JP2012145944A - 液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視聴角の増大に伴うカラーシフト現象を改善することができる液晶ディスプレイ装置用光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】液晶ディスプレイパネルの前方に具備される液晶ディスプレイ装置用光学フィルムであって、層をなすバックグラウンド層２１と、前記バックグラウンド層２１に互いに離間して形成される複数の凹状または凸状レンズ部２３とを含み、液晶の複屈折特性によって視聴角度及び階調水準に応じて他の色で前記液晶ディスプレイパネルから出射する光のうち、レンズ部２３に入射した光の出射方向を分散させて、互いに離間した前記レンズ部２３を通過する光と混合させることを特徴とする。
【選択図】図５１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置用光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置に係り、より詳しくは、凹状レンズ部を具備し、視聴角によるカラーシフトを改善する液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置に関する。

情報化社会が進展するにつれ、イメージディスプレイ関連部品及び機器が顕著に進歩し且つ普及してきている。その中でも、画像を表示するディスプレイ装置は、テレビ用、パーソナルコンピューターのモニター装置用などとして顕著に普及してきており、大型化と薄型化が同時に進行している。

一般に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、液晶（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）を利用して映像を表示するフラット表示装置の一つであって、他のディスプレイ装置に比べて薄くて軽量であり、低い駆動電圧及び低い消費電力を有するという長所がある。このため、産業全般にわたって広範に使用されている。

図１は、ＬＣＤの基本構造と駆動原理を概念的に示す概念図である。従来のＶＡモードＬＣＤを例に挙げると、２つの偏光フィルム１１０、１２０は、その光軸が互いに垂直になるように付着されている。透明電極１４０がコーティングされた２つの透明基板１３０の間に複屈折特性を示す液晶分子１５０が挿入、配列される。駆動電源部１８０によって電場が印加されると、液晶分子が電場に対し垂直に動いて配列される。

バックライトユニットから出る光は、第１の偏光フィルム１２０を通過してから線偏光になり、図１の左側に示されたように、オフ状態である場合、液晶は基板に対して垂直配向されているため、線偏光された光は、その状態がそのまま保持され、第１の偏光フィルム１２０と垂直な第２の偏光フィルム１１０を通過することができなくなる。

一方、図１の右側に示されたように、オン状態である場合、液晶は電場によって基板と平行な方向に沿って２つの直交偏光フィルム１１０、１２０の光軸の間に水平配向される。このため、第１の偏光フィルムを介して線偏光された光は液晶分子を通過しながら、第２の偏光フィルムに到逹する直前に偏光状態が９０°回転された線偏光、円偏光または楕円偏光状態に変化して第２の偏光フィルムを通過するようになる。電場の強さを調節すれば、液晶の配列状態が垂直配向から徐々に水平方向に配向角度が変化し、このときに出る光の強さを調節することができる。

図２は、視聴角による液晶の配向状態と光透過度を示す概念図である。

画素２２０内に液晶分子が所定の方向に配列されている場合、視聴角によって配列状態が異なって見えるようになる。

正面の左側から見たとき（２１０）、液晶分子の配列状態はほぼ水平配向２１２に見え、画面が相対的に明るく見えるようになる。画面の正面から見たとき（２３０）、液晶分子の配列状態２３２は画素２２０内の液晶分子の配列と等しく見える。正面の右側から見たとき（２５０）、液晶分子の配列状態は垂直配向２５２に見え、画面が相対的に暗く見えるようになる。

したがって、ＬＣＤでは、視聴角の変化に伴って光の強さや色の変化が発生し、自発光ディスプレイに比べて視野角が大きく制限される。このため、視野角の改善のための多くの研究が進められてきた。

図３は、視聴角による明暗比の変化及びカラーシフトを改善するための従来技術の一例を示す概念図である。

図３を参照すると、画素を２つの部分画素、すなわち、第１の画素部３２０と第２の画素部３４０とに分割し、各画素部の液晶配列状態が互いに対称になるようにする。視聴者の視聴方向に応じて第１の画素部３２０での液晶の配列状態と第２の画素部３４０での液晶の配列状態が同時に見えるようになり、視聴者に見える光の強さは、それぞれの画素部の光の強さの和になる。

すなわち、正面の左側から見たとき（３１０）、第１の画素部３２０の液晶は水平配向３１２に見え、第２の画素部３４０の液晶は垂直配向３１４に見えるようになり、第１の画素部３２０によって画面が明るく見えるようになる。同様に、正面の右側から見たとき（３５０）、第１の画素部３２０の液晶は垂直配向３５２に見え、第２の画素部３４０の液晶は水平配向３５４に見えるようになり、第２の画素部３４０によって画面が明るく見えるようになる。正面３３０から見たときは、各画素部の配列状態と同一に見えるようになる。このため、視聴者が見るときの画面の明るさは、視聴角の変化に伴って同一またはほぼ同一になり、画面に対する垂直方向を中心に対称になる。これにより、視聴角の変化に伴う明暗比の変化及び色変化の度合いが改善できるようになる。

