(57)【要約】【課題】鮮明な映像を表示することができる光学部材、表示装置を提供する。【解決手段】光学部材１０は、映像源２から投射された映像光を観察者側に反射する光学部材１０であり、支持体１１と、支持体１１の観察者側の面に配置され、支持体１１と対向する面に、単位光学形状２１ａが複数配列されたフレネルレンズ形状が形成された光学形状層２１を有する光学シート２０とを備え、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃは、光学シート２０の厚み方向から見て、光学シート２０の外形よりも外側に位置することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像源から投射された映像光を観察者側に反射する光学部材であって、
支持体と、
前記支持体の観察者側の面に配置され、前記支持体と対向する面に、単位光学形状が複数配列されたフレネルレンズ形状が形成された光学形状層を有する光学シートとを備え、
前記フレネルレンズ形状の光学的中心は、前記光学シートの厚み方向から見て、前記光学シートの外形よりも外側に位置すること、
を特徴とする光学部材。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部材において、
前記単位光学形状は、前記映像光が直接入射する入射面と、前記入射面に対向する対向面とを有し、
前記入射面及び前記対向面のうち少なくとも前記入射面に、光を反射する反射層が設けられていること、
を特徴とする光学部材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学部材において、
前記光学シートは、前記光学形状層の前記支持体側の面に、前記単位光学形状を覆う背面層が設けられていること、
を特徴とする光学部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学部材と、
前記光学部材に映像光を出射する映像源と、
を備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影された映像光を反射する光学部材、表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等の映像源を、光学系を介して観察者に観察させる表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
このような表示装置は、例えば、映像源に対向する位置に光学部材を配置して、映像源で表示された映像光を、観察者側へ反射させている。
特許文献１の表示装置には、第１の主面上及び第２の主面上に凹曲面と凸条部とを有する第１の光学層と、第１の光学層の第１の主面上、第２の主面上にそれぞれ設けられた第２の光学層、第３の光学層とが設けられた光学部材を有している。この光学部材によって映像源から出射された映像光を観察者側に反射させている。
【０００３】
ここで、この光学部材の凹曲面及び凸条部は、凹曲面の中心を光学的中心としたフレネルレンズ形状に形成されている。そのため、このフレネルレンズ形状において、映像光を観察者側に反射させる場合、映像源から投射された映像光の一部が、光学部材の観察者側の面（第２の光学層の表面）で反射してしまい、この反射光も観察者側に届いてしまうことがある。この場合、観察者には、フレネンルレンズ形状で拡大された映像光と、第２の光学層の表面で反射した映像光とが重なって観察されてしまい、鮮明な映像の表示の妨げになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７８８６０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、鮮明な映像を表示することができる光学部材、表示装置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。
請求項１の発明は、映像源（２）から投射された映像光を観察者側に反射する光学部材（１０）であって、支持体（１１）と、前記支持体の観察者側の面に配置され、前記支持体と対向する面に、単位光学形状（２１ａ）が複数配列されたフレネルレンズ形状が形成された光学形状層（２１）を有する光学シート（２０）とを備え、前記フレネルレンズ形状の光学的中心（Ｃ）は、前記光学シートの厚み方向から見て、前記光学シートの外形よりも外側に位置すること、を特徴とする光学部材である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光学部材（１０）において、前記単位光学形状（２１ａ）は、前記映像光が直接入射する入射面（２１ｂ）と、前記入射面に対向する対向面（２１ｃ）とを有し、前記入射面及び前記対向面のうち少なくとも前記入射面に、光を反射する反射層（２２）が設けられていること、を特徴とする光学部材である