JP2008083115A - 液晶装置、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光めがねをかけている観察者に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることのできる液晶装置を提供する。
【解決手段】液液晶装置は、液晶表示パネルと、第１の偏光板と、第２の偏光板と、半波長板と、を備える。液晶表示パネルは、２枚の基板の間に液晶を挟持してなる。偏光板は、例えば、上偏光板であり、２枚の基板のうち一方の基板上であって、液晶表示パネルの基板の液晶側とは反対側に設置されている。半波長板は、偏光板上に設置されている。半波長板の進相軸の方向は、偏光板の透過軸より出射された光の偏光方向を９０±１５[°]の範囲内の角度で回転させる方向となっている。このようにすることで、液晶装置は、透過軸の方向と垂直な方向に透過軸を有する偏光めがねをかけた観察者に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種情報の表示に用いて好適な液晶装置に関する。

液晶装置は、主に、液晶表示パネルと照明装置とより構成される。照明装置から出射された光は液晶表示パネルを透過し、これにより液晶表示パネルは照明される。液晶表示パネルは、２枚の基板に液晶を挟持してなる構造を有している。液晶表示パネルの照明装置側の外面上には、下偏光板が設置され、液晶表示パネルの観察者側の外面上には、上偏光板が設置される。液晶表示パネルは、液晶分子を反転させて、その配向を制御することで階調を変化させる。

一般的な液晶装置では、観察者が偏光サングラスなどの偏光めがねをかけて表示画面を見る場合を想定して、上偏光板は、その透過軸の角度が、表示画面の横方向又は縦方向に対して４５[°]となるように設定されている。しかし、このように、上偏光板の角度が規定されてしまうと、液晶表示パネルの液晶分子の反転方向も、それに合わせる必要があり、製造工程上、困難なことが多い。以下に示す特許文献１に記載された液晶装置では、１／４波長板を上偏光板と観察者の間に設置することで、上偏光板から出射された光を、直線偏光から円偏光に変換している。これにより、上偏光板の透過軸の角度がどのような角度であっても、偏光めがねをかけた観察者は、表示画面上に表示された表示画像を見ることができる。つまり、特許文献１に記載の液晶装置では、上偏光板の透過軸の角度、及び、液晶表示パネルの液晶分子の反転方向を、観察者に合わせて設定する必要がない。

特開平６−２５８６３３号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された１／４波長板を用いた液晶装置から出射された光の輝度は、通常の偏光サングラスなどの偏光めがねをかけないで表示画面を見た場合は１／４波長板を用いない一般的な液晶装置から出射された光の輝度と変わらないものの、偏光サングラスなどの偏光めがねをかけて表示画面を見た場合は低下してしまう。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、偏光めがねをかけている観察者に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることのできる液晶装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、液晶装置は、２枚の基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、前記２枚の基板のうち一方の基板上であって、前記液晶側とは反対側に設置されている偏光板と、前記偏光板上に設置されている半波長板と、を備え、前記半波長板の進相軸の方向は、前記偏光板の透過軸より出射された光の偏光方向を９０±１５[°]の範囲内の角度で回転させる方向となっている。
上記の液晶装置は、液晶表示パネルと、偏光板と、半波長板と、を備える。前記液晶表示パネルは、２枚の基板の間に液晶を挟持してなる。前記偏光板は、例えば、上偏光板であり、前記２枚の基板のうち一方の基板上であって、前記液晶表示パネルの前記基板の前記液晶側とは反対側に設置されている。前記半波長板は、前記偏光板上に設置されている。前記半波長板の進相軸の方向は、前記偏光板の透過軸より出射された光の偏光方向を９０±１５[°]の範囲内の角度で回転させる方向となっている。このようにすることで、液晶装置は、前記透過軸の方向と垂直な方向に透過軸を有する偏光めがねをかけた観察者に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。

上記の液晶装置の好適な実施例は、前記半波長板の進相軸の方向は、前記偏光板の透過軸に対し４５±１５[°]の範囲内の角度となる方向に合わされている。

本発明の他の観点では、上記の液晶装置を表示部として備える電子機器を構成することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の実施形態は、本発明の照明装置を液晶装置に適用したものである。

