(57)【要約】【課題】十分な応答速度を有し、かつ、視野角の均一性を有するフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置を実現する。【解決手段】液晶表示パネル１０の表面と背面に偏光板１１，１２が貼り付けられ、液晶表示パネル１０の背面にバックライト３０が配置し、液晶表示パネル１０の表面側に異方性拡散フィルム２０が配置している。液晶表示パネル１０とバックライト３０はフィールドシーケンシャル方式で駆動される。液晶表示パネル１０のコントラストの分布は、方位によって異なり、液晶表示パネル１０のコントラストが小さい方位と異方性拡散フィルム２０に平行光を入射した場合の出射強度の強い方位が一致する。これによって、コントラストが全方位において均一なフィールドシーケンシャル方式液晶表示装置が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板の間に液晶層が挟持され、前記第１の基板の外側に第１の偏光板が貼り付けられ、前記第２の基板の外側に第２の偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの背後にバックライトが配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記バックライトはフィールドシーケンシャル方式で駆動され、
前記液晶表示パネルの表示面側である前記第１の偏光板の上に異方性拡散フィルムが貼り付けられ、
前記液晶表示パネルのコントラストの分布は、方位によって異なり、
前記異方性拡散フィルムに平行光を入射した場合の出射強度は方位によって異なり、
前記液晶表示パネルの前記コントラストが小さい方位と前記異方性拡散フィルムに平行光を入射した場合の出射強度の強い方位が一致することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶表示パネルはＴＮ型液晶表示パネル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。
【請求項３】
前記異方性拡散フィルムの出射強度の強い方位は、プラス側の方位とマイナス側の方位とで異なることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバックライトを有する表示装置に係り、特にフィールドシーケンシャル方式を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バックライトを有する表示装置、例えば液晶表示装置では、画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることから色々な分野に使用されている。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。バックライトの利用効率を向上させるために、プリズムシート等を用いることによって、液晶表示パネルの面と垂直方向の光を多くする技術が存在する。
【０００４】
液晶表示装置では、視野角特性が問題である。特許文献１では、バックライト光にコリメート手段を用い、コリメートされたバックライトを用いることで高い視野角特性と高コントラストを可能にする構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１４４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
カラーフィルタを用いた液晶表示装置は、カラーフィルタによる光の吸収があるので、バックライトの利用効率が悪い。液晶表示装置の駆動方法として、いわゆるフィールドシーケンシャルによる駆動方法がある。フィールドシーケンシャルは、カラーフィルタを使用しなくとも動作することが出来るので、バックライトのエネルギー効率が優れている。
【０００７】
図１０は、フィールドシーケンシャルの原理を示す説明図である。図１０（ａ）は液晶表示パネルの表示領域に表示されるパターンを示しており、赤、緑、青、白の帯状パターンを表示する場合を示している。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の表示をするために、１フィールドを３サブフィールドに分割し、バックライトを赤、緑、青の点灯する様子を示している。すなわち、各色の点灯時期に応じて液晶表示パネルに印加する信号電圧を変化させて表示パターンを変化させることによって、３サブフィールド表示後に図１０（ａ）のようなパターンを視認させることが出来る。
【０００８】
図１０において、サブフィールド（１）では、バックライトのうち赤のみ点灯する。この時、赤画素（Ｒ）と白に対応する画素のみ透過している。サブフィールド（２）では、バックライトのうち緑のみ点灯する。この時、緑画素（Ｇ）と白に対応する画素のみ透過している。サブフィールド（３）では、バックライトのうち青のみ点灯する。この時、青画素（Ｂ）と白に対応する画素のみ透過している。
【０００９】
