JPWO2013061964A1 - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

表示装置は、光源と、表示素子と、等方拡散層と、を少なくとも含む。光源からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度をθ0、角度θ0で表示素子に入射した光が等方拡散層に到達するまでの平均の進行角度をθ1、画像形成面から光拡散部材と等方拡散層との間の界面までの距離をT、空気の屈折率をn0、画像形成面と等方拡散層との間の平均屈折率をn1、画素ピッチをP、画素の端部からの光のうち等方拡散層に対して垂直に到達した光の到達位置と等方拡散層に対して進行角度θ1で到達した光の到達位置との間の距離をP’としたとき、下記の(1)式、(2)式及び(3)式を満たす。[数1][数2][数3]

Description

本発明は、表示装置に関するものである。
本願は、2011年10月28日に、日本に出願された特願2011−237847号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
携帯電話機等をはじめとする携帯型電子機器、もしくはテレビジョン、パーソナルコンピューター等のディスプレイとして、液晶表示装置が広く用いられている。ところが、一般に液晶表示装置は、正面からの視認性に優れる反面、視野角が狭いことが従来から知られており、視野角を広げるための様々な工夫がなされている。その一つとして、液晶パネル等の表示体から射出される光を拡散させるための部材(以下、光拡散部材と称する)を表示体の視認側に備える構成が考えられる。しかしながら、液晶パネルを透過した光は光拡散部材で散乱して様々な方向へ射出されるため、視認者の目に認識されるまでに混在され、表示のボヤケが生じることがある。
例えば特許文献1には、液晶パネルと、液晶表示パネルの背面側から光を照射するバックライトと、液晶パネルの正面側に配置された光散乱性フィルムと、を備えた液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置においては、光散乱性フィルムが光透過性を有する基材を有しており、当該基材の一面に散乱粒子が樹脂材料に分散された光散乱層が積層配置された構成となっている。
特開2008−250163号公報
特許文献1に記載の液晶表示装置では、光散乱性フィルムの散乱粒子の屈折率を所定の値に設定することで、表示のボヤケを抑制している。しかしながら、実際には表示のボヤケを引き起こす要因は他にもある。そのため、光散乱性フィルムを液晶パネルの視認側に配置した構成だけでは、表示のボヤケを抑制することが困難である。
本発明の態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、表示のボヤケを抑制することができる表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様における表示装置は、光源と、前記光源からの光を用いて表示を行う表示素子と、前記表示素子の視認側に設けられ、前記表示素子から入射される光の角度分布を入射前よりも広げた状態にして光を射出させる光拡散部材と、前記光拡散部材の視認側に設けられ、前記光拡散部材から入射される光を等方的に拡散させる等方拡散層と、を含む。前記表示素子は、表示画像を形成する複数の画素を有する。前記光源からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度をθ、前記角度θで前記表示素子に入射した光が前記等方拡散層に到達するまでの平均の進行角度をθ、画像形成面から前記光拡散部材と前記等方拡散層との間の界面までの距離をT、空気の屈折率をn、前記画像形成面と前記等方拡散層との間の平均屈折率をn、画素ピッチをP、前記画素の端部からの光のうち前記等方拡散層に対して垂直に到達した光の到達位置と前記等方拡散層に対して前記進行角度θで到達した光の到達位置との間の距離をP’としたとき、下記の(1)式、(2)式及び(3)式を満たす。
Figure 2013061964


Figure 2013061964


Figure 2013061964

本発明の一態様における表示装置は、前記表示素子がカラーフィルターを有し、互いに異なる色の表示を行うk個のサブ画素が隣り合って配置され、前記k個のサブ画素により表示を構成する1つの前記画素が構成されるとき、下記の(4)式を満たしてもよい。
Figure 2013061964

本発明の一態様における表示装置は、前記k個のサブ画素が、赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素を含み、前記赤色用サブ画素、前記緑色用サブ画素、前記青色用サブ画素が隣り合って配置され、前記赤色用サブ画素、前記緑色用サブ画素、前記青色用サブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、下記の(5)式を満たしてもよい。
Figure 2013061964

