JP2017203979A - 映像源ユニット、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバー視点での視認性を向上する光学シートを備えた映像源ユニットを提供する。【解決手段】光源を備えた面光源装置２０と、該面光源装置２０の出光側に配置される液晶パネル１５と、を備え、面光源装置２０は光学シート３０を具備し、光学シート３０は、基材層３１と、光学機能層３２と、光拡散層３５と、を備え、光学機能層３２は、光透過部３３と、光透過部よりも屈折率が低い光吸収部３４と、を有し、光透過部３３及び光吸収部３４の界面について、光吸収部３４の上側となる界面とシート面に対する法線とのなす角が、光吸収部３４の下側となる界面とシート面に対する法線とのなす角よりも小さく形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は光学シートを備えた映像源ユニット、及び液晶表示装置に関する。

カーナビゲーションや液晶テレビ等の液晶表示装置は、表示すべき映像を出射する液晶パネル等の映像源を備えるとともに、映像光の質を高めて観察者側に提供する光学シートを具備している。

特許文献１には、光入射面及び光出射面と、光入射面と光出射面との間に交互に配置された透過領域及び吸収領域を有する光制御フィルムが開示されている。この光制御フィルムでは、透過領域と吸収領域との境界が光出射面に垂直な方向とのなす角θ１が３°以下とされている。

特表２０１１−５０１２１９号公報

ところで、車載されるカーナビゲーション等の液晶表示装置においては、主な観察者は運転者（ドライバー）であるため、斜め上からの視点（ドライバー視点）における視認性が重要となる。一方で、特許文献１に記載の光制御フィルムを液晶表示装置に備えると、ドライバー視点では不要な下方向にも、上方向と同様の視野角で光が出射される。従って、特許文献１の光制御フィルムを用いると、ドライバーが視認できるような視野角で出射される光は限られており、ドライバー視点での視認性が悪かった。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、ドライバー視点での視認性を向上する光学シートを備えた映像源ユニットを提供することを課題とする。また、この該映像源ユニットを備えた液晶表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、光源（２５）を備えた面光源装置（２０）と、該面光源装置の出光側に配置される液晶パネル（１５）と、を備える映像源ユニット（１０）であって、面光源装置は光源からの光を透過する光学シート（３０）を具備し、光学シートは、基材層（３１）と、基材層の一方の面に積層された光学機能層（３２）と、光学機能層の面のうち、光学機能層を挟んで基材層が配置されている面の反対側の面に配置された光拡散層（３５）と、を備え、光学機能層は、所定の断面を有して水平方向に延び、鉛直方向に所定の間隔で複数配列される光透過部（３３）と、複数の光透過部の間隔に形成され、光透過部よりも屈折率が低い光吸収部（３４）と、を有し、光透過部及び光吸収部の界面について、光吸収部の上側となる界面とシート面に対する法線とのなす角が、光吸収部の下側となる界面とシート面に対する法線とのなす角よりも小さく形成されている、映像源ユニットである。

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、光の視野角は下側よりも上側が広く、液晶パネルの法線方向に出射する光の輝度を正面輝度とするとき、液晶パネルの法線に対して上方向に２０°及び水平方向に０°の角度で出射する光の輝度が正面輝度の７０％以上であり、液晶パネルの法線に対して水平方向に４０°及び該水平方向に対して垂直方向に０°の角度で出射する光の輝度が正面輝度の９０％以上である。

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、液晶パネルの法線に対して上方向に２０°及び水平方向に０°の角度で出射する光の輝度が正面輝度の９０％以上である。

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、光学シートの基材層側及び光拡散層側における拡散反射率がそれぞれ０．８％以上５．０％以下である。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の映像源ユニットが筐体に収められている液晶表示装置である。

本発明によれば、ドライバー視点での視認性を向上することができる。

１つの形態にかかる映像源ユニット１０を説明する分解斜視図である。 映像源ユニット１０の断面を示す分解図である。 映像源ユニット１０の他の断面を示す分解図である。 図２のうち光学シート３０に注目して拡大した図である。 光透過部３３及び光吸収部３４の界面と、光学機能層３２の層面の法線と、の成す角θ_１、θ_２を説明する図である。 光学シート３０を透過する光の光路について説明する図である。 拡散反射率の測定方法について説明する図である。 実施例１及び実施例２について、鉛直方向の視野角における光の輝度を測定した結果を示した図である。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、各図面では分かりやすさのため、形状を拡大、変形、誇張して表すことがあり、繰り返しとなる符号は一部を省略することがある。

