(57)【要約】【課題】多重像が発生しにくい表示装置およびその設計方法を提供する。【解決手段】  表示装置において、光拡散層の底面と前記画素面との距離をＬ、光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、光拡散層の底面における法線に対する、画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、第２屈折部のくさび部の頂角をαとするとき、光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗを次式で定義することにより、二重像の発生を抑えて視認性を向上させた表示装置を提供する。Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝＜２５０μｍ【選択図】図２
2010286520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散層を備える表示装置の設計方法であって、
前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、
前記光拡散層は、第１屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第２屈折部を有し、
前記光拡散層の第２屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をＬ、
前記光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、
前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、
前記第２屈折部における前記頂角をαとするとき、
前記光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗを、次の式で定義し、
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
上記の式を用いて、前記Ｌ、前記ｎH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする表示装置の設計方法。
【請求項２】
前記二重像の幅Ｗの値が、２５０μｍ以下となるように、前記Ｌ、ｎH、θd-inおよびαの値をそれぞれ決定する請求項１に記載の表示装置の設計方法。
【請求項３】
前記光拡散層の表面における、前記第２屈折部に対する第１屈折部の開口率をapaとするとき、
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置の設計方法。
０≦θd-in≦atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
【請求項４】
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置の設計方法。
０≦θd-in≦９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２
【請求項５】
前記バックライトからの、光の最大出射角をθbl,maxとするとき、
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置の設計方法。
０≦θd-in≦asin（sinθbl,max／ｎH）
【請求項６】
光拡散層を備える表示装置であって、
前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、
前記光拡散層は、第１屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第２屈折部を有し、
前記光拡散層の第２屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をＬ、
前記光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、
前記光拡散層の底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、
前記第２屈折部における前記頂角をαとするとき、
前記光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗが、次の式を満たすことを特徴とする表示装置。
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝＜２５０μｍ
【請求項７】
前記光拡散層の表面における、前記第２屈折部に対する第１屈折部の開口率をapaとするとき、
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
０≦θd-in≦atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
【請求項８】
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
０≦θd-in≦９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２
【請求項９】
前記バックライトからの、光の最大出射角をθbl,maxとするとき、
前記θd-inを次の範囲で決定することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
０≦θd-in≦asin（sinθbl,max／ｎH）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散層を有する表示装置およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置における視野角改善方法として、光拡散層を用いる方法が知られている。例えば、表示パネルの観察者側の表面に、屈折率に差がある複数の物質から構成された光拡散層（例えば、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）を用いたもの。）を設けると、全反射や拡散反射等の特性を利用して、表示パネル表面から出射した映像光を広範囲に拡散させることができる。このため、観察者側において表示装置の視野角特性を改善することができる。
