(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射される光を制御する光学素子を備えた直視型の表示装置に用いられる表示パネルであって、
光透過性材料から構成され、かつ前記光源から照射される光を受光する第１の基板と、
光透過性材料から構成され、かつ前記第１の基板を透過した光を受光するとともに、この画像表示面から前記光が出射する第２の基板と、
前記第１の基板および前記第２の基板の間に配置され、かつ前記光学素子が満たされた光学素子層と、
前記光源から照射された光を前記光学素子層上に収束させる複数のレンチキュラー・レンズと、を備え、
前記第１の基板は、表示信号を供給するための複数の信号線と、走査信号を供給するための複数の走査線とを有し、
前記複数のレンチキュラー・レンズによって収束された光は、隣り合う信号線間の領域内又は隣り合う走査線間の領域内に到達して前記光学素子層を透過し、
各レンチキュラー・レンズは、少なくとも１つの隣り合うレンチキュラー・レンズと、これらレンズ曲面が連続するように構成されていることを特徴とする表示パネル。
【請求項２】
前記光学素子層上で収束された光は、前記光学素子層を透過した後に前記第２の基板を透過する過程で所定の角度をもって拡散し、かつ前記所定の角度よりも広い角度で前記第２の基板から出射することを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項３】
前記表示パネルはドット・マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記複数のレンチキュラー・レンズは、前記画素の列または行に対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【請求項４】
一対の長辺および一対の短辺を備える矩形状の画素がマトリックス状に形成されたアレイ基板と、
前記アレイ基板と所定の間隙を隔てて対向配置されるカラー・フィルタ基板と、
前記間隙に位置する液晶層と、
前記短辺に沿って延びる複数のレンチキュラー・レンズと、を備えた直視型の液晶表示パネルであって、
前記レンチキュラー・レンズは、前記アレイ基板が光源からの光を受ける面側に配置され、かつ隣接する前記レンチキュラー・レンズ同士の境界が前記画素の前記短辺に沿うように配置されており、
前記レンチキュラー・レンズは、この焦点を前記画素の投影面の範囲内で結び、各レンチキュラー・レンズは、少なくとも１つの隣り合うレンチキュラー・レンズと、これらレンズ曲面が連続するように構成されていることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項５】
前記レンチキュラー・レンズは、この焦点を前記液晶層上で結ぶことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
前記画素における一対の短辺の間隔が、１００〜３００μｍであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
液晶層を含むとともに、画像表示面を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルに対して光を照射するための光源と、
前記液晶表示パネルと前記光源との間に配置され、かつ前記光源から照射された光を前記液晶表示パネル内で収束させるレンズと、を備え、
前記液晶表示パネルは、前記光源から照射された光が、該液晶表示パネル内で収束した後に第１の角度を持って拡散し、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度で前記画像表示面から出射するように構成されており、
前記光源から照射される光の半値幅が、−１５〜−５°又は５〜１５°の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記レンズは、前記光源から照射された光が前記液晶層またはその近傍で収束するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記光源から照射される光の半値幅よりも前記画像表示面から出射される光の半値幅が大きいことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
液晶層を含むとともに、画像表示面を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルに対して光を照射するための光源と、
前記液晶表示パネルと前記光源との間に配置され、かつ前記光源から照射された光を前記液晶表示パネル内で収束させるレンズと、を備え、
