WO2007052565A1

WO2007052565A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2007052565A1
Application number: PCT/JP2006/321546
Authority: WO
Inventors: Kenji Misono; Mitsuhiro Murata; Shinichi Miyazaki
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2007-05-10
Also published as: CN101300521B; US7889289B2; CN101300521A; US20090256997A1

Description

明細書

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶表示装置に関し、特に、液晶表示パネルから出射した光を拡散するための光拡散素子を備えた液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯型電話機や PDA (Personal Digital Assistant)に代表される携帯型電子機器が広く利用されている。携帯型電子機器の表示部には、薄型、軽量、低消費電力と!/、つた利点を有する液晶表示装置が用いられて、る。

[0003] 液晶表示装置は、 CRTや PDP (プラズマディスプレイパネル)などの自発光型の表示装置とは異なり、表示素子自体は発光しない。そのため、透過型の液晶表示装置では、液晶表示素子の背面側にバックライトと呼ばれる照明素子が設けられており、このノックライトからの照明光の透過光量を液晶表示素子が画素ごとに制御することによって画像の表示が行われる。

[0004] 液晶表示装置としては、種々の方式のものが知られている。しかしながら、一部の方式 (例えば、 TN型や STN型の液晶表示素子を用いる方式）は、視野角が狭いと V、う欠点を有しており、それを解決するために様々な技術開発が行なわれて、る。

[0005] 液晶表示装置の視野角特性を改善するための代表的な技術として、光学補償板を付加する方式がある。また、バックライトから出射された光をその指向性 (平行度)を高めた上で液晶表示素子に入射させ、液晶表示素子を通過した光を光拡散素子によって拡散させる方式も知られて!/ヽる（例えば特許文献 1)。

[0006] 光拡散素子を備えた液晶表示装置の一例を図 21に示す。図 21に示す液晶表示装置 500は、液晶表示パネル 520と、液晶表示パネル 520の背面側に配置されたバックライト 510と、液晶表示パネル 520の観察者側に配置された光拡散素子 530とを備えている。

[0007] 液晶表示パネル 520は、一対の基板 521および 522と、これらの間に設けられた液晶層 523とを有している。ここでは図示しないが、基板 521および 522の液晶層 523 側の表面には、液晶層 523に電圧を印加するための電極や、液晶層 523に含まれる液晶分子の配向方向を規定するための配向膜が形成されている。

[0008] ノックライト 510は、光源 501と、光源 501から出射した光を液晶表示パネル 520に導く導光板 502とを有している。導光板 502は、液晶表示パネル 520に向けて光を出射する表面 (光出射面） 502aと、光出射面 502aに対向する裏面 502bとを有する。導光板 502の裏面 502bには、複数のプリズム 503が形成されている。

[0009] 光源 501から出射した光は、導光板 502内を伝搬する途中で、裏面 502bに形成されたプリズム 503によって液晶表示パネル 520側に反射され、光出射面 502aから出射する。プリズム 503は、光出射面 502aに対して互いに異なる所定の角度で傾斜した 2つの傾斜面を有しており、そのことによって、ノックライト 510から出射する光は、表示面法線方向（正面方向）における強度が著しく強くなつている。つまり、ノックライト 510から出射する光は、高い指向性を付与されている。

[0010] バックライト 510から出射する光が高い指向性を有していると、液晶層 523を通過する光を一様に変調することができる（つまり液晶層 523を通過する光に一様なリタデーシヨンを与えることができる）。そのため、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができる。液晶層 523を通過した光は、そのままでは指向性が高ぐ輝度に大きな偏りを有している（つまり表示面法線方向の輝度が著しく高ぐ斜め方向の輝度が低い）が、光拡散素子 530によって拡散されることにより、輝度の偏りが低減され、視野角が広がる。そのため、液晶表示装置 500は、良好な表示を広い視角範囲で行うことができる。

[0011] 光拡散素子 530としては、例えば、図 22に示すようなプリズムシートを好適に用いることができる。プリズムシート 530は、三角柱状の複数のプリズム 531を有している。個々のプリズム 531は、表示面法線方向に対して傾斜した傾斜面 531sを有しており、液晶表示パネル 520から出射した光はプリズム 531の傾斜面 531sで全反射（または屈折)することによって拡散される。ノックライト 510から出射する光の輝度分布に応じて傾斜面 53 Isの傾斜角を適宜設定することにより、プリズムシート 530から出射する光に所定の輝度分布を実現することができる。

特許文献 1：特開平 9 - 22011号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] し力しながら、本願発明者の検討によれば、従来のプリズムシート 530を用いても、必ずしも所望の輝度分布を実現することはできず、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うのは困難であることがわかった。

[0013] 本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光拡散素子を備えた液晶表示装置において、所望の輝度分布を実現し、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高、表示を行うことにある。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明による液晶表示装置は、光源と、前記光源から出射した光を変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散させる光拡散素子とを備えた液晶表示装置であって、前記光拡散素子は、複数のプリズムを含むプリズムシートであり、前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に対して第 1の角度で傾斜した第 1傾斜面を含む第 1プリズム部と、表示面法線方向に対して前記第 1の角度とは異なる第 2の角度で傾斜した第 2 傾斜面を含み前記第 1プリズム部の観察者側に位置する第 2プリズム部とを有し、そのことによって上記目的が達成される。

