JP2006171700A - 視野角制御シート及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置の光源と表示パネルとの間に設置し、覗き見防止や映り込み防止等の光線出光角度の規制に効果があり、かつ観察者側への光線透過率が高い、安価な視野角制御シートを提供する。
【解決手段】 液晶表示装置の光源と液晶パネルとの間に設けられる視野角制御シートであって、前記視野角制御シートは、断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部に光吸収性を有する材料が充填され、前記楔形部は観察者側に先端を有するとともに光源側に底面を有し、前記楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度をθとしたとき、θが ３°≦θ≦１５°の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置の光源と液晶パネルとの間に設置し、液晶表示装置の性能、特に、液晶表示装置の光源からの光を好適に制御する機能等を有する視野角制御用シート及びこれを用いた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置では、通常、観察者がどのような位置から見ても良好な画像が得られるように、視野角が広いことが好まれる。
一方、例えば通勤電車の中で仕事をする場合やＡＴＭ等の公共の場に設置された液晶表示装置では、周りの人から画面を覗かれては困ることがあり、このような場合には液晶表示装置の観察者のみに見え、他人からは見えないようにプライバシーを保護するための覗き見防止機能が求められている。また、カーナビゲーションシステム等の車載型の液晶表示装置においては、夜間などに液晶表示装置の画面が窓ガラスに映り込み、視界を遮る現象がおこるため、映り込み防止機能が求められており、光線出光角度の制御が望まれている。このような要求に対して、例えば図１１に示すようなルーバータイプの視野角制御シートが開発されて使用されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。ルーバータイプの視野角制御シートの代表的な製造方法としては、特許文献１、３に記載されるように、光を吸収するために着色した樹脂と透明樹脂とを交互に積層させ、着色層と透明層とを交互に形成し、最後に積層方向と垂直に一定の厚さで切断するという製造方法が行なわれている。ルーバータイプの視野角制御シートは、例えば、液晶表示装置の光源と液晶パネルの間に設けて使用されている（例えば、特許文献４参照。）。
特公昭５８−４７６８１号公報 特表平６−５０４６２７号公報 特公平７−２７０８１号公報 特許第２６７９６４２号公報

しかしながら、上記の従来のルーバータイプの視野角制御シートは、ルーバーの断面形状が矩形の着色層と透明層を交互に形成しただけの構成であって、斜め方向からの光を着色層で吸収するだけであり、光源からの光を目標とする出射角度に集光するという集光効果を得ることができず、光量損失が大きくて光の利用効率が低く、限定された視野角の制御しかできないという問題があった。
さらに、上述の特許文献に記載された製造方法では、所望の厚さになるまで透明部分と着色部分とを交互に積層しなければならず、生産性が悪く、製造コストが高くなるという欠点がある。また、透明部分と着色部分とを積層後、得られたブロックを均一な厚みに平削りするという極めて高度で煩雑な作業を必要とし、工程数、装置とも大がかりなものになってしまい多大なコストがかかるという問題がある。

そこで、本発明は、液晶表示装置の光源と表示パネルとの間に設置し、覗き見防止や映り込み防止等の光線出光角度の規制に効果があり、かつ観察者側への光線透過率が高い、安価な視野角制御シートを提供することを課題とする。

本発明の視野角制御シートは、光透過性を有する基材の表面に光透過性樹脂を所定の間隔で台形状に形成してレンズ部とし、隣接する台形間の楔形形状（以後、「楔形部」と称する。）をなす隙間に光吸収性を有する材料を充填して光吸収部を形成するものである。

請求項１の発明は、液晶表示装置の光源と液晶パネルとの間に設けられる視野角制御シートであって、前記視野角制御シートは、断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部に光吸収性を有する材料が充填され、前記楔形部は観察者側に先端を有するとともに光源側に底面を有し、前記楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度をθとしたとき、θが ３°≦θ≦１５°の範囲であることを特徴とするものである。

本発明において、光透過性樹脂よりなる台形形状のレンズ部間に形成された楔形部に光吸収性を有する材料を充填することにより、視野角を制御する効果があり、かつ観察者側への光線透過率が高い視野角制御シートが得られるものである。本発明において、楔形部は、断面形状が略二等辺三角形もしくは略等脚台形、または、平行でない１組の対辺と上底もしくは下底とのなす角が異なる形状の台形（以下において、「左右非対称な台形」と記述する。）もしくは左右の辺と底辺とのなす角が異なるとともに頂角及び底角が鋭角である三角形（以下において、「左右非対称な鋭角三角形」と記述する。）、をなすものである。楔形部を上記の断面形状とすることにより、製造に成形型を使用できるため、精度の良いシートが効率良く連続的に製造でき、また、仕様の変更にもすぐに対応でき安価な視野角制御シートが得られるものである。

本発明において、楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度θが３°未満であると、観察側正面に光源からの拡散光が十分に到達せず、輝度向上効果が得られず、また視野角制御シートの製造も困難となり、一方、θが１５°を超えると、光源からの拡散光が透過するレンズ部の面積が小さくなりすぎて輝度が低下し、視野角制御シートの効果が不十分となるからである。本発明の視野角制御シートを用いて正面輝度を維持するためには、θは３°以上１５°以下が好ましい範囲である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部の断面形状が光源側に幅広の下底面を有する略等脚台形または略二等辺三角形であることを特徴とする。
本発明において、楔形部を略等脚台形とすることにより、楔形部の上底面の頂角が鈍角となり、断面形状が略二等辺三角形の場合よりも、楔形部を作製するための金型等が容易に製造でき、さらに楔形部の強度が向上し、高品質の視野角制御シート（フィルムを含む。）を安定して製造することができるので好ましい。

