(57)【要約】液晶パネルの背面に光を照射して画面表示する液晶表示装置１は、光源７から出射された光のうち、液晶パネル２の法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減し、液晶パネル２の法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を液晶パネル２の表示面側にて拡散する視野角改善手段１０を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルの背面に光を照射して画面表示する液晶表示装置において、
光源から出射された光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減するとともに、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を液晶パネル表示面側にて拡散する視野角改善手段を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
上記視野角改善手段は、
光源から出射された光のうち、上記液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減する制限層と、
上記制限層を透過した光を上記液晶パネルの表示面側にて拡散する光拡散層と
を備えることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
上記制限層は、二次元的に配列された障壁を備え、
上記障壁は光吸収性を有することを特徴とする請求の範囲２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
上記拡散層には、上記制限層を透過した光を散乱するための微粒子が分散されていることを構成されることを特徴とする請求の範囲２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
上記視野角改善手段は、
光吸収性の障壁が二次元的に配列された制限層と、
上記障壁間に設けられた、光を拡散するための拡散手段と
を備え、
上記視野角制限手段は液晶パネル全面側に備えられていることを特徴とする請求の範囲１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
上記拡散手段が、上記障壁間に分散された微粒子であることを特徴とする請求の範囲５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
上記拡散手段が、上記障壁間に備えられたレンズであることを特徴とする請求の範囲５に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
上記レンズ内には、光を拡散するための微粒子が分散されていることを特徴とする請求の範囲７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
液晶パネルから出射される光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する制限層を有することを特徴とする光学フィルム。
【請求項１０】
上記制限層を透過した光を拡散する光拡散層をさらに備えることを特徴とする請求の範囲９に記載の光学フィルム。
【請求項１１】
スペーサにより所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板と、
上記第１および第２の基板の間に設けられた液晶層と
を備え、
上記第２の基板は、
上記第１の基板と対向する側に、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する遮光膜と、
上記遮光膜の開口部分に設けられた色材膜と
を備えることを特徴とする液晶パネル。
【請求項１２】
液晶パネルの背面に光を照射して画面表示する液晶表示装置において、
液晶パネルと、
上記液晶パネルの表示面側に設けられた拡散層と
を備え、
上記液晶パネルは、
スペーサにより所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板と、
上記第１および第２の基板の間に設けられた液晶層と、
を備え、
上記第２の基板は、
上記第１の基板と対向する側に、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する遮光膜と、
上記遮光膜の開口部分に設けられた色材膜と
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、視野角を改善することができる光学フィルム、液晶パネルおよび液晶表示装置に関する。
【背景技術】  近年、大型の液晶表示装置がＴＶ（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）用として広く用いられるようになっている。第１４図は、従来の液晶表示装置１０１の構成を示す断面図である。第１４図に示すように、この液晶表示装置１０１は、バックライト１０７、マイクロレンズアレイ１０８、偏光選択透過膜１０９および液晶パネル１０２を備える。
液晶パネル１０２は、スペーサ１０５により所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板１０３，１０４と、第１および第２の基板１０３，１０４の間に液晶を注入してなる液晶層１０６とを備える。液晶自体は誘電率異方性を有し、その分子の誘電率と電極が形成する電界との相互作用で液晶が駆動される。
