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JP2001033783A - 液晶表示素子およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示素子およびそれを用いた液晶表示装置

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Publication number
JP2001033783A
JP2001033783A JP2000081996A JP2000081996A JP2001033783A JP 2001033783 A JP2001033783 A JP 2001033783A JP 2000081996 A JP2000081996 A JP 2000081996A JP 2000081996 A JP2000081996 A JP 2000081996A JP 2001033783 A JP2001033783 A JP 2001033783A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
light
display device
viewing angle
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Pending
Application number
JP2000081996A
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English (en)
Inventor
Kenji Nakao
健次 中尾
Tsuyoshi Kamimura
強 上村
Yoshinori Tanaka
好紀 田中
Shoichi Ishihara
將市 石原
Mitsutaka Okita
光隆 沖田
Tatsuhiko Tamura
達彦 田村
Hisanori Yamaguchi
久典 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to CN00118496A priority patent/CN1274143A/zh
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 階調反転のない良好な視角特性を有する液晶
表示素子を実現する。 【解決手段】 本発明の液晶表示素子は、一対の基板１
０７，１０９間に液晶層１０８が挟持され、該液晶層１
０８中の液晶分子８は９０度にツイスト配向されてお
り、視野角特性向上手段と、光進行方向変換手段とが備
えられていることを特徴としている。前記視野角特性向
上手段は、前記基板１０７，１０９の各外面に貼付され
た位相補償板１０６，１０６によって構成され、表示面
Ｄを斜め方向から観察した場合に特定の一方向である劣
視角方向Ｒを除いて視野角特性を向上させる。前記光進
行方向変換手段は、表側の位相補償板１０６に貼付され
る光軸変換板１１０によって構成され、劣視角方向Ｒに
光の進行方向を変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＡ用モニタやビ
デオカメラ等に用いられる液晶表示素子に関し、詳しく
は視野角特性の向上を図った液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＯＡ用モニターなどに用いら
れている大型表示パネルや、ビデオカメラなどに用いら
れている小型表示パネルとして、カラー液晶ディスプレ
イが普及している。これらのカラー液晶ディスプレイと
しては、画質の優れているツイストネマチック（ＴＮ）
型の液晶表示素子が一般的に採用されている。図１４
は、従来の液晶表示素子の要部側面断面図である。
【０００３】図１４に示すように、このＴＮ型の液晶表
示素子は、平行に配置された一対の基板１０７，１０９
の間に液晶層１０８が挟持され、裏側の基板１０７の外
面と、表側の基板１０９の外面のそれぞれに偏光板１０
５，１０５が貼付されている。また、図示せぬが、前記
基板１０７の内側には、薄膜トランジスタ、画素電極、
および配向膜が形成され、基板１０９の内側には、対向
電極、および配向膜が形成されており、当該配向膜を配
向処理することにより、前記液晶層１０８中の液晶分子
８は、基板１０７，１０９との間で９０度に連続的にね
じられている。尚、図１４の液晶分子８は３層で描かれ
ているが、実際には連続した無数の層からなるものであ
る。
【０００４】そして、前記画素電極と対向電極との間
に、ある特定の電圧を液晶層１０８に印加した状態で
は、液晶層１０８の厚み方向中間部（以下、「中間部」
と略す。）の液晶分子８ｃは、基板１０７，１０９に対
して起立した姿勢となるが、基板１０７，１０９の内面
付近の液晶分子８ａ，８ａは比較的動かず、前記基板１
０７，１０９と平行なままの姿勢となっている。これは
前記液晶分子８ａ，８ａが基板１０７，１０９の内面に
アンカリングされているためである。従って、電圧が印
加された液晶層１０８は、液晶分子８が単純に起立した
姿勢となるわけではなく、連続的に傾斜角度が変化する
個々の液晶分子８の総体とみなす必要がある。
【０００５】このような液晶表示素子では、表示面Ｄを
斜め方向から観察すると、階調反転が生じるなどの問題
を有している。例えば、表示面Ｄの法線方向である正面
方向Ｓから表示面Ｄを観察し、黒地に白の四角が表示さ
れている場合、表示面Ｄを斜め方向から観察すると、表
示されている白の四角の明るさよりも黒地の明るさが明
るくなり、あたかもネガ表示になったように見えるので
ある。
【０００６】このような階調反転は、特定の電圧状態で
発生する。これは、液晶分子８が棒状であり、中間部の
液晶分子８ｃが下方向に傾いていることに起因し、図１
４に示すように、ある階調表示の電圧状態で、正面方向
より下方２０度程度で階調反転が発生する。これは、液
晶分子８ｃを正面から見た場合では、液晶の屈折率は比
較的大きいが、観察方向を下げるに従って液晶の屈折率
は小さくなり、液晶分子８ｃの長軸方向から観察した場
合の液晶の屈折率が最も小さく、それよりも下方では再
び屈折率が大きくなるためである。尚、階調反転は、下
方向以外にも、左右方向でも発生する場合がある。
【０００７】そこで、階調反転を補償するために、図１
５に示すような液晶表示素子が提供されている。図１５
は、従来の改良された液晶表示素子の要部側面断面図で
ある。この液晶表示素子は、裏側の基板１０７と偏光板
１０５との間、および表側の基板１０９と偏光板１０５
との間のそれぞれに位相補償板１０６，１０６を配置さ
せたものである。
【０００８】前記位相補償板１０６には、一軸配向され
た位相補償板や二軸配向された位相補償板もあるが、光
学的に屈折率異方性を有している光学媒体６を含む組成
物より生成された位相補償板が優れている。この光学媒
体６は、負の屈折率異方性を有するディスコチックの液
晶材料である。
【０００９】そして、前記液晶層１０８に電圧を印加す
ると、液晶層１０８中の液晶分子８の向きは、液晶層１
０８の厚み方向に連続的に変化する。従って、前記光学
媒体６がその傾斜角度を厚み方向で一様とされているだ
けでは、液晶層１０８の厚み方向の全ての液晶分子８に
起因する階調反転を補償することができない。そこで、
位相補償板１０６によって階調反転を補償するために、
前記光学媒体６は、ハイブリッド配向され、紫外線硬化
されている。
【００１０】ハイブリッド配向とは、光学媒体（ディス
コチックの液晶材料）６が位相補償板１０６の一方の面
では水平配向、他方の面では垂直配向、中間では傾斜角
度を液晶分子８の長軸に垂直になるようにするなどして
光学媒体６の傾斜角度を厚み方向で異ならせ、軸を連続
的に変化させたものである。このような光学媒体６のハ
イブリッド配向により、光学媒体６の負の屈折率異方性
は、液晶層１０８中の液晶分子８の正の屈折率異方性と
相殺させ、屈折率の方向依存を緩和させる。そして、こ
のような構成は、ある特定の液晶の配向状態において、
視角特性を完全に補償することが原理的には可能であ
る。
【００１１】尚、ディスコチックの液晶材料ではなく、
一軸配向や二軸配向の位相補償板を基板と偏光板との間
に挿入することにより、階調反転する角度を大きくし
（外側に広げ）、視野角特性を改善するようにした手法
が、特開平６−３３１９７９号公報、特開平６−２５０
１６６号公報、特開平６−２１４１１６号公報に提案さ
れている。しかし、単純な一軸配向や二軸配向の位相補
償板を使用した液晶表示素子では、階調反転が主に下方
向に見られ、ときには左右方向でも見られる場合もあ
り、ディスコチックの液晶材料をハイブリッド配向させ
た位相補償板を使用した液晶表示素子のような視野角特
性の向上は実現できない。
【００１２】さらに、前述したディスコチックの液晶材
料をハイブリッド配向させた状態から固化させた位相補
償板を用いることで、視野角特性をさらに改善させる方
式が特開平９−５５２０号公報に提案されている。ま
た、特開平７−６４０６９号公報、特開平７−２０９６
３７号公報では特定の紫外線硬化手法を用いることによ
り、相互に屈折率が異なる多層膜を形成したフィルムが
提案され、さらにこのフィルムを用いた視野角特性向上
手法が特開平９−２８１４８３号公報で提案されてい
る。これはルミスティフィルム（商品名）として商品化
されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１５に示す
ように、ディスコチックの液晶材料を用いた位相補償板
１０６を備えた液晶表示素子は、液晶分子８ｃの長軸が
向いている一方向（下方向）を除いてほとんどについて
完全に視野角特性を向上させることができたものの、そ
の下方向については液晶の屈折率異方性が急激に変化
し、下方４０度以上で階調反転が発生する。前記位相補
償板１０６は、光学媒体６が液晶分子８の長軸方向に垂
直になるように徐々に傾きを変化させて配列されている
ものの、液晶の急激に変化する屈折率異方性と相殺しき
れず、階調反転が発生すると考えられる。
【００１４】ＯＡ用モニターなどに用いられる大型パネ
ルはデスク上に設置されて使用され、下方向から表示面
Ｄが観察されることがないので、下方向に階調反転が発
生しても使用上の不都合はない。従って、ＯＡ用モニタ
ーなどに用いられる大型パネル用の液晶表示素子は、下
方向に階調反転が発生するように、基板１０７，１０９
に配向処理が施されてきた。しかし、例えばビデオカメ
ラの小型表示パネルは様々な方向から観察されるため、
下方向においても階調反転が発生しないようにしたいと
いう要請がある。
【００１５】また、上記の各公報に開示された各種のフ
ィルムによっても、階調反転の問題を完全に解消するこ
とのできる液晶表示素子は提供されていない。
【００１６】さらに、図１５に示した位相補償板１０６
を備えた液晶表示素子は、図１６に示すような色度図で
表される特性を有しており、特に下方向における色変わ
りが大きくなっている。
【００１７】そこで、本発明は、階調反転や色変わりが
発生するといった視野角特性の課題を解決できるように
した液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、一対の基板間に液晶層を
挟持し、ある一方向の劣視角方向を除いて視野角特性を
向上させる視野角特性向上手段を有する液晶表示素子で
あって、前記劣視角方向以外に進行している光の一部の
進行方向を劣視角方向に変換する光進行方向変換手段を
備えたことを特徴とする。
【００１９】前記構成によれば、劣視角方向以外の視野
角特性は、視野角特性向上手段によって向上し、劣視角
方向の視野角特性は光進行方向変換手段によって向上す
る。従って、本発明の液晶表示素子は、視野角特性向上
手段と光進行方向変換手段とを組み合わせることにより
全方向の視野角特性が向上する。尚、換言すれば、劣視
角方向とは、視野角特性向上手段が視野角特性を向上さ
せることのできない方向である。
【００２０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の液晶表示素子であって、前記視野角特性向上手
段のみでの劣視角方向が、視角反転方向であることを特
徴とする。この構成のように、劣視角方向が視角反転方
向であれば、視野角特性向上手段と光進行変換手段との
組合せにより、視角反転方向の視角反転を解消でき、視
角特性が良好な液晶表示素子を実現することができる。
【００２１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の液晶表示素子であって、前記液晶層中の液晶分
子はツイスト配向されており、前記劣視角方向は、液晶
層に特定電圧を印加した場合の、当該液晶層の厚み方向
の中央部に位置する液晶分子の長軸方向であることを特
徴とする。前記構成とすることにより、劣視角方向であ
る、液晶層の厚み方向の中央部に位置する液晶分子の長
軸方向の視野角特性を向上させたＴＮ型の液晶表示素子
を実現することができる。
【００２２】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の液晶表示素子であって、前記視野角特性向上手
段は、少なくとも一方の基板の外側に貼付された位相補
償板であり、該位相補償板は、光学的に屈折率異方性を
有している光学媒体を含む組成物より生成され、前記光
学媒体は、前記位相補償板の厚み方向で傾斜し、その傾
斜角度が厚み方向で変化していることを特徴とする。前
記構成によれば、前記液晶層中の液晶分子の傾斜角度が
連続的に変化していても、前記位相補償板によって、各
液晶分子の屈折率異方性を相殺することができる。
【００２３】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
に記載の液晶表示素子であって、前記視野角特性向上手
段は、少なくとも一方の基板の外側に貼付された位相補
償板であり、該位相補償板は複屈折を有し、前記複屈折
は厚み方向に変化していることを特徴とする。前記構成
によれば、前記液晶層中の液晶分子の傾斜角度が連続的
に変化していても、複屈折を有する位相補償板によっ
て、各液晶分子の屈折率異方性を相殺することができ
る。
【００２４】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
に記載の液晶表示素子であって、前記位相補償板中の光
学媒体は、光学的に負の屈折率異方性を有していること
を特徴としている。また、請求項７に記載の発明は、請
求項６に記載の液晶表示素子であって、前記光学媒体
が、ディスコティック液晶性を有する組成物より形成さ
れていることを特徴としている。
【００２５】また、請求項８に記載の発明は、請求項４
に記載の液晶表示素子であって、前記位相補償板中の光
学媒体は、光学的に正の屈折率異方性を有していること
を特徴とする。また、請求項９に記載の発明は、請求項
８に記載の液晶表示素子であって、前記光学媒体が、液
晶性を有する組成物より形成されていることを特徴とし
ている。
【００２６】また、請求項１０に記載の発明は、一対の
基板間に液晶層を挟持した液晶表示素子であって、明る
さの低下していない方向に進行している光の一部を、明
るさが低下している方向に変換する光進行方向変換手段
を備えたことを特徴とする。前記構成とすることによ
り、明るさの低下していない方向に進行している光を、
光進行方向変換手段により明るさの低下している方向に
変換できるので、明るさの低下している方向の明るさを
補償することができる。
【００２７】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１０に記載の液晶表示素子であって、前記液晶表示素子
が垂直配向型であることを特徴とする。また、請求項１
２に記載の発明は、請求項１０に記載の液晶表示素子で
あって、前記液晶表示素子がＯＣＢ型であることを特徴
とする。前記構成の垂直配向型や、光学補償ベンド型
（ＯＣＢ型）の液晶表示素子において、明るさの低下し
ている方向の明るさを光進行方向変換手段によって補償
することができる。
【００２８】また、請求項１３に記載の発明は、一対の
基板間に液晶層を挟持し、ある特定の方向に劣視角方向
を有する液晶表示素子であって、前記劣視角方向以外に
進行している光の一部を、劣視角方向に変換する光進行
方向変換手段を備えたことを特徴とする。前記構成の液
晶表示素子においては、前記光進行方向変換手段によ
り、劣視角方向以外に進行している光の一部の進行方向
を劣視角方向に変換することができるので、劣視角方向
の視野角特性を向上することができる。
【００２９】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
１３に記載の液晶表示素子であって、前記液晶表示素子
が垂直配向型であり、前記液晶層中の液晶分子は電圧の
印加によって、異方性を有して傾斜する特性があること
を特徴とする。前記構成のように、垂直型の液晶表示素
子において、液晶層中の液晶分子が異方性を有して傾斜
する方向、即ち、傾斜する一方向の視野角特性を光進行
方向変換手段により向上することができる。
【００３０】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載の液晶表示素
子であって、前記光進行方向変換手段は、異方性散乱素
子によって構成された光軸変換板であることを特徴とす
る。また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記
載の液晶表示素子であって、前記光軸変換板は、屈折率
の異なる材料が多層に積層されたものであることを特徴
としている。前記構成のように、光進行方向変換手段と
して、異方性散乱素子によって構成された光軸変換板、
より具体的には、屈折率の異なる材料が多層に積層され
たフィルムを用いることにより、劣視角方向以外に進行
している光を前記光軸変換板により散乱させ、さらに光
の一部の進行方向を劣視角方向に変換し、劣視角方向の
視野角特性を向上させることができる。
【００３１】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載の液晶表示素
子であって、前記光進行方向変換手段は、非対称屈折素
子によって構成された光軸変換板であることを特徴とす
る。また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記
載の液晶表示素子であって、前記光軸変換板は、断面が
鋸歯状の非対称屈折素子であることを特徴とする。前記
構成とすることにより、劣視角方向の視野角特性を向上
することができる上に、局所的に一部の角度だけが暗く
