JP2018010257A - 光学部材および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の正面側におけるコントラスト比および色再現度を好適に維持しつつ、表示装置の視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを簡易的に抑制することができる光学部材を提供する。【解決手段】光学部材１００は、出光面と出光面に対向して配置された裏面とを有するシート状の基材１０１と、基材１０１の裏面上に設けられ、基材１０１に沿って延びる高屈折率層１０２と、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上に設けられて基材１０１に沿って延び、且つ屈折率が高屈折率層１０２よりも低い低屈折率層１０３と、を備え、液晶パネル１５の表示面１５Ａ上に配置される。高屈折率層１０２は、基材１０１側とは反対側の面に低屈折率層１０３側に凸となる複数の第１レンズ部１１０を有し、低屈折率層１０３が液晶パネル１５の表示面１５Ａ側に向けられるように配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置の表示面から出射される光に光学的作用を及ぼす光学部材に関する。また、本発明は、当該光学部材を備えた表示装置に関する。

面状に発光する発光面を有した面光源装置が、例えば液晶表示装置に組み込まれ液晶パネルを背面側から照明するバックライトとして、広く普及している（例えば、特許文献１）。液晶表示装置用の面光源装置は、大別すると、発光面の裏面側に光源を配置する直下型と、発光面の側方に光源を配置するエッジライト型（サイドライト型とも呼ぶ）と、に分類される。エッジライト型の面光源装置は、直下型の面光源装置と比較して、薄型化が可能となる点において優れている。

特許文献１に開示されたエッジライト型の面光源装置は、導光板と、導光板の出光面に対面して配置された光偏向素子と、導光板の一つの側面に対面して配置された光源と、を有している。導光板は、その導光方向に沿った光量が均一となるように、光源からの光を分配する。光偏向素子の導光板の側を向く入射側面は、導光板での導光方向と平行な方向に配列された複数の傾斜面を有し、光偏向素子の導光板の側とは反対側となる出射側面は、導光板での導光方向と平行な方向に配列された複数のレンズ面を有している。この光偏向素子は、入射側面での屈折と出射側面での屈折との組み合わせにより、光の出射方向を制御するようになっている。

その一方で、液晶表示装置の液晶パネルは、大別すると、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式と、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式と、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式と、に分類される。

このうち、ＴＮ方式の液晶パネルは、電圧がオフのときに液晶分子が表示面と平行な方向に配向して光が透過する状態となり、電圧を徐々に増加させて液晶分子を表示面の法線方向に沿う側に立ち上げていくことにより、光の透過率を徐々に低下させるように構成されている。またＶＡ方式の液晶パネルは、電圧がオフのときに液晶分子が表示面の法線方向に沿って配向して光が遮断される状態となり、電圧を徐々に増加させて液晶分子を表示面に沿う側に傾斜させていくことにより、光の透過率を徐々に増加させるように構成されている。またＩＰＳ方式の液晶パネルは、表示面に沿って配向された液晶分子を電圧の印加に応じて回転させることで、光の透過率を調節する構造を有している。

液晶パネルでは、通常、正面側へ進む光の量や範囲の制御が重要視されており、正面視での輝度、コントラスト比および色再現度を好適に確保するための工夫がなされている。その一方で、液晶パネルの法線方向に対して傾斜した方向へ進む光の制御は比較的煩雑であり、視野角を広く確保したり、視野角内の輝度、コントラスト比および色再現度のばらつきを十分に抑制したりするためには、構造が煩雑となって不所望にコストが増加し得る。このような問題に対し、例えば特許文献２乃至４には、視野角を拡大するべく液晶パネルの表示面に設けられる光学部材が開示されている。この部材であれば、簡易的に視野角の改善を図ることができる。

特公平７−６６１２２号公報 特願平５−２０８６４１号公報 特許第３２７２８３３号 特許第３６２１９５９号

上述の特許文献２乃至４に開示された光学部材はいずれも、入射した光を拡散することにより視野角を拡大する構成を有している。しかしながら、このような構成では、液晶パネルに表示される像の表示品質が必ずしも向上しているとは言えない場合がある。

例えば、上述の各方式のうちのＶＡ方式を採用する液晶パネルでは、液晶分子に対する電圧がオフのときに黒色が表示され、この黒色が正面視において実際の黒色に非常に近くなることで、正面視のコントラスト比を非常に高くすることができる。その一方で、表示面の法線方向に対して傾斜した方向から視認された場合には、正面視で黒色とされた画素から漏れ出る光が比較的多くなることで、正面視の場合に比較してコントラスト比が著しく低下する場合があり、その結果、視野角内におけるコントラスト比が大きくばらつく場合がある。このような液晶パネルに対して単に光を拡散させるための光学部材を設けた場合には、正面視のコントラスト比が不所望に低下してしまい、ＶＡ方式の長所が損なわれる場合がある。

