(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイの各画素の視野角を広げるため、魚眼レンズ類似機能を有する光学デバイスを画素ごとに設置することによって実現する。【解決手段】アクリル樹脂基板３０１にプレスをかけて、半球状くぼみを形成して凹レンズ３０２とし、液晶ディスプレイ２０１の両面に装着する。バックライトから種々の角度を持って入射する光線４０１は、３０１と３０２部を通過するにともなって屈折し、平行光線となって２０１内部を通過する。そして再度、３０２と３０１部で屈折して出射光線４０２となる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイ等の平面ディスプレイにおいて、各画素の視野角を拡げるために魚眼レンズ、またはそれと類似機能を有するレンズ等の光学デバイスを画素ごとに設置することを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学デバイスが、ディスプレイ基板にプレス等の手法を加えることにより形成されたものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学デバイスをプレス等で形成するための基板が有機基板であることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項４】
請求項１に記載の光学デバイスが、画素基板とは屈折率の異なる材料を用いて、貼り付け、または蒸着、または印刷、またはそれらを合わせた方法等の手段により、画素基板に付着させて形成したものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項５】
請求項１に記載の光学デバイスが、基板へのイオン注入、または熱線照射、またはレーザー照射等の外部からエネルギーを与える手段により、基板の一部を変性させることにより形成されたものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項６】
請求項１から５に記載した手段の効果を高めるために、液晶モジュールへ入射するバックライトから各画素への光線入射角度が、画素基板に対し垂直近傍のある限定された範囲となるよう、各画素の光線入射側に側壁等の構造物を設ける、または光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスを配置する、またはそれらを合わせたものを配置する、等の手段を講じることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項７】
請求項６に述べた、各画素の光線入射側に設けられた側壁等の構造物が、基板のプレスや印刷等の安価な方法で形成されたものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項８】
請求項６に述べた、光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスが、魚眼レンズ、またはそれと類似機能を有するレンズ等であることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項９】
請求項６に述べた、光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスが、画素基板にプレス等の手法により形成されたものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１０】
請求項９に述べた、光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスを、プレス等で形成するための基板が有機基板であることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１１】
請求項６に述べた、光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスが、画素基板とは屈折率の異なる材料を用いて、貼り付け、または蒸着、または印刷、またはそれらを合わせた方法等の手段により、画素基板に付着させて形成したものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１２】
請求項６に述べた、光線入射角度が画素基板に垂直近傍となるような機能を有する光学デバイスが、基板へのイオン注入、または熱線照射、またはレーザー照射等の外部からエネルギーを与える手段により、画素基板の一部を変性させることにより形成されたものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１３】
液晶モジュールへのバックライト光線の入射角に拡がりがあったとしても、請求項６から１２に記載されたレンズ等の光学デバイスを用いる手法等により、偏光板や液晶層を通過する時点では光線は基板に垂直になるように揃えられ、また、液晶層から光線が出射して偏光板を通過後には請求項１から５に記載された光学デバイスを用いる手法等により、広い角度に光線が広がるように液晶ディスプレイを構成することを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１４】
請求項１３、及び請求項１から１２に記載されたディスプレイが、各画素のオン・オフ・濃淡を制御する機能を有する能動デバイスを持つ能動（アクティブ）マトリクス・デバイスであって、その各画素のオン・オフ・濃淡を制御する機能を有する能動デバイスが、複数画素を制御する機能を有する集積回路であり、その集積回路を基板に貼り付け固定することにより製造されるものであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１５】
請求項１４に記載された能動マトリクス・ディスプレイの製造過程において、請求項１から１３に記載された光学デバイス等の製造が含まれていることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１６】