図４は、視聴角による明暗比の変化及びカラーシフトを改善するための従来技術の他の一例を示す概念図である。

図４を参照すると、複屈折特性を持っており、その特性がＬＣＤパネルにおいて画素４４０内の液晶分子と同一であり、液晶分子の配列状態と対称になる光学フィルム４２０がさらに備えられている。視聴者の視聴方向による画素４４０内の液晶の配列状態と光学フィルム４２０の複屈折特性により、視聴者に見える光の強さはそれぞれによる光の強さの和になる。

すなわち、正面の左側から見たとき（４１０）、画素４４０内の液晶は水平配向４１４に見え、光学フィルム４２０による仮想液晶は垂直配向４１２に見えるようになり、光の強さはそれぞれの和になる。同様に、正面の右側から見たとき（４５０）、画素４４０内の液晶は垂直配向４５４に見え、光学フィルム４２０による仮想液晶は水平配向４５２に見えるようになり、光の強さはそれぞれの和になる。正面から見たとき（４３０）は、画素４４０内の液晶分子の配列状態と光学フィルム４２０の複屈折された配列状態とがそれぞれ同一に見えるようになる（４３２、４３４）。

しかしながら、前記した技術によっても、図５に示すように、依然として視聴角によるカラーシフトは存在し、視聴角の増大に伴って色変化が生じるという問題点を有する。

また、従来の光学フィルム及びディスプレイ装置、特にＴＮモード液晶ディスプレイ装置では、ガンマカーブの歪み及び階調反転が生じるという問題点を有する。

本発明の目的は、視聴角の増大に伴うカラーシフト現象を改善することができる液晶ディスプレイ装置用光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、カラーシフト現象を改善し、且つ、二重像及びヘイズの発生を抑制することができる液晶ディスプレイ装置用光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ガンマカーブの歪み及び階調反転を改善することができる液晶ディスプレイ装置用光学フィルム及びこれを具備する液晶ディスプレイ装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする技術的課題は前述した技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は、下記から当業者には明確に理解できるであろう。

前記目的を達成するために、本発明は、液晶ディスプレイパネルの前方に具備される液晶ディスプレイ装置用光学フィルムであって、層をなすバックグラウンド層と、前記バックグラウンド層に互いに離間して形成される複数の凹状または凸状レンズ部とを含み、液晶の複屈折特性によって視聴角度及び階調水準に応じて他の色で前記液晶ディスプレイパネルから出射する光のうち、レンズ部に入射した光の出射方向を分散させて、互いに離間した前記レンズ部を通過する光と混合させ、前記レンズ部の断面の輪郭線は、第１の辺、第２の辺及び第３の辺を含み、前記第１の辺と第２の辺とは互いに向き合い、前記第３の辺は、前記第１の辺と第２の辺とを連結し、前記第３の辺の平均曲率は、前記第１の辺の平均曲率及び前記第２の辺の平均曲率よりも小さいことを特徴とする液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルムを提供する。

好ましくは、前記第３の辺の平均接線傾きは、前記第１の辺の平均接線傾き及び前記第２の辺の平均接線傾きに比べて０に近い。

好ましくは、前記第１の辺及び第２の辺は楕円弧を含む。

好ましくは、前記第３の辺は直線を含む。

前記構成によれば、本発明は、視聴角の増大に伴うカラーシフト現象を最小化することでディスプレイ装置の視野角を確保し且つ画質を改善することができるという効果を奏する。

