(57)【要約】【課題】本発明は、発光型表示装置における外来光の影響を低減し、コントラストの高い表示を行うための遮光シートに関する。【解決手段】本発明のプリズム遮光シートは、マイクロプリズムの作用によって、所定の範囲を超える角度から入射する外来光を光制御膜に誘導して光制御膜の一つの機能である光吸収機能によって吸収し、また表示装置から出射する映像光を光制御膜の別の機能である光反射機能によって、出射映像光を増強することにより、設定範囲内の光透過率が高く、設定範囲外の光透過率を急峻に低減することにより、表示装置の表示コントラストを改善するとともに視角範囲内の高い透過率を実現した。【選択図】図７
2004309850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で繰返し配置されたマイクロプリズムと、前記マイクロプリズムの一主面に形成された光制御膜とからなり、前記マイクロプリズムの作用により、設定範囲外の外来光を前記光制御膜に導き、前記光制御膜が効率的に外来光を吸収する構造であることを特徴とするプリズム遮光シート
【請求項２】
前記光制御膜が光吸収膜と前記光吸収膜の裏面に形成された光反射膜の複合膜からなることを特徴とする特許請求項１記載のプリズム遮光シート。
【請求項３】
前記光制御膜が可視光の波長以下の繰り返し構造を持つ吸収体からなることを特徴とする特許請求項１および２記載のプリズム遮光シート。
【請求項４】
前記マクロプリズムの前記光制御膜が形成された主面が可視光の波長以上の周期からなる凹凸構造を持つことを特徴とする特許請求項１記載のプリズム遮光シート。
【請求項５】
前記マイクロプリズムが透明基材と平行な直線で交わる２平面もしくは前記２平面とともに前記直線と交差し前記透明基材と平行な直線で交わる２平面で構成されるマイクロプリズムを１単位とする繰り返し構造であることを特徴とする特許請求項１記載のプリズム遮光シート。
【請求項６】
前記マイクロプリズムを透明コーティング層で覆い、前記透明コーティング層の表面を前記マイクロプリズムと同じ間隔で繰り返す曲面で形成することを特徴とする特許請求項１記載のプリズム遮光シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光型の表示装置が外来光の影響により表示コントラストが低下する問題に関する。特に、映像をプロジェクターから投影するプロジェクションスクリーンや蛍光表示管表示装置、信号機等の発光型表示装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
実公平３−２６４８１号公報
【特許文献２】
実開平５−７３６０２号公報
【特許文献３】
特開昭６２−２０１４０１号公報
【特許文献４】
特開２０００−２９４０６号公報
【特許文献５】
特開昭５６−１５７３１０号公報
【特許文献６】
特開昭６１−１５６２７３号公報
【特許文献７】
特開２００１−６７００５号公報
【特許文献８】
特公平６−３２３１１号公報
【０００３】
表示装置をおいて外来光によるコントラスト低下の問題は様々な表示装置で発生する大きな課題である。外来光による影響は、表示装置上の表面や界面で発生する正反射によって特定の方向からのコントラストが低下する問題と、外来光が表示装置内部に進行し拡散反射を起こすことによって、どの観察方向からも表示コントラストが低下して判読不可能になる問題とに大別される。表面（正）反射の問題を緩和する方法としては、特許文献１に見られるように表面を粗面化処理する方法や、特許文献２にあるように光拡散層を設ける方法が、また特許文献３にあるように表面を断面が鋸歯状となる微細な凹凸を形成することによって表面反射を視野外に向ける方法が開示されている。また表面反射の問題は、界面を構成する材料が透明体の場合は、透明体材料による反射防止膜を形成する方法や配置の工夫によってある程度回避することが可能である。しかし拡散反射によってあらゆる方向から判読不能になる問題はより対策が難しく、根本的な解決方法が待たれていた。
【０００４】
外来光下における表示装置のコントラスト（ＯＮ／ＯＦＦ比）Ｃは、拡散反射率をｒ、発光輝度をＢ（ｃｄ／ｍ２）、外来光の照度をＬ（ｌｕｘ）とすると、
Ｃ＝（ｒＬ＋Ｂ）／ｒＬ
