JPH08220519A - 拡散スクリーン及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲光の反射がなく高コントラストで、明る
い拡散スクリーン、それを用いた高表示品位の液晶表示
表示装置を提供する。 【構成】 拡散スクリーンで表示光の伝わる導光部の開
口面積を、表示光の入射側で大きく、観察面側で小さく
し、それを取り囲む基材部の内部あるいは観察面側に光
吸収物質を配置する。この拡散スクリーンを液晶パネル
の前面に配置し、背面光源を略平行光とした液晶表示装
置。 【効果】 観察面側では光吸収部の面積が大きいため周
囲光の吸収効率がよく高コントラストの表示で、表示光
の入射面側では導光部の開口面積が大きいため背面から
の表示光の利用効率がよい。液晶パネルや拡散スクリー
ンの特定視野角での特性を用いることができるので、さ
らに高コントラストな表示が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、背面からの光を拡散さ
せて映像やコンピュータ情報の表示を行うための拡散ス
クリーン、特に液晶表示装置用の拡散スクリーンに関す
る。

【０００２】さらに、本発明はパーソナル・コンピュー
タやワードプロセッサなどの情報機器の表示端末や、テ
レビやビデオ・モニターなどの映像機器に用いられる液
晶表示装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、液晶表示装置はブラウン管に代わ
るフラットディスプレイとして情報機器端末や映像表示
機器に広く応用されるようになっており、その需要は急
速に増大してきている。液晶を用いた表示には多くのモ
ードが提案されているが、現在広く用いられているもの
は、アクティブマトリクス型ではＴＮモード、単純マト
リクス型ではＳＴＮモードである。これらの表示モード
は実用上多くの利点を持っているが、動作原理上の一つ
の欠点として視野角特性が悪く、特に中間調表示を行っ
た場合に視野角特性が大幅に低下するという問題があ
る。

【０００４】この問題を解決する１つの考え方として、
例えば特開昭５８−１６９１３２号公報に示されるよう
に、背面光源を平行光照射装置とし、液晶パネルの観察
面側に光拡散素子を設けて上記課題を解決する技術が開
示されている。

【０００５】図１５はその構成を示す断面図で、図にお
いて５１は平行光照射装置、５２は液晶パネル、５３は
光拡散素子であり、光拡散素子としては凹レンズや拡散
性光透過板が用いられている。この発明は、液晶パネル
に入射する光の方向を限定して液晶パネルの特定方向の
視野角特性のみを用いて表示を行う一方で、この光を拡
散して表示を行っているのであらゆる方向から良好な特
性の表示を見ることができる。

【０００６】また、特開昭６３−９５４８９は光拡散素
子に関するもので、同公報には表示光が通る穴の周囲に
光吸収物質を配置し、かつ光の出射面を散乱面とするフ
ィルターとそれを用いた液晶表示装置が開示されてい
る。

【０００７】図１６はこの液晶表示装置の構成と動作を
示すもので、光源６１から発せられた光は液晶パネル６
２を通過した後フィルター部６３に入る。フィルター部
６３は透明樹脂６４とそれをいくつかの領域に分割する
フレーム６５とからなり、フレーム自体あるいはフレー
ムの表面が光吸収特性を示す。また、透明樹脂の出射面
は散乱面６６とされている。

【０００８】このフィルター構成により、液晶パネルを
通過した光のうち、フィルター面にほぼ垂直に入射した
ものは散乱面に達して表示光となるが、そうでないもの
はフレーム側面の光吸収層で吸収される。従って、液晶
パネルをほぼ垂直に透過した光のみを散乱表示するの
で、視野角特性が向上する。

【０００９】また、特開平５−３２５８３９号公報に
は、光導波路の周囲を遮光性樹脂で固め、観察面側の表
面につや消し加工を行うスクリーン構成が示されてい
る。

【００１０】図１７はこのスクリーンの構成を示す斜視
図で、７１は表示画面の各画素７２に対応して設けられ
た光導波路で、画素から発せられた光はこの中を反射し
ながら観察側の面に伝わっていく。

【００１１】観察面はつや消し加工が行われ拡散面とな
っているので、その光が拡散して視野角の広い表示が行
われる。この拡散面は外部光をも散乱し、そのスクリー
ン表面への写り込みを防止する役目も果たしている。光
導波路７１の間は遮光性樹脂光７３で固められている。
導波路としては、周囲に金属を蒸着したグラスファイバ
ーや、繊維状の光ファイバーが例示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶パ
ネルの前面に拡散スクリーンなどの拡散素子を設けた液
晶表示装置においては、一旦スクリーンや拡散素子の内
部に入った周囲光が内部で散乱・反射されて再び観察者
の側に出射するため、通常の環境でこの液晶表示装置を
用いた場合には、周囲光の影響により表示コントラスト
が著しく低下するという課題が発生していた。