前記液晶表示パネルは、前記光源から照射された光が、前記液晶表示パネル内で収束した後に第１の角度を持って拡散し、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度で前記画像表示面から出射するように構成されており、
前記画像表示面から出射される光の半値幅が、−３０〜−１５°又は１５〜３０°の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
表示信号を供給するための複数の信号線と走査信号を供給するための複数の走査線とがマトリックス状に配列されたアレイ基板と、前記アレイ基板と所定の間隙を隔てて対向配置されるカラー・フィルタ基板と、前記間隙に位置する液晶層とを有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの背面に設けられ、かつ少なくとも１つの入光面および前記入光面から入光した光が発光するための発光面を備えた導光板と、
前記導光板の入光面に沿って配置されたランプと、
前記導光板と前記液晶表示パネルとの間に設けられ、かつ前記走査線に平行な方向に延びる複数のレンチキュラー・レンズと、を備え、
前記複数のレンチキュラー・レンズの配列ピッチと前記複数の走査線の配列ピッチとが一致し、
前記複数のレンチキュラー・レンズは、隣り合う信号線間の領域内又は隣り合う走査線間の領域内に向けて、前記ランプからの光を収束させ、該光が前記液晶表示パネルを透過することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
前記導光板の前記発光面には、前記導光板内における光の進行方向に対して平行な方向に延びる第１のプリズムが複数形成されており、
前記導光板と前記レンチキュラー・レンズとの間に、前記導光板内における光の進行方向に対して垂直な方向に延びる第２のプリズムを複数形成したプリズム・シートが配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記信号線及び走査線がマトリクス状に配置されており、
前記複数のレンチキュラー・レンズの配列ピッチと前記複数の走査線の配列ピッチとが一致することを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型のパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）に適した液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣ、その他各種モニタ用の画像表示装置として、液晶表示装置の普及は目覚ましいものがある。この種の液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルの背面に照明用の面状光源であるバックライトを配設し、所定の広がりを有する液晶層を全体として均一な明るさに照射することで、液晶層に形成された画像を可視像化するように構成されている。
このバックライトは、熱陰極や冷陰極の蛍光ランプを光源として採用し、これらの蛍光管によるいわゆる線状光源からの光を液晶表示パネル全面に照射する必要があり、そのために直下型とサイドライト型(エッジライト型)の二方式が従来から採用されている。この直下型のバックライト・ユニットは、液晶表示パネルの直下に蛍光管を置きその上に調光板と拡散板を設置したものである。一方、サイドライト型は、透明な樹脂製の導光板の二辺または一辺に蛍光管を設置して、導光板に入射させた光を導光板の裏面に加工した反射部によって液晶表示パネル面方向に向け、拡散板を用いて均一な面状の光を与えるものである。サイドライト型のバックライトは、直下型のバックライトに比べて薄型とすることができるため、ノート型ＰＣなどの携帯機器の表示装置に適している。
【０００３】
液晶表示装置に要求される特性として、広い角度からでも明るい画面を見ることができるということがある。
画面を明るくするためには、バックライトの輝度を上げることが最も効果的な手法であるが、消費電力の増大を招くという欠点がある。特に、携帯機器の場合には、内蔵バッテリを使用することを想定しているために、バックライトの特性を上げて画面を明るくするという手法は採用しがたいところがある。
広い角度からでも明るい画面を見るための要素として、従来から、液晶表示装置は、拡散板を用いている。拡散板は、導光板から照射された光をより放射分布の広い光として画像表示面から出射させることにより、広い角度から見た場合でも画面を明るく認識させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
詳しくは後述するが、拡散板は、光の透過量を減少させる要素となっている。したがって、拡散板を取り除けば、液晶表示装置としての輝度を向上することができる。しかし、拡散板は広い角度から見た場合でも画面を明るく認識させるという重要な役割を果たしているため、拡散板を取り除くことは現実には困難であった。
