WO2008023484A1

WO2008023484A1 - affichage à cristaux liquides

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Publication number: WO2008023484A1
Application number: PCT/JP2007/060767
Authority: WO
Inventors: Akihiro Yamamoto; Iori Aoyama; Masumi Kubo
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-02-28

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶パネルとバックライトユニットとを備えた液晶表示装置に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、液晶表示装置におレ、ては、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光で液晶パネルを照射する方式、いわゆる、ノックライト方式が採用されている。このようなバックライト方式のシステムとしては、大別してエッジライト方式と、直下型方式とがある。エッジライト方式では、冷陰極管（CCFT : Cold Cathode fluorescent Tube )等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取付け、光源ランプからの光を導光板内で多重反射させる。一方、直下型方式では、導光板を用いない。最近では、薄型化が容易なことから、エツジライト方式のバックライトシステムが主流となってきている。

[0003] エッジライト方式のバックライトシステムが搭載された液晶表示装置としては、例えば図 13に示す構成が一般的に知られている。この構成においては、偏光板 101 · 102 に挟まれた液晶パネル 103が設けられ、その下面側に、略長方形板状の PMMA ( ポリメチルメタタリレート）等からなる導光板 110が配設されており、該導光板 110の上面（光出射面）に拡散フィルム（拡散層） 121が設けられている。

[0004] さらに、この導光板 110の下面に、導光板 110に導入された光を効率よく液晶パネノレ 103の方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部 11 1が印刷等によって設けられて!/、ると共に、散乱反射パターン部 111の下方に反射フ

[0005] また、上記導光板 110には、側端部に沿って光源ランプ 1 13が取り付けられており、さらに、光源ランプ 113の光を効率よく導光板 110中に入射させるベぐ光源ランプ 113の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ 114が設けられている。

[0006] 上記散乱反射パターン部 111は、白色である二酸化チタン (TiO )粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、導光板 110の下面に例えばドットパターン印刷し、乾燥して形成したものである。すなわち、散乱反射パターン部 111は、高輝度化を図るための一手段として、導光板 110内に入射した光に指向性を付与し、光出射面側へと光を導くようになつている。

[0007] ところで、このような液晶表示装置では、薄型で低消費電力、かつ、高輝度であることが市場ニーズとして強く要請されている。それに伴い、液晶表示装置に搭載されるノックライトシステムも、薄型で低消費電力、かつ、高輝度であることが要求されてい

[0008] 特に、最近、目覚まし!/、発展をみるカラー液晶表示装置にお!/、ては、液晶パネルの光透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低ぐそのため、ノックライトシステムの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須の課題となっている。

[0009] そこで、例えば、特許文献 1に開示された液晶表示装置では、図 14に示すように、液晶パネル 203と、この液晶パネル 203に背面側から光を照射するバックライトシステム 210とを備え、このバックライトシステム 210の前面側に、光源 213からの光を液晶ノネル 203へと導くレンズ層 220力 S設けられ、かつ該レンズ層 220の焦点面近傍に開口をもつ遮光部 230を有して!/、る。

[0010] これにより、遮光部 230の開口の大きさを小さくすることにより、ノックライトの指向性を強くすることが可能になっている。

特許文献 1 :日本国公開特許公報「特開 2005— 43907号公報 (公開日： 2005年 2 月 17日）」

特許文献 2 :日本国公開特許公報「特開 2001— 113538号公報 (公開日： 2001年 4 月 24日）」

発明の開示

[0011] しかしながら、上記従来の液晶表示装置においても、図 15に示すように、液晶パネノレ 303に斜めに入射した光が存在すると、観測方位の違いで表示特性に差が発生するとレ、う問題点を有して!/、る。

[0012] 具体的には、図 16に示すように、上記液晶パネル 303に斜めに入射した光が存在すると、視野角 Θの大きい領域において、視野角 Θの小さい領域よりも規格化輝度が大きくなる。ここで、上記領域とは、液晶パネル 303の表示を眺める視点が存在する空間的範囲を意味する。この結果、正面方向から見た場合にはコントラストが高いのに対して、斜め方向から見たときには表示が白っぽく見え（白浮きなどと呼ばれる）、コントラストが低くなるという現象が生じる。すなわち、視野角特性が悪いということになる。

[0013] この問題は、バックライトから液晶パネル 303に垂直に入射した光（垂直光と呼ぶ）と、液晶パネル 303に斜めに入射した光 (斜め光と呼ぶ）と力 S、液晶層を通過する際に、特に、黒表示及び低階調表示において、垂直光と斜め光とで液晶分子への入射角度が異なることに起因している。すなわち、垂直光と斜め光とで、液晶層により与えられる位相差が異なってしまい、偏光板からの漏れ光の量に差が発生する結果、上記の問題が発生する。光の遮断は液晶ではなく偏光板でされるので、垂直光と斜め光とで位相差が異なると、偏光板からの漏れ量が異なる結果となる。

[0014] なお、上記図 16において、上記規格化輝度とは、最大輝度を基準とした各階調に相当する輝度である。各線は、 32階調毎にプロットした規格化輝度を示している。例えば、階調 255の場合は、階調 255に相当する輝度/階調 255に相当する輝度 = 1 00となる。一方、同図において、例えば、黒丸（譬）は階調 159に相当する規格化輝度を示すものであり、階調 159に相当する輝度/階調 255に相当する輝度を示すものである。

