JP2009222890A - プリズムシート - Google Patents

Abstract

【課題】モワレ妨害低減効果に優れ、廉価に製造することができるプリズムシートを提供する。
【解決手段】液晶ディスプレイのバックライト用のプリズムシート１である。複数のプリズム１２を出射面又は入射面に備え、プリズム１２の各列を構成する各２斜辺の頂角２θ_ｐは（２π／３６０）×７０ｒａｄ以上（２π／３６０）×１１０ｒａｄ以下に形成されている。プリズム１２の平均プリズム周波数は第0の周波数ｆ_０に略等しい。プリズム１２の配列位相は、少なくとも第1の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様によって与えられる。ｆ_０とｆ_１の任意整数倍との差の絶対値がｆ_１の０．１５倍以上である。且つ、φ＞０．５である。且つ、φ×ｆ_１が０．５×ｆ_０より小であるように選定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられるバックライト用プリズムシートに関する。

透過型の液晶ディスプレイを背面から照明するバックライトとしては、エッジライト方式と直下方式がある。エッジライト方式は、導光板の端面に配置した光源からの光を、導光板によって端面と直交する主面から正面方向に取り出す方式である。直下方式は、特許文献１に開示されているように、複数の光源を装置の背面に並べ、拡散シートに光を入射し、拡散シートで光を均一化して入射面と対向する出射面に光を取り出す方式である。

テレビやパソコンのモニタでは、画像表示装置の大型化の要求が高まっており、大型の画像表示装置に使用されるバックライトでは輝度の向上や均一性などの点で有利な直下方式が主流となっている。直下方式のバックライトは、背面側から、反射板、光源、拡散シート、プリズムシート等を備えている。反射板は光源から背面側に出射した光を正面方向に反射させる機能を有している。拡散シートは光を拡散させて光源の像が見えることを低減し、面内の輝度を均一化する機能を有している。プリズムシートは、特許文献２に開示されているように、拡散した光を適正な指向性に変換する機能を有している。

これら視野角を制御するシートは、更に輝度を向上する目的や左右と上下の視野角を別々に制御する目的で、特許文献３に開示されているように、複数用いられる場合がある。

このように複数のシートを用いた場合、バックライトを組み立てる際の取り扱いが煩雑になるなどの問題があった。この問題に対し、特許文献４に開示されているように、拡散シートと視野角制御シートを貼り合わせた構成が提案されている。

光源としては、線状光源である蛍光灯や、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状光源を平面内に配列したものが用いられている。

図１に典型的なプリズムシートの構造を示す。同図に於いて、１１は透明媒質基材であり、１２は表面に形成されたプリズムである。各プリズムは２辺からなり、その頂角は図示の通り２θ_pである。プリズム１２の頂点が丸みを帯びている場合でも２辺の延長の交点を１３とする時、その交点部１３に現れる角度を頂角と呼ぶことにする。尚、媒質基材としては、通常ポリカーボネート樹脂またはポリスチレン樹脂などが用いられる。

この様な構成における問題点として、プリズム配列の平均プリズム周波数ｆ_０と液晶の画素配列の周波数（画素配列周波数）ｆ_ｐとが近く、且つ両者の比が整数である場合に於いて、相互干渉に起因するモワレ妨害模様を発生するという問題があった。

特許文献５には、プリズムシートの配列模様構成例として第１の平均プリズム周波数を有する第１のプリズムゾーンと第２の平均プリズム周波数を有する第２のプリズムゾーンとの繰り返しから構成することが記されている。

特許文献６には、プリズムシートの山頂部又は谷底部が相違なる一定の高さを有する少なくとも２群のプリズムを隣接配置構成することが記されている。

特許文献７には、プリズムを直線状ではなく曲線状化して蛇行させ、ランダム配列することによって、モワレ妨害を軽減することが記されている。
特開平２−１７号公報 特開昭６２−１４４１０２号公報 特開平９−１９７１０９号公報 特開２００５−２２１６１９号公報 特表平１１−５０１１４９号公報 特表２０００−５０８７８６号公報 特表２００２−５０４６９８号公報

特許文献５、６のプリズムシートは、平均プリズム周波数ｆ_０と画素配列周波数ｆ_ｐとが近い場合において、画素配列周波数ｆ_ｐと上記繰返し周期とが合致、または簡単な整数比となった場合に相互干渉モワレ妨害を発生するという場合があった。

特許文献７のプリズムシートは、押出ロール成形によって廉価に製造することが困難である。何故なら、押出ロールのロール型の形状は平行直線状であることを周知の通り前提としているからである。また、配列模様の基本周期がプリズム落差の４０倍以内に限定されていることも制約要因となっていた。

なお、プリズム配列を乱数によりランダム化することも考えられる。しかし単純にランダム化しただけでは、ピッチが小さすぎる部分の製造が困難になる恐れがある。偶然似たようなピッチが数ピッチ連続することもあり、その部分でモワレが発生する恐れがある。

