JP2008145549A - 光学部材及びバックライトユニット並び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部材及びバックライトユニット並びに表示装置において、低コストで作製することができると共に、斜め方向の洩れ光を抑制して正面輝度を大幅に向上させること。
【解決手段】 表面に複数の凸レンズ部２が並んで形成された透明部材３と、透明部材３の裏面に配された光吸収層部４と、光吸収層部４の裏面に配された光反射層部５とを備え、光吸収層部４及び光反射層部５には、バックライト部を焦点位置としバックライト部からの照射光を通して凸レンズ部２で平行光とする結像光学系を構成する光学窓６が凸レンズ部２の頂部の直下にそれぞれ開けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば高い正面輝度を有し液晶表示装置等に好適な光学部材及びこれを備えたバックライト並びに表示装置に関する。

携帯電話機、ＰＤＡ、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）、パーソナルコンピュータのディスプレイ等には、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。この液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるバックライトユニットが用いられている。

近年、液晶表示装置の使用環境に応じて、画面正面からの視認性を向上させ、画面斜め側方からの視認性を制限したいという要望がある。例えば、携帯電話機の液晶ディスプレイや銀行等のＡＴＭの操作画面においては、表示された画像や情報を使用中に側方から他人に覗き見されないようにしたいという要望がある。

このような目的に使用される覗き見防止用のシート又はフィルムとして、例えば特許文献１では、白色層、黒色層、透明層、黒色層が繰り返し配列されているシリコーンゴムの照光表示体用防眩シートが提案されている。この防眩シートでは、黒色層による遮光効果で光の拡散を抑制するものである。また、特許文献２では、複数の透明シリコーンゴムシートと、着色シリコーンゴムシートとを互い違いに並べて一体化した防眩層を有する情報表示体用の覗き見防止体が提案されている。この覗き見防止体では、防眩層の防眩効果により、第三者が横から覗き見ることを防ぐものである。

さらに、特許文献３では、バックライトのプリズムシートの代わりに使用されるものであって、一方の面に凸レンズ形状物が連続して形成された透光性樹脂基材と、透光性樹脂基材の他方の面に凸レンズ形状物の境界を含む領域に形成された反射層とを有する光学部材シートが提案されている。この光学部材シートでは、複数の凸レンズ形状物によって画面正面に光線を集中させて画面輝度の向上を図るものである。

特開平５−９４７３１号公報 特開２００３−１３１２０２号公報 特開２００６−１４５６５３号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２の技術では、着色層（着色シート）と透明層（透明シート）とを複数重ねて積層方向に直交する方向にスライスして作製するため、製造コストが高いという不都合がある。また、所定間隔を空けて並んだ着色層で遮光しているだけであるので、隣接する着色層間を斜めに進行する光によって正面以外の斜め方向への洩れ光が発生してしまう。さらに、特許文献３の技術では、複数の凸レンズ形状物で光線を正面側に集中させているが、通常のプラズマシートのように、シートに斜め入射した光を、正面側にその進行方向を変化させているだけであるため、通常のプラズマシートに対して大幅な正面輝度の向上は望めないと共に斜め方向の洩れ光が生じてしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、低コストで作製することができると共に、斜め方向の洩れ光を抑制して正面輝度を大幅に向上させることができる光学部材及びバックライトユニット並び表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の光学部材は、面光源の表面側に平行に配されると共に表面に複数の凸レンズ部が並んで形成された透明部材と、前記透明部材の裏面に配された光吸収層部と、前記光吸収層部の裏面に配された光反射層部とを備え、前記光吸収層部及び前記光反射層部には、前記面光源を焦点位置とし前記面光源からの照射光を通して前記凸レンズ部で平行光とする結像光学系を構成する光学窓が前記凸レンズ部の頂部の直下にそれぞれ開けられていることを特徴とする。

