JP3432919B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は視角依存性が低い液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶セルを用いた表示装置
（特開昭６０−１０７０２０公報）においては、一定以
上のコントラストと明度が得られる視野角（観察方向）
が限定される。つまり正面から表示を観察しても暗い表
示になりやすく、大きい画面においては表示周辺部に対
して斜め方向から観察したことになるのでコントラスト
が低下したりコントラスト反転が生じるという欠点があ
った。この様な視野角の制限が大きいことを視角依存性
が高いという。

【０００３】視角依存性が生じる理由としては、液晶分
子の捩れ（螺旋の向きや、ラビング方向によって決まる
液晶分子の螺旋開始位置など）に起因するものや、液晶
の複屈折異方性（光の通過方向によるレタデ−ションの
相違など）に起因するものや、偏光板の特性（光振動方
向の選択性の良否など）に起因するものや、液晶に光を
照射する光源の指向性に起因するものなどが挙げられ
る。

【０００４】そして一般に、液晶表示装置においては、
上記視角依存性を考慮し、最も表示の見易い位置が使用
者の通常視野範囲内に入るような設計、例えば画面中央
の法線方向ないしそれより少し下向きの方向のコントラ
ストをその周囲に比べて高めるような設計が行われてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記種々の
理由によって液晶表示装置に発生する視角依存性を改善
することを主な課題とし、また、視角依存性の改善を簡
単な構成によって実現することも課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の液晶層
を有する液晶セルと、該液晶セルの液晶層に光を導く光
導入手段と、前記液晶セルから出射する所定方向の光を
選択的に拡散する第１の光拡散手段と、該第１の光拡散
手段によって拡散された光の内、所定方向の光を選択的
に拡散する第２の光拡散手段を具備し、第１の光拡散手
段が拡散する光の入射方向と、第２の光拡散手段が拡散
する光の入射方向が互いに相違するようにしたものであ
る。

【０００７】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、上下方向の光を選択的に拡散し、第２
の光拡散手段は、第１の光拡散手段によって拡散された
光の内、左右方向の光を選択的に拡散する構成とするこ
とができる。

【０００８】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、法線付近から下方向の所定角度範囲の
光を選択的に拡散し、第２の光拡散手段は、第１の光拡
散手段によって拡散された光の内、法線から左右所定角
度範囲の光を選択的に拡散する構成とすることができ
る。

【０００９】また、所定の液晶層を有する液晶セルと、
該液晶セルの液晶層に指向性を高めた光を導く光導入手
段と、前記液晶セルから出射する所定方向の光を選択的
に拡散する第１の光拡散手段と、該第１の光拡散手段に
よって拡散された光の内、所定方向の光を選択的に拡散
する第２の光拡散手段を具備し、第１の光拡散手段が拡
散する光の入射方向と、第２の光拡散手段が拡散する光
の入射方向が互いに相違するようにしたものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、液晶セルから出射する所定方
向の光を選択的に拡散する第１の光拡散手段と、該第１
の光拡散手段によって拡散された光の内、所定方向の光
を選択的に拡散する第２の光拡散手段を備え、第１の光
拡散手段が拡散する光の入射方向と、第２の光拡散手段
が拡散する光の入射方向が互いに相違するようにしてい
るので、液晶分子の捩れ、液晶の複屈折異方性、偏光板
の特性、光源の指向性などの影響を受けて液晶から出て
きた光の内、希望する方向の光を第１，第２の光拡散手
段によって選択的により均一に拡散し、輝度、コントラ
ストの均一化を図って視角依存性を低くすることができ
る。

【００１１】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、上下方向の光を選択的に拡散し、第２
の光拡散手段は、第１の光拡散手段によって拡散された
光の内、左右方向の光を選択的に拡散する構成とすれ
ば、上下方向に良視野方向を設定した一般的な表示装置
における視角依存性を低くすることができる。

【００１２】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、法線付近から下方向の所定角度範囲の
光を選択的に拡散し、第２の光拡散手段は、第１の光拡
散手段によって拡散された光の内、法線から左右所定角
度範囲の光を選択的に拡散する構成とすれば、下方向に
良視野方向を設定した一般的な表示装置における視角依
存性を低くすることができる。

