화소 SG에 걸쳐서 베타 형상으로 설치하여도 된다.

화소 전극(9)은, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 도전 재료로 이루어지는 투명한 도전막이다. 1개의 서브 화소 SG의 화소 전극(9)에 복수개(도시에서는 24개)의 슬릿(29)이 형성되어 있다. 각 슬릿(29)은, 주사선(3a) 및 데이터선(6a)의 쌍방과 교차하는 방향(도면 중 경사 방향)으로 연장되고, 데이터선(6a)을 따른 Y 방향에서 등간격으로 배열되도록 형성되어 있다. 각 슬릿(29)은 대략 동일한 폭으로 형성되며, 서로 평행하다. 이에 의해, 화소 전극(9)은, 복수개(도시에서는 23개)의 띠 형상 전극부(9a)를 갖게 된다. 슬릿(29)이 일정한 폭을 갖고 등간격으로 배열되어 있으므로, 띠 형상 전극부(9a)도 일정한 폭을 갖고 등간격으로 배열되어 있다. 슬릿(29)의 폭과 띠 형상 전극부(9a)의 폭은 모두 대략 4㎛이다. 액정층(50)에 면하는 화소 전극(9)은, 띠 형상 전극부(9a)를 갖고 있으면 되고, 띠 형상 전극부(9a) 사이는 양단이 폐색된 슬릿(29)에 한정되지 않고, 한쪽측이 개방된 슬릿이어도 된다.

슬릿(29)이 주사선(3a)을 따른 X 방향과 이루는 경사 각도는, 이 경우 5°로 되어 있다. 이후, 이와 같은 슬릿(29)을 가리켜 우측 상향(5°)의 슬릿(29)이라고 부른다.

공통 전극(19)은, ITO 등의 도전 재료로 이루어지는 투명 도전막이며, 주사선(3a)과 평행하게 연장되는 공통선(3b)과 일체로 형성되어 있다. 따라서, 공통 전극(19)은 공통선(3b)과 전기적으로 접속되어 있다.

주사선(3a), 데이터선(6a), 공통선(3b)은, 전기 신호를 전달하는 관점에서 각각 저저항의 도전 재료를 이용하여 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등을 들 수 있다.

TFT(30)는, 주사선(3a) 상에 부분적으로 형성된 섬 형상의 아몰퍼스 실리콘 막으로 이루어지는 반도체층(35)과, 데이터선(6a)을 분기하여 반도체층(35) 상으로 연장된 소스 전극(31)과, 반도체층(35) 상으로부터 화소 전극(9)의 형성 영역으로 연장되는 사각 형상의 드레인 전극(32)을 구비하고 있다.

주사선(3a)은, 반도체층(35)과 대향하는 위치에서 TFT(30)의 게이트 전극으로서 기능한다. 드레인 전극(32)과 화소 전극(9)과는, 양자가 평면적으로 겹치는 위치에 형성된 콘택트 홀(47)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

또한, 도시한 서브 화소 SG에서, 화소 전극(9)과 공통 전극(19)이 평면에서 보아 겹치는 영역이, 그 서브 화소 SG의 용량으로서 기능하므로, 화상 신호를 유지하기 위해 별도 유지 용량을 서브 화소 SG의 형성 영역 내에 설치할 필요가 없어, 높은 개구율을 얻을 수 있다.

또한, 화소 전극(9)과 공통 전극(19)이 평면에서 보아 겹치는 영역은, 이 경우, 투과 표시 영역 T로 되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 표시 패널(120)은, 화소 전극(9) 및 공통 전극(19)을 갖는 소자 기판(10)과, 대향 기판(20)에 의해, 액정층(50)을 협지하고 있다.

투명한 글래스 등으로 이루어지는 대향 기판(20) 상에는, 액정층(50)측을 향하여 차광막(61)과, 컬러 필터(22)(22R, 22G, 22B)와, 컬러 필터(22)를 덮는 배향막(23)이 형성되어 있다.

차광막(61)은, 대향 기판(20)측에서 보았을 때, 컬러 필터(22)를 실질적으로 서브 화소 SG마다(색마다) 구분하도록 설치된 블랙 매트릭스(BM)라고 불리는 것이다. 그 형성 방법은, 예를 들면, 차광성 재료로서 금속 또는 금속 화합물의 박막을 대향 기판(20)의 표면(액정층(50)측)에 성막하고, 포토리소그래피법에 의해, 서브 화소 SG에 대응한 개구부를 갖도록 패터닝하는 방법을 들 수 있다. 대표적인 금속 또는 금속 화합물로서는, 크롬(Cr) 또는 산화 크롬을 들 수 있다. 또한, 차광성 재료로서 흑색 안료 등을 포함하는 수지를 오프셋 등의 인쇄법에 의해 패터닝하는 방법을 들 수 있다.

컬러 필터(22)는, 예를 들면, 각 색의 착색 재료를 포함하는 감광성 수지 재료를, 차광막(61)이 형성된 대향 기판(20)에 도포하여, 이를 포토리소그래피법에 의해 노광ㆍ현상함으로써, 상기 차광막(61)의 개구부를 매립하도록 형성할 수 있다. 도포 방법으로서는, 스핀 코트, 슬릿 코트 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 차광막(61) 상에 격벽부를 설치하고, 격벽부에 의해 구획된 영역에 각 색의 착색 재료를 포함하는 액상체를 액적으로서 도포하는 액적 토출법을 이용하여 컬러 필터(22)를 형성하여도 된다. 컬러 필터(22)의 두께는, 대략 1㎛∼2㎛이다.

