JP5208895B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイの前面に設置し、ディスプレイの性能、特に、ディスプレイに外光が当たった時のコントラスト低下等による性能の低下を防止する機能や、ディスプレイの有効光を好適に拡散させて視野角を広くする機能等を有するコントラスト向上シートを備える表示装置に関するものである。

液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと記す。）等のフラットディスプレイでは、通常、観察者がどのような位置から見ても良好な画像が得られるように、視野角が広くコントラストが高いことが好まれる。
一方、例えば通勤電車の中で仕事をする場合等、周りの人から画面を覗かれては困ることがあり、このような場合にはディスプレイの観察者のみに見え、他人からは見えないような視野角の制御とコントラストの向上が望まれる。
このような要求に対して、例えば図６に示すようなルーバータイプのコントラスト向上シートが開発されて使用されている。
ルーバータイプのコントラスト向上シートは、外光を遮光してコントラストを上げる効果を示し、例えば、ルーバーにおける二重像（ゴーストと称する。）の発生を減少させたコントラスト向上シートが開示されている（特許文献１〜特許文献３参照。）。
特許文献１の第５図には、ゴーストの説明図が記載されている。

特公昭５８−４７６８１号公報 特表平６−５０４６２７号公報 特開平９−３１１２０６号公報

しかし、特許文献１〜特許文献３に記載されたルーバータイプの従来のコントラスト向上シートは、斜め方向の映像光を単純にカットしているだけであり、高精細ＬＣＤ等のディスプレイにおいては、観察者側に到達させるべき映像の拡散光を減少させてしまい、視野角も狭くなり、画面の輝度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、映像源からの拡散光を有効に利用して、画面の輝度を低下させることなくコントラストを向上させるとともに、外光による画像のコントラスト低下を抑制し、ゴーストの発生を抑えて、視野角の広いコントラスト向上シートを備える表示装置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。
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。

本発明のコントラスト向上シートは、断面形状が台形形状のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部は、前記レンズ部と異なる材料が充填されている、コントラスト向上シートに於いて、前記楔形部は、その配列方向に平行であって厚み方向に平行な断面における断面形状が、光の入射側が下底面であり出射側が上底面となる台形形状であり、前記レンズ部の屈折率をＮｙ、前記楔形部の前記異なる材料の屈折率をＮｘとするとき、Ｎｘ＜Ｎｙという関係を満たし、前記楔形部に光吸収粒子が添加されており、且つ、前記楔形部の頂部付近に光吸収粒子で埋められない隙間を有することを特徴とするものである。

本発明において、レンズ部を構成する材料である光透過性樹脂と、楔形部を構成する主材料との屈折率差を、Ｎｘ＜Ｎｙとして大きくすることで、楔形部の斜面部分での全反射を効率良く行ない、正面の輝度の低下を抑えることができる。
また、楔形部に添加される光吸収粒子の径を大きくすることで、楔形部の頂部には光吸収粒子が充填されず、その部分では斜めからの光が透過するが、楔形部の斜面で観察者の正面方向へ全反射して向かう光は補正され、映像源からの拡散光を有効に利用し、画面の正面輝度は維持され、視野角の広いコントラスト向上シートを得ることができる。
さらに、楔形部を略等脚台形とすることにより、楔形部の上底面の頂角が鈍角となり、楔形部を作製するための金型等が容易に製造でき、さらに楔形部の強度が向上し、高品質のコントラスト向上シート（フィルムを含む。）を安定して製造することができる。

本発明のコントラスト向上シートにおいて、前記楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度をθとしたとき、θが３度〜１５度の範囲である態様が挙げられる。
本発明において、θが３度未満であると、観察側正面の輝度向上効果が得られず、一方、θが１５度を超えると、ゴーストが生じてくるからである。
コントラスト向上シートを用いて正面輝度を維持するためには、θが３度〜１５度が好ましい範囲である。

上記いずれかのコントラスト向上シートにおいて、前記屈折率Ｎｘの前記屈折率Ｎｙに対する比をΔｎ（Δｎ＝Ｎｘ／Ｎｙ）としたとき、下記の関係式（１）を満たす態様が挙げられる。
（１） −０．０１＜Δｎ−ｃｏｓθ＜０．００２

上記いずれかのコントラスト向上シートにおいて、前記楔形部の斜面部分が、観察者側面となす角が映像源側と観察者側とで異なるように、曲線、及び／又は折れ線状の断面形状を持つ態様が挙げられる。

