(57)【要約】【課題】コストが低く、透過効率が高く、光の出射角の制限性能が高い光出射角制限シートを提供する。【解決手段】透光性を有するシート状の光学部材である第１の光学シート１１と第２の光学シート１２との間隙に空気層としての光学層を設ける。第１の光学シート１１が光の出射側、第２の光学シート１２が光の入射側に配置され、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２における光学層側のシート面が平面となっている。また、第１の光学シート１１における光出射側のシート面、および、第２の光学シート１２における光入射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられている。また、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２の屈折率が、光学層の屈折率よりも高くなっている。【選択図】図１
2008191176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を、出射角を制限して出射させる光出射角制限シートであって、
透光性を有するシート状の光学部材である第１および第２の光学シートと、
上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとの間隙に設けられる、透光性を有する光学層とを備え、
上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとが、互いのシート面が対向するように所定の間隔をおいて配置されるとともに、上記第１の光学シートが光の出射側、上記第２の光学シートが光の入射側に配置され、
上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートにおける上記光学層側のシート面が平面となっている一方、上記第１の光学シートにおける光出射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられており、
上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートの屈折率が、上記光学層の屈折率よりも高いことを特徴とする光出射角制限シート。
【請求項２】
上記第２の光学シートにおける光入射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光出射角制限シート。
【請求項３】
上記第２の光学シートにおける光入射側のシート面が平面となっていることを特徴とする請求項１記載の光出射角制限シート。
【請求項４】
上記複数の凸部として、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光出射角制限シート。
【請求項５】
上記光学層が空気層であることを特徴とする請求項１記載の光出射角制限シート。
【請求項６】
上記複数の凸部を構成する各山型のピッチがランダムであることを特徴とする請求項４記載の光出射角制限シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置などの表示装置による表示の視野角を制限する光出射角制限シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、一般的には、どの視角から見ても鮮明な画像を見ることができるように、可能な限り広い視野角を有することが求められている。特に、最近広く普及している液晶表示装置は、液晶そのものが視角依存性を有することから、広視野角化に関して様々な技術開発が行われてきた。
【０００３】
しかしながら、使用環境によっては、使用者本人にしか表示内容が視認できないよう、視野角が狭い方が好都合であることもある。特に、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ:Personal Digital Assistant）、又は携帯電話等の電子機器は、電車や飛行機内等、不特定多数の人間が存在し得る場所で使用される可能性も高い。そのような使用環境においては、機密保持やプライバシー保護等の観点から、近傍の他人から表示内容を覗かれたくないので、表示装置の視野角が狭いことが望ましい。
【０００４】
このような要求に対して、視野角を狭める技術として例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された視野制御シートは、液晶パネルの上側に、ルーバー状フィルム１００を積層したものからなっている。このルーバー状フィルム１００は、図２４に示すように、光透過性材料からなる基材部１０２と光吸収材料からなるルーバー状光吸収壁列１０１とを含み、前記光吸収材料からなるルーバー状光吸収壁列１０１の屈折率が、前記光透過性材料からなる基材部１０２の屈折率より低いものからなっている。このルーバー状フィルム１００では、特定の入射角度以上の光の出射が阻止される。したがって、覗き込み防止効果を発揮する視野制御シートが実現できる。
【０００５】
上記特許文献１に開示されているルーバー状フィルム１００は、最近では、広視野角と狭視野角との切替えなしの視野角制御パネルとして主流となってきている。
【０００６】
一方、例えば特許文献２には、図２５に示すように、液晶表示パネル１１４とバックライトアレイ１１０との間に、シリンドリカルレンズアレイ１１２・１１３を設けることにより、視野角を狭める構成が開示されている。この構成では、バックライトアレイ１１０から出射された光が、シリンドリカルレンズアレイ１１２・１１３を通過することによって集光され、この集光された光によって液晶表示パネル１１４の表示が行われることによって輝度分布が狭められている。
【特許文献１】特開２０００−１３７２９４号公報（２０００年５月１６日公開）
【特許文献２】ＵＳＰ５，２８０３７１（１９９４年１月１８日特許）
【特許文献３】特開２０００−２３１３３９号公報（２０００年８月２２日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示されているルーバー状フィルムは、次に示すような問題を有している。まず、ルーバー状フィルムは、比較的コストが高いという問題がある。コストが高くなる理由は次のようなものが考えられる。上記したように、ルーバー状フィルムは、基材部とルーバー状光吸収壁列とがストライプ状に設けられた構造となっている。このような構造を製造するには、基材部を構成する材料と、ルーバー状光吸収壁列を構成する材料とを壁列の間隔で順に積層し、積層面に垂直な方向でスライスする、という工程が行われることになる。この場合、フィルムの大きさが大きくなるほど積層工程の回数が膨大になる点、および、スライス処理に高い加工精度が要求される点などにより、製造コストを増大させることになる。