請求項３の発明は、請求項１に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部の断面形状が光源側に幅広の下底を有する左右非対称な台形または左右非対称な鋭角三角形であることを特徴とする。
本発明において、楔形部の断面形状を左右非対称な台形または左右非対称な鋭角三角形とすることにより、光線透過率がピークとなる出光角度をシフトさせ、映り込み防止機能を効果的に発現させることができるので好ましい。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部を構成する主材料の屈折率をＮ２とし、前記レンズ部を構成する材料の屈折率をＮ１としたとき、Ｎ２＜Ｎ１ なる関係が成立することを特徴とする。
本発明において、レンズ部を構成する材料である光透過性樹脂と、楔形部を構成する主材料との屈折率差を、Ｎ２＜Ｎ１として大きくすることで、楔形部の斜面部分での全反射を効率良く行ない、正面の輝度の低下を抑えることができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部の斜面部分が、観察者側面となす角が光源側と観察者側とで異なるように、曲線、及び／又は折れ線状の断面形状を持つことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部に充填する光吸収性を持つ材料が黒色粒子であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の視野角制御シートにおいて、前記楔形部の下底面幅をＬμｍとし、前記黒色粒子の平均粒径をφμｍとしたとき、１μｍ≦φ≦（Ｌ／２）μｍ なる関係が成立することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧのうちのいずれか１以上の付加機能が付与されていることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の視野角制御シートと、該視野角制御シートの一方の側に配設される光源と、前記視野角制御シートの他方の側に配設される液晶パネルと、を備えることを特徴とする、液晶表示装置により前記課題を解決するものである。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の視野角制御シートにおいて、前記視野角制御シートが、前記液晶パネル側に接着されていることを特徴とする。

本発明の視野角制御シートによれば、光透過性樹脂により断面形状が台形のレンズ部を所定の間隔で配列し、隣り合うレンズ部間の断面形状を楔形で光源側に幅広の下底面を有する略等脚台形、略二等辺三角形、左右非対称な台形、または左右非対称な鋭角三角形とし、楔形部に光吸収性を有する材料を充填することにより、視野角を制御する効果のある視野角制御シートが得られる。また、本発明の視野角制御シートを液晶表示装置の光源と液晶パネルの間に備えることで、液晶パネルへの入光角度が制御され、車載型液晶表示装置の画面の窓ガラス等への不要な映り込みを防ぐことができる。さらに、光透過性樹脂と楔形部を構成する主材料との屈折率差を大きくすることで、光源からの拡散光を有効に利用して光の利用効率を高め、正面輝度を向上できる。

さらに、本発明の視野角制御シートであれば、製造に成形型を使用できるため、楔形部の強度が向上した精度の良いシートが効率良く連続的に製造でき、また、仕様の変更にもすぐ対応できる安価な視野角制御シートが得られるものである。

以下本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる視野角制御シートＳ１の代表的な例の一方向の断面を示す図である。図１においては、図面左側に光源が配置されて拡散光が出射され、図面の右側に観察者が位置している。この視野角制御シートＳ１は、光源側から観察者方向に順に、光源側ベースシート１１、レンズ部１２、観察者側ベースシート１３が貼り合わされて形成されている。レンズ部１２は、屈折率がＮ１の物質で形成されている。さらに、図では上下に隣接するレンズ部１２、１２の斜辺に挟まれた断面形状楔形部は、光源側に幅広の下底面１７を有する略等脚台形をなし、レンズ部１２の屈折率Ｎ１より低い屈折率Ｎ２を有する低屈折率物質で埋められている。楔形部１４は、観察者側に幅が狭い上底面１８、光源側に下底面１７を備えている。

本発明において、視野角制御シートＳ１に貼り合わせるベースシート１１、１３は光源側、観察者側のどちらか片一方でもよく、あるいは、ベースシートを用いずに視野角制御シートＳ１のみであってもよい。レンズ部の形成方法としては、加熱された金型を熱可塑性樹脂に押圧する熱プレス法、熱可塑性樹脂組成物を金型内に注入して固化させるキャスティング法、射出成形法、紫外線硬化型樹脂組成物を成形型内に注入して紫外線硬化させるＵＶ法等の従来公知の方法が用いられるが、これらの方法の中では、量産性に優れたＵＶ法がより好ましい。ＵＶ法は、ロール状の型を使用して、配列されたレンズ単位を連続的に生産することが可能である。

レンズ部１２の屈折率Ｎ１と、楔形部１４を埋めた低屈折率物質の屈折率Ｎ２は、視野角制御シートＳ１の光学特性を得るために、所定の範囲Ｎ２＜Ｎ１に設定されている。また、楔形部１４とレンズ部１２とが接する斜面が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ１に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ_１に形成されている。

楔形部１４は、主材料である樹脂にカーボン等の顔料又は所定の染料を混入して所定濃度に着色されて充填されている。また、光源側ベースシート１１、及び観察者側ベースシート１３は、レンズ部１２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。視野角制御シートＳ１の少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧのうちのいずれか１以上の付加機能が付与されていてもよい。ここに「ＡＲ」とはアンチリフレクションの略で、レンズ表面に入光する光の反射率を抑える機能をいう。また、「ＡＳ」とはアンチスタティックの略で、帯電防止の機能をいい、製造工程途中における帯電を防止できる。また、「ＡＧ」とはアンチグレアの略で、レンズ表面のぎらつきを防止する機能をいい、ニュートンリングの発生を防止できる。