第１の基板１０３は、ガラス基板１２１と、ガラス基板１２１の一主面に積層された透明電極１２２、配向膜１２３と、ガラス基板１１１の他主面に積層された偏光子（偏光フィルム）１２５とを備える。第２の基板１０４は、ガラス基板１１１と、ガラス基板１１１の一主面に積層されたカラーフィルタ１１２、透明電極１１３、配向膜１１４と、ガラス基板１１１の他主面に積層された偏光子（偏光フィルム）１１６とを備える。
このような構成を有する液晶表示装置１０１では、まず、バックライト１０７から出射された光は、マイクロレンズアレイ１０８によりパネル全面への指向性が向上された後、偏光選択透過膜１０９により偏光面がバックライト１０７側にある偏光子１２５に合致するように統一され、偏光子１２５を透過する。そして、偏光子１２５で平面偏光となった光は液晶層１０６に入り、電場によって制御された液晶の配向によって偏光面が制御され、カラーフィルタ１１２を介して偏光子１１６を通過する。
しかしながら、従来の液晶表示装置では、これまでのＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）と比べ、いくつかの欠点が指摘されている。その内の一つに視野角の狭さがある。上述したように、液晶表示装置は、液晶層に隣接する電極により液晶の配向状態を制御することにより、すなわち、液晶層を通る光の偏光状態を制御することにより、表示側偏光板を通る光のオン・オフを行う構成を有している。
このため、屈折率が液晶分子をみる方向によって異なってしまう（屈折率異方性）。すなわち、液晶層を通過した光はその角度により異なった偏光状態を持つことになり、液晶パネルを斜め方向からみた場合には、コントラストの低下や階調の反転を招いてしまう。
例えば、ノーマリーブラック表示の液晶表示装置において黒表示する場合には、液晶層の屈折率異方性のために以下のような問題が生じる。すなわち、液晶表示装置を法線方向からみた場合には暗状態となるが、斜めから見た場合には、複屈折が生じて偏光が変化してしまう。その結果、光漏れが生じ、実際には液晶表示装置が黒とはならないという問題が生じる。
そこで、従来、液晶表示装置の広視野角を改善するために、（１）液晶駆動方式による視野角改善と、（２）光学補償フィルムによる視野角改善とが検討されている。
（１）液晶駆動方式
液晶駆動方式には、（ａ）ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式と、（ｂ）ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式とがある。（ａ）ＭＶＡ方式は、垂直配向液晶の液晶分子が倒れる方向を各色画素毎複数の領域に分ける方式である。この方式では、斜め方向からみた場合に各領域からの透過光が平均されるので極端な階調や色の変化を押さえることができる。（ｂ）ＩＰＳ方式は、画素電極を一方の基板の平面上に配置し、基板に水平に配向した液晶を面内で回転させる方式である。この方式では、液晶が斜めに立ち上がることがないため良好な光学特性（コントラスト・階調・色調）を実現できる。
（２）光学補償フィルム
光学補償フィルムによる広視野角化の方法は、液晶層を透過した光を広角度から見た場合にも等方的となるように負の一軸性フィルム（光学補償フィルム）を用いる方法である。第１５図は、光学補償フィルムを備えた液晶表示装置１０１の構成を示す断面図である。第１５図に示すように、液晶の複屈折の影響を相殺するために偏光子１１６，１２５とガラス基板１１１，１２１との間には光学補償フィルム１１５，１２４が用いられる。
また、液晶の複屈折そのものの問題だけでなく、二枚の直交する偏光子を斜めから見た場合には、その光軸がなす角が９０度よりずれてしまい、光漏れが生じるという問題もある。この光漏れを抑える方法として、光軸がフィルム面内にある正（負）の一軸性光学補償フィルムと、光軸がフィルム法線方向にある正（負）の一軸正光学補償フィルムとを組み合わせた積層体を使用する方法と、１枚の二軸性光学補償フィルムを使用する方法とが提案されている（例えば、網中英一郎，「日本画像学会誌」，２００２年，第４１巻，第１号，ｐ．７９−８７参照）。
しかしながら、（１）液晶駆動方式および（２）光学補償フィルムを単独で使用した場合には、完全には液晶の屈折率異方性に起因する問題を解決できないため、（１）液晶駆動方式と（２）光学補償フィルムによる補償とを併用することが一般的である。特に、（ａ）ＭＶＡ方式においては、完全には液晶の屈折率異方性から生じる問題を解決できないため、（ａ）ＭＶＡ方式と（２）光学補償フィルムによる補償とを併用することが多い。
しかしながら、（１）液晶駆動方式と（２）光学補償フィルムとを併用しても、広角度側での光学特性（コントラスト・階調・色調）はテレビ用途としては推奨されるものには達していない（例えば、「日経マイクロデバイス」，２００３年，１１月号，ｐ．５６−６１参照）。比較的視野角特性が良好なＩＰＳ方式においても、その電極構造に起因する開口率の小ささから高輝度の液晶表示装置を実現することが困難な状況にある。
また、上記光学補償フィルムを用いることで、大幅な光学特性の向上を達成できるが、ある一定の配向状態の液晶に対する光学補償にすぎず、駆動中のすべての状態において補正できるものではない。また、この現象は液晶が複屈折性を有し、また電界によって駆動されることによりその配向を変えるという根元的な問題から生じているために、本質的に避け得ないものである。
そこで、上述の問題を解決するために、バックライトからの光を集光し液晶パネル中をまっすぐ通し、液晶パネル表面で拡散させる方法が提案されている（例えば、米国特許第５３９６３５０号明細書参照）。
