JP2008175975A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、光利用効率が高く、視野角制御性に優れた表示装置を提案する。
【解決手段】光源と表示制御素子の間あるいは表示制御素子の出射面側にシート部材を配置する。シート部材は、視野角制御シートとプリズムシートを含む。視野角制御シートは、光入射平面と光出射平面との間に、光透過性材料で構成された光透過領域と、この光透過領域の中に形成された複数の光吸収領域を含み、これらの光吸収領域は、相互間に前記光透過領域が位置するようにして、前記光入射平面と平行な基準線に沿って互いに平行に延びている。プリズムシートは、光透過材料で構成され、視野角制御シートの光出射平面と対向する入射側平面と、この入射側平面の上部に連続して形成された複数のプリズムを有し、これらのプリズムは、前記基準線に沿って互いに平行に延びる。
【選択図】図２

Description

この発明は、光の出射角度を制限する視野角制御シートを用いた表示装置に関するものである。

近年、携帯電話に代表されるように、エレクトロルミネッセンス素子または液晶素子など表示制御素子を用いた表示装置は小型化され、様々な環境下で簡便に用いられている。しかしながら、例えば衆人環境下で個人情報を確認する場合や、現金自動預け払い機（ＡＴＭ：Automated Teller Machine）の情報端末に暗証番号を入力する場合のように、周りの人から画面を覗かれては困る用途においては、表示装置が表示する画像情報は、観測者には見えるが、他人からは見えないようにする、つまり、視野角を制御することが必要とされる。このような要求に対して、視野角制御シートが開発され、これを用いることで視野角を所望の角度に制御した表示装置が使用されている。

ここで、従来の視野角制御シートは、例えば下記特許文献１に開示されるように、光入射平面と光出射平面を有し、光入射平面には、多数の溝が形成され、溝の内部に光吸光材料を充填した透明なプラスチックフィルムで構成された光線コントロールフィルムである。

特開平２−９７９０４公報

特許文献１に開示された視野角制御シートにおいては、光透過性プラスチックからなる透過領域と光吸収性材料からなる光吸収領域とが交互に配列されルーバー構造を形成している。このルーバー構造により、斜め方向の光は光吸収領域に到達することで吸収され、結果的に表示面に垂直方向の光を中心とした一定の角度範囲の光のみを取り出すことができる。しかしながら、このような視野角制御シートでは、透過率を高めるために光吸収領域の幅をできる限り細くし、且つ、出射光の指向性を高めるために光吸収領域の高さを高くする必要があり、光吸収領域に高いアスペクト比（高さ／幅）が求められるため、製造の困難さから、高価なものとなってしまう問題があり、また、視野角をさらに小さく制御しようとした場合には、ルーバー構造において光吸収領域が設けられる間隔を狭くする（この場合、光吸収領域の幅をさらに狭くしない限り、光透過領域に対する光吸収領域の比率が大きくなる）、光吸収領域の高さを高くするといった手法を採らざるを得ず、そのため、さらに高価になるとともに、光の利用効率が低下する、つまり透過率が低下してしまう問題があった。したがって、このような視野角制御シートを用いて、表示装置の視野角を任意の（特に狭い）角度に制御しようとした場合には、光利用効率の低下を補うために必要な部材、例えば追加光源や従来公知の輝度向上シートなどの追加と相まって、表示装置が非常に高価になってしまう問題があった。

この発明は、このような問題を改善し、安価で、しかも光の利用効率を向上することのできる表示装置を提案するものである。

この発明による表示装置は、光源と、この光源からの光を受けて表示すべき画像光を出射する表示制御素子と、前記光源と表示制御素子との間、あるいは前記表示制御素子の出射面側に配置されたシート部材を備え、前記シート部材は、互いに平行な光入射平面と光出射平面を有する視野角制御シートと、前記視野角制御シートの光出射平面に対向して配置されたプリズムシートを有し、前記視野角制御シートは、前記光入射平面と光出射平面との間に、光透過性材料で構成された光透過領域と、この光透過領域の中に形成された複数の光吸収領域を含み、これらの光吸収領域は、相互間に前記光透過領域が位置するようにして、前記光入射平面と平行な基準線に沿って互いに平行に延びており、前記プリズムシートは、光透過材料で構成され、前記視野角制御シートの光出射平面と対向する入射側平面と、この入射側平面に対向する面に連続して形成された複数のプリズムを有し、これらのプリズムは、前記基準線に沿って互いに平行に延びるように形成されたことを特徴とする。

この発明による表示装置では、シート部材が、視野角制御シートとプリズムシートを有し、視野角制御シートは、光入射平面と光出射平面との間に、光透過性材料で構成された光透過領域と、この光透過領域の中に形成された複数の光吸収領域を含み、これらの光吸収領域は、相互間に光透過領域が位置するようにして、光入射平面と平行な基準線に沿って互いに平行に延びており、また、プリズムシートは、光透過材料で構成され、視野角制御シートの光出射平面と対向する入射側平面と、この入射側平面の上部に連続して形成された複数のプリズムを有し、これらのプリズムは、前記基準線に沿って互いに平行に延びるように形成されているので、シート部材からの出射光の広がりを、プリズムシートの屈折によって抑制でき、狭い視野角を、安価で光利用効率高く実現できると共に、比較的安価なプリズムシートを用いて比較的安価に、簡便に視野角を所望の値に調整した表示装置を得ることができる。

