JP2007279224A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角の広さを変化させることができ、且つ、高品位の表示を行うことができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明による液晶表示装置は、照明素子１０と、照明素子１０から出射した光を変調する液晶表示パネル２０と、液晶表示パネル２０の観察者側に配置され、液晶表示パネル２０を通過した光を拡散する光拡散素子３０とを備えている。光拡散素子３０は、光を拡散する度合いを電界に応答して変化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、視野角の広さを変化させることができる液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置の視野角を広くするために種々の技術が開発されてきたが、最近では、液晶表示装置の急速な普及とその利用分野の拡大に伴って、視野角の広さを使用状況に応じて切り替える機能が要望されている。

例えば、複数の人間が表示面を同時に見る場合には視野角は広いことが好ましいし、一方、表示内容を自分以外の周囲の人間に見られたくない場合には視野角は狭いことが好ましい。このように、共同での使用を前提とした広視野角のモードと、セキュリティに配慮した（あるいはプライベートな用途に適した）狭視野角のモードとを切り替えることができる液晶表示装置が望まれている。

視野角の広さを変化させることができる液晶表示装置は、例えば特許文献１や特許文献２に提案されている。

図１８に、特許文献１に開示されている液晶表示装置７００を示す。液晶表示装置７００は、図１８に示すように、液晶表示パネル７２０と、液晶表示パネル７２０に向けて光を出射する照明素子７１０とを備えている。

照明素子７１０は、導光板７０２と、導光板７０２よりも液晶表示パネル７２０に近い位置に配置された拡散導光板７０４とを有している。導光板７０２の側方と拡散導光板７０４の側方とにそれぞれ蛍光管７０１および７０３が設けられている。拡散導光板７０４は、図１９に示すように、裏面７０４ａに垂直に入射する光をそのまま通過させる一方で、側面７０４ｂから入射する光を拡散（散乱）する。導光板７０２と拡散導光板７０４との間には、散乱シート７０５およびプリズムシート７０６が導光板７０２側からこの順に配置されており、さらに、プリズムシート７０６と拡散導光板７０４との間に、遮光スリットフィルム７０７が配置されている。

上述した構成を有する液晶表示装置は、広視野角のモードと狭視野角のモードとを切り替えることができる。

まず、狭視野角のモードでは、図２０（ａ）に示すように、導光板７０２の側方に設けられた光源７０１が点灯状態とされ、拡散導光板７０４の側方に設けられた光源７０３は消灯状態とされる。点灯状態にある光源７０１から導光板７０２の内部に入射した光は、導光板７０２の表面および／または裏面に設けられているプリズムやシボによって向きを変えられ、導光板７０２の表面から出射する。導光板７０２の表面から出射した光は、散乱シート７０５、プリズムシート７０６および遮光スリットフィルム７０７を順次通過することにより、表示面法線方向（正面方向）にほぼ平行な、指向性の高い光となる。この光は、拡散導光板７０４をそのまま通過して液晶表示パネル７２０に入射し、表示に用いられる。そのため、表示面法線方向において著しく輝度の高い狭視野角の表示が行われる。

これに対し、広視野角のモードでは、図２０（ｂ）に示すように、拡散導光板７０４の側方に設けられた光源７０３が点灯状態とされ、導光板７０２の側方に設けられた光源７０１は消灯状態とされる。点灯状態にある光源７０３から拡散導光板７０４の内部に入射した光は、拡散（散乱）されて拡散導光板７０４から出射し、液晶表示パネル７２０での表示に用いられる。そのため、広視野角の表示が行われる。

なお、図１８や図２０に示した構成では、導光板７０２の側方と拡散導光板７０４の側方とにそれぞれ光源７０１、７０３が設けられているが、特許文献１には、図２１および図２２に示すように、導光板７０２と拡散導光板７０４とで光源７０１を共用化した構成も開示されている。

図２１に示す構成では、光源７０１を囲む反射シート７０８が可動するような機構が設けられており、そのことによって、導光板７０２の側面に光が入射する状態と拡散導光板７０４の側面に光が入射する状態とを切り替えることができる。また、図２２に示す構成では、導光板７０２の側方と拡散導光板７０４の側方との間で光源７０１を移動させ得る機構が設けられており、そのことによって、導光板７０２の側面に光が入射する状態と拡散導光板７０４の側面に光が入射する状態とを切り替えることができる。

図２３に、特許文献２に開示されている液晶表示装置８００を示す。液晶表示装置８００は、図２３に示すように、液晶表示パネル８２０と、液晶表示パネル８２０に向けて光を出射する照明素子８１０と、照明素子８１０と液晶表示パネル８２０との間に配置された光散乱素子８３０とを備えている。照明素子８１０と光散乱素子８３０との間には、プリズムシート８０６が配置されている。

光散乱素子８３０は、一対の透明電極８３２および８３３と、透明電極８３２および８３３の間に配置された高分子分散型液晶層８３１とを有している。高分子分散型液晶層８３１は、透明電極８３２および８３３の間に印加された電圧に応じ、光を透過する状態と光を散乱する状態とを切り替えて呈する。高分子分散型液晶層８３１が光を透過する状態において狭視野角の表示が行われ、高分子分散型液晶層８３１が光を散乱する状態において広視野角の表示が行われる。

上述したように、特許文献１および２に開示されている液晶表示装置７００および８００は、視野角の広さを変化させることができ、広視野角のモードと狭視野角のモードとを切り替えることができる。
特開平１０−９７１９９号公報 特開平１１−１４２８１９号公報

