JP4483756B2 - 面光源及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、液晶表示装置に狭視野角表示と広視野角表示とを行なわせるための面光源及びその面光源を備えた視野角可変型の液晶表示装置に関する。
液晶表示素子は、視野角が広いため、その表示を、斜め方向（液晶表示素子の法線方向に対して傾いた方向）から第３者により覗き見されるおそれがある。
そのため、前記液晶表示素子の一方の面側に、前記液晶表示素子の画面に対応する領域を複数に区分した各区分領域毎に液晶分子を異なる配向状態に配向させた視野角制限素子を配置し、この視野角制限素子により表示の視野角を制限するようにした視野角可変型の液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。
前記視野角制限素子は、一対の基板間に封入した液晶層の液晶分子を、前記液晶表示素子の画面に対応する領域を複数に区分した各区分領域毎に、前記液晶表示素子の法線方向に対して一方の方向に傾いた方向に視野角を有する配向状態と、その方向とは反対方向に傾いた方向に視野角を有する配向状態とに配向させ、前記一対の基板の互いに対向する内面それぞれに、前記各区分領域に対応させて、予め定めた形状の電極を設けた構成となっている。
この視野角制限素子を備えた視野角可変型液晶表示装置は、前記視野角制限素子の電極間への電圧の印加により、斜め方向からの視認性を低下させて前記液晶表示素子の表示画像の視野角を制限するものであり、前記視野角制限素子の電極間に電圧を印加しないとき、つまり前記視野角制限素子が無表示状態のときは、前記液晶表示素子の表示が広い視野角で見える。
それに対し、前記視野角制限素子の電極間に電圧を印加すると、前記液晶表示素子の法線方向に対して一方の方向に傾いた方向及びその反対方向に傾いた方向から見たときに、前記液晶表示素子の表示画像が、前記視野角制限素子の一方の方向に傾いた方向に視野角を有する各区分領域の表示及び反対方向に傾いた方向に視野角を有する各区分領域の前記予め定めた形状の電極に対応する表示により隠されるため、前記一方の方向及び反対方向に傾いた方向からは前記液晶表示素子の表示画像を認識することができなくなり、前記表示画像の視野角が見かけ上制限され、表示の視野角が狭くなる。
特開２００４―１３３３３４号公報
しかし、前記視野角制限素子は、一対の基板の内面にそれぞれ液晶表示素子の画面に対応する領域を複数に区分した各区分領域に対応させて予め定めた形状の電極を設け、前記一対の基板の内面それぞれに、前記各区分領域毎に方向を異ならせた配向処理（配向膜のラビング処理）を施し、さらに前記一対の基板間に液晶層を封入したものであるため、その製造が難しい。
そのため、前記視野角制限素子を備えた従来の視野角可変型液晶表示装置は、コスト高であるという問題をもっている。
この発明は、液晶表示装置に狭視野角表示と広視野角表示とを行なわせることができ、しかも容易に製造することができる面光源を提供するとともに、その面光源を備えたコストを低減することができる視野角可変型の液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
この発明の面光源は、光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部と、前記光源部の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部と第２の位相差部とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層と、前記一方の位相差層に間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部と第４の位相差部とを前記第３の位相差部を前記第１の位相差部に対応させ、前記第４の位相差部を前記第２の位相差部に対応させて配列した他方の位相差層とを有し、前記光源部から出射した前記直線偏光に対する前記第１と第３の位相差部の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光に対する前記第１と第４の位相差部の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子とからなり、前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として出射することを特徴とする。
この発明の面光源において、前記光源部は、光を入射させる入射部と前記入射部から入射した光を出射する出射面とを有し、前記入射部から入射した光を導いて前記出射面から出射する導光手段と、前記導光手段の前記入射部に対向させて配置され、選択的に点灯される第１と第２の発光素子と、前記第１と第２の発光素子のいずれか一方からの出射光の経路に配置された直線偏光素子とにより構成するのが望ましい。
また、この発明の液晶表示装置は、
観察側とその反対側とにそれぞれ偏光板を備えた液晶表示素子と、
光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部と、前記光源部の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部と第２の位相差部とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層と、前記一方の位相差層に間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部と第４の位相差部とを前記第３の位相差部を前記第１の位相差部に対応させ、前記第４の位相差部を前記第２の位相差部に対応させて配列した他方の位相差層とを有し、前記光源部から出射した前記直線偏光に対する前記第１と第３の位相差部の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光に対する前記第１と第４の位相差部の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子とからなり、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に、前記位相差素子を前記液晶表示素子に対向させ、且つ前記光源部から出射する前記直線偏光の偏光面を前記液晶表示素子の観察側とは反対側の偏光板の透過軸と実質的に直交にして配置され、前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として前記液晶表示素子に向けて出射することを特徴とする面光源と、
