JP2004062099A - Visibility improving sheet, display using the same and a transmission type projection screen - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイの観察側前面に設置し、ディスプレイの性能、特に、ディスプレイに外光が当たった時のコントラスト低下や、ぎらつき、像の映り込み等による性能の低下を防止する機能や、ディスプレイの有効光を好適に拡散させて視野角を広くする機能等、を有する視認性向上シート、および、このシートを利用したディスプレイおよびディスプレイ用部材(透過型投影スクリーン)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12に従来の視認性向上シート41の例を示す。この図において、3は液晶、PDP、有機EL、CRT、リアプロジェクション等のディスプレイである。これらのディスプレイは、屋外等の外光の強い条件下で使用する時には、外光がディスプレイで反射して画像のコントラストを低下させ視認性が損なわれるという問題が発生している。この問題を解決するために透明なシートの一部に、光吸収層を形成し、それをディスプレイの観察側前面に貼り合わせる方法は良く知れられるところである。この光吸収層をシートの略厚み方向に設け、その他の部分を光透過部とし、斜めからディスプレイに当たる外光を吸収させコントラストの低下を防止する機能を有する層(以下、第1の層と呼ぶ)を有する視認性向上シートがルーバーと呼ばれるものである。図12では2が第1の層であり、この第1の層2が粘着層4でディスプレイ3の表面に貼り合わされている。この第1の層2では、外光6は第1の層2の表面で屈折し、光吸収層22へ入光するものがあり、そこで吸収される。この作用によってディスプレイ3で反射する外光6の量が減少するので外光によるコントラストの低下が改善される。
【0003】
ところが、ディスプレイ3から出光する映像光5の一部も吸収されてしまうので明るさが低下してしまう。しかも、出光する映像光のうちある角度より大きい角度の光は光吸収層22に吸収されてしまいディスプレイ3の視野角が狭まってしまうという問題が起こる。ここで、この角度について説明する。図12(a)部のように、第1の層の光透過部の中央部(あるピッチで連続的に形成された光吸収層22の隣り合う光吸収層との中央部と同じ)から出光するディスプレイ3の映像光5の光線を調べると、ディスプレイに垂直な方向を0°として−α1〜+α1の範囲の光は第1の層中の光透過部21を通過して出光するが、それ以外の方向に進む光は第1の層の光吸収層22で吸収されてしまう。ここで、α1は第1の層の光透過部の幅L(第1の層の光吸収層の幅は狭く、光吸収層のピッチとほぼ同じ)と光透過部の厚みD(この図12の例では、粘着層は薄く、観察側表面からディスプレイ表面までの距離とほぼ等しい)で決まり、α1=tan−1(L/2D)である。−α1から+α1の角度範囲の方向に進むディスプレイからの映像光5は第1の層の表面で屈折して出光する。ここで、第1の層2の光透過部21の屈折率がnであるならば、α1の角度で第1の層の表面に入光する光は、β1=sin−1(n×sin(α1))の方向に出光する。従って、第1の層の光透過部21の中央部から出光する光は−β1から+β1への角度範囲へ拡がることになる。
【0004】
ディスプレイ3から出光する位置が、第1の層の光吸収層22に対しての幅方向の相対位置関係が異なる場合には第1の層2から出光できる光の角度範囲も異なる。図12(b)部のように、ディスプレイ光5が光吸収層22の近傍から、つまり、光透過部21の幅方向の端部から、出光する場合には、0°からα2の範囲の光が有効光となり、それ以外の角度の光は損失光となる。ここでα2は、
α2=tan−1(L/D)
で表される。
この式で解るように、L/Dが大きくない場合、2×α1≒α2である。従って、有効光の角度範囲は、図12(a)では2×α1、図12(b)ではα2であり、おおむね等しい角度範囲の拡がりとなる。ここで、第1の層2の光透過部21の屈折率がnであるならば、α2の角度で表面に入光する光は、2β=sin−1(n×sin(α2))の方向に出光する。従って、光透過部の端部から発光する光は0°から+β2への範囲へ拡がることになる。光透過部21中央から端部へ至る間のディスプレイからの有効光は、おおむね2×α1の角度幅であることが解る。そのため、ディスプレイからの映像光がこの角度以上で出光している場合、損失光が発生し、明るい映像を観察者へ届けられなくなってしまう問題も併せ持っている。
また、光透過部21の幅方向で上記図12(b)部説明の逆側の端部から出光するものもあり、この場合は、上記説明の符号を逆転させたものになり、−α2から0°の範囲の光が有効光となり、−β2から0°への角度範囲へ拡がることになる。従って、第1の層2の出光面からの出光範囲は−β2から+β2の角度範囲となる。
【0005】
第1の層2の光透過部21の屈折率nが決まると視野範囲は角度α1およびα2で決まることになる。つまり、α1は光透過部21の幅Lとその厚みDで決まることになる。この比(D/L)が大きいと(つまり、開口部寸法Lに比べて深さDが深くなると)外光の吸収度合いが大きくなりコントラストは向上するが、α1およびα2の値も小さくなるので視野角が狭くなる。このようにコントラストと視野角は相反する関係があり、実用性を考慮して適切な値に設定する必要がある。D/Lを1〜4程度に設定するのが普通である。例えば、D/L=2であるとすると、α1=14.0°、α2=26.6°、n=1.6であるとするとβ1=22.8°、β2=45.7°、となる。ここで、β2付近の出光は光透過部の端部からディスプレイの光がぎりぎり出光する角度であり、非常に暗くなる。実効的な視野角としては、β1とβ2の中間あたりと考えられ、この場合の実効的な視野角は±34°程度になる。このように従来の方式で光吸収層を形成した第1の層を用いると視野角が狭くなってしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、外光によるディスプレイのコントラストの低下を防止する機能を有する従来の視認性向上シートでは、ディスプレイからの映像光の一部が第1の層内の光吸収層22で吸収され損失となり、ディスプレイの明るさが低下し、あわせて、視野角が狭くなるという問題があった。
【0007】
【課題を解決する手段】
第1の発明は、ディスプレイの視認性を高める視認性向上シートにおいて、この視認性向上シートはディスプレイ表面から観察側に向かって、厚み方向に2層以上の層とし、視認性向上シートの略厚み方向へ形成されている光吸収層を含みディスプレイからの光を透過させる光透過部からなる第1の層とその他の少なくとも1層以上の別の層からなる。前記第1の層より観察側に光を拡散させる機能を有する第2の層を形成したことを特徴とする。第1の層の光吸収層を含む層で制限された視野角を、この層の観察側に、光を拡散する機能を有する第2の層を追加し、この第2の層の効果によってディスプレイ全体としての視野角(拡散角)を広くした。
【0008】
第2の発明は、上記の視認性向上シートであって、前記光を拡散させる機能を有する第2の層が屈折率の異なる2つの界面での屈折を利用したことを特徴とする。光拡散層を屈折率の異なる界面での屈折による光拡散効果を利用することによって、ディスプレイの全体としての表面(すなわち、視認性向上シートの観察側表面)を平面にすることが可能になり、表面にレンチキュラー形状等があると発生する傷つきを防止したり、平らな表面を利用した付加的な加工が可能になる。
【0009】
第3の発明は、上記の視認性向上シートであって、シートの観察側最表面に第3の層として光を拡散するような微小な凹凸層を設けたことを特徴とする。この微小な凹凸層によって映り込みを防止することができる。
