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1. (WO2018225631) DISPOSITIF D'AFFICHAGE À CRISTAUX LIQUIDES
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明 細 書

発明の名称 液晶表示装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0008   0009   0010  

課題を解決するための手段

0011   0012   0013  

発明の効果

0014  

図面の簡単な説明

0015  

発明を実施するための形態

0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163  

符号の説明

0164  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 液晶表示装置

技術分野

[0001]
本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、偏光板を有する液晶表示装置に関するものである。

背景技術

[0002]
液晶表示装置は、テレビ用途のみならず、スマートフォン、タブレットPC、カーナビゲーション等の用途で利用されている。特に、近年、スマートフォンの普及率が著しく伸びており、高速データ通信網の整備により、高解像度の動画データの送受信が可能となったこともあり、スマートフォン用の液晶表示装置の高精細度化が進んでいる。
[0003]
液晶表示装置を高精細化すると、液晶パネルを構成するゲート配線やソース配線のパネル占有面積が増加するため、画素の開口率が低下する傾向がある。例えば、5.5型WQHD(Wide Quad-High Definition)機種では、開口率が30%程度である。開口率が低下すると液晶表示装置の輝度が低下する。上記輝度の低下は、バックライトユニットから射出する光(以下、バックライト光ともいう)の輝度を上げることで補うことができるが、バックライト光の輝度を上げると、消費電力の増加を招くおそれがある。
[0004]
そこで、バックライト光の利用効率を高める技術として、液晶パネル内に反射層を設けることで、バックライト光をリサイクルする技術が提案されている(例えば、特許文献1及び2等参照)。
[0005]
特許文献1には、透過型の液晶表示装置や透過型と反射型とを併用した液晶表示装置において、画素電極側ガラス基板上面の遮光領域部分(ゲート配線、ソース配線、TFT、画素反射電極等のある部分)に、該遮光領域に入射した光源からの光を光源側に反射させる反射膜をパターンとして設け、その上に絶縁膜をパターンとして設け、この絶縁膜の上にTFT、配線等を構築することが開示されている。このような構成により、光源から液晶表示装置に入射し、その中の画素電極のある透過領域に入射しなかった入射光が、反射膜で反射されて光源側に戻り、光源側の反射板で反射されて再び液晶表示装置に入射することで、光の利用効率が向上すると共に、光源の見かけの発光量を増加させることが可能となることが開示されている。 
[0006]
特許文献2には、薄膜トランジスタ基板の上面に形成された第1反射膜と、前記第1反射膜を含む前記薄膜トランジスタ基板を覆って設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられ、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記絶縁膜上に設けられ、前記ゲート電極に接続された走査ラインと、前記絶縁膜上に設けられ、前記ドレイン電極に接続されたデータラインと、前記絶縁膜上に設けられ、前記ソース電極に接続された画素電極とを備え、前記第1反射膜は、少なくとも前記走査ライン下および前記データライン下に設けられるとともに、互いに分離して設けられている液晶表示装置が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特開2003-29295号公報
特許文献2 : 特許第5066943号明細書

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0008]
従来の透過型液晶表示装置では、バックライト光の多くが薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)基板上に形成されたゲート配線、ソース配線等で吸収されており、光利用効率を改善するためには、検討の余地があった。特に、画素の開口率が低いほど、バックライト光の吸収量が大きいため光利用効率が悪く、消費電力増加を招いていた。
[0009]
特許文献1及び2では、反射膜で反射されたバックライト光の偏光板での吸収を削減する施策がなされていないため、光の利用効率を充分に向上させることができず、更なる改善の余地があった。
[0010]
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を高くすることで、輝度が高く、消費電力が抑制された液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0011]
液晶表示装置において、液晶パネルの観察者側に設けられる偏光板(以下、表側偏光板ともいう)と、液晶パネルの背面側に設けられる偏光板(以下、裏側偏光板ともいう)は、それぞれの透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率(以下、透過率k1ともいう)が等しい偏光板を用いることが一般的である。しかしながら、本発明者らの検討によると、液晶パネルのバックライトユニットと対向する基板に設けられた反射層で反射されたリサイクル光の内、裏側偏光板の透過軸に平行な偏光であっても、その一部が裏側偏光板で吸収されるため、上記一般的な構成では、光利用効率が充分でないことを見出した。
[0012]
本発明者らは、光利用効率を向上させる方法を検討し、液晶パネルの両面に配置される偏光板の構成に着目した。そして、裏側偏光板の透過率k1を、表側偏光板の透過率k1よりも高くすることで、上記反射層で反射されたリサイクル光が、裏側偏光板で吸収されることを抑制し、リサイクル効果を最大限に引き出すことができることを見出した。以上により、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
[0013]
すなわち、本発明の一形態は、第一の吸収型偏光板と、上記第一の吸収型偏光板側から順に、第一基板と、液晶層と、第二基板とを有する液晶パネルと、第二の偏光板と、反射板を有するバックライトユニットとをこの順に備え、上記第二基板は、上記第二の偏光板と対向するように配置された反射層を有し、上記第二の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は、上記第一の吸収型偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率よりも大きい液晶表示装置である。

発明の効果

[0014]
本発明によれば、光の利用効率を高くすることで、輝度が高く、消費電力が抑制された液晶表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0015]
[図1] 実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図である。
[図2] 実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図である。
[図3] 実施形態1に係る液晶表示装置の液晶分子の配向方位の一例を示した平面模式図である。
[図4] 実施形態2に係る液晶表示装置の断面模式図である。
[図5] 実施形態3に係る液晶表示装置の断面模式図である。
[図6] 実施形態4に係る液晶表示装置の断面模式図である。
[図7] 実施形態4に係る液晶表示装置の液晶分子の配向方位の一例を示した平面模式図である。
[図8] 実施形態5に係る液晶表示装置の断面模式図である。

