JP7130921B2 - optical structure, display device - Google Patents
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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と、この光学構造体を備えた表示装置とに関するものである。 The present invention relates to an optical structure that exerts an optical effect on light emitted from a display surface of a display device, and a display device provided with this optical structure.
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、VA(Vertical Alignment)方式、IPS(In-Plane Switching)方式に分類される。 Liquid crystal display devices, which are one example of display devices, are used in various fields. Liquid crystal panels of liquid crystal display devices are roughly classified into a TN (Twisted Nematic) system, a VA (Vertical Alignment) system, and an IPS (In-Plane Switching) system.
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。
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。
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。
Among them, in the TN type liquid crystal panel, when the voltage is off, the liquid crystal molecules are oriented in a direction parallel to the display surface, allowing light to pass through. It has a structure in which the light transmittance is gradually lowered by rising in the direction along the line.
In the VA type liquid crystal panel, when the voltage is off, the liquid crystal molecules are oriented along the normal direction of the display surface and light is blocked, and the voltage is gradually increased to align the liquid crystal molecules along the display surface. By inclining to the side, the light transmittance is gradually increased.
The IPS type liquid crystal panel adjusts the light transmittance by rotating the liquid crystal molecules aligned along the display surface according to the application of voltage.
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、コントラスト比及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。
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、コントラスト比及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から特許文献4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。
In liquid crystal panels, control of the amount and range of light traveling to the front side is usually regarded as important, and measures are taken to ensure suitable brightness, contrast ratio, and color reproducibility when viewed from the front.
On the other hand, it is relatively complicated to control light traveling in a direction that is inclined with respect to the normal direction of the liquid crystal panel. In order to sufficiently suppress the noise, the structure becomes complicated, which undesirably increases the cost.
In order to address such a problem, for example, Patent Documents 1 to 4 disclose optical members provided on the display surface of the liquid crystal panel in order to widen the viewing angle by the action of diffusion or the like. With such a member, it is possible to easily improve the viewing angle.
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、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。
In a liquid crystal panel that employs the VA method among the above methods, when viewed from a direction that is tilted with respect to the normal line of the display surface, the shape of the emission spectrum in that tilt direction changes, resulting in color reproduction. A decrease in degree occurs.
The reason for this is that the change in the shape of the emission spectrum with respect to the viewing angle for blue display is strong (compared to red display and green display). The inventors of the present invention have found that the display color tends to yellow due to a change that increases with respect to the "intensity of the wavelength component to be generated". It would be useful if this problem could be solved by an optical member as described above. However, it is difficult to say that the above-described conventional technology is devised to effectively suppress the color change according to the viewing angle.
本発明の課題は、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ながら、視野角内の色再現性や色の階調表現の向上を図ることができる光学構造体及びそれを備えた表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to improve the color reproducibility and color gradation expression within the viewing angle while maintaining good display quality when viewed from the front of the display device. It is an object of the present invention to provide an optical structure and a display device having the same.
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第1の発明は、表示装置(10)の表示面(15A)の出光側に配置される光学構造体であって、基材層(101)と、前記基材層に積層される第1の層(105)と、前記第1の層の前記基材層側とは反対側の面に沿って一方向に複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となるレンズ部(110)と、前記第1の層及び前記レンズ部による凹凸形状を埋めるように積層される第2の層(103)と、を備え、前記第1の層は、前記基材層側とは反対側の面に沿って、前記レンズ部の配列方向に沿って複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となる第2レンズ部(130)を備え、前記第2レンズ部と前記レンズ部との界面及び前記レンズ部と前記第2の層との界面は、屈折率差を有すること、を特徴とする光学構造体(100)である。
第2の発明は、第1の発明の光学構造体において、該光学構造体の厚み方向及び前記レンズ部の配列方向に平行な断面において、前記第2レンズ部(130)は、前記レンズ部(110)内に位置すること、を特徴とする光学構造体(100)である。
第3の発明は、第1又は第2の発明の光学構造体において、前記レンズ部(110)の屈折率は、前記第1の層(105)及び前記第2の層(103)の屈折率よりも高く、前記第1の層の屈折率は、前記レンズ部の屈折率よりも低く、前記基材層(101)及び前記第2の層の屈折率よりも高いこと、を特徴とする光学構造体(100)である。
第4の発明は、第1から第3の発明までのいずれかの光学構造体において、前記レンズ部(110)は、該光学構造体の厚み方向及び前記レンズ部の配列方向における断面形状が、台形形状であること、を特徴とする光学構造体(100)である。
第5の発明は、第1から第4の発明までのいずれかの光学構造体において、前記第2レンズ部(130)は、該光学構造体の厚み方向及び前記第2レンズ部の配列方向における断面形状が、前記第2の層(103)側に凸となる曲線状であること、を特徴とする光学構造体(100)である。
第6の発明は、第1から第5までの発明のいずれかの光学構造体(100)を前記表示面(15A)の出光側に備える表示装置(10)である。
第7の発明は、第6の発明の表示装置において、前記表示面(15A)を有する液晶パネル(15)と、前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに光を照射する面光源装置(20)と、を備えること、を特徴とする表示装置(10)である。
第8の発明は、第7の発明の表示装置において、前記液晶パネル(15)は、液晶分子に対する電圧がオフ又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(20)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方式の液晶パネルであること、を特徴とする表示装置(10)である。
第9の発明は、第6から第8の発明までのいずれかの表示装置において、前記光学構造体(100)は、前記基材層(101)を出光側、前記第2の層(103)を前記表示面(15A)側として配置されること、を特徴とする表示装置(10)である。
The present invention solves the above problems by means of the following solutions. In order to facilitate understanding, reference numerals corresponding to the embodiments of the present invention are used for explanation, but the present invention is not limited to these.
A first invention is an optical structure arranged on the light exit side of a display surface (15A) of a display device (10), comprising a substrate layer (101) and a first optical structure laminated on the substrate layer. A layer (105) and a plurality of layers arranged in one direction along the surface of the first layer opposite to the base layer side, extending in a direction intersecting the arrangement direction, and the base layer and a second layer (103) laminated so as to fill the uneven shape of the first layer and the lens portion, wherein the first A plurality of layers are arranged along the surface opposite to the base layer side, along the arrangement direction of the lens parts, extend in a direction intersecting the arrangement direction, and extend in the direction crossing the arrangement direction, and a second lens portion (130) convex to the opposite side, and the interface between the second lens portion and the lens portion and the interface between the lens portion and the second layer have a difference in refractive index. An optical structure (100) characterized by:
In a second aspect of the invention, in the optical structure of the first aspect, in a cross section parallel to the thickness direction of the optical structure and the arrangement direction of the lens portions, the second lens portion (130) is the lens portion ( 110).
A third invention is the optical structure according to the first or second invention, wherein the refractive index of the lens portion (110) is the refractive index of the first layer (105) and the second layer (103). and the refractive index of the first layer is lower than the refractive index of the lens portion and higher than the refractive index of the base layer (101) and the second layer. A structure (100).
A fourth invention is the optical structure according to any one of the first to third inventions, wherein the lens section (110) has a cross-sectional shape in the thickness direction of the optical structure and in the arrangement direction of the lens sections, An optical structure (100) characterized by being trapezoidal.
A fifth aspect of the present invention is the optical structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein the second lens portion (130) has a The optical structure (100) is characterized in that the cross-sectional shape thereof is a curvilinear shape convex toward the second layer (103).
A sixth invention is a display device (10) comprising the optical structure (100) according to any one of the first to fifth inventions on the light output side of the display surface (15A).
