JP2007114394A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、表示装置に関する。 The present invention relates to a display device.
近年、表示装置として、液晶表示装置および有機EL表示装置等が用いられている。例えば、液晶表示装置は様々な分野に応用され、ノートパソコン、モニタ、カーナビゲーション・システム、関数電卓、中小型TV、大型TV、携帯電話、電子手帳等の電子機器に用いられている。 In recent years, liquid crystal display devices, organic EL display devices, and the like have been used as display devices. For example, liquid crystal display devices are applied to various fields and are used in electronic devices such as notebook computers, monitors, car navigation systems, scientific calculators, small and medium-sized TVs, large-sized TVs, mobile phones, and electronic notebooks.
これらの電子機器の中でも電子手帳、PDA(パーソナルデジタルアシスタント)、携帯電話、タブレットパソコン(PC)、ノートPC等は、軽薄短小である特徴からして携帯して利用される機会が多い。また、POP(point of purchase)用途、ATM(automated teller machine)用途、券売機用途に用いられる液晶表示装置は公共の場で利用される機会が多い。 Among these electronic devices, electronic notebooks, PDAs (Personal Digital Assistants), mobile phones, tablet personal computers (PCs), notebook PCs, and the like are frequently used by being carried around because of their small and thin features. In addition, liquid crystal display devices used for POP (point of purchase) applications, ATM (automated teller machine) applications, and ticket vending machine applications are often used in public places.
これらの用途において、使用状況によっては他人に表示内容を識別されては困る場合がある。例えば、携帯電話やPDA、タブレットPCにプライベートな内容を公共の場において表示している場合である。こうした場合、視野角は狭いほうが望ましい。しかしながら、複数の人で表示画像を観察する機会もあることから視野角を制御できる機能を有していることが望まれている。視野角特性の問題は、携帯機器および公共情報端末機器に共通した問題である。 In these applications, it may be difficult for others to identify the display contents depending on the usage situation. For example, it is a case where private contents are displayed on a mobile phone, PDA, or tablet PC in a public place. In such a case, it is desirable that the viewing angle is narrow. However, since there are opportunities for a plurality of people to observe the display image, it is desired to have a function of controlling the viewing angle. The problem of viewing angle characteristics is a problem common to mobile devices and public information terminal devices.
近年、液晶表示装置やブラウン管(CRT)の視野角を制御する手段として、着脱可能なルーバーシート(例えば3M製のライトコントロールフィルム)が利用されている(例えば、特許文献1参照)。また、偏光板を用いる液晶表示装置においては、観察者側の偏光板を設けない構成とし、偏光メガネをかけたときのみ表示が識別できるシステムも応用されている。 In recent years, a detachable louver sheet (for example, a 3M light control film) has been used as a means for controlling the viewing angle of a liquid crystal display device or a cathode ray tube (CRT) (for example, see Patent Document 1). In addition, in a liquid crystal display device using a polarizing plate, a system in which a polarizing plate on the viewer side is not provided and the display can be identified only when polarizing glasses are applied is also applied.
従来のルーバーシートは視野角を十分狭くさせるためにシート法線方向に数ミリ程度の遮光層を設けている。このため、ルーバーシートを用いた方法では、光の透過率が低い問題を有している。ルーバーシートの製造工程も複雑で製造コストも高い。ルーバーシートを着脱する際に手間がかかる問題も有している。また、偏光メガネを用いた方法では、不特定の人に表示画像を見せることができない問題が生じる。
上記視野角特性の問題を解決するため、液晶表示パネルに視野角制御用の液晶素子を設けて視野角を制御する液晶表示装置が開発されている。しかしながら、複数の液晶素子を設けるため、液晶表示装置全体が厚くなり、重くなってしまう。例えば、通常の液晶表示パネルに、視野角制御用の光位相制御液晶素子および光拡散制御用の輝度視角制御液晶素子を加えて視野角制御可能な液晶表示装置を形成した場合、通常の液晶表示装置と比較して非常に厚くなり、また重量も増えてしまう。 In order to solve the above-mentioned problem of viewing angle characteristics, a liquid crystal display device has been developed in which a liquid crystal element for viewing angle control is provided on a liquid crystal display panel to control the viewing angle. However, since a plurality of liquid crystal elements are provided, the entire liquid crystal display device becomes thick and heavy. For example, when a liquid crystal display device capable of controlling the viewing angle is formed by adding an optical phase control liquid crystal element for controlling the viewing angle and a luminance viewing angle controlling liquid crystal element for controlling the light diffusion to a normal liquid crystal display panel, It becomes very thick compared to the device, and the weight also increases.
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性の制御が可能な表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a display device capable of suppressing thickness and weight and controlling display characteristics.