このように、例えば、赤のみを表示するときは、緑と青の光源は点灯する必要が無いのでエネルギー効率が優れている。図１０は最も一般的なＲＧＢの３サブフィールドの例を示しているが、本発明は、これに限らず、補色関係の色を発光させる、補色のフィールドシーケンシャル方式にも適用することが出来る。
【００１０】
フィールドシーケンシャルを実施するための最も大きな課題は、液晶の応答速度が遅いことである。液晶の応答は、一般に式（１）および式（２）によって表すことが出来る。
【００１１】
【数１】
2015132785.tif 000003
【００１２】
【数２】
2015132785.tif 000004
【００１３】
式（１）で表されるτoffは電圧をoffした時の応答時間であり、τonは電圧をonした時の応答時間である。γ1は液晶材料の回転粘性係数、dは液晶層のギャップ、Kは液晶材料の弾性定数、Δεは誘電率異方性である。
【００１４】
式（１）、式（２）からわかるように、液晶の応答時間は、ギャップの自乗に比例し、弾性定数に比例する。弾性定数は液晶の表示モードに依存する。液晶のモードによっては、応答時間は短いが、視野角の十分でないモードも存在する。また、視野角を広げる構成としたとき、コントラストが低下する場合がある。
【００１５】
本発明の課題は、フィールドシーケンシャル動作に十分な応答時間を有し、かつ、十分な視野角、あるいは、画面コントラストを有する液晶表示装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は以上のような課題を解決するものであり、主な手段は次のとおりである。
【００１７】
（１）第１の基板と第２の基板の間に液晶層が挟持され、前記第１の基板の外側に第１の偏光板が貼り付けられ、前記第２の基板の外側に第２の偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの背後にバックライトが配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記バックライトはフィールドシーケンシャル方式で駆動され、前記液晶表示パネルの表示面側である前記第１の偏光板の上に異方性拡散フィルムが貼り付けられ、前記液晶表示パネルのコントラストの分布は、方位によって異なり、前記異方性拡散フィルムに平行光を入射した場合の出射強度は方位によって異なり、前記液晶表示パネルの前記コントラストが小さい方位と前記異方性拡散フィルムに平行光を入射した場合の出射強度の強い方位が一致することを特徴とする液晶表示装置。
【００１８】
（２）前記液晶表示パネルはＴＮ型液晶表示パネルであることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１９】
（３）前記異方性拡散フィルムの出射強度の強い方位は、プラス側の方位とマイナス側の方位とで異なることを特徴とする（２）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フィールドシーケンシャルに十分な応答速度を有し、実用的な視野角特性とコントラスト特性を有するフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】バックライトの断面図である。
【図３】ＴＮ方式液晶表示パネルの動作を示す模式図である。
【図４】ＴＮ方式液晶表示パネルの視野角特性の方位角依存性を示す図である。
【図５】異方性拡散フィルムの背面に平行光を入射した場合の出射強度の方位角特性である。
【図６】図４の液晶表示パネルの表面に図５の異方性拡散フィルムを配置した場合の視野角特性の方位角依存性を示す図である。
【図７】異方性拡散フィルムの第１の例である。
【図８】異方性拡散フィルムの第２の例である。
【図９】異方性拡散フィルムの第３の例である。
【図１０】フィールドシーケンシャルの動作を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の内容を、実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明による液晶表示装置の分解斜視図である。図１の液晶表示装置は、フィールドシーケンシャル方式で動作する。図１において、液晶表示パネル１０にはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶表示パネルを使用する。ＴＮ方式は視野角特性が問題であるが、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔、すなわち、液晶層の層厚を小さくすることによって、応答速度を上げることが出来るので、フィールドシーケンシャル方式に好適である。
【００２４】
図１において、液晶表示パネル１０の背面には下偏光板１１、上面には上偏光板１２が配置される。下偏光板１１の下にはバックライト３０が配置し、上偏光板１１の上には異方性拡散フィルム２０が配置される。本発明の特徴は、図１に示すように、異方性拡散フィルム２０を液晶表示パネル１０よりも前面に配置することである。
【００２５】
