JP2006106051A - 光透過シート - Google Patents

Abstract

【課題】 正面方向に最も高い輝度を示し、後段に配置される偏光分離シートの偏光分離特性を有効に発揮することができる、所定の視野角内の方向において高い輝度分布をもっており、かつ、第２次透過光成分Ｔ２の発生を抑制した効率良く光を利用して輝度を増加することができる、光透過シートを提供する
【解決手段】 光透過シートは、頂角は８０°、相互に母線が平行な、頂角をなす２つの角柱面に接合された、他の２つの角柱面が仮想的になす頂角は、１００°であり、頂角をなす２つの角柱面と仮想的な頂角をなす２つの角柱面との各接合部における多角柱体の内側になす角は、１９０°である多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列されている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、光透過シートに関する。

近年、液晶テレビ、ノートＰＣ（Personal Computer）等に、カラー液晶パネルを利用したディスプレイが使用されている。カラー液晶パネルを利用したディスプレイは、主に、液晶光源となるバックライトに対して、拡散板、プリズムシート、輝度向上フィルム、偏光板、視野角補償フィルム、偏光板、ＡＲフィルム、防汚フィルムがこの順で積層された構成とされている。

このような液晶パネルディスプレイにおいては、表示輝度や視野角特性を向上させることが、液晶パネルディスプレイの商品価値を高める上で重要な課題となっている。また、特に重要な課題として、バックライト側の光学的利得性と広い配光特性を改良することが強く望まれている。

バックライト側の光学的利得性の改良を実現する手段としては、図１に示す、プリズム列を照明光の射出側に連続的に形成したプリズムシートを配置させる方法が実用化されている。

図２は、従来のプリズムシートの断面形状を表している。従来のプリズムシートにおいては、入射した光線は、入射角によって、直接プリズム斜面を透過する第１次透過光成分Ｔ１、一のプリズム斜面で反射した後に他のプリズム斜面で再度反射して入射側に戻される戻り光成分Ｒ、そして、一のプリズム斜面で反射した後他のプリズム斜面を透過してプリズムシート前面に射出する第２次透過光成分Ｔ２に分類することができる。

第１次透過光成分Ｔ１は、正面方向に射出する光を含む有効活用される光束成分である。戻り光成分Ｒは、面光源としての発光面の拡散シートに入射して、拡散反射されて、発光面の輝度を増加させるのに有効な光束成分である。第２次透過光成分Ｔ２は、液晶パネルの有効視野角外の広角側に射出する光束成分であり、輝度の向上に無効な光束成分である。

このように、従来プリズムシートにおいては、入射光が屈折透過することにより正面方向に集光され正面輝度を増加するように指向特性が改善される。また、反射光が面光源としての発光面とみなされる拡散シートで拡散散乱され、発光面の輝度を増加させる結果、正面輝度が増加する。

図３は、図２に示すプリズムシートの配光特性を表す分布図である。なお、この分布図は、コンピュータシュミレーションで描いたものである。以下に述べる分布図も同様にして描かれている。図３から、プリズムシートより出射した光がどのような角度で広がっているのかを確認することができる。図３の分布図は、中心を０°とし、中心から第１の円が１０°、第２の円が２０°・・・と順に大きな角度を示し、最外周円が９０°を示す。中心の上方および下方の７０°付近に第２次透過光成分Ｔ２が現れているのがわかる。

また、例えば、特許文献１においては、照明装置の輝度を向上するシートが記載されている。このシートは、透明で可撓性のある基体と、弦幅と、断面ピッチ幅と、曲率半径とを特徴とし、弦幅は、断面ピッチ幅の約２０％〜４０％に等しく、曲率半径は、断面ピッチ幅の約２０％〜５０％に等しい、鈍いまたは丸いピークを備えたプリズムの配列群を含む第１の主要面と、複数の光散乱性突起物を特徴とする第２の主要面とを具備し、第１の主要面が実質的に平坦な形態を有する状態下で測定されたときに、このシートの曇り度値は、約２０％〜６０％の間にあって、透過率は９４％以下である。

特表２００１−５２４２２５号公報

上述したように、従来のプリズムシートにおいては、入射した光線は、入射角によって第１次透過光成分Ｔ１、戻り光成分Ｒ、第２次透過光成分Ｔ２に分類することができる。

従来のプリズムシートにおいては、図２に示すように、軸外の仮想光源から出射した光束の一部は、隣接プリズムに再入射してシート内部を進行し、戻り光成分Ｒとして再利用される。また、多重反射の後に、第一次透過光成分Ｔ１や光源側への戻り光成分Ｒとして有効活用される。

