JPH0766122B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

透過型液晶表示装置

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JPH0766122B2
JPH0766122B2 JP58182171A JP18217183A JPH0766122B2 JP H0766122 B2 JPH0766122 B2 JP H0766122B2 JP 58182171 A JP58182171 A JP 58182171A JP 18217183 A JP18217183 A JP 18217183A JP H0766122 B2 JPH0766122 B2 JP H0766122B2
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light source
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0038Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide
    • GPHYSICS
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    • G02B6/0045Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 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。
(2)従来技術 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。
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。
(3)従来技術の問題点 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。
液晶分子の電解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,二色性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薄くなったり、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。第1図は典型的は視角特性を、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。
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。
(4)発明の目的 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、すなわち
明るさ、コントラスト、色再現性等を総合した「見やす
さ」の改善を目的としている。
(5)発明の概要 本発明に係る透過型液晶表示装置は、少なくとも二枚の
透明電極基板間に液晶を保持してなる液晶表示素子と、
この液晶表示素子の背面側に設けられた照明用光源を有
する透過型液晶表示装置において、前記照明用光源は、
発光体と、前記発光体から入射する光を制御し前記液晶
表示素子方向に出射する配光制御手段とからなり、前記
配光制御手段から出射される光は一定の方向にピークを
有する配光特性を有し、前記配光特性のピークを前記液
晶表示素子の視角特性の中心とほぼ一致させたことを特
徴とする。このような構成をとることによって、本発明
の透過型液晶表示装置は、照明用光源の光束損失が低減
され、光束を有効利用できるので、画面が明るくなる効
果があり、かつ照明用光源の明るさを節減することも可
能であるから、発光体の低エネルギー化につながる。更
に、視角における視認性の改善が可能になる。
(6)発明の実施例 実施例1 第2図は本発明の実施例であり、液晶表示素子はTN方
式、照明光源は螢光管にライトガイド,拡散板を
組み合わせた構成となっている。ライトガイドはアク
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に形成されている。第3図は第2
図の系の配光特性(破線)と液晶表示素子のコントラ
スト5以上の視角領域(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、螢光管の配管,拡
散板の拡散能,その有無等である。
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。
光束の利用率は、第3図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第3図の状態につ
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。
実施例2 第4図は液晶表示素子にゲスト・ホスト液晶パネル、
照明光源にELパネルを用いた場合の例である。ここで
はコントラストの向上のために偏光板を一枚付加した
タイプのゲスト・ホスト液晶パネルを例とした挙げた。
構成は光源側からELパネル,配光用平板レンズ,偏
光板,液晶パネルとなっている。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、第5図に示す(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(SELFOCレンズ等)の単独、あるいは複合レンズ
が用いられる。また第5図中の実線は下方に完全拡散
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。破線は比較のための描いた完全拡散性平面
光源の配光特性である。
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。ここでは第6図に示すような鋸歯
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
複合レンズを用いた。第6図の矢印は光線追跡を行
ったものである。この系で得られた配光特性を第4図に
実線で示した。矢印はゲスト・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。第4図
破線は、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。
ここでは平面光源としてELパネルを挙げたが、第7図に
示すような白熱灯,螢光管,放電管と反射板,拡散
板からなる系を平面光源として用いてもよい。
実施例3 第8図は点光源や線光源である白熱灯,螢光管,放電管
と反射板からなる系と微少凸凹型散乱板を組み合
わせた背面光源と、ゲスト・ホスト液晶パネルからな
る透過型液晶表示装置の例である。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
色顔料等を分散され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。第8
図,はこの差違を表わす配光特性である。実線は
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、第8図に矢印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。実線の配光特性と視角特性を比較す
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。
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。
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
れた各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。
(7)発明の効果 以上述べた如く、本願発明の透過型液晶表示体は、少な
くとも二枚の透明電極基板間に液晶を保持してなる液晶
表示素子と、この液晶表示素子の背面側に設けられた照
明用光源を有する透過型液晶表示装置において、前記照
明用光源は、発光体と、前記発光体から入射する光を制
御し前記液晶表示素子方向に出射する配光制御手段とか
らなり、前記配光制御手段から出射される光は一定の方
向にピークを有する配光特性を有し、前記配光特性のピ
ークを前記液晶表示素子の視角特性の中心とほぼ一致さ
せるという構成をとることにより、 (A)配光制御を行うことは、光束の有効利用につなが
るので、表示画面が明るくなり、かつ照明用光源の明る
さの節減、すなわち発光体の低エネルギー化と、電池寿
命の延長につながる。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。
(B)照明用光源から出射する光の配光特性のピークと
液晶表示装置の視角特性の中心をほぼ一致させたことに
より、光束損失が低減され、かつ光束が有効利用される
ので、液晶表示装置の視角方向において、視認性が改善
される。
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は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。 第2図は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。 第3図は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。 第4図は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。 第5図は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。 第6図はレンチ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。 第7図は螢光管,反射板,拡散板からなる平面光源の切
片図である。 第8図は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 (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも二枚の透明電極基板間に液晶を
    保持してなる液晶表示素子と,この液晶表示素子の背面
    側に設けられた照明用光源を有する透過型液晶表示装置
    において,前記照明用光源は,発光体と,前記発光体か
    ら入射する光を制御し前記液晶表示素子方向に出射する
    配光制御手段とからなり,前記配光制御手段から出射さ
    れる光は一定の方向にピークを有する配光特性を有し,
    前記配光特性のピークを前記液晶表示素子の視角特性の
    中心とほぼ一致させたことを特徴とする透過型液晶表示
    装置。
  2. 【請求項2】前記液晶表示素子はねじれたネマチック液
    晶表示素子であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の透過型液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記液晶表示素子はネマチック液晶に二色
    性色素を溶解したゲストホスト型液晶表示素子であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の透過型液晶
    表示装置。
  4. 【請求項4】前記液晶表示素子の全面もしくは後面,も
    しくは内面にカラーフィルターが設置されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1
    項に記載の透過型液晶表示装置。
  5. 【請求項5】前記液晶表示素子は駆動スイッチング素子
    を内蔵したことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第
    4項のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
  6. 【請求項6】前記照明用光源の配光制御手段はライトガ
    イドであることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第
    5項のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
  7. 【請求項7】前記照明用光源の発光体は蛍光物質の発光
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第6項
    のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
  8. 【請求項8】前記照明用光源の発光体は,点光源もしく
    は線光源であり,配光制御手段は反射板と微少な凸凹を
    少なくとも片面に有する光散乱板からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記
    載の透過型液晶表示装置。
  9. 【請求項9】前記照明用光源の発光体はELパネルである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第6項のいず
    れか1項に記載の透過型液晶表示装置。
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