[0015] ある好適な実施形態にぉ、て、前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に対して前記第 2の角度とは異なる第 3の角度で傾斜した第 3傾斜面を含み前記第 2プリズム部の観察者側に位置する第 3プリズム部をさらに有する。

[0016] ある好適な実施形態にぉ、て、前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に略垂直な頂面を有する。

[0017] ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記光拡散素子よりも観察者側に配置された第 1の偏光素子を備える。

[0018] ある好適な実施形態にお!、て、本発明による液晶表示装置は、前記液晶表示パネルと前記光拡散素子との間に配置された第 2の偏光素子をさらに備え、前記第 1の偏光素子の透過軸と前記第 2の偏光素子の透過軸とは略平行である。

[0019] ある好適な実施形態にお!、て、本発明による液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの観察者側とは反対側に配置された第 3の偏光素子をさらに備える。

[0020] ある好適な実施形態において、前記光拡散素子は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散し、前記特定の角度範囲は、表示面法線方向に平行な第 1の面内と表示面法線方向に平行で前記第 1の面に交差する第 2の面内とで異なっており、前記第 1の面内における前記特定の角度範囲を A 、前記第 2の面内における前記特定の角度範囲を B、前記第 1の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比力 ^以上である視角範囲を C、前記第 2の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が 1以上である視角範囲を Dとしたとき、前記第 1の面内における前記特定の角度範囲 Aと前記第 2の面内における前記特定の角度範囲 Bとの比 AZBが、前記第 1の面内における前記視角範囲 Cと前記第 2の面内における前記視角範囲 Dとの比 CZDに略等しい。

[0021] ある好適な実施形態において、前記第 1の面内における前記特定の角度範囲 Aは、前記第 1の面内における前記視角範囲 Cと略等しいかまたはそれよりも狭ぐ前記第 2の面内における前記特定の角度範囲 Bは、前記第 2の面内における前記視角範囲 Dと略等、かまたはそれよりも狭!、。

[0022] ある好適な実施形態において、前記複数のプリズムのそれぞれの前記第 1の面に平行な断面と前記第 2の面に平行な断面とが互いに異なる形状を有している。

[0023] ある好適な実施形態にお!ヽて、本発明による液晶表示装置は、前記光源を含む照明素子を備える。

[0024] ある好適な実施形態にぉ、て、前記照明素子は、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の 13%以下となるような配光分布を有する。

[0025] ある好適な実施形態において、前記照明素子は、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有する。

[0026] ある好適な実施形態において、前記照明素子は、前記光源から出射した光の指向性を制御する指向性制御素子を有して、る。

発明の効果 [0027] 本発明による液晶表示装置が備える光拡散素子は、複数のプリズムを含むプリズムシートであり、各プリズムは、表示面法線方向に対して第 1の角度で傾斜した第 1傾斜面を含む第 1プリズム部と、表示面法線方向に対して第 1の角度とは異なる第 2の角度で傾斜した第 2傾斜面を含み前記第 1プリズム部の観察者側に位置する第 2プリズム部とを有している。従って、本発明の液晶表示装置が備えるプリズムシートは、光の進行方向を複数の方向に変換することができ、光の進行方向を一方向にしか変換できない従来のプリズムシートよりも、所望の輝度分布を実現しやすい。そのため、本発明による液晶表示装置では、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]本発明の好適な実施形態における液晶表示装置 100を模式的に示す断面図である。

[図 2]液晶表示装置 100が備えるプリズムシートのプリズムを拡大して示す断面図である。

[図 3]液晶表示装置 100が備える照明素子力出射した光の輝度分布の一例を示すグラフである。

[図 4]液晶表示装置 100が備えるプリズムシートによって拡散された光の輝度分布の一例を示すグラフである。

[図 5]従来のプリズムシートによって拡散された光の輝度分布の一例を示すグラフである。

[図 6]プリズムシートのプリズムの他の例を示す断面図である。

[図 7] (a)および (b)は、プリズムシートのプリズムの他の例を示す断面図である。

[図 8] (a)および (b)は、プリズムシートのプリズムの他の例を示す断面図である。

[図 9] (a)および (b)は、プリズムシートのプリズムの他の例を示す断面図である。

[図 10]本発明の好適な実施形態における他の液晶表示装置 100Aを模式的に示す断面図である。

[図 11]本発明の好適な実施形態における他の液晶表示装置 100Bを模式的に示す断面図である。 [図 12]液晶表示装置 100、 100A、 100Bが備える光拡散素子の機能を説明するための図である。

圆 13] (a)および (b)は、光拡散素子の好ましい機能を説明するための図である。圆 14]光変調部のコントラスト特性の一例を示す図であり、表示面内における方位とコントラスト比との関係を示す図である。

圆 15] (a)および (b)は、光変調部のコントラストコーンと光拡散素子の光拡散特性との好ま、組み合わせを示す図である。

圆 16] (a)および (b)は、光変調部のコントラストコーンと光拡散素子の光拡散特性との好ま、組み合わせを示す図である。

圆 17] (a)および (b)は、光変調部のコントラストコーンと光拡散素子の光拡散特性との好ま、組み合わせを示す図である。

[図 18]液晶表示装置 100、 100Aおよび 100Bが備える照明素子 (バックライト）の一例を示す側面図である。

[図 19]図 18に示す照明素子が備えるプリズムシートの機能を説明するための図である。

[図 20] (a)、（b)および (c)は、照明素子力も出射する光の配光分布の例を示すダラフである。

[図 21]従来の液晶表示装置 500を模式的に示す断面図である。

[図 22]従来のプリズムシートを模式的に示す断面図である。

符号の説明

10 照明素子 (バックライト）

20 液晶表示パネル

21 背面基板

22 會板

23 揿 tffi層

24 カラーフィルタ

30 光拡散素子 (プリズムシート)

