JPH09152585A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置の視野角を広げる。 【解決手段】 所定の視角方向の光を散乱して遮断する
とともに、他の方向の光を回折する光回折フィルム１１
を偏光層１０と一体化した偏光回折板を用いる。視野角
の狭い視角方向の不良光を散乱するとともに、正面の良
好光を回折して視認することにより、視野角外において
も良好な表示品位が得られ、実際的な視野角が広がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部材として液晶を
用いて画素毎に透過率を制御し、表示を行う液晶表示装
置に関し、特に、広視野角化を達成した液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスプレイ装置として、光変調手段に
液晶を用いた液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal D
isplay）は小型、薄型、低消費電力などの利点があり、
ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が進んでいる。
特に、液晶駆動用の透明電極を交差配置して表示点をマ
トリクス的に選択しながら電圧を印加するマトリクス
型、更には、液晶駆動用の各画素容量にスイッチ素子を
接続形成し、線順次に書き換え画素を選択しながら、信
号電圧を静電的に常時保持させていくアクティブマトリ
クス型は、高精細、高コントラスト比の動画表示が可能
となり、パーソナルコンピュータのディスプレイモニタ
ー、テレヴィジョンなどに実用化されている。

【０００３】図１１は、ＬＣＤの構成を示す斜視図であ
る。（１）は、第１の偏光板、（２）は液晶駆動用の透
明電極が形成された電極基板、（３）は液晶、（４）は
透明な対向基板、（５）は第２の偏光板である。ＴＮ
（Twisted Nematic）モードの一般的な構成では、液晶
（３）は、その分子軸を同一方向に揃える傾向のあるネ
マチック相であり、両基板（２，４）表面には液晶分子
（３ａ）の配向を制御するために、ポリイミドなどの高
分子膜を形成してこれにラビング処理を施すことによ
り、基板（２，４）との界面で、液晶分子（３ａ）の配
向を一定方向に揃えさせている。ＴＮモードでは、ラビ
ング方向は、両基板（２，４）で直交しており、液晶分
子（３ａ）は両基板（２，４）からの制御を受けて両基
板（２，４）間で９０°にねじれられている。また、偏
光板（１，５）は、図で矢印により示しているように、
その偏光軸が互いに直交している。

【０００４】このような方式においては、より具体的に
は、電極基板（２）と対向基板（４）に帯状の透明電極
が複数形成され、両透明電極を交差するように配置し、
その交差部で画素を構成する単純マトリクス型があり、
特に、パソコンのモニターなどグラフィック用ディスプ
レイでは、高デューティ比に対応して液晶の駆動閾値特
性の急峻性を得るために、液晶の配向を両基板（２，
４）間で２７０°ねじらせたＳＴＮ（Super Twisted Ne
matic）モードや、電極基板（２）を、スイッチング素
子として薄膜トランジスタ即ちＴＦＴ（Thin Film Tran
sistor）をマトリクス状に配置して、画素を区画する表
示電極に接続した構造のＴＦＴ基板とし、対向基板側に
は共通電極を全面的に形成して、１フィールド毎に各画
素に異なる電圧を印加して保持させるアクティブマトリ
クス型などがある。

【０００５】この構成において、電圧無印加時には、図
１１の下方に配置された光源より入射した光は、第１の
偏光板（１）により直線偏光に変化し、電極基板（２）
を透過する。液晶は屈折率に異方性が有り、入射直線偏
光は液晶の配向のねじれに沿って旋回し、対向基板
（４）を透過し、第２の偏光板（５）を通過する。この
時、その画素は明点であり、白と認識される。液晶はま
た、誘電率にも異方性を有しているため、電圧印加時に
は、両基板（２，４）間で電界が形成されると、液晶の
ねじれ配向がくずされ、液晶分子（３ａ）が基板に垂直
方向に向くようになる。このため、第１の偏光板（１）
を通過した入射直線偏光は液晶（３）で旋回されなくな
り、第２の偏光板（５）を通過せず、その画素は暗点と
なり、黒と認識される。光の透過量は液晶へ印加される
電界の強度に依存して変化するため、特に、アクティブ
マトリクス型では、画素毎に、電圧を微調整することに
より、階調表示ができ、ピクチャーの表示も可能とな
る。このように、電圧無印加時には白を表示し、電圧を
印加することにより黒が得られる方式をノーマリ・ホワ
イト・モードという。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、液晶表示
装置では、液晶の配向、即ち、液晶分子の屈折率の異方
性を利用して光路と液晶分子軸との角度を調整すること
により、透過光を制御する方式であるため、逆に、視角
に依存して透過光量も変わってしまう問題がある。通
常、液晶表示装置の視野角、即ち、白黒２値表示のコン
トラスト比１０以上で定義した視野角は、左右方向で±
４０°〜５０°、上下で±２０°〜４０°程度とされて
いるが、実際には、表示内容によっては、もっと小さな
視角域において、階調の高低が入れ替わり、いわゆる階
調反転が起こってしまう。特に、アクティブマトリクス
型のような多階調表示にあっては、画素毎に、液晶の配
向が微調整されるので、優先視角方向、即ち、設計通り
の透過率−電圧特性が具現される視角方向から僅かにず
れた視角の場合でも、階調が逆転しまい、観察者が動く
度に、画面のあちこちで、近隣の画素間で輝度が逆転し
てしまい、ちらちらとして、表示品位を著しく下げてい
た。

