JP2011150330A - 映像源ユニット、及びこれを備える表示装置、映像源ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】映像源からの映像光を効率よく観察者に提供することができる表示装置、及び映像源ユニットを提供する。
【解決手段】映像源と、該映像源より観察者側に配置され、映像源からの光を制御して観察者側に透過可能である複数の層を有する光学シートと、を備える映像源ユニットであって、光学シートは、台形断面を有して光を透過可能にシート面に沿って並列される屈折率Ｎ_ｐである光透過部、及び光透過部間に楔形の断面を有して並列される屈折率Ｎ_ｂである低屈折率部を具備する光学機能層を備え、低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対しθ_ｂの角度をなし、映像源からの映像光の発散角の半値角をθ_ａと空気の屈折率をＮ_０としたとき、所定の関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、液晶テレビ等の表示装置、及びここに用いられる映像源ユニットに関し、詳しくは映像源からの光を効率よく出射することのできる表示装置、映像源ユニット、及び映像源ユニットの製造方法に関する。

液晶テレビ等の表示装置は、表示すべき映像・画像を出射する液晶パネル等の映像源を備えるとともに、該映像源からの映像光の質を高めて観察者側に透過させる光学シートを備えている。当該光学シートは、より質の高い映像を観察者に提供するため、各種機能を有する層が積層されて成る場合が多い。

特許文献１には従来の光学シートの１つの例が開示されている。これによれば、光学シート（二次元視野拡大部材）は、光透過可能にシート面に沿って並列された断面形状台形の光透過部（単位レンズ部）と、該光透過部間に光吸収可能に設けられた断面形状三角形の光吸収部（レンズ間部分）とを有する層を備えている。この層により、映像光を反射して観察者に提供するとともに、外光や迷光を吸収することができる。

特開２００３−６６２０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、光吸収部に入射する入射光の入射角度が制御されておらず、光吸収部により吸収される映像光も少なくなかった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、映像源からの映像光を効率よく観察者に提供することができる映像源ユニットを提供することを課題とする。また、該映像源ユニットを備える表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、映像を出射する映像源と、該映像源より観察者側に配置され、映像源からの光を制御して観察者側に透過可能である複数の層を有する光学シートと、を備える映像源ユニットであって、光学シートは、台形断面を有して光を透過可能にシート面に沿って並列される屈折率Ｎ_ｐである光透過部、及び光透過部間に楔形の断面を有して並列される屈折率Ｎ_ｂである低屈折率部を具備する光学機能層を備え、低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対しθ_ｂの角度をなし、映像源からの映像光の発散角の半値角をθ_０、空気の屈折率をＮ_０としたとき、
Ｎ_ｐ＞Ｎ_ｂ、及び

が成立することを特徴とする映像源ユニットである。
ここで、発散角、及び発散角の半値角は図１６のように定義される。すなわち、発散角は映像光の広がり角（視野角）、発散角の半値角は、最も高い輝度（本例では正面輝度）の半分の輝度となる角度である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の映像源ユニットにおいて、低屈折率部は光を吸収可能とされていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の映像源ユニットにおいて、低屈折率部には屈折率Ｎ_ｂである樹脂からなるバインダーが充填されるとともに、該バインダーには平均粒径が１μｍ以上の光吸収粒子が分散されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、映像源には、光源と、該光源の出光側に配置される光源側偏光板と、光源側偏光板の観察者側に配置される液晶パネルと、液晶パネルの観察側に配置される観察者側偏光板と、を有し、観察者側偏光板は、偏光層及び該偏光層を挟むように保護層を具備し、光学シートの光学機能層は、観察者側偏光板の保護層のうち観察者側の保護層の面に直接積層され、直接積層された光学機能層の光透過部、及び低屈折率部は前記断面を維持して延在するとともに、該延在する方向と、観察者側偏光板の偏光方向と、が垂直である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、光学機能層の光透過部及び低屈折率部の断面形状が略台形であり、光透過部の短い上底、及び低屈折率部の長い下底が観察者側に向けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、光学機能層の光透過部は分子内にフルオレン骨格を有するアクリレートを含む組成物により構成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、光学機能層の光透過部の屈折率と低屈折率部の屈折率との差が０．０９以上であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、光学機能層の光透過部及び低屈折率部が前記断面を維持して長手方向に延在して形成され、該光学機能層が２層積層されるとともに、２層の光学機能層のうちの一方の光学機能層の低屈折率部の長手方向と、２層の光学機能層のうちの他方の光学機能層の低屈折率部の長手方向とが所定の角度を有するように積層されることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の映像源ユニットにおいて、所定の角度が９０度であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像源ユニットにおいて、光学機能層の低屈折率部が所定の角度で交わる格子状に形成されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の映像源ユニットにおいて、所定の角度が９０度であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の映像源ユニットを具備することを特徴とする表示装置である。

請求項１３に記載の発明は、請求項４に記載の映像源ユニットを製造する方法であって、観察者側偏光板の保護層となる層に光学機能層を形成する工程を含むことを特徴とする映像源ユニットの製造方法である。

本発明によれば、映像源からの映像光を効率よく反射させ、これを観察者側に提供することができ、映像光の利用効率を向上させることが可能となる。

第一実施形態にかかる映像源ユニットを具備する表示装置の分解斜視図である。 図１に示した映像源ユニットの断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。 光制御シートの例を説明する図である。 光制御シートの他の例を説明する図である。 図５（ａ）は変形例１の映像源の分解斜視図、図５（ｂ）は変形例１の映像源の断面図である。 図６（ａ）は変形例２の映像源の分解斜視図、図６（ｂ）は変形例２の映像源の断面図である。 図７（ａ）は変形例３の映像源の分解斜視図、図７（ｂ）は変形例３の映像源の断面図である。 図２に示した映像源ユニットに備えられた光学シートのうち光学機能層の一部を拡大して示した図である。 全反射の条件を説明するための図である。 第二実施形態にかかる表示装置を正面から見た図である。 図１０に示した表示装置に備えられる映像源ユニットの断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。 第二実施形態にかかる表示装置の映像源ユニットの製造方法の１つの工程を説明するための図である。 第三実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シートの断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。 第四実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シートのうち光学機能層を示し、その構成を模式的に表した図である。 第五実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シートのうち光学機能層を示し、その構成を模式的に表した図である。 発散角、及び発散角の半値角を説明する図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

図１は第一実施形態にかかる映像源ユニット１を具備する表示装置５０を模式的に示した分解斜視図である。図１では紙面右上が観察者側、紙面左下が背面側を示している。図１からわかるように、表示装置５０は、前面側筐体５１と背面側筐体５２とにより形成される筐体の内側に、映像源ユニット１を備えている。本実施形態の表示装置５０は液晶表示装置であり、映像源ユニット１は液晶ディスプレイパネルユニットである。表示装置５０には、映像源ユニット１の他にもその筐体内に表示装置に備えられるべき公知の各装置が具備される。これには例えば、各種電気回路や冷却手段等を挙げることができる。

図２は図１に表した映像源ユニット１の断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。図２では紙面右が観察者側である。
映像源ユニット１は、バックライト２、プリズムシート３、光制御シート４、偏光板５、液晶パネル６、偏光板７、粘着剤層９、及び光学シート１０を備えている。これら各層は図２に示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。以下に各層について説明する。以下に示す図では、見易さのため繰り返しとなる符号は一部省略することがある。

バックライト２は、液晶パネル６の光源として機能する。ここには通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられるバックライトを用いることができる。これには例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤ）や冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：以下、ＣＣＦＬ）等の発光源をプリズムシート３の一方の面に面して略均等に配置して面状の光源とする形式や、ＬＥＤやＣＣＦＬ等の発光源をプリズムシート３の縁（エッジ）側に配置して導光板等を利用して最終的に面状に光を出射するエッジ入力型とする形式等を挙げることができる。

