JP4552447B2 - 前面板およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

明るい部屋で表示画面を見たときに、外光によるコントラスト（明室コントラスト）の低下を軽減し、画像のボケを軽減した表示装置に係わり、前記表示装置の前面に一体的にまたは別体として構成されて配設され、視認される映像のコントラストを改善する前面板およびそれを用いた表示装置に関する。

従来、発光パターンがランベルト分布に従う自発光型の画素をマトリクス状に配列した表示パネルを用いた表示装置における明るい部屋の中でのコントラスト（以下、「明室コントラスト」と称する）の向上手段としては、映像を映し出す、例えばプラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と省略する）等の表示パネルの前面に、一体的にまたは別体として配設された前面板の透過率τを３５〜７０％程度にして、前面板に入射した部屋の光（以下、「外光」と記す）が前面板の反対面または前記表示パネルで反射されて戻ってくる間に（即ち前面板を２回往復する間に）、外光を減衰させて、表示パネルからの出力光と外光との比を大きくすることでコントラストを向上させる技術がある。このような技術については、例えば特許文献１の２頁右欄段落番号０００９で開示されている。

図１０に示す図を用いて定量的に説明する。図１０において、表示パネル２からの出力光Ｂは、前面板２００を通る間にその値がＢ×τ（τ：透過率）に減少する。一方、外光ｂは、透過率τの前面板２００を往復するので、その間にその大きさはｂ×τ×τとなる。透過率τが０．５の場合、外光の減衰量は大きく、透過率を調整する前面板２００がない場合の０．２５倍となる。このため、明室においてコントラストの高い画面を見ることができる。

その他の明室コントラスト向上手段としては、前面板２００の外光入射面に、外光を反射させない反射防止膜を設ける技術や、微細な凹凸を設けて外光を乱反射させる技術等があり、いづれも外光による映り込みを防止して明室コントラストを向上させるものである。これらの技術は、例えば特許文献２の図４、特許文献３、特許文献４等で開示されている。

なお、図１０の２１０は上記した外光による映り込みを防止する反射防止膜である。反射防止膜２１０の作用で、外光の前面板２００表面での反射が大幅に少なくなる。しかし、前面板２００を透過した外光は前面板２００の反対面または表示パネルで反射されて戻ってきて、前面板から観視者側に出射する。このとき、前面板２００を透過した外光が反射されて戻ってくる間に減衰してなければ、明室コントラストを低下させる。そこで、一般に、反射防止膜は前面板の透過率を下げる改善手段と組合せて用いられ、前面板を透過した外光は透過率τの前面板内に吸収され、前述のように減衰する。

さらに明室でのコントラストを向上するための別の手段としては、音響無響室や電波無響室などの壁面に用いられる、音や電波を反射させずに吸収する楔形突起に類似した例えば円錐台等の錐台状突起を、透過型スクリーンの出射面に形成する技術がある。例えば、特許文献５、特許文献６などで開示されている。

本発明は、特許文献５、特許文献６と非常に関連が深いため、特許文献５の図１，図２を参照して詳細に説明する。

特許文献５の図１，図２において、凸状突起１２の傾斜部１４に外光２３が入射すると、隣接する傾斜部１４との間で図示（点線）のように多重反射を繰り返し減衰する。

一方、スクリーン背面からの投射光２１は凸状突起１２の中を全反射に近い状態で反射・伝播し、減衰が少ない状態で頂上部１３から出力される。即ち、スクリーン背面からの投射光２１を大きく減衰させることなく、ほぼ同等の明るさに保ちながら外光２３の反射光を低減できるので、明室コントラストを良好に向上させることができる。

また、傾斜部１４に光吸収層１５などを塗布すれば、反射光が吸収され、より大きなコントラスト比が得られる。

このように、凸状突起を用いる技術は、明室での画像のコントラストの改善に大きな効果を発揮する。

特開２０００−２０６９３２号公報（段落番号０００９）

特開２００２−８３５４８号公報（図４） 特開平６−１８７９２４号公報 特開平１０−２８３９３９号公報 特開平６−１９４７４１号公報 特開２００３−５０３０７号公報

