JP2009080357A - 光制御シート及びそれを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光制御シート1は基材部1bを備える。基材部1bの光入射面に、一方向に配向された微細な多数の集光レンズ1cが設けられ、光出射面に、集光レンズ1cの配向方向と略並行して配向された微細な多数の拡散レンズ1aが設けられている。集光レンズ1cは、入射した光線が拡散レンズ1aのレンズ表面へ集光するような光学的構造を持っている。拡散レンズ1aは、前記集光した光を光制御シート1の法線方向に沿って進む略平行光として拡散させる光学的構造をもっている。反射層1dは、隣り合う集光レンズ1bの間にそれぞれ設けられ隣り合う集光レンズ1bの間の箇所に入射される光線を反射させる多数の反射部1d―1から構成されている。
【選択図】図1
Description
このようなバックライトユニットの一例として、例えば、特許文献1には、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、光源および反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材(光学シート)と、光拡散シートとを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光源が略線状であり、光入射側から光出射側に向かって反射板、光源、光制御部材、光拡散シートがこの順に配置され、光制御部材の光源からの光が入射する面または光が主に出射する面の少なくとも1面に光源の長手方向と略平行な帯状の凹凸形状が周期的に形成され、光拡散シートの光出射面に複数の凸部が形成されているものが記載されている。
従来の技術では、光源のランプイメージを緩和するために、輝度向上用のレンズシートと、光源の間に拡散性の強い光拡散板が具備されている。しかしこの構成における光拡散版は拡散作用が強く、ランプイメージを消す代わりに、正面輝度も低下させてしまうという問題がある。
この発明によれば、前記集光レンズは、前記光源から射出した光線を前記拡散レンズ表面上に集光させることによって、光源からの光線を拡散レンズ表面上の略1点で屈折させることができるため、光源からの光線の角度依存性をなくすことができ、光拡散作用の強い拡散板を使用せずに、輝度分布を均一化し、輝度ムラを低減することができる。また、反射層を設けることによって、光源からの光線の入射角を制御することが可能となる。また、通常光源と光制御シートの間には光源ムラを緩和させる拡散性の強い拡散板を使用するが、本発明の光制御シートでは正面輝度の向上と光源ムラ(光源と光源を間隔を置いて配置するため、光源の明るいところ光源のないくらいところが表示ムラとして認識されてしまうこと)緩和の2つの機能を搭載しているため、通常BEF等の光学シートの下に光源ムラを無くすための拡散性の強い拡散板を必要としない。ここで言う強拡散層とはHz80〜99程度のものである。また、前記集光レンズは、前記光源から射出した光線を前記拡散レンズ表面上に集光させることで、集光レンズへの入射角のそろった入射光を拡散レンズの表面上の同じ傾き成分で屈折させることによって、正面輝度向上と光源ムラ緩和の2つの機能を同時に搭載する事が可能となる。集光ポイントエリアは小さければ小さいほど好ましいが、集光レンズの収差によって、1点にはならない。レンズ断面で考えた場合、集光レンズのピッチの5分の1程度あるいはそれ以下となればさらなる機能を発揮することが可能となる。
この発明によれば、液晶パネルの画素構造と光制御シートのレンズ構造によるモアレを抑制することが可能となる。
この発明によれば、液晶パネルに合った反射型偏光フィルムを用いることによって、さらなる輝度上昇効果を付与することが可能となる。
この発明によれば、輝度上昇フィルムを用いることによって、さらなる輝度上昇効果を付与することが可能となる。
この発明によれば、間隔をあけて積層した場合には輝度上昇効果を付与することが可能となり、間隔をあけないで積層すれば視野角拡大の効果が付与する事が可能となる。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の光学シート構造体において、前記反射層と前記光拡散板は接合され一体化されている光学シート構造体である。
これらの発明によれば、輝度ムラを無くす上で有利となる。
このバックライトユニットによれば、請求項1に記載の光制御シートまたは請求項2乃至7に何れかに記載の光学シート構造体を用いるので、それら発明と同様の作用効果を備える。
このディスプレイ装置によれば、請求項1に記載の光制御シートまたは請求項2乃至7に何れかに記載の光学シート構造体を用いるので、それら発明と同様の作用効果を備える。
