(57)【要約】【課題】体積型ホログラムからなる視野角制御フィルムを用いることによって、安価で、厚みの増大を招くことなく、かつ視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能な液晶表示装置を提供すること。【解決手段】本発明は、体積型ホログラムからなる視野角制御フィルム１０を用いて視野角を拡大するようにした液晶表示装置であって、バックライト２４を背面側に備えた液晶パネル２２の表面側に視野角制御フィルム１０を配置し、バックライト２４から液晶パネル２２を照明するために射出され液晶パネル２２の背面側から表面側へ透過した光を視野角制御フィルム１０に入射させ、視野角制御フィルム１０によってこの光の一部を偏向させた後に観察者側へ出射させることによって、視野角を拡大するようにしている。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積型ホログラムを用いて視野角を拡大するようにした液晶表示装置であって、
バックライトを背面側に備えた液晶パネルの表面側に前記体積型ホログラムを配置し、前記バックライトから前記液晶パネルを照明するために射出され前記液晶パネルの背面側から表面側へ透過した光を前記体積型ホログラムに入射させ、前記体積型ホログラムによってこの光の一部を偏向させた後に観察者側へ出射させることによって、前記視野角を拡大するようにした液晶表示装置。
【請求項２】
液晶表示部の表面側に体積型ホログラムを配置し、この体積型ホログラムによって視野角を拡大するようにした液晶パネルであって、
前記液晶表示部の背面側から照明光を取り込み、この照明光のうち前記液晶表示部の表面側に透過した透過光を前記体積型ホログラムに入射させ、前記体積型ホログラムによって前記透過光の一部を偏向させてから観察者側に出射させることによって、視野角を拡大するようにした液晶パネル。
【請求項３】
液晶パネルの表面側に配置され、前記液晶パネルの背面側から取り込まれた光が液晶パネルの表面側へ透過した透過光が入射されると、体積型ホログラムによって前記透過光の一部を偏向させてから観察者側に出射させることによって、視野角を拡大するようにした視野角制御フィルム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体積型ホログラムを用いて液晶表示画面の視野角を拡大するための視野角制御フィルムおよび液晶パネル、更にはこの液晶パネルを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶テレビ２０の構成は、図１３の断面図に示すように、液晶パネル２２の背面側にバックライト２４が設けられ、更にバックライト２４に光を供給する光源２５が設けられている。
【０００３】
このような構成をなす液晶テレビ２０の輝度分布Ｆは、均等拡散板のコサイン分布から遠く、輝度は正面近辺に高くなっている。そして、このような輝度分布Ｆによって、図中矢印Ｖに示すように、観察者２６（＃１）が真正面方向から画面中心を観た場合には明るく表示されるものの、明るく表示される視野角は上＋５°、下−３０°、左−４０°右＋４０°程度であり、視野Ｒはさほど広い訳ではない。
【０００４】
そのため、観察者２６（＃２）および観察者２６（＃３）のように、視域Ｒ以外から図中矢印Ｖに示す方向に沿って画面を見た場合には、コントラスト比が落ちて見にくい場合があるだけではなく、黒表部で階調反転が起こり、視野角特性上の問題が生じる。
【０００５】
このような場合、図１４に示すように、液晶パネル２２の前後に光位相差板２８を配置することによって、視野角を上＋４０°、下−４０°、左−４５°右＋４５°程度までに広げ、視域Ｒを拡大することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光位相差板２８によって視域拡大が図られた液晶テレビ２１では、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、光位相差板２８は高価であるのに加え、液晶パネル２２の前後にそれぞれ備える必要があるので、コスト的なインパクトが大きいのみならず、液晶テレビ２０の厚みの増大を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
更に、光位相差板２８は、視野角を拡大できる能力が決まっているので、観察者２６の要望に応じて視野角の拡大幅を柔軟に調整するようなことはできず不便であるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、体積型ホログラムを用いることによって、安価で、液晶パネルの厚みの増大を招くことなく、かつ液晶パネルの視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能な視野角制御フィルムを提供することにある。