したがって本発明は、輝度を向上できるとともに、液晶表示パネルからの出射光の放射分布を高めることのできる液晶表示パネルおよび液晶表示装置の提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述のように、液晶表示装置の輝度を向上させるための１手法として、拡散板を取り除くことが考えられる。拡散板は、ＰＥＴフィルムのような透明基板表面に、光透過性樹脂とアクリル粒子やシリカ粒子等の光散乱性粒子とからなる光拡散層を形成した構造をしている。したがって、蛍光管等の光源から発光された光が拡散板を通過するとその輝度は少なからずとも低下する。つまり、輝度を低下させる要因となる拡散板を取り除けば、液晶表示装置としての輝度を向上させることができるのである。ところが、拡散板を取り除いてしまうと、均一な面状の光を液晶表示パネルに対して照射することができなくなるから、拡散板を単純に取り除くことはできない。
【０００６】
拡散板は、放射分布の広い光を液晶表示パネルに供給する役割を果たす。つまり、液晶表示パネルに入射される前に、光に所定の広がりを持たせるのが拡散板である。ところが、液晶表示パネルに入射される前に所定の広がりを持つことは、液晶表示装置にとって必須ではない。液晶表示パネルから出射される出射光が所定の広がりを持っていれば良いのである。液晶表示パネルは、厚さ０.７ｍｍ程度の２枚のガラス基板が光学素子としての液晶材料で満たされた液晶層を挟んで積層した構造をなす。ここで、カラー液晶表示装置として主流をなすＴＦＴ（Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ）型の液晶表示装置は、一方のガラス基板がアレイ基板を構成し、他方のガラス基板がカラー・フィルタ基板を構成する。アレイ基板およびカラー・フィルタ基板の表面には、各々偏光板が積層されている。バックライトからの光は、偏光板、アレイ基板、カラー・フィルタ基板および偏光板を順次透過した後に、外部に出射される。したがって、カラー・フィルタ基板に積層された偏光板から出射される際に、放射分布の広い光として出射することができれば、拡散板を取り除ける可能性がある。
カラー・フィルタ基板に積層された偏光板と空気とは屈折率が異なるから、当該偏光板から出射される光がその出射面に対して角度を持てば、放射分布の広い光として出射することが可能になる。
【０００７】
以上のような光の通過挙動を実現するために、本発明では光の収束手段、例えばレンチキュラー・レンズを用いることを提案する。つまり、例えば、液晶層上に焦点を有するレンチキュラー・レンズをアレイ基板の入光面側に配置し、バックライト・ユニットから照射される光をレンチキュラー・レンズに通過させることによって、液晶表示パネル内部、例えば液晶層上に収束させるのである。液晶層上に収束された光は、カラー・フィルタ基板を透過する際には所定の角度を持って拡散し、さら偏光板から出射される際には、空気との屈折率との差異から、より広い角度の光として出射される。
【０００８】
液晶層上に収束させることは、副次的に以下のような輝度向上効果をもたらす。アレイ基板上には、ＴＦＴ、ＴＦＴを駆動するための信号線、走査線といった配線が形成されている。これらは、液晶表示パネルにおける光の透過を妨げる遮光部となる。液晶表示装置の高精細化が進むと、一定面積に占めるＴＦＴ、信号線、走査線の割合が増えるため、光が透過する部分の面積、つまり開口率が低下する。開口率の低下は、液晶表示装置の輝度低下をもたらす。バックライトから照射された光が、理想的には、ＴＦＴ、信号線、走査線といった遮光部を逃れて液晶表示パネルを透過すれば、開口率が下がったとしても理論的には輝度を低下させることはない。
前述のようにレンチキュラー・レンズを用いれば、液晶層上に光を収束することができる。この収束位置を、例えば、隣接する走査線間、つまり画素内に設定すれば、走査線によって遮光されていた分の光を液晶表示パネルから出射させることができるから、同一の光源を用いることを前提とすると、従来の液晶表示装置よりも高い輝度を確保することができるのである。
【０００９】
本発明の液晶表示パネルは以上の検討結果、知見に基づくものであり、光源から照射される光を制御する光学素子を備えた直視型の表示装置に用いられる表示パネルであって、光透過性材料から構成されかつ前記光源から照射される光を受光する第１の基板と、光透過性材料から構成されかつ前記第１の基板を透過した光を受光するとともにその画像表示面から前記光が出射する第２の基板と、前記第１の基板および前記第２の基板との間に配置されかつ前記光学素子が満たされた光学素子層と、前記光源から照射される光を前記光学素子層上に収束させる光収束手段と、を備えることを特徴とする表示パネルである。
