JP2014115576A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各発光部からの光が１つの画素として認識されることを抑制し、滑らかな画像を表示可能な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１０は、本体部２１と本体部に二次元配列された複数の単位レンズ要素３１とを有する光学シート２０と、単位レンズ要素に対向するように二次元配列された複数の発光部４０と、を備え、発光部４０の点灯状態を制御することにより画像を形成することができる。各単位レンズ要素は、発光部に対面する側の光学シートの面を形成するレンズ面３２を有し、且つ、レンズ面に沿って設けられた光吸収層３３を含んでいる。光学シートの法線方向ｎｄからみて、隣り合う発光部の一方と重なる単位レンズ要素３１ｂと、当該隣り合う発光部の他方と重なる単位レンズ要素３１ｃと、の間に位置する単位レンズ要素３１ｄに、当該隣り合う発光部からそれぞれ出射される光が共通に入射し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光部の点灯状態を制御することにより画像を形成する表示装置に関する。

ＬＥＤからなる発光部の点灯状態を制御することにより画像を形成する表示装置が知られている。この表示装置は、遠くからでも明るくその観察面が観察されるため、大画面のディスプレイとして利用されている。この表示装置の一例を図８及び図９にそれぞれ示す。図８及び図９は、それぞれ、発光部が配列された基体の法線方向を通る断面における従来の表示装置の異なる２つの例を示す概略断面図である。

図８及び図９に示す表示装置は、基体５４９と、当該基体５４９に二次元配列された複数の発光部５４０と、を備えている。図８に示す表示装置では、複数の発光部５４０は、間隔を空けて並べて配置されている。各発光部５４０は、１つのＬＥＤ素子から構成されており、具体的には、赤色発光要素５４１、緑色発光要素５４２及び青色発光要素５４３のうちのいずれか１つからなる。一方、図９に示す表示装置では、複数の発光部５４０は、互いに間隔を空けて配置されている。各発光部５４０は、隣接して並べられた赤色発光要素５４４と緑色発光要素５４５と青色発光要素５４６とを含んでいる。

図８及び図９に示す表示装置では、各発光部５４０が１つの画素を形成している。そして、各発光部５４０の点灯状態を制御することによって、画像を表示するようになっている。

また、図８及び図９に示すように、隣り合う発光部５４０の間には、基体５４９から法線方向に沿って観察面側に延びる黒色の隔壁５４８が設けられている。隔壁５４８は、表示装置に入射する外光を吸収することができる。これにより、発光部５４０により表示される画像のコントラストを向上させることができる。

しかしながら、図８及び図９に示す表示装置では、隣り合う発光部５４０の間に黒色の隔壁５４８が設けられているため、観察者が当該表示装置の観察面を観察する場合、隣り合う発光部５４０の間が暗く視えてしまう。この結果、観察者にとって、各発光部５４０からの光が１つの画素として認識されてしまい、解像度の粗い画像に視えてしまう、という問題があった。

この点に対処すべく、例えば特許文献１には、図１０に示すように、二次元配列された発光部５５１と、当該発光部５５１からの光を略平行光にして透過させる複数のレンズ面５５３が形成され、発光部５５１に隣接して設けられたシート５５２と、レンズ面５５３に対向して配置された拡散シート５５４と、を備えている。なお、図１０は、シート５５２の法線方向を通る断面において、特許文献１に記載された表示装置を示す概略断面図である。発光部５５１から出射された光は、シート５５２の複数のレンズ面５５３を介して略平行光にされ、略平行光にされた光は、拡散シート５５４を介して拡散させられる。

特表２００８−５０３０３４号公報

特許文献１によれば、発光部５５１からの光が拡散シート５５４を介して拡散されるため、各発光部５５１からの光が１つの画素として認識されてしまうことがいくらか緩和される。しかしながら、特許文献１に記載の表示装置では、シート５５２が発光部５５１に隣接して設けられているため、各発光部５５１から出射される光は、シート５５２の法線方向からみて当該発光部５５１と少なくとも一部が重なる正面領域に配置されたレンズ面５５３に主に入射し、当該正面領域から離間した領域に配置されたレンズ面５５３に入射し難くなる。このため、拡散シート５５３において、発光部５５１からの光が主に入射する領域と、発光部５５１からの光が入射しない領域とが形成されてしまい、依然として、観察者にとって、各発光部５５１からの光が１つの画素として認識される。結局、観察者にとって、解像度の粗い画像に視えてしまう。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、観察者にとって各発光部からの光が１つの画素として認識されてしまうことを効果的に抑制し、滑らかな画像を表示可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明による表示装置は、第１面及び当該第１面に対向する第２面を有する本体部と、前記本体部の前記第２面の側に二次元配列された複数の単位レンズ要素と、を有する光学シートと、
前記単位レンズ要素と間隔を空け、且つ、当該単位レンズ要素に対向するように二次元配列された複数の発光部と、
を備え、
前記発光部の点灯状態を制御することにより画像を形成する表示装置であって、
各単位レンズ要素は、前記発光部に対面する側となる前記光学シートの面を形成するレンズ面を有し、且つ、前記レンズ面に沿って設けられた光吸収層を含んでおり、
前記光学シートの法線方向からみて隣り合う２つの前記発光部の一方と少なくとも一部が重なる前記単位レンズ要素と、前記光学シートの法線方向からみて当該隣り合う２つの発光部の他方と少なくとも一部が重なる前記単位レンズ要素と、の間に位置する前記単位レンズ要素の少なくとも１つに、当該隣り合う２つの発光部からそれぞれ出射される光が入射し得る、表示装置。

