JP2006308700A - 表示装置、端末装置、光源装置及び光学部材 - Google Patents

表示装置、端末装置、光源装置及び光学部材 Download PDF

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Abstract

【課題】 表示の指向性を高めた表示装置において、モアレを軽減することができる表示装置、それを使用した端末装置、前記表示装置に組み込まれる光源装置及び光学部材を提供する。
【解決手段】 表示装置2において、光源51を設け、光源51から出射される光の経路に沿って、導光板3、ルーバ112、異方性散乱シート61及び透過型液晶パネル7を設ける。ルーバ112の光線規制方向を、Y軸方向から角度αだけ傾斜させる。角度αの値は、ルーバ112と液晶パネル7とによって生じるモアレの配列方向がX軸方向に近くなるように設定する。また、異方性散乱シート61の表面には、Y軸方向に延びる帯状の凸部を複数形成し、光の散乱方向が異方性を持つようにする。即ち、X軸方向への散乱を多くし、Y軸方向への散乱を少なくする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、特定方向に対する表示の指向性を高めた表示装置、この表示装置を備えた端末装置、前記表示装置に組み込まれる光源装置及び光学部材に関する。
近時の技術進展により、表示パネルはモニタ及びテレビ受像機等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の中型の端末装置、パーソナルTV、PDA(Personal Digital Assistance:個人用情報端末)、携帯電話、携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで搭載され、様々な場所で使用されている。特に、液晶を使用した液晶表示装置は、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点を有するため、多くの端末装置に搭載されている。
これらの端末装置のうち、特に中小型の端末装置はその性格上、秘密保持が厳重になされた密室の中だけではなく公共の場でも使用される。このとき、プライバシー情報及び秘密情報の表示に対しては、第三者の眼に触れないような秘密保持が必要となる。特に近時、端末装置の進展に伴い、プライバシー情報及び秘密情報を表示する機会が増加しているため、覗き見防止技術への要望が強まっている。そこで、表示を視認できる角度範囲を狭くすることにより、正面等特定方向に位置する使用者のみが表示を視認でき、それ以外の方向からは覗き見をできなくした表示装置、及びこの表示装置に適用するための覗き見防止用の光学部材が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
図22は、特許文献1に記載されている従来の覗き見防止体を示す断面図である。この覗き見防止体は、表示装置の表示面に貼付して使用するものである。図22に示すように、この従来の覗き見防止体においては、薄い防眩層1101が設けられており、この防眩層1101の裏面には、高透光性の薄い貼着層1110が積層して接着されている。また、防眩層1101の表面にはシリコーン接着層1120が設けられており、このシリコーン接着層1120を介して、透光性の薄い透光層1130が一体接着して積層されている。そして、防眩層1101、貼着層1110、及び透光層1130は、夫々可撓性を有するシート状又はフィルム状に形成されている。貼着層1110における防眩層1101の反対側の面は、鏡面状で平滑な透光性粘着面1111となっており、情報表示体の液晶ディスプレイ(図示せず)の表示面に着脱自在に粘着される貼付面となっている。
防眩層1101は、夫々複数の透明シリコーンゴムシート1102と着色シリコーンゴムシート1103とが、防眩層1101の表面に平行な方向に交互に配列され、一体化されることにより形成されている。透明シリコーンゴムシート1102と着色シリコーンゴムシート1103との接合面は相互に平行になっている。透明シリコーンゴムシート1102及び着色シリコーンゴムシート1103の夫々の幅、即ち、図22の横方向の厚さは、透明性及び平行光線透過率が(透明シリコーンゴムシート1102の幅/着色シリコーンゴムシート1103の幅)の比率で決定されることと、可視角の範囲が透明シリコーンゴムシート1102の屈折率及び幅並びに覗き見防止体全体の厚さにより決定されることに鑑みて選択される。特許文献1には、透明シリコーンゴムシート1102の幅を例えば100乃至200μm、好ましくは120乃至150μmとし、着色シリコーンゴムシート1103の幅を例えば10乃至50μm、好ましくは10乃至30μmとすることが記載されている。特許文献1には、透明シリコーンゴムシート1102及び着色シリコーンゴムシート1103の幅をこのような値とすれば、防眩層1101の平行光線透過率を約80%以上、最大85%以上、可視角を90乃至120度とすることができると記載されている。また、特許文献1には、この覗き見防止体の厚さを、可視角の範囲、透光性、取扱性に鑑みて、0.15乃至0.5mm程度とし、より好ましくは、小型で薄い携帯電話等の液晶ディスプレイに粘着するために、0.15乃至0.3mm程度とすることが記載されている。
表示装置の表示面にこのような覗き見防止体を貼付することにより、覗き見防止体に対して斜め方向に方向に入射した光は、ルーバ構造をなす着色シリコーンゴムシートにより吸収されるため、覗き見防止体から出射しない。即ち、情報表示体用の覗き見防止体の防眩層1101が覗き見防止効果を発揮する。これにより、仮に使用者の傍らに第三者が存在する場合でも、情報表示体の液晶ディスプレイに覗き見防止体を装着すれば、表示される各種の情報を第三者が横から覗き見て読み取るのは不可能又は極めて困難になる。従って、情報表示体に表示させた情報が第三者に漏洩することがないため、情報表示体の使用者は覗き見を気にすることなく、安心して情報を把握したり、発信したりすることができる。
しかしながら、特許文献1に記載の覗き見防止体には、以下に示すような問題点がある。即ち、表示装置に特許文献1に記載の覗き見防止体を装着すると、覗き見防止体を構成する着色シリコーンゴムシートと表示装置の画素との間でモアレが顕著に発生し、表示品質が大幅に低下する。
これに対して、従来より、モアレを抑制する技術が開発されている(例えば、特許文献2参照。)。図23は、特許文献2に記載されている従来のライトコントロールフィルムを備えたラスター表示装置を示す図であり、図24は表示装置の表示面に対するライトコントロールフィルムの配置を示す上面図であり、図25は、横軸に表示装置のラスターとライトコントロールフィルムのストライプのなす角度β(度)をとり、縦軸にモアレ縞のピッチp(mm)をとって、角度βとピッチpとの関係を示すグラフ図である。
図23に示すように、特許文献2に記載されているラスター表示装置3102は、例えば車載情報表示システムに搭載されるものであり、車載情報表示システムは、車両状態検出手段3101と、ピッチがaとなるように並設されたラスターを有するCRT(Cathode-Ray Tube:陰極線管)表示器等のラスター表示器3102と、情報表示コントローラ3103と、光の透過方向を制御するライトコントロールフィルム3104と、操作入力手段3106とから構成されている。ライトコントロールフィルム3104は、ラスター表示装置3102の表示面に装着されている。そして、使用者3105は、ライトコントロールフィルム3104を通してラスター表示器3102を視認するようになっている。
ライトコントロールフィルム3104は、光を透過する部分と光を遮蔽する部分とが交互に所定ピッチでストライプ状に配置され、入射した光の透過方向を制御するものである。コントロールフィルム3104はガラス板により補強されている。そして、コントロールフィルム3104はラスター表示器3102に対して、コントロールフィルム3104のストライプが延びる方向がラスター表示器のラスター方向に対して所定角度β、例えば約10度傾斜するようにずらして配置されている。
図24に示すように、表示器3102とライトコントロールフィルム3104を正面から見たときのラスター(直線Aで示す)とストライプ(直線Bで示す)との交点によって、ピッチがpのモアレ縞が生じる。このモアレ縞を点線Cで示す。この場合、ラスターのピッチをaとし、係数をkとし、ストライプのピッチを(a×k)とし、ラスターが延びる方向とストライプが延びる方向とのなす角度をβ(度)とすれば、角度βが比較的小さい場合は、モアレ縞のピッチpは下記数式1によって算出できる。
Figure 2006308700
図25は上記数式1をプロットした図である。図25に示すように、係数kの大小に拘らず、角度βが増加するにつれて、モアレ縞のピッチpは減少する。モアレ縞のピッチpをラスターのピッチaと同程度又はそれ以下にすれば、使用者から見たモアレ縞の存在感を低減することができる。このための角度βは約3度以上である。
このように、特許文献2の記載によれば、複数の画素が二次元状に周期的に配置され任意の画像が表示される画像表示器の表示面に、覗き見防止等を目的として、光を透過するストライプ状の部分と光を遮蔽するストライプ状の部分とが交互に配列され光の透過方向を制御するコントロールフィルムを装着した場合には、画像表示器の画素の配列とコントロールフィルムの光の遮蔽部分との重なりによってモアレ縞を生じる。しかし、コントロールフィルムのストライプが延びる方向を、画像表示器の画素の配列方向に対して3度以上傾斜させることにより、モアレ縞のピッチを画素の配列ピッチよりも小さくすることができ、画像に及ぼすモアレの影響をある程度低減することができる。