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学部材（１０）において、前記光学シート（２０）は、前記光学形状層（２１）の前記支持体側の面に、前記単位光学形状（２１ａ）を覆う背面層（２３）が設けられていること、を特徴とする光学部材である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学部材（１０）と、前記光学部材に映像光を出射する映像源（２）と、を備える表示装置（１）である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、鮮明な映像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の表示装置を説明する図である。
【図２】実施形態の光学部材の詳細を説明する図である。
【図３】実施形態の光学部材の製造方法の一例を示す図である。
【図４】比較例の表示装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
【００１０】
（実施形態）
図１は、本実施形態の表示装置１を説明する図である。図１は、表示装置１の光学部材１０の幾何学的中心を通り、光学部材１０の厚み方向に平行であって、単位光学形状２１ａ（後述する）の配列方向に平行な断面における断面形状を示している。
なお、図１を含め以下に示す図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、表示装置１の光学部材１０の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、厚み方向をＺ方向とする。また、厚み方向（Ｚ方向）の−Ｚ側を観察者側（表面側）とし、＋Ｚ側を背面側（裏面側）とする。
【００１１】
表示装置１は、図１に示すように、映像源２、投射光学系３、光学部材１０等を備えており、映像源２から出射した映像光を、光学部材１０を介して観察者側に拡大投影する装置である。具体的には、表示装置１は、映像源２で結像された映像光を、投射光学系３を介して光学部材１０へ入射させ、光学部材１０に設けられた光学シート２０（後述する）によって観察者側に映像情報を反射する。
また、表示装置１は、外界からの光の一部を、光学部材１０の背面側から観察者側へ透過させて、映像光と外界の光とを重ねて見せる、いわゆるシースルー機能を備えている。
【００１２】
映像源２は、映像光を表示するディスプレイであり、例えば、透過型の液晶表示デバイスや、反射型の液晶表示デバイス、有機ＥＬ等を使用することができる。本実施形態の映像源２は、図１に示すように、左右方向（Ｘ方向）の中央であって、光学部材１０の観察者側（−Ｚ側）の下方側（−Ｙ側）に投射光学系３とともに配置されている。
投射光学系３は、映像源２から出射された映像光を投射する複数のレンズ群から構成される光学系である。
【００１３】
図２は、本実施形態の光学部材１０の詳細を説明する図である。図２（ａ）は、図１に示す断面の一部をさらに拡大して示している。図２（ｂ）は、光学形状層２１を背面側（＋Ｚ側）から観察した様子を示しており、理解を容易にするために、反射層２２、背面層２３、支持体１１は省略している。
光学部材１０は、図１に示すように、支持体１１、光学シート２０から構成されている。
支持体１１は、例えば、室内で使用されるパーテーションであり、本実施形態では、光透過性を有する樹脂製のパネルである。
【００１４】
光学シート２０は、支持体１１の観察者側（−Ｚ側）に配置されており、観察者側から順に積層された光学形状層２１、反射層２２、背面層２３から構成されている。
光学形状層２１は、光透過性を有する層であり、図２（ｂ）に示すように、点Ｃを中心として単位光学形状２１ａが同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状をその背面側（−Ｚ側）の面に有している。このサーキュラーフレネルレンズ形状は、その光学的中心（フレネルセンター）Ｃが、厚み方向（Ｚ方向）から見て光学シート２０の外形よりも外側（本実施形態では光学シート２０の下方側（−Ｙ側））に位置している。
【００１５】
単位光学形状２１ａは、図１や図２（ａ）に示すように、シート面（ＸＹ面）に直交する方向（厚み方向、Ｚ方向）に平行であって、単位光学形状２１ａの配列方向に平行な断面における断面形状が、略三角形形状である。
単位光学形状２１ａは、背面側に凸であり、映像光が直接入射する入射面２１ｂと、この入射面２１ｂと対向する対向面２１ｃとを備えている。
本実施形態では、図２（ａ）に示す使用状態において、単位光学形状２１ａは、入射面２１ｂが頂点ｔを挟んで対向面２１ｃよりも上側（＋Ｚ側）に位置している。
【００１６】