【０００８】
また、ルーバー状フィルムを用いる場合、視野角内から見た際の表示画面の明るさが低下するという問題がある。これは、図２４に示すように、ルーバー状フィルムのフィルム面に垂直な方向から見た場合でも、ルーバー状光吸収壁列の厚み分が遮光されることになるからである。
【０００９】
なお、例えば特許文献３には、単位柱状レンズを複数並列配置したレンズシートを、空気層を介して表示パネルの観察面側に配列した表示装置が開示されている。しかしながら、この構成におけるレンズシートは、視野角を広げることを目的として設けられているものである。
【００１０】
本発明は、上記従来の間題点に鑑みなされたものであって、その目的は、コストが低く、透過効率が高く、光の出射角の制限性能が高い光出射角制限シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光出射角制限シートは、上記課題を解決するために、入射した光を、出射角を制限して出射させる光出射角制限シートであって、透光性を有するシート状の光学部材である第１および第２の光学シートと、上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとの間隙に設けられる、透光性を有する光学層とを備え、上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとが、互いのシート面が対向するように所定の間隔をおいて配置されるとともに、上記第１の光学シートが光の出射側、上記第２の光学シートが光の入射側に配置され、上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートにおける上記光学層側のシート面が平面となっている一方、上記第１の光学シートにおける光出射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられており、上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートの屈折率が、上記光学層の屈折率よりも高い構成である。
【００１２】
上記の構成によれば、まず、入射光が第２の光学シートを透過すると、第２の光学シートから出射する際の出射角がある程度絞られた状態となる。これは、（１）光が第２の光学シートに入射する際に、外部と第２の光学シートとの屈折率が異なることにより、入射角が大きい成分の光が表面反射するとともに、第２の光学シートから光学層に入射する際にも、第２の光学シートと光学層との屈折率が異なることにより、入射角が大きい成分の光が表面反射すること、および、（２）第２の光学シートにおける光学層側のシート面が平面となっていることにより、凹凸がある場合に生じる出射角の広がりが抑制されること、などによるものである。
【００１３】
そして、入射角がある程度絞られた入射光がさらに第１の光学シートを透過する際に、光学層と第１の光学シートとのとの屈折率が異なることにより、入射角が大きい成分の光が表面反射する。また、第１の光学シートにおける光学層側のシート面が平面となっていることにより、凹凸がある場合に生じる第１の光学シート内での光の進行方向の広がりが抑制される。その後、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部によって集光されることにより、出射角が制限されることになる。
【００１４】
以上の作用により、後述する実験結果でも示されるように、第１の光学シートから出射される光は、所定の出射角範囲以外では、入射光がほとんど視認できないレベルの遮光を実現することができる。
【００１５】
また、所定の出射角範囲内の光は、遮られることなく、集光された状態で出射されることになるので、光量の低下を抑えた状態で出射角の制限を行うことができる。すなわち、従来のルーバー状フィルムと比較して、所定の出射角範囲内の光における透過効率を高めることができる。
【００１６】
また、第１および第２の光学シートは、ルーバー状フィルムと比較して、その構造が簡素なものであるので、製造コストが低いことになる。
【００１７】
すなわち、上記の構成によれば、コストが低く、透過効率が高く、光の出射角の制限性能が高い光出射角制限シートを提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係る光出射角制限シートは、上記の構成において、上記第２の光学シートにおける光入射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられている構成としてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、入射光が第２の光学シートを透過する際に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部によって集光されることになる。よって、出射光の光量の低下をさらに抑制することが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る光出射角制限シートは、上記の構成において、上記第２の光学シートにおける光入射側のシート面が平面となっている構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、第２の光学シートは、光入射側のシート面および光学層側のシート面ともに平板となるので、第２の光学シートのコストを低減することができる。よって、光出射角制限シート自体のコストをより低減することができる。
【００２２】
また、本発明に係る光出射角制限シートは、上記の構成において、上記複数の凸部として、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられている構成としてもよい。
【００２３】
上記の構成によれば、既に存在している光学シートを、上記第１の光学シートまたは第２の光学シートとして用いることが可能となる。よって、特別な光学部材を新たに用意する必要がないので、光出射角制限シート自体のコストをより低減することができる。
【００２４】