とあらわすことができる。拡散反射率ｒは外来光入射角および観察方向の関数である。表面を粗面化することによって正反射は低減するが、拡散反射は増加する。拡散反射を低減する試みは、例えば特許文献４に開示されているように、表示装置の表面にルーバーフィルムを貼付して表示装置に入射する外来光の照度Ｌを低減する方法が知られている。しかしながらルーバーフィルムのような遮光物は個々のルーバーの延長方向でのみ最大輝度が確保でき、その他の方向からはルーバーの影となって、表示体の輝度が低下する。
【０００５】
またプロジェクションスクリーンでは、室内の照明光がスクリーン上で拡散反射し、投射映像に影響するために表示のコントラストが低下する。この対策としてスクリーン全体の反射率を落として全体の表示輝度を下げることによっていわゆる黒浮きを抑えるようにしたグレイマットや、微小ビーズをスクリーン一面に貼り付け、外来光を入射方向に再帰反射させることによって、観察方向への外来光の反射を低減するビーズスクリーン等が考案され実用化されている。しかしこのような対策によっても明るい部屋での投影は困難であり、通常は部屋の照明を暗くして投影する。また、信号機では発光バルブの前方に各色のフィルターレンズを配置し各色の信号色を発光する構造となっているため、直射日光が信号機内に進入するとフィルターレンズに強い外来光が照射し、あたかもその信号色が発光しているように見える擬似点灯の問題がある。このため信号機の上部に直射日光を遮るルーバーが施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらの従来技術では、表示装置のウォッシュアウトの問題を根本的に解決しているとは言えない状況である。前述のとおりプロジェクションスクリーンは、現状では暗所での投影にしか対応できず、明るい室内や昼間の屋外での映像表示を行うことは困難である。また信号機では早朝や夕方の日光の仰角が浅い時間帯では、ルーバーによって日光を遮ることができないために、日光が照射する信号機は全点灯状態に見えて危険である。また表示装置の前面にルーバーやマイクロルーバーフィルム等を設置した場合は、ルーバーの視角特性が狭く正面以外では表示輝度が低下するという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のプリズム遮光シートは、マイクロプリズムの作用によって、所定の範囲を超える角度から入射する外来光を光制御膜に誘導して光制御膜の一つの機能である光吸収機能によって吸収し、また表示装置から出射する映像光を光制御膜の別の機能である光反射機能によって、出射映像光を増強することにより、設定範囲内の光透過率が高く、設定範囲外の光透過率を急峻に低減できる構造とすることによって、上記の問題点を解決することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態について図１に基づいて説明する。図１は本発明によるプリズム遮光シートの構造を示す斜視図である。透明基材１上に光制御膜を形成したマイクロプリズム２が形成されており、またマイクロプリズム２上にコーティング層４が形成されている。５は信号機等の表示体である。
【０００９】
図２は図１に示した実施の一形態の要部断面拡大図である。透明基材１上に形成されたマイクロプリズム２は透明基材１に対して垂直な主面を有し、この透明基材１に垂直な主面には光制御膜３が形成されている。個々のマイクロプリズムの高さをＨ、開口幅をＤとし、（ｒ，θ）座標を図のように取る。マイクロプリズムの開口幅Ｄは用いる用途によって、数十μｍから数ｍｍ程度の範囲で選択できるが、信号機では数ｍｍ、プロジェクションスクリーンでは１００〜５００μｍ程度が望ましい。透明基材１としてはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、透明ポリエステル樹脂（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の透明ポリマーを使用する。透明基材上にマイクロプリズムを形成する方法としては、熱プレス法（特許文献５）や紫外線硬化法（特許文献６）などが知られている。マイクロプリズム２および光制御膜３の上には透明フッ素樹脂等のコーティング層４を形成する。コーティング層４は光の分散（波長による光学定数の変化）によって表示像にハローが発生することを防止する効果がある。
