JP2020197661A - 光学構造体及び光学構造体付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学構造体が配置された光学構造体付き表示装置が表示する画像の視認性の悪化を抑制する。【解決手段】光学構造体８０は、光学機能層９０を備える。光学機能層９０は、第１部分９１と、第１部分９１に積層された第２部分９２と、を有する。第１部分９１の屈折率は、第２部分９２の屈折率より大きい。第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５が、凹凸形状をなしている。界面９５より第１部分９１の側に、着色材８７が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、光学構造体及び光学構造体を有する光学構造体付き表示装置に関する。

表示装置の一例として、液晶表示装置が、種々の分野で用いられている。液晶表示装置は、液晶表示パネルの各位置におけるバックライトからの光の透過量を制御することで、液晶表示パネルを透過した光によって、画像を表示することができる。

液晶表示パネルでは、通常、正面方向（法線方向）へ進む光の量や範囲の制御が重要視されており、正面方向における輝度、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、液晶表示パネルの正面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の工夫は困難である。このような問題に対し、例えば特許文献１には、光の屈折の作用によって視野角を拡大するような、表示装置の表示面に対面して設けられる光学構造体が開示されている。このような光学構造体によれば、簡易的に視野角の改善を図ることができる。

特許第６４４７６５４号

ところで、このような光学構造体に外部から光が入射すると、光学構造体の内部において光が反射することがある。反射した光は、光学構造体の外部に出射する。このような光は、光学構造体が配置された光学構造体付き表示装置が表示する画像に重なって視認される。このため、光学構造体の内部において外部からの光が反射すると、画像の視認性を悪化させてしまう。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、光学構造体が配置された光学構造体付き表示装置が表示する画像の視認性の悪化を抑制することを目的とする。

本発明の光学構造体は、
第１部分と、前記第１部分に積層された第２部分と、を有する光学機能層を備え、
前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率より大きく、
前記第１部分と前記第２部分との間の界面が、凹凸形状をなしており、
前記界面より前記第１部分の側に、着色材が設けられている。

本発明の光学構造体において、
前記光学機能層の前記第１部分の側に積層された着色層をさらに備え、
前記着色材は、前記着色層に含まれてもよい。

本発明の光学構造体において、前記着色材は、前記着色層において１．０質量％以上５．０質量％以下の割合で含まれてもよい。

本発明の光学構造体において、前記着色材は、黒色であってもよい。

本発明の光学構造体において、前記第２部分は、粘着性を有してもよい。

本発明の光学構造体付き表示装置は、
表示面を有する表示装置と、
前記表示面に対面して配置された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学構造体と、を備え、
前記光学構造体は、前記光学機能層の前記第２部分が設けられた側が前記表示面に対面する側となる。

本発明によれば、光学構造体が配置された光学構造体付き表示装置が表示する画像の視認性の悪化を抑制することができる。

図１は、光学構造体付き表示装置の一実施の形態を説明するための図であって、光学構造体付き表示装置が有する表示装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１の表示装置における面光源装置の作用を説明するための図である。 図３は、光学構造体付き表示装置が有する光学構造体の構成を示す斜視図である。 図４は、図３の光学構造体のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、光学構造体に入射した表示装置からの画像光の作用を説明するための図である。 図６は、光学構造体に入射した外部からの光の作用を説明するための図である。

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」、「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に対する法線方向のことを指す。

さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１には、本発明による一実施の形態に係る光学構造体８０を備える光学構造体付き表示装置１が示されている。図１に示すように、光学構造体付き表示装置１は、表示面１１を有する表示装置１０と、表示装置１０の表示面１１に対面して配置された光学構造体８０と、を備えている。なお、図１は、光学構造体付き表示装置１の、表示面１１の法線方向を含む面における断面図である。

まず、表示装置１０について説明する。表示装置１０は、画像を表示する表示面１１を有している。本実施の形態に係る表示装置１０は、液晶表示装置である。図１に示すように、液晶表示装置である表示装置１０は、液晶表示パネル１５と、液晶表示パネル１５に対面して配置されて液晶表示パネル１５を面状に照らす面光源装置２０と、を備えている。液晶表示パネル１５の面光源装置２０に照らされる側とは反対側の面が、表示装置１０の表示面１１となっている。表示装置１０では、液晶表示パネル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することができる。画素を形成する領域毎に液晶表示パネル１５が駆動することにより、表示面１１に画像を表示することができる。