本発明の第1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、本発明の第1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断面図である。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る光制御シートの光線追跡模式図である。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る光学シートの遮光層高さによる光源からの高入射角抑制を説明する模式説明図である。
光制御シート1は、厚さ方向の一方の面が光入射面とされ、厚さ方向の他方の面が光出射面とされる基材部1bを備え、基材部1bの光入射面に、一方向に配向された微細な多数の集光レンズ1cが設けられ、光出射面に、集光レンズ1cの配向方向と略並行して配向された微細な多数の拡散レンズ1aが設けられている。
また、基材部1bの光入射面に反射層1dが設けられ、反射層1dは、隣り合う集光レンズ1bの間にそれぞれ設けられ隣り合う集光レンズ1bの間の箇所に入射される光線を反射させる多数の反射部1d―1から構成されている。
なお、図1において符号20bは光源20の光反射部を示している。
光源20aは、適宜の線状光源を採用することができるが、本実施形態では、一例として冷陰極管を採用している。なお、本発明は、エッジ型のバックライトにも無論適用可能である。
また、拡散レンズ1aは、前記集光した光を光制御シート1の法線方向に沿って進む略平行光として拡散させる光学的構造をもっている。
通常、図5に示すように、集光レンズ1cは存在せず、フラットである場合が多い。入射角によっては、図5のように光線がほとんど拡散しない場合があり、その際観察者側からはランプイメージを視認してしまう。しかし、図6のように集光レンズ1cを設け、さらにその集光部分を拡散レンズ1aのレンズ表面へ集光するようにすることによって、パネル全体での輝度ムラを均一化することが可能となる。ここで図5、図6における光制御シート1の入射角は同じものである。
この図は反射層1d(反射部1d―1)の高さTによって、光制御シート1へ入射する角度を制御できることを示している。反射層1dの高さTが高ければ、光制御シート1へ入射する角度を絞ることができ、反射層1dの高さTが低ければ、光制御シート1へ入射する角度を広げることができることを意味している。またこの反射層1dの高さTは、全て光を反射する材料の厚さで調整することも可能であるが、光を反射する材料以外の材料からなるゲタ1eで調整する方が容易である。
図8は本発明の光制御シート1上に光拡散シート2、または反射型偏光フィルム3を配置したものである。これら光制御シート1と光拡散シート2により、または光制御シート1と反射型偏光フィルム3によりバックライトユニット用の光学シート構造体が得られ、また、ディスプレイ装置用の光学シート構造体が得られ、さらなる正面輝度上昇を狙うことが可能となる。
なお、上述の光学シート2、3、4は、光制御シート1と間隔をあけて配置してもよく、もしくは間隔をあけないで積層して配置してもよい。
図11は、本発明の第1の実施形態に係る光学シートによる照度分布のシミュレーションの際用いた光学モデル断面図であり、図12が図11の横方向断面図である。
線状光源20aは本来であれば、通常の液晶パネルにて20本程度含まれているが、今回はシミュレーションであるため、3本とした。さらに中央以外の線状光源2本は半円状としており、線状光源が複数本並んでいることを想定したシミュレーションとなっている。図3に示すように、光制御シート1の拡散レンズ1a一つのピッチLp1は3mm、集光レンズ1cの一つのピッチLp2は1.2mmであり、反射層1dの高さTは0.24mm、全体として44mm四方の面内においてシミュレーションを行っている。その面内において、輝度ムラをシミュレーションした。
すなわち、実際に使用する光学シートの大きさにすると、Lp1が300μm、Lp2が120μm、Tが25μmで使用することの一例を示したものである。
図13〜15を見ると光制御シート1がないため当然線状光源の輝度ムラが視認されてしまうが、図16〜18では観察角度によらず、輝度ムラが低減されていることがわかる。ここで更に完全に輝度ムラを無くすためには、図20に示すように、光源20と光制御シート1の間に光拡散板30を設けても良い。またこの光拡散板30と光制御シート1とを反射層1dで固定してもよい。
光拡散板30は、この光拡散板30に入射した光を散乱させながら透過させる必要がある。このため、光散乱層に含まれる前記透明粒子の平均粒径は0.5〜10.0μmであることが望ましい。好ましくは1.0〜5.0μmである。