以下この発明による表示装置にいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による表示装置の実施の形態１を示す分解斜視図である。図１に示す表示装置は、光源１と、リフレクタ２と、反射板３と、導光板４と、表示制御素子５と、シート部材７を備えている。導光板４は、光透過材料により矩形形状に構成され、相対向する一対の主面４Ａ、４Ｂと、４つの側面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有する。主面４Ａは光出射面であり、側面４ａは光入射面である。側面４ａ、４ｃは互いに対向し、また側面４ｂ、４ｄは互いに対向する。光源１は、例えば細長い冷陰極管で構成され、導光板４の側面４ａに沿って配置される。リフレクタ２は、光源１の上面と下面、および導光板４と反対側の光源１の側面を覆うように、例えばコ字状の断面を持って細長く形成され、光源１からの光を反射し、導光板４の側面４ａに入射させる。

反射板３は、反射シート３ａ、３ｂを含む。反射シート３ａは、導光板４の主面４Ｂに、また反射シート３ｂは導光板４の側面４ｃにそれぞれ配置され、導光板４の側面４ａに入射された光を反射し、その主面４Ａに導く。表示制御素子５は、例えば液晶表示素子であり、導光板４とほぼ同じ大きさの矩形形状を有する。表示制御素子５は相対向する一対の主面５Ａ、５Ｂを有し、主面５Ｂは光入射面であり、主面５Ａは光出射面である。表示制御素子５は、主面５Ｂが導光板４の主面４Ａと対向するように配置される。表示制御素子５は、光源１から導光板４に入射し、その主面４Ａから出射する光を受けて、表示すべき画像光を主面５Ａから出射する。

シート部材７は、視野角制御シート１０とプリズムシート４０を含む。この実施の形態１では、シート部材７は、表示制御素子５の光出射面を構成する主面５Ａ側、言い換えれば観測者側に設置される。しかし、シート部材７を、表示制御素子５と光源１の間、具体的には、図１の構成では表示制御素子５の主面５Ｂと導光板４の主面４Ａとの間に設置しても良い。シート部材７の視野角制御シート１０およびプリズムシート４０は、ともに表示制御素子５とほぼ同じ大きさの矩形形状を有する。

図２は、実施の形態１におけるシート部材７を示す断面図である。視野角制御シート１０は、図２に示すように、光入射平面１１と光出射平面１２を有する。これらの光入射平面１１と光出射平面１２は、互いに平行に形成され、視野角制御シート１０の厚さ方向に互いに対向する。視野角制御シート１０は、光入射平面１１が表示制御素子５の主面５Ａと対向するように配置される。視野角制御シート１０は、光透過材料、例えば、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で構成された光透過領域２０の中に、複数の光吸収領域３０を形成して構成される。視野角制御シート１０の厚さＨ０は、光入射平面１１と光出射平面１２との間の寸法である。光透過領域２０の屈折率をｎ０とする。光透過領域２０がメタクリル樹脂で構成された場合、その屈折率ｎ０は１．５である。

複数の光吸収領域３０は、視野角制御シート１０の光入射平面１１と光出射平面１２との間に、光入射平面１１と平行に所定方向に延びる基準線Ｓ（図１参照）に沿って、互いに平行に細長く形成される。これらの各光吸収領域３０は、基準線Ｓに沿って、図２の紙面とほぼ垂直に延びる。複数の光吸収領域３０は、光透過領域２０の中に、光入射平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向に、所定のピッチｐａで並ぶように形成され、ルーバー構造ＲＳを構成する。ルーバー構造ＲＳでは、光入射平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向において、各光吸収領域３０の相互間に光透過領域２０が位置するように、複数の光吸収領域３０が所定のピッチｐａで形成される。このピッチｐａは、各光吸収領域３０の中心線Ｌの相互間隔である。各光吸収領域３０は、光入射平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向に所定の幅ｗを有し、また視野角制御シート１０の厚さの方向に、互いに同じ高さｈを有する。この高さｈは、各光吸収領域３０の入光側端面３１と出光側端面３２との間の長さである。

実施の形態１では、各光吸収領域３０は、光入射平面１１に形成された複数の溝２１の中に、光吸収材料、例えば着色顔料を含有したアクリル樹脂を充填することにより形成される。この着色顔料には、例えばカーボンブラックが用いられる。各溝２１の深さは、各光吸収領域３０の高さｈに等しく、視野角制御シート１０の厚さＨ０よりも小さい。すなわち、ｈ＜Ｈ０である。各光吸収領域３０の入光側端面３１は、視野角制御シート１０の光入射平面１１に隣接する。視野角制御シート１０の光出射平面１２側には、ルーバー構造ＲＳを覆うように、光透過領域２０が広がっている。