しかしながら、軸外の仮想光源から出射した光束が、プリズムシートの一の斜面で全反射し他の斜面で屈折した光束の一部分は、液晶パネルの有効視野角外の広角側に射出する第２次透過光成分Ｔ２である。第２次透過光成分Ｔ２は、上述したように、輝度の向上に無効な光束成分である。

また、後段に配置される偏光分離シートなどの角度依存特性によっては、入射光の指向性により偏光分離特性の極端な劣化を招くことがあり、液晶パネル側への有効な輝度向上を損ねる。

したがって、この発明の目的は、正面方向に最も高い輝度を示し、後段に配置される偏光分離シートの偏光分離特性を有効に発揮することができる、所定の視野角内の方向において高い輝度分布をもっており、かつ、第２次透過光成分Ｔ２の発生を抑制した効率良く光を利用して輝度を増加することができる、光透過シートを提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明の態様は、
相互に母線が平行となる複数の凸の角柱面と角柱面の夫々がつながる平面とが左右対称に接合された多角柱体が上記角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートであって、
角柱面の各接合部が上記多角柱体の内側になす角は、１８０°より大きい角であることを特徴とする光透過シートである。

この発明によれば、相互に母線が平行となる複数の凸の角柱面と、角柱面の夫々がつながる平面とが左右対称に結合され、角柱面の各接合部のなす角が１８０°より大きい多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列されることにより、指向性を改良し、正面輝度を向上させて、後段の偏光分離シートによる特性向上に寄与することができ、消費電力の低減と共に液晶パネルの表示輝度を向上することができる。

また、広角に射出する第２次透過光束成分Ｔ２を低減することにより、正面輝度を向上させて、後段の偏光分離シートによる特性向上に寄与することができ、消費電力の低減と共に液晶パネルの表示輝度を向上することができる。

さらに、また、液晶パネル自体への照明光束の入射角度を法線方向に制御することが可能となり、広角側における色分離（色のにじみ）を制御することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図４Ａおよび図４Ｂを参照して、この発明による第１の実施形態である光透過シートを説明する。ここで、図４Ｂに示すように、相互に母線が平行な、頂角αをなす２つの角柱面に接合された、他の２つの角柱面が仮想的になす頂角βを仮想的な頂角と称する。また、頂角αをなす２つの角柱面と仮想的な頂角βをなす２つの角柱面との各接合部における多角柱体の内側になす角θを接合角と称する。

なお、一の仮想的な頂角をなす２つの角柱面に接合された、他の２つの角柱面が仮想的になす頂角も同様に仮想的な頂角と称する。

図４Ａは、頂角は８０°、仮想的な頂角は１００°であり、接合角は１９０°である多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表した図である。

図４Ａに示す光透過シートは、光学的な境界面の全反射特性と屈折特性を緩和して、第１次透過光成分Ｔ１を増加するために、仮想的な頂角が緩やかな屈折透過面を有する。また、第２次透過光成分Ｔ２をより低減するために、シート面における全反射と屈折によって、戻り光成分Ｒを増加させる配光特性を有する。さらに、また、透過光束の屈折効果を高めて、第１次透過光の指向性を改良するとともに、第２次透過光を正面方向に配光する副次的な効果を持たせるために、頂角が鋭角な全反射面を有する。

図４Ａに示すように、頂点直下の仮想光起点Ｏから出射して、ＡＢ面に入射する光束を光束Ωとすると、頂角先端部へ入射する光束Ωは、入射角が臨界角θ_c＝Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）を越えるので、全反射して戻り光成分Ｒとなる。また、他部に入射する光束Ωは、前方へ屈折透過して正面輝度の向上に寄与する。なお、例えば、素材がポリカーボネート（ｎ＝１．５９）である場合の臨界角θｃ＝３８．９７°である。

また、軸外の接合面Ｂの直下の仮想光起点Ｐから出射する光束を光束Ψとすると、Ｂ面近傍に入射する光束Ψは、前方正面方向へ屈折透過するので、第１次透過光成分Ψ１として、正面輝度の向上に寄与する。

