WO2007122853A1

WO2007122853A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2007122853A1
Application number: PCT/JP2007/053381
Authority: WO
Inventors: Kimitaka Nomura; Ippei Inoh
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2007-11-01

Abstract

　本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルに向けて光を出射するバックライトとを備える。液晶表示パネルは、反射領域に配置された光反射素子と、バックライトから出射されて透過領域の液晶層を透過した光と、光反射素子によって反射されて反射領域の液晶層を通過した光とを拡散する光拡散素子とを有し、光反射素子は、それぞれが放物面形状である複数の反射面を有し、放物面形状の反射面の焦点は光拡散素子内に位置している。

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は液晶表示装置に関し、より詳細には、透過反射両用型液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯型電話機や携帯情報端末 (Personal Digital Assistant： PDA)に代表される携帯型電子機器が広く利用されている。携帯型電子機器の表示部には、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有する液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置としては、種々の方式のものが知られている力一部の方式（例えば、 TN型や S TN型の液晶層を用いる方式）は、視野角が狭いという欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行なわれて、る。視野角特性を改善するための代表的な技術として、光学補償板を付加することが知られている。また、別の技術として光拡散素子を用いることが知られている（例えば特許文献 1、 2および 3)。

[0003] 図 18に示すように、特許文献 1に開示されている反射型液晶表示装置 500では、光拡散素子として光散乱層 550が前面基板 540上に設けられている。液晶表示装置 500の観察者側カゝら入射した光は、背面基板 510上に形成された反射層 520によつて反射され、液晶層 530および前面基板 540を通過した後、光散乱層 550によつて散乱される。したがって、液晶表示装置 500では、広い視野角にわたって適切な輝度で表示が行われる。

[0004] 特許文献 1には、また、光散乱層を背面基板に設けた別の反射型液晶表示装置も開示されている。図 19に示すように、特許文献 1に開示されている別の反射型液晶表示装置 600では、光散乱層 650が反射層 620上に設けられている。液晶表示装置 600の観察者側カゝら入射した光は、背面基板 610上に形成された反射層 620によつて反射された後、光散乱層 650によって散乱され、液晶層 630および前面基板 64 0を通過する。したがって、液晶表示装置 600でも、広い視野角にわたって適切な輝度で表示が行われる。 [0005] また、特許文献 2には、特定の形状を有する反射体を光拡散素子として用いた反射型液晶表示装置が開示されている。図 20に示すように、特許文献 2に開示されている反射型液晶表示装置 700には、 2つの曲面 712、 714から形成された反射体 710 が設けられており、この反射体 710は、拡散性を有しつつ特定の方向に強く光を反射する。したがって、反射型液晶表示装置 700では、広い視野角が得られるとともに、表示面を斜め方向から観察する観察者に十分な輝度で表示が行われる。

[0006] また、特許文献 3には、光拡散素子としてレンチキュラーレンズシートを用いた透過型液晶表示装置が開示されている。図 21に示すように、特許文献 3に開示されている透過型液晶表示装置 800は、バックライト 810と、液晶表示パネル 820と、液晶表示パネル 820の観察者側に配置されたレンチキュラーレンズシート 830とを備えている。ノックライト 810は、光源 801と、光源 801から出射した光を液晶表示パネル 820 に導く導光板 802と、導光板 802から漏れた光を導光板 802側に反射する反射層 8 04とを有している。導光板 802は、液晶表示パネル 820に向けて光を出射する出射面と、出射面に対向する裏面とを有し、裏面に複数のプリズム 802aが形成されている。

[0007] 光源 801から出射した光は、導光板 802内を伝搬する途中で、裏面のプリズム 802 aによって液晶表示パネル 820側に反射され、出射面から出射する。裏面のプリズム 802aは、出射面に対して互いに異なる所定の角度で傾斜した 2つの傾斜面を有しており、そのことによって、ノックライト 810から出射する光は、表示面法線方向（正面方向）における強度が著しく強くなつている。つまり、バックライト 810から出射する光には、高い指向性が付与されている。液晶表示パネル 820は、表示面法線方向に平行に入射する光について最もコントラスト比が高くなるような設計がなされているので、上述したような指向性の高い光を液晶表示パネル 820に入射させることによって、コントラスト比を向上することができる。

[0008] また、液晶表示パネル 820の液晶層（図示せず)を透過する光の指向性が高いと、光が複数の画素をまたぐことなく液晶層を通過するので、表示品位の低下が抑制される。液晶表示パネル 820を通過した光は、レンチキュラーレンズシート 830によって拡散され、視野角が広がる。このようにして、液晶表示装置 800では、高コントラスト比と広視野角特性の両方を実現している。

特許文献 1：特開 2003 - 91004号公報

特許文献 2 :特開 2004- 219557号公報

特許文献 3：特開平 9 - 22011号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 上述したように、図 18〜図 20に示した反射型液晶表示装置および図 21に示した透過型液晶表示装置では光を拡散することによって広い視野角を得ている。しかしながら、図 18〜図 20に示した反射型液晶表示装置では、外光が暗い場合には適切な輝度で表示を行うことができない。また、図 21に示した透過型液晶表示装置では、ノックライトが光を照射することが必要であり、消費電力が増加することになる。

[0010] 反射型液晶表示装置および透過型液晶表示装置におけるこれらの問題を解決するための液晶表示装置として、透過モードで表示を行う透過領域および反射モードで表示を行う反射領域を各画素に設けた透過反射両用型液晶表示装置が知られている。透過反射両用型液晶表示装置では、周囲が真っ暗の場合でも、透過領域を透過したバックライトからの光によって表示を行うことにより、適切な輝度で表示を行うことができる。また、外光が明るい場合、主に反射領域によって反射される光によって表示が行われるため、消費電力の増加を抑制することができる。このように、透過反射両用型液晶表示装置は、反射型液晶表示装置および透過型液晶表示装置のそれぞれに対して利点を有して、る。

