JP2007199506A - カラーディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】同一画素内の色分離を防ぎつつ、目視者が画像を見た際の画質を向上させることができる表面フィルム及びカラーディスプレイを提供すること。
【解決手段】カラーディスプレイに、複数のサブピクセル２ｂにより１画素が形成されるカラーフィルタ２と、液晶パネル１の表面に配置されて隣接する画素との間に光の進行方向に沿って反射面が形成された表面フィルム４と、表面フィルム４に向かって、略平行光を入射可能なバックライト３とを具備させる。
【選択図】図１

Description

本発明は表面フィルム及びカラーディスプレイに関し、特に光の反射に関する表面フィルム及びカラーディスプレイに関する。

ＣＲＴディスプレイに代わり、液晶ディスプレイの需要が近年益々高まっている。かかるカラー液晶ディスプレイの一例として、バックライトの前方に、ＴＦＴなどのスイッチング素子を含むＴＦＴ側基板モジュールを備え、この基板モジュールと、カラーフィルタを含み、かつ、該基板モジュールの対電極となる対向電極側基板モジュールとの間に液晶層を設ける構成が挙げられる。この液晶ディスプレイでは、スイッチング素子の作動により各画素毎に光透過状態と光遮断状態が作り出されて、電気エネルギーから変換された光がカラーフィルタを透過することで前方にてカラー画像が視認される。

そして、カラーフィルタでは、色の３原色となる青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の着色層が各画素内に一つずつ配置されており、各着色層への光の照射を調整してこれらを混色させることで様々な色の発色を可能としている。また、これら着色層間の境界部分には、表示コントラストや発色効果を高めるなど視認性を向上させるために黒色層が設けられていた。

しかしながら、このようなカラーモニタである液晶ディスプレイにおいて、モノクロ表示をさせると、至近距離で画面を見た場合、隣接画素を構成する光の混色や、同一画素内での色分離を生じさせたり、黒色層を目立たせてしまうなど、画像ノイズを生じさせていた。

これに対し、特許文献１では、液晶表示画面を形成する画素毎に、各画素を形成する３つの原色光出射部からの各光線束を収斂するように形成されたフィルタパネル、例えば、各画素毎に両面が凹レンズ状に形成されたメニスカス凹レンズを液晶表示画面の前面に設ける技術が開示されている。

或いは、特許文献２では、１画素を形成する３色のＬＥＤのうち、２色のＬＥＤの各ペレットを樹脂レンズの光軸の外側に設け、各色のＬＥＤから放射される主光線をシリンドリカル凹レンズで屈折させて平行にさせた後ディスプレイ表面で拡散させるように構成させたり、あるいは、１画素を形成する３色のＬＥＤから平行に放射された主光線を凸レンズで収斂させてからシリンドリカルレンズで平行にさせ、ディスプレイ表面で拡散させるように構成させている技術が開示されている。
特開平５−１１２４３号公報 特開平８−２０２２９２号公報

しかしながら、何れの技術を用いたとしても、原色光出射部あるいはＬＥＤから放射された３色の光線は、これら各光源の実際のピッチより収束されてディスプレイ表面に投影される構成となっているので、視認した際、画素間の隙間が大きくなり、画素格子が逆に目立ってしまう構成となっていた。

そこで、本発明は、同一画素内の色分離を防ぎつつ、目視者が画像を見た際の画質を向上させることができる液晶カラーディスプレイを提供することを目的とする。

前述の問題を解決するために、請求項１に記載のカラーディスプレイは、
複数のサブピクセルにより１画素が形成されるカラーフィルタと、
液晶パネルの表面に配置されて隣接する画素との間に光の進行方向に沿って反射面が形成された表面フィルムと、
前記表面フィルムの前記光の入射側表面に略平行光を入射するバックライトとを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、バックライトから出射された光が略平行光なので、市販の液晶パネルの表面に、表面フィルムを配置できる。また、この表面フィルムには、画素毎に反射面が形成されているので、表面フィルム内に入射した光を各画素内で反射させて混合させ、表面フィルムから各画素毎に混合された光を出射させることができ、同時に、バックライトから出射された光が隣接画素に対応する表面フィルム内に照射されるのを防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカラーディスプレイにおいて、
前記表面フィルムの光の入射側表面に、光拡散層が形成されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、表面フィルム表面のうち光の入射側表面には、光拡散層が形成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のカラーディスプレイにおいて、
前記表面フィルムの光の出射側表面に、光拡散層が形成されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、表面フィルム表面のうち光の出射側表面には、光拡散層が形成される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカラーディスプレイにおいて、
前記反射面は、前記光の入射側表面に形成されたスリットにより形成されるものであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、反射面は光の入射側表面に形成されたスリットにより形成されるものあり、バックライトから出射された光をスリットにより反射させる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のカラーディスプレイにおいて、
前記反射面は、金属膜あるいは誘電体膜により形成されるものであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、反射面は、金属膜あるいは誘電体膜で形成され、バックライトから出射された光を反射させる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のカラーディスプレイであって、
前記表面フィルムは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイのいずれかに適用されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、表面フィルムは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイのいずれかに適用される。