31 プリズム 31a 第 1プリズム部

31b 第 2プリズム部

31c 第 3プリズム部

31sl 第 1傾斜面

31s2 第 2傾斜面

31 s3 第 3傾斜面

31t 頂面

32 平坦化層

40a, 40b 偏光板

50a、 50b 位相差補償素子

100、 100A、 100B 液晶表示装置

発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなヽ。

[0031] (実施形態 1)

図 1に、本実施形態における液晶表示装置 100を示す。液晶表示装置 100は、図

1に示すように、液晶表示パネル 20と、液晶表示パネル 20の背面側に配置された照明素子 (バックライト） 10と、液晶表示パネル 20の観察者側に配置された光拡散素子

30とを備えている。

[0032] 液晶表示パネル 20は、一対の基板 21および 22と、これらの間に設けられた液晶層 23とを有する。基板 21および 22の液晶層 23側の表面には、液晶層 23に電圧を印加するための電極や、液晶層 23に含まれる液晶分子の配向方向を規定するための配向膜 (いずれも不図示）が形成されている。また、本実施形態では、観察者側に配置された基板 22の液晶層 23側にカラーフィルタ 24が設けられている。

[0033] 液晶表示パネル 20の観察者側と背面側（つまり観察者側とは反対側）には、それぞれ偏光板 40aおよび 40bが配置されて、る。偏光板 40aと液晶表示パネル 20との間、および偏光板 40bと液晶表示パネル 20との間には、それぞ; 立相差補償素子 5 Oaおよび 50bが配置されている。位相差補償素子 50aおよび 50bとしては、公知の種々の位相差板が用いられる。なお、偏光板 40aと液晶表示パネル 20との間および偏光板 40bと液晶表示パネル 20との間の一方のみに位相差補償素子を設けてもよい。

[0034] 本実施形態における照明素子 10は、指向性の高い光を発する。照明素子 10の具体的な構成については、後述する。照明素子 10から出射する光が高い指向性を有していると、液晶層 23を通過する光を一様に変調することができる（つまり液晶層 23 を通過する光に一様なリタデーシヨンを与えることができる）ので、液晶分子の屈折率異方性に起因した表示品位の視角依存性を低減することができる。液晶層 23を通過した光は、そのままでは指向性が高ぐ輝度に大きな偏りを有している（つまり表示面法線方向の輝度が著しく高ぐ斜め方向の輝度が低い）が、光拡散素子 30によって拡散されることにより、輝度の偏りを低減され、そのことによって視野角が広がる。

[0035] 本実施形態における光拡散素子 30は、複数のプリズム 31を含むプリズムシートである。図 2に、プリズムシート 30のプリズム 31を拡大して示す。

[0036] プリズム 31は、図 2に示すように、第 1プリズム部 31aと、第 1プリズム部 31aの観察者側に位置する第 2プリズム部 3 lbとを有して、る。本実施形態におけるプリズム 31 の断面形状は、 2つの台形を積み重ねた形状であり、第 1プリズム部 31aおよび第 2 プリズム部 3 lbの断面形状はそれぞれ台形である。

[0037] 第 1プリズム部 31aは、表示面法線方向に対して所定の角度 ocで傾斜した第 1傾斜面 31 slを含んでいる。また、第 2プリズム部 31bは、表示面法線方向に対して第 1傾斜面 31 slの傾斜角度 ocとは異なる角度 βで傾斜した第 2傾斜面 31s2を含んでいる

[0038] 第 1傾斜面 31slの傾斜角度 ocと第 2傾斜面 31s2の傾斜角度 βとが異なっているため、第 1傾斜面 31slで全反射する光と、第 2傾斜面 31 s2で全反射する光とは、図 2に模式的に示すように互いに異なる方向に向けられる。そのため、プリズムシート 3 0は、光の進行方向を複数の方向に変換することができ、光の進行方向を一方向にしか変換できな、従来のプリズムシート 530 (図 22参照)よりも、所望の輝度分布を実現しやすい。それ故、本実施形態における液晶表示装置 100では、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。 [0039] 本実施形態におけるプリズムシート 30の効果を、より具体的に説明する。まず、図 3 に、照明素子 10から出射した光の輝度分布の一例を示す。図 3に示すように、照明素子 10から出射した光は、正面方向の輝度が著しく高ぐ高い指向性を有している。

[0040] 次に、図 4に、光拡散素子であるプリズムシート 30によって拡散された光の輝度分布の一例を示す。まず、図 3に示す輝度分布に比べ、輝度の偏りが低減されていることがわかる。また、 0° 付近のピークに加え、 ± 30° 付近にショルダーが存在し、 ± 6 0° 付近にもピークが存在していることがわかる。 ± 30° 付近のショルダーは、第 1傾斜面 31 slでの全反射に起因したものであり、 ± 60° 付近のピークは、第 2傾斜面 3 ls2での全反射に起因したものである。

[0041] 続いて、図 5に、従来のプリズムシート 530によって拡散された光の輝度分布を示す。図 5に示すように、輝度の偏り自体は低減されているものの、 0° 付近以外には明瞭なショルダーやピークは存在していない。これは、プリズムシート 530が光の進行方向を一方向にしか変換できないからである。