ところが、上述の方法では、視野角を広くして表示品質を向上できるが、集光システムの構造が複雑になり、液晶表示装置の厚さが大きくなるともに、大幅なコストアップを招いてしまうという問題がある。
したがって、この発明の目的は、構成の複雑化およびコストの上昇を招くことなく、広視野角において光学特性に優れた光学フィルム、液晶パネルおよび液晶表示装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、表示面側にある偏光子を広角度で透過した光学特性の悪い光を見てしまうことが問題であるということを想起するに至った。
そこで、表示面側にある偏光子を広角度で透過した光学特性の悪い光を見ることを如何にして防止できるかを鋭意検討した。その結果、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光（液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光）を低減するとともに、光学特性のよい光（液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光）を散乱させることで、広視野角において優れた光学特性（コントラスト・階調・色調）を実現できることを想起するに至った。この発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。
上記課題を解決するために、請求の範囲１に係る発明は、液晶パネルの背面に光を照射して画面表示する液晶表示装置において、
光源から出射された光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減し、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を液晶パネル表示面側にて拡散する視野角改善手段を備えることを特徴とする液晶表示装置である。
上述の構成を有する液晶表示装置では、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減するとともに、液晶パネル正面方向の光学特性の良い光を改めて散乱させることができる。
請求の範囲２に係る発明は、請求の範囲１に記載の液晶表示装置において、視野角改善手段が、光源から出射された光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減する制限層と、制限層を透過した光を液晶パネルの表示面側にて拡散する光拡散層とを備えることを特徴とする。
上述の構成を有する液晶表示装置では、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を制限層にて低減し、光学特性の良い光を光拡散層にて拡散することができる。
請求の範囲３に係る発明は、請求の範囲２に記載の液晶表示装置において、制限層が、二次元的に配列された障壁を備え、障壁が、光吸収性を有することを特徴とする。請求項３に記載の液晶表示装置では、障壁を規則的に配列することが好ましい。また、請求項３に記載の液晶表示装置では、障壁を典型的には液晶パネルの表示面と直角をなすように配列する。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減し、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を光拡散層にて拡散することができる。
請求の範囲４に係る発明は、請求の範囲２に記載の液晶表示装置において、制限層を透過した光を散乱するための微粒子が拡散層に分散されていることを特徴とする。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減し、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を微粒子により拡散させることができる。
請求の範囲５に係る発明は、請求の範囲１に記載の液晶表示装置において、視野角改善手段が、光吸収性の障壁が二次元的に配列された制限層と、障壁間に設けられた、光を拡散するための光拡散手段とを備え、液晶パネル全面側に備えられていることを特徴とする。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減し、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を光拡散手段にて拡散することができる。
請求の範囲６に係る発明は、請求の範囲５に記載の液晶表示装置において、拡散手段が、障壁間に分散された微粒子であることを特徴とする。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減するとともに、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を微粒子により拡散させることができる。
請求の範囲７に係る発明は、請求の範囲５に記載の液晶表示装置において、拡散手段が、障壁間に備えられたレンズであることを特徴とする。また、請求の範囲７に記載の液晶表示装置では、レンズとして、凹レンズを用いることが好ましい。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減するとともに、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光をレンズにより拡散させることができる。
請求の範囲８に係る発明は、請求の範囲７に記載の液晶表示装置において、微粒子をレンズ内に分散することを特徴とする。
