液晶表示装置用の画質改善フィルム

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置の画質を改善する、液晶表示装置用の画質改善フィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】パーソナルコンピュータや小型ワードプロセッサ等の液晶表示装置を構成する液晶表示素子は、自家発光性を有しないので、視認性向上の要求を満たすため、その背面光源として面状光源装置を用いている。
【０００３】面状光源装置は、開発当初には蛍光ランプ等の光源を液晶表示素子の背面に直接配置した構造（直下式）をとっていた。これに対し、近年では、液晶表示装置全体の厚みを薄くして構造の小型化を図るため、面状光源装置として導光板を用い、その少なくとも一端面に蛍光ランプを配置したエッジライト方式という構造をとることが多い。
【０００４】図１はエッジライト方式の面状光源装置の基本構造を示す模式図である。図１において、１は液晶表示素子、２は面状光源装置である。面状光源装置２にあっては、直線状光源としての蛍光ランプ３を導光板４の側傍に設けている。導光板４の裏面にはドット印刷された塗料（光散乱性インキ）５が設けられ、導光板４の背面には反射板６が配置され、導光板４の前面には光拡散シート７が設けられている。
【０００５】蛍光ランプ３から発せられた光線は、導光板４の端面から内部に侵入し、導光板４の裏面の塗料５によって乱反射され、導光板４の表面から放出される。塗料５は蛍光ランプ３から導光板４に入射した光を、導光板４の表面のどの位置からも均等に放出させるための光散乱性インキの印刷パターンであり、疑似光源とも言えるものである。しかし、このままでは、液晶表示装置として必要とされる輝度が十分でなく、また導光板４の裏面の塗料５の印刷パターンが液晶表示素子１の正面から視認されてしまう。然るに、光拡散シート７は、液晶表示装置の画面を観察する際に、液晶表示素子１を通して背面の疑似光源、即ち上述の塗料５の印刷パターンが視認されることなしに、均一発光できるように機能するものである。
【０００６】以上のようなエッジライト方式の面状光源装置において、観察者の方向への光放出量を増加させるため、液晶表示素子１と光拡散シート７との間にプリズムシート（集光シート）８を設けることが行なわれている。プリズムシート８は、特開昭62-144102 号公報、特開平2-93401 号公報、特開平2-257188号公報に記載の如く、透明なプラスチックシートの片面に凹凸形状を付与し、その形状のプリズム効果により光線を任意の方向に集光させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】プリズムシート８は、観察者の方向への光線放出量を著しく増加させる機能を有するが、鋭利なプリズム形状を利用しているため、光放出を観察者の方向へ集中させるほど他の方向への光放出が減少し、図２に示す如く、光を全く放出しない方向が存在するようになる。このような光放出特性を有する面状光源装置を液晶表示装置に搭載した場合、観察者の相対位置が僅かにでも移動すると、画面内に明るい部分と極端に暗い部分が同時に存在する状況となり使用に耐えない状態となる。従って、使用者は、位置関係を可能な限り変化させずに使用することを余儀なくされ、これが使用者の疲労の要因になるという問題がある。
【０００８】この問題を解決するため、従来から対応されている技術に基づく光拡散部材を液晶表示素子１とプリズムシート８の間に配置すると、上述の如くの極端な光放出方向の集中は回避されるが、主たる観察方向への光放出量が著しく減少することになる結果、プリズムシート８の本来の集光機能が損なわれ、総合的な画質改善にならない。
【０００９】本発明は、プリズムシートの光放出状態を変化させ、明るく、見易く、疲労しない良好な画質感を有する液晶表示装置を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明は、液晶表示素子の背面に面状光源装置を設けて構成され、面状光源装置が、導光板と、導光板の側傍に設けた直線状光源と、導光板の前面に設けた光拡散シートと、光拡散シートの前面に設けたプリズムシートとを有してなる液晶表示装置用の画質改善フィルムであって、画質改善フィルムは、液晶表示素子とプリズムシートとの間に配置され、無色透明のプラスチックを主成分とし、少なくとも１種類以上の球状光拡散粒子を含有し、全光線透過率が80％以上であり、且つ垂直入射光線の拡散半値角が 5度〜15度であるようにしたものである。
