WO2012005284A1

WO2012005284A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2012005284A1
Application number: PCT/JP2011/065453
Authority: WO
Inventors: 吉田　秀史; 前田　強; 英臣由井; 内田　秀樹; 近藤　克己
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2012-01-12

Abstract

　本発明の液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、液晶パネルに対して平行化した光を入射させる照明装置と、液晶パネルに供給される映像信号を補正し、前記液晶層に入射する光の光軸方向から液晶パネルを見たときの映像の輝度むらを低減する映像信号制御回路と、前記液晶層を透過した光を拡散光に変換する第１の光学部材と、を備えている。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関する。
　本願は、２０１０年７月７日に、日本に出願された特願２０１０－１５４９９８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　液晶表示装置の輝度むらを低減する技術として、特許文献１の輝度むら低減技術が知られている。特許文献１の輝度むら低減技術は、表示領域内に発生する輝度むらのパターンを輝度計によって測定し、該輝度むらのパターンに基づいて、各表示要素（画素）に印加する電圧を補正するものである。測定される輝度むらのパターンは、表示画面に対して垂直な方向（正面方向）から見たときの輝度むらのパターンである。特許文献１の輝度むら低減技術では、輝度の大きい表示要素に印加する電圧を小さくし、輝度の小さい表示要素に印加する電圧を大きくすることにより、各表示要素の輝度を均一化している。

特開昭６１－２４３４９５号公報

　図９Ａ、９Ｂは、特許文献１の輝度むら低減技術を用いた従来の液晶表示装置の電圧－透過率特性（Ｖ：電圧、Ｔ：透過率）を示す図である。図９Ａは、表示画面を正面方向から見たときの電圧－透過率特性を示す図であり、図９Ｂは、表示画面を斜め方向から見たときの電圧－透過率特性を示す図である。

　図９Ａの上段側に示すように、液晶層厚（セル厚）の大きい表示要素Ａ１の電圧－透過率特性と液晶層厚の小さい表示要素Ａ２の電圧－透過率特性とは互いに異なる。液晶層厚の大きい表示要素Ａ１では、電圧ＶがＶ０のときに透過率ＴがＴ０となるが、液晶層厚の小さい表示要素Ａ２では、電圧Ｖが（Ｖ０＋Ｖｃ）のときに透過率がＴ０となる。そのため、図９Ａの下段側に示すように、２つの表示要素Ａ１，Ａ２に印加する電圧ＶをＶｃだけ異ならせ、各表示要素Ａ１，Ａ２の透過率（各表示要素から出射する光の輝度）を等しくしている。

　しかしながら、図９Ｂの上段側に示すように、斜め方向から見たときの電圧－透過率特性は、正面方向から見たときの電圧－透過率特性とは異なる。そのため、図９Ａにおいて、正面方向から見たときの輝度むらを低減しても、図９Ｂの下段側に示すように、斜め方向から見たときの輝度むらは低減できない。よって、非常に狭い視野角範囲でしか輝度むらが低減できない。

　本発明の目的は、広い視野角範囲で輝度むらを低減可能な液晶表示装置を提供することにある。

　本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、前記液晶パネルに対して平行化した光を入射させる照明装置と、前記液晶パネルに供給される映像信号を補正し、前記液晶層に入射する前記光の光軸方向から前記液晶パネルを見たときの映像の輝度むらを低減する映像信号制御回路と、前記液晶層を透過した前記光を拡散光に変換する第１の光学部材と、を備えている。

　前記液晶層と前記第１の光学部材との間に偏光層が設けられていてもよい。

　前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に前記第１の光学部材が設けられ、前記第１の光学部材と前記液晶層との間に前記偏光層が設けられていてもよい。

　前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を散乱する散乱層を含んでいてもよい。

　前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を吸収して蛍光を発する蛍光体層を含んでいてもよい。

　前記液晶パネルは、前記液晶層の配向状態を独立に制御可能な複数の表示要素を備え、前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を散乱する散乱層と、前記液晶層を透過した前記光を吸収して該光とは異なる色の蛍光を発する複数の蛍光体層と、を含み、前記一対の基板のうちの一方の基板には、各表示要素に対して、前記散乱層と前記複数の蛍光体層のうちのいずれか１つが設けられていてもよい。

　前記散乱層と前記複数の蛍光体層とのうちのいずれか一つは、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に設けられていてもよい。

