光拡散部材、及び液晶表示装置
【課題】出射面に対する所定角度内で、良好な視野角特性を得る
【解決手段】TIRシート10は、光を入射する入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射する出射面とを備え、TIRシート10の上記出射面には、入射光を透過する高屈折率部12と、入射光を全反射または一部吸収する低屈折率部14とが交互に配されており、高屈折率部12と交互に配されている方向の低屈折率部14の断面は、TIRシート10の出射面側に底辺が配され、TIRシート10の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、TIRシート10の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合をTIR開口率とすると、上記頂角の角度と、上記TIR開口率とは、視野角0°〜60°内での出射γ値の最低値が2以上となるように決定されている。
【解決手段】TIRシート10は、光を入射する入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射する出射面とを備え、TIRシート10の上記出射面には、入射光を透過する高屈折率部12と、入射光を全反射または一部吸収する低屈折率部14とが交互に配されており、高屈折率部12と交互に配されている方向の低屈折率部14の断面は、TIRシート10の出射面側に底辺が配され、TIRシート10の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、TIRシート10の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合をTIR開口率とすると、上記頂角の角度と、上記TIR開口率とは、視野角0°〜60°内での出射γ値の最低値が2以上となるように決定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、視野角に対する視野角特性を向上させる光拡散部材、及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置など、画像を表示するディスプレイの視野角を向上させるために、画像の表示面に、視野角を向上させるための光拡散部材としてのTIR(Total Internal Reflection)シートを設ける構成が検討されている。
【0003】
このような光拡散部材としては、例えば、特許文献1に光拡散層が開示されている。特許文献1に開示された光拡散層について、図21を用いて説明する。
【0004】
図21は、従来技術の光拡散層100の構成を表す断面図である。
【0005】
図21に示すように、光拡散層100の図面の右側には、光拡散層100に光を入射させる映像光源が配置され、図面の左側には観察者が位置する。そして、光拡散層100は、観察者側から映像光源方向に順に、拡散剤入りシート101、断面形状が略台形とする単位レンズ102、ベースシート103が張り合わされている。さらに、隣接する単位レンズ102・102間の斜辺に挟まれた断面形状三角形の部分は、単位レンズ102の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質で埋められた低屈折率部104が配置されている。
【0006】
映像光源側から単位レンズ102の中央部付近に入射した垂直光L101は、そのまま光拡散層100の内部を直進して通過し、観察者に至る。映像光源側から単位レンズ102の端部付近に入射した垂直光L102は、単位レンズ102と低屈折率部104との屈折率差により斜辺にて全反射され、所定の角度をもって観察者側に出光される。映像光源側から単位レンズ102の端部付近に角度をもって入射した光L103は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向にさらに大きな角度をもって観察者側に出光される。斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する迷光L104は、単位レンズ102と低屈折率部104との屈折率差によっても反射されることなく低屈折率部104の内部に入光する。低屈折率部104は着色されており、迷光は低屈折率部104にて吸収され、観察者側に至ることはない。
【0007】
そして、断面形状が略台形である単位レンズ102の下底を入光部、斜面を全反射部、上底を出射部とし台形の上底の長さをT、高さをH、全反射部をなす斜辺が出光部の法線となす角度をθとした場合、以下の関係が成り立つように構成されている。
sin(90°−θ)>N2/N1
N1<1/sin2θ
かつ
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
このような構成により、迷光により表面輝度が低下したりコントラストが低下したりすることがなく、角度依存性が少なく、外光の散乱反射の少ない光拡散層を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−50307号公報(2003年2月21日公開)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上述のような従来技術は、低屈折率部104で反射される光(垂直光L102、光L103)の利用効率および拡散性に重点をおいた設計となっているが、視野角のγ特性を改善することができないという課題が生じる。
【0010】
これについて、図22を用いて説明する。
【0011】
図22は、光拡散層を表示面に配置した液晶表示装置の構成を表す断面図である。図22に示すように、液晶表示装置150は、バックライト130と、液晶パネル120と、光拡散層100とを備えている。なお、図22では、光拡散層100に配されている拡散剤入りシート101及びベースシート103の図示は省略している。バックライト130から発光された光は、液晶パネル120、光拡散層100の順に透過し、光拡散層100から、液晶表示装置150の外部に出射する。
【0012】
光拡散層100から外部へと出射する光には主に、低屈折率部104で反射された光である低屈反射光L112(例えば図17での垂直光L102、光L103)と、低屈折率部104で反射されず、直接、出射する直抜け光L111(例えば図21での垂直光L101)との2種類のパスが存在する。
【0013】
低屈反射光L112は、低屈折率部104で反射されることにより進行角が大きくなり、単位レンズ102から光拡散層100の外部へと出射するパスである。一方、直抜け光L111は、低屈折率部104で反射されず光拡散層100の外部へと出射するパスであり、光拡散層100への入射角に対して、光拡散層100からの出射角が、低屈反射光L112ほど変化しない。
【0014】
通常、液晶パネルの視野角特性は、正面での特性と斜め視野角での特性の差で表されることが多く、これらの差が生じる主な原因は、液晶分子自体の配向は同じでも、正面と斜め視野角では、液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角に差が発生し、実効的なリタデーションの差が発生してしまうことにある。従って、より視野角が大きくなるほど正面との差が大きくなり、視野角特性は悪化することになる。
【0015】
ここで、図22に示す低屈反射光L112と、直抜け光L111とで、光拡散層100からの出射角が同じであるとすると、直抜け光L111と比較して低屈反射光L112の方が、液晶パネルを通過する際の進行角としては小さく、つまりは正面との実効的なリタデーションの差が小さいため、視野角特性としては良好な光である。一方、光拡散層100から、低屈反射光110と同じ出射角で出射する直抜け光111は、低屈反射光110と比較して、液晶パネルを通過する際の進行角としては大きく、つまりは正面との実効的なリタデーションの差が大きいため、視野角特性としては好ましくない光である。視野角によって、これら2種類の光(低屈反射光110及び直抜け光111)の存在確率が異なり、角度によっては、視野角特性の改善効果が得られない場合がある。
【0016】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記の課題を解決するために、本発明の光拡散部材は、光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されていることを特徴とする。
【0018】
上記構成により、上記光拡散部材は、入射面からの入射光を拡散して、出射面から外部へと出射する。また、上記出射面には、入射光を透過する透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが、交互に配されている。このため、上記出射面から出射する光(出射光)には、上記入射面から入射し、上記反射吸収部で全反射、または一部が吸収されて上記透過部の出射面から外部へと出射する反射光と、上記入射面から入射し、上記反射吸収部では反射または吸収されず、直接、上記透過部の出射面から外部へと出射する直接光とが存在することになる。
【0019】
上記反射吸収部の上記透過部と交互に配されている方向の断面は、底辺が上記出射面側に配され、上記底辺に対する頂角が入射面側に配された三角形となっている。
【0020】
このため、頂角と、上記開口率とを制御することで、この三角形の形状を制御し、上記出射光のうち、上記反射光と、上記直接光との割合を決定することができる。このように、上記反射光と、上記直接光との割合を決定することで、視野角に対するγ値を制御することができる。
【0021】
そこで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されている。
【0022】
これにより、出射面の垂線に対して60°以内で、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができる。
【0023】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値をαmaxとし、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることが好ましい。
【0024】
上記構成によると、頂角をαmin以上αmax以下とすることで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように頂角を決定することができる。このため、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができる。
【0025】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値は35°であり、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることが好ましい。
【0026】
上記構成によると、頂角をαmin以上35°以下とすることで、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することに加え、光拡散部材の内部での光束ロスを抑えることができる。
【0027】
上記頂角の角度は、21°以上23°以下であることが好ましい。
【0028】
上記構成によると、上記光の入射面から入射する入射光のγ特性や、上記開口率に依存すること無く頂角を決定することができる。
【0029】
上記開口率の値のとりうる範囲の上限値をApとし、上記開口率の値のとりうる範囲の下限値はゼロより大きい場合、
Ap=105.8×γorgθ45−115.9
であることが好ましい。
【0030】
上記構成により、開口率の値をゼロより大きく、Ap以下とすることで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下とすることができる。
【0031】
本発明の液晶表示装置は、上記光拡散部材が表示面に配されている液晶表示パネルを備えていることが好ましい。
【0032】
ここで、出射面の垂線に対して60°以内は、一般的に、液晶表示装置などの画像を視認する視認角度の範囲内である。このため、上記構成により、一般的な視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる。
【0033】
上記液晶表示パネルは、当該液晶表示パネルの表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、上記表示面の垂線に対して45°のγ値が1.4〜2.0であることが好ましい。
【0034】
上記構成により、より確実に視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる液晶表示装置を構成することができる。
【発明の効果】
【0035】
本発明の光拡散部材は、光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または一部吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されている。
【0036】
このため、出射面の垂線に対して60°以内で、当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【図2】本発明の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【図3】本発明のTIRシートの構成を表す斜視図である。
【図4】液晶パネルの表示面にTIRシートを配した液晶表示装置と、液晶パネルの表示面にTIRシートを配していない液晶表示装置との視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【図5】(a)は、頂角が小さい低屈折率部を配置したTIRシートを透過する低屈反射光の反射の様子を表し、(b)は(a)より頂角を大きくした低屈折率部を配置したTIRシートを透過する低屈反射光の反射の様子を表す図である。
【図6】頂角を変更した場合の視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【図7】色々な元パネル視野角γ特性での、頂角に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を示している。
【図8】各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び頂角の下限値との関係を表した図である。
【図9】、元パネル視野角γ特性が1.55の液晶パネルに対して、頂角22°のTIRシートを配した場合の視野角γ特性を示している。
【図10】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75の液晶パネルに対して、頂角22°のTIRシートを使用した場合の視野角γ特性を示している。
【図11】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図である。
【図12】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図である。
【図13】色々な元パネル視野角γ特性での、TIR開口率に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を表す図である。
【図14】各元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値を表す図である。
【図15】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在率を表した図である。