透過率を低減して明室コントラストを向上させる従来技術の改善手段では、出力光も透過率τ分だけ減少するため、出射光をあらかじめ増大させておく必要がある、という課題がある。もともとの出力輝度の小さな表示パネルや光出力効率の小さな表示パネルに、従来方式を組み合わせるのは厳しい場合がある。

ＣＲＴの場合は、前面板に相当するフェースプレートのガラス生地に、透過率を調整する物質を混入し、透過率を調整するのが一般的であった。一方、ＰＤＰの場合は、透過率の調整以外にも不要輻射の低減効果、色温度調整機能、赤外線低減効果、パネルガラス保護機能などの多くの役割を持たせた前面板が、ＰＤＰの表示パネルガラスの前に装着され製品化されている。いずれの場合にも、透過率を調整することにより、明室コントラスト向上を図っている機能には変わりはないが、発光素子の出射光まで減衰させている、と言う課題はいずれに於いても存在する。

また、前面板の外光入射面に微細な凹凸を用いて明室コントラストを向上させる改善手段は、外光を乱反射することにより、パネルに映り込む像が不明瞭になり、観視者の疲れは小さくなると言われているが、反射した外光の一部は観視者側に戻るため、明室コントラストの低減には余り寄与しない。

そこで、上記の課題を解決するために、上記特許文献５，６等で開示されている凸状突起を表示装置の前面板に適用することを考えてみた。この凸状突起を用いた光学板は、板に入る画像の光が平行光に近い場合に効果が発揮でき、投射型ディスプレイの透過型スクリーンへの応用を前提に考案されたものである。しかしながら、この技術を表示装置に適用すると、以下に述べる懸念がある。

図１１は上記した凸状突起を形成した光学板を前面板として用いた一例を示す。図１１に示すように、例えばＰＤＰ、フィールドエミッションディスプレイ（以下、「ＦＥＤ」と省略する）などの発光パターンがランベルト分布に従う自発光型の表示パネル２の表示面に、突起部１１０’を形成した光学板を接着層３を介して張り付けた場合、ＰＤＰやＦＥＤの表示画素４００から出た光は指向性を持たないため（ランベルト分布）、漏光５００のように隣接表示画素４０１上に形成された隣り合う突起部に入射したり、また、平坦部１５０にぶつかった光が多重反射を繰り返し迷光５０１となり、以下に述べるように、結果的に画像がボケたり、コントラストが低下するという課題がある。

上記特許文献５，６等で開示された凸状突起が形成された光学板の課題を図１１を用いて具体的に以下説明する。

図１１に示すように、突起部１１０’が作られた場合、導光路となる突起部１１０’に入射する光が減少する。突起部に入射できない光は、迷光５０１となり、表示光自身で表示画像のコントラストを劣化させ、画質を低下（ボケ）させる。

さらに、例えば上記特許文献５の図５のように、入射部（突起部の底辺部）を角錐の底辺のような形状とし、平坦部をなくす構造にしても、入射する光が指向性をもった平行光に近い光でなければ、突起部１１０’への光の取り込みが乱れ、光学的なクロストークが発生する。また、前記形状は入射部を角錐形状とし、出射部を円錐形状としてなだらかにつないではいるが、光の反射は複雑となり、指向性の無い光、あるいは指向性のブロードな光が入射した場合は、全反射などの条件が乱れ、光の損出が生じる。これは画質に悪影響を及ぼす。

迷光発生による画質低下、光学的なクロストークおよび光の損失などの課題は、それぞれの突起部１１０’の光の入射部が発光源から離れている構造で、指向性の無い光（ブロードな指向性の場合も含む）を扱うために生じる課題である。特に、例えば上記特許文献５，６の場合は、製法上の制約により、母体となるシートの厚さが厚いために影響は大きい。もともと、同文献で示されたものは、平行光のような指向性のついた光に対しては有効であり、指向性のついた光を扱う投射型ディスプレイの透過型スクリーンの改良技術として考えられたため、ＰＤＰやＦＥＤの表示光のような無指向性の光に対しては、突起部の取り込みの乱れによる迷光の発生、光のロス、クロストークの増加などが大きな課題となる。

