JP3360851B2

JP3360851B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3360851B2
Application number: JP28046592A
Authority: JP
Inventors: 友哉谷野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 2003-01-07
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: JPH0695099A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置の照明構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置はフラットな構造や低消費
電力に特徴があり、電卓、時計は勿論、車載用パネル、
計測表示からＯＡ機器、テレビ等へと実用化され普及し
つつある。液晶表示装置は非発光性である為暗所での使
用に不便である。見易さの向上及び暗所での使用を可能
にする目的で表示面を均一に背面照明するバックライト
が開発されており、例えば「鶴原，日経ニューマテリア
ル（１９８７）２１」に記載されている。液晶表示装置
の見易さは周囲光の明るさによって変わり、反射型では
見易さが周囲光に大きく左右されるが、バックライト付
きの透過型では背面照明される事によって周囲光が低レ
ベルの場合でも視認性が低下しない。特に周囲光が昼間
の太陽光の明るさから夜間まで変わる車載用パネル等の
屋外用液晶表示装置では、見易さを一定に保つ為にバッ
クライト付きの透過型である事が必須である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した様に液晶表示
装置は低消費電力である事に大きな利点がある。しかし
ながら背面照明用のバックライトに多大の消費電力が費
やされる場合にはその利点が減殺される。従って、照明
効率の良いバックライトが望まれており、平行光に近い
出射光分布を有する指向性に優れたバックライトが利用
される場合もある。一方液晶表示装置には液晶分子配列
に関連して種々の動作モードがある。広く利用されてい
るツイストネマティックモード（ＴＮ）、スーパーツイ
ストネマテックモード（ＳＴＮ）あるいは複屈折モード
（ＥＣＢ）等の場合光透過率に視野角依存性がある。図
３１にＴＮモードの視野角依存性を示す。表示面の法線
に対して４５°傾いた方向に対する光透過率を測定した
グラフである。法線を中心として３６０°全方位の透過
率変化が示されている。図から明らかな様に３方向に対
しては良好な透過率が得られるものの残る１方向の透過
率は極端に悪くなっており顕著な視野角依存性がある。
液晶表示装置を指向性バックライトで照明すると入射光
は略直進する。従って表側から表示面を観察した場合斜
め方向に出射される光量は比較的少ない。この為視野角
依存性のある液晶表示装置では斜めから観察した場合の
明度が低下し極端に視認性が悪化するという課題あるい
は問題点がある。

【０００４】図３２はＴＮモードで中間調表示を行なっ
た場合の視野角依存性を示すグラフである。ノーマリホ
ワイトモードで駆動電圧をパラメータにとってある。
のカーブは駆動電圧が０Ｖの場合であり、以下、のカ
ーブは２Ｖ、のカーブは２．５Ｖ、のカーブは３．
０Ｖ、のカーブは３．５Ｖ、のカーブは４．０Ｖで
ある。横軸に仰角θをとっており、縦軸に透過率Ｔをと
ってある。透過率については駆動電圧が０Ｖで仰角θが
０°の場合の値を１００％に設定している。グラフから
明らかな様に、中間調表示を行なった場合斜め方向から
観察すると、仰角θが３０°以上の領域で表示濃度が反
転するという問題点がある。特にカラー表示を行なった
場合には色調が変化してしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は照明効率を維持しつつ斜め方向に対
しても十分な表示明度を与える事のできる照明構造を提
供する事を目的とする。この目的を達成する為に、本発
明にかかる液晶表示装置は、対向配置された少なくとも
一方の内面に透明電極を有する一対の基板とこの基板間
に挟持された液晶層を有する液晶パネルを備えるととも
に、光源光を該液晶パネルの法線方向にまとめて指向性
を持たせることにより、液晶パネルの法線方向に対して
およそ６０℃より狭い範囲に限定された広がりを有する
照明光を含む平行光に近い出射光分布を有する指向性バ
ックライトを前記液晶パネルの裏面側に配置し、且つ光
拡散板を前記液晶パネルの表面側に配置する構成とし
た。

【０００６】

【０００７】

【０００８】本発明にかかる液晶表示装置には種々の構
造の指向性バックライトを採用できる。例えば、指向性
バックライトは導光板とその端面に配置された蛍光管か
ら構成されており、該導光板は表面側にマイクロレンズ
アレイを有し裏面側に個々のマイクロレンズ中心と一致
する光散乱性の点状パタンを有している。この点状パタ
ンはマイクロレンズの焦点位置に配置されている。点状
パタンはマイクロレンズアレイをマスクとしてセルフア
ライメントにより形成されたフォトリソグラフィパタン
である。