また、ＶＡ型液晶パネルは、表示面の法線方向に対して傾斜した方向から視認された場合に、その傾斜方向への発光スペクトルの形状が変化し、色再現度の低下が生じる。その原因が青表示の視認角度に対する発光スペクトル形状変化が（赤表示や緑表示と比較して）強いことにあり、具体的には「緑に対応する波長成分の強度」が「青に対応する波長成分の強度」に対して大きくなるような変化によって、表示色が黄ばむ傾向があることを、本件発明者は知見した。この問題を上述のような光学部材によって解消可能であれば有用である。

また、特許文献２乃至４の光学部材では、拡散のために設けられるレンズが隙間無く設けられているが、この構成では、外光の映り込みによる虹むらが生じ易くなり、表示される像の表示品質が損なわれる虞もある。なお特許文献３の光学部材では、レンズに光吸収層が設けられているが（図２０参照）、この場合、虹むらの発生は緩和されるものの光の透過率が低下するという問題が生じてしまう。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、表示装置の正面側におけるコントラスト比および色再現度を好適に維持しつつ、表示装置の視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを簡易的に抑制することができる光学部材およびそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学部材は、液晶パネルの表示面上に配置される光学部材であって、出光面と、前記出光面に対向して配置された裏面と、を有するシート状の基材と、前記基材の裏面上に設けられ、前記基材に沿って延びる高屈折率層と、前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上に設けられて前記基材に沿って延び、且つ屈折率が前記高屈折率層よりも低い低屈折率層と、を備え、前記高屈折率層は、前記基材側とは反対側の面に前記低屈折率層側に凸となる複数の第１レンズ部を有し、前記低屈折率層が前記液晶パネルの表示面側に向けられるように配置される、光学部材、である。

本発明に係る光学部材において、前記第１レンズ部は、第１方向に配列され、前記第１方向と非平行な方向に線状に延びていてもよい。

また、前記複数の第１レンズ部は間隔を空けて配列されており、前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上には、隣り合う前記第１レンズ部の間で前記高屈折率層の面方向に沿って延びるフラット面が複数設けられていてもよい。

この場合、前記複数のフラット面の前記第１方向での幅が、不規則となっていてもよい。
この場合、前記第１レンズ部は、２種以上４種以下の配列ピッチで配列されていてもよい。

また、本発明に係る光学部材においては、前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上に、前記第１方向と直交する方向に配列され、前記第１方向に線状に延びる複数の第２レンズ部がさらに設けられていてもよい。

また、前記高屈折率層の法線方向に沿う前記第２レンズ部の高さは、前記第１レンズ部の高さよりも小さくなっていてもよい。

また、本発明に係る光学部材において、前記高屈折率層の法線方向に沿った前記第１レンズ部の高さ（Ｈ）に対する前記第１レンズ部の幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．１以上１．０以下であってもよく、０．２以上０．５以下であることが好ましい。

また、本発明に係る光学部材においては、前記高屈折率層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差が、０．０５以上０．２５以下であってもよい。

また、本発明に係る表示装置は、表示面と、前記表示面に対向して配置された裏面と、を有する液晶パネルと、前記液晶パネルの裏面に対面して配置された面光源装置と、前記液晶パネルの表示面に対面して配置された前記の光学部材と、を備える、表示装置である。

前記液晶パネルは、液晶分子に対する電圧がオフまたは最小値のときに前記液晶分子が前記表示面の法線方向に沿って配向して前記面光源装置からの光が遮断される状態となり、前記液晶分子に対する電圧を徐々に増加させて前記液晶分子を前記表示面に沿う側に次第に傾斜させることにより、前記面光源装置からの光の透過率を徐々に増加させるように構成された、ＶＡ型液晶パネルであってもよい。

本発明によれば、表示装置の正面側におけるコントラスト比および色再現度を好適に維持しつつ、表示装置の視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを簡易的に抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る光学部材を備える表示装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す表示装置における光の挙動を説明するための表示装置の概略的な断面図である。 図１に示す光学部材の拡大断面図である。 図１に示す光学部材における高屈折率層および低屈折率層の拡大断面図である。 図１に示す光学部材における高屈折率層の一部の斜視図である。 図１に示す光学部材に進入する光の挙動を説明するための図である。 実施の形態の変形例１に係る光学部材の断面図である。 実施の形態の変形例２に係る光学部材の斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」、「層」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」はフィルムや板や層とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。また、本明細書において「シート面（板面、フィルム面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。さらに、本明細書において、シート状の部材の法線方向とは、対象となるシート状の部材のシート面への法線方向のことを指す。

