JP2001056461A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視角特性を改善する事により、表示品位に優
れた透過型液晶表示素子を使用した液晶表示装置を提供
する。 【解決手段】 透明電極を内面側に有して対向するとと
もに液晶材料を間に注入した一対のガラス基板４１、４
２を備えて複数の画素が形成された液晶表示素子２と、
液晶表示素子２の観察者側及び面光源１側にそれぞれ配
置された一対の偏光手段６１、６２と、面光源１と、を
具備する液晶表示装置において、液晶表示素子２のコン
トラストのピーク方向は、面法線方向から所定の角度の
方向にあるとともに面光源１からの出射光の主光線方向
とほぼ一致し、液晶表示素子２の観察者側に液晶表示素
子２からの出射光を拡散する第１の光学手段を備える。
面光源１は１つ以上の光源部１１と導光部１２とから構
成され、導光部１２は光源部１１からの光を入射する１
つ以上の入射面と光を出射する出射面とを備えており、
液晶表示素子２のコントラストのピーク方向は、面法線
方向から２つの所定の角度の方向にあるとともに面光源
１からの出射光の主光線方向とほぼ一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型液晶表示素
子に関し、その視角依存性を改善した光学素子および透
過型液晶表示素子を使用した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶表示装置は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ
Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓ
ｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）あるいは、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等と同様にフラットパネ
ルディスプレイを代表する表示装置であり、特に透過型
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力であることか
らＯＡ用機器、車載用テレビ、カーナビゲーション、ビ
デオカメラ用モニター等に幅広く使用されている。

【０００３】しかし、大きな問題として、視角依存性が
大きいことが挙げられる。視角依存性とは、例えば、あ
る角度以上の斜め方向から表示装置を観察すると、本来
黒色で表示されるべきものが白っぽく見えたり、階調が
反転することにより、コントラストの低下、或いは、コ
ントラストの反転が生じ、観察者が表示画像を正確に読
み取れない状態を言い、画像が正常に観察される角度範
囲が狭い場合を表示装置の視角依存が大きいと言う。

【０００４】視角依存性が生じる理由は様々有り、液晶
分子の捩じれ（螺旋の向きやラビング方向によって決ま
る液晶分子の螺旋開始位置）に起因するものや、液晶分
子の屈折率異方性（光の進行方向に対するリタデーショ
ンの相違）や、偏光板の特性（光振動方向の選択性良
否）に起因するものや、面光源の指向性に起因するもの
が挙げられる。

【０００５】一般に、透過型液晶表示装置においては、
上記の視角依存性を考慮し、最も表示の見やすい位置が
観察者の通常使用範囲内に入るように設計されており、
例えば、画面中央の法線方向ないし、それより少し下向
きの方向のコントラストをその周囲に比べて高める設計
が行われている。

【０００６】しかしながら、この構成においても、その
視角範囲は十分でなく、特に、液晶表示装置は画面上下
方向の視角依存性が大きく、この課題を解決するために
従来から種々の方式が提案されている。例えば、特開平
１０−１０５１３号公報、特開平６−２７４５４号公
報、特開平７−２３９４６７号公報、特開平８−１２２
７５７号公報、特開平９−１５２６０６号公報等が提案
されている。

【０００７】従来技術には、種々の問題があった。特開
平１０−１０５１３号公報では、ＴＦＴ素子が形成され
た基板とカラーフィルターが形成された基板の間にＴＮ
液晶が挟持された透過型液晶表示パネルの観察者側に、
ＴＮ液晶に対して光学的に負の特性を持つ位相差フィル
ムを配置し、さらに、光拡散層を配置することにより、
視角依存性を改善した液晶表示装置が提案されている。
この従来例では、液晶分子の配列が持つ光学特性を位相
差フィルムにより補正することで視角依存性の改善を行
っており、さらに、液晶表示パネルからの出射光は、光
拡散手段としてレンズフィルムを用いることにより、視
角範囲を広げている。しかしながら、液晶表示素子から
発した光を効率良く受光、拡散するためには、拡散層
（レンズ）の配置位置、レンズの焦点距離、レンズの受
光角特性が重要になるが、この従来例には、これらに関
する諸特性は何ら開示されていない。

【０００８】特開平６−２７４５４号公報では、液晶デ
ィスプレイの前面に選択的に遮光層を形成したレンチキ
ュラーレンズを配置することで、上下方向の視角特性を
改善した液晶ディスプレイ用光学素子が提案されてい
る。この従来技術の液晶表示装置は、図２４に示すよう
に、透明プラスティック基板７１の上に、ストライプ状
の遮光層７２が選択的に設けられ、さらにその上に透明
プラスティックによって形成され断面が半円のカマボコ
状の単位レンズ７３を配列したレンチキュラーレンズ７
を配置する。この場合は、単位レンズ配列面は遮光層７
２が形成されるプラスティック基板７１の表面７４であ
り、凹凸面は、カマボコ状レンズ群の表面７５であり、
また第１物質層はカマボコ状レンズを形成するプラステ
ィック層７６であり、第２物質層はカマボコ状レンズの
上の空気層（ここでは、図示せず）となる。しかしなが
ら、この従来例の如く、レンズとレンズの境界に選択的
に遮光層を形成することは、フォトリソプロセスや蒸着
法などを用いて選択部分のみに遮光層を形成する必要が
あり、製造プロセスが複雑になり、素子の低コスト化は
非常に困難である。また、上記の手法で遮光膜を形成す
るためには、耐溶剤性や耐熱性に優れた基板を選択する
必要が有り主材料に制限を受けることが推測される。

【０００９】特開平７−２３９４６７号公報では、液晶
パネルと面光源の間にプリズムレンズフィルムを配置す
るとともに、液晶パネルの前面にはウエーブレンズフィ
ルムを配置した液晶表示装置が提案されている。しかし
ながら、この従来例においても、視角を改善するための
レンズフィルムの諸特性に関しては何ら開示されていな
い。

【００１０】特開平８−１２２７５７号公報では、液晶
表示パネルの前面に特定方向の入射光を拡散する高分子
薄膜フィルム配置するとともに、面光源からの出射光を
先の高分子薄膜フィルムの拡散角度に該一致させた液晶
表示装置が提案されている。この従来技術の液晶表示装
置は、図２５に示すように、画素毎に電界を印加する電
極８７と配向膜８８が内面に設けられた一対の基板８４
と、一対の基板８４に挾持された液晶層８５を有する液
晶セル８２と、その液晶セル８２の基板８４の外側前後
に貼付された偏光板８６と、液晶層８５に略垂直な方向
の光を導く光導入手段８１と、液晶セル８２から出てき
た光を拡散する光拡散手段８３とからなる。なお、照明
手段８９を備えている場合もある。しかしながら、この
従来例では、拡散層に散乱フィルムを用いており、拡散
層と液晶表示パネルに形成された画素までの距離が対向
基板の厚さ分離れて配置されるため、視差により画像ボ
ケが発生すると言う問題を有している。そして、一般に
散乱フィルムとしては、フィルム表面に凹凸形状を形成
することで光を乱反射させ散乱させるものや、フィルム
中に粒子を分散させ光を乱反射させるもの、或いは、フ
ィルム中に回折格子を形成し、光を特定方向に乱反射さ
せるものが知られている。しかしながら、いずれの散乱
フィルムを用いた場合も画像が表示される面と散乱フィ
ルムが配置される面との距離が離れている場合、不要な
散乱光が発生し画像にボケを生じる。この結果、画像の
コントラストが低下し表示品位が著しく低下する。

