JP4923671B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光透過性の集光シートを備えた液晶表示装置に関し、更に詳しくは、第１の集光シートと第２の集光シートとが重ねて配置された液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）と比較して低消費電力かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では携帯電話、デジタルカメラ等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。

液晶表示装置は、透過型、反射型等に分類され、特に透過型液晶表示装置は、液晶層を一対の透明基板で挟んだ液晶表示パネルと、照明光源としてのバックライトユニットを備えている。バックライトユニットは、光源を液晶表示パネルの直下に配置する直下型のほか、エッジライト型がある。

一般に、液晶表示装置用のバックライトユニットにおいては、光源光の出射方向を正面方向に配向させるプリズムシートやレンズシート等の集光シートが用いられている。
例えば、プリズムシートは、光出射側の面に断面三角形状のプリズムが多数配列されており、プリズムシートに入射した光をプリズム斜面で屈折透過させることで正面方向に集光する作用を行う。また、特にモバイル機器用途では、プリズム列が直交するように２枚のプリズムシートを重ねて配置することで、２方向の光を効率よく集光し正面輝度を向上させる構成例が知られている（下記特許文献１参照）。

特表平１０−５０６５００号公報

ところで、プリズムシートのプリズム配列ピッチと液晶表示パネルの画素ピッチとの間で干渉による明暗模様（モアレ）が発生する。このモアレの発生を防止するためには、プリズム配列ピッチの狭ピッチ化が有効である。

しかしながら、プリズム配列ピッチを単純に狭ピッチ化するのみでは正面輝度の低下が甚だしくなり画質の低下を招くという問題がある。この問題は、上述のようにプリズムシートを２枚重ねて配置した場合にも同様である。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、正面輝度の低下を抑えながらモアレの発生を防止できる液晶表示装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明者らは、液晶表示パネルの画素ピッチに応じて各プリズムシートのプリズム配列ピッチを最適に組み合わせることで、正面輝度の低下を最小限に抑えながら、モアレの発生のない液晶表示装置を構成できることを見出した。

すなわち、本発明の液晶表示装置は、光源と、液晶表示パネルと、光源からの出射光を集光して液晶表示パネル側へ導く集光シートとを備え、この集光シートは、一方の面に集光性をもつ第１の凹凸構造が液晶表示パネルの横方向に沿って周期的に配列された第１の集光シートと、一方の面に集光性をもつ第２の凹凸構造が液晶表示パネルの縦方向に沿って周期的に配列された第２の集光シートとからなり、液晶表示パネルの画素ピッチをＰｐ［μｍ］、第１の凹凸構造の配列ピッチをＰｘ［μｍ］、第２の凹凸構造の配列ピッチをＰｙ［μｍ］としたときに、
Ｐｘ≦Ｐｐ／（１４−０．０４５Ｐｐ）、かつ
Ｐｙ≦Ｐｐ／（１１．５−０．０３２Ｐｐ）
の関係を満たすことを特徴とする。

上記のように、第１，第２の集光シートの各々の凹凸構造の配列ピッチを液晶表示パネルの画素ピッチに応じて規定することで、液晶表示パネルの正面輝度の低下を抑えながらモアレの発生を防止できる。
好ましくは、Ｐｐ≧２２２の場合、Ｐｘ≦５０、Ｐｙ≦５０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜５０とする。また、２２２＞Ｐｐ≧１４４の場合は、Ｐｘ≦２０、Ｐｙ≦２０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜２０とする。更に、１４４＞Ｐｐ≧１３６．５の場合、Ｐｘ≦１５、Ｐｙ≦２０、−２０＜Ｐｘ−Ｐｙ＜１５とする。

第１，第２の凹凸構造は、集光シートがプリズムシートの場合は断面三角形状のプリズム構造が該当し、集光シートがレンズシートの場合は断面曲面形状、例えば非球面レンズ形状が該当する。

以上述べたように、本発明の液晶表示装置によれば、正面輝度の低下を抑えながらモアレの発生を防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

図１は本発明の実施の形態による液晶表示装置１の概略構成を示す分解斜視図である。図示する液晶表示装置１は、液晶表示パネル２と、バックライトユニット３とを備えている。バックライトユニット３は、面光源４と、第１プリズムシート５と、第２プリズムシート６および拡散板７がこの順番で配置されて構成されている。

