JP2018136423A - 光学シート、面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角制御を効率よく行うことができる光学シートを提供する。【解決手段】基材層３１と、基材層の一方の面に積層された光学機能層３２と、光学機能層の面のうち、基材層が配置されている面とは反対側の面に配置された入光側光制御層３５と、を備え、光学機能層は、所定の断面を有して一方向に延び、当該一方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部３３と、隣り合う光透過部の間に形成される光吸収部３４と、を有し、入光側光制御層は、所定の断面を有して光透過部と平行な方向に延び、光透過部が配列される方向に複数配列される単位光学要素３７を具備しており、単位光学要素は、光学機能層の層面に対して０°より大きく１７°より小さい角度で傾斜する面である主屈折面を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、映像光の視野角を制御する光学シート、並びにこれを備える面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置に関する。

カーナビゲーション、テレビ、パソコンのモニタ等の表示装置は、表示すべき映像を出射する映像源を備えるとともに、映像光の質を高めて観察者側に提供する光学シートが備えられている。

映像光の出射方向は正面、及び正面から上下左右の所定の角度の視野角とされることが多く、これにより正面のみでなくある程度角度を有する位置からも画面に映し出された映像を視認することができる。
一方で、覗き見防止等、必要に応じて正面方向を主要な出射方向とし、視野角を制限することも行われており、そのための光学シートとして例えば特許文献１が開示されている。

特開２００６−１７１７０１号公報

近年における機器の多様化により、映像光の出射方向をこれまでとは異なるように制御することが必要となってきた。例えばカーナビゲーションについてみると、車内では人が座る位置が概ね決まっているため、必ずしも広い視野角を必要とせず、人が存在する位置、特に運転者に向けて映像を出射すればよい。従って、映像光は正面よりも斜め上方に映像が出射されることで運転者が見やすくなる。しかし一方であまり上方に向けて映像を出光してしまうとフロントガラスへの映像の映りこみの問題が生じる。

これに対して、特許文献１に記載のような光学シートを用いて視野角を制御することが考えられるが、この光学シートでは細かな視野角制御をすることが難しかった。または、制御することができても映像光の利用効率が低下してしまう問題があった。

そこで本発明は上記の問題に鑑み、視野角制御を効率よく行うことができる光学シートを提供することを課題とする。また、この光学シートを備える面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置を提供する。

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。

本発明の１つの態様は、基材層（３１）と、基材層の一方の面に積層された光学機能層（３２）と、光学機能層の面のうち、基材層が配置されている面とは反対側の面に配置された入光側光制御層（３５）と、を備え、光学機能層は、所定の断面を有して一方向に延び、当該一方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部（３３）と、隣り合う光透過部の間に形成される光吸収部（３４）と、を有し、入光側光制御層は、所定の断面を有して光透過部と平行な方向に延び、光透過部が配列される方向に複数配列される単位光学要素（３７）を具備しており、単位光学要素は、光学機能層の層面に対して０°より大きく１７°より小さい角度で傾斜する面である主屈折面を備えている、光学シートである。

この光学シートでは、光透過部（３３）の所定の断面が台形であり、短い上底が入光側光制御層（３５）側を向いている構成とすることができる。

また、光源（２５）と、該光源よりも観察者側に配置される上記光学シート（３０）と、を備える面光源装置（２０）を提供することができる。

さらに、上記面光源装置（２０）と、該面光源装置の出光側に配置された液晶パネル（１５）と、を備える映像源ユニット（１０）を提供することができる。

この映像源ユニット（１０）では、光透過部（３３）、光吸収部（３４）、及び単位光学要素（３７）は、延びる方向が水平方向であり、配列される方向が鉛直方向とすることができる。

そして、上記映像源ユニット（１０）が筐体に収められた表示装置を提供することができる。

本発明によれば、視野角制御を効率よく行うことができる。

１つの形態にかかる映像源ユニット１０を説明する分解斜視図である。 映像源ユニット１０の断面を示す分解図である。 映像源ユニット１０の他の断面を示す分解図である。 光学シート３０に注目して拡大した図である。 光学シート３０をさらに拡大した図である。 光学シート３０を透過する光路について説明する図である。 光学シート３０の出光特性について説明する図である。 比較例の光学シートの構成について説明する図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、実施例及び比較例の結果を表したグラフである。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、各図面では分かりやすさのため、形状を拡大、変形、誇張して表すことがあり、繰り返しとなる符号は一部を省略することがある。

