配光制御シート及びそれを利用した配光制御パネル並びに表示装置

【課題】比較的高い正面輝度を得るとともに不要な視野角度への射出を低減させる配光制御を実現する。
【解決手段】透光性を有するシート状の基材１１に１又は複数の条状の凸状部１２を備えた配光制御シート１０において、基材面となす角度αが５度以上４０度以下である第１の配光制御面１２と、基材面となす角度βが６０度以上９０度以下である第２の配光制御面１３を有する端面三角形状の凸状部１４とし、当該第２の配光制御面１３に光の透過を遮断する黒色膜などの遮光膜や酸化ケイ素膜などの反射防止膜からなる光制御部材１５を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配光制御シート、具体的には光源からの光を効率よく特定の方向に出射するための配光制御シート及び当該シートを利用した配光制御パネル並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に代表される移動体には、様々な情報を運転者などに提示する表示装置、例えばカーナビゲーションシステムなどが搭載されることが多い。こうした表示装置は、通例、運転席の前にあるダッシュボード上に配置される。このとき、自動車のフロントガラスの設置角度によっては、表示装置に表示された画像がフロントガラスに映り込むことがあり、夜間にあっては映り込んだ画像が明確に視認される。この結果、運転の障害となる場合があった。
【０００３】
このような状況下において、例えば、特開２００１−３０５３１２号公報（特許文献１）には、第１と第２の主要面を有するルーバフィルムとこのルーバフィルムの第１の主要面に偏光フィルムに積層固着された偏光フィルムを含む光学素子を、バックライトと液晶パネルとの間に配置した液晶表示パネルが開示されている。この液晶表示パネルでは、光学素子内のルーバが、ルーバフイルムを透過する光の進行方法を所定の射出角度範囲に制御する効果を発揮することにより、左右側面方向への液晶パネル透過光の不要な射出が抑制されている。そして、偏光フィルムの存在によって、液晶パネル透過光の輝度が向上されている。また、この表示パネルにおいてはバックライトからの光に対するルーバフィルム内のルーバの角度を変化させることにより、液晶パネル透過光の射出角度範囲を制御することができる。
【０００４】
特開２０００−１９３８０９号公報（特許文献２）には、光源側の一面に微細形状による配光制御用の第１の光制御手段を備えた板状又はシート状の配光制御シートであって、当該光制御手段の少なくとも一面にさらに微細形状による第２の光制御手段を設けた配光制御シートが開示されている。この配光制御シートでは、第１の光制御手段であるプリズムや回折格子がシート外から入射した光を屈折させてシート透過光の出射方向を制御している。また、第２の光制御手段として、例えば微少なプリズム、微小な錐状突起物、光拡散面が例示されている。そして、この第２の光制御手段が、第１の光制御手段と相俟って、第１の光制御手段が制御したい方向へ光を配光し、シート透過光の配光性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０５３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１３は、ルーバフィルムが用いられた液晶表示装置の表示面における輝度を示すグラフである。この図は、ルーバフィルムを用いた効果の一例を示したグラフである。図の破線で示すように、ルーバフィルムを用いない場合には、液晶パネルを透過した光は正面から左右方向に向けてほぼ左右対称に広い射出角度で広がるが、ルーバフィルムを用いた場合には、図の実線で示すように、液晶パネルを透過した光は狭い射出角度にしか広がらず、光の配光性が高められている。この射出角度、つまり光が到達する視野角度は、ルーバの配置間隔やルーバの角度、ルーバの厚み（光軸方向の長さ）によって決まる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された液晶表示パネルでは、ルーバフィルムがバックライトからの光を遮るので、表示装置の正面輝度が低下するだけでなく、光の利用効率は著しく低く、パネル表示面の輝度が不足する。このために、バックライトの輝度を高めなければならず、消費電力の増加や液晶表示パネルの温度上昇を防止する手段が必要となるという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された配光制御シートでは、第２の光制御手段は、第１の光制御手段が制御する方向に第２の光制御手段に入射した光を射出制御しているので、光の利用効率は高くなり正面輝度を高く維持できる。そして、シートの正面から見た輝度分布のピークは正面から左右何れかにシフトした位置に移動する。つまり、第１の光制御手段によって制御したい方向に輝度分布のピークがシフトしている。
【０００９】