特開2003−131202号公報 特許2622762号公報
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。特許文献2に記載されているように、コントロールフィルムのストライプが延びる方向を、画像表示器の画素の配列方向に対して傾斜させることにより、モアレをある程度軽減することができる。しかし、モアレは依然として存在しており、モアレを軽減する効果は不十分である。特に、特許文献2の第3図にも記載されているように、コントロールフィルムの遮蔽部分のピッチが、表示装置の画素ピッチと近い場合には、モアレの周期が大きくなるため、コントロールフィルムを傾斜配置しても十分にモアレを軽減できない。この場合、モアレを軽減するためにコントロールフィルムの傾斜角度を大きくすると、光線の規制方向、即ち、覗き見を防止する方向も水平方向から傾斜するため、使用者に違和感を与えてしまう。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、表示の指向性を高めた表示装置において、モアレを軽減することができる表示装置、それを使用した端末装置、前記表示装置に組み込まれる光源装置及び光学部材を提供することを目的とする。
本発明に係る表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配列された表示パネルと、この表示パネルに入射する光又はこの表示パネルから出射する光の経路に介在し前記画素の配列方向とは異なる第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、入射した光を前記第1の方向よりも前記表示パネルと前記光線方向規制素子とにより生じるモアレの配列方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする。
本発明においては、光線方向規制素子が第1の方向に沿って光の方向を規制し、異方性散乱手段が光を第1の方向よりもモアレの配列方向に大きく散乱させることにより、光線方向規制素子による光線方向規制効果の損失を抑えながら、モアレをぼかすことができる。
このとき、前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記画素の配列方向のうちの1つの方向であることが好ましい。これにより、表示装置の表示面を構成する一辺に対し散乱効果を垂直に設定できるため、使用時の違和感を低減することができる。
又は、前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記第1の方向に直交する方向であることが好ましい。これにより、光線方向規制素子による光線方向規制効果の損失をより効果的に抑えることができる。
また、前記光の経路に沿って、前記表示パネル、前記光線方向規制素子及び前記異方性散乱手段がこの順に配置されていてもよい。これにより、表示パネルの使用者側にルーバが設けられ、このルーバに異方性散乱構造が形成されているため、使用者は状況に応じて異方性散乱構造付ルーバを容易に着脱できる。
又は、前記光の経路に沿って、前記表示パネル、前記異方性散乱手段及び前記光線方向規制素子がこの順に配置されていてもよい。これにより、異方性散乱手段を異方性散乱粘着層とすることができ、光線方向規制素子の表面に凹凸構造等の異方性散乱手段を設ける必要がなく、低コスト化が可能である。
又は、前記光の経路に沿って、前記光線方向規制素子、前記異方性散乱手段及び前記表示パネルがこの順に配置されていてもよい。これにより、表示パネルを最も使用者側に配置できるので、表示装置の最表面に対して表示パネルの前面に設けられた部材の厚み分だけ表示が奥に感じられる違和感を低減できる。
更に、前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凸部と、を有していてもよい。このとき、前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズムシートであってもよく、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズであってもよい。又は、前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凹部と、を有していてもよい。
又は、前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面又は前記表示パネルの表面に形成された凸部であってもよい。このとき、前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズム構造であってもよく、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズ構造であってもよい。これにより、異方性散乱手段の散乱異方性を向上させることができる。又は、前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面又は前記表示パネルの表面に形成された凹部であってもよい。これにより、透明基板が不要となるために、表示装置の厚みを薄型化できる。また、異方性散乱手段とル光線方向規制素子又は透過型液晶パネルとが光学的に密着しているために、干渉縞の発生を防止でき、表示品質をより優れたものとすることができる。
又は、前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子を前記表示パネルに貼付する異方性散乱粘着層であってもよい。又は、前記異方性散乱手段は、前記表示パネルの内部に配置されていてもよい。このとき、前記表示パネルは光学フィルムを有し、前記異方性散乱手段は前記光学フィルムを前記表示パネルの基板に固定する異方性散乱粘着層であってもよい。これにより、光線方向規制素子等の表面に異方性散乱手段を設ける必要がなく、低コスト化が可能である。
本発明に係る表示装置は、更に、前記表示パネルに入射する光の経路に介在し、入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子を有していてもよい。これにより、透明・散乱切替素子を透明状態と散乱状態とに切り替えることにより、表示を視認できる範囲を可変とすることができる。このとき、特に透明状態におけるモアレを低減でき、優れた表示品質を実現できる。
このとき、前記異方性散乱手段は、前記透明・散乱切替素子を前記光線方向規制素子に貼付する異方性散乱粘着層であることが好ましい。これにより、異方性散乱素子を設ける必要がなくなり、薄型化、低コスト化が可能となる。
また、前記表示パネルが液晶パネルであってもよい。このとき、前記液晶表示パネルは、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償TNモードの液晶表示パネルであることが好ましい。これにより、前記透明・散乱切替素子が散乱状態の際に、表示の階調反転を抑制でき、視認性を向上できる。
本発明に係る他の表示装置は、第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、複数の画素が前記第1の方向とは異なる方向にマトリクス状に配列され前記透明・散乱切替素子から入射した光を透過させることにより画像を表示する表示パネルと、を有し、前記透明・散乱切替素子は、前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも前記表示パネルと前記光線方向規制素子とにより生じるモアレの配列方向に大きく散乱させるものであることを特徴とする。
本発明に係る端末装置は、前記表示装置を有することを特徴とする。
また、前記異方性散乱手段又は前記透明・散乱切替素子による光の散乱が最大となる方向が、前記端末装置の画面の垂直方向であることが好ましい。これにより、前記端末装置を使用する際に、横方向からの覗き見を効果的に防止できる。
本発明に係る端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。
本発明に係る光源装置は、光を面状に出射する面状光源と、前記光の経路に介在し第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする。
この光源装置は、モアレを低減した覗き見防止表示装置用の光源装置として、表示パネルと組み合わせて好適に使用できる。
本発明に係る他の光源装置は、光を面状に出射する面状光源と、前記光の経路に介在し第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、を有し、前記透明・散乱切替素子は、前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させるものであることを特徴とする。
本発明に係る光学部材は、第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子の表面に一体的に形成され入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする。
本発明においては、表示パネルと組み合わせて使用する際にモアレを低減できる光学部材が実現できる。
本発明に係る他の光学部材は、第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備え前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる光線方向規制素子を有することを特徴とする。
本発明によれば、表示の指向性を高めた表示装置において、モアレを軽減することができる。