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る表示装置は、
画像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタとを備えていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, a display device according to an aspect of the present invention includes:
A display panel for displaying images,
The display panel is provided with a color filter mixed with a plurality of luminance viewing angle control liquid crystal materials capable of controlling the diffusion state of transmitted light.
また、本発明の他の態様に係る表示装置は、
アレイ基板と、前記アレイ基板に隙間を置いて対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板間に狭持された液晶層とを備えた表示パネルと、
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタと、
前記対向基板に対向配置され、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御液晶パネルと、
前記アレイ基板に対向配置され、平行度の高い光を前記アレイ基板に出射するバックライトユニットと、
前記アレイ基板およびバックライトユニット間に配置された第1偏光板と、
前記位相制御液晶パネルに対して前記表示パネルと反対側に配置された第2偏光板とを備えていることを特徴としている。
In addition, a display device according to another aspect of the present invention includes:
A display panel comprising: an array substrate; a counter substrate disposed opposite to the array substrate with a gap; and a liquid crystal layer sandwiched between the array substrate and the counter substrate;
A color filter provided with the display panel and mixed with a plurality of luminance viewing angle control liquid crystal materials capable of controlling a diffusion state of transmitted light;
A phase control liquid crystal panel having another liquid crystal layer disposed opposite to the counter substrate and capable of controlling a phase state of light emitted from the display panel;
A backlight unit disposed opposite to the array substrate and emitting light with high parallelism to the array substrate;
A first polarizing plate disposed between the array substrate and the backlight unit;
A second polarizing plate disposed on the opposite side of the display panel with respect to the phase control liquid crystal panel is provided.
この発明によれば、厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性の制御が可能な表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a display device capable of suppressing thickness and weight and capable of controlling display characteristics.
以下、図面を参照しながらこの発明に係る表示装置を液晶表示装置に適用した第1の実施の形態について詳細に説明する。
図1に示すように、液晶表示装置は、画像を表示する表示パネルとしての液晶表示パネル1、位相制御液晶パネル3、バックライトユニット4、第1偏光板5、第2偏光板6および駆動部7を備えている。
Hereinafter, a first embodiment in which a display device according to the invention is applied to a liquid crystal display device will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device includes a liquid
液晶表示パネル1は、TN(ツイステッドネマティック)モードの液晶表示パネルとして構成されている。液晶表示パネル1は、アレイ基板11、対向基板12、第1液晶層13およびカラーフィルタ2を備えている。アレイ基板11は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板14と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の画素電極15と、これら画素電極を含むガラス基板上に形成された配向膜16と、を有している。また、アレイ基板11は、ガラス基板14上に形成された図示しない各種配線やスイッチング素子としてのTFT(薄膜トランジスタ)等を有している。
The liquid
対向基板12は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板17と、このガラス基板上に形成された対向電極20と、この対向電極上に形成されたカラーフィルタ2と、このカラーフィルタ上に形成された共通電極18と、共通電極およびガラス基板上に形成された配向膜19とを有している。画素電極15、対向電極20および共通電極18は、ITO(インジウム・ティン・オキサイド)等の透明な導電材料により形成されている。配向膜16および配向膜19には、プレチルト角が5°となるようにラビングが施されている。
The counter substrate 12 is a
