(57)【要約】【課題】液晶表示装置に可撓性を持たせた場合に、その湾曲面によって観察方向に輝度むらが発生し視認性が劣化していたが、これを液晶パネルと面光源との間に集光板を配置することで、視認性に優れた可撓性を有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶パネル２３の一側に面光源３０を配置するとともに、この面光源３０と液晶パネル２３間に集光板２６を介在させ、この集光板２６に形成された波状の周期関数曲線を呈する面光源３０の輝度の視角依存性の逆数を視角で微分した関数からなる角度で分布させた凹凸面２７によって、面光源３０から出射された出射光の輝度視角特性を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極を備えたアレイ基板と、
このアレイ基板と対向する対向面に他方の電極を備えた対向基板と、
この対向基板と前記アレイ基板間のギャップを規定する複数のスペーサと、
前記対向するアレイ基板と対向基板間に挟持された液晶部材とから構成された可撓性の液晶パネルと、
この液晶パネルの一側面に配設された面光源と、
この面光源と前記液晶パネル間に介在された集光板とを具備し、
前記集光板にて前記面光源から出射された光の光強度視角特性を制御するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光板は、前記液晶パネルを透過する光が、この液晶パネルの法線方向に対して０〜９０°未満の視野角範囲内にて光強度が略一定になるように光強度視角特性を制御することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記集光板は、その一表面に波状の周期関数曲線を呈する凹凸面を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記集光板の表面を凹凸面に形成するとともに、この凹凸面を前記集光板平面に対し前記面光源の光強度の視角依存性の逆数を視角で微分した関数からなる角度で分布させたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記面光源及び集光板に夫々可撓性を持たせたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記面光源及び集光板に夫々可撓性を持たせ、この集光板を透明な板状の屈折率媒体で構成するとともに、可撓性方位と直交する方位に対し波状の周期関数曲線を呈する凹凸面を形成している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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの一側面側に面光源を配置した液晶表示装置に係り、この面光源と液晶パネル間に集光板を配設することで、面光源からの光の光強度（輝度）視角特性を制御するようにした液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶表示装置は、軽量で薄型に構成することが可能であり、更に低消費電力等の特性を有しているために、携帯電話端末や情報端末、及び時計やテレビジョン受像機等の表示用のモニターとして活用されている。
【０００３】
しかしながら、これらの液晶表示装置においては、両基板に０．５〜１ｍｍ程度の板厚を有するガラス材を使用しているために可撓性を全く有しておらず、専らテレビジョン受像機や端末ディスプレイ、あるいは携帯電話端末のモニター画面用等の固体化された表示装置として活用されているにすぎず、この固体化された液晶表示装置では、使用用途が特定されるために、液晶表示装置自体に可撓性を持たせる試みが進められるようになってきた。
【０００４】
この液晶表示装置で可撓性を具現化するには、両基板自体に可撓性を持たせることが必須の条件となる。そこで、ガラス基板としてその板厚を０．１ｍｍ以下の極薄板状とし、この基板を液晶表示装置のアレイ基板及び対向基板に応用することで軽量化され、しかも曲げても壊れることがないように強度を向上させた可撓性を有する液晶表示装置として構成することが可能となり、将来においては電子ブックや電子手帳、あるいは曲面形状を有する各種形態の広告媒体等の新しい分野に展開し得る可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液晶表示装置において、図４に示すように、液晶パネル５５を湾曲させた場合に、液晶パネル５５の法線と液晶パネル５５面とのなす角θｐは、液晶パネル５５面の湾曲の程度によって夫々異なっており、法線（θｐ＝０°）を中心とした正規分布に従った光強度（以下、輝度と称する。）分布に設定すると、図４（ａ）に示すように外側に湾曲された場合、及び図４（ｂ）に示すように内側に湾曲された場合のいずれにおいても、液晶パネル５５の表示面の中心と端部側では大きな輝度差が発生し、液晶表示装置としての視認性が著しく低下することになる。
【０００６】
