JP5875223B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明の液晶表示装置は、液晶セルと該液晶セルの両側に配置された偏光板とを有する液晶パネルと、該液晶パネルの視認側に設けられた光拡散素子と、該液晶パネルの視認側と反対側に設けられたバックライトユニットと、を備え、該バックライトユニットが、該液晶パネルに向かってコリメート光を出射する平行光光源装置であり、該液晶パネルの偏光解消比率Rが1.10以上であり、かつ、該コリメート光の輝度半値角Fw(BL)と偏光解消比率との比Fw(BL)/Rが20以下である。
好ましい実施形態においては、上記液晶セルはVAモードである。
図1は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置100は、液晶セル110と液晶セル110の両側に配置された偏光板121および122とを有する液晶パネル130と、液晶パネル130の外側に設けられたバックライトユニット140と、液晶パネル130の外側(視認側)に設けられた光拡散素子150とを備える。バックライトユニット140は、液晶パネル130に向かってコリメート光を出射する平行光光源装置である。すなわち、液晶表示装置100は、コリメートバックライトフロント拡散システムを採用する。なお、コリメートバックライトフロント拡散システムとは、液晶表示装置において、コリメートバックライト光(一定方向に集光された、輝度半値幅の狭いバックライト光)を用い、上側偏光板の視認側にフロント光拡散素子を設けたシステムをいう。偏光板121および122は、それぞれの偏光子の吸収軸が互いに直交または平行となるように配置されている。目的に応じて任意の適切な光学補償板(位相差板)が、液晶セル110と偏光板121および/または122との間に配置され得る(図示せず)。光学補償板の光学特性、配置枚数、配置位置等は、液晶表示装置の駆動モードや所望される特性に応じて適切に設定され得る。液晶セル110は、一対の基板(代表的には、ガラス基板)111および112と、基板111および112間に配された、表示媒体としての液晶を含む液晶層113とを有する。
上記偏光板121および122としては、それぞれ、任意の適切な偏光板が採用され得る。偏光板は、代表的には、偏光子と、偏光子の片側または両側に配置された保護層とを有する。偏光子と保護層とは、任意の適切な粘着剤層または接着剤層を介して積層されている。
上記偏光子としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、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等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、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等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、1〜80μm程度である。
上記保護層は、偏光板の保護層として使用できる任意の適切なフィルムで形成される。当該フィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、ラクトン変性アクリル樹脂のような(メタ)アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、(メタ)アクリル系、ウレタン系、(メタ)アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。当該ポリマーフィルムは、例えば、上記樹脂組成物の押出成形物であり得る。
