JPH1062777A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置に発生する視角依存性を改善す
ることを主な課題とし、また、視角依存性の改善を簡単
な構成によって実現することも課題とする。 【解決手段】 所定の方向に中心視野を設定された液晶
セルと、その液晶セルから出射する所定の方向に対して
略左右にずれた方向の光を選択的に拡散する光拡散手段
を設けたものである。より好ましくは液晶セルは複屈折
性を利用した表示モードで構成し、光拡散手段は視界制
御フィルムで構成するものであり、あるいはまた、液晶
層は無電界時に液晶分子が１８０度以上３６０度以下の
螺旋構造を有するものであり、所定の方向は液晶セルの
表面の垂線から一定の方向に傾斜した角度であり、光拡
散手段の選択的拡散方向は、所定の方向の液晶セルの表
面への投影方向に対して３０度乃至１００度左右に回転
した方向とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中心視野の設定を行
う視角を広くした液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶セルを用いた表示装置
（特開昭６０−１０７０２０公報）においては、一定以
上のコントラストと明度が得られる視野角（観察方向）
が限定される。つまり正面手前側から表示を観察して明
瞭に判読できても、斜め側面や奥側から観察すると、コ
ントラストが低下したりコントラスト反転（ネガ・ポジ
反転）が生じるという欠点があった。

【０００３】この様な視角依存性が生じる理由として
は、液晶分子の捩れ（ラビング方向によって決まる液晶
分子の螺旋開始位置や、螺旋の向きなど）に起因するも
のや、液晶の複屈折異方性（光の通過方向によるレタデ
−ションの相違など）に起因するものや、偏光板の特性
（光振動方向の選択性の良否など）に起因するものや、
液晶に光を照射する光源の指向性に起因するものなどが
挙げられる。

【０００４】そして一般に、液晶表示装置においては、
上記視角依存性を考慮し、最も表示の見易い位置が使用
者の通常視野範囲内に入るような設計、例えば画面中央
の垂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ような設計が行われてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ラップトップ
コンピュータ等はパームトップコンピュータや時計と異
なり、観察者がいつも表示面を正面から見るとは限られ
ず、例えばキーボードと資料を手元に、画面を斜めから
見ながら作業する場合などもあり、また、画面が大きく
なると、例えば正面から表示を観察して中央部分が明瞭
に判読できても、表示周辺部に対して斜め方向から観察
したことになるので表示面隅のコントラストが低下した
り、コントラスト反転が生じるという欠点があった。

【０００６】本発明は、上記種々の理由によって液晶表
示装置に発生する視角依存性を改善することを主な課題
とし、また、視角依存性の改善を簡単な構成によって実
現することも課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の方向に
中心視野を設定された上述のような液晶セル１と、その
液晶セルから出射する所定の方向に対して略左右にずれ
た方向の光を選択的に拡散する光拡散手段２を設けたも
のである。

【０００８】そして本発明は、より好ましくは液晶セル
は複屈折性を利用した表示モードで構成し、光拡散手段
は視界制御フィルムで構成するものであり、あるいはま
た、液晶層１１は無電界時に液晶分子が１８０度以上３
６０度以下の螺旋構造を有するものであり、中心視野の
所定の方向は液晶セル１の表面Ａの垂線Ｂから一定の方
向に傾斜した角度（φ≠０）であり、光拡散手段２の選
択的拡散方向（αの向く方向）は、所定の方向の液晶セ
ルの表面への投影方向に対して３０度乃至１００度左右
に回転した方向（±θ＝±３０〜１００度）とするもの
で、さらに好ましくは、選択拡散角度は２０度以上９０
度以下（２０＜＝α＜＝９０）とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の液晶表示
装置の要部の断面図で、１は、所定の方向に中心視野を
設定された液晶層１１と偏光板１２とを有する液晶セル
である。この液晶層１１は、例えば液晶分子が無電界時
に液晶分子が１８０度以上３６０度以下の螺旋構造を有
するいわゆるスーパーツイストネマティック液晶層で、
画素毎に電界を印加する電極１３を内面に互いに直交す
るように設けた基板１４により支えている。また、基板
１４には、液晶分子に所定の配向を形成するための配向
膜１５を液晶層１１を挟むようにして形成しているが、
基板１４に直接ラビングして配向する場合は配向膜１５
を省略することもできる。液晶層１１に積層した偏光板
１２は、基板１４の外側前後に貼付され、このときの配
向方向と偏光軸または吸収軸の関係は、液晶セル１が複
屈折性を利用した表示モードで構成されるように、適宜
交差して設けられる。また必要に応じて、複屈折干渉に
よる着色を解消するための位相板１６を液晶層１１と偏
光板１２の間に挿入してもよいし、カラー表示のための
カラーフィルター層（図示せず）を基板１４の内面など
に設けてもよい。