本発明による表示装置において、前記光吸収層は、着色層であってもよい。

本発明による表示装置において、前記光学シートの法線方向及び前記発光部の配列方向の両方向と平行になる面内の各方向から計測された１つの発光部の発光強度の角度分布において、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が、前記光学シートの法線方向に対してなす角度をθとし、前記本体部の前記第２面と前記発光部との距離をｄとし、前記配列方向に沿って隣り合う２つの前記発光部の配列ピッチをｐとすると、
ｐ／２ｄ≦ｔａｎθ＜ｐ／ｄ
の関係を満たしてもよい。

本発明による表示装置において、前記本体部の前記第２面と前記発光部との距離をｄとし、前記発光部の配列方向に沿って隣り合う２つの前記発光部の配列ピッチをｐとすると、
２／３≦ｐ／ｄ≦３／２
の関係を満たしてもよい。

本発明による表示装置において、前記光学シートの法線方向及び前記発光部の配列方向の両方向と平行になる面内の各方向から計測された１つの発光部の発光強度の角度分布において、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が、前記光学シートの法線方向に対してなす角度は、６０°以下であってもよい。

本発明による表示装置において、各単位レンズ要素の前記第２面に沿った長さをｌとし、当該単位レンズの前記法線方向に沿った高さをｈとすると、
０．１≦ｈ／ｌ≦０．５
の関係を満たしてもよい。

本発明による表示装置において、前記本体部の前記第一面に、可視光の最短波長未満のピッチで凹凸を形成してなるモスアイ構造部が設けられていてもよい。

本発明によれば、観察者にとって各発光部からの光が１つの画素として認識されてしまうことを効果的に抑制し、滑らかな画像を表示することができる。

図１は、光学シートの法線方向及び単位レンズ要素の一配列方向を通る断面において、本発明の一実施の形態による表示装置を示す概略断面図である。 図２は、図１に示す表示装置において、光学シートの第一面に凹凸形状からなるモスアイ構造部が設けられた例を示す概略断面図である。 図３は、図１に示す表示装置において、光学シートを第２面側から視た場合の概略平面図である。 図４は、図１に示す表示装置において、単位レンズ要素を拡大して示す概略断面図である。 図５は、図４に対応する図であって、発光部と、光学シートの法線方向からみて当該発光部とずれた位置にある単位レンズ要素のレンズ面と、の関係を説明するための図である。 図６は、発光部から出射される光の発光強度特性（配光特性）の一例を示すグラフである。 図７は、図１に対応する図であって、発光部の他の例を示す概略断面図である。 図８は、発光部が配列された基体の法線方向を通る断面における従来の表示装置の一例を示す概略断面図である。 図９は、発光部が配列された基体の法線方向を通る断面における従来の表示装置の他の例を示す概略断面図である。 図１０は、特許文献１に記載された表示装置を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「光学シート」には、「光学フィルム」や「光学板」等と呼ばれる部材も含まれる。

さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。

以下、本実施の形態による表示装置１０の構成および作用効果について図を参照して詳述していく。図１は、表示装置１０の光学シート２０の法線方向ｎｄを通る断面において、本発明の一実施の形態による表示装置１０を示す概略断面図である。

図１に示すように、表示装置１０は、本体部２１と本体部２１に二次元配列された複数の単位レンズ要素３１とを有する光学シート２０と、単位レンズ要素３１に対向するように二次元配列された複数の発光部４０と、を備えている。この表示装置１０は、発光部４０の点灯状態を制御することにより画像を形成するようになっている。ここでいう画像とは、発光部４０から出射される光により表示され得る種々の態様の表示対象のことであり、特に限定されることなく、図、文字、模様、パターン、記号、マーク等を広く含む。発光部４０は、後述するように、エネルギ効率に優れ、指向性を容易に調整可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されている。発光ダイオードを用いることにより、表示装置１０は、遠くからでも明るくその観察面が観察され、大画面のディスプレイとしての用途に適する。このような用途の一例として、いわゆるＬＥＤディスプレイや大型の情報表示装置が挙げられる。

先ず、光学シート２０に含まれる本体部２１について説明する。図１に示すように、本体部２１は、第１面２２及び当該第１面２２に対向する第２面２３を有し、当該第２面２３に複数の単位レンズ要素３１が二次元配列されている。このうち、本体部２１の第１面２２は、表示装置１０の観察面を形成する。この本体部２１の第１面２２に、外光の反射を防止する反射防止機能や、防眩機能を付与してもよい。これにより、本体部２１の第１面２２に外部の像が写り込んでしまうことを効果的に抑制することができる。

