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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024176437
(43)【公開日】2024-12-19
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
   G02F 1/13357 20060101AFI20241212BHJP
   G02F 1/1335 20060101ALI20241212BHJP
【FI】
G02F1/13357
G02F1/1335
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023094965
(22)【出願日】2023-06-08
(71)【出願人】
【識別番号】520487808
【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人WisePlus
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 寿史
(72)【発明者】
【氏名】安永 博敏
【テーマコード(参考)】
2H291
2H391
【Fターム(参考)】
2H291FA31X
2H291FA85Z
2H291FA95X
2H291FD13
2H291FD34
2H291GA02
2H291GA23
2H291HA11
2H291HA15
2H291PA44
2H391AA03
2H391AA15
2H391AB04
2H391AC13
2H391AC32
2H391AD26
2H391AD28
2H391AD29
2H391CA02
2H391CA08
2H391CA16
2H391CB13
2H391EA11
(57)【要約】
【課題】 液晶パネルを黒表示とした場合でも表示領域と額縁領域との境界目立ちにくい表示装置を提供する。
【解決手段】 液晶パネルと、上記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、上記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、上記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、上記前面板は、平面視において上記表示領域と重畳する意匠層を含み、上記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ上記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、上記バックライトは、平面視において、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳する第三領域と、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳し、かつ上記第三領域の周囲に配置された第四領域とを含み、上記バックライトの点灯時において、上記第四領域の輝度は、上記第三領域の輝度の50%以下である表示装置。
【選択図】 図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶パネルと、前記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、前記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、
前記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、前記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、
前記前面板は、平面視において前記表示領域と重畳する意匠層を含み、前記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ前記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、
前記バックライトは、平面視において、前記液晶パネルの前記表示領域と重畳する第三領域と、前記液晶パネルの前記表示領域と重畳し、かつ前記第三領域の周囲に配置された第四領域とを含み、
前記バックライトの点灯時において、前記第四領域の輝度は、前記第三領域の輝度の50%以下であることを特徴とする表示装置。
【請求項2】
前記バックライトは、複数の発光素子がマトリクス状に配置された直下型のバックライトであって、
更に、前記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、
前記輝度調整機構は、前記液晶パネルの表示画像に応じて、前記複数の発光素子のそれぞれの発光強度を調整することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
前記バックライトは、導光板と、前記導光板の側面に配置された発光素子を備えたエッジライト型のバックライトであり、
前記導光板の前記第四領域と重畳する領域の反射率は、前記第三領域と重畳する領域の反射率よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
液晶パネルと、前記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、前記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、
前記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、前記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、
前記前面板は、平面視において前記表示領域と重畳する意匠層を含み、前記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ前記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、
500~1000ルクス下における、黒表示状態の前記液晶パネルの前記表示領域の輝度と、前記額縁領域の輝度との差が、5%以下であることを特徴とする表示装置。
【請求項5】
更に、前記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、
前記輝度調整機構は、前記観察者側から入射された光の反射により、前記意匠層の模様を観察者に視認させる反射表示において、前記バックライトが常時点灯するように制御することを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
【請求項6】
前記液晶パネルは、前記反射表示において、透過状態となることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
【請求項7】
前記前面板の前記表示領域と重畳する領域の透過率は、50%以上であることを特徴とする請求項1又は4に記載の表示装置。
【請求項8】
前記前面板と前記液晶パネルとは、光学密着層により貼り合わされていることを特徴とする請求項1又は4に記載の表示装置。
【請求項9】
前記光学密着層は、屈折率が1.4以上、1.6以下であることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、表示画面を点灯すると所望の画像を表示する表示装置について、液晶パネル等の表示パネルを非点灯としたときに、周囲の部材や筐体等と調和し、表示パネルを目立たなくすることで、デザイン性を高めることが検討されている。非点灯時に表示画面を目立たなくさせる方法としては、例えば、表示パネルの前面側に干渉顔料を含む印刷物や、光の一部を透過するスクリーンや加飾フィルム等の半透過部材を配置する方法が検討されている(例えば特許文献1~3等)。
【0003】
特許文献1には、ベースフィルムと、前記ベースフィルムの上に設けられた、複数の第1色ドットにより構成された第1色パターン層、前記第1色パターン層の上に設けられた、複数の第2色ドットにより構成された第2色パターン層と、前記第2色パターン層の上に設けられた、複数の第3色ドットにより構成された第3色パターン層と、を備え、前記第1色ドットのそれぞれが第1色用バインダーと該第1色用バインダーの内部に分散された複数の第1色顔料チップとを含み、前記第2色ドットのそれぞれが第2色用バインダーと該第2色用バインダーの内部に分散された複数の第2色顔料チップとを含み、前記第3色ドットのそれぞれが第3色用バインダーと該第3色用バインダーの内部に分散された複数の第3色顔料チップとを含み、前記第1色顔料チップ、第2色顔料チップ及び第3色顔料チップのそれぞれが、赤色干渉顔料、緑色干渉顔料及び青色干渉顔料のいずれかであることを特徴とする印刷物が開示されている。