【００１１】特開平９−１５２６０６号公報では、光源
を２灯配置した面光源から出射する２つの主光線方向を
光学フィルムにより拡散することで、視角特性を改善し
た液晶表示パネルが開示されている。この従来技術の液
晶表示装置は、図２６に示すように、液晶の分子を一対
の透明基板９４間においてツイスト配向させた液晶セル
９２をはさんで表裏一対の偏光板９６を配置した液晶表
示素子９と、この液晶表示素子９の背後に配置されたバ
ックライト９１と、前記液晶表示素子９の表側に設けら
れた拡散板９３とからなっており、バックライト９１
は、液晶表示素子９に対向する面が開放するケース９１
０内に、前記液晶表示素子９の裏面に対向する導光板９
１２と、この導光板９１２の両側の端面にそれぞれ対向
する光源ランプ９１１とを設けるとともに、前記導光板
９１２の表面側にプリズムシート９１４を配置したもの
である。さらに詳しくは、光学フィルムには散乱フィル
ムを用い、散乱フィルムの角度特性と光源からの出射光
強度とを適合させることにより視角特性の改善を行って
いる。なお、面法線方向（Ｈ）と視角方向（Ｆ）とは、
角度θだけずれている。しかしながら、この従来例にお
いても、散乱フィルムと液晶表示素子に形成された画素
までの距離が対向基板の厚さ分離れて配置されるため、
視差により画像ボケが発生すると言う問題を有してい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決すべくなされたものであり、その目的は、視角特
性を改善することにより、表示品位に優れた透過型液晶
表示素子を使用した液晶表示装置を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明電極を内
面側に有して対向するとともに液晶材料を間に注入した
一対のガラス基板を備えて複数の画素が形成された液晶
表示素子と、該液晶表示素子の観察者側および面光源側
にそれぞれ配置された一対の偏光手段と、面光源と、を
具備する液晶表示装置において、前記液晶表示素子のコ
ントラストのピーク方向は、面法線方向から所定の角度
の方向にあるとともに面光源からの出射光の主光線方向
とほぼ一致し、そして、液晶表示素子の観察者側に液晶
表示素子からの出射光を拡散する第１の光学手段を備え
る液晶表示装置である。これにより、面光源から発した
光が液晶表示素子を通過した際に、コントラストの低下
がなく、そして、第１の光学手段により拡散されること
により、液晶表示装置の視角特性を改善できる。

【００１４】また、本発明は、面光源は１つ以上の光源
部と導光部とから構成され、そして、該導光部は光源部
からの光を入射する１つ以上の入射面と、光を出射する
出射面とを備えており、また、液晶表示素子のコントラ
ストのピーク方向は、面法線方向から２つの所定の角度
の方向にあるとともに面光源からの出射光の主光線方向
とほぼ一致する液晶表示装置である。これにより、コン
トラストの低下が少なく、そして、視角特性を改善した
液晶表示装置とすることができる。

【００１５】また、本発明は、第１の光学手段は、液晶
表示素子に形成された画素に対して平行または垂直に形
成された複数のレンズアレイからなり、そして、該レン
ズアレイのピッチをＰ１とし、レンズアレイのピッチＰ
１方向と平行に形成された液晶表示素子の画素ピッチを
Ｐ２とする時、（１／２０）×Ｐ２≦Ｐ１＜Ｐ２を満た
すように形成された液晶表示装置である。これにより、
観察範囲内での暗部の発生を防止でき、表示品位の高い
画像を提供できる。以下、詳細を説明する。

【００１６】一般に、液晶表示素子は、画素毎に赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ
を形成し、画素を透過した光を着色することでカラー表
示を行っている。Ｒ、Ｇ、Ｂ画素の配列パターンは種々
あるが、代表例としては図１８（ａ）に示すデルタ配列
や、図１８（ｂ）に示すストライプ配列などが挙げら
れ、画素が水平方向、垂直方向に繰り返し形成されると
ともに、画素の周辺にはブラックマトリクス（以下ＢＭ
と記載）が形成される。一般に画素ピッチは、隣り合う
画素のＢＭからＢＭまでの距離を言い、その配列方向に
より、水平方向ピッチＰｈ、垂直方向ピッチＰｖと呼ば
れる。

【００１７】液晶表示素子の画素数、画素のサイズは表
示素子のサイズにより様々であるが、例えば、１５型の
液晶表示素子がストライプ配列で水平画素数が６４０×
（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×垂直画素数４８０の場合、画素ピッチ
は水平方向Ｐｈがほぼ０．１５９ｍｍ、垂直方向Ｐｖが
ほぼ０．４７６ｍｍであり、画素間に形成されるＢＭ幅
Ｐ３は０．０１ｍｍである。

【００１８】ところで、上記の画素にレンズを一対一に
対応させた場合、たとえば、画素ピッチＰｖとレンズピ
ッチを一致させて配置した場合、図１９に示すように、
観察者には、画素間に形成されたＢＭ面１９３だけが観
察される暗部領域を見ることになり、表示品位が低下す
る。また、レンズ１９１の形成パターンと液晶表示素子
１９０に形成され、レンズと平行な方向に形成された画
素パターン（本図面ではＰｖ）とが互いに干渉しモアレ
縞が発生する。この結果、表示品位が著しく低下する。
また、画素ピッチＰ２に対し、レンズピッチＰ１を大き
く設計した場合には、観察者は、複数の画素を同時に観
察することになり、画像ボケが発生する。

【００１９】これに対して、本発明の如く、レンズのピ
ッチＰ１を画素ピッチＰ２より小さくすることにより、
複数のレンズで１画素を観察でき、暗部領域の発生を低
減できる。また、視角の改善方向は、レンズの形成方向
により変化する。例えば、画面上下方向の視角を改善し
たい場合には、レンズを画素の垂直方向ピッチＰｖに対
し平行に配置すれば良い。この場合、レンズピッチＰ１
を画素ピッチＰｖより小さくすることで、暗部領域の発
生を低減できる。また、画面左右方向の視角を改善した
い場合には、レンズを画素の水平方向ピッチＰｈに平行
に配置し、この場合、レンズのピッチＰ１を画素の水平
方向ピッチＰｈより小さく形成すれば良い。また、一般
に、レンズピッチを小さくするとレンズの集光力が弱ま
ることから画素より発した光を十分拡散できなくなり、
視角の改善効果が低下するとともに、レンズ形成表面で
光の回折が発生し、虹色の像が観察される。視角の改善
と、回折現象を防止するためには、レンズのピッチＰ１
が、画素ピッチＰ２の１／２０以上であることが好まし
い。

【００２０】また、本発明は、レンズアレイのピッチを
Ｐ１とし、焦点距離をｆとし、レンズアレイが配置され
た平面から液晶表示素子に形成された画素までの空気換
算距離をｄとし、画素ピッチをＰ２とし、画素ピッチＰ
２方向に形成されたブラックマトリクスＢＭの幅をＰ３
とする時、焦点距離を中心としてレンズアレイのピッチ
幅に対応して画素上に形成される幅ｘは、ｘ＝Ｐ１×｜
（ｄ−ｆ）｜／ｆであり、そして、０≦ｘ≦（１．５×
Ｐ２）を満たす液晶表示装置である。さらに、幅ｘがＰ
３≦ｘ≦Ｐ２を満たすことにより、よりすぐれた効果を
得ることができる。

【００２１】本構成の作用に関し、以下に説明する。液
晶表示素子に形成された１画素に対して、複数のレンズ
２０１を配置した場合、図２０（ａ）に示すようにＢＭ
面２０３を観察する領域と画素の開口部２０２（ＢＭ面
以外の画像を表示する領域）を観察する領域との重なり
を画像として観察することができる。この結果、図１９
に示す暗部領域の発生を減少することができる。

【００２２】また、図２０（ｂ）に示すように、レンズ
２０１は、その焦点距離ｆを画素が配置された平面まで
の距離ｄより短くすることにより、焦点を中心として、
レンズアレイのピッチ幅に対応して画素上に形成される
幅ｘから発する光を拡散でき、さらに、暗部領域を減少
することができる。また、この時、幅ｘは画素に形成さ
れたＢＭ幅Ｐ３より大きく設計することで画素の開口部
２０２から発する出射光を確実に拡散できるため、暗部
領域外の光を拡散でき、視角改善を行える。但し、この
構成は、ＢＭ面より広い領域からの出射光をレンズによ
り拡散する構成をとるため、画像のぼけ（２重写り）を
助長することになる。このため、幅ｘは、画素ピッチの
１．５倍以下とすることが好ましく、さらに、好ましく
は、幅ｘを１画素のピッチＰ２以下とすることにより、
画像のぼけを抑制することができる。

【００２３】また、本発明は、レンズアレイが、その受
光角をθ１とする時、５°≦θ１≦４０°の条件を満た
す液晶表示装置である。なお、本明細書に記載のレンズ
の受光角θ１は、図２１（ａ）に示すように、測定器
(大塚電子（株）製Ｐｈｏｔａｌ−ＡＧ１２００)を用い
て、入射光２５１として±３°の広がりを持つ平行光を
レンズ２５３の形成方向であるｘ−ｙ平面に対し垂直な
方向であるｙ−ｚ平面から角度±θより入射し、この
時、レンズ２５３の正面方向に出射する光の強度を受光
器２５２により受光し、その強度がほぼ０に近い値とな
る角度を測定することにより求めた。