【００１０】
光制御膜３は膜厚５００ｎｍ程度のカーボン膜で、真空装置中で斜め蒸着によって形成することができる。図３は光制御膜の作製方法を表わす図である。マイクロプリズム２を形成した透明基材１を電子ビーム蒸着装置内に斜め配置する。このとき透明基材１の非蒸着面が鉛直方向になるように配置する。蒸発源６からの分子流をスリット７によって絞り、鉛直方向に平行な分子流をマクロプリズムに照射する。真空中に放出された分子流は直進し、その付着率はほぼ１００％であるため、未着分子が被着物体の陰に回って付着することは無く、透明基材１に垂直な主面のみにカーボン膜が形成される。基板を一定速度で移動させることにより所定膜厚の光制御膜を形成することができる。このような方法で形成されたカーボン膜は黒色で光吸収性を持つ。
【００１１】
プリズム遮光シートの遮光性能は光制御膜の吸収率で決まる。光制御膜の吸収率Ａは、
Ａ＝１−１０−αＤ
で表わすことができる。ここでαは単位距離あたりの光学密度、Ｄは材質中の光の伝播距離である。吸収率を高める方法としては、カーボンブラック系黒体が持つナノポーラスな多孔体構造が知られている。可視光の波長領域（３８０ｎｍから７６０ｎｍ）に対して十分大きなサイズ（１μ以上）の構造体（マクロ構造）と波長に相当するサイズ（数百ｎｍ）以下の構造体（ミクロ構造）では可視光との相互作用の仕方が異なる。前記のカーボン膜は界面での反射率が若干高いために、単純な一層膜では十分な光吸収性を持つとは言えないが、図４に示すように蒸着面に深さピッチとも数μｍ程度の微細な溝（マクロ構造）を多数形成しておくことにより、材質中の光の伝播距離を稼ぐことができ、その結果吸収率を高めることができる。ここで２は光制御膜形成面に微細な溝加工をしたマイクロプリズムであり、３はカーボン膜からなる光制御膜である。
【００１２】
またミクロ構造に相当する微細構造を形成することにより光制御膜とすることができる。光の波長より小さな５０〜３００ｎｍ周期のナノ格子を一面に形成することにより反射率を０．５％以下に低減できることが知られている。ナノ格子を形成する手段としては以下の方法がある。光制御膜を形成する面にＡｌを蒸着し陽極酸化すると小さな細孔が規則的に並んだポーラスアルミナ構造を作ることができる。このポーラスアルミナをマスクにしてマイクロプリズムをエッチングし、できた細孔に吸収体物質を吸蔵させることによってナノ格子が完成する。またその他の手法としては、透明プラスチック中に孔径数μｍ以下の微細な気泡を１ｃｍ３あたり１０億個以上形成して作るマイクロセルラープラスチック（ＭＣＰ）に、黒色顔料や黒色染料を混合することによって、光吸収性のナノ多孔体を形成することができる。また簡便な方法としては、インクジェット式のノズルから黒色顔料やカーボンナノチューブを分散させたインクを塗布する方法などがある。塗膜やＭＣＰの場合、光制御膜の膜厚としては数十μｍ以上必要であり、マイクロプリズムのピッチが数ｍｍ程度の場合に有効である。
【００１３】
この様な構造のプリズム遮光シートの理想的な視角特性は図５のようにシミュレートされる。ここでＤ／Ｈ＝１，透明基材１およびマイクロプリズム２の屈折率を１．４９、透明コーティング層の屈折率を１．３５とした。図４において実線はｐ波、破線はｓ波の透過率を表わす。図に示したようにθ＝３０からθ＝−４０（ｄｅｇ）まで５０％以上（ｐ波）の透過率を示し、それ以外では急峻に透過しなくなる特性を示す。カットオフ角θｃはマイクロプリズム３とコーティング層４の間で全反射となる入射角で、この場合は３０．６°となる。したがってθｃ以上の入射角で入射する外来光はマイクロプリズム界面で全反射され、さらに光制御膜３で吸収されるため表示体５には到達しない。
【００１４】
図６に本発明によるプリズム遮光シートを表示体に設置した場合の観測系を模式的に表わしている。表示体５の発光輝度をＢ（ｃｄ／ｍ２）とし、ある所定角度θから外来光８が透明基材１およびプリズム遮光シートを通して表示体５に入射したときの表示体の拡散反射率をｒ、外来光照度をＬ（ｌｕｘ）とする。プリズム遮光シートのθ方向から入射した外来光の透過率をＴθ、観察方向への拡散反射率をｒ’、透過率をＴ０とすると、表示体のコントラスト（ＯＮ／ＯＦＦ比）Ｃは、
