JP2011150077A - Optical sheet, backlight unit and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光路制御に用いられる光学シートと、こ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に関する。 The present invention relates to an optical sheet used for optical path control, a backlight unit using the optical sheet, and a display device.
液晶パネルを利用した液晶表示装置は、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ用ディスプレイの画像表示手段としてだけでなく、家電製品としてのテレビ等の画像表示手段としても幅広く普及してきている。そして、液晶表示装置は、これまでのカソード・レイ・チューブ(CRT)テレビでは困難であった、大型面対応の情報家電の画像表示装置としても使用されて、一般家庭に広まってきている。さらに、液晶表示装置の利点をより活用させるために、大型化だけでなく、高輝度化、薄型・軽量化に対応した製品も非常に早いスピードで開発が進み、市場に供給されてきている。 Liquid crystal display devices using liquid crystal panels are widely used not only as image display means for mobile phones, personal digital assistants, and personal computer displays, but also as image display means for televisions as home appliances. The liquid crystal display device is also used as an image display device for information appliances for large screens, which has been difficult with conventional cathode ray tube (CRT) televisions, and has spread to general households. In addition, in order to make better use of the advantages of liquid crystal display devices, products that not only increase in size but also increase brightness, reduce thickness, and reduce weight are being developed and supplied to the market at a very high speed.
このような液晶表示装置では、装置内部に光源を内蔵していることが多い。そして、画像を表示するために必要な明るさを得るために、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットに採用されている光源としては、大別して「導光板ライトガイド方式」(いわゆる、エッジライト方式)と、「直下型方式」との二つに大きく分けることが出来る。エッジライト方式は、冷陰極管(CCFL)やライト・エミッティング・ダイオード(LED)に代表される光源を液晶表示装置の側面側に配置させ、光透過性に優れた主に樹脂製の平板状の導光板内で多重反射させる。また「直下型方式」は、画像表示素子と液晶表示装置の背面側に配置された光源との間に、光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置して、CCFLやLEDなどが直接視認されない構成を有する。 In such a liquid crystal display device, a light source is often built in the device. In order to obtain the brightness necessary for displaying an image, a backlight unit including a light source is arranged on the back side of the liquid crystal panel. The light sources employed in the backlight unit can be broadly divided into two types: a “light guide plate light guide method” (so-called edge light method) and a “direct type”. In the edge light system, a light source represented by a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or a light emitting diode (LED) is arranged on the side of the liquid crystal display device, and it is a flat plate made mainly of resin with excellent light transmission. Multiple reflection in the light guide plate. In the “direct type”, a diffuser plate and an optical film having a strong light scattering property are arranged between the image display element and the light source arranged on the back side of the liquid crystal display device, so that the CCFL, the LED, etc. are directly visible. It has a configuration that is not.
近年の液晶表示装置においては、地球環境問題対策の一環である、消費エネルギーを低減させることを目的とする消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置の場合、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。 In recent liquid crystal display devices, suppression of power consumption for the purpose of reducing energy consumption, which is a part of measures against global environmental problems, has become a major issue. In the case of a liquid crystal display device, the power consumption of the backlight serving as the light source is the largest, and efforts to suppress the power consumption of this backlight have been made in a wide range of fields.
この一つの取組みとして、光源である冷陰極管の本数を低減させて消費電力を低く抑える試みが行われており、その消費電力低減の効果は社会に広く認められつつある。しかしながら、冷陰極管の本数を減らすことは光源の明暗である輝度ムラ(ランプイメージ)を強めることになり、これまでの拡散板及び光学シートの組合せでは完全にランプイメージを消すことは困難となってきている。また、ランプイメージを消すために、拡散板内部に拡散粒子を増やした場合は、拡散板の全光線透過率を下げることになり、画像表示に必要な輝度を得ることが出来なくなる。光源である冷陰極管からの光を強くすることで必要とされる輝度は得られるが、光を強くすることは消費電力低減の効果が大幅に低下するといった課題が残っている。 One approach is to reduce the number of cold-cathode tubes, which are light sources, to reduce power consumption, and the effect of reducing power consumption is widely recognized by society. However, reducing the number of cold-cathode tubes will increase the brightness unevenness (lamp image), which is the brightness of the light source, and it will be difficult to completely erase the lamp image with the conventional combination of the diffusion plate and the optical sheet. It is coming. Further, when diffusing particles are increased in the diffuser plate in order to erase the lamp image, the total light transmittance of the diffuser plate is lowered, and the luminance necessary for image display cannot be obtained. The required luminance can be obtained by strengthening the light from the cold cathode tube, which is a light source, but the problem remains that strengthening the light greatly reduces the effect of reducing power consumption.
