JP2019184790A - 光学構造体および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化のばらつきを簡易的に抑制することができ、さらには光の出射側の最表面を形成する表面材によって視野角内の輝度が不所望に低下することを抑制することができる光学構造体を提供する。【解決手段】光学構造体１００は、高屈折率層１０２と、高屈折率層１０２に積層される低屈折率層１０３と、高屈折率層１０２の低屈折率層１０３側とは反対の側に配置される表面材１０４と、を備える。高屈折率層１０２と低屈折率層１０３との界面が凹凸形状１２０をなし、凹凸形状１２０における凹部及び凸部のそれぞれが平坦部１２１Ａ，１２２Ａを有する。低屈折率層１０３が表示装置の表示面側に向けられるように配置され、表面材１０４は表示装置の表示面側とは反対の側の最表面を形成する。表面材１０４の屈折率は１．４０以下になっている。【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構造体に関する。また、本発明は、当該光学構造体を備えた表示装置に関する。

表示装置の一例である液晶表示装置は、種々の分野で用いられている。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構成を有している。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構成を有している。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。

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１乃至６には、拡散等の作用によって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。このような部材であれば、簡易的に視野角の改善を図ることができる。

特開平７−４３７０４号公報 特許第３２７２８３３号 特許第３６２１９５９号 特開２０１６−１２６３５０号公報 特開２０１２−１４５９４４号公報 特開２０１１−１１８３９３号公報

ところで、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。同様に、単に光を拡散させるための光学部材は、正面視の輝度も不所望に低下させ得る。

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。その原因は、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。しかしながら、上述の従来の技術では、視認角度に応じた色変化を効果的に抑制する工夫がなされているとは言い難い。

また、特許文献１乃至６に開示されるような光学部材には、入射した光に光学的作用を及ぼす層の外側に光の出射側の最表面を形成する表面材が設けられる場合がある。このような表面材は保護層として機能し得るが、最表面から出射する光の輝度を低下させ、特に高角側の輝度を大きく低下させる場合がある。そのため、このような表面材は、光学的作用を及ぼす層による視野角の改善効果を不所望に阻害する場合がある。

本発明は、上記の実情を考慮してなされたものであって、表示装置の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化のばらつきを簡易的に抑制することができ、さらには光の出射側の最表面を形成する表面材によって視野角内の輝度が不所望に低下することを抑制することができる光学構造体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。

本発明に係る光学構造体は、表示装置の表示面上に配置される光学構造体であって、高屈折率層と、前記高屈折率層に積層され、且つ屈折率が前記高屈折率層よりも低い低屈折率層と、前記高屈折率層の前記低屈折率層側とは反対の側に配置される表面材と、を備え、前記高屈折率層と前記低屈折率層との界面が凹凸形状をなしており、前記凹凸形状における凹部及び凸部のそれぞれが、前記高屈折率層及び前記低屈折率層の面方向に沿って延びる平坦部を有し、前記凹部の平坦部と前記凸部の平坦部との間に延びる前記凹凸形状の互いに隣り合う２つの側面が、前記凹部がへこむ方向又は前記凸部が突出する方向に向けて先細り形状を形成しており、前記低屈折率層は前記表示装置の表示面側に向けられるように配置され、前記表面材は前記表示装置の表示面側とは反対の側における最表面を形成し、前記表面材の屈折率は、１．４０以下である、光学構造体、である。

本発明に係る光学構造体において、前記凹凸形状の側面は、前記低屈折率層側に凸となる曲面又は折れ面となっていてもよい。
また本発明に係る光学構造体においては、前記凹凸形状の側面が前記高屈折率層及び前記低屈折率層の法線方向となす最大角度と最小角度との差が、３度以上６０度以下となっていることが好ましい。

また本発明に係る光学構造体においては、前記凹凸形状の凹部及び凸部の１周期分の長さに対する前記平坦部の合計長さの割合が、０．５０以上１．００未満となっていることが好ましい。

また本発明に係る光学構造体においては、前記凹凸形状の側面の両端点を結んだ直線と、前記高屈折率層及び前記低屈折率層の法線方向と、により規定される前記凹凸形状の側面の平均斜面角度が、９度以上１８度以下となっていることが好ましい。

また本発明に係る表示装置は、前記の光学構造体が表示面に配置された、表示装置、である。

本発明に係る表示装置は、前記表示面と、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、を有していてもよい。

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、表示装置の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化のばらつきを簡易的に抑制することができ、さらには光の出射側の最表面を形成する表面材によって視野角内の輝度が不所望に低下することを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構造体を備える表示装置の概略的な断面図である。 同実施の形態に係る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。 同実施の形態に係る光学構造体の拡大断面図である。 同実施の形態に係る光学構造体の高屈折率層と低屈折率層との間の界面に形成される凹凸形状の拡大図である。 光学構造体の凹凸形状を示す図であって、互いに曲率が異なる複数の凹凸形状の側面を示した図である。 互いに曲率の異なる複数の凹凸形状の側面のそれぞれで反射する光の挙動を示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の色変化を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の色変化の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の放射輝度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の曲率（最大角度と最小角度との差）に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面を示す図であって、互いに平均斜面角度が異なる複数の凹凸形状の側面を示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の色変化を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の色変化の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の放射輝度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の側面の平均斜面角度に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の色変化を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の色変化の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内の放射輝度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフを示した図である。 光学構造体の凹凸形状の平坦部の割合に応じた、表示装置を介して光学構造体から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフを示した図である。 実施の形態に係る表示装置の一変形例の概略的な断面図である。 実施の形態に係る表示装置の一変形例の概略的な断面図である。 実施の形態に係る表示装置の一変形例の概略的な断面図である。 実施の形態に係る光学構造体の一変形例の概略的な断面図である。