【０００３】
また、反射特性を利用した視野角制御シートや、これを用いた表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ＴＩＲを用いた光拡散層を表示パネルの観察者側に設けると、視野角特性を改善することができる。しかしながら、その反面、光のパスが異なる複数の映像光が同一方向に出射されることにより、多重像が発生するという問題が生じる。
【０００６】
図１６を用いて多重像の例を示す。なお、図１６は、２つの映像光によって生じる二重像であって、斜め方向から視認される場合の例を示している。
【０００７】
画素面９９から出射された映像光が、距離Ｌを隔てて存在する光拡散層（ＴＩＲ）内を通過して外部へ出射される場合、大きく分けて２つの異なるパスが存在する。
【０００８】
１つは、屈折率の低い物質から構成された低屈折部９１に入射されず、屈折率の高い物質から構成された高屈折部９３のみを透過して光拡散層表面９５から出射される光９０（直抜け光とする。）である。そして、もう１つは、低屈折部９１において一度全反射した後に光拡散層表面９５から出射される光９２（低屈反射光とする。）である。
【０００９】
上記直抜け光９０および低屈反射光９２が、光拡散層表面９５において同じ角度で出射されることにより、二重像（幅がＷの二重像）が発生する。
【００１０】
このような二重像が顕著に発生すると、例えば、医療用ディスプレイ等のように、視野角の全方向において高い表示精度が要求されるような表示装置において問題となる。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多重像を発生させにくい表示装置およびその設計方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、以下に開示する表示装置の設計方法において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第１屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第２屈折部を有し、前記光拡散層の第２屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をＬ、前記光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第２屈折部における前記頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗを、次の式で定義し、
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
上記の式を用いて、前記Ｌ、前記ｎH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする。
【００１３】
上記表示装置の設計方法により、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、発生し得る二重像の幅の値を算出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の表示装置の設計方法は、多重像を発生させにくい表示装置を設計できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】液晶表示装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】液晶表示装置において二重像が発生した場合を示す模式図である。
【図３】光拡散層の構成を示す側面図である。
【図４Ａ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図４Ｂ】出射角θd-outと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図５】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図６】液晶表示装置において二重像が発生した場合を示す模式図である。
【図７】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ａ】距離Ｌと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ｂ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ｃ】開口率apaと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ｄ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ｅ】頂角αと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図８Ｆ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図９】液晶表示装置において二重像が発生した場合を示す模式図である。
【図１０】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ａ】距離Ｌと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ｂ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ｃ】高屈樹脂の屈折率ｎHと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ｄ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ｅ】頂角αと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１１Ｆ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１２】液晶表示装置において二重像が発生した場合を示す模式図である。