[0042] 図 4と図 5とを比較すればわ力るように、本実施形態におけるプリズムシート 30によれば、広い角度範囲で輝度を高くすることができ、広い角度範囲にわたってコントラスト比を高くすることができる。

[0043] 第 1傾斜面 31slの傾斜角度 ocと、第 2傾斜面 31s2の傾斜角度 βとは、所望する輝度分布に応じて適宜設定される。表示面法線方向に進行する光は、第 1傾斜面 3 Is 1では表示面法線方向に対して角度 2 aをなす方向に反射され、第 2傾斜面 31s2では表示面法線方向に対して角度 2 18をなす方向に反射される。そのため、ピークやショルダーを発生させたい角度に応じて、傾斜角度 ocおよび βを設定すればよい。また、拡散光の輝度分布に発生するピークやショルダーの幅は、照明素子 10からの光の指向性の高さ（例えば半値角によって表される）に依存するので、傾斜角度 OCおよび ι8を設定する際には、そのことも考慮することが好ましい。十分に広い角度範囲でコントラスト比を高くする観点からは、第 1傾斜面 31slの傾斜角度 ocと第 2傾斜面 3 ls2の傾斜角度 |8との差が 15° 以上あることが好ましい。

[0044] なお、プリズムシート 30の具体的な構造は、例示したものに限定されな、。プリズム 31が異なる傾斜角で傾斜した複数の傾斜面を含んで！/ヽれば、光の進行方向を複数の方向に変換でき、所望の輝度分布を実現することができる。

[0045] 例えば、図 2に示すプリズム 31は空気層に接している力図 6に示すように、プリズム 31を覆うように平坦ィ匕層 32が設けられていてもよい。平坦ィ匕層 32を設けることによつて、プリズムシート 30表面での外光の反射を抑制することができる。

[0046] また、図 2に示すプリズム 31は、表示面法線方向に略垂直な頂面 3 Itを有している 1S 図 7 (a)および (b)に示すように、プリズム 31は頂面を有していなくてもよい。図 7 ( a)および (b)に示すプリズム 31では、第 2プリズム部 31bの断面形状は三角形であり、頂面は設けられていない。このようなプリズム 31であっても、光の進行方向を複数の方向に変換することができるため、同様の効果を得ることができる。

[0047] なお、図 2および図 6に示したプリズム 31の頂面 31tは、傾斜面 31slおよび 31s2とは異なり、光の進行方向を変換する機能を奏さない。そのため、頂面 31tを設けると、進行方向が変換されない光の量が増えるので、正面方向の輝度を高くすることができる。そのため、正面方向の輝度を比較的高く保ちたい場合には、頂面 31tを設けることが好ましい。

[0048] また、これまでの図には、 2つのプリズム部（第 1プリズム部 31aおよび第 2プリズム部 31b)を有するプリズム 31を例示した力プリズム 31は 3つ以上のプリズム部を有してもよい。例えば、図 8 (a)および (b)に示すプリズム 31のように、第 2プリズム部 31bの観察者側に位置する第 3プリズム部 31cを設けてもよい。第 3プリズム部 31cは、表示面法線方向に対して第 2傾斜面 31s2の傾斜角度とは異なる角度 γで傾斜した第 3傾斜面 31 s3を含んでいる。

[0049] 第 3傾斜面 31s3の傾斜角度 γは、第 1傾斜面 31slの傾斜角度 αと同じであってもよいし、異なっていてもよい。第 3傾斜面 31s3の傾斜角度 γと第 1傾斜面 31slの傾斜角度 exとが同じである場合には、プリズム 31は光の進行方向を二方向に変換する。一方、第 3傾斜面 31s3の傾斜角度 γと第 1傾斜面 31slの傾斜角度 αとが異なつている場合には、プリズム 31は光の進行方向を三方向に変換する。このように、第 1 傾斜面 31slおよび第 2傾斜面 31s2とは異なる角度で傾斜した傾斜面をさらに設けることにより、光の進行方向をさらに多方向に変換することができ、より多様な輝度分布を実現することができる。 [0050] また、プリズム 31は、全反射型のプリズムに限定されない。プリズム 31は、図 9 (a) および (b)に示すような屈折型のプリズムであってもよい。図 9 (a)および (b)に示すプリズム 31では、光は第 1傾斜面 31sl、第 2傾斜面 31s2および第 3傾斜面 31s3で屈折し、そのことによって拡散される。このような屈折を利用するプリズム 31であっても、同様の効果を得ることができる。

[0051] また、本実施形態では断面形状が左右対称であるプリズム 31を示した力プリズム 31の断面形状は必ずしも左右対称である必要はない。所望する輝度分布や、もともとの輝度分布 (照明素子 10から出射する光の輝度分布）に応じて、プリズム 31の断面形状を左右非対称にしてもよ!ヽ。

[0052] 本実施形態におけるプリズムシート 30は、種々の材料 (例えば熱硬化性榭脂ゃ紫外線硬化性榭脂などの榭脂)を用いて形成することができる。傾斜角度が異なる複数の傾斜面を形成するためには、例えば、複数のプリズム部を有するプリズム 31の形状に応じた金型を作製しておき、紫外線硬化性榭脂から形成されたドライフィルムをこの金型を用いて押圧成型した後に紫外線により硬化させればよい。あるいは、この金型にスピンコート法を用いて紫外線硬化榭脂ゃ熱硬化性榭脂を流し込んだ後に、成型されたこれらの榭脂を硬化させてもょ、。