図１は１つの形態を説明する図であり、光学シート３０を含む映像源ユニット１０の分解斜視図である。また図２には、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿って切断した映像源ユニット１０の分解断面図の一部、図３にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿って切断した映像源ユニット１０の分解断面図の一部を表した。
このような映像源ユニット１０は、詳細な説明は省略するが、不図示の筐体に、該映像源ユニット１０を作動させる電源、及び映像源ユニット１０を制御する電子回路等、映像源ユニット１０として動作するために必要とされる通常の機器とともに納められて液晶表示装置とされている。以下映像源ユニット１０について説明する。

映像源ユニット１０は、液晶パネル１５、面光源装置２０、及び機能フィルム４０を備えている。図１〜図３には映像源ユニット１０が表示装置として用いられた姿勢における方向を合わせて表している。

液晶パネル１５は、観察者側に配置された上偏光板１３と、面光源装置２０側に配置された下偏光板１４と、上偏光板１３と下偏光板１４との間に配置された液晶層１２と、を有している。上偏光板１３、下偏光板１４は、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（透過軸に平行な方向）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（吸収軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶層１２は、複数の画素が層面に沿った方向に縦横に配列されており、一つの画素を形成する領域毎に電界印加できる。そして電界印加された画素の配向が変化する。これにより、面光源装置２０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１４を透過した透過軸に平行な偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された画素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画素を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、画素への電界印加の有無によって、下偏光板１４を透過した偏光成分（例えばＰ波）が、出光側に配置された上偏光板１３をさらに透過するか、あるいは、上偏光板１３で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶パネル１５は、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御して映像を表現する構造を有している。

液晶パネルはこのような原理により観察者に対して映像を提供することができるように構成されている。従って、液晶パネルの背面側から照明をする際には下偏光板の透過軸に平行な偏光成分を有する光を多く到達させることにより下偏光板を透過させて光の利用効率を高めることができる。
さらには、液晶パネルは、その性質上、該液晶パネルの法線方向からの入射光に対しては、出射光のコントラスト、及び効率（透過率）は優れている。しかしながら、液晶パネルの法線方向に対して斜めからの入射光、および観察者による斜め方向からの観察についてはコントラストの低下や効率（透過率）の低さが問題となる。すなわち、光の利用効率を高めるためには液晶パネルの法線方向からの入射光を多くすることも有効である。

液晶パネルの種類は特に限定されることはなく、公知の型の液晶パネルを挙げることができる。これには例えばＴＮ、ＳＴＮ、ＶＡ、ＭＶＡ、ＩＰＳ、ＯＣＢ等がある。

次に面光源装置２０について説明する。
面光源装置２０は、液晶パネル１５に対して観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１５に面状の光を出射する照明装置である。図１〜図３よりわかるように、本形態の面光源装置２０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板２１、光源２５、導光板光拡散板２６、プリズム層２７、反射型偏光板２８、光学シート３０及び反射シート３９を有している。

導光板２１は、図１〜図３よりわかるように、基部２２及び裏面光学要素２３を有している。導光板２１は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材である。本形態で導光板２１の観察者側となる一方の板面側は平滑面とされ、これとは反対側である他方の板面側は裏面とされ、当該裏面には複数の裏面光学要素２３が配列されている。

基部２２、裏面光学要素２３をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、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できる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、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）等を挙げることができる。

基部２２は、その内部を光が導光されるとともに、裏面光学要素２３のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状である。

裏面光学要素２３は、基部２２の裏面側（反射型偏光板２８が配置される側とは反対側）に形成される突出した要素であり、本形態では三角柱状である。裏面光学要素２３は、突出した頂部の稜線が図１の水平方向に延びる柱状であり、複数の裏面光学要素２３が当該延びる方向に直交する方向に所定のピッチで並べて配列されている。本形態の裏面光学要素２３は断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状の断面であってもよい。
複数の裏面光学要素２３の配列方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源２５から離隔する方向に配列され、光源２５が配列される方向、又は１つの長い光源であれば該光源が延びる方向に平行に各裏面光学要素２３の稜線が延びている。

なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状を含む。また同様に、本件明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、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。

このような構成を有する導光板２１は、押し出し成型により、又は、基部２２上に裏面光学要素２３を賦型することにより製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板２１においては、基部２２、及び裏面光学要素２３が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板２１を製造する場合、裏面光学要素２３が、基部２２と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