【００１０】
また、その第２の目的は、このような体積型ホログラムからなる視野角制御フィルムを用いることによって、安価で、厚みの増大を招くことなく、かつ視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能な液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明は、体積型ホログラムを用いて視野角を拡大するようにした液晶表示装置であって、バックライトを背面側に備えた液晶パネルの表面側に体積型ホログラムを配置し、バックライトから液晶パネルを照明するために射出され液晶パネルの背面側から表面側へ透過した光を体積型ホログラムに入射させ、体積型ホログラムによってこの光の一部を偏向させた後に観察者側へ出射させることによって、視野角を拡大するようにしている。
【００１３】
従って、請求項１の発明の液晶表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、一枚の体積型ホログラムによって光を偏向させた後に観察者側へ出射させることによって、視野角を拡大することができる。このホログラムは薄膜状であるために厚みの増大を招くことはない。また、光位相差板２８よりも廉価であるので、光位相差板２８を用いた場合よりもコストダウンを図ることができる。更に、一旦備えた体積型ホログラムを、光の偏向作用の異なる体積型ホログラムに交換することにより、視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、液晶表示部の表面側に体積型ホログラムを配置し、この体積型ホログラムによって視野角を拡大するようにした液晶パネルであって、液晶表示部の背面側から照明光を取り込み、この照明光のうち液晶表示部の表面側に透過した透過光を体積型ホログラムに入射させ、体積型ホログラムによって透過光の一部を偏向させてから観察者側に出射させることによって、視野角を拡大するようにしている。
【００１５】
従って、請求項２の発明の液晶パネルにおいては、以上のような手段を講じることにより、一枚の体積型ホログラムによって光を偏向させた後に観察者側へ出射させることによって、視野角を拡大することができる。体積型ホログラムは薄膜状であるために厚みの増大を招くことはない。また、光位相差板２８よりも廉価であるので、光位相差板２８を用いた場合よりもコストダウンを図ることができる。更に、一旦備えた体積型ホログラムを、光の偏向作用の異なる体積型ホログラムに交換することにより、視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能となる。
【００１６】
請求項３の発明の視野角制御フィルムは、液晶パネルの表面側に配置され、液晶パネルの背面側から取り込まれた光が液晶パネルの表面側へ透過した透過光が入射されると、体積型ホログラムによって透過光の一部を偏向させてから観察者側に出射させることによって、視野角を拡大するようにしている。
【００１７】
従って、請求項３の発明の視野角制御フィルムにおいては、以上のような手段を講じることにより、観察者側である液晶パネルの表面側に配置された一枚の体積型ホログラムによって、光を偏向させた後に観察者側に出射させることによって、液晶パネルの視野角を拡大することができる。体積型ホログラムは薄膜状であるために液晶パネルの厚みの増大を招くことはない。また、光位相差板２８よりも廉価であるので、光位相差板２８を用いた場合よりもコストダウンを図ることができる。更に、一旦備えた体積型ホログラムを、光の偏向作用の異なる体積型ホログラムに交換することにより、液晶パネルの視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図１３および図１４と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図８を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムの構成例を示す断面図である。
【００２２】
すなわち、本実施の形態に係る視野角制御フィルム１０は、図１に示すように、屈折率の異なる複数の層１２を重ねてなる体積型ホログラムからなる。層１２同士の屈折率の差Δｎと、層１２のピッチｔと、層１２の勾配角度βと、層１２の厚みＴとを調節することによって、図２に示すように、例え、物体光Ａと参照光Ｂの露光でできているホログラムであれば、法線方向から照明光Ｂを受けると、ほとんどの光を直進光Ｃとして射出させる一方、一部の光を物体光Ａの延長方向に偏向させる回折光Ｄとして射出させるようにしている。
