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Description
すなわち、本発明の一態様における光制御フィルムは、光透過性を有する基材と、前記基材における表示パネルの表示面と対向する面側に設けられるとともに前記基材の一面に形成される遮光部を有し、前記表示面から射出された光を拡散させて光の射出方向を制御する光制御層と、を備え、前記光制御層は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面とに接し、前記光入射端面から入射した光を反射する反射面と、を含み、前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の層厚よりも大きくなっており、前記反射面は、前記表示面における所定の方位角に沿う方向のうち光束量が相対的に高い極角の光を、前記所定の方位角に沿う方向のうち輝度が相対的に低い極角の光に振り分けるように反射させることを特徴とする。
前記光拡散部が、前記光射出端面と、前記光入射端面と、前記反射面とを含んでいてもよい。
前記複数の遮光部の少なくとも一部は、前記短軸に沿う方向と、前記表示面における前記所定の方位角と、が概ね平行であってもよい。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図11を用いて説明する。
本実施形態では、表示装置として、透過型の液晶パネル(表示体)を備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の液晶表示装置1は、バックライト2(照明装置)と、第1偏光板3と、液晶パネル(表示パネル)4と、第2偏光板5と、光制御フィルム7と、から構成されている。図1では、液晶パネル4を模式的に1枚の板状に図示しているが、その詳細な構造については後述する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明するが、本発明に適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本発明に適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型(透過・反射兼用型)液晶パネルであっても良く、更には、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,以下、TFTと略記する)を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。
液晶パネル4は、図3に示すように、スイッチング素子基板としてのTFT基板9と、TFT基板9に対向して配置されたカラーフィルター基板10と、TFT基板9とカラーフィルター基板10との間に挟持された液晶層11と、を有している。液晶層11は、TFT基板9と、カラーフィルター基板10と、TFT基板9とカラーフィルター基板10とを所定の間隔をおいて貼り合わせる枠状のシール部材(図示せず)と、によって囲まれた空間内に封入されている。本実施形態の液晶パネル4は、例えばTN(Twisted Nematic)モードで表示を行うものであり、液晶層11には誘電率異方性が正の液晶が用いられる。TFT基板9とカラーフィルター基板10との間には、これら基板間の間隔を一定に保持するための球状のスペーサー12が配置されている。
ゲート絶縁膜20上には、半導体層15と対向するようにゲート電極16が形成されている。ゲート電極16の材料としては、例えばW(タングステン)/TaN(窒化タンタル)の積層膜、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)等が用いられる。
光制御フィルム7は、図4に示すように、基材39と、基材39の一面(視認側と反対側の面)に形成され液晶パネル4からの光を拡散させて光の射出方向を制御する光制御層7aとを含む。光制御層7aは、複数の光拡散部40と、基材39の一面に形成された遮光層41(遮光部)と、から構成されている。光制御フィルム7は、光拡散部40が設けられた側を第2偏光板5に向け、基材39の側を視認側に向けた姿勢で第2偏光板5上に配置される。光制御フィルム7は、接着剤層(図示せず)を介して第2偏光板5に固定される。
また、図6(b)に示すように、液晶表示装置1の画面の任意の方位角方向φにおいて、極角θ=0°を基準として、φ°方向における極角を+(プラス)θ´で規定し、φ+180°方向における極角を−(マイナス)θ´で規定する。
なお、液晶表示装置1の表示面は、液晶パネル4の表示面と実質的に同一とみなすことができることから、以下の説明において、液晶表示装置1の表示面における方位角及び極角の方向と、液晶パネル4の表示面における方位角及び極角の方向とは一致するものとして説明する
図9(a)に示すように、液晶パネル4は、方位角φ:0°−180°方向において概ね対称な形状の輝度分布を有しているものの、方位角φ:90°−270°方向において非対称形状の輝度分布を有している。つまり、液晶パネル4は、方位角φ:90°−270°方向における視野角特性の変化が大きいものと判断できる。
以上から、液晶パネル4においては、方位角φ:90°−270°が視野角特性を改善したい(すべき)方向と判断できる。
図11に示すように、液晶パネル4は、極角が+20°〜+30°の範囲にピーク(極角θ1)を有している。
第2に、人間が明るさを感じる感覚量は、Weber-Fechnerの法則から対数に比例することが知られている。ここで、Weber-Fechnerの法則の式は、下式(2)で規定される。なお、この式(2)において、Eとは明るさの感覚量であり、Iとは刺激の強さ(輝度)であり、k,Cはいずれも定数である。
下記式(2)において、定数Cは十分に小さいので、輝度が1/10になると感覚値はおおよそ1/2となると判断できる。
すなわち、上記式(1)を満たすように設定された側面40cを含む光制御フィルム7によれば、図8に示したように、液晶パネル4の表示面から極角θ1で射出された光(相対的に光束量が多い光)は、極角θ1と同じ角度の入射角θ1で光入射端面40bに入射することとなる。光入射端面40bに入射した光は、側面40cで反射された後、基材39から射出される。このとき、基材39から射出される光の射出角度は、液晶パネル4において輝度が相対的に低い極角θ2と同じ角度となる。すなわち、光制御フィルム7は、液晶パネル4の表示面から極角θ1で射出された光をテーパ角θ3の側面40cで反射させることで、基材39から極角θ2の方向に射出させることができる。
以下、第2実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光制御フィルムの構成がと異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光制御フィルムについてのみ説明する。
