JPH0843819A

JPH0843819A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0843819A
Application number: JP6183131A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kimura; 肇木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【構成】液晶表示素子の下に配置するバックライトが、
液晶表示素子の１つの端部の下の近傍に配置した蛍光管
２と、蛍光管２の近傍に蛍光管２と平行に配置した長尺
状のプリズム１と、液晶表示素子の下に空気層４を介し
て配置した反射板３とを含んで成る構成。【効果】従来の導光板の代わりに、空気層と長尺状のプ
リズムを含んで成るバックライトを用いることにより、
輝度が高く、全面で均一で、かつ、軽量で薄型のバック
ライトを提供することができ、表示品質が高く、軽量で
薄型の液晶表示装置を提供することができる。

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、
該液晶表示素子に光を供給するバックライトを配置して
成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、表示用透明画
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わ
せ、該両基板間の縁部に枠状に設けたシール材により、
両基板を貼り合わせると共に、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（液晶表示パネル）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された駆動用の
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、液晶表示窓
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】従来のバックライトは、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
成樹脂板から成るほぼ直方体状の導光板と、導光板の側
面（すなわち、入光端面）近傍に該側面に沿って該側面
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、蛍光
管の光を外部に漏らさないように導光板へもどすランプ
反射ミラーと、導光板の上に配置され、導光板からの光
を拡散する拡散シートと、導光板の下に配置され、導光
板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。また、蛍光管から導光板内に入射し
た光は、空気と導光板との屈折率の違いにより導光板内
を全反射しながら導光するが、拡散反射により導光板の
上面から出射させるために、導光板の底面には該導光板
よりも屈折率の高い複数個の光拡散用の印刷による白い
ドットパタンや、該底面と一体の穴、溝、凸部が配置形
成されている。このようなバックライトは、例えば、日
経ＢＰ社のフラットパネル・ディスプレイ１９９４の
第２１７頁に記載されている。

【０００４】また、液晶表示素子の下に拡散板を介して
それぞれ平行に配列された複数本の蛍光管と、蛍光管の
下に配置され、蛍光管からの光を液晶表示素子の方へ反
射させる反射板とから構成される、いわゆる直下型のバ
ックライトもある。

【０００５】さらに、導光板を除外したバックライトの
構造が、日経ＢＰ社のフラットパネル・ディスプレイ
１９９４の第１３７頁、日経マテリアル＆テクノロジ
ー９３．１２（ｎｏ．１３６）の第３８頁、および日
経マイクロデバイス１９９３年１２月号の第８６頁等
に、茶谷産業から提案されている。このバックライト
は、ユニット内の端部に光源である蛍光管を配置し、導
光板の役目を空気層に持たせ、該空気層の下には光源か
ら離れるにしたがって粗から密になる乱反射層を配置
し、該空気層の上には拡散板または拡散機能を持つ集光
レンズを配置して構成される。光源から出た光は、前記
乱反射層によって空気層内で乱反射し、前記拡散板また
は集光レンズから出射する。また、光源の上部には該光
源から離れるにしたがって斜め下方に傾斜した反射板が
設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】導光板を含んで成るバ
ックライトから導光板を除外すると、光源である蛍光管
の近くは明るいが、光源から離れると暗くなり、輝度が
不均一になる。これを解決するために、従来は、光源の
光を遠くまで導光するために導光板を配置し、導光板の
下面にインクドットを印刷している。輝度を均一にする
ために、光源から遠くなるにしたがってインクドットの
被覆率（導光板の所定の面積当たりのインクドットの面
積）を高くしている。アクリル板が用いられることが多
い導光板は、空気層と比較して重い。また、アクリル板
は空気層よりも光の透過率が低いので、該アクリル板で
吸収される光の量が多い。さらに、導光板中を全反射し
ながら導光する光を、導光板の上面から出射させるの
に、導光板より屈折率の高い導光板の下面に印刷したイ
ンクドットにより拡散反射させるので、光の指向性が悪
く、無駄な方向に進む光が多く、光の利用効率が低く、
バックライトの輝度が低い。

【０００７】また、上記の茶谷産業が提案しているバッ
クライトでは、光源から離れるにしたがって粗から密に
なる乱反射層と、光源の上部に斜め下方に傾斜して設置
された反射板と、空気層とにより、光源である蛍光管の
光を光源から離れた遠くまで導光するのは難しく、さら
に、輝度を均一にするのも難しい。また、乱反射層によ
り拡散反射させるので、光の指向性が悪く、無駄な方向
に進む光が多く、光の利用効率が低く、バックライトの
輝度が低い。