【００１３】本発明は、かかる従来の課題に鑑みて、表
示コントラスト及び表示光の利用効率が高い拡散スクリ
ーン及びそれを用いた液晶表示装置の提供を目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の拡散スクリーンは、入射面と前記入射面
に対向する観察面とを有し光吸収物質を含有する基材部
に、前記入射面から前記観察面に向かう導光部を有し、
前記導光部の観察面側の開口面積が入射面側の開口面積
よりも小さくしたものである。

【００１５】また、本発明の液晶表示装置は、液晶パネ
ルの観察面側に上記の拡散スクリーンを用いるととも
に、略平行光を得る背面光源を用いたものである。

【００１６】

【作用】本発明の拡散スクリーンでは、上記構成により
観察面側では光吸収部の面積が大きくなっているので周
囲光がスクリーン内部に入りにくく、周囲光の再出射に
よるコントラスト低下を防止することができる。また、
表示光の入射面側では導光部の開口面積が大きくなって
いるので表示光の利用効率が高く、明るい表示を行うこ
とができる。

【００１７】一方、本発明の液晶表示装置では、上記の
拡散スクリーンを液晶パネルの前面に配置しているの
で、周囲光の反射のない高コントラストの表示を広い視
野角範囲で行うことができる。また、背面光源が略平行
光であるので、液晶パネルの特定視野角における特性の
みを表示に利用することができ、さらに高いコントラス
トの表示を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例の液晶表示装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１９】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。
この拡散スクリーンは、下部が液晶パネルなどの画像形
成部の側に、上部が観察者の側になるように配置され
る。

【００２０】図において、１は透明物質からなる導光部
であり画像表示光はここを伝わっていく。導光部１のス
クリーン上での開口面積は、上側の観察面４で小さく下
側の入射面５で大きくなっている。観察面側の開口部３
は、例えばその表面を粗面化する、あるいは表面近傍に
高屈折率の微粒子を添加する等の手法で、拡散面とされ
ている。２は導光部１を側面から取り囲み、それより屈
折率の小さい物質により構成される基材部である。この
部分には、可視光を吸収する物質が添加されている。

【００２１】この拡散スクリーンは、例えば、光吸収材
を含んだプラスチックを導光部１の孔を空けた形状に成
形して基材部２を得、次いでこの空孔にそれより屈折率
の小さいプラスチックを充填し、その表面を粗面化する
ことにより作製することができる。

【００２２】以下、この拡散スクリーンの動作について
説明する。図２は、拡散スクリーンの下部から入射した
表示光の光路を示す断面図である。表示光の入射面にお
いては導光部１の開口面積が大きいので、多くの光が導
光部１に入射する。

【００２３】この光のうち、スクリーン垂直方向および
その近傍方向で入射した光は、１１に示すようにそのま
ま上部の開口部３に到達したり、１２のように導光部１
と基材部２の界面に入射したりする。基材部２の屈折率
は、導光部１の屈折率より小さいので、この光１２は全
反射されて反射光が上部の開口部３に到達する。図では
１回の全反射により開口部３に達するものとしている
が、全反射を数回繰り返して開口部に達する場合があっ
てもかまわない。

【００２４】開口部３は拡散面となっているので、到達
した光１１・１２はここで拡散されて外部への表示光と
なる。垂直方向から大きくはずれた方向から入射した光
１３は、導光部１と基材部２の界面への入射角が全反射
の条件を満たさないので、屈折光となって基材部２に入
り、光吸収材により吸収されてスクリーン上側の観察面
には到達しない。基材部２に入射した光１４も同様に吸
収される。

【００２５】従って、背面からほぼ垂直に放射された光
のみが観察面に到達・拡散して表示光となるので、液晶
パネルなどの視野角依存性の大きいデバイスを用いて表
示を行う場合でも、あらゆる方向から良好な表示特性を
得ることができる。

【００２６】一方、図３は観察面の側からスクリーンに
照射される周囲光の光路を示す断面図である。観察面側
では、導光部１の開口面積が小さいので、周囲光のほと
んどは１５のように基材部２の表面に入射する。この光
のうち一部は界面で反射されるが、残りの部分は屈折光
となって基材部２の中に入る。

【００２７】基材部２に入った光はこの中の光吸収材に
より吸収されるので、表示にはまったく影響を及ぼさな
い。開口部３に入射した光１６・１７も同様に一部が反
射され、残りの部分が屈折光となって導光部１の中に入
る。