동일하게, 투명한 글래스 등으로 이루어지는 소자 기판(10) 상에는, 주사선(3a), 공통 전극(19) 및 공통선(3b)이 형성되어 있다. 이들의 주사선(3a), 공통 전극(19) 및 공통선(3b)을 덮어, 실리콘 산화물막 등으로 이루어지는 게이트 절연막(11)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(11) 상에는, 섬 형상의 반도체층(35)과, 반도체층(35)과 일부가 겹치도록 소스 전극(31)과 드레인 전극(32)이 형성되어 있다.

이들의 반도체층(35), 소스 전극(31) 및 드레인 전극(32)을 덮어, 실리콘 산화물막이나 수지막으로 이루어지는 층간 절연막(12)이 형성되어 있다.

층간 절연막(12) 상에는, 화소 전극(9)이 형성되고, 층간 절연막(12)을 관통하여 드레인 전극(32)에 도달하는 컨택트 홀(47)을 통하여, 화소 전극(9)과 드레인 전극(32)이 전기적으로 접속되어 있다.

즉, 공통 전극(19)과 화소 전극(9)과의 사이에는, 절연층으로서의 게이트 절연막(11)과 층간 절연막(12)이 개재되어 있다.

소자 기판(10)의 화소 전극(9)을 덮어, 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막(18)이 형성되어 있다. 액정층(50)에 면하는 소자 기판(10)측의 배향막(18) 및 대향 기판(20)측의 배향막(23)은, 러빙 처리 등의 배향 처리가 실시되어 액정 분자를 소정 방향으로 배향시키게 되어 있다. 배향 처리의 상세에 대해서는, 후술하는 광학 설계 조건에서 설명한다.

대향 기판(20)의 표면(액정층(50)측에 대해 반대측의 표면)에 편광판(24)이 접착되고, 소자 기판(10)의 표면(액정층(50)측에 대해 반대측의 표면)에 편광판(14)이 접착되어 있다.

이와 같은 구조의 표시 패널(120)은, 띠 형상 전극부(9a)를 갖는 화소 전극(9)과 공통 전극(19)과의 사이에 발생하는 전계에 의해 액정층(50)의 액정 분자의 배향 방향을 제어함으로써, 표시를 행하게 하는 것이며, FFS(Fringe Field Switching) 방식이라고 불리어지고 있다.

다음으로, 표시 패널(120)의 광학 설계 조건에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 표시 패널(120)에서의 액정 셀(101)의 초기 배향은, 화소의 행 방향 즉 X 방향을 따른 호모지니어스 배향으로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 소자 기판(10)의 배향막(18)에서의 러빙 방향과, 대향 기판(20)의 배향막(23)에서의 러빙 방향과는, 서로 X 방향을 따르고 있지만 180도 반대 방향으로 되어 있다.

한 쌍의 편광판(14, 24)의 광학적인 배치는, 액정 셀(101) 사이에 끼워 크로스 니콜(서로의 투과축 또는 흡수축이 직교하는 상태)로 되어 있다. 구체적으로는, 조명 장치(150)로부터의 광이 입사하는 측에 배치된 편광판(14)의 흡수축(14a)은, 액정 셀(101)의 초기 배향 방향과 직교하고 있다. 즉 투과축(14t)은, 상기 초기 배향 방향과 동일 방향으로 되어 있다. 이에 대해, 광이 사출되는 측에 배치된 편광판(24)의 흡수축(24a)은, 액정 셀(101)의 초기 배향 방향과 동일 방향으로 되어 있다. 투과축(24t)은, 상기 초기 배향 방향과 직교하고 있다.

즉, 조명광은, 편광판(14)을 투과하여 직선 편광으로 변환되어, 액정 셀(101)을 투과하지만, 편광판(24)에 의해 흡수되므로, 비구동 상태 즉 초기 배향 상태에서는 흑 표시로 된다.

도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 화소 전극(9)의 슬릿(29)은, 배향 처리 방향에 대해 우측 상향으로 5° 기울어져 있다. 따라서, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 띠 형상 전극부(9a)를 갖는 화소 전극(9)과 이에 대향 배치된 공통 전극(19)과의 사이에 구동 전압을 인가하면, 평면에서 보아 띠 형상 전극부(9a)(혹은 슬릿(29))의 연장 방향과 직교하는 방향으로 전계가 생긴다.

플러스의 유전 이방성을 갖는 액정 분자 LC는, 장축이 전계 방향을 향하도록 배향되므로, 띠 형상 전극부(9a)의 근방에서는, 시계 방향으로 트위스트한다. 이에 의해 액정층(50)에 선광성이 생긴다. 편광판(14)에 의해 직선 편광으로 변환된 조명광은, 액정 셀(101)을 투과하는 동안에 선광하여 편광판(24)을 투과한다. 즉, 구동 시에는 컬러 필터(22)에 의해 착색된 색이 관찰되어, 1화소를 구성하는 서브 화소 SG가 전부 구동 상태일 때에는, 백 표시로 된다. 이와 같은 표시 모드는 노멀리 블랙 모드라고 불리어지고 있다.

또한, 배향 처리 방향과 띠 형상 전극부(9a)(혹은 슬릿(29))가 이루는 각도는, 5°로 한정되지 않는다. 전계를 발생시켰을 때에 액정 분자 LC가 일정한 방향으로 안정적으로 트위스트하는 각도로 설정된다.

