JP6652634B2 - 表示装置および光学素子 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、２０１６年４月５日出願の特願２０１６−０７５５８６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

本発明は、例えば車載用途の表示装置、および当該表示装置に使用される光学素子に関する。

表示装置の表示画面からの出射光には拡散光が含まれ、例えば車載用である表示装置の表示画面からは、運転者以外の方向にも光が拡散される。特に、車載用表示装置からフロントガラス方向およびドアガラス（典型的には、運転席側ドアの窓ガラス）方向へ拡散した光が、当該フロントガラスおよびドアガラスで反射することで、フロントガラスおよびドアガラスに対して、表示画面における表示内容のいわゆる映り込みが発生する。この映り込みは、運転者の視認性を低下させる。

このような点から、表示装置では、表示画面からの光を所定方向のみに制御する光制御フィルムが用いられる。この光制御フィルムは、微小なルーバー構造を有するフィルムで、特定方向の光の透過を抑制できる。これにより、液晶などの表示画面の表示内容がドアガラス等へ映り込むのを防止しうる。特許文献１には、透明プラスチックと不透明プラスチックが交互に積層されたビレットをスカイビングすることによって、光制御フィルムを製造する方法が開示されている。

また、特許文献２には、紫外線硬化性の透明材料を用いて形成される溝を有する光透過フィルムを作製し、このフィルムの溝に光吸収性樹脂を充填することによって光制御フィルムを製造する方法が開示されている。このような製造方法により、特定方向の光の透過を抑制するフィルムの作製は可能であるが、その製造工程が非常に煩雑であることが課題となっている。

加えて、このように作製された光制御フィルムは、平面視で透明領域と光吸収領域とが交互に縞状になっているルーバー構造であるので、このような光制御フィルムを液晶または有機ＥＬの表示装置の表示画面の前面（視認者側すなわち運転者側）に配置すると、前記ルーバー構造と表示装置の液晶または有機ＥＬの画素配列との関係でモアレ（明暗の縞）が生じてしまうことがある。このモアレの発生は、表示品位を損なう課題がある。更には、光吸収領域が縞状に混在しているため、透過率が低下して光の利用効率が悪い。また、表示画面を観察した場合に、視野角特性が狭くなるなどの問題があった。そこで、内部に表示画面全面に渡って偏光板が配置されている液晶表示装置において、こうしたルーバー構造の光制御フィルムを備えないことも多い。

しかし、ルーバー構造の光制御フィルムを備えない上記の偏光板が配置されている液晶表示装置では、ドアガラスおよびフロントガラスへの映り込みが発生する上述の課題を有したままである。さらに車載用表示装置は、外光の強い場所で利用される機会が多く、運転者である観察者が偏光眼鏡を使用して表示画面を観察する場合も少なくない。液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のような上記偏光板の偏光性を利用する表示装置からなる自動車用計器盤、カーナビゲーション装置などにおいて、観察者が偏光眼鏡を使用して液晶表示装置の表示画面を観察した場合、表示画面の視認者側の偏光板の透過軸の軸角度にもよるが、当該透過軸と観察者の偏光眼鏡の吸収軸とが一致すると、表示が暗く視認されたり、色相が大きく変化するなどして、著しく視認性が低下してしまうという課題が生じうる。

特公昭４７−４３８４５号公報 特表２００４−５１４１６７号

このような問題に鑑みて、本発明は、周囲の物体への映り込み、例えば表示装置が車載用の場合に、ドアガラスへの映り込みを低減するとともに、フロントガラスへの映り込みも極力抑制した表示装置および当該表示装置に使用される光学素子を提供することを目的とする。更には、偏光眼鏡を装着して観察する場合に、表示が暗化し難く、視認性の低下を防止した車載用表示装置および当該表示装置に使用される光学素子を提供することを目的とする。

本発明に係る表示装置は、表示部を有し、該表示部の視認側に、透過軸が前記表示部に対して縦方向である偏光板が設けられている表示装置であって、少なくとも１枚の傾斜配向位相差フィルムが、前記偏光板の視認側に配置されており、該傾斜配向位相差フィルムが、前記縦方向における上方へ出射する光には位相差を生じさせず、前記縦方向に直交する横方向へ出射する光には位相差を生じさせるような配置構造を有する。ここで、「縦方向」とは、表示画面のような表示部に沿った上下方向のことである。

本発明に係る表示装置は、前記透過軸を有する偏光板が設けられており、前記傾斜配向位相差フィルムが、前記縦方向における上方へ出射する光には位相差を生じさせず、前記横方向へ出射する光には位相差を生じさせるような配置構造を有している。ここで、例えば、本発明に係る表示装置が車載用の表示装置の場合には、上記の配置構造によって、表示画面等の表示部から上方へ出射して、フロントガラス等で反射して、運転者の平均的な視線の時の目の位置（平均的視線の位置）に入射する光は、偏光状態が極力保たれており、例えばＰ偏光が主成分のままフロントガラス等へ入射する。一方、表示部から横方向へ出射して、ドアガラス等で反射して、運転者の平均的視線の位置に入射する光は、位相差が生じており、その結果、例えばＰ偏光が主成分となる光に偏光状態が変換されてドアガラス等に対して入射する。以上により、ドアガラスへの映り込みを低減するとともに、フロントガラスへの映り込みも極力抑制することができる。さらに、偏光眼鏡を装着して観察する場合に表示が暗化し難くし視認性の低下を防止することができる。

前記傾斜配向位相差フィルムが、さらに、一方の直線偏光を偏波面の異なる他の直線偏光に変換する配置構造を有することが好ましい。この場合、一方の直線偏光を偏波面の異なる他の直線偏光と同じ偏光になる様に、例えば同じＰ偏光が主成分となる光に偏光状態を変換するので、上述のように、ドアガラスへの映り込みを低減するとともに、フロントガラスへの映り込みも極力抑制することができ、さらに、偏光眼鏡を装着して観察する場合に表示が暗化し難くし視認性の低下を防止することができる。

