JP2005099499A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 カラーフィルタ層ＣＦ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を備えた画素を区画するブラックマトリクスＢＭを有するアレイ基板１００と、アレイ基板１００に対向して配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間に狭持された液晶層３００と、を有する液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０をアレイ基板１００の背面側から照明するバックライトユニット４００と、アレイ基板１００及び対向基板２００の外面にそれぞれ配置された偏光板ＰＬ１及びＰＬ２と、対向基板２００の液晶層側表面と偏光板ＰＬ２の外表面との間に配置された少なくとも１層の拡散層ＤＦと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、表示品位を改善するために導入された拡散層を備えた透過型液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間に液晶層を挟持して構成された液晶表示パネルを備えている。最近では、開口率の拡大などを目的として、アレイ基板上にカラーフィルタ層を備えた構造、いわゆるカラーフィルタ・オン・アレイ（ＣＯＡ）構造が実用化されている。

このＣＯＡ構造では、アレイ基板上の画素毎に対応する色に着色されたカラーフィルタ層が配置され、さらに、それぞれの画素がブラックマトリクスによって区画されている。このブラックマトリクスは、画素の行方向や列方向に沿ってほぼ等間隔に配列されている。

一方で、単純マトリクス駆動方式の液晶表示装置において、クロストークを有効に低減するために、液晶表示パネルの表示面側にヘイズ値が４０乃至７０％とされた拡散層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−６６４５２号公報

近年、液晶表示装置の小型、軽量化が進んできており、室外でも使用する機会が増えてきている。ＣＯＡ構造を持つ液晶表示装置の場合、太陽光などの外光が液晶表示パネルの内部に侵入し、アレイ基板においてほぼ等間隔で配列されたブラックマトリックスで反射され画面上で干渉することで、外光の光源を中心にブラックマトリクスの延出方向に反射光が写り込むといった現象が生ずる。

例えば、画素の行方向及び列方向に沿って等間隔でブラックマトリクスを配列したアレイ基板を採用した場合、室外で液晶表示装置を観察すると、図５に示すように、太陽光を中心に十字方向に干渉光が写り込む場合があり、表示品位を劣化するおそれがある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。

この発明の様態による液晶表示装置は、
カラーフィルタ層を備えた画素を区画するブラックマトリクスを有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に狭持された液晶層と、を有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを前記アレイ基板の背面側から照明するバックライトユニットと、
前記アレイ基板及び前記対向基板の外面にそれぞれ配置された偏光板と、
前記対向基板の前記液晶層側表面と前記偏光板の外表面との間に配置された少なくとも１層の拡散層と、
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置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、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置は、透過型液晶表示パネル１０を備えている。この液晶表示パネル１０は、一対の基板間に液晶組成物を挟持して構成されている。すなわち、液晶表示パネル１０は、アレイ基板１００と、このアレイ基板１００に対向して配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間に配置された液晶分子を含む液晶層３００とを備えている。

これらアレイ基板１００と対向基板２００とは、液晶層３００を挟持するための所定のセルギャップを形成しつつシール部材１１によって貼り合わせられている。液晶層３００は、アレイ基板１００と対向基板２００との間に封入された液晶組成物によって構成されている。

このような液晶表示パネル１０は、シール部材１１によって囲まれた内側に、画像を表示する有効表示部１２を備えている。この有効表示部１２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。これらの画素は、赤色用の画素ＰＸＲ、緑色用の画素ＰＸＧ、青色用の画素ＰＸＢを含んでいる。

各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、基本的に同一構造であるが、それぞれ対応する色に着色された着色層すなわちカラーフィルタ層を備えている。つまり、画素ＰＸＲは、赤色樹脂材料からなるカラーフィルタ層を備えている。画素ＰＸＧは、緑色樹脂材料からなるカラーフィルタ層を備えている。画素ＰＸＢは、青色樹脂材料からなるカラーフィルタ層を備えている。

