(57)【要約】【課題】  液晶表示装置を薄型化する。【解決手段】  液晶表示パネル１０２は、背面側透明基板３０４の内側に偏光層３０５を有している。背面側透明基板３０４の外側表面は、エッチングあるいはサンド・ブラストなどによって粗面化されている。液晶表示パネル１０２はバックライト・ユニット１０１上に配置され、粗面化された背面側透明基板３０４の外側表面は空気層に露出される。背面側透明基板３０４の粗面化された外側表面が、入射光の効果的な拡散機能を有するので、バックライト・ユニット１０１の拡散板の数を低減することができる。これによって、部品点数の低減及び液晶表示装置の薄型化を図ることができる。【選択図】  図３
2005134693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入された液晶層と、
を備え、
前記第１の透明基板の外側表面は、入射した光を拡散するように粗面化されている、液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層を挟むように配置された、第１の偏光層と第２の偏光層とを、さらに備え、
前記第１の偏光層は、前記第１の透明基板の内面側に形成されている、
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の透明基板の粗面化された外側表面は空気層に露出している、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶表示装置は、面状光を出射するバックライト・ユニットをさらに備え、
前記第１の基板の粗面化された外側表面は、前記バックライト・ユニットと対向するように配置されている、
請求項１から３のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、特に、液晶表示装置の透明基板の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、その他各種モニタ用の画像表示装置として、あるいは、携帯電話の表示画面やテレビ受像機として、液晶表示装置の普及は目覚しいものがある。液晶表示装置は、典型的には、液晶表示パネルと、その背面に配置されたバックライト・ユニットとを有する。液晶表示パネルは、その透過光を制御することにより、画像表示を行う。バックライト・ユニットは、典型的には、光源とその光源の光を効果的に液晶表示パネルに出射するために、複数の光学部材を有している。バックライト・ユニットの光源としては、冷陰極管や発光ダイオードが知られている。
【０００３】
図４は、従来の典型的な液晶表示装置４００の概略構成を示す断面図である。液晶表示装置４００は、サイド・ライトタイプのバックライト・ユニット４０１と、液晶表示パネル４０２とを有している。バックライト・ユニット４０１は、線状光源としての冷陰極管４０３、冷陰極管４０３からの光を導き拡散することによって面状光を生成する導光板４０４と備えている。導光板４０４の背面には、反射シート４０５が配置されている。導光板４０４の上面、つまり、表示面側には、２枚のプリズム・シート４０６、４０７が導光板４０４上に積層配置されている。プリズム・シート４０６、４０７としては、プリズム構造部が表示面側を向く上向きプリズム・シートを使用することができる。さらに、プリズム・シート４０７の上には、表示面での光を均一化する拡散シート４０８が配置されている。
【０００４】
冷陰極管４０３からの光は導光板４０４内に入射し、全反射を繰り返しながら導光板４０４内を伝播する。導光板４０４の背面に形成されたドット・パターンによって全反射条件を満たさなくなった一部の光は、導光板４０４の前面から表示面側に出射される。又、一部の光は導光板４０４の背面から出射して反射シート４０５によって反射され、導光板４０４内に再入射する。導光板４０４の上面からの光は、プリズム・シート４０６、４０７によって表示面と垂直な方向に集光され、拡散シート４０８に入射する。拡散シート４０８は、入射光を拡散することによって輝度を均一化する機能を有する。
【０００５】
