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CN111323961B - 光学结构体及显示装置 - Google Patents

光学结构体及显示装置 Download PDF

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CN111323961B
CN111323961B CN202010267862.6A CN202010267862A CN111323961B CN 111323961 B CN111323961 B CN 111323961B CN 202010267862 A CN202010267862 A CN 202010267862A CN 111323961 B CN111323961 B CN 111323961B
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optical structure
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上羽阳介
井上达明
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Priority claimed from JP2018074850A external-priority patent/JP6650132B2/ja
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Abstract

光学结构体及显示装置。目的在于，在良好地确保显示装置的正面观察时的显示质量的同时简单地抑制视场角内的颜色变化的偏差。光学结构体具备高折射率层(102)及层叠于高折射率层且比高折射率层折射率低的低折射率层(103)，并且配置于显示装置的显示面上。高折射率层与低折射率层之间的界面形成凹凸形状(120)，凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着高折射率层及低折射率层的面方向而延伸的平坦部。在凹部的平坦部(121A)与凸部的平坦部(122A)之间延伸的凹凸形状的侧面(120S)成为向低折射率层侧凸出的曲面或折面。凹凸形状的侧面与高折射率层及低折射率层的法线方向所构成的最大角度(θ2)与最小角度(θ1)之差为3度以上且60度以下。

Description

光学结构体及显示装置
本申请是申请日为2018年4月19日，申请号为201880033065.2，发明名称为“光学结构体及显示装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及对从显示装置的显示面射出的光发挥光学作用的光学结构体。并且，本发明涉及具备该光学结构体的显示装置。
背景技术
作为显示装置的一例的液晶显示装置被使用于各种领域。液晶显示装置的液晶面板大致分类为TN(Twisted Nematic，扭曲向列)方式、VA(Vertical Alignment，垂直对齐)方式及IPS(In-Plane Switching，面内转换)方式。
其中，TN方式的液晶面板具有如下结构：关闭电压时成为液晶分子取向为与显示面平行的方向而使光透过的状态，并通过逐渐地增加电压而使液晶分子向沿着显示面的法线方向的一侧立起，由此逐渐地降低光的透过率。并且，VA方式的液晶面板具有如下结构：在关闭电压时，成为液晶分子沿着显示面的法线方向取向而将光遮断的状态，并通过逐渐地增加电压而使液晶分子向沿着显示面的一侧倾斜，由此逐渐地增加光的透过率。并且，在IPS方式的液晶面板中，将沿着显示面取向的液晶分子根据电压的施加而旋转，从而对光的透过率进行调节。
在液晶面板中，通常重视向正面侧进入的光的量、范围的控制，为了适当地确保正面观察时的亮度、对比度及颜色再现度而进行了研究。另一方面，对相对于液晶面板的法线方向倾斜的方向进入的光的控制比较复杂，为了确保较宽的视场角或充分地抑制视场角内的亮度、对比度及颜色再现度的偏差，结构变复杂，从而不合意地导致成本的增加。针对这样的问题，例如在专利文献1至6中公开了为了利用扩散等作用来扩大视场角而设置于液晶面板的显示面的光学部件。在这样的部件的情况下，能够简单地改善视场角。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-43704号公报
专利文献2：日本专利第3272833号
专利文献3：日本专利第3621959号
专利文献4：日本特开2016-126350号公报
专利文献5：日本特开2012-145944号公报
专利文献6：日本特开2011-118393号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在采用上述各个方式中的VA方式的液晶面板的情况下，在对液晶分子的电压被关闭时会显示黑色，该黑色在正面观察时会与实际的黑色非常接近，从而能够使正面观察的对比度非常高。另一方面，在从相对于显示面的法线方向倾斜的方向进行辨认的情况下，从在正面观察时视为黑色的像素泄漏的光比较多，从而与正面观察的情况相比，有时对比度会显著地下降，其结果，有时视场角内的对比度发生较大的偏差。在针对这样的液晶面板只是设置了用于扩散光的光学部件的情况下，正面观察时的对比度会不合意地下降，导致损害VA方式的优点。同样地，仅仅用来扩散光的光学部件还会不合意地降低正面观察时的亮度。
并且，在VA型液晶面板的情况下，在从相对于显示面的法线方向倾斜的方向进行辨认的情况下，向其倾斜方向的发光频谱的形状发生变化，导致颜色再现度的下降。其原因在于对蓝色显示的辨认角度的发光频谱形状变化(与红色显示、绿色显示相比)强，具体地本申请的发明人认识到通过“与绿色对应的波长分量的强度”相对于“与蓝色对应的波长分量的强度”变大这样的变化，存在显示色呈黄色的倾向。如果能够利用如上所述的光学部件来解决该问题则是有用的。但是，在上述的以往的技术中，对于有效地抑制与辨认角度相应的颜色变化并未进行研究。
并且，在专利文献1至6中公开的光学部件中，有时在对入射的光发挥光学作用的层的外侧设置形成光的射出侧的最外表面的表面材料。这样的表面材料能够用作保护层，但有时会降低从最外表面射出的光的亮度，特别地大大地降低高角侧的亮度。因此，这样的表面材料会不合意地阻碍由发挥光学作用的层实现的视场角的改善效果。
本发明是鉴于上述情况而研发的，其目的在于提供一种如下的光学结构体及具备该光学结构体的显示装置：在良好地确保显示装置的正面观察时的显示质量的同时简单地抑制视场角内的颜色变化的偏差。并且，本发明的目的在于提供一种如下的光学结构体及具备该光学结构体的显示装置：在良好地确保显示装置的正面观察时的显示质量的同时简单地抑制视场角内的颜色变化的偏差，进而抑制由形成光的射出侧的最外表面的表面材料导致视场角内的亮度不合意地下降。
用于解决课题的手段
本发明的光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：高折射率层；及低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低，所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，所述凹凸形状的侧面与所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向所构成的最大角度与最小角度之差为3度以上且60度以下。
并且，本发明的光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：高折射率层；及低折射率层，其层叠于所述高折射率层，并且折射率比所述高折射率层的折射率低，所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，所述平坦部的合计长度相对于所述凹凸形状的凹部及凸部的1个周期长度的比例为0.50以上且小于1.00。