を備えたことを特徴とする。
この発明の液晶表示装置において、前記面光源の位相差素子の第１と第２の位相差部及び第３と第４の位相差部は、前記液晶表示素子の画面の左右方向及び上下方向と実質的に平行な２つの方向に交互に並べて形成するのが望ましい。
この発明の面光源は、前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として出射するため、この面光源を、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に、前記位相差素子を前記液晶表示素子に対向させ、且つ前記光源部から出射する前記直線偏光の偏光面を前記液晶表示素子の観察側とは反対側の偏光板の透過軸と実質的に直交にして配置して液晶表示装置を構成することにより、前記液晶表示装置に狭視野角表示と広視野角表示とを行なわせることができる。
しかも、この面光源は、光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部と、前記光源部の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部と第２の位相差部とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層と、前記一方の位相差層に間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部と第４の位相差部とを前記第３の位相差部を前記第１の位相差部に対応させ、前記第４の位相差部を前記第２の位相差部に対応させて配列した他方の位相差層とを有し、前記光源部から出射した前記直線偏光に対する前記第１と第３の位相差部の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光に対する前記第１と第４の位相差部の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子とからなる簡単な構成のものであるため、従来の視野角制限素子に比べて容易に製造することができる。
この発明の面光源において、前記光源部は、光を入射させる入射部と前記入射部から入射した光を出射する出射面とを有し、前記入射部から入射した光を導いて前記出射面から出射する導光手段と、前記導光手段の前記入射部に対向させて配置され、選択的に点灯される第１と第２の発光素子と、前記第１と第２の発光素子のいずれか一方からの出射光の経路に配置された直線偏光素子とにより構成するのが望ましく、このようにすることにより、前記第１と第２の発光素子の一方の点灯により前記直線偏光を出射し、他方の発光素子の点灯により前記非偏光の光を出射することができる。
また、この発明の液晶表示装置は、観察側とその反対側とにそれぞれ偏光板を備えた液晶表示素子の観察側とは反対側に、前記この発明の面光源を、前記位相差素子を前記液晶表示素子に対向させ、且つ前記光源部から出射する前記直線偏光の偏光面を前記液晶表示素子の観察側とは反対側の偏光板の透過軸と実質的に直交にして配置し、前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として前記液晶表示素子に向けて出射するようにしたものであるため、狭視野角表示と広視野角表示とを行なうことができる。
しかも、この液晶表示装置は、従来の視野角制限素子に比べて容易に製造することができる前記面光源により狭視野角表示と広視野角表示とを行なうものであるため、従来の視野角可変型液晶表示装置に比べてコストを大幅に低減することができる。
この発明の液晶表示装置において、前記面光源の位相差素子の第１と第２の位相差部及び第３と第４の位相差部は、前記液晶表示素子の画面の左右方向及び上下方向と実質的に平行な２つの方向に交互に並べて形成するのが望ましく、このようにすることにより、前記画面の左右方向及び上下方向のいずれの方向からも第３者により表示を覗き見されるおそれの無い狭視野角表示を行なうことができる。
図１〜図５はこの発明の一実施例を示しており、図１は液晶表示装置の斜視図、図２は前記液晶表示装置を図１の左下方向から見た側面図、図３は前記液晶表示装置の面光源の一部分の拡大図である。
この液晶表示装置は、光の透過を制御する複数の画素（図示せず）をマトリックス状に配列した画面領域１ａを有する液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の観察側（図１及び図２において上側）とは反対側に配置され、前記液晶表示素子１に向けて照明光を照射する面光源７とを備えている。
前記液晶表示素子１は、アクティブマトリックス液晶表示素子であり、その内部構造は図示しないが、枠状のシール材４を介して接合された一対の透明基板２，３の対向する内面のうち、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板３の内面に、行方向（画面の左右方向）と列方向（画面の上下方向）とにマトリックス状に配列させて形成された複数の透明な画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴに画像データ信号を供給する複数のデータ配線が設けられ、他方の基板（観察側の基板）２の内面に、前記複数の画素電極に対向する一枚膜状の透明な対向電極が設けられ、前記一対の基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に液晶層が封入されている。