また、本発明は、カラーシフト現象を改善し、且つ、二重像及びヘイズの発生を抑制することができるという効果を奏する。

さらに、本発明は、ガンマカーブの歪み及び階調反転を改善することができるという効果を奏する。

ＬＣＤの基本構造と駆動原理を概念的に示す概念図である。 視聴角による液晶の配向状態と光透過度を示す概念図である。 視聴角による明暗比の変化及びカラーシフトを改善するための従来技術の一例を示す概念図である。 視聴角による明暗比の変化及びカラーシフトを改善するための従来技術の他の一例を示す概念図である。 カラーシフト低減光学フィルムを装着していない状態のＬＣＤの視聴角によるカラーシフトを示すグラフである。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係るレンズ部を示す断面図である。 比較実施形態に係る光学フィルムの製造方法を示す図である。 レンズ部の間隔ｃ／ピッチＰの比とカラーシフト改善率との関係を示す図である。 レンズ部の間隔ｃ／ピッチＰの比と透過率との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。 図５のＳ−ＰＶＡモードＬＣＤ ＴＶにおいて、自己粘着性を持つ比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルに付着し、色変化の改善率を測定した結果を示す図である。 比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムを具備していないＳ−ＩＰＳモードＬＣＤ ＴＶの色変化を示す図である。 図３０のＬＣＤ ＴＶに自己粘着性を持つ比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルに付着し、色変化の改善率を測定した結果を示す図である。 ＣＣＦＬ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：Ｂ２４４０ＭＨ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＣＣＦＬ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：Ｂ２４４０ＭＨ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＣＣＦＬ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：Ｂ２４４０ＭＨ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＣＣＦＬ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：Ｂ２４４０ＭＨ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＬＥＤ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：ＢＸ２４４０）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＬＥＤ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：ＢＸ２４４０）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＬＥＤ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：ＢＸ２４４０）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 ＬＥＤ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：ＢＸ２４４０）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 Ｓ−ＰＶＡパネルを採用した４６インチＬＣＤ ＴＶ（モデル：ＬＨ４６ＣＳＰＬＢＣ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善とガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 Ｓ−ＰＶＡパネルを採用した４６インチＬＣＤ ＴＶ（モデル：ＬＨ４６ＣＳＰＬＢＣ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善とガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 Ｓ−ＰＶＡパネルを採用した４６インチＬＣＤ ＴＶ（モデル：ＬＨ４６ＣＳＰＬＢＣ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善とガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 Ｓ−ＰＶＡパネルを採用した４６インチＬＣＤ ＴＶ（モデル：ＬＨ４６ＣＳＰＬＢＣ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善とガンマカーブの歪みの改善を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。 比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムの色変化の改善率が相対的に低い原因を示す図である。 色変化の改善率の向上をもたらす、本発明のカラーシフト低減光学フィルムを概略的に示す図である。 本発明のカラーシフト低減光学フィルムが二重像の問題を伴わないことを示す図である。

<比較実施形態>
以下、比較実施形態を説明する。比較実施形態を通じて、本発明のカラーシフト低減の原理について先に説明する。その後、レンズ部による二重像及びヘイズの発生を抑制する方案について説明する。

図６及び図７は、比較実施形態に係る光学フィルムのレンズ部を示す断面図である。

光学フィルムは、典型的にディスプレイパネル１０の前方に具備される。

図示の如く、光学フィルム２０は、バックグラウンド層２１とレンズ部２３を具備する。

バックグラウンド層２１は、光を透過させる物質が層をなして形成される。バックグラウンド層２１は、透明高分子樹脂、特に紫外線硬化性透明樹脂からなるものであってよい。

レンズ部２３は、所定の深さを有する凹状または凸状にバックグラウンド層２１に形成される。レンズ部は光を屈折させ、カラーシフトを改善する。レンズ部２３は、色混合効果によって、視聴角の増大に伴う色変化を減少させる。レンズ部間の間隔に比べてレンズ部の幅が小さくなるようにすることでディスプレイパネル面の法線方向に放出される光を多く透過させることができる。

レンズ部は、ディスプレイパネル面の法線方向に発光される光の方向を変化して法線から外れる方向に変更させ、ディスプレイパネル面の法線から外れる方向に出る光の一部を法線方向に変更させる。すなわち、レンズ部が視聴角に応じて発光される光の方向を変化させることで、色混合を誘導してカラーシフトを改善することができる。

レンズ部２３は、多角形断面ストライプパターン、多角形断面波パターン、多角形断面マトリックスパターン、多角形断面ハニカムパターン、多角形断面ドットパターン、半円形断面ストライプパターン、半円形断面波パターン、半円形断面マトリックスパターン、半円形断面ハニカムパターン、半円形断面ドットパターン、半楕円形断面ストライプパターン、半楕円形断面波パターン、半楕円形断面マトリックスパターン、半楕円形断面ハニカムパターン、半楕円形断面ドットパターン、半卵形（ｏｖａｌ）断面ストライプパターン、半卵形断面波パターン、半卵形断面マトリックスパターン、半卵形断面ハニカムパターン、及び半卵形断面ドットパターンのいずれかを有していてよい。

ここで、多角形断面は、三角形断面、台形断面、四角形断面などであってよい。また、半卵形断面は、円弧及び楕円弧以外の他の曲線軌跡を描くものであってよい。また、半円形、半楕円形、及び半卵形は、それぞれ円形、楕円形、及び卵形を正確に１／２に分けた図形を意味するものであり、且つレンズ部の断面のうち一部が円弧、楕円弧、放物線を含む図形を意味する。すなわち、両辺が楕円弧で、ボトム（Ｂｏｔｔｏｍ）が直線である図形も前記半楕円形に含まれるものとする。

比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムはこれらに限定されず、種々の形態を有していてよく、断面が左右対称であることが好ましい。

