JP4388178B2

JP4388178B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4388178B2
Application number: JP29223399A
Authority: JP
Inventors: 孝志南; 昭夫西野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: JP2001117092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過膜を設けた半透過型液晶パネルに対しバックライト用ＥＬを配設した液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらに携帯情報端末においては、屋外・屋内の双方に使用できるＳＴＮ型の半透過型液晶表示装置が開発されている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部照明によって反射型の装置として用いる場合と、バックライトを内部照明として装着した透過型の装置として用いる場合があり、双方の機能を併せもたせるために、半透過膜を使用する技術が提示されている（特開平８−２９２４１３号参照）。
【０００４】
この半透過型液晶表示装置において、バックライト用に輝度の低いＥＬをシート状に使用する技術が提案されている（特開平９−１５５９６号参照）。すなわち、液晶パネルとＥＬとの間にプリズムシートを配置し、このプリズムシートの外側に半透過膜を設けることで、半透過型液晶表示装置となしている。この半透過膜はアルミ等の金属粒子を液状のアクリル樹脂等に混入し、そして、このような樹脂を印刷したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の半透過型液晶表示装置を透過型の装置として用いる場合、ＥＬからの光をプリズムシートでもって集光することで、輝度が向上するが、他方の反射型の装置として用いる場合には、液晶パネルと半透過膜との距離が離れていることで、視差が生じ、これにより、斜め方向からの視認性が著しく低下するという課題があった。
【０００６】
したがって本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的はバックライトにＥＬを用いて反射型に使用する際に、斜め方向からの視認性を高めて画像表示の視野角を大きくし、これによって画像表示の認識領域を広くした半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、透明電極と配向層とを順次積層してなる２つの透明基板間にネマチック型液晶を介在させてなる液晶パネルの一方の透明基板の外面もしくは内面に半透過膜を形成し、この一方の透明基板の外側に集光性部材とバックライト用ＥＬとを順次配設したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図７により説明する。
図１は本発明の液晶表示装置Ａの概略断面図、図２は本発明の他の液晶表示装置Ｂの概略断面図、図３は液晶表示装置Ｂの集光性部材の要部拡大断面図、図４は本発明の他の液晶表示装置Ｃの概略断面図である。また、図５は各液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃの主要部である液晶パネルの概略断面図であり、図６はその液晶パネルの要部拡大断面図である。さらに図７は液晶表示装置Ａ、Ｂの主要部である他の液晶パネルの概略断面図である。
【０００９】
（例１）
図１に示す液晶表示装置Ａにおいて、１は液晶パネル、２はＥＬシートであって、ＥＬシート２は内部に前記バックライト用ＥＬである板状のＥＬ発光体３が配設され、ＥＬ発光体３の一方主面に集光性部材４を、他方主面に防湿部材５を設けている。
【００１０】
集光性部材４はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるシートであって、そのシート上に対し集光作用をもたせるために、頂角９０度、ピッチ５０μｍの微細な直線状のプリズム構造を形成している。他方の防湿部材５もＰＥＴからなるシートであるが、プリズム構造ではない。
【００１１】
このような構成のＥＬシート２を作製するには、ＥＬ発光体３を集光性部材４と防湿部材５とによって挟み込み、そして、周囲を熱溶着することで、ＥＬ発光体３を封止する。これにより、ＥＬ発光体３をなす蛍光体が湿度に対し弱く、寿命が短くなるという課題が解消される。集光性部材４と防湿部材５とによってＥＬ発光体３を挟むには、ヒートプレス等を用いる。
【００１２】
かくして、このようなプリズム構造の集光性部材４を使用することで、別途、プリズムシートを使用する必要がなくなり、これにより、装置全体の厚みが小さくなり、さらに組立工数が減少し、その結果、小型化かつ低コスト化が達成される。
