JP2010286520A - Display and designing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光拡散層を有する表示装置およびその設計方法に関する。 The present invention relates to a display device having a light diffusion layer and a design method thereof.
表示装置における視野角改善方法として、光拡散層を用いる方法が知られている。例えば、表示パネルの観察者側の表面に、屈折率に差がある複数の物質から構成された光拡散層(例えば、TIR(Total Internal Reflection)を用いたもの。)を設けると、全反射や拡散反射等の特性を利用して、表示パネル表面から出射した映像光を広範囲に拡散させることができる。このため、観察者側において表示装置の視野角特性を改善することができる。 As a method for improving the viewing angle in a display device, a method using a light diffusion layer is known. For example, if a light diffusion layer (for example, using TIR (Total Internal Reflection)) composed of a plurality of substances having a difference in refractive index is provided on the surface of the display panel on the viewer side, total reflection or By utilizing characteristics such as diffuse reflection, the image light emitted from the display panel surface can be diffused over a wide range. For this reason, the viewing angle characteristics of the display device can be improved on the viewer side.
また、反射特性を利用した視野角制御シートや、これを用いた表示装置が知られている(例えば、特許文献1)。 Also, a viewing angle control sheet using reflection characteristics and a display device using the same are known (for example, Patent Document 1).
上述したように、TIRを用いた光拡散層を表示パネルの観察者側に設けると、視野角特性を改善することができる。しかしながら、その反面、光のパスが異なる複数の映像光が同一方向に出射されることにより、多重像が発生するという問題が生じる。 As described above, when a light diffusion layer using TIR is provided on the viewer side of the display panel, viewing angle characteristics can be improved. However, on the other hand, a problem arises in that multiple images are generated when a plurality of video lights having different light paths are emitted in the same direction.
図16を用いて多重像の例を示す。なお、図16は、2つの映像光によって生じる二重像であって、斜め方向から視認される場合の例を示している。 An example of multiple images will be shown using FIG. Note that FIG. 16 shows an example of a double image generated by two video lights and viewed from an oblique direction.
画素面99から出射された映像光が、距離Lを隔てて存在する光拡散層(TIR)内を通過して外部へ出射される場合、大きく分けて2つの異なるパスが存在する。 When the image light emitted from the pixel surface 99 passes through the light diffusion layer (TIR) existing at a distance L and is emitted to the outside, there are roughly two different paths.
1つは、屈折率の低い物質から構成された低屈折部91に入射されず、屈折率の高い物質から構成された高屈折部93のみを透過して光拡散層表面95から出射される光90(直抜け光とする。)である。そして、もう1つは、低屈折部91において一度全反射した後に光拡散層表面95から出射される光92(低屈反射光とする。)である。
One is light that is not incident on the low-
上記直抜け光90および低屈反射光92が、光拡散層表面95において同じ角度で出射されることにより、二重像(幅がWの二重像)が発生する。
The
このような二重像が顕著に発生すると、例えば、医療用ディスプレイ等のように、視野角の全方向において高い表示精度が要求されるような表示装置において問題となる。 When such a double image is remarkably generated, a problem arises in a display device that requires high display accuracy in all directions of the viewing angle, such as a medical display.
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多重像を発生させにくい表示装置およびその設計方法の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a display device that hardly generates multiple images and a design method thereof.
上記の目的を達成するために、以下に開示する表示装置の設計方法において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第1屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第2屈折部を有し、前記光拡散層の第2屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をL、前記光拡散層を構成する第1屈折部の屈折率をnH、前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第2屈折部における前記頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から2つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Wを、次の式で定義し、
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
上記の式を用いて、前記L、前記nH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in a display device design method disclosed below, the display device includes a backlight and a plurality of pixels that emit video light toward the light diffusion layer with light from the backlight directed toward the light diffusion layer. At least a pixel surface having the pixel surface and a transparent member pasted through the transparent surface, wherein the light diffusion layer has a vertical angle in a cross section of the first refracting portion and the light diffusion layer. A wedge-shaped second refracting portion having a distance L between the bottom surface passing through the apex of the apex angle in the second refracting portion of the light diffusing layer and the pixel surface, and a first refracting that constitutes the light diffusing layer. N H , the internal advancing angle of the image light emitted from the pixel surface with respect to the normal at the bottom surface of the light diffusion layer is θ d-in , and the apex angle at the second refracting portion is α. When two image lights are identical from the surface of the light diffusion layer The width W of the double image generated by being emitted in the direction is defined by the following equation:
W = L * cos {asin (n H * sinθ d-in )} * {tan θ d-in + tan (θ d-in −α)}
The values of L, n H , θ d-in, and α are determined using the above formula.
上記表示装置の設計方法により、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、発生し得る二重像の幅の値を算出することができる。 When designing a display device with improved viewing angle characteristics, the value of the double image width that can occur can be calculated by the display device design method.
以上のように、本発明の表示装置の設計方法は、多重像を発生させにくい表示装置を設計できるという効果を奏する。 As described above, the display device design method of the present invention has an effect that a display device that hardly generates multiple images can be designed.
(1)本発明の一実施形態にかかる表示装置の設計方法において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第1屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第2屈折部を有し、前記光拡散層の第2屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をL、前記光拡散層を構成する第1屈折部の屈折率をnH、前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第2屈折部における頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から2つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Wを、次の式で定義し、
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
上記の式を用いて、前記L、前記nH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする。
(1) In the display device design method according to an embodiment of the present invention, the display device includes a backlight and a plurality of pixels that emit video light toward the light diffusion layer with light from the backlight directed to the light diffusion layer. At least a pixel surface and the light diffusion layer pasted through the pixel surface and a transparent member, and the light diffusion layer has an apex angle in a cross section of the first refracting portion and the light diffusion layer. A second refracting portion having a wedge shape, wherein the distance between the bottom surface passing through the apex of the apex angle in the second refracting portion of the light diffusing layer and the pixel surface is L, and the first refracting portion constituting the light diffusing layer is When the refractive index is n H , the internal traveling angle of the image light emitted from the pixel surface with respect to the normal line at the bottom surface of the light diffusion layer is θ d-in , and the apex angle at the second refracting portion is α, Two video lights are emitted in the same direction from the surface of the light diffusion layer. The width W of the double image generated by is defined by the following equation:
W = L * cos {asin (n H * sinθ d-in )} * {tan θ d-in + tan (θ d-in −α)}
The values of L, n H , θ d-in, and α are determined using the above formula.
これにより、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、発生し得る二重像の幅の値を算出することができる。例えば、設計対象となる表示装置の各パラメータ値(L、nH、θd-in、α)を変更しつつ、最適な表示装置を設計することができる。 Thereby, when designing a display device with improved viewing angle characteristics, it is possible to calculate the value of the double image width that can occur. For example, an optimal display device can be designed while changing each parameter value (L, n H , θ d-in , α) of the display device to be designed.
