JPH0943583A

JPH0943583A - 透過型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0943583A
Application number: JP19355895A
Authority: JP
Inventors: Muneo Maruyama; 宗生丸山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: JP2705652B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広視野角化ＬＣＤの表示ボケの防止。【解決手段】面光源１０１、９０°ずれた偏光板１０
２，１０７、アクティブマトリクス基板１０３、ＴＮ液
晶１０４、カラーフィルタ基板１０５、シール剤１０
６、光拡散層１０８から構成される視角依存性を改善し
た透過型液晶表示装置において、カラーフィルタ基板１
０５内に全反射導光路１０９が埋め込まれている。全反
射導光路１０９の方向は視角依存のある上下方向と垂直
である。これは、光拡散層で上下方向に光を拡散させる
場合に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、視角依存性を改善
した広範囲な視野角を持つ透過型液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】透過型液晶表示装置は、フラットパネル
ディスプレイに代表される表示素子であり、軽く、薄
く、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，ビデオカメラ用のモニタとし
て、幅広く使用されてきている。しかし、大きな問題と
して、視野角依存が大きいことが挙げられる。視野角依
存とは、例えば、ある斜め方向から見ると本来黒で表示
されるべきものが白っぽく見えたり、階調性が崩れるこ
とで、観察者に不快を与える表示となる。従って、どの
方向からみても黒表示が白っぽくならず、階調性が崩れ
ていない透過型液晶表示装置が要求されている。

【０００３】図８は、一般のＬＣＤで広視野角化したも
のではない従来の液晶表示装置の部分断面図である。こ
の透過型液晶表示装置は、面光源２０１と、液晶パネル
２１０と、偏光板２０２、２０７で構成される。面光源
２０１は、冷陰極型蛍光ランプと導光板などにより構成
されたものであり、また、液晶パネル２１０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（ＴＦ
Ｔ）と透明画素電極が配置されたアクティブマトリクス
基板２０３、ツイスト角がほぼ９０°のツイステッドネ
マティック（ＴＮ）液晶２０４、透明共通電極やカラー
フィルタが形成されたカラーフィルタ基板２０５、両基
板２０３、２０５を接着するとともに液晶を封止するシ
ール剤２０６で構成され、偏光板２０２、２０７は透過
軸を９０°ずらして（ノーマリーホワイトモードの場
合）液晶パネル２１０を挟んでいる。

【０００４】このように構成された液晶表示装置におい
て、カラーフィルタ基板２０５上の共通電極には一定の
電圧が、またアクティブマトリクス基板２０３上の透明
画素電極には表示すべき画素データに応じた電圧が印加
される。それにより両電極間の液晶のねじれ状態が変更
され、偏光板２０２、２０７との組み合わせで各画素電
極部分を通過する光の強度が変調される。

【０００５】液晶表示装置に使われる液晶の性質には屈
折率異方性があるため、視野角が大きくなると、階調の
逆転やコントラスト比の低下が起こり、表示品質が著し
く低下する。例えば、上述の液晶表示装置では、下方向
１０°を越えると階調逆転が起こり、また、上２０°、
下５０°を越えるとコントラスト比が１０以下に低下す
る。ここで、階調逆転とは、正面で認識する本来の階調
の順番が、ある斜め方向からみた場合に逆になることで
あり、コントラスト比とは、白表示／黒表示である。

【０００６】そこで、この種液晶表示装置の視野角依存
性を改善するべく各種の提案がなされている。図９は、
特開昭６１−２８４７３１号公報にて提案された視野角
改善液晶表示装置の断面図である（以下、これを第１の
従来技術という）。図９に示されるように、走査電極３
０３ａが形成された走査電極基板３０３と、信号電極３
０５ａの形成された信号電極基板３０５とが液晶３０
４、封止剤３０６を介して対向配置されており、これら
により液晶パネル３１０が構成されている。液晶パネル
３１０の光源側および表示面側には偏光板３０２、３０
７が配置されている。そして偏光板３０２の光源側に
は、液晶パネル３１０の面に対しほぼ垂直な光成分のみ
を透過させるコリメータ３１１が配置され、偏光板３０
７上には画素毎に設けられたマイクロレンズ３０８が配
置されている。コリメータ３１１は光透過部と遮断部を
何層にも積層し、積層方向に垂直に切断することでルー
バーを作成している。

