(57)【要約】      （修正有）【課題】センサに取り込む光の角度を十分絞り込むことができ、かつ、光利用効率も高く、かつ、製造も容易で大サイズ化も容易な光学シート、光学フィルタ、センサモジュールを提供する。【解決手段】第１光学シート２１は、光源部から照射されて対象物によって反射した反射光を検出するセンサモジュールに設けられる光学シートであって、センサへ進む光の少なくとも一部を遮光する遮光部２１２と、遮光部２１２よりも光の透過率が高い透過部２１１と、を備え、センサ側の表面における透過部２１１が占める面積が、センサ側の反対側である入射側の表面における透過部２１１が占める面積よりも小さい。【選択図】図２
2020144161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から照射されて対象物によって反射した反射光を検出するセンサモジュールに設けられる光学シートであって、
センサへ進む光の少なくとも一部を遮光する遮光部と、
前記遮光部よりも光の透過率が高い透過部と、
を備え、
前記センサ側の表面における前記透過部が占める面積が、前記センサ側の反対側である入射側の表面における前記透過部が占める面積よりも小さい光学シート。
【請求項２】
請求項１に記載の光学シートにおいて、
前記透過部の屈折率をｎ１とし、前記遮光部の少なくとも前記透過部との境界面の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ１＞ｎ２
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項３】
請求項２に記載の光学シートにおいて、
当該光学シートのシート面に垂直な断面において、前記透過部の断面形状は、台形形状に形成されており、
前記台形形状の斜辺が当該光学シートのシート面における法線となす角度をθ１とし、
前記台形形状の対角線が前記法線となす角度をθ３とし、
ｃｏｓθ＝ｎ２／ｎ１
θ２＝θ１＋θ３
としたときに、
０＜θ≦θ２
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項４】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
θ１−１°≦θ≦θ２
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項５】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
θ４＝θ３−θ１とすると、
θ４−１°≦θ≦θ２
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項６】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
θ１−１°≦θ≦θ１＋１°
θ≦θ２
の双方の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項７】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
θ４＝θ３−θ１とすると、
θ４−１°≦θ≦θ４＋１°
θ≦θ２
の双方の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項８】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
０＜θ≦θ４＋１°
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項９】
請求項３に記載の光学シートにおいて、
θ１≦θ≦θ２
の関係を満たすこと、
を特徴とする光学シート。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載の光学シートにおいて、
前記透過部と前記遮光部とは、シート面に沿ってストライプ状に交互に配列されていること、
を特徴とする光学シート。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学シートを少なくとも１枚含んで光学シートが複数枚積層され、複数枚の光学シートのうち少なくとも２枚が、シート面の法線方向から見て前記透過部及び前記遮光部の配列方向が交差して配置されていること、
を特徴とする光学フィルタ。
【請求項１２】
対象物に光を照射する光源部と、
前記光源部から照射され、対象物で反射した反射光が入射する請求項１から請求項８までのいずれかに記載の光学シートと、
前記光学シートを透過した反射光を検出するセンサと、
を備えるセンサモジュール。
【請求項１３】
対象物に光を照射する光源部と、
前記光源部から照射され、対象物で反射した反射光が入射する請求項１１に記載の光学フィルタと、
前記光学シートを透過した反射光を検出するセンサと、
を備えるセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学シート、光学フィルタ、センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源とセンサが一体に構成されているセンサモジュールが従来から生体認証に用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
このようなセンサモジュールでは、コントラストを向上させて精度を上げるためにセンサへの入射光角度を規制する事が検討されていた。
例えば、特許文献１には、センサの前に遮光マトリックスを設置する技術が開示されている。
また、特許文献２には、複数の光学シートを積層する手法が開示されている。