ＡＢ面で全反射しＡＣ面に入射する光束Ψは、正面方向に屈折する光束成分Ψ２として正面輝度の向上効果を奏する。また、ＡＣ面で全反射して戻り光成分Ψ３として再利用することができる。

図５は、図４Ａに示す光透過シートの配光特性を表す分布図である。図５から、図４Ａに示す光透過シートより出射した光がどのような角度で広がっているのかを確認できる。図５に示すように、図３に示す従来のプリズムシートの配光特性と類似しているが、第２次透過光成分は低減されている。

図６を参照して、この発明による第２の実施形態である光透過シートを説明する。図６は、頂角は９０°、仮想的な頂角は１２０°であり、接合角は１９５°である左右対称の多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表した図である。

図６に示すように、頂角が従来のプリズムシートと同じ９０°であるので、頂角近傍の面（Ａ近傍の面）では、光束Ωは、前方へ屈折透過して第１次透過光成分Ｔ１、全反射して戻り光成分Ｒとして、正面輝度の向上に寄与する。

また、光束Ψの一部は、ＡＢ面で全反射して、ＡＣ面で屈折透過して、サイドローブとしての第２次透過光成分Ψ２を発生するが、全反射せずに、ＡＢ面で前方へ屈折透過して第１次透過光成分Ψ１を発生するので、第２次透過光成分Ｔ２を低減して、正面輝度の向上に寄与する。

図７は、図６に示す光透過シートの配光特性を表す分布図である。図７に示すように、従来のプリズムシートの配光特性と類似しているが、第２次透過光成分は低減されている。

図８を参照して、この発明による第３の実施形態である光透過シートを説明する。図８は、頂角は７０°、仮想的な頂角は１１０°であり、接合角は２００°である左右対称の多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表した図である。

光束Ωは、ＡＢ面で全反射してＡＣ面で屈折透過して、隣接する多角柱体の角柱面において、屈折透過、全反射することにより戻り光成分Ｒとして利用できるので、正面輝度の向上に寄与する。また、光束Ωは、ＡＢ面で、前方へ屈折透過し、第一次透過光成分Ｔ１として利用できるので、正面輝度の向上に寄与する。

また、Ｂ近傍の面に入射する光束Ψは、前方正面方向へ屈折透過するので第１次透過光Ψ１はより増加する。ＡＢ面で全反射する光束Ψは、ＡＣ面で、全反射または屈折透過して、戻り光成分Ψ３として再利用することができる。

図９は、図８に示す光透過シートの配光特性を表した分布図である。図９に示すように、従来のプリズムシートの配光特性と同様のものであるが、第２次透過光成分は低減されている。

この発明は、頂角を鋭角にすることにより、角柱面での屈折透過効果を改良して、第１次透過光に寄与する光束を増加できる。また、サイドローブを分散させて前方への奇与を高めることにより光を有効に利用して、配光分布を前方に維持した状態で正面輝度を高めることができる。

また、この発明は、それぞれの角柱面がなす仮想的な多角柱体の幅Ｄｎ（ｎ＝１、２、３、・・・・）同士の差Δｍは、各角柱面の屈折反射特性をバランス良く維持することが重要であることから、Δｍ＜Ｄ／３（Ｄは、多角柱体の単位幅である）として平均的に配分されることが現実的である。

以下、図面を参照して、この発明による光透過シートの断面形状と光透過シートの配光特性について説明する。

図１０を参照して、この発明による第４の実施形態である光透過シートについて説明する。図１０は、頂角は７０°、仮想的な頂角は１２０°であり、接合角は１８０°より大きい左右対称の多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表している。

この光透過シートは、頂角を鋭角とすることにより第１次透過光成分Ｔ１の正面方向の指向性を高めるとともに、仮想的な頂角を緩やかな角とすることにより、第２次透過光成分Ｔ２を低減するように、バランス良く形成される。

図１１は、図１０に示す光透過シートの配光特性を表した図である。図１１に示すように、従来のプリズムシートの配光特性と類似しているが、第２次透過光成分は低減されている。

図１２は、頂角は６０°、仮想的な頂角は１３０°であり、接合角は１８０°より大きい左右対称の多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表している。

図１３は、図１２に示す他の光透過シートの配光特性を表した図である。仮想的な頂角が大きくなることにより、図１３に示すように、広く均一に光が広がる配光特性を有する。したがって、正面方向の指向性を高めて正面方向の輝度を増加させることが求められる液晶ディスプレイの使用上の観点からは、必ずしも最適であるとはいえない。