図示された液晶表示パネル１５は、出光側に配置された上偏光板１６と、入光側に配置された下偏光板１８と、上偏光板１６と下偏光板１８との間に配置された液晶層１７と、を有している。偏光板１６，１８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１７では、一つの画素を形成する領域毎に、電圧が印加され得るようになっている。そして、電圧の印加の有無によって液晶層１７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１８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１７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１７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１７への電圧印加の有無によって、入光側に配置された下偏光板１８を透過した特定方向に振動する偏光成分が、出光側に配置された上偏光板１６をさらに透過するか、あるいは、上偏光板１６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表示パネル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、一例として、液晶表示パネル１５は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示パネルとなっている。したがって、液晶表示パネル１５は、液晶層１７内の液晶分子に対して電圧が印加されていない又は印加されている電圧が最小値のときに、液晶分子が液晶表示パネル１５のシート面、すなわち表示面１１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る。液晶分子に対して印加する電圧を徐々に増加させると、液晶分子が液晶表示パネル１５のシート面に沿う側に次第に傾斜するようになって、面光源装置２０からの光の透過率が徐々に増加する。このようにして液晶表示パネル１５では、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御し得るようになっている。なお、液晶表示パネル１５は、このように駆動するＶＡ方式の液晶表示パネルに限られるものでなく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶表示パネルであってもよいし、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示パネルであってもよい。液晶表示パネル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、液晶表示パネル１５を背面側（入光側）から照明する装置として用いられている。図１及び図２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及び図２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、液晶表示パネル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。なお、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の出光面３１が、表示装置１０の表示面１１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。

導光板３０は、液晶表示パネル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、を有している。側面のうちの第１方向ｄ１に対向する２つの面のうちの一方の側面が、入光面３３をなしている。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）ｄ１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）ｄ１に沿って導光板３０内を導光されるようになる。

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によく示されているように、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。すなわち、傾斜面３７で反射することで、光は一対の主面３１，３２への入射角度が全反射臨界角度未満になりやすくなる。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の光Ｌ２１、Ｌ２２に示すように、光は、導光板３０から出射するようになる。このように、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。

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。本実施の形態において、光源２４は、入光面３３の長手方向（図２に於いては、紙面に直交する方向、即ち、紙面の表裏方向）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ＬＥＤによって、構成されている。

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。

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。光学シート６０は、導光板３０の出光面３１に対面するようにして配置されている。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。図示された例においては、単位プリズム７０が本体部６５の入光側面６７上に第１方向ｄ１に配列されており、各単位プリズム７０は柱状に形成されている。また、各単位プリズム７０は、その配列方向である第１方向ｄ１と交差する方向に延びている。なお、本実施の形態では、１つの光学シート６０が導光板３０に対面して設けられているが、導光板３０に対面して、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が延びる方向は、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を有することにより、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表示パネル１５に入射させるようになっている。そして、液晶表示パネル１５に入射した光は、上述したように、電圧の印加に応じて液晶層１７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、表示装置１０の表示面１１に像が表示されることになる。

次に、図３及び図４を参照しながら、光学構造体８０について説明する。図３は、光学構造体８０を概略的に示す斜視図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った光学構造体８０の断面図である。光学構造体８０は、表示装置１０の表示面１１に対面して配置されており、表示面１１から出射した画像光に光学的な作用を及ぼす。図３に示すように、光学構造体８０は、平面視形状が四角形形状に形成され、全体として厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状に形成されている。図１に示された例において、光学構造体８０は、表示装置１０の表示面１１と略平行となっている。

図３及び図４に示された例では、光学構造体８０は、基材８１と、基材８１の一方の側に設けられた光学機能層９０と、基材８１と光学機能層９０の間に配置された着色層８５と、基材８１の光学機能層９０が設けられた側とは反対側に設けられた表面材層８３と、を有している。光学構造体８０の光学機能層９０が設けられた側が、表示装置１０の表示面１１に対面する側となっている。したがって、光学構造体８０の表面材層８３が、光学構造体付き表示装置１の表面をなしている。

