JP5224230B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、高い表示コントラスト比が得られる直視型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（液晶ディスプレイ）は、低消費電力で高精細化が可能という特長を有しており、小型の携帯電話機から大型のテレビモニターまで広い範囲に適用されている。しかしながら、液晶パネル（液晶表示素子）の暗所におけるコントラスト比は、液晶パネル単独では高々１０００：１前後であり、ＣＲＴにおけるコントラスト比や液晶ディスプレイと同じくテレビモニターとして用いられているプラズマディスプレイのコントラスト比（３０００：１）や、ＦＥＤ／ＳＥＤと呼ばれる放電型表示パネルのコントラスト比よりも低い。このため、映画など黒部分の表現力が豊かな映像ソースを用いて表示を実施する場合に、臨場感が不足するという問題点が指摘されている。

上記問題に対して、液晶表示素子自体のコントラスト比はそのままで、表示画面上でのコントラスト比を向上させる技術として、バックライトの光強度を、表示する画像に従って制御する技術が開発されている。しかしながら、従来の面光源型のバックライト装置では、光源として冷陰極管が用いられるが、この冷陰極管の輝度のダイナミックレンジは狭いため、バックライトの光強度を表示する画像に従って制御した場合でも、コントラスト比の増加は、２０００〜３０００：１に留まる。また、冷陰極管は棒状の光源であるため、同一画面内に輝度の高い部分と低い部分が同時に存在した場合には、部分ごとにバックライトの輝度を調整することができず、バックライトの輝度制御によるコントラスト比の向上効果が低い。このため、一部に高輝度の領域がある画像で、低輝度の領域における再現性を重視するような画像を表示する場合には、実質的なコントラスト比が低下するという問題点がある。

上記の問題を生じさせないためには、液晶表示素子のコントラスト比を大幅に引き上げる必要があるが、前記したように、液晶表示素子単体におけるコントラスト比は高々１０００：１程度である。液晶表示素子単体でのコントラスト比を大幅に引き上げることなく、液晶表示装置のコントラスト比を大幅に向上できる液晶表示装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。これら技術では、液晶表示素子を２層又はそれ以上重ね合わせる積層構造を採用することで黒輝度を低下させ、液晶表示装置全体でのコントラスト比を向上させている。特許文献１には、レーザ光を用いて、液晶表示装置全体のコントラスト比を測定すると、液晶表示素子を１枚用いる構造ではコントラスト比が１０〜１５程度であったものが、２枚積層することで、１００：１程度に向上できる旨の記載がある。また、３枚積層する場合には、コントラスト比を１０００：１程度に向上でき、液晶パネル単体でのコントラスト限界を超えたコントラスト比を実現できる旨が記載されている。

ところで、液晶表示素子を２つ積層した液晶表示装置としては、上記の他に、特許文献３や特許文献４に記載されたものがある。しかし、特許文献３に記載の技術は、自動立体ディスプレイに関するものであり、高コントラスト比を得ることができる液晶表示装置に関するものではない。また、特許文献４に記載の技術は、デザイン的に変化がある液晶表示装置を提供することを目的として、積層された一方の液晶表示素子をシャッターとして用いるものであり、高コントラスト比を得ることができる液晶表示装置に関するものではない。

特開昭６４−１０２２３号公報（図１、２貢目右上１３行目〜３貢目左上４行目まで） 実開昭５９−１８９６２５号公報（図４） 特表２００４−５１２５６４号公報（段落０００７〜段落００９２） 特開２００１−２０１７６４号公報（段落００１８〜段落００９２） 特開平６−６４６０４号公報 特開２００６−１６５１５号公報 特表平１１−５０８６２２号公報 特開平６−１０２５０６号公報

積層された複数の液晶表示素子を有する液晶表示素子において、各液晶表示素子を同一信号で駆動すると、プロジェクタのような、光が液晶パネルのパネル面にほぼ垂直な方向に通過させ、スクリーンに投影するタイプの液晶表示装置では特に問題はないが、直視型液晶表示装置のバックライトのように、拡散光を光源として用いるタイプでは、積層された複数の液晶パネル間の離隔距離によって視差が生じ、見る角度によって下層側の液晶パネルである画素を通過した光が、上層側の液晶パネルの対応する画素を通過しないとう問題が発生する。このため、液晶表示装置を斜めから見ると、視差によって、複数の液晶パネルで見ている位置が異なり、特に画像のエッジ部分など、急激に輝度が変化する部分が二重に見えて、違和感が生じるという問題がある。

図２３（ａ）〜（ｃ）は、積層された液晶パネルでの画素の重なり状態を示しており、（ａ）は、液晶パネルの中央から向かって左側の画素を観察した状態を、（ｂ）は中央正面からその直下の画素を観察した状態を、（ｃ）は、中央から向かって右側の画素を観察した状態を示している。ここでは、２つの液晶パネルが積層されている場合を考える。同図（ｂ）に示すように、正面中央では、積層された２つの液晶パネルの各画素の位置は一致しており、特に問題はない。しかし、（ａ）、（ｃ）に示すように、左側及び右側を見た場合には、２つの液晶パネル間で画素が位置ずれを起こし、輝度低下が観察される。また、その際、画素の位置ズレによる輝度低下で暗くなる部分と、明るい部分とが周期的に並び、上下の液晶パネル内の配線又はブラックマトリクス同士が干渉しあうことで、モアレのような干渉縞が観察され、表示品位が低下するという問題もある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、積層された液晶表示素子を有する液晶表示装置で、積層された液晶表示素子間で発生する干渉による表示不具合を解消できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の視点の液晶表示装置は、それぞれが一対の透明基板に挟まれた液晶層を有する第１及び第２の液晶表示素子であって、双方の液晶表示素子の各画素表示領域が互いに対応して配置されるように積層された第１及び第２の液晶表示素子と、前記積層された第１及び第２の液晶表示素子を外側から挟む一対の偏光板と、前記第１の液晶表示素子と前記第２の液晶表示素子との間にそれぞれ配置される、少なくとも１つの偏光板、及び、光拡散性を有する光拡散層とを有し、前記光拡散層が、多重反射拡散シートで構成され、前記光拡散層は、該光拡散層に入射した直線偏光を、該直線偏光の偏光状態を保ちつつ拡散し、前記第１の液晶表示素子と前記第２の液晶表示素子との間に２つの偏光板を備えており、該２つの偏光板の光透過軸又は光吸収軸が互いにほぼ平行であり、前記第１の液晶表示素子の一対の透明基板のうち能動素子が形成された一方の透明基板と、前記第２の液晶表示素子の一対の透明基板のうち能動素子が形成された一方の透明基板との間に、前記第１及び第２の液晶表示素子の他方の透明基板の少なくとも１つが配置され、前記第１及び第２の液晶表示素子のそれぞれは、各画素表示領域内の電極が少なくとも１つの屈曲部を形成しており、前記第２の液晶表示素子の屈曲部は、前記第１の液晶表示素子の屈曲部との間で平行な部分がなくなるように、前記第１の液晶表示素子の屈曲部を所定角度回転させた向きに配置され、前記所定角度が、０°より大きく１８０°より小さい、ことを特徴とする。

本発明の第１及び第２の視点の液晶表示装置では、前記第１の液晶表示素子の他方の透明基板、及び、前記第２の液晶表示素子の他方の透明基板の少なくとも一方には、カラーフィルタが形成されている構成を採用できる。