プリズムシート４０は、図２に示すように、入射側平面４１とプリズム表面４２とを有し、光透過材料、例えば視野角制御シート１０の光透過領域２０と同じに、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で構成される。プリズムシート４０と視野角制御シート１０は、予め設けた位置決め用微細孔により、所定の相対位置に位置合わせされ、プリズムシート４０の入射側平面４１と視野角制御シート１０の光出射平面１２とが、隙間のないように、光透過性の両面接着シート（図示せず）で互いに貼り合わされ、光学密着構造となっている。この両面接着シートの屈折率も、視野角制御シート１０の光透過領域２０に合わせて、１．５とされる。

プリズムシート４０は、入射側平面４１の上部に複数のプリズム４３を連続して形成し、プリズム列ＰＳを形成したものである。各プリズム４３は、断面が二等辺三角形の形状とされ、それぞれ一対のプリズム面４３ａ、４３ｂと、プリズム稜線４３ｃを含み、各プリズム４３の間に谷線４３ｄが形成されている。プリズム面４３ａ、４３ｂは、入射側平面４１と平行な平面に対して、ともに同じ傾斜角αだけ傾斜しており、これらのプリズム面４３ａ、４３ｂにより、プリズム表面４２が形成される。角度αは、０［度］＜α＜９０［度］に設定される。各谷線４３ｄは、入射側平面４１から互いに等しい寸法ｂだけ離れている。

各プリズム４３は、基準線Ｓに沿って、互いに平行に延びるように形成される。具体的には、各プリズム４３のプリズム稜線４３ｃおよび各プリズム４３の間の谷線４３ｄは、基準線Ｓと平行に延びる。複数のプリズム４３は、入射側平面４１と平行で基準線Ｓと直交する方向に、所定ピッチｐｐで連続して形成される。このピッチｐｐは、光入射側平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向における視野角制御シート１０の光吸収領域３０のピッチｐａと等しくされる。すなわち、ｐｐ＝ｐａとされる。プリズムシート４０は、各プリズム４３のプリズム稜線４３ｃが、各光吸収領域３０の中心線Ｌ上に位置して、各光吸収領域３０と平行に延びるように、視野角制御シート１０との位置決めされ、視野角制御シート１０に貼り合わされる。

なお、光学シート部材７の全体の厚さＨは、視野角制御シート１０の厚さＨ０と、プリズムシート４０の厚さＨ１と、それらの間に挟まれる両面接着テープの厚さを加算したものである。プリズムシート４０の厚さＨ１は、入射側平面４１と、各プリズム稜線４３ｃとの間の寸法である。

本実施の形態１では、図のイメージとは異なるが、視野角制御シート１０について、光吸収領域３０のピッチｐａを６０[μｍ]、その幅ｗを２０[μｍ]、その高さｈを１５０[μｍ]、その厚さＨ０を３７５[μｍ]とした。プリズムシート４０について、α＝５[度]の三角柱のプリズム４３を並べたプリズム列ＰＳを形成した。視野角制御シート１０の光入射平面１１からプリズムシート４０のプリズム稜線４３ｃまでの全体の厚さＨは、約４７５[μｍ]としている。

図３は、実施の形態１におけるシート部材７の光の振る舞いを説明する部分拡大断面図、図４は、そのプリズムシート４０側の部分拡大断面図である。これらの図３および図４を用いて、シート部材７の機能を説明する。図３、図４において、符号１００、１０１、１０２は入射光を示し、符号１０２は最大角入射光を示している。

表示制御素子５の主面５Ａから出射し、視野角制御シート１０に斜め方向から入射した入射光のうち、光吸収領域３０に到達した入射光、例えば入射光１００は、光吸収領域３０で吸収されるため、視野角制御シート１０から出射しない。一方、光吸収領域３０に到達しない入射光、例えば入射光１０１、１０２は、視野角制御シート１０の光透過領域２０を通過し、光出射平面１２から出射され、その後、プリズムシート４０の入射側平面４１に入射し、各プリズム４３を通過し、プリズム表面４２から出射する。

ここで、光吸収領域３０に吸収されずに視野角制御シート１０から出射し、プリズムシート４０に入射する入射光は、次の式（１）の関係を満足する入射光に限定される。この式（１）について、図３に示すように、プリズムシート４０に入射した入射光１０１と、プリズムシート４０の入射側平面４１に対する法線とのなす入射角をθiとし、視野角制御シート１０の光透過領域２０の屈折率をｎ０、プリズムシート４０の屈折率をｎとする。

｜θi｜≦Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝・・（１）なお、本実施の形態１においては、上式より｜θi｜≦１４．９[度]となる。

次に、入射光がプリズムシート４０から出射する際の振る舞いに着目する。プリズムシート４０に入射した入射光は、各プリズム４３のプリズム面４３ａまたは４３ｂに入射し、このプリズム面４３ａまたは４３ｂから出射する。ここで、各プリズム４３の一対のプリズム面４３ａ、４３ｂのうち、プリズムシート４０に入射した入射光と、入射側平面４１に対する法線とのなす入射角θiが、ある値（θｉ０とする）となる入射光について、この入射光と各プリズム面４３ａ、４３ｂに対する法線とのなす角θｐが小さい方のプリズム面を入射角θｉ０に対する第１プリズム面と称し、それが大きい方のプリズム面を入射角θｉ０に対する第２プリズム面と称する。すなわち、θｉ０＞θｐとなるプリズム面が第１プリズム面であり、θｉ０＜θｐとなるプリズム面が第２プリズム面である。