上記特許文献５，６では、具体的なシートの作り方についても言及しているが、製法の簡単さからロールによる転写を提案している。ロールによる転写は、大量生産・低コスト化には適している半面、溝を深く形成するには不向きで、提案された方法を適用し、迷光発生による画質低下、光学的なクロストークおよび光の損失などの課題である性能を改善するには困難さが伴った。

さらに、図１１に示すように、突起部１１０’の光取り込み側と光源となる表示画素４００との距離（ｔ１で表示）が離れていると、突起部１１０’の光取り込み面の半径ｒが大きくないと取り込み量は小さくなる。反対に半径ｒを大きくすると取り込み量は増加するが、隣の画素からの漏れ込み量も多くなり、クロストークが増加し、画質劣化、解像度の低下が生ずる。解像度の低下を防ぎ、クロストークを低減するには、突起部の底面のｒは表示画素の大きさに対して十分小さいことが必要であると同時に、光源から光取り込み口（突起部の入射面）までの距離ｔ１が小さい必要がある。

また、上記特許文献５，６で示される製造法では、反射防止のために塗布される反射防止膜の形成も難しく、特に、溝が浅い（ｔ２が小さい）場合は有効であっても、深い溝を必要とする場合は、充填せずに傾斜面に反射防止膜を形成するのは難しい。

本発明は、上記した事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、指向性がないかあるいはブロードな指向性を有する出力光を放射する表示パネルとの組合せにおいて、明室コントラストを向上させるとともに、画素間クロストークや迷光による画質劣化，コントラストの低下を低減できる前面板およびそれを用いた表示装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、複数の画素を有する表示パネルの前面に一体的に構成された、または、別体として配設された外光反射を防止する防眩用の前面板であって、断面積が前記表示パネルからの出射光方向に次第に小さくなる外光反射防止の突起を複数備え、前記突起が前記表示パネルの単位画素面積に対応する領域内に複数含まれる構成とする。

そして、前記突起を光学的に透明な錐台状の繊維状突起とし、前記表示パネルの表面上に植毛された形態で光学的に装着される構成とする。

本発明によれば画質を向上することができる。

以下、本発明について、図を用いて詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する部分には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、その部分の繰り返した説明を省略する。

本発明は、表示装置における明室コントラストの向上、および表示装置からの出射光が指向性を持たないかあるいはブロードな指向特性を有する場合に生じる画素間クロストークと迷光による画質劣化、コントラスト低下の低減を図るために、「光の減衰量は光の多重反射では大きく、全反射では小さい」と言う性質を応用し、表示装置の表示パネルの前面に、錐台状の先細の針状突起形状を有する糸状繊維を表示パネル面側で束ねて形成した前面板を、密着させ、表示パネル面上に前記糸状繊維が植毛させた構造とすることを特徴とするものである。

図１は本発明による実施形態である前面板の厚さ方向の概略垂直断面構成図を示す。

図１において、本発明による前面板は、後述する微細な先細の錐台状突起がその突起を出射光３５側に向けて林立する針状形状光学シート１で、表示装置の表示パネル２の前面に光学的に透明な接着層３で接着されている。

なお、表示装置は、発光パターンがランベルト分布に従う自発光型の画素をマトリクス状に配列した表示パネルを用いたものであり、表示パネルとしては、例えば、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＬＥＤ（Light Emitting diode）をマトリクス状に配列したＬＥＤパネル、あるいはＥＬ（Electroluminescence）をマトリクス状に配列したＥＬパネルなどがある。

本発明では、後述するように、上記微細な錐台状突起で外光２０を減衰させるので、表示装置あるいは表示パネルへの映り込みを低減でき、明室コントラストを向上させることができると同時に、光源となる表示画素間のクロストークを低減するために、突起形状を工夫している。なお、図１において、出射光３５は表示パネルから出射する映像光である。また、いうまでもないが、表示パネル２と針状形状光学シート１の屈折率は空気のそれより大きい。