また、この液晶表示素子１は、前記液晶層の液晶分子を一対の基板２，３間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向させたＴＮ型液晶表示素子であり、観察側とその反対側とにそれぞれ配置された一対の偏光板５，６を備えている。
なお、この液晶表示素子１は、前記一対の偏光板５，６を、それぞれの透過軸５ａ，６ａを実質的に直交させて配置したノーマリーホワイトモードの液晶表示素子であり、この実施例では、観察側偏光板５の透過軸５ａを画面の横軸Ｏと実質的に平行にし、反対側偏光板６の透過軸６ａを前記横軸Ｏと実質的に直交させている。
前記面光源７は、光の出射面１１を有し、前記出射面１１から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部８と、前記光源部８の出射側に配置された位相差素子１８とからなっている。
前記光源部８は、図１〜図３に示したように、光を入射させる入射部１０と前記入射部１０から入射した光を出射する出射面１１とを有し、前記入射部１０から入射した光を導いて前記出射面１１から出射する導光手段９と、前記導光手段９の出射面１１とは反射側に配置された反射板１４と、前記導光手段９の前記入射部１０に対向させて配置され、選択的に点灯される第１と第２の発光素子１５，１６と、前記第１と第２の発光素子１５，１６のいずれか一方、例えば第１の発光素子１５からの出射光の経路に配置された直線偏光素子１７とからなっている。
前記導光手段９は、前記液晶表示素子１の画面領域１ａに対応する矩形状の平面形状を有するアクリル樹脂板等の透明板からなっており、前記液晶表示素子１の画面の左右方向と平行な方向の２つの端面の一方に入射部（以下、入射端面という）１０が形成され、２つの板面の一方に平坦面からなる出射面１１が形成され、他方の板面に、前記入射端面１０から入射した光を前記出射面１１に向けて内面反射する反射面１２が形成されている。以下、この導光手段９を導光板という。
この導光板９の反射面１２は、前記入射端面１０の長さ方向（導光板９の幅方向）と平行な帯状の平面形状を有し、且つ前記入射端面１０側から前記導光板９の他端側に向かって前記出射面１１に近くなる方向に傾斜する複数の傾斜面１３を導光板９の長さ方向に沿って一定ピッチで形成した鋸歯状面からなっている。
前記導光板９は、前記入射端面１０から入射した光を、前記反射面１２の各傾斜面１３により前記出射面１１の法線付近の方向に反射して前記出射面１１から出射するものであり、前記出射面１１の法線方向に出射光強度のピークをもった強度分布の照明光を出射する。
また、前記第１と第２の発光素子１５，１６は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）からなる固体発光素子であり、前記導光板９の入射端面１０の外側に、前記入射端面１０の長さ方向に交互に並べて複数個ずつ（図１では４個ずつ）配置されている。
さらに、前記直線偏光素子１７は、一方の方向に透過軸１７ａを有する偏光板からなっており、前記複数の第１の発光素子１５にそれぞれ対応させて、これらの発光素子１５と前記導光板９の入射端面１０との間に配置されている。
前記光源部８は、前記複数の第１の発光素子１５と、前記複数の第２の発光素子１６とを図示しない光源駆動回路により選択的に点灯駆動され、前記複数の第１の発光素子１５の点灯により、これらの発光素子１５から出射し、前記直線偏光素子１７を透過して前記導光板９にその入射端面から入射した直線偏光ａを、前記導光板９の出射面１１から予め定めた広がりの範囲を持った光として出射し、前記複数の第２の発光素子１６の点灯により、これらの発光素子１５から出射し、前記導光板９にその入射端面から入射した非偏光の光ｂを、前記導光板９の出射面１１から予め定めた広がりの範囲を持った光として出射する。
なお、この実施例では図３のように、前記直線偏光素子１７の透過軸１７ａを前記導光板９の出射面１１の法線方向と実質的に平行にし、前記複数の第１の発光素子１５の点灯により、前記導光板９の出射面１１から、前記液晶表示素子１の画面の左右方向と実質的に平行な偏光面を有する直線偏光ａを出射するようにしている。
また、前記光源部８の出射側に配置された位相差素子１８は、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部１９と第２の位相差部２０とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層１８ａと、前記一方の位相差層１８ａに間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部１９，２０にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部２１と第４の位相差部２２とを前記第３の位相差部２１を前記第１の位相差部１９に対応させ、前記第４の位相差部２２を前記第２の位相差部２０に対応させて配列した他方の位相差層１８ｂとを有し、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａに対する前記第１と第３の位相差部１９，２１の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部２０，２２の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光ａの偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光ａに対する前記第１と第４の位相差部１９，２２の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部２０，２１の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光ａの偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した光学素子からなっており、前記光源部８の出射側に、前記一方の位相差層１８ａを前記光源部８の導光板９の出射面１１に対向させて配置されている。