カラーフィルタ2は、複数の赤色の着色層2R、複数の緑色の着色層2Gおよび複数の青色の着色層2Bを有している。このため、対向電極20および共通電極18は、これらの着色層2R、2G、2Bを挟んで対向配置されている。図1および図2に示すように、着色層2Rの他、着色層2G、2Bには、複数の粒状の輝度視角制御液晶材2aが混入されている。着色層2R、2G、2Bは、輝度視角制御液晶材2aが混入された着色レジストを順番にパターニングして形成されている。輝度視角制御液晶材2aは液晶ポリマ30で形成されている。
The
図1に示すように、アレイ基板11および対向基板12は、複数のスペーサ21により所定の隙間を保持して対向配置されている。アレイ基板11および対向基板12は、画素電極15および共通電極18が対向しているとともに、画像を表示する表示領域R1を有している。なお、上記カラーフィルタ2は、表示領域R1に配置されているため、液晶表示パネル1は、カラー表示が可能である。この実施の形態において、カラーフィルタ2は、表示領域R1に重なった光拡散制御領域R2を有している。このため、後述するが、輝度視角制御液晶材2aを形成する液晶ポリマ30は、光拡散制御領域R2の輝度視角制御液晶材を透過するバックライトユニット4から放出される光の拡散状態を制御可能である。拡散状態を制御する際は、液晶ポリマ30に電圧を印加して、共通電極18および対向電極20間の電位差を制御することで行う。
As shown in FIG. 1, the
アレイ基板11および対向基板12は、表示領域R1の外側で両基板の周縁部に配置された矩形状のシール材22により互いに接合されている。第1液晶層13は、アレイ基板11、対向基板12およびシール材22の間に狭持されている。
The
第1液晶層13の層厚は、5.0μmである。第1液晶層13を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差(Δn)は、590nmの波長に対して0.092である。液晶分子の捩れ角は90°、捩れピッチは60μmである。液晶分子の捩れは左回りである。
The layer thickness of the first
位相制御液晶パネル3は、第1基板41、この第1基板に所定の隙間を保持して対向配置された第2基板42および第2液晶層43を有している。第1基板41は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第1シート44aと、この第1シート上に配設されているとともにITO等の透明な導電材料により形成された第1電極46aと、この第1電極上に配設された第1配向膜47aとを有している。
The phase control
第2基板42は、透明な絶縁基板として、例えばポリエステルフィルムやガラスからなる矩形状の第2シート44bと、この第2シート上に配設されているとともにITO等の透明な導電材料により形成された第2電極46bと、この第2電極上に配設された第2配向膜47bとを有している。第1配向膜47aおよび第2配向膜47bには、プレチルト角5°となるようラビングが施されている。この実施の形態において、ガラス基板17および第1シート44aは一体に形成されている。このため、液晶表示パネル1の対向基板12および位相制御液晶パネル3の第1基板41は透明な共通基板51を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。
The
第1基板41および第2基板42は、第1配向膜47aおよび第2配向膜47bが対面するように対向配置され、複数のスペーサ48により所定の隙間を置いて保持されている。スペーサ48は、絶縁材料で構成されている。第1電極46aおよび第2電極46bは絶縁状態に維持されている。第1基板41および第2基板42は、第1電極46aおよび第2電極46bが対向した領域であるとともに、これら第1基板および第2基板間を透過する光の位相状態を制御可能な位相制御領域R3を有している。この実施の形態において、位相制御領域R3は、上述した表示領域R1および光拡散制御領域R2と重なっている。
The
第1基板41および第2基板42は、位相制御領域R3の外側で、第1電極46aおよび第2電極46bの周縁部に配置された矩形状のシール材49により互いに接合されている。第2液晶層43は、第1基板41、第2基板42およびシール材49の間に狭持されている。
The
第2液晶層43の層厚は、5.0μmである。第2液晶層43を構成する液晶材料には、以下に示す特性が得られるよう所定のカイラル材が添加されている。液晶材料の屈折率異方性の差(Δn)は、590nmの波長に対して0.072である。液晶分子の捩れ角は450°、捩れピッチは3.92μmである。液晶分子の捩れは左回りである。
The layer thickness of the second
上記した第2液晶層43は、第1基板41および第2基板42間を透過する光の位相状態を制御する機能を有している。より詳しくは、第2液晶層43は、液晶分子の配向を制御することで視野角を制御している。第2液晶層43の液晶分子の配向を制御する際は、位相制御液晶パネル3に電圧を印加して、第1電極46aおよび第2電極46b間の電位差を制御することで行う。
The second
バックライトユニット4は、アレイ基板11の外面側に設けられている。バックライトユニット4は、アレイ基板11に対向配置されているとともに導光板を含む導光体4aと、この導光体の一側縁に対向配置された光源4bおよび反射板4cとを有している。
The
バックライトユニット4は、導光体4aの表面に対向して配置された高集光性のプリズムシート4dを有している。プリズムシート4dは、導光体4aから出射されるバックライト光の平行度(指向性)を高める機能を有している。プリズムシート4dは、通常ノートPC用の液晶表示装置などに用いるプリズムシートより平行度を高める構造である。プリズムシート4dとしては、長瀬産業製のコリメートシート等、出射されるバックライト光の平行度が極めて高くなるものが用いられている。このため、バックライトユニット4は、平行度の高い光をアレイ基板11に出射することができる。
The
第1偏光板5は、アレイ基板11およびバックライトユニット4間に配置されている。より詳しくは、第1偏光板5はアレイ基板11の外面に配置されている。なお、第1偏光板5は糊を介してアレイ基板11の外面に貼り合せても良い。第2偏光板6は、位相制御液晶パネル3に対して液晶表示パネル1と反対側に配置されている。より詳しくは、第2偏光板6は、第2基板42の外面に配置されている。なお、第2偏光板6は糊を介して第2基板42の外面に貼り合せても良い。第1偏光板5および第2偏光板6は、クロスニコル配置されている。このため、液晶表示パネル1は、電圧印加状態で黒色表示となるノーマリーホワイト表示となる。
The first polarizing plate 5 is disposed between the
駆動部7は、液晶表示パネル1に駆動電圧を印加して表示状態を制御する。駆動部7は、表示モードに対応してカラーフィルタ2および位相制御液晶パネル3に駆動電圧を印加する。
The