【００１３】
なお、集光性部材４のプリズム構造は、「頂角９０度、ピッチ５０μｍ」の微細な直線状のプリズム構造以外には、「頂角９０度、ピッチ２４μｍ」、あるいは「頂角１００度、ピッチ３１μｍ」の仕様でもよく、さらに梨地状にしてもよい。
【００１４】
液晶パネル
図５は液晶パネル１の断面図であり、図６は液晶パネル１の要部拡大断面図である。
【００１５】
図５において、液晶パネル１の主体６の一方主面側にポリカーボネイトなどからなる位相差板７とヨウ素系の偏光板８とを順次積み重ね、他方主面側にポリカーボネイトなどからなる位相差板９とヨウ素系の偏光板１０とを順次積み重ねる。これらはアクリル系の材料からなる粘着材を用いて貼り付ける。さらに偏光板１０の上にＥＬシート２を貼りつける。
【００１６】
主体６において、１１、１２はそれぞれ前記透明基板であるセグメント側のガラス基板およびコモン側のガラス基板であって、ガラス基板１１上には多数平行に配列したＩＴＯからなる透明電極１３と、ＳｉＯ₂からなる絶縁層１４と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１５とを順次形成している。
【００１７】
また、ガラス基板１２の内面に半透過膜１６を形成し、半透過膜１６の上にカラーフィルタ１７とブラックマトリックス１８とを形成している。カラーフィルタ１７は画素ごとに配し、各カラーフィルタ１７間にクロム金属もしくは感光性レジストのブラックマトリックス１８とを形成している。なお、ブラックマトリックス１８は設けなくてもよい。
【００１８】
半透過膜１６は光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも、２枚の偏光板の間に挟んだ時に位相差を生じないようにする。
【００１９】
また、半透過膜１６は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよい。散乱性を具備させるには、樹脂によりガラス基板１２の内面に凹凸を形成し、その上に半透過膜１６を形成すればよい。あるいは半透過膜１６の上に散乱性を有する層を設けてもよい。
【００２０】
半透過膜１６はたとえば、ガラス基板１２の上に高屈折率層Ａと低屈折率層Ｂとを交互に順次積層した積層構造にしている。これによって、入射した光の一部は高屈折率層Ａにて反射され、それ他の高屈折率層Ａを透過した光は低屈折率層Ｂにて反射され、そして、これら反射光が干渉され、反射性能が著しく高められ、いわゆる増反射が生じる。
【００２１】
高屈折率層Ａと低屈折率層Ｂとはその間にて屈折率差があれば、どのような材料でもって構成してもよいが、たとえば高屈折率層Ａの屈折率の範囲は２．０〜２．８がよく、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂などで構成するとよい。これに対する低屈折率層Ｂの屈折率の範囲は１．３〜１．６がよく、たとえばＳｉＯ₂、ＡｌＦ₃、ＣａＦ₂などで構成するとよい。
【００２２】
高屈折率層Ａの厚み範囲は２５〜２０００Å、低屈折率層Ｂの厚み範囲は２５〜２０００Åにすることで、前述した増反射がもっとも顕著になる。さらに半透過膜１６の厚み範囲を５０〜１２０００Åにすることで、この増反射が顕著になる。
【００２３】
また、半透過膜１６は高屈折率層Ａと低屈折率層Ｂとを交互に順次積層した構造にしたことで、総層数を２層、４層、６層、８層, １０層あるいはそれ以上の層数にて構成する。さらにまた、このような積層構造にしたことで、積層数を変えることで反射率や透過率を所要とおりに設定することができ、これにより、その設計が容易になる。
【００２４】
また、半透過膜１６は金属層により形成してもよい。すなわち、Ａｌ、Ｃｒ、ＳＵＳ系、Ａｇにより構成し、光透過性と光反射性の双方を満たすために、膜厚を５０〜３５０Åするとよく、さらに光透過性を重視する場合には５０〜１００Åに、光反射性を重視する場合には１００〜３５０Åにするとよい。金属層でもって形成する方が単一の材料を用いるという点で低コストになり、さらにスパッタリング法により容易に安定して高品質な成膜形成できるという点でよい。
【００２５】
上記カラーフィルタ１７は顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。図中のＲ、Ｇ、Ｂの各表示はそれぞれ赤、緑、青に着色したカラーフィルタ１７である。
【００２６】
その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層１９と、ＩＴＯからなる透明電極２０とを形成している。この透明電極２０は上記透明電極１３と直交している。しかも、透明電極２０上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２１を形成している。