この光学部材では、光吸収層部及び光反射層部に、面光源を焦点位置とし面光源からの照射光を通して凸レンズ部で平行光とする結像光学系を構成する光学窓が凸レンズ部の頂部の直下にそれぞれ開けられているので、バックライト部等の面光源からの照射光が光学窓及び凸レンズ部の結像光学系によって集光されて平行光とされるため、洩れ光を抑制して正面輝度を大幅に向上させることができる。また、光反射層部が正面方向以外の斜め光の入射を遮断すると共に光吸収層部が光の散乱を抑制するので、正面方向以外の斜め方向に対する洩れ光を防止することができる。したがって、正面方向以外の斜め方向での輝度を極端に低減することができる。さらに、光吸収層部を設けることにより、凸レンズ部の境界面で反射され光吸収層部に入射された光を吸収することができ、この点においても高い洩れ光防止効果を得ることができる。なお、従来技術のように、多数層を積層させてスライスする工程などが不要であるため、低コストに作製することができる。

本発明のバックライトユニットは、上記本発明の光学部材と、前記光学部材に向けて照射光を出射する前記面光源であるバックライト部とを備えていることを特徴とする。すなわち、このバックライトユニットでは、光学部材に向けて照射光を出射する面光源としてバックライト部を備えているので、光学部材に向けた照射光が効率的に集光され、正面輝度の高いバックライトを得ることができる。

また、本発明のバックライトユニットは、前記光学部材と平行に配された導光板と、前記導光板の端部に配されて前記導光板内に光を出射する光源と、前記導光板と前記光学部材との間に配され前記導光板から入射された光を前記光学部材に向けて出射するプリズムシートとを備えていることを特徴とする。すなわち、このバックライトユニットでは、光源からの入射光が導光板を介してプリズムシートを透過するため、プリズムシートによって入射光が光学部材に向けた進行方向の照射光となる。したがって、上記光学部材の光学窓に向けて効率的に照射光を出射することができ、集光度を高めてより正面輝度を向上させることができる。

本発明の表示装置は、画像表示パネルと、前記画像表示パネルの裏面側に配された上記本発明のバックライトユニットとを備えていることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、上記本発明のバックライトユニットを備えているので、正面方向に集光されたバックライトの照射光が画像表示パネルに照射されることで、高い正面輝度を有した画像表示が可能になる。

また、本発明の表示装置は、前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置であるので、薄型軽量化及び低コスト化ができると共に、高い正面輝度を有した液晶表示が得られる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る光学部材及びバックライトユニットによれば、面光源を焦点位置とし面光源からの照射光を通して凸レンズ部で平行光とする結像光学系を構成する光学窓が凸レンズ部の頂部の直下にそれぞれ開けられているので、面光源からの照射光が光学窓及び凸レンズ部の結像光学系によって集光されて平行光とされるため、洩れ光を抑制して正面輝度を大幅に向上させることができる。また、光吸収層部及び光反射層部により、正面方向以外の斜め方向に対する洩れ光を抑制することができる。したがって、この本発明の光学部材及びバックライトユニットを搭載した表示装置では、高い正面輝度と斜め方向への洩れ光防止により、正面への高い指向性を有した高輝度表示が可能になるため、覗き見防止用として携帯電話機の液晶ディスプレイやＡＴＭの操作画面等に好適である。

以下、本発明に係る光学部材及びバックライトユニット並びに表示装置の一実施形態を、図１から図６に基づいて説明する。

本実施形態における光学部材１は、図１及び図２に示すように、シート状、フィルム状又は板状のものであり、表面に複数の凸レンズ部２がアレイ状に並んで形成された透明部材３と、透明部材３の裏面に配された光吸収層部４と、光吸収層部４の裏面に配された光反射層部５とを備え、光吸収層部４及び光反射層部５には、凸レンズ部２の頂部の直下にそれぞれ光学窓６が開けられている。