【０００９】本発明にかかる液晶表示装置には様々な構
造の光拡散板を採用できる。例えば、光拡散板は透明基
材の上に敷き並べた透明の球形粒子層と、個々の球形粒
子の頂部以外を被覆する遮光層とを有している。球形粒
子は屈折率が１．４〜２．５の間の透明材料から構成さ
れている。球形粒子はその粒径が画素ピッチの１／１０
以下である。又、遮光層は球形粒子層をマスクとしてセ
ルフアライメントによりパタニングされた光吸収膜から
なる。

【００１０】

【作用】本発明によれば平行光に近い出射光分布を有す
る指向性バックライトを用いて液晶パネルを効率的に照
明している。又液晶パネルの表面側に光拡散板を配置し
ている。これにより略垂直入射した照明光は液晶パネル
を通過した後拡散出射され斜め方向にも十分な光量分布
が得られる。従って視野角依存性のある液晶パネルに対
しても実用的なレベルで斜め方向の表示明度が得られ視
認性が改善できる。特に前述したプラズマアドレス液晶
表示装置の場合にはプラズマセル基板側にストライプ状
の隔壁が設けられている。仮に、無指向性のバックライ
トを用いた場合には隔壁によって遮断される照明光の割
合が高くなり効率的でない。指向性バックライトを用い
ると斜め入射光成分が少ないので隔壁側部によって遮断
されない。一方、プラズマセルの上側に配置された液晶
セルを通過した照明光は光拡散板により斜め方向にも分
散されるので実用的なレベルの視認性が保証できる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示装置の
基本的な構成を示すブロック図である。図１の（Ａ）に
示す様に液晶パネル１の両面には一対の偏光板２，３が
配置されている。実際には液晶パネルの両面に貼着して
も良い。液晶パネル１の裏面側には一方の偏光板２を介
してバックライト４が配置されている。このバックライ
ト４は扁平形状を有しており、平行光に近い出射光分布
の指向性照明光を液晶パネル１に入射する。なおここで
いう指向性照明光は完全な平行光に加えて液晶パネルの
法線方向に対しておよそ６０°より狭い範囲に限定され
た広がりを有する照明光をも含むものである。一方液晶
パネル１の表面側には他方の偏光板３を介して光拡散板
５が配置されている。この光拡散板５は液晶パネル１を
通過した指向性の照明光を拡散出射し無指向性の光に変
換するものである。この様にすると液晶パネル１を表面
側斜め方向から観察した場合にも十分な表示明度が得ら
れる為視認性が改善できる。

【００１２】図１の（Ｂ）は変形例を示す。基本的に図
１の（Ａ）に示す構造と同一であるが、偏光板３と光拡
散板５の位置関係が逆転している。実際の組み立て構造
としては、液晶パネル１の表面に光拡散板５を貼り付け
た後その上に偏光板３を重ねて貼着する事になる。

【００１３】本発明は視野角依存性のある液晶パネルと
指向性バックライトと光拡散板を組み合わせた点に技術
的な特徴がある。個々の部品としては従来構造のものを
採用する事もできるが、この組み合わせ自体は新規であ
り顕著な技術的効果を有する。特に液晶パネルとして以
下に説明するプラズマアドレス液晶表示パネルを用いた
場合には固有の効果がある。なお、以下の構造を有する
プラズマアドレス液晶表示パネルは出願人の先行開発に
かかるものであり新規性を備えている。図２に示す様
に、このパネルは液晶セル１１とプラズマセル１２と両
者の間に介在する誘電体シートからなる共通の中間板１
３とを積層したフラットパネル構造を有する。液晶セル
１１は表面側のガラス基板１４を用いて構成されてお
り、その内側主面には透明導電膜からなる複数本の信号
電極１５が互いに平行に形成されている。基板１４はス
ペーサ１６を用いて所定の間隙を介し中間板１３に接着
されている。間隙内には液晶層１７が充填されている。

【００１４】一方プラズマセル１２は裏面側の基板１８
を用いて構成されている。基板１８の内側主面上には信
号電極１５に直交する複数のプラズマ電極１９が形成さ
れており、交互にアノード２０及びカソード２１として
機能し対をなす。基板１８の内表面には各電極対を区画
化する為にストライプ状の隔壁２２が形成されている。
隔壁２２の頂部は中間板１３に当接している。基板１８
はフリットシール２３を用いて中間板１３に接着されて
いる。両者の間には気密封止されたプラズマ室２４が形
成される。このプラズマ室２４は隔壁２２によって分割
されており個々に走査単位となる放電領域を構成する。
この気密なプラズマ室２４の内部にはイオン化可能なガ
スが封入されている。ガス種は例えばヘリウム、ネオ
ン、アルゴンあるいはこれらの混合気体から選ぶ事がで
きる。各走査単位を構成する分割されたプラズマ室２４
と駆動単位を構成する信号電極１５とは互いに直交して
おりその交差部にマトリクス状の画素が規定される。

