JP2003337335A

JP2003337335A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003337335A
Application number: JP2003066802A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hara; 和孝原
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】広い視野角を有すると共に、モアレ縞や干渉
縞が発生しない表示品位に優れた液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】バックライト１と、バックライト１から
入射された光を平行光化して出射するための平行光化手
段２と、平行光化手段２から出射された光を透過させる
液晶セル３と、液晶セル３を透過した光を拡散して視野
角を拡大する視野角拡大手段４とを備える液晶表示装置
１０であって、平行光化手段２は、表示面側からの光学
観察において、液晶表示装置１０を構成する他の光学部
材の規則的なパターン構造との間でモアレ縞や干渉縞等
を発生させ得る規則的なパターン構造を有さないことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、薄型化が可能で広い視野角を有する表示品位
に優れた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶表示装置の視野角を拡大
する方法として、バックライトを平行光化して液晶セル
に照射し、コントラストや色調の良好な正面近傍の透過
光のみを取り出し、これを拡散することにより、どのよ
うな角度から視認しても正面近傍と同じ質の表示を得る
方法が知られている。

【０００３】前記視野角拡大方法を適用する液晶表示装
置において、バックライトの平行光化技術が実用面での
種々の問題を有する。例えば、従来から知られているバ
ックライトの平行化技術（例えば、特許文献１及び特許
文献２参照）では、バックライトが分厚くなったり、光
利用効率が悪い、コストが高くなる等の理由により、実
用化するには問題が多かった。

【０００４】ここで、図５に示すように、通常のＴＮ
（Twisted Nematic）液晶表示装置（視野角拡大手段を
適用していない液晶表示装置）において、高コントラス
トが得られる領域は、正面±２０度程度の範囲でしかな
い。正面近傍の良好な表示品位を有する光のみを拡大す
る方法としては、バックライトから出射される光の平行
度を±２０度以内に絞り込み、正面近傍の透過光を液晶
セル透過後に拡散手段で広げ、視野角を拡大する方法が
挙げられる。

【０００５】バックライトに平行光化手段としてプリズ
ム集光シート（例えば、３Ｍ社製ＢＥＦ（Brightness E
nhance Film））を用いた場合、平行度は±４０度程度
が限界である。バックライトを構成する導光体の形状に
よる平行光化も±４０度程度に留まり、これらを液晶表
示装置の視野角拡大手段として使用するには能力不足で
あった。また、ＢＥＦのように、表面凹凸と空気との屈
折率差によって光を曲げるプリズム効果に頼った光学系
では、粘着剤や接着剤を介した積層が不可能であり、必
ず空気界面を必要とする。従って、組立て工程におい
て、空気界面に埃やゴミを挟み込んだり、表面に傷が付
いたりするという問題があった。

【０００６】また、従来から存在する平行光化手段とし
て、図６に示すような遮光ルーバーフィルム（例えば、
３Ｍ社製ライトコントロールフィルム）を用いた場合に
は、吸収損失が大きく、明るさに問題があった。

【０００７】例えば、図６（ｂ）に示すように、遮光ル
ーバーフィルム２０を構成する各遮光ルーバー（黒色に
着色され光を吸収する矩形片）５の幅Ｗが１３μｍで、
各遮光ルーバー５の配置間隔Ｐが２５０μｍである場
合、遮光ルーバーフィルム２０の最大透過率（フィルム
２０の厚み方向に平行光線を垂直に入射させたときの透
過率）は９５％（２５０／（２５０＋１３）＝０．９
５）となる。しかし、遮光ルーバーフィルム２０透過後
の平行度を±２０度とするには、図６（ａ）に示す遮光
ルーバー５の厚みＴを６８０μｍとする必要がある（透
過光の平行度は、配置間隔Ｐ及び厚みＴで決まる）。さ
らに遮光ルーバー５の長手方向に平行な光を平行化する
には、図６（ｃ）に示すように、互いに配列方向が直交
する２枚のフィルム２０を積層する必要があり、結局、
全体として約１．４ｍｍの厚みが必要となる。この場合
の最大透過率は、９０％程度確保でき、平行度も良好で
あるが、厚みが大きくなるという欠点を有する。

【０００８】また、各遮光ルーバー５の厚みＴ及び配置
間隔Ｐが共に１３μｍである場合、最大透過率は５０％
となり、透過光の平行度を±２０度とするには、厚みＴ
は３５μｍとなり、フィルム２０を２枚積層することに
より全体として７０μｍの厚みとなる。しかし、２枚積
層後の透過率は２５％まで低下する。

【０００９】同様にして、各遮光ルーバー５の厚みＴが
１３μｍ、配置間隔Ｐが２５０μｍ、厚みが１００μｍ
である場合、最大透過率は９５％となり、２枚積層して
も最大透過率９０％を維持でき、全体の厚みも２００μ
ｍとなるが、透過光の平行度は約±５０度となって、平
行光が得られないことになってしまう。

【００１０】以上に説明したように、平行光化手段とし
て遮光ルーバーフィルムを用いる場合には、厚み、透過
率（明るさ）、平行度のいずれかを犠牲にしなければな
らず、実用上の問題が多かった。

【００１１】ここで、ノート型のパーソナルコンピュー
タや、携帯電話に使用される液晶表示装置に用いる平行
光化手段の厚みは２００μｍ以下であることが好まし
く、１００μｍ以下であることがより好ましい。

【００１２】斯かる観点からすれば、ミラー、レンズ、
プリズム、導光体等によって構成される平行光手段は、
厚みや重量の増大が著しく、プロジェクタ等の特殊用途
以外では有効な手段とはならなかった。

【００１３】従って、液晶表示装置の良好な視野角特性
を得られる範囲内、つまり約±２０度以内にバックライ
トの出射光を絞り込むと共に、吸収損失を少なくし得る
薄いフィルム状の平行光化手段が望まれている。

