JP2008026592A - Optical sheet and its manufacturing method, and display device - Google Patents
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Description
本発明は、表面に複数の傾斜面を有する光学シートおよびその製造方法、ならびにその光学シートを内蔵する表示装置に関する。 The present invention relates to an optical sheet having a plurality of inclined surfaces on its surface, a manufacturing method thereof, and a display device incorporating the optical sheet.
近年、表示装置の大型化のニーズが高まっており、高画質で安価な背面投射型の表示装置に対して注目が集まっている。この表示装置100は、例えば、図18に示したように、投射部110、背面ミラー120および表示部130を備えたものである。
In recent years, there is an increasing need for a large display device, and attention is focused on a rear projection type display device that is high in image quality and inexpensive. For example, as shown in FIG. 18, the
投射部110は、例えば、高圧水銀ランプなどの光源と、液晶パネルやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスなどの、透過型または反射型の光学素子とを有しており、光源からの光を光学素子を用いて変調することにより画像情報を含む光を生成し、背面ミラー120に投射するようになっている。背面ミラー120は、例えば、基材シートの表面にAgなどの金属膜が形成されたものであり、投射部110からの光を表示部130の裏面側に反射するようになっている。表示部130は、例えば、フレネルレンズおよびレンチキュラーレンズを投射部110側からこの順に配置して構成したものであり、背面ミラー120からの光を観察者に向けてほぼ平行光化し、その平行光化した光を屈折させて視野角を拡大することにより画像を表示するようになっている。
The
この表示装置100では、投射部110により画像情報を含む光が生成され背面ミラー120に投射されると、その光は背面ミラー120で反射されて表示部130の裏面に入射し、その入射光に含まれる画像情報に基づいて表示部130に画像が表示される。このように、この表示装置100では、背面ミラー120で光路を折り返すことにより、背面ミラー120と投射部110との距離だけ表示装置100の奥行きを薄くしている。
In this
この表示装置100は、上記したように高画質で安価な画像を大画面で得ることができるという利点を有している一方で、主に3つの欠点を有していた。具体的には、視野角が狭く、光源の点灯・消灯時間が長い上に寿命が短く、背面ミラー120で光路を折り返してもなお表示装置100の奥行きが厚い、という欠点があった。
While this
しかし、近年、視野角については、レンチキュラーレンズとしてシリンドリカルレンズに代わってフライアイレンズが用いられるようになったので、水平方向および垂直方向の双方の視野角を制御できるようになり、これにより双方の視野角を拡大することができるようになった。また、光源については、高圧水銀ランプの代わりにLED(Light Emitting Diode)やレーザ(Laser Diode)が利用され始めたので、高電圧発生装置が必要なくなり、電源投入直後から明るく、短期間での交換も必要なくなり、さらに、色再現範囲が広くなった。 However, in recent years, as a viewing angle, fly-eye lenses have been used instead of cylindrical lenses as lenticular lenses, so that both the horizontal and vertical viewing angles can be controlled. The viewing angle can be enlarged. As for the light source, LEDs (Light Emitting Diodes) and lasers (Laser Diodes) have begun to be used instead of high-pressure mercury lamps, eliminating the need for high-voltage generators. Is no longer necessary, and the color reproduction range has become wider.
また、奥行きに関しては、例えば、背面ミラー120を表示部130に近づけることにより、より薄くすることが可能である。しかし、背面ミラー120を表示部130に近づけるにつれて投射部110の位置が背面ミラー120と表示部130との間隙側に変位するので、図19に示したように、背面ミラー120を表示部130にあまり近づけると、投射部110の影が表示部130に投影されてしまう。そのため、投射部110の影が表示部130に投影されない限度でしか薄くすることができない。
Further, regarding the depth, for example, the
奥行きをさらに薄くするためにはオフアクシス光学系を用いることが必要となるが、短い投射距離でこれを実現するためには広角投射系を用いることが必要となる。この場合には、例えば、図20に示したように、投射部110と背面ミラー120との間に非球面ミラー150を用いたり、図21または特許文献1に示したように、背面ミラー120の代わりに超広角投射系160を用いると共に、表示部130として特殊なものを用いることが必要となる。従来の表示部130は、画像光軸を観察者側に向けるためにフレネルレンズにより屈折させていたが、図21に示したような斜め投射光学系の表示装置では、非球面ミラー150からの光が非常に急な角度で投射されるので、この光軸を観察者側に向けるために、全反射型のフレネルレンズや、全反射および屈折の両者を利用したハイブリッドタイプのフレネルレンズなどが表示部130に用いられていた。
In order to further reduce the depth, it is necessary to use an off-axis optical system, but in order to realize this with a short projection distance, it is necessary to use a wide-angle projection system. In this case, for example, as shown in FIG. 20, an aspherical mirror 150 is used between the
このように、従来は、非球面ミラー、超広角投射系、全反射型またはハイブリッドタイプのフレネルレンズなどを用いて表示装置の薄型化が進められていたが、これらの部品は製造技術的に難易度の高いものであり、部品コストが高くなるという問題があった。 As described above, conventionally, thinning of a display device has been promoted by using an aspherical mirror, an ultra-wide angle projection system, a total reflection type or a hybrid type Fresnel lens. However, these parts are difficult in terms of manufacturing technology. There is a problem in that the cost is high and the component cost is high.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表示装置のコストの上昇を抑えつつ、表示装置を薄型化することの可能な光学シートおよびその製造方法、ならびにその光学シートを内蔵する表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an optical sheet that can reduce the thickness of the display device while suppressing an increase in the cost of the display device, a manufacturing method thereof, and an optical sheet thereof. The object is to provide a built-in display device.