【００２４】図２１（ｂ）にレンズの受光角θ１の測定
結果を示す。例えば、受光角θ１が±３０°のレンズ
は、図２１（ｂ）中の▲印で示される特性を示す。図２
１(ｂ)は、横軸に入射光の入射角θ２を、縦軸に受光器
２５２の受光明るさを相対明るさで示しており、レンズ
の受光角θ１をパラメータとし、それぞれ、１０°、２
０°、３０°、４０°、６０°の場合を測定した結果で
ある。

【００２５】また、レンズの拡散度を求めるため、同様
に測定器(大塚電子（株）製Ｐｈｏｔａｌ−ＡＧ１２０
０)を用いて、図２２(ａ)に示すように、レンズ２５３
の正面方向より平行光２５１を入射し、この時、ｙ−ｚ
平面に対し角度±θ方向での拡散光強度を受光器２５２
により測定し求めた。

【００２６】レンズの拡散度を図２２（ｂ）を用いて説
明する。図２２（ｂ）は、レンズの受光角θ１を変化さ
せたときに、レンズ正面より入射した光がレンズを透過
後にどの程度広がるかを示す図である。例えば、レンズ
の受光角が±３０°では、図中の▲印に示されるよう
に、ほぼ±６０°の方向まで光を拡散できる。図２２
(ｂ)は、横軸に拡散角θを、縦軸に拡散光の強度を示し
ており、レンズの受光角θ１をパラメータとして、それ
ぞれ、１０°、２０°、３０°、４０°、６０°の場合
を測定した結果である。

【００２７】次に、レンズの受光角θ１を変化させたと
きの液晶表示装置の視角特性および明るさの変化に関し
て説明する。この測定は、図２３に示すように、面光源
装置２６３、ＴＮ液晶表示素子２６２、受光角θ１が異
なるレンズシート２６１により構成される液晶表示装置
２６０を、ｙ−ｚ平面に対し回転させ、角度±θ２方向
より出射する光の強度を輝度計（トプコン株式会社製
ＢＭ−５Ａ）２６４を用いてコントラスト（白表示時の
輝度／黒表示時の輝度）を求めることで測定した。

【００２８】図５（ａ）は、レンズの受光角θ１と液晶
表示装置の正面方向での明るさ(正面輝度)の関係を示
す。レンズの受光角θ１が小さい程、正面方向での明る
さの低下は少なく、レンズの受光角θ１が広がる程、正
面方向での明るさが下する。レンズの受光角θ１が４０
°より大きいと正面方向での明るさの低下が従来のＴＮ
液晶表示モードに対し０．４倍程度に減少し、従来と同
等程度の明るさを確保するためには、面光源装置に掛か
る負担が大きくなるため、実用的な範囲としてレンズの
受光角θ１は４０°以下が好ましい。

【００２９】次ぎに、図５（ｂ）にレンズの受光角θ１
と視角範囲θ２（本明細書では、コントラストが１０以
上確保できる角度範囲を示す）の関係を示す。なお、図
中のレンズの受光角θ１が０°は、レンズを配置しない
従来のＴＮ液晶表示モードの特性を示す。液晶表示装置
にレンズの受光角θ１が異なるレンズシート２６１を配
置した場合、レンズの受光角θ１に応じて、視角範囲θ
２（本明細書では、コントラストが１０以上確保できる
角度範囲を示す。）が変化する。より具体的には、レン
ズの受光角θ１を大きくすると、拡散効果が強くなり、
視角範囲θ２が広がるが、レンズの受光角θ１が４０°
以上では、視角改善効果は飽和する。また、レンズの受
光角が５°未満では、視角の改効果はほとんど無く視角
依存性は改善されないことを見出した。

【００３０】以上説明のように、レンズの受光角θ１
は、視角改善に対し重要なパラメータであり、その値
は、視角の改善効果と正面方向での輝度低下のバランス
を考慮し、５°以上４０°以下が好ましいことが分か
る。

【００３１】また、本発明は、レンズアレイが形成され
た面およびレンズアレイが形成された面とは反対側の面
のうちのいずれか一方、または、両方に、全面に遮光手
段が形成された液晶表示装置である。これにより、レン
ズ表面にて全反射する角度の浅い光（迷光）が乱反射す
ることを防止できるとともに、外光側からの反射を防止
できるため、液晶表示装置の表示品位を向上させること
ができる。また、遮光層はレンズ面、或いは対向面の全
面に形成されることにより、作成プロセスが容易で安価
な遮光層とすることができる。

【００３２】そして、本発明は、レンズアレイは、前記
の液晶表示素子に対向配置された基板の観察者側面上に
形成される液晶表示装置である。これにより、レンズが
配置された表面から画素までの距離を短くでき、視差に
よる画像ボケを防止できる。また、レンズ自体の焦点距
離を短く設計できるため、集光力の高いレンズとして、
明るい液晶表示装置とすることができる。

【００３３】さらに、本発明は、第１の光学素子が前記
の液晶表示素子に対向配置された基板の観察者側に形成
されるとともに、前記基板とカラーフィルターとの間に
散乱粒子が含有された有機材料により形成される液晶表
示装置である。これにより、散乱面と画素との距離を短
くでき、視差による画像ボケを防止できる。

【００３４】また、本発明は、複数の反射部と伝搬部と
を有し、そして、導光部の出射面から出射する主光線と
面法線とが成す角度θ１を、０°≦θ１≦６０°、の方
向に出射する面光源を備えた液晶表示装置である。これ
により、効率良く指向性のある光を出射でき、さらに上
下方向の視角特性を改善できる。

【００３５】そして、本発明は、導光部の出射面と対向
する面に、複数の反射部と伝搬部が繰り返し形成される
面光源を備えた液晶表示装置である。これにより、面光
源からの出射光に指向性を持たせることができ、さら
に、上下方向の視角特性を改善できる。

【００３６】さらに、本発明は、面光源と液晶表示素子
の間および第１の光学手段と液晶表示素子の間のうちの
いずれか一方、または、両方に配置された第２の光学手
段により、出射面から面状に出射する光の主光線が出射
面の法線方向に屈折される液晶表示装置である。これに
より、液晶表示装置の面方線方向（正面方向）を中心に
視角特性を改善できる。

【００３７】また、本発明は、第２の光学手段が複数の
プリズム部が形成されたフィルムから成る液晶表示装置
である。これにより、安価な光学手段とすることができ
る。

【００３８】そして、本発明は、第２の光学手段に形成
された複数のプリズム部に、保護層が形成された液晶表
示装置である。これにより、プリズム表面の傷付きによ
る不要光の光漏れを防止できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明
する。本発明の液晶表示装置の実施例について、図１〜
図１７を用いて説明する。図１は、実施例１の液晶表示
装置の構造を模式的に示す縦断面説明図である。図２
は、実施例１の液晶表示装置のレンズシートの構造を模
式的に説明する縦断面図である。図３は、実施例１の液
晶表示装置の面光源の構造を模式的に示す縦断面図であ
る。図４は、実施例１の液晶表示装置の視角範囲におけ
る特性を説明する図である。図５は、実施例１の液晶表
示装置のレンズの受光角における特性を説明する図であ
る。図６は、実施例２の液晶表示装置の構造を模式的に
示す縦断面図である。図７は、実施例２の液晶表示装置
の偏光板に対する位相差板の配置関係を説明する図であ
る。図８は、実施例２の液晶表示装置のレンズシートの
構造を模式的に示す縦断面図である。図９は、実施例２
の液晶表示装置の面光源の構造を模式的に説明する縦断
面図である。図１０は、実施例２の液晶表示装置の面光
源の導光体の伝搬部と反射部の形状を模式的に示す斜視
図である。図１１は、実施例２の液晶表示装置の特性を
説明する図である。図１２は、実施例３の液晶表示装置
の縦断面説明図である。図１３は、実施例３の液晶表示
装置のレンズシートの説明図である。図１４は、実施例
３の液晶表示装置の面光源の構造を模式的に示す縦断面
説明図である。図１５は、実施例３の液晶表示装置の面
光源の導光体の伝搬部と反射部の形状を説明する斜視図
である。図１６は、実施例３の液晶表示装置の特性を説
明する図である。図１７は、実施例３の変形例の液晶表
示装置の構造を模式的に示す縦断面図である。