また、本発明に係る光出射角制限シートは、上記の構成において、上記光学層が空気層である構成としてもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、光学層を空気層によって構成すればよいことになるので、光学層のための光学材料を用いる必要がなくなる。よって、光出射角制限シート自体のコストをより低減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る光出射角制限シートは、上記の構成において、上記複数の凸部を構成する各山型のピッチがランダムである構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、視野角の制限効果をより高めることができる。これは、各山型のピッチや高さがランダムに配置されているため、表面散乱の増大および透過光の減少の効果により、視野角制限効果が高まったものと推測される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る光出射角制限シートは、以上のように、透光性を有するシート状の光学部材である第１および第２の光学シートと、上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとの間隙に設けられる、透光性を有する光学層とを備え、上記第１の光学シートと上記第２の光学シートとが、互いのシート面が対向するように所定の間隔をおいて配置されるとともに、上記第１の光学シートが光の出射側、上記第２の光学シートが光の入射側に配置され、上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートにおける上記光学層側のシート面が平面となっている一方、上記第１の光学シートにおける光出射側のシート面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられており、上記第１の光学シートおよび上記第２の光学シートの屈折率が、上記光学層の屈折率よりも高い構成である。これにより、コストが低く、透過効率が高く、光の出射角の制限性能が高い光出射角制限シートを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３０】
（視野角制限シートの構成）
図１は、本実施形態に係る視野角制限シート（光出射角制限シート）１を表示装置２に装着した状態を示す側面断面図であり、図２は、図１の斜視分解図である。
【００３１】
表示装置２は、画像、文字などの各種情報を表示する表示装置である。この表示装置２としては、例えば液晶表示装置などが挙げられるが、特に限定されるものではなく、任意の表示装置を用いることができる。
【００３２】
視野角制限シート１は、表示装置２による表示の視野角を制限する機能を有するシート状の部材である。この視野角制限シート１は、表示装置２における表示面に対して表示方向側に、該視野角制限シート１のシート面が表示面と平行となるように取り付けられる。すなわち、表示装置２から出射される表示光は、視野角制限シート１を透過して外部に出射されることになる。なお、視野角制限シート１は、表示装置２の表示面に接して配置されてもよいし、所定の間隔をおいて配置されてもよい。
【００３３】
この視野角制限シート１は、図１および図２に示すように、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２が、互いのシート面が対向するように所定の間隔をおいて配置された構成となっている。所定の間隔としては、２０μｍ程度が好ましいが、１０〜３００μｍの範囲であればよい。間隔が狭い場合、厚みの不均一になることによりニュートンリングが発生し、また、間隔が厚い場合、２重映りが発生する。そして、第１の光学シート１１と第２の光学シート１２との間隙に、空気層からなる光学層が設けられている。この光学層は、第１の光学シートと第２の光学シートとの間にスペーサなどの間隔保持部材（図示せず）を設けることによって確保される。なお、本実施形態では、光学層を空気層によって構成しているが、透光性を有し、所定の屈折率を有する光学部材によって光学層を構成するようにしてもよい。
【００３４】
第１の光学シート１１および第２の光学シート１２は、透光性を有し、所定の屈折率を有する光学部材である。第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する材料は、その屈折率が、光学層の屈折率よりも高くなるようなものが用いられる。この材料の例としては、ポリエステル（polyester）、アクリル、ポリカーボネイト（polycarbonate）、および、これらの少なくとも２つの積層構造材料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、第１の光学シート１１が光の出射側、すなわち、表示装置２側とは反対側に配置され、第２の光学シート１２が光の入射側、すなわち、表示装置２側に配置される。
【００３５】
第１の光学シート１１は、光の入射側、すなわち光学層側の面が平面となっており、光の出射側の面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられている。光の出射側の面に関して、図１および図２に示す例では、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられている。
【００３６】
なお、各凸部の断面形状は特に限定されるものではなく、プリズム効果またはレンズ効果を有する形状であればどのような形状であってもよい。例えば、上記の山型において、頂点が尖った形状であってもよいし、丸みを帯びた形状であってもよい。また、隣接する凸部同士の間の谷部の形状も、頂点が尖った形状であってもよいし、丸みを帯びた形状であってもよい。また、各凸部は、上記のように稜線が直線状に延びた形状に限られるものではなく、凸部形成面に複数の２次元配置された部分領域が設けられ、各部分領域において山型が形成されることによって凸部が形成されるような構成であってもよい。
【００３７】
第２の光学シート１２は、光の出射側、すなわち光学層側の面が平面となっており、光の入射側、すなわち表示装置２側の面に、プリズム効果またはレンズ効果を有する複数の凸部が設けられている。光の入射側の面に関して、図１および図２に示す例では、第１の光学シート１１における光の出射側の面と同様の形状で複数の凸部が設けられている。また、視野角制限シート１のシート面に垂直な方向から見て、第１の光学シート１１における各凸部の位置と第２の光学シート１２における各凸部の位置とが一致するように、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２が配置されている。
【００３８】
なお、第１の光学シート１１における凸部形状と第２の光学シート１２における凸部形状とは、必ずしも一致している必要はなく、互いに異なる形状、大きさであってもよい。また、視野角制限シート１のシート面に垂直な方向から見て、第１の光学シート１１における各凸部の位置と第２の光学シート１２における各凸部の位置とが必ずしも一致している必要はなく、両者がずれていてもよい。ただし、各凸部の稜線は、第１の光学シート１１と第２の光学シート１２とで平行であることが好ましい。
【００３９】
また、後述するように、第２の光学シート１２において、光の入射側の面には必ずしも複数の凸部が設けられている必要はなく、光の入射側の面が平面であってもよい。