ここで、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂが、ＸＹ面に平行な面となす角度は、αである。また、対向面２１ｃがＸＹ面に平行な面となす角度は、β（β＞α）である。さらに、単位光学形状２１ａの配列ピッチは、Ｐであり、単位光学形状２１ａの高さ（厚み方向における頂点ｔから単位光学形状２１ａ間の谷底となる点ｖまでの寸法）は、ｈである。
【００１７】
理解を容易にするために、図１及び図２等では、単位光学形状２１ａの配列ピッチＰ、角度α，βは、単位光学形状２１ａの配列方向において一定であるように示している。しかし、本実施形態の単位光学形状２１ａは、実際には、配列ピッチＰ等が一定であるが、角度αが単位光学形状２１ａの配列方向においてフレネルセンターとなる点Ｃから離れるにつれて次第に大きくなっている。また、それに伴い高さｈも変動している。
なお、これに限らず、配列ピッチＰは、単位光学形状２１ａの配列方向に沿って次第に変化する形態等としてもよく、映像源から統制される映像の大きさや、映像源ＬＳの投射角度（光学シート２０の観察者側の面への映像光の入射角度）、観察者側に反射する映像のサイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜変更可能である。
【００１８】
光学形状層２１は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化性樹脂により射出成形法等によって形成されている。また、光学形状層２１は、電子線硬化性樹脂等の他の電離放射線硬化性樹脂により形成されるようにしてもよい。更に、光学形状層２１は、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、上述の紫外線硬化性樹脂と熱硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂や、熱可塑性樹脂と紫外線硬化性樹脂とを組み合わせた樹脂等によって形成されるようにしてもよい。
光学形状層２１は、背面側に形成されるフレネルレンズ形状に応じて、プレス成形法等により形成してもよい。このような光学形状層２１の場合には、接合層等を介して透明基材に積層する形態としてもよい。
【００１９】
反射層２２は、入射した光の一部を反射し、その他を透過する半透過型の反射層、いわゆるマジックミラー（ハーフミラー）である。反射層２２の反射率と透過率の割合は、適宜設定することができるが、映像光を良好に反射させるとともに、外界の光を良好に透過させる観点から、透過率が４０〜６０％の範囲であることが望ましい。本実施形態の反射層２２は、反射率及び透過率がともに５０％のハーフミラー状に形成されている。
反射層２２は、入射面２１ｂの面上に光反射性の高い金属、例えば、アルミニウムや、銀、ニッケル等により形成されている。本実施形態では反射層２２は、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。また、これに限らず反射層２２は、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したり、金属薄膜を含有した塗料を塗布したりする等により形成されてもよい。
【００２０】
本実施形態の反射層２２は、アルミニウムの蒸着によって約１００Åの厚みに形成されているが、光の反射率及び透過率を上述の好ましい範囲に設定できるのであれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定することができる。
ここで、効率よく映像光を観察者側に反射させるとともに、光学形状層２１の観察者側の面において光が観察者Ｏに反射してしまうのを抑制する観点から、入射面２１ｂの角度αは、５°≦α≦２０°の範囲内に形成されるのが望ましく、５°≦α≦１５°の範囲内に形成されるのがより望ましい。また、対向面２１ｃの角度βは、（９０−α）°≦β≦９０°の範囲内に形成されるのが望ましい。
仮に、角度αが５°未満であると、入射面２１ｂによって反射される光とともに、光学シート２０の観察者側の面において反射した光が観察者Ｏに届き易くなってしまい、単位光学形状２１ａにおいて反射した映像光と、光学シート２０の観察者側の面で反射した映像光とが重なった状態で観察者Ｏに観察されてしまうため望ましくない。また、角度αが２０°よりも大きいと、映像光の分散による色別れが発生したり、映像源の位置と映像光が反射される位置（観察者の位置）とが近接してしまい、表示装置として非現実的な形態になったりするので望ましくない。
また、仮に、角度βが（９０−α）°未満であると、映像光を有効に利用することができなくなる場合、例えば、対向面に映像光が入射してしまい、迷光となって観察者側に反射してしまう場合があるので望ましくない。また、角度βが９０°よりも大きいと、そのような形状の単位光学形状２１ａの形成が困難となるため望ましくない。
更に、単位光学形状２１ａの配列ピッチＰは、０．０５ｍｍ≦Ｐ≦０．５ｍｍの範囲内で形成されるのが望ましい。
【００２１】