[0011] し力しながら、本願発明者の検討によれば、図 18〜図 20に示した反射型液晶表示装置および図 21に示した透過型液晶表示装置に透過領域または反射領域を単純に追加して透過反射両用型液晶表示装置を作製しても、特に反射領域において反射光を十分に得ることができず、広い視野角でコントラスト比の高い表示を行うことができない。

[0012] 本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、広い視野角でコントラスト比の高い表示を行うことができる透過反射両用型液晶表示装置を提供する。

課題を解決するための手段 [0013] 本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに向けて光を出射するバックライトとを備える、液晶表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれは、前記バックライトから出射された光を透過させる透過領域と、観察者側から入射した光を反射する反射領域とを有し、前記液晶表示パネルは、第 1透明基板と、前記第 1透明基板よりも観察者側に配置された第 2透明基板と、前記第 1透明基板と前記第 2透明基板との間に配置された液晶層と、前記反射領域に配置された光反射素子であって、観察者側から入射して前記液晶層を通過した光を反射する、光反射素子と、前記バックライトから出射されて前記透過領域の前記液晶層を透過した光と、前記光反射素子によって反射されて前記反射領域の前記液晶層を通過した光とを拡散する光拡散素子とを有し、前記光反射素子は、それぞれが放物面形状である複数の反射面を有し、前記放物面形状の前記反射面の焦点は前記光拡散素子内に位置して!/、る。

[0014] ある実施形態において、前記光拡散素子は、前記液晶層と前記第 2透明基板との間に配置されている。

[0015] ある実施形態において、前記光拡散素子は、前記第 2透明基板よりも観察者側に配置されている。

[0016] ある実施形態にぉ、て、前記液晶表示パネルは、前記液晶層と前記バックライトとの間に配置された第 1偏光素子と、前記液晶層よりも観察者側に配置された第 2偏光素子とをさらに有する。

[0017] ある実施形態において、前記液晶表示パネルは、前記第 2偏光素子よりも観察者側に配置された第 3偏光素子をさらに有する。

[0018] ある実施形態において、前記光拡散素子は、前記第 2偏光素子と前記第 3偏光素子との間に配置されている。

[0019] ある実施形態において、前記放物面形状の前記反射面は表示面法線方向と実質的に平行な光軸を有して、る。

[0020] ある実施形態において、前記光反射素子は、前記第 1透明基板と前記バックライトとの間に配置されている。

[0021] ある実施形態において、前記光反射素子は、前記第 1透明基板と前記液晶層との間に配置されている。

[0022] ある実施形態にお!、て、前記光反射素子は前記液晶層に電圧を印加する電極として機能する。

[0023] ある実施形態において、前記反射面の少なくとも 1つの断面は放物線状である。

[0024] ある実施形態において、前記反射面は回転放物面形状を有する。

[0025] ある実施形態にぉ、て、前記液晶表示パネルは、前記第 1透明基板と前記液晶層との間に配置されたカラーフィルタをさらに有する。

[0026] ある実施形態にお!、て、前記カラーフィルタは、前記光反射素子の前記反射面上に配置されている。

[0027] ある実施形態にぉ、て、前記液晶表示パネルは、前記複数の画素のそれぞれを囲むように配置されたブラックマトリクスをさらに有する。

[0028] ある実施形態において、前記放物面形状の前記反射面は、前記複数の画素のそれぞれごとに設けられている。

[0029] ある実施形態において、前記複数の画素は、互いに異なる色を表示する複数の画素を有する複数の絵素を規定する。

[0030] ある実施形態にお!、て、前記放物面形状の前記反射面は、前記複数の絵素のそれぞれごとに設けられている。

[0031] ある実施形態において、前記バックライトは、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 13%以下となるような配光分布を有する。

[0032] ある実施形態において、前記バックライトは、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有する。

発明の効果

[0033] 本発明によれば、広い視野角でコントラスト比の高い表示を行うことができる透過反射両用型の液晶表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]本発明による液晶表示装置の実施形態の模式図であり、（a)は、本実施形態の液晶表示装置のある方向からみた断面図であり、（b)は、本実施形態の液晶表示装置の別の方向からみた断面図であり（C)は、本実施形態の液晶表示装置の平面図である。

圆 2]本実施形態の液晶表示装置において光反射層の反射面によって反射される光の進行方向の変化を説明するための模式図である。

圆 3]第 1比較例の液晶表示装置の模式図である。

圆 4]第 2比較例の液晶表示装置の模式図である。

[図 5]本実施形態の液晶表示装置における 1つの絵素の模式的平面図である。圆 6]本実施形態液晶表示装置において反射領域を囲むように設けられたブラックマトリタスを説明するための模式図である。

