JP4813705B2

JP4813705B2 - Liquid crystal display

Info

Publication number: JP4813705B2
Application number: JP2001281795A
Authority: JP
Inventors: 直史山内
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003090996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器等に使用される液晶表示装置に関し、液晶表示装置の輝度を向上する構成に係るものである。詳しくは、使用環境の光である外光を利用する反射型表示と、バックライト等の照明光を利用する透過型表示との両方の表示が可能な液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置に用いられる液晶パネル（ＬＣＤ）は、一般に、ＴＮ（ツイステッドネマティック）型またはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）型の液晶が用いられ、液晶分子がツイスト配向した液晶層を挟んで互いに対向する２枚の基板を主要な構成としている。そして、液晶パネルの前面側と背面側にはそれぞれ偏光板が配置されている。このような構成の液晶表示装置は、電界や電流や温度上昇によって液晶分子の配列状態や相変化が起こり、液晶状態での光の干渉、散乱、回折、旋光、選択散乱、吸収などの光学的性質が変化することを表示の動作原理としているものである。そして、それぞれの基板に画素を形成するために設けられた電極間に電圧を印加して液晶層を制御することにより、表示を実現している。また、液晶パネルは非発光性のため、一般には反射板やバックライトが用いられている。
【０００３】
液晶表示装置には、明所でも暗所でも表示が観察できるように、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と、バックライトからの照明光を利用する透過型表示との両方の表示モードを行うものがある。このような液晶表示装置の構成としては、液晶パネルの背後に半透過板とバックライトを備えた構成が一般的に知られており、半透過型の表示装置と称されている。
【０００４】
以下に、半透過型のＳＴＮ液晶表示装置の構造について、図９、１０を参照して説明する。図９は外光を利用して表示を観察する反射型表示の場合を示し、図１０はバックライトの照射光を利用して表示を観察する透過型表示の場合を示している。
【０００５】
図示するように、液晶パネル３は液晶層を挟んで対向する基板により構成されており、この液晶パネル３の上側に上偏光板１が、下側に下偏光板４がそれぞれ設けられている。上偏光板１と下偏光板４は、それぞれ特定方向の直線偏光のみを選択的に透過または吸収するものである。
【０００６】
ここで、液晶パネル３の光学的異方性を補償する補償板２が、上偏光板１と液晶パネル３の間に設けられている。この補償板２はＳＴＮ型液晶装置では一般的に使用されている。また、下偏光板４の背後には半透過板５が設けられ、さらにその半透過板５の背後にバックライト６が設けられている。
【０００７】
このような構成の液晶表示装置において、外光を利用して液晶パネル３を表示させる場合には、図９に示したように、上偏光板１に入射した入射光は、補償板２、液晶パネル３、下偏光板４を通過し、そのうちの一部の光は半透過板５で反射される。半透過板５で反射された光は、再度、下偏光板４、液晶パネル３、補償板２、上偏光板１を通って観察者に届く。これにより、液晶パネル３に表示された情報を見ることができる。
【０００８】
次に、バックライトの光を利用して液晶パネル３を表示させる場合を図１０に基づいて説明する。バックライト６が照射する照明光の一部は半透過板５を通過する。この通過した光はさらに下偏光板４を透過して液晶パネル３にその背面から入射され、表示パネルの前方に出射される。出射された光は、補償板２、上偏光板１を通過して観察者に届く。これにより、液晶パネル３に表示された情報を見ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
外光とバックライト光の両方を利用できるように、反射と透過を行う半透過板を使用した液晶表示装置では、以下のような問題点があった。すなわち、半透過板の反射の割合を高めると透過の割合が低くなるため、外光を利用するときは明るくなるが、バックライトを使用するときは暗くなる。逆に、半透過板の透過の割合を高めると反射の割合が低くなるため、バックライトを利用するときは明るくなるが、外光を使用するときは暗くなる。このように、上述の構成の液晶表示装置では、外光とバックライトの双方に対して、共に明るくすることができないという問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向する基板間に液晶が挟持された液晶表示素子と、液晶表示素子の視覚側と背後にそれぞれ設けられた上偏光板および下偏光板と、下偏光板の背後に設けられたバックライトと、光を等方的に散乱透過させる無指向拡散層と、特定角度範囲で入射した光を散乱し、それ以外の角度で入射した光を透過する指向性拡散層を備えることとした。
【００１１】
このように、指向性拡散層と無指向拡散層とを用いることにより、液晶表示素子の正面方向からの入射光については効率良く正面に反射し、指向性拡散層の特定角度範囲内で入射した光は指向性拡散層と無指向拡散層で拡散され、そのため正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。一方、指向性拡散層の特定角度範囲外の入射光では、指向性拡散層を透過するものの無指向拡散層で拡散するため、特定角度範囲外の入射光も正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。従って、光源の位置がどこにあっても、反射光を効率良く液晶表示素子正面に集めることができた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による液晶表示装置は、互いに対向する基板間に液晶が挟持された液晶表示素子と、液晶表示素子の視覚側に設けられた上偏光板と、液晶表示素子の背後に設けられた下偏光板と、下偏光板の背後に設けられたバックライトと、特定角度範囲で入射した光を散乱し、それ以外の角度で入射した光を透過する指向性拡散層と、光を等方的に散乱透過させる無指向拡散層を備える構成とした。ここで、指向性拡散層と無指向性拡散層は近接して配置される。無指向性拡散層としては、等方散乱特性を有する拡散粘着層や拡散フィルムを用いることができる。
【００１３】