反射防止機能を付与する例として、本体部２１の第１面２２に、可視光の最短波長未満のピッチで凹凸を形成してなるモスアイ構造部２４を設けることが挙げられる。このモスアイ構造部２４は、いわゆるモスアイ（蛾の目）構造の原理を利用したものであり、本体部２１の第１面２２に入射した光に対する屈折率を連続的に変化させ、屈折率の不連続界面を消失させることによって光の反射を抑制するものである。

この本体部２１の第１面２２に設けられたモスアイ構造部２４について、図２を参照して更に説明する。図２は、図１に示す表示装置１０において、本体部２１の第１面２２に凹凸形状からなるモスアイ構造部２４が設けられた例を示す概略断面図である。図２に示す例では、光学シート２０は、本体部２１の第１面２２上に形成された基部２５と、基部２５上に形成され、可視光の最短波長未満のピッチの凹凸形状からなるモスアイ構造部２４と、を有している。モスアイ構造部２４は、周期的または非周期的に配置された、円錐、四角錐などの錐形状を有する複数の凸部２４ａを含んでいる。なお図２では、各凸部２４ａの頂部が湾曲している例を示したが、これに限られることはなく、各凸部２４ａの頂部は、平坦または鋭角に形成されていてもよい。

このようなモスアイ構造部２４は、一例として、スタンパ版を用いた賦形により作製され得る。スタンパ版は、モスアイ構造部２４の凸部２４ａに対応する凹部を適切な基材に形成することにより作製される。この凹部を基材に形成する方法は特に限定されず、様々な方法が採用され得る。例えば、アルミニウムからなる基材を陽極酸化することによって凹部を形成してもよく、若しくは、基材上に感光性材料からなる層を設け、この層を露光することにより凹部を形成してもよい。露光方法としては、例えば、レーザー光の干渉を利用して微細パターンで露光する方法などが適宜用いられる。

また、本体部２１は、広い視野角を確保するために、発光部４０から光学シート２０に入射した光を拡散させる光拡散機能を有していてもよい。例えば、本体部２１内に、光を拡散させる拡散成分が分散されていてもよい。ここでいう拡散成分とは、本体部２１内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分の光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、本体部２１の主部をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分を構成することにより、付与され得る。主部をなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分として、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。

次に、光学シート２０に含まれる単位レンズ要素３１について説明する。各単位レンズ要素３１は、いわゆるフライアイレンズをなしている。本願におけるフライアイレンズとは、蝿の目レンズとも呼ばれ、平面上の異なる二以上の方向のそれぞれに、規則的な間隔または非規則的（ランダム）な間隔で、配列された多数の点状の単位レンズを有するレンズ部材のことを意味している。

具体的には、各単位レンズ要素３１は、本体部２１の第２面２３から発光部４０側に突出している。各単位レンズ要素３１は、その突出した表面に、発光部４０に対面する側となる光学シート２０の表面を形成するレンズ面３２を有している。各単位レンズ要素３１は、光学シート２０の法線方向ｎｄに平行な断面において、円の一部分または楕円の一部分に相当する形状を有している。本実施の形態では、図１に示すように、各レンズ面３２は、光学シート２０の法線方向ｎｄに平行な断面において、円の一部分をなす形状を有している。このようなレンズ面３２によれば、図４に示すように、発光部４０から出射される光を、拡散させることができる。これにより、表示装置１０の観察面の正面からずれた位置にいる観察者であっても発光部４０から出射された光を観察することができ、表示装置１０の視野角を拡げることができる。

なお、本明細書において、「光学シート２０の法線方向ｎｄ」とは、シート状からなる光学シート２０のシート面への法線方向のことを指す。また、光学シート２０のシート面とは、光学シート２０を全体的かつ大局的に見た場合において当該光学シート２０の平面方向と一致する面のことであり、本実施の形態では、第１面２２及び第２面２３と平行な面となる。

このようなレンズ面３２を有する複数の単位レンズ要素３１が、前述したように、本体部２１の第２面２３に規則的または不規則的に二次元配列されている。この複数の単位レンズ要素３１の配置例の一例について図３を参照して説明する。図３は、光学シート２０の本体部２１を第２面２３側から視た場合の概略平面図である。図３に示すように、複数の単位レンズ要素３１は、所定の間隔を空けて規則的に配列されている。この複数の単位レンズ要素３１の配列は、各単位レンズ要素３１の底面に相当する円を最密に平面充填した配列構造、あるいは、円を最密に平面充填した構造から少し各円同士を離した配列構造に対応している。換言すれば、複数の単位レンズ要素３１は、６０°の角度で互いに対して傾斜した本体部２１の第２面２３上の異なる三つの方向に、共通の一定ピッチで、配列されている。つまり、図３に示すように、複数の単位レンズ要素３１は、本体部２１のシート面上の第１方向ｄ１に沿って一定のピッチで配列されているとともに、本体部２１のシート面上の第２方向ｄ２に沿っても一定のピッチで配列されており、さらに、本体部２１のシート面上の第３方向ｄ３に沿っても一定のピッチで配列されている。そして、これらの第１方向ｄ１、第２方向ｄ２および第３方向ｄ３は、本体部２１の第２面２３上において、互いに対して６０°の角度をなして傾斜している。