前述のように、入射角θiは、｜θi｜≦Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝の関係を満たす任意の値を取り得るため、第１プリズム面、第２プリズム面という呼称は、プリズム面４３ａ、４３ｂに固有のものではなく、プリズムシート４０に入射する光の入射角により入れ替わる、つまり、入射角に対する相対的な呼称であるため、注意を要する。以後、簡単のため、入射角θiに対する第１プリズム面、入射角θiに対する第２プリズム面を、単に第１プリズム面、第２プリズム面と称する。

図３、図４における符号ｘは、入射側平面４１と平行な方向において、最大角入射光１０２が第１プリズム面に到達する位置と、その第１プリズム面の谷線４３ｄとの距離成分である。

第１プリズム面に到達した入射光、例えば入射光１０２は、プリズムシート４０を設置しない場合、つまり、視野角制御シート１０から直接空気中に出射する光の出射角に比べ、出射角θoが小さくなる方向に屈折する。よって、視野角制御シート１０から空気中に出射する光の出射角θoが最大となる光、すなわち視野角制御シート１０を透過する光のうち、最大入射角（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）となる入射光、例えば入射光１０２がプリズムシート４０に入射する入射角θｉｍａｘ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝）が第１プリズム面に到達するような位置関係となるように、視野角制御シート１０とプリズムシート４０との相対位置、より具体的には、プリズム列ＰＳの各プリズム４３とルーバー構造ＲＳの各光吸収領域３０との相対位置を調整することによって、出射光の広がりを制限することができ、視野角制御性の高い表示装置を容易に得ることができる。さらに言えば、θｉｍａｘの最大角入射光が、第１プリズム面の谷線４３ｄの近傍に到達するように各プリズム４３と各光吸収領域３０の位置関係を調整することが望ましい。

一方、第２プリズム面に到達する入射光、例えば光線１０１は、プリズムシート４０を設けない場合、つまり視野角制御シート１０から空気中に出射する光に比べ、出射角θoが大きくなる方向に屈折する。しかしながら、プリズム列ＰＳの各プリズム４３とルーバー構造ＲＳの各光吸収領域３０との位置関係を上述の通りとするなどの方法により、第２プリズム面に到達する光の入射角が小さくなるように調整し、且つ傾斜角αを適切な値とすれば、第２プリズム面に到達した光の最大出射角を、プリズムシート４０を設けない場合の最大出射角よりも小さくできる。実際の設計では、第１プリズム面および第２プリズム面を出射する光の出射角が所望の出射角範囲内となるように傾斜角α、距離成分ｘ、プリズム列ＰＳの各プリズム４３のピッチｐｐ、厚さＨ、さらには、最大入射角θｉｍａｘを決定するパラメータである各光吸収領域３０のピッチｐａ、幅ｗ、高さｈ、屈折率ｎ０、ｎを決定すれば良い。

さらに、各パラメータの関係について詳細に検討する。前述のようにプリズム列ＰＳとルーバー構造ＲＳの位置関係を、θｉｍａｘの光が第１プリズム面の谷線４３ｄ側端に到達する位置関係とした場合、第１プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ１はスネルの法則に従い次の式（２）で表される。ただし、本実施の形態１については、プリズム列ＰＳとルーバー構造ＲＳの相対位置を、ｘ＝０となるように調整している。

θｏ１＝｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（θｉｍａｘ−α）｝＋α｜
＝｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝−α）｝＋α｜ ・・・（２）

一方、第２プリズム面に到達する光のうち最大の入射角の光は、θｉｍａｘの光が第１プリズム面に到達した位置から、θｉが小さくなる方向に（ｐｐ／２−ｘ）ずれた位置で第２プリズム面に到達する光であるから、第２プリズム面に到達する光のうち最大となる入射角θｉｍａｘ２は、Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ｝）｝となる。よって、第２プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ２はスネルの法則に従い次の式（３）で表される。

θｏ２＝｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（θｉｍａｘ２＋α）｝―α｜
＝｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ｝）｝）＋α｝｝−α｜ ・・・（３）

次に従来の表示装置との差異を図５を用いて説明する。図５は従来の視野角制御シート１０のみを用いて視野角制御を行なう方式の表示装置について説明するための部分断面図である。従来例においてはプリズムシート４０を設置していない。このため、出射時の屈折により出射角θoはＳｉｎ^−１（Ｓｉｎθi×ｎ）となる。よって、図３、図４に示したこの発明による視野角制御シート１０と同じ光の広がり範囲(｜θo｜≦２０［度］)に制限するには、θiを±１３．２[度]以下に制限する必要があり、（ｐ−ｗ）／ｈ≦０．２３４の条件を満たす必要がある。この条件を満たすためには光吸収領域３０のピッチｐａ、幅ｗを図３、図４に示したこの発明の実施の形態１と同じとすると、光吸収領域３０の高さｈは約１７１[μｍ]以上必要となり、光吸収領域３０に高いアスペクト比が要求されるために製造が困難になり、また、必要とされる視野角が変わるごとに、所望の寸法の溝部２１を形成するための金型など、追加の設備投資が必要となる。