以下には、指向性拡散層と無指向性拡散層が積層して構成された積層拡散層を用いて説明するが、並んで配置されていれば良く、必ずしも接着させて積層する必要はない。
【００１４】
図１に、指向性拡散層と無指向性拡散層が積層して構成された積層拡散層を下偏光板とバックライトの間に設けた構成の液晶表示装置を示す。このような構成によれば、液晶表示素子の正面方向からの入射光については効率良く正面に反射し、指向性拡散層の特定角度範囲内で入射した光は指向性拡散層と無指向拡散層で拡散され、正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。一方、指向性拡散層の特定角度範囲外の入射光では、指向性拡散層を透過するものの無指向拡散層で拡散するため、特定角度範囲外の入射光も正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。従って、光源の位置がどこにあっても、反射光を効率良く液晶表示素子正面に観察することができた。
【００１５】
また、積層拡散層を上偏光板と液晶パネルの間に設ける構成にしても同様であり、光源の位置がどこにあっても、反射光を液晶表示素子の正面に観察することができる。
【００１６】
液晶にＳＴＮ液晶を用いた場合には、通常、補償板が用いられる。その場合には、補償板は、上偏光板と積層拡散層または液晶表示素子との間に、液晶表示素子３の光学異方性を補償する角度で配置させればよい。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明にかかる液晶表示装置の実施例を説明する。
【００１８】
（実施例１）
図３及び図４は、本実施例における液晶表示装置の断面構造を示す模式図である。本実施例では、積層拡散層を下偏光板とバックライトの間に設けた構成の一例であり、特定角度範囲で入射した光を散乱し、それ以外の角度で入射した光を透過する層である指向性拡散層がバックライト側に、光を等方的に散乱透過させる層である無指向拡散層が液晶表示素子側に設けられている。特に、図３は外光を利用した状態を示し、また、図４はバックライトによる照明光を利用した状態を示す。
【００１９】
図示するように、液晶が封入された液晶パネルの上側に上偏光板が、下側に下偏光板がそれぞれ設けられている。ここで、液晶パネルは液晶を透明基板に挟持させた構造で液晶分子をツイストさせたツイストネマティック型の液晶表示素子である。また、ＳＴＮ型の液晶層を液晶パネルに用いた場合には、液晶パネルの光学的異方性を補償する補償板が上偏光板と液晶パネルの間に設けられる。下偏光板の背後に指向性拡散層と無指向拡散層を積層した積層拡散層が配置される。さらに、積層拡散層の背後にバックライトを配置する。ＴＮ型の液晶表示素子を用いた場合でも補償板の作用を除いて基本的に同一である。
【００２０】
本実施例では、下偏光板側に無指向性拡散層が、バックライト側に指向性拡散層が設けられた構成である。
【００２１】
液晶表示素子は、ほぼ正面が最適な視角となるように設定され、最適視角の前後１５度くらいの視角範囲で観察できるように設計されている。そのため、指向性拡散層には、厚み方向（法線方向）からの入射光に対してはほぼ透過し、入射角５〜１５度の光に対しては効率よく厚み方向すなわち指向性拡散層の正面に拡散光を集め、臨界角度である約２０度以上の入射光に対してはほぼ透過する特性を持つものを利用する。指向性拡散層はフィルム母材中に母材とは異なる屈折率の部位を設けた構成であり、例えば、フォトポリマーにマスクを用いて部分的に感光させることによって作製される。このような構成のポリマーフィルムは、感光部と非感光部で屈折率が異なるため指向性拡散層としての機能を備えるようになる。
【００２２】
一方、本実施例では、この指向性拡散層とともに設けられる無指向性拡散層として、拡散粘着層を用いている。拡散粘着層は、粘着剤の中に粘着材とは異なる屈折率のフィラーを分散させた構成で、図１２に示すような透過特性を持っている。拡散粘着層は、入射光の光路が大きいほど、フィラーによって方向を変えられる成分が多くなる。光路の長さは拡散粘着層の厚みに対して余弦の逆数で増加する。すなわち最も光路が短くなる厚み方向（法線方向）からの入射光が最も拡散が小さいため、そのまま出射される成分が大きくなる。入射角が大きくなればなるほど光路が長くなるため、無指向拡散層内の拡散が大きくなり、入射角の延長方向への透過率が小さくなり、反対に入射角の延長方向以外の光成分が多くなるという特性をもっている。従って法線の延長方向からも出射される。
【００２３】
指向性拡散層と無指向拡散層とを積層した積層拡散層の透過特性を図１２に示す。積層拡散層の法線方向（厚み方向）の入射角においては、指向性拡散層、無指向拡散層とも拡散が小さく透過率が高いため、積層拡散層としての透過率も高くなる。また入射角度を大きくしていくと、法線方向からの角度が5度付近までは透過率は減少するが、更に入射角度を大きくしてもほぼ透過率大きくは変化しなかった。従って、入射角度にかかわらず、法線の延長方向からも出射される光成分がある。
【００２４】
ここで、液晶パネルの背後に設けられたバックライトには白色光を発光するＬＥＤを光源とするバックライトを使用した。一般に、バックライトは図８に示すように、光源１１からの照射光をその前面に導く導光板１２と、導光板の背後に設けられた反射層１３と、導光板から出る光を拡散して輝度ムラを抑えるために設けられた拡散板１４を備えている。導光板にはその上側あるいは反射層側に光を均一に照射するための処理を施しても良い。バックライトには液晶表示素子の照明機能だけでなく、反射板の機能も持たせている。
【００２５】
このような構成の液晶表示装置を、液晶表示装置のほぼ正面から（すなわち、法線方向から）外光を利用した反射モード表示で観察する場合について図３を用いて説明する。外部から入射した光は上偏光板１によって偏光分離、楕円偏光変換が行われ、液晶表示素子３によって直線偏光に戻され、入射した角度をほぼ維持しつつ下偏光板４から出射される。出射された光は積層拡散層に入射され、この入射光は積層拡散層を通過し、バックライト6の表面または反射層で反射され、入射と同様の経路をとおり液晶表示装置から出射される。
【００２６】
ここで、積層拡散層に入射される光（入射光）の入射角度が０度付近の場合には、入射光は無指向拡散層にも垂直に近く入るため無指向拡散層内を通過する距離が短く、そのため、多少の拡散はあるものの、透過成分は多い。この透過成分が指向性拡散層をそのまま通過して、バックライト側に出射され、バックライト6の表面または反射層で反射されて、再度積層拡散層に入射する。積層拡散層に再度入射された光は、指向性拡散層により液晶表示装置正面に散乱しつつ集光され、無指向拡散層でさらに拡散があるが、０度成分が多い。したがって、観察される表示は明るく、視野角も確保できた。
【００２７】