液晶表示パネル４０２は、２枚のガラス基板４０９、４１０の間に液晶を封入し、液晶に印加する電界を制御することによって、透過光量を制御することができる。背面ガラス基板４０９の外側表面と、前面ガラス基板の外側表面のそれぞれには、偏光板４１１、４１２が付着されている。例えば、液晶表示パネル典型的な例であるＴＮタイプの液晶表示パネルにおいては、偏光板４１１、４１２とは、それぞれの透過軸が垂直もしくは平行となるように配置される。偏光板４１１を透過した直線偏光は、液晶によって偏光軸が制御され、偏光板４１２を透過する光の光量が制御される。
【０００６】
市場の動向として、液晶表示装置の薄型化の要求がますます強くなっている。液晶表示装置を薄型化する方法として、液晶表示パネルのガラス基板を薄くする方法、あるいは、導光板を薄くする方法が一般に行われている。しかし、ガラス基板を薄くすると、液晶表示パネルの強度が低下する問題がある。一方、導光板を薄くすると、バックライト・ユニットの輝度が低下する問題がある。この他、液晶表示パネルを薄型化する方法として、ガラス基板の内側の偏光層を形成し、背面ガラス基板を導光板として使用する液晶表示パネルが提案されている（特許文献１を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記技術を背景としてなされたものであって、本発明の一つの目的は、液晶表示装置の薄型化に寄与することである。本発明の他の目的は、液晶表示装置の表示面での輝度の均一化を図ることである。本発明の他の目的は、液晶表示装置の部材点数を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、液晶表示装置であって、第１の透明基板と、第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封入された液晶層と、を備え、前記第１の透明基板の外側表面は、入射した光を拡散するように粗面化されている。この構成を有することによって、液晶表示装置の表示面での輝度の均一化を図ることができる。
【００１０】
前記液晶表示装置は、前記液晶層を挟むように配置された、第１の偏光層と第２の偏光層とを、さらに備え、前記第１の偏光層は、前記第１の透明基板の内面側に形成されていることが好ましい。これによって、液晶表示装置の薄型化に寄与することができる。
【００１１】
さらに、前記第１の透明基板の粗面化された外側表面は空気層に露出していることが好ましい。これによって、より効果的に光を拡散することができる。
【００１２】
前記液晶表示装置は、面状光を出射するバックライト・ユニットをさらに備え、前記第１の基板の粗面化された外側表面は、前記バックライト・ユニットと対向するように配置されていることが好ましい。これによって、バックライトからの光を効果的に均一化して利用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、液晶表示装置を薄型化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００１５】
図１は、本発明の液晶表示装置の一例である、本実施の形態における液晶表示モジュールの全体構成を説明するための分解斜視図である。図１は、サイドライト型のバックライト・ユニットを有する液晶表示モジュール１００の概略を示している。図１に於いて、１０１はバックライト・ユニット、１０２は駆動回路１１０、１１１が取り付けられた液晶表示パネルである。液晶表示パネル１０２は駆動回路１１０、１１１によって駆動され、バックライト・ユニット１０２からの光の透過を制御することによって、画像を表示することができる。液晶表示パネル１０２の構成については、後に詳述される。
【００１６】
バックライト・ユニット１０１は、プリズム・シート１０３、導光板１０４、反射シート１０５、フレーム１０６、冷陰極管１０７、及びランプ・リフレクタ１０８によって構成されている。図１に示すように、表示面側から、プリズム・シート１０３、導光板１０４、反射シート１０５の順に積層されて配置されている。プリズム・シート１０３は、光を集光することにより表示正面の輝度を向上させる。プリズム・シート１０３は、典型的には、ポリエチレン・テレフタレート等の基材フィルムの上に有機樹脂で凹凸構造を形成するによって構成することができる。
【００１７】