なるようなことがなくなるのである。
【００３２】また、請求項１９に記載の発明は、請求項
１７に記載の液晶表示素子であって、前記光軸変換板
は、非対称マイクロレンズであることを特徴とする。前
記構成によっても、劣視角方向の視野角特性が向上する
とともに、容易に生産性を向上させることができる。
【００３３】また、請求項２０に記載の発明は、請求項
１５または１６に記載の液晶表示素子であって、外光の
反射を防止するための反射防止手段が備えられているこ
とを特徴とする。この構成によれば、前記反射防止手段
により、異方性散乱素子によって構成された光軸変換板
で発生する散乱挙動が表示に悪影響を与えないようにす
ることができ、液晶表示素子のコントラストの低下を防
止できる。
【００３４】また、請求項２１に記載の発明は、請求項
２０に記載の液晶表示素子であって、前記反射防止手段
は、表側の基板の外側に配置された偏光板の表面に形成
された反射防止膜であることを特徴とする。前記構成に
おいては、反射防止膜はＡＲ処理によって形成され、該
反射防止膜により外光反射を防止でき、表示に悪影響を
与えないようにすることができる。
【００３５】また、請求項２２に記載の発明は、請求項
２０に記載の液晶表示素子であって、前記反射防止手段
は、表側の基板の外側に配置された偏光板の表面に形成
された凹凸部であることを特徴とする。前記構成のよう
にすることにより、凹凸部により外光の反射を防止する
ことができる。
【００３６】また、請求項２３に記載の発明は、請求項
２０に記載の液晶表示素子であって、前記反射防止手段
は、裏側と表側の基板の外側に配置された表裏双方の偏
光板を円偏光板としたものであることを特徴とする。こ
の構成によれば、この円偏光板の下層の光軸変換板で反
射が発生した場合、光は往復でλ／４板を２回通過する
ため、波面が９０度回転し、その結果、偏光板で吸収さ
れるため、外光反射が発生するのを防止することができ
る。
【００３７】また、請求項２４に記載の発明は、請求項
１５または１６に記載の液晶表示素子であって、複数の
画素を有し、該画素の、光進行方向変換手段によって光
の進行方向を変換する方向の長さが４００μｍ以下であ
る場合、前記異方性散乱素子の散乱角度幅が７０度以下
であることを特徴とする。また、請求項２５に記載の発
明は、請求項１５または１６に記載の液晶表示素子であ
って、複数の画素を有し、該画素の、光進行方向変換手
段によって光の進行方向を変換する方向の長さが１００
μｍ以下である場合、前記異方性散乱素子の散乱角度幅
が４０度以下であることを特徴とする。このように規制
することにより、液晶表示素子の表示面に映し出される
映像を、ぼやけないようにすることができる。
【００３８】また、請求項２６に記載の発明は、請求項
１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載の液晶表示素
子であって、液晶の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶層の
厚みをｄとした場合、その積Δｎｄが０．４２以下であ
ることを特徴とする。また、請求項２７に記載の発明
は、請求項１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載の
液晶表示素子であって、液晶の屈折率異方性をΔｎ、前
記液晶層の厚みをｄとした場合、その積Δｎｄが０．４
０以下であることを特徴とする。この構成によれば、Δ
ｎｄが０．４２以下、より好ましくは、０．４０以下と
することにより、階調反転が発生することもなく、階調
つぶれが発生する現象もない良好な表示が実現する。
【００３９】また、請求項２８に記載の発明は、請求項
３に記載の液晶表示素子であって、前記液晶層は、液晶
分子のツイスト角度が９０度以上１００度以下にツイス
ト配向されていることを特徴とする。このように液晶分
子のツイスト角を９０度以上１００度以下に規制するこ
とによって、コントラストが低下することのない良好な
表示を示す液晶表示素子が実現する。
【００４０】また、請求項２９に記載の発明は、請求項
３に記載の液晶表示素子であって、表示面を正面から見
た場合、前記裏側の基板に右下から左上方向、前記表側
の基板に右上から左下方向の配向処理が施されているこ
とを特徴とする。この構成によれば、表示面を正面から
見た場合、液晶分子の長軸方向を上向きとすることがで
きる。本発明の液晶表示素子は、光進行方向変換手段に
より、階調反転の発生する方向の視野角特性が向上する
ため、階調反転の発生する方向である液晶分子の長軸方
向を上向きとすることにより、上方向の視野角特性が下
方向よりも向上し、従って、液晶表示素子をＯＡ用モニ
ターとして用いられるときに、表示画面を快適に観察で
きるようになる。
【００４１】また、請求項３０に記載の発明は、請求項
３に記載の液晶表示素子であって、表示面を正面から見
た場合、前記裏側の基板に右上から左下方向、前記表側
の基板に右下から左上方向の配向処理が施されているこ
とを特徴とする。この構成によっても、階調反転の発生
する方向を上向きとし、その上向き方向の視野角特性が
向上し、表示特性が向上する。
【００４２】また、請求項３１に記載の発明は、請求項
１〜３、１３、１４のいずれか一つに記載の液晶表示素
子であって、液晶層の厚み方向の中間部の液晶分子は、
中間調を表示する状態で表側の基板に対して上方向に傾
斜する姿勢になることを特徴とする。この構成によれ
ば、階調反転の発生する上方向の視野角特性を光進行方
向変換手段により向上することができる。
【００４３】また、請求項３２に記載の発明は、請求項
１、１０、１３、１５、１７のいずれか一つに記載の液
晶表示素子であって、前記光進行方向変換手段によって
光量の減少する角度域に光を集める集光手段が備えられ
ていることを特徴とする。この構成によれば、光進行変
換手段によって局所的に明るさが低下する角度があって
も、集光手段によってその低下した明るさを補償するこ
とができる。
【００４４】また、請求項３３に記載の発明は、請求項
３２に記載の液晶表示素子であって、前記光進行方向変
換手段と前記集光手段とが相補的であることを特徴とす
る。このように、光進行方向変換手段と集光手段とが相
補的であるので、前記光進行方向変換手段により減少す
る光量分を集光手段により補足できる。
【００４５】また、請求項３４に記載の発明は、請求項
３２に記載の液晶表示素子であって、前記集光手段は、
表示面の法線方向である正面方向を中心とする角度域に
集光することを特徴とする。この構成によれば、特に正
面方向を中心とする角度域において低下する明るさを集
光手段により補償することができる。
【００４６】また、請求項３５に記載の発明は、請求項
１〜３、１５、１７のいずれか一つに記載の液晶表示素
子であって、劣視角方向以外の方向に光を集める集光手
段が備えられていることを特徴とする。また、請求項３
６に記載の発明は、請求項３５に記載の液晶表示素子で
あって、表示面の法線方向である正面方向を中心とする
角度域に集光する手段を備えることを特徴とする。前記
構成とすることにより、集光手段により、表示面の法線
方向である正面方向を中心とする角度域に光を集光する
ことができ、従って、視角特性が良好な正面付近の光が
増加するので、液晶表示素子全体の視角特性が向上す
る。
【００４７】また、請求項３７に記載の発明は、液晶表
示装置であって、請求項１〜３、１５、１７のいずれか
一つに記載の液晶表示素子の背面側にはバックライトユ
ニットが配置され、該バックライトユニットの光量角度
分布は、複数のピークを有することを特徴とする。ま
た、請求項３８に記載の発明は、液晶表示装置であっ
て、請求項１〜３、１５、１７のいずれか一つに記載の
液晶表示素子の背面側にはバックライトユニットが配置
され、該バックライトユニットは、前記光進行方向変換
手段によって光量が減少する領域に、光を集光する集光
手段が備えられていることを特徴とする。この構成によ
れば、バックライトユニットが前記集光手段により光量
の減少する領域に強い光量の光を照射するため、表示面
に明るさが局所的に低下する部分がなくなり、違和感を
感じることなく表示面を観察することができる。
【００４８】また、請求項３９に記載の発明は、請求項
３７に記載の液晶表示装置であって、前記バックライト
ユニットは、光進行方向変換手段によって減少する光量
を補足するように、光量の角度分布が複数のピークを有
していることを特徴とする。この構成によれば、複数の
ピークが光量の低下している角度域と一致することによ
り、液晶表示装置の表示面はなだらかな光量分布とな
る。
【００４９】また、請求項４０に記載の発明は、請求項
３７〜３９のいずれか一つに記載の液晶表示装置であっ
て、前記バックライトユニットは導光板を有し、該導光
板は光を散乱させる散乱手段と、光を所定の方向に選択
的に出射する指向性反射手段とを備えていることを特徴
とする。この構成によれば、前記散乱手段が光を散乱さ
せるとともに、前記指向性反射手段が所定の方向に光を
出射することにより、表示面はなだらかな光量分布とな
る。
【００５０】また、請求項４１に記載の発明は、請求項
３７〜３９のいずれか一つに記載の液晶表示装置であっ
て、前記バックライトユニットは、光を所定の方向に選
択的に出射する指向性反射手段を備えた導光板を有し、
前記指向性反射手段は、前記導光板に形成した複数の凹
