JP2679642B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

透過型液晶表示装置

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JP2679642B2 JP6232288A JP23228894A JP2679642B2 JP 2679642 B2 JP2679642 B2 JP 2679642B2 JP 6232288 A JP6232288 A JP 6232288A JP 23228894 A JP23228894 A JP 23228894A JP 2679642 B2 JP2679642 B2 JP 2679642B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、透過型液晶表示装置に
関し、特に視角依存性を改善した透過型液晶表示装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、この種従来の液晶表示装置の部
分断面図である（以下、これを従来例という）。同図に
おいて、２０１は、冷陰極型蛍光ランプおよび導光板な
どにより構成された面光源、２０２は偏光板、２０３
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、２０４はツイスト角９０°の液晶、２０
５は、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、２０６は、両基板２０３、２０５を接
着するとともに液晶を封止する封止剤、２０７は、偏光
板２０２と偏光軸が９０°ずらされた（ノーマリーホワ
イトモードの場合）偏光板である。ここで、両基板２０
３、２０５、液晶２０４および封止剤２０６によって液
晶パネル２１１が構成されている。
【０００３】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像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捩じれ状態が変更さ
れ、その画素電極部分から放出される表示光の輝度が変
調される。
【０００４】而して、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。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。
【０００５】図６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１の先行例という）。同図に示される
ように、走査電極３０３ａが形成された走査電極基板３
０３と、信号電極３０５ａの形成された信号電極基板３
０５とが液晶３０４、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３１１が構成されて
いる。液晶パネル３１１の光源側および表示面側には偏
光板３０２、３０７が配置されている。そして、偏光板
３０７上には、表示面に対し垂直な光成分のみを透過さ
せるコリメータ３１４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３０８が配置されている。
【０００６】この液晶表示装置では、液晶パネルを透過
した光のうち最も表示特性のよい垂直成分のみをコリメ
ータ３１４により取り出すことができる。しかし、この
ままでは指向性が強く可視角が狭いため表示に適さな
い。そこで、コリメータ３１４の前面にマイクロレンズ
を配置して光を拡散させて視野角を広げている。しか
し、この先行例では、マイクロレンズを液晶パネルの画
素に精度よく位置合わせすることが困難であり、また、
液晶パネルを構成するガラス基板とマイクロレンズとの
熱膨張率の違いから、温度変化により位置ずれが起こり
表示品質が低下する。
【０００７】この問題点を解決するものとして、個々の
レンズを細かくして画素とレンズとの１：１の対応を崩
す改善策が考えられている。図７は、図５に示した従来
例にこの対応策を施した光拡散手段を追加したものの断
面図である（以下、これを第２の先行例という）。同図
において、図５に示した従来例の部分と対応する部分に
は下２桁が共通する参照番号が付せられているので重複
する説明は省略するが、この先行例では、液晶パネル４
１１の前面に光拡散レンズ４０８が配置されている。
【０００８】このように構成された液晶表示装置では、
面光源４０１からの出射光は、液晶パネル４１１を透過
した後光拡散レンズ４０８に入射する。この時階調性が
最も優れた正面光は視野角上下に拡散され、その一方で
表示領域上下視野の階調性が崩れた光も拡散される。そ
の結果、表示領域上下視野に生じていた階調逆転は緩和
され、視角が広がる。
【０００９】なお、液晶パネルとレンズなどの光学素子
とを組み合わせることにより表示特性を改善しようとす
る提案として、他に、実願昭６２−１４７９４７号（実
開昭６４−５１９１３号）（液晶パネルの前面に光を視
野角方向に集光させるリニアフレネルレンズを配置す
る）、特開昭６０−２６２１３１号公報（液晶パネルの
光源側および表示面側にレンチキュラレンズまたは複眼
レンズを配置し、両レンズの液晶側の焦点を一致させ
る）などがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図５の従来の透過型液
