(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有し互いに対向する電極基板の間隙に表示液晶組成物を封入してなる液晶表示素子と、この液晶表示素子と略同等の面積を有し一側より入射された光を面状に出射する出射面を有する平板状の導光板と、この導光板の所定の一側面に隣接し前記導光板を照射する棒状光源と、前記出射面に対して平行に配置され光散乱能率を前記液晶表示素子の走査に応じて部分的に切り替え可能な可変散乱パターンを有する可変散乱手段とを具備する事を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記導光板の出射面側に光散乱能率が固定の固定散乱パターンを備えた固定散乱手段を具備する事を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
液晶表示素子はマトリクス状に配列され、線順次駆動される複数の画素を有し、可変散乱パターンの光散乱能率が前記線順次駆動の周期に同期して部分的に切り替え可能である事を特徴とする請求項１または２に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、導光板を棒状光源にて照射して面状の照射光を得る光照射装置を用い液晶表示素子を照射して成る液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において、側面に螢光放電管等の棒状光源を有し、この光源からの光を導光板内を伝搬しながら面状の光に変換し出射する事により、液晶表示素子を背面から照射透過し画像表示を行う光照射装置にあっては、従来より図５に示す様な装置を用いていた。即ち、光透過率の高い樹脂等からなり背面に反射板２を有する導光板１の一側に、反射鏡３で囲われた棒状蛍光管４を近接配置し、棒状蛍光管４から導光板１に入射された光を導光板１と空気との界面で全反射を繰り返しながら棒状蛍光管４から遠ざかる方向に伝搬し、この間、導光板１に配置される複数の散乱ドット６により生じる乱反射により、その一部を導光板１の出射面から拡散フィルム７を透過して液晶表示素子５方向に照射していた。
【０００３】
ここで散乱ドット６は、酸化チタン（ＴｉＯ）等の顔料を含むインキを導光板１表面にシルク印刷により塗布したり、導光板１表面に伝搬される光の波長に比べ十分高い凹凸を形成する等してなっている。散乱ドット６は、全反射により導光板１中を伝搬する光に対して、その全反射を阻害することにより導光板１から出射させるものであり、導光板１からの出射光量は、導光板１を伝搬する光量と散乱ドット６の散乱能率により決まる。又導光板１を伝搬する光は、順次散乱ドット６での乱反射により外部に出射されながら伝搬されるので、棒状蛍光管４から遠ざかるに従いその光量が低減される。
【０００４】
このため従来は、棒状蛍光管４から遠ざかるに従い散乱ドット６の面積や数を増大し、光量が低減される分を補正して、導光板１からの出射光量の均一化を図っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置にあっては、散乱ドットは導光板に印刷されたり、導光板表面に作りつけられたりと導光板に固定されており、所定の位置における散乱能率も棒状蛍光管から遠く成るに従い増大された状態で固定され、導光板１からの出射光量はどの位置でもほぼ均一とされていた。一方、実際の表示画像は、その輝度が全面にわたり均一では無く、その場面に応じて、ある部分はで暗く又別のある部分では明るい等の輝度分布を有している。
【０００６】
しかしながら従来の光照射装置では導光板からの出射光量が均一に設定されている事から、画像の場面に応じた輝度は、液晶表示素子の透過率によってのみ制御されていた。このため最大輝度を高めようとすると、例えその高輝度を必要とされる部分が一部であったとしても、棒状蛍光管の輝度を高くする事により導光板全体からの出射輝度を明るくしなければ得られず、従来から、液晶表示装置の消費電力に占める光照射装置の消費電力の割合が約２／３にも達するにも拘わらず、更に消費電力の増大を招いてしまうと言う問題を生じていた。
【０００７】
しかも、従来の散乱能率が固定の散乱ドットは、導光板全面に渡り均一な輝度を得るためのドットの大きさや数等を経験的に作られる事が多く、実験により試行錯誤を繰り返しながら決定されるため、その開発に時間を要すると言う問題も有していた。