[0053] なお、外光 (周囲光）がプリズムシート 30の表面で反射することによる表示面のぎらつきを防止するために、図 10に示すような構成を採用してもよい。図 1に示した液晶表示装置 100では、偏光板 40aが液晶層 23とプリズムシート 30との間に配置されているのに対し、図 10に示す液晶表示装置 100Aでは、偏光板 40aがプリズムシート 3 0よりも観察者側に配置されて、る。偏光板 40aがプリズムシート 30よりも観察者側に配置されていると、観察者側力もプリズムシート 30に入射する外光が偏光板 40aによつて吸収され、その量が低減される。従って、プリズムシート 30の表面での外光の反射が抑制され、表示面のぎらつきが防止される。

[0054] また、図 11に示す液晶表示装置 100Bのように、液晶層 23とプリズムシート 30との間と、プリズムシート 30の観察者側の両方に偏光板 40aを設けてもよい。液晶表示パネル 20を通過した光が光拡散素子であるプリズムシート 30に入射する際、後方散乱によって液晶表示パネル 20側に向力光が存在する。この光は、迷光と呼ばれ、表示品位を低下させる原因となる。液晶層 23とプリズムシート 30との間にも偏光板 40a を設けると、このような迷光が液晶層 23とプリズムシート 30との間に位置する偏光板 4 Oaに吸収されることによって低減される。そのため、迷光に起因した表示品位の低下が抑制される。

[0055] 液晶表示パネル 20を通過した光を効率よく利用するためには、プリズムシート 30の観察者側に配置される偏光板 40aの透過軸とプリズムシート 30と液晶層 23との間に配置される偏光板 40aの透過軸とが略平行であることが好ましい。より具体的には、 2 つの偏光板 40aの透過軸がなす角は、 5° 以下であることが好ましぐ 2° 以下であることがより好ましい。

[0056] なお、迷光による表示品位の低下を抑制するために、偏光板 40aに代えて、液晶表示パネル 20とプリズムシート 30との間に反射防止膜を配置してもよい。反射防止膜を設けることによって、迷光の反射を抑制することができ、迷光による表示品位の低下を抑制することができる。反射防止膜としては、いわゆる AR膜として公知の種々の膜を用いることができ、例えば、互いに屈折率の異なる複数の層を含む多層干渉膜を用いることができる。

[0057] 続いて、光拡散素子としてプリズムシート 30を用いる別の利点を図 12、図 13 (a)および (b)を参照しながら説明する。光拡散素子を備えた従来の液晶表示装置では、表示がぼやけるという問題が発生することがあった。既に述べたように、コントラスト比を高くするためには、できるだけ指向性の高い光を液晶層に入射させることが好ましい。つまり、液晶層に対して垂直に入射する光をできるだけ多くし、液晶層に対して斜めに入射する光をできるだけ少なくすることが好ましい。ところが、当然ながら、実際には、液晶層に対して斜めに入射する光も少なからず存在し、液晶層への入射角が大きな光も存在する。液晶層への入射角が大きな光は、液晶層や位相差板によつて十分に変調されない光である。そのため、このような光が光拡散素子によって正面方向に拡散されてしまうと、表示がぼやけてしまう。

[0058] 図 12は、プリズムシート 30が光を拡散する様子を模式的に示す斜視図であり、図 1 2中には、表示面に平行で互いに直交する 2つの方向 Xおよび Yと、表示面に垂直な方向（表示面法線方向） Zとを示している。また、図 13 (a)は、図 12中の方向 Xおよび Zに平行な断面を示す図であり、図 13 (b)は、図 12中の方向 Yおよび Zに平行な断面を示す図である。なお、図 12、図 13 (a)および (b)では、プリズム 31を省略している。

[0059] プリズムシート 30は、図 12に模式的に示しているように、液晶表示パネル 20の光変調部 (液晶層 23、位相差補償素子 50aおよび 50bを総称してこう呼ぶ。）で変調された光を拡散させる。このとき、プリズムシート 30は、図 13 (a)および (b)に示すように、特定の角度範囲で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散する。具体的には、プリズムシート 30は、比較的小さな入射角（入射光が表示面法線方向となす角）で入射する光を強く拡散し、比較的大きな入射角で入射する光を弱く拡散する

[0060] プリズムシート 30は、光拡散特性に上述したような入射角依存性を有しているので、液晶層 23に大きな入射角で入射した光をほとんど拡散することなぐ液晶層 23に垂直に入射した光や小さな入射角で入射した光を拡散することができる。そのため、液晶層 23に大きな入射角で入射した光が正面方向に拡散されることによる表示のぼやけが防止される。

[0061] プリズムシート 30が光を強く拡散する角度範囲（「高拡散角度範囲」と呼ぶ。）は、図 13 (a)と図 13 (b)とに示しているように、方向 Xおよび Zに平行な面内と方向 Yおよび Zに平行な面内とで異なっていることが好ましい。つまり、プリズムシート 30の高拡散角度範囲は、表示面内における方位に応じて異なっていることが好ましぐさらに言い換えると、プリズムシート 30の高拡散角度範囲が方位角依存性を有していることが好ましい。