図１〜図３に戻って、光源２５について説明する。光源２５は、導光板２１の基部２２が有する側面のうち、複数の裏面光学要素２３が配列される方向の一方側の側面に配置される。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、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できる。本形態で光源２５は複数のＬＥＤからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの点灯および消灯、並びに／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを個別に独立して調節できるように構成されている。
なお、本形態では上記のように光源２５は一方側の側面に配置される例を示したが、さらにこの側面とは反対側となる側面にも光源が配置される形態であってもよい。なお、この場合には裏面光学要素の形状も公知の例に倣って形成する。

次に導光板光拡散板２６について説明する。導光板光拡散板２６は、導光板２１の出光側に配置され、ここに入射した光を拡散させて出射する機能を有する拡散板である。これにより、導光板２１から出射した光の均一性をさらに高め、導光板２１に存在する傷を目立たなくすることができる。
導光板光拡散板の具体的態様は、公知の光拡散板を用いることができ、例えば母材の中に光拡散剤を分散させた形態を挙げることができる。
導光板光拡散板２６は本形態のようにプリズム層２７の支持体として機能してもよい。また、導光板２１の出光面が平滑であれば導光板光拡散板２６と導光板２１とを一体化して構成してもよい。

プリズム層２７は、図１〜図３よりわかるように、導光板光拡散板２６よりも液晶パネル１５側に設けられ、該液晶パネル１５側に向けて凸である単位プリズム２７ａを具備する層である。
本形態で単位プリズム２７ａは、所定の断面を有して導光板２１の導光方向に直交する方向に延びる形態を有している。そして、複数の単位プリズム２７ａが導光方向に配列されている。これにより光学機能層３２で光を制御する方向（本形態では鉛直方向）において光を集光することができ、光学機能層３２で光を効率よく全反射させることができ、光の利用効率を高めることができる。水平方向へは広い視野角とすることができる。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することが可能である。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
また、単位プリズムが延びる方向及び配列される方向は上記形態に限定されることなく他の形態であってもよい。例えば単位プリズムが所定の断面を有して導光板２１の導光方向に延び、複数の単位プリズムが導光方向とは直交する方向に配列される形態であってもよい。

次に反射型偏光板２８について説明する。反射型偏光板２８は、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（透過軸に平行な方向）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（反射軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を反射する機能を有している。このような反射型偏光板の構造は公知のものを適用することができる。

次に光学シート３０について説明する。図４は図２の視点で光学シート３０の一部を拡大して表した図である。図１〜図４よりわかるように、光学シート３０は、シート状に形成された基材層３１と、基材層３１の一方の面（本形態では導光板２１側の面）に設けられた光学機能層３２と、光拡散層３５と、を備えている。

基材層３１は光学機能層３２を支持する平板状のシート状部材である。
基材層３１をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、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できる。これには例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース樹脂（ＴＡＣ）、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。この中でも面光源装置２０と下偏光板１４との組み合わせを考慮して複屈折（リタデーション）の少ないＴＡＣ、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂を用いることが好ましい。さらには、車載用途などのように高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネート樹脂が望ましい。具体的にはポリカーボネート樹脂のガラス転移点は１４３℃であり、一般に１０５℃での耐久性が求められる車載用途に適している。

ここで、基材層３１のうち、光学機能層３２が配置された側とは反対側の面は粗面とされていてもよい。粗面が形成された場合には、特に限定されることはないが、光学シート３０の基材層側における拡散反射率が０．８％以上５．０％以下となるように粗面を形成することが好ましい。これにより、基材層３１から出射する光を拡散できるため、映像源ユニット１０から提供される映像光の視野角を広くすることができる。
「基材層側における拡散反射率」は、基材層側から光を照射した場合における光学シートの拡散反射率であり、拡散反射率は、全光線反射率から鏡面反射光分の光線反射率を除外した全方位拡散反射率により定義される。具体的には後で実施例にて説明するようにして測定することができる。

光学機能層３２は基材層３１の一方の面（本形態では導光板２１側の面）に積層された層で、層面に沿って光透過部３３と光吸収部３４とが交互に配列されている。

光学機能層３２は、図４に示した断面を有して紙面奥／手前側（映像源ユニット１０を正面視したときの水平方向）に延びる形状を備える。すなわち、図４に表れる断面において、略台形である光透過部３３と、隣り合う２つの光透過部３３間に形成された断面が略台形の光吸収部３４と、を具備している。

