JP2010044355A - Optical sheet, backlight unit for display and the display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶パネルに代表される、画素単位での透過/非透過または透明状態/散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子を背面側から照射するバックライトシステムにおいて、その照明光路制御に使用される光学シート、ならびにこれを用いたディスプレイ用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 illumination optical path in a backlight system that irradiates a display element whose display pattern is defined according to transmission / non-transmission or transparent / scattering states in pixel units, represented by a liquid crystal panel, from the back side. The present invention relates to an optical sheet used for control, and a backlight unit for display and a display using the same.
近年、TFT型液晶パネルやSTN型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてOA分野のカラーノートPC(パーソナルコンピュータ)を中心に商品化されている。 In recent years, liquid crystal display devices using TFT liquid crystal panels and STN liquid crystal panels have been commercialized mainly for color notebook PCs (personal computers) in the OA field.
このような液晶表示装置においては、液晶パネルの背面側に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する、いわゆるバックライト方式が採用されている。 Such a liquid crystal display device employs a so-called backlight system in which a light source is disposed on the back side of the liquid crystal panel and the liquid crystal panel is illuminated with light from the light source.
この種のバックライト方式に採用されているバックライトユニットを大別すると、冷陰極管(CCFT)などの光源ランプを光透過性に優れたアクリル樹脂などからなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」(いわゆるエッジライト方式)と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。 The backlight units used in this type of backlight system can be broadly divided into multiple light sources such as cold cathode fluorescent lamps (CCFT) within a flat light guide plate made of acrylic resin with excellent light transmission. There are a “light guide plate light guide method” (so-called edge light method) and a “direct type method” that does not use a light guide plate.
導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶表示装置としては、たとえば図15に示すものが一般に知られている。図15に示すように、上部に偏光板71、73に挟まれた液晶パネル72が設けられ、その背面側に略長方形板状のPMMA(ポリメチルメタクリレート)やアクリルなどの透明な基材からなる導光板79が設置されており、該導光板79の上面(光出射側)に拡散フィルム(拡散層)78が設けられている。この導光板79の下面には、導光板79に導入された光を効率よく液晶パネル72方向に均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる(図示せず)と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム(反射層)77が設けられている。導光板79の側端部には、光源ランプ76が取り付けられている。この光源ランプ76の光を効率よく導光板79中に入射させるために、光源ランプ76の背面側を覆うように高反射率のランプリフレクター81が設けられている。上記散乱反射パターン部は、白色の二酸化チタン(TiO2)粉末を透明な接着剤などに混合した混合物を、所定パターンたとえばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板79内に入射した光に指向性を付与し、光出射面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。
As a liquid crystal display device on which a light guide plate light guide type backlight unit is mounted, for example, the one shown in FIG. 15 is generally known. As shown in FIG. 15, a
最近では、図16に示すように、光利用効率をアップして高輝度化を図るために、拡散フィルム78と液晶パネル72との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム(プリズム層)74、75を設けることが提案されている。このプリズムフィルム74、75は導光板79の光出射面から出射され、拡散フィルム78で拡散された光を、高効率で液晶パネル72の有効表示エリアに集光させるものである。
Recently, as shown in FIG. 16, a prism film (prism layer) having a light condensing function between the
しかし、図15に例示した装置では、視野角の制御が拡散フィルム78の拡散性のみに依存するため、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなるという現象が避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
However, in the apparatus illustrated in FIG. 15, since the control of the viewing angle depends only on the diffusibility of the
また、図16に例示したプリズムフィルムを用いる装置では、プリズムフィルムが2枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。 Further, in the apparatus using the prism film illustrated in FIG. 16, two prism films are necessary, so that not only the light amount is greatly reduced due to absorption of the film but also the cost is increased due to an increase in the number of members. It was.
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶TVなどの表示装置に用いられ
ている。
On the other hand, the direct type is used for a display device such as a large liquid crystal TV in which it is difficult to use a light guide plate.
直下型方式の液晶表示装置としては、図17に例示する装置が一般的に知られている。図17に示すように、上部に偏光板71、73に挟まれた液晶パネル72が設けられ、その下面側に蛍光管などからなる光源51が設けられている。光源51から出射された光を、拡散フィルム82で拡散させ、高効率で液晶パネル72の有効表示エリアに集光させる。光源51からの光を効率よく照明光として利用するために、光源51の背面にはリフレクター52が配置されている。
As a direct-type liquid crystal display device, a device illustrated in FIG. 17 is generally known. As shown in FIG. 17, a
直下型方式の液晶表示装置では、線状光源の光を散乱させ、なおかつ光源が透けて見えないことが求められるため、拡散フィルムには光散乱粒子が配合されている。近年の直下型方式の急増に合わせて拡散フィルムでは様々な開発が行われており、その開発の多くは高透過、高拡散を目的とし、光散乱微粒子の種類や粒径、配合量を制御するものである。 In the direct type liquid crystal display device, it is required that light from a linear light source is scattered and the light source cannot be seen through. Therefore, light scattering particles are blended in the diffusion film. Along with the rapid increase in direct type in recent years, various developments have been made on diffusion films. Many of the developments aim at high transmission and high diffusion, and control the kind, particle size, and amount of light scattering particles. Is.