基材８１は、光学機能層９０を適切に支持する支持基材である。基材８１は、透明であり、例えば、トリアセチルセルロース、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、ガラス等からなる。基材８１は、透明性や、光学機能層９０の適切な支持性等を考慮すると、２０μｍ以上８０μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。なお、基材８１は、光学構造体８０の製造過程にて除去される等して、省略されていてもよい。あるいは、基材８１は、後述する光学機能層９０の第１部分９１と同じ材料から形成されており、第１部分９１と一体的に形成されていてもよい。

なお、「透明」とは、当該基材を介して当該基材の一方の側から他方の側を透視し得る程度の透明性を有していることを意味しており、例えば、３０％以上、より好ましくは７０％以上の可視光透過率を有していることを意味する。可視光透過率は、分光光度計（（株）島津製作所製「ＵＶ−３１００ＰＣ」、ＪＩＳ Ｋ ０１１５準拠品）を用いて測定波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。

表面材層８３は、光学構造体付き表示装置１の表面をなしており、特定の機能を発揮する機能層として形成されている。表面材層８３が発揮する機能として、例えば反射防止機能がある。反射防止機能を有する表面材層８３によれば、外部からの光の表面反射によって光学構造体付き表示装置１に表示される画像の視認性が損なわれることを抑制することができる。ただし、表面材層８３は、反射防止機能に限らず、ハードコート機能や防汚機能、帯電防止機能等を有していてもよい。なお、表面材層８３は、省略されていてもよい。

光学機能層９０は、第１部分９１と、第１部分９１に積層された第２部分９２と、を有している。第１部分９１は、第１方向ｄ１に配列されており、且つ第１方向ｄ１と交差する第２方向ｄ２に延びている部分を含んでいる。図示された例では、第１方向ｄ１と第２方向ｄ２とは、互いに直交している。第２部分９２は、第２方向ｄ２に延びて、第１部分９１と第１方向ｄ１に沿って交互に配置されている部分を含んでいる。第１部分９１は、光学構造体８０において基材８１の側となっており、第２部分９２は、光学構造体８０において表示装置１０の表示面１１に対面する側となっている。第１部分９１の屈折率と第２部分９２の屈折率とは、互いに異なっている。したがって、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５は、光学的な界面となる。また、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５は、凹凸形状をなしており、レンズを形成している。第１部分９１と第２部分９２との界面９５は、表示面１１と平行な平坦面９５ａと、表示面１１に非平行な斜面９５ｂと、を含んでいる。凹凸形状である界面９５における光学的な作用により、特に界面９５の斜面９５ｂの光学的な作用により、光学構造体８０は、光学構造体付き表示装置１の正面方向（法線方向）に対して第１方向ｄ１に傾斜した方向に画像光を出射させやすくすることができる。

図４に示すように、第１部分９１の断面形状は、基材８１の側が長い底、基材８１に対向する側が短い底となっている略台形形状である。すなわち、第１部分９１の断面形状は、基材８１に近づくにつれて第１方向ｄ１に沿った幅が大きくなっている。ここで、「基材８１に近づくにつれて第１方向ｄ１に沿った幅が大きくなっている」とは、基材８１との距離に応じて第１方向ｄ１に沿った幅が連続的に変化し続けることだけでなく、基材８１に近づくにつれて第１方向ｄ１に沿った幅が小さくなる部分を含まないことも意味しており、したがって、基材８１との距離に応じて第１方向ｄ１に沿った幅が段階的に変化することも含んでいる。ただし、第１部分９１の断面形状は、基材８１との距離に応じて連続的に変化し続けることが好ましい。

なお、第１部分９１の断面形状は、台形形状の脚の部分が直線でなく、曲線であってもよい。すなわち、第１部分９１の側面は、曲面であってもよい。第１部分９１の断面形状が変化することで、第１部分９１と第２部分９２との間の光学的な界面９５の斜面９５ｂが変化し、界面９５の形状によって所望の光学特性を発揮するようにできる。

また、複数の第１部分９１が第１方向ｄ１に配列される配列のピッチは、表示装置１０の画素のピッチより小さくなっている。とりわけ、第１部分９１の第１方向ｄ１への配列のピッチに対する表示装置１０の画素のピッチの比は、１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることがより好ましい。具体的には、第１部分９１の第１方向ｄ１への配列のピッチは、例えば３５μｍ以下である。