[液晶装置の構成]
図１は、本実施形態に係る液晶装置１００の断面図である。液晶装置１００は、主に、照明装置１０と、液晶表示パネル２０より構成される。照明装置１０は、主に、導光板１１と光源部１５より構成される。液晶表示パネル２０は、導光板１１の上面側に対向して配置される。また、照明装置１０は、導光板１１の下面側に反射シート１４を備える。

光源部１５は、導光板１１の端面１１ｃに配置され、点光源である複数のＬＥＤ１６を備える。

各ＬＥＤ１６から出射された光Ｌは、導光板１１の端面１１ｃより導光板１１内へ入る。導光板１１において、上面は、光を出射する出射面１１ａとして機能し、下面は、光を反射する反射面１１ｂとして機能する。光Ｌは、導光板１１の出射面１１ａと反射面１１ｂの間で反射を繰り返すことにより方向を変え、出射面１１ａより外部へ出射する。出射した光Ｌは、液晶表示パネル２０へ向けて進む。

液晶表示パネル２０は、導光板１１の発光面積とほぼ同一の表示面積を有する。液晶表示パネル２０は、ガラスなどの基板１及び２を、シール材３を介して貼り合わせてセル構造を形成し、その内部に液晶４を封入して構成される。基板１の内面上には、サブ画素毎に画素電極２１が配置され、基板２の内面上には、全面に共通電極２２、サブ画素毎に着色層６が配置される。なお、本実施形態に係る液晶表示パネル２０は、ＴＮ（Twisted Nematic）方式の液晶表示パネルであり、画素電極２１と共通電極２２との間に電圧を印加することにより、液晶４の液晶分子を反転させ、その配向を変化させる。

基板１の外面上には、下偏光板５ｂが設置され、基板２の外面上には、上偏光板５ａが設置される。偏光板は、光の振動を通過させる透過軸を有すると共に、当該透過軸に垂直な方向には、光の振動を吸収する吸収軸を有する。なお、本実施形態に係る液晶表示パネル２０として、ＴＮ方式の液晶表示パネルが用いられるので、下偏光板５ｂと上偏光板５ａは、下偏光板５ｂの透過軸と上偏光板５ａの透過軸とが互いに直交するように配置される。

照明装置１０と液晶表示パネル２０との間には、光学シートとして、例えば、拡散シート１２、プリズムシート１３が設けられる。拡散シート１２は、導光板１１より出射された光Ｌを全方位に拡散する役割を有する。プリズムシート１３は、その断面が複数の略三角形のプリズム形状を一つの方向に延在させた形状となっており、光Ｌを液晶表示パネル２０に集光する役割を有する。

照明装置１０から出射した光Ｌは、拡散シート１２及びプリズムシート１３を通過した後、下偏光板５ｂに入射する。光Ｌは、下偏光板５ｂを透過する際に直線偏光される。直線偏光された光Ｌは、液晶表示パネル２０に入射する。

液晶表示パネル２０は、先にも述べたように、ＴＮ方式の液晶表示パネルなので、画素電極２１と共通電極２２との間に電圧が印加されている場合には、液晶４に旋光性が生じる。そのため、この場合、液晶表示パネル２０に入射した光Ｌは、液晶４によって、その偏光方向が回転させられた後、上偏光板５ａに入射する。光Ｌは、液晶４によって、偏光方向が例えば９０[°]回転させられた場合には、上偏光板５ａの透過軸と同じ方向に偏光方向を有することとなるので、輝度を低下させることなく、上偏光板５ａを通過することができる。

一方、画素電極２１と共通電極２２との間に電圧が印加されていない場合には、液晶表示パネル２０に入射した光Ｌは、偏光方向が変えられることなく進み、上偏光板５ａに入射する。このとき、光Ｌは、上偏光板５ａの透過軸と垂直な方向、即ち、上偏光板５ａの吸収軸の方向に偏光方向を有しているので、上偏光板５ａを透過することはできない。