【図16】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【図17】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【図18】元パネル視野角γ特性が1.55の場合の頂角と、TIR開口率との関係を表す図である。
【図19】元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係を表す図である。
【図20】(a)は本来表示すべき階調を表示している画素の様子を表し、(b)は空間的に分割した画素の様子を表し、(c)は時間的に分割した画素の様子を表す図である。
【図21】従来技術の光拡散層の構成を表す断面図である。
【図22】従来技術の光拡散層を表示面に配置した液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
(各用語の定義)
まず、本明細書中に記載している下記の用語について、以下のように定義する。
【0039】
「γ特性」「γ値」とは、液晶パネルの表示階調に対する輝度の特性(階調‐輝度特性)またはその特性を数値で表したものである。
【0040】
「正面γ特性」、「正面γ値」とは、液晶パネルの正面での階調‐輝度特性、またその特性を数値で表したものを指す。全階調範囲で一つの数値で表す場合は、近似値を用いるものとする。液晶パネルそのものの固有の特性というより、目的の特性になるように回路などを調整するものであり、どの正面γ特性ならば良いというものではない。一般的には2.2近傍に調整される。
【0041】
なお、本明細書中では、さらに、液晶パネルに対して正面以外の方向でのγ特性を定義するが、それらは、液晶パネルに対して正面でのγ特性を2.2に設定した場合でのγ特性あるいはγ値とする。この液晶パネルに対して正面でのγ特性を2.2に設定する方法としては、回路を調整してもよいが、回路を調整せずにデータ上で換算するだけでもよい。
【0042】
「視野角γ特性」、「視野角γ値」とは、液晶パネルの斜め視野角での階調-輝度特性、またその特性を数値で表したものを指す。全階調範囲で一つの数値を表す場合は、近似値を用いる。本明細書中では、正面γ値を2.2にした場合での、斜め視野角でのγ特性と定義する。正面γ特性を規格化することで、視野角γ特性は、液晶パネルそのものの固有の特性となり、液晶パネルの視野角性能の指標の一つとなる。VAモードなどでは、視野角が大きいほど、視野角γ値は正面γ値2.2に比べて、より小さくなる傾向がある。
【0043】
「(視野角)γシフト」とは、正面γ特性に対する視野角γ特性のズレを指す。γシフトが小さいというのは、視野角性能がよいということである。但し、γシフトだけで、全ての視野角性能を表せるものではない。つまり、γシフトは、視野角性能を表す指標のうちの一つである。本明細書中では、このγシフトが小さい液晶表示装置を提案している。異なる液晶パネル間で、前記視野角γ値を比べれば、γシフトの程度の差、つまりは視野角性能の差が比較できる。一般的にIPSモードの方がVAモードよりγシフトが小さい。
【0044】
「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」とは、本明細書では、TIRシートを配置しない状態での液晶パネルそのものの視野角γ特性、またはその特性を数値で表したもののことを指す。「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」は、正面γ値を2.2にした場合の、視野角45°(代表値として視野角45°を用いるものとする)での視野角γ特性(γ値としては全階調範囲でのγ値)と定義する。
【0045】
つまりは、TIRで特性改善する前の元パネルの視野角性能ということになる。数値が2.2に近いほどγシフトは小さく、視野角性能はよい。一般的なVAモードでは1.4〜1.65程度、画素分割法などで視野角性能を改善したVAモードでは1.6〜1.85程度である。なお、本明細書中では、「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」をγorgθ45と表すことにする。
【0046】
「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」とは、本明細書中では、液晶パネル上(液晶パネルの表示面)にTIRシートを配置した状態での視野角γ特性、またはその特性を数値で表したものことを指す。「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」は、正面γ値を2.2にした場合の、各々の視野角での視野角γ特性(γ値としては全階調範囲での近似値)と定義する。つまりはTIRで特性改善した後の液晶パネルの視野角性能ということになる。数値が2.2に近いほどγシフトは小さく、視野角性能はよい。なお、本明細書中では、「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」は、γtirθ30、γtirθ45などと表すことにする。
【0047】
「TIR視野角γ最小値」とは、本明細書中では、ディスプレイの一般的な視認角度である視野角0°〜60°の範囲での、TIR視野角γ値の最小値と定義する。主観評価によると、正面γ値を2.2に規格化した場合に、その正面γ特性に対して視野角γ値が2.0以上であれば、感覚的なγシフトは感じられないので、TIR視野角γ値が2.0以上であれば、液晶表示装置として視野角性能が良好であるといえる。なお、本明細書中では、「TIR視野角γ最小値」はγtirminと表すことにする。また、「TIR視野角γ最小値」は「TIR視野角γ特性の最低値」と称する場合がある。
(液晶表示装置の構成)
次に、図2、3を用い、表示面に光拡散部材が配された液晶表示装置50の構成について説明する。
【0048】
図2は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【0049】
図3は、本実施の形態に係るTIRシート10の構成を表す斜視図である。
【0050】
図2に示すように液晶表示装置50は、光源としてのバックライト30と、画像を表示する液晶パネル20と、入射する光を拡散するTIRシート10(光拡散部材)とを備えている。
【0051】
液晶パネル20の両面それぞれには、裏偏光板22と、表偏光板21とが配されている。そして、バックライト30は、液晶パネル20の裏偏光板22が配されている面と、裏偏光板22を介して対向配置されている。また、TIRシート10は、表偏光板21の表面に配されている。つまり、TIRシート10は、表偏光板21を介して、液晶パネル20の表面に配されている。
【0052】
バックライト30から発光された光は、裏偏光板22を介して、液晶パネル20の入射面側から、液晶パネル20に入射する。この液晶パネル20に入射した光は、液晶パネル20の出射面側から表偏光板21を介してTIRシート10に入射する。そして、TIRシート10に入射した光は、TIRシート10によって拡散されて、観察者へと出射する。液晶パネル20の光の出射面が、画像等を観察者へと表示する表示面である。
【0053】
バックライト30、表偏光板21、裏偏光板22は、一般的に使用されているものを本実施の形態でも使用することができる。
【0054】
液晶パネル20は、TFTなどのアクティブ素子が配された素子基板と、カラーフィルタが配された対向基板とが、液晶層を介して対向配置されている。液晶パネル20は、一般的に使用されているものを本実施の形態でも使用することができ、例えば、VA、MVA、PSA、4DRTN、PVA、IPS、FFS、TNなど、さまざまな液晶パネルを用いることができる。なお、液晶パネル20を元パネルと称する場合がある。この液晶パネル20は、表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、表示面の垂線(正面視野)に対して45°のγ値が1.4〜2.0程度であることが好ましい。
【0055】
TIRシート10は、液晶パネル20から出射される光を入射面から入射し、当該TIRシート10の入射面から入射した入射光を拡散して、出射面から観測者側の外部へと出射する。TIRシート10内の出射面側には、入射光を透過する高屈折率部12(透過部)と、入射光を入射角条件により全反射あるいは吸収する低屈折率部14(反射吸収部)とが交互に配されている。
【0056】
図3に示すように本実施の形態では、低屈折率部14は高屈折率部12の出射面側にスリット状に形成されている。そして、低屈折率部14は高屈折率部12より屈折率が小さい材料からなり、例えば、カーボンなどの顔料や、染料などによって所定の濃度となるように着色されている。
【0057】
そして、高屈折率部12と交互に配されている方向の低屈折率部14の断面は、TIRシート10の出射面に底辺が配され、TIRシート10の内部であって、上記底辺と対向する位置に、上記底辺に対する頂角が配された三角形となっている。つまり、低屈折率部14の頂角は、高屈折率部12と接する低屈折率部14の斜面間の角度である。
【0058】
また、TIRシート10の出射面の面積に対する上記出射面に高屈折率部12の面積の割合をTIR開口率(開口率)とする。
【0059】
そして、高屈折率部12の出射面には、光を拡散する光拡散剤を含む光拡散層11が配されており、高屈折率部12の光の入射側には、ベースシート13が配されている。光拡散層11、ベースシート13は、高屈折率部12と略同じ屈折率の材料からなる。
【0060】
なお、図3の例では、説明のために、光拡散層11と、高屈折率部12と、ベースシート13とを離して記載しているが、実際には、これらは、張り合わされているものである。また、TIRシート10は、光拡散層11を省略した構成としてもよい。
(TIRシート内の光の進行経路)
次に、図1を用い、本実施の形態に係る液晶表示装置50のTIRシート10を透過する透過光について説明する。図1は、本実施の形態に係る液晶表示装置50の構成を表す断面図である。なお、図1の例では、上述した、光拡散層11、ベースシート13、表偏光板21、裏偏光板22の記載は省略している。
【0061】
バックライト30から発光された光は、バックライト30と、液晶パネル20との隙間を介して、液晶パネル20に入射する。そして液晶パネル20に入射した光は、液晶パネル20の出射面からTIRシート10へと入射する。
【0062】
ここで、TIRシート10に入射した後、TIRシート10の外部に出射される光には、低屈折率部14で全反射または一部が吸収されて、TIRシート10の外部に出射する光(反射光)と、低屈折率部14に入射せず(つまり低屈折率部14で反射や吸収されず)、直接、高屈折率部12からTIRシート10の外部へ出射する光(直接光)とが存在する。
【0063】
このように、低屈折率部14で反射してTIRシート10の外部へと出射する光が低屈反射光L2(反射光)であり、低屈折率部14で全反射や吸収されず、直接、TIRシート10の外部へ出射する光が直抜け光L1(直接光)である。換言すると、直抜け光L1は、低屈折率部14が存在することによる、光拡散の効果を受けない光と表現できる。
【0064】
これら、直抜け光L1と、低屈反射光L2との視野角に対する比率を制御することにより、TIRシート10の出射面から出射する光の視野角γ特性を向上させることができる。この、直抜け光L1と、低屈反射光L2との比率は、(i)元パネル(液晶パネル20)の視野角γ特性(ii)低屈折率部14の頂角α(iii)TIRシート10のTIR開口率によって決定される。
【0065】
つまり、これら(i)〜(iii)のパラメータを制御することで、液晶表示装置50の視野角γ特性を制御することができる。
【0066】
この液晶表示装置50のγ特性は、TIRシート10の出射面の垂線方向(つまり正面視野)でのγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角αと、上記TIR開口率とが決定されていることが好ましい。これにより、一般的な視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる。
【0067】
以下、上記(i)〜(iii)のそれぞれの具体的な制御方法について説明する。
(TIRシートによる視野角改善効果)
まず、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配することによる視野角改善効果の一例について説明する。
【0068】
図4は、液晶パネルの表示面にTIRシートを配した液晶表示装置と、液晶パネルの表示面にTIRシートを配していない液晶表示装置との視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【0069】
両方とも元パネルである液晶パネル20としては、一般的なVAモードの液晶パネルを用い、元パネル視野角γ特性(正面γ値を2.2にした場合の、視野角45°での視野角γ特性)が1.55のものを用いている。
【0070】
そして、一方は、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配していない通常パネルを用いたTIR無しの液晶表示装置であり、他方は、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配しているTIR有りの液晶表示装置50である。TIRシート10はTIR開口率35%、頂角22°のものを用いている。
【0071】
図4に示すように、TIR無しの液晶表示装置では、正面γ値が2.2と一定であるのに対して、視野角が大きくなるとともに、視野角γ値が小さくなっていく。つまり、TIR無しの液晶表示装置では、視野角が大きくなるとともに、γシフトが大きくなっていく。
【0072】
これに対し、TIR有りの液晶表示装置50では、視野角が0°〜60°の範囲内で、視野角γ特性が2.0を下回ることはない。この視野角が0°〜60°の範囲内は、一般的に液晶表示装置を視認する角度範囲であり、視野角が0°〜60°以内で視野角γ値を2.0以上に保持すれば、良好な視野角特性となる。
【0073】
つまり、TIR視野角γ最小値γtirmin=2とすることで、視野角が0°〜60°以内において、液晶表示装置50で良好な視野角特性を得ることができる。なお、良好な視野角特性を得るための視野角γ値の最低値を2とすることは、主観評価により決定している。
(頂角の影響)
次に、図5、6を用い、頂角の影響について説明する。頂角の大きさが変化すると、視野角γ特性の改善効果も変化する。
【0074】
図5(a)は、頂角が小さい低屈折率部14を配置したTIRシート10を透過する低屈反射光L2の反射の様子を表し、(b)は(a)より頂角を大きくした低屈折率部14を配置したTIRシート10を透過する低屈反射光L2の反射の様子を表す図である。
【0075】
図6は、頂角を変更した場合の視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【0076】
図5(a)に示すように、低屈折率部14の頂角が小さいと、低屈反射光L2が低屈折率部14の斜辺で反射する角度が小さくなる。つまり、低屈反射光L2の、TIRシート10への入射角に対するTIRシート10からの出射角の変化が小さい。このため、視野角60°などの高視野角側で視野角γ特性が小さくなる。
【0077】
例えば、頂角を17°に設定した場合、図6の領域Aに示すように、視野角60°での視野角γ特性が2.0より小さくなる。
【0078】
このように、頂角が小さすぎると、高視野角側への光拡散性が不十分となり、元々視野角γ特性が悪い高視野角側の視野角γ特性の改善効果が小さくなる。
【0079】
図5(b)に示すように、低屈折率部14の頂角が大きいと、低屈反射光L2が低屈折率部14の斜辺で反射する角度も大きくなる。つまり、低屈反射光L2の、TIRシート10への入射角に対するTIRシート10からの出射角の変化が大きい。