導光板１０４、は線状光源である冷陰極管１０７からの光を導き拡散させ、面状光を出射する。導光板１０４はアクリルなどの樹脂によって形成することができる。反射シート１０５は導光板１０４から入射した光を表示面側に反射する。プリズム・シート１０３、導光板１０４、反射シート１０５等のバックライト・ユニット１０１の部品は、フレーム１０６内に収容されている。フレーム１０６は、典型的には、ポリカーボネート等の有機樹脂で形成することができる。
【００１８】
線状光源としての冷陰極管１０７は、筒状のランプ・リフレクタ１０８の内側に配置されている。光源としては、線状光源である冷陰極管１０７の他、点光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diodes）などを利用することができる。ランプ・リフレクタ１０８は、内面に白反射層もしくはＡｇ反射層が形成されている真鍮、あるいは白樹脂などで形成することができる。１０９は液晶表示パネル１０２とバックライト・ユニット１０１を外側から保持、保護するベゼルである。ベゼル１０９は、樹脂もしくは金属などによって形成される。
【００１９】
図２は、本実施形態における液晶表示モジュール１００の概略構成を示す断面図である。図２において、図１と同一の要素には、同一の符号が付されている。１０４ａは冷陰極管１０７に対向し、冷陰極管１０７からの光を入射する光入射面、１０４ｂは導光板の上面であって、液晶表示パネル１０２に向かって光を出射する光出射面、１０４ｃは光出射面に対向する、導光板の背面である。導光板の背面上１０４ｃには、多数の凹構造部もしくは凸構造部のパターンが形成されている。あるいは、ドット印刷あるいは加工処理によって形成されたドット・パターンが形成されている。
【００２０】
本形態においては、プリズム・シート１０３として、下向きプリズム・シートが例示されている。プリズム・シート１０３は、その一つの表面上に光の集光作用を有するプリズム構造部が複数形成されている。プリズム構造部が導光板１０４側を向いて配置されるものを、一般に下向きプリズム・シートと呼ぶ。複数のプリズム構造部の断面は鋸歯状であり、稜線部がプリズム・シートの一つの側辺から反対の側辺に延びている。稜線部が光入射面１０４ａとほぼ平行な方向に延びるようにプリズム・シート１０３は配置されている。
【００２１】
典型的には、導光板の光出射面１０４ｂには、光入射面１０４ａからその対向面にむかって延びる、複数の断面三角形状のプリズム構造部や異方製回折格子などが形成されている。尚、プリズム・シート１０３は、プリズム構造部が上を向くように配置される上向きプリズム・シートを使用することも可能である。典型的には、上向きプリズム・シートは２枚一組で使用され、各プリズム・シートの稜線部が直交するように配置される。
【００２２】
バックライト・ユニット１０１の光学的作用について、図２を用いて説明する。冷陰極管１０７からの光は、光入射面１０４ａから導光板１０４内に入射し、反射を繰り返しながら導光板１０４内を進行する。進行する光の一部は、導光板１０４の上面１０４ｂから液晶表示パネル１０２側に出射されこれによって、光源１０７からの光を面状光として液晶表示パネル１０２に照射することができる。
【００２３】
導光板の背面１０４ｃに凹凸構造部が形成されている場合を例として説明する。導光板１０４内の光は、導光板１０４の背面１０４ｃ表面に形成された多数の凹凸構造部によって、光出射面１０４ｂへの入射角が変化されることにより、光出射面１０４ｂから射出する。凹凸構造部の斜面に入射した光の一部は反射され、一部は透過する。導光板１０４の背面側には、反射シート１０５が配置されている。導光板１０４の背面１０４ｃから出射した光は反射シート１０５で反射され、導光板１０４に再入する。
【００２４】
凹凸構造部によって反射された光と反射シート１０５によって反射された光とは、導光板１０４の光出射面１０４ｂに入射する。光出射面１０４ｂへのこれらの入射角は臨界角よりも小さいので、入射光は光出射面１０４ｂから出射する。光出射面１０４ｂからの光は、下向きプリズム・シート１０３内で反射され、液晶表示パネル１０２側に出射する。プリズム・シート１０３によって、光は表示面の正面方向に集光される。
【００２５】