光透過部３３は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、本形態では図２、図４に表れる断面において、基材層３１側に長い下底、その反対側（導光板２１側）に短い上底を有する略台形の断面形状を有する要素である。光透過部３３は、基材層３１の層面に沿って当該断面を維持して上記した方向に延びるとともに、この延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で配列される。そして、隣り合う光透過部３３の間には、略台形断面を有する間隔が形成されている。従って、当該間隔は、光透過部３３の上底側（導光板２１側）に長い下底を有し、光透過部３３の下底側（基材層３１側、液晶パネル１５側）に短い上底を有する台形断面を有し、ここに後述する必要な材料が充填されることにより光吸収部３４が形成される。なお、本形態では隣り合う光透過部３３は長い下底側で、シート状である連結部３２ａで連結されている。

光透過部３３は屈折率がＮｔとされている。このような光透過部３３は、光透過部構成組成物を硬化させることにより形成することができる。詳しくは後で説明する。屈折率Ｎｔの値は特に限定されることはないが、後述するように台形断面の斜面における光吸収部３４との界面で適切に光を反射（全反射を含む。）する観点から屈折率は１．５５以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．５６以下である。

光吸収部３４は隣り合う光透過部３３の上記間隔に形成される間部として機能し、間隔の断面形状と同様の断面形状となる。従って短い上底が液晶パネル１５側を向き、長い下底が導光板２１側となる。そして光吸収部３４は、屈折率がＮｒとされるとともに、光を吸収することができるように構成されている。具体的には屈折率がＮｒである透明樹脂に光吸収粒子が分散される。屈折率Ｎｒは、光透過部３３の屈折率Ｎｔよりも低い屈折率とされる。このように、光吸収部３４の屈折率を光透過部３３の屈折率より小さくすることにより、所定の条件で光透過部３３に入射した光を光吸収部３４との界面で適切に全反射させることができる。また、全反射条件を満たさない場合にも一部の光は当該界面で反射する。
屈折率Ｎｒの値は特に限定されることはないが、当該全反射を適切に行う観点から１．５０以下であることが好ましく、その中でも入手性の観点から１．４７以上が好ましい。より好ましく１．４９以上である。

光透過部３３の屈折率Ｎｔと光吸収部３４の屈折率Ｎｒとの屈折率の差は特に限定されるものではないが、０より大きく０．１４以下が好ましく、０．０５以上０．１４以下であることがさらに好ましい。屈折率差を大きくすることにより、より多くの光を全反射させることができる。

光学機能層３２では、特に限定されることはないが、例えば次のように光透過部３３及び光吸収部３４が形成される。すなわち、図４にＰ_ｋで表した光透過部３３及び光吸収部３４のピッチは２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。そして図４にＤ_ｋで示した光吸収部３４の厚さは５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、６０μｍ以上１５０μｍ以下であることがさらに好ましい。これらの範囲内とすることにより、光の透過と光の吸収とのバランスをより適切にすることができる。

図５は、光透過部３３及び光吸収部３４の界面と、光学機能層３２の層面の法線と、の成す角θ_１、θ_２を説明する図であり、図４に記載の光学機能層３２の一部を拡大した図である。θ_１は、図１〜図５に示した姿勢で、光透過部３３及び光吸収部３４の界面のうち光吸収部３４の上側となる界面と、光学機能層３２の層面の法線と、のなす角である。θ_２は、図１〜図５に示した姿勢で、光透過部３３及び光吸収部３４の界面のうち光吸収部３４の下側となる界面と、光学機能層３２の層面の法線と、のなす角である。本形態において、θ_１、θ_２はθ_１＜θ_２の関係にあることが好ましい。これにより、映像源ユニット１０から提供される映像光の視野角において、上側の視野角を下側の視野角よりも広くすることができる。

また、θ_１、θ_２の数値範囲は、θ_１＜θ_２の関係にあれば特に限定されないが、０°以上１０°以下であることが好ましい。ただし、θ_１＜θ_２の関係を前提にして、θ_１、θ_２の数値範囲を次の範囲に限定することにより、さらにドライバー視点での視認性を向上することが可能である。
すなわち、θ_１は、４．０°以下がより好ましく、１．０°以下が更に好ましく、０°が特に好ましい。θ_２は、５．０°以下がより好ましく、３．０°以下が更に好ましい。これにより、シート面の法線方向に出射する光の輝度（正面輝度）に対する、該法線に対して上方向に出射する光の輝度の割合を向上することができる。