特許文献１及び特許文献２のいずれも、上述した構成によって、ノイズを低減して認証精度を向上させようとしていた。
【０００３】
しかし、これら従来の手法を採用しても、光利用効率を高め、斜めからのノイズ光を遮蔽してコントラスト(S/N比)を、アップさせることは、非常に難しく、さらなる光利用効率の向上と、コントラストの向上とが必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３８２１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２１０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、センサに取り込む光の角度を十分絞り込むことができ、かつ、光利用効率も高く、かつ、製造も容易で大サイズ化も容易な光学シート、光学フィルタ、センサモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
第１の発明は、光源部から照射されて対象物によって反射した反射光を検出するセンサモジュールに設けられる光学シート（２１、２２）であって、センサ（３０）へ進む光の少なくとも一部を遮光する遮光部（２１２、２２２）と、前記遮光部（２１２、２２２）よりも光の透過率が高い透過部（２１１、２２１）と、を備え、前記センサ（３０）側の表面における前記透過部（２１１、２２１）が占める面積が、前記センサ（３０）側の反対側である入射側の表面における前記透過部（２１１、２２１）が占める面積よりも小さい光学シート（２１、２２）である。
【０００８】
第２の発明は、請求項１に記載の光学シート（２１、２２）において、前記透過部（２１１、２２１）の屈折率をｎ１とし、前記遮光部（２１２、２２２）の少なくとも前記透過部（２１１、２２１）との境界面（２１１ａ、２１２ａ）の屈折率をｎ２としたときに、ｎ１＞ｎ２の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【０００９】
第３の発明は、請求項２に記載の光学シート（２１、２２）において、当該光学シート（２１、２２）のシート面に垂直な断面において、前記透過部（２１１、２２１）の断面形状は、台形形状に形成されており、前記台形形状の斜辺が当該光学シート（２１、２２）のシート面における法線となす角度をθ１とし、前記台形形状の対角線が前記法線となす角度をθ３とし、ｃｏｓθ＝ｎ２／ｎ１、θ２＝θ１＋θ３、としたときに、０＜θ≦θ２の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１０】
第４の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、θ１−１°≦θ≦θ２の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１１】
第５の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、θ４＝θ３−θ１とすると、θ４−１°≦θ≦θ２の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１２】
第６の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、θ１−１°≦θ≦θ１＋１°、θ≦θ２の双方の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１３】
第７の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、θ４＝θ３−θ１とすると、θ４−１°≦θ≦θ４＋１°、θ≦θ２の双方の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１４】
第８の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、０＜θ≦θ４＋１°の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１５】
第９の発明は、請求項３に記載の光学シート（２１、２２）において、θ１≦θ≦θ２の関係を満たすこと、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１６】
第１０の発明は、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の光学シート（２１、２２）において、前記透過部（２１１、２２１）と前記遮光部（２１２、２２２）とは、シート面に沿ってストライプ状に交互に配列されていること、を特徴とする光学シート（２１、２２）である。
【００１７】
第１１の発明は、請求項１０に記載の光学シート（２１、２２）を少なくとも１枚含んで光学シート（２１、２２）が複数枚積層され、複数枚の光学シート（２１、２２）のうち少なくとも２枚が、シート面の法線方向から見て前記透過部（２１１、２２１）及び前記遮光部（２１２、２２２）の配列方向が交差して配置されていること、を特徴とする光学フィルタ（２０）である。
【００１８】
第１２の発明は、対象物に光を照射する光源部と、前記光源部から照射され、対象物で反射した反射光が入射する請求項１から請求項８までのいずれかに記載の光学シート（２１、２２）と、前記光学シート（２１、２２）を透過した反射光を検出するセンサ（３０）と、を備えるセンサモジュールである。
【００１９】