図１４は、頂角は４０°、仮想的な頂角は１５０°であり、接合角は１８０°より大きい左右対称の多角柱体が角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートの断面形状を一部拡大して表している。

図１５は、図１４に示す他の光透過シートの配光特性を表した図である。仮想的な頂角が大きくなることにより、図１５に示すように、広く均一に光が広がる配光特性を有する。したがって、正面方向の指向性を高めて正面方向の輝度を増加させることがもとめられる液晶ディスプレイの使用上の観点からは、必ずしも最適であるとはいえない。

上述した実施態様から、この発明による光透過シートの頂角および仮想的な頂角は、７０°から１２０°までの範囲が望ましい。

この発明による光透過シートは、例えば、以下に述べる方法により製造することができる。

図１６は、光透過シートの製造装置の一例を示した模式図である。基材フィルム１を表面に所望の形状が施された金型ロール７に巻き付けて、加圧ロール２と剥離ロール５でニップする。樹脂ディスペンサー４からは、金型ロール７に紫外線硬化型樹脂３を滴下して、樹脂だまりを形成させて、基材フィルム１に圧着させる。

紫外線硬化型樹脂３には、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコン樹脂等を例示することができる。

そして、各ロールを回転させて、金型ロール６の下方から紫外線を照射して基材フィルム１に圧着された紫外線硬化樹脂３を硬化させるとともに、基材フィルム１に接合させる。硬化後、回転している剥離ロール５で巻き取ることにより金型ロール７から基材フィルム１を剥がして、光透過シートを得ることができる。

また、例えば、図１７に示すように、所望の形状を施した平板金型９を基材フィルム１０の上方、鏡面プレート１１をフィルム１０の下方に配して、チャンバー内を真空引きした後、加熱冷却プレート８で挟み込む。フィルム１０の材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ゼオノア（商標）等を例示することができる。

そして、一定時間経過後、図示しない内部に備える冷却管によって、加熱冷却プレート８を冷却し、室温程度に達したら加熱冷却プレート８を開いて、光透過シートを得ることができる。

その他、転写ロール表面の凹凸形状を転写して光透過シートを製造する方法としては、例えば、熱プレス加工によって製造するようにしてもよい。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、この発明は液晶ディスプレイの内、液晶パネルへの入射側に配置しても良く、またバックライト側である導光板や直下型ＣＣＦＬ管からの射出側に配置しても良い。また、各々の要素となるフィルムと一体化したものでも良い。

従来のプリズムシートの模式図である。 プリズムシートの一部拡大断面図である。 プリズムシートによる光分布図である。 この発明による光透過シートの第１の例の一部拡大断面図である。 この発明による光透過シートの第１の例による光分布図である。 この発明による光透過シートの第２の例の一部拡大断面図である。 この発明による光透過シートの第２の例による光分布図である。 この発明による光透過シートの第３の例の一部拡大断面図である。 この発明による光透過シートの第３の例による光分布図である。 この発明による光透過シートの第４の例の一部拡大断面図である。 この発明による光透過シートの第４の例による光分布図である。 光透過シートの他の例の一部拡大断面図である。 光透過シートの他の例による光分布図である。 光透過シートの他の例の一部拡大断面図である。 光透過シートの他の例による光分布図である。 光透過シートの製造装置の一例の模式図である。 光透過シートの製造装置の他の例の模式図である。

符号の説明

１・・・基材フィルム
３・・・ＵＶ樹脂
６・・・ＵＶランプ
７・・・金型ロール
１０・・・フィルム

Claims (3)

1. 相互に母線が平行となる複数の凸の角柱面と上記角柱面の夫々がつながる平面とが左右対称に接合された多角柱体が上記角柱面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートであって、
   上記角柱面の各接合部が上記多角柱体の内側になす角は、１８０°より大きい角であることを特徴とする光透過シート。
2. 請求項１において、
   上記角柱面の頂角及び仮想的な頂角は、７０°から１２０°までであることを特徴とする光透過シート。
3. 請求項１において、
   上記多角柱体の幅をＤｎ（ｎ＝１，２・・・）とするとき、上記多角柱体の幅の差Δｍは、
   Δｍ＜Ｄ／３（Ｄは、多角柱体の単位幅である）
   であることを特徴とする光透過シート。
   

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