本発明の表示パネルは、光源から照射される光を光学素子層上に収束させる光収束手段を備えている。光学素子層上で収束された光は、光学素子層を通過した後に前記第２の基板を通過する過程で所定の角度をもって拡散し、前記所定の角度よりも広い角度で前記第２の基板から出射することができる。つまり、従来のように拡散板を用いなくても、表示パネルから放射分布の広い光を出射できるから、輝度を向上できるとともに、広い角度から見た場合でも画面を明るく認識することができる。また、光収束手段による収束の位置を適切に設定すれば、前述した遮光部による光の遮光を部分的に回避することも可能になる。
【００１０】
本発明の表示パネルにおいて、ドット・マトリックス状に配列された複数の画素を備える場合、前記光収束手段は、前記画素の列または行に対応して形成することができる。画素列または画素行ごとにレンチキュラー・レンズを設ける形態が該当する。
なお、本発明の光収束手段としては、レンチキュラー・レンズの他に、複眼レンズを用いることもできる。
また、以上の本発明の表示パネルにおいて、前述した液晶表示パネルの場合、第１の基板とは偏光板およびアレイ基板を含み、また第２の基板とは偏光板とカラー・フィルタ基板とを含む概念である。
【００１１】
本発明の表示パネルの典型的な適用例として液晶表示装置がある。したがって本発明は、一対の長辺および一対の短辺を備える矩形状の画素がマトリックス状に形成されたアレイ基板と、前記アレイ基板と所定の間隙を隔てて対向配置されるカラー・フィルタ基板と、前記間隙に位置する液晶層と、前記短辺に沿って延びる複数のレンチキュラー・レンズと、を備えた直視型の液晶表示パネルであって、前記レンチキュラー・レンズは前記アレイ基板が光源からの光を受ける面側に配置され、かつ隣接する前記レンチキュラー・レンズ同士の境界が前記画素の短辺に沿うように前記レンチキュラー・レンズを配置してあることを特徴とする液晶表示パネルを提供する。
本発明の液晶表示パネルにおいて、レンチキュラー・レンズが光源からの光を受光する。その光は、レンチキュラー・レンズにより、アレイ基板からカラー・フィルタ基板の間で一端収束するが、所定角度で拡散しつつカラー・フィルタ基板を透過する。カラー・フィルタ基板を透過し、さらには液晶表示パネルが標準的に備えている偏光板を透過した後に外部に出射される光は、空気との屈折率の差異により、放射分布が広くなる。したがって、拡散板を設けることなく、拡散板を設けたと同様の効果を得ることができるのである。
【００１２】
本発明の液晶表示パネルにおいて、前記レンチキュラー・レンズは、その焦点を前記光学素子層上で結ぶことが望ましい。また本発明の液晶表示パネルにおいて、前記レンチキュラー・レンズは、その焦点を前記画素の投影面の範囲内で結ぶことが望ましい。このようなレンズの設計とすることにより、アレイ基板上に形成される走査線で光が遮蔽されることを防止することが可能となる。つまり、開口率に拘わらず、液晶表示パネルの輝度を向上することができる。
さらに本発明の液晶表示パネルは直視型の液晶表示装置に適用されるものであり、その場合、前記画素における一対の短辺の間隔は１００〜３００μｍの範囲で設定される。
【００１３】
本発明は以上の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置も提供する。すなわち本発明の液晶表示装置は、液晶層を含むとともに画像表示面を備えた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに対して光を照射するための光源と、前記液晶表示パネルと前記光源との間に配置されかつ前記光源から照射された光を前記液晶表示パネル内で収束させるレンズと、を備え、前記光源から照射された光は、前記液晶表示パネル内で収束した後に第１の角度を持って拡散し、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度で前記画像表示面から出射するように構成されていることを特徴とする。
したがって、本発明の液晶表示パネルによれば、拡散板を設けることなく、放射分布の広い光を出射することが可能となる。
【００１４】
本発明の液晶表示装置において、前記レンズは、前記光源から照射された光が前記液晶層またはその近傍で収束するように構成すれば、前記光源から照射された光は、前記液晶層またはその近傍で収束した後に第１の角度を持って拡散し、かつ前記第１の角度より大きい第２の角度で前記画像表示面から出射することができる。
また本発明の液晶表示装置によれば、前記光源から照射される光の半値幅よりも前記画像表示面から出射される光の半値幅を大きくすることができる。
また本発明の液晶表示装置によれば、前記光源から照射される光の半値幅を、±５〜１５°とすることが望ましい。
さらに本発明の液晶表示装置によれば、前記画像表示面から出射される光の半値幅が、±１５〜３０°とすることが望ましい。