背面層２３は、光学形状層２１の背面側（＋Ｚ側）の面に設けられた層であり、光学シート２０の最背面を平坦にするために設けられている。背面層２３は、光透過性の高いウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等から形成されおり、その屈折率は光学形状層２１と同等である。背面層２３の背面側の面は、不図示の接合層を介して支持体１１に接合される面であり、また、支持体１１を介して背面側から光学シート２０内に入射する外界の光の入射面である。
【００２２】
次に、本実施形態の光学部材１０に入射する映像光Ｌ及び外界の光Ｇの動きについて説明する。
図４は、比較例の表示装置の詳細を説明する図であり、図１に対応する図である。
図１に示すように、映像源２から出射した映像光Ｌは、投射光学系３を介して光学部材１０の光学シート２０（光学形状層２１）の観察者側の面へと入射する。
光学シート２０に入射した映像光Ｌの一部の光Ｌ１は、光学形状層２１に設けられた単位光学形状２１ａの入射面２１ｂに入射し、反射層２２によって観察者側へと反射する。また、映像光Ｌの他の一部の光Ｌ２は、反射層２２を透過して、背面層２３、支持体１１を更に透過して、光学部材１０の背面側（＋Ｚ側）の面から出射する。更に、映像光Ｌの別な一部の光Ｌ３は、そのほとんどが、光学形状層２１の観察者側の面によって観察者Ｏに届くことなく、光学部材１０の斜め上側（＋Ｙ側）へ反射することとなる。
【００２３】
ここで、比較例の表示装置は、図４に示すように、本実施形態の表示装置１と同様に、映像源、投射光学系、光学部材等から構成されているが、光学部材の光学シートに設けられた単位光学形状が本実施形態とは相違する。
具体的には、比較例の光学シートは、単位光学形状がフレネルレンズ形状に形成されているが、その光学的中心Ｃ’が、厚み方向から見て光学シートの外形の内側であって、その光学シートのほぼ中央に位置している。
このような光学シートによって、図４に示す映像光Ｌ１１のように観察者側へ映像光を反射させようとした場合、比較例の表示装置は、本実施形態の表示装置に比して映像光の光学シートへの入射角度を小さくする必要がある。そのため、映像源から投射された映像光Ｌ１０のうち、光Ｌ１２のように光学シートの観察者側の面で反射してしまう光は、観察者側へと届いてしまう。そのため、比較例の表示装置では、光学シートの単位光学形状において反射した映像光と、光学シートの表面側の面で反射した映像光とが重なった状態で観察者Ｏに観察されてしまい、鮮明な映像表示を行うことができない場合があった。
【００２４】
これに対して、本実施形態の光学シートは、上述したように、フレネルレンズ形状が形成されているが、その光学的中心Ｃが、厚み方向（Ｚ方向）から見て光学シート２０の外形の外側に位置しているので（図２参照）、映像光の入射角度を比較例の表示装置よりも大きくすることができ、光学シート２０の表面側の面で反射する光のほとんどを、観察者側に届かせることなく、光学部材１０の上側へ向けて反射させることができる。これにより、映像源２から投射された映像光のうち、観察者Ｏに届く光のほとんどが、光学シート２０の単位光学形状２１ａで反射した光となるので、本実施形態の光学部材１０は、観察者Ｏに対して鮮明な映像を表示することができる。
【００２５】
外界の光は、光学部材１０の支持体１１の背面側（＋Ｚ側）の面から入射し、一部の光は、反射層２２により反射して光学部材１０の背面側へと出射してしまうが、他の光Ｇは、図１に示すように、反射層２２を透過して光学形状層２１の表面側の面から出射し、観察者Ｏへと届く。以上により、本実施形態の光学部材１０は、映像源２から投射された映像を鮮明に観察者側に反射するとともに、光学部材１０の背面側からの外界の光の一部を観察者側に透過させることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の光学部材１０の製造方法の一例について説明する。
図３は、本実施形態の光学部材１０の製造方法を説明する図である。図３の各図は、光学部材１０が製造されるまでの過程を示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、単位光学形状２１ａに対応する凹凸形状が設けられた金型を使用して、光学シート２０を構成する光学形状層２１を射出成形法等により形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、単位光学形状２１ａの入射面２１ｂ上に、真空蒸着法によりアルミニウムを蒸着して反射層２２を形成する。本実施形態では、真空蒸着装置を使用し、真空状態下においてアルミニウムを加熱、溶融して、光学形状層２１の入射面２１ｂに対してそのアルミニウムを蒸着する。
【００２７】
続いて、図３（ｃ）に示すように、光学形状層２１の単位光学形状２１ａが形成された側の面に、背面層２３を構成する樹脂を充填し、平坦面が形成された金型によって押圧し、硬化させた後に離型する等により、背面層２３が形成される。以上により、光学形状層２１、反射層２２、背面層２３が順に積層された光学シート２０が完成する。