【００２３】
複数の層１２で出来ているホログラムは作製方法によって異なる。ホログラムの露光時に平行光を使うと、シンプルな構成になり、拡散光を使うと、ホログラムになる記録パターンはとても複雑な構成になる。
【００２４】
このような視野角制御フィルム１０を液晶パネルに適用し、輝度を低下させずに視域Ｒを増大させるためには、照明光Ｂのうち９０％程度の光を直進光Ｃとし、１０％程度の光を回折光Ｄとして射出させるのが望ましい。回折光Ｄの割合をこれ以上にしてしまうと、直進光Ｃの量が減少するために、輝度の低下を招いてしまうからである。
【００２５】
このような特性を有する視野角制御フィルム１０を構成するためには、層１２のピッチｔを数百ｎｍ〜数μｍ程度とする一方、ホログラムの厚みを１０μｍ程度とするなら、隣接する層１２の屈折率の差Δｎを０．０１程度とする。このように、ピッチｔおよび屈折率の差Δｎを適宜調整することによって、回折光Ｄの射出角度およびその光量の割合である回折効率を任意に設定することができる。
【００２６】
一例として、図３に示すように、デュポン製の体積型ホログラムであるＨＲＦ６００Ｘ１３１−６，ＨＲＦ６００Ｘ１３１−１０を用い、波長５１４ｎｍのアルゴンレーザを物体光Ａとして用い、このアルゴンレーザによって＋４５°の角度から照射することによって露光した視野角制御フィルム１０について説明する。
【００２７】
このような視野角制御フィルム１０に対して照明光Ｂを照射した場合には、視野角制御フィルム１０からは、図３に示すように、＋４５°の角度で回折光Ｄを得ることができる。この回折光Ｄが得られる割合である回折効率、およびこの回折光Ｄの波長は、照明光Ｂの視野角制御フィルム１０に対する入射角度に依存する。
【００２８】
まず、照明光Ｂが視野角制御フィルム１０の法線方向、すなわち±０°の入射角度の場合には、図４に示すように、波長４００ｎｍの回折光Ｄが５％、波長５００ｎｍの回折光Ｄが１４％、波長６００ｎｍの回折光Ｄが８％得られる。
【００２９】
また、図５に示すように、照明光Ｂが視野角制御フィルム１０に対して−５°の入射角度の場合には、図４に示すように、波長４００ｎｍの回折光Ｄが０％、波長５００ｎｍの回折光Ｄが２％、波長６００ｎｍの回折光Ｄが９％得られる。
【００３０】
図６に示すように、照明光Ｂが視野角制御フィルム１０に対して＋５°の入射角度の場合には、図４に示すように、波長４００ｎｍの回折光Ｄが２３％、波長５００ｎｍの回折光Ｄが１０％、波長６００ｎｍの回折光Ｄが０％得られる。
【００３１】
このようにして照明光Ｂのうち１０％程度を、視野角制御フィルム１０から４５°の角度で射出されるように偏向することができる。これによって、図７（ａ）に示すような輝度分布Ｆから、図７（ｂ）に示すように若干下方側に分布がシフトした輝度分布Ｆ’に変わる。これによって、図７中斜線で示すように、図７（ａ）の場合に比べて、図７（ｂ）の場合は、視域Ｒに比べて視域Ｒ’は下方側に拡大する。これによって、視野角もまたαからα’に拡大する。
【００３２】
したがって、このような特性を持つ視野角制御フィルム１０を、所定の入射角度から物体光Ａで照射することにより露光した後、図８に示すように液晶パネル２２の前面に配置してなる液晶表示装置では、以下に示すような作用が得られる。
【００３３】
すなわち、光源２５から発せられた光は、バックライト２４によって照明光Ｂに変換され、液晶パネル２２の背面側から液晶パネル２２に対してほぼ法線方向から照明光Ｂとして入射する。液晶パネル２２はこの照明光Ｂによって照明される一方、液晶パネル２２を透過した照明光Ｂは、視野角制御フィルム１０へ入射する。
【００３４】
視野角制御フィルム１０は、法線方向から照明光Ｂが入射すると、そのほとんど、好適には９０％程度が直進光Ｃとして射出させ、残り、好適には１０％程度を回折し、回折光Ｄとして射出されるように予め設計されている。
【００３５】
したがって、このような視野角制御フィルム１０へ照明光Ｂが入射すると、照明光Ｂのうち９０％程度が直進して直進光Ｃとして、１０％程度が偏向され回折光Ｄとしてそれぞれ射出される。これによって、図７（ｂ）に示すように輝度分布Ｆ’が若干下方側にシフトし、もって、図７（ｂ）中の斜線で示すように、図７（ａ）の場合に比べて下方側に拡大された視域Ｒ’となる。これによって、視野角もまたαからα’に拡大される。
【００３６】