【０００７】図１２及び図１３は、各々従来のアクティ
ブマトリクス型の左右及び上下方向についての透過率−
視角特性である。測定では、ノーマリ・ホワイト・モー
ドにおいて、適当に選んだ８階調（ｉ〜ｖｉｉｉ）につ
いて行い、受光機として、散乱光を除き透過光のみを検
出できるようにフォトマルチプライヤー即ち光電子増倍
管を用いた。図１２より、左右方向について、視角が±
３０°程度になると、階調（ｉ）と階調（ｉｉ）が交差
しており、設計の電圧−透過率特性とは異なる特性のた
め、階調反転が起きている。この時、観察者には、視角
が変わることによって、近傍の画素の輝度の上下関係が
逆転する現象により、画面がちらちらと見えてしまう。
また、図１３より、下方向については、視角が１０°で
早くも、階調（ｉ）と階調（ｉｉ）が交差しており、視
角が４０°になるに至っては、階調の上下関係は完全に
混乱しており、視認は全く不可能となっている。

【０００８】このような、視角依存性の問題を解決する
方法としては、マルチドメイン方式による広視野角化が
挙げられる。特願平５−１５３６７１には、液晶駆動用
の電極の他に、液晶の配向制御用の電極及び電極不在領
域を形成することにより、セル内の電界を制御し、これ
に従って、液晶の配向を異ならせ、一画素を優先視角方
向を異にする複数の領域に分割することで、視角特性を
上下あるいは左右で平均化し、結果的に視角依存性を低
減することが開示されている。他に、周知の技術とし
て、マスキングレジストを用いて、複数回のラビング処
理を行い、画素をプレチルト角の異なる複数の小画素に
分割し、これらの小画素の視角特性の合成により良好な
視認を得るものである。しかし、これらの方法では、実
際には決定的な問題解決には至らない他、表示品質的に
はコントラスト比が低下する、コスト的には工数が増え
るといった新たな問題がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成されたもので、対向面に液晶駆動用の電極
が形成された一対の透明基板と、前記一対の透明基板間
に封入された液晶と、前記一対の基板の外側に配置され
た一対の偏光板とを有し、前記透明電極に電圧を印加す
ることにより、液晶を駆動し、前記一対の偏光板間を透
過する光量を調節することにより表示を行う液晶表示装
置において、前記一対の偏光板の出射側には、第１の視
角方向に対して所定の角度範囲にある第２の視角方向の
光を散乱するとともに、前記第１の視角方向の光を前記
第２の視角方向へ回折する回折板を具備した構成であ
る。

【００１０】これにより、表示品位の悪い第２の視角方
向へ射出される透過光が散乱されて観察者に認識されな
くなるとともに、表示品位の良好な第１の視角方向へ射
出される透過光が第２の視角方向へ回折されて観察者に
認識されるため、より広い視角範囲において、第１の視
角方向と同じ良好な表示品位が得られ、視角依存性が低
減される。

【００１１】特に、前記回折板は、前記一対の偏光板の
出射側に用いられる偏光板に貼着され、一体化された構
成されている。これにより、偏光層と回折層を共通の基
体に支持して一体化した偏光回折板とすることにより、
偏光板と回折板を合わせた厚みよりも薄くできるととも
に、従来の偏光板の貼着工程を、偏光回折板の貼着工程
に置き換えるのみで、完成されるため、製造コストの増
大が無い。

【００１２】更に、前記回折板は、前記一対の偏光板の
出射側に用いられる偏光板の前記一対の基板側に配置さ
れている構成である。これにより、液晶層と回折板との
離間距離が小さくなり、第１の視角方向へ射出されて回
折板により回折されて視認される光が、他の視角方向域
の光が散乱されて第２の視角方向へ入り、第２の視角方
向において散乱光により第１の視角方向の光の回折光が
妨害されることが無くなり、表示がぼやけることが防が
れる。

