JP2007316289A - 透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易であって、モアレ縞が発生しない透過型表示装置を提供する。
【解決手段】単位光学形状１４１〜１４６を有した光学形状群１４０を繰り返し配列する。単位光学形状１４１〜１４６は、隣り合う単位光学形同士で幅が異なっている。また、光学形状群１４０の並ぶピッチＰ１４０は、光学形状群１４０の並ぶ垂直方向におけるＬＣＤパネル１１の画素１１ａの並ぶピッチＰＬの３．５倍以上とする。さらに、単位光学形状の先端には、曲面部を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置等の透過型表示装置に関するものである。

液晶表示装置に使用される液晶表示部は、画素が規則的に配列されている。また、液晶表示部を背面から照明する面光源装置には、例えばレンチキュラーレンズ等の微細な単位光学形状を多数規則的に配列した光学シートが用いられることが多い。そしてこれらを重ねて使用すると、モアレ縞（以下、モアレ）が発生する場合があった。

特許文献１には、画素の並ぶピッチとプリズムシートのピッチとの関係を規定して、モアレの発生を防止する技術が開示されている。具体的には、特許文献１に記載の技術では、特許文献１の実施例に記載されているように、画素のピッチ（特許文献１の実施例１では、Ｐ_L＝１５０μｍ）に対してプリズムシートのピッチ（特許文献１の実施例１では、Ｐ_P＝３０μｍ）が１／５程度となっている。

しかし、特許文献１に開示される技術では、液晶表示部のピッチを変更しない場合には、重ねて使用する光学シートの単位光学形状のピッチが非常に細かくなり、製造が困難であるという問題があった。
なお、特許文献１に記載されているような微細な単位光学形状を多数規則的に配列した光学シートを製造するには、紫外線硬化型樹脂等の光硬化型樹脂を使用すれば、製造が可能である。しかし、光硬化型樹脂を使用して光学シートを製造すると、製造工程が複雑になり、大量生産が困難であるという問題があった。よって、得られる光学シートの価格も高価になってしまうという問題があった。

一方、簡単かつ安価に光学シートを製造する方法として、押し出し成形が使用されている。しかし、押し出し成形により精密に成形可能な単位光学形状のピッチは０．２ｍｍ程度までで、それ以下になると精密な成形が困難となり、結果として光学特性が劣化する。特にピッチが０．０５ｍｍ以下では、ほとんど単位形状の形成が不可能となる。したがって、上述のように画素ピッチの１／５程度のピッチで配列された単位光学形状を有する光学シートは、押し出し成形によっては、生産が困難である。よって、現状では、押し出し成形により製造された光学シートを使用した面光源装置を有する透過型の液晶表示装置は、存在していない。
仮に、押し出し成形により製造された光学シートを透過型の液晶表示装置に使用する場合には、液晶表示部の種類毎（画素ピッチ毎）に、光学シートを多数試作し、モアレの発生しない単位光学形状のピッチを確認した上で、液晶表示部の種類毎（画素ピッチ毎）に、専用の光学シートを作製する必要があり、製造単価の上昇を招くと推測され、簡単かつ安価に光学シートを製造可能な押し出し成形の利点が相殺されてしまう。
特開２００６−５８５３３号公報

