JP2009541812A - ディスプレイ装置のフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はディスプレイ装置のフィルタに関するもので、より詳しくは、多様な視野角でも一定水準以上のコントラスト比率を確保することが出来るディスプレイ装置のフィルタに関する。
【解決手段】本発明のディスプレイ装置のフィルタは、透明フィルムと、上記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、を含み、上記ストライプパターンの幅（ａ）と透明フィルムの厚さ（ｔ）が下記の関係式で表される臨界角（θ_ｃ）が２０〜５０°になるよう調節されたことを特徴とする。
【数１】

但し、ここでＲ_ｉは透明フィルムの屈折率を意味する。
【選択図】図４

Description

本発明はディスプレイ装置のフィルタに関するもので、より詳しくは、多様な視野角でも一定水準以上のコントラスト比率を確保することが出来るディスプレイ装置のフィルタに関する。

ＰＤＰディスプレイ装置は、電極の間でガス放電が発生し、上記ガス放電によって形成された紫外線の放射により、所望の画素の蛍光体を励起させ画面を具現する装置である。

上記のようなＰＤＰ装置の特性上、多様な種類の電磁波及び近赤外線が放出されるが、これは人体に有害であるだけでなく、周辺の他の電子機器の誤作動を誘導するというなどの問題が生じるため、上記ＰＤＰ装置の表面には電磁波及び近赤外線などを遮断するためのフィルタが付着している。上記フィルタには近赤外線領域の電磁波を吸収遮断するための電磁波遮蔽網または近赤外線遮断フィルムなどが含まれている。

しかし、上記フィルタを通してＰＤＰから発光する光が観察者に伝達されなければならないため、ＰＤＰフィルタは大体透明でなければならない。

ところが、昼間や明るい光が照らす環境、即ち明室条件では、ＰＤＰディスプレイ装置からフィルタを通して光が外部に発光するだけでなく、逆に、外部の光がＰＤＰフィルタを通してディスプレイ装置内に流入することもある。このような外部の光は再びＰＤＰパネルから反射してＰＤＰパネルから放出される光と重畳して観察者に到達する。以下、上記反射して放出される外部の光を反射光という。

上記のように、反射光が透明なＰＤＰフィルタを通して流入した後、ＰＤＰパネルから発光する光と重畳して放出される場合には、画面のコントラスト比が著しく低下するという問題がある。即ち、コントラスト比はディスプレイが具現できる最も明るい画面と最も暗い画面の明るさの比率を表したもので、ＰＤＰパネルから発光する光のみ考えた場合（完全な暗室条件）には次のような関係を表す。

ところが、上述の通り明室条件で反射光が発光する白色光及び黒色光と共に放出される場合には式が多少変わる。即ち、反射光は白色光と黒色光に関係なく同一な程度に反射され白色光と黒色光を表現する画素の明るさはそれぞれ反射光の明るさだけ増加するため、下記の関係式２の関係を有する。

白色光の明るさが黒色光の明るさよりは高いため、一般的に関係式１によるコントラスト比は１より大きい値を有することになるが、このような条件で反射光の明るさが分子と分母に足される場合には、上記コントラスト比は減少する。従って、同一なディスプレイ装置でも暗室条件と明室条件でのコントラスト比率は大きく差が出る。

種々のディスプレイ装置のうち、ＬＣＤはディスプレイ特性上、外部光がディスプレイの内部に入ると全て吸収され反射光が殆ど無いという特徴があるが、ＣＲＴやＰＤＰの場合は明るい環境で使用する場合、反射光の影響を受けることになり、上記コントラスト比率の減少が著しくなる。

そのうち、ＰＤＰディスプレイ装置の黒色光の明るさ（輝度）は一般的に約１ｃｄ／ｍ^２以下で、白色光の明るさは１０００ｃｄ／ｍ^２以上であるため、外部光の無い暗室条件での上記ＰＤＰディスプレイ装置のコントラスト比率は１０００を超える非常に優れた値を有する。

しかし、上述の通り外部光が存在する条件、即ち明室条件でのＰＤＰのコントラスト比率は上記反射光の明るさに大きく影響されるが、これを大体に予想するためには反射光の明るさがどれ程なのか把握する必要がある。

上記反射光は外部から入射した後、ディスプレイ装置の表面で反射する過程により観察者の視野に入射することとなる。従って、反射光の明るさは先ずＰＤＰディスプレイ装置を照明する外部光の明るさ（ＩＬ_ＰＤＰ）に比例するだけでなく、ＰＤＰ表面及び内部（蛍光体）から反射される程度（Ｒ_ＰＤＰ）に比例することが分かる。従って、反射光の明るさは下記の関係式３のような比例式で表示できる。
［関係式３］

反射光の明るさ∝ＩＬ_ＰＤＰ・Ｒ_ＰＤＰ

この際、上記ＰＤＰディスプレイ装置を照明する外部光の明るさは、ＰＤＰ表面の照度（ｌｘ）として測定することが出来るが、これをディスプレイ装置から放出される白色光または黒色光の明るさと同一な単位のｃｄ／ｍ^２に変換するための変換定数を適切に採択することで比例式ではない等式で表示することが出来るが、これを完全に同一な値に変換することは困難であるが、理想的な条件では「１ｌｘ＝１／πｃｄ／ｍ^２」が成立（完全に拡散する表面上で１ｌuｘの照度は１ａｐｏｓｔｉｌｂ（１／ｐｉ ｃｄ／ｍ^２）の輝度を生成する）すると知られている。従って、上記関係式３は下記のような関係式４で表現することが出来る。