また、この視認性を改善するために、輝度視角特性を±π／２と必要以上に広い視野に対して輝度が一定となるように設定すると、カラー液晶表示装置全体としての輝度が大幅に低下することになって、同様に視認性を著しく低下させる結果となっていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に対処してなされたものであり、液晶パネルと面光源との間に集光板を配置することで、装置を湾曲させた場合においても、表示面全域での輝度が略一定となるように視認させることを可能にし、カラー液晶表示装置としての視認性を改善させた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方の電極を備えたアレイ基板と、このアレイ基板と対向する対向面に他方の電極を備えた対向基板と、この対向基板とアレイ基板間のギャップを規定する複数のスペーサと、対向するアレイ基板と対向基板間に挟持された液晶部材とから構成された可撓性の液晶パネルと、この液晶パネルの一側面に配設された面光源と、この面光源と液晶パネル間に介在された集光板から構成され、この集光板にて面光源から出射された光の光強度（以下、輝度と称する。）視角特性を制御するようにした。
【０００９】
このように構成することによって、面光源から出射された光の輝度視角特性を集光板によって制御することにより、表示面の輝度むらを改善して観察者に対して画面全面での輝度が略一定と視認させるようにした液晶表示装置とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
本発明に係るカラー液晶表示装置は、図１に示すように、当初の板厚が０．７ｍｍ程度の透明なガラス材から構成されたアレイ基板１１の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使して電極配線とＴＦＴ１２を配設する。このＴＦＴ１２及び電極配線は、例えば次のようにして構成される。
【００１２】
即ち、アレイ基板１１の主面上にプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）によりアモルファスシリコンを形成し、その後エキシマレーザアニールによりアモルファスシリコンを多結晶化してポリシリコンとする。このポリシリコンをパターニングしてＴＦＴ１２の半導体層を形成する。
【００１３】
次に、テトラエトキシシランを材料としてプラズマＣＶＤによりシリコン酸化膜を形成しゲート絶縁膜とする。
【００１４】
このゲート絶縁膜上にスパッタリング法を用いてモリブデン・タングステンを成膜し、パターニングすることによりゲート電極及び走査線を形成する。
【００１５】
そして、ゲート電極を覆うようにプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成し層間絶縁膜とする。
【００１６】
次にフォトリソグラフィ法を用いて、層間絶縁膜及びゲート絶縁膜の一部にコンタクトホールを形成する。
【００１７】
更に、スパッタリング法により層間絶縁膜上にアルミニウムを主成分とする金属膜を形成し、パターニングすることによりＴＦＴ１２のソース電極、ドレイン電極及び信号線を形成する。このときドレイン電極と信号線は一体であり、ドレイン電極はコンタクトホールを介して半導体層のドレイン領域に接続されている。またソース電極は他のコンタクトホールを介して半導体層のソース領域に接続されている。
【００１８】
このようにして形成されたＴＦＴ１２を含むアレイ基板１１上に、カラーフィルタ１４を形成する。カラーフィルタ１４は赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）に色分けされており、夫々の色がストライプ状に形成されている。
【００１９】
更に、このカラーフィルタ１４上に、スパッタリング法を用いてＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）を成膜し、パターニングすることにより透明な画素電極１３を形成する。この画素電極１３はカラーフィルタ１４に設けられたコンタクトホールを介してＴＦＴ１２のソース電極に接続されている。
【００２０】
更に、黒色の樹脂を成膜し、パターニングすることにより、額縁層１６及びスペーサ１５を形成する。スペーサ１５は、１つの画素もしくは複数個の画素に対して１個の割合で設けられ、ＴＦＴ１２上や各種配線上などの遮光部に配置されることが開口率の観点から好ましい。
【００２１】
そして、アレイ基板１１の全面にポリイミドからなる膜を塗布し、これを配向処理することで配向膜１７を形成する。
【００２２】
なお、アレイ基板１１にはＴＦＴ１２の製造と同時に、周辺部分に駆動回路が作り込まれている。
【００２３】
一方、このアレイ基板１１に対向して対向基板１８が配置される。この対向基板１８は、同じく当初の板厚が０．７ｍｍ程度の透明なガラス材から構成され、そのアレイ基板１１と対向する対向面上に、ＩＴＯ等からなる他方の電極を構成する透明な対向電極１９と、この対向電極１９上にポリイミド等からなる配向膜２０を順次積層配置している。
【００２４】
この対向基板１８とアレイ基板１１とは、スペーサ１５によって所定の間隙を保ちながら、例えば熱硬化型エポキシ系接着剤からなるシール材２１によって注入口を除いた周辺部を加熱接着して固定されており、またアレイ基板１１から対向基板１８に電圧を印加するための電極転移材をシール材２１の周辺の電極転移電極（図示せず）上に形成している。
【００２５】
このように、アレイ基板１１と対向基板１８及びシール材２１によってセル状に形成した段階で、アレイ基板１１と対向基板１８の外表面を機械研磨または化学研磨、あるいはこれら研磨の両方を組合せる等して、アレイ基板１１と対向基板１８の板厚を０．１ｍｍ程度まで研磨して可撓性を持たせるように形成する。この研磨された各基板１１，１８の外表面には、破損防止用の透明な樹脂板等からなる可撓性のある補強板（図示せず）を貼り付けることによって補強を行っている。なお、この補強板は偏光板で代用することもできる。
【００２６】