しかしながら、この配光制御シートでは、制御したい方向とは異なる方向にも光が通過するため、本来必要としない視野角度にも光が射出されてしまう。従って、この配光制御シートを表示パネルに用いたとしても上方への出射を防ぎ切れず、自動車のフロントガラスへの映り込みを充分に防止できないことが予想された。
【００１０】
本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであって、比較的高い正面輝度を得るとともに不要な視野角度への射出を低減させる配光制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の配光制御シートは、透光性を有するシート状の基材に１又は複数の条状の凸状部を備えた配光制御シートであって、前記凸状部は、基材表面となす角度が鋭角又は直角であって、その角度が互いに異なる少なくとも２つの配光制御面を有し、２つの前記配光制御面のうち、前記基材面となす角度が大きい配光制御面の少なくとも一部領域に光制御部材が備えられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、基材表面となす角度が異なる２つの配光制御面を有する条状の凸状部を有し、２つの前記配光制御面のうち、前記基材表面となす角度が大きい配光制御面の少なくとも一部領域に光制御部材が備えられるので、高い正面輝度を維持しながら、左右いずれかの視野への配光性が高まり、他方の視野、つまり不要な視野角度への射出がほとんど抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である配光制御パネルの分解斜視図である。
【図２】同上の配光制御パネルに用いられている配光制御シートを一部破断した端面図である。
【図３】同上の配光制御パネル正面における視野角度と輝度との関係を例示した模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態である配光制御シートを一部破断した端面図である。
【図５】本発明の配光制御パネルをシミュレーションした場合の視野角度と輝度の関係を示す図であって、第１の配光制御面と基材面がなす角度αが３０度の場合を示す。
【図６】本発明の配光制御パネルをシミュレーションした場合の視野角度と輝度の関係を示す図であって、第１の配光制御面と基材面がなす角度αが２５度の場合を示す。
【図７】本発明の配光制御パネルをシミュレーションした場合の視野角度と輝度の関係を示す図であって、第１の配光制御面と基材面がなす角度αが２０度の場合を示す。
【図８】本発明の配光制御パネルをシミュレーションした場合の視野角度と輝度の関係を示す図であって、第１の配光制御面と基材面がなす角度αが１５度の場合を示す。
【図９】本発明の配光制御パネルと参考例である光制御部材を備えない配光制御パネルを使用した場合の視野角度と輝度の関係を示す図である。
【図１０】本発明の移動体搭載用表示装置を備えた移動体の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明のさらに別な実施形態である配光制御シートの一部を破断した端面図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な実施形態である配光制御シートの凸状部を拡大した端面図である。
【図１３】従来例であるルーバフィルムを用いた液晶表示パネルにおける視野角度と輝度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明の一実施形態である配光制御パネルの分解斜視図、図２は当該配光制御パネルを一部破断した端面図である。もっとも、以下に示された実施形態は例示であって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲及びこれと均等に含まれるすべての変更が本発明に含まれることが意図される。
【００１５】
図１に示す配光制御パネル１は液晶表示パネルであって、この配光制御パネル１は、光源であるバックライト３０と、画像を映し出す液晶パネル２０と、バックライト３０からの光を配光制御して液晶パネル２０に向けて射出する配光制御シート１０を備えている。
【００１６】
配光制御シート１０は、透光性を有する板状又はシート状の基材１１の一面に、条状の凸状部１２を有するものであって、いわゆるプリズムシート又はプリズムアレーと称されるものである。図１に示す配光制御パネル１では、配光制御シート１０は、凸状部１２をバックライト３０側に向け、バックライト３０と液晶パネル２０との間に配置されている。もっとも、本発明では、液晶パネル２０の表示面に、凸状部１２を液晶パネル２０側に向けて、配光制御シート１０を配置しても差し支えない。バックライト３０や液晶パネル２０の構成は特に制約を受けるものではなく、それぞれ従来の液晶表示パネルに使用されている各種公知のバックライトや液晶パネルが例示される。