上記透明部材３は、例えばエポキシ樹脂、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリ塩化ビニルなどの光透過性樹脂などで形成されたシート状、フィルム状又は板状のものであり、断面略半円形状かつ平面視円形状の複数の凸レンズ部２が表面に縦横の格子状に配列されて一体成形されている。なお、透明部材３の材質（屈折率等）や厚さは、凸レンズ部２の形状やレンズ特性、強度などによって適宜設定される。

上記光吸収層部４は、透明部材３の裏面に積層されたカーボン等の黒色層である。
また、上記光反射層部５は、光吸収層部４の裏面に積層された銀色や白色の光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態では銀蒸着膜を設けたフィルム層である。なお、上記銀蒸着膜の代わりに、アルミ金属蒸着膜などを採用しても構わない。

また、本実施形態のバックライトユニット７は、上記光学部材１と、光学部材１に向けて照射光を出射する面光源であるバックライト部８とを備えている。
上記バックライト部８は、光学部材１と平行に配された導光板９と、導光板９の端部に配されて導光板９内に光を出射する光源１０と、導光板９と光学部材１との間に配され導光板９から入射された光を光学部材１に向けた上方向への照射光として出射するプリズムシート１１と、導光板９の下面に配された反射シート１２とを備えている。

上記光学窓６は、面光源であるバックライト部８を焦点位置としバックライト部８からの照射光を通して凸レンズ部２で平行光とする結像光学系を構成するように設定されている。なお、光学窓６は、各凸レンズ部２に対向した位置に形成されており、その内径は、バックライト部８との距離、凸レンズ部２の大きさや形状に応じた結像光学系によって適宜決定される。

上記プリズムシート１１は、導光板９からの光を上面側に集光するための透明シート状の部材であり、平行な複数の稜線１４ａを有するプリズム部１４を裏面側に有している。また、光源１０の光軸は、プリズムシート１１におけるプリズム部１４の稜線１４ａに対して光軸がねじれの位置に設定され、特に、上方への高い指向性が得られる方向として、プリズム部１４の稜線１４ａに直交する方向と平行に設定される。

上記導光板９は、透明なポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等で形成されている。
上記反射シート１２は、光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態ではアルミ金属蒸着膜を設けたフィルムが採用されている。

上記光源１０は、導光板９の側端部に複数配置された白色ＬＥＤである。この白色ＬＥＤは、例えば基板上の半導体発光素子を樹脂材で封止したものであり、半導体発光素子として、例えば青色（波長λ：４７０〜４９０ｎｍ）ＬＥＤ素子又は紫外光（波長λ：４７０ｎｍ未満）ＬＥＤ素子であって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体）の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。
また、この半導体発光素子を封止する樹脂材は、シリコーン樹脂を主剤とし、例えばＹＡＧ蛍光体が添加されている。このＹＡＧ蛍光体は、半導体発光素子からの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。なお、白色ＬＥＤとしては、上記以外でも種々のものが採用可能である。

本実施形態の表示装置は、例えば携帯電話機、ＰＤＡ、ＡＴＭの液晶ディスプレイに適用される液晶表示装置であって、液晶表示パネル（画像表示パネル）１３と、液晶表示パネル１３の裏面側に配された上記バックライトユニット７とを備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル１３の画面側及びバックライトユニット７の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。

上記液晶表示パネル１３は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルが採用される。本実施形態の液晶表示パネル１３は、半透過型であり、上基板２２と下基板２３との間隙に液晶Ｌをシール材２４で封止したパネル本体２５と、その下面側に光透過性と光反射性の両機能を持った半透過反射板２６とを備えている。上記液晶Ｌは、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶等が用いられる。上記上基板２２は、ガラス等からなる上透明基板２２ａと、この上透明基板２２ａの下面に設けられＩＴＯ膜からなる上透明電極２２ｂと、上透明電極２２ｂの下面に設けられ透明なポリイミド樹脂膜等に配向処理を施した上配向膜２２ｃと、上透明基板２２ａの上面に設けられた上偏光板２２ｄとを備えている。