【０００８】本発明の目的は、導光板の代わりに、空気
層と、光を屈折させて光の方向を制御する媒質を用いる
ことにより、輝度が高く、かつ均一なバックライトを有
する液晶表示装置を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、空気層よりも
光透過率が低い導光板を用いないことにより、光の吸収
量が少なく、光利用効率が高いバックライトを有する液
晶表示装置を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明の他の目的は、空気層より
も重い導光板を用いず、軽量で薄型のバックライトを有
する液晶表示装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子の下にバ
ックライトを配置して成る液晶表示装置において、前記
バックライトが、前記液晶表示素子の少なくとも１つの
端部の下の近傍に配置した蛍光管と、前記蛍光管の近傍
に前記蛍光管とほぼ平行に配置した長尺状（長い形状）
のプリズムと、前記液晶表示素子の下に空気層を介して
配置した反射面とを含んで成ることを特徴とする。

【００１２】なお、蛍光管を液晶表示素子の端部の下の
近傍に配置するのは、液晶表示素子の短辺側の１つの端
部の下に配置してもよいし、液晶表示素子の長辺側の１
つの端部の下に配置してもよいし、あるいは液晶表示素
子の対向する２つの短辺あるいは２つの長辺に１本ずつ
２本配置してもよい。

【００１３】また、前記蛍光管の上、前記プリズムと反
対側の横、および下の周囲に第２の反射面を設けたこと
を特徴とする。

【００１４】また、前記液晶表示素子の下に設けた前記
反射面と、前記第２の反射面とを一体に形成したことを
特徴とする。

【００１５】また、前記蛍光管の上の前記第２の反射面
の端部を、前記プリズムの上部上に接続して設けたこと
を特徴とする。

【００１６】また、前記プリズムが三角柱状であること
を特徴とする。

【００１７】また、前記プリズムが三角柱状であり、か
つ、その底面を前記反射面上で前記液晶表示素子の基板
面とほぼ平行に配置したことを特徴とする。

【００１８】また、前記液晶表示素子の下に設けた前記
反射面を、前記プリズムから離れるにしたがって上方に
（液晶表示素子に近づくように）傾斜させたことを特徴
とする。

【００１９】また、前記液晶表示素子の下に設けた前記
反射面に例えばギザギザ形状等の凹凸を設けたことを特
徴とする。

【００２０】また、前記凹凸を前記プリズムから離れる
にしたがって反射率が増加するように設けたことを特徴
とする。

【００２１】

【作用】光は屈折率が高い方に進む性質を持っている。
つまり、光学的に疎である空気層から密である媒質の中
に光が進むとき、屈折角が小さくなる。同様に、光学的
に密である媒質から疎である空気層の中に光が進むと
き、屈折角が大きくなる。本発明によれば、この現象を
利用し、長尺状のプリズムを用いて光の方向を制御し、
従来であれば導光板を用いることにより光源から出た光
を光源から離れた遠くまで導光するのと同じ効果を実現
することができる。このとき、光源の近傍に配置する空
気層よりも光学的に密であるプリズムの形状と屈折率、
および液晶表示素子の下および蛍光管の周囲に空気層を
介して配置する反射板の形状、反射面の性質、光源の設
置位置等により、光源の光線の方向を制御して、表示画
面の全面で輝度が高く、かつ均一に光を遠くまで導光す
る。

【００２２】本発明では、導光板を用いず、その代わり
に、空気層と、光を屈折させて光の方向を制御する長尺
状のプリズムを用いるので、輝度が高く、かつ均一なバ
ックライトを有する液晶表示装置を提供することができ
る。

【００２３】また、本発明では、空気層よりも光透過率
が低い導光板を用いず、その代わりに、空気層と長尺状
のプリズムを用いるので、光の吸収量が少なく、光利用
効率が高いバックライトを有する液晶表示装置を提供す
ることができる。

【００２４】さらに、本発明では、空気層よりも重い導
光板を用いず、長尺状のプリズムを用いるので、軽量で
薄型のバックライトを有する液晶表示装置を提供するこ
とができる。

【００２５】また、従来の導光板下面のインクドットに
より拡散反射させないので、光の指向性が良く、無駄な
方向に進む光が少なく、光の利用効率を向上することが
でき、バックライトの輝度を向上することができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳細に説明する。