しかしながら、特許文献１および２に開示されている液晶表示装置には、高品位の表示を行うことが原理的に難しいという問題がある。これは、広視野角のモードでは液晶表示パネルに拡散（散乱）された光が入射するので、液晶層で光の変調を一様に行うことができないからである。一般に、液晶表示パネルは、液晶層に垂直に（つまり表示面法線方向に平行に）入射する光についてもっともコントラスト比が高くなるように設計される。そのため、液晶表示パネルに拡散された光（液晶層に対して斜めに入射する成分を多く含んでいる）が入射すると、コントラスト比が低下する。また、光の利用効率や色再現性が低下したり、表示がぼやけたりもする。さらに、特許文献１に開示されているように、反射シートの向きや光源の位置を機械的に変化させると、不具合を生じやすく、液晶表示装置の信頼性を低下させてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、視野角の広さを変化させることができ、且つ、高品位の表示を行うことができる液晶表示装置を提供することにある。

本発明による液晶表示装置は、照明素子と、前記照明素子から出射した光を変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散する光拡散素子とを備え、前記光拡散素子は、光を拡散する度合いを電界に応答して変化させることができ、そのことによって上記目的が達成される。

ある好適な実施形態において、前記光拡散素子は、光を拡散する度合いが相対的に高い高拡散領域と、光を拡散する度合いが相対的に低い低拡散領域とをその内部に形成し得る。

ある好適な実施形態において、前記光拡散素子は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散し得る。

ある好適な実施形態において、前記特定の角度範囲は、表示面法線方向に平行な第１の面内と表示面法線方向に平行で前記第１の面に交差する第２の面内とで異なっている。

ある好適な実施形態において、前記第１の面内における前記特定の角度範囲をＡ、前記第２の面内における前記特定の角度範囲をＢ、前記第１の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲をＣ、前記第２の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲をＤとしたとき、前記第１の面内における前記特定の角度範囲Ａと前記第２の面内における前記特定の角度範囲Ｂとの比Ａ／Ｂは、前記第１の面内における前記視角範囲Ｃと前記第２の面内における前記視角範囲Ｄとの比Ｃ／Ｄに略等しい。

ある好適な実施形態において、前記第１の面と前記第２の面とは略直交する。

ある好適な実施形態において、前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲は、前記第１の面内において最も広く、且つ、前記第２の面内において最も狭く、前記光拡散素子が光を強く拡散する前記特定の角度範囲は、前記第１の面内において最も広く、且つ、前記第２の面内において最も狭い。

ある好適な実施形態において、前記第１の面内における前記特定の角度範囲Ａは、前記第１の面内における前記視角範囲Ｃと略等しいかまたはそれよりも狭く、前記第２の面内における前記特定の角度範囲Ｂは、前記第２の面内における前記視角範囲Ｄと略等しいかまたはそれよりも狭い。

ある好適な実施形態において、前記特定の角度範囲内の角度で入射する光に対する前記光拡散素子のヘイズ値は５以上である。

ある好適な実施形態において、前記光拡散素子は、電界の強さに応じて光を拡散する度合いが変化する光拡散層と、前記光拡散層内に電界を生成するための複数の電極とを有している。

ある好適な実施形態において、前記複数の電極は、前記光拡散層内に生成される電界が互いに異なる電界強度を有する複数の領域を有し得るように配置されている。

ある好適な実施形態において、前記光拡散層は、高分子分散型液晶層である。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記光拡散素子よりも観察者側に配置された第１の偏光素子を備えている。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記液晶表示パネルと前記光拡散素子との間に配置された第２の偏光素子を備えており、前記第１の偏光素子の透過軸と前記第２の偏光素子の透過軸とは略平行である。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの観察者側とは反対側に配置された第３の偏光素子をさらに備えている。

ある好適な実施形態において、前記照明素子は、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の１３％以下となるような配光分布を有する。

ある好適な実施形態において、前記照明素子は、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の３％以下となるような配光分布を有する。

ある好適な実施形態において、前記照明素子は、光源と、前記光源から出射した光の指向性を制御する指向性制御素子とを有している。

本発明による液晶表示装置は、光を拡散する度合いを変化させ得る光拡散素子を有しているので、視野角の広さを使用状況等に応じて変化させることができ、広視野角のモードと狭視野角のモードとを切り替えることができる。本発明による液晶表示装置の光拡散素子は、電界に応答して光を拡散する度合いが変化するので、反射シートの向きや光源の位置を移動させる必要がなく、機械的な不具合の生じる可能性が低い。

また、本発明による液晶表示装置では、光拡散素子は液晶表示パネルの観察者側に配置されている。そのため、照明素子から指向性の高い光を液晶表示パネルに入射させることにより、液晶層を通過する光を一様に変調することができる（つまり液晶層を通過する光に一様なリタデーションを与えることができる）ので、コントラスト比や光の利用効率、色再現性が低下したり、表示がぼやけたりすることを防止できる。また、液晶層を通過する光を一様に変調することができるので、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することもできる。

このように、本発明による液晶表示装置は、視野角の広さを変化させることができ、且つ、高品位の表示を行うことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に、本実施形態における液晶表示装置１００を示す。液晶表示装置１００は、図１に示すように、照明素子（バックライト）１０と、照明素子１０から出射した光を変調する液晶表示パネル２０と、液晶表示パネル２０よりも観察者側に配置された光拡散素子３０とを備えている。