【図１３】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１４Ａ】バックライトの最大出射角θbl,maxと最大二重像幅Ｗmaxの関係の一例を示すグラフである。
【図１４Ｂ】内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係の一例を示すグラフである。
【図１５】バックライトの出射角θblと相対輝度の関係の一例を示すグラフである。
【図１６】液晶表示装置において二重像が発生した場合を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1)本発明の一実施形態にかかる表示装置の設計方法において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第１屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第２屈折部を有し、前記光拡散層の第２屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をＬ、前記光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、前記光拡散層の前記底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第２屈折部における頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗを、次の式で定義し、
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
上記の式を用いて、前記Ｌ、前記ｎH、前記θd-inおよび前記αの各値を決定することを特徴とする。
【００１７】
これにより、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、発生し得る二重像の幅の値を算出することができる。例えば、設計対象となる表示装置の各パラメータ値（Ｌ、ｎH、θd-in、α）を変更しつつ、最適な表示装置を設計することができる。
【００１８】
(2)上記表示装置の設計方法において、前記二重像の幅Ｗの値が、２５０μｍ以下となるように、前記Ｌ、前記ｎH、前記θd-inおよび前記αの値をそれぞれ決定してもよい。
【００１９】
これにより、発生し得る二重像を視認できない程度にまで抑制することができる。
【００２０】
(3)上記表示装置の設計方法において、前記光拡散層の表面における、前記第２屈折部に対する第１屈折部の開口率をapaとするとき、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
０≦θd-in≦atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
これにより、発生し得る二重像の幅の値を少ないパラメータによって定義しつつ、視野角特性を改善した表示装置を設計することができる。
【００２１】
(4)上記表示装置の設計方法において、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
０≦θd-in≦９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２
これにより、発生し得る二重像の幅の値を少ないパラメータによって定義しつつ、視野角特性を改善した表示装置を設計することができる。
【００２２】
(5)上記表示装置の設計方法において、前記バックライトからの、光の最大出射角をθbl,maxとするとき、前記θd-inを次の範囲で決定してもよい。
０≦θd-in≦asin（sinθbl,max／ｎH）
(6)本発明の一実施形態にかかる表示装置において、前記表示装置は、バックライトと、バックライトからの光を前記光拡散層に向けて映像光を出射する複数の画素を有する画素面と、前記画素面と透明部材を介して貼設される前記光拡散層とを、少なくとも備え、前記光拡散層は、第１屈折部および、当該光拡散層の断面において頂角を有するくさび形状の第２屈折部を有し、前記光拡散層の第２屈折部における頂角の頂点を通る底面と前記画素面との距離をＬ、前記光拡散層を構成する第１屈折部の屈折率をｎH、前記光拡散層の底面における法線に対する、前記画素面から出射する映像光の内部進行角をθd-in、前記第２屈折部における前記頂角をαとするとき、前記光拡散層の表面から２つの映像光が同一方向に出射されることによって発生する二重像の幅Ｗが、次の式を満たすことを特徴とする。
【００２３】
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝＜２５０μｍ
これにより、全方向において発生し得る二重像の幅を人間が判別し難い範囲内に抑え、視野角特性を改善しつつ視認性を低下させないようにすることができる。
【００２４】
以下、本発明の表示装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明を、液晶パネルを有する表示装置に適用した場合を例示して説明する。なお、本発明は、有機ＥＬ、ＰＤＰ等のように画素面を備える他の表示装置にも適用可能である。
【００２５】
［１．第１の実施形態］
［１−１．液晶表示装置の構成］
図１は、本発明にかかる液晶表示装置１の概略構成を示す側面図である。この液晶表示装置１は、図１の下側から順に、バックライト１４、裏偏光板１３、液晶パネル１２、表偏光板１１および光拡散層１０を備える。液晶パネル１２は、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶層およびカラーフィルター等により構成される。
【００２６】
液晶パネル１２の上面には表偏光板１１が設けられ、下面には裏偏光板１３が設けられる。表偏光板１１の上面には、光拡散層１０が設けられる。表偏光板１１と光拡散層１０は、接着層（図示しない。）を介して接着される。
【００２７】
［１−２．二重像の定義］
図２は、図１の液晶表示装置１において、映像光の二重像が発生した場合を示す模式図である。また、図３は、光拡散層１０の表面の垂直方向における断面図である。