この実施例の位相差素子１８は、前記一方の位相差層１８ａの複数の第１と第２の位相差部１９，２０と前記他方の位相差層１８ｂの複数の第３と第４の位相差部２１，２２をそれぞれ矩形ドット状に形成し、前記複数の第１と第２の位相差部１９，２０及び第３と第４の位相差部２１，２２を、前記液晶表示素子１の画面の左右方向及び上下方向と実質的に平行な２つの方向に交互に並べて配列したものであり、前記第１と第２の位相差部１９，２０及び第３と第４の位相差部２１，２２は、できるだけ小さいピッチ、例えば液晶表示素子１の画素ピッチと同程度または前記画素ピッチの数倍程度のピッチで前記２つの方向に配列形成されている。
この位相差素子１８は、透過光に対して実質的に複屈折性を示さない透明シートの一方の面と他方の面とに、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与える矩形ドット状の位相差部（以下、λ／２位相差部という）１９，２０及び２１，２２を上記のように配列させて設けて前記一方と他方の位相差層１８ａ，１８ｂを形成したものであり、前記λ／２位相差部１９，２０及び２１，２２は、例えば、一軸延伸フィルムからなる矩形状のλ／２位相差フィルムを貼付けるか、あるいは、前記透明シート面に高分子液晶を矩形状に印刷し、その高分子液晶を予め定めた一方の方向に分子長軸が揃うように配向させてポリマー化することにより形成されている。
図４は、前記位相差素子１８の各λ／２位相差部１９，２０及び２１，２２の遅相軸１９ａ，２０ａ及び２１ａ，２２ａの向きを示しており、前記位相差素子１８の前記光源部８に対向する面に形成された第１と第２のλ／２位相差部１９，２０のうち、第１のλ／２位相差部１９は、液晶表示素子１の画面の横軸Ｏ、つまり前記光源部８からの直線偏光ａの偏光面に対して前記液晶表示素子１の観察側から見て右回りに２２．５°ずれた方向に遅相軸１９ａを有し、第２のλ／２位相差部２０は、前記画面の横軸Ｏ（光源部８からの直線偏光ａの偏光面）に対して前記観察側から見て左回りに２２．５°ずれた方向に遅相軸２０ａを有している。
また、前記位相差素子１８の前記光源部８に対向する面とは反対面に形成された第３と第４のλ／２位相差部２１，２２のうち、前記第１のλ／２位相差部１９に対向する第３のλ／２位相差部２１は、前記画面の横軸Ｏに対して前記観察側から見て右回りに６７，５°ずれた方向、つまり前記第１のλ／２位相差部１９の遅相軸１９ａに対してさらに右回りに４５°ずれた方向に遅相軸２１ａを有し、前記第２のλ／２位相差部２０に対向する第４のλ／２位相差部２２は、前記画面の横軸Ｏに対して前記観察側から見て左回りに６７，５°ずれた方向、つまり前記第２のλ／２位相差部２０の遅相軸２０ａに対してさらに左回りに４５°ずれた方向に遅相軸２２ａを有している。
前記面光源７は、前記光源部８から前記位相差素子１８の法線方向に出射した前記直線偏光ａを、前記位相差素子１８の前記第１と第３の位相差部１９，２１及び第２と第４の位相差部２０，２２により、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａの偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして出射し、前記光源部８から前記第１と第４の位相差部１９，２２を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部２０，２１を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光ａを、前記第１と第４の位相差部１９，２２及び前記第２と第３の位相差部２０，２１により、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａの偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして出射し、前記光源部８から出射した非偏光の光ｂを、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として出射する。
図５は、前記面光源７における前記光源部８から出射した直線偏光ａの偏光面の変化を模式的に示した図であり、（I）は、前記位相差素子１８に前記第１のλ／２位相差部１９の形成部から入射した直線偏光ａの偏光面の変化を示し、（II）は、前記位相差素子１８に前記第２のλ／２位相差部２０の形成部から入射した直線偏光ａの偏光面の変化を示している。
図５（I）のように、前記光源部８から前記位相差素子１８の法線方向に出射した直線偏光ａのうち、前記位相差素子１８の第１のλ／２位相差部１９に入射した光は、この第１のλ／２位相差部１９により、その遅相軸１９ａに対して左回りに２２．５°ずれた方向から前記遅相軸１９ａに対して右回りに２２．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａに対して偏光面を右回りに実質的に４５°回転された直線偏光ａ１になる。
そして、前記位相差素子１８の法線方向に出射し、前記第１のλ／２位相差部１９により偏光面を右回りに４５°回転された前記直線偏光ａ１は、前記第１のλ／２位相差部１９に対向する第３のλ／２位相差部２１に入射し、この第３のλ／２位相差部２１により、その遅相軸２１ａに対して左回りに２２．５°ずれた方向から前記遅相軸１９ａに対して右回りに２２．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して偏光面を９０°回転された直線偏光、つまり前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して実質的に直交する直線偏光ａ２となって液晶表示素子１側に出射する。