以下、本発明の実施形態に係る表示装置、端末装置、光源装置及び光学部材について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態に係る表示装置、端末装置、光源装置及び光学部材について説明する。図1は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図2は図1に示す表示装置の光線方向規制素子であるルーバを示す上面図であり、図3は図1に示す表示装置の異方性散乱シートを示す上面図であり、図4はルーバの光線規制方向と異方性拡散シートの散乱方向との関係を示す上面図であり、図5は本実施形態に係る端末装置を示す斜視図である。
図1に示すように、本第1実施形態に係る表示装置2においては、光源装置1が設けられており、光源装置1の上には透過型液晶パネル7が設けられている。光源装置1においては、導光板3と、この導光板3の側面側に設けられた光源51と、この導光板3の前面側、即ち、使用者側に配置された光線方向規制素子であるルーバ112と、ルーバ112の前面側、即ち、使用者側に配置された異方性散乱素子である異方性散乱シート61とが設けられている。即ち、表示装置2においては、使用者に向かって、導光板3、ルーバ112、異方性散乱シート61及び透過型液晶パネル7がこの順に積層されている。
なお、本明細書においては、便宜上、以下のようにXYZ直交座標系を設定する。光源51から導光板3に向かう方向を+X方向とし、その反対方向を−X方向とする。+X方向及び−X方向を総称してX軸方向という。また、導光板3の光出射面43に平行な方向のうち、X軸方向に直交する方向をY軸方向とする。更に、X軸方向及びY軸方向の双方に直交する方向をZ軸方向とし、このZ軸方向のうち、導光板3からルーバ112に向かう方向を+Z方向とし、その反対方向を−Z方向とする。+Z方向は前方、即ち、使用者に向かう方向である。そして、+Y方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を+X方向、人差指を+Y方向に向けたとき、中指は+Z方向を向くようにする。
光源51は、+X方向に向けて光を出射する点光源であり、一例ではLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)であり、Y軸方向に沿って例えば4個設けられている。導光板3は、例えばガラス等の透明材料からなる板状の部材であり、その主面がZ軸方向に垂直になり、−X方向側の側面に光源51から出射された光が入射されるように配置されている。導光板3は、−X方向側の側面から入射された光をその主面間で反射させながら+X方向に伝導しつつ、その光を光出射面43、即ち、+Z方向側の主面から面状に略均一に出射するものである。
図2に示すように、ルーバ112は、例えば光を透過する透明領域112aと、光を吸収する吸収領域112bとが、ルーバ112表面に平行な方向に交互に配置されて形成されている。ルーバ112の表面に垂直な方向、即ち、Z軸方向から見て、透明領域112a及び吸収領域112bの形状は相互に平行な方向に延びる帯状であり、その延設方向は+X方向から−Y方向に角度αだけ傾斜した方向である。即ち、透明領域112aと吸収領域112bとが交互に配列されている方向は、+Y方向から+X方向に向かって角度αだけ傾斜した方向である。角度αは、一例では20度に設定されている。また、吸収領域112bの配列ピッチは例えば140μmに設定されている。
図3に示すように、異方性散乱シート61の+Z方向側の表面には、異方性散乱構造611が形成されている。異方性散乱構造611は、Y軸方向に延びる帯状の凸部であり、異方性散乱シート61の表面に複数形成されている。これにより、異方性散乱シート61の+Z方向側の表面をX軸方向に沿ってなぞると、多数の異方性散乱構造611を横断することになる。従って、この表面は、X軸方向には凹凸が多い。これに対して、この表面をY軸方向に沿ってなぞっても、少数の異方性散乱構造611しか横断しないか、又は全く横断しない。従って、この表面は、Y軸方向には凹凸が少ない。
より一般的に表現すれば、異方性散乱シート61の表面は、特定方向には凹凸が多く、この特定方向と直交する方向に対しては凹凸を少なくなっている。そして、本実施形態においては、凹凸が多い前記特定方向は、X軸方向に設定されている。
従って、図4に示すように、異方性散乱シート61の異方性散乱構造611の長手方向(Y軸方向)に対して、ルーバ112の透明領域112aと吸収領域112bが交互に配列されている方向は、20度傾斜することになる。
透過型液晶パネル7は、使用者側から見て液晶パネルの背面側に設置された光源装置1が発する光を利用して情報を表示するものであり、透過表示領域を有する画素71(図6参照)が図1に示すX軸方向及びY軸方向にマトリクス状に多数配列されている。画素71の配列ピッチは、一例では150μmである。
図5に示すように、本実施形態に係る端末装置は携帯電話9である。この携帯電話9には、前述の表示装置2が搭載されている。そして、表示装置2のX軸方向が携帯電話9の画面の縦方向となり、表示装置2のY軸方向が携帯電話9の画面の横方向となっている。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。図1に示すように、光源51が+X方向に向けて光を出射する。この光は、導光板3の−X方向側の側面から導光板3内に入射し、導光板3中をその表面で全反射しつつ伝搬する。このとき、一部の光は導光板3の光出射面43から出射する。この結果、導光板3の光出射面43の全面から、面状に略均一に光が出射する。
導光板3から出射された光は、ルーバ112に入射する。ルーバ112に入射した光のうち、吸収領域112b(図2参照)に入射した光は、吸収領域112bに吸収され、遮断される。そして、吸収領域112bに入射せずに透明領域112aのみを伝搬した光が、ルーバ112から出射される。従って、ルーバ112に入射された光線のうち、+Z方向から透明領域112aと吸収領域112bとが交互に配列された方向(以下、光線規制方向という)に一定の角度以上の角度で傾斜した光線は、必ず吸収領域112bに入射することになり、ルーバ112を透過できない。この結果、光線規制方向においては、ルーバ112から出射する光線の方向は、+Z方向からの傾斜角が一定角度未満の角度範囲に規制される。即ち、指向性が高められる。一方、光線規制方向に直交する方向については、このような規制は作用しないため、指向性は高められない。
ルーバ112から出射した光線は異方性散乱シート61に入射する。前述の如く、異方性散乱シート61には、Y軸方向に延びる帯状の異方性散乱構造611(図3参照)が形成されており、異方性散乱シート61の表面における凹凸の密度は、X軸方向に多く、Y軸方向に少なくなっている。このため、異方性散乱シート61に入射した光は、異方性散乱構造611によって散乱されるが、その散乱は異方性を持ち、X軸方向に大きく、Y軸方向に小さくなる。
そして、異方性散乱シート61から主としてX軸方向に散乱されて出射した光は、透過型液晶パネル7に入射し、この透過型液晶パネル7を透過することにより、透過型液晶パネル7が表示する画像を付加されて、表示装置2から出射する。これにより、画像を表示することができる。
以下、異方性散乱シート61が、ルーバ112と透過型液晶パネル7との間で生じるはずもモアレを防止する動作について、より詳細に説明する。図6はルーバの光線規制方向と透過型液晶パネルの画素配列方向との関係を示す上面図である。前述のように、ルーバ112において、透明領域112a及び吸収領域112bが延びる方向は、X軸方向に対して角度αだけ傾斜しており、従って、透明領域112a及び吸収領域112bの配列方向(光線規制方向)は、Y軸方向に対して角度αだけ傾斜している。角度αは例えば20度であり、吸収領域の配列ピッチは例えば140μmである。また、前述のように、表示パネル7の画素71は、X軸方向及びY軸方向にマトリクス状に配列されており、その配列ピッチは150μmに設定されている。
図6に示すように、Z軸方向から見て、1個の画素71の(+X、−Y)側の角部を点Aとし、この点Aを1本の吸収領域112bの中心線が通過するとしたとき、この吸収領域112bの+Y方向側の隣の吸収領域112bとこの画素71のY軸方向に延びる辺との交点を点Bとし、この画素71の(+X、+Y)側の角部を点Cとし、点Bから点Aを含む吸収領域112bの中心線に下ろした垂線の足を点Dとする。仮に、異方性散乱シート6を設けなければ、点A及び点Bを結ぶ直線8はモアレが延びる方向となる。このモアレの方向とX軸方向とのなす角度を角度βとし、ルーバ112の吸収領域112bの配列ピッチをPvとし、画素71の配列ピッチをPxとすると、直角三角形ABCの斜辺ABと直角三角形ABDの斜辺ABとが共通であることから、下記数式2が成立する。更に、数式2を整理すると、角度βが下記数式3のように表せる。図7は、横軸に角度αをとり、縦軸に角度βをとって、上記数式3を角度αについてプロットしたグラフ図である。なお、図7において、吸収領域のピッチPvは140μm、画素ピッチPxは150μmとしている。
Figure 2006308700
Figure 2006308700
上記数式3に角度αとして20度、ルーバの吸収領域のピッチPvとして140μm、画素ピッチPxとして150μmを代入すると、モアレの方向(直線8が延びる方向)とX軸方向との間の角度βは89度と算出される。即ち、モアレの方向はY軸方向に略平行になる。従って、仮に異方性散乱シート61を設けなければ、使用者は、略Y軸方向に延び略X軸方向に配列されたモアレを認識することになる。即ち、携帯電話9(図5参照)において、画面の略水平方向に延び略垂直方向に配列されたモアレを認識することになる。