部を有し、前記複数の凹部が複数の傾斜を有することを
特徴とする。この構成によっても、前記複数の凹部が傾
斜を有しているので、光を所定の方向に選択的に出射す
ることができる。
【００５１】また、請求項４２に記載の発明は、請求項
３７〜３９のいずれか一つに記載の液晶表示装置であっ
て、前記バックライトユニットは、光を所定の方向に選
択的に出射する指向性反射手段を備えたフィルムを有
し、前記指向性反射手段は、前記フィルムに形成した複
数の凹部を有し、前記複数の凹部が複数の傾斜を有する
ことを特徴とする。この構成によれば、複数の凹部の傾
斜を異ならせることにより、光を所定方向に出射するこ
とができる。
【００５２】また、請求項４３に記載の発明は、請求項
１〜３、１５、１７のいずれか一つに記載の液晶表示素
子の背面側に配置されたバックライトユニットであっ
て、前記光進行方向変換手段によって光量が減少する領
域に、光を集光する集光手段が備えられていることを特
徴とする。この構成によれば、バックライトユニットに
備えられた集光手段により光量の減少する領域に強い光
量の光が集められるので、液晶表示素子の全体的な視野
角特性を向上することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態１，２につい
て図１から図１３を参照しながら説明する。ただし、従
来と同一部分は同一符号を附して、詳しい説明は省略す
る。また、従来と同様、液晶層１０８中の中間部の液晶
分子８ｃは、表側の基板１０９に対して下向きに傾斜す
る場合について説明する。
【００５４】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
ついて図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の
実施の形態１に係る液晶表示素子の側面断面図、図２
は、図１の要部側面断面図である。本発明の実施の形態
１における液晶表示素子は、図１および図２に示すよう
に、平行に配置された一対の基板１０７，１０９間に液
晶層１０８が挟持されており、該液晶層１０８中の液晶
分子は、基板１０７，１０９を配向処理することにより
９０度にツイスト配向されており、視野角特性向上手段
と光進行方向変換手段とが備えられていることを特徴と
している。前記視野角特性向上手段は、前記一対の基板
１０７，１０９の各外面に貼付された位相補償板１０
６，１０６によって構成される。また、前記光進行方向
変換手段は、表側の位相補償板１０６に貼付される光軸
変換板１１０によって構成されている。裏側の位相補償
板１０６と光軸変換板１１０とには偏光板１０５，１０
５がそれぞれ貼付される。また、裏側の偏光板１０５の
背面側にはバックライトユニット１０４が配置され、該
バックライトユニット１０４と液晶表示素子により液晶
表示装置が構成されている。
【００５５】前記位相補償板１０６は、光学媒体６をハ
イブリッド配向させたものであり、また、前記光学媒体
６は、光学的に負の屈折率異方性を有しているディスコ
チックの液晶材料である。この位相補償板１０６は、液
晶表示素子の視野角特性を向上させることができるもの
の、ある一方向の視野角特性を他の方向と同様に向上さ
せることができない。このある一方向を劣視角方向Ｒと
いう。
【００５６】また、前記光軸変換板１１０は、前記劣視
角方向Ｒ以外の方向、具体的には、正面付近に進行して
いる正常な光の一部の進行方向を、屈折、回折、散乱な
どによって、劣視角方向Ｒに変換させる。劣視角方向Ｒ
において階調反転する現象は、非常にわずかな光量差に
よって発生するものであり、階調反転は光軸変換板１１
０によって進行方向を変換された一部の光によって補償
される。
【００５７】このような構成とすることにより、ハイブ
リッド配向させたディスコチック液晶を用いた位相補償
板により、視野角特性の劣る方向（劣視角方向Ｒ）を一
方向のみに抑え、その一方向の視野角特性を光軸変換板
によって向上させ、全方向の補償を行うことができ、こ
れら２つの手法を同時に用いることにより、全方向の視
野角特性が向上し、格別の効果が発揮される。
【００５８】また、図８は、本発明の実施の形態１にお
ける液晶表示素子の色度図である。図８に示すように、
本発明の液晶表示素子は、位相補償板１０６と光軸変換
板１１０との二つの手法を組み合わせることで、下方の
色変わりも補償される。ただし、色変わりを補正するに
は、階調反転を補償する位相補償板１０６と光軸変換板
１１０とを場合によっては異なる設計とする必要があ
る。
【００５９】尚、ハイブリッド配向したディスコチック
フィルムを位相補償板に用いているが、本発明はこれに
限定されるものではなく、後述する実施の形態１−８で
述べるように、棒状の液晶材料により形成された位相補
償板を用いることもできる。本発明は、位相補償板等の
視野角特性向上手段により、一方向を除いた方向の視野
角特性を改善し、その一方向の視野角特性を光進行方向
変換手段である光軸変換板により補償するものである。
【００６０】また、前記光軸変換板１１０は、位相補償
板と偏光板間に配置せず、基板の外側であればどこに配
置されてもよく、例えば、図１１に示すように、表側の
基板１０９と位相補償板１０６との間に配置されたり、
外側の偏光板１０５の外側に配置されてもよい。また、
偏光板の外側に配置された光軸変換板には、反射防止手
段を備えることが好ましい。また、本実施の形態１で
は、下方向を視角反転方向としているがそれに限るもの
ではなく、上下反対としても良く、視角反転方向を左右
方向としても良い。
【００６１】このように、ある一方向の劣視角方向を除
いて視野角特性を向上させる視野角特性向上手段と、前
記劣視角方向以外に進行している光の一部の進行方向を
劣視角方向に変換する光進行方向変換手段とを備えた液
晶表示素子は、全方向の視野角特性が向上する。以下
に、実施の形態１の具体例を、実施の形態１−１〜実施
の形態１−８に例示して説明する。
【００６２】（実施の形態１−１）本実施の形態１−１
では、前記光軸変換板１１０として、異方性散乱素子で
あるルミスティフィルムＹ３０６０（商品名、住友化学
製）を用いた。
【００６３】前記ルミスティフィルムＹ３０６０は、屈
折率の異なる材質が多層に積層されたものであり、３０
度から６０度の角度領域の光を散乱させる特性を有して
いる。さらに詳しく述べると、正面方向Ｓ（図２参照）
および正面方向Ｓよりも上方に向かう光をそのまま通過
させるが、正面方向Ｓに対して下方３０度から４０度の
光の一部の進行方向を、入射角よりもさらに２０度下方
に屈曲させ、さらに下方４０度から６０度の光を等方的
に散乱させる特性を有している。尚、この３０度から６
０度の角度領域を散乱角度領域という。
【００６４】そして、このフィルムを用いると、下方４
０度以上の視角反転する光は散乱されて弱くなり、さら
に下方３０度から４０度の階調反転のない正常な光の一
部を、入射角よりも２０度下方に屈曲させて視角反転方
向に変換するので、階調反転を解消することができる。
【００６５】また、前記ルミスティフィルムＹ３０６０
以外の種類のものについても同様に階調反転を解消する
ことができた。そして、様々な種類のルミスティフィル
ムの構造を調整することにより、散乱角度領域と散乱角
度幅を調整することができる。尚、散乱角度幅とは、ル
ミスティフィルムＹ３０６０の場合であれば、３０度の
範囲を意味する。散乱角度幅が大きくされると、階調反
転が大きく低減されるが、後述するように、画像がぼや
けるといった問題が生じる。また、散乱角度領域を正面
方向から下方に大きくすることにより、階調反転の現象
は大きく低減される。
【００６６】このように、散乱挙動で特定の入射角の光
を屈曲させる異方性散乱素子としては、ルミスティフィ
ルムの他には、Lumaxis（商品名、マイクロシャープ
製）がある。
【００６７】また、散乱挙動を示す異方性散乱素子を用
いた場合には、外光が異方性散乱素子で散乱され、その
散乱光が液晶表示素子の表示に悪影響を与え、液晶表示
素子のコントラストが低下する問題がある。このような
問題が生じないようにするため、異方性散乱素子を用い
る場合には、液晶表示素子には反射防止手段を用いるの
が好ましい。
【００６８】前記反射防止手段は、偏光板１０５の表面
にＡＲ（Anti-Reflection）処理によって形成する反射
防止膜や、偏光板１０５の表面にアンチグレア処理によ
って形成する凹凸部、あるいは表裏双方の偏光板１０
５，１０５を円偏光板にすることによって構成すること
ができる。これら反射防止手段により、液晶表示素子の
コントラストの低下を防ぐことができる。
【００６９】尚、前記円偏光板は、偏光板とλ／４板を
組み合わせたものであり、この円偏光板の下層の光軸変
換板で反射が発生した場合、光は往復でλ／４板を２回
通過するため、波面が９０度回転し、その結果、偏光板
で吸収されるため、外光反射が発生しない特徴を有し、
特に大きな反射防止効果が見られた。
【００７０】また、光軸変換板１１０に異方性散乱素子
を用いた場合には、光の指向性を乱すため、表示面Ｄに
映し出される映像が上下方向にぼやけるといった問題が
生じる。この問題は、高精細ピッチの場合に顕著とな
り、光進行方向変換手段によって光の進行方向を変換す
る方向、例えば、劣視角方向を下方向とした場合、画素
の上下方向の長さが１００μｍ以下では散乱角度幅を４