図１は１つの形態を説明する図であり、光学シート３０を含む映像源ユニット１０の分解斜視図である。また、図２には図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿って切断した映像源ユニット１０の分解断面図の一部、図３にはＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿って切断した映像源ユニット１０の分解断面図の一部を表した。
このような映像源ユニット１０は、詳細な説明は省略するが、不図示の筐体に、該映像源ユニット１０を作動させる電源、及び映像源ユニット１０を制御する電子回路等、映像源ユニット１０として動作するために必要とされる通常の機器とともに納められて表示装置とされている。本形態は映像源ユニットの一態様として液晶映像源ユニット、表示装置の一態様として液晶表示装置を説明する。以下映像源ユニット１０について説明する。

映像源ユニット１０は、液晶パネル１５、面光源装置２０、及び機能フィルム４０を備えている。本形態で光学シート３０は、面光源装置２０に含まれている。図１〜図３には、表示装置が設置された姿勢における向きを併せて表示している。

液晶パネル１５は、観察者側に配置された上偏光板１３と、面光源装置２０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。上偏光板１３、下偏光板１４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（透過軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶層１２は、複数の画素が層面に沿った方向に縦横に配列されており、一つの画素を形成する領域毎に電界印加できる。そして電界印加された画素の配向が変化する。これにより、面光源装置２０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１４を透過した透過軸に平行な偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された画素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画素を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、画素への電界印加の有無によって、下偏光板１４を透過した偏光成分（例えばＰ波）が、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て映像を表現する構造を有している。

液晶パネルにはいくつかの種類があるが、本形態ではその種類は特に限定されることはなく、公知の型の液晶パネルを用いることができる。具体的には例えばＴＮ、ＳＴＮ、ＶＡ、ＭＶＡ、ＩＰＳ、ＯＣＢ等が挙げられる。

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より観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１５に対して面状の光を出射する照明装置である。図１〜図３よりわかるように、本形態の面光源装置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２１、光源２５、光拡散板２６、プリズム層２７、反射型偏光板２８、光学シート３０及び反射シート３９を有している。

導光板２１は、図１〜図３よりわかるように、基部２２及び裏面光学要素２３を有している。導光板２１は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材である。本形態で導光板２１の観察者側となる一方の板面側は平滑面とされ、これとは反対側である他方の板面側は裏面とされ、当該裏面に複数の裏面光学要素２３が配列されている。

基部２２、裏面光学要素２３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。ただし、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を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、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）等を挙げることができる。

基部２２は、その内部を光が導光されるとともに、裏面光学要素２３のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状である。

裏面光学要素２３は、基部２２の裏面側に形成される突出した要素であり、本形態では三角柱状である。裏面光学要素２３は、突出した頂部の稜線が水平方向に延びる柱状であり、複数の裏面光学要素２３が当該延びる方向に直交する方向（鉛直方向）に所定のピッチで配列されている。本形態の裏面光学要素２３は断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状の断面であってもよい。
複数の裏面光学要素２３の配列方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源２５から離隔する方向に配列され、光源２５が配列される方向、又は１つの長い光源であれば該光源が延びる方向に平行に各裏面光学要素２３の稜線が延びている。

なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三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三角形形状を含む。また同様に、本件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」、「楕円」、「円」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。

このような構成を有する導光板２１は、押し出し成型により、又は、基部２２上に裏面光学要素２３を賦型することにより製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板２１においては、基部２２、及び裏面光学要素２３が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板２１を製造する場合、裏面光学要素２３が、基部２２と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

図１〜図３に戻って、光源２５について説明する。光源２５は、導光板２１の基部２２が有する側面（端面）のうち、裏面光学要素２３が配列される方向の一方側の側面（端面）に配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成できる。本形態で光源２５は複数のＬＥＤからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの点灯および消灯、並びに／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを個別に独立して調節できるように構成されている。
なお、本形態では上記のように光源２５は一方側の側面（端面）に配置される例を示したが、さらにこの側面（端面）とは反対側となる側面（端面）にも光源が配置される形態であってもよい。なお、この場合には裏面光学要素の形状も公知の例に倣って形成する。

次に光拡散板２６について説明する。光拡散板２６は、導光板２１の出光側に配置され、ここに入射した光を拡散させて出射する機能を有する層である。これにより、導光板２１から出射した光の均一性をさらに高め、導光板２１に存在する傷を目立たなくすることができる。
光拡散板の具体的態様は、公知の光拡散板を用いることができ、例えば母材の中に光拡散剤を分散させた形態を挙げることができる。
光拡散板２６は、本形態のようにプリズム層２７の支持板として用いることができる。また、導光板２１の出光面が平滑の場合には、光拡散板２６を導光板２１に貼り合わせて一体としてもよい。