発明を実施するための形態

[0016]
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態及び実施例を説明するが、本発明は、以下の実施形態及び実施例に限定されるものではない。また、各実施形態及び実施例の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。なお、各図面において、同様の機能を発揮する部材には同じ符号を付している。
[0017]
(実施形態1)
図1及び図2を用いて、実施形態1に係る液晶表示装置1000を説明する。実施形態1は、第一基板が対向基板であり、第二基板が薄膜トランジスタ基板である。図1は、実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図である。図2は、実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図である。図1は、図2のA-A’線に沿った断面模式図である。
[0018]
図1に示したように、液晶表示装置1000は、第一の吸収型偏光板10と、第一の吸収型偏光板10側から順に、対向基板20と、液晶層30と、薄膜トランジスタ基板(TFT基板)40と有する液晶パネル100と、第二の吸収型偏光板50と、反射板60を有するバックライトユニット200とをこの順に備える。実施形態1では、第二の偏光板は、第二の吸収型偏光板50である。実施形態1に係る液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置である。また、液晶表示装置1000は、FFS(Fringe Field Switching)モードの液晶パネル100を備える。本明細書中、液晶パネル100のバックライトユニット200と対向する面を「背面側」、液晶パネル100の上記背面側と反対側の面を「観察者側」ともいう。
[0019]
[第一の吸収型偏光板]
偏光板とは、入射された光の中から、特定の偏光成分を取り出すことができる光学素子である。第一の吸収型偏光板10は、透過軸と吸収軸を有しており、透過軸と吸収軸は直交している。吸収型偏光板は、透過軸と平行な方向に振動する光を透過し、吸収軸と平行な方向に振動する光を吸収する。本明細書中、第一の吸収型偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率を、「第一の吸収型偏光板の透過率k1」もいう。上記第一の吸収型偏光板の透過率k1は、例えば、日本分光製紫外可視分光光度計V-7100により測定することができる。
[0020]
第一の吸収型偏光板10としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)フィルムに二色性を有するヨウ素錯体や染料等の異方性材料を吸着配向させたもの等を用いることができる。
[0021]
第一の吸収型偏光板10が、ヨウ素を含浸させて延伸したPVAフィルムを有する場合、第一の吸収型偏光板10の透過率k1は、PVAフィルム中のヨウ素濃度を調整することで調整することができる。
[0022]
上記PVAフィルムは、両面に保護層を有することが好ましい。上記保護層としては、例えば、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース(TAC)等のセルロース系樹脂;(メタ)アクリル系樹脂;シクロオレフィン系樹脂;ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート系樹脂等のエステル系樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;これらの共重合体樹脂等を含有するフィルムが挙げられる。PVAにヨウ素を含浸させ、延伸したフィルムの両面に、トリアセチルセルロース(TAC)フィルムを貼り付けた偏光板が好適に用いられる。
[0023]
[対向基板]
対向基板20は、例えば、液晶表示装置1000がカラー表示を行う場合、透明基板21側から順に、透明基板21と、透明基板21上に形成されたカラーフィルタ層22とブラックマトリクス23を有する。透明基板21としては、ガラス基板や、プラスチック基板等の透明な基板が用いられる。対向基板20は、カラーフィルタ基板ともいう。カラーフィルタ層22には、各サブピクセルに対応して赤(R)、緑(G)及び青(B)のうち、いずれか一色の着色層が設けられ、各着色層の間に、ブラックマトリクス23が設けられる。カラーフィルタ層22の色の組み合わせは特に限定されず、例えば、赤色、緑色、青色及び、黄色の組み合わせ、赤色、緑色、青色、及び、透明の組み合わせであってもよい。液晶表示装置1000が白黒表示のみを行う場合、カラーフィルタ層22は有さなくてもよい。
[0024]
[液晶層]
液晶層30は、平面視において、シール材等に囲まれた領域に形成される。液晶層30は、液晶材料を含有する。上記液晶材料としては、特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常用いるものを適用することができる。上記液晶材料としては、例えば、電気光学特性を有するネマチック液晶が挙げられる。FFSモードでは、上記液晶材料は、正の誘電率異方性を有してもよいし、負の誘電率異方性を有してもよい。液晶層30と対向基板20との間、及び、液晶層30とTFT基板40との間には、それぞれ、配向膜(図示せず)が形成されてもよい。
[0025]
[薄膜トランジスタ基板]
TFT基板40は、例えば、図1に示したように、透明基板41側から順に、透明基板41と、ソース配線Sと、第一層間絶縁層42と、共通電極43と、第二層間絶縁層44と、画素電極45とを有する。FFSモードでは、共通電極43と画素電極45とは、第二層間絶縁層44を介して積層される。共通電極43と画素電極45との間に、フリンジ電界が形成され、液晶層30中の液晶分子が配向する。
[0026]
また、図2に示したように、液晶表示装置1000は、平面視において、透明基板(図示せず)上に、互いに平行に伸びる複数のゲート配線Gと、互いに平行に伸びる複数のソース配線Sとを備える。ソース配線Sは、ゲート配線Gとは異なる方向に延び、複数のゲート配線Gと複数のソース配線Sとは交差する。図2に示したように、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素ごとに、ゲート配線Gに対するソース配線Sの形成方位を異ならせてもよい。ゲート配線Gとソース配線Sとの各交差部には、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)が設けられる。また、一対のゲート配線G及びソース配線Sで囲われる各サブピクセルには、各TFTに対応して、画素電極45が設けられる。
[0027]
上記TFTは、ゲート配線Gから延伸されたゲート電極G1と、ソース電極Sから延伸されたソース電極S1と、半導体層48と、半導体層48上に設けられ、ソース電極S1と対向するように配置されたドレイン電極Dから構成される。ドレイン電極Dは、画素電極45に設けられたコンタクトホールCHを介して、画素電極45と電気的に接続される。
[0028]
半導体層48は、酸化物半導体を含有する酸化物半導体層であってもよい。酸化物半導体は、電子の移動度が高く、かつ、リーク電流量が少ないため、TFTを構成する半導体層48に用いることで、液晶表示装置1000を高速化し、かつ、電力消費を抑制することができる。上記酸化物半導体層は、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、又は、カドミウム(Cd)の少なくとも一つを含むものが挙げられる。なかでも、上記酸化物半導体層は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含む酸化物半導体(In-Ga-Zn-O系半導体)を含むことが好ましい。
[0029]
TFT基板40は、第二の吸収型偏光板50と対向するように配置された反射層46を有する。反射層46は、バックライトユニット200と対向するように設けられる。反射層46を有することで、液晶パネル100に入射したバックライト光のうち、ゲート配線G等の遮光領域に入射した光は、反射層46で反射し、バックライトユニット200側に戻される。反射層46で反射された光は、バックライトユニット200が備える反射板60で反射し、再度、液晶パネル100に向かって射出されるため、バックライト光の利用効率を向上させることができる。
[0030]
反射層46は、TFT基板40の最もバックライトユニット200側に形成されることが好ましい。透明基板41の直上に形成されることが好ましいが、透明基板41と反射層46との間に、層間絶縁層を介してもよい。図1では、反射層46は、ソース電極Sよりも透明基板41と近い位置に形成されている。平面視において、反射層46は、ゲート電極G及びソース配線Sと重なる領域に形成されることが好ましい。図2中、反射層46が設けられた領域をグレーで着色した。また、図示されていないが、TFTと重なる領域にも反射層46を設けてもよい。
[0031]
反射層46の材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銀とパラジウム(Pd)と銅(Cu)との合金(APC)等の高反射金属を用いることができる。また、Ta 等の高屈折率層とMgF 等の低屈折率層とを積層した誘電体多層膜(増反射膜)や、上記高反射金属と増反射膜とを積層したものも用いることができる。反射層46は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によって金属膜を形成した後、パターニングすることにより形成することができる。
[0032]
共通電極43は、サブピクセルごと、又は、複数のサブピクセルに渡って、面状に形成されてもよい。FFSモードでは、画素電極45には、サブピクセルごとに少なくとも1つの開口部(スリット)47又は切り欠き部が設けられる。図2に示したように、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素同士で、ゲート配線Gに対するスリット47の形成方位が異なってもよい。このようにすることで、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素同士で、電圧印加時における液晶分子の配向方位を異ならせることができるため、視野角特性を向上させることができる。
[0033]
