JP2005338270A - 視野角制御シート - Google Patents

Abstract

【課題】 画面の輝度の低下を抑制しうる視野角制御シートを提供する。
【解決手段】 断面形状が台形のレンズ部を所定の間隔で配列するとともに、隣り合うレンズ部間の楔形部には、レンズ部と同一又は異なる材料を充填し、楔形部は観察者側に先端を設けるとともに映像側に底面を設け、さらに少なくともその斜面部分をレンズ部の材料より低い屈折率の材質から形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機発光ダイオード（以下において「ＯＬＥＤ」という。）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（以下において「ＬＣＤ」という。）等の表示装置に好適に用いられる視野角制御用シートに関する。

ＯＬＥＤディスプレイやＬＣＤなどでは、通常、観察者がどのような位置から見ても良好な画像が得られるように、視野角が広いことが好まれる。例えば特許文献１には、複数の単位レンズを一次元又は二次元方向に形成し、単位レンズは入射光の一部がその内面で全反射する全反射部を備えるとともに、所定の屈折率Ｎ１を有する材料にて形成されており、隣り合う単位レンズの間は、所定の屈折率Ｎ２を有する材料が充填されている光拡散シートが開示されている。

一方、例えば通勤電車の中で仕事をする場合等、周りの人から画面を覗かれては困ることがあり、このような場合にはディスプレイの観察者のみに見え、他人からは見えないような視野角の制御が望まれる。かかる要求に対して、例えば図１２に示すようなルーバータイプの視野角制御シートが開発されて使用されている。
特開２００３−５０３０７号公報

しかし、ルーバータイプの視野角制御シートは、斜め方向の映像光を単純にカットしており、画面の輝度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、画面の輝度の低下を抑制しうる視野角制御シートを提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１の発明は、断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合うレンズ部間の楔形部は、レンズ部と同一又は異なる材料が充填され、楔形部は観察者側に先端を有するとともに映像側に底面を有し、さらに少なくともその斜面部分を構成する材料の屈折率Ｎｘと、前記レンズ部を構成する材料の屈折率Ｎｙとの間に
Ｎｘ≦Ｎｙ
なる関係が成立することを特徴とする視野角制御シートにより前記課題を解決するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の視野角制御シートにおいて、斜面部分が出光面の法線となす角度が５〜２０度であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の視野角制御シートにおいて、楔形部の断面形状は略二等辺三角形であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、斜面部分が、観察者側面となす角が映像側と観察者側とで異なるように、曲線、及び又は折れ線状の断面形状を持つことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、楔形部の材料の屈折率が前記レンズ部の材料の屈折率に対して、０．９８倍〜０．８倍であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、楔形部に光吸収効果があることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、楔形部に光吸収粒子が添加されていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の視野角制御シートにおいて、光吸収粒子の平均粒径が１μｍ以上で、底面幅長の２／３以下であることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項７又は８に記載の視野角制御シートにおいて、光吸収粒子の添加量が１０〜５０体積％であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の視野角制限シートが映像源の観察者側に１枚、又は略直交して２枚積層されていることを特徴とする視野角制御シートにより前記課題を解決するものである。

請求項１１の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の視野角制御シートにおいて、少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧ、タッチセンサーのうちのいずれか、又はこれらの内複数の付加機能が付与されていることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の視野角制御シートが接着されていることを特徴とするディスプレイにより前記課題を解決するものである。

請求項１３の発明は、請求項１２に記載のディスプレイにおいて、底面幅長は、一画素の大きさの１／１．５以下であることを特徴とする。

本発明によれば、輝度の低下を抑制しうる視野角制御シートを得ることができる。また本発明の視野角制御シートによれば、画像のコントラストを向上させることができる。本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

図１は、本発明の第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１の一方向の断面を示す図である。図１においては、図面左側に映像光源が配置され、図面の右側に観察者が位置している。この視野角制御シートＳ１は、映像側から観察者方向に順に、映像側ベースシート１１、レンズ部１２、観察者側ベースシート１３が張り合わされて形成されている。レンズ部１２は、屈折率がＮ１の物質で形成されている。さらに、図では上下に隣接するレンズ部１２、１２の斜辺に挟まれた断面形状三角形の部分は、レンズ部１２の屈折率Ｎ１より低い屈折率Ｎ２を有する物質で埋められている。以後の説明においてはこの低屈折率物質で埋められている部分を「楔形部１４」という。楔形部１４は、観察者側に先端、映像側に底面１７を備えている。

