液晶显示装置

摘要

本发明提供一种液晶显示装置，其目的是在包括光扩散元件的液晶显示装置中实现期望的亮度分布，在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。本发明的液晶显示装置包括对从光源射出的光进行调制的液晶显示面板和配置在液晶显示面板的观察者侧的光扩散元件。光扩散元件为包括多个棱镜(31)的棱镜片，棱镜(31)包括：具有相对显示面法线方向以第一角度倾斜的第一倾斜面(31s1)的第一棱镜部(31a)；和具有相对显示面法线方向以与第一角度不同的第二角度倾斜的第二倾斜面(31s2)，且位于第一棱镜部的观察者侧的第二棱镜部(31b)。本发明的液晶显示装置能够用于以携带型电话机、PDA为代表的携带型电子设备中。

权利要求

1.一种液晶显示装置，其包括光源、对从所述光源射出的光进行调制的液晶显示面板、和配置在所述液晶显示面板的观察者侧并使通过所述液晶显示面板的光扩散的光扩散元件，其特征在于：所述光扩散元件为包括多个棱镜的棱镜片，

所述多个棱镜分别包括：具有相对显示面法线方向以第一角度倾斜的第一倾斜面的第一棱镜部；和具有相对显示面法线方向以与所述第一角度不同的第二角度倾斜的第二倾斜面，且位于所述第一棱镜部的观察者侧的第二棱镜部。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个棱镜分别还包括具有相对显示面法线方向以与所述第二角度不同的第三角度倾斜的第三倾斜面，且位于所述第二棱镜部的观察者侧的第三棱镜部。

3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个棱镜分别具有与所述显示面法线方向大致垂直的顶面。

4.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：包括配置在比所述光扩散元件更靠观察者侧的第一偏光元件。

5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：还包括配置在所述液晶显示面板和所述光扩散元件之间的第二偏光元件，所述第一偏光元件的透过轴与所述第二偏光元件的透过轴大致平行。

6.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：还包括配置在所述液晶显示面板的观察者侧的相反侧的第三偏光元件。

7.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：所述光扩散元件对以特定的角度范围内的角度入射的光，相对于以其它角度入射的光更强地进行扩散，所述特定的角度范围在与显示面法线方向平行的第一面内以及与显示面法线方向平行且与所述第一面交叉的第二面内不相同，在使所述第一面内的所述特定的角度范围为A，所述第二面内的所述特定的角度范围为B，在所述第一面内所述液晶显示面板的对比度为1以上的视角范围为C，在所述第二面内所述液晶显示面板的对比度为1以上的视角范围为D时，所述第一面内的所述特定的角度范围A和所述第二面内的所述特定的角度范围B的比A/B，与所述第一面内的所述视角范围C和所述第二面内的所述视角范围D的比C/D大致相等。

8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于：所述第一面内的所述特定的角度范围A与所述第一面内的所述视角范围C大致相等或比其窄，所述第二面内的所述特定的角度范围B与所述第二面内的所述视角范围D大致相等或比其窄。

9.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于：所述多个棱镜各自的与所述第一面平行的截面和与所述第二面平行的截面具有相互不同的形状。

10.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：具有包括所述光源的照明元件。

11.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于：所述照明元件具有相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向的亮度的13％以下的配光分布。

12.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于：所述照明元件具有相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向的亮度的3％以下的配光分布。

13.如权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于：所述照明元件具有控制从所述光源射出的光的指向性的指向性控制元件。

说明书

液晶显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及液晶显示装置，特别涉及具有用于使从液晶显示面板射出的光扩散的光扩散元件的液晶显示装置。

背景技术

[0002] 近年来，以携带型电话机、PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)为代表的携带型电子设置被广泛利用。在携带型电子设备的显示部中使用具有薄型、轻量、低电耗等优点的液晶显示装置。

[0003] 液晶显示装置与CRT、PDP(等离子体显示面板)等自发光型的显示装置不同，显示元件本身并不发光。因此，在透过型的液晶显示装置中，在液晶显示元件的背面侧设置有被称为背光(back light)的照明元件，通过液晶显示元件对每个像素控制来自该背光的照明光的透过光量，进行图像的显示。

[0004] 已知有各种方式的液晶显示装置。但是，一部分的方式(例如使用TN型、STN型的液晶显示元件的方式)具有视场角狭窄的缺点，为了解决该问题正在进行各种技术开发。

[0005] 作为用于改善液晶显示装置的视场角特性的代表性技术，存在添加光学补偿板的方式。此外，还已知提高从背光射出的光的指向性(平行度)，并使其入射至液晶显示元件，通过光扩散元件使通过液晶显示元件的光扩散的方式(例如专利文献1)。