【００４０】（実施例１）本発明の実施例１にかかる液
晶表示装置の構成を説明する。実施例１の透過型液晶表
示装置は、図１に示すように、面光源１と液晶表示素子
２と光拡散層３で構成されている。面光源１は、後述す
る冷陰極型蛍光ランプと、冷陰極型蛍光ランプからの入
射光を均一に面状に出射する導光体により構成される。
液晶表示素子２は、透明ガラス基板上にマトリクス状に
薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という。）と画素
に対応した透明電極と配向膜が形成されたアクティブマ
トリクス基板(第１の基板)４１と、透明電極と画素に対
応したカラーフィルターと配向膜が形成されたカラーフ
ィルター基板(第２の基板)４２を有してなり、これら第
１の透明基板４１と第２の透明基板４２間にツイスト角
がほぼ９０度のツイステッドネマッティック（以下、
「ＴＮ」という。）液晶材料からなる液晶層５が封止さ
れている。液晶層５は正の誘電率異方性を有する液晶材
料よりなる。これら第１の透明基板４１と第２の透明基
板４２を対をなす第１の偏光板６１および第２の偏光板
６２で挾持して液晶表示素子２が構成される。光拡散層
３は、観察者側に配置された第２の偏光板６２の外側に
配置された第１の光学手段であり、液晶表示素子２から
の出射光を拡散する。

【００４１】なお、第１の透明基板４１と第２の透明基
板４２に設けた透明電極には液晶分子の配向状態を変化
させるための変調制御手段が接続されており、印加され
る表示電圧による外場である電界で液晶分子の配向形態
を制御し、光強度を変調制御する。

【００４２】次に、上記構成の液晶表示素子の製造方法
を説明する。第１の透明基板４１と第２の透明基板４２
には、厚みが０．７ｍｍの７０５９ガラス（コーニング
グラスワークス社製）を使用し、第１のガラス基板４１
と第２のガラス基板４２上にＩＴＯ膜をスパッタ法によ
り形成して透明電極を形成した。次に、配向膜として、
ポリイミド配向膜を印刷法にて形成し、１８０℃で焼成
後、ラビング処理を施した。このようにして形成した配
向膜のツイスト角は９０°である。その後、液晶層５の
間隔を一定に保持するため、４．５μｍのグラスファイ
バースペーサーを散布し、液晶封止層として５．３μｍ
のグラスファイバースペーサーを混入した接着シール材
をスクリーン印刷することにより形成し、貼り合わせを
行った。その後、真空脱気により２枚の基板間に液晶を
注入しＴＮ液晶セルを作成した。また、第１のガラス基
板４１と第２のガラス基板４２の外側に配置される第１
の偏光板６１と第２の偏光板６２を偏光軸（または吸収
軸）が互いに直交するように配置した。この時、偏光軸
（または吸収軸）が先のラビング方向とほぼ一致するよ
うに配置した。

【００４３】実施例１で用いた液晶表示素子２として、
画面サイズが対角１５インチ（縦：２２８．６ｍｍ、
横：３０４．８ｍｍ）であり、画素がストライプ配列で
水平画素数６４０（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×垂直画素数４８０、
その画素ピッチは水平方向Ｐｈがほぼ０．１５９ｍｍ、
垂直方向Ｐｖがほぼ０．４７６ｍｍであり、ブラックマ
トリクス（ＢＭ）幅が０．０１ｍｍの液晶表示素子２を
用い、カラーフィルター基板(第２の基板)４２は、その
厚さが０．７ｍｍ、屈折率が１．５２であり、観察者側
に配置された第２の偏光板６２は、その厚さが０．３０
ｍｍ、屈折率が１．５２である。この時、光拡散層３か
ら画素が形成された平面までの空気換算距離ｄは、ほぼ
０．６５８ｍｍである。

【００４４】実施例１の液晶表示装置における光拡散層
３の構造について、光拡散層３の構造を模式的に示す縦
断面図である図２（ａ）、その正面図である図２（ｂ）
を用いて説明する。光拡散層３として、複数のレンズ３
１が繰り返し形成されたレンチキュラーレンズフィルム
を用いた。このレンズフィルム３は、凹形状が繰り返し
形成された金型に日本合成ゴム（株）社製の紫外線硬化
樹脂（Ｚ９００１、屈折率ｎ＝１．５９）を滴下した
後、表面に基材３２を配置し、１．０Ｊ／ｃｍ^２の紫外
線を照射して硬化させて基材３２に凸部を転写し形成し
た。この時、基材３２には日本合成ゴム（株）社製のア
ートンフィルムを用いた。なお、レンズフィルムの作成
方法は上記に限定される訳ではなく、透明基板上に形成
されレジスト膜の熱弛れや、アクリル樹脂を用いたイン
ジェクション成型により作成しても良いし、ガラス基板
上にイオン交換法やガラスエッチング法を用いて形成し
ても良い。

【００４５】拡散層３として働くレンチキュラーレンズ
フィルムに形成されたレンズ面を、観察者側に配置され
た第２の偏光板６２と対向するように配置する。また、
レンチキュラーレンズ３１は、液晶表示素子２に形成さ
れた画素の垂直方向ピッチＰｖに対して平行になるよう
に繰り返し形成し、そのピッチＰ１が０．１４ｍｍ、高
さが０．０４ｍｍ、焦点距離ｆが約０．１４ｍｍとなる
ように形成した。このようにレンズ３１を形成すること
で、画素面で焦点距離ｆが交差する幅を０．５３４ｍｍ
とした。また、レンズの受光角は±３０．８°とした。

【００４６】なお、レンズのピッチＰ１は、レンズと平
行な方向に形成された液晶表示素子２の画素のピッチＰ
ｖの１．５倍より小さく、より好ましくは画素ピッチＰ
ｖより小さく形成することが好ましいが、その大きさが
１／２０倍より小さい場合、レンズが形成された表面で
光の回折現象により虹色の反射光が観察され、表示品位
が低下する。このため、レンズピッチＰ１は、画素ピッ
チＰｖの１／２０倍以上であることが好ましい。

【００４７】実施例１において、レンチュキラーレンズ
３１には全面に遮光層３３を形成した。具体的には、黒
色顔料を分散した有機材料をスピンコート法によりレン
チュキラーレンズ３１の表面に塗布し、紫外線を１．５
Ｊ／ｃｍ^２照射することにより硬化形成した。遮光層３
３の膜厚は、レンズフィルム３の透過率が７０％となる
ように、ほぼ０．００５ｍｍに形成した。なお、レンズ
フィルムの透過率が高いほど画面輝度を上げることがで
きるが、実施例１における透過率でも画面輝度の低下は
気にならない程度であった。

【００４８】レンズ面の向きは、実施例１に限定される
訳ではなく、レンズ面は観察者側に向けることも可能で
ある。但し、この場合、レンズ面と画素までの空気換算
距離ｄは、レンズが形成される基材３２の厚さ分だけ離
れることになり、レンズの集光力が低下する。このた
め、前記の厚さ分の距離を偏光板６２やカラーフィルタ
ー基板４２の厚さで調整することが望ましい。

【００４９】また、レンズフィルムの配置位置は、実施
例１に限定される訳ではなく、液晶表示素子２の偏光板
６２の内側に配置しても良い。但し、この場合、レンズ
形成面から画素面までの空気換算距離ｄはカラーフィル
ター基板４２の厚さとなるため、レンズの焦点距離ｆの
設計は、約０．４６ｍｍ以下で形成する必要がある。ま
た、レンズフィルム３による複屈折（分子方向の屈折率
の違い）効果はできるだけ低減することが望ましく、実
施例１で用いた基材の如く、ほとんど複屈折性を持たな
い基材を用いることが好ましい。また、上記以外に、複
屈折の小さいＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の基材
にレンズを形成しても良い。

【００５０】また、遮光層３３はレンズ面だけでなく、
レンズ面の反対側の面、または、レンズ面および反対側
の面の両方に形成しても良い。この場合、観察者側から
入射する外光の反射も低下できる。なお、本構成の場
合、遮光層を形成することで透過率が低下することを考
慮し、特に両側に遮光層を配置する場合には、その形成
膜厚を調整することで透過率を制御することが望まし
い。