なお、プリズムシート４０を設けない場合（従来例）の最大出射角はＳｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（｜θｉｍａｘ｜）｝であるから、この発明に係る表示装置の構成要素となるプリズムシート４０と視野角制御シート１０、およびその相対的な位置関係の各パラメータが、次の式（４）を満たすことにより、視野角制御性を高めた表示装置を得ることができる。

｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝｜≧｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜ ・・・（４）

式（２）乃至（４）の各パラメータの関係について、さらに詳細に検討すると、式（２）より明らかなように、第１プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ１は傾斜角αが大きくなるにつれて小さくなり、式（３）から明らかなように、第２プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ２は、傾斜角αが大きくなるにつれて大きくなる。図６は、実施の形態１において、上述のパラメータのうち、傾斜角αのみを変化させたときの第１プリズム面、第２プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ１、θｏ２、およびプリズムシートを設けなかった場合の最大出射角を示したものである。図６から、０．０＜α≦９．４[度]としたときにプリズムシート４０を設置しない場合に比べて視野角制御性が向上していることが理解される。

さらに詳細に図６を見ると、最大出射角θｏ１とθｏ２が一致する点で最大の視野角制御性が得られることが理解される。図６では、α≒５[度]のとき、プリズムシート４０からの最大出射角は最小の値（約２０．０[度]）に制限されており、プリズムシート４０を設置しない場合の約２２．７[度]と比較して、最大の効果が得られている。

以上のように、式（２）で示される最大出射角θｏ１と式（３）で示される最大出射角θｏ２がほぼ一致する、つまり、下式（５）で示される関係を満たすように各パラメータを決定することにより、出射角度範囲を最も小さく制限することができ、視野角制御性の高いシートを得ることができる。

｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝−α）｝＋α｜ ≒ ｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜ ・・・（５）

次に、実施の形態１において、上述のパラメータのうち、距離成分ｘのみを変化させた場合について考える。第１プリズム面、第２プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ１、θｏ２、およびプリズムシート４０を設けなかった場合の最大出射角を図７に示した。図７から、距離成分ｘが小さいほどプリズムシート４０から出射する光の出射角は小さく制限されることが理解される。最も出射角を小さく制限できるのはｘ＝０となる点であるため、この発明に係る表示装置において、視野角制御性を高めるためには、距離成分ｘは小さいほど良い、つまりｘ≒０とすることがより好ましい。

また、光吸収領域３０のピッチｐａとプリズム４３のピッチｐｐの関係に着目すると、これらの値が異なる場合には、表示画面内、つまり視野角制御シート１０とプリズムシート４０が重なった光学シート部材７となったシートの面内で光吸収領域３０とプリズム４３の相対位置にズレが生じ、結果として全画面内で距離成分ｘを最小とすることが困難であることが明らかである。従って、全画面においてほぼ均一な視野角制御性が得られる、表示品位の高い表示装置を得るためには、ｐａ≒ｐｐとすることが好ましい。

なお、実施の形態１においては、第１プリズム面から出射する光の最大出射角、および第２プリズム面から出射する光の最大出射角が共に約２０［度］となるように、各パラメータを前述の通りに決定している。

以上のように実施の形態１の表示装置は、光源１と、この光源１からの光を受けて表示すべき画像光を出射する表示制御素子５と、光源１と表示制御素子５との間、あるいは表示制御素子５の出射面側に配置されたシート部材７を備え、シート部材７は、互いに平行な光入射平面１１と光出射平面１２を有する視野角制御シート１０と、視野角制御シート１０の光出射平面１２に対向して配置されたプリズムシート４０を有し、視野角制御シート１０は、光入射平面１１と光出射平面１２との間に、光透過性材料で構成された光透過領域２０と、この光透過領域２０の中に形成された複数の光吸収領域３０を含み、これらの光吸収領域３０は、相互間に光透過領域２０が位置するようにして、光入射平面１１と平行な基準線Ｓに沿って互いに平行に延びており、プリズムシート４０は、光透過材料で構成され、視野角制御シート１０の光出射平面１２と対向する入射側平面４１と、この入射側平面４１の上部に連続して形成された複数のプリズム４３を有し、これらのプリズム４３は、基準線Ｓに沿って互いに平行に延びるように形成される。この構成により、シート部材７からの出射光が広がるのを抑制し、狭い視野角を、安価で光利用効率を高くして実現できるとともに、比較的安価なプリズムシート４０を用いて、比較的安価に、簡便に視野角を所望の値に調整した表示装置を実現することができる。