上述の構成を有する液晶表示装置では、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を障壁にて低減するとともに、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光をレンズおよび微粒子により拡散させることができる。
請求の範囲９に係る発明は、液晶パネルから出射される光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する制限層を有することを特徴とする光学フィルムである。
上述の構成を有する光学フィルムでは、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減することができる。
請求の範囲１０に記載の発明は、請求の範囲９に記載の光学フィルムにおいて、制限層を透過した光を拡散する光拡散層をさらに備えることを特徴とする。
上述の構成を有する光学フィルムでは、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減した後、液晶パネル正面方向の光学特性の良い光を改めて散乱させることができる。
請求の範囲１１に記載の発明は、スペーサにより所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板と、
第１および第２の基板の間に設けられた液晶層と
を備え、
第２の基板は、
第１の基板と対向する側に、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する遮光膜と、
遮光膜の開口部分に設けられた色材膜と
を備えることを特徴とする液晶パネルである。
上述の構成を有する液晶パネルでは、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減することができる。
請求の範囲１２に記載の発明は、液晶パネルの背面に光を照射して画面表示する液晶表示装置において、
液晶パネルと、
液晶パネルの表示面側に設けられた拡散層と
を備え、
液晶パネルは、
スペーサにより所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板と、
第１および第２の基板の間に設けられた液晶層と、
を備え、
第２の基板は、
第１の基板と対向する側に、液晶パネルの法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する遮光膜と、
遮光膜の開口部分に設けられた色材膜と
を備えることを特徴とする液晶表示装置である。
上述の構成を有する液晶表示装置では、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減した後、液晶パネル正面方向の光学特性の良い光を改めて散乱させることができる。
以上説明したように、この発明によれば、光源から出射された光のうち、液晶パネルの法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減するとともに、液晶パネルの法線方向に対して一定値未満の角度をなす光を液晶パネル表示面側にて拡散するので、広角度側に漏れてくる光学特性の悪い光を低減するとともに、液晶パネル正面方向の光学特性の良い光を改めて散乱させることができる。よって、構成の複雑化およびコストの上昇を招くことなく、広視野角において光学特性に優れ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】  第１図は、この発明の第１の実施形態による液晶表示装置の一構成例を示す断面図、第２図は、ハニカム構造を有する制限層の一構造例を示す上面図および斜視図、第３図は、この発明の第２の実施形態による液晶表示装置の一構成例を示す断面図、図４図は、この発明の第３の実施形態による液晶表示装置の一構成例を示す断面図、第５図は、この発明の第４の実施形態による液晶表示装置の一構成例を示す断面図、第６図は、サンプル１のルーバー構造を示す平面図、第７図は、サンプル２のルーバー構造を示す平面図、第８図は、サンプル４のルーバー構造を示す平面図、第９図は、評価パネルの色温度分布を示すグラフ、第１０図は、サンプル４のルーバーフィルムが設けられた評価パネルの色温度分布を示すグラフ、第１１図は、サンプル５の光学フィルムが設けられた評価パネルの色温度分布を示すグラフ、第１２図は、コントラストの測定結果を示すグラフ、第１３図は、コントラストの測定結果を示すグラフ、第１４図は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面図、第１５図は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  液晶表示装置              １０１  液晶表示装置
２  液晶パネル                １０２  液晶パネル
３  第１の基板                １０３  第１の基板
４  第２の基板                １０４  第２の基板
５  スペーサ                  １０５  スペーサ
６  液晶                      １０６  液晶層
７  バックライト              １０７  バックライト
８  マイクロレンズアレイ      １０８  マイクロレンズアレイ
９  偏光選択透過膜            １０９  偏光選択透過膜
１０  視野角改善手段          １１１，１２１  ガラス基板
１１，２１  ガラス基板        １１２  カラーフィルム
