JP6167429B2 - 液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)すなわち、本発明の一態様における光拡散部材は、光透過性を有する矩形状の基材と、前記基材の一面に形成された複数の遮光層と、前記基材の一面のうち前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、前記光拡散部が、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面とに接し、前記光入射端面から入射した光を反射する反射面と、を有するとともに、前記光入射端面から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させ、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きく構成されており、光拡散部材本体の拡散性が相対的に強い方位角方向と、前記基材の外形をなすいずれか一辺と、が概ね平行であり、前記基材の一面の法線方向から見た前記遮光層の平面的な形状が、少なくとも長軸と短軸とを有する異方性形状であり、前記遮光層の形成領域には、前記光拡散部の形成領域によって区画された中空部が形成され、前記中空部に空気が存在していることを特徴とする。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図18を用いて説明する。
本実施形態では、表示装置として、透過型の液晶パネル(表示体)を備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の液晶表示装置1は、図1及び図2に示すように、バックライト4(照明装置)と、第1偏光板5と、液晶パネル2と、視野角拡大部材3(偏光板付き光拡散部材)と、を備えている。視野角拡大部材3は、光拡散部材6と、第2偏光板7と、を備えている。本実施形態の第2偏光板7は、特許請求の範囲の「偏光板付き光拡散部材」を構成する偏光板に相当する。
図1では、液晶パネル2を模式的に1枚の板状に図示しているが、その詳細な構造については後述する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明する。ただし、本発明に適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本発明に適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型(透過・反射兼用型)液晶パネルであっても良い。さらには、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。
図3に示すように、液晶パネル2は、TFT基板9と、カラーフィルター基板10と、液晶層11と、を有している。TFT基板9は、スイッチング素子基板として機能する。
カラーフィルター基板10は、TFT基板9に対向して配置されている。液晶層11は、TFT基板9とカラーフィルター基板10との間に挟持されている。
液晶層11には誘電率異方性が正の液晶が用いられる。TFT基板9とカラーフィルター基板10との間には、スペーサー12が配置されている。スペーサー12は球状或いは柱状である。スペーサー12は、TFT基板9とカラーフィルター基板10との間の間隔を一定に保持する。
透明基板14としては、例えばガラス基板を用いることができる。
ゲート絶縁膜20の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。
ソース電極17は、コンタクトホール22を介して半導体層15のソース領域に接続されている。ドレイン電極18は、コンタクトホール23を介して半導体層15のドレイン領域に接続されている。ソース電極17およびドレイン電極18の材料としては、上述のゲート電極16と同様の導電性材料が用いられる。
画素電極25の材料としては、例えばITO(Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物)、IZO(Indium Zinc Oxide、インジウム亜鉛酸化物)等の透明導電性材料が用いられる。
本実施形態で用いるバックライト4には、光の出射方向を制御して指向性を持たせたバックライト、いわゆる指向性バックライトを用いることが望ましい。光拡散部材6の光拡散部41に対してコリメートまたは略コリメートした光を入射させるような指向性バックライトを用いることでボヤケを少なくし、さらに光の利用効率を高めることができる。上記の指向性バックライトの輝度分布については、後述する。
図4は、光拡散部材6を視認側から見た斜視図である。
本実施形態では、一例として厚さが100μmの透明樹脂製基材を用いる。
図6(A)は、液晶パネル2(図3に示す画素電極25と対向電極33との間)に電圧が印加されていないとき(電圧無印加時)の状態を示す図である。図6(B)は、液晶パネル2に一定の電圧を印加したとき(電圧印加時)の状態を示す図である。なお、図6(A)、(B)において、符号Mは、液晶層11を構成する液晶分子である。
ここで、図7に示すように、液晶表示装置1の画面の法線方向Eを基準とした観察者の視線方向Fのなす角度を極角θとする。x軸の正方向(0°方向)を基準とした観察者の視線方向Fを画面上に射影したときの線分Gの方向のなす角度を方位角φとする。
図8に示すように、液晶表示装置1の画面において、水平方向(x軸方向)を方位角φ:0°−180°方向とする。方位角φ:0°−180°方向は、端的にいうと左右方向である。具体的には、方位角φ:0°−180°方向は、地面に対して水平な軸に沿った方向である。垂直方向(y軸方向)を方位角φ:90°−270°方向とする。方位角φ:90°−270°方向は、端的にいうと上下方向である。具体的には、方位角φ:90°−270°方向は、地面に対して垂直な軸に沿った方向である。