【００２８】
図３に示すように、光拡散層１０は、ベースフィルム３１と樹脂部３３から構成され、樹脂部３３は、屈折率の高い樹脂（高屈樹脂９３とする）と、屈折率の低い樹脂（低屈脂樹９１とする）から構成される。この低屈脂樹９１は、頂角αの二等辺三角形の形状（くさび形状）に近似でき、低屈脂樹９１は、所定の間隔毎に複数配置される。なお、低屈脂樹９１は、光拡散層１０においてストライプ状に配列されている。また、低屈脂樹９１を円錐形状として配列してもよい。
【００２９】
高屈樹脂９３の屈折率をｎH、低屈樹脂９１の屈折率をｎL、光拡散層１０の開口部の表面３５において低屈脂樹９１に対して高屈樹脂９３が占める割合である開口率をapa、低屈脂樹９１のくさび部の頂角をα、各低屈脂樹９１間のピッチをｐとする。
【００３０】
この場合、液晶表示装置１の光拡散特性は、ｎH、ｎL、apa、α等のパラメータを用いて定義することができる。なお、各低屈脂樹間の距離を示すピッチｐは、同一形状の各低屈脂樹９１を用いる場合、光拡散特性には与える影響が小さいため、本実施形態においては特にピッチｐについては考慮しない。
【００３１】
図２に示すように、斜め視角において視認できる二重像（以下、二重像とする）は、バックライト表面２１から出射され、同じ画素を通過した２つの映像光が、低屈樹脂９１に入射せずに高屈樹脂９３を抜ける光９０（以下、直抜け光とする）と、低屈樹脂で１回全反射される光９２（以下、低屈反射光とする）が、それぞれ異なるパスで進行し、光拡散層１０の表面２３から同角度（θd-out＝θr-out）で出射することによって発生する。
【００３２】
光の内部進行角θd-inおよびθr-inの取り得る範囲によっては、二重像幅Ｗが大きくなり、二重像がより視認されやすくなる。また、光拡散層１０の底面９７と画素面９９との距離Ｌに比例して二重像幅Ｗが大きくなり二重像が視認されやすくなる。
【００３３】
同じ画素を通過した後に２つの異なるパスで進行する光である、直抜け光９０および低屈反射光９２が、光拡散層１０の底面９７に入射するそれぞれの位置の距離をＤとし、直抜け光９０および低屈反射光９２が、光拡散層１０の表面９５から出射するそれぞれの位置の距離をＤ’とする場合、二重像幅Ｗは、次の式で表すことができる。
【００３４】
Ｗ＝Ｄ’＊cosθd-out（＝Ｄ'*cosθr-out）
ここで、直抜け光９０と低屈反射光９２が、光拡散層１０の底面９７に入射するそれぞれの位置の距離Ｄと、光拡散層１０の表面９５から出射するそれぞれの位置の距離Ｄ’はほぼ等しくなるため、二重像幅Ｗは次の式で近似できる。
【００３５】
Ｗ＝Ｄ*cosθd-out（＝Ｄ*cosθr-out）
さらに、距離Ｄは、直抜け光９０の内部進行角θd-in、低屈反射光の内部進行角θr-inおよび光拡散層１０の底面９７（低屈脂樹９１のくさび部における頂角αの頂点を通る底面）から画素面の距離Ｌを用いて、次の式で表される。
【００３６】
Ｄ＝Ｌ＊（tanθd-in＋tanθr-in）
厳密には、材料の屈折率の差により光拡散層１０を構成する高屈樹脂９３中の光の進行角およびガラス中の光の進行角などは異なるが、一般的な材料の場合それらの数値が近いものであるため、直抜け光９０の内部進行角θd-inおよび低屈反射光９２の内部進行角θr-inのみを用いて近似的に表すことができる。したがって、二重像幅Ｗは、次の式で表される。
【００３７】
Ｗ＝Ｌ＊cosθd-out＊（tanθd-in＋tanθr-in）
また、直抜け光９０の光拡散層１０の表面から出射角θd-outおよび、低屈反射光９２の内部進行角θr-inは、直抜け光９０の内部進行角θd-inを用いてそれぞれ次の式で置き換えられる。
【００３８】
θd-out＝asin(ｎH＊sinθd-in)  、  θr-in＝θd-in−α
このため、二重像幅Ｗは、以下の式（１）で表される。
【００３９】
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）]…（１）
［１−３．二重像の視認性］
ここで、二重像が認識されないための条件を考える。人間の視力は、分解能すなわち隣り合った二つの点を別々の点として見分ける能力として測定することができ、その際に用いられるのがランドルト環である。視力は、認識できる最小視角の逆数で表され、１分（１分は、１度の６０分の１の角度）の視角を確認できる視力を視力１．０と規定している。仮に確認できる最小視角が２分なら視力は０．５である。
【００４０】
一般的な視力検査の距離は視力検査表から５ｍであるが、視力１．０に相当するランドルト環で別々の点又は線として見分けられるのは、それらが、１．５ｍｍの距離である。つまり、１．５ｍｍの５ｍ離れたところからの視角が１分になる。例えば、ランドルト環を基準とした視力１．０（視角で表すと１．０分）の場合、観測者が液晶表示装置１の表示面から５０cm離れた場合、約１５０μｍの識別が可能である。
【００４１】
したがって、二重像幅Ｗを１５０μｍより小さくすることができると、効果的に多重像が視認されることを抑制できる。つまり、二重像を認識できないようにするには、発生し得る最大の二重像幅をＷmaxが、次の式を満たすように各パラメータを設定すればよい。
【００４２】
Ｗmax＜１５０μｍ
なお、理想的には上記の数値（１５０μｍ）であるが、主観評価の結果、許容値を「Ｗmax＜２５０μｍ」とすることもできる。
【００４３】
［１−４．二重像の具体例］
例えば、高屈樹脂の屈折率ｎHが1.58、頂角αが18°および光拡散層底面から画素面の距離Ｌが１０００μｍの場合、上記の式（１）より、直抜け光９０の内部進行角θd-inと二重像幅Ｗの関係は、図４Ａに示すようになる。
【００４４】
図４Ａを説明すると、直抜け光９０の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では直抜け光９０と低屈反射光９２が同角度で光拡散層表面９５から出射されることがないため、二重像は発生しない。
【００４５】
しかし、直抜け光９０の内部進行角θd-inが9°から39.3°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Ｗが変化する。特に、16.8°から38.2°では二重像幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となるため二重像が認識され、30.3°では二重像幅Ｗが４８５μｍと最大になる。