更に言えば、図３に示すように、任意の１つの単位レンズ要素３１ａは、その周りを６つの単位レンズ要素３１に囲まれており、この任意の１つの単位レンズ要素３１ａの底面に相当する円の中心とその周りの６つの単位レンズ要素３１の底面に相当する円の中心の各々との距離は、互いに等しくなっている。この任意の１つの単位レンズ要素３１ａの底面に相当する円の中心とその周りの６つの単位レンズ要素３１の底面に相当する円の中心の各々との距離、すなわち、隣り合う２つの単位レンズ要素３１の配列ピッチｑは、一例として、０．１５〜０．４０ｍｍ程度に設定される。

また、各単位レンズ要素３１は、レンズ面３２に沿って設けられ、光を吸収する機能を有する光吸収層３３を含んでいる。とりわけ図示された例では、光吸収層３３によって、単位レンズ要素３１のレンズ面３２が形成されている。この光吸収層３３について、図４を参照して説明する。図４は、図１に示す表示装置１０において、単位レンズ要素３１を拡大して示す概略断面図である。図４に示すように、光吸収層３３は、単位レンズ要素３１のレンズ面３２に沿って、略一定の厚みで形成されている。この光吸収層３３の厚みは、一例として、１〜２０μｍ程度に形成される。光吸収層３３は、当該光吸収層３３内を進行する光の進行距離に応じて当該光の一部を吸収するという特性を有している。図４に示すように、発光部４０から出射された光学シート２０を透過する光Ｌ１１〜Ｌ１３は、光吸収層３３内を当該光吸収層３３の厚みに応じた距離だけ進行する。このため、光Ｌ１１〜Ｌ１３は、光吸収層３３によってほとんど吸収されない。一方、光学シート２０に入射する外光Ｌ２１は、光吸収層３３を透過しない場合には、光吸収層３３内で全反射を繰り返すため、光吸収層３３内を進行する進行距離が長くなる。このため、この外光Ｌ２１の大部分は、光吸収層３３によって吸収される。このような光吸収層３３によれば、光学シート２０に入射する外光Ｌ２１を効果的に吸収することができるため、発光部４０から出射される光により表示される画像のコントラストを大幅に向上させることができる。

なお、図示された例では、光学シート２０の発光部４０に対面する側の表面に沿って、光吸収層３３が形成され、且つ、光学シート２０の発光部４０に対面する側の表面の全面が、光吸収層３３によって形成されている。一方、単位レンズ要素３１は、本体部２１の第２面２３上に隙間を空けて配列されており、本体部２１の第２面２３における一部分が、光学シート２０の発光部４０に対面する側の表面をなしている。したがって、本体部２１の一部分が、光吸収層３３によって形成されている。

本実施の形態では、この光吸収層３３は、着色層からなる。この着色層には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく含まれるが、これに限定されず、発光部４０からの光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子が含まれてもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられ、より具体的には、カーボンブラックを含有したアクリル架橋微粒子や、カーボンブラックを含有したウレタン架橋微粒子等が好ましく用いられる。こうした着色粒子は、通常、光吸収層３３中に３質量％以上３０質量％以下の範囲で含まれる。平均粒子径は０．１μｍ以上２０μｍ以下の着色粒子が用いられる。

なお、光を吸収させるための手段は本実施の形態のように光吸収粒子による方法に限定されるものではない。他の例として、顔料や染料により光吸収層３３全体を着色することも挙げられる。

以上のような構成からなる光学シート２０の製造方法について説明する。一例として、本体部２１をなすようになるシートと、光吸収層３３をなすようになるシートと、を積層した積層シートを作製し、当該積層シートを、単位レンズ要素３１のレンズ面３２に対応する凹部が形成された型にプレス成形することにより、光学シート２０が作製される。なお、この型の凹部は、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したエッチングにより、型に所望の配列で形成され得る。あるいは、単位レンズ要素３１のレンズ面３２に対応する凹部が形成された樹脂製の賦型シートを用いた共押し出し成型により、光学シート２０を作製することもできる。

次に、単位レンズ要素３１に対向するように二次元配列された複数の発光部４０について説明する。図１に示すように、光学シート２０と間隔を空けて基体４９が配置されている。光学シート２０および基体４９は、互いのシート面が平行となるようにして、配置されている。複数の発光部４０は、この基体４９に規則的または不規則的に二次元配列されており、図示する例では、複数の発光部４０は、互いに間隔を空けて規則的に配列されている。具体的には、複数の発光部４０は、基体４９に正方配列されている。すなわち、複数の発光部４０は、所定の第一配列方向に等しい間隔で並べて配置されており、当該第一配列方向に直交する第二配列方向にも等しい間隔で並べて配置されている。第一配列方向乃至第二配列方向に沿って隣り合う２つの発光部４０の配列ピッチｐは、一例として、３．０〜４．０ｍｍ程度に設定される。また、各発光部４０は、一例として、その外径が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ程度に形成される。発光部４０の配列ピッチｐは、単位レンズ要素３１の配列ピッチｑよりもかなり大きい。

