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。
図1~図12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、液晶表示装置および面光源装置の概略構成を示す断面図であり、図2は面光源装置の作用を説明するための断面図であり、図3は面光源装置に含まれた反射シートを示す断面図であり、図4は面光源装置を示す上面図である。図5及び図6は面光源装置に含まれた導光板を示す斜視図であり、図7は導光板の主切断面において導光板を示す断面図である。図8は面光源装置に含まれた光学シートを示す斜視図であり、図9は光学シートの主切断面において光学シートを示す断面図であり、図10及び図11は、光学シートの作用を説明するための図である。図12aは、表示装置の表示面上での規格化された輝度の角度分布の一例を示す図であり、図12bは、その一部を拡大して示す図である。図13aは、表示装置の表示面上での測定された輝度の角度分布の一例を示す図であり、図13bは、その一部を拡大して示す図である。図14は、拡散シートの拡散反射率と光学密着の関係を示す表である。
図1に示すように、表示装置10は、表示パネル15と、表示パネル15の背面側に配置され表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、表示パネル15と面光源装置20との間に設けられた粘着層17と、を備えている。表示装置10は、画像を表示する表示面11を有している。表示パネル15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するシャッターとして機能し、表示面11に像を表示するように構成されている。本実施の形態で示す一実施例において、表示装置10は液晶表示装置であり、表示パネル15は液晶表示パネルである。ただし、表示パネル15は液晶表示パネルに限定されるものではなく、他の透過型表示パネルを用いることもできる。
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、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界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、電界印加された液晶層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、電界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維持する。この場合、液晶層12への電界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。
粘着層17は、面光源装置20と表示パネル15との間に設けられ、面光源装置20を表示パネル15に接合する。粘着層17としては、アクリル系粘着剤が用いられることが好ましい。また、粘着層17の厚みは、表示装置10の厚さが厚くなりすぎないこと等を考慮すると、100μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。
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、本実施の形態では、液晶表示パネル15を背面側から照明する装置として用いられている。
図1に示す例では、面光源装置20は、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(第2出光面)によって、面光源装置20の発光面21が画成されている。面光源装置20の発光面21は粘着層17に面しているため、発光面21から出射する光は、空気層等に入射することなく、粘着層17に入射する。
図示する例において、導光板30の出光面31(第1出光面)は、液晶表示装置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(図1に於いては、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。
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に対向する二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および図4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。図2に示すように、入光面33から導光板30内に入射した光は、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、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。図1および図2に示すように、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、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ている。
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1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、多数の発光ダイオード(LED)によって、構成されている。なお、図4及び図5に示された導光板30には、光源24をなす多数の点状発光体25の配置位置が示されている。
反射シート28は、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での反射は、主として正反射(鏡面反射)であるが、拡散反射を含む。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。反射シート28は、反射面を形成する素材による拡散反射率を抑える観点から、反射面を形成する層として金属層28bを有する。金属層28bは、鏡面反射率の高い銀を含むことが好ましい。金属層28bは、それ自体のみによって反射シート28を構成してもよいし、図3に示すように、支持体28a上に設けられてもよい。
反射シート28の拡散反射率は、18.3%以下である。このような拡散反射率であれば、表示面11から出光する全方向における輝度の角度分布において、ピーク輝度が得られる方向から40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度を、ピーク輝度の6.5%以下とすることができる。そして、本件発明者らが確認したところ、このような輝度特性によれば、40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度を抑えることにより、ピーク輝度を上昇させることができる。具体的には、後述する図13に示すように、反射シート28として従来の白色の散乱反射シートを用いた場合と比較して、ピーク輝度を17%上昇させることができる。
また、反射シート28と導光板30とが光学密着して光学的に1つの層となることを避けるために、図3に示すように、導光板30の裏面32に対面する側の反射シート28の表面が凹凸形状となっていてもよい。反射シート28の表面の凹凸形状は、例えば、図3に示すように、透明のバインダー樹脂28c1と凹凸形状を形成するための粒子28c2を含むマット層28cによって形成される。反射シート28の表面を、反射シート28と導光板30との光学密着を避けるような凹凸形状とすると、凹凸形状による拡散反射のため、反射シート28の拡散反射率は1.7%以上となる。
なお、拡散反射率は、全光線反射率から鏡面反射光分の光線反射率を除外した全方位拡散反射率により定義され、ヘイズメーター(例えば、HR-100 村上色彩研究所)を用いて測定した値とする。
ところで、本明細書において、「出光側」とは、光源24、導光板30、光学シート60、液晶表示パネル15と、表示装置10の構成要素間を逆戻りすることなく進んで、表示装置10から出射して観察者へ向かう光の進行方向における下流側(観察者側、例えば図1における紙面の上側)のことであり、「入光側」とは、光源24、導光板30、光学シート60、粘着層17、液晶表示パネル15と、表示装置10の構成要素間を逆戻りすることなく進んで、表示装置10から出射して観察者へ向かう光の進行方向における上流側のことである。