A seventh invention is based on the display device of the sixth invention, comprising: a liquid crystal panel (15) having the display surface (15A); A display device (10) comprising: a device (20).
In an eighth aspect based on the display device of the seventh aspect, the liquid crystal panel (15) has the liquid crystal molecules oriented along the normal direction of the display surface when the voltage applied to the liquid crystal molecules is off or at a minimum value. Then, the light from the surface light source device is blocked, and the surface light source device (20 A display device (10) characterized by being a VA type liquid crystal panel configured to gradually increase the transmittance of light from (10).
A ninth aspect of the invention is based on the display device according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the optical structure (100) includes the base layer (101) on the light exit side and the second layer (103) on the light exit side. on the side of the display surface (15A).
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ながら、視野角内の色再現性や色の階調表現の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the color reproducibility within the viewing angle and the color gradation representation while maintaining good display quality in the front view of the display device.
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, each figure shown below including FIG. 1 is a schematic diagram, and the size and shape of each part are appropriately exaggerated for easy understanding.
In this specification, terms that specify shapes and geometric conditions, for example, terms such as parallel and orthogonal, have the same optical function and can be regarded as parallel or orthogonal in addition to the strict meaning. It shall include the state with an error of
本明細書中において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
また、本明細書中において、シート面とは、シート状の部材において、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。また、板面、フィルム面についても同様であるとする。
In this specification, terms such as plate, sheet, and film are used, and as a general usage, they are used in the order of thickness, plate, sheet, and film. It is used in the specification as well. However, since there is no technical meaning in such proper use, these words can be replaced as appropriate.
Further, in this specification, the sheet surface refers to a surface of a sheet-shaped member that is in the plane direction of the sheet when viewed as a whole sheet. It is also assumed that the plate surface and the film surface are the same.
(実施形態)
図1は、実施形態の表示装置10の概略的な断面図である。
図2は、実施形態の表示装置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、実施形態の光学構造体100の拡大断面図である。
図4は、図3に示す実施形態の光学構造体100の拡大断面図を拡大した図である。
なお、上述の図1~図4を含め、以下に示す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d1と、表示装置10における液晶パネル15の板面及び光学構造体100のシート状の基材101のシート面に対して共通の法線方向となる第2方向d2とを含む面における断面図を示している。また、図4では、説明の便宜上、反射抑制層104を省略して示している。
なお、本実施形態では、第1方向d1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に平行な方向である。また、第2方向d2は、この表示装置10の厚み方向に相当し、その一方が観察者側であり、他方が背面側となる。
(embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the
FIG. 4 is an enlarged view of the enlarged cross-sectional view of the
Note that hatching may be omitted in each of the cross-sectional views shown below, including FIGS. 1 to 4 described above, for convenience of explanation. 1 to 4, a first direction d1, which will be described later, a normal direction common to the plate surface of the
In the present embodiment, the first direction d1 is a direction parallel to the direction in which the
(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等に示すように、本実施形態の表示装置10は、板状の液晶パネル15と、液晶パネル15を背面側(入光側)から面状に照らす面光源装置20と、液晶パネル15の観察者側(出光側)に配置されるシート状の光学構造体100とを備えている。
表示装置10では、液晶パネル15が、画素を形成する領域(サブピクセル)毎に、面光源装置20からの光の透過又は遮断を制御するシャッターとして機能し、液晶パネル15の駆動により後述する表示面15Aに像が表示される。
(Display device)
First, the overall configuration of the
In the
液晶パネル15は、その観察者側の面が、静止画像又は動画像である像を表示する表示面15Aであり、表示面15Aに対向する背面側の面が、裏面15Bである。
液晶パネル15は、その厚み方向において、裏面15B側(入光側)から表示面15A側(出光側)へ順に、下偏光板14、液晶層12、上偏光板13を備えている。
下偏光板14及び上偏光板13は、入射した光を直交する二つの偏光成分(例えばP波及び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。
下偏光板14及び上偏光板13の透過軸の方向は、液晶パネル15に採用される液晶の駆動方式等に応じて適宜設定可能である。本実施形態では、後述のように、液晶パネル15がVA方式であり、下偏光板14及び上偏光板13の透過軸の方向は、液晶パネル15の板面の法線方向(第2方向d2)から見て直交している。
The
The
The lower
The directions of the transmission axes of the lower
液晶層12では、1つの画素を形成する領域毎に、電圧印加が可能であり、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、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を通過する際には、その偏光方向を90°回転させるが、電圧が印加された液晶層12を通過する際には、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からの光の透過又は遮断を、画素を形成する領域毎に制御し得るようになっている。
In the
As an example, the polarization component in a specific direction transmitted through the lower
In this manner, the
本実施形態の液晶パネル15は、一例として、VA(Vertical Alignment)方式液晶パネルである。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又は最小値のときその液晶分子が表示面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、液晶分子に対する電圧を徐々に増加させて液晶分子を表示面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、その液晶の駆動方式がVA方式に限られるものでなく、TN(Twisted Nematic)方としてもよいし、IPS(In-Plane Switching)方式としてもよい。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。
The
The liquid crystal driving method of the
次に、面光源装置20について説明する。
面光源装置20は、液晶パネル15を裏面15B側から照明する装置であり、この面光源装置20の液晶パネル15側の面は、面状に光を発光する発光面21である。
図1等に示すように、本実施形態の面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置であり、導光板30と、光源24と、光学シート(プリズムシート)60と、反射シート28とを有している。