[0062] 上述したように、プリズムシート 30の光拡散特性は、三次元的な異方性を有して!/ヽることが好ましい。さらに、この光拡散特性の三次元的な異方性が、光変調部で変調された光の特性に応じて設定されていると、表示のぼやけが効果的に防止され、高品位の表示を容易に実現することができる。以下、光変調部で変調された光の特性と、光拡散特性の三次元的な異方性との関係を詳しく説明する。

[0063] 本願発明者は、光変調部で変調された光の特性を評価するパラメータとして、白表示状態の輝度と黒表示状態の輝度との比すなわちコントラスト比に着目し、光変調部のコントラスト特性に応じてプリズムシート 30の高拡散角度範囲を設定することにより、表示品位を大きく向上できることを見出した。

[0064] 図 14に、光変調部のコントラスト特性の一例を示す。図 14は、表示面内における方位とコントラスト比との関係を示す図であり、図 14においてハッチングが付されている部分は、コントラスト比が 1以上である視角範囲を示している。この部分を、以下ではコントラストコーンと呼ぶ。

[0065] 図 14力ももわ力るように、コントラストコーンは、表示面内における方位によってその幅が異なっている。図 14に示す例では、コントラストコーンは、方向 Xに沿った幅が最も広く、方向 Yに沿った幅が最も狭い。このように、光変調部のコントラスト特性は方位角依存性を有している。

[0066] コントラスト比が 1未満であるということは、黒表示状態の輝度が白表示状態の輝度よりも高いということであり、光が光変調部で好適に変調されないことを表している。これに対し、コントラスト比が 1以上であるということは、光が光変調部で好適に変調されることを表している。そのため、コントラストコーンの方位角依存性に応じて、プリズムシート 30の高拡散角度範囲の方位角依存性を設定することによって、表示のぼやけを効果的に改善することができる。

[0067] プリズムシート 30の光拡散特性は、具体的には、表示面法線方向に平行なある面（「第 1の面」と称する。）内における高拡散角度範囲を A (図 13 (a)参照）、表示面法線方向に平行で第 1の面に交差する面（「第 2の面」と称する。）内における高拡散角度範囲を B (図 13 (b)参照）、第 1の面および第 2の面内におけるコントラスト比が 1以上である視角範囲をそれぞれ Cおよび D (図 14参照）としたとき、 Aと Bとの比 AZBが Cと Dとの比 CZDに略等しくなるように設定されている。つまり、コントラストコーンの幅が相対的に狭、方向にぉ、ては、プリズムシート 30の高拡散角度範囲も相対的に狭く、コントラストコーンの幅が相対的に広い方向においては、プリズムシート 30の高拡散角度範囲も相対的に広い。そのため、プリズムシート 30は、光変調部で好適に変調されな力た光をあまり拡散せずに、光変調部で好適に変調された光を拡散することができ、表示のぼやけを効果的に改善することができる。

[0068] 表示のぼやけを改善する効果を高くするためには、第 1の面内における高拡散角度範囲 Aは、第 1の面内におけるコントラスト比力 ^以上の視角範囲 Cと略等しいかそれよりも狭いことが好ましぐ第 2の面内における高拡散角度範囲 Bは、第 2の面内におけるコントラスト比が 1以上の視角範囲 Dと略等、かそれよりも狭、ことが好まヽ。このような構成とすることによって、実質的にコントラストコーン内の光 (コントラスト比力以上の視角範囲の光）のみを強く拡散することができ、表示のぼやけをいつそう効果的に改善することができる。

[0069] 続いて、光変調部のコントラスト特性とプリズムシート 30の光拡散特性との好ましい関係をより具体的に説明する。図 15、図 16および図 17に、光変調部のコントラストコーンとプリズムシート 30の光拡散特性との好ましい組み合わせの例を示す。図 15 (a ) ,図 16 (a)および図 17 (a)が光変調部のコントラストコーンを示しているのに対し、図 15 (b)、図 16 (b)および図 17 (b)は、プリズムシート 30の光拡散特性を示している。図 15 (b)、図 16 (b)および図 17 (b)には、第 1の面（方向 Xおよび Zに平行な平面）内におけるヘイズ値の入射角依存性が曲線 L1で示されており、第 2の面 (方向 Yおよび Zに平行な平面）内におけるヘイズ値の入射角依存性が曲線 L2で示されている

[0070] 図 15 (a)に示すコントラストコーンは、方向 Xに沿った幅が相対的に広ぐ方向 Yに沿った幅が相対的に狭い。このことと対応するように、図 15 (b)に示すように、第 1の面内におけるヘイズ値の入射角依存性を表す曲線 L1は、第 2の面内におけるヘイズ値の入射角依存性を表す曲線 L2よりもブロードな形状を有している。つまり、図 15 (a)に示しているように、第 1の面内におけるコントラスト比が 1以上の視角範囲 Cは、第 2の面内におけるコントラスト比力 ^以上の視角範囲 Dよりも広ぐまた、図 15 (b)に示しているように、第 1の面内における高拡散角度範囲 Aは、第 2の面内における高拡散角度範囲 Bよりも広い。なお、図 15 (b)では、ヘイズ値が 5以上の角度範囲を高拡散角度範囲として示している。