【００２８】スクリーン垂直方向から大きくはずれた光
１６の場合には、導光部１へ入った光は次いで基材部２
に入りここで吸収されるので、表示への影響はない。

【００２９】スクリーン垂直方向に近い角度で開口部３
に入射した光１７の場合には、屈折光がスクリーンの入
射面に到達して迷光となる。この迷光のうちほぼスクリ
ーン垂直方向に反射されたもののみが、スクリーン観察
面側の開口部３に再び到達して再出射され、コントラス
トの低下要因となる。

【００３０】従って、界面で反射されなかった光の大部
分は、基材部の光吸収部材によって吸収されるため、周
囲光によるコントラスト低下はほとんどない。なお、界
面での反射光量は、拡散スクリーンを用いない通常の表
示装置の場合と大差がない。

【００３１】本実施例の拡散スクリーンの導光部１から
基材部２への入射光の臨界角θ_Cは、導光部の屈折率を
ｎ₁、基材部の屈折率ｎ₂とするとθ_C＝ｓｉｎ^-1（ｎ₂／
ｎ₁）であり、図４に示すように入射角θがこれ以上と
なる１８の領域から界面に入射する光が全反射される。

【００３２】これらの屈折率を適当な値に設定すること
により、スクリーンの表示特性を所望のものとすること
ができる。例えば、利用する表示素子の視野角特性が悪
い場合や、背面の表示素子の画素部分から拡散スクリー
ンまでの距離が遠く隣接する画素からの光が混じり合う
場合には、屈折率比ｎ₂／ｎ₁を１に近づけて全反射され
る角度領域を狭くすれば、コントラストや解像度を良好
に保つことができる。一方、明るい表示を得たい場合に
は、この屈折率比を小さくして全反射光量を増大させれ
ばよい。

【００３３】液晶パネルにこの拡散スクリーンを組み合
わせる場合には、この臨界角が５０度から８５度、さら
に望ましくは６５度から７５度の間になるように屈折率
比を設定するのがよい。

【００３４】一方、スクリーンに垂直に入射した光が基
材部２に入って吸収されることは通常は好ましくない。
従って、スクリーンへの垂直入射光が導光部１の側面で
全反射される条件から、図２にφで示す導光部側面がス
クリーン法線方向となす角度は、φ≦９０°−θ_Cの範
囲に設定するのがよい。なお、製造マージンや表示光の
広がりなどを考慮して、これより５度低い値をφの上限
として考えれば実用上はなお好ましい。また、φの下限
値には特に制限はないが、φが小さい場合には、導光部
１の開口面積を観察面側で小さくするために必要なスク
リーンの厚みが増大することに留意する必要がある。

【００３５】導光部１の開口面積については、観察面側
での開口面積が表示光の入射側での開口面積の７０％以
下であれば本発明の効果は一応発揮されるが、この値は
５０％以下であることが望ましく、さらに２５％以下で
あれば本発明の効果は申し分ないものとなる。

【００３６】拡散スクリーンの導光部の大きさについて
は、これが表示装置の各画素に１対１に対応していても
かまわないが、この場合は拡散スクリーンと表示装置の
位置合わせ状態により全体の表示特性が大きく変わって
しまうので、表示装置の１つの画素に対して拡散スクリ
ーンの導光部ドットが数個対応するように設計するの
が、製造時の位置合わせマージンの点から望ましい。

【００３７】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
における拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。こ
の拡散スクリーンも前記の実施例と同様に、下部が液晶
パネルなどの画像形成部の側に、上部が観察者の側にな
るように配置される。

【００３８】本実施例では、基材部２の観察面側の表面
にのみ光吸収部６が設けられている点が実施例１と異な
っているが、他の部分の構成は上に説明した実施例１の
ものと同様である。これら同一構成部には図１と同一の
番号を付与して、その説明を省略する。

【００３９】本実施例の拡散スクリーンは、例えば、透
明なプラスチックを導光部１の孔をあけた形状に成形し
て基材部２を得、その表面に光吸収材を塗布して光吸収
部６を形成し、次いでこの空孔にそれより屈折率の小さ
いプラスチックを充填し、その表面を粗面化することに
より作製することができる。光吸収部６を基材部２と別
に形成し、導光部１を形成する前あるいは後に接合する
こともできる。