本発明の光学シートは、主平面上に、主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化する複数の反射面を有するミラーアレイを備えたものである。本発明の表示装置は、筐体内に、画像情報を含む投射光を出力する投射部と、投射部からの投射光を反射する上記光学シートと、この光学シートからの反射光に含まれる画像情報に基づいて画像を表示する表示部とを備えたものである。 The optical sheet of the present invention includes a mirror array having a plurality of reflecting surfaces that reflect a divergent light beam incident from a direction different from the normal direction of the main plane to form a parallel light beam on the main plane. is there. The display device of the present invention includes a projection unit that outputs projection light including image information in the housing, the optical sheet that reflects the projection light from the projection unit, and image information included in the reflected light from the optical sheet. And a display unit for displaying an image based on the above.
本発明の光学シートおよび表示装置では、ミラーアレイに形成された複数の反射面によって、主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束が反射されると共に平行光線束化される。 In the optical sheet and the display device of the present invention, the divergent light beam incident from a direction different from the normal direction of the main plane is reflected and made into a parallel light beam by the plurality of reflecting surfaces formed on the mirror array.
本発明の光学シートの製造方法は、以下の(A)〜(D)の工程を含むものである。
(A)未硬化の硬化型樹脂を複数の傾斜面を有する母型に流し込むと共に、母型に流し込まれた硬化型樹脂に基材シートを密着させる工程
(B)母型に流し込まれた硬化型樹脂を硬化させて成形加工する工程
(C)成形された硬化型樹脂を基材シートと共に母型から剥がす工程
(D)母型から剥がされた硬化型樹脂の表面に反射膜を形成することにより、基材シートの法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化することの可能なミラーアレイを形成する工程
The method for producing an optical sheet of the present invention includes the following steps (A) to (D).
(A) A step of pouring uncured curable resin into a mother mold having a plurality of inclined surfaces, and a step of bringing a base sheet into close contact with the curable resin poured into the mother mold (B) A curable mold poured into the mother mold Step of curing resin and molding (C) Step of peeling molded curable resin together with base sheet from mother die (D) By forming a reflective film on the surface of curable resin peeled off from mother die The step of forming a mirror array capable of reflecting a divergent light beam incident from a direction different from the normal direction of the base material sheet into a parallel light beam
本発明の光学シートの製造方法では、複数の傾斜面を有する母型に未硬化の硬化型樹脂を流し込み、その硬化型樹脂を硬化させて成形加工したのち、その成形加工した硬化型樹脂の表面に反射膜を形成することにより、ミラーアレイが形成される。 In the method for producing an optical sheet of the present invention, an uncured curable resin is poured into a matrix having a plurality of inclined surfaces, the curable resin is cured and molded, and then the surface of the molded curable resin is molded. A mirror array is formed by forming a reflective film on the surface.
本発明の光学シートおよび表示装置によれば、ミラーアレイに形成された複数の反射面によって、主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化するようにしたので、光学シートに対して反射機能の他に、平行光線束化する機能を持たせることができる。これにより、従来より用いてきた背面ミラーとフレネルレンズとを一体化することができるので、部品点数を削減することができ、表示装置のコストを下げることができる。また、超広角レンズおよび非球面ミラーのような光学部品を用いた場合と同様、表示装置を薄型化することができる。 According to the optical sheet and the display device of the present invention, the plurality of reflecting surfaces formed on the mirror array reflect the divergent light beam incident from a direction different from the normal direction of the main plane to form a parallel light beam. As a result, the optical sheet can be provided with a function of forming a parallel light beam in addition to the reflection function. Thereby, since the back mirror and Fresnel lens which have been used conventionally can be integrated, the number of parts can be reduced and the cost of the display device can be reduced. In addition, the display device can be thinned as in the case of using optical components such as an ultra-wide angle lens and an aspherical mirror.
ここで、ミラーアレイは上記したように単に複数の反射面を有するものであり、フレネルレンズと同様、汎用的な方法を用いて製造することが可能なものである。そのため、ミラーアレイの製造に際して、超広角レンズおよび非球面ミラーなどに要求される極めて高度な製造技術を用いる必要はない。従って、ミラーアレイを設けるために要するコストは、フレネルレンズを設けるために要するコストと同等である。 Here, the mirror array simply has a plurality of reflecting surfaces as described above, and can be manufactured by using a general-purpose method like the Fresnel lens. Therefore, when manufacturing a mirror array, it is not necessary to use extremely advanced manufacturing techniques required for super wide-angle lenses, aspherical mirrors, and the like. Therefore, the cost required to provide the mirror array is equivalent to the cost required to provide the Fresnel lens.