本形態では光透過部３３と光吸収部３４との界面が断面において一直線状となる例を示したが、これに限らず折れ線状、凸である曲面状、凹である曲面状等であってもよい。また、複数の光透過部３３及び光吸収部３４で断面形状が同じであってもよいし、所定の規則性を有して異なる断面形状であってもよい。

図４に戻り、光拡散層３５について説明する。本形態で光拡散層３５は、光学機能層３２の面うち、基材層３１が配置されている面とは反対側（本形態では導光板２１側）の面に配置されており、入光側には粗面が形成されている。この粗面は、光学シート３０の光拡散層側における拡散反射率が０．８％以上５．０％以下となるように形成されることが好ましい。これにより、光拡散層３５のシート面に対して法線方向に入射した光を、該法線方向に対して斜めの方向に拡散できるため、映像源ユニット１０から提供される映像光の視野角を広くすることができる。
なお、「光拡散層側における拡散反射率」は、光拡散層側から光を照射した場合における光学シートの拡散反射率である。具体的には後で実施例にて説明するようにして測定することができる。

光拡散層３５をなす材料としては、光透過部３３と同様の材料を用いることができる。

光学シート３０により出射する光の輝度を次のように制御することが好ましい。すなわち、液晶パネルの法線に対して鉛直方向上方に２０°及び水平方向に０°の角度で出射する光の輝度が正面輝度の７０％以上となるように光学シート３０を構成することが好ましく、正面輝度の９０％以上となるように構成することが更に好ましい。また、液晶パネルのパネル面の法線に対して水平方向に４０°及びこの水平方向に対して垂直方向に０°の角度で出射する光の輝度が正面輝度の９０％以上となるように光学シート３０を構成することが好ましい。

光学シート３０は例えば次のように作製できる。
はじめに基材層３１に光透過部３３を形成する。これは、光透過部３３の形状を転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、基材層３１となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝（光透過部形状を反転した形状）に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。

ここで、光透過部を構成する組成物としては、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電離放射線硬化型の樹脂を挙げることができる。

金型ロールと基材シートとの間に挟まれ、ここに充填された光透過部を構成する組成物に対し、基材シート側から光照射装置により硬化させるための光を照射する。これにより、組成物を硬化させ、その形状を固定させることができる。そして、離型ロールにより金型ロールから基材層３１および成形された光透過部３３を離型する。

次に、光吸収部３４を形成する。光吸収部３４を形成するには、まず、上記形成した光透過部３３間の間隔に光吸収部を構成する組成物を充填する。その後、余剰分の当該組成物をドクターブレード等で掻き落とす。そして、残った組成物に光透過部３３側から紫外線を照射することによって硬化させ、光吸収部３４を形成することができる。

光吸収部として用いられる材料は特に限定されないが、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）アクリレート等の光硬化型樹脂の中に着色された光吸収粒子が分散されている組成物を挙げることができる。

また光吸収粒子を分散させる代わりに顔料や染料により光吸収部全体を着色することもできる。
光吸収粒子を用いる場合には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像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を使用してもよい。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る。着色粒子の平均粒子径は１．０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることが更に好ましい。
ここで「平均粒子径」とは、光吸収粒子を１００個電子顕微鏡で観察してその直径を計り、算術平均した直径を意味する。

さらに、光学機能層３２を挟んで基材層３１が配置された側とは反対側の面に光拡散層３５を配置する。光拡散層３５はロールによる賦型、あらかじめ作製しておいた光拡散層を紫外線硬化型の接着剤等を用いて光学機能層３２に接着、及び光拡散層３５自体を紫外線硬化型の接着剤により形成して積層することが可能である。

これにより、光学シート３０が作製される。

図１〜図３に戻って、面光源装置２０の反射シート３９について説明する。反射シート３９は、導光板２１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板２１内に光を入射させるための部材である。反射シート３９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。

機能性フィルム４０は、液晶パネル１５の出光側に配置され、映像光の質を向上させたり、映像源ユニット１０を保護したりする機能を有する層である。これには例えば反射防止フィルム、防眩フィルム、ハードコートフィルム、色調補正フィルム、光拡散フィルム等を挙げることができ、これらが単独又は複数組み合わされて構成されている。