　前記照明装置から前記液晶パネルに向けて出射する光は、白色以外の色の光であって、且つ、前記複数の蛍光体層が発する光の色とは異なる色の光であってもよい。

　前記照明装置は、前記液晶パネルと対向配置された導光体と、前記導光体の端面に配置された光源と、前記導光体と前記液晶パネルとの間に配置された拡散シートと、前記拡散シートと前記液晶パネルとの間に配置され、前記拡散シートから出射した光を平行化して前記液晶パネルに入射させる１つ又は複数の第２の光学部材と、を備えていてもよい。

　前記第２の光学部材はプリズムシートからなっていてもよい。

　前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板は、フロート法で形成された無研磨の基板であってもよい。

　前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板は、前記映像が表示される表示領域において、表面の凹凸が±０．２μｍ以上であってもよい。

　前記表面の凹凸は±０．５μｍ以上であってもよい。

　本発明によれば、広い視野角範囲で輝度むらを低減可能な液晶表示装置を提供することができる。

第１実施形態の液晶表示装置の分解斜視図である。第１実施形態の液晶パネルと拡散シートの断面図である。液晶表示装置と輝度むら測定装置の電気的構成を示すブロック図である。輝度むら測定装置による輝度むらの測定方法を示す図である。輝度むらの一例を示す図である。輝度の大きい部分と輝度の小さい部分との境界部の断面図である。液晶表示装置の電圧－透過率特性を示す図である。正面方向から見たときの液晶表示装置の電圧－透過率特性を示す図である。斜め方向から見たときの液晶表示装置の電圧－透過率特性を示す図である。第２実施形態の液晶表示装置の断面図である。第３実施形態の液晶表示装置の断面図である。従来の液晶表示装置の電圧－透過率特性を示す図である。従来の液晶表示装置の電圧－透過率特性を示す図である。

（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の液晶表示装置１の分解斜視図である。以下の説明では、液晶表示装置１に含まれるゲート線の延在方向をＸ方向、データ線の延在方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向として、各構成要素の形状や配置を説明する。

　液晶表示装置１は、液晶パネル２と、バックライトユニット（照明装置）３と、拡散シート（光学部材）４と、を備えている。

　液晶パネル２は、第１基板１０と、第１基板１０と対向配置された第２基板１１と、第１基板１０の外面側に設けられた第１偏光板１２と、第２基板１１の外面側に設けられた第２偏光板１３と、を備えている。図示は省略するが、第１基板１０と第２基板１１とが対向する対向領域の周縁部には矩形枠状のシール材が設けられており、第１基板１０、第２基板１１及びシール材により囲まれた空間に液晶が封入されている。

　液晶パネル２の背面側には、バックライトユニット３が設けられている。

　バックライトユニット３は、導光体２０と、導光体２０の光入射面２０ａに沿って配置された複数の光源２１と、導光体２０の光出射面２０ｂと対向配置された拡散シート２２と、拡散シート２２と液晶パネル２との間に配置された２枚のプリズムシート２３，２４と、を備えている。

　光源２１は、例えば、白色光を発光する発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）である。複数の光源２１は、発光面を導光体２０の光入射面２０ａと対向させた状態でＸ方向に配列されている。光源２１は、実装基板２１ａを介して、図示略の光源駆動回路に接続されている。光源２１は、ＬＥＤや有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子のような点状光源でもよく、冷陰極蛍光ランプ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）のような線状光源でもよい。
　尚、本実施形態では、光源２１が光入射面２０ａと対向させた状態でＸ方向に配列されているとして説明するが、光源２１はＹ方向またはＺ方向に配列されていてもよく、また、Ｘ方向とＹ方向の両方、或いは、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向全てに配列されていてもよい。

　導光体２０は、液晶パネル２の表示領域と略同じ大きさを有する略矩形の平板部材である。導光体２０としては、アクリル樹脂などの透明な板材が用いられる。導光体２０の光源２１と対向する端面は、光源２１から出射した光が入射する光入射面２０ａである。導光体２０は、光入射面２０ａから導入された光を導光体２０の主面と平行な方向（ＸＹ平面と平行な方向）に伝播させる。図示は省略したが、導光体２０の裏面（液晶パネル２とは反対側の面）には、導光体２０の内部を伝播する光をＺ方向に反射する多数の凹凸（光路変換手段）が形成されている。そして、この凹凸部で光が反射されることで、導光体２０の光出射面２０ｂから液晶パネル２に向けて光が出射するようになっている。

　導光体２０と液晶パネル２との間には、導光体２０から出射した光を拡散させる拡散シート２２と、拡散シート２２で拡散された光を平行化して液晶パネル２に入射させる２枚のプリズムシート２３，２４と、が設けられている。