ここで、本願発明者等は、カラーフィルタ2および位相制御液晶パネル3に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態の2通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。
Here, the inventors of the present application display an image using a liquid crystal display device in two states, a state in which a driving voltage is applied to the
その際、駆動部7は、TFTを介して駆動電圧4Vにて液晶表示パネル1を駆動した。カラーフィルタ2には10Vの駆動電圧を印加し、位相制御液晶パネル3にも10Vの駆動電圧を印加した。また、バックライトユニット4は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度0lx(ルクス)の環境下に配置した。
At that time, the driving
まず、カラーフィルタ2(共通電極18および対向電極20間)および位相制御液晶パネル3(第1電極46aおよび第2電極46b間)に駆動電圧を印加していない状態の第1表示方式における各種表示特性について説明する。
First, various displays in the first display method in a state where no driving voltage is applied to the color filter 2 (between the
30cd/m2以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±60°と広く、コントラスト比10:1以上の視野角も左右方向で±80°と十分広い。また、正面輝度は300cd/m2と十分高い。このことから、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2や位相制御液晶パネル3を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは500:1であり、位相制御液晶パネル3を設けない構造と同等の高い値が得られる。
A viewing angle having a luminance of 30 cd / m 2 or more is as wide as ± 60 ° in the left-right direction, and a viewing angle with a contrast ratio of 10: 1 or more is sufficiently wide as ± 80 ° in the left-right direction. Further, the front luminance is sufficiently high at 300 cd / m 2 . From this, the front luminance and the luminance viewing angle equivalent to the case where an image is displayed using a liquid crystal display device configured without providing the
次に、カラーフィルタ2(共通電極18および対向電極20間)に10Vの駆動電圧を印加するとともに、位相制御液晶パネル3(第1電極46aおよび第2電極46b間)に10Vの駆動電圧を印加している状態の第2表示方式における各種表示特性について説明する。
Next, a driving voltage of 10V is applied to the color filter 2 (between the
30cd/m2以上の輝度を有した視野角は左右方向で±20°と十分狭く、コントラスト比10:1以上の視野角は左右方向で±15°と十分狭い。コントラスト比1:1以上の視野角は左右方向で±20°と十分狭く、左右視野20°以上では表示画像を全く識別できない状態となった。 A viewing angle having a luminance of 30 cd / m 2 or more is sufficiently narrow as ± 20 ° in the left-right direction, and a viewing angle having a contrast ratio of 10: 1 or more is sufficiently narrow as ± 15 ° in the left-right direction. The viewing angle with a contrast ratio of 1: 1 or more was sufficiently narrow as ± 20 ° in the left-right direction, and the display image could not be identified at all when the left-right viewing angle was 20 ° or more.
また、正面輝度は600cd/m2であり、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。正面コントラストは1000:1であり、位相制御液晶パネル3を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶パネルに駆動電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。
Further, the front luminance is 600 cd / m 2 , and the front luminance is double that when an image is displayed using a conventional liquid crystal display device configured without the
次に、位相制御液晶パネル3がこの位相制御液晶パネルを透過する光の位相状態を制御することにより、液晶表示装置の視野角を制御する原理について、図3ないし図8を用いて説明する。
Next, the principle of controlling the viewing angle of the liquid crystal display device by the phase control
視野角特性のなかで特に重要な特性は、コントラスト視角特性および輝度視角特性である。このうち、コントラスト視角特性は黒色表示時の視角特性に大きく左右される。TNモードのように第1液晶層13の液晶分子13aがほぼ垂直に配列した状態を用いる表示モードにおいては、優れた黒色表示特性を得るため、液晶分子13aがほぼ垂直に配列した状態にて黒色表示をすることが多い。しかしながら、液晶分子13aがほぼ垂直に配列した状態では、斜め視野において位相差が発生する。およそ液晶材料の屈折率異方性の差(Δn)と液晶層厚と視角とを乗じた位相差が発生する。