また、透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、アクリルニトリルスチレン共重合体の粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体;メラミン−ホルマリン縮合物の粒子;PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(ペルフルオロアルコキシ樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PVDF(ポリフルオロビニリデン)、及びETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)等の含フッ素ポリマー粒子;シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、2種類以上を混合して使用してもよい。
そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して、押出し成型することにより、板状の光拡散板30を製造することができる。その厚みは、1〜5mmであることが望ましい。1mm未満の場合、光拡散板30は薄くこしがないのでたわむという欠点がある。一方5mmを越えると、光源20からの光の透過率が悪くなるという欠点がある。
光拡散板30の厚さは、0.1mmから10mmが好ましい。37インチ以上の大型のディスプレイに組み込む際の光拡散板30のシート剛性を考慮したものである。0.1mmより薄いとシート剛性が低く、たわんでしまい、また10mmより厚いと光拡散板30の光拡散性が高くなり光源20から透過する輝度が低下する。
光拡散板30を構成する材料として、例えばポリカーボネート、ポリスチレン、MS樹脂等が上げられる。
さらにこの場合において、光拡散板30と光反射層1dとの接着工程も考慮して、前記金属粒子または高屈折透明粒子を分散混合してなるインキに接着剤を混合したものを用いて光反射層1dを作成してもよい。この場合には、反射層1dに、光拡散板30が接合され一体化された光制御シート(または光学シート構造体)が得られる。
1a 微細凹凸拡散レンズ
1b 基材部
1c 微細凹凸集光レンズ
1d 反射スリット層
1e ゲタ
2 光拡散シート(光学制御シート)
3 偏光フィルム(光学制御シート)
4 輝度上昇フィルム(光学制御シート)
20 光源部
20a 光源(線状光源)
20A LED光源(RED)
20B LED光源(Green)
20C LED光源(BLUE)
20b 光反射部
21 光学シート
22 液晶表示部
30 光拡散板
Claims (9)
- 厚さ方向の一方の面が光入射面とされ、厚さ方向の他方の面が光出射面とされる光制御シートであって、
前記光入射面に、一方向に配向された微細な多数の集光レンズが設けられ、
前記光出射面に、前記集光レンズの配向方向と略並行して配向された微細な多数の拡散レンズが設けられ、
前記集光レンズは、前記光入射面に入射した光線を前記拡散レンズの表面上に集光させる光学的構造を備え、
前記拡散レンズは、前記集光した光を前記光制御シートの法線方向に沿って進む略平行光として拡散させる光学的構造を備え、
前記光入射面に反射層が設けられ、
前記反射層は、前記隣り合う集光レンズの間にそれぞれ設けられ前記隣り合う集光レンズの間の箇所に入射される光線を反射させる多数の反射部から構成されている、
ことを特徴とする光制御シート。 - 請求項1に記載の光制御シートと、前記光制御シートの光出射面側に配置された光拡散シートとを備える光学シート構造体。
- 請求項1に記載の光制御シートと、前記光制御シートの光出射面側に配置された反射型偏光フィルムとを備える光学シート構造体。
- 請求項1に記載の光制御シートと、前記光制御シートの光出射面側に配置された輝度上昇フィルムとを備える光学シート構造体。
- 請求項1に記載の光制御シートと、前記光制御シートの光出射面側に配置され光の方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学シートとを備え、前記光制御シートと前記光学シートとは、間隔をあけて、もしくは間隔をあけないで積層されている光学シート構造体。
- 請求項1に記載の光制御シートまたは請求項2乃至5に何れかに記載の光学シート構造体と、前記光制御シートの光入射面側に配置された光拡散板とを備える光学シート構造体。
- 請求項6に記載の光学シート構造体において、前記反射層と前記光拡散板は接合され一体化されている光学シート構造体。
- 請求項1に記載の光制御シートまたは請求項2乃至7に何れかに記載の光学シート構造体と、光源とを備えるバックライトユニット。
- 請求項8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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