[0006] 图21表示具有光扩散元件的液晶显示装置的一个例子。图21所示的液晶显示装置500包括液晶显示面板520、配置在液晶显示面板520的背面侧的背光510、和配置在液晶显示面板520的观察者侧的光扩散元件530。

[0007] 液晶显示面板520包括一对基板521和522，以及设置在其之间的液晶层523。在此处虽未图示，但是在基板521和522的液晶层523侧的表面上，形成有用于在液晶层523上施加电压的电极、和用于规定液晶层523中包含的液晶分子的取向方向的取向膜。

[0008] 背光510包括光源501和将从光源501射出的光导向液晶显示面板520的导光板502。导光板502具有朝向液晶显示面板520射出光的表面(光出射面)502a和与光出射面502a相对的背面502b。在导光板502的背面502b上形成有多个棱镜503。

[0009] 从光源501射出的光，在导光板502内进行传播的过程中，通过形成于背面502b的棱镜503向液晶显示面板520侧反射，从光出射面502a射出。棱镜503具有相对光出射面502a以相互不同的规定角度倾斜的两个倾斜面，由此，从背光510射出的光在显示面法线方向(正面方向)的强度显著变强。即，从背光510射出的光被赋予高指向性。

[0010] 当从背光510射出的光具有高指向性时，能够将透过液晶层523的光调制为一致(即，能够赋予透过液晶层523的光一样的延迟(retardation))。因此，能够减少由液晶分子的折射率各向异性引起的显示品质的视角依赖性。通过液晶层523的光，保持原样则指向性高、亮度具有很大的偏差(即，显示面法线方向的亮度非常高，倾斜方向的亮度低)，但通过光扩散元件530进行扩散，则减少亮度的偏差，增大视场角。因此，液晶显示装置500能够以广阔的视角范围进行良好的显示。

[0011] 作为光扩散元件530，例如能够适用图22所示的棱镜片。棱镜片530具有三角柱状的多个棱镜531。各个棱镜531具有相对显示面法线方向倾斜的倾斜面531s，从液晶显示面板520射出的光经棱镜531的倾斜面531s进行全反射(或折射)而扩散。通过根据从背光510射出的光的亮度分布适当设定倾斜面531s的倾斜角，能够使从透镜片530射出的光实现规定的亮度分布。

[0012] 专利文献1：日本专利特开平9-22011号公报

发明内容

[0013] 但是，根据本申请的发明人的研究可知，即使使用现有的透镜片530，也不一定能够实现期望的亮度分布，难以在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。

[0014] 本发明鉴于上述问题提出，其目的是在包括光扩散元件的液晶显示装置中，实现期望的亮度分布，在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。

[0015] 本发明的液晶显示装置包括光源、对从上述光源射出的光进行调制的液晶显示面板、和配置在上述液晶显示面板的观察者侧并使通过上述液晶显示面板的光扩散的光扩散元件，其特征在于：上述光扩散元件为包括多个棱镜的棱镜片，上述多个棱镜分别包括：具有相对显示面法线方向以第一角度倾斜的第一倾斜面的第一棱镜部；和具有相对显示面法线方向以与上述第一角度不同的第二角度倾斜的第二倾斜面，且位于上述第一棱镜部的观察者侧的第二棱镜部，由此达成上述目的。

[0016] 在一个优选的实施方式中，上述多个棱镜分别还包括具有相对显示面法线方向以与上述第二角度不同的第三角度倾斜的第三倾斜面，且位于上述第二棱镜部的观察者侧的第三棱镜部。

[0017] 在一个优选的实施方式中，上述多个棱镜分别具有与上述显示面法线方向大致垂直的顶面。

[0018] 在一个优选的实施方式中，本发明的液晶显示装置包括配置在比上述光扩散元件更靠观察者侧的第一偏光元件。

[0019] 在一个优选的实施方式中，本发明的液晶显示装置还包括配置在上述液晶显示面板和上述光扩散元件之间的第二偏光元件，上述第一偏光元件的透过轴与上述第二偏光元件的透过轴大致平行。

[0020] 在一个优选的实施方式中，本发明的液晶显示装置还包括配置在上述液晶显示面板的观察者侧的相反侧的第三偏光元件。

[0021] 在一个优选的实施方式中，上述光扩散元件对以特定的角度范围内的角度入射的光，相对于以其它角度入射的光更强地进行扩散，上述特定的角度范围在与显示面法线方向平行的第一面内以及与显示面法线方向平行且与上述第一面交叉的第二面内不相同，在使上述第一面内的上述特定的角度范围为A，上述第二面内的上述特定的角度范围为B，在上述第一面内上述液晶显示面板的对比度为1以上的视角范围为C，在上述第二面内上述液晶显示面板的对比度为1以上的视角范围为D时，上述第一面内的上述特定的角度范围A和上述第二面内的上述特定角度范围B的比A/B，与上述第一面内的上述视角范围C和上述第二面内的上述视角范围D的比C/D大致相等。