前記傾斜配向位相差フィルムは、２枚であり、前記２枚の傾斜配向位相差フィルムは、一方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が前記透過軸と平行であり、他方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が前記透過軸との間で角度を有することが好ましい。この場合、偏光板から出射してきた光の偏波面に対して、例えば遅相軸である一方の主軸が、偏光板の透過軸に対して平行であり、かつ、例えば同じく遅相軸である他方の主軸が、角度を有していることにより、２枚の傾斜配向位相差フィルムの積層体は、出射光の出射方向によっては、出射光の偏光状態の変化が小さい配置構造となりうる。結果として、例えばフロントガラスへ向かう光は、フロントガラスに対してＰ偏光成分の割合を多く保てるため、フロントガラスでの反射すなわちフロントガラスでの映り込みを低減できる。

なお、この場合、一の傾斜配向位相差フィルムの主軸と他の傾斜配向位相差フィルムの主軸とが角度を有することになるので、傾斜配向位相差フィルムの積層体は、出射光の出射方向によっては、出射光の偏光状態が大きく変化する配置構造となりうる。結果として、例えばドアガラスへ向かう光は、ドアガラスに対してＰ偏光が主成分となるように変化することによって、ドアガラスでの反射すなわちドアガラスでの映り込みを抑制することができる。

加えて、上記の構成の場合、表示部から出て直接視認者に向かう出射光は、一方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が偏光板の透過軸と平行であることから位相差が発生せず、他方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が偏光板の透過軸と平行でないことから位相差が発生する。しかし、この光において、２枚の傾斜配向位相差フィルムの位相差の視野角特性により、例えば、Ｓ波直線偏光がＰ波直線偏光に変換されて上記の様に偏光状態が大きく変化するドアガラス方向へ向かう光と比較すると、偏光状態の変化が小さい。このため、表示画面から出射して直接視認者に向かう光の偏光状態は、直線偏光にならずに楕円偏光となり、偏光眼鏡を装着して、車載用表示装置の表示画面を観察する場合にも、画面が暗化することがない。

前記表示装置において、ルーバーフィルムが設けられていてもよい。この場合、表示部からの光を所定方向のみに制御する、または特定方向の光の透過を抑制する微小なルーバー構造を有するフィルムを使用することにより、液晶などの表示部の表示内容のフロントガラス、ドアガラスへの映り込みを防止しうる。

本発明者は、表示装置に使用する光学素子について、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、視認側から偏光板、および少なくとも一枚の傾斜配向位相差フィルムの順で組み合わせ、（ｉ）前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸とを所定の範囲に設定すること、（ｉｉ）傾斜配向位相差フィルムの面内位相差を所定の範囲に設定すること、および傾斜配向位相差フィルムのフィルム面内に対する平均チルト角を所定の範囲に設定することによって従来技術の課題を解決できることを見出した。

そこで、上記の各表示装置は、前記視認側にカバーを備え、前記カバー内に、視認側から偏光板、少なくとも一枚の傾斜配向位相差フィルムの順に有する次の透過性の光学素子を備えていることが好ましい。
ここで、本発明に係る光学素子は、
（ｉ）前記偏光板の吸収軸と、傾斜配向位相差フィルムの遅相軸が＋１５度〜＋５５度および−１５度〜−５５度の範囲であり、かつ
（ｉｉ）前記傾斜配向位相差フィルムが、面内位相差１１０ｎｍ〜２４０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度である、
光学素子である。

請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。

比較として、本発明の第１の実施形態に係る表示装置ではない表示装置の場合のフロントガラスおよびドアガラスへの映り込みを説明するための模式図である。 第１および第２の実施形態に係る表示装置を使用した場合のフロントガラスおよびドアガラスへの映り込みの防止効果を説明するための模式図である。 第１の実施形態に係る光学素子を模式的に例示した分解図である。 図３の構成の光学素子をフロントガラス方向より観察した場合を説明するために使用する模式的に例示した分解図である。 図３の構成の光学素子をドアガラス方向より観察した場合を説明するために使用する模式的に例示した分解図である。 実施例Ａ１に係る光学素子を模式的に例示した分解図である。 図６の構成の光学素子をフロントガラス方向より観察した場合を説明するために使用する模式的に例示した分解図である。 図６の構成の光学素子を左右のドアガラス方向より観察した場合を説明するために使用する模式的に例示した分解図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学素子の一例を示す模式図である。

以下、本発明の第１の実施形態を図面にしたがって説明する。本実施形態では、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置である車載用表示装置を例に説明する。比較のためにまず図１を使用して、本実施形態に係る表示装置ではない、一般の表示装置の場合について説明し、次に図２を使用して、本実施形態に係る表示装置について説明する。

図１に示すように、例えばＩＰＳ型液晶表示装置のような表示装置内部の視認者側すなわち運転者側の偏光板の透過軸Ｑが、表示画面の法線方向から見て表示画面に沿った上下方向である縦方向（典型的には、表示画面の幅に対する縦の方向）Ｙに合致している表示装置が、車載用表示装置として用いられる。当該車載用表示装置１１０が、視認性の面からダッシュボード１１３の上面やインストルメントパネル（計器盤）１１４内に配置されて使用される場合（本実施形態では、ダッシュボード１１３の上面の例とする）、表示装置１１０の表示画面１１０ａから上方へ出射して、フロントガラス１１１で反射して、運転者Ｄ１の平均的な視線の時の目の位置（以下、単に、平均的視線の位置と称する）に入射する光Ｌ１は、フロントガラス１１１に対してＰ偏光が主成分となる（図中の矢印Ｐ）。なお、表示画面１１０ａから下方へ出射する光もＰ偏光が主成分となる。ここで、図１において、偏光板（不図示）の透過軸Ｑは、表示装置１１０の横長の表示画面１１０ａの幅方向に直交する縦方向Ｙであり、典型的には、ほぼ鉛直上下方向、つまり鉛直方向または鉛直方向から例えば若干前方へ傾斜した方向（前倒れの方向）となっている。