本実施形態では、観察者３０は、偏光サングラスなどの偏光めがね７をかけている。即ち、偏光めがね７は偏光板である。従って、液晶装置１００は、上偏光板５ａの光Ｌが出射する側に、言い換えると、観察者３側に、更にもう一つ、偏光板を有することとなる。そこで、本実施形態に係る液晶装置１００では、位相差板の一種たる半波長板６が上偏光板５ａの外面上に設置されている。後に詳しく述べるが、半波長板６は、光Ｌの偏光方向を偏光めがね７の透過軸に一致させる役割を有する。

（光の偏光方向）
次に、光Ｌの偏光方向について述べる。図２は、液晶装置１００における光Ｌの偏光方向を示す模式図である。図２において、各偏光板及び偏光めがねにおける透過軸、及び、半波長板における進相軸を、両端矢印の実線で示すこととし、光Ｌの偏光方向を両端矢印の破線で示すこととする。

図２において、紙面横方向Ｐｏｌに対し、下偏光板５ｂの透過軸５ｂｘの角度は９０[°]、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの角度は０[°]、偏光めがね７の透過軸７ｘの角度は９０[°]であるとする。この偏光めがね７の透過軸７ｘの角度は、一般的な偏光サングラスの透過軸の角度を想定している。即ち、偏光めがね７が一般的な偏光サングラスである場合、その透過軸は、観察者３０の左右の目を結んだ直線に対し垂直方向に設けられ、吸収軸は、透過軸と垂直な方向、即ち、左右の目を結んだ直線の方向に設けられる。なぜなら、一般的な偏光サングラスでは、海や川などの水面で反射された太陽の光の反射光によるぎらつきを抑えるために、水面に平行な方向に偏光方向を有する当該反射光を遮断する必要があるためである。

また、液晶表示パネル２０では、画素電極２１と共通電極２２との間に電圧が印加されており、液晶４によって光Ｌの偏光方向が９０[°]回転されるとする。

照明装置１０より出射された光Ｌは、下偏光板５ｂを透過する際、直線偏光される。透過軸５ｂｘの角度は、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]となっているので、下偏光板５ｂを透過する際に直線偏光された光Ｌの偏光方向は、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向となる。

下偏光板５ｂで偏光された光Ｌは、液晶表示パネル２０に入射する。このとき、光Ｌは、波線矢印２０Ｌｉｎで示す方向、即ち、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向に偏光方向を有している。液晶表示パネル２０では、液晶４によって、光Ｌの偏光方向が９０[°]回転されるので、液晶表示パネル２０を出射するときの光Ｌの偏光方向は、波線矢印２０Ｌｏｕｔで示す方向、即ち、紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向となる。

上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向と液晶表示パネル２０を出射した光Ｌの偏光方向は、どちらも紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向となっている。従って、光Ｌは、上偏光板５ａを透過することができる。

上偏光板５ａを透過した光Ｌは、半波長板６に入射する。このとき、光Ｌは、波線矢印６Ｌｉｎの方向、即ち、紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向に偏光方向を有している。半波長板は、位相差板の一種であり、光の進む速度が速い進相軸を有すると共に、当該進相軸に垂直な方向には、光の進む速度が遅い遅相軸を有する。半波長板は、入射光にπの位相差を与え、入射光の偏光方向が波長板の進相軸に対しφ[°]の角度で入射した時に、その偏光方向を２φ[°]回転させる光学素子である。例えば、図２に示す半波長板６では、その進相軸６ｘの方向は、上偏光板５ａの透過軸５ａｘに対し４５[°]の角度となる方向に合わされているため、半波長板６に入射した光Ｌの偏光方向（波線矢印６Ｌｉｎの方向）に対し４５[°]の角度をなしている。従って、半波長板６より出射された光Ｌの偏光方向は、半波長板６によって９０[°]回転された波線矢印６Ｌｏｕｔの方向、即ち、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向となる。

半波長板６より出射した光Ｌは、偏光めがね７に入射する。半波長板６より出射した光Ｌの偏光方向と偏光めがね７の透過軸７ｘは、どちらも紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向となっているので、光Ｌは、輝度を低下させることなく、偏光めがね７を透過することができ、観察者３０の目に入射することができる。

なお、上述の例では、半波長板６の進相軸６ｘの方向は、上偏光板５ａの透過軸５ａｘに対し４５[°]の角度となる方向に合わされているとしているが、これに限られるものではなく、実質的に同等の作用効果が得られる範囲、即ち、上偏光板５ａの透過軸５ａｘに対し４５±１５[°]の範囲内の角度となる方向に合わせる場合をも含む。