液晶表示パネル２は、パネル横方向（図１においてＸ方向）および縦方向（図１においてＹ方向）に画素が所定ピッチで配列されてなり、バックライトユニット３から照射される光の透過率を画素毎に制御することで、パネル正面に所定の画像を表示する。表示画像はカラー画像とされるが、勿論これに限られない。液晶表示パネル２は、液晶層を挟んで対向する一対の透明基板からなる液晶セルと、この液晶セルを挟む一対の偏光板等で構成されている。液晶層を構成する液晶材料は特に限定されず、ＴＮ方式、ＶＡ方式等の液晶駆動方式に応じて適宜選定される。

面光源４は、複数の光源を面内に配置させた直下型あるいは導光板を用いたエッジライト型で構成されており、液晶表示パネル２の背面全域にバックライト光を照射する。光源には、蛍光管等の線状光源や発光ダイオード等の点状光源が用いられる。

第１，第２プリズムシート５，６は面光源４からの出射光を正面方向（Ｚ方向）に集光し正面輝度を向上させる本発明に係る「集光シート」として構成されている。拡散板７は、バックライト光を拡散出射させて輝度の均一化を図る光学的機能素子である。なお、拡散板７は第１のプリズムシート５よりも面光源４側に配置されてもよい。また、プリズムシート５，６および拡散板７以外に他の光学的機能素子、例えば、一方の偏光成分を透過させ他方の偏光成分を反射する偏光分離素子等を配置してもよい。

第１，第２のプリズムシート５，６はそれぞれ、光出射面側に、断面三角形状のプリズム構造が形成されている。これらのプリズム構造は、本発明に係る「凹凸構造」に対応する。

一方の第１のプリズムシート５は、液晶表示パネル２の横方向（図１においてＸ方向）にプリズム５Ｐが所定ピッチで連続的に配列されている。他方、第２のプリズムシート６は、液晶表示パネル２の縦方向（図１においてＹ方向）にプリズム６Ｐが所定ピッチで連続的に配列されている。プリズム５Ｐおよびプリズム６Ｐの断面形状は、本実施形態では何れも頂角９０°の二等辺三角形で構成されている。

第１のプリズムシート５は、面光源４から出射されるバックライト光のうち、Ｘ方向に広がった光をＺ方向に集光する作用を行う。また、第２のプリズムシート６は、Ｙ方向に広がった光をＺ方向に集光する作用を行う。従って、これら第１，第２のプリズムシート５，６によってＸ，Ｙ方向に広がりをもつ光が正面方向（Ｚ方向）に集光されることにより、プリズムシートが１枚のみ配置される場合に比べて、液晶表示装置１の正面輝度の向上が図られることになる。

ここで、第１のプリズムシート５のプリズム配列ピッチと第２のプリズムシート６のプリズム配列ピッチとは互いに同一でもよいし異なっていてもよい。一般的に、プリズム配列ピッチが小さくなるほど得られる正面輝度は低くなる。また、第１，第２のプリズムシート５，６表面に形成された周期構造と液晶表示パネル２の表示画素との間でモアレによる干渉縞の発生が懸念される。プリズムシート５，６のプリズム配列を狭ピッチ化することで上記モアレの発生を抑えることが可能であるが、プリズム配列ピッチが過剰に狭くなると、正面輝度の著しい低下が見られる。

そこで本実施形態の液晶表示装置１は、液晶表示パネル２の画素ピッチをＰｐ［μｍ］、第１のプリズムシート５のプリズム配列ピッチをＰｘ［μｍ］、第２のプリズムシート６のプリズム配列ピッチをＰｙ［μｍ］としたときに、
Ｐｘ≦Ｐｐ／（１４−０．０４５Ｐｐ）、かつ
Ｐｙ≦Ｐｐ／（１１．５−０．０３２Ｐｐ） ……（１）
の関係を満たすように構成されている。

上記（１）式を満たすように、液晶表示パネル２の画素ピッチＰｐに応じて第１，第２のプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙを規定することにより、正面輝度の低下を抑制しつつモアレの発生の無い液晶表示装置を構成することができる。
例えば、画素ピッチＰｐが２２２μｍの場合、Ｐｘ，Ｐｙの上限値はそれぞれ約５５μｍ及び５６μｍ、画素ピッチ１４４μｍの場合にはＰｘ，Ｐｙの上限値はそれぞれ約１９μｍ及び約２０μｍ、画素ピッチ１３６．５μｍの場合、Ｐｘ，Ｐｙの上限値はそれぞれ約１７μｍ及び１９μｍとなる。

好ましくは、Ｐｐ≧２２２の場合、Ｐｘ≦５０、Ｐｙ≦５０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜５０、２２２＞Ｐｐ≧１４４の場合は、Ｐｘ≦２０、Ｐｙ≦２０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜２０、そして、１４４＞Ｐｐ≧１３６．５の場合、Ｐｘ≦１５、Ｐｙ≦２０、−２０＜Ｐｘ−Ｐｙ＜１５とする。