図２は第１の実施例を示す図で、図１のＡ部を拡大した前面板である針状形状光学シートの概略模式図である。図３は針状形状光学シートの個別の要素である錐台状突起を示し、これらを根元で束ねることを描いた図である。図４は図２のＢ部の拡大模式図である。本実施例では、錐台状突起としてその径が両端面で異なる先細の円錐台状繊維１ａを用い、これを束ねている。

図２，３，４において、前記円錐台状繊維１ａを、表示パネル２からの光を導光する針状導光路体１１０として、円錐台状繊維１ａの径（太さ）の大きな方の端面部をそれぞれ表示パネル２側で黒色接着層３１１などで固定し、表示パネル２に透明な接着層３を介して植毛し、円錐台状繊維をシート形状とする。この際に、接着層３とともに非常に薄い基体となる透明シート（図示せず）を用い、該透明シート上に針状導光路体１１０を固定し、針状導光路体１１０（即ち、円錐台状繊維１ａ）を固定した透明シートを表示パネル２の表示面に接着層３を介して貼り付けても良い。また、円錐台状繊維１ａの出射面に光を拡散させる拡散面４を設けて、出射光３５の出射分布を制御することもできる。

このように構成することで、ＰＤＰのような指向性のない、あるいはブロードな指向性を有する表示素子に対しても、後述するように、画素間のクロストークを低減、およびコントラストの向上の両方の効果を同時に得ることができる。

なお、針状導光路体１１０の径（太さ）を表示パネル２の単位画素よりも十分に小さくすれば（ほぼ１／５以下）、サンプリングにまつわる問題も軽減され、有効に機能することは言うまでもない。

ここで、本発明の本質である画素間のクロストークを低減する原理を説明する。図５はその原理を説明する図で、表示パネルの画素である光源（発光点）からの出る光の分布を示す。この例で説明のために取り上げるＰＤＰの画素４００，４０１から出る光の分布４１０は、ランベルト分布と呼ばれるもので、図６にその分布を抜き出して示す。図６において、中心の光の強度をＩ_０とすると、角度θ方向の光の強度はＩ_０ｃｏｓθで表される。この分布により、ＰＤＰやＦＥＤ、およびＣＲＴなどは、かなり広い範囲で画像を見ることができる。

本実施例では、表示画素（例えば４００）である光源から光取り込み口（突起部の入射面）までの距離ｔ１が、図５で示すように、従来図１１の場合より小さいので、針状導光路体底面における隣接画素（例えば４０１）からの漏れ込み量が少なくなり、また、１つの表示画素４００領域に複数の針状導光路体が含まれるとともに、各針状導光路体の根元に黒色接着層３１１があるので、隣接表示画素４０１から表示画素４００領域内の針状導光路体の根元に入射した隣接光は表示画素４００領域に含まれる複数の針状導光路体の黒色接着層で吸収され遮蔽されて、ここからの漏れ込み量も少なくなる。例えば、図５のように、ｔ１はｔ２の１／２〜１／５以下にすればよい。従って、隣接画素からの漏れ込み量即ち画素間のクロストークを小さくすることができる。さらに、従来図１１の平坦部１５０に該当する部分がないため、これに起因する迷光も低減することができる。即ち、画質劣化、コントラスト低下を低減することができる。

また、針状導光路体となる円錐台状繊維の径を表示画素に対して十分小さなものとすればするほど（例えば１／５以下）、上記画質劣化、コントラスト低下は十分無視できるようになり、円錐台状繊維を束ねる際の配列などの制約もゆるいものとなり、製造が容易となる。