請求項１に記載の発明によれば、カラーフィルタと表面フィルムとの間にガラス基板や偏光板等が存在するなど、カラーフィルタから表面フィルムまでの距離が離れた構成、いわゆる市販のカラー液晶ディスプレイであっても、バックライトから出射された光を表面フィルムに入射させる際に、カラーフィルタの色に応じた光を略平行に入射させることができ、表面フィルム内に入射された光は、反射面構造により反射されて混合されて、各画素毎に混合された光を出射させることができ、同一画素内における色分離を防止することができる。また、隣接画素内への光漏れによる変色を防止して、カラー表示を適切に行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、表面フィルム表面のうち光の入射側表面において、光を拡散させることができ、表面フィルム内の光を混合させた状態で出射側表面に導光させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、表面フィルム表面のうち光の出射側表面において、さらに光を拡散させることができ、色の混合をさらに向上させ、かつ、画像をシャープにすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、バックライトから出射された光がスリットで反射されることで、反射された光同士を混合させることができ、同一画素内において異なる色の光を混合させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、バックライトから出射された光が光反射部で反射されることで、反射された光同士を混合させることができ、同一画素内において異なる色の光を混合させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、カラーディスプレイとして液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイを使用した場合においても、同一画素内における色分離を防止するとともに、隣接画素内への光漏れによる変色を防止して、カラー表示を適切に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るカラーディスプレイの一実施形態としてカラー液晶ディスプレイ１００を示したものである。
図１に示すように本実施形態におけるカラー液晶ディスプレイ１００は、液晶パネル１を備えており、液晶パネル１には、偏光板、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明電極が順に層状に形成されたパネル層１ａが備えられている。パネル層１ａの表面のうち、透明電極が形成されている側の表面には、カラーフィルタ２が備えられている。
カラーフィルタ２には、支持部材２ａを介して青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各色のサブピクセル２ｂ，２ｂ，２ｂが順に配列されており、これら３色のサブピクセル２ｂを一組として一画素が構成されている。支持部材２ａには、各画素を囲うように格子状の黒色境界線が形成されている。
カラーフィルタ２のパネル層１ａが形成されていない側の表面には、ガラス基板、偏光板が順に層状に形成されたパネル層１ｂが備えられている。
液晶パネル１をこのように形成させることにより、液晶パネル１の内部にガラス基板により挟持されたカラーフィルタ２を配置させる構成となっている。

液晶パネル１のパネル層１ａと対向する表面には、液晶パネル１に向かって光を出射するバックライト３が配設されており、バックライト３は、液晶パネル１を透過した光が略平行光となるように出射可能に構成されている。これは、画像表示に際して、バックライト３から出射された光は、カラーフィルタ２を透過した後、液晶パネル１を透過して結像したものが視認されるが、その際、カラーフィルタ２の特定の画素に対応する領域を透過した光が、後述する表面フィルム４の入射面側において画素ピッチ以上に広がって隣接画素を構成する光と混合することを防止するためであり、表面フィルム４への入射段階における隣接画素内への光漏れを防止している。

このようなバックライト３の具体的な構成としては、サーキュラープリズムシート３ａを使用したベクター放射結合方式のバックライト構成を適用することが可能である。
サーキュラープリズムシート３ａは、プリズムが同心円状に配置されたシートであり、このシートをそのプリズム面が下面となるように導光板３ｂの上面に配置した上で導光板３ｂの下面に反射シート３ｃを配置する。なお、導光板３ｂの下面には凹凸パターンが形成されており、この導光板３ｂの端部のうち、プリズムの中心となる位置にＬＥＤを配置して、ＬＥＤから光を放射させることで、導光板３ｂの端面から入射された光は導光板３ｂの上下面で全反射されながら、ＬＥＤを中心に放射状かつ直線的に導光され、凹凸パターンにより入射光の角度を変化させる。そして、導光板３ｂへの入射角が、その臨界角よりも小さくなると、導光板３ｂの上面から斜め方向に光が出射され、この出射光が下面プリズムで屈折されて一定方向に指向されることにより、略平行光が出射される。これより、バックライト３は、略平行光を出射することが可能なバックライトとして機能して解析的な光学設計が可能となり、出射光の均一性や出射効率など出射光の指向性プロファイルの最適化を容易に検討することができ、出射光の指向性を狭めた平行光を出射させることが可能になる。