【００１７】
本発明において条状の凸状部１２とは、直線状に伸びた長さのある凸状部１２であって、少なくとも１本、好ましくは多数の凸状部１２が平行に配設されていることを意味する。配光制御パネル１には、図１に示すように好ましくはシート幅（図ではシートの奥行きに相当）と同じ長さ幅の凸状部１２が備えられる。凸状部１２の長さは、必ずしもシート幅と同じ長さである必要はなく、その使用目的、例えば、バックライトの構造等に応じて適宜設計される。また、配光制御シート１０は、基材１１の周縁部に基材１１が露出した領域があっても差し支えない。図示したように凸状部１２と凸状部１２を隙間なく配置するのが好ましいが、凸状部１２と凸状部１２との間に隙間を設け、一定の間隔で配置しても差し支えない。
【００１８】
この配光制御シート１０は、例えばガラスやポリカーボネート樹脂やポリイミド樹脂などの透光性材料から、基材１１と凸状部１２が一体形成される。特に、液晶パネル２０の解像度の向上に対応するため、微細な凸状部１２が必要とされており、このためには微細な転写パターンが形成された金型を用いた転写が可能な樹脂材料が好適に用いられる。
【００１９】
図１に示す配光制御シート１０は、図２に示すようにその側端面（横断面）が三角形状をしており、その側面に２つの配光制御面、すなわち第１の配光制御面１３と第２の配光制御面１４を有している。第１の配光制御面１３と基材１１の表面（以下「基材面」と言う）がなす角度αと、第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βは異なり、何れか一方が直角又は鋭角であって他方が鋭角となっている。例えば、図２に示すものでは、第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αが、第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βよりも小さい。
【００２０】
本発明の配光制御シート１０は、さらに基材面とのなす角度が大きい方の配光制御面、図示例では第２の配光制御面１４が光制御部材１５を備えている。この光制御部材１５は、第２の配光制御面１４の光の透過や反射を抑え、不要な視野角度における輝度を低減する。この光制御部材１５は、透過や反射を抑える膜であれば特に限定されるものではないが、例えば、可視領域の光を吸収する黒色の膜や、酸化ケイ素膜のような反射防止膜からなり、前者であれば例えば黒鉛の蒸着により、また後者であれば例えば酸化ケイ素をスパッタリングすることによって形成されうる。また、上記微細な転写パターンが形成された金型の必要な領域に黒色膜を形成しておき、それを転写させることもできる。この光制御部材１５は、不要な視野角度における輝度を低減するだけでは不十分であり、輝度をほぼゼロに抑えることが望まれる。従って、特許文献２に記載されたような光拡散面では不十分であって、前記光を吸収する黒色膜や酸化ケイ素膜のような反射防止膜が望ましい。もちろん、不要な視野角度における輝度をほぼゼロにすることができるものであれば、その構成は問われるものではない。
【００２１】
この光制御部材１５は、好ましくは第２の配光制御面１４の全体に形成するのが望ましいが、不要な視野角度における輝度を低減、望ましくはほぼゼロにすることができれば、一部領域に形成しても差し支えない。
【００２２】
図３は配光制御パネル１の正面における視野角度と輝度の関係を例示する模式図である。図３の実線アは第２の配光制御面１４の全面に光制御部材１５が設けられた本発明の配光制御シート１０を用いた場合を、破線ウは第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αと第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βが等しい配光制御シート１０を用いた場合（光制御部材１５を有しない場合）を、一点破線イは第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αが第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βが異なるが、第２の配光制御面１４は光制御部材１５を有しない配光制御シート１０を用いた場合を示している。図３の縦軸は相対輝度を、横軸は正面からの視野角度を示しており、第１の配光制御面１３から光が射出され、視野角度が負の方向（図２の矢印に示す出射方向）に光が射出されていることを示している。
【００２３】
図３の破線ウで示すように、角度αと角度βが等しい場合、つまり、第１の配光制御面１３と第２の配光制御面１４が左右対称となった配光制御シート１０では、正面から見て左右対称となる輝度分布が得られるが、角度αと角度βを異ならせることによって、図の一点破線イで示すように、何れか一方の視野角度の方、図では負の視野角度側に輝度分布がシフトする。しかしながら、この場合には、図示するように、正の視野角度、つまり不要な視野角度側の輝度が比較的高く、自動車のフロントガラスへの映り込みを十分に防ぐことができない。
