(57)【要約】【課題】横電界を利用する液晶装置において、バックライトに用いられるプリズム構造を有する集光プリズムシートの集光方向と線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向の最適構成条件を提供し、明るい透過表示を得ることを目的とする。【解決手段】一対の基板間に液晶を挟持してなり、照明装置と、前記照明装置からの光を集光する少なくとも２枚の集光プリズムシートとを有する液晶装置であって、共通電極及び画素電極を有するドットを有し、前記共通電極及び前記画素電極は、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成され、前記共通電極と前記画素電極とにより前記液晶に電界が印加されるよう構成されてなり、前記２枚の集光プリズムシートのうちの前記一対の基板側の集光プリズムシートの集光方向と、前記共通電極または前記画素電極の長手方向とが概ね平行であるように配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶を挟持してなり、照明装置と、前記照明装置からの光を集光する少なくとも２枚の集光プリズムシートとを有する液晶装置であって、
共通電極及び画素電極を有するドットを有し、
前記共通電極及び前記画素電極は、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成され、前記共通電極と前記画素電極とにより前記液晶に電界が印加されるよう構成されてなり、
前記２枚の集光プリズムシートのうちの前記一対の基板側の集光プリズムシートの集光方向と、前記共通電極または前記画素電極の長手方向とが概ね平行であることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記２枚の集光プリズムシートの集光方向が９０°の角度をなしていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液晶装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶装置に係り、特に横電界を利用した液晶装置の構成及びこの液晶装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ノートパソコンや液晶テレビなどに用いられている液晶装置は、ほとんどがＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードである。しかし、このＴＮモードは観察方向によって異なる見え方がする。この視角特性を改善する方法として、特開昭５６−９１２７７号公報や特開平６−１６０８７８号公報で横電界を用いたＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが提案されている。
【０００３】
以下にＩＰＳモードの動作原理について簡単に説明する。図４（ａ）（ｂ）はＩＰＳモードを用いた液晶セル内での液晶の動作を示す断面図で、図４（ｃ）（ｄ）はその正面図である。図４は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのアクティブマトリクス素子を省略した模式図である。この模式図は、図５中のＸ−Ｘ’部分の断面図及び点線で囲まれた部分の拡大図である。図５は１ドットの構成図で、この構成図では１ドット内に共通電極５０２が２本と画素電極５０１が１本長手方向に存在するが、これはあくまで模式的な図面であり、１ドット内に数本の共通電極５０２と数本の画素電極５０１が存在しても構わない。図４（ａ）が電圧無印加時の液晶セル断面図で、図４（ｃ）が正面図である。一対の基板４０２、４０８のうち、上側基板４０２内面にはカラーフィルタ４０３が形成され、下側基板４０８の内側に線状の共通電極４１１と画素電極４１０が形成され、さらに液晶分子４０５をならべるための配向膜４０４、４０６が形成されている。一対の基板４０２、４０８間には液晶が挟持されており、液晶分子４０５は電圧無印加時に線状電極（共通電極４１１、画素電極４１０）の長手方向と所定の角度（０度から４５度）を有して、均一に平行配向している。図４ではこの角度を３０度とした。また、この液晶セルの両側に偏光板４０１、４０９を配置している。上側偏光板４０１は吸収軸４１４を液晶の配向方向と平行に、下側偏光板４０９は垂直に配置してある。この状態が黒状態である。液晶材料には誘電異方性が正の材料を用いた。次に、電界４１５を印加すると、図４（ｂ）（ｄ）に示すように液晶分子４０５は電界４１５方向にその長軸を揃えようとするので、液晶分子４０５は印加電界の強度に対応して偏光板の吸収軸に対してある角度を持つようになる。この印加電界の強度に応じ、液晶セルの複屈折を制御することで、白黒表示を行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−９１２７７号公報
【特許文献２】特開平６−１６０８７８号公報