このような各発光部４０は、多数の点状発光部、具体的には、エネルギ効率に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されている。本実施の形態では、各発光部４０は、赤色発光要素４１、緑色発光要素４２及び青色発光要素４３のうちのいずれか１つからなる。そして、図１に示すように、赤色発光要素４１、緑色発光要素４２及び青色発光要素４３が、第一配列方向に沿ってこの順に繰返して配列されている。一方、各発光要素４１、４２、４３は、第二配列方向に沿って同じ発光要素が配列されている。すなわち、第二配列方向に沿って赤色発光要素４１同士が並んで配置され、第二配列方向に沿って緑色発光要素４２同士が並んで配置され、第二配列方向に沿って青色発光要素４３同士が並んで配置される。もっとも、発光要素４１、４２、４３の配列は、一例であって、それ自体既知の任意の配列を採用することができる。

また、各発光部４０は、発光要素４１、４２、４３の表面に設けられたカバー材４８を有している。カバー材４８によって、発光要素４１、４２、４３から出射される光の配光特性を調整することができる。図６のグラフに、発光部４０から出射される光の配光特性の一例を示す。図６には、発光部４０のカバー材４８上の輝度についての角度分布が示されている。図６のグラフに示された各輝度の角度分布は、光学シート２０の法線方向ｎｄ及び発光部４０の一配列方向の両方向に平行な面内の各方向から測定された輝度データから作成されたものである。図６のグラフにおいて、縦軸は、輝度を示しており、横軸は、輝度を測定した角度を示している。なお、角度の値は、光学シート２０の法線方向ｎｄと平行な方向を０°とし、当該法線方向ｎｄに対する傾斜角度を用いて表している。

図６に示すように、光学シート２０の法線方向ｎｄに沿った方向に発光部４０のピークの発光強度（ピーク強度）が得られるようになっており、法線方向ｎｄからの傾斜角度が大きくなるにつれて発光部４０の発光強度が低下していくように調整されている。

このような、発光部４０の配光特性を示す指標として、従来より、半値角と呼ばれる角度θが用いられてきた。この角度θは、図６に示すように、光学シート２０の法線方向ｎｄ及び発光部４０の一配列方向の両方向と平行になる平面内の各方向から１つの発光部４０の発光強度の角度分布を計測し、当該計測結果のうち、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が、光学シート２０の法線方向ｎｄに対してなす角度を表している。この角度θを用いることによって、発光部４０から射出する光のうち、観察者によって感知され得る主要な光を抽出して評価することができる。一例として、カバー材４８によって、各発光部４０に対するこの角度θが、θ≦６０°の関係を満たすように調整することができる。角度θ＞６０°となると、発光部４０から出射される光の指向性が弱くなり過ぎてしまい、発光部４０から出射される光によって形成される画像を鮮明に表示することが困難になる場合がある。

次に、単位レンズ要素３１の配列と発光部４０の配列との関係について詳述する。前述したように、発光部４０の配列ピッチｐは、単位レンズ要素３１の配列ピッチｑよりもかなり大きい。このため、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて隣り合う２つの発光部４０ｂ、４０ｃの一方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｂと、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該隣り合う２つの発光部４０ｂ、４０ｃの他方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｃと、の間には、複数の単位レンズ要素３１ｄが位置するようになる。

本実施の形態では、図１及び図４に示すように、各発光部４０から出射される光Ｌ１１〜Ｌ１３は、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０と少なくとも一部が重なる正面領域に配置された単位レンズ要素３１に最も多く入射するが、当該正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１にもその一部が入射する。発光部４０の正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１２、Ｌ１３の光量は、発光部４０の正面領域からのずれ量に応じて減少していく。このうち、発光部４０に正対する単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１１は、画像を明るく表示することに主として寄与し、発光部４０に正対しない単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１２、Ｌ１３は、隣り合う発光部４０から出射される光によって画成されることになる画素間を目立たなくすることによって画像を滑らかに表示することにも寄与する。従って、前者の光の光量と後者の光の光量とを適切に調整することによって、発光部４０から出射される光により形成される画像を鮮明且つ滑らかに表示することができるようになる。

一方、一つの発光部４０から射出した光が、当該発光部４０と隣り合う他の発光部４０に正対する単位レンズ要素３１ｃにまで入射してしまうと、特定の発光部４０によって画成されることを意図された各画素の発光状態を独立して制御することが難しくなり、画像がぼけてしまう。ただし、単位レンズ要素３１は、レンズ面３２に沿って設けられた光吸収層３３を含んでいる。そして、ここで問題とする光が、光学シート２０の法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した方向に進む光であることから、単位レンズに入射し難くなるだけでなく、この光吸収層３３によって吸収されやすくなる。したがって、ここで問題視する光の光量が僅かであれば、画像のぼけが顕著に生じてしまうことを回避することができる。すなわち、多数の発光部４０と光学シート２０との位置関係、並びに、発光部４０の配光特性を制御しておけば、画像のぼけを効果的に回避することが可能となる。

以上のような知見に基づいて、本件発明者らが鋭意研究を重ねた結果として、単位レンズ要素３１の配列と発光部４０の配列との好ましい関係を次のように見出した。なお、以下に説明する条件では、各発光部４０から単位レンズ要素３１に入射する光を示す指標として、前述した、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が光学シート２０の法線方向ｎｄに対してなす角度（半値角）を示す角度θを用いている。この角度θは、人によって敏感に感知され得る光の進行方向を、光学シート２０の法線方向ｎｄを基準として示すものである。逆に、光学シートの法線方向ｎｄに対してこの角度θの値以上の角度をなす方向では、人によって敏感に感知される光量が得られない。この点から、各発光部４０から単位レンズ要素３１に入射する光を示す指標として、前述した角度θを用いることは有効である。