しかし、図17に例示する装置でも、視野角の制御は、拡散フィルム82の拡散性のみに依存しており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
However, even in the apparatus illustrated in FIG. 17, the control of the viewing angle depends only on the diffusibility of the
輝度を増大させるために、図18に示すように拡散フィルム85上に輝度強調フィルム86(Brightness Enhancement Film:BEF、米国3M社の登録商標)を配置し、図19に示すようにその上に拡散フィルム82を配置する方法が採用されている。
In order to increase the brightness, a brightness enhancement film 86 (Brightness Enhancement Film: BEF, a registered trademark of 3M USA) is disposed on the diffusion film 85 as shown in FIG. 18, and the diffusion is performed thereon as shown in FIG. A method of arranging the
BEFは、透明部材上に断面三角形状の単位プリズムが一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズムは光の波長に比較してサイズ(ピッチ)が大きい。BEFは、“軸外(off−axis)”からの光を集光し、この光を観察者に向けて“軸上(on−axis)”に方向転換(redirect)または“リサイクル(recycle)”する。「軸上」とは、観察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側である。BEFは、このように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。 BEF is a film in which unit prisms having a triangular cross section are periodically arranged in one direction on a transparent member. This prism has a larger size (pitch) than the wavelength of light. BEF collects light from “off-axis” and directs this light “on-axis” to the viewer, either “redirect” or “recycle”. To do. “On-axis” is a direction that coincides with the visual direction of the observer, and is generally on the normal direction side with respect to the display screen. BEF increases on-axis brightness by reducing off-axis brightness in this way.
プリズム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る。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、2枚のシートを組み合わせ、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように重ねて用いられる。 When the repetitive array structure of prisms is arranged in only one direction, only the direction change or recycling in the parallel direction is possible. In order to control the luminance of the display light in the horizontal and vertical directions, two sheets are combined and used so that the parallel directions of the prism groups are substantially orthogonal to each other.
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。 The adoption of BEF allows display designers to achieve the desired on-axis brightness while reducing power consumption.
BEFに代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材を採用したディスプレイは、特許文献1乃至3に例示されるように多数の特許文献に開示されている。
A display employing a luminance control member having a repetitive array structure of prisms represented by BEF is disclosed in many patent documents as exemplified in
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、光源からの光が屈折して、制御された角度で出射されることによって、観察者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。 In the optical sheet using the BEF as a brightness control member as described above, the light from the light source is refracted and emitted at a controlled angle, thereby controlling the light intensity in the visual direction of the observer. can do.
しかし、同時に観察者の視覚方向に進むことなく横方向に無駄に出射する想定外の光線が存在する。図20の破線Bに示すように、BEFを用いた光学シートから出射される光強度分布は、観察者の視覚方向すなわち視覚方向に対する角度が0°(軸上方向にあたる)における光強度が最も高められるが、正面より±90°近辺に小さな光強度ピークも生じる。即ち、横方向から無駄に出射される光(サイドローブ)が増えるという問題がある。このような光強度ピークを有する輝度分布は望ましくない。図20の実線Aのように、±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好ましい。一方、軸上輝度のみが過度に向上すると、輝度分布の曲線のピーク幅が著しく狭くなって極端な輝度変化が起きる。滑らかなプロファイルを実現するには、プリズムシートの上に別の拡散フィルム82を設置する必要があり、部材数の増加を伴うという問題がある。
However, at the same time, there is an unexpected light beam that is wasted in the lateral direction without proceeding in the visual direction of the observer. As shown by a broken line B in FIG. 20, the light intensity distribution emitted from the optical sheet using BEF has the highest light intensity when the observer's visual direction, that is, the angle with respect to the visual direction is 0 ° (corresponding to the on-axis direction). However, a small light intensity peak also occurs around ± 90 ° from the front. That is, there is a problem that light (side lobes) emitted from the lateral direction is increased. A luminance distribution having such a light intensity peak is not desirable. As shown by the solid line A in FIG. 20, a smooth luminance distribution with no light intensity peak around ± 90 ° is preferable. On the other hand, when only the on-axis luminance is excessively improved, the peak width of the luminance distribution curve is remarkably narrowed, resulting in an extreme luminance change. In order to realize a smooth profile, it is necessary to install another
上述のように、バックライトユニットの光学シートには、光の利用効率の向上だけでなく、光源のムラの除去、ランプイメージ消し、ディスプレイの視域の確保など様々な機能が求められており、一般的には複数枚の光学シートを重ね合わせて構成されている。しかし、光学シートの構成枚数が多いと、ディスプレイの組立てときの作業が煩雑になり、また光学シート間のゴミの影響を受ける、などの問題がある。 As described above, the optical sheet of the backlight unit is required not only to improve the light use efficiency, but also to perform various functions such as removing unevenness of the light source, erasing the lamp image, and securing the viewing area of the display. In general, a plurality of optical sheets are overlapped. However, if the number of optical sheets is large, there are problems such as complicated operations for assembling the display and being affected by dust between the optical sheets.
また、液晶表示装置には、軽量、低消費電力、高輝度、薄型化であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットも軽量、低消費電力、高輝度であることが要求されている。特に、最近、目覚しく発展しているカラー液晶表示装置においては、液晶パネルの透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低いため、バックライトユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。 In addition, liquid crystal display devices are strongly required as market needs to be lightweight, low power consumption, high brightness, and thin, and the backlight unit mounted on the liquid crystal display device is also light weight, low power consumption. Therefore, it is required to have high brightness. In particular, in color liquid crystal display devices that have been remarkably developed recently, the transmittance of the liquid crystal panel is much lower than that of a monochrome-compatible liquid crystal panel, so improving the brightness of the backlight unit can reduce the consumption of the device itself. It is essential to get power.