【００５１】次に、実施例１の液晶表示装置で用いた面
光源１の構造の詳細について、図３を用いて説明する。
面光源１は、蛍光管１１、導光体１２、拡散反射シート
１３、およびプリズムシート１４により構成される。導
光体１２は、入射面の厚さｔｉｎを４ｍｍ、入射面と対
向する面の厚さｔｏｕｔを２ｍｍとした楔型形状に形成
される。また、導光体１２の出射面１２１の反対側の面
１２２にはシボ印刷加工を施すとともに、拡散反射シー
ト１３を配置し、そして、導光体１２の出射面１２１に
は、プリズムシート１４として住友３Ｍ株式会社製のＢ
ＥＦフィルムを配置した。また、蛍光管１１は、表示画
面の上方に配置した。

【００５２】本実施例１における液晶表示装置の視角特
性について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、実施
例１で用いた面光源１の出射角度と出射光量の関係を示
す。図４（ｂ）は、従来のＴＮ表示モードのコントラス
トと視角θ２の関係(細い実線)および、本発明の実施例
１で用いた液晶表示装置のコントラストと視角θ２の関
係(太い実線)を示す。また、図４（ｃ）は、従来のＴＮ
表示モードの明るさと視角θ２の関係(細い実線)、およ
び、本発明の実施例１で用いた液晶表示装置の明るさと
視角θ２の関係(太い実線)を示す。

【００５３】図４（ａ）より明らかなように、面光源１
から出射した光の主光線方向θ１（面法線方向）は、液
晶表示素子のコントラストのピーク方向とほぼ一致して
いる。

【００５４】以上の構成では、面光源１より出射した光
は、液晶表示素子２を通過後、受光角θ１が±３０°の
レンチキュラーレンズフィルム３により拡散される。こ
の結果、図４（ｂ）に示すようにレンチキュラーレンズ
フィルムを配置しない従来のＴＮ液晶表示モードに比べ
て、コントラスト値は、±８０°方向まで改善できる。
加えて、レンチキュラーレンズフィルムを配置しない従
来のＴＮ液晶表示モードに比べて、コントラストの変化
を小さくでき、変化感の少ない表示画像を提供できる。

【００５５】さらに、図４（ｃ）に示すように、レンチ
キュラーレンズフィルムを配置しない従来のＴＮ液晶表
示モードに比べて、この実施例１の液晶表示装置は、正
面方向の明るさが低下するが、明るさの変化率を小さく
でき、視角に対して変化感のない表示画像を提供でき
る。なお、図４(ｃ)の測定結果は、実施例１および従来
のＴＮ液晶表示モードとも正面０°方向の明るさにて規
格化した値である。

【００５６】レンズの拡散効果による視角の改善効果お
よび正面輝度について、図５（ａ）および図５（ｂ）を
用いて説明する。この実施例におけるレンズの拡散効果
は、図５(ａ)に示すように、レンズの受光角θ１を±３
０°とした場合、視角範囲θ２（コントラストが１０以
上確保できる角度範囲を示す）は、１７５°であり、視
角範囲θ２が９０°である従来のＴＮ液晶表示モードに
対し改善できた。また、正面方向での明るさ(正面輝度)
は、図５（ｂ）に示すように、従来のＴＮ表示モードに
対し、０．５倍に低下したが実用上問題のない明るさで
あった。

【００５７】なお、レンズの受光角θ１は、大きくする
と拡散効果が強くなり、視角範囲は広がるが、正面方向
での明るさが低下する。また、受光角θ１を小さくした
場合には、視角範囲に対する改善効果は小さくなるが正
面方向の明るさ低下は小さくなる。実用的な範囲として
は、レンズの受光角θ１は５°以上４０°以下が好まし
い。

【００５８】以上、説明したように、実施例１の液晶表
示装置によれば、液晶表示素子のコントラストのピーク
方向は、面光源からの出射光の主光線方向とほぼ一致
し、そして、液晶表示素子の観察者側に液晶表示素子か
らの出射光を拡散する第１の光学手段を備えることによ
り、面光源から発した光が液晶表示素子を通過した際
に、コントラストの低下が少ない、視角特性を改善した
液晶表示装置とすることができる。

【００５９】また、レンズフィルムに形成されたレンズ
のピッチを液晶表示素子に形成された画素のピッチより
小さく設計することにより、暗部の発生を防止でき、表
示品位の高い画像を提供できる。

【００６０】そして、レンズアレイの焦点距離ｆをレン
ズアレイが配置された平面から液晶表示素子に形成され
た画素までの空気換算距離ｄ以下に設計することで、画
素と焦点距離ｆが交わる幅ｘが０．５３４ｍｍの平面か
ら発した光を拡散でき、視角特性を改善できる。

【００６１】さらに、レンズアレイが形成された面また
は、レンズが形成された面と対向する面のいずれか一
方、または、両側には全面に遮光手段を形成したこと
で、レンズに到達する前に全反射する角度の浅い光（迷
光）が乱反射することおよび外光の反射を防止でき、液
晶表示装置の表示品位を向上できる。また、作成プロセ
スが容易で安価な遮光層を提供できる。

【００６２】また、光源を表示画面の上方に配置し、面
光源と液晶表示素子の間にプリズムフィルムを配置する
ことにより、面光源からの出射光に指向性を持たせるこ
とで、特に表示画面上下方向の視角特性を改善できる。

【００６３】（実施例２)以下、本発明の実施例２にか
かる液晶表示装置の構成を説明する。実施例２の液晶表
示装置は、基本的な構成は実施例１と同じであるが、液
晶表示素子のサイズ、液晶表示モード、面光源の構成お
よび、レンズフィルムの構成が異なっている。実施例２
の液晶表示装置は、図６の断面説明図に示すように、面
光源１ｂと液晶表示素子２ｂと光拡散層３ｂを具備して
いる。

【００６４】液晶表示素子２ｂは、所定の間隔で配され
た第１の透明基板４１ｂと第２の透明基板４２ｂを有す
る。第１の透明基板４１ｂと第２の透明基板４２ｂ上に
はそれぞれ透明電極および配向膜が設けられている。こ
れら第１の透明基板４１ｂと第２の透明基板４２ｂ間に
は液晶層５ｂが設けられている。液晶層５ｂは負の誘電
率異方性を有する液晶材料よりなる。透明電極には液晶
分子の配向形態を変化させるための変調制御手段が接続
されており、印加される表示電圧による外場である電界
で液晶分子の配向形態を制御し、光強度を変調制御す
る。これら第１の透明基板４１ｂと第２の透明基板４２
ｂは、対をなす第１の偏光板６１ｂと第２の偏光板６２
ｂで挾持され、第２の透明基板４２ｂと第２の偏光板６
２ｂの間には、正の屈折率異方性を有する位相差板７２
が設けられている。以上により、透過光強度を変調する
ことのできる光学素子としての液晶表示装置が構成され
る。

【００６５】液晶表示素子２ｂの製造方法の一例を説明
する。第１の透明基板４１ｂと第２の透明基板４２ｂと
して厚みが０．７ｍｍの７０５９ガラス基板（コーニン
ググラスワークス社製）を使用し、ガラス基板上にＩＴ
Ｏ膜をスパッタ法により形成し透明電極とした。

【００６６】配向層は以下のようにして作成した。すな
わち、ＳｉＯの斜方蒸着膜を形成した後、ＤＭＯＡＰ等
のシランカップリング剤を塗布した後、３００℃で焼成
することで、垂直からわずかに傾斜した配向を実現し
た。このようにして作成した配向膜におけるプレチルト
角は、実施例２の場合、基板の面方向から８８°であっ
た。

【００６７】その後、液晶層５の間隔を一定に保つため
に、４．５μｍのグラスファイバースペーサー（図示せ
ず）を散布し、液晶封止層（図示せず）として５．３μ
ｍのグラスファイバースペーサーを混入した接着性シー
ル材をスクリーン印刷することにより形成し張り合わせ
た。その後２枚の基板間の真空脱気により液晶材料を注
入し液晶セルを作成した。

【００６８】実施例２で用いた液晶表示素子として、画
面サイズが対角１８インチ（縦：２７４．３ｍｍ、横：
３６５．７ｍｍ）、画素がストライプ配列で水平画素数
１０２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）×垂直画素数７６８、その画素
ピッチが、水平方向Ｐｈでほぼ０．１１９ｍｍ、垂直方
向Ｐｖでほぼ０．３５７ｍｍの液晶表示素子を用いた。
位相差板７２は、その厚さ０．３０ｍｍで、基板面内の
屈折率の内、屈折率の大きい方の屈折率（遅相軸）をｎ
ｘ、屈折率の小さい方の屈折率をｎｙ、基板表面に対し
法線方向の屈折率をｎｚとすると、ｎｘ＝１．５００
４、ｎｙ＝１．５、ｎｚ＝１．５０２９８である。さら
に、図７に示すように、第一の偏光板６１ｂおよび第２
の偏光板６２ｂからなる一対の偏光板をその吸収軸が互
いに直交するように、また、液晶層５の遅相軸に対して
４５°の角度をなすように配置され、位相差板７２の遅
相軸は、液晶層５の遅相軸と直交するように配置され
る。