このように、ルーバ112と表示パネル7との間で発生するモアレは、略Y軸方向に延び略X軸方向に配列されている。一方、異方性散乱シート61は、光を主としてX軸方向に散乱させることができる。即ち、異方性散乱シート61による光の散乱が最大となる方向は、携帯電話9の画面の垂直方向である。この結果、モアレの配列方向において光が散乱され、モアレをぼかすことができる。また、モアレの配列方向以外の方向については、光を散乱する効果が小さいため、ルーバ112によって規制された光の指向性を損なうことが少ない。
なお、ルーバ112の光線規制方向は、異方性散乱シート61の散乱効果が最小となるY軸方向から20度傾斜しているため、ルーバ112による光線方向規制効果は一部損なわれる。また、ルーバ112の光線規制方向は、Y軸方向、即ち、携帯電話9の画面の水平方向から20度傾斜しているため、ルーバ112による光線規制効果は左右非対称となる。しかし、異方性散乱効果はX軸方向に関して対称であり、従って携帯電話9の画面において左右対称であるため、ルーバ112による光線規制効果の左右非対称性をある程度補うことができ、ルーバの傾斜配置に起因する違和感を低減することができる。
図6からわかるように、角度αが0度であると、モアレの配列方向がY軸方向となる。この場合に、異方性散乱シート61によりモアレをぼかそうとすると、光をY軸方向にも散乱させる必要が生じ、ルーバ112による光線規制効果を打ち消してしまう。しかし、図7に示すように、角度αを0度以外の角度とすれば、即ち、ルーバ112の光線規制方向を透過型液晶パネル7の画素の配列方向に対して傾斜させれば、角度βが0度以外の角度となり、モアレの配列方向が光線規制方向に対して傾斜するため、異方性散乱シート61を設けて光を異方的に散乱させることにより、光線規制効果の低下を抑制しながら、モアレをぼかすことができる。携帯電話9において効果的に除き見防止効果を得るためには、角度αを可及的に小さくしてルーバ112による光線規制方向をY軸方向に近づけることが好ましいが、図7に示すように、角度αが約20度のときに角度βが90度に最も近くなり、モアレの配列方向がX軸方向に近くなる。このため、角度αは0度より大きく20度以下とすることが好ましく、例えば、20度とすることが好ましい。
次に、本実施形態の効果について説明する。前述の如く、仮に異方性散乱シート6を設けなければ、ルーバ112と液晶パネル7との間にモアレが発生する。これに対して、本実施形態においては、ルーバ112の光線規制方向を液晶パネル7の画素配列方向から傾斜させることにより、モアレの配列方向をルーバ112の光線規制方向と異ならせる。この上で、異方性散乱シート6を設けることにより、Y軸方向に沿って形成された異方性散乱構造611が入射された光を異方的に散乱させ、光線規制方向にはあまり散乱させずに、モアレの配列方向に大きく散乱させる。これにより、ルーバ112の光線規制効果を大きく損なうことなく、モアレを低減することができる。この結果、光の正面方向への指向性を高めて覗き見を防止する効果を大きく損なわずに、優れた表示品質を実現することができる。
なお、本実施形態におけるルーバの吸収領域のピッチ及び光線規制方向、液晶パネルの画素ピッチ、並びに異方性散乱シートの異方性散乱構造が延びる方向は、上記数値に限定されるものではなく、上述の如く、同様の効果を有する範囲において適宜変更することができる。即ち、吸収領域のピッチPv及び液晶パネルの画素ピッチPxとして上記以外の値をとる場合でも、上記数式3に基づいて角度βが約90度となるような角度αの値を算出すれば、本実施形態と同様な効果が得られる。
また、本実施形態においては、+Z方向、即ち使用者側からみて、(透過型液晶パネル−異方性散乱シート−ルーバ)の順に配置されている例を説明したが、本発明は必ずしもこの順に限定されるものではなく、同様の効果を有する範囲において適宜順序を変更して配置してもよい。この配置の例としては、上述の順序の他に、(異方性散乱シート−透過型液晶パネル−ルーバ)の順序、(異方性散乱シート−ルーバ−透過型液晶パネル)の順序、又は(ルーバ−異方性散乱シート−透過型液晶パネル)の順序等が挙げられる。但し、透過型液晶パネルを最も使用者側に配置した場合には、それ以外の場合と比較して、表示装置の最表面に対して表示パネルの前面に設けられた部材の厚み分だけ表示が奥に感じられる違和感を低減できる。
更に、本実施形態においては、異方性散乱構造611が異方性散乱シート61の+Z方向側の表面に形成された凸部である例を示したが、異方性散乱構造611は異方性散乱シート61の−Z方向側の表面に形成されていてもよく、凸部ではなく凹部であってもよい。また、異方性散乱シートは、散乱に異方性があるものであればどのようなものでも使用できる。一例として、異方性散乱のパターンが加工された母型を準備し、ホットエンボス法若しくは2P法で型のパターンを転写したフィルムを使用してもよく、一次元のホログラムパターンが形成されたホログラフィックディフューザを使用してもよく、又は、一般的な等方性の散乱シートを延伸して異方性を持たせたものでもよい。
更にまた、本実施形態においては、表示パネルとして透過型液晶パネルを使用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、各画素に透過領域を有するパネルであれば使用可能であり、各画素の一部に反射領域を有する半透過型液晶パネル、微透過型液晶パネル、微反射型液晶パネルも使用可能である。また、表示パネルは液晶パネルに限定されず、光源装置を使用する表示パネルであれば使用可能である。
更にまた、本実施形態においては、端末装置として携帯電話を例示したが、本発明はこれに限定されず、PDA、パーソナルTV、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びノート型パーソナルコンピュータ等の各種の携帯端末装置に適用することができる。また、携帯端末装置のみならず、キャッシュディスペンサ、自動販売機、モニタ及びテレビジョン受像機等の各種の固定型の端末装置に適用することもできる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図8は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図9はルーバの表面に形成された異方性散乱構造を示す上面図であり、図10はルーバと異方性散乱構造との配置関係を示す上面図である。前述の第1の実施形態においては、ルーバ及び異方性散乱手段は光源装置と透過型液晶パネルとの間に配置されている。これに対して、本第2の実施形態においては、ルーバ及び異方性散乱手段が一体形成された上で、透過型液晶パネルの使用者側に配置されている。また、ルーバにおける異方性散乱手段が形成されていない透過型液晶パネル側の面は鏡面状で平滑な粘着面に加工されており、透過型液晶パネルに光学的に密着している。更に、異方性散乱手段の長手方向は、画素の配列方向に対して傾斜している。更にまた、ルーバの吸収領域のピッチは160μmに設定されている。
即ち、図8に示すように、本実施形態に係る表示装置21においては、光源装置11が設けられており、この光源装置11は、導光板3と、この導光板3の側方に設けられた光源51とを備えている。また、光源装置11の使用者側、即ち、+Z方向側には透過型液晶パネル7が設けられている。光源51、導光板3及び透過型液晶パネル7の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。更に、この透過型液晶パネル7の+Z方向側には光線方向規制素子であるルーバ212が設けられている。ルーバ212は例えば透過型液晶パネル7に光学的に密着している。そして、ルーバ212の+Z方向側の面には、異方性散乱構造621が直接形成されている。
図9に示すように、異方性散乱構造621は、+Y方向に対して+X方向側に角度αだけ傾斜した方向に延びる帯状の凸部であり、従って、その配列方向は+X方向に対して−Y方向に角度αだけ傾斜している。これにより、ルーバ212の+Z方向側の表面においては、+X方向に対して−Y方向に角度αだけ傾斜した特定方向(配列方向)は凹凸が多く、この特定方向に直交する方向(異方性散乱構造621の長手方向)は凹凸が少なくなっている。
また、ルーバ212における異方性散乱構造621以外の構成は、前述の第1の実施形態におけるルーバ112と同様である。即ち、図10に示すように、ルーバ212は透明領域212a及び吸収領域212bが交互に配列されたものであり、それらの配列方向、即ち、光線規制方向は、+X方向に対して−Y方向に角度αだけ傾斜している。このため、ルーバ212の光線規制方向と異方性散乱構造621の長手方向とは相互に平行となっている。角度αは例えば20度である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態の表示装置の動作について説明する。図8に示すように、光源51が光を出射すると、この光は導光板3に入射し、導光板3の光出射面43から面状に出射する。そして、この光が、透過型液晶パネル7を透過することにより画像が付加される。次に、透過型液晶パネル7から出射した光が、ルーバ212に入射して、光線方向を規制されて指向性が高められる。これらの動作は、前述の第1の実施形態と同様である。そして、この光が、ルーバ212の+Z方向側に形成された異方性散乱構造621によって異方的に散乱され、表示装置21から出射される。