次に視野角制御シートＳ１のレンズ部１２内に入光した光の光路について、図１を参照しつつ簡単に説明する。なお、図１において、光Ｌ１１〜Ｌ１５の光路は模式的に示されたものである。いま、光源側からレンズ部１２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ１１は、そのまま視野角制御シートＳ１の内部を直進して通過し、観察者に至る。光源側から所定の角度をもってレンズ部１２の端部付近に入射した入射光Ｌ１２は、屈折率Ｎ１のレンズ部１２と屈折率Ｎ２の楔形部１４との屈折率差により斜面にて全反射され、観察者側に垂直光として出光される。光源側からレンズ部１２の端部付近に大きな角度をもって入射した光Ｌ１３は、斜面にて全反射され、入射時とは反対方向の小さな角度をもって、垂直光に近い角度となって観察者側に出光される。底面１７から楔形部１４に直接入射する光Ｌ１４は、楔形部１４の内部に入光する。楔形部１４は着色されているので、光Ｌ１４は楔形部１４にて吸収され、観察者側に至ることはない。さらに観察者側から斜面に所定以下の小さな角度をもって入射する光源側に向かう光Ｌ１５は、レンズ部１２と楔形部１４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部１４の内部に入光し、光Ｌ１５は着色された楔形部１４に吸収される。このようにして断面方向に視野角を制御することが可能で、かつ、輝度の低下を抑制することができる視野角制御シートを得ることができる。

（第二の実施形態）
図２は、本発明の第二の実施形態にかかる視野角制御シートＳ２の断面を示している。この視野角制御シートＳ２は、光源側から観察者の方向に順に、光源側ベースシート２１、レンズ部２２、観察者側ベースシート２３が貼り合わされて配置されている。レンズ部２２は高屈折率Ｎ１を有する物質により形成されている。さらに、図面上下方向に隣接するレンズ部２２、２２にはさまれた断面形状台形の部分には、Ｎ１より小さな屈折率Ｎ２を備えた主材料となる透明な物質（以下において「透明低屈折率物質２６」という。）中に光吸収粒子２９が添加された材料で充填されている。断面形状台形の楔形部２４は、光源側に下底面２７、観察者側に上底面２８を備えている。本発明において、視野角制御シートＳ２に貼り合わせるベースシート２１、２３は光源側、観察者側のどちらか片一方でもよく、あるいは、ベースシートを用いずに視野角制御シートＳ２のみであってもよい。

本実施形態においては、レンズ部２２の屈折率Ｎ１と、透明低屈折率物質２６の屈折率Ｎ２は、視野角制御シートＳ２の光学特性を得るために、所定の範囲Ｎ２＜Ｎ１に設定されている。また、楔形部２４とレンズ部２２とが接する斜面が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ２に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ_２に形成されている。

レンズ部の形成方法としては、加熱された金型を熱可塑性樹脂に押圧する熱プレス法、熱可塑性樹脂組成物を金型内に注入して固化させるキャスティング法、射出成形法、紫外線硬化型樹脂組成物を成形型内に注入して紫外線硬化させるＵＶ法等の従来公知の方法が用いられるが、これらの方法の中では、量産性に優れたＵＶ法がより好ましい。ＵＶ法は、ロール状の型を使用して、配列されたレンズ単位を連続的に生産することが可能である。 例えば、レンズ部２２は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。電離放射線硬化性材料を用いてレンズ部を作製する製造方法を行う場合には、ベースシート２３上にレンズ部を形成する方法が用いられる。

この時、楔形部２４を構成する主材料となる透明低屈折率物質２６としては、電離放射線硬化性を有するウレタンアクリレート等の材料を用いるのが好ましい。楔形部２４を構成する光吸収粒子２９は市販の着色粒子が使用可能であり、例えば、バインダーとしての透明低屈折率物質２６に分散させてインキ化して用いられる。
すなわち、光吸収作用を持つ着色粒子と、透明低屈折率物質の機能を有し、バインダーの作用を受け持つ主材料となる電離放射線硬化型樹脂と、電離放射線硬化をスムーズに行うための光開始剤からなるインキが楔形部２４に充填される。製造上の容易さを向上させるため、必要に応じて、脱泡剤やレベリング剤等の添加剤を適宜少量、上記のインキに添加しても良い。

着色粒子としては、黒色粒子としてカーボンブラック等の黒色顔料や樹脂粒子例えばアクリル等の透明粒子を前記カーボンブラック等の黒色顔料にて染色したもの等が用いられる。また、黒色顔料以外の青色、紫色、黄色、赤色の各種顔料及び／又は染料の混合、又は青色、紫色、黄色、赤色着色材に前記黒色着色材を混合分散し、実質的に黒色にした材料を使用しても良い。青色顔料としては、銅フタロシアニン等が、紫色顔料としては、ジオキサジンバイオレット等が、黄色顔料としては、ジスアゾイエロー等が、赤色顔料としては、クロモフタルレッドタイペル等が用いられるが、その限りではなく、顔料でなく、染料でも良い。また、青色、紫色、黄色、赤色、黒色顔料または染料を混合分散した着色顔料又は染料で、樹脂粒子例えばアクリル等の透明粒子を着色した着色粒子でも良い。
上記の着色粒子の中で、本発明においては、黒色粒子がもっとも光吸収性が高いので好ましい材料である。