【００１３】また、液晶層に指向性を高めた光を導く光
導入手段を備えるものにおいては、液晶セルから指向性
を有して出射する光を第１，第２の光拡散手段によって
選択的に拡散することができ、視角依存性を低くするこ
とができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例の液晶表示装置の要部
の断面図で、１は所定の厚みの液晶層１０を有する液晶
セル、２はその液晶セル１の液晶層１０に略垂直な方向
の光を導く光導入手段、３は液晶セル１から出てきた光
を拡散する光拡散手段である。この光拡散手段３は、第
１の光拡散手段３Ａと第２の光拡散手段３Ｂによって構
成している。

【００１５】液晶セル１は、例えば液晶分子が９０〜２
７０度の螺旋状に整列されたいわゆるツイストネマティ
ック液晶層１０を、画素毎に電界を印加する電極１２が
内面に直交するように設けられた基板１１により支えて
いる。液晶セル１に偏光板１３が必要なときは、基板１
１の外側前後に貼付されるのが簡単で好ましい。また、
基板１１には、液晶分子に所定の配向を形成するための
配向膜１４を液晶層１０を挟むようにして形成している
が、基板１１に直接ラビングして配向する場合は配向膜
１４を省略することもできる。ここで、高コントラスト
が得られる領域が液晶セル１の所定領域、例えば下側領
域（図２に示す３Ａの観察方向参照）となるような配向
処理が行われる。

【００１６】光導入手段２は、例えば上面全面に、頂角
が９０〜１００度前後の微小なプリズムを１０〜数１０
０μｍピッチで形成したポリカ−ボネ−ト等のプラスチ
ック製レンズシ−トで構成され、平坦裏面から入射した
光を集光して指向性を高めた光とする機能を有する。ま
た、光導入手段２は、アクリル樹脂、光学ガラスのよう
な透明平板の中にシリコンとかエポキシ樹脂、塩化銀等
の屈折率の異なる透明材料によりマイクロレンズを形成
して構成してもよいし、扁平凸レンズアレイや、凸レン
ズアレイと凹レンズアレイの積層体、若しくは複数の凸
レンズアレイや凹レンズアレイの積層体で構成してもよ
い。

【００１７】光導入手段２の裏側には、必要に応じて面
照明手段４を設けることができる。この面照明手段４
は、例えばアクリル樹脂平板のような導光板４１と、導
光板４１の側面に設けられた冷陰極管などからなる線状
光源４２と、必要に応じて導光板４１に設けられた表面
光拡散シート４３や裏面反射シート４４、若しくは線状
光源を覆う筒状反射シート（図示せず）などによって構
成することができる。ここで、表面光拡散シート４３
は、光導入手段２と兼用することもできる。

【００１８】光拡散手段３は、図２に示すように、液晶
セル１と同じ四角平面形状を成し、入射する光の内、所
定範囲の入射光を選択的に拡散するように設定された特
殊構造を有する高分子薄膜フィルムからなる。ここで、
液晶セル１を観察した場合の良視野方向が、表示面の法
線（φ＝０度）に対して下側から上側に視線を配した場
合に対応して設定されているとすると、液晶セル１の上
面（偏光板１３がある場合はその上面）に貼付される第
１の光拡散手段３Ａは、表示面の法線（φ＝０度）に対
して上下方向に所定角度範囲（好ましくは法線（φ＝０
度）から下向きに約３０度までの範囲）で入射する光を
選択的に拡散し、この第１の光拡散手段３Ａの上面に貼
付される第２の光拡散手段３Ｂは、同法線に対して左右
方向に所定角度範囲（好ましくは法線（φ＝０度）から
左右に各々約１５度までの範囲）で入射する光を選択的
に拡散するように構成している。すなわち、第１の光拡
散手段３Ａが拡散する光の入射方向と、第２の光拡散手
段３Ｂが拡散する光の入射方向とが互いに相違し、好ま
しくは上述したように表示面の法線に対して上下方向と
左右方向の関係のように、９０度回転した方向となるよ
うに設定している。