【００２７】図１（ａ）は、本発明の一実施例の液晶表
示装置のバックライトを示す断面図である。２は光源で
ある冷陰極蛍光管、１は蛍光管２から出た光を屈折させ
る媒質である三角柱形状のプリズム、４は空気層、３は
液晶表示素子（ここでは図示省略。図４、図８参照）の
下と、蛍光管２の上、プリズム１と反対側の横、および
下の周囲に空気層４を介して設けた反射板である。

【００２８】本実施例では、蛍光管２の近傍に、蛍光管
２から出た光（光線）６５（矢印６５で示す）を屈折さ
せて光の方向を制御する長尺状のプリズム１が蛍光管２
と平行に配置されている。また、蛍光管２の周囲と、図
示しない液晶表示素子の下に空気層４を介して図示のよ
うな形状の反射板３が配置されている。また、蛍光管２
の上の反射板３の端部は、プリズム１の上部に接続され
ている。また、プリズム１の底面は、反射板３上に液晶
表示素子の基板面と平行に配置されている。なお、液晶
表示素子と空気層４との間には拡散板（あるいは拡散板
とその上のプリズムシート）が配置されるが、ここでは
図示省略した。

【００２９】図１（ｂ）は、従来のバックライトにおい
て導光板を外した場合の断面図である。図１（ｂ）に示
すように、従来のバックライトから導光板を外しただけ
の場合は、蛍光管２の近傍は明るく、蛍光管２から離れ
た遠方では暗くなり、表示画面の全面にわたって均一な
輝度が得られない。そこで、図１（ａ）に示すように、
蛍光管２から出た光６５を遠方まで導光できるように、
プリズム１を配置し、光線６５の方向を制御し、表示画
面の全面で輝度が均一になるようにしている。

【００３０】図１（ｃ）は、図１（ａ）の要部拡大図で
ある。

【００３１】この図で、光６５を遠方まで導光するため
には、プリズム１と反射板３との上部接触部における角
度φ₁とφ₂は、９０度よりも小さくなければならない。
また、プリズム１の光入射面１ａの法線６６について、
α側の入射角を持つ光６５ａに着目すると、角度α₁は
０度から９０度まで取り得る。また、プリズム１に入射
して屈折する。このとき、光は光学的に疎である空気層
から光学的に密であるプリズム１に進むため、屈折角α
₂は入射角α₁よりも小さくなる。入射角α₁と屈折角α₂
との関係は、スネルの法則からプリズム１の屈折率がわ
かれば決まる。入射角α₁が最大値である９０度のとき
の屈折角α₂の最大値は、プリズム１の臨界角であり、
プリズム１が例えばアクリルから成る場合、アクリルの
屈折率は約１．５であるので、屈折角α₂の最大値は約
４０度となる。屈折率がもっと大きな材質から成るプリ
ズム１を使う場合、屈折角α₂の最大値はより小さくな
る。つまり、光線の方向がより多く曲げられることにな
る。したがって、プリズム１は光透過率が高いものの中
で、屈折率がより高い材質を選択するのがよい。さら
に、光６５ａは、プリズム１の光出射面１ｂに入射角α
₃で入射し、屈折角α₄で出射する。このとき、光は光学
的に密から疎へと進むので、屈折角α₄は入射角α₃より
も大きい。屈折角α₂が臨界角であるときの屈折角α₄は
最小値になる（最大値は９０度）ので、このときに出た
光６５ａが水平方向に向いていれば、光６５ａがより遠
方まで導光されることになる。この条件を満たすよう
に、プリズム１と反射板３との上部接触部における角度
φ₁とφ₂を決定する。ただし、入射角α₃は臨界角より
も大きいと、全反射してプリズム１の光出射面１ｂから
外へ光線が出なくなる。つまり、角度φ₂は小さい方が
出射光がより曲げられるのでよいが、あまり小さ過ぎる
と、全反射してしまうので、そこを考慮する。