また、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」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」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
さらに、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。そして、本実施の形態において、導光板30の板面、導光板30の後述する基部40のシート面(板面)、光学シート60のシート面、反射シート28のシート面、液晶表示パネルのパネル面、表示装置10の表示面11、および、面光源装置20の発光面21は、互いに平行となっている。また、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。さらに、本明細書において「正面方向」とは、面光源装置20の発光面21への法線方向ndのことであり、本実施の形態においては、面光源装置20の発光面21への法線方向、導光板30の板面への法線方向、光学シート60のシート面への法線方向、表示装置10の表示面11への法線方向等にも一致する(例えば、図1,図2参照)。
次に、図2、図4~図7を主に参照して、導光板30についてさらに詳述する。図2、図4~図7によく示されているように、導光板30は、板状に形成された基部40と、基部40の一側の面(観察者側を向く面、出光側面)41上に形成された複数の単位光学要素50と、を有している。基部40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。そして、反射シート28に対面している側に位置する基部40の他側の面42によって、導光板30の裏面32が構成されている。
なお、本明細書における「単位プリズム」、「単位形状要素」、「単位光学要素」および「単位レンズ」とは、屈折や反射等の光学的作用を光に及ぼして、当該光の進行方向を変化させる機能を有した要素のことを指し、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。
図6によく示されているように、導光板30の裏面32をなす基部40の他方の主面をなす他側面42は凹凸面として形成されている。具体的な構成として、基部40の他側面42の凹凸によって、裏面32が、傾斜面37と、導光板30の法線方向nd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いる。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。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、当該光は、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。
導光方向である第1方向d1に沿った傾斜面37の分布を裏面32内で調節することにより、導光板30からの出射光量の第1方向d1に沿った分布を調整することができる。図2、図4~図7に示された例では、導光方向に沿って入射面33から反対面34に接近するにつれて、裏面32うちの傾斜面37が占める割合が高くなっている。このような構成によれば、導光方向に沿って入射面33から離間した領域での導光板30からの光の出射が促進され、入射面33から離間するにつれて出射光量が低下してしまうことを効果的に防止することができる。
なお、図示された一例において、第1方向d1における傾斜面37の配列ピッチPs(図4参照)は一定となっている。また、各傾斜面37の傾斜角度は、複数の接続面39の間で互いに同一となっている。一方、一つの傾斜面37の第1方向d1における長さは、複数の傾斜面37の間で異なっている。傾斜面37の第1方向d1における長さは、傾斜面37の配置位置が第1方向d1における一側から他側に向かうにつれて、しだいに長くなっていく。なお、「しだいに長く」とは、常に長くなるように変化し続ける必要はなく、第1方向d1に隣り合う二つの傾斜面37の第1方向d1における長さが、互いに同一となっていてもよい。すなわち、「しだいに長く」とは、複数の傾斜面37の第1方向d1における長さが一定ではなく、且つ、一つの傾斜面37の第1方向d1における長さが、当該一つの傾斜面37よりも第1方向d1における一側に位置する他の傾斜面37の第1方向d1における長さより、短くならない、ことを意味している。
次に、基部40の一側の面41上に設けられた単位光学要素50について説明する。図5によく示されているように、複数の単位光学要素50は、第1方向d1に交差し且つ基部40の一側の面41と平行な配列方向(図5に於いては左右方向)に並べられて、基部40の一側の面41上に、配列されている。各単位光学要素50は、基部40の一側の面41上を、その配列方向と交差する方向に線状に延びている。
とりわけ本実施の形態では、図5に示すように、複数の単位光学要素50は、基部40の一側の面41上に、第1方向d1と直交する第2方向(配列方向)d2に隙間無く並べて配列されている。したがって、導光板30の出光面31は、単位光学要素50の表面によってなされる傾斜面35,36として、構成されている。また、各単位光学要素50は、配列方向と直交する第1方向d1に沿って、直線状に延びている。さらに、各単位光学要素50は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有するようになっている。また、本実施の形態において、複数の単位光学要素50は、互いに同一に構成されている。この結果、本実施の形態における導光板30は、第1方向d1に沿った各位置において、一定の断面形状を有するようになっている。
次に、図7に示された断面、すなわち、単位光学要素の配列方向(第2方向)d2および基部40の一側面41(導光板30の板面)への法線方向ndの両方向に平行な断面(以下においては、単に導光板の主切断面とも呼ぶ)における、各単位光学要素50の断面形状について説明する。図7では、導光板30の図5におけるVII-VII線に沿った断面が示されている。図7に示すように、図示された例において、導光板の主切断面における各単位光学要素50の断面形状は、出光側に向けて先細りしていく形状となっている。つまり、導光板の主切断面において、導光板30の板面と平行な単位光学要素50の幅は、導光板30の法線方向ndに沿って基部40から離間するにつれて小さくなっていく。
また、本実施の形態において、単位光学要素50の主切断面における外輪郭(出光面31に対応する)51は、当該外輪郭が基部40の一方の主面をなす一側面41に対してなす角度である出光面角度θaが、基部40から最も離間した単位光学要素50の外輪郭51上の先端部52aから基部40に最も接近した単位光学要素50の外輪郭51上の基端部52bへ向けて大きくなるよう、変化している。この出光面角度θaについては、例えば特開2013-51149に開示されたように設定することができる。
なお、ここでいう出光面角度θaとは、上述したように、導光板の主切断面において、単位光学要素50の出光側面(外輪郭)51が基部40の一側面41に対してなす角度である。図7に示す例のように、単位光学要素50の主切断面における外輪郭(出光側面)51が折れ線状に形成されている場合には、折れ線を構成する各直線部と基部40の一側面41との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))が出光面角度θaとなる。一方、単位光学要素50の主切断面における外輪郭(出光側面)51が曲面によって構成される場合には、当該外輪郭への接線と基部40の一側面41との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))を、出光面角度θaとして特定することとする。
図7に示された一具体例としての単位光学要素50は、導光板30の主切断面において、基部40の一側面41上に一辺が位置するとともに外輪郭51上における先端部52aと各基端部52bとの間に二辺が位置する五角形形状、或いは、この五角形形状の一以上の角を面取りしてなる形状となっている。また、図示する例においては、輝度ピークを示す角度での輝度を効果的に向上させること、および、第2方向d2に沿った面内での輝度の角度分布に対称性を付与することを目的として、単位光学要素50の主切断面における断面形状は、正面方向ndを中心として、対称性を有している。すなわち、図7によく示されているように、各単位光学要素50の出光側面51は、正面方向を中心として対称的に構成された一対の折れ面35,36によって構成されている。一対の折れ面35,36は、互いに接続されて先端部52aを画成している。各折れ面35,36は、先端部52aを画成する第1面35a,36aと、第1面35a,36aへ基部40の側から接続する第2面35b,36bと、を有している。一対の第1傾斜面35a,36aは正面方向ndを中心として対称的な構成を有するとともに、一対の第2傾斜面35b,36bも正面方向ndを中心として対称的な構成を有している。