また、積層拡散層に入射される光（入射光）の入射角が５〜１５度付近の場合には、入射光は無指向拡散層で拡散するものの入射角度が浅いため為散乱は大きくない。その後、指向性拡散層で更に散乱しつつ集光され、積層拡散層からバックライト側に出射する。出射された光は、バックライト6の表面または反射層で反射されて、再度積層拡散層に入射する。この再入射光は液晶パネル正面側に散乱しつつ集光され、無指向拡散層でさらに拡散され、液晶パネルを通過して観察者に観測される。そこで観察される表示は明るく、そこそこに視野角がある。
【００２８】
また、積層拡散層に入射される光（入射光）の入射角度が２０度以上の場合には、入射角度があるので、入射光は無指向拡散層で大きく拡散し、指向性拡散層に入射する。無指向拡散層で等方的に拡散されているため、この拡散光にはいろいろな入射角で指向性拡散層に入射される光が存在することになる。従って、前述のように、無指向拡散層で拡散された光が０〜１５度付近の場合には指向性拡散層によって液晶パネル正面側に散乱しつつ集光されて出射する。それ以外の角度の散乱光は、指向性拡散層をそのまま通過する。指向性拡散層を通った光はバックライト6の表面または反射層で反射されて、再度積層拡散層に入射する。
この再入射光は、指向性拡散層で集光液晶パネル正面側に散乱しつつ集光され、無指向拡散層でさらに拡散され、液晶パネルを通過して観察者に観測される。
【００２９】
すなわち、指向性拡散層を通過してしまう入射角度の大きい光でも、無指向性拡散層で等方に拡散されて、一部は入射角の小さな散乱光になるので、この光が表示素子の正面側に集光されることとなる。そのため、表示パネル正面側に従来より多くの光を集光することができる。従って、観察者は、明るく、適切な視野角がある表示を観察できる。
【００３０】
このように、どのような角度からの入射光も、効率良く液晶表示装置の法線方向に集められるので、外光を利用した反射モードで明るい表示が実現でき、良好な表示特性を得ることができる。
【００３１】
また、本実施例のように、無指向性拡散層を表示パネル側に設ける構成は、特に、無指向性拡散層として拡散粘着層を用いる場合に好適である。なぜなら、拡散粘着層を表示パネル（下偏光板）と指向性拡散層を接着させる接着剤として用いることができるので、表示パネルに積層拡散層（指向性拡散層に拡散粘着層が設けられた構成の積層拡散層）を貼り付けるだけで本実施例の構成が容易に実現できる。
【００３２】
次に、本発明の構成の液晶表示装置において、バックライトの照射光を使用した透過モードの表示の場合を図４に基づき説明する。
【００３３】
バックライト６からの照明光のうち、法線方向に出射された成分はほぼそのまま指向性拡散層を通過する。法線方向以外の成分のうち０度〜２０度で入射した照明光は、指向性拡散層によって拡散光に変換されると共に、法線方向に集められる。バックライトからの光は基本的に０度成分が多いので、殆どの光が指向性拡散層により法線方向に集められて無指向性拡散層に入射される。無指向拡散層で若干の散乱があるが、前述の通り無指向性拡散層に入射する光はほぼ法線方向に集められているので、無指向拡散層で大きく散乱することなく通過して表示パネルに届く。
【００３４】
すなわち、バックライトを使用する場合には、積層拡散層の透過率は大なのでバックライトからの照明光は明るいまま、観測者に届く。
【００３５】
このように、本願発明の構成、すなわち、液晶表示素子の背後に設けられた下偏光板とバックライトとの間に、光を等方に拡散する無指向性拡散層と、特定角度範囲で入射した光を散乱し、それ以外の角度で入射された光を透過する指向性拡散層を設ける構成によれば、反射表示でも透過表示でもともに明るい表示が可能になる。
【００３６】
以下に、本実施例に用いた指向性拡散層を簡単に説明する。図５は、本発明に係る積層拡散層の構造を示すものである。図６は積層拡散層に入射した光の光路を模式的に表している。積層拡散層７は、フォトポリマーの材質を元に、感光されていない非感光部６０と感光により生じた感光部５０とが隣接するように構成される。感光部５０は、厚み方向に筒上に延びた形状である。感光部５０と非感光部６０とは互いに屈折率が異なっている。そのため、図６に示すように、感光部５０に臨界角以内から入射した光８０は非感光部６０との界面で反射を繰り返して、光８０は法線方向に寄せ集められた散乱光となる。また、厚み方向に対して垂直に入射した光７０は、感光部５０で屈折されることなく感光部５０を透過する。一方、臨界角度を越えて入射された光９０は、その入射された角度のまま感光部５０と非感光部６０を透過する。このように、図５及び図６の構成の積層拡散層によれば、臨界角以内の入射光を効率よく法線方向に集められる。
【００３７】
ここで、感光部と非感光部の屈折率の差を変えることにより、臨界角を変えることができる。また、感光部５０の分布密度、レイアウト、あるいは、径や長さ等の寸法を調整することで、散乱度や指向方向を任意に設定することが可能である。
【００３８】
次に、指向性拡散層の光学的特性について説明する。図７は、光の入射角度に対するフィルムの透過性を表しており、光の入射角度を横軸、透過率を縦軸としている。ここで、積層拡散層７に対して垂直に入射する光を入射角度の０度の光とする。また、０度からある方向をプラス、反対の方向をマイナスとする。図示するように、積層拡散層は入射角ゼロ度の光に対して高い透過率を示し、入射角が大きくなるにしたがって透過率が低下し、散乱性が大きくなる。そして、入射角度が１０度付近で透過率は最小になり、散乱性が最大となる。さらに入射角度が大きくなると、徐々に透過率は上昇し、入射角度が２０度を超えると透過率は急激に上昇し、それに連れて散乱性が失われていく。この角度が臨界角度である。したがって、臨界角度の２０度から９０度の入射角度で積層拡散層に入射した光は、殆ど散乱されずに透過する。マイナス側もプラス側と対称的な特性を示す。
【００３９】
すなわち、本実施例で用いた指向性拡散層は、入射角０度近傍から入射する光に対してはほぼ透過し、入射角５〜１５度の光に対しては効率よく散乱・集光し、臨界角度である約２０度以上の入射光に対してはほぼ透過する特性を持っている。このように、透過率が低く散乱性が高い入射角範囲が液晶表示素子の視角範囲に合うように指向性拡散層を設定する。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による液晶表示装置によれば、液晶表示素子の正面方向からの入射光については効率良く正面に反射し、指向性拡散層の特定角度範囲内で入射した光は指向性拡散層と無指向拡散層で拡散され、正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。一方、指向性拡散層の特定角度範囲外の入射光では、指向性拡散層を透過するものの無指向拡散層で拡散するため、特定角度範囲外の入射光も正面方向にも反射光成分を振り分けることができる。