WO2015129763A1

WO2015129763A1 - 表示装置

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Publication number: WO2015129763A1
Application number: PCT/JP2015/055456
Authority: WO
Inventors: 恵美山本; 前田　強
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: US20160363762A1

Abstract

　ＭＥＭＳディスプレイ装置（１）は、表示体（１４）と、表示体（１４）から射出される光の配光特性を制御する光制御フィルム（９）と、を備え、表示体（１４）は、バックライト（１１）と、バックライト（１１）から射出された光を透過させる開口部（２４）を有するアパーチャ層（２２）と、開口部（２４）に対して移動可能に設けられ、開口部（２４）を通して光を透過させるか遮断するかを切り替えるシャッター（２３）と、を備える。

Description

表示装置

　本発明は、表示装置に関するものである。
　本願は、２０１４年２月２６日に、日本に出願された特願２０１４－０３５１７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したディスプレイが提案されている。ＭＥＭＳディスプレイは、半導体プロセス技術を用いて基板上に形成されたシャッター（可動部）を有しており、このシャッターを高速で開閉させて、シャッターが開いた部分からバックライトの光が透過することで表示が行われる。ＭＥＭＳディスプレイでは、バックライトからの直接光をシャッターの開閉動作によって調節している。

特表２０１０－５１７０７２号公報

　しかしながら、ＭＥＭＳディスプレイでは、基板上に形成された金属配線および金属シャッターによる外光の反射が表示に大きく影響を及ぼすことがある。これを抑えるために円偏光版を採用した構成が提案されているが、バックライトの光もカットされるため表示が暗くなってしまうという問題がある。また、ＭＥＭＳ素子はシャッター機能だけのため、バックライトの輝度バラつきがそのまま表示ムラとして表れてしまう。

　本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、外光による反射を抑えることで視認性の高い表示を行うことが可能とされ、且つ、輝度バラつきを抑えることで表示ムラを抑制することが可能とされた表示装置を提供することを目的の一つとしている。

　本発明の一態様である表示装置は、表示体と、前記表示体から射出される光の配光特性を制御する光制御フィルムと、を備え、前記表示体は、照明装置と、前記照明装置から射出された光を透過させる開口部を有する光透過部材と、前記開口部に対して移動可能に設けられ、前記開口部を通して光を透過させるか遮断するかを切り替えるシャッターと、を備え、前記光制御フィルムは、光透過性を有する基材と、前記基材の第１の面に形成された光拡散部と、前記基材の第１の面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を備え、前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の厚さよりも大きい。

　本発明の一態様である表示装置は、前記シャッターは、光反射性を有する材料で構成されていてもよい。

　本発明の一態様である表示装置は、前記光制御フィルムは、前記光入射端面から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させる構成としてもよい。

　本発明の一態様である表示装置は、前記遮光層が複数の遮光層で構成され、前記基材の法線方向から見た前記遮光層の平面形状が、長軸と短軸とを有する異方性形状である構成としてもよい。

　本発明の一態様である表示装置は、前記表示体から射出される光の量が少ない方位角方向と、前記光制御フィルムの光拡散性が相対的に強い方位角方向と、が概ね一致している構成としてもよい。

　本発明の一態様である表示装置は、前記開口部が、第１の方向と第２の方向とにマトリクス状に配列された複数の開口部で構成され、前記第１の方向と前記第２の方向とのうち、互いに隣り合う前記開口部のピッチが狭い側の方向と、前記光制御フィルムの光拡散性が相対的に強い方位角方向と、が概ね一致している構成としてもよい。

　本発明の一態様によれば、外光による反射を抑えることで明るい表示を行うことが可能とされ、且つ、輝度バラつきを抑えることで表示ムラを抑制することが可能とされた表示装置を提供することができる。

第１実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置の概略構成を示す図。ＭＥＭＳディスプレイ装置の概略構成を示す断面図。シャッタアセンブリのシャッター動作を示す図であって、シャッタアセンブリの閉状態を示す図。シャッタアセンブリのシャッター動作を示す図であって、シャッタアセンブリの開状態を示す図。光制御フィルムの構成を示す斜視図。光制御フィルムを示す断面図（ＺＸ断面図）。光制御フィルムの平面図（ＸＹ平面図）。光制御フィルムの効果を実証するためにＭＥＭＳディスプレイ装置の配光特性（配光角度―輝度）を測定した結果であって、従来のＭＥＭＳディスプレイ装置（光制御フィルムなし）の配光特性を示す図。光制御フィルムの効果を実証するためにＭＥＭＳディスプレイ装置の配光特性（配光角度―輝度）を測定した結果であって、第１実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置（光制御フィルムあり）の配光特性を示す図。第２実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置を示す斜視図。光制御フィルムの遮光層の形状及び光拡散部の側面での光の反射を説明するための第１の図。光制御フィルムの遮光層の形状及び光拡散部の側面での光の反射を説明するための第２の図。光制御フィルムの遮光層の形状及び光拡散部の側面での光の反射を説明するための第３の図。