プリズム層２７は、図１〜図３よりわかるように、光拡散板２６よりも液晶パネル１５側に設けられ、該液晶パネル１５側に向けて凸である単位プリズム２７ａを具備する層である。本形態で単位プリズム２７ａは、所定の断面を有して導光板２１の導光方向（本形態では鉛直方向）に延びる形態を有している。そして、複数の単位プリズム２７ａが導光方向とは異なる方向（本形態では平面視で導光方向に直交する方向、水平方向）に配列されている。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することができる。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
また、単位プリズムが延びる方向及び配列される方向は上記形態に限定されることなく他の形態であってもよい。例えば単位プリズムが所定の断面を有して導光板２１の導光方向とは直交する方向に延び、複数の単位プリズムが導光方向に配列される形態であってもよい。

次に反射型偏光板２８について説明する。反射型偏光板２８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（透過軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（反射軸に平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を反射する機能を有している。このような反射型偏光板の構造は公知のものを適用することができる。

次に光学シート３０について説明する。図４は図２の視点で光学シート３０の一部を拡大して表した図である。図１〜図４よりわかるように、光学シート３０は、シート状に形成された基材層３１と、基材層３１の一方の面（本形態では導光板２１側の面）に設けられた光学機能層３２と、入光側光制御層３５と、を備えている。

基材層３１は光学機能層３２、及び入光側光制御層３５を支持する平板状のシート状部材である。
基材層３１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。ただし、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を用いることができる。これには例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース樹脂（ＴＡＣ）、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。この中でも面光源装置２０と下偏光板１４との組み合わせを考慮して複屈折（リタデーション）の少ないＴＡＣ、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂を用いることが好ましい。さらには、車載用途などのように高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネート樹脂が望ましい。具体的にはポリカーボネート樹脂のガラス転移点は１４３℃であり、一般に１０５℃での耐久性が求められる車載用途に適している。

光学機能層３２は基材層３１の一方の面（本形態では導光板２１側の面）に積層された層で、層面に沿って光透過部３３と光吸収部３４とが交互に配列されている。

光学機能層３２は、図４に示した断面を有して紙面奥／手前側（映像源ユニット１０を正面視したときの水平方向）に延びる形状を備える。すなわち、図４に表れる断面において、略台形である光透過部３３と、隣り合う２つの光透過部３３の間に形成された断面が略台形の光吸収部３４と、を具備している。

光透過部３３は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、本形態では図２、図４に表れる断面において、基材層３１側に長い下底、その反対側（導光板２１側、入光側光制御層３５側）に短い上底を有する略台形の断面形状を有する要素である。光透過部３３は、基材層３１の層面に沿って当該断面を維持して上記した方向（本形態では水平方向）に延びるとともに、この延びる方向とは異なる方向（本形態では鉛直方向）に所定の間隔で配列される。そして、隣り合う光透過部３３の間には、略台形断面を有する間隔（溝）が形成されている。従って、当該間隔（溝）は、光透過部３３の上底側（導光板２１側、入光側光制御層３５側）に長い下底を有し、光透過部３３の下底側（液晶パネル１５側、基材層３１側）に短い上底を有する台形断面を有し、ここに後述する必要な材料が充填されることにより光吸収部３４が形成される。なお、本形態では隣り合う光透過部３３は長い下底側でシート状の連結部３２ａで連結されている。

光透過部３３は屈折率がＮｔとされている。このような光透過部３３は、光透過部構成組成物を硬化させることにより形成することができる。詳しくは後で説明する。屈折率Ｎｔの値は特に限定されることはないが、後述するように台形断面の斜面における光吸収部３４との界面で適切に光を反射（全反射を含む。）する観点から屈折率は１．４７以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．４９以上１．５６以下、さらに好ましくは１．５６である。

光吸収部３４は隣り合う光透過部３３の間に形成された上記した間隔（溝）に形成される間部として機能し、間隔の断面形状と同様の断面形状となる。従って短い上底が液晶パネル１５側（基材層３１側）を向き、長い下底が導光板２１側となる。そして光吸収部３４は、屈折率がＮｒとされるとともに、光を吸収することができるように構成されている。具体的には屈折率がＮｒである透明樹脂に光吸収粒子が分散される。屈折率Ｎｒは、光透過部３３の屈折率Ｎｔよりも低い屈折率とされる。このように、光吸収部３４の屈折率を光透過部３３の屈折率より小さくすることにより、所定の条件で光透過部３３に入射した光を光吸収部３４との界面で適切に全反射させることができる。また、全反射条件を満たさない場合にも一部の光は当該界面で反射する。
屈折率Ｎｒの値は特に限定されることはなく、当該全反射を適切に行えることを前提に１．４７以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．４９以上１．５６以下、さらに好ましくは１．４９である。

光透過部３３の屈折率Ｎｔと光吸収部３４の屈折率Ｎｒとの屈折率の差は特に限定されるものではないが、０より大きく０．１４以下が好ましく、０．０５以上０．１４以下であることが好ましい。屈折率差を大きくすることにより、より多くの光を全反射させることができる。