従って、光源の位置がどこにあっても、反射光を効率良く液晶表示素子正面に集めることができた。また、バックライトを用いた透過表示においても、バックライトからの光には０度成分が多いので明るいまま表示が観察できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る液晶表示装置の断面構成を模式的に示す図である。特に、外光を利用した反射表示の場合の光路を模式的に表す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る液晶表示装置の断面構成を模式的に示す図である。特に、バックライトを利用した透過表示の場合の光路を模式的に表す図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る液晶表示装置の断面構成を模式的に示す図である。特に、外光を利用した反射表示の場合の光路を模式的に表す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る液晶表示装置の断面構成を模式的に示す図である。特に、バックライトを利用した透過表示の場合の光路を模式的に表す図である。
【図５】積層拡散層の構造を模式的に示した図である。
【図６】積層拡散層の作用を模式的に示した図である。
【図７】積層拡散層の可視角度と透過率の関係を示した図である。
【図８】バックライトの断面構成を模式的に表す図である。
【図９】従来の液晶表示装置の構成を示す模式的断面図である。外光を利用したときの状態を模式的に示した図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の構成を示す模式的断面図である。特に、バックライトを利用したときの模式的に示した図である。
【図１１】無指向拡散層を模式的に示した図である。
【図１２】透過率特性を示した図である。
【符号の説明】
１上偏光板
２補償板
３液晶パネル
４下偏光板
５半透過反射板
６バックライト
７積層拡散層
８反射偏光子
１０液晶表示装置からの出射光
５０感光層
６０非感光層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device used for a timepiece, a mobile phone, an audio, an electronic device, and the like, and relates to a configuration for improving the luminance of the liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display device capable of displaying both a reflective display that uses external light, which is light in a use environment, and a transmissive display that uses illumination light such as a backlight.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal panel (LCD) used in a liquid crystal display device is generally a TN (twisted nematic) type or STN (super twisted nematic) type liquid crystal, and is opposed to each other across a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are twisted. A single board is the main component. A polarizing plate is disposed on each of the front side and the back side of the liquid crystal panel. In such a liquid crystal display device, the alignment state and phase change of liquid crystal molecules occur due to an electric field, current, and temperature rise, and optical interference such as light interference, scattering, diffraction, optical rotation, selective scattering, and absorption in the liquid crystal state occurs. The change in properties is the operation principle of display. A display is realized by controlling the liquid crystal layer by applying a voltage between electrodes provided to form pixels on each substrate. Moreover, since a liquid crystal panel is non-light-emitting, generally a reflecting plate and a backlight are used.
[0003]
Liquid crystal display devices include both reflective displays that use external light such as natural light and room light, and transmissive displays that use illumination light from the backlight so that the display can be observed in both bright and dark places. Some display modes. As a configuration of such a liquid crystal display device, a configuration including a transflective plate and a backlight behind a liquid crystal panel is generally known, and is referred to as a transflective display device.