【0004】
特許文献2には、被取付部に嵌め込まれ、点灯時に外部に表示光を放つディスプレイを有した表示装置において、前記ディスプレイの前面が、前記表示光を透過し得る多数の微細孔を有したスクリーンで覆われており、該スクリーンの表面が、前記ディスプレイの周囲の被取付部と同一の色・模様に設定されていることを特徴とする表示装置が開示されている。
【0005】
特許文献3には、表示面を有する表示装置と、前記表示面に対面して設けられた加飾シートと、を有する加飾シート付き表示装置であって、前記加飾シートは、絵柄部と前記絵柄部の非形成部である複数の透過部とを有し、開口率が5%以上、50%以下であり、前記透過部は、隣り合う前記透過部の間の距離が40μm以上、140μm以下となるように形成されていることを特徴とする加飾シートであり、前記表示装置は、ドットマトリックス方式の液晶ディスプレイであり、前記透過部のピッチが前記表示面の画素のピッチよりも大きいことを特徴とする加飾シート付き表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第5725581号公報
【特許文献2】特開第2001-331132号公報
【特許文献3】特許第6696014号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
液晶パネルと、上記液晶パネルの背面側にバックライトを備えた表示装置では、表示領域に黒色を表示していても、液晶パネルは黒表示状態でも僅かにバックライト光を透過するため、表示領域の黒色は真っ黒よりも少し明るく見える(黒浮きする)ことがあった。
【0008】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶パネルを黒表示とした場合でも表示領域と額縁領域との境界目立ちにくい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】
【0009】
(1)本発明の一実施形態は、液晶パネルと、上記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、上記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、上記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、上記前面板は、平面視において上記表示領域と重畳する意匠層を含み、上記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ上記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、上記バックライトは、平面視において、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳する第三領域と、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳し、かつ上記第三領域の周囲に配置された第四領域とを含み、上記バックライトの点灯時において、上記第四領域の輝度は、上記第三領域の輝度の50%以下である表示装置。
【0010】
(2)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、上記バックライトは、複数の発光素子がマトリクス状に配置された直下型のバックライトであって、更に、上記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、上記輝度調整機構は、上記液晶パネルの表示画像に応じて、上記複数の発光素子のそれぞれの発光強度を調整する表示装置。
【0011】
(3)また、本発明のある実施形態は、上記(1)の構成に加え、上記バックライトは、導光板と、上記導光板の側面に配置された発光素子を備えたエッジライト型のバックライトであり、上記導光板の上記第四領域と重畳する領域の反射率は、上記第三領域と重畳する領域の反射率よりも低い表示装置。
【0012】
(4)本発明の他の一実施形態は、液晶パネルと、上記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、上記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、上記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、上記前面板は、平面視において上記表示領域と重畳する意匠層を含み、上記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ上記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、500~1000ルクス下における、黒表示状態の上記液晶パネルの上記表示領域の輝度と、上記額縁領域の輝度との差が、5%以下である表示装置。
【0013】
(5)また、本発明のある実施形態は、上記(4)の構成に加え、更に、上記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、上記輝度調整機構は、上記観察者側から入射された光の反射により、上記意匠層の模様を観察者に視認させる反射表示において、上記バックライトが常時点灯するように制御する表示装置。
【0014】
(6)また、本発明のある実施形態は、上記(5)の構成に加え、上記液晶パネルは、上記反射表示において、透過状態となる表示装置。
【0015】
(7)また、本発明のある実施形態は、上記(1)~(6)のいずれかの構成に加え、上記前面板の上記表示領域と重畳する領域の透過率は、50%以上である表示装置。
【0016】
(8)また、本発明のある実施形態は、上記(1)~(7)のいずれかの構成に加え、上記前面板と上記液晶パネルとは、光学密着層により貼り合わされている表示装置。
【0017】
(9)また、本発明のある実施形態は、上記(8)の構成に加え、上記光学密着層は、屈折率が1.4以上、1.6以下である表示装置。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、界面反射を低減し、輝度が高い表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】実施形態1に係る表示装置の一例を示した平面模式図である。
図2図1のX1-X2線における断面模式図である。
図3】透過表示時の黒浮きを説明するための液晶パネルの参考図である。
図4図3の液晶パネルに前面板を重ねた表示装置の参考図である。
図5】実施形態1に用いる直下型のバックライトの平面模式図である。
図6】実施形態1に用いるエッジライト型のバックライトの平面模式図である。
図7】実施形態1において、第三領域(iii)と第四領域(iv)との輝度を例示したグラフである。
図8】前面板が平坦化層を有する場合を例示した表示装置の断面模式図である。
図9】液晶パネルの表示領域と額縁領域との境界と、黒枠層の外縁とを重ねて示した表示装置の平面模式図である。
図10】前面板に含まれる黒枠層の一例を示した平面模式図である。
図11図10に示した第二領域の一部を拡大した第1例の平面模式図である。
図12図10に示した第二領域の一部を拡大した第2例の平面模式図である。
図13図10に示した第二領域の一部を拡大した第3例の平面模式図である。
図14】液晶パネルの側面及び/又は筐体の内壁に黒色層を設けた場合を例示した表示装置の断面模式図である。
図15】実施形態1に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。
図16】実施形態3に係る表示装置の一例を示した断面模式図である。
図17】参考形態1に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。
図18】参考形態2に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。
図19】屈折率が1.5の媒体から屈折率が1の媒体へ光が入射する場合の界面反射率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、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。
【0021】
本明細書中、2つの方向が直交するとは、2つの方向のなす角度が、好ましくは90°±3°の範囲内であり、より好ましくは90°±1°の範囲内であり、更に好ましくは90°±0.5°の範囲内である。また、2つの方向が平行であるとは、2つの方向のなす角度が、好ましくは0°±3°の範囲内であり、より好ましくは0°±1°の範囲内であり、更に好ましくは0°±0.5°の範囲内である。
【0022】