次に、以上のような構成を備える映像源ユニット１０の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は説明のための概念的なものであり、反射や屈折の程度を厳密に表したものではない。

まず、図２に示すように、光源２５から出射した光は、導光板２１の側面の入光面を介して導光板２１内に入射する。図２には、一例として、光源２５から導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。

図２に示すように、導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、導光方向（図２の紙面下方）へ進んでいく。

ただし、導光板２１の裏面側には裏面光学要素２３が配置されている。このため、図２に示すように、導光板２１内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、裏面光学要素２３によって進行方向が変わり、全反射臨界角未満の入射角度で出光面、及び裏面に入射することもある。この場合に当該光は、導光板２１の出光面及びその反対側の裏面から出射し得る。

出光面から出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側に配置された導光板光拡散板２６へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板２１の裏面側に配置された反射シート３９で反射され、再び導光板２１内に入射して導光板２１内を進むことになる。

導光板２１内を進行する光と、裏面光学要素２３で向きを変えられて全反射臨界角未満の入射角度で出光面に達する光は、導光板２１内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板２１内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板２１の出光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。

導光板２１から出射した光は、その後、導光板光拡散板２６に達し均一性が高められる。そしてプリズム層２７により必要に応じて拡散又は集光され、プリズム層２７を出光した光は反射型偏光板２８に達する。ここでは、反射型偏光板２８の透過軸に沿った偏光方向の光は反射型偏光板２８を透過し光学シート３０に向かう。
一方、反射型偏光板２８の反射軸に沿った偏光方向の光は図２に点線矢印Ｌ２１’、Ｌ２２’で示したように反射して導光板２１側に戻される。戻された光は、導光板２１、裏面光学要素２３、又は反射シート３９で反射して再び反射型偏光板２８の側に進行する。この反射の際に一部の光の偏光方向が変化しており、その一部は反射型偏光板２８を透過する。他の光は再び導光板側に戻される。このように反射型偏光板２８で反射した光も他の部位で反射を繰り返すことで反射型偏光板２８を透過できるようになる。これにより光源２５からの光の利用率が高められる。
ここで、反射型偏光板２８を出射した光は、その偏光方向が下偏光板１４の透過軸に沿った方向になっており、下偏光板１４を透過する偏光光となっている。

反射型偏光板２８を出射した光は、光拡散層３５を透過し、光学機能層３２に入射する。光学機能層３２に入射する光は次のような光路を有して進行する。
すなわち、例えば図６にＬ６１で示した光は、光透過部３３と光吸収部３４との界面に達することなく光透過部３３を透過する。これは正面方向に近い角度で観察者側に出射される。
Ｌ６２、Ｌ６３で示した光は、Ｌ６１で示した光よりも観察者側に向けて斜め上方向で光透過部３３に入射する光であり、Ｌ６３で示した光はＬ６２で示した光よりも当該斜め上方向に光透過部３３に入射する。Ｌ６２で示した光は、光透過部３３と光吸収部３４との界面に達することなく光透過部３３を透過する。一方、Ｌ６３で示した光は、光吸収部３４の本形態における鉛直方向下側の界面に達し、全反射して光透過部３３を透過する。このとき、光透過部及び光吸収部の下側となる界面の傾斜角度（θ_２）の作用により、界面で反射した光の多くは、反射によりシート面の法線に平行な方向、又は平行な方向に近づけられた上方向に進行する。
Ｌ６４で示した光は、Ｌ６１で示した光よりも観察者側に向けて下方に進行して光透過部３３に入射する。そして、光吸収部３４の本形態における鉛直方向上側の界面に達し、全反射して光透過部３３を透過する。このとき、光透過部及び光吸収部の上側となる界面の傾斜角度（θ_１）の作用により、界面で反射したＬ６４の光、及びこのような光の多くは液晶パネル１５の法線に平行な方向、又は上方向に向きを変えられて光透過部３３を透過する。
なお、光吸収部３４との界面に達する光のうち、全反射臨界角より小さい角度のため全反射しない光であっても、そのうちの一部は当該界面で反射するものもある。このような光も同様に液晶パネル１５の法線に平行な方向、又は上方向に向きを変えられて光透過部３３を透過する。

一方で、図６にＬ６５で示したようにシート面法線に対して大きな角度で光学機能層３２に入射した光は光吸収部３４に吸収され、液晶パネル１５には提供されない。従って、コントラスト低下や色の反転を生じるような不具合を生じる光を吸収することができる。