上記関係式４の結果を関係式２に代入すると下記の関係式５が得られる。

ＰＤＰ表面から反射光が反射する程度を表す反射率（Ｒ_ＰＤＰ）は約２０〜３０％水準と知られているが、上記反射率が３０％で、外部照明によるＰＤＰ表面の照度が１００ｌｘであると仮定すると、上記関係式４で表される反射光の明るさは約９．５ｃｄ／ｍ^２水準で、それにより暗室条件で１０００以上であったコントラスト比率は明室条件で上記関係式５により１００程度に減少することになる。即ち、通常のＰＤＰディスプレイ装置において暗室条件と明室条件のコントラスト比率は、約１０倍程度の差が出るが、これは画面の識別力の面で極めて大きい。

その程度の差はあるが、このような現象は上記ＰＤＰだけでなく、フロントプロジェクション（ｆｒｏｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）ＴＶ用スクリーンまたはＣＲＴなど、画面の反射率が高いディスプレイ装置でも頻繁に経験できることである。

従って、明室条件でコントラストを向上させるための多方面の研究が進行してきたが、上記研究はコントラスト比率の低下原因を把握することから始まった。上記関係式２または関係式５から分かるように、明室条件のコントラスト比率の低下は外部光がディスプレイ装置表面から反射して発生する反射光の明るさにより決められ、上記反射光の明るさを決める要素のうち外部光の明るさを任意に調節しないと仮定すると、結局、反射率（Ｒ_ＰＤＰ）により左右するということが分かる。

このような反射率は、ＰＤＰパネルの表面に反射率が非常に高い蛍光体が存在しているため、上記蛍光体により入射光が再反射する現象に起因する。即ち、ＰＤＰディスプレイ装置の表面には様々な層のフィルムや基板などが存在しているが、反射される光の殆どはＰＤＰパネルの表面に存在する蛍光体に起因するものである。

上記ディスプレイ装置において外部光が反射される程度である反射率を減少させるために一般的に使用される技術の一つは、ＰＤＰディスプレイ装置の表面にフィルタを付着して反射する光の明るさを減少させることである。即ち、一定な透過率（Ｔ_{ｆｉｌｔｅｒ}）を有するＰＤＰフィルタをディスプレイ装置の表面に付着する場合、外部光がディスプレイ装置の表面から直接反射された従来の場合とは異なって、上記外部光はフィルタを一度通過した後、ＰＤＰパネルの表面に存在する蛍光体により反射され、以後再び上記フィルタを通過して、ようやく観察者の視野に到達するという経路を経る。従って、上記上部光は反射され観察者の視野に到達するまで２度のフィルタリング過程を経ることとなるが、一回のフィルタリング過程により到達した光の明るさは透過率（Ｔ_{ｆｉｌｔｅｒ}）だけ減少するため、２度の透過過程を経た反射光は下記の関係式６で表される明るさ（ｃｄ／ｍ^２）を有する。

また、ＰＤＰディスプレイ装置から放出される光は２度のフィルタリングを経た外部光に比べては、その明るさの減少幅が大きくはないが、上記ディスプレイ装置から放出される光も１度のフィルタリング経るしかないので、その明るさがＴ_{ｆｉｌｔｅｒ}だけ減ることとなる。従って、コントラストの改善のために透過率（Ｔ_{ｆｉｌｔｅｒ}）を一定の水準に制御したフィルタをディスプレイ装置の前面に配置する場合、上記関係式５で表されるＰＤＰディスプレイ装置のコントラスト比率は下記の関係式７で表示される。

上記関係式７において、分子と分母中Ｔ_{ｆｉｌｔｅｒ}を消去すると下記の関係式８の関係が得られる。

この際、上記数式中ＩＬ_ＰＤＰ・Ｒ_ＰＤＰ・１／π・Ｔ_{ｆｉｌｔｅｒ}が黒色光の明るさに比べて十分強い場合には、上記関係式８において黒色光の明るさは無視することができ、それによって上記関係式８は下記の関係式９に簡単に近似する。

即ち、上記関係式９から分かるように、ディスプレイ装置のコントラスト比率はフィルタの透過率に反比例する関係を表すため（定数１が存在するが、通常のコントラスト比率に比べて上記１は非常に小さい値であるため無視できる）透過率を小さく調節する場合、即ち、光の通過が難しいよう調節する場合、コントラスト比率は向上することが出来る。しかし、フィルタの透過率を無限に減少させる場合、ディスプレイ装置から放出する光まで必要水準以上に遮断する恐れがあるため、上記透過率を適切に調節することによりコントラスト比率を向上させる方法が従来に提案された。

このような方式のフィルタは、従来からＣＲＴでＮＤフィルタと呼ばれたものである。上記フィルタは、全ての可視光波長領域で同一な比率に透過率を低くしたフィルタを意味する。ＰＤＰではコントラスト比率を向上させるため、従来のＮＤフィルタから一段階発展したバンドパスフィルタ概念が適用されたが、このような種類のフィルタは波長別透過率に多少の差をおいて必要のない波長帯の光を取り除く役割をすることにより、ＰＤＰの色純度を向上させる機能を有する。しかし、コントラストの面ではＮＤフィルタやバンドパスフィルタのいずれも同一な透過率を有する場合、ほぼ類似な特性を有することとなる。従って、ここでは一般的なＮＤ ｆｉｌｔｅｒを使用して一般ＰＤＰ ｆｉｌｔｅｒのコントラスト向上の水準を予測して評価し、その結果を説明する。添付の図１に上記ＮＤフィルタの透過率とＰＤＰ表面での照度によってコントラスト比率が変わる傾向を表した。上記図１は白色光の輝度を１０００ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の輝度を１ｃｄ／ｍ^２に、そしてＰＤＰパネルの反射率を３０％に設定したときの結果である。透過率が減少することによってコントラスト比率は向上することを図１の結果から確認することが出来る。