本発明の液晶表示装置は、前記第１の液晶表示素子の解像度を、前記第２の液晶表示素子の解像度よりも低くすることもできる。

本発明の液晶表示装置では、第２の液晶表示素子又は第１の液晶表示素子の何れか一方は、１ピクセルが原色の組合せからなる複数のサブピクセルから構成されているカラーフィルタを有し、他方はカラーフィルタを具備していない構成を採用できる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１の液晶表示素子のブラックマトリクスが形成された層と、前記第２の液晶表示素子のブラックマトリクスが形成された層との間に生じた間隔を視差として利用することで３次元表示を可能とした構成を採用できる。

本発明の液晶表示装置では、各液晶表示素子は、前記各画素表示領域内に、画素電極と、共通電極と、互いに交差する信号線及びデータ線と、を有しており、前記画素電極と、前記共通電極と、が前記各画素表示領域内の電極であり、前記信号線及び前記データ線の交点近傍のそれぞれに、前記画素電極に接続されるとともに、３端子からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に代表される非線形素子が配置され、駆動信号により擬似的なスタティック駆動が実施できるアクティブマトリクス駆動が実施されている構成を採用できる。

本発明の液晶表示装置では、各液晶表示素子は、前記各画素表示領域内に、画素電極と、共通電極と、互いに交差する信号線及びデータ線と、を有しており、前記画素電極と、前記共通電極と、が前記各画素表示領域内の電極であり、前記信号線及び前記データ線の交点近傍のそれぞれに、前記画素電極に接続されるとともに、２端子からなる薄膜ダイオード（ＴＦＤ）に代表される非線形素子が配置されることでアクティブマトリクス駆動が実施されている構成を採用できる。

本発明の画像診断装置は、上記本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、積層された第１及び第２の液晶表示素子の間に配置された、光拡散性を有する光拡散層により、光源側から一方の液晶表示素子を透過した光を拡散し、光源側の液晶表示素子を透過した配線又はブラックマトリックスによる光の明暗をぼかす。これにより、積層された液晶表示素子を斜めから見た際に生じる、第１及び第２の液晶表示素子の間の画素の位置ずれに起因する暗い部分と明るい部分との周期性を緩和することができ、液晶表示素子を積層して高コントラスト比を実現する液晶表示装置で問題となる干渉によるモアレ現象を緩和して、液晶表示装置の表示品質の低下を抑制できる。

第１及び第２の液晶表示素子の各画素は屈曲部を有しており、第１の液晶表示素子と第２の液晶表示素子とで、画素形状が所定の角度回転させた関係となる向きで重ね合わされるように、第１及び第２の液晶表示素子を積層することが好ましい。この場合には、第１の液晶表示素子の画素と、第２の液晶表示素子の画素とで、相互に平行する部分を排することで、斜めから観察した際の暗くなる部分と明るい部分との周期性を緩和することができ、モアレ現象による干渉縞の問題を解消できる。

第１及び第２の液晶表示素子を構成する一対の透明基板のうちの能動素子が形成された透明基板（能動素子基板）の間に、第１及び第２の液晶表示素子を構成する他方の透明基板（対向基板）のうちの少なくとも１つを配置し、能動素子基板同士を隣接して配置しない。このようにすることで、一方の能動素子基板で反射した光が他方の能動素子基板で反射して観察者側に出射し、光干渉によって虹色が観察される事態を防止できる。

第１の液晶表示素子の光出射側に配置された光拡散層により、光を拡散させることで、液晶表示素子に形成された配線やブラックマトリクスによる明暗の差をぼかすことができる。これにより、液晶表示素子に形成された配線やブラックマトリクスによる明暗の差による空間周波数を低くすることができ、２つの液晶表示素子が積層されることによるモアレを軽減することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構造を断面図で示している。液晶表示装置１０は、第１の液晶表示素子１１、第２の液晶表示素子１２、バックライト光源１３、及び、光拡散層１４を有する。第１及び第２の液晶表示素子１１、１２は、それぞれ、所定の間隔を隔てて対向する一対の透明基板と、透明基板間に注入された液晶層と、一対の透明基板の液晶層とは反対側に配置された一対の偏光板とを有する。また、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２のうちの少なくとも一方、例えば、第２の液晶表示素子１２は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ層を有している。

第１及び第２の液晶表示素子１１、１２の表示モードとしては、液晶分子を透明基板に対してほぼ平行な方向に回転させる動作を行うことで、光透過状態と光遮光状態とを変化させるＩＰＳ（インプレーンスイッチング）液晶モードを採用できる。ＩＰＳモードを採用する場合、各液晶表示素子を挟み込む一対の偏光板を、偏光軸が互いにほぼ直交するように配置する。このとき、第１液晶表示素子１１の光出射側の偏光板の偏光軸と、第２液晶表示素子１２の光入射側の偏光板の偏光軸とをほぼ平行に配置する。つまり、第１液晶表示素子１１の光入射側の偏光板を第１偏光板、光出射側の偏光板を第２偏光板とし、第２液晶表示素子１２の光入射側の偏光板を第３偏光板、光出射側の偏光板を第４偏光板とすれば、第１偏光板の偏光軸と第２偏光板の偏光軸をほぼ直交に、及び、第３偏光板の偏光軸と第４偏光板の偏光軸とはほぼ直交に配置し、かつ、第２偏光板の偏光軸と第３偏光板の偏光軸とはほぼ平行に配置する。

バックライト光源１３は、液晶表示装置１０の表示光源として構成される。第１及び第２の液晶表示素子１１、１２は、対応する画素の位置が一致するように積層されている。また、第１の液晶表示素子１１の光出射側（第２の液晶表示素子１２側）の偏光板の光透過軸又は光吸収軸と、第２の液晶表示素子１２の光入射側（第１の液晶表示素子１１側）の偏光板の光透過軸又は光吸収軸とが、ほぼ平行になるように積層される。第１及び第２の液晶表示素子１１、１２は、同じ画像データに基づいて各画素の表示が制御される。光拡散層１４は、第１の液晶表示素子１１と第２の液晶表示素子１２との間に挿入される。光拡散層１４は、光拡散機能を有し、バックライト光源１３から第１の液晶表示素子１１を通過した光を拡散させて、第２の液晶表示素子１２に入射する。

本実施形態では、上記のように、第１の液晶表示素子１１と第２の液晶表示素子１２との間に、光拡散層１４を挿入する。光拡散層１４で光を拡散させることで、第１の液晶表示素子１１を通過する際に、配線やブラックマトリクスで生じた光の明暗の差をぼかすことができ、斜めから見た際に生じる、積層された第１の液晶表示素子１１と第２の液晶表示素子１２との間の画素の位置ずれに起因する暗い部分と明るい部分との周期性を緩和して、干渉によるモアレ現象を緩和できる。従って、複数の液晶表示素子を積層して高コントラスト比を得ながらも、斜めから見た際の表示品質の劣化を抑制できる。

２つの液晶表示素子を重ねて配置する際に、一対の透明基板のうちで能動素子が形成された基板同士を隣接して配置すると、光干渉による虹色が観察される。本実施形態では、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間に、光拡散層１４を配置するため、能動素子が形成された基板が、光拡散層１４を介して対向することになり、前記のような光干渉による虹色を軽減することができる。

モアレ現象は、２つの空間周波数の差によって生じる。本発明において解決すべきモアレは、第１液晶表示素子のブラックマトリクス（Ｂ／Ｍ）と、その光出射側に配置した第２液晶表示素子とのＢ／Ｍとが空間周波数を生じ、干渉することによって生じるモアレである。図２に、Ｂ／Ｍの空間周波数のズレを擬似的に再現したもの示す。図２を、実際の素子に当てはめて考えると、ストライプ５１は第２液晶表示素子１２（図１）のＢ／Ｍに、ストライプ５２は第１液晶表示素子（１１）のＢ／Ｍに相当する。