　以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
　以下、本発明の表示装置の一実施形態であるＭＥＭＳディスプレイ装置の構成について述べる。
　図１は、第１実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置の概略構成を示す図である。図１は、ＭＥＭＳディスプレイ装置に組み込まれるシャッターベースの光変調器アレイを中心に示す。

　本実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置（表示装置）１は、表示体１４と、表示体１４から射出される光の配光特性を制御する光制御フィルム９と、を備えて構成されている。
　表示体１４は、複数のシャッタアセンブリ１９を備えるＭＥＭＳ素子１３と、バックライト（照明装置）１１と、を有する。

　ＭＥＭＳ素子１３は、輝度増強膜１６、ディフューザ１７、光変調器基板１８、シャッタアセンブリ（光変調器）１９及びカバープレート２０を含んでいる。
　シャッタアセンブリ１９は、光変調器基板１８上に複数配置されている。図１においては、シャッタアセンブリが４つしか図示されていないが、実際には多数のシャッタアセンブリが行および列方向に配列されている。

　シャッタアセンブリ１９は、バックライト１１からの光の通過を遮断する閉状態と、バックライト１１からの光の通過を許容する開状態と、に選択的に状態を切り替えられるように動作する。本実施形態では、各シャッタアセンブリ１９が表示画像内の一画素に対応するように設けられているが、一画素内に複数のシャッタアセンブリ１９が対応するように設けられていてもよい。

　表示体１４は、例えば、バックライト１１の駆動と同じくして特定の表示画像に対応する一つまたは複数のシャッタアセンブリ１９を選択的に開状態にし、シャッタアセンブリ１９を通過した光を利用して表示画像を形成することができる。

　図２は、ＭＥＭＳディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。
　図２に示すように、光制御フィルム９が配置された側をＭＥＭＳ素子１３の前方とすると、バックライト１１は、光制御フィルム９とは反対側のＭＥＭＳ素子１３の後方に位置する。

　バックライト１１は、一つまたは複数の光源６１と、導光板６２と、複数のプリズム６３と、反射膜６４と、を備えている。本実施形態のバックライト１１は、導光板６２の側端面（光入射面６２ａ）に光源６１を設置したエッジライト方式のバックライト１１である。

　光源６１は、例えば複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を線状に並べたものにより構成され、ＬＥＤの発光部が導光板６２の光入射面６２ａと対向するように配置される。
ＬＥＤは、一般に色純度が高く、調高安定性や高速応答性に優れている等からバックライト光源として多く用いられている。また、ＬＥＤとしては、１つのＬＥＤで白色を発光する白色ＬＥＤや、ＲＧＢの個々の単色光を発光するＬＥＤが用いられる。ＲＧＢの単色発光のＬＥＤを用いることで広い色域性能が得られる。また、白色ＬＥＤは低コストで、必要とするＬＥＤの個数の関係からトータルの消費電力を抑えることができる等の利点がある。なお、光源６１として、白熱灯、蛍光灯あるいはレーザーを用いてもよい。

　各光源６１から放射された光は、導光板６２の光入射面６２ａから導光板６２の内部に入光し、導光板６２の内部で拡散しながら導光され、上側（シャッタアセンブリ１９側）の光射出面６２ｂから射出する。導光板６２には、透明材料すなわちガラスまたはプラスチック材料が用いられる。プラスチック材料としては、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂（ＣＯＰ）などが挙げられる。

　反射膜６４は、導光板６２の背面側に配置され、導光板６２内を導光している光をシャッタアセンブリ１９側へ向けて反射する。
　複数のプリズム６３は、反射膜６４の表面上に配置され、導光板６２内に入射した光を効率よくシャッタアセンブリ１９側へと導くよう機能する。複数のプリズム６３は、互いに所定の間隔をおいて配置され、光源６１から離れるほど密になるように配置されている。
　なお、プリズム６３の断面形状は、三角形の他、台形であってもよい。また、複数のプリズム６３が反射膜６４と一体に形成されていてもよい。

