JP4868798B2 - 液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置、及び、その製造方法に関し、特に、プリズム導光体及びプリズムシートを備える液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶表示パネルを有している。液晶表示パネルは、対向して配置された一対の基板、すなわちアレイ基板及び対向基板と、これら一対の基板の間に保持された液晶層とを備えている。アレイ基板及び対向基板の各外面には偏光板が配置されている。

透過型の液晶表示装置は、アレイ基板側の偏光板に対向する面光源装置をさらに有している。面光源装置は、光源と、光源に対向する光入射面、アレイ基板側の偏光板に対向する光出射面、および光出射面に対向する対向面を有する導光体とを有している。近年、光源からの光の利用効率を向上するなどの目的で、光出射面と対向面との少なくとも一方にプリズムが形成されたプリズム導光体や、導光体の光出射面上に配置されるプリズムシートなどを備えた面光源装置が実用化されている。

このプリズムシートが、板状のＰＥＴ（polyethylene terephthalate）基材等をその面方向において引き伸ばして形成されたシートから形成される場合、プリズムシートは導光体から出射された光を偏光する特性を有する。

従来、上記のプリズムシートの特性がＰＥＴのシートから切り出される位置によって異なることを考慮して、プリズムシートを選択使用し、プリズムシートによって導光体から出射した光の最大強度方向をアレイ基板の外面に配置された偏光板の偏光軸の方へ旋回させる液晶表示装置が提案されている。（特許文献１参照）
特開２００１−１６６３０２号公報

しかし、上記の特許文献１に記載されている方法では、プリズムシートは、そのプリズムが導光体のプリズムに対して略直交するように配置されており、面光源装置から出射された光が液晶表示パネルのパターンと干渉し、表示画面に干渉縞が生じる場合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、表示画面に干渉縞が発生することを防ぐとともに、輝度の低下を抑制する液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による液晶表示装置は、互いに対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、前記一対の基板の外面に配置された偏光板と、前記偏光板に対向した面光源装置と、を備え、前記面光源装置は、光源と、前記光源に対向する光入射面、前記光入射面から入射した光を出射する光出射面、及び前記光出射面に対向する対向面を有する導光体と、前記偏光板と前記導光体との間に配置され光を偏光する特性を有するプリズムシートと、を備え、前記導光体は、前記光出射面及び前記対向面の少なくとも一方にプリズムを有し、前記プリズムシートは、プリズムを有し、このプリズムが延びる方向と前記導光体のプリズムが延びる方向とが成す角が８２乃至８６度に設定され、前記偏光板の偏光軸と前記プリズムシートの最大光量発生方向とが成す角が０度以上２０度以下に設定されている。

本発明の第２態様による液晶表示装置の製造方法は、一対の基板間に液晶組成物を注入して液晶表示パネルを形成する工程と、前記一対の基板の外面に偏光板を固定する工程と、前記偏光板に対向する面光源装置を形成する工程と、前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを組み合せる工程と、を備え、前記面光源装置を形成する工程は、少なくとも一方の主面にプリズムを有するマザー導光体を形成する工程と、板状部材を引き伸ばし、いずれか一方の面にプリズムを形成して光を偏光する特性を有するシート状部材を形成する工程と、前記シート状部材のプリズムの延びる方向と前記マザー導光体のプリズムの延びる方向とが成す角が８２乃至８６度となるように前記マザー導光体と前記シート状部材とを重ねる工程と、前記マザー導光体と前記シート状部材とを割断する工程と、を備え、前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを組み合せる工程は、前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを、前記プリズムシートの最大光量発生方向と前記偏光板の偏光軸との成す角が０度以上２０度以下となるように組み合せる工程を備える。

この発明によれば、表示画面に干渉縞が発生することを防ぐとともに、輝度の低下を抑制する液晶表示装置、及び、液晶表示装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る液晶表示装置、及び、その製造方法について図面を参照して説明する。

図１に示すように、液晶表示装置１は、略矩形状の液晶表示パネル１０、液晶表示パネル１０を裏面から照明する面光源装置３０、液晶表示装置の周縁部を保持したベゼルカバー２０を備えている。面光源装置３０は液晶表示パネル１０の裏面側に対向配置され、矩形枠状のベゼルカバー２０は、液晶表示パネル１０の表面側に取り付けられている。