【００４０】以下、この拡散スクリーンの動作について
説明する。まず、スクリーンの下部から入射する表示光
について考える。図６は表示光の光路を示す断面図であ
る。

【００４１】本実施例においても、表示光の入射面では
導光部１の開口面積が大きいので、多くの光が導光部１
に入射する。この光のうち、スクリーン垂直方向および
その近傍方向で入射した光は、実施例１と同様に、２１
に示すようにそのまま上部の開口部３に到達したり、あ
るいは２２のように導光部１と基材部２の界面で全反射
されて開口部３に到達したりして、ここで拡散されて外
部への表示光となる。なお、全反射を数回繰り返して開
口部に達する場合があってもかまわないことも実施例１
と同様である。

【００４２】一方、スクリーン垂直方向から大きくはず
れた角度で導光部１に入射した光２３は、基材部２に進
入する。実施例１とは異なり、ここには可視光を吸収す
る物質がないので、一部の光は光吸収部６に到達してこ
こで吸収されるが、一部の光は吸収されずに他の開口部
３に到達する。

【００４３】基材部２に入射した光２４についても、ス
クリーン垂直方向に近い角度で入射したものは光吸収部
６に到達してここで吸収されるが、そうでない光には吸
収されずに他の開口部３に到達するものもある。

【００４４】従って、背面の表示部からの光がスクリー
ンにほぼ垂直な光のみである場合には、本実施例の拡散
スクリーンは実施例１のものとほぼ同等の動作をする
が、垂直方向からはずれた光を多く含む場合には、隣接
導光部への光もれによって解像度が低下したり、視野角
依存性の大きい表示素子を用いた場合にはコントラスト
が低下したりする場合がある。

【００４５】次に、観察面の側からスクリーンに照射さ
れる周囲光について説明する。開口部３以外の部分に入
射する周囲光は、実施例１と同様に表面反射光以外は吸
収部６で吸収されるため、表示への影響はない。開口部
３に入射した光は迷光となるが、本実施例では基材部２
が光を吸収しないので実施例１に比べてやや多くの光が
観察面に向けて再出射され、コントラストは若干低下す
る。

【００４６】このコントラスト低下は、観察面側での導
光部１の開口面積を十分小さくして光吸収部の面積を十
分大きくすれば、実用上ほとんど問題にならないレベル
となる。本実施例の構成は、光吸収部が観察面全体の面
積に対して占める割合が、５０％以上となる場合に用い
るのが望ましく、７０％以上であるのがさらに望まし
い。

【００４７】本実施例は、上記に示すようにコントラス
トや解像度の面では実施例１に比べてやや劣る場合があ
るが、光吸収部が基材部の表面だけでよいので作製工程
が簡略化されたり、基材部と導光部の界面に光吸収体が
存在しないのでこの部分の全反射特性がより良好なもの
になり、結果として明るい表示が得られたりするという
利点がある。また、上記の欠点は、背面からの表示光を
スクリーン垂直方向の平行光に近づけることにより大き
く緩和される。

【００４８】導光部１と基材部２の屈折率比、導光部１
側面のスクリーン法線からの角度や観察面４と入射面５
での導光部の開口面積比に関しては、実施例１に示す範
囲にこれらの値を設定するのが本実施例においても望ま
しい。

【００４９】なお、上記の説明においては基材部の観察
面側の表面にのみ光吸収部を設けるものとしたが、例え
ば入射面側の表面に光吸収部を設けてもかまわないし、
導光部と接する側面に光吸収部を設けてもかまわない。
これらの部分への光吸収部の形成は、表示のコントラス
トや解像度を向上させる効果をもつ。但し、導光部の側
面に光吸収部を設ける場合には、導光部との反射特性を
損なわないようにする必要がある。この場合には、光吸
収部を塗布するのではなく、基材部表面から光吸収材を
含浸させる手法が、界面反射特性を良好に保つ意味で好
ましい。

【００５０】（実施例３）図７は、本発明の第３の実施
例における拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。
この拡散スクリーンも、下部が液晶パネルなどの画像形
成部の側に、上部が観察者の側になるように配置され
る。

【００５１】本実施例においても実施例１と同様に、１
は透明物質からなる導光部であり、観察面側の開口部３
は拡散面とされている。また、これを取り囲む基材部２
には可視光を吸収する物質が添加されている。導光部１
の断面形状は、実施例１及び実施例２と同様に、上側の
観察面４での開口面積が下側の入射面５での開口面積よ
り小さくなっている。

【００５２】本実施例における構成上の特徴は、基材部
２と導光部１の間に導光部１より屈折率の小さい物質か
らなる低屈折率層７が形成されたことにある。拡散スク
リーンの基本的な動作は実施例１に示すものと同じであ
るが、全反射のための低屈折率層７と光吸収のための基
材部２を分離しているので、導光部界面での全反射特性
が良好となる。従って、導光部１に入射した表示光が効
率よく観察面側の開口部３に到達し、明るい表示を得る
ことができる。