単位光学要素50の全体的な構成として、導光板30の主切断面における単位光学要素50の配列方向への幅Waに対する、導光板30の主切断面における単位光学要素50の基部40からの正面方向に沿った突出高さHaの比(Ha/Wa)が、0.3以上0.45以下となっていることが好ましい。このような単位光学要素50によれば、出光側面51での屈折および反射により、単位光学要素50の配列方向(第2方向)に沿った光の成分に対して優れた集光機能を発揮することが可能となり且つサイドローブの発生を効果的に抑制することも可能となる。
なお、本件明細書における「五角形形状」とは、厳密な意味での五角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略五角形形状を含む。また同様に、本明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」および「対称」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。
ここで、導光板30の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素50の具体例として、幅Wa(図7参照)を10μm以上500μm以下とすることができる。一方、基部40の厚みは、0.2mm~6mmとすることができる。
以上のような構成からなる導光板30は、基材上に単位光学要素50を賦型することにより、あるいは、押し出し成型により、作製することができる。導光板30の基部40及び単位光学要素50をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。とりわけ、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)が好適に使用され得る。尚、必要に応じて、導光板30中に光を拡散させる機能を有する拡散成分を添加することもできる。拡散成分は、一例として、平均粒径が0.5~100μm程度であるシリカ(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アクリル、ポリカーボネート、シリコーン等の透明物質からなる粒子を、用いることができる。
電離放射線硬化型樹脂を基材上に硬化させることによって導光板30を作製する場合、単位光学要素50とともに、単位光学要素50と基材との間に位置するようになるシート状のランド部を、基材上に形成するようにしてもよい。この場合、基部40は、基材と電離放射線硬化型樹脂によって形成されたランド部とから構成されるようになる。また、基材として、光拡散粒子とともに押し出し成型された樹脂材料からなる板材を、用いることができる。一方、押し出し成型で作製された導光板30においては、基部40と、基部40の一側面41上の複数の単位光学要素50と、が一体的に形成され得る。
次に、図2、図4、図8~図11を主に参照して、光学シート(プリズムシート)60についてさらに詳述する。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8によく示されているように、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。そして、導光板30に対面しない側に位置する本体部65の出光側面66によって、光学シート60の出光面61が構成されている。
次に、本体部65の入光側面上に設けられた単位プリズム70について説明する。図2及び図8によく示されているように、複数の単位プリズム70は、本体部65の入光側面67上に並べて配置されている。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。
本実施の形態において、各単位プリズム70は直線状に延びている。また、各単位プリズム70は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有するようになっている。さらに、複数の単位プリズム70は、その長手方向に直交する方向に沿って、本体部65の入光側面67上に隙間無く並べられている。したがって、光学シート60の入光面62は、本体部65上に隙間無く配列された単位プリズム70の表面(プリズム面)71,72によって形成されている。図8に示すように、複数の単位プリズム70は、第3方向d3(プリズム配列方向)に配列されている。各単位プリズム70は、その配列方向である第3方向d3に直交する第4方向d4に直線状に延びている。
なお、上述してきたように、光学シート60は、導光板30に重ねられるようにして配置され、光学シート60の単位プリズム70が導光板30の出光面31に対面するようになっている。図4に示された例では、光学シート60は、単位プリズム70の長手方向(第4方向d4)が導光板30による導光方向(導光板30の入光面33と当該入光面に対向する反対面34とを結ぶ第1方向)d1と交差するように、導光板30に対して位置決めされている。また、単位プリズム70の配列方向である第3方向d3は、導光方向である第1方向d1に対して平行又は傾斜して配置されている。とりわけ、図4に示された例では、第3方向d3は、第1方向d1に対して45°未満の角度で傾斜している。後述するように、このような光学シート60を用いた場合、第1方向d1に対して第3方向d3を傾斜させることにより、輝度ピークが発生する方向を種々の方向に制御することができる。ただし、この例に限られず、単位プリズム70の配列方向である第3方向d3が、導光方向である第1方向d1と平行になるようにしてもよい。
図9によく示されているように、各単位プリズム70は、単位プリズム70の配列方向、つまり第3方向d3に沿って、互いに対向して配置された第1プリズム面71および第2プリズム面72を有している。各単位プリズム70の第1プリズム面71は、第3方向d3における一側(図9の紙面における左側)に位置し、第2プリズム面72は、第3方向d3における他側(図9の紙面における右側)に位置している。図1、図2、図10及び図11に示された導光板30の主切断面に沿った面光源装置20の断面において、第3方向d3の一方の側は、第1方向d1において一側となり、第3方向d3の他方の側は、第1方向d1において他側となる。
より詳細には、各単位プリズム70の第1プリズム面71は、第3方向d3における光源24の側に位置して第1方向d1における一側(光源側)を向く。各単位プリズム70の第2プリズム面72は、第3方向d3における光源24から離間する側に位置し、第1方向d1における他側(光源とは反対側)を向く。後述するように、第1プリズム面71は、主として、第1方向d1における一側に配置された光源24から導光板30内に進み、その後に導光板30から出射した光が、光学シート60へ入射する際の入射面として機能する。一方、第2プリズム面72は、光学シート60へ入射した光を反射して、当該光の光路を補正する機能を有する。
図9によく示されているように、第1プリズム面71および第2プリズム面72は、それぞれ本体部65から延び出るとともに互いに接続されている。第1プリズム面71および第2プリズム面72が本体部65にそれぞれ接続する位置において、単位プリズム70の基端部75bが画成されている。また、第1プリズム面71および第2プリズム面72が互いに接続する位置において、本体部65から最も入光側に突出した単位プリズム70の先端部(頂部)75aが画成されている。
上述したように、図9に示すように、本体部65のシート面(本体部65の入光側面67、光学シート60のシート面)への法線方向ndおよび単位プリズム70の配列方向である第3方向d3の両方に平行な断面(以下においては、単に光学シートの主切断面とも呼ぶ)における各単位プリズム70の断面形状は、当該単位プリズム70の長手方向(直線状に延びている方向)に沿って一定となっている。
