JPH08240719A

JPH08240719A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08240719A
Application number: JP7045340A
Authority: JP
Inventors: 直寛 ▲真▼篠; Naohiro Mashino; Koji Muramatsu; 浩嗣村松; Toshio Hirayama; 壽男平山
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronic Devices Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】バックライトの導光体底面に設ける拡散パター
ンの光損失を減少し、光利用効率を向上する。【構成】バックライトを構成する導光体３７の底面に設
けた拡散パターン１が、ベースレジン２中に空気層３を
分散させた構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の下に位
置する導光体の端面に沿って光源を配置したいわゆるエ
ッジライト型バックライトを具備する液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、例えば、透明導電膜か
らなる表示用画素電極と配向膜等をそれぞれ積層した面
が対向するように所定の間隙を隔てて２枚の透明ガラス
基板を重ね合せ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設け
たシール材により、両基板を貼り合せると共に、シール
材の一部に設けた液晶封入口から両基板間のシール材の
内側に液晶を封入、封止し、さらに両基板の外側に偏光
板を設けて成る液晶表示素子（すなわち、液晶表示パネ
ル、ＬＣＤ：リキッドクリスタルディスプレイ(Liqui
d Crystal Display)）と、液晶表示素子の下に配置さ
れ、液晶表示素子に光を供給するバックライトと、液晶
表示素子の外周部の外側に配置した液晶駆動用回路基板
と、これらの各部材を保持するモールド成形品である枠
状体と、これらの各部材を収納し、表示窓があけられた
金属製フレーム等を含んで構成されている。

【０００３】バックライトは、例えば、光源から発せら
れる光を光源から離れた方へ導き、液晶表示素子全体に
光を均一に照射するための透明のアクリル等の合成樹脂
板から成る導光体と、導光体の端面（すなわち、側面）
近傍に該端面に沿って該端面と平行に配置した光源であ
る蛍光管と、蛍光管をそのほぼ全長にわたって覆い、断
面形状がほぼＵ字状で、その内面が白色または銀色のラ
ンプ反射シートと、導光体の上に配置され、導光体から
の光を拡散する拡散シートと、導光体の下に配置され、
導光体からの光を液晶表示素子の方へ反射させる反射シ
ートとから構成される。

【０００４】また、蛍光管から導光体内に入射した光
は、導光体内を全反射しながら導光するが、拡散反射に
より導光体の上面から出射させるために、導光体の底面
には白色インキで印刷した複数個の光拡散用のドットパ
ターンや、導光体の底面に一体に形成した凸部や凹部が
規則正しく配置されている。

【０００５】なお、このような従来の液晶表示装置は、
例えば特公昭６０−１９４７４号公報や実開平４−２２
７８０号公報に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】導光体の底面に印刷し
た従来の拡散パターンは、基材としてのレジン（樹脂）
の中に、光散乱剤として酸化チタン等の顔料、あるいは
光散乱剤としてＳｉＯ_２系のガラス等の無機物から成る
球状の中空のビーズを混ぜたものを用いていた。しか
し、このような顔料やガラスビーズ等の光散乱剤は光吸
収が多い上、光出射角が大きいので、光損失が多く、光
利用効率が低いという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、光損失が少なく、光利用
効率の高い拡散パターンを有し、したがって、導光体の
輝度を向上することができ、バックライトの消費電力を
低減することができる液晶表示装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、液晶表示素子の下に配置した導光体と、
前記導光体の少なくとも１端面近傍に該端面に沿って配
置した蛍光管等の光源と、前記液晶表示素子の下で前記
導光体の上に配置した拡散手段（拡散シートや拡散板）
と、前記導光体の下に配置した反射手段（反射シートと
反射板）と、前記導光体の下面に設けた拡散作用を有す
る拡散パターンとを有する液晶表示装置において、前記
拡散パターンは、固体相中に気体相を分散させて成るこ
とを特徴とする。

【０００９】また、前記固体相はレジンであることを特
徴とする。

【００１０】また、前記レジンに発泡剤を含有させる
か、該レジンの上か下に接して発泡剤を塗布した後、加
熱等により発泡させて該レジン中に気体相を分散させた
ことを特徴とする。

【００１１】また、前記固体相は前記導光体であること
を特徴とする。すなわち、導光体の底面に該導光体と一
体に拡散パターンを形成し、その中に気体が分散されて
いる。