【特許文献３】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献４】特開平１０−１４８８２６号公報
【特許文献５】特開平１１−２２４０５８号公報
【特許文献６】国際公開番号ＷＯ９７／０１７８８
【特許文献７】特表平９−５０６９８５号公報
【特許文献８】特開平１０−３１９２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記公報に記載されているＩＰＳモードを利用した液晶装置は、下側基板の内面に液晶を駆動するためのＣｒ（クロム）などからなる不透明電極（共通電極、画素電極）が存在するため、従来のＴＮモードを利用した液晶装置より暗いという問題を有している。そこで、バックライト照明光をできるだけ効率的に用いるために、特開平６−１０２５０６号公報などで提案されているプリズム構造を有する集光プリズムシート（商品名：ＢＥＦ−９０、米国３Ｍ製）が用いられる。
【０００６】
しかしながら、集光プリズムシートの集光方向と不透明線状電極の長手方向を最適化しないと、集光プリズムシートの効果を最大限発揮させることができない。これは、集光された光が線状電極の長手方向で回折されるためである。
【０００７】
そこで、本発明はこのプリズム構造を有する集光プリズムシートの集光方向と線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向の最適構成条件を提供し、明るい透過表示を得ることを目的とする。また、この液晶装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。
【０００９】
請求項１記載の液晶装置は、一対の基板間に液晶を挟持してなり、照明装置と、前記照明装置からの光を集光する少なくとも２枚の集光プリズムシートとを有する液晶装置であって、共通電極及び画素電極を有するドットを有し、前記共通電極及び前記画素電極は、前記一対の基板のうちの一方の基板に形成され、前記共通電極と前記画素電極とにより前記液晶に電界が印加されるよう構成されてなり、前記２枚の集光プリズムシートのうちの前記一対の基板側の集光プリズムシートの集光方向と、前記共通電極または前記画素電極の長手方向とが概ね平行であることを特徴とする。
【００１０】
この手段によれば、ＩＰＳモードを利用した液晶装置の内部に形成された線状不透明電極（共通電極、画素電極）の長手方向と集光プリズムシートの集光方向が垂直ではないので、線状不透明電極間（共通電極と画素電極の間）を透過する光において、不要な回折現象が生じず、バックライト照明光を効率的に使うことができる。
【００１１】
また、特開平１０−１４８８２６号公報に提案されているような「く」の字構造をした画素電極及び共通電極においても、２つの長手方向のいずれにも集光プリズムシートの集光方向が垂直にならないようにすることで、バックライト照明光を効率的に使うことができる。
【００１２】
集光プリズムシートの鋸歯状の面は、特開平１１−２２４０５８号公報に提案されているような照明装置の導光板側を向いていても良く、また、第２偏光板側を向いていても構わない。
【００１３】
請求項２記載の液晶装置は、前記２枚の集光プリズムシートの集光方向が９０°の角度をなしていることを特徴とする。  
【００１４】
この手段によれば、線状不透明電極間（共通電極と画素電極の間）を透過する光において、不要な回折現象が生じず、より効率よくバックライト照明光を使うことができる。
【００１５】
上記手段によれば、線状不透明電極間（共通電極と画素電極の間）を透過する光において、不要な回折現象が生じず、最も効率よくバックライト照明光を使うことができる。
【００１６】
また、集光方向が概ね９０度異なる集光プリズムシートを２枚重ね合わせた構造においては、いずれかの集光プリズムシートの集光方向を線状不透明電極（共通電極、画素電極）の長手方向に合わせることで、本発明の効果を十分に発揮させることができる。
【００１７】
上記手段によれば、集光プリズムシートによって生じるギラツキ感を光散乱シートによって緩和させることができる。また、照明光の不均一性を改善することができる。
【００１８】
上記手段によれば、反射偏光子を挿入することで、照明装置（バックライト）の利用効率をアップさせることができる。なお、反射偏光子には、国際公開番号ＷＯ９７／０１７８８や特表平９−５０６９８５号公報、特開平１０−３１９２３５号公報などに開示されたものを用いることができる。国際公開番号ＷＯ９７／０１７８８と特表平９−５０６９８５号公報で開示されている反射偏光子（例えば、商品名：ＤＢＥＦ、米国３Ｍ製）は、複屈折性の誘電多層膜からなる。また、特開平１０−３１９２３５号公報で開示されている反射偏光子（例えば、商品名：ＰＣＦ、日東電工株式会社製）は、コレステリック液晶フィルムと１／４波長板とからなる。
【００１９】
反射偏光子と光散乱シートを同時に用いても良く、第２偏光板と光散乱シートの間に反射偏光子を配置するのが好ましい。
【００２０】
請求項３記載の電子機器は、請求項１又は請求項２に記載の液晶装置を搭載したことを特徴とする。