Among the viewing angle characteristics, particularly important characteristics are contrast viewing angle characteristics and luminance viewing angle characteristics. Among these, the contrast viewing angle characteristic greatly depends on the viewing angle characteristic during black display. In the display mode using the state in which the
図5および図6に示すように、本実施の形態の場合、+480nm(×視角)の位相差が発生している。しかしながら、図1、図3および図4に示すように、第1電極46aおよび第2電極46b間に駆動電圧を印加していない状態での第2液晶層43の位相差は−480nm(×視野)となるため、第1液晶層13の位相差と合わせた位相差はゼロとなる。上記したことから、液晶表示装置に第2液晶層43を備えた位相制御液晶パネル3を設けることにより、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を広くすることができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the case of the present embodiment, a phase difference of +480 nm (× viewing angle) is generated. However, as shown in FIGS. 1, 3, and 4, the phase difference of the second
一方、図1、図7および図8に示すように、第1電極46aおよび第2電極46b間に駆動電圧を印加し、液晶分子43aの捩れを解き、液晶分子43aをほぼ垂直に配向させた状態では、第1液晶層13同様、正の一軸性となる(+640nm)。このため、第1液晶層13の位相差と合わせた位相差は+1120nmとなる。上記したことから、液晶表示装置に第2液晶層43を備えた位相制御液晶パネル3を設けることにより、この位相制御液晶パネルを設けない構成とした場合と比較してコントラスト視角特性を著しく狭くすることができる。
On the other hand, as shown in FIGS. 1, 7 and 8, a driving voltage is applied between the
ここで、輝度視角制御液晶材2aを形成する液晶ポリマ30について説明する。図9および図10に示すように、液晶ポリマ30にはポリマ(ポリマネットワーク)31が形成されているとともに液晶分子32が析出されている。液晶ポリマ30の液晶分子32の配向はほぼランダムとみなすことができる。ポリマ31の屈折率は液晶分子32の常光屈折率に等しい。
Here, the
なお、輝度視角制御液晶材2aは、屈折率異方性の差(Δn)が0.23であるネマティック液晶に光架橋性ポリマ(polymer)を2wt%溶解した液晶材料に紫外線を照射して、ポリマ(ポリマネットワーク)31を形成するとともに液晶分子32を析出した材料が固まって形成されている。
The luminance viewing angle control
次に、液晶ポリマ30が、この液晶ポリマを透過する光の拡散状態を制御することにより、液晶表示装置の輝度視角を制御できる原理について図1、図9および図10を用いて説明する。
Next, the principle that the
共通電極18および対向電極20間に駆動電圧が印加されていない状態(図9)において、液晶分子32の配向はほぼランダムである。このため、屈折率は、常光屈折率および異常光屈折率の平均となる。これに対し、ポリマ31の屈折率は液晶分子32の常光屈折率に等しい。このため、屈折率異方性の差(Δn)は、上述した屈折率異方性の差(Δn)の半分、つまり0.115程度となり、屈折率に差が生じることとなる。
In a state where a drive voltage is not applied between the
また、ポリマ31は、ランダムな3次元構造からなっているので、上記プリズムシート4dを透過した平行度の高いバックライト光は液晶ポリマ30にて拡散される。このため、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合と同様、広い輝度視角が得られる。
Further, since the
液晶ポリマ30の液晶分子32がほぼ垂直に配向するよう、共通電極18および対向電極20間に十分な駆動電圧が印加されている状態(図10)において、液晶分子32の配向はほぼ垂直となる。このため、液晶ポリマ30に入射する光の進行方向に対する屈折率は常光屈折率となる。これに対し、ポリマ31の屈折率は析出した液晶分子32の常光屈折率に等しい。このため、ポリマ31および液晶分子32間に屈折率差は生じず、プリズムシート4dを透過したバックライト光は液晶ポリマ30をそのまま透過する。
In a state where a sufficient driving voltage is applied between the
上述したように、プリズムシート4dにより十分に高められた平行度の高い光が液晶表示パネル1から出射される。このため、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに狭い輝度視角が得られる。この際、正面輝度は、輝度視角を絞っている分、その従来の液晶表示装置を用いた場合よりもはるかに高くなる。
As described above, light with high parallelism sufficiently enhanced by the
上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置の液晶表示パネル1は、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を含んでいる。共通電極18および対向電極20間に駆動電圧を印加し、液晶ポリマ30により視野角を狭く制御した状態では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。液晶表示装置は、別途、輝度視角制御用のパネルを設けることなく輝度視角を制御できるため、全体の厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性を制御することができる。また、表示画面の正面方向に出射光を集中させた場合、バックライト強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減することができる。
According to the liquid crystal display device configured as described above, the liquid