本明細書中、「観察者側」とは、観察者が表示装置を観察する面をいい「前面側」ともいう。「背面側」とは、観察者側と反対側の面をいう。
【0023】
<実施形態1>
実施形態1に係る表示装置は、液晶パネルと、上記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、上記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、上記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、上記前面板は、平面視において上記表示領域と重畳する意匠層を含み、上記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ上記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、上記バックライトは、平面視において、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳する第三領域と、上記液晶パネルの上記表示領域と重畳し、かつ上記第三領域の周囲に配置された第四領域とを含み、上記バックライトの点灯時において、上記第四領域の輝度は、上記第三領域の輝度の50%以下である。実施形態1では、バックライトの構成により、透過表示時の表示領域と額縁領域との境界を視認し難くできる。
【0024】
図1は、実施形態1に係る表示装置の一例を示した平面模式図である。図2は、図1のX1-X2線における断面模式図である。図2に示したように、実施形態1に係る表示装置1-Aは、液晶パネル100と、液晶パネル100の観察者側に配置された前面板110と、液晶パネル100の背面側に配置されたバックライト200とを備える。液晶パネル100及び前面板110の構成については後述する。
【0025】
図1に示したように、液晶パネル100は、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有する。図1中、点線は、液晶パネルの表示領域と額縁領域との境界を示し、図2に示したブラックマトリクス23の液晶パネル内側の外縁が、上記表示領域と上記額縁領域との境界となる。表示領域は、複数の画素を含む領域であり、透過表示時に所望の画像等が表示される領域である。額縁領域は、筐体やベゼルと重畳する領域であり、透過表示には関与しない。
【0026】
以下に、図3及び図4を用いて、黒浮きについて説明する。図3は、透過表示時の黒浮きを説明するための液晶パネルの参考図である。図4は、図3の液晶パネルに前面板を重ねた表示装置の参考図である。
【0027】
液晶パネルは、表示領域に黒色を表示していても、黒浮きが観察されることがある。図3に示したように、液晶パネルの表示領域にアルファベットのAを白色で表示し、文字の背景を黒色で表示した場合を例示する。液晶パネルは黒表示状態でも僅かにバックライト光を透過するため、表示領域の黒色は真っ黒よりも少し明るく見える(黒浮きする)ことがある。上記黒浮きは、黒表示状態の液晶パネルの透過率とバックライトの輝度の積で表される。具体的な数値で説明すると、黒表示状態の液晶パネルの透過率は、通常、0.006%程度であり、仮にバックライトの輝度を10000cd/mとすると、上記黒浮きは0.6cd/m程度であり、額縁領域の黒色との差として充分に視認され得る。このような黒浮きした液晶パネルに、図4に示したように前面板を重ねても、透過表示時に表示領域と額縁領域の境界が視認されてしまう。
【0028】
実施形態1では、バックライトの点灯時において、液晶パネルの額縁領域と重畳する第四領域(iv)の輝度は、液晶パネルの表示領域と重畳する第三領域(iii)の輝度の50%以下である。このような構成とすることで、液晶パネルの透過表示時に、表示領域と額縁領域の境界を視認し難くすることができる。
【0029】
(バックライト)
上記バックライトは、直下型のバックライトであってよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。図5は、実施形態1に用いる直下型のバックライトの平面模式図である。図6は、実施形態1に用いるエッジライト型のバックライトの平面模式図である。図5及び図6では、参考に、液晶パネルの表示領域及び額縁領域の位置を二点鎖線で示した。図5及び図6に示したように、バックライト200A及び200Bは、それぞれ、平面視において、液晶パネルの表示領域と重畳する第三領域(iii)と第四領域(iv)とを含む。更に、第四領域(iv)は、第三領域(iii)の周囲に配置される。
【0030】
図5に示したように、バックライトは、複数の発光素子201がマトリクス状に配置された直下型のバックライト200Aであってもよい。複数の発光素子201は基板202の面内方向に配置されてもよい。図示しないが、バックライト200Aは更に拡散フィルム等を有してもよい。基板202は、特に限定されず、バックライトの分野で公知のものを用いることができる。
【0031】
発光素子201としては、バックライトの分野で公知のものを用いることができ、例えば、発光ダイオード(LED)等が挙げられる。
【0032】
バックライト200Aは、更に、上記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、上記輝度調整機構は、上記液晶パネル100の表示画像に応じて、複数の発光素子201のそれぞれの発光強度を調整することが好ましい。上記液晶パネル100の表示画像に応じて、複数の発光素子201のそれぞれの発光強度を調整する駆動方法を部分駆動(ローカルディミング)ともいう。
【0033】
上記輝度調整機構は、図5に示した第三領域(iii)に配置された複数の発光素子201の輝度と、第四領域(iv)に配置された複数の発光素子201の輝度とを調整し、バックライト200Aの第四領域の輝度が、第三領域の輝度の50%以下となるように調整することが好ましい。また、液晶パネル100の表示画像が黒色を表示する場合は、黒色が表示される領域と重畳する発光素子201を消灯することで、黒浮きを抑制することができる。
【0034】
図6に示したように、上記バックライトは、導光板203と、導光板203の側面に配置された発光素子201を備えたエッジライト型のバックライト200Bであってもよい。図示しないが、バックライト200Bは更に反射シート、拡散フィルム等を有してもよい。
【0035】
導光板203としては、特に限定されず、バックライトの分野で公知のものを用いることができる。導光板203の表面には、側面に配置された発光素子201から入射された光を観察者側に出射させるために、凹凸、溝、シボ加工等が施されてもよい。
【0036】
図6に示したように、導光板203の上記第四領域(iv)と重畳する領域の反射率は、上記第三領域(iii)と重畳する領域の反射率よりも低いことが好ましい。上記第四領域(iv)と重畳する領域の反射率を上記第三領域(iii)と重畳する領域の反射率よりも低くすることで、バックライト200Bの第四領域の輝度が、第三領域の輝度の50%以下となるように調整することが好ましい。
【0037】
導光板203の反射率は、例えば、上記凹凸、溝、シボ等の構造物の密度を変えることで調整することができる。上記第四領域(iv)と重畳する領域に形成される上記構造物の密度を、上記第三領域(iii)と重畳する領域に形成される記構造物の密度よりも低くすることで、上記第四領域(iv)と重畳する領域の反射率を上記第三領域(iii)と重畳する領域の反射率よりも低くすることができる。
【0038】
図7は、実施形態1において、第三領域(iii)と第四領域(iv)との輝度を例示したグラフである。図7に示したように、第三領域(iii)の中央部分の輝度が最も高く、第四領域(iv)の外縁(第四領域(iv)と額縁領域の境界)に向かって輝度が低くなってもよい。第三領域(iii)と第四領域(iv)の境界には、明確な輝度の境界がなくてもよく、輝度がなだらかに変化することが好ましい。第三領域(iii)の最大輝度を100%とすると、第三領域(iii)と第四領域(iv)の境界の輝度は、50%以下であることが好ましい。
【0039】
(液晶パネル)
図2に示したように、液晶パネル100は、一対の基板と、上記一対の基板に挟持された液晶層とを備えてもよい。上記一対の基板は、複数の薄膜トランジスタ(TFT)等のスイッチング素子を有するTFT基板10と、カラーフィルタを有するカラーフィルタ(CF)基板20であってもよい。TFT基板10とCF基板20とはシール材40により貼り合わされ、両基板間に液晶層30が封入される。
【0040】
TFT基板10としては、図示しないが、支持基板上にゲート配線と上記ゲート配線と交差するソース配線とを有し、ゲート配線とソース配線の交点近傍にTFTが配置され、TFTと電気的に接続された画素電極が配置される構成が挙げられる。ゲート配線とソース配線で囲まれた領域が画素である。
【0041】