また実施の形態１は、プリズムシート４０の各プリズム４３に到達する光のうち、視野角制御シート１０の光入射平面１１に対する法線との角度が最大の光を最大角入射光１０２とし、この最大角入射光１０２の入射角を最大入射角θｉｍａｘとしたとき、最大入射光１０２が、各プリズム４３の一対のプリズム面４３ａ、４３ｂのうち、プリズム面４３ａ、４３ｂに対する法線と最大角入射光１０２とのなす角θｐが、最大入射角θｉｍａｘよりも小さい側の第１プリズム面に到達するように、視野角制御シート１０とプリズムシート４０の相対位置を設定する。この構成により、プリズムシート４０からの出射光の広がりを制限できるため、視野角制御性の高い表示装置を実現することができる。

また、実施の形態１は、視野角制御シート１０の光入射平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向における複数の光吸収領域３０のピッチをｐａ、各光吸収領域３０の幅をｗ、視野角制御シート１０の厚さ方向における各光吸収領域３０の高さをｈ、各光吸収領域３０の入光側端面３２から各プリズム４３のプリズム稜線４３ｃまでの厚さをＨ、プリズムシート４０の入射側平面４１と各プリズムのプリズム面とのなす角をα、入射側平面４１と平行で基準線Ｓと直交する方向における複数のプリズム４３のピッチをｐｐ、視野角制御シート１０の光透過領域２０の屈折率をｎ０、プリズムシート４０の屈折率をｎとし、また、前記プリズムシートの入射側平面と平行な方向において、最大角入射光１０２が第１プリズム面に到達する位置と第１プリズム面の谷線４３ｄとの距離成分をｘとしたとき、
｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝｜≧｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜
の関係を満たすように構成される。この構成により、視野角制御性を高めた表示装置を実現することができる。

実施の形態１は、さらに、
｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝−α）｝＋α｜ ≒ ｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜
の関係を満たすように構成される。この構成により、各プリズム４３の各プリズム面４３ａ、４３ｂから出射する光の出射角度をほぼ等しくすることができ、出射角度範囲を最小にすることができ、また、入射側平面４１と平行で基準線Ｓと直交する方向において、プリズム面４３ａ、４３ｂの視野角特性がほぼ等しくなり、光利用効率を高くし、しかも視野角制御性に優れた表示装置を実現することができる。

また、実施の形態１では、光入射平面１１と平行で基準線Ｓと直交する方向における複数の光吸収領域３０のピッチｐａと、複数のプリズム４３のピッチｐｐとがほぼ等しく構成することにより、表示画面内での視野角制御特性の変化を抑制し、表示画面の全面でほぼ均一な視野角制御性を有する表示装置を実現することができる。

また、実施の形態１では、プリズムシート４０の入射側平面４１と平行な方向において、最大角入射光１０２が第１プリズム面に到達する位置と第１プリズム面の谷線との距離成分ｘがほぼゼロとなるように構成することにより、プリズムシートへの入射角が大きい光を、より多く第１プリズム面から出射させることができ、より視野角制御性の高い表示装置を実現することができる。

さらに、実施の形態１では、視野角制御シート１０とプリズムシート４０が、互いに貼り合わされて光学密着構造となっており、表示装置の使用時に、視野角制御シート１０とプリズムシート４０との位置関係が変化することがないため、より信頼性の高い、視野角制御性に優れた表示装置を実現することができる。

実施の形態２．
図８は、この発明による表示装置の実施の形態２におけるシート部材７Ａを示す断面図である。この実施の形態２で使用されるシート部材７Ａでは、実施の形態１における視野角制御シート１０に代わって、視野角制御シート１０Ａを使用する。この視野角制御シート１０Ａは、実施の形態１における視野角制御シート１０と同様に、光入射平面１１と光出射平面１２を有するが、複数の光吸収領域３０が、その出光側端３２が視野角制御シート１０Ａの光出射平面１２に隣接するようにして、光透過領域２０の中に形成される。この結果、光透過領域２０は、複数の各光吸収領域３０の入光側端３１を覆うように形成され、各光吸収領域３０の入光側端３１から、各プリズム４３のプリズム稜線４３ｃまでの厚さＨが、実施の形態１よりも小さくされる。実施の形態２のおける厚さＨは、具体的には、２５０［μｍ］とされる。その他は、実施の形態１のシート部材７と同じに構成される。

実施の形態２の視野角制御シート１０Ａにおける各光吸収領域３０は、視野角制御シート１０Ａの光出射平面１２に複数の溝２１を形成し、この各溝２１内に、光吸収材料、例えば着色顔料を含有したアクリル樹脂を充填して形成され、着色顔料としては、例えば、カーボンブラックを使用する。

この実施の形態２において、式（２）乃至（５）の各パラメータについて、傾斜角αのみを変化させたときの第１プリズム面、第２プリズム面から出射する光の最大出射角θｏ１、θｏ２、およびプリズムシート４０を設けなかった場合の最大出射角を図９に示した。

