JP3363640B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は視角依存性が低い液晶表
示装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、液晶セルを用いた表示装置
（特開昭６０−１０７０２０公報）においては、一定以
上のコントラストと明度が得られる視野角（観察方向）
が限定される。つまり正面から表示を観察しても暗い表
示になりやすく、大きい画面においては表示周辺部に対
して斜め方向から観察したことになるのでコントラスト
が低下したりコントラスト反転が生じるという欠点があ
った。この様な視野角の制限が大きいことを視角依存性
が高いという。 【０００３】視角依存性が生じる理由としては、液晶分
子の捩れ（螺旋の向きや、ラビング方向によって決まる
液晶分子の螺旋開始位置など）に起因するものや、液晶
の複屈折異方性（光の通過方向によるレタデ−ションの
相違など）に起因するものや、偏光板の特性（光振動方
向の選択性の良否など）に起因するものや、液晶に光を
照射する光源の指向性に起因するものなどが挙げられ
る。 【０００４】そして一般に、液晶表示装置においては上
記視角依存性を考慮し、最も表示の見易い位置が観察者
の通常視野範囲内に入るような設計、例えば画面中央の
法線方向付近のコントラストをその周囲に比べて高める
ような設計が行われている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本願出願人は、上記種
々の理由によって液晶表示装置に発生する視角依存性に
対処するため、液晶セルの表面に特殊フィルムを貼付し
て視角依存性を改善する提案を行った（特願平６−２５
６８７７号他）。 【０００６】ところが、上記特殊フィルムは、例えば法
線（φ＝０度）から所定方向に３０度程度の範囲までの
入射光を散乱するように設定された特殊構造を有する高
分子薄膜フィルムからなり、図２に示すようにそれを介
して対象物を観察したとき、例えば視点から正面片方向
に０度〜３０度の範囲は不透明状態、それ以外の範囲は
透明に見えるように、入射光を選択的に拡散する機能を
有し、特に、上記角度範囲の内外でヘイズ率（全光線透
過率に対する散乱光線透過率の割合）が急峻に変化する
（不透明状態から透明状態あるいはその逆に透明状態か
ら不透明状態に急峻に変化する）構成であったため、不
透明状態から透明状態、あるいはその逆に透明状態から
不透明状態への境界線部分が明確になり、境界線部分に
おける表示の連続性が損なわれて表示品位が低下すると
いう新たな問題が発生した。そこで、本発明はこれを解
消することを主な課題とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、所定の液晶層
を有する液晶セルと、該液晶セルの液晶層に光を導く光
導入手段と、前記液晶セルから出てきた光の内、所定の
角度範囲で入射する光を選択的に拡散する光拡散手段と
を具備し、前記光拡散手段は、入射角度に応じたヘイズ
率（全光線透過率に対する散乱光線透過率の割合）が最
小の角度領域と最大の角度領域の間に、入射角度に応じ
てヘイズ率が徐々に変化する角度領域を形成し、光拡散
手段を介して液晶セルの固定位置を見る視点を液晶セル
の上側から下側に移動させたときに、視線と法線の成す
角度が上２０度から下１０度程度の範囲において液晶セ
ルから出てくる光が光拡散手段のヘイズ率が徐々に増加
する入射角度領域に入り、上１０度から下３０度程度の
範囲において前記液晶セルから出てくる光が前記光拡散
手段のヘイズ率が最大の入射角度領域に入り、下３０度
から下５０度程度の範囲において液晶セルから出てくる
光が光拡散手段のヘイズ率が徐々に減少する入射角度領
域に入ることを特徴とする。 【０００８】 【０００９】 【作用】本発明によれば、液晶セルから出てきた光の
内、所定の角度範囲で入射する光を選択的に拡散する光
拡散手段を備えるので、液晶分子の捩れ、液晶の複屈折
異方性、偏光板の特性、光源の指向性などの影響を受け
て液晶から出てきた光の内、希望する方向の光を光拡散
手段によって選択して拡散することができ、視角依存性
を低くすることができる。 【００１０】また、光拡散手段は、入射角度に応じたヘ
イズ率が最小の角度領域と最大の角度領域の間に、入射
角度に応じてヘイズ率が徐々に変化する角度領域を形成
したので、ヘイズ率の急峻な変化がなく、不透明状態か
ら透明状態、あるいはその逆に透明状態から不透明状態