第１３の発明は、対象物に光を照射する光源部と、前記光源部から照射され、対象物で反射した反射光が入射する請求項１１に記載の光学フィルタ（２０）と、前記光学シート（２１、２２）を透過した反射光を検出するセンサ（３０）と、を備えるセンサモジュールである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、センサに取り込む光の角度を十分絞り込むことができ、かつ、光利用効率も高く、かつ、製造も容易で大サイズ化も容易な光学シート、光学フィルタ、センサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態における表示装置１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】光学フィルタ２０の分解斜視図である。
【図３】光学フィルタ２０のＸＺ断面における断面図である。
【図４】光学フィルタ２０の部分断面図である。
【図５】光学フィルタ２０の部分平面図である。
【図６】第１光学シート２１の透過部２１１及び遮光部２１２の断面形状を拡大して示した図である。
【図７】表示パネル１０と被検者の指Ｆとの位置関係を示す側面図である。
【図８】第２実施形態の第１光学シート２１Ｂの透過部２１１及び遮光部２１２の断面形状を拡大して示した図である。
【図９】第３実施形態の光学フィルタ２０ｃを示す斜視図である。
【図１０】第４実施形態の光学フィルタ２０ｄを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における表示装置１の全体構成を示す斜視図である。
図１に示す表示装置１は、例えば、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯端末（不図示）において、光学ユニットの一つとして搭載される。
図１に示すように、表示装置１は、表示パネル１０、光学フィルタ２０及びセンサ３０を備える。このうち、表示パネル１０の一部と、光学フィルタ２０及びセンサ３０は、指紋検出用のセンサモジュールを構成する。すなわち、第１実施形態の表示装置１は、指紋センサ付きのディスプレイとして構成されている。
【００２４】
表示パネル１０は、画面上に各種の画像を表示する平面型ディスプレイであり、例えば、液晶表示パネル、有機ＥＬパネル等が用いられる。表示パネル１０として、サイドライト方式の液晶表示パネルを用いた場合、パネルサイドに設けられるライト及びパネル下に設けられる導光板がセンサモジュールの光源部（照明部）となる。また、表示パネル１０として、有機ＥＬパネルを用いた場合、各画素の領域がセンサモジュールの光源部（発光部）となる。
【００２５】
表示パネル１０の上記光源部で発生した光は、表示パネル１０の表面（Ｚ１側の面）に向けて照射される。指紋認証の際、表示パネル１０の表面において、センサ３０に対応する位置には、被検者の指（対象物）が接触する（図６参照）。第１実施形態では、指紋認証において、被検者の指（指紋）の表面で反射する光を検出する例について説明するが、検査対象は、例えば、被検者の指の血管、骨でもよいし、生体の他の部位（手、腕等）であってもよい。
【００２６】
光学フィルタ２０は、表示パネル１０から照射され、被検者の指で反射した反射光の少なくとも一部を、センサ３０側に透過させる積層体である。光学フィルタ２０は、表示パネル１０とセンサ３０との間に配置され、少なくともセンサ３０の受光面を覆うように設けられている。光学フィルタ２０は、入射した反射光のうち、特定の波長領域の反射光のみを透過させる機能を有する。光学フィルタ２０を透過した反射光は、センサ３０（後述）に入射する。光学フィルタ２０の具体的な構成、機能については、後述する。
【００２７】
センサ３０は、格子状に配列された、複数の受光素子（不図示）により構成される。受光素子は、光学フィルタ２０を透過した反射光を検出して、電気信号に変換する機能を有する。被検者の指で反射した反射光は、反射した部位に応じて、指の表面の凹凸形状（指紋）に対応した強弱のパターンを有する。そのため、この強弱のパターンに対応した電気信号を取り出して画像処理を施すことにより、指紋のパターンに対応した出力画像を得ることができる。被検者の指に可視光領域（３８０〜８００ｎｍ）の光を照射したときに、指の表面で反射した反射光に含まれる光のうち、指紋のパターンに対応した光は、波長領域３８０〜７００ｎｍの光となる。
なお、本実施形態では、指紋のパターンを検出する例であることから、上記波長領域を選択しているが、この波長領域は、検出対象に応じて適宜選択することができる。例えば、光学フィルタと一般的なセンサを用いる場合は、光学フィルタを適宜選択して透過波長領域を選択することができる。また、検出可能な波長領域が予め狭い範囲に設定されているセンサを用いてもよい。
【００２８】
センサ３０は、光学フィルタ２０のＺ２側に配置されている。表示パネル１０において、積層された光学フィルタ２０とセンサ３０は、光学フィルタ２０のシート面がセンサ３０の受光面と平行となる。センサ３０を構成する複数の受光素子は、受光面となる光学フィルタ２０側の表面に、二次元方向（ＸＹ方向）に配置されている。なお、図１では、表示パネル１０、光学フィルタ２０及びセンサ３０を同じサイズで示しているが、センサ３０は、表示パネル１０上において、主に被検者が指を接触させる領域と対応する範囲に設けられている構成としてもよい。
【００２９】
次に、光学フィルタ２０の構成、機能について説明する。
図２は、光学フィルタ２０の分解斜視図である。
図３は、光学フィルタ２０のＸＺ断面における断面図である。
図４は、光学フィルタ２０の部分断面図である。
図５は、光学フィルタ２０の部分平面図である。
図２に示すように、光学フィルタ２０は、第１光学シート２１と第２光学シート２２とから構成される。なお、図２では、後述する各光学シートの基材、粘着層２３の図示を省略している。