本発明の液晶表示装置のより具体的な構造として、前記光源から照射された光を前記液晶表示パネルに導くとともにその出光面にプリズム構造を形成する導光板と、前記導光板と前記液晶表示パネルとの間に配置されるとともに前記導光板の出光面に望む面に前記導光板に形成されたプリズム構造と交差するプリズム構造が形成されたプリズム・シートと、前記液晶表示パネルの前記プリズム・シートに臨む面に配置されたレンチキュラー・レンズと、をさらに備え、前記液晶表示パネルは前記画像表示面側にレンズ構造を含まないことが望ましい。そしてさらに、前記導光板の前記プリズム構造は前記導光板内における光の進行方向に沿って形成することが望ましい。
【００１５】
本発明では以下の液晶表示装置を提供する。つまり本発明は、表示信号を供給するための複数の信号線と走査信号を供給するための複数の走査線とがマトリックス状に配列されたアレイ基板と、前記アレイ基板と所定の間隙を隔てて対向配置されるカラー・フィルタ基板と、前記間隙に位置する液晶層とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に設けられかつ少なくとも１つの入光面および前記入光面から入光した光が発光するための発光面を備えた導光板と、前記導光板の入光面に沿って配置されたランプと、前記導光板と前記液晶表示パネルとの間に設けられかつ前記走査線に平行な方向に延びる複数のレンチキュラー・レンズと、を備えたことを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、ランプから出射された光は導光板を介してレンチキュラー・レンズに照射される。レンチキュラー・レンズに照射された光は、アレイ基板〜カラー・フィルタ基板の範囲内で収束する。一端収束した光は、所定の角度を持って拡散し、カラー・フィルタ基板を透過した後に液晶表示パネルの外部に出射される。その際、液晶表示パネルと空気との屈折率の相違から、出射される光はより広い角度で放射する。
【００１６】
本発明の液晶表示装置において、前記複数のレンチキュラー・レンズの配列ピッチと前記複数の走査線の配列ピッチとが一致するように構成することが望ましい。
また本発明の液晶表示装置において、前記導光板の前記発光面には、前記導光板内における光の進行方向に対して平行な方向に延びる第１のプリズムを複数形成し、かつ前記導光板と前記レンチキュラー・レンズとの間に、前記導光板内における光の進行方向に対して垂直な方向に延びる第２のプリズムを複数形成したプリズム・シートを配置することが望ましい。レンチキュラー・レンズに照射する光の集光度を向上するためである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態に基づき説明する。
図１は本実施の形態による液晶表示装置１の主要構成断面を示している。
液晶表示装置１は、表示ユニット２とバックライト・ユニット３とから構成される。この液晶表示装置１は、ＴＦＴ型の液晶表示パネル表示装置である。
表示ユニット２は、液晶表示パネル４と、レンチキュラー・レンズ・シート５とが積層された構造をなしている。液晶表示パネル４は、従来公知の液晶表示パネルと同様に、アレイ基板とカラー・フィルタ基板とを積層した構造をなした、図中の上面が画像表示面となる直視型のパネルである。アレイ基板およびカラー・フィルタ基板とは所定の間隙をおいて対向配置されており、その間隙には液晶材料が封入されている。液晶材料は、周知のように、光の透過を制御する光学素子である。アレイ基板上には、スイッチング素子としてのＴＦＴが形成されている。また、アレイ基板上には、ＴＦＴへ走査信号を供給するための複数の走査線とＴＦＴへ表示信号を供給するための複数の信号線とがマトリックス状に形成されている。２本の走査線および２本の信号線で囲まれる領域が単一の画素を構成し、ＴＦＴは当該画素内の走査線および信号線の交点近傍に配置される。アレイ基板上には、当該画素がドット・マトリックス状に配列されていることになる。
【００１８】
レンチキュラー・レンズ・シート５は、図示しない偏光板を介して液晶表示パネル４に積層されている。レンチキュラー・レンズ・シート５は、図１に示したように、平板状の基体５１上に複数のレンズ５２が周期的に配列された構造を有している。図２に液晶表示パネル４とレンチキュラー・レンズ・シート５の配置関係を説明するための図を示す。つまり、図２は液晶表示パネル４の平面図と表示ユニット２の断面図とを対応して示している。
図２において、前述した走査線４１は液晶表示パネル４の水平方向に配線されており、信号線４２は液晶表示パネル４の垂直方向に配線されている。そして、走査線４１および信号線４２で囲まれる領域が画素４３を構成する。なお、図２においては、理解を容易にするために走査線４１および信号線４２は点線で示している。
