JP2809089B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

透過型液晶表示装置

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JP2809089B2
JP2809089B2 JP6030655A JP3065594A JP2809089B2 JP 2809089 B2 JP2809089 B2 JP 2809089B2 JP 6030655 A JP6030655 A JP 6030655A JP 3065594 A JP3065594 A JP 3065594A JP 2809089 B2 JP2809089 B2 JP 2809089B2
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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、特に広範囲な視角を持つ透過型液晶表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のノーマリーホワイト型の透過型液
晶表示装置は、図７に示すように、アクティブマトリク
ス基板５と、透明共通電極，カラーフィルタが形成され
たカラーフィルター基板７の間にＴＮ（ツイステッド・
ネマティック）液晶６を注入し、さらにこれらの両面に
偏光板４，８の偏光軸をお互いに９０°傾けて形成した
ものであり、面光源１からの光を変調して表示させる方
式である。このＴＮ型は、液晶の複屈折性により液晶パ
ネル１１の法線方向からずれた視角では、リターディシ
ョンが異なり視角依存性が大きい。これに対して、液晶
パネル１１には垂直方向の光のみを入射させリターディ
ションを一定にし、液晶パネル１１からの透過光を拡散
させて視角を広げるという改善策が考えられている。本
発明はこれを効率良く行うものであり、以下にその先行
技術を７つ挙げて説明する。
【０００３】特開平２−１１８５１８号公報には、本発
明の先行技術１として図８に示す様に、光源１０１ａの
光を球面鏡１０１ｂとレンズ１０１ｃにより液晶表示セ
ルへの照射光に平行性を付与しＴＮ型液晶層１０６を透
過した光を散乱粒子を混入した透明体等で形成された光
拡散層１０９で拡散させる技術、先行技術２として図９
に示す様に、光源部１０１からの光をハニカム構造の内
部を黒化させて反射防止した光導波路１０３を用いて平
行化した光拡散機能を含む液晶表示セル１１１に入射さ
せる技術が開示されている。しかしながら、先行技術１
で球面鏡１０１ｂとレンズ１０１ｃを用いた場合、液晶
表示装置に厚みがでてしまう。また液晶パネルへの光入
射側では光照射のうち主要部分が液晶表示セルに対して
ほぼ垂直に入射するが斜めに入射する光が完全に抑えら
れた訳ではない。先行技術２では、光導波路１０３を内
部黒化して反射を防いでいるので斜め光を全くカットし
てしまい光量の低下が著しい。液晶表示セル１１１では
光拡散層を形成または光拡散機能をカラーフィルターと
一体化して画像のぼけ，色調のずれを改善しているが液
晶層からの出射光の損失，外光反射が生じてしまう。先
行技術３では図１０（ａ），（ｂ）に示す様に、カラー
フィルター１２０，１２１を用い２層として斜め方向の
光を抑制したり、先行技術４として図１１に示す様に、
グレーフィルター１１４を用いて反射成分を小さくして
も同時に液晶表示セルからの出射光も低下させてしま
う。先行技術５として図１２に示す様に、ブラックマト
リクス１１５を設けても表示画素の反射は避けられな
い。
【０００４】特開昭６１−２８４７３１号公報では、本
発明の先行技術６として図１３に示す様に、光源と液晶
表示パネルの板ガラス２０５の間にコリメータ部２０３
を設けることで液晶表示パネルに入射する光をほぼ平行
にし液晶表示パネルで変調された出射光を個々の画素に
対応したマイクロレンズ２１６で拡散させて広視角にす
る技術が開示されている。この方法ではコリメータ部２
０３で拡散する際に外光反射が生じ、またマイクロレン
ズ２１６を画素ごとに形成する技術が要求される。
【０００５】また、特開昭６２−２９９９４３号公報に
は、本発明の先行技術７として図１４に示す様に、照明
装置，透過型液晶パネル３１１，レンチキュラーレンズ
３０９の順に形成した透過型液晶表示装置において、照
明装置をアパーチャ型蛍光管３０１ａ，シリンドリカル
レンズ３０１ｂ，複数の半透過鏡３１７−１〜３１７−
４，全反射鏡３１８，箱体３１９によって構成し準平行
光とする技術が開示されている。これは各半透過鏡３１
７−１〜３１７−４の反射率，透過率が異り、その制御
は蒸着膜厚の制御による方法、または全反射鏡を作成後
微小パターンをエッチング形成する方法により行われる
が、この方法では画面にすじが発生するおそれがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した様に、従
来のノーマリーホワイト型透過型液晶表示装置では視角
が狭く、液晶パネルの法線方向からずれるほどリターデ
ィションの違いにより階調性がくずれてしまい、コント
ラスト比の低下が生じ広視角な画像が得られない欠点が
ある。
