JP2016066089A - 映像源ユニット、及び表示装置 - 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、かつ、視野角を広げることができる映像源ユニットを提供する。
【解決手段】映像源と、観察者側に配置される複数の層を有する光学シートと、を備え、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である光吸収性を有する低屈折率部を具備する光拡散層を備え、低屈折率部の光吸収性は、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おり、低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対してなす角をθ_ｂ、映像源側から拡散層に入射する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、ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）≦９０°−{ｓｉｎ^−１（Ｎ_０・ｓｉｎθ_０／Ｎ_ｐ）＋θ_ｂ}が成立し、半値角θ_０が１０度以下である。
【選択図】図２

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、及び映像源ユニットに関する。

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。

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、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の開発が望まれており、そのような表示装置、及び映像源ユニットに関する技術が、特許文献２に記載されている。

特開２００３−６６２０６号公報 特願２００９−２９４７１６

特許文献２に記載された表示装置、及び映像源ユニットによれば、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。しかしながら、特許文献２に記載された表示装置、及び映像源ユニットでは、視野角を広げることについては十分な検討がなされておらず、映像源からの映像光を効率よく観察者に提供できたとしても、視野角を十分に広げられない場合があった。

そこで本発明は、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、かつ、視野角を広げ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ことを課題とする。

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である光吸収性を有する低屈折率部を具備する光拡散層を備え、低屈折率部の光吸収性は、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おり、低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対してなす角をθ_ｂ、映像源側から拡散層に入射する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、
ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）≦９０°−{ｓｉｎ^−１（Ｎ_０・ｓｉｎθ_０／Ｎ_ｐ）＋θ_ｂ}
が成立し、半値角θ_０が１０度以下であ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７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（ａ））の半分の輝度（０．５ａ）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、低屈折率部には、光透過部との界面を形成しない面に凹みを具備している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の映像源ユニットにおいて、低屈折率部には、平均粒子径が１μｍ以上４μｍ以下の光吸収粒子が含まれている。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の映像源ユニットにおいて、屈折率Ｎ_ｂと屈折率Ｎ_ｐとの比（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）が、０．９３以上０．９７以下であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか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。

本発明の表示装置及び映像源ユニットによれば、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、かつ、視野角を広げることができる。

一つの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。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ集光シートの例を説明する図である。 他の実施形態にかかる光拡散層を概略的に示した断面図である。 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拡散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。 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は一つの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。

図２に示した映像源ユニット１は、バックライト２、プリズムシート３、集光シート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。

集光シート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、光源からの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。集光シート４は、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。集光シート４の具体例を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した。

図３（ａ）は、集光シート４の一例である集光シート４’を概略的に示した断面図である。図３（ａ）では紙面右が観察者側となり、集光シート４’は図３（ａ）に示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。集光シート４’は、シート状に形成された本体部４ａ’と、本体部４ａ’の面のうちバックライト２側の面、すなわち入光側面に設けられた単位プリズム部４ｂ’と、を有している。

この集光シート４’は、入光側から入射した光の進行方向を変化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、集光シート４’のうち単位プリズム部４ｂ’によって発揮される。

図３（ａ）に示すように、本体部４ａ’は、単位プリズム部４ｂ’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４ａ’の面のうちバックライト２側の面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４ａ’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４ｂ’は、図３（ａ）によく表れているように、複数の単位プリズム４ｃ’が本体部４ａ’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４ｃ’は柱状の部材であり、図３（ａ）に表れる断面を有して紙面奥／手前方向に延びている。また、複数の単位プリズム４ｃ’は、単位プリズム４ｃ’が延びている方向に直交する方向に並列されている。

また、図３（ａ）からわかるように、単位プリズム４ｃ’は、本体部４ａ’のバックライト２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集光シート４’は、押し出し成型により、又は、本体部４ａ’上に単位プリズム４ｃ’を賦型することにより、製造することができる。集光シート４’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。