０度以下に抑えることが適当であり、画素の上下方向の
長さが４００μｍ以下では散乱角度幅を７０度以下に抑
える必要がある。
【００７１】このような異方性散乱素子を用いた光軸変
換板１１０は、液晶表示素子の表示面Ｄの法線方向であ
る正面方向Ｓに進行した光および正面方向Ｓよりも上方
へ進行した光をそのまま進行させ、正面方向Ｓよりも下
方に向かう光だけを下方へ屈曲する。このため、正面方
向Ｓから２０度程度下方に局所的に暗い部分が生じ、観
察者は違和感を感じることがある。この解消について
は、実施の形態１−３で述べる。
【００７２】（実施の形態１−２）本実施の形態１−２
では、前記光軸変換板１１０に非対称屈折素子、より具
体的には、鋸歯断面形状を有するフィルムを用いた。図
３は、本発明の実施の形態１−２の光軸変換板を示す側
面図である。図３に示すように、非対称屈折素子を用い
た光軸変換板１１０は、断面形状が上下方向に非対称な
鋸歯状の指向性フィルムＩＤＦII（商品名、住友３Ｍ
製）である。
【００７３】前記光軸変換板１１０としての指向性フィ
ルムＩＤＦIIは、図３の太線あるいは細線で示すよう
に、正面方向Ｓよりも下方から上方へ進行している光を
そのまま上方あるいはさらに上方へ変換して進行させ、
一点鎖線で示すように、正面方向Ｓに進行している光、
あるいは点線で示すように正面方向Ｓよりも上方から下
方へ進行している光を、下方へあるいはさらに下方へ変
換して進行させ、光の強度が角度に対して連続的に変化
するという特徴がある。このため、実施の形態１−１の
ように局所的に一部の角度だけが暗くなることはない
が、表示面Ｄの全体の明るさが低下してしまう。尚、こ
の全体の明るさが低下する問題を解消するためには、後
述する実施の形態１−４で述べるバックライトユニット
を用いることにより液晶表示素子全体の明るさを向上さ
せることが可能である。
【００７４】また、前記指向性フィルムＩＤＦIIの断面
形状が、図３に示すように周期的な鋸歯形状であると、
光がこの周期性によって液晶素子のピッチと干渉し、モ
アレ模様を発生させる。そこで、前記指向性フィルムＩ
ＤＦIIの断面形状が周期でない鋸歯形状とすることで、
モアレ模様が発生しないようにすることが好ましい。
【００７５】尚、本実施の形態１−２では、鋸歯形状の
光軸変換板を用いたが、これに限られるものではなく、
非対称屈折素子であればよく、例えば、非対称マイクロ
レンズを用いることができる。
【００７６】（実施の形態１−３）本実施の形態１−３
は、光軸変換板を液晶表示素子の表裏に２枚貼付して、
光軸変換板による液晶表示素子の明るさの低下を補正す
るものである。図４は、本発明の実施の形態１−３の液
晶表示素子の要部側面断面図である。前記実施の形態１
−１、１−２においては、ルミスティフィルムＹ３０６
０や指向性フィルムＩＤＦIIである光軸変換板１１０を
液晶表示素子の表側に一枚貼付する構成としたが、特
に、実施の形態１−１では局所的に明るさが低下する角
度があり、違和感を感じる問題があった。
【００７７】そこで、本実施の形態１−３の液晶表示素
子では、その低下した明るさを補償するため、相補的に
作用する集光手段を備えている。前記集光手段は、図４
に示すように、裏側の位相補償板１０６に貼付された光
軸変換板１１０’によって構成されている。尚、本実施
の形態１−３では、前記光軸変換板１１０にルミスティ
フィルムＹ３０６０を用い、光軸変換板１１０’にもル
ミスティフィルムＹ３０６０を用い、光軸変換板１１
０’と光軸変換板１１０とを相補的としている。このよ
うな構成とすることにより、表側の光軸変換板１１０で
光の密度が小さくなる角度に、裏側の光軸変換板１１
０’によって光が集められ、低下した明るさが補われ
る。尚、バックライトユニットから照射される光を、光
の密度が小さい領域に集めるために、例えば、バックラ
イトユニットの集光フィルムを非対称としたり、バック
ライトユニットの導光板の形状を非対称とするようなこ
とも可能である。
【００７８】（実施の形態１−４）本実施の形態１−４
では、バックライトユニットの光量分布を調節すること
で液晶表示素子の正面付近の明るさが低下する問題を解
決した。
【００７９】前述した実施の形態１−３では、裏側の位
相補償板１０６に光軸変換板１１０’を貼付して、液晶
表示素子の視角特性を向上させたが、本実施の形態１−
４においては、所望の特性を有するようにバックライト
ユニット１０４の設計を行った。
【００８０】図９（ａ）は、光量分布を調整していない
バックライトユニットを用いて実施の形態１−１の構成
の液晶表示素子と組み合わせた場合の光量分布である。
ただし、光軸変換板はルミスティフィルムのＹ２０７０
を用いた。尚、前記ルミスティフィルムのＹ２０７０
は、散乱角度幅が５０度、散乱角度領域が２０度から７
０度のフィルムである。図９（ａ）より、下方２０度か
ら４０度の領域で光が減少する問題があることが分か
る。そこで、図９（ｂ）のような光量分布を有するバッ
クライトユニットを用意した。図９（ａ）で輝度が低下
する角度領域の光量をバックライトユニットで補うよう
に、複数のピークを有することが特徴である。
【００８１】そのような特性を有するバックライトユニ
ットの構造を図５に示す。図５は、本発明の実施の形態
１−４のバックライトユニットの概略側面断面図であ
る。一般にバックライトユニットは、ランプとリフレク
タとからなるサイドライト１０１、該サイドライト１０
１からの光を平面光源に変換する導光板１０２と、該導
光板１０２の正面側に配置される集光フィルム１０３等
を備え、前記導光板１０２の表面には白色の散乱体イン
クによって散乱手段であるドット１１１を印刷してい
る。通常のバックライトはこの散乱体のドット１１１の
印刷だけがなされている。
【００８２】しかし、図５に示すように、本発明のバッ
クライトユニット１０４は、前記導光板１０２の背面側
に指向性反射手段である凹部１１２が形成されており、
当該凹部１１２は導光板１０２の光を部分的に反射させ
所定の方向に選択的に光を照射することができる。そし
て、本実施の形態１−４では、前記導光板１０２を伝播
する光を下方２０度から４０度の範囲に出射するよう
に、この凹部１１２の角度を調整しており、図９（ｂ）
に示すように、光量分布には２０度から４０度付近にピ
ークを有するように構成している。尚、光量のピークの
高さは凹部１１２の密度（数）を調整することによって
調節でき、またサイドライト１０１に近い領域は、光量
が強いため凹部１１２の密度（数）は小さくしている。
このようなバックライトユニットとルミスティフィルム
を用いた液晶表示素子と組み合わせることで、図９
（ｃ）のようになだらかな光量分布の特性をもつ液晶表
示装置が得られ、ある特定の方向で明るさが低下する問
題は発生せず、視野角特性が向上した。
【００８３】また、本発明のバックライトユニットは、
前記構造に限るものではなく、複数の指向性反射手段を
形成してもよく、例えば、図６に示すように、前記ドッ
ト１１１の印刷の代わりに、前記凹部１１２とは傾斜の
異なる凹部１１２’（切削構造）を形成しても良い。図
６は、導光板１０２の表側に主ピーク、即ち正面付近に
光を集めるための凹部１１２’を形成したものである。
そして、このような構成とすることにより、バックライ
トユニットの光量分布のピーク位置を制御することがで
き、このバックライトユニットを液晶表示素子に備える
ことにより、液晶表示装置の表示面をなだらかな光量分
布とすることができる。尚、前記凹部１１２’は、導光
板１０２の表面側に形成しても裏面側に形成してもよ
く、また、導光板１０２の裏面側に傾斜の異なる２種類
の凹部を形成することで光量分布のピークを２つ作るこ
とができる。また、傾斜の種類は２種類以上としても良
い。
【００８４】また、前記導光板を直接切削して凹部を形
成する以外に、図７に示すように、指向性反射手段を有
し、所望の方向に光強度の分布を有するフィルム１１２
ｂを貼りつけても良い。従来から、１種類の傾斜構造を
有し、正面方向に指向性を持って光を集光するプリズム
シートは市販されている。しかし、このプリズムシート
の傾斜を２種類、例えば、断面が急峻な三角形の凹凸と
傾斜がゆるやかな凹凸を形成し、前記導光板の液晶パネ
ル側に貼付するような構成とすることによっても、バッ
クライトユニットは、複数のピークを有する光量分布を
示す。そして、そのような構成としたバックライトユニ
ットを液晶表示素子に備えることにより、図９（ｃ）の
ような特性の液晶表示装置を得ることができる。また、
このような特性のバックライトユニットは、導光板にフ
ィルムを貼付するだけなので、容易に所望のバックライ
ト特性が得られる。
【００８５】（実施の形態１−５）本実施の形態１−５
は、液晶表示素子の表示面の法線方向である正面方向を
中心とする角度域に集光する集光手段と、光軸変換板を
用いた液晶表示素子とを組み合わせたものである。前記
実施の形態１−１に述べたように、本発明の光軸変換板
による広視野角化は、視角方向の劣る方向に正面付近の
光を屈曲させて光をまわす方式である。このとき、正面
付近の良好な光を劣視角方向にまわすことで、劣視角方
向の視角特性を向上させるものである。それに対して、
本実施の形態１−５では、視角特性の良好である正面付
近の光を増加させて、全体的な視角特性を向上させるも
のである。尚、正面付近の光に限らず、視角特性が良好
な光（劣視角方向以外の光）を増加させることによって