【００１１】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において更に、前記球状光拡散粒子が、平均粒径 1μ〜20μのプラスチック粒子、もしくは、ガラス粒子であり、フィルムの平均厚みが30μ〜 300μであるようにしたものである。
【００１２】
【作用】前記課題を解決するにあたり、観察者が良好な画質と感じる光放出状態、並びに従来から用いられている光拡散部材の光拡散能力を検討した結果、■観察者は、角度変化による輝度の急激な低下を不快に感じる。■観察者は、光の放出が全くなく表示が視認できない状況を不快に感じる。■従来の光拡散部材は光をあらゆる角度方向に均一に拡散させることを目的としている。■従来の光拡散部材は■の目的のため光の損失を容認している、との結論を得た。従って、上記■、■を改善しようとして従来の光拡散部材を追加すると、プリズムシートによって集中された光放出範囲を再度拡散光に変換してしまうことになり、観察者に到達する光は著しく減少し、光利用効率そのものも低下することになる。そこで本発明はプリズムシートの光集中機能を損なうことなく、画質感を大幅に向上する光学機能フィルムを求めて検討を加えた結果、特定の範囲の光拡散能力を有するフィルムを用いることによりこれの実現が可能となるこを見出した。即ち、「無色透明のプラスチックを主成分とし、少なくとも１種類以上の球状光拡散粒子を含有し、全光線透過率が80％以上であり、且つ垂直入射光線の拡散半値角が 5度〜15度である画質改善フィルムを、液晶表示素子とプリズムシートとの間に配置すること」である。
【００１３】本発明の画質改善フィルムは、その光学特性として、全光線透過率が80％以上であり、且つ、垂直入射光線の拡散半値角が 5度〜15度であることが必要である。全光線透過率が80％を下回ると、光線利用効率の低下を招き、好ましくは90％以上である。また、拡散能力は、垂直入射光線の拡散半値角が 5度を下回ると、所望の光線放出状態の変換が行なわれず、画質感の改善効果がない。15度を上回ると、プリズムシートによる光線の集中を解消してしまい観察者へ到達する光線が減少してしまう。好ましくは 8度〜12度である。この画質改善フィルムは、プリズムシートと該液晶表示素子との間に挿入されて使用することにより、本発明の目的を達成する。
【００１４】上記光学特性を達成するため、本発明の画質改善フィルムは、無色透明なプラスチックを主成分とし、少なくとも１種類以上の球状光拡散粒子を含有する。主成分としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルクロライド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、が使用可能である。また、球状光拡散粒子としては、平均粒径 1μ〜20μのプラスチック粒子、もしくは、ガラス粒子が使用可能である。平均粒径 1μ以下では、粒子の分散が困難であり、粒子の製造コストが非常に増大する。また、平均粒径20μ以上では、粒子自体が視認され画質感が向上しない。好ましくは、 3μ〜10μである。上記組成物を平均厚み30μ〜 300μのフィルム状に成形し、本発明の画質改善フィルムを得る。平均厚み 30μ以下では、取扱いが困難なため折れキズなどによる不良品の発生が増加し、 300μ以上では液晶表示モジュールの薄型化の趨勢に逆行する。好ましくは、50μ〜 150μである。
【００１５】本発明の画質改善フィルムを成形するには特に手段を選ばないが、溶融流展法、溶液流展法、熱プレス法、注型重合法が好適である。
【００１６】
【実施例】液晶表示装置１０を構成する液晶表示素子１１の背面光源として、図５に示す如くの面状光源装置１２を構成した。
【００１７】面状光源装置１２は、直線状光源としての蛍光ランプ１３を導光板１４の側傍に設けている。導光板１４の裏面にはドット印刷された塗料（光散乱性インキ）１５が設けられ、導光板１４の背面には反射板１６が配置され、導光板１４の前面には光拡散シート１７が設けられ、光拡散シート１７の前面にはプリズムシート（集光シート）１８が設けられた。更に、面状光源装置１２にあっては、液晶表示素子１とプリズムシート１８との間に本発明の画質改善フィルム２１を配置した。
【００１８】以下、本発明の具体的実施結果を、従来例、比較例とともに説明する。
（実施例１）（図３）