しかし、上述したように従来の液晶表示装置は、低価格、薄型、高輝度、高表示品位、低消費電力というユーザからの要請に充分に応えられているとは言いがたい。したがって、このような要請を実現できる光学シート、ならびにそれを用いたディスプレイ用バックライトユニットおよびディスプレイの開発が望まれている。 However, as described above, it is difficult to say that the conventional liquid crystal display device sufficiently satisfies the user's demand for low price, thinness, high brightness, high display quality, and low power consumption. Therefore, development of an optical sheet that can realize such a demand, and a display backlight unit and a display using the optical sheet is desired.
ディスプレイ用バックライトユニットにおいて、バックライトの放熱により光学シートが発熱し、筺体内において光学シートの熱膨張による反りが発生し、ディスプレイの表示品位を低下させる可能性がある。 In the display backlight unit, the optical sheet generates heat due to the heat radiation of the backlight, and the warp due to the thermal expansion of the optical sheet occurs in the housing, which may deteriorate the display quality of the display.
特に、線熱膨張係数の異なる材質で構成される複数の層を粘着または接着により一体化させた光学シートでは、各層毎に線熱膨張が異なるために、バックライトの熱によりディスプレイ用バックライトユニット筺体内で反りが顕著に発生する可能性があり、鮮明な表示画像を得る上で不利になる。 In particular, in an optical sheet in which a plurality of layers made of materials having different linear thermal expansion coefficients are integrated by adhesion or adhesion, the linear thermal expansion differs for each layer. There is a possibility that warping will occur remarkably in the housing, which is disadvantageous in obtaining a clear display image.
本発明の目的は、線熱膨張係数の異なる材質で構成される複数の層を粘着または接着により一体化させた光学シートにおいて、バックライトの熱の影響による熱膨張によって発生するディスプレイ用バックライトユニット筺体内での反りを軽減でき、ひいては表示品位の低下を有効に抑制できる光学シート、ディスプレイ用バックライトユニットおよびディスプレイを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a backlight unit for a display which is generated by thermal expansion due to the influence of the backlight in an optical sheet in which a plurality of layers made of materials having different linear thermal expansion coefficients are integrated by adhesion or adhesion. An object of the present invention is to provide an optical sheet, a backlight unit for display, and a display that can reduce warpage in a casing and can effectively suppress a reduction in display quality.
本発明の一態様によれば、一方の面を光入射面とし、前記光入射面と反対の面を光出射面とする光拡散層と、前記光出射面に貼り合わされ、前記光入射面より前記光拡散層に入射し前記光出射面から出射する光の出射方向、範囲、色および輝度分布の少なくともいずれか1つを制御する光学機能部材とを備え、前記光拡散層の厚みをh2、前記光学機能部材の厚みをh1、熱によって反りを起こさせるように作用する曲げモーメントをMとしたとき、Mとh2が下記(1)式
本発明の光学シートにおいて、前記光拡散層の縦弾性定数をE2、前記光学機能部材の縦弾性定数をE1としたとき、E1とE2が下記(2)式の関係を満たすことが好ましい。
本発明の光学シートにおいて、前記光拡散層の線膨張係数をα2、前記光学機能部材の線膨張係数をα1としたとき、α1とα2が下記(3)式の関係を満たすことが好ましい。
本発明の光学シートにおいて、前記光拡散層と前記光学機能部材は粘着剤または接着剤で接合されている。 In the optical sheet of the present invention, the light diffusion layer and the optical functional member are bonded with an adhesive or an adhesive.
本発明の他の態様によれば、直下型光源と、上記の光学シートとを備え、表示画像を規定する画像表示素子の背面に設けられることを特徴とするディスプレイ用バックライトユニットが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a display backlight unit comprising a direct light source and the optical sheet, and provided on the back surface of an image display element that defines a display image. .
本発明の他の態様によれば、エッジライト式光源および導光板を有する面光源と、上記の光学シートとを備え、表示画像を規定する画像表示素子の背面に設けられることを特徴とするディスプレイ用バックライトユニットが提供される。 According to another aspect of the present invention, a display comprising an edge light type light source and a surface light source having a light guide plate, and the optical sheet, and provided on a back surface of an image display element that defines a display image. A backlight unit is provided.
本発明のさらに他の態様によれば、画像表示素子と、上記のディスプレイ用バックライトユニットとを備えたことを特徴とするディスプレイが提供される。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a display comprising an image display element and the display backlight unit.
本発明の光学シートは、光拡散層の厚みをh2、前記光学機能部材の厚みをh1、熱によって反りを起こさせるように作用する曲げモーメントをMとしたとき、Mとh2が、以下の数式1を満たすようにすることにより、光学シートの反りを確実に軽減でき、表示品位の低下を確実に防止できる。
また、本発明の光学シートは、光拡散層の縦弾性定数E2と光学機能部材の縦弾性定数E1が、以下の数式2の関係を満たすようにすることにより、光学シートの反りを確実に軽減でき、表示品位の低下を防止できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態に係る光学シートを備えたバックライトユニットを有するディスプレイ(液晶表示装置)を示す構成図である。図2は光学シートの断面図である。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a display (liquid crystal display device) having a backlight unit including an optical sheet according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical sheet.