液晶表示装置は位相制御液晶パネル3を備えている。位相制御液晶パネル3は、第2液晶層43を有している。第2液晶層43は、液晶表示パネル1を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶パネル3は視野角やコントラスト視角も制御できる。
The liquid crystal display device includes a phase control
このため、モバイルPC、携帯電話、PDA、電子手帳、およびタブレットPC等、公共の場で使用する場合であっても、上記表示方式を切替えることにより、他人に表示内容識別されては困る場合には視野角を狭く、また複数の観察者で表示画像を観察する場合には視野角を広くすることができる。これにより、他人に表示内容を覗かれる心配を排除することができる。また、複数の観察者が表示画面を同時に、かつ、良好に視認できるようにもできる。この際、第1電極46aおよび第2電極46b間に印加する電圧を制御することにより、容易に視野角を制御することができる。このような表示特性を制御する際、消費電力を殆ど増大させることなく制御できる。液晶表示装置の表示方式を制御する際は、スイッチやボリューム1つで制御することができる。
For this reason, even if it is used in public places such as mobile PCs, mobile phones, PDAs, electronic notebooks, and tablet PCs, it is difficult to identify the display contents by others by switching the display method. Can narrow the viewing angle, and can widen the viewing angle when a display image is observed by a plurality of observers. As a result, it is possible to eliminate the worry of others looking into the display contents. It is also possible for a plurality of observers to view the display screen simultaneously and satisfactorily. At this time, the viewing angle can be easily controlled by controlling the voltage applied between the
MVAモードやTNモード、ホモジニアスモード(HOMOモード)、ハイブリッドアラインネマティックモード等、ネマティック液晶を略垂直から水平配向、傾斜配向およびこれらに捩れを有する配向へと制御する液晶表示装置において、第1偏光板5および第2偏光板6は、ネマティク液晶が略垂直に配向した状態(駆動電圧印加状態)にて黒色表示となるように配置されている。この状態では、第1液晶層13は、光学的に見て、ほぼ正の一軸性結晶とみなすことができる。従って、表示画面の斜め方向への視野においては、位相差が生じるので、表示画面の正面から観察する場合と比較してコントラスト比が低くなる。
In a liquid crystal display device that controls nematic liquid crystal from substantially vertical to horizontal alignment, tilt alignment, and alignment having twist in these, such as MVA mode, TN mode, homogeneous mode (HOMO mode), and hybrid aligned nematic mode, the first polarizing plate 5 and the 2nd
また、第2液晶層43において、液晶材料の屈折率異方性の差(Δn)は小さく、液晶分子の捩れピッチは短く、液晶分子の捩れ角は450°である。第2液晶層43は、第1液晶層13と比較しても十分に旋光性が小さい。このため、第1電極46aおよび第2電極46b間に電圧を印加していない状態において、第2液晶層43は、負の一軸性結晶とみなせる位相差板となる。
In the second
従って、この状態では、略垂直に配向した状態の第1液晶層13の位相差を第2液晶層43が補償することにより、斜め方向の視野におけるコントラストの低下を抑制することができる。特に、第1液晶層13の位相差の絶対値、および第2液晶層43の位相差の絶対値が一致しているとその効果は最大となる。また、第1液晶層13および第2液晶層43の捩れ方向を一致させることにより、第2液晶層43が液晶表示パネル1(TNモード)の左右視角を拡大するように作用する。
Therefore, in this state, the second
上記した効果は、第2液晶層43の液層分子の捩れ角を以下のように制御した場合に効果的である。位相制御液晶パネル3に駆動電圧を印加した状態で、液晶分子を第1基板41平面および第2基板42平面に対して略垂直に配向させるとともに、駆動電圧を印加しない状態で、液晶分子を捩れ角360°以上に配向させる場合。若しくは、位相制御液晶パネル3に駆動電圧を印加しない状態で液晶分子を第1基板41平面および第2基板42平面に対して略垂直に配向させるとともに、駆動電圧を印加した状態で、液晶分子を捩れ角360°以上に配向させる場合である。
The effect described above is effective when the twist angle of the liquid layer molecules of the second
位相制御液晶パネル3は、液晶表示パネル1および第2偏光板6の間に位置するよう配置されている。これにより、第2偏光板6は、偏光子の役割を果たす。この場合、第2偏光板6を表示画面側である第2シート44b外面上に図示しない糊を介して貼り付けることが望ましい。貼り付けない場合、位相制御液晶パネル3および第2偏光板6間に空気界面が存在し、また、間隙が狭いとニュートンリング縞が視認されるようになり問題となる。逆に、位相制御液晶パネル3および第2偏光板6間の隙間が広いと、間隙を維持するスペーサなどが必要となるほか、液晶表示装置全体の厚みを増大させることとなる。
The phase control
対向基板12および第1基板41は共通基板51を有し、それぞれ同一の基板で構成されている。ガラス基板14、第2シート44bおよび共通基板51の3枚の基板を用いて液晶表示パネル1および位相制御液晶パネル3が形成されているため、液晶表示装置全体の厚さおよび重量をさらに軽減することができる。また、液晶表示装置が共通基板51を有していない場合、液晶表示パネル1および位相制御液晶パネル3を、間隙を設けずに貼り合せることが望ましい。位相制御液晶パネル3の第1シート44aおよび第2シート44bを、可暁性のあるプラスチックや薄板ガラスで構成した場合、位相制御液晶パネルは、図示しない糊を介して液晶表示パネル1に貼り付ければ良い。
The counter substrate 12 and the
輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2および位相制御液晶パネル3の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、液晶ポリマ30および第2液晶層43の双方に印加する駆動電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。
By providing both the
次に、この発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第1の実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 Next, a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail. In this embodiment, other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
図11に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル1、位相制御液晶パネル3、バックライトユニット4、第1偏光板5、第2偏光板6および駆動部7を備えている。カラーフィルタ2は、アレイ基板11に設けられている。
As shown in FIG. 11, the liquid crystal display device includes a liquid
アレイ基板11は、ガラス基板14と、このガラス基板上にマトリクス状に形成された複数の対向電極20と、ガラス基板および対向電極上に形成されたカラーフィルタ2と、カラーフィルタ上にマトリクス状に形成された複数の画素電極15と、配向膜16とを有している。画素電極15および対向電極20は、着色層2R、2G、2Bを挟んで対向配置されている。なお、着色層2R、2G、2Bに複数の輝度視角制御液晶材2aが混入されていることは言うまでもない。
The
ここで、本願発明者等は、カラーフィルタ2および位相制御液晶パネル3に駆動電圧を印加している状態および印加していない状態の2通りにおいて、液晶表示装置を用いて画像を表示し、輝度視角、コントラスト視角、正面輝度および正面コントラスト特性の各種表示特性を調査した。
Here, the inventors of the present application display an image using a liquid crystal display device in two states, a state in which a driving voltage is applied to the
その際、駆動部7は、TFTを介して駆動電圧4Vにて液晶表示パネル1を駆動した。カラーフィルタ2には10Vの駆動電圧を印加し、位相制御液晶パネル3にも10Vの駆動電圧を印加した。また、バックライトユニット4は点灯した状態とし、液晶表示装置を照度0lxの環境下に配置した。
At that time, the driving
まず、カラーフィルタ2(画素電極15および対向電極20間)および位相制御液晶パネル3(第1電極46aおよび第2電極46b間)に駆動電圧を印加していない状態の第1表示方式における各種表示特性について説明する。
First, various displays in the first display method in a state where a drive voltage is not applied to the color filter 2 (between the
30cd/m2以上の輝度を有した視野角は、左右方向で±60°と広く、コントラスト比10:1以上の視野角も左右方向で±80°と十分広い。また、正面輝度は300cd/m2と十分高い。このことから、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2や位相制御液晶パネル3を設けずに構成された液晶表示装置を用いて画像を表示した場合と同等の正面輝度および輝度視角を得ていることが判る。また、正面コントラストは500:1であり、位相制御液晶パネル3を設けない構造と同等の高い値が得られる。
A viewing angle having a luminance of 30 cd / m 2 or more is as wide as ± 60 ° in the left-right direction, and a viewing angle with a contrast ratio of 10: 1 or more is sufficiently wide as ± 80 ° in the left-right direction. Further, the front luminance is sufficiently high at 300 cd / m 2 . From this, the front luminance and the luminance viewing angle equivalent to the case where an image is displayed using a liquid crystal display device configured without providing the
次に、カラーフィルタ2(画素電極15および対向電極20間)に10Vの駆動電圧を印加するとともに、位相制御液晶パネル3(第1電極46aおよび第2電極46b間)に10Vの駆動電圧を印加している状態の第2表示方式における各種表示特性について説明する。
Next, a driving voltage of 10V is applied to the color filter 2 (between the
30cd/m2以上の輝度を有した視野角は左右方向で±20°と十分狭く、コントラスト比10:1以上の視野角は左右方向で±15°と十分狭い。コントラスト比1:1以上の視野角は左右方向で±20°と十分狭く、左右視野20°以上では表示画像を全く識別できない状態となった。 A viewing angle having a luminance of 30 cd / m 2 or more is sufficiently narrow as ± 20 ° in the left-right direction, and a viewing angle having a contrast ratio of 10: 1 or more is sufficiently narrow as ± 15 ° in the left-right direction. The viewing angle with a contrast ratio of 1: 1 or more was sufficiently narrow as ± 20 ° in the left-right direction, and the display image could not be identified at all when the left-right viewing angle was 20 ° or more.