液晶表示パネル２０は、一対の基板２１および２２と、これらの間に設けられた液晶層２３とを有する。以下では、液晶層２３に対して照明素子１０側に配置された基板２１を「背面基板」と呼び、液晶層２３に対して照明素子１０とは反対側（つまり観察者側）に配置された基板２２を「前面基板」と呼ぶ。

背面基板２１および前面基板２２の液晶層２３側の表面には、液晶層２３に電圧を印加するための電極や、液晶層２３に含まれる液晶分子の配向方向を規定するための配向膜（いずれも不図示）が形成されている。また、本実施形態では、前面基板２２の液晶層２３側にカラーフィルタ２４が設けられている。

背面基板２１の照明素子１０側には、位相差補償素子２５および偏光板２６がこの順に設けられており、前面基板２２の観察者側にも、位相差補償素子２７および偏光板２８がこの順に設けられている。位相差補償素子２５および２７としては、公知の種々の位相差板が用いられる。なお、位相差補償素子の個数や配置はここで例示したものに限定されない。

光拡散素子３０は、前面基板２２の観察者側に設けられた偏光板２８上に配置されている。この光拡散素子３０は、液晶表示パネル２０から出射した光を拡散する。本実施形態では、光拡散素子３０よりも観察者側にさらに偏光板４１が設けられている。

以下では、表記の簡単さのために、光拡散素子３０よりも観察者側に配置された偏光板４１を「第１の偏光板」と称し、光拡散素子３０と液晶層２３との間に配置された偏光板２８を「第２の偏光板」と称し、液晶層２３と照明素子１０との間（液晶層２３に対して観察者側とは反対側）に配置された偏光板２６を「第３の偏光板」と称する。

第１の偏光板４１および第２の偏光板２８は、それぞれの透過軸が互いに略平行となるように配置されている。また、第３の偏光板２６は、液晶表示パネル２０の表示モードに応じ、その透過軸が第１の偏光板４１および第２の偏光板２８の透過軸と所定の角度をなすように配置されている。

照明素子１０から出射した光を液晶表示パネル２０で変調することによって、第１の偏光板４１および第２の偏光板２８を通過して観察者側に出射する光の量が画素ごとに制御され、そのことによって画像の表示が行われる。本願明細書では、液晶表示パネル２０の構成要素のうち光に位相差を与えて光を変調するもの、すなわち液晶層２３、位相差補償素子２５および２７を総称して「光変調部」と呼ぶ。

図２に、照明素子１０の具体的な構成の一例を示す。図２に示す照明素子１０は、光源１と、光源１から出射した光を液晶表示パネル２０に導く導光板２とを有している。光源１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や冷陰極管である。導光板２には、光源１から出射して導光板２内部に入射した光を液晶表示パネル２０側に出射させるための構造が形成されている。例えば、導光板２の２つの主面のうちの少なくとも一方に、プリズムやシボが形成されている。

照明素子１０は、さらに、導光板２から出射した光の指向性を制御するプリズムシート３を有している。指向性制御素子として機能するこのプリズムシート３は、導光板２と液晶表示パネル２０との間に設けられている。

プリズムシート３は、導光板２側の主面上に形成された複数のプリズム３ａを有しており、図３に示すように、導光板２から出射した光を全反射現象を利用して表示面法線方向に向ける。このように、導光板２から出射した光は、プリズムシート３によって高い指向性を付与される。なお、ここで例示したプリズムシート３は、「全反射型プリズムシート」とも呼ばれる。また、導光板２として、主面に法線ベクトル理論に基づいてマイクロレンズアレイが形成された導光板を用いると、マイクロレンズでの全反射により導光板内を伝搬する光を効率よく全反射型プリズムシート（指向性制御素子）３に出射することができるので好ましい。

上述した構成を有する照明素子１０は、表示面法線方向の輝度が著しく高く斜め方向の輝度が低い光、つまり、指向性の高い光を出射することができる。照明素子１０から出射する光が高い指向性を有していると、光変調部（液晶層２３、位相差補償素子２５および２７）を通過した光も指向性が高く、輝度に大きな偏りを有しているが、光変調部よりも観察者側に配置された光拡散素子３０によって、光変調部を通過した光を拡散することにより、輝度の偏りが低減され、視野角が広がる。

本実施形態における光拡散素子３０は、光を拡散する度合いを電界に応答して変化させることができる。そのため、視野角の広さを使用状況等に応じて変化させることができる。

具体的には、図４（ａ）に示すように、光拡散素子３０が光を拡散せずに透過する状態（光を拡散する度合いが低い状態）において狭視野角の表示を行うことができ、図４（ｂ）に示すように、光拡散素子３０が光を強く拡散する状態（光を拡散する度合いが高い状態）において広視野角の表示を行うことができる。なお、図４中に示す方向ＸおよびＹは、表示面に平行で互いに直交する２つの方向であり、方向Ｚは、表示面に垂直な方向（表示面法線方向）である。

このように、本実施形態における液晶表示装置１００は、広視野角のモードと狭視野角のモードとを切り替えることができる。本実施形態における光拡散素子３０は、電界に応答して光を拡散する度合いが変化するので、図２１および図２２に示した液晶表示装置７００のように、反射シートの向きや光源の位置を移動させる必要がなく、機械的な不具合が生じにくい。