【００５３】また、低屈折率層７の屈折率の変更により
全反射特性を制御できるため、実施例１に比べて、背面
表示部の視野角特性や所望の表示輝度などに応じて全反
射角の調整を行う場合にも、導光部１や基材部２の材料
を変更する必要がなく、設計変更が容易になるという利
点もある。

【００５４】例えば、背面の表示素子の視野角特性が悪
くスクリーンに斜め方向から入射する光を表示に用いた
くない場合には、低屈折率層７の屈折率を大きめに設定
し導光部１との屈折率比を大きくして、全反射の起きる
角度範囲を小さくすればよいし、スクリーン面で最終的
に明るい表示が得たい場合には低屈折率層７の屈折率を
小さくして全反射の角度範囲を大きくすればよい。

【００５５】なお、低屈折率層７の屈折率が導光部１に
加えて基材部２の屈折率よりも小さい場合には、低屈折
率層７が基材部２からの光をも全反射させるので、一旦
基材部２に入射した光が導光部１にもれにくくなる。こ
の結果、不要光が観察面に到達しにくくなりコントラス
トが向上するという利点も生じる。

【００５６】この拡散スクリーンは、例えば、光吸収材
を含んだプラスチックを導光部１の孔を空けた形状に成
形して基材部２を得、次いでこの空孔にそれより屈折率
の小さいプラスチックなどを塗布・硬化して低屈折率層
７を形成し、さらに導光部１を形成する透明プラスチッ
ク材を充填し、その観察面側の表面を粗面化することに
より作製することができる。この際に、低屈折率層の観
察面側表面をも粗面化してもよい。

【００５７】低屈折層７は、例えばディップ法などを用
いて、基材部２の側面以外の観察面側や入射面側の表面
に形成してもかまわない。低屈折率層７は数μｍから十
数μｍ程度の厚みの膜でよいので、バルクである導光部
１や基材部２に比べて、材料や形成法の選択幅が広く、
本実施例では上記のように比較的容易にスクリーン特性
を調整することができる。

【００５８】本実施例では、導光部側面での全反射の臨
界角θ_Cが、導光部の屈折率ｎ₁と低屈折率層の屈折率ｎ
₇とにより、θ_C＝ｓｉｎ^-1（ｎ₇／ｎ₁）と定まる点が実
施例１とは異なるが、各パラメータは実施例１に示した
ものと同様の範囲に設定するのが望ましい。

【００５９】（実施例４）図８は、本発明の第４の実施
例の拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。本実施
例は、実施例３において基材部２全体ではなくその観察
面側の表面にのみ光吸収部６を設けたものである。

【００６０】本実施例の基本的な動作は実施例３とほぼ
同様であるが、光吸収部６が基材部２の観察側表面にし
か形成されていないため、実施例２で説明した理由によ
りコントラストや解像度の面では実施例３に比べてやや
劣る。しかしながら、本実施例には光吸収部６を基材部
２の表面だけに形成すればよいので、作製工程が簡略化
されるという利点がある。また、上記の欠点は背面から
の表示光をスクリーン垂直方向の平行光に近づけたり、
観察面側での光吸収部の面積比を大きくしたりすること
により大きく緩和される。

【００６１】本実施例の構成も実施例２と同様に、光吸
収部が観察面全体の面積に対して占める割合が５０％以
上となる場合に用いるのが望ましく、７０％以上である
のがさらに望ましい。他のパラメータについては、実施
例１に示した範囲に設定するのがよい。

【００６２】なお、本実施例においても基材部２の入射
面側表面に光吸収部を設けてもかまわないし、導光部と
接する側面に光吸収部を設けてもかまわない。これらの
部分への光吸収部の形成は、表示のコントラストや解像
度を向上させる効果をもつ。特に、本実施例では低屈折
率層７が導光部側面を取り囲んでいるので、基材部側面
に光吸収部を形成した場合にも全反射特性の低下はほと
んど生じない。

【００６３】（実施例５）図９は、本発明の第５の実施
例の拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。本実施
例は、実施例３において低屈折率層７の代わりにアルミ
や銀などの金属膜あるいは白色顔料などからなる光反射
層８を設けたものである。

【００６４】実施例３では、導光部１の側面での反射が
界面の屈折率差に基づく全反射であったため、スクリー
ン垂直方向から大きくはずれた光は全反射条件を満たさ
ず、基材部２に入って吸収された。本実施例では導光部
１の側面に入射した光はその入射角に関わらず反射され
るため、導光部１に入射した表示光のほとんどすべてが
観察面側の開口部３に到達し、より明るい表示を行うこ
とができる。