【００１５】かかる構成を有する表示パネルにおいて
は、プラズマ放電が行なわれるプラズマ室２４を線順次
で切り換え走査するとともに、この走査に同期して液晶
セル側の信号電極１５に画像信号を印加する事により表
示駆動が行なわれる。プラズマ室２４内にプラズマ放電
が発生すると内部は略一様にアノード電位になり一ライ
ン毎の画素選択が行なわれる。即ち、プラズマ室２４は
サンプリングスイッチとして機能する。プラズマサンプ
リングスイッチが導通した状態で各画素に画像信号が印
加されると、サンプリングホルードが行なわれ画素の点
灯もしくは消灯が制御できる。プラズマサンプリングス
イッチが非導通状態になった後にも画像信号はそのまま
画素内に保持される。

【００１６】このパネル構造は上述した様にストライプ
パタン状の隔壁２２を備えている。このパネルを指向性
バックライトで裏面側から照明すると直進する入射光は
隔壁によって遮られる事なく液晶セル１１を効率的に照
射できる。無指向性のバックライトを用いた場合には斜
め入射成分が隔壁２２の側部によって遮断され照明効率
が悪化する。但し、この場合であっても無指向性バック
ライトとストライプ状隔壁２２を有するプラズマセル１
２の積層構造は等価的に指向性バックライトとなる。従
って光拡散板と組み合わせる事により、液晶セル１１の
視野角依存性を改善できる。

【００１７】次に本発明の実施を容易にする為に指向性
バックライトの具体例を挙げる。図３に示したフィルム
は信越ポリマー株式会社の開発にかかるもので、例えば
直下型無指向性バックライトの表面に配置して無指向性
照明光を指向性照明光に変換する機能を有する。このフ
ィルムは高透明なシリコーンゴム帯状体３１内に黒色の
微細なシリコーンゴム帯状体３２が平行配列された微細
構造を有し、表裏を二層のポリカーボネートフィルム
（ＰＣフィルム）３３で被覆している。黒色シリコーン
ゴム帯状体３２のピッチ及びフィルム厚みにより透過光
の角度的な範囲が設定され所望の可視範囲を有する指向
性照明が得られる。可視範囲は例えば液晶セルの視野角
依存性に合わせて１２０°程度に設定される。

【００１８】図４に指向性バックライトの他の例を示
す。エッジライト型で三菱レーヨン東京研究所から提案
されている。板状の導光体４１の両端に一対の冷陰極管
４２が配置されている。導光体４１の表面にはプリズム
板４３が取り付けられているとともに、裏面には金属反
射フィルム４４が設けられている。冷陰極管４２から放
射された光は導光体４１に導かれた後プリズム板４３を
介して出射され指向性の照明光が得られる。

【００１９】図５は、図４に示したエッジ型バックライ
トの出射光量角度分布を示す。導光体４１の表面からは
大部分の光が法線方向から約６０°以上の方向に出射さ
れる。このままの状態では、バックライトの正面から見
ると約１０〜２０％の光しか出ない為極めて暗い。プリ
ズム板４３の屈折を利用して導光体４１からの出射光を
法線方向にまとめ指向性を持たせる事により非常に明る
い面光源を得る事ができる。

【００２０】ところで、図３に示した指向性バックライ
トは平行光を取り出す為に、光透過部と光吸収部を交互
に配列したシートを利用し光出射方向を制限している。
この構造では必ずしも光源光の利用効率が良くない為、
実際の使用に当っては十分な表示明度を得る事が難しい
場合もある。又、図４に示した指向性バックライトの構
造ではプリズム板を利用している。この場合、ストライ
プ状に配列された個々のプリズムと直交する方向に関し
ては平行光を得る事ができない。従って、表示画像は出
射光の拡がり分ぼけが生じる惧れがある。以上の点に鑑
み、本発明にかかる液晶表示装置に対して特に好適な構
造を有する指向性バックライトを以下に説明する。図６
に示す様に、本指向性バックライトは、導光板６１とそ
の端面に配置された一対の蛍光管６２，６３から構成さ
れている。導光板６１はその表面側にマイクロレンズア
レイ６４を備えているとともに、その裏面側には個々の
マイクロレンズ６５の中心と整合する光散乱性の点状パ
タン６６を備えている。この点状パタン６６はマイクロ
レンズ６５の焦点位置に配置されている。即ち、導光板
６１の厚みは、マイクロレンズ６５の焦点が導光板底面
に一致する様に設定されている。