并且，本发明的光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：高折射率层；及低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低，所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，由连结所述凹凸形状的侧面的两端点的直线和所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向规定的所述凹凸形状的侧面的平均斜面角度为9度以上且18度以下。
并且，本发明的光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：高折射率层；低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低；及表面材料，其配置于所述高折射率层的与所述低折射率层侧相反的一侧，所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的彼此相邻的两个侧面朝向所述凹部凹陷的方向或所述凸部突出的方向而形成尖细形状，所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，所述表面材料形成与所述显示装置的显示面侧相反的一侧中的最外表面，所述表面材料的折射率为1.40以下。
在本发明的光学结构体中，所述凹凸形状的侧面构成为向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面。
在本发明的光学结构体中，所述凹凸形状的侧面和所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向构成的最大角度与最小角度之差为3度以上且60度以下。
并且，在本发明的光学结构体中，所述平坦部的合计长度相对于所述凹凸形状的凹部及凸部的1个周期长度的比例为0.50以上且小于1.00。
并且，在本发明的光学结构体中，由连结所述凹凸形状的侧面的两端点的直线和所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向规定的所述凹凸形状的侧面的平均斜面角度为9度以上且18度以下。
并且，本发明的显示装置为所述任意的光学结构体配置在显示面的显示装置。
本发明的显示装置具有：液晶面板，其具有所述显示面和与所述显示面对置地配置的背面；及面光源装置，其与所述液晶面板的背面面对面地配置。
所述液晶面板为如下的VA型液晶面板：在对液晶分子的电压被关闭或最小值时，成为所述液晶分子沿着所述显示面的法线方向取向而遮断来自所述面光源装置的光的状态，并且通过逐渐地增加对所述液晶分子的电压，使所述液晶分子向沿着所述显示面的一侧渐渐地倾斜，从而逐渐地增加来自所述面光源装置的光的透过率。
发明效果
根据本发明，能够良好地确保显示装置的正面观察时的显示质量的同时简单地抑制视场角内的颜色变化的偏差。
附图说明
图1是具备本发明的一个实施方式的光学结构体的显示装置的概略性截面图。
图2是用于对该实施方式的显示装置中的光的行迹进行说明的显示装置的概略性截面图。
图3是该实施方式的光学结构体的放大截面图。
图4是在该实施方式的光学结构体的高折射率层与低折射率层之间的界面形成的凹凸形状的放大图。
图5是示出光学结构体的凹凸形状的图，是示出曲率彼此不同的多个凹凸形状的侧面的图。
图6是示出在曲率彼此不同的多个凹凸形状的各个侧面反射的光的行迹的图。
图7A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的颜色变化的曲线图。
图7B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的颜色变化的程度的曲线图。
图8A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的放射亮度的曲线图。
图8B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图。
图9A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的对比度的曲线图。
图9B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的曲率(最大角度与最小角度之差)对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的对比度下降的程度的曲线图。
图10是示出光学结构体的凹凸形状的侧面的图，是示出平均斜面角度彼此不同的多个凹凸形状的侧面的图。
图11A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的颜色变化的曲线图。
图11B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的颜色变化的程度的曲线图。
图12A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的放射亮度的曲线图。
图12B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置从光学结构体射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图。
图13A是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置从光学结构体射出的光的视场角内的对比度的曲线图。
图13B是示出与光学结构体的凹凸形状的侧面的平均斜面角度对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的对比度下降的程度的曲线图。
图14A是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的颜色变化的曲线图。
图14B是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的颜色变化的程度的曲线图。
图15A是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的放射亮度的曲线图。
图15B是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图。
图16A是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的视场角内的对比度的曲线图。
图16B是示出与光学结构体的凹凸形状的平坦部的比例对应的、介由显示装置而从光学结构体射出的光的对比度下降的程度的曲线图。
图17是实施方式的显示装置的一个变形例的概略性截面图。
图18是实施方式的显示装置的一个变形例的概略性截面图。
图19是实施方式的显示装置的一个变形例的概略性截面图。
图20是实施方式的光学结构体的一个变形例的概略性截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。
另外，在本说明书中，“片”、“薄膜”、“板”、“层”等用词并非仅基于呼称的不同而彼此被区分。因此，例如“片”是也包括还可称为薄膜、板、层这样的部件的概念。并且，在本说明书中“片面(板面、薄膜面)”是指，整体且大范围地观察成为对象的片状的部件的情况下与成为对象的片状部件的平面方向(面方向)一致的面。进而，在本说明书中，片状的部件的法线方向是指，朝向成为对象的片状的部件的片面的法线方向。
参照图1～图4，首先对具备本发明的一个实施方式的光学结构体100的显示装置10的基本的结构进行说明。图1是具备光学结构体100的显示装置10的概略性截面图，图2是用于对显示装置10中的光的行迹进行说明的显示装置10的概略性截面图。图3是光学结构体100的放大截面图，图4是在光学结构体100的高折射率层与低折射率层之间的界面形成的凹凸形状的放大图。另外，在上述的各个截面图中，为了便于说明，有时省略了阴影线。并且，图1～图4示出包括后述的第1方向d1和显示装置10中的液晶面板15及光学结构体100的片状的基材101的共同的法线方向的面上的截面图。另外，在本实施方式中，第1方向d1是与在显示装置10中如后述成为边缘照明型的面光源装置20的光源24向导光板30射出光的方向平行的方向。