【００１０】ここで、視野方向に対して説明しておく。
図２に示すように、液晶セル１の表面Ａの垂線Ｂから一
定の方向に傾斜した角度に視線Ｃがあるとする。この視
線Ｃの表し方として、液晶セルの表面Ａの垂線Ｂから
（基準）の傾斜した角度を示しこれをφとする。またこ
の視線Ｃの液晶セル１の表面Ａへの投影方向が液晶セル
１の正面からいくら回転しているかを右回りにθ（また
は±θ）と呼ぶ。従って視線Ｃは垂線Ｂからの傾斜した
角度φと投影方向の回転角度θで表現されることとなる
が、便宜上、２７０度＜＝θ＜＝９０度でφ＞＝０、９
０度＜θ＜２７０度でφ＜０の符号で表示してもよい。

【００１１】図１の液晶表示装置において、例えば２７
０度螺旋のとき、表示面に向かって配向方向をＸ字状に
交差（±θ＝±４５度）させ、螺旋方向を奥側（手前が
液晶分子螺旋の回転開部分）となるように配置し、最適
コントラストが得られるように偏光軸を選択した場合、
中心視野を垂線Ｂからの傾斜した角度φが手前側に０〜
３０度の選択された角度、投影方向の回転角度θを３５
０〜１０度の選択された所定の方向とすることができ
る。そしてこの様に中心視野を所定の方向に設定するこ
とにより、視野角の依存性の特性が定まり、コントラス
トの高い範囲が特定されることになる。

【００１２】液晶セル１には、好ましくは背面に照明手
段３を有している。これは例えば光源と導光手段と拡散
手段からなる。より具体的には、アクリル樹脂平板のよ
うな導光板３１と、導光板３１の側面に設けられた冷陰
極管などからなる線状光源３２と、必要に応じて導光板
３１に設けられた表面光拡散シート３３や裏面反射シー
ト３４、若しくは線状光源を覆う筒状反射シート（裏面
反射シート３４と兼用可）などによって構成することが
できる。表面光拡散シート３３は、例えば上面全面に、
頂角が９０〜１００度前後の微小なプリズムを１０〜数
１００μｍピッチで形成したポリカ−ボネ−ト等のプラ
スチック製レンズシ−トで構成され、略平坦裏面から入
射した光を集光して指向性を高めた光とする機能を有す
る。またこれは、アクリル樹脂、光学ガラスのような透
明平板の中にシリコンとかエポキシ樹脂、塩化銀等の屈
折率の異なる透明材料によりマイクロレンズを形成して
構成してもよいし、扁平凸レンズアレイや、凸レンズア
レイと凹レンズアレイの積層体、若しくは複数の凸レン
ズアレイや凹レンズアレイの積層体で構成してもよい。
全体として光の指向性を持てばより好ましい。

【００１３】２は、液晶セル１から出射する光を選択的
に拡散する光拡散手段で、中心視野として設定された所
定の方向に対して略左右にずれた方向の光を選択的に拡
散するもので、好ましくは視界制御フィルムからなる。
ここに、例えば中心視野の所定の方向が（φ＞０、θ＝
０）のとき、左右にずれた方向とは、±θ＝±９０度を
意味する。この光拡散手段２は、図３に示すように、液
晶セル１と略同じ四角平面形状を成し、ここでは２枚を
重ねて用いられ、入射する光の内、所定範囲の入射光を
選択的に拡散するように設定された特殊構造を有する高
分子薄膜フィルムからなる。図１では光拡散手段２を偏
光板１２の外側に配置しているが、基板１４と偏光板１
２の間に挿入してもよい。

