(57)【要約】【課題】  溝または稜の不均一さの度合いを具体的に決定するアルゴリズムを考案適用し、モアレの発生や回折干渉縞の発生を抑制できるバックライト用光拡散デバイスを提供する。【解決手段】  液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいて、前記溝または前記稜の任意の１本をｎとして、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定されるnの隣の溝または稜をn+1として、ｎとn+1の溝または稜の間隔寸法をピッチP(n)として、前記手続きで決定される寸法からの偏差の最大絶対値を分母におき、それぞれの溝または稜における個別の前記偏差を分子において計算される除数をゆらぎΔP(n)とした時、溝または稜nから次の溝または稜n+1までのピッチ間隔P(n+1)のゆらぎΔP(n+1)が、  ΔP(n+1)=kΔPn(1−ΔPn)  で決定され、かつ、定数ｋが3.56以上４以下であるバックライト用光拡散デバイスとする。【選択図】  図１
2005195701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいて、前記溝または前記稜の任意の１本をｎとして、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定されるnの隣の溝または稜をn+1として、ｎとn+1の溝または稜の間隔寸法をピッチP(n)として、前記手続きで決定される寸法からの偏差の最大絶対値を分母におき、それぞれの溝または稜における個別の前記偏差を分子において計算される除数をゆらぎΔP(n)とした時、溝または稜nから次の溝または稜n+1までのピッチ間隔P(n+1)のゆらぎΔP(n+1)が、
ΔP(n+1)=kΔPn(1−ΔPn)  で決定され、かつ、定数ｋが3.56以上４以下であることを特徴とするバックライト用光拡散デバイス。
【請求項２】
前記溝または稜を長手方向にたどった時、適当な区間毎にそれぞれ異なる初期値ΔP(1)で計算された点列を数値的に滑らかにつなげたものが、前記ゆらぎΔP(n)であることを特徴とする請求項１記載のバックライト用光拡散デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルなどを照明するためのバックライト用光拡散デバイスに関し、特にモアレを抑制できるバックライト用光拡散デバイスと、照明光を出射する溝もしくは稜が細密化する事によって発生する回折干渉縞を抑制できるバックライト用光拡散デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４はモアレの発生例を示す図で（ａ）は５度、（ｂ）は１０度、（ｃ）は３０度ずらして重ね合わせた図である。
【０００３】
一般的な液晶表示装置は、光拡散デバイスのひとつである透明な薄い光学板である導光板から出射された光を、光拡散デバイスのひとつである多数の微少な線状のプリズムを配置した透明な薄い光学板である拡散シートで拡散させ、均一な照度を確保している。
【０００４】
そのため、前記導光板と前記拡散シートの位置関係でモアレが発生する。その模様を擬似的に分かり易くするため、太さ0.2mm程度の線分をほぼ正確に１mmピッチで多数描画し、相対的に５度、１０度、３０度の角度をつけて重ねてみた。５度の重ね結果には強いモアレが観察でき、視覚的な空間周波数に敏感な人には、耐えがたい不快感を覚えさせる画像となる。重ね角度を増すに連れてモアレは目立たなくなり、ある角度θを超えるとほとんど気にならなくなる。
【０００５】
通常の液晶表示装置は導光板に形成された溝または稜と拡散シートの微少な線上プリズムの稜線をθ程度の角度で配置し、光拡散デバイスの溝または稜のハードウェア的な組み合わせ結果によるモアレを防止している。
【０００６】
しかし、液晶表示装置のほとんどは二次元平面の画像を描画するものであるため、画面上に水平や垂直からθに近い角度で傾いた線分や、コントラスト領域エッジや色彩境界線を描画することを避けることはできない。その場合、液晶パネルに表示された画像と光拡散デバイスに形成された溝または稜との間に、モアレ発生する。その場合、光拡散デバイスの溝または稜によるぼんやりとした明暗の帯と表示画像の線またはエッジとの組合せであるから、図４に示したほど顕著ではないが、視覚的に無視できないことは多い。これらの不具合については、光拡散デバイスの組合せの単純な工夫だけでは改善できない問題である。
【０００７】