【0010】
第4の発明は、視認性向上シートの観察側最表面に第3の層として反射率を低下させるような低反射層、もしくは無反射層を追加形成したことを特徴とする。
【0011】
第5の発明は、図13のように透過型投影スクリーンの観察側表面に上記視認性向上シートを貼り合わせたことを特徴とする。
【0012】
第6の発明は、図17のようにディスプレイ3の表示部観察側に上記視認性向上シート1を設けたことを特徴とする。
【0013】
第7の発明は、ディスプレイの表示部観察側に設けられた前記第1の層の光透過部に入射するディスプレイから出光した光の視野範囲を表現する半値角度が、前記第1の層の光吸収層に吸収されずに光透過部から出光できる最大角度α2よりも小さいことを特徴とする。第1の層内の光透過部の幅をL、第1の層内の光透過部の高さ(厚み)をDとした時、α2は、
α2=tan−1(L/D)となる。
ディスプレイの映像光が光吸収層で吸収される部分が僅かになるように、ディスプレイ単独の拡散角(視野角)を狭くし、ディスプレイの映像光の利用率(透過率)を高くし、明るい映像を観察者へ提供するものである。
【0014】
ここで、ディスプレイの映像光の視野角(拡散範囲)を表す尺度の1つである半値角とは、輝度等で表現されるディスプレイの明るさの出光(観察)角度依存性の測定を行い、最大の明るさの値の1/2の値(半値)になる出光角度のことである。多くのディスプレイでは、通常、正面(0°)の明るさが一番であり、出光角度の増加に伴い徐々に暗くなり、上に凸の曲線になる。図11(a)および図11(b)は、明るさの出光角度分布曲線の例である。この例では、水平方向(81および83)と垂直方向(82および84)で明るさ分布が異なる例示であるので、2つのカーブが1つの図面で表現されている。
【0015】
第8の発明は、上記ディスプレイであって、ディスプレイの表示部として透過型投影スクリーンを用いたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の視認性向上シート構成例の一つを図1に示す。この例では第1の層(光吸収層を含む層)2の観察側に第2の層として光拡散層31が設けられている。この第2の層の光拡散層31は、第1の層2とほぼ同じ屈折率を有する基材(例えば、第1の層と第2の層の屈折率差が0.1以内)と、この基材と屈折率の異なる微細な粒子(ガラスビーズや樹脂ビーズ製で、基材との屈折率差が、好ましくは0.2以内のもの、より好ましくは0.05以内のもの)、すなわち拡散剤から構成されている。ここで、第1の層2は上記従来技術例のルーバー(D/L=2)と同じ構造とした。従って、第1の層単独の視野角は実効的に±34°程度である。ここで、第2の層の基材の厚みおよび屈折率、拡散剤の濃度と屈折率を調整し、半値角が±20°であるようなガウス分布に近い光拡散特性を有する光拡散層31を第2の層として観察側に追加すると実効的な視野角を±55°程度に拡大することができる。このように本発明の構成の視認性向上シートにすると視野角を大幅に拡大することができる。
【0017】
この第1の層2の表面に形成する第2の層は、拡散剤を含む層ではなく、図2に示すように複数の微小なレンズ形状を形成したレンチキュラーレンズ層32とすることもできる。この方がディスプレイからの光の拡散剤による後方散乱を無くし、第2の層である光拡散層の透過率を高くでき光効率を良くすることができる。また、光拡散剤を含む層31で生じる外光の反射をなくしコントラストをさらに高めることができて好ましい。
【0018】
本発明のさらに好ましい構成は第7の発明の態様である。ディスプレイから出光する光の拡散を±180°等方的ではなく、ある角度範囲に狭くして光吸収層に吸収されるディスプレイからの光の割合を減少させるようにすることである。例えば、前記図12の例(D/L=2)で説明すれば、既に述べたように−14.0°〜+14.0°以外の範囲の方向に進む光は光吸収層22での吸収が起こり、−26.6°〜+26.6°の角度範囲以外の光は全て光吸収層22で吸収されてしまう。従って、ディスプレイから出光する光の拡がる範囲を−26.6°〜+26.6°に近付けるとそれだけ光の利用率が上がる。光の利用効率を最優先とすると、−14°〜+14°の角度範囲以内とすることが望ましいことになる。
【0019】
一方、このようにディスプレイからの光の拡散範囲を狭くすると視野角もそれに従って狭まるので第1の層のさらに観察側で光を拡散させる必要がある。よって、本発明の好ましい構成例の一つはディスプレイからの出射光の角度範囲を狭くして第1の層で光吸収される割合を減少させ、第1の層の表面でより広い範囲に光を拡散させることである。具体的には、図1の光学条件(D/L=2)の視認性向上シートに対して、ディスプレイからの映像光を半値角が±14°の拡散光とするとルーバーの屈折率が1.6であるから第1の層からの出光範囲が±20°程度になる。第1の層の観察側に第2の層として半値角が±20°程度の光拡散層、もしくはレンチキュラーレンズ形状を形成した層を設けると実効的な視野角を±40°にすることができ、多くの観察者にディスプレイの映像を提供できる。
【0020】
ディスプレイの映像光の拡散範囲をある角度範囲に限定することは光の拡散角度の設計を透過型投影スクリーンで行っているリアプロジェクションディスプレイでは容易である。透過型投影スクリーンの垂直方向の拡散角の設計は、透過型投影スクリーンを構成する光拡散シート内の拡散剤量の調整等により容易であり、また、透過型投影スクリーンの水平方向の拡散角は、透過型投影スクリーンを構成する光拡散シート内の水平方向拡散用レンチキュラーレンズの設計変更等により調整できる。そのため、例えば、透過型投影スクリーンの垂直方向の拡散角を拡散剤の含有量を調整することにより垂直方向半値角が5°程度のガウス分布の拡散とすれば、上記半値角が±20°程度の光拡散層を有する視認性向上シートと組み合わせることによって実効的に±25°程度の垂直拡散角とすることができる。
【0021】
本発明の別の好ましい構成例は次のようなものである。図3に示すように第1の層2の構成は図12と同じとし、第1の層2のさらに観察側表面に入射した光をディスプレイに垂直な方向を挟んで対称に2つの方向に進ませるような鏡面対称な山形のプリズムレンズ形状層33を形成する。ディスプレイから出光する映像光は既にある角度範囲の拡散性を持っているので、第1の層2の観察側で視野角を拡げるために、2つ以上の方向にディスプレイから出光する映像光を分配する層を設けることによっても視野角を拡げることができる。
【0022】
本発明のさらに別の好ましい構成例は図4に示すような第2の発明の態様である。この構成例でも第1の層2の構造は図12に示したものと同一としてある。そして、図2に示したものと同様にレンチキュラーレンズ層32が形成されている。しかしながらこの態様では、レンチキュラーレンズ層32の観察側にもう一層、レンチキュラーレンズを形成する層の屈折率よりも低い屈折率の材料の層34を形成した。このようにするとレンチキュラーレンズ層32と低屈折率材料の層34との界面により光を拡散することができ、しかも観察側最表面がフラットになるので表面にレンチキュラーレンズ等の凹凸形状があることにより生じる傷付きが起こりにくくなり、さらに、帯電防止などの機能をコーティングで追加付与することも容易にできるようになる。
【0023】
レンチキュラーレンズ層32の屈折率と、その上に形成されたレンチキュラーレンズを形成する層の屈折率よりも低い屈折率の材料の層34について検討する。両者の屈折率差は、大きいほうが屈折による拡散作用が大きくなり望ましいが、実用可能な材料を検討すると、レンチキュラーレンズ層32の材料としては、屈折率が1.5〜1.6程度のポリカーボネート樹脂やポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等から選択し、低屈折率層34の材料としては、屈折率が1.3〜1.4程度のフッ素樹脂を選択することになり、結果として屈折率差は0.2〜0.3程度とすることが現実的である。