へ徐々に変化させることができ、液晶セルの表示連続性
を保って表示品位の低下を防止することができる。 【００１１】 【００１２】 【実施例】図１は本発明の実施例の液晶表示装置の要部
の断面図で、１は所定の厚みの液晶層１０を有する液晶
セル、２はその液晶セル１の液晶層１０に略垂直な方向
の光を導く光導入手段、３は液晶セル１から出てきた光
を拡散する光拡散手段である。 【００１３】液晶セル１は、例えば液晶分子が９０〜２
７０度の螺旋状に整列されたいわゆるツイストネマティ
ック液晶層１０を、画素毎に電界を印加する電極１２が
内面に直交するように設けられた基板１１により支えて
いる。液晶セル１に偏光板１３が必要なときは、基板１
１の外側前後に貼付されるのが簡単で好ましい。また、
基板１１には、液晶分子に所定の配向を形成するための
配向膜１４を液晶層１０を挟むようにして形成している
が、基板１１に直接ラビングして配向する場合は配向膜
１４を省略することもできる。ここで、高コントラスト
が得られる領域が液晶セル１の所定領域、例えば法線方
向ないし下側方向（図２の観察方向参照）となるような
配向処理が行われる。 【００１４】光導入手段２は、例えば上面全面に、頂角
が９０〜１００度前後の微小なプリズムを１０〜数１０
０μｍピッチで形成したポリカ−ボネ−ト等のプラスチ
ック製レンズシ−トで構成され、平坦裏面から入射した
光を集光して指向性を高めた光とする機能を有する。ま
た、光導入手段２は、アクリル樹脂、光学ガラスのよう
な透明平板の中にシリコンとかエポキシ樹脂、塩化銀等
の屈折率の異なる透明材料によりマイクロレンズを形成
して構成してもよいし、扁平凸レンズアレイや、凸レン
ズアレイと凹レンズアレイの積層体、若しくは複数の凸
レンズアレイや凹レンズアレイの積層体で構成してもよ
い。 【００１５】光導入手段２の裏側には、必要に応じて面
照明手段４を設けることができる。この面照明手段４
は、例えばアクリル樹脂平板のような導光板４１と、導
光板４１の側面に設けられた冷陰極管などからなる線状
光源４２と、必要に応じて導光板４１に設けられた表面
光拡散シート４３や裏面反射シート４４、若しくは線状
光源を覆う筒状反射シート（図示せず）などによって構
成することができる。ここで、表面光拡散シート４３
は、光導入手段２と兼用することもできる。 【００１６】光拡散手段３は、図２に示すように、液晶
セル１と同じ四角平面形状を成しており、所定の範囲、
例えば法線（φ＝０度）と成す角度が上５０度程度から
下２０度程度の角度範囲の入射光を入射角度に応じた拡
散度合で拡散するように設定された特殊構造を有する高
分子薄膜フィルムからなる。そして、この光拡散手段３
は、光の入射角度を変化させた場合の全光線透過率に対
する散乱光線透過率の割合を示すヘイズ率（数値が大き
い程光拡散度合い高い）が、図４に示すように設定され
ている。すなわち、入射角度（法線と入射光の成す角
度）が下９０度から下２０度程度の角度領域におけるヘ
イズ率を最小のほぼ０％に設定し、入射光を拡散するこ
となく透過させて透明状態を呈し、入射角度が上１０度
から上３０度程度の角度領域におけるヘイズ率を最大の
ほぼ８０％に設定し、入射光のほとんどを拡散させて不
透明状態を呈するようにしている。尚、光拡散手段３
は、不透明状態においては、透明状態と同じ程度の光透
過率を有するとともに、透過する光の殆どを拡散して明
るいスリガラス状の外観を呈する。さらに、上記ヘイズ
率が最小の角度領域から最大の角度領域間の入射角度が
下２０度から上１０度程度の角度領域（少なくとも２０
度以上の角度領域を有する）におけるヘイズ率は、最小
値から最大値に徐々に単調増加しながら変化するように
設定し、また、入射角度が上３０度から上５０度程度の
角度領域におけるヘイズ率は、最大値から最小値に徐々
に単調減少しながら変化するように設定している。 【００１７】この光拡散手段３を構成する高分子薄膜フ
ィルムは、内部に例えばブラインド状の相構造を有する
アクリル系樹脂成形品とすることがでる。この成形品の
内部構造は、光学顕微鏡によって観察した場合、表面観
察では畳目状に寸断されてはいるがある程度の長さの相
が形成され、縦断面観察ではフィルム表面から約５０μ
ｍの深さからブラインド状に濃淡をもつ相構造が形成さ
れている。この様な相構造の間隔は、フィルム上部で約
２μｍ、照射面から約３００μｍの深さでは３〜４μｍ
になっており、深さ方向に沿って次第に間隔が広くなっ
ているが、これらは所望の光拡散方向、光拡散度に応じ