以上のことから、本発明の光学シートおよび表示装置では、表示装置のコストの上昇を抑えつつ、表示装置を薄型化することができる。 From the above, in the optical sheet and the display device of the present invention, the display device can be thinned while suppressing an increase in the cost of the display device.
本発明の光学シートの製造方法によれば、複数の傾斜面を有する母型に未硬化の硬化型樹脂を流し込み、その硬化型樹脂を硬化させて成形加工したのち、その成形加工した硬化型樹脂の表面に反射膜を形成することにより、ミラーアレイを形成するようにしたので、超広角レンズおよび非球面ミラーなどに要求される極めて高度な製造技術を用いる必要はない。従って、ミラーアレイを設けるために要するコストは、フレネルレンズを設けるために要するコストと同等である。 According to the method for producing an optical sheet of the present invention, an uncured curable resin is poured into a matrix having a plurality of inclined surfaces, the curable resin is cured and molded, and then the molded curable resin is molded. Since a mirror array is formed by forming a reflective film on the surface of the lens, it is not necessary to use an extremely advanced manufacturing technique required for an ultra-wide angle lens, an aspherical mirror, or the like. Therefore, the cost required to provide the mirror array is equivalent to the cost required to provide the Fresnel lens.
また、これにより、光学シートに対して反射機能の他に、平行光線束化する機能を持たせているので、従来より用いてきた背面ミラーとフレネルレンズとを一体化することができる。これにより、部品点数を削減することができ、表示装置のコストを下げることができる。また、超広角レンズおよび非球面ミラーのような光学部品を用いた場合と同様、表示装置を薄型化することができる。 In addition, this allows the optical sheet to have a parallel beam bundle function in addition to the reflection function, so that the conventional rear mirror and Fresnel lens can be integrated. Thereby, the number of parts can be reduced and the cost of the display device can be reduced. In addition, the display device can be thinned as in the case of using optical components such as an ultra-wide angle lens and an aspherical mirror.
以上のことから、本発明の光学シートの製造方法では、表示装置のコストの上昇を抑えつつ、表示装置を薄型化することができる。 From the above, in the method for producing an optical sheet of the present invention, the display device can be thinned while suppressing an increase in the cost of the display device.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る光学シート20およびそれを備えた表示装置1の側面構成(X軸方向から見た平面構成)を表すものである。図2は、図1の光学シート20を拡大して表すものである。図3(A)は光学シート20の平面構成を、図3(B)は光学シート20の側面構成(X軸方向から見た平面構成)を、図3(C)は、光学シート20の側面構成(Y軸方向から見た平面構成)をそれぞれ表すものである。なお、図1および図2の点線は光路を示している。
FIG. 1 shows a side configuration (planar configuration viewed from the X-axis direction) of an
この表示装置1はスクリーンの後ろからプロジェクタを使って画像を映し出す背面投射型の表示装置である。この表示装置1は、プロジェクタとして投射部10および光学シート20を備え、スクリーンとして表示部30を備えている。
The
投射部10は照明部および変調部からなる。
The
照明部は、例えば、光源と、この光源の周囲に配されたランプリフレクタとを有している。光源は、例えば、高圧水銀ランプや、発光ダイオード、レーザなどからなる。ランプリフレクタは、その一部が変調部に向けて開放された放物面を有しており、光源からの射出光の一部を、変調部の方向へ反射する機能を有している。上記の光源は、ランプリフレクタの放物面の焦点に配置されており、これにより、光源からの射出光を効率的に利用できるようになっている。 The illumination unit includes, for example, a light source and a lamp reflector disposed around the light source. The light source is, for example, a high-pressure mercury lamp, a light emitting diode, a laser, or the like. The lamp reflector has a paraboloid part of which is opened toward the modulation unit, and has a function of reflecting a part of the light emitted from the light source toward the modulation unit. The light source is disposed at the focal point of the paraboloid of the lamp reflector, so that the light emitted from the light source can be used efficiently.