(2)上記表示装置の設計方法において、前記二重像の幅Wの値が、250μm以下となるように、前記L、前記nH、前記θd-inおよび前記αの値をそれぞれ決定してもよい。 (2) In the display device design method, the values of L, n H , θ d-in, and α are determined so that the width W of the double image is 250 μm or less. May be.
これにより、発生し得る二重像を視認できない程度にまで抑制することができる。 Thereby, the double image which can be generated can be suppressed to such an extent that it cannot be visually recognized.
(3)上記表示装置の設計方法において、前記光拡散層の表面における、前記第2屈折部に対する第1屈折部の開口率をapaとするとき、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
0≦θd-in≦atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)}
これにより、発生し得る二重像の幅の値を少ないパラメータによって定義しつつ、視野角特性を改善した表示装置を設計することができる。
(3) In the design method of the display device, when the aperture ratio of the first refracting portion relative to the second refracting portion on the surface of the light diffusion layer is apa, the θ d-in is determined within the following range. May be.
0 ≦ θ d-in ≦ atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
Accordingly, it is possible to design a display device with improved viewing angle characteristics while defining the width value of the double image that can be generated with a small number of parameters.
(4)上記表示装置の設計方法において、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
0≦θd-in≦90−asin(nL/nH)+α/2
これにより、発生し得る二重像の幅の値を少ないパラメータによって定義しつつ、視野角特性を改善した表示装置を設計することができる。
(4) In the design method of the display device, the θ d-in may be determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ 90−asin (n L / n H ) + α / 2
Accordingly, it is possible to design a display device with improved viewing angle characteristics while defining the width value of the double image that can be generated with a small number of parameters.
(5)上記表示装置の設計方法において、前記バックライトからの、光の最大出射角をθbl,maxとするとき、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
0≦θd-in≦asin(sinθbl,max/nH)
(6)本発明の一実施形態にかかる表示装置において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第1屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第2屈折部を有し、前記光拡散層の第2屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をL、前記光拡散層を構成する第1屈折部の屈折率をnH、前記光拡散層の底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第2屈折部における前記頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から2つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Wが、次の式を満たすことを特徴とする。
(5) In the display device design method, when the maximum light emission angle from the backlight is θbl, max, the θ d-in may be determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ asin (sin θbl, max / n H )
(6) In the display device according to an embodiment of the present invention, the display device includes a backlight, and a pixel surface having a plurality of pixels that emit light from the backlight toward the light diffusion layer. And at least the light diffusing layer pasted through the pixel surface and a transparent member, the light diffusing layer having a wedge shape having an apex angle in a cross section of the first refracting portion and the light diffusing layer. A second refracting portion, the distance between the bottom surface passing through the apex of the apex angle in the second refracting portion of the light diffusing layer and the pixel surface is L, and the refractive index of the first refracting portion constituting the light diffusing layer is n H , where θ d-in is the internal advancing angle of the image light emitted from the pixel surface with respect to the normal line at the bottom surface of the light diffusion layer, and α is the apex angle in the second refracting portion. By emitting two image lights in the same direction from the surface of the layer The width W of the generated double image satisfies the following expression.
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}<250μm
これにより、全方向において発生し得る二重像の幅を人間が判別し難い範囲内に抑え、視野角特性を改善しつつ視認性を低下させないようにすることができる。
W = L * cos {asin (n H * sinθ d-in )} * {tan θ d-in + tan (θ d-in −α)} <250 μm
As a result, the width of the double image that can occur in all directions can be suppressed within a range in which it is difficult for humans to discriminate, and visibility can be prevented from being lowered while improving the viewing angle characteristics.
以下、本発明の表示装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明を、液晶パネルを有する表示装置に適用した場合を例示して説明する。なお、本発明は、有機EL、PDP等のように画素面を備える他の表示装置にも適用可能である。 Hereinafter, preferred embodiments of a display device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the case where the present invention is applied to a display device having a liquid crystal panel will be described as an example. The present invention can also be applied to other display devices having a pixel surface such as an organic EL and a PDP.
[1.第1の実施形態]
[1−1.液晶表示装置の構成]
図1は、本発明にかかる液晶表示装置1の概略構成を示す側面図である。この液晶表示装置1は、図1の下側から順に、バックライト14、裏偏光板13、液晶パネル12、表偏光板11および光拡散層10を備える。液晶パネル12は、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶層およびカラーフィルター等により構成される。
[1. First Embodiment]
[1-1. Configuration of liquid crystal display device]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a liquid
液晶パネル12の上面には表偏光板11が設けられ、下面には裏偏光板13が設けられる。表偏光板11の上面には、光拡散層10が設けられる。表偏光板11と光拡散層10は、接着層(図示しない。)を介して接着される。
A front polarizing plate 11 is provided on the upper surface of the liquid crystal panel 12, and a rear polarizing plate 13 is provided on the lower surface. A
[1−2.二重像の定義]
図2は、図1の液晶表示装置1において、映像光の二重像が発生した場合を示す模式図である。また、図3は、光拡散層10の表面の垂直方向における断面図である。
[1-2. Definition of double image]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a case where a double image of image light is generated in the liquid
図3に示すように、光拡散層10は、ベースフィルム31と樹脂部33から構成され、樹脂部33は、屈折率の高い樹脂(高屈樹脂93とする)と、屈折率の低い樹脂(低屈脂樹91とする)から構成される。この低屈脂樹91は、頂角αの二等辺三角形の形状(くさび形状)に近似でき、低屈脂樹91は、所定の間隔毎に複数配置される。なお、低屈脂樹91は、光拡散層10においてストライプ状に配列されている。また、低屈脂樹91を円錐形状として配列してもよい。
As shown in FIG. 3, the
高屈樹脂93の屈折率をnH、低屈樹脂91の屈折率をnL、光拡散層10の開口部の表面35において低屈脂樹91に対して高屈樹脂93が占める割合である開口率をapa、低屈脂樹91のくさび部の頂角をα、各低屈脂樹91間のピッチをpとする。
The refractive index of the