そして、このアレイ基板１１と対向基板１８との隙間部分には、例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材２２が注入され、その後にこの注入口を紫外線硬化樹脂によって封止して、液晶パネル２３を形成している。更に、この液晶パネル２３のアレイ基板１１と対向基板１８の外表面には、夫々偏光板２４，２５が接着固定され、またアレイ基板１１側の偏光板２４外側面側には集光板２６が配置されている。この集光板２６は、透明な板状の可撓性を有する合成樹脂等の屈折率媒体から構成され、液晶パネル２３との対向面に断面形状が波状の周期関数曲線からなる凹凸面２７を有している。
【００２７】
この集光板２６の断面形状は、図２に示すように、液晶パネル２３の法線方向（θｐ＝０°）から±π／３の視野範囲において輝度が一定となる必要な輝度視野が±π／３の特性を基にし、この特性を微分した角度の分布関数によって決定されている。
【００２８】
即ち、集光板２６表面の傾斜角度をａとした場合に、ａを波状の凹凸の周期の範囲で積分したａの関数がスネルの法則に従って必要な輝度視野の範囲の光を出射することになる。よって、ａを積分したａの関数にSinθｐと集光板２６の屈折率の逆数を乗じた関数を、必要な輝度視野の範囲で積分した値にθｐに対する面光源３０の輝度視角を乗じた値がθｐに対して一定となるように、ａの関数を設定することによって得ることができる。
【００２９】
このように設定された凹凸面２７を有する集光板２６の外側面には、更に冷陰極管等からなる光源２８と、この光源２８に連接した導光板２９から構成される面光源３０が配置されている。この面光源３０には、完全拡散光を出射するか、あるいは正規分布をなす輝度視角を有するように構成され、面光源３０の光源２８として冷陰極管を使用する場合には、この光源２８に連接されている導光板２９には、拡散と光伝送との両特性を満足させるものが望ましく、例えば屈折率が高く透明性の高い可撓性を有する合成樹脂材が好適している。この導光板２９で液晶パネル２３面を覆うように配設することで、カラー液晶表示装置を構成している。
【００３０】
このようにカラー液晶表示装置を構成すると、例えば駆動回路（図示せず）から液晶パネル２３のＴＦＴ１２や対向電極１９等に所定の駆動電圧を、そして面光源３０に点灯電力を供給することにより、カラー液晶表示装置を動作させることが可能となり、面光源３０から集光板２６を介して液晶パネル２３に入射した出射光が、液晶部材２２の光シャッター動作に応じて液晶パネル２３内を透過することで、観察者にカラー画像として認識される。
【００３１】
しかも集光板２６によって、図３に示すように、液晶パネル２３が同図（ａ）に示すような外側に湾曲された場合や、同じく同図（ｂ）に示すような内側に湾曲された場合においても、液晶パネル２３のパネル法線方向（θｐ＝０°）から±π／３の視野において輝度が一定となるように制御されているために、ある程度カラー液晶表示装置が湾曲されたとしても、液晶パネル２３の表示面全域にわたって輝度を略一定に保つことが可能となる。
【００３２】
この結果、可撓性を有するカラー液晶表示装置においても、観察者が画面を観察した場合にあっても表示画面の輝度が略均一な状態で、何等違和感を感じさせることなく観察することが可能となり、カラー液晶表示装置としての視認性を向上させることができるものである。
【００３３】
このようにカラー液晶表示装置自体に可撓性を持たせるとともに、表示画面の輝度を画面全面にわたって略均一な状態とすることによって、電子ブックや電子手帳、あるいは曲面形態を採用する広告媒体等、湾曲された状態で使用される可能性がある製品に適用するに好適なカラー液晶表示装置とすることができる。
【００３４】
なお、本発明は、これらの実施の形態で説明したものに限定されることなく種々の応用や変形が可能で、例えば、カラーフィルタ１４材料をパターニングする際に、カラーフィルタ１４を構成する着色層材を順次積層させて積層型のスペーサ１５を着色層の形成と同時に形成すれば、スペーサ１５の製造工程を簡略化し得る。またこのスペーサ１５は球状のスペーサ１５で構成することも可能である。
【００３５】
また、カラーフィルタ１４を対向基板１８上に設けるように構成したり、あるいは額縁層１６を対向基板１８側に形成することも可能である。更に、スペーサ１５はアレイ基板１１側に一端を固定したものに限らず、対向基板１８側に固定することも可能で、更には両基板１１，１８から夫々突設するように配置することもできる。また、カラー液晶表示装置に限らず白黒用の液晶表示装置にも適用することが可能なことは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、液晶パネルの一側面側に集光板と面光源とを配置し、この集光板で面光源から出射された光の輝度視角特性を制御することにより、液晶表示装置を湾曲させて使用した場合においても、表示画面全域において輝度を略一定となるように制御することが可能となり、視認性に優れた液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置を示す断面図。
【図２】同じく液晶表示装置の輝度視角特性を説明するための説明図。
【図３】同じく液晶表示装置を湾曲させた場合の輝度視角特性を説明するための説明図。
【図４】液晶表示装置を湾曲させた場合の輝度視角特性を説明するための説明図。
【符号の説明】
１１：アレイ基板
１３：画素電極（一方の電極）
１５：スペーサ
１８：対向基板
１９：対向電極（他方の電極）
２２：液晶部材
２６：集光板
２７：凹凸面
３０：面光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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