液晶表示パネル１０は、対向して配置された一対の基板すなわちアレイ基板１２及び対向基板１４と、これら一対の基板の間に光変調層として保持された液晶層１５と、によって構成されている。液晶表示パネル１０は、画像を表示する略矩形状の表示部１６を備えている。表示部１６は、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。アレイ基板１２および対向基板１４の外面には偏光板ＰＬ１、ＰＬ２が配置されている。

表示部１６において、アレイ基板１２は、配線、例えば、表示画素ＰＸの行方向（Ｄ１方向）に沿って延在する複数の走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）や、表示画素ＰＸの列方向（Ｄ２方向）に沿って延在する複数の信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）を備えている。また、アレイ基板１２は、これらの各種配線の他に、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部付近において表示画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子ＳＷ、スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極１８等を備えている。

スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等で構成されている。このスイッチング素子ＳＷのゲート電極は、対応する走査線Ｙに電気的に接続されている（あるいは走査線と一体に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのソース電極は、対応する信号線Ｘに電気的に接続されている（あるいは信号線と一体に形成されている）。スイッチング素子ＳＷのドレイン電極は、対応する表示画素ＰＸの画素電極１８に電気的に接続されている。

対向基板１４は、全表示画素ＰＸに共通の対向電極１９等を備えている。対向電極１９は、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）等の光透過性を有する導電性部材によって形成されている。

液晶表示パネル１０に駆動信号を供給する細長い矩形平板状のドライバ回路基板１１は、フレキシブルな細長い矩形略平板状のプリント配線基板１３を介して、液晶表示パネル１０の一側縁に電気的に接続されている。ドライバ回路基板１１は、面光源装置３０の裏面側に向けてプリント配線基板１３を湾曲させることにより、面光源装置３０の裏面側に配置されている。このとき、ドライバ回路基板１１と面光源装置３０との間には、細長い矩形状の絶縁シート（図示せず）が介在され、この絶縁シートが、ドライバ回路基板１１と面光源装置３０との間の絶縁性を確保している。

面光源装置３０は、液晶表示パネル１０のアレイ基板１２に対向する発光面３０Ａを有している。図２に示すように、面光源装置３０は、矩形板状の導光体３６を備え、導光体３６は、光が入射する光入射面３６Ａ、光入射面３６Ａから入射した入射光が出射する光出射面３６Ｂおよび、光出射面３６Ｂに対向する対向面３６Ｃを有している。導光体３６は光出射面３６Ｂと対向面３６Ｃとのいずれか一方にプリズムを有するプリズム導光体である。本実施形態では、対向面３６Ｃが複数のプリズムＰＲ１を有する。

光源としての冷陰極管３４は、導光体３６の光入射面３６Ａに対向して配置され、Ｄ１方向に延びている。冷陰極管３４を囲むように反射体としてのリフレクタ３７が配置される。

導光体３６の対向面３６Ｃ側には、光学シートとしての反射シート３８が配置される。反射シート３８は、導光体３６の内部から対向面３６Ｃを介して外部へ漏れ出た光を導光体３６の光出射面３６Ｂ側に向けて反射する。導光体３６の光出射面３６Ｂ側には、複数の光学シート３９が配置されている。

光学シート３９は導光体３６の光出射面３６Ｂから出射した光に対して、所定の光学特性を付与するもので、例えば、プリズムを有するプリズムシート３９Ａ、及び、光出射面３６Ｂからの出射光を拡散する拡散シート等である。プリズムシート３９Ａは例えばＰＥＴ基材で形成され、本実施形態では導光体３６に対向する面に複数のプリズムＰＲ２を有している。

液晶表示パネル１０と面光源装置３０とはバックフレーム３２によって支持される。導光体３６、反射シート３８および光学シート３９はバックフレーム３２に取り付けられるフロントフレーム３３によって周囲を保持される。フロントフレーム３３は面光源装置３０の発光面３０Ａを露出させる窓部３３Ａを有している。

上記の液晶表示装置１について、導光体３６のプリズムとプリズムシート３９Ａのプリズムとが略直交する方向に延びていると、表示画面の輝度が高くなるが表示画面に干渉縞が発生するため、プリズムシート３９Ａを回転させて導光体３６のプリズムとプリズムシート３９Ａのプリズムとが直交しないような位置関係で配置し、表示画面に干渉縞が発生することを防ぐ。このとき、プリズムシート３９Ａの回転方向を決定し液晶表示装置１を設計する方法について以下に説明する。