다음으로, 표시 장치(100)에서의 프리즘(110)의 광학적인 배치에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 조명 장치(150)의 발광면(150a)으로부터 사출된 조명광은, 표시 패널(120)이 구동되면, 전술한 바와 같이 표시 패널(120)을 투과하여 프리즘(110)에 입사한다. 프리즘(110)은 경사면(110b)의 경사 각도 θw와 굴절률 n에 의해 규정되는 편각 θd를 갖고, 프리즘(110)에 입사한 표시광 L은, 표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 하여 사출 각도 θd만큼 기울어진 방향으로 사출된다.

이와 같은 표시 장치(100)를 후술하는 헤드업 디스플레이 등에 이용하는 경우, 표시광 L의 사출 방향에 대해 반대 방향으로부터 외광 SL이 입사하도록 설정된다. 프리즘(110)에 입사한 외광 SL은, 그 일부가 경사면(110b)에서 법선(110v)을 축으로 하여 대칭한 방향으로 반사한다.

또한, 프리즘(110)을 투과한 외광 SL은, 예를 들면 편광판(24)과 대향 기판(20)과의 계면 등 표시 패널(120)의 어느 하나의 계면에서 반사할 가능성이 있지만, 그 계면에서의 굴절률차가 작고, 덧붙여 편광판(24)이나 컬러 필터(22)에 의해 흡수되므로, 외광 SL의 반사광의 강도는 약해진다. 또한 편광판(14)을 투과하여 조명 장치(150)까지 도달한 외광 SL은, 편광판(14)과 발광면(150a)과의 사이에 간극이 마련되어 있기 때문에, 산란하여 다시 조명광에 섞이게 되어, 표시에 영향을 미치는 일이 없다.

한편, 프리즘(110)의 경사면(110b)에 입사하는 외광 SL의 입사 각도 θ1은 반드시 일정하지 않다. 그것을 근거로 한 후에 경사면(110b)에서 반사한 외광 SL이 관찰자의 눈에 닿지 않도록 빠져나가게 할 필요가 있다. 바꿔 말하면, 외광 SL의 반사광이 닿는 범위 밖으로 표시광 L이 닿도록 프리즘(110)의 경사면(110b)의 경사 각도 θw를 설정한다.

경사면(110b)의 법선(110v)과 표시면(120a)의 법선(120v)이 이루는 각도는, 경사면(110b)의 경사 각도 θw와 동일하다. 법선(120v)을 기준으로 한 외광 SL의 입사 각도 θ1이 예를 들면 표시광 L의 사출 각도 θd와 동일하다고 하면, 외광 SL의 반사 각도 θ2는, 경사 각도 θw와 사출 각도 θd의 합의 2배로부터 사출 각도 θd를 뺀 값으로 된다.

이와 같은 외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2 및 프리즘(110)의 경사 각도 θw와 사출 각도(편각) θd와의 관계는, 스넬의 법칙에 기초하는 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 구할 수 있다.

n은 프리즘(110)의 굴절률이다.

외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt는, 반드시 일정하지 않지만, 후술하는 헤드업 디스플레이 등에 표시 장치(100)를 이용하는 경우, 20도 내지 50도로 설정되어 있다.

예를 들면, 프리즘(110)이 SiO₂를 주성분으로 하는 글래스 등으로 이루어지고, 그 굴절률 n을 1.45로 한다. 외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt를 20도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 7도가 된다. 덧붙여서 말하면 사출 각도 θd는 대략 3도가 된다. 따라서, 경사면(110b)의 법선(110v)을 기준으로 하여 ±10도(경사 각도 θw와 사출 각도 θd를 더한 값)의 시각 범위 내이면 표시 패널(120)에 표시된 화상에 외광 SL의 영향이 미치지 않는다. 바꿔 말하면, 경사면(110b)에 입사하는 외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2 중 작은 쪽의 각도에 대해, 표시광 L의 사출 각도 θd가 동등 이상의 크기로 되도록 하면, 외광 SL의 반사광이 관찰자의 눈에 닿지 않게 된다. 즉, 합 θt가 20도인 경우에는, 경사 각도 θw를 7도 이상으로 한다.

마찬가지로 하여, 합 θt를 50도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 17도가 된다. 그 때의 사출 각도 θd는 대략 8도이다. 바꿔 말하면, 경사면(110b)의 법선(110v)을 기준으로 하여 ±25도(경사 각도 θw와 사출 각도 θd를 더한 값)의 시각 범위 내이면 표시 패널(120)에 표시된 화상에 외광 SL의 영향이 미치지 않는다.

프리즘(110)에서의 경사면(110b)의 경사 각도 θw가 커지면, 파장 분산의 영향을 받아서 프리즘(110)을 투과하는 표시광 L의 색 분리가 일어나므로, 파장 분산의 영향을 받기 어려운 30도 이하의 경사 각도 θw로 하는 것이 바람직하다.

프리즘(110)은 가시광을 투과하는 무색 투명한 재료가 바람직한 것은 물론이다.

예를 들면, 프리즘(110)이 폴리카보네이트 등의 수지 재료로 이루어지고, 그 굴절률 n을 1.59로 한다. 합 θt를 20도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 6.5도가 된다. 덧붙여서 말하면 사출 각도 θd는 대략 3.5도가 된다.

마찬가지로 하여, 합 θt를 50도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 15.5도가 된다. 그 때의 사출 각도 θd는 대략 9.5도이다.