また、変調部は、反射型の光学素子、例えば、反射型の液晶パネルや、DLP(ディーエルピー)、GxL(ジーバイエル:ソニー(株)の登録商標)などのMEMSデバイスなどからなり、照明部からの射出光を画像情報に応じて反射し変調すると共に、その変調光を光学シート20に斜入射させるようになっている。なお、変調部を照明部と投影光学系20との間に配置したり、変調部の裏面側に反射ミラーを設けるなど、変調部を透過した光を投影光学系20側に導く光学系となっている場合には、変調部を透過型の光学素子により構成することも可能である。
The modulation unit includes a reflection type optical element, for example, a reflection type liquid crystal panel, a MEMS device such as DLP (DLP) or GxL (registered trademark of Gbayer Sony), and the like. The reflected light is reflected and modulated in accordance with image information, and the modulated light is obliquely incident on the
光学シート20は、基材シート21の主面上にミラーアレイ22が形成されたものである。
In the
基材シート21は、公知の高分子フィルム、具体的には、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)、ポリアミド、アラミド、ポリエチレン、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、トリアセチルセルロース、ポリスルフォン、ポリプ、ジアセチルセルロース、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、環状オレフィン系樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などにより構成されている。
The
ミラーアレイ22は、凹凸シート23および反射膜24を基材シート21側からこの順に積層して構成したものである。
The
凹凸シート23は、複数の傾斜面が格子状に配列されたものであり、例えば、紫外線、電子線、熱などにより硬化する硬化型樹脂により構成されている。ここで、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリオールアクリレート、ポリエーテルアクリレート、メラミンアクリレート等のアクリレート系樹脂などがある。なお、紫外線硬化型樹脂に対して、必要に応じて有機・無機フィラー、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、酸化防止剤等が適宜添加されていてもよい。また、加熱により変形可能な熱可塑性樹脂としては、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、環状オレフィン系樹脂などがある。このように凹凸シート23の材料として熱可塑性樹脂を用いた場合には、凹凸シート23および基材シート21のそれぞれの材料を共通化することができるので、凹凸シート23を基材シート21と別体に設ける必要はなく、これらを一体的に形成することができる。なお、凹凸シート23は、後述するように射出成形により形成されるので、母型から離型し易い材料により構成されていることが好ましい。
The concavo-
反射膜24は、凹凸シート23の表面に形成されており、凹凸シート23の傾斜面に対応して反射面24Aを有している。つまり、反射面24Aは、凹凸シート23の傾斜面と同様、反射膜24の表面に格子状に配列されている。
The
各反射面24Aは、基材シート21の主平面の法線とは異なる方向から斜入射された発散光線束(投射部10からの入射光)を反射してほぼ平行光線束化すると共に、この平行光線束化された光を表示部30の裏面に互いに等しい角度(図1,図2ではほぼ垂直)で入射させることの可能な角度θi(0°≦θi<90°、iは1以上反射面24Aの総数以下)で主平面と対向配置されている。つまり、ミラーアレイ22は、反射機能の他に、平行光線束化する機能を兼ね備えている。
Each reflecting
各反射面24Aの角度θiは、基材シート21の主平面と表示部30の裏面とが互いに交差する角度をα(0°≦α<90°)とすると、発散光線束の個々の反射面24Aへの入射角βiが角度(θi+α)と等しくなるようにそれぞれ設定されている。
The angle θi of each reflecting
なお、図2には、基材シート21の外縁以外の部分から基材シート21の外縁に向かうにつれて反射面24Aの角度θiが連続的に大きくなる形態が例示されているが、例えば、基材シート21の外縁以外の部分から基材シート21の外縁に向かうにつれて反射面24Aの角度θiが断続的に大きくなるように構成してもよい。
2 illustrates a form in which the angle θi of the reflecting
また、図4に示したように、基材シート21の外縁部分の一部(ミラーアレイ22のうち光源13に最も近い部分)から遠ざかるにつれて反射面24Aの角度θiが連続的に大きくなるように構成したり、基材シート21の外縁部分の一部から遠ざかるにつれて反射面24Aの角度θiが断続的に大きくなるように構成してもよい。なお、このようにした場合には、図1の場合よりも角度αを小さくすることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 4, the angle θi of the reflecting
反射膜24は、金属膜または誘電体多層膜により構成されている。金属膜としては、例えば、Al、Ag、Ti、Nb、Ni、Crまたはこれらの合金などが挙げられるが、反射率を高くし、かつ波長依存性を少なくしたい場合には、Al、Agまたはこれらの合金が好ましい。また、誘電体多層膜としては、例えば、高屈折率材からなる高屈折率層Hおよび低屈折率材からなる低屈折率層Lをλ/ 4(λは反射波長)の厚さで凹凸シート23上に交互に積層すると共に最上層に高屈折率層Hを形成し、H(LH)q (qは自然数で積層回数を意味する)構成となっている。ここで、高屈折率材としては、例えばCeO2 やTiO2 などが、低屈折率材としてはMgF2 やSiO2 などがそれぞれ挙げられる。また、誘電体多層膜の反射率を高めるためには層数2q+1を大きくすればよく、反射波長帯域を広くするためには高屈折率材と低屈折率材との比を大きくとればよい。