すなわち、本実施形態においては、光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、第2偏光板7の透過軸P2と、を概ね45度の角度をなすようにしている。また、光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、第1偏光板5の透過軸P1と、を概ね45度の角度をなすようにしている。
図10は、視野角拡大部材3の製造方法を示すフローチャートである。
図11(A)〜(E)は、視野角拡大部材3の製造工程を、順を追って示す斜視図である。
液晶パネル2の製造工程の概略を先に説明する。最初に、TFT基板9とカラーフィルター基板10をそれぞれ作製する。その後、TFT基板9のTFT19が形成された側の面とカラーフィルター基板10のカラーフィルター31が形成された側の面とを対向させて配置する。そして、TFT基板9とカラーフィルター基板10とをシール部材を介して貼り合わせる。その後、TFT基板9とカラーフィルター基板10とシール部材とによって囲まれた空間内に液晶を注入する。以上の工程を経て、液晶パネル2が完成する。
そして、このようにしてできた液晶パネル2のTFT基板9の側の外面に、光学接着剤等を用いて第1偏光板5を貼り合わせる。
なお、TFT基板9やカラーフィルター基板10の製造方法は常法によれば良く、その説明を省略する。
図11(A)〜(E)に示すように、視野角拡大部材3は、印刷装置50、塗布装置55、露光装置60、現像装置65、及び偏光板貼付装置70によってこの順に各種の処理が施されることにより製造される。
隣接する遮光層40の間隔(ピッチ)の配置は、規則的でもなく、周期的でもない。遮光層40の間隔(ピッチ)は液晶パネル2の画素の間隔(ピッチ、例えば150μm)よりも小さいことが望ましい。これにより、画素内に少なくとも1つの遮光層40が形成される。そのため、例えばモバイル機器等に用いる画素ピッチが小さい液晶パネルと組み合わせたときに広視野角化を図ることができる。
なお、露光装置60から出射された平行光を拡散光Q1として基材39に照射する手段の一つとして、例えば露光装置から出射された光の光路上にヘイズ50程度の拡散板を配置し、拡散板を介して光を照射する。
以上の工程により、本実施形態に係る液晶表示装置1が完成する。このようにして作成された液晶表示装置1は、光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、液晶パネル2(液晶表示装置1)の外形をなす短辺方向(方位角90度−270度)とが概ね平行となる(一致する)。
図13は視野角拡大部材3の作用を説明するための模式図である。
図13の矢印LBおよびLCに示すように、臨界角を超える角度で入射した入射光は、反射面41cで全反射して光拡散部41を透過して観察者側へ出射される。また、図13の矢印LAに示すように、反射面41cに入射することなく光拡散部41を透過する入射光は、そのまま観察者側へ出射される。一方、図13の矢印LDで示すように、臨界角以下の角度で入射した入射光は全反射せず、光拡散部41の反射面41cを透過する。
そこで、本実施形態においては、光拡散部41の反射面41cに臨界角以下で入射しないような角度で光を出射するバックライト4として、いわゆる指向性を有するバックライトを採用している。
また、本実施形態に係る液晶パネル2に組み合わされる視野角拡大部材3は、上述のように光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、液晶パネル2(液晶表示装置1)の外形をなす短辺方向(方位角90度−270度)とが概ね一致している。
そのため、液晶パネル2は視野角拡大部材3により上下方向に光が拡散されることとなる。その結果、液晶表示装置1は、その視野角特性が上下左右対称となることでコントラストが向上するので、表示品位の高いものとなる。
図16は、第2実施形態に係る液晶表示装置1Aの正面図における、光拡散部材6Aの拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、偏光板の透過軸(第1偏光板5の透過軸P1、第2偏光板7の透過軸P2)との配置関係を示す図である。
図17は、第3実施形態に係る液晶表示装置1Bの正面図における、光拡散部材6Bの拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、偏光板の透過軸(第1偏光板5の透過軸P1、第2偏光板7の透過軸P2)との配置関係を示す図である。
これに対し、本実施形態では、光拡散部材6Bの拡散性が相対的に強い方位角方向Vsが、左右方向(方位角0度−180度方向)である。また、本実施形態では、第1実施形態と異なり、バックライト4の輝度分布が上下方向(方位角90度−270度方向)である。これにより、液晶表示装置1Bにおいては、液晶パネル2について上下方向の明るさを向上させている。
図18は、第4実施形態に係る液晶表示装置1Cの正面図における、光拡散部材6Cの拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、偏光板の透過軸(第1偏光板5の透過軸P1、第2偏光板7の透過軸P2)との配置関係を示す図である。
これに対し、本実施形態では、液晶表示装置1Cの正面形状が、上下方向に長い(縦長の)長方形である。
また、光拡散部材6Cの拡散性が相対的に強い方位角方向Vsが、左右方向(方位角0度−180度方向)である。また、本実施形態においても、第3実施形態と同様、バックライト4の輝度分布が上下方向(方位角90度−270度方向)である。これにより、液晶表示装置1Cにおいては、液晶パネル2について上下方向の明るさを向上させている。
以下、本発明の第5実施形態について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散部材106に複数の光拡散部141が配置されている点が第1実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散部材106について説明する。