請求項１から１２、及び請求項１４、１５に記載されたディスプレイが液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイ、または光源として有機ＥＬを用いたディスプレイ等の平面ディスプレイであること、または、請求項１から５までの機能を光線出射面に付加したプラズマ・ディスプレイであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【請求項１７】
請求項１から５に記載された平面ディスプレイが、背面投射型のディスプレイであることを特徴とするディスプレイの視野角拡大法とそれを用いた広視野角ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマ・ディスプレイの平面ディスプレイ、及び背面投射型ディスプレイ等のディスプレイを適正な画質で観賞できる角度、すなわち視野角を拡げ、特に大画面ディスプレイにおける画像観賞を容易ならしめるものである。およそ全てのディスプレイの視野角拡大に本発明は効果があるが、特に、現行技術によっては視野角拡大に限度のある液晶ディスプレイの視野角拡大に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
平面ディスプレイの視野角拡大は、特に液晶ディスプレイにとっては深刻な問題である。また、奥行きは少しあるものの、画面自体は平面であることが多い背面投射型の大型ディスプレイにおいても、視野角の拡大は強く求められていた開発テーマであった。液晶ディスプレイの視野角の拡大方法としては、マルチドメインＴＮ（ＭＴＮ）法、負リタデーション膜付きＴＮ法、イン・プレイン（ＩＰ）法、マルチドメイン・バーティカル・アライメント（ＭＶＡ）法などの種々の液晶配向の仕方を工夫する手法が開発されていたが、高速応答性と高い開口率を同時に満たすことは困難で、手法によっては、液晶ディスプレイの製造工程そのものを複雑にする難点もあった。
【０００３】
また、液晶の動作速度を向上させるための、オプティカル・コンペンセート・ベント（ＯＣＢ）法も考案されている。このＯＣＢ法を用いると、赤、青、緑の三原色をバックライトで順次発光させることで、全面赤画面、全面青画面、全面緑画面を時系列的に順次表示し、カラーフィルターを用いずにカラー画像を表示する、いわゆるフィールド・シーケンシャル法によるカラー画像表示が液晶ディスプレイでも可能になり、色純度の向上やディスプレイ製造コストの低下が期待されるので、この方法に対して視野角を拡大できれば、その効用は絶大である。しかし、この方法は、液晶配向の僅かな角度差で画面のオン・オフ・濃淡の制御を行うため、視野角の大幅な拡大が期待しにくいという問題もあった。すなわち、液晶の配向すなわち液晶セル自体の工夫により視野角を拡大する従来から検討されてきた技術には、それぞれ特別な工夫をその都度要求され、普遍的な視野角拡大法になるには至らなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の、ディスプレイ特に液晶ディスプレイの抱える問題を解決するためになされたものである。すなわち、液晶の配向法や液晶セルの構造の工夫により視野角を拡げようとする試みの多くが同時に招いてしまう液晶セルの応答速度の低下、開口率低下の犠牲を払うことなく、任意の液晶ディスプレイに対して普遍的に視野角の拡大を図ることが解決すべき本発明の課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶セル自体には特別な工夫を行わない場合であっても、画面の光線出射面側、および液晶ディスプレイなどのディスプレイにあっては同時に画面の光線入射面側への光学的工夫により、視野角を広げるという新規手段を提供するものである。例えば、凹レンズに四方から集まってくる光線は、凹レンズを通過後、平行光線となる。この性質を利用して、バックライトからの光を、一旦レンズなどの光学デバイスによって、液晶セル面に垂直な成分に揃えた平行光線とし、偏光板や液晶層を通過させ、再度偏光板を通過させる。次に、凹レンズに垂直な方向から入射する平行光線は、凹レンズを通過後、レンズ焦点から拡がる方向に進んでいく。この性質を利用して、再度偏光板を通過した平行光線をレンズ等の光学デバイスで再び発散させる。このようにすれば、液晶の動作モードを最も高速とし、さらに開口率を広く取れる方法を選択した場合においても、広い視野角が実現できるのである。本発明は、かかる手段を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を引用しながら説明する。
【０００７】
【実施例１】
図１に示すような、各画素のオン・オフ・濃淡を制御する機能を有する能動デバイスが、複数画素を制御する機能を有する集積回路である、液晶ディスプレイを作成した。まず、ガラス基板１０１に２００μｍ×２００μｍの透明電極１０２を３００μｍピッチで形成した。図２に示すように、上方から見て、１０２の４個の中心部位置に、１２個の画素を制御する機能を有する集積回路１０３を貼り付けてから固定した。配向膜１０４をその上部に形成した。次に、ガラス基板１０５に、２００μｍ×２００μｍのカラーフィルター１０６、２００μｍ×２００μｍの透明電極１０７を１０２と同ピッチで形成し、１０６と１０７の隙間にブラックストライプ１０８を形成し、配向膜１０９をその上部に形成した。１０４と１０９とをギャップを形成させながら接着固定し、ギャップに液晶を注入して液晶層１１０を形成した。１０１と１０５の外側面には、それぞれ偏光板１１１と１１２を形成した。
【０００８】
図３において、２０１は１０１から１１２で形成された液晶ディスプレイである。バックライトからの透過光線２０２は、入射から出射まで２０１内を平行に進む。液晶ディスプレイ画面の１画素中央部の直径１０μｍ範囲内において、画面に垂直方向（視野角０°）の輝度、画面に垂直から８０°方向（視野角８０°）の輝度および色度を測定した。図３と図４に、視野角０°方向２０３、視野角８０°方向２０４を示した。２０４は４方向測定してその平均をとった。輝度はＧ色画素をＯＮさせて測定した。色度は、それぞれ隣り合うＲ色、またはＧ色、またはＢ色画素を個別にＯＮさせて測定した。図９に輝度測定結果表を示した。視野角０°では２００ｃｄ／ｍ２、視野角８０°では１００ｃｄ／ｍ２が得られた。図５に色度測定結果を示した。色度座標（ｘ，  ｙ）において、Ｒ色は（０．５５，  ０．３０）、Ｇ色は（０．２０，  ０．５０）、Ｂ色は（０．１７，  ０．２０）が得られた。