[0022] 在一个优选的实施方式中，上述第一面内的上述特定的角度范围A与上述第一面内的上述视角范围C大致相等或比其窄，上述第二面内的上述特定的角度范围B与上述第二面内的上述视角范围D大致相等或比其窄。

[0023] 在一个优选的实施方式中，上述多个棱镜各自的与上述第一面平行的截面和与上述第二面平行的截面具有相互不同的形状。

[0024] 在一个优选的实施方式中，本发明的液晶显示装置具有包括上述光源的照明元件。

[0025] 在一个优选的实施方式中，上述照明元件具有相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向的亮度的13％以下的配光分布。

[0026] 在一个优选的实施方式中，上述照明元件具有相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向的亮度的3％以下的配光分布。

[0027] 在一个优选的实施方式中，上述照明元件具有控制从上述光源射出的光的指向性的指向性控制元件。

[0028] 本发明的液晶显示装置所包括的光扩散元件为包括多个棱镜的棱镜片，各棱镜包括：具有相对显示面法线方向以第一角度倾斜的第一倾斜面的第一棱镜部；和具有相对显示面法线方向以与第一角度不同的第二角度倾斜的第二倾斜面，且位于上述第一棱镜部的观察者侧的第二棱镜部。因此，本发明的液晶显示装置所包括的棱镜片能够将光的行进方向变换为多个方向，相比于只能够将光的行进方向变换为一个方向的现有的棱镜片，更容易实现期望的亮度分布。因此，本发明的液晶显示装置能够在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。

附图说明

[0029] 图1是示意性地表示本发明的优选实施方式的液晶显示装置100的截面图。

[0030] 图2是放大显示液晶显示装置100所包括的棱镜片的棱镜的截面图。

[0031] 图3是表示从液晶显示装置100所包括的照明元件射出的光的亮度分布的一个例子的图。

[0032] 图4是表示通过液晶显示装置100所包括的棱镜片扩散的光的亮度分布的一个例子的图。

[0033] 图5是表示通过现有的棱镜片扩散的光的亮度分布的一个例子的图。

[0034] 图6是表示棱镜片的棱镜的其他例子的截面图。

[0035] 图7(a)和(b)是表示棱镜片的棱镜的其他例子的截面图。

[0036] 图8(a)和(b)是表示棱镜片的棱镜的其他例子的截面图。

[0037] 图9(a)和(b)是表示棱镜片的棱镜的其他例子的截面图。

[0038] 图10是示意性地表示本发明的优选的实施方式的其他液晶显示装置100A的截面图。

[0039] 图11是示意性地表示本发明的优选的实施方式的其他液晶显示装置100B的截面图。

[0040] 图12是用于说明液晶显示装置100、100A、100B所包括的光扩散元件的功能的图。

[0041] 图13(a)和(b)是用于说明光扩散元件的优选功能的图。

[0042] 图14是表示光调制部的对比度特性的一个例子的图，是表示在显示面内的方位与对比度的关系的图。

[0043] 图15(a)和(b)是表示光调制部的对比度圆锥和光扩散元件的光扩散特性的优选组合的图。

[0044] 图16(a)和(b)是表示光调制部的对比度圆锥和光扩散元件的光扩散特性的优选组合的图。

[0045] 图17(a)和(b)是表示光调制部的对比度圆锥和光扩散元件的光扩散特性的优选组合的图。

[0046] 图18是表示液晶显示装置100、100A和100B所包括的照明元件(背光)的一个例子的侧面图。

[0047] 图19是用于说明图18所示的照明元件所包括的棱镜片的功能的图。

[0048] 图20(a)、(b)和(c)是表示从照明元件射出的光的配光分布的例子的图。

[0049] 图21是示意性地表示现有的液晶显示装置500的截面图。

[0050] 图22是示意性地表示现有的棱镜片的截面图。

[0051] 符号说明

[0052] 10 照明元件(背光)

[0053] 20 液晶显示面板

[0054] 21 背面基板

[0055] 22 前面基板

[0056] 23 液晶层

[0057] 24 滤色器

[0058] 30 光扩散元件(棱镜片)

[0059] 31 棱镜

[0060] 31a 第一棱镜部

[0061] 31b 第二棱镜部

[0062] 31c 第三棱镜部

[0063] 31s1 第一倾斜面

[0064] 31s2 第二倾斜面

[0065] 31s3 第三倾斜面

[0066] 31t 顶面

[0067] 32 平坦化层

[0068] 40a、40b 偏光板

[0069] 50a、50b 相位差补偿元件

[0070] 100、100A、100B 液晶显示装置

具体实施方式

[0071] 以下参照附图说明本发明的实施方式。而且，本发明并不限定于以下的实施方式。

[0072] (实施方式1)