本発明の一態様における表示装置は、前記光拡散部材が、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された複数の光拡散部と、前記基材の一面において前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面を有し、前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっており、前記基材の一面とは反対側の面に前記等方拡散層が形成されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記光拡散部材が、前記等方拡散層の一面に形成された複数の光拡散部と、前記等方拡散層の一面において前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、前記光拡散部が、前記等方拡散層側に光射出端面をし、前記光拡散部が、前記等方拡散層側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て点在して配置され、前記遮光層が、前記光拡散部の形成領域以外の領域に連続して形成されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに等しい形状を有していてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに異なる複数種類のサイズ、形状の少なくとも一を有していてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の光拡散部間の間隙に空気が存在していてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記光拡散部材が、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に点在して形成された複数の遮光層と、前記基材の一面において前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面をし、前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっており、前記基材の一面とは反対側の面に前記等方拡散層が形成されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記光拡散部材が、前記等方拡散層の一面に点在して形成された複数の遮光層と、前記等方拡散層の一面において前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、前記光拡散部が、前記等方拡散層側に光射出端面をし、前記光拡散部が、前記等方拡散層側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て点在して配置され、前記光拡散部が、前記遮光層の形成領域以外の領域に連続して形成されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されていてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに等しい形状を有していてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに異なる複数種類のサイズ、形状の少なくとも一を有していてもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記光源が指向性を有する光を射出してもよい。
本発明の一態様における表示装置は、前記表示素子が液晶表示素子であってもよい。
本発明の態様によれば、表示のボヤケを抑制することができる表示装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態の液晶表示装置の断面図である。 本発明の第1実施形態の液晶表示装置における液晶パネルを示す断面図である。 本発明の第1実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第1実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第1実施形態の液晶表示装置において表示のボヤケを許容する関係式のパラメータを示す図である。 本発明の第1実施形態の極角と方位角の関係を示す図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターと方位角の関係を示す図である。 本発明の第1実施形態の液晶表示装置における光源からの光の進行角度の関係を示す図である。 本発明の第1実施形態の液晶表示装置において表示のボヤケを許容する関係式のパラメータの詳細を示す図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターを示す平面図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターの第1変形例を示す平面図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターの第1変形例を示す平面図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターの第1変形例を示す平面図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターの第2変形例を示す平面図である。 本発明の第1実施形態のカラーフィルターの第2変形例を示す平面図である。 本発明の第2実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第2実施形態の距離Tとボヤケ幅P’との関係を示したグラフである。 本発明の第3実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第4実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの作用を説明するための模式図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第4実施形態の視野角拡大フィルムの光拡散部の他の例を示す平面図である。 本発明の第5実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。 本発明の第5実施形態の液晶表示装置の断面図である。 本発明の第6実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の第7実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態の視野角拡大フィルムの遮光層の他の例を示す平面図である。 本発明の第7実施形態のバックライトの配光特性を極角と相対輝度との関係で表示したグラフである。 本発明の第7実施形態のバックライトの配光特性を極座標で表示したグラフである。 本発明の第7実施形態の各極角に含まれる光束割合を示したグラフである。 本発明の第7実施形態の出射角度と距離及び画素ピッチの比との関係を示したグラフである。
[第1の実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図12Bを用いて説明する。
本実施形態では、表示体として透過型の液晶パネルを備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1は、本実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。図2は、本実施形態の液晶表示装置の断面図である。
本実施形態の液晶表示装置1(表示装置)は、図1、図2に示すように、液晶表示素子6(表示素子)と、視野角拡大フィルム7と、から構成されている。液晶表示素子6は、バックライト2(光源)と、第1偏光板3と、液晶パネル4(光変調素子)と、第2偏光板5とを有する。観察者は、視野角拡大フィルム7が配置された図2における液晶表示装置1の上側から表示を見ることになる。よって、以下の説明では、視野角拡大フィルム7が配置された側を視認側と称し、バックライト2が配置された側を背面側と称する。
本実施形態の液晶表示装置1においては、バックライト2から射出された光を液晶パネル4で変調し、変調した光によって所定の画像や文字等を表示する。また、液晶パネル4から射出された光が視野角拡大フィルム7を透過すると、射出光の角度分布が視野角拡大フィルム7に入射する前よりも広がった状態となって光が視野角拡大フィルム7から射出される。これにより、観察者は広い視野角を持って表示を視認できる。
以下、液晶パネル4の具体的な構成について説明する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明するが、本実施形態に適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本発明に適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型(透過・反射兼用型)液晶パネルや反射型液晶パネルであっても良く、更には、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,以下、TFTと略記する)を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。
図3は、液晶パネル4の縦断面図である。
液晶パネル4は、図3に示すように、TFT基板9と、カラーフィルター基板10と、液晶層11と、を有している。TFT基板9は、スイッチング素子基板として機能する。カラーフィルター基板10は、TFT基板9に対向して配置される。液晶層11は、TFT基板9とカラーフィルター基板10との間に挟持される。液晶層11は、TFT基板9と、カラーフィルター基板10と、TFT基板9とカラーフィルター基板10とを所定の間隔をおいて貼り合わせる枠状のシール部材(図示せず)と、によって囲まれた空間内に封入されている。
本実施形態の液晶パネル4は、例えばVA(Vertical Alignment,垂直配向)モードで表示を行うものであり、液晶層11には誘電率異方性が負の垂直配向液晶が用いられる。
TFT基板9とカラーフィルター基板10との間には、これら基板間の間隔を一定に保持するための球状のスペーサー12が配置されている。なお、表示モードについては、上記のVAモードに限らず、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane Switching)モード等を用いることができる。
TFT基板9には、表示の最小単位領域である画素(図示せず)がマトリクス状に複数配置されている。TFT基板9には、複数のソースバスライン(図示せず)が、互いに平行に延在するように形成されるとともに、複数のゲートバスライン(図示せず)が、互いに平行に延在し、かつ、複数のソースバスラインと直交するように形成されている。したがって、TFT基板9上には、複数のソースバスラインと複数のゲートバスラインとが格子状に形成され、隣接するソースバスラインと隣接するゲートバスラインとによって区画された矩形状の領域が一つの画素となる。ソースバスラインは、後述するTFTのソース電極に接続され、ゲートバスラインは、TFTのゲート電極に接続されている。
TFT基板9を構成する透明基板14の液晶層11側の面には、半導体層15、ゲート電極16、ソース電極17、ドレイン電極18等を有するTFT19が形成されている。
透明基板14としては、例えばガラス基板を用いることができる。透明基板14上には、例えばCGS(Continuous Grain Silicon:連続粒界シリコン)、LPS(Low−temperature Poly−Silicon:低温多結晶シリコン)、α−Si(Amorphous Silicon:非結晶シリコン)等の半導体材料からなる半導体層15が形成されている。
また、透明基板14上には、半導体層15を覆うようにゲート絶縁膜20が形成されている。ゲート絶縁膜20の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等を用いることができる。ゲート絶縁膜20上には、半導体層15と対向するようにゲート電極16が形成されている。ゲート電極16の材料としては、例えばW(タングステン)/TaN(窒化タンタル)の積層膜、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)等が用いられる。
ゲート絶縁膜20上には、ゲート電極16を覆うように第1層間絶縁膜21が形成されている。第1層間絶縁膜21の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等を用いることができる。
第1層間絶縁膜21上には、ソース電極17およびドレイン電極18が形成されている。ソース電極17は、第1層間絶縁膜21とゲート絶縁膜20とを貫通するコンタクトホール22を介して半導体層15のソース領域に接続されている。同様に、ドレイン電極18は、第1層間絶縁膜21とゲート絶縁膜20とを貫通するコンタクトホール23を介して半導体層15のドレイン領域に接続されている。ソース電極17およびドレイン電極18の材料としては、上述のゲート電極16と同様の導電性材料を用いることができる。第1層間絶縁膜21上に、ソース電極17およびドレイン電極18を覆うように第2層間絶縁膜24が形成されている。第2層間絶縁膜24の材料としては、上述の第1層間絶縁膜21と同様の材料、もしくは有機絶縁性材料を用いることができる。
第2層間絶縁膜24上には、画素電極25が形成されている。画素電極25は、第2層間絶縁膜24を貫通するコンタクトホール26を介してドレイン電極18に接続されている。よって、画素電極25は、ドレイン電極18を中継用電極として半導体層15のドレイン領域に接続されている。画素電極25の材料としては、例えばITO(Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物)、IZO(Indium Zinc Oxide、インジウム亜鉛酸化物)等の透明導電性材料を用いることができる。この構成により、ゲートバスラインを通じて走査信号が供給され、TFT19がオン状態となったときに、ソースバスラインを通じてソース電極17に供給された画像信号が、半導体層15、ドレイン電極18を経て画素電極25に供給される。また、画素電極25を覆うように第2層間絶縁膜24上の全面に配向膜27が形成されている。この配向膜27は、液晶層11を構成する液晶分子を垂直配向させる配向規制力を有している。なお、TFTの形態としては、図3に示したボトムゲート型TFTであっても良いし、トップゲート型TFTであっても良い。
一方、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面には、ブラックマトリクス30、カラーフィルター31、平坦化層32、対向電極33、配向膜34が順次形成されている。ブラックマトリクス30は、画素間領域において光の透過を遮断する機能を有している。ブラックマトリクス30は、例えばCr(クロム)やCr/酸化Crの多層膜等の金属、もしくはカーボン粒子を感光性樹脂に分散させたフォトレジストで形成されている。
カラーフィルター31には、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色の色素が含まれている。TFT基板9上の一つの画素電極25には、R、G、Bのいずれか一つのカラーフィルター31が対向して配置されている。なお、カラーフィルター31は、R、G、Bの3色以上の多色構成としても良い。
