JP2008275655A - 光学シート、それを用いたバックライトユニット、およびディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディスプレイ装置100の用いる光学シート21を、一方のシート面にアレイ状の光学素子が配列されたレンズ部9と、レンズ部9の対向位置でレンズ部9を形成する各光学素子への入射光をそれぞれ規制する複数の光学的開口を構成する遮光パターンとを有する光学シートであって、遮光パターンは、厚さ方向に離間した状態で、入射側から順次配列された光反射層6、8によって形成された構成とする。
【選択図】図1
Description
そのため、バックライトユニットからの拡散光をある程度集光するため、液晶表示素子とバックライトユニットとの間に、複数のレンズやプリズムなどを有する光学シートが配置されている場合が多い。
例えば、特許文献1には、液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段とを備え、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層が設けられ、該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部または該レンズ層によって液晶層内部で結像する位置関係にあるレンズ層焦点面より外側に開口をもつ遮光部を有する液晶表示装置が記載されている。
特許文献1には、遮光部を反射層とすることによりさらに光の利用効率を向上できることが示唆されている。
特許文献1に記載の技術では、複数のレンズからなるシート状のレンズ層に、各レンズの焦点位置近傍、すなわちレンズ面の裏面側に遮光部を配置することで、レンズ層により略平行光が出射されるものの、レンズ層のNAの範囲外となる大きな入射角で光学シートに入射する光は、隣接するレンズ層に大きな入射角で入射して、透過されることなく光量損失を発生させたり、透過しても輝度ムラを生じさせたりする原因となるという問題がある。
この発明によれば、光学素子部の反対側のシート面から入射された光は、第1の光反射層が形成する光学的開口によって入射光が規制され、さらに対向する光学素子部との間に設けられた第2の光反射層が形成する光学的開口によって、光学素子部への入射光が規制される。したがって、第1の光反射層で形成される光学的開口を透過した光でも、入射角によっては、第2の光反射層によって入射側に反射されるので、入射した光学的開口に対向する以外の光学素子、例えば隣接する光学素子などに透過する入射光が低減され、また入射側に反射された光は再利用可能となる。
この発明によれば、第2の光反射層が光学素子部の入射側に隣接して設けられた構成とするので、各光学素子への入射光を確実に制御することができる。
この発明によれば、第1の光反射層で形成される光学的開口を透過して広がって進む光を対向する光学素子に入射させることができるので、透過光の輝度を向上することができる。
この発明によれば、基材層の一方の表面に第1の光反射層を形成し、他方の表面に第2の反射層、光学素子部をそれぞれ形成するため、基材層としてフィルムシートなど採用することにより、連続的に製造することができるので、効率的な製造が可能となる。
この発明によれば、接合層を介して光拡散部材を接合して積層一体化するので、第1の光反射層の間の光学的開口に空気層を残すように接合する場合に比べて、光学シートを容易に形成することができる。また、空気層がつぶれたりしないように、第1の光反射層が形成されたシート部材または光拡散部材を厚肉にする必要がないので、空気層を設ける場合に比べて薄型の光学シートを形成することができる。
なお、ここで、光拡散部材が平板状であるとは、シート状を含む平板状を意味するものとする。
この発明によれば、第1の光反射層による光学的開口を凸シリンドリカルレンズの焦点位置近傍に配置し、第2の光反射層を、凸シリンドリカルレンズの光軸に対称に配置することで、第1の光反射層による光学的開口を透過した光を対向する凸シリンドリカルレンズによって効率的に集光することができる。
この発明によれば、請求項1〜5のいずれかに記載の光学シートを用いるので、請求項1〜5のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
この発明によれば、請求項1〜6のいずれかに記載の光学シートを用いた請求項7のバックライトユニットを用いるので、請求項1〜6のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