第１部分９１は、透明である。このような第１部分９１は、例えば基材８１上にウレタンアクリレート等の紫外線硬化樹脂を配置し、紫外線を照射して樹脂を硬化させることで形成することができる。

図３及び図４に示すように、第２部分９２は、隣り合う第１部分９１の第１方向ｄ１に延びる部分の間を満たすように設けられている。また、第２部分９２は、透明である。さらに、第２部分９２は、粘着性を有する。第２部分９２の粘着性によって、光学構造体８０と表示装置１０とを接着させることができる。すなわち、別途に光学構造体８０と表示装置１０を接着させる接着層等を設けることなく、光学構造体８０と表示装置１０とを接着させることができる。このような第２部分９２は、例えばアクリル系の粘着フィルムや紫外線硬化型接着剤によって形成することができる。

第１部分９１の屈折率は、第２部分９２の屈折率より高くなっている。第１部分９１の屈折率と第２部分９２の屈折率との差が大きくなると、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５における光学的な作用が発揮されやすくなる。具体的には、第１部分９１の屈折率と第２部分９２の屈折率との差は、０．０５以上０．２５以下であることが好ましい。また、第１部分９１の屈折率は、例えば１．６以上であり、第２部分９２の屈折率は、例えば１．４９以下である。第１部分９１の屈折率と第２部分９２の屈折率との比較は、例えば第１部分９１と第２部分９２との間の界面に入射する光の屈折方向や全反射条件によって、確認することができる。なお、屈折率の具体的な値は、例えばアッベ屈折率計（例えば株式会社アタゴ社製のＲＸ−７０００α）で測定することができる。

着色層８５は、透過しようとする光の一部を吸収する。着色層８５は、光学機能層９０の第１部分９１の側に積層されている。図示された例では、着色層８５は、基材８１と光学機能層９０の間に配置されている。着色層８５は、基材８１と光学機能層９０とを接着するプライマー層として機能してもよい。

着色層８５は、透明なバインダー樹脂８６と、バインダー樹脂に含有された複数の着色材８７と、を含んでいる。着色材８７は、例えば粒径の平均が１μｍ以上１０μｍ以下の染料または顔料、あるいはこれらで着色された着色ビーズである。着色材８７は、特定の色の光を吸収することができるよう、種々の色の染料または顔料から適宜に選択される。好ましくは、着色材８７は、全ての可視光波長の光を吸収することができるよう、カーボンブラックやチタンブラック等の顔料からなる黒色である。このような着色材８７は、着色層８５において１．０質量％以上５．０質量％以下の割合で含まれており、好ましくは２．０質量％以上４．０質量％以下の割合で含まれている。

なお、着色材８７は、着色層８５に限らず、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５より第１部分９１の側であれば、光学構造体８０の任意の位置に設けられていてもよい。例えば、着色材８７は、第１部分９１に含有されるように設けられていてもよいし、基材８１に含有されるように設けられていてもよい。

次に、光学構造体８０及び光学構造体８０を有する光学構造体付き表示装置１の作用について説明する。

本実施の形態の表示装置１０において画像を表示する場合、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ｄ１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ｄ１に沿って、導光板３０の主面３１，３２で全反射を繰り返しながら、導光板３０内を導光される。導光板３０内を導光されている光は、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Ｌ２１、Ｌ２２に示すように、導光板３０から出射する。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表示パネル１５に入射する。次いで、液晶表示パネル１５に入射した光は、電圧印加に応じて液晶層１７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。このようにして、表示装置１０の表示面１１から画像光が出射する。

表示装置１０の表示面１１から出射した画像光は、光学構造体８０の光学機能層９０に入射する。光学機能層９０に入射した画像光は、図５に示すように、まず、第２部分９２を進み、次に、第２部分９２と第１部分９１との界面９５に入射する。

表示面１１から正面方向に進み、第１部分９１と第２部分９２との界面９５の平坦面９５ａに入射した画像光は、図５の画像光Ｌ５１，Ｌ５２に示すように、光学機能層９０で光学的な作用を受けることなく、すなわち光学機能層９０で屈折することなく、光学機能層９０を透過する。