平坦化層32は、ブラックマトリクス30およびカラーフィルター31を覆う絶縁膜で構成されている。平坦化層32は、ブラックマトリクス30およびカラーフィルター31によってできる段差を緩和して平坦化する機能を有している。平坦化層32上には対向電極33が形成されている。対向電極33の材料としては、画素電極25と同様の透明導電性材料が用いられる。また、対向電極33上の全面には、垂直配向規制力を有する配向膜34が形成されている。
図2に戻り、バックライト2は、発光ダイオード、冷陰極管等の光源36と、光源36から射出された光の内部反射を利用して液晶パネル4に向けて射出させる導光板37と、を有している。バックライト2は、光源が導光体の端面に配置されたエッジライト型でも良く、光源が導光体の直下に配置された直下型でも良い。本実施形態で用いるバックライト2としては、光の射出方向を制御して指向性を持たせたバックライト、いわゆる指向性バックライトを用いることが望ましい。後述する視野角拡大フィルム7の光拡散部にコリメートまたは略コリメートした光を入射させるような指向性バックライトを用いることでボヤケを少なくし、光の利用効率を高めることができる。上記の指向性バックライトは、導光板37内に形成する反射パターンの形状や配置を最適化することで実現できる。または、バックライト上にルーバーを配置することで指向性を実現しても良い。また、バックライト2と液晶パネル4との間には、偏光子として機能する第1偏光板3が設けられている。また、液晶パネル4と視野角拡大フィルム7との間には、偏光子として機能する第2偏光板5が設けられている。
以下、視野角拡大フィルム7について詳細に説明する。
図4Aは、視野角拡大フィルム7の断面図である。
視野角拡大フィルム7は、図1および図4Aに示すように、光拡散部材70と、等方拡散層8と、から構成されている。光拡散部材70は、基材39と、基材39の一面(視認側と反対側の面)に形成された複数の光拡散部40と、基材39の一面に形成された遮光層41と、から構成されている。等方拡散層80は、基材39の他面(視認側の面)に形成されている。この視野角拡大フィルム7は、図2に示すように、光拡散部40が設けられた側を第2偏光板5に向け、基材39の側を視認側に向けて第2偏光板5上に配置されている。
基材39としては、一般に、熱可塑性ポリマーや熱硬化性樹脂、光重合性樹脂などの樹脂類などが用いられる。アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマー等などからなる適宜な透明樹脂製の基材を用いることができる。例えばトリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム等の透明樹脂製の基材が好ましく用いられる。基材39は、後述する製造プロセスにおいて、後で遮光層41や光拡散部40の材料を塗布する際の下地となるものであり、製造プロセス中の熱処理工程における耐熱性と機械的強度とを備える必要がある。したがって、基材39としては、樹脂製の基材の他、ガラス製の基材等を用いても良い。ただし、基材39の厚さは耐熱性や機械的強度を損なわない程度に薄い方が好ましい。その理由は、基材39の厚さが厚くなる程、表示のボヤケが生じる虞があるからである。また、基材39の全光線透過率は、JIS K7361−1の規定で90%以上が好ましい。全光線透過率が90%以上であると、十分な透明性が得られる。本実施形態では、一例として厚さが100μmのPETフィルムを用いる。
光拡散部40は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。これら樹脂に重合開始剤、カップリング剤、モノマー、有機溶媒などを混合した透明樹脂製の混合物を用いることができる。さらに、重合開始剤は安定剤、禁止剤、可塑剤、蛍光増白剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体等のような各種の追加成分を含んでいてもよい。その他、特許第4129991号記載の材料を用いることができる。また、光拡散部40の全光線透過率は、JIS K7361−1の規定で90%以上が好ましい。全光線透過率が90%以上であると、十分な透明性が得られる。
図1に示すように、光拡散部40を基材39の一面と平行な面(xy平面)で切断したときの水平断面が円形である。当該光拡散部40の直径は例えば20μm程度である。複数の光拡散部40は全て同一の直径となっている。光拡散部40は、光射出端面40aとなる基材39側の水平断面の面積が小さく、基材39から離れるにつれて水平断面の面積が徐々に大きくなっている。すなわち、光拡散部40は、基材39側から見たとき、いわゆる逆テーパ状の円錐台状の形状を有している。
光拡散部40は、視野角拡大フィルム7において光の透過に寄与する部分である。すなわち、光拡散部40に入射した光は、光拡散部40のテーパ状の側面40cで全反射しつつ、光拡散部40の内部に略閉じこめられた状態で導光し、射出される。
図1に示すように、複数の光拡散部40は、基材39上に点在して配置されている。複数の光拡散部40が基材39上に点在して形成されたことにより、遮光層41は基材39上に連続して形成されている。
また、複数の光拡散部40は、基材39の主面の法線方向から見てランダムに(非周期的に)配置されている。したがって、隣接する光拡散部40間のピッチは一定ではないが、隣接する光拡散部40間のピッチを平均した平均ピッチは25μmに設定されている。
遮光層41は、図1および図4Aに示すように、基材39の光拡散部40が形成された面のうち、複数の光拡散部40の形成領域以外の領域に形成されている。遮光層41は、一例として、ブラックレジスト等の光吸収性および感光性を有する有機材料で構成されている。遮光層41としては、このほか、Cr(クロム)やCr/酸化Crなど金属単体、金属酸化物、もしくは金属単体と金属酸化物との多層膜等の金属膜、黒色インクに用いられるような顔料・染料、黒色樹脂、多色のインクを混合して黒色インクとしたもの等、遮光性を有する材料を用いていれば良い。
遮光層41の層厚は、光拡散部40の光入射端面40bから光射出端面40aまでの高さよりも小さく設定されている。本実施形態の場合、遮光層41の層厚は一例として150nm程度であり、光拡散部40の光入射端面40bから光射出端面40aまでの高さは一例として20μm程度である。したがって、複数の光拡散部40間の間隙は基材39の一面に接する部分には遮光層41が存在し、それ以外の部分には空気が存在している。
なお、基材39の屈折率と光拡散部40の屈折率とは略同等であることが望ましい。その理由は、例えば基材39の屈折率と光拡散部40の屈折率とが大きく異なっていると、光入射端面40bから入射した光が光拡散部40から射出しようとする際に光拡散部40と基材39との界面で不要な光の屈折や反射が生じて、所望の光拡散角度が得られない、射出光の光量が減少する、等の現象が生じる虞があるからである。
視野角拡大フィルム7は、図4Aに示したように、基材39が視認側に向くように配置されるため、円錐台状の光拡散部40の2つの対向面のうち、面積の小さい方の面が光射出端面40aとなり、面積の大きい方の面が光入射端面40bとなる。また、光拡散部40の側面40cの傾斜角(光射出端面40aと側面40cとのなす角)は一例として80°程度である。ただし、光拡散部40の側面40cの傾斜角度は、視野角拡大フィルム7から射出する際に入射光を十分に拡散することが可能な角度であれば、特に限定されない。
本実施形態の場合、隣接する光拡散部40間には空気が介在している。そのため、光拡散部40を例えばアクリル樹脂で形成したとすると、光拡散部40の側面40cはアクリル樹脂と空気との界面となる。仮に光拡散部40の周囲を他の低屈折率材料で充填したとしても、光拡散部40の内部と外部との界面の屈折率差は、外部にいかなる低屈折率材料が存在する場合よりも空気が存在する場合が最大となる。したがって、Snellの法則より、本実施形態の構成においては臨界角が最も小さくなり、光拡散部40の側面40cで光が全反射する入射角範囲が最も広くなる。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
ただし、光拡散部40の光入射端面40bに対して90度から大きくずれた角度で入射する光は、光拡散部40の側面40cに対して臨界角以下の角度で入射し、全反射することなく光拡散部40の側面40cを透過する。それでも、光拡散部40の形成領域以外の領域に遮光層41が設けられているため、光拡散部40の側面40cを透過した光は遮光層41で吸収される。そのため、表示のボヤケが生じたり、コントラストが低下したりすることはない。しかしながら、光拡散部40の側面40cを透過する光が増えると、光量のロスが生じ、輝度の高い画像が得られない。そこで、本実施形態の液晶表示装置1においては、光拡散部40の側面40cに臨界角以下で入射しないような角度で光を射出するバックライト、いわゆる指向性を有するバックライトを用いることが好ましい。
等方拡散層8は、図4Aに示したように、基材39の他面(視認側の面)に形成されている。すなわち、等方拡散層8は、基材39の光拡散部40が形成された面とは異なる面に形成されている。等方拡散層8は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂80の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体81が分散されて構成されている。当該等方拡散層8の厚みは一例として20μm程度であり、球状の光散乱体81の球径は0.5μm〜20μm程度であり、粘着層51の厚みは一例として25μm程度である。等方拡散層8は、光拡散部40で拡散された光を等方的に拡散しさらに広角に広げる。
なお、光散乱体81は、これに限らず、アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどからなる樹脂片、ガラスビーズ等の適宜な透明の物質で構成されていてもよい。また、これら透明な物質以外でも、光の吸収の無い散乱体、反射体を用いることができる。あるいは、光散乱体81を光拡散部40内に拡散させた気泡としてもよい。個々の光散乱体81の形状は、例えば、球形、楕円球形、平板形、多角形立方体など、各種形状に形成することができる。光散乱体81のサイズも均一あるいは不均一になるように形成されていればよい。
本実施形態の場合、図4Aに示すように、視野角拡大フィルム7の最表面には等方拡散層8が配置されている。これにより、光拡散部40の光入射端面40bに対して垂直に入射する光Lは、光拡散部40で拡散した後、等方拡散層8でさらに拡散する。このため、等方拡散層8からは様々な角度の光が射出される。
これに対して、図4Bに示すように、等方拡散層が配置されていない視野角拡大フィルム7Xの場合、光拡散部40Xの光入射端面40Xbに対して垂直に入射する光Lが特定の拡散角度に集中して射出される。その結果、広い角度範囲に均一に光を拡散させることができず、特定の視野角のみでしか明るい表示が得られない。
このように、本実施形態の場合、視野角拡大フィルム7の最表面には等方拡散層8が配置されているため、光の拡散角度を1つに集中させないようにできる。その結果、視野角拡大フィルム7の光拡散特性をよりなだらかにすることができ、広い視野角で明るい表示が得られる。
本実施形態によれば、図4Aに示すように、視野角拡大フィルム7に入射した光L0は、視野角拡大フィルム7に入射する前よりも角度分布が広がった状態で視野角拡大フィルム7から射出される。したがって、観察者が液晶表示素子6の正面方向(法線方向)から視線を傾けていっても良好な表示を視認することができる。特に本実施形態の場合、光拡散部40の平面形状が円形であるため、液晶表示素子6の画面の法線方向を中心とした全ての方位に角度分布が広がる。そのため、観察者は全ての方位で良好な表示を視認することができる。
一方、視野角拡大フィルム7に対して斜めに入射した光Lは、液晶パネル4を斜めに透過した光であり、所望のリタデーションと異なる光、いわゆる表示のコントラストを低下させる要因となる光である。本実施形態の視野角拡大フィルム7は、このような光が遮光層41でカットされるため、表示のコントラストを高めることができる。さらに、視野角拡大フィルム7に対して視認側から入射する外光も遮光層41でカットされるため、外光の散乱が抑制され、明るい場所での表示の視認性を高めることができる。
一般に、ストライプや格子等のような規則性のあるパターン同士を重ね合わせた場合、各パターンの周期が僅かにずれると、干渉縞模様(モアレ)が視認されることが知られている。例えば複数の光拡散部がマトリクス状に配列された視野角拡大フィルムと複数の画素がマトリクス状に配列された液晶パネルとを重ね合わせたとすると、視野角拡大フィルムの光拡散部による周期パターンと液晶パネルの画素による周期パターンとの間でモアレが発生し、表示品位を低下させる虞がある。これに対して、本実施形態の液晶表示装置1によれば、複数の光拡散部40が平面的にランダムに配置されているため、液晶パネル4の画素の規則的配列との間で干渉によるモアレが生じることがなく、表示品位を維持することができる。
なお、光拡散部40が少なくとも一部において連結していても良い。これにより、各光拡散部40が倒れにくくなり、視野角拡大フィルム7の形態安定性が向上する。また、視野角拡大フィルム7に入射した光が遮光層41に吸収される割合が小さくなるため、光の利用効率が向上する。
また、本実施形態の場合、視野角拡大フィルム7は、等方拡散層8として、当該等方拡散層8の視認側の面において、当該面から内部に入射し光散乱体81により進行方向が変更された光がMie散乱するように構成された、いわゆる後方散乱(バックスキャッタ)が生じないものを用いることが好ましい。これにより、表示品位やコントラストの低下を抑制することが可能となる。
ところで、特許文献1の液晶表示装置においては、光散乱性フィルムの散乱粒子の屈折率を所定の値に設定することで、表示のボヤケを抑制している。しかしながら、実際には表示のボヤケを引き起こす要因は他にもある。前記液晶表示装置においては、表示のボヤケを引き起こす他の物理的なパラメータとの関係が不明である。そのため、所定の物理的パラメータを有する光散乱性フィルムを液晶パネルの視認側に配置した構成だけでは、表示のボヤケを抑制することが困難である。
本願発明者は、鋭意研究の結果、液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制するための物理的なパラメータの関係を見出した。具体的には、図5に示すように、下記の(1)式、(2)式及び(3)式を満たすように設定されていれば、液晶表示装置において表示のボヤケを抑制することができることを見出した。なお、(1)式、(2)式及び(3)式において、バックライト2からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度をθとする。前記角度θで液晶表示素子6に入射した光が、等方拡散層8に到達するまでの平均の進行角度をθとする。画像形成面Fから光拡散部材70と等方拡散層8との間の界面までの距離をTとする。空気の屈折率をnとする。画像形成面と等方拡散層8との間の平均屈折率をnとする。画素ピッチをPとする。画素の端部からの光のうち、等方拡散層8に対して垂直に到達した光の到達位置と、等方拡散層8に対して進行角度θで到達した光の到達位置との間の距離をP’とする。以下、距離P’を単にボヤケ幅と称する場合がある。
Figure 2013061964