共通電極43及び画素電極45は、透明電極であり、例えば、酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide:ITO)、酸化インジウム亜鉛(Indium Zinc Oxide:IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物半導体が挙げられる。
[0034]
[第二の吸収型偏光板]
第二の吸収型偏光板50は、透過軸と吸収軸を有しており、透過軸と吸収軸は直交している。吸収型偏光板は、透過軸と平行な方向に振動する光を透過し、吸収軸と平行な方向に振動する光を吸収する。以下、第二の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率を、「第二の偏光板の透過率k1」もいう。第二の吸収型偏光板としては、第一の吸収型偏光板10よりも透過率k1が大きいものであれば特に限定されない。上記第二の吸収型偏光板の透過率k1は、上記第一の吸収型偏光板の透過率k1と同様の方法で測定することができる。
[0035]
第二の吸収型偏光板50としては、ヨウ素や染料を含浸させて延伸したPVAフィルムを有する偏光板を用いることが好ましい。具体的には、PVAにヨウ素や染料を含浸させ、延伸したフィルムの両面に、トリアセチルセルロース(TAC)フィルムを貼り付けた偏光板が好適に用いられる。
[0036]
第一の吸収型偏光板10と第二の吸収型偏光板50とは、互いの吸収軸が直交するようにクロスニコルに配置される。このように配置することで、液晶層30中の液晶分子の配向を制御して、液晶パネル100を透過する光の量を調整し表示を行うことができる。
[0037]
図3は、実施形態1に係る液晶表示装置の液晶分子の配向方位の一例を示した平面模式図である。図3では、誘電率異方性が正の液晶分子を用いた場合の配向状態を例示した。図3中、Xは、第一の吸収型偏光板10の透過軸方向を示し、Yは、第二の吸収型偏光板50の透過軸方向を示す。また、電圧無印加時の液晶分子31を実線で示し、電圧印加時の液晶分子31を破線で示した。上記透過軸方向及び液晶分子31の配向方位はいずれも観察者側から見た場合を示す。図3に示したように、電圧無印加時は、液晶分子31の配向方位が第二の吸収型偏光板50の透過軸方向Yと一致しており、位相差が発生しないため、黒表示となる。一方、電圧印加時は、液晶分子31が左回りに45°回転し、第一の吸収型偏光板10の透過軸方向X、及び、第二の吸収型偏光板50の透過軸方向Yに対して45°を成すように配向変化することで、位相差が発生し、白表示となる。
[0038]
第二の吸収型偏光板50の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は、第一の吸収型偏光板10の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率よりも大きい。第二の偏光板と、TFT基板40に設けられた反射層46とは、対向するように配置されている。バックライトユニット200の出射光の内、第二の吸収型偏光板50の透過軸方向に振動する光のみが第二の吸収型偏光板50を透過する。第二の吸収型偏光板50を透過した偏光は、その偏光状態を維持した状態で反射層46にて反射され、再度、第二の吸収型偏光板50の透過軸を通過する。従来、第一の吸収型偏光板10と、第二の吸収型偏光板50には、透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率が同じ偏光板を用いられるのが一般的であったが、本発明では、TFT基板40側に、対向基板20側に配置される第一の吸収型偏光板10よりも、透過率k1が高い第二の吸収型偏光板50を配置することで、反射層46によってバックライトユニット200側に反射された光が、従来の構成と比べて、第二の吸収型偏光板50で吸収されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置1000の輝度を高くし、かつ、消費電力を低減することができる。
[0039]
[バックライトユニット]
バックライトユニット200は反射板60を有する。本実施形態に用いられるバックライトユニット200は、液晶パネル100に対して光を照射し、かつ、反射板60を有するものであれば特に限定されず、直下型でもよいし、エッジライト型でもよい。バックライトユニット200の光源としては、一般的なバックライト光源、例えば、冷陰極管(CCFL)、発光ダイオード(LED)等の光源を使用することができる。
[0040]
エッジライト型の場合を例に挙げると、図1に示すように、エッジライト61、導光板62、反射板60を有する構成が挙げられる。エッジライト61は、導光板62の端面に配置され、反射板60は、導光板62の背面に配置される。導光板62は、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができる。反射板60としては、例えば、アルミ板、白色ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、反射フィルム(例えば、3M社製、ESR(Enhanced Specular Reflector)フィルム))等が挙げられる。
[0041]
バックライトユニット200は、更に、プリズムシート、拡散シート等の光学シートを適宜用いることができる。この場合、上記光学シートの下面に隣接して導光板を設けてもよい。エッジライト61から照射された光は、導光板62に入射され、導光板62により照明すべき方向(観察者側)に向かって出射される。
[0042]
(実施形態2)
図4を用いて、実施形態2に係る液晶表示装置2000を説明する。実施形態2は、第一基板が対向基板であり、第二基板が薄膜トランジスタ基板である。図4は、実施形態2に係る液晶表示装置の断面模式図である。なお、液晶パネル100は実施形態1で説明したものと同様であり、液晶表示装置2000の平面模式図は図2と同様であるため説明を省略する。図4は、図2のA-A’線に沿った断面模式図に対応する。
[0043]
実施形態2では、第二の偏光板は、第二の吸収型偏光板50である。図4に示したように、液晶表示装置2000は、更に、第二の吸収型偏光板50とバックライトユニット200との間に、反射型偏光板70を有する。第一の吸収型偏光板10と第二の吸収型偏光板50とは、互いの吸収軸が直交するようにクロスニコルに配置される。
[0044]
第二の吸収型偏光板50の透過率k1は、第一の吸収型偏光板10の透過率k1よりも大きい。そのため、実施形態1と同様に、TFT基板40に設けられた反射層46によってバックライトユニット200側に反射された光が、第二の吸収型偏光板50で吸収されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置2000の輝度を高くし、かつ、消費電力を低減することができる。
[0045]
液晶パネル100のTFT基板40側に複数の偏光板が設けられる場合、TFT基板40側の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は、最もTFT基板40に近い位置に設けられた偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率を基準とする。すなわち、実施形態2では、第二の吸収型偏光板50の透過率k1が、第一の吸収型偏光板10の透過率k1よりも大きければよい。
[0046]
実施形態2では、第二の吸収型偏光板50とバックライトユニット200との間に、反射型偏光板70を配置することで、第二の吸収型偏光板50の吸収軸で吸収されていた光を、反射型偏光板70により、バックライトユニット200側に反射して再利用できるため、バックライト光の利用効率をより高めることができる。
[0047]
更に、吸収型偏光板と反射型偏光板とを併用することで、液晶表示装置2000のコントラストを向上させることができる。上記液晶表示装置のコントラストは、後述するように、液晶表示装置の最大輝度(白輝度)と最小輝度(黒輝度)とをそれぞれ測定し、白輝度の値を黒輝度の値で除して求めることができる。液晶表示装置に用いる偏光板のコントラストを算出することで、上記液晶表示装置のコントラストに対する、液晶層等の他の構成を除いた偏光板のみの影響を検討することができる。以下に、偏光板のコントラストに着目して、吸収型偏光板と反射型偏光板との併用によるコントラストの向上効果を説明する。
[0048]
偏光板のコントラスト(CR)は、下記式(1)により求められる。
CR=(平行透過率Tp)÷(直交透過率Tc)  (1)
[0049]
平行透過率Tp及び直交透過率Tcはともに、液晶パネルの観察者側に少なくとも一つの偏光板(表側偏光板)を配置し、液晶表示装置の背面側に少なくとも一つの偏光板(裏側偏光板)を配置した場合の透過率である。本明細書中、液晶パネルの観察者側又は背面側に複数の偏光板が設けられる場合、液晶パネルの観察者側に設けられた全ての偏光板を「表側偏光板」といい、液晶パネルの背面側に設けられた全ての偏光板を「裏側偏光板」という。上記平行透過率Tpは、表側偏光板及び裏側偏光板の透過軸が互いに平行になる様に配置した場合の透過率である。上記直交透過率Tcは、表側偏光板及び裏側偏光板の透過軸が互いに直交する様に配置した場合の透過率である。直交透過率Tcが小さいほど、偏光板のコントラストは高くなる。
[0050]
偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は透過率k1、偏光板の透過軸と直交する偏光の透過率は透過率k2と表される。ここで、第一の吸収型偏光板の透過率k1、k2をそれぞれk1a、k2aとし、第二の偏光板の透過率k1、k2をそれぞれk1b、k2bとし、他の偏光板の透過率k1、k2をk1c、k2cとすると、平行透過率Tpは下記式(2)、直交透過率Tcは下記式(3)により求められる。
Tp=(1/2)×(k1a×k1b×k1c+k2a×k2b×k2c)  (2)
Tc=(1/2)×(k1a×k2b×k2c+k2a×k1b×k1c)  (3)
[0051]
上記式(1)、(2)及び(3)より、偏光板のコントラストは、下記式(4)で表される。
  CR=(k1a×k1b×k1c+k2a×k2b×k2c)÷(k1a×k2b×k2c+k2a×k1b×k1c)  (4)
[0052]
実施形態2では、表側偏光板として第一の吸収型偏光板10を配置し、裏側偏光板として第二の吸収型偏光板50及び反射型偏光板70を配置する。第二の吸収型偏光板50が上記「第二の偏光板」に対応し、反射型偏光板70が上記「他の偏光板」に対応する。実施形態1及び3のように、裏側偏光板が吸収型偏光板のみ又は反射型偏光板のみである場合には、上記他の偏光板を有さないため、上記k1c=100%、k2c=100%として計算する。
[0053]
