(57)【要約】【課題】液晶表示装置のカラーシフトを低減する。【解決手段】水平方向には光の波長が短いほど広い配光特性を有する波長分散性を有し、垂直方向には波長依存性の無い配光特性の光で照明することにより、液晶パネルの透過率入射角依存性の水平方向の波長分散特性を打ち消して、カラーシフト現象を緩和するとともに、垂直方向にカラーシフトが発生することを防止する。垂直、水平、斜めの全方位についてカラーシフトの軽微な表示品位の高い液晶表示装置を実現できる。【選択図】図３
2009156883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルと、液晶パネルをその背面から照明する照明手段とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶パネルは、透過率の入射角依存性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有し、
前記照明手段は、配光特性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有する照明光を発生し、
この照明光の配光特性の波長依存性およびその異方性は、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性の波長依存性を緩和するように設定したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記照明手段は、それぞれ発光波長の異なる複数の光源を有し、前記複数の発光波長の異なる光源は互いに異なる配光特性を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記照明手段は、前記複数の発光波長の異なる光源と前記液晶パネルとの間に拡散シートを備え、前記拡散シートを透過した光の配光特性が、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性およびその異方性を打ち消すように、前記発光波長の異なる光源の配光特性と拡散シートの拡散特性とを設定したことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記照明手段は、特定の方位に指向性を有し、それと直交する方位には相対的に拡散性の大きい配光特性を有する異方性面状光源と、前記特定の方位に大きな拡散性を示しその拡散性に波長依存性を有する異方性波長分散拡散シートとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記異方性波長分散拡散シートは、透明な基材中に基材とは異なる屈折率の略円断面の微細ファイバーをその長手方向がほぼ一致するように配向分散したことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
透過率の入射角依存性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有する液晶パネルをその背面から照明するための照明装置であって、
配光特性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有する照明光を発生し、
この照明光の配光特性の波長依存性およびその異方性は、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性の波長依存性を緩和するように設定したことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
それぞれ発光波長の異なる複数の光源を有し、前記複数の発光波長の異なる光源は互いに異なる配光特性を備えることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の発光波長の異なる光源と前記液晶パネルとの間に拡散シートを備え、前記拡散シートを透過した光の配光特性が、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性およびその異方性を打ち消すように、前記発光波長の異なる光源の配光特性と拡散シートの拡散特性を設定したことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
特定の方位に指向性を有し、それと直交する方位には相対的に拡散性の大きい配光特性を有する異方性面状光源と、
前記特定の方位に大きな拡散性を示しその拡散性に波長依存性を有する異方性波長分散拡散シートとを備えたことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記異方性波長分散拡散シートは、透明な基材中に基材とは異なる屈折率の略円断面の微細ファイバーをその長手方向がほぼ一致するように配向分散したことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置およびその照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００４】
この液晶表示装置の性能上の課題の一つに観察方向によって色調が変化するという現象（カラーシフト）がある。これは液晶パネルの透過率に角度依存性があり、その角度依存性が更に波長依存性（波長分散特性）を有することに起因する。