上記画素電極及び後述する対向電極は、透明電極であってもよく、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透明導電材料、又は、それらの合金で形成することができる。
【0042】
カラーフィルタ基板20としては、例えば、支持基板21上に配置されたカラーフィルタ層22とブラックマトリクス23を有してもよい。カラーフィルタ層22は、赤色、緑色、青色のカラーフィルタを含んでもよい。各カラーフィルタは、TFT基板の画素と重畳するように配置され、各色のカラーフィルタを透過する光の量を制御しつつ混色させることで所望の色を表現できる。
【0043】
ブラックマトリクス23は、平面視において各カラーフィルタを区切るように配置されてもよい。上記カラーフィルタ及び上記ブラックマトリクスは、特に限定されず、液晶パネルの分野で公知のものを用いることができる。
【0044】
TFT基板10及びCF基板20に用いられる支持基板は、透明基板であることが好ましく、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。
【0045】
液晶パネルの表示モードは、縦電界方式であっても、横電界方式であってもよい。上記縦電界方式としては、電圧無印加時に液晶層中の液晶分子が基板面に対して略垂直に配向する、垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードが挙げられる。上記横電界方式としては、電圧無印加時に液晶層中の液晶分子が基板面に対して略水平に配向する、FFS(Fringe Field Switching)モードやIPS(In-Plane-Switching)モードが挙げられる。上記電圧無印加時は、液晶層に液晶分子の閾値未満の電圧が印加される場合も含む。
【0046】
略水平とは、チルト角が0°以上、10°以下であることを意味し、好ましくは0°以上、5°以下、より好ましくは0°以上、2°以下であることを意味する。略垂直とは、チルト角が83°以上、90°以下であることを意味し、好ましくは85°以上、90°以下、より好ましくは87.5°以上、88.0°以下であることを意味する。
【0047】
液晶層30は、画素電極と対向電極との間に印加された電圧により液晶層30内に発生する電界に応じて液晶分子の配向が変化することにより、光の透過量を制御するものである。上記縦電界方式では、TFT基板側に対向電極が配置され、上記横電界方式ではCF基板側に対向電極が配置される。
【0048】
上記液晶分子は、下記式(L)で定義される誘電率異方性(Δε)が正の値を有するものであってもよく、負の値を有するものであってもよい。
Δε=(長軸方向の誘電率)-(短軸方向の誘電率) (L)
【0049】
図2に示したように、液晶パネル100は、前面側に第一の直線偏光板51を有し、背面側に第二の直線偏光板52を有してもよい。第一及び第二の直線偏光板51、52は、特定の偏光方向の光のみを透過する偏光板である。上記直線偏光板は、特定の偏光方向の光のみを透過する透過軸と、上記透過軸と直交する吸収軸を有する吸収型の直線偏光板であってもよい。第一及び第二の直線偏光板51、52は、互いに透過軸が直交するように配置されることが好ましい。第一及び第二の直線偏光板51、52としては、公知の偏光板を用いることができ、例えば、日東電工の「TEG1465DU」等が挙げられる。
【0050】
図示しないが、第一の直線偏光板51は、透明な接着剤により、CF基板20の液晶層30と反対側の面に貼り付けられ、第二の直線偏光板52は、透明な接着剤により、TFT基板10の液晶層30と反対側の面に貼り付けられてもよい。
【0051】
また、図示しないが、TFT基板10と液晶層30との間、及び、CF基板20の液晶層30との間には、電圧無印加時の液晶分子の配向方位を制御する配向膜が配置されてもよい。上記配向膜としては、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリシロキサン等を主鎖に有するポリマー等の液晶パネルの分野で一般的な材料を用いることができる。
【0052】
(前面板)
前面板110は、液晶パネル100から入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射する部材である。
【0053】
前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域の透過率は、50%以上であることが好ましい。実施形態1に係る表示装置は、上記前面板110の透過率が50%以上であることで、表示装置の輝度を高く保ちつつ、透過表示を行うことができる。上記前面板110の透過率が50%未満の場合は、表示装置の輝度が著しく低下し、明るい環境下での表示画像が見難くなる。上記表示画像を見えやすくするためには、表示装置の輝度を高めるためにバックライトの輝度を高くする必要があり、バックライトの消費電力が高くなる。前面板110の透過率は、70%以上であることがより好ましい。前面板110の透過率の上限は、例えば90%である。本明細書中、透過率とは全光線透過率を指し、JIS K 7361-1に準拠した方法で測定される。上記全光線透過率は、例えば、日本電色工業社製の濁度計「HazeMeter NDH2000」等を用いて測定できる。
【0054】
従来、例えば、特許文献1に記載の印刷物は、界面反射を抑制するために、背面側に透過性スモーク印刷層のようなスモーク層が配置されていた。スモーク層は、透明基板の表面にベタ印刷等により形成された透過率の低い層であり、一例として透過率が70%以下のものが用いられる。前面板の背面側にスモーク層が配置された場合、前面板の透過率は50%未満となると考えられる。前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域に、スモーク層が配置されていないことが好ましく、上記スモーク層が配置されてない場合、前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域の透過率は50%以上であるといえる。
【0055】
液晶パネルの表示領域において、液晶パネル100の観察者側の表面(図1では第一の直線偏光板51の観察者側の表面)から前面板の観察者側の表面(図1では透明基材112の表面)までの間の透過率は、50%以上が好ましく、70%以上であることがより好ましい。
【0056】
前面板110は、平面視において液晶パネル100の表示領域と重畳する意匠層111を含む。意匠層111は、特定の模様等を表現した層であって、反射表示状態において、上記模様等が観察者に視認される。上記特定の模様としては、特に限定されないが、例えばデザイン性のある幾何学模様、木目模様、特定の文字列、企業ロゴ等が挙げられる。
【0057】
意匠層111は、反射型の顔料を含むことが好ましい。上記反射型の顔料は、外光の特定波長の光を観察者側に反射する顔料であり、反射する波長に応じて特定の色を観察者に視認させることができる。なお、上記特定波長は、可視光領域(380nm~780nm)の光である。意匠層111は、複数色の反射型の顔料を含んでもよく、複数色の反射型の顔料の反射光を加法混色することで、所望の色を観察者に視認させることができる。
【0058】
意匠層111が反射型の顔料を含むことで、前面板110は、観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射することができる。意匠層111は顔料の隙間があるため、前面板110は、液晶パネル100から入射される光の少なくとも一部を観察者側に透過することができる。
【0059】
上記反射型の顔料としては、干渉顔料、金属顔料等が挙げられる。
【0060】
干渉顔料はパール顔料とも呼ばれ、特定波長の光を反射し、特定波長以外の波長の光を透過してもよい。上記干渉顔料としては、基材と、上記基材を被覆するコーティング層とを有するものが挙げられる。
【0061】
上記基材としては、可視光領域の波長の光に対し透明な薄片が用いられ、上記コーティング層としては、上記薄片より屈折率の高い金属酸化膜を用いることができる。干渉顔料はバインダー樹脂中に分散されており、ベースフィルム上に塗工して用いられてもよい。上記コーティング層の厚みを変えることで観察者が視認する干渉光の色を調整することができる。上記干渉顔料としては、例えば、特許文献1(特許第5725581号公報)に挙げられたものを用いることができる。
【0062】
意匠層111に干渉顔料を用いた場合、外光の一部は、空気層とコーティング層との界面及びコーティング層と基材との界面で反射される。また、外光の他の部分は、基材を透過し、ベースフィルムの表面で反射される。観察者からは、これらの反射光が合わさって、ベースフィルムの色を含んだパール調の特定色の干渉光として視認される。
【0063】
上記金属顔料は、特定波長の光を反射し、特定波長以外の波長の光を吸収してもよい。上記金属顔料としては、金属片が顔料で被覆されたものが挙げられ、更に上記顔料がアクリル系樹脂等のポリマーで被覆されていてもよい。上記金属顔料としては、東洋アルミニウム株式会社製の「フレンドカラー(登録商標)」等が挙げられる。
