(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集光して指向性を高めた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、法線から所定の角度の範囲で入射してくる光を拡散させる光拡散手段とを具備し、
前記光導入手段によって液晶層に導かれる光の主方向が、前記光拡散手段における光を拡散させる角度の範囲内となるように、前記光導入手段の光指向性を設定したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記光拡散手段は、高分子フィルムによって構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【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使用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ないしそれより少し下向きの方向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】
本発明は、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を改善することを主な課題とし、また、視角依存性の改善を簡単な構成によって実現することも課題とする。
【０００８】
【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集光して指向性を高めた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、法線から所定の角度の範囲で入射してくる光を拡散させる光拡散手段とを具備し、  前記光導入手段によって液晶層に導かれる光の主方向が、前記光拡散手段における光を拡散させる角度の範囲内となるように、前記光導入手段の光指向性を設定したものである。
【０００９】
また、前記光拡散手段は、高分子フィルムによって構成することが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、液晶セルから出てきた所定方向の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。
【００１１】
また、光導入手段によって液晶層に導かれる光の主方向と光拡散手段が拡散する光の入射方向が同方向となるように、光導入手段の光指向性を設定することにより、指向性を有し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より均一に拡散し、輝度、コントラストの均一化を図って視角依存性を低くすることができる。
【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９０〜２７０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１１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、例えば下側領域（図２の観察方向参照）となるような配向が行われる。
【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１００μｍ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）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る。この光拡散手段３は、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する。そして、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、透過する殆どの光を拡散して、スリガラス状の外観を呈する構造を成している。
【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５０μｍ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るので、光拡散する光の入射角度範囲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の視野角を改善したい方向に合わせるように、両者の位置決めが行われる。本実施例においては、例えば液晶セル１の下側から上側を見るときの視野角を改善する場合を例示し、図２に示すように、視線を固定し光拡散手段３を介して観察するとき、対象物が不透明に見える視線の範囲が法線方向から上向きに０〜３０度の範囲（視点を変えて光拡散手段３の一点を見たときは、不透明に見える視点の範囲が法線方向から下向きに０〜３０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。すなわち、液晶セル１から改善すべき視野角方向へ向かう光が、光拡散手段３によって拡散される（光拡散手段３が光拡散する入射角度範囲に入る）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、液晶セル１の上下方向において、図３〜５に示すようなデータが得られた。尚、このデータ測定に際して、光導入手段２の裏側を所定の輝度を有する面照明手段４によって照明するとともに、前記光導入手段２は、液晶セル１に導く光の主方向が液晶セル１に対して略垂直となるような指向性を有しているものとする。
【００２０】
図３に示すデータから明らかなように、液晶セル１が点灯した場合の上下方向の輝度（ｃｄ／ｍ2） は、光拡散手段３がない場合に比べて、法線から下方向１０度付近において落ち込みがあったものの、下方向における輝度３０以上の範囲が２０度から３５度付近に拡大した。また、コントラストについても、図５に示すように、輝度と同様な変化をし、コントラスト５以上の範囲が２０度から３５度に拡大した。尚、法線から上方向の輝度，コントラストは、ほとんど変化していない。このように、上方向の状態をそのままに保ちつつ、下方向の輝度、コントラストが所定値以上の範囲を拡大することができたので、希望した下側から上側を見るときの視野角の改善を積極的に行うことができた。さらに、下方向におけるコントラストが反転する範囲は、２５度付近から４５度付近に広がった。
【００２１】
上記実施例は、下方向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。
【００２２】
次に、上記下方向の視野角改善実施例の場合、図３，５に示すように輝度、コントラストが下方向の１０度付近において落ち込んでいるが、これを解消するためには、この落ち込み部分の輝度を高めてやればよい。そこで、他の実施例として、例えば、液晶セル１に対して垂直な方向に指向性を持たせていた光導入手段２の指向性を、光拡散手段３の特性若しくは配置に応じて変更することが望ましい。例えば、輝度の落ち込んでいる下方向１０度付近の輝度を高めるために、光導入手段２によって液晶セル１に導く光の主方向が、輝度の落ち込んでいる下方向１０度付近に向かうように、光導入手段２の指向性を設定することが望ましい。すなわち、光拡散手段３は、法線（φ＝０度）に対して０度から下方向３０度程度の範囲の入射光を散乱する特殊構造を有しているので、液晶セル１から出る光の主方向がその範囲に入るように、すなわち、光導入手段２によって液晶セル１に導入される光の主方向が法線（φ＝０度）に対して０度から下方向３０度程度の範囲になるように、好ましくはこの範囲の中間である法線（φ＝０度）に対して下方向１５度程度となるように、光導入手段２の指向性を設定することが望ましい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、液晶セルから出てきた所定方向の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内の１つもしくはそれらの組み合わせによる影響を受けて出てきた光の内、希望する方向の光を光拡散手段によって選択的に拡散して輝度あるいはコントラストなどの均一化を図って視角依存性を低くすることができる。
【００２４】
また、光導入手段によって液晶層に導かれる光の主方向と光拡散手段が拡散する光の入射方向が同方向となるように、光導入手段の光指向性を設定することにより、指向性を有し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より均一に拡散し、輝度、コントラストの均一化を図って視角依存性を低くすることができる。
【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】本発明の実施例にかかる液晶ＯＮ時の輝度変化特性図である。
【図４】本発明の実施例にかかる液晶ＯＦＦ時の輝度変化特性図である。
【図５】本発明の実施例にかかるコントラストの変化特性図である。
【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
【図１】
0003695780.tif 000002
【図２】
0003695780.tif 000003
【図３】
0003695780.tif 000004
【図４】
0003695780.tif 000005
【図５】
0003695780.tif 000006