しかし、上述のＮＤフィルタと類似な形態、即ち光透過率を調節したフィルタはコントラスト比率の調節に限界があるのは仕方ない。即ち、先に説明したように、コントラスト比率を向上させるためには透過率を減少させるしかないが、このような場合、ディスプレイ装置から放出する画面の光さえも通過することが困難になるため、コントラスト比率は高くなっても画面が全体的に暗く表示されるという問題点を有する。

このような問題点を解決すべく、ディスプレイ装置から放出される光は最大量に放出されるようにし、外部から入射して反射される光は最大に減少させるため、内部にストライプ形態の外光遮蔽層を含むディスプレイ装置用フィルタが特許文献１に開示された。上記ディスプレイ装置用フィルタは、図２に図示したような形態を有するもので、上記フィルタに含まれた遮光パターンは、通常ディスプレイの上側に斜めに入射する外部光が入射するとき、上記斜め方向の入射光を遮断するが、ディスプレイ装置から正面に放出される光は遮断しないためディスプレイ装置の正面に存在する観察者の視野に向かって放出される画面の光の伝達を妨害しないようにする役割をする。このような場合、上記関係式２または関係式５の反射光の明るさは減少する反面、ディスプレイ装置の白色光の明るさは減少しないため、向上したコントラスト比率を得ると共に画面の明るさを確保することができ、従来の技術問題を解決することが出来た。

しかし、上記特許文献１に記載された発明によって遮光パターンが形成されたフィルムは、観察者の位置によって上下の視野角が悪くなることがある。図３に図示したように、観察者が上記ディスプレイ装置から一定な角度の下、或いはその反対側に位置する場合には、ディスプレイ装置から放出される画面が全て遮断されるため、完全に暗いブラック画面のみ観察される。これは遮光パターンが最初から斜めに入射する光の入射角度が増加するほど透過率が低くなり続け、結局は全ての光を遮断するよう製造されたためである。

また、上記特許文献１によると、上記くさび形のパターンはフィルムの内部に形成されるものであるため、上記くさびパターンの溝のあるＵＶ樹脂層を形成した後、形成された溝に炭素を含む紫外線硬化性樹脂を供給し、紫外線を照射して硬化させる複雑な過程を通してストライプパターンを得ることが出来る。従って、上記先行技術による場合フィルムの製造にかかる工程が複雑であるという短所もある。

大韓民国公開特許公報１０−２００６−００８０１１６号

本発明は上記のような従来の技術の問題を解決するためのもので、本発明の一側面によると、視野角の制限が無く、簡単な過程によって製造されることが出来るディスプレイ装置のフィルタ及び上記フィルタを含むディスプレイ装置が提供される。

上記本発明の目的を達成すべく、本発明のディスプレイ装置のフィルタは、透明フィルムと、上記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、を含み、上記ストライプパターンの幅（ａ）と透明フィルムの厚さ（ｔ）が下記の関係式で表される臨界角（θｃ）が２０〜５０°になるよう調節されたことを特徴とする。

但し、ここでＲ_ｉは透明フィルムの屈折率を意味する。

本発明のディスプレイ装置のフィルタの他の一側面として、透明フィルムと、上記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、を含み、フィルムの正面から見たとき全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより占有されない領域の面積の比率で定義される正面開口率が５０〜８０％であることを特徴とするディスプレイ装置のフィルタが提供される。

本発明のディスプレイ装置のフィルタのさらに他の一側面として、透明フィルムと、上記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、を含み、上記ストライプパターンの幅（ａ）と透明フィルムの厚さ（ｔ）が下記の関係式で表される臨界角（θｃ）が２０〜５０°になるよう調節され、フィルムの正面から見たとき全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより占有されない領域の面積の比率で定義される正面開口率が５０〜８０％であることを特徴とするディスプレイ装置のフィルタが提供される。

但し、ここでＲ_ｉは透明フィルムの屈折率を意味する。

そして、上記正面開口率が５５〜７５％であることが好ましい。

そして、上記フィルムの両面に平行して形成されたストライプパターンの各対はフィルムの正面から見たとき完全に重複する形態を有することが効果的である。

また、上記フィルムの厚さは２０μｍ〜４ｍｍであることが好ましい。

この際、上記ストライプパターンの間の間隔は５〜４００μｍであることが好ましい。

そして、上記透明フィルムの可視光線の透過率は８０％以上であることが有利である。

また、上記ストライプパターンの可視光線の透過率は４０％以下であることが好ましい。

本発明による場合には視野角の制限がないだけでなく、簡単な過程によって製造できるディスプレイ装置のフィルタ及び上記フィルタを含むディスプレイ装置を提供することが出来る。