【００２１】図７は、図６に示した指向性バックライト
の平面形状を示す。前述した様に、個々のマイクロレン
ズ６５の中心と点状パタン６６の中心は互いに一致して
いる。マイクロレンズアレイ６４は凸レンズあるいはフ
レネルレンズが２次元方向に整列した構造を有する。導
光板６１の両端には蛍光管６２，６３が装着されてい
る。蛍光管の周囲は反射板６７で覆われている。点状パ
タン６６は例えば白色顔料膜から構成されており、導光
板６１に導かれる光源光の全反射を乱す機能を有する。

【００２２】図８は、図６及び図７に示した指向性バッ
クライトの作用を説明する為の模式図である。蛍光管
（図示せず）から出射した光源光は導光板６１に入射し
た後、全反射を繰り返し導光される。この全反射は導光
板６１の材料の屈折率で決定される臨界角より大きな入
射光に発生する。ここで、白色顔料膜等の光拡散層から
なる点状パタン６６に到達した光は、全反射条件が乱さ
れ、導光板６１の表面から光が放射される。点状パタン
６６は対応するマイクロレンズ６５に対してその焦点位
置にあるので、マイクロレンズ６５に入射した放射光線
は平行光に屈折される。かかる構造により、光源光の利
用効率が極めて高い指向性バックライトを得る事ができ
る。

【００２３】図９は、図６に示した指向性バックライト
の製造方法を示す工程図である。この構造では、導光板
の裏面側に沿ってマイクロレンズの中心と整合する様に
点状パタンを精度良く形成する必要がある。その為、マ
イクロレンズアレイ自体をマスクとしてセルフアライメ
ントにより点状パタンを形成する方法を考案した。先
ず、工程Ａに示す様に、導光板９１の表面にポジレジス
ト９２を全面的に塗布し乾燥する。次に、工程Ｂにおい
て、導光板９１に予め作成したマイクロレンズアレイ９
３を重ねる。そして、マイクロレンズアレイ９３側から
露光処理を施す。個々のマイクロレンズに入射した光は
収束し、ポジレジスト９２上にスポット集光され、その
部分のみが感光する。次に、工程Ｃにおいて現像処理を
施すとポジレジスト９２の感光部分のみが除去される。
続いて工程Ｄにおいて導光板９１表面に白色顔料９４を
塗布し乾燥する。その後、工程Ｅにおいて導光板９１の
裏面側から全面的に再露光を行ない残されたポジレジス
ト９２を全て感光させる。最後に工程Ｆにおいて再び現
像処理を行ないポジレジストを全て剥離する。この結
果、導光板９１の表面にはマイクロレンズアレイに対し
てセルフアライメントされた白色顔料の点状パタン９５
が形成される事になる。本例では、導光板として３mmの
板厚を有するアクリルを用いた。又、マイクロレンズア
レイとして平均径が２．２mmで焦点距離が３mmのマイク
ロレンズを備えたものを用いた。又、ポジレジストとし
て東京応化製のＰＭＥＲを用い、現像液としてアルカリ
溶液（ＫＯＨ１％）を使用した。

【００２４】図１０は、図６及び図７に示した指向性バ
ックライトの変形例を示す模式的な断面図である。基本
原理は同様であるが、点状パタンとして白色顔料膜を塗
布する代わりに、導光板１０１の裏面側に凸状の点状パ
タン１０２を形成してある。この点状パタンに接面する
様に光拡散板１０３が配置されている。一方、導光板１
０１の表面側には点状パタン１０２と整合する様にマイ
クロレンズアレイ１０４が搭載されている。さらに、導
光板１０１の両端側には光源として蛍光管１０５，１０
６が取り付けられている。

【００２５】図１１は、図１０に示した点状パタンの形
成方法を示す工程図である。図９に示した製造方法と同
様にマイクロレンズアレイを利用してセルフアライメン
トでフォトリソグラフィを行なう。先ず工程Ａにおい
て、導光板１１１の表面に光硬化型透明樹脂１１２を全
面的に塗布し乾燥する。次に、工程Ｂにおいてマイクロ
レンズアレイ１１３を介して露光処理を行ない光硬化型
透明樹脂１１２を感光させる。最後に工程Ｃにおいて現
像処理を施し、未感光部分を除去して透明樹脂の突起か
らなる点状パタン１１４を形成する。本例では、光硬化
型樹脂として奥野製薬製エポキシ系感光樹脂ＵＬＣ−２
６００を用い、現像液として炭酸ソーダ１％溶液を使用
した。本例では、点状パタン１１４自体に光拡散効果は
ないが、導光板に導かれた光は点状パタン凸部に接して
いる光拡散板により散乱され、マイクロレンズアレイを
介し平行光となって前方に出射される。