上記バックライトユニット140は、コリメート光を出射し得る任意の適切な構成を有し得る。例えば、バックライトユニットは、光源と、光源から出射された光をコリメートする集光素子とを有する(いずれも図示せず)。この場合、集光素子としては、光源から出射された光をコリメートし得る任意の適切な集光素子が採用され得る。光源自体がコリメート光を出射し得る場合には、集光素子は省略され得る。バックライトユニット(平行光光源装置)の具体的構成としては、例えば、以下のようなものが挙げられる:(1)レンチキュラーレンズまたは砲弾型レンズの平坦面側のレンズの焦点以外の部分に遮光層または反射層を設けた集光素子を、光源(例えば、冷陰極蛍光ランプ)の液晶セル側に配置した構成(例えば、特開2008−262012号公報);(2)サイドライト型LED光源と、その導光板と、導光板側に凸面が形成され、該導光板の液晶セル側に配置された変角プリズムとを有する構成(本構成においては、必要に応じて異方性拡散素子がさらに用いられ得る;例えば、特許第3442247号);(3)光吸収性樹脂と透明性樹脂が交互にストライプ状に形成されたルーバー層をバックライトとバックライト側偏光板との間に配置した構成(例えば、特開2007−279424号公報);(4)光源として砲弾型LEDを用いた構成(例えば、特開平6−130255号公報);(5)フレネルレンズと必要に応じて拡散板とを用いた構成(例えば、特開平1−126627号公報)。これらの詳細な構成を記載した上記公報は、本明細書に参考として援用される。
上記光拡散素子150は、液晶セルを通過した光(代表的には、上記のようなコリメート光)を透過および拡散させる。本発明においては、光拡散素子として、例えば、表面が平滑な光拡散素子、表面反射率が低い光拡散素子、後方散乱が小さい光拡散素子、拡散半値角が75°以下である光拡散素子、あるいはこれらの特性を組み合わせて有する光拡散素子を用いることにより、正面コントラストが高い液晶表示装置を実現することができる。このような光拡散素子を用いることにより、光拡散素子内部または光拡散素子と空気との界面における所望でない拡散光回帰および当該回帰に起因する迷光の発生ならびに当該迷光による「黒の浮き」を防止し、その結果、コントラストの低下を防止することができる。
バックライトを角度−輝度計(Autronic Melcher製Conoscope)上に、長辺方向を水平方向、短辺方向を垂直方向にセットし、垂直方向、水平方向に角度−輝度を計測し、最大輝度から半分の輝度になる左右の角度を足したものをそれぞれ垂直、水平方向の半値角とした。
光拡散素子の正面からレーザー光(緑色、波長532nm)を照射し、拡散した光の拡散角度に対する拡散輝度を、ゴニオフォトメーターで1°おきに測定し、レーザーの直進透過光を除く光拡散輝度の最大値から半分の輝度となる拡散角度を、拡散の両側で測定し、それを足したものを半値角とした。また、照射前の0°のレーザー強度に対するレーザーの直進透過光の比率をす抜け透過率とした。
液晶表示装置を角度−輝度計(Autronic Melcher製Conoscope)にセットし、白、黒をそれぞれ表示し、角度−輝度/色分布を測定した。斜め色変化は、黒輝度の極角60°以内、全方位角でのx、y色度を計測し、色度座標xy空間内で、最も距離が離れている2点間の距離を斜め色変化Δxyとした。また、正面の白輝度を正面の黒輝度で割ったものを正面コントラスト(CR)とした。
平行光光源装置(中央精機社製、半値角2°)を用いて、黒表示状態の液晶パネルに光を照射することにより偏光解消比率を測定した。具体的には以下のとおりである:液晶パネルの法線方向から平行光光源装置で光を照射し、極角40°方向の散乱輝度を角度−輝度計(Autronic Melcher製Conoscope)で測定した。散乱輝度を入射の方位角0°から360°まで45°おきに8点で測定し、その平均をとったものを正面入射の偏光解消散乱輝度(散乱輝度A)とした。一方、液晶パネルの極角40°方向から平行光光源装置で光を照射し、法線方向の散乱輝度を角度−輝度計で測定した。散乱輝度を入射の方位角0°から360°まで45°おきに8点で測定し、その平均をとったものを40°入射の偏光解消散乱輝度(散乱輝度B)とした。B/Aを偏光解消比率とした。
マイクロゲージ式厚み計(ミツトヨ社製)にて基材と光拡散素子との合計厚みを測定し、当該合計厚みから基材の厚みを差し引き、光拡散素子の厚みを算出した。
JIS B 0601−2004に準じて算術平均表面粗さRaを測定した。測定装置および測定条件は以下のとおりである:
(i)測定装置:株式会社小坂研究所製、型番ET4000
(ii)表面粗さ検出部の触針:先端曲率半径2μm、頂角90°、材質ダイヤモンド
(iii)測定条件
基準長さ(粗さ曲線のカットオフ値λc):2.5mm
評価長さ(基準長さ(カットオフ値λc)×5):12.5mm
触針の送り速さ:0.5mm/s