【００１４】また、前述した遮光ルーバーフィルムや、
マイクロレンズアレイ、マイクロプリズムアレイ等を用
いた平行光化手段では、それらの手段の微細なパターン
構造と液晶セルの画素との間でモアレ縞が発生し、良好
な表示を得難いという問題もある。つまり、平行光化手
段のプリズムの繋ぎ目やレンズの間隙等からは光が出射
しないため、出射光に面内濃淡が規則的に生じ、これが
液晶セルの画素との間でモアレ縞を発生させることにな
る。モアレ縞防止のために、平行光化手段の出射側に拡
散手段を挿入することも可能であるが、これにより平行
度が劣化するという問題がある。平行光化手段と液晶セ
ルの画素間に生じる干渉縞についても同様である。

【００１５】また、仮に、液晶セルの画素と平行光化手
段との間のモアレ縞や干渉縞を、それぞれのパターン構
造の規則性（周期）を変えて緩和したとしても、液晶セ
ルの表示面側に配置される視野角拡大手段のパターン構
造と、平行光化手段のパターン構造との間でモアレ縞や
干渉縞が発生する場合もあった。つまり、視野角拡大手
段にもマイクロレンズアレイや、マイクロプリズム等の
ような規則性を有するパターン構造を用いた場合、当該
視野角拡大手段のパターン構造と、平行光化手段のパタ
ーン構造との間でモアレ縞や干渉縞が発生する場合があ
った。

【００１６】液晶セルの画素との間におけるモアレ縞や
干渉縞の発生を防ぐためには、視野角拡大手段のパター
ン構造のサイズや配置方法の工夫が必要であるが、斯か
るモアレ縞や干渉縞の発生を防ぐための設計は、平行光
化手段における液晶セルの画素とのモアレ縞や干渉縞を
防ぐための設計と同じである。従って、モアレ縞や干渉
縞の発生を防止した部材同士、つまり視野角拡大手段と
平行光化手段同士が、再びモアレ縞や干渉縞を引き起こ
し易いという問題があった。

【００１７】例えば、平行光化手段として、液晶セルの
画素との間にモアレ縞や干渉縞を発生させない程度の大
きさを有するパターン構造を採用すると、視野角拡大手
段も同様にして液晶セルの画素との間にモアレ縞や干渉
縞を発生させない大きさのパターン構造を採用するの
で、両手段のパターン構造同士は、ちょうどモアレ縞や
干渉縞を発生させ得る大きさとなってしまう。両手段の
配置方法（角度や配列等）の工夫についても同様であ
り、モアレ縞や干渉縞を発生させないという観点から許
容できる設計の範囲が狭い、つまり、両手段として選択
できる光学系の範囲が著しく狭いという問題があった。

【００１８】また、平行光化手段としてホログラムを利
用する提案もなされている（例えば、特許文献３参
照）。しかしながら、ホログラム系材料では、垂直入射
光を透過させ、斜め入射光は散乱させることにより、斜
め方向の出射光の透過率を低下させる程度の効果しかな
く、拡散光源（バックライト）に配置した場合、指向性
の高い集光を得ることは困難である。また、ホログラム
系材料は柔軟で応力変形を受け易いため、光学的な信頼
性に乏しいという問題もある。

【００１９】以上に説明したように、平行光化手段と、
視野角拡大手段とを備えた従来の液晶表示装置は、両手
段の微細なパターン構造に起因する光学的な問題から、
設計の選択肢が狭く、表示品位の優れた表示を可能とす
る実用化は困難であるという問題があった。

【００２０】

【特許文献１】特開平１０−３３３１４７号公報

【特許文献２】特開平１０−２５５５２８号公報

【特許文献３】米国特許第４９８４８７２号明細書

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、斯かる従来
技術の問題点を解決するべくなされたものであり、広い
視野角を有すると共に、モアレ縞や干渉縞が発生しない
表示品位に優れた液晶表示装置を提供することを第１の
課題とする。また、薄型化が可能な液晶表示装置を提供
することを第２の課題とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るべく、本発明は、請求項１に記載の如く、バックライ
トと、前記バックライトから入射された光を平行光化し
て出射するための平行光化手段と、前記平行光化手段か
ら出射された光を透過させる液晶セルと、前記液晶セル
を透過した光を拡散して視野角を拡大する視野角拡大手
段とを備える液晶表示装置であって、前記平行光化手段
は、表示面側からの光学観察において、液晶表示装置を
構成する他の光学部材の規則的なパターン構造との間で
モアレ縞や干渉縞等を発生させ得る規則的なパターン構
造を有さないことを特徴とする液晶表示装置を提供する
ものである。

【００２３】請求項１に係る発明によれば、液晶セルに
対して平行光化した光を出射する平行光化手段と、液晶
セルを透過した光を拡散して視野角を拡大する視野角拡
大手段とを備えるため、広い視野角を有する液晶表示装
置が提供される。また、平行光化手段が、表示面側から
の光学観察において、液晶表示装置を構成する他の光学
部材（液晶セルや視野角拡大手段等）の規則的なパター
ン構造との間でモアレ縞や干渉縞等を発生させ得る規則
的なパターン構造を有さないため、モアレ縞や干渉縞が
発生しない表示品位に優れた液晶表示装置が提供され
る。

【００２４】好ましくは、さらに前記第２の課題をも解
決するべく、本発明は、請求項２に記載の如く、前記平
行光化手段は、バンドパスフィルタとされる。

【００２５】請求項２に係る発明によれば、バンドパス
フィルタの透過波長帯域を最適化することにより、正面
方向に向かって平行光化した光のみを透過させることが
可能となる。また、バンドパスフィルタは、蒸着材料を
多層積層すること等により形成されるため、液晶表示装
置を構成する他の光学部材の規則的なパターン構造との
間でモアレ縞や干渉縞等を発生させ得る規則的なパター
ン構造を有さないものである。さらに、蒸着材料等は薄
層化できるため、バンドパスフィルタの厚みを薄型化で
き、ひいては、液晶表示装置の薄型化も可能であるとい
う優れた利点を有する。