　バックライト１１の光射出面６２ｂ上には、表示体１４の輝度増強膜１６及びディフューザ１７がこの順で設けられている。

　光変調器基板１８は、輝度増強膜１６及びディフューザ１７を介してバックライト１１の光射出面６２ｂ上に配置されている。光変調器基板１８は、シャッタアセンブリ１９を係止するもので、光透過性を有する基板からなる。

　シャッタアセンブリ１９は、少なくともアパーチャ層（光透過部材）２２と、シャッター２３と、を含み、光変調器基板１８の表面（バックライト１１とは反対側の面）上に設けられる。

　アパーチャ層２２は、バックライト１１から射出された光を透過させる複数の開口部２４を有している。各開口部２４は、シャッタアセンブリ１９ごとにパターン形成されている。複数の開口部２４は、図１に示すように、光変調器基板１８の表面における長手方向（第１の方向）と短手方向（第２の方向）とにマトリクス状に配列されている。本実施形態では、光変調器基板１８の短手方向と、互いに隣り合う開口部２４のピッチが狭い側の方向Ｐと、が概ね一致している。

　アパーチャ層２２は、反射材料または光吸収材料からなる。本実施形態のアパーチャ層２２は、反射材料により構成され、バックライト１１からの光のうち開口部２４以外の領域に入射した光（開口部２４を透過しなかった光）をバックライト１１へ向けて反射させる。

　シャッター２３は、アパーチャ層２２の開口部２４を通してバックライト１１からの光を透過させるか、上記光を遮断するかを切り替える役割を果たす。アパーチャ層２２の開口部２４に対して移動可能に設けられ、アパーチャ層２２の表面に沿って水平方向へ移動可能に構成されている。シャッター２３は、アパーチャ層２２の開口部２４の略全体を覆うことで光を遮断する遮光位置（閉状態）と、開口部２４の全体を露出させて光を通過させる通過位置（開状態）と、に選択的に移動される。

　シャッタアセンブリ１９が開状態の場合、シャッター２３は、バックライト１１からの光がアパーチャ層２２の開口部２４を通過してビューア（視認側）に向かうことを許容する。シャッタアセンブリ１９が閉状態の場合、シャッター２３は、バックライト１１からの光がアパーチャ層２２の開口部２４を透過した光を遮光する。シャッター２３の開閉動作は、不図示の制御部によりコントロールされる。
　光変調器基板１８は、接着シール２５を介してカバープレート２０に貼り付けられている。

　カバープレート２０は、シャッタアセンブリ１９の上方に配置される。カバープレート２０の裏面側は、コントラストを強化するためにブラックマトリクスＢＭで覆うことができる。カバープレート２０は、シャッタアセンブリ１９から所定の距離だけ離れて支持されている。カバープレート２０とシャッタアセンブリ１９との間に形成されるギャップＧは、スペーサ２６及び接着シール２５により維持される。

　接着シール２５は、ギャップＧの部分に充填された作動流体２１を密封する。作動流体２１は、潤滑剤として機能する。作動流体２１としては、限定するものではないが、イオン除去水、メタノール、エタノール、シリコーンオイル、フッ化シリコーンオイル、ジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、そしてジエチルベンゼンが挙げられる。あるいは、疎水性液でもよい。疎水性液はシャッタアセンブリ１９の表面から水を排除することができる。また、作動流体２１として空気を充填してもよい。
　接着シール２５は、エポキシ、アクリル酸塩、またはシリコン材料などの重合体接着剤で形成することができる。

　光制御フィルム９は、透明基材（基材）３９と、透明基材３９の第１の面３９ａに形成される光拡散層４４および遮光層４０と、を備える。
　光拡散層４４は、光拡散部４１と中空部４３とを有する。光拡散部４１は、透明基材３９に接する光射出端面４１ａと、光射出端面４１ａに対向し、光射出端面４１ａの面積よりも大きい面積を有する光入射端面４１ｂと、を備えている。光拡散層４４は、光入射端面４１ｂから光射出端面４１ａまでの高さが遮光層４０の厚さよりも大きい構成とされている。遮光層４０は、透明基材３９の第１の面３９ａのうち光拡散部４１の形成領域以外の領域に形成されている。