まず、導光体３６のプリズムに対してプリズムシート３９Ａのプリズムが直交するように導光体３６とプリズムシート３９Ａを配置する。プリズムシート３９Ａに偏光板ＰＬ１が対向するように液晶表示パネル１０を配置し、液晶表示パネル１０をプリズムシート３９Ａに平行な面において時計回り（図１に示す回転方向Ｒ１）に回転させて、表示画面の輝度を測定する。

後述するように、プリズムシート３９Ａは板状のＰＥＴ基材を、その面方向Ｆ１、Ｆ２に引き伸ばして形成されたＰＥＴシート３９Ｍから切り出して形成される。そのため、本実施形態では、ＰＥＴシート３９Ｍの図５に示す６つの領域ＬＬ、ＬＲ、ＣＬ、ＣＲ、ＲＬ、ＲＲから切り出されるプリズムシート３９Ａをそれぞれ１枚ずつ用意し、それらのプリズムシート３９Ａを用いて６通りの測定を行った。上記のように表示画面の輝度を測定した結果を図３に示す。

なお、上記の測定では、信号線Ｘが延びる方向と導光体３６にプリズムが延びる方向とが平行となるように液晶表示パネル１０と面光源装置３０とを配置した時の回転角度を０度とした。

図３に示すように、液晶表示パネル１０を、例えば、時計回りに５度回転させると、液晶表示パネル１０を時計回りに−５度回転させた場合よりも輝度が高くなる。この傾向は図５に示す６つの領域ＬＬ、ＬＲ、ＣＬ、ＣＲ、ＲＬ、ＲＲから切り出されるプリズムシート３９Ａ全てにおいて同じであった。

すなわち、液晶表示パネル１０を時計回りに回転させたときに、液晶表示パネル１０は６つのプリズムシート３９Ａのいずれに対しても、偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とプリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２とが成す鋭角をより小さくする方向に回転している。

ここで、プリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２とは、偏光板ＰＬ１を回転させたときに偏光板ＰＬ１の透過軸と一致し、上記偏光板ＰＬ１からの光が最大となる方向である。

従って、表示画面に干渉縞が発生することを防ぐためには、液晶表示パネル１０と導光体３６とを固定したとき、プリズムシート３９Ａの回転方向は、反時計回りに設定すればよい。すなわち、図３に示した測定結果に基づくと、図５に示す６つの領域ＬＬ、ＬＲ、ＣＬ、ＣＲ、ＲＬ、ＲＲから切り出されるプリズムシート３９Ａのいずれを用いた場合であっても、プリズムシート３９Ａを時計回りに回転させる時よりも、反時計回りに回転させる方が表示画面の輝度が高くなることが確認できた。

なお、本実施形態では、ＲＲから切り出されたプリズムシート３９Ａを適用した際、液晶表示パネル１０を時計回りに−５度回転させたとき（すなわち反時計回りに５度回転させたとき）よりも時計回りに５度回転させたときの方が表示画面の輝度が高くなり、その輝度の差は約４％であった。

また、表示画面に干渉縞が発生することを防ぐためには、プリズムシート３９Ａを反時計回りに４度以上回転させることが望ましい（すなわちプリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２と導光体３６のプリズムＰＲ１とがなす鋭角が８６度以下であることが望ましい）。しかしながら、プリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２と導光体３６のプリズムＰＲ１とがなす鋭角が小さすぎると、これらのプリズムによる効果（すなわち冷陰極管３４からの光の利用効率の向上）が十分に発揮できない。このため、プリズムシート３９Ａの回転角度は、反時計回り８度以下にすることが望ましい（すなわちプリズムＰＲ２と導光体３６のプリズムＰＲ１とがなす鋭角が８２度以上であることが望ましい）。

このとき、導光体３６のプリズムＰＲ１が延びる方向とプリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２が延びる方向との成す角が略直交からずれることによって、面光源装置３０の発光輝度が低下する。しかし、プリズムシート３９Ａを反時計回りに回転させることによって、偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とプリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２との成す鋭角が小さくなり、面光源装置３０から液晶表示パネル１０に入射する光が強くなるため、導光体３６のプリズムＰＲ１、及びプリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２の延びる方向が略直交からずれることによる輝度低下分を補償することができた。

