JP2010039068A - 表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外光の影響を抑制して、高品位の画像を得ることができる表示デバイスの提供。
【解決手段】表示デバイスを、表示面側に配置される光学部材の表面に、互いに直交する３つの平面で構成される窪みが複数形成されている構成とし、前記窪みは、立方体の１つの頂点を共有する３面を前記頂点を含まない対角線で切ってできた図形を、前記頂点側から押し付けた形状、又は、立方体の１つの頂点を共有する３面からなる図形を、前記頂点側から押し付けた形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示デバイスに関し、特に、液晶ディスプレイに関する。

液晶ディスプレイは、薄型、軽量で高品位の画像を表示可能なことから、液晶テレビや携帯端末装置などに多く用いられている。この液晶ディスプレイは、光源であるバックライトと液晶パネルなどで構成され、液晶パネルは、液晶を挟持する一対のガラス基板とその両側に配置される偏光板などで構成される。

上記構成の液晶ディスプレイでは、バックライト側の偏光板を光が透過し、一対のガラス基板で構成された液晶パネル内で光学的な変調を受け、表示面側（観察者側）の偏光板を光が透過する際に前記変調に応じた透過量にて観測者側に光が出射される。このようにバックライト側からの透過光により画像が表示される表示デバイスでは、表示面側から外光が入ると、外光が表示面側の偏光板で反射して観察者に視認されてしまい、表示品位の低下を招いてしまう。

上記外光に起因する表示品位の低下について、図９を参照して説明する。図９は、表示デバイスの表示面（具体的には表示面側の偏光板の表面）における外光の反射の様子を模式的に示す図である。

図９（ａ）に示すように、偏光板の表面が無処理で平坦な場合は、表示面の法線方向に対し、外光の入射角と反射光は逆方向でかつその角度が同じになるため、観察者から特定の角度の領域に外光の光源が強く映り込み、画質が著しく劣化する。

この外光の映り込みを改善するための従来の表面処理の一つとして、図９（ｂ）に示すような防眩処理もしくはアンチグレア処理、ノングレア処理と呼ばれる処理がある。

防眩処理は、偏光板の表面に数ミクロン大の粒径を持つシリカ粒等を含有する樹脂を塗布して表面を荒れた状態にすることで、入射光をさまざまな方向に散乱反射させ、観察者から見て特定の角度からの映り込みを低減するものである。この防眩処理に関して、例えば、下記特許文献１には、少なくとも片面が隣接の凹部底を基準とした高さが０．５〜２μｍの凸部を１００μｍ角あたり５〜２０個有する微細凹凸構造に形成されてなるノングレア層が開示されている。

また、その他の表面処理として、図９（ｃ）に示すような低反射処理もしくはアンチリフレクション処理と呼ばれる処理がある。

低反射処理は、偏光板の表面に屈折率の異なる無機膜層または有機膜層を蒸着・塗布等の方法で多層積層し、表面に入射した光を上記各層の界面で適度に反射させることで、反射光同士を干渉させて反射強度を低下させるものである。

この手法は、高価な光学レンズや眼鏡レンズのコーティングとして古くから良く知られており、例えば、下記特許文献２には、プラスチック基材上に設けられた表層膜が主として二酸化ケイ素からなる単層または多層の反射防止膜の表面に末端シラノール有機ポリシロキサンからなる物質が被覆されたＣＲＴ用フィルターが開示されている。

特開平７−１８１３０６号公報 特開平４−３３８９０１号公報

しかしながら、上記防眩処理では、本来の表示である画面から出射される画像のコントラストが低下するという欠点がある。

その理由は、防眩処理では、入射光に対してその反射光をさまざまな角度に散乱反射させるため、逆に観察者から見て、表示画面上のすべての部分から反射光が入射されることになり、この反射光により、画面全体がぼんやりと光った状態となるからである。

また、低反射処理では、画面に色の付いた映り込みが発生するという欠点がある。

その理由は、低反射処理では光の干渉を利用するため、入射光の波長によって干渉による反射強度の低減効果が異なり、狙いの波長から外れるほど反射強度が強くなるからである。具体的には、通常は比視感度の高い緑の波長を中心に干渉効果が最大となるように設計するため、紫や青味がかった光が反射され易くなるからである。また、光が斜め方向から入射されると、各層の実効的な膜厚、つまり光路長が長くなり、正しく干渉する位相からズレが生じて反射光を完全に打ち消すことができないからである。