[0073] 图1表示本实施方式的液晶显示装置100。如图1所示，液晶显示装置100包括液晶显示面板20、配置在液晶显示面板20的背面侧的照明元件(背光)10、和配置在液晶显示面板20的观察者侧的光扩散元件30。

[0074] 液晶显示面板20具有一对基板21和22，以及配置在它们之间的液晶层23。在基板21和22的液晶层23侧的表面上，形成有用于向液晶层23施加电压的电极和用于规定液晶层23中所包含的液晶分子的取向方向的取向膜(均未图示)。此外，在本实施方式中，在配置在观察者侧的基板22的液晶层23侧设置有滤色器24。

[0075] 在液晶显示面板20的观察者侧和背面侧(即观察者侧的相反侧)上分别配置有偏光板40a和40b。偏光板40a和液晶显示面板20之间，以及偏光板40b和液晶显示面板20之间分别配置有相位差补偿元件50a和50b。作为相位差补偿元件50a和50b，能够使用公知的各种相位差板。其中，也可以仅在偏光板40a和液晶显示面板20之间、偏光板40b和液晶显示面板20之间的一方上设置相位差补偿元件。

[0076] 本实施方式中的照明元件10发出指向性高的光。照明元件10的具体的结构在后面叙述。当从照明元件10射出的光具有高指向性时，能够将通过液晶层23的光调制为一致(即，能够赋予通过液晶层23的光一样的延迟)，因此能够降低由液晶分子的折射率各向异性引起的显示品质的视角依赖性。通过液晶层23的光，保持原样的话则指向性高、亮度具有很大偏差(即，显示面法线方向的亮度非常高，倾斜方向的亮度低)，但通过光扩散元件30进行扩散，则减少亮度的偏差，由此增大视场角。

[0077] 本实施方式的光扩散元件30是包括多个棱镜31的棱镜片。在图2中放大显示棱镜片30的棱镜31。

[0078] 如图2所示，棱镜31具有第一棱镜部31a和位于第一棱镜部31a的观察者侧的第二棱镜部31b。本实施方式中的棱镜31的截面形状是堆积两个梯形的形状，第一棱镜部31a和第二棱镜部31b的截面形状分别为梯形。

[0079] 第一棱镜部31a包括相对显示面法线方向以规定的角度α倾斜的第一倾斜面31s1。此外，第二棱镜部31b包括相对显示面法线方向以与第一倾斜面31s1的倾斜角度α不同的角度β倾斜的第二倾斜面31s2。

[0080] 因为第一倾斜面31s1的倾斜角度α和第二倾斜面31s2的倾斜角度β不同，所以由第一倾斜面31s1全反射的光和由第二倾斜面31s2全反射的光，如图2示意性表示的那样，相互朝向不同的方向。因此，棱镜片30能够将光的行进方向变换为多个方向，相比于只能将光的行进方向变换为一个方向的现有的棱镜片530(参照图22)，更容易实现期望的亮度分布。从而，在本实施方式的液晶显示装置100中，能够在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。

[0081] 更具体地说明本实施方式的棱镜片30的效果。首先，在图3中表示从照明元件10射出的光的亮度分布。如图3所示，从照明元件10射出的光的正面方向的亮度非常高，具有高指向性。

[0082] 接着，在图4中表示通过作为光扩散元件的棱镜片30扩散的光的亮度分布的一个例子。首先，与图3所示的亮度分布相比，可知亮度的偏差减少。此外，可知除了在0°附近的峰值，在±30°附近存在肩角(shoulder)，在±60°附近也存在峰值。±30°附近的肩角是由第一倾斜面31s1的全反射引起的，±60°附近的峰值是由第二倾斜面31s2的全反射引起的。

[0083] 接着，在图5中表示通过现有的棱镜片530扩散的光的亮度分布。如图5所示，虽然亮度的偏差本身减少，但是在0°附近以外不存在明显的肩角或峰值。这是因为棱镜530只能够将光的行进方向变换为一个方向的缘故。