なお、導光体３６のプリズムＰＲ１、及びプリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２の延びる方向が互いに略直交からずれることによる輝度低下分を補償するためには、偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とプリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２との成す鋭角が２０度以下となる事が望ましい。また、偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とプリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２との成す角が０度、すなわち、偏光軸ＡＸ１と最大光量発生方向ＡＸ２とが略平行となることがさらに望ましい。

すなわち、プリズムシート３９Ａを反時計回りに４乃至８度回転させ、偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とプリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２との成す角が０度以上２０度以下とすることによって、表示部１６に干渉縞が発生することを防ぐとともに、表示部１６の輝度の低下を抑制することができる。

次に上記の結果から液晶表示装置１を製造する方法について説明する。最初に、液晶表示パネル１０の製造方法について説明する。まず、アレイ基板１２と対向基板１４とを製造する。

すなわち、透明な絶縁基板を用意する。この絶縁基板上に、金属膜や絶縁膜の成膜とパターニングとを繰り返して信号線Ｘや走査線Ｙなどの各種配線、スイッチング素子ＳＷ、及び画素電極１８などを備えたアレイ基板１２を形成する。一方、他の透明な絶縁基板を用意する。この絶縁基板上に、金属膜や着色樹脂の成膜とパターンニングとを繰り返して対向電極１９などを備えた対向基板１４を形成する。

続いて、アレイ基板１２と対向基板１４とを貼り合わせる。すなわち、アレイ基板１２と対向基板１４とを、液晶層１５となる液晶組成物が注入されるスペースを介して画素電極１８と対向電極１９とが対向するように対向させて、図示せぬシール材等で貼りあわせる。

続いて、シール材を硬化させた後、アレイ基板１２と対向基板１４との間のスペースに液晶組成物を注入し、アレイ基板１２及び対向基板１４の各外面に偏光板ＰＬ１、ＰＬ２を固定して液晶表示パネル１０を製造する。

次に、上記の導光体３６及びプリズムシート３９Ａの製造方法について説明する。プリズムシート３９Ａとなるシート状部材を形成する際には、例えばＰＥＴの板状部材を用意し、板状部材をその面方向において略直交する２方向Ｆ１、Ｆ２に引き伸ばしてＰＥＴシートを形成する。このＰＥＴシートのいずれか一方の面に紫外線硬化樹脂等で連続するプリズムを形成し、プリズムを有するＰＥＴシート３９Ｍを形成する。

一方で、導光体３６となるマザー導光体３６Ｍを形成する際には、内側に凹凸形状が形成された金型を用意する。この金型を用いて樹脂を成形することによってプリズムを有するマザー導光体３６Ｍを形成する。

上記のＰＥＴシート３９ＭのプリズムＰＲ２とマザー導光体３６ＭのプリズムＰＲ１とが８２乃至８６度を成すように重ねる。上記のように重ねた状態で、ＰＥＴシート３９Ｍとマザー導光体３６Ｍとからプリズム導光体３６とプリズムシート３９Ａとを同時に切り出す。このとき、導光体３６とプリズムシート３９Ａとは、導光体３６の光入射面３６Ａがマザー導光体３６Ｍのプリズムが延びる方向に対して略直交するように、割断ラインＬに沿って割断される。

次に、液晶表示パネル１０と面光源装置３０とを、プリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２と液晶表示パネル１０の偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１との成す鋭角θが２０度以下、もしくは、偏光軸ＡＸ１と最大光量発生方向ＡＸ２とが略平行となるように配置する。

本実施形態では、図４に示すように、マザー導光体３６ＭのプリズムはＤ３方向に伸びている。このとき、ＰＥＴシート３９Ｍは、そのプリズムがＤ３方向に略直交する方向であるＤ１方向から反時計回りに４乃至８度回転した方向（Ｄ１´方向）に延びるように配置される。すなわち、ＰＥＴシート３９Ｍのプリズムとマザー導光体３６Ｍのプリズムとは、８２乃至８６度成すように重ねられている。

導光体３６とプリズムシート３９Ａとは、導光体３６の光入射面３６Ａがマザー導光体３６Ｍのプリズムが延びる方向（Ｄ３方向）に対して略直交するように割断ラインＬで割断される。