【００４０】
また、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２の厚み、すなわち、平面側から凸部形成面側の谷部までの距離は、１００μｍ程度が好ましいが、５０〜３００μｍの範囲であればよい。薄い場合、フィルム強度が低下し、作業性が悪くなる。また、厚い場合、２重映りが発生する。
【００４１】
（視野角制限シートにおける光の進行解析）
次に、視野角制限シート１における光の進行の状態を光学的に説明する。図３は、この光学解析において想定する視野角制限シート１の一例を示す断面図である。同図に示すように、この例では、視野角制限シート１を次のような構成としている。
・第１の光学シート１１および第２の光学シート１２の凸部が形成される面において、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられている。
・凸部の山型の頂点が尖った形状となっており、その角度（頂角）αが９０度となっている。
【００４２】
以下では、図３におけるＡで示される領域での光の進行について説明する。
【００４３】
まず前提として、互いに屈折率の異なる媒質同士の界面における光の屈折について説明する。図４は、屈折率ｎ２を有する媒質Ａ２から、屈折率ｎ１（ｎ１＞ｎ２）を有する媒質Ａ１に光が進行するときの状態を示している。同図に示すように、媒質Ａ２と媒質Ａ１との界面に対して、媒質Ａ２から入射角θ２で光が入射し、出射角θ１で媒質Ａ１に出射したとする。この場合、スネルの法則より、
ｎ１＊ｓｉｎθ１＝ｎ２＊ｓｉｎθ２
なる式が成り立つ。
【００４４】
ここで、媒質Ａ１の屈折率ｎ１を１．５、媒質Ａ２の屈折率ｎ２を１．０とすると、上式より、
ｓｉｎθ１＝（ｓｉｎθ２）／１．５
となる。ｓｉｎθ２≦１であるので、上式はさらに、
ｓｉｎθ１≦１／１．５
となる。よって、
θ１≦４２（度）
となる。すなわち、どの方向から媒質Ａ１に対して光が入射したとしても、媒質Ａ１での出射角は−４２度から４２度の範囲となることがわかる。
【００４５】
図５は、図３に示すＡの領域において、入射光が第２の光学シート１２に入射するときの光の進行範囲を示している。同図に示すように、入射光は、空気層から第２の光学シート１２に入射する際に、空気層と第２の光学シート１２との界面に対して入射角が−４５度から９０度の範囲で入射する。この場合、第２の光学シート１２での光の進行範囲は、上式より、上記界面に対して出射角が−２８度から４２度の範囲となる。ここで、上記界面は、図３に示すように、図の上下方向に対して４５度傾斜しているので、上下方向に対して、−７３度から−３度の範囲で第２の光学シート１２内を光が進行することになる。
【００４６】
図６は、屈折率ｎ１を有する媒質Ａ１から、屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する媒質Ａ２に光が進行するときの状態を示している。同図に示すように、媒質Ａ１と媒質Ａ２との界面に対して、媒質Ａ１から入射角θ１で光が入射し、出射角θ２で媒質Ａ２に出射したとする。ここで、媒質Ａ１の屈折率ｎ１を１．５、媒質Ａ２の屈折率ｎ２を１．０とすると、スネルの法則より、
ｓｉｎθ１＝（ｓｉｎθ２）／１．５
となる。ｓｉｎθ２≦１であるので、上式はさらに、
ｓｉｎθ１≦１／１．５
となる。よって、
θ１≦４２（度）
となる。すなわち、媒質Ａ２に対する入射角が−４２度から４２度の範囲となる光のみが媒質Ａ１に入射し、それ以外の入射角の光は界面で全反射されることになる。
【００４７】
図７は、図３に示すＡの領域において、第２の光学シート１２を進行した光が光学層に入射するときの光の進行範囲を示している。図５に示す考察より、第２の光学シート１２と光学層との界面に対する光の入射角の範囲は、−７３度から−３度の範囲となる。ここで、上記のように、光学層に対する入射角が−４２度から４２度の範囲となる光のみが光学層に入射することになるので、第２の光学シート１２と光学層との界面に対する光の入射角の範囲は、−４２度から−３度の範囲となる。この場合、スネルの法則を考慮すると、光学層に対する出射角の範囲は、−４．８度から−９０度の範囲となる。
【００４８】
図８は、図３に示すＡの領域において、光学層を進行した光が第１の光学シート１１に入射するときの光の進行範囲を示している。図７に示す考察より、光学層と第１の光学シート１１との界面に対する光の入射角の範囲は、−９０度から−４．８度の範囲となる。この場合、第１の光学シート１１に対する出射角の範囲は、−４２度から−３度の範囲となる。
【００４９】
図９は、図３に示すＡの領域において、第１の光学シート１１を進行した光が外部の空気層との界面に入射するときの光の進行範囲における第１のパターンを示している。この第１のパターンでは、第１の光学シート１１における凸部の山型のうち、左下がりの面において光の進行が行われる例となっている。図８に示す考察より、第１の光学シート１１と空気層との界面に対する光の入射角の範囲は、−４２度から−３度の範囲となる。この場合、空気層に対する出射角の範囲は、４．８度から９０度の範囲となる。この範囲は、上下方向を基準とすると、−４０．２度から４５度の範囲となる。すなわち、左右対称成分を考慮すれば、視野角制限シート１による正面方向（シート面に垂直な方向）に対しての視野角は−４５度から４５度となる。
【００５０】
なお、図９において、空気層に対する出射角の範囲が４．８度から４５度の範囲の光は、図の上下方向に対して左側に進行することになる。（正面方向に対しては、−４０．２度から０度）ここで左右対称成分を考慮すると、−４０．２度から４０．２度の光が、視野角制限シート１の光出射側から観察した場合の画像の二重写りの原因となる。
【００５１】
一方、図１０は、図３に示すＡの領域において第１の光学シート１１を進行した光が外部の空気層との界面に入射するときの光の進行範囲における第２のパターンを示している。この第２のパターンでは、第１の光学シート１１における凸部の山型のうち、右下がりの面において光の進行が行われる例となっている。図８に示す考察より、第１の光学シート１１と空気層との界面に対する光の入射角の範囲は、−４８度から−８７度の範囲となる。この場合、入射光は上記界面で全て全反射されることになる。
【００５２】
図１１は、図１０に示す状態において全反射された光が、第１の光学シート１１における凸部の山型のうち、左下がりの面に入射するときの状態を示している。上記全反射された光は、第１の光学シート１１と空気層との界面に対して、−３度から−４２度の角度で入射する。この場合、空気層に対する出射角の範囲は、−４．８度から−９０度の範囲となる。この範囲は、上下方向を基準とすると、−４９．８度から−１３５度の範囲となる。すなわち、左右対称成分を考慮すれば、視野角制限シート１は、正面方向に対して、−９０度から−４９．８度、および４９．８度から９０度の範囲に対しても光が出射されることになる。