以下、異方性散乱構造621によってモアレが解消される動作について、詳細に説明する。図11は、ルーバ212の光線規制方向と透過型液晶パネル7の画素の配列方向との関係を示す上面図である。前述のように、ルーバ212は、光を透過する透明領域212aと、光を吸収する吸収領域212bとが、+X方向から−Y方向に向かって角度αだけ傾斜した方向に沿って交互に配置されている。角度αは例えば20度であり、吸収領域のピッチは例えば160μmに設定されている。一方、前述のように、画素71は、X軸方向及びY軸方向にマトリクス状に多数配列されており、その配列ピッチは150μmに設定されている。即ち、本実施形態では、画素ピッチよりもルーバの吸収領域のピッチの方が大きい。
図6に示すように、前述の第1の実施形態では、ルーバの吸収領域のピッチが画素ピッチよりも小さいために、X軸方向に対してモアレの方向が傾斜する向きは、X軸方向に対してルーバの吸収領域を傾斜させた向きと同じであった。これに対して、図11に示すように、本実施形態では、X軸方向に対してモアレの方向が傾斜する向きは、X軸方向に対してルーバの吸収領域を傾斜させた向きと反対の向きになる。
Z軸方向から見て、1個の画素71の(+X、+Y)側の角部を点Bとし、この点Bを1本の吸収領域212bの中心線が通過するとしたとき、この吸収領域212bの−Y方向側の隣の吸収領域112bとこの画素71のY軸方向に延びる辺の延長線との交点を点Aとし、この画素71の(+X、−Y)側の角部を点Cとし、点Bから点Aを含む吸収領域212bの中心線に下ろした垂線の足を点Dとする。仮に、異方性散乱シート6を設けなければ、点A及び点Bを結ぶ直線8はモアレが延びる方向となる。このモアレの方向とX軸方向とのなす角度を角度βとし、ルーバ212の吸収領域212bの配列ピッチをPvとし、画素71の配列ピッチをPxとすると、直角三角形ABCの斜辺ABと直角三角形ABDの斜辺ABとが共通であることから、下記数式4が成立する。そして、下記数式4を整理すると、角度βが下記数式5のように表せる。
Figure 2006308700
Figure 2006308700
上記数式5に角度αとして20度、ルーバの吸収領域のピッチPvとして160μm、画素ピッチPxとして150μmを代入すると、モアレのX軸方向からの角度βは70度と算出される。即ち、図11に示すように、モアレの方向は、+X方向から+Y方向に向かって70度傾斜している。一方、角度αは20度であるから、吸収領域212bが延びる方向は、+X方向から−Y方向に向かって20度傾斜している。このため、モアレの方向と吸収領域が延びる方向とのなす角度は90度となる。また、モアレの配列方向はモアレの方向と直交する方向であるから、+X方向から−Y方向に向かって20度傾斜した方向になる。そして、ルーバ212の光線規制方向は吸収領域が延びる方向と直交する方向であるから、+X方向から+Y方向に向かって70度傾斜した方向になる。従って、モアレの配列方向はルーバ212の光線規制方向と直交する。
そして、前述のように、異方性散乱構造621における凹凸が最大である方向、即ち、散乱が最大になる方向は、+X方向から−Y方向に向かって角度α、例えば20度傾斜した方向である。この方向は、モアレの配列方向と等しいため、モアレをぼかす効果が最大になる。また、異方性散乱構造621における凹凸が最小である方向、即ち、散乱が最小になる方向は、+X方向から+Y方向に向かって角度β、即ち70度傾斜した方向である。この方向は、ルーバ212の光線規制方向と等しいため、ルーバ212による光線規制効果を損なう影響は最小となる。このため、ルーバの光線方向規制効果に及ぼす影響を最小に抑えつつ、最大の効率でモアレを低減することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、上述の如く、ルーバの光線方向を規制する効果を損なう影響を最小に抑えつつ、最大の効率でモアレを低減することができる。また、異方性散乱シートが不要となるために、表示装置を薄型化できる。更に、異方性散乱手段、ルーバ及び透過型液晶パネルが光学的に密着しているために、空気層による干渉縞の発生を防止でき、表示品質をより優れたものとすることができる。更にまた、表示パネルの使用者側にルーバが設けられ、このルーバに異方性散乱構造が形成されているため、使用者は状況に応じて異方性散乱構造付ルーバを容易に着脱できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、上述の説明では、角度αが20度、ルーバの吸収領域のピッチPvが160μm、画素ピッチPxが150μmである場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。ピッチPv及びPxが任意の値をとる場合に、上記数式5に基づいて、(α+β)の値が90度となるような角度αを設定すれば、上述の例と同様な効果を得ることができる。
また、本実施形態においては、異方性散乱構造がルーバの使用者側の面に形成されている例を示したが、本発明はこの配置に限定されるものではない。一例では、長い繊維が配向されて塗布された異方性散乱粘着層により、ルーバが透過型液晶パネルに対して固定されていてもよく、透過型液晶パネルに異方性散乱層が内蔵されていてもよい。後者の例としては、透過型液晶パネルの光源装置側の面に異方性散乱構造が形成されていてもよく、透過型液晶パネルの偏光板等の光学シートが、異方性散乱粘着層により透過型液晶パネルのガラス基板に固定されていてもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。粘着層に異方性散乱を持たせた場合には、光線方向規制素子の表面に異方性散乱手段を設ける必要がなく、低コスト化が可能である。
更に、本実施形態においては、表示パネルの使用者側にルーバ及び異方性散乱構造が配置されているため、表示パネルは透過型液晶パネルに限定されず、各画素に透過領域が形成されていない反射型の液晶パネルを使用することもできる。また、液晶パネルに限定されず、バックライトを使用しない自発光型の表示パネルを使用してもよい。このような自発光型の表示パネルの例としては、有機エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネル、CRT表示パネル、LED表示パネル、フィールドエミッション表示パネル、又はPALC(Plasma Address Liquid Crystal:プラズマ・アドレス液晶)等がある。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図12は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図13は図12に示す表示装置の異方性散乱構造を示す上面図であり、図14は図12に示す表示装置においてルーバの光線規制方向と異方性散乱構造の散乱方向との関係を示す上面図である。本実施形態に係る表示装置は、前述の第2の表示装置と比較して、異方性散乱構造の長手方向と前述の第1の実施形態と同様にY軸方向とした点が異なっている。
即ち、図12に示すように、本実施形態に係る表示装置22においては、前述の第2の実施形態と同様に、導光板3、透過型液晶パネル7及びルーバ213が、+Z方向、即ち使用者側に向かってこの順に設けられている。また、導光板3の側方には光源51が設けられている。そして、ルーバ213の光線規制方向は、画素の配列方向に対して傾斜しており、例えば、Y軸方向に対して20度傾斜している。また、ルーバ213の+Z方向側の表面には、異方性散乱構造631が形成されている。但し、図13に示すように、異方性散乱構造631の長手方向はY軸方向となっている。この結果、図14に示すように、異方性散乱構造631の長手方向とルーバ213の光線規制方向とのなす角度は、例えば20度となる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第2の実施形態と同様である。
本実施形態においては、前述の第1の実施形態と同様に、ルーバ213の光線規制方向を液晶パネル7の画素配列方向から傾斜させることにより、モアレの配列方向をルーバ213の光線規制方向から異ならせ、その上で、異方性散乱構造631が入射された光を光線規制方向にはあまり散乱させずに、モアレの配列方向に大きく散乱させることにより、ルーバによる光線規制効果を大きく損なうことなく、モアレを低減することができる。この結果、光の正面方向への指向性を高めて覗き見を防止する効果を得ながら、優れた表示品質を実現することができる。
また、異方性散乱構造631による異方性散乱効果はX軸方向に関して対称であるため、ルーバ213による光線規制効果の左右非対称性をある程度補償して、ルーバの傾斜配置に起因する違和感を低減することができる。
更に、前述の第2の実施形態と同様に、本実施形態においては、異方性散乱シートが設けられていないため、表示装置の厚さを低減できる。更にまた、異方性散乱手段、ルーバ及び透過型液晶パネルが光学的に密着しているために、空気層による干渉縞の発生を防止でき、表示品質をより一層向上させることができる。更にまた、表示パネルの使用者側にルーバが設けられ、このルーバに異方性散乱構造が形成されているため、使用者は状況に応じて異方性散乱構造付ルーバを容易に着脱できる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図15は本実施形態に係る表示装置を示す斜視図であり、図16は図15に示す表示装置の異方性散乱シートを示す斜視図である。図15及び図16に示すように、本第4実施形態に係る表示装置23は、前述の第1の実施形態と比較して、異方性散乱シートが一次元のプリズムシート64であり、異方性散乱構造が一次元配列プリズム構造641である点が異なっている。プリズムシート64においては、各プリズムが延びる方向はY軸方向であり、従って、プリズムの配列方向はX軸方向である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