【００６９】また、光拡散層３ｂから画素が形成された
平面までの空気換算距離ｄは、０．８５７ｍｍである。

【００７０】次に、光拡散層３ｂの構造の詳細に関し
て、図８（ａ）の断面説明図および図８（ｂ）の正面説
明図を用いて説明する。実施例２でレンチキュラーレン
ズフィルムを用いた点は、実施例１と同じであるが、レ
ンズ３１ｂは、基材３２ｂの両面に形成され、その形成
方向は液晶表示素子２に形成された画素の垂直方向ピッ
チＰｖと平行な方向に繰り返し形成した。また、レンズ
３１ｂは、ピッチＰ１が０．１０ｍｍ、高さが０．０１
５ｍｍ、焦点距離ｆが０．１５ｍｍで形成した。この
時、液晶表示素子に形成された画素と焦点距離ｆが交差
する幅ｘは０．４５６ｍｍであり、また、レンズの受光
角は、ほぼ±２０°である。また、実施例２では、基材
３２ｂの両面に形成したレンズ形成面３１ｂ上にそれぞ
れ遮光層３３ｂを形成した。なお、レンズの受光角θ１
は実施例２の値に限定される訳ではなく、５°から４０
°の範囲であれば良く、これは他の実施例においても同
様である。

【００７１】次に、実施例２で用いた面光源１の構造の
詳細について、図９および図１０を用いて説明する。面
光源１ｂは、２つの蛍光管１１ｂと２つの導光体１２
ｂ、拡散反射シート１３ｂにより構成される。

【００７２】実施例２で用いた導光体１２ｂは、図９お
よび図１０（ａ）の斜視説明図および図１０（ｂ）の拡
大説明図に示すように、それぞれ、入射面１４ｂ、出射
面１５ｂ、およびそれの反対側の面１６ｂを備え、反対
側の面１６ｂには伝搬部１７１ｂと反射部１７２ｂを繰
り返し形成することで、周期構造のプリズム部１７ｂを
形成した。また、導光体１２ｂは、ポリメチルメタクリ
レートを用いて射出成形により作製し、その入射面１４
ｂの厚さｔｉｎを２．０ｍｍとし、対向面１８ｂの厚さ
ｔｏｕｔを１．０ｍｍとした。

【００７３】実施例２では、上記の導光体１２ｂを２枚
用い、そして、その入射面１４ｂが互いに対向するよう
に配置し、そして、出射面１５ｂが観察者側を向くよう
に配置した。また、蛍光管１１ｂは表示画面の上下方向
に配置した。

【００７４】なお、導光体材料は、実施例２に限定され
る訳ではなく、ポリメチルメタクリレートなどのアクリ
ル系樹脂や、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂
などに代表される透明樹脂やガラスなどを適宜用いて射
出成型などの加工法によって成型して製造することがで
きる。

【００７５】次に、導光体１２ｂに形成された伝搬部１
７１ｂと反射部１７２ｂの詳細を図１０（ｂ）により説
明する。伝搬部１７１ｂと反射部１７２ｂは、そのピッ
チを光の進行方向に対して、プリズム部１７ｂのピッチ
Ｐｆを０．１６ｍｍ（Ｐｅ＝０．０１ｍｍ、Ｐｄ＝０．
１５ｍｍ）に形成し、反射部１７２ｂの角度θ２は約４
０°で形成した。このようにプリズム部を形成すること
で、導光体１２ｂの入射面１４ｂに配置された光源１１
ｂからの入射光は、導光体１２ｂに形成されたプリズム
部１７ｂの伝搬部１７１ｂで全反射を繰り返しながら導
光体１２ｂ中を伝搬する。ここで、反射部１７２ｂに入
射した光は、出射面１５ｂで全反射条件が崩れ、導光体
１２ｂから面状発光に変換され出射される。実施例２で
は、導光体１２ｂに屈折率ｎが１．５４の透明アクリル
樹脂を用いており、出射面１５ｂの法線に対し角度θ１
が±１５°の方向に指向性のある光を出射できる。ま
た、導光体１２ｂの出射面１５ｂと反対側の面１６ｂに
は、拡散反射シート（図示せず）を配置することで、導
光体の出射面１５ｂの反対側の面１６ｂからの漏れ光を
観察者側に反射することができ、光の利用効率を向上さ
せることができる。なお、実施例２では、導光体の対向
面に形成された周期構造をプリズム状としたが、他にも
台形形状、レンチキュラー形状、球状等の凹凸であって
も良い。

【００７６】実施例２における液晶表示装置の視角特性
に関して図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）を
用いて説明する。図１１（ａ）は、実施例２で用いた面
光源の出射角度と出射光量の関係を示す図である。図１
１（ｂ）は、レンズフィルムを配置しない従来の液晶表
示モードの液晶表示装置のそれぞれコントラストと視角
θ２の関係(細い実線)、および、本発明の実施例２で用
いた液晶表示装置のコントラストと視角θ２の関係(太
い実線)を示す図である。また、図１１（ｃ）は、レン
ズフィルムを配置しない従来の液晶表示モードの明るさ
と視角θ２の関係(細い実線)、および、本発明の実施例
２で用いた液晶表示装置の明るさと視角θ２の関係(太
い実線)を示す図である。

【００７７】図１１（ａ）より明らかなように、面光源
１から出射した光の主光線方向θ１（面法線方向）は、
±１５°の方向に指向性を示しており、液晶表示素子の
コントラストのピーク方向とほぼ一致している。

【００７８】以上の構成では、面光源１ｂから出射した
光は、液晶表示素子２ｂを通過後、受光角±２０°のレ
ンチキュラーレンズフィルム３ｂにより拡散される。こ
の結果、図１１（ｂ）に示すようにレンチキュラーレン
ズフィルムを配置しない従来の液晶表示モードに比べ
て、コントラスト値を、±５０°方向まで改善できる。
また、レンチキュラーレンズフィルムを配置しない従来
の液晶表示モードに比べて、コントラストの変化を小さ
くでき、変化感の少ない表示画像を提供できる。

【００７９】また、図１１（ｃ）に示すようにレンチキ
ュラーレンズフィルムを配置しない従来のＴＮ液晶表示
モードに比べて、明るさの変化率を小さくでき視角に対
して変化のない表示画像を提供できる。なお、図１１
(ｃ)に示す測定結果は、従来の液晶表示モードおよび実
施例２の液晶表示装置とも、輝度のピーク方向の明るさ
によって規格化した値である。また、この実施例２の構
成では、従来の液晶表示モードの輝度ピーク（±１５°
の方向の明るさ）を正面に拡散できるため正面方向の輝
度を向上できた。

【００８０】以上のように形成された液晶表示装置の視
角範囲θ２は、従来のレンチキュラーレンズフィルムを
配置しない液晶表示モードの視角範囲が６０°であるの
に対し、８０°まで改善できた。また、正面方向での明
るさは、従来の液晶表示モードに対し、３倍まで改善で
きた。ただし、輝度のピーク方向（±１５°方向）では
輝度が０・５倍に低下したが、実用上問題の無い明るさ
であった

【００８１】以上、説明したように、実施例２によれ
ば、面光源と、液晶表示素子と、液晶表示素子の観察者
側、または、面光源側にそれぞれ配置された偏光手段と
を有する透過型液晶表示装置において、面光源は、少な
くとも１つ以上の光源と導光部から構成され、導光部は
光源からの光を入射する少なくとも１つ以上の入射面
と、光を出射する出射面とを備えるとともに、液晶表示
素子に用いられる液晶表示モードは、面法線方向から傾
斜した方向にコントラストのピーク値を２つ以上持ち、
面光源からの主光線方向とコントラストのピーク値をほ
ぼ一致させることにより、コントラストの低下が少な
い、視角特性を改善した液晶表示装置を提供できる。

【００８２】そして、レンズアレイが形成された面およ
びレンズが形成された面の反対側の面のいずれか一方ま
たは両方の全面に遮光手段が形成されることにより、レ
ンズに到達する前に全反射する角度の浅い光（迷光）が
乱反射することを防止できるとともに、外光側からの反
射を防止できるため、液晶表示装置の表示品位を向上で
きる。