第１光学シート２１は、光学フィルタ２０において、センサ３０側（Ｚ２側）に位置する光学シートである。第１光学シート２１は、シート面に沿って一方向（Ｘ方向）にストライプ状に配列された複数の透過部（光制御部）２１１と、透過部２１１の配列方向において、透過部２１１と交互に配列された複数の遮光部２１２と、を備える。
【００３０】
透過部２１１は、光を選択的に透過させる部分である。透過部２１１は、図２に示すように、Ｘ方向に沿って配列され、かつ、その長手方向がＹ方向に延在している。透過部２１１は、図３に示すように、第１光学シート２１の厚さ方向（Ｚ方向）に平行な断面（ＸＺ断面）において、Ｚ１側からＺ２側に向けて幅が狭くなる台形形状に形成されている。なお、以下の説明では透過部２１１の断面形状は、台形形状として説明を行うが、これは、幾何学的に完全な台形形状であることを要求するものではない。透過部２１１の形状は、断面形状が台形形状となることを狙って製造したとしても、例えば、斜面部が曲面形状に形成されてしまうことがある。したがって、特許請求の範囲及び本明細書中において、台形とは、斜辺や上底、下底の一部がわずかに曲線であるものや、頂点が歪んているもの等も、台形に含むものとする。
【００３１】
第１実施形態の透過部２１１は、波長領域３８０〜７００ｎｍの光のみを選択的に通過させる機能を有する。先に説明したように、波長領域３８０〜７００ｎｍの光は、被検者の指紋のパターンに対応した光である。そのため、被検者の指の表面で反射した反射光に含まれる光のうち、波長領域３８０〜７００ｎｍの光のみを選択的に通過させることにより、指紋認証に必要な光のみをセンサ３０に入射させることができる。透過部２１１は、例えば、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂により形成される。また、透過部２１１は、電子線硬化型樹脂等により形成してもよいし、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて、熱溶融押出し成形法等により形成してもよい。また、波長領域３８０〜７００ｎｍの光のみを通過させるために、有機系材料、酸化物系誘電体等を樹脂に含有するとよい。
【００３２】
遮光部２１２は、光を遮光する部分であり、本実施形態では、光吸収作用を備えた構成としている。遮光部２１２は、第１光学シート２１の厚さ方向に沿って、一方の側の面から他方の側の面へ延びる壁状の部分である。遮光部２１２は、上述した透過部２１１と同じく、Ｘ方向に沿って配列され、かつ、その長手方向がＹ方向に延在している。遮光部２１２は、図３に示すように、第１光学シート２１の厚さ方向（Ｚ方向）に平行な断面（ＸＺ断面）において、Ｚ１側からＺ２側に向けて幅が広くなる台形形状に形成されている。
【００３３】
遮光部２１２は、可視光や赤外線を吸収する光吸収材を含んだバインダにより形成される。第１実施形態の遮光部２１２は、可視光領域（３８０〜８００ｎｍ）及び近赤外線領域（８００〜２０００ｎｍ）の光を吸収する機能を有する。遮光部２１２に使用される光吸収材としては、可視光領域に対しては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等を主に用いることができる。また、近紫外線領域に対しては、カーボンブラック、それを練り込んだアクリルビーズ、スチレンビーズ等の顔料、フタロシアニン系、ジイモニウム系、シアニン系、ジチオレン金属錯体系、スクアリリウム系の色素等を用いることができる。遮光部２１２に使用されるバインダとしては、主に赤外光を吸収する特性を有する材料を使用できる。なお、遮光部２１２は、上記のような複数の材料を組み合わせて形成してもよいし、単一の材料で形成してもよい。
本実施形態では、遮光部２１２は、カーボンブラックを練り込んだアクリルビーズを含んで構成されている。アクリルビーズの粒径は、直径０．５μｍ以上、かつ、後述するＷ２の半分以下とすることが望ましい。粒径が小さすぎると、全反射が少なくなり、大きすぎると、抜け光が多くなるので、斜め入射光の遮光が不十分になるからである。
【００３４】
第２光学シート２２は、光学フィルタ２０において、表示パネル１０側に配置する光学シートである。第２光学シート２２は、シート面に沿って一方向（Ｙ方向）にストライプ状に配列された複数の透過部２２１と、透過部２２１の配列方向において、透過部２２１と交互に配列された複数の遮光部２２２と、を備える。第１実施形態の第２光学シート２２において、透過部２２１は、Ｙ方向に沿って配列され、かつ、その長手方向がＸ方向に延在している。なお、以下の説明においては、透過部２１１及び２２１、遮光部２１２及び２２２の符号を省略して、単に「透過部」、「遮光部」ともいう。
【００３５】
第１実施形態の光学フィルタ２０において、第１光学シート２１と第２光学シート２２（以下、単に「光学シート」ともいう）の構成は、同一である。すなわち、第１実施形態の光学フィルタ２０は、同一構成の光学シートを、シート面の法線方向から見て、透過部及び遮光部の配列方向が直交するように配置することにより構成される。したがって、光学フィルタ２０をシート面の法線方向から見ると、第１光学シート２１の遮光部２１２と第２光学シート２２の遮光部２２２とが格子状に配置した形状となる（図５参照）。なお、光学フィルタ２０において、第１光学シート２１と第２光学シート２２における、それぞれの透過部及び遮光部の配列方向は、図２に示すパターンの組み合わせと逆であってもよい。また、本実施形態では、第１光学シート２１と第２光学シート２２における、それぞれの透過部及び遮光部の配列方向が直交する例について説明するが、これに限定されるものではなく、９０度以外の角度で交差するようにしてもよい。
【００３６】