(显示装置)
首先，对显示装置10的整体的结构进行说明。如图1所示，本实施方式的显示装置10具备液晶面板15、与液晶面板15的背面15B面对面地配置而从背面15B侧面状地照射液晶面板15的面光源装置20及配置在液晶面板15的显示面15A上的片状的光学结构体100。液晶面板15具有显示作为静止图像或运动图像的像的显示面15A及与显示面15A对置地配置的背面15B。在显示装置10中，液晶面板15用作针对形成像素的每个区域(子像素)控制来自面光源装置20的光的透过或遮断的闸门，通过液晶面板15的驱动而向显示面15A显示像。
图示的液晶面板15具有配置于出光侧的上偏振片13、配置于入光侧的下偏振片14及配置在上偏振片13与下偏振片14之间的液晶层12。偏振片14、13具有如下功能：将入射的光分解为正交的2个偏振光分量(例如P波及S波)，使在一个方向(与透过轴平行的方向)上进行振动的直线偏振光分量(例如，P波)透过，吸收在与所述一个方向正交的另一个方向(与吸收轴平行的方向)上进行振动的直线偏振光分量(例如，S波)。
在液晶层12中，针对形成1个像素的每个区域施加电压，根据有无施加电压，液晶层12中的液晶分子的取向方向发生变化。作为一例，透过了配置于入光侧的下偏振片14的特定方向的偏振光分量在通过未施加电压的液晶层12时使其偏振光方向旋转90°，另一方面，在通过施加了电压的液晶层12时维持其偏振光方向。在该情况下，根据有无向液晶层12施加电压而能够控制透过了下偏振片14的在特定方向上进行振动的偏振光分量是进一步透过配置于下偏振片14的出光侧的上偏振片13还是由上偏振片13吸收而被遮断。这样在液晶面板15中，能够针对形成像素的每个区域而控制来自面光源装置20的光的透过或遮断。
在本实施方式中，作为一例，液晶面板15为VA(Vertical Alignment，垂直对齐)型液晶面板。因此，液晶面板15具有如下结构：在对液晶层12内的液晶分子的电压被关闭或最小值时，成为所述液晶分子沿着显示面15A的法线方向取向而将来自面光源装置20的光遮断的状态，通过逐渐地增加对所述液晶分子的电压而使所述液晶分子向沿着显示面15A的一侧渐渐地倾斜，从而逐渐地增加来自面光源装置20的光的透过率。另外，液晶面板15不限于VA型，既可以是TN(Twisted Nematic，扭曲向列)型液晶面板，也可以是IPS(In-PlaneSwitching，面内转换)型液晶面板。关于液晶面板15的具体情况记载于各种公知文献(例如，“フラットパネルディスプレイ大辞典(内田龍男、内池平樹監修)”2001年工業調査会発行(“平板显示器大辞典(内田龙男，内池平树主编)”2001年工业调查会发行))，在此省略除此之外的详细的说明。
接下来，对面光源装置20进行说明。面光源装置20具有面状地发出光的发光面21，在本实施方式中，将液晶面板15用作从背面15B侧进行照明的装置。如图1所示，作为一例，面光源装置20构成为边缘照明型的面光源装置，具有导光板30、配置在导光板30的一侧(在图1中为左侧)的侧方的光源24及与导光板30分别面对面地配置的光学片(棱镜片)60及反射片28。在图示的例子中，光学片60与液晶面板15面对地配置。并且，通过光学片60的出光面61，划定面光源装置20的发光面21。
在图示的例子中，导光板30的出光面31与液晶面板15的显示面15A及面光源装置20的发光面21同样地，将俯视观察时的形状(从上方俯视观察的形状)形成为四边形形状。其结果，导光板30整体地构成为具有一对主面(出光面31及背面32)的相对地厚度方向的边比其它边小的长方体状的部件，在一对主面之间划定的侧面包括4个面。同样地，光学片60及反射片28整体地构成为相对于厚度方向的边比其它边小的长方体状的部件。
如图1及图2所示，导光板30具有由液晶面板15侧的一个主面构成的上述出光面31、由与出光面31对置的另一个主面构成的背面32及在出光面31及背面32之间延伸的侧面，侧面中的与第1方向d1对置的2个面中的一侧的侧面形成入光面33。并且，如图1及图2所示，与入光面33面对面地设置有光源24。如图2所示，从入光面33入射到导光板30内的光沿着第1方向(导光方向)d1朝向与入光面33对置的相反面34，并大致沿着第1方向(导光方向)d1在导光板30内导光。在此，假设本实施方式的显示装置10的第1方向d1沿着水平方向即左右方向而配置，在该情况下，来自光源24的光在左右方向上被导光。但是，并不特别仅限于这样的配置，显示装置也可以以其它方式来配置。并且，在本实施方式中，面光源装置20是边缘照明型，但面光源装置20也可以是直下型、背面照射型等其它形式。
如果对导光板30进一步详细说明，则在本实施方式中，导光板30的背面32形成为凹凸面。作为具体的结构，如图2所示，背面32具有倾斜面37、在导光板30的法线方向上延伸的阶梯面38及在导光板30的板面方向上延伸的连接面39。导光板30内的导光通过导光板30的一对主面31、32上的全反射作用而形成。另一方面，倾斜面37以随着从入光面33侧靠近相反面34侧而与出光面31接近的方式，相对于导光板30的板面而倾斜。因此，关于由倾斜面37反射的光，入射到一对主面31、32时的入射角度变小。并且，通过由倾斜面37反射，从而在向一对主面31、32入射的入射角度小于全反射临界角度时，如图2的L1所示，光从导光板30射出。即，倾斜面37用作用于从导光板30取出光的要件。另外，导光板30不限于本实施方式中的方式，例如也可以是点图案方式等其它方式。
并且，光源24例如能够由线状的冷阴极管等荧光灯、点状的LED(发光二极管)、白炽灯等各种方式构成。本实施方式中的光源24由沿着入光面33的长边方向排列配置的大量的点状发光体25构成，具体地，由大量的发光二极管(LED)构成。
并且，反射片28是以与导光板30的背面32面对面的方式配置的部件，是用于将从导光板30的背面32泄漏的光反射而使其再次入射到导光板30内的部件。反射片28能够由白色的散射反射片、由金属等具有高反射率的材料形成的片、作为表面层而包括由具有高反射率的材料形成的薄膜(例如金属薄膜、电介体多层膜)的片等构成。反射片28中的反射既可以是正反射(镜面反射)，也可以是扩散反射。在反射片28中的反射为扩散反射的情况下，该扩散反射既可以是各向同性扩散反射，也可以是各向异性扩散反射。
并且，光学片60是具有使透过光的前进方向变化的功能的部件。如图2所示，本例的光学片60具有形成为板状的主体部65及形成在主体部65的入光侧面67上的多个单位棱镜(单位形状要件、单位光学要件、单位透镜)70。主体部65构成为具有一对平行的主面的平板状的部件。在图示的例子中，单位棱镜70排列配置在主体部65的入光侧面67上，各单位棱镜70形成为柱状，在与其排列方向交叉的方向上延伸。另外，在本实施方式中，1个光学片60设置在导光板30上，但也可以在导光板30上设置多个光学片。在该情况下，各光学片的棱镜的槽的朝向也可以彼此不同。
以上这样的面光源装置20具备光学片60，从而将来自导光板30的光变换为期望的前进方向、偏振光状态而入射到液晶面板15。而且，如上所述，关于入射到液晶面板15的光，根据电压施加而在液晶层12中针对像素的每个形成区域而控制透过或遮断，由此向液晶面板15的显示面15A显示像。
(光学结构体)
接下来，参照图2～图4，对光学结构体100进行详细说明。如图2及图3所示，本实施方式的光学结构体100具备：片状或薄膜状的基材101，其具有出光面101A和与出光面101A对置地配置的背面101B；片状或薄膜状的高折射率层102，其设置在基材101的背面101B上，并沿着基材101而延伸；片状或薄膜状的低折射率层103，其设置在与高折射率层102的基材101侧相反的一侧的面上而沿着基材101延伸，并且折射率比高折射率层102的折射率低；及片状或薄膜状的反射防止层104，其配置在与高折射率层102的低折射率层103侧相反的一侧，在本例中设置在基材101的出光面101A上。本实施方式中的反射防止层104是与形成光的射出侧的最外表面的表面材料对应的部件。