【0024】
本発明は以上述べた以外にも様々な変形が可能であり、図5に示すように第1の層2の表面にレンチキュラーレンズ層36が形成されていなくてもルーバーの観察側の面から少し離れた位置にあっても問題はない。この構成であれば第1の層2とレンチキュラーレンズ層36とその下の層を別々に作製し、貼り合わせることによって製造することができ量産性を良くすることができる。また、図6に示すように光吸収層を含む第1の層2とディスプレイ3の間に透明層35があっても良い。さらに図7の23に示すように光吸収層の断面形状が直線状に見えるような幅が狭い長方形ではなく、くさび状(台形)としても良い。
【0025】
また、図8のように、光学的に透明な基材39の上に第1の層2を形成し、さらにその観察側に光拡散機能を有する第2の層を形成し、基材39の反対側に粘着剤層4を形成しても良い。図8では、第1の層2は、図7のように光吸収層の断面形状をくさび状とし、第2の層としては、山形プリズムレンズ33と低屈折率層34を積層したものを用いた。このような構成にすると、基材39をベース基材として、第1の層内の光透過部21、光吸収層23、山形プリズムレンズ33、低屈折率層34を、順次、コーティング等によって形成することが可能になり、生産性を高めることができ好ましい。第2の層としては、この他にも、レンチキュラーレンズ層やこの層と低屈折率層を組み合わせたものや拡散材層としても良い。
【0026】
また、光吸収層の断面形状は上述の形状(長方形やくさび状(台形))に限定されるものではない。光吸収層は、想定される外光がディスプレイに向かう方向とディスプレイの観察者の方向を考慮して、図9で示すように観察側から視認性向上シート全体を見た場合、(a)水平方向、(b)垂直方向、または(c)格子状に形成されていても良いし、または、(d)ディスプレイからの光を透過させる透過部20が円柱状でその他の部分が光吸収層となっていても良い。本発明の視認性向上シートの表面は様々な性能を付与するための変形が可能である。すなわち、本発明の視認性向上シートの最表面の材料の屈折率よりも低い屈折率の材料を可視光光線の波長の1/4程度の厚みで多層コーティングして無反射層や低反射層を形成しても良い。また、第3の発明の態様のように、映り込みを防止する表面のマット化、さらに、傷付きを防止するハードコート、あるいは、ゴミの付着を防止する帯電防止等々、用途に応じた機能層の付加ができる。
【0027】
さらに、視認性向上シート内の第1の層の光吸収層は、ディスプレイ面に垂直に設けられている場合で説明を行ってきたが、ディスプレイの使用環境(外光がディスプレイに当たる向き、主な観察者の方向(位置)等)が明確な場合、その条件に合わせて、光吸収層はディスプレイの垂直方向からある傾きを持たせて作製し、外光の吸収率の向上と視野角度のバランスを取ることができる。
【0028】
図10(a)、(b)は、大型なディスプレイ装置3が、ディスプレイを利用する観察者7よりも上方にあり、外光(太陽光を想定)6がさらに上方から来る場合を想定したものである。この場合、外光6は上方からのみであるので図9(a)のように第1の層の光吸収層22は水平方向へ伸びる方向に設置されていれば良い。また、視認性向上シート内の第1の層内の光吸収層22は、外光6の吸収を良くし、観察者7への光拡散を有利にするために、図10(c)のように、ディスプレイ面から垂直ではなく、やや下向きに形成したものである。
【0029】
【実施例1】
図1の構成の視認性向上シートの作製
第1の層の光透過部の幅:L=0.5mm
第1の層の厚み:D=1mm
第1の層の光透過部の屈折率:1.59
第1の層の光吸収層の厚み(幅):0.02mm
第1の層の光吸収層の配置:図9(a)のタイプ
第2の層である表面の光拡散層:0.1mm厚みで、拡散層の半値角±20°
粘着層の厚み:0.03mm
【0030】
【実施例1の作製方法】
第1の層の光透過部用の層と光吸収層を1層づつ2層にした形でポリカーボネート樹脂をシート状に押出し、そのシートを熱軟化点温度以上の状態で積層し、熱融着させる。これを1mm厚に切断することにより第1の層2を作製した。この第1の層2の上に第2の層として光拡散剤を含むUV硬化型のアクリレート樹脂(屈折率1.58)をコーティングし、その後UV照射して硬化させ光拡散層31を形成した。そして、その反対面にディスプレイ等への貼り合わせ用として、粘着剤をコーティングし粘着層4とした。こうして作成した視認性向上シートを10インチサイズで水平方向の半値角±14°の液晶ディスプレイ貼り合わせて評価したところ、第2の層である光拡散層31の付加されていないルーバーと同様に外光によるコントラストの低下を防止できた。また、水平方向の視野角は±40°と大幅に拡大された。
【0031】
【実施例2】
図2の構成の視認性向上シートの作製
第1の層の光透過部の幅:L=0.5mm
第1の層の厚み:D=1mm
第1の層の光透過部の屈折率:1.59
第1の層の光吸収層の厚み(幅):0.02mm
第1の層の光吸収層の配置: 図9(b)のタイプ
表面をレンチキュラーレンズ(ピッチ0.062mm、レンズの曲率半径0.038mm、この時の拡散の半値角は約±20°)としたもの
粘着層の厚み:0.03mm
【0032】
【実施例2の作製方法】
実施例1と同じ方法で第1の層2を作製し、それを上記レンチキュラーレンズの逆型を用いてプレス成形し、片面にレンチキュラーレンズ32を形成した。そして、その反対面に粘着剤をコーティングし粘着層4とした。こうして作成した視認性向上シートを15インチサイズで水平方向の半値角±14°の液晶ディスプレイ貼り合わせて評価したところ、レンチキュラーレンズの付加されていないルーバーと同様に外光によるコントラストの低下を防止できた。また、水平方向の視野角は±40°と大幅に拡大された。
【0033】
【実施例3】
図4の構成の視認性向上シートの作製
第1の層の光透過部の幅:L=0.5mm
第1の層の厚み:D=1mm
第1の層の光透過部の屈折率:1.59
第1の層の光吸収層の厚み(幅):0.02mm
第1の層の光吸収層の配置:図9(a)のタイプ
表面をレンチキュラーレンズ(ピッチ0.065mm、レンズの形状は、横径0.06mm、縦径0.04mmの楕円の一部)として、さらにその上に低屈折率層(屈折率1.3、厚み0.1mm)を形成した。この時の表面のレンチキュラーレンズによる拡散の半値角は約±15°であった。
粘着層の厚み:0.03mm
【0034】
【実施例3の作製方法】
実施例1と同じ方法で第1の層2を作製し、それを上記レンチキュラーレンズの逆型を用いてプレス成形し、片面にレンチキュラーレンズ32を形成した。レンチキュラーレンズの上に低屈折率層34としてフッ素樹脂(屈折率1.3、厚み0.1mm)をコーティングした。そして、その反対面に粘着剤をコーティングし粘着層4とした。水平方向半値角±40°、垂直方向半値角±5°の透過型投影スクリーンの観察側に視認性向上シートのレンチキュラーレンズ面が観察側に向くように貼り合わせた。この視認性向上シート+透過型投影スクリーンに対して、液晶プロジェクターを光源として評価を行った。外光のあたる明るい環境下でもコントラストが高く、映り込みのない、垂直方向±20°の視野角のディスプレイが得られた。
【0035】
【実施例4】
図8の構成の視認性向上シートの作製
第1の層の光透過部の幅:L=0.12mm
第1の層の厚み:D=0.2mm
第1の層の光透過部の屈折率:1.55
第1の層の光吸収層の厚み(幅):ディスプレイ側5μmから観察側20μmへ増加するもの
第1の層の光吸収層の配置:図9(a)のタイプ
基材:PET(20μm厚)
観察側に山形状プリズムレンズ:ピッチ0.02mm
【0036】
【実施例4の作製方法】
