JP6239978B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。
本願は、２０１１年１０月２８日に、日本に出願された特願２０１１−２３７８４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

携帯電話機等をはじめとする携帯型電子機器、もしくはテレビジョン、パーソナルコンピューター等のディスプレイとして、液晶表示装置が広く用いられている。一般に、液晶表示装置は、正面から見たときに優れた表示特性を発揮する。その一方、斜めから見たときにはコントラストが低下したり、階調表示において階調が逆転する現象（階調反転）が起こったりする。液晶表示装置の視野角が狭いことは従来から知られており、視野角を広げるための様々な工夫がなされている。その一つとして、液晶パネルから射出される光を散乱させる部材を表示パネルの視認側に備える構成が提案されている。

例えば下記の特許文献１には、液晶表示パネルと、液晶表示パネルの背面側から光を照射するバックライトと、液晶表示パネルの視認側に配置された光拡散フィルムと、を備えた液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置においては、光散乱フィルムの内部に分散させる内面散乱体の屈折率を最適化することによって、階調反転の発生を抑えている。

特開２００８−２５０１６３号公報

一般に、バックライトからの光は平行光ではなく、ある程度の角度分布を持っている。
そのため、バックライトからの光の一部は液晶表示パネルに対して斜めに入射する。液晶分子の複屈折は、光の透過方向によって変化する。そのため、液晶分子が一定の配向状態にあるときに、液晶表示パネルに垂直に入射した光は、射出側偏光板を透過しなくても、液晶表示パネルに対して斜めに入射した光は、射出側偏光板を透過する。すなわち、液晶表示パネルを正面から見たときに黒表示であっても、液晶表示パネルを斜めから見たときには光が漏れ、コントラスト比が低下する。特許文献１に記載の液晶表示装置は、光拡散フィルムを備えているため、黒表示時に液晶表示パネルの斜め方向から漏れた光が光拡散フィルムで正面方向にも拡散する。その結果、液晶表示パネルの正面でコントラスト比が低下する。

本発明の態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、液晶パネルを斜め方向から見たときの階調反転を抑制し、視野角特性に優れた液晶表示装置を実現することを目的とする。

本発明の一態様における液晶表示装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層を含む液晶パネルと、前記液晶層の光入射側および光射出側に配置された一対の偏光層と、前記液晶パネルの光入射側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を照射する照明装置と、前記液晶パネルの光射出側に配置され、前記液晶パネルから射出された光の射出角度を制御する射出角度制御部材と、を備え、前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向と、前記照明装置から前記液晶パネルに向けて照射される光の量が相対的に少ない方位角方向と、が概ね一致している。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記液晶パネルのコントラストの視野角依存性を示す複数の等コントラスト曲線のうち、少なくともコントラストが相対的に高い等コントラスト曲線が回転非対称の形状を有し、前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向は、前記回転非対称の形状を有する複数の等コントラスト曲線と交差する極角の最大値が最も小さい方位角方向であってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記照明装置から射出される光の輝度分布を示す複数の等輝度曲線のうち、少なくとも輝度が相対的に高い等輝度曲線が回転非対称の形状を有し、前記照明装置から前記液晶パネルに向けて照射される光の量が相対的に少ない方位角方向は、前記回転非対称の形状を有する複数の等輝度曲線と交差する極角の最大値が最も小さい方位角方向であってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記照明装置が、端面から入射した光を内部で伝播させ、主面から射出させる導光体と、前記導光体の端面に設けられた光源と、を備え、前記光の量が相対的に少ない方位角方向は、前記導光体における光の伝播方向であってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記射出角度制御部材の視認側に、前記射出角度制御部材から射出された光を散乱させる光散乱層を備えてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記光散乱層が、前記射出角度制御部材から射出された光を等方的に前方散乱させてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向が、前記液晶パネルの表示画面の垂直方向に一致していてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記液晶層の光入射側および光射出側の少なくとも一方に、前記液晶層の位相差を補償する位相差補償層を備えてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記射出角度制御部材が、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された光拡散部と、前記基材の一面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光部と、を備え、前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面を有し、前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の高さよりも高く、前記光拡散部が形成されていない領域の光拡散部間の間隙に、前記光拡散部の屈折率よりも小さい屈折率を有する物質が存在していてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記射出角度制御部材が、複数の前記光拡散部を含み、前記複数の光拡散部が前記基材の一面に点在して配置されていてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されていてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の前記光射出端面の寸法もしくは形状が、他の光拡散部の前記光射出端面の寸法もしくは形状と異なってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の側面の傾斜角度が、他の光拡散部の側面の傾斜角度と異なってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の側面の傾斜角度が前記光入射端面から前記光射出端面にかけて変化していてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記射出角度制御部材が複数の前記遮光部を含み、前記複数の遮光部が前記基材の一面に点在して配置されていてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の遮光部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されていてもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記複数の遮光部のうち、少なくとも一つの遮光部の寸法もしくは形状が、他の遮光部の寸法もしくは形状と異なってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記光拡散部の屈折率よりも小さい屈折率を有する物質が空気であってもよい。

本発明の一態様における液晶表示装置は、前記遮光部が、黒色樹脂、黒色インク、金属単体、もしくは金属単体と金属酸化物との多層膜のうちのいずれかから構成されていてもよい。

本発明の態様によれば、液晶パネルを斜め方向から見たときの階調反転を抑制し、視野角特性に優れた液晶表示装置が実現できる。

第１実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態の液晶表示装置に用いるバックライトの断面図である。 第１実施形態の液晶表示装置に用いる液晶パネルを示す断面図である。 第１実施形態の液晶パネルの動作を説明するための図である。 第１実施形態の液晶パネルの動作を説明するための図である。 第１実施形態の液晶表示装置に用いる光制御フィルムを示す斜視図である。 第１実施形態の光制御フィルムにおける光の振る舞いを説明するための図である。 極角と方位角の定義を説明するための図である。 液晶表示装置の正面図である。 等コントラスト曲線を示す図である。 画面２方向のコントラスト分布を示すグラフである。 バックライトの正面図である。 等輝度曲線を示す図である。 極座標によって輝度分布を示すグラフである。 光制御フィルムの第１変形例を示す断面図である。 光制御フィルムの第２変形例を示す断面図である。 光制御フィルムの第３変形例を示す斜視図である。 第３変形例における光制御フィルムにおける光の振る舞いを説明するための図である。 第３変形例における光制御フィルムにおける光の振る舞いを説明するための図である。 光制御フィルムの第４変形例を示す斜視図である。 第２実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。 第２実施形態の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。 画面２方向のコントラスト分布を示すグラフである。 第３実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す斜視図である。 第３実施形態の液晶表示装置の等コントラスト曲線を示す図である。 画面２方向のコントラスト分布を示すグラフである。 本発明の実施例の液晶表示装置の表示結果を示す写真であり、表示画面の正面方向から撮影した写真である。 本発明の実施例の液晶表示装置の表示結果を示す写真であり、表示画面の下方斜め４５°方向から撮影した写真である。 比較例の液晶表示装置の表示結果を示す写真であり、表示画面の正面方向から撮影した写真である。 比較例の液晶表示装置の表示結果を示す写真であり、表示画面の下方斜め４５°方向から撮影した写真、である。 本発明の第１実施例の液晶表示装置のバックライトの配光特性を示す図である。 本発明の第１実施例の液晶表示装置の液晶パネルの等コントラスト曲線を示す図である。 本発明の第２実施例の液晶表示装置のバックライトの配光特性を示す図である。 本発明の第２実施例の液晶表示装置の液晶パネルの等コントラスト曲線を示す図である。 従来例の液晶表示装置のバックライトの配光特性を示す図である。 従来例の液晶表示装置の液晶パネルの等コントラスト曲線を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１３Ｂを用いて説明する。
本実施形態では、透過型の液晶パネルを備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本実施形態の液晶表示装置を斜め上方（視認側）から見た斜視図である。
本実施形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、バックライト２（照明装置）と、第１偏光板３と、液晶パネル４と、第２偏光板５と、光制御フィルム７（射出角度制御部材）と、から構成されている。図１では、液晶パネル４を模式的に１枚の板状に図示しているが、その詳細な構造については後述する。