図５には、光透過部３３と光吸収部３４との界面が光学機能層３２の層面の法線に対して成す角θ_１１、θ_１２を説明する図を示した。図５は図４の一部をさらに拡大したものである。
θ_１１は、光透過部３３と光吸収部３４との界面のうち、光学シート３０が図１のような姿勢とされた際に光吸収部３４の上側となる界面３４ａと、光学機能層３２の層面の法線と、のなす角である。θ_１２は、同姿勢で光透過部３３及び光吸収部３４の界面のうち光吸収部３４の下側となる界面３４ｂと、光学機能層３２の層面の法線と、のなす角である。

本形態でθ_１１は、０°以上１０°以下であることが好ましい。θ_１１が０°より大きいとは導光板２１側（入光側、入光側光制御層３５）から液晶パネル１５側（出光側、基材層３１側）に向けて下がるように傾斜することを意味する。より好ましくは４．０°以下であり、さらに好ましくは１．０°以下、特に好ましいのは０°である。
θ_１１を０°より小さくすると製造が困難となる。θ_１１を１０°より大きくすると入光側光制御層３５との組み合わせで、光学機能層３２による光の向きの制御の効果が小さくなる。また、θ_１１を１０°よりも大きくすると、光吸収部３４の配列方向の大きさ（光吸収部の幅、図５の紙面上下方向大きさ）が大きくなり、光の透過率が低下する不具合が生じる傾向にある。

θ_１２は、０°以上１０°以下であることが好ましい。θ_１２が０°より大きいとは導光板２１側（入光側、入光側光制御層３５）から液晶パネル１５側（出光側、基材層３１側）に向けて上がるように傾斜することを意味する。より好ましくは５．０°以下であり、さらに好ましくは３．０°以下である。これにより、光の透過率低下を防止しつつも、上方に向かう光を多くすることができる。θ_１２を１０°よりも大きくすると、光吸収部３４の配列方向における大きさ（光吸収部の幅、図５の紙面上下方向大きさ）が大きくなり、光の透過率が低下する不具合が生じる傾向にあり、上方へ向かう光の低減を招くことがある。

θ_１１、及びθ_１２の角度の大きさの関係は、θ_１１＜θ_１２であることが好ましい。これにより、映像源ユニット１０から提供される映像光の視野角に関し、上側の視野角を下側の視野角よりも広くすることができる。

また、光学機能層３２では、特に限定されることはないが、例えば次のように光透過部３３及び光吸収部３４が形成される。すなわち、図４にＰ_ａで表した光透過部３３及び光吸収部３４のピッチは２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下であることがよりに好ましい。そして図４にＤ_ａで示した光吸収部３４の厚さは５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、６０μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましい。これらの範囲内とすることにより、光の透過と光の吸収とのバランスをより適切にすることができる。

本形態では光透過部３３と光吸収部３４との界面が断面において一直線状となる例を示したが、これに限らず当該界面が折れ線状、凸である曲面状、凹である曲面状等であってもよい。また、複数の光透過部３３及び光吸収部３４で断面形状が同じであってもよいし、所定の規則性を有して異なる断面形状であってもよい。

次に入光側光制御層３５について説明する。入光側光制御層３５は光学機能層３２に入光する光の向きを予め変更し、入光側光制御層３５と光学機能層３２とで所望の方向への光の出射を制御する。
本形態で入光側光制御層３５は、光学シート３０の法線方向に進行する光を所定の方向に向かうように光の向きを変えるように構成されている。より具体的に本形態では図１〜図４の姿勢で、光学シート３０の法線方向観察者側に進行する光に対して観察者側斜め下方に向かうように光の向きを変えるように機能する。これにより後述するように光透過部３３と光吸収部３４との上側界面３４ａで反射させ、斜め上方に向かう光にすることができる。

そのため、入光側光制御層３５は、支持層３５ａ及び光学要素層３６を有して構成されている。
支持層３５ａは光学要素層３６の支持体として機能する透明なシート状の部材である。支持層３５ａは上記した基材層３１や光透過部３３と同様の材料により構成することができる。

光学要素層３６は、光学機能層３２に入光する光の向きを変更する層であり、支持層３５ａの面のうち光学機能層３２が配置される側の面とは反対側の面に複数の単位光学要素３７が配列されてなる層である。単位光学要素３７は、上記のように光学シート３０の法線方向に進行する光を所定の一方向に向かうように光の向きを変えるように構成されており、本形態では図１〜図４の姿勢で、光学シート３０の法線方向に進行する光に対して斜め下方に向かうように光の向きを変えるように構成されている。図５には図４の一部を拡大した図を示した。