本発明の課題は、製造が容易であって、モアレ縞が発生しない透過型表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、照明光を発光する光源部（１１，１２）と、前記照明光が通過する位置に配置された光学シート（１４）と、前記光学シートを通過した前記照明光により背面から照明されて映像を表示する透過型表示部（１１）と、を備えた透過型表示装置であって、前記光学シートには、光学形状群（１４０）が１次元又は２次元方向に繰り返し配列されており、前記光学形状群は、配列方向の幅が異なる複数の単位光学形状（１４１〜１４６）が規則的に配列され形成されていること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の透過型表示装置において、前記光学形状群（１４０）の並ぶ方向における前記光学形状群の幅は、前記光学形状群の並ぶ方向と同一方向での前記透過型表示部（１１）の１画素ピッチの３．５倍以上であること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項３の発明は、請求項２に記載の透過型表示装置において、前記光学形状群（１４０）の並ぶ方向における前記光学形状群の幅は、１０ｍｍ以下であること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、前記単位光学形状（１４１〜１４６）の幅は、０．０７ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、前記光学シート（１４）は、熱可塑性樹脂により形成されていること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の透過型表示装置において、前記単位光学形状（１４１〜１４６）の先端部分には、曲率半径０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の曲面部が形成されていること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の透過型表示装置において、前記単位光学形状（１４１〜１４６）は、平面部を有すること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の透過型表示装置において、前記単位光学形状（１４１〜１４６）は、凸形状であって、凸形状の先端部分に前記曲面部を有し、前記曲面部の両側に前記平面部を有すること、を特徴とする透過型表示装置（１０）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）光学シートには、光学形状群が１次元又は２次元方向に繰り返し配列されており、光学形状群は、配列方向の幅が異なる複数の単位光学形状が規則的に配列され形成されているので、モアレの発生を防止できる。

（２）光学形状群の並ぶ方向における光学形状群の幅は、光学形状群の並ぶ方向と同一方向での透過型表示部の１画素ピッチの３．５倍以上であるので、モアレの発生を防止できる。

（３）光学形状群の並ぶ方向における光学形状群の幅は、１０ｍｍ以下であるので、光学形状群の幅に対応して発生する輝度ムラが視認されることを防止できる。

（４）単位光学形状の幅は、０．０７ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であるので、押し出し成形により成形可能である。

（５）光学シートは、熱可塑性樹脂により形成されているので、押し出し成形等により容易に製造できる。

（６）単位光学形状の先端部分には、曲率半径０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の曲面部が形成されているので、押し出し成形により容易に成形できる。また、光制御シートと重ねて配置されるシートに対して傷が付いたり、光制御シートの単位光学形状の頂点が欠けたりすることを防止できる。

（７）単位光学形状は、平面部を有するので、集光効果が高く、正面輝度の高い表示を行える。

（８）単位光学形状は、凸形状であって、凸形状の先端部分に曲面部を有し、曲面部の両側に平面部を有するので、照明光を効率よく集光でき、また、製造を容易に行える。

製造が容易であって、モアレ縞が発生しない透過型表示装置を提供するという目的を、配列方向の幅が異なる複数の単位光学形状が規則的に配列され形成された光学形状群を繰り返し配列することにより実現した。

図１は、本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
本実施例における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１，反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，乳白板１５，表面コート拡散シート１６等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，乳白板１５，表面コート拡散シート１６が該当している。

ＬＣＤパネル１１は、透過型の液晶表示素子により形成されており、２６インチサイズ、９６０×７２０ドットの表示を行うことができる。ＬＣＤパネル１１は、発光管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、発光管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
図２は、ＬＣＤパネル１１に設けられた画素を模式的に示した平面図である。
ＬＣＤパネル１１には、使用状態における水平方向に、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色に対応したサブ画素１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが並んでおり、このサブ画素１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで１つの画素１１ａを形成している。なお、図２では、分かりやすくするために、サブ画素１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが密着して示したが、実際には、これらは一定の間隔を持って配置されている。
本実施例のＬＣＤパネル１１は、使用状態における垂直方向に、画素１１ａがピッチＰＬ＝０．５５ｍｍで並んで配置されている。

図１に戻って、発光管１３は、面光源装置の光源部を形成する線光源の冷陰極管であり、本実施例では、略６５ｍｍ間隔で等間隔に６本が並列に並べられている。発光管１３の背面には、反射板１２が設けられている。
反射板１２は、発光管１３の光制御シート１４とは反対側（背面側）の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート１４方向（出射方向）へ向かわせ、入射光照度を均一に近付ける働きを持つ。
乳白板１５は、無指向性の光拡散特性を有した拡散板であり、光制御シート１４の光源側に配置されている。
表面コート拡散シート１６は、ＬＣＤパネル１１と光制御シート１４との間に配置され、透明なシートの出射側に拡散ビーズを含んだ拡散剤をコーティングしたシートである。表面コート拡散シート１６は、乳白板１５とは異なり、大きな入射角度で入射する光（拡散光）に対しては、集光効果を発揮し、小さな入射角度で入射する光（非拡散光）に対しては、拡散効果を発揮する。