一方、表示画面１１０ａから前記縦方向Ｙに直交する横方向（上記上下方向に対するほぼ左右方向）Ｘへ出射して、運転者側のドアのドアガラス１１２で反射して、運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ２は、ドアガラス１１２に対してＳ偏光が主成分となる（図中の矢印Ｓ）。ここで、上記表示画面１１０ａは、本発明で言う「表示部」の一例である。「表示部」は、外部から視認される表示装置の枠等で囲まれた表示がなされる領域のことであり、平面状の表示画面１１０ａのほか、表示装置内部の表示素子群の視認者側の領域、当該表示素子群自体、または表示素子群の視認者側に配設された光学素子等も含む。

一般に、屈折率の異なる２つの材質の界面に、ある角度をもって光が入射する時、入射面に平行な偏光成分Ｐ偏光と入射面に垂直な偏光成分Ｓ偏光とでは反射率が異なり、Ｐ偏光は偏光角（ブリュースター角）では反射率が０となる一方で、Ｓ偏光は入射角が大きくなるとともに反射率が短調増加するので反射率が０とならないことが知られている。

上記のように車載用表示装置１１０をダッシュボード１１３の上面や計器盤１１４内に配置すると、表示画面１１０ａから出てフロントガラス１１１で反射して運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ１は、上述のようにフロントガラス１１１に対してＰ偏光となり、偏光角（ブリュースター角）近辺の入射角で入射することから、フロントガラス１１１での反射が起こり難く、表示装置１１０の映り込みは少ない。

一方、表示画面１１０ａから出てドアガラス１１２で反射して運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ２は、上述のようにドアガラス１１２に対してＳ偏光となるため、ドアガラス１１２で反射し、ドアガラス１１２への映り込みが発生する。

しかし、図２の本実施形態に係る表示装置２２０では、フロントガラス２２１、ドアガラス２２２への映り込みを、上で述べたように、屈折率の異なる２つの材質の界面に、ある角度をもって光が入射する時、入射面に平行な偏光成分Ｐ偏光と垂直な偏光成分Ｓ偏光とでは反射率が異なり、さらにＰ偏光は偏光角（ブリュースター角）で反射率が０となることを利用することで防止している。なお、図２に記載のカバー２Ｇについては、本実施形態の説明では使用しないため、ここでは記載が無いものとして扱う。カバー２Ｇについては、次の実施形態で説明する。

図２に示すように、本実施形態では、少なくとも１枚の傾斜配向位相差フィルム２２５を含む光学素子２２６が表示画面２２０ａの視認側に配置された車載用表示装置２２０となっており、該傾斜配向位相差フィルム２２５が、縦方向Ｙの上方向へ出射する光には、位相差を生じさせずに偏光状態が変化しない配置構造、または、当該位相差が小さくなるように抑制して偏光状態の変化が小さい配置構造となっており、かつ、横方向（左方向または右方向）Ｘへ出射する光には、位相差を生じさせて偏光状態の変化が大きくなる配置構造となっている。なお、光学素子２２６は、補強用ガラス等と重ねられてカバーガラスを構成してよい。該カバーガラスは、表示画面２２０ａの視認側に、外付けで配置されてもよく、または、表示装置２２０の所定の枠等で表示装置２２０に一体で固定されて配置されてもよい。

傾斜配向位相差フィルム２２５のこの配置構造によって、表示画面２２０ａから上方へ出射して、フロントガラス２２１で反射し、運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ１´は、位相差が小さく偏光状態が極力保たれており、Ｐ偏光が主成分のままフロントガラス２２１へ入射する（図中の矢印Ｐ）。一方、表示画面２２０ａから横方向へ出射して、ドアガラス２２２で反射し、運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ２´は、位相差が生じており、その結果、ドアガラス２２２に対してＰ偏光が主成分となる光に偏光状態が変換されている（図中の矢印Ｐ）。

以上のことにより、表示画面２２０ａから出て各々フロントガラス２２１、ドアガラス２２２で反射し運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ１´、光Ｌ２´に対して、フロントガラス２２１への映り込みを発生させることなく、かつ、ドアガラス２２２への映り込みを抑制させることができる。

更に、表示画面２２０ａから直接、運転者Ｄ１方向へ出射する光Ｌ３´は、傾斜配向位相差フィルム２２５を通過することで楕円偏光に変換されており、視認者がサングラス等の偏光眼鏡を使用していても、表示画面２２０ａの表示が暗化し難くなり、視認性の低下を抑制することができる。

なお、傾斜配向位相差フィルム２２５の配置構造は、上記に限らず、例えば、屈折率の異なる２つの材質の界面に入射する光Ｌ１´が主にＳ偏光であり、かつ該界面に入射する光Ｌ２´が主にＰ偏光である場合、次の様な配置構造であってもよい。すなわち、傾斜配向位相差フィルム２２５の配置構造は、光Ｌ１´に位相差を生じさせて、Ｐ偏光が主成分である光となるように偏光状態を変換し、かつ、光Ｌ２´では発生する位相差を小さくして偏光状態を極力保たせて、Ｐ偏光が主成分のままとするような配置構造であってもよい。さらに、傾斜配向位相差フィルム２２５の配置構造は、上記界面に入射する光Ｌ１´と光Ｌ２´との両方ともが、主にＳ偏光である場合、光Ｌ１´と光Ｌ２´との両方ともを、Ｐ偏光が主成分である光となるように偏光状態を変換する配置構造であってもよい。