本形態における液晶表示パネル１０２について説明する。液晶表示パネル１０２は、複数の画素から構成される表示領域とその周囲に形成された周辺領域とを有している。図１に示すように、周辺領域にはドライバＩＣ１１０、１１１が接続される。液晶表示パネル１０２の表示領域内の各画素は、ＲＧＢいずれかの色表示を行う。白黒ディスプレイにおいては、白から黒の間で変化するモノトーン表示を行う。アクティブマトリックス型の液晶表示パネルは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチ素子がアレイ上に形成されたアレイ基板と、アレイ基板に対向して配置される対向基板を有している。
【００２６】
カラー液晶表示パネルにおいて、対向基板上にカラー・フィルタ層が形成される。アレイ基板上の表示領域内には、複数の信号線とゲート線がマトリックス状に配設される。信号線とゲート線とはお互いにほぼ直角に重なるように配設される。各画素は、ドライバＩＣから入力される信号電圧に基づき液晶に電界を印加する。このドライバＩＣは、典型的には、図１に示すようにＴＡＢによってアレイ基板に接続されるが、アレイ基板のガラス基板上に直接に設けられることもある。
【００２７】
典型的には、信号線用の複数のソース・ドライバＩＣ１１０が、ＴＦＴアレイ基板のＸ軸側に設けられ、ゲート電圧を制御するゲート線用の複数のゲート・ドライバＩＣ１１１が、Ｙ軸側に設けられる。ソース・ドライバＩＣ１１０から入力される電圧が、ＴＦＴのソース／ドレインを介して画素電極に送られ、アレイ基板上の画素電極と対向基板上の共通電極とが液晶に電界を印加する。この電圧を変えることにより液晶への印加電圧を変化させることができ、液晶の光の透過率を制御する。共通電極に共通電位を与える回路は、制御回路基板（不図示）上に構成される。
【００２８】
液晶表示パネル１０２は、上記のアクティブマトリックス型の他に、スイッチング素子を有していない単純マトリックス型などが知られている。この他、液晶表示パネルのタイプとして、ＴＮ（Twisted Nematic）タイプの液晶表示パネル、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）タイプの液晶表示パネル、画素電極と共通電極が同一基板上に形成されたＩＰＳ（In Plane Switching）タイプの液晶表示パネルなどが知られている。本発明は、これらのような様々なタイプの液晶表示パネルに適用可能である。
【００２９】
図３は、本発明の一例としての液晶表示パネル１０２の概略構成を示す断面図である。図３はＴＦＴカラー液晶表示パネルの一部の構成を例示している。液晶表示モジュール１００において、図３に示された液晶表示パネル１０２の下側に、バックライト・ユニット１０１が配置される。バックライト・ユニット１０１と液晶表示パネル１０２とは、それらの間に空気層があるように重ねられて配置される。本発明の実施の形態においては、偏光層３０２が前面側透明基板３１１と背面側透明基板３０４の間に設けられている。又、背面側透明基板３０４の外側表面が、拡散機能を有するように粗面化されている。
【００３０】
図３に示すように、液晶表示パネル１０２は、ＴＦＴアレイ回路が形成されるアレイ基板３０１と、アレイ基板に対向した配置され、カラー・フィルタが形成される対向基板３０２とを有している。アレイ基板３０１と対向基板３０２とは、外周領域に形成される封止材３０３によって接着固定されており、２つの基板３０１、３０２の間には、液晶材料が封入されている。アレイ基板３０１と対向基板３０２との間は、ビーズ・スペーサや柱状スペーサ（不図示）によって、所定間隔になるように維持されている。
【００３１】
対向基板３０２は、表示側の背面、つまり、バックライト・ユニット１０１側にガラスもしくは樹脂によって形成される背面側透明基板３０４を有している。背面側透明基板３０４の外側表面には偏光板が固着されることなく、空気層に露出している。また、背面側透明基板３０４の外側表面にはエッチング処理もしくはサンド・ブラスト処理などが施され、粗面化されている。
【００３２】