　次に、シャッタアセンブリ１９の構成について具体的に説明する。
　図１及び図２に示すように、ＭＥＭＳディスプレイ装置１に組み込まれるシャッタアセンブリ１９は、上述したシャッター２３に連結された２つのアクチュエータ２７（第１アクチュエータ２７Ａ、第２アクチュエータ２７Ｂ）を有する。
　第１アクチュエータ２７Ａ及び第２アクチュエータ２７Ｂは、シャッター２３の短手方向両側にそれぞれ配置され、互いに独立的に制御される。第１アクチュエータ２７Ａはシャッター２３を開くように機能する。第２アクチュエータ２７Ｂはシャッター２３を閉じるように機能する。第１アクチュエータ２７Ａ及び第２アクチュエータ２７Ｂは、アパーチャ層２２と実質的に平行する平面においてシャッター２３を移動させることによりシャッター２３を開閉する。
　シャッター２３は、第１アクチュエータ２７Ａ及び第２アクチュエータ２７Ｂに取り付けられたアンカー２８によって、アパーチャ層２２から少し距離をおいて吊るされている。

　シャッター２３は、複数のシャッター開口部２３Ａと、遮光領域２３Ｂと、を有している。本実施形態では、アパーチャ層２２の開口部２４に対応して３つのシャッター開口部２３Ａが設けられている。各シャッター開口部２３Ａは、アパーチャ層２２の各開口部２４を通過した光をそれぞれ透過させ、遮光領域２３Ｂは、アパーチャ層２２の各開口部２４を通過した光を遮断する。シャッター２３が開位置にあるときは、各シャッター開口部２３Ａがアパーチャ層２２の開口部２４のそれぞれと平面視で重なり、シャッター２３が閉位置にあるときは、遮光領域２３Ｂがアパーチャ層２２の各開口部２４と平面視で重なる。

　シャッター開口部２３Ａは、アパーチャ層２２の開口部２４と同様に矩形状にパターン形成され、平面視でアパーチャ層２２の開口部２４と重なった場合に開口部２４を含む大きさ、すなわちアパーチャ層２２の開口部２４よりも大きい開口面積で形成されている。
また、遮光領域２３Ｂにおいても、アパーチャ層２２の開口部２４の全体を覆うことが可能な面積を有している。なお、シャッター開口部２３Ａ及びアパーチャ層２２の開口部２４の平面視における形状は上記した形状に限らない。

　シャッター２３のアパーチャ層２２に対向する側は、遮光した光を吸収または反射させるために、光吸収性を有する物質または光反射性を有する材料で覆われている。あるいは、光吸収物質または反射材料でシャッター２３を構成してもよい。

　次に、シャッタアセンブリ１９のシャッター動作について説明する。
　図３Ａ及び図３Ｂは、シャッタアセンブリ１９のシャッター動作を示す図であって、図３Ａはシャッタアセンブリ１９の閉状態を示し、図３Ｂはシャッタアセンブリ１９の開状態を示す図である。

（閉状態）
　図３Ａに示すように、シャッタアセンブリ１９が閉状態のとき、第１アクチュエータ２７Ａは開放位置にあり、第２アクチュエータ２７Ｂは折り畳み位置にある。これによりシャッター２３は、遮光領域２３Ｂがアパーチャ層２２の開口部２４の略全体を覆う位置に配置される。

（開状態）
　図３Ｂに示すように、シャッタアセンブリ１９が開状態のとき、第１アクチュエータ２７Ａは折り畳み位置にあり、第２アクチュエータ２７Ｂが開放位置にある。これによりシャッター２３は、各シャッター開口部２３Ａがアパーチャ層２２の各開口部２４と平面視で重なる位置に配置される。シャッター開口部２３Ａを通じてアパーチャ層２２の開口部２４を確認することができる。上述したように、シャッター開口部２３Ａはアパーチャ層２２の開口部２４よりも開口面積が大きい。この寸法の差異によって、シャッター開口部２３Ａを通過する光の角度範囲を拡げることができる。

　次に、光制御フィルムの構成について詳しく述べる。
　図４は、光制御フィルムの構成を示す斜視図である。図５Ａは、光制御フィルムを示す断面図（ＺＸ断面図）であって、図５Ｂは、光制御フィルムの平面図（ＸＹ平面図）である。なお、図５Ｂにおいては、透明基材３９の図示を省略している。

　図４に示すように、光制御フィルム９は、透明基材３９と、透明基材３９の第１の面３９ａ（視認側とは反対側の面）に形成された複数の遮光層４０と、透明基材３９の第１の面３９ａに形成された光拡散層４４と、から構成されている。この光制御フィルム９は、光拡散層４４側をカバープレート２０（図２）に向け、透明基材３９側を視認側に向けた姿勢で、カバープレート２０（図２）に対して不図示の粘着層を介して固定されている。