観察者が観察するストライプ５１における線幅及びピッチと、ストライプ５２における線幅及びピッチとを比較すると、観察者から見て奥側にあるストライプ５２における線幅及びピッチは、ストライプ５１における線幅及びピッチよりも狭くなっている。これは、２つの液晶表示素子が離隔して配置されており、遠近法により、観察者から見て手前側のストライプ５１より奥側のストライプ５１の方が見かけ上小さく見えるためである。すなわち、同一ピッチであっても、観察者からの距離が異なることで空間周波数にズレが生じ、図２に示すように、ストライプ５１にある本来の空間周波数よりも遥かに大きな空間周波数が生じ、モアレとして観察される。

図３に、図２におけるストライプ５２を、平均化処理（ぼかし処理）したストライプ５３に置き換えたものを示す。図３を、実際の素子に当てはめて考えると、ストライプ５３は、第１液晶表示素子１１のＢ／Ｍを、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間の光拡散層１４で拡散したものに相当する。図２と図３とを比較すると、図３では、図２に見られるようなモアレは軽減され、観察されにくい状態となっている。これは、図２ではストライプ５２の明線と暗線との明暗の差、すなわちコントラストが大きいのに対し、図３では、ストライプ５３は平均化処理によって明線と暗線との明暗の差、すなわちコントラストが小さくなっており、前面側のストライプ５１との干渉が軽減されたことにより、モアレが軽減されたためと考えられる。

上記のように、２つのストライプのうちの奥側のストライプをぼかし処理することによって明線と暗線との境目を曖昧にし、ストライプ状の模様を不明瞭にすることによってモアレを軽減することができる。つまり、モアレが生じる原因となる２つの空間周波数のうちいずれか一方の空間周波数の振幅（コントラスト）を小さくすることによってモアレは軽減できる。以下、どのような条件、すなわち、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間隙、拡散の強さなどにて、モアレが軽減し、又は解消されるのかを、モデルを用いて検証した結果について説明する。

図４に、液晶パネルの一部の断面を示す。図４は、図１の構成から、液晶表示素子１２を取り除き、観察者側（光出射側）に光源６１を配置した状態に相当する。図４における光拡散層６２は、図１における光拡散層１４に相当し、偏光板６３及びガラス基板６４は、第１液晶表示素子１１を構成する偏光板、及び、一対の透明基板のうちに一方に相当する。ガラス基板６４上には、光遮光性を有するブラックマトリクス（Ｂ／Ｍ）６５が形成されている。光源６１からおろした垂線と、Ｂ／Ｍ６５が形成される層（面）とが交わる点をｃ点とし、光拡散層６２から、Ｂ／Ｍ６５が形成された面までの間の距離をｄ［ｍ］とする。また、光拡散層６２による光の拡散角度をθ［°］とする。この光の拡散角度θは、ｃ点における透過率に対して透過率が半分となる角度として定義し、以降、この角度を半値角とも呼ぶ。

図５に、観察者側から見たＢ／Ｍ６５のパターンを示す。Ｂ／Ｍ６５が所定の形状にパターニングされることにより、画素内に、開口部６７が形成される。液晶表示素子では、開口部６７を透過する光の透過量を制御することで、表示が行われる。図４に示す断面は、図５におけるＡ−Ａ’方向の断面、又は、Ｂ−Ｂ’方向の断面である。以下では、図４に示す断面が、Ｂ−Ｂ’方向の断面として議論を進める。

図４にて、光源６１から光を鉛直方向に入射する場合を考えると、光源６１から液晶パネルに入射する光は、光拡散層６２によって拡散され、角度２θの角度幅を有する扇形に拡散しつつ、ガラス基板６４からＢ／Ｍ６５へと進行する。Ｂ／Ｍ６５が形成される層に到達した拡散光は、断面頂角が２θの円錐となる。Ｂ／Ｍが形成される層では、光源からの光は、光源６１からおろした垂線と、Ｂ／Ｍ６５が形成される層とが交わる点ｃを中心として、直径ｗ［ｍ］の円領域に到達することになる。

図６に、図４の光源６１を観察者に置き換えたものを示す。光の可逆性の原理を適用して考えると、光源６１の位置に観察者６６を配置した図６では、観察者６６が光拡散層上の点ｅを見つめた際には、点ｃを中心とした直径ｗ［ｍ］の円領域を通過してきた光を観察していることとなる。光拡散層の光拡散能力は、半値幅θが大きいほど拡散能力が高く、θが小さいほど拡散能力が低いことになる。従って、光拡散能力が大きいほど、直径ｗの円領域は大きく、点ｅを見つめた観察者６６は、より広い範囲を透過してきた光を見ることになる。

図６において、観察者がｅ点を見た際に観察する光の範囲である直径ｗ［ｍ］は、半値角θを用いて、下記式１で表すことができる。
ｗ＝２ｄ×ｔａｎθ （１）
上記式１より、逆に、観察する光の範囲（直径ｗ［ｍ］）から、その範囲の光を観察する際の光拡散層６２の半値角半値角θを求めると、下記式２で表すことができる。
θ＝ｔａｎ^−１（ｗ／２ｄ） （２）

ここで、半値角θの違いによる観察者の見え方の違いについて検証する。以下では、Ｂ／Ｍ６５の幅をａ［ｍ］とし、隣接するＢ／Ｍ６５間の間隔をｂ［ｍ］とする。ここでのＢ／Ｍ６５の幅は、図５におけるＢ−Ｂ’方向でのＢ／Ｍ６５の幅であり、Ｂ／Ｍ６５の間隔は、開口部６７を隔てて並ぶＢ−Ｂ’方向でのＢ／Ｍ６５の間隔である。まず、ｗ＜ａ＋ｂのときを考える。この場合の様子を、図７に示す。観察者が観察する光の範囲（直径ｗの円領域）が、ａ＋ｂよりも狭いときには、観察者が図５のＢ−Ｂ’方向に沿って観察点を移動させると、観察される光は、観察する光の範囲がＢ／Ｍ６５を包含するときに最も暗くなり、Ｂ／Ｍ６５を包含しないときに最も明るくなる。このように、ｗ＜ａ＋ｂの条件では、観察位置に応じて、観察輝度が様々に変化することになる。視点によって明るさが変化することは、図２でいうところの空間周波数の振幅が大きい状態であり、モアレが生じる原因となる。

次に、ｗ≧ａ＋ｂを考える。このときの様子を、図８に示す。ｗがａ＋ｂよりも大きい場合には、観察者が観察する光の範囲である、直径ｗの円形領域には、必ずＢ／Ｍ６５による遮光部と、Ｂ／Ｍ６５間の開口部とが包含されることになる。このため、観察点を移動させたとしても、大きな明暗変化はなく、明暗変化は、ｗ＜ａ＋ｂの場合に比して遥かに小さくなると考えられる。特に、ｗ≫ａ＋ｂである場合には、明るさの変化はほとんど見られないものと考えられる。このことから、ｗ≧ａ＋ｂにおいては、図３で表現したような、空間周波数の振幅が小さい状態となり、モアレが軽減されると予測される。

本発明者らは、モアレの見え方を、複数人で観察・評価し、主観評価法による５段階劣化尺度にて、評価を行った。図９に、５段階劣化尺度（モアレレーティング）と、各レーティングでのモアレの見え方との関係を示す。レーティング５は、モアレが全くない状態を示す。レーティング４は、モアレは出ているが、観察者には表示画像を見る上で気にならない、或いは、気付かない状態である。レーティング３は、モアレの存在は気になるものの、表示されている画像の邪魔にならない状態である。レーティング２は、表示画像を観察する上で、モアレによって表示画像の把握に難がある状態である。レーティング１は、モアレによって表示画像の把握に障害をきたすほどの状態である。