Figure 2013061964


Figure 2013061964

以下、上記の(1)式、(2)式、及び(3)式を導出するに至った過程について、図5〜図16を用いて説明する。
図5は、液晶表示装置1において表示のボヤケを許容する関係式のパラメータを示す図である。
ここで、「バックライト2からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度θ」とは、バックライト2から射出される全光束のうち、ある方向に向かう光束の単位立体角当たりの割合が多い角度をいう。
図6は、極角と方位角の関係を示した図である。
例えば、光源として指向性バックライトを用いる場合、前記バックライトからは、ある範囲の指向性を持った光(所定の配光特性を有する光)が射出される。この場合、角度θは、図6に示すように、この指向性を持った光のうち液晶表示素子に対して垂直に入射する光の方向V1と液晶表示素子に対して広角に入射する光の方向V2とのなす角度(極角)となる。
また、方位角φは、前記方向V1を中心軸とした水平座標系で示される角度であり、ある方向と基準となる方向との間の角の角度である。ここでは、方向V1と直交する複数の画素の配列方向に沿う方向の軸V0と前記方向V2を水平座標面に射影した方向V3とのなす角度となる。
図7は、カラーフィルターと方位角の関係を示した図である。図7においては、3色の着色層がストライプ状に配置された構成を示している。
図7に示すように、本実施形態のカラーフィルター31においては、3色の着色層の配列方向が方位角0°の方向と方位角180°の方向とに沿う方向となる。また、ストライプ状の各着色層の長手方向が方位角90°の方向と方位角270°の方向とに沿う方向となる。
図5に戻り、距離Tの基準となる「画像形成面F」とは、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面(カラーフィルター31と透明基板29との間の界面)をいう。すなわち、距離Tは、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面と光拡散部材70を構成する基材39の等方拡散層8側の面との間の距離となる。
「画素ピッチP」とは、1つの画素の幅(図7に示す3つの着色層の配列方向の距離)である。
図5に示すように、距離P’と、距離Tと、角度θとの間には、下記の(1)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

図8は、液晶表示装置1におけるバックライト2からの光の進行角度の関係を示す図である。図8において、符号θは、バックライト2からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度である。符号θは、バックライト2からの光のうち、角度θで液晶表示素子6に入射した光が等方拡散層8に到達するまでの平均の進行角度である。符号nは、空気の屈折率である。符号nは、液晶表示装置1においてバックライト2からの光が等方拡散層8に到達するまでに通過する構造体(液晶表示素子6及び光拡散部材70)の平均屈折率である。
ここで、「バックライト2からの光のうち角度θで液晶表示素子6に入射した光が等方拡散層8に到達するまでの平均の進行角度θ」とは、バックライト2からの光のうち角度θで液晶表示素子6に入射した光が前記液晶表示素子6を進行するときの角度と、前記液晶表示素子6から射出された光が光拡散部材70を進行するときの角度とを平均した角度をいう。なお、本実施形態においては、液晶層11の層厚が透明基板29の厚みに比べて十分に薄いため、前記進行角度θを考える上で液晶層11は考慮しないこととする(図5参照)。すなわち、進行角度θは、バックライト2からの光のうち角度θで液晶表示素子6に入射した光がカラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面と光拡散部材70を構成する基材39の等方拡散層8側の面との間を進行するときの角度となる。
「空気の屈折率n」とは、バックライト2と液晶表示素子6との間に存在する空気の屈折率である。例えば、液晶表示装置を構成するバックライト2及び液晶表示素子6は、筐体に収容される場合、所定の間隔を空けて配置される。この場合、バックライト2と液晶表示素子6との間には空気が介在し、バックライト2から射出された光は当該空気を通過して液晶表示素子6に入射することとなる。
「液晶表示装置1においてバックライト2からの光が等方拡散層8に到達するまでに通過する構造体の平均屈折率n」とは、構造体を構成する各層の屈折率の平均に各層の層厚を考慮した加重平均である。例えば、m層からなる構造体の加重平均μと、各層の屈折率nと、各層の層厚dとの間には、下記の(10)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

ただし、mは自然数(i=1,2,3・・・)とする。
図8に示すように、Snellの法則より、角度θと、角度θと、屈折率nと、屈折率nとの間には、下記の(2)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

図5に戻り、距離P’が1つの画素ピッチPよりも小さければ、本来黒表示を行う部分に白表示を行う部分からの光が入り込む量が少ないので、液晶表示装置1において白表示を行う部分と黒表示を行う部分との境界がぼやけることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(3)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(3)式を満たすことにより、液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制することができる。
なお、(1)式と(2)式とにより、距離P’を、角度θを用いて表すと下記の(11)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

よって、上記の(11)式及び(3)式を満たすことによっても、液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制することができる。
ところで、実際には、バックライト2から射出された光は、液晶表示素子6を通過し光拡散部材70を通過した後、等方拡散層8に入射する。そのため、厳密には、バックライト2からの光のうち角度θで液晶表示素子6に入射した光が当該液晶表示素子6を進行するときの角度、前記液晶表示素子6から射出された光が光拡散部材70を進行するときの角度、のそれぞれの角度を考慮して距離P’を求めることが望ましい。
また、液晶表示装置1において、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面と光拡散部材70を構成する基材39の等方拡散層8側の面との間に、互いに異なる屈折率を有する複数の層が積層配置されている場合には、カラーフィルター31の上からi番目の層における光の進行角度、当該層の厚みを考慮して、表示のボヤケを抑制するための式を導き出すこともできる。
図9は、液晶表示装置1において表示のボヤケを許容する関係式のパラメータの詳細を示す図である。図9においては、カラーフィルター31の上に、透明基板29、第1粘着剤53、第2偏光板5を構成する位相差フィルム50、偏光層51及び保護層52、第2粘着層54、光拡散部材70を構成する光拡散部40、基材39がこの順に積層された構成を例に挙げて説明する。なお、上述した符号と同一の符号については、その詳細な説明を省略する。
図9において、符号θ11は、バックライト2からの光のうち角度θで透明基板29に入射した光が前記透明基板29を進行するときの角度である。符号θ12は、角度θ11で第1粘着剤53に入射した光が前記第1粘着剤53を進行するときの角度である。符号θ13は、角度θ12で位相差フィルム50に入射した光が前記位相差フィルム50を進行するときの角度である。符号θ14は、角度θ13で偏光層51に入射した光が前記偏光層51を進行するときの角度である。符号θ15は、角度θ14で保護層52に入射した光が前記保護層52を進行するときの角度である。符号θ16は、角度θ15で第2粘着剤54に入射した光が前記第2粘着層54を進行するときの角度である。符号θ17は、角度θ16で光拡散部40に入射した光が前記光拡散部40を進行するときの角度である。符号θ18は、角度θ17で基材39に入射した光が当該基材39を進行するときの角度である。
また、符号Tは、透明基板29のカラーフィルター31側の面と第1粘着剤53側の面との間の距離(透明基板29の厚み)である。符号Tは、第1粘着剤53の透明基板29との界面から位相差フィルム50との界面までの距離(第1粘着剤53の厚み)である。符号Tは、位相差フィルム50の第1粘着剤53側の面と偏光層51側の面との間の距離(位相差フィルム50の厚み)である。符号Tは、偏光層51の位相差フィルム50側の面と保護層52側の面との間の距離(偏光層51の厚み)である。符号Tは、保護層52の偏光層51側の面と第2粘着剤54側の面との間の距離(保護層52の厚み)である。符号Tは、第2粘着剤54の保護層52との界面から光拡散部40との界面までの距離(第2粘着剤54の厚み)である。符号Tは、光拡散部40の第1粘着剤54側の面と基材39側の面との間の距離(光拡散部40の厚み)である。符号Tは、基材39の光拡散部40側の面と等方拡散層8側の面との間の距離(基材39の厚み)である。距離Tは、これら8層の層の厚みT〜Tを足し合わせた厚みとなる。
また、符号Pは、透明基板29からの光のうち第1粘着剤53に対して垂直に到達した光の到達位置と第1粘着剤53に対して進行角度θ11で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記第1粘着剤53からの光のうち位相差フィルム50に対して垂直に到達した光の到達位置と位相差フィルム50に対して進行角度θ12で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記移送差フィルム50からの光のうち偏光層51に対して垂直に到達した光の到達位置と偏光層51に対して進行角度θ13で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記偏光層51からの光のうち保護層52に対して垂直に到達した光の到達位置と保護層52に対して進行角度θ14で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記保護層52からの光のうち第2粘着剤54に対して垂直に到達した光の到達位置と第2粘着剤54に対して進行角度θ15で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記第2粘着剤54からの光のうち光拡散部40に対して垂直に到達した光の到達位置と光拡散部40に対して進行角度θ16で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記光拡散部40からの光のうち基材39に対して垂直に到達した光の到達位置と基材39に対して進行角度θ17で到達した光の到達位置との間の距離である。符号Pは、前記基材39からの光のうち等方拡散層8に対して垂直に到達した光の到達位置と等方拡散層8に対して進行角度θ18で到達した光の到達位置との間の距離である。距離P’は、これら8層における前記距離P〜Pを足し合わせた距離となる。
また、符号nは、透明基板29の屈折率である。符号nは、第1粘着剤53の屈折率である。符号nは、位相差フィルム50の屈折率である。符号nは、偏光層51の屈折率である。符号nは、保護層52の屈折率である。符号nは、第2粘着剤54の屈折率である。符号nは、光拡散部40の屈折率である。符号nは、基材39の屈折率である。
図9に示すように、カラーフィルター31の上からi番目の層における光の進行角度を角度θ、前記層の厚みをT、前記層に対して垂直に到達した光の到達位置と前記層に対して進行角度θで到達した光の到達位置との間の距離をPとした場合、距離Pと、厚みTと、角度θとの間には、下記の(12)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