【００４６】
なお、二重像幅Ｗが最大となるのは、二重像幅Ｗを表す式（１）などの導関数を
ｄＷ／ｄθd-inとすると、ｄＷ／ｄθd-in＝０を満たすθd-inの場合である。
【００４７】
直抜け光の内部進行角θd-inが39.3°より大きい範囲では、進行してきた光が光拡散層裏面９７で全反射され、光拡散層表面９５から外部に出射されることがないため二重像は発生しない。
【００４８】
図４Ｂは、横軸を光拡散層表面９５における、直抜け光９０（または低屈反射光９２）の出射角θd-out（またはθｒ-out）として、二重像幅Ｗを示したグラフである。この場合、光拡散層１０の光拡散方向の斜め視角27.2°から77.7°の範囲において、二重像が視認されることになる。特に、斜め視角52.9°付近では二重像が最も顕著となる。
【００４９】
全ての方位で二重像が認識されないようにするには、最大二重像幅Ｗmaxが、Ｗmax＜２５０μｍとなる必要がある。このためには、光拡散層底面から画素面の距離Ｌを低減し、二重像幅Ｗを全体的に小さくするか（図５中のＡ方向のイメージ）、または、表面拡散層のパラメータ設定により、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲を制限する（図５中のＢ方向のイメージ）必要がある。具体的には以下のようにすれば良い。
【００５０】
（ａ）バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは、光拡散層の開口率apaおよび頂角αで決定される。したがって、光拡散層の開口率apa、頂角αおよび距離Ｌを最適化することにより二重像幅Ｗを低減することができる。
【００５１】
（ｂ）また、バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光の最大内部進行角θr-in,maxは、光拡散層１０の樹脂屈折率ｎH、ｎLおよび頂角αで決定される。これにより、二重像が発生する条件での直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも決定される。したがって、屈折率ｎH、ｎL、頂角αおよび距離Ｌを最適化することにより二重像幅Ｗを低減することができる。
【００５２】
（ｃ）さらに、バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくすると（集光度を高めると）、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも同時に小さくなる。したがって、バックライトの最大出射角θbl,maxを最適化することによっても、二重像幅Ｗを低減することができる。
【００５３】
このように、視野角特性を改善した表示装置を設計する場合において、設計対象となる表示装置の各パラメータ値（Ｌ、ｎH、θd-in、α等）を変更しつつ、二重像幅Ｗを低減した最適な表示装置を設計することができる。
【００５４】
以上、本実施形態の説明では、第２屈折部の断面形状が二等辺三角形の形状である例を示して説明したが、本発明において、第２屈折部の断面形状はこれに限られるものではない。例えば、反射面を備えていれば他の形状であってもよい。
【００５５】
［２．第２の実施形態］
上述した通り、（ａ）バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは光拡散層の開口率apaおよび頂角αで決定される。本実施形態においては、光拡散層の開口率apa、頂角αおよび距離Ｌを最適化することで二重像幅Ｗを低減する例について説明する。
【００５６】
［２−１．パラメータの最適化］
図６に示すように、バックライトの特性を考慮しない場合、直抜け光９０の内部進行角θd-inは、低屈脂樹９１の頂角の点９１ａ（くさび部の先端）から、隣接する低屈脂樹９１の底角の点９１ｂを通る条件で最大となり、直抜け光９０の最大内部進行角θd-in,maxは、開口率apaと頂角αを用いて次式により表される。
【００５７】
θd-in,max＝atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
ここで、
Ａ＝atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
とすると、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式により表される。
【００５８】
０≦θd-in≦Ａ  …（２）
また、直抜け光９０の最大外部出射角θd-out,maxは、次式により表される。
【００５９】
θd-out,max＝asin(ｎH＊sinＡ)
よって、直抜け光９０の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式となる。
【００６０】
０≦θd-out≦asin(ｎH＊sinＡ)
低屈反射光９２が、直抜け光９０と同一の角度で外部出射される（θd-out＝θr-out）と二重像が発生する。この場合、低屈反射光９２の内部進行角θr-inは、次式となる。
【００６１】
θr-in＝θd-in−α
ここで、二重像幅Ｗは、次式により表される。
【００６２】
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
全方位での二重像が視認されないようにするためには、
０≦θd-in≦Ａの範囲において、最大二重像幅Ｗmaxを許容値２５０μｍ以上にならないようにする必要がある。つまり、二重像を認識できないようにするためは、
０≦θ≦atan｛（１＋apa）／（１−apa）＊tan（α／２）｝
のθの範囲において、次式をみたすように各パラメータを設定すればよい。
【００６３】
Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθ）｝＊｛tanθ＋tan（θ−α）｝＜２５０μｍ
［２−２．効果の検証］
【００６４】
【表１】