この場合、液晶表示装置1の光拡散特性は、nH、nL、apa、α等のパラメータを用いて定義することができる。なお、各低屈脂樹間の距離を示すピッチpは、同一形状の各低屈脂樹91を用いる場合、光拡散特性には与える影響が小さいため、本実施形態においては特にピッチpについては考慮しない。
In this case, the light diffusion characteristics of the liquid
図2に示すように、斜め視角において視認できる二重像(以下、二重像とする)は、バックライト表面21から出射され、同じ画素を通過した2つの映像光が、低屈樹脂91に入射せずに高屈樹脂93を抜ける光90(以下、直抜け光とする)と、低屈樹脂で1回全反射される光92(以下、低屈反射光とする)が、それぞれ異なるパスで進行し、光拡散層10の表面23から同角度(θd-out=θr-out)で出射することによって発生する。
As shown in FIG. 2, a double image (hereinafter referred to as a double image) that can be viewed at an oblique viewing angle is emitted from the backlight surface 21, and the two image lights that have passed through the same pixel are applied to the
光の内部進行角θd-inおよびθr-inの取り得る範囲によっては、二重像幅Wが大きくなり、二重像がより視認されやすくなる。また、光拡散層10の底面97と画素面99との距離Lに比例して二重像幅Wが大きくなり二重像が視認されやすくなる。
Depending on the possible range of the internal traveling angles θd-in and θr-in of the light, the double image width W becomes large, and the double image becomes more visible. Further, the double image width W increases in proportion to the distance L between the bottom surface 97 of the
同じ画素を通過した後に2つの異なるパスで進行する光である、直抜け光90および低屈反射光92が、光拡散層10の底面97に入射するそれぞれの位置の距離をDとし、直抜け光90および低屈反射光92が、光拡散層10の表面95から出射するそれぞれの位置の距離をD’とする場合、二重像幅Wは、次の式で表すことができる。
The
W=D’*cosθd-out(=D'*cosθr-out)
ここで、直抜け光90と低屈反射光92が、光拡散層10の底面97に入射するそれぞれの位置の距離Dと、光拡散層10の表面95から出射するそれぞれの位置の距離D’はほぼ等しくなるため、二重像幅Wは次の式で近似できる。
W = D '* cosθd-out (= D' * cosθr-out)
Here, the distance D of each position where the
W=D*cosθd-out(=D*cosθr-out)
さらに、距離Dは、直抜け光90の内部進行角θd-in、低屈反射光の内部進行角θr-inおよび光拡散層10の底面97(低屈脂樹91のくさび部における頂角αの頂点を通る底面)から画素面の距離Lを用いて、次の式で表される。
W = D * cosθd-out (= D * cosθr-out)
Further, the distance D includes the internal traveling angle θd-in of the straight through
D=L*(tanθd-in+tanθr-in)
厳密には、材料の屈折率の差により光拡散層10を構成する高屈樹脂93中の光の進行角およびガラス中の光の進行角などは異なるが、一般的な材料の場合それらの数値が近いものであるため、直抜け光90の内部進行角θd-inおよび低屈反射光92の内部進行角θr-inのみを用いて近似的に表すことができる。したがって、二重像幅Wは、次の式で表される。
D = L * (tanθd-in + tanθr-in)
Strictly speaking, the light traveling angle in the highly
W=L*cosθd-out*(tanθd-in+tanθr-in)
また、直抜け光90の光拡散層10の表面から出射角θd-outおよび、低屈反射光92の内部進行角θr-inは、直抜け光90の内部進行角θd-inを用いてそれぞれ次の式で置き換えられる。
W = L * cosθd-out * (tanθd-in + tanθr-in)
Further, the exit angle θd-out of the direct-through light 90 from the surface of the
θd-out=asin(nH*sinθd-in) 、 θr-in=θd-in−α
このため、二重像幅Wは、以下の式(1)で表される。
θd-out = asin (n H * sinθd-in), θr-in = θd-in-α
For this reason, the double image width W is expressed by the following equation (1).
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)]…(1)
[1−3.二重像の視認性]
ここで、二重像が認識されないための条件を考える。人間の視力は、分解能すなわち隣り合った二つの点を別々の点として見分ける能力として測定することができ、その際に用いられるのがランドルト環である。視力は、認識できる最小視角の逆数で表され、1分(1分は、1度の60分の1の角度)の視角を確認できる視力を視力1.0と規定している。仮に確認できる最小視角が2分なら視力は0.5である。
W = L * cos {asin ( n H * sinθd-in)} * {tanθd-in + tan (θd-in-α)] ... (1)
[1-3. Double image visibility]
Here, a condition for preventing the double image from being recognized is considered. Human visual acuity can be measured as the resolution, that is, the ability to distinguish two adjacent points as separate points, and the Landolt ring is used at that time. The visual acuity is represented by the reciprocal of the minimum recognizable visual angle, and the visual acuity that can confirm the visual angle of 1 minute (1 minute is an angle of 1/60 of 1 degree) is defined as visual acuity 1.0. If the minimum viewing angle that can be confirmed is 2 minutes, the visual acuity is 0.5.
一般的な視力検査の距離は視力検査表から5mであるが、視力1.0に相当するランドルト環で別々の点又は線として見分けられるのは、それらが、1.5mmの距離である。つまり、1.5mmの5m離れたところからの視角が1分になる。例えば、ランドルト環を基準とした視力1.0(視角で表すと1.0分)の場合、観測者が液晶表示装置1の表示面から50cm離れた場合、約150μmの識別が可能である。
The distance of a general visual acuity test is 5 m from the visual acuity test table, but it is a distance of 1.5 mm that can be recognized as separate points or lines in the Landolt ring corresponding to visual acuity 1.0. That is, the viewing angle from a distance of 5 mm, which is 1.5 mm, is 1 minute. For example, in the case of a visual acuity of 1.0 (1.0 minute when expressed in terms of viewing angle) based on the Landolt ring, when the observer is 50 cm away from the display surface of the liquid
したがって、二重像幅Wを150μmより小さくすることができると、効果的に多重像が視認されることを抑制できる。つまり、二重像を認識できないようにするには、発生し得る最大の二重像幅をWmaxが、次の式を満たすように各パラメータを設定すればよい。 Therefore, when the double image width W can be made smaller than 150 μm, it is possible to effectively prevent multiple images from being visually recognized. That is, in order not to recognize the double image, it is only necessary to set each parameter so that Wmax satisfies the following expression as the maximum double image width that can be generated.
Wmax<150μm
なお、理想的には上記の数値(150μm)であるが、主観評価の結果、許容値を「Wmax<250μm」とすることもできる。
Wmax <150μm
Ideally, the numerical value is 150 μm, but as a result of the subjective evaluation, the allowable value may be “Wmax <250 μm”.
[1−4.二重像の具体例]
例えば、高屈樹脂の屈折率nHが1.58、頂角αが18°および光拡散層底面から画素面の距離Lが1000μmの場合、上記の式(1)より、直抜け光90の内部進行角θd-inと二重像幅Wの関係は、図4Aに示すようになる。
[1-4. Specific example of double image]
For example, when the refractive index n H of the highly flexible resin is 1.58, the apex angle α is 18 °, and the distance L from the bottom surface of the light diffusion layer to the pixel surface is 1000 μm, the internal propagation of the
図4Aを説明すると、直抜け光90の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では直抜け光90と低屈反射光92が同角度で光拡散層表面95から出射されることがないため、二重像は発生しない。
Referring to FIG. 4A, when the internal traveling angle θd-in of the
しかし、直抜け光90の内部進行角θd-inが9°から39.3°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Wが変化する。特に、16.8°から38.2°では二重像幅Wが許容値250μm以上となるため二重像が認識され、30.3°では二重像幅Wが485μmと最大になる。
However, when the internal traveling angle θd-in of the
なお、二重像幅Wが最大となるのは、二重像幅Wを表す式(1)などの導関数を
dW/dθd-inとすると、dW/dθd-in=0を満たすθd-inの場合である。
Note that the maximum double image width W is that θd-in satisfying dW / dθd-in = 0, where dW / dθd-in is a derivative such as Equation (1) representing the double image width W. This is the case.