なお、本実施形態では、面光源装置20は、エッジライト型である例を挙げて説明するが、これに限らず、直下型や裏面照射型等の他の形式であってもよい。
Next, the surface
The surface
As shown in FIG. 1 and the like, the surface
In this embodiment, the surface
光源24は、導光板30の一方の側(図1、図2において、図面内左側)の側方に配置され、導光板30の入光面33へ光を照射する。
本実施形態の光源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:Light Emitting Diode)によって構成されている。
なお、光源24は、これに限らず、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯や、点状の白熱電球等の種々の態様で構成してもよい。
The
The
Note that the
導光板30は、板状の部材であり、一対の主面(出光面31及び裏面32)と、一対の主面の間に延びる4つの側面とを有している。
導光板30の一対の主面のうち、観察者側(液晶パネル15側)の主面が出光面31であり、これに対向するもう一方の背面側の主面が裏面32である。出光面31は、液晶パネル15の表示面15A及び面光源装置20の発光面21と同様に、平面視形状(第2方向d2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。
4つの側面のうち、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であり、入光面33に対向する面が、反対面34である。前述の光源24は、入光面33に対面して設けられている。
The
Of the pair of main surfaces of the
Of the four side surfaces, one of the two surfaces facing in the first direction d1 is the
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、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、反対面34側へ向かう。
本実施形態の表示装置10は、第1方向d1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。しかし、このような配置は特に限られるものではなく、表示装置10は、他の態様で配置されてもよい。
The light incident on the
The
本実施形態では、導光板30の裏面32は、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は、反対面34側端が入光面33側端よりも出光面31側に位置するように導光板30の板面に対して傾斜した傾斜面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、これらが順に複数配列されることにより、凹凸面が形成されている。
導光板30内での導光は、導光板30の一対の主面(出光面31及び裏面32)での全反射作用によってなされる。導光板30の板面に平行な接続面39に入射した光は、一対の主面(出光面31及び裏面32)に入射する際の入射角度は変わらない。
In this embodiment, the
Light is guided within the
しかし、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に接近するように傾斜しているため、傾斜面37で反射した光については、一対の主面(出光面31及び裏面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、出光面31への入射角度が全反射臨界角度未満になった光は、図2のL1に示すように、導光板30から出射する。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、裏面32が凹凸面を有する形態に限らず、例えばドットパターンを有する形態としてもよい。また、導光板30は、出光面31に柱状の単位光学形状等が導光方向(第1方向d1)に対して交差する方向(例えば、直交する方向)に複数配列され、出光面31が凹凸面を有し、その配列方向において光の出射方向を制御する形態としてもよい。
However, since the
In addition, the
反射シート28は、導光板30の背面側に、裏面32に対面するように配置された部材である。この反射シート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内に入射させる機能を有する。
反射シート28は、入射した光の少なくとも一部を反射する部材であり、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を用いることができる。
反射シート28は、光を主に正反射(鏡面反射)するものとしてもよいし、光を主に拡散反射するものとしてもよい。また、反射シート28が主に光を拡散反射する場合、その拡散反射は、等方性拡散反射としてもよいし、異方性拡散反射としてもよい。
The
The
The
光学シート60は、導光板30の観察者側(出光側)に、出光面31に対面して配置されている。また、この光学シート60は、液晶パネル15の裏面32に対面して配置されており、光学シート60の出光面61により、面光源装置20の発光面21が形成されている。
この光学シート60は、透過光の進行方向を変化させる機能を有しており、図2に示すように、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。
The
This
本体部65は、一対の平行な主面を有するシート状の部材として構成されている。図示の例においては、複数の単位プリズム70が本体部65の入光側面67上に第1方向d1(導光方向)に沿って配列されている。
単位プリズム70は、柱状であり、その配列方向(第1方向d1)と交差する方向(本実施形態では直交する方向)に稜線が延在している。
The
The
本実施形態では、図2に示すように、単位プリズム70の配列方向(第1方向d1)及び光学シート60の厚み方向(光学シート60のシート面の法線方向、第2方向d2)に平行な単位プリズム70の断面形状は、背面側を頂点とする略三角形形状であり、かつ、反対面34側の面が凸となるように折れ面状となっている。しかし、これに限らず、単位プリズム70の断面形状は、例えば、二等辺三角形形状としてもよいし、不等辺三角形形状としてもよく、一部に曲面を有していてもよく、所望する光学性能等に応じて適宜選択してよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, parallel to the arrangement direction (first direction d1) of the
なお、本実施形態では、1つの光学シート60が導光板30の出光側(液晶パネル15側)に設けられる例を示したが、これに限らず、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、各光学シートの単位プリズムの溝の向きは、互いに異なっていてもよい。
また、面光源装置20として所望する光学性能等に応じて、上述の光学シート(プリズムシート)60に限らず、他の光学形状等を有する光学シート等を光学シート60の観察者側(出光側)等に適宜組み合わせて配置してもよい。
In this embodiment, an example in which one
In addition, depending on the optical performance desired for the surface
面光源装置20は、光学シート60を備えることにより、図2に示すように、導光板30からその板面の法線方向(第2方向d2)に対して角度をなす方向へ出射する光(例えば、図2に示す光L1)を、所望の進行方向(第2方向d2方向に平行又は第2方向d2となす角度が小さい方向)へ向けたり、所望の偏光状態に変換したりして液晶パネル15に入射させることが可能である。
そして、液晶パネル15に入射した光は、上述したように、液晶層12において、電圧印加に応じて光の透過又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。
By providing the
Then, as described above, the light incident on the
(光学構造体)
次に、光学構造体100について説明する。
図2及び図3に示すように、本実施形態の光学構造体100は、シート状の基材101と、基材101の背面側に設けられた中間層105と、中間層105の背面側に所定の間隔で配列されたレンズ部110と、中間層105の背面側であって隣接するレンズ部110の間に形成された高屈折率層102と、中間層105及びレンズ部110の背面側に設けられた低屈折率層103と、基材101の観察者側に設けられた反射抑制層104とを備えている。
本実施形態の光学構造体100は、低屈折率層103が表示装置10の背面側(表示面15A側)に向けられるように配置され、図2に示すように、低屈折率層103が表示面15Aに直接的に接している。
(Optical structure)
Next, the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
基材101は、光透過性を有する樹脂製のシート状の基材であり、出光面101Aと出光面101Aに対向して配置された裏面101Bとを有している。この基材101は、トリアセチルセルロース(TAC)により形成されたシート状の部材を用いている。
この基材101は、その屈折率が、1.46~1.50程度である。
反射抑制層104は、基材101の出光面101A上に設けられた層であり、光学構造体100へ入射する外光の表面反射を抑制する機能を有している。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。なお、反射抑制層104は、表示装置10に対する外光の影響が小さい環境で使用される場合等、表示装置10の使用環境に応じて光学構造体100に設けられない形態としてもよい。
The
The
The
中間層105は、基材101の裏面101B側(背面側)に設けられた層であり、裏面101Bに沿って延在する層本体105Aと、層本体105Aの背面側(入光側)の面に複数形成された柱状の第2レンズ部130とを有している。
第2レンズ部130は、その断面形状が、図3等に示すように、中間層105の法線方向(第2方向d2)に沿って入光側に凸となる曲線状であり、第1方向d1に沿って所定の間隔で配列され、この配列方向に交差する方向(本実施形態では直交する方向)にその稜線方向が延在している。なお、第2レンズ部130の断面形状は、基材101とは反対側に凸となる曲線状であれば、自由曲線によるものや、円弧状、楕円の一部形状、長円の一部形状やこれらに近似される曲線形状等、各種曲線形状としてよい。
The
As shown in FIG. 3 and the like, the
レンズ部110は、柱状であって、図3や図4に示す断面において、中間層105の第2レンズ部130に対応する位置であって第2レンズ部130の背面側(基材101側とは反対側)に形成されており、第1方向d1に沿って所定の間隔で配列され、この配列方向に交差する方向(本実施形態では直交する方向)がその長手方向となっている。
図3や図4に示すレンズ部110の断面形状は、基材101側(出光側)の寸法が低屈折率層103側(入光側)の寸法より大きい台形形状である。
また、図3や図4に示すように、レンズ部110の基材101側端部の第1方向d1に平行な方向での寸法は、第2レンズ部130の基材101側端部の第1方向d1に平行な方向での寸法と等しい、もしくは、これより大きくなっている。したがって、前述の第2レンズ部130は、図3に示す光学構造体100の断面において、レンズ部110内の観察者側位置している。