【０００８】
そこで本発明は上記課題を解決するもので、消費電力の増大を招く事無く、液晶表示素子の各部分において導光板から実際の画像の輝度に見合った輝度を得られ、又光散乱パターンの設計にかかる時間の短縮を図る事が出来る液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための手段として、電極を有し互いに対向する電極基板の間隙に表示液晶組成物を封入してなる液晶表示素子と、この液晶表示素子と略同等の面積を有し一側より入射された光を面状に出射する出射面を有する平板状の導光板と、この導光板の所定の一側面に隣接し前記導光板を照射する棒状光源と、前記出射面に対して平行に配置され光散乱能率を液晶表示素子の走査に応じて部分的に切り替え可能な可変散乱パターンを有する可変散乱手段とを設けるものである。
【００１１】
上記構成により本発明は、画像上必要とする部分の可変散乱パターンの光散乱能率を液晶表示素子の走査に応じて切り替える事により、画像全体の光量を増大する事無く、必要とする部分のみの輝度を高め或いは低減出来、消費電力の増大を生じる事無く必要な輝度を得る事により、経済的でありながら画像再現性を向上するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を、図１乃至図３に示す実施の形態を参照して説明する。
【００１３】
先ず本実施の形態に使用される光拡散液晶組成物について述べる。光拡散液晶組成物としてはＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、ＬＥＦＤ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、ＮＣＡＰ（Ｎｅｍａｔｃ  Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、ＰＳＣＴ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｔｅｘｔｕｒｅ）、ＬＣＰＧ（  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）、ＴＤ−ＴＤＢ（Ｔｗｏ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ）等がある。
【００１４】
例えば、  ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ：ポリマー分散液晶）は、プラスチック中に液晶を微少な泡状に分散させて封入したものであり、電界を印加しないときには白濁しているが、電界印加により透明となる特性を有している。封入された液晶分子は泡の中で動く事が出来、外部から電界を作用させない状態ではバラバラの方向を向いている。液晶分子は屈折率異方性を持っており、バラバラの状態では光の進行方向に対して周囲のプラスチックと屈折率が異なるため見かけ上白濁した拡散板であるかの様に見える。
【００１５】
プラスチックの厚さ方向に交流電界を印加し、液晶分子の方向を揃えてやると、光の進行方向に対して周囲のプラスチック材料と屈折率がほぼ等しい状態にすることが出来、あたかも同一材料で出来た透明板であるかのように取り扱うことが出来る。
【００１６】
一方例えばＬＥＦＤ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）は、電界を印加しないときは透明であり、電界印加時には白濁されると言う特性を有している。
【００１７】
次に上記ＰＤＬＣを用いて成る光拡散液晶素子にて導光板の光を散乱し、液晶表示素子を照射する本発明の実施の形態について述べる。液晶表示装置８の液晶表示素子１０は、信号線及び走査線の交点に設けられる薄膜トランジスタにて駆動される画素電極を有するアレイ基板１０ａ及び対向電極を有する対向基板１０ｂ間に表示液晶組成物１０ｃを封入してなっている。液晶表示素子１０の背面には、反射鏡１１により集光される棒状光源である蛍光管１２からの光を、導光板１３にて、液晶表示素子１０側に照射する光照射装置１４が設けられている。
【００１８】