【００２６】前記バンドパスフィルタは、請求項３に記
載の如く、コレステリック液晶ポリマー材料を使用して
形成することができる他、請求項４に記載の如く、蒸着
材料を多層積層して形成したり、請求項５に記載の如
く、それぞれ屈折率の異なる樹脂材料を多層積層して形
成することも可能である。

【００２７】前述のように、樹脂材料を多層積層してバ
ンドパスフィルターを形成する場合、請求項６に記載の
如く、前記樹脂材料は、多層押出しした後、延伸するこ
とによって多層積層したり、請求項７に記載の如く、薄
膜塗工によって多層積層することが可能である。

【００２８】好ましくは、前記平行光化手段は、請求項
８に記載の如く、厚みが２００μｍ以下とされ、これに
より当該平行光化手段を備えた液晶表示装置の厚みを薄
型化することが可能である。なお、前記平行光化手段の
厚みは、より好ましくは１００μｍ以下とされ、さらに
好ましくは５０μｍ以下とされる。

【００２９】好ましくは、請求項９に記載の如く、前記
平行光化手段から出射される光の平行度は±２０度以内
とされ、これにより、通常のＴＮ液晶表示装置における
高コントラストが得られる領域を有効利用することが可
能である。なお、前記光の平行度は、より好ましくは±
１５度以内とされ、さらに好ましくは±１０度以内とさ
れる。

【００３０】好ましくは、請求項１０に記載の如く、前
記バックライトの光源は、輝線スペクトルを有するもの
とされ、具体的には、請求項１１に記載の如く、３波長
冷陰極管や、請求項１２に記載の如く、発光ダイオード
や、請求項１３に記載の如く、エレクトロルミネッセン
ス素子が光源として使用可能である。

【００３１】好ましくは、請求項１４に記載の如く、前
記視野角拡大手段は、実質的に後方散乱を生じさせず、
且つ実質的に偏光状態を解消しない拡散板とされる。

【００３２】請求項１４に係る発明によれば、視野角拡
大手段が、実質的に後方散乱を生じさせないため、当該
視野角拡大手段による透過率の低下を防止できると共
に、実質的に偏光状態を解消しないため、液晶セルに近
接して（例えば、液晶セルと、当該液晶セルの表示面側
の偏光板との間に）配置することが可能であり、これに
より、液晶セルの画素のにじみ等の影響を防止すること
が可能である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の
一実施形態に係る液晶表示装置の主要部の概略構成を示
す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態に係
る液晶表示装置１０は、バックライト１と、バックライ
ト１から入射された光を平行光化して出射するための平
行光化手段２と、平行光化手段２から出射された光を透
過させる液晶セル３と、液晶セル３を透過した光を拡散
して視野角を拡大する視野角拡大手段４とを備えてい
る。

【００３４】バックライト１は、例えば、３波長冷陰極
管の他、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス素
子等の輝線スペクトルを有する光源とされており、平行
光化手段２に対して面状に光を出射するように構成され
ている。なお、バックライト１としては、図１に示すよ
うないわゆる直下型の他、光源を側方に配置し、導光体
を介して面状に出射するように構成したいわゆるサイド
ライト型とすることも可能である。

【００３５】平行光化手段２は、表示面側（図１の紙面
上方側）からの光学観察において、液晶表示装置１０を
構成する他の光学部材（液晶セル３や視野角拡大手段４
等）の規則的なパターン構造との間でモアレ縞や干渉縞
等を発生させ得る規則的なパターン構造を有さないもの
とされており、本実施形態では、バンドパスフィルタ
（以下、平行光化手段２のことをバンドパスフィルタ２
という）とされている。

【００３６】バンドパスフィルタ２は、例えば、特願２
００１−６０００５号や特願２０００−２８１３８２号
に開示されているように、コレステリック液晶ポリマー
材料を使用し、コレステリック液晶の選択反射の角度依
存性を利用して形成することができる。斯かるバンドパ
スフィルタ２によれば、バックライト１からの出射光を
吸収損失を伴うことなく平行光化することが可能であ
る。

【００３７】また、同様の機能は、蒸着材料や、それぞ
れ屈折率の異なる樹脂材料を透明基材に多層積層するこ
とによって形成されたバンドパスフィルタ２によっても
実現可能である。

【００３８】このように、バンドパスフィルタ２を利用
したバックライト１の出射光の平行光化によれば、従来
に比べ、平行度の高い光を容易に得られるという特徴を
有する。特に、バックライト１の光源が、３波長冷陰極
管のように輝線スペクトルを有する光源とされている場
合、バンドパスフィルタ２の透過波長帯域を前記輝線ス
ペクトルに応じて最適化することで、正面方向へ平行光
化した光のみを透過させることが可能となる。また、バ
ンドパスフィルタ２は、本質的に光吸収の無いフィルタ
であり、反射された非平行光（斜め入射光）は、バック
ライト１に戻され、バンドパスフィルタ２に向かって再
反射し、その再反射光の正面方向成分のみがバンドパス
フィルタ２を透過することになる。従って、以上の動作
が繰り返される所謂光リサイクル効果により、バンドパ
スフィルタ２を透過する正面方向（垂直方向）の光の輝
度が高まり高効率で平行光を出射することが可能とな
る。

【００３９】また、前述のように、バンドパスフィルタ
２として、コレステリック液晶による円偏光選択反射を
利用すると、特願２００１−６０００５号や特願２００
０−２８１３８２号に開示されているように、バンドパ
スフィルタ２を透過した平行光は円偏光となり、これを
１／４波長板で直線偏光化すれば、吸収損失の実質的に
存在しない高効率平行光化を達成することができる。

【００４０】また、上記のような構成のバンドパスフィ
ルタ２は、面内の微細なパターン構造が視認されること
はなく、液晶セル３の画素や視野角拡大手段４の他、ブ
ラックマトリクス（図示せず）や、液晶表示装置１０の
最外面に備えられたグレア処理層（図示せず）等の他の
光学部材と間で、モアレ縞や干渉縞を発生させることな
く、優れた表示品位が得られると共に、視野角拡大手段
４の設計範囲を著しく広げられるという利点を有する。