【0080】
このため、視野角60°などの高視野角側で視野角γ特性が大きくなる。しかし、視野角30°近傍での視野角γ特性が大きく低下してしまう。例えば、頂角を26°に設定した場合、図6の領域Bに示すように、視野角30°近傍での視野角γ特性が2.0より小さくなる。
【0081】
このように、頂角が大きすぎると、光拡散性が向上することにより、視野角60°近傍の高視野角側の視野角γ特性の改善効果大きくなるが、中間付近の視野角30°近傍の視野角での視野角γ特性が大きく低下する。これは、TIRシート10を液晶パネル20の表示面に配している液晶表示装置50特有の課題である。
【0082】
このように、頂角は大きすぎても小さすぎても十分な視野角改善効果が得られないので、良好な視野角改善効果を得るためには、最適な頂角を設定する必要がある。
【0083】
(頂角の設定範囲)
上述したように、液晶表示装置50で、TIR視野角γ特性は、(i)元パネル(液晶パネル20)の視野角γ特性(ii)低屈折率部14の頂角α(iii)TIRシート10のTIR開口率によって決定される。
【0084】
従って、使用する液晶パネル20の視野角γ特性に応じて、TIRシート10における低屈折率部14の頂角およびTIR開口率を設計する必要がある。
【0085】
上述したように、頂角は、大きすぎても小さすぎても、TIRシート10による視野角改善効果が小さくなる。つまり、頂角が大きすぎる範囲または頂角が小さすぎる範囲は、TIR開口率をどのように調整しても、十分な視野角改善効果が得られない頂角の範囲といえる。
【0086】
従って、液晶表示装置50で最適な視野角特性を得るには、まず、液晶パネル20の視野角γ特性に対して、最適な頂角の範囲を決定する必要がある。
【0087】
図7は、色々な元パネル視野角γ特性での、頂角に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を示している。
【0088】
図7の横軸は低屈折率部14の頂角を表している。図7の縦軸は、視野角0°〜60°内でのTIR視野角γ最小値を表している。
【0089】
図7に示すように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、頂角が21°〜23°付近で、TIR視野角γ最小値が極大値となり、それよりも頂角が大きくなると共に、TIR視野角γ最小値は小さくなり、ある頂角の値で2.0を下回る。また逆に、頂角が小さくなる場合も同様である。それぞれの元パネル視野角γ特性において、TIR視野角γ最小値γtirmin=2.0以上となるように頂角を設定する必要がある。
【0090】
つまり、図7で、各元パネル視野角γ特性を表すグラフで、TIR視野角γ最小値が2となる頂角の範囲を設定すれば、視野角0°〜60°内で、2以上のTIR視野角γ特性を得られることになる。
【0091】
換言すると、図7で、各元パネル視野角γ特性のTIR視野角γ最小値γtirmin=2.0となる頂角のうち、値が大きい方が頂角の上限値であり、値が小さい方が頂角の下限値となる。
【0092】
この、各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び下限値との関係を表すと図8の図のようになる。
【0093】
図8は、図7で示した関係から、各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び頂角の下限値との関係を表した図である。
【0094】
頂角の設定範囲は、図8に示すように、各元パネルγ特性のそれぞれで、頂角の上限値から頂角の下限値までの範囲内であればよい。
【0095】
図8に示すように、元パネル視野角γ特性が良いほど(つまり元パネル視野角γ特性が2.2に近いほど)頂角の上限値から下限値までの幅が広く、頂角の取りえる範囲は広い。このように元パネルγ特性に対する頂角の上限値αmaxと、元パネルγ特性に対する頂角の下限値αminとを式で表すと、以下の(1)式、(2)式のようになる。
頂角の上限値:αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8・・・(1)
頂角の下限値:αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0・・・・・・(2)
例えば、γorgθ45=1.55の場合(1)式より頂角の上限値αmax=27.49、(2)式より頂角の下限値αmin=19.16となる。また、γorgθ45=1.75の場合(1)式より頂角の上限値αmax=32.67、(2)式より頂角の下限値αmin=16.23となる。
【0096】
ここで、頂角の値の決定を簡単にするために、頂角を自然数とする場合は、(1)式から算出されるαmaxの値の小数点以下は切り捨てとする。また、(2)式から算出されるαminの値の小数点以下は切り上げとする。
【0097】
また、頂角の上限値は、一般的な樹脂(高屈折率部12の屈折率1.58程度、低屈折率部14の屈折率1.50程度)を使用する場合、光束ロスを抑えるために、(1)式を満たし、さらに35°以下程度が好ましい。
【0098】
加えて、図7で示したように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、頂角が21°〜23°付近で、TIR視野角γ最小値が極大値となる。TIR視野角γ特性は値が大きい方が視野角特性がよいので、図8の網掛け部分に示すように、頂角が21°〜23°の範囲内が、頂角の最適範囲である。つまり、頂角を21°〜23°に設定すれば、元パネル視野角γ特性に依存せず、最適なTIR視野角γ特性、つまりTIR視野角γ最小値γtirminを2以上とすることができる。
(直抜け光とTIR開口率との関係)
図1を用いて、直抜け光L1と、TIR開口率との関係について説明する。
【0099】
上述したように、TIRシート10を透過する光には、低屈折率部14で反射してTIRシート10の外部へと出射する低屈反射光L2と、低屈折率部14に入射せず、直接、TIRシート10の外部へ出射する直抜け光L1とが存在する。
【0100】
ここで、TIRシート10の出射面に対する出射角度が同じである直抜け光L1と、低屈反射光L2とを比較すると、低屈反射光L2の方が、液晶パネル20中を透過する際の進行角が、液晶パネル20の表示面に対して垂直に近いので、正面と比較して液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角の差が小さく、つまりは実効的なリタデーションの差が小さくなる。このため、直抜け光L1に比べて、低屈反射光L2の方が、視野角特性としては良好な光である。
【0101】
一方、直抜け光L1は、液晶パネル20中を透過する際、液晶パネル20の表示面に対するの進行角が大きいので、正面と比較して液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角の差が大きく、つまりは実効的なリタデーションの差が大きくなる。このため、低屈反射光L2に比べて、直抜け光L1は、視野角特性としては好ましくない光である。
【0102】
そして視野角によって、直抜け光L1と、低屈反射光L2との存在比率が異なり、TIR視野角特性を改善しようとしても、視野角の範囲によっては、TIR視野角特性の改善効果が小さい領域が発生することになる。このような、TIR視野角特性の改善効果が小さい視野角の範囲内では、視認性が悪くなる。
【0103】
例えば、視野角が0°〜(α/2)°の範囲では、低屈反射光L2は存在せず、直抜け光L1のみがTIRシート10から出射するので、TIR視野角特性の改善効果が全くない範囲となる。すなわち、液晶パネル20のγ特性となる。但し、視野角が0°〜(α/2)°の範囲では、視野角の角度自体が小さいので、γ特性自体はよい状態である。
【0104】
そして、視野角が(α/2)°より大きくなるに伴い、TIRシート10から出射される光のうち、直抜け光L1の存在比率が減少し、低屈反射光L2の存在比率が増加する。
【0105】
すなわち、液晶表示装置50としての視野角γ特性は、低屈反射光L2と直抜け光L1との比率(低屈反射光L2/直抜け光L1)と、元パネル視野角γ特性とから決定されることになる。
【0106】
そして、中間付近である視野角30°近傍では、元パネルである液晶パネル20の視野角特性が大きく悪化し始める領域であり、かつ、直抜け光L1の存在比率がまだ十分に大きいので、最も視野角γ特性が悪くなる傾向がある。
【0107】
また、直抜け光L1の存在比率はTIR開口率による影響が大きく、TIR開口率がある程度小さいと、高視野角側での直抜け光L1の存在比率が小さくなり、視野角30°付近よりも視野角60°の方が特性が良くなるという現象を起こる。つまり、TIR開口率を決定することにより、液晶表示装置50の視野角特性を決定することができる。
(TIR開口率の影響)
次に、図9、図10(a)(b)を用い、TIR開口率の影響について説明する。
【0108】
ここで、同じVAモードの液晶パネル20を用いた場合でも、画素分割駆動方式を適用するなどして、元パネル視野角γ特性を1.55から1.75に向上させることができる。なお、この画素分割駆動方式については後述する。
【0109】
図9は、元パネル視野角γ特性が1.55の液晶パネル20に対して、頂角22°のTIRシート10を使用した場合の視野角γ特性を示している。
【0110】
図9に示すように、TIR開口率40%では、視野角0°〜60°に全範囲で視野角γ特性が2.0以上であり、良好な視野角特性といえる。TIR開口率40%では、視野角25°近傍でTIR視野角γ最小値となるが、当該最小値でも2以上であるので良好な視野角特性となっている。
【0111】
一方、図9に示すように、TIR開口率60%では、視野角30°付近で、TIR視野角γ最小値となり、当該最小値が2.0を下回るので、良好な視野角特性とはいえない。
【0112】
図10(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75の液晶パネル20に対して、頂角22°のTIRシート10を使用した場合の視野角γ特性を示している。
【0113】
図10(a)に示すように、TIR開口率65%では、視野角0°〜60°に全範囲で視野角γ特性が2.0以上であり、良好な視野角特性といえる。TIR開口率65%では、視野角40°近傍でTIR視野角γ最小値となるが、当該最小値でも2以上であるので良好な視野角特性となっている。
【0114】
一方、図10(b)に示すように、TIR開口率75%では、視野角45°近傍で、TIR視野角γ最小値となり、当該最小値が2.0を下回るので良好な視野角特性とはいえない。
(各パスの存在率)
図11(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図であり、(a)はTIR開口率40%の場合を表し、(b)はTIR開口率60%の場合を表している。
【0115】
図12(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図であり、(a)はTIR開口率65%の場合を表し、(b)はTIR開口率75%の場合を表している。
【0116】
各パスの存在率とは、バックライト30(BL)から出射した光の輝度を1とした場合に、TIRシート10から出射される光の直抜け光L1、及び低屈反射光L2の各パスの輝度の相対値を表している。
【0117】
元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°の場合、図11(a)に示すように、TIR開口率40%では、視野角30°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は1.0程度である。一方、図11(b)に示すように、TIR開口率60%では、視野角30°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.3程度と、TIR開口率が40%の場合と比べて、各パスの存在率がかなり小さくなっている。
【0118】
上述したように、液晶パネル20を透過する際に、液晶パネル20の表示面に対してより垂直に近い光である低屈反射光L2は、直抜け光L1と比べて視野角特性としては良い光なので、TIR開口率60%の場合と比較して、低屈反射光L2の存在比率が大きいTIR開口率40%の方が、視野角30°付近の視野角γ特性が低下することを小さくすることができるので、全視野角範囲(視野角0°〜60°内)に渡り、良好なγ特性となる。
【0119】
また、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°の場合、図12(a)に示すように、TIR開口率65%では、視野角40°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.5程度である。一方、図12(b)に示すように、TIR開口率75%では、視野角45°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.3程度とかなり小さくなっている。
【0120】
このように、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°の場合でも、TIR開口率75%の場合と比較して、低屈反射光L2の存在比率が大きいTIR開口率65%の方が、視野角45°付近の視野角γ特性が低下することを小さくすることができるので、全視野角範囲(視野角0°〜60°内)に渡り、良好なγ特性となる。
(TIR開口率の設定範囲)
図13は、色々な元パネル視野角γ特性での、TIR開口率に対するTIR視野角γ特性の最低値(TIR視野角γ最小値)の変化を表す図である。なお、頂角は最適値の範囲内である22°としている。
【0121】
図13に示すように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、TIR開口率が大きくなると共に、TIR視野角γ特性の最低値は減少し、あるTIR開口率の値で、TIR視野角γ最小値が2.0を下回る。これは、視野角30°付近のTIR視野角γ特性が悪くなる(2.0を下回る)ためである。また、逆に、元パネル視野角γ特性の違いによらず、TIR開口率が小さくなると共に、TIR視野角γ特性の最低値は値が増加する。
【0122】
各元パネル視野角γ特性において、TIR視野角γ最小値が2.0以上となるようにTIR開口率を設定する必要がある。つまり、TIR開口率の上限値は、各元パネル視野角γ特性におけるTIR視野角γ最小値が2となるときのTIR開口率の値である。
【0123】
図14は、各元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値を表す図である。元パネル視野角γ特性が良いほど(つまり、2.2に近いほど)、TIR開口率の取りえる範囲は広い。元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値Apは、以下の(3)式で表される。
TIR開口率の上限値:Ap=105.8×γorgθ45−115.9・・・(3)
なお、TIR開口率の決定を簡単にするためにApを自然数とする場合は、小数点以下は切り捨てるものとする。
【0124】
また、元パネルγ特性に対するTIR開口率は0(ゼロ)より大きければ、視野角特性の改善効果を得ることができる。
【0125】
例えば、γorgθ45=1.55の場合(3)式よりTIR開口率の上限値Ap=48となるのでTIR開口率を0(ゼロ)より大きく、48%以下とすることにより、良好な視野角特性をえることができる。
【0126】
また、γorgθ45=1.75の場合(3)式よりTIR開口率の上限値Ap=69となるので、TIR開口率を0(ゼロ)より大きく、69%以下とすることにより、良好な視野角特性をえることができる。