背面側透明基板３０４の外側表面が粗面であることによって、バックライト・ユニット１０１からの面状光を拡散することができる。背面側透明基板３０４の外側表面の拡散層は、バックライト・ユニット１０１からの光を拡散することにより、液晶表示パネル１０２の表示面での輝度の均一化に寄与することができる。外側表面を均一に粗面化するほか、面内輝度のバラツキに応じて、粗面の程度を変化させることができる。例えば、暗い部を強く荒らすことによって、面内輝度のバラツキを押さえることができる。
【００３３】
背面側透明基板３０４の外側表面の粗面の程度は、好ましくは、平均粗さＲｚ＝約３〜２０μｍ、もしくは、粗面のヘイズ値が約５０〜９０％である。例えば、ガラス基板をエッチング処理によって粗面化処理する例として、ガラス・エッチング剤として弗化アンモニウムと４０％溶液の弗化水素酸を準備し、弗化アンモニウムが３８％、弗化水素が１５％となるように調整した。ガラス・エッチング剤によって、表面粗度がＲｚ＝５．５μｍ、ヘイズ値が８０％であるガラス基板を得ることができた。
【００３４】
背面側透明基板３０４の内側表面上には偏光層３０５が形成されている。偏光層３０５は、塗布工程によって背面側透明基板３０４の内側表面上に形成され、特定の透過軸と平行な振動方向を有する直線偏光のみ通過させる。偏光層３０５は、例えば約５００ｎｍの厚さに形成することができる。偏光層３０５は、配向処理を施した背面側透明基板３０４上に染料を配列させたり、染料塗布後に光を照射することにより染料を配向させたり、さらには、染料塗布時の塗布方向に沿って染料を配向させることにより、吸収軸を規定する。偏光層３０５の塗布方法については、例えば、米国特許第６１７４３９４号に開示された方法を用いることができる。
【００３５】
偏光層３０５の上には、カラー・フィルタ層３０６が形成されている。典型的には、赤、緑、青のいずれの色のカラー・フィルタ層３０６が、所定の色配置に従って各画素に形成される。偏光層３０５の上のカラー・フィルタ層３０６の周囲には、樹脂もしくはクロムなどの金属で形成されるブラック・マトリックス層３０７が形成されている。ブラック・マトリックス層３０７は、コントラストの向上やＴＦＴのアモルファスシリコンへの光の照射を防止するためにバックライト・ユニット１０１からの光の遮光を行う。
【００３６】
カラー・フィルタ層３０６とブラック・マトリックス層３０７の上には、保護層３０８が形成されている。さらに、保護層３０８の上に、液晶に電界を印加する共通電極として機能する透明電極層である、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極層３０９が形成されている。ＩＴＯ電極層３０９は、基板内側において連続する単一層として形成されている。ＩＴＯ電極層３０９上には、液晶の配列と傾きを制御する配向膜３１０が形成されている。配向膜３１０は、典型的には、ポリイミド層をラビング処理することによって形成される。
【００３７】
アレイ基板３０１は、ガラスもしくは樹脂材料によって形成される前面側透明基板３１１を有している。前面側透明基板３１１の外側表面上には、偏光板３１２が固着されている。偏光板３１２は、偏光層３０５の所定方向に振動する直線偏光のみを透過することによって、液晶層を透過した光の透過光量を規制することができる。偏光板３１２の透過軸は、液晶表示パネルのモードに応じて、偏光層３０５の透過軸と垂直もしくは平行に配置される。
【００３８】
前面側透明基板３１１の内側表面には、アレイ回路が形成されている。アレイ回路は、スイッチ素子としてのＴＦＴ３１３及び液晶に電界を印加する画素電極３１４を有している。ＴＦＴ３１３は、アモルファスシリコンもしくはポリシリコンを使用して形成することができる。画素電極３１４は、共通電極と同様に、ＩＴＯで形成される。ＴＦＴ３１３及び画素電極３１４は画素毎に形成され、ドライバＩＣ１１０、１１１からの制御信号及び表示信号に従って、選択された画素電極３１４が、ＩＴＯ電極層３０９との間において液晶に表示電界を印加する。アレイ回路上には、液晶の配列と傾きを制御する配向膜３１５が形成されている。配向膜３１５の配向方向は、配向膜３１０と９０°ねじれるように形成される。
【００３９】
バックライト・ユニット１０１からの光は、空気層を介して背面側透明基板３０４の外側表面に入射する。背面側透明基板３０４の外側表面は粗面化されており、入射した光は拡散されて背面側透明基板３０４内を伝播する。背面側透明基板３０４の外側表面には偏光板が付着されておらず、空気層との界面に拡散機能を有する粗面が形成されているため、屈折率差が大きく、より大きな拡散の効果を発揮することができる。