また、例えば、ストライプパターンの場合でも、水平ストライプパターン、垂直ストライプパターンなどの種々のパターンを有していてよい。水平方向に形成される場合には、上下の視聴角補償に有効であり、図７に示すように垂直方向に形成される場合には、左右の視聴角補償に有効である。

モアレ現象の防止のために、レンズ部２３は、バックグラウンド層２１の辺に対して所定のバイアス角度を有して形成されていてよい。例えば、ストライプパターンの場合、ストライプが水平または垂直方向に対して所定の傾斜角を有していてよい。

レンズ部２３は、好ましくは、図７に示すように、レンズ部がバックグラウンド層２１の片面に所定の周期にて離間して平行に配列される。

図６では、レンズ部２３がバックグラウンド層２１に対して凸状に形成される実施形態を示しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、凹状に形成されていてもよい。

図８及び図９は、レンズ部が三角形断面及び半円形断面を有することができることを示している。

レンズ部は、図１０に示すように、ディスプレイパネルと向き合うバックグラウンド層の裏面に形成されていてもよいが、図１１に示すように、視聴者と向き合うバックグラウンド層の前面に形成されていてもよい。また、図１２に示すように、レンズ部は、バックグラウンド層の両面に形成されていてもよい。

図１３に示すように、レンズ部は、凸状に形成されていてもよい。

図１４は、比較実施形態の光学フィルムの製造方法を示す図である。

カラーシフト低減光学フィルムは、バックグラウンド層２１を支持するバッキング２５を具備していてよい。

バッキング２５は、紫外線透過性を持つ透明な樹脂フィルムまたはガラス基板が好ましい。バッキングの材質としては、例えば、ポリテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＴＡＣ（ＴｒｉＡｃｅｔａｔｅ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）などが使用されてよい。

レンズ部２３を形成する方法は、バッキング２５の片面に紫外線硬化性樹脂を塗布した後、紫外線を照射しながら、レンズ部の鏡像が表面に形成された成形ロールを利用して紫外線硬化性樹脂に凹状溝を形成する。その後、再び紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して、最終的にレンズ部２３が形成されたバックグラウンド層２１を完成する。

なお、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムはこれらに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂を利用した熱プレス法や、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を充填して成形する射出成形法などの各種の方法を用いてバックグラウンド層の凹状溝を得ることができる。

図１５は、レンズ部の間隔ｃ／ピッチＰの比とカラーシフト改善率との関係を示す図である。

目視にて区別できるカラーシフトの程度は、Δｕ'ｖ'＝０．００４以上である。したがって、視聴角０°から６０°の間で最大Δｕ'ｖ'＝０．０２水準のカラーシフトを有するディスプレイパネル（カラーシフト特性が最も優れているＳ−ＩＰＳパネル基準）が目視にて区別できるカラーシフトの改善効果を示すためには、少なくとも色変化の改善率が２０％以上（最大Δｕ'ｖ'＝０．０１６以下）でなければならない。図１５のグラフにおいてカラーシフトの改善率が２０％ 以上になるためには、レンズ部間の間隔／レンズ部のピッチとの比が０．９５以下でなければならない。

図１６は、レンズ部の間隔ｃ／ピッチＰの比と透過率との関係を示す図である。

図１６のグラフから分かるように、レンズ部間の間隔／レンズ部のピッチとの比が大きいほど、フィルム透過率は上がる。フィルム透過率が５０％以上になってはじめて商品としての価値があり、透過率が５０％以上になるためには、レンズ部間の間隔／レンズ部のピッチとの比が０．５以上になる必要がある。

したがって、図１５及び図１６のグラフから、好適なレンズ部間の間隔／レンズ部のピッチの比は０．５〜０．９５にならなければならないことが分かる。

図１７ないし図２２は、レンズ部の断面の形状と二重像との関係を示す図である。

図１７に示すように、レンズ部（レンズ部の幅２７μｍ、深さ８１μｍ、ピッチ９０μｍ）の曲率を変化させながら、二重像を観察した結果、半楕円形断面を有するレンズ部が二重像の発生を最も効果的に抑制することができる。

半楕円形から三角形に変わるにつれて、すなわち、曲率が減少するにつれてゴースト（虚像）がはっきりと観察される。図１８ないし図２２は、原像の輝度と虚像の輝度分布を比較して示す図である。

図２３ないし図２８は、比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルと密着して設けて、二重像及びヘイズの発生を抑制することができることを示す図である。

比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムをディスプレイパネルの前に装着した場合、図２３に示すように、光学フィルムがディスプレイパネルと離間し、その距離が大きくなるほど二重像がはっきりする（後述するように、光学フィルムがディスプレイパネルと密着している場合、二重像と原像との間隔が極めて小さいため区分し難い。）。このような二重像は、ディスプレイパネルの映像を歪曲させるようになる。そこで、カラーシフトを低減させつつ、且つ、二重像を発生させないようにする方案が要求される。