以下において、光学シートの主切断面における単位プリズム70の断面形状についてさらに詳細に説明する。なお、図9では、光学シートの主切断面に相当する図8のIX-IX線に沿った光学シートの断面が示されている。その一方で、図10及び図11では、導光板の主切断面と平行な断面における、導光板30および光学シート60が示されている。図9に示すように、本実施の形態においては、光学シートの主切断面における各単位プリズム70の断面形状は、入光側(導光板の側)に向けて先細りしていく形状となっている。つまり、主切断面において、本体部65のシート面と平行な単位プリズム70の幅は、本体部65の法線方向ndに沿って本体部65から離間するにつれて小さくなっていく。
本実施の形態において、光学シート60の主切断面において単位プリズム70の外輪郭の一部をなす第2プリズム面72(入光側面の一部をなす第2プリズム面72)が、第3方向d3に対してなす角度を傾斜角度θtとすると、少なくとも一つの単位プリズム70の傾斜角度θtは、第2プリズム面72内において一定とはなっていない。図9に示すように、傾斜角度θtは、第2プリズム面72内において、本体部65から最も離間した当該単位プリズムの先端部75aから本体部65に最も接近した当該単位プリズム60の基端部75bへ向けて、大きくなるように変化する。図10および図11に示すように、このような単位プリズム60によれば、第2プリズム面72のうちの、正面方向ndに対する傾斜角度が比較的小さくなる方向に進む比較的に立ち上がった光L101,L111が主として入射するようになる基端部75b側の領域、並びに、正面方向ndに対する傾斜角度が非常に大きくなる方向に進む比較的に寝た光L102,L112が主として入射するようになる先端部75a側の領域の両方において、優れた集光機能を確保することができる。すなわち、一つの単位プリズム70から進み出る光が、より狭い角度範囲内の方向に進むようになる。
具体的な構成として、光学シートの主切断面において、第3方向d3に対する傾斜角度θtが、単位プリズム70の先端部75aの側から基端部75bの側へ向けて、しだいに大きくなるように配置されたn(nは2以上の自然数)個の要素面73、すなわち複数の要素面を含んでいる。図示された本実施の形態では、単位プリズム70の第2プリズム面72の輪郭は、光学シートの主切断面において、直線部をつなぎ合わせてなる、或いは、直線部をつなぎ合わせるとともにつなぎ目を面取りしてなる形状を有している。言い換えると、単位プリズム70の第2プリズム面72の外輪郭は、折れ線状に、或いは、折れ線の角部を面取りしてなる形状に、形成されている。とりわけ図示された例において、第2プリズム面72は、先端部75aを画成する第1要素面73aと、第1要素面73aに本体部65の側から隣接する第2要素面73bと、を有している。そして、図9に示すように、第1要素面73aの傾斜角度θ1が、第2要素面73bでの傾斜角度θ2よりも小さくなっている。ただし、この例に限られず、第2プリズム面72は、三以上の要素面73を有するようにしてもよいし、曲面となっていてもよいし、単一性の平坦面(単一の要素面)となっていてもよい。
なお、傾斜角度θt,θ1,θ2とは、上述したように、光学シート60の主切断面において、単位プリズム70の入光側面(第2プリズム面72)が第3方向d3に対してなす角度である。折れ線を構成する各要素面73と第3方向d3との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))が傾斜角度θt,θ1,θ2となる。
以上のような構成を有した光学シート60において、光学シートの主切断面において単位プリズム70の配列方向に沿った単位プリズム70の幅Wb(図9参照)の、光学シートの主切断面において本体部65の法線方向ndに沿った単位プリズム70の高さHbに対する比、すなわち第2プリズム面72のアスペクト比(Wb/Hb)の大きさ、並びに、第2プリズム面72をなす各要素面73の傾斜角度θtは、当該光学シート60の集光性、さらには集光されるべき方向、言い換えると輝度ピークが生じる方向に影響を与える。図10に示すように、正面方向ndから導光方向である第1方向d1へ傾斜した方向に導光板30の出光面31から進み出る出射光L101,L102の進行方向を、正面方向ndまで戻しきらないようにして、輝度ピークを第1方向d1に対して傾斜した方向に生じさせるには、単位プリズム70のアスペクト比(Wb/Hb)を1.15以上1.5以下にとし、さらに、第1要素面73aの傾斜角度θ1を38°以上53°以下にとし、第2要素面73bの傾斜角度θ2を43°以上57°以下にとすることが好ましい。一方、図11に示すように、正面方向ndから導光方向である第1方向d1へ傾斜した方向に導光板30の出光面31から進み出る出射光L111,L112の進行方向を、正面方向ndを越えて変化させるようにして、輝度ピークを第1方向d1に対して傾斜した方向に生じさせるには、単位プリズム70のアスペクト比(Wb/Hb)を1.1以上1.50以下にとし、さらに、第1要素面73aの傾斜角度θ1を53°以上68°以下にとし、第2要素面73bの傾斜角度θ2を59°以上72°以下にとすることが好ましい。
したがって、以上のような構成を有した光学シート60によれば、第2プリズム面72が発光面21に垂直な方向に対して傾斜することで、発光面21への法線方向とプリズム配列方向との両方に平行な面において、導光板30から第1プリズム面71に入射して第2プリズム面72で反射した光を、発光面21に垂直な方向から傾斜させて出光させることができる。さらに、プリズム配列方向は、第1方向d1に対して傾斜し、各単位プリズム70が第1方向d1と直交する方向に対して傾斜する方向に線状に延びることで、発光面21への法線方向に沿って光学シート60を見た際に、導光板30から第1プリズム面71に入射して第2プリズム面72で反射した光を第1方向d1に平行な方向から傾斜した方向に出光させることができる。これにより、発光面21の任意の方向にピーク輝度を有する角度分布の光を出光させることができる。
光学シート60の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、以上のような構成からなる単位プリズム70の具体例として、プリズム配列方向d3に沿った単位プリズム70の配列ピッチ(図示された例では、単位プリズム70の幅Wbに相当)を10μm以上200μm以下とすることができる。ただし、昨今においては、単位プリズム70の配列の高精細化が急速に進んでおり、プリズム配列方向d3に沿った単位プリズム70の配列ピッチを10μm以上35μm以下とすることが好ましい。同様に、プリズム配列方向d3に沿った単位プリズム70の第2プリズム面72の幅Wb2を5μm以上100μm以下とすることができ、昨今の傾向を考慮すると、5μm以上20μm以下とすることができる。また、光学シート60のシート面への法線方向ndに沿った本体部65からの単位プリズム70の突出高さHbを5.5μm以上180μm以下とすることができる。
以上のような構成からなる光学シート60は、基材上に光学シート60を賦型することにより、あるいは、押し出し成型により、作製することができる。光学シート60の本体部65及び単位プリズム70をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。とりわけ、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)が好適に使用され得る。
電離放射線硬化型樹脂を基材上に硬化させることによって光学シート60を作製する場合、単位プリズム70とともに、単位プリズム70と基材との間に位置するようになるシート状のランド部を、基材上に形成するようにしてもよい。この場合、本体部65は、基材と電離放射線硬化型樹脂によって形成されたランド部とから構成されるようになる。一方、押し出し成型で作製された光学シート60においては、本体部65と、本体部65の入光側面67上の複数の単位プリズム70と、が一体的に形成され得る。
ところで、本実施の形態では、表示面11から出光する全方向における輝度の角度分布において、ピーク輝度が得られる方向から40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度が、ピーク輝度の6.5%以下となっている。本件発明者らが確認したところ、このような輝度特性によれば、ピーク輝度を上昇させることができる。また、より安定してピーク輝度を上昇させる観点からは、ピーク輝度が得られる方向から40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度が、ピーク輝度の5.5%以下となっていることがより好ましい。
