JP2008180881A - Optical sheet, backlight unit using the same and display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートの改良に関するものであり、前記シートを搭載したバックライト・ユニットおよびディスプレイに関する。 The present invention relates to an improvement of an optical sheet used for illumination light path control in a display backlight unit mainly using a liquid crystal display element, and relates to a backlight unit and a display on which the sheet is mounted.
液晶表示装置(LCD)に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。
従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命が増大するが、これは電池式装置には特に望ましいことである。
A display typified by a liquid crystal display device (LCD) is remarkably widespread in a type including a light source necessary for recognizing provided information. In a battery-powered device such as a laptop computer, the power consumed by the light source occupies a substantial portion of the power consumed by the entire battery-powered device.
Thus, reducing the total power required to provide a given brightness increases battery life, which is particularly desirable for battery powered devices.
米国3M社の登録商標である輝度強調フィルム(Brightness Enhancement Film:BEF)が、この問題を解決する光学シートとして広く使用されている。 A brightness enhancement film (BEF) which is a registered trademark of 3M Corporation of the United States is widely used as an optical sheet for solving this problem.
BEFは、図1に示すように、部材70上に、断面三角形状の単位プリズム72が一方向に周期的に配列されたフィルムである。
このプリズム72は光の波長に比較して大きいサイズ(ピッチ)である。
BEFは、“軸外(off-axis)”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上(on-axis)”に方向転換(redirect)または“リサイクル(recycle)”する。
BEF is a film in which
The
BEF collects light from “off-axis” and redirects this light “on-axis” or “recycle” towards the viewer. To do.
ディスプレイの使用時(観察時)に、BEFは、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向(図1中に示す方向F)側である。 When using the display (when observing), the BEF increases the on-axis brightness by reducing the off-axis brightness. Here, “on-axis” is a direction that coincides with the visual direction of the viewer, and is generally the normal direction (direction F shown in FIG. 1) side with respect to the display screen.
プリズム72の反復的アレイ構造が1方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、2枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。
When the repetitive array structure of the
BEFの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
BEFに代表されるプリズム72の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献としては、特許文献1乃至3に例示されるように多数のものが知られている。
As patent documents disclosing that a brightness control member having a repetitive array structure of
上記のようなBEFを輝度制御部材として用いた光学シートでは、図2に示すように、屈折作用xによって、光源20からの光Pが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Fの光の強度を高めるように制御することができる。
しかしながら、同時に反射/屈折作用yによる光成分が、視聴者の視覚方向Fに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。
In the optical sheet using the BEF as a brightness control member as described above, the light P from the
However, at the same time, the light component due to the reflection / refraction action y is unnecessarily emitted in the lateral direction without proceeding in the visual direction F of the viewer.
したがって、図1,2に示すようなBEFを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図3にBで示すように、視聴者の視覚方向F、すなわち視覚方向Fに対する角度が0°(軸上方向にあたる)における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±90°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある。
図3のグラフは、プリズムシート1枚だけの場合の光強度分布であり、図中「垂直分布」で示される曲線は、プリズム72の並列される方向に相当し、「水平分布」で示される曲線は、プリズム72の長手方向に相当する。
一般には、プリズム72の並列される方向が略直交する様に、2枚のプリズムシートが併用される使用形態が普及している。
この様な光強度ピークを有する輝度分布は望ましくはなく、図3にAで示すように±90°近辺での光強度ピークのない滑らかな輝度分布の方が望ましい。
また、軸上輝度のみが過度に向上すると、グラフ中(特に、垂直分布の曲線で)の山の幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、グラフ中の山の幅を適度に拡げるために、プリズムシートとは別部材の光拡散フィルムを新たに併用する必要があり、部材数の増加を伴っている。
Accordingly, the light intensity distribution emitted from the optical sheet using the BEF as shown in FIGS. 1 and 2 is such that the viewer's visual direction F, that is, the angle with respect to the visual direction F is 0 °, as indicated by B in FIG. Although the light intensity in the (on the axial direction) is the highest, as shown as a small light intensity peak around ± 90 ° shown in the horizontal axis in the figure, the light emitted from the horizontal direction is increased. There's a problem.
The graph of FIG. 3 shows the light intensity distribution when only one prism sheet is used, and the curve indicated by “vertical distribution” in the figure corresponds to the direction in which the
In general, a usage form in which two prism sheets are used in combination so that the directions in which the
A luminance distribution having such a light intensity peak is not desirable, and a smooth luminance distribution having no light intensity peak around ± 90 ° as shown by A in FIG. 3 is desirable.