【００１２】また、前記拡散パターンは、その基材であ
るレジン中に、中に気体を封じ込めたプラスチックビー
ズを含んで成ることを特徴とする。

【００１３】また、前記プラスチックビーズの形状は、
例えば球状であることを特徴とする。

【００１４】また、前記レジンの屈折率は、前記導光体
の屈折率とほぼ同じか、それより小さいことを特徴とす
る。

【００１５】また、前記レジン、前記プラスチックビー
ズの少なくとも一方は、無色透明であることを特徴とす
る。

【００１６】また、低沸点の液体を内包した前記プラス
チックビーズを加熱して前記液体を気化させ、該プラス
チックビーズ中に前記気体を封じ込めたことを特徴とす
る。

【００１７】また、前記拡散パターンはドット状である
ことを特徴とする。

【００１８】また、前記ドットは、前記蛍光管の長軸方
向と平行または垂直な複数本の直線状に配列されている
ことを特徴とする。

【００１９】さらに、前記拡散シートと前記液晶表示素
子との間に少なくとも１枚のプリズムシートを配置した
ことを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明では、導光体の底面に設ける拡散パター
ンとして、固体相中に気体相を分散させるか、あるい
は、その基材であるレジン中に、中に気体を封じ込めた
プラスチックビーズを含ませる。このような構成の拡散
パターンは、光吸収が少なく、光出射角が小さいので、
光損失を少なくすることができ、光利用効率を向上する
ことができる。その結果、導光体の輝度を向上すること
ができ、バックライトの消費電力を低減することができ
る。

【００２１】

【実施例】図３は、本発明が適用可能な液晶表示素子の
下に配置したバックライトの側面図である。なお、以下
で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その繰返しの説明は省略する。

【００２２】６２は液晶表示素子、７７は液晶表示素子
６２に光を供給するバックライト、３７は液晶表示素子
６２の下に配置した導光体、６５は導光体３７の入光端
面、３６は導光体３７の入光端面６５の近傍に該入光端
面６５に沿って該入光端面６５と平行に配置した光源で
ある蛍光管、６６は蛍光管３６をそのほぼ全長にわたっ
て覆い、断面形状がほぼＵ字状で、その内面が白色また
は銀色のランプ反射シート、３９は液晶表示素子６２の
下で導光体３７の上に配置した拡散シート、３８は導光
体３７の下に配置した反射シート、１は導光体３７の底
面に設けられ、導光体３７内を全反射しながら導光する
光を導光体３７の上面から出射させる複数個の拡散ドッ
トパターン（図５参照）、７２、７３はそれぞれ拡散シ
ート３９と液晶表示素子６２との間に配置したプリズム
シート（レンズフィルム）、６７はランプ反射シート６
６の端部、７１はランプ反射シート６６の端部６７を導
光体３７の上面に接着する両面テープ、６８、６９、７
０はそれぞれ両面テープ７１を構成する接着剤層、基材
層、接着剤層、７４は入光端面６５と対向する端面、７
５は端面７４に設けた反射テープ、７６は反射テープ７
５を端面７４に接着する接着剤層である。

【００２３】なお、拡散シート３９、反射シート３８は
導光体３７に接着されていない。ランプ反射シート６６
の端部６７は、導光体３７の上面に両面テープ７１によ
り接着されている。ランプ反射シート６６のもう一方の
端部７８は、反射シート３８の下に位置するが、接着さ
れておらず、図示はしないが、フレーム等により抑え付
けられ、保持される。なお、図３では、プリズムシート
７２、７３、液晶表示素子６２は浮かして図示されてい
るが、プリズムシート７２、７３は拡散シート３９の上
に重ねて載置され、接着されておらず、その上に液晶表
示素子６２が載置されている。ランプ反射シート６６の
内面、すなわち、蛍光管３６側の面は、光が導光体３７
の入光端面６５側へ反射するように、白色または銀色に
形成されている。また、導光体３７の入光端面６５と直
角の２端面にも、図示はしないが、反射テープ７５と同
様の反射テープが接着されている。

【００２４】図４は、本発明が適用可能な別のバックラ
イトの側面図である。

【００２５】図３に示したバックライト７７では、導光
体３７の形状が平板状（直方体形状）であったが、図４
には、液晶表示モジュールの軽量化、薄型化のため、楔
形（すなわち、断面形状が台形）の導光体３７を使用し
たバックライト７７を示す。その他の構成は図３に示し
たバックライトと同様である。なお、図４では、プリズ
ムシート７２、７３、液晶表示素子６２は図示省略して
ある。

【００２６】図５は、拡散パターンを示すための、本発
明が適用可能なさらに別のバックライトの斜視図であ
る。

【００２７】このバックライト７７の拡散パターン１の
形状は丸ドットで、蛍光管３６から離れるにしたがっ
て、拡散パターン１のドット径を徐々に大きくすること
により、乱反射特性を増加させて、光源から遠ざかるこ
とによる光量の減少を補正し、導光体３７の面輝度の均
一化を図っている。なお、ここでは拡散パターン１どう
しのピッチはすべて同一である。