The
The cross-sectional shape of the
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the dimension in the direction parallel to the first direction d1 of the end portion of the
高屈折率層102は、中間層105よりも背面側であって隣接するレンズ部110間に設けられた層である。この高屈折率層102は、レンズ部110と同じ材料で形成されている。中間層105の法線方向(第2方向d2)において、高屈折率層102の背面側の面は、レンズ部110の背面側の面よりも観察者側に位置している。
この高屈折率層102の第1方向d1両端部は、レンズ部110と連続していてもよいし、連続していなくともよい。
また、本実施形態では、光学構造体100は、高屈折率層102を備える形態を示したがこれに限らず、高屈折率層102を備えない形態、すなわち、レンズ部110間においては、中間層105が低屈折率層103と接する形態としてもよい。
低屈折率層103は、レンズ部110及び中間層105を覆い、複数のレンズ部110による凹凸形状を充填するように、積層された層である。
The high
Both ends of the high
In addition, in the present embodiment, the
The low-refractive-
これらにより、本実施形態では、低屈折率層103と高屈折率層102との界面、低屈折率層103とレンズ部110との界面によって凹凸形状120が形成されている。なお、光学構造体100が高屈折率層102を備えない場合には、凹凸形状120は、低屈折率層103と中間層105との界面、低屈折率層103とレンズ部110との界面によって形成される。
Thus, in the present embodiment, the interface between the low
凹凸形状120は、1つの凹部121と1つの凸部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。
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に対し中間層105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及び凸部122は、第1方向d1に配列され、第1方向d1と交差する方向(本実施形態では、直交する方向)に線状に延びている。
The concave-
The portion recessed toward the
The
凹部121、凸部122は、図3や図4にに示すように、中間層105及び低屈折率層103の面方向に沿って延びる平坦部121A,122Aをそれぞれ有している。
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を形成する際に、レンズ部110を型抜きすることが可能となる。
なお、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し、平面となっていてもよい。
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、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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
A
The
The
本実施形態において、レンズ部110及び高屈折率層102は、その屈折率が、基材101や中間層105、低屈折率層103の屈折率よりも高い。レンズ部110及び高屈折率層102の屈折率は、例えば、1.55~1.67程度とすることが好ましい。
また、中間層105は、その屈折率が、レンズ部110及び高屈折率層102の屈折率よりも低く、低屈折率層103及び基材101の屈折率よりも高い。中間層105の屈折率は、例えば、1.49~1.60程度とすることが好ましい。
低屈折率層103は、その屈折率が、レンズ部110及び高屈折率層102や中間層105の屈折率よりも低い。低屈折率層103の屈折率は、例えば、1.40~1.52程度とすることが好ましい。
本実施形態において、レンズ部110及び低屈折率層103は、その屈折率差が、0.05以上0.25以下の範囲となるように選択されている。また、レンズ部110と中間層105との屈折率差は、0.02以上0.18以下となるように選択され、中間層105と低屈折率層103との屈折率差は、0.02以上0.15以下となるように選択されている。
In this embodiment, the
The
The low
In the present embodiment, the
本実施形態のレンズ部110及び高屈折率層102は、光透過性を有する紫外線硬化型樹脂により形成されている。また、中間層105は、レンズ部110を形成する紫外線硬化型樹脂を主とし、この紫外線硬化型樹脂がTAC製の基材101に塗布されて基材101表面が溶解することにより形成される樹脂により形成されている。
この中間層105、レンズ部110及び高屈折率層102は、プライマーを用いなくとも、TAC製の基材101に対して十分な密着性を有する同一の紫外線硬化型樹脂、より詳しくは、TAC製の基材101を溶解可能な成分を含有する紫外線硬化型樹脂により形成されている。
The
The
基材101にこのような紫外線硬化型樹脂を塗付することにより、基材101が溶解して紫外線硬化型樹脂に浸透して中間層105が形成され、溶解した基材101が浸透していない領域がレンズ部110及び高屈折率層102となっている。中間層105の形成に関しては、後述する光学構造体100の製造方法の説明において説明する。
このような紫外線硬化型樹脂としては、アミド基含有モノマーや水酸基含有モノマー等を含有するアクリレート系紫外線硬化型樹脂が好適である。
By applying such an ultraviolet curable resin to the
As such an ultraviolet-curable resin, an acrylate-based ultraviolet-curable resin containing an amide group-containing monomer, a hydroxyl group-containing monomer, or the like is suitable.
前述のように、本実施形態の光学構造体100は、その厚み方向(第2方向d2)において背面側(液晶パネル15側)の面は、低屈折率層103により形成されている。本実施形態では、低屈折率層103は、光透過性を有するアクリル系等の粘着剤により形成され、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。
なお、これに限らず、光透過性及び好適な屈折率を有し、かつ、粘着性を有しない樹脂を用いて低屈折率層103を形成し、別途、不図示の粘着剤層を介して光学構造体100を液晶パネル15に貼合する形態としてもよい。
As described above, the
In addition, not limited to this, the low
次に、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が基材101の法線方向(d2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が基材101の法線方向(d2方向)となす最大角度を示している。
最小角度θ1は、側面120Sの凹部121側の端点を通る接線が第2方向d2となす角度である。また、最大角度θ2は、側面120Sの凸部122側の端点を通る接線が第2方向d2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第2方向d2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レンズ部110及び低屈折率層103の界面の法線方向となす角度となる。
また、側面120Sが平面である場合、最小角度θ1と最大角度θ2とは、等しい。
Next, the
In FIG. 4, the symbol θ1 indicates the minimum angle that the
The minimum angle θ1 is an angle formed by a tangent line passing through the end point of the
In addition, when the
Also, when the
図4において、符号θ0は、凹凸形状の側面120Sの両端点を結んだ直線と、基材101の法線方向である第2方向d2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。
符号Pは、凹凸形状120における1つの凹部121及び1つの凸部122からなる凹凸の1周期の間隔であるピッチを示している。これは、レンズ部110及び第2レンズ部130の配列ピッチに等しい。
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の高さを示している。
In FIG. 4, symbol θ0 indicates the “average slope angle” of the
A symbol P indicates a pitch, which is an interval of one cycle of the unevenness composed of one
Symbol H indicates the height of the
最大角度θ2と最小角度θ1との差を、斜面角度範囲αと規定する。この斜面角度範囲αが大きい程、側面120Sの曲率が大きい。本件発明者は、鋭意研究の結果、側面120Sが曲面又は折れ面である場合、この斜面角度範囲αが3度以上60度以下となることが、色変化を抑制する観点から好ましいことを知見した。斜面角度範囲αが3度未満や60度より大きくなると、高角度方向(表示面15Aの法線方向に対して大きな角度をなす方向)から観察した場合の色変化が大きくなるため、好ましくない。
また、本件発明者は、平均斜面角度θ0が9度以上18度以下となることが、色変化を抑制する観点から好ましいことも知見した。平均斜面角度θ0が9度未満や、18度より大きくなると、高角度方向(表示面15Aの法線方向に対して大きな角度をなす方向)から観察した場合の色変化が大きくなるため、好ましくない。
凹凸形状120は、上記角度範囲等の条件を満たすことが、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観点から好ましい。
A difference between the maximum angle θ2 and the minimum angle θ1 is defined as the slope angle range α. The greater the slope angle range α, the greater the curvature of the
In addition, the inventor of the present invention also found that it is preferable from the viewpoint of suppressing color change that the average slope angle θ0 is 9 degrees or more and 18 degrees or less. When the average slope angle θ0 is less than 9 degrees or greater than 18 degrees, the color change becomes large when viewed from a high-angle direction (a direction forming a large angle with respect to the normal direction of the