【００１４】ここで、液晶セル１を観察した場合の中心
視野方向が、表示面の垂線（φ＝０度）に対して手前側
（φ＞０）（下側から上側に視線を配した場合）に対応
して設定されているものとする。液晶セル１の上側に配
置される第１の光拡散手段２Ａは、表示面の垂線（φ＝
０度）に対して左（右）方向に所定角度範囲（例えば垂
線（φ＝０度）から略左向きにα１＝約３０度までの範
囲）で入射する光を選択的に拡散し、この第１の光拡散
手段３Ａの上面に配置される第２の光拡散手段２Ｂは、
垂線に対して右（左）方向に所定角度範囲（好ましくは
垂線（φ＝０度）から略右向きにα２＝約３０度までの
範囲）で入射する光を選択的に拡散するように構成して
いる。すなわち、第１の光拡散手段２Ａが拡散する光の
入射方向θ１と、第２の光拡散手段２Ｂが拡散する光の
入射方向θ２とが互いに相違し、好ましくは上述したよ
うに表示面の垂線Ｂに対して左右方向の関係のように、
１８０度以上回転した方向（中心視野の方向φ＞０でθ
１＞θ２の時、θ１−θ２＞＝１８０度）となるように
設定している。

【００１５】液晶表示装置として、液晶層１１は無電界
時に液晶分子が１８０度以上３６０度以下の螺旋構造を
有するものを用いるとき、中心視野の所定の方向は液晶
セルの表面の垂線から一定の方向に傾斜した角度（φ＞
０）であり、この様な場合には光拡散手段２の選択的拡
散方向は、所定の方向の液晶セルの表面への投影方向に
対して３０度乃至１００度左右に回転した方向が好まし
く、例えば、所定の方向の液晶セルの表面への投影方向
がθ＝０のとき、好ましくはθ１＝３５〜５０度、θ２
＝３１０〜３２５度などが最も適している。

【００１６】この光拡散手段２の各々は、図３に示すよ
うに、１枚の光拡散手段２Ａ、２Ｂを介して対象物を観
察したとき、例えば視点から１方向に０度〜３０度の範
囲は不透明状態、それ以外の範囲は透明に見えるように
入射光を選択的に拡散する機能を有する。そして、光拡
散手段２の各々は、透明状態においては、反射、吸収が
少なく（例えば総合透過率８８％、そのうち直線透過率
８５％）、また不透明状態においては、透明状態と同じ
程度の光透過率（例えば総合８８％、そのうち直線透過
率２２％）を有するとともに、透過する殆どの光を拡散
（透過散乱と反射散乱を合わせて例えば入射光の７４％
を散乱）して、スリガラス状の外観を呈する構造を成し
ている。

【００１７】この光拡散手段２を構成する高分子薄膜フ
ィルムは、内部に例えばブラインド状の相構造を有す
る、厚さ７５〜５００μｍのアクリル系樹脂成形品とす
ることがでる。この成形品の内部構造は、光学顕微鏡に
よって観察した場合、表面観察では畳目状に寸断されて
はいるがある程度の長さの相が形成されている。また、
縦断面観察ではフィルム表面から約５０μｍ程度の深さ
からブラインド状に濃淡をもつ相構造が形成されてい
る。この様な相構造の間隔は、フィルム上部で約２μ
ｍ、照射面から約３００μｍの深さでは３〜４μｍにな
っており、深さ方向に沿って次第に間隔が広くなってい
る。これらにより所望の光拡散方向、光拡散度が設定で
きる。また、上記相構造の方向を変化させて光照射面に
対する相構造の傾きを変化させると、不透明状態の発現
角度を自由に設定することができ、光拡散する光の入射
角度範囲を必要に応じて設定することができる。本発明
は、光の進路に応じて特定の方向の光束を拡散するもの
であるから、選択的拡散方向（αの向く方向）は、所定
の方向の液晶セルの表面への投影方向に対して３０度乃
至１００度左右に回転した方向（±θ＝±３０〜１００
度）が好ましく、選択拡散角度は２０度以上９０度以下
（２０＜＝α＜＝９０）とするのが好ましい。

【００１８】さらに、相構造間には大きな組成分布の違
いがあり、屈折率を例えば、一方の相では１．５５、他
方の相では１．５１と、相間の屈折率差を０．０４程度
の大きな値に設定することができた。これらの値は、フ
ィルムの深さ方向のどの位置でも同じ値を示すように成
形することができる。高分子薄膜フィルム中で生じる上
述した視角依存性のある光散乱は、前記相構造と相構造
間の屈折率差に大きく起因して制御できるものである。
そして、この様な光拡散手段２を構成する高分子薄膜フ
ィルムを市販品で入手しようとすれば、住友化学工業株
式会社製の視界制御フィルム（製品名「ルミスティ
−」）のシリーズに対して光学特性を指定して用いるこ
とができる。