【０００５】
図７はＴＮ液晶を用いた液晶表示装置で赤、青、緑の単色を表示し、水平方向の配光特性を測定した結果である。この様に波長の長い赤の光は相対的に広い配光分布を示し、波長の短い青の光は相対的に狭い配光分布を示している。
【０００６】
図８は図７の測定に用いた液晶表示装置の液晶パネルを外してバックライトを点灯し、赤、青、緑の色フィルターを介して配光特性を評価した結果である。図から明らかなように、バックライトからの照明光には特段の波長分散特性は認められず、図７に認められる顕著な波長分散特性は液晶パネルの特性に起因することが分かる。
【０００７】
上記配光特性の結果、白色表示した画面を観察した場合、相対的に正面方向は青っぽく角度の大きい方向からは赤っぽく見える。その模様を模式的に図９に示す。
【０００８】
上記カラーシフト現象を軽減するために、それぞれ単色の３原色の光源を用い、それらを異なる配光特性で導光板側面に入射する方法や、白色光源を用い、導光板から出射する光を、波長によって出射角度の異なるホログラムを介して液晶パネルに入射する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
上記のような方法によれば、液晶パネルの透過率の入射角依存の波長依存性を、照明光の配光特性の波長分散性によってキャンセルして、カラーシフトを低減することが期待できる。
【特許文献１】特開２００４−６１６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、照明光の配光特性の波長分散特性を、表示装置画面の水平、垂直、斜めなど各方位に対して同様に与えると、液晶パネルによっては、波長分散性の無い一般照明で照明した場合よりカラーシフトが増大する方位が発生するという問題が有る。
【００１１】
図７は前述のように、ＴＮ型の液晶パネルを用いた液晶ディスプレイを赤、緑、青の単色表示してその配光特性を測定した結果であるが、その観察角度の測定方向はディスプレイを通常使用状態に設置した状態での水平方向である。図１０に観察角度の測定方向を垂直方向として同様の測定をした結果を示す。この様に、垂直方向については実用視野角範囲±４０°の範囲で有意な波長分散特性を示していない。
【００１２】
バックライトによる照明は、水平、垂直ともに波長分散性は無く、上記ディスプレイの配光の波長分散特性の異方性は、液晶パネルの特性である。
【００１３】
この場合、図７の特性を打ち消すような波長分散性照明を等方に行うと、水平方向については液晶の透過率入射角依存性の波長分散特性を補正して、カラーシフトを低減することが出来るが、垂直方向については通常の波長分散性の無い照明では発生しないカラーシフトを新たに発生させてしまう。
【００１４】
本発明は、上記の問題を考慮し、透過率の入射角依存性の波長分散特性に異方性がある液晶パネルを用いても、水平、垂直、斜めの様々な観察角度に対してカラーシフトの軽微な液晶表示装置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】
【００１５】
上述した課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、透過率の入射角依存性に波長依存性を有しかつその波長依存性が異方性を有する液晶パネルと、配光特性に波長依存性を有しかつその波長依存性が異方性を有する照明光を発生する照明手段とを備え、前記照明光の配光特性の波長依存性およびその異方性は、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性の波長依存性を緩和するように設定するものである。
【００１６】
また、本発明の照明装置は、透過率の入射角依存性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有する液晶パネルをその背面から照明するための照明装置であって、配光特性に波長依存性を有し、かつ、その波長依存性が異方性を有する照明光を発生し、この照明光の配光特性の波長依存性およびその異方性は、前記液晶パネルの透過率の入射角依存性の波長依存性を緩和するように設定するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶表示装置によれば、水平、垂直、斜めのあらゆる方位に対して、観察角度による色変化の小さな高品位の画像表示が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の液晶表示装置の実施の形態１を示す斜視図である。
【００２０】
フレーム３２０内に、異方性波長分散光源ユニット３１０を多数配列して拡散シート３３０で覆い異方性波長分散面状光源３００を構成し、液晶パネルの照明装置として液晶パネル２００の下方に配置する。
【００２１】
異方性波長分散光源ユニットの構成を図２に示す。基板３１２Ｒ上に赤色のＬＥＤチップ３１１Ｒを実装、透明樹脂３１３Ｒで封止して赤色光源素子３１０Ｒを形成する。同様に緑色のＬＥＤチップ３１１Ｇ、青色のＬＥＤチップ３１１Ｂを用いて形成した緑色光源素子３１０Ｇ、青色光源素子３１０Ｂと前記赤色光源素子３１０Ｒによって異方性波長分散光源ユニット３１０を構成する。
【００２２】