基材101是由树脂、玻璃等构成的具有光透过性的透明基材，作为其材质，例如可列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、玻璃、三乙酰纤维素等。光学结构体100配置成使低折射率层103朝向显示装置10的显示面15A侧，在图示的例子中，低折射率层103与显示装置10、即显示面15A直接相接。并且，反射防止层104形成与显示装置10的显示面15A侧相反的一侧的最外表面，为了抑制向光学结构体100入射的外光的表面反射而设置。由此，能够防止由外光的表面反射而导致显示于显示装置10的像的辨认性受损。
反射防止层104的折射率为1.40以下，更具体为1.35。反射防止层这样的表面材料的一般的折射率为比1.45大且1.50以下的程度，如果是这样的折射率的部件，则能够比较便宜地得到，因此能够抑制成本。但是，在使用具有比1.45大且1.50以下的程度的折射率的表面材料的情况下，要从显示装置侧射出的光在与空气的界面开始全反射的临界角变得比较小，因此光的取出量变少。其结果，在观察了显示装置上的像时，有时像的亮度下降，特别是高角侧的亮度显著地下降。对此，在本实施方式中通过将反射防止层104的折射率设为1.40以下，从而加大光在反射防止层104与空气的界面开始全反射的临界角，与一般的表面材料的情况相比，增加光的取出量。由此，抑制视场角内的亮度不合意地下降。
本申请的发明人通过专心研究，从实验及仿真认识到为了同时实现外光的表面反射的防止和来自显示装置的充分的光的取出，优先为作为表面材料的反射防止层104的折射率为1.28以上且1.40以下，特别优先为1.30以上且1.36以下。另外，在本实施方式中，作为表面材料的反射防止层104具有抑制外光的表面反射进行的功能，但表面材料也可以不具有这样的功能。并且，在光学结构体100中，通过以下说明的高折射率层102及低折射率层103对光发挥的光学作用而能够得到抑制视场角内的颜色变化的效果，但即便在未设置反射防止层104的情况下，也能够得到这样的效果。
如图3所示，在本实施方式中，高折射率层102在与基材101侧相反的一侧的面具有多个透镜部110，透镜部110形成为沿着高折射率层102的法线方向而向低折射率层103侧凸出。即，高折射率层102一体地具有：薄膜状的层主体102A，其具有朝向基材101侧的表面及与该表面对置地配置并朝向低折射率层103侧的背面；及多个透镜部110，它们排列配置在层主体102A的背面上。对此，低折射率层103以覆盖透镜部110且填充至多个透镜部110之间的方式层叠于高折射率层102。由此，在本实施方式中，高折射率层102与低折射率层103的界面形成凹凸形状120。
由1个凹部121和凸部122形成1周期的形状并重复形成该1周期的形状而构成凹凸形状120。另外，相对于在通过凹部121的底部和凸部122的顶部的中间点的面方向上延伸的基准线SL而向高折射率层102侧凹陷的部分对应于凹部121，相对于基准线SL而向低折射率层103侧凸出的部分对应于凸部122。凹部121及凸部122分别在第1方向d1上排列，在与第1方向d1非平行、例如正交的方向上线状地延伸，本例的凹部121及凸部122分别在与第1方向d1正交的方向上线状地延伸。
在此，如图3所示，本实施方式的凹部121和凸部122分别具有沿着高折射率层102及低折射率层103的面方向而延伸的平坦部121A、122A，具体地，凹部121的底部成为平坦部121A，凸部122的顶部成为平坦部122A。并且，在凹部121的平坦部121A和凸部122的平坦部122A之间延伸的凹凸形状120的侧面120S成为向低折射率层103侧凸出的曲面。侧面120S形成为使从其连接的平坦部121A的端点沿着法线方向延伸的直线不超过面方向。由此，能够起模具有形成侧面120S的透镜部110的高折射率层102。另外，在本实施方式中侧面120S成为曲面，但侧面120S也可以成为向低折射率层103侧凸出的折面(多角形状)。并且，形成为曲面的侧面120S既可以沿着正圆的圆弧形成，也可以沿着椭圆的圆弧形成。以上这样的凹凸形状120是为了对用于显示从显示面15A射出的像的光发挥全反射、折射及透过等光学作用来提高显示在显示面15A上的像的显示质量而设置的。在此，在本实施方式中，侧面120S是向低折射率层103侧凸出的曲面，从而彼此相邻的两个侧面120S朝向凹部121凹陷的方向或凸部122突出的方向而形成尖细形状。换言之，隔着凹部121的平坦部121A而相邻的侧面120S从低折射率层103侧朝向高折射率层102侧形成尖细形状，隔着凸部122的平坦部122A而相邻的侧面120S从高折射率层102侧朝向低折射率层103侧形成尖细形状。在这样的形状的情况下，产生用于提高显示在显示面15A上的像的显示质量的光学作用，但在如本实施方式这样侧面120S为向低折射率层103侧凸出的曲面或多角形状时，能够特别有效地抑制视场角内的颜色变化。
并且，在本实施方式中，以使高折射率层102的折射率与低折射率层103的折射率之差成为0.05以上且0.25以下的范围的方式选择了高折射率层102及低折射率层103。并且，高折射率层102配置成朝向显示装置10的正面侧，低折射率层103配置成朝向液晶面板15的显示面15A侧。并且，在图示的例子中，低折射率层103成为粘着层，如图2所示，光学结构体100通过低折射率层103而接合到液晶面板15的显示面15A。这些高折射率层102及低折射率层103也是具有光透过性的部件，关于其材质不作特别限定。
图4是示出凹凸形状120的放大图。下面，参照图4而更详细地说明凹凸形状120。在图4中，符号θ1表示凹凸形状120的侧面120S与高折射率层102及低折射率层103的法线方向所构成的最小角度，符号θ2表示凹凸形状120的侧面120S与高折射率层102及低折射率层103的法线方向所构成的最大角度。具体地，最小角度θ1是通过侧面120S的凹部121侧的端点的切线与高折射率层102及低折射率层103的界面的法线方向所构成的角度，最大角度θ2是通过侧面120S的凸部122侧的端点的切线与高折射率层102及低折射率层103的界面的法线方向所构成的角度。另外，在侧面120S为折面的情况下，最小角度θ1为通过包括侧面120S中的凹部121侧的端点的要素面的直线与高折射率层102及低折射率层103的界面的法线方向所构成的角度，最大角度θ2为通过包括侧面120S中的凸部122侧的端点的要素面的直线与高折射率层102及低折射率层103的界面的法线方向所构成的角度。并且，符号θ0表示通过连结凹凸形状的侧面120S的两端点的直线和高折射率层102及低折射率层103的法线方向而规定的侧面120S的“平均斜面角度”。并且，符号P表示凹凸形状120中的1个凹部121和凸部122的1周期的间隔即间距。并且，符号H表示沿着从凹部121至凸部122的法线方向的凹凸形状120的高度，符号L表示侧面120S的两端点之间的面方向上的距离。
通过最大角度θ2与最小角度θ1之差来规定“斜面角度范围α”，该斜面角度范围α越大，则侧面120S的曲率越大。本申请的发明人通过专心研究而认识到该斜面角度范围α优选为3度以上且60度以下。并且，本申请的发明人还认识到上述的“平均斜面角度θ0”优选为9度以上且18度以下。进而，本申请的发明人还认识到平坦部121A、122A的合计的长度相对于凹凸形状120的凹部121及凸部122的1个周期的长度的比例β、即如图4所示，β＝(a+b)/P特别优先为0.60以上且0.90以下。另外，上述a是凸部122的平坦部122A的宽度(长度)，上述b是凹部121的平坦部121A的宽度(长度)。并且，本申请的发明人还认识到根据比例β，斜面角度范围α的特别优选的范围发生变动。例如，如后述，在比例β为0.80的情况下，斜面角度范围α特别优选为9度以上且16度以下，但在比例β变化时，这样的特别优选的斜面角度范围α的范围发生变化。
在凹凸形状120中，通过形成为同时满足上述三种尺寸条件，能够良好地确保显示装置10的正面观察时的显示质量，并且极其有效地抑制视场角内的颜色变化。但是，即便在仅满足上述尺寸条件的一部分条件的情况下，凹凸形状120也能够有效地抑制视场角内的颜色变化。
接下来，对具体导出上述的斜面角度范围α、平均斜面角度θ0及比例β的特别优选的范围的例子进行说明。
(凹凸形状的侧面的斜面角度范围(曲率)和颜色变化之间的关系)