参考例で得られた光拡散素子と基材との積層体を、透明粘着剤を介して黒アクリル板(住友化学社製、商品名「SUMIPEX」(登録商標)、厚み2mm)の上に貼り合わせ、測定試料とした。この測定試料の積分反射率を分光光度計(日立計測器社製、商品名「U4100」)にて測定した。一方、上記光拡散素子用塗工液から微粒子を除去した塗工液を用いて、基材と透明塗工層との積層体を作製して対照試料とし、上記と同様にして積分反射率(すなわち、表面反射率)を測定した。上記測定試料の積分反射率から上記対照試料の積分反射率(表面反射率)を差し引くことにより、光拡散素子の後方散乱率を算出した。
JIS 7136で定める方法により、ヘイズメーター(村上色彩科学研究所社製、商品名「HN−150」)を用いて測定した。
ハードコート用樹脂(JSR社製、商品名「オプスターKZ6661」(MEK/MIBK含有))100部に、ペンタエリスリトールトリアクリレート(大阪有機化学工業社製、商品名「ビスコート#300」、屈折率1.52)を11部、光重合開始剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製、商品名「イルガキュア907」)を0.5部、レベリング剤(DIC社製、商品名「GRANDIC PC 4100」)を0.5部、および、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)微粒子(積水化成品社製、商品名「XX131AA」、平均粒径2.5μm、屈折率1.49)を15部添加し、固形分が55%となるように希釈溶剤としてMIBKを加えた。この混合物を5分間超音波処理し、上記の各成分が均一に分散した塗工液を調製した。当該塗工液を、バーコーターを用いてTACフィルム(コニカ・ミノルタ社製、商品名「KC4UY」、厚み40μm)上に塗工し、100℃にて1分間乾燥後、積算光量300mJの紫外線を照射し、厚み10.5μmの光拡散素子を得た。この光拡散素子は、マトリクス中に光拡散性微粒子(PMMA微粒子)が分散したものであった。得られた光拡散素子の半値角は62°、ヘイズは98.0%であった。
シロキサンオリゴマー(コルコート株式会社製、商品名「コルコートN103」、固形分2%、実測したエチレングリコール換算による数平均分子量:950)を500部、フルオロアルキル構造およびポリシロキサン構造を有する硬化性フッ素樹脂(JSR社製、商品名「オプスターJTA105」、固形分5%、実測したポリスチレン換算による数平均分子量:8000)を100部、硬化剤(JSR社製、商品名「JTA105A」)を1部、およびメチルエチルケトン(MEK)を160.5部混合し、反射防止層形成材料を調製した。上記で得られた光拡散素子の表面に、この反射防止層形成材料を、光拡散素子と同じ幅となるようにバーコーターで塗布し、次いで120℃で3分間加熱することにより硬化および乾燥させて反射防止層(低屈折率層、屈折率1.42、厚み0.11μm)を形成した。このようにして、反射防止層付光拡散素子を得た。
厚み60μmのポリビニルアルコール系樹脂を主成分とする高分子フィルム(クラレ(株)製 商品名「VF−PE#6000」)を、下記(1)〜(5)の条件の5浴に、フィルム長手方向に張力を付与しながら浸漬し、最終的な延伸倍率がフィルム元長に対して、6.2倍となるように延伸した。この延伸フィルムを40度の空気循環式乾燥オーブン内で1分間乾燥させて、偏光子を作製した。この偏光子の片面に、厚み41μmのセルロース系樹脂を含有する位相差フィルム(コニカ・ミノルタ社製KC4CR−1、正面位相差55nmおよび厚み位相差130nm)を、ポリビニルアルコール系樹脂を主成分とする水溶性接着剤(日本合成化学工業社製、商品名「ゴーセファイマーZ200」)を介して貼着した。この偏光子の反対側の面には、参考例1で得られた光拡散素子Aを、ポリビニルアルコール系樹脂を主成分とする水溶性接着剤(日本合成化学工業社製、商品名「ゴーセファイマーZ200」)を介して貼着した。その後、上記セルロース系樹脂を含有する高分子フィルムの表面(偏光板の光拡散素子とは反対側の表面)にアクリル系粘着剤20μmを塗布した。このようにして、光拡散素子付偏光板Aを得た。
<条件>
(1)膨潤浴:30度の純水。
(2)染色浴:水100重量部に対し、0.035重量部のヨウ素と、水100重量部に対し、0.2重量部のヨウ化カリウムとを含む、30度の水溶液。