【００４１】さらに、従来のマイクロレンズアレイやマ
イクロプリズムアレイ等を用いた平行光化手段と比べ、
バンドパスフィルタ２の薄膜層の厚みは、基材を除けば
数μｍ〜数十μｍ程度であり、極めて薄型化の設計が容
易である。また、空気界面を必要としないので、バック
ライト１等に貼着して使用することも可能であり、この
場合には、ハンドリングの点で大きな利点を得ることが
できる。

【００４２】より具体的には、コレステリック液晶ポリ
マーを材料を用いたバンドパスフィルタ２の場合、前記
材料に組み合わせる位相差板として、通常の延伸フィル
ム（厚み５０μｍ）を２枚用い、これらを粘着材で積層
しても、総計１５０μｍ程度の厚みである。また、前記
位相差板を液晶ポリマー材料で形成し、各層間を直接接
着する場合であれば、５０μｍ程度にまで薄型化するこ
とが可能である。蒸着材料を用いたバンドパスフィルタ
２の場合、基材を除けば３μｍ程度にまで薄型化するこ
とが可能である。

【００４３】視野角拡大手段４は、平行光化手段２によ
って得られた正面近傍の良好な表示特性の光を液晶セル
３透過後に拡散し、全視野角内で均一で良好な表示品位
を得るために設けられる。視野角拡大手段４としては、
光を拡散させる機能を有する拡散板であれば種々の形態
のものを適用可能であるが、特開２０００−３４７００
６号公報や特開２０００−３４７００７号公報に開示さ
れているような実質的に後方散乱を生じさせない拡散板
（拡散粘着層）を用いるのが好ましい。実質的に後方散
乱を生じさせない拡散板を使用すれば、視野角拡大手段
４による透過率の低下を防止できると共に、液晶セル３
の表示面側から侵入した外光（室内照明や日光）が当該
拡散板で後方に（つまり表示面側に）散乱することな
く、コントラストの低下を抑制できるという利点を有す
る。斯かる特性を有する液晶表示装置１０は、液晶表示
装置１０の向きを変え、表示画面の縦横方向を変えて視
認することが多いＤＴＰ（デスクトップパブリッシン
グ）用途の他、デジタルカメラやビデオカメラ等の液晶
表示装置として好適である。

【００４４】また、視野角拡大手段４は、液晶セル３の
表示面側である限りにおいて、液晶セル３の表示面側に
配置された偏光板（図示せず）の表裏面何れでも配置可
能である。ただし、液晶セル６の画素のにじみ等の影響
や、僅かに残り得る後方散乱に起因したコントラスト低
下を防止する観点から、前記偏光板と液晶セル３との間
（つまり偏光板の裏面側）であって、可能な限り液晶セ
ル３の近傍に配置することが好ましい。また、斯かる配
置を採用した場合には、視野角拡大手段４は、実質的に
偏光状態を解消しないものとするのが好ましく、例え
ば、前述した特開２０００−３４７００６号公報や特開
２０００−３４７００７号公報に開示されたような微粒
子分散型拡散板（拡散粘着層）（ヘイズ８０％〜９０％
程度）を用いるのが好ましい。

【００４５】さらに、視野角拡大手段４としては、従来
から存在するマイクロレンズアレイフィルムや、ホログ
ラムフィルムのように、内部に規則的なパターン構造を
有するものを採用することも可能である。この場合、従
来であれば、液晶表示装置を構成するブラックマトリク
スや、従来の平行光化手段を構成するマイクロレンズア
レイ、プリズムアレイ、遮光ルーバー、マイクロミラー
アレイ等のパターン構造との間でモアレ縞や干渉縞を生
じ易かった。しかしながら、前述したように、本実施形
態に係る平行光化手段としてのバンドパスフィルタ２
は、面内の微細なパターン構造が視認されることなく、
バンドパスフィルタ２からの出射光に規則性変調が無い
ので、視野角拡大手段４との相性や配置順序を考慮する
必要は無い。従って、視野角拡大手段４としては、平行
光化手段４以外の光学部材（ブラックマトリクス等）と
の間でモアレ縞や干渉縞を発生させなければ、任意の形
態を選択することが可能である。

【００４６】なお、視野角拡大手段４として、ホログラ
ム材料のような光拡散性に異方性を有する材料から形成
した拡散板を用いた液晶表示装置１０の場合には、上下
左右の視野角特性を選択的に改善できるので、例えば、
横長画面のテレビの液晶表示装置として好適である。

【００４７】以下、バンドパスフィルタ２の詳細につい
て説明する。

【００４８】バンドパスフィルタ２は、真空蒸着、スパ
ッタリング、電子ビーム共蒸着（ＥＢ）、樹脂薄膜塗工
等による多層積層によって形成されたり、多層押出しし
た樹脂材料の延伸フィルムを使用したり、或いは、これ
らバンドパスフィルタの積層体を鱗片状に粉砕し、当該
粉砕片を樹脂中に包埋して形成される等、それぞれ屈折
率の異なる物質の薄膜積層等によって形成される。以
下、より具体的に説明する。

【００４９】（１）蒸着材料からなる薄膜を積層してバ
ンドパスフィルタを形成する場合高屈折率材料として、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＺｎＳ等の金
属酸化物や誘電体を、低屈折率材料として、ＳｉＯ₂、
ＭｇＦ₂、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＣａＦ₂等の金属酸化物や誘電
体をそれぞれ使用し、これら屈折率のそれぞれ異なる材
料を透明基材上に蒸着によって積層することによりバン
ドパスフィルタ２を形成することができる。

【００５０】（２）樹脂組成物からなる薄膜を積層して
バンドパスフィルタを形成する場合例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリカーボネート、ビニルカルバゾール、
臭素化アクリレートに代表されるハロゲン化樹脂組成物
や、高屈折率無機材料超微粒子包埋樹脂組成物等の高屈
折率樹脂材料と、３フッ素エチルアクリレート等に代表
されるフッ素樹脂材料や、ポリメチルメタアクリレート
に代表されるアクリル樹脂等の低屈折率樹脂材料とを使
用し、これら屈折率のそれぞれ異なる材料を透明基材上
に積層することによりバンドパスフィルタ２を形成する
ことができる。