１２  カラーフィルム          １１３，１２２  透明電極
１３，２２  透明電極          １１４，１２３  配向膜
１４，２３  配向膜            １１６，１２５  偏光子
１５，２４  光学補償フィルム
１６，２５  偏光子
３１  制限層
３２  光拡散層
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
（１）液晶表示装置１の構成
第１図は、この発明の第１の実施形態による液晶表示装置１の一構成例を示す断面図である。第１図に示すように、この液晶表示装置１は、所謂透過型液晶表示装置であって、バックライト（光源）７、マイクロレンズアレイ８、偏光選択透過膜９、液晶パネル２および視野角改善手段１０を備える。なお、以下では、液晶表示装置１の表示画面となる側を表示面側と称し、それとは反対の側を背面側と称する。また、光Ｌ１は、マイクロレンズアレイに８により絞られた光を示す。光Ｌ２は制限層３１により制限されず透過する光を示す。光Ｌ３は、制限層３１により吸収され透過を制限される光を示す。
この発明は、種々の方式の液晶表示装置１に用いることができるが、効果の大きさの点からすると、特に、開口部が大きく高輝度のパネルが得られやすいＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式またはＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置に適用することが好ましい。
バックライト７は、例えば冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）であり、液晶パネル２直下に配置されている。ここでは、液晶パネル２の直下にバックライト７を配置する方式（直下式）の場合を例として示すが、バックライトの方式はこの例に限られるものではなく、液晶パネル２の一端側（エッジ側）に冷陰極管またはＬＥＤなどのバックライト７を配置し、このバックライト７からの光を導光板を介して液晶パネル２全面に行き渡らせる方式（エッジ式）を用いてもよい。なお、液晶パネル２がテレビ用途などの大型液晶パネルである場合には、バックライトを直下式とすることが好ましい。
マイクロレンズアレイ８は、パネル全面への光の指向性を向上させるためのものである。偏光選択透過膜９は、偏光面が液晶パネル２のバックライト７側にある偏光子２５に合致するように統一させるためのものである。
液晶パネル２は、スペーサ５により所定間隔を離して対向配置された第１および第２の基板３，４と、第１および第２の基板３，４の間に液晶を注入してなる液晶層６とを備える。スペーサ５は、第１および第２の基板３，４の間を所定距離保持するためのものである。液晶層６を構成する液晶は、例えばネマティック液晶であり、透明電極１３，２２間に印加された電圧に応じてその配列を変化する。
第１の基板３は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１の一主面に積層された透明電極２２、配向膜２３と、ガラス基板２１の他主面に積層された光学補償フィルム２４、偏光子（偏光フィルム）２５とを備える。第２の基板４は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１の一主面に積層されたカラーフィルタ１２、透明電極１３、配向膜１４と、ガラス基板１１の他主面に積層された光学補償フィルム１５、偏光子（偏光フィルム）１６とを備える。
透明電極１３，２２は、例えば、インジウムと錫との合金酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）である。配向膜１４，２３は、液晶分子を一定方向に並べるための膜であり、例えばポリイミドなどの高分子から構成される。
カラーフィルタ１２は、カラー表示をするためのものであり、ガラス基板１１の一主面に、マトリックス状にパターニングされた遮光膜（ブラックマトリックス）と、この遮光膜の開口部分、すなわち画素となる部分に対応して配列されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各要素と、遮光膜および各要素を保護する保護膜とを備える。各画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つのサブ画素からなり、そのサブ画素のサイズは画面サイズと画素数によるが、例えば、およそ数十ミクロン（３０〜９０μｍ）である。
光学補償フィルム１５，２４は、液晶パネル２の表示面側および背面側の両方に配置されている。この光学補償フィルム１５，２４は、屈折率を補償するためのフィルムであり、例えば、光学的に負の一軸性化合物を、配向角度が厚み方向で連続的に変化するように配列してなるフィルムである。具体的には例えば、支持体と、この支持体上に設けた配向膜と、その上に負の一軸性化合物である円盤状化合物をハイブリッド配向させた光学異方性層とから構成される。円盤状化合物としては、例えばディスコティック液晶タイプの化合物を使用できる。
偏光子１６，２５は、入射する光のうち直交する偏光成分の一方のみを通過させ、他方を吸収または反射するフィルムであり、例えば、光学補償フィルム１５，２４上に透過軸が互いに直交するようにして配置される。