[0015] 近年では、液晶パネル 303の前面側に配される偏光板 301に反射防止のための光散乱 (AG :Anti Glare)処理を施す場合が多いことから、液晶パネル 303に垂直に入射した光及び斜めに入射した光の両方が偏光板 301の表面で拡散されるので、正面方向のコントラストまで減じられることになる。

[0016] 本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止し得る液晶表示装置を提供することにめ ·ο。

[0017] 本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、液晶パネルと、上記液晶パネルの背面側から前面側に向けて光を照射するバックライトユニットと、上記液晶パネルの前面側に設けられ、該液晶パネルからの光の一部を集光し外部へと拡散させる機能を 1つ 1つが有した複数の第 1のレンズを同一平面上に並設してなる第 1のレンズ層と、上記第 1のレンズ層の前面側に設けられ、上記第 1のレンズの各光軸上に開口部を有する遮光層とを含むことを特徴としている。

[0018] 上記の発明によれば、液晶パネルの前面側には、複数の第 1のレンズを同一平面上に並設してなる第 1のレンズ層が設けられ、かつ第 1のレンズ層の前面側には、第 1のレンズの各光軸上に開口部を有する遮光層が設けられている。

[0019] このため、バックライトユニットから出射された光は液晶パネルを通り、第 1のレンズ層により集光されて外部に出射される。このとき、遮光層の開口部は、第 1のレンズの各光軸上に設けられているので、この遮光層の開口部を通る光は、液晶パネルに略垂直な光に由来している。

[0020] 一方、バックライトユニットから出射された光のうち、液晶パネルに斜めに入射した光は液晶パネル力斜めに漏洩光として出射される力この斜めに出射された光は遮光層に当たり、遮光層の前面側に出てくることがない、あるいは遮光層の前面側に出てくることが非常に制限される。

[0021] この結果、斜めから液晶パネルを見た場合に、従来存在していた漏洩光がなくなる、あるいは非常に少なくなるので、従来のような斜め方向から見たときには表示が白っぽく見え、コントラストが低くなるという課題が解決される。また、正面方向から見た場合のコントラストと、斜め方向から見たときのコントラストとが均一化される。

[0022] したがって、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止し得る液晶表示装置を提供することができる。

[0023] なお、遮光層により、本発明においても、外光の液晶パネルへの入射を防止することができ、液晶パネルの例えば画素電極からの反射光による明所でのコントラストの低下を防止することができる。この点、例えば、特許文献 2に開示する液晶プロジェクシヨン用テレビにも、レンチキュラーレンズにストライプ状の遮光層が設けられている点で共通する。しかし、本発明の遮光層は、液晶パネルから斜めに出射する光を遮蔽することを主目的としている点で、特許文献 2に開示する遮光層とは異なる。

[0024] また、本発明の液晶表示装置では、前記遮光層は、光吸収性を有することが好ましい。

[0025] すなわち、上述したように、ノックライトユニットから出射された光のうち、液晶パネルを斜めに入射したものは液晶パネル力斜めに漏洩光として出射される力 S、この斜めに出射された光は遮光層に当たり、遮光層の前面側にほとんど出てくることがない。このとき、遮光層に当たった光は、本来、漏洩光であるので、消滅させる方が好ましい。

[0026] この点、本発明では、遮光層は光吸収性を有するので、遮光層に当たった光は、反射されずにそのまま遮光層に吸収される。したがって、遮光層に当たった光を消滅させること力 Sでさる。

[0027] また、本発明の液晶表示装置では、前記遮光層の前面側には、光を拡散させる拡散層が設けられてレ、ることが好ましレ、。

[0028] すなわち、遮光層の開口部を通過した光は、第 1のレンズ層を通した光であるので

、レンズ層により拡散される方向以外の成分の光が少ない。したがって、レンズ層により拡散される方向以外の方向から見たときの表示が不十分となる可能性がある。

[0029] この点、本発明では、遮光層の前面側には、光を拡散させる拡散層が設けられているので、遮光層の開口部を通過した光は、拡散層により拡散されてレンズ層により拡散された方向以外にも広がる。したがって、どの方向から見た場合でも表示が不十分となるということがない。

[0030] また、どの方向から見た場合の表示においても、液晶パネルを垂直に通過してきた光が元になつて!/、るので、コントラストの高!/、表示となって!/、る。

[0031] また、本発明の液晶表示装置では、前記第 1のレンズ層はストライプ状の凸面を有し、上記第 1のレンズのそれぞれは、当該凸面を有する非球面レンズであることが好ましい。

[0032] これにより、例えば表示面の左右方向についての光を絞ることができるので、左右方向について、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0033] また、本発明の液晶表示装置では、前記遮光層の開口部は、上記非球面レンズの凸面に各々沿って、ストライプ状に形成されて!/、ることが好ましレ、。

[0034] これにより、例えば左右方向について、バックライトユニットから出射された光のうち、液晶パネルに斜めに入射した光は液晶パネルから斜めに漏洩光として出射される

1S この斜めに出射された光は遮光層に当たり、遮光層の前面側に出てくることがない。したがって、左右方向について、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0035] また、本発明の液晶表示装置では、前記液晶パネルと前記バックライトユニットとの間に、該バックライトユニットからの光を液晶パネルへと導く複数の第 2のレンズを並設した第 2のレンズ層が設けられて!/、ることが好ましレ、。