実際に、ａ＝７７μｍ、ｂ＝１９３μｍ、ｄ＝９００μｍとした液晶表示素子を用い、光拡散層１４（図１）にさまざまな半値角の光拡散シートを用いて、複数人により、モアレの見え方をレーティングした。レーティングの結果、レーティング３と評価された光拡散シートについて、極角度による輝度分布を、ＬＣＤ７０００（大塚電子（株）製）を用いて測定した。図１０に、測定概略図を示す。測定では、光拡散シート７２を、２枚の薄いガラス板７１で挟み、光源７３から、光拡散シート７２に対して垂直に光を入射し、光拡散シート７２に対して光源７３の反対側に配置した受光部７４での受光量を測定した。

図１１に、レーティング３と評価された光拡散シートの測定結果を示す。光源７３から、一定の直線光を照射し、光拡散シート７２を透過した光を、極角度７５を０°から６０°の範囲で変化させて受光部７４にて測定すると、図１１に示す結果が得られる。図１１を参照すると、輝度は、極角度０のときに極大値をとり、極角度が大きくなるに従って輝度が低くなっており、極角度−輝度特性は、ガウス分布に近似した曲線となった。図１１より、極角度０°における輝度（透過率）８１を基準として、その半分の輝度８２となるときの極角度を求めると、４．２°と求まる。このようにして求まる極角度が、図４及び図６における半値角θであり、この半値角θは、光拡散シートの光拡散能力を評価するファクターである。

図１２に、半値角とモアレレーティングとの関係を示す。図１２を参照すると、モアレレーティングが１と評価される光拡散シートの半値角は２．０°であり、モアレレーティングが２と評価される半値角は２．４°、モアレレーティングが３と評価される半値角は４．２°であることがわかる。従って、半値角が４．２°以上であれば、モアレレーティング３、すなわち、モアレの存在が気になるものの画像の邪魔にならないとすることができる。また、半値角を６°以上とすれば、モアレレーティング４、すなわち、モアレが出ていることは分かるものの、表示画像を観察する上で邪魔にならないとすることができ、半値角を８．２°以上とすれば、モアレレーティング５、すなわち、モアレがわからないとすることができる。

本発明者らは、更に、どの程度の半値角θであればモアレを感じなくなるかを、シミュレーションと実際に生じたモアレの見え方とから検証した。まず、半値角θが異なる複数の光拡散シートを用いて、「モアレ低下度」を求め、モアレ低下度とモアレレーティングとの関係を求めた。モアレ低下度は、モアレ発生部分での輝度の振幅、すなわち、モアレの最も明るい部分と最も暗い部分の差との比として定義した。具体的には、Ａを平均輝度、Ｂをモアレの振幅として、下記式で定義した。
モアレ低下度＝２０ｌｏｇ_１０（Ｂ／Ａ）
モアレ低下度とモアレレーティングとの関係を図１３に示す。図１３を参照することで、平均輝度に対してモアレの振幅がどの程度になれば、モアレの見え方がどのモアレレーティングに該当するかがわかる。

次いで、光拡散シートにおける半値角とモアレ低下度との関係を求めた。図１４に、半値角とモアレ低下度との関係を示す。図１３と図１４とを参照すると、モアレレーティング１となるモアレ低下度−１８ｄＢの半値角は１．７°、モアレレーティング２となるモアレ低下度−１９ｄＢの半値角は２．４°、モアレレーティング３となるモアレ低下度−２１ｄＢの半値角は４．２°、モアレレーティング４となるモアレ低下度−２３ｄＢの半値角は５．８°、モアレレーティング５となるモアレ低下度−２６ｄＢの半値角は７．９°とシミュレートされ、実測とシミュレーションとの結果がほとんど一致し、本発明における理論的考察が正しいことが立証された。

上記した、ａ＝７７μｍ、ｂ＝１９３μｍ、ｄ＝９００μｍとした液晶表示素子について、ｗ＝ａ＋ｂ＝２７０μｍとして、式２より、Ｂ／Ｍ６５による遮光部と開口部との双方を含む直径ｗの円領域を観察する際の半値角θを求めると、θ＝８．５度と求まる。このθ＝８．５°を基準として、その角度と各モアレレーティングが得られる際の半値角との比を求める。すなわち、
θ＝Ｋ×ｔａｎ^−１｛（ａ＋ｂ）／２ｄ｝ （３）
として、基準となる半値角との比を示すＫの値を求める。モアレレーティング１となる半値角は１．７°であるので、Ｋ＝０．２０である。モアレレーティング２となる半値角は２．４°であるので、Ｋ＝０．２８である。また、モアレレーティング３となる半値角は４．２であるので、Ｋ＝０．５０であり、モアレレーティング４となる半値角は５．８°であるので、Ｋ＝０．６８であり、モアレレーティング５となる半値角は７．９°であるので、Ｋ＝０．９３である。

上記より、Ｋを、各レーティングに対応した定数として、
θ≧Ｋ×ｔａｎ^−１｛（ａ＋ｂ）／２ｄ｝ （４）
を満たす半値角θの光拡散層１４（図１）を用いることで、対応するレーティング以上のレーティングを得ることができる。すなわち、式３にて、Ｋの値を、レーティング３に対応するＫ＝０．５以上の値とすることで、モアレが気になるが邪魔にならない状態とすることができる。また、レーティング４に対応するＫ＝０．６８以上の値とすることで、モアレを気にならない状態にすることができ、Ｋ＝０．９３以上の値とすることで、モアレがわからない状態にすることができる。

モアレの低下という観点からは、上記Ｋの値が大きくなるほどモアレ解消の度合いが高まるため、Ｋの値に上限はない。しかしながら、Ｋの値が大きくなるほど、すなわち、光拡散層１４におけるは半値角が大きくなるほど、正面輝度が低下する。これは、光源からの光量は一定であるのに対して、Ｋの値が大きい、つまり、拡散能力が大きいと、正面の光量が低下することに起因する。従って、Ｋの値の選定に際しては、正面輝度の低下を考慮して、Ｋの値を選定することが好ましい。

光拡散層１４の挿入による輝度低下率を、光拡散層１４を挿入する前での輝度Ｂ１と、挿入後での輝度Ｂ２とから、次式で定義する。
輝度低下率＝｛（Ｂ１―Ｂ２）／Ｂ１｝×１００（％）
輝度低下率とＫとの関係を、図１５に示す。図１５を参照すると、Ｋの値と輝度低下率とは比例関係を示していることがわかる。図１５に示すグラフより、Ｋの値と輝度低下率との関係を示す近似式を導出すると、
輝度低下率＝１４．４×Ｋ
が得られる。上記近似式を用いて、輝度低下率が１００％となるＫの値を算出すると、Ｋ＝６．９となる。従って、Ｋの値は、６．９が上限となると考えられる。

光拡散層１４には、特許文献５に記載の光拡散シート材を用た表面拡散型拡散シートを用いることができる。特許文献５に記載の光拡散シート材は、不均一性を有し、その粒径が１〜５００μｍのビーズ粒子を、２種以上の異なる粒度で混合したものを、基層となる合成樹脂上に、部分的に埋設され、或いは、部分的に突設されたビーズ粒子を混在することで、基層を透過した光線を、これらの粒子の存在により均一に拡散する。この光拡散シートは、全光透過率が８５〜８８％で、Ｈａｚｅが４９から７０％と広く調整することが可能である。