図３は、光制御シート１４を示す斜視図である。
光制御シート１４は、発光管１３から出射した光の輝度ムラを低減させて均一化するレンズシートであり、出射側に光学形状群１４０が垂直方向に繰り返し並べて配置されている。
図４は、光制御シート１４を図３中に矢印で示したＤ−Ｄ断面で切断した断面図である。
本実施例の光学形状群１４０は、後述するように、実際には、１８個の単位光学形状の集合である。しかし、１８個の単位光学形状の集合を図示すると、不明瞭となるので、図３及び図４では、理解を容易にするために、光学形状群１４０を６個の単位光学形状１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６の集合として示した。まず、光学形状群１４０がこれら６個の単位光学形状１４１〜１４６の集合であるとして概要の説明を行い、その後に、実際の形態について説明する。

図３及び図４に示す光学形状群１４０は、垂直方向に６個の単位光学形状１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６を並べて配置されて形成されている。単位光学形状１４１〜１４６は、何れも頂点の頂角が９０°のプリズム形状を基本としている。そして、この頂点には、幅０．０３ｍｍの範囲に、曲率半径０．０５ｍｍの曲面部が形成されている。
また、単位光学形状１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６の使用状態における垂直方向の幅である単位ピッチは、それぞれ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６であり、Ｐ３＜Ｐ２＝Ｐ４＜Ｐ１＝Ｐ５＜Ｐ６の関係となっている。これら単位光学形状１４１〜１４６が順番に並んで、ピッチＰ１４０＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６の光学形状群１４０が形成されている。

次に、本実施例の実際の光学形状群１４０について説明する。実際の光学形状群１４０は、１８個の単位光学形状の集合となっている。１８個の単位光学形状は、使用状態における垂直方向の幅（単位ピッチ）が異なる物が整然と単位ピッチの大きさ順で並んでいる。

表１は、本実施例の実際の光学形状群１４０に形成された単位光学形状の単位ピッチを配列順に示した表である。
光学形状群１４０は、単位ピッチが０．００５ｍｍだけ異なる単位光学形状が隣り合うように並べて設けられており、単位ピッチＰ１＝０．２１０ｍｍ，Ｐ２＝０．２０５ｍｍ，・・・Ｐ８＝０．１７５ｍｍ，Ｐ９＝０．１７０ｍｍ，Ｐ１０＝０．１７５ｍｍ，・・・Ｐ１７＝０．２１０ｍｍ，Ｐ１８＝０．２１５ｍｍと並べられている。これら１８個の単位光学形状が並べられるので、光学形状群１４０の群ピッチＰ１４０＝３．４６５ｍｍとなっている。なお、本実施例の光制御シート１４の厚さは、最も高さの高い頂点から入射側の面までの厚さで０．５ｍｍである。

上述のように、本実施例では、１つの光学形状群１４０中では、同じ幅の単位光学形状が隣り合って並べて設けられることはない。したがって、同じ幅の単位光学形状が隣り合って並ぶことによりモアレが発生することはない。
ただし、光学形状群１４０が繰り返し配置されるので、この光学形状群１４０が、モアレの発生要因となる同じ幅の繰り返しパターンとなり得る。
しかし、本実施例では、光学形状群１４０の群ピッチＰ１４０＝３．４６５ｍｍであり、垂直方向におけるＬＣＤパネル１１の画素１１ａが並ぶピッチＰＬ＝０．５５ｍｍの６．３倍となっている。
一般に、ピッチの異なる２つの繰り返しパターンが重なることにより発生するモアレは、ピッチの比が３．５倍以上あると、殆ど目立たなくなることが知られている。しかし、画素ピッチの１／３．５のピッチで単位光学形状が並ぶ光学シートは、押し出し成形によっては製造することができない。また、画素ピッチの３．５倍以上のピッチで単位光学形状が並ぶ光学シートでは、単位光学形状が大きくなり過ぎ、光学シートの厚さが厚くなり、また、重量の増加も招いてしまう。
本実施例では、このような問題を解決しながら、モアレの発生を抑制できるようなピッチの比（６．３倍）を実現している。