プリズムシート３は、バックライト２からの光を液晶パネル６の法線方向に集光するシートである。ここには通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられるプリズムシート３を用いることができる。プリズムシート３はその形状により、バックライト２の面に粘着剤により直接粘着されていてもよいし、所定の間隙を有して配置されていてもよい。

光制御シート４は、バックライト２からの光のうち、液晶パネル６のパネル面の法線方向に平行に近い光のみを透過する、又はバックライト２からの光の角度を液晶パネル６のパネル面の法線方向に平行となる方向に近づけるシートである。すなわち、映像光の発散角の半値角を小さくする機能を有するシートである。このような機能を有するシートであれば特に限定されるものではない。これによれば、光源側から光制御シート４に入射した光は、その角度がシート出光面の法線に平行である角度に近づくように出射される。光制御シート４の具体例を図３、図４に示した。

図３は光制御シート４の一つの例である光制御シート４’の断面図である。図３では紙面右が観察者側となり、光制御シート４’は図３に示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。光制御シート４’は図３に表れる断面において、光を透過可能に所定の間隔でシート面に沿った方向に並列された矩形の光透過部４ａ’、４ａ’、…を有している。さらに光制御シート４’は光透過部４ａ’、４ａ’、…間に設けられ、光を吸収可能に設けられた矩形の光吸収部４ｂ’、４ｂ’、…を備えている。
光制御シート４’によれば、図３に光路例Ｌ_４１、Ｌ_４２で示したようにシート面の法線に比較的近い角度の光は透過し、光路例Ｌ_４３で示したようにシート面の法線に対して大きな角度を有している光を吸収することができる。これにより光制御シート４’から出射される光はシート出光面の法線（液晶パネル６のパネル面の法線）に平行である方向に近いもののみとなる。

このような光制御シート４’の光透過部４ａ’や光吸収部４ｂ’は、光学シートの分野で用いられる公知の材料を用いることができる。また、その製造方法も特に限定されることはなく公知の方法により製造される。例えば光透過部４ａ’となるシート状の部材と光吸収部４ｂ’となるシート状の部材とを交互に積層し、これを所定の厚さで積層方向に切断することにより光制御シート４’を得ることができる。

図４は光制御シート４の他の一つの例である光制御シート４’’の断面図である。図４では紙面右が観察者側となり、光制御シート４’’は図４に示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。光制御シート４’’は図４に表れる断面において、光を透過可能に所定の間隔でシート面に沿った方向に並列された光透過部４ａ’’、４ａ’’…を有している。さらに光制御シート４’’は、光透過部４ａ’’、４ａ’’、…間に設けられ、光透過部４ａ’’、４ａ’’、…との関係で光を反射する界面を形成する光反射部４ｂ’’、４ｂ’’…を備えている。また、光透過部４ａ’’、４ａ’’、…はベースとなる透光性を有する基材４ｃ’’の面に形成されている。

ここで、光透過部４ａ’’は、図４に表れる断面において、光源側に短い上底、観察者側に長い下底を有する略台形である。一方、光反射部４ｂ’’は、同断面において、光源側に面するように１つの底辺を有し、観察者側に頂点を有する三角形である。
光制御シート４’’によれば、上記したように、光透過部４ａ’’と光反射部４ｂ’’との界面で光が反射することが可能とされているとともに、当該界面が図４からわかるように、観察者側に広がるように形成される。従って、図４に光路例Ｌ_４４、Ｌ_４５で示したように、界面に達することのない光はそのまま光透過部４ａ’’及び基材４ｃ’’を透過して出射される。このように界面に達することのない光は入射時点においてすでにシート出光面の法線方向に対して平行に近い角度を有した光である。
一方、光路例Ｌ_４６、Ｌ_４７で示した光は、入射の際にはシート出光面の法線方向に対して大きな角度を有している。このような光は光透過部４ａ’’と光反射部４ｂ’’との界面に達し、該界面で反射する。このとき当該界面は上記したように傾斜しているので、図４からわかるように反射光はシート出光面の法線方向に平行に近い向きとなる。

以上のように光制御シート４’’によれば、入射の際にシート出光面（液晶パネル６のパネル面）の法線に対して平行に近い光でのみでなく、当該法線に対して大きな角度を有する光の向きを制御して当該法線に平行な方向に近づけて出光することができる。従って、より多くの光を効率よく出射することが可能である。

このような光制御シート４’’の反射可能な界面を形成する手段は特に限定されるものでなく、公知の手段を用いることができる。これには例えば光反射部４ｂ’’に、光透過部４ａ’’を構成する材料より低い屈折率の材料を充填することにより反射界面を形成できる。この場合には、後述する光学機能層１２と同様の方法で光制御シート４’’を製造することができる。また、その他、光反射部４ｂ’’の内面に蒸着等により光反射可能な膜を成膜してもよい。

光制御シート４は、プリズムシート３の面に粘着剤により直接粘着されていてもよいし、所定の間隙を有して配置されていてもよい。

偏光板５、７は、液晶パネル６を挟むように配置される一対の光学要素であり、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波およびＳ波）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。当該偏光板５、７と液晶パネル６を透過したバックライト２の光が映像光となり観察者側に出射される。
ここで、光源側に配置された偏光板５は、光制御シート４に粘着剤等により直接粘着されていてもよいし、所定の間隙を有して配置されていてもよい。

液晶パネル６は、映像源ユニット１における映像源を構成する要素の１つであり、ここに出射されるべき映像情報が表されている。より具体的には、液晶パネル６には、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶パネル６の配向は変化するようになる。光源側（すなわち入光側）に配置された偏光板５を透過した特定方向の偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された液晶パネル６を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない液晶パネル６を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶パネル６への電界印加の有無によって、偏光板５を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、偏光板５の出光側に配置された偏光板７をさらに透過するか、又は、偏光板７で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。このようにして、光源からの光の透過または遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。

本実施形態では、上記バックライト２、プリズムシート３、光制御シート４、偏光板５、液晶パネル６、偏光板７により映像源８が構成されている。

ここでは映像源の１つの形態として映像源８を説明したが、本発明の映像源ユニット、及びこれを用いた表示装置には他の態様の映像源を適用することも可能である。図５〜図７に変形例１〜変形例３の映像源を概念的に示した。

図５は変形例１の映像源６０を説明する図である。図５（ａ）は映像源６０の分解斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）にＶ−Ｖで示した線に沿った断面図である。
映像源６０は、エッジライト型の面光源装置を具備し、導光板６１、光源６２、偏向シート６３、反射シート６４、偏光板５、７、及び液晶パネル６を備えている。このうち偏光板５、７、及び液晶パネル６については上記した映像源８と共通するので、同じ符号を付すと共に説明を省略する。

導光板６１は、図５（ｂ）からわかるように平板状の部材であり、透光性を有する導光部６１ａと、該導光部６１ａの面のうち反射シート６４側に所定の形態で配置された複数の反射ドット６１ｂと、を備えている。反射ドット６１ｂは、ここに照射された光を散乱反射する機能を有している。このような導光部と反射ドットを具備する導光板は公知のものを適用できる。

光源６２は、導光板６１の板状の対向する２組の側面のうち、後述する偏向シート６３の単位プリズム６３ｂが延びる方向に沿った２つの側面の一方、又は両方に配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、複数の点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施形態では光源６２は複数のＬＥＤにからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの出力、すなわち、各ＬＥＤの点灯・消灯、及び／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを、他のＬＥＤの出力から独立して調節し得るように構成されている。

次に偏向シート６３について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）からわかるように、偏向シート６３は、シート状に形成された本体部６３ａと、本体部６３ａの面のうち導光板６１に対向する面、すなわち入光側面に設けられた単位プリズム部６３ｂと、を有している。