しかし、隣接する光拡散部141間のピッチを平均した平均ピッチは25μmに設定されている。
なお、本実施形態において、光を全反射可能にするため、光拡散部141の周囲を低屈折率状態としても良く、空気に代えて、窒素等の不活性ガスが充填されている状態としても良い。もしくは、光拡散部141間が真空状態や大気よりも減圧状態であっても良い。
本実施形態に係る視野角拡大部材の製造方法の基本工程は第1実施形態と同一であり、遮光層を形成する工程において基材の一面に形成される遮光層が複数の開口部を有する遮光層である点が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態に係る視野角拡大部材は、第1実施形態で説明した処理装置と共通の処理装置によって各種の処理が施される。そのため、第1実施形態で説明した処理装置と共通の処理装置には同一の符号を付し、第1実施形態で説明した製造方法と共通の製造方法についてはその詳細な説明は省略する。
このとき、波長365nmのi線、波長404nmのh線、波長436nmのg線の混合線を用いた露光装置を使用する。露光量は500mJ/cm2とする。
以上の工程により、本実施形態に係る液晶表示装置が完成する。
図21は、第6実施形態に係る光拡散部材106Aの断面図である。
図22(A)、(B)は、それぞれ、第7実施形態に係る光拡散部材106B,106Cの断面図である。
図22(A)に示す光拡散部材106Bにおいては、光拡散部141Bの反射面141Bcが外側に湾曲している。
図22(B)に示す光拡散部材106Cにおいては、光拡散部141Cの反射面141Ccが内側に湾曲している。
図23(A)、(B)は、それぞれ、本実施形態に係る光拡散部材106D,106Eの断面図である。
図23(A)に示す光拡散部材106Dにおいては、光拡散部141Dの反射面141Dcが傾斜角度の異なる3つの傾斜面を有し、外側に凸となっている。
図23(B)に示す光拡散部材106Eにおいては、光拡散部141Eの反射面141Ecが傾斜角度の異なる3つの傾斜面を有し、内側に凸となっている。
以下、本発明の第9実施形態について、図24及び図25(A)、(B)を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、視野角拡大部材203に屈折率調整層243が設けられている点が第1実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、視野角拡大部材203について説明する。
基材239の一面には、屈折率調整層243が遮光層240を覆うように全面に設けられている。屈折率調整層243は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性を有する有機材料で構成されている。本実施形態の一例として、屈折率調整層243は、屈折率が1.57のアクリル樹脂で構成されている。屈折率調整層243の屈折率は、基材239の屈折率よりも小さく、かつ、光拡散部241の屈折率および第2偏光板7の屈折率よりも大きくなるように設定されている。言い換えると、第2偏光板7と基材239との間に、第2偏光板7の屈折率と基材239の屈折率との間の屈折率を有する屈折率調整層243が設けられている。本実施形態の屈折率調整層243は、特許請求の範囲の「偏光板の屈折率と基材の屈折率との間の屈折率を有する部材」に相当する。
以下、本発明の第10実施形態について、図26〜図29(A)、(B)を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光散乱部345が基材339の視認側の面に部分的に形成されている点が第1実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、光拡散部材306について説明する。
光散乱部345は、光硬化樹脂346の内部に多数の散乱体347が分散されて構成されている。光散乱部345の厚み(Z軸方向の寸法)は一例として20μm程度であり、球状の散乱体347の球径は0.5〜20μm程度である。光散乱部345は、光拡散部341で拡散された光を等方的に拡散しさらに広角に広げる。
以下、本発明の第11実施形態について、図30を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、遮光層440の基材439とは反対側の面440aの一部が光散乱部445で覆われている点が第1実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、光拡散部材406について説明する。
光散乱部445は、光硬化樹脂446の内部に多数の散乱体447が分散されて構成されている。光散乱部445は、中空部442と遮光層440との間に配置されている。光散乱部445は、遮光層440を一部露出させるように覆った状態で基材439の一面(視認側と反対側の面)に配置されている。すなわち、本実施形態では、視認側から見て(平面視において)、遮光層440の一部が光散乱部445の形成領域からはみ出ている。
従って、光拡散部材406は、中空部442への入射光の一部を、基材439を介して様々な角度で射出させることができ、高い光利用効率を得ることができる。また、光拡散部材406は、光拡散部441に入射した光の一部L12を光散乱部445内で散乱させて基材439に対して様々な角度で射出させることができる。
例えば、図31(B)に示すように、細長い長方形状の遮光層40Gを用いても良い。
あるいは、図31(C)に示すように、細長い八角形状の遮光層40Hを用いても良い。