【００５１】（３）液晶ポリマー材料を使用してバンド
パスフィルタを形成する場合例えば、リオトロピック液晶やサーモトロピック液晶に
よって、コレステリック螺旋構造からなる選択反射を得
る薄膜を透明基材上に形成する。斯かる薄膜にＵＶ重
合、乾燥、熱硬化等の処理を施して、前記構造を固定化
し、バンドパスフィルタを形成する。

【００５２】また、前記（１）〜（３）で使用する透明
基材の材料については特に限定はないが、一般的には、
ポリマーやガラス材料が使用される。ポリマーの例とし
ては、２酢酸セルロースや３酢酸セルロース等のセルロ
ース系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエ
チレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ポリ
オレフィン系やポリカーボネート系のポリマー等が用い
られる。

【００５３】なお、バンドパスフィルタ２とバックライ
ト１との間に、いわゆる反射偏光子（液晶セル３のバッ
クライト側に配置された偏光板の偏光面と直交する偏光
面を有する光を反射する）を配置し、バンドパスフィル
タ２の透過光量を増大させる場合には、前記透明基材と
して、位相差の少ない３酢酸セルロース、無延伸ポリカ
ーボネート、無延伸ポリエチレンテレフタレート、又
は、ＡＲＴＯＮやゼオノア等のフィルムを用いるのが好
ましい。

【００５４】次に、バンドパスフィルタ２における選択
透過波長の設定について、詳細に説明する。

【００５５】本実施形態に係るバンドパスフィルタ２
は、バックライト１の発光スペクトルにおけるピーク波
長に相当する波長で最大透過率を示す（最大透過率を示
す波長を最大透過波長という）一方、当該最大透過波長
より長波長側にカット率５０％以上の反射波長（反射率
が５０％以上となる波長）を有するように設定されてい
る。

【００５６】ここで、反射波長と最大透過波長との差に
応じて、後述するように、バンドパスフィルタ２を透過
する光の平行度が異なることになり、前記差を目的に応
じて任意に設定することができる。

【００５７】つまり、バンドパスフィルタ２への光の入
射角θに応じたカット率５０％以上の反射波長は、以下
の式（１）により近似的に導かれる。 λ２＝λ１×（１−（ｎ０／ｎｅ）²×ｓｉｎ²θ）^1/2・・・（１）ここで、λ１は垂直入射光を５０％以上反射する反射波
長の値を、λ２は入射角θの光を５０％以上反射する反
射波長の値を、ｎ０は外部媒体の屈折率（空気界面の場
合には１．０）を、ｎｅはバンドパスフィルタ２の有効
屈折率を、θは入射角をそれぞれ示す。

【００５８】上記式（１）より、例えば、バックライト
１の発光スペクトルにおけるピーク波長５４５ｎｍに対
し、反射波長λ１＝５５５ｎｍ、バンドパスフィルタ２
の有効屈折率をｎｅ＝２．０とし、空気界面を残して配
置すれば、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θ
は、およそ約±２２度となる。つまり、入射角θが約±
２２度の範囲内であれば、５０％以上の透過率を得るこ
とができる（逆に入射角θが約±２２度の範囲外であれ
ば、λ２＜５４５ｎｍとなり、当該λ２より長波長側と
なる前記バックライト１のピーク波長５４５ｎｍの光
は、バンドパスフィルタ２を５０％以上透過しないとい
うことになる）。同様にして、反射波長λ１＝５４７ｎ
ｍとすると、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θ
は約±１０度となり、反射波長λ１＝５４５．５ｎｍと
すると、反射波長λ２＝５４５ｎｍとなる入射角θは約
±５度程度となる。

【００５９】このようにして、バンドパスフィルタ２の
最大透過波長（バックライト１の発光スペクトルにおけ
るピーク波長）と、反射波長λ１とを設定することによ
り、バンドパスフィルタ１を透過する光の平行度を自由
に制御することができる。

【００６０】なお、バックライト１の発光スペクトルに
おけるピーク波長が複数存在する場合には、各波長に対
して同様の設定を行なえばよい。例えば、３波長冷陰極
管を光源とするバックライト１の場合、青色光について
４３５ｎｍ、緑色光について５４５ｎｍ、赤色光につい
て６１０ｎｍのピーク波長を有することが多く、各ピー
ク波長に対応してバンドパスフィルタ２の反射波長λ１
の設定を行えば良い。

【００６１】具体的には、上記例の場合、反射波長λ１
を、青色光について４３６．６ｎｍ、緑色光について５
４７ｎｍ、赤色光について６１２．３ｎｍにそれぞれ設
定すれば、色に関わらず入射角θは約±１０度になる。
つまり、色に関わらず、正面より±１０度の範囲内にバ
ンドパスフィルタ２を透過する光の平行度を制御するこ
とが可能である。

【００６２】なお、バンドパスフィルタ２における各波
長毎の最大透過率は、膜質の設計によって変更すること
ができるが、透過光の色調を整えるには、バックライト
１を形成する光源の各色の蛍光体の配合量を調整した
り、或いは、前記各波長毎の最大透過率に適合したバッ
クライト１としたり、或いは、バックライト１を形成す
る光源（複数の発光ダイオード）の各発光ダイオードへ
の供給電力を調整することにより、前記各波長毎の最大
透過率に適合したバックライト１の発光スペクトル強度
にすることが可能である。