レンズ部１２の屈折率Ｎ１と、楔形部１４の屈折率Ｎ２との比は、視野角制御シートＳ１の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、楔形部１４とレンズ部１２とが接する斜辺が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ１に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ１に形成されている。これらについては後に詳述する。

楔形部１４は、カーボン等の顔料又は所定の染料にて所定濃度に着色されている。また、映像側ベースシート１１、及び観察者側ベースシート１３は、レンズ部１２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。観察者側ベースシート１３の外側面には、観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能を備えている。ここに「ＡＲ」とはアンチリフレクションの略で、レンズ表面に入光する光の反射率を抑える機能をいう。また、「ＡＳ」とはアンチスタティックの略で、帯電防止の機能をいう。また「ＡＧ」とはアンチグレアの略で、レンズの防眩性機能をいう。本第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１においてはこれらの機能の内一つだけを持たせてもよく、また複数の機能を併せ持たせてもよい。

次に視野角制御シートＳ１のレンズ部１２内に入光した光の光路について、図１を参照しつつ簡単に説明する。なお、図１において、光Ｌ１１〜Ｌ１５の光路は模式的に示されたものである。いま、映像光源側からレンズ部１２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ１１は、そのまま視野角制御シートＳ１の内部を直進して通過し、観察者に至る。映像光源側から所定の角度をもってレンズ部１２の端部付近に入射した入射光Ｌ１２は、屈折率Ｎ１のレンズ部１２と屈折率Ｎ２の楔形部１４との屈折率差により斜辺にて全反射され、観察者側に垂直光として出光される。映像光源側からレンズ部１２の端部付近に大きな角度をもって入射した光Ｌ１３は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向の小さな角度をもって、垂直光に近い角度となって観察者側に出光される。底面１７から楔形部１４に直接入射する光Ｌ１４は、楔形部１４の内部に入光する。楔形部１４は着色されているので、光Ｌ１４は楔形部１４にて吸収され、観察者側に至ることはない。さらに観察者側から斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する外光Ｌ１５は、レンズ部１２と楔形部１４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部１４の内部に入光する。外光Ｌ１５は着色された楔形部１４に吸収される。したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。このようにして断面方向に視野角を制御することが可能かつ、輝度の低下を抑制することができ、コントラストの高い視野角制御シートを得ることができる。

図２は、第二実施形態にかかる視野角制御シートＳ２の一方向の断面を示す図である。図２においても、図面左側に映像光源が配置され、図面の右側に観察者が位置している。この視野角制御シートＳ２は、映像側から観察者方向に順に、映像側ベースシート２１、レンズ部２２、観察者側ベースシート２３が張り合わされて形成されている。レンズ部２２は、屈折率がＮ１の物質で形成されている。さらに、図では上下に隣接するレンズ部２２、２２の斜辺に挟まれた断面形状三角形の部分は、レンズ部２２の屈折率Ｎ１より低い屈折率Ｎ２を有する物質で埋められている。以後の説明においてはこの低屈折率物質で埋められている部分を「楔形部２４」という。楔形部２４は、観察者側に先端、映像側に底面２７を備えている。

レンズ部２２の屈折率Ｎ１と、楔形部２４の屈折率Ｎ２との比は、視野角制御シートＳ２の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、楔形部２４とレンズ部２２とが接する斜辺が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ２に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ２に形成されている。

楔形部２４は、カーボン等の顔料又は所定の染料にて所定濃度に着色されている。また、映像側ベースシート２１、及び観察者側ベースシート２３は、レンズ部２２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。観察者側ベースシート２３の外側面には、観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能を備えている。本実施形態においてもこれらの機能の内一つだけを持たせてもよく、また複数の機能を併せ持たせてもよい。