基材39(PET、20μm厚)の上に第1の層の透過部を透過部の台形形状の逆型を用いてUV硬化法により形成する(ここで、UV樹脂はウレタンアクリレートで硬化後の屈折率1.55)。次に、第1の層の光吸収層を形成するために2液硬化型黒インクをワイピング法により溝に埋め込み硬化させる。その上にピッチ0.02mmの山形プリズム33を山形プリズムレンズの逆型を用いてUV硬化法によりプリズムレンズを形成した(ここで、UV樹脂はウレタンアクリレートで硬化後の屈折率1.55)。さらに、その上に低屈折率層34を屈折率1.3のフッ素樹脂のコーティングにより形成した。これにより垂直に入光した光は10°斜めに進む。図13のように、この視認性向上シート1を水平方向半値角±30°、垂直方向半値角±10°(図11(a)の輝度分布)の透過型投影スクリーン51の表面に、観察側からディスプレイを見た時に、第1の層の光吸収層および山形プリズムレンズが図9(a)のように水平方向の向きに並ぶように粘着剤で貼り合わせた。図14のように、上記透過型投影スクリーンを表示部にセッティングし、液晶プロジェクターで投影したところ、垂直方向半値角±20°(図11(b)の輝度分布(但し、図11(a)との比較において、縦軸は相対的は輝度(明るさ)であり、輝度の絶対値を考慮した図ではない))のディスプレイが得られ、日光のあたる明るい環境でもコントラストの良い映像が得られた。
【0037】
【発明の効果】
第1の発明によれば、外光がディスプレイにあった時に、外光を吸収し、コントラストの低下を防止する機能等を有する従来型の視認性向上シートの観察側に、第2の層として光を拡散する機能を有する層を設けることによって、従来の視認性向上シートで問題となっていた視野角の狭さを改善することができ、従って、多くの観察者に視認性の高い映像を提供することが可能になる。
第2の発明では、上記の第2の層である光拡散層を屈折率の異なる材料を使用し、そこに生じる界面で光拡散効果を生み出すものであり、最表面をフラットにしても、上記界面での屈折作用によって光拡散を行うので拡散剤を利用した拡散層と比べ光利用効率が良く、また、表面を傷付きにくくすることができる。また、この最表面を活用して、第3の発明と第4の発明の追加機能の付与も容易にできる。そのため、さらに高性能の視認性向上シートを提供できる。
第3の発明は、視認性向上シートの観察側表面に微小凹凸層を設け、拡散の度合いをさらに高めると共に、表面の映り込みを低減し、視認性向上シートの性能をアップさせるものである。
第4の発明は、視認性向上シートの観察側表面に低反射層や無反射層を設け、視認性向上シートの性能をさらにアップさせるものである。
第5の発明は、上記視認性向上シートを透過型投影スクリーンに貼り合わせて、外光による視認性の低下を防止した性能の良い透過型投影スクリーンを提供するものである。
第6の発明は、上記高性能の視認性向上シートをディスプレイの観察側に装着し、視認性の高いディスプレイを提供するものである。
第7の発明は、視認性向上シートの第1の層でのディスプレイからの映像光の損失がわずかな範囲内に収まるようにディスプレイからの映像光の出光角度を狭くし、視認性向上シートによる光量損失を低減し、より明るい映像を観察者へ提供するものである。
第8の発明は、性能の良いディスプレイとして、透過型投影システムを提供するもので、プロジェクターの性能と視認性向上シートの性能を充分に発揮させるように透過型スクリーンを含めた3要素の設計を行い、上記視認性向上シートを透過型投影スクリーンに貼り合わせて、外光による視認性の低下を防止した性能の良い透過型投影スクリーンを提供し、明るく、好適な視野範囲を持つ性能の良いディスプレイを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の視認性向上シートの例(第2の層として表面(観察側)に拡散層を設けたもの)
【図2】本発明の視認性向上シートの例(第2の層として表面(観察側)にレンチキュラーレンズ層を設けたもの)
【図3】本発明の視認性向上シートの例(第2の層として表面(観察側)に山形状のプリズムレンズ層を設けたもの)
【図4】本発明の視認性向上シートの例(第2の層として表面(観察側)にレンチキュラーレンズ層を設け、さらに低屈折率層を設けたもの)
【図5】本発明の視認性向上シートの例(第1の層から離れた位置に第2の層としてレンチキュラーレンズ層を設けたもの)
【図6】本発明の視認性向上シートの例(第1の層とディスプレイが離れているもの)
【図7】本発明の視認性向上シートの例(第1の層の光吸収層の断面形状が台形のもの)
【図8】本発明の視認性向上シートの例(第1の層の光吸収層の断面形状が台形で、第1の層とディスプレイが離れていて、第2の層として表面(観察側)に山形状のプリズムレンズを設けたのもので、さらに低屈折率層を設けたもの)
【図9】観察側から見た第1の層の光吸収層の位置の説明図(例示)である。
【図10】第1の層の光吸収層がディスプレイの垂直面から下側へ傾いている視認性向上シート例の説明図である。
【図11】ディスプレイの明るさ分布の説明図である。
【図12】従来技術の視認性向上シートの説明図である。
【図13】透過型スクリーンの観察側に視認性向上シートを配置した説明図である。
【図14】ディスプレイの表示部へ視認性向上シート付きの透過型スクリーンを設置した説明図である。
【図15】ディスプレイの表示部へ視認性向上シートを設置した説明図である。
【符号の説明】
L:第1の層の光透過部の幅
D:第1の層の光透過部の高さ(厚み)
P:最大輝度(明るさ)
P/2:半値(最大輝度の1/2の輝度(明るさ))
1 本発明の視認性向上シート
2 第1の層(ルーバー)
3 ディスプレイ
4 視認性向上シートの粘着層
5 ディスプレイからの映像光
6 外光
7 ディスプレイの観察者
8 太陽
9 地面または床面
20、21 第1の層内の光透過部
22、23、24 光吸収層
31 光拡散剤層
32、36 第2の層として設けたレンチキュラーレンズ
33 第2の層として設けた山形プリズムレンズ
34 低屈折率層
35 透明層
41 従来技術の視認性向上シート
51 透過型投影スクリーン
61 ディスプレイ
62 光源
63 ミラー
64 ディスプレイの表示部
81、83 水平方向の輝度分布曲線
82、84 垂直方向の輝度分布曲線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is installed on the front side of the viewing side of the display, the performance of the display, in particular, a reduction in contrast when the display is exposed to external light, a glare, a function to prevent a reduction in performance due to reflection of an image, The present invention relates to a visibility improving sheet having a function of appropriately diffusing effective light of a display to widen a viewing angle, a display using the sheet, and a display member (transmission projection screen) using the sheet.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 shows an example of a conventional visibility improving sheet 41. In this figure,
[0003]