図２は、図１のバックライト３０の例を示す断面図である。図２において、光源であるＬＥＤ３６が導光板３２のサイドに配置されている。ＬＥＤ３６は、赤、緑、青の光を発するものが導光板３２のサイドに配置される。導光３２の下には反射シート３１が配置され、光を液晶表示パネル方向に向けて反射する。
【００２６】
導光板３２の上には拡散シート３３が配置している。拡散シート３３の上には、下プリズムシート３４と上プリズムシート３５が配置している。下プリズムシート３４は、例えば、ｘ方向に広がろうとする光をｚ方向に集光する役割を有する。上プリズムシート３５は、例えば、ｙ方向に広がろうとする光をｚ方向に集光する役割を有する。プリズムシートによって、光の利用効率を向上させることが出来る。
【００２７】
図３は、本発明で使用されるＴＮ方式の液晶表示パネル１０の動作を示したものである。図３において、画素電極とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１００とコモン電極が形成された対向基板２００の間に液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の液晶と接する部分には液晶分子を初期配向させるための配向膜が形成されている。
【００２８】
ＴＦＴ基板１００の配向膜は、例えば、液晶分子３００をｙ軸方向に配向させるための配向処理がラビング等によって施されている。対向基板２００の配向膜は例えば、液晶分子３００をｘ軸方向に配向させるための配向処理がラビング等によって施されている。したがって、液晶分子３０は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間で９０度捩れることになる。
【００２９】
下偏光板１１を通過した光は直線偏光となっている。この光は、液晶層の旋光性によって偏光方向が９０度回転し、対向基板２００を通過し、上偏光板１２の透過軸を透過する。図３（ａ）は、この状態を示すものであり、下偏光板１１を通過した光は上偏光板１２から放射される。したがって、この場合は白表示となる。
【００３０】
ＴＦＴ基板１００の画素電極に十分な電圧を印加すると、液晶分子３００は対向基板２００側に向かって立ち上がる。このような状態においては、液晶層の旋光性は失われ、液晶層に入射した偏光光の偏光軸は回転しないので、光は液晶層によって遮光される。この状態を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）の状態は黒表示となる。
【００３１】
画素電極に中間調の電圧を印加すると、液晶層に入射した光は一部透過することが出来、中間調が表示される。この状態を図３（ｃ）に示す。ＴＮ方式の液晶表示パネルは、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔を小さくすることによって、液晶層に印加する電界を上げ、液晶の応答スピードを上げることが出来るので、フィールドシーケンシャル方式の表示装置には好適である。
【００３２】
しかしながら、ＴＮ方式の液晶表示パネル１０は、視野角特性が問題である。特に、視野角特性は、画面の方位角によって異なる。図４は、液晶表示パネル１０の視野角特性の方位角依存性を示す図である。図４において、Ｃ１が最もコントラストが高い領域であり、Ｃ２がその次にコントラストが高い領域である。
【００３３】
図４の場合は、画面の方位角が９０度―２７０度の方向でコントラストが高い。すなわち、この方位角において、良好な視野角を有している。１８０度の方向は、これに次いで視野角特性がよい。しかし、方位角が０度の場合は、視野角特性が悪く、視角を変えた場合に、コントラストが低下したり、色むらが発生したりしやすい。つまり、ＴＮ方式の液晶表示パネルは、視野角の均一性が悪い。
【００３４】
ＴＮ液晶表示パネルは、配向膜のラビング方向と４５度をなす方向において、視野角特性が良くなるという性質を有している。したがって、良好な視野角特性が必要な角度において視野角が良くなるように、ＴＦＴ基板および対向基板のラビング方向を調整すればよい。
【００３５】
しかし、視野角特性が画面の全方位にわたって均一であることが要請される場合もある。本発明は、液晶表示パネル１０の前面に異方性拡散フィルム２０を配置することによってこれを実現するものである。図５は、図４の液晶表示パネル１０の特性に対応した、異方性拡散フィルム２０の視野角特性を示すものである。
【００３６】
図５は異方性拡散フィルム２０の背面に平行光が入射した場合に、異方性拡散フィルム２０の表面から出射する光の量を方位角度ごとに示したものである。図５において、Ｄ１は光を最も強く出射する領域であり、Ｄ２はその次に光を強く出射する領域である。
【００３７】
図５において、異方性拡散フィルム２０は０−１８０度の方位に光を強く出射する領域が存在している。一方、９０度―２７０度の方位では、光を出射する量が小さい。これは、図４に示す液晶表示パネルのコントラストの方位角特性と逆の関係となっている。
【００３８】