本形態で単位光学要素３７は具体的に次のような構造を備えている。単位光学要素３７は、三角断面を有する三角柱状であり、当該断面を有してその稜線が光透過部３３及び光吸収部３４が延びる方向に平行に延びるように構成されている。そして複数の単位光学要素３７が、光透過部３３及び光吸収部３４が交互に配列される方向と同じ方向となるように配列されている。
従って、単位光学要素３７は図５からわかるように、主屈折面３７ａとライズ面３７ｂとを有している構成されている。この主屈折面３７ａ及びライズ面３７ｂが三角柱の２つの面を形成し、他の１つの面が支持層３５ａに重なって該支持層３５ａに固定されている。

主屈折面３７ａは図１〜図５の姿勢で、光学シート３０の法線方向に進行する光に対して斜め下方に向かうように光の向きを変えるように機能する屈折面である。従って、主屈折面３７ａは鉛直方向上側において支持層３５ａ（光学機能層３２）に近く、鉛直方向下側において支持層３５ａ（光学機能層３２）から離隔するように傾斜している。そして図５にθ_２１で表したこの傾斜は、光学機能層３２の入光面３２ａに沿った方向に対して所定の角度を有している。θ_２１の具体的角度は０°より大きく１７°より小さいことが好ましい。これにより、より確実に所望の方向における輝度向上のための光の制御を行うことができる。

ライズ面３７ｂは、主屈折面３７ａを形成するために必要とされる面である。ただし、後で説明するように、当該ライズ面３７ｂから入射する光はここで屈折され、光吸収部３４に吸収され易い角度で光学機能層３２を進行するので、出射させたくない方向の光をより確実に遮断する機能も有する。
θ_２２で表したライズ面３７ｂの傾斜は、光学機能層３２の入光面３２ａに沿った方向に対して９０°以下であることが好ましい。この角度が９０°以上となると製造が難しくなる。一方、θ_２２は７３°以上であることが好ましい。これにより、主屈折面３７ａとライズ面３７ｂとの成す角を９０°又はこれに近い角度とすることができ、主屈折面３７ａの法線方向から主屈折面３７ａに入射した光が、ライズ面３７ｂに対して平行に近い方向で進むことができるため、ライズ面３７ｂで反射して迷光となることを抑制することができる。

図４にＰ_ｏで示した単位光学要素３７のピッチは、光吸収部３４のピッチＰ_ａよりも小さいことが好ましく、Ｐ_ａに対して２／３、２／５など、整数倍ピッチにならないことがさらに好ましい。これにより、光吸収部３４と単位光学要素３７とによるモアレの発生を防止することができる。また、より好ましくは、上記の条件を満たしつつＰ_ｏが３μｍ以上である。Ｐ_ｏがこれより小さくなると加工精度が悪化する不具合がある。
また、図４にＤ_ｏで示した単位光学要素３７の支持層３５ａからの突出高さは、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これより小さくなると、加工精度が悪化する不具合があり、これより大きいと、光吸収部３４と単位光学要素２７とでモアレが生じやすくなる。

上記形態では、複数の単位光学要素３７が隙間なく連続して配置されているが、これに限らず隣り合う単位光学要素３７の間に間隔を設け、この部分は支持層３５ａの面が露出する態様であってもよい。
また、複数の単位光学要素３７が必ずしも同じ形状である必要はなく、適宜変更してもよい。

このような入光側光制御層３５の支持層３５ａ及び光学要素層３６（単位光学要素３７）は、上記した基材層３１や光透過部３３と同様の材料により構成することができる。

光学シート３０は例えば次のように作製できる。
はじめに基材層３１に光透過部３３を形成する。これは、光透過部３３の形状を転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、基材層３１となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝（光透過部形状を反転した形状）に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。

ここで、光透過部を構成する組成物としては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等の電離放射線硬化型の樹脂を挙げることができる。

金型ロールと基材シートとの間に挟まれ、ここに充填された光透過部を構成する組成物に対し、基材シート側から光照射装置により硬化させるための光を照射する。これにより、組成物を硬化させ、その形状を固定させることができる。そして、離型ロールにより金型ロールから基材層３１および成形された光透過部３３を離型する。

次に光吸収部３４を形成する。光吸収部３４を形成するには、まず、上記形成した光透過部３３間の間隔に光吸収部を構成する組成物を充填する。その後、余剰分の当該組成物をドクターブレード等で掻き落とす。そして、残った組成物に光透過部３３側から紫外線を照射することによって硬化させ、光吸収部３４を形成することができる。

光吸収部として用いられる材料は特に限定されないが、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、およびブタジエン（メタ）アクリレート等の光硬化型樹脂の中に着色された光吸収粒子が分散されている組成物を挙げることができる。

また光吸収粒子を分散させる代わりに顔料や染料により光吸収部全体を着色することもできる。
光吸収粒子を用いる場合には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は１．０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることがさらに好ましい。
ここで「平均粒子径」とは、光吸収粒子を１００個電子顕微鏡で観察してその直径を計り、算術平均した直径を意味する。