更には、低反射処理では、上記屈折率の異なる層の膜厚を正確に制御して多数層形成する必要があるため、製造に高いコストが生じ、また、面内を均一に制御することが困難でムラが発生しやすいという欠点もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、外光の影響を抑制して、高品位の画像を得ることができる表示デバイスを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の表示デバイスは、表示面側に配置される光学部材の表面に、互いに直交する３つの平面で構成される窪みが複数形成されているものである。

本発明においては、前記窪みは、立方体の１つの頂点を共有する３面を前記頂点を含まない対角線で切ってできた図形を、前記頂点側から押し付けた形状とすることができ、前記光学部材の法線方向から見て、前記窪みの境界線は正三角形であり、各々の正三角形の各辺が隣接する正三角形の１辺と相重なるように、前記窪みが隙間無く配置されている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記窪みは、立方体の１つの頂点を共有する３面からなる図形を、前記頂点側から押し付けた形状とすることができ、前記光学部材の法線方向から見て、前記窪みの境界線は正六角形であり、各々の正六角形の各辺が隣接する正六角形の１辺と相重なるように、前記窪みが隙間無く配置されている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記光学部材の法線方向から見て、前記３つの平面が交わる窪みの中心は、前記窪みの境界線となる図形の重心位置に対して所定の方向にずれている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記光学部材は、画素がマトリクス状に配列された表示パネルの表示面側に配置され、前記窪みの配列ピッチは、前記画素の配列ピッチの１／２以下に設定、又は、前記窪みの配列方向と前記画素の配列方向とがなす角度は、２度以上に設定することができる。

また、本発明においては、前記表示デバイスは透過型の液晶ディスプレイであり、前記窪みは偏光板又は偏光板に貼付される樹脂フィルムに形成することができる。

本発明の表示デバイスによれば、外光の影響を抑制して、高品位の画像を得ることができる。

その理由は、表示デバイスの表示面側の表面に、互いにその法線が９０度の角度を成す３つの平面で構成される窪みを稠密に配列することにより、外光が上記表示デバイスの表示面で反射しても、その反射光は入射光の入射角方向である光源に向かって反射するため、光源方向とは角度が異なる位置にある観察者の目には反射光が入らず、外光が表示面に映り込むことがないからである。

また、光源からの光を散乱せずに反射させるため、防眩処理のように、画面全体がぼんやりと明るくなって表示品位を劣化させることがないからである。

また、光の干渉を利用しないため、光の波長に対する依存性がなく、画面の色付きや色ムラが発生することがないからである。

背景技術で示したように、バックライトで照明する表示デバイスでは外光が偏光板の表面で反射して表示品位が低下するという問題がある。この問題に対して、偏光板の表面に防眩処理や低反射処理を施す方法が知られているが、防眩処理では、外光が様々な方向に乱反射するため、コントラストが低下するという欠点があり、低反射処理では、全ての波長の光を同様に干渉させることができないため、画面に色の付いた映り込みが発生するという欠点がある。

そこで、本発明では、表示デバイスの表示面側の表面形状を、互いに直交する３つの平面で構成される構造、例えば、それぞれの面が直角をなす三角錐状の窪み、つまりキューブミラーまたはコーナーキューブと称される構造を稠密に配列した形状にして、外光入射時にその反射光を入射光と同一方向に反射するようにする。すなわち、反射光の方向を制御することで外光光源の映り込みを防止する。

この効果について図５を用いて説明すると、観測者の瞳に入る光の経路を逆にたどると、本発明の表示デバイスの表面で反射された光は必ず入射方向と同一であるため、その経路の先にある光源は必ず観測者自身の瞳となる。つまりは、観測者から見て表示デバイス全面に映り込んで見えるものは観測者の瞳である。よって、表示品位を低下させる照明や太陽光等の映り込みは発生しない。