However, since a part of the image light 5 emitted from the
[0004]
When the position where light is emitted from the
α2 = tan -1 (L / D)
Is represented by
As can be seen from this equation, when L / D is not large, 2 × α1 ≒ α2. Therefore, the angle range of the effective light is 2 × α1 in FIG. 12A and α2 in FIG. 12B, and the angle range is substantially equal. Here, if the refractive index of the
In addition, there is also a case where light is emitted from the opposite end in the width direction of the
[0005]
When the refractive index n of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional visibility improving sheet having the function of preventing the contrast of the display from lowering due to the external light, a part of the image light from the display is absorbed by the
[0007]
[Means to solve the problem]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a visibility improving sheet for enhancing the visibility of a display, wherein the visibility improving sheet has two or more layers in a thickness direction from a display surface to an observation side, It comprises a first layer comprising a light transmitting portion including a light absorbing layer formed in the direction and transmitting light from the display, and at least one other layer. A second layer having a function of diffusing light from the first layer to the observation side is formed. The viewing angle limited by the layer including the light absorbing layer of the first layer is added to the viewing side of this layer by adding a second layer having a function of diffusing light, and the effect of the second layer is used to display. The viewing angle (diffusion angle) as a whole was widened.
[0008]
A second invention is the above visibility improving sheet, wherein the second layer having a function of diffusing light utilizes refraction at two interfaces having different refractive indexes. By utilizing the light diffusion effect of refraction at the interface having a different refractive index for the light diffusion layer, the entire surface of the display (that is, the observation side surface of the visibility improving sheet) can be made flat, If the surface has a lenticular shape or the like, it can be prevented from being damaged, and additional processing using a flat surface can be performed.
[0009]
A third aspect of the present invention is the above-mentioned visibility improving sheet, wherein a minute uneven layer which diffuses light is provided as a third layer on the outermost surface on the observation side of the sheet. The reflection can be prevented by the minute uneven layer.
[0010]
The fourth invention is characterized in that a low-reflection layer or a non-reflection layer which lowers the reflectance is additionally formed as a third layer on the outermost surface on the observation side of the visibility improving sheet.
[0011]
The fifth invention is characterized in that the visibility improving sheet is attached to the observation side surface of the transmission type projection screen as shown in FIG.
[0012]
The sixth invention is characterized in that the
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, a half-value angle expressing a viewing range of light emitted from the display, which is incident on the light transmitting portion of the first layer provided on the display portion observation side of the display, is equal to the light of the first layer. It is characterized by being smaller than the maximum angle α2 at which light can be emitted from the light transmitting portion without being absorbed by the absorbing layer. Assuming that the width of the light transmitting portion in the first layer is L and the height (thickness) of the light transmitting portion in the first layer is D, α2 is