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（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４を参照しつつ、まず、本発明の一実施の形態に係る光学構造体１００を備える表示装置１０の基本的な構成を説明する。図１は、光学構造体１００を備える表示装置１０の概略的な断面図であり、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。図３は、光学構造体１００の拡大断面図であり、図４は、光学構造体１００の高屈折率層と低屈折率層との間の界面に形成される凹凸形状の拡大図である。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。また、図１〜図４は、後述する第１方向ｄ_１と、表示装置１０における液晶パネル１５及び光学構造体１００のシート状の基材１０１の共通の法線方向と、を含む面における断面図を示している。なお、本実施の形態では、第１方向ｄ_１は、表示装置１０において後述するようにエッジライト型となる面光源装置２０の光源２４が導光板３０に光を出射する方向と平行な方向である。

（表示装置）
まず、表示装置１０の全体の構成について説明する。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構造体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（例えば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では、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構成を有する。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および反射シート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。

図示の例では、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および反射シート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および図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。また、本実施の形態では、面光源装置２０がエッジライト型であるが、面光源装置２０は、直下型や裏面照射型などの他の形式であってもよい。

導光板３０についてさらに詳述すると、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。なお、導光板３０は、本実施の形態における態様に限られるものではなく、例えばドットパターン方式等の他の態様であってもよい。

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（例えば金属薄膜や誘電体多層膜）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。なお、本実施の形態では、一つの光学シート６０が導光板３０上に設けられるが、導光板３０上には、複数の光学シートが設けられもよい。この場合、各光学シートのプリズムの溝の向きは、互いに異なっていてもよい。

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からの光を所望の進行方向や偏光状態に変換して液晶パネル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。

（光学構造体）
次に図２〜図４を参照しつつ光学構造体１００について詳しく説明する。図２および図３に示すように、本実施の形態に係る光学構造体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またはフィルム状の基材１０１と、基材１０１の裏面１０１Ｂ上に設けられ、基材１０１に沿って延びるシート状またはフィルム状の高屈折率層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よりも低いシート状またはフィルム状の低屈折率層１０３と、高屈折率層１０２の低屈折率層１０３側とは反対の側に配置され、本例では基材１０１の出光面１０１Ａ上に設けられたシート状またはフィルム状の反射防止層１０４と、を備えている。本実施の形態における反射防止層１０４は、光の出射側の最表面を形成する表面材に対応する部材である。

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り、その材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、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、トリアセチルセルロースなどが挙げられる。光学構造体１００は、低屈折率層１０３が表示装置１０の表示面１５Ａ側に向けられるように配置され、図示の例では、低屈折率層１０３が表示装置１０、すなわち表示面１５Ａに直接的に接している。また反射防止層１０４は、表示装置１０の表示面１５Ａ側とは反対の側における最表面を形成するようになっており、光学構造体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。

反射防止層１０４の屈折率は１．４０以下であり、より詳しくは１．３５になっている。反射防止層のような表面材の一般的な屈折率は、１．４５よりも大きく１．５０以下程度であり、このような屈折率の部材であると、比較的安価に入手できるためコストを抑制できる。しかしながら、１．４５よりも大きく１．５０以下程度の屈折率を有する表面材を用いた場合、表示装置側から出射しようとする光が空気との界面で全反射し始める臨界角が比較的小さくなるため、光の取り出し量が少なくなる。その結果、表示装置上の像を観察した際、像の輝度が低下し、特に高角側の輝度が著しく低下する場合がある。これに対し、本実施の形態では反射防止層１０４の屈折率を１．４０以下に設定することによって、光が反射防止層１０４と空気との界面で全反射し始める臨界角を大きくし、一般的な表面材の場合よりも光の取り出し量を増加させる。これにより、視野角内の輝度が不所望に低下することを抑制している。

本件発明者は鋭意研究により、外光の表面反射の防止と、表示装置からの十分な光の取り出しとを両立するためには、表面材としての反射防止層１０４の屈折率が１．２８以上１．４０以下であることが好ましく、１．３０以上１．３６以下であることが特に好ましいことを実験及びシミュレーションから知見した。なお、本実施の形態では、表面材としての反射防止層１０４が外光の表面反射を抑制する機能を有するが、表面材はこのような機能を有してなくてもよい。また、光学構造体１００では以下に説明する高屈折率層１０２及び低屈折率層１０３が光に対して及ぼす光学的作用によって視野角内の色変化の抑制効果が得られるが、このような効果は反射防止層１０４が設けられていなくても得られる。

図３に示すように、本実施の形態では、高屈折率層１０２が、基材１０１側とは反対側の面に複数のレンズ部１１０を有し、レンズ部１１０は、高屈折率層１０２の法線方向に沿って低屈折率層１０３側に凸となるように形成されている。すなわち、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フィルム状の層本体１０２Ａと、層本体１０２Ａの裏面上に並べて配置された複数のレンズ部１１０と、を一体に有している。これに対し、低屈折率層１０３は、レンズ部１１０を覆い且つ複数のレンズ部１１０の間まで充填されるように、高屈折率層１０２に積層されている。これにより本実施の形態では、高屈折率層１０２と低屈折率層１０３との界面が凹凸形状１２０をなすことになる。

凹凸形状１２０は、一つの凹部１２１と凸部１２２とで１周期の形状をなし、この１周期の形状を繰り返し形成することにより構成されている。なお、凹部１２１の底部と凸部１２２の頂部との中点を通る面方向に延びる基準線ＳＬに対し高屈折率層１０２側に凹んだ部分が凹部１２１に対応し、基準線ＳＬに対し低屈折率層１０３側に凸となる部分が凸部１２２に対応している。凹部１２１および凸部１２２はそれぞれ、第１方向ｄ_１に配列され、第１方向ｄ_１と非平行、例えば直交する方向に線状に延び、本例の凹部１２１および凸部１２２のそれぞれは、第１方向ｄ_１と直交する方向に線状に延びている。