Ｃ＝（ｒ’Ｌ＋ｒＬＴθＴ０＋ＢＴ０）／（ｒ’Ｌ＋ｒＬＴθＴ０）
と表わすことができる。Ｔθが十分小さいときには
Ｃ≒（ｒ’Ｌ＋ＢＴ０）／ｒ’Ｌ
となり、プリズム遮光シートの拡散反射率ｒ’にさえ注意を払えば系全体で、高いコントラストを実現できることがわかる。このように本発明によるプリズム遮光シートを装着した表示体では直射日光などの外来光がカットオフ角θｃ以上の入射角で照射した場合、外来光８をほとんど遮断することができるため、良好なコントラストを維持することができる。カットオフ角θｃはＤ／Ｈおよびマイクロプリズム２とコーティング層４の屈折率比によって自由に設定できる。
【００１５】
図７は本発明による第二の実施の形態を示す断面拡大図である。マイクロプリズム２の一主面に形成される光制御膜３は、マイクロプリズム側から順に光吸収膜３ａ、光反射膜３ｂとなっている。このような光制御膜３は、以下のような方法で形成することができる。
【００１６】
マイクロプリズム２を形成した透明基材１を電子ビーム蒸着装置内に斜め配置し、まずＭｏ（モリブデン）等の吸収体薄膜を５から３０ｎｍの膜厚で堆積させ島状吸収体膜を形成する。島状吸収体膜は、製作条件により変化するが直径５〜２０ｎｍ程度のお椀型の金属結晶が５０〜３００ｎｍ間隔で点在しており、ランダムなナノ格子に似た形状を示す。この上にさらにＡｌ２Ｏ３等の透明誘電体薄膜を１０から５０ｎｍの膜厚で形成する。さらにこの上にＡｌ等の金属膜を２００から５００ｎｍ程度堆積させる。このようにして形成した薄膜は全体で数百ｎｍ程度の膜厚でありながらマイクロプリズム側の反射率を６％以下に、その反対側の面の反射率を９０％程度にすることができる（特許文献８）。
【００１７】
この様な構造のプリズム遮光シートの視角特性をシミュレートすると図８のようになる。ここでＤ／Ｈ＝１，透明基材１およびマイクロプリズム２の屈折率を１．４９、透明コーティング層の屈折率を１．３５とした。また光制御膜２の反射率は透明基材側を０％、コーティング層側を９０％とした。図８において９は光制御膜からの反射光を考慮しない場合の特性で、１０は光制御膜からの反射光を表わす。１１はそれらの合計である。それぞれ実線はｐ波、破線はｓ波の透過率を表わす。図に示したように全体としてはθ＝３５からθ＝−６５（ｄｅｇ）まで５０％以上（ｐ波）の透過率を示し、それ以外では急峻に透過しなくなる特性を示す。特にθ＝０（ｄｅｇ）からθ＝−４５（ｄｅｇ）では９０％以上の透過率を確保しており、カットオフ角θｃは３０．６°となる。このような特性のプリズム遮光シートは例えば反射型プロジェクションスクリーンに装着すると、上方からの外来光を遮断しつつ、下方からの映像投影を行うことができるので、昼光対応型のプロジェクションスクリーンが実現できる。
【００１８】
図９は本発明によるプリズム遮光シートを装着した昼光対応反射型プロジェクションスクリーンの模式図である。プロジェクタ１２から出射した映像光１３が透明基材１およびプリズム遮光シートを通過してプロジェクションスクリーン１４に達し、表示光１５となって観察者に達する。
【００１９】
また図１０は本発明によるプリズム遮光シートを装着した昼光対応透過型プロジェクションスクリーンの模式図である。プロジェクタ１２から出射した映像光１３は反射板１６で光路を変え、フレネルレンズ１７および拡散板またはレンチキュラーレンズ１８を通り、プリズム遮光シートおよび透明基材１を通って観察者にいたる。
【００２０】
図１１はコーティング層を設けずにプリズム遮光シートを表示体に装着した場合の特性である。ここでＤ／Ｈ＝１，透明基材１およびマイクロプリズム２の屈折率を１．４９とした。また光制御膜２の反射率は透明基材側を０％、反対側を９０％とした。この場合カットオフ角θｃは−４．２（ｄｅｇ）となる。このような特性のプリズム遮光シートは、例えばビル外壁面にスクリーンを設置し、地上から仰ぎ見る角度で観察する映像照射装置に適している。
【００２１】
図１２はコーティング層を設けずに光制御膜を形成するマイクロプリズムの１主面を透明基材の法線からθｏだけオフセットして形成した場合の断面構造を示し、図１３にはそのときの視角特性を示す。ここでθｏ＝２０（ｄｅｇ）、Ｄ／Ｈ＝１，透明基材１、マイクロプリズム２の屈折率を１．４９とした。また光制御膜２の反射率は透明基材側を０％、反対側を９０％とした。このような特性は、図１１のものに比べて−１０から−７０（ｄｅｇ）での視認性が改善されている。