直抜け光の内部進行角θd-inが39.3°より大きい範囲では、進行してきた光が光拡散層裏面97で全反射され、光拡散層表面95から外部に出射されることがないため二重像は発生しない。 In the range where the internal traveling angle θd-in of the direct light is larger than 39.3 °, the traveling light is totally reflected by the light diffusion layer back surface 97 and is not emitted to the outside from the light diffusion layer surface 95. No image is generated.
図4Bは、横軸を光拡散層表面95における、直抜け光90(または低屈反射光92)の出射角θd-out(またはθr-out)として、二重像幅Wを示したグラフである。この場合、光拡散層10の光拡散方向の斜め視角27.2°から77.7°の範囲において、二重像が視認されることになる。特に、斜め視角52.9°付近では二重像が最も顕著となる。
FIG. 4B is a graph showing the double image width W, where the horizontal axis is the exit angle θd-out (or θr-out) of the straight-through light 90 (or low-reflected reflected light 92) on the light diffusion layer surface 95. is there. In this case, a double image is visually recognized in the range of the oblique viewing angle 27.2 ° to 77.7 ° in the light diffusion direction of the
全ての方位で二重像が認識されないようにするには、最大二重像幅Wmaxが、Wmax<250μmとなる必要がある。このためには、光拡散層底面から画素面の距離Lを低減し、二重像幅Wを全体的に小さくするか(図5中のA方向のイメージ)、または、表面拡散層のパラメータ設定により、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲を制限する(図5中のB方向のイメージ)必要がある。具体的には以下のようにすれば良い。 In order to prevent the double image from being recognized in all directions, the maximum double image width Wmax needs to be Wmax <250 μm. For this purpose, the distance L from the bottom surface of the light diffusion layer to the pixel surface is reduced, and the double image width W is reduced as a whole (image in the direction A in FIG. 5), or parameter setting of the surface diffusion layer is performed. Therefore, it is necessary to limit the range that the internal traveling angle θd-in of direct light can take (image in the B direction in FIG. 5). Specifically, the following may be performed.
(a)バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは、光拡散層の開口率apaおよび頂角αで決定される。したがって、光拡散層の開口率apa、頂角αおよび距離Lを最適化することにより二重像幅Wを低減することができる。 (A) When the characteristics of the backlight are not taken into consideration, the maximum internal traveling angle θd-in, max of direct light is determined by the aperture ratio apa and the apex angle α of the light diffusion layer. Therefore, the double image width W can be reduced by optimizing the aperture ratio apa, apex angle α, and distance L of the light diffusion layer.
(b)また、バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光の最大内部進行角θr-in,maxは、光拡散層10の樹脂屈折率nH、nLおよび頂角αで決定される。これにより、二重像が発生する条件での直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも決定される。したがって、屈折率nH、nL、頂角αおよび距離Lを最適化することにより二重像幅Wを低減することができる。
(B) Further, when the characteristics of the backlight are not taken into consideration, the maximum internal traveling angle θr-in, max of the low-reflected reflected light is determined by the resin refractive indexes n H and n L and the apex angle α of the
(c)さらに、バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくすると(集光度を高めると)、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも同時に小さくなる。したがって、バックライトの最大出射角θbl,maxを最適化することによっても、二重像幅Wを低減することができる。 (C) Further, when the maximum emission angle θbl, max of the backlight is reduced (the degree of condensing is increased), the maximum internal traveling angle θd-in, max of direct light is also reduced at the same time. Therefore, the double image width W can also be reduced by optimizing the maximum emission angle θbl, max of the backlight.
このように、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、設計対象となる表示装置の各パラメータ値(L、nH、θd-in、α等)を変更しつつ、二重像幅Wを低減した最適な表示装置を設計することができる。 Thus, when designing a display device with improved viewing angle characteristics, a double image is obtained while changing each parameter value (L, n H , θ d-in , α, etc.) of the display device to be designed. An optimum display device with a reduced width W can be designed.
以上、本実施形態の説明では、第2屈折部の断面形状が二等辺三角形の形状である例を示して説明したが、本発明において、第2屈折部の断面形状はこれに限られるものではない。例えば、反射面を備えていれば他の形状であってもよい。 As described above, in the description of the present embodiment, the example in which the cross-sectional shape of the second refracting portion is an isosceles triangle has been described, but in the present invention, the cross-sectional shape of the second refracting portion is not limited thereto. Absent. For example, other shapes may be used as long as a reflective surface is provided.
[2.第2の実施形態]
上述した通り、(a)バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは光拡散層の開口率apaおよび頂角αで決定される。本実施形態においては、光拡散層の開口率apa、頂角αおよび距離Lを最適化することで二重像幅Wを低減する例について説明する。
[2. Second Embodiment]
As described above, (a) when the characteristics of the backlight are not taken into consideration, the maximum internal traveling angle θd-in, max of direct light is determined by the aperture ratio apa and the apex angle α of the light diffusion layer. In the present embodiment, an example in which the double image width W is reduced by optimizing the aperture ratio apa, the apex angle α, and the distance L of the light diffusion layer will be described.
[2−1.パラメータの最適化]
図6に示すように、バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光90の内部進行角θd-inは、低屈脂樹91の頂角の点91a(くさび部の先端)から、隣接する低屈脂樹91の底角の点91bを通る条件で最大となり、直抜け光90の最大内部進行角θd-in,maxは、開口率apaと頂角αを用いて次式により表される。
[2-1. Parameter optimization]
As shown in FIG. 6, when the characteristics of the backlight are not taken into consideration, the internal traveling angle θd-in of the
θd-in,max=atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)}
ここで、
A=atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)}
とすると、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式により表される。
θd-in, max = atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
here,
A = atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
Then, a possible range of the internal traveling angle θd-in of direct light is expressed by the following equation.
0≦θd-in≦A …(2)
また、直抜け光90の最大外部出射角θd-out,maxは、次式により表される。
0 ≦ θd-in ≦ A (2)
Further, the maximum external emission angle θd-out, max of the
θd-out,max=asin(nH*sinA)
よって、直抜け光90の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式となる。
θd-out, max = asin (n H * sin A)
Therefore, the range that the external exit angle θd-out of the
0≦θd-out≦asin(nH*sinA)
低屈反射光92が、直抜け光90と同一の角度で外部出射される(θd-out=θr-out)と二重像が発生する。この場合、低屈反射光92の内部進行角θr-inは、次式となる。
0 ≦ θd-out ≦ asin (n H * sin A)
When the low-bend reflected light 92 is emitted outside at the same angle as the direct-through light 90 (θd-out = θr-out), a double image is generated. In this case, the internal traveling angle θr-in of the low-bend reflected light 92 is expressed by the following equation.
θr-in=θd-in−α
ここで、二重像幅Wは、次式により表される。
θr-in = θd-in-α
Here, the double image width W is expressed by the following equation.