【００５３】
以上のような解析によれば、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２の屈折率を１．５、光学層の屈折率を１．０、凸部の頂角αを９０度とした場合、視野角制限シート１によって制限される視野角θの範囲は、正面方向を基準として、−９０度≦θ≦−４９．８度、−４５度≦θ≦４５度、４９．８度≦θ≦９０度となることがわかる。
【００５４】
しかしながら、実際には、次の２点により、視野角θの範囲は上記の範囲よりも狭くなる。
【００５５】
（１）全反射条件などを満たさなくても、互いに異なる屈折率の媒質を光が透過する場合、入射光のある程度の割合が反射光となる。図４に示す関係において、入射光のＰ波の反射率をＲｐ、Ｓ波の反射率をＲｓとした場合、
Ｒｐ＝（（ｎ１ｃｏｓθ２−ｎ２ｃｏｓθ１）／（ｎ１ｃｏｓθ２＋ｎ２ｃｏｓθ１））２
Ｒｓ＝（（ｎ２ｃｏｓθ２−ｎ１ｃｏｓθ１）／（ｎ２ｃｏｓθ２＋ｎ１ｃｏｓθ１））２
で表される。ここで媒質Ａ１の屈折率ｎ１を１．５、媒質Ａ１の屈折率ｎ２を１．０とした場合、θ１＝５０度、θ２＝３１度の時の反射率は、Ｒｐ＝０％、Ｒｓ＝１１％となる。上式より、反射率は入射角に依存し、入射角が大きいほど大きくなることがわかる。すなわち、上記の視野角θの範囲のうち、−９０度≦θ≦−４９．８度、４９．８度≦θ≦９０度の範囲については、実際に出射されている範囲はより狭い範囲となる。
【００５６】
（２）実際には、外光の反射光が観察側に照射されることになる。すなわち、この外光による反射光が大きい場合には、透過光と干渉することによって、透過光の視認が困難となる。ここで、第１の光学シートにおける光出射側の面には複数の凸部が設けられおり、この場合、外光の反射光は正面方向に対する角度が大きい領域で強くなる傾向がある。すなわち、この外光の反射光によっても、上記の視野角θの範囲のうち、−９０度≦θ≦−４９．８度、４９．８度≦θ≦９０度の範囲については、視認が困難となる。
【００５７】
（視認評価実験）
次に、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２として、種々の構造の光学シートを用いた場合の視野角制限シート１における視認評価実験結果について示す。図１２は、この実験で用いた７種類の検討条件に対して、使用した光学シートの製品名、メーカー、構造、および材質の情報を示す表である。なお、この実験では、表に示す各検討条件に関して、第１の光学シート１１と第２の光学シート１２とで同じ光学シートを用いている。
【００５８】
この表において、検討条件（１）（２）の光学シートは、図１３（ｂ）に示すように、凸部の断面形状が山型で、その山部の頂点および谷部の頂点が尖っており、各山型のピッチが均一となっている。検討条件（３）（６）（７）の光学シートは、図１３（ａ）に示すように、凸部の断面形状が山型で、その山部の頂点および谷部の頂点が尖っており、各山型のピッチがランダムとなっている。検討条件（４）の光学シートは、図１３（ｃ）に示すように、凸部の断面形状が山型で、その山部の頂点が丸くなっている一方、谷部の頂点が尖っており、各山型のピッチが均一となっている。検討条件（６）の光学シートは、図１３（ｄ）に示すように、凸部の断面形状が山型で、その山部の頂点および谷部の頂点が丸くなっており、各山型のピッチが均一となっている。
【００５９】
また、検討条件（１）（２）（３）（６）（７）におけるプリズム角の欄で示される角度は、凸部を構成する山部の頂角を示しており、検討条件（４）（５）におけるプリズム角の欄で示される角度は、凸部を構成する谷部の角度を示している。また、ラウンド半径の欄は、検討条件（４）（５）において、山部の頂点の曲率半径を示している。
【００６０】
また、検討条件（１）と検討条件（２）との相違は、検討条件（２）の光学シートの方が、検討条件（１）の光学シートよりも薄い構造となっている点である。また、検討条件（６）と検討条件（７）との相違は、山部の頂角の精度が、検討条件（６）の光学シートよりも検討条件（７）の光学シートの方が高い点である。
【００６１】
この実験では、図１４に示すように、表示装置２の表示面に対して、第１の光学シート１１における凸部の稜線が上下方向となるように配置した。この場合の実験結果を図１５に示す。同図に示す表では、この実験で用いた７種類の検討条件に対して、使用した光学シートの製品名、および評価結果が示されている。評価は、視野角制限シート１の正面方向、上方向、下方向、左方向、右方向のそれぞれの方向から視認した場合の見え方を示しており、丸印は全く見えない、三角印は少し見える、Ｘ印は見える、という評価になっている。なお、上方向、下方向、左方向、右方向からの視認結果は、正面から４５度の角度で視野角制限シート１に対して約１ｍ離れた場所、および、正面から４０度の角度で視野角制限シート１に対して約６０ｃｍ離れた場所からの視認結果を示している。
【００６２】
この実験結果によれば、検討条件（３）および検討条件（７）の光学シートを用いた場合に、上下左右どの方向でも比較的良好に視野角制限がなされていることがわかる。この結果より、凸部を構成する各山型のピッチがランダムである、すなわち図１３（ｄ）に示すような断面形状であることが好ましいことになる。これは、各山型のピッチや高さがランダムに配置されているため、散乱および屈折方向もランダムになり、表面散乱の増大および透過光の減少の相乗効果により、視野角制限効果が高まったものと推測される。
【００６３】
（光学シミュレーション結果）
次に、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２として、凸部を構成する山型の頂角、および、光学材料の屈折率をそれぞれ変化させた場合の光学シミュレーション結果について示す。図１６は、本光学シミュレーションで想定した視野角制限シート１の構成、および、光の進行のバリエーションを示している。本光学シミュレーションで想定した視野角制限シート１は、凸部の断面形状が山型で、その山部の頂点および谷部の頂点が尖っており、各山型のピッチが均一となっている。また、各山型の頂角を、第１の光学シート１１に関してはｘ度、第２の光学シート１２に関してはｙ度としている。
【００６４】
また、本光学シミュレーションでは、（１）光源点としてのある一点から出射された光が、第２の光学シート１２における山型の右下がりの面に入射し、第２の光学シート１２、光学層、および第１の光学シート１１を透過し、第１の光学シート１１における山型の右下がりの面から出射した光、および、（２）上記光源点から出射し、第２の光学シート１２における山型の左下がりの面に入射し、第２の光学シート１２、光学層、および第１の光学シート１１を透過し、第１の光学シート１１における山型の左下がりの面から出射した光を、正面方向進行光としている。この正面方向進行光は、図１６における領域Ａで観測されることになる。