【0064】
上記金属片としては、可視光を反射するものが好ましく、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス又はこれらの合金等が挙げられる。
【0065】
上記金属片を被覆する顔料としては、有機顔料であっても、無機顔料であってもよいが、有機顔料であることが好ましい。上記有機顔料としては、フタロシアニン、ハロゲン化フタロシアニン、キナクリドン、ジケトピロロピロール、イソインドリノン、アゾメチン金属錯体、インダンスロン、ペリレン、ペリノン、アントラキノン、ジオキサジン、ベンゾイミダゾロン、縮合アゾ、トリフェニルメタン、キノフタロン、アントラピリミジン等が挙げられる。上記無機顔料としては、酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラック、バナジウム酸ビスマス等が挙げられる。
【0066】
意匠層111は、金属薄膜、光を反射する顔料を含むフィルム、光を反射する顔料により印刷された印刷層等がであってもよい。
【0067】
上記金属薄膜としては、アルミ、銀、チタン、タングステン等の金属を、金属蒸着、スパッタリング等により形成したもの等が挙げられる。上記金属薄膜の厚さは、例えば30nm~100nmである。
【0068】
意匠層111の他の形態としては、例えば、上記特許文献2、3に記載されたように、複数の微細孔を有するスクリーンや、複数の透過部を有する加飾フィルムに特定の模様を形成してもよい。
【0069】
図2に示したように、意匠層111は、透明基材112の背面側に配置されてもよいし、図示しないが、透明基材112の前面側に配置されてもよい。意匠層111は、特定の模様等が表現できるように、透明基材112の表面に部分的に配置されていればよく、透明基材112の表面全体に配置されていなくてもよい。
【0070】
透明基材112は、光を透過する部材が好適に用いられ、意匠層111の印刷基材として用いられてもよい。透明基材112は、表示装置の輝度を高く保つ観点からは、透過率が高いことが好ましく、例えば、透過率が90%以上であることが好ましい。また、表示画像がぼやけることを抑制できる観点からは、透明基材112は、ヘイズが10%以下であることが好ましい。上記ヘイズは、JIS K 7136に準拠した方法で測定される。上記ヘイズは、例えば、日本電色工業社製の濁度計「HazeMeter NDH2000」等を用いて測定できる。
【0071】
透明基材112としては、例えば、ガラス板、アクリル、ポリカーボネート等の樹脂板等を用いることができる。透明基材112は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
【0072】
意匠層111は、例えば、透明基材112の表面にグラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷法によって印刷されてもよい。
【0073】
図2に示したように、意匠層111が透明基材112の背面側に配置される場合、意匠層111に傷が付くことを防ぐことができる。透明基材112が観察者側に配置されることで、奥行き感やツヤ感が出るが、意匠層111の模様によっては、奥行き感やツヤ感により質感が劣ると感じる場合もある。意匠層111の質感をより精彩に表現できるという観点からは、意匠層111が透明基材112の前面側に配置されることが好ましい。一方で、意匠層111を透明基材112の前面側に配置すると、意匠層111に傷が付きやすいことから、意匠層111の前面側に更に、ハードコート層(図示せず)を設けてもよい。
【0074】
上記ハードコート層としては、透明性及び耐擦傷性の高いものが好ましく、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等のコーティング層が挙げられる。上記ハードコート層は、例えば、透過率が90%以上であることが好ましい。
【0075】
図8は、前面板が平坦化層を有する場合を例示した表示装置の断面模式図である。図8に示したように、前面板110は、意匠層111の背面側(液晶パネル100側)に平坦化層114を有してもよい。意匠層111がスクリーン印刷等の印刷層の場合、意匠層111の模様によっては5~10μm程度の凹凸が存在することがある。印刷層に凹凸があると、前面板110と光学密着層120との間に微細な気泡が入ることがあり、反射表示が見にくくなることがある。平坦化層114を配置し、前面板110の光学密着層120と対向する面を平坦(例えば、3μm以下)にすることで、上記凹凸を上記気泡が入り難くすることができ、反射表示をより鮮やかに見せることができる。
【0076】
平坦化層114は、透明な樹脂層であることが好ましく、例えば、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を用いてもよい。平坦化層114は、上記透明樹脂を印刷等の方法によって形成することができる。平坦化層114は、透過率が90%以上であることが好ましい。
【0077】
図2に示したように、前面板110は、意匠層111の背面側に黒枠層113を有してもよい。黒枠層113は遮光層であり、平面視において、液晶パネル100の領域を重畳する領域に配置されることが好ましい。透明基材112は、液晶パネル100の表示領域よりも大きいことが好ましく、黒枠層113は、透明基材112が上記表示領域からはみ出した領域(額縁領域)に配置されてもよい。黒枠層113を配置することで、液晶パネル100側からの迷光を遮光し、意匠層111を鮮やかに見せることができる。また、黒枠層113を配置することで、ベゼル、フレーム等が観察者に透けて見えることを防ぐことができる。なお、液晶パネル100のブラックマトリクス23の外縁と、黒枠層113の外縁とは一致してもよいし、一致していなくてもよい。
【0078】
黒枠層113の材料としては、ブラックマトリクス23と同様のものを用いてもよく、黒色の顔料等をスクリーン印刷等の印刷方法で形成してもよい。黒枠層113は透過率がほぼ均一となるようにベタ印刷されてもよいし、後述するようにグラデーション印刷されてもよい。また、黒色のテープを用いてもよい。
【0079】
図9は、液晶パネルの表示領域と額縁領域との境界と、黒枠層の外縁とを重ねて示した表示装置の平面模式図である。図10は、前面板に含まれる黒枠層の一例を示した平面模式図である。図9及び図10中、点線は、液晶パネルの表示領域と額縁領域との境界を示し、一点鎖線は図2に示した黒枠層113の液晶パネル内側の外縁に対応する。
【0080】
液晶パネルをオフにした状態であっても、表示装置を斜め方向から観察した場合に、表示領域が額縁領域よりも少し明るく見えることがある。前面板について、液晶パネルの額縁領域と重畳する領域の反射率を調整することで、表示装置を斜め方向から観察した場合でも、表示領域と額縁領域との境界を目立ち難くすることができる。
【0081】
図10に示したように、前面板110は、平面視において、液晶パネルの表示領域と重畳する第一領域(i)と、第一領域(i)の周囲に配置された第二領域(ii)とを含んでもよい。なお、前面板110の第二領域(ii)は、平面視において液晶パネルの額縁領域と一部が重畳していてもよく、一致していなくてもよい。
【0082】
第二領域(ii)の反射率は、6%以上、12%以下であることが好ましい。前面板110の第一領域(i)は、平面視において液晶パネルの表示領域と重畳しており、意匠層111が配置されている。意匠層111が反射型の顔料を含む場合、前面板110の第一領域(i)の反射率はおよそ10%以上となることがある。図2に示したように、液晶パネルの額縁領域と重畳する領域には、黒枠層113が配置されてもよいが、黒枠層113は通常遮光部材であり、反射率はほぼ0%である。前面板110の第一領域(i)の周囲に反射率が6%以上、12%以下の第二領域(ii)を配置することで、表示装置を斜め方向から観察した場合でも、表示領域と額縁領域との境界を目立ち難くすることができる。
【0083】
第一領域(i)の反射率と第二領域(ii)の反射率は、ほぼ同じであることが好ましく、例えば、第一領域(i)の反射率と第二領域(ii)の反射率の差は、15%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、3%以下が更に好ましい。
【0084】
第二領域(ii)は、液晶パネルの内側の外縁から第一領域(i)に向かって反射率が高くなることが好ましい。具体的には、平面視において、前面板101の意匠層111の背面側、かつ、液晶パネルの額縁領域と重畳する領域に黒枠層113を配置することが好ましく、第二領域(ii)では、第一領域(i)に向かって黒枠層113の反射率が高くなるようにグラデーション印刷されてもよい。
【0085】