て設定すればよい。また、上記相構造の方向を変化させ
て光照射面に対する相構造の傾きを変化させると、不透
明状態の発現角度を自由に設定することができととも
に、樹脂成形時の紫外線強度もしくは紫外線下を通過さ
せる速度を制御することにより、入射角度に応じたヘイ
ズ率を自由に設定することができるので、光拡散する光
の入射角度範囲や入射角度に応じたヘイズ率を必要に応
じて設定することができる。さらにまた、相構造間には
大きな組成分布の違いがあり、屈折率を例えば、一方の
相では１．５５、他方の相では１．５１と、相間の屈折
率差を０．４と大きな値に設定することができた。これ
らの値は、フィルムの深さ方向どの位置でも同じ値を示
すように成形することができる。高分子薄膜フィルム中
で生じる上述した視角依存性のある光散乱は、前記相構
造と相構造間の屈折率差に大きく起因して制御できるも
のである。そして、この様な光拡散手段３を構成する高
分子薄膜フィルムを市販品で入手しようとすれば、住友
化学工業株式会社製の視界制御フィルム（製品名「ルミ
スティ−」）のシリーズに対して光学特性を指定して用
いることが好ましい。 【００１８】この光拡散手段３は、液晶セル１の表面に
接着剤を用いて貼付されるが、その際、光拡散手段３を
液晶セル１の所定の視角依存方向に対応させて両者の位
置決めが行われる。視角依存性の原因としては、例え
ば、液晶分子の捩れ（螺旋の向きや、ラビング方向によ
って決まる液晶分子の螺旋開始位置など）に起因するも
のや、液晶の複屈折異方性（光の通過方向によるレタデ
−ションの相違など）に起因するものや、偏光板の特性
（光振動方向の選択性の良否など）に起因するものや、
液晶に光を照射する光源の指向性に起因するものの１
つ、もしくはその組み合わせが考えられるので、それら
を考慮して視角依存方向に対応した位置決めが行われ
る。本実施例においては、例えば観察者が液晶セル１の
下側から上側を見るときの視野角を広くするように改善
する場合を例示し、図２に示すように、視点を固定し光
拡散手段３を介して観察するとき、光拡散手段３の存在
によって、対象物が不透明状態に見える視線の範囲（斜
線で図示）が、視点を通る法線に対して上５０度から下
２０度程度の範囲となるように、光拡散手段３を位置決
めして液晶セル１に貼付している。特に、液晶セル１か
ら改善すべき視野角方向（観察者側方向）へ向かう光
が、光拡散手段３（主にそのヘイズ率最大角度領域）に
よって拡散されるように、光拡散手段３が位置決めされ
て液晶セル１に貼付けられる。ここで、光拡散手段３は
薄膜フィルムによって構成しているので、表示装置の薄
型化を図ることができるとともに、接着剤などを用いて
液晶セル１に簡単に貼付することができるので、構造の
簡素化を図ることができる。 【００１９】このようにして光拡散手段３を液晶セル１
に貼付した結果、図３に示すように、光拡散手段３を介
して液晶セル１の固定位置を見る視点を液晶セル１の上
側から下側に移動させて液晶セル１を観察したとき、視
線と法線の成す角度が上９０度から上２０度程度の範囲
においては、液晶セル１から出てくる光が光拡散手段３
のヘイズ率が最小の入射角度領域に入り、視線と法線の
成す角度が上２０度から下１０度程度の範囲において
は、液晶セル１から出てくる光が光拡散手段３のヘイズ
率が徐々に増加する入射角度領域に入り、視線と法線の
成す角度が下１０度から下３０度程度の範囲において
は、液晶セル１から出てくる光が光拡散手段３のヘイズ
率が最大の入射角度領域に入り、視線と法線の成す角度
が下３０度から下５０度程度の範囲においては、液晶セ
ル１から出てくる光が光拡散手段３のヘイズ率が徐々に
減少する入射角度領域に入る。したがって、光拡散手段
３のヘイズ率が最大の入射角度領域の前後にヘイズ率が
徐々に変化する領域が存在し、その領域は少なくとも２
０度の角度領域に及ぶので、ヘイズ率が最大（不透明状
態）角度領域と最小（透明状態）角度領域の間における
ヘイズ率の急激な変化を防いで画像の連続性を維持する
ことができ、表示品質を良好に保つことができる。尚、
光拡散手段３を貼付した結果、液晶セル１から光拡散手
段３に入射する光のうち、入射角度が上１０から上３０
度程度の光の殆どと、その近辺の角度領域の光の一部が
選択的に拡散されるので、液晶セル１から出てくる光を
平均化して出力することができ、輝度やコントラストを
全体的に平坦化して周辺部の輝度やコントラストを増加
させることができる。ここで、ヘイズ率が最大ないし最
大角度領域が法線方向（一般に最も輝度やコントラスト