【００６３】また、コレステリック液晶ポリマー材料を
使用して形成したバンドパスフィルタ２の場合、コレス
テリック液晶における選択反射の角度特性は、特願２０
０１−６０００５号や特願２０００−２８１３８２号に
開示されているように、選択反射する光の波長帯域Δλ
は、コレステリック液晶の平均屈折率の差Δｎによっ
て、以下の式（３）により導かれる。 Δλ＝Δｎ×Ｐ×ｃｏｓθ ・・・（３）ここで、Ｐはコレステリック液晶螺旋構造のピッチ間隔
を、θは入射角をそれぞれ示す。従って、上記式（３）
に基づき、前述したバンドパスフィルタの場合と同様
に、透過光の平行度を設計、制御することが可能であ
る。

【００６４】なお、バンドパスフィルタ２と、バックラ
イト１との間には、所定の拡散板（図示せず）を配置す
ることが好ましい。前記拡散板を配置すれば、バンドパ
スフィルタ２に斜め入射し、反射された光が当該拡散板
によって散乱し、当該散乱光の一部（バンドパスフィル
タ２に対して垂直に入射する成分）を再利用することが
できるため、バックライト１から出射した光の利用効率
を高めることが可能である。このような拡散板として
は、表面に凹凸形状を形成し光を拡散する機能を奏する
ようにしたものの他、屈折率が異なる微粒子を樹脂中に
包埋する方法等によっても形成することができる。ここ
で、特に、前記拡散板とバックライト１とを近接して配
置する場合、前記拡散板とバックライト１との間隙にお
ける光の干渉によりニュートンリングが生じるおそれが
ある。従って、バックライト１に面する側の表面が凹凸
形状を有するように拡散板を形成すれば、前記ニュート
ンリングの発生が抑制され、バックライト１の質を維持
することが可能である。なお、バンドパスフィルタ２の
バックライト１側の面に、ニュートンリング発生抑止の
ための表面凹凸形状と、光拡散機能とを兼ね備えた層を
形成しても良い。

【００６５】なお、バンドパスフィルタ２は、液晶セル
３及びバックライト１のいずれの側に貼着しても、その
光学機能を発揮させることが可能である。例えば、バン
ドパスフィルタ２の光学機能面（基材側と反対側の面）
を接着剤や粘着剤を介して液晶セル３に貼着する一方、
バンドパスフィルタ２の基材を空気界面に露出させるこ
とで、光学機能面を保護することができる。また、光学
機能面を接着剤や粘着剤を介してバックライト１に貼着
することによっても、同様にして光学機能面を保護する
ことが可能である。

【００６６】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示すことにより、
本発明の特徴をより一層明らかにする。

【００６７】（実施例１）ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の蒸着薄膜
を、厚み５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィル
ムを基材として、表１に示す設計値で１５層積層し（総
計厚みは約５３μｍ）、図２に示す透過分光特性を有す
るバンドパスフィルタを作製した。

【表１】

【００６８】通常の無指向性バックライト（用いた冷陰
極光源の発光スペクトルを図２に示す）を構成する導光
体上に拡散板を配置し、さらにその上に前記バンドパス
フィルタを配置したところ、バンドパスフィルタを透過
した光は±２０度の正面近傍に平行光化することが分か
った。

【００６９】さらに、前記光学系を図５に示す視野角特
性を有するＴＦＴ液晶パネルと組み合わせた。より具体
的には、ハンドリング性を考慮し、バンドパスフィルタ
の蒸着面側を液晶パネルの光源側偏光板に、アクリル系
粘着剤（日東電工社製Ｎｏ．７、厚み２５μｍ）を用い
て貼着した。このように、蒸着面側を液晶パネルに貼着
することにより、蒸着面での傷の発生等が防止され、ハ
ンドリング性が向上した。

【００７０】以上の構成により、良好な表示領域のみの
光を取り出すことができた。そこで、ＴＦＴ液晶パネル
の表示面側偏光板の粘着材（視野角拡大手段に相当）と
して、ヘイズ８８％の光拡散性粘着材（日東電工社製フ
ロントディフューザー、厚み約３０μｍ（アクリル系粘
着材（屈折率１．４７）に対して、ＳｉＯ２系真球粒子
Φ４μｍを分散したもの））を配置した。これにより得
られた液晶表示装置の視野角特性を図３に示す。図３に
示すように、視野角が拡大し、良好な視認領域が拡張さ
れることが分かった。

【００７１】（実施例２）低屈折率樹脂材料としてフッ
素系アクリレート樹脂（日産化学社製ＬＲ２０２Ｂ）
を、高屈折率樹脂材料として無機高屈折率超微粒子含有
アクリレート樹脂（ＪＳＲ製デソライト）をそれぞれ使
用し、これらを基材（富士フィルム社製ＴＡＣフィルム
（ＴＤ−ＴＡＣ））上に、多層薄膜塗工によって、表２
に示す設計値で合計２１層積層し、図４に示す透過分光
特性を有するバンドパスフィルタを作製した。換言すれ
ば、低屈折率樹脂としてフッ素系ゾルゲル膜（ｎｄ＝
１．４）を、高屈折率樹脂としてＺｒＯ₂超微粒子含有
ハードコート樹脂（ｎｄ＝１．７）をそれぞれ使用し、
これらを厚み８０μｍのＴＡＣフィルムを基材として多
層薄膜塗工することにより、バンドパスフィルタを作製
した。

【表２】

【００７２】また、前記バンドパスフィルタにおけるバ
ックライト側の面に、φ４μｍの真球状メラミン樹脂微
粒子を含有したアクリル系ハードコート樹脂を塗工し、
ニュートンリング発生抑止のための表面凹凸形状と、拡
散機能とを兼ね備えた層を形成した。前記層の付与によ
って、バックライト側に拡散板の配置が不要となると共
に、バンドパスフィルタの表面硬度が向上し、ハンドリ
ング特性が著しく向上した。

【００７３】前記バンドパスフィルタを通常の無指向性
バックライト上に配置したところ、実施例１と同様に、
バンドパスフィルタを透過した光は±２０度の正面近傍
に平行光化し、液晶セルから良好な表示領域のみの光を
取り出すことができた。