第二の実施形態における視野角制御シートＳ２における光吸収粒子２９は、平均粒径が１μｍ以上で、楔形部２４の上底面２８の幅の半分以下であることが好ましい。光吸収粒子２９の大きさが１μｍ未満と小さすぎると、十分な光吸収効果を得ることができない。一方、光吸収粒子２９の大きさが楔形部２４の上底面２８の幅の半分を超えて大きすぎると、製造時に、楔形部２４の内部にインキが充填しにくくなり充填率が悪くなると共に、単位楔形部により充填率にばらつきが生じることになり、光学的なムラが生じて好ましくない。
また、第二の実施形態における視野角制御シートＳ２における光吸収粒子２９は、楔形部２４の全体の体積に対して１０〜５０体積％であることが好ましい。かかる比率を維持することによって、十分な光吸収効果を保ちつつ、容易な製造条件を与えることができる。

バインダーとしては、例えば、所定の屈折率を有する透明な樹脂で、電離放射線硬化作用を有する紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等が用いられる。直接、電離放射線で硬化反応するものもあるが、触媒または開始剤と呼ばれる反応を励起させる物質を介して硬化反応を起こさせることが一般的である。波長３００〜４００ｎｍの紫外線での硬化作用を起こさせるためには、光開始剤と呼ばれる紫外線域での反応を励起させる物質を数％混合するのが一般的である。光開始剤としては、ケトン系やアセトフェノン系のものがあり、サンドレー１０００、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１６３、Ｄａｒｏｃｕｒｅ１１７３、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８３、Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１、等が知られており、硬化用の電離放射線の種類（波長特性）に応じて適宜選択できる。電離放射線硬化型樹脂としては、反応性オリゴマー（エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等）、反応性のモノマー（ビニルピロリドン、２−エチルヘキシルアクリレート、β−ヒドロキシアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリテート等）が適宜選択される。硬化前の電離放射線硬化型光吸収材の流動性の調整には、反応性のオリゴマーの種類や粘度の低い低分子量の反応性モノマーの組成比を適宜変更させれば良い。

本実施形態における光吸収性を有する材料は、上記材料より、適宜選択されたものを３本ロール分散法等で均一に分散（混合）してインキ化して用いられる。その組成比は、電離放射線による硬化性、硬化後の諸物性を評価して適宜決定すれば良く、着色剤は、１０〜５０部、バインダーは５０〜９０部、光開始剤は１〜１０部程度が好ましい。

透明低屈折率物質２６及び光吸収粒子２９を少なくとも含むインキは、ワイピング法等の方法により、楔形部２４に充填した後、紫外線等の電離放射線で硬化させ、楔形部に定着させる。また、光源側ベースシート２１、及び観察者側ベースシート２３は、レンズ部２２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。

本実施形態においては、視野角制御シートＳ２の少なくとも一面側には、上記第一の実施形態における視野角制御シートＳ１と同様に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧのうちのいずれか１以上の付加機能が付与されていてもよく、視野角制御シートＳ２に機能性を付与することが可能である。

次に視野角制御シートＳ２のレンズ部２２内に入光した光の光路について、図２を参照しつつ簡単に説明する。なお、図２において、光Ｌ２１〜Ｌ２３、及びＬ２４の光路は模式的に示されたものである。いま、図２において、光源側からレンズ部２２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ２１は、そのまま視野角制御シートＳ２の内部を直進して通過し、観察者に至る。光源側からレンズ部２２の端部付近に斜めに入射した光Ｌ２２は、レンズ部２２と透明低屈折率物質２６との屈折率差により斜面にて全反射され、垂直光となって観察者側に出光される。光源側からレンズ部２２の端部付近にさらに大きな角度をもって、入射した光Ｌ２３は、斜面にて全反射され、入射時とは反対方向に入射時よりも小さな角度をもって、垂直光に近い角度で観察者側に出光される。楔形部２４の底面２７に入射する光Ｌ２４は、楔形部２４の内部に入光して、光吸収粒子２９に吸収され、観察者側に至ることはない。さらに、観察者側から斜面に所定以下の小さな角度をもって入射する光源側に向かう光Ｌ２５は、レンズ部２２と楔形部２４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部２４の内部に入光する。光Ｌ２５は楔形部２４の光吸収粒子２９に吸収される。このようにして光源側から様々な角度をもって入射する光が観察者側から、出光面法線方向あるいはそれに近い方向に出光されるので、視野角を制御しつつ、輝度の低下を抑制した視野角制御シートを得ることができる。

図３は、楔形部の斜面部分の形状の諸態様を示す図である。この楔形部は、隣接する二つの単位レンズの間に形成される略等脚台形の形状を有している。図３（ａ）は、斜面が直線にて形成されている場合を表している。この場合には、斜面と出光面法線とがなす角度θ_３１は斜面上のどの点においても一定である。図３（ｂ）は、斜面が滑らかな曲線で形成されている場合を表している。また図３（ｃ）は、斜面が２本の直線にて構成されている場合を示している。これらの場合、斜面と出光面法線とがなす角度θ_３２、又はθ_３３もしくはθ_３４は、斜面上の位置により異なる。本発明において図３（ｂ）や図３（ｃ）の場合のように斜面と出光面法線のなす角度が一定でないときは、斜面の長さの９０％以上において、以上に説明してきた条件を満たせば本発明の効果を得ることができる。