さらには、カラーシフト低減光学フィルムがディスプレイパネルと離間して設けられている場合、前述した二重像の問題だけでなく、図２４に示すように、ディスプレイパネルとレンズ部との間の平坦面から反射して戻ってくる外光をレンズ部が拡散させることでヘイズが発生するという問題もある。すなわち、カラーシフト低減光学フィルムとディスプレイパネルへ入射した外光が、光学フィルムと空気（光学フィルムとディスプレイパネルとの間の空気）との界面、そして、空気とディスプレイパネルとの界面で反射または多重反射してからレンズ部に入射し、その後拡散することでヘイズが発生する。このような現象は、明室明暗比を落としてパネルの視認性を低下させる。そこで、カラーシフト低減光学フィルムの二重像の発生及びヘイズの発生を改善することができる解決策が要求される。

図２５及び図２６は、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムの二重像及びヘイズの除去に係る方案を示す図である。

光学フィルムとディスプレイパネルとを密着させることで、二重像及びヘイズを除去することができる。例えば、図２５に示すようにカラーシフト低減光学フィルムを粘着剤３１を介してディスプレイパネルに粘着するか、図２６に示すように、自己粘着性を持つ物質にてバックグラウンド層を形成し、そのバックグラウンド層をディスプレイパネルに直接付着させることで、二重像及びヘイズの発生を抑制することができ、且つ、透過率を向上させることができる。また、光学フィルムがディスプレイパネルに粘着することなく単に密着することで、それらの間に空気層が介在しないようにすることも有効である。

このとき、レンズ部は、視聴者側でないディスプレイパネル側と向き合った方がヘイズ低減の面で好ましい（これは、カラーシフト低減光学フィルムがディスプレイパネルと離間して設けられている場合も同様である。）。

ここで、自己粘着性を持つバックグラウンド層は、紫外線で硬化が可能な透明弾性重合体からなり、容易にディスプレイパネルに直接付着することができる。材料としては、アクリル系エラストマー、シリコン系エラストマー（ＰＤＭＳ）、ウレタン系エラストマー、ポリビニルブチラール（ＰＭＢ）エラストマー、エチレン−酢酸ビニル系（ＥＶＡ）エラストマー、ポリビニルエーテル系エラストマー、無定形の飽和ポリエステル系エラストマー、メラミン樹脂系エラストマーなどが使用されてよい。

図２７は、カラーシフト低減光学フィルムがディスプレイパネルと離間して設けられた場合における二重像の発生を示す図であり、図２８は、図２５のディスプレイ装置において二重像が除去されることを示す図である。

下表１は、カラーシフト低減光学フィルムがディスプレイパネルと離間して設けられたディスプレイ装置と、図２５のディスプレイ装置における、外光によるヘイズを測定した結果を示す。

測定方法は、外光Ｄ６５ ２４０ｌｕｘ条件下にブラック基板にサンプルを付着し、左右の視聴角６０°で反射する光の輝度を測定した。外光は、サンプルの上方に存在するため、正反射にあたる部分はサンプルの下方から観測可能であり、乱反射は、全方向から観測可能である。このため、サンプルの下方でない側方６０°から乱反射された光を測定し、外光による反射ヘイズを測定した。

カラーシフト低減光学フィルムがディスプレイパネルに粘着（または直接付着）された場合における、測定された反射ヘイズは２．５８ｎｉｔであって、離間して空気層が存在する場合に比べて非常に少なく、甚だしくはレンズ部を有さないＰＥＴフィルムと比べても反射ヘイズが相当に減少したことが分かる。

図２９は、図５のＳ−ＰＶＡモードＬＣＤ ＴＶにおいて、自己粘着性を持つ比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルム（レンズ部の幅は３０μｍ、深さ６０μｍ、ピッチ８３μｍ、半楕円形断面）をディスプレイパネルに付着して、色変化の改善率を測定した結果を示す図である。

図２９の色変化の改善率は５２％を示した。

図３０は、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムを具備していないＳ−ＩＰＳモードＬＣＤ ＴＶの色変化を示す図であり、図３１は、図３０のＬＣＤ ＴＶに自己粘着性を持つ比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルム（レンズ部の幅３０μｍ、深さ６０μｍ、ピッチ８３μｍ、半楕円形断面）をディスプレイパネルに付着して、色変化の改善率を測定した結果を示す図である。

色変化の改善率は５０％を示した。

その他、ＴＮモードＬＣＤでも同様にカラーシフトの改善効果を得ることができ、とりわけ、ＴＮモード液晶ＬＣＤでは、後述するように階調反転の改善効果までも得ることができる。

