JP2959563B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

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、さらに詳しくは背面照明を有し液晶表示素子、カラ
ーフィルター等を透過した背面照明光により表示を行な
う透過型液晶表示装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】透過型液晶表示装置は、平面発光する背
面光源と液晶表示素子を組み合わせた表示装置であり、
背面光源光を液晶表示素子によりＯＮ−ＯＦＦして情報
表示を行なうものである。さらに近年は表示の多様化、
多情報量化が求められ、表示の自由度が大きい透過型液
晶表示の要求は大きく拡大している。 【０００３】従来の透過型液晶表示装置は背面光源とし
てＥＬに代表されるような完全な平面光源が理想とされ
ていた。このため白熱灯、螢光灯、放電管のような点光
源，線光源は、光学系，拡散板等により平面光源化され
背面光源として用いられている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】透過型液晶表示装置は
前述したように、液晶表示素子により表示情報が与えら
れる。ところが液晶表示素子はその方式にも依るが、情
報表示が不可能となる角度領域を有している。これは視
角と称され、液晶表示素子の本質的な欠点でもある。液
晶分子の電界による配向変化による表示、いわゆる液晶
の電気光学効果を利用した表示において、光の吸収は偏
光板、二色体色素が行なっている。偏光板二色性色素い
ずれも、異方性を有した光吸収体として作用し、さらに
異方性媒質である液晶中を光が伝播することから光束の
方向に対し吸収の大きさが分布を生じてしまう。ＴＮ
（ツイステッド、ネマチック）方式においてその典型的
なものを見ることができる。正面からは表示が見えるの
に対し、反対側の正面からは表示が簿くなったり、ポジ
とネガが反転してしまうといった現象がそれである。程
度の差があるとはいえ二色性色素の配向制御を行なう、
いわゆるゲスト・ホスト方式においても同様に視角は存
在する。図１は典型的な視角特性を、実線…ＴＮ方式、
破線…一枚偏光板＋ゲスト・ホスト（ネマチック）方式
について示したものである。 【０００５】したがってこのような液晶表示素子を光の
変調素子として使う透過型液晶表示装置の背面光源は、
完全拡散性を有する平面光源である必要はない。むしろ
光源の光束の有効利用のためには、液晶表示素子の視角
と平面光源の配光特性（以下、配光特性とは平面光源の
微少平面での光度の角度分布を表す）を一致させた方が
良い。従来の透過型液晶表示装置は、配光特性が視角特
性と無関係に決定されていたために、光束利用率が悪
く、十分な視認性を得るためには照明用光源を明るくす
る必要があり、一般的には消費電力を増加する必要があ
った。 【０００６】本発明は透過型液晶表示装置の背面光源の
省エネルギー化、液晶表示素子の視角方向における視認
性の改善を目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る透過型液晶
表示装置は、一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶表
示素子と照明光源とが配置されてなる透過型液晶表示装
置において、該透過型液晶表示装置は、前記照明光源か
ら出射した光を入射し配光特性を有する光として出射す
るマイクロレンズアレイを有してなり、該マイクロレン
ズアレイの配光特性のピークを前記液晶表示素子の視角
特性とほぼ一致させたことを特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】〔参考例１〕 図２は、本発明の参考例であり、液晶表示素子１はＴＮ
方式、照明光源は螢光管２にライトガイド３、拡散板４