観察者は、光制御フィルム７が配置された図１における液晶表示装置１の上側から表示を見ることになる。以下の説明では、光制御フィルム７が配置された側を視認側と称し、バックライト２が配置された側を背面側と称する。また、以下の説明において、ｘ軸は液晶表示装置の画面の水平方向、ｙ軸は液晶表示装置の画面の垂直方向、ｚ軸は液晶表示装置の厚さ方向、と定義する。

本実施形態の液晶表示装置１においては、バックライト２から射出された光を液晶パネル４で変調し、変調した光によって所定の画像や文字等を表示する。また、液晶パネル４から射出された光が光制御フィルム７を透過すると、射出光の配光分布が光制御フィルム７に入射する前より広がった状態となって光が光制御フィルム７から射出される。これにより、観察者は広い視野角を持って表示を視認できる。

以下、液晶パネル４の具体的な構成について説明する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明するが、本実施形態に適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本実施形態に適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネルであっても良く、更には、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，以下、ＴＦＴと略記する）を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。

図３は、液晶パネル４の縦断面図である。
液晶パネル４は、図３に示すように、ＴＦＴ基板９と、カラーフィルター基板１０と、液晶層１１と、を有している。ＴＦＴ基板９は、スイッチング素子基板として液晶パネル４に備えられている。カラーフィルター基板１０は、ＴＦＴ基板９に対向して配置される。液晶層１１は、ＴＦＴ基板９とカラーフィルター基板１０との間に挟持される。液晶層１１は、ＴＦＴ基板９と、カラーフィルター基板１０と、ＴＦＴ基板９とカラーフィルター基板１０とを所定の間隔をおいて貼り合わせる枠状のシール部材（図示せず）と、によって囲まれた空間内に封入されている。本実施形態の液晶パネル４は、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードで表示を行う。液晶層１１には、誘電率異方性が正の液晶が用いられる。ＴＦＴ基板９とカラーフィルター基板１０との間には、これら基板間の間隔を一定に保持するための球状のスペーサー１２が配置されている。

本発明の液晶表示装置は、表示モードとして、上記のＴＮモードに限らず、後の実施形態で例示するＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，垂直配向）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ-Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等を用いることができる。ただし、本実施形態では、ＴＮモードの液晶パネルを用いた例を挙げる。

ＴＦＴ基板９には、表示の最小単位領域である画素（図示せず）がマトリクス状に複数配置されている。ＴＦＴ基板９には、複数のソースバスライン（図示せず）が、互いに平行に延在するように形成されるとともに、複数のゲートバスライン（図示せず）が、互いに平行に延在し、かつ、複数のソースバスラインと直交するように形成されている。したがって、ＴＦＴ基板９上には、複数のソースバスラインと複数のゲートバスラインとが格子状に形成され、隣接するソースバスラインと隣接するゲートバスラインとによって区画された矩形状の領域が一つの画素となる。ソースバスラインは、後述するＴＦＴのソース電極に接続され、ゲートバスラインは、ＴＦＴのゲート電極に接続されている。

ＴＦＴ基板９を構成する透明基板１４の液晶層１１側の面に、半導体層１５、ゲート電極１６、ソース電極１７、ドレイン電極１８等を有するＴＦＴ１９が形成されている。透明基板１４には、例えばガラス基板を用いることができる。透明基板１４上に、例えばＣＧＳ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ：連続粒界シリコン）、ＬＰＳ（Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ：低温多結晶シリコン）、α−Ｓｉ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ：非結晶シリコン）等の半導体材料からなる半導体層１５が形成されている。また、透明基板１４上に、半導体層１５を覆うようにゲート絶縁膜２０が形成されている。ゲート絶縁膜２０の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。
ゲート絶縁膜２０上には、半導体層１５と対向するようにゲート電極１６が形成されている。ゲート電極１６の材料としては、例えばＷ（タングステン）／ＴａＮ（窒化タンタル）の積層膜、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）等が用いられる。

ゲート絶縁膜２０上に、ゲート電極１６を覆うように第１層間絶縁膜２１が形成されている。第１層間絶縁膜２１の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。第１層間絶縁膜２１上に、ソース電極１７およびドレイン電極１８が形成されている。ソース電極１７は、第１層間絶縁膜２１とゲート絶縁膜２０とを貫通するコンタクトホール２２を介して半導体層１５のソース領域に接続されている。同様に、ドレイン電極１８は、第１層間絶縁膜２１とゲート絶縁膜２０とを貫通するコンタクトホール２３を介して半導体層１５のドレイン領域に接続されている。ソース電極１７およびドレイン電極１８の材料としては、上述のゲート電極１６と同様の導電性材料が用いられる。第１層間絶縁膜２１上に、ソース電極１７およびドレイン電極１８を覆うように第２層間絶縁膜２４が形成されている。第２層間絶縁膜２４の材料としては、上述の第１層間絶縁膜２１と同様の材料、もしくは有機絶縁性材料が用いられる。

第２層間絶縁膜２４上に、画素電極２５が形成されている。画素電極２５は、第２層間絶縁膜２４を貫通するコンタクトホール２６を介してドレイン電極１８に接続されている。よって、画素電極２５は、ドレイン電極１８を中継用電極として半導体層１５のドレイン領域に接続されている。画素電極２５の材料としては、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電性材料が用いられる。この構成により、ゲートバスラインを通じて走査信号が供給され、ＴＦＴ１９がオン状態となったときに、ソースバスラインを通じてソース電極１７に供給された画像信号が、半導体層１５、ドレイン電極１８を経て画素電極２５に供給される。また、画素電極２５を覆うように第２層間絶縁膜２４上の全面に配向膜２７が形成されている。この配向膜２７は、液晶層１１を構成する液晶分子を水平配向させる配向規制力を有している。なお、ＴＦＴの形態としては、図３に示したボトムゲート型ＴＦＴであっても良いし、トップゲート型ＴＦＴであっても良い。

一方、カラーフィルター基板１０を構成する透明基板２９の液晶層１１側の面には、ブラックマトリクス３０、カラーフィルター３１、平坦化層３２、対向電極３３、配向膜３４が順次形成されている。ブラックマトリクス３０は、画素間領域において光の透過を遮断する機能を有している。ブラックマトリクス３０は、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属、もしくはカーボン粒子を感光性樹脂に分散させたフォトレジストで形成されている。カラーフィルター３１には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の色素が含まれている。ＴＦＴ基板９上の一つの画素電極２５にＲ，Ｇ，Ｂのいずれか一つのカラーフィルター３１が対向して配置されている。平坦化層３２は、ブラックマトリクス３０およびカラーフィルター３１を覆う絶縁膜で構成されている。平坦化層３２は、ブラックマトリクス３０およびカラーフィルター３１によってできる段差を緩和して平坦化する機能を有している。平坦化層３２上には対向電極３３が形成されている。対向電極３３の材料としては、画素電極２５と同様の透明導電性材料が用いられる。また、対向電極３３上の全面に、水平配向規制力を有する配向膜３４が形成されている。カラーフィルター３１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色以上の多色構成としても良い。

図２に示すように、バックライト２は、発光ダイオード、冷陰極管等の光源３６と、アクリル樹脂等からなる導光体３７と、リフレクター３５と、反射シート３８と、プリズムシート４２と、を備えている。光源３６は、平面形状が矩形状の導光体３７の一つの端面３７ａに配置され、導光体３７の端面３７ａに向けて光を射出する。導光体３７は、端面３７ａから入射した光を内部で伝搬させつつ、前面３７ｂから射出させる。リフレクター３５は、光源３６から射出される光のうち、導光体３７の端面３７ａ以外の方向に向けて射出される光を、導光体３７の端面３７ａに向けて反射させる。反射シート３８は、導光体３７の背面３７ｃから射出される光を反射させ、導光体３７の背面３７ｃから再入射させる。プリズムシート４２は、互いに平行に配置された複数の三角柱状のプリズム構造体４２ａを備えている。プリズムシート４２は、導光体３７の前面３７ｂからの光が入射したとき、この光の進行方向を液晶パネル４の法線方向に近い方向に変えて射出させる。本実施形態のバックライト２は、光源３６が導光体３７の端面３７ａに配置されたエッジライト型のバックライトである。