以下、本発明を詳しく説明する。
図４に本発明のディスプレイ装置用フィルムの断面を表した。図４からみられるように、本発明のディスプレイ装置は、透明なフィルムと上記透明なフィルムの両面に相互平行して形成された複数のストライプパターンを含むことを特徴とする。ここで、透明であるというのは通常の意味の「光の通過可能性」を意味するもので、その透過率を限定して定義する必要はない。但し、上記透明フィルムとして可視光線透過率が８０％以上のものを使用することが、本発明で意味する透明フィルムに、より好適である。また、上記ストライプパターンは光を遮断することが出来るものであれば、その透過率を特に限定する必要は無いが、効果的な光の遮断のためには上記ストライプパターンの可視光線の透過率は、４０％以下であることが好ましい。

また、本発明で言及するストライプパターンというのは、ストライプ状のパターンを意味するのではあるが、必ずしも直線状に形成される必要はなく、実質的に直線状に形成されれば本発明で言及するストライプパターンの範囲に含まれるという点に留意する必要がある。即ち、パターンの長さ方向からみたとき、周期的または非周期的な波状や折れ状などが存在するとしてもパターンの幅、周期または全体パターンの長さに比べてその振幅または折れた程度が大きくなければ、本発明で意味するストライプパターンの範囲に含まれる。このような程度の変形例は下記で説明する本発明のストライプパターンの役割とそれほど変わらないためである。

上述した形態の本発明のフィルタは、図５に光の経路と共に概略的に図示して説明したように、外部から斜めに入射する光を遮断することにより反射光の明るさを減少させる役割をする。上記フィルムで全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより光が遮断されず、透過する領域の面積の比率をフィルタの開口率とすると、外部から入射する光の入射角（θ_ｉ）が臨界角（θ_ｃ）まで大きくなるほど上記開口率は減少するようになる。即ち、外部から入射する光は図６に図示した入射角（θ_ｉ）が大きくなるほど遮断される程度が大きくなるという効果を得るようになる。従って、臨界角（θ_ｃ）まで斜めに入射する光であるほどパネル側への入射がより多く遮断され、それ以上の角から一定の角度までは臨界角での遮断率を維持することとなる。その反面、ディスプレイ装置の表面から放出される光は、ほぼ正面に位置した観察者に到達することが一般であるため、正面に放出される光が経験する開口率は最大になることが出来る。

また、上記特許文献１に記載されたストライプパターンを有するディスプレイ装置用フィルタは、観察者の視野がディスプレイ装置に対して過度に上に存在するか、過度に下に存在する場合、ディスプレイ装置から放出される光の殆どが遮断され画面の明るさ減少し過ぎるなど視野角が狭くなるという問題が生じたが、本発明のフィルタはこのような問題が発生しない。即ち、ディスプレイ装置から放出され観察者の視野に到達する光の明るさも上記フィルタのフィルムの両面に形成されたストライプパターンの開口率に依存することとなるが、本発明のフィルタの場合には、上記開口率の下限が存在するため、常に一定水準以上の光が観察者に到達することが出来る。即ち、図６に図示された入射角（θ_ｉ）（＝放出角（β））が０の場合には、両ストライプパターンが完全に重なるため、その開口率が最大である反面、上記入射角または放出角が増加することによって光の進行方向からみるとき重なっていた２つの柄は徐々に広がり光が遮断される領域が増加する。

しかし、上記入射角又は放出角が増加しても両ストライプパターンが占有する部分の面積率（開口率）には限界があるので、開口率の下限が存在する。このような現象は透明なフィルムの両面に距離を置いて両ストライプパターンが平行して存在するためであり、入射角または放出角が大きくなると上記平行な両ストライプパターンの間にも光が進行することがあるという事実によるものである。

しかし、上記特許文献１のディスプレイ装置用フィルムの場合には、ストライプパターンがフィルム内にくさび状に形成されたものであるため、入射角または放出角が増加するほど上記本発明のフィルムの開口率に該当する「光が通過できる面積の比率」は減少し続け光が完全に遮断することとなる。

このような本発明のフィルタの特性をより理論的に説明すると次の通りである。

本発明のディスプレイ装置のフィルタは、上述の通り入射する角度によってその透過率が変わるような効果を表す。即ち、外部光がディスプレイ装置の表面に入射した後反射して観察者の視野に到達することによりコントラスト比率に影響を与えるためには、外部光は図７に図示した形態の光経路を通らなければならない。即ち、斜めに入射した外部光が内部での散乱または蛍光体による反射などのような如何なる理由により垂直な方向に位置する観察者の視野に到達する場合、外部光がディスプレイ装置の表面に到達するまではフィルタの表面に斜めの経路に沿って入射することとなる。以後、反射した反射光がディスプレイ装置のほぼ正面に位置する観察者の視野に到達するためには、フィルタに垂直な方向に光が進行する。

ところが、先に説明したように本発明のフィルタは光が入射または放出される角度によってその開口率が変わるため、上記関係式７ないし関係式９のように入射するときの透過率と放出されるときの透過率を同一にして適用することが出来ない。即ち、関係式７ないし関係式９では光が斜めの方向に入射してフィルタ内での光経路は多少長くなることはあるが、これにより透過率が著しく変わるわけではないため、入射及び放出時の透過率を両方ともＴ_{ｆｉｌｔｅｒ}に統一して使用したが、本発明のフィルタを通して光が入射して放出される場合には、その角度によって透過率が著しく変わるため、必ず透過率が異なるよう適用する必要がある。従って、本発明で関係式７は下記の関係式１０に変更する必要がある。