【００２８】このように導光体においては、光源から導
光体内に入射した光の量は光源から離れるにしたがって
減少し、暗くなるので、この光量の減少を補正し、導光
体の面輝度を均一にするために、導光体の乱反射特性が
光源から離れるにしたがって増加するように工夫されて
いる。また、乱反射特性の補正量は、導光体の光源から
の距離が長くなる程（つまり、導光体の長さが長くなる
程）、あるいは導光体が薄くなる程、大きくしなければ
ならない。

【００２９】実施例１図１は本発明の実施例１の拡散パターンの断面図（例え
ば図５のＡ−Ａ切断線に対応する１個の拡散ドットパタ
ーンの断面を示す）である。

【００３０】３７はアクリル板から成る導光体、１は導
光体３７の底面に設けた拡散ドットパターン（図３、
４、５参照）、２は拡散ドットパターン１の基材である
ベースレジン（樹脂）、３は空気層（気泡）である。

【００３１】レジン２としては、導光体３７がアクリル
から成る場合は、ウレタンアクリレートオリゴマー（中
分子）等のアクリレート系ＵＶレジン等の無色透明なレ
ジンが使用可能である。導光体３７を構成するアクリル
の屈折率は、約１．４９であり、レジン２としてはその
屈折率が導光体３７の屈折率とほぼ同じか、それより小
さいものを使用する。この理由については後で説明す
る。なお、空気層３等の気体の屈折率は１である。

【００３２】拡散ドットパターン１の厚さｔは、約１５
〜４０μｍである。

【００３３】このような拡散ドットパターン１の形成方
法は、例えば、つぎのようにして行う。すなわち、発泡
剤を含有させたレジンを塗布またはスクリーン印刷する
か、あるいは塗布またはスクリーン印刷したレジンの上
か下に接して発泡剤を塗布した後、加熱等により発泡さ
せて該レジン２中に多数の空気層３を形成する。

【００３４】本実施例では、図５に示したような導光体
３７の底面に形成した多数個の拡散ドットパターン１
を、図１に示すように、レジン２から成る固体相中に気
体相、例えば空気層３を分散させて構成した。このよう
な構成の拡散ドットパターン１は、従来のレジン中に、
光散乱剤として酸化チタン等の顔料、あるいは球状の中
空ガラスビーズを混ぜたものと比較して、光吸収が少な
く、光出射角が小さい。したがって、拡散パターンによ
る光損失を少なくすることができ、光利用効率を向上す
ることができる。その結果、導光体の輝度を約３０％向
上することができ、バックライトの消費電力を低減する
ことができた。この理由については後で説明する。

【００３５】実施例２図２は本発明の実施例２の拡散パターンの図１と同様の
断面図である。

【００３６】２はアクリルから成る導光体３７の底面に
設けた多数個の拡散ドットパターン１（図３、４、５参
照）の基材であるベースレジン（樹脂）、４はレジン２
に多数個混合した球状の中空のプラスチックビーズ、３
はプラスチックビーズ４の真中に封じ込められた空気層
である。

【００３７】レジン２としては、導光体３７がアクリル
から成る場合は、アクリルの屈折率とほぼ同じか、それ
より小さい屈折率を有するウレタンアクリレートオリゴ
マー（中分子）等のアクリレート系ＵＶレジン等の無色
透明のレジンが使用可能である。また、中空プラスチッ
クビーズ４としては、アクリルの屈折率とほぼ同じか、
それ以下のポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、あるいはポリメチル
アセトアクリレート（ＰＭＡＡ）等から成る無色透明の
ビースが使用可能である。

【００３８】拡散ドットパターン１の厚さｔは、約１５
〜４０μｍ、中空プラスチックビーズ４の径は、スクリ
ーン印刷が可能な約５〜１５μｍである。

【００３９】このような拡散ドットパターン１の形成方
法は、例えば、つぎのようにして行う。すなわち、例え
ば、アルコールあるいは液化ブタンガス等の低沸点の液
体の充填剤を内包した多数個の上記プラスチックビーズ
を上記ベースレジン中によく混合し、このビーズ混合レ
ジンを導光体３７の底面にスクリーン印刷または塗布す
る。つぎに、加熱してビーズに内包された上記液体を気
化させると、真中に気体が封じ込められたビーズを含む
レジンから成る拡散ドットパターン１が形成できる。

【００４０】本実施例では、図５に示したような導光体
３７の底面に形成した多数個の拡散ドットパターン１
を、図２に示すように、中に空気層３を封じ込めた多数
個のプラスチックビーズ４を混合したレジン２により形
成した。このような構成の拡散ドットパターン１は、上
述の従来のドットパターンと比較して、上記実施例１と
同様に、光吸収が少なく、光出射角が小さいため、拡散
パターンによる光損失を少なくすることができ、光利用
効率を向上することができる。その結果、導光体の輝度
を約３０％向上することができ、バックライトの消費電
力を低減することができた。この理由についてはつぎに
説明する。