赤色光源素子３１０Ｒ、緑色光源素子３１０Ｇ、青色光源素子３１０Ｂはそれぞれ封止樹脂の形状が異なっており、図ｘ方向には相対的に青色光源素子３１０Ｂの配光が広く、赤色光源素子３１０Ｒの配光は狭く、緑色光源素子３１０Ｇはその中間になるように設定している。また、図ｙ方向には３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂともに同等の配光特性となるように設定している。この様にして、ｘ方向には波長分散性がありｙ方向には波長分散性が無い異方性波長分散光源ユニット３１０を得ることができる。
【００２３】
以下、動作の詳細について図３を用いて説明する。
【００２４】
図３は本発明の液晶表示装置の実施の形態１を示す断面図であり、図１のｘｚ平面で切った要部を示している。
【００２５】
前述のように、異方性波長分散光源ユニット３１０から、波長の長い赤色については比較的指向性が鋭く（図中実線）、波長の短い青色については比較的拡散性の大きな（図中破線）光が出射される。拡散シート３３０は異方性波長分散光源ユニット３１０からの光を再拡散して照明の均一性を高める働きがあり、拡散シート３３０を透過した光は、拡散性をやや増大させるとともに波長分散性がやや緩和される。
【００２６】
拡散シート３３０を透過した光の配光特性の波長分散特性が、液晶パネル２００の透過率入射角依存の波長分散特性を打ち消すように、異方性波長分散光源ユニット３１０の配光特性および拡散シート３３０の拡散特性を設定している。
【００２７】
その結果、液晶パネル透過後の光は、赤、青、緑の光が観察角度によらず一定の割合となりカラーシフトを発生することが無い。
【００２８】
なお、ｙ方向については異方性波長分散光源ユニット３１０から赤、青、緑いずれも同等の配光分布で光が出射、拡散シート３３０を透過して、互いに同等な配光分布で液晶パネル２００に入射する。ｙ方向には液晶パネル２００の透過率入射角依存性に有効視野内で有意な波長分散性は無いので、カラーシフトを発生することは無い。
【００２９】
（実施の形態２）
上記実施の形態１のように、液晶パネルの直下に光源を配置する照明の構成は「直下型」と呼ばれ、比較的大型（例えば２０型以上）のディスプレイに用いられる。
【００３０】
一方、比較的小型のディスプレイでは、薄型を実現するため「エッジライト型」あるいは「サイドライト型」と呼ばれる照明方式を用いるのが一般的である。
【００３１】
本発明の実施の形態２は、上記エッジライト型を用いたものであり、比較的小型のディスプレイに好適である。その照明装置部分の構成を図４に示す。
【００３２】
冷陰極管４２１、リフレクタ４２２、導光板４２３、プリズムシート４２４によって指向性光源４２０を構成する。プリズムシート４２４は導光板４２３に対向する入射側に光の主指向方向を図中Ｚ方向に変換するプリズムアレイを備え、その対向面には光を図中ｙ方向にのみ拡散するレンチキュラレンズアレイが設けられている。
【００３３】
上記構成での動作を図５を用いて説明する。図５は図４の構成に液晶パネルを加えｘｚ平面で切った断面図である。
【００３４】
冷陰極管４２１からの光は、リフレクタ４２２の作用で出射領域が矩形状に規定され、導光板４２３の側端面から入射される。側端面から入射された光は、対向する２つの主面間を全反射を繰り返しながら、入射端と対向する端面方向に伝播する。
【００３５】
導光板の主面の一方には、光を微拡散する微拡散要素が局所的に設けられており、その部分に入射した光は全反射条件から外れる成分が生じて出射する。この際、導光板全面からほぼ均一な光強度で出射するように、前記微拡散要素の大きさ、密度を適切に設定する。
【００３６】
導光板４２３から出射する光は、微拡散により全反射条件から僅かに外れるだけなので、主面に平行に近い角度で出射する。プリズムシート４２４の入射面に設けられたプリズムはその光の指向性を保存したまま、主指向方向を導光板法線方向（図中ｚ方向）に変換する。更に、プリズムシート４２４の出射面に設けれたレンチキュラレンズアレイによってｙ方向にのみ拡散される。その結果、ｘ方向には指向性が鋭く、ｙ方向には拡散性が大きな光が異方性波長分散拡散シート４３０に入射する。
【００３７】
波長分散性拡散シート４３０は上記ｘ方向に指向性の強い光をｘ方向にのみ拡散して、広い配光特性の照明光に変換する。その際、波長の短い光ほど強く拡散するように設定されている。また、ｙ方向には拡散作用が無く、プリズムシートからの配光特性が保存される。
【００３８】
その結果、ｘ方向について、波長の短い青の光は相対的に広く拡散され（図中破線）、波長の長い赤の光は相対的に狭く拡散され（図中実線）、液晶パネル４１０は、正面近傍には赤みが強く、大きな角度方向には青みが強いという、配光特性に波長分散性を有する波長分散照明によって照明される。
【００３９】
液晶パネル４１０は図７に示したように法線方向に入射する光に対しては相対的に波長の短い光に対する透過率が高く、ｘ方向に大きな角度で入射する光に対しては、相対的に長い波長の光に対する透過率が高いため、正面から見た場合青みを帯び、大きな角度から観察すると赤みを帯びる傾向にあるが、上記波長分散照明はその傾向を緩和する。その結果、観察方向による色変化の小さな画像表示が可能になる。
【００４０】
ここで、本発明に特徴的な異方性波長分散拡散シート４３０について詳述する。
【００４１】