[0036] これにより、バックライトユニットから出射された光は、第 2のレンズ層にて集光された後、液晶パネルに入射される。したがって、バックライトユニットから出射された光のうち、液晶パネルに斜めに入射されるものが少なくなる。この結果、液晶パネルから斜めに漏洩光として出射される光を少なくすることができる。

[0037] また、本発明の液晶表示装置では、前記液晶パネルと前記バックライトユニットとの間に、該バックライトユニットからの光を液晶パネルへと導く複数の第 2のレンズを同一平面上に並設してなる第 2のレンズ層が設けられていると共に、

前記第 1のレンズ層及び上記第 2のレンズ層は、それぞれストライプ状の凸面を有し、前記第 1のレンズおよび上記第 2のレンズは、上記凸面を有する非球面レンズからなっており、上記第 1のレンズ層におけるストライプ状の凸面の稜線と上記第 2のレンズ層におけるストライプ状の凸面の稜線とは、互いに直交して!/、ることが好まし!/、。

[0038] これにより、第 2のレンズ層にて、例えば、液晶パネルの左右方向とは直交する方向についてバックライトユニットからの光を集光させる一方、第 1のレンズ層にて、液晶パネルの左右方向について液晶パネルからの出射光を集光させることができる。

[0039] また、本発明の液晶表示装置では、前記第 1のレンズは、それぞれマイクロレンズであり、前記遮光層の開口部は、マイクロレンズの形状に合わせた円形に形成されていることが好ましい。

[0040] これにより、左右方向だけでなぐ全ての斜め方向において、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0041] また、本発明の液晶表示装置では、前記バックライトユニットは、前記液晶パネルの直下に配置された光源を備えて!/、ることが好ましレ、。 [0042] これにより、直下型光源を備えたバックライトユニットを有する液晶表示装置において、観測方位の違レ、で表示特性に差が発生することを防止することができる。

[0043] また、本発明の液晶表示装置では、前記液晶パネルの動作モードは、垂直配向モードであることが好ましい。

[0044] これにより、 TNモードや水平配向モードに比べて、垂直配向モードの液晶の方が

、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止することができ、コントラストを高めることができること力実験により、確認できている。

[0045] また、本発明の液晶表示装置では、前記第 2のレンズは、それぞれマイクロレンズであることが好ましい。これにより、第 2のレンズ層としてマイクロレンズを使用することが可能となる。

[0046] 本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。

図面の簡単な説明

[0047] [図 1]本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示す断面図である。

[図 2]上記液晶表示装置における液晶パネルの背面側の構成を示す要部断面図である。

[図 3]上記液晶表示装置におけるレンチキュラーレンズ及び遮光層の構成を示す断面図である。

[図 4]上記液晶表示装置における第 1のレンズ層としてのマイクロレンズアレイ、及び遮光層の構成を示す平面図である。

[図 5]上記液晶表示装置におけるレンチキュラーレンズ及び遮光層による視野角改善の原理を示す断面図である。

[図 6]上記液晶表示装置における左右方向の輝度 (ガンマ)視野角特性を示すグラフである。

[図 7]上記液晶表示装置における左右方向の視野角 45度における、正面階調相当の輝度と斜め階調相当の輝度との関係を示すグラフである。

[図 8]上記液晶表示装置における左右方向についての黒輝度の視野角特性を示すグラフである。

園 9]上記液晶表示装置における左右方向についての色度変化特性を示すグラフである。

園 10]バックライトから液晶パネルへ入射する光の最大入射角と正面コントラスト（CR )との関係を示す図であり、表（a)は垂直配向（VA)モードの液晶を用レ、た場合の上記関係を示し、表 (b)は、 FFSモードの液晶を用いた場合の上記関係を示し、グラフ (c)には表 (a) (b)の各データがプロットされて!/、る。

園 11]バックライトの各集光度と液晶パネルの光利用効率との関係を示す図であり、グラフ（b)は、バックライトの集光度の定義を示し、グラフ（c)は、表（a)の数値に基づいて、バックライトの集光度と液晶パネルの光利用効率との関係を示している。

園 12]本発明における液晶表示装置の変形例を示すものであり、液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。

[図 13]従来の一般的な液晶表示装置の構成を示す断面図である。

園 14]従来の他の液晶表示装置の構成を示す断面図である。

園 15]従来の液晶表示装置における視野角特性の原理を示す断面図である。園 16]従来の液晶表示装置における左右方向の視野角に対する輝度 (ガンマ)特性園 17]バックライト最大入射角と正面コントラスト（CR)との関係を示すデータを取得する公知の測定方法を示す模式図である。

符号の説明

1 凇晶パネノレ

2 集光シート（第 2のレンズ層）

3 ノックライト（バックライトユニット）

4 レンチキュラーレンズ（第 1のレンズ層）

4a 非球面レンズ（第 1のレンズ）

5 遮光層

5a 開口部

5a' 開口部 5b 遮光部

6 拡散層

10 液晶表示装置

11 液晶セノレ

12 液晶パネル上偏光板

13 液晶パネル下偏光板

21 レンチキュラーレンズ

22 反射体

22a 開口部

31 反射シート

32 光源 (直下型光源）

33 拡散シート

40 マイクロレンズアレイ（第 1の !·ノンズ層)