ここで、光学形状群の幅が画素ピッチの３．５倍以上あるとモアレの発生を抑制できることを確認するため、光学形状群の幅を３．２，３．３，３．５，３．７と変化させてモアレの発生状況を確認した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、ピッチ比が３．５以上であると、モアレの発生を抑制できることが確認できた。
このように、モアレの発生を抑制するためには、光学形状群の幅（群ピッチ）は、画素ピッチの３．５倍以上であるとよい。しかし、光学形状群の幅が１０ｍｍを超えた光制御シートを作製したところ、異なる幅の単位光学形状が並べられていることによる輝度ムラが縞状に肉眼で確認された。従って、この輝度ムラを防止するために、光学形状群の幅は、１０ｍｍ以下であることが望ましい。本実施例の光学形状群１４０の幅は、３．４６５ｍｍであるから、この条件を満たしている。

本実施例の光制御シート１４は、熱可塑性樹脂により形成されている。具体的には、光制御シート１４は、屈折率１．４９の透明なＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate：アクリル樹脂）を用いた押し出し成形により形成されている。上述のように、光制御シート１４は、単位光学形状のピッチが最も小さなもので、単位ピッチＰ９＝０．１７０ｍｍであり、押し出し成形によって製造可能な形態となっている。

ここで、光制御シート１４の単位光学形状の幅を、どの程度の寸法とすることが望ましいのかを確認するために、単位光学形状の幅（単位ピッチ）が０．０５ｍｍ，０．０７ｍｍ，０．１ｍｍ，０．１５ｍｍ，０．２ｍｍ，０．５ｍｍとなっている光制御シートを用意し、光制御シートを通過した直後の正面における輝度の測定と、押し出し成形後の形状の確認を行った。その結果を表３に示す。なお、シートの厚さは、本実施例の光制御シート１４と同じ０．５ｍｍとした。また、この評価においては、簡単のため、単位光学形状の幅として示しているのは、幅の異なる単位光学形状の幅を平均した値を示しており、本実施例の光制御シート１４は、０．２ｍｍに相当する。また、表３中の輝度とは、本実施例の光制御シート１４の輝度を基準として示している。

単位光学形状の幅が０．０５ｍｍの場合には、成形された単位光学形状が設計形状から大きく崩れてしまっており、その結果として光学特性が劣化し、輝度低下が激しかった。単位光学形状の幅は、０．０７ｍｍ以上あれば、実使用上問題ないと判断した。
また、単位光学形状の幅が０．５ｍｍの場合には、輝度の結果だけ見ると満足できる物であるが、単位光学形状の境目の一部に裂け目が生じていた。これは、０．５ｍｍの厚さのシートとした場合に、単位光学形状の幅が０．５ｍｍとなると、単位光学形状間の谷部分の厚さが０．２５ｍｍ程度となってしまう上に、谷形状となっていることにより、この谷部分から簡単に避けてしまうからである。よって、少なくとも本実施例の光制御シート１４と同等の厚さの光制御シートでは、単位光学形状の幅は、０．３ｍｍ以下であることが望ましいといえる。
以上の結果から、単位光学形状の幅は、０．０７ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることが、押し出し成形により成形するために望ましい。

また、単位光学形状の先端には、曲面部を形成したので、押し出し成形を容易に行うことができる。さらに、この曲面部を設けたことにより、光制御シート１４の出射側に重ねて配置される表面コート拡散シート１６に対して傷が付いたり、光制御シート１４の単位光学形状の頂点が欠けたりすることも防止できる。
このような効果を得るためには、単位光学形状の先端部分は、曲率半径０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の曲面部を有していることが望ましい。本実施例の曲面部は、曲率半径０．０５ｍｍであり、この条件を満たしている。