【００６５】一方、周囲光については、本実施例におい
ても大部分が基材部２に入射して吸収される。導光部１
の側面に形成された反射面は、そのテーパ形状により観
察面４とは逆の方向を向いているので、観察面側から導
光部１に入射した光が外部に向けて直接反射されること
はないが、この光は吸収されることなく導光部の入射面
側開口部に到達して迷光となるので、実施例３に比べて
やや多くの光が観察面側に再出射され、コントラストが
若干低下する。

【００６６】このコントラスト低下は、実施例２及び実
施例４と同様に観察面側での導光部１の開口面積を十分
小さくして光吸収部の面積を十分大きくすれば、問題に
ならないレベルとすることができる。また、本実施例の
構成も実施例２及び実施例４と同様に、光吸収部が観察
面全体の面積に対して占める割合が５０％以上となる場
合に用いるのが望ましく、７０％以上であるのがさらに
望ましい。

【００６７】本実施例においては、導光部１の側面での
反射に角度依存性がないため、斜め方向の光を遮断した
い場合には不向きであるが、例えばブラウン管などの視
野角依存性のない表示体と組み合わせて用いる場合や、
視野角依存性のある液晶パネルの場合には照明光をスク
リーン垂直方向の光のみにした場合には、上記の実施例
より明るい表示を得ることができるという特長がある。

【００６８】（実施例６）図１０は、本発明の第６の実
施例の拡散スクリーンの構成を示す斜視図である。本実
施例は、実施例５の拡散スクリーンにおいて、基材部２
全体ではなくその観察面側の表面にのみ光吸収部６を設
けたものである。

【００６９】本実施例は、光吸収部６が基材部１の表面
だけでよいので、作製工程が簡略化されるという利点が
ある。一方、導光部１の側面に光反射層を設けた拡散ス
クリーンにおいては、この部分を通過して基材部２に入
射する光がないので、本実施例は実施例５に示した拡散
スクリーンとほとんど同等の表示性能を示す。光吸収部
６を基材部の観察面側の表面にのみ形成した場合、実施
例１〜実施例４に示した全反射に基づくものではやや表
示特性が劣化するが、本実施例では特性の劣化がほとん
どないので、導光部の側面に光反射層を設けた拡散スク
リーンにおいては基材部の表面に光吸収層を形成する構
成は特に有力である。

【００７０】なお、上記６つのいずれの実施例において
も、スクリーン表面の正反射光を低減する必要がある場
合には、基材部２の観察面側あるいはその上に形成した
光吸収層にも拡散処理を行い、スクリーン表面からの反
射光すべてが乱反射されたものとなるようにすればよ
い。

【００７１】また、上記６つの実施例においてはスクリ
ーン表面を拡散面として表示光に拡散特性を持たせた
が、これは導光部の側面を粗面化処理などにより拡散面
としてもほぼ同様の効果を得ることができる。この場
合、導光部側面の拡散性を単独で用いることもできる
が、両者の拡散性を併用してもかまわない。

【００７２】（実施例７）図１１は本発明の液晶表示装
置の概略構成を示す斜視図である。図において、３１は
略平行光を発するバックライト部、３２は２枚の偏光板
３３・３４に挟まれた液晶パネルであり、その前方には
上記いずれかの実施例に示す拡散スクリーン３５が配置
されている。液晶パネルには、スーパーツイストネマテ
ィック（ＳＴＮ）などの単純マトリクス型、薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）やダイオードなどのスイッチング素子
を持ったアクティブマトリクス型のいずれを用いること
もできる。

【００７３】図１２は、この液晶表示装置の概略動作を
説明する断面図である。バックライト３１から発せられ
た略平行光は液晶パネル３２にほぼ垂直に入射し、液晶
パネル内をそのまま伝わる。

【００７４】液晶パネル３２の光学特性には視野角依存
性が存在するが、本発明においては液晶パネル３２を通
過する光は、パネル面にほぼ垂直な略平行光となってい
るので、表示は液晶パネルの垂直方向の特性のみを用い
て行われる。この光は液晶パネルを出射した後、拡散ス
クリーン３５に達するが、上記の実施例に示したように
この拡散スクリーンはその出射面または内部に拡散効果
を持っているので、最終的な表示光はあらゆる方向に出
射する。

【００７５】従って、本発明の液晶表示装置を見る場合
には、あらゆる方向から液晶パネルの正面特性を利用し
た表示を見ることができる。

【００７６】一方、周囲光３６は、上記実施例に説明し
たように、拡散スクリーンでそのほとんどが吸収される
ため、表示に悪影響を及ぼすことがない。なお、図１２
では説明の都合上液晶パネルと拡散スクリーンの間に空
間があいているが、表示の解像度の面からこの空間はな
い方が望ましい。