또한, 상기 수지 재료로서는, 상기 폴리카보네이트 이외에도 에피셜술피드(episulfide)계 수지가 있고, 그 굴절률 n은 대략 1.70이다. 합 θt를 20도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 6도가 된다. 덧붙여서 말하면 사출 각도 θd는 대략 4도가 된다.

마찬가지로 하여, 합 θt를 50도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 14.5도가 된다. 그 때의 사출 각도 θd는 대략 10도이다.

또한, 프리즘(110)이 물 등의 액체가 충전된 구성인 것으로 하여도 되고, 그 굴절률 n을 1.33으로 한다. 합 θt를 20도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 7.5도가 된다. 덧붙여서 말하면 사출 각도 θd는 대략 2.5도가 된다.

마찬가지로 하여, 합 θt를 50도로 하여, 경사 각도 θw를 구하면, 대략 18.5도가 된다. 그 때의 사출 각도 θd는 대략 6.5도이다.

프리즘(110)에 적합한 재료의 굴절률 n을 상기한 바와 같이 상정하면, 표시면(120a)에 대한 경사면(110b)의 경사 각도 θw는, 대략 6도 이상, 18.5도 이하가 된다.

외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt를 20도∼50도의 중간적인 값인 30도로 하고, 프리즘(110)의 파장 분산의 영향과, 용이하게 입수 가능한 프리즘 재료(예를 들면 BK7)의 굴절률 n(약 1.5)을 고려하면, 프리즘(110)의 경사 각도(웨지각) θw는, 대략 10도가 바람직하다.

또한, 외광 SL은, 경사면(110b)에 대해 다양한 각도로부터 입사할 우려가 있으므로, 실제의 외광 SL의 입사 방향을 도 6과 같은 프리즘(110)을 Y 방향으로 절단한 단면에 투영하여 입사 각도 θ1을 규정하면 된다.

<비교예>

다음으로, 비교예에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 비교예의 표시 패널과 조명 장치와의 광학적인 배치를 도시하는 개략 단면도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 비교예의 표시 패널(120)과 조명 장치(150)와는, 표시면(120a)과는 반대측의 표면(120b)에 조명광이 경사 방향으로부터 입사하도록 발광면(150a)을 기울여서 조명 장치(150)가 표시 패널(120)에 대해 배치되어 있다.

상기 표면(120b)에 대한 발광면(150a)의 경사 각도를 θ3으로 하면, 표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 하는 표시광 L의 사출 각도 θ4는, 경사 각도 θ3과 거의 동일하다.

표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 하여, 표시광 L의 사출 방향으로부터 입사 각도 θ1로 표시면(120a)에 입사한 외광 SL은, 반사 각도 θ2에서 반사한다. 이 경우, 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와는 동등하다.

예를 들면, 조명 장치(150)의 경사 각도 θ3을 15도로 하면, 표시광 L의 사출 각도 θ4와 외광 SL의 입사 각도 θ1과는 모두 15도가 되므로, 법선(120v)을 기준으로 하여 ±15도의 시각 범위 내에서는, 외광 SL의 반사의 영향을 받기 어려워진다. 즉, 프리즘(110)을 구비한 표시 장치(100)와 동일한 바와 같은 작용ㆍ효과를 발휘한다.

그런데, 비교예와 같이 표시 패널(120)에 대해 조명 장치(150)를 기울여서 배치하면, 소정의 시각 범위 내에서 원하는 광학 특성이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 발생한다.

도 8은 표시 패널에서의 콘트라스트 특성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로는, 표시 패널(120)의 표면(120b)에 확산광을 입사시키고, 법선(120v)을 기준으로 하여 각도를 바꿔서 표시광 L의 휘도를 측정하여 얻어진 등(等) 콘트라스트 커브이다. 도 8의 중심이 법선 방향, 중심을 통하는 축이 방위각, 동심원이 법선(120v)으로부터의 극각을 나타내고, 내측으로부터 순서대로 20°, 40°, 60°, 80°를 나타내고 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 표시 패널(120)은, 법선 방향에서 보았을 때에 가장 높은 콘트라스트(CR)가 얻어진다. 또한, 좌우 방향(X 방향)과 상하 방향(Y 방향)으로 높은 콘트라스트가 얻어지는 밸런스가 양호한 상태로 되어 있다. 그러나, 비교예와 같이 표시 패널(120)에 대해 조명 장치(150)를 대략 15도 기울여서 배치하면, 표시광 L의 사출 방향이 Y 방향으로 15° 기울어지므로, 실제의 표시에서의 콘트라스트의 분포는, 파선으로 둘러싼 사각형의 범위 내에서 차이가 나게 된다. 즉, 화상의 상측 코너부에서는 콘트라스트가 저하되게 된다.

도 9는, 본 실시 형태의 표시 장치에서의 콘트라스트 특성을 나타내는 그래프이다. 구체적으로는, 프리즘(110)의 경사면(110b)의 경사 각도 θw를 10도로 하였을 때의 등 콘트라스트 커브이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 표시 장치(100)의 경우에는, 조명 장치(150)로부터 사출된 조명광은, 표시 패널(120)의 표시면(120a)에 대해 수직인 방향으로부터 입사하고 있다. 그리고, 표시면(120a)으로부터 사출되는 표시광 L은 프리즘(110)에 입사한 후에, 경사면(110b)으로부터 법선(120v)을 기준으로 하여 사출 각도 θd만큼 기울어진 방향으로 사출된다.