上記いずれかのコントラスト向上シートにおいて、前記光吸収粒子の添加量が１０〜３０体積％である態様が挙げられる。

上記いずれかのコントラスト向上シートが映像源の観察者側に１枚、又は略直交して２枚積層されている態様が挙げられる。

上記いずれかのコントラスト向上シートにおいて、少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧ、タッチセンサーのうちのいずれか、又はこれらの内複数の付加機能が付与されている態様が挙げられる。

上記いずれかのコントラスト向上シートを観察者側に備える表示装置、又は、上記いずれかのコントラスト向上シートが接着されていることを特徴とする表示装置により前記課題を解決できる。

本発明のコントラスト向上シートによれば、映像源側から楔形部の頂部付近にさらに大きな角度をもって入射した光は、楔形部の斜面にて全反射されずに楔形部内部に入るが、頂部付近には光吸収粒子が充填されていないので、吸収されることなく楔形部内部を透過し、観察者側に出光され、また、楔形部の底面に入射する光は、楔形部の内部に入光して、光吸収粒子に吸収され、観察者側に至ることはなく、さらにまた、観察者側から楔形部の斜面に所定以下の小さな角度をもって入射する外光は、レンズ部と楔形部との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部の内部に入光し、外光は楔形部の光吸収粒子に吸収される。
したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。
このようにして映像源側から様々な角度をもって入射する光が有効に利用され、画面の正面輝度を維持したままで、コントラストの高いコントラスト向上シートを得ることができる。
本発明のコントラスト向上シートによれば、光吸収粒子の粒径を大きくすることで楔形部の頂部には光吸収粒子が充填されず、頂部付近に大きな角度で入射する光は楔形部内を透過することが可能となり、一方、楔形部の斜面で観察者の正面方向へ全反射して向かう光は補正される。
したがって、映像源からの拡散光を有効に利用し、画面の正面輝度は維持され、視野角の広いコントラスト向上シートを得ることができる。
また本発明のコントラスト向上シートによれば、外光による画像のコントラスト低下を抑制し、ゴーストの発生を抑えることができる。
さらに本発明によれば、断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合うレンズ部間の楔形部の断面形状を映像源側に幅広の下底面を有する略等脚台形とすることにより、楔形部の製造が容易であり、楔形部の強度が向上した高品質のコントラスト向上シートを得ることができる。

本発明の実施形態におけるコントラスト向上シートの一方向の断面を示す図である。 コントラスト向上シートの楔形部の斜面で反射した光が、観察者側に到達する状態を例示する断面模式図である。 楔形部をなす略等脚台形の形状の諸態様を示す図である。 コントラスト向上シートの構成の一例を示す図である。 本発明のコントラスト向上シートを備えた表示装置の構成の一例を示す図である。 従来のコントラスト向上シートの一例を示す図である。

以下本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかるコントラスト向上シートＳ１の断面を示している。このコントラスト向上シートＳ１は、映像源側から観察者の方向に順に、映像源側ベースシート１１、レンズ部１２、観察者側ベースシート１３が貼り合わされて配置されている。
レンズ部１２は高屈折率Ｎｙを有する物質により形成されている。
さらに、図面上下方向に隣接するレンズ部１２、１２にはさまれた断面形状台形の部分には、Ｎｙより小さな屈折率Ｎｘを備えた透明な物質（以下において「透明低屈折率物質１６」という。）中に光吸収粒子１９が添加された材料で充填されている。
以降の説明においては、この透明低屈折率物質１６が充填されている部分を「楔形部１４」と呼ぶ。
断面形状台形の楔形部１４は、映像源側に下底面１７、観察者側に上底面１８を備えている。
本発明において、視野角制御シートＳ１に貼り合わせるベースシート１１、１３は光源側、観察者側のどちらか片一方でもよく、あるいは、ベースシートを用いずに視野角制御シートＳ１のみであってもよい。

本実施形態においては、レンズ部１２の屈折率Ｎｙと、透明低屈折率物質１６の屈折率Ｎｘとの比は、コントラスト向上シートＳ１の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。
また、楔形部１４とレンズ部１２とが接する斜面が、出光面の法線Ｖ（当該コントラスト向上シートＳ１に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ 1に形成されている。

レンズ部１２は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。
また、透明低屈折率物質１６として、通常、電離放射線硬化性を有するウレタンアクリレートなどの材料が使用されている。
光吸収粒子１９は市販の着色樹脂微粒子が使用可能である。
また、映像源側ベースシート１１、及び観察者側ベースシート１３は、レンズ部１２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。

