JPS6073618A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は一晶表示装置に関し、さらに詳しくは背面照明
を有し液晶光示素子オカラ−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
る〇 （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０Ｎ−ＯＦＩＦ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
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。

（８）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。

液晶分子の電界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ｔ、光の吸収は
偏光板、二色体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
（ツィステッド、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図は典型的な視角特性を、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、液晶表示素子の視
角方向にほぼ一致させた配光特性を有する背面平面光源
を具備していることを特徴とする。この構成とすること
によって、照明用光源の光束損失が低減され、光・束の
有効利用、視角における視認性の改善が可能となる。

（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、螢光管の配置、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 嬉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ＦＩＬ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［相］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１！ＩＬパネル■、配光用平
板レンズ０．偏光板［相］。

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ＰＬ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（α）、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（
１３１１ｆＬ’ＦＯＣ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［相］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［相］は比較のために描いた
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０を用いた。第６図の矢印［相］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°配光特性ぼ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０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１．５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、ＫＬ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］！！Ｌパネルを挙げたが、ｆ
Ｍ７図に示すような白熱灯、螢光管０．放電管と反射板
［相］、拡散板Ｏ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
Ｏと反射板０からなる系と微少凸凹型散乱板［相］を組
み合わせた背１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１μ惧
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９反射を生じる。そのため媒質
中に白色顔料等を分散させ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［相］、Ｏはこの差違を表わす配光特性であ
る。実線［相］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ＳＯ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。同じく、第８図に矢印［相］で示したのはゲスト
中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Ｍ［相］の配光特性と視角特
性［相］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Ｏ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１．Ｔ　’Ｆ　Ｔ　（薄膜ト
ランジスタ）ＩＭ工Ｍ（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多情転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。

（γ）発明の効果 背面照明である平面光源の配光特性を光の変調手段であ
る液晶表示素子の視角特性とおおむね一致させることに
よって、視角方向での視認性を向上させることができる
。さらに照明用光源の明るさを節減でき、それに要する
消費エネルギーを節減することが可能となった。これに
より低消費電力化が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。

【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ＦｉＬ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、（α）鋸歯状断
面プリズム、Ｃｂ）レンチエラーレンズ、（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図はレンチエ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１反射板、拡散板からなる平面光源の切
片き図である。 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。 以　上 出願人　株式会社睡訪精工舎 代理人　弁理士　最上　務 コｙドヲスト詠９ 第１図 第２ｚ ９　ゝ Ｃ鮎　（ｋ）（Ｃ） 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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、前記照明用光源の配光特性のピークと前記液晶表
   示素子の視角特性の中心を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）　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一項記
   載の透過型液晶表示装置。 （８）　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一項記載の透過型液晶表示
   装置。 （４）　前記液晶表示素子の前面もしくは後面、もしく
   は内面にカラーフィルターを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項記載の透過型液晶
   表示装置。 （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
   記載の透過型液晶表示装置。 （６）　前記照明用光源は光源とライトガイドから構成
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
   記載の透過型液晶表示装置。 （７）　前記照明用光源は螢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項記載の透過型
   液晶表示装置。 （８）　前記照明用光源は点光源、もしくは線光源と反
   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
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
   記載の透過型液晶表示装置。 （９）　前記照明用光源はＰＬ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項記載の透過型液晶
   表示装置。