図示の視野角制御シートＳ２は、その底面２７にブラックストライプ（レンズ部２２が一次元方向に配列されている場合。二次元方向に配列されている場合には、多数の円形の黒色面である。）ＢＳが形成されている。また、楔形部２４の内部にはレンズ部２２の屈折率Ｎ１より低い屈折率Ｎ２を有する材料が充填されている。かかる構成を有する視野角制御シートＳ２によっても、映像光源側からの各入射光Ｌ２１〜Ｌ２３は第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１における入射光Ｌ１１〜Ｌ１３と同様の光路をたどる。また、底面２７のブラックストライプＢＳに入射した光Ｌ２４はブラックストライプＢＳにより吸収される。さらに観察者側から斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する外光Ｌ２５は、レンズ部２２と楔形部２４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部２４の内部に入光する。外光Ｌ２５は着色された楔形部２４に吸収される。したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。したがって、視野角制御シートＳ２によっても、第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１と同様の効果、すなわち断面方向に視野角を制御することが可能かつ、輝度の低下を抑制し、コントラストの高い視野角制御シートを得ることができる。

図３は、本発明の第三実施形態の視野角制御シートＳ３を示している。この視野角制御シートＳ３は、映像側から観察者側方向に順に、映像側ベースシート３１、レンズ部３２、観察者側ベースシート３３が張り合わされて配置されている。レンズ部３２は高屈折率Ｎ１を有する物質により形成されている。さらに、図において上下方向に隣接するレンズ部３２、３２の斜辺には、Ｎ１より小さな屈折率Ｎ２を備え透明な物質により形成された層３４（以下「透明低屈折率層３４」という。）が形成されている。また隣接するレンズ部３２の間に挟まれた断面形状三角形の部分は、レンズ部３２の屈折率Ｎ１と略同一の屈折率を有する物質が充填されている。以後の説明においてはこの断面形状三角形の部分を「レンズ間部分３５」ということもある。

レンズ部３２の屈折率Ｎ１と、透明低屈折率層３４の屈折率Ｎ２との比は、視野角制御シートＳ３の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、透明低屈折率層３４とレンズ部３２とが接する斜辺が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ３に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ３に形成されている。これらについて、後に詳述する。

レンズ部３２は通常電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。透明低屈折率層３４は、シリカ等透明樹脂の屈折率より低い屈折率を有する材料にて形成されている。また、レンズ間部分３５は、カーボン、顔料又は所定の染料等にて所定濃度に着色されている。また、映像側ベースシート３１、及び観察者側ベースシート３３は、レンズ部３２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。観察者側ベースシート３３の外側面には、上記第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１と同様に、観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能が備えられている。

かかる構成を有する視野角制御シートＳ３によっても、映像光源側からの各入射光Ｌ３１〜Ｌ３３は第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１における入射光Ｌ１１〜Ｌ１３と同様の光路をたどる。また、着色されたレンズ間部分３５の底面３７に入射する光Ｌ３４は、着色された透明低屈折率層３４の内部に入光して、着色された透明低屈折率層３４に吸収され、観察者側に至ることはない。さらに、観察者側から斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する外光Ｌ３７は、レンズ部３２と透明低屈折率層３４との屈折率差によっても全反射されることなく透明低屈折率層３４の内部に入光する。外光Ｌ３７は着色された透明低屈折率層３４に吸収される。したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。したがって、第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１と同様の効果、すなわち断面方向に視野角を制御することが可能かつ、輝度の低下を抑制し、コントラストの高い視野角制御シートを得ることができる。

図４は、本発明の第四実施形態にかかる視野角制御シートＳ４の断面を示している。この視野角制御シートＳ４は、映像側から観察者の方向に順に、映像側ベースシート４１、レンズ部４２、観察者側ベースシート４３が張り合わされて配置されている。レンズ部４２は高屈折率Ｎ１を有する物質により形成されている。さらに、図面上下方向に隣接するレンズ部４２、４２にはさまれた断面形状三角形の部分には、Ｎ１より小さな屈折率Ｎ２を備えた透明な物質（以下において「透明低屈折率物質４６」という。）中に光吸収粒子４９が添加された材料で充填されている。以降の説明においては、この透明低屈折率物質４６が充填されている部分を「楔形部４４」と呼ぶ。楔形部４４は、観察者側に先端、映像側に底面４７を備えている。

本実施形態においては、レンズ部４２の屈折率Ｎ１と、透明低屈折率物質４６の屈折率Ｎ２との比は、視野角制御シートＳ４の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、楔形部４４とレンズ部４２とが接する斜辺が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ４に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ４に形成されている。