一方、第１部分９１と第２部分９２との界面９５の斜面９５ｂに入射した画像光のうち、正面方向に進む画像光Ｌ５３，Ｌ５４、並びに、正面方向に対して傾斜した方向に進む画像光Ｌ５５，Ｌ５６は、正面方向に対する傾斜角度を大きくするように屈折する。その後、一部の画像光Ｌ５３，Ｌ５５は、光学機能層９０から射出し、他の一部の画像光Ｌ５４，Ｌ５６は、さらに第１部分９１と第２部分９２との界面９５で屈折した後、光学機能層９０から射出する。これらの画像光Ｌ５３〜Ｌ５６は、光学機能層９０を透過する際における第１部分９１及び第２部分９２の界面９５での屈折により、正面方向に対してより大きく傾斜した方向に進むようになる。すなわち、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５での屈折作用により、光学機能層９０を画像光が透過する際、図５に示すように、画像光の進行方向が正面方向に対してなす角度が大きくなる傾向を生じさせる。したがって、正面方向から第１方向ｄ１に傾斜した方向にも、画像光が出射しやすくなる。このため、第１方向ｄ１に傾斜した方向からでも、画像光を明瞭に観察することが可能となる。すなわち、光学構造体付き表示装置１からの画像の視野角を広げることができる。

なお、光学機能層９０を透過した画像光の一部、図５に示した例では画像光Ｌ５２，Ｌ５３は、着色層８５の着色材８７に吸収されてしまう。着色層８５の着色材８７に吸収されなかった画像光、図５に示した例では画像光Ｌ５１，Ｌ５４，Ｌ５５，Ｌ５６が、光学構造体８０を透過して、外部の観察者に観察される。

ところで、このような画像の視野角を広げることができる光学構造体を表示装置の表示面に対面して配置すると、画像の視認性を悪化させる光が生じることがある。光学構造体を配置することで生じる画像の視認性を悪化させる光としては、例えば、外部からの光が光学構造体の内部で反射した光がある。画像の視認性の悪化を抑制するため、このような光を吸収させることが求められている。

このような光を吸収させるため、光学構造体に光を吸収する着色材を添加することが考えられている。しかしながら、このような着色材は、表示装置からの画像光をも吸収してしまう。このため、画像の視認性を悪化させる光を吸収させようとすると、画像自体の視認性をも悪化させてしまう。本件発明者らが検討した結果、光学構造体において着色材を設ける位置を工夫することで、着色材によって画像の視認性を悪化させる光を効率よく吸収させることができることを見出した。すなわち、画像の視認性の悪化を抑制しながら、画像の視認性を悪化させる光を効率よく吸収させることができることを見出した。以下において、画像の視認性の悪化を効率よく抑制させることができると推察される原理について説明する。ただし、本発明は、この推察に限定されるものではない。

本実施の形態の光学構造体８０は、光学機能層９０の第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５より第１部分９１の側に、着色材８７が設けられている。この場合、図６に示すように、光学構造体付き表示装置１の外部から光学構造体８０に入射した光の一部は、光Ｌ６１のように、着色層８５の着色材８７に吸収される。あるいは、外部から光学構造体８０に入射した光の他の一部は、光Ｌ６２のように、着色層８５を透過して、光学機能層９０の第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５に入射する。その後、光Ｌ６２は、界面９５で反射して、その後再び着色層８５に入射して、着色層８５の着色材８７に吸収される。光学機能層９０の第１部分９１の屈折率が第２部分９２の屈折率より大きいため、光学構造体８０における光の反射は、界面９５で特に起こりやすい。外部から入射して光学構造体８０の内部で反射した光は、着色材８７を含む着色層８５を２回通過することになる。したがって、界面９５より表面側、すなわち第１部分９１の側に着色材８７を設けることで、外部から入射して光学構造体８０の内部で反射した光を効率よく吸収することができる。すなわち、外部から光学構造体に入射して光学構造体において反射した光Ｌ６２、または反射しようとする光Ｌ６１が外部に出射することを抑制して、このような光によって、光学構造体８０が配置された光学構造体付き表示装置１が表示する画像の視認性が悪化してしまうことを抑制することができる。

また、外部からの光が表示装置１０の内部で反射した光も、光学構造体８０の内部で反射した光と同様に、画像の視認性を悪化させ得る。光学構造体８０に着色材８７を設けることで、外部から入射して表示装置１０の内部で反射した光は、着色材８７を含む着色層８５を２回通過することになる。このため、外部から入射して光学構造体８０の内部で反射した光を効率よく吸収することで外部に出射することを抑制して、画像の視認性を悪化させてしまうことを抑制することができる。