【０００７】この液晶表示装置では、光源からの光のう
ちほぼ平行な光をコリメータ３１１によりとりだし、液
晶パネル３１０からの出射光の各画素毎に配置したマイ
クロレンズ３０８を偏光板３０７上に配置して光を拡散
させることにより視野角を広げている。

【０００８】しかし、光源からの光をコリメータ３１１
によって指向性を強くする際、コリメータ３１１の遮光
部による光の損失が大きい。また、コリメータ３１１の
厚みが加わるため液晶表示装置の更なる薄型化には向か
ない。光の損失を少なくするため、また、なるべく薄く
したい場合に遮光部を少なくすると、ほぼ平行光にはな
らず、次に説明するような現象を起こす。

【０００９】図１０にあるように、信号電極３０５ａか
らある集光角を持って放出された光は、信号電極基板３
０５内および偏光板３０７で広がる。そのため、本来、
ｃの部分で観察されるべき光がｄの範囲にまで広がり、
マイクロレンズ３０８の曲面で屈折、鏡面でなければ散
乱も起き、ｄの範囲で視認される。この表示ボケは信号
電極３０５ａからマイクロレンズ３０８までの距離Ｌが
大きいほど著しくなる。

【００１０】図１１は、特開昭６２−５６９３０号公報
にて提案された視野角改善液晶表示装置の断面図である
（以下、これを第２の従来技術という）。これは、第１
の従来技術のコリメータ３１１を表示面側に設けたもの
である。偏光板３０７上にコリメータ３１１が配置さ
れ、その上には画素毎に設けられたマイクロレンズ３０
８が配置されている。

【００１１】原理も第１の従来技術と同様に、光源から
の光のうちほぼ平行な光をコリメータ３１１によりとり
だし、コリメータ３１１の前面にマイクロレンズ３０８
を配置して光を拡散させて視野角を広げている。

【００１２】この第２の従来技術も第１の従来技術と同
様に光の損失、表示ボケが生じ、液晶表示装置の薄型化
が問題となる。この場合、図１２にあるように、距離
Ｌ′にコリメータ３１１が含まれるため、第１の従来技
術よりも表示ボケはさらに著しくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図８の一般のＬＣＤの
広視野角化したものではない従来の液晶表示装置は視野
角が狭く、液晶パネル２１０の法線からずれるほどリタ
デーションの違いにより階調性が崩れてしまい、コント
ラスト比の低下が生じ、広視野角な表示を得られない欠
点があった。

【００１４】図９、図１１の視野角依存性改善案である
第１、第２の従来技術では、表示位置とマイクロレンズ
３０８との距離が大きいため、表示ボケが起きるという
問題点があった。表示ボケは、光がある角度をもって
放射されるため、表示位置からレンズ面までの距離に応
じて広がる、レンズ面での散乱、視点への屈折によっ
て視認される、ことによって起こる。また、コリメータ
３１１は液晶表示装置の薄型化の障害となる。

【００１５】本発明は、これらの問題点を解決すべくな
されたものであって、その目的は、表示品質に優れた透
過型液晶表示装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、面光源と、ギャップを介して対向
配置され、その対向面側に透明導電膜電極が形成された
一対のガラス基板と前記ギャップ内に注入された液晶と
を備える液晶パネルと、該液晶パネルの光源側および表
示側にそれぞれ配置された偏光板と、前記液晶パネルの
表示面側に配置された光拡散手段と、を有する透過型液
晶表示装置において、前記一対のガラス基板の表示面側
のガラス基板内に全反射導光路を設けたことを特徴とす
る透過型液晶表示装置が得られる。また、本発明によれ
ば、面光源と、ギャップを介して対向配置された、その
対向面側に透明導電膜電極が形成された一対のガラス基
板と前記ギャップ内に注入された液晶とを備える液晶パ
ネルと、該液晶パネルの光源側および表示面側にそれぞ
れ配置された偏光手段と、前記液晶パネルの表示面側に
配置された光拡散手段と、前記液晶パネルの前記面光源
側に配置された集光手段と、を有する透過型液晶表示装
置において、前記一対のガラス基板の表示面側のガラス
基板内に全反射導光路を設けたことを特徴とする透過型
液晶表示装置が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明について図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の部分断面
図を示す。この透過型液晶表示装置は、面光源１０１
と、液晶パネル１１０と、偏光板１０２、１０７と、光
拡散層１０８で構成されている。面光源１０１は、冷陰
極型蛍光ランプと、その光を面均一にするための導光板
などにより構成されたものである。また、液晶パネル１
１０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（ＴＦＴ）と透明画素電極が配置されたアクティ
ブマトリクス基板１０３、ツイスト角がほぼ９０°のツ
イステッドネマティック（ＴＮ）液晶１０４、全反射導
光路１０９と透明共通電極やカラーフィルタが形成され
たカラーフィルタ基板１０５、両基板１０３、１０５を
接着するとともに液晶を封止するシール剤１０６で構成
されている。光拡散層１０８は微細なレンズを形成させ
たマイクロレンズシート，レンチキュラーシート、微粒
子を混入させたシート、表面をランダムな凸凹に処理し
た拡散シート、内部屈折率分布型シート、回折格子層な
ど、光を屈折、散乱させるシートである。偏光板１０
２、１０７は透過軸を９０°ずらして（ノーマリーホワ
イトモードの場合）液晶パネル１１０と光拡散層１０８
を挟んでいる。ここで、偏光板１０７は光拡散層１０８
よりも直視面にしておいた方がよい。偏光板１０７が直
視面ということは、外光反射が半分以下に抑えられ、表
示が光拡散層１０８の散乱によって白けることがなく、
良好な表示品質の表示が得られる。