異方性波長分散拡散シート４３０は透明材料からなる基材４３１の中に、基材４３１とは異なる屈折率の材料からなる微細ファイバー４３２が分散されており、両者の界面での屈折作用により光をｘ方向にのみ拡散する。
【００４２】
１方向にのみ光を拡散するだけなら、レンチキュラレンズアレイのように透明基板の表面に微細な凹凸を設けても良い。しかしながら、この様に空気との界面での屈折作用を利用すると、図７に示したような特性を補正するほどの大きな波長分散特性を得ることは困難である。
【００４３】
図６（ａ）は透明樹脂材料として一般的なＰＭＭＡ（アクリル）およびＭＳ（アクリルとスチレンの共重合体）の屈折率の波長依存性を示すグラフであり横軸は波長、縦軸は屈折率である。図に示されるように、屈折率は一定ではなく波長依存性がある（このような波長依存現象を波長分散と呼ぶ）。そして一般の光学材料は、波長が短いほど屈折率が高い傾向にある。
【００４４】
ある媒体から異なる屈折率の他の媒体へ光が入射すると、その界面でスネルの法則に従って屈折するが、その屈折力は両媒体の屈折率差に比例する。
【００４５】
図６（ｂ）は上記ＰＭＭＡおよびＭＳが空気（波長によらず屈折率１）との界面で屈折する場合と、ＰＭＭＡとＭＳとの界面で屈折する場合の屈折力の波長依存性を示すグラフで、横軸は波長、縦軸は媒体屈折率差を測定波長５４６ｎｍでの値で規格化した相対値で表示している。
【００４６】
この様に、ＰＭＭＡ／空気、ＭＳ／空気の界面での屈折作用よりＰＭＭＡ／ＭＳの界面での屈折作用の方が格段に波長分散が大きい。従って、両者の界面の屈折作用を利用することにより、波長分散性の大きな拡散を実現することが期待できる。
【００４７】
ただし、両者の屈折率差は小さいため、空気との界面の場合のように一つの凹凸面を界面とする２層構造では十分な拡散を行うことが困難になる。そこで、一方の材料を媒体として他方の材料からなる微粒子を分散することにより、屈折作用を受ける機会を増加する。
【００４８】
上記構成により、ｘ方向には波長分散が大きく、ｙ方向には波長分散の小さな照明光を得ることが出来、波長分散に異方性のある液晶パネルを効果的に照明して、あらゆる観察角度に対してカラーシフトの小さな液晶ディスプレイを実現することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では波長分散性に異方性のある照明を行うために、指向性に異方性のある光源と波長分散性に異方性を有する拡散シートを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、等方に指向性の高い光源を用いて一方向にのみ光を拡散する異方性の波長分散性拡散シートを透過させた後に、その拡散方向とは直交する方向に、レンチキュラレンズアレイシートなど波長分散性の無い異方性拡散を行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、垂直、水平、斜めのいずれの方向についても観察角による色変わりの少ない映像表示を実現することが出来、液晶テレビや液晶モニターなどの映像表示装置の表示性能向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の液晶表示装置の実施の形態１の構成を示す斜視図
【図２】本発明の液晶表示装置の実施の形態１における異方性波長分散光源ユニットの構成を示す斜視図
【図３】本発明の液晶表示装置の実施の形態１の動作を説明する断面図
【図４】本発明の液晶表示装置の実施の形態２の構成を示す斜視図
【図５】本発明の液晶表示装置の実施の形態２の動作を説明する断面図
【図６】（ａ）ＰＭＭＡとＭＳの屈折率の波長依存性を示すグラフ（ｂ）ＰＭＭＡ、ＭＳ、空気の各媒体組み合わせ時の相対屈折力（∝屈折率差）の波長依存性を示すグラフ
【図７】ＴＮ液晶ディスプレイを単色表示した場合の水平方向の配光特性を示すグラフ
【図８】図７のディスプレイのバックライトにおける単色の配光特性を示すグラフ
【図９】液晶パネルを一般的な波長分散の無い照明で照明した際のカラーシフトの発生状態を示す模式図
【図１０】ＴＮ液晶ディスプレイを単色表示した場合の垂直方向の配光特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００５２】
１１０、２００、４１０  液晶パネル
１２０  波長分散の無い一般照明
３００  異方性波長分散面状光源
３１０  異方性波長分散光源ユニット
３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂ  ＬＥＤチップ
３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂ  基板
３１３Ｒ、３１３Ｇ、３１３Ｂ  封止樹脂
３２０  フレーム
３３０  拡散シート
４２０  異方性を有する指向性面状光源
４３０  異方性波長分散拡散シート
４２１  冷陰極管
４２２  リフレクタ
４２３  導光板
４２４  レンチキュラレンズアレイを備えたプリズムシート
４３１  基材
４３２  微細ファイバー
【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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