このように、光透過部３３と光吸収部３４との界面の傾斜角度θ_１、θ_２がθ_１＜θ_２の関係にあることにより、光学シート３０に入射した光を上方向へ出射しやすくなっており、下方向への出射は制限されている。すなわち、光学シート３０を用いることにより、入射した光をドライバー視点となる上方向に効率よく出射し、上方向に出射する光の輝度を向上させることができる。
従って、本形態の光学シートを液晶表示装置に用いることにより、従来の光学シートを使用した場合に比べ、ドライバー視点での視認性を向上させることが可能である。

さらに光路について説明する。上記のように面光源装置２０を出射した光は、液晶パネル１５の下偏光板１４に入射する。下偏光板１４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。下偏光板１４を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１３を透過するようになる。このようにして、液晶パネル１５によって、面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。その際、映像光は機能性フィルム４０を介して観察者に提供され、映像の質が高められている。

［光学シートの構成］
実施例として図１〜図６に示したような光学シートを作製し、該光学シートから出射する光の輝度を、視野角を連続的に変化させて測定した。各実施例及び比較例に係る光学シートの具体的な値を表１に示した。表１に表した項目は次の通りである。
・基材層：材料（ＰＣはポリカーボネート）、厚み
・光吸収部：ピッチ（図４のＰ_ｋ）
上底幅（図４のＷ_ａ）
下底幅（図４のＷ_ｂ）
厚み（図４のＤ_ｋ）
・光学機能層の厚み
・屈折率：光透過部
光吸収部
・界面傾斜角度：上側（図５のθ_１）
：下側（図５のθ_２）
・拡散反射率：基材側（基材層を入光側としたとき）
：光拡散層側（光拡散層を入光側としたとき）

［拡散反射率の測定］
ここで、拡散反射率は、全光線反射率から鏡面反射光分の光線反射率を除外した全方位拡散反射率により定義される。具体的には、拡散反射率は図７（ａ）、図７（ｂ）に示したようにヘイズメーター（ＨＲ−１００ 村上色彩研究所、測定条件「反射」）を用いて測定した。より詳しくは次の通りである。
光学シートは、測定対象となる層（基材層、又は光拡散層）が入光側（積分球側）に向けられ、これとは反対側に、到達した光を吸収するライトトラップボックスを配置する。すなわち、図７（ａ）が基材層側拡散反射率、図７（ｂ）が拡散層側拡散反射率の測定である。なお、測定の前にライトトラップボックスの位置に標準白色板（硫酸バリウム、反射率：９８．３％）を配置して初期設定を行い、その後、標準白色板に代えてライトトラップボックスを配置して測定を行った。
このように配置された光学シートに対して光透過部及び光吸収部が交互に配列された方向から光学シートの法線に対して４５°傾けた照射光（光源Ｄ６５）を照射した。
この照射光における光学シートによる反射光のうち、４５°鏡面反射光を除外し、そのときの積分球内の全方位光を検出器で得る。これが拡散反射光である。
そして、照射光に対する当該全方位光（拡散反射光）の比率を百分率で表したものを「拡散反射率」とした。

[相対輝度の測定]
以上のような実施例及び比較例にかかる光学シートについて、自動変角輝度計（ＧＰ−５００ 村上色彩研究所）を用いて、映像源ユニット１０に倣って光学シートの光拡散層を入光側に向けるとともに、光学シートの入光側にさらに基準光拡散板を配置し、基準拡散板及び光学シートを透過した光の各視野角における透過光の輝度を測定した。そして、基準拡散板のみにおける各視野角の透過光の輝度を１００％として相対輝度とした。ここで、基準光拡散板は正面ゲインが０．４５、±６０°で０．４０の光拡散板である。

［結果１］
図８は、実施例１及び実施例２の光学シートの場合における、水平方向が０°で鉛直方向視野角を変化させたときの相対輝度の結果である。図８の縦軸は相対輝度（％）を表し、横軸は鉛直方向の視野角（°）を表している。ここで、視野角が０°のときが正面における相対輝度、視野角が０°より大きいときが鉛直方向上方の視野角、視野角が０°より小さいときが鉛直方向下方の視野角を意味する。