図３２ないし図３５は、ＣＣＦＬ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：Ｂ２４４０ＭＨ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフト改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。

カラーシフトの改善程度を測定するために、測定機器としてＳＳ３２０ゴニオメーターを使用した。ディスプレイパネルの上下０〜６０°まで１０°おきに色座標を測定し、カラーシフトに換算して図３２を得、光学フィルムサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図３３を得た。その結果、カラーシフト改善率が２５．５％（上）及び６５.４％（下）を示すことが分かった。

階調反転及びガンマカーブの歪みの改善程度を測定するために、測定器機としてＣＳ−１０００を使用した。ディスプレイパネルの正面（０°）及び上下３０°、６０°の角度におけるＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂのグレーレベル毎の輝度を測定して図３４を得、フィルムのサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図３５を得た。その結果、フィルムの適用時にガンマカーブの線形性が回復して階調反転現象が改善し、角度毎のガンマカーブ間の変化が相当に縮小し、ガンマ曲線の歪みが縮小することが分かった。

図３６ないし図３９は、ＬＥＤ ＢＬＵ及びＴＮパネルを採用したＬＣＤモニター（モデル：ＢＸ２４４０）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善や階調反転、及びガンマカーブの歪みの改善を示す図である。

カラーシフトの改善程度を測定するために、測定器機としてＳＳ３２０ゴニオメーターを使用した。ディスプレイパネルの上下 ０〜６０°まで１０°おきに色座標を測定してカラーシフトに換算して図３６を得、フィルムのサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図３７を得た。その結果、カラーシフト改善率が３０．９％（上）及び６３．５％（下）を示すことが分かった。

階調反転及びガンマカーブの歪みの改善程度を測定するために、測定器機としてＣＳ−１０００を使用した。ディスプレイパネルの上下３０°、６０°の角度におけるＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂのグレーレベル毎の輝度を測定して図３８を得、フィルムのサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図３９を得た。その結果、フィルムの適用時にガンマカーブの線形性が回復して階調反転現象が改善し、角度毎のガンマカーブ間の変化が相当に縮小し、ガンマ曲線の歪みが縮小することが分かった。

図４０ないし図４３は、Ｓ−ＰＶＡパネルを採用した４６インチＬＣＤ ＴＶ（モデル：ＬＨ４６ＣＳＰＬＢＣ）における、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムによるカラーシフトの改善とガンマカーブの歪みの改善を示す図である。

カラーシフトの改善程度を測定するために、測定器機としてＳＳ３２０ゴニオメーターを使用した。ディスプレイパネルの左右０~６０°まで１０°おきに色座標を測定してカラーシフトに換算して図４０を得、フィルムのサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図４１を得た。その結果、カラーシフトの改善率が４８．７％（左）及び５３．７％（右）を示すことが分かった。

ガンマカーブの歪みの改善程度を測定するために、測定器機としてＣＳ−１０００を使用した。ディスプレイパネルの正面と左側３０°、６０°の角度におけるＷ、Ｒ、Ｇ、Ｂのグレーレベル毎の輝度を測定して図４２を得、フィルムのサンプルをパネルに直接付着した後、同様に測定して図４３を得た。その結果、フィルムの適用時に角度毎のガンマカーブ間の変化が相当に縮小することが分かった。

<本発明>
前述した比較実施形態に係る光学フィルムをディスプレイパネルの前方に配置することでカラーシフトを大きく改善させることができた。さらには、光学フィルムをディスプレイパネルの前方に密着して配置することで、二重像及びヘイズの問題を解消することができた。

比較実施形態のカラーシフト及び階調反転の改善のための構成、及び二重像及びヘイズの発生抑制のための構成は、本発明においても核心構成をなす。本発明では、これに加えて、カラーシフト低減光学フィルムの色変化の改善率をさらに向上させることができる方案を提示する。

比較実施形態の光学フィルムにおいて、ピッチを一定に維持した状態でレンズ部の幅を増大させると、ディスプレイパネルから放出された光がレンズ部の曲面により多く入射する。この結果、拡散する光量がより多くなり、カラーシフトの改善効果が向上する。しかしながら、これは、光透過部、すなわちレンズ部間の間隔が小さくなり、透過率が低下するという短所を伴う。すなわち、カラーシフトの改善効果と透過率とは、トレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）関係にある。