一方、光学機能層３２とは別に支持層３５ａの一方の面に光学要素層３６を積層した入光側光制御層３５を作製しておく。これは光学機能層３２において基材層３１に光透過部３３を積層する方法に倣って、同じ要領で作製することが可能である。

そして、光学機能層３２の面のうち、基材層３１が配置された側とは反対側の面と、入光側光制御層３５の支持層３５ａの面のうち、光学要素層３６が配置された側とは反対側の面とを粘着剤により貼り付けて一体化し、光学シート３０を得る。

図１〜図３に戻って、面光源装置２０の反射シート３９について説明する。反射シート３９は、導光板２１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板２１内に光を入射させるための部材である。反射シート３９は、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）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。

機能性フィルム４０は、液晶パネル１５の出光側に配置され、映像光の質を向上させたり、映像源ユニット１０を保護したりする機能を有する層である。これには例えば反射防止フィルム、防眩フィルム、ハードコートフィルム、色調補正フィルム、光拡散フィルム等を挙げることができ、これらが単独又は複数組み合わされて構成されている。

次に、以上のような構成を備える映像源ユニット１０の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は説明のための概念的なものであり、反射や屈折の程度を厳密に表したものではない。

まず、図２に示すように、光源２５から出射した光は、導光板２１の側面（端面）である入光面から導光板２１内に入射する。図２には、一例として、光源２５から導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。

図２に示すように、導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、導光方向（図２の紙面下方向）へ進んでいく。

ただし、導光板２１の裏面には裏面光学要素２３が配置されている。このため、図２に示すように、導光板２１内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、裏面光学要素２３によって進行方向が変わり、全反射臨界角未満の入射角度で出光面、及び裏面に入射することもある。この場合に当該光は、導光板２１の出光面及びその反対側の裏面から出射し得る。

出光面から出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側に配置された光拡散板２６へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板２１の背面に配置された反射シート３９で反射され、再び導光板２１内に入射して導光板２１内を進むことになる。

導光板２１内を進行する光と、裏面光学要素２３で向きを変えられて全反射臨界角未満の入射角度で出光面に達する光は、導光板２１内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板２１内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板２１の出光面から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。

導光板２１から出射した光は、その後、光拡散板２６に達し均一性が高められる。そしてプリズム層２７により必要に応じて拡散又は集光されプリズム層２７を出光した光は反射型偏光板２８に達する。ここでは、反射型偏光板２８の透過軸に沿った偏光方向の光は反射型偏光板２８を透過し光学シート３０に向かう。
一方、反射型偏光板２８の反射軸に沿った偏光方向の光は図２に点線矢印で示したように反射して導光板２１側に戻される。戻された光は、導光板２１、裏面光学要素２３、又は反射シート３９で反射して再び反射型偏光板２８の側に進行する。この反射の際に一部の光の偏光方向が変化しており、その一部は反射型偏光板２８を透過する。他の光は再び導光板側に戻される。このように反射型偏光板２８で反射した光も反射を繰り返すことで反射型偏光板２８を透過できるようになる。これにより光源２５からの光の利用率が高められる。
ここで、反射型偏光板２８を出射した光は、その偏光方向が下偏光板１４の透過軸に沿った方向になっており、下偏光板１４を透過する偏光光となっている。

反射型偏光板２８を出射した光は光学シート３０に達する。光学シート３０に入射した光は次のような光路を有して進行する。図６には光学シート３０における光路例を表した。
図２に示した光Ｌ２１、光Ｌ２２、及び図６に示した光Ｌ６１、光Ｌ６２は、単位光学要素３７の主屈折面３７ａに入射し、当該主屈折面３７ａへの入射角度に応じて屈折、又は屈折することなく（主屈折面３７ａの傾斜面に直交する方向から入射した光は屈折することなく主屈折面３７ａを透過する（光Ｌ６２）。）、主屈折面３７ａを透過する。これにより多くの光が観察者側斜め下方に向いた光となり、これが光透過部３３と光吸収部３４との界面のうち、光吸収部３４の上側となる界面３４ａに向かう。そして当該界面３４ａで全反射して、観察者側斜め上方の光となり、所望の方向への光の制御がなされる。
このとき、光透過部３３と光吸収部３４との界面のうち光吸収部３４の下側である界面３４ｂが、観察者側斜め上方に向かうように傾斜していれば、光Ｌ２１、光Ｌ２２、光Ｌ６１、光Ｌ６２のような光の進行を光吸収部３４が阻害し難くなり、より多くの光を所望の方向に導くことができる。
従って、光学シート３０では、図５にθ_２１で表した主屈折面３７ａの傾斜角と、図５にθ_１１で表した界面３４ａの傾斜角との組み合わせにより、光を効率よく所望の方向に導くことを容易に行うことができる。いずれか一方では、導く光の方向に限界があり、組み合わせにより相乗的に作用してより容易に光の進行方向を制御することが可能となる。