また、本実施形態における液晶表示装置１００では、光拡散素子３０は液晶表示パネル２０の観察者側に配置されている。そのため、照明素子１０から指向性の高い光を液晶表示パネル２０に入射させることにより、液晶層２３を通過する光を一様に変調することができる（つまり液晶層２３を通過する光に一様なリタデーションを与えることができる）ので、コントラスト比や光の利用効率、色再現性が低下したり、表示がぼやけたりすることを防止できる。さらに、液晶層２３を通過する光を一様に変調することができるので、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することもできる。

このように、本発明による液晶表示装置は、視野角の広さを変化させることができ、且つ、高品位の表示を行うことができる。

以下、本実施形態における光拡散素子３０のより具体的な構成や好ましい構成を説明する。

光拡散素子３０は、図５に示すように、電界の強さに応じて光を拡散する度合いが変化する光拡散層３１と、光拡散層３１内に電界を生成するための電極３２および３３とを有している。

本実施形態における光拡散層３１は、図６（ａ）および（ｂ）に示すような高分子分散型液晶層３１である。高分子分散型液晶層３１は、高分子のマトリクス３１ａ中に、ネマチック液晶材料のドロップレット３１ｂが分散された構成を有しており、電界の有無によってドロップレット３１ｂ内の液晶分子の配向が変化し、それによってドロップレット３１ｂの屈折率が変化する。高分子分散型液晶層３１は、ドロップレット３１ｂの屈折率と高分子マトリクス３１ａの屈折率とが異なっている状態においては図６（ａ）に示すように光を拡散し、一方、ドロップレット３１ｂの屈折率と高分子マトリクス３１ａの屈折率とが一致する状態においては図６（ｂ）に示すように光を拡散せずに透過する。

高分子分散型液晶層３１内に電界を生成するための電極３２および３３は、図５に示すように、高分子分散型液晶層３１を挟持する一対の基板（例えばガラス基板）３０ａおよび３０ｂの高分子分散型液晶層３１側の表面に設けられている。また、高分子分散型液晶層３１は、シール材３６によって封止されている。

なお、図５には、電極３２および３３をそれぞれ単一の電極であるように図示しているが、実際には、電極３２および３３は、それぞれ複数設けられており、複数の電極３２および複数の電極３３は、光拡散層（高分子分散型液晶層）３１内に生成される電界が互いに異なる電界強度を有する複数の領域を有し得るように配置されている。そのため、光拡散素子３０は、図７に示すように、光を拡散する度合いが相対的に高い高拡散領域と、光を拡散する度合いが相対的に低い低拡散領域とをその内部に形成することができる。

なお、図７には、１つの高拡散領域と２つの低拡散領域とを示しているが、実際には、高拡散領域と低拡散領域のセットが多数形成される。また、高拡散領域と低拡散領域との境界が、図７に示すように表示面法線方向に対して傾斜していることに注目されたい。高拡散領域と低拡散領域とがこのように分布している結果、光拡散素子３０は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散することができる。

既に述べたように、光を一様に変調するためには、できるだけ指向性の高い光を液晶表示パネル２０の液晶層２３に入射させることが好ましい。つまり、液晶層２３に対して垂直に入射する光をできるだけ多くし、液晶層２３に対して斜めに入射する光をできるだけ少なくすることが好ましい。ところが、当然ながら、実際には、液晶層２３に対して斜めに入射する光も少なからず存在し、液晶層２３への入射角が大きな光も存在する。液晶層２３への入射角が大きな光は、液晶層２３や位相差補償素子２５、２７によって十分に変調されない光である。そのため、このような光が光拡散素子３０によって正面方向に拡散されてしまうと、表示がぼやけてしまう。

本実施形態における光拡散素子３０は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散することができる。具体的には、光拡散素子３０は、比較的小さな入射角（入射光が表示面法線方向となす角）で入射する光を強く拡散し、比較的大きな入射角で入射する光を弱く拡散する（あるいはほとんど拡散しない）。

光拡散素子３０は、光拡散特性に上述したような入射角依存性を有しているので、液晶層２３に大きな入射角で入射した光をほとんど拡散することなく、液晶層２３に垂直に入射した光や小さな入射角で入射した光を拡散することができる。そのため、液晶層２３に大きな入射角で入射した光が正面方向に拡散されることによる表示のぼやけが防止される。

本実施形態における光拡散素子３０は、さらに、光拡散特性に三次元的な異方性を有している。以下、図８（ａ）および（ｂ）を参照しながらより詳しく説明する。図８（ａ）は、図４中の方向ＸおよびＺに平行な断面を示す図であり、図８（ｂ）は、図４中の方向ＹおよびＺに平行な断面を示す図である。

図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較すればわかるように、光拡散素子３０が光を強く拡散する角度範囲（「高拡散角度範囲」と呼ぶ。）は、方向ＸおよびＺに平行な面内と方向ＹおよびＺに平行な面内とで異なっている。つまり、光拡散素子３０の高拡散角度範囲は、表示面内における方位に応じて異なっている。言い換えると、光拡散素子３０の高拡散角度範囲は、方位角依存性を有している。ここでは、方向ＸおよびＺに平行な面内における高拡散角度範囲が最も広く、方向ＹおよびＺに平行な面内における高拡散角度範囲が最も狭い場合を例示している。

上述したように、本実施形態における光拡散素子３０は、その光拡散特性に入射角依存性を有しているとともに、その高拡散角度範囲が方位角依存性を有している。つまり、光拡散素子３０は、光拡散特性に三次元的な異方性を有している。さらに、この三次元的な異方性は、後述するように、光変調部で変調された光の特性に応じて設定されている。そのため、本実施形態における液晶表示装置１００では、表示のぼやけが効果的に防止され、高品位の表示を容易に実現することができる。以下、光変調部で変調された光の特性と、光拡散特性の三次元的な異方性との関係を詳しく説明する。