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
全方位での二重像が視認されないようにするためには、
0≦θd-in≦Aの範囲において、最大二重像幅Wmaxを許容値250μm以上にならないようにする必要がある。つまり、二重像を認識できないようにするためは、
0≦θ≦atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)}
のθの範囲において、次式をみたすように各パラメータを設定すればよい。
W = L * cos {asin (n H * sin θd-in)} * {tan θd-in + tan (θd-in−α)}
In order to prevent double images in all directions from being seen,
In the range of 0 ≦ θd-in ≦ A, it is necessary that the maximum double image width Wmax does not exceed the allowable value of 250 μm. In other words, in order to prevent the double image from being recognized,
0 ≦ θ ≦ atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
In the range of θ, each parameter may be set so as to satisfy the following equation.
L*cos{asin(nH*sinθ)}*{tanθ+tan(θ−α)}<250μm
[2−2.効果の検証]
L * cos {asin (n H * sin θ)} * {tan θ + tan (θ−α)} <250 μm
[2-2. Effect verification]
表1に示すように、一例として、nH=1.58、α=18°、apa=50%、L=1000μmの場合(ベース)を考える。直抜け光90の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、上記式(2)により、
0°≦θd-in≦25.4°となり、この範囲での二重像幅Wは、図7に示すようになる。
As shown in Table 1, as an example, consider a case (base) where n H = 1.58, α = 18 °, apa = 50%, and L = 1000 μm. The range that the internal traveling angle θd-in of the
0 ° ≦ θd-in ≦ 25.4 °, and the double image width W in this range is as shown in FIG.
図7に示すように、直抜け光90の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では、直抜け光90と低屈反射光92が同角度で光拡散層表面95から出射されることがないため、二重像は発生しない。
As shown in FIG. 7, when the internal traveling angle θd-in of the
また、9°から25.4°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Wが変化する。特に、16.8°から25.4°では二重像幅Wが許容値250μm以上となるため二重像が認識され、25.4°では二重像幅Wが445μmと最大になる。 A double image is generated in the range of 9 ° to 25.4 °, and the double image width W changes depending on the angle. In particular, the double image width W is not less than the allowable value of 250 μm at 16.8 ° to 25.4 °, so that a double image is recognized. At 25.4 °, the double image width W is 445 μm at the maximum.
直抜け光90の内部進行角θd-inは、開口率apaおよび頂角αによる制限で、25.4°より大きい範囲にはなり得ない。つまり、上記条件では二重増幅Wが許容値250μm以上となる範囲
16.8°≦θd-in≦25.4°が存在し、これに対応する方位
27.2°≦θd-out≦42.7°では二重像が認識されてしまう。
The internal advancing angle θd-in of the
16.8 ° ≦ θd-in ≦ 25.4 ° exists, and the corresponding orientation
If 27.2 ° ≦ θd-out ≦ 42.7 °, a double image is recognized.
各々のパラメータを1つだけ変更することで、Wmax<250μmとなり、二重像を認識されないようにする場合を考える。 Consider a case where by changing only one parameter, Wmax <250 μm so that a double image is not recognized.
[2−2−1.Lを変更する場合]
図8Aに示すように、距離Lを小さく変化させていくと、Lの値が560μm以下で二重像が認識されなくなる(例えば、光拡散層10のベースフィルム厚70μm、表偏光板厚140μm、表面側ガラス厚350μmとした表1(i)の場合)。
[2-2-1. When changing L]
As shown in FIG. 8A, when the distance L is changed small, a double image is not recognized when the value of L is 560 μm or less (for example, the base film thickness of the
また、図8Bに、距離Lが560μmの場合における二重増幅Wの変化を示す。この場合、9°≦θd-in ≦25.4°の範囲で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となるθd-in=25.4°において二重像幅Wは許容値250μmより小さいため、二重像は認識されない。 FIG. 8B shows a change in the double amplification W when the distance L is 560 μm. In this case, a double image is generated in the range of 9 ° ≦ θd-in ≦ 25.4 °, but at θd-in = 25.4 ° where the double image width W is maximum, the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm. Therefore, the double image is not recognized.
[2−2−2.apaを変更する場合]
開口率apaを小さくした場合、図8Cに示すように、31%以下で二重像が認識されない。また、図8Dに、開口率apaが31%の場合における二重増幅Wの変化を示す。この場合、9°≦θd-in ≦16.7°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となるθd-in=16.7°でも二重像幅Wは、許容値250μmより小さいため二重像は認識されない。
[2-2-2. When changing apa]
When the aperture ratio apa is reduced, a double image is not recognized at 31% or less as shown in FIG. 8C. FIG. 8D shows a change in double amplification W when the aperture ratio apa is 31%. In this case, a double image is generated when 9 ° ≦ θd-in ≦ 16.7 °. However, even when θd-in = 16.7 ° at which the double image width W is maximum, the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm. Double images are not recognized.
[2−2−3.αを変更する場合]
頂角αを小さくした場合、図8Eに示すように、7.5°以下で二重像が認識されない。また、図8Fに頂角αが7.5°の場合における二重増幅Wの変化を示す。
3.8°≦θd-in≦11.1°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となる
θd-in=11.1°でも二重像幅Wは許容値250μmより小さいため二重像は認識されない。
[2-2-3. When changing α]
When the apex angle α is reduced, a double image is not recognized at 7.5 ° or less as shown in FIG. 8E. FIG. 8F shows a change in the double amplification W when the apex angle α is 7.5 °.
A double image is generated when 3.8 ° ≦ θd-in ≦ 11.1 °, but even when θd-in = 11.1 ° at which the double image width W is maximum, the double image is smaller than the allowable value of 250 μm. Not recognized.
[2−2−4.まとめ]
上記は具体例であり、Wmax<250μmとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Wmax<250μmとし二重像を認識されないようにする場合を考えると、表1(iv)〜(vii)に示すようになる。実際の設計においては、パラメータ値を1つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。
[2-2-4. Summary]
The above is a specific example, and each parameter may be set so that Wmax <250 μm. Further, considering the case where the maximum double image width Wmax <250 μm and the double image is not recognized by changing a plurality of parameters simultaneously, the results are as shown in Tables 1 (iv) to (vii). In actual design, it may be difficult to change the parameter value by one, or even if the parameter value can be changed, the optical characteristics may be changed greatly. It is preferable to change at the same time in a balanced manner.