【００２７】
上記のように形成した各ガラス基板１１、１２をたとえば２００〜２７０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層２２を介してシール部材２３により貼り合わせる。さらに両ガラス基板１１、１２間には液晶層２２の厚みを一定にするためにスペーサ２４を多数個配している。なお、本例の液晶パネル１では絶縁層１４、オーバーコート層１９を設けているが、それを設けなくてもよい。
【００２８】
上記構成の液晶パネル１およびＥＬシート２を備えた液晶表示装置Ａを反射型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板８と位相差板７と液晶パネル１とを順次通過し、さらに半透過膜１６でもって反射され、その反射光が増反射効果により高められ、そして、位相差板７と偏光板８とを通過し、高い輝度が得られる。
【００２９】
また、液晶表示装置Ａを透過型として用いた場合には、ＥＬシート２の照射光が偏光板１０と位相差板９と半透過膜１６とを順次通過し、液晶パネル１を通って位相差板７と偏光板８とを順次通過し、これによって偏光板１０を通過した光は位相差板９で偏光状態を変え、すなわち反射型として使用するときに半透過膜１６で反射される光の偏光状態とＥＬシート２から照射される光の偏光状態が同じ偏光状態になるように位相差板９を設定し、その結果、反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた。
【００３０】
かくして本発明の液晶表示装置Ａによれば、液晶パネル１の内部に半透過膜１６を設けたことで、反射型の装置として用いても、従来のようにプリズムシートの外側に半透過膜を設けていないことで、液晶パネル１と半透過膜１６との距離間隔が短くなり、これによって視差が生じなくなり、斜め方向からの視認性が向上し、その視認性を高め、その結果、画像表示の視野角を大きくし、画像表示の認識領域を広くすることができた。
【００３１】
（例２）
前記液晶表示装置Ａにおいては、ＥＬシート２に対しプリズム構造を形成しているが、これに代えて図２に示す液晶表示装置Ｂにおいては、そのプリズム構造をＥＬシートより離している。
【００３２】
すなわち、液晶表示装置Ｂについては、ＥＬシート２ａは内部にＥＬ発光体３が配設され、ＥＬ発光体３の一方主面および他方主面ともにＰＥＴからなるシート状の防湿部材５、５ａを設けている。
【００３３】
このような構成のＥＬシート２ａを作製するにも、ＥＬ発光体３を防湿部材５と防湿部材５ａもでもって挟み込み、そして、周囲を熱溶着することで、ＥＬ発光体３を封止し、これによってＥＬ発光体３をなす蛍光体が湿度に対し弱く、寿命が短くなるという課題が解消される。
【００３４】
そして、液晶パネル１とＥＬシート２ａとの間にプリズムシートＰを配設している。
【００３５】
プリズムシートＰは、たとえば図３に示すようにＰＥＴフィルム２５の上に紫外線硬化樹脂（フォトポリマー）からなるプリズム形状に成形したプリズム体２６を設けたものであって、ＥＬシート２ａから出射される光の放射特性について、その正面輝度を向上させる。
【００３６】
かかる液晶パネル１とＥＬシート２ａとの間にプリズムシートＰを配設してなる液晶表示装置Ｂを反射型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板８と位相差板７と液晶パネル１とを順次通過し、さらに半透過膜１６でもって反射され、その反射光が増反射効果により高められ、高い輝度が得られる。
【００３７】
また、透過型として用いた場合には、ＥＬシート２ａの照射光が偏光板１０と位相差板９と半透過膜１６とを順次通過し、液晶パネル１を通って位相差板７と偏光板８とを順次通過し、これによって反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた。
【００３８】
かくして本発明の液晶表示装置Ｂについても、同様に液晶パネル１の内部に半透過膜１６を設けたことで、反射型の装置として用いると、従来のようにプリズムシートの外側に半透過膜を設けていないことで、液晶パネル１と半透過膜１６との距離間隔が短くなり、これによって視差が生じなくなり、斜め方向からの視認性が向上し、画像表示の視野角が大きくなった。
【００３９】
（例３）
前記液晶表示装置Ｂにおいては、液晶パネル１とＥＬシート２ａとの間にプリズムシートＰを配設したが、これに代えて図４に示す液晶表示装置Ｃにおいては、かかるＥＬシート２ａの上に光拡散フィルムである集光性部材Ｓを被覆してＥＬシート２ｂとなしている。この集光性部材Ｓは樹脂層の内部に多くの拡散粒子を含有したものであって、印刷でもって形成し、たとえば（株）ツジデン製の拡散板Ｄ１２０を使用する。
【００４０】