【0127】
ここで、TIR視野角γ特性が2.0であることは、良好な視野角特性を得るために許容できる範囲の最低値であり、好ましくは、TIR視野角γ特性は2.2の値に近い方がよい。つまり、TIR開口率を小さくすることで、TIR視野角γ特性を2.2に近づけることができる。
【0128】
しかし、TIR開口率は値が大きい方が、TIRシート10を透過することによる光束ロスが小さいので、TIR開口率は上限値であることが好ましい。つまり、TIR開口率は、上限値であるApが最適値である。
【0129】
(具体例)
以下に、図15(a)(b)〜図17(a)(b)を用いて、元パネル視野角γ特性が1.75の場合の頂角と、TIR開口率とを変化させた場合の、視野角γ特性および各パス存在率の変化の様子を表す。
【0130】
図15(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在率を表した図である。
【0131】
図16(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【0132】
図17(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【0133】
上述したように、元パネル視野角γ特性γorgθ45=1.75のときに、頂角が取りうる範囲は19°以上27°以下である。また、TIR開口率の取りうる範囲は、0(ゼロ)より大きく、69%以下である。
【0134】
図15(a)、図16(a)、図17(a)に示す例での頂角およびTIR開口率は、全て、頂角の取りうる範囲は19°以上27°以下、TIR開口率の取りうる範囲、0(ゼロ)より大きく、69%以下であるので、視野角0°〜60°での視野角γ特性が何れも2以上となっている。
【0135】
図15(a)に示すように、TIRシート10の頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合、視野角60°で視野角γ特性が最低値の2となる。当該最低値での各パス存在率は、図15(b)に示すように、視野角60°で、直抜け光L1の存在確率が約0.16で、低屈反射光L2の存在率が約0.15なので、存在率=約1.07となる。
【0136】
図16(a)に示すように、TIRシート10の頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合、視野角40°で視野角γ特性が最低値の2となる。当該最低値での各パス存在率は、図16(b)に示すように、視野角40°で、直抜け光L1の存在比率が約0.47で、低屈反射光L2の存在比率が約0.17なので、存在率=約2.76となる。
【0137】
図17(a)に示すように、TIRシート10の頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合、視野角35°で視野角γ特性が最低値の2となる。図17(b)に示すように、視野角35°では、直抜け光L1の存在比率が約0.47で、低屈反射光L2の存在比率が約0.13なので、存在率=約3.62となる。
(頂角とTIR開口率との関係)
次に、図18を用い、頂角とTIR開口率との関係を表す。
【0138】
図18は、元パネル視野角γ特性が1.55の場合の頂角と、TIR開口率との関係を表す図である。
【0139】
図19は、元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係を表す図である。
【0140】
図18に示すように、元パネル視野角γ特性が1.55の場合、頂角が大きくなるにつれ、TIR開口率の上限値が低下している。TIR開口率は値が大きいほうが好ましいので、図18に示す例では、頂角の好ましい値は、(2)式から算出された下限値であるαmin=19.16〔°〕である。頂角の値を自然数とした場合は、頂角が20°で、TIR開口率56%が好ましい。
【0141】
元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係は、図19のようになる。
【0142】
ここで、図19に示すように、頂角が21°を超える場合と、21°以下の場合とで、各曲線の形状が異なっている。つまり、頂角21°は、各曲線の変曲点となっている。
【0143】
TIRシート10などの光拡散部材を、液晶パネルの表示面に配していない一般的な液晶パネルは、視野角が大きくなるほど、視野角γ特性は悪くなる。
【0144】
一方、本実施の形態の液晶表示装置50では、液晶パネル20の表面にTIRシート10を配していているので、元パネルγ特性、TIR開口率、頂角などの条件によっては、視野角60°近傍より、視野角30°近傍の方が出射γ値が小さくなる場合がある。これは、TIRシート10の光拡散性によるもので、特に、頂角が大きく影響することになる。
【0145】
例えば、視野角γ特性が1.55の場合のように、頂角をαmin以下である例えば、19°とするとTIR開口率を調整しても視野角0°〜60°の範囲内で、視野角γ特性を全て2以上とすることができなくなる。
【0146】
図19の各曲線から、各元γ特性に対するTIRシート10の頂角と、TIR開口率とを、以下のように表現することもできる。
【0147】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.40である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=21°以上、かつTIR開口率=−3.75×α2+158×α−1630〔%〕以下である。
【0148】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.45である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=21°以上、かつTIR開口率=−5.00×α+145〔%〕以下である。
【0149】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.50である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=20°以上、かつTIR開口率=−0.0714×α2−2.16×α+122〔%〕以下である。
【0150】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.55である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=20°以上、かつTIR開口率=−0.429×α2+13.5×α−41.6〔%〕以下である。
【0151】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.60である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=19°以上、かつTIR開口率=−0.429×α2+15.2×α−75.1〔%〕以下である。
【0152】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.65である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=18°以上21°未満、かつTIR開口率=0.400×α+52.7〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.500×α2+18.5×α−107〔%〕以下である。
【0153】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.70である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=18°以上21°未満、かつTIR開口率=1.25×α2−46.8×α+499〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.500×α2+19.3×α−118〔%〕以下である。
【0154】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.75である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=17°以上21°未満、かつTIR開口率=1.07×α2−38.8×α+413〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+8.95×α−6.75〔%〕以下である。
【0155】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.80である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.738×α2−25.4×α+281〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−1.00×α+96.0〔%〕以下である。
【0156】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.85である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.857×α2−19.1×α+311〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−1.00×α+111〔%〕以下である。
【0157】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.90である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.798×α2−26.4×α+285〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+10.9×α−35.7〔%〕以下である。
【0158】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.95である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.643×α2−20.4×α+234〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+11.3×α−39.2〔%〕以下である。
【0159】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が2.00である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.321×α2−8.96×α+140〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+11.6×α−38.2〔%〕以下である。
【0160】
(画素分割駆動について)
次に、図20(a)〜(c)を用い、画素分割駆動の方法について説明する。
【0161】
図20(a)は本来表示すべき階調を表示している画素の様子を表し、(b)は空間的に分割した画素の様子を表し、(c)は時間的に分割した画素の様子を表す図である。
【0162】
例えば、4ドメインの垂直配向モードの液晶パネルの場合、MVA、PSA、4DRTNなどによらず、正面γ特性を2.2とした場合、元パネル視野角特性は1.40〜1.65程度となる。この、元パネル視野角特性は、画素分割駆動を行なうことにより、向上させることができる。
【0163】
画素分割駆動には、いわゆる画素分割による視野角改善と呼ばれるような、1画素内で異なる階調表示を、空間的あるいは時間的に行なう方法を用いる。
【0164】
図20(a)に示す表示すべき階調表示を行なう方法として、例えば、図20(b)で示すように画素内で表示階調を分割することにより、空間的に画素分割を行い、表示すべき階調表示を行う方法と、図20(c)で示すように、時間的に画素分割を行い、表示すべき階調表示を行う方法とを挙げることができる。
【0165】
空間的に画素分割を行う方法としては、例えば(1)Cs駆動、(2)容量結合、(3)独立した信号線、などで画素電極自体を分割する方法を挙げることができる。また、時間的に画素分割を行なう場合、倍速で2回書き込みを行なう方法などを挙げることができる。
【0166】
また、さらに、これらの方法を組み合わせることで、4分割に画素分割を行なうこともできる。
【0167】
また、本発明の液晶表示装置は、以下の構成としてもよい。
【0168】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.4から2.0の特性である液晶パネルの前面に、全反射拡散シートを配置した液晶表示装置。
【0169】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.4から1.65である、垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0170】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.6から1.85である、空間的あるいは時間的に2分割された表示状態の平均で階調表示を行う垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0171】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.75から2.0である、空間的あるいは時間的に3分割から4分割された表示状態の平均で階調表示を行う垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0172】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0173】
本発明は、特定の視野角で視野角特性が悪くなることにより、視認性が悪くなるのを防止することができるので、視野角特性の低下を防止することが必要な画像表示装置に利用することができる。
【符号の説明】
【0174】
10 TIRシート(光拡散部材)
12 高屈折率部(透過部)
14 低屈折率部(反射吸収部)
20 液晶パネル
30 バックライト
50 液晶表示装置
【技術分野】
【0001】
本発明は、視野角に対する視野角特性を向上させる光拡散部材、及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置など、画像を表示するディスプレイの視野角を向上させるために、画像の表示面に、視野角を向上させるための光拡散部材としてのTIR(Total Internal Reflection)シートを設ける構成が検討されている。
【0003】
このような光拡散部材としては、例えば、特許文献1に光拡散層が開示されている。特許文献1に開示された光拡散層について、図21を用いて説明する。
【0004】
図21は、従来技術の光拡散層100の構成を表す断面図である。
【0005】
図21に示すように、光拡散層100の図面の右側には、光拡散層100に光を入射させる映像光源が配置され、図面の左側には観察者が位置する。そして、光拡散層100は、観察者側から映像光源方向に順に、拡散剤入りシート101、断面形状が略台形とする単位レンズ102、ベースシート103が張り合わされている。さらに、隣接する単位レンズ102・102間の斜辺に挟まれた断面形状三角形の部分は、単位レンズ102の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質で埋められた低屈折率部104が配置されている。