本発明は、モワレ妨害低減効果に優れ、廉価に製造することができるプリズムシートを提供することを目的とする。

本発明に係るプリズムシートは、
液晶ディスプレイのバックライト用のプリズムシートであって、
複数のプリズムを出射面又は入射面に備え、前記プリズムの各列を構成する各２斜辺の頂角は（２π／３６０）×７０ｒａｄ以上（２π／３６０）×１１０ｒａｄ以下に形成され、
前記プリズムの平均プリズム周波数は第0の周波数ｆ_０に略等しく、
前記プリズムの配列位相は、少なくとも第1の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様によって与えられ、
ｆ_０とｆ_１の任意整数倍との差の絶対値がｆ_１の０．１５倍以上であり、
且つ、φ＞０．５であり、
且つ、φ×ｆ_１が０．５×ｆ_０より小であるように選定されている。この構成により、モワレ妨害低減効果に優れ、廉価に製造することができる。

上述の第１の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様は正弦波状であって、且つ前記２斜辺の延長交点の２次元位置座標（X（n）,Y（n））の沿面方向座標成分X（n）は、n＝１,２,３…を連続する整数として、

の解として得られるX（n）の値とし、
θ_pをプリズム頂角の半角として、厚み方向座標成分Y（n）は、

を満たすように選定されることが好ましい。

このとき、上述の数１の解として下記近似式を用いることができる。

または、余弦波の山谷を直線で結んだ三角波関数をtriang(X)と記す時、前記第1の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様はtriang(X)を積分した関数状であって、且つ前記２斜辺の延長交点の２次元位置座標（X（n）,Y（n））の沿面方向座標成分X（n）は、n＝１,２,３…を連続する整数として、

の解として得られるX（n）の値とし、
θ_pをプリズム頂角の半角として、厚み方向座標成分Y（n）は、

を満たすように選定されることが好ましい。

このとき、上述の数４の解として下記近似式を用いることができる。

ここで、ｆ_０／ｆ_１比は有理数では無く無理数に選定されると良い。平均プリズム周波数の位相値と変調周波数の位相値とが再び厳密に同一組み合わせとなることを回避することができる。

また、第１の基本周波数ｆ_１と画素配列周波数ｆ_ｐとは、ｆ_ｐ＜ｆ_１＜２０×ｆ_ｐの関係が成り立つことが好ましい。

本発明によれば、モワレ妨害低減効果に優れ、廉価に製造することができるプリズムシートを提供することができる。

本発明に係るプリズムシートの実施形態を、図面に基づいて説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施形態１＞
本発明に係るプリズムシート１の実施形態１を、図１〜図４に基づいて説明する。なお、本発明のプリズムシート１は、シート状物に限られず、フィルム状物も含まれる。

プリズムシート１は、図１に概念図として示したように、透明媒質基材１１の表面にプリズム１２が並列に配置されて成り、プリズム１２の各列を構成する各２斜辺の頂角は７０°（（２π／３６０）×７０ｒａｄ）以上１１０°（（２π／３６０）×１１０）ｒａｄ以下に形成されている。

このプリズムシート１は、図２に示すように、光源側拡散シート１６の光出射側に配置され、反射板１４、光源１５、光源側拡散シート１６、プリズムシート１でバックライトを構成する。

光源１５から出射した光及び反射板１４で反射された光は、光源側拡散シート１６に入光する。この光は光源側拡散シート１６により拡散され、面内の輝度が均一化される。光源側拡散シート１６によって拡散された光の指向特性はほぼランバーシャン的であり、プリズムシート１へ入射する。プリズムシート１は入射された光の指向特性を正面方向強調型に変換して液晶パネル（図示は省略）へと出射する。

次に、本発明の特徴であるモワレ妨害低減作用を説明する。
一般に液晶の画素配列模様ｇ_ｐ(X)は次式の通りフーリエ級数で表現できる。

ここで、Xは位置座標、ａ_ｎは第ｎ次波の振幅、ｆ_ｐは画素配列周波数である。

一方、プリズム配列の平均プリズム周波数成分の模様ｇ_ｚ(X)は次式の通りフーリエ級数で表現できる。

ここで、ｆ_０は平均プリズム周波数（第０の周波数）、ｆ_１は位相変調周波数（第１の基本周波数）、φは位相変調指数(ｒａｄ)、Ｒｅ（）は実部抽出記号、Ｊ_ｋは第1種k次のベッセル関数である。つまり、プリズム１２の配列位相は、少なくとも位相変調周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様によって与えられる。