レンズ部４２は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。また、透明低屈折率物質４６として通常、電離放射線硬化性を有するウレタンアクリレートなどの材料が使用されている。光吸収粒子４９は市販の着色樹脂微粒子が使用可能である。また、映像側ベースシート４１、及び観察者側ベースシート４３は、レンズ部４２と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。観察者側ベースシート４３の観察者側には、本実施形態においても、上記第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１と同様に、観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能を備えている。

次に視野角制御シートＳ４のレンズ部４２内に入光した光の光路について、図４を参照しつつ簡単に説明する。なお、図４において、光Ｌ４１〜Ｌ４３、及びＬ４４の光路は模式的に示されたものである。いま、図４において、映像光源側からレンズ部４２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ４１は、そのまま視野角制御シートＳ４の内部を直進して通過し、観察者に至る。映像光源側からレンズ部４２の端部付近に斜めに入射した光Ｌ４２は、レンズ部４２と透明低屈折率物質４６との屈折率差により斜辺にて全反射され、垂直光となって観察者側に出光される。映像光源側からレンズ部４２の端部付近にさらに大きな角度をもって、入射した光Ｌ４３は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向に入射時よりも小さな角度をもって、垂直光に近い角度で観察者側に出光される。楔形部４４の底面４７に入射する光Ｌ４４は、楔形部４４の内部に入光して、光吸収粒子４９に吸収され、観察者側に至ることはない。さらに、観察者側から斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する外光Ｌ４５は、レンズ部４２と楔形部４４との屈折率差によっても全反射されることなく楔形部４４の内部に入光する。外光Ｌ４５は楔形部４４の光吸収粒子４９に吸収される。したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。このようにして映像側から様々な角度をもって入射する光が観察者側から、出光面法線方向あるいはそれに近い方向に出光されるので、視野角を制御しつつ、輝度の低下を抑制し、コントラストの高い視野角制御シートを得ることができる。

図５は、本発明の第五実施形態の視野角制御シートＳ５を示している。この視野角制御シートＳ５も、映像側から観察者方向に順に、映像側ベースシート５１、レンズ部５２、観察者側ベースシート５３が張り合わされて配置されている。レンズ部５２は高屈折率Ｎ１を有する物質により形成されている。さらに、前面において上下に隣接するレンズ部５２、５２の斜辺には、Ｎ１より小さな屈折率Ｎ２を備え透明な物質により形成された層５４（以下「透明低屈折率層５４」という。）が形成されている。また隣接するレンズ部５２の間に挟まれた断面形状三角形の部分は、Ｎ２より高い屈折率を有する物質５８中に光吸収粒子５９が添加された材料が充填されている。以後の説明においてはこの断面形状三角形の部分を「レンズ間部分５５」という。

レンズ部５２の屈折率Ｎ１と、透明低屈折率層５４の屈折率Ｎ２との比は、視野角制御シートＳ５の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、透明低屈折率層５４とレンズ部５２とが接する斜辺が、出光面の法線Ｖ（当該視野角制御シートＳ５に対する垂直入射光に平行な線）となす角度は所定の角度θ５に形成されている。

レンズ部５２は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。また、透明低屈折率層５４は、シリカ等透明樹脂の屈折率より低い屈折率を有する材料にて形成されている。光吸収粒子５９は市販の着色樹脂微粒子が使用可能である。また、映像側ベースシート５１、及び観察者側ベースシート５３は、レンズ部５２と略同一の屈折率を有する材料にて形成されている。観察者側ベースシート５３の観察者側には、本実施形態においても、上記第一実施形態にかかる視野角制御シートＳ１と同様に、観察者側にＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能を備えている。

次に視野角制御シートＳ５のレンズ部２内に入光した光の光路について、図５を参照しつつ簡単に説明する。なお、図５においても、光Ｌ５１〜Ｌ５４の光路は模式的に示されたものである。図５において、映像光源側からレンズ部５２の中央部付近に入射した垂直光Ｌ５１は、そのまま視野角制御シートＳ５の内部を直進して通過し、観察者に至る。