この偏向シート６３は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化（偏向）させて出光側から出射させ、液晶パネル６のパネル面法線方向に平行な光の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は主として、偏向シート６３のうち単位プリズム部６３ｂによって発揮される。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本体部６３ａは、単位プリズム部６３ｂを支持する平板状のシート状部材として機能する。そして、本体部６３ａの面のうち導光板６１に対向する側とは反対側の面が出光側面となる。本実施形態において、本体部６３ａの出光側面は、平坦（平ら）で平滑な面として形成されている。ただし、出光側面は平滑面であることに限定されることはなく、微小な凹凸が付された面（いわゆるマット面）であってもよく、必要に応じた表面形態を適用することが可能である。

単位プリズム部６３ｂは、図５（ａ）、図５（ｂ）によく表れているように、複数の単位プリズム６３ｃが本体部６３ａの入光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、複数の単位プリズム６３ｃは柱状の部材であり、光源６２が並べられた方向（光源が直線状の蛍光灯等である場合にはその延びる方向）に直交する方向に並列される。一方、単位プリズム６３ｃは、図５（ｂ）に表れる断面を有して当該並列方向に直交する方向に延びている。

また、単位プリズム６３ｃの長手方向は、正面から観察した場合に、偏光板５の透過軸と交差している。好ましくは、偏向シート６３の単位プリズム６３ｃの長手方向は、液晶パネル６の偏光板５の透過軸に対して、正面から観察した場合に、４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム６３ｃの長手方向と偏光板５の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、当該角度は９０°が好ましく、単位プリズム６３ｃが並べられる方向は、偏光板５の透過軸と平行になっていることが好ましい。

次に単位プリズム６３ｃの並列方向の断面形状について説明する。図５（ｂ）からわかるように、単位プリズム６３ｃは、本体部６３ａの導光板６１側の面から突出した二等辺三角形の断面を有している。

以上のような構成からなる偏向シート６３は、押し出し成型により、又は、本体部６３ａ上に単位プリズム６３ｃを賦型することにより、製造することができる。偏向シート６３をなす材料は特に限定されることはないが、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

本実施形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形であってもよい。また斜面の形状が折れ線状や曲線であってもよい。

反射シート６４は、導光板６１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板６１内に光を入射させるための部材である。反射シート６４は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。これにより、光の利用効率を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率をよくすることができる。

以上のような映像源６０では、次のように光を制御することができる。すなわち、光源６２で発光された光は、導光板６１の側面の入光面を介して導光板６１内に入射する。導光板６１へ入射した光は、導光板６１のうちの偏向シート６３に面する側の面、及び反射シート６４に面する側の面において、空気との屈折率差や反射シート６４の作用による反射を繰り返し導光部６１ａ内を光源６２から離れる方向へ進んでいく。

ただし、導光部６１ａを進む光のうち、反射ドット６１ｂに到達した光はここで拡散反射されてその進行方向が偏向され、全反射臨界角未満の入射角度で導光板６１のうちの偏向シート６３に面する側の面に入射することもある。この場合、当該光は当該面から出射し得る。
導光板６１の偏向シート６３に面する側の面から出射した光は、偏向シート６３へと向かう。

ここで、反射ドット６１ｂは、導光板６１のうちの偏向シート６３に面する側の面から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができるように所定のパターンで配置されている。

導光板６１から出射した光は、その後、偏向シート６３へ入射する。偏向シート６３の単位プリズム６３ｃでは、該単位プリズム６３ｃの入光面での屈折によって光を偏向して集光作用を及ぼす。これにより、偏向シート６３での光学的作用によって、導光板２１で均一化された光の正面方向輝度を上昇させることができる。

偏向シート６３から出射した光は偏光板５に入射する。偏光板５は、入射光のうち一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。偏光板５を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に偏光板７を透過するようになる。このようにして、液晶パネル６によって光を画素毎に選択的に透過させることにより、観察者が映像を観察することができるようになる。

上述したように、導光板６１による光の均一化および偏向シート６３による集光作用により、正面輝度が高められている。すなわち、偏向シート６３の単位プリズム６３ｃにより、光は進行方向を液晶パネル６のパネル面法線方向に平行な方向（正面方向）に集光され、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。

図６は変形例２の映像源７０を説明する図である。図６（ａ）は映像源７０の分解斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）にＶＩ−ＶＩで示した線に沿った断面図である。
映像源７０は、光源７２、偏向シート７３、偏光板５、７、及び液晶パネル６を備えている。このうち偏光板５、７、及び液晶パネル６については上記した映像源８と共通するので、同じ符号を付すと共に説明を省略する。

光源７２は、一方向に延びるように設けられた光源であり、本実施形態では一本の長い光源とされている。これには例えば線状の冷陰極管等の蛍光灯を挙げることができる。その他、複数の点状の光源が一方向に並列される態様であってもよい。この場合には例えば点状のＬＥＤ等を用いることができる。

偏向シート７３は、図６（ａ）、図６（ｂ）からわかるように、シート状に形成された本体部７３ａと、本体部７３ａの面のうち光源７２に対向する面、すなわち入光側面に設けられたフレネルレンズ部７３ｂと、を備えている。

この偏向シート７３は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化（偏向）させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は主として、偏向シート７３のうちフレネルレンズ部７３ｂによって発揮される。

図６（ａ）、図６（ｂ）に示したように、本体部７３ａはフレネルレンズ部７３ｂを支持する平板状のシート状部材として機能する。そして、本体部７３ａの面のうち光源７２に対向する側とは反対側の面が出光側面となる。本実施形態において、本体部７３ａの出光側面は、平坦（平ら）で平滑な面として形成されている。ただし、出光側面は平滑面であることに限定されることはなく、微小な凹凸が付された面（いわゆるマット面）であってもよく、必要に応じた表面形態を適用することが可能である。

フレネルレンズ部７３ｂは、図６（ａ）、図６（ｂ）によく表れているように、光源７２が延びる方向に直交する断面においてフレネルレンズ形状となるフレネルレンズ群からなる部位である。また光源７２が延在する方向には当該断面を維持して延在する。フレネルレンズ形状は公知の形状を用いることができるので、ここでは説明を省略する。

以上のような構成からなる偏向シート７３は、本体部７３ａ上にフレネルレンズ群を賦型することにより、製造することができる。偏向シート７３をなす材料は特に限定されることはないが、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

以上のような映像源７０では、次のように光を制御することができる。すなわち、光源７２から出射された光は、光源７２の長手方向に直交する方向に広がりながら偏向シート７３のフレネルレンズ部７３ｂの全面に亘って照射され、フレネルレンズ部７３ｂに入射する。フレネルレンズ部７３ｂに入射した光は、フレネルレンズの効果により、その向きが偏向され、シートの正面方向（液晶パネル６のパネル面法線方向）に向けられるように集光する。これにより、偏向シート７３での光学的作用によって、光源７２から出射された光が偏向されて光の正面方向輝度を上昇させることができる。

偏向シート７３から出射した光は偏光板５に入射する。偏光板５は、入射光のうち一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。偏光板５を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に偏光板７を透過するようになる。このようにして、液晶パネル６によって光を画素毎に選択的に透過させることにより、観察者が映像を観察することができるようになる。

上述したように、偏向シート７３による集光作用により、正面輝度が高められている。すなわち、偏向シート７３のフレネルレンズ部７３ｂにより、光は進行方向を正面方向を中心として集光され、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。

ここで、偏向シート７３の面のうちフレネルレンズ部７３ｂが設けられた側とは反対側の面は、偏光板５に粘着剤等により直接貼付されていてもよいし、間隙を有するように配置されていてもよい。

図７は変形例３の映像源８０を説明する図である。図７（ａ）は映像源８０の分解斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）にＶＩＩ−ＶＩＩで示した線に沿った断面図である。
映像源８０は、光源７２、偏向シート８３、偏光板５、７、及び液晶パネル６を備えている。このうち光源７２、偏光板５、７、及び液晶パネル６については上記した映像源７０と共通するので、同じ符号を付すと共に説明を省略する。