【００８３】さらに、遮光層はレンズ面、或いは対向面
の全面に形成されることにより、作成プロセスが容易で
安価な遮光層を提供できる。

【００８４】また、光源は、表示画面の上および下のい
ずれか一方または両方に配置されることにより、面光源
から出射する光の主光線の方向を上下に振り分けること
ができ、上下方向の視角特性を改善できる。

【００８５】そして、面光源を構成する導光体の出射面
と対向する面には、複数の反射部と伝搬部が形成される
ことにより、面光源からの出射光に指向性を持たせるこ
とができ、さらに、上下方向の視角特性を改善できる。

【００８６】さらに、複数の反射部と伝搬部は、導光体
の出射面から出射する主光線の方向と面法線とが成す角
度θ１を、０°≦θ１≦６０°、の範囲に出射すること
により、効率良く指向性のある光を出射でき、さらに上
下方向の視角特性を改善できる。

【００８７】（実施例３）以下、実施例３について図１
２〜図１５を用いて説明する。本実施例３で用いた液晶
表示装置は、基本的な構成は実施例１と同じであるが、
面光源の構成およびレンズフィルムの構成が異なる。実
施例３の液晶表示装置は、図１２に示すように、面光源
１ｃと液晶表示素子２ｃと光拡散層３ｃで構成されてい
る。実施例３で用いた液晶表示素子２ｃのその他の構成
は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

【００８８】実施例３では、液晶表示素子のカラーフィ
ルター基板４２ｃ上に光拡散層３ｃとしてレンズを形成
した。このため、光拡散層３ｃから画素が形成された平
面までの空気換算距離ｄは、０．４６ｍｍである。

【００８９】次に、光拡散層３ｃの構造の詳細に関し
て、光拡散層３ｃの構造を模式的に示す縦断面図である
図１３（ａ）、および、その正面図である図１３（ｂ）
を用いて説明する。実施例３では、レンチキュラーレン
ズを用いた点は、実施例１と同じであるが、レンズ面
は、カラーフィルター基板４２ｃの観察者側に形成し
た。さらに具体的には、ガラスエッチング法により、カ
ラーフィルターガラス基板４２ｃ上に凹部を形成し、形
成した凹部に紫外線硬化樹脂（長瀬チバ（株）社製Ｔ−
７１４／Ｒ 屈折率ｎ＝１．６６）を滴下し、紫外線を
１Ｊ／ｃｍ^２照射することでレンズ３ｃを形成した。

【００９０】その形成方向は、液晶表示素子に形成され
た画素の垂直方向ピッチＰｖに対して平行な方向に繰り
返し形成した。この時、レンズのピッチＰ１は実施例１
と同じであるが、焦点距離ｆは、屈折率が１．５２のガ
ラス基材上に屈折率が１．６６の紫外線硬化樹脂にてレ
ンズを形成しており、０．５７６ｍｍであった。また、
レンズ形成面から画素が形成された平面までの空気換算
距離ｄは、０．４６ｍｍであるため、レンズのピッチ幅
に対応して画素上に形成される幅ｘは０．０２８ｍｍで
ある。

【００９１】また、実施例３では、レンズ形成面の外側
に第２の偏光板６２ｃを配置し、遮光層の働きを兼用し
た。

【００９２】次に、実施例３で用いた面光源の詳細につ
いて、図１４を用いて説明する。面光源１ｃは、表示画
面の上下方向に対応する方向に配置された２つの蛍光管
１１ｃと導光体１２ｃ、拡散反射シート１３ｃにより構
成される。また、入射面１４ｃの厚さはそれぞれｔｉｎ
を２．０ｍｍとし、平行平板構造とした。

【００９３】次に、導光体１２ｃに形成された伝搬部１
７１ｃと反射部１７２ｃの詳細について、図１５を用い
て説明する。図１５(ａ)は導光体１２ｃの形状を概念的
に示す斜視図であり、図１５(ｂ)は反対面１６ｃの構造
を拡大して示す部分拡大斜視図である。導光体１２ｃの
反対面１６ｃに設けた伝搬部１７１ｃと反射部１７２ｃ
は、プリズム部１７ｂのピッチＰｆを光の進行方向に対
してＰｆ＝０・１６ｍｍ（Ｐｅ＝Ｐｅ’＝０．０１ｍ
ｍ、Ｐｄ＝０．１４ｍｍ）で形成し、反射部１７２ｃの
角度θ４は、約５０°で形成した。このようにプリズム
部１７ｃを形成することで、導光体１２ｃの入射面１４
ｃに配置された光源１１ｃからの入射光は、導光体１２
ｃの出射面１５ｃから面状発光に変換され出射される。

【００９４】以上のような構成の面光源装置では、図１
６（ａ）に示すように、出射面１５ｃの法線方向に指向
性を有する光を出射できる。

【００９５】実施例３の面光源と液晶表示素子とレンズ
フィルムの構成を有する液晶表示装置の出射特性、視角
特性について図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６
（ｃ）を用いて説明する。図１６（ａ）は、実施例３で
用いた面光源の出射角度と出射光量の関係を示す図であ
る。図１６（ｂ）は、従来のＴＮ表示モードのコントラ
ストと視角θ２の関係(細い実線)、および、本発明の実
施例３で用いた液晶表示装置のコントラストと視角θ２
の関係(太い実線)を示す図である。また、図１６（ｃ）
は、従来のＴＮ表示モードの明るさと視角θ２の関係
(細い実線)、および、本発明の実施例３で用いた液晶表
示装置の明るさと視角θ２の関係(太い実線)を示す図で
ある。

【００９６】レンチキュラーレンズフィルムを配置しな
い従来のＴＮ液晶表示モードの液晶表示装置では視角範
囲がほぼ９０°であるのに対し、図１６(ａ)に示すよう
に、実施例３の液晶表示装置では視角範囲が１３０°で
あり、視角依存特性を改善できた。また、視角θ２の変
化に対応するコントラストの変化の程度は、図１６(ｂ)
に示すように、レンチキュラーレンズフィルムを配置し
ない従来のＴＮ液晶表示モードのコントラストの変化の
程度に比較して小さく、コントラストの変化感の少ない
液晶表示装置を提供できる。さらに、図１６(ｃ)に示す
ように、実施例３の液晶表示装置は、正面方向の明るさ
に対する視角θ２での明るさの変化を、レンチキュラー
レンズフィルムを配置しない従来のＴＮ液晶表示モード
に比べて、小さくでき、視角に対して変化感のない表示
画像を提供できる。また、この時、正面方向での明るさ
は、従来のＴＮ表示モードに対し、０．９倍であり、ほ
とんど変化がなかった。

【００９７】実施例３においては、レンズはその焦点距
離ｆが０．５７６ｍｍ、ピッチＰ１が０．１４ｍｍで形
成されており、レンズの受光角θ１は±７°であり、図
２２（ｂ）に示すように入射角θ１が１０°の場合でも
出射光をほぼ３０°の方向まで拡散することができる。

【００９８】実施例３の液晶表示装置の視角範囲は、実
施例２と同様であり、従来のＴＮ液晶が９０°捩じられ
配列されたＴＮ表示モードの視角特性に対して、上下方
向の視角が改善された液晶表示装置を提供できる。

【００９９】なお、実施例３においては、光拡散層とし
てカラーフィルター基板４２ｃ上に形成したレンチキュ
ラーレンズを用いたが、カラーフィルターに散乱粒子を
含有した光散乱層を用いても良い。この変形例の構成に
ついて、図１７を用いて説明する。図１７は、実施例３
の変形例である透過型液晶表示装置の構造を模式的に示
す縦断面図である。この液晶表示装置は、基本的な構成
は実施例３と同じであり、面光源１ｄ、液晶表示素子２
ｄから構成される。液晶表示装置２ｄは、光拡散層(カ
ラーフィルタ層)３ｄ、第１の透明基板４１ｄ、第２の
透明基板４２ｄ、液晶層５ｄ、第１の偏光板６１ｄ、第
２の偏光板６２ｄを備えている。この変形例では、光拡
散層３ｄとして、カラーフィルター層に散乱粒子を分散
させたものを使用した。より具体的には、ＰＶＡ（ポリ
ビニルアルコール）に染料（ＲまたはＧまたはＢ）を含
有したカラーフィルター材料中に粒径が３μｍのガラス
ビーズを分散させ、スピンコート法により液晶表示素子
の観察者側基板４２ｄ上に塗布した後、エッチングを行
いストライプ状にカラーフィルターを形成した。