【００４１】つまり、従来の顔料は材質自体が光吸収性
の性質をもっているため、現在存在しうる顔料ではいか
なる構成にしても光吸収による光損失を低減するには限
界があった。また、中空ガラスビーズではガラス材料自
体による光吸収は少ないが、各ビーズの外側の界面にお
ける光散乱（反射）とその内側の界面における光散乱と
が複雑に絡み合って、各ビーズ内で繰返し乱反射されて
光損失が生じる。もっとも、ガラスの屈折率とほぼ等し
い透明素材の中に中空ガラスビーズを内包させるように
すれば、本発明とほぼ同様の作用を生じさせることにな
るが、一般にガラスの屈折率は高く、上述したようなベ
ースレジンでは実現不可能である。

【００４２】本発明では、中空プラスチックビーズの屈
折率とほぼ同じ屈折率を有するベースレジンの中に、複
数の中空プラスチックビーズを内包するようにしたの
で、中空プラスチックビーズの外側の界面での反射はほ
とんど無くなり、光分散（拡散）性において効率のよい
中空プラスチックビーズの径の小さい内側の界面での反
射のみが得られるようになる。つまり、液晶表示パネル
のような一定の大きさの表示部に所定の輝度の均一な光
が必要となるバックライト装置においては、冷陰極蛍光
管からの光を導光体の印刷ドットによっていかに輝度が
均一でむらのないように等方拡散するかが重要であり、
そのポイントは各ドットにおける光拡散性（円状のドッ
トならば、その径が寄与する）や、冷陰極蛍光管（光
源）からの距離に応じたドット密度の計算のしやすさ等
にある。したがって、本発明によれば、各ドットにおけ
る光拡散性や、光源からの距離に応じたドット密度の計
算のしやすさを保持しつつ、従来の顔料や中空ガラスビ
ーズでは排除できなかった各々のデメリットを生じるこ
となく、光損失を低減できるのである。

【００４３】また、レジンの屈折率を導光体の屈折率と
ほぼ同じか、低めにするのは、導光体の中を通ってきた
光源からの光を、すべて中空プラスチックが内包された
レジンの方に行くのを妨げないためであり、望ましくは
ほぼ同じにするのがよい。したがって、屈折率の関係は
次のようになり、等号となるのがより望ましい。

【００４４】導光体の屈折率≧レジンの屈折率≒中空プ
ラスチックビーズの屈折率なお、中空プラスチックビー
ズの中の気体の屈折率は最も低い。

【００４５】このように、レジンと中空プラスチックビ
ーズを用いた反射層（拡散層）は、その構造上、光の指
向方向（光束方向）を計算で求めるのが簡単であり、製
品スペックを左右する他の光学部材（特に、プリズムシ
ート等）を設計するのに正確な指標となり、かつ、従来
と比較して光利用効率が向上する。

【００４６】なお、上記実施例１において、拡散ドット
パターン１の基材として、レジン２を使用しないで、導
光体３７の成形時に該導光体３７の底面と一体に、図１
の符号２で示したような凸部から成る拡散ドットパター
ンを形成し、その中に気体を分散させるようにしてもよ
い。また、上記実施例２において、プラスチックビーズ
４の形状は、必ずしも球状でなくてもよい。また、上記
実施例１、２において、空気層３の空気の代わりに、例
えば窒素、酸素、二酸化炭素等の他の気体を使用して
も、屈折率は１と変わらないので同様の効果が得られ
る。また、拡散パターンは必ずしも丸ドットでなくて
も、さらにドットパターンでなくてもよく、種々の形状
のパターンを使用することも可能である。

【００４７】以下、図１、２に実施例１、２として示し
た本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液晶表示装
置について説明する。

【００４８】図６は本発明が適用可能な液晶表示装置の
液晶表示素子６２を上側から見た場合の電極基板上にお
ける液晶分子の配列方向（例えばラビング方向）、液晶
分子のねじれ方向、偏光板の偏光軸（あるいは吸収軸）
方向、および複屈折効果をもたらす部材の光学軸方向を
示し、図７は液晶表示素子６２の要部斜視図を示す。

【００４９】液晶分子のねじれ方向１０とねじれ角θ
は、上電極基板１１上の配向膜２１のラビング方向６と
下電極基板１２上の配向膜２２のラビング方向７および
上電極基板１１と下電極基板１２の間に挟持される正の
誘電異方性を有するネマチック液晶層５０に添加される
旋光性物質の種類と量によって規定される。