本発明の実施形態に係る光学シートについて、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置とともに説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。図2は、本発明の実施形態に係る光学シートの模式的な断面図である。図3は、図2のA視説明図である。なお、各図は模式図のため寸法比などは誇張されている(以下も同じ)。
光源部20と光学シート21とは、バックライトユニット23を構成している。
以下では、このような配置に基づいて、図1の上方向を単に表示画面側、下方向を単に背面側と称する場合がある。すなわち、図2の矢印Aは、光学シート21を背面側から見る方向を示す。
ただし、光源部20は、光学シート21の背面側に白色光を出射できればこのような構成には限定されず、周知のいかなる構成の光源部を採用してもよい。
本実施形態では、光透過性の基材7の一方の面に光反射層6が、他方の面にレンズ部9がそれぞれ形成されてなる。そして、光反射層6が導光板2の出射面2bに近接して配置されている。
接合層5の屈折率の大きさは、基材7の屈折率より低屈折率であることが好ましいが、基材7と同等、あるいはより高屈折率であってもよい。そのため、接合層5の材質は、屈折率に制限されることなく、種々の材質を用いることができる。
ピッチPは、本実施形態では、液晶表示部22の画素領域22a(図3参照)の配列ピッチに一致されている。
光反射層6の材料は、良好な反射率が得られれば、適宜の材料、例えば、白インキ,金属箔、金属蒸着膜などを用いて形成することができる。本実施形態では、白色の二酸化チタン微粒子を透明樹脂に分散混入した白インキを用いている。
光反射層6の反射率としては、背面側に光を反射して照明光として再利用することができるように、高反射率、例えば、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
特に、本実施形態では、光反射層6の間に形成される開口部6aを接合層5によって埋めており、開口部6aに空気層を形成しないようになっている。そのため、光反射層6に高さH1は、接合層5が入り込まないような高さに設定するといった制限はなく、種々の高さ、種々の形成方法を必要に応じて採用することができる。好適な反射率が得られれば、印刷やコーティングなどにより、例えば10μm程度の薄厚に形成してもよい。
光反射層6の他の形成方法としては、基材7の高反射性インキを塗布したり、高反射性材料を転写層とする転写箔を用いて転写したりする形成方法を挙げることができる。また、適宜の樹脂によって光反射層6の断面形状を有する凸部を形成し、この凸部の表面に、反射性インキを塗布したり、高反射性材料を転写層とする転写箔を用いて転写したりして形成してもよい。
例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリカーボネイト(PC)樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、シクロオレフィンポリマー(COP)等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成することができる。あるいは、PET樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、PC樹脂、PMMA樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂等のフィルムシートを採用することができる。
なお、本実施形態では、W1=W2に設定されている。そのため、光反射層8は、図2のA視では、光反射層6とちょうど重なる位置に形成されている。
光反射層8の材質、形成方法は、光反射層6と同様な材質、形成方法を採用することができる。したがって、光反射層8の反射率は、光反射層6と同様な反射率に設定することができる。
なお、図1、2では、光反射層8は、基材7の内部側に形成されている例を示している。このような形態は、例えば、押し出し成形法を用いて基材7、光反射層8を同時に成形することによって、あるいは、基材7の表面に凹部を形成して、凹部に白インキを塗布して光反射層8を形成することによって、実現することができる。
ただし、基材7としてフィルムシートを採用する場合には、光反射層8を、光反射層6と同様の形成法によって基材7の表面に突出させた状態で形成してもよい。この場合、例えば、後述する放射線キュアリング成形法によってレンズ部9を形成し、レンズ部9を基材7、光反射層8に対してそれぞれ重合接着することで、表面に凹凸があっても開口部8aに空気層を形成することなくレンズ部9を一体化することができる。
本実施形態では、基材7上の開口部6aの中心線32(図3参照)に沿って焦点位置が延びるように配置され、表示画面側にレンズ面9aが形成された凸シリンドリカルレンズアレイからなる。すなわち、レンチキュラーレンズからなる。