図1に示す液晶表示装置は、液晶パネル32の背面に、光学シート39および複数の直下型光源41を含むバックライトユニット44を設けた構成を有する。液晶パネル32は、偏光板31、33に挟まれた液晶パネル35を含む。複数の光源41はシリンダー形状を有し、ランプハウス43内に収納されている。複数の光源41の背面側には光反射板45が配置されている。光源41と液晶パネル32との間に光学シート39が設けられる。
The liquid crystal display device shown in FIG. 1 has a configuration in which a
図1および図2に示すように、光学シート39は、光拡散層1と光学機能部材4とが固定要素3を介して厚さ方向に接合されて一体化されたものである。光拡散層1と光学機能部材4との間には空隙2が形成されている。光源41からの光は、光学シート39を透過して、液晶パネル32に供給される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1のディスプレイは液晶表示装置であるが、光学シート39を含んでいればこれに限らず、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ELディスプレイなどでもよい。
The display of FIG. 1 is a liquid crystal display device, but is not limited to this as long as it includes the
光源41は蛍光灯などの線状光源であり、液晶ディスプレイ用には、通常、冷陰極管が用いられる。
The
光学シート39の光拡散層1は、透明樹脂1Rとこの透明樹脂の中に分散された粒子1Pを含む。
The
光拡散層1に使用される透明樹脂としては、たとえば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、PET、ポリプロピレン、アクリロニトリルスチレン共重合体などを使用することができる。
As the transparent resin used for the
光拡散層1において、透明樹脂中に分散される粒子としては、無機酸化物からなる粒子または樹脂からなる粒子が使用できる。無機酸化物からなる粒子としては、たとえばシリカやアルミナなどからなる粒子が挙げられる。樹脂からなる粒子としては、たとえばアクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、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)、およびETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)などの含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などが挙げられる。
In the
十分な光拡散特性を得るためには、光拡散層1を構成する透明樹脂の屈折率と粒子の屈折率が異なることが好ましい。具体的には、透明樹脂の屈折率と粒子の屈折率の差が0.02以上であることが望ましい。
In order to obtain sufficient light diffusion characteristics, it is preferable that the refractive index of the transparent resin constituting the
板状の光拡散層1を製造するには、透明樹脂中に粒子を分散して、押出成形する方法が用いられる。光拡散層1の厚さは1〜5mmであることが望ましい。光拡散層1の厚さが1mm未満である場合、光拡散層1はコシがなくなって撓みやすくなる。光拡散層1の厚さが5mmを超えると、光源41からの光の透過率が悪くなる。
In order to manufacture the plate-like
上述したように、光拡散層1の出射面と光学機能部材4の入射面との間には固定要素3が設けられる。固定要素3は光拡散層1の出射面および光学機能部材4の入射面の一部を覆うように形成され、これにより光拡散層1と光学機能部材4の間に空隙2が保持される。空隙2は、たとえば空気や窒素などの気体からなる。このような空隙2により透過する光を集光して光学機能部材4に導くことが可能になる。
As described above, the fixing
固定要素3としては、光拡散層1によって散乱された光を透過する複数のリブ、接着剤層もしくは粘着剤層、光拡散層1によって散乱された光を光拡散層1側に反射する複数の反射表面を有するかもしくは反射材を含むリブ、または反射材を含有する接着剤層もしくは粘着剤層などが挙げられる。ただし、固定要素3はこれらの方法によって形成されるものに限定されず、溶着する方法、固定具を用いる方法、またはエキシマレーザー光を照射し常温接合する方法などによって形成されるものでもよい。
The fixing
固定要素3に接着剤層または粘着剤層を用いる場合について説明する。接着剤層または粘着剤層を付ける位置は、たとえば光拡散層1と光学機能部材4の表示領域外(ディスプレイに光学機能部材4が組み込まれた場合に画像表示に使用される以外の領域)とする。しかし、固定要素3がディスプレイから視認されるというような画像表示品位への影響がなければ、接着剤層または粘着剤層を付ける位置を表示領域内にしてもよい。
The case where an adhesive layer or an adhesive layer is used for the fixing
接着剤層または粘着剤層の材料としては、たとえば、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系の接着剤または粘着剤が挙げられる。バックライトユニット内の固定要素3は高温になるため、これに使用される接着剤層または粘着剤層は100℃での貯蔵弾性率G’が1.0E+04Pa以上であることが望ましい。貯蔵弾性率G’がこの値より低いと、使用中に光拡散層1と光学機能部材4がずれる場合があるため望ましくない。光拡散層1と光学機能部材4との間の空隙2を安定に保持するには、接着剤層または粘着剤層の中に透明の微粒子たとえばビーズなどを混ぜてもよい。接着剤層または粘着剤層は両面テープ状のものでもよいし単層のものでもよい。
Examples of the material for the adhesive layer or the pressure-sensitive adhesive layer include acrylic, urethane-based, rubber-based, and silicone-based adhesives or pressure-sensitive adhesives. Since the fixing
表示領域内に接着剤層または粘着剤層を付ける場合、接着剤層または粘着剤層の使用に伴う光の吸収が1%以内であることが好ましい。光の吸収が1%を超えると光学シート39から出射する積算光量が減少し、光学機能部材4の形状によらず軸上輝度が低下するなどの影響が出るため好ましくない。
When an adhesive layer or a pressure-sensitive adhesive layer is attached in the display area, it is preferable that light absorption associated with the use of the adhesive layer or the pressure-sensitive adhesive layer is within 1%. If the light absorption exceeds 1%, the integrated light quantity emitted from the
接着剤層または粘着剤層を付けるには、コンマコーターなどの各種塗工装置、印刷装置、ディスペンサー、スプレーなどを用いてもよいし、筆などを用いて手作業で塗工してもよい。 In order to attach the adhesive layer or the pressure-sensitive adhesive layer, various coating devices such as a comma coater, a printing device, a dispenser, a spray, or the like may be used, or coating may be performed manually using a brush or the like.