【０００７】一方、本発明の先行技術１では液晶表示装
置が厚くなり、ノートタイプのパーソナルコンピュータ
への適用は不向きである。また液晶パネルの法線方向か
らずれた斜め方向の光を抑える機能はなく、先行技術３
の様にカラーフィルターを用い２層として斜め方向の光
を抑制してもカラーフィルターを２層としているので光
量低下の問題があり、ストライプ型では効果がない。先
行技術２では光導波路を用いて斜め方向の光を完全にカ
ットした場合、光の量が著しく低下するという問題があ
る。先行技術４，５では液晶パネルからの光拡散側で出
射光の損失，外光反射の両方を良好にできないという問
題がある。
【０００８】また、本発明の先行技術６ではコリメータ
部で斜め方向の光量の低下，マイクロレンズを画素ごと
に形成する困難さが問題となる。
【０００９】更に、本発明の先行技術７では反射率，透
過率の違う半透過膜を箱体に形成する際に画面にすじが
生じない様にすることが困難であり、また機械的強度上
の問題もある。
【００１０】本発明の目的は、光量とコントラスト比の
低下がなく階調特性にすぐれ、広視角な画像が得られる
透過型液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、Ｔ
Ｎ液晶パネルと、このＴＮ液晶パネルの背部に面光源と
を有する透過型液晶表示装置において、前記面光源と前
記ＴＮ液晶パネルとの間にプリズムレンズフィルムと前
記ＴＮ液晶パネルの前面に平滑な面に多層膜をコーティ
ングしたウェーブレンズとが配置されている。
【００１２】本願の第２の発明は、第１の発明におい
て、ＴＮパネルの前面に平滑な面に多層膜をコーティン
グしたウェーブレンズフィルムを２枚設け、それぞれの
前記ウェーブレンズフィルムの稜線方向を９０°傾けて
配置されている。
【００１３】本願の第３の発明は、第２の発明におい
て、面光源とＴＮ液晶パネルとの間にプリズムレンズフ
ィルムを２枚設け、それぞれの前記プリズムレンズフィ
ルムの稜線方向を９０°傾けて配置されている。
【００１４】本願の第４の発明は、第１の発明，第２の
発明または第３の発明において、ＴＮ液晶パネルとウェ
ーブレンズフィルムの相対向するそれぞれの表面に多層
膜がコーチングされている。
【００１５】本願の第５の発明は、第１の発明，第２の
発明，第３の発明または第４の発明において、プリズム
レンズフィルムとＴＮ液晶パネルとの間にルーバーを設
け、平行に組み込まれた方向が視角依存性のある方向と
垂直に配置されている。
【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。
【００１７】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施
例の要部断面図及びその指向特性を示す特性図である。
本発明の第１の実施例は、図１（ａ）に示すように、光
の進行方向に向って順次配列された面光源１，プリズム
レンズフィルム２，液晶パネル１１，ウェーブレンズフ
ィルム９によって構成される。プリズムレンズフィルム
２は、ポリカーボネイト，アクリル等のプラスチック製
で片側の面にそれぞれが平行なプリズムを形成し反対側
の面を平滑仕上げしたレンズアレイフィルムによって構
成され、その作用効果は拡散光をプリズムレンズフィル
ム２の垂直方向に集光する。プリズムの頂角は集光作用
に優れた９０°、プリズムのピッチは３０〜３６０μｍ
である。ウェーブレンズフィルム９はポリカーボネイ
ト，アクリル等のプラスチック製で片側にウェーブ２次
曲面をそれぞれが平行になる様に形成し反対側は平滑仕
上げされその平滑な面に多層膜１０をコーティングした
レンズアレイフィルムによって構成され、その作用効果
は集光光をウェーブ面で屈折させて拡散するとともに多
層膜１０によって外光の反射を防止する。ウェーブの
幅：ピッチは０．０４：１〜１．５：１で、ピッチは３
０〜３６０μｍである。液晶パネル１１は信号電極，走
査電極，ＴＦＴ及び画素が形成されたアクティブマトリ
クス基板５と、透明共通電極，カラーフィルターが形成
されたカラーフィルター基板７との間にＴＮ液晶６を注
入し、さらにそれぞれの表面に偏光軸を９０°傾けて配
置された偏光板４，８によって構成されている。
【００１８】次に、この第１の実施例の作用について説
明する。図１（ｂ）に示す様に、面光源１からの出射光
は、上下視角に対する輝度分布で示すとＡの曲線の様な
指向性の無い緩慢な指向特性を示す。この出射光が液晶
パネル１１を透過すると視角によってリターディション
の違いが生じ視角が狭くなってしまう。そこで面光源１
の前面にプリズムレンズフィルム２を設けるとプリズム
面の屈折効果により斜めの光が液晶パネル１１の法線方
向に屈折されＢの様な鋭い指向特性を持つ光となる。液
晶パネル１１を通過した指向性の鋭い光はウェーブレン
ズフィルム９に入射しウェーブ面で屈折して拡散され
る。このときリターディションの違いの無い光が増えて
拡散されるので視角依存性が抑えられた広視角な表示が
得られる。また多層膜１０によって外光の反射を防いで
いるので画面が白けることがなくコントラスト比の高い
良好な画質を得ることができる。
【００１９】図２は図１（ａ）の斜視図である。ＴＮ液
晶パネルの視角依存性はラビング方向にもよるが左右方