このようなＥＬシート２ｂを配設してなる液晶表示装置Ｃを反射型として用いた場合には、外部照明による照射光は偏光板８と位相差板７と液晶パネル１とを順次通過し、さらに半透過膜１６でもって反射され、その反射光が増反射効果により高められ、高い輝度が得られる。また、透過型として用いた場合には、ＥＬシート２ｂの照射光が偏光板１０と位相差板９と半透過膜１６とを順次通過し、液晶パネル１を通って位相差板７と偏光板８とを順次通過し、これによって反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた。
【００４１】
かくして本発明の液晶表示装置Ｃについても、同様に液晶パネル１の内部に半透過膜１６を設けたことで、反射型の装置として用いると、従来のようにバックライト用ＥＬの外側に半透過膜を設けていないことで、液晶パネル１と半透過膜１６との距離間隔が短くなり、これによって視差が生じなくなり、斜め方向からの視認性が向上し、画像表示の視野角が大きくなった。
【００４２】
他の液晶パネルについて
液晶パネル１は上記のような構成以外に、下記のようにさまざまな構成であってもよい。たとえば、前記液晶パネル１では、ガラス基板１２の内側面には半透過膜１６を形成したが、これに代えて、ガラス基板１２の外側面には半透過膜１６を形成してもよい。
【００４３】
また、液晶パネル１に対し、さらに主体６のガラス基板１１と位相差板７との間の光散乱性の板状体を形成してもよい。この光散乱性の板状体にはたとえば大日本印刷（株）製のＩＤＳ(Internal Diffusing Sheet)の光散乱膜があり、樹脂中にビーズ等を含有させたものである。その他に平板の表面に光散乱性の凹凸を設けてもよい。
【００４４】
このような光散乱膜を主体６と位相差板７との間に設けることで、反射型として用いた場合、半透過膜１６でもって反射された反射光は光散乱膜でもって正反射方向以外の方向にも散乱され、これによって画像表示の視野角が大きくなり、画像表示の認識領域が広くなった。
【００４５】
さらにまた、液晶パネル１については、半透過膜１６を設けているが、このような半透過膜１６に代えて、透明電極１３を半透過膜でもって形成した液晶パネル１ａでもよく、これによってコストが低減できる。その半透過膜用の電極は金属膜で形成するとよい。ただし、ＥＬシート２、２ａ、２ｂの配設部位は上記液晶パネル１と反対側にする。
【００４６】
この液晶パネル１ａを図７によって下記のとおり説明する。
主体６ａにおいて、セグメント側のガラス基板１１上には多数平行に配列したＩＴＯからなる半透過膜用の電極２７と、ＳｉＯ₂からなる絶縁層１４と、一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１５とを順次形成している。
【００４７】
また、コモン側のガラス基板１２の上にカラーフィルタ１７とブラックマトリックス１８とを形成している。
【００４８】
電極２７についても光透過性と光反射性の双方の特性を具備しており、しかも、２枚の偏光板の間に挟んだ時に位相差を生じないようにする。また、電極２７は鏡面性であっても、散乱性を有していてもよい。散乱性を具備させるには、樹脂によりガラス基板の内面に凹凸を形成し、その上に半透過膜（電極２７）を形成すればよい。さらにこの半透過膜の上に散乱性を有する層を設けてもよい。
【００４９】
上記カラーフィルタ１７の上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層１９と、ＩＴＯからなる透明電極２０とを形成している。この透明電極２０は上記透明電極１３と直交している。しかも、透明電極２０上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜２１を形成している。
【００５０】
上記のように形成した各ガラス基板１１、１２を液晶層２２を介してシール部材２３により貼り合わせる。さらに両ガラス基板１１、１２間には液晶層２２の厚みを一定にするためにスペーサ２４を多数個配している。
【００５１】
上記構成の液晶パネル１ａを備えた各種液晶表示装置Ａ，Ｂ，Ｃを反射型として用いた場合には、太陽光、蛍光灯などの外部照明による照射光は偏光板８と位相差板７と液晶パネル１とを順次通過し、さらに電極２７でもって反射され、その反射光が増反射効果により高められ、そして、位相差板７と偏光板８とを通過し、高い輝度が得られる。
【００５２】
また、液晶表示装置Ａ，Ｂ，Ｃを透過型として用いた場合には、ＥＬシート２、２ａ、２ｂの照射光が偏光板１０と位相差板９と半透過膜１６とを順次通過し、液晶パネル１を通って位相差板７と偏光板８とを順次通過し、これによって偏光板１０を通過した光は位相差板９で偏光状態を変え、すなわち反射型として使用するときに半透過膜１６で反射される光の偏光状態とＥＬシート２、２ａ、２ｂから照射される光の偏光状態が同じ偏光状態になるように位相差板９を設定し、その結果、反射型にて使用したパネルを、そのままの条件で透過型にも使用することができ、反射型もしくは透過型のいずれの場合でも安定した鮮明な色表示ができた。