なお、レンズ部の深さ／幅の比を増大させると、下表２から分かるように、色変化の改善率と透過率は向上する。

しかしながら、レンズ部の深さ／幅の比を増大させると、二重像が深化するという問題点を生じさせる。

図４４ないし図４９は、レンズ部の深さ／幅の比と二重像との関係を示す図である。

レンズ部を、次表３のように作製して二重像の発生程度を測定した。

図４４は、モデル＿０．００９、図４５は、モデル＿０．０１８、図４６は、モデル＿０．０４５、図４７は、モデル＿０．０９０の原像と二重像を示す図であり、図４８は、モデル＿０．００９及びモデル＿０．０１８、そして図４９は、モデル＿０．０４５及びモデル＿０．０９０の輝度分布を示す図である。測定の結果、図４４ないし図４９に示すように、レンズ部の深さ／幅の比を増大させるほど、二重像が深化することが分かった。

したがって、色変化の改善率及び透過率を向上させ、且つ、二重像を減少させることができる方案が必要である。

図５０は、比較実施形態のカラーシフト低減光学フィルムの色変化の改善率が相対的に低い原因を示す図であり、図５１は、色変化の改善率の向上をもたらす、本発明のカラーシフト低減光学フィルムを概略的に示す図である。

前述したように、レンズ部の深さ／幅の比が大きくなると、色変化の改善率及び透過率が向上するので、二重像の問題が発生しない範囲内でレンズ部の深さ／幅の比を大きくすることが好ましいといえよう。

このような観点から、レンズ部の深さ／幅の比が２以下の範囲内では、二重像を人が認知しにくい。この範囲内で、二重像の強さは減少し、また原像との距離も減少するようになる。しかしながら、表２に表すように、この範囲内で比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムによって得られる最大の色変化の改善率は３８％であった。したがって、３８％の相対的に低い色変化の改善率を向上させることができる方案が要求される。

比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムの低い色変化の改善率の原因は、図５０から見出すことができる。レンズ部の断面の輪郭線が半楕円形である比較実施形態に係るカラーシフト低減光学フィルムに光が斜めに入射した場合、レンズ部の曲面に入射する面積（図５０の青色）が小さいことから色変化の改善率が低い。

したがって、図５１に示すように、半楕円形断面を分離して、斜めにレンズ部の曲面に入射する光の量を増大（図５１の青色）させることにより、カラーシフトの改善効果を増大させる。このとき、光学フィルムの平坦面（レンズ部間の間隔＋ボトム幅）の面積は同一であるので、透過率の低下は伴わない。

図５１の本発明の一実施形態に係るレンズ部は、断面の輪郭線が第１の辺２３ａ、第２の辺２３ｂ、及び第３の辺２３ｃを含む。第１の辺２３ａと第２の辺２３ｂとは互いに向き合い、第３の辺２３ｃは、第１の辺２３ａと第２の辺２３ｂとを連結する。第３の辺２３ｃの平均曲率は、第１の辺２３ａの平均曲率及び第２の辺２３ｂの平均曲率よりも小さい。したがって、第１の辺２３ａ及び第２の辺２３ｂは曲線であり、第３の辺２３ｃは直線に近いか直線である。ここで、「平均」とは、本発明の範囲内で、第１の辺２３ａ及び第２の辺２３ｂの局部的な曲率が小さくてよく、または第３の辺２３ｃの局部的な曲率が大きくてよいことを意味する。第１の辺２３ａ及び第２の辺２３ｂは楕円弧、そして第３の辺２３ｃは直線である実施形態を示すが、必ずしもこれらに限定されるものではない。例えば、第１の辺２３ａ及び第２の辺２３ｂが楕円弧以外の曲線を含んでよく、さらには、局部的に直線を含んでもよく、第３の辺２３ｃも直線と曲線とが混在していてよい。

第３の辺２３ｃの平均接線傾きは、第１の辺２３ａの平均接線傾き及び第２の辺２３ｂの平均接線傾きに比べて０に近い。好ましくは、第３の辺の平均接線傾きは、−０．５〜０．５である。したがって、第３の辺２３ｃは、バックグラウンド層の裏面とほぼ平行している。ここで、「平均」とは、本発明の範囲内で、第１の辺２３ａ及び第２の辺２３ｂの局部的な接線傾きの絶対値が小さくてよく、または第３の辺２３ｃの局部的な接線傾きの絶対値が大きくてよいことを意味する。

レンズ部の断面の輪郭線は、第３の辺２３ｃの中心線を軸として対称であることが好ましい。

凹状レンズ部は、互いに離間して複数個が形成される。ここで、複数個とは、バックグラウンド層の断面を基準に光を屈折させる凹状レンズ部が互いに離間して複数個が形成され、凹状レンズ部同士の間に光を透過させるバックグラウンド層の平坦面が存在することを意味する。よって、例えば、半楕円形断面マトリックスパターンのレンズ部を、バックグラウンド層の前面から見れば、マトリックスパターンの単一レンズ部のように見えるが、バックグラウンド層の断面を基準にして見れば、半楕円形断面レンズ部が互いに離間して複数個が形成されているのである。