（第三の実施形態）
図４は、本発明の第三の実施形態にかかる視野角制御シートＳ３の断面を示している。図４に示す視野角制御シートにおいて、図２に示す視野角制御シートの構成要素と同様の構成を採るものには、図２にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。この視野角制御シートＳ３は、光源側から観察者の方向に順に、光源側ベースシート３１、レンズ部３２、観察者側ベースシート３３が貼り合わされて配置されている。レンズ部３２は高屈折率Ｎ１を有する物質により形成されている。さらに、図面上下方向に隣接する断面形状が台形のレンズ部３２、３２にはさまれた、断面形状が左右非対称な台形３４、３４、…（以下において「楔形部３４、３４、…」と記述することがある。）の部分には、Ｎ１より小さな屈折率Ｎ２を備えた主材料となる透明な物質（以下において「透明低屈折率物質２６」という。）中に光吸収粒子２９が添加された材料で充填されている。楔形部３４、３４、…は、光源側に幅の広い下底面３７、観察者側に幅の狭い上底面３８を備えている。

本発明において、視野角制御シートＳ３に貼り合わせるベースシート３１、３３は光源側、観察者側のどちらか片一方でもよく、あるいは、ベースシートを用いずに視野角制御シートＳ３のみであってもよい。レンズ部の形成方法としては、加熱された金型を熱可塑性樹脂に押圧する熱プレス法、熱可塑性樹脂組成物を金型内に注入して固化させるキャスティング法、射出成形法、紫外線硬化型樹脂組成物を成形型内に注入して紫外線硬化させるＵＶ法等の従来公知の方法が用いられるが、これらの方法の中では、量産性に優れたＵＶ法がより好ましい。ＵＶ法は、ロール状の型を使用して、配列されたレンズ単位を連続的に生産することが可能である。 例えば、レンズ部３２は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。電離放射線硬化性材料を用いてレンズ部を作製する製造方法を行う場合には、ベースシート３３上にレンズ部を形成する方法が用いられる。

レンズ部３２の屈折率Ｎ１と、楔形部３４を埋めた低屈折率物質の屈折率Ｎ２は、視野角制御シートＳ３の光学特性を得るために、所定の範囲Ｎ２＜Ｎ１に設定されている。また、楔形部３４とレンズ部３２とが接する斜面が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ３に対する垂直入射光に平行な線）となす角度θ_４１、θ_４２は、θ_４１＜θ_４２、３°≦θ_４１≦１５°、３°≦θ_４２≦１５°と、左右非対称になるように形成されている。

透明低屈折率物質２６及び光吸収粒子２９を少なくとも含むインキは、ワイピング法等の方法により、楔形部３４に充填した後、紫外線等の電離放射線で硬化させ、楔形部に定着させる。また、光源側ベースシート３１、及び観察者側ベースシート３３は、レンズ部３２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。

本実施形態においては、視野角制御シートＳ３の少なくとも一面側には、上記第一又は第二の実施形態における視野角制御シートＳ１、Ｓ２と同様に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧのうちのいずれか１以上の付加機能が付与されていてもよく、視野角制御シートＳ３に機能性を付与することが可能である。

次に視野角制御シートＳ３のレンズ部３２内に入光した光の光路について、図４及び図２を適宜参照しつつ簡単に説明する。なお、図４において、光Ｌ３１〜Ｌ３７の光路は模式的に示されたものである。また、図４における光Ｌ３１〜Ｌ３５がレンズ部３２へ入射する角度と、図２における光Ｌ２１〜Ｌ２５がレンズ部２２へ入射する角度は、それぞれ同一であると仮定する。光源側からレンズ部３２の中央部付近に入射された垂直光Ｌ３１は、そのまま視野角制御シートＳ３の内部を直進して通過し、観察者に至る。光源側から所定の角度をもってレンズ部３２の端部付近に斜めに入射した入射光Ｌ３２は、屈折率Ｎ１のレンズ部３２と屈折率Ｎ２の楔形部３４との屈折率差により、出光面の法線Ｖとθ_４１の角度をなす斜面にて全反射され、Ｌ２２と比較して下向きにシフトした角度をもって観察者側に出光される。光源側からレンズ部３２に大きな角度をもって入射した光Ｌ３３は、出光面の法線Ｖとθ_４１の角度をなす斜面にて全反射され、Ｌ２３と比較して下向きにシフトした角度をもって観察者側に出光される。一方、光源側から所定の角度をもってレンズ部３２の端部付近に斜めに入射した入射光Ｌ３６は、屈折率Ｎ１のレンズ部３２と屈折率Ｎ２の楔形部３４との屈折率差により、出光面の法線Ｖとθ_４２（＞θ_４１）の角度をなす斜面にて全反射され、観察者側に垂直光として出光される。光源側からレンズ部３２に大きな角度をもって入射した光Ｌ３７は、出光面の法線Ｖとθ_４２（＞θ_４１）の角度をなす斜面にて全反射され、入射時とは反対方向の小さな角度をもって、垂直光に近い角度となって観察者側に出光される。他方、底面３７から楔形部３４に直接入射する光Ｌ３４は、楔形部３４の内部に入光する。楔形部３４は着色されているので、光Ｌ３４は楔形部３４にて吸収され、観察者側に至ることはない。さらに、観察者側から斜面に所定以下の小さな角度をもって入射する光源側に向かう光Ｌ３５は、レンズ部３２と楔形部３４との屈折率さによっても全反射されることなく楔形部３４の内部に入光し、光Ｌ３５は着色された楔形部３４に吸収される。このように、第三の実施形態によれば、断面方向に視野角を制御すること、特に視野角を下側にシフトさせることが可能であり、かつ、輝度の低下を抑制することが可能な、視野角制御シートを得ることができる。