このような本実施形態の光学素子の具体的な構成の一例として、図３に示す分解図から把握されるような、異なる２枚の傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２が積層された構造を含むフィルム状の光学素子３３０が挙げられる。図３は、表示装置（不図示）の視認側に設けられた、透過軸ｔ３を前記縦方向に有する偏光板３００ｂの前面（視認側）に、チルト角β１、面内主軸方向が偏光板３００ｂの透過軸ｔ３に対してθである第１の傾斜配向位相差フィルム３３１と、チルト角β２、面内主軸方向が偏光板３００ｂの透過軸ｔ３と平行である第２の傾斜配向位相差フィルム３３２を積層した構成を示している。

ここで、主軸は、いわゆる複屈折率の進相軸と遅相軸とを総称した語として知られ、以下においては、これら２つの軸のいずれか一方を表すものとする（主軸は、第１の傾斜配向位相差フィルム３３１と第２の傾斜配向位相差フィルム３３２とで同じ意味とし、例えば同じく遅相軸を表す）。なお、図３に示すＦｒ方向は、例えばダッシュボード１１３の上面に車載用表示装置を設置した場合の、上方のフロントガラスへ向かう光の出射方向である。同じくＤｏｏｒ方向は、横方向のドアガラスへ向かう光の出射方向である。また、Ｌ´´方向は、視認者である運転者へ向かう光の出射方向である。

図４は、図３の光学素子をフロントガラス方向Ｆｒより観察した、各傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の、３軸の直交座標系では楕円体曲面で表される屈折率楕円体ａ４、ｂ４を説明するために模式的に表した分解図である。すなわち図４の手前側がフロントガラス側である。第１の傾斜配向位相差フィルム３３１と第２の傾斜配向位相差フィルム３３２とにおける屈折率楕円体ａ４とｂ４は、透過軸ｔ３の偏光板３００ｂから出射してきた光の偏波面に対して、屈折率楕円体ｂ４およびａ４の長軸方向が、各々、出射方向に対して平行方向、および出射方向と透過軸ｔ３に対して垂直方向となっており、このことにより、傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の積層体は、出射光の偏光状態ｐ４の変化が小さい配置構造となる。結果として、フロントガラスへ向かう光は、フロントガラスに対してＰ偏光成分の割合を多く保てるため、フロントガラスでの反射すなわちフロントガラスでの映り込みを低減できる。

図５は、図３の光学素子をドアガラス方向Ｄｏｏｒより観察した、各傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の屈折率楕円体ａ５、ｂ５を説明するために模式的に表した分解図である。すなわち図５の手前側がドアガラス側である。第１の傾斜配向位相差フィルム３３１と第２の傾斜配向位相差フィルム３３２とにおける屈折率楕円体ａ５、ｂ５は、透過軸ｔ３の偏光板３００ｂから出射してきた光の偏波面に対して、屈折率楕円体ａ５およびｂ５の長軸方向が、出射方向や透過軸ｔ３に対して平行方向または垂直方向とはならない。すなわち、傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の積層体は、出射光の偏光状態ｐ５が大きく変化する配置構造となる。結果として、ドアガラスへ向かう光は、ドアガラスに対してＰ偏光が主成分となるように変化することによって、ドアガラスでの反射すなわちドアガラスでの映り込みを抑制することができる。

また、図３において、表示画面から出て直接視認者である運転者の平均的視線の位置に向かう光Ｌ´´は、第２の傾斜配向位相差フィルム３３２の面内主軸方向（ここでは、面内遅相軸方向とする）が偏光板３００ｂの透過軸ｔ３と平行であることから位相差が発生せず、第１の傾斜配向位相差フィルム３３１の面内遅相軸方向が偏光板３００ｂの透過軸ｔ３と平行でないことから位相差が発生する。しかし、光Ｌ´´では、傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の位相差の視野角特性により、Ｓ波直線偏光がＰ波直線偏光に変換されて上記の様に偏光状態が大きく変化するドアガラス方向Ｄｏｏｒへ向かう光と比較すると、偏光状態の変化が小さい。このため、表示画面から出射して直接運転者の平均的視線の位置に向かう光Ｌ´´の偏光状態は、直線偏光にならずに楕円偏光となり、偏光眼鏡を装着して、車載用表示装置の表示画面を観察する場合にも、画面が暗化することがない。

本実施形態では、表示画面の前面である視認者側に配置される傾斜配向位相差フィルムは、位相差値の分布がフィルムの法線方向に対して非対称となっているフィルムである。よって、本実施形態では、該傾斜配向位相差フィルムにおいて、光の入射角度によって、位相差値の分布すなわちフィルムの屈折率楕円体の軸方向が変化することを利用している。この特性により、図２に示す表示画面２２０ａから出射して、フロントガラス２２１で反射し運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ１´はほとんど位相差が発生せず、一方、ドアガラス２２２で反射し運転者Ｄ１の平均的視線の位置に入射する光Ｌ２´、および表示画面２２０ａから出射し直接運転者Ｄ１方向へ向かう光Ｌ３´に対しては、それぞれ異なる位相差を生じさせることができる。

このような本実施形態の傾斜配向位相差フィルムとしては、シート面内の主軸である進相軸または遅相軸を傾斜軸としたときの位相差値がシートの法線方向に対して非対称であればよく、延伸した高分子ロッドを斜めにスライスしたフィルム、更にはそのフィルムを延伸したフィルム、棒状分子ないしは円盤状分子を配向膜上でハイブリッド配向させたフィルム、特開２００２−２０２４０９号、特開２００４−１７０５９５号、および特開２００８−２７６１４９号公報に記載された光配向材料により作製される傾斜配向位相差フィルムなどを用いることができる。但し、本実施形態における傾斜配向位相差フィルムは、ここに記載されたものに限定されるものではない。