프리즘(110)의 굴절률 n을 1.5로 하면, 이 경우의 사출 각도 θd는 대략 5°가 된다. 즉, 등 콘트라스트 커브 자체가 상하 방향(Y 방향)으로 5° 어긋난 상태로 되므로, 최적의 시각 범위도 상하 방향(Y 방향)으로 5° 차이가 나게 된다. 따라서, 실제의 표시에서의 콘트라스트의 분포는, 파선으로 둘러싼 사각형의 범위가 되고, 도 8에 도시한 비교예에 비해, 화상의 코너부에서의 콘트라스트가 그다지 저하되지 않고, 전체적으로 높은 콘트라스트가 얻어진다.

또한, 비교예에서는, 조명광이 표시 패널(120)을 두께 방향(Z 방향)에서 비스듬하게 투과함으로써 화상면 내의 색 시프트가 생겼지만, 표시 장치(100)에서는, 그와 같은 색 시프트가 작아진다고 하는 효과도 얻어진다.

이상으로 설명한 제1 실시 형태에 따르면, 이하의 효과가 얻어진다.

(1) 표시 장치(100)는, 표시 패널(120)의 표시면(120a)측에 배치된 프리즘(110)을 갖고, 프리즘(110)의 경사면(110b)의 표시면(120a)에 대한 경사 각도 θw가 6도 이상 18.5도 이하로 되어 있다. 따라서, 외광 SL의 경사면(110b)에 대한 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt가 20 내지 50도의 범위로 설정된 경우, 표시광 L이 관찰자에 닿는 방향으로부터 외광 SL의 반사광을 빠져나게 할 수 있다. 그러므로, 외광 SL이 표시에 미치는 영향을 억제할 수 있다.

(2) 표시 패널(120)의 표시면(120a)에 프리즘(110)이 밀착되어 배치되어 있으므로, 외광 SL이 프리즘(110)을 투과하여 표시 패널(120)의 편광판(24)의 표면에서 반사하는 것이 억제된다.

(3) 표시 장치(100)는, 표시 패널(120)의 표시면(120a)측에 소정의 각도로 경사진 경사면(110b)을 갖는 프리즘(110)을 구비하고 있으므로, 비교예에 비해 표시 패널(120)의 최적의 콘트라스트가 얻어지는 시각 방향이 표시광 L의 사출 방향으로부터 어긋나게 되는 것을 피할 수 있다.

(4) 특허 문헌 1(일본 특허 공개 제2007-65011호 공보)에서는, 액정 셀의 표시면에 대해 예를 들면 입사 각도 θ1로 입사하는 외광 SL을 표시광 L의 사출 방향으로부터 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt에 상당하는 각도로 빠져나가게 하면, 투과 반사 부재를 표시면에 대해 합 θt의 절반의 각도로 기울일 필요가 있다. 이에 대해 표시 장치(100)에서는, 합 θt의 절반보다도 작은 경사 각도 θw의 경사면(110b)을 갖는 프리즘(110)을 표시면(120a)에 배치하면 되므로, 보다 소형의 표시 장치(100)를 제공할 수 있다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 제2 실시 형태의 표시 장치에 대해서 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 제2 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 상세의 설명은 생략한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태의 표시 장치(200)는, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와 기본적으로 동일한 구성을 갖는 것이지만, 이하의 점이 다르다.

하나는, 액정층(50)과 반대측의 대향 기판(20)의 표면을 표시면(120a)으로서, 거기에 프리즘(110)이 밀착하여 배치되어 있다. 외광 SL이 입사하는 측의 편광 소자로서의 편광판(24)은, 프리즘(110)의 경사면(110b)에 접착되어 있다.

편광판(24)은, 흡수축(24a)의 방향이 액정층(50)에서의 액정 분자의 초기 배향 방향과 동일하게 되도록 경사면(110b)에 접착되어 있다. 바꿔 말하면, 프리즘(110)의 경사면(110b)의 경사 방향(Y 방향)과 편광판(24)의 흡수축(24a)의 방향과는 교차(직교)하고 있다.

본 실시 형태의 표시 장치(200)에 따르면, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와 마찬가지로 스넬의 법칙에 기초한 외광 SL의 경사면(110b)에 대한 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt와, 프리즘(110)의 경사 각도 θw 및 편각 θd와의 관계가 유지되어, 제1 실시 형태와 동일한 작용ㆍ효과를 발휘한다.

덧붙여, 외광 SL에 의해 가열되기 쉬운 편광판(24)이 액정 셀(101)로부터 이격된 프리즘(110)의 경사면(110b)에 접착되어 있으므로, 외광 SL의 열의 영향으로 표시 패널(120)의 광학 특성이 변화되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 편광판(24)의 흡수축(24a)이 액정 분자의 초기 배향 방향과 동일 방향으로 되어 있으므로, 편광판(24)이 경사면(110b)에 접착되어 있어도 시각 특성 상의 변화를 억제할 수 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 제3 실시 형태의 표시 장치에 대해서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다. 도 11의 (a)는 제3 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 사시도, 도 11의 (b)는 제3 실시 형태의 표시 장치의 정면도, 도 12는 제3 실시 형태의 표시 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 상세의 설명은 생략한다.