なお、コーナーキューブ自体は知られた構造であるが、そもそも本来のコーナーキューブの使用目的は、光源方向に向けて正確に光を反射させ、積極的に反射光を利用するものである。これに対して、本発明は、上記の性質の逆の側面に着目したものであり、光源すなわち観測者の瞳が暗黒であれば、光源の方向すなわち観測者に対して光源に相当する暗黒を正確に反射することを利用するものである。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る表示デバイスについて、液晶ディスプレイを例にして図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る液晶ディスプレイの構成を模式的に示す断面図であり、図２及び図３は、表示面側の偏光板の構造を模式的に示す正面図である。また、図４及び図５は、表示面側の偏光板における光路を模式的に示す図である。

図１に示すように、本実施例の液晶ディスプレイ１は、液晶パネル５と、液晶パネル５を照明するバックライトユニット６と、液晶パネル５を駆動する信号処置基板７と、これらを保持、固定する筐体などで構成される。

バックライトユニット６は、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源と、反射板や導光板、拡散シート、レンズシートなどの光学部材と、これらを保持、固定する筐体などで構成される。

液晶パネル５は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板４ａ（ＴＦＴ基板）と、カラーフィルター（ＣＦ）やブラックマトリクス（ＢＭ）等が形成されたガラス基板４ｂ（対向基板）と、両基板の間に挟持される液晶と、偏光板３などの光学部材で構成され、偏光板３は、観測者から見て直接見える表示面側の偏光板３ａと、ガラス基板４とバックライトユニット６の間にあるバックライト側の偏光板３ｂの２枚で構成される。

上記構成の液晶ディスプレイの場合、バックライトユニット６の光源から出射した光は、バックライトユニット６側の偏光板３ｂを透過し、２枚のガラス基板４で構成された液晶パネル内で光学的な変調を受け、表示面側の偏光板３ａを透過する。その際に前記変調に応じた透過量にて観測者側に光が出射される。

偏光板３は、上述したように光を透過することで本来の機能を果たすが、表面を形成する膜としてできるだけ屈折率が小さい材料を選択したとしても、その屈折率が空気とは異なるため、偏光板表面での反射がどうしても避けられない。

そこで、本発明では、上記偏光板３の内、表示面側の偏光板３ａの表面形状に次のような特徴を持たせる。すなわち、本実施例の表面形状は、図２に示すように、立方体の一頂点を押し付けて出来た、三角錐の窪みを持つ構造となっており、この一つのセルは３面で構成された正三角形となっている。そして、面全体では、複数のセルが隙間無く稠密に配置されている。

上記セルの構造は一般的にはキューブミラーまたはコーナーキューブと呼ばれる構造であり、上記一つのコーナーキューブの各面の関係は、面Ａ、面Ｂ、面Ｃがそれぞれ直角となる角度を持って構成され、入射光と反射光が正確に同一方向となることで知られている。

なお、本実施例の表面形状は、偏光板３ａに直接形成してもよいし、樹脂フィルム等に上記形状を施したものを偏光板３ａの表面に貼り付けても良い。また、本形状を形成する手法としては、プレス、ローレット加工、射出形成、エッチング、フォトリソグラフ、切削加工等を用いることができるが、その手法を問わない。

また、窪み間のピッチについては限定しないが、液晶ディスプレイの表示画素ピッチとの干渉を避けるため、図３に示すように、画素ピッチの１／２以下のピッチとし、１画素に縦横ともに２個以上のコーナーキューブを設けることが望ましい。

更に、液晶ディスプレイのように、画素配列が直線に並ぶディスプレイについては、画素配列方向の直線と上記窪みの配列方向の直線とのなす角度が２度以上となるようにすることで、モアレを軽減することが出来る。

次に、本実施例の液晶ディスプレイの動作について図４を用いて説明する。本実施例の偏光板３ａの表面は３次元的な形状を有し、動作の説明が複雑となるので、ここでは簡略化のため２次元の図を用いてその概念を説明する。

偏光板３ａの本来の機能である光の透過については、表面での屈折により光の出射角度が変化するが、そもそもバックライト光源から出射される光の方向がさまざまな角度を持っており指向性が低いため、結果としては通常の偏光板と同様な表示視野角特性を示す。

次に、外光の反射については、まず下向きの面に入射した光は、その大部分が内部に透過され、一部が表面で反射される。上記反射光は反射後、もう一方の面である上向きの面に入射し、入射光の進入方向に反射される。このときの反射光の出射角度は、入射光の進入角度と同じとなる。