ここで、距離P’は前記層における前記距離Pを足し合わせた距離となるため、距離P’と距離Pとの間には、下記の(13)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

また、カラーフィルター31の上からi番目の層における光の進行角度を角度θ、前記層の屈折率をnとした場合、Snellの法則より、角度θと、屈折率nとの間には、下記の(14)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

ただし、iは自然数(i=1,2,3・・・)とする。
液晶表示装置1において、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面と光拡散部材70を構成する基材39の等方拡散層8側の面との間に、互いに異なる屈折率を有する複数の層が積層して配置されている場合においても、距離P’が1つの画素ピッチPよりも小さければ、白表示が行われる部分と黒表示が行われる部分との境界がぼやけることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、上記の(3)式の関係を満たす必要がある。
すなわち、上記の(3)式、(5)式、(13)式、及び(14)式を満たすことにより、液晶表示装置1において、カラーフィルター基板10を構成する透明基板29の液晶層11側の面と光拡散部材70を構成する基材39の等方拡散層8側の面との間に、互いに異なる屈折率を有する複数の層が積層して配置されている場合においても、表示のボヤケを抑制することができる。
なお、上記(5)式と(14)式とにより、距離Pを角度θi−1を用いて表すと下記の(15)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

ただし、iは自然数(i=1,2,3・・・)とする。
よって、上記の(3)式、(13)式、及び(15)式を満たすことによっても、液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制することができる。
また、本実施形態の液晶表示装置1はカラーフィルター31を有する。互いに異なる色の表示を行う複数のサブ画素が隣り合って配置され、これらk個のサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/k)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(4)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(4)式を満たすことにより、液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
図10は、本実施形態のカラーフィルターの平面図である。図10においては、カラーフィルター31のうち1つの画素に対応する部分を模式的に示している。
図10に示すように、カラーフィルター31は、赤色着色層31R、緑色着色層31G、及び青色着色層31Bが隣り合って配置され、これら3つの着色層31R,31G,31Bにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら3つの着色層31R,31G,31Bの幅を足し合わせた幅となる。
赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素が隣り合って配置され、これら3つのサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/3)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。
この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(5)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(5)式を満たすことにより、3つの着色層からなるカラーフィルターを有する液晶表示装置1において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
なお、画素構成は、3つのサブ画素により構成される例に限定されず、種々の構成を採用することができる。
図11A、図11B、図11Cは、本実施形態のカラーフィルターの第1変形例の平面図である。図11A、図11B、図11Cにおいては、カラーフィルターのうち1つの画素に対応する部分を模式的に示している。図11A、図11B、図11Cに示すように、本変形例のカラーフィルターは、各着色層がストライプ状に配置された構成である。
図11Aに示すカラーフィルターは、赤色着色層31R、緑色着色層31G、青色着色層31B及び黄色着色層31Yが隣り合って配置される。これら4つの着色層31R,31G,31B,31Yにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら4つの着色層31R,31G,31B,31Yの幅を足し合わせた幅となる。
赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素、黄色光による表示を行う黄色用サブ画素が隣り合って配置され、これら4つのサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/4)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(16)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(16)式を満たすことにより、4つの着色層がストライプ状に配置された構成のカラーフィルターを有する液晶表示装置において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
図11Bに示すカラーフィルターは、赤色着色層31R、緑色着色層31G、青色着色層31B及び白色着色層31Wが隣り合って配置される。これら4つの着色層31R,31G,31B,31Wにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら4つの着色層31R,31G,31B,31Wの幅を足し合わせた幅となる。
このような画素構成においても、上記の(1)式、(2)式、及び(16)式を満たすことにより、表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
図11Cに示すカラーフィルターは、赤色着色層31R、緑色着色層31G、青色着色層31B、黄色着色層31Y及びシアン色着色層31Cが隣り合って配置される。これら5つの着色層31R,31G,31B,31Y,31Cにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら5つの着色層31R,31G,31B,31Y,31Cの幅を足し合わせた幅となる。なお、シアン色着色層31C(シアン)に替えて、マゼンタ色着色層を用いてもよい。
赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素、黄色光による表示を行う黄色用サブ画素、シアン色用サブ画素が隣り合って配置され、これら5つのサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/5)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(17)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(17)式を満たすことにより、5つの着色層がストライプ状に配置された構成のカラーフィルターを有する液晶表示装置において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
図12A、図12Bは、本実施形態のカラーフィルターの第2変形例の平面図である。図12A、図12Bにおいては、カラーフィルターのうち1つの画素に対応する部分を模式的に示している。図12A、図12Bに示すように、本変形例のカラーフィルターは、各着色層がマトリクス状(j行k列、j,kは自然数)に配置された構成である。
図12Aに示すカラーフィルターは、赤色着色層131R、第1緑色着色層131G1、第2緑色着色層131G2、青色着色層131Bが2行2列に配置される。これら4つの着色層131R,131G1,131G2,131Bにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら4つの着色層131R,131G1,131G2,131Yのうち赤色着色層131R、第1緑色着色層131G1の幅を足し合わせた幅、もしくは第2緑色着色層131G2、青色着色層131Bの幅、を足し合わせた幅となる。
赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、第1の緑色光による表示を行う第1の緑色用サブ画素、第2の緑色光による表示を行う第2の緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素、が2行2列に配置され、これら4つのサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/2)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、下記の(18)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2013061964

すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(18)式を満たすことにより、4つの着色層が2行2列に配置された構成のカラーフィルターを有する液晶表示装置において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
図12(B)に示すカラーフィルターは、赤色着色層131R、緑色着色層131G、青色着色層131B、マゼンタ色着色層131M、黄色着色層131Y、シアン色着色層131Cが2行3列に配置される。これら6つの着色層131R,131G,131B,131M,131Y,131Cにより、1つの画素に対応する部分が構成されている。すなわち、画素ピッチPは、これら6つの着色層131R,131G,131B,131M,131Y,131Cのうち赤色着色層131R、緑色着色層131Gの幅、青色着色層131Bの幅を足し合わせた幅、もしくはマゼンタ色着色層131M、黄色着色層131Y、シアン色着色層131Cの幅、を足し合わせた幅となる。
赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素、マゼンタ色光による表示を行うマゼンタ色用サブ画素、黄色光による表示を行う黄色用サブ画素、シアン色光による表示を行うシアン色用サブ画素が2行3列に配置され、これら6つのサブ画素により表示を構成する1つの画素が構成されるとき、距離P’が1つのサブ画素ピッチ(P/3)よりも小さければ、互いに異なる色の混色による色滲みが生じることが抑制される。この場合、距離P’と距離Pとは、上記の(5)式の関係を満たす必要がある。
すなわち、上記の(1)式、(2)式、及び(5)式を満たすことにより、6つの着色層が2行3列に配置された構成のカラーフィルターを有する液晶表示装置において表示のボヤケを抑制するとともに、互いに異なる色の混色による色滲みを抑制することができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図13、図14を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置1Aの基本構成は第1実施形態と同一であり、基材に光散乱体が含まれている点が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置1Aの基本構成の説明は省略し、視野角拡大フィルム7Aについて説明する。
図13は、本実施形態の液晶表示装置1Aの断面図である。
図13において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第1実施形態では、等方拡散層8が基材39の他面(視認側の面)に配置されていた。
これに対して、本実施形態の視野角拡大フィルム7Aでは、図13に示すように、基材に等方拡散層が配置された構成とはなっておらず、基材そのものが等方拡散層8として機能する。すなわち、基材80の内部に多数の光散乱体81が分散されている。
図14は、画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を示したグラフである。図14において、横軸は画像形成面から等方拡散層8までの距離T(μm)、縦軸はボヤケ幅P’(μm)である。なお、屈折率nは1.5とする(n=1.5)。図14において、出射角度がθ0=0°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号201で示す。出射角度がθ0=5°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号202で示す。出射角度がθ0=10°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号203で示す。出射角度がθ0=15°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号204で示す。出射角度がθ0=20°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号205で示す。出射角度がθ0=25°のときの画像形成面から等方拡散層8までの距離Tとボヤケ幅P’との関係を、符号206で示す。
図14に示すように、例えば出射角度θ0=25°の場合を見ると、距離T=1000μmにおいてはボヤケ幅P’=293μmとなっている。また、距離T=900μmにおいてはボヤケ幅P’=264μmとなっている。距離Tが100μm小さくなることで、ボヤケ幅P’は30μm程度小さくなることが分かる。つまり、距離Tが小さくなるにつれてボヤケ幅P’も小さくなる。
また、出射角度がθ0=25°からθ0=0°まで小さくなるにつれて、グラフの傾きが小さくなっている。つまり、出射角度が小さくなるにつれてボヤケ幅P’も小さくなる。
本実施形態の液晶表示装置1Aにおいても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。さらに、基材そのものが等方拡散層8として機能するので、装置の簡素化、薄型化を図ることができる。このように、光拡散部材と等方拡散層8とを組み合わせた視野角拡大フィルム7Aを用いることで、基材の厚み分を減少させ、ボヤケ幅を小さくすることができる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図15を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、液晶表示素子6B(液晶パネル4B)にカラーフィルターが設けられていない点が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置1Bの基本構成の説明は省略し、液晶パネル4Bについて説明する。
図14は、本実施形態の液晶表示装置1Bの断面図である。
図14において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第1実施形態では、カラーフィルター31が液晶パネル4の透明基板29の液晶層11の側に配置されていた。これに対して、本実施形態の液晶表示装置1Bにおいては、図15に示すように、液晶パネル4Bにカラーフィルターが配置されていない。本実施形態において、液晶パネル4Bはモノクロ表示を行う構成となっている。
本実施形態の液晶表示装置1Bにおいても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態においては、赤色光、緑色光、及び青色光の3色の色光を射出するバックライトを所定の間隔で順次点灯させて表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を採用してもよい。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図16〜図18Bを用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置1Cの基本構成は第1実施形態と同一であり、視野角拡大フィルム7Cの光拡散部40Cの構成が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置1Cの基本構成の説明は省略し、視野角拡大フィルム7Cについて説明する。
図16は本実施形態の液晶表示装置1Cの断面図である。
図17A、図17Bおよび図18A、図18Bは視野角拡大フィルム7Cの作用を説明するための図である。
また、図16、図17A、図17B、図18A、図18Bにおいて、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第1実施形態では、複数の光拡散部40は全て同一の寸法であった。これに対して、本実施形態の視野角拡大フィルム7Cでは、図16に示すように、複数の光拡散部40Cの寸法(直径)が異なっている。例えば複数の光拡散部40Cの直径は15μm〜25μmの範囲で分布している。すなわち、複数の光拡散部40Cが複数種類の寸法を有している。また、複数の光拡散部40Cは、第1実施形態と同様、平面的にランダムに配置されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
本実施形態の場合、図17A、図18Aに示すように、光拡散部40Cのxy平面における断面形状は第1実施形態の光拡散部40(図17B、図18B参照)と同様の円形である。したがって、xz平面内において視野角拡大フィルム7Cが光の角度分布を拡大する作用も第1実施形態と同様である。ところが、第1実施形態では複数の光拡散部40が全て同一の寸法であったのに対し、図17A、図18Aに示すように、本実施形態では複数の光拡散部40Cの寸法が異なっている。図17Bに示すように、光拡散部40が一定形状であると、光透過部分(光拡散部)の割合を増やすために光拡散部のピッチを狭めても、遮光部分(遮光層)が広く残る。その結果、遮光層で遮光される光の割合が大きくなる。
また、図18Bに示すように、一定形状の光拡散部40をランダムに配置すると、複数の光拡散部40が直線に並んでしまう部分が生じる。これに対し、図18Aに示すように、サイズの異なる形状の光拡散部40Cをランダムに配置すると、複数の光拡散部40Cが直線に並ぶ割合が少なくなる。つまり、複数の光拡散部の寸法を複数の種類としたり、ランダムに変えたりすることで、例えば径が大きい円形の光拡散部の間を径が小さい円形の光拡散部で埋めるなどして、光拡散部の配置密度を高めることができる。その結果、遮光層で遮光される光の割合を小さくし、光の利用効率を高めることができる。
本実施形態の液晶表示装置1Cにおいても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。さらに、複数の光拡散部40Cがランダムに配置されていることに加え、光拡散部40Cの大きさも異なるため、光の回折現象によるモアレ縞をより確実に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、図19Aに示すように、平面形状が円形である光拡散部40の例を示したが、例えば図19Bに示すように、平面形状が正方形である光拡散部40Gを用いても良い。あるいは、図19Cに示すように、平面形状が正八角形である光拡散部40Hを用いても良い。あるいは、図19Dに示すように、正方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状の光拡散部40Iを用いても良い。あるいは、図19Eに示すように、2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状の光拡散部40Jを用いても良い。あるいは、図19Fに示すように、細長い楕円形状の光拡散部40Kを用いても良い。あるいは、図19Gに示すように、細長い長方形状の光拡散部40Lを用いても良い。あるいは、図19Hに示すように、細長い八角形状の光拡散部40Mを用いても良い。あるいは、図19Iに示すように、細長い長方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状の光拡散部40Nを用いても良い。あるいは、図19Jに示すように、縦横比が異なる2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状の光拡散部40Pを用いても良い。さらに、図19A〜図19Jの形状が複数の方向に回転していてもよい。
例えば図19Bに示す正方形状の光拡散部40Gであれば、正方形の各辺に垂直な方向に向けて光が拡散する。また、図19Gに示す長方形状の光拡散部40Lであれば、長辺に垂直な方向への光の拡散が短辺に垂直な方向への光の拡散よりも強くなる。そのため、辺の長さによって垂直方向(上下方向)と水平方向(左右方向)とで光の拡散の強さが異なる視野角拡大フィルムを実現できる。このように、視野角の異方性が要求される場合、遮光部の形状を適宜変えることで異なる光拡散特性を得ることができる。
なお、本発明の態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様における趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、表示体として液晶表示装置の例を挙げたが、これに限ることなく、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイ等に本発明の態様を適用しても良い。
また、上記実施形態では、視野角拡大フィルムを液晶表示体の第2偏光板上に接着する例を示したが、視野角拡大フィルムと液晶表示体とは必ずしも接触していなくても良い。
例えば、視野角拡大フィルムと液晶表示体との間に他の光学フィルムや光学部品等が挿入されていても良い。あるいは、視野角拡大フィルムと液晶表示体とが離れた位置にあっても良い。また、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイ等の場合には偏光板が不要であるため、視野角拡大フィルムと偏光板とが接触することはない。
また、上記実施形態における視野角拡大フィルムの基材の視認側に、反射防止層、偏光フィルター層、帯電防止層、防眩処理層、防汚処理層のうちの少なくとも一つを設けた構成としても良い。この構成によれば、基材の視認側に設ける層の種類に応じて、外光反射を低減する機能、塵埃や汚れの付着を防止する機能、傷を防止する機能等を付加することができ、視野角特性の経時劣化を防ぐことができる。
また、上記実施形態では、光拡散部を、中心軸を挟んで対称な形状としたが、必ずしも対称な形状でなくても良い。例えば表示装置の用途や使い方に応じて意図的に非対称な角度分布が要求される場合、例えば画面の上方側だけ、あるいは右側だけに視野角を広げたい等の要求がある場合には、光拡散部の側面の傾斜角度を非対称にしても良い。
また、光散乱体を含む層が複数あっても良い。
その他、光拡散部や遮光層の配置や形状、視野角拡大フィルムの各部の寸法や材料、製造プロセスにおける製造条件等に関する具体的な構成は上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。
[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図20、図21を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置101の基本構成は第1実施形態と同一であり、視野角拡大フィルム107の光拡散部140及び遮光層141の構成が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置101の基本構成の説明は省略し、視野角拡大フィルム107について説明する。
図20は、本実施形態の液晶表示装置101を示す斜視図である。図21は、本実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図20、図21において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第1実施形態では、基材39の一面に形成された複数の光拡散部40と、基材39の一面において光拡散部40の形成領域以外の領域に形成された遮光層41と、を備えていた。また第1実施形態では、複数の光拡散部40が基材39の一面の法線方向から見て点在して配置され、遮光層41が光拡散部40の形成領域以外の領域に連続して形成されていた。これに対して、本実施形態の視野角拡大フィルム107は、基材39の一面に形成された複数の遮光層141と、基材39の一面において遮光層141の形成領域以外の領域に形成された光拡散部140と、を備える。本実施形態の視野角拡大フィルム107は、複数の遮光層141が基材39の一面の法線方向から見て点在して配置され、光拡散部140が遮光層141の形成領域以外の領域に連続して形成されている。
複数の遮光層141は、基材39上に点在してランダムに(非周期的に)配置されている。それに伴い、複数の遮光層141と同一の位置に形成される複数の中空部142も基材39上にランダムに配置されている。
本実施形態では、各遮光層141を基材39の法線方向から見たときの平面形状は円形である。各遮光層141の直径は例えば10μmである。複数の遮光層141は全て同一の直径となっている。複数の遮光層141が基材39上に点在して形成されたことにより、本実施形態の光拡散部140は基材39上に連続して形成されている。
視野角拡大フィルム107における遮光層141の形成領域には、基材39の一面に平行な平面で切断したときの断面積が遮光層141側で大きく、遮光層141から離れるにつれて漸次小さくなる形状の中空部142が形成されている。すなわち、中空部142は、基材39側から見たとき、いわゆる順テーパ状の略円錐台状の形状を有している。中空部142の内部には空気が存在している。視野角拡大フィルム107の中空部142以外の部分、すなわち光拡散部140が連続して存在する部分は光の透過に寄与する部分である。光拡散部140に入射した光は、その光拡散部140と中空部142との界面で全反射しつつ、光拡散部140の内部に略閉じこめられた状態で導光し、基材39を介して外部に出射される。
本実施形態の場合、中空部142には空気が存在しているため、光拡散部140を例えば透明樹脂で形成したとすると、光拡散部140の側面は透明樹脂と空気との界面となる。ここで、光拡散部140の内部と外部との界面の屈折率差は、中空部142が空気で充填されている方が、光拡散部140の周囲が他の一般的な低屈折率材料で充填されているよりも大きい。したがって、スネルの法則より、光拡散部140の側面で光が全反射する入射角範囲が広い。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
なお、中空部142には、空気に代えて、窒素等の不活性ガスが充填されていても良い。もしくは、中空部142の内部が真空状態であっても良い。
本実施形態の液晶表示装置101においても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。さらに、複数の遮光層141がランダムに配置されているため、液晶パネル4の画素の規則的配列との間で干渉によるモアレ縞が生じることなく、表示品位を維持することができる。
[第6実施形態]
以下、本発明の第6実施形態について、図22を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置101Aの基本構成は第5実施形態と同一であり、基材に光散乱体が含まれている点が第5実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置101Aの基本構成の説明は省略し、視野角拡大フィルム107Aについて説明する。
図22は、本実施形態の液晶表示装置101Aの断面図である。
図22において、第5実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第5実施形態では、等方拡散層8が基材39の他面(視認側の面)に配置されていた。
これに対して、本実施形態の視野角拡大フィルム107Aでは、図22に示すように、基材に等方拡散層が配置された構成とはなっておらず、基材そのものが等方拡散層8として機能する。すなわち、基材80の内部に多数の光散乱体81が分散されている。
本実施形態の液晶表示装置101Aにおいても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第5実施形態と同様の効果が得られる。さらに、基材そのものが等方拡散層8として機能するので、装置の簡素化、薄型化を図ることができる。このように、光拡散部材と等方拡散層8とを組み合わせた視野角拡大フィルム107Aを用いることで、基材の厚み分を減少させ、ボヤケ幅を小さくすることができる。
[第7実施形態]
以下、本発明の第7実施形態について、図23を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置101Bの基本構成は第5実施形態と同一であり、視野角拡大フィルム107Bの遮光層141Bの構成が第5実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置101Bの基本構成の説明は省略し、視野角拡大フィルム107Bについて説明する。
図23は、本実施形態の液晶表示装置101Bを示す斜視図である。
また、図23において、第5実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第5実施形態では、複数の遮光層141は全て同一の寸法であった。これに対して、本実施形態の視野角拡大フィルム107Bでは、図23に示すように、複数の遮光層141Bの寸法(直径)が異なっている。例えば複数の遮光層141Bの直径は10μm〜25μmの範囲で分布している。すなわち、複数の遮光層141Bが複数種類の寸法を有している。また、複数の遮光層141Bは、第5実施形態と同様、平面的にランダムに配置されている。また、複数の中空部142Bのうち、少なくとも一つの中空部142Bの体積は他の中空部142Bの体積と異なっている。その他の構成は第5実施形態と同様である。
本実施形態の液晶表示装置101Bにおいても、表示のボヤケを抑制することができる、といった第5実施形態と同様の効果が得られる。さらに、複数の遮光層141Bがランダムに配置されていることに加え、遮光層141Bの大きさも異なるため、光の回折現象によるモアレ縞をより確実に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、図24Aに示すように、平面形状が円形である遮光層141の例を示したが、例えば図24Bに示すように、平面形状が正方形である遮光層141Gを用いても良い。あるいは、図24Cに示すように、平面形状が正八角形である遮光層141Hを用いても良い。あるいは、図24Dに示すように、正方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状の遮光層141Iを用いても良い。あるいは、図24Eに示すように、2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状の遮光層141Jを用いても良い。あるいは、図24Fに示すように、細長い楕円形状の遮光層141Kを用いても良い。あるいは、図24Gに示すように、細長い長方形状の遮光層141Lを用いても良い。あるいは、図24Hに示すように、細長い八角形状の遮光層141Mを用いても良い。あるいは、図24Iに示すように、細長い長方形の対向する2辺を外側に湾曲させた形状の遮光層141Nを用いても良い。あるいは、図24Jに示すように、縦横比が異なる2つの長方形を直交する2方向に交差させた形状の遮光層141Pを用いても良い。さらに、図24A〜図24Jの形状が複数の方向に回転していてもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
バックライト2の配光特性について図25及び図26を用いて説明する。なお、図25おいて、通常BL(1)211は、指向性を持たせていないバックライトの配光特性を示している。通常BL(2)212は、通常BL(1)の光射出面にプリズムシート(3M社製のBEF(商品名))を配置させたバックライトの配光特性を示している。一方、指向性BL(1)、指向性BL(2)、及び指向性BL(3)は、それぞれ互いに異なる指向性を持たせたバックライトである。なお、指向性BL(2)は、指向性BL(1)よりも広角に光を射出するバックライトである。また、指向性BL(3)は、指向性BL(1)よりも指向性の悪い(配光分布にばらつきがある)バックライトである。図25中において、符号215は、指向性BL(1)の配光特性を示している。符号213は、指向性BL(2)の配光特性を示している。符号214は、指向性BL(3)の配光特性を示している。
図25は、バックライト(BL)の配光特性を極角と相対輝度との関係で表示したグラフである。図25において、横軸は極角(°)、縦軸は相対輝度である。なお、相対輝度とは最大輝度を1として規格化した輝度である。
図25に示すように、通常BL(1)は、極角60°以上の角度においても相対輝度0.2程度の光が確認される。
通常BL(2)は、通常BL(1)よりも高い指向性を有するように見える。しかしながら、極角60°近傍においては通常BL(1)よりも強い光(相対輝度0.3程度の光)が確認される。
指向性BL(1)は、指向性BL(1)〜(3)のうち最も高くかつ安定した指向性を有する。前記指向性BL(1)は、極角30°以上の角度において相対輝度0.1以上の光がほとんど確認されない。
指向性BL(2)は、極角40°以上の角度において相対輝度0.1以上の光がほとんど確認されない。
指向性BL(3)は、指向性BL(1)よりも高い指向性を有するようにも見える。しかしながら、配光分布を見ると図20中右側(極角のプラス側)にシフトしている。
図26は、バックライトの配光特性を極座標で表示したグラフである。図26において、符号221は、通常BL(1)の配光特性を示す。符号222は、通常BL(2)の配光特性を示す。符号225は、指向性BL(1)の配光特性を示す。符号223は、指向性BL(2)の配光特性を示す。符号224は、指向性BL(3)の配光特性を示す。図26に示すように、各BLにおいて、図25と同様な配光特性が確認される。
本願発明者は、鋭意研究の結果、上記各BLを用いた場合に、液晶表示装置において表示のボヤケが生じるときのバックライトからの光の出射角度と、各BLにおいて光束割合が最も多い角度との間には、一定の関係があることを見出した。以下、本願発明者が見出した当該関係について、図27、表1〜3を用いて説明する。
各BLを用いた場合に液晶表示装置において表示のボヤケが生じるときのバックライトからの光の出射角度は、以下の方法により算出した。
使用したディスプレイは、市販のTVに視野角拡大フィルムを貼合させたものを用いた。
各BLを用いて配光特性を異ならせ、それぞれにおいてボヤケ幅P’を測定した。その結果を[表1]に示す。
Figure 2013061964