首先，作为一例，对在比例β为0.80时斜面角度范围α特别优选为9度以上且16度以下的范围的情况进行说明。在图5中，示出曲率彼此不同的多个(三个)凹凸形状120的侧面120S，越是图中的右侧所示的凹凸形状120，侧面120S的斜面角度范围α越大、即曲率也越大。在侧面120S的曲率不同的情况下，如图6中的光的轨迹LT所示，从凸部122的平坦部122A进入而在侧面120S进行全反射的光的行迹发生变化。在此，在侧面120S为曲面的情况下能够特别有效地抑制视场角内的颜色变化，但是在图6中，在图中的左侧所图示的侧面120S中，斜面角度范围α为0度，曲率半径为无限大(Inf)。该斜面角度范围α为0度的侧面120S并非包括在“曲面”的概念，但为了便于说明而进行图示。但是，即便是这样的斜面角度范围α成为0度的侧面120S，也发生用于抑制视场角内的颜色变化的光学作用。并且，在图中的中央所图示的侧面120S中，斜面角度范围α为12度，曲率半径为55μm。并且，在图中的右侧所图示的侧面120S中，斜面角度范围α为22度，曲率半径为31μm。另外，在图5及图6中，在不同的凹凸形状120之间，侧面120S的两端点之间的面方向上的距离L被固定为一定的值，并且将侧面120S的两端点之间利用直线来连结的距离即斜面长度也被固定为一定的值。并且，凸部122的平坦部122A的宽度a也被固定为一定的值。
而且，在图7A及图7B中示出对关于与图6所示的三个凹凸形状120(α＝0度、12度、22度)对应的光学结构体100的视场角内的颜色变化进行评价的曲线图。具体地，图7A及图7B是平坦部121A、122A的合计长度相对于凹凸形状120的凹部121及凸部122的1个周期的长度的比例β为0.80的情况下对来自与上述各凹凸形状120对应的光学结构体100的射出光的颜色变化进行评价的曲线图。其中，图7A的曲线图中横轴表示从光学结构体100射出的光的视场角中的角度，纵轴表示颜色变化Δu’v’，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述的各个条件的光学结构体100射出的光的视场角内的颜色变化。另外，在横轴所示的角度为0度(deg)的情况下意味着沿着法线方向而被辨认，例如30度意味着沿着相对于法线方向倾斜30度的方向而被辨认。并且，颜色变化Δu’v’表示颜色之差，根据由均等颜色空间中的u’和v’规定的颜色来计算。某个视场角中的角度θ下的Δu’v’的值可由下面的式(1)来表示。
数1
Figure BDA0002442007990000151
式(1)中的均等颜色空间的颜色坐标即u’和v’分别可由下面的式(2-1)、(2-2)来表示。
数2
Figure BDA0002442007990000152
Figure BDA0002442007990000153
在此，在上述的各式中，x和y是由CIE1931颜色空间(CIExyY颜色空间)规定的颜色坐标。
并且，图7B的曲线图中横轴表示斜面角度范围α的值，纵轴表示颜色变化分数，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的颜色变化分数。在此，颜色变化分数是如下的指标：其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而在视场角0～60度的全部范围中越能够大幅且有效地抑制颜色变化。颜色变化分数用以下的式(3)来计算。式(3)中的θ表示视场角内的角度，Film意味着光学结构体100设置于显示装置10的情况，NonFilm意味着光学结构体100未设置于显示装置10的情况。另外，颜色变化分数是为了评价颜色变化的程度而由本申请的发明人独自制作的指标。关于该颜色变化分数，只要能够确定颜色变化Δu’v’，则能够在与本实施方式的光学结构体100同样的部件的颜色变化的评价中使用。
数3
Figure BDA0002442007990000161
另外，在图7A、B所示的颜色变化的评价、后述的图8A、B所示的亮度的评价及图9A、B所示的对比度的评价中，作为设置光学结构体100的显示装置的主体，使用索尼公司制造的多域型VA型液晶显示装置。并且，使用拓普康公司制造的“分光放射计SR-2”来评价了在该显示装置的主体中不具有光学结构体100而通过图案发生器来显示蓝色的图像时的颜色变化等及在该显示装置的主体中设置光学结构体100来显示与上述同样的图像时的颜色变化等。另外，后述的图11A～图13B所示的评价及图13A～图16B所示的评价也在与上述同样的条件下进行。
观察如上所述制作的图7A的曲线图可知，在将形成有具有斜面角度范围α为0度、12度、22度的侧面120S的凹凸形状120的光学结构体100设置于显示装置10的情况下，与未将光学结构体100设置于显示装置10的情况相比，抑制了视场角内的颜色变化。另一方面，其中在斜面角度范围α为0度的情况下，成为在视场角内的30～45度的范围中颜色变化的曲线图在视场角内并未平滑地迁移的状态。根据这样的倾向，本申请的发明人发现：在斜面角度范围α过小的情况下，扩散效果弱，颜色变化的抑制效果可能会变小。另外，在图6中，在斜面角度范围α为0度的侧面120S中，全反射的光向一定的角度的方向射出。在斜面角度范围α过小的情况下，通过这样光扩散的角度变小的现象，出现扩散效果弱且颜色变化的抑制效果变小的倾向。
并且，在斜面角度范围α为22度的情况下，与其它情况相比，在视场角内的30～45度的范围中颜色变化的抑制效果较弱。根据这样的倾向，本申请的发明人发现：在斜面角度范围α过大的情况下，扩散效果弱，颜色变化的抑制效果可能会变小。在图6中，在斜面角度范围α为22度的侧面120S中，光以临界角以上的角度照射到侧面120S并折射而发生漏光。通过这样的现象可知，在斜面角度范围α过大的情况下，出现扩散效果弱且颜色变化的抑制效果变小的倾向。
另一方面，图7B中的颜色变化分数通过上述的式(3)来计算并由此形成如下的指标：其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况，颜色变化大幅控制且在视场角内颜色变化被平滑地抑制。在此，观察图7B可知，在斜面角度范围α为9度以上且16度以下的范围中，具有颜色变化分数被显著地抑制的倾向。另外，斜面角度范围α为7度以上且20度以下的范围中也具有颜色变化分数相对于其外侧的范围而下降的倾向，因此从抑制颜色变化的点来讲，可以说是优选的范围，而在斜面角度范围α为9度以上且16度以下的范围中，颜色变化分数的值相对地特别小，因此可以说是特别优选的范围。在关注这一点及与上述颜色变化的变化相关的各种认识时，在侧面120S的斜面角度范围α为9度以上且16度以下的范围中，评价为视场角内的颜色变化的偏差被显著地抑制。另外，在图7B中，还示出了与在图7A中例示的斜面角度范围α不同的角度的光学结构体100中的颜色变化分数。
通过以上内容，本申请的发明人作为一例而发现在平坦部121A、122A相对于凹凸形状120的1个周期的比例β为0.80的情况下斜面角度范围α的优选的范围为7度以上且20度以下，特别优选的范围为9度以上且16度以下。并且，实际上确认到在处于该范围时，与从该范围脱离的情况相比，能够有效地抑制视场角内的颜色变化的偏差。另外，在图7B的曲线图中，在斜面角度范围α超过9度的位置时颜色分数急剧地下降，在斜面角度范围α低于16度的位置时颜色变化分数急剧地下降，在16度的位置时颜色变化分数的值与比其大的情况相比相对地充分变小，能够在各个位置处发现临界性。在上述的斜面角度范围α的优选的范围中，将在这样的能够评价为颜色变化分数急剧地下降的点规定为下限值及上限值。另外，斜面角度范围α优选为是9度以上且16度以下，更优选为10度以上且15度以下。
并且，本申请的发明人认识到在使比例β的值从0.80向正侧变化时，出现图7B所示这样的颜色变化分数急剧地下降的范围在图7B中向斜面角度范围α的正方向位移并在横轴扩展的倾向，在使比例β相对于0.80向负侧变化时，出现图7B所示这样的颜色变化分数急剧地下降的斜面角度范围α的范围在图7B中向负方向进行位移的倾向。因此，如上所述在比例β为0.80的情况下，斜面角度范围α特别优选为9度以上且16度以下，在比例β变化时，这样的优选的范围会变化。