図11図13は、それぞれ図10に示した第二領域の一部を拡大した第1例~第3例の平面模式図である図11図13は、図9及び図10中に二点鎖線で囲んだ部分に対応する。第一領域(i)に向かって黒枠層113の反射率を高くできれば、黒枠層113をグラデーション印刷する方法は特に限定されず、例えば図11に示したように、黒枠層113の濃淡を連続的に変化させてもよいし、図12に示したように、黒枠層113の濃淡を段階的に変化させてもよいし、図13に示したように、第一領域(i)に向かってドットの面積を小さくすることで、黒枠層113の濃淡を変化させてもよい。
【0086】
(光学密着層)
光学密着層120は、光学部材の貼り合わせに用いられる透明な粘着層又は接着層であって、シート状の粘着層であってもよいし、液状の接着剤が硬化したものであってよい。
【0087】
前面板110と液晶パネル100とは、光学密着層120により貼り合わされていることが好ましい。前面板110と液晶パネル100とは、光学密着層120により一体化されているともいえる。前面板110と液晶パネル100とが光学密着層120により貼り合わされているとは、意匠層111を含む前面板110と液晶パネル100との間に空気層を有さなければよく、前面板110及び液晶パネル100がそれぞれ光学密着層120と接してもよいし、前面板110と液晶パネル100の間に透明基材等の光学密着層120以外の部材を有してもよい。
【0088】
前面板110と上記液晶パネル100との間に空気層が介在しないことで、空気界面での反射を無くし、表示装置全体の内部反射率を低減することができる。表示装置全体の内部反射率が低減することで、反射表示において、意匠層111の模様等の色が白っぽくならず、はっきりとした鮮やかな色を視認させることができる。実施形態1に係る表示装置1-Aは、特許文献1の透過性スモーク印刷層のような半透過性のスモーク層を配置しなくても、鮮やかな反射表示が実現できる。更に、実施形態の係る表示装置はスモーク層を有さないことから、透過表示時の輝度を低下させることなく、鮮やかな反射表示と輝度の高い透過表示とを両立させることができる。
【0089】
前面板110の背面側の面と、液晶パネル100の前面側は、それぞれ、光学密着層120と接していることが好ましい。光学密着層120は単層であっても、複数の光学密着層が積層されてもよいが、単層であることが好ましい。
【0090】
光学密着層120は、屈折率が1.4以上、1.6以下であることが好ましい。光学密着層120の屈折率は、少なくとも1(0℃、1気圧での空気の屈折率)よりも大きく、透明基材112や液晶パネルが有する前面側の偏光板(図2では第一の直線偏光板51)の屈折率よりも大きいことが好ましい。光学密着層120の屈折率を1.4以上、1.6以下とすることで、意匠層111を透過した透過光が界面反射されて観察者側に戻ることを抑制できる。意匠層111を透過した透過光の界面反射光は、意匠層111で反射される光と補色の関係にあるため、上記界面反射光を抑制することで、より鮮やかな反射表示が得られる。
【0091】
光学密着層120の透過率は、90%以上、ヘイズが10%以下であることが好ましい。光学密着層120としては、例えば、日東電工社製の「LUCIACS CS986」シリーズ等が挙げられる。
【0092】
光学密着層120の厚みを、意匠層111、黒枠層113等の厚みよりも充分に厚くすることで、液晶パネル100と前面板110との貼り合せ時に気泡が入ることを防ぐことができる。光学密着層120の厚みは、黒枠層113の厚みの10倍以上であることが好ましい。例えば、黒枠層113の厚みが20μmの場合、光学密着層120の厚みは200μm以上であることが好ましい。
【0093】
また、意匠層111が前面板110の背面側に配置される場合も、光学密着層120の厚みは200μm以上であることが好ましい。光学密着層120の厚みは200μm以上とすることで、意匠層111が5~10μmの凹凸を有する場合にも、意匠層111と液晶パネルの間に気泡が入らないように貼り合わせることができる。
【0094】
(筐体)
実施形態1に係る表示装置は、更に、液晶パネル100と前面板110とを格納する筐体300を備えてもよい。額縁領域と重畳する前面板110の背面側(図2では黒枠層113の背面側)に両面テープ301を配置し、筐体300と固定してもよい。筐体300内部には、液晶パネル100やバックライト200を駆動する駆動回路が形成された回路基板(図示せず)等が格納されてもよい。筐体300は、液晶パネル100と前面板110とを格納できるものであれば特に限定されず、金属製であっても、樹脂製であってもよい。また、筐体300の形状は、図2に示した形状に限定されない。
【0095】
図14は、液晶パネルの側面及び/又は筐体の内壁に黒色層を設けた場合を例示した表示装置の断面模式図である。図14に示したように、液晶パネル100の側面及び/又は筐体300の内面(内壁)に遮光性の部材である黒色層302を設けてもよい。表示装置1-Aを斜め方向から見た場合に、バックライト200の迷光によって、表示領域が少し明るく見えてしまう場合があるが、黒色層302を配置することで、上記迷光を吸収することができる。
【0096】
黒色層302は、黒色顔料を塗工してもよいし、黒色の遮光テープ、黒色のスポンジ等のクッション材等を貼りつけてもよい。表示装置を衝撃から守る効果も得られる観点からは、上記クッション材を配置することが好ましい。
【0097】
<表示方法の説明>
以下に図15を用いて、実施形態1に係る表示装置の表示方法を説明する。図15は、実施形態1に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。図15中、一方向の両矢印及び直交する両矢印は、光の偏光状態を表し、上記一方向の両矢印は、光の振動方向が一方向である直線偏光を表す。上記直交する両矢印は、無偏光光を表す。以下では、各部材が接着層130により貼り合わされている場合を例示するが、各部材間に空気層を有さないよう密着されているのであれば、接着層130は無くてもよい。
【0098】
実施形態に係る表示装置は、反射表示と透過表示を行うことができる。本明細書中、反射表示とは、表示装置に観察者側から入射された光(外光)の反射により、意匠層の模様を観察者に視認させる表示方法をいう。本明細書中、透過表示とは、液晶パネル側から出射された光(表示光)が、前面板を透過して観察者側に出射され、観察者に液晶パネルに表示された任意の画像等を視認させる表示方法をいう。
【0099】
透過表示は、液晶パネルが白表示状態で、バックライトを点灯させることで行うことができる。反射表示は、液晶パネルが黒表示状態でバックライトが点灯又は消灯している状態で行うことができる。また、反射表示は、液晶パネルが白表示状態でも行うことができ、例えば、バックライトを消灯するか、反射光により意匠層の模様等が観察者に視認できる程度にバックライト光を低減することでも行うことができる。
【0100】
上記黒表示状態とは、液晶分子の配向方位が、第一の直線偏光板51又は第二の直線偏光板52の透過軸と実質的に平行である状態をいう。上記白表示状態とは、液晶分子の配向方位が、第一の直線偏光板51又は第二の直線偏光板52の透過軸と角度を成し、バックライトから光が出射された場合に観察者側に光を透過できる状態をいう。なお、液晶分子の配向方位が、第一の直線偏光板51又は第二の直線偏光板52の透過軸と45°の角度を成すときに、透過率が最大となり、液晶パネルの輝度が最も高い状態(全白状態)とすることができる。
【0101】
図15に示したように、透過表示では、液晶パネル100の観察者側から出射される光(L1)は、液晶パネル100の観察者側に配置された第一の直線偏光板51を透過する。L1は、光学密着層120、意匠層111及び透明基材112を透過し、観察者側に出射される。第一の直線偏光板51を出射した後の光の輝度を液晶パネル輝度(L2)とし、意匠層111の透過率をαとすると、観察者側に出射される光L3の輝度(透過表示時の表示装置の輝度)は、L2×αで表される。なお、透過表示でも後述する外光反射は起こっているが、液晶パネル100側から出射される光が外光よりも充分に多い場合には、観察者は意匠層の模様等が視認し難くなり、液晶パネル100に表示される任意の画像等を視認することができる。
【0102】
次に、反射表示について説明する。図15に示したように、観察者側から表示装置に入射される光を外光L4とすると、L4の一部は、透明基材112を透過し、意匠層111で反射され、観察者側に出射される(L5)。L4の他の一部は、意匠層111、光学密着層120及び第一の直線偏光板51を透過し、液晶パネル100に入射される。液晶パネル100に入射された光は、一部が液晶パネル100の内部のカラーフィルタ等で吸収され(L6)、他の一部は、液晶パネル100を構成する配線、電極等の部材により内部反射されて、再度、意匠層111を透過して観察者側に出射される(内部反射光L7)。内部反射光L7は、意匠層111を2回通過するため、液晶パネル100の内部反射率をβとすると、表示装置の内部反射率は、α×βで表される。