図２に示すように、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５１は、一対の長辺および一対の短辺とからなる画素４３の短辺に沿って延びている。また、液晶表示パネル４とレンチキュラー・レンズ・シート５とは、液晶表示パネル４の走査線４１間のピッチとレンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５１間のピッチとが一致するように積層されている。つまり、レンチキュラー・レンズ・シート５の隣接するレンズ５２，５２境界が液晶表示パネル４の走査線４１と重なるように配置される。最も望ましくは、前記境界と走査線４１の幅方向中央とが一致するように配置する。レンチキュラー・レンズ・シート５の各レンズ５２は、平行光が照射された場合に液晶表示パネル４の液晶層で焦点を結ぶように設計してある。通常、液晶表示パネル４を構成するアレイ基板とカラー・フィルタ基板とは、同一の厚さを有しているため、各レンズ５２は、液晶表示パネル４の厚さ方向中央部で焦点を結ぶように設計されることになる。このような設計を採用する理由は追って説明する。なお、レンチキュラー・レンズ・シート５は、以上のような形状、寸法を除けば、従来公知の仕様を採用すればよい。
【００１９】
図３にバックライト・ユニット３の斜視図を示す。バックライト・ユニット３は、光源であるランプ６と、ランプ６からの発光光を受光しかつ面状光として発光させるための導光板７と、ランプ６からの発光光を導光板７に効率よく供給するためのリフレクタ８と、導光板７の背面側に配置される反射板９と、プリズム・シート１０とから構成される。なお、本発明において、導光板７の表示ユニット２に臨む側を表面側と、またその反対の側を背面側と定義する。
ランプ６には、熱陰極蛍光管あるいは冷陰極蛍光管が用いられる。導光板７は厚さ２〜３ｍｍ程度のアクリル樹脂、例えばポリメチルメタクリレートから構成される。導光板７のうち、ランプ６と対向する面を入光面と呼び、表示ユニット２と対向する面を発光面と呼ぶ。ランプ６からの発光光は、直接またはリフレクタ８から反射されて入光面から導光板に入光する。導光板７を全反射しながら進行する光は、導光板７の背面側に配置される反射板９によって導光板７の表面側に向けた面状光として発光する。リフレクタ８は、例えば、ステンレス鋼板あるいは黄銅板をプレス加工により図示の形状に形成し、その内面にＡｇをスパッタしたＰＥＴフィルムをラミネートすることにより構成される。反射板９としては、厚さ５０μｍ程度のＰＥＴ製粘着テープにＡｇあるいはＡｌを蒸着により被覆したもの、あるいは白色のフィルムを用いることができる。
【００２０】
本実施の形態によるバックライト・ユニット３は、表示ユニット２に対して照射される光の集光度合いを高くするための工夫がなされている。具体的には、導光板７の表面側にプリズム７１を形成し、さらに導光板７の表面側にプリズム・シート１０を配置している。プリズム・シート１０は、導光板７と表示ユニット２との間に存在することになる。導光板７に構成されたプリズム７１は、その稜線がランプ６と直交するように形成される。つまり、導光板７内の光の進行方向に対して平行な方向に沿ってプリズム７１は形成されている。プリズム７１の頂角は、７０°〜１３０°の範囲とすることが望ましい。プリズム７１は導光板７の上面に設けても下面に設けてもかまわない。なお、プリズム・シート１０は、その上面にプリズムを形成することもできる。また、プリズム・シート１０は、その下面に稜線がランプ６と平行になるようにプリズムを形成している。つまり、プリズム・シート１０のプリズムは、導光板７内の光の進行方向に対して垂直な方向に沿って形成されている。プリズム・シート１０の頂角は、６０°〜７５°の範囲とすることが望ましい。本実施の形態によるバックライト・ユニット３は、ランプ６と平行な方向の集光を導光板７に形成したプリズム７１が受け持ち、ランプ６と垂直な方向の集光をプリズム・シート１０が受け持つ。ただし、このプリズム・シート１０の集光は、導光板７が楔形形状をしているために生ずる全反射の崩壊によって前記発光面から出射してくる光を対象とする。
集光度合いの評価として、中央部を最大の輝度とし、輝度が最大輝度の半分になる角度（以下、半値幅という）を指標とすることが行われている。つまり、この半値幅が小さいほど集光度合いが強いことを示している。本実施の形態によるバックライト・ユニット３の半値幅を測定したところ、±１０°であった。従来のバックライト・ユニットが±２５°程度であったことから、本実施の形態によるバックライト・ユニット３は、集光度合いが相当向上したことが判明した。
【００２１】
図４は、本実施の形態による液晶表示装置１において、バックライト・ユニット３を発光させたときの液晶表示パネル４における光の透過状態を示す断面模式図である。