また、きもと社製ライトアップシリーズには、１００ＰＢＡ，７５ＰＢＵ，３８ＮＳＨ，１００ＮＳＨ，１００ＳＸＥ，５０ＭＸＥ，１００ＭＸＥ，３８ＬＳＥ，５０ＬＳＥ，７５ＬＳＥ，１００ＬＳＥ，１８８ＬＳＥ，１００ＧＭ２，１８８ＧＭ２，１００ＧＭ３，１８８ＧＭ３，５０ＵＫ２、１００ＵＫ２，１２５ＴＬ２，１２５ＴＬ４，５０ＵＫ４，１００ＵＫ４，１００ＤＸ２，１８８ＤＸ２等があり、全光透過率が７４．０〜９７％でＨａｚｅが２９．０〜９２．０％（カタログ値）である。同じく恵和社製オパルスシリーズには、ＢＳ−９１０，ＢＳ−９１１，ＢＳ−９１２，ＢＳ−９１３，ＢＳ−７００，ＢＳ−７０１，ＢＳ−７０２，ＢＳ−０４，ＢＳ−０４２，ＢＳ−５１０，ＢＳ−５１１，ＢＳ−５１２，ＰＢＳ−６２０Ｎ，ＰＢＳ−６２０Ｗ，ＰＢＳ−６２０ＨＧ−Ｎ，ＰＢＳ−６２０ＨＧ−Ｗ，ＰＢＳ−０７０Ｌ，ＰＢＳ−０７１Ｌ，ＰＢＳ−０７２Ｌ，ＰＢＳ−０７０，ＰＢＳ−０７１，ＰＢＳ−０７２，ＰＢＳ−０７０Ｈ，ＰＢＳ−０７１Ｈ，ＰＢＳ−０７２Ｈ，ＺＤ−００７，ＰＢＳ−０６７，ＢＳ−５０６，ＢＳ−０４６，ＢＳ−０３６，ＢＳ−０１７，ＺＤ−０９７等があり、Ｈａｚｅが１２．８〜８９．７％（カタログ値）と幅広く形成されている。

光拡散層１４として、特許文献６に記載の光拡散性粘着シートを用いることもできる。光拡散性粘着シートは、光拡散性粘着材層を有する粘着シートである。光拡散性粘着材層には、屈折率ｎ１を有するアクリル系共重合体、屈折率ｎ２を有し平均粒径が１〜５μｍである無機微粒子、及び、硬化剤が含まれる。アクリル系共重合体１００重量部に対して、無機微粒子を０．１〜５０重量部添加し、硬化剤を０．０１〜１５重量部添加した光拡散性粘着剤を、プラスチックフィルムの少なくとも片面にコーティングすることで、光拡散性粘着シートを構成する。このアクリル系共重合体と無機微粒子との間の光屈折率差｜ｎ１−ｎ２｜を０．０１〜０．２とすることで、Ｈａｚｅが５０％以上、全光線透過率が８０％以上を有する光拡散性粘着シートとなる。

更に、光拡散層１４として、光拡散性接着剤も用いることができる。光拡散性接着剤は特許文献７に記載の、光拡散性を有する接着剤である。光拡散性接着剤は、｜ｎ１−ｎ２｜がゼロより大きく、０．０１〜０．２となるように、屈折率ｎ２を持つ有機重合体微粒子を充填した屈折率ｎ１を持つ感圧接着剤母材からなる。感圧接着母材と有機重合体微粒子とは、その重量比が１：１〜５０：１で構成されており、有機重合体微粒子の直径は０．５〜３０μｍで、感圧接着剤母材は、０．５μｍ〜１５０μｍの直径を持つ感圧接着材微小球である。この光拡散性接着剤は、有機重合体微粒子の濃度、屈折率差、拡散材の厚さと粒子サイズのバランスによって、その特性が決定される。

光拡散層１４には、上記したもの以外にも、拡散能力を有するシート、粘着シート、接着剤、有機合成樹脂などを用いて構成することもできる。光拡散層１４は、第１液晶表示素子の光出射側であれば、どの位置に配置されても、モアレ軽減の効果を得ることができる。

光拡散層１４として、単に光を拡散させる拡散板を用いる場合には、第１の液晶表示素子１１を通過した直線偏光が光拡散層１４を通過する際に偏光変化を起こし、第２の液晶表示素子１２の光入射側の偏光板の光透過方向に一致しない光の成分が生じる。これにより、第１の液晶表示素子１１を通過した光の一部が第２の液晶表示素子１２の光入射側の偏光板で吸収され、光損失が発生する。従って、光拡散層１４は、光の偏光状態を保ちつつ、光を拡散させる機能を有する層として構成することが好ましい。

特定方向の直線偏光を、その偏光状態を保ちつつ拡散させる機能を有するシートとしては、透過率が異なる層を厚み方向に積層し、各層での反射を利用した、多重反射拡散シートがある。多重反射拡散シートとしては、３Ｍ社製のＤＢＥＦ（商品名：ＤＢＥＦ−Ｄ４００）があり、光拡散層１４には、このＤＢＥＦを用いることができる。この場合、ＤＢＥＦの光透過軸方向と、第１の液晶表示素子１１の光出射側の偏光板、及び、第２の液晶表示素子１２の光入射側の偏光板の光透過軸方向とが平行となるように、ＤＢＥＦを配置する。光拡散層１４に、ＤＢＥＦを用いる場合には、単なる拡散板を用いる場合に比して、光損失を低減でき、輝度低下を抑制できる。

本実施形態では、光拡散層１４の光拡散特性が高いほど、第１の液晶表示素子１１を通過した光の明暗の差を弱めることができ、干渉によるモアレ現象を緩和する効果が高い。一方で、光拡散特性が高いほど、光拡散層１４における光透過率が低くなって、白輝度が低下する。つまり、モアレ現象の緩和と白輝度とは、トレードオフの関係にあるといえる。実際の液晶表示装置１０の設計に際しては、白輝度と、モアレ現象の緩和の度合いとのバランスを考慮し、光拡散層１４の光拡散特性を決定すればよい。

ここで、特許文献３には、輝度向上を目的として、光吸収型の偏光板に代えて、望ましくない方向に振動している光を反射する反射型の偏光板を使用することができる旨が記載されている。また、特許文献４では、反射型偏光板としてＤＢＥＦを用い、このＤＢＥＦを、積層された２つの液晶表示素子の間の偏光板として使用している。しかしながら、ＤＢＥＦは、光吸収型の通常の偏光板と比べて偏光度が低いため、特許文献１に記載の技術における、積層された２つの液晶表示素子間の偏光板をＤＢＥＦで置き換えた場合では、コントラスト比の大きな向上を望めない。これに対し、本実施形態では、積層された２つの液晶表示素子１１、１２間の偏光板に追加する形で、光拡散層１４としてＤＢＥＦを追加する。これにより、高コントラスト比が得られると共に、斜め視野において、積層された液晶表示素子間で生じる干渉による表示品質の低下を抑制できる。

図１６は、本発明の第２実施形態の液晶表示装置の断面構造を示している。本実施形態の液晶表示装置１０ａの断面構造は、図１に示す第１実施形態の液晶表示装置１０から、光拡散層１４を除いた構成となっている。本実施形態では、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２の画素構造（形状）によって、斜め視野から見た際の干渉によるモアレ現象を解消する。以下では、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２を、ＩＰＳ方式の液晶表示素子として説明する。