例えば、位相変調指数φ≒１．４４程度に選定する。そうすれば図３から理解されるように、Ｊ_０（１．４４)≒Ｊ_１（１．４４）≒Ｊ_−１（１．４４）≒０．５５であり、Ｊ_２以降は０．２６以下であるが故に、相対的にほぼ無視することができる。従ってｇ_ｚ(X)を以下の近似式で表現できる。

数９においては、プリズムスペクトルを互いに周波数の異なる３波に分配することによって、１波毎の振幅を０．５５倍に減衰させることができている。従って、たとえ平均プリズム周波数ｆ_０が画素配列周波数ｆ_ｐの整数倍となった場合でも、両者干渉に起因するモワレスペクトル振幅を０．５５倍に減衰させることができる。よって、モワレ妨害の発生を軽減することができる。

本実施形態のプリズムシートに於いては、位相変調指数φの値がφ＞０．５の範囲に限定されている。φ＝０．５の場合、Ｊ_０（０．５）≒０．９４となるために、プリズムピッチの変調度が小さくなり、０．５以下では本発明の効果を期待できない。

更に本実施形態のプリズムシートに於いては、φとｆ_１の積が０．５×ｆ_０より小さくなるように選定されている。その理由は、プリズム配列の局所的周波数ｆ（Ｘ）が平均プリズム周波数ｆ_０の半分以下、すなわちプリズム配列の局所的ピッチが平均プリズムの２倍以上となり、画素ピッチとの比が小さくなってモワレ妨害を生じやすくなることを防止するためである。また、プリズム配列の局所的周波数ｆ（Ｘ）が平均プリズム周波数ｆ_０の２倍以上、すなわちプリズム配列の局所的ピッチが平均プリズムの半分以下となり、ピッチが微細すぎるが故に成形が困難になることを防止するためである。

プリズム配列の局所的周波数ｆ（Ｘ）は、数８の指数部位相をｊ２πXで微分することにより次式の通り求まる。従って、φ×ｆ_１が周波数偏移を表すことが理解される。

更に本実施形態のプリズムシートに於いては、プリズム配列の平均プリズム周波数ｆ_０と位相変調周波数ｆ_１の任意整数倍との差の絶対値がｆ_１の０．１５倍以上に選定されている。従って、たとえ画素配列周波数ｆ_ｐと位相変調周波数ｆ_１とが合致した場合に於いても、１画素周期前後のプリズム配列の位相は、０．１５ｃｙｃｌｅ以上、すなわち５４°（（２π／３６０）×５４ｒａｄ）以上ずらしてあるが故に、零ビートモワレ模様の発生を回避することができる。

更に本実施形態のプリズムシートに於いては、プリズムシートの厚みをプリズム局所周波数の如何を問わず実質的に一定に保つために、位相変調周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様を正弦波状とし、各プリズムの２斜辺の延長交点の２次元位置座標（X（n）,Y（n））の沿面方向座標成分X（n）は、n＝１,２,３…を連続する整数として、実質的に、

の解として得られるX（n）の値とし、

θ_pをプリズム頂角の半角として、厚み方向座標成分Y（n）は、実質的に、

を満たすように選定されている。本実施形態のプリズムシートは、この様に厚みが実質的に一定に保たれ、しかもプリズムが直線状配列であるため、押出ロール成形方式によって廉価に製造することができる。

代表例としてｆ_０／ｆ_１＝１０．６に選定した場合について、プリズム配列の断面模様を図４に示す。同図に於いて横軸の単位は平均プリズム周波数の逆数、すなわち平均周期を単位として記してある。

更に具体的な数値例としては、位相変調周波数ｆ_１＝１ｃｙｃｌｅ／ｍｍ、平均プリズム周波数ｆ_０＝１０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍである。対応する画素配列周波数ｆ_ｐは６ｃｙｃｌｅ／ｍｍ以内である。

＜実施形態２＞
上記実施形態１の数１１の解として、下記近似式を用いることができる。

この数１３は、数１１に代入して検算すれば判る通り、φ＜＜２πが成立する場合の数１１の第1次近次式である。

＜実施形態３＞
上記実施形態１の数１１を数１４に、数１２を数１５に置き換えた形式、すなわち数１１、数１２に於ける余弦波形状を三角波形状に置き換えても良い。但し、余弦波の山谷を直線で結んだ三角波関数をtriang(X)と記す。そのグラフを図５に示す。

＜実施形態４＞
上記実施形態２の数１４の解として、下記近似式を用いることができる。

この式の積分項の積分結果Ｉｎｔ（ｎ）は、数１７の通り、ガウスの整数記号［Ｚ］＝Ｚを越えない最大整数を用いて表現できる。ここでｓｉｇｎ（Ｕ）は、数１８で導かれるＵが零又は正の時だけ１となり、Ｕが負の時は零となる選別関数である。そのグラフを図６に示す。