図１〜図６は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１は、本発明の一実施の形態に係る光学部材１００を備える表示装置１０の概略構成を示す断面図であり、図２は、表示装置１０における光の挙動を説明するための表示装置１０の概略的な断面図である。また図３は、光学部材１００の拡大断面図であり、図４は、光学部材１００における高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の拡大断面図である。また図５は、高屈折率層１０２の一部の斜視図であり、図６は、光学部材１００に進入する光の挙動を説明するための図である。なお、上記の各断面図においては、説明の便宜上、ハッチングが省略されている場合がある。

図１に示すように、本実施の形態に係る表示装置１０は、液晶パネル１５と、液晶パネル１５の裏面１５Ｂに対面して配置されて液晶パネル１５を裏面１５Ｂ側から面状に照らす面光源装置２０と、液晶パネル１５の表示面１５Ａ上に配置されるシート状の光学部材１００と、を備えている。液晶パネル１５は、静止画像又は動画像である像を表示する表示面１５Ａと、表示面１５Ａに対向して配置された裏面１５Ｂと、を有している。表示装置１０では、液晶パネル１５が面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素を形成する領域（サブピクセル）毎に制御するシャッターとして機能し、液晶パネル１５の駆動により表示面１５Ａに像が表示されるようになっている。

図示された液晶パネル１５は、出光側に配置された上偏光板１３と、入光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。偏光板１４，１３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（透過軸と平行な方向）に振動する直線偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）に振動する直線偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶層１２には、一つの画素を形成する領域毎に、電圧印加がなされ得るようになっており、電圧印加の有無によって液晶層１２中の液晶分子の配向方向が変化するようになっている。一例として、入光側に配置された下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分は、電圧が印加されていない液晶層１２を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電圧が印加された液晶層１２を通過する際にその偏光方向を維持する。この場合、液晶層１２への電圧印加の有無によって、下偏光板１４を透過した特定方向に振動する偏光成分が、下偏光板１４の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では、面光源装置２０からの光の透過または遮断を、画素を形成する領域毎に制御し得るようになっている。

本実施の形態においては、液晶パネル１５が、一例としてＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）型液晶パネルとなっている。したがって、液晶パネル１５は、液晶層１２内の液晶分子に対する電圧がオフまたは最小値のときに前記液晶分子が表示面１５Ａの法線方向に沿って配向して面光源装置２０からの光が遮断される状態となり、前記液晶分子に対する電圧を徐々に増加させて前記液晶分子を表示面１５Ａに沿う側に次第に傾斜させることにより、面光源装置２０からの光の透過率を徐々に増加させるように構成されている。なお、液晶パネル１５は、ＶＡ型に限られるものでなく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶パネルであってもよいし、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型液晶パネルであってもよい。液晶パネル１５の詳細については、種々の公知文献（例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典（内田龍男、内池平樹監修）」２００１年工業調査会発行）に記載されており、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。

次に面光源装置２０について説明する。面光源装置２０は、面状に光を発光する発光面２１を有しており、本実施の形態では、液晶パネル１５を裏面１５Ｂ側から照明する装置として用いられている。図１に示すように、面光源装置２０は、一例としてエッジライト型の面光源装置として構成され、導光板３０と、導光板３０の一方の側（図１に於いては左側）の側方に配置された光源２４と、導光板３０にそれぞれ対面するようにして配置された光学シート（プリズムシート）６０及び反射シート２８と、を有している。図示された例では、光学シート６０が、液晶パネル１５に直面して配置されている。そして光学シート６０の出光面６１によって、面光源装置２０の発光面２１が画成されている。

図示する例においては、導光板３０の出光面３１が、液晶パネル１５の表示面１５Ａおよび面光源装置２０の発光面２１と同様に、平面視形状（上方から見下ろして見た形状）が四角形形状に形成されている。この結果、導光板３０は、全体的に、一対の主面（出光面３１および裏面３２）を有する相対的に厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状の部材として構成されており、一対の主面間に画成される側面は四つの面を含んでいる。同様に、光学シート６０及び反射シート２８は、全体的に、相対的に厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状の部材として構成されている。

図１および図２に示すように、導光板３０は、液晶パネル１５側の一方の主面によって構成された上述した出光面３１と、出光面３１に対向するもう一方の主面からなる裏面３２と、出光面３１および裏面３２の間を延びる側面と、を有し、側面のうちの第１方向ｄ_１に対向する二つの面のうちの一方の側面が、入光面３３をなしている。そして図１及び図２に示すように、入光面３３に対面して光源２４が設けられている。入光面３３から導光板３０内に入射した光は、図２に示すように、第１方向（導光方向）ｄ_１に沿って入光面３３に対向する反対面３４に向けて、概ね第１方向（導光方向）ｄ_１に沿って導光板３０内を導光されるようになる。ここで、本実施の形態に係る表示装置１０は、第１方向ｄ_１が水平方向すなわち左右方向に沿うように配置されることを想定されたものであり、この場合、光源２４からの光は左右方向に導光されることになる。しかしながら、このような配置は特に限られるものではなく、表示装置は他の態様で配置されてもよい。