上述の如く構成された本第4実施形態においては、一次元配列プリズム構造641が一次元の散乱効果を奏し、その散乱効果を奏する方向がモアレを低減する方向に設定されているため、覗き見を防止する効果を大幅に損なわずにモアレを低減して優れた表示品質を実現することができる。また、前述の第1の実施形態における異方性散乱シートと比較して、プリズムの長手方向には散乱効果を持たないため、散乱が極めて高い異方性を持つ。この結果、ルーバの光線方向規制効果を損なう弊害が少ない。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本第4の実施形態の変形例について説明する。図17は、本変形例における異方性散乱シートを示す斜視図である。図17に示すように、本変形例においては、異方性散乱シートとして、異方性散乱構造としてのシリンドリカルレンズ651が一次元的に配列されたレンチキュラレンズ65が設けられている。この場合は、シリンドリカルレンズ651の配列方向は、散乱効果を実現したい方向とすればよい。例えば、本変形例においては、シリンドリカルレンズ651の配列方向は、モアレの配列方向であるX軸方向となっている。これにより、前述の第4の実施形態と同様な効果を得ることができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第4の実施形態と同様である。
なお、前述の第4の実施形態及びその変形例においては、ルーバとは別にプリズムシート又はレンチキュラレンズを設ける例を示したが、ルーバの表面に一次元配列プリズム構造641を直接形成してもよく、ルーバの表面にシリンドリカルレンズ651を直接形成してもよい。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図18は本実施形態に係る表示装置を示す断面図であり、図19は図18に示す表示装置における透明・散乱切替素子を示す断面図である。図18に示すように、本実施形態の表示装置24は、前述の第1の実施形態と比較して、異方性散乱シート61と透過型液晶パネル7との間に透明・散乱切替素子122が設けられている点が異なっている。本実施形態の表示装置は、透明・散乱切替素子122の透明・散乱切替動作により、表示を視認できる角度範囲を狭くして覗き見を防止する狭視野角表示と、表示を視認できる角度範囲を広くして複数人で同時に鑑賞し他人と情報を共有することを可能とする広視野角表示と、が切替可能となっている。本実施形態における透明・散乱切替素子122以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
即ち、本実施形態に係る表示装置24には光源装置14が設けられており、この光源装置14においては、導光板3、ルーバ112、異方性散乱シート61、透明・散乱切替素子122が+Z方向に向かってこの順に設けられており、導光板3の側方には光源51が設けられている。また、光源装置14の+Z方向側には透過型液晶パネル7が設けられている。
図19に示すように、透明・散乱切替素子122においては、相互に離隔して且つ平行に配置された一対の透明基板109が設けられており、各透明基板109における他の透明基板109に対向する側の表面上の全面には、電極110が設けられている。そして、一対の透明基板109間にはPDLC(Polymer Dispersed Liquid-Crystal:ポリマー分散液晶)層111が設けられている。PDLC層111は、高分子マトリクス111a中に液晶分子111bが分散されたものであり、例えば光硬化性樹脂と液晶材料との混合物を露光して硬化させることにより形成されたものである。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。本実施形態において、光源51から出射した光が異方性散乱シート61を通過するまでの動作は、前述の第1の実施形態と同様である。即ち、光源51から出射した光は、導光板3の光出射面43から面状に出射され、ルーバ112の光線規制方向において指向性を高められ、異方性散乱シート61においてX軸方向に選択的に散乱される。そして、異方性散乱シート61を出射した光は、透明・散乱切替素子122に入射する。
透明・散乱切替素子122においては、一対の電極110によってその間に挟まれているPDLC層111に電圧を印加することにより、PDLC層111中の液晶分子111bの配向状態を変化させることができる。これにより、透明・散乱切替素子122は、入射された光をそのまま透過させるか又は散乱させて、透過型液晶パネル7に対して出射する。
先ず、広視野角表示を行う場合について説明する。広視野角表示の場合には、PDLC層111に電圧は印加されない。そのため、PDLC層111は、高分子マトリクス111a中に液晶分子111bがランダムに分散した状態となり、入射された光は液晶分子111bによって散乱される。従って、高指向性の光はPDLC層111によって均一に散乱されて、広い角度範囲に分散される。即ち、ルーバ112によって指向性が高くなった光は、透明・散乱切替素子122によって散乱されて指向性が低下し、広角の光となる。この広範囲に広がった分布の光は、透過型液晶パネル7に入射し、画像を付加されて広角の光のまま出射する。このようにして、広視野角で画像が表示される。
次に、狭視野角表示を行う場合について説明する。狭視野角表示の場合でも、光が透明・散乱切替素子122に入射されるまでの動作は、広視野角表示の動作と同様である。狭視野角表示においては、PDLC層111に所定の電圧が印加される。これによりPDLC層111は、高分子マトリクス111aの中に分散された液晶分子111bが配向して透明状態になる。この結果、透明・散乱切替素子122に入射された指向性が高い光は、透明・散乱切替素子122をそのまま透過する。即ち、ルーバ112によって光線規制方向の指向性が高められた光は、高指向性を保った分布の状態で透明・散乱切替素子122から出射される。そして、この高指向性の光は、透過型液晶パネル7に入射して画像が付加され、高指向性のまま出射する。このようにして、狭視野角で画像が表示される。
上述の如く構成された本第5実施形態においては、異方性散乱シートによりルーバと透過型液晶表示パネルとのモアレを低減して表示品質を向上した上で、視認角度範囲が広く複数人で同時に鑑賞できる広視野角表示と、視認角度範囲が狭く使用者のみが視認できる狭視野角表示とを切り替えることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、透明・散乱切替素子とルーバとの間に異方性散乱シートが配置されるものとして説明したが、必ずしもこの順に限定されるものではなく、同様の効果を有する範囲において適宜順序を変更して配置してもよい。例えば、使用者側から順に、透過型液晶パネル、異方性散乱シート、透明・散乱切替素子、ルーバの順でもよい。また、異方性散乱構造は、前述の第2の実施形態のように、ルーバ又は透明・散乱切替素子の表面に形成されていてもよい。更に、ルーバと透明・散乱切替素子とが異方性散乱粘着層により固定されていてもよい。
また、本発明の光源装置と組み合わせて使用する液晶パネルは、視野角依存性が少ないものが好ましい。これは、広視野角表示時の階調反転を抑制できるためである。このような液晶パネルのモードの例としては、横電界モードではIPS(インプレイン・スイッチング)方式、FFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)方式、AFFS(アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等が挙げられる。また、垂直配向モードではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたMVA(マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、PVA(パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式、ASV(アドヴァンスト・スーパー・ヴイ)方式等が挙げられる。更に、フィルム補償TNモードの液晶表示パネルも好適に使用することができる。
更に、透明・散乱切替素子は、PDLC層を備えるものに限定されず、透明状態と散乱状態とをスイッチングできる素子であれば、どのようなものでも使用できる。一例として、ポリマーネットワーク液晶(PNLC)を使用した素子、及びダイナミック・スキャッタリング(DS)を使用した素子を挙げることができる。また、前述のPDLC層には、電圧を印加していないときは散乱状態であり、電圧印加時には透明状態であるものを使用している。これにより、透明・散乱素子は、入射された光を散乱する状態のときには電力を消費しないため、バックライト光源にその分の電力を割り当てられ、散乱状態時に光源装置の明るさを向上させることができる。但し、電圧を印加していないときは透明状態であり、電圧印加時には散乱状態であるPDLC層を使用してもよい。このようなPDLC層は、光硬化性樹脂と液晶材料との混合物に電圧を印加しながら露光して硬化させることにより得ることができる。これにより、携帯情報端末において使用頻度が高い狭視野表示時に、PDLC層に電圧を印加する必要がなく、電力消費を抑制することができる。また、PDLC層に使用する液晶分子としてコレステリック液晶又は強誘電性液晶等を用いてもよい。これらの液晶は、印加電圧をオフにしても電圧を印加していたときの配向状態を保持するメモリー性がある。このようなPDLC層を使用することにより、消費電力を低減することが可能となる。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図20は本実施形態に係る表示装置を示す断面図である。図20に示すように、本実施形態の表示装置25は、前述の第5の実施形態と比較して、異方性散乱シートが設けられておらず、その替わりに透明・散乱切替素子222が散乱異方性を持つ点が異なっている。即ち、透明・散乱切替素子222は、少なくとも透明状態において、Y軸方向よりもX軸方向への散乱が大きくなっている。このような透明・散乱切替素子222は、例えば、Y軸方向とX軸方向とでポリマーと液晶との比率が異なるポリマーネットワーク液晶(PNLC)層によって構成することができる。又は、液晶ドロップレットがポリマー中でY軸方向に細長く延伸されたPDLC層によって構成してもよい。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。図21は、横軸にPNLC層に印加する電圧をとり、縦軸にこのPNLC層のヘイズ(HAZE:曇価)をとって、X軸方向及びY軸方向におけるPNLC層のヘイズの電圧依存性を示すグラフ図である。図21に示すように、PNLC層のヘイズは、X軸方向及びY軸方向の双方において、電圧無印加時が最も大きく、印加電圧の増加に伴って減少する。そして、全電圧範囲にわたって、ヘイズの絶対値はX軸方向の方がY軸方向よりも大きくなっている。即ち、印加電圧にかかわらず、X軸方向の方がY軸方向よりも散乱が大きくなっている。