[図 7]本実施形態の液晶表示装置における 3つの偏光素子の透過軸配置の一例を示す図である。

圆 8]本実施形態の液晶表示装置におけるバックライトの具体的な構成の一例を示す側面図である。

[図 9]本実施形態の液晶表示装置におけるノックライトの全反射型プリズムシートの機能を説明するための図である。

[図 10]本実施形態の液晶表示装置に用いられる光拡散素子の側面図である。

[図 11]本実施形態の液晶表示装置に用いられる別の光拡散素子の側面図である。

[図 12]本実施形態の液晶表示装置に用いられる別の光拡散素子の側面図である。

[図 13] (a)および (b)は、本実施形態の液晶表示装置に用いられる光拡散素子の側面図である。

[図 14] (a)、（b)および (c)は、バックライトから出射する光の配光分布の例を示すダラフである。

[図 15]本発明による液晶表示装置の別の実施形態の模式的断面図である。

[図 16]本発明による液晶表示装置の別の実施形態の模式的断面図である。

[図 17] (a)は、本実施形態の液晶表示装置の模式的断面図であり、 (b)は、本発明による液晶表示装置の別の実施形態の模式的断面図である。

[図 18]従来の液晶表示装置の模式的断面図である。圆 19]別の従来の液晶表示装置の模式的断面図である。

圆 20]別の従来の液晶表示装置の模式的断面図である。

圆 21]別の従来の液晶表示装置の模式的断面図である。

符号の説明

100 揿晶表示装置

110 ノックライ卜

120 液晶表示パネル

130 第 1透明基板

131 第 1偏光素子

132 第 1位相差板

140 第 2透明基板

141 第 2偏光素子

142 第 2位相差板

150 揿晶層

152 カラーフィルタ

160 光反射層

162 反射面

170 光拡散層

180 第 3偏光素子

発明を実施するための最良の形態

[0036] 以下、図面を参照しながら本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。

[0037] まず、図 1および図 2を参照して、本実施形態の液晶表示装置 100の構成を概略的に説明する。液晶表示装置 100は、透過モードで表示を行う透過領域と反射モードで表示を行う反射領域とが各画素に設けられた透過反射両用型液晶表示装置である。

[0038] 図 1 (a)および図 1 (b)は、液晶表示装置 100の断面図であり、図 1 (c)は、液晶表示装置 100の平面図である。図 1 (a)は、図 1 (c)に示した 1A— 1A'線に沿って矢印 a方向からみた断面を示しており、図 1 (b)は、図 1 (c)に示した 1B— 1B'線に沿って矢印 b方向からみた断面を示している。また、図 2には、図面が過度に複雑になることを避けるために、光反射層 160および光拡散層 170のみを示して、る。

[0039] 本実施形態の液晶表示装置 100は、光を出射するバックライト 110と、複数の画素を有する液晶表示パネル 120とを備えている。図 1 (c)には、表示領域 121内において、 3つの画素 R、 Gおよび Bによって規定された 1つの絵素を代表的に示している。

[0040] 図 1 (b)に示すように、各画素は、バックライト 110から出射された光 Ltを用いて表示を行う透過領域と、観察者側から入射して光反射層 160によって反射された光 Lr を用いて表示を行う反射領域とを有している。光反射層 160は、透過領域には配置されておらず、反射領域に選択的に配置されている。透過領域および反射領域のいずれにおいても、液晶層 150によって光を変調することによって、観察者側に出射される光の量が画素ごとに制御され、それにより、画像の表示が行われる。

[0041] ノックライト 110は、表示面法線方向（正面方向）における強度が著しく強い光を出射する。すなわち、バックライト 110から出射する光には、高い指向性が付与されている。図 1 (b)では、バックライト 110から出射される光のうち最も強度が高い表示面法線方向の光を光 Ltとして示しており、透過領域において、光 Ltは表示面法線方向と平行に液晶層 150を通過し、光拡散層 170によって拡散される。

[0042] ノックライト 110から出射する光が高い指向性を有していると、透過モードにおいて液晶層 150を通過する光が一様に変調され、その結果、液晶層 150を通過する光に一様なリタデーシヨンが与えられる。したがって、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができ、コントラスト比の高い表示を行うことができる。また、液晶層 150を通過した光は、そのままでは指向性が高ぐ輝度に大きな偏りを有している (すなわち、表示面法線方向の輝度が著しく高ぐ斜め方向の輝度が低い）が、光拡散層 170によって拡散されることにより、輝度の偏りが低減されて視野角が広がるので、広い視野角で表示を行うことができる。したがって、本実施形態の液晶表示装置 100では、透過モードにおいて広い視野角でコントラスト比の高い表示を行うことができる。

[0043] 一方、反射領域にお!ヽて、観察者側から入射して液晶層 150を通過した光 Lrは、光反射層 160によって観察者側に反射され、再び液晶層 150を通過して、透過領域の光 Ltと同様に光拡散層 170によって拡散される。

[0044] 図 1 (a)および図 1 (b)に示すように、本実施形態の液晶表示装置 100において、光反射層 160は、それぞれが放物面形状である複数の反射面 162を有しており、反射面 162は画素に対応して配置されている。各反射面 162は、凹放物面形状であり、反射面 162の光軸は表示面法線方向に平行である。各反射面 162には焦点 fが存在しており、各反射面 162の焦点 fが光拡散層 170内に位置するように光反射層 160 の反射面 162は形成されている。したがって、光拡散層 170内の焦点 fを通過するように斜めに入射する光 Lrは、光反射層 160の反射面 162により、表示面法線方向と平行な指向性の高い光として反射さる。また、図 2に示すように、観察者側から表示面法線方向と平行に入射した光のうち光反射層 160内の焦点 fを通過する光が光拡散層 170によって拡散されても、光反射層 160の反射面 162により、表示面法線方向と平行な指向性の高い光 Lrとして反射される。

[0045] このように、光反射層 160の反射面 162によって反射される光 Lrが、表示面法線方向と平行に高い指向性を有しているので、反射モードにおいても、上述した透過モードと同様に、液晶層 150を通過する光に一様なリタデーシヨンが与えられ、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができ、コントラスト比の低下を抑制することができる。また、光拡散層 170はこの指向性の高い光 Lrを拡散するので、広い視野角を得ることができる。したがって、本実施形態の液晶表示装置 100では、反射モードにお、ても広、視野角でコントラスト比の高、表示を行うことができる。