【００６５】
また、（１）上記光源点から出射し、第２の光学シート１２における山型の右下がりの面に入射し、第１の光学シート１１における山型の左下がりの面から出射した光、および、（２）上記光源点から出射し、第２の光学シート１２における山型の左下がりの面に入射し、第１の光学シート１１における山型の右下がりの面から出射した光を、二重写り成分の光としている。この二重写り成分の光は、図１６における領域Ｃで観測されることになる。
【００６６】
また、（１）上記光源点から出射し、第２の光学シート１２における山型の右下がりの面に入射し、第１の光学シート１１における山型の左下がりの面で反射した光、および、（２）上記光源点から出射し、第２の光学シート１２における山型の左下がりの面に入射し、第１の光学シート１１における山型の右下がりの面で反射した光を、横方向進行成分の光としている。この横方向進行成分の光は、図１６における領域Ｂで観測されることになる。
【００６７】
なお、本光学シミュレーションにおける条件としては、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２のそれぞれの厚み（平面側から凸部形成面側の谷部までの距離）を１００μｍ、光学層の厚みを１０μｍ、光源点から第２の光学シート１２の凸部形成面における山部頂点を含む面までの距離を２５μｍとしている。
【００６８】
図１７は、横軸を視角、縦軸を観測光の輝度としたシミュレーション結果を示す視角−輝度グラフの一例を示している。同図において、出射強度Ａ１および出射強度Ａ２で示されるグラフは、図１６における領域Ａで観測される２つの光進行による観測輝度を示しており、出射強度Ｂ１および出射強度Ｂ２で示されるグラフは、図１６における２つの領域Ｂでそれぞれ観測される光進行による観測輝度を示しており、出射強度Ｃ１および出射強度Ｃ２で示されるグラフは、図１６における２つの領域Ｃでそれぞれ観測される光進行による観測輝度を示している。
【００６９】
本光学シミュレーションにおいて、視野角制限シート１の性能として良好であると判定するための３つの基準を次のように定めた。
【００７０】
第１の基準は、出射強度Ｂ１および出射強度Ｂ２で示されるグラフが、視角−１．１〜１．１ｒａｄ（−６０〜６０度）の範囲で存在しないことである。この基準によれば、横方向進行成分の光が正面方向の視野角内に入ってくることによる視野角制限効果の低下が生じないことになる。
【００７１】
第２の基準は、出射強度Ａ１および出射強度Ａ２のグラフの最大輝度値が３５０ｃｄ／ｃｍ２以上であることである。この基準によれば、正面方向に進む光の強度の低下が、実用上問題ないレベルに抑えられることになる。
【００７２】
第３の基準は、二重写り成分の光のずれが観測位置において２５０μｍ以下であることである。これによれば、二重写りによる画像のぼけ、乱れが実用上問題ないレベルに抑えられることになる。ここで、二重写り成分の光のずれは、出射強度Ａ１による光と、出射強度Ａ２による光とのずれによって生じるものである。なお、上記第１および第２の基準を満足しているか否かについては、後述する視角−輝度グラフにおいて確認できるものである。第３の基準を満足しているか否かについては、シミュレーション時に算出することによって確認される。
【００７３】
以下では、２種類のシミュレーションを行っている。第１のシミュレーションでは、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２のそれぞれに、光学層と反対側となる面に複数の凸部を設けた構成を想定し、第２のシミュレーションでは、第１の光学シート１１における、光学層と反対側となる面に複数の凸部を設けた構成とする一方、第２の光学シート１２における、光学層と反対側となる面を平面とした構成を想定している。
【００７４】
まず、第１のシミュレーションについて示す。
【００７５】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合において、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２それぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を８０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１９０μｍ、頂角を１００度とした場合の二重写り成分の光のずれは１４０μｍ、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１００μｍであった。
【００７６】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合、山型の頂角が８０度、１００度、１２０度のいずれであっても上記３つの基準を満たしていることになる。ただし、頂角が１２０度の場合、出射強度Ｃ１および出射強度Ｃ２による光の強度が高くなっており、これらの光によって複数像写りが生じていることになる。すなわち、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７、山型の頂角を８０度〜１００度とすることが好ましいことがわかる。
【００７７】
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合において、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２それぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を１００度とした場合の二重写り成分の光のずれは２０４μｍ、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１３８μｍであった。また、頂角を８０度とした場合、出射強度Ａ１による光と出射強度Ａ２による光とが重なり合わない状態となっており、この場合、正面方向で像が観察できないことになる。また、頂角を１２０度とした場合、上記第２の基準を満たしていないことがわかる。
【００７８】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合、山型の頂角が１００度の場合にのみ上記３つの基準を満たしていることになる。すなわち、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．２、山型の頂角を９０度〜１１０度とすることが好ましいことがわかる。
【００７９】