以下に、後述する実施例で用いた吸収型偏光板C(k1=84.0%、k2=0.002%)、吸収型偏光板H(k1=89.0%、k2=0.083%)、反射型偏光板A(k1=86.0%、k2=1.765%)を例に挙げて、偏光板コントラストを具体的に算出する。実施形態2に対応する例として、表側偏光板として吸収型偏光板Cを配置し、裏側偏光板として吸収型偏光板H及び反射型偏光板70を配置する場合を挙げると、偏光板コントラストは下記式(5)により算出される。
CR=(84.0×89.0×86.0+0.002×0.083×1.765)÷(84.0×0.083×1.765+0.002×89.0×86.0)
=642936÷27.614
   ≒23283  (5)
[0054]
一方で、実施形態3に対応する例として、表側偏光板として吸収型偏光板Cを配置し、裏側偏光板として反射型偏光板70を配置する場合を挙げると、偏光板コントラストは下記式(6)により算出される。
CR=(84.0×86.0×100+0.002×1.765×100)÷(84.0×1.765×100+0.002×86.0×100)
  =722400÷14843
    ≒49  (6)
[0055]
上記式(5)と(6)の比較から明らかなように、裏側偏光板として第二の吸収型偏光板と反射型偏光板とを配置した方が、裏側偏光板として反射型偏光板のみを配置した場合と比較して、偏光板コントラストが高くなる。これは、式(4)の分母中の「k2b×k2c」の部分が、裏側偏光板として第二の吸収型偏光板及び反射型偏光板を配置した場合には、裏側偏光板として反射型偏光板のみを配置した場合よりも3桁小さい値になるためである。以上のように、吸収型偏光板と反射型偏光板とを併用することで偏光板のコントラストが向上する。
[0056]
[反射型偏光板]
反射型偏光板は、透過軸と反射軸を有しており、透過軸と反射軸は直交している。反射型偏光板は、透過軸と平行な方向に振動する光を透過し、反射軸と平行な方向に振動する光を反射する。第二の吸収型偏光板50の吸収軸と、反射型偏光板70の反射軸とが平行になるように配置することが好ましい。これにより、第二の吸収型偏光板50の吸収軸と平行な偏光を、反射型偏光板70により、バックライトユニット200側に反射することができる。
[0057]
反射型偏光板70としては、例えば、多層型反射型偏光板、ワイヤグリッド偏光板、コレステリック液晶の選択反射を用いた反射型偏光板を用いることができる。上記多層型反射型偏光板としてはスリーエム社製の反射型偏光板(商品名:DBEF)が挙げられる。上記コレステリック液晶の選択反射を用いた反射型偏光板は、コレステリック液晶フィルムとλ/4板を組み合わせたものであり、日東電工社製の反射型偏光板(商品名:PCF)が挙げられる。
[0058]
(実施形態3)
図5を用いて、実施形態3に係る液晶表示装置3000を説明する。実施形態3は、第一基板が対向基板であり、第二基板が薄膜トランジスタ基板である。図5は、実施形態3に係る液晶表示装置の断面模式図である。なお、液晶パネル100は実施形態1で説明したものと同様であり、液晶表示装置3000の平面模式図は図2と同様であるため説明を省略する。図5は、図2のA-A’線に沿った断面模式図に対応する。
[0059]
実施形態3では、第二の偏光板は、反射型偏光板70である。反射型偏光板70としては、実施形態2で挙げたものを用いることができる。第一の吸収型偏光板10と反射型偏光板70とは、互いの吸収軸が直交するようにクロスニコルに配置される。
[0060]
反射型偏光板70の透過率k1は、第一の吸収型偏光板10の透過率k1よりも大きい。そのため、TFT基板40に設けられた反射層46によってバックライトユニット200側に反射された光が、反射型偏光板70で反射されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置3000の輝度を高くし、かつ、消費電力を低減することができる。
[0061]
実施形態3では、液晶パネル100のTFT基板40側に、吸収型偏光板を設けず、反射型偏光板70のみを配置することで、バックライト光の吸収を抑制できるため、バックライト光の利用効率をより高めることができる。
[0062]
(実施形態4)
図6を用いて、実施形態4に係る液晶表示装置4000を説明する。実施形態4は、第一基板が対向基板であり、第二基板が薄膜トランジスタ基板である。図6は、実施形態4に係る液晶表示装置の断面模式図である。なお、液晶パネル100は実施例1で説明したものと同様であり、液晶表示装置4000の平面模式図は図2と同様であるため説明を省略する。図6は、図2のA-A’線に沿った断面模式図に対応する。
[0063]
実施形態4では、第二の偏光板は、第二の吸収型偏光板50である。第一の吸収型偏光板10と第二の吸収型偏光板50とは、互いの吸収軸が直交するようにクロスニコルに配置される。第二の吸収型偏光板50の透過率k1は、第一の吸収型偏光板10の透過率k1よりも大きい。そのため、実施形態1と同様に、TFT基板40に設けられた反射層46によってバックライトユニット200側に反射された光が、第二の吸収型偏光板50で吸収されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置4000の輝度を高くし、かつ、消費電力を低減することができる。
[0064]
図6に示したように、液晶表示装置4000は、更に、第一の吸収型偏光板10と液晶パネル100との間に第一の位相差板81を有し、液晶パネル100と第二の偏光板との間に、第二の位相差板82を有する。
[0065]
[位相差板]
位相差板は、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子である。上記位相差板としては、位相差が275nmであるλ/2板、位相差が138nmであるλ/4板等が挙げられる。
[0066]
上記位相差板としては、液晶表示装置の分野で一般的に用いられる延伸処理された高分子フィルム、透明基材上に形成された液晶フィルム等を用いることができる。
[0067]
上記高分子フィルムの材料としては、例えば、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等が挙げられ、中でも、シクロオレフィンポリマーが好ましい。シクロオレフィンポリマーで形成された位相差板は、耐久性に優れ、高温環境や高温高湿環境に長期間曝したときの位相差の変化が小さいという利点がある。シクロオレフィンポリマーのフィルムとしては、日本ゼオン社製の「ゼオノアフィルム(登録商標)」、JSR社製の「ARTON(登録商標)フィルム」等が知られている。
[0068]
上記液晶フィルムは、例えば、透明基材上に重合性液晶化合物を塗布した後、紫外線照射や加熱処理などの硬化処理を行うことで、製造できる。また、必要に応じて、重合性液晶化合物を塗布する前に、透明基材上に下地配向膜を形成してもよい。
[0069]
上記重合性液晶化合物としては、光反応性基を有する液晶性ポリマーが好適に用いられる。光反応性基を有する液晶性ポリマーとしては、例えば、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、フェニルベンゾエート基、アゾベンゼン基、これらの誘導体などの置換基(メソゲン基)と、シンナモイル基、カルコン基、シンナミリデン基、β-(2-フェニル)アクリロイル基、桂皮酸基、これらの誘導体などの光反応性基を併せ有する構造の側鎖を有し、アクリレート、メタクリレート、マレイミド、N-フェニルマレイミド、シロキサンなどの構造を主鎖に有するポリマーを挙げることができる。かかるポリマーは、単一の繰り返し単位からなるホモポリマーであってもよく、側鎖の構造の異なる2以上の繰り返し単位からなるコポリマーであってもよい。かかるコポリマーとしては、交互型、ランダム型、クラフト型などのいずれをも含む。また、かかるコポリマーにおいては、少なくとも一の繰り返し単位に係る側鎖が、上記の如きメソゲン基と光反応性基を併せ有する構造の側鎖であり、他の繰り返し単位に係る側鎖が、かかるメソゲン基や光反応性基を有さないものであってよい。
[0070]
上記重合性液晶化合物の塗布に用いられる溶媒としては、例えば、トルエン、エチルベンゼン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジブチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、エタノール、プロパノール、シクロヘキサン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、シクロヘキサノン、n-ヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。これらはいずれかを単独で用いることもでき、2種以上を併用することもできる。
[0071]
上記下地配向膜としては、ポリイミド等の液晶表示パネルの分野で一般的な配向膜を用いることができる。上記下地配向膜の配向処理は、ラビング、光照射等を用いることができる。
[0072]
上記液晶フィルム及び上記下地配向膜は、上記透明基材上に形成した後、接着剤層を介して第一の吸収型偏光板10上、及び、第二の偏光板上に転写してもよい。
[0073]
上記透明基材としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。上記透明基材としては、面内及び厚み方向の位相差をほぼゼロにすることが可能であることから、例えば、富士フイルム社製の「Z-TAC」等のゼロ位相差フィルムが好適に用いられる。
[0074]
第一の位相差板81は、少なくとも波長550nmの光に対して1/4波長の面内位相差を付与することが好ましく、具体的には、少なくとも波長550nmの光に対して100nm以上、160nm以下の面内位相差を付与するものであることが好ましい。第一の位相差板81は、例えばλ/4板である。
[0075]
第一の位相差板81がλ/4板であることで、第一の吸収型偏光板10と組み合わせて、円偏光板として機能させることができる。これにより、液晶パネル100の観察者側から入射された外光の内部反射(映り込み)を抑制できるため、液晶表示装置4000のコントラストを向上させ、良好な黒表示を実現できる。
[0076]
第二の位相差板82は、少なくとも波長550nmの光に対して1/2波長の面内位相差を付与することが好ましく、具体的には、少なくとも波長550nmの光に対して200nm以上、360nm以下の面内位相差を付与するものであることが好ましい。第二の位相差板82は、例えばλ/2板である。液晶層の面内位相差(Δn・d)は、第一の位相差板81と第二の位相差板82の面内位相差の合計に等しくなるように、液晶材料のΔn及びセル厚dによって調節される。