上記関係式１０においてＴ_正面は、正面方向に光が放出されるとき正面開口率を考えた透過率を意味し、Ｔ_斜線θはθ度に斜めに入射されるとき光が経験する開口率を考えた透過率を意味する。

上記関係式１０を関係式８及び関係式９のような手順でまとめると下記の関係式１１が得られる。

即ち、関係式１１から分かるように、本発明のフィルタを利用する場合には、外部光がθ度上に位置する場合、斜線方向の透過率（Ｔ_斜線θ）によりコントラスト比率が決められるが、斜線方向の透過率が正面方向の透過率に比べて低いため通常等方性の透過率を有する従来のフィルタよりコントラスト向上効果に優れる。

この際、上記斜線方向の透過率は先に説明したように入射角度によって変わるため、外部光源の条件によって異なるよう求める必要がある。但し、本発明が属する技術分野において通常の知識を有している者であれば上記各入射角条件による透過率を容易に変更して測定することが出来る。

上記関係式１１により求めた明室条件のコントラスト比率は大体Ｔ_斜線θに反比例する関係を有するが、従来のＮＤフィルタタイプのコントラスト向上用フィルタの場合には、全ての透過率がＴ_正面と表現されるよう等方性を有するため、両フィルタのコントラスト比率を比較すると次の通りである。

即ち、外部光がＰＤＰ ｐａｎｅｌ表面の法線を基準としてθ度上に位置する環境の場合、本発明のフィルタのストライプパターンの配置を制御することにより正面透過率（Ｔ_正面）が４０％で、入射角θ度の斜線方向の透過率（Ｔ_斜線θ）が２８％のフィルタを使用した場合と、正面透過率が４０％の従来のＮＤフィルタを使用した場合の明室コントラスト比率は３．５７：２．５であって、本発明による場合が約４３％向上したコントラスト比率を得ることが出来る。

上述した形態の本発明のディスプレイ装置フィルタは、フィルムの厚さ、フィルムの両面に付着するパターンの幅、パターン間隔などのような幾何学的な形態及び上記幾何学的形態から導き出される変数を制御することにより、より好ましい特性を有することが出来る。

本発明のフィルタのより好ましい形態を求める過程を説明するため、図８を添付した。上述したように、本発明のフィルタは外部光の入射角度（θ_ｉ）が大きくなることによって開口率が減少してから、一定角度以上になるとそれ以上減少しない値に至る。従って、上記角度以上に入射する光は決められた形態のフィルムが有することの出来る最大の透過率で遮断されるが、上記角度をいくらにするかによってフィルタの形態が変わる。

従って、フィルタの形態を決めるためにはコントラスト比率に大きな影響を与えるため、なるべく遮断するのが有利な外部光源がどの角度で入射するのかを決める段階が必要である。

図８から分かるように、外部光の入射角度（θ_ｉ）が大きくなるにつれ光の入射方向からみたとき、重なっていた平行な一対のストライプパターンは徐々に遠くなったあげく両ストライプパターンが完全に分離して最も広い面積で光を遮断する形態に変わり、その結果、コントラスト比率が最大値に到達するようになる。両ストライプパターンが完全に分離し始めるとき（即ち、ｄがａと同一になる時点）の入射角度（θ_ｉ）を臨界角（θ_ｃ）と規定する。

図８で定義したように、フィルムの屈折率をＲ_ｉ、ストライプパターンの幅をａ、隣接する両ストライプパターン間の間隔をｂ、外部光が角度θ_ｉに入射するとき、上記入射する外部光により裏面に位置するストライプパターンのうち表面に位置するストライプパターンの影が形成されない部分の幅をｄ、フィルムの厚さをｔとすると、それぞれ次のような関係が得られる。

上記関係式１３はスネルの法則から図８のθ_ｒ（フィルム内で屈折して入射される光の角度）を求めた後、上記θ_ｒとｄ／ｔの関係に対する逆関数を適用することによって得られたものである。先に言及した通り、上記ｄがａと同一になり始める時点の角度を臨界角（θ_ｃ）としたため、関係式１３においてｄの代わりにａを代入し、θ_ｉの代わりにθ_ｃを代入すると下記の関係式１４が得られる。

従って、θ_ｃは上記関係式１４の逆関数を表した下記の関係式１５によって求められる。

上記関係式と臨界角（θ_ｃ）に対する定義から直観的に理解できるように、フィルムの臨界角（θ_ｃ）が大きくなると、その分外部光が多く入射して反射する可能性が高くなるため、コントラスト比率を減少させ所望の効果が得られない恐れがある。従って、上記臨界角（θ_ｃ）は一定水準以下に制御する必要があるが、本発明者等の研究結果によると一般の外部照明条件を考えた場合、上記臨界角（θ_ｃ）は５０°以下に制御する必要がある。しかし、逆に臨界角が小さい値を有する場合には、小さい入射角の変化にも透過率変化の程度が大きくなり観察者（視聴者）が不便を感じることがある。従って、上記臨界角は２０°以上であることが好ましい。

本発明のディスプレイ装置用フィルタの性能を決めるさらに他の重要な因子として、正面開口率が挙げられる。開口率は先に説明したように、全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより光が遮断される領域の面積の比率を意味するが、光の入射方向によって開口率が変わるため光を正面から入射した場合の開口率を特別に「正面開口率」（言い換えると、フィルムの正面から見たとき全体フィルムの面積対比各ストライプパターンが無く透明な領域の面積比率）という。