また、図２に示した光Ｌ２３、図６に示したＬ６３は、単位光学要素３７のライズ面３７ｂに入射し、当該ライズ面３７ｂへの入射角度に応じて屈折又は屈折することなくライズ面３７ｂを透過する。このようにしてライズ面３７ｂを透過した光は、その多くが観察者側斜め上方であるとともに、光透過部３３と光吸収部３４との界面３４ｂで全反射することなく該界面を透過する角度で進行するので、界面３４ｂを透過して光吸収部３４に吸収される。
これにより、所定角度以上の視野角で出射する光を効率よく吸収して遮断することができ、さらに光の進行方向制御を効率よく行うことができる。
また、このような光は液晶パネルに入射して、コントラスト低下や色の反転のような不具合を生じる可能性が高いのでこのような光を吸収することができる。

光学シート３０を出射した光は、液晶パネル１５の下偏光板１４に入射する。下偏光板１４は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。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、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。その際、映像光は機能性フィルム４０を介して観察者に提供され、映像の質が高められている。

以上のように、光学シート３０によれば、光学要素層３６における屈折、及び光透過部３３と光吸収部３４との界面３４ａでの全反射により、光学シート３０に入射した光を上方向へ出射しやすくなっており、下方向への出射は制限されている。すなわち、例えば光学シート３０を用いることにより、入射した光をドライバー視点となる上方向に効率よく出射し、上方向に出射する光の輝度を向上させることができる。一方で、大きく上方に出射する光を光吸収部で吸収し易くしているので、フロントガラスへの写り込みを防止することが可能となる。
従って、本形態の光学シートを液晶表示装置に用いることにより、従来の光学シートを使用した場合に比べ、容易に光を制御して、ドライバー視点での視認性を向上させることができる。

例えば図７に示したような出光特性を容易に実現できる。図７は横軸に鉛直方向の視野角、縦軸に相対輝度を表したグラフである。横軸は正（＋）が鉛直方向上方、負（−）が鉛直方向下方を表している。
図７からわかるように、鉛直方向の視野角を見た場合に、図７にＡで示した位置からわかるように相対輝度のピークが＋２０°（鉛直方向上方２０°）近傍となっている。すなわち、正面（０°）とは異なる観察者の視点となる方向に輝度ピークがあるように光が制御されている。さらに図７にＢで示した位置からわかるように、＋５０°（鉛直方向上方５０°）近傍にて急激に相対輝度が低下している。すなわち、自動車におけるフロントガラスへの映り込みの原因となるような大きく上方に進行する光をより確実に遮断することができる。

［光学シートの構成］
＜実施例１＞
実施例１として図１〜図５に示した光学シート３０の例に倣って光学シートを作製した。実施例１に係る光学シートの具体的な形状は次のとおりである。

（基材層）
・材料：ポリカーボネート樹脂
・厚さ：１３０μｍ

（光学機能層）
・ピッチ：３９μｍ（図４のＰ_ａ）
・光吸収部上底幅：４μｍ（図４のＷ_ａ）
・光吸収部下底幅：１０μｍ（図４のＷ_ｂ）
・光吸収部上側傾斜角：３°（図５のθ_１１）
・光吸収部下側傾斜角：０°（図５のθ_１２）
・光吸収部の厚さ：１０２μｍ（図４のＤ_ａ）
・光学機能層の厚さ：１２７μｍ
・光透過部の材料及び屈折率：屈折率１．５６の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂
・光吸収部の材料及び屈折率：屈折率１．４９の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂にカーボンブラックを含有した平均粒子径４μｍのアクリルビーズを２０質量％分散

（入光側光制御層）
・支持層の厚さ：１３０μｍ（図５の支持層３５ａの厚さ）
・単位光学要素のピッチ：３０μｍ（図４のＰ_ｏ）
・単位光学要素の主屈折面の傾斜角：５°（図５のθ_２１）
・ライズ面の傾斜角：９０°（図５のθ_２２）
・材料：屈折率１．５０の紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂

＜実施例２＞
単位光学要素の主屈折面の傾斜角（図５のθ_２１）を１０°として他の構成は実施例１に同じとした。

＜比較例１＞
単位光学要素の主屈折面の傾斜角（図５のθ_２１）を２０°として他の構成は実施例１に同じとした。

＜比較例２＞
図８に表したように単位光学要素の主屈折面の傾斜が、下から上に向けて光源側に傾くように構成し、図８にθ_８１に表す角度を５°とした。これを単位光学要素の主屈折面の傾斜角が「−５°」であるとする。これ以外は実施例１と同じである。

