JPH05134252A - 液晶表示装置、面状点光源及び面状平行光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な表示状態で見ることができる視野角の
広い液晶表示装置、及びそれに好適な面状点光源ないし
面状平行光源を得ること。 【構成】 複数の光ファイバー（５）の一端（４）を面
状に配列固定し、他端（６）を集合させて光源（７）に
対し配置してなる面状点光源の光出射側にレンズアレイ
（３）を配置した面状平行光源を、液晶パネル（２）の
少なくとも片側に設けてなり、必要に応じ視認側の表面
に光拡散板（１）を有する液晶表示装置、及び前記の面
状点光源と面状平行光源。 【効果】 面状点光源は、単一光源からの光を効率よく
面状点光源に変換し、それにレンズアレイを配置して光
源の信頼性に優れ、薄さにも優れる面状平行光源を容易
に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、良好な表示を示す視野
角の広さに優れる液晶表示装置、及びそれに好適な面状
点光源ないし面状平行光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に例示の如く、液晶２４を透
明電極付きガラス板２３で封止した液晶セル２５に位相
差板２２や偏光板２１を接着してなる液晶パネル２の後
方にバックライトシステム２６を有する液晶表示装置が
知られていた。しかしながら、大画面を近距離で見る場
合や多人数で他方向から一画面を見る場合のように、画
面を見る角度によって視認性が大きくバラツキ、コント
ラストの低下や表示の反転、あるいは色相の変化などが
発生し、良好な表示状態で見ることができる視野角が狭
い問題点があつた。かかる視認性のバラツキは、液晶の
組成や偏光板、位相差板を種々取り替えても解決されな
い液晶そのものが原因する本質的なものであるとされて
いる。

【０００３】一方、面状の平行光形成システムとして
は、レンズや反射鏡を用いた単一光源・単一光学系によ
るもの、あるいは光源として多数の独立光源を二次元に
配置したものが知られていた。しかしながら、前者の単
一光源・単一光学系では所定の全画面に平行光を投影す
るためには画面の対角線の１／２以上の奥行きを必要と
する問題点があった。また、後者の多数の独立光源の配
置系では個々の独立光源の欠陥で画面の一部が欠落する
などの問題を生じて信頼性に欠ける問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、良好な表示
状態で見ることができる視野角の広い液晶表示装置、及
びそれに好適な面状点光源ないし面状平行光源の開発を
課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の光ファ
イバーの一端を面状に配列固定し、他端を集合させて光
源に対し配置してなる面状点光源の光出射側にレンズア
レイを配置した面状平行光源を、液晶パネルの少なくと
も片側に設けたことを特徴とし、必要に応じ視認側の表
面に光拡散板を有する液晶表示装置、及び前記の面状点
光源と面状平行光源を提供するものである。

【０００６】

【作用】複数の光ファイバーの集合端より入射した光が
他端で点光源が面状に配列した面状点光源を形成し、そ
の各点光源よりの出射光がレンズアレイを介して平行光
に変換され、面状の平行光として液晶パネルに入射す
る。その際、可及的に垂直に入射させることが好まし
い。

【０００７】前記により液晶パネルに一定な角度で入射
する光が形成され、液晶の光学特性が光入射角に依存す
ることに基づく、すなわち光の入射角の相違による視認
性のバラツキが防止される。その結果、良好な表示状態
を示す光のみが出射されて視角によるコントラストの低
下や表示の反転、あるいは色相の変化などが抑制され、
良好表示の視野角、ないし視認性が向上する。そして、
出射光を光拡散板で散乱させることにより、その出射光
の散乱で画像の伝送域を拡大できて良好な視認域を拡大
することができる。

【０００８】

【実施例】図１、図２、図３に本発明のそれぞれ他の実
施例を示した。１が光拡散板、２が液晶パネル、３がレ
ンズアレイ、４が複数の光ファイバーの面状配列固定
端、５が光ファイバー、６が複数の光ファイバーの集合
端、７が光源である。なお液晶パネル２は、従来例の如
く液晶セル２５に位相差板２２と偏光板２１を接着した
ものからなり、液晶セル２５は液晶を透明電極付きガラ
ス板で封止したものからなる。