上述したように、液晶表示装置に、本実施の形態に係る視野角制御フィルム１０を適用することによって、視野角αの拡大を図ることが可能となる。この場合、視野角制御フィルム１０は、層１２のピッチｔ、および隣接する層１２の屈折率の差Δｎを調整することによって、照明光Ｂのうち９０％程度の光を直進光Ｃとして、１０％程度の光を回折光Ｄとして射出させるのが望ましい。これによって、観察者２６が正面から画面を見た場合における輝度をさほど落とすことなく、視野角αを拡大することができる。
【００３７】
また、物体光Ａの入射角度を調整することによって回折光Ｄの射出角度を調整し、視野角αの拡大幅を調整することもできる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図９から図１２を用いて説明する。
【００３９】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る視野角制御フィルムの構成例を示す断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。本実施の形態に係る視野角制御フィルム３０は、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すような第１の実施の形態に係る視野角制御フィルム１０を２枚重ねて構成したものである。
【００４０】
すなわち、図９（ａ）における視野角制御フィルム１０ａは、第１の実施の形態に係る視野角制御フィルム１０と同様の構成をしており、フィルム表面に対して＋４５°の角度から物体光Ａ１を照射することによって露光させた後に、法線方向から照明光Ｂを照射すると、照明光Ｂの９０％程度の直進光Ｃと、照明光Ｂの１０％程度が回折して＋４５°の角度で射出される回折光Ｄ１とが得られるようにしている。
【００４１】
また、図９（ｂ）における視野角制御フィルム１０ｂもまた、第１の実施の形態に係る視野角制御フィルム１０と同様の構成をしており、フィルム表面に対して−４５°の角度から物体光Ａ２を照射することによって露光させた後に、法線方向から照明光Ｂを照射すると、照明光Ｂの９０％程度の直進光Ｃと、照明光Ｂの１０％程度が回折して−４５°の角度で射出される回折光Ｄ２とが得られるようにしている。
【００４２】
本実施の形態に係る視野角制御フィルム３０は、予め物体光Ａによって露光された同じ厚みの視野角制御フィルム１０ａと視野角制御フィルム１０ｂとを、図９（ｃ）に示すように重ね合わせてなるものである。このような視野角制御フィルム３０に、フィルム表面に対する法線方向から照明光Ｂを照射すると、照射光Ｂの９０％程度の直進光Ｃと、照明光Ｂの５％程度が回折して＋４５°の角度で射出される回折光Ｄ１と、照明光Ｂの５％程度が回折して−４５°の角度で射出される回折光Ｄ２とそれぞれ得られるようにしている。
【００４３】
図１０（ａ）に示すように、視野角制御フィルム１０ａの厚みを視野角制御フィルム１０ｂよりも厚くすることによって、＋４５°の出射角度で出射される回折光Ｄ１の強度を、−４５°の出射角度で出射される回折光Ｄ２の強度よりも高めることができる。
【００４４】
逆に、図１０（ｂ）に示すように、視野角制御フィルム１０ｂの厚みを視野角制御フィルム１０ａよりも厚くすることによって、−４５°の出射角度で出射される回折光Ｄ２の強度を、＋４５°の出射角度で出射される回折光Ｄ１の強度よりも高めることができる。
【００４５】
上記の視野角制御フィルムの厚みによる回折強度の制御は、他の手段によっても行うことが可能である。例えば、仮に視野角制御フィルム１０ａの厚みが視野角制御フィルム１０ｂの厚みと同じであれば、回折強度に差をつけるために、フィルム内の屈折率の差を変えることによっても回折強度を変えることができる。
【００４６】
したがって、このような特性を持つ視野角制御フィルム３０を、図１１に示すように液晶パネル２２の前面に配置してなる液晶表示装置では、以下に示すような作用が得られる。
【００４７】
すなわち、光源２５から発せられた光は、バックライト２４によって照明光Ｂに変換され、液晶パネル２２の背面側から液晶パネル２２に対してほぼ法線方向から照明光Ｂとして入射する。液晶パネル２２はこの照明光Ｂによって照明される一方、液晶パネル２２を透過した照明光Ｂは、視野角制御フィルム３０へ入射する。
【００４８】
視野角制御フィルム３０は、法線方向から照明光Ｂが入射すると、そのほとんど、たとえば９０％程度が直進光Ｃとして射出され、残りの光が上方側および下方側へとそれぞれ偏向され回折光Ｄ１，Ｄ２として射出される。これによって、図１２（ａ）に示すように視野角制御フィルム３０を備えていない液晶表示装置の輝度分布Ｆに比べて、図１２（ｂ）に示すように輝度分布Ｆ’’が平坦化される。その結果、図１２（ａ）中に示す視域Ｒは図１２（ｂ）中に示す視域Ｒ’’よりも上下方向に拡大される。これによって視野角もまたαからα’’へと拡大される。
【００４９】