α2 = tan -1 (L / D).
The diffusion angle (viewing angle) of the display alone is narrowed, so that the display image light is absorbed by the light absorbing layer, the utilization rate (transmission rate) of the display image light is increased, and a bright image is displayed. Is provided to the observer.
[0014]
Here, the half-value angle, which is one of the scales representing the viewing angle (diffusion range) of the image light of the display, measures the light emission (observation) angle dependence of the brightness of the display expressed by luminance or the like, This is a light emission angle at which a half (half value) of the maximum brightness value is obtained. In many displays, the brightness at the front (0 °) is usually the best, and gradually becomes darker as the light output angle increases, resulting in an upwardly convex curve. FIGS. 11A and 11B are examples of light emission angle distribution curves of brightness. In this example, the brightness distribution is different in the horizontal direction (81 and 83) and in the vertical direction (82 and 84), so two curves are represented in one drawing.
[0015]
An eighth invention is the display described above, wherein a transmission type projection screen is used as a display unit of the display.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows one example of the configuration of the visibility improving sheet of the present invention. In this example, a
[0017]
The second layer formed on the surface of the
[0018]
A further preferred configuration of the present invention is an aspect of the seventh invention. The diffusion of light emitted from the display is not isotropic ± 180 °, but is narrowed to a certain angle range so as to reduce the proportion of light from the display absorbed by the light absorbing layer. For example, as described in the example of FIG. 12 (D / L = 2), as described above, light traveling in a direction other than -14.0 ° to + 14.0 ° is absorbed by the
[0019]
On the other hand, if the diffusion range of the light from the display is narrowed in this way, the viewing angle is also narrowed accordingly, so that it is necessary to diffuse the light further on the observation side of the first layer. Therefore, one of the preferable configuration examples of the present invention is to narrow the angle range of the light emitted from the display to reduce the rate of light absorption in the first layer, and to reduce the light absorption in a wider range on the surface of the first layer. Is to diffuse. Specifically, when the image light from the display is diffused light having a half-value angle of ± 14 ° with respect to the visibility improving sheet under the optical conditions (D / L = 2) in FIG. 1, the louver has a refractive index of 1. 6, the light output range from the first layer is about ± 20 °. When a light diffusion layer having a half-value angle of about ± 20 ° or a layer having a lenticular lens shape is provided as a second layer on the observation side of the first layer, the effective viewing angle can be made ± 40 °. , Can provide the image of the display to many observers.