[3.第3の実施形態]
上述した通り、(b)バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光92の最大内部進行角θr-in,maxは、光拡散層10の樹脂屈折率nH、nLおよび頂角αで決定される。これにより、二重像が発生する条件での直抜け光90の最大内部進行角θd-in,maxも決定される。本実施形態においては、屈折率nH、nL、頂角αおよび距離Lを最適化することで二重像幅Wを低減する例について説明する。
[3. Third Embodiment]
As described above, (b) when the characteristics of the backlight are not taken into consideration, the maximum internal traveling angle θr-in, max of the low-reflected reflected light 92 is the resin refractive index n H , n L and apex angle α of the
[3−1.パラメータの最適化]
低屈反射光の内部進行角θr-inを低減し、二重像を低減する場合を考える。図9に示すように、バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光の内部進行角θr-inは、低屈樹脂91および高屈樹脂93での全反射臨界角で低屈樹脂91に入射する条件で最大となり、低屈反射光92の最大内部進行角θr-in,maxは樹脂屈折率nHおよびnL θr-in=θd-in−αの場合に二重像が発生するため、二重像が発生する条件での直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは、次式で表される。
[3-1. Parameter optimization]
Consider a case where the internal advancing angle θr-in of low-bend reflected light is reduced to reduce double images. As shown in FIG. 9, when the characteristics of the backlight are not taken into account, the internal advancing angle θr-in of the low bending reflection light is the total reflection critical angle between the
θd-in,max=90−asin(nL/nH)+α/2
ここで、
B=90−asin(nL/nH)+α/2
とすると、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式で表される。 0≦θd-in≦B …(3) また、直抜け光の最大外部出射角θd-out,maxは、次式で表される。
θd-in, max = 90−asin (n L / n H ) + α / 2
here,
B = 90−asin (n L / n H ) + α / 2
Then, a possible range of the internal traveling angle θd-in of the direct light is expressed by the following equation. 0 ≦ θd-in ≦ B (3) Further, the maximum external emission angle θd-out, max of direct light is expressed by the following equation.
θd-out,max=asin(nH*sinB)
直抜け光90の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式で表される。
θd-out, max = asin (n H * sin B)
The range that the external exit angle θd-out of the
0≦θd-out≦asin(nH*sinB)
低屈反射光が、直抜け光90と同一の角度で外部出射される(θd-out=θr-out)と二重像が発生する。この場合、低屈反射光の内部進行角θr-inは、θr-in=θd-in-α となるため、二重像幅Wは、次式で表される。
0 ≦ θd-out ≦ asin (n H * sinB)
When low-bend reflected light is emitted outside at the same angle as the direct-through light 90 (θd-out = θr-out), a double image is generated. In this case, since the internal traveling angle θr-in of the low-reflected reflected light is θr-in = θd-in-α, the double image width W is expressed by the following equation.
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
全方位での二重像を認識できないようにするためには、
0≦θd-in≦Aの範囲での最大二重像幅Wmaxが許容値250μm以上にならないようにする必要がある。つまり二重像を認識できないようにするためは、
0≦θ≦90−asin(nL/nH)+α/2 のθの範囲において、
L*cos{asin(nH*sinθ)}*{tanθ+tan(θ−α)}<250μm
となるように各パラメータを設定すればよい。
W = L * cos {asin (n H * sin θd-in)} * {tan θd-in + tan (θd-in−α)}
In order to avoid recognizing double images in all directions,
It is necessary to prevent the maximum double image width Wmax in the range of 0 ≦ θd-in ≦ A from exceeding the allowable value of 250 μm. In other words, in order not to recognize the double image,
In the range of 0 ≦ θ ≦ 90−asin (n L / n H ) + α / 2,
L * cos {asin (n H * sinθ)} * {tan θ + tan (θ−α)} <250 μm
Each parameter may be set so that
[3−2.効果の検証] [3-2. Effect verification]
表2に示すように、一例として、nH=1.55、nL=1.49 、α=22°、L=1000μmの場合(ベース)を考える。直抜け光90の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、上記式(3)により、
0°≦θd-in≦26.9°となり、この範囲での二重像幅Wは、図10に示すようになる。
As shown in Table 2, as an example, consider a case (base) where n H = 1.55, n L = 1.49, α = 22 °, and L = 1000 μm. The possible range of the internal traveling angle θd-in of the
0 ° ≦ θd-in ≦ 26.9 °, and the double image width W in this range is as shown in FIG.
図10に示すように、直抜け光90の内部進行角θd-inが11°より小さい範囲では、直抜け光90と低屈反射光92が同角度で光拡散層表面95から出射されることがないため、二重像は発生しない。
As shown in FIG. 10, when the internal traveling angle θd-in of the
また、11°から26.9°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Wが変化する。特に18.9°から26.9°では二重像幅Wが許容値250μm以上となるため二重像が認識され、26.9°では二重像幅Wが423μmと最大になる。直抜け光の内部進行角θd-inは樹脂屈折率nH、nL、および頂角αによる制限で、26.9°より大きい範囲にはなり得ない。つまり上記条件では二重像幅Wが許容値250μm以上となる範囲
18.9°≦θd-in≦26.9°が存在し、これに対応する方位
30.1°≦θd-out≦44.5°では二重像が認識されてしまう。
Further, a double image is generated in the range of 11 ° to 26.9 °, and the double image width W changes depending on the angle. In particular, from 18.9 ° to 26.9 °, the double image width W is an allowable value of 250 μm or more, so a double image is recognized, and at 26.9 °, the double image width W is 423 μm at the maximum. The internal advancing angle θd-in of the direct light cannot be in a range larger than 26.9 ° due to restrictions by the resin refractive indexes n H and n L and the apex angle α. That is, in the above conditions, the range in which the double image width W is an allowable value of 250 μm or more.
18.9 ° ≦ θd-in ≦ 26.9 ° exists and the corresponding orientation
When 30.1 ° ≦ θd-out ≦ 44.5 °, a double image is recognized.
各々のパラメータを1つだけ変更することでWmax<250μmとなり二重像を認識されないようにする場合を考える。 Consider a case in which only one parameter is changed so that Wmax <250 μm and a double image is not recognized.
[3−2−1.Lを変更する場合]
図11Aに示すように、距離Lを小さく変化させていくと、Lの値が590μm以下で二重像が認識されなくなる(例えば、光拡散層10のベースフィルム厚80μm、表偏光板厚150μm、表面側ガラス厚360μmとした表2(i)の場合)。
[3-2-1. When changing L]
As shown in FIG. 11A, when the distance L is changed small, a double image is not recognized when the value of L is 590 μm or less (for example, the base film thickness of the
また、図11Bに、距離Lが590μmの場合における二重像幅Wの変化を示す。この場合、11°≦θd-in ≦26.9°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となるθd-in =26.9°でも二重像幅Wは許容値250μmより小さいため、二重像は認識されない。 FIG. 11B shows a change in the double image width W when the distance L is 590 μm. In this case, a double image is generated at 11 ° ≦ θd-in ≦ 26.9 °, but even when θd-in = 26.9 ° at which the double image width W is maximum, the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm. Double images are not recognized.
[3−2−2.nHを変更する場合]
高屈樹脂の屈折率nHを小さくした場合、図11Cに示すように、1.504以下で二重像が認識されない。また、図11Dに、高屈樹脂の屈折率nHが1.504の場合における二重像幅Wの変化を示す。この場合、11°≦θd-in ≦18.8°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となるθd-in=18.8°でも二重像幅Wは許容値250μmより小さいため二重像は認識されない。
[3-2-2. If you want to change the n H]
When the refractive index n H of the highly flexible resin is reduced, a double image is not recognized at 1.504 or less as shown in FIG. 11C. FIG. 11D shows the change in the double image width W when the refractive index n H of the highly flexible resin is 1.504. In this case, a double image is generated when 11 ° ≦ θd-in ≦ 18.8 °. However, even when θd-in = 18.8 ° at which the double image width W is maximum, the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm. Double images are not recognized.