なお、このような輝度特性は、上述した表示装置の構成において、例えば上述した範囲で形状や各寸法の大きさ等を変更することで、実現され得る。すなわち、表示パネルを面光源装置に接合する粘着層を設け、例えば上述した範囲で形状や各寸法の大きさ等を変更することで、実現され得る。
次に、以上のような構成からなる表示装置10の作用について説明する。
まず、図1及び図2に示すように、光源24をなす発光体25で発光された光は、入光面33を介し、導光板30に入射する。図2に示すように、導光板30へ入射した光L21,L22は、導光板30の出光面31および裏面32において、反射、とりわけ導光板30をなす材料と空気との屈折率差に起因して全反射を繰り返し、導光板30の入光面33と反対面34とを結ぶ第1方向(導光方向)d1へ進んでいく。
導光板30の裏面32は、入光面33から反対面34に向かうにつれて、出光面31に対して接近するように傾斜した傾斜面37を有している。傾斜面37は段差面38及び接続面39を介して連結されている。このうち段差面38は、導光板30の板面の法線方向ndに延びている。したがって、導光板30内を入光面33の側から反対面34の側へと進む光の殆どは、裏面32のうち、段差面38に入射することなく、傾斜面37又は接続面39にて反射するようになる。そして、裏面32のうちの傾斜面37で反射すると、図2に示された断面における当該光の進行方向は、導光板30の板面に対する傾斜角度を増大させる。すなわち、裏面32のうちの傾斜面37で反射すると、以降における、当該光の出光面31及び裏面32への入射角度が小さくなる。したがって、導光板30内を進む光の出光面31及び裏面32への入射角度は、裏面32のうちの傾斜面37での一以上の反射によって、次第に小さくなっていき、全反射臨界角未満となる。この場合、当該光は、導光板30の出光面31および裏面32から、出射し得るようになる。出光面31から出射した光L21,L22は、導光板30の出光側に配置された光学シート60へと向かう。一方、裏面32から出射した光は、導光板30の背面に配置された反射シート28で反射され再び導光板30内に入射して導光板30内を進むことになる。
とりわけ、図示された例においては、導光方向となる第1方向d1に沿って入光面33から反対面34に接近するにつれて、裏面32のうちの傾斜面37が占める割合が高くなっている。より具体的には、傾斜面37は、第1方向d1に一定ピッチPsで配置されているが、各傾斜面37の第1方向d1に沿った長さが、第1方向d1における一側から他側に向けてしだいに長くなっている。これにより、出射光量が少なくなってしまう傾向がある入光面33から離間した領域において、導光板30の出光面31からの出射光量を十分に確保し、導光方向に沿った出射光量の均一化を図ることができる。
ところで、図示する導光板30の出光面31は複数の単位光学要素50によって構成され、各単位光学要素50の主切断面における断面形状は、正面方向を中心として対称的に配置された五角形形状または当該五角形形状の一以上の角を面取りしてなる形状となっている。より詳細には上述したように、導光板30の出光面31は、導光板30の裏面32に対して傾斜した折れ面として、構成されている(図7参照)。この折れ面は、基部40の出光側面41への法線方向ndを挟んで互いに逆側に傾斜した傾斜面35,36となっている。そして、この傾斜面35,36で全反射して導光板30内を進む光およびこの傾斜面35,36を通過して導光板30から出射する光は、この傾斜面35,36から、以下に説明する作用を及ぼされるようになる。まず、傾斜面35,36で全反射して導光板30内を進む光に対して及ぼされる作用について説明する。
図7には、出光面31および裏面32において全反射を繰り返しながら導光板30内を進む光L71,L72の光路が、導光板の主切断面内に示されている。上述したように、導光板30の出光面31をなす傾斜面35,36は、基部40の出光側面41への法線方向ndを挟んで互いに逆側に傾斜した二種類の面を含んでいる。また、互いに逆側に傾斜した二種類の傾斜面35,36は、第2方向d2に沿って、交互に並べられている。そして、図7に示すように、導光板30内を出光面31に向けて進み出光面31に入射する光L71,L72は、多くの場合、二種類の傾斜面35,36のうちの、導光板の主切断面において基部40の出光側面41への法線方向ndを基準として当該光の進行方向とは逆側に傾斜した傾斜面へ入射する。
この結果、図7に示すように、導光板30内を進む光L71,L72は、出光面31の傾斜面35,36で全反射する多くの場合、第2方向d2に沿った成分を低減されるようになり、さらには、主切断面においてその進行方向は正面方向ndを中心として逆側に向くようにもなる。このようにして、導光板30の出光面31をなす傾斜面35,36によって、ある発光点で放射状に発光された光が、そのまま第2方向d2に拡がり続けることが規制される。すなわち、光源24の発光体25から第1方向d1に対して大きく傾斜した方向に発光され導光板30内に入射した光も、第2方向d2への移動を規制されながら、主として第1方向d1へ進むようになる。これにより、導光板30の出光面31から出射する光の第2方向d2に沿った光量分布を、光源24の構成(例えば、発光体25の配列)や、発光体25の出力によって、調節するといったことが可能となる。
次に、出光面31を通過して導光板30から出射する光に対して及ぼされる作用について説明する。図7に示すように、出光面31を介し導光板30から出射する光L71,L72は、導光板30の出光面31をなす単位光学要素50の出光側面において屈折する。この屈折により、主切断面において正面方向ndから傾斜した方向に進む光L71,L72の進行方向(出射方向)は、主として、導光板30内を通過している際における光の進行方向と比較して、正面方向ndに対してなす角度が小さくなるように、曲げられる。このような作用により、単位光学要素50は、導光方向と直交する第2方向d2に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向nd側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素50は、導光方向と直交する第2方向d2に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。このようにして、導光板30から出射する光の出射角度は、導光板30の単位光学要素50の配列方向と平行な面内において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。
以上のようにして、導光板30から出射する光の出射角度は、導光板30の単位光学要素50の配列方向と平行な面において、正面方向ndを中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。その一方で、導光板30から出射する光の出射角度は、それまで、導光板30内を主として第1方向d1に進んでいたことに起因して、図2に示すように、第1方向(導光方向)d1と平行な面において、正面方向ndから比較的大きく傾斜した比較的に大きな出射角度θkとなる。つまり、導光板30から出射する光の第1方向成分d1の出射角度(出射光の第1方向成分と導光板30の板面への法線方向ndとがなす角度θk(図2参照))は、比較的大きな角度となる。とりわけ、本実施の形態において、導光板30の裏面32が、第1方向d1に配列された複数の傾斜面37を含んでおり、各傾斜面37は、第1方向d1における一側から他側に向かうにつれて出光面31に接近するように、導光板30の法線方向nd及び第1方向d1に対して傾斜している。この結果、図2に示すように、第1方向(導光方向)d1と平行な面において、導光板30からの出射方向は、正面方向ndから比較的大きく傾斜した比較的に大きな出射角度θkとなる狭い角度範囲内に偏る、傾向が生じる。
例えば、上述の例示の形状および寸法からなる導光板30では、導光板30の法線方向nd及び第1方向d1の両方に平行な面内における各方向への導光板30の出光面31上での輝度の角度分布において、輝度ピークが得られる方向が導光板30の法線方向ndから第1方向d1に沿って他側(反対面34の側)へ傾斜した角度θaImax1、及び、導光板30の法線方向ndと輝度ピークが得られる方向との間に位置する輝度ピークの半分の輝度が得られる方向が輝度ピークが得られる方向から第1方向d1に沿って一側(入光面33の側)へ傾斜した角度θaIα1を、次の条件(1)及び(2)、より好ましくは条件(1’)及び(2’)、を満たす範囲に設定することができる。