なお、本実施形態において、光を全反射可能にするため、光拡散部140の周囲を低屈折率状態としても良く、空気に代えて、窒素等の不活性ガスが充填されている状態としても良い。もしくは、光拡散部140間が真空状態や大気よりも減圧状態であっても良い。
以下、第3実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光制御フィルムの構成が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光制御フィルムを主体に説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
従って、液晶表示装置101は、液晶パネル4における視野角特性改善方向に光を良好に拡散させることで明るく視認性に優れた画像を表示することができる。
以下、第4実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第3実施形態と同一であり、光制御フィルムの構成が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光制御フィルムについてのみ説明する。本実施形態と第3実施形態との違いは、第1実施形態と第2実施形態との関係と同一である。すなわち、本実施形態は、基材39の一面に複数の遮光層41がランダムに配置されており、基材39の一面において遮光層41の形成領域以外の領域に光拡散部340が連続して形成されている。
すなわち、本実施形態に係る光制御フィルム307は、光を異方的に拡散させる異方性を有し、Y方向に拡散性(異方性)が相対的に強い方位角方向を有している。
なお、本実施形態においても、拡散性(異方性)が相対的に強い方位角方向は、液晶パネル4における所定方向(視野角特性改善方向(Y方向))に一致している。
また、液晶表示装置102は、拡散性(異方性)が相対的に強い方位角方向が、液晶パネル4における所定方向(視野角特性改善方向(Y方向))と一致するように、光制御フィルム307が液晶パネル4上に配置されているので、明るく視認性に優れたものとなる。
以下、第5実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第3実施形態と同一であり、光制御フィルムの構成が第3実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光制御フィルムを主体に説明する。なお、以下の説明において、第3実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の光制御フィルム407では、図18に示すように、拡散性(異方性)が相対的に強い方位角方向が液晶パネル4における所定方向と完全一致(平行状態)ではなく、概ね平行な状態(僅かにズレた状態)に光拡散部240が配置されている。ここで、概ね平行とは、光拡散部240の短軸方向と、液晶パネル4の所定方向とがなす角度が±30°以内となる状態を意味する。
図19は、TNモードで表示を行う液晶パネル4において、方位角方向を変化させた際の、輝度値の変化を表したグラフである。図20は、図19に示したグラフの縦軸の縮尺を小さくしたグラフである。
上述した式(1)の定義で説明したように、ユーザーが一般にディスプレイを視聴する極角方向が±60°以内であって、人間が明るさを感じる感覚量はWeber-Fechnerの法則から対数に比例する。そのため、輝度が1/100になると人間はほとんど感知することができないと言える。
従って、TNモードで表示を行う液晶パネル4の特性では、極角±60°以内において、所定方向(方位角90°)から±30°の角度範囲に光制御フィルムの散乱強度(異方性)が強い方向が入るように配置されていれば、十分な視野角改善効果を得ることができると言える。
以上から、概ね平行とは、上記各方向が平行(交差角度0°)からそれぞれ交差角度が±30°の範囲となる状態を意味するものとして規定した。
以下、第6実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第5実施形態と同一であり、光制御フィルムの構成が第5実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光制御フィルムについてのみ説明する。
本実施形態の光制御フィルム507は、図21に示すように、それぞれの遮光層41の平面形状をなす楕円の短軸方向がそれぞれ異なる方向を向いて配置されている。
光制御フィルム507において、各光拡散部240は、それぞれ拡散性(異方性)の相対的に強い方位角方向を液晶パネル4における所定方向と概ね一致(±30°以内)させた状態とされている。
すなわち、本発明においては、複数の光拡散部240のうち少なくとも1つが短軸方向を液晶パネル4の所定方向と概ね平行となる範囲に一致していれば、上述したような視野角特性改善方向に光を良好に拡散させることで視認性に優れた画像を表示することができる液晶表示装置を提供できる。
Claims (3)
- 表示パネルと、
光透過性を有する基材と、
前記基材における前記表示パネルの表示面と対向する面側に設けられるとともに前記基材の一面に形成される遮光部と光拡散部とを有し、前記表示面から射出された光を拡散させて光の射出方向を制御する光制御層と、を備え、
前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、前記光射出端面と前記光入射端面とに接し、前記光入射端面から入射した光を反射する反射面と、を含み、前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光部の層厚よりも大きくなっており、
前記反射面は、前記表示面における所定の方位角に沿う方向のうち前記表示パネルから射出された光の光束量が相対的に高い極角の光を、前記所定の方位角に沿う方向のうち輝度が相対的に低い極角の光に振り分けるように反射させることを特徴とする表示装置。 - 前記所定の方位角に沿う方向のうち光束量が最も高い極角をθ1とし、
前記所定の方位角に沿う方向のうち極角が−60°から60°の範囲内において前記表示パネルの規格化輝度が10%以下となる極角をθ2とし、
前記光拡散部の屈折率をnとし、
前記光入射端面と前記反射面とがなす角度をθ3としたとき、
式(1)を満たすように前記光制御層が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記光制御層は、前記表示パネルから射出された光を異方的に拡散させる異方性を有し、前記異方性が相対的に強い方位角方向と、前記表示面における前記所定の方位角と、が概ね平行となるように配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
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