も、全体的な視角特性を向上することができる。
【００８６】本実施の形態１−５では、視角特性が良好
な光を多くするために、図１の仮想線に示すように、バ
ックライトユニット１０４に集光手段としてのプリズム
シート１１３を配置した。該プリズムシート１１３には
住友３Ｍ製のＢＥＦIIを用いた。尚、偏光変換素子を含
んだプリズムシートであってもよい。
【００８７】また、実施の形態１−１でルミスティフィ
ルムＹ３５６５（商品名）を用いた場合には、下方向で
階調反転がわずかに発生する場合があった。これは周辺
部の光が比較的強く、正面付近の光を光軸変換板で屈曲
させて周辺部の光に混合させても、階調の反転する周辺
部の光を補うことができなかったためである。
【００８８】しかし、本実施の形態１−５のプリズムシ
ート（ＢＥＦII）を用いると、当該プリズムシート（Ｂ
ＥＦII）により、視角特性が良好である正面付近の光を
増加させることができるので、ルミスティフィルムＹ３
５６５フィルムを用いても十分な視角特性が得られ、階
調反転は発生しない。
【００８９】（実施の形態１−６）本実施の形態１−６
では、液晶材料のΔｎｄを最適化、ツイスト角度の最適
化を行った。
【００９０】前述したように、本発明は正面付近の良好
な特性の光を階調反転する方向に変換することで、階調
反転方向の視野角特性をカバーすることにある。即ち、
階調反転する角度領域が少ないほど、総合的な特性は向
上する。
【００９１】ところで、ＴＮ型の液晶モードでは、原理
的にはΔｎｄ＝０．４７２の場合に総合的特性が最適で
あるといわれている。ここで、Δｎは液晶の屈折率異方
性、ｄは液晶層の厚みである。しかし、この場合、正面
方向Ｓから下方３０度付近で階調反転が発生する。
【００９２】本発明者らの検討によれば、Δｎｄをさら
に小さくすることにより、階調反転が発生する角度を外
側に変化させることを実現した。即ち、Δｎｄ＝０．４
２とすれば階調反転角度は正面方向Ｓから下方４０度ま
で外側に変化し、Δｎｄ＝０．４とすれば階調反転角度
は正面方向Ｓから下方４５度まで外側に変化した。この
ように、液晶の屈折率異方性、液晶層の厚みを小さくす
ることにより、視野角が向上する。
【００９３】また、光軸変換板を備えた液晶表示素子の
場合には、Δｎｄ＝０．４２で階調反転はなくなった
が、まだ映像の階調がつぶれる現象があった。しかし、
Δｎｄ＝０．４では階調がつぶれるようなこともない良
好な表示を実現することができた。これより、Δｎｄは
０．４２以下が望ましく、更には、Δｎｄは０．４以下
で階調つぶれの現象も見られない、更に良好な視角特性
が得られる。
【００９４】また、この現象はツイスト角度を変化させ
ると同様に発生し、液晶分子８のツイスト角度を通常の
ツイスト角度よりも大きくすることによって、視野角特
性を向上することができた。ただし、ツイスト角度が１
００度を超えると、コントラストが低下する現象が発生
するため、最適なツイスト角度は９０度以上、１００度
以下である。このようにして、液晶材料のΔｎｄを最適
化、ツイスト角度の最適化を図ることができる。
【００９５】（実施の形態１−７）本実施の形態１−７
は、液晶表示素子の配置方向を最適化した液晶表示装置
に関するものである。図１０は、本発明の実施の形態１
−７における液晶表示素子をＯＡ用モニターとして使用
する一例を示す概略斜視図である。
【００９６】一般に、液晶表示素子をＯＡ用モニターと
して使用する場合には、デスク上に設置されていること
から、表示面Ｄを観察する上で支障がないように、階調
反転の発生する方向が下向きとなるようにされている。
【００９７】しかし、本発明の液晶表示素子は光軸変換
板を用いているので、前記下方向の表示特性が良好とな
り、上方向の表示特性が下方向の表示特性より劣る結果
となった。そこで、液晶表示素子を配置するにあたっ
て、上下方向を逆にする方がより良い表示特性を得るこ
とができる。
【００９８】そして、階調反転の発生する方向が上向き
となるようにするには、ラビング処理は、図１０に示す
ように、観察方向から見た場合、裏側の基板１０７は右
下から左上に向かい、表側の基板１０９は右上から左下
に向かう方向に行うことにより達成される。あるいは、
裏側の基板１０７は右上から左下に向かい、表側の基板
１０９は右下から左上に向かうラビング処理を行うこと
によっても達成される。尚、配向処理は、ラビングに限
られるものではなく、光配向処理でも良い。このとき、
配向処理の方向は、プレチルトが発生する方向とする。
【００９９】このように、前記基板１０７，１０９をラ
ビング処理することにより、中間部の液晶分子８ｃは、
中間調表示状態で基板に垂直な方向から上方に傾斜する
姿勢となる。この上方向は従来階調反転の発生していた
方向であるが、本発明の光軸変換板により視角特性の改
善が行われ、上方向の視角特性が良好となるのである。
また、液晶表示装置をビデオカメラの小型表示パネルと
して使用する場合には、階調反転の発生する方向を左右
方向に配置するようなことも可能であり、その階調反転
の発生する方向に、前記光進行方向変換手段である光軸
変換板により光を変換することにより、左右方向の視野
角特性を向上させることができる。
【０１００】（実施の形態１−８）実施の形態１におい
ては、ハイブリッド配向させたディスコチックの液晶材
料より形成された位相補償板を用いたが、本実施の形態
１−８では、ディスコチックの液晶材料の代わりに、ハ
イブリッド配向させた棒状の液晶材料より形成した位相
補償板を用いた。前記位相補償板は、ハイブリッド配向
された棒状液晶を固化させて形成されており、複屈折を
有し、前記複屈折は厚み方向に変化していることを特徴
としている。
【０１０１】前記棒状の液晶材料により形成された位相
補償板は、厚み方向で複屈折が変化しているので、入射
する光の角度により位相差が異なり、視角補償の効果は
大きいものである。また、このような位相補償板は、短
軸方向に補償する効果がディスコチックの液晶材料によ
り形成された位相補償板よりも少ないため、劣視角方向
Ｒの視角特性が悪くなるが、ディスコチックの液晶材料
により形成された位相補償板よりも低コストで生産する
ことができるという利点がある。このように、ハイブリ
ッド配向させた棒状液晶より形成した位相補償板を用い
ることによっても、劣視角方向以外に進行している光の
一部を劣視角方向に変換し、液晶表示素子全体の視野角
特性が向上する。
【０１０２】（実施の形態２）本実施の形態では、垂直
配向型の液晶表示素子を用いたことが特徴である。
【０１０３】（実施の形態２−１）本実施の形態２−１
では、明るさの低下していない方向に進行している光の
一部を、明るさが低下している方向に変換する光進行方
向変換手段を備えた垂直配向型の液晶表示素子について
説明する。図１２は、本発明の実施の形態２−１におけ
る垂直配向型の液晶表示素子の側面断面図である。図１
２に示すように、垂直配向型の液晶表示素子は、一対の
基板１０７,１０９間に液晶層１１５が挟持されてお
り、表側の基板１０９に、後述する光進行方向変換手段
である光軸変換板１１０が備えられている。また、裏側
の基板１０７と光軸変換板１１０とには、偏光板１０
５，１０５が貼付されている。また、前記基板１０７,
１０９を垂直配向処理することにより、前記液晶層１１
５を垂直配向させている。尚、本実施の形態の液晶表示
素子には、視野角特性向上手段である位相補償板は備え
られていない。
【０１０４】前記液晶表示素子では、電圧未印加時には
液晶層１１５中の液晶分子が基板１０７，１０９に対し
て垂直配列となっており、電圧印加時には液晶分子が基
板１０７，１０９に対して水平な配列に変化する。この
とき、基板１０９に形成された画素電極（図示せぬ）に
凹凸を付けたり、スリットを形成するなどして液晶分子
の傾斜する方向を変えるようにしている。図１３は本発
明の実施の形態２−１における垂直配向型の液晶表示素
子の要部側面断面図である。前述した例は、垂直配向型
の液晶表示素子であっても、視角特性を向上させるた
め、図１３に示すように、液晶層１１５中の液晶分子８
の配向方位に、ラビングや電界傾斜などの方法により異
方性をもたせたマルチドメインと呼ばれる方式である。
このマルチドメイン方式の液晶表示素子は、一つの画素
が二つ以上の部分に分けられ、それぞれの部分ごとに傾
斜する方向が異なる特性を有しているため、視角特性を
均一化する特徴がある。このような垂直配向型の液晶表
示素子は、ＴＮ型の液晶表示素子ように階調反転が発生
しないが、左右方向から観察したときに明るさが大きく
低下するという問題がある。
【０１０５】例えば、ビデオカメラによって撮影者が撮
影するとき、一般的にビデオカメラを右側に担ぐため、
液晶表示素子によって構成されている表示パネルは左方
向から観察される場合が多い。従って、前記液晶表示素
子をビデオカメラの表示パネルとして使用するときは、
この左方向の明るさを向上させる必要がある。
【０１０６】そこで、本実施の形態２−１における液晶
表示素子においては、正面方向Ｓに進行している光の一
部の進行方向を左方向に変換するために、光進行方向変
換手段である光軸変換板１１０を表側の基板１０９に貼
付して、左方向の明るさの低下を補償するように構成し
ている。このように、前記光軸変換板１１０により明る
さの低下していない方向に進行している光の一部を明る
さの低下している方向に変換することにより、低下して