[0084] 比较图4和图5可知，采用本实施方式的棱镜片30，能够在宽广的角度范围中提高亮度，能够在宽广的角度范围中提高对比度。

[0085] 根据期望的亮度分布适当地设定第一倾斜面31s1的倾斜角度α和第二倾斜面31s2的倾斜角度β。沿显示面法线方向行进的光在第一倾斜面31s1上被反射至相对显示面法线方向角度为2α的方向，在第二倾斜面31s2上被反射至相对显示面法线方向角度为
2β的方向。因此，根据希望产生峰值、肩角的角度，设定倾斜角度α和β即可。此外，在扩散光的亮度分布中产生的峰值、肩角的宽度依赖于来自照明元件10的光的指向性的高度(例如由半值角表示)，因此优选在设定倾斜角度α和β时，也考虑该内容。从在充分宽广的角度范围中提高对比度的观点出发，优选第一倾斜面31s1的倾斜角度α和第二倾斜面31s2的倾斜角度β的差为15°以上。

[0086] 而且，棱镜片30的具体的结构并不限定上述例示。只要棱镜31具有以不同的倾斜角倾斜的多个倾斜面，就能够将光的行进方向变换为多个方向，能够实现期望的亮度分布。

[0087] 例如，图2所示的棱镜31与空气层接触，但如图6所示，也可以以覆盖棱镜31的方式设置平坦化层32。通过设置平坦化层32，能够抑制在棱镜片30表面的外部光的反射。

[0088] 此外，图2所示的棱镜31具有与显示面法线方向大致垂直的顶面31t，但是如图7(a)和(b)所示，棱镜31也可以没有顶面。在图7(a)和(b)所示的棱镜31中，第二棱镜部31b的截面形状为三角形，没有设置顶面。即使是这样的棱镜31，也能够将光的行进方向变换为多个方向，因此也能够得到同样的效果。

[0089] 其中，图2和图6所示的棱镜31的顶面31t与倾斜面31s1和31s2不同，不起到变换光的行进方向的作用。因此，如果设置顶面31t，则未变换行进方向的光的量增加，从而能够提高正面方向的亮度。因此，在希望较高地保持正面方向的亮度的情况下，优选设置顶面31t。

[0090] 此外，在目前所述图中，例示了具有两个棱镜部(第一棱镜部31a和第二棱镜部31b)的棱镜31，但棱镜31也可以具有三个以上的棱镜部。例如，也可以如图8(a)和(b)所示的棱镜31那样，设置位于第二棱镜部31b的观察者侧的第三棱镜部31c。第三棱镜部
31c具有相对显示面法线方向以与第二倾斜面31s2的倾斜角度β不同的角度γ倾斜的第三倾斜面31s3。

[0091] 第三倾斜面31s3的倾斜角度γ可以与第一倾斜面31s1的倾斜角度α相同，也可以不相同。在第三倾斜面31s3的倾斜角度γ与第一倾斜面31s1的倾斜角度α相同的情况下，棱镜31将光的行进方向变换为两个方向。另一方面，在第三倾斜面31s3的倾斜角度γ与第一倾斜面31s1的倾斜角度α不同的情况下，棱镜31将光的行进方向变换为三个方向。这样，通过进一步设置以与第一倾斜面31s1和第二倾斜面31s2不同的角度倾斜的倾斜面，能够进一步将光的行进方向变换为多个方向，能够实现更为多样的亮度分布。

[0092] 此外，棱镜31不限于全反射型的棱镜。棱镜31也可以是图9(a)和(b)所示的折射型的棱镜。图9(a)和(b)所示的棱镜31中，光在第一倾斜面31s1、第二倾斜面31s2和第三倾斜面31s3折射，由此被扩散。这种利用折射的棱镜31也能够得到同样的效果。

[0093] 此外，本实施方式中表示了截面形状左右对称的棱镜31，但棱镜31的截面形状并非必须左右对称。根据期望的亮度分布、原来的亮度分布(从照明元件10射出的光的亮度分布)，可以使棱镜31的截面形状为左右不对称。

[0094] 本实施方式中的棱镜片30能够使用各种材料(例如热固化性树脂、紫外线固化性树脂等树脂)形成。为了形成倾斜角度不同的多个倾斜面，例如，事先制作出对应于具有多个棱镜部的棱镜31的形状的模具，在将由紫外线固化性树脂形成的干膜使用该模具进行挤压成型后，利用紫外线使其固化即可。或者，也可以使用旋涂法在模具中流入紫外线固化树脂或热固化性树脂之后，使已成型的这些树脂固化。

[0095] 其中，为了防止外部光(周围光)在棱镜片30的表面反射引起显示面的反光，也可以采用图10所示的结构。在图1所示的液晶显示装置100中，偏光板40a配置在液晶层23和棱镜片30之间，与此相对，图10所示的液晶显示装置100A中，偏光板40a配置得比棱镜片30更靠观察者侧。当偏光板40a配置得比棱镜片30更靠观察者侧时，从观察者侧入射至棱镜片30的外部光被偏光板40a吸收，其量减少。从而，抑制在棱镜片30的表面的外部光的反射，防止显示面的反光。