[0046] 以下、図 1、図 3および図 4を参照して、比較例の液晶表示装置と比較しながら本実施形態の液晶表示装置の利点を説明する。比較例の液晶表示装置は!、ずれも透過反射両用型液晶表示装置である。

[0047] 図 3は、第 1比較例の液晶表示装置 300の模式図である。第 1比較例の液晶表示装置 300は、光反射層 360の反射面が平坦な面である点で本実施形態の液晶表示装置 100とは異なる。

[0048] 第 1比較例の液晶表示装置 300では、光反射層 360の反射面は平坦であり、光反射層 360に入射する光を鏡面反射する。したがって、液晶表示装置 300において、観察者側から斜めに入射した光は、光反射層 360によって斜め方向に反射される。また、液晶表示装置 300において、観察者側から表示面法線方向と平行に光が入射したとしてもその光の一部は光拡散層 370によって斜め方向に拡散された後、光反射層 360によって鏡面反射される。このように光反射層 360によって斜め方向に反射された光には表示面法線方向に平行な光と異なるリタデーシヨンが液晶層 350によって与えられ、結果として、コントラスト比が低下する。また、光反射層 360によって斜め方向に反射された光は、複数の画素をまたがって進行し、それにより、混色が発生し、表示品位が低下する。

[0049] 図 4は、第 2比較例の液晶表示装置 400の模式図である。第 2比較例の液晶表示装置 400は、拡散機能を有する光反射層 465が設けられてヽる点で本実施形態の液晶表示装置 100とは異なる。

[0050] 第 2比較例の液晶表示装置 400では、観察者側から表示面法線方向と平行または斜めに光が入射すると、その光の一部は光反射層 465によって拡散的に反射される。したがって、光反射層 465によって斜め方向に反射された光には表示面法線方向に平行な光と異なるリタデーシヨンが液晶層 450によって与えられ、結果として、コントラスト比が低下する。また、光反射層 465によって斜め方向に反射された光は、複数の画素をまたがって進行し、それにより、混色が発生し、表示品位が低下する。

[0051] それに対して、本実施形態の液晶表示装置 100では、光反射層 160の反射面 162 によって指向性の高い光 Lrが反射されるので、光 Lrに液晶層 150によって一様なリタデーシヨンが与えられ、また、この光 Lrは複数の画素をまたぐことなく光拡散層 170 によって拡散される。したがって、液晶表示装置 100では、表示品位を低下させることなく広、視野角でコントラスト比の高、表示を行うことができる。

[0052] 以下、本実施形態の液晶表示装置 100をさらに詳細に説明する。

[0053] 図 1 (a)および図 1 (b)に示すように、液晶表示パネル 120は、一対の透明基板 130 、 140と、一対の透明基板 130、 140の間に配置された液晶層 150と、カラーフィルタ (Color Filter : CF) 152と、透明基板 130と液晶層 150との間に配置された光反射素子 160と、液晶層 150よりも観察者側に配置された光拡散素子 170とを有する。液晶表示装置 100では、光反射素子 160および光拡散素子 170として光反射層および光拡散層が設けられている。

[0054] 一対の透明基板 130、 140のうち透明基板 140は液晶層 150よりも観察者側に配置されており、透明基板 130は液晶層 150よりも背面側 (すなわち、観察者側の反対側）に配置されている。本明細書の以下の説明において、透明基板 130を「第 1透明基板」と称し、透明基板 140を「第 2透明基板」と称する。また、液晶表示パネル 120 において液晶層 150よりも背面側および観察者側に、それぞれ、位相差板 132、 14 2が設けられている。このように液晶表示装置 100には 2つの位相差板が設けられているが、本明細書の以下の説明において、位相差板 132を「第 1位相差板」と称し、位相差板 142を「第 2位相差板」と称する。

[0055] 液晶表示パネル 120にお、て液晶層 150よりも背面側および観察者側に、それぞれ、偏光素子 131、 141が設けられている。また、光拡散層 170よりも観察者側に偏光素子 180が設けられている。このように、液晶表示装置 100には 3つの偏光素子が設けられているが、本明細書の以下の説明において、偏光素子 131を「第 1偏光素子」と称し、偏光素子 141を「第 2偏光素子」と称し、偏光素子 180を「第 3偏光素子」と称する。

[0056] 液晶表示装置 100はパッシブマトリクス駆動の透過反射両用型カラー液晶表示装置である。第 1透明基板 130および第 2透明基板 140は例えばガラス基板であり、液晶層 150は、例えば TNまたは STNモードの液晶分子を有して、る。

[0057] 図 1には示していないが、第 1透明基板 130には、光反射層 160以外に電極、絶縁膜、配向膜等が積層されている。この電極は、互いに平行に配置された複数のストラィプ状の電極である。また、図 1には示していないが、第 2透明基板 140には、電極、絶縁膜、配向膜等が積層されている。この電極は、第 1透明基板 130の電極とは直交する方向に互いに平行に配置された複数のストライプ状の電極である。第 1透明基板 130における電極と第 2透明基板 140における電極とが重なる部分によって表示単位である個々の画素が規定される。光反射層 160上には複数のカラーフィルタ 15 2が設けられ、カラーフィルタ 152によって、各画素は、赤 (R)、緑 (G)および青（B) の！、ずれかの色を表示する。