60° ≦ θaImax1 ≦ 80° ・・・(1)
5°≦ θaIα1 ≦ 25° ・・・(2)
70° ≦ θaImax1 ≦ 80° ・・・(1’)
5°≦ θaIα1 ≦ 15° ・・・(2’)
また、上述の例示の形状および寸法からなる導光板30では、導光板30の主切断面内における各方向への導光板30の出光面31上での輝度の角度分布において、輝度ピークが得られる方向が導光板30の法線方向ndに対してなす角度の大きさθaImax2、及び、輝度ピークが得られる方向の両側にそれぞれ位置し輝度ピークの半分の輝度が得られる方向が、輝度ピークが得られる方向から傾斜した角度の大きさの平均値θaIα2(=(θaIα2x+θaIα2y)/2)を、次の範囲に設定することができる。
0° ≦ θaImax2 ≦ 3° ・・・(3)
12°≦ θaIα2 ≦ 27° ・・・(4)
導光板30から出射した光は、その後、光学シート60へ入射する。上述したように、この光学シート60は、導光板30の側へ向けて先端部75aが突出する単位プリズム70を有している。図4によく示されているように、単位プリズム70の長手方向は、導光板30による導光方向(第1方向)d1と交差する方向第4方向d4に延びている。なお、図4において、導光板30の傾斜面37を点線で示し、光学シート60の単位プリズム70を一点鎖線で示している。
この結果、第1方向d1における一側(図2の紙面における左側)に配置された光源24で発光され導光板30を介して光学シート60へ向かう光L21,L22は、互いに接続された第1プリズム面71および第2プリズム面72のうちの、第1方向d1における光源24側となる一側に位置する第1プリズム面71を介して単位プリズム70へ入射する。図2に示すように、この光L21,L22は、その後、第1方向d1における光源とは反対側の他側(図2の紙面における右側)に位置する第2プリズム面72で全反射してその進行方向を変化させるようになる。
そして、単位プリズム70の第2プリズム面72での全反射により、図10または図11に示された光学シートの主切断面(第1方向(導光方向)d1と正面方向ndとの両方向に平行な断面)において正面方向ndから大きく傾斜した方向に進む光L101,L102,L111,L112は、その進行方向が正面方向ndに対してなす角度が小さくなるように、曲げられる。このような作用により、単位プリズム70は、第1方向(導光方向)d1に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向ndから傾斜した方向に絞り込むことができる。すなわち、光学シート60は、第1方向d1に沿った光の成分に対して、正面方向ndから傾斜した方向へ向けて集光作用を及ぼすようになる。
なお、このように光学シート60の単位プリズム70によってその進行方向を大きく変化させられる光は、主として、単位プリズム70の配列方向である第1方向d1に進む成分であり、導光板30の単位光学要素50の傾斜面35,36によって集光させられる第2方向d2に進む成分とは異なる。したがって、光学シート60の単位プリズム70での光学的作用によって、導光板30の単位光学要素50によって上昇させられた輝度ピークを示す角度での輝度を害すことなく、さらに、輝度ピークを示す角度での輝度を向上させることができる。
本実施の形態では、各単位プリズム70は、第3方向d3の一方の側を向き且つ導光板30の出光面31から出射した光の入射面をなす第1プリズム面71と、第3方向d3の他方の側を向き且つ第1プリズム面71を通過して当該単位プリズム70内に入射した光を全反射する第2プリズム面72と、を有している。そして、単位プリズム70による集光機能は、第2プリズム面72での全反射機能による。このため、光学シート60は、光の進行方向を大きく変化させることができ、且つ、高い自由度で集光方向を調整することができる。図10に示された例では、正面方向ndから導光方向である第1方向d1へ傾斜した方向に導光板30の出光面31から進み出る出射光L101,L102の進行方向を、正面方向ndまで戻しきらないようにして、輝度ピークを第1方向d1に対して傾斜した方向に生じさせている。一方、図11に示された例では、正面方向ndから導光方向である第1方向d1へ傾斜した方向に導光板30の出光面31から進み出る出射光L101,L102の進行方向を、正面方向ndを越えて変化させるようにして、輝度ピークを第1方向d1に対して傾斜した方向に生じさせている。このような光学シート60を有する面光源装置20によれば、簡易な構成により、発光面21上での輝度ピークを正面方向以外に生じさせることができる。
面光源装置20の発光面21を形成する光学シート60から出射した光は、図2に示すように、その後、表示パネル15に向かう。液晶表示パネル15へ入射した光のうち一方の偏光成分の光が、下偏光板14を透過する。下偏光板14を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板13を透過するようになる。このようにして、液晶表示パネル15によって、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置10の観察者が、映像を観察することができるようになる。
ところで、本実施の形態では、表示パネル15を面光源装置20に接合する粘着層17が設けられている。図示された例において、粘着層17は、表示パネル15と光学シート60を接合している。したがって、光学シート60から出射した光は、粘着層17を介して、表示パネル15に進む。粘着層17によって表示パネル15と面光源装置20とが接合されると、表示パネル15と面光源装置20との間に屈折率差の大きい界面、典型的には空気との界面が存在しなくなるため、界面における反射が減少する。界面反射が減少することで、反射した光が導光板30を通って反射シート28で反射され再び導光板30及び光学シート60を通って出射する光が減少する。界面で一度反射されて再び光学シート60から出射する光の出射角度は、界面で反射されずに光学シート60から出射する光の出射角度と異なる。すなわち、界面で一度反射されて再び光学シート60から出射する光は、光学シート60で集光を期待された方向とは異なる方向に向けて光学シート60から出射する。したがって、粘着層17により界面反射を減少させることで、面光源装置20から表示パネル15へと進む光の大きな拡散を避けることができる。これにより、表示装置10の表示面11上でのピーク輝度を効果的に向上させることができ、予め設定された所望の方向に向けて明るく画像を表示することができる。とりわけ本実施の形態の表示装置10では、画像光の拡散を効果的に抑制することによって、意図した所望の方向に画像光を集めている。すなわち、光源の出力を増大させることなく、光源光の利用効率を改善することで所望の方向から画像を明るく観察することを可能にしており、省エネルギーの観点からも極めて好ましい。
上述したように、導光板30内を進む光の出光面31及び裏面32への入射角度は、出光面31又は裏面32で反射する度に小さくなっていく。裏面32への入射角度が小さくなった光は、裏面32から出光し、反射シート28において正反射される。正反射されて再び導光板30内を進む光は、裏面32への入射角度が小さいため、出光面31への入射角度も小さい。したがって、反射シート28で反射されて再び導光板30に入射した光は、出光面31において全反射臨界角未満となり、出光面31から出光し得るようになりやすい。また、反射シート28の拡散反射が抑制されている場合、導光板30に再び入射する光の拡散が抑制されるため、導光板30の出光面31から出光する光の拡散が抑制され、最終的に表示面11から出光する光の拡散を抑制し、ピーク輝度を上昇させることができる。とりわけ、反射シート28の拡散反射率を18.3%以下とした場合、一般的な表示装置の用途への適用において、目視で感知可能な程度にまでピーク輝度を上昇させることができた。