導光板３０について詳述すると、本実施の形態では、導光板３０の裏面３２が凹凸面として形成されている。具体的な構成として、図２に示すように、裏面３２が、傾斜面３７と、導光板３０の法線方向に延びる段差面３８と、導光板３０の板面方向に延びる接続面３９と、を有している。導光板３０内での導光は、導光板３０の一対の主面３１，３２での全反射作用によってなされる。その一方で、傾斜面３７は、入光面３３側から反対面３４側へ向かうにつれて出光面３１に接近するよう、導光板３０の板面に対して傾斜している。したがって、傾斜面３７で反射した光については、一対の主面３１，３２に入射する際の入射角度は小さくなる。そして傾斜面３７で反射することにより、一対の主面３１，３２への入射角度が全反射臨界角度未満になると、図２のＬ１に示すように、光は、導光板３０から出射するようになる。すなわち、傾斜面３７は、導光板３０から光を取り出すための要素として機能する。

また光源２４は、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯や、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）や白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施の形態における光源２４は、入光面３３の長手方向に沿って並べて配置された多数の点状発光体２５、具体的には、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって、構成されている。

また反射シート２８は、導光板３０の裏面３２に対面するようにして配置される部材であって、導光板３０の裏面３２から漏れ出した光を反射して、再び導光板３０内に入射させるための部材である。反射シート２８は、白色の散乱反射シート、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から、構成され得る。反射シート２８での反射は、正反射（鏡面反射）でもよく、拡散反射でもよい。反射シート２８での反射が拡散反射の場合には、当該拡散反射は、等方性拡散反射であってもよいし、異方性拡散反射であってもよい。

また光学シート６０は、透過光の進行方向を変化させる機能を有した部材である。図２に示すように、本例に係る光学シート６０は、板状に形成された本体部６５と、本体部６５の入光側面６７上に形成された複数の単位プリズム（単位形状要素、単位光学要素、単位レンズ）７０と、を有している。本体部６５は、一対の平行な主面を有する平板状の部材として構成されている。図示の例においては、単位プリズム７０が本体部６５の入光側面６７上に並べて配置されており、各単位プリズム７０は柱状に形成され、その配列方向と交差する方向に延びている。

以上のような面光源装置２０は、光学シート６０を備えることにより、導光板３０からの光を所望の状態に集光させて液晶パネル１５に入射させるようになっている。そして液晶パネル１５に入射した光は、上述したように、電圧印加に応じて液晶層１２において透過または遮断を画素の形成領域毎に制御され、これにより、液晶パネル１５の表示面１５Ａに像が表示されることになる。

次に図２〜図６を参照しつつ光学部材１００について説明する。図３に示すように、本実施の形態に係る光学部材１００は、出光面１０１Ａと出光面１０１Ａに対向して配置された裏面１０１Ｂとを有するシート状の基材１０１と、基材１０１の裏面１０１Ｂ上に設けられ、基材１０１に沿って延びる高屈折率層１０２と、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上に設けられて基材１０１に沿って延び、且つ屈折率が高屈折率層１０２よりも低い低屈折率層１０３と、基材１０１の出光面１０１Ａ上に設けられた反射防止層１０４と、を備えている。基材１０１は、樹脂やガラス等からなる光透過性を有する透明基材である。基材１０１の材質としては、例えば、ポリオリフィン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアミド、ガラスなどが挙げられる。

図３に示すように、高屈折率層１０２は、基材１０１側とは反対側の面に低屈折率層１０３側に凸となる複数の第１レンズ部１１０を有している。言い換えると、高屈折率層１０２は、基材１０１側を向く表面および当該表面に対向して配置され低屈折率層１０３側を向く裏面を有するシート状の層本体１０２Ａと、この層本体１０２Ａの裏面上に並べて配置された複数の第１レンズ部１１０と、を有している。

本実施の形態においては、高屈折率層１０２の屈折率と低屈折率層１０３の屈折率との差が、０．０５以上０．２５以下の範囲となるように、高屈折率層１０２および低屈折率層１０３が選択されている。高屈折率層１０２は、表示装置１０の正面側に向けられるように配置され、低屈折率層１０３は、液晶パネル１５の表示面１５Ａ側に向けられるように配置される。そして図示の例においては、低屈折率層１０３が粘着層となっており、図２に示すように、光学部材１００は低屈折率層１０３によって液晶パネル１５の表示面１５Ａに接合されている。これら高屈折率層１０２および低屈折率層１０３も光透過性を有する部材であり、その材質は特に限られるものではない。

