JP2006251659A - 視野角拡大フィルム及び該視野角拡大フィルムを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視野角拡大フィルムにより水平方向視野角及び／又は垂直方向視野角を拡大し、横方向から観察しても輝度やコントラストの低下が実用上問題にならない程度に少なくして、液晶表示装置の視認性を向上させる。
【解決手段】 透光性基板１１に複数の凹レンズ１５を一次元配列又は二次元配列して凹レンズアレイ１３を形成し、視野角拡大フィルム１００とする。また、該視野角拡大フィルム１００を液晶表示層１の前面に配設して表示装置８００を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、視野角拡大フィルム及び該視野角拡大フィルムを用いた表示装置に関する。

従来、液晶等の表示装置では、光の利用効率を向上させることにより輝度を向上させるため、バックライト導光板上に１〜２枚の三角屋根状プリズムシートを配置して、バックライト導光板からの光を垂直方向に集光して液晶層に入射させていた。また、一般に視野角が大きい領域において輝度が低く、視野角が狭い液晶表示装置の視認性を改善するため、例えば以下のような対策が検討されていた。
(1)液晶分子の配向を分割するマルチドメイン方式。
(2)液晶分子を垂直に配列するＭＶＡ（Multi-domain Vertical alignment）方式。
(3)液晶分子を水平に配列するＩＰＡ（In-plain switching）方式。
(4)液晶ディスプレイパネルに液晶で生じる位相ズレを補正する光学補償フィルム（位相差フィルム）を貼付する方式。
(5)液晶分子のベンド配向と光学補償フィルムを組み合わせたＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）方式。

本出願人は、液晶表示装置の視認性を改善すべく、視野角拡大について鋭意検討した結果、従来とは全く異なる新規な方法により、液晶分子の配向等を変更することなく、正面横方向から観察しても輝度低下やコントラスト低下等の殆どない液晶の視野角を拡大して表示装置を実現することができた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来にない全く新規な方法により視野角の拡大を図り、表示装置、特に液晶表示装置の視認性を改善することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成できる。
（１）液晶表示用の視野角拡大フィルムであって、透光性基板に複数個形成され入射した光を屈折により発散させる凹レンズを有することを特徴とする視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、視野角拡大フィルムに入射した光が凹レンズで屈折により発散するので、視野角の大きい領域における輝度が向上し、これにより視野角を拡大して表示装置の視認性が向上する。

（２）前記凹レンズが、光の入射面側に形成されたことを特徴とする（１）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、凹レンズが光の入射面側に形成されているので、視野角拡大フィルムの表面に汚れが付着し難く、また凹レンズが損傷を受け難い。従って、いつまでも良好な画質が維持される。

（３）前記凹レンズが、レンズ間隔を等間隔として一次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする（１）又は（２）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、凹レンズアレイがレンズ間隔を等間隔として一次元配列されているので、構造簡単なフィルムにより所定の方向の視野角を拡大することができる。

（４）前記凹レンズが、レンズ間隔を異ならせて一次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする（１）又は（２）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、凹レンズアレイがレンズ間隔を異ならせて一次元配列されているので、液晶等の画素構造との干渉によるモアレ縞の発生を防止することができ、これにより良好な画像が得られる。

（５）前記フィルムが少なくとも２層のフィルムからなり、前記各フィルムの凹レンズの配列方向を互いに直交させて重ね合わせたことを特徴とする（３）又は（４）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、各凹レンズの配列方向を互いに直交させて２層に形成されているので、水平方向視野角と垂直方向視野角とを同時に拡大することができる。

（６）前記凹レンズが、レンズ間隔を等間隔として二次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする（１）又は（２）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、凹レンズアレイがレンズ間隔を等間隔として二次元配列されているので、水平方向視野角と垂直方向視野角とを同時に拡大することができる。

（７）前記凹レンズが、レンズ間隔を異ならせて二次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする（１）又は（２）記載の視野角拡大フィルム。

このように構成された視野角拡大フィルムにおいては、凹レンズアレイがレンズ間隔を異ならせて二次元配列されているので、液晶等の画素構造との干渉によるモアレ縞の発生を防止しながら水平方向視野角と垂直方向視野角とを同時に拡大して、より良好な画像が得られる。