本実施形態のバックライト２は、光の射出方向を制御して指向性を持たせたバックライト、いわゆる指向性バックライトである。具体的には、導光体３７の厚みが、光源３６が配置された端面３７ａから反対側の端面３７ｄに向けて漸次薄くなっている。すなわち、導光体３７の前面３７ｂと背面３７ｃとは互いに平行でなく、導光体３７を側面から見た形状は楔状である。導光体３７の端面３７ａから入射した光は、導光体３７の前面３７ｂと背面３７ｃとの間で反射を繰り返しつつ内部をｙ軸方向に進行する。仮に導光板が平行平板であったとすると、導光板の前面および背面に対する光の入射角は何回反射を繰り返しても一定である。これに対して、本実施形態のように、導光体３７が楔状である場合、導光体３７の前面３７ｂおよび背面３７ｃで光が１回反射する毎に入射角が小さくなる。

このとき、例えば導光体３７を構成するアクリル樹脂の屈折率が１．５、空気の屈折率を１．０とすると、導光体３７の前面３７ｂにおける臨界角、すなわち導光体３７を構成するアクリル樹脂と空気との界面における臨界角は、Ｓｎｅｌｌの法則から４２°程度となる。導光体３７に入射した直後の光が前面３７ｂに入射した際、前面３７ｂへの光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも大きい間は全反射条件を満たすため、光Ｌは前面３７ｂで全反射する。その後、光Ｌが前面３７ｂと背面３７ｃとの間で全反射を繰り返し、前面３７ｂへの光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも小さくなった時点で全反射条件を満たさなくなり、光Ｌは外部空間に射出される。したがって、光Ｌは、導光体３７の前面３７ｂに対して略一定の射出角度をもって射出する。このように、バックライト２は、ｙｚ平面内において狭い配光分布を有し、ｙｚ平面内での指向性を持つ。一方、バックライト２は、ｘｚ平面内においてはｙｚ平面内での配光分布よりも広い配光分布を有し、ｘｚ平面内での指向性を持たない。

バックライト２と液晶パネル４との間には、偏光子として機能する第１偏光板３が設けられている。ここで、ｘ軸方向の正方向を基準として反時計回りに角度を表すとすると、第１偏光板３の透過軸Ｐ１は１３５°−３１５°方向に設定されている。液晶パネル４と光制御フィルム７との間には、検光子として機能する第２偏光板５が設けられている。第２偏光板５の透過軸Ｐ２は、第１偏光板３の透過軸Ｐ１と直交するように配置されており、４５°−２２５°方向に設定されている。第１偏光板３の透過軸Ｐ１と第２偏光板５の透過軸Ｐ２とは、クロスニコルの配置となっている。

次に、光制御フィルム７について詳細に説明する。
図５は、光制御フィルム７をバックライト方向から見た斜視図である。
光制御フィルム７は、図５に示すように、基材３９と、基材３９の一面（視認側と反対側の面）に形成された複数の光拡散部４０と、基材３９の一面に形成された遮光層４１（遮光部）と、から構成されている。光制御フィルム７は、光拡散部４０が設けられた側を第２偏光板５に向け、基材３９の側を視認側に向けて第２偏光板５上に配置される。光制御フィルム７は、接着剤層（図示せず）を介して第２偏光板５に固定される。

基材３９には、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）フィルム等の透明樹脂製の基材が好ましく用いられる。基材３９は、製造プロセスにおいて、後で遮光層４１や光拡散部４０の材料を塗布する際の下地となるものであり、製造プロセス中の熱処理工程における耐熱性と機械的強度とを備える必要がある。したがって、基材３９には、樹脂製の基材の他、ガラス製の基材等を用いても良い。ただし、基材３９の厚さは耐熱性や機械的強度を損なわない程度に薄い方が好ましい。その理由は、基材３９の厚さが厚くなる程、表示のボヤケが生じる虞があるからである。また、基材３９の全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１の規定で９０％以上が好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。本実施形態では、一例として厚さが１００μｍの透明樹脂製基材を用いる。

光拡散部４０は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。また、光拡散部４０の全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１の規定で９０％以上が好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。光拡散部４０は、水平断面（ｘｙ断面）の形状が円形であり、光射出端面となる基材３９側の面４０ａの面積が小さく、光入射端面となる基材３９と反対側の面４０ｂの面積が大きく、基材３９側から基材３９と反対側に向けて水平断面の面積が徐々に大きくなっている。すなわち、光拡散部４０は、基材３９側から見たとき、いわゆる逆テーパ状の円錐台状の形状を有している。

光拡散部４０は、光制御フィルム７において光の透過に寄与する部分である。すなわち、光拡散部４０に入射した光は、光拡散部４０のテーパ状の側面４０ｃで全反射しつつ、光拡散部４０の内部に略閉じこめられた状態で導光し、射出される。複数の光拡散部４０は、基材３９の主面の法線方向から見てランダムに配置されている。

光制御フィルム７は、基材３９が視認側に向くように配置されるため、円錐台状の光拡散部４０の２つの対向面のうち、面積の小さい方の面が光射出端面４０ａとなり、面積の大きい方の面が光入射端面４０ｂとなる。また、光拡散部４０の側面４０ｃの傾斜角（光射出端面４０ａと側面４０ｃとのなす角）は一例として８０°程度である。ただし、光拡散部４０の側面４０ｃの傾斜角度は、光制御フィルム７から射出する際に入射光を十分に拡散することが可能な角度であれば、特に限定されない。

遮光層４１は、基材３９の光拡散部４０が形成された側の面のうち、複数の光拡散部４０の形成領域以外の領域に形成されている。遮光層４１は、一例として、ブラックレジスト、黒色インク等の光吸収性および感光性を有する有機材料で構成されている。その他、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属膜を用いても良い。遮光層４１の層厚は、光拡散部４０の光入射端面４０ｂから光射出端面４０ａまでの高さよりも小さく設定されている。本実施形態の場合、遮光層４１の層厚は一例として１５０ｎｍ程度であり、光拡散部４０の光入射端面４０ｂから光射出端面４０ａまでの高さは一例として２５μｍ程度である。複数の光拡散部４０間の間隙は、基材３９の一面に接する部分には遮光層４１が存在し、その他の部分には空気４３が存在している。

なお、基材３９の屈折率と光拡散部４０の屈折率とは略同等であることが望ましい。その理由は、例えば基材３９の屈折率と光拡散部４０の屈折率とが大きく異なっていると、光入射端面４０ｂから入射した光が光拡散部４０から射出しようとする際に光拡散部４０と基材３９との界面で不要な光の屈折や反射が生じて、所望の視野角が得られない、射出光の光量が減少する、等の現象が生じる虞があるからである。

本実施形態の場合、隣接する光拡散部４０間には空気４３が介在している。そのため、光拡散部４０を例えば透明アクリル樹脂で形成したとすると、光拡散部４０の側面４０ｃは透明アクリル樹脂と空気４３との界面となる。ここで、光拡散部４０の周囲を他の低屈折率材料で充填しても良い。しかしながら、光拡散部４０の内部と外部との界面の屈折率差は、外部にいかなる低屈折率材料が存在する場合よりも空気４３が存在する場合が最大となる。したがって、Ｓｎｅｌｌの法則より、本実施形態の構成においては臨界角が最も小さくなり、光拡散部４０の側面４０ｃで光が全反射する入射角範囲が最も広くなる。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。

図６の矢印ＬＢおよびＬＣに示すように、光拡散部４０の側面４０ｃに対して臨界角を超える角度で入射した入射光は、側面４０ｃで全反射して光拡散部４０を透過して観察者側へ射出される。また、図６の矢印ＬＡに示すように、側面４０ｃに入射することなく光拡散部４０を透過する入射光は、そのまま観察者側へ射出される。一方、図６の矢印ＬＤで示すように、光拡散部４０の側面４０ｃに対して臨界角以下の角度で入射した入射光は全反射せず、光拡散部４０の側面４０ｃを透過する。このとき、光拡散部４０の形成領域以外の領域に遮光層４１が設けられているため、光拡散部４０の側面４０ｃを透過した光は遮光層４１で吸収される。そのため、表示のボヤケが生じたり、コントラストが低下したりすることはない。しかしながら、光拡散部４０の側面４０ｃを透過する光が増えると、光量のロスが生じ、輝度の高い画像が得られない。そこで、光拡散部４０の側面４０ｃに臨界角以下で入射しないような角度で光を射出するバックライト、いわゆる指向性を有するバックライトを用いることが好ましい。