また、液晶表示パネル１０は、有効表示部１２の外周に沿って額縁状の遮光部１３を備えている。この遮光部１３は、遮光性を有する樹脂材料によって形成された遮光層を備えている。

さらに、液晶表示パネル１０は、有効表示部１２の周辺に回路部１４を備えている。この回路部１４は、少なくとも駆動回路の一部を備えており、ここでは、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍに駆動信号（走査信号）を供給する走査線駆動回路１８、ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎに駆動信号（映像信号）を供給する信号線駆動回路１９などを有している。

有効表示部１２において、アレイ基板１００は、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ、ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎ、ｍ×ｎ個のスイッチング素子１２１、ｍ×ｎ個の画素電極１５１などを備えている。また、有効表示部１２において、対向基板２００は、全画素ＰＸに共通の対向電極２０４を備えている。

各走査線Ｙ（１〜ｍ）は、画素ＰＸの行方向に沿って延在されている。各信号線Ｘ（１〜ｎ）は、画素ＰＸの列方向に沿って延在されている。各スイッチング素子１２１は、各画素ＰＸにおいて、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍に配置されている。

このスイッチング素子１２１のゲート電極１２１Ｇは、走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２１のドレイン電極１２１Ｄは、半導体層のドレイン領域にコンタクトするとともに信号線Ｘに接続されている（あるいは信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２１のソース電極１２１Ｓは、半導体層のソース領域にコンタクトするとともに画素電極１５１に接続されている。

画素電極１５１は、画素毎に独立しており、有効表示部１２においてマトリクス状に配置されている。各画素電極１５１は、各画素ＰＸにおいて、スイッチング素子１２１に接続されている。この画素電極１５１は、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）などの光透過性を有する導電部材によって形成されている。

対向電極２０４は、すべての画素ＰＸに対して共通に配置されており、液晶層３００を介してｍ×ｎ個の画素電極１５１すべてに対向する。この対向電極２０４は、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電部材によって形成されている。

すなわち、図２に示すように、液晶表示装置は、透過型液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０をアレイ基板１００の背面側から照明するバックライトユニット４００と、を備えて構成されている。

図２に示した構造の透過型液晶表示パネル１０では、アレイ基板１００は、ガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板１０１を用いて構成され、有効表示部１２において、走査線及び信号線などの各種配線、スイッチング素子、画素電極などを備えている。さらに、アレイ基板１００は、赤色画素ＰＸＲ、緑色画素ＰＸＧ、青色画素ＰＸＢにそれぞれ配置された赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、それぞれの画素を区画するブラックマトリクスＢＭ、有効表示部１２の全体を覆うように配置された配向膜１０３などを備えている。ブラックマトリクスＢＭは、画素ＰＸの行方向や列方向に沿ってほぼ等間隔に配列されている。

一方で、対向基板２００は、ガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板２０１を用いて構成され、有効表示部１２において、対向電極などを備え、さらに、有効表示部１２の全体を覆うように配置された配向膜２０５などを備えている。

また、液晶表示パネル１０において、アレイ基板１００の外面には、偏光板ＰＬ１が設けられている。対向基板２００の外面には、偏光板ＰＬ２が設けられている。さらに、対向基板２００の液晶層３００側の表面（図２に示した例では配向膜２０５の表面）と偏光板ＰＬ２の外表面との間には、少なくとも１層の拡散層ＤＦが配置されている。この拡散層ＤＦは、液晶層３００を透過した透過光をランダムな方向に拡散させる機能を有している。

このような透過型液晶表示パネル１０を備えた液晶表示装置では、バックライトユニット４００から出射された光は、液晶表示パネル１０をアレイ基板１００の背面側から照明する。液晶表示パネル１０におけるアレイ基板１００側の偏光板ＰＬ１を通過して液晶表示パネル１０の内部に入射した光は、液晶組成物３００を介して変調され、対向基板２００側の偏光板ＰＬ２によって選択的に透過される。これにより、液晶表示パネル１０の表示領域１０２に画像が表示される。