一方、図５に示すように、表示装置１０から出射した画像光は、光学構造体８０を透過して光学構造体付き表示装置１から出射するまで、着色材８７を含む着色層８５を１回しか通過しない。したがって、画像光は、外部からの光に比べて、着色材８７に吸収されにくい。このように、画像光より外部からの光が吸収されやすいため、画像光が吸収されることによる画像の視認性の悪化を抑制しながら、画像の視認性を悪化させる光学構造体の内部等で反射した光を効率よく吸収することができる。

着色材８７は、基材８１や第１部分９１に含まれていてもよいが、着色層８５に含まれていることが好ましい。着色材８７が着色層８５に含まれていることで、着色材８７を光学構造体８０の所望の位置に容易に設けることができる。

さらに、着色材８７は、着色層８５において１．０質量％以上５．０質量％以下の割合で、好ましくは２．０質量％以上４．０質量％以下の割合で含まれている。着色材８７が１．０質量％以上含まれていることで、着色層８５を２回通過することになる外部から入射して光学構造体８０の内部で反射した光を、着色材８７に十分に吸収させることができ、着色材８７が２．０質量％以上含まれていることで、光学構造体８０の内部で反射した光を着色材８７により十分に吸収させることができる。すなわち、外部から光学構造体に入射して光学構造体において反射した光Ｌ６２、または反射しようとする光Ｌ６１が外部に出射することを抑制して、画像の視認性を悪化させてしまうことを抑制することができる。また、着色材８７が５．０質量％以下含まれていることで、着色層８５を１回通過することになる表示装置１０から出射した画像光を過剰に吸収して画像の視認性を悪化させてしまうことを、効果的に抑制することができ、着色材８７が５．０質量％以下含まれていることで、着色材８７が画像光を過剰に吸収して画像の視認性を悪化させてしまうことをより効果的に抑制することができる。具体的には、着色層８５において吸収される画像光の割合を、１０％以下とすることができる。

また、着色材８７は、黒色である。黒色の着色材８７は、全ての可視光波長の光を吸収することができる。したがって、外部から光学構造体に入射して光学構造体において反射した光によって、画像の色再現性が崩れることを避けることができる。また、特定波長の色の光のみを吸収して、画像光の色再現性が崩れることを避けることができる。

以上のように、本実施の形態の光学構造体８０は、第１部分９１と、第１部分９１に積層された第２部分９２と、を有する光学機能層９０を備え、第１部分９１の屈折率は、第２部分９２の屈折率より大きく、第１部分９１と第２部分９２との間の界面９５が、凹凸形状をなしており、界面９５より第１部分９１の側に、着色材８７が設けられている。このような光学構造体８０によれば、画像光の視認性を悪化させる光である外部から光学構造体に入射して光学構造体において反射した光、または反射しようとする光を着色材８７で吸収して、外部に出射することを抑制することができる。このような画像の視認性を悪化させる光を抑制することで、光学構造体８０が配置された光学構造体付き表示装置１が表示する画像の視認性を悪化させてしまうことを抑制することができる。

なお、本発明の光学構造体８０は、液晶表示装置に限らず、種々の表示装置１０の表示面１１に対面して設けられてもよい。種々の表示装置１０に対面して設けられた本発明の光学構造体８０によれば、当該光学構造体８０において反射した光が外部に出射することを抑制することができる。

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

実施例、参考例及び比較例として、着色材を設ける位置や着色材の含有量が異なる光学構造体を用意した。各光学構造体は、基材と、基材に積層された光学機能層と、を有している。光学機能層は、第１部分と、第１部分に積層された第２部分と、を有している。第１部分の屈折率は、第２部分の屈折率より大きくなっている。具体的には、第１部分の屈折率は１．６５、第２部分の屈折率は１．４８となっている。第１部分と第２部分との間の界面は、凹凸形状をなしている。