【００２１】
この手段によれば、明るく視認性が高い液晶表示を有した電子機器（例えば、パーソナルコンピュータのモニター、テレビなど）を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図である。２枚の透明ガラス基板１０４、１０９の間に液晶層１０６を挟持した構造をとっている。上側ガラス基板１０４は内面にクロム（Ｃｒ）遮光膜１０１、赤緑青（ＲＧＢ）カラーフィルタ１０２及び配向膜１０５が順次形成されており、外側には偏光板１０３が配置されている。下側ガラス基板１０９は、内側に共通電極１１１、絶縁層１０８、画素電極１１２及び配向膜１０７が形成されており、外側には偏光板１１０が配置されている。本実施形態では、位相差板を配置しなかったが、上側ガラス基板１０４と上側の偏光板１０３の間に位相差板を配置しても構わない。さらに、下側ガラス基板１０９と下側の偏光板１１０の間に位相差板を配置しても構わない。各ドットは下側ガラス基板の平面図となる図５に示されるように、走査信号線５０３、画像信号線５０４がマトリクス状にはしっていて、その交点にＴＦＴ素子５０５が形成されている。１ドット内で、共通電極５０２と画素電極５０１は絶縁層を介して異なる層に配置されている。図１中の矢印記号１１３は、電界の方向を示している。液晶層１０６のギャップを４．５μｍとし、液晶材料には屈折率異方性Δｎ＝０．０７０で誘電率異方性が正のネマティック液晶を用いた。線状の共通電極１１１と画素電極１１２の間の距離を１０μｍとし、両電極の線幅を５μｍとした。液晶分子の分子長軸方向が線状電極（共通電極１１１、画素電極１１２）の長手方向と３０度の角度を有するようにラビング配向処理を施した。上側ガラス基板１０４の偏光板１０３は吸収軸を液晶の配向方向と平行に、下側ガラス基板１０９の偏光板１１０は垂直に配置してある。この状態が、黒表示状態であり、外部駆動手段からの印加電圧に応じて表示が可能となっている。下側偏光板１１０の下側にはバックライトが配置されている。このバックライトは、蛍光管１１７、導光板１１６、光散乱シート１１５、集光プリズムシート１１４などから構成されている。
【００２４】
図６は集光プリズムシート１１４を説明するための概略図である。集光プリズムシートの断面図を図６（ａ）に、斜め方向から見た集光プリズムシートを図６（ｂ）に示す。図６における記号ＢＢの方向が集光方向で、記号ＡＡがこれに垂直な方向を示している。図６では鋸状構造物のピッチや高さ、頂角が同じであるが、モアレ等を生じににくする目的で、シート内で変化させても構わない。図５における線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向を記号ＳＳで表す。本実施形態では、集光プリズムシートの集光方向ＢＢと線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳを平行になるように配置した。このようにすることによって、明るく視認性の高い液晶表示を得ることができた。
【００２５】
（第２実施形態）
第１実施形態と同様な液晶装置において、集光プリズムシートの集光方向と線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向について考察した。
【００２６】
図５に示すように、共通電極または画素電極の長手方向を記号ＳＳで示す。また、図６に示すように、集光プリズムシートの集光方向を記号ＢＢで示す。この線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳと集光プリズムシートの集光方向ＢＢがなす角度を図７に示すようにφと定義する。この角度φを変化させたときの液晶装置の透過光強度を調べた。結果を表１にまとめる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳと集光プリズムシートの集光方向ＢＢがなす角度が平行（φ=０°）であるとき最も明るく、垂直（φ＝９０°）であるとき最も暗いことがわかる。０°≦φ≦３０°の範囲のときは、φ＝０°の明るさに比べて、約３％以内の明るさ低下に抑えることができることがわかる。さらに、０°≦φ≦１０°の範囲のときは、φ＝０°の明るさとほぼ同等の明るさを得ることができる。また、実験結果によると、線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳと集光プリズムシートの集光方向ＢＢがなす角度を逆側（マイナス）にしても、表１と同じ傾向が得られた。ゆえに、φ＝０°の明るさに比べて、約３％以内の明るさ低下に抑えることができるφの範囲は、−３０°≦φ≦３０°となる。線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳと集光プリズムシートの集光方向ＢＢがなす角度をこの範囲にすることによって、明るく視認性の高い液晶表示を実現することができることを確認した。
【００２９】
（第３実施形態）