[0077]
図7は、実施形態4に係る液晶表示装置の液晶分子の配向方位の一例を示した平面模式図である。図7では、誘電率異方性が正の液晶分子を用いた場合の配向状態を例示した。図7中、Xは、第一の吸収型偏光板10の透過軸方向を示し、Yは、第二の吸収型偏光板50の透過軸方向を示し、W1は、第一の位相差板81の遅相軸方向を示し、W2は、第二の位相差板82の遅相軸方向を示す。また、電圧無印加時の液晶分子31を実線で示し、電圧印加時の液晶分子31を破線で示した。上記透過軸方向、透過軸方向及び液晶分子31の配向方位はいずれも観察者側から見た場合を示す。
[0078]
図7に示したように、第一の吸収型偏光板10の透過軸方向Xと第二の吸収型偏光板50の透過軸方向Yとはクロスニコルに配置される。第一の位相差板81の遅相軸W1と第二の位相差板82の遅相軸W2とは、互いに平行に、かつ、上記X方向及び上記Y方向と45°の角度を成すように配置される。電圧無印加時における液晶分子31の配向方位は、上記X方向及び上記Y方向と45°の角度を成し、かつ、上記W1方向及び上記W2方向と直交する。このように配置することで、液晶層の持つ面内位相差が、第一の位相差板81及びと第二の位相差板82の位相差でキャンセルされるため、黒表示とすることができる。
[0079]
一方、電圧印加時には、液晶分子31が左回りに45°回転することにより、第二の吸収型偏光板50の透過軸方向Yと揃うため液晶層30の位相差は消失するが、第一の位相差板81及び第二の位相差板82の位相差が残るため、白表示とすることができる。
[0080]
電圧無印加時において、液晶層30の位相差を充分にキャンセルするためには、第一の位相差板81及び第二の位相差板82の波長分散特性を液晶材料に揃えることが好ましい。そのため、第一の位相差板81及び第二の位相差板82は、上述した液晶フィルムを含むことが好ましい。
[0081]
第二の位相差板82がλ/2板であると、λ/2板の遅相軸と第二の吸収型偏光板50の透過軸のなす角が45°であるため、第二の吸収型偏光板50を通過したバックライト光は、偏光方向が90°回転する。その後、偏光状態を維持したまま反射層46で反射された後、再びλ/2板を透過する際に-90度回転し、第二の吸収型偏光板50の透過軸を透過するため、バックライト光をリサイクルすることができる。
[0082]
(実施形態5)
図8を用いて、実施形態5に係る液晶表示装置5000を説明する。実施形態5は、第一基板が薄膜トランジスタ基板であり、第二基板が対向基板である。図8は、実施形態5に係る液晶表示装置の断面模式図である。液晶表示装置5000のTFT基板の平面模式図は、図2と同様であるため説明を省略する。
[0083]
図8に示したように、液晶表示装置5000は、第一の吸収型偏光板10と、第一の吸収型偏光板10側から順に、TFT基板5040と、液晶層30と、対向基板5020とを有する液晶パネル5100と、第二の吸収型偏光板50と、反射板60を有するバックライトユニット200とをこの順に備える。
[0084]
実施形態5では、対向基板5020は、第二の吸収型偏光板50と対向するように配置された反射層5046を有する。反射層5046は、バックライトユニット200と対向するように設けられる。反射層5046は、対向基板5020の最もバックライトユニット200側に形成されることが好ましい。透明基板21の直上に形成されることが好ましいが、透明基板21と反射層5046との間に、層間絶縁層を介してもよい。反射層5046は、対向基板5020に設けられ、ブラックマトリクス23よりも透明基板21と近く、ブラックマトリクス23と重なる領域に形成されてもよい。
[0085]
反射層5046の材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、銀とパラジウム(Pd)と銅(Cu)との合金(APC)等の高反射金属を用いることができる。また、Ta 等の高屈折率層とMgF 等の低屈折率層とを積層した誘電体多層膜(増反射膜)や、上記高反射金属と増反射膜とを積層したものも用いることができる。
[0086]
反射層5046は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によって金属膜等を形成した後、パターニングすることにより形成することができる。ブラックマトリクス23と重なる領域に形成する場合は、反射層形成用の金属膜等を形成し、上記金属膜等上にブラックマトリクス23形成用の金属膜又は樹脂層を形成し、一括してパターニングすることもできる。
[0087]
ブラックマトリクス23としては、ブラックレジスト、クロム(Cr)と酸化クロム(CrOx)との二層膜等が挙げられる。ブラックマトリクス23がブラックレジストである場合は、金属膜等を形成した後、金属膜等の上にポジ型レジストを塗布し、ポジ型レジストを用いたフォトリソグラフィーにより反射層5046を形成する。次いで、ネガ型ブラックレジストを塗布し、フォトリソグラフィーにより反射層5046上にブラックマトリクス23を形成することで、ブラックマトリクスパターンが得られる。一方、ブラックマトリクス23がクロムと酸化クロムとの二層膜である場合は、反射層5046のブラックマトリクスパターンを形成した後に、CrとCrOxをスパッタリング装置で成膜し、ポジ型レジストを用いてエッチングすることで得られる。
[0088]
第二の吸収型偏光板50の透過率k1は、第一の吸収型偏光板10の透過率k1よりも大きい。そのため、実施形態5では、対向基板5020に設けられた反射層5046によってバックライトユニット200側に反射された光が、第二の吸収型偏光板50で吸収されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置5000の輝度を高くし、かつ、消費電力を低減することができる。
[0089]
実施形態1~5は、FFSモードについて説明したが、IPS(In-Plane Switching)モードにも適用可能である。更に、実施形態1~3及び5は、VA(Vertical Alignment)モードにも適用可能である。また、実施形態5では、上記実施形態1に記載の偏光板構成を有する場合を例に挙げて説明したが、上記実施形態2~4に記載の偏光板構成を適用することも可能である。
[0090]
[実施例]
以下に、実際に液晶表示装置を作製した実施例及び比較例を示す。なお、実施例及び比較例で用いた吸収型偏光板A~I、及び、反射型偏光板Aは、すべて直線偏光板である。また、吸収型偏光板A~Iは、すべて、PVAにヨウ素を含浸させた延伸フィルムの両面に、TACフィルムを貼り付けた偏光板を用いた。
[0091]
(実施例1)
実施例1では、透過型FFSモードの液晶表示装置を作製した。実施例1は、実施形態2の具体例であり、図2及び図4に示した構成を有する。実施例1に係る液晶表示装置の開口率は35%であった。上記開口率とは、一つのサブピクセル当たりの透過表示に寄与する領域の割合をいう。実施例1に係る液晶表示装置は、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードの液晶表示装置とした。液晶分子の配向方位は、図3と同様とした。
[0092]
まず、ガラス基板上に、スパッタリング法にてAl膜とゲート配線用金属膜を形成し、フォトリソグラフィー、エッチング工程を経て上記Al膜とゲート配線用金属膜を格子状にパターニングし、下層にAl反射層を有するゲート配線、及び、ソース配線位置にAl反射層とゲート配線用金属膜の積層体を形成した。上記ゲート配線上にゲート絶縁層を形成し、続けて、半導体層、ソース配線及びソース電極、ドレイン電極をパターニングした。ソース配線は、上記Al反射層とゲート配線用金属膜との積層体のソース配線パターンと重複するように形成した。その後、層間絶縁層を形成し、サブピクセル毎にITOを用いて面状の共通電極を形成し、更に、上記共通電極上に層間絶縁層を介して画素電極を形成した。上記画素電極には、ITOを用い、複数の開口部を設けた。以上により、TFT基板を作製した。
[0093]
次に、ガラス基板上にブラックマトリクス及びカラーフィルタ層を形成し、対向基板を作製した。
[0094]
得られたTFT基板及び対向基板の液晶層側の表面に、それぞれ水平配向膜を形成し、ラビングにより配向処理を行った。その後、TFT基板及び対向基板の一方に液晶材料を滴下し、シール材を用いて他方の基板を貼り合わせて液晶層を形成し、FFSモードの液晶パネルを作製した。上記液晶材料として、誘電率異方性が正であるものを用いた。上記液晶分子の初期配向方位は、上記配向処理により制御することができる。
[0095]
得られた液晶パネルの観察者側に吸収型偏光板Aを貼り付けた。液晶パネルの背面側に、液晶パネル、吸収型偏光板E、反射型偏光板Aの順で貼り付けた。反射型偏光板Aとしては、スリーエム社製の反射型偏光板(商品名:DBEF)を用いた。図2に示したゲート配線Gの延伸方向を0°とすると、図3に示したように、液晶表示装置を観察者側から見た場合に、吸収型偏光板Aの透過軸Xが、上記0°方向となるように配置し、吸収型偏光板Eの透過軸Yが、上記0°方向から左回りに90°方向となるように配置した。電圧無印加時の液晶分子の初期配向方位が90°方向となるように配向処理を行った。電圧印加時には、液晶分子31が上記90°方向から左回りに45°(+45°)回転して白表示を行う。なお、図2では、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素同士で、スリット47の形成方位が異なるため、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素では、電圧印加時に、液晶分子31が右回りに45°(-45°)回転して白表示を行う。
[0096]
その後、上記液晶パネルの背面側にバックライトユニットを配置して、実施例1に係る液晶表示装置が完成した。上記バックライトユニットとしては、反射板としてスリーエム社製の反射フィルム(商品名:ESR)を有するエッジライト式のバックライトユニットを用いた。
[0097]
実施例1では、液晶パネルの対向基板(CF基板)側に設けられた吸収型偏光板Aが、第一の吸収型偏光板である。液晶パネルのTFT基板側に設けられた偏光板のうち、最もTFT基板に近い位置に設けられた吸収型偏光板Eが、第二の偏光板である。表1に示す通り、吸収型偏光板Eの透過率k1は、吸収型偏光板Aの透過率k1よりも大きかった。なお、以下の表1~表14中、「k2」は、吸収型偏光板である場合は、吸収軸と平行方向に振動する偏光の透過率を表し、反射型偏光板の場合は、反射軸と平行方向に振動する偏光の透過率を表す。
[0098]
[表1]