2010286520.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、一例として、ｎH＝1.58、α＝18°、apa＝50％、Ｌ＝1000μｍの場合（ベース）を考える。直抜け光９０の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、上記式（２）により、
０°≦θd-in≦25.4°となり、この範囲での二重像幅Ｗは、図７に示すようになる。
【００６６】
図７に示すように、直抜け光９０の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では、直抜け光９０と低屈反射光９２が同角度で光拡散層表面９５から出射されることがないため、二重像は発生しない。
【００６７】
また、9°から25.4°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Ｗが変化する。特に、16.8°から25.4°では二重像幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となるため二重像が認識され、25.4°では二重像幅Ｗが４４５μｍと最大になる。
【００６８】
直抜け光９０の内部進行角θd-inは、開口率apaおよび頂角αによる制限で、25.4°より大きい範囲にはなり得ない。つまり、上記条件では二重増幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となる範囲
16.8°≦θd-in≦25.4°が存在し、これに対応する方位
27.2°≦θd-out≦42.7°では二重像が認識されてしまう。
【００６９】
各々のパラメータを１つだけ変更することで、Ｗmax＜250μｍとなり、二重像を認識されないようにする場合を考える。
【００７０】
［２−２−１．Ｌを変更する場合］
図８Ａに示すように、距離Ｌを小さく変化させていくと、Ｌの値が５６０μｍ以下で二重像が認識されなくなる（例えば、光拡散層１０のベースフィルム厚70μｍ、表偏光板厚140μｍ、表面側ガラス厚350μｍとした表１(i)の場合）。
【００７１】
また、図８Ｂに、距離Ｌが５６０μｍの場合における二重増幅Ｗの変化を示す。この場合、9°≦θd-in ≦25.4°の範囲で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となるθd-in＝25.4°において二重像幅Ｗは許容値２５０μｍより小さいため、二重像は認識されない。
【００７２】
［２−２−２．apaを変更する場合］
開口率apaを小さくした場合、図８Ｃに示すように、31%以下で二重像が認識されない。また、図８Ｄに、開口率apaが31%の場合における二重増幅Ｗの変化を示す。この場合、9°≦θd-in ≦16.7°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となるθd-in＝16.7°でも二重像幅Ｗは、許容値２５０μｍより小さいため二重像は認識されない。
【００７３】
［２−２−３．αを変更する場合］
頂角αを小さくした場合、図８Ｅに示すように、7.5°以下で二重像が認識されない。また、図８Ｆに頂角αが7.5°の場合における二重増幅Ｗの変化を示す。
3.8°≦θd-in≦11.1°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となる
θd-in＝11.1°でも二重像幅Ｗは許容値２５０μｍより小さいため二重像は認識されない。
【００７４】
［２−２−４．まとめ］
上記は具体例であり、Ｗmax＜250μｍとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Ｗmax＜250μｍとし二重像を認識されないようにする場合を考えると、表１(iv)〜(vii)に示すようになる。実際の設計においては、パラメータ値を１つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。
【００７５】
［３．第３の実施形態］
上述した通り、（ｂ）バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光９２の最大内部進行角θr-in,maxは、光拡散層１０の樹脂屈折率ｎH、ｎLおよび頂角αで決定される。これにより、二重像が発生する条件での直抜け光９０の最大内部進行角θd-in,maxも決定される。本実施形態においては、屈折率ｎH、ｎL、頂角αおよび距離Ｌを最適化することで二重像幅Ｗを低減する例について説明する。
【００７６】
［３−１．パラメータの最適化］
低屈反射光の内部進行角θr-inを低減し、二重像を低減する場合を考える。図９に示すように、バックライトの特性を考慮しない場合、低屈反射光の内部進行角θr-inは、低屈樹脂９１および高屈樹脂９３での全反射臨界角で低屈樹脂９１に入射する条件で最大となり、低屈反射光９２の最大内部進行角θr-in,maxは樹脂屈折率ｎHおよびｎL  θr-in＝θd-in−αの場合に二重像が発生するため、二重像が発生する条件での直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxは、次式で表される。
【００７７】
θd-in,max＝９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２
ここで、
Ｂ＝９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２
とすると、直抜け光の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式で表される。  ０≦θd-in≦Ｂ  …（３）  また、直抜け光の最大外部出射角θd-out,maxは、次式で表される。
【００７８】
θd-out,max＝asin（ｎH＊sinＢ）
直抜け光９０の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式で表される。
【００７９】
０≦θd-out≦asin(ｎH＊sinＢ)
低屈反射光が、直抜け光９０と同一の角度で外部出射される（θd-out＝θr-out）と二重像が発生する。この場合、低屈反射光の内部進行角θr-inは、θr-in＝θd-in-α  となるため、二重像幅Ｗは、次式で表される。