40a マイクロレンズ

Θ 視野角

発明を実施するための最良の形態

[0049] 本発明の一実施形態について図 1ないし図 12に基づいて説明すれば、以下の通りである。

[0050] 本実施の形態の液晶表示装置 10の構成について、図 1に基づいて説明する。図 1 は、上記液晶表示装置 10の概略構成を示す断面図である。

[0051] 本実施の形態の液晶表示装置 10は、図 1に示すように、画像を表示する液晶パネノレ 1を備えており、液晶パネル 1の背面側には、この液晶パネル 1の背面側から前面側に光を照射するバックライトユニットとしてのバックライト 3と、上記液晶パネル 1とバックライト 3との間に設けられた第 2のレンズ層としての集光シート 2とを有している。なお、集光シート 2は、本発明では、必ずしも必要なものではない。

[0052] 一方、液晶パネル 1の前面側には、液晶パネル 1からの光を外部へと導くために複数のレンズを並設した第 1のレンズ層としてのレンチキュラーレンズ 4が少なくとも設けられている。 [0053] また、上記レンチキュラーレンズ 4の前面側には、上記レンズの各光軸上に開口部 5aを有する遮光層 5が設けられており、さらに、遮光層 5の前面側には光を拡散させる拡散層 6が設けられている。

[0054] 上記レンチキュラーレンズ 4および遮光層 5は、液晶パネル 1に垂直に入射した光（垂直光）を液晶表示装置 10の外部へ導く一方、液晶パネル 1に斜めに入射した光（斜め光）を液晶表示装置 10の外部へ出さないようにするという、光の透過および遮断を選択する役割を担って!/、る。

[0055] 上記液晶パネル 1は、透過型であり、光源として上記バックライト 3が用いられる。液晶パネル 1は、一対の透光性基板間に液晶を挟持した液晶セル 11と、この液晶セノレ 11の表裏に設けられた液晶パネル上偏光板 12及び液晶パネル下偏光板 13とを有している。液晶パネル上偏光板 12については、レンチキュラーレンズ 4と液晶パネル 1のパターンとによる干渉を避けるために、集光度を大きく乱さない程度に、表面に例えば AG (Anti Glare)処理等の拡散処理を施すことも可能である。

[0056] なお、液晶パネル 1の液晶セル 11の液晶モードやセル構造は任意である。また、液晶パネル 1の駆動モードも任意である。すなわち、液晶パネル 1としては、文字、画像、又は動画を表示できる任意の液晶パネルを用いることができる。さらに、液晶パネル 1は、カラー表示可能なパネルであっても良いし、モノクロ表示専用のパネルであっても良い。したがって、図 1においては液晶パネル 1の詳細な構造を図示せず、その説明も省略する。

[0057] 上記バックライト 3は、図 2に示すように、下から順に反射シート 31と光源 32と拡散シート 33とを有している。本実施の形態では、バックライト 3は、光源 32を液晶パネル 1の直下に配置した直下型バックライトシステムを採用しており、光源 32としては、冷陰極管（CCFT : Cold Cathode fluorescent Tube )や LED (Light Emitting Diode)を用いること力 Sできる。また、必ずしもこれに限らず、例えば、光源 32をバックライト 3の端面に設けたエッジライト方式のバックライトシステムとすることも可能である。

[0058] 一方、上記集光シート 2は、同図に示すように、蒲鋅状のレンチキュラーレンズ 21と、バックライト 3側に設けられた反射体 22とからなっている。この反射体 22には、レンチキユラ一レンズ 21に設けられた複数のレンズの各光軸上に開口部 22aが設けられている。これにより、バックライト 3の光源 32から出射された光は、拡散シート 33を通して反射体 22の開口部 22aを通してレンチキュラーレンズ 21の各レンズにより、バックライト 3に対して略垂直に上記液晶パネル 1に照射される。

[0059] また、反射体 22にて反射された反射光は、反射シート 31にて反射され、再度、拡散シート 33を通して反射体 22の開口部 22aを通してレンチキュラーレンズ 21のレンズ (第 2のレンズ）により、バックライト 3に対して略垂直に上記液晶パネル 1に照射される。したがって、レンチキュラーレンズ 21から液晶パネル 1に照射される垂直光の量が多くなる。

[0060] このように、集光シート 2は、レンチキュラーレンズ 4および遮光層 5が液晶表示装置 10の外部へ導く垂直光を増加させ、表示の輝度を向上させる役割を担っている。

[0061] なお、反射シート 31の開口部 22aの面積を小さくするほど、バックライト 3の指向性を強くすること力 Sできる。また、集光シート 2としてマイクロレンズを使用することも可能である。この場合、反射体 22の開口部は、マイクロレンズの形状に合わせた円形に形成される。

[0062] 次に、液晶パネル 1の前面側に設けられた上記レンチキュラーレンズ 4について説明する。

[0063] 上記レンチキュラーレンズ 4は、図 1に示すように、蒲鋅状レンズからなっており、フラット面を前面側に向けている。このレンチキュラーレンズ 4は、図 3に示すように、ストライプ状の凸面を有している。すなわち、レンチキュラーレンズ 4は、この凸面の 1つを備えた非球面レンズ 4a (第 1のレンズ）を複数並べたもの力、らなっている。各非球面レンズ 4aの大きさは、最大高さが例えば 110 であり、最小高さが例えば 75 mであり、 1つの凸面の幅が例えば lOO ^ m (図 3では 98 111)となっている。屈折率は例えば 1. 5である。