いる方向の明るさを補償することができる。また、光の
進行方向を左方向に変換する光軸変換板１１０と、右方
向に変換する光軸変換板１１０とを積層することによ
り、左右両方の明るさを向上させるような構成とするこ
とも可能である。尚、光軸変換板１１０を用いて正面方
向Ｓに進行している光の一部を左方向に変換すると正面
付近の明るさが低下するが、前記実施の形態１−４で述
べたように、バックライトユニットの光量分布を調節す
ることによってその低下した明るさを補償することがで
きる。
【０１０７】（実施の形態２−２）前記実施の形態２−
１では、明るさの低下していない方向に進行している光
の一部を、明るさが低下している方向に変換する光進行
方向変換手段を備えた垂直配向型の液晶表示素子につい
て説明したが、画素を分割するためにはプロセスコスト
がかかるものである。そこで、本実施の形態２−２の垂
直型の液晶表示素子は、安価に製造するために、液晶層
中の液晶分子を一方向に傾斜させる、傾斜方向に異方性
を有することを特徴としている。
【０１０８】本実施の形態２−２の垂直型の液晶表示素
子は、液晶分子の傾斜方向に異方性があるので、液晶分
子が傾斜する方向で階調反転が発生する。そこで、階調
反転によって視野角特性が低下する場合には、前記実施
の形態１と同様に光軸変換板を備え、液晶分子が傾斜す
る方向に光を変換して視角特性を改善させるよう構成し
ている。このように、ある特定方向に劣視角方向を有し
ている場合であっても、光進行方向変換手段である光軸
変換板により、劣視角方向以外に進行している光の一部
を劣視角方向に変換することができるので、液晶表示素
子の視野角特性が向上する。
【０１０９】（その他の事項）本実施の形態２では垂直
配向型の液晶表示素子について説明したが、光学補償ベ
ンド（ＯＣＢ；Opticcally Compensated Bend）型の
液晶表示素子でも同様の明るさが低下する視野角特性の
問題がある。ＯＣＢ型の液晶表示素子は、一対の基板に
ベンド配向された液晶層が挟持され、前記２枚の基板の
外側に位相差板と偏光板とが積層されたものである。こ
のＯＣＢ型の液晶表示素子においても、光進行方向変換
手段である光軸変換板を備えることにより、視野角特性
を向上させることが実現できる。
【０１１０】尚、本実施の形態では、前記光軸変換板１
１０として、異方性散乱素子であるルミスティフィルム
Ｙ２０７０（商品名）を用いたが、これに限定されるも
のではなく、鋸歯状の断面形状を有するような非対称屈
折素子であっても良い。
【０１１１】
【発明の効果】本発明によれば、階調反転のない良好な
視野角特性を有する液晶表示素子を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶表示素子の側
面断面図である。
【図２】図１の要部側面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１−２の光軸変換板を示す
側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１−３の液晶表示素子の要
部側面断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１−４のバックライトユニ
ットの概略側面断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１−４のバックライトユニ
ットの変形例を示す概略側面断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１−４のバックライトユニ
ットの他の変形例を示す概略側面断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における液晶表示素子の
色度図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の実施の形態１−１の液
晶表示素子の光量分布を示す概念図、図９（ｂ）は、本
発明の実施の形態１−４のバックライトユニットの光量
分布を示す概念図、図９（ｃ）は、図９（ａ）の液晶表
示素子と図９（ｂ）のバックライトユニットとを組み合
わせたときの光量分布の概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態１−７における液晶表示
素子をＯＡ用モニターとして使用する一例を示す概略斜
視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の変形例を示す液晶表
示素子の側面断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における垂直配向型の
液晶表示素子の側面断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における垂直配向型の
液晶表示素子の要部側面断面図である。
【図１４】従来の液晶表示素子の要部側面断面図であ
る。
【図１５】従来の改良された液晶表示素子の要部側面断
面図である。
【図１６】従来の改良された液晶表示素子の色度図であ
る。
【符号の説明】
６ 光学媒体（ディスコチックの液晶材料） ８ 液晶分子 ８ｃ 中間部の液晶分子 １０１ サイドライト １０２ 導光板 １０３ 集光フィルム １０４ バックライトユニット １０５ 偏光板 １０６ 位相補償板 １０７ 基板 １０８ 液晶層 １０９ 基板 １１０ 光軸変換板 １１０’光軸変換板 １１１ ドット １１２ 凹部 １１２ｂ フィルム １１３ プリズムシート １１４ 光軸変換板 １１５ 液晶層 Ｄ 表示面 Ｒ 劣視角方向 Ｓ 正面方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 好紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石原 將市 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 沖田 光隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田村 達彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山口 久典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA03 BA06 BA07 BA42 BB03 BC22 2H090 KA05 KA07 LA05 LA06 LA11 LA12 LA16 MA06 2H091 FA11X FA11Z FA21X FA29X FA37X FA41Z FB02 FD06 GA06 HA07 HA09 KA02 LA19

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の基板間に液晶層を挟持し、ある一
    方向の劣視角方向を除いて視野角特性を向上させる視野
    角特性向上手段を有する液晶表示素子であって、 前記劣視角方向以外に進行している光の一部の進行方向
    を劣視角方向に変換する光進行方向変換手段を備えたこ
    とを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項２】 前記視野角特性向上手段のみでの劣視角
    方向が、視角反転方向であることを特徴とする請求項１
    に記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項３】 前記液晶層中の液晶分子はツイスト配向
    されており、 前記劣視角方向は、液晶層に特定電圧を印加した場合
    の、当該液晶層の厚み方向の中央部に位置する液晶分子
    の長軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の液
    晶表示素子。
  4. 【請求項４】 前記視野角特性向上手段は、少なくとも
    一方の基板の外側に貼付された位相補償板であり、該位
    相補償板は、光学的に屈折率異方性を有している光学媒
    体を含む組成物より生成され、前記光学媒体は、前記位
    相補償板の厚み方向で傾斜し、その傾斜角度が厚み方向
    で変化していることを特徴とする請求項１に記載の液晶
    表示素子。
  5. 【請求項５】 前記視野角特性向上手段は、少なくとも
    一方の基板の外側に貼付された位相補償板であり、該位
    相補償板は複屈折を有し、前記複屈折は厚み方向に変化
    していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素
    子。
  6. 【請求項６】 前記位相補償板中の光学媒体は、光学的
    に負の屈折率異方性を有していることを特徴とする請求
    項４に記載の液晶表示素子。
  7. 【請求項７】 前記光学媒体が、ディスコティック液晶
    性を有する組成物より形成されていることを特徴とする
    請求項６に記載の液晶表示素子。
  8. 【請求項８】 前記位相補償板中の光学媒体は、光学的
    に正の屈折率異方性を有していることを特徴とする請求
    項４に記載の液晶表示素子。
  9. 【請求項９】 前記光学媒体が、液晶性を有する組成物