【００３２】次に、プリズム１の光入射面１ａの法線６
６について、θ側の入射角を持つ光６５ｂに着目する
と、角度θ₁は厳密には０度から９０度まで取り得る
が、現実的には光線６５ｂは上から下へ垂直に進む場合
が、角度θ₁の最大値であり、また、そのとき、角度φ₁
と等しい。つまり、近似的に扱う場合は、光線６５ａの
入射角θ₁は角度φ₁より小さいと考えてよい。この入射
角θ₁を持つ光線６５ａは、屈折角θ₂で屈折してプリズ
ム１の下面で反射してプリズム１の光出射面１ｂへ入射
角θ₃で入り、屈折角θ₄で屈折して出ていく。プリズム
１の光入射面１ａでの入射角θ₁が最大のとき、プリズ
ム１の光出射面１ｂでの屈折角θ₄は最小になる。した
がって、このとき出た光線６５ｂが水平方向を向いてい
れば、光６５ａがより遠方まで導光されることになる。
この条件を満たすように、プリズム１と反射板３との上
部接触部における角度φ₁とφ₂を決定する。

【００３３】上記各角度やバックライト全体の大きさ等
も考慮して、バックライト全体すなわち表示画面全面の
輝度が均一になるようにプリズム１の形状等を含めた構
成を決定する。

【００３４】図１に示した実施例では、プリズム１の形
状が図１に示すように、断面形状が三角形の三角柱形状
である。つまり、プリズム１の光入射面１ａと光出射面
１ｂが平面の場合である。

【００３５】図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれプリズム
１の他の断面形状の実施例を示す断面図である。

【００３６】プリズム１の光入射面１ａの位置によっ
て、入射する光の強さと入射角が違う場合を考慮して、
図２（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、光入射面１ａ
と光出射面１ｂを、凹面や凸面にして最適化する。この
場合も、（ａ）、（ｂ）のプリズム１の断面形状は、光
入射面１ａと光出射面１ｂのそれぞれの位置において、
図１（ｃ）を用いて説明した上記の条件を満足するよう
な接線を持つ曲線で形成されている。（ｃ）のプリズム
１の光入射面１ａの断面形状の曲線は（ａ）と（ｂ）の
光入射面１ａの曲線を組み合わせて構成し、光出射面１
ｂは平面である。また、（ｃ）のプリズム１の上面には
反射面１ｒが設けられ、プリズム１の断面形状は略台形
状になっている。

【００３７】図３（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ反射板３
の形状の実施例を示す断面図である。

【００３８】プリズム１から出た光は、反射板３により
反射されて液晶表示素子の方へ進み、光を液晶表示素子
全体に均一に供給する。

【００３９】最も、普通の形状は、図３（ａ）に示すよ
うに、反射板３の反射面全面が液晶表示素子の基板面と
平行な平面であり、プリズム１と反対側の端部が通常の
箱のように直角に曲がっている形状である。

【００４０】（ｂ）〜（ｄ）の実施例は、（ａ）の実施
例に比べて、光の指向性という観点から、表示画面全体
の輝度の均一化と、輝度の向上とを考慮し、プリズム１
から出た光を液晶表示素子の方へ向かせるために、反射
板３の面をプリズム１から離れるにしたがって液晶表示
素子に近づくように傾斜させてある。（ｂ）の実施例で
は、平面状の反射板３を傾斜させ、（ｃ）の実施例で
は、プリズム１と反対側の端部の反射板３を下側にふく
らんだなだらかな曲面状に傾斜させている。

【００４１】さらに、（ｄ）の実施例では、反射板３の
反射面をギザギザ形状にしている。ここで、蛍光管２に
近い方の反射面を、（ｅ）に示すようにギザギザ形状を
なだらかにし、蛍光管２から離れるにしたがって、
（ｆ）に示すように、ギザギザの頂角を小さくとがらせ
るようにすることにより、蛍光管２から離れるにしたが
って光の指向性をより上面に向けることができ、輝度を
向上することができる。

【００４２】図４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。

【００４３】液晶表示素子６２の左端に配置される冷陰
極蛍光管２、この冷陰極蛍光管２からの光を液晶表示素
子の液晶表示セルに均一に照射させるためのアクリルか
らなるプリズム１および金属板に白色塗料を塗布して形
成した反射板３８が図４の順序で、枠状体４２の裏側か
らその窓部に嵌め込まれる。なお、ここでは冷陰極蛍光
管２の上、プリズム１と反対側の横、および下に設ける
反射面を有する部材（反射シートあるいは反射板等）は
図示省略した。冷陰極蛍光管２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、プリズム
１、冷陰極蛍光管２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。

【００４４】図５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６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４９
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。

【００４５】図７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６は液晶表示素子６２の要部斜視図を示す。