(3)第1の架橋浴:3重量%のヨウ化カリウムと、3重量%のホウ酸とを含む、40度の水溶液。
(4)第2の架橋浴:5重量%のヨウ化カリウムと、4重量%のホウ酸とを含む、60度の水溶液。
(5)水洗浴:3重量%のヨウ化カリウムを含む、25度の水溶液。
参考例1の光拡散素子の代わりに厚み40μmのセルロース系樹脂を含有する高分子フィルム(コニカ・ミノルタ社製KC4UY)を用いたこと以外は参考例2と同様にして、偏光板Bを得た。
市販のラップトップパソコン(東芝社製、商品名「ダイナブックRX−1」)のバックライトユニットから下プリズムシートを取り出し、非プリズム面の表面を酢酸エチルで拭き取ることにより当該表面のマット加工を除去し平滑表面とした。なお、下プリズムのプリズムピッチは150μmであった。一方、平行光光源装置として、中央精機社製の平行光光源装置(半値角2°)を用いた。この光源からの光が65°の角度で上記の下プリズムシートに入射するように構成して、バックライトユニットMを得た。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向2°、垂直方向3°、平均2.5°であった。
市販のラップトップパソコン(東芝社製、商品名「ダイナブックRX−1」)のバックライトユニットから導光板を取り出した。この導光板の片側(平滑面側)に、厚み10mmで端面が垂直かつ平滑である透明アクリル板を、アクリル系粘着剤を介して貼り付けた。このアクリル板の平滑端面に沿って、砲弾型LED(日亜化学社製、NSPW500CS-b1、Φ5mm、半値角15°)を配列した。一方、上記ラップトップパソコンのバックライトユニットから下プリズムシートを取り出し、非プリズム面の表面を酢酸エチルで拭き取ることにより当該表面のマット加工を除去し平滑表面とした。この下プリズムシートを、導光板の上側(アクリル板の導光板とは反対側)に配置し、バックライトユニットNを得た。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向10°、垂直方向11°、平均10.5°であった。
平行光光源装置の光出射部と下プリズムとの間に、市販のラップトップパソコン(東芝社製、商品名「ダイナブックRX−1」)のバックライトユニットから取り出した光拡散シート(ヘイズ29.0%、光拡散半値角5°)を5枚積層して挿入したこと以外は参考例4と同様にしてバックライトユニットOを作製した。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向16°、垂直方向16°、平均16°であった。
平行光光源装置の光出射部(メタルハライドランプ)先端に直径1cmの光ファイバーの束を取り付け、さらに、当該光ファイバーの束の光出射側にコリメーションレンズおよびインテグレータレンズを取り付けて出射光の平行度を高めたこと以外は参考例4と同様にしてバックライトユニットPを作製した。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向1°、垂直方向2°、平均1.5°であった。
参考例6で用いた光拡散シート2枚と下記光拡散粘着剤層を2層積層した透明フィルム(富士フイルム社製、TD80UL)とを積層して下プリズムの上に配置したこと以外は参考例6と同様にしてバックライトユニットQを作製した。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向26°、垂直方向27°、平均26.5°であった。
光拡散粘着剤層:アクリル系粘着剤と溶剤とを含む粘着剤溶液(固形分濃度11%)100部に、シリコーン樹脂製微粒子(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、商品名トスパール140、体積平均粒子径4.2μm)3.8部を加え、混合液を1時間攪拌した。次いで、この混合液を、離型処理したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの表面に塗布し、120℃で乾燥させた後、PETフィルムを剥離して、厚み23μmの光拡散粘着剤層を形成した。得られた光拡散粘着剤層のヘイズは80%であった。