図４に示すように、液晶表示パネル４は、図示しないバックライト・ユニット３の存在する図中下方から、レンチキュラー・レンズ・シート５、偏光板２４、アレイ基板２１、液晶層２３、カラー・フィルタ基板２２および偏光板２５が積層した構造をなしている。アレイ基板２１上には、走査線４１が形成されている。走査線４１の幅方向中心とレンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２，５２の境界とが一致するように、レンチキュラー・レンズ・シート５の配置を設定してある。また、前述のように、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２は、液晶層２３上で焦点を結ぶように設計されている。
図４は、バックライト・ユニット３から発光された平行光（点線で示す）がレンチキュラー・レンズ・シート５に対して照射された状態を示している。さて、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２に照射された光は、レンズ５２により液晶層２３内に存在する焦点上に収束される。液晶層２３内に存在する焦点上で収束された光は、焦点、つまり液晶層２３を通過するとカラー・フィルタ基板２２内において角度をλ１もって拡散しながら進行する。
カラー・フィルタ基板２２を透過した後に偏光板２５から出射される際、放射角度はλ１より大きいλ２となる。つまり、カラー・フィルタ基板２２および偏光板２５は屈折率がおよそ１.５であるから、カラー・フィルタ基板２２を透過して偏光板２５から出射される光の放射角度λ２は、カラー・フィルタ基板２２および偏光板２５を透過する際の放射角度λ１よりも大きくなる。したがって、本実施の形態による液晶表示装置１は、液晶表示パネル４を斜め方向から見る場合でも、拡散板を用いることなく、所定の明るさを確保することができる。
図８は、レンチキュラー・レンズ・シート５を設けない場合の光の透過状況を示している。なお、図４と同一の部分には同一の符号を付してある。図８の例では、偏光板２４に照射された光のうち一部は走査線４１で遮蔽される。遮蔽されなかった他の光はカラー・フィルタ基板２２および偏光板２５を透過するが、偏光板２５表面に対して垂直に出射するため、放射角度が広がるという効果を期待することができない。
【００２２】
本実施の形態による液晶表示装置１は、拡散板を用いることなく、所定の明るさを確保することができるという利点の他に、従来の液晶表示装置に比べて輝度を向上することができるという利点を副次的に有している。以下、この輝度向上効果について説明する。
レンチキュラー・レンズ・シート５を備えていない従来の液晶表示装置は、図８に示したように、アレイ基板２１を進行する光の一部は、アレイ基板２１上に形成されている走査線４１、信号線４２等によって遮蔽されてしまう。つまり、アレイ基板２１上に形成されている走査線４１、信号線４２等が液晶表示パネル４の光透過率を低減させていた。
これに対して本実施の形態による液晶表示装置１は、図４に示すように、液晶表示パネル４に入射された光がレンチキュラー・レンズ・シート５によって走査線４１，４１の間に収束されるから、走査線４１によって遮蔽されることはない。現実の装置においては、製造誤差等によって走査線４１によって遮蔽される可能性があるが、その場合でも従来の液晶表示装置に比べれば遮蔽される量はごく僅かである。したがって、従来の液晶表示装置に比べて輝度を向上することができるのである。
ここで、本実施の形態による液晶表示装置１は、前述したように、導光板７にプリズム７１を設け、さらにプリズム・シート１０を設けてバックライト・ユニット３から照射される光の集光度合いを高めている。これは、走査線４１，４１間を透過できずに走査線４１にて遮蔽される可能性を低減するためである。この集光度合いは、半値幅で±５〜１５°の範囲とすることが望ましい。±１５°を超えると集光度合いが不足し、±５°未満では集光度合いが強すぎて偏光板２５から出射される光の放射分布を十分に確保できなくなるおそれがあるからである。偏光板２５から出射される光の半値幅については、±１５〜３０°とすることが望ましい。±１５°未満では広い角度から見た場合の明るさが不足し、±３０°を超えると正面の明るさが不足するためである。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態による液晶表示装置１は、液晶表示パネル４の所定位置にレンチキュラー・レンズ・シート５を配置したため、拡散板を設けることなく、所定の広がりを持った出射光を得ることができる。しかも、アレイ基板２１上の走査線４１による遮光を防止することができるので、輝度をより向上することができる。
【００２４】