并且，图8A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的波长450nm中的放射亮度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示放射亮度。图8B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图，横轴表示斜面角度范围α的值，纵轴表示放射亮度下降率(在图中标记为“亮度下降率”)。放射亮度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而放射亮度下降的程度越小的指标。
并且，图9A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的对比度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示对比度。图9B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的对比度下降的程度的曲线图，横轴表示斜面角度范围α的值，纵轴表示对比度下降率。对比度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而对比度的下降的程度越小的指标。
在上述的斜面角度范围α为9度以上且16度以下的范围中，评价为相对于没有光学结构体100的情况，亮度及对比度的下降并非过度。因此，在该范围的情况下，能够良好地确保显示装置10的正面观察时的显示质量，并有效地抑制视场角内的颜色变化。从这一点也可以说，斜面角度范围α优选为9度以上且16度以下。另外，这样的数值范围只是特别优选的范围的例子，在与在此例示的数值范围不同的情况下，本发明也能够得到有用的效果。
(凹凸形状的侧面的平均斜面角度和颜色变化之间的关系)
接下来，对凹凸形状120的侧面120S的平均斜面角度θ0优选为9度以上且18度以下的理由进行说明。在图10中，示出平均斜面角度θ0彼此不同的多个(三个)凹凸形状120的侧面120S，表示越向图中的右侧倾斜，平均斜面角度θ0越大。另外，图10所示的各侧面120S设定有彼此相同的曲率(即α被固定)。并且，在图11A及图11B中示出了对关于与平均斜面角度θ0＝6.0度、8.5度、11度、15.0度、17.5度、20度的凹凸形状120对应的光学结构体100的视场角内的颜色变化进行评价的曲线图。更具体地，图11A及图11B是平坦部121A、122A的合计长度相对凹凸形状120的凹部121及凸部122的1周期量的长度的比例β为0.80的情况下对与上述各凹凸形状120对应的光学结构体100的颜色变化进行评价的曲线图。
图11A的曲线图中横轴表示从光学结构体100射出的光的视场角中的角度，纵轴表示颜色变化Δu’v’，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的视场角内的颜色变化。另外，在各个条件的光学结构体100中，侧面120S的曲率被设定为彼此相同。并且，图11B的曲线图是横轴表示平均斜面角度θ0的值，纵轴表示颜色变化分数，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的颜色变化分数。通过上述的式(3)来计算颜色变化分数。
观察如上所述制作的图11A可知，在将形成有具有平均斜面角度θ0为11度、15度、17.5度、20度的侧面120S的凹凸形状120的光学结构体100设置于显示装置10的情况下，与未将光学结构体100设置于显示装置10的情况相比，可抑制视场角内的颜色变化。另一方面，在将形成有具有平均斜面角度θ0为6度及8.5度的侧面120S的凹凸形状120的光学结构体100设置于显示装置10的情况下，在视场角内的15～25度的范围中颜色变化大于未设置有光学结构体100的情况，而这些并非是优选的。从这样的倾向，本申请的发明人发现：在平均斜面角度θ0过小的情况下，在侧面120S中全反射的光的量减少，从而扩散效果弱，颜色变化的抑制效果可能会变小。
另一方面，观察图11B可知，在平均斜面角度θ0为9度以上且18度以下的范围中，可适当抑制颜色变化分数。在关注这一点及与上述颜色变化的变化相关的认识时，评价出在侧面120S的平均斜面角度θ0为9度以上且18度以下的范围中，能够适当抑制视场角内的颜色变化的偏差。
根据以上，本申请的发明人将平均斜面角度θ0的优选的范围规定为9度以上且18度以下。并且，实际上确认了在该范围时，与从该范围脱离的情况相比，能够有效地抑制视场角内的颜色变化的偏差。另外，平均斜面角度θ0优选为9度以上且18度以下，但更优选为10度以上且17.5度以下。更优选为，平均斜面角度θ0为11度以上且15度以下。并且，图11B所示的颜色变化的曲线图根据平坦部121A、122A的合计长度相对凹凸形状120的凹部121及凸部122的1周期量的长度的比例β的值而变化，但本申请的发明人发现不依赖于比例β的值，在平均斜面角度θ0为9度以上且18度以下的情况下，能够得到良好的颜色变化的抑制效果。
并且，图12A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的波长450nm中的放射亮度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示放射亮度。图12B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图，横轴表示平均斜面角度θ0的值，纵轴表示放射亮度下降率(在图中标记为“亮度下降率”)。放射亮度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而放射亮度的下降的程度越小的指标。
并且，图13A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的对比度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示对比度。图13B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各条件的光学结构体100射出的光的对比度下降的程度的曲线图，横轴表示平均斜面角度θ0的值，纵轴表示对比度下降率。对比度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而对比度下降的程度越小的指标。
根据图12A～图13B的结果发现：平均斜面角度θ0为9度以上且18度以下时亮度及对比度、颜色变化处于权衡的关系。
(凹凸形状的平坦部的比例和颜色变化之间的关系)
接下来，对作为一例而在斜面角度范围α为12度时平坦部121A和122A的宽度的合计值相对凹凸形状120的凹部121及凸部122的1周期量的长度的比例β特别优选为是0.74以上且0.83以下的情况进行说明。如上所述，本申请的发明人通过专心研究发现：在光学结构体100中比例β为0.60以上且0.90以下的范围是特别优选的范围，但在以下说明中，作为一例而对从实验或仿真导出在斜面角度范围α为12度时比例β特别优选为0.74以上且0.83以下的范围的情况进行说明。图14A及图14B所示的曲线图是斜面角度范围α为12度的情况下的曲线图，示出对关于与比例β＝0.90、0.80、0.75、0.63的凹凸形状120对应的光学结构体100的视场角内的颜色变化进行评价的曲线图。图14A的曲线图中横轴表示从光学结构体100射出的光的视场角中的角度，纵轴表示颜色变化Δu’v’，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的视场角内的颜色变化。并且，图14B的曲线图中横轴表示比例β的值，纵轴表示颜色变化分数，示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的颜色变化分数。通过上述的式(3)来计算颜色变化分数。
观察图14A可知，在将形成有具有平坦部的比例β为0.63、0.75、0.80、0,90的侧面120S的凹凸形状120的光学结构体100设置于显示装置10的情况下，与未将光学结构体100设置于显示装置10的情况相比，可抑制视场角内的颜色变化。但是，在具有比例β为0.90的侧面120S的凹凸形状120中，与未将光学结构体100设于显示装置10的情况相比，颜色变化的程度小。通过这样的倾向，本申请的发明人发现：在比例β过大的情况下，由侧面120S引起的扩散效果弱，颜色变化的抑制效果可能会变小。