表1において、「ピクセル」の欄では、画素ピッチP:300μm(1つの画素の幅)を基準として、目視で表示のボヤケが許容できる場合を「○」、許容できない場合を「×」で示している。
一方、「サブピクセル」の欄では、画素ピッチPの1/3(P/3):100μm(1つのサブ画素の幅)を基準として、目視で混色による色滲みが許容できる場合を「○」、許容できない場合を「×」で示している。
表1に示すように、通常BL(1)におけるボヤケ幅P’は325.3μmであった。
通常BL(1)では、目視による表示のボヤケ、色滲みのいずれも許容できない結果となった。
通常BL(2)におけるボヤケ幅P’は200.0μmであった。通常BL(2)では、目視による表示のボヤケについては許容できる結果となった。
一方、指向性BL(1)におけるボヤケ幅P’は168.2μmであった。指向性BL(1)では、目視による表示のボヤケについては許容できる結果となった。
指向性BL(2)におけるボヤケ幅P’は170.2μmであった。指向性BL(2)でも、目視による表示のボヤケについては許容できる結果となった。
指向性BL(3)におけるボヤケ幅P’は160.3μmであった。指向性BL(3)でも、目視による表示のボヤケについては許容できる結果となった。
また、使用したディスプレイは、画素ピッチP:300μm、画像形成面から光拡散部材と等方拡散層との間の界面までの距離T:1020μm(透明基板の厚み:700μm、偏光板の厚み:200μm、光拡散部材の厚み:120μm)、画像形成面と等方拡散層との間の平均屈折率n:1.5のものを用いた。なお、距離Tと画素ピッチPとの関係は、T/P=3.4を満たす。
図5に示すように、距離P’と、距離Tと、角度θとの間には、下記の(1)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

上記の(1)式を変形すると、下記の(19)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

図8に示すように、Snellの法則より、角度θと、角度θと、屈折率nと、屈折率nとの間には、下記の(20)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

上記の(20)式において、空気の屈折率nを1(n=1)とすると、下記の(21)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

また、(19)式と(21)式とにより、下記の(22)式が導かれる。
Figure 2013061964

そして、上記の(22)に、上述した測定値(各BLにおけるボヤケ幅P’)及び条件値(屈折率n:1.5、距離T:1020μm)を代入し、各BLにおいて表示のボヤケが生じるときの出射角度θを求めた。その結果を[表2]に示す。
Figure 2013061964