図３に示すように、光学フィルタ２０において、第１光学シート２１及び第２光学シート２２は、それぞれ基材２１３、２２３上に形成される。これらの基材は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等の樹脂材料又はガラスにより構成される。また、第１光学シート２１と第２光学シート２２は、図３に示すように、それぞれの透過部が表面に占める面積が大きい側が、表示パネル１０側（Ｚ１側）となるように表裏の向きを揃えて配置され、粘着層２３を介して積層される。なお、図３では、理解を容易にするため、第１光学シート２１及び第２光学シート２２のそれぞれの透過部及び遮光部の配列方向を、同一方向（Ｙ方向）として示しているが、実際には図２に示すように、第１光学シート２１の透過部２１１及び遮光部２１２の配列方向と、第２光学シート２２の透過部２２１及び遮光部２２２の配列方向とは交差（直交）している（後述する図７についても同様とする）。
【００３７】
ここで、光学シート（第１光学シート２１及び第２光学シート２２）の製造方法について簡単に説明する。光学シートは、透過部を賦型する凹形状部と、遮光部となる部分を溝状に賦型する凸形状部とを有する成形型（不図示）を用い、紫外線成形法により、基材の上に透過部を形成する。次に、隣接する透過部の溝部分（凸形状部で賦型された部分）に、光吸収材を含有させた液状のバインダをワイピング（スキージング）して充填し、硬化させることにより、遮光部を形成する。その後、所定の大きさに裁断した２枚の光学シート（第１光学シート２１及び第２光学シート２２）を用意し、それぞれの透過部が表面に占める面積が大きい側が、表示パネル１０側（Ｚ１側）となるように表裏の向きを揃えて配置して、粘着層２３を介して積層することにより、図３に示すような光学フィルタ２０を作製できる。
【００３８】
図４に示すように、第１光学シート２１において、透過部２１１のＺ１側の幅ｗ１は、例えば、１〜１５０μｍ程度である。透過部２１１のＺ２側の幅ｗ２は、例えば、１〜１５０μｍ程度である。遮光部２１２のＺ１側の幅ｗ３は、例えば、１〜２００μｍ程度である。遮光部２１２のＺ２側の幅ｗ４は、例えば、１〜２００μｍ程度である。なお、透過部２１１及び遮光部２１２における各部の幅は、主に受光素子（センサ３０）の大きさや、センサ３０への入射を遮りたい（遮光部で遮光したい）光の角度、及び、後述する全反射条件等に応じて設定される。
また、第１光学シート２１の厚さｔ１は、例えば、１０〜１０００μｍ程度である。第１光学シート２１の厚さｔ１を５０μｍ以上とすることにより、側方から直接にセンサ３０に入射する外光を効果的に遮光できる。基材２１３の厚さｔ２は、例えば、１０〜１０００μｍ程度である。第２光学シート２２の透過部２２１、遮光部２２２及び基材２２３についても、同様である。
【００３９】
また、図５に示すように、光学フィルタ２０をシート面の法線方向（図５ではＺ方向）から見たときに、第１光学シート２１の遮光部２１２と第２光学シート２２の遮光部２２２とで仕切られる単位面積部ａの開口率は、５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。単位面積部ａの開口率とは、単位面積部ａ全体の面積に対する、遮光部２１２及び２２２で覆われていない部分の面積の割合（比率）である。開口率が５％未満になると、光学フィルタ２０に対して斜めに入射する光をより効果的に遮光できるが、被検者の指で反射した反射光の量（情報量）が少なくなることが考えられる。
【００４０】
遮光部２１２、２２２を設けることによって、本実施形態の第１光学シート２１、第２光学シート２２は、斜め方向からの不要なノイズ光を遮光することができる。しかし、斜め方向からの不要なノイズ光を遮光する機能を高めると、その影響を受けて、入射する光の利用効率の低下が懸念される。この相反する要求について、単に光を遮るだけの遮光部を構成した従来の光学シート（光学フィルタ）では、性能向上に限界があった。これに対して、本実施形態の第１光学シート２１、第２光学シート２２は、斜め方向から入射する光の遮光機能を確保しながら、従来の光学シートに対して飛躍的に光の利用効率を高める構成となっている。この点について、以下、説明する。
【００４１】
図６は、第１光学シート２１の透過部２１１及び遮光部２１２の断面形状を拡大して示した図である。
図６等を用いて、第１光学シート２１の好ましい構成を以下に説明する。
（構成１）
先ず、図６及び先にも説明したように、センサ３０側（Ｚ２側）の表面における透過部２１１が占める面積が、センサ３０側の反対側である入射側（Ｚ１側）の表面における透過部２１１が占める面積よりも小さいことが望ましい。図６の断面で説明すると、透過部２１１のＺ２側の幅ｗ２は、透過部２１１のＺ１側の幅ｗ１よりも狭いことが望ましい。
この構成とすることにより、透過部２１１の遮光部２１２との境界面２１１ａにおいて、斜め入射光が全反射してしまうことを防止でき、設計狙いよりも広い範囲の光を取り込むことを防止できる。仮に、この構成とは逆に透過部２１１のＺ２側の幅ｗ２が透過部２１１のＺ１側の幅ｗ１よりも広い構成とすると、境界面２１１ａの傾く向きが逆になることから、透過部２１１の屈折率と遮光部２１２の屈折率との僅かな屈折率差によって、全反射が発生し、設計狙いより広い範囲の光がセンサ３０に届いてしまい、遮光効果が低減してしまう。
【００４２】
（構成２）
透過部２１１の屈折率をｎ１とし、遮光部２１２の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ１＞ｎ２
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、境界面２１１ａにおいて、全反射させることが可能となり、所望の範囲から入射する光の利用効率を高めることができる。
【００４３】
（構成３）