[0058] 各画素の大きさ（長さおよび幅）は、例えば、 200 m X 60 mであり、反射面 162 の大きさ（長さおよび幅）は、例えば、 50 m X 60 mである。反射面 162の大きさは、光拡散層 170による拡散の程度 (例えば、ヘイズ値）、あるいは、光拡散層 170を構成する材料に応じて変更してもよい。また、第 2透明基板 140、第 2偏光素子 141、第 2位相差板 142の厚さは、例えば、 500 m、 100 m、 50 mであり、光反射層 160と光拡散層 170との距離は 700 mほど離れており、放物面形状の反射面 162 の焦点距離は、例えば、 700 mである。ただし、上記距離 (厚さ）は例示にすぎず、第 2透明基板 140は 400 m〜700 mであってもよぐまた、薄い第 2偏光素子 14 1、第 2位相差板 142をセル内に配置してもよぐあるいは、光拡散層 170をセル内に配置してもよい。したがって、放物面形状の反射面 162の焦点距離は 10 m〜： L00 O /z mであってもよい。

[0059] 図 5に、本実施形態の液晶表示装置における 1つの絵素を示す。上述したように、各絵素は 3つの画素 R、 Gおよび Bを有している。図 5に示すように、各画素は、矩形状であり、矩形状の長手方向に対して 3つの領域に分けられている。 3つの領域の中央には透過領域 tが配置されており、両端には反射領域 rが配置されている。各画素 R、 Gおよび Bは、ブラックマトリクス 155によって囲まれている。

[0060] なお、ここまで、図 1 (a)、図 1 (b)および図 2を参照して、観察者側から入射する光 L rが光反射層 160の反射面 162の焦点 fを通過する場合、光反射層 160の反射面 16 2によって指向性の高い光として反射されることを説明したが、光反射層 160の反射面 162の焦点 fとは異なる部分を通過した光は、図 6に示すように、光反射層 160の反射面 162によって斜め方向に反射される。この光は複数の画素をまたがって進行するため、この光が観測者に観測されると、表示品位が低下することになる。したがつて、図 5に示すように、斜め方向に反射された光を遮光するために、各画素領域を囲むようにブラックマトリクス 155が設けられて!/、る。

[0061] なお、光反射層 160は、例えば、第 1透明基板 130上に感光性榭脂を塗布し、フォトリソグラフィー法によって微細な放物面を作製した上で、その上から反射材料 (アルミニゥムゃ銀など)をスパッタ等することで、作製することができる。あるいは、第 1透明基板 130としても用いるガラス基板自体をエッチングして放物面形状を形成した後、その上に反射材料を堆積させることにより、光反射層 160を作製することでもできる。なお、フォトリソグラフィー工程における露光量やマスク形状、エッチング条件を調整することで、反射面 162の放物面形状を作製することができる。また、得られた放物面形状力も焦点距離が推定でき、焦点が光拡散素子に位置するように光反射層 160の作製条件が決定される。

[0062] カラーフィルタ 152は、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法によって作製される。

電着法を用いる場合、透明電極を基板上に作製し、各色の電着液に漬けることにより

、カラーフィルタ 152が作製される。また、カラーフィルタ 152の上には、平坦性を得るためにオーバーコート層（図示せず)を設けてもよい。

[0063] 以下、図 7を参照して、第 1、第 2、第 3偏光素子 131、 141、 180の透過軸について説明する。

[0064] 第 2偏光素子 141および第 3偏光素子 180は、透過軸 TAが互いに略平行となるように配置されている。第 1偏光素子 131は、液晶表示パネル 120の表示モードに応じ、その透過軸 TAが第 2偏光素子 141および第 3偏光素子 180の透過軸 TAと任意の角度をなすように配置されている。例えば、 TNモードでノーマリホワイトの表示を行う場合には、第 1偏光素子 131は、図 7に例示するように、その透過軸 TAが第 2偏光素子 141および第 3偏光素子 180の透過軸 TAと略直交するように配置されている。

[0065] 本実施形態の液晶表示装置 100では、光拡散層 170よりも観察者側に第 3偏光素子 180が配置されているので、観察者側から光拡散層 170に入射する外光 (周囲光 )が第 3偏光素子 180によって吸収され、その量が低減される。従って、光拡散層 17 0の表面での外光の反射や、光拡散層 170に入射した外光のうち光拡散層 170と他の層との界面での全反射が低減される。そのため、表示面のぎらつきが抑制され、透過モードの表示において高品位の表示が実現される。

[0066] なお、図 21に示した特許文献 3に開示されている透過型液晶表示装置 800では、液晶表示パネル 820よりも観察者側にレンチキュラーレンズシート 830が配置されているが、液晶表示装置 800では、ノックライト 810から出射され、液晶表示パネル 82 0を通過した光がレンチキュラーレンズシート 830に入射した際、後方散乱によって液晶表示パネル 820側に向力光が存在する。この光は、迷光と呼ばれ、表示品位を低下させる原因となる。 [0067] それに対して、本実施形態の液晶表示装置 100では、液晶層 150と光拡散層 170 との間に第 2偏光素子 141が配置されているので、透過モードにおいて、ノックライト 110から出射された光が光拡散層 170によって後方散乱されたとしても第 2偏光素子 141によって迷光が吸収され、その量が低減される。したがって、高品位の表示を実現することができる。

[0068] なお、第 3偏光素子 180の透過軸 TAは第 2偏光素子 141の透過軸 TAと略平行であることが好ましい。例えば、第 2偏光素子 141の透過軸 TAと第 3偏光素子 180の透過軸 TAとのなす角を 5° 以下、好ましくは 2° 以下にすることによって、輝度、コントラスト比、 NTSC比、視野角特性を高くすることができ、良好な表示特性が得られる。

[0069] 以下、図 8を参照してバックライト 110の具体的な構成を説明する。ノックライト 110 は、光源 111と、光源 111から出射した光を液晶表示パネル 120に導く導光板 112とを有している。光源 111は、例えば発光ダイオード (LED)や冷陰極管である。導光板 112には、光源 111から出射して導光板 112内部に入射した光を液晶表示パネル 120 (図 1参照)側に出射させるための構造が形成されている。例えば、導光板 112 の 2つの主面のうちの少なくとも一方に、プリズムやシボが形成されている。