　透明基材３９には、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）フィルム等の透明樹脂製の基材が好ましく用いられる。透明基材３９は、後述する製造プロセスにおいて、後で遮光層４０や光拡散層４４の材料を塗布する際の下地となるものであり、製造プロセス中の熱処理工程における耐熱性と機械的強度とを備える必要がある。したがって、透明基材３９には、樹脂製の基材の他、ガラス製の基材等を用いても良い。また、透明基材３９の全光線透過率は、ＪＩＳＫ７３６１－１の規定で９０％以上が好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。本実施形態では、一例として厚さが１００μｍの透明樹脂製基材を用いる。

　複数の遮光層４０は、透明基材３９の第１の面３９ａに点在するように形成されている。図５Ｂに示すように、複数の遮光層４０は、透明基材３９の法線方向（Ｚ軸方向）から見てランダムに配置されている。本実施形態では、各遮光層４０の平面形状は円形状である。

　遮光層４０は、一例として、カーボンブラックを含有するブラックレジスト等の光吸収性および感光性を有する黒色の顔料、染料、樹脂等からなる層で構成されている。カーボンブラックを含有する樹脂等を用いた場合、遮光層４０を構成する膜を印刷工程で成膜できるため、材料使用量が少ない、スループットが高い等の利点が得られる。その他、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属膜を用いても良い。この種の金属膜もしくは多層膜を用いた場合、これらの膜の光学密度が高いため、薄膜で十分に光を吸収するという利点が得られる。
　本実施形態では、一例として各遮光層４０の直径が２０μｍであり、フィルム全体での被覆率が２０％程度となっている。

　光拡散層４４は、透明基材３９の第１の面３９ａであって、複数の遮光層４０を除く領域に形成されている。光拡散層４４は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。光拡散層４４の全光線透過率は、ＪＩＳ　Ｋ７３６１－１の規定で９０％以上が好ましい。全光線透過率が９０％以上であると、十分な透明性が得られる。光拡散層４４の層厚は遮光層４０の厚さよりも十分大きく設定されている。本実施形態の場合、光拡散層４４の層厚は一例として２５μｍ程度であり、遮光層４０の層厚は一例として１５０ｎｍ程度である。

　光拡散層４４は、図５Ａに示すように、光射出端面４１ａと、光入射端面４１ｂと、側面４１ｃと、を有する。光射出端面４１ａは、透明基材３９に接する面である。光入射端面４１ｂは、光射出端面４１ａと対向する面である。側面４１ｃは、光拡散部４１のテーパ状の側面である。側面４１ｃは、光入射端面４１ｂから入射した光を反射する面である。光入射端面４１ｂの面積は、光射出端面４１ａの面積よりも大きい。

　光拡散層４４における遮光層４０の形成領域には、透明基材３９の一面に平行な平面で切断したときの断面積が遮光層４０側で大きく、遮光層４０から離れるにつれて漸次小さくなる形状の中空部４３が形成されている。すなわち、中空部４３は、透明基材３９側から見たとき、いわゆる順テーパ状の円錐台状の形状を有している。中空部４３の内部には空気が存在している。光拡散層４４の中空部４３以外の部分、すなわち透明樹脂が連続して存在する部分は光の透過に寄与する部分である。よって、以下の説明では、光拡散層４４の中空部４３以外の部分を光拡散部４１とも言う。光拡散部４１に入射した光は、光拡散部４１と中空部４３との界面で全反射しつつ、光拡散部４１の内部に略閉じこめられた状態で導光し、透明基材３９を介して外部に出射される。

　光制御フィルム９は、図２に示したように、透明基材３９が視認側に向くように配置されるため、光拡散部４１の２つの対向面のうち、面積の小さい方の面（透明基材３９に接する側の面）が光射出端面４１ａとなり、面積の大きい方の面（透明基材３９と反対側の面）が光入射端面４１ｂとなる。光拡散部４１の側面４１ｃ（光拡散部４１と中空部４３との界面）の傾斜角度（光射出端面４１ａと側面４１ｃとのなす角）は６０°～８５°程度が好ましい。ただし、光拡散部４１の側面４１ｃの傾斜角度は、入射光の損失がそれ程大きくなく、入射光を十分に拡散することが可能な角度であれば、特に限定されない。

　本実施形態の場合、中空部４３には空気が存在しているため、光拡散部４１を例えば透明アクリル樹脂で形成したとすると、光拡散部４１の側面４１ｃは透明アクリル樹脂と空気との界面となる。ここで、光拡散部４１の内部と外部との界面の屈折率差は、中空部４３が空気で充填されている方が、光拡散部４１の周囲が他の一般的な低屈折率材料で充填されている場合よりも大きい。したがって、スネルの法則より、光拡散部４１の側面４１ｃで光が全反射する入射角範囲が広い。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
　なお、中空部４３には、空気に代えて、窒素等の不活性ガスが充填されていても良い。
もしくは、中空部４３の内部が真空状態であっても良い。