表2に示すように、通常BL(1)において表示のボヤケが生じるときの出射角度θは27.11°となった。通常BL(2)において表示のボヤケが生じるときの出射角度θは16.78°となった。
一方、指向性BL(1)において表示のボヤケが生じるときの出射角度θは14.13°となった。指向性BL(2)において表示のボヤケが生じるときの出射角度θは14.29°となった。指向性BL(3)において表示のボヤケが生じるときの出射角度θは13.47°となった。
各BLにおいて表示のボヤケが生じるときの出射角度θは、指向性BL(3)が最も小さく、次いで指向性BL(1)、指向性BL(2)、通常BL(2)、通常BL(1)の順に大きくなる結果となった。
図27は、バックライトからの光の各極角に含まれる光束割合を示したグラフである。図27において、横軸は極角(°)、縦軸は光束割合(%)である。符号231は、通常BL(1)からの光の各極角に含まれる光束割合を示す。符号232は、通常BL(2)からの光の各極角に含まれる光束割合を示す。符号233は、指向性BL(2)からの光の各極角に含まれる光束割合を示す。符号234は、指向性BL(3)からの光の各極角に含まれる光束割合を示す。符号235は、指向性BL(1)からの光の各極角に含まれる光束割合を示す。
図27に示すように、通常BL(1)において光束割合が最も多い角度は26°であった。通常BL(2)において光束割合が最も多い角度は19°であった。
一方、指向性BL(1)において光束割合が最も多い角度は14°であった。指向性BL(2)において光束割合が最も多い角度は16°であった。指向性BL(3)において光束割合が最も多い角度は13°であった。
また、各BLにおいて光束割合が最も多い角度の一覧を[表3]に示す。
Figure 2013061964

各BLにおいて光束割合が最も多い角度は、指向性BL(3)が最も小さく、次いで指向性BL(1)、指向性BL(2)、通常BL(2)、通常BL(1)の順に小さくなる結果となった。
この結果は、[表2]に示した、各BLにおいて表示のボヤケが生じるときの角度θの降順と同じ結果である。また、各BLにおいて光束割合が最も多い角度は、各BLにおいて表示のボヤケが生じるときの角度とほぼ等しい。
このように、各BLを用いた場合に表示のボヤケが生じるときのバックライト2からの光の出射角度と、各BLにおいて光束割合が最も多い角度との間には、一定の関係があることが分かった。
なお、本実施形態の液晶表示装置1において、さらに異なる観点から表示のボヤケを抑制することもできる。
例えば、上記の(11)式において、空気の屈折率nを1(n=1)とすると、下記の(23)式に示す関係が成り立つ。
Figure 2013061964

ここで、表示のボヤケを抑制するためには、上記の(3)式の関係を満たす必要がある。
そして、(3)式と(23)式とにより、下記の(24)式が導かれる。
Figure 2013061964

上記の(24)式より、表示のボヤケを抑制するためには、右辺を大きくすること、または左辺を小さくすることが必要である。右辺を大きくするためには、画素ピッチPを大きくすること、角度θを小さくすること(例えば、0°≦θ≦90°)、屈折率n1を大きくすること(例えば、1≦n1)、の少なくとも一つを採用することが良いことが分かる。
左辺を小さくするためには、距離Tを小さくすること(液晶表示装置1において、透明基板29の液晶層11側の面と基材39の等方拡散層8側の面との間の距離Tを小さくすること)が良いことが分かる。
図28は、出射角度θと、距離T及び画素ピッチPの比との関係を示したグラフである。図28において、横軸は出射角度θ、縦軸は距離T及び画素ピッチの比T/Pを示している。なお、屈折率nは1.5(n=1.5)としている。
図28に示すように、出射角度θをθ≦25°の範囲とした場合、表示のボヤケを抑制するためには、上記の(24)式と上記のグラフとから、距離Tと画素ピッチPとの関係が下記の(25)式を満たす必要がある。
Figure 2013061964

また、出射角度θをθ≦10°の範囲とした場合、表示のボヤケを抑制するためには、上記の(24)式と上記のグラフとから、距離Tと画素ピッチPとの関係が下記の(26)式を満たす必要がある。
Figure 2013061964

このように、バックライト2から射出される光の指向性が高いほど、液晶表示装置1において、透明基板29の液晶層11側の面と基材39の等方拡散層8側の面との間の距離Tが大きくなっても表示のボヤケが生じにくくなることが分かった。
本発明の態様は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイ等の各種表示装置に利用可能である。
1,1A,1B,1C…液晶表示装置(表示装置)、2…バックライト(光源)、6…液晶表示素子(表示素子)、8…等方拡散層、31…カラーフィルター、39…基材、40,40C,40G,40H,40I,40J,40K,40L,40M,40N,40P…光拡散部、40a…光射出端面、40b…光入射端面、41,41C…遮光層、70…光拡散部材、θ0…光源からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度、θ1…角度θ0で画像形成面に入射した光が当該画像形成面から射出されて等方拡散層に到達するまでの平均の進行角度、T…画像形成面から等方拡散層と光拡散部材との間の界面までの距離、n0…空気の屈折率、n1…画像形成面と等方拡散層との間の平均の屈折率、P…画素ピッチ、P’…ボヤケ幅(画素の端部からの光のうち等方拡散層に対して垂直に到達した光の到達位置と等方拡散層に対して進行角度θ1で到達した光の到達位置との間の距離)、F…画像形成面

Claims (18)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を用いて表示を行う表示素子と、
    前記表示素子の視認側に設けられ、前記表示素子から入射される光の角度分布を入射前よりも広げた状態にして光を射出させる光拡散部材と、
    前記光拡散部材の視認側に設けられ、前記光拡散部材から入射される光を等方的に拡散させる等方拡散層と、を含み、
    前記表示素子が、表示画像を形成する複数の画素を有し、
    前記光源からの光の出射角度のうち最も光束割合が多い角度をθ、前記角度θで前記表示素子に入射した光が前記等方拡散層に到達するまでの平均の進行角度をθ、画像形成面から前記光拡散部材と前記等方拡散層との間の界面までの距離をT、空気の屈折率をn、前記画像形成面と前記等方拡散層との間の平均屈折率をn、画素ピッチをP、前記画素の端部からの光のうち前記等方拡散層に対して垂直に到達した光の到達位置と前記等方拡散層に対して前記進行角度θで到達した光の到達位置との間の距離をP’としたとき、下記の(1)式、(2)式及び(3)式を満たす表示装置。
    Figure 2013061964


    Figure 2013061964


    Figure 2013061964

  2. 前記表示素子がカラーフィルターを有し、互いに異なる色の表示を行うk個のサブ画素が隣り合って配置され、前記k個のサブ画素により表示を構成する1つの前記画素が構成されるとき、下記の(4)式を満たす請求項1に記載の表示装置。
    Figure 2013061964

  3. 前記k個のサブ画素が、赤色光による表示を行う赤色用サブ画素、緑色光による表示を行う緑色用サブ画素、青色光による表示を行う青色用サブ画素を含み、前記赤色用サブ画素、前記緑色用サブ画素、前記青色用サブ画素が隣り合って配置され、前記赤色用サブ画素、前記緑色用サブ画素、前記青色用サブ画素により表示を構成する1つの前記画素が構成されるとき、下記の(5)式を満たす請求項2に記載の表示装置。
    Figure 2013061964

  4. 前記光拡散部材が、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された複数の光拡散部と、前記基材の一面において前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、
    前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面を有し、
    前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、
    前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっており、
    前記基材の一面とは反対側の面に前記等方拡散層が形成されている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表示装置。
  5. 前記光拡散部材が、前記等方拡散層の一面に形成された複数の光拡散部と、前記等方拡散層の一面において前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、
    前記光拡散部が、前記等方拡散層側に光射出端面を有し、
    前記光拡散部が、前記等方拡散層側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、
    前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て点在して配置され、
    前記遮光層が、前記光拡散部の形成領域以外の領域に連続して形成されている請求項4に記載の表示装置。
  7. 前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されている請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに等しい形状を有している請求項6または7に記載の表示装置。
  9. 前記複数の光拡散部が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに異なる複数種類のサイズ、形状の少なくとも一を有している請求項6または7に記載の表示装置。
  10. 前記複数の光拡散部間の間隙に空気が存在している請求項4ないし9のいずれか一項に記載の表示装置。
  11. 前記光拡散部材が、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に点在して形成された複数の遮光層と、前記基材の一面において前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、
    前記光拡散部が、前記基材側に光射出端面を有し、
    前記光拡散部が、前記基材側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、
    前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっており、
    前記基材の一面とは反対側の面に前記等方拡散層が形成されている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表示装置。
  12. 前記光拡散部材が、前記等方拡散層の一面に点在して形成された複数の遮光層と、前記等方拡散層の一面において前記遮光層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、
    前記光拡散部が、前記等方拡散層側に光射出端面を有し、
    前記光拡散部が、前記等方拡散層側と反対側に前記光射出端面の面積よりも大きい面積の光入射端面を有し、
    前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の層厚よりも大きくなっている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表示装置。
  13. 前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て点在して配置され、
    前記光拡散部が、前記遮光層の形成領域以外の領域に連続して形成されている請求項11に記載の表示装置。
  14. 前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て非周期的に配置されている請求項13に記載の表示装置。
  15. 前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに等しい形状を有している請求項13または14に記載の表示装置。
  16. 前記複数の遮光層が、前記基材の一面の法線方向から見て互いに異なる複数種類のサイズ、形状の少なくとも一を有している請求項13または14に記載の表示装置。
  17. 前記光源が指向性を有する光を射出する請求項1ないし16のいずれか一項に記載の表示装置。
  18. 前記表示素子が液晶表示素子である請求項1ないし17のいずれか一項に記載の表示装置。
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