[0070] ノックライト 110は、さらに、導光板 112から出射した光の指向性を制御するプリズムシート 113を有している。指向性制御素子として機能するこのプリズムシート 113は、導光板 112と液晶表示パネル 120との間に配置される。

[0071] プリズムシート 113は、導光板 112側の主面上に形成された複数のプリズム 113aを有しており、図 9に示すように、全反射現象を利用して導光板 112から出射した光を表示面法線方向に向ける。このように、導光板 112から出射した光には、プリズムシート 113によって高い指向性が付与される。なお、ここで例示したプリズムシート 113 は、「全反射型プリズムシート」とも呼ばれる。また、導光板 112として、主面に法線べタトル理論に基づいてマイクロレンズアレイが形成された導光板を用いると、マイクロレンズでの全反射により導光板内を伝搬する光を効率よく全反射型プリズムシート（指向性制御素子） 113に出射することができるので好ましい。

[0072] 次いで、光拡散層 170を具体的に説明する。光拡散層 170として、図 10に示すように、半円柱状の複数のレンチキュラーレンズ 171を有するレンチキュラーレンズシートを用いることができる。レンチキュラーレンズシートでは、複数のレンチキュラーレンズ

171を含むレンズ層 172a上 (観測者側）には平坦ィ匕層 172bが形成されており、レンズ層 172aの屈折率 nと平坦化層 172bの屈折率 nとは、 n <nの関係を満足するよ

1 2 1 2

うに設定されている。

[0073] 液晶層 150を通過して光拡散層 170に入射した光は、レンチキュラーレンズ 171によって拡散される。レンチキュラーレンズ 171は、主にその延設方向に直交する方向に光を拡散させるので、レンチキュラーレンズ 171の延設方向は、ノックライト 110から出射される光の配光分布に応じて適宜設定される。レンチキュラーレンズ 171の延設方向は、例えば、プリズムシート 113のプリズム 113aの延設方向と略直交するように設定されている。

[0074] なお、本発明の液晶表示装置における光拡散素子はレンチキュラーレンズシートに限定されず、公知の種々の素子を用いることができる。図 10には、光拡散層 170に凸レンズ 171が設けられている構成を例示した力図 11に示すように、光拡散層 170 Aとして、凹レンズ 171 'が設けられていてもよい。また、光拡散層 170として、複数のプリズムを有するプリズムシート（例えば全反射型プリズムシート）を用いてもょ、。

[0075] さらに、図 12に示すように、内部散乱を利用する拡散フィルム 170Bを光拡散素子として用いてもよい。拡散フィルム 170B (「ディフューザ」と呼ばれることもある）は、図 12中に一部を拡大して示すように、榭脂材料力も形成されたマトリクス 173と、マトリクス 173中に分散されマトリクス 173の屈折率と異なる屈折率を有する粒子 174とを有する。

[0076] また、図 13 (a)および（b)に示すように、拡散フィルム 170Bとレンズシート 170または 170Aとを組み合わせたものを光拡散素子として用いてもよい。あるいは、拡散フィルム 170Bとプリズムシートとを組み合わせたものを光拡散素子として用いてもよい。レンズシートやプリズムシートが異方的に光を拡散するのに対して、拡散フィルム 170 Bは、比較的等方的に光を拡散する。そのため、これらを組み合わせて用いることにより、所望の配光分布を容易に実現することができる。あるいは、光拡散層 170は、異なる拡散機能を奏する複数の光散乱層が積層されたものであってもよい。複数の光散乱層は、例えば粘着剤を介して接合されている。複数の光散乱層および粘着剤は、観察者側ほど屈折率が低くなるように屈折率が設定されていることが好ましい。なお、液晶層 150、光拡散層 170、第 1、第 2、第 3偏光素子 131、 141、 180および第 1、第 2位相差板 132、 142も、典型的には粘着剤によって貼り合わされている。

[0077] 以上のように、液晶表示装置 100では、バックライト 110から出射する指向性 (平行度）の高い光を液晶層 150に入射させ、液晶層 150を通過した光を観察者側に配置された光拡散層 170によって拡散させる。そのため、透過モードにおいて、高コントラスト比で、かつ、広視野角の表示を行うことができる。なお、上述した液晶表示装置 1 00では、光拡散層 170よりも観察者側に第 3偏光素子 180が配置されていることにより、透過モードの表示において高品位の表示を実現した力反射モードの表示を優先する場合には、第 3偏光素子 180を省略してもよい。

[0078] また、上述した液晶表示装置 100では、第 1偏光素子 131と液晶層 150との間および第 2偏光素子 141と液晶層 150との間には、それぞれ第 1位相差板 132および第 2位相差板 142が配置されているが、第 1位相差板 132および第 2位相差板 142として公知の種々の位相差板を用いてもよい。あるいは、第 1偏光素子 131と液晶層 15 0との間および第 2偏光素子 141と液晶層 150との間の一方のみに位相差板を設けてもよい。

[0079] なお、一般的な透過反射両用型液晶表示装置では、反射領域における液晶層の厚さを透過領域における液晶層の厚さの半分にする構成が採用されている力本実施形態の液晶表示装置 100において STN液晶を用いる場合、反射領域における液晶層の厚さを透過領域における液晶層の厚さと変化させることなぐ観察者側に数枚の位相差板を配置して、反射光に対して光学補償を行い、リタデーシヨンの調整を行う。具体的には、観察者側力入射した光が反射層 160のところで円偏光状態になるような第 2位相差板 142を用いる。この場合、透過モードの光については、第 1偏光板 131と第 1位相差板 132を用いて円偏光を作るように角度や位相差板のリタデーシヨンを調整する。