観察者側ベースシート１３の観察者側には、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能を備えているのが好ましい。
ここに「ＡＲ」とはアンチリフレクションの略で、レンズ表面に入光する光の反射率を抑える機能をいう。
また、「ＡＳ」とはアンチスタティックの略で、帯電防止の機能をいう。
また「ＡＧ」とはアンチグレアの略で、レンズの防眩性機能をいう。
本実施形態にかかるコントラスト向上シートＳ１においてはこれらの機能の内一つだけを持たせてもよく、また複数の機能を併せ持たせてもよい。

次にコントラスト向上シートＳ１のレンズ部１２内に入光した光の光路について、図１を参照しつつ簡単に説明する。
なお、図１において、光Ｌ１１〜Ｌ１４、及びＬ１５の光路は模式的に示されたものである。
いま、図１において、映像源側からレンズ部１２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ１１は、そのままコントラスト向上シートＳ１の内部を直進して通過し、観察者に至る。
映像源側からレンズ部１２の端部付近に斜めに入射した光Ｌ１２は、レンズ部１２と透明低屈折率物質１６との屈折率差により斜面にて全反射され、垂直光となって観察者側に出光される。
映像源側からレンズ部１２の端部付近にさらに大きな角度をもって、入射した光Ｌ１３は、斜面にて全反射され、入射時とは反対方向に入射時よりも小さな角度をもって、垂直光に近い角度で観察者側に出光される。
映像源側から楔形部１４の頂部付近にさらに大きな角度をもって入射した光Ｌ１４は、楔形部１４の斜面にて全反射されずに楔形部１４内部に入るが、頂部付近には光吸収粒子１９が充填されていないので、吸収されることなく楔形部１４内部を透過し、観察者側に出光される。

楔形部１４の底面１７に入射する光Ｌ１５は、楔形部１４の内部に入光して、光吸収粒子１９に吸収され、観察者側に至ることはない。
さらに、観察者側から楔形部１４の斜面に所定以下の小さな角度をもって入射する外光Ｌ１６は、レンズ部１２と楔形部１４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部１４の内部に入光し、外光Ｌ１６は楔形部１４の光吸収粒子１９に吸収される。
したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。
このようにして映像源側から様々な角度をもって入射する光が有効に利用され、画面の正面輝度を維持したままで、コントラストの高いコントラスト向上シートを得ることができる。

本実施形態におけるコントラスト向上シートＳ１における光吸収粒子１９は、平均粒径が３μｍ以上で、略等脚台形をなす楔形部１４の上底面の１／２以上で下底面の１／２以であることが好ましい。光吸収粒子１９の大きさを上記の大きさとすることにより、楔形部１４の内部に充填し易く、しかも楔形部１４の頂部付近に光吸収粒子１９で埋められない隙間を設けることが可能となる。
光吸収粒子１９の平均粒径が3 μ m未満であると、十分な光吸収効果を得ることができず、また頂部付近を埋めてしまい本発明の効果を十分に得ることができない。

また、本実施形態におけるコントラスト向上シートＳ１における光吸収粒子１９は、楔形部１４の全体の体積に対して１０〜３０体積％であることが好ましい。
１０体積％未満であると、十分な光吸収効果が得られずコントラストが悪化し、３０体積％を超えると、楔形部１４の頂部付近に大きな角度をもって入射する光の透過を妨げ視野角が狭くなるからである。
１０〜３０体積％の比率を維持することによって、十分な光吸収効果を保ちつつ、容易な製造条件を与えることができる。

図２は、本発明のコントラスト向上シートの楔形部の斜面で反射した光が、観察者側に到達する状態を例示する断面模式図であり、比較のため、３つの場合（図２（ａ）〜（ｃ））を１つの図に表している。
楔形部の斜面部分が出光面の法線となす角度をθとし、楔形部を構成する材料の屈折率Ｎｘとレンズ部の屈折率Ｎｙとの比をΔｎ（Δｎ＝Ｎｘ／Ｎｙ）としたとき、図２（ａ）は、Δｎが小さい値をとる場合であり、図のＡの範囲で全反射する。
図２（ｂ）は、Δｎ−ｃｏｓθ＝０となる場合で、全反射した光が正面に到達する境界であり、図のＢの範囲で全反射する。
図２（ｃ）は、Δｎが大きい値をとる場合であり、反射光が正面まで行かず、図のC の範囲で全反射する。
本発明においては、実用上の特性を加味した上で、下記の関係式（１）を満たすことを好ましい範囲としている。
（１） −０．０１＜Δｎ−ｃｏｓθ＜０．００２