近来、液晶表示装置の小型化、薄型化、低コスト化に伴って、使用する光拡散デバイスの種類や数を少なくする構造を取る液晶表示装置が増えてきた。最終的には、導光板単体で液晶表示パネルを背面から照明する構造を持つ液晶表示装置が主流になると思われる。
【０００８】
この場合、導光板の光拡散機能を受け持つ溝または稜は、少なくとも液晶パネルの表示最小単位のマトリクスと同程度以上の細密さが要求されるわけである。つまり、導光板の溝または稜との間のモアレの発生防止だけでなく、導光板に形成された溝または稜の配置から生ずる光学的な回折干渉にも留意する必要がある。
【０００９】
図５は、回折干渉縞の原理を説明した図である。溝間隔（格子間隔）をｄ［ｍ］、光源の主たる光波長をλ［ｍ］とすると、明線の条件式はｄsinθ＝ｍλ  （ｍ＝0,1,2,正の整数）の場合は光振動の位相が揃って強めあうため明線が見え、ｍが0.5,1.5,2.5,となった場合は、光振動の位相が山と谷で重なるため打ち消しあって暗線が見える。
【００１０】
液晶表示装置の輝度向上にともない、視覚的に不快なモアレを防止するための技術が多く考案されている。例えば、導光板に形成された鋸状の溝のピッチを２パーセントでランダムに変動させ、モアレの発生を抑える有効な方法が述べられている。（例えば特許文献１参照）また、導光板の光出射機能部のピッチか、集光シートの突起部ピッチのどちらかを変動させることが、モアレの抑制に有効である方法が記載されている。（例えば特許文献２参照）
【００１１】
また、液晶表示パネルの高精細化に伴って、導光版の溝や稜は、ますます細ピッチ化されており、それが可視光線の波長の数倍程度になってくると、回折格子的な働きを持つようになり、観察する角度に依存する視覚的に認識可能な回折干渉を起こし問題となる。この場合も、干渉縞を防止するために、溝または稜を厳密なピッチで加工するのではなく、わざと不規則な並びになるようゆらぎを与えることが有効である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−０９８３５６号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来、モアレ干渉や回折干渉を抑止するための代表的な方法としては上述したように、導光板の溝や稜のピッチをわざと不均一に加工することが一般的で効果の高い方法として知られていて、それらについては、多くの文献に記述や説明を見ることができる。それらには、溝または稜の不均一の程度や範囲については具体的な記述があるが、数値を決定するアルゴリズムに具体的に言及したものは少ない。
【００１４】
本発明は、溝または稜の不均一さの度合いを具体的に決定するアルゴリズムを考案適用し、モアレの発生や回折干渉縞の発生を抑制できるバックライト用光拡散デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明のバックライト用光拡散デバイスは、液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいて、前記溝または前記稜の任意の１本をｎとして、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定されるnの隣の溝または稜をn+1として、ｎとn+1の溝または稜の間隔寸法をピッチP(n)として、前記手続きで決定される寸法からの偏差の最大絶対値を分母におき、それぞれの溝または稜における個別の前記偏差を分子において計算される除数をゆらぎΔP(n)とした時、溝または稜nから次の溝または稜n+1までのピッチ間隔P(n+1)のゆらぎΔP(n+1)が、ΔP(n+1)=kΔPn(1−ΔPn)  で決定され、かつ、定数ｋが3.56以上４以下であるバックライト用光拡散デバイスとする。
【００１６】
前記溝または稜を長手方向にたどった時、適当な区間毎にそれぞれ異なる初期値ΔP(1)で計算された点列を数値的に滑らかにつなげたものが、前記ゆらぎΔP(n)であるバックライト用光拡散デバイスとする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいては、カオスの理論をバックライト用光拡散デバイスに応用したものであり、光拡散デバイスの光拡散用の溝または稜の間隔を、実施例のごとく不規則なゆらぎを与えられるので、モアレの発生や回折干渉を防止することができる。また、光拡散デバイスの光拡散用の溝または稜の長手に沿って、実施例のごとく不規則なゆらぎを与えれば、より一層、モアレの発生や回折干渉を防止することができるものである。
【００１８】