図６及び図７に示すように、導光体３６とプリズムシート３９Ａとは、導光体３６のプリズムがＤ３方向に延び、プリズムシート３９ＡのプリズムがＤ３方向と略直交するＤ１方向から半時計回りに５度回転した方向であるＤ１´方向に延びるように配置される。すなわち、プリズムシート３９ＡのプリズムＰＲ２と導光体３６のプリズムＰＲ１とが８５度成して延びている。このとき、プリズムシート３９Ａの最大光量発生方向ＡＸ２と偏光板ＰＬ１の偏光軸ＡＸ１とが成す鋭角θは２０度以下、もしくは、偏光軸ＡＸ１と最大光量発生方向ＡＸ２とが略平行となっている。

すなわち、上記の実施形態によれば、表示部１６に干渉縞が発生することを防ぐとともに、輝度の低下を抑制する液晶表示装置、及び、その液晶表示装置の製造方法を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す図。 図１に示した液晶表示パネル及び面光源装置の一構成例を説明する分解斜視図。 図１に示す液晶表示装置の液晶表示パネルを時計回りに回転させて表示画面の輝度を測定した一測定結果例を示す図。 図１に示す面光源装置の導光体とプリズムシートの製造方法を説明する図。 図３に示す６通りの測定に用いたプリズムシートがシート部材から切り出された位置を説明する図。 図１に示す液晶表示装置の製造方法の一例を説明する図。 図１に示す液晶表示装置の製造方法の一例を説明する図。

符号の説明

ＰＸ…表示画素、Ｙ…走査線、Ｘ…信号線、ＳＷ…スイッチング素子、Ｌ…割断ライン、θ…鋭角、１…液晶表示装置、ＰＬ１、ＰＬ２…偏光板、ＡＸ１…偏光軸、ＡＸ２…最大光量発生方向、５…液晶層、１０…液晶表示パネル、１１…ドライバ回路基板、１２…アレイ基板、１３…プリント配線基板、１４…対向基板、１８…画素電極、１９…対向電極、２０…ベゼルカバー、３０…面光源装置、３４…冷陰極管、３６…導光体、３６Ａ…光入射面、３６Ｂ…光出射面、３６Ｃ…対向面、３６Ｍ…マザー導光体、３８…反射シート、３９…光学シート、３９Ａ…プリズムシート、３９Ｍ…ＰＥＴシート

Claims (4)

1. 互いに対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、
   前記一対の基板の外面に配置された偏光板と、
   前記偏光板に対向した面光源装置と、を備え、
   前記面光源装置は、光源と、
   前記光源に対向する光入射面、前記光入射面から入射した光を出射する光出射面、及び前記光出射面に対向する対向面を有する導光体と、
   前記偏光板と前記導光体との間に配置され光を偏光する特性を有するプリズムシートと、を備え、
   前記導光体は、前記光出射面及び前記対向面の少なくとも一方にプリズムを有し、
   前記プリズムシートは、プリズムを有し、このプリズムが延びる方向と前記導光体のプリズムが延びる方向とが成す角が８２乃至８６度に設定され、
   前記偏光板の偏光軸と前記プリズムシートの最大光量発生方向とが成す角が０度以上２０度以下に設定されている液晶表示装置。
2. 前記プリズムシートは、ＰＥＴ基材からなる請求項１記載の液晶表示装置。
3. 一対の基板間に液晶組成物を注入して液晶表示パネルを形成する工程と、
   前記一対の基板の外面に偏光板を固定する工程と、
   前記偏光板に対向する面光源装置を形成する工程と、
   前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを組み合せる工程と、を備え、
   前記面光源装置を形成する工程は、少なくとも一方の主面にプリズムを有するマザー導光体を形成する工程と、
   板状部材を引き伸ばし、いずれか一方の面にプリズムを形成して光を偏光する特性を有するシート状部材を形成する工程と、
   前記シート状部材のプリズムの延びる方向と前記マザー導光体のプリズムの延びる方向とが成す角が８２乃至８６度となるように前記マザー導光体と前記シート状部材とを重ねる工程と、
   前記マザー導光体と前記シート状部材とを割断する工程と、を備え、
   前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを組み合せる工程は、前記液晶表示パネルと前記面光源装置とを、前記プリズムシートの最大光量発生方向と前記偏光板の偏光軸との成す角が０度以上２０度以下となるように組み合せる工程を備える液晶表示装置の製造方法。
4. 前記プリズムシートの最大光量発生方向と前記偏光板の偏光軸との角度の設定は、前記プリズムシートを反時計回りに回転させて設定する請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。

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