従って、半波長板６より出射した光Ｌの偏光方向（波線矢印６Ｌｏｕｔの方向）は、半波長板６によって９０[°]回転された方向としているが、これに限られるものではなく、代わりに、実質的に同等の作用効果が得られる範囲、即ち、９０±１５[°]の範囲内の角度で回転された方向とすることも含む。

言い換えると、半波長板６の進相軸６ｘの方向は、上偏光板５ａの透過軸より出射された光Ｌの偏光方向を９０±１５[°]の範囲内の角度で回転させる方向となっている。このようにすることで、液晶装置１００では、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向と垂直な方向に透過軸を有する偏光めがね７をかけた観察者に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。

また、上述の例では、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向は、紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向となっており、偏光めがね７の透過軸７ｘは紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向となっているとしているが、これに限られず、代わりに、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向は、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向とし、偏光めがね７の透過軸７ｘは紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向とした場合であっても、半波長板６の進相軸６ｘの方向を上偏光板５ａの透過軸５ａｘに対し４５±１５[°]の範囲内に合わせることにより、上述したのと同等の効果を得ることができる。

なお、上述の例では、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向を、紙面横方向Ｐｏｌに対し０[°]の方向とし、偏光めがね７の透過軸７ｘの方向を、紙面横方向Ｐｏｌに対し９０[°]の方向としている。しかし、これに限られるものではなく、代わりに、以下に述べるように、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向、偏光めがね７の透過軸７ｘの方向を夫々、任意の方向としても本発明を適用することができる。

図３に、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向を、紙面横方向Ｐｏｌに対し角度θの方向とし、偏光めがね７の透過軸７ｘの方向を、紙面横方向Ｐｏｌに対し角度αの方向とした場合における、光Ｌの偏光方向を示す。

図３において、半波長板６の進相軸６ｘの方向は、上偏光板５ａの透過軸５ａｘと偏光めがねの透過軸７ｘとのなす角を２等分する直線Ｑの方向と同じ方向となっている。即ち、半波長板６の進相軸６ｘの方向と上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向とのなす角、半波長板６の進相軸６ｘの方向と偏光めがねの透過軸７ｘとのなす角は、どちらも同じ角β（＝（α−θ）／２）となっている。

この場合であっても、上偏光板５ａより出射された透過軸５ａｘの方向に偏光方向を有する光Ｌ（偏光方向６Ｌｉｎ）は、半波長板６により、その偏光方向が２β回転される。従って、このとき、光Ｌの偏光方向は、紙面横方向Ｐｏｌに対し角度θの方向（偏光方向６Ｌｉｎ）から、紙面横方向Ｐｏｌに対し角度αの方向（偏光方向６Ｌｏｕｔ）へ変えられ、偏光めがね７の透過軸７ｘの方向と同じ方向となる。このようにすることで、光Ｌは、輝度を低下することなく偏光めがね７を透過することができる。つまり、上偏光板５ａの透過軸５ａｘの方向、偏光めがね７の透過軸７ｘの方向が夫々どの方向であっても、半波長板６を設置する際に、その進相軸６ｘの方向を、上偏光板５ａの透過軸５ａｘと偏光めがね７の透過軸７ｘとのなす角を２等分する直線Ｑの方向に合わせさえすれば、光Ｌを、その輝度を低下させることなく偏光めがね７に透過させることができる。

なお、上述の例では、半波長板６を設置する際に、その進相軸６ｘの方向を、上偏光板５ａの透過軸５ａｘと偏光めがね７の透過軸７ｘとのなす角を２等分する直線Ｑの方向に合わせるとしているが、これは、進相軸６ｘの方向を直線Ｑに完全に一致させる場合のみを指すのではなく、実質的に同等の作用効果が得られる範囲、即ち、進相軸６ｘの方向を直線Ｑの方向から±１５[°]の範囲内に合わせる場合をも含む。