先ず、図１に示すように、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃの一方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｂと、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃの他方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｃと、の間に位置する単位レンズ要素３１ｄの少なくとも１つに、当該隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからそれぞれ出射される光が共通に入射し得るように、これらが配置されている。このような形態によれば、隣り合う画素を構成するための２つの発光部４０ｂ、４０ｃからの光が、当該２つの発光部４０ｂ、４０ｃの中間となる領域において混ざり合うことになり、滑らかな画像を表示することができる。

また、図１に示すように、本体部２１の第２面２３と発光部４０との距離ｄと、配列方向に沿って隣り合う２つの発光部４０の配列ピッチｐと、前述した角度θとが、
ｐ／２ｄ≦ｔａｎθ＜ｐ／ｄ ・・・（ａ）
なる条件（ａ）を満たすことが好ましい。ｔａｎθ＜ｐ／２ｄとなる場合、すなわち、ここで説明する条件（ａ）の左辺が満たされなくなる場合、隣り合う２つの発光部４０ｂ、４０ｃからの光Ｌ１２、Ｌ１３の両方が、これら２つの発光部４０ｂ、４０ｃの中心となる位置に正対する単位レンズ要素に有効に入射しなくなる。この場合、各発光部４０によって画成される画素と画素との間が暗くなる。また、滑らかな画像を表示することも困難となる。一方、ｔａｎθ＞ｐ／ｄとなる場合、すなわち、ここで説明する条件（ａ）の右辺が満たされなくなる場合、発光部４０ｂから出射される光が、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０ｂと隣り合う発光部４０ｃと少なくとも一部が重なる領域に配置された単位レンズ要素３１ｃにある程度の有効な光量で入射してしまう。このため、隣接する発光部４０ｂ、４０ｃから出射される光が混ざり合うようになり、画像をぼけさせてしまうおそれが高まる。

更に、好ましくは、
ｐ／２ｄ≦ｔａｎθ＜３ｐ／４ｄ ・・・（ｂ）
なる条件（ｂ）が満たされる。この場合、発光部４０から射出する多くの光が、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０と少なくとも一部が重なる正面領域に配置された単位レンズ要素３１に入射するようになる。これにより、明るくて鮮明な画像を表示することが可能となる。また、隣り合う２つの発光部４０の中間となる位置に対面する単位レンズ要素３１に対して、当該隣り合う２つの発光部４０の各々から、画像を滑らかに表示するために十分な光量で、光が入射するようになる。これにより、発光部４０から出射される光により形成される画像を滑らかに表示することができる。また、一つの発光部４０ｂから射出する光が、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０ｂと隣り合う発光部４０ｃと正対する単位レンズ要素３１ｃに入射することも予想される。しかしながら、条件（ｂ）が満たされる場合には、このような光の光量は僅かとなり、実質的に、人が感知し得る程度の像ぼけを生じさせることはない。

一方、前述した本体部２１の第２面２３と発光部４０との距離ｄと、配列方向に沿って隣り合う２つの発光部４０の配列ピッチｐと、の関係についてみてみると、２／３≦ｐ／ｄ≦３／２の関係を満たすことが好ましい。ｐ／ｄ＜２／３となる場合、本体部２１の第２面２３と発光部４０との距離ｄが長くなってしまい、結果として、表示装置１０が大型になってしまう。一方、ｐ／ｄ＞３／２となる場合、本体部２１の第２面２３と発光部４０との距離ｄが短くなるため、隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからの光Ｌ１２、Ｌ１３が、これらが共通に入射する単位レンズ要素３１ｄのレンズ面３２に入射する際に、当該光の入射角度が大きくなる。これらの光の入射角度が大きい場合、これらの光の一部が、レンズ面３２で屈折した後に本体部２１の第１面２２において全反射してしまうおそれが高まる。このため、光の利用効率が低下すると共に画像を滑らかに表示することができなくなるおそれがある。この点について、図５を参照して以下のように説明することができる。

図５は、図４に対応する図であって、所定の発光部４０と、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０とずれた位置にある単位レンズ要素３１のレンズ面３２と、の関係について説明するための図である。図５に示すように、レンズ面３２を円弧の長さがほぼ等しい３つの部分に区分けし、光学シート２０の第２面２３から最も離れた頂部を含む領域を第１領域３４、当該第１領域３４から発光部４０に近い側に位置する領域を第２領域３５、第１領域３４から発光部４０よりも遠い側に位置する領域を第３領域３６とする。このとき、発光部４０からレンズ面３２に入射する光のうち、第１領域３４及び第３領域３６に入射する光は、有効に拡散されるが、第２領域３５に入射する光の一部は、入射角度が大きいと、レンズ面３２にて屈折された後、本体部２１の第１面２２で全反射してしまう。このため、単位レンズ要素３１に入射する光の入射角度が大きい場合、光の利用効率が低下すると共に、ゴーストが発生してしまうおそれがある。