本実施形態においては、透明・散乱切替素子222が主としてX軸方向に光を散乱させるため、ルーバ112による光線方向規制効果を大きく損なうことなく、ルーバと透過型液晶パネルの画素とにより生じるX軸方向に配列されたモアレをぼかすことができる。このように、本実施形態に係る表示装置は、広視野角表示と狭視野角表示とを自在に切替可能であると共に、特に狭視野角表示時に発生するモアレを低減して表示品質を向上させることができる。また、本実施形態の表示装置においては、透明・散乱切替素子が異方性散乱素子の役割を果たすために、異方性散乱シート等を設ける必要がなく、薄型化、低コスト化が可能である。
本発明は、携帯電話、PDA、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ及びノート型パーソナルコンピュータ等の携帯端末装置の表示装置、並びにキャッシュディスペンサ、自動販売機、モニタ及びテレビジョン受像機等の固定型の端末装置の表示装置に好適に利用することができる。
本発明の第1の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 図1に示す表示装置の光線方向規制素子であるルーバを示す上面図である。 図1に示す表示装置の異方性散乱シートを示す上面図である。 ルーバの光線規制方向と異方性拡散シートの散乱方向との関係を示す上面図である。 本実施形態に係る端末装置を示す斜視図である。 本実施形態におけるルーバの光線規制方向と透過型液晶パネルの画素配列方向との関係を示す上面図である。 横軸に角度αをとり、縦軸に角度βをとって、上記数式3を角度αについてプロットしたグラフ図である。 本発明の第2の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 ルーバの表面に形成された異方性散乱構造を示す上面図である。 ルーバと異方性散乱構造との配置関係を示す上面図である。 本実施形態におけるルーバの光線規制方向と透過型液晶パネルの画素配列方向との関係を示す上面図である。 本発明の第3の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 図12に示す表示装置の異方性散乱構造を示す上面図である。 図12に示す表示装置においてルーバの光線規制方向と異方性散乱構造の散乱方向との関係を示す上面図である。 本発明の第4の実施形態に係る表示装置を示す斜視図である。 図15に示す表示装置の異方性散乱シートを示す斜視図である。 第4の実施形態の変形例における異方性散乱シートを示す斜視図である。 本発明の第5の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 図18に示す表示装置における透明・散乱切替素子を示す断面図である。 本発明の第6の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 横軸にPNLC層に印加する電圧をとり、縦軸にこのPNLC層のヘイズをとって、X軸方向及びY軸方向におけるPNLC層のヘイズの電圧依存性を示すグラフ図である。 特許文献1に記載されている従来の覗き見防止体を示す断面図である。 特許文献2に記載されている従来のライトコントロールフィルムを備えたラスター表示装置を示す図である。 表示装置の表示面に対するライトコントロールフィルムの配置を示す上面図である。 横軸に表示装置のラスターとライトコントロールフィルムのストライプのなす角度βをとり、縦軸にモアレ縞のピッチpをとって、角度βとピッチPとの関係を示すグラフ図である。
符号の説明
1、11、12、13、14、15;光源装置
2、21、22、23、24、25;表示装置
3;導光板
43;光出射面
51;光源
61;異方性散乱シート
611、621、631;異方性散乱構造
64;プリズムシート
641;一次元配列プリズム構造
65;レンチキュラレンズ
651;シリンドリカルレンズ
7;透過型液晶パネル
71;画素
9;携帯電話
112、212、213;ルーバ
112a、212a、213a;透明領域
112b、212b、213b;吸収領域
122、222;透明・散乱切替素子
109;透明基板
110;電極
111;PDLC層
111a;高分子マトリクス
111b;液晶分子
1101;防眩層
1102;透明シリコーンゴムシート
1103;着色シリコーンゴムシート
1110;貼着層
1111;透光性粘着面
1120;シリコーン接着層
1130;透光層
3101;車両状態検出手段
3102;ラスター表示器
3103;情報表示コントローラ
3104;ライトコントロールフィルム
3105;使用者
3106;操作入力手段
α、β;角度
Px;画素の配列ピッチ
Pv;吸収領域の配列ピッチ

Claims (56)

  1. 複数の画素がマトリクス状に配列された表示パネルと、この表示パネルに入射する光又はこの表示パネルから出射する光の経路に介在し前記画素の配列方向とは異なる第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、入射した光を前記第1の方向よりも前記表示パネルと前記光線方向規制素子とにより生じるモアレの配列方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする表示装置。
  2. 前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記画素の配列方向のうちの1つの方向であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記第1の方向に直交する方向であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記光の経路に沿って、前記表示パネル、前記光線方向規制素子及び前記異方性散乱手段がこの順に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記光の経路に沿って、前記表示パネル、前記異方性散乱手段及び前記光線方向規制素子がこの順に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記光の経路に沿って、前記光線方向規制素子、前記異方性散乱手段及び前記表示パネルがこの順に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 前記光を面状に出射する面状光源を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凸部と、を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズムシートであることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  10. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズであることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  11. 前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凹部と、を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面又は前記表示パネルの表面に形成された凸部であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズム構造であることを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  14. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズ構造であることを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  15. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面又は前記表示パネルの表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