導光板１３の出射面の反対面には導光板１３内を伝搬される光を出射面に散乱するための可変散乱手段である光拡散液晶素子１７が設けられている。この光拡散液晶素子１７は、プラスチックやガラス等からなる第１の透明基板１８ａ上にアルミニウム（Ａｌ）やＩｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（以下ＩＴＯと略称する。）等からなり蛍光管１２と平行に設けられる走査電極１８ｂがパターン形成される走査電極基板１８と、プラスチックやガラス等からなる第２の透明基板２０ａ上にＩＴＯからなる対向電極２０ｂが形成される対向電極基板２０の間に光拡散液晶組成物であるＰＤＬＣ２１を封入して成っている。これにより光拡散液晶素子１７は、走査電極１８ｂの形状に沿ってパターン形成される蛍光管１２と平行な可変散乱パターンを有する。
【００１９】
走査電極１８ｂの接続端子１８ｃは、液晶表示素子１０の駆動回路（図示せず）を制御する制御装置２４に接続される。走査電極１８ｂは制御装置２４により、液晶表示素子１０の走査信号と同期して走査され、各可変散乱パターン毎に光拡散液晶素子１７への電圧印加をオン／オフ制御するように成っている。これによりオン時には光拡散液晶素子１７は透明にされ散乱能率を低減され、オフ時には光拡散液晶素子１７は白濁され散乱能率を増大する様切り換えられる。又２２は、拡散シートである。
【００２０】
次に光照射装置１４の製造方法について述べる。第１の透明基板１８ａに走査電極１８ｂをパターン形成し、第２の透明基板２０ａに対向電極２０ｂを形成する。いずれかの基板１８、２０周囲に紫外線硬化樹脂を塗布し、走査電極基板１８及び対向電極基板２０を間隙を保持して対向して貼り合わせセルを形成する。セルの間隙にＰＤＬＣ２２を注入し、全面に紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させ光拡散液晶素子１７を製造する。光拡散液晶素子１７を導光板１３に重ね、反対の出射面に拡散シート２２を重ね、反射鏡１１、蛍光管１２を組み込み光照射装置１４を完成する。
【００２１】
この様にして成る光照射装置１４による液晶表示素子１０への光照射について述べる。電圧が印加されない状態では、光拡散液晶素子１７は、全面が白濁されており、蛍光管１２の点灯により導光板１３を伝搬する光を散乱し、液晶表示素子１０を照射する様に設定されている。そして液晶表示素子１０の画像表示操作に伴い蛍光管１２が点灯されると、この蛍光管１２から入射された光は導光板１３内を全反射を繰り返しながら伝搬する間に光拡散液晶素子１７により散乱され出射面から外部に出射され液晶表示素子１０を照射する。
【００２２】
液晶表示素子１０は、駆動装置（図示せず）からの画像情報信号により、走査線が順次走査され、信号線からの信号情報に応じた画像を表示する。これに伴い、光拡散液晶素子１７の走査電極１８ｂには、液晶表示素子１０の走査線への走査信号に同期して制御信号が入力され、光拡散液晶素子１７は各パターン毎にオン／オフ制御される。
【００２３】
即ち、表示画像全面にて均一な輝度を得たい場合は、図３（ａ）に示すように、蛍光管１２から遠くなるに従い、電圧印加する走査電極１８ｂの密度を低減し、透明部分Ｃを減少して印加電圧オフの白濁部分ｗを増加する。又、輝度分布を有する場面にあっては図３（ｂ）に示す様に、明るい画像に対応する部分［Ａ］の光拡散液晶素子１７への印加電圧をオフし光拡散液晶素子１７を白濁部分ｗとしたままとしその部分の散乱能率を増大し、導光板１３内の光を散乱して液晶表示素子１０側に出射する一方暗い画像に対応する部分［Ｂ］の光拡散液晶素子１７に電圧を印加する事により光拡散液晶素子１７を透明部分Ｃにして散乱能率を下げ、導光板１３内の光を散乱する事無く伝搬し、表示画像の輝度に則した照射を行う事となる。
【００２４】
このように構成すれば、光拡散液晶素子１７の走査電極１８ｂをオン／オフ制御して、可変散乱パターン毎に散乱能率を切り換える事により蛍光管１２からの光は、必要な部分では部分的に出射し、不要な部分では出射を押さえることが出来るので、従来に比し余分な出射が無く、高い輝度を必要とする場合にはその部分の拡散能率を上げて部分的に明るく出来る。従って従来の様に高輝度を得るために蛍光管１２の消費電力を増大する必要が無く、経済的でありながら、画像再現性の向上を図れる。又、光拡散液晶素子１７の走査電極１８ｂにより形成される散乱パターンの散乱能率は、パターンの配置や大きさ等を考慮する事無く、画像に応じた印加電圧制御により容易に変動出来、従来のように開発に時間を要する事無く画像に適した散乱パターンを容易に得る事ができる。しかも光拡散液晶素子１７のオン／オフ制御は、液晶表示素子１０の制御の様に微細である必要が無いことから、印加する交流電圧の周波数も十分低減出来、その消費電力はごく小さくてすみ、低電力化を損なう事も無い。