このような液晶表示装置を室外で使用した場合、太陽光などの外光が液晶表示装置の内部に進入してアレイ基板１００上のブラックマトリクスＢＭで反射したとしても、拡散層ＤＦを通ることで光の進行方向が分散され、拡散層ＤＦを通過後の反射光は拡散される。したがって、この拡散光が画面上に到達したとしても、その拡散方向に規則性はなくランダムであるために、拡散光による干渉が抑制される。このため、室外でも光干渉による写り込みの少ない優れた表示品位を実現することが可能となる。

上述した拡散層ＤＦは、外部光源の写り込みを充分に抑制するためには、対向基板２００上の偏光板ＰＬ２側に配置されることが望ましい。図２に示した実施の形態では、拡散層ＤＦは、対向基板２００と偏光板ＰＬ２との間に配置されている。この拡散層ＤＦは、偏光板ＰＬ２と一体に形成されても良いし、偏光板ＰＬ２とは別体のフィルム状または薄膜状のものを設けても良い。

例えば、図３に示した偏光板ＰＬ２は、２層の保護層５０１及び５０２を備えており、さらに、保護層５０１と５０２との間に配置された検光子５０３を備えるとともに保護層５０１の外表面に配置された接着層５０４を備えて構成されている。この接着層５０４は、接着剤の他に光拡散機能を有した拡散材を含有しており、拡散層ＤＦとしての機能を兼ね備えている。このような接着層５０４を介して偏光板ＰＬ２を対向基板２００の外面に接着することにより、対向基板２００と偏光板ＰＬ２の検光子５０３との間に拡散層ＤＦが配置されることになる。

これにより、拡散層を別体で設ける場合と比較して、液晶表示装置全体の厚さを薄くすることができるとともに、製造工程数を削減することができ、コストを低減することが可能となる。

なお、拡散層ＤＦは、対向基板２００上の偏光板ＰＬ２側に限らず、絶縁基板２０１と対向電極２０４との間に配置しても良いし、対向電極２０４が光拡散機能を有した拡散材を含有して拡散層ＤＦとしての機能を兼ね備えていても良い。

また、ここで適用される拡散層ＤＦは、指向性を持つように構成されても良い。特に、拡散層ＤＦは、ブラックマトリクスＢＭの延在する方向に対して直交する方向で高い拡散度を有するような嗜好性を持つことが望ましい。

すなわち、拡散層ＤＦは、液晶層３００を透過した後に所定入射角度で拡散層ＤＦに入射した光の拡散度が他の入射角度で入射した光より高くなるような特性を有している。このような拡散層ＤＦは、ある一方向に透過する透過光の拡散度をヘイズ値で規定したとき、拡散層ＤＦの法線に対して所定軸方向に倒れた倒れ角度から拡散層ＤＦに入射した入射光の入射角度と、拡散層ＤＦから出射された出射光の拡散度すなわちヘイズ値との関係に基づき、所定入射角度でヘイズ値の極大値を持つように構成されている。

このヘイズ値の測定は、図４に示すように、ヘイズ測定器３を用いて行う。すなわち、光源４は、拡散層ＤＦを挟んでヘイズ測定器３とは反対側に配置される。また、ヘイズ測定器３は、拡散層ＤＦの法線方向Ｚに固定される。そして、この光源４を拡散層ＤＦの法線Ｚに対する所定軸方向Ｐへの倒れ角度θを振ったときに、拡散層ＤＦを透過した透過光のヘイズ値をヘイズ測定器３によって測定する。

ヘイズ値が極大値を持つ所定入射角度は、ブラックマトリクスＢＭからの反射光が干渉する反射角度付近に設定されることが望ましく、所定入射角度をどこに設定するか、そしてその時のヘイズ値をいくつに設定するかは、液晶表示パネルの仕様によって適宜決定されるものである。