[0096] 此外，如图11所示的液晶显示装置100B所示，也可以在液晶层23和棱镜片30之间以及棱镜片30的观察者侧这两处设置偏光板40a。通过液晶显示面板20的光入射至作为光扩散元件的棱镜片30时，由于后方散射，存在朝向液晶显示面板20侧的光。该光被称为杂散光，是显示品质下降的原因。当在液晶层23和棱镜片30之间也设置偏光板40a时，通过位于液晶层23和棱镜片30之间的偏光板40a吸收而减少这种杂散光。因此，抑制由杂散光引起的显示品质的下降。

[0097] 为了高效利用通过液晶显示面板20的光，优选配置在棱镜片30的观察者侧的偏光板40a的透过轴与配置在棱镜片30和液晶层23之间的偏光板40a的透过轴大致平行。更具体而言，优选两个偏光板40a的透过轴所成的角为5°以下，更优选为2°以下。

[0098] 而且，为了抑制杂散光引起的显示品质的下降，也可以在液晶显示面板20和棱镜片30之间配置反射防止膜，代替偏光板40a。通过设置反射防止膜，能够抑制杂散光的反射，能够抑制由杂散光引起的显示品质的下降。作为反射防止膜，能够使用作为所谓AR膜公知的各种膜，例如，能够使用具有折射率相互不同的多个层的多层干涉膜。

[0099] 接着，参照图12、图13(a)和(b)说明使用棱镜片30作为光扩散元件的其它优点。在包括光扩散元件的现有的液晶显示装置中，存在显示模糊的问题。如上所述，为了提高对比度，优选尽可能地使指向性高的光入射液晶层。即，优选使相对液晶层垂直入射的光尽可能地多，使相对液晶层倾斜入射的光尽可能地少。但是当然实际上，相对液晶层倾斜入射的光也并不少存在，也存在向液晶层的入射角较大的光。向液晶层的入射角较大的光是指未通过液晶层、相位差板充分调制的光。因此，当这样的光通过光扩散元件向正面方向扩散时，导致显示变得模糊。

[0100] 图12是示意性地表示棱镜片30对光进行扩散的状态的立体图，图12中，表示的是与显示面平行且相互正交的两个方向X和Y，以及与显示面垂直的方向(显示面法线方向)Z。此外，图13(a)是表示与图12中的方向X和Z平行的截面的图，图13(b)是表示与图12中的方向Y和Z平行的截面的图。其中，在图12、图13(a)和(b)中省略棱镜31。

[0101] 如图12示意性表示的那样，棱镜片30使通过液晶显示面板20的光调制部(液晶层23、相位差补偿元件50a和50b的总称)调制的光进行扩散。此时，如图13(a)和(b)所示，棱镜片30对以特定的角度范围入射的光，比对以其它角度入射的光更强地进行扩散。具体而言，棱镜片30对以较小的入射角(入射光与显示面法线方向所成的角)入射的光较强地进行扩散，而对以较大的入射角入射的光较弱地进行扩散。

[0102] 因为棱镜片30的光扩散特性中具有上述这种入射角依赖性，所以能够基本不对以较大的入射角入射液晶层23的光进行扩散，而对垂直入射液晶层23的光或以较小的入射角入射的光进行扩散。因此，能够防止由以较大的入射角入射液晶层23的光向正面方向扩散而引起的显示模糊。

[0103] 如图13(a)和图13(b)所示，优选棱镜片30对光进行较强扩散的角度范围(称为“高扩散角度范围”)，在与方向X和Z平行的面内以及与方向Y和Z平行的面内不相同。即，优选棱镜片30的高扩散角度范围根据显示面内的方位不同而不同，进一步换言之，优选棱镜片30的高扩散角度范围具有方位角依赖性。

[0104] 如上所述，优选棱镜片30的光扩散特性具有三维各向异性。进而，如果根据通过光调制部调制的光的特性设定该光扩散特性的三维各向异性，则能够有效地防止显示模糊，容易地实现高品质的显示。以下，详细说明通过光调制部调制的光的特性和光扩散特性的三维各向异性的关系。

[0105] 作为评价通过光调制部调制的光的特性的参数，本申请的发明人着眼于白色显示状态的亮度和黑色显示状态的亮度的比，即对比度，发现通过根据光调制部的对比度特性设定棱镜片30的高扩散角度范围，能够大幅提高显示品质。

[0106] 图14表示光调制部的对比度特性的一个例子。图14是表示显示面内的方位与对比度的关系的图，图14中打影线的部分表示对比度为1以上的视角范围。以下称该部分为对比度圆锥(contrast cone)。

[0107] 从图14可知，对比度圆锥根据显示面内的方位不同而其宽度不同。在图14所示的例子中，对比度圆锥沿方向X的宽度最广，沿方向Y的宽度最窄。这样，光调制部的对比度特性具有方位角依赖性。