本願発明者は、光変調部で変調された光の特性を評価するパラメータとして、白表示状態の輝度と黒表示状態の輝度との比すなわちコントラスト比に着目し、光変調部のコントラスト特性に応じて光拡散素子３０の高拡散角度範囲を設定することにより、表示品位を大きく向上できることを見出した。

図９に、光変調部のコントラスト特性の一例を示す。図９は、表示面内における方位とコントラスト比との関係を示す図であり、図９においてハッチングが付されている部分は、コントラスト比が１以上である視角範囲を示している。この部分を、以下ではコントラストコーンと呼ぶ。

図９からもわかるように、コントラストコーンは、表示面内における方位によってその幅が異なっている。図９に示す例では、コントラストコーンは、方向Ｘに沿った幅が最も広く、方向Ｙに沿った幅が最も狭い。このように、光変調部のコントラスト特性は方位角依存性を有している。

コントラスト比が１未満であるということは、黒表示状態の輝度が白表示状態の輝度よりも高いということであり、光が光変調部で好適に変調されないことを表している。これに対し、コントラスト比が１以上であるということは、光が光変調部で好適に変調されることを表している。そのため、コントラストコーンの方位角依存性に応じて、光拡散素子３０の高拡散角度範囲の方位角依存性を設定することによって、表示のぼやけを効果的に改善することができる。

光拡散素子３０の光拡散特性は、具体的には、表示面法線方向に平行なある面（「第１の面」と称する。）内における高拡散角度範囲をＡ（図８（ａ）参照）、表示面法線方向に平行で第１の面に交差する面（「第２の面」と称する。）内における高拡散角度範囲をＢ（図８（ｂ）参照）、第１の面および第２の面内におけるコントラスト比が１以上である視角範囲をそれぞれＣおよびＤ（図９参照）としたとき、ＡとＢとの比Ａ／ＢがＣとＤとの比Ｃ／Ｄに略等しくなるように設定されている。つまり、コントラストコーンの幅が相対的に狭い方向においては、光拡散素子３０の高拡散角度範囲も相対的に狭く、コントラストコーンの幅が相対的に広い方向においては、光拡散素子３０の高拡散角度範囲も相対的に広い。そのため、光拡散素子３０は、光変調部で好適に変調されなかった光をあまり拡散せずに、光変調部で好適に変調された光を拡散することができ、表示のぼやけを効果的に改善することができる。なお、本実施形態では、第１の面と第２の面とが略直交する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

表示のぼやけを改善する効果を高くするためには、第１の面内における高拡散角度範囲Ａは、第１の面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｃと略等しいかそれよりも狭いことが好ましく、第２の面内における高拡散角度範囲Ｂは、第２の面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｄと略等しいかそれよりも狭いことが好ましい。このような構成とすることによって、実質的にコントラストコーン内の光（コントラスト比が１以上の視角範囲の光）のみを強く拡散することができ、表示のぼやけをいっそう効果的に改善することができる。

続いて、光変調部のコントラスト特性と光拡散素子３０の光拡散特性との好ましい関係をより具体的に説明する。図１０に、光変調部のコントラストコーンと光拡散素子３０の光拡散特性との好ましい組み合わせの例を示す。図１０（ａ）が光変調部のコントラストコーンを示しているのに対し、図１０（ｂ）は、光拡散素子３０の光拡散特性を示している。図１０（ｂ）には、第１の面（方向ＸおよびＺに平行な平面）内におけるヘイズ値の入射角依存性が曲線Ｌ_１で示されており、第２の面（方向ＹおよびＺに平行な平面）内におけるヘイズ値の入射角依存性が曲線Ｌ_２で示されている。

図１０（ａ）に示すコントラストコーンは、方向Ｘに沿った幅が相対的に広く、方向Ｙに沿った幅が相対的に狭い。このことと対応するように、図１０（ｂ）に示すように、第１の面内におけるヘイズ値の入射角依存性を表す曲線Ｌ_１は、第２の面内におけるヘイズ値の入射角依存性を表す曲線Ｌ_２よりもブロードな形状を有している。つまり、第１の面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｃは、第２の面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｄよりも広く、また、第１の面内における高拡散角度範囲Ａは、第２の面内における高拡散角度範囲Ｂよりも広い。なお、図１０（ｂ）では、ヘイズ値が５以上の角度範囲を高拡散角度範囲として示している。

また、図１０（ａ）および（ｂ）を互いに比較すればわかるように、第１の面内における高拡散角度範囲Ａは、同じ面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｃよりも小さい。また、第２の面内における高拡散角度範囲Ｂは、同じ面内におけるコントラスト比が１以上の視角範囲Ｄよりも小さい。

このように、光拡散素子３０のヘイズ値の入射角依存性をコントラストコーンの形状に応じて設定することにより、表示のぼやけを抑制して表示品位を大幅に向上することができる。

なお、図１０（ａ）に示したコントラストコーンは、例えば、ＳＴＮモードの液晶層と、日東電工社製の２軸延伸位相差板ＮＲＺ（Ｎｚ係数が０．５）とを組み合わせることによって実現できる。