図２は本発明に係る液晶装置の第３実施形態の構造を示す概略縦断面図である。液晶セル２０１の構造は、第１実施形態で説明したものと同様であるので省略する。この液晶セル２０１の下側にはバックライトが配置されている。このバックライトは、蛍光管２０６、導光板２０５、下側光散乱シート２０４、集光プリズムシート２０３、上側光散乱シート２０２などから構成されている。集光プリズムシートの集光方向ＢＢと線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳを平行になるように配置した。このようにすることによって、明るく視認性の高い液晶表示を得ることができた。また、集光プリズムシート２０３と液晶セル２０１の間に光散乱シート２０２を配置することによって、集光プリズムシート２０３によって生じるギラツキ感を光散乱シート２０２で緩和させることができた。さらに、光散乱シート２０２によってバックライト出射光の面内均一性を改善することができた。
【００３０】
（第４実施形態）
図３は本発明に係る液晶装置の第４実施形態の構造を示す概略縦断面図である。液晶セル３０１の構造は、第１実施形態で説明したものと同様であるので省略する。この液晶セル３０１の下側にはバックライトが配置されている。このバックライトは、蛍光管３０７、導光板３０６、光散乱シート３０５、下側集光プリズムシート３０４、上側集光プリズムシート３０３、反射偏光子３０２などから構成されている。なお、下側集光プリズムシート３０４と上側集光プリズムシート３０３はその集光方向が９０度の角度をなしており、上側集光プリズムシート３０３の集光方向と線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向は概ね平行になるように配置されている。反射偏光子３０２の透過軸は液晶セル３０１の下側の偏光板の透過軸と概ね平行に配置した。このようにすることによって、明るく視認性の高い液晶表示を得ることができた。また、集光プリズムシート３０３と液晶セル３０１の間に反射偏光子３０２を配置することによって、バックライトの効率を約３５％向上させることができた。
【００３１】
（第５実施形態）
本発明の請求項６記載の電子機器の例を示す。図８は、本発明の液晶装置８０２を搭載したコンピューター用モニター８０１である。この電子機器（コンピューター用モニター８０１）は、明るく視認性が良い液晶装置を搭載しているので、通常、透過型液晶装置の視認性が悪くなる明るい場所（例えば、窓側のオフィス、屋外など）でも、問題なく使用することが可能となる。
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、プリズム構造を有する集光プリズムシートの集光方向と線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向の最適構成条件を提供し、明るい透過表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る液晶装置の第１実施形態の構造を示す概略縦断面図。
【図２】本発明に係る液晶装置の第３実施形態の構造を示す概略縦断面図。
【図３】本発明に係る液晶装置の第４実施形態の構造を示す概略縦断面図。
【図４】ＩＰＳモードを説明するための図。
【図５】１ドットの構成を示す図。
【図６】プリズム構造を有する集光プリズムシートの概略図。
【図７】集光プリズムシートの集光方向ＢＢと線状電極（共通電極、画素電極）の長手方向ＳＳのなす角度φを示す図。
【図８】本発明に係る液晶装置を搭載した電子機器の概略図。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…遮光膜、１０２，４０３…カラーフィルタ、１０３，１１０，４０１，４０９…偏光板、１０４，１０９，４０２，４０８…ガラス基板、１０５，１０７，４０４，４０６…配向膜、１０６…液晶層、１０８，４０７…絶縁層、１１１，４１１，５０２…共通電極、１１２，４１０，５０１…画素電極、１１３，４１５…電界、１１４，２０３，３０３，３０４…集光プリズムシート、１１５，２０２，２０４，３０５…光散乱シート、１１６，２０５，３０６…導光板、１１７，２０６，３０７…蛍光管、２０１，３０１…液晶セル、３０２…反射偏光子、４０５…液晶分子、４１２，５０４…画像信号線（ソース線）、４１３…下側偏光板の吸収軸、４１４…上側偏光板の吸収軸、５０３…走査信号線（ゲート線）、５０５…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、８０１…モニター、８０２…本発明の液晶装置、ＳＳ…共通電極または画素電極の長手方向、ＡＡ…集光プリズムシートの集光方向と垂直な方向、ＢＢ…集光プリズムシートの集光方向、φ…集光プリズムシートの集光方向と共通電極または画素電極の長手方向がなす角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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