晶装置は視角が狭く、液晶パネル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特性がくずれてしま
い、コントラスト比の低下が生じ、広視野角な画像を得
られない欠点があった。
【００１１】一方、図６に示した第１の先行例では、画
素の形状、面積が異なる液晶表示パネルが用意されるた
びに新たなマイクロレンズが必要になる。また、大画面
の表示パネルを用いたとき、ガラスとレンズ材の熱膨張
率の違いにより画素とそれに対応するマイクロレンズが
ずれてしまうという欠点があった。
【００１２】また、第１および第２の先行例では、偏光
板の上面にレンズが設けられているが、レンズ体が直視
面に位置しているため画質の低下を招いていた。すなわ
ち、レンズの材料そのものは透明であるものの表面が完
全な鏡面でないため乱反射により白っぽく見え、さらに
外部光の反射が大きいため、視認性の低下を招いてい
た。
【００１３】また、第２の先行例では、液晶パネルとレ
ンズとの距離が大きいため、表示ぼけが起きるという問
題点があった。表示ぼけは、 レンズ面での散乱により視認される、 光がある角度をもって放射されるため、液晶からレ
ンズ面までの距離に応じて広がる、ことによって起こ
る。図８は、その状況を説明する図であって、カラーフ
ィルタ４０５ｂからある集光角をもって放出された光
は、透明ガラス基板４０５ａ内および偏光板４０７で広
がる。そのため、本来、ａの部分で観察されるべき光が
ａ′の範囲にまで広がり、散乱、屈折によりａ′の範囲
で視認される。この表示ぼけはカラーフィルタ４０５ｂ
から光拡散レンズ４０８までの距離Ｌが大きいほど著し
くなる。
【００１４】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、表示品質に優れ薄型
化が可能な透過型液晶表示装置を提供することである。
【００１５】
【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、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、を有し、表示
面側の前記偏光手段と前記光拡散手段とは光制御手段と
して一体化されており、かつ、該光制御手段の光拡散手
段側が前記液晶パネル側に配置されている透過型液晶表
示装置において、前記光拡散手段が、シリンドリカル部
と液晶パネル面と平行なフラット部とが交互に配置され
たレンズ層により構成されていることを特徴とする透過
型液晶表示装置、が提供される。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例の部分
断面図を示す。同図において、１０１は面光源、１０２
は偏光板、１０３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と透明画素電極が形成されたアクテ
ィブマトリクス基板、１０４はツイステッドネマティッ
ク型の液晶、１０５は、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、１０６は、両基板１
０３、１０５を接着するとともに液晶１０４を封止する
封止剤、１０７は、偏光軸が偏光板１０２の偏光軸から
９０°ずらされた偏光板、１０８は、偏光板１０７上に
形成された光拡散レンズ層である。
【００１７】光拡散レンズ層１０８のレンズはシリンド
リカル状に形成されており、その稜線方向は、視角依存
性の大きい視野角上下方向と垂直方向、すなわち表示画
面の左右方向となっている。シリンドリカルレンズの深
さ：ピッチは２．９：１０〜０．８：１０、好ましくは
１．８：１０〜１．２：１０で、この範囲に設定するこ
とにより、視認性と視角とを調和よく向上させることが
できる。ピッチは３０〜３６０μｍである。このピッチ
は液晶パネル１１１の各画素に対応しておらず、モアレ
の生じない最適ピッチに設定される。
【００１８】また、図１の光拡散レンズ層１０８には、
図２に示すように、レンズ面での散乱をより少なくする
ように鏡面仕上げし易いフラット部Ｙが設けられてお
り、これによりいわゆる文字化け（表示ぼけ）が抑えら
れる。このフラット部を設けたことにより光の拡散性は
減少するが、シリンドリカル部Ｘの曲率を大きくするこ
とにより補償することができる。このシリンドリカル部
Ｘとフラット部Ｙの比やシリンドリカル部Ｘの曲率を変
えることにより任意の拡散特性を得ることができる。シ
リンドリカル部Ｘは、図２（ａ）に示すような凹レン
ズ、あるいは図２（ｂ）に示すような凸レンズのいずれ
であってもよい。偏光板１０７とその上に形成された光
拡散レンズ層１０８により光制御板１０９が構成されて
おり、この光制御板１０９は、透明接着剤１１０により
液晶パネル１１１に接着されている。
【００１９】このように形成された液晶表示装置では、
レンズ体が表示装置の直視面に位置しておらず代わって
グレイの色調の偏光板が配置されるため、外部反射が半
分以下に抑えられ画像が白けることがなく良好な表示品
質の画像が得られる。また、光拡散レンズ層にフラット
部が設けられたことにより、レンズ面での散乱や視点へ
の屈折がすくなくなり、さらに光拡散レンズと液晶パネ
ルとの距離が短くなったことにより表示ぼけが抑えられ
る。
【００２０】光拡散レンズ層１０８は、つぎのように形