[0071] また、図 15 (a)および (b)を互いに比較すればわ力るように、第 1の面内における高拡散角度範囲 Aは、同じ面内におけるコントラスト比が 1以上の視角範囲 Cよりも小さい。また、第 2の面内における高拡散角度範囲 Bは、同じ面内におけるコントラスト比力以上の視角範囲 Dよりも小さい。 [0072] このように、プリズムシート 30のヘイズ値の入射角依存性をコントラストコーンの形状に応じて設定することにより、表示のぼやけを抑制して表示品位を大幅に向上することがでさる。

[0073] 図 16 (a)および (b)に示す組み合わせや図 17 (a)および (b)に示す組み合わせについても、それぞれコントラストコーンの形状に応じてプリズムシート 30のヘイズ値が適切に設定されているので、同様の効果が得られる。

[0074] プリズムシート 30の光拡散特性に三次元的な異方性を持たせるためには、プリズム 31の形状を調整すればよい。例えば、プリズム 31の第 1の面に平行な断面形状と、第 2の面に平行な断面形状とを異ならせることにより、プリズム 31の第 1の面内における光拡散特性と第 2の面内における光拡散特性とを異ならせることができる。

[0075] 次に、照明素子 (バックライト） 10の具体的な構成を説明する。図 18に、照明素子 1 0の具体的な構成の一例を示す。

[0076] 図 18に示す照明素子 10は、光源 1と、光源 1から出射した光を液晶表示パネル 20 に導く導光板 2とを有している。光源 1は、例えば発光ダイオード (LED)や冷陰極管である。導光板 2には、光源 1から出射して導光板 2内部に入射した光を液晶表示パネル 20側に出射させるための構造が形成されている。例えば、導光板 2の 2つの主面のうちの少なくとも一方に、プリズムやシボが形成されている。

[0077] 照明素子 10は、さらに、導光板 2から出射した光の指向性を制御するプリズムシート 3を有している。指向性制御素子として機能するこのプリズムシート 3は、導光板 2と液晶表示パネル 20との間に設けられている。

[0078] プリズムシート 3は、導光板 2側の主面上に形成された複数のプリズム 4を有しており、図 19に示すように、導光板 2から出射した光を全反射現象を利用して表示面法線方向に向ける。このように、導光板 2から出射した光は、プリズムシート 3によって高い指向性を付与される。

[0079] 勿論、照明素子 10としては、図 18に例示したものに限定されず、種々のバックライトを用いることができる力より高いコントラスト比を得るためには、より指向性の高い光を出射し得るものを用いることが好ましい。具体的には、照明素子 10が、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有すると、十分に高いコントラスト比を容易に実現することができる。

[0080] 図 20 (a)および (b)に、照明素子 10の好ましい配光分布の例を示す。図 20 (a)に示す配光分布では、表示面法線方向における輝度力 Sもっとも高ぐ角度が大きくなるにつれて急に輝度が低くなる。これに対し、図 20 (b)に示す配光分布では、表示面法線方向から 30° 付近まで比較的高!、輝度が保たれて、る。図 20 (a)および (b)に示す配光分布のいずれにおいても、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が表示面法線方向（0° )における輝度の 3%以下である。そのため、これらのような配光分布を有する照明素子 10を用いることによって、優れた表示品位が得られる。

[0081] 配光分布の他の例を図 20 (c)に示す。図 20 (c)に示す配光分布では、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度は、表示面法線方向（0° ) における輝度の 8%〜13%以下である。このような配光分布の照明素子 10を用いる場合であっても、光変調部 (液晶層 23および位相差補償素子 50aおよび 50b)による光学変調のパターン (すなわちコントラストコーンの形状)を適宜選択することによって、十分に優れた表示品位を得ることができる。

[0082] 図 20 (a)、 (b)および (c)に示した配光分布（それぞれ配光分布 A、 Bおよび Cと称する。）と、図 15 (a)、図 16 (a)および図 17 (a)に示したコントラストコーン (それぞれコントラストコーン A、 Bおよび Cと称する。）との組み合わせの適否を表 1に示す。表 1中、「〇」は「△」よりも良好に組み合わされることを示し、「◎」はさらに良好に組み合わせられることを示している。

[0083] [表 1]

表 1からわ力るように、図 20 (a)に示した配光分布 Aおよび図 20 (b)に示した配光分布 Bは、コントラストコーン A、 Bおよび Cのいずれとも非常に良好に組み合わせられる。また、表 1から、図 20 (c)に示した配光分布 Cについては、コントラストコーン A よりもコントラストコーン Bと組み合わせることが好ましぐコントラストコーン Cと組み合わせることがさらに好まし、ことがわかる。

[0085] これらのことからもわ力るように、光学変調を好適に行うためには、照明素子 10の配光分布の山の部分 (高輝度の部分)が、コントラストコーン (コントラストコーンで示される角度範囲）に略一致するか、コントラストコーン内に位置することが好ましい。配光分布の山の部分がコントラストコーンの外にはみだすと、光学変調を好適に行えないことがある。

[0086] 図 20 (c)に示した程度の指向性は、例えば、図 18に示した全反射型プリズムシート 3を備えた照明素子 10を用いることによって容易に実現することができる。また、図 2 0 (a)および (b)に示した程度の指向性は、米国特許第 5949933号明細書や米国特許第 5598281号明細書に開示されているノックライトを用いることによって実現できる。上記米国特許第 5949933号明細書には、導光板の主面上にレンチキユラマイクロプリズムが設けられたエッジライト型のバックライトが開示されている。また、上記米国特許第 5598281号明細書には、光源から出射した光を開口部を介してマイクロコリメータおよびマイクロレンズに入射させる直下型のバックライトが開示されている。