【００２６】図１２はさらに別の変形例を示す模式的な
断面図である。導光板１２１の裏面側には凹部からなる
点状パタン１２２が形成されている。又導光板１２１の
両端には蛍光管１２３，１２４が取り付けられている。
導光板１２１の表面側にはマイクロレンズアレイ１２５
が搭載されており、個々のマイクロレンズ１２６は点状
パタン１２２と整合している。一方、導光板１２１の裏
面側には拡散板１２７が配置されている。蛍光管１２
３，１２４から入射した光源光は凹部からなる点状パタ
ン１２２により全反射が乱され、マイクロレンズ１２５
を介して平行光となって前方に出射される。

【００２７】図１３は、図１２に示した点状パタンの形
成方法を示す模式図である。本例ではサンドブラスト法
を利用して点状パタンを形成している。導光板１３１の
表面に耐サンドブラスト性のポジ型感光性フィルム１３
２を接着する。その後、同様にマイクロレンズアレイを
用いてセルフアライメントにより露光処理を施す。続い
て現像処理を施すとポジ型感光性フィルム１３２の感光
部分のみが剥離される。最後に、ノズル１３３を介して
研磨粒子を高圧エアーで吹きつけると物理的なエッチン
グが行なわれ点状パタンの凹部１３４が形成される。

【００２８】図１３に示した例ではポジ型の耐サンドブ
ラスト性レジストを用いていたが、一般的にはネガタイ
プの方が機能的に優れている。この場合には、ネガレジ
ストを使って一旦別基板にマスク材料をパタニングし、
これをマスクとして耐サンドブラスト性レジストをパタ
ニングすれば良い。この方法を図１４の工程図に示す。
先ず工程Ａにおいて基板１４１の表面に金属膜１４２、
ネガレジスト１４３を重ねて成膜する。ネガレジスト１
４３に対してマイクロレンズアレイ１４４を介し露光処
理を施す。次に工程Ｂにおいて現像処理を行ない、ネガ
レジスト１４３の未感光部分を選択的に剥離する。次に
工程Ｃにおいて、パタニングされたネガレジスト１４３
を介し金属膜１４２のエッチングを行なう。工程Ｄにお
いてネガレジスト１４３を剥離しパタニングされた金属
膜からなるマスク１４５を形成する。工程Ｅにおいて導
光板１４６の表面にネガ型の耐サンドブラスト性レジス
ト１４７を全面的に被覆する。この耐サンドブラスト性
レジスト１４７を、前述したマスク１４５を介して露光
処理する事により、所望のパタニングが行なえる。以下
の工程は図１３に示した通りである。本例では、耐サン
ドブラスト性レジストとして東京応化製のＯＲＤＹＬ
ＢＦ−２０１を使用し、サンドブラスト用研磨粒子とし
てアルミナを使用し、ネガレジストとして東京応化製Ｏ
ＭＲ８３を使用し、現像液として東京応化製ＯＭＲ現像
液を使用し、リンスとして酢酸ブチルを使用した。

【００２９】次に本発明にかかる液晶表示装置の他の主
要部品である光拡散板の具体例を数種類挙げる。図１５
は表面分散型の光拡散板を示す。この拡散板１５１は光
学ガラスで構成されており、その裏面はエッチング又は
研削処理により散乱構造１５２を有する。

【００３０】図１６は体積分散型の光拡散板を示す。こ
の拡散板１６１はオパールガラス等の不透明材料からな
る。この不透明材料にはコロイド粒子１６２が分散され
ており散乱中心となる。

【００３１】図１７はマイクロレンズ板１７１とスリッ
ト板１７２とを重ねた構造を有する光拡散板を示してい
る。マイクロレンズ１７３に整合してスリット１７４が
設けられている。裏面から入射した光は個々のマイクロ
レンズにより拡散されスリットを通過する。スリット板
１７４は外光反射を防止する為に有効であり、表示コン
トラスト及び視認性が改善される。

【００３２】図１８もマイクロレンズ板１８１とスリッ
ト膜１８２の組み合わせからなる光拡散板を示してい
る。図１７の構造と異なり、マイクロレンズ１８３は入
射側に設けられているとともにスリット膜１８２は出射
側表面に一体として形成されている。

【００３３】ところで、以上に説明した図１５ないし図
１８に示した光拡散板構造は一般的なものであり、機能
及びコストの観点から必ずしも十分なものであるとは言
えない場合もある。そこで、本発明にかかる液晶表示装
置に採用される光拡散板として好適な構造を考案したの
で以下に説明する。図１９に示す様に、本光拡散板は、
透明基材１９１の上に敷き並べた透明の球形粒子層１９
２と、個々の球形粒子の頂部以外を被覆する遮光層１９
３とを備えている。球形粒子１９２は例えば接着層１９
４を介して透明基材１９１の表面に固定されている。こ
こで、透明基材１９１は、偏光板もしくは液晶パネルを
構成する透明ガラス基板を利用する事ができる。あるい
は、これらとは別体の透明基板を用いる事も可能であ
る。