[0108] 对比度不足1是指黑色显示状态的亮度比白色显示状态的亮度更高，表示光没有通过光调制部适当调制。与此相对，对比度为1以上表示光已通过光调制部适当调制。因此，通过根据对比度圆锥的方位角依赖性设定棱镜片30的高扩散角度范围的方位角依赖性，能够有效地对显示的模糊进行改善。

[0109] 具体而言，棱镜片30的光扩散特性设定如下：在使与显示面法线方向平行的面(称为“第一面”)内的高扩散角度范围为A(参照图13(a))，与显示面法线方向平行且与第一面交叉的面(称为“第二面”)内的高扩散角度范围为B(参照图13(b))，第一面和第二面内的对比度为1以上的视角范围分别为C和D(参照图14)时，A和B的比A/B与C和D的比C/D大致相等。即，在对比度圆锥的宽度相对较窄的方向上，棱镜片30的高扩散角度范围也相对较窄，在对比度圆锥的宽度相对较广的方向上，棱镜片30的高扩散角度范围也相对较广。因此，棱镜片30能够几乎不扩散没有通过光调制部适当调制的光，而扩散已通过光调制部适当调制的光，能够有效地对显示的模糊进行改善。

[0110] 为了提高对显示的模糊的改善效果，优选第一面内的高扩散角度范围A与第一面内的对比度为1以上的视角范围C大致相等或比其窄，优选第二面内的高扩散角度范围B与第二面内的对比度为1以上的视角范围D大致相等或比其窄。通过采用这样的结构，能够实质上仅较强地扩散对比度圆锥内的光(对比度为1以上的视角范围的光)，能够更为有效地对显示的模糊进行改善。

[0111] 接着，进一步具体说明光调制部的对比度特性和棱镜片30的光扩散特性的优选关系。在图15、图16和图17中，表示光调制部的对比度圆锥和棱镜片30的光扩散特性的优选组合的例子。图15(a)、图16(a)和图17(a)表示光调制部的对比度圆锥，相对地，图15(b)、图16(b)和图17(b)表示棱镜片30的光扩散特性。在图15(b)、图16(b)和图17(b)中，以曲线L1表示第一面(与方向X和Z平行的平面)内的雾值的入射角依赖性，以曲线L2表示第二面(与方向Y和Z平行的平面)内的雾值的入射角依赖性。

[0112] 图15(a)所示的对比度圆锥，沿方向X的宽度相对较广，沿方向Y的宽度相对较窄。与此相对应，如图15(b)所示，表示第一面内的雾值的入射角依赖性的曲线L1具有比表示第二面内的雾值的入射角依赖性的曲线L2更宽的形状。即，如图15(a)所示，第一面内的对比度为1以上的视角范围C比第二面内的对比度为1以上的视角范围D更广，此外，如图15(b)所示，第一面内的高扩散角度范围A比第二面内的高扩散角度范围B更广。其中，在图15(b)中，将雾值为5以上的角度范围表示为高扩散角度范围。

[0113] 此外，相互比较图15(a)和(b)可知，第一面内的高扩散角度范围A比同一面内的对比度为1以上的视角范围C小。此外，第二面内的高扩散角度范围B比同一面内的对比度为1以上的视角范围D小。

[0114] 这样，通过根据对比度圆锥的形状设定棱镜片30的雾值的入射角依赖性，能够抑制显示模糊并大幅提高显示品质。

[0115] 对图16(a)和(b)所示的组合、图17(a)和(b)所示的组合，也能够根据各自的对比度圆锥的形状适当设定棱镜片30的雾值，因此也能够得到同样的效果。

[0116] 为了使棱镜片30的光扩散特性具有三维各向异性，调整棱镜31的形状即可。例如，通过使与棱镜31的第一面平行的截面形状不同于与第二面平行的截面形状，能够使得棱镜31的第一面内的光扩散特性和第二面内的光扩散特性不同。

[0117] 接着，说明照明元件(背光)10的具体结构。图18中表示照明元件10的具体结构的一个例子。

[0118] 图18所示的照明元件10包括光源1、将从光源1射出的光导向液晶显示面板20的导光板2。光源1例如为发光二极管(LED)或冷阴极管。导光板2形成有用于使从光源1射出并入射至导光板2内部的光向液晶显示面板20侧射出的结构。例如，在导光板2的两个主面中的至少一个面上形成有棱镜、褶皱。