It is preferable that the
一般的に、VA方式の液晶パネル15は、液晶分子の角度でバックライト光量を制御するため、見る角度によって透過してくる光量が異なり、液晶パネル15の表示面15Aの法線方向に対して大きな角度をなす方向は、法線方向に対して光量が小さい。
また、VA方式の液晶パネル15から、正面方向に対して大きな角度をなす方向へ出射してくる光は、前述のように発光スペクトルの形状が変化しているので、色再現性が低下している。
そのため、VA方式の液晶パネル15は、視野角による輝度変化と色変化が大きく、斜め方向、すなわち、正面方向(表示面15Aの法線方向、第2方向d2)に対して大きな角度をなす方向から観察すると、特にスキンカラー(肌色)が白っぽく見えたり、青色や白色が黄色味を帯びて観察されたりする。また、上述のような理由から、VA方式の液晶パネル15では、正面方向(表示面15Aの法線方向)に対してなす角度が大きくなるにつれて色の階調表現も低下する。
本実施形態の光学構造体100及び表示装置10は、そのような正面方向に対して大きな角度方向へ出射する色再現性の高い光の光量を増やし、色変化の抑制や階調表現の向上を図っている。
In general, the VA
In addition, since the shape of the emission spectrum of the light emitted from the VA
Therefore, the VA-type
The
図5は、実施形態の光学構造体100において、レンズ部110及び第2レンズ部130へ入射する光について説明する図である。図5では、光学構造体100の断面を簡略化し、その出光面及び裏面、凹凸形状120(レンズ部110)、第2レンズ部130等のみを示している。
図5に示すように、光学構造体100は、液晶パネル15から正面方向(表示面15Aの法線方向)近傍へ出射する光L2を、側面120S(レンズ部110と低屈折率層103との界面)で屈折させ、さらに、第2レンズ部130とレンズ部110との界面で屈折させることにより、正面方向に対して大きな角度をなす方向へ向ける。しかも、第2レンズ部130が背面側に凸となる曲面形状であるので、このような光L2は、その出射方向が拡散される。
FIG. 5 is a diagram illustrating light incident on the
As shown in FIG. 5, the
また、光学構造体100は、液晶パネル15から正面方向に対して大きな角度をなす方向へ出射した光L3を、側面120S(レンズ部110と低屈折率層103との界面)や第2レンズ部130とレンズ部110との界面で屈折させてその進行方向を制御し、光学構造体100の出光側界面で全反射させて液晶パネル15側へ戻す。また、第2レンズ部130の形状によって、光L3のように液晶パネル15から正面方向に対して大きな角度をなす方向へ出射した光が拡散されることにより、光学構造体100の出光側界面で全反射して液晶パネル15側へ戻る光量が増える。
Further, the
このように、色再現性の高い液晶パネル15から正面方向近傍へ出射する光L2を、正面方向に対して大きな角度をなす方向へ向け、色再現性の低い液晶パネル15から正面方向に対して大きな角度をなす方向へ出射した光L3を液晶パネル15側へ戻すことにより、本実施形態の光学構造体100及びこれを備える表示装置10は、表示装置10の正面方向に対して大きな角度をなす方向から観察した場合の色再現性の向上や、階調表現の向上を図ることができる。
また、液晶パネル15から正面方向に対してより大きな角度をなす方向へ出射した光の一部(光L4)は、平坦部122Aからレンズ部110に入射し、側面120Sで全反射し、第2レンズ部130とレンズ部110との界面で屈折して拡散され、正面方向やその近傍へ出射される。このような光L4は、光量が小さく、さらに拡散されるため、正面方向で観察される映像の色再現性を低下させることはない。
また、本実施形態の光学構造体100は、中間層105を備えることにより、低屈折率層103と中間層105との屈折率差、中間層105と基材101との屈折率差が小さくなり、各層間の界面での反射を抑制することができ、輝度の向上を図ることができる。
In this way, the light L2 emitted from the
Part of the light (light L4) emitted from the
In addition, since the
(光学構造体100の製造方法)
次に、実施形態の光学構造体100の製造方法の一例を説明する。
図6は、実施形態の光学構造体100の製造方法の一例を説明する図である。
まず、図6(a)に示すように、表面に凹凸形状120を賦形する凹凸形状701が形成された成形型700を用意し、図6(b)に示すように、成形型700の凹凸形状701が形成された表面にレンズ部110及び高屈折率層102を形成する紫外線硬化型樹脂R1を塗布し、紫外線硬化型樹脂R1上に、基材101を載置する。この際、基材101の表面には、紫外線硬化型樹脂R1との密着性を向上させるためのプライマー等は塗布しない。この紫外線硬化型樹脂R1は、前述のように、TAC製の基材101を溶解可能な成分を含有する。
(Manufacturing method of optical structure 100)
Next, an example of a method for manufacturing the
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 6(a), a
このとき、図6(c)に示すように、紫外線硬化型樹脂が含有する基材101を溶解させる成分により、基材101の表面が溶解し、溶解したTACが紫外線硬化型樹脂R1側へ溶出し浸透する。これにより、中間層105の層本体105Aに相当する部分及び第2レンズ部130となる領域に、溶解したTACが紫外線硬化型樹脂R1に浸透した樹脂R2が形成される。
基材101は、紫外線硬化型樹脂R1よりも屈折率が低いため、基材101から溶解したTACが紫外線硬化型樹脂R1に浸透した樹脂Rの屈折率、すなわち、中間層105の屈折率は、レンズ部110及び高屈折率層102よりも小さく、基材101より大きくなる。
At this time, as shown in FIG. 6C, the surface of the
Since the
次に、図6(d)に示すように、紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂R1及び樹脂R2を硬化させる。これにより、レンズ部110及び高屈折率層102、中間層105が硬化し、形成される。これにより、中間層105の第2レンズ部130は、レンズ部110との位置合わせ等を行うことなく、形成される。
次に、図6(e),(f)に示すように、成形型から基材101及び中間層105、レンズ部110の積層体を離型し、低屈折率層103を形成する樹脂を塗布し、レンズ部110と中間層105による凹凸形状120を埋めて平坦化する。低屈折率層103が粘着剤である場合には、上述の平坦化により光学構造体100が形成され、この後、液晶パネル15に貼合してもよいし、剥離シート等を積層して輸送や保管可能としてもよい。
また、低屈折率層103を形成する樹脂が粘着剤ではない場合には、塗布した低屈折率層103を形成する樹脂を硬化させ、光学構造体100が形成される。
Next, as shown in FIG. 6D, ultraviolet rays are applied to cure the ultraviolet-curable resin R1 and the resin R2. Thereby, the
Next, as shown in FIGS. 6(e) and 6(f), the laminate of the
When the resin forming the low
なお、反射抑制層104は、図6及び上述の説明では省略したが、予め基材101の片面に形成されていてもよいし。レンズ部110形成後や、低屈折率層103形成後に、基材101上に形成してもよい。
また、図6では、成形型700は、平板状である例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、周側面に賦型用の凹凸形状が形成されたシリンダー状としてもよい。
Although the
Further, in FIG. 6, the
(実施例と比較例との比較)
ここで、本実施形態の実施例の光学構造体100と、比較例の光学構造体500とを作成し、その断面形状を確認した。
次に、この実施例の光学構造体100を備える実施例の表示装置10、比較例の光学構造体500を備える比較例1の表示装置、光学構造体を備えない比較例2の表示装置を作成し、色変化について調べた。また、比較例の光学構造体500と実施例の光学構造体100については、各光学構造体に入射した光の様子をシミュレーションにより確認した。
(Comparison between Examples and Comparative Examples)
Here, an
Next, the
図7は、実施例の光学構造体100及び比較例の光学構造体500の断面写真である。図7(a)は、実施例の光学構造体100の断面写真であり、図7(b)は、比較例の光学構造体500の断面写真である。なお、図7では、実施例及び比較例の光学構造体について、いずれも低屈折率層103を形成する前の状態での断面写真を示している。
実施例の光学構造体100は、図7(a)に示すように、中間層105が形成され、レンズ部110に対応する位置に第2レンズ部130が形成されている。
FIG. 7 is a cross-sectional photograph of the
As shown in FIG. 7A, the
比較例の光学構造体500は、基材101の片面にプライマーを塗付し、その上に、実施例と同様の成形型により、レンズ部510を有する紫外線硬化型樹脂層502が形成されている。この紫外線硬化型樹脂層502は、低屈折率層103及び基材101よりも屈折率が高い。図7(b)に示すように、比較例の光学構造体500は、紫外線硬化型樹脂層502にレンズ部110が一体に形成されているが、中間層105は形成されていない。また、比較例の光学構造体500において、紫外線硬化型樹脂層502のレンズ部110による凹凸形状は、実施例の光学構造体100における中間層105とレンズ部110とによる凹凸形状120と、同様の形状である。
In the
図8は、実施例の光学構造体100における光線追跡図である。
図9は、比較例の光学構造体500における光線追跡図である。
図8,図9は、本実施形態の実施例の光学構造体100及び比較例の光学構造体500の断面において、入射角度52度で入射した場合の光の様子を示している。
図10は、実施例の表示装置10及び比較例1,2の表示装置での色変化を示すグラフである。
FIG. 8 is a ray tracing diagram in the
FIG. 9 is a ray tracing diagram in the
8 and 9 show states of light incident at an incident angle of 52 degrees in cross sections of the
FIG. 10 is a graph showing color changes in the
実施例の光学構造体において、各部の寸法等は以下の通りである。
基材101:TAC製、厚さ60μm、屈折率1.49
中間層105:ジメチルアクリルアミド含有のアクリレート系紫外線硬化型樹脂を基材101に塗布することにより形成された樹脂層、屈折率1.52
レンズ部110:ジメチルアクリルアミド含有のアクリレート系紫外線硬化型樹脂、屈折率1.62、斜面角度範囲α=19.5、平均斜面角度θ0=11.2、ピッチP=33.0μm、高さH=16.5μm
高屈折率層102:ジメチルアクリルアミド含有のアクリレート系紫外線硬化型樹脂、屈折率1.62
低屈折率層103:アクリル系粘着剤、屈折率1.48
In the optical structure of the example, the dimensions of each part are as follows.