参考例8の光拡散粘着剤層を3層積層した透明フィルム(富士フイルム社製、TD80UL)を下プリズムの上に配置したこと以外は参考例6と同様にしてバックライトユニットRを作製した。このバックライトユニットのバックライト半値角は、水平方向30°、垂直方向29°、平均29.5°であった。
市販の液晶表示装置(ソニー社製、ブラビアKDL−32J1、VAモード、解像度:50ppi)から液晶セルを取り出し、上下のガラス基板表面を洗浄し、液晶セルWとした。
市販の携帯電話(シャープ社製、SH−08B、VAモード、解像度:300ppi)から液晶セルを取り出し、上下のガラス基板表面を洗浄し、液晶セルXとした。
市販の携帯ゲーム機器(ソニー社製、PSP−3000、VAモード、解像度:125ppi)から液晶セルを取り出し、上下のガラス基板表面を洗浄し、液晶セルYとした。
市販の液晶モニター(ACER社製、V223WB、TNモード、解像度:68ppi)から液晶セルを取り出し、上下のガラス基板表面を洗浄し、液晶セルZとした。
セルロース系樹脂を含有する位相差フィルム(KC4CR−1)の代わりに、TN用ディスコティック液晶分子系位相差フィルム(富士フィルム社製WV−EA)を用いたこと以外は参考例2と同様にして、光拡散素子付偏光板Cを作製した。
参考例1の光拡散素子の代わりに厚み60μmのセルロース系樹脂を含有する高分子フィルム(富士フィルム社製TD60UL)を用いたこと以外は参考例13と同様にして、偏光板Dを作製した。
下記表1に示す組み合わせで部材を用いて、液晶表示装置を作製した。なお、バックライトの視認側表面と液晶セルのバックライト側偏光板のバックライト側表面との距離は1000μmとし、同一色カラーフィルターの配列方向とプリズムの方向とは90°となるようにした。それぞれの液晶表示装置の正面コントラストを上記(3)のようにして測定した。さらに、それぞれの液晶表示装置について、対応する従来構成の液晶表示装置の正面コントラスト(CR)を上記(3)のようにして測定し、正面コントラスト(CR)比=(実施例および比較例の液晶表示装置の正面コントラスト)/(従来構成の液晶表示装置の正面コントラスト)を求めた。これらの結果もすべて表1に示す。なお、実施例および比較例の液晶表示装置は、視認側から順に光拡散素子/偏光板/液晶セル/偏光板/バックライトユニットの構成であり、従来構成の液晶表示装置は、視認側から順に偏光板/液晶セル/偏光板/光拡散素子/バックライトユニットの構成である。
表1から明らかなように、本発明の実施例の液晶表示装置は、正面コントラストに優れる。さらに、本発明の実施例の液晶表示装置は、従来構成の液晶表示装置に比べて正面コントラストが改善されているのに対し、比較例の液晶表示装置は、従来構成の液晶表示装置よりも正面コントラストが低下している。このように、本発明によれば、コリメートバックライトフロント拡散システムを採用し、かつ、偏光解消比率および偏光解消比率とバックライト半値角との比を特定の範囲に制御することにより、非常に高い正面コントラストを有する液晶表示装置を得ることができることがわかる。
110 液晶セル
111 基板
112 基板
113 液晶層
121 偏光板
122 偏光板
130 液晶パネル
140 バックライトユニット
150 光拡散素子
Claims (1)
- 液晶セルと該液晶セルの両側に配置された偏光板とを有する液晶パネルと、該液晶パネルの視認側に設けられた光拡散素子と、該液晶パネルの視認側と反対側に設けられたバックライトユニットと、を備え、
該バックライトユニットが、該液晶パネルに向かってコリメート光を出射する平行光光源装置であり、
該液晶パネルの偏光解消比率Rが1.20〜2.0であり、かつ、該コリメート光の輝度半値角Fw(BL)と偏光解消比率との比Fw(BL)/Rが20以下であり、
該液晶セルがVAモードであり、該液晶セルにおいて柱状スペーサーが用いられ、
VAモードの液晶分子の弾性定数において、K11とK22の和が1.5×10−11以上である、
液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010263603A JP5875223B2 (ja) | 2009-11-30 | 2010-11-26 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (3)
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