ここで、本実施の形態の凹部１２１と凸部１２２のそれぞれは、図３に示すように、高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の面方向に沿って延びる平坦部１２１Ａ，１２２Ａを有し、詳しくは、凹部１２１の底部が平坦部１２１Ａとなっており、凸部１２２の頂部が平坦部１２２Ａとなっている。また凹部１２１の平坦部１２１Ａと凸部１２２の平坦部１２２Ａとの間に延びる凹凸形状１２０の側面１２０Ｓは、低屈折率層１０３側に凸となる曲面となっている。側面１２０Ｓは、これが接続する平坦部１２１Ａの端点から法線方向に沿って延ばした直線を面方向に越えないように形成されている。これにより、側面１２０Ｓをなすレンズ部１１０を有する高屈折率層１０２を型抜きすることが可能となる。なお、本実施の形態では側面１２０Ｓが曲面となっているが、側面１２０Ｓは、低屈折率層１０３側に凸となる折れ面（多角形状）となっていてもよい。また、曲面として形成される側面１２０Ｓは、正円の円弧に沿って形成されるものでもよいし、楕円の円弧に沿って形成されるものでもよい。以上のような凹凸形状１２０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全反射や屈折、および透過等の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。ここで、本実施の形態では側面１２０Ｓが低屈折率層１０３側に凸となる曲面であることで、互いに隣り合う２つの側面１２０Ｓが、凹部１２１がへこむ方向又は凸部１２２が突出する方向に向けて先細り形状を形成している。言い換えると、凹部１２１の平坦部１２１Ａを挟んで隣り合う側面１２０Ｓは、低屈折率層１０３側から高屈折率層１０２側に向けて先細り形状を形成し、凸部１２２の平坦部１２２Ａを挟んで隣り合う側面１２０Ｓは、高屈折率層１０２側から低屈折率層１０３側に向けて先細り形状を形成している。このような形状である場合、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の光学的作用が生じるが、本実施の形態のように側面１２０Ｓが低屈折率層１０３側に凸となる曲面又は多角形状であると、視野角内の色変化が特に効果的に抑制できるようになる。

また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。また高屈折率層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、光学構造体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。

図４は、凹凸形状１２０を示す拡大図である。以下では、図４を参照しつつ凹凸形状１２０についてより詳しく説明する。図４において、符号θ１は、凹凸形状１２０の側面１２０Ｓが高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の法線方向となす最小角度を示し、符号θ２は、凹凸形状１２０の側面１２０Ｓが高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の法線方向となす最大角度を示している。詳しくは、最小角度θ１は、側面１２０Ｓの凹部１２１側の端点を通る接線が高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の界面の法線方向となす角度であり、最大角度θ２は、側面１２０Ｓの凸部１２２側の端点を通る接線が高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の界面の法線方向となす角度である。なお、側面１２０Ｓが折れ面である場合、最小角度θ１は、側面１２０Ｓにおける凹部１２１側の端点を含む要素面を通る直線が高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の界面の法線方向となす角度となり、最大角度θ２は、側面１２０Ｓにおける凸部１２２側の端点を含む要素面を通る直線が高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の界面の法線方向となす角度となる。また符号θ０は、凹凸形状の側面１２０Ｓの両端点を結んだ直線と、高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の法線方向と、により規定される側面１２０Ｓの「平均斜面角度」を示している。また符号Ｐは、凹凸形状１２０における一つの凹部１２１と凸部１２２との１周期の間隔であるピッチを示している。また符号Ｈは、凹部１２１から凸部１２２までの法線方向に沿った凹凸形状１２０の高さを示し、符号Ｌは、側面１２０Ｓの両端点間の面方向における距離を示している。

最大角度θ２と最小角度θ１との差によって、「斜面角度範囲α」が規定され、この斜面角度範囲αが大きい程、側面１２０Ｓは、曲率が大きいことになる。本件発明者は、鋭意研究の結果、この斜面角度範囲αが３度以上６０度以下となることが好ましいことを知見した。また本件発明者は、上述の「平均斜面角度θ０」が９度以上１８度以下となることが好ましいことも知見した。さらに本件発明者は、凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期分の長さに対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの合計の長さの割合β、すなわち図４を参照し、β＝（ａ＋ｂ）／Ｐが、０．６０以上０．９０以下となることが特に好ましいことも知見した。なお、上記ａは、凸部１２２の平坦部１２２Ａの幅（長さ）であり、上記ｂは、凹部１２１の平坦部１２１Ａの幅（長さ）である。また本件発明者は、斜面角度範囲αは、割合βによって特に好ましい範囲が変動することも知見している。例えば、後述するように、割合βが０．８０である場合には、斜面角度範囲αが９度以上１６度以下であることが特に好ましいことを知見しているが、割合βが変わると、このような特に好ましい斜面角度範囲αの範囲が変化する。

凹凸形状１２０においては、上述の三種の寸法条件を同時に充足するように形成されることで、表示装置１０の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内における色変化を極めて効果的に抑制することができるようになる。しかしながら、上述の寸法条件の一部のみが充足された場合であっても、凹凸形状１２０は、視野角内における色変化を効果的に抑制することができる。

次に、上述した斜面角度範囲α、平均斜面角度θ０及び割合βの特に好ましい範囲を具体的に導いた例について説明する。

（凹凸形状の側面の斜面角度範囲（曲率）と色変化との関係）
まず、一例として、割合βが０．８０であるときに斜面角度範囲αが９度以上１６度以下となることが特に好ましい範囲となることについて説明する。図５には、互いに曲率が異なる複数（三つ）の凹凸形状１２０の側面１２０Ｓが示され、図中の右側に示された凹凸形状１２０であるほど、側面１２０Ｓの斜面角度範囲αが大きくなっている、すなわち曲率も大きくなっている。側面１２０Ｓの曲率が異なる場合には、図６における光の軌跡ＬＴに示すように、凸部１２２の平坦部１２２Ａから進入して側面１２０Ｓで全反射する光の挙動が変化するようになる。ここで、側面１２０Ｓが曲面である場合には視野角内の色変化を特に効果的に抑制できるが、図６において、図中の左側に図示された側面１２０Ｓでは、斜面角度範囲αが０度となっており、曲率半径が無限大（Ｉｎｆ）となっている。この斜面角度範囲αが０度となる側面１２０Ｓは、「曲面」の概念に含まれるものではないが、説明の便宜のために図示している。ただし、このような斜面角度範囲αが０度となる側面１２０Ｓであっても、視野角内の色変化を抑制するための光学的作用は生じる。また図中の中央に図示された側面１２０Ｓでは、斜面角度範囲αが１２度となっており、曲率半径は５５μｍとなっている。また図中の右側に図示された側面１２０Ｓでは、斜面角度範囲αが２２度となっており、曲率半径は３１μｍとなっている。なお図５および図６においては、異なる凹凸形状１２０の間で、側面１２０Ｓの両端点間の面方向における距離Ｌが一定の値に固定され、且つ側面１２０Ｓの両端点間を直線で結んだ距離である斜面長さも一定の値に固定されている。また、凸部１２２の平坦部１２２Ａの幅ａも一定の値に固定されている。