【００２４】
ところが、本発明のように第２の配光制御面１４に遮光膜や反射防止膜からなる光制御部材１５を備えた場合には、ルーバフィルムを用いた場合のように光の広がりをカット（シェイプアップ）する効果を生じさせないが、輝度分布の中心軸が一方の視野側にシフトしながら、他方の視野側にテーリングする光がカットされる。すなわち、図２に示す構造の配光制御シート１０を用いた場合には、図３の実線アで示すように、視野角度が負の方に輝度分布がシフトするとともに、正の視野角度、特に小さい視野角度から輝度を低減させることができ、視野角度が例えば２５度ないし３０度以上における輝度をほぼゼロに近づけることができる。この結果、カーナビゲーションシステムにおける液晶表示パネルに用いると、上方への不要な射出をなくすことができ、フロントガラスへの映り込みが防止される。
【００２５】
第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αや第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βはそれぞれ要求される配光特性によって適宜設定される。この角度αと角度βを変化させて、暗領域となる視野角度、すなわち輝度がほぼゼロとなる角度を調整できる。なお、輝度が低下する視野角度における輝度は、光制御部材１５の形成精度、いわば光制御部材１５の透光度（遮光度）や光反射度に依存する傾向にあって、光制御部材１５を精度よく形成すれば、不要な視野角度における輝度はほぼゼロに近づき、光制御部材１５の遮光性や光反射性が落ちると輝度はゼロにならない。下記のシミュレーションからも理解されるが、不要な視野角度側において輝度をゼロとするためには、小さい方の角度、つまり第１の配光制御面１３と基材面となす角度αが５度以上４０度以下、大きい方の角度、つまり第２の配光制御面１４と基材面となす角度βが６０度以上９０度未満に設定するのが好ましい。この範囲で調整すると、所望の視野角度よりも大きい角度（片側）の範囲における輝度をほぼゼロにできる。
【００２６】
もちろん、本発明の配光制御シート１０は、図２に示すように光源側に凸状部１２を配置するだけでなく、図４に示すように光源側と反対側に凸状部１２を配置しても差し支えない。この場合においても、基材面となす角度βが大きい第２の配光制御面１４に光制御部材１５が形成される。
【００２７】
図５〜８は本発明の配光制御パネル１をシミュレーションした場合の視野角度と輝度の関係を示す図であって、第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αと第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βをそれぞれ変化させた場合を示している。各図はそれぞれ第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αを３０度、２５度、２０度、１５度とした場合において、第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βを７０度、７５度、８０度、８５度、９０度に変化させた場合を示している。各図中、ＢＬで示される線はバックライト光源を示している。また、図９には参考として、本発明の配光制御シート１０を用いた場合（本発明品：α＝２５度、β＝８５度）と、光制御部材１５を備えない配光制御シートを用いた場合（参考例１：α＝２５度、β＝８５度）並びに角度αと角度βが等しい配光制御シートを用いた場合（参考例２：１６０°プリズム）との比較を示している。配光制御シート１０は、図２に示す構成とし、素材の屈折率が１．５３、基材１１の厚みが２００μｍ、凸状部１２の幅（ピッチ）が１００μｍ、第２の配光制御面１４における光透過率がゼロであるとして、凸状部１２側から光を当てた状態でシミュレーションを行った。
【００２８】
このシミュレーションによると、本発明の配光制御シート１０では、第１の配光制御面１３と基材面がなす角度αや第２の配光制御面１４と基材面がなす角度βに依存することなく、出射角度が＋２５度以上の範囲において輝度がほぼゼロとなることが理解される。
【００２９】
図１０は、本発明の配光制御パネル１を自動車などの移動体に用いた例を示す図である。例えば、本発明の配光制御パネル１は、移動体搭載用表示装置、例えばカーナビゲーションシステムの表示部２やスピードメータ等の表示部３などに用いられる。以上説明したように、本発明の配光制御シート１０は、配光制御パネル１のほぼ正面から、必要とする視野角度側に輝度分布のピークをシフトさせるとともに、不要とする視野角度側の輝度をほぼゼロに近づけることを可能にする。従って、カーナビゲーションシステムの表示部２やスピードメータやエンジンの回転数を表示するいわゆるタコメータなどの表示部３に示された画像のフロントガラスへ映り込みが防止され、安全運転に貢献する。