レンズ面9aの形状は、本実施形態では、集光効率を向上するために、楕円面を基準面とし高次項により補正を加えた非球面形状としている。ただし必要な集光性能に応じて、周知の適宜のレンズ面形状、例えば、他の非球面、楕円面、球面などを採用してもよい。
レンズ部9を成形する放射線硬化性樹脂としては、例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂を採用することができる。
本実施形態では、図3に示すように、各画素領域22aは、一方向にはピッチPで配列され、レンズ部9の光軸60が、一方向に直交する方向に整列した画素領域の中心軸に整列するように対向して配置されている。
図4は、比較例の光学シートにおける光路の例を示す模式説明図である。
出射面2bから出射された光は、拡散シート4に入射し、拡散シート4内を透過するにつれて拡散されて接合層5に入射し、拡散光として表示画面側に進む。
接合層5内を進む光のうち、開口部6aの範囲では、基材7に入射して表示画面側に透過し、光反射層6の範囲では、光反射層6によって背面側に反射される。
このため、光反射層6の反射率に応じて、例えば、60%以上の光が背面側に反射される。このとき、一部の光は、例えば、図2に示す光線L10のように光反射層6を透過して基材7内に進み、あるいは、光反射層6で吸収される。
背面側に反射された光は、入射角度に応じて出射面2bから導光板2に入射して、照明光として再利用される。出射面2bで表面反射される光は、上記と同様に、透過光と再利用される光とに分かれる。
例えば、図2の光線L1は、開口部6aから対向する開口部8aに進む光を示している。この光は、レンズ部9に入射すると、距離が約tだけ離された光反射層6、8によって、光入射範囲を規制されているため、例えば、点D、Eを通る光線の入射角θより小さい入射角の範囲に制限されることになる。
このように光反射層6、8によって、角度範囲が規制された光は、入射した開口部6aに対向するレンズ部9に入射して集光された状態で表示画面側に出射される。開口部6aは、レンズ部9の焦点位置に略一致して設けられているので、レンズ部9から出射される光は、レンズ部9の屈折力を有する方向では集光されて、レンズ部9の光軸60に沿ってある程度の広がり角の範囲に進む光として、液晶表示部22に入射する。
開口部6aを透過して光反射層8に入射する光は、例えば、図2の光線L2のように、光反射層8で反射され、光線L3のように、光反射層6で再反射され、光線L4のように、入射した開口部6aに隣接した開口部8aからレンズ部9に入射する。この場合の光線L4の光量は、光反射層8での反射時に散乱や吸収などが発生すること、および光反射層8、6の2回の反射により、反射率の2乗以下に減衰することから、光反射層8がない場合に、レンズ部9に入射する光量より格段に低減される。
また、開口部6aを透過する光線L22もそれ自体の光量はわずかであるが、光反射層8が存在しないため、減衰することなくレンズ部9に入射し、開口部6aから入射した光と異なる方向に出射され、輝度ムラなどの原因となる。
本実施形態では、これらの輝度ムラなどの原因となる光のうち、例えば、光線L20、L21、L22などが、光反射層8によって背面側に反射される。そして、光源部20に戻されるか、光反射層6で再反射されて液晶表示部22に入射するとしても著しく減衰される。したがって、光学シート200の場合に比べて、光の利用効率や表示画質を向上することができる。
本実施形態でも、光学シート200と同様に、対向する開口部8aに隣接する開口部8aに入射する光は透過してしまうが、このような透過光と、光反射層8の位置に入射して反射される光とでは、拡散シート4で付与される拡散性が、好適な視野角を形成できる程度の拡散特性となっているため、後者の光量の方が大きくなっており、後者の光を反射するだけで顕著な効果が得られるものである。
本実施形態では、このような空気層を形成する必要がないので、拡散シート4を薄厚として基材7に積層一体化することで、薄型化が可能となり、しかも拡散シート4と基材7とを容易に一体化することができるので、製造コストを低減することができる。
したがって、光源から光を効率よく取り出すことができ、しかも輝度ムラを抑制することができる。
図5は、本発明の実施形態の変形例に係る光学シートの模式的な断面図である。
開口部6aがレンズ部9の略焦点位置に配置されている場合、開口部6aは狭いほど、レンズ部9から出射される光の平行性が向上される。また、角度φが、レンズ部9のNAに対応する角度である場合、開口部6aを透過した光が最も効率的にレンズ部9によって集光される。
したがって、この場合、正面輝度の向上、光の再利用率の向上には、W1<W2の関係とすることが好ましい。