[0004]
The structure of the transflective STN liquid crystal display device will be described below with reference to FIGS. FIG. 9 shows the case of a reflective display in which the display is observed using external light, and FIG. 10 shows the case of a transmissive display in which the display is observed using the illumination light of the backlight.
[0005]
As shown in the figure, the liquid crystal panel 3 is composed of substrates facing each other with a liquid crystal layer interposed therebetween, and an upper polarizing plate 1 is provided on the upper side of the liquid crystal panel 3 and a lower polarizing plate 4 is provided on the lower side. Each of the upper polarizing plate 1 and the lower polarizing plate 4 selectively transmits or absorbs only the linearly polarized light in a specific direction.
[0006]
Here, a compensation plate 2 that compensates for the optical anisotropy of the liquid crystal panel 3 is provided between the upper polarizing plate 1 and the liquid crystal panel 3. This compensation plate 2 is generally used in STN type liquid crystal devices. A semi-transmissive plate 5 is provided behind the lower polarizing plate 4, and a backlight 6 is provided behind the semi-transmissive plate 5.
[0007]
In the liquid crystal display device having such a configuration, when the liquid crystal panel 3 is displayed using outside light, as shown in FIG. The light passes through the panel 3 and the lower polarizing plate 4, and part of the light is reflected by the transflective plate 5. The light reflected by the semi-transmissive plate 5 reaches the observer again through the lower polarizing plate 4, the liquid crystal panel 3, the compensation plate 2, and the upper polarizing plate 1. Thereby, the information displayed on the liquid crystal panel 3 can be seen.
[0008]
Next, the case where the liquid crystal panel 3 is displayed using the light of the backlight will be described with reference to FIG. Part of the illumination light emitted by the backlight 6 passes through the semi-transmissive plate 5. The passed light further passes through the lower polarizing plate 4 and is incident on the liquid crystal panel 3 from the back side thereof and is emitted forward of the display panel. The emitted light passes through the compensation plate 2 and the upper polarizing plate 1 and reaches the observer. Thereby, the information displayed on the liquid crystal panel 3 can be seen.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A liquid crystal display device using a transflective plate that reflects and transmits light so that both external light and backlight light can be used has the following problems. That is, when the reflection ratio of the transflective plate is increased, the transmission ratio is decreased, so that it becomes brighter when using external light, but darker when using a backlight. On the contrary, when the transmission ratio of the semi-transmissive plate is increased, the reflection ratio is decreased, so that it becomes brighter when using the backlight, but darker when using external light. As described above, the liquid crystal display device having the above-described configuration has a problem in that it cannot brighten both external light and a backlight.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid crystal display element in which liquid crystal is sandwiched between substrates facing each other, an upper polarizing plate and a lower polarizing plate provided respectively on the visual side and the back side of the liquid crystal display element, A backlight provided behind the lower polarizing plate, an omnidirectional diffusion layer that scatters and transmits light isotropically, and scatters light incident at a specific angle range and transmits light incident at other angles. A directional diffusion layer was provided.
[0011]
As described above, by using the directional diffusion layer and the omnidirectional diffusion layer, incident light from the front direction of the liquid crystal display element is efficiently reflected to the front and is incident within a specific angle range of the directional diffusion layer. The light is diffused by the directional diffusion layer and the non-directional diffusion layer, so that the reflected light component can be distributed also in the front direction. On the other hand, incident light outside the specific angle range of the directional diffusion layer is transmitted through the directional diffusion layer but diffused by the omnidirectional diffusion layer, so that incident light outside the specific angle range also distributes the reflected light component in the front direction. be able to. Therefore, the reflected light can be efficiently collected in front of the liquid crystal display element regardless of the position of the light source.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A liquid crystal display device according to the present invention includes a liquid crystal display element in which liquid crystal is sandwiched between substrates facing each other, an upper polarizing plate provided on the visual side of the liquid crystal display element, and a lower polarization provided behind the liquid crystal display element. A plate, a backlight provided behind the lower polarizing plate, a directional diffusion layer that scatters light incident at a specific angle range and transmits light incident at other angles, and isotropically transmits light It was set as the structure provided with the non-directional diffused layer which carries out scattering transmission. Here, the directional diffusion layer and the omnidirectional diffusion layer are arranged close to each other. As the non-directional diffusion layer, a diffusion adhesive layer or a diffusion film having isotropic scattering characteristics can be used.
[0013]
In the following, a description will be given using a laminated diffusion layer formed by laminating a directional diffusion layer and an omnidirectional diffusion layer. However, they may be arranged side by side and are not necessarily bonded and laminated.
[0014]
FIG. 1 shows a liquid crystal display device having a structure in which a laminated diffusion layer formed by laminating a directional diffusion layer and an omnidirectional diffusion layer is provided between a lower polarizing plate and a backlight. According to such a configuration, incident light from the front direction of the liquid crystal display element is efficiently reflected to the front, and light incident within a specific angle range of the directional diffusion layer is reflected between the directional diffusion layer and the omnidirectional diffusion layer. The reflected light component can be distributed also in the front direction. On the other hand, incident light outside the specific angle range of the directional diffusion layer is transmitted through the directional diffusion layer but diffused by the omnidirectional diffusion layer, so that incident light outside the specific angle range also distributes the reflected light component in the front direction. be able to. Therefore, the reflected light can be efficiently observed in front of the liquid crystal display element regardless of the position of the light source.
[0015]
The same applies to a configuration in which the laminated diffusion layer is provided between the upper polarizing plate and the liquid crystal panel, and the reflected light can be observed in front of the liquid crystal display element regardless of the position of the light source.