続いて、三次元的な異方性を有する光拡散素子３０の具体例を図１１および図１２を参照しながら説明する。図１１は、光拡散素子３０の一対の基板３０ａおよび３０ｂのうちの背面側の基板３０ａの構造を模式的に示す平面図であり、図１２は、観察者側の基板３０ｂの構造を模式的に示す平面図である。

光拡散素子３０の背面側の基板３０ａ上には、図１１に示すように、複数の電極３２ａ、３２ｂが設けられている。複数の電極３２ａ、３２ｂは、相対的に小さな電極３２ａと、相対的に大きな電極３２ｂとを含んでおり、大きな方の電極３２ｂは、小さな方の電極３２ａを包囲するように形成されている。電極３２ａおよび３２ｂは、それぞれ透明な導電材料（例えばＩＴＯ）から形成されており、金属材料（アルミニウムやチタン、クロムなど）から形成された配線３７および３８から所定の電圧を供給される。

観察者側の基板３０ｂ上にも、図１２に示すように、複数の電極３３が設けられている。背面側の基板３０ａ上には大きさの異なる２種類の電極３２ａおよび３２ｂが設けられているのに対し、観察者側の基板３０ｂ上に設けられている複数の電極３３は、互いに同じ大きさを有している。電極３３も、透明な導電材料（例えばＩＴＯ）から形成されており、金属材料（アルミニウム、タンタル、チタン、クロム、モリブデンなど）から形成された配線３９から所定の電圧を供給される。

背面側の電極３２ａおよび３２ｂは、例えば、電極３２ａと電極３２ｂの１セットが液晶表示パネル２０の１つの画素（典型的にはＲサブ画素、Ｇサブ画素、Ｂサブ画素の３つのサブ画素から構成される）に対応するようなサイズで形成されている。小さな方の電極３２ａの方向Ｘに沿った幅Ｗ₁は例えば２０μｍであり、方向Ｙに沿った幅Ｗ₂は例えば５０μｍである。また、大きな方の電極３２ｂの方向Ｘに沿った幅Ｗ₃は例えば２００μｍであり、方向Ｙに沿った幅Ｗ₄は例えば２００μｍである。さらに、隣接する電極３２ｂ同士の方向Ｘに沿った間隔Ｓ₁および方向Ｙに沿った間隔Ｓ₂は例えばともに１０μｍであり、電極３２ａおよび３２ｂのセットは、方向Ｘおよび方向Ｙに沿って例えば２１０μｍのピッチで配列されている。

これに対し、観察者側の電極３３は、例えば、７行３列に配列された２１個の電極３３が１つの画素に対応する（つまり７行１列に配列された７個の電極３３が各サブ画素に対応する）ようなサイズで形成されている。電極３３の方向Ｘに沿った幅Ｗ₅は例えば６０μｍであり、方向Ｙに沿った幅Ｗ₆は例えば２０μｍである。また、隣接する電極３３同士の方向Ｘに沿った間隔Ｓ₃および方向Ｙに沿った間隔Ｓ₄は例えばともに１０μｍであり、電極３３は、方向Ｘおよび方向Ｙに沿って例えば７０μｍのピッチで配列されている。

上述したように設けられた電極３２ａ、３２ｂおよび３３に、それぞれ所定の電圧を供給することにより、光拡散層３１内に生成される電界に、互いに電界強度の異なる複数の領域を規定することができるので、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、光拡散層３１内に高拡散領域と低拡散領域とを形成することができる。

例えば図１３（ａ）に着目して説明すると、観察者側の電極３３のうち左より３番目から６番目までのものと背面側の小さな方の電極３２ａとの間には、実質的に電位差が生じていないために電界が生成されないので、これらの間に位置する光拡散層（例えば高分子分散型液晶層）３１は高拡散領域となる。一方、観察者側の電極３３のうちの残りのものと背面側の大きな方の電極３２ｂとの間には、所定の電位差が生じているために所定の強さの電界が生成されるので、これらの間に位置する光拡散層３１は低拡散領域となる。

このように、複数の電極３２ａ、３２ｂおよび３３を設け、これらのうちのある組み合わせについては電位差が生じ、他の組み合わせについては電位差が生じないように電圧を印加することにより、光拡散層３１内に高拡散領域と低拡散領域とを形成することができ、また、高拡散領域と低拡散領域との境界を表示面法線方向に対して傾斜させることができる。そのため、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶表示パネル２０のコントラスト特性に応じた高拡散角度範囲Ａ、Ｂを設定することができる。

なお、光拡散素子３０の電極３２ａ、３２ｂおよび３３のサイズと液晶表示パネル２０の画素との対応関係はここで例示したものに限定されず、また、電極３２ａ、３２ｂおよび３３の具体的なサイズやピッチもここで例示したものに限定されないが、高品位の表示を行う観点からは、液晶表示パネル２０の１つの画素に対応した領域内に高拡散領域と低拡散領域の両方が形成されるように電極３２ａ、３２ｂおよび３３を配置することが好ましい。

また、本実施形態における液晶表示装置１００では、図１に示したように、光拡散素子３０よりも観察者側に第１の偏光板４１が配置されているので、観察者側から光拡散素子３０に入射する外光（周囲光）が第１の偏光板４１によって吸収され、その量が低減される。従って、光拡散素子３０の表面での外光の反射や、光拡散素子３０に入射した外光の、光拡散素子３０と他の層との界面での全反射が低減される。そのため、表示面のぎらつきが抑制され、高品位の表示が実現される。