【００７７】バックライト部からの光が完全な平行光で
ない場合には、液晶パネルの視野角特性により表示コン
トラストが低下したり、隣接画素を通過した光が拡散ス
クリーンに到達するまでに混じり合うために表示解像度
が低下するといった問題が生じてくる。

【００７８】図１３は、ＴＦＴ型液晶と２種のＳＴＮ型
液晶に対して、集光角とコントラストの関係をシミュレ
ーションした計算結果である。

【００７９】ＴＦＴ型液晶においては、集光角が１５度
の場合には２００対１以上の非常に良好なコントラスト
が得られるが、２５度あたりでＳＴＮ型に対する優位性
がほとんど失われ、３０度を越えるとコントラストが５
０対１以下になってしまう。

【００８０】一方、ＳＴＮ型液晶の場合には、集光角が
１５度程度まではコントラストはあまり低下しないが、
２５度あたりからコントラストの低下が大きくなること
がわかる。

【００８１】従って、表示コントラストの面からは、バ
ックライトの集光角は２５度以下が望ましく、１５度以
下がさらに望ましい。但し、ＴＦＴ型液晶で表示輝度を
明るくしたい場合には、２５度から３０度の集光角を用
いることもできる。

【００８２】上記の計算は、光源光強度の角度分布が集
光角以内では均一で、集光角以上の角度では光量が０と
なると仮定して行ったものであるが、現実の光源では周
辺角度での光量が必ずしも０ではない。この場合には、
集光角を光強度が、正面の半分になる角度と定義すれば
上記の望ましい集光角範囲の検討結果をほぼそのまま適
用することができる。

【００８３】バックライトからの光が完全な平行光でな
い場合には、隣接する画素の光が混じり合い解像度が低
下するという問題も発生する。図１４はこの現象を説明
するための断面図である。図において、３２は液晶パネ
ルで、ガラス基板４４・４５、偏光板４６・４７、液晶
層４１からなっている。

【００８４】液晶層４１における隣接画素４２・４３そ
れぞれの中心を通った光が、拡散スクリーン３５の入射
面で同一点に達する場合を解像度限界と考えることがで
きるので、画素ピッチをｐ、液晶パネルの上側ガラス基
板４４と偏光板４６の厚みの合計をｄとすると、ガラス
内での限界角度α’はα’＝ｓｉｎ^-1（ｐ／２ｄ）とな
る。

【００８５】画素ピッチｐが３００μｍ、ガラスの厚み
が０．７ｍｍ、偏光板の厚みが０．２ｍｍの場合には、
ガラス内の限界角度α’は９．６度である。液晶パネル
３２への入射光はその入射時に屈折しているので、バッ
クライトから発せられる光の限界角度αは上記のα’と
ガラスの屈折率ｎより、ｓｉｎ（α）／ｓｉｎ（α’）
＝ｎの関係を用いて求めることができる。ガラスの屈折
率が１．５の場合には、上記のα’に対応するαは１
４．５度となる。

【００８６】従って解像度の面からは、上記に示した液
晶パネルの場合には、バックライトの集光角は１５度以
下が望ましい。なお、液晶パネルの画素ピッチやガラス
の厚み・屈折率などが上記の例と異なる場合にも、同様
に考えて集光角の限界が求められる。また、カラー表示
液晶では、上記の計算においてピッチｐを３つの色画素
の組のピッチと考えればよい。なお、実際の光源の場合
には集光角は光強度が正面の半分になる角度として定義
されるが、この集光角を越える角度の光が多少存在する
ので、上記の計算で求められたαの３分の２以下に集光
角を設定すればさらに良好な解像度の表示を行うことが
できる。

【００８７】光源の集光角は、コントラストと解像度と
から望まれる角度のうち、小さいもの以下に設定する必
要がある。光源光の集光角を絞ることはまた、液晶パネ
ルや拡散スクリーンの透過率の高い方向の光により選択
的に照明を行い、全体としての光利用効率を向上させ、
省電力で明るい表示が行えるという利点をも有してい
る。この利点は、拡散スクリーンとして実施例１から４
に示すものを用いた場合に顕著である。

【００８８】なお、上記の７つの実施例では、液晶パネ
ルなどの表示装置から拡散スクリーンに入射する表示光
がスクリーン垂直方向を中心に分布しているものとした
が、これはこのように限定されるものではなく、スクリ
ーンへの入射光の中心軸が傾いていても本発明の効果は
同様に発揮される。この場合には、拡散スクリーンにお
ける導光部を入射光の方向に応じて傾けて形成すればよ
い。