＜比較例３＞
単位光学要素の主屈折面の傾斜角（図５のθ_２１）を０°、すなわち光学要素層を形成しない構成として、他は実施例１と同じとした。

［表示装置の構成］
上記実施例１、２、及び比較例１〜３の光学シートを用い、図１に示した例に倣って他の構成部材を配置して面光源装置とした。

［評価方法］
＜測定位置＞
各例に対して次の３種類の視野角における輝度を測定し、図１に示した例の面光源装置から光学シートを除外して光源を点灯した場合における各種類の輝度を１００％としたときに対する輝度比で表した。
（１）画面中央から画面法線方向における輝度（正面輝度）による輝度比。
（２）画面中央から水平方向４０°、及び鉛直方向上２０°の視野角（いわゆるドライバー視点）における輝度による輝度比。ドライバー視点は、カーナビゲーション等の表示装置が自動車の運転席と助手席との中間部に配置された場合において、運転席から表示装置を見た場合における視点の位置を意味する。
（３）画面中央から水平方向に０°、及び鉛直方向上に４０°〜８０°（５°刻み）の視野角における合計輝度による輝度比（映り込みの原因となる光。）

＜輝度の測定方法＞
輝度は自動変角輝度計（ＧＰ−５００ 村上色彩研究所）を用いて上記（１）〜（３）の各視野角における透過光の輝度を測定した。

［結果］
上記各視野角における輝度比を表１に表した。また、この結果に基づいて図９にグラフを表した。図９（ａ）が（１）の結果、図９（ｂ）が（２）の結果、図９（ｃ）が（３）の結果である。各図には主屈折面傾斜角（図５のθ_２１）が０°の輝度比の水準を点線で表した。

（１）の視野角では、図９（ａ）に直線矢印で示したように、主屈折面傾斜角が０°のときよりも高い輝度比であることが好ましい。高いことにより正面輝度が高いことを意味する。
（２）の視野角では、図９（ｂ）に直線矢印で示したように、主屈折面傾斜角が０°のときよりも高い輝度比であることが好ましい。高いことによりドライバー視点による輝度が高いことを意味する。
（３）の視野角では、図９（ｃ）に直線矢印で示したように、主屈折面傾斜角が０°のときよりも低い輝度比であることが好ましい。低いことによりカーナビゲーション等の表示装置が自動車の運転席と助手席との中間部に配置された場合において、フロントガラスへの映り込みを抑制することができることを意味する。

以上の観点から、（１）〜（３）の好ましい結果をいずれも満たすのは、２つの一点鎖線の間であり、具体的には、入光側光制御層に備えられる単位光学要素の主屈折面の傾斜角（図５のθ_２１）が０°より大きく１７°より小さい形態である。このように、本発明によれば複数の光学的特性をバランスよく満たすように光を制御することを容易に行うことができるようになる。

１０ 映像源ユニット
１５ 液晶パネル
２０ 面光源装置
２１ 導光板
２５ 光源
２６ 光拡散板
２７ プリズム層
２８ 反射型偏光板
３０ 光学シート
３１ 基材層
３２ 光学機能層
３３ 光透過部
３４ 光吸収部
３５ 入光側光制御層
３５ａ 支持層
３６ 光学要素層
３７ 単位光学要素
３７ａ 主屈折面
３７ｂ ライズ面

Claims (6)

1. 基材層と、
   前記基材層の一方の面に積層された光学機能層と、
   前記光学機能層の面のうち、前記基材層が配置されている面とは反対側の面に配置された入光側光制御層と、を備え、
   前記光学機能層は、
   所定の断面を有して一方向に延び、当該一方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部と、
   隣り合う前記光透過部の間に形成される光吸収部と、を有し、
   前記入光側光制御層は、
   所定の断面を有して前記光透過部と平行な方向に延び、光透過部が配列される方向に複数配列される単位光学要素を具備しており、
   前記単位光学要素は、前記光学機能層の層面に対して０°より大きく１７°より小さい角度で傾斜する面である主屈折面を備えている、
   光学シート。
2. 前記光透過部の前記所定の断面が台形であり、短い上底が前記入光側光制御層側を向いている請求項１に記載の光学シート。
3. 光源と、該光源よりも観察者側に配置される請求項１又は２に記載の光学シートと、を備える面光源装置。
4. 請求項３に記載の面光源装置と、該面光源装置の出光側に配置された液晶パネルと、を備える映像源ユニット。
5. 前記光透過部、前記光吸収部、及び前記単位光学要素は、延びる方向が水平方向であり、配列される方向が鉛直方向である、請求項４に記載の映像源ユニット。
6. 請求項４又は５に記載の映像源ユニットが筐体に収められた表示装置。

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