【0006】
映像光源側から単位レンズ102の中央部付近に入射した垂直光L101は、そのまま光拡散層100の内部を直進して通過し、観察者に至る。映像光源側から単位レンズ102の端部付近に入射した垂直光L102は、単位レンズ102と低屈折率部104との屈折率差により斜辺にて全反射され、所定の角度をもって観察者側に出光される。映像光源側から単位レンズ102の端部付近に角度をもって入射した光L103は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向にさらに大きな角度をもって観察者側に出光される。斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する迷光L104は、単位レンズ102と低屈折率部104との屈折率差によっても反射されることなく低屈折率部104の内部に入光する。低屈折率部104は着色されており、迷光は低屈折率部104にて吸収され、観察者側に至ることはない。
【0007】
そして、断面形状が略台形である単位レンズ102の下底を入光部、斜面を全反射部、上底を出射部とし台形の上底の長さをT、高さをH、全反射部をなす斜辺が出光部の法線となす角度をθとした場合、以下の関係が成り立つように構成されている。
sin(90°−θ)>N2/N1
N1<1/sin2θ
かつ
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
このような構成により、迷光により表面輝度が低下したりコントラストが低下したりすることがなく、角度依存性が少なく、外光の散乱反射の少ない光拡散層を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2003−50307号公報(2003年2月21日公開)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上述のような従来技術は、低屈折率部104で反射される光(垂直光L102、光L103)の利用効率および拡散性に重点をおいた設計となっているが、視野角のγ特性を改善することができないという課題が生じる。
【0010】
これについて、図22を用いて説明する。
【0011】
図22は、光拡散層を表示面に配置した液晶表示装置の構成を表す断面図である。図22に示すように、液晶表示装置150は、バックライト130と、液晶パネル120と、光拡散層100とを備えている。なお、図22では、光拡散層100に配されている拡散剤入りシート101及びベースシート103の図示は省略している。バックライト130から発光された光は、液晶パネル120、光拡散層100の順に透過し、光拡散層100から、液晶表示装置150の外部に出射する。
【0012】
光拡散層100から外部へと出射する光には主に、低屈折率部104で反射された光である低屈反射光L112(例えば図17での垂直光L102、光L103)と、低屈折率部104で反射されず、直接、出射する直抜け光L111(例えば図21での垂直光L101)との2種類のパスが存在する。
【0013】
低屈反射光L112は、低屈折率部104で反射されることにより進行角が大きくなり、単位レンズ102から光拡散層100の外部へと出射するパスである。一方、直抜け光L111は、低屈折率部104で反射されず光拡散層100の外部へと出射するパスであり、光拡散層100への入射角に対して、光拡散層100からの出射角が、低屈反射光L112ほど変化しない。
【0014】
通常、液晶パネルの視野角特性は、正面での特性と斜め視野角での特性の差で表されることが多く、これらの差が生じる主な原因は、液晶分子自体の配向は同じでも、正面と斜め視野角では、液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角に差が発生し、実効的なリタデーションの差が発生してしまうことにある。従って、より視野角が大きくなるほど正面との差が大きくなり、視野角特性は悪化することになる。
【0015】
ここで、図22に示す低屈反射光L112と、直抜け光L111とで、光拡散層100からの出射角が同じであるとすると、直抜け光L111と比較して低屈反射光L112の方が、液晶パネルを通過する際の進行角としては小さく、つまりは正面との実効的なリタデーションの差が小さいため、視野角特性としては良好な光である。一方、光拡散層100から、低屈反射光110と同じ出射角で出射する直抜け光111は、低屈反射光110と比較して、液晶パネルを通過する際の進行角としては大きく、つまりは正面との実効的なリタデーションの差が大きいため、視野角特性としては好ましくない光である。視野角によって、これら2種類の光(低屈反射光110及び直抜け光111)の存在確率が異なり、角度によっては、視野角特性の改善効果が得られない場合がある。
【0016】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記の課題を解決するために、本発明の光拡散部材は、光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されていることを特徴とする。
【0018】
上記構成により、上記光拡散部材は、入射面からの入射光を拡散して、出射面から外部へと出射する。また、上記出射面には、入射光を透過する透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが、交互に配されている。このため、上記出射面から出射する光(出射光)には、上記入射面から入射し、上記反射吸収部で全反射、または一部が吸収されて上記透過部の出射面から外部へと出射する反射光と、上記入射面から入射し、上記反射吸収部では反射または吸収されず、直接、上記透過部の出射面から外部へと出射する直接光とが存在することになる。
【0019】
上記反射吸収部の上記透過部と交互に配されている方向の断面は、底辺が上記出射面側に配され、上記底辺に対する頂角が入射面側に配された三角形となっている。
【0020】
このため、頂角と、上記開口率とを制御することで、この三角形の形状を制御し、上記出射光のうち、上記反射光と、上記直接光との割合を決定することができる。このように、上記反射光と、上記直接光との割合を決定することで、視野角に対するγ値を制御することができる。
【0021】
そこで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されている。
【0022】
これにより、出射面の垂線に対して60°以内で、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができる。
【0023】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値をαmaxとし、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることが好ましい。
【0024】
上記構成によると、頂角をαmin以上αmax以下とすることで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように頂角を決定することができる。このため、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができる。
【0025】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値は35°であり、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることが好ましい。
【0026】
上記構成によると、頂角をαmin以上35°以下とすることで、特定の角度での当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することに加え、光拡散部材の内部での光束ロスを抑えることができる。
【0027】
上記頂角の角度は、21°以上23°以下であることが好ましい。
【0028】
上記構成によると、上記光の入射面から入射する入射光のγ特性や、上記開口率に依存すること無く頂角を決定することができる。
【0029】
上記開口率の値のとりうる範囲の上限値をApとし、上記開口率の値のとりうる範囲の下限値はゼロより大きい場合、
Ap=105.8×γorgθ45−115.9
であることが好ましい。
【0030】
上記構成により、開口率の値をゼロより大きく、Ap以下とすることで、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下とすることができる。
【0031】
本発明の液晶表示装置は、上記光拡散部材が表示面に配されている液晶表示パネルを備えていることが好ましい。
【0032】
ここで、出射面の垂線に対して60°以内は、一般的に、液晶表示装置などの画像を視認する視認角度の範囲内である。このため、上記構成により、一般的な視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる。
【0033】
上記液晶表示パネルは、当該液晶表示パネルの表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、上記表示面の垂線に対して45°のγ値が1.4〜2.0であることが好ましい。
【0034】
上記構成により、より確実に視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる液晶表示装置を構成することができる。
【発明の効果】
【0035】
本発明の光拡散部材は、光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または一部吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されている。
【0036】
このため、出射面の垂線に対して60°以内で、当該出射面からの出射光の特性を、正面への出射光の特性に近づけ、視野角特性を改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【図2】本発明の液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【図3】本発明のTIRシートの構成を表す斜視図である。
【図4】液晶パネルの表示面にTIRシートを配した液晶表示装置と、液晶パネルの表示面にTIRシートを配していない液晶表示装置との視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【図5】(a)は、頂角が小さい低屈折率部を配置したTIRシートを透過する低屈反射光の反射の様子を表し、(b)は(a)より頂角を大きくした低屈折率部を配置したTIRシートを透過する低屈反射光の反射の様子を表す図である。
【図6】頂角を変更した場合の視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【図7】色々な元パネル視野角γ特性での、頂角に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を示している。
【図8】各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び頂角の下限値との関係を表した図である。
【図9】、元パネル視野角γ特性が1.55の液晶パネルに対して、頂角22°のTIRシートを配した場合の視野角γ特性を示している。
【図10】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75の液晶パネルに対して、頂角22°のTIRシートを使用した場合の視野角γ特性を示している。
【図11】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図である。
【図12】(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図である。
【図13】色々な元パネル視野角γ特性での、TIR開口率に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を表す図である。
【図14】各元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値を表す図である。
【図15】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在率を表した図である。
【図16】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【図17】(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシートの頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光と、低屈反射光とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【図18】元パネル視野角γ特性が1.55の場合の頂角と、TIR開口率との関係を表す図である。
【図19】元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係を表す図である。
【図20】(a)は本来表示すべき階調を表示している画素の様子を表し、(b)は空間的に分割した画素の様子を表し、(c)は時間的に分割した画素の様子を表す図である。
【図21】従来技術の光拡散層の構成を表す断面図である。
【図22】従来技術の光拡散層を表示面に配置した液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
(各用語の定義)
まず、本明細書中に記載している下記の用語について、以下のように定義する。
【0039】
「γ特性」「γ値」とは、液晶パネルの表示階調に対する輝度の特性(階調‐輝度特性)またはその特性を数値で表したものである。
【0040】
「正面γ特性」、「正面γ値」とは、液晶パネルの正面での階調‐輝度特性、またその特性を数値で表したものを指す。全階調範囲で一つの数値で表す場合は、近似値を用いるものとする。液晶パネルそのものの固有の特性というより、目的の特性になるように回路などを調整するものであり、どの正面γ特性ならば良いというものではない。一般的には2.2近傍に調整される。
【0041】
なお、本明細書中では、さらに、液晶パネルに対して正面以外の方向でのγ特性を定義するが、それらは、液晶パネルに対して正面でのγ特性を2.2に設定した場合でのγ特性あるいはγ値とする。この液晶パネルに対して正面でのγ特性を2.2に設定する方法としては、回路を調整してもよいが、回路を調整せずにデータ上で換算するだけでもよい。
【0042】
「視野角γ特性」、「視野角γ値」とは、液晶パネルの斜め視野角での階調-輝度特性、またその特性を数値で表したものを指す。全階調範囲で一つの数値を表す場合は、近似値を用いる。本明細書中では、正面γ値を2.2にした場合での、斜め視野角でのγ特性と定義する。正面γ特性を規格化することで、視野角γ特性は、液晶パネルそのものの固有の特性となり、液晶パネルの視野角性能の指標の一つとなる。VAモードなどでは、視野角が大きいほど、視野角γ値は正面γ値2.2に比べて、より小さくなる傾向がある。
【0043】
「(視野角)γシフト」とは、正面γ特性に対する視野角γ特性のズレを指す。γシフトが小さいというのは、視野角性能がよいということである。但し、γシフトだけで、全ての視野角性能を表せるものではない。つまり、γシフトは、視野角性能を表す指標のうちの一つである。本明細書中では、このγシフトが小さい液晶表示装置を提案している。異なる液晶パネル間で、前記視野角γ値を比べれば、γシフトの程度の差、つまりは視野角性能の差が比較できる。一般的にIPSモードの方がVAモードよりγシフトが小さい。