【００１３】また特に、前記第２の視角方向は複数在
り、前記回折板は、前記各第２の視角方向へ射出する光
を散乱するとともに、前記第１の視角方向の光を前記各
第２の視角方向へ回折する各回折層からなる多層構造よ
りなる構成である。これにより、一層広い視角範囲で第
１の視角方向と同じ良好な表示品位が得られ、視角依存
性が更に低減される。

【００１４】

【発明の実施の形態】続いて、本発明の実施形態を説明
する。図１は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置
の構成を示す斜視図である。（１）は偏光板、（２）は
液晶駆動用の透明電極が形成された電極基板、（３）は
液晶、（４）は透明な対向基板、（６）は偏光回折板で
ある。偏光板（１）と偏光回折板（６）の偏光軸は、従
来と同様、図中矢印で示すように、互いに直交する方向
に沿っており、液晶（３）は両基板（２，４）との接触
界面で各々偏光軸に同じ方向に配向制御され、両基板
（２，４）間で９０°にねじられている。この構造で
は、例えば、電極基板（２）はＴＦＴをマトリクス状に
配置したＴＦＴアレイ基板で、対向基板（４）は共通電
極を一面に形成したアクティブマトリクス型、あるい
は、電極基板（２）及び対向基板（４）は、各々帯状の
透明電極を複数互いに交差するように配置し、液晶の配
向を両基板（２，４）間で２７０°ねじれ配列させたＳ
ＴＮ型なども含まれる。偏光回折板（６）は、従来と同
じ一方向（図中矢印で示されている）について偏光軸を
有しているとともに、所定の視角域の光を散乱させて不
透明とし、かつ、所定の角度をもって透過光を回折させ
る働きを有するものである。

【００１５】

【実施例】図２は、このような偏光回折板（６）の第１
の実施例の断面構造である。（１０）は従来の偏光板と
同様、２色性を与えるヨウ素、染料などの偏光素子と、
これを配列、固定させるためのポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）などの偏光基体からなる偏光層、（１１）は
特殊な光学機能を持つ高分子膜からなる光回折フィルム
である。また、（１２）は反射防止コートで厚さ０．２
〜０．３μｍ、（１３）は保護コートで偏光層（１０）
と合わせて厚さ約２００μｍ、（１４）は偏光層（１
０）と光回折フィルム（１１）を接着する粘着材で厚さ
約２５μｍ、（１５）はこれら偏光回折板（６）を不図
示で図の下方にある液晶パネルに貼り付けるための粘着
材で厚さ約２５μｍ、（１６）は粘着材（１５）面を保
護する離型フィルムである。

【００１６】光回折フィルム（１１）は、住友化学工業
（株）製で建材として開発され製品化されている「ルミ
スティー」に使用されている高分子フィルムであり、所
定の角度域の光を散乱させてすりガラス状に不透明と
し、それ以外の光を透過するとともに、ブラッグ回折の
ため透過光を他方向に回折する性質を有している。光回
折フィルムは、高分子が層構造をなす内部構造を有して
おり、膜平面に対する層構造の方向を変えることによ
り、不透明方向を制御することができる。

【００１７】ルミスティーＹ−１５４５は、例えば、上
下方向について、＋１５°〜＋４５°の視角域の光を散
乱して不透明にする性質をもっており、これに使用され
ている光回折フィルム即ち回折層（１１）を図２に示す
ような偏光板との一体構成で液晶表示装置に適用する
と、図３に示すような作用が生じる。即ち、図で一点鎖
線（α）で示した上下視角方向入射角θが＋１５°〜＋
４５°の範囲にある光（Ｂ）は光回折フィルム（１１）
で散乱されて遮断されるとともに、入射角θが０°の光
（Ａ）が図で破線で示した領域へ回折され、散乱により
不透明化された視角域（α）と重なる。このため、液晶
（３）層を斜めに透過する光（Ｂ）は観察者には認識さ
れず、この視角域へ回折された正面光（Ａ）が認識され
ることになる。

【００１８】従って本実施例では、図４に示すように、
入射側ラビング方向（ａ）、出射側ラビング方向
（ｂ）、及び、光回折フィルム（１１）の不透明視角域
方向（ｃ）を設定することにより、光回折フィルム（１
１）の不透明視角域方向が視野角の狭い下視角方向に合
わされる。このため、下視角方向の階調反転が起こった
不良光を散乱させて見えなくするとともに、表示品位の
良好な正面光が回折されて来て視認されるので、視野角
外にも関わらず、あたかも、正面からの視認と同じよう
な良好な表示品位が得られる。