図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合において、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２それぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１８０μｍであった。また、頂角を８０度、１００度とした場合、出射強度Ａ１による光と出射強度Ａ２による光とが重なり合わない状態となっており、この場合、正面方向で像が観察できないことになる。また、頂角を１２０度とした場合、上記第２の基準を満たしていないことがわかる。
【００８０】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合、山型の頂角が８０度、１００度、１２０度のどの場合においても上記３つの基準を満たしていないことになる。
【００８１】
以上の結果によれば、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２のそれぞれに、光学層と反対側となる面に複数の凸部を設けた構成の場合、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率は１．５〜２．４程度が好ましく、山型の頂角は９０度〜１１０度程度とすることが好ましいことがわかる。
【００８２】
次に、第２のシミュレーションについて示す。
【００８３】
図２１（ａ）〜図２１（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合において、第１の光学シート１１の凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を８０度とした場合の二重写り成分の光のずれは４６８μｍ、頂角を１００度とした場合の二重写り成分の光のずれは１７１μｍ、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１２０μｍであった。また、頂角がいずれの角度であっても、上記第２の基準は満たしていることがわかる。
【００８４】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合、山型の頂角が１００度、１２０度の場合に上記３つの基準を満たしていることになる。すなわち、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を１．７、山型の頂角を１００度〜１２０度とすることが好ましいことがわかる。
【００８５】
図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合において、第１の光学シート１１の凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を１００度とした場合の二重写り成分の光のずれは２８８μｍ、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは１７９μｍであった。また、頂角を８０度とした場合、出射強度Ａ１による光と出射強度Ａ２による光とが重なり合わない状態となっており、この場合、正面方向で像が観察できないことになる。また、頂角がいずれの角度であっても、上記第２の基準を満たしていないことがわかる。
【００８６】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合、山型の頂角が８０度、１００度、１２０度のどの場合においても上記３つの基準を満たしていないことになる。
【００８７】
図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合において、第１の光学シート１１の凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示している。なお、頂角を１２０度とした場合の二重写り成分の光のずれは２８０μｍであった。また、頂角を８０度、１００度とした場合、出射強度Ａ１による光と出射強度Ａ２による光とが重なり合わない状態となっており、この場合、正面方向で像が観察できないことになる。また、頂角を１２０度とした場合、上記第２の基準を満たしていないことがわかる。
【００８８】
これらの結果より、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合、山型の頂角が８０度、１００度、１２０度のどの場合においても上記３つの基準を満たしていないことになる。
【００８９】
以上の結果によれば、第１の光学シート１１に、光学層と反対側となる面に複数の凸部を設け、第２の光学シート１２における、光学層と反対側となる面を平面とした構成の場合、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２を構成する光学部材の屈折率は、１．５〜１．９程度とすることが好ましく、山型の頂角は１００度〜１２０度程度とすることが好ましいことがわかる。
【００９０】
（モアレ発生防止のための視野角制限シートの設計条件）
次に、視野角制限シート１から出射される画像においてモアレが発生しないための視野角制限シート１の設計条件について説明する。モアレは、表示装置２に複数の絵素がマトリクス状に配置されており、視野角制限シート１において、第１の光学シート１１および／または第２の光学シート１２に、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられている場合に生じる可能性がある。
【００９１】
この場合において、モアレが発生する状態としては、次の２つの状態が考えられる。第１の状態としては、表示装置２における絵素の並び方向と、視野角制限シート１における凸部の稜線の方向とが一致している場合に、表示装置２における絵素のピッチと、視野角制限シート１における凸部の稜線のピッチとが、倍数関係ではない状態で異なっている状態である。第２の状態としては、表示装置２における絵素の並び方向と、視野角制限シート１における凸部の稜線の方向とがなす角度が所定の角度未満となっている状態である。この所定の角度は、表示装置２における絵素のピッチと、視野角制限シート１における凸部の稜線のピッチとの関係によって決まるものである。
【００９２】
第１の状態の場合、表示装置２における絵素のピッチと、視野角制限シート１における凸部の稜線のピッチとを完全に一致させる、あるいは倍数関係とすることによって、モアレの発生を防止することができる。
【００９３】
第２の状態の場合、表示装置２における絵素の並び方向と、視野角制限シート１における凸部の稜線の方向とがなす角度を所定の角度以上とすることによって、モアレの発生を防止することができる。
【００９４】