[0016]
When STN liquid crystal is used as the liquid crystal, a compensation plate is usually used. In this case, the compensation plate may be disposed at an angle that compensates for the optical anisotropy of the liquid crystal display element 3 between the upper polarizing plate and the laminated diffusion layer or the liquid crystal display element.
[0017]
【Example】
Embodiments of a liquid crystal display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
(Example 1)
3 and 4 are schematic views showing a cross-sectional structure of the liquid crystal display device in this example. This example is an example of a configuration in which a laminated diffusion layer is provided between a lower polarizing plate and a backlight, and is a layer that scatters light incident at a specific angle range and transmits light incident at other angles. A certain directional diffusion layer is provided on the backlight side, and an omnidirectional diffusion layer that is a layer that isotropically scatters and transmits light is provided on the liquid crystal display element side. In particular, FIG. 3 shows a state using external light, and FIG. 4 shows a state using illumination light from a backlight.
[0019]
As shown in the figure, an upper polarizing plate is provided on the upper side of a liquid crystal panel in which liquid crystal is sealed, and a lower polarizing plate is provided on the lower side. Here, the liquid crystal panel is a twisted nematic liquid crystal display element in which liquid crystal molecules are twisted with a structure in which liquid crystal is sandwiched between transparent substrates. When an STN liquid crystal layer is used for a liquid crystal panel, a compensation plate that compensates for the optical anisotropy of the liquid crystal panel is provided between the upper polarizing plate and the liquid crystal panel. A laminated diffusion layer in which a directional diffusion layer and an omnidirectional diffusion layer are laminated is disposed behind the lower polarizing plate. Further, a backlight is disposed behind the laminated diffusion layer. Even when a TN liquid crystal display element is used, it is basically the same except for the action of the compensation plate.
[0020]
In this embodiment, a non-directional diffusion layer is provided on the lower polarizing plate side, and a directional diffusion layer is provided on the backlight side.
[0021]
The liquid crystal display element is set so that the front face has an optimum viewing angle, and is designed to allow observation in a viewing angle range of about 15 degrees before and after the optimum viewing angle. For this reason, the directional diffusion layer substantially transmits the incident light from the thickness direction (normal direction) and efficiently transmits the light in the thickness direction, that is, the directional diffusion layer for the light having an incident angle of 5 to 15 degrees. A diffused light is collected in the front, and an incident light with a critical angle of about 20 degrees or more is used which has a substantially transmitting characteristic. The directional diffusion layer has a structure in which a part having a refractive index different from that of the base material is provided in the film base material. For example, the directional diffusion layer is produced by partially exposing a photopolymer using a mask. The polymer film having such a structure has a function as a directional diffusion layer because the refractive index is different between the photosensitive part and the non-photosensitive part.
[0022]
On the other hand, in this embodiment, a diffusion adhesive layer is used as the non-directional diffusion layer provided together with the directional diffusion layer. The diffusion adhesive layer has a transmission characteristic as shown in FIG. 12 in which a filler having a refractive index different from that of the adhesive is dispersed in the adhesive. The diffusion adhesive layer has more components whose direction can be changed by the filler as the optical path of incident light is larger. The length of the optical path increases with the reciprocal of the cosine with respect to the thickness of the diffusion adhesive layer. That is, the incident light from the thickness direction (normal direction) where the optical path becomes the shortest has the smallest diffusion, and thus the component that is emitted as it is increases. The larger the incident angle, the longer the optical path, so the diffusion in the omnidirectional diffusion layer increases, the transmittance in the direction of extension of the incident angle decreases, and conversely, there are many light components other than the direction of extension of the incident angle. It has the characteristic of becoming. Therefore, it is also emitted from the direction of normal extension.
[0023]
FIG. 12 shows the transmission characteristics of a laminated diffusion layer in which a directional diffusion layer and an omnidirectional diffusion layer are laminated. At the incident angle in the normal direction (thickness direction) of the laminated diffusion layer, both the directional diffusion layer and the omnidirectional diffusion layer have low diffusion and high transmittance, so that the transmittance as the laminated diffusion layer is also high. As the incident angle was increased, the transmittance decreased until the angle from the normal direction was around 5 degrees, but even if the incident angle was further increased, the transmittance did not change substantially. Therefore, there is a light component that is emitted from the normal extension direction regardless of the incident angle.
[0024]
Here, a backlight having an LED that emits white light as a light source was used as the backlight provided behind the liquid crystal panel. In general, as shown in FIG. 8, the backlight diffuses light emitted from the light guide plate 12 that guides the light emitted from the light source 11 to the front surface, a reflection layer 13 provided behind the light guide plate, and the light guide plate. A diffusion plate 14 is provided to suppress luminance unevenness. The light guide plate may be subjected to a process for uniformly irradiating light on the upper side or the reflective layer side. The backlight has not only the illumination function of the liquid crystal display element but also the function of a reflector.
[0025]
A case where the liquid crystal display device having such a configuration is observed in a reflection mode display using external light from almost the front of the liquid crystal display device (that is, from the normal direction) will be described with reference to FIG. Light incident from the outside is subjected to polarization separation and elliptical polarization conversion by the upper polarizing plate 1, is returned to linearly polarized light by the liquid crystal display element 3, and is emitted from the lower polarizing plate 4 while substantially maintaining the incident angle. The emitted light is incident on the multilayer diffusion layer, the incident light passes through the multilayer diffusion layer, is reflected by the surface of the backlight 6 or the reflection layer, and is emitted from the liquid crystal display device through the same path as the incidence.