【００８０】
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH*sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
全方位での二重像を認識できないようにするためには、
０≦θd-in≦Ａの範囲での最大二重像幅Ｗmaxが許容値２５０μｍ以上にならないようにする必要がある。つまり二重像を認識できないようにするためは、
０≦θ≦９０−asin（ｎL／ｎH）＋α／２  のθの範囲において、
Ｌ*cos｛asin（ｎH*sinθ）｝＊｛tanθ＋tan（θ−α）｝＜２５０μｍ
となるように各パラメータを設定すればよい。
【００８１】
［３−２．効果の検証］
【００８２】
【表２】
2010286520.tif 000004
【００８３】
表２に示すように、一例として、ｎH＝1.55、ｎL＝1.49 、α＝22°、Ｌ＝1000μｍの場合（ベース）を考える。直抜け光９０の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、上記式（３）により、
０°≦θd-in≦26.9°となり、この範囲での二重像幅Ｗは、図１０に示すようになる。
【００８４】
図１０に示すように、直抜け光９０の内部進行角θd-inが11°より小さい範囲では、直抜け光９０と低屈反射光９２が同角度で光拡散層表面９５から出射されることがないため、二重像は発生しない。
【００８５】
また、11°から26.9°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Ｗが変化する。特に18.9°から26.9°では二重像幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となるため二重像が認識され、26.9°では二重像幅Ｗが423μｍと最大になる。直抜け光の内部進行角θd-inは樹脂屈折率ｎH、ｎL、および頂角αによる制限で、26.9°より大きい範囲にはなり得ない。つまり上記条件では二重像幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となる範囲
18.9°≦θd-in≦26.9°が存在し、これに対応する方位
30.1°≦θd-out≦44.5°では二重像が認識されてしまう。
【００８６】
各々のパラメータを1つだけ変更することでＷmax＜２５０μｍとなり二重像を認識されないようにする場合を考える。
【００８７】
［３−２−１．Ｌを変更する場合］
図１１Ａに示すように、距離Ｌを小さく変化させていくと、Ｌの値が５９０μｍ以下で二重像が認識されなくなる（例えば、光拡散層１０のベースフィルム厚80μｍ、表偏光板厚150μｍ、表面側ガラス厚360μｍとした表２(i)の場合）。
【００８８】
また、図１１Ｂに、距離Ｌが５９０μｍの場合における二重像幅Ｗの変化を示す。この場合、11°≦θd-in ≦26.9°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となるθd-in ＝26.9°でも二重像幅Ｗは許容値２５０μｍより小さいため、二重像は認識されない。
【００８９】
［３−２−２．ｎHを変更する場合］
高屈樹脂の屈折率ｎHを小さくした場合、図１１Ｃに示すように、1.504以下で二重像が認識されない。また、図１１Ｄに、高屈樹脂の屈折率ｎHが1.504の場合における二重像幅Ｗの変化を示す。この場合、11°≦θd-in ≦18.8°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となるθd-in＝18.8°でも二重像幅Ｗは許容値２５０μｍより小さいため二重像は認識されない。
【００９０】
［３−２−３．αを変更する場合］
頂角αを小さくした場合、図１１Ｅに示すように、44°以上で二重像が認識されない。また、図１１Ｆに、頂角αが44°の場合における二重像幅Ｗの変化を示す。
【００９１】
この場合、
22.0°≦θd-in≦38.0°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となる
θd-in＝34.4°でも二重像幅Ｗは許容値２５０μｍより小さいため、二重像は認識されない。
【００９２】
［３−２−４．まとめ］
上記は具体例であり、Ｗmax＜２５０μｍとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Ｗmax＜２５０μｍとし二重像を認識されないようにする場合を考えると、表２(iv)〜(vii)に示すようになる。実際の設計においては、パラメータ値を１つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。
【００９３】
［４．第４の実施形態］
上述した通り、バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくすると（集光度を高めると）、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxも同時に小さくなる。したがって、バックライトの最大出射角θbl,maxを最適化することによっても、二重像幅Ｗを低減することができる。本実施形態においては、バックライトの集光度を調整することで直抜け光の内部進行角θd-inを低減し、斜め視角の二重像を低減する例について説明する。
【００９４】
［４−１．パラメータの最適化］
図１２に示すように、光拡散層１０の特性を考慮しない場合、バックライトの最大出射角をθbl,maxとすると、直抜け光９０の内部進行角θd-inはバックライトの最大出射角での条件で最大となり、直抜け光の最大内部進行角θd-in,maxはバックライトの最大出射角θbl,maxと高屈樹脂９３の屈折率ｎHでを用いて次式により表される。
【００９５】
θd-in,max＝asin（sinθbl,max／ｎH）
ここで、
Ｃ＝asin（sinθbl,max／ｎH）とすると、直抜け光９０の内部進行角θd-inの取り得る範囲は、次式により表される。
【００９６】