偏向シート８３は、図７（ａ）、図７（ｂ）からわかるように、シート状に形成された本体部７３ａと、本体部７３ａの面のうち光源７２に対向する面、すなわち入光側面に設けられたフレネルレンズ部７３ｂと、本体部７３ａのうちフレネルレンズ部７３ｂとは反対側の面に配置された単位プリズム部８３ｃと、を備えている。このうち本体部７３ａ及びフレネルレンズ部７３ｂは、上記した偏向シート７３と共通するので同じ符号を付すと共に説明を省略する。

偏向シート８３は、単位プリズム部８３ｃを有する点で上記した偏向シート７３と異なる。単位プリズム部８３ｃは、図７（ａ）、図７（ｂ）によく表れているように、複数の単位プリズム８３ｄが本体部７３ａの出光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、複数の単位プリズム８３ｄは柱状の部材であり、光源７２が延びる方向に直交する方向に並列される。一方、単位プリズム８３ｄは、図７（ｂ）に表れる断面を有して当該並列方向に直交する方向に延びている。

図７（ｂ）からわかるように、単位プリズム８３ｄは、本体部７３ａの面のうち偏光板５に対向する側の面から突出した二等辺三角形の断面を有している。これにより、偏向シート８３の出光面における輝度はさらに正面方向に近付けられ集光される。

以上のような映像源８０では、次のように光を制御することができる。すなわち、光源７２から出射された光は、光源７２の長手方向に直交する方向に広がりながら偏向シート８３のフレネルレンズ部７３ｂの全面に亘って照射され、フレネルレンズ部７３ｂに入射する。フレネルレンズ部７３ｂに入射した光は、フレネルレンズの効果により、その向きが偏向され、シートの正面方向（液晶パネル６のパネル面法線方向）に向けられるように集光する。

その後、光は偏向シート８３から出射する際に、単位レンズ８３ｄによりさらにシートの正面方向に向けられるように偏向されて集光される。このように、偏向シート８３での光学的作用によって、光源７２から出射された光が偏向されて光の正面方向輝度を上昇させることができる。

偏向シート８３から出射した光は偏光板５に入射する。偏光板５は、入射光のうち一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。偏光板５を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に偏光板７を透過するようになる。このようにして、液晶パネル６によって光を画素毎に選択的に透過させることにより、観察者が映像を観察することができるようになる。

上述したように、偏向シート８３による集光作用により、正面輝度が高められている。すなわち、偏向シート８３のフレネルレンズ部７３ｂ、及び単位レンズ部８３ｃにより、光は進行方向を正面方向を中心として集光され、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。

図２に戻り、映像源ユニット１について説明を続ける。なお、以下では映像源８を適用した例を説明するが、映像源８の代わりに上記した変形例１〜３の映像源６０、７０、８０を適用することもできる。

粘着剤層９は、光学シート１０を映像源８に粘着するために粘着剤が配置された層である。粘着剤層９に用いられる粘着剤は、光を透過させるとともに、適切な粘着性を有すればその材質は特に限定されるものではない。ここで粘着剤とは、接着剤の一種を意味し、接着剤のうち接着の際には単に適度な加圧（通常、軽く手で押圧する程度）のみにより、表面の粘着性のみで接着可能なものである。粘着剤の接着力発現には、通常特に、加熱、加湿、放射線（紫外線や電子線等）照射といった物理的なエネルギー及び作用が不要で、かつ重合反応等の化学反応も不要である。また、粘着剤は、接着後も再剥離可能な程度の接着力を経時的に維持し得るものである。その粘着力は例えば数Ｎ／２５ｍｍ〜２０Ｎ／２５ｍｍ程度である。

光学シート１０は、基材層１１、光学機能層１２、粘着剤層１７、ＴＡＣフィルム層１８、及び防眩層（ＡＧ層）１９を備えている。

基材層１１は、該基材層１１の一方の面上に光学機能層１２を形成するためのベースとなる基材として機能する層で、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分として形成されている。ＰＥＴが用いられる場合、ＰＥＴを主成分として含有していれば良く、他の樹脂が含まれてもよい。ここで主成分とは基材層全体に対して５０質量％以上を意味する。また、各種添加剤を添加してもよい。一般的な添加剤としては、フェノール系等の酸化防止剤、ラクトン系等の安定剤等を挙げることができる。

ここでは基材層１１としてＰＥＴフィルムを用いる場合を説明したが、必ずしもＰＥＴを材料とすることはなく、その他にもポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、又はポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）樹脂等の「ポリエステル系樹脂」を用いることができる。本実施形態では、性能に加え、量産性、価格、入手可能性等の観点からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分とする樹脂が好ましい材料であるとして説明した。

光学機能層１２は、シートの厚さ方向断面において略台形である光透過部１３、１３、…と、該光透過部１３、１３、…の間に配置された低屈折率部１４、１４、…とを備えている。図８に２つの低屈折率部１４、１４及びこれに隣接する光透過部１３、１３、１３に着目した拡大図を示した。図２、図８を参照しつつ光学機能層１２について説明する。

光透過部１３、１３、…は、基材層１１側（映像源８側）が下底、他方の側（観察者側）が上底となるように配置された略台形断面を有する要素である。光透過部１３、１３、…は、屈折率がＮ_ｐである光透過性樹脂で構成されている。

光透過部１３、１３、…を構成する組成物としては、例えば、光硬化型のプレポリマー（Ｐ１）に、反応性希釈モノマー（Ｍ１）および光重合開始剤（Ｓ１）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ１）としては、例えば、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、ポリチオール系等のプレポリマーを挙げることができる。

また、上記反応性希釈モノマー（Ｍ１）としては、例えば、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レート等を挙げることができる。また、その他屈折率を高くすることができる観点から、フルオレン骨格を有するビニル化合物、フルオレン骨格を有するアクリル酸エステル化合物、及びフルオレン骨格を有するメタクリル酸エステル化合物の少なくとも１つを用いることもできる。

また、上記光重合開始剤（Ｓ１）としては、例えば、ヒドロキシベンゾイル化合物（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインアルキルエーテル等）、ベンゾイルホルメート化合物（メチルベンゾイルホルメート等）、チオキサントン化合物（イソプロピルチオキサントン等）、ベンゾフェノン（ベンゾフェノン等）、リン酸エステル化合物（１，３，５−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド等）、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。これらの中から、光硬化型樹脂組成物を硬化させるための照射装置および光硬化型樹脂組成物の硬化性から任意に選択することができる。

Ｎ_ｐの大きさは特に限定されることはないが、上記例示したような適用材料の入手性の観点から１．４５〜１．６０であることが好ましい。当該光透過部１３、１３、…内を映像光が透過することにより観察者側に映像光が提供される。

低屈折率部１４、１４、…は、光透過部１３、１３、…の間に配置される部位である。低屈折率部１４、１４、…の断面形状は光透過部１３、１３、…の上底側を底辺とし、これに対向する頂点が光透過部１３、１３、…の下底側となるような略三角形（楔形）である。該低屈折率部１４、１４、…は、屈折率がＮ_ｂである物質が充填されたバインダー部１５、１５、…と、該バインダー部１５、１５、…に混入された光吸収粒子１６、１６、…とを備えている。当該低屈折率部１４、１４、…に外光が入射して吸収されることにより、外光が映像光に及ぼす影響を減じることができ、コントラストを向上させることができる。

バインダー部１５、１５、…に充填されるバインダー材は、光透過部１３、１３、…の屈折率Ｎ_ｐよりも小さい屈折率Ｎ_ｂである材料により構成される。Ｎ_ｂの大きさは特に限定されることはないが、適用する材料の入手性の観点から１．４５〜１．６０であることが好ましい。

当該バインダーとして用いられるものは特に限定されないが、これには例えば、光硬化型プレポリマー（Ｐ２）に、反応性希釈モノマー（Ｍ２）および光重合開始剤（Ｓ２）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ２）としては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、およびブタジエン（メタ）アクリレート等を挙げることができる。