【0103】
上記意匠層111の透過率αは、意匠層111に形成される模様によって変わる値であり、上記模様が例えば木目等であれば、上記透過率αは、60~80%程度である。上記液晶パネル100の内部反射率βは、液晶パネル100の表示領域の反射率から、液晶パネル100の最表面の表面反射率を引いた値である。カラーフィルタの濃度や画素設計等にもよるが、上記内部反射率βは、通常は1~2%程度である。また、液晶パネルの内部反射率は、図2に示したTFT基板10からCF基板20の間の反射率であり、前面側の第一の直線偏光板51の反射率は含まない。
【0104】
実施形態に係る表示装置は、スモーク層を配置しないことから、透過表示時の表示装置の輝度は、意匠層111の透過率α分だけ低下し、意匠層111以外の部材による輝度の低下はほとんどない。そのため、バックライトにより液晶パネル100の輝度を高くする必要がなく、消費電力の削減や発熱量を低下することができる。また、液晶パネル100と前面板110とが光学密着層120で貼り合され一体化していることが好ましい。この場合、液晶パネル100と前面板110との間での界面反射が起こらないことから、反射表示時の表示装置の内部反射率は、液晶パネル100の内部反射率βと意匠層111の透過率αを二回通過する分と液晶パネル100の内部反射率βの積(α×β)に抑えることができる。上記のα及びβは、例えば、コニカミノルタ製の分光測色計CM-5等を用いて測定することができる。
【0105】
図2に示したように、液晶パネル100と前面板110とが光学密着層120で貼り合された表示装置について、透過表示時の表示装置の輝度と、反射表示時の表示装置の内部反射率を参考形態を挙げて以下に検討する。
【0106】
<参考形態1>
図17は、参考形態1に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。参考形態1の表示装置1001は、液晶パネル100と前面板110が光学密着層120で貼り合されておらず、液晶パネル100と前面板110との間に空気層400を有する点以外は、図2と同様の構成を有する。
【0107】
図17に示したように、透過表示時に観察者側に出射される光L3の輝度は、図15を用いた説明と同様にL2×αとなる。
【0108】
反射表示について、外光L4の意匠層111の表面での反射光L5と、液晶パネルの内部で吸収される光L6は図15を用いた説明と同様であるため説明は省略する。参考形態1は、液晶パネル100と前面板110との間に空気層400を有するため、外光L4の一部は、前面板110と空気層400の境界で界面反射される(L7-1)。液晶パネルに入射された外光L4の一部は、液晶パネルを構成する部材により内部反射されて、上記界面反射光L7-1と合わさって、観察者側に出射される(L7)。上記界面反射率をyとすると、参考形態1の表示装置の内部反射率は、およそy×α+α×βとなる。
【0109】
<参考形態2>
図18は、参考形態2に係る表示装置の構成の一部と表示方法を説明した断面模式図である。参考形態2の表示装置1002は、液晶パネル100と前面板110が光学密着層120で貼りあわされておらず、液晶パネル100と前面板110との間に空気層400を有する点、及び意匠層111の背面側にスモーク層401が配置された点以外は、図2と同様の構成を有する。
【0110】
スモーク層401は、透明樹脂に黒色顔料を混合した樹脂組成物を用い、前面板の背面側に塗工する等により形成できる。スモーク層401の透過率γは、黒色顔料の添加量によって調整でき、例えば70%以下である。
【0111】
図18に示したように、参考形態2では、スモーク層401が配置されていることから、スモーク層401の透過率をγ%とすると、透過表示時に観察者側に出射される光L3の輝度は、L2×α×γとなる。
【0112】
反射表示について、外光L4の意匠層111の表面での反射光L5、液晶パネルの内部で吸収される光L6は図15を用いた説明と同様であるため説明は省略する。参考形態2は、液晶パネル100と前面板110との間に空気層400を有するため、外光L4の一部は、スモーク層401と空気層400の境界で界面反射される(L7-2)。液晶パネルに入射された外光L4の一部は、液晶パネルを構成する部材により内部反射されて、上記界面反射光7-2と合わさって、観察者側に出射される(L7)。上記界面反射率をzとすると、参考形態2の表示装置の内部反射率は、およそz×α×γ+α×βとなる。
【0113】
α=70%、β=1.5%、γ=70%として、図2の構成と、参考形態1及び2の透過表示時に観察者側に出射される光L3の輝度と、反射表示時の表示装置の内部反射率を計算し、結果を下記表1にまとめた。
【0114】
【表1】
【0115】
表1に示したように、図2に示した構成では内部反射率が0.7%と低いため、反射表示において、意匠層の模様が白っぽくならず鮮やかにせることができる。また、L3の輝度も高いため、透過表示において、表示画像が暗くならずに表示することができる。
【0116】
一方で、参考形態1は表示装置の内部反射率が2.7%と高く、図2に示した構成よりも外光を反射してしまい、意匠層の模様が白っぽく見える。参考形態2は、参考形態1よりは外光反射が抑制されるものの、L3の輝度が49%であり、透過表示において表示画像が暗くなる。
【0117】
図19は、屈折率が1.5の媒体から屈折率が1の媒体へ光が入射する場合の界面反射率を示したグラフである。界面反射率は、フレネル反射の式より導かれ、媒体の屈折率と入射角度に従う関数である。図19では、基板等の媒体の法線方向を0°とし、光の入射角が0°の界面反射率が4%である場合を例示した。P偏光とS偏光とで全反射となる入射角に違いはあるものの、入射角が大きくなるにつれ、界面反射率は上昇する。すなわち、表示装置を斜め方向から観察すると、図2に示した構成と、参考形態2及び3との界面反射率の差は法線方向から観察した場合よりも大きくなる。
【0118】
<実施形態2>
実施形態2に係る表示装置は、液晶パネルと、上記液晶パネルの観察者側に配置された前面板と、上記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、上記液晶パネルは、平面視において、表示領域と、上記表示領域の周囲に配置された額縁領域とを有し、上記前面板は、平面視において上記表示領域と重畳する意匠層を含み、上記液晶パネルから入射される光の少なくとも一部を透過し、かつ上記観察者側から入射された光の少なくとも一部を反射し、500~1000ルクス下における、黒表示状態の上記液晶パネルの上記表示領域の輝度と、上記額縁領域の輝度との差が、5%以下である。実施形態2では、バックライトの制御により、透過表示時の表示領域と額縁領域との境界を視認し難くできる。
【0119】
実施形態2では、明るい室内(500~1000ルクス)での、黒表示状態の上記液晶パネルの上記表示領域の輝度と、上記額縁領域の輝度との差をほぼ同じ(5%以下)とすることで、液晶パネルの表示領域と額縁領域の境界を見え難くすることができる。なお、図2に示したように、前面板110の意匠層111の背面側に黒枠層113を配置した場合、黒枠層113と重畳する額縁領域の反射率は6~12%程度である。
【0120】
黒枠層113以外の前面板110の構成については、実施形態1と同様とすることができるため、重複する説明は省略する。また、液晶パネルは、実施形態1で用いたものと同様のものを用いることができるため、重複する説明は省略する。
【0121】
実施形態2に用いるバックライトは、特に限定されず、公知のものを用いることができ、例えば、導光板の端面に光源を配置するエッジライト型でもよいし、光源を面内に多数配置して拡散板等で均整度を高めた直下型であってもよい。実施形態2によれば、実施形態1で挙げたような、輝度が異なる領域を有するバックライトを用いなくても、液晶パネルの表示領域と額縁領域の境界を見え難くすることができる。
【0122】
黒表示状態の液晶パネルの表示領域の輝度と、額縁領域の輝度との差を5%以下にする具体的な構成としては、例えば以下の構成が挙げられる。
【0123】
実施形態2の第一の構成は、表示装置が更に、上記バックライトの輝度を調整する輝度調整機構を備え、上記輝度調整機構は、上記観察者側から入射された光の反射により、上記意匠層の模様を観察者に視認させる反射表示において、上記バックライトが常時点灯するように制御する。液晶パネルに所望の表示画像が表示されていない状態(液晶パネルを使用していない状態)でも、バックライトを点灯させておくことで、液晶パネルの表示領域と額縁領域の境界を見え難くすることができる。
【0124】
上記反射表示にバックライトが常時点灯する構成において、液晶パネルは、黒表示状態であってもよい(以下、駆動方法Aともいう)。また、上記反射表示にバックライトが常時点灯する構成において、液晶パネルは、透過状態であってもよい(以下、駆動方法Bともいう)。消費電力を低減できる観点からは、上記駆動方法B(バックライトが常時点灯する構成において、液晶パネルが透過状態)が好ましい。