図１７は、積層された液晶表示素子における１画素の平面構造を示している。同図は、例えば第１の液晶表示素子１１内の１画素を示している。各画素は、方向３０１に沿って延びる信号線（ゲート線）２１と、方向３０２に沿って延びるデータ線２２とを有しており、その交点付近に、信号線２１の電位に従ってそのオン／オフが制御されるトランジスタ２４を有する。画素電極櫛歯２５は、トランジスタ２４を介してデータ線２２に接続される。共通電極櫛歯２６及び表層共通電極２７は、それぞれ共通電極２３に接続される。画素表示領域内では、画素電極櫛歯２５と、共通電極櫛歯２６及び表層共通電極２７とが、基板平面内で対向する位置に形成されており、両電極間の電位差による電界により、液晶層が駆動される。

画素電極櫛歯２５、共通電極櫛歯２６、及び、表層共通電極２７は、方向３０２内で、１箇所だけ屈折した部分を有する。具体的には、画素電極櫛歯２５、共通電極櫛歯２６、及び、表層共通電極２７は、紙面上側では、方向３０２に対して−１５°（１６５°）の角度で傾斜し、下側では、方向３０２に対して＋１５°の角度で傾斜しており、画素表示領域内の方向３０２の中央部分で屈折している。この場合、画素形状は、屈折部分を有する形状となる。図１７では、屈折部分（屈曲部）を１箇所としているが、この屈折部は、複数であってもよい。

第２の液晶表示素子１２についても、画素電極櫛歯、共通電極櫛歯、及び、表層共通電極を屈折させ、画素形状を屈折させる。このとき、第１の液晶表示素子１１と第２の液晶表示素子１２とで、屈折の方向を９０°回転させる。例えば、第１の液晶表示素子１１が、図１７に示すように、方向３０２内で１回屈折した画素形状を有する場合には、第２の液晶表示素子１２では、画素電極櫛歯、共通電極櫛歯、及び、表層共通電極を、方向３０１内で屈折させ、画素形状を、画素表示領域の方向３０１に中央部分で屈折させる。

図１８（ａ）〜（ｃ）は、積層された液晶表示素子での画素の重なり状態を示しており、（ａ）は、液晶表示素子の中央から向かって左側の画素を観察した状態を、（ｂ）は中央正面からその直下の画素を観察した状態を、（ｃ）は、中央から向かって右側の画素を観察した状態を示している。同図では、第１の液晶表示素子１１の画素４１を実線で、第２の液晶表示素子１２の画素４２を点線で示している。なお、画素４１、４２における画素の輪郭及び画素内の屈折した直線は、画素形状を定める画素電極櫛歯２５（図１７）、共通電極櫛歯２６、及び、表層共通電極２７の何れかに対応しており、図１８では、これらを区別せずに図示している。

液晶表示装置１０ａを素子垂直方向から観察した場合には、図１８（ｂ）に示すように、第１の液晶表示素子１１の画素４１と、第２の液晶表示素子１２の画素４２とは、ほぼ同じ位置で重なり合う。視点をずらし、液晶表示装置１０ａを斜め方向から見ると、観察者から第１の液晶表示素子１１までの距離と、第２の液晶表示素子１２までの距離とが異なるため、正面中央から向かって左方向を見た場合には、同図（ａ）に示すように、画素４１と画素４２とがずれて見え、中央から右方向を見た場合には、同図（ｃ）に示すように、画素４１と画素４２とがずれて見える。

正面から見た図１８（ｂ）と、斜めから見た同図（ａ）及び（ｃ）とを比較すると、正面視野と斜め視野とにおいて、画素４１及び画素４２の画素電極櫛歯２５（図１７）、共通電極櫛歯２６、及び、表層共通電極２７の重なり具合は、大きく変化していない。このため、従来技術のように、同一形状の矩形状の画素を重ねる場合（図２３）に比して、正面視野と斜め視野とにおける表示輝度の差を小さくでき、正面視野と斜め視野とにおいて表示輝度を均一化できる。また、第１の液晶表示素子１１の画素４１と、第２の液晶表示素子１２の画素４２とで、画素の屈折方向を９０°ずらし、画素４１と画素４２とで、画素電極櫛歯２５、共通電極櫛歯２６、及び、表層共通電極２７が相互に平行する部分を排している。このようにすることで、暗くなる部分と明るい部分との周期性を緩和することができ、モアレ現象による干渉縞の問題を解消できる。

図１９は、第１実施形態及び第２実施形態の液晶表示装置の表示テスト結果を示している。同図では、比較例として、図１７に示す画素形状と、この画素形状の屈折の方向を表裏反転させた、すなわち左右方向を入れ替えた画素形状とを重ね合わせて第１及び第２の液晶表示素子１１、１２として積層した液晶表示装置の表示テスト結果を併せて図示している。また、第１実施形態の液晶表示装置１０（図１）については、光拡散層１４として、単に光を拡散させる光拡散板と用いた場合と、多重反射拡散シートであるＤＢＥＦを用いた場合との２通りについて、表示テストを行った。

図１９に示す表示テスト結果で、白輝度に着目すると、第２実施形態の液晶表示装置で採用した、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２で画素形状の屈折の方向を９０°回転させた構造、及び、比較例の上記構造では、良好な白輝度が得られた。一方、第１実施形態の構造では、第２実施形態の構造に比して、白輝度が低くなった。光拡散板を用いた場合と、ＤＢＥＦを用いた場合とを比較すると、ＤＢＥＦは、光偏光状態を保ったままで光を拡散することができるため、単なる光拡散板を用いる場合に比して、白輝度の低下を低く抑えることができることがわかる。

図１９に示す表示テスト結果で、モアレの発生に着目すると、第１実施形態の構造、及び、第２実施形態の構造では、モアレ現象の発生を抑制して、表示品質を向上できることがわかる。一方で、比較例として考えた、画素形状の屈折の方向の左右を入れ替える構造では、モアレによる表示品質の低下を改善することはできなかった。これは、左右を入れ替えるだけでは、第１の液晶表示素子１１と、第２の液晶表示素子１２とで、画素内に平行な部分を排除しきれず、明暗の周期性が強いためであると考えられる。

なお、上記実施形態では、積層される液晶表示素子がＩＰＳ方式の液晶表示素子である例を用いて説明したが、液晶表示素子は、ＩＰＳ方式には限定されない。積層される液晶表示素子は、ＴＮ方式やＶＡ方式の液晶表示素子であってもよい。これらの方式でも、積層される液晶表示素子の間に光拡散層１４（図１）を挿入することにより、或いは、屈折を有する画素を、９０°回転させて重ねた構造を採用することで、正面視野と斜め視野とでの輝度の差を抑制でき、かつ、モアレの発生を防止することができる。第２実施形態では、画素の回転角を９０°としたが、上側の液晶表示素子の画素と、下側の液晶表示装置の画素との間に平行な成分がなければよいため、回転角は、９０°には限定されず、０°〜１８０°の範囲の任意の角度、例えば９０°付近の角度を採用することができる。

また、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２のそれぞれが、対向する一対の透明基板を挟み込む一対の偏光板を備える例について説明したが、第１の液晶表示素子１１における第２の液晶表示素子１２側の偏光板、又は、第２の液晶表示素子１２における第１の液晶表示素子１１側の偏光板の何れか一方については、省略することができる。例えば、図１において、第１の液晶表示素子１１の第２の液晶表示素子１２側の偏光板を省略する。この場合、第１の液晶表示素子１１の透明基板を出射した光は、光拡散層１４で拡散され、第２の液晶表示素子１２の第１の液晶表示素子１１側の偏光板及び透明基板を介して、液晶層に入射する。このように偏光板を１枚省略した場合でも、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