　透明基材３９の屈折率と光拡散層４４の屈折率とは略同等であることが望ましい。その理由は、例えば透明基材３９の屈折率と光拡散層４４の屈折率とが大きく異なっていると、光入射端面４１ｂから入射した光が光拡散層４４から出射しようとする際に光拡散層４４と透明基材３９との界面で不要な光の屈折や反射が生じて、所望の視野角が得られない、出射光の光量が減少する、等の不具合が生じる虞があるからである。

　光拡散層４４は、光制御フィルム９において光の透過に寄与する部分である。図５Ａに示すように、光拡散層４４に入射した光Ｌは、光拡散層４４の側面４１ｃで全反射しつつ、光拡散層４４の内部に略閉じ込められた状態で導光し、光射出端面４１ａから射出される。

　次に、従来の透過型ＭＥＭＳディスプレイ装置及び本実施形態の透過型ＭＥＭＳディスプレイ装置の配光特性を評価する。
　図６Ａ及び図６Ｂは、光制御フィルムの効果を実証するためにＭＥＭＳディスプレイ装置の配光特性（配光角度―輝度）を測定した結果であって、図６Ａは従来のＭＥＭＳディスプレイ装置（光制御フィルムなし）、図６Ｂは第１実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置（光制御フィルムあり）のものである。

　なお、図６Ａ、図６Ｂにおいて、縦軸は輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ^２）を示す。また、ディスプレイの正面（ディスプレイの主面の法線方向）における配光角度θ１、θ２は０°である。

　図６Ａ、図６Ｂに示すように、本実施形態におけるＭＥＭＳディスプレイ装置１では、従来のＭＥＭＳディスプレイ装置よりも正面の輝度が若干低下しているものの、配光角度が拡がっている（θ１＜θ２）。つまり、光制御フィルム９は、表示体１４（ＭＥＭＳ素子１３）で射出角度が制御された光を等方的に散乱し、広角に広げる機能を有する。
これにより、表示体１４から射出された光が光制御フィルム９によって広角方向に拡散されるため、視野角の広い画像表示を行うことができる。

　特に本実施形態の場合、遮光層４０の平面形状が円形であるため、ＭＥＭＳディスプレイ装置１の表示画面の法線方向を中心とした全ての方位に角度分布が拡がる。そのため、観察者は、全ての方位で良好な表示を視認することができる。すなわち、光制御フィルム９の仕様によって視野角特性に優れたＭＥＭＳディスプレイ装置１を実現できる。

　また、本実施形態の構成によれば、ディスプレイの表示面側に上述の光制御フィルム９を備えたことにより、バックライト１１の輝度バラつきがそのまま表示に現れることがない。つまり、バックライト１１からの光が光制御フィルム９で光が拡散されることで、ディスプレイ（バックライト１１）の面内輝度バラつきを緩和することができる。

　ディスプレイの表示面側に光制御フィルム９を設置する前の状態では、バックライト１１からの面内輝度バラつき量が±４０％程度であったが、光制御フィルムを設置した後では、バックライト１１からの面内輝度バラつき量が±１０％程度まで緩和された。
　よって、光制御フィルム９を備えることで視認性の良好な画像表示を行うことが可能である。

　また、ＭＥＭＳ素子１３の金属配線及び金属製のシャッター２３による外光の反射を抑えるために、従来ではディスプレイの表面に円偏光板を配置していた。しかしながらこの場合には、円偏光板によってバックライト１１（表示体１４）から射出された光がカットされてしまい、ディスプレイの射出光量を低下させていた。一例では、円偏光板の配置によって凡そ４０％まで射出光量が低下し、凡そ６０％の光ロスが生じていた。

　これに対して本実施形態では、ＭＥＭＳディスプレイ装置１の表面に光制御フィルム９を配置したことで、複数の遮光層４０において外光が吸収されるため、ＭＥＭＳ素子１３の金属配線及びシャッター２３等に外光が到達することを阻止することができる。また、外光がＭＥＭＳ素子１３へ入射して反射光が生じたとしても、遮光層４０で吸収されてディスプレイから射出されることを阻止することができる。