【００１８】カラーフィルタ基板１０５内に埋め込まれ
ている全反射導光路１０９が延びている方向は、視野角
依存のある上下と垂直方向である。これは、光拡散層１
０８で上下方向に光を拡散させる場合に対応する。

【００１９】全反射導光路１０９の一部斜視図を図４に
示す。材質としては、融点の高い銀、クロム、タングス
テン、タンタル、チタン等の金属を用いる。他の材質と
して、光損失を極力少なくするために、反射率の高いア
ルミをベースにした合金でも良い。成形は、まず、ガラ
ス基板上に全反射導光路１０９となるこれらの金属をス
パッタリングで成膜する。

【００２０】全反射導光路１０９がクロム、銀の場合、
マスクとしてシリコン酸化膜を、例えばプラズマＣＶＤ
法で成膜する。次にフォトレジストを塗布し、導光路の
形に現像、そしてフッ素ガス、例えばＣＦ₄でシリコン
酸化膜をドライエッチングを行う。その後、フォトレジ
ストを除去し、塩素ガス、例えばＣｌ₂を使ってクロ
ム，銀の金属をドライエッチングを行い導光路の形に形
成する。

【００２１】全反射導光路１０９がタングステン、タン
タル、チタンの場合、マスクとしてアルミ膜をスパッタ
リングで成膜する。次にフォトレジストを塗布し、導光
路の形に現像、そして塩素ガス、例えばＣｌ₂を使って
アルミ膜をドライエッチングを行う。その後、フォトレ
ジストを除去し、フッ素ガス、例えばＣＦ₄使ってタン
グステンなどの金属をドライエッチングを行い導光路の
形に形成する。

【００２２】全反射導光路１０９がタングステン、タン
タル、チタンの場合、マスクとしてアルミ膜をスパッタ
リングで成膜する。次にフォトレジストを塗布し、導光
路の形に現像、そして塩素ガス、例えばＣｌ₂を使って
アルミ膜をドライエッチングを行う。その後、フォトレ
ジストを除去し、フッ素ガス、例えばＣＦ₄を使ってタ
ングステンなどの金属をドライエッチングを行い導光路
の形に形成する。

【００２３】出来上がった全反射導光路１０９をカラー
フィルタ基板１０５に埋め込む方法として、溶融したガ
ラスを枠付きのステージに流し、全反射導光路１０９を
ガラス基板ごと漬けて、ガラス基板を再溶融させた後、
冷却してそのまま固める。カラーフィルタ基板１０５と
なるガラスの厚みは、強度を保つため、１から２ｍｍで
ある。固まった後は研磨を行う。その後、全反射導光路
１０９と後述するブラックマトリクスとの位置合わせの
ため、ブラックマトリクス部が形成される以外の位置
に、フォトリソグラフィでフォトレジストのマーカーを
作っておく。このように作られた基板は、表面凹凸もな
く、また、全反射導光路１０９の膨張率をカラーフィル
タ基板１０５のそれに極力近づけることで温度変化によ
る変形もない。