したがって、図４に示す特性を持つ液晶表示パネル１０の表面に図５に示す異方性拡散フィルム２０を配置することによって、液晶表示装置としての視野角特性を全方位に亘って均一化することが出来る。図６は、図４に示す液晶表示パネル１０の表面に図５に示す異方性拡散フィルム２０を配置した場合の視野角特性を示す図である。
【００３９】
図６において、Ｅ１はコントラストが最も高い領域であり、Ｅ２はその次にコントラストが高い領域である。図６に示すように、コントラストが高い領域は、画面面内の全方位にわたって均一となっている。このように、液晶表示パネルの視野角特性を補償する特性を持つ異方性拡散フィルムを用いることによって、均一化することが出来る。
【００４０】
したがって、本発明の構成を用いることによって、フィールドシーケンシャルで必要な液晶の応答速度と視野角特性の均一化を実現することが出来る。本発明では、異方性拡散フィルムを液晶表示パネルの表面側に配置することが特徴となっている。
【００４１】
図７乃至９は、異方性拡散フィルム２０の例である。図７に示す異方性拡散フィルム２０は、アクリルあるいはポリカーボネートのような樹脂２１にグラスファイバ２２を、長軸がｙ方向になるように分散させた構成である。この場合、異方性拡散フィルム２０の背面から入射した光はｘ軸方向に多く散乱される。言い換えると、異方性拡散フィルム２０から出射する光は、ｘ軸方向の光の強度がｙ軸方向の光の強度よりも強い。
【００４２】
これは、図５に示す異方性拡散フィルム２０の特性と略略一致する。したがって、図７に示すような異方性拡散フィルム２０を図４の視野角特性を持つ液晶表示パネル１０の表面に配置することによって、視野角の均一性の優れた表示装置を実現することが出来る。
【００４３】
図８は、異方性拡散フィルム２０の他の例である。図８は、シートの表面にレンチキュラーレンズ状のマイクロレンズが多数形成されたものである。図８の異方性拡散フィルムは、ｘ方向に広がろうとする光をｚ軸方向に集める作用を示す。バックライトにおけるプリズムシートと同様な作用を持つが、拡散の特性は、レンチキュラーレンズのピッチや大きさを変えることによって制御することが出来る。
【００４４】
図８の異方性拡散フィルム２０は図５に示す異方性拡散フィルム２０の特性とは異なっているが、図８の異方性拡散フィルム２０を横方向にして液晶表示パネル１０の表面に配置することによって図５の異方性拡散フィルム２０と似た特性を得ることが出来る。
【００４５】
図７および図８に示す異方性拡散フィルム２０は、ｘ軸方向あるいはｙ軸方向に光を拡散したり、収束したりする特性を有するものであるが。図９に示す異方性拡散フィルムは、プラスあるいはマイナス方位に光を偏向させる例である。すなわち、図４に示すように、液晶表示パネル１０のコントラストは、ｘ軸上でも、０度方向と１８０度方向とで、異なる場合がある。このような場合には、図９の例のような異方性拡散フィルム２０を使用する必要がある。
【００４６】
図９において、異方性拡散フィルム２０の背面から入射した平行光は、異方性拡散フィルム２０によって、矢印のような方向に強く出射する。この方向を図４に示す０度の方向とすれば、表示装置全体として極めて均一な視野角を得ることが出来る。
【００４７】
図９は異方性拡散フィルム２０の断面図であるが、表面は鋸歯状のプリズム形状となっている。この鋸歯状のプリズムのピッチおよび高さを選定することによって、異方性拡散フィルムの拡散あるいは収束の方向、拡散あるいは収束の強さ等を制御することが出来る。
【００４８】
以上は液晶表示パネル１０がＴＮ方式の場合について説明したが、本発明は比較的応答速度が速いが視野角特性が十分でない、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｎｅｔ）方式の液晶表示パネルについても適用することが出来る。また、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示パネルの視覚特性のさらなる改善も可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…液晶表示パネル、  １１…下偏光板、  １２…上偏光板、  ２０…異方性拡散フィルム、  ２１…樹脂板、  ２２…グラスファイバ、  ３０…バックライト、  ３１…反射シート、  ３２…導光板、  ３３…拡散シート、  ３４…下プリズムシート、  ３５…上プリズムシート、  ３６…ＬＥＤ、  １００…ＴＦＴ基板、  ２００…対向基板、  ３００…液晶分子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015132785.tif 000009
【図６】
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【図７】
2015132785.tif 000011
【図８】
2015132785.tif 000012
【図９】
2015132785.tif 000013
【図１０】
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