　プリズムシート２３，２４は、互いの集光方向が直交するプリズムシートである。プリズムシート２３は、Ｙ方向に延在する複数のストライプ状のプリズム要素を備えており、Ｘ方向に拡散した光をＺ方向と平行な光に変換する。プリズムシート２４は、Ｘ方向に延在する複数のストライプ状のプリズム要素を備えており、Ｙ方向に拡散した光をＺ方向と平行な光に変換する。

　プリズムシート２３，２４としては、３Ｍ社製のＢＥＦ（商品名）が好適である。プリズムシート２３，２４から出射する光は、完全な平行光である必要はない。Ｚ方向に対して３０°以内、望ましくは１５°以内の交差角で出射する光の光量が全体の８０％以上であれば、平行化された光が液晶パネル２に入射されたとみなせる。図１では、２枚のプリズムシート２３，２４を用いたが、プリズムシートの数はこれに限定されない。プリズムシート２３，２４の機能を１枚のプリズムシートで実現できる場合は、１枚のプリズムシートのみでよい。また、プリズムシートを使うことが必須なわけではなく、平行化した（指向性を持たせた）光を実現するための光学部材であればよい。或いは、バックライト全体の効果的な特性として指向性が付与されていればよい。

　液晶パネル２の前面側には、拡散シート４が設けられている。拡散シート４は、液晶パネル２から出射した光を拡散して視野角の広い表示を実現するものである。つまり、拡散シート４は、光学シートを含み、光の屈折、反射を利用して光の進行方向を広げる光学部材である。

　図２は、液晶パネル２及び拡散シート４の断面図である。

　液晶パネル２は、第１基板１０と、第１基板１０と対向配置された第２基板１１と、第１基板１０と第２基板１１との間に配置された誘電異方性が負の液晶１９ａからなる液晶層１９と、を備えている。ここで、液晶層１９は、電圧が無印加の状態で垂直（Ｚ方向）に配向しているものを用いるのが、コントラストの面からも、基本的な視野角の広さの面からも望ましい。但し、ＴＮ型などの透過型ディスプレイを用いることもできる。

　第１基板１０と第２基板１１は透明基板であり、例えば、フロート法で形成されたガラス基板である。フロート法は、溶解したガラスを窯から送り出し、ガラスより比重の重い溶解金属（例えば錫）が入っているフロートバスの上を浮かせながら流す方法である。フロート法は、製造が容易である反面、製造時にガラス基板の表面にフロートバスの流れ方向に沿ってスジ状の凹凸が形成されるという欠点を有する。凹凸によって形成される基板の厚みむらは、表示領域において±０．２μｍ以上、±０．３μｍ程度であり、全く研磨をしていない場合には±０．５μｍ以上である。「厚みむら」は、例えば、JIS B 0651-1976触針式表面粗さ測定器を用いて測定された基板の表裏両面の表面粗さに基づいて算出される。そのため、薄膜トランジスタなどの微細な素子を形成する第１基板１０の表面は化学研磨などによって平坦化され、厚みむらが±０．０５μｍ以下に抑えられている。微細な素子が形成されない第２基板１１の表面は、コストを抑えるために、研磨されていない。そのため、液晶層１９の層厚にはむらが生じている。

　第１基板１０の内面側には、画素電極１４と薄膜トランジスタ１５が設けられている。第２基板１１の内面側には、カラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと対向電極１８が設けられている。画素電極１４と対向電極１８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；インジウム錫酸化物）等からなる透明電極である。１つの画素電極１４と対向電極１８とが対向する領域が１つの表示要素である。液晶パネル２には、赤色のカラーフィルタ層１６Ｒが配置される赤色の表示要素と、緑色のカラーフィルタ層１６Ｇが配置される緑色の表示要素と、青色のカラーフィルタ層１６Ｂが配置される青色の表示要素と、が設けられ、赤、緑、青の３原色によってフルカラー表示が行われるようになっている。

　第１基板１０上（本実施の例では外面側）には、第１偏光板（偏光層）１２が設けられている。第２基板１１上（本実施の例では外面側）には、第２偏光板（偏光層）１３が設けられている。第１偏光板１２と第２偏光板１３の透過軸は互いに直交している。