In addition, if only the on-axis brightness is excessively increased, the width of the peaks in the graph (especially in the vertical distribution curve) becomes extremely narrow and the viewing area is extremely limited. Therefore, it is necessary to newly use a light diffusing film which is a separate member from the prism sheet, which is accompanied by an increase in the number of members.
このような欠点を克服するために、図4に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学フィルム38を用いたバックライト・ユニット40もある(特許文献4)。
なお、図4、図6において符号21はランプハウス、符号23は光源(冷陰極管)、符号27は光反射シート(光反射板)を示している。
In order to overcome such a drawback, as shown in FIG. 4, there is also a
4 and 6,
この光学フィルム38の透明基材39の液晶パネル42側の面には、光学フィルム38内を進行した光を液晶パネル42へ導くレンズ44が設けられている。このレンズ44は、図5の斜視図に示すように、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。
さらに、他方の面には、該レンズ44の焦点面近傍に開口部46をもつストライプ状のパターンからなる反射材48が設けられている。
A
Further, on the other surface, a
この反射材48は、白色である二酸化チタン(TiO2)粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン(単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに1:1で対応して開口部を有するストライプ状となる。)で印刷形成(あるいは、転写形成)したものである。
The reflecting
図6は、図4,5の光学シートをバックライト・ユニットに適用した場合のバックライトの光路制御特性を示す説明図である。
拡散フィルム32から出射した光のうち、開口部46を通過した光のみが、レンズ44に入射し、レンズ44によってある一定方向に集光された後に出射される。
そして、偏光板49に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネル42に導かれる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing optical path control characteristics of the backlight when the optical sheet of FIGS. 4 and 5 is applied to the backlight unit.
Of the light emitted from the
Then, the light enters the polarizing
一方、開口部46を通ることができなかった光は、反射材48で反射され、拡散板26側に戻され反射板27へ導かれる。そして、反射板27によって反射されることによって再び拡散板26に入射し、拡散板26において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部46を通ってレンズ44に入射し、レンズ44によって、図6に示すように、所定角度φ内に絞られて出射される。
On the other hand, the light that could not pass through the
このような光学フィルム38を用いたバックライト・ユニット40では、光学フィルム38の開口部46の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズ44から正面方向Sに出射される光の割合を高めるように制御することができる。
携帯電話やモバイル端末の様な比較的小サイズの画面を有するディスプレイではなく、液晶TV,パソコン用モニターの様な大サイズの画面を有するディスプレイでは、画面内の輝度分布を一様とする上では、エッジライト〜導光板を用いたバックライト・ユニットよりも、光源が画面背後のランプハウスに収納された直下式バックライト・ユニットの採用が好ましい。 In the case of a display having a large screen such as a monitor for a liquid crystal TV or a personal computer instead of a display having a relatively small screen such as a mobile phone or a mobile terminal, in order to make the luminance distribution in the screen uniform. It is preferable to adopt a direct backlight unit in which a light source is housed in a lamp house behind the screen, rather than a backlight unit using an edge light to a light guide plate.
図7に示されるように、液晶表示装置内のバックライト・ユニットは各要素の積層構成の形態であり、拡散フィルムもしくはDBEF80/プリズムシートもしくは光学フィルム81/拡散フィルム82/拡散板83が、光源84の収納されたランプハウス85上に配置される。以下、拡散フィルムもしくはDBEF80、プリズムシートもしくは光学フィルム81、拡散フィルム82などの光制御シートを総称して光学機能部材と呼ぶ。 As shown in FIG. 7, the backlight unit in the liquid crystal display device is in the form of a laminated structure of each element, and the diffusion film or DBEF80 / prism sheet or optical film 81 / diffusion film 82 / diffusion plate 83 is a light source. It is arranged on 84 lamp houses 85 accommodated. Hereinafter, the light control sheets such as the diffusion film or DBEF 80, the prism sheet or optical film 81, and the diffusion film 82 are collectively referred to as an optical functional member.
