JPH05196939A - 光線平行化装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄さに優れる、拡散光の光線平行化装置、及
び良好な表示状態で見ることができる視野角の広い液晶
表示装置を得ること。 【構成】 入射平行光線の反射光を集光する能力を有
し、その光軸が面外に位置するフレネル型の反射面
（５）の前面に、拡散光を前記反射面に向けて全反射す
る透明な傾斜面（４）を有する光線平行化装置、及び液
晶パネル（３）の片側に、前記の光線平行化装置を有
し、かつ光線平行化装置におけるフレネル型の反射面
（５）と透明な傾斜面（４）を介した入射平行光線の反
射光の集光光路上に拡散光源（６）を有する液晶表示装
置。 【効果】 光線平行化装置は、拡散光を面状の平行光線
に変換してその変換平行光線が光源により遮蔽されな
い。液晶表示装置は、光拡散板の付加で装置の前面のほ
ぼ全方向から良好な表示状態で見れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄さに優れる、拡散光
の光線平行化装置、及びそれを用いて形成した、良好な
表示を示す視野角の広さに優れる液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、拡散光を平行光線に変換して面状
の平行光線を形成する装置としては、コリメーターや放
物面鏡による単一光源光学系、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、前者の単一光源光学系では画面等の所定領
域の全面に平行光線を投影するためには目的域の対角線
の１／２以上の奥行きを必要とし、放物面鏡の場合には
集光点等の集光光路に配置した光源が変換した平行光線
を遮蔽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部分欠落
等の暗点を生じて信頼性に欠ける問題点があった。

【０００３】一方、図３に例示の如く、液晶３３を透明
電極付きガラス板３２で封止した液晶セル３４に位相差
板３５や偏光板３１を接着してなる液晶パネル３の後方
に拡散光源からなるバックライトシステム７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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、薄さに優れ
る、拡散光の光線平行化装置、及び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、入射平行光線
の反射光を集光する能力を有し、その光軸が面外に位置
するフレネル型の反射面の前面に、拡散光を前記反射面
に向けて全反射する透明な傾斜面を有することを特徴と
する光線平行化装置を提供するものである。また本発明
は、液晶パネルの片側に、前記の光線平行化装置を有
し、かつ光線平行化装置におけるフレネル型の反射面と
透明な傾斜面を介した入射平行光線の反射光の集光光路
上に拡散光源を有することを特徴とする液晶表示装置を
提供するものである。

【０００６】

【作用】フレネル型で光軸が面外に位置する反射面とす
ることにより、入射平行光線の反射光を集光する能力を
有する放物面系の場合でも薄型のものとでき、かつ反射
面の外側の集光光路に拡散光源を配置できて光源による
変換平行光線の遮蔽を回避できる。更にかかる反射面の
前面に拡散光全反射用の透明な傾斜面を設けることによ
り、平行光線の透過を実現しつつ装置をより薄くするこ
とができる。平行光線は、集光光路に拡散光源を配置し
てその拡散光を傾斜面で全反射させ、フレネル型の反射
面に入射させて反射させることにより得られる。

【０００７】一方、前記で形成した面状の平行光線を液
晶パネルに一定な角度で、就中、可及的に垂直な角度で
入射させることにより、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に本発明の光線平行化装置を有する液晶
表示装置の実施例を示した。１が光拡散板、３が液晶パ
ネル、４が透明な傾斜面、５がフレネル型の反射面、６
が拡散光源である。液晶パネル３は、液晶セル３４の両
側に偏光板３１を接着したものからなり、液晶セル３４
は液晶３３を透明電極付きガラス板３２で封止したもの
からなる。なお２は輝度均質化マスクである。

【０００９】図１から明らかな如く、透明な傾斜面４と
フレネル型の反射面５は、断面が概略三角形の基板の対
向面に形成されており、従って実施例の光線平行化装置
は一体物として形成されている。フレネル型の反射面
は、メタクリル系樹脂からなる基板をＮＣ旋盤により研
削して同心状の溝を形成し、その面にアルミニウムを蒸
着することにより形成した。

【００１０】本発明においては例えば、透明な傾斜面を
シートや基板で形成し、フレネル型の反射面も別個のシ
ートや基板で形成して、透明な傾斜面とフレネル型の反
射面が別体に形成された光線平行化装置とすることもで
きる。透明な傾斜面のフレネル型の反射面に対する傾斜
角度は、フレネル型の反射面に入射した平行光線の反射
光が全反射しうる範囲で適宜に決定してよく、薄型化の
点よりは傾斜角度が小さいほど好ましい。透明な傾斜面
は、例えばガラスやプラスチックなどの適宜な透明材料
で形成することができる。

【００１１】フレネル型の反射面は、金型を介した樹脂
成形方式などによっても形成することができ、適宜な方
式で形成してよい。透明な傾斜面とは別体のフレネル型
の反射面とする場合には、金属板等の良反射性材料で形
成して金属蒸着等の反射面形成処理を省略することもで
きる。