また、上記反応性希釈モノマー（Ｍ２）としては、例えば、単官能モノマーとして、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクトン、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、スチレン等のビニルモノマー、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシジエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシトリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシジプロピレングリコール（メタ）アクリレート、パラクミルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレ−ト、ベンジルメタクリレ−ト、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、アクリロイルモルホリン等の（メタ）アクリル酸エステルモノマー、（メタ）アクリルアミド誘導体が挙げられる。また、多官能モノマーとして、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、３−メチル−１，５−ペンタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡポリプロポキシジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレ−ト、グリセリルトリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレ−ト、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレ−ト、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレ−ト、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレ−ト等が挙げられる。

また、上記光重合開始剤（Ｓ２）としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド等が挙げられる。これらの中から、光硬化型樹脂組成物を硬化させるための照射装置および光硬化型樹脂組成物の硬化性から任意に選択することができる。

ここで、光透過部１３、１３、…の屈折率Ｎ_ｐとバインダー部１５、１５、…の屈折率Ｎ_ｂとの差は、特に限定されることはないが、Ｎ_ｐ−Ｎ_ｂが０．０９以上であることが好ましい。このように、光透過部１３、１３、…の屈折率より低屈折率部１４、１４、…の屈折率を低くすることにより、その界面で所定の条件を満たした光を反射することができる。ただし、Ｎ_ｐ、Ｎ_ｂは、映像源８から出射される映像光における発散角の半値角、及び低屈折率部の斜辺がなす角との間で後述する関係を満たすものとする。

光吸収粒子１６、１６、…は、入手性及び製造上の観点から平均粒径が１μｍ以上の粒子が好ましく、これはカーボン等の粒子又は赤、青、黄、黒等の染料にて所定の濃度に着色されている。これには例えば市販の着色樹脂粒子を使用することもできる。当該光吸収粒子１６、１６、…の屈折率は特に限定されるものではない。

平均粒径がこれよりも小さいと、光透過部と低屈折率部との界面に多くの光吸収粒子が密集され、全反射されるべき映像光の一部が吸収されやすくなる虞がある。平均粒径を１μｍ以上とすることにより、当該界面に光吸収粒子が配置される量を抑えることができ、適切な全反射を確保することが可能となる。

ここで、低屈折率部１４、１４、…の光吸収性能は目的によって適宜調整可能であるが、該低屈折率部を構成する材料のみで形成された６μｍ厚さのシートの透過率測定において、透過率が４０〜７０％となるような光吸収性能を有するように構成されていることが好ましい。透過率が４０％〜７０％とするための手段は特に限定されるものではないが、例えば光吸収粒子の含有量等を調整することを挙げることができる。

さらに、低屈折率部１４、１４、…の斜辺（シート厚さ方向に延在する２つの辺）は、シート面法線に対してθ_ｂの角度を有している。当該角度θ_ｂが満たすべき大きさは後で詳しく説明する。

本実施形態では、低屈折率部１４、１４、…に所定条件で入射する光を反射することができる機能に加え、光を吸収する機能も有するように構成したが、必ずしも光を吸収する機能を有していなくてもよい。すなわち、少なくとも低屈折率部は後述するような、光透過部との界面で所定の光を反射し視野角を広げる方向に出射することができればよい。

粘着剤層１７は、光学機能層１２をＴＡＣフィルム層１８に粘着するために粘着剤が配置された層である。粘着剤層１７に用いられる粘着剤は光を透過させるとともに、光学機能シート層１２を他に接着させることができればその材質は特に限定されるものではない。ここで粘着剤とは、接着剤の一種を意味し、接着剤のうち接着の際には単に適度な加圧（通常、軽く手で押圧する程度）のみにより、表面の粘着性のみで接着可能なものである。粘着剤の接着力発現には、通常特に、加熱、加湿、放射線（紫外線や電子線等）照射といった物理的なエネルギー及び作用が不要で、かつ重合反応等の化学反応も不要である。また、粘着剤は、接着後も再剥離可能な程度の接着力を経時的に維持し得るものである。その粘着力は例えば数Ｎ／２５ｍｍ〜２０Ｎ／２５ｍｍ程度である。

ＴＡＣフィルム層１８は、トリアセチルセルロースにより形成されるフィルムであり、保護膜として用いられる。ＴＡＣフィルム層１８に用いられるＴＡＣフィルムは通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられるＴＡＣフィルムを適用することが可能である。

ＡＧ層１９は、観察者が画面を見た時のぎらつきを防止することができるフィルム（防眩フィルム）である。当該防眩フィルムは通常に入手できるＡＧフィルムを適用することが可能である。本実施形態ではここをＡＧ層としたが、ＡＧ層の代わりにＡＲ層が配置されていてもよい。ＡＲ層は「アンチリフレクション層」を意味し、反射を防止することができる層である。

ここで光学シート１０には上記の他、必要に応じて各機能を有するフィルムが積層されてもよい。これには例えば光拡散粒子を含有したフィルム等を挙げることができる。当該フィルムにより、映像光をさらに拡散させることができる。

以上のような映像源ユニット１を備える表示装置により、例えば映像光は次のような光路を進行する。図８に光路例を示した。表示装置を作動させると、図８に示したように映像光Ｌ_１は、光透過部１３を透過して観察者側に出射される。

また、所定の条件で入射した映像光Ｌ_２は、光透過部１３と低屈折率部１４との界面で全反射されて観察者側に出射される。このとき低屈折率部１４の斜辺は上記したように傾斜しているので、当該斜辺による反射の前後で光の角度が変わり、視野角が広がる方向への映像光の出射が可能となる。これにより広い視野角を得ることができる。

映像光Ｌ_３は、光透過部１３と低屈折率部１４との界面で反射されることなく低屈折率部１４に進行し、光吸収粒子１６により吸収される。一方、外光である外光Ｌ_４は、低屈折率部１４内に侵入して光吸収粒子１６により吸収される。このように、所定の条件で入光した外光の一部や迷光が光吸収粒子により吸収されるのでコントラストを向上させることが可能となる。

以下、さらに表示装置について詳しく説明する。図９に説明図を示した。図９は、映像源８から出射される映像光Ｌ_１１の発散角の半値角をθ_０としたときに当該映像光Ｌ_１１が光透過部１３と低屈折率部１４との界面で全反射する条件を説明するものである。
図９から、光透過部１３に入射するＬ_１１の角度θ_ａは、空気層を考慮し、Ｎ_０を空気の屈折率としたとき、スネルの法則から次の式（１）により表わされる。

一方、光透過部１３と低屈折率部１４との界面への入射角は、式（２）で表わすことができる。

ここで、光透過部１３と低屈折率部１４との界面で全反射となる条件は、当該入射角が式（３）以上であることが必要である。

従って、式（４）が成立する。

以上より、式（４）に式（１）を代入して、式（５）が成立すればよい。

以上の条件を満たす映像源ユニット１、及びこれを備える表示装置により、光透過部１３、１３、…と低屈折率部１４、１４、…との界面で全反射して観察者側に出射される映像光を増やすことができ、映像光の利用効率を向上させることができる。すなわち、発散角の半値角θ_０を考慮することにより、映像光の多くの部分を効率よく光透過部１３、１３、…と低屈折率部１４、１４、…との界面で反射させることが可能となる。

このような発散角の半値角θ_０は、上記した映像源により制御される。上記した映像源によればθ_０を適切に制御しやすく、上記式（５）を満たし易くなり、より容易に映像光を効率よく光透過部１３、１３、…と低屈折率部１４、１４、…との界面で反射させることが可能となる。

図１０は、第二実施形態にかかる表示装置に備えられる映像源ユニット１０１を正面から見た図である。また、図１１は、図１０のＸ−Ｘ線に沿った断面、すなわち光学機能層１１４の低屈折率部１１５、１１５、…が延在する方向に直交する断面において層構成を模式的に示した図である。また、このＸ−Ｘ線に沿った方向は後述する観察者側偏光板１１３の偏光方向である。図１１では紙面右が観察者側である。本実施形態の映像源ユニット１０１はＴＮ型液晶の液晶ディスプレイパネルユニットである。

