JP2009109828A - 光学シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レンズシート4と、光反射層5と、接合層6と、光拡散層7とが一体化されてなる光学シート21において、光反射層5を光反射部5Aと光透過部5Bとから構成し、光反射部5Aと接合層6との接触面積をR、光透過部5Bと接合層6との接触面積をAとした際に、0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の関係が成立するように、光反射部5A及び光透過部5Bを形成する。
【選択図】図2
Description
従って、光学シートから出射される光強度分布は、図5のBに示すように、視聴者の視覚方向に対する角度が0°における光強度が最も高められている一方で、−90°〜−45°及び+45°〜+90°の範囲には、横方向から出射されるサイドローブ光によるピークが示され、効率よく集光を行うことができない。
また、特許文献4には、遮光層を光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4に記載の光学シートにおいては、遮光層を光反射層とすることで光吸収による光量損失を低減させて光の利用効率向上が可能なことが示唆されているものの、レンズ層を通して出射される表示光として用いられる光量が低下してしまう場合がある。
即ち、反射層での反射を利用して光の利用効率を向上させるには、反射層における開口をできるだけ狭くして再利用可能な光を増やすことが考えられるが、開口を狭くし過ぎると、レンズ層を通して表示光として用いられる光の光量が低下するとともに出射角度が極端に狭くなるため、画面が暗くなったり視野角によって輝度が低下したりするという問題があった。
即ち、本発明に係る光学シートは、アレイ状に配列された複数の単位レンズを有するレンズシートと、前記複数の単位レンズのそれぞれに対する光の入射範囲を規制する遮光パターンを有する光反射層と、該光反射層の側から前記レンズシートに入射する光を前記光反射層の手前側で散乱する光拡散層と、前記光拡散層と前記光反射層とを接合する光透過性の接合層とが一体化されてなる光学シートにおいて、前記光反射層は、前記遮光パターンの遮光部分を形成する光反射部と、該光反射部以外の領域に設けられた光透過部とにより構成され、前記光反射部と前記接合層との接触面積をR、前記光透過部と前記接合層との接触面積をAとした際に、0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の関係が成立することを特徴としている。
ここで、光反射部と接合層との接触面積であるRが大きい方が、接着面積が増大することにより光学シートの形状保持性能が向上するが、特にRが0.6(R+A)以上の場合には相対的に光透過部の面積が小さくなるため十分な光量を得ることができなくなる。
一方、Rが0.3(R+A)以下の場合には、接着面積が不足するため十分な形状保持性能を得ることができず、さらに光の散乱角度が大きくなるため横方向に無駄に出射する光が増えて良好な光強度分布を得ることができない。
本発明においては、これらを勘案して0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の範囲にRが設定されているため、上記のような不都合が起こることはない。
また、光透過部の層厚が小さすぎる場合、特に上記Tbが0.3Ta以上の場合は、光は該光透過部における屈折の寄与を十分に受けずにレンズシートに入射するため、大きな入射角で光透過部に入射する光が略直進して迷光となり輝度ムラの発生や光量の低下を招く。
本発明においては、上記TaとTbとの間に0<Tb<0.3Taの関係が成立しているおり光透過部が一定の層圧を確保することができるため、輝度ムラを抑制することができるとともに十分な光量を確保することができる。
また、本発明に係るディスプレイ装置は、上述した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照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えていることを特徴としている。
これらの場合、上述した光学シートと同様の作用効果を奏することになる。
本実施形態によるディスプレイ装置100は、図1に示すように光源部20、光学シート21及び液晶表示部22がこの順に積層され、液晶表示部22から図示上側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を出射することで、例えば平面矩形状の画像を表示するものである。
また、光源部20と光学シート21とで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または出射側、下方向を単に背面側または入射側と称する。
光源部20の詳細構成は、特に図示しないが、出射面20aに表示画面側から入射する光を再利用することが可能なものであれば、周知のいかなる構成を採用してもよい。