[0064] また、このレンチキュラーレンズ 4の前面側には、遮光層 5が設けられている。遮光層 5は、開口部 5aを通過する光のみ通し、それ以外の光は遮断するようになっている。この遮光層 5の開口部 5aは、上記非球面レンズ 4aの光軸上に設けられており、力、つ非球面レンズ 4aの焦点は開口部 5aの略中央に位置するものとなっている。したがつて、この開口部 5aは、非球面レンズ 4aの凸面と同様に、ストライプ状に形成されている。開口部 5aの幅は例えば 30 m (図 3では 29 m)であり、遮光部 5bの幅は例えば 70〃 m (図 3では 69 μ m)となって!/、る。

[0065] なお、本実施の形態では、第 1のレンズ層は、上記凸面の 1つを備えた非球面レンズ 4aを複数並べたレンチキュラーレンズ 4となっている力 S、必ずしもこれに限らず、例えば、図 4に示すように、球面状のマイクロレンズ 40aを複数並べたマイクロレンズァレイ 40とすることが可能である。これにより、表示面に関して左右方向だけでなぐ左右方向に直交する方向についても、視野角特性を向上させることが可能である。また、このときには、遮光層 5についても、開口部 5aは、必然的に、マイクロレンズ 40aの形状に合わせた円形の開口部 5a 'に置き換わる。

[0066] 次に、図 1に示すように、上記遮光層 5の前面側には、拡散層 6が設けられている。

この拡散層 6は、遮光層 5の開口部 5aを通過してきた光を放射状に拡散させる。したがって、視野角が広がることになる。

[0067] 上記構成の液晶表示装置 10における作用効果について、図 5に基づいて説明す

[0068] 図 5に示すように、液晶パネル 1に垂直に入射しかつ液晶パネル 1から垂直に出射した光は、レンチキュラーレンズ 4を通して遮光層 5の開口部 5aを通過する。このとき、光軸上の光はそのまま光軸上に進むと共に、非球面レンズ 4aの端部に入射した光は屈折され、開口部 5aを通過する。すなわち、集光機能を有する非球面レンズ 4aの焦線が開口部 5aの略中央に存在するので、液晶パネル 1から略垂直に出射した光のみが、遮光層 5の開口部 5aを通過できる。なお、非球面レンズ 4aをマイクロレンズ 4 Oaに置き換えた場合には、マイクロレンズ 40aの焦点力開口部 5a'の略中央に位。

[0069] これに対して、液晶パネル 1に斜めに入射しかつ液晶パネル 1から斜めに出射した光は、レンチキュラーレンズ 4を通過したときに、遮光層 5の遮光部 5bにて遮光される。この結果、液晶パネル 1に斜めに入射しかつ液晶パネル 1から斜めに出射した光は、遮光層 5の前面側に出射されない。

[0070] なお、開口部 5aの開口率、すなわち開口部 5aの幅/ (開口部 5aの幅 +遮光部 5b の幅）は、小さい方力斜め光の遮光性が高まるので、視野角に依存した表示変化力 S小さくなる、つまり視野角特性が向上する。逆に、開口率が大きい方が、表示の輝度を向上させること力 Sできる。したがって、視野角特性と輝度とを最適化するように、開口率、レンズの形状、およびレンズの屈折率などを設計するとよい。

[0071] この結果、液晶表示装置 10の視野角特性は、図 6に示すように、いずれの階調の輝度においても、図 16と比較して著しく改善され、規格化輝度は、—80° ≤視野角 Θ≤80° において略水平な特性を示すものとなる。なお、図 6において、規格化輝度とは、最大輝度を基準とした各階調に相当する輝度である。また、各線は、 32階調毎にプロットした規格化輝度を示して!/、る。

[0072] ここで、図 7に、例えば、視野角 Θ =45° における正面階調と斜め階調との関係を示す。正面階調とは、観察者が液晶表示装置 10の表示面を真正面、すわわち視野角 0° から見たときに知覚する階調であり、液晶表示装置 10が表示しょうとしている階調に等しい。一方、斜め階調とは、観察者が液晶表示装置 10の表示面を 0° より大きく 90° 未満の視野角で見たときに知覚する階調である。

[0073] 図 7に示す結果から、従来では、斜め階調の輝度と正面階調の輝度とを比べると斜め階調の輝度が大きかったのに対して、本実施の形態では、斜め階調の輝度と正面階調の輝度との比が 1 : 1となることがわかる。このことは、いわゆる白浮きが防止されることを示している。

[0074] また、黒輝度の視野角特性を見ると、図 8に示すように、従来では、—70° ≤視野角 Θ≤—20° 、及び 20° ≤視野角 Θ≤70° において、黒輝度が 0. 7〜； 1. Ocd/ m²というように、 20° ≤視野角 Θ≤20° の黒輝度略 0. 6cd/m²に比べて高い値を示しているのに対して、本構成では、全視野角 Θにおいて、黒輝度が 0. 4cd/ m²のほぼ一定直になつて!/、る。

[0075] また、色度変化特性についても、図 9に示すように、従来では、視野角 Θ =45° における各色の色度変化について、 u' v色度座標における色差 Δ ιι' ν'が大きいものが存在するのに対して、本構成では、色差 Δ ιι' ν'は 0. 01以下というように、小さい値となっている。