図１１からわかるように、映像源ユニット１０１は、バックライト２、プリズムシート３、光制御シート４、光源側偏光板１０６、粘着剤層１０７、液晶パネル１０８、粘着剤層１０９、観察者側偏光板１１３、光学機能層１１４、及び防眩層１９を備えている。これら各層は図１１で示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。以下に各層について説明する。以下に示す図では、見易さのため繰り返しとなる符号は一部省略することがある。また、表示装置には、映像源ユニット１０１を作動させるための電気回路、電源回路等、表示装置として機能するためのその他公知の機器が備えられている。
本実施形態では、バックライト２、プリズムシート３、光制御シート４、光源側偏光板１０６、粘着剤層１０７、液晶パネル１０８、粘着剤層１０９、観察者側偏光板１１３により映像源が構成され、光学機能層１１４、及び防眩層１９により光学シートが形成されている。

バックライト２、プリズムシート３、光制御シート４、防眩層１９は、上記した映像源ユニット１と共通するのでここでは説明を省略する。

光源側偏光板１０６、及び観察者側偏光板１１３は、液晶パネル１０８の光源側及び観察者側のそれぞれに配置される光学要素である。光源側偏光板１０６、観察者側偏光板１１３は偏光機能を有する偏光層１０６ｂ、１１３ｂ及び該偏光層１０６ｂ、１１３ｂを保護する保護層１０６ａ、１０６ｃ、１１３ａ、１１３ｃを備えている。
偏光層１０６ｂ、１１３ｂは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ポリマーをヨウ素で染色し、そのフィルム化の延伸の際に形成されるヨウ素の配向に基づく偏光機能を利用するものである。
保護層１０６ａ、１０６ｃ、１１３ａ、１１３ｃは、当該偏光層１０６ｂ、１１３ｂを外部環境から保護するための層である。このうち、保護層１０６ａ、１０６ｃ、１１３ａはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）により形成されている。一方、保護層１１３ｃは、観察者側に配置される層であり、偏光の影響はないので、複屈折の大きいＰＥＴを用いることができる。本実施形態では、後述する光学機能層１１４に用いられる紫外線硬化樹脂との密着性、硬化性の観点から、ＰＥＴを用いることとした。
すなわち、保護層１０６ａ、１０６ｃ、１１３ａ、１１３ｃが偏光層１０６ｂ、１１３ｂの面に積層されて偏光板１０６、１１３が形成されている。また、保護層１１３ｃは光学機能層１１４の基材層としても機能する。

本実施形態では、ＴＮ型の液晶であるから、光源側偏光板１０６、観察者側偏光板１１３の偏光方向は互いに直交するように配置されており、観察者側偏光板１１３の偏光方向が図１０にＸ−Ｘで示した方向とされている。光源側偏光板１０６はこれに直交する偏光方向（すなわち図１０にＢ−Ｂで示した線の方向）を有する。

液晶パネル１０８は、映像源ユニット１０１における映像源を構成する要素の１つであり、ここに出射されるべき映像情報が表されている。ここにはＴＮ型における通常の液晶パネルを用いている。

粘着剤層１０７、１０９は、液晶パネル１０８に光源側偏光板１０６、観察者側偏光板１１３を粘着するための粘着剤が配置される層である。粘着剤層１０７、１０９に用いられる粘着剤は、光を透過させるとともに、適切な粘着をすることができればその材質は特に限定されるものではない。
これには、例えばアクリル系粘着剤を挙げることができる。その粘着力は例えば数Ｎ／２５ｍｍ〜２０Ｎ／２５ｍｍ程度である。

光学機能層１１４は、観察者側偏光板１１３の観察者側に配置される保護層１１３ｃに積層される層で、図１０のＸ−Ｘ線に沿ったシート厚さ方向断面において略台形である光透過部１１５、１１５、…と、該光透過部１１５、１１５、…の間に配置された低屈折率部１１６、１１６、…とを備えている。

光透過部１１５、１１５、…は、保護層１１３ｃ側が下底、他方の側（観察者側）が上底となるように配置された略台形断面を有する要素である。その他における光透過部は１１５、映像源ユニット１で説明した光学機能層１２の光透過部１３と共通するのでここでは説明を省略する。

低屈折率部１１６、１１６、…は、光透過部１１５、１１５、…の間に配置される部位である。低屈折率部１１６、１１６、…の断面形状は光透過部１１５、１１５、…の上底側を長い下底とし、これに対向する側を短い上底とする略台形である。その他における低屈折率部１１６、１１６、…、は映像源ユニット１で説明した光学機能層１２の低屈折率部１４と共通するのでここでは説明を省略する。

また、光学機能層１１４の低屈折率部１１６、１１６、…はその長手方向が、観察者側に配置された偏光板１１３の偏光方向に対して垂直となるように構成されている。従って、低屈折率部１１６、１１６、…は図１０の矢印Ｂに平行に延在する。

上記のような構成を備える映像源ユニット１を備える液晶表示装置により、映像源ユニット１で説明した効果に加え、光学機能層１１４の基材を観察者側偏光板１１３の保護層１１３ｃに共有化することができ、層構成を簡易にすることができる。すなわち生産性を向上させることが可能となる。また層を簡略化することにより、より薄い表示装置とすることができる。
また、層を簡略化することにより映像光のボケを防止することができ、画質の良い表示装置を提供することもできる。

このような映像源ユニット１０１は、例えば次のように製造される。
光学機能層１１４の基材層として機能する保護層１１３ｃを、光透過部１１５の形状を転写可能に形成された金型ロールと、ニップロールとの間を通すように進行させる。その際、金型ロールと保護層１１３ｃとの間に光透過部１１５となる紫外線硬化性樹脂組成物を流し込み、充填させる。その後、当該充填させた組成物に対し、基材層としての保護層１１３ｃ側から紫外線を照射して組成物を硬化させて光透過部１１５を形成する。
次に金型ロールから離型させ、光透過部１１５間に形成された溝内に光吸収粒子が分散されたバインダー樹脂を供給し、余分な該バインダー樹脂を掻き取る等して除去する。そして、溝内に充填されたバインダー樹脂に紫外線を照射して硬化させ、低屈折率部１１６を形成する。これにより、基材層としての保護層１１３ｃ、光学機能層１１４の積層体が帯状に形成され、これが巻き取られたロール状とされる。このとき、光学機能層１１４の光透過部１１５（低屈折率部１１６）が延びる方向は、帯状の長手方向となるように形成されている。

以上のようにして形成した基材層としての保護層１１３ｃと光学機能層１１４との積層体の光学機能層１１４の面のうち、保護層１１３ｃとは反対側の面にＵＶ賦型、又はコーティングにてＡＧ層１９を形成する。これにより保護層１１３ｃ、光学機能層１１４、ＡＧ層１９の積層体がロール状で形成される。

次に、ＰＶＡフィルムのヨウ素化合物を染色して、内部に浸透させ、延伸し、ホウ酸を加えて、架橋処理を施す。これにより偏光層１１３ｂが帯状に形成され、これが巻き取られたロール状とされる。このとき、偏光層１１３ｂの偏光方向が帯状の長手方向と直交する方向となるように形成されている。得られた偏光層１１３ｂを洗浄した後、上記保護層１１３ｃ、光学機能層１１４、ＡＧ層１９の積層体のうち、保護層１１３ｃに積層させる。これにより偏光層１１３ｂ、保護層１１３ｃ、光学機能層１１４、ＡＧ層１９の積層体が形成される。ここで行われる積層は、両方のロールを巻き戻しつつ積層し、得られた積層体をまたロール状に巻き取る態様で行われる。