そして図７Ａおよび図７Ｂには、図６に示された三つの凹凸形状１２０（α＝０度、１２度、２２度）に対応する光学構造体１００についての視野角内の色変化を評価したグラフが示されている。詳しくは、図７Ａおよび図７Ｂは、凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期分の長さに対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの合計長さの割合βが、０．８０である場合の、上述の各凹凸形状１２０に対応する光学構造体１００からの出射光の色変化を評価するグラフである。このうち、図７Ａは、横軸が光学構造体１００から出射される光の視野角中の角度を示し、縦軸が色変化Δｕ’ｖ’を示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の視野角内の色変化が示されている。なお、横軸に示される角度が０度（ｄｅｇ）である場合は、法線方向に沿って視認されたことを意味し、例えば３０度は、法線方向に対して３０度傾斜した方向に沿って視認されたことを意味する。また色変化Δｕ’ｖ’は色の差を示し、均等色空間におけるｕ’とｖ’とで規定される色から計算される。ある視野角中の角度θにおけるΔｕ’ｖ’の値は、次の式（１）で表わされる。

式（１）における均等色空間の色座標であるｕ’とｖ’は、それぞれ次の式（２−１），（２−２）で表わされる。

ここで、上記の各式において、ｘとｙは、ＣＩＥ１９３１色空間（ＣＩＥ ｘｙＹ色空間）で規定される色座標である。

また図７Ｂは、横軸が斜面角度範囲αの値を示し、縦軸が色変化スコアを示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の色変化スコアが示されている。ここで、色変化スコアは、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対して色変化が視野角0〜60度の全範囲において大幅に且つ効果的に抑制されていることを示す指標である。色変化スコアは、以下の式（３）で算出される。式（３）における、θは、視野角内の角度を示し、Ｆｉｌｍは、光学構造体１００が表示装置１０に設けられている場合を意味し、ＮｏｎＦｉｌｍは、光学構造体１００が表示装置１０に設けられていない場合を意味する。なお、色変化スコアは、色変化の程度を評価するために本件発明者によって独自に作成された指標である。この色変化スコアは、色変化Δｕ’ｖ’を特定可能であれば、本実施の形態に係る光学構造体１００と同様の部材の色変化の評価において用いることができる。

なお、図７Ａ，Ｂに示す色変化の評価、後述する図８Ａ，Ｂに示す輝度の評価及び図９Ａ，Ｂに示すコントラストの評価においては、光学構造体１００を設ける表示装置の本体として、ソニー社製のマルチドメイン型ＶＡ型液晶表示装置を用いた。そして、この表示装置の本体において光学構造体１００無しで、パターンジェネレータによってブルーの画像を表示した際の色変化等と、この表示装置の本体に光学構造体１００を設けて上記と同様の画像を表示した際の色変化等と、を、トプコン社製の「分光放射計 ＳＲ−２」を用いて評価した。なお、後述する図１１Ａ〜図１３Ｂに示す評価及び図１３Ａ〜図１６Ｂに示す評価も、上述と同様の条件で行った。

上述のように作成された図７Ａのグラフを見ると、斜面角度範囲αが０度、１２度、２２度となる側面１２０Ｓを有する凹凸形状１２０が形成された光学構造体１００を表示装置１０に設けた場合には、光学構造体１００が表示装置１０に設けられていない場合に比較して、視野角内の色変化が抑制されていることが分かる。一方で、このうち、斜面角度範囲αが０度である場合には、視野角内の３０〜４５度の範囲で色変化のグラフが視野角内において滑らかに遷移しているとは言えない状態となっている。このような傾向から、斜面角度範囲αが小さすぎる場合には、拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなり得るという知見を本件発明者は見出した。なお図６において、斜面角度範囲αが０度となっている側面１２０Ｓでは、全反射した光が一定の角度の方向に出射されている。斜面角度範囲αが小さすぎる場合には、このように光が拡散する角度が小さくなる現象により、拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなる傾向になるものと考えられる。

また斜面角度範囲αが２２度である場合には、他のものよりも、視野角内の３０〜４５度の範囲で色変化の抑制効果が弱くなっていることが分かる。このような傾向から、斜面角度範囲αが大きすぎる場合には、拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなり得るという知見を本件発明者は見出した。図６において、斜面角度範囲αが２２度となっている側面１２０Ｓでは、臨界角以上の角度で光が側面１２０Ｓに当たっており、屈折して光が抜けている。このような現象により、斜面角度範囲αが大きすぎる場合には、拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなる傾向になるものと考えられる。

一方で、図７Ｂにおける色変化スコアは、上述の式（３）によって算出されることにより、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対して色変化が大幅に且つ視野角内において滑らかに色変化が抑制されていることを示す指標となっている。ここで、図７Ｂを見ると、斜面角度範囲αが９度以上１６度以下の範囲で、色変化スコアが顕著に抑制されている傾向があることが分かる。なお、斜面角度範囲αが７度以上２０度以下の範囲も色変化スコアがその外側の範囲に対して下降する傾向があるため、色変化の抑制の点で好ましい範囲と言えるが、斜面角度範囲αが９度以上１６度以下の範囲では、色変化スコアの値が相対的に特に小さくなっているため、特に好ましい範囲と言える。この点及び上述した色変化の変化に関する各知見に着目すると、側面１２０Ｓの斜面角度範囲αが９度以上１６度以下である範囲では、視野角内の色変化のばらつきが顕著に抑制されていると評価できる。なお、図７Ｂにおいては、図７Ａで例示した斜面角度範囲αとは異なる角度の光学構造体１００における色変化スコアも示されている。