上記正面開口率は、ＰＤＰから放出する光の正面透過率を決める主要な要素で、開口率が小さ過ぎる場合にはＰＤＰから放出される画面の明るさが減少して好ましくない。逆に、上記正面開口率が大き過ぎる場合には斜めに入射する外部光を遮断する効果を得ることが困難なため、コントラスト比率の向上に好ましくない。従って、通常ＰＤＰディスプレイ装置において近赤外線フィルム（吸収率２０％内外）、電磁気波遮蔽フィルム（吸収率１０％内外）などが付着することを踏まえると、上記正面開口率は５０〜８０％であることが好ましく、５５〜７５％であることがより好ましい。

また、本発明のディスプレイ装置用フィルタは、上記臨界角と正面開口率に対する条件の一つのみ充足しても構わないが、この条件を同時に満たすことがより好ましい。

上記条件以外の本発明のより好ましい効果を得るための条件の一つとして、フィルムの厚さが挙げられる。上記フィルムの厚さが厚過ぎる場合には、上記正面開口率と臨界角を充足させるためにストライプパターンの幅も増加させなければならないが、そのような場合、ストライプパターンが肉眼で観察される恐れがあるため好ましくない。逆に、フィルムの厚さが薄過ぎる場合にはフィルムの製造と保管に問題が生じ得るため、上記フィルムの厚さは適切な範囲に維持する必要がある。本発明の発明者等の研究結果によると、上記フィルムの厚さは２０μｍ〜４ｍｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。

また、上記本発明で定義する開口率及びフィルムの厚さなどを満たす範囲内でストライプパターンの間の間隔は５〜４００μｍであることがより好ましい。

また、上述の条件の本発明のフィルタに含まれるストライプパターンは、フィルムの両面で相互に平行して配列されることが好ましい。ここでストライプパターンが相互に平行して配列されるということは、フィルタを正面から観察したとき、フィルムの正面に形成されたパターンのみ観察され、裏面に形成されたパターンは正面と重なって観察されないということを意味する。但し、ここで意味する「重複」というのは工業的意味の重複であって、製造過程で発生する多少の誤差を含む概念であることを強調しなくても誰でも理解できる。

さらに、それぞれフィルムの正面または裏面のうち同一な面上に形成されたストライプパターンの個別的なストライプも相互に対して平行することが好ましい。また、上記ストライプパターンは可能であれば同一な幅を有し、同一な間隔で形成されることが好ましい。ここで意味する「平行」または「同一」という用語も工業的意味の平行または同一であるという点は上述の通りである。

本発明のディスプレイ装置用フィルタは、上述の通り、透明フィルムの両面に相互平行したストライプパターンが形成されたもので、上記ストライプパターンを本発明の好ましい条件を充足するよう形成させる方法で製造されることが出来る。特に、ストライプパターンは従来から存在するスパッタリング、プリンティング、フォトリソグラフィーなどのような多様な方法の中で状況に合わせて選択することにより、容易に形成させることが出来ることを本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰でも分かる。

以下、実施例を通して本発明をより具体的に説明する。但し、下記の実施例は本発明の理解を容易にするため例示したもので、本発明の権利範囲が下記の実施例に限定されるのではない。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項及びこれから合理的に類推できる事項により定められる。

臨界角の変化によるコントラスト比率向上効果の検討
下記の表１に表示した条件でディスプレイ装置用フィルタを製造する場合に予想されるコントラスト向上効果を比較計算した。フィルタに使用されたフィルムの透過率は９０％に、表裏面ストライプパターンの透過率は全て０％に設定した。また、フィルムの正面開口率は７０％、厚さは７５μｍ、屈折率（Ｒ_ｉ）は１．６に設定し、ＰＤＰディスプレイ装置の白色光の明るさを５７５．３ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の明るさを０．９ｃｄ／ｍ^２に、照明によるＰＤＰ表面照度を２００ｌｘに、ＰＤＰパネルの反射率を２９％に設定した。ディスプレイ装置用フィルタの使用環境と類似な環境での使用効果を確認するため、上記ディスプレイ装置用フィルタが、光吸収率が１０％の電磁波遮蔽フィルム、光吸収率が２０％の近赤外線吸収フィルム、光吸収率が１０％のカラー層と共に積層され使用される場合を仮定した。

下記の表１に記載された条件のフィルタを使用したときコントラスト比率が向上する程度を本発明のより好ましい条件による発明例、本発明のより好ましい条件を外れる比較例１及び従来のＮＤフィルタの場合に対して上記関係式１０の条件で計算してその結果も表１に表した。

下記の表１に図示した通り、ＮＤフィルタの入射角が変わることによって透過率が少しずつ変動することが分かり、特に光入射角が大きくなるほど透過率が変わることが分かる。このような現象は入射角が増加するにつれフィルムの内部を進行する光経路が長くなり、その結果、光の透過率まで減少することを踏まえたものである。このような現象を踏まえた場合、フィルムの正面でフィルムの吸収率を測定した結果をＴ_o、入射角をθ_ｉ、そしてフィルムの屈折率をＲ_ｉとすると入射角によるフィルムの吸収率の変化は下記の関係式１６のＴで表示できる。

界面での反射がないと仮定した場合、上記関係式１５による吸収率を求めることにより「透過率＝１−吸収率」の関係を利用して透過率を計算することが出来る。

従って、ＮＤフィルムは勿論、ディスプレイ装置用フィルタに付着した電磁波遮蔽フィルム、近赤外線吸収フィルム及びカラー層の透過率も同一に上記関係式１５による吸収率（Ｔ）を適用して計算した。以下、全ての実施例においてＮＤフィルム、遮蔽フィルム、近赤外線吸収フィルム及びカラー層の吸収率として上記関係式１５を適用したものを利用する。