視野角改善手段１０は、液晶パネル２の法線方向に対して一定値以上の角度をなす光を低減する制限層３１と、制限層３１を透過した光を効率よく拡散する光拡散層３２とから構成される。制限層３１は、光拡散層３２から離して配置してもよいが、光拡散層３２の近傍に配置することが好ましく、例えば、制限層３１を光拡散層３２の背面側と接するようにして配置する。また、光線の角度制御の観点からすると、制限層３１は偏光子１６の表示面側近傍または背面側近傍に配置することが好ましく、例えば、制限層３１を偏光子１６の表示面側または背面側に接するように配置する。また、偏光子１６上に制限層３１を積層することが製造工程上容易であるため、製造工程の簡便さを考慮すると、偏光子１６の表示面側に制限層３１を設けることが好ましい。
制限層３１は、光透過性を有する材料からなる光透過層内に、所定構造の障壁を、面内方向に二次元的に規則的に配列して構成される。また、規則的に配列される障壁は、液晶パネルの表示面と直角をなすように配列される。面内方向に規則的に配列される障壁の形状は、二次元平面を埋めることができるものであればよく特に限定されるものではないが、例えば、三角形、四角形もしくは六角形などの多角形、円形状または楕円形状のうちの一つ、またはそれらの組合せから構成される。以下では、障壁とその障壁で囲まれた部分の一つをセルと称する。なお、セル内部、すなわち障壁に囲まれた部分を、中空状とするようにしてもよい。
光透過性の材料としては、上述した構造および性質を実現できるものであればよく、特に材料は限定されものでなないが、例えば、種々の光学用プラスティック、ガラス（スピンオンガラス含む）などを使用できる。
障壁は、光吸収性または光不透過性を有する。障壁の厚さは例えば均一であり、障壁の高さ、すなわち制限層３１の厚さは、例えば均一である。
障壁を構成する材料は、光吸収性または光不透過性を有するものであれば特に限定されず、例えば、黒色塗料、カーボン粉末、反射率の高くない金属の蒸着膜または広い光吸収性を示すナノ微粒子などを使用できる。
制限層３１により透過を制限される光は、マイクロレンズアレイ８による光の集光角度に応じて規定することが好ましい。例えば、マイクロレンズアレイ８による集光角度以上の角度をなして制限層３１に入射する光を制限層３１において制限するようにする。より具体的には、例えば、マイクロレンズアレイ８により液晶層６に入射する光を液晶パネル２の法線方向に対して約±４５度の範囲内に絞る場合には、液晶パネル２の法線方向に対して±４５度以上の角度をなす光を制限層３１にて低減することが好ましい。このように制限層３１により透過する光を制限することにより、大幅な光量低下を抑えることができる。制限層３１の入射制限角度を大きくすると、光学特性を改善できるが、輝度が低下するため、バックライト７の性能と所望の表示品質とを考慮しながら入射制限角度を調整することが好ましい。
個々のセルのサイズは、光線の入射角を制限できる範囲内において自由に設計することができる。但し、液晶パネル２のサブ画素の大きさが数十ミクロン（３０〜９０μｍ）であることを考慮すると、モアレを発生させないためには、セルのサイズは、サブ画素の大きさの半分から、サブ画素の大きさから一桁小さい大きさまでの範囲とすることが好ましく、例えば３〜４５μｍの範囲である。
制限層３１の厚さは、透過を制限する光の入射角度を満足するように、パターンの大きさから計算して設計することができる。例えば、液晶パネル２の法線方向に対して±４５度以上の角度をなす光を低減したい場合には、セルの開口幅を５ミクロンに設定し、制限層３１の厚さ（セルの高さ）を５ミクロンに設定する。
光拡散層３２は薄いと十分に光を散乱することができず視野角特性が悪くなり、厚すぎると隣接するセルの色の混色や黒表示の白ボケが生じてしまう。したがって、光拡散の性能と所望の表示品質とに応じて、すなわち、視野角を優先するか、クリヤーさを優先するかに応じて、光拡散層３２の膜厚を設定する。これらの点を考慮すると、光拡散層３２の厚さは、例えば１０ｎｍ〜２００μｍ、好ましくは光の波長程度である０．５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１μｍ〜５０μｍである。
第２図Ａは、ハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造を有する制限層３１の一構造例を示す上面図である。第２図Ｂは、ハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造を有する制限層３１の一構造例を示す斜視図である。第２図Ａおよび第２図Ｂに示すように、ハニカム構造は、制限層３１の面内方向に６角形状の障壁を均一に蜂の巣状に配列して構成される。障壁により囲まれたセル内は、光透過性を有する。液晶パネルの法線方向に対して±４５度以上をなす光を低減する場合には、例えば、制限層３１の厚さ（セルの高さ）と、セルの開口幅とが同程度となるように設定する。より具体的には、例えば、制限層３１の厚さ（セルの高さ）を３〜４５μｍ、具体的には例えば５μｍに設定し、セルの開口幅を３〜４５μｍ、具体的には例えば５μｍに設定する。
なお、光散乱性を有する材料により障壁を構成することも可能であるが、表示品質を考慮すると、光吸収性の材料を用いることが好ましい。また、光透過性部分と屈折率の異なる微粒子等を障壁に補填するようにしてもよい。さらに、高出力レーザーを用いて例えばガラス板などの光透過層中に直接障壁を形成するようにしてもよい。
光拡散層３２は、制限層３１の表示面側となる側の面に配置され、制限層３１を透過した照射光を拡散出射する。光拡散層３２としては、従来公知のものを採用できる。例えば微粒子（ビーズ）と、この微粒子間の隙間を埋める充填剤とから構成される。また、微粒子としては、酸化チタンまたは硫酸バリウムのような無機微粒子を用いてもよい。光拡散層３２を構成する材料は、上述した構造および性質を有すればよく、特に材料は限定されないが、例えば、種々の光学用プラスティック、ガラス（スピンオンガラス含む）などを使用できる。