向はそれほど無く上下方向が激しい。よって図２に示す
様に、プリズムレンズフィルム２，ウェーブレンズフィ
ルム９の稜線方向は視角依存性のある上下方向と垂直に
設定することで上下の視角依存性を無くすことができ
る。
【００２０】図３は本発明の第２の実施例の要部斜視図
である。本発明の第２の実施例は、図３に示す様に、図
１（ａ），図２に示す第１の実施例の拡散側のウェーブ
レンズフィルム９の設定を変えた例である。多層膜１０
をコーティングしたウェーブレンズフィルム９の代りに
多層膜１０ａ，１０ｂをコーティングしたウェーブレン
ズフィルム９ａ，９ｂの２枚をそれぞれの稜線方向を互
いに９０°傾けて配置し、さらにそれぞれの稜線の方向
を視角依存性のある上下方向に対して４５°傾けて設定
してあるので、より緩慢な拡散により視角を広げること
ができる。
【００２１】図４は本発明の第３の実施例の要部斜視図
である。本発明の第３の実施例は、図４に示すように、
図３に示す第２の実施例の集光側のプリズムフィルム２
の設定を変えた例である。プリズムレンズフィルム２に
代えてプリズムレンズフィルム２ａ，２ｂの２枚をそれ
ぞれ稜線方向を互いに９０°傾けて配置し、さらに稜線
方向を視角依存性のある上下方向に対して４５°傾けて
設定しているので、集光性が増しよりリターディション
の違いが小さくなる。
【００２２】図５は本発明の第４の実施例の要部断面図
である。本発明の第４の実施例は図５に示す様に、図１
（ａ），図２に示す第１の実施例の外光反射をさらに抑
えた例である。第１の実施例ではウェーブレンズフィル
ム９のウェーブ面には何の処理も施されていないので空
気との屈折率の違いにより入射してきた外光がウェーブ
面で反射して多層膜１０を透過して外に漏れてしまう。
この欠点を補うためにウェーブレンズフィルム９のウェ
ーブ面と相対向する液晶パネル１１の偏光板８の表面に
それぞれ多層膜１３と多層膜１２のコーティングを施し
た例である。多層膜１２，１３のコーティングを施すこ
とによりウェーブ面の反射と偏光板８と空気の界面の反
射を抑えることができる。この多層膜１２，１３のコー
ティングは前述の第２の実施例，第３の実施例に適用す
ることにより同様の効果が得られる。
【００２３】図６（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施
例の要部断面図及びその斜視図である。本発明の第５の
実施例は、図６（ａ），（ｂ）に示す様に、図１（ａ）
に示す第１の実施例の液晶パネル１１の背部にルーバー
３を配置した構成としたものである。ルーバー３の構造
は薄い板状のプラスチック製で不透明な黒色の微小なル
ーバーを平行に組み込んだものである。作用効果はルー
バーが平行に組み込まれた方向と垂直方向の光を遮断す
る。第１の実施例の場合、図１（ａ）に示すプリズムレ
ンズフィルム２を通った光は図１（ｂ）Ｂの様な指向性
の鋭い指向特性になるがプリズムレンズフィルム２のプ
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
方向に大きくそれてしまう。斜線部ｂで示した光が全反
射してしまう光である。これは光線軌跡の計算で確認で
きる。本実施例ではプリズムレンズフィルム２の前面に
ルーバー３を配置することにより液晶パネル１１に入射
する斜線部ｂの全反射光を全て抑え完全にカットするこ
とができる。この時、ルーバー３の平行に組み込まれた
方向を視角依存性のある上下方向と垂直に設定する。こ
れによりリターディションの違いがほぼ無い光が液晶パ
ネル１１に入射しウェーブレンズフィルム９で拡散され
るので、第１の実施例よりもさらに視角依存性のない広
視角な表示を得ることができる。
【００２４】第２の実施例，第３の実施例，第４の実施
例においても第５の実施例と同様液晶パネル１１の背部
にルーバー３を配置することにより、より視角依存性の
ない広視角な表示を得ることができる。
【００２５】
【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、面光源と液晶パネルの間にプリズムレンズ
フィルムを設けて斜め方向の光を液晶パネルの法線方向
に集光させ、さらにルーバーを用いてほぼ平行光にする
ことで、光量の著しい低下を抑え斜め方向の光を完全に
カットできる。液晶パネルを透過した出射光は、多層膜
をコーティングしたウェーブレンズフィルムを透過させ
ることで損失を抑えて拡散でき、また外光反射を抑える
ことができる。これらの結果、透過型液晶表示装置は薄
型で、リターディションの違いで生じていた下方向１０
°からの階調逆転が下方向に全く無くなり、コントラス
ト比１０以上の視角が従来上２０°，下５０°であった
ものが上下±７０°以上となり、視角依存性の無い広視
角な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例の要部
断面図及びその指向特性を示す特性図である。
【図２】図１（ａ）の斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例の要部斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施例の要部斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施例の要部断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施例の要部