が高い）を外れているので、法線方向の輝度やコントラ
スト低下を防止することができる。 【００２０】上記実施例は、下方向（表示面を法線の下
側から上側に視線を配して観察する場合）の視野角を改
善する場合を例にしたが、上方向（表示面を法線の上側
から下側に視線を配して観察する場合）の視野角を改善
するためには、光拡散手段３の上下を反転して液晶セル
１に貼付すればよい。しかし、右方向もしくは左方向の
視野角を改善するためには、光拡散手段３を９０度左右
に回転して液晶セル１に貼付すればよいものの、良視野
方向を下側に設定している本実施例においては、上下方
向ほどには視野角の改善ができなかった。 【００２１】尚、光拡散手段を貼付する液晶セルとして
は、ＳＴＮ方式に限らず、ＴＦＴ方式、ＭＩＭ方式のも
のも対象とすることができる。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、液晶セルから出てきた
光の内、所定の角度範囲で入射する光を選択的に拡散す
る光拡散手段を備えるので、液晶分子の捩れ、液晶の複
屈折異方性、偏光板の特性、光源の指向性などの影響を
受けて液晶から出てきた光の内、希望する方向の光を光
拡散手段によって選択して拡散することができ、視角依
存性を低くすることができる。 【００２３】また、光拡散手段は、入射角度に応じたヘ
イズ率が最小の角度領域と最大の角度領域の間に、入射
角度に応じてヘイズ率が徐々に変化する角度領域を形成
したので、ヘイズ率の急峻な変化がなく、不透明状態か
ら透明状態、あるいはその逆に透明状態から不透明状態
へ徐々に変化させることができ、液晶セルの表示連続性
を保って表示品位の低下を防止することができる。 【００２４】また、光拡散手段は、散乱光線透過率が最
大となる角度領域を液晶セルの所定の視角依存方向に対
応させて液晶セルの観察者側に配置したので、液晶セル
観察者側の良視野範囲を光拡散手段によって拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明実施例の液晶表示装置の要部断面図であ
る。 【図２】本発明実施例の液晶セルと光拡散手段の配置を
示す斜視図である。 【図３】本発明実施例の光拡散手段の機能を説明するた
めの説明図である。 【図４】本発明の実施例にかかる光拡散手段の光学特性
図である。 【符号の説明】 １ 液晶セル ２ 光導入手段 ３ 光拡散手段 ４ 面照明手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−234017（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140322（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−64069（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209637（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−171087（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/13357

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定の液晶層を有する液晶セルと、該液
   晶セルの液晶層に光を導く光導入手段と、前記液晶セル
   から出てきた光の内、所定の角度範囲で入射する光を選
   択的に拡散する光拡散手段とを具備し、前記光拡散手段
   は、入射角度に応じたヘイズ率（全光線透過率に対する
   散乱光線透過率の割合）が最小の角度領域と最大の角度
   領域の間に、入射角度に応じてヘイズ率が徐々に変化す
   る角度領域を形成し、前記光拡散手段を介して前記液晶
   セルの固定位置を見る視点を液晶セルの上側から下側に
   移動させたときに、視線と法線の成す角度が上２０度か
   ら下１０度程度の範囲において前記液晶セルから出てく
   る光が前記光拡散手段のヘイズ率が徐々に増加する入射
   角度領域に入り、上１０度から下３０度程度の範囲にお
   いて前記液晶セルから出てくる光が前記光拡散手段のヘ
   イズ率が最大の入射角度領域に入り、下３０度から下５
   ０度程度の範囲において前記液晶セルから出てくる光が
   前記光拡散手段のヘイズ率が徐々に減少する入射角度領
   域に入ることを特徴とする液晶表示装置。