[0020]
Limiting the diffusion range of the image light of the display to a certain angle range is easy in a rear projection display in which the design of the diffusion angle of light is performed by a transmission projection screen. The design of the diffusion angle in the vertical direction of the transmission type projection screen is easy by adjusting the amount of the diffusing agent in the light diffusion sheet constituting the transmission type projection screen, and the diffusion angle in the horizontal direction of the transmission type projection screen is It can be adjusted by changing the design of the lenticular lens for horizontal diffusion in the light diffusion sheet constituting the transmission type projection screen. Therefore, for example, if the diffusion angle in the vertical direction of the transmission type projection screen is made to be a Gaussian distribution in which the vertical half value angle is about 5 ° by adjusting the content of the diffusing agent, the above half value angle is about ± 20 °. The vertical diffusion angle can be effectively set to about ± 25 ° by combining with the visibility improving sheet having the light diffusion layer.
[0021]
Another preferred configuration example of the present invention is as follows. As shown in FIG. 3, the structure of the
[0022]
Still another preferred configuration example of the present invention is an embodiment of the second invention as shown in FIG. Also in this configuration example, the structure of the
[0023]
Consider a refractive index of the
[0024]
The present invention can be modified in various ways other than those described above. Even if the
[0025]
As shown in FIG. 8, a
[0026]
Further, the cross-sectional shape of the light absorbing layer is not limited to the above-described shape (rectangle or wedge (trapezoid)). In consideration of the direction in which the assumed external light is directed to the display and the direction of the observer of the display, the light absorbing layer has the following characteristics: (a) horizontal when the entire visibility improving sheet is viewed from the observation side as shown in FIG. Direction, (b) a vertical direction, or (c) a lattice shape, or (d) a
[0027]
Furthermore, although the description has been given of the case where the light absorbing layer of the first layer in the visibility improving sheet is provided perpendicular to the display surface, the use environment of the display (the direction in which external light hits the display, the main When the direction (position, etc.) of the observer is clear, the light absorbing layer is made to have a certain inclination from the vertical direction of the display according to the conditions to improve the external light absorptivity and balance the viewing angle. Can take.
[0028]
FIGS. 10A and 10B show a case where the
[0029]
Preparation of the visibility improving sheet having the configuration of FIG.
Width of light transmitting portion of first layer: L = 0.5 mm
Thickness of first layer: D = 1 mm
Refractive index of light transmitting portion of first layer: 1.59
Thickness (width) of light absorbing layer of first layer: 0.02 mm
Arrangement of light absorption layer of first layer: type shown in FIG. 9 (a)
Light diffusion layer on the surface which is the second layer: 0.1 mm thick, half angle of diffusion layer ± 20 °
Adhesive layer thickness: 0.03mm
[0030]
[Method of Manufacturing Example 1]
The polycarbonate resin is extruded into a sheet in the form of two layers, one for the light transmitting portion of the first layer and one for the light absorbing layer, and the sheets are laminated at a temperature not lower than the thermal softening point, and then heat-sealed. Let it. This was cut to a thickness of 1 mm to produce a
[0031]
Preparation of the visibility improving sheet having the configuration of FIG.
Width of light transmitting portion of first layer: L = 0.5 mm
Thickness of first layer: D = 1 mm
Refractive index of light transmitting portion of first layer: 1.59
Thickness (width) of light absorbing layer of first layer: 0.02 mm
Arrangement of Light Absorbing Layer of First Layer: Type of FIG. 9B
Lenticular lens (pitch 0.062 mm, radius of curvature of lens 0.038 mm, half value angle of diffusion at this time is about ± 20 °)
Adhesive layer thickness: 0.03mm
[0032]
[Production method of Example 2]
A
[0033]
Production of visibility improving sheet having the configuration of FIG.
Width of light transmitting portion of first layer: L = 0.5 mm
Thickness of first layer: D = 1 mm
Refractive index of light transmitting portion of first layer: 1.59
Thickness (width) of light absorbing layer of first layer: 0.02 mm
Arrangement of light absorption layer of first layer: type shown in FIG. 9 (a)
The surface is a lenticular lens (pitch: 0.065 mm, lens shape is part of an ellipse having a horizontal diameter of 0.06 mm and a vertical diameter of 0.04 mm), and a low refractive index layer (refractive index 1.3, thickness) 0.1 mm). At this time, the half value angle of diffusion of the surface by the lenticular lens was about ± 15 °.
Adhesive layer thickness: 0.03mm
[0034]
[Method of Manufacturing Example 3]
A
[0035]
Preparation of the visibility improving sheet having the configuration of FIG.
Width of light transmitting portion of first layer: L = 0.12 mm
Thickness of first layer: D = 0.2 mm
Refractive index of light transmitting portion of first layer: 1.55
Thickness (width) of the first layer light absorbing layer: increasing from 5 μm on the display side to 20 μm on the observation side
Arrangement of light absorption layer of first layer: type shown in FIG. 9 (a)
Base material: PET (20 μm thickness)
A mountain-shaped prism lens on the observation side: pitch 0.02 mm
[0036]
[Fabrication method of Embodiment 4]
A transmitting portion of the first layer is formed on a base material 39 (PET, 20 μm thick) by a UV curing method using an inverse of a trapezoidal shape of the transmitting portion (where the UV resin is cured with urethane acrylate). Refractive index 1.55). Next, in order to form a light absorbing layer of the first layer, a two-component curable black ink is embedded in a groove by a wiping method and cured. A prism lens having a 0.02 mm pitch angle-shaped
[0037]
【The invention's effect】
According to the first invention, when external light is present on the display, a second layer is formed on the observation side of a conventional visibility improving sheet having a function of absorbing external light and preventing a decrease in contrast. By providing a layer having a function of diffusing light, the narrowing of the viewing angle, which has been a problem in the conventional visibility improving sheet, can be improved. Can be provided.