図５は、第三の実施形態にかかる楔形部の斜面と出光面の法線とのなす角θ_４１、θ_４２の態様例を示す図である。θ_４１及びθ_４２の態様を容易に理解可能とするため、図５では、第三の実施形態にかかる楔形部のみを抽出し、拡大して示している。図５（Ａ）は、θ_４１＝３．５°、θ_４２＝６．５°である楔形部３４ａの形態を、図５（Ｂ）は、θ_４１＝３．５°、θ_４２＝４．５°である楔形部３４ｂの形態を、それぞれ示している。第三の実施形態において、θ_４１並びにθ_４２は、θ_４１＜θ_４２、３°≦θ_４１≦１５°、及び、３°≦θ_４２≦１５°を満たしていれば、他の条件は特に限定されないが、視野角を効果的に下側へシフト可能とする観点からは、さらに、θ_４２−θ_４１≧２°であることが好ましい。すなわち、図５（Ａ）に示す楔形部３４ａではθ_４２−θ_４１＝３°である一方、図５（Ｂ）に示す楔形部３４ｂではθ_４２−θ_４１＝１°であるため、視野角を効果的に下側へシフト可能とする観点からは、図５（Ａ）の楔形部３４ａとすることが好ましい。

以上、楔形部の断面形状が略等脚台形または左右非対称な台形である形態について記述したが、本発明にかかる楔形部の断面形状はこれらの形状に限定されるものではない。同断面形状が略二等辺三角形（図６参照）の場合、または左右非対称な鋭角三角形（図７参照）の場合であっても、略等脚台形または左右非対称な台形である場合と同様の効果を奏する視野角制御シートを提供できる。

図８は、本発明の視野角制御シートの構成の一例を示す図である。図８に示される視野角制御シートＳ４は断面形状が水平方向に一定な単位レンズ部４２を備えており（横ストライプと称する。）、隣り合うレンズ部間には光吸収材料を充填した楔形部４４が設けられている。光源側にはベースシート４１が、観察者側にはベースシート４３が配置されている。図面では理解のためにこれら三者が離れて表されているが、実際にはこれらは貼り合わされている。ベースシートは光源側、観察者側のどちらか片方でもよく、また、視野角制御シートＳ４のみでもよい。横ストライプの視野角制御シートを車載用の液晶表示装置に組み込んだ場合には、観察者側の上下方向の光を制御し、光を上向きに出さないように制御して映りこみを防止することが可能となる。

図９は、本発明にかかる視野角制御シート５１を備えた液晶表示装置５０の構成であり、構成例として、透過型液晶表示装置を示す。液晶表示装置５０は、面状光源５４と透過型液晶パネル５２を備えており、その間に視野角制御シート５１が設けられている。この液晶パネル５２の表面５２ａには、表面保護板５３がその裏面にて重ね合わされている。
表面保護板５３は、液晶パネル５２の表面５２ａの表示領域５２ｂに対向している。表面保護板５３は、アクリル樹脂やポリカーボネート等の透明膜の表面にハードコート、ノングレア、無反射コート等の表面処理を施して機能を付与することが可能である。
なお、本発明の視野角制御シート５１は、半透過型／半反射型の液晶表示装置にも適用できるものである。

面状光源５４は、液晶パネル５２の裏面側に配置されており、この光源５４は、液晶パネル５２に対するバックライトとしての役割を果たす。光源５４は、その発光面５４ａから面状の光を視野角制御シート５１を介して液晶パネル５２の裏面に向けて出射する。なお、光源５４は直下型方式またはエッジライト型方式のいずれも用いることができ、冷陰極蛍光管や発光ダイオードを光拡散板等により面状の光としたもの、あるいはエレクトロルミネッセンス等、液晶パネル全面に光を照射する面状光源であれば、いずれの方式であってもよい。視野角制御シート５１は、光源５４と液晶パネル５２との間にてこれらに重ね合わされており、この視野角制御シート５１は、光源５４から光を受け、この光の透過する角度を制御して液晶パネル５２の裏面に入射させる。これにより、この液晶パネル５２に画像を表示する。

このような構成の表示装置は、主に、車載用表示装置のように、フロントガラスへの表示画像の映りこみを防止する用途に用いられ、上記実施形態における表示装置としては、液晶テレビジョン、ナビゲータ用液晶モニター、エアコンディショナ用表示装置やメータ等各種のものが挙げられる。
また、携帯電話やＡＴＭ等の表示装置に覗き見防止用途としても用いられる。この際、覗き見防止を徹底するために、レンズ部が垂直方向に配列された視野角制御シートと、レンズ部が水平方向に配列された視野角制御シートとの２枚を積層して用いることにより、正面の観察者しか見えないようにすることもできる。