【００１９】また、図２から分かるように光回折フィル
ム（１１）は、偏光層（１０）よりも液晶パネル側に配
置されている。これれは、光回折フィルム（１１）と液
晶パネルとの距離が離れると、液晶パネルへ斜めに入射
して光回折フィルム（１１）で散乱された光が、光回折
フィルム（１１）の不透明視角域へ入り、垂直入射光が
光回折フィルム（１１）により回折されて視認される光
を妨げてしまう。即ち、図３において、他のポイントで
液晶層（３）に斜めに入射する光（Ｂ１）が光回折フィ
ルム（１１）で散乱されて、一点鎖線で示す不透明視角
域（α）に入り込む量が大きくなり、正面光（Ａ）の回
折光と入り乱れ、視認性が下がる。このため、散乱光の
入射を抑え、正面からの回折光（Ａ）のみ視認されるよ
うに、光回折フィルム（１１）は、できるだけ液晶層
（３）に近づけることが望ましい。従って、本発明で
は、光回折フィルム（１１）は、偏光層（１０）の液晶
パネル側で、接着材（１５）を介して液晶パネルに近接
配置される。

【００２０】図５及び図６に、このような光回折フィル
ム（１１）を用いた液晶表示装置について、それぞれ左
右方向及び上下方向の透過率−視角特性を示した。測定
では従来と同様、ノーマリ・ホワイト・モードにおい
て、適当に選んだ８階調（ｉ〜ｖｉｉｉ）について行
い、受光機として散乱光を除き透過光のみを検出するフ
ォトマルチプライヤーを用いた。図５を従来の同様の測
定結果である図１２と比べると、左右方向について、視
角が大きくなるにつれて全体に透過率が下がる傾向があ
るものの、±３０°以内では、階調反転は無く、視認を
致命的に妨害することはない。また、これより大きな角
度域では、階調反転が起こり始めるため、透過率が下が
った方が、視認上の印象は良いといえる。一方、図６を
図１３と比べると上下方向について、視角が１０°前後
を越えると透過率が急激に下がっている。即ち、これよ
りも小さな視角域では、透過率は十分に高く、かつ、コ
ントラスト比も高いが、視角がこれよりも大きくなる
と、透過率が急激に下がり、２０°になると、ほぼ０％
に近く、完全に遮光されていることが分かる。これは、
光回折フィルム（１１）により、１５°以上の光が散乱
されて、遮光されるからである。

【００２１】図７に、このような光回折フィルム（１
１）を用いた液晶表示装置の上下方向の輝度−視角特性
を実線により示した。測定では、実際のバックライトを
搭載したモジュールで、４階調（Ｉ〜ＩＶ）について輝
度を測定した。バックライトは、周知のプリズムシート
（集光機能のあるレンズフィルム）により平行光を液晶
表示装置に垂直入射させるようにしたものである。また
同図には比較例として、光回折フィルムを用いない従来
の液晶表示装置の同様の特性を一点鎖線により示してい
る。図より、光回折フィルム（１１）を追加したことに
よる全透過率の低下のために、平均的に１０％程度の輝
度の低下があるが、視角２０°を越えても輝度はそれ以
上に下がらず、４０°程度まで一定の値に保たれてい
る。これは、視角２０°程度までは、液晶表示装置自身
の視野角内での特性が有効であり、それ以上の視角にな
ると光回折フィルム（１１）の回折作用が有効になり、
階調反転などを含んだ透過光が散乱されて遮断されると
ともに、正面の透過光が１５°から４５°の視角域に均
等に回折されて視認されるためである。即ち、視角２０
°から４５°の域では、主に視角０°付近の光が全体的
に輝度を下げて視認される。また、従来構造における１
０°〜２０°での、階調（Ｉ）と階調（ＩＩ）の逆転も
改善されている。

【００２２】このように、本発明では、下視角方向の視
野角が最も小さい液晶表示装置において、図６に示され
るように、下視角方向への透過光を散乱して遮断すると
ともに、図７に示すように、正面の透過光を下視角方向
へ回折するような光学機能を有した光回折フィルムを搭
載したものである。これにより、階調反転などを含んだ
不良光を遮断するとともに、正面の良好な光を回折させ
て輝度が得られるため、下視角方向からの視認において
も、正面からの視認と同じような良好な表示が得られ
る。

【００２３】更に、このような光回折フィルム（１１）
は、図２に示されているように、偏光層（１０）と組み
合わせて一体化し、図１の偏光回折板（６）としてい
る。このため、ＬＣＤモジュールの組立工程において
は、従来の偏光板の貼着工程を、偏光回折板（６）の貼
着工程に置き換えるのみで良く、工数の増大は無い。本
発明では、特に、図２に示されているように、偏光回折
板（６）の一方面に粘着材（１５）及び離型フィルム
（１６）が付着製造されており、偏光回折板（６）の貼
着工程では、離型フィルム（１６）を剥がして粘着材
（１５）面を露出し、ＬＣＤパネルに貼り付けるのみで
完工される。