あるいは、図31(D)に示すように、細長い長方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状の遮光層40Iを用いても良い。あるいは、図31(E)に示すように、縦横比が異なる2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状の遮光層40Jを用いても良い。あるいは、図31(F)に示すように、二等辺三角形状の遮光層40Kを用いても良い。あるいは、図31(G)に示すように、菱形状の遮光層40Lを用いても良い。さらに、図31(A)〜(G)の形状が所定方向に回転していてもよい。
このように各遮光層40の平面形状をそれぞれ異ならせ、種々の異方性の方位を持たせた場合においても、光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、第2偏光板7の透過軸P2と、を概ね平行に設定すればよい。これによれば、種々の異方性の方位を持つ構成においても、コントラスト比を向上させ、高い表示品位を得ることができる。
例えば、図31(B)〜(G)に示したように、光拡散部141の形状を、細長い長方形状、細長い八角形状、細長い長方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状、縦横比が異なる2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状、二等辺三角形状、菱形状、あるいはこれらの形状を所定方向に回転させた形状としてもよい。
このように各遮光層40の平面形状をそれぞれ異ならせ、種々の異方性の方位を持たせた場合においても、光拡散部材6の拡散性が相対的に強い方位角方向Vsと、第2偏光板7の透過軸P2と、を概ね平行に設定すればよい。これによれば、種々の異方性の方位を持つ構成においても、コントラスト比を向上させ、高い表示品位を得ることができる。
この構成によれば、基材の視認側に設ける層の種類に応じて、外光反射を低減する機能、塵埃や汚れの付着を防止する機能、傷を防止する機能等を付加することができ、視野角特性の経時劣化を防ぐことができる。
Claims (2)
- 光透過性を有する矩形状の基材と、前記基材の一面に形成された複数の遮光層と、前記基材の一面のうち前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を有する光拡散部材と、前記光拡散部材の前記基材の側とは反対側に配置された偏光板と、を備える偏光板付き光拡散部材と、
異方的な輝度分布を有するバックライトと、を含む液晶表示装置であって、
前記光拡散部が、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面とに接し、前記光入射端面から入射した光を反射する反射面と、を有するとともに、前記光入射端面から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させ、
前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きく構成されており、
光拡散部材本体の拡散性が相対的に強い方位角方向と、前記基材の外形をなすいずれか一辺と、が概ね平行であり、
前記基材の一面の法線方向から見た前記遮光層の平面的な形状が、少なくとも長軸と短軸とを有する異方性形状であり、
前記遮光層の形成領域には、前記光拡散部の形成領域によって区画された中空部が形成され、
前記中空部に空気が存在しており、
前記偏光板における透過軸は、前記拡散性が相対的に強い方位角方向と概ね45°の角度をなしており、
前記透過軸と前記基材の外形をなすいずれか一辺と、が概ね非平行であり、
前記拡散性が相対的に強い方位角方向は、前記バックライトにおける出射する光量の少ない方向と概ね平行となる
液晶表示装置。 - 異方的な輝度分布を有するバックライトと偏光板付き光拡散部材とを含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記異方的な輝度分布を有するバックライトを用意する工程と、
前記偏光板付き光拡散部材を製造する工程とを含み、
前記偏光板付き光拡散部材を製造する工程は、
光透過性を有する矩形状の基材の一面に、複数の遮光層を形成する工程と、
前記基材の一面に、前記複数の遮光層を覆うように光透過性を有するネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
前記遮光層および前記ネガ型感光性樹脂層を形成した前記基材の一面と反対側の面から、前記遮光層の形成領域以外の領域の前記基材を通して前記ネガ型感光性樹脂層に対して拡散光を照射する工程と、
前記拡散光の照射が終わった前記ネガ型感光性樹脂層を現像し、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面とに接し、前記光入射端面から入射した光を反射する反射面と、を有する光拡散部を前記基材の一面に形成することにより、前記光拡散部の前記光入射端面の側から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させる光拡散基板を作製する工程と、
前記光拡散基板における前記光拡散部の前記光入射端面に偏光板を貼合して貼合体を形成した後、前記貼合体を切断して個片化することで偏光板付き光拡散部材を作製する工程と、を有し、
前記偏光板付き光拡散部材を作製する工程では、前記光拡散基板の拡散性が相対的に強い方位角方向と前記偏光板の透過軸とが概ね45°の角度をなし、前記拡散性が相対的に強い方位角方向と、個片化後の前記偏光板付き光拡散部材の外形をなすいずれか一辺と、が概ね平行であって、且つ、前記透過軸と前記外形をなすいずれか一辺とが概ね非平行となるとともに、前記拡散性が相対的に強い方位角方向と前記バックライトにおける出射する光量の少ない方向とが概ね平行となるように、前記貼合体を切断する
液晶表示装置の製造方法。
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