図５２は、本発明のカラーシフト低減光学フィルムが二重像の問題を伴わないことを示す図である。

第３の辺２３ｃの大きさ（ボトム幅）が増大するほど、下表４に表すように、色変化の改善率は向上し、透過率はそのまま保たれる。ボトム幅が０よりも大きいとき、色変化の改善率が増大しはじめ、ピッチの１／３になる時点が限界となるので、好ましくは、０＜ボトム幅／ピッチ≦１／３の関係を満たす。また、図１５及び図１６を参照するとき、好ましくは、０．５≦１−（トップ幅−ボトム幅）／ピッチ≦０．９５を満たす。

表４の#３の二重像を測定して図５２に示した。深さ／幅が０．５と３．１２５は、ボトム幅が存在しないサンプルに関するものである。深さ／幅が３．１２５は、二重像（左側ピーク）と原像（右側ピーク）が存在するのに対し、０．５である場合は、原像だけが存在する。深さ／幅が２でボトム幅が存在する場合は、二重像ピークは弱く存在するが、または原像とほとんど重なっていて区分しにくく、人が認知できない許容範囲内にあるため、二重像による問題を伴わないことが分かる。

本発明に係るディスプレイ装置用光学フィルターは、前述したレンズ部が形成されたバックグラウンド層の単一フィルムから構成されていてよく、これに、パネル保護用透明基板、アンチフォーク層、反射防止層、偏光フィルム、位相差フィルムなどの各種の機能性フィルムが相互積層されてなる多層光学フィルターから構成されていてもよい。

この場合、本発明に係る光学フィルターを構成する各構成層は、粘着剤または接着剤にて粘着または接着されていてよい。具体的な材料として、アクリル系接着剤、シリコン系接着剤、ウレタン系接着剤、ポリビニルブチラール接着剤（ＰＭＢ）、エチレン−酢酸接着剤（ＥＶＡ）、ポリビニルエーテル、無定形の飽和ポリエステル、メラミン樹脂などが挙げられる。

１０ ディスプレイパネル
２０ 光学フィルム
２１ バックグラウンド層
２３ レンズ部
２３ａ 第１の辺
２３ｂ 第２の辺
２３ｃ 第３の辺

Claims (16)

1. 液晶ディスプレイパネルの前方に具備される液晶ディスプレイ装置用光学フィルムであって、
   層をなすバックグラウンド層と、
   前記バックグラウンド層に互いに離間して形成される複数の凹状または凸状レンズ部とを含み、
   液晶の複屈折特性によって視聴角度及び階調水準に応じて他の色で前記液晶ディスプレイパネルから出射する光のうち、
   レンズ部に入射した光の出射方向を分散させて、互いに離間した前記レンズ部の間を通過する光と混合させ、前記レンズ部の断面の輪郭線は、第１の辺、第２の辺、及び第３の辺を含み、前記第１の辺と第２の辺とは互いに向き合い、前記第３の辺は、前記第１の辺と第２の辺とを連結し、前記第３の辺の平均曲率は、前記第１の辺の平均曲率及び前記第２の辺の平均曲率よりも小さいことを特徴とする液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
2. 前記第３の辺の平均接線傾きは、前記第１の辺の平均接線傾き及び前記第２の辺の平均接線傾きに比べて０に近いことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
3. 前記第３の辺の平均接線傾きは、−０．５〜０．５であることを特徴とする請求項２に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
4. 前記第１の辺及び第２の辺は、曲線であることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
5. 前記第１の辺及び第２の辺は、楕円弧を含むことを特徴とする請求項４に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
6. 前記第３の辺は、直線を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
7. 前記レンズ部の深さ／幅の比が２以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
8. ０＜（前記第３の辺の幅／前記レンズ部のピッチ）≦１／３の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
9. ０．５≦１−（前記レンズ部の幅−前記第３の辺の幅）／前記レンズ部のピッチ≦０．９５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
10. 前記レンズ部の断面の輪郭線は、前記第３の辺の中心線を軸として対称であることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
11. 前記バックグラウンド層は、自己粘着性を持つことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置用カラーシフト低減光学フィルム。
12. 請求項１に記載のカラーシフト低減光学フィルムを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
13. 前記カラーシフト低減光学フィルムのレンズ部は、前記ディスプレイパネルと向き合う前記バックグラウンド層の裏面に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の液晶ディスプレイ装置。
14. 前記カラーシフト低減光学フィルムは、前記ディスプレイパネルに密着されることを特徴とする請求項１２に記載の液晶ディスプレイ装置。
15. 前記カラーシフト低減光学フィルムは、粘着剤を介して前記ディスプレイパネルに粘着されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイ装置。
16. 前記バックグラウンド層が自己粘着性を持ち、前記ディスフレーパネルに直接付着されたことを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイ装置。