本実施形態に用いる傾斜配向位相差フィルムは、可視光域の吸収が殆ど無い透明なフィルムである。このため、従来技術で問題となっている光吸収による透過率の低下がなく、光の利用効率が高い。また、透明なフィルムを表示画面の前面に配置するのみで、表示画面を観察した場合に視野角特性が狭くなることもなく、またモアレが生じることも無い。

次に、本実施形態の実施例について述べる。

（実施例Ａ）
実施例Ａを以下に示し、図３の模式図を用いて説明する。表示画面の偏光板３００ｂの透過軸ｔ３が前記横方向に対して９０°である液晶の表示装置の前面に、面内遅相軸方向の角度が前記横方向に対して９０°、チルト角が３５°、面内位相差が９６．５ｎｍの上記第１の傾斜配向位相差フィルム３３１と、面内遅相軸方向の角度が５２°、チルト角が２３．５°、面内位相差が１１５．６ｎｍの上記第２の傾斜配向位相差フィルム３３２を積層して粘着剤で貼合し、傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の積層体を作成した。

この構成において、表示画面からドアガラス方向Ｄｏｏｒへ出射しドアガラスで反射し運転者に向かう光は、ドアガラスに対してＰ偏光が主成分となる光となっていた。また、フロントガラス方向Ｆｒへ出射しフロントガラスで反射し運転者に向かう光は、若干偏光状態が変化するものの、フロントガラスに対してＰ偏光が成分の割合が多い光となっていた。このような傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の積層体で、ドアガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みは大幅に低減されていることが確認された。一方、フロントガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みが多少確認されるものの、大幅な映り込みが生じることはなかった。更に、偏光眼鏡（偏光サングラス）を掛けて表示画面を観察したところ、表示画面が暗状態になることはなく、視認性が保たれていた。

（実施例Ａ１）
実施例Ａ１を以下に示し、図３に対応する図６の模式図を用いて説明する。表示画面の偏光板３００ｃの透過軸ｔ４が前記横方向に対して９０°である液晶の表示装置の前面に、面内遅相軸方向の角度が前記横方向に対して９０°、チルト角β３が４３°、面内位相差が１１６．３ｎｍの上記傾斜配向位相差フィルム３３３を１枚のみ含む光学素子３３０’を配置した。なお、上記実施例Ａでは、傾斜配向位相差フィルムは、２枚存在し、位相差値の分布がフィルムの法線方向に対して非対称となっているため、右方向あるいは左方向の一方においてのみＳ波からＰ波へと変換される構成となっていた。一方、本実施例Ａ１では、屈折率楕円体が左右対称となっており、左右のドアガラスへ向かう両方の光において、ドアガラスに入射後にＳ波からＰ波へ変換される。

図６に示す分解図から把握されるようなフィルム状の光学素子３３０’は、表示装置（不図示）の視認側に設けられている。図４に対応する図７は、図６の光学素子３３０’をフロントガラス方向Ｆｒより観察した、各傾斜配向位相差フィルム３３３の屈折率楕円体ｂ６を説明するために模式的に表した分解図である。すなわち図７の手前側がフロントガラス側である。屈折率楕円体ｂ６は、透過軸ｔ４の偏光板３００ｃから出射してきた光の偏波面に対して、屈折率楕円体ｂ６の長軸方向が、出射方向と透過軸ｔ４とで形成される面内に存在する。図５に対応する図８は、図６の光学素子３３０’を左右のドアガラス方向Ｄｏｏｒより観察した、各傾斜配向位相差フィルム３３３の屈折率楕円体ｂ７を説明するために模式的に表した分解図である。すなわち図８の手前側が左右のドアガラス側である。屈折率楕円体ｂ７は、透過軸ｔ４の偏光板３００ｃから出射してきた光の偏波面に対して、屈折率楕円体ｂ７の長軸方向が、出射方向と透過軸ｔ４とで形成される面内に存在する。

この構成において、表示画面２２０ａ（図２）から左右のドアガラス方向左Ｄｏｏｒ、右Ｄｏｏｒ(図６）へ出射しドアガラス２２２（図２）等で反射し運転者に向かう光は、ドアガラス２２２等に対してＰ偏光が主成分となる光となっていた。また、フロントガラス方向Ｆｒ(図６）へ出射しフロントガラス２２１（図２）で反射し運転者Ｄ１に向かう光は、傾斜配向位相差フィルム３３３（図６）をフロントガラス映り込み方向から観察すると、その遅相軸が表示画面２２０ａの偏光板３００ｃ（図６）の透過軸と平行方向となるため、偏光状態の変化が小さく、フロントガラス２２１に対してＰ偏光が成分の割合の多い光となっていた。このような傾斜位相差フィルム３３３で、ドアガラス２２２等への映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みは大幅に低減されていることが確認された。一方、フロントガラス２２１への映り込みを観察したところ、大幅な映り込みが生じることはなかった。

（実施例Ｂ）
実施例Ｂを以下に示す。実施例Ａの傾斜配向位相差フィルム３３１、３３２の積層体の使用に加え、表示装置内部のバックライト側の偏光板に、平面視で透明領域と光吸収領域とが交互に縞状になっているルーバー構造を有するルーバーフィルムをバックライト側に装着した構成で、実施例Ａと同様に映り込みの状況を観察した。この結果、ドアガラスへの映り込み、およびフロントガラスへの映り込みの全てが抑制されており、実用レベルであると判断した。また、更に、偏光サングラスを掛けて表示画面を観察したところ、表示画面が暗状態になることはなく、視認性が保たれていた。