【００３４】図２０は、図１９に示した光拡散板の平面
形状を示す。前述した様に、個々の球形粒子１９２の外
面は、黒色被膜材料等の遮光層１９３により被覆されて
おり、中心部のみに開口１９５が設けられている。球形
粒子１９２は透明であれば良く、有機材料無機材料何れ
でも差し支えない。好ましくは、球形粒子１９２の粒径
は、液晶パネルに設けられた画素ピッチの１／１０以下
に設定されており、鮮明な画像表示が得られる様にして
いる。

【００３５】図２１は透明球形粒子１９２の光学的な作
用を示す模式図である。球形粒子１９２は、その屈折率
が１．４〜２．５の範囲にある時、その一端面が焦点と
なるマイクロレンズとして作用する。従って、この球形
粒子１９２を透明基材１９１の上に敷き並べる事によっ
て量産的に低コストでマイクロレンズアレイを作成する
事が可能である。指向性バックライトから出射された光
源光は液晶パネルを通過した後、球形粒子により収束
し、その端面から散乱された形で出射する。一方、外光
についてはその大部分が黒色材料等からなる遮光層によ
り吸収され反射を抑制する事ができる。

【００３６】次に、図２２を参照して、図１９及び図２
０に示した光拡散板の製造方法を説明する。先ず工程Ａ
において、透明基材２２１の上に接着層あるいは粘着層
２２２を塗布し、球形粒子２２３を散布する。続いて、
黒色顔料を分散させたポジ型レジスト２２４を全面的に
塗布する。ここで、透明球形粒子２２３としてはジビニ
ルベンゼンからなるミクロパール（積水ファインケミカ
ル製）を用いた。その平均粒径は５μｍである。又、ポ
ジ型レジストとしてはノボラック樹脂に増感剤を含有さ
せた東京応化製のＰＭＥＲを使用した。次に工程Ｂにお
いて、透明基材２２１の裏面側から紫外線露光を行な
う。前述したレンズ作用により、球形粒子２２３の中央
部のみが選択的に感光される。その後、アルカリ溶液
（ＫＯＨ１％）で現像処理を施すと、ポジ型レジスト
２２４の感光部分のみが剥離され、図１９に示したブラ
ックマスク構造が得られる。即ち、球形粒子層をマスク
としてセルフアライメントによりブラックマスクあるい
は光吸収膜をパタニングする事ができる。

【００３７】図２３は、図１９及び図２０に示した光拡
散板の変形例を示す模式的な断面図である。透明基材２
３１の表面には接着層２３２を介して球形粒子２３３が
敷き並べられている。一方、透明な対向基板２３４の内
表面には、所定の形状にパタニングされた光吸収膜２３
５が形成されている。光吸収膜２３５の開口部２３６は
個々の球形粒子２３３の頂部に整合している。かかる構
造を有する光吸収膜２３５は、同様にセルフアライメン
トでパタニング形成できる。

【００３８】図２４は、液晶パネルとタブレットを組み
合わせたペン入力機能を有する本発明の応用例を示す。
（Ａ）に示す様に、液晶パネル２４１の裏面側には指向
性バックライトあるいは平行光バックライト２４２が配
置され、表面側には光拡散板２４３が搭載されている。
さらに、光拡散板２４３と液晶パネル２４１の間にはタ
ブレット２４４が重ねられており、表示画像に合わせた
文字や図形等の手書き入力あるいはペン入力を可能とし
ている。この場合、光拡散板２４３は液晶パネルの画像
を映すスクリーンとして機能する。かかる構造によれ
ば、ペン入力位置と表示画像位置の視差によるずれが生
じる事がない。図２４の（Ｂ）も基本的に同一の構造を
有するが、タブレット２４４の位置のみが異なる。即
ち、（Ｂ）の例では、タブレット２４４が光拡散板２４
３の上に重ねられている。なお、図示では偏光板や位相
差板が省略されている。実際には、液晶パネルとタブレ
ットの間、タブレットと光拡散板の間、光拡散板の上等
に適宜配設される。

【００３９】図２５は、タブレットの具体的な構成例を
示す模式的な断面図である。タブレットは、スペーサ２
５１を介して上下一対の基板を貼り合わせた構造を有し
ている。下側の基板は剛性を有するガラス板２５２から
なるとともに、上側の基板は弾性変形可能な透明プラス
チックシート２５３からなる。両基板の内面には所定の
形状を有する透明電極膜が形成されており、スタイラス
ペン２５４を用いてプラスチックシート２５３を弾性変
形させる事により所望の図形や文字等を入力する事がで
きる。なお、実際の使用に当っては、透明プラスチック
シート２５３を光拡散板で置き換える事も可能である。