上記の作用は、最初に上向きの面に入射した光でも同様であり、上向きの面で反射後、下向きの面でもう一度反射されて、入射光と同一方向を逆向きに反射される。

実際には、上記作用が３つの面で３次元的に行われ、各面に入射する光は、各面の表面で反射した後、他の２面で順次に反射され、最終的には入射方向と同一方向に光を反射することになる。

たとえば、図２のコーナーキューブを構成する３つの面の内の任意の面である面Ａに入射した光は、面Ａで反射後、面Ｂまたは面Ｃに入射し、そこで再度反射されて最後に面Ｃまたは面Ｂで反射される。この面Ｃまたは面Ｂで反射された光は、最初に面Ａに入射した光の入射方向と同一方向で出射される。上記の関係は、面Ａに入射する光の入射方向がどのような方向であっても成り立つ。

従って、図５に示すように、観測者の瞳に入る光の経路を逆にたどると、偏光板３ａの表面で反射された光は必ず入射方向と同一であるため、その経路の先にある光源は必ず観測者自身の瞳となる。つまりは、観測者から見て表示デバイス全面に映り込んで見えるものは観測者の瞳である。よって、表示品位を低下させる照明や太陽光等の映り込みを抑制することができる。

このように、液晶ディスプレイの表示面側の偏光板３ａの表面形状を、それぞれの面が直角をなす三角錐状の窪みを稠密に配列した形状にすることにより、バックライト光源から出射される光は実質的に透過させることができ、外光は入射方向と同一方向に反射され観測者に視認されることがないため、高品位の画像を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る表示デバイスについて、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施例の液晶ディスプレイの表示面側の偏光板の構造を模式的に示す正面図である。

前記した第１の実施例では、表示面側の偏光板３ａの表面に三角錐の窪みを配列した構造としたが、本実施例の表面形状は、図６に示すように、立方体の３面が表面に現れるように並べた構造になっており、一組のコーナーキューブは正方形の３面で構成され、正面から見て正六角形の形状となっている。

第２の実施例では、第１の実施例に比べて、１組のコーナーキューブの境界を半分に減らすことが出来るため、反射方向が制御できない各面の継ぎ目部分の面積を半減させることができ、より高品位の画像を得ることができる。

また、上記のコーナーキューブの境界線を微少な面と考えると、その面での反射はディスプレイに表面処理をしていない状態と同じ、通常の反射状態となる。

第１の実施例では上記の境界線の角度が同一平面上に並ぶため、特定の角度からの光の映り込みが発生しやすいが、第２の実施例では境界線が同一平面上にならず、互いに直角を成す３つの方向の直線に分散されるため、特定角度からの映り込み光量をほぼ１／３に低減することができ、より高品位の画像を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施例に係る表示デバイスについて、図７及び図８を用いて説明する。図７は、第３の実施例の液晶ディスプレイの表示面側の偏光板の構造を模式的に示す正面図であり、図８は、表示面側の偏光板における光路を模式的に示す図である。

前記した第１の実施例では、コーナーキューブの窪みの中心がコーナーキューブの開口部の中央にくるようにしたが、本実施例は、第１の実施例の図２で説明したコーナーキューブの窪みの中心位置を、図７に示すように、コーナーキューブの開口部、すなわち図２の破線で表す三角形の重心位置より、下方向にずらしている。

第１及び第２の実施例の構造を持つ液晶ディスプレイを表示面に鉛直な方向より上方から観察した場合、図８（ａ）に示すように、ごく一部の光はコーナーキューブで３回の反射をしない場合があり、この場合は、１回の反射で観測者とは別方向の位置にある光源の光を見ることになる。

実際にコンピュータ画面を観察する場合は、画面を上から覗き込む位置で使用されることが多く、上記のような現象が表示品位を劣化させる要因となる。

そこで、第３の実施例では、図８（ｂ）に示すように、コーナーキューブの角度を観察者の通常使う方向に合わせて設定することで、コーナーキューブのどの部分からも観察者方向以外の反射が起こらないようにしている。

上記構成において、画面の鉛直方向から観察した場合、図８（ａ）と同様に、ごく一部の光はコーナーキューブで３回反射せず、１回の反射で観測者とは別な方向の位置にある光源を見ることになる。