図３（ｂ）は集光シート４の他の一つの例である集光シート４’’を概略的に示した断面図である。図３（ｂ）では紙面右が観察者側となり、集光シート４’’は図３（ｂ）に示した断面を維持して紙面奥／手前方向に延在する。集光シート４’’は図３（ｂ）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。さらに集光シート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３（ｂ）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。
集光シート４’’によれば、上記したように、光透過部４ａ’’と光反射部４ｂ’’との界面で光を反射することが可能とされているとともに、図３（ｂ）からわかるように、当該界面が観察者側に広がるように形成される。従って、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、入射の際に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、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。

以上のように集光シート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。

このような集光シート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、後述する光拡散層１２と同様の方法で集光シート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。

集光シート４は上述したように光源側から入射した光をシート出光面の法線に対して平行に近づくように出射できるものであればよく、例示した以外にも公知の集光シートを用いることができる。また、集光シート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、集光シート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、集光シート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。

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、光拡散層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。以下、これらの層について説明する。

基材層１１は、該基材層１１の一方の面上に光拡散層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。

光拡散層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５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５を参照しつつ光拡散層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、光硬化型プレポリマー（Ｐ１）に、反応性希釈モノマー（Ｍ１）及び光重合開始剤（Ｓ１）を配合したものであって、紫外線等を照射することで硬化する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。

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、ベンゾイルホルメート化合物、チオキサントン化合物、ベンゾフェノン、リン酸エステル化合物、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及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。なお、光透過部１３の着色防止の観点から好ましいのは、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及びビス（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である。

これらの光硬化型プレポリマー（Ｐ１）、反応性希釈モノマー（Ｍ１）及び光重合開始剤（Ｓ１）は、それぞれ、１種類で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

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である。なお、図２には断面形状が略三角形である低屈折率部１４、１４、…を例示しているが、低屈折率部の形態は当該形態に限定されない。図４は、他の実施形態にかかる光拡散層１２’を概略的に示した断面図である。光拡散層１２’は、光透過部１３’及び低屈折率部１４’の形状が光透過部１３及び低屈折率部１４の形状と異なる以外は、光拡散層１２と同様である。すなわち、光拡散層１２’自体の機能や光拡散層１２’を構成する各部の機能は光拡散層１２と同様であるので、詳細な説明は省略する。図４に示したように、低屈折率部の断面形状は略台形であってもよい。

上記低屈折率部１４、１４、…は、屈折率がＮｂ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）及び光重合開始剤（Ｓ２）を配合したものであって、紫外線等を照射することで硬化する光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。

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、及びブタジエン（メタ）アクリレート等を挙げることができる。

また、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、ビニルモノマー、（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、（メタ）アクリレート系のものを挙げられる。

また、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及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。

これらの光硬化型プレポリマー（Ｐ２）、反応性希釈モノマー（Ｍ２）及び光重合開始剤（Ｓ２）は、それぞれ、１種類で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

具体的には、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート及びメトキシトリエチレングリコールアクリレートからなる光重合性成分（詳しくは、光硬化型プレポリマー（Ｐ２）及び反応性希釈モノマー（Ｍ２））の屈折率、粘度、又は光拡散層１２の性能への影響等を考慮して任意に配合して用いることができる。

また必要に応じて、添加剤として、シリコーン、消泡剤、レベリング剤及び溶剤等を光吸収部構成組成物に添加してもよい。

ここで、光透過部１３、１３、…の屈折率Ｎｐとバインダー部１５、１５、…の屈折率Ｎ_ｂと比（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）は、特に限定されることはないが、０．９３以上０．９７以下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、その界面において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、所定条件（入射角）で光透過部１３と低屈折率部１４との界面に到達した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低屈折率部１４を構成したが、低屈折率部は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、光拡散層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、光拡散層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５に光路例を示した。表示装置を作動させると、図５に示したように映像光Ｌ１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。

迷光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６に説明図を示した。図６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６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。
θ_ａ＝ｓｉｎ^−１（Ｎ_０・ｓｉｎθ_０／Ｎ_ｐ） （１）
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。
θ_ｃ＝９０°−（θ_ａ＋θ_ｂ） （２）
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。
θ_ｃ≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ） （３）
従って、式（４）が成立する。
ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）≦９０°−（θ_ａ＋θ_ｂ） （４）
以上より、式（４）に式（１）を代入して、式（５）が成立すればよい。
ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）≦９０°−{ｓｉｎ^−１（Ｎ_０・ｓｉｎθ_０／Ｎ_ｐ）＋θ_ｂ} （５）