成される。偏光板１０７に、ヒドロキシアルキルメタク
リレート、アルキルメタクリレートに代表される変性ア
クリレートを塗付し、その上から金型を押し当て、その
状態で偏光板１０７側から紫外線を照射してこの透明樹
脂を硬化させる。
【００２１】透明樹脂を紫外線照射により硬化させる理
由は、複屈折特性をもたない状態で硬化させるためであ
る。本発明において使用される光拡散レンズ層が複屈折
特性をもった場合、このレンズ層を透過した光の偏光状
態が変化して偏光板１０７により検光された光が本来の
表示光と異なったものとなってしまい、結果的にコント
ラスト比の低下を招く。上記のように圧力や張力を加え
ない状態でかつ紫外線硬化法で硬化させる場合には結晶
化することがなく光学的に等方性のレンズを形成するこ
とができる。
【００２２】樹脂硬化後に金型を除去すれば、偏光板１
０７上にシリンドリカル部およびフラット部を有する光
拡散レンズ層１０８が形成され、本発明において用いら
れる光制御板１０９が作製される。次に、光制御板１０
９の液晶パネル１１１への代表的な取り付け方法につい
て説明する。液晶パネルのカラーフィルタ基板１０５上
に屈折率が１．３〜１．４のアモルファスフッ素樹脂か
らなる透明接着剤１１０を塗布する。その後、レンズ層
側を下にして光制御板１０９を透明接着剤１１０上に載
せ、加圧しながら熱処理を行う。これにより、レンズ面
の凹凸にアモルファスフッ素樹脂が隙間なく浸透し接着
が行われる。またレンズ面の凹凸が大きい場合には、ア
モルファスフッ素樹脂の粘性により浸透しない場合があ
る。この場合、接着性を高めるために液晶パネル直視面
上と光拡散レンズ層の凹凸面上の両方にアモルファスフ
ッ素樹脂のコートを施すようにすればよい。以上のよう
に組み立てられた液晶パネルを他の光学素子と組み合わ
せることにより、図１に示す透過型液晶表示装置を組み
立てることができる。
【００２３】［第２の実施例］図３（ａ）は本発明の第
２の実施例を示す部分断面図である。同図において、図
１に示した第１の実施例の部分と同等の部分には同一の
参照番号が付せられているので、重複する説明は省略す
るが、本実施例においては、面光源１０１と液晶パネル
１１１との間にプリズムレンズフィルム１１３が配置さ
れている。
【００２４】プリズムレンズフィルム１１３は、ポリカ
ーボネイトあるいはアクリル系のプラスチック製で、片
側に平行なプリズムを形成し、反対側を平滑に仕上げた
レンズアレイフィルムである。そして、その稜線の通る
方向は光拡散レンズ層１０８と同様に画面の左右方向で
ある。このプリズムレンズフィルム１１３の作用は、面
光源１０１より発した拡散光を垂直方向に集光すること
である。ここで、プリズムの頂角は集光方向に優れた９
０°になされており、またプリズムのピッチは３０〜３
６０μｍである。
【００２５】次に、図３（ｂ）を参照して、プリズムレ
ンズフィルム１１３を用いたことの効果を説明する。面
光源１０１からの出射光の上下視角に対する輝度分布
は、図３（ｂ）のＡに示すように、緩慢な指向特性を示
す。この出射光をそのまま液晶パネルに入射させるとリ
タデーションの違いが大きくなり、視角が狭くなってし
まう。しかし、面光源１０１の前面にプリズムレンズフ
ィルム１１３を設けると、プリズム面の屈折効果で斜め
の光が液晶パネル１１１の法線方向に屈折され、図３
（ｂ）のＢに示すように、指向性の鋭い輝度特性を示
す。
【００２６】これにより、液晶パネルに入射する光は垂
直成分が多くなる。液晶パネル１１１を透過した指向性
の鋭い光は光拡散レンズ層１０８に入射し、シリンドリ
カル面で屈折し拡散される。よって、図１に示した実施
例に比べ階調性の優れた正面光が増して拡散されること
になり、より広視角な表示を得られる。
【００２７】［第３の実施例］図４は、本発明の第３の
実施例の部分断面図である同図においても、図１、図３
（ａ）に示した第１、第２の実施例の部分と同等の部分
には同一の参照番号が付せられている。本実施例の第２
の実施例と相違する点は、プリズムレンズフィルム１１
３の前面にさらにルーバー１１４が配置された点であ
る。このルーバー１１４は、薄い板状のプラスチック製
で、不透明な黒の微小なルーバーを平行に組み込んだも
のである。このルーバーの通る方向も、透過光の上下方
向の指向性を高めるために、表示画面の水平方向であ
る。
【００２８】このルーバー１１４は、入射するさまざま
な方向の光のうち、ルーバーの方向と垂直方向で、かつ
液晶パネル面の法線方向よりずれた光を遮断する。第２
の実施例の場合、プリズムレンズフィルム１１３を透過
した光は、図３（ｂ）のＢに示すように鋭い指向特性と
なるが、プリズム面に臨界角以上の光が入射すると全反
射して斜めに大きく逸れてしまう。
【００２９】図３（ｂ）において、斜線部ｂで示した領
域が全反射してしまう光である。第２の実施例の場合に
は、この斜線部ｂの全反射光も液晶パネル１１１に入射
してしまうが、本実施例においては、プリズムレンズフ
ィルム１１３の液晶パネル１１１側に、ルーバー１１４
が設けられているため、この全反射光の液晶パネルへの
入射を抑制することができる。したがって、階調性に優
れた正面付近の光のみが光拡散レンズ層１０８で拡散さ
れる。そのため、階調逆転を起こすことが完全になくな
り、またコントラスト比１０の視角を、上・下７０°以
上に広げることができるようになり、視角依存性のない
広視角な画像を得ることが可能となる。
【００３０】