【００２４】視野角依存のある上下方向の導光路の金属
部である厚みＸは、図７に示してあるようにブラックマ
トリクス１１５で覆われた範囲内であり、１０から４０
μｍである。ブラックマトリクス１１５は、カラーフィ
ルタ基板１０５に施されており、外交入射によるＴＦＴ
のリーク電流抑制、バックライト光漏れ防止、色彩劣化
防止などを目的として、設けられているものであり、本
発明では、このもともと存在していたブラックマトリク
ス１１５に全反射導光路１０９を隠すことができるの
で、開口率の低下は起こらない。ブラックマトリクス１
１５に全反射導光路１０９を隠すには、全反射導光路１
０９をカラーフィルタ基板１０５に埋め込んだ後、位置
合わせ用に付けておいたマークに合わせて、ブラックマ
トリクス１１５を形成する。

【００２５】液晶パネル法線方向の導光路の厚みＹは、
光漏れを考えると、カラーフィルタ基板１０５の厚みと
同じであることが最も良い。しかし、全反射導光路１０
９をカラーフィルタ基板１０５中に設けることで基板自
体の強度が弱まってしまう。従って、導光路の厚みＹ
は、カラーフィルタ基板１０５の直視側と面光源側の全
面が連続につながるようにカラーフィルタ基板１０５の
厚みよりも小さくしておく。

【００２６】図３を使って本発明の透過型液晶表示装置
の作用を説明する。全反射導光路１０９が無い図３
（ａ）の場合、カラーフィルタ基板１０５に形成されて
いる、カラーフィルタ１１２から出射される光は、カラ
ーフィルタ基板１０５で広がる。そのため、本来、ａの
部分で観察されるべき光が、ｂの範囲にまで広がり、光
拡散層１０８での散乱、屈折、回折等によりｂの範囲で
視認される。例えば、ａの部分を３００μｍ、ガラスの
厚みを１ｍｍとした場合、光拡散層１０８が無い時は３
００μｍの幅で視認出来るが、光拡散層１０８を設け、
光の出射角が３０°であると、ｂの範囲は１４５５μｍ
（約４．８倍）となる。これは、三角関数計算で容易に
算出できる。実際に観察した状態は、斜め方向で見たと
きに起きる階調逆転は緩和されているものの、表示ボケ
となって解像度を低下させ不快を与える。

【００２７】全反射導光路１０９を設けた図３（ｂ）の
場合、カラーフィルタ１１２から出射される光は、全反
射導光路１０９を反射して進む。ａの部分で観察される
べき光は、全反射導光路１０９があるために広がらず、
光拡散層１０８での散乱、屈折、回折等により、本来の
幅３００μｍとして視認できる。全反射なので、光の損
失も少なく、表示ボケが起こらず、解像度低下を抑えら
れ、階調逆転が緩和された良好な表示が得られる。全反
射導光路１０９をカラーフィルタ基板１０５内に入れて
しまうことで、液晶表示装置が更に厚くなることはな
い。

【００２８】図２は、本発明の第２の実施の形態の面光
源１０１と液晶パネル１１０の間に、集光層１１１が入
ったものである。集光層１１１は、面光源１０１の拡散
光を極力、平行光にする機能をもっている。例えば、プ
リズムレンズフィルム、ルーバー等がある。また、集光
層１１１の機能を面光源１０１に含ませるものもあり、
例えば、面光源１０１を構成している導光板の液晶パネ
ル１１０側にプリズムレンズを形成するものや、導光板
の、液晶パネル１１０側と反対側に、光を効率よく正面
にもっていくように溝を入れるもの等がある。これらの
導光板は金型によって形成を行う。集光層１１１が入っ
た液晶表示装置は、液晶パネル１１０を垂直に透過する
光量が多くなるため、光拡散層１０８で拡散されると、
コントラスト比も高く、より広視野角で階調性が崩れて
いない、良好な表示を得られる。しかし、集光層１１１
が入った場合でも、完全な平行光は得られないので、図
３で説明したような現象により、本発明は有効となる。

【００２９】図５は、本発明の第３の実施の形態の液晶
表示装置の全反射導光路１１３を示す。装置全体の構成
は図１、または図２と同じである。これは、第１の実施
の形態の上下方向の全反射導光路に加え、左右方向にも
全反射導光路を設けている。従って、碁板の目の様な形
となる。この上下方向に述びている全反射導光路１１３
の左右方向の金属部の厚みＺは、１０から５０μｍであ
る。従って、左右方向にも視野角依存がある場合に有効
となる。また、この第３の実施の形態は、ストライプ型
の画素配列構造が前提となっている。ストライプ型と
は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のフィルタが縦方向に直線状に形
成されたものであり、一画素は横方向に直線的に並んだ
Ｒ、Ｇ、Ｂの３色を含むものである。この３色を含む画
素は、縦方向および横方向に直線状に並んで配列され
る。