　図示は省略したが、画素電極１４と対向電極１８の表面には、液晶１９ａをＺ方向に配向（垂直配向）させるための配向膜が設けられている。画素電極１４と対向電極１８との間に電圧が印加されない電圧無印加状態においては、液晶１９ａはＺ方向に配向（垂直配向）し、第１偏光板１２に入射した光Ｌ０は、偏光状態を変えずに液晶層１９を透過し、第２偏光板１３で吸収される。これにより黒表示が行われる。画素電極１４と対向電極１８との間に電圧が印加された電圧印加状態においては、液晶１９ａはＸＹ平面と平行な方向に配向（水平配向）し、第１偏光板１２に入射した光Ｌ０は、偏光方向が９０°変化して第２偏光板１３を透過する。第２偏光板１３を透過した光Ｌ０は拡散シート４によって拡散光Ｌ１に変換され、観察者に視認される。これにより白表示が行われる。

　第２偏光板１３と観察者との間（本実施の例では第２偏光板１３の外面側）には、拡散シート４が設けられている。拡散シート４は、入射した光の進行方向を拡散させるシートであって、本実施の例では、基体となる樹脂６１の中に、拡散性を有するビーズ６２を分散させたものである。拡散シート４は、第２偏光板１３を透過した光Ｌ１を散乱する散乱層である。ビーズ６２としては、空気層の空洞、あるいは、屈折率が樹脂６１とは異なる玉状の物質などが用いられる。ビーズ６２の直径は２μｍ程度が望ましい。これにより、光の散乱を大きくすることができる。また、ビーズ６２は球状であることが望ましい。これにより、後方散乱を少なくすることができる。

　液晶パネル２には、バックライトユニットから指向性の高い光Ｌ０が入射される。光Ｌ０は図１に示した２枚のプリズムシート２３，２４によってＸ方向及びＹ方向の広がりが抑制され、概ねＺ方向に平行な光となっている。光Ｌ０は液晶層１９に対して斜めに入射する成分が少ないため、黒表示における第２偏光板１３からの光漏れが少ない。そのため、コントラストの高い表示が可能である。一方、第２偏光板１３から出射した光Ｌ０は拡散シート４によって拡散光Ｌ１に変換されるため、視野角の広い表示が可能である。

　液晶パネル２には、第２基板１１をフロート法で作製した際にできたスジ状の凹凸によって、液晶層１９の層厚にむらが発生している。液晶層１９の層厚のむらは、輝度むらとして視認される。このような輝度むらは、図３に示す輝度むら測定装置５によって測定され。そして、輝度むら測定装置５で映像信号を補正する補正テーブルが作られ、液晶表示装置１にフィードバックされる。これにより、輝度むらの少ない表示が実現される。

　図３は、液晶表示装置１と輝度むら測定装置５の電気的構成を示すブロック図である。

　液晶表示装置１は、液晶パネル２と、バックライトユニット３と、映像信号制御回路４１と、タイミングジェネレータ４２と、ゲート線駆動回路４３と、データ線駆動回路４４と、を備えている。

　液晶パネル２の表示領域２Ａには、複数のゲート線３１と複数のデータ線３２とが格子状に配置されている。ゲート線３１とデータ線３２との各交差部に対応して薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）３３が設けられている。薄膜トランジスタ３３のゲートはゲート線３１と接続されており、ソースはデータ線３２と接続されており、ドレインは画素電極１４と接続されている。画素電極１４と対向する位置には対向電極１８が設けられている。対向電極１８には、図示略の電源回路によって対向電極電位Ｖｃｏｍが供給される。画素電極１４と対向電極１８との間には、液晶層１９が挟持されている。１つの画素電極１４の配置領域が、表示の最小単位である表示要素ＰＸである。液晶パネル２には、複数の表示要素ＰＸがマトリクス状に配置されており、該複数の表示要素ＰＸによって表示領域２Ａが形成されている。

　映像信号制御回路４１は、外部から入力された映像信号を輝度むら測定装置５の測定結果に基づいて補正し、画像制御信号を生成する回路である。画像制御信号は、液晶パネル２の各表示要素ＰＸにどのような電圧を与えるかを定める信号である。各表示要素ＰＸで求められる電圧の大きさは、映像信号から得られた階調値に対して、各表示要素ＰＸにおける液晶層の層厚むらを加味した補正が加えられたものである。

　輝度むら測定装置５の測定結果は、補正テーブルとして、液晶表示装置１の補正テーブル記憶部４５に出力される。補正テーブルは、映像信号から得られた階調値（入力階調値）と、実際に表示要素ＰＸに出力する電圧（出力電圧）の大きさとの対応関係を示すテーブルである。映像信号制御回路４１は、補正テーブル記憶部４５に記憶された補正テーブルを参照して、各表示要素ＰＸに出力する電圧の大きさを決定し、画像制御信号を生成する。