【００８９】

【発明の効果】以上のように本発明の拡散スクリーン
は、入射面と前記入射面に対向する観察面とを有し光吸
収物質を含有する基材部に、前記入射面から前記観察面
に向かう導光部を有し、前記導光部の観察面側の開口面
積が入射面側の開口面積よりも小さくしているので、観
察面側で光吸収部の面積が大きくなっているため周囲光
がスクリーン内部に入りにくく、周囲光の再出射による
コントラスト低下を防止することができる。一方、表示
光の入射面側では導光部の開口面積が大きくなっている
ので表示光の利用効率が高く、明るい表示を行うことが
できる。

【００９０】また、本発明の液晶表示装置は、液晶パネ
ルの観察面側に上記の拡散スクリーンを用いるととも
に、略平行光を得る背面光源を用いているので、周囲光
の反射のない高コントラストの表示を広い視野角範囲で
行うことができるとともに、液晶パネルの特定視野角に
おける特性のみを表示に利用することができ、さらに高
コントラストの表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の拡散スクリーンの構成
を示す斜視図

【図２】本発明の第１の実施例の拡散スクリーンの動作
を示す断面図

【図３】本発明の第１の実施例の拡散スクリーンの動作
を示す断面図

【図４】本発明の第１の実施例の拡散スクリーンの全反
射臨界角を示す断面図

【図５】本発明の第２の実施例の拡散スクリーンの構成
を示す斜視図

【図６】本発明の第２の実施例の拡散スクリーンの動作
を示す断面図

【図７】本発明の第３の実施例の拡散スクリーンの構成
を示す斜視図

【図８】本発明の第４の実施例の拡散スクリーンの構成
を示す斜視図

【図９】本発明の第５の実施例の拡散スクリーンの構成
を示す斜視図

【図１０】本発明の第６の実施例の拡散スクリーンの構
成を示す斜視図

【図１１】本発明の第７の実施例の液晶表示装置の構成
を示す斜視図

【図１２】本発明の第７の実施例の液晶表示装置の動作
を示す断面図

【図１３】本発明の第７の実施例における光源集光角と
コントラストの関係を示す特性図

【図１４】本発明の第７の実施例における光源集光角と
解像度の関係を説明する断面図

【図１５】従来例の液晶表示装置の構成を示す断面図

【図１６】従来例の液晶表示装置の構成を示す断面図

【図１７】従来例の表示スクリーンの構成を示す斜視図

【符号の説明】

１ 導光部 ２ 基材部 ３ 開口部 ４ 観察面 ５ 入射面 ６ 光吸収部 ７ 低屈折率層 ８ 光反射層 ３１ バックライト部 ３２ 液晶パネル ３５ 拡散スクリーン

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射面と前記入射面に対向する観察面とを
   有し光吸収物質を含有する基材部に、前記入射面から前
   記観察面に向かう導光部を有し、前記導光部の観察面側
   の開口面積が入射面側の開口面積よりも小さいことを特
   徴とする拡散スクリーン。
2. 【請求項２】基材部の屈折率が、導光部の屈折率より小
   さいことを特徴とする、請求項１記載の拡散スクリー
   ン。
3. 【請求項３】導光部と基材部との界面に、少なくとも前
   記導光部より屈折率の低い低屈折率層が配置されたこと
   を特徴とする、請求項１記載の拡散スクリーン。
4. 【請求項４】導光部と基材部との界面に、光反射層が配
   置されたことを特徴とする、請求項１記載の拡散スクリ
   ーン。
5. 【請求項５】導光部と基材部との界面が、拡散面となっ
   ている請求項１または２いずれかに記載の拡散スクリー
   ン。
6. 【請求項６】導光部と低屈折率層との界面が、拡散面と
   なっている請求項３記載の拡散スクリーン。
7. 【請求項７】導光部と光反射層との界面が、拡散面とな
   っている請求項４記載の拡散スクリーン。
8. 【請求項８】導光部の観察面側が、拡散面となっている
   請求項１〜７いずれかに記載の拡散スクリーン。
9. 【請求項９】略平行光を得る光源と、液晶パネルと、入
   射面と前記入射面に対向する観察面とを有し光吸収物質
   を含有する基材部に、前記入射面から前記観察面に向か
   う導光部を有し、前記導光部の観察面側の開口面積が入
   射面側の開口面積よりも小さい拡散スクリーンとを含
   み、この順で前記拡散スクリーンの入射面側を前記液晶
   パネルに向け配置したことを特徴とする液晶表示装置。
10. 【請求項１０】光源から発せられる光の集光角が１５度
    以下であることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装
    置。