[0080] なお、図 8および図 9を参照してバックライト 110を具体的に説明した力本発明の表示装置にぉ、てバックライトはこれに限定されず、種々のバックライトを用いることができる。透過モードにおいてより高いコントラスト比を得るためには、より指向性の高い光を出射し得るバックライトを用いることが好ましい。具体的には、バックライトが、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有すると、十分に高いコントラスト比を容易に実現することができる。

[0081] 図 14 (a)および (b)に、バックライトの好まし、配光分布の例を示す。図 14 (a)に示す配光分布では、表示面法線方向における輝度力 Sもっとも高ぐ角度が大きくなるにつれて急に輝度が低くなる。これに対し、図 14 (b)に示す配光分布では、表示面法線方向から 30° 付近まで比較的高い輝度が保たれている。図 14 (a)および (b)に示す配光分布のいずれにおいても、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向（0° )における輝度の 3%以下である。そのため、これらのような配光分布を有するバックライト 110を用いることによって、優れた表示品位が得られる。

[0082] 配光分布の他の例を図 14 (c)に示す。図 14 (c)に示す配光分布では、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度は、表示面法線方向（0° ) における輝度の 8%〜13%以下である。このような配光分布のバックライト 110を用いる場合であっても、液晶層 150および第 1、第 2位相差板 132、 142による光学補償（視野角補償)のパターンを適宜選択することによって、十分に優れた表示品位を得ることができる。

[0083] 図 14 (c)に示した程度の指向性は、例えば、図 8に示した全反射型プリズムシート 1 13を備えたバックライト 110を用いることによって容易に実現することができる。また、図 14 (a)および (b)に示した程度の指向性は、米国特許第 5949933号明細書や米国特許第 5598281号明細書に開示されているノックライトを用いることによって実現できる。上記米国特許第 5949933号明細書には、導光板の主面上にレンチキユラマイクロプリズムが設けられたエッジライト型のバックライトが開示されている。また、上記米国特許第 5598281号明細書には、開口部を介して光源から出射した光をマイクロコリメータおよびマイクロレンズに入射させる直下型のバックライトが開示されている。

[0084] なお、液晶表示装置 100では、迷光による表示品位の低下を抑制するために第 2 偏光素子 141を設けた力この第 2偏光素子 141に代えて、液晶表示パネル 120と光拡散層 170との間に反射防止膜を配置してもよい。反射防止膜を液晶層 150と光拡散層 170との間に設けることによって、迷光の反射を抑制することができ、迷光による表示品位の低下を抑制することができる。反射防止膜としては、いわゆる AR膜として公知の種々の膜を用いることができ、例えば、互いに屈折率の異なる複数の層を含む多層干渉膜を用いることができる。

[0085] また、上述した説明では、液晶層 150よりも背面側に第 1偏光素子 131を設けたが、ノックライト 110として、直線偏光を選択的に出射できるバックライトを用いる場合には、第 1偏光素子 131を省略してもよい。ただし、簡便な構成で高い偏光度を確保する観点力もは、第 1偏光素子 131を設ける方式が有利である。

[0086] また、上述した説明では、第 2位相差板 142、第 2偏光素子 141および光拡散層 1 70は第 2透明基板 140よりも観測者側に配置されていたが、本発明の液晶表示装置はこれに限定されない。図 15に示すように、第 1偏光素子 131および第 1位相差板 1 32を液晶層 150と第 1透明基板 130との間に配置するとともに、第 2偏光素子 141、第 2位相差板 142、光拡散層 170および第 3偏光素子 180を液晶層 150と第 2透明基板 140との間に配置してもよい。このように透明基板と液晶層との間に設けられた偏光素子はセル内偏光素子とも呼ばれる。この場合、画素と光拡散層 170との距離が短、ので、透過モードにおける表示面法線方向に対して斜めに進行する光に起因する表示ボケを抑制することができ、それにより、精細な表示をすることができる。一般には、透明基板上にセル内偏光素子を設けた後、さらに配向膜 (図示せず)が形成されるが、配向膜の形成では高温の焼成 (例えば、 100°Cで 1時間加熱処理）が行われるため、セル内偏光素子は、耐熱性の高いもの（例えば、日東電工社製の偏光板 Q12)を用いることが好ましい。なお、セル内偏光素子として、特願 2005— 216 205に示した偏光素子を用いてもょ、。

[0087] また、上述した説明では、カラーフィルタ 152を第 1透明基板 130に設けたが、本発明はこれに限定されな、。カラーフィルタは第 2透明基板 140に設けてもょ、。

[0088] また、上述した説明では、光反射層 160を第 1透明基板 130と液晶層 150との間に配置したが、本発明はこれに限定されない。図 16に示すように、光反射層 160を第 1 透明基板 130とバックライト 110との間に配置してもよい。

[0089] また、上述した説明では、光反射層 160には、放物面形状の反射面を画素ごとに設けたが、本発明はこれに限定されない。放物面形状の反射面を画素ごとに設けた場合、反射面の焦点が多数存在するため、表示面法線方向と平行な光を得やすい力図 17 (a)に示すように、表示面法線方向となす角度が大きい方向から入射する光が光拡散層 170内の焦点 fを通過しても、その焦点 fに対応する反射面 162によつて光を反射することができない。これに対して、図 17 (b)に示すように、放物面形状の反射面を絵素ごとに設けた場合、表示面法線方向となす角度が大きい方向から入射する光が光拡散層 170内の焦点 fを通過しても、その焦点 fに対応する反射面 162 によって光を反射することができる。