[3−2−3.αを変更する場合]
頂角αを小さくした場合、図11Eに示すように、44°以上で二重像が認識されない。また、図11Fに、頂角αが44°の場合における二重像幅Wの変化を示す。
[3-2-3. When changing α]
When the apex angle α is reduced, a double image is not recognized at 44 ° or more as shown in FIG. 11E. FIG. 11F shows a change in the double image width W when the apex angle α is 44 °.
この場合、
22.0°≦θd-in≦38.0°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となる
θd-in=34.4°でも二重像幅Wは許容値250μmより小さいため、二重像は認識されない。
in this case,
A double image is generated at 22.0 ° ≦ θd-in ≦ 38.0 °, but the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm even at θd-in = 34.4 ° where the double image width W is maximum. Is not recognized.
[3−2−4.まとめ]
上記は具体例であり、Wmax<250μmとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Wmax<250μmとし二重像を認識されないようにする場合を考えると、表2(iv)〜(vii)に示すようになる。実際の設計においては、パラメータ値を1つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。
[3-2-4. Summary]
The above is a specific example, and each parameter may be set so that Wmax <250 μm. Considering the case where the maximum double image width Wmax <250 μm is set so that the double image is not recognized by simultaneously changing a plurality of parameters, the results are as shown in Tables 2 (iv) to (vii). In actual design, it may be difficult to change the parameter value by one, or even if the parameter value can be changed, the optical characteristics may be changed greatly. It is preferable to change at the same time in a balanced manner.
[4.第4の実施形態]
上述した通り、バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくすると(集光度を高めると)、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも同時に小さくなる。したがって、バックライトの最大出射角θbl,maxを最適化することによっても、二重像幅Wを低減することができる。本実施形態においては、バックライトの集光度を調整することで直抜け光の内部進行角θd-inを低減し、斜め視角の二重像を低減する例について説明する。
[4. Fourth Embodiment]
As described above, when the maximum emission angle θbl, max of the backlight is reduced (the degree of light collection is increased), the maximum internal traveling angle θd-in, max of direct light is also reduced at the same time. Therefore, the double image width W can also be reduced by optimizing the maximum emission angle θbl, max of the backlight. In the present embodiment, an example will be described in which the internal advancing angle θd-in of straight-through light is reduced by adjusting the condensing degree of the backlight, thereby reducing the double image at an oblique viewing angle.
[4−1.パラメータの最適化]
図12に示すように、光拡散層10の特性を考慮しない場合、バックライトの最大出射角をθbl,maxとすると、直抜け光90の内部進行角θd-inはバックライトの最大出射角での条件で最大となり、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxはバックライトの最大出射角θbl,maxと高屈樹脂93の屈折率nHでを用いて次式により表される。
[4-1. Parameter optimization]
As shown in FIG. 12, when the characteristics of the
θd-in,max=asin(sinθbl,max/nH)
ここで、
C=asin(sinθbl,max/nH)とすると、直抜け光90の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式により表される。
θd-in, max = asin (sin θbl, max / n H )
here,
Assuming that C = asin (sin θbl, max / n H ), a possible range of the internal traveling angle θd-in of the
0≦θd-in≦C …(4)
また、直抜け光90の最大外部出射角θd-out,maxは、次式により表される。
0 ≦ θd-in ≦ C (4)
Further, the maximum external emission angle θd-out, max of the
θd-out,max=asin(nH*sinC)
直抜け光の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式で表される。
0≦θd-out≦asin(nH*sinC)
低屈反射光92が、直抜け光90と同一の角度で外部出射される(θd-out = θr-out)と二重像が発生する。
θd-out, max = asin (n H * sin C)
The range that the external exit angle θd-out of direct light can take is expressed by the following equation.
0 ≦ θd-out ≦ asin (n H * sinC)
When the low-bend reflected light 92 is emitted outside at the same angle as the direct-through light 90 (θd−out = θr−out), a double image is generated.
この場合、低屈反射光92の内部進行角θr-inは、
θr-in=θd-in−αとなるため、二重像幅Wは、次式により表される。
In this case, the internal advancing angle θr-in of the low
Since θr-in = θd-in-α, the double image width W is expressed by the following equation.
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
全方位での二重像が視認されないようにするためには、
0≦θd-in≦C の範囲において、最大二重像幅Wmaxを許容値250μm以上にならないようにする必要がある。つまり、二重像を認識できないようにするためは
0≦θ≦asin(sinθbl,max/nH)のθの範囲において、次式をみたすように各パラメータを設定すればよい。
W = L * cos {asin (n H * sin θd-in)} * {tan θd-in + tan (θd-in−α)}
In order to prevent double images in all directions from being seen,
In the range of 0 ≦ θd-in ≦ C, it is necessary that the maximum double image width Wmax does not exceed the allowable value of 250 μm. In other words, in order to prevent the double image from being recognized, each parameter may be set so as to satisfy the following expression in the range of 0 ≦ θ ≦ asin (sin θbl, max / n H ).
L*cos{asin(nH*sinθ)}*{tanθ+tan(θ−α)}<250μm
[4−2.効果の検証]
一例として、nH=1.58、α=18°、L=800μm、θbl,max=60°の場合を考える。直抜け光90の内部進行角θd-inの取り得る範囲は上記式(4)により、
0°≦θd-in≦33.2°となり、この範囲での二重像幅Wは、図13に示すようになる。
L * cos {asin (n H * sin θ)} * {tan θ + tan (θ−α)} <250 μm
[4-2. Effect verification]
As an example, consider a case where n H = 1.58, α = 18 °, L = 800 μm, θbl, max = 60 °. The possible range of the internal traveling angle θd-in of the
0 ° ≦ θd-in ≦ 33.2 °, and the double image width W in this range is as shown in FIG.
図13に示すように、直抜け光90の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では直抜け光90と低屈反射光92が同角度で光拡散層表面95から出射されることがないため、二重像は発生しない。
As shown in FIG. 13, when the internal traveling angle θd-in of the
また、9°から33.4°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Wが変化する。特に19.0°から33.4°では二重像幅Wが許容値250μm以上となるため二重像が認識され、30.3°では二重像幅Wが388μmと最大になる。直抜け光90の内部進行角θd-inは樹脂屈折率nHおよびバックライトの最大出射角θbl,maxによる制限で、33.4°より大きい範囲にはなり得ない。つまり上記条件では二重増幅Wが許容値250μm以上となる範囲
19.0°≦θd-in≦33.4°が存在し、これに対応する方位
31.0°≦θd-out≦60.0°では二重像が認識されてしまう。
A double image is generated in the range of 9 ° to 33.4 °, and the double image width W changes depending on the angle. In particular, the double image width W is not less than the allowable value of 250 μm at 19.0 ° to 33.4 °, so that a double image is recognized. At 30.3 °, the double image width W is maximum at 388 μm. The internal traveling angle θd-in of the
19.0 ° ≦ θd-in ≦ 33.4 ° exists, and the corresponding orientation
When 31.0 ° ≦ θd-out ≦ 60.0 °, a double image is recognized.