【００１９】この光拡散手段３の各々は、図２に示すよ
うに、第１の光拡散手段３Ａを介して対象物を観察した
とき、例えば視点から正面上方向に０度〜３０度の範囲
は不透明状態、それ以外の範囲は透明に見えるように、
また、第２の光拡散手段３Ｂを介して対象物を観察した
とき、例えば視点から正面左右方向に各々約１５度の範
囲は不透明状態、それ以外の範囲は透明に見えるよう
に、入射光を選択的に拡散する機能を有する。そして、
光拡散手段３の各々は、不透明状態においては、透明状
態と同じ程度の光透過率を有するとともに、透過する殆
どの光を拡散して、スリガラス状の外観を呈する構造を
成している。

【００２０】この光拡散手段３を構成する高分子薄膜フ
ィルムは、内部に例えばブラインド状の相構造を有する
アクリル系樹脂成形品とすることがでる。この成形品の
内部構造は、光学顕微鏡によって観察した場合、表面観
察では畳目状に寸断されてはいるがある程度の長さの相
が形成され、縦断面観察ではフィルム表面から約５０μ
ｍの深さからブラインド状に濃淡をもつ相構造が形成さ
れている。この様な相構造の間隔は、フィルム上部で約
２μｍ、照射面から約３００μｍの深さでは３〜４μｍ
になっており、深さ方向に沿って次第に間隔が広くなっ
ているが、これらは所望の光拡散方向、光拡散度に応じ
て設定すればよい。また、上記相構造の方向を変化させ
て光照射面に対する相構造の傾きを変化させると、不透
明状態の発現角度を自由に設定することができるので、
光拡散する光の入射角度範囲を必要に応じて設定するこ
とができる。さらにまた、相構造間には大きな組成分布
の違いがあり、屈折率を例えば、一方の相では１．５
５、他方の相では１．５１と、相間の屈折率差を０．４
と大きな値に設定することができた。これらの値は、フ
ィルムの深さ方向どの位置でも同じ値を示すように成形
することができる。高分子薄膜フィルム中で生じる上述
した視角依存性のある光散乱は、前記相構造と相構造間
の屈折率差に大きく起因して制御できるものである。そ
して、この様な光拡散手段３を構成する高分子薄膜フィ
ルムを市販品で入手しようとすれば、住友化学工業株式
会社製の視界制御フィルム（製品名「ルミスティ−」）
のシリーズに対して光学特性を指定して用いることが好
ましい。

【００２１】この光拡散手段３の各々は、液晶セル１の
表面に接着剤を用いて貼付されるが、その際、光拡散手
段３を液晶セル１の視野角を改善したい方向に合わせる
ように、両者の位置決めが行われる。本実施例において
は、例えば液晶セル１の下側から上側を見るときの視野
角を改善する場合を例示し、図２に示すように、視線を
固定し第１の光拡散手段３Ａを介して観察するとき、対
象物が不透明に見える視線の範囲が法線方向から上向き
に０〜３０度の範囲（視点を変えて第１の光拡散手段３
Ａの一点を見たときは、不透明に見える視点の範囲が法
線方向から下向きに０〜３０度の範囲）となるように、
第１の光拡散手段３Ａを位置決めして液晶セル１に貼付
している。すなわち、液晶セル１から改善すべき視野角
方向へ向かう光が、第１の光拡散手段３Ａによって拡散
される（光拡散手段３が光拡散する入射角度範囲に入
る）ように、第１の光拡散手段３Ａが位置決めされて液
晶セル１に貼付けられる。

【００２２】次に、第２の光拡散手段３Ｂは、図２に示
すように、視線を固定し第２の光拡散手段３Ｂを介して
観察するとき、対象物が不透明に見える視線の範囲が法
線方向から左右に各々１５度の範囲となるように位置決
めされ、第１の光拡散手段３Ａの上面に貼付される。す
なわち、液晶セル１から改善すべき視野角方向へ向かう
光が、第１の光拡散手段３Ａによって拡散され、この拡
散された光の内、左右方向への光を第２の光拡散手段３
Ｂによって再度拡散するようにしている。ここで、第
１，第２の光拡散手段３Ａ，３Ｂは、共に薄膜フィルム
によって構成しているので、表示装置の薄型化を図るこ
とができるとともに、接着剤などを用いて液晶セル１に
簡単に貼付することができるので、構造の簡素化を図る
ことができる。