【００２４】図８は、本発明の実施形態を示す図１の偏
光回折板（６）の第２の実施例の断面構造図である。本
実施例では、第１の実施例で説明した光回折フィルム
（１１，１１ａ）を２枚、その不透明視角域方向を逆に
して重ねた構造である。従って、図９に示されるよう
に、光回折フィルム（１１，１１ａ）により、図で一点
鎖線で示される入射角θが±１５°から±４５°の範囲
内にある光（Ｂ，Ｄ）について、これが散乱して見えな
くされるとともに、正面の光（Ａ）が図で破線で示され
る視角域へ回折されて視認される。

【００２５】このため、本実施例では、図１０に示すよ
うに、入射側ラビング方向（ａ）、出射側ラビング方向
（ｂ）、及び、光回折フィルム（１１，１１ａ）の不透
明視角域方向（ｄ）を設定することにより、光回折フィ
ルム（１１，１１ａ）の不透明視角域方向が視野角の狭
い上下視角方向に合わされる。このため、図６及び図７
に示された上下方向の視角特性において、視角０°を境
に右側の特性曲線を対称にした特性が得られ、下視角方
向のみならず、上視角方向についても視野角が拡大す
る。即ち、下視角において階調反転が起こった不良光
や、上視角において十分な黒レベルが得られずコントラ
スト比が低くなっている光を散乱させて見えなくすると
ともに、表示品位の良好な正面光が回折されて来て視認
されるので、上下視角方向について視野角外にも関わら
ず、あたかも、正面からの視認と同じような良好な表示
品位が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明
で、液晶表示装置に所定の視角域の光を散乱するととも
に、この視角域へ他の表示品位の良好な視角域の光を回
折させる回折板を付加することで、階調反転の生じる視
角域において不良光が遮断され、良好な光が視認され
る。このため、良好な視認が得られる視角域が増え、視
野角が広がる。

【００２７】また、このような回折板を通常の偏光板と
一体化して偏光回折板とすることにより、組立工程にお
いて、従来の偏光板貼着工程を、偏光回折板の貼着工程
に置き換えるのみで良く、工数の追加が不要で、コスト
の増加がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を
示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る偏光回折板の断面
構造図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る構成を示す断面図
である。

【図４】本発明の第１の実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の左
右方向の透過率−視角特性図である。

【図６】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の上
下方向の透過率−視角特性図である。

【図７】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の上
下方向の輝度−視角特性図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る偏光回折板の断面
構造図である。

【図９】本発明の第２の実施例の構成を示す断面図であ
る。

【図１０】本発明の第２の実施例の構成を示す平面図で
ある。

【図１１】従来の液晶表示装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図１２】従来の液晶表示装置の左右方向の透過率−視
角特性図である。

【図１３】従来の液晶表示装置の上下方向の透過率−視
角特性図である。

【符号の説明】 １，５ 偏光板 ２ 電極基板 ３ 液晶 ４ 対向基板 ６ 偏光回折板 １０ 偏光層 １１ 光回折フィルム １２ 反射防止コート １３ 保護コート １４，１５ 粘着材 １６ 離型フィルム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向面に液晶駆動用の電極が形成された
   一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に封入された
   液晶と、前記一対の基板の外側に配置された一対の偏光
   板とを有し、前記透明電極に電圧を印加することによ
   り、液晶を駆動し、前記一対の偏光板間を透過する光量
   を調節することにより表示を行う液晶表示装置におい
   て、 前記一対の偏光板の出射側には、第１の視角方向に対し
   て所定の角度範囲にある第２の視角方向へ射出する光を
   散乱するとともに、前記第１の視角方向の光を前記第２
   の視角方向へ回折する回折板を具備したことを特徴とす
   る液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記回折板は、前記一対の偏光板の出射
   側に用いられる偏光板に貼着され一体的に構成されてい
   ることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記回折板は、前記一対の偏光板の出射
   側に用いられる偏光板の前記一対の基板側に配置されて
   いることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記第２の視角方向は複数在り、前記回
   折板は、前記各第２の視角方向へ射出する光を散乱する
   とともに、前記第１の視角方向の光を前記各第２の視角
   方向へ回折する各回折層からなる多層構造により構成さ
   れていることを特徴とする請求項１から請求項３のいず
   れかに記載の液晶表示装置。