以上のように、実施例Ａ、実施例Ａ１および実施例Ｂでは、ドアガラスへの映り込み、およびフロントガラスへの映り込みの全てが実用レベルで抑制されており、また、偏光サングラスによる表示画面の観察では、表示画面が暗状態になることはなく、実用レベルで視認性が保たれている。次に、比較例について述べる。

（比較例Ａ）
表示装置内部の視認側である偏光板の透過軸が、前記横方向に対して９０°である液晶表示装置を、車両のインストルメントパネル、例えばメータークラスターパネルの上部に配置して、ドアガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みが著しく生じていることが確認された。

（比較例Ｂ）
表示装置内部の視認側である偏光板の透過軸が、前記横方向に対して９０°である液晶表示装置の表示画面の前面（視認側）に、位相差値は２７５ｎｍであるが構成分子が傾斜配向されていない１軸性位相差フィルムを、遅相軸の角度が前記横方向から４５°となるよう粘着剤で貼合した。この構成において、表示画面からドアガラス方向へ出射してドアガラスで反射し運転者に向かう光は、ドアガラスに対してＰ偏光が主成分となる光となっていた。一方、フロントガラス方向へ出射してフロントガラスで反射し運転者に向かう光は、フロントガラスに対してＳ偏光が主成分となる光となっていた。このような構成で、実施例Ａと同様に、ドアガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みは大幅に低減されていることが確認された。一方、フロントガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みが著しく生じていることが確認された。また、偏光サングラスを掛けて表示画面を観察したところ、表示画面が著しく暗化してしまい、視認性が著しく低下した。

（比較例Ｃ）
比較例Ｂの構成に加え、表示装置内部のバックライト側の偏光板に、ルーバーフィルムを装着した構成で、実施例Ａと同様に、ドアガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みは大幅に低減されていることが確認された。一方、フロントガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みを十分に抑制することができなかった。

（比較例Ｄ）
表示装置内部の視認側である偏光板の透過軸が、前記横方向に対して９０°である液晶表示装置の前面に、ルーバー方向が前記横方向に対して９０°となるようルーバーフィルムを配置した。液晶表示装置を車両のメータークラスター上部に配置して、ドアガラスへの映り込みを観察したところ、表示画面からの映り込みは抑制できていたものの、表示画面を直接観察すると、画像のぼやけや、またモアレの発生などが確認された。

以上のように、比較例Ａ〜比較例Ｄでは、ドアガラスへの映り込み、フロントガラスへの映り込み、および偏光サングラスによる表示画面の観察において表示画面が暗状態になることなく視認性を保つこと、の全てを抑制することはできなかった。

次に、第２の実施形態として、偏光板と上述の図２の傾斜配向位相差フィルム２２５とは別の傾斜配向位相差フィルムとで構成される光学素子であって、より詳しくは以下で説明するような、視認側から素子側偏光板、少なくとも一枚の傾斜配向位相差フィルムの順に有する透過性の光学素子、およびこの光学素子を含むカバーを表示画面の視認側に装着した表示装置について述べる。すなわち、図２の表示画面の視認側の偏光板の透過軸が垂直方向に設けられた表示装置に装着されるカバー（カバーガラス）２Ｇが本実施形態の光学素子を含む。また、該光学素子に用いられる偏光板の視認者側に、該カバーガラス２Ｇに加えて、別途、少なくとも１枚の傾斜配向位相差フィルム２２５が配置される。ここで、表示装置に対して、傾斜配向位相差フィルム２２５が、第１の実施形態と同様に、上方へ出射する光には偏光状態の変化が小さい配置構造とされ、横方向の左方または右方へ出射する光には位相差を生じさせて偏光状態の変化が大きくなる配置構造となっている。

よって本実施形態の表示装置においても、車載用である場合、フロントガラスへ向かう光は、フロントガラスに対してＰ偏光成分の割合を多く保てるため、フロントガラスでの映り込みを低減でき、また、ドアガラスへ向かう光は、ドアガラスに対してＰ偏光成分の割合を多く有する光に偏光状態が変換されるため、ドアガラスでの映り込みを抑制でき、更に、本実施形態の光学素子による遮光効果と合わせることにより、より高度にフロントガラスおよびドアガラスへの映り込みを抑えることができる。

この第２の実施形態の光学素子は、さらに以下で述べる様な構成を有する。そこで主に、第２の実施形態の光学素子について詳細に述べる。

この第２の実施形態の光学素子は、表示装置に装着される透過性の光学素子であって、視認側から偏光板、少なくとも一枚の傾斜配向位相差フィルムの順に備え、
（ｉ）前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸が＋１５度〜＋５５度および−１５度〜−５５度の範囲であり、かつ
（ｉｉ）前記傾斜配向位相差フィルムが、面内位相差１１０ｎｍ〜２４０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度である、
光学素子である。以下に、その基本構成を説明する。

（光学素子の基本構成）
本実施形態の光学素子は、偏光板および傾斜配向位相差フィルムを少なくとも備えている。本実施形態の光学素子の基本構成は、図９に示すように、傾斜配向位相差フィルム１と偏光板２を積層した形態であり、偏光板２は透過軸ｎを有し、この透過軸ｎは、垂直方向に対して角度φとなるよう設定されている。一方、傾斜配向位相差フィルム１は、遅相軸ｍを有し、この遅相軸ｍは、前記偏光板２の吸収軸ｎ´に対して、角度θとなるように設定されている。ここで、傾斜配向位相差フィルム１では、傾斜配向位相差フィルム１のフィルム面に対して、平均チルト角γを有している。

図９において、光学素子は、表示装置３の前面、すなわち視認者側に装着される。そのため、視認者側から、偏光板２、傾斜配向位相差フィルム１、表示装置３の順で配設されている。これらの界面には、必要に応じて粘着層を設けていてもよい。その場合、界面に空気が入り込まないようにするのが好ましい。