　タイミングジェネレータ４２は、映像信号とともに外部から供給された垂直走査信号、水平走査信号、ドットクロック信号などに基づいて、各種のタイミング信号やクロック信号などを生成し、ゲート線駆動回路４３やデータ線駆動回路４４に供給する。

　輝度むら測定装置５は、輝度計５３と、輝度検出部５１と、補正演算部５２と、を備えている。

　輝度計５３は、液晶パネル２を透過してＺ方向に出射した光の輝度を検出するものである。輝度計５３は、フォトダイオードのような受光素子でもよく、ＣＣＤカメラのような撮像素子でもよい。ＣＣＤカメラとしては、Radiant Imaging社製のProMetric（商品名）が好適である。輝度計５３は、第２偏光板１３（図１参照）を透過した後の光であって且つ拡散シート４（図１参照）を透過する前の光の輝度を検出する。輝度計５３による輝度の測定は、拡散シート４（図１参照）を液晶パネル２に貼着する前に行われる。この輝度の測定は、後述するように拡散の効果を排除した輝度むらを測定し、補正演算部５２による補正をより正確に行うためのものであって、拡散シート４を通過した後の光の輝度を測定してもよい。

　輝度検出部５１は、輝度計５３で検出された光の輝度に基づいて、各表示要素ＰＸから出射した光の輝度を検出し、輝度情報として補正演算部５２に出力する。補正演算部５２は、輝度検出部５１から入力された輝度情報に基づいて、各表示要素ＰＸの電圧－透過率特性（Ｖ－Ｔ特性）を検出する。そして、この電圧－透過率特性に基づいて、１表示要素ＰＸ毎に入力階調値と出力電圧との対応関係を決定し、補正テーブルとして液晶表示装置１に出力する。

　図４は、輝度むら測定装置５による輝度むらの測定方法を示す図である。

　輝度むら測定装置５は、駆動ＩＣ６及びフレキシブル回路基板６ａを介して、液晶パネル２の全ての表示要素に対して同じ階調の映像信号を供給する。そして、各表示要素において中間調を表示させつつ、輝度計５３を液晶パネル２に対して相対移動させ、あるいは画面全体を一括にて、液晶パネル２を透過した光Ｌ０の輝度を測定する。輝度検出部５１は、輝度計５３の測定結果に基づいて、各表示要素から出射する光の輝度を検出する。輝度むら測定装置５は、液晶パネル２に供給する映像信号の階調値（入力階調値）を変化させながら上記の操作を繰り返し、各表示要素について、入力階調値と出射光の輝度との関係、すなわち電圧－透過率特性を求める。

　液晶表示装置１ａは、図１の液晶表示装置１において拡散シート４を液晶パネル２に貼着する前の状態のものである。拡散シート４を装着した状態でも問題はないが、拡散シート４がないほうが正面方向から見たときの輝度分布をより正確に把握することができる。導光体２０から出射した光は、２枚のプリズムシート２３，２４によって集光され、液晶パネル２に対して垂直に入射する。そのため、液晶パネル２に入射する光Ｌ０の光軸方向は液晶パネル２に対して垂直な方向となる。輝度検出部５１は、液晶パネル２から垂直に出射する光Ｌ１の輝度分布（正面方向から見た場合の輝度分布）に基づいて、液晶パネルに対して垂直な方向（正面方向）から見たときの電圧－透過率特性を検出する。

　図５Ａは、中間調の映像を液晶パネル２に対して垂直な方向（Ｚ方向；正面方向）から見たときの図である。表示領域２Ａには、輝度の大きい部分Ｂ１と輝度の小さい部分Ｂ２とがＹ方向に交互に形成されている。輝度の大きい部分Ｂ１と輝度の小さい部分Ｂ２は、それぞれＸ方向にストライプ状に形成されており、それらがＹ方向に交互に配置されることで、スジ状の輝度むらとして視認される。このような輝度分布は、第２基板の表面に形成されたスジ状の凹凸に起因する。

　図５Ｂは、輝度の大きい部分Ｂ１と輝度の小さい部分Ｂ２との境界部の断面図である。輝度の大きい部分Ｂ１の表示要素Ａ１は、輝度の小さい部分Ｂ２の表示要素Ａ２に比べて、液晶層１９の層厚が大きい。第２基板１１はフロート法で形成された無研磨の基板であり、第２基板１１の表面には基板製造時に形成されたスジ状の凹凸が形成されている。この凹凸によって、各表示要素Ａ１，Ａ２の液晶層１９の層厚が異なっている。