また、液晶表示パネルの観察者側に光拡散素子が設けられている場合、液晶表示パネルを通過した光が光拡散素子に入射した際、後方散乱によって液晶表示パネル側に向かう光が存在する。この光は、迷光と呼ばれ、表示品位を低下させる原因となる。

液晶表示装置１００では、液晶層２３と光拡散素子３０との間に第２の偏光板２８が配置されているので、このような迷光がこの第２の偏光板２８に吸収されることによって低減される。そのため、迷光に起因した表示品位の低下が抑制される。さらに、本実施形態のように、前面基板２２上にカラーフィルタ２４が設けられていると、迷光の一部をカラーフィルタ２４でも吸収することができるので、表示品位の低下を抑制する効果が高い。

上述したように、外光の反射による表示品位の低下を抑制するための第１の偏光板４１に加え、迷光による表示品位の低下を抑制するための第２の偏光板２８を設ける場合には、液晶層２３を通過した光を効率よく利用するためには、第１の偏光板４１の透過軸と第２の偏光板２８の透過軸とは略平行であることが好ましい。

なお、第１の偏光板４１と第２の偏光板２８の一方を省略してもよい。例えば、図１５に示す液晶表示装置２００のように、第１の偏光板４１が省略されていてもよいし、図１６に示す液晶表示装置３００のように、第２の偏光板２８が省略されていてもよい。

図１５に示した液晶表示装置２００では、光拡散素子３０と液晶層２３との間に設けられた偏光板２８によって、迷光に起因した表示品位の低下が抑制される。一方、図１６に示した液晶表示装置３００では、光拡散素子３０よりも観察者側に配置された偏光板４１によって、表示面のぎらつきが抑制される。

また、図１に示した液晶表示装置１００において、第２の偏光板２８に代えて、液晶層２３と光拡散素子３０との間に反射防止膜を配置してもよい。反射防止膜を液晶層２３と光拡散素子３０との間に設けることによって、迷光の反射を抑制することができ、迷光による表示品位の低下を抑制することができる。反射防止膜としては、いわゆるＡＲ膜として公知の種々の膜を用いることができ、例えば、互いに屈折率の異なる複数の層を含む多層干渉膜を用いることができる。

照明素子１０としては、種々のバックライトを用いることができるが、より高いコントラスト比を得るためには、より指向性の高い光を出射し得るものを用いることが好ましい。具体的には、照明素子１０が、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の３％以下となるような配光分布を有すると、十分に高いコントラスト比を容易に実現することができる。

図１７（ａ）および（ｂ）に、照明素子１０の好ましい配光分布の例を示す。図１７（ａ）に示す配光分布では、表示面法線方向における輝度がもっとも高く、角度が大きくなるにつれて急に輝度が低くなる。これに対し、図１７（ｂ）に示す配光分布では、表示面法線方向から３０°付近まで比較的高い輝度が保たれている。図１７（ａ）および（ｂ）に示す配光分布のいずれにおいても、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向（０°）における輝度の３％以下である。そのため、これらのような配光分布を有する照明素子１０を用いることによって、優れた表示品位が得られる。

配光分布の他の例を図１７（ｃ）に示す。図１７（ｃ）に示す配光分布では、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度は、表示面法線方向（０°）における輝度の８％〜１３％以下である。このような配光分布の照明素子１０を用いる場合であっても、光変調部（液晶層２３および位相差補償素子２５および２７による光学変調のパターン（すなわちコントラストコーンの形状）を適宜選択することによって、十分に優れた表示品位を得ることができる。

光学変調を好適に行うためには、照明素子１０の配光分布の山の部分（高輝度の部分）が、コントラストコーン（コントラストコーンで示される角度範囲）に略一致するか、コントラストコーン内に位置することが好ましい。配光分布の山の部分がコントラストコーンの外にはみだすと、光学変調が好適に行えないことがある。

図１７（ｃ）に示した程度の指向性は、例えば、図３に示した全反射型プリズムシート３を備えた照明素子１０を用いることによって容易に実現することができる。また、図１７（ａ）および（ｂ）に示した程度の指向性は、米国特許第５９４９９３３号明細書や米国特許第５５９８２８１号明細書に開示されているバックライトを用いることによって実現できる。上記米国特許第５９４９９３３号明細書には、導光板の主面上にレンチキュラマイクロプリズムが設けられたエッジライト型のバックライトが開示されている。また、上記米国特許第５５９８２８１号明細書には、光源から出射した光を開口部を介してマイクロコリメータおよびマイクロレンズに入射させる直下型のバックライトが開示されている。

本発明によると、視野角の広さを変化させることができ、且つ、高品位の表示を行うことができる液晶表示装置が提供される。

本発明による液晶表示装置は、共同での使用を前提とした広視野角のモードと、セキュリティに配慮した（あるいはプライベートな用途に適した）狭視野角のモードとを切り替えることができ、いずれのモードでも高品位の表示を行うことができるので、本発明は、携帯電話やＰＤＡなどの種々の電子機器に好適に用いることができる。