第１レンズ部１１０は、図３乃至図５に示すように、第１方向ｄ_１に配列され、第１方向ｄ_１と非平行な方向に線状に延びている。より詳しくは、第１レンズ部１１０は、第１方向ｄ_１と直交する方向に線状に延びている。本実施の形態では、図３に示すように、第１方向ｄ_１に平行で且つ光学部材１００の法線方向に平行な面における第１レンズ部１１０の断面形状が、液晶パネル１５の表示面１５Ａ側に凸となる円弧状となっている。なお、第１レンズ部１１０の形状は図示の例に限られるものではなく、例えば楕円面や二次曲線などの曲面を有していてもよいし、例えば三角形状などの直線を含む断面形状を有していてもよい。

ここで、本実施の形態のように第１レンズ部１１０が、第１方向ｄ_１に配列され、第１方向ｄ_１と非平行な方向に線状に延びる形態である場合、軸方向に延びる溝が周方向に複数設けられるロール金型によって、高屈折率層１０２を効率的に製造することが可能となる。なお、高屈折率層１０２は押出成形や射出成形によって成形されてもよい。

また図３に示すように、本実施の形態においては、複数の第１レンズ部１１０が間隔を空けて配列されており、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上には、第１方向ｄ_１で隣り合う第１レンズ部１１０の間で高屈折率層１０２の面方向（シート面に沿う方向）に沿って延びるフラット面１１２が複数設けられている。図３に示すように、複数のフラット面１１２の第１方向ｄ_１での幅Ｉｎは、不規則となっている。言い換えると、第１方向ｄ_１で隣り合う第１レンズ部１１０の中点の間の距離である配列ピッチＰ（以下、ピッチＰと略す。）が、不規則となっている。より詳しくは、本実施の形態では、ピッチＰに互いに異なる２種以上４種以下のピッチＰが混合されており、第１レンズ部１１０は、２種以上４種以下のピッチＰで配列されている。なお、複数の第１レンズ部１１０の断面形状は、互いに同一である。また第１レンズ部１１０の中点とは、図示の例では、第１方向ｄ_１における第１レンズ部１１０の両端間に位置する点であって、これら両端のそれぞれから等しい距離だけ離れた位置にある点のことを意味する。

本実施の形態における第１レンズ部１１０は、表示面１５Ａから出射される像を表示するための光に対して屈折、回折、干渉といった光学的作用を及ぼすことにより、表示面１５Ａ上に表示される像の表示品質を向上させるために設けられている。その一方で、このような第１レンズ部１１０は、隙間無く規則的に配列されていると、外光からの映り込みによる虹むらを生じさせる場合がある。これに対し、本実施の形態では、隣り合う第１レンズ部１１０の間にフラット面１１２を設けることにより、虹むらの発生を抑制することを図っており、とりわけフラット面１１２の幅Ｉｎを不規則とすることで、虹むらの発生を効果的に抑制することができる。しかも、フラット面１１２の幅Ｉｎが不規則となる場合には、液晶パネル１５の画素との関係で生じ得るモアレの発生も抑制できるようにもなる。

なお、上述のピッチＰは、液晶パネル１５の画素サイズの１／３０以上１／２以下の範囲であることが好ましい。画素サイズとは、複数のサブピクセルによって形成される、例えば正方形状の画素の一辺の長さを意味する。また、図４に示される第１方向ｄ_１における第１レンズ部１１０の幅Ｗは、上述のピッチＰの７０％以上９５％以下の範囲であることが好ましい。

また本実施の形態においては、高屈折率層１０２の法線方向に沿った第１レンズ部１１０の高さ（Ｈ）に対する第１レンズ部１１０の幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）が、０．１以上１．０以下の範囲に設定されており、このアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．２以上０．５以下であることが好ましい。アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が、０．１以上１．０以下である場合、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が、第１レンズ部１１０において第１方向ｄ_１上に位置する側面側で全反射して正面側へ進むことを抑制されることにより、黒表示時の黒輝度の上昇を抑制できる。本件発明者は、かかる知見を鋭意の実験等を通して得ている。とりわけ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が０．２以上０．５以下である場合には、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が正面側へ進むことを極めて効果的に抑制することができ、黒表示時の黒輝度の上昇を確実に抑制できるようになる。なお、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜するとは、具体的には、高屈折率層１０２の法線方向に対して４５°以上８０°以下の程度の範囲で傾斜することを意味する。

また、反射防止層１０４は、光学部材１００へ入射する外光の表面反射を抑制するために設けられている。これにより、外光の表面反射によって表示装置１０に表示される像の視認性が損なわれることを防止できる。なお、このような反射防止層１０４は設けられていなくてもよい。