図３に戻って、ＴＦＴ基板９に設けられた配向膜２７には、配向制御方向が１３５°−３１５°方向となるように、ラビング等の配向処理がなされている。図４Ａ及び図４Ｂでは、配向膜２７の配向制御方向を矢印Ｈ１で示す。一方、カラーフィルター基板１０の配向膜３４には、配向制御方向が４５°−２２５°方向となるように、ラビング等の配向処理がなされている。図４Ａ及び図４Ｂでは、配向膜３４の配向制御方向を矢印Ｈ２で示す。

画素電極２５と対向電極３３との間に電圧が印加されていないときには、図４Ａに示すように、液晶層１１を構成する液晶分子Ｍが２つの配向膜２７，３４間で９０°ツイストした状態となる。このとき、１３５°−３１５°方向の透過軸Ｐ１を有する第１偏光板３を透過した直線偏光の偏光面が液晶層１１の持つ旋光性により９０°回転し、４５°−２２５°方向の透過軸Ｐ２を有する第２偏光板５を透過する。その結果、電圧無印加時には白表示となる。

画素電極２５と対向電極３３との間に電圧が印加されたときには、図４Ｂに示すように、液晶層１１を構成する液晶分子Ｍが２つの配向膜２７，３４間で電界に沿った方向に立ち上がった状態となる。このとき、１３５°−３１５°方向の透過軸Ｐ１を有する第１偏光板３を透過した直線偏光の偏光面は回転しないため、４５°−２２５°方向の透過軸Ｐ２を有する第２偏光板５を透過しない。その結果、電圧印加時には黒表示となる。以上のように、画素毎に電圧の印加／無印加を制御することにより白表示と黒表示とを切り替え、画像を表示することができる。

ところが、以下に説明するように、表示画像のコントラスト比は見る角度により異なる。
ここで、図７に示すように、液晶表示装置１の画面の法線方向Ｅを基準とした観察者の視線方向Ｆのなす角度を極角θとし、ｘ軸の正方向（０°方向）を基準とした観察者の視線方向Ｆを画面上に射影したときの線分Ｇの方向のなす角度を方位角φとする。

図８Ａに示すように、液晶表示装置１の画面において水平方向（ｘ軸方向）を方位角φ：０°−１８０°方向とし、垂直方向（ｙ軸方向）を方位角φ：９０°−２７０°方向とする。このとき、等コントラスト曲線は、図８Ｂに示すようになる。４本の等コントラスト曲線は、外側から内側に向かうにつれてコントラスト比が高くなっており、コントラスト比はそれぞれ５０，１００，５００，１０００である。４本の等コントラスト曲線は全て回転非対称の形状であり、特にコントラスト比が高い等コントラスト曲線は、方位角φ：０°−１８０°方向に延び、方位角φ：９０°−２７０°方向につぶれた形状をなしている。なお、コントラスト比は、表示画像における白表示の輝度値／黒表示の輝度値のことである。コントラスト比が大きい程、表示画像の視認性が良いと判断できる。

図８Ｂの方位角φ：０°−１８０°方向と方位角φ：９０°−２７０°におけるコントラスト分布をグラフで示したものが、図８Ｃである。図８Ｃの横軸は、極角［°］である。図８Ｃの縦軸は、コントラスト比である。方位角φ：０°−１８０°方向のコントラスト分布を実線１０１で示す。方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布を１点鎖線１０２で示す。

図８Ｃに示すように、方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布は１つのピークを有し、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に狭い。これに対して、方位角φ：０°−１８０°方向のコントラスト分布は、２つのピークを有し、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に広い。すなわち、方位角φ：９０°−２７０°方向の視野角は相対的に狭く、方位角φ：０°−１８０°方向の視野角は相対的に広い。さらに、方位角φ：９０°方向と方位角φ：２７０°方向とを比べると、方位角φ：９０°方向の視野角は相対的に狭く、方位角φ：２７０°方向の視野角は相対的に広い。

前述したように、本実施形態のバックライト２は、ｙｚ平面内での配光分布は相対的に狭く、ｘｚ平面内での配光分布は相対的に広い。言い換えると、バックライト２は、ｙｚ平面内での指向性は相対的に高く、ｘｚ平面内での指向性は相対的に低い。このことを、方位角φを用いて視覚化したものが図９Ｂである。すなわち、図９Ｂは、本実施形態のバックライト２の等輝度曲線である。８本の等輝度曲線は、外側から内側に向かうにつれて輝度が高くなっており、輝度はそれぞれ２０００，３０００，４０００，５０００，６０００，７０００，８０００，９０００［ｃｄ／ｍ^２］である。８本の等輝度曲線は全て回転非対称の形状であり、方位角φ：０°−１８０°方向に延び、方位角φ：９０°−２７０°方向につぶれた形状をなしている。このとき、図９Ａに示すように、光源３６が方位角φ：２７０°方向に位置し、導光体３７が方位角φ：９０°方向に位置するように、バックライト２を配置している。

図９Ｂの等輝度曲線に対して、方位角φ：０°−１８０°方向と方位角φ：９０°−２７０°方向における輝度分布を極座標で表現したものが、図９Ｃである。方位角φ：０°−１８０°方向における輝度分布を実線１１１で示す。方位角φ：９０°−２７０°方向における輝度分布を一点鎖線１１２で示す。図９Ｂ及び図９Ｃから判るように、方位角φ：９０°−２７０°方向においては、輝度が高い角度範囲が相対的に狭い。これに対して、方位角φ：０°−１８０°方向においては、輝度が高い角度範囲が相対的に広い。すなわち、バックライト２から方位角φ：９０°−２７０°方向に射出される光の量は相対的に少なく、方位角φ：０°−１８０°方向に射出される光の量は相対的に多い。さらに、方位角φ：９０°方向と方位角φ：２７０°方向とを比べると、方位角φ：９０°方向に射出される光の量は相対的に少なく、方位角φ：２７０°方向に射出される光の量は相対的に多い。

本実施形態の液晶表示装置１においては、液晶パネル４の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が最も少ない方位角φ：９０°方向と、が一致するように、液晶パネル４とバックライト２を配置している。この構成により、液晶パネル４の視野角が相対的に狭い方位角方向には、バックライト２からの光があまり入射しないことになる。その結果、黒表示部の光漏れが抑えられ、液晶表示装置１を斜め方向から見たときの階調反転を抑制することができる。

また、本実施形態の液晶表示装置１は光制御フィルム７を備えているため、光制御フィルム７に入射した光は、光制御フィルム７に入射する前よりも角度分布が広がった状態で光制御フィルム７から射出される。したがって、観察者が液晶表示装置１の正面方向（法線方向）から視線を傾けていっても良好な表示を視認することができる。特に本実施形態の場合、光拡散部４０の平面形状が円形であるため、液晶表示装置１の画面４４の法線方向を中心とした全ての方位に角度分布が広がる。そのため、観察者は全ての方位で良好な表示を視認できる。すなわち、光制御フィルム７の使用によって視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる。

一般に、ストライプや格子等のような規則性のあるパターン同士を重ね合わせた場合、各パターンの周期が僅かにずれると、干渉縞模様（モアレ）が視認されることが知られている。例えば、複数の光拡散部がマトリクス状に配列された光制御フィルムと複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルとを重ね合わせたとすると、光制御フィルムの光拡散部による周期パターンと液晶パネルの画素による周期パターンとの間でモアレが発生し、表示品位を低下させる虞がある。これに対し、本実施形態の液晶表示装置１においては、複数の光拡散部４０が平面的にランダムに配置されているため、液晶パネル４の画素の規則的配列との間で干渉によるモアレが生じることがなく、表示品位を維持することができる。