しかしながら、ディスプレイの低価格化、大型化が進むにつれ、部材点数の削減と光学機能部材の剛性向上の観点から、拡散板と光学機能部材の一体化が望まれている。この場合、バックライト・ユニットの積層構造形態は図8のようであり、拡散フィルムもしくはDBEF80/板一体型光学機能部材86が光源84の収納されたランプハウス85上に配置される。必要とする性能に合致していれば、図9のように板一体型光学機能部材86のみが光源84の収納されたランプハウス85上に配置されるシンプルな構成が最も望ましい。
However, as the price of displays increases and the size increases, integration of the diffuser plate and the optical functional member is desired from the viewpoint of reducing the number of members and improving the rigidity of the optical functional member. In this case, the laminated structure form of the backlight unit is as shown in FIG. 8, and a diffusion film or DBEF 80 / plate integrated optical
以上のような構成は理想形ではあるが、構成の単純化による様々な問題点は解決をみていないため、実際の商品として販売例はない。特にバックライト点灯時に発する高熱の影響や輸送の振動による光学機能部材と拡散板の剥がれは大きな問題となる。 Although the configuration as described above is an ideal form, various problems due to the simplification of the configuration have not been solved, so there are no sales examples as actual products. In particular, peeling of the optical functional member and the diffusion plate due to the influence of high heat generated when the backlight is turned on or vibration of transportation becomes a serious problem.
上記目的を達成するために、本発明は光の出射の方向,範囲,色,輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材と、拡散板とが接合された光学シートにおいて、前記光学機能部材の端面と前記拡散板の端面とが一体化されていることを特徴とする。
また、本発明は、光の出射の方向,範囲,色,輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材と、前記光学機能部材とは光学的性能が異なる光学単位シートとが接合された光学シートにおいて、前記光学機能部材の端面と前記光学単位シートの端面とが一体化されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to an optical sheet in which an optical functional member for controlling at least one of the direction, range, color, and luminance distribution of light is bonded to a diffusion plate. And an end face of the diffusion plate are integrated.
The present invention also relates to an optical device in which an optical functional member that controls at least one of the direction, range, color, and luminance distribution of light emission is joined to an optical unit sheet having optical performance different from that of the optical functional member. In the sheet, the end face of the optical functional member and the end face of the optical unit sheet are integrated.
請求項4から5は端面が熱処理、もしくは樹脂膜のコートにより保護されている光学シートを指している。
また、請求項8は請求項1から7に記載の光学シートを用いたバックライト、請求項9は請求項8に記載のバックライトを用いた液晶ディスプレイを指している。
Further,
本発明によれば、図8、図9に示すような板一体型光学機能部材86を使用した構成において、バックライト点灯時の熱や輸送の振動による部材の剥がれによる表示不具合がないバックライトおよび液晶ディスプレイを実現することができる。
According to the present invention, in the configuration using the plate-integrated optical
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の光学シートである板一体型光学機能部材86としては、単に拡散板と光学機能部材を接合したものから、拡散板の機能を一部あるいは全て光学機能部材に集約し、微拡散の板や単なる透明板と接合したものも含まれる。従って、本発明において、光学機能部材とは光学的性能が異なる光学単位シートとして、例えば、上述の微拡散の板や、単なる透明板が挙げられる。
As the plate-integrated optical
拡散板や微拡散板、透明板の材料としては当該分野でよく知られているポリカーボネートやアクリルやポリスチレン、またはこれらの材料を任意の比で配合したものが挙げられる。 Examples of the material for the diffusion plate, the fine diffusion plate, and the transparent plate include polycarbonate, acrylic, polystyrene, or a mixture of these materials in an arbitrary ratio, which are well known in the art.
板と光学機能部材の接合方法としては、熱可塑性やUV硬化性の材料で板上に直接光学機能部分を付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし板上に直接塗布する方法があげられる。熱可塑性の材料やUV硬化性の材料、バインダー樹脂としては、当該分野でよく知られているポリカーボネートやアクリル、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ビーズや拡散剤としてはガラスやシリカなどの無機フィラー、有機フィラーなどが挙げられる。 As a method of joining the plate and optical functional member, a method in which an optical functional part is directly provided on the plate with a thermoplastic or UV curable material, a bead or a diffusing agent is dissolved in a solvent together with a resin serving as a binder and directly applied on the plate How to do. As thermoplastic materials, UV curable materials, binder resins, polycarbonate, acrylic, polypropylene, cycloolefin polymers well known in the field, as beads and diffusing agents, inorganic fillers such as glass and silica, organic fillers Etc.