[0099]
(実施例2)
実施例2は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Bを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Fを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表2に示す通り、吸収型偏光板Fの透過率k1は、吸収型偏光板Bの透過率k1よりも大きかった。
[0100]
[表2]


[0101]
(実施例3)
実施例3は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Cを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Gを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表3に示す通り、吸収型偏光板Gの透過率k1は、吸収型偏光板Cの透過率k1よりも大きかった。 
[0102]
[表3]


[0103]
(実施例4)
実施例4は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Cを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Hを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表4に示す通り、吸収型偏光板Hの透過率k1は、吸収型偏光板Cの透過率k1よりも大きかった。
[0104]
[表4]


[0105]
(実施例5)
実施例5は、実施形態1に係る透過型FFSモードの液晶表示装置の具体例であり、図1及び図2に示した構成を有する。実施例5は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Cを用い、TFT基板側に反射型偏光板Aを配置せず、吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Hを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表5に示す通り、吸収型偏光板Hの透過率k1は、吸収型偏光板Cの透過率k1よりも大きかった。 
[0106]
[表5]


[0107]
(実施例6)
実施例6は、実施形態3に係る透過型FFSモードの液晶表示装置の具体例であり、図2及び図5に示した構成を有する。実施例6は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Cを用い、TFT基板側に反射型偏光板Aのみを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表6に示す通り、反射型偏光板Aの透過率k1は、吸収型偏光板Cの透過率k1よりも大きかった。 
[0108]
[表6]


[0109]
(実施例7)
実施例7は、TFT基板に設ける反射層として、APC膜を用いたこと以外は、実施例6と同様の構成を有する。
[0110]
(実施例8)
実施例8は、TFT基板に設ける反射層として、APC膜を用いたこと以外は、実施例3と同様の構成を有する。
[0111]
(実施例9)
実施例9は、TFT基板に設ける反射層として、APC膜を用いたこと以外は、実施例4と同様の構成を有する。
[0112]
(実施例10)
実施例10は、実施形態4に係る透過型FFSモードの液晶表示装置の具体例であり、図2及び図6に示した構成を有する。実施例10に係る液晶表示装置は、電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードの液晶表示装置とした。液晶分子の配向方位は、図7と同様とした。実施例10は、第一の吸収型偏光板と液晶パネルとの間に、第一の位相差板を有すること、液晶パネルと第二の偏光板との間に、第二の位相差板を有すること、第一の吸収型偏光板と第二の偏光板の透過軸方位が異なること以外は、実施例4と同様の構成を有する。
[0113]
実施例1と同様にしてFFSモードの液晶パネルを作製し、上記液晶パネルの観察者側に、第一の位相差板としてλ/4板(リタデーション:138nm)を貼り付け、上記λ/4板上に吸収型偏光板Cを貼り付けた。上記液晶パネルの背面側に、第二の位相差板としてλ/2板(リタデーション:275nm)を貼り付け、上記λ/2板上に吸収型偏光板H、反射型偏光板Aの順で貼り付けた。
[0114]
図2に示したゲート配線Gの延伸方向を0°とすると、図7に示したように、液晶表示装置を観察者側から見た場合に、吸収型偏光板Cの透過軸Xが、上記0°方向から左回りに45°方向となるように配置し、λ/4板の遅相軸W1及びλ/2板の遅相軸W2が、上記0°方向となるように配置し、吸収型偏光板Hの透過軸Yが上記0°方向から左回りに135°方向となるように配置した。また、電圧無印加時の液晶分子31の初期配向方位が上記90°方向となるように配向処理を行った。電圧印加時には、液晶分子31が上記90°方向から左回りに45°(+45°)回転して白表示を行う。なお、図2では、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素同士で、スリット47の形成方位が異なるため、ソース配線Sの延伸方向に隣接する画素では、電圧印加時に、液晶分子31が右回りに45°(-45°)回転して白表示を行う。
[0115]
更に、電圧無印加時に黒表示となるように、セル厚を変えることで液晶層のリタデーションを調整した。実施例10では、液晶層の位相差(Δn・d)を413nmとした。
[0116]
(実施例11)
実施例11は、第二の位相差板として、λ/2板の代わりに位相差板A(リタデーション:238nm)を挿入したこと、液晶層の厚みを変えた以外は、実施例10と同様の構成を有する。実施例11では、液晶層の位相差(Δn・d)を376nmとした。
[0117]
(比較例1)
比較例1は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Eを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Aを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表7に示す通り、吸収型偏光板Aの透過率k1は、吸収型偏光板Eの透過率k1よりも低かった。
[0118]
[表7]