　図５Ｃは、液晶パネル２を正面方向から見たときの、各表示要素Ａ１，Ａ２の電圧－透過率特性（Ｖ：電圧、Ｔ：透過率）を示す図である。表示要素Ａ１と表示要素Ａ２の電圧－透過率特性は異なる。表示要素Ａ１では、電圧ＶがＶ０のときに透過率ＴがＴ０となっているが、表示要素Ａ２では、電圧Ｖが（Ｖ０＋Ｖｃ）のときに透過率がＴ０となっている。そのため、補正演算部５１（図４参照）は、２つの表示要素Ａ１，Ａ２に印加する電圧ＶをＶｃだけ異ならせるような補正テーブルを作成する。

　図６Ａ、６Ｂは、液晶表示装置１の電圧－透過率特性（Ｖ：電圧、Ｔ：透過率）を示す図である。図６Ａは、正面方向から見たときの電圧－透過率特性を示す図であり、図６Ｂは、斜め方向から見たときの電圧－透過率特性を示す図である。

　図６Ａの上段側に示すように、液晶層厚の異なる２つの表示要素Ａ１，Ａ２の電圧－透過率特性は互いに異なる。そのため、映像信号制御回路４１（図３参照）は、図６Ａの下段側に示すように、補正テーブル記憶部４５（図３参照）に記憶された補正テーブルに基づいて、２つの表示要素Ａ１，Ａ２に印加する電圧ＶをＶｃだけ異ならせ、各表示要素Ａ１，Ａ２の透過率（各表示要素Ａ１，Ａ２から出射する光の輝度）を均一化している。

　図２に示したように、バックライトユニットから出射した光は２枚のプリズムシートによってＺ方向に平行な光Ｌ０に変換され、液晶パネル２に垂直に入射する。そして、光の進行方向をＺ方向に維持したまま液晶パネル２から出射し、拡散シート４によって放射状に拡散される。

　この場合、図６Ｂの上段側に示すように、斜め方向から見たときの電圧－透過率特性は、正面方向から見たときの電圧－透過率特性と同じである。斜め方向から見たときの映像は、正面方向に出射する光を拡散シート４によって斜め方向に拡散させて得られるものだからである。そのため、図６Ａにおいて正面方向から見たときの輝度むらが低減されれば、図６Ｂの下段側に示すように、斜め方向から見たときの輝度むらも低減される。よって、安価な無研磨の第２基板１１を用いながら、広い視野角範囲で輝度むらを低減することができる。

（第２実施形態）
　図７は、第２実施形態の液晶表示装置７０の断面図である。液晶表示装置７０において第１実施形態の液晶表示装置１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

　液晶表示装置７０は、液晶パネル７と、液晶パネル７に対して平行な光Ｌ０を出射する図示略のバックライトユニット（照明装置）と、液晶パネル７を透過した光Ｌ０を拡散する拡散シート（光学部材）４と、を備えている。バックライトユニットと拡散シート４は、第１実施形態の液晶表示装置１に設けられたものと同じである。

　液晶パネル７において第１実施形態の液晶パネル２（図２参照）と異なる点は、第１偏光板１２とクロスニコル配置される偏光層８１が第２基板１１の内面側（液晶層１９側）に設けられている点である。

　第１実施形態の液晶パネル２では、第１偏光板１２とクロスニコル配置される第２偏光板１３が第２基板１１の外面側（液晶層１９側とは反対側）に設けられている。それに対して、液晶パネル７では、第２偏光板１３が省略され、第２偏光板１３と同様の機能を有する偏光層８１が、カラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと対向電極１８との間に設けられている。

　偏光層８１は、公知の材料や方法で作製することができる。例えば、特許３４９２６９３号公報などに記載された二色性色素をカラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ上に塗布し、塗布時のシェアによる配向、配向膜による配向効果、若しくはそれらの組み合わせによって、二色性色素を一方向に配向させる。これにより、二色性色素の配向方向に沿った吸収軸を有する偏光層８１が形成される。

　第２基板１１の内面側に設けられた、いわゆるインセル型の偏光層８１は、第２基板１１の外面側に貼着される通常の偏光板（液晶パネル２の第２偏光板１３）に比べて、薄く形成できることが知られている。そのため、液晶パネル７は第１実施形態の液晶パネル２に比べて薄型化が可能である。

　偏光層８１をインセル型にしたのと同様に、拡散シート４を第２基板１１の内面側に設けることも可能である。例えば、カラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ上に、樹脂と拡散性のビーズとを含む拡散層を形成し、該拡散層上に偏光層８１を形成する。こうすれば、液晶表示装置７０の更なる薄型化が可能となる。拡散層は、樹脂と拡散性のビーズとを含む塗布液を塗布することにより形成することができる。