上記実施形態では、複数の光拡散部４０の配置をランダムとしたが、必ずしも複数の光拡散部４０の配置がランダムである必要はなく、複数の光拡散部４０の配置が非周期的であれば、モアレの発生を抑えることができる。さらに、状況や用途に応じて多少のモアレの発生が許容される場合には、複数の光拡散部４０が周期的に配置されていても良い。例えば複数の光拡散部４０が光制御フィルム７の全面にマトリクス状に配置された構成としても良い。

なお、本実施形態では、液晶パネル４の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が最も少ない方位角φ：９０°方向と、を一致させた。この構成に代えて、液晶パネル４の向きを変えずに、例えば法線方向を中心としてバックライト２を１８０°回転させても良い。すなわち、液晶パネル４の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が方位角φ：９０°方向の次に少ない方位角φ：２７０°方向と、を一致させても良い。この場合、液晶パネル４の方位角φ：９０°方向とバックライト２の方位角φ：９０°方向とを一致させる場合と比べると、視野角特性の改善効果は多少劣る。しかしながら、液晶パネル４の方位角φ：９０°方向とバックライト２の方位角φ：０°方向もしくは１８０°方向とを一致させる場合と比べれば、視野角特性は格段に向上する。

［光制御フィルムの第１変形例］
上記実施形態の液晶表示装置に用いた光制御フィルムに代えて、以下に示す光制御フィルムを用いても良い。
図１０は、第１変形例の光制御フィルム７Ｄを示す断面図である。

上記実施形態の光制御フィルム７の場合、複数の光拡散部４０は全て同一の形状であった。これに対して、本変形例の光制御フィルム７Ｄでは、図１０に示すように、複数の光拡散部４０Ｄにおいて、光射出端面４０Ｄａの寸法（遮光層４１Ｄの開口部の寸法）が異なり、側面４０Ｄｃの傾斜角度も異なっている。すなわち、複数の光拡散部４０Ｄ全体を見ると、複数の光拡散部４０Ｄの光射出端面４０Ｄａが複数種類の寸法を有し、複数の光拡散部４０Ｄの側面４０Ｄｃが複数種類の傾斜角度を有している。また、複数の光拡散部４０Ｄで側面４０Ｄｃの傾斜角度が異なることに伴って、光入射端面４０Ｄｂの寸法も異なっている。

上述したように、光拡散部４０Ｄに入射した光は、光拡散部４０Ｄの側面４０Ｄｃで全反射し、入射前よりも角度分布が広がった状態で光拡散部４０Ｄから射出される。よって、光拡散部４０Ｄから射出される光の角度分布は、光拡散部４０Ｄの側面４０Ｄｃの傾斜角度の分布に依存することになる。そのため、上記実施形態のように、光拡散部４０の側面４０ｃの傾斜角度が一定であったとすると、特定の光射出角度では輝度が高くなり、特定の観察角度では明るい表示が視認できる。その反面、角度を変えて表示装置を観察した際に、観察角度によっては表示ムラが観察される虞がある。

これに対して、本変形例の光制御フィルム７Ｄによれば、複数の光拡散部４０Ｄの側面４０Ｄｃの傾斜角度が互いに異なっているので、光の全反射角度の範囲を、側面４０Ｄｃの傾斜角度が異なる複数の光拡散部４０Ｄの間で補間し合って広げることができる。その結果、角度を変えて液晶表示装置を観察した際に観察角度に応じて輝度がなだらかに変化し、視野角特性を向上することができる。

さらに、複数の光拡散部をランダムに配置する場合、同じ大きさの光拡散部を配置しようとすると、光拡散部同士が干渉して光拡散部を配置できない箇所が多くなる。その場合、光制御フィルム全体における光拡散部の占める割合が小さくなるため、バックライトから射出された光のうち、光拡散部を透過せず、遮光層に吸収される光の割合が多くなる。
その結果、バックライトからの光の利用効率が低下し、正面輝度も低下する。その点、本変形例の場合、例えば大きな光拡散部４０Ｄ間の隙間を小さな光拡散部４０Ｄで埋めるなどして、光制御フィルム７Ｄ全体における光拡散部４０Ｄの占める割合を高めることができる。これにより、バックライトからの光の利用効率を向上させ、正面輝度を高めることができる。ただし、側面の傾斜角度を同一にし、少なくとも一部の光拡散部の大きさを他の光拡散部と異ならせ、少なくとも２種類の大きさを設定するだけでも、正面輝度向上の効果は得られる。

なお、本変形例では、光拡散部４０Ｄの側面４０Ｄｃの傾斜角度を複数種類としたため、輝度がなだらかに変化するので好ましい。ただし、少なくとも一部の光拡散部の傾斜角度を他の光拡散部と異ならせ、少なくとも２種類の傾斜角度を設定するだけでも、視野角特性の向上効果は得られる。

また、全ての光拡散部４０Ｄの光射出端面４０Ｄａおよび光入射端面４０Ｄｂの平面形状を円形としたが、必ずしも全て円形にする必要はない。例えば、光拡散部を八角錐台形状とし、光入射端面、光射出端面の平面形状をともに八角形としても良い。その場合、光拡散部には互いに対向する一対の辺からなる４組の辺が存在するため、光が４つの方位角方向に集中して拡散する。そのため、液晶表示装置で視野角特性が特に重要視されている、画面の水平方向、垂直方向、および斜め方向において視野角拡大効果が発揮される。なお、光拡散部の平面的な形状は八角形に限ることなく、その他の多角形を採用することができる。その場合、多角形の形状および辺の配置に応じて光が特定の方向に集中して拡散するため、特定の観察方位において優れた視野角拡大効果を発揮する液晶表示装置が提供できる。さらに、光拡散部の平面的な形状としては、円形、多角形の他、楕円形としてもよい。また、隣接した光拡散部と一部が繋がっていても、一部が欠けていても、視野角特性向上の効果は得られる。

［光制御フィルムの第２変形例］
図１１は、第２変形例の光制御フィルム７Ｅを示す断面図である。
上記実施形態においては、一つの光拡散部に着目したときに、光拡散部の側面は一定の傾斜角度を有していた。これに対して、本変形例の光制御フィルム７Ｅは、図１１に示すように、各光拡散部４０Ｅの側面４０Ｅｃが光射出端面４０Ｅａから光入射端面４０Ｅｂにかけて凸状になだらかに湾曲しており、傾斜角度が場所によって異なっている。つまり、光拡散部４０Ｅの側面４０Ｅｃの傾斜角度は、光射出端面４０Ｅａから光入射端面４０Ｅｂにかけて変化している。

光拡散部の側面の傾斜角度が一定である場合、画面の水平方向もしくは垂直方向に沿って観察角度を変えたときに、観察角度によっては表示ムラが視認される場合がある。この表示ムラ対策として、第１変形例の光制御フィルム７Ｄでは複数の光拡散部４０Ｄ全体で側面が複数種類の傾斜角度を有していた。これに対して、本変形例の光制御フィルム７Ｅでは、個々の光拡散部４０Ｅにおいても、側面４０Ｅｃの場所によって傾斜角度が異なっている。そのため、側面の傾斜角度が一定である場合に比べて光の反射角度分布が広がる。これにより、観察角度に応じて輝度がなだらかに変化し、視野角特性を向上できる

［光制御フィルムの第３変形例］
図１２は、第３変形例の光制御フィルム７Ｆを示す斜視図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、本変形例の光制御フィルム７Ｆの作用を説明するための図である。

本変形例の光制御フィルム７Ｆでは、図１２に示したように、上記実施形態の光制御フィルム７に加えて、光拡散フィルム５０（光散乱層）が、基材３９の視認側の面に粘着層５１により固定されている。光拡散フィルム５０は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体５２が分散されたものである。光拡散フィルム５０の厚みは、一例として２０μｍ程度である。球状の光散乱体５２の球径は、一例として０．５μｍ〜２０μｍ程度である。粘着層５１の厚みは、一例として２５μｍ程度である。光拡散フィルム５０は、等方拡散材として機能する。すなわち、光拡散フィルム５０は、光制御フィルム７の光拡散部４０で射出角度が制御された光を等方的に拡散し、さらに広角に広げる機能を果たす。