    より形成されていることを特徴とする請求項８に記載の
    液晶表示素子。
  10. 【請求項１０】 一対の基板間に液晶層を挟持した液晶
    表示素子であって、 明るさの低下していない方向に進行している光の一部
    を、明るさが低下している方向に変換する光進行方向変
    換手段を備えたことを特徴とする液晶表示素子。
  11. 【請求項１１】 前記液晶表示素子が垂直配向型である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子。
  12. 【請求項１２】 前記液晶表示素子がＯＣＢ型であるこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子。
  13. 【請求項１３】 一対の基板間に液晶層を挟持し、ある
    特定の方向に劣視角方向を有する液晶表示素子であっ
    て、 前記劣視角方向以外に進行している光の一部を、劣視角
    方向に変換する光進行方向変換手段を備えたことを特徴
    とする液晶表示素子。
  14. 【請求項１４】 前記液晶表示素子が垂直配向型であ
    り、前記液晶層中の液晶分子は電圧の印加によって、異
    方性を有して傾斜する特性があることを特徴とする請求
    項１３に記載の液晶表示素子。
  15. 【請求項１５】 前記光進行方向変換手段は、異方性散
    乱素子によって構成された光軸変換板であることを特徴
    とする請求項１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載
    の液晶表示素子。
  16. 【請求項１６】 前記光軸変換板は、屈折率の異なる材
    料が多層に積層されたものであることを特徴とする請求
    項１５に記載の液晶表示素子。
  17. 【請求項１７】 前記光進行方向変換手段は、非対称屈
    折素子によって構成された光軸変換板であることを特徴
    とする請求項１〜５、１０、１３のいずれか一つに記載
    の液晶表示素子。
  18. 【請求項１８】 前記光軸変換板は、断面が鋸歯状の非
    対称屈折素子であることを特徴とする請求項１７に記載
    の液晶表示素子。
  19. 【請求項１９】 前記光軸変換板は、非対称マイクロレ
    ンズであることを特徴とする請求項１７に記載の液晶表
    示素子。
  20. 【請求項２０】 外光の反射を防止するための反射防止
    手段が備えられていることを特徴とする請求項１５また
    は１６に記載の液晶表示素子。
  21. 【請求項２１】 前記反射防止手段は、表側の基板の外
    側に配置された偏光板の表面に形成された反射防止膜で
    あることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示素
    子。
  22. 【請求項２２】 前記反射防止手段は、表側の基板の外
    側に配置された偏光板の表面に形成された凹凸部である
    ことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示素子。
  23. 【請求項２３】 前記反射防止手段は、裏側と表側の基
    板の外側に配置された表裏双方の偏光板を円偏光板とし
    たものであることを特徴とする請求項２０に記載の液晶
    表示素子。
  24. 【請求項２４】 複数の画素を有し、該画素の、光進行
    方向変換手段によって光の進行方向を変換する方向の長
    さが４００μｍ以下である場合、前記異方性散乱素子の
    散乱角度幅が７０度以下であることを特徴とする請求項
    １５または１６に記載の液晶表示素子。
  25. 【請求項２５】 複数の画素を有し、該画素の、光進行
    方向変換手段によって光の進行方向を変換する方向の長
    さが１００μｍ以下である場合、前記異方性散乱素子の
    散乱角度幅が４０度以下であることを特徴とする請求項
    １５または１６に記載の液晶表示素子。
  26. 【請求項２６】 液晶の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶
    層の厚みをｄとした場合、その積Δｎｄが０．４２以下
    であることを特徴とする請求項１〜５、１０、１３のい
    ずれか一つに記載の液晶表示素子。
  27. 【請求項２７】 液晶の屈折率異方性をΔｎ、前記液晶
    層の厚みをｄとした場合、その積Δｎｄが０．４０以下
    であることを特徴とする請求項１〜５、１０、１３のい
    ずれか一つに記載の液晶表示素子。
  28. 【請求項２８】 前記液晶層は、液晶分子のツイスト角
    度が９０度以上１００度以下にツイスト配向されている
    ことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
  29. 【請求項２９】 表示面を正面から見た場合、前記裏側
    の基板に右下から左上方向、前記表側の基板に右上から
    左下方向の配向処理が施されていることを特徴とする請
    求項３に記載の液晶表示素子。
  30. 【請求項３０】 表示面を正面から見た場合、前記裏側
    の基板に右上から左下方向、前記表側の基板に右下から
    左上方向の配向処理が施されていることを特徴とする請
    求項３に記載の液晶表示素子。
  31. 【請求項３１】 液晶層の厚み方向の中間部の液晶分子
    は、中間調を表示する状態で表側の基板に対して上方向
    に傾斜する姿勢になることを特徴とする請求項１〜３、
    １３、１４のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
  32. 【請求項３２】 前記光進行方向変換手段によって光量
    の減少する角度域に光を集める集光手段が備えられてい
    ることを特徴とする請求項１、１０、１３、１５、１７
    のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
  33. 【請求項３３】 前記光進行方向変換手段と前記集光手
    段とが相補的であることを特徴とする請求項３２に記載
    の液晶表示素子。
  34. 【請求項３４】 前記集光手段は、表示面の法線方向で
    ある正面方向を中心とする角度域に集光することを特徴
    とする請求項３２に記載の液晶表示素子。
  35. 【請求項３５】 劣視角方向以外の方向に光を集める集
    光手段が備えられていることを特徴とする請求項１〜
    ３、１５、１７のいずれか一つに記載の液晶表示素子。
  36. 【請求項３６】 表示面の法線方向である正面方向を中
    心とする角度域に集光する手段を備えることを特徴とす
    る請求項３５に記載の液晶表示素子。
  37. 【請求項３７】 請求項１〜３、１５、１７のいずれか
    一つに記載の液晶表示素子の背面側にはバックライトユ
    ニットが配置され、該バックライトユニットの光量角度
    分布は、複数のピークを有することを特徴とする液晶表
    示装置。
  38. 【請求項３８】 請求項１〜３、１５、１７のいずれか
    一つに記載の液晶表示素子の背面側にはバックライトユ
    ニットが配置され、該バックライトユニットは、前記光
    進行方向変換手段によって光量が減少する領域に、光を
    集光する集光手段が備えられていることを特徴とする液
    晶表示装置。
  39. 【請求項３９】 前記バックライトユニットは、光進行
    方向変換手段によって減少する光量を補足するように、
    光量の角度分布が複数のピークを有していることを特徴
    とする請求項３７に記載の液晶表示装置。
  40. 【請求項４０】 前記バックライトユニットは導光板を
    有し、該導光板は光を散乱させる散乱手段と、光を所定
    の方向に選択的に出射する指向性反射手段とを備えてい
    ることを特徴とする請求項３７〜３９のいずれか一つに
    記載の液晶表示装置。
  41. 【請求項４１】 前記バックライトユニットは、光を所
    定の方向に選択的に出射する指向性反射手段を備えた導
    光板を有し、前記指向性反射手段は、前記導光板に形成
    した複数の凹部を有し、前記複数の凹部が複数の傾斜を
    有することを特徴とする請求項３７〜３９のいずれか一
    つに記載の液晶表示装置。
  42. 【請求項４２】 前記バックライトユニットは、光を所
    定の方向に選択的に出射する指向性反射手段を備えたフ
    ィルムを有し、前記指向性反射手段は、前記フィルムに
    形成した複数の凹部を有し、前記複数の凹部が複数の傾
    斜を有することを特徴とする請求項３７〜３９のいずれ
    か一つに記載の液晶表示装置。
  43. 【請求項４３】 請求項１〜３、１５、１７のいずれか
    一つに記載の液晶表示素子の背面側に配置され、前記光
    進行方向変換手段によって光量が減少する領域に、光を
    集光する集光手段が備えられていることを特徴とするバ
    ックライトユニット。
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