另一方面，观察图14B可评价如下：在平坦部的比例β为0.63、0.75、0.80、0.90的情况下，可抑制视场角内的颜色变化，但在比例β为0.90的情况下，颜色变化分数比较高即颜色变化比较大。并且，在比例β为0.63的情况下，虽然颜色变化分数低即能够评价为颜色变化小，但不具有针对比其大的值的连续性，难以得到稳定的颜色变化的抑制效果。另外，在图14B中还示出了与在图14A中例示的平坦部的比例β不同的比例β的光学结构体100中的颜色变化分数。关注以上的这一点，本申请的发明人评价为在斜面角度范围α为12度时，在比例β为0.70以上且0.86以下的范围中，在稳定的状态下可抑制视场角内的颜色变化的偏差。并且，在该评价中，在考虑曲线图时，可以认为比例β特别优选为0.74以上且0.83以下。
并且，图15A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的波长450nm中的放射亮度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示放射亮度。图15B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的放射亮度下降的程度的曲线图，横轴表示比例β的值，纵轴表示放射亮度下降率(在图中标记为“亮度下降率”)。放射亮度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而放射亮度的下降的程度越小的指标。
并且，图16A是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从光学结构体100射出的光的视场角内的对比度的曲线图，横轴表示视场角中的角度，纵轴表示对比度。图16B是示出从显示装置10的主体(液晶面板15侧)入射而从上述各个条件的光学结构体100射出的光的对比度下降的程度的曲线图，横轴表示比例β的值，纵轴表示对比度下降率。对比度下降率是其值越小，表示相对于没有光学结构体100的情况而对比度的下降的程度越小的指标。
在上述比例β为0.74以上且0.83以下的范围中，相对于没有光学结构体100的情况，可评价为亮度及对比度的下降并非过度。因此，在该范围的情况下，不会损坏显示装置10的正面观察时的显示质量的情况下，能够有效地抑制视场角内的颜色变化。从这一点来讲，也可以说比例β优选为0.74以上且0.83以下。
并且，如以上说明，在斜面角度范围α为12度时，比例β特别优选为0.74以上且0.83以下的范围。另一方面，如在上述的“凹凸形状的侧面的斜面角度范围(曲率)和颜色变化之间的关系”中所说明，在比例β为0.80时，斜面角度范围α特别优选为9度以上且16度的范围。并且，本申请的发明人对这些结果专心研究发现，可由根据比例β的值而变化的以下的关系来决定斜面角度范围α的优选的值。
斜面角度范围α优选为83.33β-59.67度以上并且80β-44度以下，更优选为66.67β-37.33度以上并且100β-71度以下。其中，α大于0，β小于1。另外，根据上述式，可以说β优选为0.55以上且小于1.00，α优选为大于0且小于36度。
如果按照这样的条件来制作光学结构体100，则能够得到在良好地确保显示装置10的正面观察时的显示质量的同时简单且有效地抑制视场角内的颜色变化的偏差的光学结构体100。
并且，在本实施方式的显示装置10的结构中，来自面光源装置20的光入射到光学结构体100的背面。此时，即便来自面光源装置20的光的放射角度的范围为0度以上且90度以下，光学结构体100的内部中的光线的角度范围也比来自面光源装置20的光的放射角度的范围窄。这是因为在光入射到光学结构体100时发生折射。在此，虽然也取决于面光源装置20、光学结构体100的折射率，但在本实施方式的显示装置10的结构中，在来自面光源装置20的光的放射角度的范围为0度以上且90度以下的情况下，光学结构体100的内部中的光线的角度范围可成为大致0度以上且60度以下。具体地，在高折射率层102的折射率为1.15以上的情况下，光学结构体100的内部中的光线的角度范围可成为大致0度以上且60度以下。并且，在高折射率层102的折射率为1.29的情况下，能够将光学结构体100的内部中的光线的角度范围抑制到0度以上且51度以下。进而，作为更易于制造的范围，在高折射率层102的折射率为1.6以上的情况下，能够将光学结构体100的内部中的光线的角度范围抑制到大致0度以上且40度以下。
在此，比光学结构体100的内部中的光线的角度范围中的最大的角度的光大的角度的光无需在凹凸形状120的侧面120S发挥光学作用。考虑到这一点，考虑所设想的光学结构体100的内部中的光线的角度范围的最大的角度，斜面角度范围α可以大于0度且60度以下，并且根据高折射率层102的折射率的值，也可以大于0度且40度以下。另外，本申请的发明人确认到在斜面角度范围α为3度以上的情况下，颜色变化的抑制效果成为通过目视也能够辨识的程度。根据这一点，斜面角度范围α优选为3度以上且60度以下，根据高折射率层102的折射率的值，更优选为3度以上且40度以下。另外，本发明中所说的高折射率层是在其折射率比低折射率层高这样的意思来称为高折射率层。
(显示装置中的光的行迹)
接下来，再次参照图2等，对本实施方式的显示装置10中的光的行迹进行说明。在本实施方式的显示装置10中显示像的情况下，首先从光源24照射光。由此如图2所示，从入光面33入射到导光板30内的光沿着第1方向d1朝向与入光面33对置的相反面34，大致沿着第1方向d1而在导光板30内被导光。被导光的光在导光板30的主面31、32之间反复进行全反射，在向主面31的入射角度小于全反射临界角度时，如图2的L1所示，从导光板30射出光。从导光板30射出的光在通过光学片60时通过单位棱镜70而变换为期望的前进方向、偏振光状态而入射到液晶面板15。接下来，关于入射到液晶面板15的光，根据电压施加而在液晶层12中针对像素的每个形成区域而控制透过或遮断，由此向液晶面板15的显示面15A显示像。
并且，在本实施方式中，从液晶面板15的显示面15A射出的光入射到光学结构体100。此时，从液晶面板15侧入射到光学结构体100的光通过凹凸形状120而被赋予透过及全反射的光学作用。即，此时，通过向凹凸形状120中的低折射率层103侧凸出的曲面状的侧面120S，在视场角的高角侧前进的光被全反射而在包括低角侧的方向上宽范围地扩散，并且通过凹凸形状120的平坦部121A、122A，向光学结构体100垂直入射的光向正面方向前进，并被抑制扩散。由此，抑制视场角内的颜色变化，并且抑制正面观察时的亮度、对比度的下降。
由此，根据本实施方式，能够在良好地确保显示装置10的正面观察时的显示质量的同时简单地抑制视场角内的颜色变化的偏差。并且，在本实施方式中，例如在上述比例β为0.80的情况下，将凹凸形状120的侧面120S与高折射率层102及低折射率层103的法线方向所构成的最大角度和最小角度之差(斜面角度范围α)设为9度以上且16度以下，从而能够有效地抑制视场角内的颜色变化的偏差，能够抑制亮度和对比度的过度的下降。并且，通过将由连结凹凸形状120的侧面120S的两端点的直线和高折射率层102及低折射率层103的法线方向所规定的侧面120S的平均斜面角度θ0设为9度以上且18度以下，从而能够有效地抑制视场角内的颜色变化的偏差。另外，这样的数值范围只是优选的范围的例子，在与在此例示的数值范围不同的情况下，本发明也能够得到有用的效果。