図７は図５の針状導光路体１１０の部分の拡大詳細図で、その動作を説明する図である。図７において、針状導光路体１１０は、表示パネルから針状導光路体１１０に入射する入射光３０の主光軸８に直交する断面積が出射方向に次第に小さくなる円錐台状の空間を形成しており、針状導光路体１１０に入射した入射光３０は、針状導光路体１１０内部の円錐台状空間内を空気との界面で図示のごとく全反射を繰り返しながら、大きな減衰を受けることなく伝播し、拡散面４から拡散されて出射光３５として出射する。

なお、針状導光路体１１０の主光軸８に直交する断面積は表示パネルの単位画素面積に比べて十分小さく、もし、針状導光路体１１０の出射側面に拡散面４がなければ、出力光３５は主光軸８に略平行な光となるので、拡散面４で拡散する必要がある。

一方、外光２０は、２つの空気より屈折率の大きな針状導光路体１１０の表面間（即ち、針状導光路体１１０と隣接する針状導光路体１１０との間に形成される凹状の溝７）で図示のごとく多重反射し、反射するたびに反射係数がかかり減衰する。減衰の程度は著しく、具体的には下記に示す。

外光２０の輝度をｂとし、針状導光路体１１０の表面反射率を０．８５とし、反射の回数をｎとすると、ｎ回反射した外光の輝度は数１で示される。

ｂ×（0.85）^ｎ … （数１）
ここで、針状導光路体１１０の高さＨと間隔Ｔとの比であるアスペクト比（Ｈ／Ｔ）が十分に大きいと、凹状の溝７の成す角αが小さくなり、例えば外光２０が針状導光路体１１０の表面に大きな入射角で入射しても、図示のように、次第に入射角が小さくなり、反射回数が増大する。そして、途中で向きが反転して、観視者側に戻ってくるが、この間に外光２０は十分に減衰するので、明室コントラストを従来に比して向上させることができる。

本実施例では、針状導光路体１１０として、円錐台状繊維を用い、その径（太さ）を表示パネルの単位表示画素面積に比べて十分小さく（１／５以下）し、かつアスペクト比（Ｈ／Ｔ）を十分に大きくしているので、凹状の溝７を深く細くできる。従って、凹状の溝７での外光２０の反射回数を多くすることができ、外光２０を十分に減衰させることができ、明室コントラストを従来に比して向上させることができる。

本発明では、従来の透明シートにプレスで突起を形成する方法ではなく、光学的に透明な円錐台状繊維を接着剤を用いて一端で束ねて（固定して）シート状にしているため、プレスの深さに相当する溝の深さは、光学的に理想な状態となるようにいかようにも設定でき、上記効果を達成することができる。

また、拡散面４は、出射光を目的に応じて拡散させる光学機能を有するもので、最も簡単には、出射面表面を微細にあらし、光を散乱させればよい。また、拡散量を制御するために、出射面にマイクロプリズム形状やレンズ形状をつけても良い。要は、表示装置として、どの程度の視野角が要求されるかにより、いろいろな光学手段を適用すればよいことは言うまでもない。勿論、視野角を狭め、特定の領域で高い輝度が要求される用途に用いる場合は、拡散面４を施す必要はない。また、光の出射方向をそろえる為に、光学的に形状を設計することも出来る。

このようにして、表示パネルの前面に配設された前面板からの出射光と前面板へ入射して観視者側へ戻ってくる外光の比率が大きくなり、明るい部屋でも明室コントラストの高い映像が得られることになる。

以上述べたように、本実施例によれば、表示装置の表示パネルからの光を、透過率を下げて減衰させる必要がなく、表示パネルからの出射光をほぼ同等の明るさに保ちながら、外光の反射光を低減できるので、明室コントラストを良好に向上させることができる。さらに、画素間のクロストークや迷光による画像の劣化（ボケ）、コントラスト低下も同時に解決でき、鮮鋭度およびコントラストの高い映像が実現できる。

図８は第２の実施例である前面板の針状導光路体部分を示すものである。本実施例は、第１の実施例とは、相隣接する針状導光路体の間の楔形状空間部分即ち凹状の溝７の部分に光吸収体６を充填し、外光を吸収するようにした所が異なる。