ここで、この積層過程では、光学機能層１１４の光透過部１１５（低屈折率部１１６）の延びる方向と観察者側偏光板１１３の偏光方向とが直交するように合わせられる。

その後、偏光層１１３ｂの反対側面に保護層１１３ａ、及び粘着剤層１０９を形成する。次に、ここまでの積層体を液晶パネル１０８の大きさに合わせるように枚葉に打ち抜く（図１２のＸＩＩ参照）。当該打ち抜きの際、光学機能層１１４の光透過部１１５（低屈折率部１１６）の延在方向が帯状の長手方向とされ、かつ、この帯状の長手方向と偏光層１１３ｂの偏光方向とは直交する。
従来のＴＮ液晶において、パソコン用モニターやノートパソコンでは、階調反転する方向が下側となっている。これは、下側にはキーボードがあり、下側から人が見ることがないため、このように設計されている。また、カーナビゲーションでは、フロントガラスへの映り込み防止のため、上側視野角を狭くする必要があり、階調反転する方向が上側に設計されている。このようにするためには、偏光方向は画面に対して斜め方向となり、流れ方向に対して、斜めに打ち抜く必要があり、無駄が多い。
ここで、階調反転する原理は、バックライトで拡散させて、偏光板を斜め方向に通過した光で位相差が生まれ、本来必要な映像光が液晶でカットされる、もしくは、本来不要な映像光が液晶でカットされず、出てきてしまうことによるものである。
一方、本実施形態の場合、バックライトを平行光にすることで、偏光板をその板面の法線方向に平行する方向の光で透過することになり、上記の原理によれば階調反転が起きないため、ＴＮ液晶でも斜めに面付けする必要がなくなる。これにより、図１２に示したように無駄を少なくし、効率良く矩形のシートを打ち抜くことが可能となる。これによっても生産性の高い表示装置、及びその製造方法を提供することができる。

そして打ち抜かれた枚葉の積層体を液晶パネル１０８に積層させる。このとき、光学機能層１１４の光透過部１１５（低屈折率部１１６）の延在方向が表示装置として形成された際に垂直となるように積層させることが好ましい。これにより水平方向の視野角を向上させることが可能となる。

一方、液晶パネル１０８の反対側面にも粘着剤１０７が積層された光源側偏光板１０６が積層され、最終的にこれら積層体に光制御シート４を積層する。

図１３は第三実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シート２０の断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。光学シート２０は、上記した第一実施形態の表示装置に備えられた光学シート１０の光学機能層１２と粘着剤層１７との間に、もう１つの光学機能層２２が積層されている。光学機能層２２は、光学機能層１２と同様の構成を有しているが、該光学機能層２２の低屈折率部（図１０には光透過部２３のみが現れ、低屈折率部は現れない。）が光学機能層１２の低屈折率部１４、１４、…と直交するような向きで配置されている。本実施形態によれば、光学シート２０により、さらに映像光が拡散される方向を拡張して広い範囲に光を拡散させることが可能となる。
また、本実施形態に備えられる表示装置にも第一実施形態で説明した映像源が備えられている。

図１４は、第四実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シート３０のうち、光学機能層３２の構成を模式的に示した斜視図である。図１４では、分かりやすさのため斜視図の上と右にそれぞれ断面図を示している。光学機能層３２以外の構成は上記した第一実施形態の表示装置に備えられた光学シート１０の構成と共通するので、ここでは説明を省略する。また、本実施形態に備えられる表示装置にも第一実施形態で説明した映像源が備えられている。

図１４に示した光学機能層３２では、断面が三角形である低屈折率部３４ａ、３４ａ、…、３４ｂ、３４ｂ、…が格子状に形成され、格子により囲まれた各領域が光透過部３３、３３、…となっている。ここでは低屈折率部３４ａ、３４ａ、…、３４ｂ、３４ｂ、…断面が三角形であるとしたが、ここが台形であってもよい。この時には台形の短い上底が光源側に、台形の長い下底が観察者側になるように配置される。かかる低屈折率部も、映像源８から出射される映像光の発散角との関係において、上記した式が成り立つものとされている。

本実施形態の表示装置に備えられる光学シート３０では、このように一枚の光学機能層３２の中で低屈折率部が格子状に形成されている。そして当該格子状は略直角に交わっているのが特徴である。このように形成することにより、１枚の光学機能層３２で水平、及び垂直方向に視野角を広げることができる。従って、光学シートの厚さを薄くしつつ、あらゆる方向に視野角を広げることが可能となる。ここで、低屈折率部３４ａ、３４ａ、…、３４ｂ、３４ｂ、…が格子状であること以外の構成は、上記した光学シート１０の光学機能層１２と同じである。

図１５は、第五実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シート４０のうち、光学機能層４２の構成を模式的示した斜視図である。図１５では、分かりやすさのため斜視図の右に断面図を示している。光学機能層４２以外の構成は上記した第一実施形態にかかる表示装置の構成と共通するので、ここでは説明を省略する。また、本実施形態に備えられる表示装置にも第一実施形態で説明した映像源が備えられている。

図１５に示した光学機能層４２では、断面が三角形である低屈折率部４４ａ、４４ａ、…、４４ｂ、４４ｂ、…が角度αを有して格子状に形成され、格子により囲まれた各領域が光透過部４３、４３、…となっている。ここでは低屈折率部４４ａ、４４ａ、…、４４ｂ、４４ｂ、…断面が三角形であるとしたが、ここが台形であってもよい。この時には台形の短い上底が光源側に、台形の長い下底が観察者側になるように配置される。かかる低屈折率部も、映像源８から出射される映像光の発散角との関係において、上記した式が成り立つものとされている。

光学シート４０では、このように一枚の光学機能層４２の中で低屈折率部が格子状に形成されている。そして当該格子状は角度αを有して交わっているのが特徴である。このように形成することにより、当該αに対応する所定の角度への視野角特性を向上させることができる。ここで、低屈折率部４４ａ、４４ａ、…、４４ｂ、４４ｂ、…が格子状であること以外の構成は、上記した第一実施形態にかかる表示装置に備えられる光学シート１０の光学機能層１２と同じである。従って、光学シート４０でも、光学シートの厚さを薄くしながらも所定の方向に視野角特性を向上させることが可能となる。

実施例として、図２に示した層構成を有する映像源ユニットを作成し、光学機能層の屈折率とθ_ｂ、および発散角の半値角θ_０を変えることにより式（５）に含まれる条件を変更して光が透過する効率を調べた。なお、バックライト（２）には、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を配置した。また、光制御シート（４）として、短い上底を光源側、長い下底を観察者側に向けた台形断面である光透過部がシート面に沿って並列され、該光制御シート（４）光透過部間は、該光透過部よりも低い屈折率を具備する三角形断面を有するものを用いた。

表１には、各例における光学機能層の光透過部の屈折率Ｎ_ｐ、低屈折率部の屈折率Ｎ_ｂ、光透過部と低屈折率部との界面がシート出光面の法線と成す角であるθ_ｂ、発散角の半値角であるθ_０をそれぞれ表した。また、表１には併せて光利用効率を表わした。ここで、「光利用効率」とは、光源から出射された全ての光を１としたときに観察者側に出光される光の割合を示す。さらに表１には各例について式（５）の左辺の計算値、及び式（５）の右辺の計算値も示している。

表１に示したＮｏ．１〜Ｎｏ．９の光学機能層は次のように製造した。
＜光透過部の構成組成物の調整＞
光硬化性オリゴマーとしてビスフェノールＡ−プロピレンオキシド２モル付加物を１３．０質量部、キシリレンジイソシアネートを８．０質量部、およびウレタン化触媒としてビスマストリ（２−エチルヘキサノエート）（２−エチルヘキサン酸５０％溶液）（以下同じ）を０．０１質量部混合し、８０℃で６時間反応させる。その後２−ヒドロキシエチルアクリレート２．０質量部を加え、８０℃で３時間反応させウレタンアクリレート系オリゴマーを得る。このようにして得られたウレタンアクリレート系オリゴマーを２３．０質量部、光硬化性モノマーとしての９，９’−ビス（４−ヒドロキシエチル）フルオレンエチレンオキシド変性ジアクリレートを２２．０質量部、フェノキシエチルアクリレートを５５．０質量部、金型離型剤としてのトリデカノールのリン酸エステル［モノエステル：ジエステル＝モル比１：１］を０．０５質量部、光重合開始剤としての１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（商品名：イルガキュア１８４、チバ・スペシャリティケミカルズ株式会社製）を２．０質量部、混合し、均一化して光透過部の構成組成物を得た。