[0087] また、図 15 (a)、図 16 (a)および図 17 (a)に示したコントラストコーン A、 Bおよび C は、公知の表示モード用の液晶層と公知の位相差板との組み合わせによって実現できる。図 15 (a)に示したコントラストコーンは、例えば、 STNモードの液晶層と、日東電工社製の位相差板 NRF (Nz係数が 1. 0)とを組み合わせることによって実現できる。また、図 16 (a)に示したコントラストコーンは、例えば、 STNモードの液晶層と、日東電工社製の位相差板 NRZ (Nz係数が 0. 5〜0. 8)とを組み合わせることによって実現できる。また、図 17 (a)に示したコントラストコーンは、例えば、 STNモードの液晶層と、日東電工社製の位相差板 NRZ (Nz係数が 0〜0. 4)とを組み合わせることによって実現できる。なお、 Nz係数は、位相差板の屈折率成分 nx、 ny、 nzの大小関係を表す指標の 1つである。

産業上の利用可能性

[0088] 本発明によると、光拡散素子を備えた液晶表示装置において、所望の輝度分布を実現し、広い角度範囲にわたってコントラスト比の高い表示を行うことができる。本発明は、透過型の液晶表示装置全般に好適に用いられ、特に、視野角特性の低い表示モード (例えば、 STNモードや TNモード、 ECBモード）の液晶表示装置に好適に用いられる。

STNモードのような複屈折性を利用する表示モードでは、液晶層に斜めに入射する光による表示への悪影響が大きいので、指向性の高い光を液晶層に入射させ、液晶層で変調された光を光拡散素子によって拡散させる視野角拡大技術を用いることが好ましぐ本発明を用いる意義が大きい。

Claims

請求の範囲

[1] 光源と、

前記光源力出射した光を変調する液晶表示パネルと、

前記液晶表示パネルの観察者側に配置され、前記液晶表示パネルを通過した光を拡散させる光拡散素子と、を備えた液晶表示装置であって、

前記光拡散素子は、複数のプリズムを含むプリズムシートであり、

前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に対して第 1の角度で傾斜した第 1傾斜面を含む第 1プリズム部と、表示面法線方向に対して前記第 1の角度とは異なる第 2の角度で傾斜した第 2傾斜面を含み前記第 1プリズム部の観察者側に位置する第 2プリズム部と、を有する液晶表示装置。

[2] 前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に対して前記第 2の角度とは異なる第 3の角度で傾斜した第 3傾斜面を含み前記第 2プリズム部の観察者側に位置する第 3プリズム部をさらに有する請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記複数のプリズムのそれぞれは、表示面法線方向に略垂直な頂面を有する請求項 1または 2に記載の液晶表示装置。

[4] 前記光拡散素子よりも観察者側に配置された第 1の偏光素子を備えた請求項 1から 3の、ずれかに記載の液晶表示装置。

[5] 前記液晶表示パネルと前記光拡散素子との間に配置された第 2の偏光素子をさらに備え、

前記第 1の偏光素子の透過軸と前記第 2の偏光素子の透過軸とは略平行である請求項 4に記載の液晶表示装置。

[6] 前記液晶表示パネルの観察者側とは反対側に配置された第 3の偏光素子をさらに備える請求項 4または 5に記載の液晶表示装置。

[7] 前記光拡散素子は、特定の角度範囲内の角度で入射する光を他の角度で入射する光よりも強く拡散し、

前記特定の角度範囲は、表示面法線方向に平行な第 1の面内と表示面法線方向に平行で前記第 1の面に交差する第 2の面内とで異なっており、

前記第 1の面内における前記特定の角度範囲を A、前記第 2の面内における前記特定の角度範囲を B、前記第 1の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比力以上である視角範囲を C、前記第 2の面内において前記液晶表示パネルのコントラスト比が 1以上である視角範囲を Dとしたとき、

前記第 1の面内における前記特定の角度範囲 Aと前記第 2の面内における前記特定の角度範囲 Bとの比 AZB力前記第 1の面内における前記視角範囲 Cと前記第 2 の面内における前記視角範囲 Dとの比 CZDに略等しい請求項 1から 6のいずれかに記載の液晶表示装置。

[8] 前記第 1の面内における前記特定の角度範囲 Aは、前記第 1の面内における前記視角範囲 Cと略等しいかまたはそれよりも狭ぐ前記第 2の面内における前記特定の角度範囲 Bは、前記第 2の面内における前記視角範囲 Dと略等しいかまたはそれよりも狭い請求項 7に記載の液晶表示装置。

[9] 前記複数のプリズムのそれぞれの前記第 1の面に平行な断面と前記第 2の面に平行な断面とが互いに異なる形状を有して、る請求項 7または 8に記載の液晶表示装置。

[10] 前記光源を含む照明素子を備えた請求項 1から 9のいずれかに記載の液晶表示装置。

[11] 前記照明素子は、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度力表示面法線方向における輝度の 13%以下となるような配光分布を有する請求項 10に記載の液晶表示装置。

[12] 前記照明素子は、表示面法線方向に対して 30° 以上の角をなす方向における輝度が、表示面法線方向における輝度の 3%以下となるような配光分布を有する請求項 10に記載の液晶表示装置。

[13] 前記照明素子は、前記光源から出射した光の指向性を制御する指向性制御素子を有している請求項 10から 12のいずれかに記載の液晶表示装置。