ここで、バックライト３の略平行性について定義すると、バックライト３の出射光の略平行性の条件としては、出射光の拡がり半値角をαとすると、α＜θの拡がり角をもつ出射光を略平行光とする。
ここで、θは、ｔａｎθ＝Ｌ／Ｈを満たすものである。
（Ｈ：サブピクセル２ｂと表面フィルム４との間の最短距離の大きさであり、Ｌ：表面フィルム４の幅方向においてスリット５に直近のサブピクセル２ｂから表面フィルム４に垂線をおろして表面フィルム４とぶつかった点から当該スリット５までの最短距離及び表面フィルム４の幅方向におけるスリット幅を併せた大きさである。）

例えば、サーキュラープリズムシートを使用しない従来のベクター結合型ＬＥＤバックライトでは、出射光の拡がり半値角が約±４０度であるのに対し、このバックライト構成では約±２０〜２５度にまで減らすことができ、従来と比べて略平行光を出射させることができる。

液晶パネル１のパネル層１ｂと対向する表面には、透明板やガラス、ＰＥＴ、アクリル樹脂などにより構成されたシート状の表面フィルム４が配設されている。

表面フィルム４は、透明板やガラス、ＰＥＴ、アクリル樹脂などにより構成されたシート状の基板８に、カラーフィルタ２との対向面に各画素を囲うように格子状のスリット５が形成されているものであり、スリット５により露出される表面フィルム４の表面が反射面を形成して反射構造を形成するようになっている。

これは、反射面では、表面フィルム４中に光の進行方向に沿って空間が形成されることにより、表面フィルム４に入射した光を全反射させることが可能であることによるものであり、例えば、表面フィルム４を構成する基板８に金型、バイト、凹凸ローラ等による機械的な転写加工や、レーザ加工、フォトリソグラフィー及びＸ線リソグラフィー等を施すことにより形成可能である。

なお、スリット５は、前述の格子状の他、隣接画素との境界を形成する形状であればどのような形状であってもよい。また、スリット５の表面フィルム４の略厚み方向及び幅方向の大きさは、表面フィルム内に入射した光が当該構造物を越えて表面フィルム４の幅方向に入射することがないような大きさとなっている。また、スリット５により形成される反射面は、図示されるように断面形状を矩形状とすることで、反射面が平面状になる他、図２（ａ）に示すような曲面状の反射面や、図２（ｂ）に示すように断面形状をＶ字状とすることで、光の進行方向に対して所定の角度で傾斜した反射面であってもよい。

また、表面フィルム４の液晶パネルとの対向面には、バックライト３から入射される略平行光を拡散させるための入射側拡散層６が形成されている。入射側拡散層６は、スリット５が形成された側の基板８の表面に従来公知の拡散シートを張り合わせる等して形成可能であり、入射側拡散層６では、表面フィルム４の表面のうち、光の入射側表面において、光を拡散させることで、表面フィルム４内に光を混合させた状態で導光させるようになっている。

また、表面フィルム４のカラーフィルタ２が設けられた面と反対側の表面には、出射側拡散層７が形成されており、出射側拡散層７では、表面フィルム４内を透過した光を拡散させるように構成されている。なお、出射側拡散層７は、画像のちらつき、色分離を防止するための従来公知の表面シートをスリット５が形成されていない側の基板８の表面に張り合わせるなどして形成可能である。

なお、本実施形態においては、表面フィルム４側からバックライト３側に向かって目視するようになっている。

次にカラー液晶ディスプレイ１００の作用について説明する。
外部装置等から入力されるなどして、カラー液晶ディスプレイ１００に画像表示を行う旨の信号が出力されると、バックライト３から出射された光は、液晶パネル１内のパネル層１ａを透過した後、カラーフィルタ２内を透過して、カラーフィルタ２内の各サブピクセル２ｂに対応した色の光に変換されてパネル層１ｂに入射する。

すると、パネル層１ｂに入射された光は、各サブピクセル２ｂ毎に略平行光になっており、この状態を維持したままパネル層１ｂを透過する。次いで、パネル層１ｂから出射された光は、入射側拡散層６を介して表面フィルム４に入射する。

次いで、入射側拡散層６に入射された略平行光は拡散され、１画素を構成するこの拡散光が表面フィルム４内を透過して出射側拡散層７形成面側に進行する。一方、表面フィルム４の入射側表面には、スリット５が形成されており、スリット５の反射面に入射された光は全反射されて出射側拡散層７形成面側に進行する。