上記表１の結果から分かるように、本発明で提案した臨界角でフィルム形状を制御した場合には、光源の入射角が大きくなり臨界角に到達するまでコントラストが向上していることが分かる。言い換えると、臨界角が２０°に設けられたフィルムの場合には、外部照明の入射角が臨界角の２０°に到達するまで急激にコントラスト比率が増加して最高値に到達した後、その値が維持される傾向をみせ、臨界角が４０°の場合には入射角も４０°に到達するまでコントラスト比が増加し続けていることが確認できた。特に、予想できる殆どの光入射角度でコントラスト比率が大幅に向上し得ることが分かった。即ち、外部光の場合にはディスプレイ装置の正面に配置される場合が殆ど無いため、上記の場合を除くとコントラスト比率向上の効果が目立つことを確認したのである。

しかし、比較例１として提示された場合は臨界角が６０°であって、本発明で規定している値より高い臨界角を有する場合であるが、このような場合には、従来のＮＤフィルタよりはその効果は優れるものの、本発明の発明例よりはコントラスト比率の向上効果が大きくないことが確認できた。また、比較のため従来のＮＤフィルタを利用してコントラスト向上効果を測定した結果を比較例２に表したが、入射角によるコントラスト比率の増加効果を殆ど確認することが出来なかった。

正面開口率の変化によるコントラスト比率向上効果の検討
下記の表２に表示した条件で、ディスプレイ装置用フィルタを製造する場合予想されるコントラスト向上効果を比較計算した。フィルタに使用されたフィルムの投光率は９０％に、ストライプパターンの透過率は０％に設定し、ＰＤＰディスプレイ装置の白色光の明るさを５７５．３ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の明るさを０．９ｃｄ／ｍ^２に、照明によるＰＤＰ表面照度を２００ｌｘに、ＰＤＰパネルの反射率を２９％に設定した。また、フィルムの臨界角は４０°、厚さは７５μｍ、屈折率（Ｒ_ｉ）は１．６に設定した。ディスプレイ装置用フィルタの使用環境と類似な環境での使用効果を確認するため、上記ディスプレイ装置用フィルタが、光吸収率が１０％の電磁波遮蔽フィルム、光吸収率が２０％の近赤外線吸収フィルム、光吸収率が１０％のカラー層と共に積層され使用される場合を仮定した。

下記の表２に記載された条件のフィルタを使用したとき、コントラスト比率が向上する程度を上記関係式１０の条件で計算し、その結果も本発明の条件による発明例とそうではない比較例に分けて表２に表した。

上記表２の結果から分かるように、正面開口率が低い場合（比較例３）には入射角が増加するにつれコントラストの上昇幅も大きく、臨界角に到達したときの最大コントラスト数値も非常に高いが、低い開口率のため正面透過率が低いという問題があり、開口率が高い場合（比較例４）には逆に光源の入射角が増加することによってコントラスト増加の程度が小さく、最大コントラスト数値も低いため期待した性能を得ることが出来ない。

上記表２の結果から分かるように、本発明で提案した開口率でフィルムの形状を制御した場合には光源の入射角が大きくなるほど、即ち、外部光が斜めに入射するほどコントラスト比率向上の効果が全て向上していることが分かる。特に、予想できる殆どの光入射角度でコントラスト比率が大幅に向上できることが分かった。即ち、外部光の場合にはディスプレイ装置の正面に配置される場合が殆どないため、上記の場合を除くとコントラスト比率の向上効果が目立つことを確認したのである。

ストライプパターンの透過率の変化によるコントラスト比率の向上効果の検討
下記の表３に表示した条件でディスプレイ装置用フィルタを製造した場合に予想されるコントラスト向上効果を比較計算した。フィルタに使用されたフィルムの投光率は９０％に設定した。また、フィルムの開口率は７０％、臨界角は４０°、厚さは７５μｍ、屈折率（Ｒ_ｉ）は１．６に設定し、ＰＤＰディスプレイ装置の白色光の明るさを５７５．３ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の明るさを０．９ｃｄ／ｍ^２に、照明によるＰＤＰ表面照度を２００ｌｘに、ＰＤＰパネルの反射率を２９％に設定した。ディスプレイ装置用フィルタの使用環境と類似な環境での使用効果を確認するため、上記ディスプレイ装置用フィルタが、光吸収率が１０％の電磁波遮蔽フィルム、光吸収率が２０％の近赤外線吸収フィルム、光吸収率が１０％のカラー層と共に積層され使用される場合を仮定した。その計算結果も表３に表した。

上記表３から確認できるように、外部光の入射角が０度のときは、表裏面のストライプパターンが重なっているため誤差が無いが、入射角が大きくなるほど表面と裏面のストライプパターンがそれぞれ入射する光を遮断する役割をしなければならない。この際、比較例５のようにパターンの透過率が高い場合には遮断すべき光の遮断効率が劣り期待したほどコントラスト向上の効果を得ることが出来なくなる。