光散乱体５２は、アクリルビーズに限らず、アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどからなる樹脂片、ガラスビーズ等の透明な物質で構成されていてもよい。また、これら透明な物質以外でも、光の吸収の無い散乱体、反射体を用いることができる。あるいは、光散乱体５２を光拡散部４０内に拡散させた気泡としてもよい。個々の光散乱体５２の形状は、例えば、球形、楕円球形、平板形、多角形立方体など、各種形状に形成することができる。光散乱体５２のサイズも均一あるいは不均一になるように形成されていればよい。

本変形例において、光拡散フィルム５０は、防眩処理層（アンチグレア層）をも兼ねている。防眩処理層は、例えば基材３９にサンドブラスト処理やエンボス処理等を施すことによって形成することもできる。しかしながら、本変形例においては、基材３９に複数の光散乱体５２を含む層を形成することにより防眩処理を施している。この構成によれば、光拡散フィルム５０が防眩処理層として機能するので、新たに防眩処理層を設ける必要がない。これにより、装置の簡素化、薄型化を図ることができる。

なお、本変形例では、光拡散フィルム５０が粘着層５１の外側に配置されているが、この構成に限らない。例えば粘着層５１自体が光拡散性を有していてもよい。この構成は、例えば粘着層５１に多数の光散乱体を分散させることで実現できる。粘着層５１としては、ゴム系やアクリル系、シリコーン系やビニルアルキルエーテル系、ポリビニルアルコール系やポリビニルピロリドン系、ポリアクリルアミド系やセルロース系等の粘着剤など、接着対象に応じた粘着性物質を用いることができる。特に、透明性や耐候性等に優れる粘着性物質が好ましく用いられる。粘着層５１は、使用するまでの間、セパレータ等で保護しておくことが好ましい。

本変形例の光制御フィルム７Ｆの場合、図１３Ａに示すように、光制御フィルム７Ｆの最表面には光拡散フィルム５０が配置されている。そのため、光拡散部４０の光入射端面４０ｂに入射する光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、光拡散部４０により射出角度が制御された後、光拡散フィルム５０により等方的に拡散する。その結果、光拡散フィルム５０からは様々な角度の光が射出される。
また、図１３Ｂに示すように、光制御フィルム７Ｆは、光拡散フィルム５０が、前記光拡散フィルム５０の光拡散部４０と反対側の面５０ｆから入射し、バインダー樹脂などの基材と光散乱体５２との界面で反射するか、もしくは光散乱体５２で屈折して進行方向が変更された光が、前方散乱するように構成されている。なお、図１３Ｂにおいて、前方散乱する光を実線の矢印で示す。比較のため、後方散乱する光を破線の矢印で示したが、この種の光を生じないようにする。このような全反射条件は、例えば、光拡散フィルム５０に含まれる光散乱体５２の粒子の大きさを適宜変更することにより、満足させることができる。

このように、本変形例の光制御フィルム７Ｆの場合、光制御フィルム７Ｆの最表面に光拡散フィルム５０が配置されているため、光の拡散角度を一定の方向に集中させないようにできる。その結果、光制御フィルム７Ｆの光拡散特性をよりなだらかにすることができ、広い視野角で明るい表示が得られる。

［光制御フィルムの第４変形例］
図１４は、第４変形例の光制御フィルム７Ｇを示す斜視図である。
上記実施形態および各変形例の光制御フィルムでは、複数の光拡散部が基材上に点在していた。これに対して、本変形例の光制御フィルム７Ｇでは、図１４に示すように、複数の遮光部４１Ｇが基材３９の一面に点在して配置され、複数の遮光部４１Ｇが形成された領域以外の領域全体が一つの光拡散部４０Ｇとなっている。基材３９側に光射出端面４０Ｇａを有し、基材３９側と反対側に光射出端面４０Ｇａの面積よりも大きい面積の光入射端面４０Ｇｂを有する点、光拡散部４０Ｇの光入射端面４０Ｇｂから光射出端面４０Ｇａまでの高さが遮光部４１Ｇの高さよりも高い点、光拡散部４０Ｇ間の間隙に空気が存在している点は、上記実施形態および各変形例と同様である。本変形例の光制御フィルム７Ｇでは、光拡散部４０Ｇ間の間隙が円錐台状の形状となっており、その部分に空気が存在している。また、遮光部の平面的な形状としては、円形の他、多角形や楕円形としてもよい。また、隣接した遮光部と一部が繋がっていても、一部が欠けていてもよい。また、全ての遮光部が同じサイズ、同じ形状でもよいし、一部の遮光部のサイズや形状が異なっていてもよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１５、図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は、第１実施形態と同一であり、位相差フィルムを備えた点が第１実施形態と異なる。
図１５において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の液晶表示装置６１は、図１５に示すように、第１偏光層３と液晶パネル４との間に第１位相差フィルム６２を備え、第２偏光層５と液晶パネル４との間に第２位相差フィルム６３を備えている。本実施形態の場合、第１位相差フィルム６２と第２位相差フィルム６３とは同一の位相差フィルムを用いている。具体的には、第１位相差フィルム６２および第２位相差フィルム６３は、面内の位相差値Ｒ０が６０ｎｍであり、厚み方向の位相差値Ｒｔｈが１２０ｎｍである２軸性の位相差フィルムである。第１位相差フィルム６２の光学軸をＫ１とし、第２位相差フィルム６３の光学軸をＫ２とする。その他の構成は第１実施形態と同一である。バックライト２も第１実施形態と同じものを用いる。

本実施形態の場合、第１位相差フィルム６２および第２位相差フィルム６３が備えられたことにより液晶層１１による位相差が補償され、視野角特性が改善されている。

図１６Ａは、本実施形態の液晶表示装置６１の等コントラスト曲線である。６本の等コントラスト曲線は、外側から内側に向かうにつれてコントラスト比が高く、コントラスト比はそれぞれ５，１０，５０，１００，５００，１０００である。４本の等コントラスト曲線は全て回転非対称の形状であり、方位角φ：０°−１８０°方向に延び、方位角φ：９０°−２７０°方向につぶれた形状をなしている。ただし、本実施形態の等コントラスト曲線を、位相差補償を行っていない第１実施形態の等コントラスト曲線（図８Ｂ参照）と比べると、コントラスト比が高い領域が方位角φ：０°−１８０°方向に拡大している。すなわち、本実施形態の場合、方位角φ：０°−１８０°方向の視野角特性が第１実施形態に比べて改善されている。

図１６Ａの方位角φ：０°−１８０°方向と方位角φ：９０°−２７０°方向におけるコントラスト分布をグラフで示したものが、図１６Ｂである。図１６Ｂの横軸は、極角［°］である。図１６Ｂの縦軸は、コントラスト比である。方位角φ：０°−１８０°方向のコントラスト分布を実線１２１で示す。方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布を１点鎖線１２２で示す。

方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布は１つのピークを有し、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に狭い。これに対して、方位角φ：０°−１８０°方向のコントラスト分布は２つのピークを有し、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に広い。すなわち、方位角φ：９０°−２７０°方向の視野角は相対的に狭く、方位角φ：０°−１８０°方向の視野角は相対的に広い。さらに、方位角φ：９０°方向と方位角φ：２７０°方向とを比べると、方位角φ：９０°方向の視野角は相対的に狭く、方位角φ：２７０°方向の視野角は相対的に広い。

本実施形態の液晶表示装置６１においても、第１実施形態と同様、液晶パネル４の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が最も少ない方位角φ：９０°方向と、が一致するように、液晶パネル４とバックライト２を配置している。この配置により、液晶パネル４の視野角が相対的に狭い方位角方向には、バックライト２からの光があまり入射しないことになる。その結果、黒表示部の光漏れが抑えられ、液晶パネルを斜め方向から見たときの階調反転を抑制することができる。また、本実施形態の液晶表示装置６１は光制御フィルム７を備えているため、光制御フィルム７に入射した光の角度分布が全方位に広がる。その結果、視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる。特に、第１位相差フィルム６２および第２位相差フィルム６３を用いて位相差補償を行ったことにより、第１実施形態に比べて視野角特性がより向上する。