次に本実施の形態の表示装置１０における光の挙動について説明する。表示面１５Ａに像を表示する場合、図２に示すように、まず光源２４が光を照射し、入光面３３から導光板３０内に入射した光が、第１方向ｄ_１に沿って入光面３３に対向する反対面３４に向けて、概ね第１方向ｄ_１に沿って導光板３０内を導光される。導光された光は、導光板３０の主面３１，３２の間で全反射を繰り返し、主面３１への入射角度が全反射臨界角度未満になると、図２のＬ１に示すように、導光板３０から光が出射される。導光板３０から出射された光は、光学シート６０を通過する際に単位プリズム７０によって屈折され、所望の状態に集光されて液晶パネル１５に入射する。次いで液晶パネル１５に入射した光は、電圧印加に応じて液晶層１２において透過または遮断を画素の形成領域毎に制御されることにより、液晶パネル１５の表示面１５Ａに像が表示されることになる。

そして本実施の形態においては、液晶パネル１５の表示面１５Ａから出射された光が、光学部材１００に入射する。このとき、液晶パネル１５側から光学部材１００に入射する光は、第１レンズ部１１０によって、屈折、反射および回折することで曲げられる。このうち、図６に示すように、液晶パネル１５側から光学部材１００の法線方向に近い角度で光学部材１００に入射する光Ｌ２は、低屈折率層１０３から高屈折率層１０２の第１レンズ部１１０に進入することで比較的集光された状態で拡散される。これにより、液晶パネル１５側からの光を正面側へ過剰に大きく拡散させることなく、全体における光量の角度依存性を緩和することができることになる。なお、正面とは光学部材１００の法線方向において視認者が位置する側を意味する。

また本実施の形態では、第１レンズ部１１０のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）が、０．１以上１．０以下、好ましくは０．２以上０．５以下であることで、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が、第１レンズ部１１０において第１方向ｄ_１上に位置する側面側で全反射して正面側へ進むことを抑制されることにより、黒表示時の黒輝度の上昇（黒が白く浮いてしまうこと）を抑制できる。具体的には、図６に示すように、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜した状態で第１レンズ部１１０に入射した光Ｌ３が、第１レンズ部１１０の側面側で全反射せずに高屈折率層１０２を通過し易くなる。これにより、正面側への光の不所望な増加が抑制され、黒表示時の黒輝度の上昇を抑制できる。

以上に説明したように、本実施の形態に係る光学部材１００は、出光面１０１Ａと出光面１０１Ａに対向して配置された裏面１０１Ｂとを有するシート状の基材１０１と、基材１０１の裏面１０１Ｂ上に設けられ、基材１０１に沿って延びる高屈折率層１０２と、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上に設けられて基材１０１に沿って延び、且つ屈折率が高屈折率層１０２よりも低い低屈折率層１０３と、を備える。そして高屈折率層１０２が、基材１０１側とは反対側の面に低屈折率層１０３側に凸となる複数の第１レンズ部１１０を有し、低屈折率層１０３が液晶パネル１５の表示面１５Ａ側に向けられるように配置される。このような構成によれば、液晶パネル１５側から光学部材１００に入射する光が、第１レンズ部１１０によって、屈折、反射および回折することで曲げられる。このうち、液晶パネル１５側から光学部材１００の法線方向に近い角度で光学部材１００に入射する光は、低屈折率層１０３から高屈折率層１０２の第１レンズ部１１０に進入することで比較的集光された状態で拡散される。これにより、液晶パネル１５側からの光を正面側へ過剰に大きく拡散させることなく、全体における光量の角度依存性を緩和することができる。よって、本実施の形態に係る光学部材１００によれば、表示装置１０の正面側におけるコントラスト比および色再現度を好適に維持しつつ、表示装置１０の視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを簡易的に抑制することができ、表示装置１０の表示品質を向上させることができる。

とりわけ、本実施の形態に係る光学部材１００は、正面視の場合と、表示面１５Ａの法線方向に対して傾斜した方向から視認された場合との間のコントラスト比（ガンマ視野角）および色再現度のばらつきが大きくなる角度依存性の高い表示装置において、極めて有効に視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを簡易的に抑制することができる。

具体的に本実施の形態では、光学部材１００が用いられた表示装置１０がＶＡ型液晶パネル１５を備えるが、ＶＡ型液晶パネルでは、通常、正面視の場合と、表示面の法線方向に対して傾斜した方向から視認された場合との間のコントラスト比および色再現度のばらつきが大きくなる。このようなＶＡ型液晶パネルを備える表示装置１０において光学部材１００が設けられる場合、表示装置１０は、本来的に優れた正面側における高いコントラスト比を維持しつつ、視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを抑制することが可能となる。したがって、本実施の形態に係る光学部材１００は、コントラスト比および色再現度の角度依存性の高い表示装置において、極めて有効に視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを抑制することができるものといえる。