【００４０】
入射光の内、偏光層３０５の透過軸に平行な方向に振動する直線偏光のみが偏光層３０５を透過する。入射した光の一部はブラック・マトリックス層３０７によって遮断され、一部はカラー・フィルタ層３０６を透過する。印加電界によって制御される液晶状態に従って、液晶層に入射した光の直線偏光の偏光軸が回転され、もしくは回転されることなく、入射光は液晶層を通過する。
【００４１】
液晶層を通過した光は、前面側透明基板３１１を通過して、前面側透明基板３１１の外側表面に付着されている偏光板３１２に入射する。入射光の内、偏光板３１２の透過軸に平行な振動成分の直線偏光のみが透過する。これによって、液晶への印加電界によって、表示面側に照射される光の光量が制御される。
【００４２】
以上のように、本実施形態において、偏光層が透明基板の間に形成されているので、偏光板を基板外側表面に付着する場合に比較して、液晶表示パネルの厚さを薄くすることができる。偏光板の厚さが０．２ｍｍほどである場合、内側に約５００ｎｍの偏光層を形成することによって、約薄０．２ｍｍの薄型化を図ることができる。あるいは、背面側透明基板の外側表面を粗面化することによって拡散機能を付加しているので、バックライト・ユニットの拡散板の数を低減することができる。これによって、部材点数の低減および液晶表示モジュールの薄型化に寄与することができる。例えば、拡散板が約０．１ｍｍの厚さを有している場合、基板の内側に形成された偏光層の効果と合わせることによって、液晶表示モジュールの厚さをおよそ０．３ｍｍ薄くすることができる。
【００４３】
特に、偏光板を背面側透明基板の外側表面に付着することなく、その露出した外側表面を粗面化することによって、拡散機能を有する粗面とバックライト・ユニットとの間に空気層が形成され、空気層と背面側透明基板との間の大きな屈折率差によって大きな拡散効果を奏することができる。
【００４４】
尚、前面基板もしくは背面基板の一方の外側表面を粗面化することによって、表示パネルの拡散機能を付加することができる。しかし、特に背面基板の外側表面を粗面化することによって、バックライト・ユニットの拡散板数低減の効果を奏することができる。一方の基板内側のみに偏光層を形成するのではなく、前面基板及び背面基板の双方の内側に偏光層を形成し、各基板外側表面を粗面化することも可能である。尚、偏光層は透明基板の内側表面上に形成するほか、カラー・フィルタ層上など、基板上に形成された他層の上に形成することができる。本実施形態において、バックライト・ユニットは拡散板を有していないが、さらに光の均一化を図るために、バックライト・ユニットは拡散板を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態における液晶表示モジュールの概略構成を示す、分解斜視図である。
【図２】本実施形態における液晶表示モジュールの概略構成を示す、断面図である。
【図３】本実施形態における液晶表示パネルの概略構成を示す、断面図である。
【図４】従来の技術における液晶表示モジュールの概略構成を示す、断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  液晶表示モジュール、１０１  バックライト・ユニット、
１０２  液晶表示パネル、１０３  プリズム・シート、１０４  導光板、
１０５  反射シート、１０６  フレーム、１０７  冷陰極管、
１０８  ランプ・リフレクタ、１１０、１１１  駆動回路、
３０１  アレイ基板、３０２  対向基板、３０３  封止剤、
３０５  偏光層、３０４  背面側透明基板、３０６  カラー・フィルタ層、
３０７  ブラック・マトリックス層、３０８  保護層、
３０９  ＩＴＯ電極層、３１０  配向膜、３１１  前面側透明基板、
３１２  偏光板、３１３  ＴＦＴ、３１４  画素電極
【図１】
2005134693.tif 000003
【図２】
2005134693.tif 000004
【図３】
2005134693.tif 000005
【図４】
2005134693.tif 000006