【０００９】本発明において用いる液晶パネルや偏光板
については特に限定はない。一般的な液晶パネルの例と
しては、ツイストネマチック型やスーパーツイストネマ
チック型、ホモジニアス型、薄膜トランジスタ型のも
の、またアクティブマトリクス駆動型や単純マトリクス
駆動型のものなどがあげられる。

【００１０】一般に用いられる偏光板としては、ポリビ
ニルアルコールの如き親水性高分子からなるフィルムを
ヨウ素の如き二色性染料で処理して延伸したものや、ポ
リ塩化ビニルの如きプラスチックフィルムを処理してポ
リエンを配向させたものなどからなる偏光フィルム、な
いしそれを保護フィルムでカバーしたものなどがあげら
れる。なお偏光板は、液晶パネルの片側又は両側に配置
される。

【００１１】位相差板は、液晶パネルによる複屈折光を
補償する目的などで必要に応じて用いられる。位相差板
は、例えば高分子フィルムを一軸、ないし二軸等で延伸
処理してなる複屈折性フィルムやその積層体などとして
得ることができる。

【００１２】本発明の液晶表示装置は、液晶パネルの少
なくとも片側に面状平行光源を設けたものである。その
面状平行光源は、前記した各図例の如く複数の光ファイ
バー５の一端を面状に配列固定（４）し、他端を集合さ
せて（６）光源７に対し配置してなる面状点光源の光出
射側にレンズアレイ３を配置したものからなる。

【００１３】光ファイバーとしては、任意な材質からな
るＳＩ型やＧＩ型などの適宜なものを用いてよく、透明
性に優れるものが好ましく用いられる。その例として
は、多成分系石英ファイバーの如き石英や他のガラスを
用いたファイバー、ポリメチルメタクリレート、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレートの如きプラス
チックを用いた多成分系樹脂ファイバーなどがあげられ
る。光ファイバーの太さは、画素の大きさやその使用本
数などに応じて適宜に決定してよい。一般には、太さ５
μm〜１mmの光ファイバーが画面のドット数や大きさな
どに応じた本数、ないし配置密度で用いられる。光ファ
イバーの長さは、画面の大きさや光源との距離などに応
じて適宜に決定してよい。

【００１４】面状点光源における光ファイバーの面状配
列固定端(光出射側)は、各光ファイバーが面状に配列さ
れて固定されていればよく、その形成は任意な方法で行
うことができる。その例としては、多数本の光ファイバ
ーの一端を束ねて圧接方式や融着方式、あるいは接着剤
等による固定方式などの適宜な方式で固定する方法、平
板に設けた溝を介し光ファイバーを平行に等間隔配置し
てそれを樹脂で固定してシート体を形成し、そのシート
体の複数枚を積層して光ファイバーを二次元に配列さ
せ、それを固定したのち光ファイバーの端部固定に必要
な厚さ部分を残して光ファイバーを固定している樹脂を
溶剤や加熱、あるいは機械的手段等の適宜な方式で除去
する方法等があげられる。なお形成された光ファイバー
の面状配列固定端は必要に応じて光学研磨処理が施され
る。

【００１５】面状点光源における光ファイバーの集合端
（光入射側）は、光源、ないしその光の供給系の大きさ
等に応じて適宜に形成してよく、結束固定されている必
要はない。従って、光源の周囲に集合させることもでき
るし、光源の反射カバーに孔等を設けてそこに挿入して
集合させることもできる。なお光ファイバーの光入射側
ないし光出射側の端面形態は任意である。平面形態、凸
レンズ形態、凹レンズ形態、凸型や凹型等の二次元放物
面形態など、適宜な形態とすることができる。

【００１６】面状平行光源は、上記した面状点光源の光
出射側に光ファイバーに対応させてレンズを面状に配置
することにより形成することができる。レンズを面状に
配置してなるレンズアレイは、適宜な方法で形成してよ
い。その例としては、プラスチックシートやガラス板な
どからなる支持ベースに、レンズとなる凸部等を形成配
列する方法等があげられる。