以上により、本件発明者は、一例として、凹凸形状１２０の１周期に対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの割合βが０．８０である場合においては斜面角度範囲αの好ましい範囲が、７度以上２０度以下、特に好ましい範囲が９度以上１６度以下となることを見出した。そして実際上、この範囲であると、この範囲から外れる場合に比較して、視野角内の色変化のばらつきを効果的に抑制することができたことを確認している。なお、図７Ｂのグラフにおいては、斜面角度範囲αが９度の位置を上回ると色スコアが急峻に下降し、斜面角度範囲αが１６度の位置を下回ると色変化スコアが急峻に下降して１６度の位置であると色変化スコアの値が、それよりも大きい場合に比べて相対的に十分に小さくなっており、各位置において臨界性を見出すことができる。上述の斜面角度範囲αの好ましい範囲においては、このような色変化スコアが急峻に下降していると評価できる点が下限値および上限値として規定されている。なお斜面角度範囲αは、９度以上１６度以下であることが好ましいが、１０度以上１５度以下であることが更に好ましい。

また本件発明者は、割合βの値を０．８０よりプラス側に変化させると、図７Ｂに示されるような色変化スコアが急峻に下降する範囲は、図７Ｂにおいて、斜面角度範囲αのプラス方向に変位しつつ横軸で広がる傾向があり、割合βを０．８０に対してマイナス側に変化させると、図７Ｂに示されるような色変化スコアが急峻に下降する斜面角度範囲αの範囲は、図７Ｂにおいて、マイナス方向に変位する傾向があることを知見している。したがって、上述のように割合βが０．８０である場合には、斜面角度範囲αの特に好ましい範囲が９度以上１６度以下となるが、割合βが変わると、このような好ましい範囲は、変化することになる。

また図８Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内の波長450nmにおける放射輝度を示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸が放射輝度を示している。図８Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフであり、横軸が斜面角度範囲αの値を示し、縦軸が放射輝度低下率（図中では、「輝度低下率」と表記）を示している。放射輝度低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対して放射輝度の低下の程度が小さいことを示す指標である。

また図９Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸がコントラストを示している。図９Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフであり、横軸が斜面角度範囲αの値を示し、縦軸がコントラスト低下率を示している。コントラスト低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対してコントラストの低下の程度が小さいことを示す指標である。

上述した斜面角度範囲αが９度以上１６度以下である範囲では、光学構造体１００が無い場合に対して輝度およびコントラストの低下が過剰ではないと評価できる。よって、この範囲である場合には、表示装置１０の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化を効果的に抑制できている。この点からも、斜面角度範囲αは、９度以上１６度以下であることが好ましいと言える。なお、このような数値範囲は特に好ましい範囲の例に過ぎず、本発明は、ここで例示した数値範囲と異なる場合であっても有用な効果を得ることができるものである。

（凹凸形状の側面の平均斜面角度と色変化との関係）
次に凹凸形状１２０の側面１２０Ｓの平均斜面角度θ０が９度以上１８度以下であることを好ましいとした理由について説明する。図１０には、互いに平均斜面角度θ０が異なる複数（三つ）の凹凸形状１２０の側面１２０Ｓが示され、図中の右側に傾くほど、平均斜面角度θ０が大きいことを意味する。なお、図１０に示される各側面１２０Ｓは、互いに同じ曲率を設定されている（すなわちαは一定）。そして図１１Ａおよび図１１Ｂには、平均斜面角度θ０＝６．０度、８．５度、１１度、１５．０度、１７．５度、２０度となる凹凸形状１２０に対応する光学構造体１００についての視野角内の色変化を評価したグラフが示されている。より詳しくは、図１１Ａおよび図１１Ｂは、凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期分の長さに対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの合計長さの割合βが、０．８０である場合の、上述の各凹凸形状１２０に対応する光学構造体１００の色変化を評価するグラフである。

図１１Ａは、横軸が光学構造体１００から出射される光の視野角中の角度を示し、縦軸が色変化Δｕ’ｖ’を示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の視野角内の色変化が示されている。なお、各条件の光学構造体１００では、側面１２０Ｓの曲率が互いに同一に設定されている。また図１１Ｂは、横軸が平均斜面角度θ０の値を示し、縦軸が色変化スコアを示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の色変化スコアが示されている。色変化スコアは、上述した式（３）によって算出される。

上述のように作成された図１１Ａを見ると、平均斜面角度θ０が１１度、１５度、１７．５度、２０度となる側面１２０Ｓを有する凹凸形状１２０が形成された光学構造体１００を表示装置１０に設けた場合には、光学構造体１００が表示装置１０に設けられていない場合に比較して、視野角内の色変化が抑制されていることが分かる。一方で、平均斜面角度θ０が６度および８．５度となる側面１２０Ｓを有する凹凸形状１２０が形成された光学構造体１００を表示装置１０に設けた場合には、視野角内の１５〜２５度の範囲で色変化が、光学構造体１００が設けられていない場合よりも大きくなっており、これらは好ましくないことが分かる。このような傾向から、平均斜面角度θ０が小さすぎる場合には、側面１２０Ｓで全反射する光の量が減ることで、拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなり得るという知見を本件発明者は見出した。

一方で、図１１Ｂを見ると、平均斜面角度θ０が９度以上１８度以下の範囲で、色変化スコアが好適に抑制されていることが分かる。この点および上述した色変化の変化に関する知見に着目すると、側面１２０Ｓの平均斜面角度θ０が９度以上１８度以下である範囲では、視野角内の色変化のばらつきが好適に抑制されていると評価できる。

以上により、本件発明者は、平均斜面角度θ０の好ましい範囲を９度以上１８度以下と規定している。そして実際上、この範囲であると、この範囲から外れる場合に比較して、視野角内の色変化のばらつきを効果的に抑制することができたことを確認している。なお、平均斜面角度θ０は、９度以上１８度以下であることが好ましいが、１０度以上１７．５度以下であることが更に好ましい。より好ましくは、平均斜面角度θ０は、１１度以上１５度以下である。また、図１１Ｂに示される色変化のグラフは、凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期分の長さに対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの合計長さの割合βの値によって変化するが、割合βの値によらず、平均斜面角度θ０が９度以上１８度以下である場合には、良好な色変化の抑制効果を得ることができることを、本件発明者は見出している。