（２）視野角改善手段１０の製造方法
次に、上述した構成を有する視野角改善手段１０の製造方法の一例について説明する。なお、以下に示すパターニングとしては、例えば、従来の半導体技術（リソグラフィ技術）において使用されている公知の方法を利用できる。
まず、透明性を有する市販の紫外線硬化性樹脂（以下、ＵＶ硬化性樹脂）に対して、例えば、屈折率の異なる微粒子ポリマー（例えば積水化成品工業株式会社性テクポリマー）を混合する。そして、この材料を、例えば膜厚１００ｍｍを有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に塗布して、窒素下紫外光を照射して硬化させる。これにより、例えば厚さが５μｍの厚さを有する光拡散層３２を得る。
次に、光拡散層２２に、光透過性を有するＵＶ硬化性樹脂を塗布して、例えば厚さ５μｍを有する透明ＵＶ硬化性樹脂層を得る。そして、この透明ＵＶ硬化性樹脂上に、例えば第２図に示すハニカム構造に対応したパターンを有するフォトマスクを積層し、窒素下紫外光を照射する。そして、フォトマスクにより架橋されなかった部分を溶剤により除去する。
次に、このフィルムにアクリル樹脂にカーボンを分散した黒色塗料のペーストをスキージにてパターンの奥まで黒色塗料が行き渡るように塗布する。そして、塗料の乾燥後、表面に残存する塗料をウエスにてふき取り、制限層３１と光拡散層３２の積層体を得る。なお、黒色塗料としては市販のものを用いることもできる。また、黒色塗料としては、硬化性および非硬化性のどちらのものも使用することができるが、硬化性のものを使用する場合は乾燥して余分の塗料を拭き取った後に硬化させることが好ましい。
（３）液晶表示装置１の表示動作
次に、上述した構成を有する液晶表示装置１の表示動作について説明する。
まず、バックライト７から出射された光は、マイクロレンズアレイ８によりパネル全面への指向性が向上された後、偏光選択透過膜９により偏光面がバックライト７側にある偏光子１６に合致するように統一され、偏光子２５を透過する。
次に、偏光子２５で平面偏光となった光は液晶層６に入り、電場によって制御された液晶の配向によって偏光面が制御される。これにより、液晶パネル２上面の偏光子１６を通過する光量が制御される。そして、カラーフィルタ１２を透過した光は、光学補償フィルム１５により屈折率が補償され、偏光子１６を通過する。その後、液晶パネル２の法線方向に対して一定値以上の角度をなす光が制限層３１にて低減され、低減層３１を透過した光が光拡散層３２にて拡散される。
この発明の第１の実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
非常に簡便な方法で、広視野角と良好な光学特性（コントラスト・階調・色調）を実現できる。また、光学補正フィルムを何枚も積層する必要が無くなることでコストを低下させることができ、また光軸を合わせて光学補正フィルムを貼り合わせる必要も無くなるので生産効率を大幅に向上できる。
本発明を用いる場合、従来の広視野角の光学補償フィルムは必要なくなるため、光学補償フィルムを減らすことができるので、画面の輝度を上げることが可能になる。入射角制限内において特性が合致した光学補償フィルム１５，２４を用いることでさらに光学特性を上げることができる。この場合、従来の広視野角の光学補償フィルムよりも狭い角度に特化した光学補償を考慮すればよいので、光学補償フィルムの簡素化または高性能化が容易となるという利点がある。
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
第３図は、この発明の第２の実施形態による液晶表示装置１の一構成例を示す断面図である。第３図に示すように、この液晶表示装置１では、視野角改善手段１０が、基本構造となる障壁を二次元的に配列して構成された制限層と、障壁間に分散された微粒子とを備える。
これ以外のことは上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
第４図は、この発明の第３の実施形態による液晶表示装置１の一構成例を示す断面図である。第４図に示すように、この液晶表示装置１では、視野角改善手段１０が、基本構造となる障壁を二次元的に配列して構成された制限層３１と、基本構造となるセルの表示面側に形成された凹レンズ３３とを備える。また、凹レンズ３３内には、制限層３１を透過する光を散乱するための微粒子を分散させるようにしてもよい。この場合、凹レンズ３３における拡散の効果をさらに高めることができる。
これ以外のことは上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
第５図は、この発明の第４の実施形態による液晶表示装置１の一構成例を示す断面図である。液晶パネル２の前面には、光拡散層３２のみが設けられる。ガラス基板１１の一主面に設けられた遮光膜は、コントラストの向上、色材の混色防止およびＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のａ−Ｓｉ膜に対する遮光という従来の遮光膜の機能に加えて、液晶パネル２の法線方向に対して一定以上の角度をなす光を低減する機能をさらに有する。遮光層の厚さは、制限する光の入射角度に応じて選ばれ、例えば３〜４５μｍ、具体的には例えば５μｍに選ばれる。
これ以外のことは、上述の第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
サンプル１