上記構成２の要件を満たした上で、さらに、第１光学シート２１のシート面に垂直な断面において、透過部２１１の断面形状は、台形形状に形成されており、台形形状の斜辺（境界面２１１ａ）が第１光学シート２１のシート面における法線となす角度をθ１とし、台形形状の対角線が法線となす角度をθ３とし、
ｃｏｓθ＝ｎ２／ｎ１
θ２＝θ１＋θ３
としたときに、
０＜θ≦θ２
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、境界面２１１ａでの全反射による光利用効率を高くすることができる。また、本来遮光するべき光が全反射されてしまい、センサ３０に届くことを防止できる。
【００４４】
（構成４）
上記構成３の要件を満たした上で、
θ１−１°≦θ≦θ２
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、第１光学シート２１の法線方向から入射する光を境界面２１１ａで全反射させることができ、光利用効率を高くすることができる。
【００４５】
（構成５）
上記構成３の要件を満たした上で、
θ４＝θ３−θ１とすると、
θ４−１°≦θ≦θ２
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、入射側端部（境界面２１１ａのＺ１側の端部）で全反射した光がセンサ３０側端部（境界面２１１ａのＺ２側の端部）で境界面２１１ａに当たらずに、そのまま出射することができる。
θがθ2より大きいと、カットしたい光まで、センサ３０に入射してしまう。また、θがθ4−1より小さいと、光利用効率の向上効果が少なくなるので、この範囲が望ましい。θがθ4−1より大きければ、全反射光の略全てが、透過部２１１のセンサ３０側端部から出射することができ、光利用効率の十分な向上が望める。すなわち、境界面２１１ａで全反射した光の殆どが、境界面２１１ａに当たらずに、そのまま出射することができる条件となる。さらに、この場合、遮光すべき斜め方向からの光は全反射しない。
【００４６】
（構成６）
上記構成３の要件を満たした上で、
θ１−１°≦θ≦θ１＋１°
θ≦θ２
の双方の関係を満たすことが望ましい。
θ1は、第１光学シート２１の法線方向から入射する光を境界面２１１ａで全反射させることができる条件であることから、この構成とすることにより、境界面２１１ａに略０°で入射した光を有効に利用できる。さらに、この場合、遮光すべき斜め方向からの光は全反射しない。
【００４７】
（構成７）
上記構成３の要件を満たした上で、
θ４＝θ３−θ１とすると、
θ４−１°≦θ≦θ４＋１°
θ≦θ２
の双方の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、境界面２１１ａで全反射した光の殆どが、境界面２１１ａに当たらずに、そのまま出射することができる。
【００４８】
（構成８）
上記構成３の要件を満たした上で、
０＜θ≦θ４＋１°
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、効率向上に必要な全反射を境界面２１１ａで行うことができ、全反射光が、有効にセンサ３０に到達することができる。
【００４９】
（構成９）
上記構成３の要件を満たした上で、
θ１≦θ≦θ２
の関係を満たすことが望ましい。
この構成とすることにより、第１光学シート２１の法線方向から入射する光を境界面２１１ａで確実に全反射させることができる。
【００５０】
以上の各構成の条件を適宜選択的に満たすことにより、本発明の光学シートは、斜め方向から入射する光の遮光機能を確保しながら、従来の光学シートに対して飛躍的に光の利用効率を高めることができる。以下に、より具体的な構成の例を実施例として例示する。
【００５１】
（実施例１）
実施例１は、各部の諸元が以下の値である第１光学シート２１とした。
透過部２１１の屈折率ｎ１＝１．５６
遮光部２１２の屈折率ｎ２＝１．５５
透過部２１１のＺ１側の幅ｗ１＝２４μｍ
透過部２１１のＺ２側の幅ｗ２＝１０μｍ
遮光部２１２の高さｈ＝１５０μｍ
透過部２１１及び遮光部２１２の配列ピッチＰ＝３５μｍ
また、遮光部２１２は、粒径１μｍの黒色ビーズを有する構成とした。
【００５２】
この実施例１の第１光学シート２１、及び、第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０について、第１光学シート２１の法線方向から入射する入射光に対する透過率を計算すると以下の値となる。
第１光学シート２１が１枚の場合は、２４／３５＝６８％。
第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０の場合は、４６％。
なお、実際には、表面反射等の損失も発生することから、実測値では、上記値よりも低い３５％程度の透過率が得られる。
【００５３】
これに対して、仮に、遮光部２１２の屈折率ｎ２が透過部２１１の屈折率ｎ１よりも大きい場合を計算すると以下の値となる。
第１光学シートが１枚の場合は、１０／３５＝２９％
第１光学シートと同一形態の第２光学シートとを直交に交差するように積層した光学フィルタの場合は、８％。
実測値では、上記値よりも低い７％程度の透過率となる。
このように、実施例１では、遮光部２１２の屈折率ｎ２が透過部２１１の屈折率ｎ１よりも大きい場合と比べて、非常に光の透過率が高く、光の利用効率が飛躍的に向上している。
【００５４】
また、このように顕著な違いがあることから、シート面の法線方向からの入射光の透過率を、表裏両面の向きで測定すれば、本発明の構成であることを検証することができる。また、図６中のＺ２側から拡散光を入射したときのＺ１側での拡散角が、逆の向きの場合よりも絞られていることを確認することによっても、本発明の構成であることを容易に検証することができる。上記実施例１の場合には、図６中のＺ２側から拡散光を入射したときのＺ１側での拡散角は、１０°程度となる。