Base material 101: made of TAC,
Intermediate layer 105: A resin layer formed by applying a dimethylacrylamide-containing acrylate-based UV-curable resin to the
Lens portion 110: Acrylate UV-curable resin containing dimethylacrylamide, refractive index 1.62, slope angle range α=19.5, average slope angle θ0=11.2, pitch P=33.0 μm, height H= 16.5 μm
High refractive index layer 102: Acrylate UV curable resin containing dimethylacrylamide, refractive index 1.62
Low refractive index layer 103: acrylic adhesive, refractive index 1.48
比較例の光学構造体500は、中間層105を備えておらず、紫外線硬化型樹脂層502にレンズ部110が一体に形成されている点が異なる以外は、実施例の光学構造体100と同様の形状である。
紫外線硬化型樹脂層502:アクリレート系紫外線硬化型樹脂、屈折率1.62
The
UV curable resin layer 502: acrylate UV curable resin, refractive index 1.62
比較例の光学構造体500は、レンズ部110及び紫外線硬化型樹脂層502と低屈折率層103との界面(凹凸形状120)により、前述の図5による説明等に記載したように、正面方向(表示面15Aの法線方向、第2方向d2)に対して大きな角度をなす方向から入射した光(色再現性の低い光)の一部を、出光側の界面で全反射させて液晶パネルに戻し、また、正面方向及び正面方向に対して小さな角度をなす方向から入射した光の一部を、正面方向に対して大きな角度をなす方向へ向けて出射することは可能である。しかし、比較例の光学構造体500は、第2レンズ部130を備えていないので、いずれの方向に出射する場合にも拡散が小さい。
In the
図9では、入射角度52度、すなわち、正面方向に対して52度をなす斜め方向から比較例の光学構造体500に入射した光の様子を示しており、入射した光が、低屈折率層103とレンズ部110との界面で全反射や屈折する等により、正面近傍や、正面方向に対して角度をなす斜め方向へ向かって出射しているが、いずれの方向に出射する光も拡散が小さい。また、図9では、比較例の光学構造体500の出光側の界面で全反射して背面側へ戻される光がない。
FIG. 9 shows the state of light incident on the
これに対して、実施例の光学構造体100は、前述の図5による説明等に記載したように、レンズ部110及び高屈折率層102と低屈折率層103との界面(凹凸形状120)、及び、レンズ部110と凸曲面状の第2レンズ部130との界面により、正面方向に対して大きな角度をなす方向から入射した光(色再現性の低い光)の一部を、屈折させて拡散させ、出光側の界面で全反射させて液晶パネルに戻し、また、正面方向及び正面方向に対して小さな角度をなす方向から入射した光(色再現性の高い光)の一部を、正面方向に対して大きな角度をなす方向へ向け、拡散させて出射する。
On the other hand, in the
図8では、正面方向に対して52度をなす斜め方向から実施例の光学構造体100に入射した光の様子を示しており、入射した光が、低屈折率層103とレンズ部110との界面で屈折又は全反射し、さらに、第2レンズ部130とレンズ部110との界面で屈折することにより、正面近傍方向、正面方向に対して角度をなす方向(特に、正面方向に対して大きな角度をなす方向)へより大きく拡散されて出射されている。
したがって、実施例の表示装置10では、視野角を拡大し、視野角内での輝度を十分に保つことができ、また、色再現性及び階調表現を向上させることができる。
FIG. 8 shows the state of light incident on the
Therefore, in the
また、図8に示すように、実施例の光学構造体100は、正面方向に対して大きな角度をなす方向から入射した光を第2レンズ部130とレンズ部110との界面で屈折させて拡散することにより、光学構造体100の出光面で全反射して液晶パネル15側へ向かう光を比較例の光学構造体500に比して増大させることができる。これにより、実施例の光学構造体100は、色再現性や階調表現の向上等をさらに高めることができる。
In addition, as shown in FIG. 8, the
図10に示すグラフにおいて、横軸は、実施例及び比較例1,2の表示装置から出射される光の視野角中の角度を示し、縦軸は、色変化Δu’v’を示している。この図10に示すグラフには、各表示装置から出射される光の視野角内の色変化の大きさが示されている。
なお、横軸に示される角度が0度である場合は、法線方向(表示装置の正面方向)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、縦軸に示す色変化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。
In the graph shown in FIG. 10, the horizontal axis indicates the viewing angle of the light emitted from the display devices of Example and Comparative Examples 1 and 2, and the vertical axis indicates the color change Δu'v'. . The graph shown in FIG. 10 shows the magnitude of color change within the viewing angle of light emitted from each display device.
When the angle shown on the horizontal axis is 0 degree, it means that the angle is viewed along the normal direction (the front direction of the display device). It means that it was viewed along a direction inclined by degrees.
Also, the color change Δu'v' shown on the vertical axis indicates the color difference, and is calculated from the colors defined by u' and v' in the uniform color space. A value of Δu'v' at an angle θ in a certain viewing angle is expressed by the following equation (1).
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。 Color coordinates u' and v' in the uniform color space in equation (1) are expressed by the following equations (2-1) and (2-2), respectively.
なお、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10に示す色変化の評価においては、光学構造体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。なお、比較例2の表示装置に関しては、光学構造体を載置せず、この表示装置の本体のみを用いた。
まず、この表示装置の本体において光学構造体無し(すなわち、比較例2の表示装置)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を測定した。次に、この表示装置の本体に実施例、比較例の光学構造体をそれぞれ設けて、上記と同様の画像を表示した際の色変化を測定した。これらの色変化の測定には、トプコン社製の「分光放射計 SR-2」を用いた。
In each of the above formulas, x and y are color coordinates defined in the CIE1931 color space (CIE xyY color space).
Further, in the evaluation of the color change shown in FIG. 10, a multi-domain VA type liquid crystal display device manufactured by Sony Corporation was used as the main body of the display device provided with the optical structure. As for the display device of Comparative Example 2, only the main body of this display device was used without mounting the optical structure.