加えて、ここで説明する表示装置10では、表示パネル15と、表示パネル15の背面側に配置され、表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、表示パネル15を面光源装置20に接合する粘着層17と、を備える。この表示装置10の表示面11から出光する光の全方向における輝度の角度分布において、ピーク輝度が得られる方向から40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度が、ピーク輝度の6.5%以下となっている。ピーク輝度の6.5%以下となる明るさでは通常の観察において、何らかの画像として認識することが困難となる程度にまで暗く画像が表示されるようになるが、通常の表示装置の観察において観察角度を一度に40°以上変化させることは稀であり、したがって、このような拡散の程度は、光源光の有効活用といった観点からだけでなく、意図しない方向への二重像(ゴースト)の発生防止といった観点からも有効である。
ここで、図12aおよび図13aは、実際に、複数のサンプルの表示装置10を作製して、その性能を確認したグラフである。図12aの縦軸は、最大輝度を1としたときの規格化輝度(相対輝度)を表し、図13aの縦軸は、測定された輝度(絶対輝度)を表す。図12aおよび図13aの横軸は、正面方向に対して輝度を測定した方向がなす角度[°]を表している。横軸の測定角度[°]は、輝度を測定した方向が正面方向から第1方向d1における一側に傾斜した場合を負の数とし、輝度を測定した方向が正面方向から第1方向d1における他側に傾斜した場合を正の数とした。各表示装置10のサンプルは、上述してきた図1~図11の例と同様の構成を有するようにした。ただし、単位プリズム70の配列方向d3と導光板30における導光方向d1が平行となるようにした。そして、光学シート60の単位プリズム70および面光源装置20は、ピーク輝度が正面方向に生じるように設計した。一方、表示パネル15は、市販されている自動車に搭載される表示装置10に組み込まれていた液晶表示パネルを採用した。したがって、各表示装置10から出光する光は、正面方向ピーク輝度を有する。
表示装置10のサンプル1~5間において、面光源装置20および表示パネル15は共通とした。各サンプルにおいて、反射シート28の材料や表面形状等を変更することにより、拡散反射率を変更した。具体的には、反射シート28の拡散反射率を、1.6%(サンプル1)、1.7%(サンプル2)、18.3%(サンプル3)、20%(サンプル4)、84.2%(サンプル5)とした。なお、サンプル5は、反射シート28として従来の白色の散乱反射シートを用いている。
図12bは、図12aの正面方向から40°傾斜した方向付近での相対輝度を拡大して示すグラフである。なお、図12bにおいて、サンプル5の相対輝度は、大きすぎるため現れていない。図12bから理解されるように、各サンプルの正面方向から角度40°傾斜した方向での相対輝度は、サンプル1で5.30%、サンプル2で5.37%、サンプル3で6.47%、サンプル4で7.12%、サンプル5で17.5%であった。各サンプルから理解されるように、サンプル3とサンプル4の比較から、反射シート28の拡散反射率が18.3%以下である場合に、正面方向から角度40°傾斜した方向での相対輝度を6.5%以下とすることができる。
また、図13bは図13aの最大輝度付近での絶対輝度を拡大して示すグラフである。なお、図13bにおいて、サンプル1とサンプル2の絶対輝度は一致して示されている。図13bから理解されるように、サンプル3とサンプル5を比較すると、サンプル3において正面方向での輝度が17%上昇していた。
また、図14に、拡散シートの拡散反射率と光学密着の関係が表されている。光学密着してしまったものには×を、光学密着しなかったものには○を、それぞれ付している。図14に示すように、拡散反射率が1.7%未満となるサンプル1においては、反射シート28と導光板30とが光学密着してしまう。サンプル1とサンプル2の比較において、反射シート28の拡散反射率が1.7%未満である場合に、輝度むらが生じたり、第1方向d1の他側での明るさが一側より低下したりする問題が生じた。これは、サンプル1においては、反射シート28と導光板30とが光学密着して、光学密着を生じた部分で反射した光が本来の光学設計外の方向に出射したためであると考えられる。
本実施の形態に係る表示装置10は、種々の用途に用いることができるが、とりわけ、車載表示装置に表示装置10を用いることが想定されている。車両への搭乗者は、車載表示装置を概ね一定の方向から観察することになるが、通常、車両内スペースの制約により、搭乗者による車載表示装置の観察方向は、当該表示装置の表示面への法線方向に対して傾斜した方向となる。したがって、光が正面方向以外の方向に強く出射することが望まれる。すなわち、簡易な構成により輝度ピークが生じる方向を正面方向以外の方向に設定することができる本実施の形態の表示装置10及び面光源装置20は、車載表示装置、より具体的には、表示装置を用いた車載センターコンソール、表示装置を用いた車載バックミラー、表示装置を用いた車載サイドミラー、インストルメント・パネル等にとりわけ好適である。画像光の出射方向を制御することで、光によるフロントガラス等への画像の映り込みが搭乗者に観察されることを防止しながら、搭乗者に向けて画像を明るく表示することができる。
しかしながら、本実施の形態に係る表示装置10は、自動車に限定されず、乗り物の内部から外部を観察する場合等、ガラス等の透明な板を介した観察を行う場所に配置されることが、想定され得る。
以上のように、本実施の形態の表示装置10は、表示面11を有する車載の表示装置であって、表示パネル15と、表示パネル15の背面側に配置され表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、表示パネル15を面光源装置20に接合する粘着層17と、を備え、表示面11から出光する光の全方向における輝度の角度分布において、ピーク輝度が得られる方向から40°傾斜した少なくともいずれかの方向での輝度が、ピーク輝度の6.5%以下となっている。このような表示装置10によれば、少なくとも一つの方向、典型的には第1方向d1において、ピーク輝度が得られる方向に十分に集光されており、ピーク輝度が得られる方向から第1方向d1における一側に40°以上傾斜した方向においては、光が視認されにくくなる。すなわち、光源の出力を増大させることなく、ピーク輝度を上昇させることができる。言い換えると、光源光の利用効率を改善することで所望の方向での輝度を効果的に改善することができる。
また、本実施の形態の表示装置10は、表示面11を有する車載の表示装置であって、表示パネル15と、表示パネル15の背面側に配置され、表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、表示パネル15を面光源装置20に接合する粘着層17と、を備え、面光源装置20は、出光面31と出光面31に対向して配置された裏面32と出光面31および裏面32の間に位置する側面とを有する導光板30と、側面の一部に対面して配置された光源24と、導光板30の出光面31に対面して配置された光学シート60と、導光板30の裏面32に対面するよう配置された反射シート28と、有し、反射シート28の拡散反射率は、18.3%以下である。このような表示装置10によれば、十分に高いピーク輝度を得ることができるとともに、ピーク輝度が得られる方向からずれた方向での輝度を大きく低下させることができる。すなわち、光源の出力を増大させることなく、ピーク輝度を上昇させることができる。言い換えると、光源光の利用効率を改善することで所望の方向での輝度を効果的に改善することができる。
さらに、本実施の形態の表示装置10において、導光板30の裏面32に対面する側の反射シート28の表面が凹凸形状になっており、反射シート28の拡散反射率は、1.7%以上である。このような表示装置10によれば、反射シート28の表面凹凸形状によって、反射シート28と導光板30とが光学的に密着することを避けることができる。したがって、輝度むらが生じたり、光源部から遠い領域の明るさが低下したりすることを避けることができる。
また、本実施の形態の表示装置10において、反射シート28は、金属層28bと、金属層28bに積層されたマット層28cと、を有し、金属層28bは、銀を含み、マット層28cは、金属層28bよりも導光板30の側に位置している。このような表示装置10によれば、反射シート28が従来の白色の散乱反射シートと比較して、ピーク輝度を格段に上昇させることができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