また本実施の形態では、複数の第１レンズ部１１０が間隔を空けて配列されており、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上には、隣り合う第１レンズ部１１０の間で高屈折率層１０２の面方向に沿って延びるフラット面１１２が複数設けられている。これにより、フラット面１１２によって外光の分光（回折）が抑制されることで、外光の映り込みによる虹むらの発生を抑制することができ、表示装置１０の表示品質を効果的に向上させることが可能となる。

とりわけ本実施の形態では、複数のフラット面１１２の第１方向ｄ_１での幅Ｉｎが、不規則となっていることで、虹むらの発生を効果的に抑制することができ、且つ液晶パネル１５の画素との関係で生じ得るモアレの発生も抑制できるため、表示装置１０の表示品質をより効果的に向上させることができる。

また、高屈折率層１０２の法線方向に沿った第１レンズ部１１０の高さ（Ｈ）に対する第１レンズ部１１０の幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．１以上１．０以下である。これにより、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が、第１レンズ部１１０において第１方向ｄ_１上に位置する側面側で全反射して正面側へ進むことを抑制されることにより、黒表示時の黒輝度の上昇を抑制できる。これにより、傾斜した方向から視認された場合のコントラスト比および色再現度のばらつきを効果的に抑制できる。とりわけ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が０．２以上０．５以下である場合には、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が正面側へ進むことを極めて効果的に抑制することができることで、黒表示時の黒輝度の上昇を確実に抑制できる。そのため、特に効果的に表示装置１０の表示品質を向上させることができる。

また、高屈折率層１０２の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差が、０．０５以上０．２５以下である。この場合、液晶パネル１５側からの光を正面側へ適度に拡散させることが可能となり、表示装置１０の正面側における好適なコントラスト比および色再現度を確実に維持することができる。

（変形例１）
次に上述の実施の形態の変形例１に係る光学部材について図７を参照しつつ説明する。なお、変形例における上述の実施の形態と同様の構成部分には、同一の符号が付されている。

本変形例１では、第１レンズ部１１０の形状が上述の実施の形態と異なっており、図７に示すように、第１方向ｄ_１に平行で且つ高屈折率層１０２の法線方向に平行な面における第１レンズ部１１０の断面形状が、液晶パネル１５の表示面１５Ａ側に凸となる台形状となっている。変形例１の光学部材においても、第１レンズ部１１０は、第１方向ｄ_１に配列され、第１方向ｄ_１と非平行な方向に線状に延びており、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上には、フラット面１１２が複数設けられている。本実施の形態においても、複数のフラット面１１２の第１方向ｄ_１での幅Ｉｎは、不規則となっていることが好ましい。

また高屈折率層１０２の法線方向に沿った第１レンズ部１１０の高さ（Ｈ）に対する第１レンズ部１１０の幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．１以上１．０以下の範囲に設定されており、このアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．２以上０．５以下であることが好ましい。さらに、第１方向ｄ_１で対向する第１レンズ部１１０の一対の側面のそれぞれが第１方向ｄ_１に対してなす角度は、４５°以上８０°以下であることが好ましい。この場合、高屈折率層１０２の法線方向に対して比較的大きく傾斜して高屈折率層１０２内に進入した光が、第１レンズ部１１０において第１方向ｄ_１上に位置する側面側で全反射して正面側へ進むのを効果的に抑制できる。本件発明者は、このことを鋭意の実験等を通して確認している。

（変形例２）
次に上述の実施の形態の変形例２に係る光学部材について図８を参照しつつ説明する。なお、変形例における上述の実施の形態と同様の構成部分には、同一の符号が付されている。

本変形例２では、図８に示すように、高屈折率層１０２の基材１０１側とは反対側の面上に、第１レンズ部１１０に加えて、第１方向ｄ_１と直交する方向に配列され、第１方向ｄ_１に線状に延びる複数の第２レンズ部１２０がさらに設けられている。第２レンズ部１２０は第１レンズ部１１０に対して交差するように延び、第１レンズ部１１０および第２レンズ部１２０は格子状をなすように配列されている。本例では、第１レンズ部１１０および第２レンズ部１２０の断面形状がともに台形状となっているが、円弧状などでもよく、第１レンズ部１１０および第２レンズ部１２０の断面形状は互いに異なっていてもよい。また、本例では、高屈折率層１０２の法線方向に沿う第２レンズ部１２０の高さが、第１レンズ部１１０の高さよりも小さくなっている。

このような変形例２の構成によれば、第１方向ｄ_１に平行で且つ液晶パネル１５の表示面１５Ａの法線方向に平行な面における視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを第１レンズ部１１０によって抑制できるとともに、第１方向に直交する方向に平行で且つ表示面１５Ａの法線方向に平行な面における視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきを第２レンズ部１２０によって抑制できる。よって、表示装置１０の表示品質を効果的に向上させることができる。