도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 표시 장치(300)는, 표시 패널(120)과, 표시 패널(120)의 표시면(120a)측에 설치된 프리즘(115)을 갖고 있다. 표시 패널(120)은, 수광형으로서 표시면(120a)에 대해 반대측(배면측)에 설치된 조명 장치(150)에 의해 조명되어 표시가 행해진다. 따라서, 표시 장치(300)는, 조명 장치(150)를 포함하는 구성으로 하여도 된다.

표시 패널(120)의 전방에 구비된 프리즘(115)은, 표시면(120a)에 대해 소정의 각도로 Y 방향(액정 분자의 초기 배향 방향에 대해 교차하는 방향)으로 경사진 복수의 경사면(115b)을 갖고 있다. 이와 같은 프리즘(115)은 시트 형상으로 가공된 것이며, 일반적으로 프리즘 시트라고 불리어지고 있다. 따라서, 이후, 프리즘 시트(115)라고 부른다.

도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 표시 장치(300)를 표시광 L이 사출되는 측에서 보면, 긴 변과 경사면(115b)의 능(稜)(115c)이 소정의 각도 θ5로 교차하고 있다. 바꿔 말하면, 경사면(115b)의 연장 방향을 나타내는 능(115c)이 X 방향 즉 화소의 행 방향에 대해 기울어지도록 프리즘 시트(115)가 표시 패널(120)에 배치되어 있다.

또한, 능(115c)을 경사지게 하는 방법은 이에 한정되는 것이 아니라, 화소의 행 방향(X 방향) 또는 열 방향(Y 방향)과 교차시키면 된다. 이에 의해, X 방향 및 Y 방향으로 배열되는 화소와의 광학적인 간섭을 피해, 간섭 줄무늬의 발생을 방지할 수 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(115)는, 경사면(115b)에 대향하는 제1면(115a)이 FFS 방식의 투과형 액정 패널인 표시 패널(120)의 표시면(120a)에 밀착하도록 설치되어 있다.

Y 방향에서 경사진 경사면(115b)과 표시면(120a)이 이루는 경사 각도 θw는, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)에서의 프리즘(110)과 마찬가지로, 외광 SL의 경사면(115b)에서의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt가 20도 이상 50도 이하일 때, 6도 이상 18.5도 이하로 설정된다.

프리즘 시트(115)의 재료로서는, 폴리카보네이트 등의 수지 재료가 가공성의 점에서 바람직하게 이용되고, 그 굴절률 n은 대략 1.59이다. 그리고, 도 12에서는 외광 SL의 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt를 대략 32도로 하여, 경사 각도 θw가 대략 10도, 사출 각도 θd가 대략 6도로 되어 있다.

즉, 조명 장치(150)의 발광면(150a)으로부터 표시 패널(120)의 표면(120b)에 거의 수직으로 입사한 조명광은, 표시 패널(120)을 투과함으로써 표시 정보를 반영한 표시광 L로 변환되고, 표시면(120a)의 법선(120v)을 기준으로 하여 경사면(115b)으로부터 대략 6도만큼 기울어진 방향으로 사출된다.

예를 들면, 표시광 L의 사출 방향으로부터 입사한 외광 SL은, 그 일부가 경사면(115b)에서 법선(115v)을 축으로 하여 대칭인 방향으로 반사하여 관찰자의 시인 방향으로부터 벗어나게 된다.

또한, 프리즘 시트(115)를 투과한 외광 SL은, 예를 들면 편광판(24)과 대향 기판(20)과의 계면 등 표시 패널(120)의 어느 하나의 계면에서 반사할 가능성이 있지만, 그 계면에서의 굴절률차가 작고, 게다가 편광판(24)이나 컬러 필터(22)에 의해 흡수되므로, 외광 SL의 반사광의 강도는 약해진다. 또한 편광판(14)을 투과하여 조명 장치(150)까지 도달한 외광 SL은, 산란하여 다시 조명광에 섞이게 되므로, 표시에 영향을 미치는 일이 없다.

이와 같은 제3 실시 형태의 표시 장치(300)에 따르면, 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와 마찬가지로 스넬의 법칙에 기초한 외광 SL의 경사면(115b)에 대한 입사 각도 θ1과 반사 각도 θ2와의 합 θt와, 프리즘 시트(115)의 경사 각도 θw 및 편각 θd와의 관계가 유지되어, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용ㆍ효과를 발휘한다.

덧붙여, 미세한 복수의 경사면(115b)을 갖는 프리즘 시트(115)를 표시 패널(120)의 표시면(120a)에 접착하면 되므로, 단일의 경사면(110b)을 갖는 프리즘(110)을 구비한 표시 장치(100)에 비해, 더욱 두께를 얇게 하여 소형화를 도모할 수 있다.

<제4 실시 형태>

다음으로 본 실시 형태의 전자 기기로서, 투사형 영상 장치를 예로 들어 설명한다. 도 13은 투사형 영상 장치로서의 헤드업 디스플레이의 구성을 도시하는 개략도이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 투사형 영상 장치로서의 헤드업 디스플레이(500)는, 예를 들면 자동차인 차량(600)의 실내에 설치되는 것으로서, 상기 제1 실시 형태의 표시 장치(100)와, 조명 장치(150)와, 표시 장치(100)로부터 사출된 표시광 L(화상광)을 프론트 윈도우(603) 상에 투사하는 반사 광학계로서의 요면경(501)과, 프론트 윈도우(603) 상에 투사된 표시광 L을 운전자(605)를 향하여 반사시키는 프론트 윈도우 실드(502)를 구비하고 있다.