The
なお、反射膜24を金属膜で構成した場合には、金属膜を傷付けたり、水分などによって変質させるのを防止するために、金属膜の表面に保護膜(図示せず)を形成してもよい。この保護膜は、可視光領域の光を吸収しない材料、例えば、Nb2 O5 、TiO2 、Ta2 O5 、Al2 O3 またはSiO2 などの誘電体、In2 O3 、SnO2 、ZnO、In2 O3 −SnO2 化合物などの透明な導電体、または有機物などにより構成されていることが好ましい。なお、帯電により埃が付着する事を防ぐ必要がある場合には、保護膜を導電体により構成することが好ましい。
When the
また、反射率を向上するために反射膜24の表面に増反射膜(図示せず)を形成してもよい。この増反射膜は、高屈折率材からなる層および低屈折率材からなる層をλ/ 4の厚さで反射膜24上に交互に積層した構造を有している。ここで、高屈折率材としては、例えばZnS、CeO2 やTiO2 などが、低屈折率材としてはMgF2 やSiO2 などがそれぞれ挙げられる。
Further, in order to improve the reflectance, a reflection enhancing film (not shown) may be formed on the surface of the reflecting
また、光学シート22の剛性を高くするために、基材シート21の裏面側に、ガラス板、アクリル板またはアクリルスチレン板などの支持板を貼り合わせてもよい。これら支持板は、接着剤や、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂、多液混合系硬化剤などによって基材シート21に張り合わせることが可能である。
Further, in order to increase the rigidity of the
なお、輝度ムラや歪曲を低減するために、図5に示したように、支持板25を一軸方向(図5ではZ軸方向)にだけ湾曲させて、基材シート21の主面を曲面にしてもよい。
In order to reduce luminance unevenness and distortion, as shown in FIG. 5, the support plate 25 is curved only in one axial direction (Z-axis direction in FIG. 5), and the main surface of the
表示部30は、レンチキュラーレンズにより構成されており、従来より表示部の一部を構成していたフレネルレンズを有していない。レンチキュラーレンズは、光学シート22によってほぼ平行光線束化された光を屈折させて視野角を拡大するためのものであり、例えば、図6に示したように、基材31上に半球状の複数のマイクロレンズ32をアレイ状に配列して構成されている。ここで、各ミラーアレイ22は、上記したように、反射機能の他に、平行光線束化する機能を兼ね備えていることから、本実施の形態では、フレネルレンズの機能を表示部30の代わりに光学シート22に持たせるようにしている。
The
次に、図7(A)〜(C)を参照して、上記の光学シート22の形成方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for forming the
まず、図7(A)に示したように、未硬化の紫外線硬化型樹脂25Dを、凹凸シート23の形状を反転させた凹部210をアレイ状に有する母型200に流し込んだのち、母型200に流し込まれた紫外線硬化型樹脂25Dに基材シート21を密着させる。
First, as shown in FIG. 7 (A), uncured ultraviolet curable resin 25D is poured into a matrix 200 having
次に、母型200に流し込まれた紫外線硬化型樹脂25Dに対して紫外線Lを照射することにより、紫外線硬化型樹脂25Dを硬化させて成形加工する。これにより、図7(B)に示したように、格子状に配列された複数の傾斜面を有する凹凸シート23が基材シート21の主平面上に形成される。
Next, the ultraviolet curable resin 25D poured into the mother die 200 is irradiated with ultraviolet rays L, thereby curing and molding the ultraviolet curable resin 25D. Thereby, as shown in FIG. 7B, the
次に、凹凸シート23を基材シート21と共に母型200から剥がしたのち、図7(C)に示したように、母型200から剥がされた凹凸シート23の表面に反射膜24を形成する。これにより、基材シート21の主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化することの可能な複数の反射面24Aが格子状に形成される。この後、必要に応じて、反射膜24の表面に保護膜を形成したり、基材シート21の裏面側に支持板を形成してもよい。このようにして、本実施の形態の光学シート20が形成される。
Next, after peeling the concavo-
なお、光学シート20の形成方法はこれに限られるものではなく、例えば、基材シート21に母型200を熱プレスすることにより凹凸シート23を形成することも可能である。また、基材シート21に溶融した樹脂を塗布し、その溶融した樹脂に対して母型200をプレスし、その樹脂を冷却し硬化させることにより、凹凸シート23を形成することも可能である。
In addition, the formation method of the