図2を参照して、光学機能部材4をより詳細に説明する。光学機能部材4は、板状の光透過性基材4Aと、光透過性基材4Aの光拡散層1への対向面と反対面に設けられ光の方向を制御するレンズアレイ部4Bとを有する。すなわち、レンズアレイ部4Bが光学機能部材4の出射面を構成している。レンズアレイ部4Bには、たとえば多数の凸シリンドリカル形状の単位レンズが並列して形成されている。
The optical
光透過性基材4Aとレンズアレイ部4Bに同一の材料を用いる場合、たとえば熱可塑性樹脂を溶融して押出し、光学機能部材4の形状に切削した金型ロールに通して押圧することによって光学機能部材4を作製する。
When the same material is used for the
光透過性基材4Aとレンズアレイ部4Bに異なる材料を用いる場合、たとえばPETなどの樹脂からなる光透過性基材4Aの上に、UV硬化性樹脂をレンズ形状に塗布し、塗布されたUV硬化性樹脂にUVを照射してレンズアレイ部4Bを形成することにより光学機能部材を作製する。
When different materials are used for the
図2は、光透過性基材4Aおよびレンズアレイ部4Bの両方に、光を拡散させる微粒子7を混合していることを示している。ただし、光を拡散させる微粒子7を用いる場合、光透過性基材4Aおよびレンズアレイ部4Bの少なくともいずれか一方に混合すればよい。
FIG. 2 shows that fine particles 7 for diffusing light are mixed in both the
光拡散層1には、たとえばポリカーボネート、ポリスチレン、メチルスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマーが用いられ、これらのポリマーの線膨張係数はそれぞれ6.7×10−5 (/℃)、7×10−5 (/℃)、7×10−5 (/℃)および6〜7×10−5 (/℃)である。一方、光学機能部材4にたとえばPETを用いた場合、その線膨張係数は2.7×10−5 (/℃)である。この場合、光拡散層1の線膨張係数と光学機能部材4の線膨張係数との差が大きい。光拡散層1と光学機能部材4は固定されているため、光学シート39が熱を受けるとバイメタル効果により変形する。
For example, polycarbonate, polystyrene, methylstyrene resin, and cycloolefin polymer are used for the
本発明の光学シートは、光拡散層の厚みをh2、光学機能部材の厚みをh1、熱によって反りを起こさせるように作用する曲げモーメントをMとしたとき、Mとh2が下記(1)式の関係を満たすように設定されている。
本発明においては、光拡散層の縦弾性定数をE2、光学機能部材の縦弾性定数をE1としたとき、E1とE2が下記の2つの式の関係を満たすように設定されている。
本発明における上記の式は、材料力学ベースの曲げモーメントMとひずみ(以下、反りという)vの計算をもとにしてシミュレーションにより導出された。ここで、曲げモーメントMとは物体に反りを起こさせるように作用する力を表す。 The above equation in the present invention was derived by simulation based on the calculation of bending moment M and strain (hereinafter referred to as warpage) v based on material mechanics. Here, the bending moment M represents a force that acts to cause the object to warp.
曲げモーメントMと反りvは、具体的に次以下の手順を経て計算される。
(a)光学シート39に熱がかかった際に、光拡散層1と光学機能部材4の線膨張率の違いによって発生する熱応力による曲げモーメントMを計算する。
Specifically, the bending moment M and the warp v are calculated through the following procedure.
(A) When heat is applied to the
(b)曲げモーメントMにより反りが生じる時、断面内における、伸び部分と縮み部分の境界となる曲げの中心である中立軸を求める。 (B) When warping occurs due to the bending moment M, the neutral axis that is the center of bending that becomes the boundary between the stretched portion and the contracted portion in the cross section is obtained.
(c)光学シートを一種類の物質としたときの変形のしやすさを表す断面2次モーメントを計算する。 (C) A cross-sectional second moment representing the ease of deformation when the optical sheet is made of one kind of substance is calculated.
(d)たわみ方程式の微分方程式を解き、上記(b)、(c)で求めた値を用いて反り値を求める。 (D) The differential equation of the deflection equation is solved, and the warp value is obtained using the values obtained in (b) and (c) above.
(e)各パラメータを変化させたときに、反り抑制に効果のあるパラメータ条件を規定する。 (E) Define parameter conditions effective in warping suppression when each parameter is changed.