【００４０】前述した様に、本実施例では光拡散板をス
クリーンとして利用し手書き入力を行なう際の視差を除
いている。この点につき、図２６を参照して説明する。
液晶パネル２６１を上下から光拡散板２６２と平行光バ
ックライト２６３で挟持した構造においては、液晶層２
６４で変調された光は光拡散板２６２に像を結び、これ
を観察する事になる。従って、光拡散板２６２は直視型
のスクリーンとして機能する。

【００４１】一方、図２７は無指向性あるいは光散乱性
のバックライト２７１を用いた場合の表示状態を示して
いる。この場合には光拡散板は使用しない。図示から明
らかな様に、液晶パネル２７２に設けられた液晶層２７
３の位置に物点が形成され、これを直接観察する事にな
る。図２６と図２７を比較すれば明らかな様に、平行光
バックライトと光拡散板を利用した場合には画像表示位
置が観察者側に移動するのに対して、無指向性バックラ
イトを用いた場合には画像表示位置が液晶層２７３に止
まっている。従って、視差の観点からすると図２６の構
造の方が有利である。

【００４２】この点を明らかにする為に、図２８を参照
して従来の手書き入力機能付き液晶表示装置の構造を示
す。液晶パネル２８１の表面には偏光板２８２及びスペ
ーサ２８３を介してタブレット２８４が重ねられてい
る。

【００４３】図２９は、図２８に示した従来構造の欠点
を模式的に表わした説明図である。前述した様に、散乱
型バックライトを用いた従来構造では、表示位置は液晶
層と一致している。観察者は、この表示画像を見ながら
スタイラスペンを操作してタブレットに文字や図形等を
入力する。しかしながら、タブレットと液晶層との間に
は基板厚さ分等のギャップが介在している為、タブレッ
ト入力位置と表示位置との間に視差によるずれが生じ
る。この様に、従来構造ではスタイラスペンで表示画像
を正確にアクセスする事ができないという欠点がある。
これに対して、本発明により平行光バックライトと光拡
散板を利用した場合には、この光拡散板がスクリーンと
して機能するので視差が生じない。

【００４４】最後に図３０を参照してタブレットの動作
を簡潔に説明する。タブレットには様々な構造のものが
あるが、本例では抵抗検出型のタブレットを利用してい
る。図３０中、（Ａ）はＸ方向における入力位置検出動
作を示し、（Ｂ）はＹ方向における入力位置検出動作を
示し、（Ｃ）はペンダウン検出動作を示す。図示する様
に、タブレットは上側の基板３０１と下側の基板３０２
とを貼り合わせた構造を有している。両基板の内表面に
は夫々抵抗膜が全面的に形成されている。上側の基板３
０１では上下両端に接続用の電極が形成されている一
方、下側の基板３０２では左右両端に電気接続用の電極
が形成されている。（Ａ）に示す様に、Ｘ方向の入力位
置を検出する時には、下側基板３０２の左右電極間に所
定の電圧を印加する。一方、上側基板３０１の一方の電
極に電圧計Ｖｘを接続し、上下一対の抵抗膜の接触個所
における電圧値を読み取る。この電圧値Ｖｘがスタイラ
スペンのＸ座標を表わしている。

【００４５】（Ｂ）に示す様に、スタイラスペンのＹ座
標を読み取る場合には、上側基板３０１の上下両電極間
に所定の電圧を印加する。一方、下側基板３０２の一方
の電極に電圧計Ｖｙを接続する。上下抵抗膜の接触個所
における電圧値Ｖｙにより、スタイラスペン入力位置の
Ｙ座標を読み取る事ができる。なお（Ｃ）に示す様に、
ペンダウン操作を検出する場合には、上側基板３０１の
片方の電極と下側基板３０２の片方の電極との間に所定
の電圧を加える。ペンダウン操作が行なわれると、上下
抵抗膜が互いに接触し電流が流れる。この変化を電圧計
Ｖｐで検出する事によりペンダウンを認識できる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、液
晶パネルの裏面側に平行に近い出射光分布を有する指向
性バックライトを配置するとともに、表面側に光拡散板
を配置する構造とした。これにより液晶パネルの効率的
な背面照明が可能になるとともに液晶パネルの視野角依
存性に合わせた良好な表示明度を得る事ができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の基本的な構造を
示す模式的な分解側面図である。