例えば、図15に示すように、導光板30の裏面32を、第1方向d1における一側から他側に向かうにつれて出光面31に接近するように傾斜させてもよい。すなわち、接続面39が正面方向ndを法線方向とする面に対して傾斜していてもよい。この場合において、傾斜面37の傾斜角θx、言い換えると傾斜面37の正面方向ndを法線方向とする面に対する角度は、接続面39の正面方向ndを法線方向とする面に対する傾斜角θyより大きくなっている。このような導光板30によれば、傾斜面37だけでなく接続面39においても出光面31での入射角を小さくすることができ、出光面31での光の出光を促進する。したがって、入光面33から入光した光を出光面31から効率よく出光させることができ、反対面34から出光してしまう光を減少させることができる。すなわち、光を効率よく利用することができる。また、傾斜面37だけでなく、接続面39において反射した光も、出光面31及び裏面32への入射角度が小さくなり、導光板30の出光面31および裏面32から、出射し得るようになる。したがって、光を出光面31から効率よく出光させることができる。
導光板30の裏面32の傾斜に伴い、反射シート28の表面も傾斜するよう設けられる。図15に示す例では、反射シート28の表面が、導光板30の裏面32と平行となるよう設けられている。したがって、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台形である柱状の部材として構成されている。あるいは、図示は省略しているが、反射シート28が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、反射シート28の全体が導光板30の裏面32と平行となるよう傾斜して設けられてもよい。
上述した実施の形態において、光学シート60の単位プリズム70の一例について説明したが、この例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、複数の単位プリズム70が、互いに異なる構成を有していてもよい。また、第2プリズム面72が、二つの要素面73を含む例を示したがこれに限られず、第2プリズム面72が、三以上の要素面73を含んでいてもよい。さらに、単位プリズム70の主切断面における断面形状が、図8に示された具体例に限られず、例えば、五角形形状、或いは六角形形状等であってもよい。
また、光学シート60の単位プリズム70によって形成される面とは反対側となる出光面61に、光拡散粒子を有する光拡散層(マット層)が形成されていてもよい。また、粘着層17が、光拡散粒子を有することによって、光拡散機能を有していてもよい。
さらに、上述した実施の形態において、導光板30の単位光学要素50の一例について説明したが、この例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、導光板30に含まれる複数の単位光学要素50が、互いに異なる構成を有していてもよい。また、単位光学要素50の主切断面における断面形状が、図6に示された具体例に限られず、例えば三角形形状や半円状であってもよい。
図示された例において、単位光学要素50の主切断面における外輪郭51(出光面31に対応する)は、当該外輪郭が基部40の一側面41に対してなす角度である出光面角度θaが、基部40から最も離間した単位光学要素50の外輪郭51上の先端部52aから基部40に最も接近した単位光学要素50の外輪郭51上の基端部52bへ向けて大きくなるよう、変化していた。しかしながら、出光面角度θaが、外輪郭51上の先端部52aから基端部52bへ向けて、小さくなるように変化してもよい。また、単位光学要素50が、基部40から突出した凸部として形成されている例を示したが、この例に限られず、凹んだ凹部として形成されていてもよい。さらに、凸部や凹部は、曲面に形成されていてもよいし、曲面と平坦面とを含んで形成されていてもよい。あるいは、単位光学要素50は、プリズムとして形成されていてもよい。また、各単位光学要素50の先端部または基端部の間に平坦面が設けられていてもよい。
また、図示は略すが、面光源裝置20に於いて、光学シート60の出光面(図1に於いては面光源裝置の発光面21)と液晶表示パネル15の下偏光板14との間に、公知の反射型偏光子(偏光分離膜とも呼稱される)を配置してもよい。斯かる形態に於いては、光学シート60から出光する光のうち、特定偏光成分のみ透過し、該特定偏光成分と直交する偏光成分は吸收せずに反射する。該反射型偏光子から反射された偏光成分は反射シート28等によって反射して偏光解消(特定偏光成分と該特定偏光成分と直交する偏光成分とを両方含んだ状態)した上で、再度、反射型偏光子に入射する。よって、再度入射する光のうち特定偏光成分に変換されていた偏光成分は反射型偏光子を透過し、該特定偏光成分と直交する偏光成分は再度反射される。以下、同上の過程を繰り返す事により、当初光学シート60から出光した光の70~80%程度が該特定偏光成分となった光源光として出光される。従って、該反射型偏光子の特定偏光成分(透過軸成分)の偏光方向と液晶表示パネル15の下偏光板14の透過軸方向とを位置させることにより、面光源裝置20からの出射光は全て液晶表示パネル15で画像形成に利用可能となる。其の為、光源24から投入される光エネルギーが同じであっても、該反射型偏光子を未配置の場合に比べて、より高輝度の画像形成が可能となり、又光源24(更には其の電源の)エネルギー利用效率も向上する。
さらに、図示は略すが、面光源装置20が、光を等方拡散または異方拡散させる光拡散シートを含むようにしてもよい。光拡散シートは、一例として、面光源装置の最も出光側に配置され、発光面21を形成するようにしてもよい。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
産業上の利用分野
以上に説明した表示装置10は、車載表示装置への適用以外にも、以下の用途に適用することができる。
・現金自動預け払い機(ATM)の表示装置及び当該表示装置の面光源装置への適用
ATMの操作時に、横からの覗き見を防止することができる。
・デジタルサイネージへの適用
光学シートの単位プリズムの向きを変化させることで、デジタルサイネージ(電子看板、電子広告板、電子掲示板等とも呼稱される)の設置場所や視聴者の位置に好適な光学特性を得ることができる。斯かる好適な光学特性とは、例えば、デジタルサイネージの表示面から想定される視聽者に向かう方向に出射光の輝度ピーク方向を合致させ、又輝度の角度分布を想定される視聽者の分布する範囲を包含させる様に設定することが挙げられる。
・電車車内の表示装置への適用
視聴者は表示装置を下方から観察することになるので、視聴者(設置位置よりも下方向)に向けて画像を表示することが好ましい。また、中吊り広告の位置に適用する場合には、電車は細長いことから、横方向への視野角の広がりは不要となる。したがって、視聴者に向けて効率的に画像を表示することができる。
・警備室等の表示装置への適用
多数の表示装置の各々を、中央に位置する視聴者(警備員)に合わせた出光特性にできる。
・テーブルディスプレイへの適用
ディスプレイが内蔵された机に対し、視聴者はいつも同じ相対位置に位置する。したがって、視聴者の位置に合わせた出光特性に設定できる。
・アミューズメント施設への適用
例えばゲームセンターに設置されるゲーム機器の表示装置等、設置位置と使用者の位置関係が通常であれば一定となる場合に、表示面から特定の使用者(観察者)に向かう方向に出射光の輝度ピーク方向を合致させる光学特性にできる。
・照明への適用
間接照明やデスク用ライト等、照明の用途や照明の設置位置等に合わせて出光特性を適宜設定することができる。
・自動改札の表示装置、及び当該表示装置の面光源装置への適用
改札通過者の目線の位置が限られるので、出射光の輝度ピーク方向をその位置(乃至は目線の方向)に合わせた出光特性とすることが望ましい。
・腕時計用表示装置への適用
正面から見るためには腕を捻る必要があり、多くの場合腕時計の斜め下方向から観察される。其の為、出射光の輝度ピーク方向と輝度角度分布とを、通常多用される腕時計の位置と観察者の目の位置とを結ぶ方向の範囲を包含するように設定する。また、日光下で観察されることも多いので、高い輝度を有していることが望ましい。
・その他の例として、飛行機等のシート裏の表示装置、飛行機等の安全設備の説明等に用いられる表示装置、観光バスなどの天井付近の表示装置、空港や駅などの運行案内の表示装置、複数画面(例えば、水平面内の画面と鉛直面内の画面)を有するゲーム機の少なくとも一方の表示装置、液晶操作パネル(キーボード等)等への適用も可能である。