参考例１では、光学構造体が着色材を含んでいない。実施例１及び実施例２では、参考例１の光学構造体の基材と光学機能層との間に黒色の着色材を含む着色層を配置している。実施例１では、着色材は、着色層において２．０質量％の割合で含まれている。実施例２では、着色材は、着色層において４．０質量％の割合で含まれている。一方、参考例２では、参考例１と同様に、光学構造体が着色材を含んでいない。比較例１及び比較例２では、参考例２の光学構造体の第２部分に黒色の着色材が含まれている。比較例１では、着色材は、第２部分において２．０質量％の割合で含まれている。比較例２では、着色材は、第２部分において４．０質量％の割合で含まれている。

これらの光学構造体を、表示装置の表示面に対面して配置し、表示面に白色の画像を表示した状態で、光学構造体付き表示装置の正面輝度を測定した。また、各光学構造体の可視光反射率を測定した。可視光反射率は、分光色計・色彩色差計（コニカミノルタ製 ＣＭ−６００ｄ）を用いて正反射を含む全反射の反射率（ＳＣＩ）を測定した。

各実施例、比較例及び参考例についての正面輝度及び可視光反射率の測定結果を以下の表１に示す。また、実施例１，２では、参考例１に対する正面輝度の比を、比較例１，２では、参考例２に対する正面輝度の比を、それぞれ計算した。

参考例１、実施例１及び実施例２と参考例２、比較例１及び比較例２との正面輝度比の比較から、着色材を増やすと、着色材を設けた位置によらず、正面輝度が低下していることが理解される。具体的には、実施例１及び比較例１の正面輝度比の結果から、着色材が２．０質量％の割合で含まれていると、着色材を設けた位置によらず、正面輝度が約５％低下することが理解され、実施例２及び比較例２の正面輝度比の結果から、着色材が４．０質量％の割合で含まれていると、着色材を設けた位置によらず、正面輝度が約１０％低下することが理解される。正面輝度の低下を抑制するために、具体的には正面輝度の低下の割合を１０％以下とするためには、着色材の含有量は４．０質量％以下であることが好ましい。

一方、参考例１、実施例１及び実施例２と参考例２、比較例１及び比較例２との全反射の反射率の比較から、着色材を設けた位置によって、反射率が異なることが理解される。すなわち、実施例１及び実施例２のように、着色材を界面より第１部分の側、具体的には基材と光学機能層との間に設けることで、比較例１及び比較例２のように、着色材を界面より第２部分の側、具体的には第２部分に設けることよりも、反射を抑制することができることが理解される。

また、実施例１及び実施例２の比較から、着色材の含有量を多くすることで、反射光が出射することをより抑制することができることが理解される。具体的には、実施例１と比較例１の比較から着色材が含まれる割合を２．０質量％以上とすることで、光学積層体での反射光の出射を効果的に抑制することができることが理解される。

以上から、着色材を設ける位置を工夫することで、具体的には着色層を第１部分と第２部分との界面より第１部分の側に設けることで、正面輝度の低下を抑制しながら、すなわち着色材の量を多くすることなく、光学構造体に入射した外部からの光の反射を抑制することができることが理解される。

１ 光学構造体付き表示装置
１０ 表示装置
１１ 表示面
１５ 液晶表示パネル
１６ 上偏光板
１７ 液晶層
１８ 下偏光板
２０ 面光源装置
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
８０ 光学構造体
８１ 基材
８５ 着色層
８７ 着色材
９０ 光学機能層
９１ 第１部分
９２ 第２部分
９５ 界面

Claims (6)

1. 第１部分と、前記第１部分に積層された第２部分と、を有する光学機能層を備え、
   前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率より大きく、
   前記第１部分と前記第２部分との間の界面が、凹凸形状をなしており、
   前記界面より前記第１部分の側に、着色材が設けられている、光学構造体。
2. 前記光学機能層の前記第１部分の側に積層された着色層をさらに備え、
   前記着色材は、前記着色層に含まれる、請求項１に記載の光学構造体。
3. 前記着色材は、前記着色層において１．０質量％以上５．０質量％以下の割合で含まれる、請求項２に記載の光学構造体。
4. 前記着色材は、黒色である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学構造体。
5. 前記第２部分は、粘着性を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学構造体。
6. 表示面を有する表示装置と、
   前記表示面に対面して配置された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学構造体と、を備え、
   前記光学構造体は、前記光学機能層の前記第２部分が設けられた側が前記表示面に対面する側となる、光学構造体付き表示装置。

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