【００２５】
尚本発明は上記実施の形態に限られるものでなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であって、例えば実施の形態の光拡散液晶素子の走査は、液晶表示素子の走査線と同期をとる事無く、走査線とは別制御により蛍光管側から順次走査する等しても良いし、その電圧制御も印加電圧をオン／オフ制御するのみではなく、画像再現性を更に向上するために、印加する電圧や電流の大きさ、周波数、パルス波形のデューティ比等を調整する事により、光拡散液晶素子の散乱能率をより細かく調整するようにしても良い。例えば、ＰＤＬＣを用いて成る光拡散液晶素子にて棒状光源から遠くなるにつれ印加電圧を小さくして散乱能率を増大し、導光板全面にわたり均一な出射光を得る様にしても良い。
【００２６】
又、光拡散液晶素子に用いる光拡散液晶組成物も、電圧印加時に白濁し、印加しないときは透明となるＬＥＦＤ等を用いても良く、このＬＥＦＤを用いて散乱が必要な部分にのみ電圧を印加し白濁させる様制御すれば、より低消費電力での駆動が可能となる。又、可変散乱パターンの形状及びその制御方法等任意であり、走査電極をマトリクス状に形成し、画像表示素子のマトリクス画像と同期して、その散乱能率を調整する事により、画像再現性を向上する等しても良い。
【００２７】
更に導光板内の光をより効率的に面状に出射させるための散乱パターンとして、可変散乱パターンと固定散乱パターンとを併用してもよく、例えば図４に示す他の変形例のように、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を分散して成る樹脂にて導光板２６表面に白色ドットからなる固定散乱パターン２７を印刷し、更に実施の形態で述べた、ストライプ状の可変散乱パターン２８ａを有する光拡散液晶素子２８を重ねる事により、導光板２６内の光をより効率的且つ再現性良く散乱するようにしても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導光板を伝搬する光を、散乱能率を変動可能な可変散乱手段にて散乱し平面状に出射する事により、従来の様に、開発に時間を要する固定散乱パターンを、導光板に印刷等により作りつける事無く容易に均等な出射輝度を得る事が出来る。又、輝度分布を有し、部分的に高輝度を要求される場面においては、従来の様に、導光板全面の輝度を向上する事無く、可変散乱パターン毎に散乱能率を適宜変動することにより表示画像に応じて容易に表示輝度を調整出来、高輝度が要求される場合にも、画像上の高輝度に対応する可変散乱パターン部分の散乱能率を上げ、他の部分は散乱しない様容易に調整設定出来、導光板全体としてはその輝度を押さえられるので、消費電力を増大する事無く部分的に必要な輝度を容易に得る事が出来、経済性を損なう事無く画像輝度の再現性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の液晶表示装置を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の液晶表示装置を示す概略分散斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の光照射装置の出射状況を示し、（ａ）は均一輝度を得る場合、（ｂ）は輝度分布を得る場合の概略説明図である。
【図４】本発明の他の変形例の導光板及び光拡散液晶素子を示す概略分散斜視図である。
【図５】従来の光照射装置を示す概略側面図である。
【符号の説明】
８…液晶表示装置
１０…液晶表示素子
１１…反射鏡
１２…螢光管
１３…導光板
１４…光照射装置
１７…光拡散液晶素子
１８…走査電極基板
１８ｂ…走査電極
２０…対向電極基板
２１…ＰＤＬＣ
２２…拡散シート
【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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