また、変形例２のような形状を有する高屈折率層１０２では、ロール金型で成形される場合に気泡の抜けが良くなることで、気泡の残留による不具合を抑制することができる。すなわち、変形例２のような形状を有する高屈折率層１０２は、軸方向に延びる溝が周方向に複数設けられ且つ周方向に延びる溝が軸方向に複数設けられたロール金型によって、製造することが可能となる。このようなロール金型による成形においては、軸方向に延びる溝で生じた気泡が周方向に延びる溝から抜け易くなるため、高屈折率層１０２における気泡の残留による不具合を抑制することができる。

また変形例２においては、第２レンズ部１２０の高さが第１レンズ部１１０の高さよりも小さいことで、第１方向ｄ_１に平行で且つ表示面１５Ａの法線方向に平行な面における視野角内のコントラスト比および色再現度のばらつきが第２レンズ部１２０の存在によって乱れることを抑制できる。そのため、表示装置１０の好適な表示品質を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明は、これら実施の形態およびその変形例に限られるものではなく、これら実施の形態およびその変形例に対してはさらに変更を加えることが可能である。例えば、上述の実施の形態では、面光源装置２０がエッジライト型である例が示されたが、面光源装置２０は、直下型であってもよい。

１０…表示装置
１２…液晶層
１３…上偏光板
１４…下偏光板
１５…液晶パネル
１５Ａ…表示面
１５Ｂ…裏面
２０…面光源装置
２１…発光面
２４…光源
２８…反射シート
３０…導光板
６０…光学シート
７０…単位プリズム
１００…光学部材
１０１…基材
１０１Ａ…出光面
１０１Ｂ…裏面
１０２…高屈折率層
１０３…低屈折率層
１１０…第１レンズ部
１１２…フラット面
１２０…第２レンズ部

Claims (12)

1. 液晶パネルの表示面上に配置される光学部材であって、
   出光面と、前記出光面に対向して配置された裏面と、を有するシート状の基材と、
   前記基材の裏面上に設けられ、前記基材に沿って延びる高屈折率層と、
   前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上に設けられて前記基材に沿って延び、且つ屈折率が前記高屈折率層よりも低い低屈折率層と、を備え、
   前記高屈折率層は、前記基材側とは反対側の面に前記低屈折率層側に凸となる複数の第１レンズ部を有し、
   前記低屈折率層が前記液晶パネルの表示面側に向けられるように配置される、光学部材。
2. 前記第１レンズ部は、第１方向に配列され、前記第１方向と非平行な方向に線状に延びている、請求項１に記載の光学部材。
3. 前記複数の第１レンズ部は間隔を空けて配列されており、
   前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上には、隣り合う前記第１レンズ部の間で前記高屈折率層の面方向に沿って延びるフラット面が複数設けられている、請求項２に記載の光学部材。
4. 前記複数のフラット面の前記第１方向での幅が、不規則となっている、請求項３に記載の光学部材。
5. 前記第１レンズ部は、２種以上４種以下の配列ピッチで配列されている、請求項４に記載の光学部材。
6. 前記高屈折率層の前記基材側とは反対側の面上に、前記第１方向と直交する方向に配列され、前記第１方向に線状に延びる複数の第２レンズ部がさらに設けられている、請求項２乃至５のいずれかに記載の光学部材。
7. 前記高屈折率層の法線方向に沿う前記第２レンズ部の高さは、前記第１レンズ部の高さよりも小さい、請求項６に記載の光学部材。
8. 前記高屈折率層の法線方向に沿った前記第１レンズ部の高さ（Ｈ）に対する前記第１レンズ部の幅（Ｗ）のアスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．１以上１．０以下である、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学部材。
9. 前記第１レンズ部の前記アスペクト比（Ｈ／Ｗ）は、０．２以上０．５以下である、請求項８に記載の光学部材。
10. 前記高屈折率層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差が、０．０５以上０．２５以下である、請求項１乃至９のいずれかに記載の光学部材。
11. 表示面と、前記表示面に対向して配置された裏面と、を有する液晶パネルと、
    前記液晶パネルの裏面に対面して配置された面光源装置と、
    前記液晶パネルの表示面に対面して配置された請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学部材と、を備える、表示装置。
12. 前記液晶パネルは、液晶分子に対する電圧がオフまたは最小値のときに前記液晶分子が前記表示面の法線方向に沿って配向して前記面光源装置からの光が遮断される状態となり、前記液晶分子に対する電圧を徐々に増加させて前記液晶分子を前記表示面に沿う側に次第に傾斜させることにより、前記面光源装置からの光の透過率を徐々に増加させるように構成された、ＶＡ型液晶パネルである、請求項１１に記載の表示装置。

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