【００１２】フレネル型の反射面は、入射平行光線の反
射光を集光する能力があるものとされるが、それは図２
に例示の如く放物面鏡５２の分割体５１で形成すること
は必ずしも要せず、図１に例示の如く円錐面の分割体で
近似させることもできる。円錐形による近似は、放物面
を形成するよりも製作が容易な利点を有している。円錐
形で形成した場合でも、その分割サイズ（フレネル化に
おける凹凸間隔：図２ｄ）を小さくすることにより、満
足できる集光性を得ることができる。

【００１３】フレネル型の反射面を形成するに際して放
物面ないし円錐面の前記した分割サイズ（ｄ）は、各画
素からの画像形成光線が相互に混合して画像がクロスト
ークしない幅とすることが好ましい。そのサイズ（ｄ）
は、液晶パネルにおける画素のサイズと間隔及び液晶面
から光拡散板面までの距離に基づく画像形成光線の拡が
りにより適宜に決定される。

【００１４】また本発明においてフレネル型の反射面
は、光軸が面外に位置するように形成される。すなわ
ち、フレネル型の反射面に平行光線を入射させた場合に
その反射光の集光点が反射面の上下端に配置した平行板
の外側に位置するように形成される。これにより、フレ
ネル型の反射面と透明な傾斜面を介した入射平行光線の
反射光の集光光路上に拡散光源を配置した場合に、その
光源で変換平行光線が遮蔽されることを防止できる。か
かるフレネル型の反射面の形成は、例えば放物面鏡の中
心部を含まない周縁部分に相当する分割体でフレネル化
することにより行うことができる。

【００１５】本発明において用いる液晶パネル、ないし
液晶セルについては特に限定はなく、公知物のいずれも
用いうる。一般的な液晶パネル等の例としては、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。

【００１６】液晶セルに付設される偏光板の一般的なも
のとしては、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、液晶セルの片
側又は両側に配置される。

【００１７】位相差板は、液晶セ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。位相差板も液晶セルの片側又は両側
に配置することができる。

【００１８】液晶表示装置の視認側表面に設けられる光
拡散板１は、画像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、かかる画像
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。

【００１９】光線平行化装置におけるフレネル型の反射
面と透明な傾斜面を介した入射平行光線の反射光の集光
光路上に配置する拡散光源６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
プなどがあげられる。通例、冷陰極管の如き低温系の光
源が好ましく用いられるが本発明においては例えば、光
源からの光を光ファイバーや反射板等を介して入射させ
る方式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透明な傾斜面
に取り入れて全反射させ、フレネル型の反射板に入射さ
せて面状の平行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。なお本発明の光線平行化
装置は、種々の目的に好ましく用いることができる。

【００２１】なお必要に応じて用いられる輝度均質化マ
スクは、光源からの距離差による吸収損失等による輝度
の変化（明るさのムラ）を補償するためのものであり、
例えば光の透過率を変化させたシートなどとして形成す
ることができる。輝度均質化マスクは、光拡散板と光線
平行化装置との間の任意な位置に配置することができ
る。なお前記した輝度変化の補償は、例えばフレネル型
の反射板の各分割部分の反射率を制御する方式等によっ
ても達成でき、適宜な方式を採ることができる。

【００２２】本発明において液晶パネルや光拡散板等の
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】

【発明の効果】本発明によれば、拡散光を面状の平行光
線に変換できてその変換平行光線が光源により遮蔽され
ず、しかも薄さに優れる光線平行化装置を得ることがで
きる。またそれを用いた本発明の液晶表示装置は、見る
角度によるコントラストや色相の変化等が防止されて、
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ている。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の断面図。

【図２】フレネル型の反射面の説明断面図。

【図３】従来例の説明図。

【符号の説明】

１：光拡散板 ３：液晶パネル ３１：偏光板 ３４：液晶セル ３２：透明電極付きガラス板 ３３：液晶 ４：透明な傾斜面 ５：フレネル型の反射面 ６：拡散光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射平行光線の反射光を集光する能力を
   有し、その光軸が面外に位置するフレネル型の反射面の
   前面に、拡散光を前記反射面に向けて全反射する透明な
   傾斜面を有することを特徴とする光線平行化装置。
2. 【請求項２】 フレネル型の反射面と透明な傾斜面が対
   向する面に形成された一体物からなる請求項１に記載の
   光線平行化装置。
3. 【請求項３】 液晶パネルの片側に、請求項１に記載の
   光線平行化装置を有し、かつ光線平行化装置におけるフ
   レネル型の反射面と透明な傾斜面を介した入射平行光線
   の反射光の集光光路上に拡散光源を有することを特徴と
   する液晶表示装置。
4. 【請求項４】 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３に記載の液晶表示装置。