本発明の好適な実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置１００が備える照明素子（バックライト）の一例を示す側面図である。 図２に示す照明素子が備える全反射型プリズムシートの機能を説明するための図である。 （ａ）および（ｂ）は、液晶表示装置１００が備える光拡散素子の機能を説明するための図であり、（ａ）は光拡散素子が光を拡散せずに透過する状態を示し、（ｂ）は光拡散素子が光を拡散する状態を示している。 光拡散素子の一例を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、高分子分散型液晶層を模式的に示す図であり、（ａ）は高分子分散型液晶層が光を拡散する状態を示し、（ｂ）は高分子分散型液晶層が光を拡散せずに透過する状態を示している。 光拡散素子の内部に形成される高拡散領域と低拡散領域とを模式的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、光拡散素子の機能を説明するための図である。 光変調部のコントラスト特性の一例を示す図であり、表示面内における方位とコントラスト比との関係を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、光変調部のコントラストコーンと光拡散素子の光拡散特性との好ましい組み合わせを示す図である。 光拡散素子の背面側基板の構成を模式的に示す平面図である。 光拡散素子の観察者側基板の構成を模式的に示す平面図である （ａ）および（ｂ）は、光拡散層内に高拡散領域と低拡散領域とが形成されている様子を模式的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように高拡散領域と低拡散領域とが形成されることにより、光拡散素子に所定の高拡散角度範囲が設定されることを説明するための図である。 本発明の好適な実施形態における他の液晶表示装置２００を模式的に示す断面図である。 本発明の好適な実施形態における他の液晶表示装置３００を模式的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、照明素子から出射する光の配光分布の例を示すグラフである。 従来の液晶表示装置７００を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置７００が備える拡散導光板の機能を説明するための図である。 （ａ）は液晶表示装置７００が狭視野角モードで表示を行う状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は液晶表示装置７００が広視野角モードで表示を行う状態を模式的に示す図である。 液晶表示装置７００の改変例を模式的に示す断面図である。 液晶表示装置７００の改変例を模式的に示す断面図である。 従来の液晶表示装置８００を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 導光板
３ プリズムシート
３ａ プリズム
１０ 照明素子（バックライト）
２０ 液晶表示パネル
２１ 背面基板
２２ 前面基板
２３ 液晶層
２４ カラーフィルタ
２５、２７ 位相差補償素子
２６ 偏光板（第３の偏光板）
２８ 偏光板（第２の偏光板）
３０ 光拡散素子
３０ａ、３０ｂ 基板
３１ 光拡散層（高分子分散型液晶層）
３１ａ 高分子のマトリクス
３１ｂ 液晶材料のドロップレット
３２、３２ａ、３２ｂ、３３ 電極
３６ シール材
３７、３８、３９ 配線
４１ 偏光板（第１の偏光板）
１００、２００、３００ 液晶表示装置

Claims (18)

1. 照明素子と、
   前記照明素子から出射した光を変調する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散する光拡散素子と、を備え、
   前記光拡散素子は、光を拡散する度合いを電界に応答して変化させ得る、液晶表示装置。
2. 前記光拡散素子は、光を拡散する度合いが相対的に高い高拡散領域と、光を拡散する度合いが相対的に低い低拡散領域とをその内部に形成し得る請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光拡散素子は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散し得る請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記特定の角度範囲は、表示面法線方向に平行な第１の面内と表示面法線方向に平行で前記第１の面に交差する第２の面内とで異なっている請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１の面内における前記特定の角度範囲をＡ、前記第２の面内における前記特定の角度範囲をＢ、前記第１の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲をＣ、前記第２の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲をＤとしたとき、
   前記第１の面内における前記特定の角度範囲Ａと前記第２の面内における前記特定の角度範囲Ｂとの比Ａ／Ｂが、前記第１の面内における前記視角範囲Ｃと前記第２の面内における前記視角範囲Ｄとの比Ｃ／Ｄに略等しい請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の面と前記第２の面とは略直交する請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶表示パネルのコントラスト比が１以上である視角範囲は、前記第１の面内において最も広く、且つ、前記第２の面内において最も狭く、
   前記光拡散素子が光を強く拡散する前記特定の角度範囲は、前記第１の面内において最も広く、且つ、前記第２の面内において最も狭い請求項５または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１の面内における前記特定の角度範囲Ａは、前記第１の面内における前記視角範囲Ｃと略等しいかまたはそれよりも狭く、前記第２の面内における前記特定の角度範囲Ｂは、前記第２の面内における前記視角範囲Ｄと略等しいかまたはそれよりも狭い請求項５から７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記特定の角度範囲内の角度で入射する光に対する前記光拡散素子のヘイズ値が５以上である請求項５から８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記光拡散素子は、
    電界の強さに応じて光を拡散する度合いが変化する光拡散層と、
    前記光拡散層内に電界を生成するための複数の電極と、
    を有している請求項１から９のいずれかに記載の液晶表示装置。
11. 前記複数の電極は、前記光拡散層内に生成される電界が互いに異なる電界強度を有する複数の領域を有し得るように配置されている請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記光拡散層は、高分子分散型液晶層である請求項１０または１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記光拡散素子よりも観察者側に配置された第１の偏光素子を備えた請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
14. 前記液晶表示パネルと前記光拡散素子との間に配置された第２の偏光素子を備え、
    前記第１の偏光素子の透過軸と前記第２の偏光素子の透過軸とが略平行である請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記液晶表示パネルの観察者側とは反対側に配置された第３の偏光素子をさらに備える請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記照明素子は、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の１３％以下となるような配光分布を有する請求項１から１５のいずれかに記載の液晶表示装置。
17. 前記照明素子は、表示面法線方向に対して３０°以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の３％以下となるような配光分布を有する請求項１から１５のいずれかに記載の液晶表示装置。
18. 前記照明素子は、光源と、前記光源から出射した光の指向性を制御する指向性制御素子とを有している請求項１から１７のいずれかに記載の液晶表示装置。

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