本実施形態の構成では、視認側に対して偏光板を設けるとともに、（ｉ）前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸とを所定の範囲に設定すること、（ｉｉ）傾斜配向位相差フィルムの面内位相差を所定の範囲に設定すること、および（ｉｉｉ）傾斜配向位相差フィルムのフィルム面内に対する平均チルト角を所定の範囲に設定することにより、光学素子の配設位置が表示画面の外部であっても、外光の反射を抑えることができるとともに、表示画面の出射光が、フロントガラスなどの映り込み方向へ映り込むのを抑制する効果がある。さらに、このような組み合わせにより、たとえ光学素子を構成する傾斜配向位相差フィルムが単層であっても、外光の反射を抑える効果がある。なお、映り込み方向とは、例えば、表示画面に対して、例えば、斜め上方４５度〜８５度の範囲に存在する方向としてもよい。

まず、前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸とを所定の範囲に設定することについて説明する。前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルム（以下、単に位相差フィルムまたは傾斜配向フィルムと称する場合がある）の遅相軸とを所定の角度で組み合わせた場合、光学素子の視認者側に装着された偏光板を透過した外光（自然光）は直線偏光となり、外光からの特定の方向の光のみが位相差フィルムへ入射する。位相差フィルムへ入射した光は、前記透過軸との関係で位相差を受ける。そして、位相差フィルムにより位相差を受けた光は更に、光学素子の裏面および／または表示装置の表面で反射する。この反射光は、再度位相差フィルムへ再入射し、さらに位相差フィルムにおいて位相差を受ける。本実施形態の光学素子では、再度位相差を受けた入射光のうち、所定量の入射光が偏光板の透過軸を透過することが困難となり、最終的に外光からの反射光を抑制することが可能となる。また、円偏光板を用いなくとも反射光を抑制できるため、画像の色相が変化することを抑制することができる。

偏光板の吸収軸と傾斜配向位相差フィルムの面内遅相軸の積層角度θ（以下、単に積層角度θと称する場合がある）は、偏光板の吸収軸と位相差フィルムの面内遅相軸は＋１５度〜＋５５度および−１５度〜−５５度（±１５度〜±５５度）である。積層角度θは、好ましくは、±１５度〜±４５度、より好ましくは±２０度〜±４５度の範囲で設置されていることが望ましい。本実施形態の光学素子は、車載表示装置として偏光板が視認者側に装着される表示装置に用いる場合でも輝度の低下を最小限に抑え、特に、フロントガラスから入射するような表示装置に対して斜め上方より入射する外光に対して、高度に反射光を抑制することができる。

また、傾斜配向位相差フィルムについて、以下に説明する。傾斜配向位相差フィルムは、フィルム面に平行するＸ軸、Ｙ軸、およびフィルム面法線方向のＺ軸方向にそれぞれ主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを有する２軸性の屈折率楕円体において、Ｚ軸方向から観察したときにできる垂直楕円面のｎｙとｎｘの差の絶対値と膜厚ｄの積：
｜ｎｙ−ｎｘ｜×ｄ
を面内位相差値と定義することができる。また、屈折率楕円体において、フィルム面内に対するｎｚの角をチルト角と定義することができる。特に平均チルト角とは、傾斜配向位相差フィルムを構成する分子或いは屈折率楕円体の傾斜した軸が面内と成す角の平均値を意味している。

前記傾斜配向位相差フィルムは、面内位相差１１０ｎｍ〜２４０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度である。このような面内位相差値を有する傾斜配向位相差フィルムを、前記（ｉ）の関係により偏光板と組み合わせることにより、外光からの反射光を抑制できるとともに、表示画面が映り込む原因となる、映り込み方向への透過光を抑制することができる。なお、好ましくは、傾斜配向位相差フィルムの面内位相差は、１１０ｎｍ〜２００ｎｍであってもよく、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度であってもよい。さらに、好ましくは、積層角度θと、傾斜配向位相差フィルムの面内位相差と、平均チルト角γとは、以下の関係を有していてもよい。

（Ｉ）平均チルト角γが３５度以上５０度以下である場合、
傾斜配向位相差フィルムの面内位相差が、１１０ｎｍ〜１８０ｎｍ（好ましくは１１０ｎｍ〜１７５ｎｍ）であってもよく、
積層角度θが、１５度〜４５度（好ましくは２０度〜４０度）であってもよい。
（ＩＩ）平均チルト角γが２９度以上３５度未満である場合、
傾斜配向位相差フィルムの面内位相差が、１１０ｎｍ〜２０５ｎｍ（好ましくは１１０ｎｍ〜１８０ｎｍ）であってもよく、
積層角度θが、２５度〜４５度（好ましくは２５度〜３５度）であってもよい。
（ＩＩＩ）平均チルト角γが２２度以上２９度未満である場合、
傾斜配向位相差フィルムの面内位相差が、１２０ｎｍ〜２４０ｎｍ（好ましくは１２０ｎｍ〜２２０ｎｍ）であってもよく、
積層角度θが、２５度〜４５度（好ましくは３０度〜４５度）であってもよい。

位相差値や積層角度がこのような範囲である場合、外光反射の抑制効果を高めることができるとともに、フロントガラスへの映り込み防止効果を向上することができる。さらに、フロントガラスへの映り込み防止効果を向上させる観点から、視認側に配置される偏光板２の透過軸ｎが垂直方向に対する角度φが−１５度〜＋１５度の範囲に設置されていることが好ましい。

外光反射の抑制効果を高めること、およびフロントガラスへの映り込み防止効果を向上することだけでなく、さらに、表示装置の透過率の低下を抑制することができる観点から、光学素子は、以下の特性を有するのが好ましい。
（ｉ）前記偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸が＋１５度〜＋４０度および−１５度〜−４０度の範囲であり、かつ
（ｉｉ）前記傾斜配向位相差フィルムが、面内位相差１１０ｎｍ〜１８０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２９度〜４０度である。