First, the color change was measured when a blue image was displayed by the pattern generator without the optical structure in the body of the display device (that is, the display device of Comparative Example 2). Next, the optical structures of Examples and Comparative Examples were provided on the body of this display device, respectively, and the color change when the same image as described above was displayed was measured. "Spectroradiometer SR-2" manufactured by Topcon Corporation was used to measure these color changes.
図10を参照すると、実施例の光学構造体100が設けられた実施例の表示装置や比較例の光学構造体500が設けられた比較例1の表示装置では、光学構造体100が設けられていない比較例2の表示装置に比較して、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、実施例の表示装置10は、特に、視野角内の40~60度の範囲で、比較例1の表示装置に比べて、色変化を抑制していることがわかる。これは、前述の図5及び図8等に示すように、第2レンズ部130の界面における光の屈折による拡散効果によるものである。
従って、以上のことから、本実施形態によれば、表示装置の正面視での表示品質を良好に保ちながら、視野角を拡大し、視野角内の色再現性や色の階調表現の向上を図ることができる光学構造体100及びそれを備えた表示装置10を提供することができ、斜め方向から観察した場合の色再現性や階調表現の低下を効果的に抑制することができる。
Referring to FIG. 10 , the
On the other hand, it can be seen that the
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to expand the viewing angle and improve the color reproducibility and color gradation expression within the viewing angle while maintaining good display quality in the front view of the display device. It is possible to provide the
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)実施形態において、光学構造体100は、凹凸形状120が基材101よりも出光側に位置する形態としてもよい。
図11は、光学構造体100の変形形態の一例を示す図である。図11では、理解を容易にするために、光学構造体100の変形形態と液晶パネル15とを示している。
図11に示すように、光学構造体100は、基材101を背面側(液晶パネル15側)として、液晶パネル15の観察者側に配置される形態としてもよい。このとき、基材101と液晶パネル15との間に粘着剤層等による不図示の接合層を形成し、この接合層により貼合される形態としてもよい。
このような形態としても、表示装置10を斜め方向から観察する観察者に、十分な色再現性や階調表現を有する良好な映像を表示できる。
(deformed form)
Various modifications and changes are possible without being limited to the embodiments described above, and they are also within the scope of the present invention.
(1) In the embodiment, the
FIG. 11 is a diagram showing an example of a modified form of the
As shown in FIG. 11, the
Even with such a configuration, it is possible to display a good image with sufficient color reproducibility and gradation expression to an observer who observes the
(2)実施形態において、レンズ部の屈折率が中間層等よりも小さくなる形態としてもよい。
図12は、光学構造体100の変形形態の一例を示す図である。図12では、理解を容易にするために、光学構造体100の変形形態と液晶パネル15とを示している。
この変形形態の光学構造体100では、図12に示すように、基材101の背面側(反射抑制層104側とは反対側)に、中間層107が形成され、第2レンズ部150に対応してレンズ部160が形成され、隣り合うレンズ部160間に低屈折率層109が形成され、レンズ部160等による凹凸形状を高屈折率層108が埋めるように積層されている。
各部の屈折率は、高い方から、高屈折率層108、中間層107、基材101、レンズ部160及び低屈折率層109の順となっている。レンズ部160と低屈折率層109とは、同じ材料により形成されており、屈折率が等しい。中間層107の屈折率は、基材101(TAC製)より低く、レンズ部160及び低屈折率層109よりも高い。また、高屈折率層108、レンズ部160及び低屈折率層109の屈折率は、それぞれ前述の実施形態のレンズ部110及び高屈折率層102、低屈折率層103の屈折率に相当する形態としてよい。
このような形態としても、表示装置10を斜め方向から観察する観察者に、十分な色再現性や階調表現を有する良好な映像を表示できる。
(2) In the embodiment, the refractive index of the lens portion may be smaller than that of the intermediate layer or the like.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a modified form of the
In the
The refractive index of each portion is in the order of the high
Even with such a configuration, it is possible to display a good image with sufficient color reproducibility and gradation expression to an observer who observes the
(3)実施形態に示した光学構造体100の製造方法に限らず、光学構造体100の製造方法は、適宜選択してよい。
例えば、基材101の片面に、レンズ部110より低く低屈折率層103より高い屈折率を有し、かつ、光透過性を有する樹脂により、中間層105(層本体105A及び第2レンズ部130)を成形型等により成形し、その上から、光透過性を有し、中間層105よりも高い屈折率を有する樹脂により、レンズ部110を形成し、レンズ部110の凹凸形状を充填して平坦化するように低屈折率層103を形成する製法を採用してもよい。
このような製造方法を採用した場合には、レンズ部110形成時のレンズ部110と第2レンズ部130との位置合わせ等が必要になるため、前述の実施形態で示した製造方法の方がより容易に光学構造体100を製造できる。しかし、この製造方法により製造した場合にも、実施形態の光学構造体100及び表示装置10と同等の効果を奏することができる。
(3) The method for manufacturing the
For example, on one side of the
If such a manufacturing method is adopted, it is necessary to align the
(4)実施形態において、光学構造体100は、基材101の観察者側に反射抑制層104を備える例を示したが、これに限らず、例えば、ハードコート層や、帯電防止層、防汚れ層等を備える形態としてもよいし、これらの層が複数積層された形態としてもよい。
(4) In the embodiment, an example in which the
(5)実施形態において、面光源装置20は、光源24が導光板30の入光面33に対面する位置に加え、反対面34に対面する位置にも設けられる形態、所謂、2灯式の面光源装置としてもよい。この場合、光学シート60の単位プリズム70や、導光板30の裏面32の凹凸形状は、第1方向d1において対称な形状とする等、適宜形状やその配列等を変更してよい。
また、実施形態において、面光源装置20は、エッジライト型に限らず、直下型の面光源装置としてもよい。
(5) In the embodiment, the surface
Further, in the embodiment, the surface
(6)実施形態において、中間層105は、第2レンズ部130を備えている例を支援したが、これに限らず、例えば、中間層105の背面側(レンズ部110及び低屈折率層103側)の面が略平面状となる形態としてもよいし、中間層105の背面側の面が緩やかな凹凸形状(うねり)を有する形態としてもよい。
図13は、光学構造体100の変形形態の一例を示す図である。図13では、中間層105の背面側の面が略平面状である例を示している。
図14は、光学構造体100の変形形態の一例の断面写真である。図14では、中間層105の背面側の面(中間層105とレンズ部110及び高屈折率層102との界面)が緩やかな凹凸形状(うねり)を有する例を示している。また、図14では、低屈折率層103を形成する前の状態での光学構造体100の変形形態の一例の断面写真を示している。
(6) In the embodiment, the example in which the
FIG. 13 is a diagram showing an example of a modified form of the
FIG. 14 is a cross-sectional photograph of an example of a modified form of the
中間層105の背面側の面が略平面状である形態では、前述の実施形態の実施例の光学構造体100に比して色再現性の向上や階調表現の向上等の効果は小さい。しかし、この形態では、前述の比較例の光学構造体500に比して、中間層105によって、基材101と紫外線硬化型樹脂R1による層との密着性が向上し、かつ、基材101とレンズ部110及び高屈折率層102との間に中間層105が形成されることにより、各層間での屈折率差が小さくなり、界面での反射による光量損失を低減して光の透過率を向上させることができる。
また、中間層105の背面側の面がゆるやかな凹凸形状を有する形態では、上述の密着性や透過率の向上の効果に加え、中間層105とレンズ部110及び高屈折率層102との界面の凹凸形状により、第2レンズ部130による拡散効果に比べて小さいが、拡散効果を奏することができる。なお、中間層105の背面側の面の凹凸形状は、不規則な形状であってもよいし、規則性を有していてもよい。
In the form in which the surface of the
In addition, in a mode in which the back side surface of the
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。 Although the present embodiment and modifications can be used in combination as appropriate, detailed description thereof will be omitted. Moreover, the present invention is not limited to each embodiment described above.