また、第１の光学シート１１および第２の光学シート１２の両方に、断面形状が山型であり、山型の稜線が直線状に延びた凸部が、互いに平行となるように複数並んで設けられている場合にもモアレは発生する可能性がある。すなわち、第１の光学シート１１における稜線のピッチと、第２の光学シート１２における稜線のピッチとが、倍数関係ではない状態で異なっている場合には、モアレが発生することになる。この場合、第１の光学シート１１における稜線のピッチと、第２の光学シート１２における稜線のピッチとを完全に一致させることによってモアレの発生を防止することができる。
【００９５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る光出射角制限シートは、液晶表示装置などの表示装置による表示の視野角を制限する光学部材として用いることができるとともに、例えばライトから出射される光の照射方向を制限するための光学部材としても用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態に係る視野角制限シートを表示装置に装着した状態を示す側面断面図である。
【図２】図１に示す視野角制限シートを表示装置に装着した状態の斜視分解図である。
【図３】光学解析において想定する視野角制限シートの一例を示す断面図である。
【図４】屈折率ｎ２を有する媒質から、屈折率ｎ１（ｎ１＞ｎ２）を有する媒質に光が進行するときの状態を示す図である。
【図５】入射光が第２の光学シートに入射するときの光の進行範囲を示す図である。
【図６】屈折率ｎ１を有する媒質から、屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する媒質に光が進行するときの状態を示す図である。
【図７】第２の光学シートを進行した光が光学層に入射するときの光の進行範囲を示す図である。
【図８】光学層を進行した光が第１の光学シートに入射するときの光の進行範囲を示す図である。
【図９】第１の光学シートを進行した光が外部の空気層に入射するときの光の進行範囲における第１のパターンを示す図である。
【図１０】第１の光学シートを進行した光が外部の空気層に入射するときの光の進行範囲における第２のパターンを示す図である。
【図１１】図１０に示す状態において全反射された光が、第１の光学シートにおける凸部の山型のうち、左下がりの面に入射するときの状態を示す図である。
【図１２】視認評価実験で用いた７種類の光学シートのそれぞれに関する、製品名、メーカー、構造、および材質の情報を示す表である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、光学シートの断面形状の例をそれぞれ示す部分断面図である。
【図１４】視認評価実験での表示装置と視野角制限シートとの配置関係を示す平面図である。
【図１５】視認評価実験結果を示す表である。
【図１６】光学シミュレーションで想定した視野角制限シートの構成、および、光の進行のバリエーションを示す図である。
【図１７】横軸を視角、縦軸を観測光の輝度としたシミュレーション結果を示すグラフの一例を示す図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、第１のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合において、第１の光学シートおよび第２の光学シートそれぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、第１のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合において、第１の光学シートおよび第２の光学シートそれぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、第１のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合において、第１の光学シートおよび第２の光学シートそれぞれの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、第２のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を１．７とした場合において、第１の光学シートの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図２２】（ａ）〜（ｃ）は、第１のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を２．２とした場合において、第１の光学シートの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は、第１のシミュレーションにおいて、第１の光学シートおよび第２の光学シートを構成する光学部材の屈折率を２．７とした場合において、第１の光学シートの凸部を構成する山型の頂角を８０度、１００度、１２０度とした場合の視角−輝度グラフをそれぞれ示す図である。
【図２４】従来のルーバー状フィルムの概略構成を示す側面断面図である。
【図２５】液晶表示パネルとバックライトアレイとの間に、シリンドリカルレンズアレイを設けた従来の構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  視野角制限シート（光出射角制限シート）
２  表示装置
１１  第１の光学シート
１２  第２の光学シート
【図１】
2008191176.tif 000003
【図２】
2008191176.tif 000004
【図３】
2008191176.tif 000005
【図４】
2008191176.tif 000006
【図５】
2008191176.tif 000007
【図６】
2008191176.tif 000008
【図７】
2008191176.tif 000009
【図８】
2008191176.tif 000010
【図９】
2008191176.tif 000011
【図１０】
2008191176.tif 000012
【図１１】
2008191176.tif 000013
【図１２】
2008191176.tif 000014
【図１３】
2008191176.tif 000015
【図１４】
2008191176.tif 000016
【図１５】
2008191176.tif 000017
【図１６】
2008191176.tif 000018
【図１７】
2008191176.tif 000019
【図１８】
2008191176.tif 000020
【図１９】
2008191176.tif 000021
【図２０】
2008191176.tif 000022
【図２１】
2008191176.tif 000023
【図２２】
2008191176.tif 000024
【図２３】
2008191176.tif 000025
【図２４】
2008191176.tif 000026
【図２５】
2008191176.tif 000027