バックライトの最大出射角θbl,max変更することで、Wmax<250μmとなり二重像を認識されないようにする場合を考える。 Consider a case in which Wmax <250 μm and the double image is not recognized by changing the maximum emission angle θbl, max of the backlight.
バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくした場合、図14Aに示すように、31.0°以下で二重像が認識されない。 When the maximum emission angle θbl, max of the backlight is reduced, a double image is not recognized at 31.0 ° or less as shown in FIG. 14A.
また、図14Bにバックライトの最大出射角θbl,maxが31.0°の場合における二重増幅Wの変化を示す。この場合、9.0°≦θd-in ≦19.0°で二重像が発生するが、二重像幅Wが最大となるθd-in=19.0°でも二重像幅Wは許容値250μmより小さいため、二重像は認識されない。図15に最大出射角θbl,maxが31.0°であるバックライトの出射特性の一例を示す。このようなバックライトの出射特性は、バックライトそのものに集光機能を持たせたり、光学シートを用いたり、あるいはこれらを組み合わせることにより得ることができる。 FIG. 14B shows a change in the double amplification W when the maximum emission angle θbl, max of the backlight is 31.0 °. In this case, a double image is generated at 9.0 ° ≦ θd-in ≦ 19.0 °, but the double image width W is smaller than the allowable value of 250 μm even at θd-in = 19.0 ° at which the double image width W is maximum. Double images are not recognized. FIG. 15 shows an example of emission characteristics of a backlight having a maximum emission angle θbl, max of 31.0 °. Such emission characteristics of the backlight can be obtained by providing the backlight itself with a condensing function, using an optical sheet, or combining them.
上記は具体例であり、Wmax<250μmとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Wmax<250μmとし、二重像を認識されないようにすることも可能である。実際の設計においては、パラメータ値を1つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。 The above is a specific example, and each parameter may be set so that Wmax <250 μm. It is also possible to prevent a double image from being recognized by simultaneously changing a plurality of parameters so that the maximum double image width Wmax <250 μm. In actual design, it may be difficult to change the parameter value by one, or even if the parameter value can be changed, the optical characteristics may be changed greatly. It is preferable to change at the same time in a balanced manner.
本発明は、光拡散層を備えた表示装置およびその設計方法に対して有用である。 The present invention is useful for a display device including a light diffusion layer and a design method thereof.
1 液晶表示装置
10 光拡散層
11 表偏光板
12 液晶パネル
13 裏偏光板
14 バックライト
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、
前記光拡散層は、第1屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第2屈折部を有し、
前記光拡散層の第2屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をL、
前記光拡散層を構成する第1屈折部の屈折率をnH、
前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、
前記第2屈折部における前記頂角をαとするとき、
前記光拡散層の表面から2つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Wを、次の式で定義し、
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}
上記の式を用いて、前記L、前記nH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする表示装置の設計方法。 A method for designing a display device including a light diffusion layer,
The display device includes a backlight, a pixel surface having a plurality of pixels that emit light from the backlight toward the light diffusion layer, and the pixel surface and the transparent member. A light diffusion layer, at least,
The light diffusing layer has a first refracting portion and a wedge-shaped second refracting portion having an apex angle in a cross section of the light diffusing layer,
The distance between the bottom surface passing through the vertex of the apex angle in the second refracting portion of the light diffusion layer and the pixel surface is L,
The refractive index of the first refractive part constituting the light diffusion layer is n H ,
Θ d-in is the internal advancing angle of the image light emitted from the pixel surface with respect to the normal at the bottom surface of the light diffusion layer.
When the apex angle in the second refracting portion is α,
The width W of the double image generated when two image lights are emitted in the same direction from the surface of the light diffusion layer is defined by the following equation:
W = L * cos {asin (n H * sinθ d-in )} * {tan θ d-in + tan (θ d-in −α)}
A method for designing a display device, wherein the values of L, n H , θ d-in, and α are determined using the above formula.
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置の設計方法。
0≦θd-in≦atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)} When the aperture ratio of the first refractive part relative to the second refractive part on the surface of the light diffusion layer is apa,
The method of designing a display device according to claim 1, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
0≦θd-in≦90−asin(nL/nH)+α/2 The method of designing a display device according to claim 1, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ 90−asin (n L / n H ) + α / 2
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置の設計方法。
0≦θd-in≦asin(sinθbl,max/nH) When the maximum emission angle of light from the backlight is θbl, max,
The method of designing a display device according to claim 1, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ asin (sin θbl, max / n H )
前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、
前記光拡散層は、第1屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第2屈折部を有し、
前記光拡散層の第2屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をL、
前記光拡散層を構成する第1屈折部の屈折率をnH、
前記光拡散層の底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、
前記第2屈折部における前記頂角をαとするとき、
前記光拡散層の表面から2つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Wが、次の式を満たすことを特徴とする表示装置。
W=L*cos{asin(nH*sinθd-in)}*{tanθd-in+tan(θd-in−α)}<250μm A display device comprising a light diffusion layer,
The display device includes a backlight, a pixel surface having a plurality of pixels that emit light from the backlight toward the light diffusion layer, and the pixel surface and the transparent member. A light diffusion layer, at least,
The light diffusing layer has a first refracting portion and a wedge-shaped second refracting portion having an apex angle in a cross section of the light diffusing layer,
The distance between the bottom surface passing through the vertex of the apex angle in the second refracting portion of the light diffusion layer and the pixel surface is L,
The refractive index of the first refractive part constituting the light diffusion layer is n H ,
Θ d-in is an internal advancing angle of image light emitted from the pixel surface with respect to a normal line on the bottom surface of the light diffusion layer,
When the apex angle in the second refracting portion is α,
A display device, wherein a width W of a double image generated when two image lights are emitted in the same direction from the surface of the light diffusion layer satisfies the following expression.
W = L * cos {asin (n H * sinθ d-in )} * {tan θ d-in + tan (θ d-in −α)} <250 μm
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
0≦θd-in≦atan{(1+apa)/(1−apa)*tan(α/2)} When the aperture ratio of the first refractive part relative to the second refractive part on the surface of the light diffusion layer is apa,
The display device according to claim 5, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ atan {(1 + apa) / (1-apa) * tan (α / 2)}
0≦θd-in≦90−asin(nL/nH)+α/2 The display device according to claim 5, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ 90−asin (n L / n H ) + α / 2
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
0≦θd-in≦asin(sinθbl,max/nH) When the maximum emission angle of light from the backlight is θbl, max,
The display device according to claim 5, wherein the θ d-in is determined within the following range.
0 ≦ θ d-in ≦ asin (sin θbl, max / n H )
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