요면경(501)과, 표시 장치(100) 및 조명 장치(150)는, 대시보드(dashboard)(601)의 내부에서, 요면경(501)의 경면에 대해 프리즘(110)의 경사면(110b)이 대향하도록 수용되어 있다. 또한, 경사면(110b)으로부터 사출되는 표시광 L이 도면 상에서 거의 수평한 방향으로 요면경(501)에 입사하도록 표시 장치(100)와 조명 장치(150)를 프리즘(110)의 편각 θd에 상당하는 각도로 기울여서 배치되어 있다.

대시보드(601)에는, 프론트 윈도우(603)의 하부에 표시광 L을 투과시키기 위한 개구부(602)가 형성되어 있다.

표시 장치(100)로부터 사출된 표시광 L은 요면경(501)에서 반사되고, 개구부(602)를 투과하여 프론트 윈도우 실드(502) 상에 투사된다. 투사된 표시광 L 즉 화상은, 허상(606)으로서 차량(600)의 운전자(605)에 의해 시인되는 구성으로 되어 있다. 투사되는 화상은, 예를 들면 속도 미터나 연료 등의 잔량, 각종 경고 등의 정보를 생각할 수 있고, 운전자(605)는, 운전 중에 시선을 크게 움직이는 일 없이, 이들의 정보를 확인할 수 있다.

또한, 프론트 윈도우 실드(502)는, 예를 들면 하프 미러 등의 시트 형상의 막으로서 구성되어 있지만, 프론트 윈도우(603)의 내면을 표면 처리함으로써 표시광 L의 일부를 반사시키도록 하여도 된다.

이와 같은 헤드업 디스플레이(500)에 따르면, 표시 장치(100)는, 외광 SL의 입사측에 경사면(110b)을 갖는 프리즘(110)을 구비하고 있다. 따라서, 프론트 윈도우(603) 너머로 입사하여 개구부(602)를 투과하고, 요면경(501)에 의해 반사하여 표시 장치(100)에 입사한 외광 SL은, 그 일부가 프리즘(110)의 경사면(110b)에 입사한 방향과는 다른 방향으로 반사된다. 즉, 외광 SL의 경사면(110b)에서의 반사광은, 표시광 L의 사출 방향과 다른 방향으로 빠져나가게 된다. 한편 프리즘(110)을 투과한 외광 SL은, 표시 패널(120) 내에서 흡수되거나, 혹은 표시 패널(120)을 투과한 후에 확산하여 조명 장치(150)로부터 사출되는 조명광에 섞인다. 즉, 외광 SL의 반사에 의해 투사된 화상이 영향을 받기 어렵고, 또한 소정의 시각 범위에서 최적의 콘트라스트 특성이 얻어지는 소형의 헤드업 디스플레이(500)가 실현되어 있다.

물론, 표시 장치(100) 대신에 제2 실시 형태의 표시 장치(200)나 제3 실시 형태의 표시 장치(300)를 채용하여도 된다.

본 실시 형태에서는, 프리즘(110)의 경사면(110b)에서 반사한 외광 SL이 도면 상에서 하방을 향하여 빠져나가게 되도록 표시 장치(100)가 요면경(501)에 대해 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 경사면(110b)에서의 외광 SL의 반사광이 표시광 L의 사출 방향으로부터 빠져나가게 할 수 있으면 되므로, 예를 들면, 도면 상에서 표시광 L의 사출 방향을 축으로 하여 표시 장치(100)와 조명 장치(150)를 90도 회전시켜도 된다. 물론, 표시 패널(120)에서의 화상의 표시도 회전에 맞춰서 표시 방향을 바꾸게 된다.

상기 실시 형태 이외에도 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 이하, 변형예를 들어 설명한다.

<변형예 1>

상기 표시 패널(120)의 화소의 구성 및 광학 설계는, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 3에서의 화소 전극(9)의 띠 형상 전극부(9a)(혹은 슬릿(29))의 경사 각도가 우측 상향 0도, 즉 수평이어도 된다. 그 경우에는, 배향 처리 방향을 우측 하향 5도로 한다. 이와 같이 하여도 액정 분자 LC는 전계 방향으로 배향하여 시계 방향으로 트위스트한다. 그리고 편광판(24)의 흡수축(24a)의 방향도 마찬가지로 우측 하향 5도로 한다.

따라서, 제2 실시 형태에서 편광판(24)을 프리즘(110)의 경사면(110b)에 접착하는 경우, 흡수축(24a)이 배향 처리 방향과 동일하게 되도록 편광판(24)을 배치하면, 경사면(110b)의 경사 방향(Y 방향)에 대해 흡수축(24a)이 직교하지 않게 된다. 그러나, 광학적인 시뮬레이션 결과에 따르면, 경사 방향에 대해 ±10도 정도의 편광판(24)의 접착 각도의 변동에서는, 표시 패널(120)의 시각 특성에 영향을 미치지 않게 된다.

<변형예 2>

표시 패널(120)에 대한 프리즘(110)이나 프리즘 시트(115)의 배치는, 표시면(120a)에 대해 직접 밀착시키는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 표시면(120a)을 구성하는 물질(편광 소자나 대향 기판(20))의 굴절률과 프리즘(110)이나 프리즘 시트(115)의 굴절률 n과의 중간적인 굴절률을 갖는 투명한 재료를 통하여, 표시 패널(120)과 프리즘(110)이나 프리즘 시트(115)를 광학적으로 밀착시키는 것으로 하여도 된다.