【００７４】さらに、液晶セルの表示面側に、視野角拡
大手段として３０μｍピッチのプリズムシートアレイを
配置した。ここで、前記プリズムシートアレイは、ブラ
ックマトリクスとの間におけるモアレ縞発生を防止する
ため、約１５度の傾斜をもって配置した。

【００７５】以上の構成では、平行光化手段として、バ
ンドパスフィルタを使用しているため、平行光の明るさ
の規則変調が存在しない。従って、視野角拡大手段の配
置は、ブラックマトリクスとの関係のみを考慮すれば良
く、簡易に配置を決定することができると共に、±５０
度の範囲で階調反転のない良好な表示品位を得ることが
できた。

【００７６】（実施例３）まず、３波長冷陰極管の発光
スペクトル４３５ｎｍ、５４５ｎｍ、６１０ｎｍに対
し、選択反射波長帯域が４４０ｎｍ〜４９０ｎｍ、５５
０〜６００ｎｍ、６１５〜７００ｎｍで右円偏光を反射
する選択反射円偏光フィルム１を作製した。

【００７７】前記フィルム１の作製に際しては、欧州特
許出願公開第８３４７５４号明細書の記載を参酌して、
選択反射中心波長がそれぞれ４８０ｎｍ、５５０ｎｍ及
び６５５ｎｍとなるように、３種の液晶混合物を作製し
た。具体的には、まず、下記の化学式１で表されるネマ
チックモノマーＡと、下記の化学式２で表されるカイラ
ルモノマーＢ（欧州特許出願公開第８３４７５４号明細
書に記載されたものとは鏡像対称になる）とを、それぞ
れ合成した。

【化１】

【化２】

【００７８】次に、前記液晶組成物ＡとＢとを各選択反
射中心波長に応じて、以下の混合比で混合した。すなわ
ち、選択反射中心波長４８０ｎｍに対しては、組成物Ａ
／組成物Ｂ＝９．８１で、選択反射中心波長５６０ｎｍ
に対しては、組成物Ａ／組成物Ｂ＝１１．９で、選択反
射中心波長６５５ｎｍに対しては、組成物Ａ／組成物Ｂ
＝１４．８で、それぞれ混合した。

【００７９】上記各混合物は、それぞれテトラヒドロフ
ラン３３重量％溶液とし、６０℃の環境下にて窒素パー
ジして、反応開始剤（アゾビスイソブチロニトリル）を
０．５重量％添加し、重合処理を行った。これにより得
られた重合物は、ジエチルエーテルによって再沈分離し
精製した。

【００８０】前記重合物を塗工する基材としては、厚み
７５μｍのＰＥＴフィルムを用いた。この基材表面に
は、ＰＶＡ層を約０．１μｍ塗工し、レーヨン製のラビ
ング布でラビングを行った。

【００８１】前記重合物を塩化メチレン１０重量％溶液
として、乾燥時の厚みが約１μｍになるように前記基材
上にワイヤーバーで塗工した。塗工後、１４０℃で１５
分乾燥させた。この乾燥処理終了後、液晶を室温にて冷
却固定することにより、液晶薄膜を得た。

【００８２】上記の各混合比で重合された各重合物につ
いて、以上に説明した工程を経て、各選択反射中心波長
に対応する液晶薄膜を作製し、イソシアート系接着剤に
よって互いに貼り合わせ、ＰＥＴフィルムを適宜除去し
て、最終的に、各液晶薄膜を短波長側から順に３層積層
し、厚み約５μｍの液晶複合層を有する選択反射円偏光
フィルム１を作製した。以上のようにして作製した選択
反射円偏光フィルム１の透過分光特性を図７に示す。

【００８３】一方、左円偏光を反射するフィルム２とし
て、日東電工社製ＮＩＰＯＣＳフィルム（ＰＣＦ４０
０）を用いた。斯かるフィルムは、通常、輝度向上目的
で使用されている円偏光反射偏光板である。

【００８４】前記フィルム１及びフィルム２を貼り合わ
せ、１／４波長板と積層し、さらに偏光板と透過軸が一
致するように貼り合わせた。これにより、特願２００１
−６０００５号に開示されたバンドパスフィルタ（光学
素子）と同様の構成となり、当該バンドパスフィルタを
透過した光は、前記３波長に対して約±１５度程度の正
面近傍に平行光化することが分かった。

【００８５】前記バンドパスフィルタにより、つまり、
円偏光２色性の利用により、バックライトの光利用効率
は、実施例１、実施例２と比べ１．５倍程度向上した。
また、液晶セルの表示面側にヘイズ８８％の実質的に後
方散乱を生じさせない視野角拡大機能フィルムを積層
し、前記バンドパスフィルタからの出射光を透過させる
ことにより、視野角内での均一な階調反転の生じない良
好な表示品位を得ることができた。

【００８６】（実施例４）実施例１の光拡散性粘着材の
代わりに、φ１００μｍの細密充填マイクロレンズ型視
野角拡大フィルムを積層した。視野角拡大フィルムのレ
ンズと、液晶表示装置のブラックマトリクスとの間でモ
アレ縞が生じたので、視野角拡大フィルムの貼着角度を
回転させ、モアレ縞を除去した。本実施例においても、
平行光化手段であるバンドパスフィルタとの間では、モ
アレ縞や干渉縞は発生せず、良好な表示品位を得ること
ができた。

【００８７】（比較例１）マイクロルーバー型平行光化
フィルム（各遮光ルーバーの幅１３μｍ、配置間隔２５
０μｍ）を用いて、バックライトから出射した光を平行
光化した。配列方向が直交する２枚のフィルムを積層し
た後の全体の厚みは、１．４ｍｍで、前記フィルムを透
過した光は、±１０度の正面近傍に平行光化した。

【００８８】次に、φ１００μｍマイクロレンズアレイ
フィルムからなる視野角拡大フィルムを液晶セルの表示
面側に配置した。

【００８９】平行光化フィルムとブラックマトリクスと
の間でモアレ縞が生じないように、平行光化フィルムの
角度を調整して配置したところ、ブラックマトリクスと
の間ではモアレ縞は発生しなかったが、視野角拡大フィ
ルムとの間でモアレ縞が発生した。さらに、視野角拡大
フィルムを回転させ、平行光化フィルムとの間に発生す
るモアレ縞の低減を試みたが、回転角に応じて視野角拡
大フィルムとブラックマトリクスとの間でモアレ縞が発
生し、表示品位が劣化した。