（８）液晶素子を含む液晶表示層と、
該液晶表示層の前面に配設された（１）〜（７）のいずれか１項記載の視野角拡大フィルムと、を備えたことを特徴とする表示装置。

このように構成された表示装置においては、液晶表示層の前面に視野角拡大フィルムが配設されているので、視野角が大きく視認性の優れた液晶表示装置が得られる。

本発明の視野角拡大フィルム及び該視野角拡大フィルムを用いた表示装置によれば、視野角拡大フィルムにより水平方向視野角や垂直方向視野角を拡大し、表示装置の正面横方向から観察しても輝度やコントラストの低下が実用上問題にならない程度に抑えることで、表示装置の視認性を向上させることができる。

以下、本発明に係る視野角拡大フィルムの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、ここでは表示装置の一例として液晶表示装置を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態の視野角拡大フィルムを備えた液晶表示装置の縦断面図、図２は図１に示す視野角拡大フィルムを液晶表示層側（裏面側）から見た斜視図である。

図１に示すように、液晶表示装置８００は液晶パネル１と、該液晶パネル１の前面１ａに配設された視野角拡大フィルム１００と、を備える。液晶パネル１は、２枚のガラス板の間に液晶状態の物質を封入し、電圧をかけることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで像を表示するようにした従来公知の液晶パネルであり、本実施形態の液晶表示装置８００においては、バックライト付き液晶パネルの形態とするのが好適であるが、詳細な説明を省略する。

図１及び図２に示すように、視野角拡大フィルム１００は、透光性基板１１に形成された複数の凹レンズ１５により、液晶パネル１から入射した光を屈折により発散させるものである。具体的には、透光性基板１１の一方の面に複数の凹レンズ１５を刻設して形成した凹レンズアレイ１３を有する。透光性基板１１は、フィルム、ガラス、プラスチック（ポリカーボネート、アクリル等）等によって成形されており、透光性が高く平面性・成形性に富む材料が好適に用いられる。

凹レンズアレイ１３は、円筒面の一部分の形状を有する断面円弧状の複数の凹レンズ１５が、透光性基板１１の片面にレンズ間隔を等間隔とし、互いに平行に一次元配列されて形成される。凹レンズ１５の間隔Ｗｘは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又は小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度の周期を有する。また、凹レンズ１５の焦点距離ｆは、間隔Ｗｘによって異なり、間隔Ｗｘの１／２から２倍（ｆ＝Ｗｘ／２〜２Ｗｘ）とするのが好ましい。
なお、本明細書でいう「平行」や「直交」とは、必ずしも厳密な平行或いは直交した状態をいう訳ではなく、視覚的に平行或いは直交と感じられる程度であればよい。

このような視野角拡大フィルム１００は、凹レンズアレイ１３側を液晶パネル１に向けて配設されている（図１参照）。そして、液晶パネル１から視野角拡大フィルム１００に入射した光は、視野角拡大フィルム１００の界面で屈折することにより入射時の角度より大きな角度θの範囲に拡散して出射する。これに対して、視野角拡大フィルム１００が無い場合は、角度θ₀の範囲に限られる。従って、液晶表示装置８００の視野角が大きい領域における輝度が向上し、その結果、視野角を５〜１５％拡大することができる。

例えば、視野角が１４０°の液晶表示装置の場合、本視野角拡大フィルム１００を用いることにより視野角が１４７°〜１６１°に拡大し、視野角が１５０°の液晶表示装置の場合、視野角が１５８°〜１７３°に拡大する。従って、本視野角拡大フィルム１００により横方向から観察しても輝度低下やコントラスト低下等のない視認性の優れた画像が得られる。

（第２実施形態）
図３は第２実施形態の視野角拡大フィルムを示し、（ａ）は視野角拡大フィルムの斜視図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視縦断面図である。