【0044】
「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」とは、本明細書では、TIRシートを配置しない状態での液晶パネルそのものの視野角γ特性、またはその特性を数値で表したもののことを指す。「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」は、正面γ値を2.2にした場合の、視野角45°(代表値として視野角45°を用いるものとする)での視野角γ特性(γ値としては全階調範囲でのγ値)と定義する。
【0045】
つまりは、TIRで特性改善する前の元パネルの視野角性能ということになる。数値が2.2に近いほどγシフトは小さく、視野角性能はよい。一般的なVAモードでは1.4〜1.65程度、画素分割法などで視野角性能を改善したVAモードでは1.6〜1.85程度である。なお、本明細書中では、「元パネル視野角γ特性」、「元パネル視野角γ値」をγorgθ45と表すことにする。
【0046】
「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」とは、本明細書中では、液晶パネル上(液晶パネルの表示面)にTIRシートを配置した状態での視野角γ特性、またはその特性を数値で表したものことを指す。「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」は、正面γ値を2.2にした場合の、各々の視野角での視野角γ特性(γ値としては全階調範囲での近似値)と定義する。つまりはTIRで特性改善した後の液晶パネルの視野角性能ということになる。数値が2.2に近いほどγシフトは小さく、視野角性能はよい。なお、本明細書中では、「TIR視野角γ特性」、「TIR視野角γ値」は、γtirθ30、γtirθ45などと表すことにする。
【0047】
「TIR視野角γ最小値」とは、本明細書中では、ディスプレイの一般的な視認角度である視野角0°〜60°の範囲での、TIR視野角γ値の最小値と定義する。主観評価によると、正面γ値を2.2に規格化した場合に、その正面γ特性に対して視野角γ値が2.0以上であれば、感覚的なγシフトは感じられないので、TIR視野角γ値が2.0以上であれば、液晶表示装置として視野角性能が良好であるといえる。なお、本明細書中では、「TIR視野角γ最小値」はγtirminと表すことにする。また、「TIR視野角γ最小値」は「TIR視野角γ特性の最低値」と称する場合がある。
(液晶表示装置の構成)
次に、図2、3を用い、表示面に光拡散部材が配された液晶表示装置50の構成について説明する。
【0048】
図2は、本実施の形態に係る液晶表示装置の構成を表す断面図である。
【0049】
図3は、本実施の形態に係るTIRシート10の構成を表す斜視図である。
【0050】
図2に示すように液晶表示装置50は、光源としてのバックライト30と、画像を表示する液晶パネル20と、入射する光を拡散するTIRシート10(光拡散部材)とを備えている。
【0051】
液晶パネル20の両面それぞれには、裏偏光板22と、表偏光板21とが配されている。そして、バックライト30は、液晶パネル20の裏偏光板22が配されている面と、裏偏光板22を介して対向配置されている。また、TIRシート10は、表偏光板21の表面に配されている。つまり、TIRシート10は、表偏光板21を介して、液晶パネル20の表面に配されている。
【0052】
バックライト30から発光された光は、裏偏光板22を介して、液晶パネル20の入射面側から、液晶パネル20に入射する。この液晶パネル20に入射した光は、液晶パネル20の出射面側から表偏光板21を介してTIRシート10に入射する。そして、TIRシート10に入射した光は、TIRシート10によって拡散されて、観察者へと出射する。液晶パネル20の光の出射面が、画像等を観察者へと表示する表示面である。
【0053】
バックライト30、表偏光板21、裏偏光板22は、一般的に使用されているものを本実施の形態でも使用することができる。
【0054】
液晶パネル20は、TFTなどのアクティブ素子が配された素子基板と、カラーフィルタが配された対向基板とが、液晶層を介して対向配置されている。液晶パネル20は、一般的に使用されているものを本実施の形態でも使用することができ、例えば、VA、MVA、PSA、4DRTN、PVA、IPS、FFS、TNなど、さまざまな液晶パネルを用いることができる。なお、液晶パネル20を元パネルと称する場合がある。この液晶パネル20は、表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、表示面の垂線(正面視野)に対して45°のγ値が1.4〜2.0程度であることが好ましい。
【0055】
TIRシート10は、液晶パネル20から出射される光を入射面から入射し、当該TIRシート10の入射面から入射した入射光を拡散して、出射面から観測者側の外部へと出射する。TIRシート10内の出射面側には、入射光を透過する高屈折率部12(透過部)と、入射光を入射角条件により全反射あるいは吸収する低屈折率部14(反射吸収部)とが交互に配されている。
【0056】
図3に示すように本実施の形態では、低屈折率部14は高屈折率部12の出射面側にスリット状に形成されている。そして、低屈折率部14は高屈折率部12より屈折率が小さい材料からなり、例えば、カーボンなどの顔料や、染料などによって所定の濃度となるように着色されている。
【0057】
そして、高屈折率部12と交互に配されている方向の低屈折率部14の断面は、TIRシート10の出射面に底辺が配され、TIRシート10の内部であって、上記底辺と対向する位置に、上記底辺に対する頂角が配された三角形となっている。つまり、低屈折率部14の頂角は、高屈折率部12と接する低屈折率部14の斜面間の角度である。
【0058】
また、TIRシート10の出射面の面積に対する上記出射面に高屈折率部12の面積の割合をTIR開口率(開口率)とする。
【0059】
そして、高屈折率部12の出射面には、光を拡散する光拡散剤を含む光拡散層11が配されており、高屈折率部12の光の入射側には、ベースシート13が配されている。光拡散層11、ベースシート13は、高屈折率部12と略同じ屈折率の材料からなる。
【0060】
なお、図3の例では、説明のために、光拡散層11と、高屈折率部12と、ベースシート13とを離して記載しているが、実際には、これらは、張り合わされているものである。また、TIRシート10は、光拡散層11を省略した構成としてもよい。
(TIRシート内の光の進行経路)
次に、図1を用い、本実施の形態に係る液晶表示装置50のTIRシート10を透過する透過光について説明する。図1は、本実施の形態に係る液晶表示装置50の構成を表す断面図である。なお、図1の例では、上述した、光拡散層11、ベースシート13、表偏光板21、裏偏光板22の記載は省略している。
【0061】
バックライト30から発光された光は、バックライト30と、液晶パネル20との隙間を介して、液晶パネル20に入射する。そして液晶パネル20に入射した光は、液晶パネル20の出射面からTIRシート10へと入射する。
【0062】
ここで、TIRシート10に入射した後、TIRシート10の外部に出射される光には、低屈折率部14で全反射または一部が吸収されて、TIRシート10の外部に出射する光(反射光)と、低屈折率部14に入射せず(つまり低屈折率部14で反射や吸収されず)、直接、高屈折率部12からTIRシート10の外部へ出射する光(直接光)とが存在する。
【0063】
このように、低屈折率部14で反射してTIRシート10の外部へと出射する光が低屈反射光L2(反射光)であり、低屈折率部14で全反射や吸収されず、直接、TIRシート10の外部へ出射する光が直抜け光L1(直接光)である。換言すると、直抜け光L1は、低屈折率部14が存在することによる、光拡散の効果を受けない光と表現できる。
【0064】
これら、直抜け光L1と、低屈反射光L2との視野角に対する比率を制御することにより、TIRシート10の出射面から出射する光の視野角γ特性を向上させることができる。この、直抜け光L1と、低屈反射光L2との比率は、(i)元パネル(液晶パネル20)の視野角γ特性(ii)低屈折率部14の頂角α(iii)TIRシート10のTIR開口率によって決定される。
【0065】
つまり、これら(i)〜(iii)のパラメータを制御することで、液晶表示装置50の視野角γ特性を制御することができる。
【0066】
この液晶表示装置50のγ特性は、TIRシート10の出射面の垂線方向(つまり正面視野)でのγ値が2.2であり、上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角αと、上記TIR開口率とが決定されていることが好ましい。これにより、一般的な視認角度の範囲内で、良好な視認性を得ることができる。
【0067】
以下、上記(i)〜(iii)のそれぞれの具体的な制御方法について説明する。
(TIRシートによる視野角改善効果)
まず、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配することによる視野角改善効果の一例について説明する。
【0068】
図4は、液晶パネルの表示面にTIRシートを配した液晶表示装置と、液晶パネルの表示面にTIRシートを配していない液晶表示装置との視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【0069】
両方とも元パネルである液晶パネル20としては、一般的なVAモードの液晶パネルを用い、元パネル視野角γ特性(正面γ値を2.2にした場合の、視野角45°での視野角γ特性)が1.55のものを用いている。
【0070】
そして、一方は、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配していない通常パネルを用いたTIR無しの液晶表示装置であり、他方は、液晶パネル20の表示面にTIRシート10を配しているTIR有りの液晶表示装置50である。TIRシート10はTIR開口率35%、頂角22°のものを用いている。
【0071】
図4に示すように、TIR無しの液晶表示装置では、正面γ値が2.2と一定であるのに対して、視野角が大きくなるとともに、視野角γ値が小さくなっていく。つまり、TIR無しの液晶表示装置では、視野角が大きくなるとともに、γシフトが大きくなっていく。
【0072】
これに対し、TIR有りの液晶表示装置50では、視野角が0°〜60°の範囲内で、視野角γ特性が2.0を下回ることはない。この視野角が0°〜60°の範囲内は、一般的に液晶表示装置を視認する角度範囲であり、視野角が0°〜60°以内で視野角γ値を2.0以上に保持すれば、良好な視野角特性となる。
【0073】
つまり、TIR視野角γ最小値γtirmin=2とすることで、視野角が0°〜60°以内において、液晶表示装置50で良好な視野角特性を得ることができる。なお、良好な視野角特性を得るための視野角γ値の最低値を2とすることは、主観評価により決定している。
(頂角の影響)
次に、図5、6を用い、頂角の影響について説明する。頂角の大きさが変化すると、視野角γ特性の改善効果も変化する。
【0074】
図5(a)は、頂角が小さい低屈折率部14を配置したTIRシート10を透過する低屈反射光L2の反射の様子を表し、(b)は(a)より頂角を大きくした低屈折率部14を配置したTIRシート10を透過する低屈反射光L2の反射の様子を表す図である。
【0075】
図6は、頂角を変更した場合の視野角に対する視野角γ特性を表す図である。
【0076】
図5(a)に示すように、低屈折率部14の頂角が小さいと、低屈反射光L2が低屈折率部14の斜辺で反射する角度が小さくなる。つまり、低屈反射光L2の、TIRシート10への入射角に対するTIRシート10からの出射角の変化が小さい。このため、視野角60°などの高視野角側で視野角γ特性が小さくなる。
【0077】
例えば、頂角を17°に設定した場合、図6の領域Aに示すように、視野角60°での視野角γ特性が2.0より小さくなる。
【0078】
このように、頂角が小さすぎると、高視野角側への光拡散性が不十分となり、元々視野角γ特性が悪い高視野角側の視野角γ特性の改善効果が小さくなる。
【0079】
図5(b)に示すように、低屈折率部14の頂角が大きいと、低屈反射光L2が低屈折率部14の斜辺で反射する角度も大きくなる。つまり、低屈反射光L2の、TIRシート10への入射角に対するTIRシート10からの出射角の変化が大きい。
【0080】
このため、視野角60°などの高視野角側で視野角γ特性が大きくなる。しかし、視野角30°近傍での視野角γ特性が大きく低下してしまう。例えば、頂角を26°に設定した場合、図6の領域Bに示すように、視野角30°近傍での視野角γ特性が2.0より小さくなる。
【0081】
このように、頂角が大きすぎると、光拡散性が向上することにより、視野角60°近傍の高視野角側の視野角γ特性の改善効果大きくなるが、中間付近の視野角30°近傍の視野角での視野角γ特性が大きく低下する。これは、TIRシート10を液晶パネル20の表示面に配している液晶表示装置50特有の課題である。
【0082】
このように、頂角は大きすぎても小さすぎても十分な視野角改善効果が得られないので、良好な視野角改善効果を得るためには、最適な頂角を設定する必要がある。
【0083】
(頂角の設定範囲)
上述したように、液晶表示装置50で、TIR視野角γ特性は、(i)元パネル(液晶パネル20)の視野角γ特性(ii)低屈折率部14の頂角α(iii)TIRシート10のTIR開口率によって決定される。
【0084】
従って、使用する液晶パネル20の視野角γ特性に応じて、TIRシート10における低屈折率部14の頂角およびTIR開口率を設計する必要がある。
【0085】
上述したように、頂角は、大きすぎても小さすぎても、TIRシート10による視野角改善効果が小さくなる。つまり、頂角が大きすぎる範囲または頂角が小さすぎる範囲は、TIR開口率をどのように調整しても、十分な視野角改善効果が得られない頂角の範囲といえる。
【0086】
従って、液晶表示装置50で最適な視野角特性を得るには、まず、液晶パネル20の視野角γ特性に対して、最適な頂角の範囲を決定する必要がある。
【0087】
図7は、色々な元パネル視野角γ特性での、頂角に対するTIR視野角γ特性の最低値の変化を示している。
【0088】
図7の横軸は低屈折率部14の頂角を表している。図7の縦軸は、視野角0°〜60°内でのTIR視野角γ最小値を表している。
【0089】
図7に示すように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、頂角が21°〜23°付近で、TIR視野角γ最小値が極大値となり、それよりも頂角が大きくなると共に、TIR視野角γ最小値は小さくなり、ある頂角の値で2.0を下回る。また逆に、頂角が小さくなる場合も同様である。それぞれの元パネル視野角γ特性において、TIR視野角γ最小値γtirmin=2.0以上となるように頂角を設定する必要がある。
【0090】
つまり、図7で、各元パネル視野角γ特性を表すグラフで、TIR視野角γ最小値が2となる頂角の範囲を設定すれば、視野角0°〜60°内で、2以上のTIR視野角γ特性を得られることになる。
【0091】
換言すると、図7で、各元パネル視野角γ特性のTIR視野角γ最小値γtirmin=2.0となる頂角のうち、値が大きい方が頂角の上限値であり、値が小さい方が頂角の下限値となる。
【0092】
この、各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び下限値との関係を表すと図8の図のようになる。
【0093】
図8は、図7で示した関係から、各元パネル視野角γ特性と、頂角の上限値及び頂角の下限値との関係を表した図である。