【００２２】
図１４は本発明の第三の実施の形態を表わす要部拡大斜視図である。マイクロプリズム１９を透明基材１上に２次元配列したものである。マイクロプリズム１９の１単位は、透明基材１と平行な直線で交わる２平面と前記直線と交差し透明基材１と平行な直線で交わる２平面で構成され、それぞれ透明基材１に垂直もしくはある角度で傾斜した２平面に光制御膜３および３‘が形成されており、少なくともその透明基材側には光吸収膜が形成されている。
【００２３】
このような構造のプリズム遮光シートは、上下左右の視角特性を制限し、この範囲を超える角度から入射する外来光を光制御膜の光吸収作用によって吸収することによって、視角範囲の表示コントラストを向上させることができる。また上下方向と左右方向のパラメータを独立に変化させることができるので、上下方向に視認範囲が狭く左右方向に広いというような設計が可能である。このような特性のプリズム遮光シートは、携帯端末等の表示パネルに有効である。
【００２４】
図１５は本発明の第四の実施の形態を表わす要部拡大斜視図である。マイクロプリズム２は透明コーティング層２０で覆われており、前記透明コーティング層２０の表面は曲面で構成されている。この曲面は透明コーティング層２０を形成する際に、樹脂と溶媒の比率をコントロールすることにより凹面を形成したり、光制御膜材料に対して大きな接触角を持つ樹脂材料を用いることにより凸面を形成する等の方法により作製する。このようにして形成した曲面を有するプリズム遮光シートを、例えば有機ＥＬ素子２１の表面に透明コーティング層の屈折率よりも大きな屈折率を有する透明樹脂２２を用いて接着することにより、有機ＥＬ素子２１とプリズム遮光シートの間にこの場合には凸レンズを形成することができる。このようなレンズは有機ＥＬ素子２１が発光した光を集光するとともに、有機ＥＬ素子の基板中を伝播する光を外部に取り出すことができるため、輝度を向上し外来光に対するコントラスト低下を防ぐことができる。このような効果は透明コーティング層の表面に形成する曲面の曲率と前後の屈折率比で設計できる。
【００２５】
またそのほかの応用としては図１６に示すように、透明コーティング層２０の表面に凸レンズを形成し、この凸レンズ上にＡｌ等の金属反射膜２３を形成することにより、反射型プロジェクションスクリ−ンを構成することができる。このような凸型反射鏡２３を持ったプロジェクションスクリーンは、映像光の反射効率を高めることができる。
【００２６】
また反射層を設けない場合は、透過型スクリーンとして用いることができる。図１７は透過型プロジェクションスクリーンの要部断面図である。透明コーティング層２０の屈折率をマイクロプリズム２の屈折率よりも大きくすることによって透明コーティング層とマイクロプリズムの界面で所定角度以上の入射角からの外来光を全反射させ、光制御膜２４に導くことができる。２４は光制御膜でマイクロプリズム２の透明基材１に垂直な主面にＦｅ（鉄）膜やＣｏ（コバルト）膜を真空蒸着により作製し、この金属膜を触媒としアセチレンを反応ガスとしてＣＶＤ（化学的気相成長）法によってカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させることによって、直径数ｎｍから数十ｎｍのナノ格子状のＣＮＴ配列を形成することができる（ミクロ構造）。このようなＣＮＴ配列は非常に低い反射率を持ち、理想的な光吸収膜を形成することができる。２５は拡散膜でプロジェクター１２からの映像光を拡散して視野角を広げることができる。このような構成の透過型プロジェクションスクリーンは外来光の影響を受けずにコントラストの高い映像を投影することができる。
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によるプリズム遮光シートは、様々な表示装置の表示面に対して、一定の視角範囲を超える入射角で入射する外来光をマイクロプリズムの作用によって光制御膜に導き光制御膜の光吸収作用によって吸収し、また必要に応じて光制御膜の光反射機能によって視角範囲の透過率を向上させることによって、表示装置の表示コントラストを改善するとともに視角範囲内の高い透過率を実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの配置図である。