本実施形態の液晶表示装置６１においても、第１実施形態と同様、液晶パネル４の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が方位角φ：９０°方向の次に少ない方位角φ：２７０°方向と、を一致させても良い。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１７、図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第２実施形態と同一であり、ＶＡモードの液晶パネルを備えた点が第２実施形態と異なる。
図１７において、第２実施形態で用いた図１５と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の液晶表示装置７１は、図１７に示すように、バックライト２と、第１偏光板３と、第１位相差フィルム７２と、ＶＡモードの液晶パネル７５と、第２位相差フィルム７３と、第２偏光板５と、光制御フィルム７と、を備えている。第１位相差フィルム７２および第２位相差フィルム７３は、面内の位相差値Ｒ０が６０ｎｍであり、厚み方向の位相差値Ｒｔｈが１１０ｎｍである２軸性の位相差フィルムである。その他の構成は第１、第２実施形態と同一である。バックライト２も第１、第２実施形態と同じものを用いる。

一般に、ＶＡモードの液晶パネルは、画面の正面方向（法線方向）で液晶層がほとんど複屈折性を示さず、かつ、第１偏光板の透過軸と第２偏光板の透過軸とがクロスニコルの配置であるため、略完全な黒表示が実現される。そのため、ＶＡモードの液晶パネルは、他の表示モードに比べてコントラスト比が高い、という特長を持っている。ところが、ＶＡモードの液晶パネルを画面の斜め方向から見た場合には、液晶層が複屈折性を示すこと、および、第１偏光板の透過軸と第２偏光板の透過軸とが完全には直交しないことに起因して、黒表示時の光漏れが発生し、コントラスト比が低下する。その結果、ＶＡモードの液晶パネルでは視野角が狭くなるため、位相差フィルムを組み合わせることで広視野角化を図っている。

図１８Ａは、本実施形態の液晶表示装置７１の等コントラスト曲線である。４本の等コントラスト曲線は、外側から内側に向かうにつれてコントラスト比が高く、コントラスト比はそれぞれ５０，１００，５００，１０００である。４本の等コントラスト曲線は回転非対称の形状であり、特に方位角φ：４５°−２２５°方向および方位角φ：１３５°−３１５°方向に、コントラスト比が高い領域が大きく広がっている。本実施形態の等コントラスト曲線を、第１、第２実施形態のＴＮモードの等コントラスト曲線（図８Ｂ、図１６Ａ参照）と比べると、視野角特性が改善されていることが判る。

図１８Ａの方位角φ：４５°−２２５°方向と方位角φ：９０°−２７０°方向におけるコントラスト分布をグラフで示したものが、図１８Ｂである。図１８Ｂの横軸は、極角［°］である。図１８Ｂの縦軸は、コントラスト比である。方位角φ：４５°−２２５°方向のコントラスト分布を実線１３１で示す。方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布を１点鎖線１３２で示す。

方位角φ：９０°−２７０°方向のコントラスト分布は、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に狭い。これに対して、方位角φ：４５°−２２５°方向のコントラスト分布は、コントラスト比が高い角度範囲が相対的に広い。すなわち、方位角φ：９０°−２７０°方向の視野角は、相対的に狭く、方位角φ：４５°−２２５°方向の視野角は、相対的に広い。さらに、方位角φ：９０°方向と方位角φ：２７０°方向とを比べると、方位角φ：９０°方向の視野角は相対的に狭く、方位角φ：２７０°方向の視野角は相対的に広い。

本実施形態の液晶表示装置７１においても、第１、第２実施形態と同様、液晶パネル７５の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が最も少ない方位角φ：９０°方向と、が一致するように、液晶パネル７５とバックライト２を配置する。この配置により、液晶パネル７５の視野角が相対的に狭い方位角方向には、バックライト２からの光があまり入射しない。その結果、黒表示部の光漏れが抑えられ、液晶パネル７５を斜め方向から見たときの階調反転を抑制することができる。また、本実施形態の液晶表示装置７１は光制御フィルム７を備えているため、光制御フィルム７に入射した光の角度分布が全方位に広がる。その結果、視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる。特にＶＡモードの液晶パネル７５を用いたことにより、第１、第２実施形態に比べて視野角特性が全体的に向上する。

本実施形態の液晶表示装置７１においても、第１、第２実施形態と同様、液晶パネル７５の視野角が最も狭い方位角φ：９０°方向と、バックライト２から射出される光の量が方位角９０°方向の次に少ない方位角φ：２７０°方向と、を一致させても良い。

なお、本発明の態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様における趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、バックライトとして、導光体の端面に光源が配置されたエッジライト型のバックライトを用いたが、この構成に代えて、光源が導光体の直下に配置された直下型のバックライトを採用しても良い。

上記実施形態では、楔形の導光体を用いることによりバックライトに指向性を付与する例を示したが、バックライトに指向性を付与する手段としては、例えば導光体の下面に複数のプリズム構造体を形成する等、他の手段を用いても良い。さらに、特に指向性を付与する手段を持たないバックライトを用いた場合であっても、バックライトから射出する光の輝度分布の狭い方向、すなわち光量の少ない方向を液晶パネルの視野角が狭い方向に一致させれば良い。

液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向と、バックライトからの光の量が相対的に少ない方位角方向とは、完全に一致する必要はなく、概ね一致していれば良い。一般に液晶表示装置の組み立て工程において、液晶パネルとバックライトとの位置合わせの回転方向のずれは３°程度以内と考えられる。したがって、液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向と、バックライトからの光の量が相対的に少ない方位角方向とは３°程度ずれている場合も、本発明の態様における技術範囲に含まれる。

また、上記実施形態における光制御フィルムの基材の視認側に、反射防止層、偏光フィルター層、帯電防止層、防眩処理層、防汚処理層のうちの少なくとも一つを設けた構成としても良い。この構成によれば、基材の視認側に設ける層の種類に応じて、外光反射を低減する機能、塵埃や汚れの付着を防止する機能、傷を防止する機能等を付加することができ、視野角特性の経時劣化を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、光拡散部の形状を円錐台状もしくは多角錐台状としたが、光拡散部の側面の傾斜角度は光軸を中心として必ずしも対称でなくても良い。上記実施形態のように光拡散部の形状を円錐台状もしくは多角錐台状とした場合には、光拡散部の側面の傾斜角度が光軸を中心として対称となるため、光軸を中心として対称的な角度分布が得られる。これに対し、表示装置の用途や使い方に応じて意図的に非対称な角度分布が要求される場合、例えば画面の上方側だけ、あるいは右側だけに視野角を広げたい等の要求がある場合には、光拡散部の側面の傾斜角度を非対称にしても良い。

その他、液晶表示装置の各構成部材の材料、数、配置等に関する具体的な構成は上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。例えば上記実施形態では、液晶パネルの外側に偏光板や位相差フィルムを配置する例を示したが、この構成に代えて、液晶パネルを構成する一対の基板の内側に偏光層や位相差層を形成しても良い。

本発明者らは、本発明の態様の効果を検証するために、本発明の態様における液晶表示装置と従来例の液晶表示装置とで階調反転の発生状況を比較した。また、本発明の態様における液晶表示装置と比較例の液晶表示装置とで正面コントラスト比を比較した。以下、これらの比較結果について説明する。

［階調反転の発生状況］
実施例１として、ＴＮモードの液晶パネルを用い、液晶パネルの視野角が最も狭い方位角方向とバックライトからの光の量が最も少ない方位角方向とを一致させた第１実施形態と同様の液晶表示装置を準備した。一方、従来例として、ＴＮモードの液晶パネルを用い、光制御フィルムを備えておらず、液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向とバックライトからの光の量が相対的に多い方位角方向とを一致させた液晶表示装置を準備した。そして、実施例１の液晶表示装置と従来例の液晶表示装置とで実際の表示状態を比較した。