ところで、母型200の凹部210は、凹凸シート23と同一形状の複数の傾斜面を基材300の表面に格子状に形成したマスターを用いて形成される。このマスターの各傾斜面は、例えば、切削、電子ビーム描画、エキシマ露光機によるレジストへの形状付与、レーザー加工などにより作製することができる。電子ビーム描画では露光量を制御して中間露光を行うことにより連続階調ブレーズ化が可能である(H.Nishihara and T.Suhara, “Micro Fresnel lens”,Progress in Optics, vol.24, E.Wolf ed.,pp1-37)。エキシマ露光機によるレジストへの形状付与については、複数のフォトマスクを用いたマルチレベル露光ではプロセスチップの増大や合わせ精度の問題があるが、マスクの濃淡を変化させたグレースケールマスク(例えばキャニオンマテリアル製HEBS:High Energy Beam Sensitive ガラスマスク)(c.Wu.,“Method of making high energy beam sensitive glass ”, U.S.patent 5,078,771,Jan.1992)を利用することで500階調以上のミラー形状形成が可能である。レーザー加工によるミラー形状形成に関しては、集光加工ではミラーアレイ作製に膨大な時間がかかるが、例えばエキシマレーザーや炭酸ガスレーザーを用いたマスクイメージング法によれば、大面積に高精細なミラーアレイを短時間で作製することができる。
By the way, the
図8に示したように、エキシマレーザ310を用いたマスクイメージング法では、例えば図9に示したような形状を有するX軸方向用のマスク321の一のパターン領域321Aおよびレンズ330を用いて、基材300の一の領域(図示せず)をX軸方向へドラッギング加工したのち、基材300の他の領域がパターン領域321Aとは開口形状の異なる他のパターン領域と対向するように基材300を移動させ、そのパターン領域およびレンズ330を用いて、基材300の他の領域をX軸方向へドラッギング加工する。これを全ての領域に対して行うことによりリニアフレネル形状が形成される。その後、例えば図10に示したような形状を有するY軸方向用のマスク322の一のパターン領域322Aおよびレンズ330を用いて、基材300の一の領域をY軸方向へドラッギング加工したのち、上記と同様にして、基材300の他の領域をY軸方向へドラッギング加工する。そして、これを全ての領域に対して行うことにより、基材300の所定の領域に格子状に複数の傾斜面が形成される。
As shown in FIG. 8, in the mask imaging method using the
なお、図9および図10では、マスク321、322には互いに開口形状の異なる多数のパターン領域が形成されており、一回のドラッギング加工で使用されるパターン領域はその多数のパターン領域の1つであるので、基材300の個々の領域を加工するたびに、マスク321、322の位置合わせを行うことが必要となる。
9 and 10, the
また、図8では、エキシマレーザ310、マスク320およびレンズ330を固定した上で、基材300を移動させることによりドラッギング加工を行う場合を例示していたが、図11に示したように、基材300を固定した上で、エキシマレーザ310、マスク320およびレンズ330を移動させることによりドラッギング加工を行うようにしてもよい。
FIG. 8 illustrates the case where the
なお、表示装置1の製造コスト削減を目的とし、表示装置1を薄型にする必要がない場合や比較的小サイズの表示装置用として用いる場合には、ミラーアレイ22を従来のフレネルレンズを作製する際に用いる回転ステージ式の切削により作製する事も可能である。大画面表示装置や薄型表示装置など、フレネル中心の偏心量が大きい場合は、回転ステージ方式の切削加工の場合、非常に大型の回転ステージが必要となり、加工が事実上不可能となるため、上記のようなマスクイメージング法による2軸ドラッギング型レーザー加工が適している。なお、本手法によるフレネルレンズ型作製法を用いれば、従来の回転ステージ方式切削加工で不可能であった、偏心量の大きいフレネルレンズの作製も可能である。
For the purpose of reducing the manufacturing cost of the
次に、これをマスターとして、Al蒸着や無電解Ni処理を行って各傾斜面の表面を導電化処理したのち、それを種にしてNi電鋳をすることにより凹部210を有する母型200を作製することができる。なお、凹凸シート23を母型200から離型させ易くするために、凹部210の内面にNi蒸着や、フッ素系材料またはシリコーン系材料のコーティング処理を行ってもよいし、フッ素を含有したNi電鋳型をマスターを用いて作製してもよい。
Next, using this as a master, Al vapor deposition and electroless Ni treatment were performed to make the surface of each inclined surface conductive, and then Ni electroforming was performed using the seed as a seed to form the mother die 200 having the
本実施の形態の表示装置1では、投射部10により画像情報を含む光が生成され光学シート20に投射されると、その光は光学シート20で反射され平行光線束化されると共に、表示部30の裏面に互いに等しい角度(図1,図2ではほぼ垂直)で入射され、その入射光に含まれる画像情報に基づいて表示部30に画像が表示される。
In the
ところで、本実施の形態では、上記したように、基材シート21上に、基材シート21の主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化すると共に、この平行光線束化された光を表示部30の裏面に互いに等しい角度で入射させる反射面24Aを有するミラーアレイ22を設け、光学シート20に対して反射機能の他に、平行光線束化する機能を持たせるようにした。これにより、従来より用いてきた背面ミラーとフレネルレンズとを一体化することができる。その結果、部品点数を削減することができ、表示装置1のコストを下げることができる。また、超広角レンズおよび非球面ミラーのような光学部品を用いた場合と同様、表示装置1を薄型化することができる。
By the way, in this Embodiment, as above-mentioned, the divergent ray bundle which injected from the direction different from the normal direction of the main plane of the