しかしながら、図８（ｃ）に示すように、その方向は常に観測者の位置より下方となり、輝度の高い光源が観測者の下方にない限り実用的には支障が生じることはない。すなわち、表示品位を劣化させる映り込みの原因となる光源は、通常は照明あるいは太陽光であり、これらはほとんどの場合、観測者より上方にあるため、画面に映り込まない。

尚、図７では、図２の構成のコーナーキューブに対して窪みの中心位置をずらしたが、第２の実施例の図６の構成のコーナーキューブに対して窪みの中心位置をずらす構成としてもよい。

また、本実施例のコーナーキューブの窪みの中心位置は、画面全体で同じ位置である必要はなく、画面の上部では第１及び第２の実施例に近い角度、画面の下部では第３の実施例のような角度に配置することも可能である。このような配置とすれば、実際の使用状態において、表示画面の各位置で最適なコーナーキューブの配置角度となるため、上記の効果が得られる範囲が広くなるという効果がある。

また、上記各実施例では、窪みを、立方体を押し付けてできる形状としたが、直方体を押し付けてできる形状とすることもできる。

また、上記各実施例では、表示面側の偏光板の表面形状に関して記載したが、表面を加工する部材は表示面側の偏光板に限らず、反射が問題となる光学部材であればよい。

また、上記各実施例では、液晶ディスプレイを例にして説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、表示面側の表面における反射が問題となる任意の表示デバイスに対して同様に適用することができる。

本発明は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスに利用可能である。

本発明の第１の実施例に係る表示デバイス（液晶ディスプレイ）の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の表面形状を模式的に示す正面図である。 本発明の第１の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の表面形状を模式的に示す正面図である。 本発明の第１の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の光路を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の光路を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の表面形状を模式的に示す正面図である。 本発明の第３の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の表面形状を模式的に示す正面図である。 本発明の第３の実施例に係る表示デバイスの表示面側の偏光板の光路を模式的に示す図である。 従来の表示デバイスの表示面側の偏光板の光路を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 液晶ディスプレイ
２ コーナーキューブ構造
３ａ 偏光板（表示面側）
３ｂ 偏光板（バックライト側）
４ａ ガラス基板（ＴＦＴ基板）
４ｂ ガラス基板（ＴＦＴ基板）
５ 液晶パネル
６ バックライトユニット
７ 信号処理基板

Claims (10)

1. 表示面側に配置される光学部材の表面に、互いに直交する３つの平面で構成される窪みが複数形成されていることを特徴とする表示デバイス。
2. 前記窪みは、立方体の１つの頂点を共有する３面を前記頂点を含まない対角線で切ってできた図形を、前記頂点側から押し付けた形状であることを特徴とする請求項１記載の表示デバイス。
3. 前記光学部材の法線方向から見て、前記窪みの境界線は正三角形であり、各々の正三角形の各辺が隣接する正三角形の１辺と相重なるように、前記窪みが隙間無く配置されていることを特徴とする請求項２記載の表示デバイス。
4. 前記窪みは、立方体の１つの頂点を共有する３面からなる図形を、前記頂点側から押し付けた形状であることを特徴とする請求項１記載の表示デバイス。
5. 前記光学部材の法線方向から見て、前記窪みの境界線は正六角形であり、各々の正六角形の各辺が隣接する正六角形の１辺と相重なるように、前記窪みが隙間無く配置されていることを特徴とする請求項４記載の表示デバイス。
6. 前記光学部材の法線方向から見て、前記３つの平面が交わる窪みの中心は、前記窪みの境界線となる図形の重心位置に対して所定の方向にずれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の表示デバイス。
7. 前記光学部材は、画素がマトリクス状に配列された表示パネルの表示面側に配置され、
   前記窪みの配列ピッチは、前記画素の配列ピッチの１／２以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の表示デバイス。
8. 前記光学部材は、画素がマトリクス状に配列された表示パネルの表示面側に配置され、
   前記窪みの配列方向と前記画素の配列方向とがなす角度は、２度以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の表示デバイス。
9. 前記表示デバイスは透過型の液晶ディスプレイであり、
   前記窪みは偏光板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の表示デバイス。
10. 前記表示デバイスは透過型の液晶ディスプレイであり、
    前記窪みは偏光板に貼付される樹脂フィルムに形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の表示デバイス。

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