【図２】本発明にかかる液晶表示装置に用いられる液晶
パネルの例を示す断面図である。

【図３】指向性バックライトの第１例を示す模式図であ
る。

【図４】指向性バックライトの第２例を示す模式的な斜
視図である。

【図５】図４に示すバックライトの出射光量角度分布を
示すグラフである。

【図６】指向性バックライトの第３例を示す模式的な断
面図である。

【図７】同じく第３例の平面図である。

【図８】図６及び図７に示した第３例の動作説明図であ
る。

【図９】同じく第３例の製造工程図である。

【図１０】指向性バックライトの第４例を示す模式的な
断面図である。

【図１１】図１０に示した第４例の製造工程図である。

【図１２】指向性バックライトの第５例を示す模式的な
断面図である。

【図１３】図１２に示した第５例の製造方法を説明する
為の模式図である。

【図１４】同じく図１２に示した第５例の製造方法を説
明する為の工程図である。

【図１５】本発明に用いられる光拡散板の第１例を示す
断面図である。

【図１６】同じく光拡散板の第２例を示す断面図であ
る。

【図１７】同じく光拡散板の第３例を示す断面図であ
る。

【図１８】同じく光拡散板の第４例を示す断面図であ
る。

【図１９】同じく光拡散板の第５例を示す部分断面図で
ある。

【図２０】図１９に示した第５例の平面図である。

【図２１】図１９に示した光拡散板の動作説明図であ
る。

【図２２】図１９に示した光拡散板の製造工程図であ
る。

【図２３】光拡散板の第６例を示す模式的な部分断面図
である。

【図２４】本発明にかかるペン入力機能付き液晶表示装
置を示す模式図である。

【図２５】図２４に示す液晶表示装置に組み込まれるタ
ブレットの一例を示す模式図である。

【図２６】図２４に示した液晶表示装置の動作説明図で
ある。

【図２７】従来の液晶表示装置の動作説明図である。

【図２８】従来のペン入力機能付き液晶表示装置を示す
模式的な断面図である。

【図２９】図２８に示した従来のペン入力機能付き液晶
表示装置の欠点を説明する為の模式図である。

【図３０】図２４に示したペン入力機能付き液晶表示装
置に組み込まれるタブレットの動作説明図である。

【図３１】液晶パネルの視野角依存性を示すグラフであ
る。

【図３２】同じく液晶パネルの視野角依存性を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１液晶パネル２偏光板３偏光板４指向性バックライト５光拡散板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された少なくとも一方の内面に
透明電極を有する一対の基板とこの基板間に挟持された
液晶層を有する液晶パネルを備えるとともに、指向性バ
ックライトを前記液晶パネルの裏面側に配置し且つ、光
拡散板を前記液晶パネルの表面側に配した液晶表示装置
であって、前記指向性バックライトは導光板とその端面に配置され
た蛍光管から構成されており、蛍光管から発した光を液晶パネルの法線方向にまとめて
指向性を持たせることにより、液晶パネルの法線方向に
対しておよそ６０°より狭い範囲に限定された広がりを
有する照明光を含む平行光に近い出射光分布を有し、該導光板は表面側にマイクロレンズアレイを有し裏面側
に個々のマイクロレンズ中心と一致する光散乱性の点状
パタンを有する事を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】点状パタンは、マイクロレンズの焦点位
置に配置されている事を特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項３】点状パタンは、マイクロレンズアレイを
マスクとしてセルフアライメントにより形成されたフォ
トリソグラフィパタンである事を特徴とする請求項１記
載の液晶表示装置。
【請求項４】対向配置された少なくとも一方の内面に
透明電極を有する一対の基板とこの基板間に挟持された
液晶層を有する液晶パネルを備えるとともに、指向性バ
ックライトを前記液晶パネルの裏面側に配置し且つ、光
拡散板を前記液晶パネルの表面側に配した液晶表示装置
であって、前記指向性バックライトは、光源光を液晶パネルの法線
方向にまとめて指向性を持たせることにより、液晶パネ
ルの法線方向に対しておよそ６０°より狭い範囲に限定
された広がりを有する照明光を含む平行光に近い出射光
分布を有し、前記光拡散板は、透明基材の上に敷き並べた透明の球形
粒子層と、個々の球形粒子の頂部以外を被覆する遮光層
とを有する事を特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】球形粒子は、屈折率が１．４〜２．５の
間の透明材料から構成されている事を特徴とする請求項
４記載の液晶表示装置。
【請求項６】球形粒子は、その粒径が画素ピッチの１
／１０以下である事を特徴とする請求項４記載の液晶表
示装置。
【請求項７】前記遮光層は、球形粒子層をマスクとし
てセルフアライメントによりパタニングされた光吸収膜
である事を特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。