また図１２Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内の波長450nmにおける放射輝度を示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸が放射輝度を示している。図１２Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフであり、横軸が平均斜面角度θ０の値を示し、縦軸が放射輝度低下率（図中では、「輝度低下率」と表記）を示している。放射輝度低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対して放射輝度の低下の程度が小さいことを示す指標である。

また図１３Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸がコントラストを示している。図１３Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフであり、横軸が平均斜面角度θ０の値を示し、縦軸がコントラスト低下率を示している。コントラスト低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対してコントラストの低下の程度が小さいことを示す指標である。

図１２Ａ〜図１３Ｂの結果から、平均斜面角度θ０が９度以上１８度以下では、輝度及びコントラストと、色変化とがトレードオフの関係となることが知見された。

（凹凸形状の平坦部の割合と色変化との関係）
次に凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期分の長さに対する、平坦部１２１Ａと１２２Ａの幅の合計値の割合βが、一例として斜面角度範囲αが１２度であるときに、０．７４以上０．８３以下であることを特に好ましいとしたことについて説明する。上述したように、本件発明者は、鋭意の研究の結果、光学構造体１００においては、割合βが０．６０以上０．９０以下となる範囲が特に好ましいことを知見したが、以下においては、斜面角度範囲αが１２度であるときに、割合βが０．７４以上０．８３以下であることが特に好ましい範囲となることを、実験乃至シミュレーションから導いたことを一例として説明する。図１４Ａおよび図１４Ｂに示したグラフは、斜面角度範囲αが１２度である場合のグラフであり、割合β＝０．９０、０．８０、０．７５、０．６３となる凹凸形状１２０に対応する光学構造体１００についての視野角内の色変化を評価したグラフが示されている。図１４Ａは、横軸が光学構造体１００から出射される光の視野角中の角度を示し、縦軸が色変化Δｕ’ｖ’を示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の視野角内の色変化が示されている。また図１４Ｂは、横軸が割合βの値を示し、縦軸が色変化スコアを示したグラフであり、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の色変化スコアが示されている。色変化スコアは、上述した式（３）によって算出される。

図１４Ａを見ると、平坦部の割合βが０．６３、０．７５、０．８０、０，９０となる側面１２０Ｓを有する凹凸形状１２０が形成された光学構造体１００を表示装置１０に設けた場合には、光学構造体１００が表示装置１０に設けられていない場合に比較して、視野角内の色変化が抑制されていることが分かる。しかしながら、割合βが０．９０となる側面１２０Ｓを有する凹凸形状１２０では、光学構造体１００が表示装置１０に設けられていない場合に比較して、色変化の程度が小さいことが分かる。このような傾向から、割合βが大きすぎる場合には、側面１２０Ｓによる拡散効果が弱く色変化の抑制効果が小さくなり得るという知見を本件発明者は得た。

一方で、図１４Ｂを見ると、平坦部の割合βが０．６３、０．７５、０．８０、０.９０となる場合においては、視野角内の色変化が抑制されていることが分かるが、割合βが０.９０となる場合には、色変化スコアが比較的高い、すなわち色変化が比較的大きいと評価できる。また割合βが０.６３となる場合には、色変化スコアが低いものの、すなわち色変化が小さいと評価できるものの、これよりも大きい値に対しての連続性が無く、安定的な色変化の抑制効果を得られるとは言い難い状態となっている。なお、図１４Ｂにおいては、図１４Ａで例示した平坦部の割合βとは異なる割合βの光学構造体１００における色変化スコアも示されている。以上の点に着目し、本件発明者は、斜面角度範囲αが１２度であるときに、割合βが０．７０以上０．８６以下である範囲では、安定した状態で視野角内の色変化のばらつきが抑制されているものと評価した。また、この評価では、グラフを考慮すると、割合βが０．７４以上０．８３以下であることが特に好ましいものと考えられる。

また図１５Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内の波長450nmにおける放射輝度を示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸が放射輝度を示している。図１５Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光の放射輝度の低下の程度を示すグラフであり、横軸が割合βの値を示し、縦軸が放射輝度低下率（図中では、「輝度低下率」と表記）を示している。放射輝度低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対して放射輝度の低下の程度が小さいことを示す指標である。

また図１６Ａは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して光学構造体１００から出射される光の視野角内のコントラストを示すグラフであり、横軸が視野角中の角度を示し、縦軸がコントラストを示している。図１６Ｂは、表示装置１０の本体（液晶パネル１５側）から入射して上述の諸条件の光学構造体１００から出射される光のコントラストの低下の程度を示すグラフであり、横軸が割合βの値を示し、縦軸がコントラスト低下率を示している。コントラスト低下率は、その値が小さい程、光学構造体１００が無い場合に対してコントラストの低下の程度が小さいことを示す指標である。

上述した割合βが０．７４以上０．８３以下である範囲では、光学構造体１００が無い場合に対して輝度およびコントラストの低下が過剰ではないと評価できる。よって、この範囲である場合には、表示装置１０の正面視での表示品質を損なうことなく、視野角内の色変化を効果的に抑制できている。この点からも、割合βは、０．７４以上０．８３以下であることが好ましいと言える。

また、以上に説明したように、斜面角度範囲αが１２度であるときには、割合βが、０．７４以上０．８３以下となることが特に好ましい範囲となる。一方で、上述の「凹凸形状の側面の斜面角度範囲（曲率）と色変化との関係」で説明したように、割合βが０．８０であるときには、斜面角度範囲αが９度以上１６度となることが特に好ましい範囲となる。そして、本件発明者は、これらの結果を鋭意検討した結果、斜面角度範囲αの好ましい値は、割合βの値に応じて変化する以下の関係から決定され得ることに至った。
斜面角度範囲αは、好ましくは８３．３３β−５９．６７度以上かつ８０β−４４度以下であり、より好ましく６６．６７β−３７．３３度以上かつ１００β−７１度以下である。ただし、αは０より大きく、βは１未満である。なお、上記の式から、βは、０．５５以上１．００未満であることが好ましく、αは、０より大きく３６度未満であることが好ましいといえる。
このような条件に従って光学構造体１００を作製すれば、表示装置１０の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化のばらつきを簡易的に且つ効果的に抑制することができる光学構造体１００を得ることができる。