第２実施形態の視野角拡大フィルム２００は、図２に示す第１実施形態の視野角拡大フィルムと同様構造を有する２枚の視野角拡大フィルム１００Ａ、１００Ｂが、それぞれの凹レンズアレイ１３Ａ、１３Ｂの配列方向を互いに直交させて重ね合わされた２層に形成されている。各凹レンズ１５Ａ、１５Ｂの水平方向間隔Ｗｘ、及び垂直方向間隔Ｗｙは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又は小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度の周期を有する。水平方向間隔Ｗｘ及び垂直方向間隔Ｗｙは、同一間隔であっても、異なる間隔であってもよい。

また、水平方向の凹レンズ１５Ａの焦点距離ｆａは、水平方向間隔Ｗｘの１／２から２倍（ｆａ＝Ｗｘ／２〜２Ｗｘ）とするのが好ましい。同様に、垂直方向の凹レンズ１５Ｂの焦点距離ｆｂは、垂直方向間隔Ｗｙの１／２から２倍（ｆｂ＝Ｗｙ／２〜２Ｗｙ）とするのが好ましい。

このような視野角拡大フィルム２００は、凹レンズアレイ１３側を液晶パネル１に向けて配設され（図１参照）、液晶パネル１から視野角拡大フィルム２００に入射した光は、視野角拡大フィルム１００Ｂによって垂直方向に拡散された後、視野角拡大フィルム１００Ａによって水平方向に拡散される。これにより、互いに直交する水平方向及び垂直方向にそれぞれの視野角が５〜１５％拡大し、視認性の優れた液晶表示装置が得られる。

なお、凹レンズアレイ１３Ａ、１３Ｂは、１枚の透光性基板１１の両面に配列方向を互いに直交させて配設するようにしてもよい。

（第３実施形態）
図４は第３実施形態の視野角拡大フィルムを示し、（ａ）は視野角拡大フィルムの斜視図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視縦断面図、図５は図４に示す視野角拡大フィルムの要部拡大斜視図である。

図４及び図５に示すように、第３実施形態の視野角拡大フィルム３００は、透光性基板１１の片面に、球面状の複数の凹レンズ１９が水平方向間隔Ｗｘ、及び垂直方向間隔Ｗｙをそれぞれ等間隔として格子状に二次元配列されて凹レンズアレイ１７が形成される。凹レンズ１９の水平方向間隔Ｗｘ及び垂直方向間隔Ｗｙは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又はそれより小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度の周期を有する。水平方向間隔Ｗｘ及び垂直方向間隔Ｗｙは、同一間隔に設定して、円形の凹レンズとしてもよく、ＷｘとＷｙを異なる間隔にして、楕円状の凹レンズとしてもよい。この場合、水平・垂直の両方向に別々の焦点距離を持つレンズを構成できる。

このような視野角拡大フィルム３００は、凹レンズアレイ１７側を液晶パネル１に向けて配設され（図１参照）、液晶パネル１から視野角拡大フィルム３００に入射した光は、凹レンズ１９により水平方向、及び垂直方向に拡散し、それぞれの視野角が５〜１５％拡大する。なお、凹レンズ１９は、非球面レンズとしてもよい。

（第４実施形態）
図６は第４実施形態の視野角拡大フィルムの縦断面図である。
図６に示すように、第４実施形態の視野角拡大フィルム４００は、第１実施形態の視野角拡大フィルム１００と同様構造の円筒面の一部分の形状を有する断面円弧状の複数の凹レンズ２１が、透光性基板１１の片面に平行に一次元配列されて凹レンズアレイ２３が形成される。それぞれの凹レンズ２１の間隔Ｗｘｉ（Ｗｘ１，Ｗｘ２，Ｗｘ３，・・・）は不規則であり、平均間隔Ｗｘを中心としてランダムに変更される。

例えば、それぞれの間隔Ｗｘｉは、平均間隔Ｗｘに変動幅ΔＷｘが加算された下式により求められる。
Ｗｘｉ＝Ｗｘ＋ΔＷｘ
但し、

ΔＷｘ＝Ｗｘ／ｎ×Ｒｉ

Ｒｉ＝ｒｉ／ｍ である。
即ち、ΔＷｘは、凹レンズ２１の間隔の変動値であり、平均間隔Ｗｘの１／ｎ（但し、ｎ＝２〜５）に平均値ｍの正規乱数ｒｉを平均値ｍで規格化した値Ｒｉを乗じたものである。ｎ＝２〜５としたのは、２以下だと画像がムラに見え、また５以上だと不規則に変動させる意味が薄れるからである。