図6に示すように、光拡散層1について縦弾性係数E2、線膨張係数α2、断面積A2、厚さh2とし、光学機能部材4について縦弾性係数E1、線膨張係数α1、断面積A1、厚さh1とし、奥行きb、幅lとする。固定要素3の反りに対する影響は小さく、ここでは考慮しない。
As shown in FIG. 6, the
図7を参照して、熱応力による曲げモーメントの計算について説明する。ここでは、線膨張係数はα1<α2で、曲げモーメントの方向は光出射側に反る方向として計算する。図7に示すように、光拡散層1および光学機能部材4として線膨張率の異なる2つの材料が接合されているため、両者には大きさが等しく反対向きの力Pが作用する。光拡散層1および光学機能部材4にはそれぞれ以下のひずみが生じている。
With reference to FIG. 7, calculation of the bending moment due to thermal stress will be described. Here, the linear expansion coefficient is α1 <α2, and the direction of the bending moment is calculated as the direction warping the light exit side. As shown in FIG. 7, since two materials having different linear expansion coefficients are joined as the
(a)熱によるひずみ
(b)力Pによるひずみ
(c)反りによるひずみ
ところで、(c)は両者に共通であり、接合部でのひずみは等しい。よって、(a)と(b)のひずみの和が等しければよく、温度がt℃変化したとき、以下の(f1)式が成り立つ。
また、A1=bh1、A2=bh2であるので、(f1)式に代入して力Pは以下の(f2)式で示される。
よって、曲げモーメントMは以下の(f3)式で求められる。
この光学シート39を、曲げモーメントMを受けた時に1本の梁として曲がる組み合わせ梁のモデルとして考える。
The
図8に梁の断面図を示す。1本の梁として曲がるとき、伸び部分と縮み部分の境界となる中立軸Lが存在する。梁断面の上辺から中立軸Lまでの距離をyとしたとき、断面にはそれぞれの材料特性Eiの重みをかける必要があり、以下の(f4)式で示される。
はりのたわみ方程式より、たわみvとモーメントMの関係は、以下の(f5)式より求められる。
(f5)式の分母部分は、以下のように(f6)式で示される。
(f5)式を解くと、この梁の最大反りは(f7)式で示される。
よって、この(f7)式に上記(f3)および(f4)式を用いることで、曲げモーメントと反りとの関係が求められる。 Therefore, the relationship between the bending moment and the warpage can be obtained by using the above equations (f3) and (f4) for the equation (f7).
実際に行ったシミュレーションについて説明する。本シミュレーションにおいて用いた
パラメータを表1〜表3に示す。
光拡散層1、光学機能部材4に共通のパラメータを固定する。ここでは、曲げモーメントの方向を光出射側に反るように設定している。また、梁の曲げのモデルに従って、幅b=10mmの短冊状でシミュレーションを用いているが、板状においても相関関係があるため、実際の光学シートにおいても、この結果を反映することができる。
Parameters common to the
(f3)式より曲げモーメントMおよび反りは、光拡散層1の厚さh2、縦弾性係数E2、光学機能部材4の厚さh1、縦弾性係数E1のパラメータが関わっている。h2、E2を固定して、h1、E1を変化させたときの曲げモーメントMおよび反り値のシミュレーションを行った。
From the equation (f3), the bending moment M and the warp are related to the parameters of the thickness h2 of the
表1は、h2=2.0mmのときに用いたパラメータ表である。図9に縦弾性定数比E1/E2と反りvとの関係を示す。図10に縦弾性定数比E1/E2と曲げモーメントMとの関係を示す。 Table 1 is a parameter table used when h2 = 2.0 mm. FIG. 9 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the warp v. FIG. 10 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the bending moment M.
表2は、h2=3.0mmのときに用いたパラメータ表である。図11に縦弾性定数比E1/E2と反りvとの関係を示す。図12に縦弾性定数比E1/E2と曲げモーメントMとの関係を示す。 Table 2 is a parameter table used when h2 = 3.0 mm. FIG. 11 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the warp v. FIG. 12 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the bending moment M.
表3は、h2=5.0mmのときに用いたパラメータ表である。図13に縦弾性定数比E1/E2と反りvとの関係を示す。図14に縦弾性定数比E1/E2と曲げモーメントMとの関係を示す。 Table 3 is a parameter table used when h2 = 5.0 mm. FIG. 13 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the warp v. FIG. 14 shows the relationship between the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 and the bending moment M.
図9〜図14に示すように光拡散層1と光学機能部材4の縦弾性定数比E1/E2が小さくなるにつれて、反りvおよび曲げモーメントMが小さくなる傾向がある。また、h1が厚いほど反り・曲げモーメントは大きくなり、h2が厚いほど反り・曲げモーメントは小さくなる。特に、h1が1.0mmの場合、曲げモーメントがある値以上のときに、反り値が飽和状態に達する。
As shown in FIGS. 9 to 14, as the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2 between the
曲げモーメントMとh2とは線形関係があり、M/h2≦0.1であれば、確実に反りを低減できる効果がある。縦弾性定数比E1/E2に関しては、E1/E2≦0.8であれば、確実に反りを低減できる効果がある。 The bending moment M and h2 have a linear relationship, and if M / h2 ≦ 0.1, there is an effect that the warp can be surely reduced. Regarding the longitudinal elastic constant ratio E1 / E2, if E1 / E2 ≦ 0.8, there is an effect that the warp can be surely reduced.