【００５５】
なお、上記実施例１の形態において、遮光部２１２に含まれるカーボンブラックを練り込んだアクリルビーズに代えて黒色顔料を用いてもよい。この場合に上記と同様に透過率を計算すると以下の値となる。
第１光学シート２１が１枚の場合は、５０％程度に下がる。
第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０の場合は、３０％。
実測値では、上記値よりも低い２２％程度の透過率となる。
【００５６】
（実施例２）
実施例２は、各部の諸元が以下の値である第１光学シート２１とした。
透過部２１１の屈折率ｎ１＝１．５６
遮光部２１２の屈折率ｎ２＝１．５４
透過部２１１のＺ１側の幅ｗ１＝３１μｍ
透過部２１１のＺ２側の幅ｗ２＝１５μｍ
遮光部２１２の高さｈ＝１００μｍ
透過部２１１及び遮光部２１２の配列ピッチＰ＝４０μｍ
また、遮光部２１２は、粒径１μｍの黒色ビーズを有する構成とした。
【００５７】
この実施例２の第１光学シート２１、及び、第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０について、第１光学シート２１の法線方向から入射する入射光に対する透過率を計算すると以下の値となる。
第１光学シート２１が１枚の場合は、２４／３５＝５７％。
第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０の場合は、５４％。
なお、実際には、表面反射等の損失も発生することから、実測値では、上記値よりも低い５０％程度の透過率が得られる。
【００５８】
これに対して、仮に、実施例２の第１光学シート２１及び第２光学シート２２を、表裏逆向き、すなわち、入射側の方が透過部の面積が占める割合が小さい向きとした場合には、第１光学シート２１の法線方向から入射する入射光に対する透過率を計算すると以下の値となる。
逆向きで第１光学シート２１と同一形態の第２光学シート２２とを直交に交差するように積層した光学フィルタ２０の場合は、１３％。
実測値では、上記値よりも低い１２％程度の透過率となる。
【００５９】
次に、表示装置１による指紋認証について説明する。
図７は、表示パネル１０と被検者の指Ｆとの位置関係を示す側面図である。
図７に示すように、被検者が指Ｆを表示装置１（表示パネル１０）上の指紋認証エリア２に接触させた状態で、表示パネル１０から指Ｆに向けて光Ｌを照射すると、その光Ｌの一部は、被検者の指Ｆの表面で反射して反射光Ｌ１となる。また、光Ｌのその他は、光Ｌ２として、表示パネル１０の外に向けて出射する。なお、図６では、光Ｌを２箇所に示しているが、実際には、指紋認証エリア２の全域に照射されている。また、図６では、反射光Ｌ１を一箇所に示しているが、実際には、指紋認証エリア２において、指Ｆが接触している全域で反射光Ｌ１が生じている。
【００６０】
被検者の指Ｆで反射した反射光Ｌ１は、光学フィルタ２０に入射する。一方、被検者の指Ｆには、照明光、太陽光等の外光も照射される。これらの外光に含まれる波長領域７００〜１２００ｎｍの光は、生体を透過しやすい性質がある。波長領域７００〜１２００ｎｍの光が被検者の指Ｆを透過すると、その光は、例えば、被検者の指Ｆの血管、骨等のパターンに対応した光Ｌ３となる。したがって、これらの光がそのままセンサ３０に入射すると、センサ３０において、指紋認証に必要な指紋のパターンに対応した光と、指紋認証には不要な指紋以外のパターンに対応した光とが混在した状態で検出されることになる。さらに、被検者の指Ｆを通過せずに、側方から直接にセンサ３０に入射する外光（光Ｌ４）のほか、光学フィルタ２０のシート面の法線方向（Ｚ方向）に対して大きな角度で入射する外光や、被検者の指Ｆで反射した光（不図示）も存在する。このように、指紋認証に必要な光以外の光がセンサ３０に入射すると、センサ３０の検出精度が低下する。
【００６１】
これに対して、第１実施形態の表示装置１は、表示パネル１０とセンサ３０との間に、波長領域３８０〜７００ｎｍの光のみを選択的に通過させる光学フィルタ２０を備えている。そのため、光学フィルタ２０に入射した光Ｌ１のうち、波長領域３８０〜７００ｎｍの光のみがセンサ３０に入射し、波長３８０ｎｍ未満の光及び波長７００ｎｍを超える光Ｌ２は、光学フィルタ２０によりセンサ３０への入射が抑制される。
【００６２】
また、図７に示すように、側方から直接に入射する外光Ｌ４や、光学フィルタ２０のシート面の法線方向（Ｚ方向）に対して大きな角度で入射する外光、被検者の指Ｆで反射した光は、光学フィルタ２０において格子状に配置された遮光部２１２及び２２２により遮光される。したがって、第１実施形態の表示装置１においては、指紋認証時におけるセンサ３０の検出精度をより向上させることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の第１光学シート２１、第２光学シート２２、光学フィルタ２０、表示装置１によれば、例えば、以下のような効果を奏する。
センサ３０側の表面における透過部２１１、２２１が占める面積が、センサ３０側の反対側である入射側の表面における透過部２１１、２２１が占める面積よりも小さいので、透過部２１１の遮光部２１２との境界面２１１ａにおいて、斜め入射光が全反射してしまうことを防止でき、設計狙いよりも広い範囲の光を取り込むことを防止できる。
また、透過部２１１の屈折率をｎ１とし、遮光部２１２の屈折率をｎ２としたときに、ｎ１＞ｎ２の関係を満たすので、境界面２１１ａにおいて、全反射させることが可能となり、所望の範囲から入射する光の利用効率を高めることができる。