また、図４及び図５に示すように、各単位レンズ要素３１の第２面２３に沿った長さをｌとし、当該単位レンズ要素３１の法線方向ｎｄに沿った高さをｈとすると、０．１≦ｈ／ｌ≦０．５を満たすことが好ましい。ｈ／ｌ＞０．５を満たす場合、発光部４０から出射する光が、当該発光部４０に正対しない単位レンズ要素３１のレンズ面３２に入射する場合、前述した第２領域３５に入射する光の割合が増え、この入射した光のうちの一部が本体部２１の第１面２２で全反射してしまう。この結果、光の利用効率が低下すると共に、単位レンズ要素３１での拡散が不十分となる。このため、画素と画素との間が暗くなり、発光部４０から出射される光によって形成される画像を滑らかに表示することが困難になるおそれがある。一方、ｈ／ｌ＜０．１を満たす場合、発光部４０から出射される光のレンズ面３２に入射する入射角度が大きいと、当該光をレンズ面３２によって所望に屈折させることができないおそれがある。結果として、単位レンズ要素３１での拡散がやはり不十分となる。このため、画素と画素との間が暗くなり、発光部４０から出射される光によって形成される画像を滑らかに表示することが困難になるおそれがある。

次に、以上のような構成からなる表示装置１０の作用について説明する。

図１及び図４に示すように、各発光部４０ｂから出射される光Ｌ１１〜Ｌ１３は、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０ｂと少なくとも一部が重なる正面領域に配置された単位レンズ要素３１ｂに主に入射し、当該正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１にもその一部が入射する。正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１２、Ｌ１３は、当該離間距離に応じて減少していく。このうち、正面領域に配置された単位レンズ要素３１ｂに入射する光Ｌ１１は、画像を形成することに主として寄与し、正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１２、Ｌ１３は、隣り合う発光部４０から出射される光によって画成されることになる画素間を目立たなくすることによって画像を滑らかに表示することに主として寄与する。

本実施の形態では、正面領域から離間した領域に配置された単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１２は、正面領域に配置された単位レンズ要素３１ｂと、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて隣り合う発光部４０ｃと少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｃと、の間に位置する単位レンズ要素３１ｄの少なくとも１つに入射する。同様に、隣り合う発光部４０ｃから出射される光Ｌ１３も、当該単位レンズ要素３１ｄに共通に入射する。これにより、隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからの光の一部が当該単位レンズ要素３１ｄで拡散されて混ざり、各発光部によって画成される画素と画素との間が暗くなることを効果的に防止することができる。これにより、滑らかな画像を表示することが可能となる。

単位レンズ要素３１に入射した各光Ｌ１１〜Ｌ１３は、当該単位レンズ要素３１のレンズ面３２によって、それぞれ拡散される。これにより、表示装置１０の観察面の正面からずれた位置にいる観察者であっても発光部４０から出射された光を観察することができ、表示装置１０の視野角を拡げることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、各発光部４０から出射される光は、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該発光部４０と少なくとも一部が重なる正面領域に配置された単位レンズ要素３１に主に入射し、当該正面領域に配置された単位レンズ要素３１に入射する光Ｌ１１によって、画像が形成される。一方、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃの一方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｂと、光学シート２０の法線方向ｎｄからみて当該隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃの他方と少なくとも一部が重なる単位レンズ要素３１ｃと、の間に位置する単位レンズ要素３１ｄの少なくとも１つに、当該隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからそれぞれ出射する光Ｌ１２、Ｌ１３が共通に入射する。これにより、隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからの光Ｌ１２、Ｌ１３が部分的に混ざり合うため、各発光部４０ｂ、４０ｃによって画成される画素と画素との間が暗くなることを効果的に防止することができる。このような作用によって、発光部４０から出射される光により形成される画像を鮮明且つ滑らかに表示することができるようになる。

加えて、本実施の形態によれば、隣り合う発光部４０ｂ、４０ｃからの光Ｌ１２、Ｌ１３が部分的に混ざり合うため、各発光部４０から出射される光により画成される画素間に暗い部分が形成されない。このため、例えばビデオカメラ等の撮像手段で表示装置１０の観察面を撮影して、当該撮影された画像を表示画面上に再生しても、発光部４０ｂ、４０ｃからの光Ｌ１２、Ｌ１３によって形成される画像の画素配列と、撮像手段の素子配列または表示画面の画素配列と、の間でモワレを生じることを効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、各単位レンズ要素３１は、レンズ面３２に沿って設けられた光吸収層３３を含んでいる。この場合、発光部４０から出射され光学シート２０を透過する光Ｌ１１〜Ｌ１３は、光吸収層３３内を当該光吸収層３３の厚みに応じた距離だけ進行するので、ほとんど吸収されない。一方、光学シート２０に入射する外光Ｌ２１は、光吸収層３３内で全反射を繰り返すため、光吸収層３３内を進行する進行距離が長く、その大部分が吸収される。これにより、表示装置１０が光拡散機能を発現する光学シート１０を含んでいるにもかかわらず、発光部４０から出射される光により表示される画像がコントラストにおいて非常に優れる。