また本実施の形態に係る表示装置１０の構成においては、面光源装置２０からの光が光学構造体１００の裏面に入射する。この際、面光源装置２０からの光の放射角度の範囲が０度以上９０度以下であっても、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲は、面光源装置２０からの光の放射角度の範囲よりも狭くなる。これは、光が光学構造体１００に入射する際に屈折が生じるからである。ここで、面光源装置２０や光学構造体１００の屈折率にもよるが、本実施の形態に係る表示装置１０の構成においては、面光源装置２０からの光の放射角度の範囲が０度以上９０度以下である場合に、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲は、概ね０度以上６０度以下となり得ることが想定される。具体的には、高屈折率層１０２の屈折率が１．１５以上の場合、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲は、概ね０度以上６０度以下となり得る。また、高屈折率層１０２の屈折率が１．２９の場合には、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲を、０度以上５１度以下にまで抑えることができる。さらに、より製造し易くなる範囲として、高屈折率層１０２の屈折率が１．６以上である場合、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲は、概ね０度以上４０度以下にまで抑えることができる。
ここで、光学構造体１００の内部における光線の角度範囲における最大の角度の光よりも大きい角度の光は、凹凸形状１２０の側面１２０Ｓで光学的作用を及ぼす必要がない。この点を考えると、想定される光学構造体１００の内部における光線の角度範囲の最大の角度を考慮し、斜面角度範囲αは、０度より大きく６０度以下でもよく、高屈折率層１０２の屈折率の値によっては、０度より大きく４０度以下でもよい。なお、斜面角度範囲αが３度以上である場合には、色変化の抑制効果が目視でも認識できる程度となることを本件発明者は確認している。この点から、斜面角度範囲αは、３度以上６０度以下であることが好ましく、高屈折率層１０２の屈折率の値によっては、３度以上４０度以下であることがより好ましい。なお、本発明でいう高屈折率層とは、その屈折率が低屈折率層よりも高いという意味で高屈折率層と称される。

（表示装置における光の挙動）
次に本実施の形態の表示装置１０における光の挙動を再度図２等を参照しつつ説明する。本実施の形態の表示装置１０において像を表示する場合には、まず光源２４から光が照射される。これにより入光面３３から導光板３０内に入射した光が、図２に示すように、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、所望の進行方向や偏光状態に変換されて液晶パネル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、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。

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、光学構造体１００に入射する。このとき、液晶パネル１５側から光学構造体１００に入射する光は、凹凸形状１２０によって透過および全反射による光学的作用を付与される。すなわち、この際に、凹凸形状１２０における低屈折率層１０３側に凸となる曲面状の側面１２０Ｓによって、視野角の高角側を進行する光が全反射されて低角側を含む方向に広範囲に拡散されるとともに、凹凸形状１２０の平坦部１２１Ａ，１２２Ａによって、光学構造体１００に垂直入射する光は正面方向へ進み、拡散は抑制される。これにより、視野角内における色変化が抑制されるとともに、正面視での輝度やコントラストの低下は抑制されるようになる。

これにより、本実施の形態によれば、表示装置１０の正面視での表示品質を良好に保ちつつ、視野角内の色変化のばらつきを簡易的に抑制することができる。また本実施の形態では、例えば、凹凸形状１２０の側面１２０Ｓが高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の法線方向となす最大角度と最小角度との差（斜面角度範囲α）を、上述の割合βが０．８０である場合に、９度以上１６度以下とすることで、視野角内の色変化のばらつきを効果的に抑制することができ、輝度とコントラストの過剰な低下を抑制することができる。また凹凸形状１２０の側面１２０Ｓの両端点を結んだ直線と、高屈折率層１０２および低屈折率層１０３の法線方向と、により規定される側面１２０Ｓの平均斜面角度θ０を、９度以上１８度以下とすることで、視野角内の色変化のばらつきを効果的に抑制することができる。なお、このような数値範囲は好ましい範囲の例に過ぎず、本発明は、ここで例示した数値範囲と異なる場合であっても有用な効果を得ることができるものである。

また、上述のように凹凸形状１２０の平坦部１２１Ａ，１２２Ａは、光学構造体１００に垂直入射する光を正面方向へ透過させる機能を有する。これにより、本実施の形態では、出射される光の拡散が抑制され、正面視での輝度やコントラストの低下を抑制することができる。一方で、凹凸形状１２０が平坦部１２１Ａ、１２２Ａを有することは、製造上のメリットが大きい。具体的には、凹凸形状１２０の側面１２０Ｓの形状を固定した条件で、平坦部１２１Ａの長さと平坦部１２２Ａの長さとの割合をある程度任意に変更した場合であっても、光学特性はほとんど変更しない。そのため、設計段階において、凹凸形状１２０の凹部１２１および凸部１２２の１周期に対する平坦部１２１Ａ，１２２Ａの割合βを所望の値に固定して、平坦部１２１Ａの長さと平坦部１２２Ａの長さとの割合はある程度任意に変更することにより、所望の光学特性を有する光学構造体１００を、所望の製造プロセスで製造することが可能となる。具体的には、凹部１２１の平坦部１２１Ａの割合を大きくとれば、低屈折率層１０３の充填が容易になる。凸部１２２の平坦部１２２Ａの割合を大きくとれば、高屈折率層１０２の型抜きが容易になるとともに、高屈折率層１０２への賦形時に空気が混入する問題を抑えられる。平坦部１２１Ａと平坦部１２２Ａとの比率が、例えば7：４である場合には、このような製造上のメリットが得られることが分かった。なお、平坦部１２１Ａと平坦部１２２Ａとの比率は、極端な割合にしなければ、光学特性はほとんど変化しない。例えば斜面角度範囲α＝１２、割合β＝０．８０、平均斜面角度θ０＝１１のとき、平坦部１２１Ａ：平坦部１２２Ａ＝７：３〜３：１０の間で、平坦部の割合を変化させても、光学特性はほとんど変化しなかった。一方で、ピッチＰに対する凸部１２２の平坦部１２２Ａの幅ａの比率は、０．１９以上０．４５以下であることが好ましい。図６から明らかなように、平坦部１２２Ａの幅ａが小さすぎると側面１２０Ｓに入射する光が減少する傾向となる。本件発明者は、ピッチＰに対する幅ａの比率が０．１９以上０．４５以下である場合に色変化を効果的に抑制できることを実験等を通して確認している。