　本実施形態の構成とすることで、外光による反射を抑えるために円偏光板を設置する必要がなく、バックライト１１からの光が円偏光板によって大幅にカットされることもないため、十分な表示輝度を確保することができる。具体的に本実施形態では、バックライト１１の光のロスを１０％程度に抑えることが可能となり、バックライト１１からの光を９０％程度まで利用することができるようになった。また、複数の遮光層４０を有する光制御フィルム９を備えたことで外光反射量を５０％程度に抑えることが可能となった。

　以上のことから、本実施形態によれば、外光による反射を抑えることで明るい表示を行うことが可能とされ、且つ、輝度バラつきを抑えることで表示ムラを抑制することが可能とされたＭＥＭＳディスプレイ装置１を提供することができる。

　なお、本実施形態においては、ディスプレイのビューア側の最表面（カバープレート２０のシャッタアセンブリ１９とは反対側の面）に光制御フィルム９を配置した構成としたが、カバープレート２０のシャッタアセンブリ１９側の面に光制御フィルム９を配置してもよい。

［第２実施形態］
　次に、第２実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置の構成について述べる。
　本実施形態におけるＭＥＭＳディスプレイ装置の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、本実施形態においては、光制御フィルムの構成が異なっている。以下の説明では、第１実施形態と異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。
また、説明に用いる各図面において、図１～図５Ｂと共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

　図７は、第２実施形態のＭＥＭＳディスプレイ装置を示す斜視図である。
　図７に示すように、ＭＥＭＳディスプレイ装置（表示装置）１０は、バックライト１１及びＭＥＭＳ素子１３を含む表示体１４と、光制御フィルム１５と、を備えている。
　本実施形態の光制御フィルム１５は、支持基材７０と、粘着層７１と、透明基材３９と、遮光層４０と、光拡散層４４と、から概略構成されている。支持基材７０及び透明基材３９は、互いに光透過性を有する。

　支持基材７０は、透明基材３９の一方の面（第１の面３９ａとは反対側の面）に形成された粘着層７１を介して透明基材３９上に積層されている。透明基材３９の他方の面（第１の面３９ａ）には、複数の遮光層４０と、光拡散層４４と、が形成されている。

　本実施形態では、透明基材３９の法線方向から見た各遮光層４０の平面形状が、長軸と短軸とを有する異方性形状とされている。例えば、図７に示すように各遮光層４０の平面形状が楕円状となっている。一例として、遮光層４０の長手方向における長さが２０μｍであり、短手方向における長さが１０μｍである。複数の遮光層４０は、上記実施形態と同様にランダムな配置で形成されている。なお、複数の遮光層４０は、互いの長軸方向が概ね平行していればよい。
　光拡散層４４は、透明基材３９の第１の面３９ａにおいて複数の遮光層４０が形成された領域以外の領域に形成された光拡散部４１と、複数の中空部４３と、を有する。

　本実施形態の光制御フィルム１５は、光拡散部４１の光入射端面４１ｂから入射した光を、透明基材３９の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させる。各遮光層４０の平面視における形状が楕円状であることから、遮光層４０の短軸方向（Ｙ方向）に光が多く拡散されることになる。このため、光制御フィルム１５の光拡散性が相対的に強い方位角方向Ｖと、表示体１４から射出される光の量が少ない方位角方向（図１に示したアパーチャ層２２において互いに隣り合う開口部２４のピッチが狭い側の方向）Ｐとが、概ね一致するように構成されている。

　図８Ａ～図８Ｃは、光制御フィルムの遮光層の形状及び光拡散部の側面での光の反射を説明するための図である。
　上述したように本実施形態では、光制御フィルム１５（ＭＥＭＳディスプレイ装置１０）を正面（図７におけるＺ軸方向）から見たときの遮光層４０の平面形状が、例えば楕円形で代表されるような上下左右に非対称のドット形状に形成されている。すなわち、図中の一線で示した方位角０度～１８０度方向の遮光幅が広く、図中の点線で示した方位角９０度～２７０度方向の遮光幅が狭いドット形状となっている（図８Ａ参照）。

　そのため、光制御フィルム１５を断面方向で見た場合は、方位角０度～１８０度方向は光拡散部の側面積（図８Ｂ参照）が、方位角９０度～２７０度方向の光拡散部４１の側面積（図８Ｃ参照）よりも小さくなっている。

　従って、本実施例に係る光制御フィルム１５によれば、方位角０度～１８０度方向に拡散して出射される光量が少なく、方位角９０度～２７０度方向に拡散して出射される光量が多くなる。つまり、方位によって非対称の光拡散が実現される。