10 表示装置
15 液晶パネル
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(プリズムシート)
100 光学構造体
101 基材
105 中間層
110 レンズ部
103 低屈折率層
104 反射抑制層
120 凹凸形状
130 第2レンズ部
REFERENCE SIGNS
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
基材層と、
前記基材層に積層される第1の層と、
前記第1の層の前記基材層側とは反対側の面に沿って一方向に複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となるレンズ部と、
前記第1の層及び前記レンズ部による凹凸形状を埋めるように積層される第2の層と、
を備え、
前記凹凸形状は、前記レンズ部を凸部とし、隣り合う前記レンズ部の間に位置する平坦部を凹部とし、
前記第1の層は、前記基材層側とは反対側の面に沿って、前記レンズ部の配列方向に沿って複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となる第2レンズ部を備え、
前記第2レンズ部と前記レンズ部との界面及び前記レンズ部と前記第2の層との界面は、屈折率差を有し、
前記凹凸形状の側面が前記基材層の法線方向となす最大角度と最小角度との差である斜面角度範囲αが、3度以上60度以下であること、
を特徴とする光学構造体。 An optical structure arranged on a viewer side of a display surface of a display device,
a substrate layer;
a first layer laminated on the base material layer;
A plurality of the first layers are arranged in one direction along the surface of the first layer opposite to the base layer side, extend in a direction intersecting the arrangement direction, and extend to the side opposite to the base layer side. a convex lens portion;
a second layer laminated so as to fill the uneven shape formed by the first layer and the lens portion;
with
The uneven shape has the lens portions as convex portions and the flat portions located between the adjacent lens portions as concave portions,
A plurality of the first layers are arranged along the surface opposite to the base layer side, along the direction in which the lens portions are arranged, and extend in a direction intersecting the direction in which the lens portions are arranged. Equipped with a second lens portion that is convex to the side opposite to the material layer side,
an interface between the second lens portion and the lens portion and an interface between the lens portion and the second layer have a difference in refractive index;
The slope angle range α, which is the difference between the maximum angle and the minimum angle formed by the uneven side surface with the normal direction of the base material layer, is 3 degrees or more and 60 degrees or less;
An optical structure characterized by:
基材層と、
前記基材層に積層される第1の層と、
前記第1の層の前記基材層側とは反対側の面に沿って一方向に複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となるレンズ部と、
前記第1の層及び前記レンズ部による凹凸形状を埋めるように積層される第2の層と、
を備え、
前記凹凸形状は、前記レンズ部を凸部とし、隣り合う前記レンズ部の間に位置する平坦部を凹部とし、
前記第1の層は、前記基材層側とは反対側の面に沿って、前記レンズ部の配列方向に沿って複数配列され、その配列方向とは交差する方向に延在し、前記基材層側とは反対側へ凸となる第2レンズ部を備え、
前記第2レンズ部と前記レンズ部との界面及び前記レンズ部と前記第2の層との界面は、屈折率差を有し、
前記凹凸形状の側面の両端点を結んだ直線と、前記基材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θ0が、9度以上18度以下となっていること、
を特徴とする光学構造体。 An optical structure arranged on a viewer side of a display surface of a display device,
a substrate layer;
a first layer laminated on the base material layer;
A plurality of the first layers are arranged in one direction along the surface of the first layer opposite to the base layer side, extend in a direction intersecting the arrangement direction, and extend to the side opposite to the base layer side. a convex lens portion;
a second layer laminated so as to fill the uneven shape formed by the first layer and the lens portion;
with
The uneven shape has the lens portions as convex portions and the flat portions located between the adjacent lens portions as concave portions,
A plurality of the first layers are arranged along the surface opposite to the base layer side, along the direction in which the lens portions are arranged, and extend in a direction intersecting the direction in which the lens portions are arranged. Equipped with a second lens portion that is convex to the side opposite to the material layer side,
an interface between the second lens portion and the lens portion and an interface between the lens portion and the second layer have a difference in refractive index;
The average slope angle θ0 of the uneven side surface defined by the straight line connecting the end points of the uneven side surface and the normal direction of the base layer is 9 degrees or more and 18 degrees or less. ,
An optical structure characterized by:
該光学構造体の厚み方向及び前記レンズ部の配列方向に平行な断面において、前記第2レンズ部は、前記レンズ部内に位置すること、
を特徴とする光学構造体。 In the optical structure according to claim 1 or claim 2,
In a cross section parallel to the thickness direction of the optical structure and the arrangement direction of the lens portions, the second lens portions are positioned within the lens portions;
An optical structure characterized by:
前記レンズ部の屈折率は、前記第1の層及び前記第2の層の屈折率よりも高く、
前記第1の層の屈折率は、前記レンズ部の屈折率よりも低く、前記基材層及び前記第2の層の屈折率よりも高いこと、
を特徴とする光学構造体。 In the optical structure according to any one of claims 1 to 3,
The refractive index of the lens portion is higher than the refractive indexes of the first layer and the second layer,
The refractive index of the first layer is lower than the refractive index of the lens portion and higher than the refractive indexes of the base layer and the second layer;
An optical structure characterized by:
前記レンズ部は、該光学構造体の厚み方向及び前記レンズ部の配列方向における断面形状が、台形形状であること、
を特徴とする光学構造体。 In the optical structure according to any one of claims 1 to 4,
the lens section has a trapezoidal cross-sectional shape in the thickness direction of the optical structure and in the arrangement direction of the lens section;
An optical structure characterized by:
前記第2レンズ部は、該光学構造体の厚み方向及び前記第2レンズ部の配列方向における断面形状が、前記第2の層側に凸となる曲線状であること、
を特徴とする光学構造体。 In the optical structure according to any one of claims 1 to 5,
The second lens part has a cross-sectional shape in the thickness direction of the optical structure and in the arrangement direction of the second lens part that is curved so as to be convex toward the second layer;
An optical structure characterized by:
前記表示面を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面側に配置され、前記液晶パネルに光を照射する面光源装置と、
を備えること、
を特徴とする表示装置。 The display device according to claim 7,
a liquid crystal panel having the display surface;
a surface light source device arranged on the back side of the liquid crystal panel and irradiating the liquid crystal panel with light;
to provide
A display device characterized by:
前記液晶パネルは、液晶分子に対する電圧がオフ又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方式の液晶パネルであること、
を特徴とする表示装置。 The display device according to claim 8,
In the liquid crystal panel, when the voltage applied to the liquid crystal molecules is off or at a minimum value, the liquid crystal molecules are oriented along the normal direction of the display surface, and light from the surface light source device is blocked. A VA system configured to gradually increase the transmittance of light from the surface light source device by gradually increasing the voltage applied to the liquid crystal molecules to gradually incline the liquid crystal molecules along the display surface. be a liquid crystal panel,
A display device characterized by:
前記光学構造体は、前記第2の層が前記表示面に対面するように配置されること、
を特徴とする表示装置。 In the display device according to any one of claims 7 to 9,
wherein the optical structure is arranged such that the second layer faces the display surface;
A display device characterized by:
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