図９における最大出射角θｏ１とθｏ２の関係は、実施の形態１で述べたように、θｏ１≒θｏ２となる時に最大出射角が最小となる点については同様だが、最大出射角の値が、プリズムシート４０を設置しなかった場合が約２２．７[度]、実施の形態１に示した構成では約２０．０[度]であったのに対し、約１７．５[度]（α≒１０[度]のとき）と、さらにプリズムシート４０からの出射角を小さく制限できていることが理解される。これは、式（２）からも明らかなように、厚さＨが小さいほど、第２プリズム面に到達する光の中で、プリズムシート４０の入射側平面４１の法線と入射光のなす角が最大の入射角となる光の入射角が小さくなるためである。従って、厚さＨを小さくする、つまり視野角制御シート１０Ａのルーバー構造ＲＳを視野角制御シート１０の出射側平面１２側に構成することが、より視野角制御性を向上する上で、さらに好ましい。

以上のように、実施の形態２では、視野角制御シート１０Ａの光出射平面１２側に、光吸収領域３０の延伸方向と平行な方向に各プリズム４３が延びるよう、位置調整したプリズムシート４０を設けることにより、出射時に屈折によって光が広がることを抑制でき、より難易度の高い、狭い視野角の表示装置を得ることができる。また、前述の式を用いて、所望の視野角が得られるシート構成に設定すれば、比較的安価に、簡便に視野角の調整を行なうことができる。

その他の実施の形態．
実施の形態１、２は、この発明の実施の具体的な実施の形態を示すものであるが、この発明を限定するものではなく、この発明による表示装置は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の改変ができる。

図１０、図１１、図１２は、その改変の一例を示す。図１０、図１１は、プリズム列ＰＳの断面形状を変形させたものである。図１０に示すシート部材７Ｂは、断面形状を多角形、具体的には台形形状にしたプリズム４３Ａを含むプリズム列ＰＳを形成したプリズムシート４０Ａを用いる。図１１に示すシート部材７Ｃは、断面形状を半円柱形にしたプリズム４３Ｂを含むプリズム列ＰＳを形成したプリズムシート４０Ｂを用いる。実施の形態１に示した断面形状が三角形状のプリズム４３に比べ、出射光の細かな屈折方向の制御が可能となり、より厳密な視野角制御が可能となる。なお、図１１においては、プリズム列ＰＳを形成する半円曲線の接線と出射側平面４１とのなす角が、傾斜角αとなる。図１０、図１１でも、各プリズム４３Ａ、４３Ｂの中心が、各光吸収領域３０の中心線Ｌ上に位置するよう、各プリズム４３Ａ、４３Ｂが形成される。なお、図１０、１１では、実施の形態２の視野角制御シート１０Ａが使用されているが、実施の形態１の視野角制御シート１０を使用することも勿論可能である。

図１２に示すシート部材７Ｄは、視野角制御シート１０Ａとプリズムシート４０の間に平行平板５０を挿入し、視野角制御シート１０Ａの光入射平面１１と各プリズム４３のプリズム稜線４３ｃとの厚さＨを調整したものである。比較的入手しやすい平行平板５０の挿入により、さらに簡便に、精度良く視野角の調整ができるようになる。なお、平行平板５０を挿入する場合には、その屈折率に応じて、前述のスネルの法則を用い、視野角制御シート１０Ａの光吸収領域３０とプリズムシート４０のプリズム４３の位置調整を行なうことが必要である。なお、図１２でも、実施の形態２の視野角制御シート１０Ａが使用されているが、実施の形態１の視野角制御シート１０を使用することも勿論可能である。

また、溝２１の断面形状についても、長方形に限られるものではなく、台形や半楕円形状など溝加工方法やシート成形方法などに合わせて任意に選定すればよい。なお、光吸収領域３０の幅ｗは形状および最大入射角θｉｍａｘに基づいて適宜決定すればよく、例えば台形形状の断面形状の場合、ｗ＝｛（上底の幅）＋（下底の幅）｝／２で表わされる。

また、視野角制御シート１０、１０Ａ、およびプリズムシート４０、４０Ａ、４０Ｂの材質も実施の形態１に示したものに限定されるものではなく、例えば光透過領域２０およびプリズムシート４０、４０Ａ、４０Ｂについては、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、シクロオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂に限らず、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、さらにはガラスなどの光を透過する性質を持った材質を用途に応じて選定すればよく、また、視野角制御シート１０、１０Ａの光吸収領域３０を構成するために充填される光吸収材料についても、着色顔料、およびバインダーを用途に応じて選定することができ、例えば、着色顔料としては、黒鉛や鉄黒（四酸化三鉄）、酸化コバルト（四酸化三コバルト）などの黒色粒子を用いても良いし、その他、アルミン酸コバルト（青色顔料）、弁柄（赤色顔料）などの着色顔料や、それらの混合物を用いることができ、バインダーとしては、例えば、ウレタン樹脂やセルロース樹脂などを用いることができる。

この発明による表示装置の実施の形態１を示す分解斜視図である。 実施の形態１におけるシート部材の断面図である。 実施の形態１にシート部材の部分拡大断面図である。 実施の形態１におけるシート部材のプリズムシート側の部分拡大断面図である。 従来の視野角制御シートの部分拡大断面図である。 実施の形態１におけるプリズム面の傾斜角αと最大出射角θｏ１、θｏ２の関係、および従来の視野角制御シートの最大出射角を示す図である。 実施の形態１における距離成分ｘと最大出射角θｏ１、θｏ２の関係、および従来の視野角制御シートの最大出射角を示す図である。 この発明による表示装置の実施の形態２におけるシート部材の部分拡大断面図である。 実施の形態２におけるプリズム面の傾斜角αと最大出射角θｏ１、θｏ２の関係、および従来の視野角制御シートの最大出射角を示す図である。 この発明による表示装置の他の実施の形態におけるシート部材を示す断面図である。 この発明による表示装置の他の実施の形態におけるシート部材を示す断面図である。 この発明による表示装置の他の実施の形態におけるシート部材を示す断面図である。

符号の説明

１；光源、５：表示制御素子、７、７Ａ、７Ｂ：シート部材、
１０、１０Ａ：視野角制御シート、１１：光入射平面、１２：光出射平面、
２０：光透過領域、３０：光吸収領域、４０、４０Ａ、４０Ｂ：プリズムシート、
４１：入射側平面、４３、４３Ａ、４３Ｂ：プリズム、４３ａ、４３ｂ：プリズム面。

Claims (8)

1. 光源と、この光源からの光を受けて表示すべき画像光を出射する表示制御素子と、前記光源と表示制御素子との間、あるいは前記表示制御素子の出射面側に配置されたシート部材を備え、
   前記シート部材は、互いに平行な光入射平面と光出射平面を有する視野角制御シートと、前記視野角制御シートの光出射平面に対向して配置されたプリズムシートを有し、
   前記視野角制御シートは、前記光入射平面と光出射平面との間に、光透過性材料で構成された光透過領域と、この光透過領域の中に形成された複数の光吸収領域を含み、これらの光吸収領域は、相互間に前記光透過領域が位置するようにして、前記光入射平面と平行な基準線に沿って互いに平行に延びており、
   前記プリズムシートは、光透過材料で構成され、前記視野角制御シートの光出射平面と対向する入射側平面と、この入射側平面に対向する面に連続して形成された複数のプリズムを有し、これらのプリズムは、前記基準線に沿って互いに平行に延びるように形成されたことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置であって、前記プリズムシートの各プリズムに到達する光のうち、前記視野角制御シートの光入射平面に対する法線との角度が最大の光を最大角入射光とし、この最大角入射光の入射角を最大入射角θｉｍａｘとしたとき、前記最大入射光が、前記各プリズムの一対のプリズム面のうち、前記プリズム面に対する法線と前記最大角入射光とのなす角が、前記最大入射角θｉｍａｘよりも小さい側の第１プリズム面に到達するように、前記視野角制御シートと前記プリズムシートの相対位置を設定したことを特徴とする表示装置。
3. 請求項２記載の表示装置であって、前記光入射平面と平行で前記基準線と直交する方向における前記複数の光吸収領域のピッチをｐａ、前記各光吸収領域の幅をｗ、前記視野角制御シートの厚さ方向における前記各光吸収領域の高さをｈ、前記各光吸収領域の入光側端面から前記各プリズムの頂点までの厚さをＨ、前記プリズムシートの入射側平面と前記各プリズムのプリズム斜面とのなす角をα、前記基準線と直交する方向における前記複数のプリズムのピッチをｐｐ、前記視野角制御シートの光透過領域の屈折率をｎ０、前記プリズムシートの屈折率をｎとし、また、前記プリズムシートの入射側平面と平行な方向において、前記最大角入射光が前記第１プリズム面に到達する位置と前記第１プリズム面の谷線との距離成分をｘとしたとき、
   ｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝｜≧｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜
   の関係を満たすことを特徴とする表示装置。
4. 請求項３記載の表示装置であって、さらに、
   ｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１｛（ｐａ−ｗ）／ｈ｝）｝−α）｝＋α｜ ≒ ｜Ｓｉｎ^−１｛ｎ×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^−１｛（ｎ０／ｎ）×Ｓｉｎ（Ｔａｎ^−１（（（ｐａ−ｗ）×（Ｈ−（ｐｐ／２−ｘ）×Ｔａｎ（α））／ｈ＋ｘ−ｐｐ／２）／Ｈ））｝＋α）｝−α｜
   の関係を満たすことを特徴とする表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の表示装置であって、前記光入射平面と平行で前記基準線と直交する方向における前記複数の光吸収領域のピッチｐａと、前記複数のプリズムのピッチｐｐとがほぼ等しいことを特徴とする表示装置。
6. 請求項２から４のいずれか一項記載の表示装置であって、前記プリズムシートの入射側平面と平行な方向において、前記最大角入射光が前記第１プリズム面に到達する位置と前記第１プリズム斜面の谷線との距離成分ｘがほぼゼロとなるように構成したことを特徴とする表示装置。
7. 請求項１または２記載の表示装置であって、前記視野角制御シートの各光吸収領域の出光側端が、前記視野角制御シートの光出射平面に隣接するように形成されていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項記載の表示装置であって、前記視野角制御シートと前記プリズムシートが、互いに貼り合わされて光学密着構造となっていることを特徴とする表示装置。

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