(例1)
光透過性基材4Aとレンズアレイ部4Bの材料として、屈折率1.59の熱可塑性ポリスチレン樹脂に、屈折率1.49、粒径2μmのメタクリル粒子を0.1重量%分散させたものを押出機に投入した。樹脂を溶融させ、シートとして押出し、押出機に近接して配置した凸シリンドリカル形状に切削した金型ロールによってレンズアレイ部4Bを形成し、シートを冷却、硬化して、光学機能部材4を作製した。レンズアレイ部4Bはピッチ140μmの凸シリンドリカル形状である。なお、レンズ形状は、凸シリンドリカル形状に限らず、プリズム形状などでもよい。
(Example 1)
As a material for the
この光学機能部材4は、縦弾性係数E1が3300MPa、線膨張係数α1が8×10−5 (cm2/℃)であり、厚さh1が0.4mmであった。
This optical
なお、光学的には、粒子を添加することにより、粒子を添加しなかったものと比較すると射光輝度分布形状は変化し、サイドローブが低減され、最大傾斜角が緩やかになり、視野角が広くなった。 Optically, the addition of particles changes the emission luminance distribution shape compared to the case where particles are not added, the side lobe is reduced, the maximum inclination angle is gentle, and the viewing angle is wide. became.
光拡散層1の材料として、ポリカーボネート樹脂100重量部に、拡散材として平均粒径6μmのシリコーン系ビーズと平均粒径3μmのシリコーン系ビーズをそれぞれ3重量部添加した。積層押出機によって上記積層シートを押出し、光拡散層1を作製した。このときの押出機のダイ温度を250℃、ロール温度(2ロール)を90℃に設定し、樹脂の押出量を調整して、光拡散層1を作製した。
As a material for the
この光拡散層1は、縦弾性係数E2が2500MPa、線膨張係数α2が6.7×10−5 (cm2/℃)であり、厚さh2が2.0mmであったこのようにして製作された光学機能部材4と光拡散層1を、500×900mmサイズで厚さ10μmの粘着シートを用いて一体化した。なお、一体化の方法として、粘着材または接着剤を用いてもよい。すなわち、固定方法や固定部材は限定されない。得られた光学シートの縦弾性係数比E1/E2は1.32である。
This
信頼性を試験するために、この一体型光学シートをディスプレイに設置して、温度80℃に24時間おいた後に反り形状を確認した。その結果、反り量が大きいことがわかった。 In order to test the reliability, the integrated optical sheet was placed on a display, and after being kept at a temperature of 80 ° C. for 24 hours, the warped shape was confirmed. As a result, it was found that the amount of warpage was large.
(例2)
光学機能部材の材料としてポリカーボネート樹脂を用い、例1と同様に押出法により光学機能部材4を作製した。この光学機能部材4は、縦弾性係数E1が2500MPa、線膨張係数α1が6.6×10−5 (cm2/℃)であり、厚さh1が0.4mmであった。
(Example 2)
An optical
光拡散層1の材料としてポリスチレン樹脂を用い、例1と同様に押出法により光拡散層1を作製した。この光拡散層1は、縦弾性係数E2が3300MPa、線膨張係数が8×10−5 (cm2/℃)であり、厚さが2mmであった。
A polystyrene resin was used as the material of the
このようにして製作された光学機能部材4と光拡散層1を、500×900mmサイズで厚さ10μmの粘着シートを用いて一体化した。得られた光学シートの縦弾性係数比E1/E2は0.76である。
The optical
信頼性を試験するために、この一体型光学シートをディスプレイに設置して、温度80℃に24時間おいた後に反り形状を確認した。その結果、反り量が小さいことがわかった。 In order to test the reliability, the integrated optical sheet was placed on a display, and after being kept at a temperature of 80 ° C. for 24 hours, the warped shape was confirmed. As a result, it was found that the amount of warpage was small.
(例3)
光学機能部材の材料としてポリプロピレン樹脂を用い、例1と同様に押出法により光学機能部材4を作製した。この光学機能部材4は、縦弾性係数E1が1400MPa、線膨張係数α1が7×10−5 (cm2/℃)であり、厚さh1が0.4mmであった。
(Example 3)
An optical
光拡散層1の材料としてポリスチレン樹脂を用い、例1と同様に押出法により光拡散層1を作製した。この光拡散層1は、縦弾性係数E2が3300MPa、線膨張係数が8×10−5 (cm2/℃)であり、厚さが2mmであった。
A polystyrene resin was used as the material of the
このようにして製作された光学機能部材4と光拡散層1を、500×900mmサイズで厚さ10μmの粘着シートを用いて一体化した。得られた光学シートの縦弾性係数比E1/E2は0.42である。
The optical
信頼性を試験するために、この一体型光学シートをディスプレイに設置して、温度80℃に24時間おいた後に反り形状を確認した。その結果、反り量が小さいことがわかった。 In order to test the reliability, the integrated optical sheet was placed on a display, and after being kept at a temperature of 80 ° C. for 24 hours, the warped shape was confirmed. As a result, it was found that the amount of warpage was small.
(例4)
光学機能部材の材料として高密度ポリエチレン樹脂を用い、例1と同様に押出法により光学機能部材4を作製した。この光学機能部材4は、縦弾性係数E1が500MPa、線膨張係数α1が11×10−5 (cm2/℃)であり、厚さh1が0.4mmであった。
(Example 4)
Using a high-density polyethylene resin as the material of the optical functional member, an optical
光拡散層1の材料としてポリスチレン樹脂を用い、例1と同様に押出法により光拡散層1を作製した。この光拡散層1は、縦弾性係数E2が3300MPa、線膨張係数が8×10−5 (cm2/℃)であり、厚さが2mmであった。
A polystyrene resin was used as the material of the
このようにして製作された光学機能部材4と光拡散層1を、500×900mmサイズで厚さ10μmの粘着シートを用いて一体化した。得られた光学シートの縦弾性係数比E1/E2は0.15である。
The optical
信頼性を試験するために、この一体型光学シートをディスプレイに設置して、温度80℃に24時間おいた後に反り形状を確認した。その結果、反り量が大きいことがわかった。 In order to test the reliability, the integrated optical sheet was placed on a display, and after being kept at a temperature of 80 ° C. for 24 hours, the warped shape was confirmed. As a result, it was found that the amount of warpage was large.