【００５０】図７において、液晶層５０を挟持する２枚
の上、下電極基板１１、１２間で液晶分子がねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えばガラス
からなる透明な上、下電極基板１１、１２上の、液晶に
接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂から
なる配向膜２１、２２の表面を、例えば布などで一方向
にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。こ
のときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極基
板１１においてはラビング方向６、下電極基板１２にお
いてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。こ
のようにして配向処理された２枚の上、下電極基板１
１、１２をそれぞれのラビング方向６、７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交叉するように間隙ｄ₁をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１、１２を液晶を注入
するための切欠け部、すなわち、切欠け部（液晶封入
口）５１を備えた枠状のシール材５２により接着し、そ
の間隙に正の誘電異方性をもち、旋光性物質を所定量添
加されたネマチック液晶を封入すると、液晶分子はその
電極基板間で図中のねじれ角θのらせん状構造の分子配
列をする。なお３１、３２はそれぞれ例えば酸化インジ
ウム又はＩＴＯ（IndiumTin Oxide）からなる透明な
上、下電極である。このようにして構成された液晶セル
６０の上電極基板１１の上側に複屈折効果をもたらす部
材（以下複屈折部材と称す。藤村他「ＳＴＮ−ＬＣＤ用
位相差フィルム」、雑誌電子材料１９９１年２月号第３
７−４１頁）４０が配設されており、さらにこの部材４
０および液晶セル６０を挟んで上、下偏光板１５、１６
が設けられる。

【００５１】液晶５０における液晶分子のねじれ角θは
１８０度から３６０度の範囲の値を採り得るが好ましく
は２００度から３００度であるが、透過率−印加電圧カ
ーブのしきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向とな
る現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実用
的な観点からすれば、２３０度から２７０度の範囲がよ
り好ましい。この条件は基本的には電圧に対する液晶分
子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現する
ように作用する。また優れた表示品質を得るためには液
晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁とその厚さｄ₁の積Δｎ₁
・ｄ₁は好ましくは０.５μｍから１.０μｍ、より好ま
しくは０.６μｍから０.９μｍの範囲に設定することが
望ましい。

【００５２】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体では着色した表示しかできなかったものを白黒の表示
に変換するものである。このためには複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂とその厚さｄ₂の積Δｎ₂・ｄ₂が極め
て重要で、好ましくは０.４μｍから０.８μｍ、より好
ましくは０.５μｍから０.７μｍの範囲に設定する。

【００５３】さらに、この液晶表示素子６２は複屈折に
よる楕円偏光を利用しているので偏光板１５、１６の軸
と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折板を用い
る場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基板１１、
１２の液晶配列方向６、７との関係が極めて重要であ
る。

【００５４】図６で上記の関係の作用効果について説明
する。図６は、図７の構成の液晶表示素子を上から見た
場合の偏光板の軸、一軸性の透明複屈折部材の光学軸、
液晶セルの電極基板の液晶分子軸配列方向の関係を示し
たものである。

【００５５】図７において、５は一軸性の透明複屈折部
材４０の光学軸、６は複屈折部材４０とこれに隣接する
上電極基板１１の液晶分子軸配列方向、７は下電極基板
１２の液晶配列方向、８は上偏光板１５の吸収軸あるい
は偏光軸、９は下偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸で
あり、角度αは上電極基板１１の液晶配列方向６と一軸
性の複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度βは
上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と一軸性の透明
複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度γは下偏
光板１６の吸収軸あるいは偏光軸９と下電極基板１２の
液晶配列方向７とのなす角度である。

【００５６】ここで本明細書における角α、β、γの測
り方を定義する。図１１において、複屈折部材４０の光
学軸５と上電極基板の液晶配列方向６との交角を例にと
って説明する。光学軸５と液晶配列方向６との交角は図
１１に示す如く、φ₁およびφ₂で表わすことが出来る
が、本明細書においてはφ₁、φ₂のうち小さい方の角を
採用する。すなわち、図１１（ａ）においてはφ₁＜φ₂
であるから、φ₁を光学軸５と液晶配列方向６との交角
αとし、図１１（ｂ）においてはφ₁＞φ₂だからφ₂を
光学軸５と液晶配列方向６との交角αとする。勿論φ₁
＝φ₂の場合はどちらを採っても良い。

【００５７】液晶表示素子においては角度α、β、γが
極めて重要である。

【００５８】角度αは好ましくは５０度から９０度、よ
り好ましくは７０度から９０度に、角度βは好ましくは
２０度から７０度、より好ましくは３０度から６０度
に、角度γは好ましくは０度から７０度、より好ましく
は０度から５０度に、それぞれ設定することが望まし
い。