ここで、ミラーアレイ22は、上記したように、複数の反射面24Aを格子状に配列したものであり、フレネルレンズと同様、汎用的な方法を用いて製造することが可能なものである。そのため、ミラーアレイ22の製造に際して、超広角レンズおよび非球面ミラーなどに要求される極めて高度な製造技術を用いる必要はない。従って、基材シート21上にミラーアレイ22を設けるために要するコストは、フレネルレンズを設けるために要するコストと同等である。
Here, as described above, the
以上のことから、本実施の形態の光学シート22および表示装置1では、表示装置1のコストの上昇を抑えつつ、表示装置1を薄型化することができる。
From the above, in the
次に、実施例に係る光学シート22およびそれを備えた表示装置1について説明する。
Next, the
[第1の実施例]
本実施例では、波長248nmのKrFエキシマレーザを用いたマスクイメージング法を用いて、ポリカーボネート基材にピッチ60μmで格子状に凸部を加工した。そして、これをマスターとして、無電解Ni処理を行って凸部の表面を導電化処理したのち、Ni電鋳をとることにより凹部210を有する母型200を作製した。
[First embodiment]
In this example, convex portions were processed in a lattice shape on a polycarbonate substrate with a pitch of 60 μm by using a mask imaging method using a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm. Then, using this as a master, the electroless Ni treatment was performed to make the surface of the convex portion conductive, and then Ni electroforming was performed to produce the mother die 200 having the
次に、作製した母型200の凹部210内に紫外線硬化型樹脂25Dとしてウレタンアクリル系の紫外線硬化型樹脂(東亞合成社製アロニックス)を流し込み、その上に、基材シート21として厚さ100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡績社製A4300)を重ね、樹脂の厚さが均一になるようにゴムローラーで1kgを加えながら余分な樹脂を掻き出した。
Next, a urethane acrylic ultraviolet curable resin (Aronix manufactured by Toagosei Co., Ltd.) is poured as the ultraviolet curable resin 25D into the
次に、基材シート21上から1000mJ/cm2の紫外線を照射して、母型200の凹部210内に流し込まれた紫外線硬化型樹脂25Dを硬化し、基材シート21上に格子状に配置された凹凸シート23を得た。続いて、スパッタリング法により、凹凸シート23の表面に反射膜24として膜厚60nmのAl金属膜を形成し、さらに保護膜27として60nmのSiO2 膜を形成した。
Next, the
次に、基材シート21の裏面に、ラミネータを用いて膜厚40μmの粘着剤を貼合し、その後、厚さ8mmの平面ガラス板に貼合した。このようにして、本実施例に係る光学シート24を作製した。
Next, an adhesive having a film thickness of 40 μm was bonded to the back surface of the
このように、超広角レンズおよび非球面ミラーなどに要求される極めて高度な製造技術を用いることなく作製された光学シート24を利用して表示装置1を構成し、その表示装置1を用いて画像を表示させると、図18に記載されているような、超広角レンズや非球面ミラーが用いられていない従来の場合と比べて、厚さを10cm低減しながら画歪みや輝度ムラの少ない画像を得る事ができた。
In this way, the
[第2の実施例]
本実施例の光学シート24は、平面ガラス板の代わりに、一軸方向に反りのあるアクリル板を用いた点で上記実施例の構成と相違するが、その他の構成については上記実施例と共通する。
[Second Embodiment]
The
このように、一軸方向に反りのあるアクリル板を備えた光学シート24を利用して表示装置1を構成し、その表示装置1を用いて画像を表示させると、図18に記載されているような、超広角レンズや非球面ミラーが用いられていない従来の場合と比べて、厚さを12cm低減しながら画歪みや輝度ムラの少ない画像を得る事ができた。つまり、上記実施例よりも表示装置1の奥行きを薄くすることができた。
As described above, when the
上記した第1および第2の実施例では、基材シート21上に設けられたミラーアレイ22に対して反射機能の他に、平行光線束化する機能を持たせるようにしたので、従来より用いてきた背面ミラーとフレネルレンズとを一体化することができる。その結果、部品点数を削減することができ、表示装置1のコストを下げることができる。また、超広角レンズおよび非球面ミラーのような光学部品を用いた場合と同様、表示装置1を薄型化することができる。
In the first and second embodiments described above, the
また、ミラーアレイ22の製造に際して、超広角レンズおよび非球面ミラーなどに要求される極めて高度な製造技術を用いる必要はないので、主平面上に複数のミラーアレイ22を設けるために要するコストは、フレネルレンズを設けるために要するコストと同等である。
Further, when manufacturing the
以上のことから、第1および第2の実施例の光学シート22および表示装置1では、表示装置1のコストの上昇を抑えつつ、表示装置1を薄型化することができる。
From the above, in the
以上、実施の形態およびその実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 While the present invention has been described with reference to the embodiments and the examples thereof, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible.