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）フィルムを直接加工して、格子状の溝パターンを形成してルーバーフィルムを得た（第６図参照）。なお、この溝の幅は約５μｍ、深さは２０ｎｍとし、開口部となる正方形状パターンの一辺は約２２μｍとし、開口率は６６．３％とした。
サンプル２
まず、サンプル１と同様にしてルーバーフィルムを得た。そして、ルーバーフィルム上にカーボンペーストを塗布・乾燥した後、表面に付着した余分のカーボンペーストをふき取った。これにより、カーボンペーストが溝に埋め込まれたルーバーフィルムを得た（第７図参照）。
サンプル３
まず、サンプル２と同様にして、カーボンペーストが溝に埋め込まれたルーバーフィルムを得た。そして、このルーバーフィルム上に、全光透過率９１．５％、ヘイズ値４１．０の市販の拡散フィルムを貼り合わせて光学フィルムを得た。
サンプル４
まず、サンプル１と同様にしてルーバーフィルムを得た。そして、ルーバーフィルム上にアルミニウムを蒸着した後、表面に蒸着されたアルミニウムを、エタノールを含ませた不織布でふき取った。これにより、アルミニウムが溝に埋め込まれたルーバーフィルムを得た（第８図参照）。
サンプル５
まず、サンプル４と同様にして、アルミニウムが溝に埋め込まれたルーバーフィルムを得た。そして、このルーバーフィルム上に、全光透過率９１．５％、ヘイズ値４１．０の市販の拡散フィルムを貼り合わせて光学フィルムを得た。
透過率・ヘイズ値測定
次に、上述のようにして得られたサンプル１〜５の全光透過率（τｔ）、拡散透過率（τｄ）、ヘイズ値（Ｈ）を測定した。測定には、ヘイズメーター（村上色彩ＨＭ−１５０）を用いた。
表１は、全光透過率（τｔ）、拡散透過率（τｄ）、ヘイズ値（Ｈ）の測定結果を示す。なお、表１中には、市販の拡散フィルムの全光透過率（τｔ）、拡散透過率（τｄ）、ヘイズ値（Ｈ）も比較のために示す。
【表１】
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表１から以下のことが分かる。カーボンペーストを溝に埋め込んだサンプル２は全光透過率（６１．１％）が開口率（６６．３％）とほぼ等しく、設計どおりに光を制限している。一方、アルミ蒸着したサンプル４は、全光透過率、拡散透過率とも増加しているが、これはアルミ膜からの反射のためと考えられる。
コントラスト・色度分布測定
次に、サンプル４およびサンプル５のフィルムをそれぞれ評価パネルに対して設けて、ＥＤＬＩＭ  Ｅｚｃｏｎｔｒａｓｔ８８を用いてコントラスト・色度分布の測定を行った。なお、評価パネルとしては、Ｓａｍｓｕｎｇ社製ＰＶＡ液晶パネルの偏光板を一旦剥離し、光学補償層のない偏光板を新たに添付したものを用いた。
第９図は、評価パネルの色温度分布を示す。第１０図は、サンプル４のルーバーフィルムが設けられた評価パネルの色温度分布を示す。第１１図は、サンプル５の光学フィルムが設けられた評価パネルの色温度分布を示す。
第９図〜第１１図から以下のことが分かる。すなわち、ルーバーフィルムの導入で、広角度側での白抜けが抑えられていることがわかる。また、拡散フィルムはカットされた光を拡散するだけなので、色度分布は変化しないことが分かる。
図１２および図１３は、コントラストの測定結果を示すグラフである。図１３は、コントラストの違いをより明確に示すために、視野角３０度、４０度、５０度および６０度におけるコントラストを棒グラフにより示したものである。
クロスニコル状態の偏光板の４５度方向はもっともコントラストが低下する。この方向にそった視野角でのコントラストの変化を測定した結果が図１２および図１３である。高角度側になるほど、ルーバーフィルムによるコントラスト効果が大きくなっていることがわかる。ルーバーフィルムを用いない時に比べ、視野角３０度で約１７％、視野角４０度で約４３％、視野角５０度で約６６％、視野角６０度で８７％の改善効果がある。
以上の結果より、本発明が適用されたルーバーフィルムは、視野角の改善方法として有効であることが分かる。また、ルーバーの形状や開口率等に改良を加えることにより、更なる視野角の改善が期待できると考えられる。
以上、この発明の第１〜第４の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の第１〜第４の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第４の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
また、上述の第１〜第４の実施形態において、制限層３１または遮光膜の厚さは、目的に応じて液晶パネル２の面内方向で変化させてもよい。例えば、液晶パネル２の中央から側方に向かうに従って制限層３１または遮光層の厚さが厚くなるように変化させてもよい。これにより、例えば大画面液晶パネルを見る場合に画面各所に対する視野角差に応じて入射光を制限することができ、使用用途に適した視野角と表示品質を有する液晶パネルを得ることができる。
また、上述の第１〜第３の実施形態において、視野角改善手段１０が薄くて自己支持膜を得にくい場合には、透明支持体（ガラス板、プラスティックフィルム等）上に視野角改善手段１０を形成してもよい。また、偏光子１６上に視野角改善手段を形成するようにしてもよい。この場合、偏光子１６に対して大きな影響を及ぼすことのないプロセスを使用することが好ましい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図１５】
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【国際調査報告】
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