図２０は、本発明の第３実施形態の液晶表示装置の構成を示している。一般に、液晶表示素子を構成する一対の透明基板のうちの一方には、能動素子（例えばＴＦＴ）が形成されるが、２つの液晶表示素子を積層する際に、ＴＦＴが形成される透明基板同士が、隣接して配置されると、一方の液晶表示素子の透明基板内のＴＦＴで反射した光が、他方の液晶表示素子の透明基板内のＴＦＴで更に反射し、光干渉に起因して、表示画面に虹色が観察されることがある。本実施形態では、積層された液晶表示素子間で、ＴＦＴが形成された透明基板同士を隣接させないことで、このような事態を防止する。

図２０の例では、液晶表示装置１０ｂは、バックライト光源１３側から順に、ＴＦＴが形成された透明基板（ＴＦＴ基板）１１ａ、カラーフィルタが形成された透明基板１１ｂ、カラーフィルタが形成された透明基板１２ａ、ＴＦＴ基板１２ｂとなるように、第１及び第２の液晶表示素子１１、１２を積層している。この場合には、例えば、第２の液晶表示素子１２を構成するＴＦＴ基板１２ｂのＴＦＴで反射した光の一部は、カラーフィルタが形成された透明基板１１ｂ又は１２ａ内のブラックマトリクスなどで吸収され、第１の液晶表示素子１１を構成するＴＦＴ基板１１ａには届かないため、虹色が観察される事態を防止できる。この構造は、特に、積層された液晶表示素子間に光拡散層１４（図１）を有しない第２実施形態において効果的である。

本発明の第４実施形態について説明する。第１実施形態では、光拡散層１４（図１）を用いることでモアレを解消したが、光拡散層１４の挿入によって、正面の透過率が低下し、輝度低下が考えられる。そこで、本実施形態では、光拡散層１４によって正面方向以外の方向に向けられた光を再度正面方向へ向ける、或いは、正面方向に光を集光したのちに光拡散層１４によって光を拡散させる光集光層１５を挿入することで、正面輝度の低下を抑える。

図２１に、第４実施形態の液晶表示装置の断面構造を示す。図１に示す第１実施形態の液晶表示装置との相違点は、光拡散層１４の光出射側に、光集光層１５を有する点である。光拡散層１４は、第１実施形態で説明したように、光拡散機能を有しており、第１液晶表示素子１１を出射した光を拡散させて、第２液晶表示素子１２側に出射する。光集光層１５は、光集光機能を有し、バックライト光源１３から第１液晶表示素子１１及び光拡散層１４を通過した光を正面方向に集光して、第２液晶表示素子１２に入射する。

光集光層１５は、光拡散層１４の拡散効果によって拡散され、正面透過率が低下したことで低下した正面方向の輝度を、光拡散層１４によって配線やブラックマトリクスで生じた光の明暗の差がぼかされた状態で増やすことにより、光拡散層１４により低下した輝度を回復させる働きをする。本実施形態では、この光集光層１５の働きにより、第１実施形態で得られる効果に加えて、正面方向での輝度低下を抑えることができる。

上記では、光集光層１５を光拡散層１４の光出射側に配置したが、光集光層１５を光拡散層１４の光入射側に配置することもできる。この場合の構成を、図２２に示す。光集光層１５は、バックライト光源１３から第１液晶表示素子１１を通過した光を正面方向に集光して、光拡散層１４側に出射する。光拡散層１４は、第１液晶表示素子１１を通過し、光集光層１５によって集光されて正面方向の透過率が増した状態で、ブラックマトリックスや配線によって生じた光の明暗をぼかす。このようにする場合も、上記と同等の効果を得ることができる。

光集光層１５には、特許文献８に記載の光学フィルムを用いることができる。特許文献８に記載されている光学フィルムは、その表面に構造物を備え、その構造物がリニアプリズムを形成している。このプリズムの夾角は、７０〜１１０°の範囲のいずれかの角度であるが、９０°でもっとも高い効率を得ることができる。プリズムのピッチは、１０〜１００μｍの範囲の何れかであるが、５０μｍのピッチが効率的であることが述べられている。プリズムと空気との界面に生じた屈折率差によって、プリズム内を透過してきた光が出射する際に、正面への光の集光が行われる。このような光学フィルムには、住友３Ｍ社製のレンズシート（商品名：ＢＥＦシリーズ）がある。

光集光層１５として、屈折率が異なる層を厚み方向に積層し、各層での反射を利用した、多重反射シートを用いることもできる。多重反射シートとしては、３Ｍ社製の多重反射シート（商品名：ＤＢＥＦ−II）がある。なお、ＤＢＥＦ−IIを用いる場合は、ＤＢＥＦ−IIの光透過軸方向と、第１の液晶表示素子１１の光出射側の偏光板及び、第２の液晶表示素子１２の光入射側の偏光板の光透過軸方向とがほぼ平行となるように、ＤＢＥＦ−IIを配置する。更に、光集光層１５に、多重反射シートと前記の光拡散シートとを組み合わせた多重反射拡散シートを用いると、光拡散効果と光集光効果の双方が得られ、モアレのような表示不良を軽減すると共に、輝度の回復も図ることができる。このような多重反射拡散シートには、３Ｍ社製のＤＢＥＦ−Ｄシリーズ（商品名）がある。

上記した各種の光集光層１５を挿入しても、光拡散層１４によってぼかされた配線やブラックマトリックスの明暗はぼかされたまま集光され、或いは、配線やブラックマトリックスの明暗を維持したまま光集光層１５を通過して集光された光が光拡散層１４によって拡散されることが可能である。従って、モアレのような表示不良が解消されたまま輝度の上昇を図ることが可能となる。

なお、第１実施形態及び第４実施形態では、光拡散層１４を、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間に配置したが、光拡散層１４は、第１液晶表示素子１１よりも光出射側であれば、どの位置に配置してもよい。光拡散層１４は、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間に配置されることが望ましいが、光拡散層１４を、第２液晶表示素子１２の光出射側に配置することができる。この場合でも、光拡散層１４にて、配線やブラックマトリクスによる明暗をぼかすことで、モアレ軽減の効果を得ることができる。

また、光集光層１５についても、配置位置は、第１液晶表示素子１１と第２液晶表示素子１２との間には限定されず、バックライト光源１３よりも光出射側であれば、どの位置に配置してもよい。例えば、光集光層１５を、バックライト光源１３と第１液晶表示素子１１との間に配置してもよく、或いは、第２液晶表示素子１２の光出射側に配置してもよい。何れの場合でも、光集光層１５によって光を正面方向に集光することで、正面方向での輝度低下を抑えることができる。光拡散層１４と光集光層１５とを積層する場合、その積層順序については、特に制限はなく、何れを光入射側に配置したとしても、得られる効果は同様である。

本発明の液晶表示装置では、第１液晶表示素子の画素サイズは、第２液晶表示素子の１ピクセルサイズに等しいように調整することが適当であるが、第１液晶表示素子の解像度が前記第２液晶表示素子の解像度よりも低い場合、例えば、第１液晶表示素子の解像度を、第２液晶表示素子の解像度の約半分とした場合においても、本発明の効果は得られ、モアレの軽減や輝度の向上を図ることができる。光拡散層１４及び光集光層１５を配置してモアレを軽減した上で輝度の向上を図ることに関しては、カラーフィルタ層は必須の要素ではなく、また、その配置位置も要素とはならない。従って、第１液晶表示素子と第２液晶表示素子とを、共にモノクロ型の液晶表示素子として構成することもできる。また、カラーフィルタ層の色は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色には限定されず、ＲＧＢＹＭＣのような多色カラーフィルタを用いることもできる。或いは、１ピクセルを４つの領域に分割して、各領域をＲ、Ｇ、Ｇ、Ｂに対応させても良い。４つの領域を、ＲＧＢの各色に対応する領域と、色を有しない領域（Ｗ）とで構成してもよい。