【００２３】このようにして光拡散手段３を液晶セル１
に貼付した結果、液晶セル１の上下方向において、図３
〜５に示すようなデータが得られた。尚、このデータ測
定に際して、光導入手段２の裏側を所定の輝度を有する
面照明手段４によって照明するとともに、前記光導入手
段２は、液晶セル１に導く光の主方向が液晶セル１に対
して略垂直（法線方向）となるような指向性を有してい
るものとする。

【００２４】図３に示すデータから明らかなように、液
晶セル１が点灯した場合の上下方向の輝度（ｃｄ／
ｍ²） は、第１の光拡散手段３Ａのみを貼付することに
よって、光拡散手段３がない場合に比べて、下方向にお
ける輝度３０以上の範囲が２０度から３５度付近に拡大
したものの、法線から下方向１０度付近において落ち込
みがあった。しかしながら、第１の光拡散手段３Ａに加
えて第２の光拡散手段３Ｂを貼付することによって、上
記落ち込みを解消することができ、光拡散手段３がない
場合に比べて、下方向（視野角改善方向）における輝度
を全般的に高めることができたとともに、光拡散手段３
がない場合及び第１の光拡散手段３Ａのみの場合に比べ
て、輝度が一定の範囲（最高輝度範囲）を拡大すること
ができた。また、コントラストについても、図５に示す
ように、輝度と同様な変化をし、下方向（視野角改善方
向）におけるコントラストを全般的に高めることができ
たとともに、コントラストが一定の範囲（最高コントラ
スト範囲）を拡大することができた。

【００２５】このように、液晶分子の捩れ、液晶の複屈
折異方性、偏光板の特性、光源の指向性の内の１つ、若
しくはその組み合わせによる影響を受けて液晶セル１か
ら出てきた光に対して、所定方向の光を選択的に拡散す
る第１の光拡散手段３Ａと、この第１の光拡散手段３Ａ
によって拡散された光の内、所定方向の光を選択的に拡
散する第２の光拡散手段３Ｂを設け、上下方向に良視野
方向を設定した表示装置において好ましくは、第１の光
拡散手段３Ａは、液晶セル１から出射する光の内、上下
方向の光を選択的に拡散し、第２の光拡散手段３Ｂは、
第１の光拡散手段３Ａによって拡散された光の内、左右
方向の光を選択的に拡散する構成とし、下方向に良視野
方向を設定した表示装置において好ましくは、第１の光
拡散手段３Ａは、液晶セル１から出射する光の内、法線
付近から下方向の所定角度範囲の光を選択的に拡散し、
第２の光拡散手段３Ｂは、第１の光拡散手段３Ａによっ
て拡散された光の内、法線から左右所定角度範囲の光を
選択的に拡散する構成とすることにより、良視野方向
（視野角改善方向）における輝度、コントラストを高め
るとともに、輝度、コントラストを平坦化してその最高
値範囲を拡大することができたので、視線を変えても輝
度、コントラストが変化しない安定した表示を簡単な構
成で行うことができる。また、下方向におけるコントラ
ストが反転する範囲は、光拡散手段３がない場合の２５
度付近から４５度付近に広がったので、コントラスト反
転が少ない表示を行うことができる。