[0026]
Here, when the incident angle of light (incident light) incident on the laminated diffusion layer is near 0 degrees, the incident light enters the omnidirectional diffusion layer almost perpendicularly, and therefore the distance that passes through the omnidirectional diffusion layer. Is short, so that there is a large amount of transmitted component, although there is some diffusion. This transmissive component passes through the directional diffusion layer as it is, is emitted to the backlight side, is reflected by the surface of the backlight 6 or the reflection layer, and is incident on the laminated diffusion layer again. The light incident again on the laminated diffusion layer is collected while being scattered by the directional diffusion layer on the front surface of the liquid crystal display device and further diffused by the omnidirectional diffusion layer, but has a large 0 degree component. Therefore, the observed display was bright and the viewing angle could be secured.
[0027]
In addition, when the incident angle of the light (incident light) incident on the laminated diffusion layer is around 5 to 15 degrees, the incident light is diffused by the omnidirectional diffusion layer but the incident angle is shallow, so that the scattering is not large. Thereafter, the light is collected while being further scattered by the directional diffusion layer, and is emitted from the laminated diffusion layer to the backlight side. The emitted light is reflected by the surface of the backlight 6 or the reflection layer, and is incident on the laminated diffusion layer again. The re-incident light is collected while being scattered on the front side of the liquid crystal panel, is further diffused by the non-directional diffusion layer, and is observed by the observer through the liquid crystal panel. The display observed there is bright and the viewing angle is reasonable.
[0028]
In addition, when the incident angle of light (incident light) incident on the laminated diffusion layer is 20 degrees or more, since there is an incident angle, the incident light is greatly diffused in the omnidirectional diffusion layer and incident on the directional diffusion layer. To do. Since the light is diffused isotropically in the omnidirectional diffusion layer, the diffused light includes light incident on the directional diffusion layer at various incident angles. Therefore, as described above, when the light diffused in the non-directional diffusion layer is around 0 to 15 degrees, the light is condensed and emitted by the directional diffusion layer while being scattered on the front side of the liquid crystal panel. Scattered light at other angles passes through the directional diffusion layer as it is. The light that has passed through the directional diffusion layer is reflected by the surface of the backlight 6 or the reflection layer, and then enters the laminated diffusion layer again.
The re-incident light is collected while being scattered on the front side of the condensing liquid crystal panel by the directional diffusion layer, further diffused by the non-directional diffusion layer, and observed by the observer through the liquid crystal panel.
[0029]
That is, even a light having a large incident angle that passes through the directional diffusion layer is diffused isotropically in the non-directional diffusion layer, and a part of the light becomes scattered light having a small incident angle. It will be condensed on the front side. Therefore, more light can be collected on the front side of the display panel than before. Therefore, the observer can observe a bright display with an appropriate viewing angle.
[0030]
In this way, incident light from any angle can be efficiently collected in the normal direction of the liquid crystal display device, so that a bright display can be realized in a reflection mode using external light, and good display characteristics can be obtained. it can.
[0031]
In addition, the configuration in which the omnidirectional diffusion layer is provided on the display panel side as in this embodiment is particularly suitable when a diffusion adhesive layer is used as the omnidirectional diffusion layer. Because the diffusion adhesive layer can be used as an adhesive for bonding the display panel (lower polarizing plate) and the directional diffusion layer, the display panel has a laminated diffusion layer (the diffusion adhesive layer is provided on the directional diffusion layer) The structure of this embodiment can be easily realized simply by attaching the laminated diffusion layer.
[0032]
Next, in the liquid crystal display device having the configuration of the present invention, the case of display in the transmission mode using the irradiation light of the backlight will be described with reference to FIG.
[0033]
Of the illumination light from the backlight 6, the component emitted in the normal direction passes through the directional diffusion layer almost as it is. Of the components other than the normal direction, illumination light incident at 0 to 20 degrees is converted into diffused light by the directional diffusion layer and collected in the normal direction. Since the light from the backlight basically has many 0 degree components, most of the light is collected in the normal direction by the directional diffusion layer and is incident on the omnidirectional diffusion layer. Although there is some scattering in the omnidirectional diffusion layer, as described above, the light incident on the omnidirectional diffusion layer is collected almost in the normal direction, so that it passes through the omnidirectional diffusion layer without significant scattering. Reach the panel.
[0034]
That is, when the backlight is used, since the transmittance of the laminated diffusion layer is large, the illumination light from the backlight reaches the observer while being bright.
[0035]
Thus, the configuration of the present invention, that is, an omnidirectional diffusion layer that diffuses light isotropically between the lower polarizing plate and the backlight provided behind the liquid crystal display element, and is incident in a specific angle range. According to the configuration in which the directional diffusion layer that scatters the emitted light and transmits the light incident at other angles is provided, bright display is possible in both the reflective display and the transmissive display.
[0036]
Hereinafter, the directional diffusion layer used in this example will be briefly described. FIG. 5 shows the structure of the laminated diffusion layer according to the present invention. FIG. 6 schematically shows an optical path of light incident on the laminated diffusion layer. The laminated diffusion layer 7 is configured such that the non-photosensitive portion 60 that is not exposed and the photosensitive portion 50 that is generated by exposure are adjacent to each other based on the photopolymer material. The photosensitive portion 50 has a shape extending on the cylinder in the thickness direction. The photosensitive part 50 and the non-photosensitive part 60 have different refractive indexes. Therefore, as shown in FIG. 6, the light 80 incident on the photosensitive portion 50 from within the critical angle is repeatedly reflected at the interface with the non-photosensitive portion 60, and the light 80 becomes scattered light gathered in the normal direction. . The light 70 incident perpendicularly to the thickness direction passes through the photosensitive portion 50 without being refracted by the photosensitive portion 50. On the other hand, the light 90 incident beyond the critical angle passes through the photosensitive part 50 and the non-photosensitive part 60 at the incident angle. As described above, according to the laminated diffusion layer having the configuration shown in FIGS. 5 and 6, incident light within the critical angle can be efficiently collected in the normal direction.