（第３実施形態）
　図８は、第３実施形態の液晶表示装置７１の断面図である。液晶表示装置７１において第２実施形態の液晶表示装置７０と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

　液晶表示装置７１は、液晶パネル８と、液晶パネル８に対してＺ方向と平行な光Ｌ２を出射する図示略のバックライトユニット（照明装置）と、を備えている。バックライトユニットは、光源から出射する光の色が青色の光である点を除いて、第１実施形態及び第２実施形態の液晶表示装置に設けられたものと同じである。

　液晶パネル８において第２実施形態の液晶パネル７（図７参照）と異なる点は、液晶層１９を透過した光を着色光に変換する色変換手段として、蛍光体層８５Ｒ，８５Ｇが用いられている点である。

　第２実施形態の液晶パネル７では、液晶層１９を透過した光Ｌ０を着色光に変換する色変換手段として、カラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂが設けられている。バックライトユニットから出射した光Ｌ０は白色光であり、第２基板１１の内面側には、１表示要素毎に、赤、緑、青のいずれかの色のカラーフィルタ層が設けられている。カラーフィルタ層を透過した光は、拡散シート４によって拡散光に変換される。

　それに対して、液晶パネル８では、液晶層１９を透過した光Ｌ２を着色光に変換する色変換手段として、蛍光体層８５Ｒ，８５Ｇが設けられている。バックライトユニットから出射した光Ｌ２は青色の光であり、第２基板１１の内面側には、赤色の表示要素と緑色の表示要素に対して蛍光体層８５Ｒ，８５Ｇが設けられ、青色の表示要素に対して拡散層８６が設けられている。蛍光体層８５Ｒは、バックライトユニットから出射した光Ｌ２を吸収して赤色の蛍光を発する蛍光体層であり、蛍光体層８５Ｇは、バックライトユニットから出射した光Ｌ２を吸収して緑色の蛍光を発する蛍光体層である。蛍光体層から放射された蛍光は、Ｚ方向に対して斜め方向（広角方向）に出射する光成分を含む拡散光である。

　拡散層８６は、例えば、基体となる樹脂８７の中に、拡散性を有するビーズ８８を分散させたものである。ビーズ８８としては、空気層の空洞、あるいは、屈折率が樹脂８７とは異なる玉状の物質などが用いられる。ビーズ８８の直径は２μｍ程度が望ましい。これにより、光の散乱を大きくすることができる。また、ビーズ８８は球状であることが望ましい。これにより、後方散乱を少なくすることができる。

　液晶パネル８には、バックライトユニットから指向性の高い光Ｌ２が入射される。光Ｌ２は図１に示した２枚のプリズムシート２３，２４によってＸ方向及びＹ方向の広がりが抑制され、概ねＺ方向に平行な光となっている。赤色の表示要素に入射した光Ｌ２は、蛍光体層８５Ｒによって吸収され、赤色の蛍光として第２基板１１から出射される。緑色の表示要素に入射した光Ｌ２は、蛍光体層８５Ｇによって吸収され、緑色の蛍光として第２基板１１から出射される。青色の表示要素に入射した光Ｌ２は、拡散層８６によって拡散され、青色の拡散光Ｌ３として第２基板１１から出射される。

　各表示要素から出射する光は、Ｚ方向に対して斜め方向（広角方向）に出射する光成分を含む拡散光である。よって、第２基板１１の外面側には、図７に示したような拡散シート４が設けられていない。この構成によれば、拡散シート４が省略できるため、液晶表示装置７１の薄型化が可能である。

（変形形態）
　第１実施形態ないし第３実施形態においては、輝度むらの原因として、フロート法で形成された基板表面の凹凸を説明した。しかし、輝度むらの原因は、これに限定されない。第１基板１０の内面側や第２基板１１の内面側には、薄膜トランジスタやカラーフィルタなどの各種の構造物が形成されている。そのため、それらの構造物によって液晶層１９の層厚にむらが発生し、輝度むらとして視認される場合がある。

　例えば、第１基板１０上には、薄膜トランジスタ３３、ゲート線３１及びデータ線３２などを含む回路層が形成されるが、回路層は複数の素子や配線をパターニングして形成されるものであるため、回路層の表面にはそれらの素子や配線に起因した凹凸が形成される。第２基板１１には、そのような素子や配線は形成されないが、印刷型のカラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを用いた場合には、カラーフィルタ層１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの膜厚に±０．１μｍ程度のむらが発生する。よって、第１基板１０や第２基板１１自体に凹凸が形成されていない場合であっても、それらの基板上に形成される構造物によって液晶層１９の層厚にむらが発生し、輝度むらとして視認される場合がある。