ただし、幅W1が狭すぎると、レンズ部9から出射される光の平行性が強くなりすぎ、輝度ムラによるモアレや視野角が狭くなりすぎる原因ともなる。本実施形態では、W1とW2とを組み合わせるため、平行性や輝度ムラの設定が容易となる。
例えば、レンズ部9の焦点位置を、開口部8aの近傍に設定する場合には、W1>W2とすることが好ましい。
このように光拡散部材を別体に設ける場合、第1の反射層に形成する光学的開口には空気層を形成することができるので、集光効率をより向上することが可能となる。
例えば、光学素子部の光学素子として、例えば複数のプリズムがアレイ状に配列された構成を採用してもよい。
本実施例では、図2に示す構成において、基材7として、t=75μmのPETフィルム(屈折率1.57)を採用し、その両面に光反射層6、8として、H1=H2=10μmの白インク層(反射率80%(550nmの波長において))を、P=140μm、W1=W2=75.4μm、すなわち、W1:(P―W1)=3.5:6.5となるように、転写法にて形成した。そして、光反射層8が形成された基材7の表面に、レンズ部9として、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、曲率半径が70μmの単位レンズを配列ピッチPで配列したシリンドリカルレンズ群を形成する。
さらに光反射層6が形成された表面に、接合層5として基材7に対して10μmの厚さを有するアクリル系の感圧粘着材(屈折率1.55)を用いて拡散シート4を貼り合わせ、基材7と拡散シート4とを積層一体化して、光学シート21を作成した。
一方、比較例1としては、図4に示す構成、すなわち、上記実施例において、光反射層8を形成しない点のみが異なる光学シートを作成した。
また、比較例2としては、同じく図4に示す構成で、接合層5を空気層としたものを作成した。
一方、実施例は、比較例2と略同等の結果を示しており、接合層5によって拡散シート4を積層一体化しているにも関わらず、空気層を設けた場合と同様の良好な光学特性を示していることが分かる。
6 光反射層(第1の光反射層)
6a、8a 開口部(光学的開口)
7 基材(基材層)
8 光反射層(第2の光反射層)
9 レンズ部(光学素子部)
20 光源部
21 光学シート
22 液晶表示部
22a 画素領域
23 バックライトユニット
100 ディスプレイ装置
Claims (8)
- 一方のシート面にアレイ状の光学素子が配列された光学素子部と、該光学素子部の対向位置で前記各光学素子への入射光をそれぞれ規制する複数の光学的開口を構成する遮光パターンとを有する光学シートであって、
前記遮光パターンは、厚さ方向に離間した状態で、入射側から順次配列された第1の光反射層および第2の光反射層によって形成されたことを特徴とする光学シート。 - 前記第2の光反射層は、前記光学素子部の入射側に隣接して設けられたことを特徴とする請求項1に記載の光学シート。
- 前記第2の光反射層は、前記第1の光反射層が形成する前記各光学的開口に比べて、それぞれ面積の大きな光学的開口を形成してなることを特徴とする請求項1または2に記載の光学シート。
- 光透過性の基材層を備え、
該基材層の一方の表面に前記第1の光反射層が、前記基材層の他方の表面に前記第2の光反射層が、それぞれ形成され、
該第2の光反射層が、前記基材層に他方の表面および前記光学素子部に挟まれてなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学シート。 - 平板状の光拡散部材が、前記第1の光反射層および該第1の光反射層が形成する光学的開口に対して、光透過性の接合層を介して積層一体化して接合されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学シート。
- 前記光学素子部は、前記光学素子として、一方向に延在された凸シリンドリカルレンズが複数並列されてなり、
前記第1および第2の光反射層は、前記凸シリンドリカルレンズに平行に延びるストライプ状に形成されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学シート。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の光学シートと、
該光学シートの前記光学素子部が形成された一方のシート面と反対側に、光出射面を有する光源部とを備えるバックライトユニット。 - 請求項7に記載のバックライトユニットと、
該バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う液晶表示部とからなるディスプレイ装置。
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