最後に、この光学シート２０の背面側の面（背面層２３側の面）に、粘着剤を介して支持体１１を貼り合せて、光学シート２０、支持体１１が順次積層された光学部材１０が完成する。
【００２８】
以上より、本実施形態の光学部材１０は、単位光学形状２１ａが複数配列されたフレネルレンズ形状が形成された光学形状層２１を有した光学シート２０を備え、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｃが、光学シート２０の厚み方向から見て、光学シート２０の外形よりも外側に位置している。これにより、映像源２からの映像光を単位光学形状２１ａにより観察者側に反射するとともに、光学シート２０の観察者側の面で反射する光を、光学部材１０の上方へ向けて反射させ、観察者側に届いてしまうのを抑制することができ、観察者Ｏに対して鮮明な映像を表示することができる。
本実施形態の光学部材１０は、光学シート２０の光学形状層２１の支持体１１側の面に、単位光学形状２１ａを覆う背面層２３が設けられているので、光学形状層２１の単位光学形状２１ａを保護することができる。また、背面層２３の背面側の面を平坦にすることによって、支持体１１に対して光学シート２０をより強固に固定することができる。
本実施形態の光学部材１０は、入射面２１ｂに反射層２２が形成されているので、光学シート２０に入射した映像光を効率よく観察者側に反射させることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、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。
【００３０】
（変形形態）
（１）上述の実施形態において、光学部材１０は、反射層２２がハーフミラー（マジックミラー）状の半透過型の反射層である例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、光学部材１０は、反射層２２が入射面２１ｂに入射した光を完全に反射する反射層としてもよい。
また、光学部材１０は、反射層を設けない形態としてもよい。この場合、映像光を観察者側に効率よくする観点から、光学形状層２１の入射面２１ｂと背面層２３との間には、光学形状層２１の屈折率とは相違する屈折率の層（例えば、空気層）を一層又は複数層設ける必要がある。なお、光学部材１０にシースルー機能を設けないのであれば、背面層２３は、光透過性のある材料で形成されていなくてもよく、例えば、着色された層としてもよい。
【００３１】
（２）上述の実施形態において、光学部材１０は、室内のパーテーションに配置される例を示したが、これに限定されるものでなく、自動車等の乗り物のフロントウィンドウに搭載されるヘッドアップディスプレイに使用することも可能である。この場合、自動車等のフロントウィンドウが支持体１１となり、そのフロントウィンドウの内側に光学シート２０が貼付される。
また、光学部材１０は、背景等の外界の光を透過する店舗等のショーウィンドウ等に適用することも可能である。この場合、ショーウィンドウが支持体１１となり、そのショーウィンドウの内側に光学シート２０が貼付されることとなる。
【００３２】
（３）上述の実施形態において、光学シート２０は、光学形状層２１の背面側に背面層２３が設けられる例を示したが、これに限定されるものでなく、背面層２３を省略してもよい。
【００３３】
（４）上述の実施形態において、光学シート２０の観察者側（−Ｚ側）の面に、傷つき防止を目的としたハードコート処理を施すようにしてもよい。このハードコート処理は、例えば、光学シート２０の観察者側の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂（例えば、ウレタンアクリレート等）を塗布してハードコート層を形成するようにしてもよい。
【００３４】
（５）上述の実施形態において、光学形状層２１の背面側の面には、フレネルレンズ形状が形成される例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、プリズム形状が形成されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１    表示装置
２    映像源
３    投射光学系
１０    光学部材
１１    支持体
２０    光学シート
２１    光学形状層
２１ａ    単位光学形状
２１ｂ    入射面
２１ｃ    対向面
２２    反射層
２３    背面層
Ｃ    光学的中心（フレネルセンター）
【図１】
2016200682.tif 000003
【図２】
2016200682.tif 000004
【図３】
2016200682.tif 000005
【図４】
2016200682.tif 000006