【図２】図２は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの断面構造図である。
【図３】図３は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの光制御膜の形成方法を示す配置図である。
【図４】図４は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの部分拡大図である。
【図５】図５は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの視角特性図である。
【図６】図６は本発明の実施の一形態に係るプリズム遮光シートの表示コントラストを説明する構成図である。
【図７】図７は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートの断面構造図である。
【図８】図８は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートの視角特性図である。
【図９】図９は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートを利用した反射型プロジェクションスクリーンの配置図である。
【図１０】図１０は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートを利用した透過型プロジェクションスクリーンの配置図である。
【図１１】図１１は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートの視角特性図である。
【図１２】図１２は本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートの断面構造図のである。
【図１３】図１３は図１２に示した本発明の第二の実施の形態に係るプリズム遮光シートの視角特性図である。
【図１４】図１４は本発明の第三の実施の形態に係るプリズム遮光シートの要部拡大図である。
【図１５】図１５は本発明の第四の実施の形態に係るプリズム遮光シートの要部断面図である。
【図１６】図１６は本発明の第四の実施の形態に係るプリズム遮光シートの要部断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第四の実施の形態に係るプリズム遮光シートの要部断面図である。
【符号の説明】
１  透明基材
２  マイクロプリズム
３  光制御膜
４  コーティング層
５  表示体
６  蒸発源
７  スリット
８  外来光
１２  プロジェクター
１３  映像光
１４  プロジェクションスクリーン
１５  表示光
１６  反射板
１７  フレネルレンズ
１８  拡散板またはレンチキュラーレンズ
１９  マイクロプリズム
２０  透明コーティング層
２１  有機ＥＬ素子
２２  接着剤
２３  金属反射鏡
２４  吸収膜
２５  拡散膜
【図１】
2004309850.tif 000003
【図２】
2004309850.tif 000004
【図３】
2004309850.tif 000005
【図４】
2004309850.tif 000006
【図５】
2004309850.tif 000007
【図６】
2004309850.tif 000008
【図７】
2004309850.tif 000009
【図８】
2004309850.tif 000010
【図９】
2004309850.tif 000011
【図１０】
2004309850.tif 000012
【図１１】
2004309850.tif 000013
【図１２】
2004309850.tif 000014
【図１３】
2004309850.tif 000015
【図１４】
2004309850.tif 000016
【図１５】
2004309850.tif 000017
【図１６】
2004309850.tif 000018
【図１７】
2004309850.tif 000019