【０００９】
【実施例２】
図６に示すような光学デバイス作成した。アクリル樹脂基板３０１にプレスをかけて、直径２００μｍの半球状くぼみを形成し凹レンズ３０２とする。下方から平行に入射する光線３０３は、３０２および３０１で屈折し、３０２の焦点３０４から放射線状に延ばした方向３０５に出射していく。このような３０１を、図７に示すように、実施例１で作成した液晶ディスプレイ２０１の両面に装着する。バックライトから種々の角度を持って入射する光線４０１は、３０１と３０２部を通過するにともなって屈折し、平行光線となって２０１内部を通過する。そして再度、３０２と３０１部で屈折して出射光線４０２となる。
【００１０】
この出射光線について、実施例１と同様にして、液晶ディスプレイ画面の１画素中央部の直径１０μｍ範囲内における、視野角０°の輝度、および、視野角８０°の輝度および色度を測定した。図１０に輝度測定結果表を示した。視野角０°では３００ｃｄ／ｍ２、視野角８０°では２５０ｃｄ／ｍ２が得られ、実施例１の各々の結果である、２００ｃｄ／ｍ２、１００ｃｄ／ｍ２よりも向上していた。図８に色度測定結果を示した。色度座標（ｘ，  ｙ）において、Ｒ色は（０．６０，  ０．３０）、Ｇ色は（０．１５，  ０．６０）、Ｂ色は（０．１５  ，０．１５）が得られ、実施例１の各々の結果よりも向上していた。このように、本実施例の光学デバイスを使用することによって、広範囲の視野角で輝度と色度が向上していた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明のディスプレイの視野角拡大法によれば、従来の液晶ディスプレイにおいて大きな技術的課題である視野角の拡大に関する、簡便で安価な向上方法を提供することができる。従来の液晶ディスプレイでは、バックライトからの平行光線を主に入射光線として利用し、また出射光線も平行方向が主となっている。これに対して、本発明では、入射光線側に光学デバイスを供することで、画素単位において斜め方向からの入射光線を積極的に活用して入射光線量を増大させる。さらに、出射光線側にも光学デバイスを供することで、斜め方向への出射光線も積極的に活用して、出射光線量を増大させる。このようにすることで、視野角９０°近傍に至るまでの広視野角において液晶ディスプレイの出射光線量を増大させ、表示品質を著しく向上させることができる。このように簡便、安価で確実な本手法は産業や市場に与える効果は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶ディスプレイの断面構造を示す概略図。
【図２】透明電極１０２と、画素を制御する集積回路１０３を、上方から見た概略図。
【図３】液晶ディスプレイを透過する光線の輝度と色度を測定する方向を、断面方向から示した概略図。
【図４】液晶ディスプレイを透過する光線の輝度と色度を測定する方向を、平面方向から示した概略図。
【図５】液晶ディスプレイの色度測定結果。
【図６】半球状くぼみを有するアクリル樹脂と、それに入射、屈折、および出射していく光線を示す概略図。
【図７】半球状くぼみを有するアクリル樹脂を装着した液晶ディスプレイと、それに入射、屈折、および出射していく光線と、輝度と色度を測定する方向とを、断面方向から示した概略図
【図８】液晶ディスプレイの色度測定結果。
【図９】液晶ディスプレイの輝度測定結果表。
【図１０】半球状くぼみを有するアクリル樹脂を装着した液晶ディスプレイの輝度測定結果表。
【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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【図９】
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【図１０】
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2004361861.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月23日(2003.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶ディスプレイの断面構造を示す概略図。
【図２】透明電極１０２と、画素を制御する集積回路１０３を、上方から見た概略図。
【図３】液晶ディスプレイを透過する光線の輝度と色度を測定する方向を、断面方向から示した概略図。
【図４】液晶ディスプレイを透過する光線の輝度と色度を測定する方向を、平面方向から示した概略図。
【図５】液晶ディスプレイの色度測定結果。
【図６】半球状くぼみを有するアクリル樹脂と、それに入射、屈折、および出射していく光線を示す概略図。
【図７】半球状くぼみを有するアクリル樹脂を装着した液晶ディスプレイと、それに入射、屈折、および出射していく光線と、輝度と色度を測定する方向とを、断面方向から示した概略図
【図８】液晶ディスプレイの色度測定結果。
【図９】液晶ディスプレイの輝度測定結果表。
【図１０】半球状くぼみを有するアクリル樹脂を装着した液晶ディスプレイの輝度測定結果表。
【符号の説明】
１０１  ガラス基板
１０２  透明電極
１０３  画素制御集積回路
１０４  配向膜
１０５  ガラス基板
１０６  カラーフィルター
１０７  透明電極
１０８  ブラックストライプ
１０９  配向膜
１１０  液晶層
１１１  偏光板
１１２  偏光板
２０１  １０１から１１２で形成された液晶ディスプレイ
２０２  バックライトからの透過光線
２０３  視野角０°方向
２０４  視野角８０°方向
３０１  アクリル樹脂基板
３０２  凹レンズ
３０３  平行入射光線
３０４  凹レンズの焦点
３０５  出射光線
４０１  バックライトからの入射光線
４０２  出射光線


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004361861.tif 000014