関係式（１）において、Δｎ−ｃｏｓθの値が−０．０１以下だと、全反射する光線が多くなり広い角度で全反射光が観察されるため、特に、斜め方向から全反射光が観察された場合には、ゴースト画像と実映像との距離が大きくなり、ゴースト画像が非常に目立ってしまい、映像画質を低下させてしまい好ましくない。
一方、Δｎ−ｃｏｓθの値が０．００２以上だと、全反射する光線が少なく有効映像光が観察者に届きにくくなるため、輝度の上昇効果が十分に得られないので好ましくない。 なお、本発明においては、楔形部の断面形状が略等脚台形の場合について説明しているが、楔形部の断面形状が略二等辺三角形の場合にも適用し得るものである。

図３は、楔形部の斜面部分の形状の諸態様を示す図である。
この楔形部は、隣接する二つの単位レンズの間に形成される略等脚台形の形状を有している。
図３（ａ）は、斜面が直線にて形成されている場合を表している。
この場合には、斜面と出光面法線とがなす角度θ 3 1は斜面上のどの点においても一定である。図３（ｂ）は、斜面が滑らかな曲線で形成されている場合を表している。
また図３（ｃ）は、斜面が２本の直線にて構成されている場合を示している。
これらの場合、斜面と出光面法線とがなす角度θ 3 2、又はθ 3 3もしくはθ 3 4は、斜面上の位置により異なる。
本発明において図３（ｂ）や図３（ｃ）の場合のように斜面と出光面法線のなす角度が一定でないときは、斜面の長さの９０％以上において、以上に説明してきた条件を満たせば本発明の効果を得ることができる。

図４は、本発明のコントラスト向上シートの構成の一例を示す図である。
図４に示されるコントラスト向上シートＳ４は水平断面形状が垂直方向に一定な単位レンズ部４２を備えている。
映像源側にはベースシート４１が、観察者側にはベースシート４３が配置されている。 図面では理解のためにこれら三者が離れて表されているが、実際にはこれらは貼り合わされている。

図５は、本発明にかかるコントラスト向上シートを備えた表示装置５０の構成を示している。
図５において、紙面手前左下方向が映像源側であり、紙面奥側右上方向を観察者側とする。
本発明の表示装置５０は、映像源側から順に、液晶ディスプレイパネル５１と、レンズ部が垂直方向に配列されたコントラスト向上シート５２と、レンズ部が水平方向に配列されたコントラスト向上シート５３の２枚が積層されており、さらに観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一つの機能が備えられている機能性シート５４とを備えている。コントラスト向上シート５２とコントラスト向上シート５３のベースシートは図面では省略している。
なお、コントラスト向上シート５２とコントラスト向上シート５３との配置を入れ替えてもよい。
図５においてはこれらが互いに離れて表されているが、これは図面の理解のためであり、実際にはこれらは互いに接するか、又は接着されている。

（実施例１）
図１に示すような、断面形状等脚台形の楔形部を有し、楔形部に黒色の光吸収粒子を充填したコントラスト向上シートを下記仕様にて作製した。
開口率はコントラスト向上シートの楔形部下底面積を除いたレンズ部の面積比率を示し、台形テーパー角度は台形の斜面部分が出光面の法線となす角度（θ）である。
開口率：７０％
レンズ間ピッチ：１０８μｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部材料屈折率：１．５５
楔形部上底面幅：６μｍ
楔形部下底面幅：３４μｍ
台形テーパー角度：６°
黒色光吸収粒子粒径：８μｍ
黒色光吸収粒子濃度：２０％

このコントラスト向上シートは、有効部に入射した映像光は全反射して集束され、楔形部の頂部付近に大きな角度で入射した映像光は楔形部を透過し、映像源からの拡散光を有効に利用することにより、輝度がピーク輝度の１／２０（δ角）になる角度は±８５°が得られ、画面の輝度低下を抑制し、コントラストが高く、ゴーストが生じず、良好な特性を示した。

（実施例２）
レンズ部材料（樹脂）屈折率および楔形部材料屈折率は実施例１と同じ条件とし、下記の条件でコントラスト向上シートを作製した。
開口率：７０％
レンズ間ピッチ：１５０μｍ
楔形部上底面幅：８μｍ
楔形部下底面幅：４５μｍ
台形テーパー角度：６°
黒色光吸収粒子粒径：４μｍ
黒色光吸収粒子濃度：２０％