図２〜図４は、液晶表示パネル２の画素ピッチ（Ｐｐ）が２２２μｍ、１４４μｍ及び１３６．５μｍのそれぞれの場合において、第１，第２プリズムシート５，６のプリズム配列ピッチの組合せ毎にモアレの発生の有無を調べた一実験結果を示している。各図において、欄中の数字は「Ｐｘ−Ｐｙ」の大きさを示し、「○」はモアレ発生無し、「×」はモアレ発生有りを示している。なお、モアレの発生の有無は目視により行った。

画素ピッチが２２２μｍの場合、図２に示すように、第１，第２のプリズムシート５，６の各々のプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙが５０μｍ以下の全ての組合せにおいて、モアレが発生しないことが確認された。これに対し、画素ピッチが１４４μｍの場合は、図３に示すように、ＰｘおよびＰｙが何れも１９μｍ以下の組合せにおいてのみ、モアレの発生を防止できた。更に、画素ピッチが１３６．５μｍの場合は、Ｐｘ≦１４μｍ、Ｐｙ≦１９μｍの組合せにおいてのみモアレの発生を防止できた。

以上のように、（１）式の関係を満たすように液晶表示パネル２の画素ピッチＰｐ、第１，第２のプリズムシート５，６のプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙを規定することで、モアレの発生の無い液晶表示装置１を構成することができる。

次に、図５は、第１，第２のプリズムシート５，６の各々のプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙ（５０μｍ、１９μｍ、１４μｍ、１０μｍ）の組合せ例と正面輝度の大きさを示している。正面輝度は、プリズムシート５，６の透過光の輝度測定値とした。また、図５には、上述した画素ピッチ２２２μｍ、１４４μｍ、１３６．５μｍの場合におけるモアレの発生が無いときのプリズムピッチＰｘ，Ｐｙの組合せ範囲が、線種の異なる四角形の枠でそれぞれ示されている。

図５に示すように、プリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙが大きい組合せほど高い正面輝度が得られることがわかる。また、図５の例に基づいて、使用される液晶表示パネル２の画素ピッチに応じて、プリズムの狭ピッチ化に起因する正面輝度の低下を抑えたプリズムシート５，６の最適な選択が可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、上記（１）式で示したように、第１，第２のプリズムシート５，６の各々のプリズム５Ｐ，６Ｐの配列ピッチを液晶表示パネル２の画素ピッチに応じて規定することで、液晶表示パネルの正面輝度の低下を抑えながらモアレの発生を防止することができる。

また、モアレを発生させることなく高い正面輝度が得られるプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙの上限値を上記（１）式に基づいて容易に取得することができるようになるので、プリズムシート５，６の組合せの最適化を図ることができるとともに、設計自由度の向上に貢献することができる。

次に、第１，第２のプリズムシート５，６の構成の詳細とその変形例について以下説明する。

第１，第２のプリズムシート５，６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）等の透光性樹脂からなるベースフィルムの一方の面にプリズム構造が形成されてなるもので、例えばキャスト法や溶融押出成形法などによりプリズム構造がベースフィルム上に直接形成されてもよいし、プリズム構造面を紫外線硬化型樹脂で成形しベースフィルム表面に転写する方法で作製してもよい。

また、プリズム構造をベースフィルムに転写成形する構成例においては、プリズム構造をベースフィルムから後に分離自在に構成することによって、プリズムシートの薄型化を図ることができる。具体的に、例えば、５０μｍピッチのプリズムシートでシート厚５０μｍ、１９μｍピッチのプリズムシートでシート厚３５μｍ、１４μｍピッチのプリズムシートでシート厚３２μｍ、１０μｍピッチのプリズムシートでシート厚３０μｍというようにプリズムシートの薄厚化が可能である。

更に、第１，第２のプリズムシートの薄厚化により取り扱い性が低下するような場合には、図６に示すように、第１，第２のプリズムシート５，６を接着層８を介して一体化することも可能である。接着層８としては、第１，第２のプリズムシート５，６よりも屈折率の低い材料が好適であり、例えば、プリズムシート５，６が屈折率１．６程度のポリカーボネート製である場合、接着層８は屈折率１．３〜１．４程度のアクリル系紫外線硬化樹脂で構成することができる。