【００９０】（比較例２）平行光化手段として５０μｍ
ピッチのプリズムアレイを用いた。

【００９１】次に、φ１００μｍマイクロレンズアレイ
フィルムからなる視野角拡大フィルムを液晶セルの表示
面側に配置した。

【００９２】平行光化フィルムとブラックマトリクスと
の間でモアレ縞が生じないように、平行光化フィルムの
角度を調整して配置したところ、ブラックマトリクスと
の間ではモアレ縞は発生しなかったが、視野角拡大フィ
ルムとの間でモアレ縞が発生した。さらに、視野角拡大
フィルムを回転させ、平行光化フィルムとの間に発生す
るモアレ縞の低減を試みたが、回転角に応じて視野角拡
大フィルムとブラックマトリクスとの間でモアレ縞が発
生し、表示品位が劣化した。

【００９３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る液
晶表示装置によれば、液晶セルに対して平行光化した光
を出射する平行光化手段と、液晶セルを透過した光を拡
散して視野角を拡大する視野角拡大手段とを備えるた
め、広い視野角を有する液晶表示装置が提供される。ま
た、平行光化手段が、表示面側からの光学観察におい
て、液晶表示装置を構成する他の光学部材（液晶セルや
視野角拡大手段等）の規則的なパターン構造との間でモ
アレ縞や干渉縞等を発生させ得る規則的なパターン構造
を有さないため、モアレ縞や干渉縞が発生しない表示品
位に優れた液晶表示装置が提供される。

【００９４】特に、平行光化手段をバンドパスフィルタ
とした場合には、バンドパスフィルタの透過波長帯域を
最適化することにより、正面方向に向かって平行光化し
た光のみを透過させることが可能となる。また、バンド
パスフィルタは、蒸着材料を多層積層すること等により
形成されるため、液晶表示装置を構成する他の光学部材
の規則的なパターン構造との間でモアレ縞や干渉縞等を
発生させ得る規則的なパターン構造を有さないものであ
る。さらに、蒸着材料等は薄層化できるため、バンドパ
スフィルタの厚みを薄型化でき、ひいては、液晶表示装
置の薄型化も可能であるという優れた利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示
装置の主要部の概略構成を示す縦断面図である。

【図２】図２は、実施例１に示すバンドパスフィルタ
の透過分光特性を示す図である。

【図３】図３は、実施例１に示す液晶表示装置の視野
角特性を示す図である。

【図４】図４は、実施例２に示すバンドパスフィルタ
の透過分光特性を示す図である。

【図５】図５は、従来の液晶表示装置の視野角特性を
示す図である。

【図６】図６は、従来の平行光化手段としての遮光ル
ーバーフィルムの概略構成を示す図であり、（ａ）は斜
視図を、（ｂ）は平面図を、（ｃ）は２枚のフィルムを
積層した状態を示す斜視図をそれぞれ示す。

【図７】図７は、実施例３に示す選択反射円偏光フィ
ルムの透過分光特性を示す図である。

【符号の説明】

１…バックライト２…平行光化手段３…液晶セル
４…視野角拡大手段１０…液晶表示装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】前記フィルム１の作製に際しては、欧州特
許出願公開第８３４７５４号明細書の記載を参酌して、
選択反射中心波長がそれぞれ４８０ｎｍ、５６０ｎｍ及
び６５５ｎｍとなるように、３種の液晶混合物を作製し
た。具体的には、まず、下記の化学式１で表されるネマ
チックモノマーＡと、下記の化学式２で表されるカイラ
ルモノマーＢ（欧州特許出願公開第８３４７５４号明細
書に記載されたものとは鏡像対称になる）とを、それぞ
れ合成した。

【化１】

【化２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バックライトと、前記バックライトから入射された光を平行光化して出射
するための平行光化手段と、前記平行光化手段から出射された光を透過させる液晶セ
ルと、前記液晶セルを透過した光を拡散して視野角を拡大する
視野角拡大手段とを備える液晶表示装置であって、前記平行光化手段は、表示面側からの光学観察におい
て、液晶表示装置を構成する他の光学部材の規則的なパ
ターン構造との間でモアレ縞や干渉縞等を発生させ得る
規則的なパターン構造を有さないことを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】前記平行光化手段は、バンドパスフィル
タであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
置。
【請求項３】前記バンドパスフィルタは、コレステリ
ック液晶ポリマー材料を使用して形成されることを特徴
とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記バンドパスフィルタは、蒸着材料を
多層積層して形成されることを特徴とする請求項２に記
載の液晶表示装置。
【請求項５】前記バンドパスフィルタは、それぞれ屈
折率の異なる樹脂材料を多層積層して形成されることを
特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記樹脂材料は、多層押出しした後、延
伸することによって多層積層されることを特徴とする請
求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記樹脂材料は、薄膜塗工によって多層
積層されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示
装置。
【請求項８】前記平行光化手段は、厚みが２００μｍ
以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか
に記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記平行光化手段から出射される光の平
行度が±２０度以内であることを特徴とする請求項１か
ら８のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記バックライトの光源は、輝線スペ
クトルを有するものとされていることを特徴とする請求
項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記光源は、３波長冷陰極管とされて
いることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装
置。
【請求項１２】前記光源は、発光ダイオードとされて
いることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装
置。
【請求項１３】前記光源は、エレクトロルミネッセン
ス素子とされていることを特徴とする請求項１０に記載
の液晶表示装置。
【請求項１４】前記視野角拡大手段は、実質的に後方
散乱を生じさせず、且つ実質的に偏光状態を解消しない
拡散板とされていることを特徴とする請求項１から１３
のいずれかに記載の液晶表示装置。