図１９Ａ及び図１９Ｂは、実施例１の液晶表示装置で表示を行った際の画面を撮影した写真である。図１９Ａは、画面の正面方向から撮影した写真であり、図１９Ｂは、画面の下方斜め４５°（極角で４５°）方向から撮影した写真である。
図２０Ａ及び図２０Ｂは、従来例の液晶表示装置で表示を行った際の画面を撮影した写真である。図２０Ａは、画面の正面方向から撮影した写真であり、図２０Ｂは、画面の下方斜め４５°（極角で４５°）方向から撮影した写真である。

図２０Ａ及び図２０Ｂから判るように、従来例の液晶表示装置では、画面の正面方向から画面を見たときは特に問題ないが、画面の下方斜め４５°方向から画面を見たとき、階調反転が発生し、画像の視認性が極めて悪化している。これに対し、図１９Ａ図１９Ｂから判るように、実施例１の液晶表示装置では、画面の下方斜め４５°方向から画面を見たとき、画面の正面方向から画面を見たときに比べてコントラストは若干低下するものの、階調反転は発生しておらず、画像の視認性が確保できていることが判った。

［正面コントラスト比］
射出光量が異なる３種類の指向性バックライトと、等方散乱層付きの光制御フィルムを貼り合わせた液晶パネルと、をそれぞれ組み合わせ、３種類の液晶表示装置を作製した。

実施例２として、バックライトの射出光が最も少ない方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向を一致させた液晶表示装置を作製した。

実施例３として、バックライトの射出光が２番目に少ない方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向を一致させた液晶表示装置を作製した。

比較例として、バックライトの射出光が多い方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向を一致させた液晶表示装置を作製した。

図２１Ａは、実施例２のバックライトの配光特性を示す等輝度曲線である。８本の等輝度曲線は、外側から内側に向かうにつれて輝度が高くなっており、輝度はそれぞれ１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，６０００，７０００，８０００［ｃｄ／ｍ^２］である。図２１Ｂは、実施例２のＴＮ液晶パネルにおけるコントラスト比１０００の等コントラスト曲線を示している。

図２２Ａは、実施例３のバックライトの配光特性を示す等輝度曲線である。８本の等輝度曲線は、外側から内側に向かうにつれて輝度が高くなっており、輝度はそれぞれ１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，６０００，７０００，８０００［ｃｄ／ｍ^２］である。図２２Ｂは、実施例３のＴＮ液晶パネルにおけるコントラスト比１０００の等コントラスト曲線を示している。

図２３Ａは、比較例のバックライトの配光特性を示す等輝度曲線である。８本の等輝度曲線は、外側から内側に向かうにつれて輝度が高くなっており、輝度はそれぞれ１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，６０００，７０００，８０００［ｃｄ／ｍ^２］である。図２３Ｂは、比較例のＴＮ液晶パネルにおけるコントラスト比１０００の等コントラスト曲線を示している。

実施例２、実施例３、および比較例の液晶表示装置について、画面の正面方向でのコントラスト比を測定した。測定結果を［表１］に示す。

表１から判るように、バックライトの射出光が最も少ない方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向とを一致させた実施例２では、ＴＮ液晶パネルの視野角が狭い方位角方向にバックライトから入射する光の量が少ない。そのため、液晶表示装置の正面コントラスト比が５００：１と高い値を示した。同様に、バックライトの射出光が２番目に少ない方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向とを一致させた実施例３では、ＴＮ液晶パネルの視野角が狭い方位角方向にバックライトから入射する光の量が少ない。そのため、実施例２に比べると若干劣るものの、液晶表示装置の正面コントラスト比が４００：１と高い値を示した。

これに対して、バックライトの射出光が多い方位角方向と、ＴＮ液晶パネルのコントラスト比が１０００以上の領域が最も狭い方位角方向を一致させた比較例では、ＴＮ液晶パネルの視野角が狭い方位角方向にバックライトから入射する光の量が多い。そのため、コントラスト特性を低下させる光が等方散乱層付きの光制御フィルムによって全方位に拡散される。その結果、液晶表示装置の正面コントラスト比が１５０：１と、実施例２、実施例３と比べて低い値を示した。

本発明の態様は、各種ディスプレイ、携帯用電子機器等の表示部等に用いる液晶表示装置に利用可能である。

１，６１，７１…液晶表示装置、２…バックライト（照明装置）、３…第１偏光板（偏光層）、４，７５…液晶パネル、５…第２偏光板（偏光層）、７，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ，７Ｇ…光制御フィルム（射出角度制御部材）、３６…光源、３７…導光体、３９…基材、４０，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｇ…光拡散部、４１，４１Ｇ…遮光層（遮光部）、５０…光拡散フィルム（光散乱層）、６２，７２…第１位相差フィルム（位相差補償層）、６３，７３…第２位相差フィルム（位相差補償層）。

Claims (18)

1. 一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層を含む液晶パネルと、
   前記液晶層の光入射側および光射出側に配置された一対の偏光層と、
   前記液晶パネルの光入射側に配置され、前記液晶パネルに向けて光を照射する照明装置と、
   前記液晶パネルの光射出側に配置され、前記液晶パネルから射出された光の射出角度を制御する射出角度制御部材と、を備え、
   前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向と、前記照明装置から前記液晶パネルに向けて照射される光の量が相対的に少ない方位角方向と、が概ね一致し、
   前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記照明装置から射出される光の輝度分布を示す複数の等輝度曲線のうち、少なくとも輝度が相対的に高い等輝度曲線が回転非対称の形状を有し、
   前記照明装置から前記液晶パネルに向けて照射される光の量が相対的に少ない方位角方向は、前記回転非対称の形状を有する複数の等輝度曲線において極角が最も小さい方位角方向である液晶表示装置。
2. 前記液晶パネルの法線方向から見た方位角方向において、前記液晶パネルのコントラストの視野角依存性を示す複数の等コントラスト曲線のうち、少なくともコントラストが相対的に高い等コントラスト曲線が回転非対称の形状を有し、
   前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向は、前記回転非対称の形状を有する複数の等コントラスト曲線において極角が最も小さい方位角方向である請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記照明装置が、端面から入射した光を内部で伝播させ、主面から射出させる導光体と、前記導光体の端面に設けられた光源と、を備え、
   前記光の量が相対的に少ない方位角方向は、前記導光体における光の伝播方向である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記射出角度制御部材の視認側に、前記射出角度制御部材から射出された光を散乱させる光散乱層を備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記光散乱層が、前記射出角度制御部材から射出された光を等方的に前方散乱させる請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶パネルの視野角が相対的に狭い方位角方向は、前記液晶パネルの表示画面の垂直方向に一致している請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記液晶層の光入射側および光射出側の少なくとも一方に、前記液晶層の位相差を補償する位相差補償層を備える請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 前記射出角度制御部材は、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された光拡散部と、前記基材の一面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光部と、を備え、
   前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面を有し、
   前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、
   前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の高さよりも高く、
   前記光拡散部が形成されていない領域の光拡散部間の間隙に、前記光拡散部の屈折率よりも小さい屈折率を有する物質が存在している請求項１ないし７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
9. 前記射出角度制御部材は、複数の前記光拡散部を含み、前記複数の光拡散部が前記基材の一面に点在して配置されている請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されている請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の前記光射出端面の寸法もしくは形状が他の光拡散部の前記光射出端面の寸法もしくは形状と異なる請求項９または１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の側面の傾斜角度が他の光拡散部の側面の傾斜角度と異なる請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
13. 前記複数の光拡散部のうち、少なくとも一つの光拡散部の側面の傾斜角度が前記光入射端面から前記光射出端面にかけて変化している請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
14. 前記射出角度制御部材は、複数の前記遮光部を含み、前記複数の遮光部が前記基材の一面に点在して配置されている請求項８に記載の液晶表示装置。
15. 前記複数の遮光部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されている請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記複数の遮光部のうち、少なくとも一つの遮光部の寸法もしくは形状が他の遮光部の寸法もしくは形状と異なる請求項１４または１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記光拡散部の屈折率よりも小さい屈折率を有する物質が空気である請求項８ないし１６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
18. 前記遮光部が、黒色樹脂、黒色インク、金属単体、もしくは金属単体と金属酸化物との多層膜のうちのいずれかから構成されている請求項８ないし１７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。