映像光源側からレンズ部５２の端部付近に角度をもって入射した垂直光Ｌ５２は、レンズ部５２と透明低屈折率層５４との屈折率差により斜辺にて全反射され、垂直光となって観察者側に出光される。映像光源側からレンズ部５２の端部付近にさらに大きな角度をもって入射した光Ｌ５３は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向に入射時より小さな角度をもって、垂直光に近い状態で観察者側に出光される。また、映像側からレンズ間部分５５に入光した光Ｌ５４も、光吸収粒子５９に吸収され、観察者側に反射光となって、出光されることがない。さらに、観察者側から斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する外光Ｌ５５は、レンズ部５２と透明低屈折率層５４との屈折率差によっても全反射されることなくレンズ間部分５５の内部に入光する。外光Ｌ５５はレンズ間部分５５の光吸収粒子５９に吸収される。したがって観察者側からの視野による画像のコントラストが向上する。このようにして、広い視野角をもち、輝度の低下を抑制し、コントラストの高い視野角制御シートＳ５を得ることができる。

第四実施形態及び第五実施形態にかかる視野角制御シートＳ４、Ｓ５における光吸収粒子４９、５９は、平均粒径が１μｍ以上で、楔形部４４の底面４７、あるいはレンズ間部分５５の底面５７幅長さの２／３以下であることが好ましい。光吸収粒子４９、５９の大きさが小さすぎると、十分な光吸収効果を得ることができない。一方、光吸収粒子４９、５９の大きさが大きすぎると、製造時に、底面４７、５７から楔形部４４、あるいはレンズ間部５５の内部に充填しにくくなり好ましくない。また、第四実施形態及び第五実施形態にかかる視野角制御シートＳ４、Ｓ５における光吸収粒子４９、５９は、楔形部４４、あるいはレンズ間部分５５の全体の体積に対して１０〜５０体積％であることが好ましい。かかる比率を維持することによって、十分な光吸収効果を保ちつつ、容易な製造条件を与えることができる。

次に、図６及び図７を用いて、本発明の第三実施形態にかかる視野角制御シートＳ３の単位レンズ部３２に入射した視野角制御シートＳ内の光が斜辺にて全反射され、かつ入光面においては、全反射されずにレンズ内に入射する条件について検討する。

図６は、視野角制御シートＳ３内において、視野角制御シートＳ３の斜辺で反射した光Ｌ３２が出射面に対して垂直に出射する場合の光路を示す図である。図６において、映像光源は図面下方に、観察者は図面上方に位置するものとする。また映像側ベースシート３１、及び観察者側ベースシート３３は説明の簡略化のため省略している（図７において同じ。）。

図６において、斜辺に入射した光Ｌ３２が、斜辺のＡ点において全反射され始める条件（臨界条件）は、スネルの法則により、
ｓｉｎ（９０°−θ_３）＝Ｎ２／Ｎ１
であるから、垂直光Ｌ３２が常に全反射されるためには、
（式１） ｓｉｎ（９０°−θ_３）＞Ｎ２／Ｎ１
なる条件を満たす必要がある。

また、斜辺のＡ点にて全反射される光Ｌ３２が、入光面のＢ点において全反射され始める条件（臨界条件）は、大気の屈折率を１とした場合、スネルの法則により、ｓｉｎ２θ_３＝１／Ｎ１
であるから、光Ｌ５がＢ点から観察者側に確実に出光されるためには、
（式２） ｓｉｎ２θ_３＜１／Ｎ１
なる条件を満たす必要がある。

なお参考のために図７を参照しつつ、視野角制御シートＳ３のレンズ部に入射して、斜辺に反射され、その結果出光面法線に対して１０°の傾きとなる光Ｌ３５の光路について以下に簡単に説明する。

図７において、視野角制御シートＳ３内で斜辺に入射した光Ｌ３５が、斜辺のＡ点において全反射され始める条件（臨界条件）は、スネルの法則により、
ｓｉｎ（８０°−θ_３）＝Ｎ２／Ｎ１
であるから、常に全反射されるためには、
（式３） ｓｉｎ（８０°−θ_３）＞Ｎ２／Ｎ１
なる条件を満たす必要がある。