また、上述した構成１から構成９の要件を満たすことにより、境界面２１１ａにおける全反射を利用して、光の利用効率を飛躍的に向上できる。
【００６４】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の第１光学シート２１Ｂの透過部２１１及び遮光部２１２の断面形状を拡大して示した図である。
第２実施形態の第１光学シート２１Ｂは、低反射膜２１２ａをさらに備える他は、第１実施形態と同様な形態をしている。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００６５】
第２実施形態の遮光部２１２は、透過部２１１との境界に低反射膜２１２ａを備えている。この低反射膜２１２ａの屈折率は、第１実施形態の遮光部２１２の屈折率と同様にｎ２であり、ｎ１＞ｎ２の関係を満たす。また、本実施形態では、低反射膜２１２ａを設けたので、遮光部２１２の屈折率ｎ３については、透過部２１１の屈折率ｎ１と同じであってもよいし、ｎ１よりも大きくてもよい。
また、低反射膜２１２ａを備えているので、遮光部２１２は、染料を用いて構成してもよい。
【００６６】
第２実施形態によれば、低反射膜２１２ａを備えているので、透過部２１１及び遮光部２１２の材料選定の幅を広げることができる。
【００６７】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態の光学フィルタ２０ｃを示す斜視図である。
第３実施形態の光学フィルタ２０ｃは、四角錘台形状の透過部２１１をＸＹ面内方向に複数配列しており、それ以外の領域は、遮光部２２２として構成した例である。透過部２１１の向きについては、先の実施形態と同様に、センサ３０側の表面における透過部２１１が占める面積が、センサ３０側の反対側である入射側の表面における透過部２１１が占める面積よりも小さい。なお、ここでは、光学フィルタ２０ｃとして説明をしたが、本実施形態では、他の光学シートを重ね合わせなくても交差する２方向の光を制御可能であるので、この光学フィルタ２０ｃは、光学シートとして捉えることもできる。
【００６８】
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態の光学フィルタ２０ｄを示す斜視図である。
第４実施形態の光学フィルタ２０ｄは、円錐台形状の透過部２１１をＸＹ面内方向に複数配列しており、それ以外の領域は、遮光部２２２として構成した例である。透過部２１１の向きについては、先の実施形態と同様に、センサ３０側の表面における透過部２１１が占める面積が、センサ３０側の反対側である入射側の表面における透過部２１１が占める面積よりも小さい。なお、第４実施形態の光学フィルタ２０ｄも、第３実施形態と同様に光学シートとして捉えることもできる。
【００６９】
上述した第３実施形態及び第４実施形態によれば、複数枚の光学シートを張り合わせることなく、交差する方向の光を制御することができ、１枚で光学フィルタとしての所望の機能を実現できる。
【００７０】
（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。
【００７１】
（１）各実施形態において、同一構成の光学シートが２枚重ねて配置されている例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、本発明の構成を備える光学シートは、１枚のみとして他の種類の光学シートと重ねて光学フィルタを構成してもよい。
【００７２】
（２）第１実施形態において、光学フィルタ２０として、２枚の光学シートを積層する例について説明したが、これに限定されない。光学フィルタ２０は、３枚以上の光学シートを積層した構成としてもよい。その場合、少なくとも２枚の光学シートについて、シート面の法線方向から見て、透過部及び遮光部が交差していることが望ましい。
【００７３】
（３）各実施形態において、センサモジュールは、表示パネル１０に設けられた照明部や発光部を光源部として用いる例について説明したが、表示パネル１０の照明部や発光部とは別に光を発する光源部を設けた構成としてもよい。
【００７４】
（４）各実施形態において、透過部の断面形状が台形の場合を例に挙げて説明した。これに限らず、例えば、斜辺が大きく湾曲していてもよいし、断面形状が六角形形状等の形状であってもよく、センサ側の表面における透過部が占める面積が、センサ側の反対側である入射側の表面における透過部が占める面積よりも小さい光学シートとすれば、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００７５】
なお、各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。
【符号の説明】
【００７６】
１      表示装置
１０    表示パネル
２０、２０ｃ、２０ｄ  光学フィルタ
２１、２１Ｂ    第１光学シート
２２    第２光学シート
２３    粘着層
３０    センサ
２１１、２２１  透過部
２１１ａ  境界面
２１２、２２２  遮光部
２１２ａ  低反射膜
２１３、２２３  基材
【図１】
2020144161.tif 000003
【図２】
2020144161.tif 000004
【図３】
2020144161.tif 000005
【図４】
2020144161.tif 000006
【図５】
2020144161.tif 000007
【図６】
2020144161.tif 000008
【図７】
2020144161.tif 000009
【図８】
2020144161.tif 000010
【図９】
2020144161.tif 000011
【図１０】
2020144161.tif 000012