図４に示した例では、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２の焦点を液晶層２３上で結ぶように設定したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、図５に示すように、レンズ５２の焦点をアレイ基板２１内で結ぶように設計してもよい。そして、図５から理解できるように、レンズ５２の焦点をアレイ基板２１内で結ぶように設計しても、図４で示した液晶表示装置１と同様の効果を得ることができる。
また、レンズ５２の焦点は、図６に示すように、カラー・フィルタ基板２２内でレンズ５２の焦点を結ぶようにすることもできる。その場合でも、図６から理解できるように、図４で示した液晶表示装置１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
さらに、図４で示した例では、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２，５２の境界線が走査線４１，４１の幅方向中央に一致している。この図４の形態は最も望ましい形態であるが、本発明の効果を得るための必須の構成ではない。図７に示すように、レンズ５２，５２の境界線と走査線４１，４１の幅方向中央とがずれていても、図４と同様の効果を得ることができる。つまり、図７に示すように、レンズ５２，５２の境界線と走査線４１，４１の幅方向中央とがずれていても、レンズ５２の焦点が、隣接する走査線４１，４１の間、つまり画素４３の投影面の範囲内に存在すれば、本発明の効果を十分に享受することができる。逆に、レンズ５２の焦点が、走査線４１の投影面内に存在する場合には、走査線４１がレンズ５２を通過した光を遮蔽することになる。
【００２６】
以上説明した実施の形態では、レンチキュラー・レンズ・シート５を偏光板２４の下面に配置したが、アレイ基板２１と偏光板２４との間にレンチキュラー・レンズ・シート５を配置することもできる。ただし、この形態では、レンチキュラー・レンズ・シート５が、偏光板２４による偏光をキャンセルしてはならない。本発明者等の検討によると、レンチキュラー・レンズ・シート５が紫外線硬化型樹脂で構成され、そのレンズ５２の軸方向に対して平行に偏光が入射すれば、偏光のキャンセルは生じない。つまり、偏光板２４の偏光方向とレンズ５２の軸方向とを一致させれば良い。
また、本実施の形態による液晶表示装置１では、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２を画素４３の短辺に沿って画素４３の列に対応して形成した。しかし、レンズ５２を画素４３の長辺に沿って画素４３の行に対応して形成することもできる。ただし、通常、液晶表示パネル４は、信号線４２，４２の間隔は走査線４１，４１の間隔の１／３しかない。そのため、画素４３の行に対応したレンチキュラー・レンズ・シート５を設ける場合、製造の困難性の問題がある。したがって、本実施の形態のように、レンチキュラー・レンズ・シート５のレンズ５２を画素４３の短辺に沿って画素４３の列に対応して形成することが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、輝度を向上できるとともに、放射分布の広い光を出射させることのできる液晶表示パネルおよび液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態による液晶表示装置の主要構成断面を示す図である。
【図２】  本実施の形態による液晶表示パネルとレンチキュラー・レンズ・シートの配置関係を説明するための図である。
【図３】  本実施の形態によるバックライト・ユニットの分解斜視図である。
【図４】  本実施の形態による液晶表示装置において、バックライト・ユニットを発光させたときの液晶表示パネルにおける光の透過状態を示す断面模式図である。
【図５】  本実施の形態による液晶表示装置の変形例を示す図である。
【図６】  本実施の形態による液晶表示装置の変形例を示す図である。
【図７】  本実施の形態による液晶表示装置の変形例を示す図である。
【図８】  本実施の形態による液晶表示装置の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１…液晶表示装置、２…表示ユニット、２１…アレイ基板、２２…カラー・フィルタ基板、２３…液晶層、２４，２５…偏光板、３…バックライト・ユニット、４…液晶表示パネル、４１…走査線、４２…信号線、４３…画素、５…レンチキュラー・レンズ・シート、５１…基体、５２…レンズ、６…ランプ、７…導光板、７１…プリズム、８…リフレクタ、９…反射板、１０…プリズム・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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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