【００３０】図６は、本発明の第４の実施の形態の液晶
表示装置の全反射導光路１１４を示す。装置全体の構成
は図１、または図２と同じである。これは、効果として
は第３の実施の形態と同じである。この形態は、モザイ
ク型の画素配列構造が前提となっている。モザイク型と
は、一画素はＲ、Ｇ、Ｂを横方向に並べた構成を持つも
のであり、その画素が横方向には直線的に並び、上下方
向には半画素ずつずれて千鳥状に配置されている。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の透過型液
晶表示装置は、カラーフィルタ基板内に全反射導光路を
設けて光の広がりを抑えることにより、光拡散層を用い
た、あるいは、それに集光層を加えた広視野角液晶表示
装置で起きていた表示ボケはほとんど無くなる。

【００３２】例えば、３００μｍの幅をもったものを表
示させた場合、光拡散層を用いた広視野角液晶表示装置
では、１４５５μｍの幅で視認されてしまうが、全反射
導光路を設けることで、ほぼ、３００μｍの幅で視認で
きる。従って、解像度の高い、広視野角な画素を得るこ
とができる。また、全反射導光路をカラーフィルタ基板
内に入れてしまうことで、液晶表示装置が更に厚くなる
ことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の部
分断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の部
分断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の効果を説明するため
の部分断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の全
反射導光路を示した図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の全反射導光路を示
した図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の全反射導光路を示
した図である。

【図７】ブラックマトリクスを説明するための部分断面
図である。

【図８】広視野角化したものではない従来の液晶表示装
置の部分断面図である。

【図９】第１の従来技術の構成を示す液晶表示装置の部
分断面図である。

【図１０】第１の従来技術の光路を示した図である。

【図１１】第２の従来技術の構成を示す液晶表示装置の
部分断面図である。

【図１２】第２の従来技術の光路を示した図である。

【符号の説明】

１０１，２０１面光源１０２，１０７，２０２，２０７，３０２，３０７
偏光板１０３，２０３アクティブマトリクス基板３０３走査電極基板３０３ａ走査電極１０４，２０４ＴＮ液晶３０４液晶１０５，２０５カラーフィルタ基板３０５信号電極基板３０５ａ信号電極１０６，２０６シール剤３０６封止剤１０８光拡散層３０８マイクロレンズ１０９全反射導光路１１０，２１０，３１０液晶パネル１１１集光層３１１コリメータ１１２カラーフィルタ１１３ストライプ型全反射導光路１１４モザイク型全反射導光路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面光源と、ギャップを介して配向配置さ
れ、その対向面側に透明導電膜電極が形成された一対の
ガラス基板と前記ギャップ内に注入された液晶とを備え
る液晶パネルと、該液晶パネルの光源側および表示面側
にそれぞれ配置された偏光板と、前記液晶パネルの表示
面側に配置された光拡散手段と、を有する透過型液晶表
示装置において、前記一対のガラス基板の表示面側のガ
ラス基板内に全反射導光路を設けたことを特徴とする透
過型液晶表示装置。
【請求項２】面光源と、ギャップを介して対向配置さ
れた、その対向面側に透明導電膜電極が形成された一対
のガラス基板と前記ギャップ内に注入された液晶とを備
える液晶パネルと、該液晶パネルの光源側および表示面
側にそれぞれ配置された偏光手段と、前記液晶パネルの
表示面側に配置された光拡散手段と、前記液晶パネルの
前記面光源側に配置された集光手段と、を有する透過型
液晶表示装置において、前記一対のガラス基板の表示面
側のガラス基板内に全反射導光路を設けたことを特徴と
する透過型液晶表示装置。
【請求項３】請求項１または２記載の透過型液晶表示
装置において、前記全反射導光路が、平行に組み込まれ
ており、平行に組み込まれた方向は視角依存のある方向
と垂直であることを特徴とする透過型液晶表示装置。
【請求項４】請求項１または２記載の透過型液晶表示
装置において、前記全反射導光路が、縦横直線に並んだ
画素配列に対応したストライプ型であることを特徴とす
る透過型液晶表示装置。
【請求項５】請求項１または２記載の透過型液晶表示
装置において、前記全反射導光路が、千鳥状に上下方向
に連なる画素配列に対応したモザイク型であることを特
徴とする透過型液晶表示装置。