代表例として、三角波関数による位相変調指数φを１．４４とし、且つ、ｆ_０／ｆ_１＝１０．６に選定した場合について、プリズム配列の断面模様を図７に示す。同図に於いて横軸の単位は平均プリズム周波数の逆数、すなわち平均周期を単位として記してある。

＜実施形態５＞
なお、ｆ_０／ｆ_１比を有理数ではなく、無理数に選定することが好ましい。

数１８の指数部の形から理解される通り、本実施形態に於いてはｆ_０／ｆ_１比を有理数ではなく、任意の無理数に選定することによって、平均プリズム周波数の位相値と変調周波数の位相値とが再び厳密に同一組み合わせとなることを回避することができる。すなわち、如何に周期数の多いプリズムシートであっても原理的に同一模様の繰り返しを回避することができる。

また、モアレ障害をより低減するために、第１の基本周波数ｆ_１と画素配列周波数ｆ_ｐとは、ｆ_ｐ＜ｆ_１＜２０×ｆ_ｐの関係が成り立つ構成とすることが好ましい。

以上の説明から理解される通り、本発明によれば、平均プリズム周波数と変調周波数の内の少なくとも一方を常に任意の画素周波数と非整数比関係に保つことができる。従って、同一のプリズムシートを、各種画素配列周期を有する広範囲の画面サイズのディスプレイに共用することができる。

なお、以上の説明に於いては、一つのプリズムシートの全幅を既述の一組のパラメータを有する式で表現できる配列模様とする前提で説明した。しかしながら、一つのプリズムシートの全幅をいくつかの部分幅に区分けして、各１区分毎に相異なるパラメータを有する式を適用しても良いことは明白である。従って、本発明の及ぶ範囲は当然それらの変形例を含むものである。

プリズムシートを概略的に示した部分斜視図である。 バックライトの構成を示した説明図である。 ベッセル関数を示した図である。 実施形態１のプリズム配列の断面模様を示した図である。 余弦波の山谷を直線で結んだ三角波関数を示したグラフである。 積分結果Ｉｎｔ（ｎ）を示したグラフである。 実施形態４のプリズム配列の断面模様を示した図である。

符号の説明

１ プリズムシート
１１ 透明媒質基材
１２ プリズム
１３ 交点部
１４ 反射板
１５ 光源
ｆ_０ 第０の周波数（平均プリズム周波数）
ｆ_１ 第１の基本周波数（位相変調周波数）
ｆ_ｐ 液晶の画素配列周波数
φ 位相変調指数

Claims (7)

1. 液晶ディスプレイのバックライト用のプリズムシートであって、
   複数のプリズムを出射面又は入射面に備え、前記プリズムの各列を構成する各２斜辺の頂角は（２π／３６０）×７０ｒａｄ以上（２π／３６０）×１１０ｒａｄ以下に形成され、
   前記プリズムの平均プリズム周波数は第0の周波数ｆ_０に略等しく、
   前記プリズムの配列位相は、少なくとも第１の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様によって与えられ、
   ｆ_０とｆ_１の任意整数倍との差の絶対値がｆ_１の０．１５倍以上であり、
   且つ、φ＞０．５であり、
   且つ、φ×ｆ_１が０．５×ｆ_０より小であるように選定されているプリズムシート。
2. 前記第１の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様は正弦波状であって、且つ前記２斜辺の延長交点の２次元位置座標（X（n）,Y（n））の沿面方向座標成分X（n）は、n＝１,２,３…を連続する整数として、
   

   

   の解として得られるX（n）の値とし、
   θ_pをプリズム頂角の半角として、厚み方向座標成分Y（n）は、
   

   

   を満たすように選定されていることを特徴とする、請求項１に記載のプリズムシート。
3. 前記数１の解として下記近似式を用いたことを特徴とする、請求項２に記載のプリズムシート。
   

   
4. 余弦波の山谷を直線で結んだ三角波関数をtriang(X)と記す時、前記第１の基本周波数ｆ_１を有し、位相変調指数φにて位相変調された模様はtriang(X)を積分した関数状であって、且つ前記２斜辺の延長交点の２次元位置座標（X（n）,Y（n））の沿面方向座標成分X（n）は、n＝１,２,３…を連続する整数として、
   

   

   の解として得られるX（n）の値とし、
   θ_pをプリズム頂角の半角として、厚み方向座標成分Y（n）は、
   

   

   を満たすように選定されていることを特徴とする、請求項１に記載のプリズムシート。
5. 前記数４の解として下記近似式を用いたことを特徴とする、請求項４に記載のプリズムシート。
   

   
6. ｆ_０／ｆ_１比が有理数では無く無理数に選定されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプリズムシート。
7. 第１の基本周波数ｆ_１と画素配列周波数ｆ_ｐとは、ｆ_ｐ＜ｆ_１＜２０×ｆ_ｐの関係が成り立つことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプリズムシート。

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