  16. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子を前記表示パネルに貼付する異方性散乱粘着層であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の表示装置。
  17. 前記異方性散乱手段は、前記表示パネルの内部に配置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1項に記載の表示装置。
  18. 前記表示パネルは光学フィルムを有し、前記異方性散乱手段は前記光学フィルムを前記表示パネルの基板に固定する異方性散乱粘着層であることを特徴とする請求項17に記載の表示装置。
  19. 前記表示パネルに入射する光の経路に介在し、入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子を有することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の表示装置。
  20. 前記異方性散乱手段は、前記透明・散乱切替素子を前記光線方向規制素子に貼付する異方性散乱粘着層であることを特徴とする請求項19に記載の表示装置。
  21. 前記表示パネルが液晶パネルであることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の表示装置。
  22. 前記液晶表示パネルは、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償TNモードの液晶表示パネルであることを特徴とする請求項21に記載の表示装置。
  23. 第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、複数の画素が前記第1の方向とは異なる方向にマトリクス状に配列され前記透明・散乱切替素子から入射した光を透過させることにより画像を表示する表示パネルと、を有し、前記透明・散乱切替素子は、前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも前記表示パネルと前記光線方向規制素子とにより生じるモアレの配列方向に大きく散乱させるものであることを特徴とする表示装置。
  24. 前記表示パネルが液晶パネルであることを特徴とする請求項23に記載の表示装置。
  25. 前記液晶表示パネルは、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償TNモードの液晶表示パネルであることを特徴とする請求項24に記載の表示装置。
  26. 請求項1乃至22のいずれか1項に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置。
  27. 前記異方性散乱手段による光の散乱が最大となる方向が、前記端末装置の画面の垂直方向であることを特徴とする請求項26に記載の端末装置。
  28. 請求項23乃至25のいずれか1項に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置。
  29. 前記透明・散乱切替素子が前記光を透過する状態であるときに、前記透明・散乱切替素子による光の散乱が最大となる方向が、前記端末装置の画面の垂直方向であることを特徴とする請求項28に記載の端末装置。
  30. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項26乃至29のいずれか1項に記載の端末装置。
  31. 光を面状に出射する面状光源と、前記光の経路に介在し第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする光源装置。
  32. 前記面状光源の発光面の形状が矩形であり、前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記矩形のいずれか1辺が延びる方向と平行であることを特徴とする請求項31に記載の光源装置。
  33. 前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記第1の方向に直交する方向であることを特徴とする請求項31に記載の光源装置。
  34. 前記面状光源、前記光線方向規制素子及び前記異方性散乱手段が、この順に配置されていることを特徴とする請求項31乃至33のいずれか1項に記載の光源装置。
  35. 前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凸部と、を有することを特徴とする請求項31乃至34のいずれか1項に記載の光源装置。
  36. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズムシートであることを特徴とする請求項35に記載の光源装置。
  37. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズであることを特徴とする請求項35に記載の光源装置。
  38. 前記異方性散乱手段は、透明基板と、この透明基板の表面に形成され一方向に延びる凹部と、を有することを特徴とする請求項31乃至34のいずれか1項に記載の光源装置。
  39. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面に形成された凸部であることを特徴とする請求項31乃至34のいずれか1項に記載の光源装置。
  40. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズム構造であることを特徴とする請求項39に記載の光源装置。
  41. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズ構造であることを特徴とする請求項39に記載の光源装置。
  42. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項31乃至34のいずれか1項に記載の光源装置。
  43. 前記面状光源が出射する光の経路に介在し、入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子を有することを特徴とする請求項31乃至42のいずれか1項に記載の光源装置。
  44. 前記異方性散乱手段は、前記透明・散乱切替素子を前記光線方向規制素子に貼付する異方性散乱粘着層であることを特徴とする請求項43に記載の光源装置。
  45. 光を面状に出射する面状光源と、前記光の経路に介在し第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、を有し、前記透明・散乱切替素子は、前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させるものであることを特徴とする光源装置。
  46. 第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備えた光線方向規制素子と、この光線方向規制素子の表面に一体的に形成され入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる異方性散乱手段と、を有することを特徴とする光学部材。
  47. 前記光線方向規制素子の外形の形状が矩形であり、前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記矩形のいずれか1辺が延びる方向と平行であることを特徴とする請求項46に記載の光学部材。
  48. 前記異方性散乱手段による散乱が最大となる方向が、前記第1の方向に直交する方向であることを特徴とする請求項46に記載の光学部材。
  49. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面に形成された凸部であることを特徴とする請求項46乃至48のいずれか1項に記載の光学部材。
  50. 前記異方性散乱手段は、前記光線方向規制素子の表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項46乃至48のいずれか1項に記載の光学部材。
  51. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のプリズムが相互に平行に配列された一次元配列プリズム構造であることを特徴とする請求項46乃至48のいずれか1項に記載の光学部材。
  52. 前記異方性散乱手段は、一方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが相互に平行に配列されたレンチキュラレンズ構造であることを特徴とする請求項46乃至48のいずれか1項に記載の光学部材。
  53. 前記異方性散乱手段は異方性散乱粘着層であることを特徴とする請求項46乃至48のいずれか1項に記載の光学部材。
  54. 入射した光を透過する状態と散乱する状態とに切替可能な透明・散乱切替素子を有することを特徴とする請求項46乃至53のいずれか1項に記載の光学部材。
  55. 前記異方性散乱手段は異方性散乱粘着層であり、この異方性散乱粘着層により前記光線方向規制素子と前記透明・散乱切替素子とが相互に貼合されていることを特徴とする請求項54に記載の光学部材。
  56. 第1の方向に沿って交互に配列された夫々複数の透明領域及び光吸収領域を備え前記光を透過する状態であるときに、入射した光を前記第1の方向よりも他の方向に大きく散乱させる光線方向規制素子を有することを特徴とする光学部材。
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