【００５９】なお、液晶セル６０の液晶層５０のねじれ
角θが１８０度から３６０度の範囲内にあれば、ねじれ
方向１０が時計回り方向、反時計回り方向のいずれであ
っても、上記角α、β、γは上記範囲内にあればよい。

【００６０】なお、図７においては、複屈折部材４０が
上偏光板１５と上電極基板１１の間に配設されている
が、この位置の代りに、下電極基板１２と下偏光板１６
との間に配設しても良い。この場合は図７の構成全体を
倒立させた場合に相当する。

【００６１】図８はねじれ角θ等の具体例を示す図であ
る。図に示すように、液晶分子のねじれ角θは２４０度
であり、一軸性の透明複屈折部材４０としては平行配向
（ホモジェニアス配向）した、すなわちねじれ角が０度
の液晶セルを使用した。ここで液晶層の厚みｄ(μｍ)と
旋光性物質が添加された液晶材料のらせんピッチｐ(μ
ｍ)の比ｄ／ｐは０．６７とした。配向膜２１、２２
は、ポリイミド樹脂膜で形成しこれをラビング処理した
ものを使用した。このラビング処理を施した配向膜がこ
れに接する液晶分子を基板面に対して傾斜配向させるチ
ルト角(pretilt角）は４度である。上記一軸性透明複屈
折部材４０のΔｎ₂・ｄ₂は約０.６μｍである。一方液
晶分子が２４０度ねじれた構造の液晶層５０のΔｎ₁・
ｄ₁は約０.８μｍである。

【００６２】このとき、角度αを約９０度、角度βを約
３０度、角度γを約３０度とすることにより、上、下電
極３１、３２を介して液晶層５０に印加される電圧がし
きい値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧がある
しきい値以上になると光透過すなわち白の白黒表示が実
現できた。また、下偏光板１６の軸を上記位置より５０
度から９０度回転した場合は、液晶層５０への印加電圧
がしきい値以下のときには白、電圧がしきい値以上にな
ると黒の、前記と逆の白黒表示が実現できた。

【００６３】図９は図８の構成で角度αを変化させたと
きの１／２００デューティで時分割駆動時のコントラス
ト変化を示したものである。角度αが９０度近傍では極
めて高いコントラストを示していたものが、この角度か
らずれるにつれて低下する。しかも角度αが小さくなる
と点灯部、非点灯部ともに青味がかり、角度αが大きく
なると非点灯部は紫、点灯部は黄色になり、いずれにし
ても白黒表示は不可能となる。角度βおよび角度γにつ
いてもほぼ同様の結果となるが、角度γの場合は前記し
たように５０度から９０度近く回転すると逆転の白黒表
示となる。

【００６４】図８はねじれ角θ等の他の具体例を示す図
である。基本構造は図８に示した具体例と同様である。
ただし、液晶層５０の液晶分子のねじれ角は２６０度、
Δｎ₁・ｄ₁は約０.６５μｍ〜０.７５μｍである点が異
なる。一軸性透明複屈折部材４０として使用している平
行配向液晶層のΔｎ₂・ｄ₂は前記具体例と同じ約０．５
８μｍである。液晶層の厚みｄ₁(μｍ)と旋光性物質が
添加されたネマチック液晶材料のらせんピッチｐ(μｍ)
との比はｄ／ｐ＝０．７２とした。

【００６５】このとき、角度αを約１００度、角度βを
約３５度、角度γを約１５度とすることにより、最初の
具体例と同様の白黒表示が実現できた。また下偏光板の
軸の位置を上記値より５０度から９０度回転することに
より逆転の白黒表示が可能である点もほぼ最初の具体例
と同様である。角度α、β、γのずれに対する傾向も最
初の具体例とほぼ同様である。

【００６６】上記いずれの具体例においても一軸性透明
複屈折部材４０として、液晶分子のねじれのない平行配
向液晶セルを用いたが、むしろ２０度から６０度程度液
晶分子がねじれた液晶層を用いた方が角度による色変化
が少ない。このねじれた液晶層は、前述の液晶層５０同
様、配向処理が施された一対の透明基板の配向処理方向
を所定のねじれ角に交差するようにした基板間に液晶を
挟持することによって形成される。この場合、液晶分子
のねじれ構造を挟む２つの配向処理方向の挟角の２等分
角の方向を複屈折部材の光軸として取扱えばよい。ま
た、複屈折部材４０として、透明な高分子フィルムを用
いても良い（この際一軸延伸のものが好ましい）。この
場合高分子フィルムとしてはＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）、アクリル樹脂フィルム、ポリカーボネ
イトが有効である。

【００６７】さらに以上の具体例においては複屈折部材
は単一であったが、図７において複屈折部材４０に加え
て、下電極基板１２と下偏光板１６との間にもう一枚の
複屈折部材を挿入することもできる。この場合はこれら
複屈折部材のΔｎ₂・ｄ₂を再調整すればよい。