一方、前記光源部８から出射し、位相差素子１８の法線方向に対して傾いた斜め方向から入射した光は、前記第１のλ／２位相差部１９により偏光面を右回りに４５°回転されて前記直線偏光ａ１となり、前記第１のλ／２位相差部１９に対向する第３のλ／２位相差部２１に隣接する第４のλ／２位相差部２２に入射し、この第４のλ／２位相差部２２により、その遅相軸２２ａに対して左回りに６７．５°ずれた方向から前記遅相軸２２ａに対して右回りに６７．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して偏光面を１８０°回転された直線偏光、つまり前記光源部８から出射した直線偏光ａと実質的に平行な直線偏光ａ３となって液晶表示素子１側に出射する。
また、図５（II）のように、前記光源部８から前記位相差素子１８の法線方向に出射した直線偏光ａのうち、前記位相差素子１８の第２のλ／２位相差部２０に入射した光は、この第２のλ／２位相差部２０により、その遅相軸２０ａに対して右回りに２２．５°ずれた方向から前記遅相軸１９ａに対して左回りに２２．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して偏光面を左回りに実質的に４５°回転された直線偏光ａ４になる。
そして、前記位相差素子１８の法線方向に出射し、前記第２のλ／２位相差部２０により偏光面を左回りに４５°回転された前記直線偏光ａ４は、前記第２のλ／２位相差部２０に対向する第４のλ／２位相差部２２に入射し、この第４のλ／２位相差部２２により、その遅相軸２２ａに対して右回りに２２．５°ずれた方向から前記遅相軸２２ａに対して左回りに２２．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して偏光面を９０°回転された直線偏光、つまり前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して実質的に直交する直線偏光ａ５となって液晶表示素子１側に出射する。
一方、前記光源部８から出射し、位相差素子１８の法線方向に対して左右のいずれかに傾いた斜め方向から入射した光は、前記第２のλ／２位相差部２０により偏光面を左回りに４５°回転されて前記直線偏光ａ４となり、前記第２のλ／２位相差部２０に対向する第４のλ／２位相差部２２に隣接する第３のλ／２位相差部２１に入射し、この第３のλ／２位相差部２１により、その遅相軸２１ａに対して右回りに６７．５°ずれた方向から前記遅相軸２１ａに対して左回りに６７．５°ずれた方向に偏光面を回転され、前記光源部８から出射した直線偏光ａに対して偏光面を１８０°回転された直線偏光、つまり前記光源部８から出射した直線偏光ａと実質的に平行な直線偏光ａ６となって液晶表示素子１側に出射する。
また、前記光源部８から非偏光の光ｂを出射させたときは、前記位相差素子１８の法線方向に向かう光も、前記法線方向に対して斜めに傾いた方向に向かう光も、前記位相差素子１８の第１と第２のλ／２位相差部１９，２０及び第３と第４のλ／２位相差部２１，２２を実質的に偏光されることなく透過し、前記非偏光の光ｂのまま液晶表示素子１側に出射する。
このように、前記面光源７は、前記光源部８からの予め定めた広がりの範囲を持った直線偏光ａの出射により、前記位相差素子１８の法線方向に、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａに対して実質的に直交する直線偏光ａ２，ａ５からなる第１の照明光を出射し、前記位相差素子１８の法線方向に対して傾いた方向に、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａと実質的に平行な直線偏光ａ３，ａ６からなる第２の照明光を出射し、前記光源部８からの予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光ｂの出射により、前記非偏光の光ｂからなる第３の照明光を前記予め定めた広がりの範囲の方向（位相差素子１８の法線方向及び前記法線方向に対して斜めに傾いた方向）に出射する。
そのため、この面光源７を、前記液晶表示素子１の観察側とは反対側に、前記位相差素子１８の前記反対面を前記液晶表示素子１に対向させ、且つ前記光源部８から出射する前記直線偏光ａの偏光面を前記液晶表示素子１の観察側とは反対側の偏光板６の透過軸６ａと実質的に直交にして配置して液晶表示装置を構成することにより、前記液晶表示装置に狭視野角表示と広視野角表示とを行なわせることができる。
しかも、この面光源７は、光の出射面１１を有し、前記出射面１１から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光ａと非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部８と、前記光源部８の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部１９と第２の位相差部２０とを交互に並べて配列した一方の位相差層１８ａと、前記一方の位相差層１８ａに間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部１９，２０にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部２１と第４の位相差部２２とを前記第３の位相差部２１を前記第１の位相差部１９に対応させ、前記第４の位相差部２２を前記第２の位相差部２１に対応させて配列した他方の位相差層１８ｂとを有し、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａに対する前記第１と第３の位相差部１９，２１の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部２０，２２の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光ａの偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光ａに対する前記第１と第４の位相差部１９，２２の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部２０，２１の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光ａの偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子１８とからなる簡単な構成のものであるため、従来の視野角制限素子に比べて容易に製造することができる。
さらに、この実施例の面光源７は、前記光源部８を、光を入射させる入射端面１０と前記入射端面１０から入射した光を出射する出射面１１とを有し、前記入射端面１０から入射した光を導いて前記出射面１１から出射する導光板９と、前記導光板９の前記入射端面１０に対向させて配置され、選択的に点灯される第１と第２の発光素子１５，１６と、これらの発光素子１５，１６のうち、第１の発光素子１５からの出射光の経路に配置された直線偏光素子１７とにより構成しているため、前記第１の発光素子１５の点灯により前記直線偏光ａ２，ａ５を出射し、前記第２の発光素子１６の点灯により前記非偏光の光ｂを出射することができる。
図１及び図２に示した液晶表示装置は、観察側とその反対側とにそれぞれ偏光板５，６を備えた液晶表示素子１の観察側とは反対側に、前記面光源７を、前記位相差素子１８を前記液晶表示素子１に対向させ、且つ前記光源部８から出射する前記直線偏光ａの偏光面を前記液晶表示素子１の観察側とは反対側の偏光板６の透過軸６ａと実質的に直交にして配置したものである。
すなわち、この液晶表示装置は、前記光源部８から前記位相差素子１８の法線方向に出射した前記直線偏光ａを、前記位相差素子１８の前記第１と第３の位相差部１９，２１及び第２と第４の位相差部２０，２２により、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａの偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光ａ２，ａ５からなる第１の照明光にして前記液晶表示素子１に向けて出射し、前記光源部８から前記第１と第４の位相差部１９，２２を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部２０，２１を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部１９，２２及び前記第２と第３の位相差部２０，２１により、前記光源部８から出射した前記直線偏光ａの偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光ａ３，ａ６からなる第２の照明光にして前記液晶表示素子１に向けて出射し、前記光源部８から出射した非偏光の光ｂを、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光ｂからなる第３の照明光として前記液晶表示素子に向けて出射するようにしたものであり、したがって、狭視野角表示と広視野角表示とを行なうことができる。
すなわち、前記面光源７の光源部８から直線偏光ａを出射させ、前記位相差素子１８から前記直線偏光ａ２，ａ５からなる第１の照明光を前記位相差素子１８の法線方向に、前記直線偏光ａ３，ａ６からなる第２の照明光を前記法線方向に対して斜めに傾いた方向に出射したときは、図２に矢線で示したように、第１及び第２の照明光のうち、前記液晶表示素子１の反対側偏光板６の透過軸６ａと実質的に平行な直線偏光ａ２，ａ５からなる第１の照明光が前記反対側偏光板６を透過して液晶表示素子１に入射し、前記反対側偏光板６の透過軸６ａに対して実質的に直交する直線偏光ａ３，ａ６からなる第２の照明光は前記反対側偏光板６により吸収される。
したがって、このときは、前記第１の照明光だけが前記液晶表示素子１の表示に使用され、前記液晶表示素子１の正面方向（液晶表示素子１の法線付近の方向）の限られた角度範囲にだけ画像光が出射するため、表示画像の視野角が狭くなる。
一方、前記面光源７の光源部８から非偏光の光ｂを出射させ、前記位相差素子１８の前記反対面から前記非偏光の光ｂからなる第３の照明光を出射したときは、図２に波矢線で示したように、前記位相差素子１８の法線方向及び前記法線方向に対して斜めに傾いた方向に出射した第３の照明光が前記反対側偏光板６により直線偏光されて液晶表示素子１に入射するため、前記液晶表示素子１の正面方向及び前記正面方向に対して斜めに傾いた方向に画像光が出射し、表示画像の視野角が広くなる。
なお、この液晶表示装置の狭視野角表示と広視野角表示の切換えは、例えば前記液晶表示装置を実装した携帯電話機等の電子機器に視野角選択キーを設け、その視野角選択キーにより狭視野角が選択されたときに前記面光源７の光源部８から前記直線偏光ａを出射させ、広視野角が選択されたときに前記面光源７の光源部８から前記非偏光の光ｂを出射させるようにすることにより行なうことができる。
しかも、この液晶表示装置は、従来の視野角制限素子に比べて容易に製造することができる前記面光源７により狭視野角表示と広視野角表示とを行なうものであるため、従来の視野角可変型液晶表示装置に比べてコストを大幅に低減することができる。
また、この液晶表示装置は、前記面光源７の位相差素子１８の第１と第２のλ／２位相差部１９，２０及び第３と第４のλ／２位相差部２１，２２を、前記液晶表示素子１の画面の左右方向及び上下方向と実質的に平行な２つの方向に交互に並べて形成しているため、前記画面の左右方向及び上下方向のいずれの方向からも第３者により表示を覗き見されるおそれの無い狭視野角表示を行なうことができる。