【０１００】実施例３の変形例では、光拡散層３ｄから
画素までの距離は４．５μｍで配置でき、光の不要な乱
反射を防止できる。この結果、画素ボケのない液晶表示
装置を提供できる。また、面光源１ｄから発した光は、
散乱粒子により散乱され、視角範囲を広げることができ
る。

【０１０１】実施例３およびその変形例においても、画
素と光拡散層との配置距離を極力短くできるため、視差
による画像ボケを防止できる。

【０１０２】以上、説明したように、実施例３およびそ
の変形例によれば、光拡散を、液晶表示素子の観察者側
基板上に形成することにより、レンズが配置された表面
から画素までの距離を短くでき、視差による画像ボケを
防止できる。また、レンズ自体の焦点距離を短く設計で
きるため、集光力の高いレンズを提供でき、明るい液晶
表示装置を提供できる。

【０１０３】また、レンズアレイは、ガラス基板上に形
成された複数の凹凸面にガラス基板の屈折率とは異なる
屈折率の樹脂を充填することで形成することにより、レ
ンズ基板の平坦化が図れる。

【０１０４】そして、光学素子は、観察者側基板とカラ
ーフィルターとの間に散乱粒子が含有された有機材料よ
り形成されることにより、散乱面と画素との距離を短く
でき、視差による画像ボケを防止できる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
視角特性を改善することにより、表示品位に優れた透過
型液晶表示素子を使用した液晶表示装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の液晶表示装置の構造を模式的に示す
縦断面図。

【図２】実施例１の液晶表示装置のレンズシートの構造
を模式的に示す縦断面図。

【図３】実施例１の液晶表示装置の面光源の構造を模式
的に示す縦断面図。

【図４】実施例１の液晶表示装置の視角範囲における特
性を説明する図。

【図５】実施例１の液晶表示装置のレンズの受光角にお
ける特性を説明する図。

【図６】実施例２の液晶表示装置の構造を模式的に示す
縦断面図。

【図７】実施例２の液晶表示装置の偏光板に対する位相
差板の配置を説明する図。

【図８】実施例２の液晶表示装置のレンズシートの構造
を模式的に示す縦断面図。

【図９】実施例２の液晶表示装置の面光源の構造を模式
的に示す縦断面図。

【図１０】実施例２の液晶表示装置の面光源の伝搬部と
反射部の構造を模式的に示す斜視図。

【図１１】実施例２の液晶表示装置の特性を説明する
図。

【図１２】実施例３の液晶表示装置の構造を模式的に示
す縦断面図。

【図１３】実施例３の液晶表示装置のレンズシートの構
造を模式的に示す縦断面図。

【図１４】実施例３の液晶表示装置の面光源の構造を模
式的に示す縦断面図。

【図１５】実施例３の液晶表示装置の面光源の伝搬部と
反射部の構造を模式的に示す縦断面図。

【図１６】実施例３の液晶表示装置の特性を説明する
図。

【図１７】実施例３の変形例の液晶表示装置の構造を模
式的に示す縦断面図。

【図１８】カラーフィルターの配列パターンを説明する
図。

【図１９】液晶表示装置における画素ピッチＰｖを説明
する図。

【図２０】液晶表示装置における画素ピッチＰｖと幅ｘ
の関係を説明する図。

【図２１】実施例１における測定角度と相対明るさの関
係を測定する方法と測定結果を説明する図。

【図２２】実施例１における拡散角と相対明るさの関係
を測定する方法と測定結果を説明する図。

【図２３】実施例１のおけるレンズの受光角θ１を変化
させたときの視角特性および明るさの変化を測定する方
法を説明する図。

【図２４】従来例１の液晶表示装置の構造を模式的に示
す斜視図。

【図２５】従来例２の液晶表示装置の構造を模式的に示
す縦断面図。

【図２６】従来例３の液晶表示装置の構造を模式的に示
す縦断面図。

【符号の説明】

１ 面光源、 １１ 蛍光管、 １２ 導光体、 １２
１ 出射面、１３ 拡散反射シート、 １４ プリズム
シート、２ 液晶表示素子、３ 光拡散層、 ３１ レ
ンズ、 ３２ 基材、 ３３ 遮光層、４１、４２ 基
板、５ 液晶層、６１、６２ 偏光板、

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明電極を内面側に有して対向するとと
   もに液晶材料を間に注入した一対のガラス基板を備えて
   複数の画素が形成された液晶表示素子と、該液晶表示素
   子の観察者側および面光源側にそれぞれ配置された一対
   の偏光手段と、面光源と、を具備する液晶表示装置にお
   いて、 前記液晶表示素子のコントラストのピーク方向は、面法
   線方向から所定の角度の方向にあるとともに面光源から
   の出射光の主光線方向とほぼ一致し、そして、液晶表示
   素子の観察者側に液晶表示素子からの出射光を拡散する
   第１の光学手段を備えることを特徴とする液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】 面光源は１つ以上の光源部と導光部とか
   ら構成され、そして、該導光部は光源部からの光を入射
   する１つ以上の入射面と、光を出射する出射面とを備え
   ており、また、液晶表示素子のコントラストのピーク方
   向は、面法線方向から２つの所定の角度の方向にあると
   ともに面光源からの出射光の主光線方向とほぼ一致する
   請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 第１の光学手段は、液晶表示素子に形成
   された画素に対して平行または垂直に形成された複数の
   レンズアレイからなり、そして、該レンズアレイのピッ
   チをＰ１とし、前記レンズアレイのピッチＰ１方向と平
   行な方向に形成された前記液晶表示素子の画素ピッチを
   Ｐ２とする時、 （１／２０）×Ｐ２≦Ｐ１＜Ｐ２ を満たすように形成された請求項１または請求項２に記
   載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 レンズアレイのピッチをＰ１とし、焦点
   距離をｆとし、レンズアレイが配置された平面から液晶
   表示素子に形成された画素までの空気換算距離をｄと
   し、前記画素ピッチをＰ２とし、ピッチＰ２方向に形成
   されたブラックマトリクスの幅をＰ３とする時、焦点距
   離を中心としてレンズアレイのピッチ幅に対応して画素
   上に形成される幅ｘは、 ｘ＝Ｐ１×｜（ｄ−ｆ）｜／ｆ （｜（ｄ−ｆ）｜は絶
   対値を示す。） であり、そして、０≦ｘ≦（１．５×Ｐ２）の範囲を満
   たす請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 上記幅ｘが、より好ましくは、Ｐ３≦ｘ
   ≦Ｐ２である請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記レンズアレイは、受光角をθ１とす
   る時、 ５°≦θ１≦４０° を満たす請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
   の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 レンズアレイが形成された面およびレン
   ズアレイが形成された面とは反対側の面のうちのいずれ
   か一方、または、両方に、全面に遮光手段が形成された
   請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の液晶表
   示装置。
8. 【請求項８】 レンズアレイは、前記の液晶表示素子に
   対向配置された基板の観察者側面上に形成される請求項
   ３ないし請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装
   置。
9. 【請求項９】 第１の光学素子は、前記の液晶表示素子
   に対向配置された基板の観察者側に形成されるととも
   に、前記基板とカラーフィルターとの間に散乱粒子が含
   有された有機材料により形成される請求項３ないし請求
   項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】 複数の反射部と伝搬部とを有し、そし
    て、導光部の出射面から出射する主光線と面法線とが成
    す角度θ１を ０°≦θ１≦６０° の方向に出射する面光源を備える請求項１ないし請求項
    ９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 【請求項１１】 導光部の出射面と対向する面に、複数
    の反射部と伝搬部が繰り返し形成される面光源を備える
    請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 【請求項１２】 面光源と液晶表示素子の間および第１
    の光学手段と液晶表示素子の間のうちのいずれか一方、
    または、両方に配置された第２の光学手段により、出射
    面から面状に出射する光の主光線は、出射面の法線方向
    に屈折される請求項１０または請求項１１に記載の液晶
    表示装置。
13. 【請求項１３】 第２の光学手段は、複数のプリズム部
    が形成されたフィルムから成る請求項１２に記載の液晶
    表示装置。
14. 【請求項１４】 第２の光学手段に形成された複数のプ
    リズム部には、保護層が形成された請求項１３に記載の
    液晶表示装置。