上記下基板２３は、ガラス等からなる下透明基板２３ａと、この下透明基板２３ａの上面に設けられＩＴＯ膜からなる下透明電極２３ｂと、下透明電極２３ｂの上面に設けられ透明なポリイミド樹脂膜等に配向処理を施した下配向膜２３ｃと、下透明基板２３ａの下面に設けられた下偏光板２３ｄとを備えている。
上記半透過反射板２６は、透過性を有するように形成されたアルミ金属蒸着膜シートや反射型偏光板等が用いられる。なお、上基板２２と下基板２３との間隙には、シリカボールやプラスチックボール等からなるスペーサ（図示略）が分散されて配され、所定の間隙を確保している。

この本実施形態の光学部材１及びバックライトユニット７では、図４に示すように、バックライト部８からの照射光がピンホールのように機能する光学窓６を通して凸レンズ部２で集光されることで、平行光とされて上方の液晶表示パネル１３に向けて出射される。

次に、本実施形態の光学部材及びバックライトユニット並びに表示装置について、光指向特性についてシミュレーションした結果を、図５及び図６を参照して説明する。

本実施形態の光学部材１とバックライト部８とからなるバックライトユニット７において、光指向性特性のシミュレーションした結果、図５に示すように、正面に対して非常に高い指向性を有していることがわかる。これに対して、比較例として従来の特許文献３に記載されていた技術で、同様にシミュレーションした結果を、図６に示す。この図６において、破線で示した２本の直線に挟まれた範囲が、上記本実施形態におけるシミュレーションでの光指向性範囲を示している。

この図５及び図６からわかるように、本実施形態では、比較例に対して、より狭い光指向性を得ていることが分かる。なお、図６において、線Ａは、特許文献３に記載の光学部材シートを導光板のみに載せた場合であり、線Ｂは、光学部材シートをバックライトに載せた場合のシミュレーション結果である。なお、上記バックライトに載せた場合は、導光板、拡散シート、プリズムシート２枚（プリズム部の稜線が互いにねじれの関係にある２枚のプリズムシート）を光学部材シートに載せた場合である。
また、図６において、二点鎖線の円で示した部分では、上記本実施形態におけるシミュレーション結果に比べて洩れ光が生じてしまっていることがわかる。すなわち、比較例では、斜め方向に対して遮光性に劣っているのに対し、本実施形態では、斜め方向に対して洩れ光がほとんど生じていないことがわかる。

このように本実施形態の光学部材１及びバックライトユニット７では、バックライト部８を焦点位置としバックライト部８からの照射光を通して凸レンズ部２で平行光とする結像光学系を構成する光学窓６が凸レンズ部２の頂部の直下にそれぞれ開けられているので、バックライト部８からの照射光が凸レンズ部６及び光学窓６による結像光学系によって集光されて平行光とされる。

したがって、光利用効率を低減させずに、洩れ光を抑制して正面輝度を大幅に向上させることができる。また、光反射層部５が正面方向以外の斜め光の入射を遮断すると共に光吸収層部４が光の散乱を抑制するので、正面方向以外の斜め方向に対する洩れ光を防止することができ、正面方向以外の斜め方向での輝度を極端に低減することができる。さらに、光吸収層部４を設けることにより、凸レンズ部２の境界面で反射され光吸収層部４に入射された光を吸収することができ、この点においても高い洩れ光防止効果を得ることができる。なお、従来技術のように、多数層を積層させてスライスする工程などが不要であるため、低コストに作製することができる。

したがって、本実施形態のバックライトユニット７では、バックライト部８によって上記光学部材１に向けて照射光を出射するので、光学部材１に向けた照射光が効率的に集光され、正面輝度の高いバックライトを得ることができる。
すなわち、このバックライトユニット７では、光源１０からの入射光が導光板９を介してプリズムシートを透過するため、プリズムシート１１によって入射光が光学部材１に進行方向を向けた照射光となる。したがって、照射光を上記光学部材１の光学窓６に効率的に入射することができ、集光度を高めてより正面輝度を向上させることができる。