　なお、遮光層４０の平面形状としては、概ねある方位、例えば方位角９０度～２７０度方位と直交した形状であれば、その周縁形状が凹凸であっても良い。非対称のドット径としては、特に一定の大きさに限定されるものではなく、様々な大きさのドット径の形状が混在していても良い。更に、その配置は規則的な配置に限定されるものではなく、周期的な配置に限定されるものでもない。また、各遮光層４０のドットは重なって形成されていても良い。

　ここで、光制御フィルムの視野角拡大効果について述べる。
　図８Ｂ、図８Ｃに示すように、光入射端面４１ｂから光拡散部４１の内部に入射した光のうち、光拡散部４１の中心付近において光入射端面４１ｂに対して略垂直に入射した光Ｌ１は、光拡散部４１の側面４１ｃで全反射することなく、光拡散部４１の内部をそのまま直進して透過する。

　また、光拡散部４１の周縁部において光入射端面４１ｂに対して略垂直に入射した光Ｌ２は、臨界角よりも大きい入射角で光拡散部４１の側面４１ｃに入射するため、光拡散部４１の側面４１ｃで全反射する。全反射した光は、光拡散部４１の光射出端面４１ａで屈折し、光射出端面４１ａの法線方向に対して大きな角度を成す方向に射出される。

　一方、光拡散部４１の光入射端面４１ｂに対して斜めに入射した光Ｌ３は、臨界角よりも小さい入射角で光拡散部４１の側面４１ｃに入射するため、光拡散部４１の側面４１ｃを透過し、遮光層４０で吸収される。

　以上の作用により、光制御フィルム１５に対して略垂直に入射した光Ｌ１，Ｌ２は、光制御フィルム１５に入射する前よりも角度分布が拡がった状態で光制御フィルム１５から射出される。したがって、観測者がＭＥＭＳディスプレイ装置１０の正面方向（表示面の法線方向）から視線を傾けていったとしても、良好な表示を視認することができる。

　特に、本実施形態の場合、遮光層４０の平面形状が楕円状であるため、ＭＥＭＳディスプレイ装置の上下方向における角度分布が広がり、上下方向における視野角特性を改善することができる。例えば、バックライト１１に配光依存性（射出方向依存性）があり、ディスプレイの所定の方向における視野角が狭くなってしまう場合でも、この方向に光が拡散するように光制御フィルム１５を設けることで視認性の良好な表示が行える。

　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　本発明の一態様は、外光による反射を抑えることで視認性の高い表示を行うことが可能とされ、且つ、輝度バラつきを抑えることで表示ムラを抑制することが必要な表示装置などに適用することができる。

　１，１０…ＭＥＭＳディスプレイ装置（表示装置）、９，１５…光制御フィルム、１１…バックライト（照明装置）、１４…表示体、２２…アパーチャ層（光透過部材）、２３…シャッター、２４…開口部、３９…透明基材（基材）、３９ａ…第１の面、４０…遮光層、４１…光拡散部、４１ａ…光射出端面、４１ｂ…光入射端面、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光、Ｐ…アパーチャ層の互いに隣り合う開口部のピッチが狭い側の方向、Ｖ…光制御フィルムの光拡散性が相対的に強い方位角方向

Claims

　表示体と、前記表示体から射出される光の配光特性を制御する光制御フィルムと、を備え、
　前記表示体は、照明装置と、前記照明装置から射出された光を透過させる開口部を有する光透過部材と、前記開口部に対して移動可能に設けられ、前記開口部を通して光を透過させるか遮断するかを切り替えるシャッターと、を備え、
　前記光制御フィルムは、光透過性を有する基材と、前記基材の第１の面に形成された光拡散部と、前記基材の第１の面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された遮光層と、を備え、
　前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を備え、前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記遮光層の厚さよりも大きい表示装置。
　前記シャッターは、光反射性を有する材料で構成されている請求項１に記載の表示装置。
　前記光制御フィルムは、前記光入射端面から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させる請求項１または請求項２に記載の表示装置。
　前記遮光層が複数の遮光層で構成され、
　前記基材の法線方向から見た前記遮光層の平面形状が、長軸と短軸とを有する異方性形状である請求項３に記載の表示装置。
　前記表示体から射出される光の量が少ない方位角方向と、前記光制御フィルムの光拡散性が相対的に強い方位角方向と、が概ね一致している請求項３または請求項４に記載の表示装置。
　前記開口部が、第１の方向と第２の方向とにマトリクス状に配列された複数の開口部で構成され、
　前記第１の方向と前記第２の方向とのうち、互いに隣り合う前記開口部のピッチが狭い側の方向と、前記光制御フィルムの光拡散性が相対的に強い方位角方向と、が概ね一致している請求項３または請求項４に記載の表示装置。