本実施例の光制御シート１４のモアレ抑制効果を確認するために、比較例と比較した。比較例として、単位光学形状のピッチが０．２ｍｍで一定である他は、本実施例の光制御シート１４と同一形状のプリズムシートを用意した。また、ＬＣＤパネル１１の他に、垂直方向の画素ピッチが０．５ｍｍのＬＣＤパネルも用意した。
比較例のプリズムシートを本実施例の光制御シート１４の代わりに配置した透過型液晶表示装置では、画素ピッチが０．５ｍｍのＬＣＤパネルと組み合わせた場合には、モアレが発生しなかったが、本実施例のＬＣＤパネル１１（画素ピッチが０．５５ｍｍ）と組み合わせた場合には、モアレが発生した。
一方、本実施例の光制御シート１４を有した透過型液晶表示装置では、画素ピッチが０．５ｍｍのＬＣＤパネルと組み合わせてもモアレの発生がなく、０．５５ｍｍのＬＣＤパネル１１と組み合わせた場合でも、モアレの発生はなかった。

本実施例によれば、画素ピッチの大きさによらず、常にモアレの発生のない状態で、照明光を必要な範囲に集光できる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例において、光学形状群の群ピッチは、ＬＣＤパネルの画素が並ぶピッチの６．３倍となっている例を示したが、これに限らず、光学形状群の群ピッチは、ＬＣＤパネルの画素が並ぶピッチの３．５倍以上であれば、モアレの発生を抑制できる。

（２）本実施例において、光源部には線光源を並べた例を示したが、これに限らず、例えば、点光源を多数並べた光源部であってもよい。また、直下型に限らず、導光板の側面から照明光を入射する、いわゆるサイドライト型の面光源装置を用いてもよい。

（３）本実施例において、光制御シート１４は、単位光学形状が一次元方向に並べて配置されている例を示したが、これに限らず、例えば、単位光学形状が二次元方向に並べて配置されていてもよい。

本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。 ＬＣＤパネル１１に設けられた画素を模式的に示した平面図である。 光制御シート１４を示す斜視図である。 光制御シート１４を図３中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。

符号の説明

１０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４ 光制御シート
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６ 単位光学形状
１５ 乳白板
１６ 表面コート拡散シート

Claims (8)

1. 照明光を発光する光源部と、
   前記照明光が通過する位置に配置された光学シートと、
   前記光学シートを通過した前記照明光により背面から照明されて映像を表示する透過型表示部と、
   を備えた透過型表示装置であって、
   前記光学シートには、光学形状群が１次元又は２次元方向に繰り返し配列されており、
   前記光学形状群は、配列方向の幅が異なる複数の単位光学形状が規則的に配列され形成されていること、
   を特徴とする透過型表示装置。
2. 請求項１に記載の透過型表示装置において、
   前記光学形状群の並ぶ方向における前記光学形状群の幅は、前記光学形状群の並ぶ方向と同一方向での前記透過型表示部の１画素ピッチの３．５倍以上であること、
   を特徴とする透過型表示装置。
3. 請求項２に記載の透過型表示装置において、
   前記光学形状群の並ぶ方向における前記光学形状群の幅は、１０ｍｍ以下であること、
   を特徴とする透過型表示装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、
   前記単位光学形状の幅は、０．０７ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であること、
   を特徴とする透過型表示装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、
   前記光学シートは、熱可塑性樹脂により形成されていること、
   を特徴とする透過型表示装置。
6. 請求項５に記載の透過型表示装置において、
   前記単位光学形状の先端部分には、曲率半径０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の曲面部が形成されていること、
   を特徴とする透過型表示装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の透過型表示装置において、
   前記単位光学形状は、平面部を有すること、
   を特徴とする透過型表示装置。
8. 請求項７に記載の透過型表示装置において、
   前記単位光学形状は、凸形状であって、凸形状の先端部分に前記曲面部を有し、前記曲面部の両側に前記平面部を有すること、
   を特徴とする透過型表示装置。
   

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