ヘイズ値は大きければ大きいほど光干渉の抑制効果も大きいが、ヘイズ値にして９０％を超えるような大きな拡散度に設定した場合、文字を表示したときにボケて見えたり、正面の輝度が低下したりする問題が生じる。また、ヘイズ値の極大値が５％未満の場合、光干渉抑制効果が低減し、外部光源や干渉光の写り込みが生じてしまう。したがって、ヘイズ値は、５％以上９０％以下であることが望ましく、さらには２０％以上６０％以下であることがより望ましい。

さらに、ここで適用される拡散層ＤＦのヘイズ値は、対向基板２００の外面に配置された偏光板ＰＬ２自体のヘイズ値よりも大きくなるように設定されることが望ましい。すなわち、液晶表示パネルの画面への外部光源や干渉光の写り込みを防ぐために、偏光板ＰＬ２の外表面上などに光拡散層が設けられているが、画像コントラストの向上、見た目のクリア感などの観点から、この光拡散層を排除することが望まれている。したがって、偏光板ＰＬ２自体の光拡散性能は低く、当然のことながらヘイズ値も小さくなる。

そこで、偏光板ＰＬ２自体のヘイズ値よりも大きなヘイズ値を有するような拡散層ＤＦを偏光板ＰＬ２と対向基板２００との間に配置することで、外部光源や干渉光の写り込みを充分に抑制することが可能となる。

以上説明したように、この実施の形態に係る液晶表示装置によれば、アレイ基板上にカラーフィルタ層及びブラックマトリクスを有するＣＯＡ構造の透過型液晶表示パネルを備え、かつ、対向基板の液晶層側表面と偏光板の外表面との間に配置された少なくとも１層の拡散層を備えている。

このため、対向基板側の外面に、画像コントラストの向上や見た目のクリア感などの観点からその表面に拡散層を持たない偏光板を適用したとしても、外光が液晶表示パネルの内部に侵入し、アレイ基板上のブラックマトリクスで反射された場合、その反射光が拡散層を通ることで拡散され、画面上で干渉することがなく、室外でも光干渉による写り込みの少ない優れた表示性能を実現できる。

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、その実施の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。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の有効表示部の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、図２に示した液晶表示装置に適用可能な偏光板の構造を概略的に示す断面図である。 図４は、拡散層のヘイズ値を測定するための原理を説明するための図である。 図５は、画面への外部光源や干渉光の写り込みの一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１０…液晶表示装置、１２…有効表示部、１００…アレイ基板、１０３…配向膜、２００…対向基板、２０５…配向膜、３００…液晶層、ＰＬ１…偏光板、ＰＬ２…偏光板、ＤＦ…拡散層、ＢＭ…ブラックマトリクス

Claims (10)

1. カラーフィルタ層を備えた画素を区画するブラックマトリクスを有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に狭持された液晶層と、を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを前記アレイ基板の背面側から照明するバックライトユニットと、
   前記アレイ基板及び前記対向基板の外面にそれぞれ配置された偏光板と、
   前記対向基板の前記液晶層側表面と前記偏光板の外表面との間に配置された少なくとも１層の拡散層と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記拡散層は、前記対向基板上の前記偏光板側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記拡散層は、前記対向基板と前記偏光板との間に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記拡散層は、前記対向基板の外面に前記偏光板を接着するための接着層であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記拡散層は、前記液晶層を透過した透過光をランダムな方向に拡散させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記拡散層は、前記液晶層を透過した後に所定入射角度で前記拡散層に入射した光の拡散度が他の入射角度で入射した光より高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記拡散層は、ヘイズ値が５％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記拡散層のヘイズ値は、前記対向基板の外面に配置された前記偏光板のヘイズ値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記拡散層は、前記対向基板を構成する絶縁基板とこの絶縁基板の前記液晶層側に配置された対向電極との間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記拡散層は、前記対向基板の前記液晶層側に配置された対向電極に含まれることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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