In the second invention, the light diffusion layer, which is the second layer, is made of a material having a different refractive index, and produces a light diffusion effect at an interface generated there. Since light is diffused by the refraction at the interface, the light utilization efficiency is higher than that of the diffusion layer using a diffusing agent, and the surface can be hardly damaged. Further, by utilizing this outermost surface, it is possible to easily add the additional functions of the third invention and the fourth invention. Therefore, a higher performance visibility improving sheet can be provided.
According to a third aspect of the present invention, a fine uneven layer is provided on the observation side surface of the visibility improving sheet to further increase the degree of diffusion, reduce reflection of the surface, and improve the performance of the visibility improving sheet.
The fourth invention is to provide a low-reflection layer or a non-reflection layer on the observation side surface of the visibility improving sheet to further improve the performance of the visibility improving sheet.
A fifth aspect of the present invention is to provide a transmission type projection screen having good performance in which the visibility improving sheet is bonded to a transmission type projection screen to prevent a reduction in visibility due to external light.
A sixth invention is to provide a display with high visibility by mounting the high-performance visibility improving sheet on the viewing side of the display.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a sheet for improving visibility in which a light emission angle of image light from a display is narrowed so that a loss of image light from the display in a first layer of the visibility improving sheet falls within a small range. This is to provide a brighter image to an observer by reducing light loss.
The eighth invention is to provide a transmission type projection system as a display having good performance, and to design a three-element design including a transmission type screen so as to sufficiently exhibit the performance of the projector and the performance of the visibility improving sheet. Then, the visibility-improving sheet is attached to a transmission-type projection screen to provide a transmission-type projection screen with good performance in which visibility is prevented from being reduced due to external light, and a display with high performance that is bright and has a suitable viewing range. Is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a visibility improving sheet of the present invention (a diffusion layer provided on the surface (observation side) as a second layer).
FIG. 2 shows an example of a visibility improving sheet of the present invention (a sheet provided with a lenticular lens layer on the surface (observation side) as a second layer).
FIG. 3 is an example of a visibility improving sheet of the present invention (a sheet having a mountain-shaped prism lens layer on the surface (observation side) as a second layer).
FIG. 4 shows an example of the visibility improving sheet of the present invention (a lenticular lens layer is provided on the surface (observation side) as a second layer, and a low refractive index layer is further provided).
FIG. 5 shows an example of a visibility improving sheet of the present invention (a sheet provided with a lenticular lens layer as a second layer at a position away from the first layer).
FIG. 6 shows an example of the visibility improving sheet of the present invention (the first layer and the display are separated).
FIG. 7 is an example of the visibility improving sheet of the present invention (the first light absorbing layer has a trapezoidal cross section).
FIG. 8 shows an example of the visibility improving sheet of the present invention (the light absorbing layer of the first layer has a trapezoidal cross section, the first layer is separated from the display, and the second layer has a surface (observation side)). With a mountain-shaped prism lens and a low-refractive-index layer)
FIG. 9 is an explanatory diagram (exemplification) of a position of a light absorption layer of a first layer as viewed from an observation side.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an example of a visibility improving sheet in which a first light absorbing layer is inclined downward from a vertical surface of a display.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a brightness distribution of a display.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a visibility improving sheet according to the related art.
FIG. 13 is an explanatory view in which a visibility improving sheet is arranged on the observation side of a transmission screen.
FIG. 14 is an explanatory diagram in which a transmissive screen with a visibility improving sheet is installed on a display unit of a display.
FIG. 15 is an explanatory diagram in which a visibility improving sheet is provided on a display unit of a display.
[Explanation of symbols]
L: width of the light transmitting portion of the first layer
D: Height (thickness) of the light transmitting portion of the first layer
P: Maximum brightness (brightness)
P / 2: half value (half the maximum luminance (brightness))
1 Visibility improving sheet of the present invention
2 First layer (louver)
3 Display
4 Adhesive layer of visibility improving sheet
5 Image light from display
6 outside light
7 Display observer
8 Sun
9 Ground or floor
20, 21 Light transmitting portion in first layer
22, 23, 24 light absorbing layer
31 Light diffuser layer
32, 36 Lenticular lens provided as second layer
33 Angle-shaped prism lens provided as second layer
34 Low refractive index layer
35 Transparent layer
41 Conventional visibility improvement sheet
51 Transmission projection screen
61 Display
62 light source
63 mirror
64 Display section
81, 83 Horizontal luminance distribution curve
82, 84 Vertical luminance distribution curve
Claims (8)
ここで、ディスプレイからの出光し光透過部に入射する光の視野範囲を表現する半値角度とは、ディスプレイから出光する映像光の最大輝度に対して、1/2の輝度になる角度。
また、α2は、
α2=tan−1(L/D)
ここで、L:第1の層内の光透過部の幅、D:第1の層内の光透過部の厚み方向の高さ。The half-value angle representing the viewing range of the light emitted from the display incident on the light transmitting portion of the first layer provided on the display portion observation side of the display is not absorbed by the light absorbing layer of the first layer. 7. The display according to claim 6, wherein the angle is smaller than a maximum angle α2 at which light can be emitted from the light transmitting portion.
Here, the half-value angle expressing the visual field range of the light emitted from the display and incident on the light transmitting portion is an angle that is half the maximum brightness of the video light emitted from the display.
Α2 is
α2 = tan −1 (L / D)
Here, L: width of the light transmitting portion in the first layer, D: height in the thickness direction of the light transmitting portion in the first layer.
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