凹レンズ２１の平均間隔Ｗｘは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又はそれより小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度である。また、凹レンズ２１の平均焦点距離ｆは、平均間隔Ｗｘによって異なり平均間隔Ｗｘの１／２から２倍（ｆ＝Ｗｘ／２〜２Ｗｘ）とするのが好ましい。また、焦点距離ｆを各凹レンズ毎に設定してもよく、その場合の焦点距離ｆｉは、ｆｉ＝Ｗｘｉ／２〜２Ｗｘｉで表すことができる。

このような視野角拡大フィルム４００は、凹レンズアレイ２３側を液晶パネル１に向けて配設され（図１参照）、液晶パネル１から視野角拡大フィルム４００に入射した光は、凹レンズ２１により所定の方向に拡散され、該方向における視野角が５〜１５％拡大する。なお、複数の凹レンズ２１をランダムな間隔Ｗｘｉで配列することにより、液晶パネル１の画素構造との干渉によるモアレ発生が防止されて良好な画像が得られる。

（第５実施形態）
図７は第５実施形態の視野角拡大フィルムの斜視図である。
第５実施形態の視野角拡大フィルム５００は、図６に示す第４実施形態の視野角拡大フィルムと同様構造を有する２枚の視野角拡大フィルム４００Ａ、４００Ｂが、それぞれの凹レンズアレイ２３Ａ、２３Ｂの配列方向を互いに直交させて重ね合わされた２層に形成されている。各凹レンズ２１Ａ、２１Ｂの水平方向間隔Ｗｘｉ及び垂直方向間隔Ｗｙｉは、第４実施形態の視野角拡大フィルム４００と同様にランダムに変更される。

各凹レンズ２１Ａ、２１Ｂの平均水平方向間隔Ｗｘ、及び平均垂直方向間隔Ｗｙは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又はそれより小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度となっている。また、水平方向の凹レンズ２１Ａの平均焦点距離ｆａは、平均水平方向間隔Ｗｘの１／２から２倍（ｆａ＝Ｗｘ／２〜２Ｗｘ）とするのが好ましい。同様に、垂直方向の凹レンズ２１Ｂの平均焦点距離ｆｂは、平均垂直方向間隔Ｗｙの１／２から２倍（ｆｂ＝Ｗｙ／２〜２Ｗｙ）とするのが好ましい。

このような視野角拡大フィルム５００は、凹レンズアレイ２３Ｂ側を液晶パネル１に向けて配設され（図１参照）、液晶パネル１から視野角拡大フィルム５００に入射した光は、視野角拡大フィルム４００Ｂによって垂直方向に拡散された後、視野角拡大フィルム４００Ａによって水平方向に拡散される。これにより、視野角が互いに直交する方向に５〜１５％拡大する。更に、各凹レンズ２１Ａ、２１Ｂはランダムな間隔Ｗｘｉ、Ｗｙｉで配設されているので、液晶パネル１の画素構造との干渉によるモアレ発生が防止されて、より良好な画像が得られる。

なお、凹レンズアレイ２３Ａ、２３Ｂは、１枚の透光性基板の両面に配列方向を互いに直交させて配設するようにしてもよい。

（第６実施形態）
図８は第６実施形態の視野角拡大フィルムの斜視図である。
図８に示すように、第６実施形態の視野角拡大フィルム６００は、透光性基板１１の片面に、球面状の複数の凹レンズ３１が格子状に二次元配列されて凹レンズアレイ３３を形成する。それぞれの凹レンズ３１の水平方向間隔Ｗｘｉ（Ｗｘ１，Ｗｘ２，・・・）、及び垂直方向間隔Ｗｙｉ（Ｗｙ１，Ｗｙ２，・・・）は不規則に変化し、平均間隔Ｗｘ、Ｗｙを中心としてランダムに変更される。