面状光源装置１２として、導光板１４の厚み4mm 、蛍光ランプ１３として冷陰極管１本、対角（対角線の長さ）10.5インチ、光拡散シート１７としてコーティング型光拡散シート、プリズムシート１８として頂角90度のプリズムシートを備えたカラー液晶表示素子用バックライトモジュールを用いた。
【００１９】また、画質改善フィルム２１を以下の如く構成した（図３）。即ち、ポリカーボネート樹脂 100重量部、平均粒径 7μのアクリル球状粒子 2重量部を予備混練し、更に溶融流展法により厚さ 100μm のフィルム状に成形し、実施例１の画質改善フィルム２１とした。図３において、２１Ａは球状光拡散粒子である。
【００２０】この画質改善フィルムの全光線透過率を村上色彩技術研究所（株）製ヘイズメーターＨＲ−100 により測定したところ、92％であった。また、拡散半値角を（株）ニコン製エリプソメーターＮＰＤＭ−1000により測定したところ10度であった。
【００２１】（実施例２）（図４）
実施例１の面状光源装置１２において、画質改善フィルム２１を以下の如く変更した（図４）。即ち、ポリカーボネート樹脂の 100重量部、平均粒径 7μのアクリル球状粒子 5重量部を予備混練し、更に溶融流展法により厚さ 100μm のフィルム状に成形し、実施例２の画質改善フィルム２１とした。図４において、２１Ａ、２１Ｂは球状光拡散粒子である。
【００２２】この画質改善フィルムの全光線透過率を村上色彩技術研究所（株）製ヘイズメーターＨＲ−100 により測定したところ、 90％であった。また、拡散半値角を（株）ニコン製エリプソメーターＮＰＤＭ−1000により測定したところ15度であった。
【００２３】（従来例）実施例１の面状光源装置１２から画質改善フィルム２１を取り除き、従来例とした。
【００２４】（比較例）実施例１の面状光源装置１２から画質改善フィルム２１を取り除き、画質改善フィルム２１の代わりに従来技術による光線拡散部材を配置した。この光線拡散部材はチタンホワイト60重量部を含有する厚さ 200μのアクリル樹脂製シートであり、全光線透過率70％、拡散半値角60度であった。
【００２５】以上の実施例１、実施例２、従来例、比較例について、画面法線方向での明るさ、光線非放出角度の有無、観察者による画質感の良否の３点を評価し、表１を得た。
【表１】

【００２６】表１の結果より、本発明の画質改善フィルム２１によれば、プリズムシートを集光シートとして用いた面状光源装置の光放出状態を変化させ、明るく、見易く、疲労しない良好な画質感を有する液晶表示装置を実現できることが認められる。また、副次的な効果として工程中で傷が付き易いプリズムシートを保護する効果があり、傷発生による歩留まりを向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、プリズムシートの光放出状態を変化させ、明るく、見易く、疲労しない良好な画質感を有する液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来の面状光源装置を示す模式図である。
【図２】図２は従来の面状光源装置の光線放出特性を示す模式図である。
【図３】図３は本発明の画質改善フィルムの一例を示す模式図である。
【図４】図４は本発明の画質改善フィルムの他の例を示す模式図である。
【図５】図５は本発明に係る面状光源装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１０液晶表示装置
１１液晶表示素子
１２面状光源装置
１３蛍光ランプ（光源）
１４導光板
１７光拡散シート
１８プリズムシート
２１画質改善フィルム
２１Ａ、２１Ｂ球状光拡散粒子

【特許請求の範囲】
【請求項１】液晶表示素子の背面に面状光源装置を設けて構成され、面状光源装置が、導光板と、導光板の側傍に設けた直線状光源と、導光板の前面に設けた光拡散シートと、光拡散シートの前面に設けたプリズムシートとを有してなる液晶表示装置用の画質改善フィルムであって、画質改善フィルムは、液晶表示素子とプリズムシートとの間に配置され、無色透明のプラスチックを主成分とし、少なくとも１種類以上の球状光拡散粒子を含有し、全光線透過率が80％以上であり、且つ垂直入射光線の拡散半値角が 5度〜15度である、液晶表示装置用の画質改善フィルム。
【請求項２】前記球状光拡散粒子が、平均粒径 1μ〜20μのプラスチック粒子、もしくは、ガラス粒子であり、フィルムの平均厚みが30μ〜 300μである請求項１記載の液晶表示装置用の画質改善フィルム。

【図１】