そして、上記本発明のバックライトユニット７を備えた液晶表示装置では、正面方向に集光されたバックライトユニット７からの照射光が液晶表示パネル１３に照射されることで、高い正面輝度を有した画像表示が可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記実施形態では、複数の凸レンズ部２が格子状に配置されているが、千鳥配置等の他の配置で形成されても構わない。
また、上記実施形態では、平面視円形状の凸レンズ部２を採用しているが、フライアイレンズのように平面視四角形状の凸レンズ部を採用しても構わない。さらに、凸レンズ部２の形状は、断面略半円形状だけでなく、集光効果が得られれば他の凸レンズ形状でも構わない。

さらに、上記実施形態では、透明部材３の裏面側に光吸収層部４と光反射層部５が積層状態に形成されているが、光吸収層部４及び光反射層部５をそれぞれ別体のシート状又やフィルム状等の部材として形成し、透明部材３の裏面に配しても構わない。
また、上述したように、光源１０に白色ＬＥＤを用いることが好適であるが、線状光源の蛍光管を光源として採用しても構わない。

上記実施形態では、画像表示パネルとして液晶表示パネル１３を採用しているが、他の画像表示パネルを用いても構わない。例えば、電子ペーパーなどの画像表示パネルを採用しても良い。
また、上記バックライトユニットとしては、他の種々の構成が採用可能である。例えば、上記実施形態では、導光板から出射された光をより均一化させる部材である拡散シートを省いているが、この拡散シートを導光板上に配したバックライトユニットとしても構わない。また、上記実施形態では、１枚のプリズムシートを採用しているが、２枚のプリズムシート（プリズム部の稜線が互いにねじれの関係にある２枚のプリズムシート）を採用しても構わない。

本発明に係る光学部材及びバックライトユニット並びに表示装置の一実施形態において、光学部材を示す断面図である。 本実施形態において、光学部材を示す平面図である。 本実施形態において、バックライトユニット及び表示装置を示す概略的な断面図である。 本実施形態において、表示装置を示す要部の拡大断面図である。 本実施形態において、バックライト指向特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に係る従来例において、バックライト指向特性のシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１…光学部材、２…凸レンズ部、３…透明部材、４…光吸収層部、５…光反射層部、６…光学窓、７…バックライトユニット、８…バックライト部（面光源）、９…導光板、１０…光源、１１…プリズムシート、１３…液晶表示パネル（画像表示パネル）

Claims (5)

1. 面光源の表面側に平行に配されると共に表面に複数の凸レンズ部が並んで形成された透明部材と、
   前記透明部材の裏面に配された光吸収層部と、
   前記光吸収層部の裏面に配された光反射層部とを備え、
   前記光吸収層部及び前記光反射層部には、前記面光源を焦点位置とし前記面光源からの照射光を通して前記凸レンズ部で平行光とする結像光学系を構成する光学窓が前記凸レンズ部の頂部の直下にそれぞれ開けられていることを特徴とする光学部材。
2. 請求項１に記載の光学部材と、
   前記光学部材に向けて照射光を出射する前記面光源であるバックライト部とを備えていることを特徴とするバックライトユニット。
3. 請求項２に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記光学部材と平行に配された導光板と、
   前記導光板の端部に配されて前記導光板内に光を出射する光源と、
   前記導光板と前記光学部材との間に配され前記導光板から入射された光を前記光学部材に向けて出射するプリズムシートとを備えていることを特徴とするバックライトユニット。
4. 画像表示パネルと、
   前記画像表示パネルの裏面側に配された請求項２又は３に記載のバックライトユニットとを備えていることを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置において、
   前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする表示装置。

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