なお、前記面光源７の位相差素子１８は、上記実施例のものに限らず、例えば、前記液晶表示素子１の画面の上下方向と実質的に平行な細長形状の複数の第１と第２のλ／２位相差部及び第３と第４のλ／２位相差部を前記画面の左右方向に交互に並べて形成したものでもよく、このような構成の面光源を備えることにより、前記画面の左右方向から第３者により表示を覗き見されるおそれの無い狭視野角表示を行なうことができる。
また、前記面光源７の光源部８は、上記実施例のものに限らず、光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光の光とを選択的に出射するものであればよい。
図６はこの発明の他の実施例を示す面光源の光源部の斜視図であり、この実施例の光源部８ａは、光を入射させる入射部２３ａと前記入射部２３ａから入射した光を出射する出射面２３ｂとを有する第１の導光手段２３と、前記光を入射させる入射部２９ａと前記入射部２９ａから入射した光を出射する出射面２９ｂとを有し、前記第１の導光手段２３の出射側に配置された第２の導光手段２９と、前記第１導光手段２３の入射部２３ａと前記第２導光手段２９の入射部２９ａとにそれぞれ対向させて配置され、選択的に点灯される複数ずつの第１と第２の発光素子（例えばＬＥＤからなる固体発光素子）２５，３０と、これらの発光素子２５，３０のうち、前記第１導光手段２３の入射部２３ａに対向させて配置された第１の発光素子２５からの出射光の経路に配置された直線偏光素子２８とからなっている。
前記第１の導光手段２３は、アクリル樹脂板等の透明板からなっており、その一端面に入射部（以下、入射端面という）２３ａが形成され、２つの板面の一方に平坦面からなる出射面２３ｂが形成され、他方の板面に、前記入射端面２３ａから入射した光を前記出射面２３ｂに向けて内面反射する平坦面からなる反射面２３ｃが形成されている。以下、この導光手段２３を第１の導光板という。
この第１の導光板２３は、前記複数の第１の発光素子２５から出射し、前記入射端面２３ａから入射した光を前記反射面２３ｃにより前記出射面２３ｂに向けて内面反射し、前記出射面２３ｂにその外気（空気）との界面を透過する入射角で入射した光を前記出射面２３ｂから出射する。なお、２４は前記第１の導光板２３の反射面２３ｃの外側に配置された反射板である。
前記第１の導光板２３の出射側には、前記出射面２３ｂから出射した光を前記出射面２３ｂの法線方向に出射光強度のピークをもった強度分布の光に補正するための、一方の方向に沿った複数の細長プリズムを有する第１のプリズムシート２６と、前記一方の方向と直交する方向に沿った複数の細長プリズムを有する第２のプリズムシート２７とが配置されており、その出射側に前記直線偏光素子２８が配置され、さらにその出射側に前記第２の導光手段２９が配置されている。
前記第２の導光手段２９は、アクリル樹脂板等の透明板からなっており、その一端面に入射部（以下、入射端面という）２９ａが形成され、２つの板面の一方に平坦面からなる出射面２９ｂが形成され、他方の板面に、前記入射端面２９ａから入射した光を前記出射面２９ｂに向けて内面反射する鋸歯状面からなる反射面２９ｃが形成されている。以下、この導光手段２９を第２の導光板という。
この第２の導光板２９は、前記複数の第２の発光素子３０から出射し、前記入射端面２９ａから入射した光を、前記鋸歯状面からなる反射面２９ｃの各傾斜面により前記出射面２９ｂの法線付近の方向に反射して前記出射面２９ｂから出射するものであり、前記出射面２９ｂの法線方向に出射光強度のピークをもった強度分布の非偏光の光を出射する。
また、前記第２の導光板２９は、前記第１の導光板２３の出射面２３ｂから出射し、前記第１のプリズムシート２６及び第２のプリズムシート２７により前記出射面２３ｂの法線方向に出射光強度のピークをもった強度分布の光に補正され、さらに前記直線偏光素子２８により直線偏光された光を、この第２の導光板２９の反射面２９ｃから入射させ、その光を前記出射面２９ｂから出射する。
すなわち、この実施例の光源部８ａは、前記第１と第２の発光素子２５，３０の選択的な点灯により、前記第２の導光板２９の出射面２９ｂから、予め定めた方向（直線偏光素子２８の透過軸に平行な方向）に偏光面を有する直線偏光と非偏光の光とを選択的に出射する。
したがって、この光源部８ａの出射側に前記位相差素子１８を配置することにより、前記光源部８ａからの前記直線偏光の出射により、前記位相差素子１８の光源部８ａに対向する面とは反対面から、前記光源部８ａから出射した前記直線偏光に対して実質的に直交する直線偏光からなる第１の照明光を前記位相差素子１８の法線方向に、前記光源部８ａから出射した前記直線偏光と実質的に平行な直線偏光からなる第２の照明光を前記法線方向に対して斜めに傾いた方向に出射し、前記光源部８ａからの非偏光の光の出射により、前記位相差素子１８の前記反対面から、前記非偏光の光からなる第３の照明光を前記位相差素子１８の法線方向及び前記法線方向に対して斜めに傾いた方向に出射することができる。
また、上記実施例の液晶表示装置は、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子１を備えたものであるが、前記液晶表示素子１は、ノーマリーブラックモードのものでもよく、また、ＴＮ型に限らず、ＳＴＮ型、液晶分子を基板面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれかの液晶表示素子、強誘電性または反強誘電性液晶表示素子、一対の基板のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。
また、前記液晶表示装置は、液晶表示素子１に複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせたカラー画像表示装置でも、カラーフィルタを備えない液晶表示素子を用いたフィールドシーケンシャル液晶表示装置でもよい。