[0119]
(比較例2)
比較例2は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Cを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Cを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表8に示す通り、第二の偏光板及び第一の吸収型偏光板として、ともに吸収型偏光板Cを用いたため、第二の偏光板の透過率k1と第一の吸収型偏光板の透過率k1とは等しかった。
[0120]
[表8]


[0121]
(比較例3)
比較例3は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Fを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Bを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表9に示す通り、吸収型偏光板Bの透過率k1は、吸収型偏光板Fの透過率k1よりも低かった。
[0122]
[表9]


[0123]
(比較例4)
比較例4は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Dを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Dを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表10に示す通り、第二の偏光板及び第一の吸収型偏光板として、ともに吸収型偏光板Dを用いたため、第二の偏光板の透過率k1と第一の吸収型偏光板の透過率k1とは等しかった。
[0124]
[表10]


[0125]
(比較例5)
比較例5は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Gを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Cを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表11に示す通り、吸収型偏光板Cの透過率k1は、吸収型偏光板Gの透過率k1よりも低かった。
[0126]
[表11]


[0127]
(比較例6)
比較例6は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Eを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表12に示す通り、第二の偏光板及び第一の吸収型偏光板として、ともに吸収型偏光板Eを用いたため、第二の偏光板の透過率k1と第一の吸収型偏光板の透過率k1とは等しかった。
[0128]
[表12]


[0129]
(比較例7)
比較例7は、液晶パネルのCF基板側に配置した吸収型偏光板Aの代わりに吸収型偏光板Hを用い、TFT基板側に配置した吸収型偏光板Eの代わりに吸収型偏光板Cを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成を有する。表13に示す通り、吸収型偏光板Cの透過率k1は、吸収型偏光板Hの透過率k1よりも低かった。
[0130]
[表13]


[0131]
(比較例8)
比較例8は、液晶パネルのTFT基板側に配置する偏光板として、吸収型偏光板Hの代わりに吸収型偏光板Cを用いたこと以外は、実施例5と同様の構成を有する。表14に示す通り、第二の偏光板及び第一の吸収型偏光板として、ともに吸収型偏光板Cを用いたため、第二の偏光板の透過率k1と第一の吸収型偏光板の透過率k1とは等しかった。
[0132]
[表14]


[0133]
実施例及び比較例に関し、下記方法で液晶表示装置の輝度及びコントラストを測定し、輝度の向上効果、及び、コントラストの向上効果を検討した。
<輝度の測定>
輝度の測定は、測定装置としてトプコン社製、SR-UL1を用い、暗室内で行った。
<コントラストの測定>
液晶表示装置のコントラストは、暗室内で液晶表示装置の最大輝度(白輝度)と、最小輝度(黒輝度)を測定し、下記式により算出した。輝度の測定は、トプコン社製、SR-UL1を用いて行った。
液晶表示装置のコントラスト=白輝度÷黒輝度
[0134]
<輝度の向上効果の検討1>
実施例1、比較例1及び比較例2(組み合わせ1)、実施例2、比較例3及び比較例4(組み合わせ2)、実施例3、比較例5及び比較例6(組み合わせ3)、実施例4と比較例7(組み合わせ4)の輝度を比較した。組み合わせ1~4の検討結果を表15に示した。
[0135]
[表15]


[0136]
表15に示した通り、組み合わせ1~4の検討結果から、第一の吸収型偏光板の透過率k1と第二の偏光板の透過率k1との平均値は、84%から87%へと段階的に上昇し、上記偏光板の透過率k1の平均値の上昇に伴い、パネル輝度も段階的に上昇している。
[0137]
一方、各組み合わせにおいて、実施例と比較例とでは、第一の吸収型偏光板の透過率k1と第二の偏光板の透過率k1の大小関係が異なる。例えば、組み合わせ3では、比較例5は第一の吸収型偏光板の透過率k1の方が第二の偏光板の透過率k1よりも大きく、比較例6は第一の吸収型偏光板と第二の偏光板の透過率k1が等しく、実施例3は第二の偏光板の透過率k1の方が第一の吸収型偏光板の透過率k1よりも大きい。一般的な液晶表示装置では、比較例6のように、液晶パネルの表裏に透過率k1が等しい吸収型偏光板が配置される。比較例5、比較例6及び実施例3は、上記偏光板の透過率k1は86%と同じであるが、第二の偏光板の透過率k1の方が大きい実施例3のパネル輝度が最も大きい。この傾向は、他の組み合わせでも同様である。
[0138]
この結果は、第一の吸収型偏光板の透過率k1よりも第二の偏光板の透過率k1を大きくすることが、TFT基板の反射層で反射されたバックライト光の利用効率を向上させる上で重要であること裏付けている。上記反射層で反射されるリサイクル光は第二の偏光板の透過軸に平行な方向に振動する偏光であるため、第二の偏光板の透過率k1が大きいほど、リサイクル光を効率的にバックライトユニット側に戻すことができる。そのため、実施例3は、比較例5及び比較例6に比べて輝度が上昇したと考えられる。
[0139]
また、実施例1~4、比較例1~7では、第二の吸収型偏光板とバックライトユニットとの間に、更に反射型偏光板を有する。反射型偏光板を用いることで、吸収型偏光板のみでは吸収されていたバックライト光(第二の偏光板の吸収軸に平行な偏光)の吸収を抑えることができるため、より高い輝度向上効果が得られた。
[0140]
<輝度の向上効果の検討2>
TFT基板側に第二の偏光板のみを配置した実施例5、実施例6及び比較例8について、輝度比較を行った。検討結果を表16に示した。
[0141]
[表16]


[0142]
表16に示した通り、実施例5、実施例6及び比較例8を比較すると、実施例5及び実施例6はともに、比較例8よりも輝度が高く、比較例8に対して1.07~1.85倍の輝度向上効果が得られた。比較例8は、第一の吸収型偏光板及び第二の偏光板ともに、吸収型偏光板Cを使用している。一方、実施例5及び実施例6は、第一の吸収型偏光板として吸収型偏光板Cを使用し、第二の偏光板として吸収型偏光板Cよりも透過率k1が大きい吸収型偏光板H又は反射型偏光板を使用している。実施例5、実施例6及び比較例8の比較から、TFT基板側に第二の偏光板のみを配置した場合であっても、第一の吸収型偏光板の透過率k1よりも第二の偏光板の透過率k1が大きくなるようにすることで、反射層でのバックライト光のリサイクル効果が高まり、輝度が上昇することが確認できた。
[0143]
<輝度の向上効果の検討3>
実施例6、実施例3及び実施例4と、実施例7、実施例8及び実施例9の輝度比較を行った。実施例6、実施例3及び実施例4の反射層の材質はAlであり、実施例7~9の反射層の材質はAPCである。検討結果を表17に示した。
[0144]
[表17]


[0145]
AlとAPCのガラス媒質中の反射率は、Alが85%、APCが93%であり、APCの方が高い反射率である。表17に示した通り、第二の偏光板の構成が同じである実施例同士(例えば、実施例6と実施例7)を比較すると、反射層がAPCである実施例の方が高い白輝度であった。これは、反射層の反射率が高いほど、反射層でのバックライト光の反射光量が増加することに起因する。なお、上記ガラス媒質中の反射率は、コニカミノルタ社製分光測色計CM-2600)にてAl及びAPCが形成されたガラス基板の反射率を測定し、その実測値からガラスと空気界面の反射率を差し引くことにより求めた数値である。
[0146]
<液晶表示装置のコントラストの比較>
実施例3~実施例9と比較例2及び比較例8に係る液晶表示装置のコントラスト比較を行った。検討結果を表18に示した。
[0147]
[表18]


