JP2007199508A - 表面フィルム及びカラーディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】隣接画素間の混色を防ぎつつ、同一画素内の色分離を防いで画像を目視し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】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ディスプレイの表面に配置される表面フィルム４であって、光の入射側表面にサブピクセル２ｂ毎に各サブピクセル２ｂから発する光が画素内に拡散される凹面部５が形成されるとともに、凹面部の形成面と反対側表面に光拡散層８を形成する。
【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、特に光の屈折を利用した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拡散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、隣接画素間の混色を防ぎつつ、同一画素内の色分離を防いで画像を目視し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に記載の表面フィルムは、
複数のサブピクセルにより１画素が形成されるカラーディスプレイの表面に配置される表面フィルムであって、
光の入射側表面にサブピクセル毎に各サブピクセルから発する光が画素内に拡散される凹面部が形成されるとともに、
前記凹面部の形成面と反対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に記載の発明によれば、かかる表面フィルムをカラーディスプレイに適用させた場合、カラーディスプレイのバックライトから出射された光は、カラーフィルタを透過した後、凹面部を介して表面フィルムに入射する。その際、この入射光はサブピクセル毎にその形状に従って屈折され、光の出射側表面となる光拡散層に向けて拡散されており、光拡散層では、さらに光が拡散されるとともに、光拡散層で出射される光の範囲を画素内とすることができる。

請求項２に記載の発明は、カラーディスプレイであって、
請求項１に記載の表面フィルムが表面に配置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、請求項１と同様の作用を得ることができ、カラーディスプレイのバックライトから出射された光は、カラーフィルタを透過した後、凹面部を介して表面フィルムに入射する。その際、この入射光はサブピクセル毎にその形状に従って屈折され、光の出射側表面となる光拡散層に向けて拡散されており、光拡散層では、さらに光が拡散されるとともに、光拡散層で出射される光の範囲を画素内とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のカラーディスプレイにおいて、
前記表面フィルムへの出射光が略平行光であるバックライトを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、バックライトの表面フィルムへの出射光を略平行光とすることができるので、カラーフィルタから表面フィルムまでの間にガラス基板などの構成物を配置させた市販の液晶パネルであっても、表面フィルムへの出射光を略平行光にすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３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４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、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た際、サブピクセル毎に形成された凹面部による光の屈折により、光拡散層に同一画素の範囲内となるように当該光を拡散させることができ、光拡散層でさらに光を拡散させ、表面フィルムの出射側表面においても同一画素の範囲内となるように光を拡散させることができる。これより、表面フィルムでは、光を混合させて同一画素内の色分離を防ぎつつ、隣接画素に対応する表面フィルム内への光の入射を防ぐことができ、隣接画素間の混色を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、
請求項１に記載の表面フィルムがカラーフィルタの表面に配置されることで、請求項１と同様の作用を得ることができ、隣接画素間の混色を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、カラーフィルタと、表面フィルムとが近接しない場合であっても、隣接画素間の混色を防ぎつつ、同一画素内の色分離を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。隣接画素間の混色を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。

請求項４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を参照して説明する。
図１は、本発明に係る表面フィルムが適用された本発明に係るカラー液晶ディスプレイの一実施形態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を透過して結像されたものを視認されるが、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、例えば、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が挙げられる。
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し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：１画素の端部に直近するサブピクセル２ｂにおいて、この１画素の端部に対して直近する位置から表面フィルム４に垂線をおろして凹面部５にぶつかる位置までの距離の大きさであり、Ｌ：１画素の端部から直近のサブピクセル２ｂまでの距離の大きさである。）

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、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の液晶パネル１との対向面には、拡散レンズ６が備えられており、拡散レンズ６には、液晶パネル１との対向面に対して凹んでいる凹面部５が各サブピクセル２ｂ毎に形成されている。
凹面部５では、表面フィルム４の幅方向における凹面部５の形状が、各凹面部５から出射された光が表面フィルム４の出射側表面で画素範囲内に拡散させるように形成されている。本実施形態においては、表面フィルム４の幅方向における凹面部５の形状が、１画素を構成する３つのサブピクセル２ｂに対応する凹面部５のうち、中心に位置する凹面部５の形状は１つの凹レンズにより形成される一方、隣接画素との境界に位置する２つの凹面部５の形状は凹レンズの一部で形成されている。また、表面フィルム４の幅方向における凹面部５の形状は、１画素を構成するサブピクセル２ｂのうち、中心に位置するサブピクセル２ｂに対応する凹面部５を中心として左右対称となるように形成されており、かかる構成とすることで、各凹面部５から出射される光が、その両端に位置する凹面部５から出射される光の範囲を超えて隣接画素に出射されないようになっている。

また、表面フィルム４の拡散レンズ６が形成されている面と反対側表面には、光拡散層８が形成されており、光拡散層８では、表面フィルム４内を透過した光を画素範囲内において拡散させるように構成されている。なお、光拡散層８としては、画像のちらつきや色分離を防止するための従来公知の表面シートの適用が可能であり、かかる表面フィルム４としては、拡散レンズ６に光拡散層８を張り合わせることで形成可能である。

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、凹面部５を介して表面フィルム４に入射し、その形状に応じて屈折して光拡散層８に向かって表面フィルム４の内部を進行する。

このとき、１画素を構成するサブピクセル２ｂに対応する凹面部５から出射される光は、その両端に位置する凹面部５から出射される光の範囲を超えて隣接画素が発する光の範囲に出射されないようになっており、各凹面部５から出射された光は、同一画素が発する光の範囲内となるように拡散される。

その後、光拡散層８では、光拡散層８に入射された光がさらに拡散され、同一画素を構成するサブピクセル２ｂを透過した光同士を均一に混合させ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が発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同士を混合させることができ、隣接画素間の混色を防ぎつつ、同一画素内の色分離を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。

なお、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。

あるいは、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。

この他、バックライト３の構成として、サーキュラープリズムシート３ａを使用する代わりに、バックライト３を構成する導光板３ｂと拡散フィルムとをマイクロレンズ構造を介して一体化させてなる機能複合型導光体を使用することもできる。この導光体にＬＥＤをＬＥＤ１灯式で配置して、当該ＬＥＤから光を放射させることで、出射光の拡がり半値角を約±上下６度、約左右±３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。

また、本実施形態においては、液晶パネル１がカラーフィルタ２と表面フィルム４との間に配置される構造のため、表面フィルムへの入射光が略平行光であることが必須の構成要素であったが、カラーフィルタ２と表面フィルム４との距離が近接している場合には、かかる構成要素がなくても、前述と同様の効果を得ることができる。

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。

また、拡散レンズ６は、比較的入手しやすい部材であり、表面フィルムにスリットを形成させるなど、従来の表面フィルムに新たな加工を施して同様の効果を得る場合に比べ、安価とすることができる。

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。

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 凹面部
６ 拡散レンズ
８ 光拡散層

Claims (4)

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ディスプレイの表面に配置される表面フィルムであって、
   光の入射側表面にサブピクセル毎に各サブピクセルから発する光が画素内に拡散される凹面部が形成されるとともに、
   前記凹面部の形成面と反対側表面に光拡散層が形成されることを特徴とする表面フィルム。
2. 請求項１に記載の表面フィルムが表面に配置されることを特徴とするカラーディスプレイ。
3. 前記表面フィルムへの出射光が略平行光であるバックライトを備えることを特徴とする請求項２に記載のカラーディスプレイ。
4. 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２又は請求項３に記載のカラーディスプレイ。

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