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

上述した実施の形態では、図１に示すように、各発光部４０は、赤色発光要素４１、緑色発光要素４２及び青色発光要素４３のうちのいずれか１つからなる例を示したが、発光部４０の構成は、上述した構成に限定されない。図７に、発光部４０の他の構成例を示す。図７に示す例では、複数の発光部４０は、互いに間隔を空けて配置されており、各発光部４０は、隣接して並べられた赤色発光要素４４と緑色発光要素４５と青色発光要素４６とを含んでいる。このような形態であっても、上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。

［実施例１］
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

以下に説明するようにして、実施例１に係る表示装置を作製した。この実施例１は、図７に示す表示装置に対応している。

光学シートは、光吸収層をなすようになるシートと、光吸収層以外の光学シートをなすようになるシートと、を積層した積層シートを作製し、当該積層シートを、凹部が形成された型にプレス成形することにより作製した。このとき、光学シートの光吸収層以外の部分をなすシートの材料として、アクリル樹脂を用い、光吸収層をなすシートの材料として、アクリル樹脂を用いた。このとき、光学シートの厚み全体は、２．０ｍｍとなった。また、本体部の第１面に、微細な凹凸形状を付与するアンチグレア処理を施した。

単位レンズ要素の配列ピッチｑを０．２２ｍｍとし、レンズ面３２の第２面２３に沿った長さｌを０．２ｍｍとし、レンズ面３２の法線方向ｎｄに沿った高さｈを０．０４２ｍｍとし、光吸収層３３のレンズ面３２に沿った厚みを４．０μｍとした。

また、各発光部４０は、円筒状に形成されたものを使用した。各発光部４０の底面の直径は２．０ｍｍであり、発光部４０の配列ピッチｐは４．０ｍｍであった。発光部について配光特性を調査したところ、正面方向にピーク輝度を呈し、且つ、上述したピーク強度の半分の強度が得られる角度（半値角）θは、５０°であった。更に、本体部２１の第２面２３と発光部４０との距離ｄは２．０ｍｍとした。

このような実施例１の表示装置によれば、発光部から出射される光により形成される画像を鮮明且つ滑らかに表示することができた。また、光吸収層のレンズ面に沿った厚みを４．０μｍに形成したため、屋外などの明るい環境下で使用しても、外光を効果的に吸収することができ、画像を高いコントラストで観察することができた。

また、各発光部から出射される光により形成される画素間に暗い部分が形成されなかった。このため、ビデオカメラで表示装置の観察面を撮影して、当該撮影された画像を表示画面上に再生しても、モワレが生じることはなかった。

１０ 表示装置
２０ 光学シート
２１ 本体部
２２ 第１面
２３ 第２面
２４ モスアイ構造部
３１ 単位レンズ要素
３２ レンズ面
３３ 光吸収層
４０ 発光部
４８ カバー材
４９ 基体
５４０ 発光部
５４８ 隔壁

Claims (6)

1. 第１面及び当該第１面に対向する第２面を有する本体部と、前記本体部の前記第２面の側に二次元配列された複数の単位レンズ要素と、を有する光学シートと、
   前記単位レンズ要素と間隔を空け、且つ、当該単位レンズ要素に対向するように二次元配列された複数の発光部と、
   を備え、
   前記発光部の点灯状態を制御することにより画像を形成する表示装置であって、
   各単位レンズ要素は、前記発光部に対面する側となる前記光学シートの面を形成するレンズ面を有し、且つ、前記レンズ面に沿って設けられた光吸収層を含んでおり、
   前記光学シートの法線方向からみて隣り合う２つの前記発光部の一方と少なくとも一部が重なる前記単位レンズ要素と、前記光学シートの法線方向からみて当該隣り合う２つの発光部の他方と少なくとも一部が重なる前記単位レンズ要素と、の間に位置する前記単位レンズ要素の少なくとも１つに、当該隣り合う２つの発光部からそれぞれ出射される光が入射し得る、表示装置。
2. 前記光吸収層は、着色層である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記光学シートの法線方向及び前記発光部の配列方向の両方向と平行になる面内の各方向から計測された１つの発光部の発光強度の角度分布において、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が、前記光学シートの法線方向に対してなす角度をθとし、前記本体部の前記第２面と前記発光部との距離をｄとし、前記配列方向に沿って隣り合う２つの前記発光部の配列ピッチをｐとすると、
   ｐ／２ｄ≦ｔａｎθ＜ｐ／ｄ
   の関係を満たす、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記本体部の前記第２面と前記発光部との距離をｄとし、前記発光部の配列方向に沿って隣り合う２つの前記発光部の配列ピッチをｐとすると、
   ２／３≦ｐ／ｄ≦３／２
   の関係を満たす、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
5. 前記光学シートの法線方向及び前記発光部の配列方向の両方向と平行になる面内の各方向から計測された１つの発光部の発光強度の角度分布において、ピーク強度の半分の強度が得られる方向が、前記光学シートの法線方向に対してなす角度は、６０°以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
6. 各単位レンズ要素の前記第２面に沿った長さをｌとし、当該単位レンズの前記法線方向に沿った高さをｈとすると、
   ０．１≦ｈ／ｌ≦０．５
   の関係を満たす、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。

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