【0125】
駆動方法Bの上記透過状態は、液晶パネルの輝度が最も高い状態(全白状態)であることが好ましい。更に、駆動方法Bでは、液晶パネルが全白状態として、バックライトを微かに点灯させることが好ましい。バックライトを微かに点灯させるとは、例えば、バックライトの輝度が、例えば、5~10cd/mである。
【0126】
具体的には、液晶パネルのコントラストが1500で黒表示状態の液晶パネルの透過率がδ%であれば、白表示状態の液晶パネルの透過率は1500×δ%となる。例えば、バックライトを10,000cd/mで点灯させて黒表示状態の液晶パネルを透過率δ%で表示させる駆動方法(駆動方法A)と、バックライトを6.7cd/mで点灯させて白表示状態の液晶パネルを透過率1500×δ%で表示させる駆動方法(駆動方法B)とは、同じ明るさが得られる。すなわち、駆動方法Bとすることによって、駆動方法Aの約1/1500の消費電力で、同じ効果(輝度)が得られる。駆動方法Bは、バッテリー等で駆動するスマートフォン等で特に有効な駆動方法である。
【0127】
上記の駆動方法Aと駆動方法Bとをより具体的な透過率で計算すると、以下のように計算できる。
駆動方法A:黒状態の透過率0.0067%×バックライト輝度10000cd/m=0.67cd/m
駆動方法B:全白状態の透過率10%×バックライト輝度6.7cd/m=0.67cd/mすなわち、駆動方法Aと駆動方法Bとは、表示装置の輝度は同じであるが、駆動方法Bの方が1/1500の消費電力(待機電力)で済むことになる。
【0128】
実施形態2においても、前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域の透過率は、50%以上であることが好ましい。すなわち、前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域に、スモーク層が配置されていないことが好ましい。上記前面板110の透過率が50%以上であることで、表示装置の輝度を高く保ちつつ、透過表示を行うことができる。前面板110の透過率は、70%以上であることがより好ましい。前面板110の透過率の上限は、例えば90%である。
【0129】
前面板110と液晶パネル100とは、光学密着層120により貼り合わされていることが好ましい。前面板110と上記液晶パネル100との間に空気層が介在しないことで、空気界面での反射を無くし、表示装置全体の内部反射率を低減することができ、鮮やかな反射表示を実現することができる。
【0130】
光学密着層120は、屈折率が1.4以上、1.6以下であることが好ましい。上記構成とすることで、意匠層111を透過した透過光が界面反射されて観察者側に戻ることを抑制でき、より鮮やかな反射表示が得られる。
【0131】
<実施形態3>
図16は、実施形態3に係る表示装置の一例を示した断面模式図である。図16に示したように、実施形態3に係る表示装置1-Bでは、液晶パネル100は、前面板110側に円偏光板53を有する。上記液晶パネル100の前面板110側(前面側)に円偏光板53が配置されることで、液晶パネル100の表面の反射率をほぼ無くすことができるため、内部反射率を大きく低減することができる。前面板110側に円偏光板53を有する点以外は、実施形態1と同様であるため、重複する説明は省略する。
【0132】
円偏光板53は、入射された光を円偏光に変換させる偏光素子である。液晶パネル100は、背面側にも円偏光板54を有してもよい。円偏光板53、54としては、λ/4波長板と直線偏光板とを積層したものが挙げられる。円偏光板53に含まれる直線偏光板の透過軸と、円偏光板54に含まれる直線偏光板の透過軸とは、直交するように配置されることが好ましい。
【0133】
上記λ/4波長板は、波長λの入射光に対して1/4の位相差を与えるものであれば特に限定されない。上記λ/4波長板は、例えば波長550nmの光に対して1/4波長(厳密には、137.5nm)の面内位相差を付与する位相差板をいい、120nm以上、150nm以下の面内位相差を付与するものが好ましい。
【0134】
λ/4波長板は進相軸と、上記進相軸と直交する遅相軸を有してもよい。λ/4波長板の進相軸は、第三の直線偏光板の透過軸と実質的に45°の角度を成すように配置されてもよい。実質的に45°とは、好ましくは45°±3°の範囲内であり、より好ましくは45°±1°の範囲内であり、更に好ましくは45°±0.5°の範囲内である。
【0135】
液晶パネル100が前面側に円偏光板53を有する場合、透過率変調を好適に行えることから、液晶パネル100の表示モードは、IPS等の横電界方式よりも、VAモード等の縦電界方式の方が好ましい。
【0136】
液晶パネル100の構成としては、第一電極を有する第一基板と、液晶層と、第二電極を有する第二基板とをこの順に備える構成が挙げられる。上記第一基板は、実施形態1で説明したTFT基板10であってもよく、上記第一電極は、TFT基板10に形成された画素電極であってもよい。上記第二基板は、実施形態1で説明したCF基板20であってもよく、上記第二電極は上記画素電極と対向するように配置される対向電極であってもよい。
【0137】
VAモードの液晶パネルでは、液晶層30に含まれる液晶分子は、誘電率異方性が負であることが好ましく、液晶層30への電圧無印加時に、TFT基板10又はCF基板20に対して略垂直に配向することが好ましい。
【0138】
上記電圧無印加時に液晶分子が略垂直に配向することで、バックライト200側から出射される光(以下、バックライト光)は観察者側に透過されず、液晶パネル100は黒表示状態となる。上記画素電極と上記対向電極との間に、液晶分子の閾値以上の電圧が印加されると、上記液晶分子は、上記略垂直方向から傾き、バックライト光を観察者側に透過し、白表示状態となる。
【0139】
実施形態3においても、前面板110の液晶パネル100の表示領域と重畳する領域の透過率は、50%以上であることが好ましい。前面板110と液晶パネル100とは、光学密着層120により貼り合わされていることが好ましい。また、光学密着層120は、屈折率が1.4以上、1.6以下であることが好ましい。
【0140】
図16に示したように、液晶パネル100と前面板110とが光学密着層120で貼り合された表示装置について、透過表示時の表示装置の輝度と、反射表示時の表示装置の内部反射率を参考形態を挙げて以下に検討する。
【0141】
<参考形態3>
参考形態3は、液晶パネルと前面板が光学密着層で貼り合されておらず、液晶パネルと前面板との間に空気層を有する点が図16の構成と異なる。参考形態3の表示装置の表示方法については、図17に示した参考形態1の液晶パネルの第一の直線偏光板51を円偏光板に代えて説明する。
【0142】
<参考形態4>
参考形態4は、液晶パネルと前面板が光学密着層で貼り合されておらず、液晶パネルと前面板との間に空気層を有する点、及び意匠層の背面側にスモーク層が配置された点が図16の構成と異なる。参考形態4の表示装置の表示方法については、図18に示した参考形態2の液晶パネルの第一の直線偏光板51を円偏光板に代えに説明する。
【0143】
図16の構成、参考形態3及び4は、円偏光板を用いたことから、図2の構成よりも液晶パネルの内部反射率βが低く、β=0.5%となる。α=70%、β=0.5%、γ=70%として、図16の構成、参考形態3及び4の透過表示時に観察者側に出射される光L3の輝度と、反射表示時の表示装置の内部反射率を計算し、結果を下記表2にまとめた。
【0144】
【表2】
【0145】
図16の構成の反射表示時の表示装置の内部反射率は0.2%となり、図2の構成よりも更に鮮やかな反射表示が可能となる。
【0146】
実施形態1~3に係る表示装置は、例えば、自動車のインストルメントパネル(instrument panel)として用い、速度メーター等の計器類を表示してもよいし、家電の操作パネル等に用いてもよい。
【符号の説明】
【0147】
1-A、1-B、1001、1002:表示装置
10:第一基板(TFT基板)
20:第二基板(CF基板)
21:支持基板
22:カラーフィルタ層
23:ブラックマトリクス
30:液晶層
40:シール材
51:第一の直線偏光板
52:第二の直線偏光板
53、54:円偏光板
100:液晶パネル
110:前面板
111:意匠層
112:透明部材
113:黒枠層
114:平坦化層
120:光学密着層
130:接着層
200:バックライト
200A:直下型のバックライト
200B:エッジライト型のバックライト
201:発光素子
202:基板
203:導光板
300:筐体
301:両面テープ
302:黒色層
400:空気層
401:スモーク層
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
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図15
図16
図17
図18
図19