【００２６】上記実施例は、下方向の視野角を改善する
場合を例にしたが、上方向（表示面を法線の上側から下
側に視線を配して観察する場合）の視野角を改善するた
めには、光拡散手段３の上下を反転して液晶セル１に貼
付すればよい。しかし、右方向もしくは左方向の視野角
を改善するためには、光拡散手段３を９０度左右に回転
して液晶セル１に貼付すればよいものの、良視野方向を
下側に設定している本実施例においては、上下方向ほど
には視野角の改善ができなかった。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、液晶セルから出射する
所定方向の光を選択的に拡散する第１の光拡散手段と、
該第１の光拡散手段によって拡散された光の内、所定方
向の光を選択的に拡散する第２の光拡散手段を備え、第
１の光拡散手段が拡散する光の入射方向と、第２の光拡
散手段が拡散する光の入射方向が互いに相違するように
しているので、液晶分子の捩れ、液晶の複屈折異方性、
偏光板の特性、光源の指向性の内の１つ、若しくはその
組み合わせによる影響を受けて液晶セルから出てきた光
の内、希望する方向の光を第１，第２の光拡散手段によ
って選択的により均一に拡散し、輝度、コントラストの
均一化を図って視角依存性を低くすることができる。

【００２８】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、上下方向の光を選択的に拡散し、第２
の光拡散手段は、第１の光拡散手段によって拡散された
光の内、左右方向の光を選択的に拡散する構成とすれ
ば、上下方向に良視野方向を設定した一般的な表示装置
における視角依存性を簡単な構成によって低くすること
ができる。

【００２９】また、第１の光拡散手段は、液晶セルから
出射する光の内、法線付近から下方向の所定角度範囲の
光を選択的に拡散し、第２の光拡散手段は、第１の光拡
散手段によって拡散された光の内、法線から左右所定角
度範囲の光を選択的に拡散する構成とすれば、下方向に
良視野方向を設定した一般的な表示装置における視角依
存性を簡単な構成によって低くすることができる。

【００３０】また、液晶層に指向性を高めた光を導く光
導入手段を備えるものにおいては、液晶セルから指向性
を有して出射する光を第１，第２の光拡散手段によって
選択的に拡散することができ、簡単な構成付加によって
視角依存性を低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の液晶表示装置の要部断面図であ
る。

【図２】本発明実施例の液晶セルと光拡散手段の配置を
示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例にかかる液晶ＯＮ時の輝度変化
特性図である。

【図４】本発明の実施例にかかる液晶ＯＦＦ時の輝度変
化特性図である。

【図５】本発明の実施例にかかるコントラストの変化特
性図である。

【符号の説明】

１ 液晶セル ２ 光導入手段 ３ 光拡散手段 ３Ａ 第１の光拡散手段 ３Ｂ 第２の光拡散手段 ４ 面照明手段 １０ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−104271（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−56930（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140322（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−45924（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−59255（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−120484（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の液晶層を有する液晶セルと、該液
   晶セルの液晶層に光を導く光導入手段と、前記液晶セル
   から出射する所定方向の光を選択的に拡散する第１の光
   拡散手段と、該第１の光拡散手段によって拡散された光
   の内、所定方向の光を選択的に拡散する第２の光拡散手
   段を具備し、第１の光拡散手段が拡散する光の入射方向
   と、第２の光拡散手段が拡散する光の入射方向が互いに
   相違するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 所定の液晶層を有する液晶セルと、該液
   晶セルの液晶層に光を導く光導入手段と、前記液晶セル
   から出射する光の内、上下方向の光を選択的に拡散する
   第１の光拡散手段と、該第１の光拡散手段によって拡散
   された光の内、左右方向の光を選択的に拡散する第２の
   光拡散手段を具備したことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 所定の液晶層を有する液晶セルと、該液
   晶セルの液晶層に光を導く光導入手段と、前記液晶セル
   から出射する光の内、法線付近から下方向の所定角度範
   囲の光を選択的に拡散する第１の光拡散手段と、該第１
   の光拡散手段によって拡散された光の内、法線から左右
   所定角度範囲の光を選択的に拡散する第２の光拡散手段
   を具備したことを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】 所定の液晶層を有する液晶セルと、該液
   晶セルの液晶層に指向性を高めた光を導く光導入手段
   と、前記液晶セルから出射する所定方向の光を選択的に
   拡散する第１の光拡散手段と、該第１の光拡散手段によ
   って拡散された光の内、所定方向の光を選択的に拡散す
   る第２の光拡散手段を具備し、第１の光拡散手段が拡散
   する光の入射方向と、第２の光拡散手段が拡散する光の
   入射方向が互いに相違するようにしたことを特徴とする
   液晶表示装置。