이와 같이 하면, 상기 물질의 굴절률과 프리즘(110)이나 프리즘 시트(115)의 굴절률 n과의 사이에 차가 있어도, 상호의 계면에서의 굴절률의 차를 작게 하여 계면 반사를 억제할 수 있다.

<변형예 3>

표시 패널(120)은 FFS 방식의 투과형 액정 패널에 한정되지 않는다. 예를 들면, IPS(In Plane Switching) 방식이나 VA(Vertical Alignment) 방식의 투과형 액정 패널이어도, 마찬가지의 작용ㆍ효과가 얻어진다.

또한, VA 방식의 경우에는, 프리즘(110)의 경사면(110b)에 대한 편광판(24)의 흡수축(24a)의 방향은 제2 실시 형태와 동일한 것으로 한다. 그리고, 구동 시에는 액정 분자 LC가 편광판(24)의 흡수축(24a)과 45도를 이루는 방향으로 쓰러지도록, 액정층 사이에 끼워 대향 배치된 한 쌍의 전극 중 적어도 한쪽측에 예를 들면 슬릿이나 돌기 등의 배향 제어부를 설치한다.

<변형예 4>

표시 패널(120)은, 수광형의 액정 패널에 한정되지 않는다. 발광 소자를 갖는 자발광형의 예를 들면 유기 일렉트로루미네센스 패널, 플라즈마 패널, FED(Field Emission Display), SED(Surface conduction Electron emitter Display) 등에서도 마찬가지의 작용ㆍ효과를 발휘한다. 따라서, 표시 패널(120)이 자발광형의 경우에는, 조명 장치(150)는 불필요해진다.

또한, 예를 들면 자발광형의 유기 일렉트로루미네센스 패널에서도 보는 방향에 따라 발광 특성이 변화되는 소위 시각 특성을 갖고 있으므로, 표시면(120a)에 밀착시켜 프리즘(110)을 배치하는 것은 최적의 휘도와 발광색을 얻기 위해서도 유효하다.

나아가서는, 자발광형의 표시 패널이어도 외광 SL의 입사측에 편광 소자를 배치하여, 외광 SL을 흡수시키거나, 외광 SL의 반사를 약하게 하거나 하는 경우가 있고, 제2 실시 형태와 같이 프리즘(110)의 경사면(110b)에 편광 소자를 배치하는 것은 유효하다.

<변형예 5>

표시 장치(100, 200, 300)가 적용되는 전자 기기는, 투사형 영상 장치인 헤드업 디스플레이(500)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 강한 조명 하의 텔레비전 스튜디오나 강연 회장 등에서 출연자가 시선을 변화시키지 않고 원고를 읽을 수 있는 텔레프롬프터나, 강한 외광에 노출될 우려가 있는 쇼 윈도우 등에 선전 광고를 투영하는 프로젝터 등에 바람직하게 이용할 수 있다.

24 : 편광 소자로서의 편광판
24a : 편광판의 흡수축
100, 200, 300 : 표시 장치
110 : 프리즘
110b : 경사면
110v : 경사면의 법선
115 : 프리즘 시트
115b : 경사면
120 : 표시 패널
120a : 표시면
120v : 표시면의 법선
500 : 투사형 영상 장치로서의 헤드업 디스플레이
θ1 : 외광의 입사 각도
θ2 : 외광의 반사 각도
θd : 표시광의 사출 각도
θt : 외광의 입사 각도와 반사 각도와의 합
θw : 프리즘의 경사면의 경사 각도
LC : 액정 분자

Claims

표시 패널과,
상기 표시 패널의 표시면측에 설치되고, 상기 표시면에 대해 경사진 경사면을 갖는 프리즘을 구비하고,
상기 표시면에 대한 상기 프리즘의 상기 경사면의 경사 각도는, 상기 표시면의 법선을 기준으로 한 상기 경사면에서의 외광의 입사 각도와 반사 각도 중 작은 쪽의 각도에 대해, 상기 표시면으로부터 사출되어 상기 프리즘을 투과한 표시광의 사출 각도가 동등 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 경사면의 경사 각도가, 30도 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 표시면의 법선을 기준으로 한 상기 경사면에서의 상기 외광의 입사 각도와 반사 각도와의 합을 20도 이상 50도 이하로 하였을 때,
상기 표시면에 대한 상기 경사면의 경사 각도가, 6도 이상 18.5도 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리즘은, 상기 표시 패널의 상기 표시면에 밀착하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리즘이 동일 방향으로 기울어 배열된 복수의 상기 경사면을 갖는 프리즘 시트인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 표시 패널은, 제1 방향과 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 복수의 화소를 갖고,
상기 프리즘은, 복수의 상기 경사면의 연장 방향이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하도록 상기 표시 패널에 대해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표시 패널은, 적어도 외광의 입사측에 편광 소자를 갖고,
상기 편광 소자가 상기 프리즘의 상기 경사면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 표시 패널이 액정 패널이며,
상기 액정 패널에서의 액정 분자의 초기 배향이 상기 표시면에 대해 대략 평행하고,
상기 프리즘은, 상기 표시면의 법선을 기준으로 하여 상기 경사면의 경사 방향이 상기 액정 분자의 초기 배향 방향과 교차하는 방향으로 되도록 상기 표시면에 배치되고,
상기 편광 소자는, 흡수축이 상기 초기 배향 방향과 대략 동일하게 되도록 상기 경사면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 영상 장치.