例えば、それぞれの間隔Ｗｘｉ、Ｗｙｉは、第４実施形態の視野角拡大フィルム４００と同様に、平均間隔Ｗｘ、Ｗｙに変動幅ΔＷｘ、ΔＷｙが加算された下式により求められる。
Ｗｘｉ＝Ｗｘ＋ΔＷｘ， Ｗｙｉ＝Ｗｙ＋ΔＷｙ
但し、 ΔＷｘ＝Ｗｘ／ｎ×Ｒｉ、 ΔＷｙ＝Ｗｙ／ｎ×Ｒｉ
Ｒｉ＝ｒｉ／ｍ
ここで、ｒｉは正規乱数、ｍは平均値、ｎ＝２〜５である。

凹レンズ３１の平均間隔Ｗｘ、Ｗｙは、組み合わせる液晶パネル１やカラーフィルタ等の画素サイズと同じピッチ、又はそれより小さいピッチであり、例えば５μｍ〜５００μｍ程度である。

このような視野角拡大フィルム６００は、凹レンズアレイ３３側を液晶パネル１に向けて配設され（図１参照）、液晶パネル１から視野角拡大フィルム６００に入射した光は、凹レンズ３１により水平方向、及び垂直方向に拡散され、視野角が５％〜１５％拡大する。また，それぞれの凹レンズ３１をランダムな間隔Ｗｘｉ、Ｗｙｉで配列することにより、液晶パネル１の画素構造との干渉によるモアレ発生が防止されて良好な画像が得られる。

上記した第１実施形態から第６実施形態においては、視野角拡大フィルムは、凹レンズアレイ側を液晶パネルに向けて配設したものとして説明したが、凹レンズアレイの反対側を液晶パネルに向けて配設するようにしてもよい。

なお、本発明に係る視野角拡大フィルム及び該視野角拡大フィルムを用いた表示装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。

第１実施形態の視野角拡大フィルムを備えた液晶表示装置の縦断面図である。 図１に示す視野角拡大フィルムを液晶表示層側（裏面側）から見た斜視図である。 第２実施形態の視野角拡大フィルムを示し、（ａ）は視野角拡大フィルムの斜視図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視縦断面図である。 第３実施形態の視野角拡大フィルムを示し、（ａ）は視野角拡大フィルムの斜視図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視縦断面図である。 図４に示す視野角拡大フィルムの要部拡大斜視図である。 第４実施形態の視野角拡大フィルムの縦断面図である。 第５実施形態の視野角拡大フィルムの斜視図である。 第６実施形態の視野角拡大フィルムの斜視図である。

符号の説明

１ 液晶パネル（液晶表示層）
１１ 透光性基板
１３、１７、２３、３３ 凹レンズアレイ
１５、１９、２１、３１ 凹レンズ
１００ 視野角拡大フィルム
２００ 視野角拡大フィルム
３００ 視野角拡大フィルム
４００ 視野角拡大フィルム
５００ 視野角拡大フィルム
６００ 視野角拡大フィルム
８００ 表示装置
Ｗｘ 水平方向間隔（レンズ間隔）
Ｗｙ 垂直方向間隔（レンズ間隔）

Claims (8)

1. 液晶表示用の視野角拡大フィルムであって、
   透光性基板に複数個形成され入射した光を屈折により発散させる凹レンズを有することを特徴とする視野角拡大フィルム。
2. 前記凹レンズが、光の入射面側に形成されたことを特徴とする請求項１記載の視野角拡大フィルム。
3. 前記凹レンズが、レンズ間隔を等間隔として一次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の視野角拡大フィルム。
4. 前記凹レンズが、レンズ間隔を異ならせて一次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の視野角拡大フィルム。
5. 前記フィルムが少なくとも２層のフィルムからなり、前記各フィルムの凹レンズの配列方向を互いに直交させて重ね合わせたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の視野角拡大フィルム。
6. 前記凹レンズが、レンズ間隔を等間隔として二次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の視野角拡大フィルム。
7. 前記凹レンズが、レンズ間隔を異ならせて二次元配列した凹レンズアレイであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の視野角拡大フィルム。
8. 液晶素子を含む液晶表示層と、
   該液晶表示層の前面に配設された請求項１から請求項７のいずれか１項記載の視野角拡大フィルムと、を備えたことを特徴とする表示装置。

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