＜光透過部の形成＞
光透過部は所定の形状の溝を表面に具備する金型ロールを用いて形成した。具体的には次の通りである。すなわち、円筒状の円周方向に延び、断面が略台形である溝が円筒軸方向に複数配列されている金型ロールを準備する。より詳しくは、溝の断面において底側である下底幅が２３μｍ、溝のピッチは４６μｍとして、斜面角度θ_ｂを変更して、光透過部に相当する台形形状を切削し、低屈折率部に相当する三角形状を有する金型ロールである。このような金型ロールとニップロールとの間に、基材層となる厚さ１００μｍのＰＥＴ（Ａ４３００東洋紡績製）を通すとともに、金型ロールとＰＥＴとの間に上記のように調整した光透過部の構成組成物を供給する。その後、そのＰＥＴ側から高圧水銀灯により８００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射して光透過部の構成組成物を硬化させる。そして金型ロールから、光透過部を離型し、光透過部を含むシート（中間部材）を形成した。このとき光透過部の屈折率（Ｎ_ｐ）は１．５８であった。

＜低屈折率部の構成組成物の調整＞
光重合成分として、ウレタンアクリレートを３４．０質量部、エポキシアクリレートオリゴマーを１４．０質量部、光硬化性モノマーとして、トリプロピレングリコールジアクリレートを２８．０質量部、メトキシトリエチレングリコールアクリレートを４．０質量部、光吸収粒子として、平均粒径４．０μｍのカーボンブラックを２５％含有したアクリル架橋微粒子（ガンツ化成株式会社）を２０．０質量部、光重合開始剤として、１−ヒドロキーシシクロヘキシルーフェニルーケトン（商品名：イルガキュア１８４、チバ・スペシャリティケミカルズ株式会社製）を７．０質量部、混合し、均一化して低屈折率部の構成組成物を得た。このとき光吸収粒子を除いた部分（バインダー）の屈折率（Ｎ_ｂ）は１．４９であった。

＜低屈折率部の形成＞
上記で得られた低屈折率部の構成組成物を供給装置から、上記中間部材上に供給した。中間部材の進行方向と略垂直に配置されたドクターブレードを用いて、供給した低屈折率部の構成組成物を中間部材の溝（光透過部間の溝）内に充填するとともに、余剰分の低屈折率部の構成組成物を掻き落とした。その後、紫外線を照射して低屈折率部の構成組成物を硬化させ、硬化した低屈折率部の構成組成物によって低屈折率部を形成した。この状態では、低屈折率部の表面は凹みが５μｍ発生していたため、再度同様の充填及び掻き取りを行い、凹みを２μｍとした。

以上のようにして形成した光学機能層の面のうち、基材層とは反対側の面に紫外線賦型、又はコーティングにてＡＧ層を形成する。これにより基材層、光学機能層、ＡＧ層の積層体がロール状で形成される。

次に、ＰＶＡフィルムのヨウ素化合物を染色して、内部に浸透させ、延伸し、ホウ酸を加えて架橋処理を施す。これにより偏光層が帯状に形成され、これが巻き取られたロール状とされる。このとき、偏光層の偏光方向が帯状の長手方向となるように形成されている。得られた偏光層を洗浄した後、上記基材層、光学機能層、ＡＧ層の積層体のうち、基材層に粘着剤を介して積層させる。これにより偏光層、基材層、光学機能層、ＡＧ層の積層体が形成される。ここで行われる積層は、両方のロールを巻き戻しつつ積層し、得られた積層体をまたロール状に巻き取る態様で行われる。

表１のＮｏ．１０〜Ｎｏ．１２は、材料組成比を調整して光透過部を屈折率１．６０、低屈折率部を屈折率１．４８の材料にて同様に形成した。

表１からわかるように、上記した式（５）を満たすものは、いずれも光利用効率が０．６以上となり、高い水準の光利用効率を得ることができる。一方、式（５）を満たさないものはいずれも光利用効率が０．６より小さく低水準である。

１ 映像源ユニット
２ バックライト
３ プリズムシート
４ 光制御シート
５ 偏光板
６ 液晶パネル
７ 偏光板
８ 映像源
９ 粘着剤層
１０ 光学シート
１１ 基材層
１２ 光学機能層
１３ 光透過部
１４ 低屈折率部
１５ バインダー部
１６ 光吸収粒子
１７ 粘着剤層
１８ ＴＡＣフィルム層
１９ ＡＧ層

Claims (13)

1. 映像を出射する映像源と、該映像源より観察者側に配置され、前記映像源からの光を制御して前記観察者側に透過可能である複数の層を有する光学シートと、を備える映像源ユニットであって、
   前記光学シートは、台形断面を有して光を透過可能にシート面に沿って並列される屈折率Ｎ_ｐである光透過部、及び前記光透過部間に楔形の断面を有して並列される屈折率Ｎ_ｂである低屈折率部を具備する光学機能層を備え、
   前記低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対しθ_ｂの角度をなし、前記映像源からの映像光の発散角の半値角をθ_０、空気の屈折率をＮ_０としたとき、
   Ｎ_ｐ＞Ｎ_ｂ、及び
   

   

   が成立することを特徴とする映像源ユニット。
2. 前記低屈折率部は光を吸収可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の映像源ユニット。
3. 前記低屈折率部には屈折率Ｎ_ｂである樹脂からなるバインダーが充填されるとともに、該バインダーには平均粒径が１μｍ以上の光吸収粒子が分散されていることを特徴とする請求項２に記載の映像源ユニット。
4. 前記映像源には、光源と、該光源の出光側に配置される光源側偏光板と、前記光源側偏光板の観察者側に配置される液晶パネルと、前記液晶パネルの観察側に配置される観察者側偏光板と、を有し、
   前記観察者側偏光板は、偏光層及び該偏光層を挟むように保護層を具備し、
   前記光学シートの前記光学機能層は、前記観察者側偏光板の保護層のうち前記観察者側の保護層の面に直接積層され、
   前記直接積層された前記光学機能層の前記光透過部、及び前記低屈折率部は前記断面を維持して延在するとともに、該延在する方向と、前記観察者側偏光板の偏光方向と、が垂直である請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
5. 前記光学機能層の光透過部及び低屈折率部の前記断面形状が略台形であり、前記光透過部の短い上底、及び前記低屈折率部の長い下底が前記観察者側に向けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
6. 前記光学機能層の光透過部は分子内にフルオレン骨格を有するアクリレートを含む組成物により構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
7. 前記光学機能層の前記光透過部の屈折率と前記低屈折率部の屈折率との差が０．０９以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
8. 前記光学機能層の前記光透過部及び前記低屈折率部が前記断面を維持して長手方向に延在して形成され、該光学機能層が２層積層されるとともに、前記２層の光学機能層のうちの一方の光学機能層の前記低屈折率部の長手方向と、前記２層の光学機能層のうちの他方の光学機能層の前記低屈折率部の長手方向とが所定の角度を有するように積層されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
9. 前記所定の角度が９０度であることを特徴とする請求項８に記載の映像源ユニット。
10. 前記光学機能層の前記低屈折率部が所定の角度で交わる格子状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の映像源ユニット。
11. 前記所定の角度が９０度であることを特徴とする請求項１０に記載の映像源ユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の映像源ユニットを具備することを特徴とする表示装置。
13. 請求項４に記載の映像源ユニットを製造する方法であって、
    前記観察者側偏光板の保護層となる層に前記光学機能層を形成する工程を含むことを特徴とする映像源ユニットの製造方法。

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