表4に、例1〜4の光学シートに関する信頼性試験の評価結果を示す。
表4の結果はシミュレーション結果と同様の傾向を示しており、例1〜3の縦弾性係数比E1/E2が0.4以上の場合には、E1/E2が小さくなるにつれて反りが小さくなった。例4については、線膨張係数差による反りの発生が大きく、効果は見られなかった。光学機能部材4の線膨張係数α1、光拡散層1の線膨張係数α2としたとき、
本発明の光学シートによれば、信頼性試験後でも反りが抑制されて形状が良好に保たれるので薄型化が図れる。なお、上で挙げた材料に限らず、(1)、(2)式の条件を満たしていれば他の材料を用いてもよい。以上においては、曲げモーメントの方向を光出射側にしているが、曲げモーメントは逆方向であってもよい。この場合、光学機能部材4と光拡散層1とのパラメータの関係を逆にするだけで、同様に適用することができる。
According to the optical sheet of the present invention, warping is suppressed even after a reliability test and the shape is kept good, so that the thickness can be reduced. The material is not limited to the above materials, and other materials may be used as long as the conditions of the expressions (1) and (2) are satisfied. In the above description, the direction of the bending moment is on the light emitting side, but the bending moment may be in the opposite direction. In this case, it can be similarly applied only by reversing the parameter relationship between the
また、光学機能部材4と光拡散層1の接合に置いて、前記固定要素の面積率を変えて接合した。 固定要素として粘着材を用いて、ストライプ状に固定要素と空気層を配置して面積率を調整した。また、このときの密着力は、1000gf/inch とする。
表5に、この光学シートの信頼性試験の結果を示す。
Table 5 shows the result of the reliability test of the optical sheet.
面積率が30%未満の場合、前記光学機能部材4と光拡散層1のパラメータ条件によらず環境試験で未接合部分の反りの違いを吸収できず光学シートとして大きな反り量となった。
面積率が30%以上の場合、反りは、100%接合の場合と同じ傾向であり小さな反り量となった。
When the area ratio was less than 30%, the difference in the warpage of the unbonded portion could not be absorbed in the environmental test regardless of the parameter conditions of the
When the area ratio was 30% or more, the warp had the same tendency as in the case of 100% bonding, and the warp amount was small.
以上の説明では、本発明に係る光学シートを直下型のバックライトユニットに適用した例を説明したが、これに限定されない。図3に示すように、導光板47を設けたサイドエッジ型のバックライトユニットにも、本発明に係る光学シートを適用することができる。
In the above description, the example in which the optical sheet according to the present invention is applied to a direct backlight unit has been described, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3, the optical sheet according to the present invention can also be applied to a side-edge type backlight unit provided with a
本発明の光学シートは、信頼性が高く、高温および低温のいずれにおいても挙動が安定である。本発明の光学シートは、バックライトの輝度向上に用いる用途以外にも、LCD、EL、PDPなどディスプレイの視野角コントロールフィルムや、コントラスト向上フィルム、太陽電池用の光制御フィルム、投射スクリーンなどに用いることもできる。 The optical sheet of the present invention is highly reliable and stable in behavior at both high and low temperatures. The optical sheet of the present invention is used for viewing angle control films for displays such as LCD, EL, and PDP, contrast enhancement films, light control films for solar cells, projection screens, etc., in addition to uses for improving the brightness of backlights. You can also.
本発明の光学シートは、光源として冷陰極蛍光ランプを用いる場合はもちろん、光源としてLED、EL、半導体レーザーなどを用いたディスプレイに用いることもできる。 The optical sheet of the present invention can be used not only in the case of using a cold cathode fluorescent lamp as a light source, but also in a display using an LED, EL, semiconductor laser or the like as a light source.
図4にEL光源49を用いたディスプレイを示す。図5(a)および(b)にLED光源53を用いたディスプレイを示す。図5(a)のディスプレイは、赤色、緑色、青色のLEDのアレイを使用し、導光板などで赤色、緑色、青色のLEDのアレイからの光を混ぜ合わせ白色光として均一に出射する。図5(b)のディスプレイは、拡散板などを用いた赤色、緑色、青色のLEDのアレイからの光を混ぜ合わせ白色光として均一に出射する。
FIG. 4 shows a display using an EL
1…光拡散層、1R…透明樹脂、1P…粒子、2…空隙、3…固定要素、4…光学機能部材、4A…光透過性基材、4B…レンズアレイ部、5…レンズ部、7…微粒子、31、33、71、73…偏光板、32、72…液晶パネル、35…液晶層、39…光学シート、41、51、76…光源、43…ランプハウス、44…バックライトユニット、45…光反射板、47、79…導光板、49…EL光源、53…LED光源、78、82…拡散フィルム、74、75…プリズム、77…反射フィルム、85…拡散フィルム、86…輝度強調フィルム(BEF)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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