視野角の拡大幅を、上方側あるいは下方側かのいずれかを選択的に大きくする場合には、視野角制御フィルム３０を、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示すような構成とする。すなわち、上方側よりも下方側への視野角の拡大幅を大きくしたい場合には、図１０（ａ）に示すように、視野角制御フィルム１０ａの厚みを視野角制御フィルム１０ｂよりも厚くすればよい。逆に、下方側よりも上方側への視野角の拡大幅を大きくしたい場合には、図１０（ｂ）に示すように、視野角制御フィルム１０ｂの厚みを視野角制御フィルム１０ａよりも厚くすればよい。
【００５０】
視野角制御フィルムの厚みだけではなく、以下に示すように、屈折率の制御によっても同じ効果を得ることができる。すなわち、上方側よりも下方側への視野角の拡大幅を大きくしたい場合には、視野角制御フィルム１０ａの屈折率の差を視野角制御フィルム１０ｂの屈折率の差よりも大きくすればよい。逆に、下方側よりも上方側への視野角の拡大幅を大きくしたい場合には、視野角制御フィルム１０ｂの屈折率の差を視野角制御フィルム１０ａの屈折率の差よりも大きくすればよい。
【００５１】
以上述べたように、液晶表示装置に、本実施の形態に係る視野角制御フィルム３０を適用することによって、上方側および下方側ともにバランス良く視野角αの拡大を図ることが可能となる。また、視野角制御フィルム３０を構成している視野角制御フィルム１０ａおよび視野角制御フィルム１０ｂの厚み、または屈折率の差を調整することによって、上方側および下方側への視野角αの拡大幅を調整することができる。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、体積型ホログラムを用いることによって、安価で、液晶パネルの厚みの増大を招くことなく、かつ液晶パネルの視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能な視野角制御フィルムを実現することができる。
【００５４】
また、このような体積型ホログラムからなる視野角制御フィルムを用いることによって、安価で、厚みの増大を招くことなく、かつ視野角の拡大幅を柔軟に調節することが可能な液晶パネルおよびそれを用いた液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムの構成例を示す断面図
【図２】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる照明光の回折作用を説明するための図
【図３】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる照明光の回折作用を説明するための図
【図４】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる照明光の回折効率の一例を示す図
【図５】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる照明光の回折作用を説明するための図
【図６】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる照明光の回折作用を説明するための図
【図７】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムによる輝度分布の変化および視域の拡大作用を説明するための図
【図８】第１の実施の形態に係る視野角制御フィルムを液晶パネルの前面に配置してなる液晶表示装置の一例を示す断面図
【図９】第２の実施の形態に係る視野角制御フィルムの構成例を示す断面図
【図１０】第２の実施の形態に係る視野角制御フィルムによって回折光の強度分布を調整する方法を説明するための図
【図１１】第２の実施の形態に係る視野角制御フィルムを液晶パネルの前面に配置してなる液晶表示装置の一例を示す断面図
【図１２】第２の実施の形態に係る視野角制御フィルムを液晶パネルの前面に配置してなる液晶表示装置による輝度分布の変化および視野角の拡大作用を説明するための図
【図１３】従来技術による液晶テレビの構成を示す断面図
【図１４】光位相差板が用いられた液晶テレビの構成を示す断面図
【符号の説明】
Ａ…物体光、Ｂ…照明光、Ｃ…直進光、Ｄ…回折光、Ｒ…視域、α…視野角、１０，３０…視野角制御フィルム、１２…層、２０，２１…液晶テレビ、２２…液晶パネル、２４…バックライト、２５…光源、２６…観察者、２８…光位相差板
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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