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。

さらに、上記式（５）の条件を満たしつつ、半値角θ_０を１０度以下とすることによって、拡散層１２から出射する光がシート出光面の法線と成す角度（図６のθ_ｄ。）を大きくすることができる。すなわち、視野角を広げることができる。半値角θ_０を１０度以下とするには、例えば、上記した映像源８に備えられる集光シート４を光源に応じて適宜設計することによって実現することができる。上記した集光シート４によれば半値角θ_０を適切に制御しやいため、上記式（５）を満たして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り、かつ視野角を拡大させることができる。

（実施例）
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製し、光拡散層の屈折率、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、及び、光拡散層に入射する映像光の発散角の半値角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、及び映像源ユニットから出射する光の角度を調べた。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、集光シート（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（図３（ｂ）参照）を用いた。

表１には、各例における光拡散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、光拡散層に入射する映像光の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）の条件を満たすか否か（満たす場合は「○」、満たさない場合は「×」を記した。）と、映像源ユニットから出光する光の角度（図６のθ_ｄ）も表わした。

表１に示したＮｏ．１〜Ｎｏ．３の光拡散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拡散層の面のうち、基材層とは反対側の面に粘着剤層を介して、紫外線賦型、又はコーティングにてＡＧ層が表面に形成されたＴＡＣフィルム層を貼合した。これにより基材層、光拡散層、粘着剤層、ＴＡＣフィルム層、及びＡＧ層の積層体をロール状に巻き取った。

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した。これにより偏光層が帯状に形成され、これを巻き取ってロール状にした。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した。得られた偏光層を洗浄した後、上記基材層、光拡散層、粘着剤層、ＴＡＣフィルム層、及びＡＧ層の積層体のうち、基材層に粘着剤を介して積層した。これにより偏光層、基材層、光拡散層、粘着剤層、ＴＡＣフィルム層、及びＡＧ層の積層体を形成した。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った。

表１のＮｏ．４〜Ｎｏ．６は、材料組成比を調整して光拡散層の光透過部を屈折率１．６０の材料にて構成した以外は上述した方法と同様の方法で作製した。

表１からわかるように、上記した式（５）を満たし、かつ半値角θ_０が１０度のものは、いずれも光利用効率が高く、視野角も広くすることができた。一方、式（５）を満たさないものはいずれも光利用効率が低く、式（５）を満たしたとしても半値角θ_０が１０度を超えるものは、視野角が狭くなった。

１ 映像源ユニット
２ バックライト
３ プリズムシート
４ 集光シート
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 光拡散層
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 (5)

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である光吸収性を有する低屈折率部を具備する光拡散層を備え、
   前記低屈折率部の光吸収性は、前記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おり、
   前記低屈折率部の楔形の斜辺部がシート面法線に対してなす角をθ_ｂ、前記映像源側から前記光拡散層に入射する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、
   ｓｉｎ^−１（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）≦９０°−{ｓｉｎ^−１（Ｎ_０・ｓｉｎθ_０／Ｎ_ｐ）＋θ_ｂ}
   が成立し、
   前記半値角θ_０が１０度以下であることを特徴とする映像源ユニット。
2. 前記低屈折率部には、前記光透過部との界面を形成しない面に凹みを具備している請求項１に記載の映像源ユニット。
3. 前記低屈折率部には、平均粒子径が１μｍ以上４μｍ以下の光吸収粒子が含まれている請求項１又は２に記載の映像源ユニット。
4. 前記屈折率Ｎ_ｂと前記屈折率Ｎ_ｐとの比（Ｎ_ｂ／Ｎ_ｐ）が、０．９３以上０．９７以下である、請求項１乃至３のいずれかに記載の映像源ユニット。
5. 請求項１乃至４のいずれか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。

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