【００４６】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。

【００４７】図８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、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
（Indium Tin 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３７−４１頁）
４０が配設されており、さらにこの部材４０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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】図７で上記の関係の作用効果について説明
する。図６は、図８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。

【００５２】図８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。

【００５３】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１２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
１２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１２（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１２（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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】なお、図８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８の構成全体を
倒立させた場合に相当する。

【００５８】図９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。

【００５９】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。

【００６０】図８は図９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。

【００６１】図１１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
０．５８μｍ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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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８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。

【００６５】ただし、図１３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。

【００６６】なお、図１３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層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。

【００６７】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。

【００６８】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。例えば、プリズム１、反射板
３、蛍光管２の周囲の反射部材の形状等は図１〜図４に
示した実施例のほか、種々のものを適用することができ
る。要は、蛍光管２の周囲の反射面の形状、蛍光管２の
設置位置、プリズム１の形状、材質、屈折率、液晶表示
素子の下に空気層を介して配置する反射板３の形状、反
射面の性質（鏡面反射や拡散反射、光の指向性等）を考
慮して、輝度が高く、かつ、全面で輝度が均一となるよ
うに条件を最適化する。また、蛍光管２を液晶表示素子
の端部の下の近傍に配置するのは、液晶表示素子の短辺
側の１つの端部の下に配置してもよいし、液晶表示素子
の長辺側の１つの端部の下に配置してもよいし、あるい
は液晶表示素子の対向する２つの短辺あるいは２つの長
辺に１本ずつ２本配置してもよい。さらに、図４〜図１
３に示した上記実施例では、単純マトリクス方式の液晶
表示装置の例を示したが、本発明は、バックライトを有
する液晶表示装置ならば適用可能であるのは言うまでも
なく、例えば薄膜トランスタ等をスイッチング素子とす
るアクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置にも適用
可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バックライトを構成するのに、従来用いた導光板の代わ
りに、空気層と、光を屈折させて光の方向を制御する長
尺状のプリズムを用いることにより、輝度が高く、表示
画面全面で均一で、また、光の吸収が少なく、光の利用
効率が高く、かつ、軽量で薄型のバックライトを提供す
ることができる。したがって、表示品質が高く、軽量で
薄型の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】（ａ）は本発明の一実施例の液晶表示装置のバ
ックライトを示す断面図、（ｂ）は本発明と比較するた
め、従来のバックライトにおいて導光板を外した場合の
断面図、（ｃ）は（ａ）の要部拡大図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれプリズムの他の断面
形状の実施例を示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ反射板３の形状の実
施例を示す断面図である。

【図４】本発明を適用した単純マトリクス方式の液晶表
示モジュールの一例の分解斜視図である。

【図５】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６】ラップトップパソコンの一例の斜視図である。

【図７】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８】液晶表示素子の一例の要部分解斜視図である。

【図９】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１０】液晶表示素子の図７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１１】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１２】交角α、β、γの測り方を説明するための図
である。

【図１３】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。

【符号の説明】

１…プリズム、２…蛍光管、３…反射板、４…空気層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子の下にバックライトを配置し
て成る液晶表示装置において、前記バックライトが、前
記液晶表示素子の少なくとも１つの端部の下の近傍に配
置した蛍光管と、前記蛍光管の近傍に前記蛍光管とほぼ
平行に配置した長尺状のプリズムと、前記液晶表示素子
の下に空気層を介して配置した反射面とを含んで成るこ
とを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記蛍光管の上、前記プリズムと反対側の
横、および下の周囲に第２の反射面を設けたことを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記液晶表示素子の下に設けた前記反射面
と、前記第２の反射面とを一体に形成したことを特徴と
する請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記蛍光管の上の前記第２の反射面の端部
を、前記プリズムの上部上に接続して設けたことを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記プリズムが三角柱状であることを特徴
とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記プリズムが三角柱状であり、かつ、そ
の底面を前記反射面上で前記液晶表示素子の基板面とほ
ぼ平行に配置したことを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置。
【請求項７】前記液晶表示素子の下に設けた前記反射面
を、前記プリズムから離れるにしたがって上方に傾斜さ
せた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】前記液晶表示素子の下に設けた前記反射面
に凹凸を設けた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】前記凹凸を前記プリズムから離れるにした
がって反射率が増加するように設けたことを特徴とする
請求項８記載の液晶表示装置。