また、正面輝度は600cd/m2であり、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を設けずに構成された従来の液晶表示装置を用いて画像を表示した場合の倍の正面輝度が得られる。正面コントラストは1000:1であり、位相制御液晶パネル3を設けない構造とした場合や、この位相制御液晶パネルに駆動電圧を印加していない状態よりも高い値が得られる。
Further, the front luminance is 600 cd / m 2 , and the front luminance is double that when an image is displayed using a conventional liquid crystal display device configured without the
上記のように構成された液晶表示装置によれば、液晶表示装置の液晶表示パネル1は、輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を含んでいる。画素電極15および対向電極20間に駆動電圧を印加し、液晶ポリマ30により視野角を狭く制御した状態では、表示画面の正面方向に出射光を集中させることができる。液晶表示装置は、別途、輝度視角制御用のパネルを設けることなく輝度視角を制御できるため、全体の厚さおよび重さを抑えることができ、表示特性を制御することができる。また、表示画面の正面方向に出射光を集中させた場合、バックライト強度を弱めても十分な輝度を得ることができるため、消費電力を低減することができる。
According to the liquid crystal display device configured as described above, the liquid
液晶表示装置は位相制御液晶パネル3を備えている。位相制御液晶パネル3は、第2液晶層43を有している。第2液晶層43は、液晶表示パネル1を透過したバックライト光の位相差や進行方向を制御できる。上述したように、位相制御液晶パネル3は視野角やコントラスト視角も制御できる。
The liquid crystal display device includes a phase control
輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2および位相制御液晶パネル3の双方を設けることにより、コントラスト視角および輝度視角を同時に制御することが可能となる。これらの制御は、液晶ポリマ30および第2液晶層43の双方に印加する駆動電圧を制御することにより、最も広視角な状態から最も狭視角な状態の間でアナログ的に自由にできる。
By providing both the
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、表示装置は有機EL表示装置であっても良い。この場合、画像を表示する表示パネルとしての有機EL表示パネルに複数の輝度視角制御液晶材2aが混入されたカラーフィルタ2を設ければ良い。特に、有機EL表示パネルの複数の画素を形成する有機EL素子が白色発光する場合に有効である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention. For example, the display device may be an organic EL display device. In this case, a
1…液晶表示パネル、2…カラーフィルタ、2a…輝度視角制御液晶材、2R,2G,2B…着色層、3…位相制御液晶パネル、4…バックライトユニット、5…第1偏光板、6…第2偏光板、7…駆動部、11…アレイ基板、12…対向基板、13…第1液晶層、15…画素電極、17…ガラス基板、18…共通電極、20…対向電極、30…液晶ポリマ、31…ポリマ、41…第1基板、42…第2基板、43…第2液晶層、44a…第1シート、51…共通基板。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタとを備えていることを特徴とする表示装置。 A display panel for displaying images,
A display device comprising: a color filter provided in the display panel and mixed with a plurality of luminance viewing angle control liquid crystal materials capable of controlling a diffusion state of transmitted light.
前記カラーフィルタは、前記アレイ基板または対向基板に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The display panel includes an array substrate, a counter substrate disposed opposite to the array substrate with a gap, and a liquid crystal layer sandwiched between the array substrate and the counter substrate,
The display device according to claim 1, wherein the color filter is provided on the array substrate or the counter substrate.
前記アレイ基板は、前記カラーフィルタを挟んで対向配置された複数の画素電極および複数の対向電極を備え、
前記輝度視角制御液晶材は、前記画素電極および対向電極間の電位差を制御することにより、前記透過される光の拡散状態を制御可能であることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 The color filter is provided on the array substrate,
The array substrate includes a plurality of pixel electrodes and a plurality of counter electrodes arranged to face each other across the color filter,
The display device according to claim 3, wherein the luminance viewing angle control liquid crystal material can control a diffusion state of the transmitted light by controlling a potential difference between the pixel electrode and the counter electrode.
前記複数の画素電極および複数の対向電極は前記複数の着色層を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。 The color filter includes a plurality of colored layers of red, green, and blue mixed with the luminance viewing angle control liquid crystal material,
The display device according to claim 5, wherein the plurality of pixel electrodes and the plurality of counter electrodes are arranged to face each other with the plurality of colored layers interposed therebetween.
前記第1基板は前記対向基板に対向配置され、
前記対向基板および第1基板は共通基板を有していることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。 The phase control liquid crystal panel includes a first substrate and a second substrate disposed to face each other with the other liquid crystal layer interposed therebetween,
The first substrate is disposed opposite to the counter substrate;
The display device according to claim 7, wherein the counter substrate and the first substrate have a common substrate.
前記表示パネルに設けられているとともに、透過される光の拡散状態を制御可能な複数の輝度視角制御液晶材が混入されたカラーフィルタと、
前記対向基板に対向配置され、前記表示パネルから出射される光の位相状態を制御可能な他の液晶層を有する位相制御液晶パネルと、
前記アレイ基板に対向配置され、平行度の高い光を前記アレイ基板に出射するバックライトユニットと、
前記アレイ基板およびバックライトユニット間に配置された第1偏光板と、
前記位相制御液晶パネルに対して前記表示パネルと反対側に配置された第2偏光板とを備えていることを特徴とする表示装置。 A display panel comprising: an array substrate; a counter substrate disposed opposite to the array substrate with a gap; and a liquid crystal layer sandwiched between the array substrate and the counter substrate;
A color filter provided with the display panel and mixed with a plurality of luminance viewing angle control liquid crystal materials capable of controlling a diffusion state of transmitted light;
A phase control liquid crystal panel having another liquid crystal layer disposed opposite to the counter substrate and capable of controlling a phase state of light emitted from the display panel;
A backlight unit disposed opposite to the array substrate and emitting light with high parallelism to the array substrate;
A first polarizing plate disposed between the array substrate and the backlight unit;
A display device comprising: a second polarizing plate disposed on the opposite side of the display panel with respect to the phase control liquid crystal panel.
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