また、光が入光面のＢ点において全反射され始める条件（臨界条件）すなわち光が入射面にて全反射され、視野角制御シート内に入射しない条件は、大気の屈折率を１とした場合、スネルの法則により、ｓｉｎ（２θ_３＋１０°）＝１／Ｎ１
であるから、光が映像側からＢ点に確実に入光されるためには、
ｓｉｎ（２θ_３＋１０°）＜１／Ｎ１
すなわち
（式４） Ｎ１＜１／ｓｉｎ（２θ_３＋１０°）
なる条件を満たす必要がある。

次にθ_３が５°〜２０°であるとして、その範囲においてさらに具体的にＮ１とＮ２の値を考察する。５°＜θ_３＜２０°の範囲においては、
０．９４０＜ｓｉｎ（９０°−θ_３）＜０．９９６
であり、式１により、Ｎ２／Ｎ１の値はこれより小さいから
（式５） Ｎ２／Ｎ１＜０．９４０

一方、５°＜θ_３＜２０°の範囲では、
１．５６＜１／ｓｉｎ２θ_３＜５．７６
であるから、式２より、
（式６） Ｎ１＜１．５６
さらに、入手しうる現実の材料を考慮した場合、Ｎ２の最小値は１．３０なので、
Ｎ２／Ｎ１＞１．３０／１．５６＝０．８３
したがって上式と式６から
（式７） ０．８３＜Ｎ２／Ｎ１＜０．９４０
上記式６及び式７が５°＜θ＜２０°の範囲での、斜辺にて反射された光が、隣接する斜辺に位置的に全く干渉されない条件のためにＮ２／Ｎ１の値がとりうる範囲である。本発明においては、シートの製造条件や実用上の性質を加味した上で、
０．８０＜Ｎ２／Ｎ１＜０．９８
と規定している。

図８は、低屈折率部４の形状の諸態様を示す図である。この低屈折率部４は、隣接する二つの単位レンズ２、２の斜辺により形成される略三角形の形状を有している。図８（ａ）は、斜辺が直線にて形成されている場合を表している。この場合には、斜辺と出光面法線とがなす角度θ１１は斜辺上のどの点においても一定である。図８（ｂ）は、斜辺が滑らかな曲線で形成されている場合を表している。また図８（ｃ）は、斜辺が２本の直線にて構成されている場合を示している。これらの場合、斜辺と出光面法線とがなす角度θ１２、又はθ１３若しくはθ１４は、斜辺上の位置により異なる。本発明において図８（ｂ）や図８（ｃ）の場合のように斜辺と出光面法線のなす角度が一定でないときは、斜辺の長さの９０％以上において、以上に説明してきた式１〜７の各条件を満たせば本発明の効果を得ることができる。

図９及び図１０は、視野角制御シートの構成の一例を示す図である。図９に示される視野角制御シートＳ１０は水平断面形状が垂直方向に一定な単位レンズ１０２を備えている。映像側にはベースシート１０１が、観察者側にはベースシート１０３が配置されている。図面では理解のためにこれら三者が離れて表されているが、実際にはこれらは貼り合わされている。

一方、図１０に示されている視野角制御シートＳ１１においては、半載円錐状の単位レンズが垂直平面上に二次元状に配列されている。各単位レンズの半歳円錐の頂部平面は同一面上に形成されており、この平面にベースシート１１１が貼り合わされている。ベースシート１１１と単位レンズ１１２との間の空隙は低屈折率の材料で埋められており、低屈折率部１１４を形成している。図９及び図１０のいずれに示されている視野角制御シートＳ１０、Ｓ１１の構成によっても本発明による効果を得ることができる。

図１１は、本発明にかかる視野角制御シートを備えた表示装置１２０の構成を示している。図１１において、紙面手前左下方向が映像側であり、紙面奥側右上方向を観察者側とする。本発明の表示装置１２０は、映像側から順に、液晶ディスプレーパネル１２１と、レンズ部が垂直方向に配列された視野角制御シート１２２と、レンズ部が水平方向に配列された視野角制御シート１２３と、フレネルレンズ１２４、及びＡＲ、ＡＳ、ＡＧうち、少なくとも一の機能が備えられている機能性シート１２５とを備えている。なお、視野角制御シート１２２と視野角制御シート１２３との配置を入れ替えてもよい。図１１においてはこれらが互いに離れて表されているが、これは図面の理解のためであり、実際にはこれらは互いに接するか、又は接着されている。