また別の接合方法としては、PETやPC(ポリカーボネート)やアクリルの基材に上述したような熱可塑性やUV硬化性の材料で基材上に光学機能部分を付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし基材上に塗布する方法を経て、基材と板を接合する方法もある。この基材と板の接合方法としては当該分野でよく知られた粘着剤や接着剤を用いる方法や、エキシマレーザーで表面処理したのちに熱や圧力で基材と板を直接接合する方法が挙げられる。 As another bonding method, a method of adding an optical functional part on a base material of the above-mentioned thermoplastic or UV curable material to a base material of PET, PC (polycarbonate) or acrylic, beads or a diffusing agent are used. There is also a method of joining the substrate and the plate through a method of dissolving in a solvent together with a resin serving as a binder and applying the solution onto the substrate. Examples of the method for bonding the substrate and the plate include a method using a pressure-sensitive adhesive or adhesive well known in the art, and a method for directly bonding the substrate and the plate with heat or pressure after surface treatment with an excimer laser. It is done.
本発明は図10(A)、(B)に示すように光学シート10を構成する部材12、14の端面12A、14Aが熱処理により一体化され、あるいは、図10(C)に示すように樹脂膜16により一体化されていることを特徴とする。
ここで光学シート10を構成する一方の部材12は光学機能部材であり、他方の部材14は、拡散板あるいは光学機能部材12とは光学的性能が異なる光学単位シートである。
In the present invention, as shown in FIGS. 10A and 10B, the end faces 12A and 14A of the
Here, one
熱処理とは、光学機能部材12と板(拡散板あるいは光学単位シート)14とを、端面12A、14Aで融着することを指す。手段としては断裁済みの光学シートの端面を熱する他、熱したトムソン刃で打ち抜く、レーザーで断裁しながら処理するなどがあげられる。
図10(A)に示す場合には、点の散在範囲で示すように、一方の部材14の端面14Aのみが溶融して溶着され、図10(B)に示す場合には、点の散在範囲で示すように、双方の部材12、14の端面12A、14Aが溶融して溶着されている。
The heat treatment refers to fusing the optical
In the case shown in FIG. 10A, only the
熱処理する部分としては、端面全てでも一部でも構わない。
断裁済みの光学シートの端面を一部熱したトムソン刃で打ち抜いたり、レーザーで断裁しながら処理する方法もある。特に剥がれやすい箇所や、剥がれ始めるバックライトやパネルとの接触部分のみ処理することで、熱処理にかかる費用や手間を少なくすることができる。
The part to be heat-treated may be all or part of the end face.
There are also methods in which the end face of the cut optical sheet is punched with a partially heated Thomson blade or processed while being cut with a laser. In particular, by treating only the portion that is easily peeled off or the contact portion with the backlight or panel that begins to peel off, the cost and labor for heat treatment can be reduced.
図10(C)に示すように、光学シート10を構成する部材12、14の端面12A、14Aを樹脂膜16により一体化する場合には、双方の部材12、14の端面12A、14Aにわたり樹脂膜16を取着することでなされる。
樹脂膜16のコートとしては、水や熱、溶剤に強いことが望ましく、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂などが上げられる。樹脂膜16でコートする部分としては、端面全てでも一部でも構わない。特に剥がれやすい箇所や、剥がれ始めるバックライトやパネルとの接触部分のみ処理することで、樹脂膜16のコートにかかる費用や手間を少なくすることができる。
As shown in FIG. 10C, when the end surfaces 12A and 14A of the
The coating of the
上記のように作成した光学シートをバックライトや液晶表示装置に組込み、長時間光源を点灯したり、輸送試験にかけても剥がれが生じることがなかった。 The optical sheet prepared as described above was incorporated into a backlight or a liquid crystal display device, and the light source was turned on for a long time, and peeling did not occur even during a transportation test.