【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、シリンドリカル部とフラット部とを有す
る光拡散レンズ層と偏光板とを一体化し、それをレンズ
側を液晶パネル側にして液晶パネル直視面上に設けたも
のであるので、液晶パネル−光拡散レンズ間の距離を短
縮することができ、さらにレンズ面での散乱を少なくす
ることができ表示ぼけを緩和することができる。また光
拡散レンズ層が表面に現れていないので、外光反射が抑
えられ画面が白けることがなくなる。
【００３１】また、光源側よりプリズムレンズフィルム
およびルーバーをこの順に設けた構成によれば、プリズ
ムにより液晶パネルの法線方向へ光を揃えることができ
るとともにプリズムにおいて全反射された光の液晶パネ
ルへの入射を遮断することができるので、液晶パネルに
は正面方向付近の光が増え、これが拡散されるため、階
調性に優れ、コントラスト比の高い表示画面を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す部分断面図。
【図２】本発明の第１の実施例のレンズ形状を説明する
ための断面図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す部分断面図と実施
例の効果を説明するための特性曲線図。
【図４】本発明の第３の実施例を示す部分断面図。
【図５】従来例の断面図。
【図６】第１の先行例の断面図。
【図７】第２の先行例の断面図。
【図８】第２の先行例の問題点を説明するための断面
図。
【符号の説明】
１０１、２０１、４０１ 面光源 １０２、２０２、３０２、４０２ 偏光板 １０３、２０３、４０３ 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、２０４、３０４、４０４ 液晶 １０５、２０５、４０５ カラーフィルタ基板 ４０５ａ 透明ガラス基板 ４０５ｂ カラーフィルタ ３０５ 信号電極基板 ３０５ａ 信号電極 １０６、２０６、３０６、４０６ 封止剤 １０７、２０７、３０７、４０７ 偏光板 １０８ 光拡散レンズ層 ３０８ マイクロレンズ ４０８ 光拡散レンズ １０９ 光学制御板 １１０ 透明接着剤 １１１、２１１、３１１、４１１ 液晶パネル １１３ プリズムレンズフィルム １１４ ルーバー ３１４ コリメータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−27453（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118410（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123884（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−236282（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284731（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−36166（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−347617（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−152676（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、を有し、表示面側の
    前記偏光手段と前記光拡散手段とは光制御手段として一
    体化されており、かつ、該光制御手段の光拡散手段側が
    前記液晶パネル側に配置されている透過型液晶表示装置
    において、前記光拡散手段が、シリンドリカル部と液晶
    パネル面と平行なフラット部とが交互に配置されたレン
    ズ層により構成されていることを特徴とする透過型液晶
    表示装置。
  2. 【請求項２】 前記光源と前記液晶パネルとの間に、集
    光手段が配置されていることを特徴とする請求項１記載
    の透過型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記集光手段が、プリズムレンズまたは
    プリズムレンズおよびルーバーにより構成されているこ
    とを特徴とする請求項２記載の透過型液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 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、を有し、表示面側の
    前記偏光手段と前記光拡散手段とは光制御手段として一
    体化されており、かつ、該光制御手段の光拡散手段側が
    前記液晶パネル側に配置されている透過型液晶表示装置
    において、前記光拡散手段が、シリンドリカル部が所定
    のピッチで配置されたレンズ層により構成され、かつ、
    前記光源と前記偏光手段との間には、光源側よりプリズ
    ムレンズとルーバーとがこの順に配置されて構成された
    集光手段が配置されていることを特徴とする透過型液晶
    表示装置。
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