半波長板６の遅相軸を用いた言い方をすれば、半波長板６を設置する際に、その遅相軸の方向を、上偏光板５ａの吸収軸と偏光めがね７の吸収軸とのなす角を２等分する直線の方向に合わせさえすれば、光Ｌを、その輝度を低下させることなく偏光めがね７に透過させることができる。これも、遅相軸の方向を、上偏光板５ａの吸収軸と偏光めがね７の吸収軸とのなす角を２等分する直線の方向に完全に一致させる場合のみを指すのではなく、実質的に同等の作用効果が得られる範囲、即ち、遅相軸の方向を、上偏光板５ａの吸収軸と偏光めがね７の吸収軸とのなす角を２等分する直線の方向から±１５[°]の範囲内に合わせる場合をも含む。

このようにすることで、液晶装置１００は、上偏光板５ａの透過軸の方向、及び、偏光めがね７の透過軸の方向に関係なく、観察者３０に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。

従って、例えば、偏光めがね７が先に述べた一般的な偏光サングラスである場合には、半波長板６の進相軸６ｘの方向を、上偏光板５ａの透過軸５ａｘと、観察者３０の左右の目を結ぶ直線に対し垂直な直線と、のなす角を２等分する直線の方向に合わせさえすれば、別の言い方で言うと、半波長板６の遅相軸の方向を、上偏光板５ａの吸収軸と観察者３０の左右の目を結ぶ直線とのなす角を２等分する直線の方向に合わせさえすれば、液晶装置１００は、一般的な偏光サングラスをかけた観察者３０に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。

[変形例]
上述の実施形態では、液晶表示パネル２０は、ＴＮ方式の液晶表示パネルであるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、ＶＡ（Vertical Aligned）方式の液晶表示パネルや、横電界方式の液晶表示パネルなどの他の液晶表示パネルを用いても良いのは言うまでもない。これらの液晶表示パネルであっても、上偏光板５ａと偏光めがね７の間に半波長板６を設置し、その進相軸の方向を、上偏光板５ａの透過軸と偏光めがね７の透過軸とのなす角を２等分する直線の方向に合わせさえすれば、液晶表示パネル２０から出射された光を、その輝度を低下させることなく、偏光めがね７に透過させることができる。これによっても、液晶装置１００は、上偏光板５ａの透過軸の方向、及び、偏光めがね７の透過軸の方向に関係なく、観察者３０に対し、輝度を低下させることなく、表示画像を見せることができる。

また、上述の実施形態では、偏光めがね７を用いるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、偏光板の機能を有する他の部材を用いるとしてもよいのは言うまでもない。

[電子機器]
次に、本発明に係る液晶装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図４を参照して説明する。

まず、本発明に係る液晶装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図４（ａ）は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶装置１００を適用した表示部７１３とを備えている。

続いて、本発明に係る液晶装置１００を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図４（ｂ）は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機７２０は、複数の操作ボタン７２１のほか、受話口７２２、送話口７２３とともに、本発明に係る液晶装置１００を適用した表示部７２４を備える。

なお、本発明に係る液晶装置１００を適用可能な電子機器としては、図４（ａ）に示したパーソナルコンピュータや図４（ｂ）に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。

本実施形態に係る液晶装置の概略構成を示す断面図である。 光Ｌの偏光方向を示す模式図である。 光Ｌの偏光方向を示す模式図である。 本発明の照明装置を適用した電子機器を示す概略図である。

符号の説明

５ａ 上偏光板、 ５ｂ 下偏光板、 ６ 半波長板、 ７ 偏光めがね、 １０ 照明装置、 １１ 導光板、 １５ 光源部、 １６ ＬＥＤ、 ２０ 液晶表示パネル、 １００ 液晶装置

Claims (3)

1. ２枚の基板の間に液晶を挟持してなる液晶表示パネルと、
   前記２枚の基板のうち一方の基板上であって、前記液晶側とは反対側に設置されている偏光板と、
   前記偏光板上に設置されている半波長板と、を備え、
   前記半波長板の進相軸の方向は、前記偏光板の透過軸より出射された光の偏光方向を９０±１５[°]の範囲内の角度で回転させる方向となっていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記半波長板の進相軸の方向は、前記偏光板の透過軸に対し４５±１５[°]の範囲内の角度となる方向に合わされていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 請求項１又は２に記載の液晶装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。

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