また、消費電力が低いと言われているLEDを光源とする場合においても、光源を液晶表示装置の背面側に配置する直下型構成や、液晶表示装置の側面側に配置するエッジライト型構成の二つの方式が採用されており、従来よりもコントラスト比を向上させた製品が市場に投入されつつある。しかし、LED光源周囲の発熱抑制や必要とされる輝度が得られていない等の課題が残されている。そのため、発熱を抑えて消費電力を下げるには、点光源であるLEDの数を減らすことが要求されているが、上述したような、必要な輝度が得られない、光源の明暗である輝度ムラ(ランプイメージ)が強くなる、等の課題を解決する必要がある。 In addition, even when an LED, which is said to have low power consumption, is used as a light source, a direct type configuration in which the light source is arranged on the back side of the liquid crystal display device or an edge light type configuration in which the light source is arranged on the side surface side of the liquid crystal display device. Two methods are adopted, and products with improved contrast ratios are being introduced to the market. However, there remain problems such as suppression of heat generation around the LED light source and a required luminance not being obtained. For this reason, in order to suppress heat generation and reduce power consumption, it is required to reduce the number of LEDs that are point light sources. However, as described above, the required luminance cannot be obtained, and the brightness unevenness of the light source is dark. It is necessary to solve problems such as (lamp image) becoming stronger.
現状においては、これらの課題を解消する取組みとして、液晶表示装置に用いられている拡散板、導光板、及び集光、拡散、偏光機能、あるいは発光色の変更や一部の波長を吸収する機能等を有する気の機能性部材、それぞれの性能を向上させ、これらを複数組合せて使用することで、必要とされる輝度の確保、ランプイメージや輝度ムラの低減を実施している。 At present, as an approach to solve these problems, diffuser plates, light guide plates, and condensing, diffusing and polarizing functions used in liquid crystal display devices, or functions of changing emission colors and absorbing some wavelengths By improving the performance of each of the functional members and using them in combination, the required brightness is ensured and the lamp image and brightness unevenness are reduced.
上述の光学シートにおいては、従来、光源の光の利用効率を高める手法として、バックライトユニットからの拡散光を、光学シートによって集光して正面輝度を向上させる方式がとられており、例えば、米国3M社の登録商標である輝度強調フィルム(BEF:Brightness Enhancement Film)が光学シートとして広く使用されている。BEFは、透明基材の上面(出射光側)に、断面が三角形状の単位プリズムを所定の方向に一定のピッチで配列させたシートであり、"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)"することにより、基材の平坦面から入射した光がプリズム面から射出する際、正面方向に光を集める効果をもち、正面方向の輝度を向上させることが可能になる。 In the above-mentioned optical sheet, conventionally, as a method for increasing the light use efficiency of the light source, a method of collecting diffused light from the backlight unit by the optical sheet and improving the front luminance is taken, for example, A brightness enhancement film (BEF: Brightness Enhancement Film), which is a registered trademark of US 3M, is widely used as an optical sheet. The BEF is a sheet in which unit prisms having a triangular cross section are arranged in a predetermined direction at a constant pitch on the upper surface (outgoing light side) of a transparent substrate, and light from “off-axis”. The light incident on the flat surface of the substrate is re-directed or “recycled” “on-axis” toward the viewer. When exiting from the prism surface, it has the effect of collecting light in the front direction, and the luminance in the front direction can be improved.