その結果、表面フィルム４では、あるスリット５で囲まれた表面フィルム４の内部に、カラーフィルタ２の各画素に対応する光を均一な状態で入射後、拡散させ、その後、両サイドのスリットで全反射させて混合させ、最後に出射側拡散層を透過させることで、当該光をさらに拡散させることができるので、隣接画素となるサブピクセル２ｂを透過した光を侵入させることがなく、同一画素となるサブピクセル２ｂを透過した光同士が混合した状態でカラー画像を表示させており、シャープな画像が視認される。

したがって、本実施形態のカラー液晶ディスプレイ１００によれば、バックライト３から出射された光が、カラーフィルタ２を介して表面フィルム４を透過させる間に隣接画素を構成する光と混合することがなく、かつ、同一画素を構成する光を混合させることができ、同一画素内の色分離を防ぎつつ、目視者が画像を視認した際の画質を向上させることができる。

なお、反射面は、スリット５により形成される以外に、表面フィルム４に入射した光が反射可能なものであればよく、例えば、金属膜あるいは誘電体膜により形成させてもよい。金属膜あるいは誘電体膜により反射面を形成させる例として、表面フィルム４の光の入射側表面に対して金属膜あるいは誘電体膜の原材料を蒸着させることで、図３に示すように、カラーフィルタ２との対向面に、金属あるいは誘電体がスリット５に充填されて凸状に形成される金属膜あるいは誘電体膜９を形成させる構成であってもよい。この場合において、表面フィルム４を構成する基板８を配設しない構成としてもよい。すなわち、前述の表面フィルム４において、表面フィルム４を構成する基板８の部分に媒質が存在せず、入射側拡散層６と、出射側拡散層７と、凸状に形成される金属膜あるいは誘電体膜９との外縁部を接着されることで内部に空気が封入されて空気層となった表面フィルムとしてもよい。あるいは、スリット５に塗布等により金属膜あるいは誘電体膜の原材料を充填し、スリット５の表面フィルム４側に金属膜あるいは誘電体膜を形成させる構成であってもよい。

また、本実施形態において、略平行光を出射することが可能なバックライト３として、サーキュラープリズムシート３ａを使用したベクター放射結合方式のバックライト構成を説明したが、バックライト３で適用されるＬＥＤの代わりにレーザを用いることで、さらに略平行光を出射することが可能にすることができる。この他、さらに略平行光を出射することが可能な構成としては、拡散光をさらにカットする為のルーパー、すなわち光吸収柱を画素毎に光の進行方向に沿って配置してもよい。ルーパーを使用する例としては、導光板３ｂ内の拡散シートの中にルーパーを挿入すればよい。

また、本実施形態においては、カラーディスプレイの一例として、液晶ディスプレイについて説明したが、複数のサブピクセル２ｂを用いて１画素を表示する構成のディスプレイであればよく、自発光タイプのプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどにおいても適用可能である。

第１実施形態のカラー液晶ディスプレイの概略構成を表す断面図である。 図１の表面フィルムの反射面の他の形状例として、図２（ａ）は、曲面状の反射面、図２（ｂ）は断面形状がＶ字状の反射面を表す表面フィルムの断面図である。 図１の表面フィルムの反射面の他の例として、反射面が金属膜あるいは誘電体膜により形成された表面フィルムの断面図である。

符号の説明

１００ カラー液晶ディスプレイ
１ 液晶パネル
１ａ，１ｂ パネル層
２ カラーフィルタ
２ａ 支持部材
２ｂ サブピクセル
３ バックライト
３ａ サーキュラープリズムシート
３ｂ 導光板
３ｃ 反射シート
４ 表面フィルム
５ スリット
６ 入射側拡散層
７ 出射側拡散層
８ 基板
９ 金属膜あるいは誘電体膜

Claims (6)

1. 複数のサブピクセルにより１画素が形成されるカラーフィルタと、
   液晶パネルの表面に配置されて隣接する画素との間に光の進行方向に沿って反射面が形成された表面フィルムと、
   前記表面フィルムの前記光の入射側表面に略平行光を入射するバックライトとを備えたことを特徴とするカラーディスプレイ。
2. 前記表面フィルムの光の入射側表面に、光拡散層が形成されることを特徴とする請求項１に記載のカラーディスプレイ。
3. 前記表面フィルムの光の出射側表面に、光拡散層が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラーディスプレイ。
4. 前記反射面は、前記光の入射側表面に形成されたスリットにより形成されるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカラーディスプレイ。
5. 前記反射面は、金属膜あるいは誘電体膜により形成されるものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のカラーディスプレイ。
6. 前記表面フィルムは、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイのいずれかに適用されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のカラーディスプレイ。

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