[0148]
まずは、反射層にAl膜を用いた実施例3~実施例6、及び、比較例2及び比較例8について、液晶表示装置のコントラストの比較を行った。表18に示した通り、TFT基板側に吸収型偏光板と反射型偏光板の両方を用いた実施例3、4の方が、吸収型偏光板のみを用いた実施例5、及び、反射型偏光板のみを用いた実施例6よりもコントラストが高かった。また、第一の吸収型偏光板と第二の偏光板の透過率k1が等しい比較例8及び比較例2と比べても、高いコントラストであった。
[0149]
次に、反射層にAPC膜を用いた実施例7~9について、液晶表示装置のコントラストの比較を行った。表18に示した通り、TFT基板側に吸収型偏光板と反射型偏光板の両方を用いた実施例8、9の方が、反射型偏光板のみを用いた実施例7よりもコントラストが高かった。
[0150]
これらの結果から、反射層がAl膜であっても、APC膜であっても、TFT基板側に透過率k1が高い第二の吸収型偏光板を配置し、更に、上記第二の吸収型偏光板とバックライトユニットとの間に反射型偏光板を配置することで、光の利用効率とコントラストの両方が高くなるため、低消費電力で表示品位のよい液晶表示装置が得られることが確認された。
[0151]
<輝度の向上効果の検討4/屋外視認性の検討>
実施例4、実施例10及び実施例11の輝度比較を行った。更に、屋外視認性についても比較を行った。屋外視認性は、実施例4、実施例10及び実施例11に係る液晶表示装置を、屋外で表示させ、目視にて視認性を確認した。実施例4に係る液晶表示装置を基準とし、実施例4よりも外光反射が低減されていれば、〇とした。検討結果を表19に示した。
[0152]
[表19]


[0153]
表19に示した通り、実施例10及び実施例11は、第一の吸収型偏光板(吸収型偏光板C)と液晶パネルとの間に、第一の位相差板(λ/4板)が挿入されている。そのため、第一の吸収型偏光板と第一の位相差板との積層体は、円偏光板として機能する。実施例10及び実施例11は、液晶パネル内の内部反射がカットされるため、位相差板を有さない実施例4と比較して、いずれも屋外での視認性がよかった。
[0154]
実施例10は、吸収型偏光板Hと第二の位相差板(λ/2板)の遅相軸との透過軸のなす角が45°であるため、吸収型偏光板Hを通過したバックライト光(直線偏光)は90°偏光方向が回転する。その後、偏光状態を維持したままAl反射層で反射された後、再び第二の位相差板を透過する際に-90度回転し、吸収型偏光板Hの透過軸を透過するため、バックライト光をリサイクルすることができる。そのため、屋外視認性を改善しつつ、実施例4と同等の輝度が得られた。
[0155]
実施例11では、位相差板Aを通過した後の偏光状態は楕円偏光であるため、円偏光板のような反射防止効果が働き、反射層で反射されたリサイクル光がわずかにカットされる。しかしながら、直線偏光に近い(楕円率が0に近い)楕円偏光であるため、実施例4及び実施例10に近い輝度が得られた。
[0156]
円偏光モードの液晶表示装置に限らず、液晶層や偏光板の視角補償を目的として、実施例10及び実施例11と同様に、液晶パネルとTFT基板側の偏光板との間に、位相差板を配置する場合がある。このような場合でも、上記実施例10及び実施例11のように、バックライト光の楕円率を大きく変えない(バックライト光の楕円率が0に近くなるような)程度のリタデーションを有する位相差板を用いることが、リサイクル効果を高める上で重要であることが分かった。
[0157]
上記実施例では、第一基板が対向基板であり、第二基板がTFT基板である場合を例示したが、液晶パネルのバックライトユニットと対向する面に配置された偏光板(第二偏光板)の透過率k1が、液晶パネルの他方の面に配置された第一の吸収型偏光板の透過率k1よりも大きければ、TFT基板と対向基板のどちらがバックライトユニット側に配置されても効果は変わらない。第一基板をTFT基板とし、第二基板を対向基板とする場合には、バックライト光を反射するための反射層は、対向基板(CF基板)に設けられる。
[0158]
[付記]
本発明の一形態は、第一の吸収型偏光板と、上記第一の吸収型偏光板側から順に、第一基板と、液晶層と、第二基板とを有する液晶パネルと、第二の偏光板と、反射板を有するバックライトユニットとをこの順に備え、上記第二基板は、上記第二の偏光板と対向するように配置された反射層を有し、上記第二の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は、上記第一の吸収型偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率よりも大きい液晶表示装置である。上記第二基板が上記反射層を有することで、ゲート配線等の遮光領域に入射したバックライト光を、バックライトユニット側に反射させ、バックライト光の利用効率を向上させることができる。更に、上記第二の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率を、上記第一の吸収型偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率よりも大きくすることで、上記反射層によってバックライトユニット側に反射された光が、上記第二の偏光板で吸収されることを抑制することができるため、バックライト光の利用効率をより高めることができる。
[0159]
上記第二の偏光板は、第二の吸収型偏光板であってもよい。
[0160]
更に、上記第二の吸収型偏光板と上記バックライトユニットとの間に、反射型偏光板を有してもよい。これにより、上記第二の吸収型偏光板で吸収されていた光を、上記バックライトユニット側に反射して再利用できるため、よりバックライト光の利用効率を高めることができる。
[0161]
上記第二の偏光板は、反射型偏光板であってもよい。これにより、バックライト光の吸収を抑制できるため、よりバックライト光の利用効率を高めることができる。
[0162]
更に、上記第一の吸収型偏光板と上記液晶パネルとの間に、第一の位相差板を有してもよい。また、上記液晶パネルと上記第二の偏光板との間に、第二の位相差板を有してもよい。これにより、液晶表示装置の屋外視認性と、バックライト光の利用効率の両方を向上さることができる。
[0163]
上記液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置であってもよい。

符号の説明

[0164]
10:第一の吸収型偏光板
20、5020:対向基板
30:液晶層
31:液晶分子
21、41:透明基板
22:カラーフィルタ層
23:ブラックマトリクス
40、5040:薄膜トランジスタ基板(TFT基板)
42:第一層間絶縁層
43、5043:共通電極
44、5044:第二層間絶縁層
45、5045:画素電極
46、5046:反射層
47:開口部(スリット)
48:半導体層
50:第二の吸収型偏光板
60:反射板
61:エッジライト
62:導光板
70:反射型偏光板
81:第一の位相差板
82:第二の位相差板
100、5100:液晶パネル
200:バックライトユニット
1000、2000、3000、4000、5000:液晶表示装置
CH:コンタクトホール
D:ドレイン電極
G:ゲート配線
G1:ゲート電極
S:ソース配線
S1:ソース電極
TFT:薄膜トランジスタ
Pix:サブピクセル

請求の範囲

[請求項1]
第一の吸収型偏光板と、
前記第一の吸収型偏光板側から順に、第一基板と、液晶層と、第二基板とを有する液晶パネルと、
第二の偏光板と、
反射板を有するバックライトユニットとをこの順に備え、
前記第二基板は、前記第二の偏光板と対向するように配置された反射層を有し、
前記第二の偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率は、前記第一の吸収型偏光板の透過軸と平行方向に振動する偏光の透過率よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
[請求項2]
前記第二の偏光板は、第二の吸収型偏光板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]
更に、前記第二の吸収型偏光板と前記バックライトユニットとの間に、反射型偏光板を有することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
[請求項4]
前記第二の偏光板は、反射型偏光板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5]
更に、前記第一の吸収型偏光板と前記液晶パネルとの間に、第一の位相差板を有することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の液晶表示装置。
[請求項6]
更に、前記液晶パネルと前記第二の偏光板との間に、第二の位相差板を有することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の液晶表示装置。
[請求項7]
前記液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の液晶表示装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]