[0037]
Here, the critical angle can be changed by changing the difference in refractive index between the photosensitive part and the non-photosensitive part. Further, by adjusting the distribution density, layout, or dimensions such as the diameter and length of the photosensitive portion 50, the scattering degree and the directing direction can be arbitrarily set.
[0038]
Next, optical characteristics of the directional diffusion layer will be described. FIG. 7 shows the transparency of the film with respect to the incident angle of light, where the incident angle of light is on the horizontal axis and the transmittance is on the vertical axis. Here, the light incident perpendicularly to the laminated diffusion layer 7 is light having an incident angle of 0 degrees. Also, a certain direction from 0 degree is positive, and the opposite direction is negative. As shown in the figure, the laminated diffusion layer exhibits a high transmittance with respect to light having an incident angle of zero degrees, and the transmittance decreases as the incident angle increases and the scattering property increases. When the incident angle is around 10 degrees, the transmittance is minimized and the scattering property is maximized. Further, as the incident angle increases, the transmittance gradually increases. When the incident angle exceeds 20 degrees, the transmittance increases rapidly, and the scattering properties are lost accordingly. This angle is the critical angle. Therefore, light incident on the laminated diffusion layer at an incident angle of 20 to 90 degrees, which is a critical angle, is transmitted without being scattered. The minus side also shows symmetrical characteristics with the plus side.
[0039]
In other words, the directional diffusion layer used in this example almost transmits light incident from an incident angle of about 0 degrees, and efficiently scatters and collects light with an incident angle of 5 to 15 degrees. In addition, it has a characteristic of substantially transmitting incident light having a critical angle of about 20 degrees or more. In this way, the directional diffusion layer is set so that the incident angle range with low transmittance and high scattering properties matches the viewing angle range of the liquid crystal display element.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the liquid crystal display device of the present invention, incident light from the front direction of the liquid crystal display element is efficiently reflected to the front, and light incident within a specific angle range of the directional diffusion layer is directional. Diffused by the diffusive diffusion layer and the non-directional diffusion layer, and the reflected light component can also be distributed in the front direction. On the other hand, incident light outside the specific angle range of the directional diffusion layer is transmitted through the directional diffusion layer but diffused by the omnidirectional diffusion layer, so that incident light outside the specific angle range also distributes the reflected light component in the front direction. be able to. Therefore, the reflected light can be efficiently collected in front of the liquid crystal display element regardless of the position of the light source. Also, in transmissive display using a backlight, the light from the backlight has many 0 degree components, so that the display can be observed while being bright.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention. In particular, it is a diagram schematically showing an optical path in the case of reflective display using external light.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. In particular, it is a diagram schematically showing an optical path in the case of transmissive display using a backlight.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention. In particular, it is a diagram schematically showing an optical path in the case of reflective display using external light.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention. In particular, it is a diagram schematically showing an optical path in the case of transmissive display using a backlight.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of a laminated diffusion layer.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the operation of a laminated diffusion layer.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the visible angle and the transmittance of a laminated diffusion layer.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of a backlight.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional liquid crystal display device. It is the figure which showed typically the state when using external light.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional liquid crystal display device. It is the figure typically shown when using a backlight especially.
FIG. 11 is a diagram schematically showing an omnidirectional diffusion layer.
FIG. 12 is a diagram showing transmittance characteristics.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper polarizing plate 2 Compensation plate 3 Liquid crystal panel 4 Lower polarizing plate 5 Transflective plate 6 Backlight 7 Laminated diffused layer 8 Reflective polarizer 10 Emission light 50 from liquid crystal display device Photosensitive layer 60 Non-photosensitive layer

Claims

A transflective liquid crystal display element in which liquid crystal is sandwiched between substrates facing each other and the normal direction to the display surface is set to an optimal viewing angle ;
An upper polarizing plate and a lower polarizing plate provided so as to sandwich the liquid crystal display element;
A backlight provided behind the lower polarizing plate;
A directional diffusion layer that is provided between the lower polarizing plate and the backlight, scatters light incident at a specific angle range, and transmits light incident at other angles;
It is disposed between the directional diffusion layer and the lower polarizing plate, and includes a non-directional diffusion layer that scatters and transmits light isotropically,
The directional diffusion layer has a structure in which a cylindrical shape having a refractive index different from that of the base material is distributed in the film base material,
The directional diffusion layer transmits incident light from the normal direction and incident light of 20 to 90 degrees with respect to the normal direction, and incident at 5 to 15 degrees with respect to the normal direction. A liquid crystal display device characterized by scattering light and having a minimum transmittance around 10 degrees .

The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the directional diffusion layer and the non-directional diffusion layer form a stacked diffusion layer.

The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the non-directional diffusion layer is a diffusion adhesive layer.

The backlight includes a light guide plate that guides light from a light source to the front side thereof, and a reflective layer provided on the back side of the light guide plate, and the light emitted from the light guide plate is in the normal direction. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the component at 0 degree is greater than the other components .