一方、図１に示したように第１，第２のプリズムシート５，６を２枚用いることで、正面輝度の向上を図った液晶表示装置１を構成することができる。ここで、下層側に位置する第１のプリズムシート５のプリズム５Ｐの頂角と、上層側に位置する第２のプリズムシート６のプリズム６Ｐの頂角とが、互いに同一に構成される例に限られず、互いに異ならせてもよい。この場合、例えば、プリズム６Ｐの頂角をプリズム５Ｐの頂角よりも大きく構成することで、視野角の拡大を図ることができる。

また、カラー液晶表示パネルのように、１画素がＲＧＢ各色のサブ画素で構成される場合には、画面横方向（Ｘ方向）にプリズム５Ｐが配列された第１のプリズムシート５のプリズム配列ピッチＰｘを、画面縦方向（Ｙ方向）にプリズム６Ｐが配列された第２のプリズムシート６のプリズム配列ピッチＰｙの３分の１となるようにしてもよい。

更に、本発明に係る集光シートは上述した構成のプリズムシート５，６の例に限られない。図７は、第１，第２の集光シートとして、第１の集光シートをプリズムシート５で構成するとともに、第２の集光シートをレンズシート９で構成した例を示している。レンズシート９は、光出射側の面に断面が例えば非球面形状のシリンドリカルレンズ９Ｌが一方向に多数連続的に配列されてなるもので、シリンドリカルレンズ９Ｌの配列方向がプリズム５Ｐの配列方向と交差（図の例では直交）する方向に配置された例を示している。

この例においても、液晶表示パネルの画素ピッチＰｐ、プリズムシート５のプリズム配列ピッチＰｘおよびレンズシート９のレンズ配列ピッチＰｙを上記（１）式を満たすように構成することによって、本発明の目的とする効果を得ることができる。また、上層側にレンズシート９を配置することによって、視野角の拡大を図った液晶表示装置を構成することができる。なお、第１，第２の集光シートを何れもレンズシートで構成しても上述と同様な効果を得ることができる。

本発明の一実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 画素ピッチ２２２μｍの場合におけるプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙの各種組合せでのモアレの発生の有無を示す図である。 画素ピッチ１４４μｍの場合におけるプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙの各種組合せでのモアレの発生の有無を示す図である。 画素ピッチ１３６．５μｍの場合におけるプリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙの各種組合せでのモアレの発生の有無を示す図である。 プリズム配列ピッチＰｘ，Ｐｙの各種組合せでの正面輝度の大きさを示す図である。 第１，第２のプリズムシートを接着層を介して一体化した構成例を示す概略斜視図である。 プリズムシートからなる第１の集光シートとレンズシートからなる第２の集光シートとの組合せ例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶表示パネル、３…バックライトユニット、４…面光源、５…第１のプリズムシート（集光シート）、５Ｐ…プリズム、６…第２のプリズムシート（集光シート）、６Ｐ…プリズム、７…拡散板、８…接着層、９…レンズシート（集光シート）、９Ｌ…レンズ

Claims (6)

1. 光源と、液晶表示パネルと、前記光源からの出射光を集光して前記液晶表示パネル側へ導く集光シートとを備え、
   前記集光シートは、
   一方の面に集光性をもつ第１の凹凸構造が前記液晶表示パネルの横方向に沿って第１の配列ピッチで周期的に配列された第１の集光シートと、
   一方の面に集光性をもつ第２の凹凸構造が前記液晶表示パネルの縦方向に沿って前記第１の配列ピッチとは異なる第２の配列ピッチで周期的に配列された第２の集光シートとを有し、
   前記液晶表示パネルの画素ピッチをＰｐ［μｍ］、前記第１の配列ピッチをＰｘ［μｍ］、前記第２の配列ピッチをＰｙ［μｍ］としたときに、
   Ｐｘ≦Ｐｐ／（１４−０．０４５Ｐｐ）、かつ
   Ｐｙ≦Ｐｐ／（１１．５−０．０３２Ｐｐ）
   の関係を満たす
   液晶表示装置。
2. 前記第１，第２の凹凸構造は、断面三角形状のプリズム構造である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１，第２の凹凸構造のうち少なくとも一方は、非球面レンズ形状である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
4. Ｐｐ≧２２２のとき、
   Ｐｘ≦５０、Ｐｙ≦５０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜５０である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
5. ２２２＞Ｐｐ≧１４４のとき、
   Ｐｘ≦２０、Ｐｙ≦２０、｜Ｐｘ−Ｐｙ｜＜２０である
   請求項１に記載の液晶表示装置。
6. １４４＞Ｐｐ≧１３６．５のとき、
   Ｐｘ≦１５、Ｐｙ≦２０、−２０＜Ｐｘ−Ｐｙ＜１５である
   請求項１に記載の液晶表示装置。

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