（実施例１）
図２に示すような、断面形状等脚台形の楔形部を設けた視野角制御シートを下記仕様にて作製した。開口率は視野角制御シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形楔形部の斜面部分が観察者側の出光面の法線となす角度（θ）である。視野角制御シートの評価は、視野角制御シートの正面の透過率と視野角で行なった。
視野角制御シートの正面の透過率は、（株）中村色彩技術研究所製の微小偏角輝度計ＧＰ−５００を用い、リファレンスに、角度−８０°〜＋８０°でほぼ均一な拡散光が得られる基準片を用いて計測し、基準片のみの透過率を１００％とした。次に、基準片の上に測定する視野角制御シートを重ね、正面方向の透過率を測定し、基準片との相対値を求めた。視野角は、上記の微小偏角輝度計ＧＰ−５００を用い、リファレンス上に視野角制御シートを重ねた状態で透過率の角度依存性を測定した。基準片を１００％とした時の透過率が１０％以上になる角度範囲を視野角とした。
開口率：６０％
レンズ間ピッチ：０．０８３ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部主材料屈折率：１．５４５
楔形部上底面幅：１０μｍ
台形テーパー角度：６°
黒色光吸収粒子粒径：６μｍ
黒色光吸収粒子濃度（楔形部全体体積に対し）：２０体積％

（実施例２）
図２に示すような、断面形状等脚台形の楔形部を設けた視野角制御シートを下記仕様にて作製した。開口率は視野角制御シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形楔形部の斜面部分が観察者側の出光面の法線となす角度（θ）である。
開口率：４０％
レンズ間ピッチ：０．０６５ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部主材料屈折率：１．４８
楔形部上底面幅：８μｍ
台形テーパー角度：１０°
黒色光吸収粒子粒径：６μｍ
黒色光吸収粒子濃度（楔形部全体体積に対し）：２０体積％

（比較例１）
楔形部の主材料（樹脂）屈折率を１．５６とした以外は、実施例１と同じ条件で視野角制御シートを作製した。

（比較例２）
楔形部の主材料（樹脂）屈折率を１．５６とした以外は、実施例２と同じ条件で視野角制御シートを作製した。

実施例１、２及び比較例１、２で作製した視野角制御シートを、光源の前面に順次設置し、光線透過率と視野角を比較した。その結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例１及び実施例２に示す視野角制御シートは、有効部に入射した光は全反射して集束され、光源からの拡散光を有効に利用し、開口率以上の透過率を得ることができ、さらに一定の視野角を維持し良好な視野角制御特性を示した。それに対し、比較例１の視野角制御シートは、実施例１に比べて透過率が低下し、視野角制御も不十分であった。また、比較例２の視野角制御シートは、透過率が大幅に不足し不適であった。上記の結果より、本発明による視野角制御シートは、光の利用効率が高く、視野角制御に優れ、しかも安価に製造し得る視野角制御シートであることが確認された。

（実施例３）
図２に示すような、断面形状等脚台形の楔形部を設けた視野角制御シートを下記仕様にて作製した。開口率は視野角制御シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形楔形部の斜面部分が観察者側の出光面の法線となす角度（θ）である。視野角制御シートの光学特性評価は、視野角制御シートの正面の透過率と出光角度、及び、輝度で行なった。
視野角制御シートの正面の透過率は、（株）中村色彩技術研究所製の微小偏角輝度計ＧＰ−５００を用い、リファレンスに、角度−８０°〜＋８０°でほぼ均一な拡散光が得られる基準片を用いて計測し、基準片のみの透過率を１００％とした。次に、基準片の上に測定する視野角制御シートを重ね、各出光角度における透過率を測定し、基準片との相対値を求めた。
輝度の測定は、光源として、均一な拡散特性を持つ５０００ｃｄ／ｍ^２のバックライトを使用し、このバックライト上に視野角制御シートを置き、コニカミノルタホールディング（株）製輝度計ＬＳ−１１０を用いて、バックライト正面より測定を行った。
開口率：５０％
レンズ間ピッチ：０．０６０ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部主材料屈折率：１．４８
楔形部上底面幅：６．４μｍ
楔形部下底面幅：３０μｍ
台形テーパー角度：４．５°
黒色光吸収粒子粒径：６μｍ
黒色光吸収粒子濃度（楔形部全体体積に対し）：２０体積％

（実施例４）
図４に示すような、断面形状が左右非対称な台形の楔形部を設けた視野角制御シートを下記仕様にて作製した。開口率は視野角制御シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形楔形部の斜面部分が観察者側の出光面の法線となす角度（θ_４１、θ_４２）である。
開口率：５５％
レンズ間ピッチ：０．０７４ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部主材料屈折率：１．４８
楔形部上底面幅：６．４μｍ
楔形部下底面幅：３３μｍ
台形テーパー角度：θ_４１＝３．５°、θ_４２＝６．５°
黒色光吸収粒子粒径：６μｍ
黒色光吸収粒子濃度（楔形部全体体積に対し）：２０体積％

（実施例５）
図４に示すような、断面形状が左右非対称な台形の楔形部を設けた視野角制御シートを下記仕様にて作製した。開口率は視野角制御シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形楔形部の斜面部分が観察者側の出光面の法線となす角度（θ_４１、θ_４２）である。
開口率：５４％
レンズ間ピッチ：０．０６０ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部主材料屈折率：１．４８
楔形部上底面幅：６．４μｍ
楔形部下底面幅：２８μｍ
台形テーパー角度：θ_４１＝３．５°、θ_４２＝４．５°
黒色光吸収粒子粒径：６μｍ
黒色光吸収粒子濃度（楔形部全体体積に対し）：２０体積％