さらに、このような単純な手順で計算され創成された数列が、初期値の変動に非常に敏感に反応するという性質は重要である。単純さは、工業的に適用することが簡単であることを示し、初期値に敏感であることは、わずかな変更で全く違うパターンの創成が可能であることを示している。このことは、工業的に短納期低コストで様々な光拡散デバイスの溝または稜のデザインを可能にしている効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいて、前記溝または前記稜の任意の１本をｎとして、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定されるnの隣の溝または稜をn+1として、ｎとn+1の溝または稜の間隔寸法をピッチP(n)として、前記手続きで決定される寸法からの偏差の最大絶対値を分母におき、それぞれの溝または稜における個別の前記偏差を分子において計算される除数をゆらぎΔP(n)とした時、溝または稜nから次の溝または稜n+1までのピッチ間隔P(n+1)のゆらぎΔP(n+1)が、ΔP(n+1)=kΔPn(1−ΔPn)  で決定され、かつ、定数ｋが3.56以上４以下であるバックライト用光拡散デバイスとし、さらに前記溝または稜を長手方向にたどった時、適当な区間毎にそれぞれ異なる初期値ΔP(1)で計算された点列を数値的に滑らかにつなげたものが、前記ゆらぎΔP(n)であるバックライト用光拡散デバイスとする。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の第一の実施形態について説明する。図１（ａ）は導光板を模式的に表した斜視図であり、（ｂ）は導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切った断面、図２はゆらぎの計算結果で図３はそのグラフである。光拡散用の溝または稜はそれぞれ一本の線分で表現し、すべて表現せず途中省略してある。本図では溝を採用した。また、発明に直接関係しない部分も省略してある。本説明では、入射光と出射光は溝または稜を挟んで屈折的につながるが、入射光が図１の逆にあり出射光へ反射的につながる場合も、全く同じ原理が適用できる。
【００２１】
回折格子による干渉縞は、光の波長と溝または稜の幾何光学的な配置の精密さから発生するのであるから、前記干渉縞を防止するためには、格子間隔にゆらぎを与えるか、光の波長帯域を広げれば良い。一般的な液晶表示装置のバックライト光源は、蛍光灯でありコスト面やサイズ、消費電力の関係などから、波長帯域を広げるのは現状では難しく、格子間隔にゆらぎを与えるのが現実的な選択で有効な方法である。
【００２２】
格子間隔に与えるゆらぎは、その目的から規則的であってはならない。規則的に与えられるゆらぎは狭い領域では回折干渉を防止するが、大域的に回折格子の働きを持つかもしれないからである。前記ゆらぎは数値化して並べた時、でたらめな数列をなすものであることが望ましい。
【００２３】
液晶表示パネル面に沿って配置され、かつ、その表面に溝または稜を成形されたバックライト用光拡散デバイスにおいて、前記溝または前記稜の任意の１本をｎとして、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定されるnの隣の溝または稜をn+1として、ｎとn+1の溝または稜の間隔寸法をピッチP(n)として、前記手続きで決定される寸法からの偏差の最大絶対値を分母におき、それぞれの溝または稜における個別の前記偏差を分子において計算される除数をゆらぎΔP(n)とした時、溝または稜nから次の溝または稜n+1までのピッチ間隔P(n+1)のゆらぎΔP(n+1)を、
ΔP(n+1)=kΔPn(1−ΔPn)  式(１)
なる式(１)で決定され、かつ、定数ｋが3.56以上4以下として計算し決定する。定数ｋの設定は「カオスとフラクタル」山口昌哉著、株式会社講談社1997年2月24日第24版発行、第83頁〜第86頁参照。
【００２４】
図１の(a)は導光板を模式的に表した斜視図であり、光拡散用の溝または稜はそれぞれ一本の線分で表現し、すべて表現せず途中省略してある。本図では溝を採用した。また、発明に直接関係しない部分も省略してある。この導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切った断面を図１の(b)に示す。溝nと次の溝n+1は、ピッチP(n+1)にゆらぎΔP(n+1)を加えた寸法で離れている。
【００２５】
図１では溝または稜を直線で表現してあるが、この実施例では溝の平行移動の量にゆらぎを与えることが目的であるため、対象の溝または量が曲線や多角線、あるいは、閉曲線であっても構わない。