断面図及びその斜視図である。
【図７】従来の透過型液晶表示装置の一例の要部断面図
である。
【図８】本発明の先行技術１の構成を示す断面図であ
る。
【図９】本発明の先行技術２の構成を示す断面図であ
る。
【図１０】（ａ），（ｂ）本発明の先行技術３の構成を
示す断面図及びＡ部の部分拡大断面図である。
【図１１】本発明の先行技術４の構成を示す断面図であ
る。
【図１２】本発明の先行技術５の構成を示す要部断面図
である。
【図１３】本発明の先行技術６の構成を示す要部断面図
である。
【図１４】本発明の先行技術７の構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 面光源 ２ プリズムレンズフィルム ３ ルーバー ４，８，２０４，２０８ 偏光板 ５，１０５ アクティブマトリクス基板 ６ ＴＮ液晶 ７ カラーフィルター基板 ９，９ａ，９ｂ ウェーブレンズフィルム １０，１０ａ，１０ｂ，１２，１３ 多層膜 １１，３１１ 液晶パネル １０１ａ 光源 １０１ｂ 球面鏡 １０１ｃ レンズ １０３ 光導波路 １０４，１０８ 偏光層 １０６ ＴＮ型液晶 １０７，１０７ａ，１０７ｂ ガラス基板 １０９ 光拡散層 １１１ 液晶表示セル １１４ グレーフィルター １１５ ブラックマトリクス １２０，１２１ カラーフィルター ２０３ コリメータ部 ２０５，２０７ 板ガラス ２０６ 液晶 ２１６ マイクロレンズ ３０１ａ アパーチャ型蛍光管 ３０１ｂ シリンドリカルレンズ ３０９ レンチキュラーレンズ ３１７ 半透過鏡 ３１８ 全反射鏡 ３１９ 箱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 正武 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−27455（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−164021（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−134427（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−107420（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−127159（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−313156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−56930（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−27453（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1335 - 1/1335 530

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＴＮ結晶パネルと、このＴＮ結晶パネル
    の背部に配設した面光源と、これらＴＮ液晶パネルと面
    光源との間に配設したプリズムレンズフィルムとを有す
    る透過型液晶表示装置において、前記プリズムレンズフ
    ィルムとＴＮ液晶パネルとの間にルーバーを設け、平行
    に組み込まれた方向が視角依存性のある方向と垂直に配
    置し、かつ前記ＴＮ液晶パネルの前面に平滑な面に外光
    反射防止用多層膜をコーティングしたウェーブレンズフ
    ィルムを配置したことを特徴とする透過型液晶表示装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の透過型液晶表示装置にお
    いて、ＴＮ液晶パネルの前面に平滑な面に外光反射防止
    用多層膜をコーティングしたウェーブレンズフィルムを
    ２枚設け、それぞれの前記ウェーブレンズフィルムの稜
    線方向を９０°傾けて配置したことを特徴とする透過型
    液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の透過型液晶表示装置にお
    いて、面光源とルーバーとの間にプリズムレンズフィル
    ムを２枚設け、それぞれの前記プリズムレンズフィルム
    の稜線方向を９０°傾けて配置したことを特徴とする透
    過型液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の透過型液晶
    表示装置において、ＴＮ液晶パネルとウェーブレンズフ
    ィルムの相対向するそれぞれの表面に外光反射防止用多
    層膜をコーティングしたことを特徴とする透過型液晶表
    示装置。
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