[0076] なお、図 9はマクベスチャートにおける色度変化特性を示し、左から 1番目の dark skinから 18番目のシアン（cyan)までが有彩色であり、 19番目の白（white)力も 24 番目の黒 (black)までが無彩色であり、一番右に示した値は平均値である。

[0077] 次に、液晶表示モードの種類と正面コントラストとの関係について、図 10に基づいて説明する。図 10の表（a)は、垂直配向（VA:Vertically Aligned)モードの液晶を用いた場合の液晶パネル 1へのバックライト最大入射角と正面コントラスト（CR)との関係を示すデータを示し、図 10の表（b)は、 FFS (Fringe Field Switching)モードの液晶を用いた場合の液晶パネル 1へのバックライト最大入射角と正面コントラスト（CR) との関係を示すデータを示し、図 10のグラフ（c)には、表（a) (b)の各データがプロットされている。なお、 FFS (Fringe Field Switching)モードは、水平配向モードに該当するものであり、 IPS (In-plane Switching)モードに近似した技術である。

[0078] なお、図 17に示すように、バックライト最大入射角と正面コントラスト（CR)との関係を示すデータを取得する測定を行った。すなわち、光源 51の前に、遮光マスク 52、液晶パネル 53および輝度計 54を、この順に配置した。光源 51は、通常の液晶パネルで使用されるバックライトである。遮光マスク 52には、直径 d2 (mm)の円形開口部が形成されている。また、遮光マスク 52と液晶パネル 53とは、距離 L (mm)だけ離れている。

[0079] こうして、遮光マスク 52を通過した光源 51の光が液晶パネル 53を照射したときに、液晶パネル 53に形成される直径 dl (mm)の光スポット Sの輝度を、輝度計 54によつて測定する測定系を構成した。

[0080] 上記バックライト最大入射角は、図 17に示す角度 Θで表される。すなわち、ノククライト最大入射角 Θは、図 17において円形開口部の右端と光スポット Sの左端とを結ぶ線分が、液晶パネル 53の表示面における法線に対してなす角度である。したがって、バックライト最大入射角 Θを下記の式（1)によって表すことができる。

[0081] tan 0 = (dl + d2) /2L

Θ =tan^{_ 1}{ (dl + d2) /2L} (1)

上記距離 Lを変化させることによって、バックライト最大入射角 Θを調整することができる。

[0082] 図 10に示すように、液晶パネル 1へのバックライト最大入射角が同じ場合には、 VA モードの方が正面コントラストは高いことがわかる。また、液晶パネル 1へのバックライト最大入射角が小さくなると、つまりバックライト 3の集光度を高めていくと VAモードの方がより効果的に正面コントラストが向上することがわかる。これらのことから、本実施の形態のような集光 ·拡散方式では、液晶パネル 1の液晶としては VAモードを使用すること力 S望ましレヽと考えられる。

[0083] 次に、バックライト 3の集光度と液晶パネル 1の光利用効率との関係について、図 11 に基づいて説明する。

[0084] すなわち、図 11の表（a)に示すように、バックライト 3の各集光度において、レンチキユラ一レンズ 4が存在する場合と存在しない場合とから光利用効率を求める。

[0085] ここで、光利用効率（％)は、

光利用効率（％) = (レンチキュラーレンズ有りの場合の全方位の光束量） X 100/

(レンチキュラーレンズ無しの場合の全方位の光束量）

にて算出する。

[0086] なお、レンチキュラーレンズ有りの液晶パネルは、視野角を改善したパネルであり、レンチキュラーレンズ無しのパネルは、従来型のパネルである。

[0087] また、バックライト 3の各集光度は、本実施の形態では、図 11のグラフ（b)に示すように、正面輝度に対して 10%の輝度になる角度（正面方向に対してなす極角）をバックライト集光度と定義している。すなわち、集光度の数値が小さいほど、集光の程度が高ぐバックライト 3から出射される光の光束が細く絞られていることを表す。

[0088] この結果、図 11 (c)に示すように、バックライト 3の集光の程度が高いほど、液晶パネル 1の光利用効率が高まることが分かる。

[0089] このように、本実施の形態の液晶表示装置 10では、液晶パネル 1の前面側には、複数の非球面レンズ 4aを同一平面上に並設してなるレンチキュラーレンズ 4が設けられ、かつレンチキュラーレンズ 4の前面側には、各非球面レンズ 4aの光軸上に開口部 5aを有する遮光層 5が設けられている。

[0090] このため、バックライト 3から出射された光は液晶パネル 1を通り、レンチキュラーレンズ 4により集光されて外部に出射される。このとき、開口部 5aは、非球面レンズ 4aの光軸上に設けられているので、この開口部 5aを通る光は、液晶パネル 1に略垂直な光である。 [0091] 一方、バックライト 3から出射された光のうち、前記斜め光は液晶パネル 1から斜めに漏洩光として出射される力この斜めに出射された光は遮光層 5に当たり、遮光層 5の前面側に出てくることがない。

[0092] この結果、斜めから液晶パネル 1を見た場合に、従来存在していた漏洩光がほとんどなくなるので、従来のような斜め方向から見たときには表示が白っぽく見え、コントラストが低くなるという課題が解決される。また、表示面を正面方向から見た場合のコントラストと、斜め方向から見たときのコントラストとが均一化される。