【0094】
頂角の設定範囲は、図8に示すように、各元パネルγ特性のそれぞれで、頂角の上限値から頂角の下限値までの範囲内であればよい。
【0095】
図8に示すように、元パネル視野角γ特性が良いほど(つまり元パネル視野角γ特性が2.2に近いほど)頂角の上限値から下限値までの幅が広く、頂角の取りえる範囲は広い。このように元パネルγ特性に対する頂角の上限値αmaxと、元パネルγ特性に対する頂角の下限値αminとを式で表すと、以下の(1)式、(2)式のようになる。
頂角の上限値:αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8・・・(1)
頂角の下限値:αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0・・・・・・(2)
例えば、γorgθ45=1.55の場合(1)式より頂角の上限値αmax=27.49、(2)式より頂角の下限値αmin=19.16となる。また、γorgθ45=1.75の場合(1)式より頂角の上限値αmax=32.67、(2)式より頂角の下限値αmin=16.23となる。
【0096】
ここで、頂角の値の決定を簡単にするために、頂角を自然数とする場合は、(1)式から算出されるαmaxの値の小数点以下は切り捨てとする。また、(2)式から算出されるαminの値の小数点以下は切り上げとする。
【0097】
また、頂角の上限値は、一般的な樹脂(高屈折率部12の屈折率1.58程度、低屈折率部14の屈折率1.50程度)を使用する場合、光束ロスを抑えるために、(1)式を満たし、さらに35°以下程度が好ましい。
【0098】
加えて、図7で示したように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、頂角が21°〜23°付近で、TIR視野角γ最小値が極大値となる。TIR視野角γ特性は値が大きい方が視野角特性がよいので、図8の網掛け部分に示すように、頂角が21°〜23°の範囲内が、頂角の最適範囲である。つまり、頂角を21°〜23°に設定すれば、元パネル視野角γ特性に依存せず、最適なTIR視野角γ特性、つまりTIR視野角γ最小値γtirminを2以上とすることができる。
(直抜け光とTIR開口率との関係)
図1を用いて、直抜け光L1と、TIR開口率との関係について説明する。
【0099】
上述したように、TIRシート10を透過する光には、低屈折率部14で反射してTIRシート10の外部へと出射する低屈反射光L2と、低屈折率部14に入射せず、直接、TIRシート10の外部へ出射する直抜け光L1とが存在する。
【0100】
ここで、TIRシート10の出射面に対する出射角度が同じである直抜け光L1と、低屈反射光L2とを比較すると、低屈反射光L2の方が、液晶パネル20中を透過する際の進行角が、液晶パネル20の表示面に対して垂直に近いので、正面と比較して液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角の差が小さく、つまりは実効的なリタデーションの差が小さくなる。このため、直抜け光L1に比べて、低屈反射光L2の方が、視野角特性としては良好な光である。
【0101】
一方、直抜け光L1は、液晶パネル20中を透過する際、液晶パネル20の表示面に対するの進行角が大きいので、正面と比較して液晶分子の見かけ上の傾きあるいは方位角の差が大きく、つまりは実効的なリタデーションの差が大きくなる。このため、低屈反射光L2に比べて、直抜け光L1は、視野角特性としては好ましくない光である。
【0102】
そして視野角によって、直抜け光L1と、低屈反射光L2との存在比率が異なり、TIR視野角特性を改善しようとしても、視野角の範囲によっては、TIR視野角特性の改善効果が小さい領域が発生することになる。このような、TIR視野角特性の改善効果が小さい視野角の範囲内では、視認性が悪くなる。
【0103】
例えば、視野角が0°〜(α/2)°の範囲では、低屈反射光L2は存在せず、直抜け光L1のみがTIRシート10から出射するので、TIR視野角特性の改善効果が全くない範囲となる。すなわち、液晶パネル20のγ特性となる。但し、視野角が0°〜(α/2)°の範囲では、視野角の角度自体が小さいので、γ特性自体はよい状態である。
【0104】
そして、視野角が(α/2)°より大きくなるに伴い、TIRシート10から出射される光のうち、直抜け光L1の存在比率が減少し、低屈反射光L2の存在比率が増加する。
【0105】
すなわち、液晶表示装置50としての視野角γ特性は、低屈反射光L2と直抜け光L1との比率(低屈反射光L2/直抜け光L1)と、元パネル視野角γ特性とから決定されることになる。
【0106】
そして、中間付近である視野角30°近傍では、元パネルである液晶パネル20の視野角特性が大きく悪化し始める領域であり、かつ、直抜け光L1の存在比率がまだ十分に大きいので、最も視野角γ特性が悪くなる傾向がある。
【0107】
また、直抜け光L1の存在比率はTIR開口率による影響が大きく、TIR開口率がある程度小さいと、高視野角側での直抜け光L1の存在比率が小さくなり、視野角30°付近よりも視野角60°の方が特性が良くなるという現象を起こる。つまり、TIR開口率を決定することにより、液晶表示装置50の視野角特性を決定することができる。
(TIR開口率の影響)
次に、図9、図10(a)(b)を用い、TIR開口率の影響について説明する。
【0108】
ここで、同じVAモードの液晶パネル20を用いた場合でも、画素分割駆動方式を適用するなどして、元パネル視野角γ特性を1.55から1.75に向上させることができる。なお、この画素分割駆動方式については後述する。
【0109】
図9は、元パネル視野角γ特性が1.55の液晶パネル20に対して、頂角22°のTIRシート10を使用した場合の視野角γ特性を示している。
【0110】
図9に示すように、TIR開口率40%では、視野角0°〜60°に全範囲で視野角γ特性が2.0以上であり、良好な視野角特性といえる。TIR開口率40%では、視野角25°近傍でTIR視野角γ最小値となるが、当該最小値でも2以上であるので良好な視野角特性となっている。
【0111】
一方、図9に示すように、TIR開口率60%では、視野角30°付近で、TIR視野角γ最小値となり、当該最小値が2.0を下回るので、良好な視野角特性とはいえない。
【0112】
図10(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75の液晶パネル20に対して、頂角22°のTIRシート10を使用した場合の視野角γ特性を示している。
【0113】
図10(a)に示すように、TIR開口率65%では、視野角0°〜60°に全範囲で視野角γ特性が2.0以上であり、良好な視野角特性といえる。TIR開口率65%では、視野角40°近傍でTIR視野角γ最小値となるが、当該最小値でも2以上であるので良好な視野角特性となっている。
【0114】
一方、図10(b)に示すように、TIR開口率75%では、視野角45°近傍で、TIR視野角γ最小値となり、当該最小値が2.0を下回るので良好な視野角特性とはいえない。
(各パスの存在率)
図11(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図であり、(a)はTIR開口率40%の場合を表し、(b)はTIR開口率60%の場合を表している。
【0115】
図12(a)(b)は、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°での視野角に対する各パスの存在率を表す図であり、(a)はTIR開口率65%の場合を表し、(b)はTIR開口率75%の場合を表している。
【0116】
各パスの存在率とは、バックライト30(BL)から出射した光の輝度を1とした場合に、TIRシート10から出射される光の直抜け光L1、及び低屈反射光L2の各パスの輝度の相対値を表している。
【0117】
元パネル視野角γ特性が1.55、頂角が22°の場合、図11(a)に示すように、TIR開口率40%では、視野角30°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は1.0程度である。一方、図11(b)に示すように、TIR開口率60%では、視野角30°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.3程度と、TIR開口率が40%の場合と比べて、各パスの存在率がかなり小さくなっている。
【0118】
上述したように、液晶パネル20を透過する際に、液晶パネル20の表示面に対してより垂直に近い光である低屈反射光L2は、直抜け光L1と比べて視野角特性としては良い光なので、TIR開口率60%の場合と比較して、低屈反射光L2の存在比率が大きいTIR開口率40%の方が、視野角30°付近の視野角γ特性が低下することを小さくすることができるので、全視野角範囲(視野角0°〜60°内)に渡り、良好なγ特性となる。
【0119】
また、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°の場合、図12(a)に示すように、TIR開口率65%では、視野角40°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.5程度である。一方、図12(b)に示すように、TIR開口率75%では、視野角45°近傍での各パスの存在率(低屈反射光L2の存在比率/直抜け光L1の存在比率)は0.3程度とかなり小さくなっている。
【0120】
このように、元パネル視野角γ特性が1.75、頂角が22°の場合でも、TIR開口率75%の場合と比較して、低屈反射光L2の存在比率が大きいTIR開口率65%の方が、視野角45°付近の視野角γ特性が低下することを小さくすることができるので、全視野角範囲(視野角0°〜60°内)に渡り、良好なγ特性となる。
(TIR開口率の設定範囲)
図13は、色々な元パネル視野角γ特性での、TIR開口率に対するTIR視野角γ特性の最低値(TIR視野角γ最小値)の変化を表す図である。なお、頂角は最適値の範囲内である22°としている。
【0121】
図13に示すように、元パネル視野角γ特性の違いによらず、TIR開口率が大きくなると共に、TIR視野角γ特性の最低値は減少し、あるTIR開口率の値で、TIR視野角γ最小値が2.0を下回る。これは、視野角30°付近のTIR視野角γ特性が悪くなる(2.0を下回る)ためである。また、逆に、元パネル視野角γ特性の違いによらず、TIR開口率が小さくなると共に、TIR視野角γ特性の最低値は値が増加する。
【0122】
各元パネル視野角γ特性において、TIR視野角γ最小値が2.0以上となるようにTIR開口率を設定する必要がある。つまり、TIR開口率の上限値は、各元パネル視野角γ特性におけるTIR視野角γ最小値が2となるときのTIR開口率の値である。
【0123】
図14は、各元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値を表す図である。元パネル視野角γ特性が良いほど(つまり、2.2に近いほど)、TIR開口率の取りえる範囲は広い。元パネルγ特性に対するTIR開口率の上限値Apは、以下の(3)式で表される。
TIR開口率の上限値:Ap=105.8×γorgθ45−115.9・・・(3)
なお、TIR開口率の決定を簡単にするためにApを自然数とする場合は、小数点以下は切り捨てるものとする。
【0124】
また、元パネルγ特性に対するTIR開口率は0(ゼロ)より大きければ、視野角特性の改善効果を得ることができる。
【0125】
例えば、γorgθ45=1.55の場合(3)式よりTIR開口率の上限値Ap=48となるのでTIR開口率を0(ゼロ)より大きく、48%以下とすることにより、良好な視野角特性をえることができる。
【0126】
また、γorgθ45=1.75の場合(3)式よりTIR開口率の上限値Ap=69となるので、TIR開口率を0(ゼロ)より大きく、69%以下とすることにより、良好な視野角特性をえることができる。
【0127】
ここで、TIR視野角γ特性が2.0であることは、良好な視野角特性を得るために許容できる範囲の最低値であり、好ましくは、TIR視野角γ特性は2.2の値に近い方がよい。つまり、TIR開口率を小さくすることで、TIR視野角γ特性を2.2に近づけることができる。
【0128】
しかし、TIR開口率は値が大きい方が、TIRシート10を透過することによる光束ロスが小さいので、TIR開口率は上限値であることが好ましい。つまり、TIR開口率は、上限値であるApが最適値である。
【0129】
(具体例)
以下に、図15(a)(b)〜図17(a)(b)を用いて、元パネル視野角γ特性が1.75の場合の頂角と、TIR開口率とを変化させた場合の、視野角γ特性および各パス存在率の変化の様子を表す。
【0130】
図15(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在率を表した図である。
【0131】
図16(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【0132】
図17(a)は、元パネルγ特性が1.75である液晶パネルに配するTIRシート10の頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合の視野角と、視野角γ特性との関係を表す図であり、(b)は(a)での直抜け光L1と、低屈反射光L2とのそれぞれの存在確率を表した図である。
【0133】
上述したように、元パネル視野角γ特性γorgθ45=1.75のときに、頂角が取りうる範囲は19°以上27°以下である。また、TIR開口率の取りうる範囲は、0(ゼロ)より大きく、69%以下である。
【0134】
図15(a)、図16(a)、図17(a)に示す例での頂角およびTIR開口率は、全て、頂角の取りうる範囲は19°以上27°以下、TIR開口率の取りうる範囲、0(ゼロ)より大きく、69%以下であるので、視野角0°〜60°での視野角γ特性が何れも2以上となっている。
【0135】
図15(a)に示すように、TIRシート10の頂角を20°、TIR開口率を65%とした場合、視野角60°で視野角γ特性が最低値の2となる。当該最低値での各パス存在率は、図15(b)に示すように、視野角60°で、直抜け光L1の存在確率が約0.16で、低屈反射光L2の存在率が約0.15なので、存在率=約1.07となる。
【0136】
図16(a)に示すように、TIRシート10の頂角を22°、TIR開口率を69%とした場合、視野角40°で視野角γ特性が最低値の2となる。当該最低値での各パス存在率は、図16(b)に示すように、視野角40°で、直抜け光L1の存在比率が約0.47で、低屈反射光L2の存在比率が約0.17なので、存在率=約2.76となる。
【0137】
図17(a)に示すように、TIRシート10の頂角を24°、TIR開口率を64%とした場合、視野角35°で視野角γ特性が最低値の2となる。図17(b)に示すように、視野角35°では、直抜け光L1の存在比率が約0.47で、低屈反射光L2の存在比率が約0.13なので、存在率=約3.62となる。
(頂角とTIR開口率との関係)
次に、図18を用い、頂角とTIR開口率との関係を表す。
【0138】
図18は、元パネル視野角γ特性が1.55の場合の頂角と、TIR開口率との関係を表す図である。
【0139】
図19は、元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係を表す図である。
【0140】
図18に示すように、元パネル視野角γ特性が1.55の場合、頂角が大きくなるにつれ、TIR開口率の上限値が低下している。TIR開口率は値が大きいほうが好ましいので、図18に示す例では、頂角の好ましい値は、(2)式から算出された下限値であるαmin=19.16〔°〕である。頂角の値を自然数とした場合は、頂角が20°で、TIR開口率56%が好ましい。