を組み合わせた構成となっている。ライトガイド３はア
クリル樹脂により成形され、平面光源化するために片面
をおおむね鋸歯状断面５に形成されている。図３は図２
の系の配光特性６（破線）と液晶表示素子のコントラス
ト５以上の視角領域７（矢印）を表わしたものである。
なお配光特性は平面光源の微少平面について示してい
る。配光特性は視角特性とほぼ一致した方向に分布の中
心を向けるように、螢光管の位置、拡散板、ライトガイ
ドの形状が設定されている。詳しくは、鋸歯状断面の傾
斜角度、ライトガイド全体の方向、螢光管の配置、拡散
板の拡散能、その有無等である。 【０００９】ここではライトガイドとしてくさび状のア
クリル板を用いたが、同様な配光特性を得られる材質、
形状であれば使用することができる。また、光源の螢光
管についても、各種放電管、白熱電球も使用できる。 【００１０】光束の利用率は、図３の場合で完全拡散面
の場合に比べ約４０％の向上がみられた。消費電力につ
いてはライトガイド、拡散板での損失があるために単純
な比較はできないが、同一ライトガイドを用いた系で拡
散板の拡散能だけを変えた完全拡散面に近い状態と図３
の状態について比べた場合、視角の中心方向で同一輝度
を得る消費電力比は２０：１程であった。 【００１１】〔実施例〕 図４は液晶表示素子にゲスト・ホスト液晶パネル８、照
明光源にＥＬパネル９を用いた場合の例である。ここで
はコントラストの向上のために偏光板１０を一枚付加し
たタイプのゲスト・ホスト液晶パネルを例とした挙げ
た。構成は光源側からＥＬパネル９、配光用平板レンズ
１１、偏光板１０、液晶パネル８となっている。配光用
平板レンズはほぼ完全な拡散性平面光源であるＥＬパネ
ルの光束発散方向を変化させ、ゲスト・ホスト方式の液
晶表示素子の視角にほぼ一致させることを目的に設置さ
れている。本発明では、平板レンズとして具体的には、
図５（ｃ）に示すマイクロレンズアレイ（ＳＥＬＦ Ｃ
レンズ等）が用いられる。図５（ａ）の鋸歯状断面プリ
ズム、図５（ｂ）のレンチキュラーレンズは、参考例で
ある。また図５中の実線１５は下方に完全拡散性平面光
源を置いた場合の各配光特性を示している。破線１６は
比較のために描いた完全拡散性平面光源の配光特性であ
る。 【００１２】次にゲスト・ホスト液晶パネルの視角特性
に合わせた系を具体的に説明する。ここでは図６に示す
ような鋸歯状断面プリズムとレンチキュラーレンズを組
み合わせた複合レンズ１７を用いた参考例である。図６
の矢印１８は光線追跡を行ったものである。この系で得
られた配光特性を図４に実線１２で示した。矢印１３は
ゲスト・ホスト方式液晶表示パネルの視角をコントラス
ト比５以上の範囲で描いたものである。視角と鋸歯状断
面プリズムとレンチキュラーレンズを組み合わせた複合
レンズ１７の配光特性とが、その中心においてほぼ一致
するように配光用平板レンズは設計されている。図４の
破線１４は、同一の電力をＥＬパネルに与え、配光用平
板レンズを取り去った時の配光特性を示している。この
ように配光分布を視角方向に偏よらせることによって、
視角の中心では１．３倍の明るさを得ることができた。
したがって視角中心付近を重視すれば、ＥＬパネルの消
費電力は１．３分の１に低減させても従来と同じ明るさ
を得ることができる。電力消費を減らさない場合には、
視角中心における視認性を向上させ得るものである。 【００１３】ここでは平面光源としてＥＬパネルを挙げ
たが、図７に示すような白熱灯、螢光管１９、放電管と
反射板２０、拡散板２１からなる系を平面光源として用
いてもよい。 【００１４】〔参考例２〕 図８は点光源や線光源である白熱灯、螢光管、放電管２
２と反射板２３からなる系と微少凸凹型散乱板２４を組
み合わせた背面光源と、ゲスト・ホスト液晶パネル２５
からなる透過型液晶表示装置の例である。干渉や吸収を
生じにくくするため微少凸凹型散乱板はピッチが１μｍ
以上位の凸凹を有した透明媒質からなり、周囲媒質との