[0093] したがって、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止し得る液晶表示装置 10を提供することができる。

[0094] なお、遮光層 5により、外光の液晶パネル 1への入射を防止することができる。した力つて、液晶パネル 1を明所で使用したときに、液晶パネル 1の例えば図示しない画素電極からの反射光によるコントラストの低下を防止することができる。

[0095] ところで、バックライト 3から出射された光のうち、斜め光は遮光層 5で遮られるとはいえ、本来、漏洩光であるので、消滅させる方が好ましい。この点、本実施の形態では、遮光層 5は光吸収性を有するので、遮光層 5に当たった光は、反射されずにそのまま遮光層 5に吸収される。したがって、遮光層 5に当たった光を消滅させることができ

[0096] なお、光吸収性を有する遮光層 5の形成方法として、レンチキュラーレンズ 4のレンズと反対側の平坦面に感光性の黒色樹脂を塗布し、レンチキュラーレンズ 4側から露光することによって、開口部 5aおよび遮光部 5bを形成するセルフアラインメント方式を採用すること力できる。

[0097] また、前記特許文献 2 (特開 2001— 113538号公報）に記載された方法を用いることもできる。この方法では、レンチキュラーレンズのレンズと反対側の平坦面に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂の露光部と非露光部とでの粘着性の有無を利用する。より具体的には、粘着性を有する非露光部に、黒色の転写層を転写したり、あるいは、黒色粉体を付着させることによって、遮光パターンを形成する。

[0098] 一方、開口部 5aを通過した光は、レンチキュラーレンズ 4を通した光であるので、レンズ層により拡散される方向以外の方向の光が少ない。したがって、レンズ層により拡散される方向以外の方向から見たときの表示が不十分となる可能性がある。

[0099] この点、本実施の形態では、遮光層 5の前面側には、光を拡散させる拡散層 6が設けられているので、開口部 5aを通過した光は、拡散層 6により拡散されて斜め方向にも広がる。したがって、開口部 5aを通過した光の斜め方向成分が増加するので、どの方向から見た場合でも表示が不十分となるとレ、うことがな!/、。

[0100] また、どの方向から見た場合の表示においても、液晶パネル 1を垂直に通過してきた光であるので、コントラストの高!/、表示となって!/、る。

[0101] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、凸面を有する非球面レンズ 4aをストライプ状に並べることによって、レンチキュラーレンズ 4を構成している。これにより、例えば左右方向についての光を絞ることができるので、左右方向について、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0102] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、開口部 5aは、非球面レンズ 4aに対応して形成され、かつ、非球面レンズ 4aと同様にストライプ状に形成されていることが好ましい。

[0103] これにより、例えば左右方向について、ノックライト 3から出射された光のうち、斜め光は液晶パネル 1から斜めに漏洩光として出射された後、遮光層 5に当たるので、遮光層 5の前面側に出てくることがない。したがって、左右方向について、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0104] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、液晶パネル 1とバックライト 3との間に、このバックライト 3からの光を液晶パネル 1へと導く複数の非球面レンズを並設したレンチキユラ一レンズ 21が設けられて!/、ること力 S好ましレ、。

[0105] これにより、バックライト 3から出射された光は、レンチキュラーレンズ 21にて集光された後、液晶パネル 1に入射される。したがって、バックライト 3から出射された光のうち、液晶パネル 1に斜めに入射される光が少なくなる。この結果、液晶パネル 1から斜めに漏洩光として出射される光を少なくすることができる。

[0106] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、マイクロレンズアレイ 40は、マイクロレンズ 40aからなつていると共に、遮光層 5の開口部 5a'は、マイクロレンズ 40aの形状に合わせた円形に形成されていることが好ましい。これにより、左右方向だけでなく、全ての斜め方向において、観測方位の違いで表示特性に差が発生することがなくなる。

[0107] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、ノックライト 3は、直下型の光源 32を備えていることが好ましい。これにより、直下型の光源 32を備えたバックライト 3を有する液晶表示装置 10において、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止すること力 Sでさる。

[0108] また、本実施の形態の液晶表示装置 10では、液晶パネル 1の動作モードは、垂直配向モードであることが好ましレ、。

[0109] これにより、 TNモードや水平配向モードの液晶に比べて、垂直配向モードの液晶の方が、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止することができ、コントラストを高めることができる。

[0110] なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、集光シート 2のレンチキュラーレンズ 21の凸面の方向性について説明をしなかった力例えば、図 12に示すように、レンチキュラーレンズ 4のストライプ状の凸面の稜線と、集光シート 2を構成するレンチキュラーレンズ 21のストライプ状の凸面の稜線とを、互いに直交させることが好ましい。

[0111] これにより、左右方向については、左右方向に広がった光を遮光層 5によって、略カットすることができ、上下方向については、レンチキュラーレンズ 21にて集光することができる。この結果、液晶パネル 1から出てくる光は集光されたもののみになるため視野角特性が向上する。

[0112] なお、通常は、上下方向よりも左右方向の視野角特性が重要であるため、レンチキユラ一レンズ 4は左右方向に拡散する向きに配置する、すなわち、レンチキュラーレンズ 4のストライプ状の凸面の稜線を表示画面の上下方向に合わせて配置するのが好ましい。また、光利用効率を向上させるためには、バックライト光を左右方向も集光させることが好ましい。