[0090] なお、反射面 162の放物面形状は、回転放物面形状であること、すなわち、表示面法線方向を z軸とすると、一般式 z = ax² + byにおいて a = bである関係を満たす放物面の形状であることが好ましい。し力しながら、反射面 162の放物面形状は、回転放物面以外のもの、すなわち、 z = ax² + by²において a≠bである関係を満たす放物面の形状であってもよい。あるいは、反射面 162の放物面形状は、少なくとも 1つの断面においてのみ放物線状である形状、具体的には、 X断面において z = by²の関係を満たさな!/、が、 y断面にぉ、てのみ z = ax²の関係を満たすような形状であってもよヽ

[0091] また、上述した説明では、光反射層 160とは別に、液晶層に電圧を印加するための電極を設けた力本発明はこれに限定されない。液晶層に電圧を印加するための電極として、光反射層 160を用いてもよい。光反射層 160と液晶層 150との間に配置されたカラーフィルタ 152が導電性である力、または薄ければ、通常よりも高い電圧を印加することで、液晶層に電圧を印加するための電極として光反射層 160を用いることがでさる。

[0092] また、上述した説明では、液晶表示装置はカラー表示装置であり、各絵素は 3つの画素を有していた力本発明はこれに限定されない。液晶表示装置はモノクロ表示装置であってもよい。

産業上の利用可能性本発明によると、広視野角特性を有し、高コントラスト比で高品位の表示が可能な液晶表示装置が提供される。本発明は、バックライトを備えた透過反射両用型液晶表示装置全般に好適に用いられ、特に、視野角特性の低い表示モード (例えば、 ST Nモードや TNモード、 ECBモード）の液晶表示装置に好適に用いられる。 STNモードのような複屈折性を利用する表示モードでは、液晶層に斜めに入射する光による表示への悪影響が大きいので、指向性の高い光を液晶層に入射させ、液晶層で変調された光を光拡散素子によって拡散させることが好ましい。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の画素を有する液晶表示パネルと、

前記液晶表示パネルに向けて光を出射するバックライトと

を備える、液晶表示装置であって、

前記複数の画素のそれぞれは、前記バックライトから出射された光を透過させる透過領域と、観察者側から入射した光を反射する反射領域とを有し、

前記液晶表示パネルは、

第 1透明基板と、

前記第 1透明基板よりも観察者側に配置された第 2透明基板と、

前記第 1透明基板と前記第 2透明基板との間に配置された液晶層と、前記反射領域に配置された光反射素子であって、観察者側力入射して前記液晶層を通過した光を反射する、光反射素子と、

前記バックライトから出射されて前記透過領域の前記液晶層を透過した光と、前記光反射素子によって反射されて前記反射領域の前記液晶層を通過した光とを拡散する光拡散素子とを有し、

前記光反射素子は、それぞれが放物面形状である複数の反射面を有し、前記放物面形状の前記反射面の焦点は前記光拡散素子内に位置している、液晶表示装置。

[2] 前記光拡散素子は、前記液晶層と前記第 2透明基板との間に配置されている、請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記光拡散素子は、前記第 2透明基板よりも観察者側に配置されている、請求項 1 に記載の液晶表示装置。

[4] 前記液晶表示パネルは、

前記液晶層と前記バックライトとの間に配置された第 1偏光素子と、

前記液晶層よりも観察者側に配置された第 2偏光素子とをさらに有する、請求項 1 力 3のいずれかに記載の液晶表示装置。

[5] 前記液晶表示パネルは、前記第 2偏光素子よりも観察者側に配置された第 3偏光素子をさらに有する、請求項 4に記載の液晶表示装置。

[6] 前記光拡散素子は、前記第 2偏光素子と前記第 3偏光素子との間に配置されている、請求項 5に記載の液晶表示装置。

[7] 前記放物面形状の前記反射面は表示面法線方向と実質的に平行な光軸を有して

V、る、請求項 1から 6の、ずれかに記載の液晶表示装置。

[8] 前記光反射素子は、前記第 1透明基板と前記バックライトとの間に配置されている、請求項 1から 7のいずれかに記載の液晶表示装置。

[9] 前記光反射素子は、前記第 1透明基板と前記液晶層との間に配置されている、請求項 1から 7のいずれかに記載の液晶表示装置。

[10] 前記光反射素子は前記液晶層に電圧を印加する電極として機能する、請求項 9に記載の液晶表示装置。

[11] 前記反射面の少なくとも 1つの断面は放物線状である、請求項 1から 10のいずれかに記載の液晶表示装置。

[12] 前記反射面は回転放物面形状を有する、請求項 11に記載の液晶表示装置。

[13] 前記液晶表示パネルは、前記第 1透明基板と前記液晶層との間に配置されたカラ一フィルタをさらに有する、請求項 1から 12のいずれかに記載の液晶表示装置。

[14] 前記カラーフィルタは、前記光反射素子の前記反射面上に配置されている、請求項 13に記載の液晶表示装置。

[15] 前記液晶表示パネルは、前記複数の画素のそれぞれを囲むように配置されたブラックマトリクスをさらに有する、請求項 1から 14のいずれかに記載の液晶表示装置。

[16] 前記放物面形状の前記反射面は、前記複数の画素のそれぞれごとに設けられている、請求項 1から 15のいずれかに記載の液晶表示装置。

[17] 前記複数の画素は、互いに異なる色を表示する複数の画素を有する複数の絵素を規定する、請求項 1から 16のいずれかに記載の液晶表示装置。

[18] 前記放物面形状の前記反射面は、前記複数の絵素のそれぞれごとに設けられている、請求項 17に記載の液晶表示装置。

[19] 前記バックライトは、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 13%以下となるような配光分布を有する、請求項 1から 18のいずれかに記載の液晶表示装置。前記バックライトは、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有する、請求項 1から 18のいずれかに記載の液晶表示装置。