第１液晶表示素子と第２液晶表示素子とでは、必ずしも同一の映像表示を行う必要はない。２つの液晶表示素子を積層する場合には、２つの液晶表示素子の間には、必ず間隙が生じることになり、この間隙によって視差を生じることから、この視差を利用して、３次元表示を行うことも可能である。

液晶表示素子は、透明基板の液晶層側に、マトリクス状に配列された電極を有しており、その交点のそれぞれに３端子型の非線形素子、典型的には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されて、１画素を構成する。画素内においては、非線形素子からの電極と共通電極が櫛歯状に形成された、横方向電解方式のモードを用いた。しかし、これには限らず、例えば、非線形素子として、前記ＴＦＴのほかに薄膜ダイオード（ＴＦＤ）を用いることもできる。また、解像度が低い場合などでは、液晶表示素子を単純マトリクス駆動で駆動してもよい。

上記実施形態では、液晶駆動方式としてＩＰＳ方式を例に挙げて説明したが、液晶駆動方式はこの方式には限定されず、例えば、垂直配向型（ＶＡ）液晶方式、ツイストネティック（ＴＮ）型液晶方式、ベント配向型（ＯＣＢ）液晶方式など、種々の方式を採用することもできる。また、液晶表示素子と偏光板との間に、視野角改善を目的として位相差補償層を設ける場合でも、本発明の効果は得られる。

また、前記に記載された本発明の実施形態は、さまざまな形態・構造の液晶表示装置、液晶画像表示システムに応用することが可能である。本発明によって、微細で、更に僅かな明暗差を要する画像診断装置の映像表示部や、暗所での使用が想定される放送局用のモニター、映画を上映するような暗室で映像を提供する場所で用いる電子機器の画像表示部などにおいて、モアレのような表示不良が軽減された高コントラスト比の画像が得られる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図。 モアレ発生の模擬図。 モアレ減少の模擬図。 本発明を検討する側面断面図。 観察者側から見た画素構造。 本発明を検討する側面断面図。 本発明を検討する側面断面図。 本発明を検討する側面断面図。 モアレの見え方とレーティングとの対応を示す図。 ＬＣＤ７０００による極角度と輝度の測定方法模擬図。 光拡散シートの極角度と輝度分布の測定結果を示すグラフ。 光拡散シートの半値角とモアレレーティングの関係を示すグラフ。 モアレレーティングとモアレ低下度との対応を示す表。 半値角とモアレ低下度との関係を示すグラフ。 Ｋと輝度低下率との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態の液晶表示装置の断面を示す断面図。 第２実施形態における液晶表示素子の１画素の平面構造を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、視点を変えて第２実施形態の液晶表示装置を見た際の、積層された液晶表示素子での画素の重なり状態を示す平面図。 第１実施形態及び第２実施形態の液晶表示装置の表示テスト結果を示す表。 本発明の第３実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図。 本発明の第４実施形態の液晶表示装置の構造を示す断面図。 本発明の第４実施形態の変形例の液晶表示装置の構造を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、視点を変えて見た際の、積層された液晶素子での画素の重なり状態を示す平面図。

符号の説明

１０：液晶表示装置
１１、１２：液晶表示素子
１３：バックライト光源
１４：光拡散層
１５：光集光層
２１：信号線
２２：データ線
２３：共通電極
２４：トランジスタ
２５：画素電極櫛歯
２６：共通電極櫛歯
２７：表層共通電極
５１、５２：ストライプ
５３：平均化処理されたストライプ
６１：光源
６２：光拡散層
６３：偏光板
６４：ガラス基板
６５：ブラックマトリックス
６６：観察者
６７：開口部
７１：ガラス板
７２：光拡散シート
７３：光源
７４：受光部
７５：極角度
８１：極角度０°における輝度
８２：極角度０°における輝度の半分の値

Claims (9)

1. それぞれが一対の透明基板に挟まれた液晶層を有する第１及び第２の液晶表示素子であって、双方の液晶表示素子の各画素表示領域が互いに対応して配置されるように積層された第１及び第２の液晶表示素子と、
   前記積層された第１及び第２の液晶表示素子を外側から挟む一対の偏光板と、
   前記第１の液晶表示素子と前記第２の液晶表示素子との間にそれぞれ配置される、少なくとも１つの偏光板、及び、光拡散性を有する光拡散層とを有し、
   前記光拡散層が、多重反射拡散シートで構成され、
   前記光拡散層は、該光拡散層に入射した直線偏光を、該直線偏光の偏光状態を保ちつつ拡散し、
   前記第１の液晶表示素子と前記第２の液晶表示素子との間に２つの偏光板を備えており、該２つの偏光板の光透過軸又は光吸収軸が互いにほぼ平行であり、
   前記第１の液晶表示素子の一対の透明基板のうち能動素子が形成された一方の透明基板と、前記第２の液晶表示素子の一対の透明基板のうち能動素子が形成された一方の透明基板との間に、前記第１及び第２の液晶表示素子の他方の透明基板の少なくとも１つが配置され、
   前記第１及び第２の液晶表示素子のそれぞれは、各画素表示領域内の電極が少なくとも１つの屈曲部を形成しており、前記第２の液晶表示素子の屈曲部は、前記第１の液晶表示素子の屈曲部との間で平行な部分がなくなるように、前記第１の液晶表示素子の屈曲部を所定角度回転させた向きに配置され、
   前記所定角度が、０°より大きく１８０°より小さい、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記所定角度が９０°である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１の液晶表示素子の他方の透明基板、及び、前記第２の液晶表示素子の他方の透明基板の少なくとも一方には、カラーフィルタが形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の液晶表示素子の解像度が、前記第２の液晶表示素子の解像度よりも低い、請求項１〜３の何れか一に記載の液晶表示装置。
5. 第２の液晶表示素子又は第１の液晶表示素子の何れか一方は、１ピクセルが原色の組合せからなる複数のサブピクセルから構成されているカラーフィルタを有し、他方はカラーフィルタを具備していない、請求項１〜４の何れか一に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の液晶表示素子のブラックマトリクスが形成された層と、前記第２の液晶表示素子のブラックマトリクスが形成された層との間に生じた間隔を視差として利用することで３次元表示を可能とした、請求項１〜５の何れか一に記載の液晶表示装置。
7. 各液晶表示素子は、前記各画素表示領域内に、画素電極と、共通電極と、互いに交差する信号線及びデータ線と、を有しており、前記画素電極と、前記共通電極と、が前記各画素表示領域内の電極であり、前記信号線及び前記データ線の交点近傍のそれぞれに、前記画素電極に接続されるとともに、３端子からなる非線形素子が配置され、駆動信号により擬似的なスタティック駆動が実施できるアクティブマトリクス駆動が実施されている、請求項１〜６の何れか一に記載の液晶表示装置。
8. 各液晶表示素子は、前記各画素表示領域内に、画素電極と、共通電極と、互いに交差する信号線及びデータ線と、を有しており、前記画素電極と、前記共通電極と、が前記各画素表示領域内の電極であり、前記信号線及び前記データ線の交点近傍のそれぞれに、前記画素電極に接続されるとともに、２端子からなる非線形素子が配置されることでアクティブマトリクス駆動が実施されている、請求項１〜６の何れか一に記載の液晶表示装置。
9. 請求項１〜８の何れか一に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする画像診断装置。

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