[0113] このように、本実施の形態の液晶表示装置 10では、液晶パネル 1とバックライト 3との間に、バックライト 3からの光を液晶パネル 1へと導く複数のレンズを同一平面上に並設してなるレンチキュラーレンズ 21が設けられていると共に、レンチキュラーレンズ 4の各非球面レンズ 4a及びレンチキュラーレンズ 21の各レンズはそれぞれ凸面を有する非球面レンズからなっており、レンチキュラーレンズ 4における縞状の凸面の稜線とレンチキュラーレンズ 21における縞状の凸面の稜線とは、互いに直交しているとすること力 Sでさる。

[0114] これにより、レンチキュラーレンズ 21にて、例えば、液晶パネル 1の左右方向とは直交する方向にっレ、てバックライト 3からの光を集光させる一方、レンチキュラーレンズ 4 にて、液晶パネル 1の左右方向について液晶パネル 1からの出射光を集光させることができる。

[0115] 本発明の液晶表示装置は、以上のように、液晶パネルと、上記液晶パネルの背面側から前面側に向けて光を照射するバックライトユニットと、上記液晶パネルの前面側に設けられ、該液晶パネルからの光を外部へと導くために複数のレンズを同一平面上に並設してなる第 1のレンズ層と、上記第 1のレンズ層の前面側に設けられ、上記各レンズの光軸上に開口部を有する遮光層とを含むものである。

[0116] それゆえ、観測方位の違いで表示特性に差が発生することを防止し得る液晶表示装置を提供すると!/、う効果を奏する。

[0117] 発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に記載する請求の範囲内にお!/、て、レ、ろ!/、ろと変更して実施することができるものである。

産業上の利用可能性

[0118] 本発明は、液晶パネルとバックライトユニットとを備えた液晶表示装置に適用できる

Claims

請求の範囲

[1] 液晶パネルと、

上記液晶パネルの背面側から前面側に向けて光を照射するバックライトユニットと、上記液晶パネルの前面側に設けられ、該液晶パネルからの光の一部を集光し外部へと拡散させる機能を 1つ 1つが有した複数の第 1のレンズを同一平面上に並設してなる第 1のレンズ層と、

上記第 1のレンズ層の前面側に設けられ、上記第 1のレンズの各光軸上に開口部を有する遮光層とを含む液晶表示装置。

[2] 前記遮光層は、光吸収性を有している請求項 1記載の液晶表示装置。

[3] 前記遮光層の前面側には、光を拡散させる拡散層が設けられている請求項 1記載の液晶表示装置。

[4] 前記第 1のレンズ層はストライプ状の凸面を有し、上記第 1のレンズのそれぞれは、当該凸面の 1つを有する非球面レンズである請求項 1記載の液晶表示装置。

[5] 前記遮光層の開口部は、上記非球面レンズの凸面に各々沿って、ストライプ状に形成されて!/、る請求項 4記載の液晶表示装置。

[6] 前記液晶パネルと前記バックライトユニットとの間に、該バックライトユニットからの光を液晶パネルへと導く複数の第 2のレンズを並設した第 2のレンズ層が設けられている請求項 1記載の液晶表示装置。

[7] 前記液晶パネルと前記バックライトユニットとの間に、該バックライトユニットからの光を液晶パネルへと導く複数の第 2のレンズを同一平面上に並設してなる第 2のレンズ層が設けられていると共に、

前記第 1のレンズ層及び上記第 2のレンズ層は、それぞれストライプ状の凸面を有し

、前記第 1のレンズおよび上記第 2のレンズは、それぞれ上記凸面の 1つを有する非球面レンズからなっており、

上記第 1のレンズ層におけるストライプ状の凸面の稜線と上記第 2のレンズ層におけるストライプ状の凸面の稜線とは、互いに直交していることを特徴とする請求項 1記載の液晶表示装置。

[8] 前記第 1のレンズは、それぞれマイクロレンズであり、前記遮光層の開口部は、マイクロレンズの形状に合わせた円形に形成されている請求項 1記載の液晶表示装置。

前記バックライトユニットは、前記液晶パネルの直下に配置された光源を備えてレ、る請求項 1記載の液晶表示装置。

前記液晶パネルの動作モードは、垂直配向モードである請求項 1記載の液晶表示装置。

前記第 2のレンズは、それぞれマイクロレンズである請求項 6記載の液晶表示装置前記開口部は、前記第 1のレンズの各焦点または各焦線に位置している請求項 1 記載の液晶表示装置。

前記第 1のレンズ層は、ストライプ状の凸面を有し、前記第 1のレンズのそれぞれは、当該凸面の 1つを有する非球面レンズであり、

上記凸面の稜線は、上記液晶パネルの表示面の上下方向に配列している請求項

1記載の液晶表示装置。

前記液晶パネルと前記バックライトユニットとの間に、該バックライトユニットからの光を液晶パネルへと導く複数の第 2のレンズを同一平面上に並設してなる第 2のレンズ層が設けられていると共に、

上記第 2のレンズ層は、ストライプ状の凸面を有し、前記第 2のレンズのそれぞれは、当該凸面の 1つを有する非球面レンズであり、

前記第 1のレンズ層のストライプ状の凸面の稜線と、上記第 2のレンズ層のストライプ状の凸面の稜線とは、互いに直交している請求項 13記載の液晶表示装置。