なお、本発明の表示装置１２０において、視野角制御シートの楔形部底面の幅は、表示装置１２０の一画素の大きさの１／１．５以下であることが好ましい。かかる比率を保つことによって、モアレ模様の発生を抑制することができる。また本発明において、「視野角制御シート」とは、２枚の視野角制御シート１２２と視野角制御シート１２３との組み合わせを構成の中核とするが、図１１にあるように、これらの出光側にフレネルレンズ１２４や機能性シート１２５などが配置されている場合には、これらフレネルレンズ１２４や機能性シート１２５をも含む概念である。

図８（ｃ）にあるような、楔形部を有する視野角制御シートを下記仕様にて作製した。その視野角は、１５°に制御可能であった。
開口率：５０％
θ１３＝８°
θ１４＝１２°
レンズ間ピッチ：０．０５ｍｍ
レンズ部材料（樹脂）屈折率：１．５６
楔形部材料屈折率：１．４８

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う視野角制御シートもまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の第一実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 第二実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 第三実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 第四実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 第五実施形態にかかる視野角制御シートの一方向の断面を示す図である。 視野角制御シートから垂直に光を射出するように、光をレンズ部に入射させる条件を検討するための図である。 視野角制御シートから１０°の傾きを持って射出されるように、光をレンズ部に入射させる条件を検討するための図である。 低屈折率部の形状の諸態様を示す図である。 視野角制御シートの構成の一例を示す図である。 視野角制御シートの構成の、他の一例を示す図である。 視野角制御シートを備えた表示装置の構成の一例を示す図である。 従来の視野角制限シートの一例を示す図である。

符号の説明

Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ１０、Ｓ１１ 視野角制御シート
１１、２１、３１、４１、５１ 映像側ベースシート
１２、２２、３２、４２、５２ レンズ部
１３、２３、３３、４３、５３ 観察者側ベースシート
１４、２４、３４、４４、５４ 楔形部
３５、５５ レンズ間部分
１７、２７、３７、４７、５７ 底面
１２０ 表示装置
Ｌ１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３ 光線
Ｌ１４、２４、３４、４４、５４ 底面へ入射する光
Ｌ１５、２５、３７、４５、５５ 外光

Claims (13)

1. 断面形状が台形のレンズ部が所定の間隔で配列されるとともに、隣り合う前記レンズ部間の楔形部は、前記レンズ部と、同一又は異なる材料が充填され、
   前記楔形部は観察者側に先端を有するとともに映像側に底面を有し、さらに少なくともその斜面部分を構成する材料の屈折率Ｎｘと、前記レンズ部を構成する材料の屈折率Ｎｙとの間に
   Ｎｘ≦Ｎｙ
   なる関係が成立することを特徴とする視野角制御シート。
2. 前記斜面部分が出光面の法線となす角度が５〜２０度であることを特徴とする請求項１に記載の視野角制御シート。
3. 前記楔形部の断面形状は略二等辺三角形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の視野角制御シート。
4. 前記斜面部分が、観察者側面となす角が映像側と観察者側とで異なるように、曲線、及び又は折れ線状の断面形状を持つことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
5. 前記楔形部の材料の屈折率が前記レンズ部の材料の屈折率に対して、０．９８倍〜０．８倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
6. 前記楔形部に光吸収効果があることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
7. 前記楔形部に光吸収粒子が添加されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
8. 前記光吸収粒子の平均粒径が１μｍ以上で、前記底面幅長の２／３以下であることを特徴とする請求項７に記載の視野角制御シート。
9. 前記光吸収粒子の添加量が１０〜５０体積％であることを特徴とする請求項７又は８に記載の視野角制御シート。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の視野角制御シートが映像源の観察者側に１枚、又は略直交して２枚積層されていることを特徴とする視野角制御シート。
11. 少なくとも一面側に、ＡＲ、ＡＳ、ＡＧ、タッチセンサーのうちのいずれか、又はこれらの内複数の付加機能が付与されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の視野角制御シート。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の視野角制御シートが接着されていることを特徴とする表示装置。
13. 前記底面幅長は、一画素の大きさの１／１．５以下であることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
    

Images