【００１７】面状に配置するレンズは、点光源からの光
を平行光に変換するものであればよく、その形状、材
質、大きさ、焦点距離等について特に限定はない。その
例としては、ＧＲＩＮロッドレンズ、ＧＲＩＮ球面レン
ズ、シリンドリカルレンズ、非球面レンズ、屈折率分布
型レンズなどがあげられる。またレンズの配置について
もレンズの特性に応じて適宜に決定してよい。レンズを
その焦点距離等に応じた位置に配置することにより各点
光源からの光をほぼ一様な方向の平行光に変換すること
ができる。レンズアレイは、面状点光源における光ファ
イバーの面状配列固定端に接着されている必要はない
が、位置ズレ防止等の点より接着剤等により固着されて
いることが好ましい。

【００１８】光源としては適宜なものを用いてよい。そ
の例としては、冷陰極管、熱陰極管、タングステンラン
プ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、あるいは
エレクトロルミネッセンスランプ等の面状発光体などが
あげられる。

【００１９】なお、光源に対する面状点光源の光ファイ
バー集合端（光入射側）の配置は、光源からの光を光フ
ァイバー集合端に入射させる配置形態であればよい。従
って光ファイバーの易屈曲性を利用した屈曲形態配置と
することもできるし、光源からの光を反射板等を介して
光ファイバー集合端に入射させる配置形態などとするこ
ともできる。

【００２０】用いる光源数は任意であるが、本発明にお
いては、単一光源からの無秩序な拡散光を複数の光ファ
イバーの集合端より取り入れ、他端の面状配列固定端よ
り点光源の面状配列光源として取り出す方式が薄型化や
光源の信頼性等の点より、ひいては液晶表示装置等の薄
型化や軽量化等の点より好ましい。なお本発明の面状点
光源及び面状平行光源は、種々の目的の光源として好ま
しく用いることができる。

【００２１】液晶表示装置の視認側表面に必要に応じて
設けられる光拡散板１は、表示光を散乱させて視野角を
拡大させるためのものである。従って用いる光拡散板
は、液晶パネルからの出射光を散乱させるものであれば
よく、その材質や構造等について特に限定はない。その
例としては、透明な樹脂シート中に有機や無機の微粒子
ないしフィラーを分散させたもの、高分子又は低分子の
ドメインをシート状の樹脂中に発現させたもの、高分子
フィルムやガラス板上に無機や有機の微粒子ないし繊維
を分散させた樹脂層を設けたもの、高分子フィルムやガ
ラス板の表面を物理的ないし化学的に粗面化処理したも
のなどがあげられる。なお液晶パネルと拡散板の間に導
光体を介在させることもできる。

【００２２】本発明において液晶パネル２とレンズアレ
イ３、レンズアレイ３と光ファイバー面状配列固定端
４、液晶パネル２と光拡散板１の各間は、必要に応じて
固着した形態とされる。界面反射による表示品位の低下
を抑制する点よりは固着することが一般的に好ましい。
その固着は、例えば透明な接着剤、ないし粘着剤を用い
て行うことができ、接着剤等の種類については特に限定
はない。就中、被固着体と屈折率が同じか、近いものが
好ましい。また、被固着体の光学特性の変化防止の点よ
り、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないものが
好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないもの
が望ましい。

【００２３】実施例１ 直径２０μm、開口数１．０のアクリル樹脂系ファイバ
ーの所定本数を樹脂パイプ中に同心円状に充填して、
９．８インチ型（４８０×６４０ドット）ＳＴＮ液晶パ
ネルの１ドットに相当する直径３１０μmのファイバー
束を形成し、そのファイバー束を平板に設けた溝を介し
平行に等間隔配置して樹脂で固定し、シート体を形成し
た。次に、前記のシート体の複数枚を位置合せしつつ積
層接着してファイバー束を等間隔に二次元に配列させ、
その一端を切断して研磨したのちその研磨面より約１mm
の厚さ分を残してファイバー束を接着固定する樹脂を溶
剤で除去し、前記ＳＴＮ液晶パネル用（４８０×６４０
ドット）の光ファイバー配列体を得た。