また型抜きの容易化を考慮すると、割合βは大きい程、型抜きが容易になる。このような製造上のメリットを考慮した場合には、割合βは、０．５０以上１．００未満であることが好ましく、色変化の抑制効果を確保し易くすることを考慮すると、０．６０以上０．９０未満であることがより好ましい。

また本実施の形態では、表面材としての反射防止層１０４の屈折率が１．４０以下であることで、表示装置１０側からの光が反射防止層１０４と空気との界面で全反射し始める臨界角が、１．４５〜１．５０程度の屈折率を有する一般的な表面材を使用した際の臨界角よりも大きくなる。これにより、一般的な構成よりも光の取り出し量が増加することで、視野角内の輝度が不所望に低下することを抑制することができる。例えば図８Ａに示したように、光学構造体１００を使用した場合には正面視での輝度は多少低下するが、本実施の形態では屈折率が１．４０以下の反射防止層１０４が正面視の輝度低下を補償するように光の取り出し量を増加させるため、視野角全域における表示品質が良好になる。

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、上述の実施の形態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。

また、上述の実施の形態では、低屈折率層１０３が粘着層として機能して液晶パネル１５の表示面１５Ａに接合されたが、図１７に示すように、低屈折率層１０３は接着層１０５を介して液晶パネル１５の表示面１５Ａに接合されてもよい。なお、図１７においては、上偏光板１３の断面構造が詳しく示されている。図１７に示す上偏光板１３は、トリアセチルセルロースなどで形成される一対の支持体層１３Ａの間に偏光板本体１３Ｂを配置して構成されている。また、低屈折率層１０３は粘着層を介して液晶パネル１５の表示面１５Ａに接合されてもよい。

また、上述の実施の形態では、高屈折率層１０２と反射防止層１０４との間に基材１０１が配置されるが、図１８に示すように、高屈折率層１０２上に直接的に反射防止層１０４が設けられてもよい。

また、上述の実施の形態では、高屈折率層１０２及び低屈折率層１０３が上偏光板１３よりも光の出射側に配置されるが、図１９に示すように、高屈折率層１０２及び低屈折率層１０３は、上偏光板１３と液晶層１２との間に設けられてもよい。

また、上述の実施の形態では、側面１２０Ｓが正円の円弧をなす曲面である構成のみを図示したが、図２０に示すように、側面１２０Ｓは楕円の円弧に沿って形成されてもよい。この場合には、側面１２０Ｓの幅を抑制しつつ、側面１２０Ｓが高屈折率層１０２及び低屈折率層１０３の法線となす最大角度θ２と最小角度θ１との差によって規定される「斜面角度範囲α」を大きくすることができるため、光を広範囲に拡散させることが可能な側面１２０Ｓをコンパクトに形成できるという利点が得られる。

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、２５…点状発光体、２８…反射シート、３０…導光板、６０…光学シート、１００…光学構造体、１０１…基材、１０１Ａ…出光面、１０１Ｂ…裏面、１０２…高屈折率層、１０３…低屈折率層、１０４…反射防止層、１１０…レンズ部、１２０…凹凸形状、１２０Ｓ…側面、１２１…凹部、１２１Ａ…平坦部、１２２…凸部、１２２Ａ…平坦部

Claims (8)

1. 表示装置の表示面上に配置される光学構造体であって、
   高屈折率層と、
   前記高屈折率層に積層され、且つ屈折率が前記高屈折率層よりも低い低屈折率層と、
   前記高屈折率層の前記低屈折率層側とは反対の側に配置される表面材と、を備え、
   前記高屈折率層と前記低屈折率層との界面が凹凸形状をなしており、
   前記凹凸形状における凹部及び凸部のそれぞれが、前記高屈折率層及び前記低屈折率層の面方向に沿って延びる平坦部を有し、
   前記凹部の平坦部と前記凸部の平坦部との間に延びる前記凹凸形状の互いに隣り合う２つの側面が、前記凹部がへこむ方向又は前記凸部が突出する方向に向けて先細り形状を形成しており、
   前記低屈折率層は前記表示装置の表示面側に向けられるように配置され、
   前記表面材は前記表示装置の表示面側とは反対の側における最表面を形成し、
   前記表面材の屈折率は、１．４０以下である、光学構造体。
2. 前記凹凸形状の側面は、前記低屈折率層側に凸となる曲面又は折れ面となっている、請求項１に記載の光学構造体。
3. 前記凹凸形状の側面が前記高屈折率層及び前記低屈折率層の法線方向となす最大角度と最小角度との差が、３度以上６０度以下となっている、請求項２に記載の光学構造体。
4. 前記凹凸形状の凹部及び凸部の１周期分の長さに対する前記平坦部の合計長さの割合が、０．５０以上１．００未満となっている、請求項２に記載の光学構造体。
5. 前記凹凸形状の側面の両端点を結んだ直線と、前記高屈折率層及び前記低屈折率層の法線方向と、により規定される前記凹凸形状の側面の平均斜面角度が、９度以上１８度以下となっている、請求項２乃至４のいずれかに記載の光学構造体。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光学構造体が表示面に配置された、表示装置。
7. 前記表示装置は、
   前記表示面と、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、を有する、請求項６に記載の表示装置。
8. 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７に記載の表示装置。

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