【００１９】この光拡散手段２の各々は、必要に応じて
液晶セル１の表面に接着剤を用いて貼付されるが、その
際、光拡散手段２を液晶セル１の視野角を改善したい方
向に合わせるように、両者の位置決めが行われる。ここ
で、第１，第２の光拡散手段２Ａ、２Ｂは、共に薄膜フ
ィルムによって構成しているので、表示装置の薄型化を
図ることができるとともに、接着剤などを用いて液晶セ
ル１に簡単に貼付することができるので、構造の簡素化
を図ることができる。

【００２０】図４はこの様な視角依存性を示す等コント
ラスト特性図で、観察方位によりコントラスト反転（ネ
ガ・ポジ反転）する角度φを示している。中心で交わる
４本の直線と３つの同心円は座標軸と目盛りである。従
って、図の特性曲線を協会として特性曲線の内側（円図
中心側）ではブルーモード（ネガ）表示で、特性曲線の
外側ではポジに色反転して判読できない。特性曲線が途
切れて閉曲線になっていない部分（例えば特性ｂ，ｃの
θ＝９０度の軸方向）は、その角度θにおいてφ＝７０
度でもコントラスト反転をしていないことを意味してい
る。

【００２１】この図においてａは光拡散手段を持たない
場合、ｂは本発明に従い光拡散領域をα＝φ＝２０度以
上７０度以下とし、その方向をθ＝９０度、θ＝２７０
度にそれぞれ設定配置した場合、ｃは本発明に従い光拡
散領域をα＝φ＝２０度以上７０度以下とし、その方向
をθ＝４５度、θ＝３１５度にそれぞれ設定配置した場
合の特性であり、ａの内部面積より広がっており、つま
り正常観察領域（視角）がより広くなっていることが示
されている。

【００２２】このように、液晶分子の捩れ、液晶の複屈
折異方性、偏光板の特性、光源の指向性の内の１つ、若
しくはその組み合わせによる影響を受けて液晶セル１か
ら出てきた光に対して、所定方向の光を選択的に拡散す
る第１の光拡散手段２Ａと、この第１の光拡散手段２Ａ
によって拡散された光の内、所定方向の光を選択的に拡
散する第２の光拡散手段２Ｂを設け、所定の方向に中心
視野を設定して例えば上下方向に良視野方向を設定した
表示装置において、第１の光拡散手段と第２の光拡散手
段との選択拡散方向を反対側にしたり中心視野方向に対
して左右に振った場合、良視野方向（視野角改善方向）
における輝度、コントラストを高めるとともに、輝度、
コントラストを平坦化してその最高値範囲を拡大するこ
とができたので、視線を変えても輝度、コントラストが
変化しない安定した表示を簡単な構成で行うことができ
た。また、手前下方向におけるコントラストが反転する
範囲は、光拡散手段３がない場合より大幅に視野角が広
がり、φが４０度以上、７０度付近にまで広がったの
で、コントラスト反転の領域が少ない表示を行うことが
できた。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、液晶分子の捩れ、液晶
の複屈折異方性、偏光板の特性、光源の指向性の内の１
つ、若しくはその組み合わせによる影響を受けて液晶セ
ルから出てきた光の内、希望する方向の光を光拡散手段
によって左右に選択的により均一に拡散し、輝度、コン
トラストの均一化を図って視角依存性を低くすることが
できる。また、光拡散手段は、視角依存性を簡単な構成
によって低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の液晶表示装置の要部断面図であ
る。

【図２】液晶セルの方位を説明する斜視図である。

【図３】本発明実施例の液晶セルと光拡散手段の配置を
示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例にかかる視角依存性を示す等コ
ントラスト特性図である。

【符号の説明】

１ 液晶セル ２ 光拡散手段 ２Ａ 第１の光拡散手段 ２Ｂ 第２の光拡散手段 ３ 照明手段 １１ 液晶層 １２ 偏光板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の方向に中心視野を設定された液晶
   層と偏光板とを有する液晶セルと、該液晶セルから出射
   する前記所定の方向に対して略左右にずれた方向の光を
   選択的に拡散する光拡散手段を具備したことを特徴とす
   る液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶セルは複屈折性を利用した表示
   モードで構成され、前記光拡散手段は視界制御フィルム
   であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記液晶層は無電界時に液晶分子が１８
   ０度以上３６０度以下の螺旋構造を有するものであり、
   前記所定の方向は液晶セルの表面の垂線から一定の方向
   に傾斜した角度であり、前記光拡散手段の選択的拡散方
   向は、前記所定の方向の液晶セルの表面への投影方向に
   対して３０度乃至１００度左右に回転した方向であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。