【００５３】
かくして上記構成の液晶パネル１ａを備えた各種液晶表示装置Ａ，Ｂ，Ｃによれば、液晶パネル１ａの内部に電極２７を設けたことで、反射型の装置として用いても、従来のようにピリズムシートの外側に半透過膜を設けていないことで、液晶パネル１ａと電極２７との距離間隔が短くなり、これによって視差が生じなくなり、斜め方向からの視認性が向上し、その視認性を高め、その結果、画像表示の視野角を大きくし、画像表示の認識領域を広くすることができた。
【００５４】
【実施例】
つぎに（１）液晶パネル１を備えた液晶表示装置Ａと、（２）液晶パネル１を備えた液晶表示装置Ｃと、（３）特開平９−１５５９６号にて提示された従来の半透過型液晶表示装置とに対し、輝度および色度を測定したところ、表１に示すような結果が得られた。
【００５５】
ＥＬ用インバータにはＮＥＣ製ＩＮＶ−ＮＳ−２１０を使用し、入力電圧を５．０Ｖに、入力電流を０．１３Ａに設定し、そして、輝度及び色度の測定にはミノルタ製ＣＳ−１００を使用し、透過型の場合には一定輝度を有する同一のバックライトを使用し、反射型の場合には同一光源（ＥＬシート２）を液晶パネルに対し一定の角度で照射することで、それぞれの輝度を液晶パネルの法線方向で測定した。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１の結果から明らかなとおり、本発明（１）の液晶表示装置Ａと、本発明（２）の液晶表示装置Ｃにおいては、双方とも透過型においては、高輝度が得られ、さらに反射型においても反射率に優れ、良好な輝度が得られた。しかるに従来例（３）においては、とくに反射率が低いことがわかる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。たとえば、上記の実施形態においては、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、そのほかにモノクロのＳＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、あるいはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置やＴＮ型アクティブマトリックスタイプなどのツイストネマチック型液晶表示装置、双安定型単純マトリックスタイプのモノクロ、カラー液晶表示装置であっても同様な作用効果が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の液晶表示装置によれば、液晶パネルの一方の透明基板の外面もしくは内面に半透過膜を形成し、この一方の透明基板の外側に集光性部材とバックライト用ＥＬとを順次配設したことで、とくに反射型の装置として用いる場合には、液晶パネルと半透過膜との距離間隔が短くなり、これにより、斜め方向からの視認性が著しく高め、画像表示の視野角を大きくし、その結果、画像表示の認識領域を広くした半透過型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の断面概略図である。
【図２】本発明の他の液晶表示装置の断面概略図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の集光性部材の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の液晶表示装置の概略断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の主要部である液晶パネルの概略断面図である。
【図６】本発明に係る液晶パネルの要部拡大断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の主要部である他の液晶パネルの概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ液晶表示装置
１液晶パネル
２、２ａＥＬシート
３ＥＬ発光体
４集光性部材
５防湿部材
６、６ａ主体
７、９位相差板
８、１０偏光板
１３透明電極
１５配向膜
１６半透過膜
１７カラーフィルタ

Claims

液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面側に配置されており、前記液晶パネルに対して光を照射するためのＥＬシートと、を備えた液晶表示装置であって、
前記ＥＬシートは、プリズム構造の集光性部材と、ＥＬ発光体と、防湿部材とを有し、
前記集光性部材、前記ＥＬ発光体、および前記防湿部材は、前記液晶パネル側からこの順に配置されており、
前記ＥＬ発光体は、前記集光性部材および前記防湿部材と接するようにして封止されている、液晶表示装置。