０≦θd-in≦Ｃ  …（４）
また、直抜け光９０の最大外部出射角θd-out,maxは、次式により表される。
【００９７】
θd-out,max＝asin（ｎH＊sinＣ）
直抜け光の外部出射角θd-outの取り得る範囲は、次式で表される。
０≦θd-out≦asin(ｎH＊sinＣ)
低屈反射光９２が、直抜け光９０と同一の角度で外部出射される（θｄ-out ＝ θｒ-out）と二重像が発生する。
【００９８】
この場合、低屈反射光９２の内部進行角θr-inは、
θr-in＝θd-in−αとなるため、二重像幅Ｗは、次式により表される。
【００９９】
Ｗ＝Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθd-in）｝＊｛tanθd-in＋tan（θd-in−α）｝
全方位での二重像が視認されないようにするためには、
０≦θd-in≦Ｃ  の範囲において、最大二重像幅Ｗmaxを許容値２５０μｍ以上にならないようにする必要がある。つまり、二重像を認識できないようにするためは
０≦θ≦asin（sinθbl,max／ｎH）のθの範囲において、次式をみたすように各パラメータを設定すればよい。
【０１００】
Ｌ＊cos｛asin（ｎH＊sinθ）｝＊｛tanθ＋tan（θ−α）｝＜２５０μｍ
［４−２．効果の検証］
一例として、ｎH＝1.58、α＝18°、L＝800μｍ、θbl,max＝60°の場合を考える。直抜け光９０の内部進行角θd-inの取り得る範囲は上記式（４）により、
０°≦θd-in≦33.2°となり、この範囲での二重像幅Ｗは、図１３に示すようになる。
【０１０１】
図１３に示すように、直抜け光９０の内部進行角θd-inが9°より小さい範囲では直抜け光９０と低屈反射光９２が同角度で光拡散層表面９５から出射されることがないため、二重像は発生しない。
【０１０２】
また、9°から33.4°の範囲では二重像が発生し、その角度により二重像幅Ｗが変化する。特に19.0°から33.4°では二重像幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となるため二重像が認識され、30.3°では二重像幅Ｗが388μｍと最大になる。直抜け光９０の内部進行角θd-inは樹脂屈折率ｎHおよびバックライトの最大出射角θbl,maxによる制限で、33.4°より大きい範囲にはなり得ない。つまり上記条件では二重増幅Ｗが許容値２５０μｍ以上となる範囲
19.0°≦θd-in≦33.4°が存在し、これに対応する方位
31.0°≦θd-out≦60.0°では二重像が認識されてしまう。
【０１０３】
バックライトの最大出射角θbl,max変更することで、Ｗmax＜２５０μｍとなり二重像を認識されないようにする場合を考える。
【０１０４】
バックライトの最大出射角θbl,maxを小さくした場合、図１４Ａに示すように、31.0°以下で二重像が認識されない。
【０１０５】
また、図１４Ｂにバックライトの最大出射角θbl,maxが31.0°の場合における二重増幅Ｗの変化を示す。この場合、9.0°≦θd-in ≦19.0°で二重像が発生するが、二重像幅Ｗが最大となるθd-in＝19.0°でも二重像幅Wは許容値２５０μｍより小さいため、二重像は認識されない。図１５に最大出射角θbl,maxが31.0°であるバックライトの出射特性の一例を示す。このようなバックライトの出射特性は、バックライトそのものに集光機能を持たせたり、光学シートを用いたり、あるいはこれらを組み合わせることにより得ることができる。
【０１０６】
上記は具体例であり、Ｗmax＜２５０μｍとなるように各パラメータを設定すればよい。また、複数のパラメータを同時に変更することで最大二重像幅Ｗmax＜２５０μｍとし、二重像を認識されないようにすることも可能である。実際の設計においては、パラメータ値を１つだけ大きく変更することは困難となる場合や、パラメータ値を変更できたとしても光学特性を大きく変化させてしまう場合があり得るため、複数のパラメータ値をバランス良く同時に変更することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、光拡散層を備えた表示装置およびその設計方法に対して有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
１    液晶表示装置
１０  光拡散層
１１  表偏光板
１２  液晶パネル
１３  裏偏光板
１４  バックライト
【図１】
2010286520.tif 000005
【図２】
2010286520.tif 000006
【図３】
2010286520.tif 000007
【図４Ａ】
2010286520.tif 000008
【図４Ｂ】
2010286520.tif 000009
【図５】
2010286520.tif 000010
【図６】
2010286520.tif 000011
【図７】
2010286520.tif 000012
【図８Ａ】
2010286520.tif 000013
【図８Ｂ】
2010286520.tif 000014
【図８Ｃ】
2010286520.tif 000015
【図８Ｄ】
2010286520.tif 000016
【図８Ｅ】
2010286520.tif 000017
【図８Ｆ】
2010286520.tif 000018
【図９】
2010286520.tif 000019
【図１０】
2010286520.tif 000020
【図１１Ａ】
2010286520.tif 000021
【図１１Ｂ】
2010286520.tif 000022
【図１１Ｃ】
2010286520.tif 000023
【図１１Ｄ】
2010286520.tif 000024
【図１１Ｅ】
2010286520.tif 000025
【図１１Ｆ】
2010286520.tif 000026
【図１２】
2010286520.tif 000027
【図１３】
2010286520.tif 000028
【図１４Ａ】
2010286520.tif 000029
【図１４Ｂ】
2010286520.tif 000030
【図１５】
2010286520.tif 000031
【図１６】
2010286520.tif 000032