【００２６】
実際の計算例を図２に示す。式(1)の定数ｋを3.8とおき、ゆらぎ最大値をPmaxとして0.７mm、ピッチP(n)は固定として最小値を1mmとし、ゆらぎの初期値P(1)を0.3とする。ゆらぎΔP(n+1)の具体的な数値は、式(1)の計算結果にゆらぎ最大値Pmax0.７mmを乗じたものとなり、ピッチP(n+1)はピッチP(n)にゆらぎΔP(n+1)を加えたものである。ピッチP(n+1)の推移を４６回分計算し、グラフ化したものが図３である。
【００２７】
上記の手順に沿って計算されたピッチP(n+1)は、1.1から1.７にほぼでたらめに散らばっているように見える。実際、ゆらぎ初期値0.3を、0.001ほどわずかに変化させた時のピッチP(n+1)の推移は、細い線でグラフ化されているが、１５回を過ぎるあたりから、初期値0.3のグラフからの乖離が始まり、３０回以降は全く相関が認められなくなる。このことは、本手順で計算された数列の予測が困難であることを表しており、この発明が溝のピッチに不規則なゆらぎを与えることに成功していることを示していることになる。
【００２８】
同様に、導光板に形成された溝または稜の長手方向を横切るように見た断面を長手に沿って移動しながら観察した場合に、溝または稜のピッチ寸法に前述の手順を応用し、ゆらぎを与えることもできる。具体的には、前記溝または稜を長手方向にたどった時、適当な区間毎にそれぞれ異なる０から１までの範囲で適当に選んだΔP(1)を初期値として、前記式(1)で計算されたゆらぎΔP(n)を区間毎にプロットし、それらを溝または稜に沿って滑らかにつなげればよい
【実施例２】
【００２９】
図６に第二の実施形態を示す。図６の(a)は、第二の実施形態の模式的な斜視図であり、（ｂ）はこの導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切ったA-A断面図であり、（ｃ）はこの導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切ったＢ-Ｂ断面図である。光拡散用の溝または稜はそれぞれ一本の線分で表現し、すべて表現せず途中省略してある。図６では溝を採用した。また、発明に直接関係しない部分も省略してある。
【００３０】
第二の実施形態は、溝の長手方向でピッチを不規則に変動させるものであり、代表的な実施例での手法を溝長手方向に区切って、初期値をそれぞれ変え、ゆらぎΔP(n)を計算する。図６(b)と(c)地点でのピッチ、PaとPbが違う値をとり、その値は式(1)で計算され、決定されるということである。ゆらぎΔP(n)は、適当に定めた手続きで位置が厳密に決定される仮想の溝または稜の位置を基準線とし、それらからの偏差量とする。それぞれの計算の初期値は適当に定めて構わないし、あらかじめ式(1)で計算させた数列から任意の間隔で必要な数を取り出しておいた数値を採用すれば、導光板の溝ピッチにより一層もっともらしいでたらめさで、ゆらぎを与えることが可能となる。
【００３１】
図７は本発明によるモアレの発生例を示す図で（ａ）は５度、（ｂ）は１０度、（ｃ）は３０度ずらして重ね合わせた図である。従来例と異なり、モアレがほとんど気にならない事がわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は導光板を模式的に表した斜視図であり、（ｂ）は導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切った断面図
【図２】ゆらぎの計算結果の計算結果の表
【図３】ゆらぎの計算結果のグラフ
【図４】モアレの発生例を示す図で（ａ）は５度、（ｂ）は１０度、（ｃ）は３０度ずらして重ね合わせた図
【図５】回折干渉縞の原理を説明した図
【図６】(a)は、第二の実施形態の模式的な斜視図であり、（ｂ）はこの導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切ったA-A断面図であり、（ｃ）はこの導光板を溝または稜の長手方向を横切るように切ったＢ-Ｂ断面図
【図７】本発明によるモアレの発生例を示す図で（ａ）は５度、（ｂ）は１０度、（ｃ）は３０度ずらして重ね合わせた図
【符号の説明】
【００３３】
なし
【図１】
2005195701.tif 000003
【図２】
2005195701.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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