従って、各場合のコントラスト比率は外部光源の入射角が大きいほど、即ち光源が斜めに入射するほどその向上効果が大きくなることが分かった。特に、予想できる殆どの光入射角度でコントラスト比率が大幅に向上できることが分かった。即ち、外部光の場合にはディスプレイ装置の正面に配置される場合が殆ど無いため、上記の場合を除くとコントラスト比率向上の効果が目立つことを確認した。但し、上記ストライプパターンの透過率がそれぞれ５０％である比較例５は、発明例に比べてコントラスト向上効果が比較的に低いことが確認でき、従って、上記ストライプパターンの透過率はなるべく表裏面の両方とも４０％以下に維持することが好ましいということが確認できた。

計算データと実験データ間の一致可否の比較−ＮＤフィルタ
上述の各実施例を通して本発明の好ましい条件の効果を確認することが出来た。但し、上述の各実施例は計算された結果で、実際の本発明のディスプレイフィルタがこれと同一または類似な挙動ができるか否かが完全に明確ではない。本発明の発明者等はこのような点を踏まえて、表４に表したのような条件でディスプレイ用フィルタを製造して結果を測定した後、同一な条件に対する上記関係式７の計算結果と比較した。下記の表４の結果は先ず比較例の一つとして使用されたＮＤフィルタを対象としたものに対することである。

表４に記載された内容以外の条件として、ＰＤＰディスプレイ装置の白色光の明るさを５７５．３ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の明るさを０．９ｃｄ／ｍ^２に、照明によるＰＤＰ表面照度を２００ｌｘに、ＰＤＰパネルの反射率を２９％に設定した。

上記表４に記載された内容から分かるように、透過率が決められると、そのコントラスト比率は計算結果と実際測定結果が非常に類似であるため、計算に使用された条件がフィルタの実際条件に非常に附合している。

計算データと実験データ間の一致可否の比較−本発明フィルタ
ＮＤフィルタに対する測定結果の比較と同一な理由で、本発明で提示した通り、ストライプパターンが形成されたフィルタに対してもコントラスト比率に対する関係式１０による計算結果と測定結果の比較を行った。

下記の表５にその条件を表し、表５に記載された内容以外の条件として、ＰＤＰディスプレイ装置の白色光の明るさを５７５．３ｃｄ／ｍ^２に、黒色光の明るさを０．９ｃｄ／ｍ^２に、照明によるＰＤＰ表面照度を２００ｌｘに、ＰＤＰパネルの反射率を２９％に設定した。フィルタとしては厚さ７５μｍ、光透過率９０％、屈折率１．６のフィルムに線幅３３μｍ、間隔７３μｍ、正面開口率６９％のフィルムをフォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を通して製造したものを利用した。上記フィルタの臨界角は４０°であった。但し、計算結果としては照明の入射角を０、１０、２０、３０、４０°に対する結果を全て表したが、様々な角度に対する測定が容易ではないため、測定結果は４０°に対してのみ表した。

上記表５の結果から、ストライプパターンを使用した場合にも計算結果と実際に製造したディスプレイフィルタの測定結果が非常に良好に附合していることが確認できた。従って、上述の表１ないし表３において、その計算結果を通して本発明のより好ましい条件による発明例とそうではない比較例を比較評価した結果の妥当性を確認することが出来た。

ＮＤフィルタの透過率とＰＤＰ表面での照度によってコントラスト比率が変わる傾向を示す。 ディスプレイ装置用フィルタの形態を示す。 観察者がディスプレイ装置から一定な角度の下、或いはその反対側に位置する場合には、ディスプレイ装置から放出される画面が全て遮断されることを示す。 本発明のディスプレイ装置用フィルムの断面を表す。 本発明のフィルタを示す。 外部から入射する光は入射角（θ_ｉ）が大きくなるほど遮断される程度が大きくなることを示す。 光経路を示す。 本発明のフィルタのより好ましい形態を求める過程を説明する。

Claims (10)

1. 透明フィルムと、
   前記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、
   を含み、
   前記ストライプパターンの幅（ａ）と透明フィルムの厚さ（ｔ）が下記の関係式で表される臨界角（θｃ）が２０〜５０°になるよう調節されたことを特徴とするディスプレイ装置のフィルタ。
   

   

   但し、ここでＲ_ｉは透明フィルムの屈折率を意味する。
2. 透明フィルムと、
   前記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、
   を含み、
   フィルムの正面から見たとき全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより占有されない領域の面積の比率で定義される正面開口率が５０〜８０％であることを特徴とするディスプレイ装置のフィルタ。
3. 前記正面開口率が５５〜７５％であることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
4. 透明フィルムと、
   前記透明フィルムの両面に平行して形成された複数のストライプパターンと、
   を含み、
   前記ストライプパターンの幅（ａ）と透明フィルムの厚さ（ｔ）が下記の関係式で表される臨界角（θｃ）が２０〜５０°になるよう調節され、
   フィルムの正面から見たとき全体フィルムの面積対比各ストライプパターンにより占有されない領域の面積の比率で定義される正面開口率が５０〜８０％であることを特徴とするディスプレイ装置のフィルタ。
   

   

   但し、ここでＲ_ｉは透明フィルムの屈折率を意味する。
5. 前記正面開口率が５５〜７５％であることを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
6. 前記フィルムの両面に平行して形成されたストライプパターンの各対は、フィルムの正面から見たとき完全に重複する形態を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
7. 前記フィルムの厚さは、２０μｍ〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
8. 前記ストライプパターンの間の間隔は、５〜４００μｍであることを特徴とする請求項７に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
9. 前記透明フィルムの可視光線の透過率は８０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置のフィルタ。
10. 前記ストライプパターンの可視光線の透過率は４０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置のフィルタ。

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