【００６８】ただし、図１２に示す如く、上電極基板１
１上に赤、緑、青のカラーフィルタ３３Ｒ、３３Ｇ、３
３Ｂ、各フィルター同志の間に光遮光膜３３Ｄを設ける
ことにより、多色表示が可能になる。図１０に前記具体
例における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方
向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係
を示す。

【００６９】なお、図１２においては、各フィルタ３３
Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これらの
凹凸の影響を軽減するため絶縁物からなる平滑膜２３が
形成された上に上電極３１、配向膜２１が形成されてい
る。

【００７０】図１３は液晶表示素子６２と、この液晶表
示素子６２を駆動するための駆動回路と、光源をコンパ
クトに一体にまとめた液晶表示モジュール６３を示す分
解斜視図である。液晶表示素子６２を駆動するＩＣ３４
は、中央に液晶表示素子６２を嵌め込むための窓部を備
えた枠状体のプリント基板３５に搭載される。液晶表示
素子６２を嵌め込んだプリント基板３５はプラスチック
モールドで形成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、
これに金属製フレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体
４２に形成されている切込み４４内に折り曲げることに
よりフレーム４１を枠状体４２に固定する。

【００７１】液晶表示素子６２の上下端に配置される冷
陰極蛍光管３６、この冷陰極蛍光管３６からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光板３７、金属板に白色塗料を塗布して形成され
た反射板３８、導光板３７からの光を拡散する乳白色の
ポリカーボネート等から成る拡散板３９が図１３の順序
で、枠状体４２の裏側からその窓部に嵌め込まれる。冷
陰極蛍光管３６を点灯する為のインバータ電源回路（図
示せず）は枠状体４２の右側裏部に設けられた凹部（図
示せず。反射板３８の凹所４５に対向する位置にあ
る。）に収納される。拡散板３９、導光板３７、冷陰極
蛍光管３６および反射板３８は、反射板３８に設けられ
ている舌片４６を枠状体４２に設けられている小口４７
内に折り曲げることにより固定される。

【００７２】なお、この図では、図示は省略したが、図
１、２に示したような上記実施例１、２を適用すること
により、導光体３７底面の拡散パターンによる光損失を
少なくすることができ、光利用効率を向上することがで
きるので、導光体の輝度を向上することができ、バック
ライトの消費電力を低減することができる。

【００７３】図１４は液晶表示モジュール６３を表示部
に使用したラップトップパソコンのブロックダイアグラ
ム、図１５は液晶表示モジュール６３をラップトップパ
ソコン６４に実装した状態を示す図である。このラップ
トップパソコン６４においては、マイクロプロセッサ４
９で計算した結果を、コントロール用ＬＳＩ４８を介し
て液晶駆動用半導体ＩＣ３４で液晶表示モジュール６３
を駆動するものである。

【００７４】以上説明したように、上記具体例によれ
ば、優れた時分割駆動特性を有し、さらに白黒および多
色表示を可能にする電界効果型液晶表示素子を実現する
ことができる。

【００７５】つぎに、図１、２に実施例１、２として示
した本発明が適用可能なアクティブ・マトリクス方式の
液晶表示装置について説明する。

【００７６】図１６は、液晶表示モジュールＭＤＬの各
構成部品を示す分解斜視図である。

【００７７】ＳＨＤは金属板から成るシールドケース
（メタルフレームとも称す）、ＷＤは表示窓、ＩＮＳ１
〜３は絶縁シート、ＰＣＢ１〜３は回路基板（ＰＣＢ１
はドレイン側回路基板、ＰＣＢ２はゲート側回路基板、
ＰＣＢ３はインターフェイス回路基板）、ＪＮは回路基
板ＰＣＢ１〜３どうしを電気的に接続するジョイナ、Ｔ
ＣＰ１、ＴＣＰ２はテープキャリアパッケージ、ＰＮＬ
は液晶表示パネル、ＧＣはゴムクッション、ＩＬＳは遮
光スペーサ、ＰＲＳはプリズムシート、ＳＰＳは拡散シ
ート、ＧＬＢは導光板、ＲＦＳは反射シート、ＭＣＡは
一体成型により形成された下側ケース（モールドケー
ス）、ＬＰは蛍光管、ＬＰＣはランプケーブル、ＧＢは
蛍光管ＬＰを支持するゴムブッシュであり、図に示すよ
うな上下の配置関係で各部材が積み重ねられて液晶表示
モジュールＭＤＬが組み立てられる。