【００２４】ついで、前記配列体における光ファイバー
の自由端を束ね、それを遮光板に設けた孔を介してキセ
ノンランプの近傍に配置し、前記配列体の光ファイバー
面状配列固定端にレジストを塗布してキセノンランプを
点灯させ、光ファイバーからの出射光で形成されたレジ
スト層におけるコーン状部分を除去したのち、アクリル
系樹脂を塗布して各コーン状部分に直径３００μm、屈
折率１．５の球レンズを落し込み、アクリル系樹脂を硬
化させて球レンズを固定した。球レンズと光ファイバー
端との焦点距離に応じた配置は、その間にコーン状部分
を介して充填したアクリル系樹脂の屈折率（１．５）を
考慮してレジスト層の厚さにより調節した。なお前記の
コーン状部分に充填したアクリル系樹脂は、光ファイバ
ーとレンズとの開口数を整合させ、かつ空気との接触界
面を減らして光ファイバーが取り込んだ光を伝送損失少
なくレンズより出射させる。

【００２５】前記した透過型のＳＴＮ液晶パネルに、前
記で得た面状平行光源をレンズ配置側を介して配置し、
視認側に光散乱性シートを配置して液晶表示装置を得
た。この液晶表示装置においては、良好な表示状態で見
ることができる範囲が、視野角の影響を受けなかった。
なお、前記の系ではレンズアレイの各レンズが液晶表示
装置の開口部にのみ光を照射するので、光のロスが少な
い利点がある。

【００２６】実施例２ 球レンズに代えて、正方形のレンズを用い、レンズを隙
間なく配置して光（平行）を出射しない部分が現れない
よう、すなわち全面から平行光が出射されるようにした
ほかは実施例１に準じて液晶表示装置を得た。なお、正
方形のレンズは他の正多角形のものに置換することがで
きる。この系では、レンズ位置が対応していなくても液
晶表示装置のドットに平行光を効率よく入射させること
ができ、組立てが容易な利点がある。

【００２７】実施例３ レジスト層を介した球レンズの配置に代えて、１／４波
長ＧＲＩＮロッドレンズのアレイ体（図３）を光ファイ
バー面状配列固定端に接着したほかは実施例１に準じて
液晶表示装置を得た。この系では、レンズと点光源（光
ファイバー端）間の距離の設定が容易で、固着処理も容
易な利点がある。

【００２８】実施例４ レジスト層を介した球レンズの配置に代えて、ＧＲＩＮ
球レンズのアレイ体を光ファイバー面状配列固定端に接
着したほかは実施例１に準じて液晶表示装置を得た。こ
の系では、ＧＲＩＮ球レンズが短焦点距離化した場合に
收差が少ないため薄型化が容易な利点がある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、見る角度によるコント
ラストの変化等を防止できて、鮮明さに優れる良好な表
示状態で見ることができる視野角、ないし視認性に優れ
る液晶表示装置を得ることができる。また光拡散板の付
加により、視野角をさらに広げることができ、液晶表示
装置の前面のほぼ全方向から良好な表示状態で見ること
ができる。一方、本発明の面状点光源によれば、単一光
源からの光を効率よく面状点光源に変換することがで
き、それにレンズアレイを配置して光源の信頼性に優
れ、薄さにも優れる面状平行光源を容易に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の説明図。

【図２】他の実施例の説明図。

【図３】さらに他の実施例の説明図。

【図４】従来例の説明図。

【符号の説明】

１：光拡散板 ２：液晶パネル ２１：偏光板 ２２：位相差板 ２５：液晶セル ２３：透明電極付きガラス板 ２４：液晶 ３：レンズアレイ ５：光ファイバー ４：光ファイバー面状配列固定端 ６：光ファイバー集合端 ７：光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 秀作 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光ファイバーの一端を面状に配列
   固定し、他端を集合させて光源に対し配置してなる面状
   点光源の光出射側にレンズアレイを配置した面状平行光
   源を、液晶パネルの少なくとも片側に設けたことを特徴
   とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 視認側の表面に光拡散板を有することを
   特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の面状点光源。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の面状平行光源。