【００３０】
なお、上記実施形態においては凸状部１２を端面三角形状とした場合について示しているが、基材１１となす角度αとなる第１の配光制御面１３と基材１１となす角度βとなる第２の配光制御面１４を有していれば、例えば図１１に示すように、光出射側に第３の配光制御面１６を有する端面略台形状となる凸状部１２を形成しても差し支えない。この場合でも、基材１１となす角度が大きい第２の配光制御面１４に光制御部材１５を形成すれば、不要な視野角度における輝度をほぼゼロにすることができる。また、この場合、不要な視野角度への出射を防ぐように第３の配光制御面１６は、光の出射方向に向けるのが好ましい。
【００３１】
第１の配光制御面１３と第２の配光制御面１４は、通例、図１や図２に示されるように平面状に形成されるが、必ずしも平面状に形成する必要もなく、例えば図１２（ａ）に示すように、各配光制御面１３，１４が凸状に膨らむように形成されていても、同図（ｂ）に示すように凹状にへこむように形成されていても差し支えない。また、図示しないがいずれか一方の配光制御面を膨らまし、他方の配光制御面をへこませることもできる。なお、これら場合における基材１１となす角度α又はβとは、図示するように第１の配光制御面１３又は第２の配光制御面１４の各中心点１８における接線（接平面）と基材面がなす角度を意味するものとする。
【００３２】
上記の実施形態においては、画像表示パネルとしてバックライト３０を備えた配光制御パネル１について説明したが、本発明においては、自発光型の画像表示パネル（図示せず）を用いることもできる。自発光型の画像表示パネルは、上記のバックライト３０により液晶表示パネル２０に画像を表示させるものとは異なり、バックライト３０が不要で、画像表示パネル内に備えられた発光体を光源として画像を表示可能にしたものである。本発明の配光制御シート１０はこのような自発光型の画像表示パネルにも適用可能なものであって、発光体として有機材料（有機Electroluminescence）を用いた有機ＥＬパネル、無機材料（無機Electroluminescence）を用いた無機ＥＬパネルのいずれにも適用できる。配光制御シート１０は、自発光型の画像表示パネルの画像表示面側に配置される。このとき、凸状部１２を画像表示面側にして配置することも、光出射側にして配置することができる。このように、本発明において画像表示パネルとはバックライト光源を用いる液晶パネル、有機ＥＬパネルや無機ＥＬパネルなどの自発光型の表示パネルなど各種の画像表示パネルを含む広義の意味で用いられ、画像表示パネルと本発明の配光制御シートを組み合わせることにより、配光性をより一層高めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１配光制御パネル
２カーナビゲーションシステムの表示部
３スピードメータなどの表示部
１０配光制御パネル
１１基材
１２凸状部
１３第１の配光制御面
１４第２の配光制御面
１５光制御部材
２０液晶パネル
３０バックライト

【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するシート状の基材に１又は複数の条状の凸状部を備えた配光制御シートであって、
前記凸状部は、基材表面となす角度が鋭角又は直角であって、その角度が互いに異なる少なくとも２つの配光制御面を有し、
２つの前記配光制御面のうち、前記基材面となす角度が大きい配光制御面の少なくとも一部領域に光制御部材が備えられた配光制御シート。
【請求項２】
前記配光制御面の全面に光制御部材が備えられた請求項１に記載の配光制御シート。
【請求項３】
前記光制御部材は黒色膜である請求項１又は２の何れかに記載の配光制御シート。
【請求項４】
前記光制御部材は反射防止膜である請求項１又は２の何れかに記載の配光制御シート。
【請求項５】
前記凸状部は断面三角形状である請求項１〜４の何れか１項に記載の配光制御シート。
【請求項６】
一方の配光制御面と基材表面がなす角度が５度以上４０度以下、他方の配光制御面と基材表面がなす角度が６０度以上９０度以下である請求項１〜５の何れか１項に記載の配光制御シート。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の配光制御シートと、
画像表示パネルを備えた配光制御パネル。
【請求項８】
前記画像表示パネルは光源と液晶表示パネルを備えた表示パネルである請求項７記載の配光制御パネル。
【請求項９】
前記画像表示パネルは自発光型画像表示パネルである請求項７に記載の配光制御パネル。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れか１項に記載の配光制御パネルを備えた移動体搭載用表示装置。

【図１】