例えば、上記実施の形態では、光学シート20を投射部10側の間隙を広くするように傾斜させて表示部30と対向配置していたが、図12に示したように、図1とは逆に、光学シート20を投射部10側の間隙を狭くするように傾斜させて表示部30と対向配置してもよい。また、図13に示したように、光学シート20を表示部30に対して正対させるようにしてもよい。なお、これらの場合には、図14に示したように、反射ミラー40を光学シート20と表示部30との間隙が狭い側に配置すると共に、投射部10の光をその反射ミラー40に投射し、反射ミラー40で反射した光を光学シート20に入射させるようにしてもよい。また、図15に示したように、反射ミラー40を光学シート20と表示部30との間隙が広い側に配置すると共に、投射部10の光をその反射ミラー40に投射し、反射ミラー40で反射した光を光学シート20に入射させるようにしてもよい。また、図16に示したように、反射ミラー40を光学シート20の脇に設けると共に、投射部10の光をその反射ミラー40に投射し、反射ミラー40で反射した光を光学シート20に入射させるようにしてもよい。これにより、表示装置1の奥行きをさらに薄くすることが可能となる。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、各反射面24Aを、基材シート21の主平面の法線とは異なる方向から斜入射された発散光線束を反射してほぼ平行光線束化すると共に、この平行光線束化された光を表示部30の裏面に互いに等しい角度に入射させることの可能な角度θiで主平面と対向配置するようにしていたが、上記発散光線束を所定の発散角で反射するような角度で主平面と対向配置するようにしてもよい。ただし、この場合には、例えば、図17に示したように、表示部30の基材31上に非球面状の複数の偏心レンズ33を配列して、表示部30を透過した画像光の正面輝度をより高くすることが好ましい。なお、光学シート20で反射された光の発散角をあまり大きくすると偏心レンズ33を透過した画像光の角度特性が対称ではなくなるので、光学シート20で反射された光の発散角がなるべく小さくなるように各反射面24Aの角度を調整することが好ましい。
Further, in the above embodiment, each reflecting
1…表示装置、10…投射部、20…光学シート、21…基材シート、22…ミラーアレイ、23…凹凸シート、24…反射膜、24A…反射面、30…表示部、31…基材、32…マイクロレンズ、33…偏心レンズ、40…反射ミラー。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
ことを特徴とする光学シート。 An optical sheet, comprising: a mirror array having a plurality of reflecting surfaces that reflect a divergent light beam incident from a direction different from a normal direction of the main plane to form a parallel light beam on the main plane.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 2. The optical sheet according to claim 1, wherein an angle at which each of the reflecting surfaces intersects with the main plane increases as the distance from the portion other than the outer edge of the main plane increases.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 1, wherein an angle at which each of the reflecting surfaces intersects with the main plane increases as the distance from a part of an outer edge of the main plane increases.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 1, wherein each of the reflection surfaces is arranged in a lattice shape on the main plane.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 1, wherein each of the reflecting surfaces is formed of a metal film or a dielectric multilayer film.
ことを特徴とする請求項5に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 5, wherein each of the reflecting surfaces is formed of Al, Ag, or an alloy thereof.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 1, wherein a protective film made of a material transparent in a visible light region is formed on the surface of each reflection surface.
ことを特徴とする請求項7に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 7, wherein the protective film is made of Nb 2 O 5 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 or SiO 2 .
ことを特徴とする請求項7に記載の光学シート。 The optical sheet according to claim 7, wherein the protective film is made of a conductor.
前記母型に流し込まれた硬化型樹脂を硬化させて成形加工する工程と、
成形された前記硬化型樹脂を前記基材シートと共に前記母型から剥がす工程と、
前記母型から剥がされた硬化型樹脂の表面に反射膜を形成することにより、前記基材シートの法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化することの可能なミラーアレイを形成する工程と
を含むことを特徴とする光学シートの製造方法。 Pouring an uncured curable resin into a matrix having a plurality of inclined surfaces, and closely attaching a base sheet to the curable resin poured into the matrix;
Curing and curing the curable resin poured into the matrix;
Peeling the molded curable resin from the matrix together with the base sheet;
By forming a reflective film on the surface of the curable resin peeled off from the matrix, a divergent ray bundle incident from a direction different from the normal direction of the base sheet is reflected to be converted into a parallel ray bundle. Forming a possible mirror array. A method for manufacturing an optical sheet, comprising:
ことを特徴とする請求項10に記載の光学シートの製造方法。 The method of manufacturing an optical sheet according to claim 10, wherein the inclined surfaces of the matrix are arranged in a lattice pattern.
ことを特徴とする請求項10に記載の光学シートの製造方法。 The method for manufacturing an optical sheet according to claim 10, wherein each inclined surface of the matrix is formed by laser processing.
前記光学シートは、主平面上に、前記主平面の法線方向とは異なる方向から入射した発散光線束を反射して平行光線束化する複数の反射面を含むミラーアレイを有する
ことを特徴とする表示装置。 An image is displayed based on image information included in a projection unit that outputs projection light including image information, an optical sheet that reflects projection light from the projection unit, and reflected light from the optical sheet. A display unit,
The optical sheet has a mirror array including a plurality of reflecting surfaces that reflect a divergent light beam incident from a direction different from a normal direction of the main surface to form a parallel light beam on the main surface. Display device.
ことを特徴とする請求項13に記載の表示装置。 The display device according to claim 13, wherein the reflected light from the mirror array is incident on the display unit at an equal angle to each other.
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