図８に記載の線１は実施例１の結果であり、線２は実施例２の結果である。
実施例１では、視野角が−１０°から＋１０°の間は、相対輝度が高い状態にある。そして視野角が−１０°から−３０°に変化するにつれ、相対輝度は急激に減少している。一方、視野角が＋１０°から＋３０°に変化する間の相対輝度は、視野角が−１０°から−３０°に変化する場合に比べ、緩やかに減少している。このことから、輝度は鉛直方向下方よりも鉛直方向上方に広がりを有していることがわかる。すなわち、視野角が下側よりも上側が広くなっている。
また、実施例２の結果から明らかなように、実施例２に係る光学シートを用いると、実施例１よりもさらに鉛直方向上方の視野角が広くなった。

［結果２］
表２は、実施例１〜実施例７、及び比較例１、比較例２に係る光学シートについて、鉛直方向上方２０°、水平方向０°における視野角の相対輝度比、及び、鉛直方向０°、水平方向４０°における視野角の相対輝度比の結果を表したものである。そしてその結果から、ドライバー視点での視認性も評価している。

「相対輝度比」は鉛直方向０°、水平方向０°（すなわち正面）における相対輝度を１００％としたときにおける、上記各視野角における相対輝度を表した値である。なお、相対輝度は上記説明した通りである。
一方、ドライバー視点での視認性は次のように評価している。
鉛直方向上方２０°、水平方向０°の相対輝度、及び鉛直方向０°、水平方向４０°の相対輝度がいずれも９０％以上である場合を「◎」とし、いずれも７０％以上である場合を「○」とした。
一方で、鉛直方向上方２０°、水平方向０°の相対輝度、及び鉛直方向０°、水平方向４０°の相対輝度について、いずれか一方でも７０％を下回っている場合を「×」とした。

表２から分かるように、実施例１、実施例３はドライバー視点での視認性が良好であった。そして、実施例２、実施例４〜実施例７ではドライバー視点での視認性がさらに良好であった。
一方で、比較例１及び比較例２に係る光学シートは、鉛直方向上２０°、水平方向０°の相対輝度比が低く、ドライバー視点での視認性が悪かった。これは、光透過部及び光吸収部の屈折率差が０であることから、光透過部及び光吸収部の界面に到達した光が、全反射せずに吸収されたためと考えられる。

１０ 映像源ユニット
１５ 液晶パネル
２０ 面光源装置
２１ 導光板
２５ 光源
２６ 導光板光拡散板
２７ プリズム層
２８ 反射型偏光板
３０ 光学シート
３１ 基材層
３２ 光学機能層
３３ 光透過部
３４ 光吸収部
３５ 光拡散層

Claims (5)

1. 光源を備えた面光源装置と、該面光源装置の出光側に配置される液晶パネルと、を備える映像源ユニットであって、
   前記面光源装置は前記光源からの光を透過する光学シートを具備し、
   前記光学シートは、基材層と、前記基材層の一方の面に積層された光学機能層と、前記光学機能層の面のうち、前記光学機能層を挟んで前記基材層が配置されている面とは反対側の面に配置された光拡散層と、を備え、
   前記光学機能層は、
   所定の断面を有して水平方向に延び、鉛直方向に所定の間隔で複数配列される光透過部と、
   複数の前記光透過部の前記間隔に形成され、前記光透過部よりも屈折率が低い光吸収部と、を有し、
   前記光透過部及び前記光吸収部の界面について、前記光吸収部の上側となる界面とシート面に対する法線とのなす角が、前記光吸収部の下側となる界面とシート面に対する法線とのなす角よりも小さく形成されている、
   映像源ユニット。
2. 光の視野角は下側よりも上側が広く、
   前記液晶パネルの法線方向に出射する光の輝度を正面輝度とするとき、
   前記液晶パネルの法線に対して上方向に２０°及び水平方向に０°の角度で出射する光の輝度が前記正面輝度の７０％以上であり、
   前記液晶パネルの法線に対して水平方向に４０°及び該水平方向に対して垂直方向に０°の角度で出射する光の輝度が前記正面輝度の９０％以上である、請求項１に記載の映像源ユニット。
3. 前記液晶パネルの法線に対して上方向に２０°及び水平方向に０°の角度で出射する光の輝度が前記正面輝度の９０％以上である請求項２に記載の映像源ユニット。
4. 前記光学シートの基材層側及び光拡散層側における拡散反射率がそれぞれ０．８％以上５．０％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のいずれか一項に記載の映像源ユニットが筐体に収められた液晶表示装置。

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