并且，如上所述凹凸形状120的平坦部121A、122A具有使向光学结构体100垂直入射的光向正面方向透过的功能。由此，在本实施方式中，能够抑制射出的光的扩散，并抑制正面观察时的亮度、对比度的下降。另一方面，凹凸形状120具有平坦部121A、122A这在制造上具有较大优点。具体地，在将凹凸形状120的侧面120S的形状固定的条件下，即便在将平坦部121A的长度和平坦部122A的长度的比例以某种程度任意地变更的情况下，光学特性也几乎不会变更。因此，在设计阶段中，将平坦部121A、122A相对凹凸形状120的凹部121及凸部122的1周期的比例β固定为期望的值，将平坦部121A的长度与平坦部122A的长度的比例以某种程度任意地变更，从而能够通过期望的制造工序来制造具有期望的光学特性的光学结构体100。具体地，如果凹部121的平坦部121A的比例大，则低折射率层103的填充变得容易。如果凸部122的平坦部122A的比例大，则高折射率层102的起模变容易，并且在向高折射率层102塑形时可抑制空气混入的问题。在平坦部121A与平坦部122A的比率例如为7：4的情况下，能够得到这样的制造上的优点。另外，平坦部121A与平坦部122A的比率只要不设为极端的比例，则光学特性几乎不会变化。例如在斜面角度范围α＝12、比例β＝0.80、平均斜面角度θ0＝11时，在平坦部121A：平坦部122A＝7：3～3：10的期间，即便平坦部的比例变化，光学特性也几乎不会变化。另一方面，凸部122的平坦部122A的宽度a相对间距P的比率优选为0.19以上且0.45以下。从图6可知，在平坦部122A的宽度a过小时，出现入射到侧面120S的光减少的倾向。本申请的发明人通过实验等而确认到在宽度a相对间距P的比率为0.19以上且0.45以下的情况下能够有效地抑制颜色变化。
并且，在考虑起模的容易化时，比例β越大，起模越容易。在考虑到这样的制造上的优点的情况下，比例β优选为0.50以上且小于1.00，在考虑到易于确保颜色变化的抑制效果时，更优选为0.60以上且小于0.90。
并且，在本实施方式中，作为表面材料的反射防止层104的折射率为1.40以下，从而来自显示装置10侧的光在反射防止层104与空气的界面中开始全反射的临界角大于使用了具有1.45～1.50程度的折射率的一般的表面材料时的临界角。由此，与一般的结构相比光的取出量增加，从而能够抑制视场角内的亮度不合意地下降。例如如图8A所示，在使用了光学结构体100的情况下正面观察时的亮度稍微下降，但在本实施方式中以折射率为1.40以下的反射防止层104补偿正面观察时的亮度下降的方式增加光的取出量，因此整个视场角中的显示质量变良好。
以上，对本发明的实施方式及其变形例进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可对这些实施方式及其变形例进行进一步变更。例如，在上述实施方式中，示出了面光源装置20是边缘照明型的例子，但面光源装置20也可以是直下型。
并且，在上述实施方式中，低折射率层103作为粘着层而与液晶面板15的显示面15A接合，但如图17所示，低折射率层103也可以介由粘接层105而与液晶面板15的显示面15A接合。另外，在图17中，详细地示出了上偏振片13的截面结构。图17所示的上偏振片13是在由三乙酰纤维素等形成的一对支持体层13A之间配置偏振片主体13B而构成的。并且，低折射率层103也可以介由粘着层而与液晶面板15的显示面15A接合。
并且，在上述实施方式中，在高折射率层102与反射防止层104之间配置了基材101，但也可以如图18所示，在高折射率层102上直接设置反射防止层104。
并且，在上述实施方式中，高折射率层102及低折射率层103配置于比上偏振片13更靠光的射出侧，但也可以如图19所示，在上偏振片13与液晶层12之间设置高折射率层102及低折射率层103。
并且，在上述实施方式中，仅图示了侧面120S为形成正圆的圆弧的曲面的结构，但也可以如图20所示，沿着椭圆的圆弧而形成侧面120S。在该情况下，能够在抑制侧面120S的宽度的同时，使由侧面120S与高折射率层102及低折射率层103的法线所构成的最大角度θ2与最小角度θ1之差所规定的“斜面角度范围α”变大，因此能够更紧凑地形成可将光宽范围地扩散的侧面120S。
符号说明
10…显示装置；12…液晶层；13…上偏振片；14…下偏振片；15…液晶面板；15A…显示面；15B…背面；20…面光源装置；21…发光面；24…光源；25…点状发光体；28…反射片；30…导光板；60…光学片；100…光学结构体；101…基材；101A…出光面；101B…背面；102…高折射率层；103…低折射率层；104…反射防止层；110…透镜部；120…凹凸形状；120S…侧面；121…凹部；121A…平坦部；122…凸部；122A…平坦部。

Claims (6)

1.一种光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：
高折射率层；及
低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低，
所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，
所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，
在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成从所述高折射率层向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，
所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，
所述凹凸形状的侧面与所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向构成的最大角度与最小角度之差为3度以上且60度以下。
2.一种光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：
高折射率层；及
低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低，
所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，
所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，
在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成从所述高折射率层向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，
所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，
所述平坦部的合计长度相对于所述凹凸形状的凹部及凸部的1个周期的长度的比例为0.50以上且小于1.00。
3.一种光学结构体，其配置于显示装置的显示面上，其具备：
高折射率层；及
低折射率层，其层叠于所述高折射率层，且折射率比所述高折射率层的折射率低，
所述高折射率层与所述低折射率层之间的界面形成凹凸形状，
所述凹凸形状中的凹部及凸部分别具有沿着所述高折射率层及所述低折射率层的面方向而延伸的平坦部，
在所述凹部的平坦部与所述凸部的平坦部之间延伸的所述凹凸形状的侧面形成从所述高折射率层向所述低折射率层侧凸出的曲面或折面，
所述低折射率层被配置成朝向所述显示装置的显示面侧，
由连结所述凹凸形状的侧面的两端点的直线与所述高折射率层及所述低折射率层的法线方向规定的所述凹凸形状的侧面的平均斜面角度为9度以上且18度以下。
4.一种显示装置，其在显示面上配置了权利要求1至3中的任意一项所述的光学结构体。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，
所述显示装置具有：
液晶面板，其具有所述显示面和与所述显示面对置地配置的背面；及
面光源装置，其与所述液晶面板的背面面对面地配置。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，
所述液晶面板为VA型液晶面板，该VA型液晶面板被构成为，在对液晶分子的电压被关闭或取最小值时，成为所述液晶分子沿着所述显示面的法线方向取向而遮断来自所述面光源装置的光的状态，并且通过逐渐地增加对所述液晶分子的电压，使所述液晶分子向沿着所述显示面的一侧渐渐地倾斜，从而逐渐地增加来自所述面光源装置的光的透过率。
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