図11は本発明の実施例の形状を示す。形状Aから形状Cの黒実線は光学シート10の形状を示し、太線部分Gは熱処理した端面や箇所を示している。本発明には特にサイズの制限はないが、実施例では形状Aから形状Cの最大巾(a)を415mm、最大長さ(b)730mmと統一して検証した。形状Aの短辺の切り込みは幅10mm、深さ10mm、長辺の切り込みは幅10mm、深さ5mmとした。形状Bの切り込みは10mm×10mmとした。形状Cの丸穴は直径5mmとした。板の材質としては、スチレン、アクリルとスチレンの共重合体の2種類で、曇価92%、全光線透過率65%のものを使用した。また、参照として端面処理しない形状Aのものも作成した。
FIG. 11 shows the shape of an embodiment of the present invention. A solid black line from the shape A to the shape C indicates the shape of the
光学機能部材12としてはPET上にUV硬化性のアクリル樹脂でシリンドリカルレンズを作成した。その後特開2005−37694号公報にあるように、白色の反射層を形成した。これをアクリル系の接着剤で板と接合した。
As the optical
端面処理をしないものに関しては、作成した光学シート10を丸刃のカッターで断裁した。樹脂膜16でコートするものに関しては、作成した光学シート10を丸刃のカッターで断裁したのち、処理面に市販の一液硬化性のシーリング剤を塗布した。一部熱処理するものに関しては、丸刃のカッターで処理面以外を断裁した後、レーザー断裁機で所定の形状に断裁した。全て熱処理するものは、最初から全てレーザー断裁機を使用し形状を作成した。
For those not subjected to the end face treatment, the produced
上記のように作成した試料を80℃500時間、80℃1日後に常温2日間、の2条件に入れて試験した。これらの条件はバックライト点灯・消灯時の温度を想定している。その結果、端面の処理方法によらず形状AからCは剥がれは発生しなかった。また、端面処理していない形状Aは切り込み部から剥がれが生じた。 The sample prepared as described above was tested under the two conditions of 80 ° C. for 500 hours and 80 ° C. for 1 day and at room temperature for 2 days. These conditions assume the temperature when the backlight is turned on and off. As a result, the shapes A to C did not peel off regardless of the end face processing method. In addition, the shape A that had not been subjected to the end face treatment peeled off from the cut portion.
また、輸送による振動状態を試験するために、作成した光学シート10を液晶表示装置に組み込み、振動数を5〜50HZ、加速度を1.0GとしZ方向に69分、X方向に18分、Y方向に18分試験した。その結果、端面の処理方法によらず形状AからCは剥がれは発生しなかった。また、端面処理していない形状Aは切り込み部から剥がれが生じた。
In order to test the vibration state due to transportation, the created
なお、形状Aから形状Cは光学シート形状の一例であり、本発明はかかる形状のみに限定されるものではない。 Shape A to shape C are examples of optical sheet shapes, and the present invention is not limited to such shapes.
上述したように、本発明によればバックライトや液晶表示装置の光源から発生する熱や、輸送中の振動で剥がれが発生しない光学シートを提供することが可能になる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical sheet that does not peel off due to heat generated from a light source of a backlight or a liquid crystal display device or vibration during transportation.
10……光学シート、光源20……光源、23……光源、26……拡散板、27……反射板、38……光学シート、40……バックライトユニット、42……液晶パネル、44……レンズ部、46……開口部、48……ストライプ状のパターンからなる反射材、70……部材、72……単位プリズム、80…… 拡散フィルムもしくはDBEF、81…… プリズムシートもしくは光学フィルム、82……拡散フィルム、83……拡散板、84……光源、85……ランプハウス、86……板一体型光学機能部材。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光学機能部材の端面と前記拡散板の端面とが一体化されている、
ことを特徴とする光学シート。 In an optical sheet in which an optical functional member that controls at least one of the direction, range, color, and luminance distribution of light is bonded to a diffusion plate,
The end surface of the optical function member and the end surface of the diffusion plate are integrated.
An optical sheet characterized by that.
前記光学機能部材の端面と前記光学単位シートの端面とが一体化されている、
ことを特徴とする光学シート。 In an optical sheet in which an optical functional member that controls at least one of the direction, range, color, and luminance distribution of light is joined to an optical unit sheet that is different in optical performance from the optical functional member,
The end face of the optical functional member and the end face of the optical unit sheet are integrated.
An optical sheet characterized by that.
ことを特徴とする請求項1または2記載の光学シート。 The total thickness of the optical sheet is 1.5 mm or more,
The optical sheet according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1乃至3に何れか1項記載の光学シート。 The integration is performed by heat-treating both end faces or one end face and melting the end faces.
The optical sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein:
ことを特徴とする請求項1乃至3に何れか1項記載の光学シート。 The integration is performed by attaching a resin film over both end faces.
The optical sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein:
冷陰極線管あるいはLEDによる光源と、
請求項8記載のバックライト・ユニットを備えることを特徴とするディスプレイ。 An image display element comprising a liquid crystal display element that defines a display image according to transmission / shading in pixel units;
A light source using a cold cathode ray tube or LED;
A display comprising the backlight unit according to claim 8.
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