【００７８】モジュールＭＤＬは、下側ケースＭＣＡ、
シールドケースＳＨＤの２種の収納・保持部材を有す
る。絶縁シートＩＮＳ１〜３、回路基板ＰＣＢ１〜３、
液晶表示パネルＰＮＬを収納、固定した金属製シールド
ケースＳＨＤと、蛍光管ＬＰ、導光板ＧＬＢ、プリズム
シートＰＲＳ等から成るバックライトＢＬを収納した下
側ケースＭＣＡとを合体させることにより、モジュール
ＭＤＬが組み立てられる。

【００７９】なお、この図では、図示は省略したが、図
１、２に示したような上記実施例１、２を適用すること
により、導光体３７底面の拡散パターンによる光損失を
少なくすることができ、光利用効率を向上することがで
きるので、導光体の輝度を向上することができ、バック
ライトの消費電力を低減することができる。

【００８０】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックライトの導光体底面の拡散パターンによる光損失
を少なくすることができ、光利用効率を向上することが
できるので、導光体の輝度を向上することができ、バッ
クライトの消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の拡散パターンの断面図（図
５のＡ−Ａ切断線に対応する１個の拡散ドットパターン
の断面を示す）である。

【図２】本発明の実施例２の拡散パターンの図１と同様
の断面図である。

【図３】本発明が適用可能な液晶表示素子の下に配置し
たバックライトの側面図である。

【図４】本発明が適用可能な別のバックライトの側面図
である。

【図５】本発明が適用可能なさらに別のバックライトの
斜視図である。

【図６】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液晶
表示素子における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじ
れ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の
関係の一例を示した説明図である。

【図７】液晶表示素子の一例の要部分解斜視図である。

【図８】別の例の液晶表示素子における液晶分子のねじ
れ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の
関係を示した説明図である。

【図９】液晶表示素子の図６の例についてのコントラス
ト、透過光色−交角α特性を示すグラフである。

【図１０】さらに別の例の液晶表示素子における液晶分
子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方
向および複屈折部材の光学軸の関係を示した説明図であ
る。

【図１１】交角α、β、γの測り方を説明するための図
である。

【図１２】カラー液晶表示素子の上電極基板部の一例の
一部切欠斜視図である。

【図１３】液晶表示モジュールの一例の分解斜視図であ
る。

【図１４】ラップトップパソコンの一例のブロックダイ
アグラムである。

【図１５】ラップトップパソコンの一例の斜視図であ
る。

【図１６】本発明が適用可能なアクテイブ・マトリクス
方式の液晶表示モジュールの分解斜視図である。

【符号の説明】

１…拡散ドットパターン、２…ベースレジン、３…空気
層、４…プラスチックビーズ、３７…導光体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平山壽男千葉県茂原市早野3350番地日立エレクトロニックデバイシズ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子の下に配置した導光体と、前
記導光体の少なくとも１端面近傍に該端面に沿って配置
した光源と、前記液晶表示素子の下で前記導光体の上に
配置した拡散手段と、前記導光体の下に配置した反射手
段と、前記導光体の下面に設けた拡散作用を有する拡散
パターンとを有する液晶表示装置において、前記拡散パ
ターンは、固体相中に気体相を分散させて成ることを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記固体相はレジンであることを特徴とす
る請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記レジンに発泡剤を含有させるか、該レ
ジンに接して発泡剤を塗布した後、発泡させて該レジン
中に前記気体相を分散させたことを特徴とする請求項２
記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記固体相は前記導光体であることを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】液晶表示素子の下に配置した導光体と、前
記導光体の少なくとも１端面近傍に該端面に沿って配置
した光源と、前記液晶表示素子の下で前記導光体の上に
配置した拡散手段と、前記導光体の下に配置した反射手
段と、前記導光体の下面に設けた拡散作用を有する拡散
パターンとを有する液晶表示装置において、前記拡散パ
ターンは、その基材であるレジン中に、中に気体を封じ
込めたプラスチックビーズを含んで成ることを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項６】前記プラスチックビーズの形状は、球状で
あることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記レジンの屈折率は、前記導光体の屈折
率とほぼ同じか、それより小さいことを特徴とする請求
項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記レジン、前記プラスチックビーズの少
なくとも一方は、無色透明であることを特徴とする請求
項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】低沸点の液体を内包した前記プラスチック
ビーズを加熱して前記液体を気化させ、該プラスチック
ビーズ中に前記気体を封じ込めたことを特徴とする請求
項５記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記拡散パターンはドット状であること
を特徴とする請求項１または５記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記ドットは、前記蛍光管の長軸方向と
平行または垂直な複数本の直線状に配列されていること
を特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
【請求項１２】前記拡散シートと前記液晶表示素子との
間に少なくとも１枚のプリズムシートを配置したことを
特徴とする請求項１または５記載の液晶表示装置。