界面で光源の屈折、散乱、反射を生じる。そのため媒質
中に白色顔料等を分散させた光拡散板に比較して、拡散
能は劣るが吸収が少なく明るい光拡散板として作用す
る。図８の２６、２７はこの差違を表わす配光特性であ
る。実線２６は透明アクリル板をホーニング処理し、微
少な凸凹を片側表面に与えた場合、破線２７は白色顔料
を分散した白色アクリル板の場合である。白色アクリル
板には種類が多く、顔料の含有量によって透過率に差が
生じるが、ここでは鉛直方向での透過率が１．５％のも
のを使用した。この白色アクリル板は実用程度の完全拡
散特性を示している。同じく、図８に矢印２８で示した
のはゲスト・ホスト液晶パネルのコントラスト比５以上
の典型的な視角特性を示している。実線２６の配光特性
と視角特性２８を比較すると、実線の微少凸凹型散乱板
の配光特性のピークと視角の中心は若干ずれている。し
かるに破線２７で示した完全拡散性に近い白色アクリル
板に比べ、視角の中心方向での輝度は高い。これから若
干の視角と配光特性のずれがあっても、おおむねその方
向が一致していれば、背面光源は完全拡散面である平面
光源である必要性はなく、むしろ微少な凸凹を有する散
乱型の光拡散板を採用したほうが効率的であることがわ
かる。 【００１５】以上の実施例は液晶表示素子としてＴＮ方
式，ゲスト・ホスト方式を挙げたが、視角依存性を有す
る液晶表示素子ならば、実施例同様に応用することがで
きる。 【００１６】さらに液晶表示素子として、ＴＦＴ（薄膜
トランジスタ），ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属素子）バ
リスタ等の駆動スイッチング素子アレイを有し、カラー
フィルターを設置された多情報量表示型の液晶表示素子
が応用されることは言うまでもない。 【００１７】 【発明の効果】本発明は、一対の基板間に液晶を挟持し
てなる液晶表示素子と照明光源とが配置されてなる透過
型液晶表示装置において、該透過型液晶表示装置は、前
記照明光源から出射した光を入射し配光特性を有する光
として出射するマイクロレンズアレイを有してなり、該
マイクロレンズアレイの配光特性のピークを前記液晶表
示素子の視角特性とほぼ一致させたことによって、視角
方向での視認性を向上させることができる。さらに照明
光源の明るさを節減でき、それに要する消費エネルギー
を節減することが可能となった。これにより低消費電力
化が求められる液晶表示装置の分野、とりわけ電池使用
の機器においては特に有効である。

【図面の簡単な説明】 【図１】 液晶表示素子の典型的な視角特性を示してい
る。実線はＴＮ方式、破線はゲスト・ホスト方式であ
る。 【図２】 本発明の一参考例であり、ライトガイドを使
用した場合である。 【図３】 ライトガイドを使用した場合の配光特性と視
角特性を示したものである。 【図４】 ＥＬパネルと配光用平板レンズを使用した場
合の断面と配光特性、視角特性を示している。 【図５】 配光用平板レンズの例として、（ａ）鋸歯状
断面プリズム、（ｂ）レンチュラーレンズ、（Ｃ）マイ
クロレンズアレイの配光特性を示すものである。 【図６】 レンチュラーレンズと鋸歯状断面プリズムを
組み合わせた平板レンズの断面と光線追跡図である。 【図７】 螢光管、反射板、拡散板からなる平面光源の
切欠き図である。 【図８】 微少凸凹型散乱板を使用した場合の断面図と
配光特性、視角特性である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶表示素子と
   照明光源とが配置されてなる透過型液晶表示装置におい
   て、該透過型液晶表示装置は、前記照明光源から出射し
   た光を入射し配光特性を有する光として出射するマイク
   ロレンズアレイを有してなり、該マイクロレンズアレイ
   の配光特性のピークを前記液晶表示素子の視角特性とほ
   ぼ一致させたことを特徴とする透過型液晶表示装置。