【0141】
元パネル視野角γ特性を変化させた場合の頂角とTIR開口率の上限値との関係は、図19のようになる。
【0142】
ここで、図19に示すように、頂角が21°を超える場合と、21°以下の場合とで、各曲線の形状が異なっている。つまり、頂角21°は、各曲線の変曲点となっている。
【0143】
TIRシート10などの光拡散部材を、液晶パネルの表示面に配していない一般的な液晶パネルは、視野角が大きくなるほど、視野角γ特性は悪くなる。
【0144】
一方、本実施の形態の液晶表示装置50では、液晶パネル20の表面にTIRシート10を配していているので、元パネルγ特性、TIR開口率、頂角などの条件によっては、視野角60°近傍より、視野角30°近傍の方が出射γ値が小さくなる場合がある。これは、TIRシート10の光拡散性によるもので、特に、頂角が大きく影響することになる。
【0145】
例えば、視野角γ特性が1.55の場合のように、頂角をαmin以下である例えば、19°とするとTIR開口率を調整しても視野角0°〜60°の範囲内で、視野角γ特性を全て2以上とすることができなくなる。
【0146】
図19の各曲線から、各元γ特性に対するTIRシート10の頂角と、TIR開口率とを、以下のように表現することもできる。
【0147】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.40である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=21°以上、かつTIR開口率=−3.75×α2+158×α−1630〔%〕以下である。
【0148】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.45である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=21°以上、かつTIR開口率=−5.00×α+145〔%〕以下である。
【0149】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.50である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=20°以上、かつTIR開口率=−0.0714×α2−2.16×α+122〔%〕以下である。
【0150】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.55である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=20°以上、かつTIR開口率=−0.429×α2+13.5×α−41.6〔%〕以下である。
【0151】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.60である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=19°以上、かつTIR開口率=−0.429×α2+15.2×α−75.1〔%〕以下である。
【0152】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.65である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=18°以上21°未満、かつTIR開口率=0.400×α+52.7〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.500×α2+18.5×α−107〔%〕以下である。
【0153】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.70である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=18°以上21°未満、かつTIR開口率=1.25×α2−46.8×α+499〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.500×α2+19.3×α−118〔%〕以下である。
【0154】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.75である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=17°以上21°未満、かつTIR開口率=1.07×α2−38.8×α+413〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+8.95×α−6.75〔%〕以下である。
【0155】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.80である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.738×α2−25.4×α+281〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−1.00×α+96.0〔%〕以下である。
【0156】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.85である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.857×α2−19.1×α+311〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−1.00×α+111〔%〕以下である。
【0157】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.90である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.798×α2−26.4×α+285〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+10.9×α−35.7〔%〕以下である。
【0158】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が1.95である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.643×α2−20.4×α+234〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+11.3×α−39.2〔%〕以下である。
【0159】
正面視野の元γ値2.2に対して、視野角45°での元γ値が2.00である液晶パネル20の前面に配するTIRシート10の頂角αとTIR開口率との関係は、α=15°以上21°未満、かつTIR開口率=0.321×α2−8.96×α+140〔%〕以下、あるいは、α=21°以上、かつTIR開口率=−0.250×α2+11.6×α−38.2〔%〕以下である。
【0160】
(画素分割駆動について)
次に、図20(a)〜(c)を用い、画素分割駆動の方法について説明する。
【0161】
図20(a)は本来表示すべき階調を表示している画素の様子を表し、(b)は空間的に分割した画素の様子を表し、(c)は時間的に分割した画素の様子を表す図である。
【0162】
例えば、4ドメインの垂直配向モードの液晶パネルの場合、MVA、PSA、4DRTNなどによらず、正面γ特性を2.2とした場合、元パネル視野角特性は1.40〜1.65程度となる。この、元パネル視野角特性は、画素分割駆動を行なうことにより、向上させることができる。
【0163】
画素分割駆動には、いわゆる画素分割による視野角改善と呼ばれるような、1画素内で異なる階調表示を、空間的あるいは時間的に行なう方法を用いる。
【0164】
図20(a)に示す表示すべき階調表示を行なう方法として、例えば、図20(b)で示すように画素内で表示階調を分割することにより、空間的に画素分割を行い、表示すべき階調表示を行う方法と、図20(c)で示すように、時間的に画素分割を行い、表示すべき階調表示を行う方法とを挙げることができる。
【0165】
空間的に画素分割を行う方法としては、例えば(1)Cs駆動、(2)容量結合、(3)独立した信号線、などで画素電極自体を分割する方法を挙げることができる。また、時間的に画素分割を行なう場合、倍速で2回書き込みを行なう方法などを挙げることができる。
【0166】
また、さらに、これらの方法を組み合わせることで、4分割に画素分割を行なうこともできる。
【0167】
また、本発明の液晶表示装置は、以下の構成としてもよい。
【0168】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.4から2.0の特性である液晶パネルの前面に、全反射拡散シートを配置した液晶表示装置。
【0169】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.4から1.65である、垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0170】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.6から1.85である、空間的あるいは時間的に2分割された表示状態の平均で階調表示を行う垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0171】
正面のγ特性が2.2に対して、視野角45°でのγ特性が1.75から2.0である、空間的あるいは時間的に3分割から4分割された表示状態の平均で階調表示を行う垂直配向モードの液晶パネルを用いた上記液晶表示装置。
【0172】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0173】
本発明は、特定の視野角で視野角特性が悪くなることにより、視認性が悪くなるのを防止することができるので、視野角特性の低下を防止することが必要な画像表示装置に利用することができる。
【符号の説明】
【0174】
10 TIRシート(光拡散部材)
12 高屈折率部(透過部)
14 低屈折率部(反射吸収部)
20 液晶パネル
30 バックライト
50 液晶表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、
上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、
上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、
上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、
上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、
上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されていることを特徴とする光拡散部材。
【請求項2】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値をαmaxとし、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項3】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値は35°であり、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項4】
上記頂角の角度は、21°以上23°以下であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項5】
上記開口率の値のとりうる範囲の上限値をApとし、上記開口率の値のとりうる範囲の下限値はゼロより大きい場合、
Ap=105.8×γorgθ45−115.9
であることを特徴とする請求項2に記載の光拡散部材。
【請求項6】
請求項1〜5の何れか1項に記載の光拡散部材が表示面に配されている液晶表示パネルを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項7】
上記液晶表示パネルは、当該液晶表示パネルの表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、上記表示面の垂線に対して45°のγ値が1.4〜2.0であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
【請求項1】
光を入射するための入射面と、当該入射面から入射した入射光を拡散して外部に出射するための出射面とを備えた光拡散部材であって、
上記光拡散部材の上記出射面には、入射光を透過するための透過部と、入射光を全反射または吸収するための反射吸収部とが交互に配されており、
上記透過部と交互に配されている方向の上記反射吸収部の断面は、上記光拡散部材の出射面側に底辺が配され、上記光拡散部材の入射面側に上記底辺に対する頂角が配された三角形となっており、
上記光拡散部材の上記出射面の面積に対する上記出射面に配された透過部の面積の割合を開口率としたとき、
上記出射面の垂線方向のγ値が2.2であり、
上記出射面の垂線に対して60°以内のγ値が2.0以上2.2以下となるように、上記頂角と、上記開口率とが決定されていることを特徴とする光拡散部材。
【請求項2】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値をαmaxとし、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmax=239.6×γorgθ453−1121.8×γorgθ452+1768.5×γorgθ45−910.8
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項3】
上記頂角の角度のとりうる範囲の上限値は35°であり、上記頂角の角度のとりうる範囲の下限値をαminとしたとき、
αmin=−94.6×γorgθ453+432.4×γorgθ452−668.0×γorgθ45+368.0
であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項4】
上記頂角の角度は、21°以上23°以下であることを特徴とする請求項1に記載の光拡散部材。
【請求項5】
上記開口率の値のとりうる範囲の上限値をApとし、上記開口率の値のとりうる範囲の下限値はゼロより大きい場合、
Ap=105.8×γorgθ45−115.9
であることを特徴とする請求項2に記載の光拡散部材。
【請求項6】
請求項1〜5の何れか1項に記載の光拡散部材が表示面に配されている液晶表示パネルを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項7】
上記液晶表示パネルは、当該液晶表示パネルの表示面の垂線方向のγ値を2.2としたとき、上記表示面の垂線に対して45°のγ値が1.4〜2.0であることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【公開番号】特開2011−27764(P2011−27764A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−170070(P2009−170070)
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】
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