[0119] 照明元件10还具有控制从导光板2射出的光的指向性的棱镜片3。作为指向性控制元件起作用的该棱镜片3设置在导光板2和液晶显示面板20之间。

[0120] 棱镜片3具有在导光板2侧的主面上形成的多个棱镜4，如图19所示，利用全反射现象，从导光板2射出的光朝向显示面法线方向。这样，从导光板2射出的光通过棱镜片3被赋予高指向性。

[0121] 当然，作为照明元件10，并不限于图18所示的结构，能够使用各种背光，但为了得到更高的对比度，优选使用能够射出指向性更高的光的结构。具体而言，当照明元件10具有相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向的亮度的3％以下的配光分布时，能够容易地实现充分高的对比度。

[0122] 图20(a)和(b)表示照明元件10的优选的配光分布的例子。图20(a)所示的配光分布中，显示面法线方向的亮度最高，随着角度变大亮度急速降低。与此相对，图20(b)所示的配光分布中，从显示面法线方向到30°附近仍保持较高的亮度。在图20(a)和(b)所示的配光分布的任一个中，相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度均为显示面法线方向(0°)的亮度的3％以下。因此，通过使用具有这样的配光分布的照明元件10，能够得到优异的显示品质。

[0123] 在图20(c)中表示配光分布的其他例子。在图20(c)所示的配光分布中，相对显示面法线方向成30°以上的角的方向的亮度为显示面法线方向(0°)的亮度的8％～13％以下。即使在使用这种配光分布的照明元件10的情况下，通过适当选择光调制部(液晶层23和相位差补偿元件50a和50b)的光学调制的图案(即对比度圆锥的形状)，也能够得到足够优异的显示品质。

[0124] 在表1中表示图20(a)、(b)和(c)所示的配光分布(分别称为配光分布A、B和C)以及图15(a)、图16(a)和图17(a)所示的对比度圆锥(分别称为对比度圆锥A、B和C)的组合是否合适。表1中“○”表示比“△”好的组合，“◎”表示更好的组合。

[0125] [表1]

[0126]配光分布A 配光分布B 配光分布C
对比度圆锥A ◎ ◎ △
对比度圆锥B ◎ ◎ ○
对比度圆锥C ◎ ◎ ◎

[0127] 由表1可知，图20(a)所示的配光分布A和图20(b)所示的配光分布B与对比度圆锥A、B和C中的任一个均可非常良好地进行组合。此外，从表1可知，关于图20(c)所示的配光分布C，相比对比度圆锥A，优选与对比度B组合，更优选与对比度圆锥C组合。

[0128] 由这些还可知，为了适当地进行光学调制，优选照明元件10的配光分布的山的部分(高亮度的部分)与对比度圆锥(由对比度圆锥表示的角度范围)大致一致，或位于对比度圆锥内。当配光分布的山的部分露出对比度圆锥之外时，存在不能够适当进行光学调制的情况。

[0129] 例如，通过使用包括图18所示的全反射型棱镜片3的照明元件10，能够容易地实现图20(c)所示程度的指向性。此外，通过使用美国专利第5949933号说明书、美国专利第5598281号说明书中公开的背光，能够实现图20(a)和(b)所示程度的指向性。在上述美国专利第5949933号说明书中，公开有在导光板的主面上设置有双凸透镜状的微棱镜的边光型的背光。此外，在上述美国专利第5598281号说明书中，公开有使从光源射出的光通过开口部入射至微准直器和微透镜的正下型的背光。

[0130] 此外，通过公知的显示模式用的液晶层和公知的相位差板的组合能够实现图15(a)、图16(a)和图17(a)所示的对比度圆锥A、B和C。图15(a)所示的对比度圆锥例如能够通过组合STN模式的液晶层和日东电工公司制造的相位差板NRF(Nz系数为1.0)而实现。此外，图16(a)所示的对比度圆锥例如能够通过组合STN模式的液晶层和日东电工公司制造的相位差板NRZ(Nz系数为0.5～0.8)而实现。此外图17(a)所示的对比度圆锥例如能够通过组合STN模式的液晶层和日东电工公司制造的相位差板NRZ(Nz系数为0～0.4)而实现。其中，Nz系数是表示相位差板的折射率成分nx、ny、nz的大小关系的指标中的一个。

[0131] 产业上的可利用性

[0132] 根据本发明，在包括光扩散元件的液晶显示装置中，能够实现期望的亮度分布，在宽广的角度范围中进行对比度高的显示。本发明能够适用于全体透过型的液晶显示装置，特别适用于视场角特性低的显示模式(例如STN模式、TN模式、ECB模式)的液晶显示装置。

[0133] 在STN模式这样的利用双折射性的显示模式中，因为倾斜入射液晶层的光对显示的不良影响很大，所以优选使用使指向性高的光入射液晶层，并通过光扩散元件使通过液晶层调制的光进行扩散的视场角扩大技术，使用本发明的意义重大。