　本発明は、このような種々の原因で生じる輝度むらに対して効果がある。すなわち、液晶層１９の層厚にむらがある液晶パネルにおいては、正面方向から見た場合と斜め方向から見た場合の電圧－透過率特性が異なる。そのため、指向性の高い光を液晶パネル２に入射する照明装置と、正面方向の輝度むらを低減する映像信号制御回路と、輝度むらの低減された映像光を広角方向に拡散させる光学部材（拡散シート、蛍光体層、拡散層）と、を備えることで、広い視野角範囲で輝度むらの低減された映像表示が可能となる。

　第１実施形態ないし第３実施形態においては、液晶表示装置の一例として透過型の液晶表示装置を説明した。しかし、本発明は透過型の液晶表示装置に限らず、反射型の液晶表示装置や半透過反射型の液晶表示装置に適用することができる。また、第１実施形態ないし第３実施形態においては、垂直配向型液晶表示モードの液晶表示装置を例に挙げて説明したが、本発明は垂直配向型液晶表示モード以外の液晶表示モードの液晶表示装置についても適用可能である。

　本発明は、液晶表示装置の分野に利用することができる。

　１　　液晶表示装置
　２　　液晶パネル
　３　　バックライトユニット（照明装置）
　４　　拡散シート（散乱層、第１の光学部材）
　７、８　　液晶パネル
　１０　　第１基板
　１１　　第２基板
　１３　　第２偏光板（偏光層）
　１９　　液晶層
　２３、２４　　プリズムシート（第２の光学部材）
　４１　　映像信号制御回路
　７０、７１　　液晶表示装置
　８１　　偏光層
　８５Ｒ、８５Ｇ、８５Ｂ　　蛍光体層（第１の光学部材）、
　８６　　拡散層（散乱層、第１の光学部材）
　Ａ１、Ａ２、ＰＸ　　表示要素

Claims

　一対の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶パネルと、
　前記液晶パネルに対して平行化した光を入射させる照明装置と、
　前記液晶パネルに供給される映像信号を補正し、前記液晶層に入射する前記光の光軸方向から前記液晶パネルを見たときの映像の輝度むらを低減する映像信号制御回路と、
　前記液晶層を透過した前記光を拡散光に変換する第１の光学部材と、を備えている液晶表示装置。
　前記液晶層と前記第１の光学部材との間に偏光層が設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
　前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に前記第１の光学部材が設けられ、
　前記第１の光学部材と前記液晶層との間に前記偏光層が設けられている請求項２に記載の液晶表示装置。
　前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を散乱する散乱層を含む請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
　前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を吸収して蛍光を発する蛍光体層を含む請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
　前記液晶パネルは、前記液晶層の配向状態を独立に制御可能な複数の表示要素を備え、
　前記第１の光学部材は、前記液晶層を透過した前記光を散乱する散乱層と、前記液晶層を透過した前記光を吸収して該光とは異なる色の蛍光を発する複数の蛍光体層と、を含み、
　前記一対の基板のうちの一方の基板には、各表示要素に対して、前記散乱層と前記複数の蛍光体層のうちのいずれか１つが設けられている請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
　前記散乱層と前記複数の蛍光体層とのうちのいずれか一つは、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に設けられている請求項６に記載の液晶表示装置。
　前記照明装置から前記液晶パネルに向けて出射する光は、白色以外の色の光であって、且つ、前記複数の蛍光体層が発する光の色とは異なる色の光である請求項６又は７に記載の液晶表示装置。
　前記照明装置は、前記液晶パネルと対向配置された導光体と、前記導光体の端面に配置された光源と、前記導光体と前記液晶パネルとの間に配置された拡散シートと、前記拡散シートと前記液晶パネルとの間に配置され、前記拡散シートから出射した光を平行化して前記液晶パネルに入射させる１つ又は複数の第２の光学部材と、を備えている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
　前記第２の光学部材はプリズムシートからなる請求項９に記載の液晶表示装置。
　前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板は、フロート法で形成された無研磨の基板である請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
　前記一対の基板のうちの少なくとも一方の基板は、前記映像が表示される表示領域において、表面の凹凸が±０．２μｍ以上である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
　前記表面の凹凸は±０．５μｍ以上である請求項１２に記載の液晶表示装置。