JP3030772B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

透過型液晶表示装置

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JP3030772B2 JP10079877A JP7987798A JP3030772B2 JP 3030772 B2 JP3030772 B2 JP 3030772B2 JP 10079877 A JP10079877 A JP 10079877A JP 7987798 A JP7987798 A JP 7987798A JP 3030772 B2 JP3030772 B2 JP 3030772B2
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富雄 曽根原
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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】本発明は、液晶表示素子
と、照明光源とが配置されてなる液晶表示装置におい
て、前記照明光源は、前記液晶表示素子と対向配置さ
れ、かつ、片面に概ね鋸歯状断面を有するライトガイド
を有し、前記ライトガイドに入射した光が前記ライトガ
イドから前記液晶表示素子の方向に出射される光は、ピ
ークを持った配光特性を有してなり、該配光特性のピー
クを前記液晶表示素子の視角方向の中心とほぼ一致させ
てなることを特徴とする。 【0008】 【発明の実施の形態】〔実施例〕 図2は、本発明の実施例であり、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】〔参考例1〕 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を用いた場合の参考例である。
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て
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。具体的には、図5に示す、(a)鋸歯状
断面プリズム、(b)レンチキュラーレンズ、(c)マ
イクロレンズアレイ(SELF Cレンズ等)の単独、
あるいは複合レンズが用いられる。また図5中の実線1
5は下方に完全拡散性平面光源を置いた場合の各平板レ
ンズの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。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。視角と配光特性はその中心に
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
22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2
5からなる透過型液晶表示装置の参考例である。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、液晶表示素子と、照明光源と
が配置されてなる液晶表示装置において、前記照明光源
は、前記液晶表示素子と対向配置され、かつ、片面に概
ね鋸歯状断面を有するライトガイドを有し、前記ライト
ガイドに入射した光が前記ライトガイドから前記液晶表
示素子の方向に出射される光は、ピークを持った配光特
性を有してなり、該配光特性のピークを前記液晶表示素
子の視角方向の中心とほぼ一致させてなることにより、
視角方向での視認性を向上させることができる。さらに
照明用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】 本発明の一実施例であり、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】 本発明の参考例における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)レンチキュラーレンズ、(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】 レンチキ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
切片き図である。 【図8】 本発明の参考例における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.液晶表示素子と、照明光源とが配置されてなる液晶
    表示装置において、 前記照明光源は、前記液晶表示素子と対向配置され、か
    つ、片面に概ね鋸歯状断面を有するライトガイドを有
    し、 前記ライトガイドに入射した光が前記ライトガイドから
    前記液晶表示素子の方向に出射される光は、ピークを持
    った配光特性を有してなり、 該配光特性のピークを前記液晶表示素子の視角方向の中
    心とほぼ一致させてなることを特徴とする液晶表示装
    置。
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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990629