特に好ましくは、積層角度θと、傾斜配向位相差フィルムの面内位相差と、平均チルト角γとは、以下の関係を有していてもよい。
（Ｉ）平均チルト角γが３５度以上５０度以下である場合、
傾斜配向位相差フィルムの面内位相差が、１１０ｎｍ〜１７５ｎｍ（好ましくは１１０ｎｍ〜１５０ｎｍ）であってもよく、
積層角度θが、２０度〜４０度（好ましくは２０度〜３０度）であってもよい。
（ＩＩ）平均チルト角γが２９度以上３５度未満である場合、
傾斜配向位相差フィルムの面内位相差が、１１０ｎｍ〜１８０ｍ（好ましくは１１０ｎｍ〜１４０ｎｍ）であってもよく、
積層角度θが、２５度〜３５度（好ましくは２５度〜３０度）であってもよい。

（偏光板）
本実施形態において、偏光板は、特定方向に偏光、又は偏波した光だけに限って通過させる板である。このような偏光板としては、ヨウ素や２色性色素などにより染色された一軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルムを偏光膜として備える偏光板など、公知のものを使用することができる。例えば、偏光板としては、ヨウ素や２色性色素により染色された一軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルムをホウ酸処理後、その両面または片面にトリアセチルセルロースフィルムなどの保護フィルムが積層されたものを用いることができる。

（傾斜配向位相差フィルム）
本実施形態において、傾斜配向位相差フィルムは、シート面内の進相軸または遅相軸を傾斜軸としたときの位相差値がシートの法線方向に対して非対称であるものをいう。傾斜配向フィルムでは、正面から垂直に光が入射したときの位相差値と比較して、斜めから光が入射したときの位相差値が大きくなるとともに、正面から垂直に光が入射したときの遅相軸と、斜めから光が入射したときの遅相軸方向が変化する。

このような傾斜配向位相差フィルムの例としては、延伸した高分子ロッドを斜めにスライスしたフィルム、更にはそのフィルムを延伸したフィルム、棒状分子ないしは円盤状分子を配向膜上でハイブリッド配向させたフィルム、特開２００２−２０２４０９号、特開２００４−１７０５９５号、および特開２００８−２７６１４９号公報に記載された光配向材料により作製される傾斜配向位相差フィルムなどを用いることができ、フィルム中の分子配向性を制御することにより、フィルムの面内位相差およびフィルム面内に対する平均チルト角を所定の範囲に設定することができる。

以上の通り、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示される。当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、請求の範囲から定まる発明の範囲内またはこれと均等の範囲内のものと解釈される。

１：傾斜配向位相差フィルム
２：偏光板
３：表示装置
１１０、２２０：表示装置
１１０ａ、２２０ａ：表示画面（表示部）
２２５：傾斜配向位相差フィルム
２２６、３３０、３３０’：光学素子
３００ｂ、３００ｃ：偏光板
３３１、３３２、３３３：傾斜配向位相差フィルム
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１´、Ｌ２´、Ｌ３´、Ｌ´´：光
ｐ４、ｐ５、ｐ６、ｐ７：偏光状態
Ｐ：Ｐ偏光
Ｑ：透過軸（主軸）
Ｓ：Ｓ偏光
ｔ３、ｔ４：透過軸（主軸）
Ｘ：横方向
Ｙ：縦方向
θ：傾斜配向位相差フィルムの遅相軸ｍと偏光板の吸収軸ｎ´との間の角度
φ：偏光板の透過軸ｎと垂直方向との間の角度
γ：傾斜配向位相差フィルムのフィルム面に対する平均チルト角

Claims (6)

1. 表示部を有し、該表示部の視認側に、透過軸が前記表示部に対して縦方向である偏光板が設けられている表示装置であって、
   少なくとも１枚の傾斜配向位相差フィルムが、前記偏光板の視認側に配置されており、
   該傾斜配向位相差フィルムが、前記縦方向における上方へ出射する光には位相差を生じさせず、前記縦方向に直交する横方向へ出射する光には位相差を生じさせるような配置構造を有する、
   表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記傾斜配向位相差フィルムが、さらに、一方の直線偏光を偏波面の異なる他の直線偏
   光に変換する配置構造を有する表示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示装置であって、
   前記傾斜配向位相差フィルムは、２枚であり、
   前記２枚の傾斜配向位相差フィルムは、一方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が前記透過軸と平行であり、他方の傾斜配向位相差フィルムの主軸が前記透過軸との間で角度を有する表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置であって、
   表示装置内部のバックライト側の偏光板にルーバーフィルムが設けられている表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置であって、
   前記視認側にカバーを備え、
   さらに、前記カバー内に、視認側から素子側偏光板、表示部側傾斜配向位相差フィルムの順に有する透過性の光学素子を備え、
   該光学素子は、
   （ｉ）前記素子側偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸が＋１５度〜＋５５度および−１５度〜−５５度の範囲であり、かつ
   （ｉｉ）前記傾斜配向位相差フィルムが、面内位相差１１０ｎｍ〜２４０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度である、
   表示装置。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置に追加して使用される透過性の光学素子であって、
   視認側から素子側偏光板、表示部側傾斜配向位相差フィルムの順に備え、（ｉ）前記素子側偏光板の吸収軸と、前記傾斜配向位相差フィルムの遅相軸が＋１５度〜＋５５度および−１５度〜−５５度の範囲であり、かつ
   （ｉｉ）前記傾斜配向位相差フィルムが、面内位相差１１０ｎｍ〜２４０ｎｍを有するとともに、フィルム面内に対する平均チルト角γが２２度〜５５度である、
   光学素子。

Images