実施例３、４の仕様で作製した視野角制御シートを用いて、視野角制御シートの透過率と出光角度との関係を調べた。結果を図１０に示す。図１０において、縦軸は透過率（％）、横軸は出光角度（°）をそれぞれ示している。

図１０に示されるように、断面形状等脚台形の楔形部を備える実施例３にかかる視野角制御シートでは、出光角度０°付近で透過率が最大（ピーク）となった。一方、出光角度の絶対値が３０°以上（＋３０°以上、又は、−３０°以下）になると、透過率が１０％未満となり、光がほとんど検出されなかった。これに対し、実施例４にかかる視野角制御シートでは、ピーク位置が５°程度マイナス側へシフトした。

出光角度が０°、−５°、３０°の場合における、実施例３、４、５にかかる視野角制御シートの輝度を比較した。結果を表２に示す。

表２に示されるように、断面形状等脚台形の楔形部を備える実施例３にかかる視野角制御シートは、出光角度０°における輝度が、出光角度−５°、３０°における輝度よりも大きかった。これに対し、断面形状が左右非対称な台形の楔形部を備える実施例４、５にかかる視野角制御シートは、出光角度０°、３０°における輝度よりも、出光角度−５°における輝度の方が大きかった。すなわち、表２の結果より、楔形部の断面形状を左右非対称な台形とすることで、ピーク位置をシフトさせることが可能であることが確認された。なお、実施例４、５にかかる視野角制御シートも、実施例３にかかる視野角制御シートと同様に、出光角度３０°における輝度は極めて小さかった。すなわち、この結果から、楔形部の断面形状を左右非対称な台形としても、視野角制御に優れた、視野角制御シートを作製可能であることが確認された。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う視野角制御シート及びこれを用いた液晶表示装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の第一の実施形態における視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 本発明の第二の実施形態における視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 本発明の楔形部をなす略等脚台形の形状の諸態様を示す図である。 本発明の第三の実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 本発明の第三の実施形態にかかる楔形部の斜面と出光面の法線とのなす角の態様を示す図である。 本発明の第四の実施形態における視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 本発明の第五の実施形態における視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 本発明の視野角制御シートの構成の一例を示す図である。 本発明の視野角制御シートを備えた表示装置の構成の一例を示す図である。 視野角制御シートの透過率と出光角度との関係を示す図である。 従来の視野角制御シートの一例を示す図である。

符号の説明

Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７ 視野角制御シート
１１、２１、３１、４１、６１、７１ 光源側ベースシート
１２、２２、３２、４２、６２、７２ レンズ部
１３、２３、３３、４３、６３、７３ 観察者側ベースシート
１４、２４、３４、４４、６４、７４ 楔形部
１７、２７、３７、４７、６７、７７ 下底面
１８、２８、３８、４８ 上底面
２６ 透明低屈折率物質
２９ 光吸収粒子
５０ 表示装置
５１ 視野角制御シート
５２ 液晶パネル
５２ａ 液晶パネルの表面
５２ｂ 液晶パネルの表示領域
５３ 表面保護板
５４ 光源
５４ａ 発光面
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３ 光線
Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３４、Ｌ６４、Ｌ７４ 下底面へ入射する光
Ｌ１５、Ｌ２５、Ｌ３５、Ｌ６５、Ｌ７５ 光源側に向かう光
Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３６、Ｌ３７ 光線
Ｌ６１、Ｌ６２、Ｌ６３ 光線
Ｌ７１、Ｌ７２、Ｌ７３、Ｌ７６、Ｌ７７ 光線

Claims (10)

1. 液晶表示装置の光源と液晶パネルとの間に設けられる視野角制御シートであって、前記視野角制御シートは、断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部に光吸収性を有する材料が充填され、前記楔形部は観察者側に先端を有するとともに光源側に底面を有し、前記楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度をθとしたとき、θが ３°≦θ≦１５°の範囲であることを特徴とする視野角制御シート。
2. 前記楔形部の断面形状が光源側に幅広の下底面を有する略等脚台形または略二等辺三角形であることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御シート。
3. 前記楔形部の断面形状が光源側に幅広の下底面を有する左右非対称な台形または左右非対称な鋭角三角形であることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御シート。
4. 前記楔形部を構成する主材料の屈折率をＮ２とし、前記レンズ部を構成する材料の屈折率をＮ１としたとき、 Ｎ２＜Ｎ１ なる関係が成立する請求項１〜３のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
5. 前記楔形部の斜面部分が、観察者側面となす角が光源側と観察者側とで異なるように、曲線、及び／又は折れ線状の断面形状を持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
6. 前記楔形部に充填する光吸収性を持つ材料が黒色粒子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
7. 前記楔形部の下底面幅をＬμｍとし、前記黒色粒子の平均粒径をφμｍとしたとき、１μｍ≦φ≦（Ｌ／２）μｍ なる関係が成立する請求項６に記載の視野角制御シート。
8. 少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧのうちのいずれか１以上の付加機能が付与されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の視野角制御シートと、該視野角制御シートの一方の側に配設される光源と、前記視野角制御シートの他方の側に配設される液晶パネルと、を備えることを特徴とする、液晶表示装置。
10. 前記視野角制御シートが、前記液晶パネル側に接着されていることを特徴とする、請求項９に記載の液晶表示装置。

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