このコントラスト向上シートは、有効部に入射した映像光は全反射して集束され、映像源からの拡散光を有効に利用することにより、輝度がピーク輝度の１／２０（δ角）になる角度は±５０°が得られた。
δ角±５０°は視野角のほぼ実用的な限界であり、黒色光吸収粒子の粒径は、楔形部上底面幅の１／２以上が好ましいことが確認された。
また、このコントラスト向上シートは、画面の輝度低下を抑制し、コントラストが高く、ゴーストが生じず、良好な特性を示した。

以下、楔形部の屈折率が異なるコントラスト向上シートを作製した。
（実施例３）
楔形部材料屈折率を１．５４とした以外は、実施例１と同じ条件でコントラスト向上シートを作製した。

（実施例４）
楔形部材料屈折率を１．５５４とした以外は、実施例１と同じ条件でコントラスト向上シートを作製した。

（比較例１）
楔形部材料屈折率を１．５３とした以外は、実施例１と同じ条件でコントラスト向上シートを作製した。

（比較例２）
楔形部材料屈折率：１．５５８とした以外は、実施例１と同じ条件でコントラスト向上シートを作製した。

（比較例３）
黒色光吸収粒子粒径を２．５μｍとした以外は、実施例２と同じ条件でコントラスト向上シートを作製した。

実施例１〜４及び比較例１〜３で作製したコントラスト向上シートを、液晶表示装置の前面に順次設置し、映像光の明るさとゴーストの有無の良否を、目視による○×判定で比較した結果、および総合評価をまとめて表１に示す。
表１の下段には、Ｎｘ／ＮｙとΔｎ−ｃｏｓθの数値も合せて記す。

表１に示されるように、実施例１〜４に示すコントラスト向上シートは、有効部に入射した映像光は全反射して集束され、もしくは観察者側にそのまま出光し、映像源からの拡散光を有効に利用し、画面の輝度を維持し、コントラストが高く、ゴーストが生じず、良好な特性を示した。
それに対し、比較例１のコントラスト向上シートは、ゴーストが生じ不適であった。
また、比較例２のコントラスト向上シートは明るさが不足し不適であり、比較例３のコントラスト向上シートは視野角が狭くなり不適であった。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

Ｓ１、Ｓ４ コントラスト向上シート
１１、４１、５１ 映像源側ベースシート
１２、４２、５２ レンズ部
１３、４３、５３ 観察者側ベースシート
１４、４４、５４ 楔形部
１７ 下底面
１８ 上底面
１６ 透明低屈折率物質
１９ 光吸収粒子
５０ 表示装置
５１ 液晶ディスプレイパネル
５２、５３ コントラスト向上シート
５４ 機能性シート
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４ 光線
Ｌ１５ 下底面へ入射する光
Ｌ１６ 外光

Claims (5)

1. 映像光を発する映像源と、
   前記映像源よりも観察者側に配置されるコントラスト向上シートと、
   を備える表示装置であって、
   前記コントラスト向上シートは、断面形状が台形形状のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部は、前記レンズ部と異なる材料が充填されており、
   前記楔形部は、その配列方向に平行であって厚み方向に平行な断面における断面形状が、光の入射側が下底面であり出射側が上底面となる台形形状であり、
   前記レンズ部の屈折率をＮｙ、前記楔形部の前記異なる材料の屈折率をＮｘとするとき、
   Ｎｘ＜Ｎｙ
   を満たし、
   前記楔形部に光吸収粒子が添加されており、且つ、前記光吸収粒子が前記上底面とは接しておらず、前記楔形部の頂部付近に光吸収粒子で埋められない隙間を有すること
   を特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記レンズ部及び楔形部の前記断面形状は、等脚台形形状であること
   を特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の表示装置において、
   前記楔形部の前記異なる材料は、透明樹脂であること
   を特徴とする表示装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表示装置において、
   前記楔形部と前記レンズ部との界面が、このコントラスト向上シートの出光面の法線方向となす角度をθとし、前記屈折率Ｎｘの前記屈折率Ｎｙに対する比をΔｎ（Δｎ＝Ｎｘ／Ｎｙ）とするとき、
   −０．０１＜Δｎ−ｃｏｓθ＜０．００２
   を満たすこと
   を特徴とする表示装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の表示装置において、
   前記屈折率Ｎｘの前記屈折率Ｎｙに対する比をΔｎ（Δｎ＝Ｎｘ／Ｎｙ）とするとき、
   ０．９８７２≦Δｎ≦０．９９６２
   を満たすこと
   を特徴とする表示装置。

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