この発明の一実施例を示す液晶表示装置の斜視図。 前記液晶表示装置を図１の左下方向から見た側面図。 前記液晶表示装置の面光源の一部分の拡大図。 前記面光源の位相差素子の各位相差部の遅相軸の向きを示す図。 前記面光源における光源部から出射した直線偏光の偏光面の変化を模式的に示した図。 この発明の他の実施例を示す面光源の光源部の斜視図。
符号の説明
１…液晶表示素子、５，６…偏光板、５ａ，６ａ…透過軸、７…面光源、８，８ａ…光源部、９，２３，２９…導光板（導光手段）、１０，２３ａ，２９ａ…入射端面（入射部）、１１，２３ｂ，２９ｂ…出射面、１５，１６，２５，３０…発光素子、１７，２８…直線偏光素子、１８…位相差素子、１８ａ，１８ｂ…位相差層、１９，２０，２１，２２…λ／２位相差部、１９ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ…遅相軸。

Claims (4)

  1. 光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部と、
    前記光源部の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部と第２の位相差部とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層と、前記一方の位相差層に間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部と第４の位相差部とを前記第３の位相差部を前記第１の位相差部に対応させ、前記第４の位相差部を前記第２の位相差部に対応させて配列した他方の位相差層とを有し、前記光源部から出射した前記直線偏光に対する前記第１と第３の位相差部の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光に対する前記第１と第４の位相差部の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子とからなり、
    前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として出射することを特徴とする面光源。
  2. 光源部は、光を入射させる入射部と前記入射部から入射した光を出射する出射面とを有し、前記入射部から入射した光を導いて前記出射面から出射する導光手段と、前記導光手段の前記入射部に対向させて配置され、選択的に点灯される第１と第２の発光素子と、前記第１と第２の発光素子のいずれか一方からの出射光の経路に配置された直線偏光素子とからなっていることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
  3. 観察側とその反対側とにそれぞれ偏光板を備えた液晶表示素子と、
    光の出射面を有し、前記出射面から、予め定めた方向に偏光面を有する直線偏光と非偏光のそれぞれ予め定めた広がりの範囲を持った光を選択的に出射する光源部と、前記光源部の出射側に配置され、予め定めた形状に形成した複数の第１の位相差部と第２の位相差部とを少なくとも一方の方向に交互に並べて配列した一方の位相差層と、前記一方の位相差層に間隔をおいて対向配置され、前記第１及び第２の位相差部にそれぞれ対応する形状に形成した複数の第３の位相差部と第４の位相差部とを前記第３の位相差部を前記第１の位相差部に対応させ、前記第４の位相差部を前記第２の位相差部に対応させて配列した他方の位相差層とを有し、前記光源部から出射した前記直線偏光に対する前記第１と第３の位相差部の合計位相差及び前記第２と第４の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に９０°回転させる値に設定し、前記直線偏光に対する前記第１と第４の位相差部の合計位相差及び前記第２と第３の位相差部の合計位相差をそれぞれ前記直線偏光の偏光面を実質的に１８０°回転させる値に設定した位相差素子とからなり、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に、前記位相差素子を前記液晶表示素子に対向させ、且つ前記光源部から出射する前記直線偏光の偏光面を前記液晶表示素子の観察側とは反対側の偏光板の透過軸と実質的に直交にして配置され、前記光源部から前記位相差素子の法線方向に出射した前記直線偏光を、前記位相差素子の前記第１と第３の位相差部及び第２と第４の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面に対して実質的に直交する偏光面を持った直線偏光からなる第１の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から前記第１と第４の位相差部を透過する方向、及び前記第２と第３の位相差部を透過する方向へそれぞれ斜めに出射した前記直線偏光を、前記第１と第４の位相差部及び前記第２と第３の位相差部により、前記光源部から出射した前記直線偏光の偏光面と実質的に平行な偏光面を持った直線偏光からなる第２の照明光にして前記液晶表示素子に向けて出射し、前記光源部から出射した非偏光の光を、前記予め定めた広がりの範囲を持った非偏光の光からなる第３の照明光として前記液晶表示素子に向けて出射することを特徴とする面光源と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  4. 面光源の位相差素子の第１と第２の位相差部及び第３と第４の位相差部は、液晶表示素子の画面の左右方向及び上下方向と実質的に平行な２つの方向に交互に並べて形成されていることを特徴する請求項３に記載の液晶表示装置。
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