図８において、林立した針状導光路体１１０の間の凹状の溝７の部分に例えば光を吸収する黒色の光吸収体６を充填し、光吸収体６で外光２０を吸収するようにできるので、更に、明室コントラストを向上させることができる。

また、この黒色の光吸収体６を導電性の物質（例えばカーボンなど）とし、グラウンド電位に接地すれば、不要輻射などのノイズを低減するシールドとしても使える。

図９は第３の実施例である前面板の針状導光路体部分を示すものである。図９に示すように、図８と異なり、凹状の溝７の部分に光吸収体６を充填せず、針状導光路体１１０の突起先端の拡散面４を除く表面を覆うように光を吸収する光吸収膜５を設け、反射率を低下させている。

凹部の溝７に入射した外光２０は針状導光路体１１０の表面に形成された光吸収膜５で、図９に示すように、反射を繰り返すたびに吸収され減衰される。このようにして、実施例１に比べて、更に、明室コントラストが向上される。

本発明では、円錐台状繊維を束ねるために、束ねる以前に表面処理を行えば、光学的な処理が製法に左右されずに実現でき、光学特性の設定の自由度が増すことになる。例えば本実施例で述べた光吸収膜等の形成は容易にできる。

以上述べた実施例では、針状導光路体は透過率が良好で、表示パネルからの出射光を減衰させないものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、透過率を下げれば、さらにいろいろな光学特性が得られることはいうまでもない。

以上のように、本発明によれば、表示パネルからの出射光をほぼ同等の明るさに保ちながら、外光の反射光を低減できるので、明室コントラストを良好に向上させることができる。さらに、画素間のクロストークや迷光による画像のボケ（画質劣化），コントラスト低下も低減でき、鮮鋭度およびコントラストの高い映像が実現できる。

本発明の全体の概略構成図 第１の実施例を示す前面板である針状形状光学シートの概略模式図 針状形状光学シートの個別の要素の固定を説明する図 第１の実施例の針状導光路近傍の拡大図 画素間のクロストークを低減する原理を説明する図 画素から出力される光の分布パターン図 第１の実施例の針状導光路体部分の拡大詳細図 第２の実施例である前面板の針状導光路体部分を示す図 第３の実施例である前面板の針状導光路体部分を示す図 従来の前面板の機能を説明する図 別の従来の前面板の機能を説明する図

符号の説明

１ 針状形状光学シート、３ 透明接着層、４ 拡散面、５ 光吸収膜、６ 光吸収体、７ 凹状の溝、８ 主光軸、２０ 外光、３０ 入射光、３５ 出射光、１１０ 針状導光路体、１５０ 平坦部、２００ 前面板、２１０ 反射防止膜、３１１ 黒色接着層、４００ 画素、４０１ 隣接する別の画素、５００ 漏光、５０１ 迷光

Claims (6)

1. 複数の画素を有する表示パネルの前面に配設される前面板であって、
   断面積が前記表示パネルからの出射光方向に次第に小さくなる突起を複数備え、
   前記突起は、前記表示パネルの単位画素面積に対応する領域内に複数含まれた錘台状突起であり、外部からの光を減衰させる特性を有し、
   前記錐台状突起は光学的に透明な繊維状突起であり、前記表示パネルの表面上に植毛された形態で光学的に装着されており、
   前記繊維状突起は相互に前記表示パネル側根元で光を吸収する黒色接着剤で固定されていることを特徴とする前面板。
2. 前記繊維状突起は林立して一体的に形成され、全体でシート状になっており、前記表示パネル上に接着層を介して貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の前面板。
3. 相隣接する前記繊維状突起の間を充填するように外光を吸収する光吸収層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の前面板。
4. 前記繊維状突起の突起面を除く表面を覆うように外光を吸収する光吸収膜を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の前面板。
5. 前記繊維状突起は、その突起面に光を散乱させる散乱面を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の前面板。
6. 複数の画素を有する表示パネルと、前記表示パネルの前面に配設された請求項１〜５のいずれかに記載の前面板と、を備えたことを特徴とする表示装置。

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