光源部20における光源としては、白色光を出射する機能を有する冷陰極管などを用いるが、複数のLED素子を紙面奥行き方向に沿うライン状に配列したLED光源や、冷陰極蛍光ランプ、ELシート、半導体等を採用してもよい。
さらに、例えば、光源と、この光源の側面側および背面側に配置されたリフレクタとからなるランプハウスタイプの構成を採用してもよい。この場合、表示画面側から戻る光は、反射板によって反射を繰り返すことによって、表示画面側に反射され、光源光として再利用される。
なお、光源部20の光量分布の均一化度合いは、後述する光拡散層7の光散乱性能に応じて、適宜設定することができる。
本実施形態では、光透過性を有するシート状の基材4aの一方の面に単位レンズ4bが複数形成されたレンズシート4と、該レンズシート4における基材4aの単位レンズ4bと反対側の面に形成された光反射層5と、光反射層5の背面側に接合層6を介して接合された光拡散層7とからなり、光拡散層7が光源部20の出射面20a側に対向して配置されている。なお、本実施形態においては、接合層6は放射線硬化性樹脂、アクリル樹脂、紫外線硬化性樹脂、感圧接着剤、感熱接着材等で構成されている。
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、球面、楕円面などを採用してもよい。また、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もよい。
なお、これとは別にレンズシート4は、基材4aと単位レンズ4bとが上記のような熱可塑性樹脂を用いて、押し出し成形法、射出成形法、熱プレス成形法等によって一体成形されたものであってもよい。
また、光反射部5Aと光透過部5Bによる遮光パターンは、単位レンズ4bの配列と同一のピッチPで配置されており、各単位レンズ4bの頂点から層厚方向に沿って引いた直線上に光透過部5Bの断面中心Gが位置するように構成されている。これにより各単位レンズ4bと各光透過部5Bが1:1で対応し、単位レンズ4b側から平行光を入射させた場合に光が集光される箇所に光透過部5Bが位置することになる。
また、この光透過部5Bは、基材4a及び接合層6との接触箇所が平坦状でなく凸部又は凹部が形成されたものであってもよい。さらに、光透過部5Bが上記のような材質で形成されているものでなく、光反射部5A相互間の開口部としての空気層であってもよい。また、光透過部5Bのそれぞれに凸シリンドリカルレンズ及び凹シリンドリカルレンズの少なくともいずれかを形成したものであってもよい。
また、特定される光透過部5Bの形成箇所には、セルフアライメント手法の際に用いられる感光性樹脂層が残る場合もあるが、光学シート21の製造後の光学特性等を考慮した場合、透明性が維持されるタイプの感光性樹脂の採用が好ましく、その屈折率はレンズシートよりも低いタイプのものが一層好ましい。
光拡散層7としては、当該技術分野では良く知られているように、例えば、プラスチックフィルム、プラスチック板などの透明材料中に光を散乱させる高屈折率の樹脂や微粒子(filler)などを含んだものや、表示画面側の出射面7aをマット状に処理したものを用いることができる。
この光拡散層7は、その出射側に設けられた光透過性の粘着剤または接着剤からなる接合層6を介して光反射層5に接合されている。そのため、光反射層5の各光反射部5Aおよび各光透過部5Bと接合層6との間に空気層などが形成されることなく密着して接合されている。
すなわち、光拡散層7を透過して基材4aに入射する光は、光透過部5Bの媒質のみを透過して、基材4aに入射するようになっている。
図4に示すように、光源部20から出射された光Pは、光学シート21に向かって出射され、該光学シート21の背面側が全面的に照明される。そして、光Pは光拡散層7に入射して適宜拡散されて、輝度ムラが略均一化され、接合層6を通して光反射層5に入射する。光反射層5では、光反射部5Aに到達した光βは、背面側に反射され、光拡散層7を通して、光源部20に戻されることにより、照明光として再利用される。
一方、上記Rの値が0.3(R+A)以下の場合には、接着面積が不足するため十分な形状保持性能を得ることができず、さらに光の散乱角度が大きくなるため横方向に無駄に出射する光が増えて良好な光強度分布を得ることができない。
本実施形態の光学シート21においては、これらを勘案してRの値が0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の範囲に設定されているため、集光性を高くして良好な光強度分布を実現することができるとともに、バックライトユニット23の加熱による温度変化に対して高い形状保持性能を発揮して、高温環境下でも長時間使用することができる。
ここで、光透過部5Bの層厚が小さすぎる場合、特にTbの値が0.3Ta以上の場合には、光は該光透過部5Bにおける屈折の寄与を十分に受けずにレンズシート4の基材4aに入射するため、大きな入射角で光透過部に入射する光が略直進して迷光となり輝度ムラの発生や光量の低下を招く。
本実施形態においては、図4に示す光反射部5Aの層厚Taと光反射部5Aの側面における接合層6との接触面の厚さTbとの間に0<Tb<0.3Taの関係が成立しているおり光透過部5Bが一定の層厚を確保することができるため、輝度ムラを抑制し、かつ十分な光量を確保することができる。
実施例1の光学シートは上記実施形態の光学シート21の一実施例であり、図1から図4に示す光学シート21と同様にディスプレイ装置100に好適に用いることができるものである。
まず、基材4aとしてPETフィルム(75μm厚)を用い、この一方の面にアクリル系紫外線硬化物にて、曲率半径100μm、配列ピッチ200μmのシリンドリカルレンズ郡を単位レンズ4bとして形成してレンズシート4を作成した。
また、基材4aとしての上記PETフィルムの他方の面に、光反射部5Aとして、白インク層(15μm厚)を転写法にて一定のピッチで形成した。
さらに、接合層6としてアクリル系の感圧接着剤(10μm厚)を形成し、光拡散層7となるPETフィルム(75μm厚)と圧接して貼り合わせた。これにより、光反射部5Aの相互間に空気層としての光透過部5Bを形成した。
また、光反射部5Aと接合層6との接触面積をRとし、光透過部5Bと接合層6との接触面積をAとした際に、Rの値が0.5(R+A)となるように設定した。
さらに光反射部5Aの層厚をTaとし、光反射部5Aの側面における接合層6との接触面の厚さTbとした際に、Tb=0.1Taとなるように設定した。
さらに、上記Rの値が0.45(R+A)となるように設定するとともに、Tb=0.15Taとなるように設定した。
なお、形状保持性能の良否については、光学シート21を80℃の高温環境下に置いた際に各層の接合面が剥離することなく保持されるか否かで評価し、表示光の良否については、光強度分布を測定し、0°の光強度及び光強度分布で評価した。
したがって、光学シート21における上記Rの値を、0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の範囲内に設定することによって、良好な表示光を得ることができるとともに高い形状保持性能発揮して高温環境下でも長時間使用することが可能となることがわかった。
この例として、Tbの値を上記範囲内の0.10Ta、0.15Taと設定した実施例1及び2においては、ともに良好な形状保持性能及び表示光を得ることができた。一方、比較例としてTbの値が上記範囲外の0.33Ta(Ta=11μm、Tb=4μm)となる光学シート21を作成し、形状保持性能及び表示光の評価した結果、高い形状保持性能を得ることができるものの表示光にムラが発生することがわかった。
4b 単位レンズ
5 光反射層
5A 光反射部
5B 光透過部
6 接合層
7 光拡散層
20 光源部
21 光学シート
22 液晶表示部
23 バックライトユニット
100 ディスプレイ装置
R 光反射部と接合層との接触面積
A 光透過部と前記接合層との接触面積
Ta 光反射部の層厚
Tb 接合層と接触する光反射部の側面厚さ
Claims (5)
- アレイ状に配列された複数の単位レンズを有するレンズシートと、
前記複数の単位レンズのそれぞれに対する光の入射範囲を規制する遮光パターンを形成する光反射層と、
該光反射層の側から前記レンズシートに入射する光を前記光反射層の手前側で散乱する光拡散層と、
前記光拡散層と前記光反射層とを接合する光透過性の接合層とが一体化されてなる光学シートにおいて、
前記光反射層は、前記遮光パターンの遮光部分を形成する光反射部と、該光反射部以外の領域に設けられた光透過部とにより構成され、
前記光反射部と前記接合層との接触面積をR、前記光透過部と前記接合層との接触面積をAとした際に、0.3(R+A)<R<0.6(R+A)の関係が成立することを特徴とする光学シート。 - 前記接合層における前記光透過部との接触面が光出射方向に凸状に形成されることにより、前記光反射部の側面が前記接合層と接触しており、
前記光反射部の層厚をTa、前記接合層と接触する前記光反射部の側面厚さをTbとした際に、0<Tb<0.3Taの関係が成立することを特徴とする請求項1に記載の光学シート。 - 前記レンズシートは、前記単位レンズ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、
前記光反射部及び前記光透過部は、それぞれの前記凸シリンドリカルレンズに対応して並行に延びるストライプ状に形成され、
前記光透過部が、前記凸シリンドリカルレンズ側から平行光を入射させた場合に光が集光される箇所を含むように配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学シート。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の前記光学シートと、
該光学シートの前記単位レンズと反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられているバックライトユニット。 - 請求項4に記載された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照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えているディスプレイ装置。
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