ここで、液晶表示装置に用いられる光学シートには、光の利用効率の向上による輝度向上だけでなく、光源のムラの除去、ディスプレイの視域の確保、ディスプレイの剛性の維持などの様々な機能が要求されている。このため、所望の光学特性を実現させるために、拡散板の上(液晶パネル側)に複数の光学シートを積層することが多い。しかしながら、上記BEFを光学シートとして用いる場合、BEFは、垂直方向の光をプリズム表面で屈折させて法線方向に出射させるため、水平方向の視野角に対し垂直方向の視野角が非常に狭くなる。また、プリズム頂部が尖っているため、プリズム上部に配置される他の光学シートや機能性を有する部材、あるいは液晶パネルと接触による際に、傷が発生しやすい、等の欠点を有していた。 Here, the optical sheet used in the liquid crystal display device has various functions such as not only improving luminance by improving light utilization efficiency but also removing unevenness of the light source, securing the viewing area of the display, and maintaining the rigidity of the display. Is required. For this reason, in order to realize desired optical characteristics, a plurality of optical sheets are often laminated on the diffusion plate (liquid crystal panel side). However, when the BEF is used as an optical sheet, since the BEF refracts light in the vertical direction on the prism surface and emits it in the normal direction, the viewing angle in the vertical direction becomes very narrow relative to the viewing angle in the horizontal direction. . In addition, since the top of the prism is sharp, it has drawbacks such as being easily damaged when contacted with another optical sheet or a functional member disposed on the prism, or a liquid crystal panel. .
これら欠点を補い、同等の光学特性や環境特性を維持しながら、使用する光学シートの枚数を減らす試みがなされている。例えば特許文献1には、プリズムレンズ内に拡散性微粒子を分散させることによりプリズムの集光機能に拡散機能を付与する手法が記載されている。
また特許文献2では、マイクロレンズを基材上にランダムに配置することで、背面から入射した光をマイクロレンズで集光させ前方に出射させ、従来よりも少ない枚数の光学シートで同等の光学性能を達成する方法などが提案されている。
Attempts have been made to reduce the number of optical sheets to be used while making up for these drawbacks and maintaining equivalent optical characteristics and environmental characteristics. For example, Patent Document 1 describes a method of imparting a diffusing function to the condensing function of a prism by dispersing diffusible fine particles in the prism lens.
Further, in Patent Document 2, by arranging microlenses randomly on a base material, light incident from the back surface is condensed by the microlens and emitted forward, and the same optical performance is achieved with fewer optical sheets than in the past. A method for achieving the above has been proposed.
特許文献1に記載した光学シートは、集光機能に加え拡散機能を有している。しかし、特許文献1に記載した光学シートは、プリズム内に拡散性微粒子を分散させているため、正面に集めた光が該拡散性微粒子によって再び拡散することになり、正面方向への光量が少なくなる。また、レンズの特定の角度における屈折、反射によるギラツキが視認されるという課題がある。 The optical sheet described in Patent Document 1 has a diffusion function in addition to a light condensing function. However, since the optical sheet described in Patent Document 1 has diffusible fine particles dispersed in the prism, the light collected in the front is diffused again by the diffusible fine particles, and the amount of light in the front direction is small. Become. Further, there is a problem that glare due to refraction and reflection at a specific angle of the lens is visually recognized.
さらには、プリズム先端が尖っているため、上部に配置される機能性部材の裏面、さらには液晶パネルとの接触による傷が発生し易く、接触や摩擦による異物が発生するという課題もある。特に積層されて用いられる光学シートまたは機能性部材は、液晶表示装置に配置する際に、その四辺を装置の枠に固定させて用いられることもあるが、装置内部で完全に動くことをなく固定されてはいない。このため、搬送または移動時の振動により、上記光学シートは、他の光学シートまたは機能性を有する光学部材と接触し、擦れて傷が付くことが起こり得る。また、液晶表示装置を駆動させる際は、光源からの発熱により光学シートや機能性部材が暖められ、その結果、構成する材料固有の物性に依存する伸縮が面内で発生して寸法の変化や撓みが生じるため、他の光学シートや機能性部材と接触することで、擦れて傷が付くことも起こり得る。 Furthermore, since the tip of the prism is sharp, the back surface of the functional member disposed at the top, and further, damage due to contact with the liquid crystal panel is likely to occur, and there is a problem that foreign matter is generated due to contact or friction. In particular, optical sheets or functional members that are used in a stacked manner may be used with their four sides fixed to the frame of the device when placed in a liquid crystal display device, but are fixed without moving completely inside the device. It has not been done. For this reason, the optical sheet may come into contact with another optical sheet or a functional optical member due to vibration during conveyance or movement, and may be rubbed and scratched. Further, when driving the liquid crystal display device, the optical sheet and the functional member are warmed by the heat generated from the light source, and as a result, expansion and contraction depending on the physical properties unique to the constituent material occurs in the surface, and the dimensional change or Since bending occurs, contact with other optical sheets or functional members may cause rubbing and scratching.
ここで、耐擦傷性を向上させて異物の発生を防止する策として、プリズム頂部を丸くすること考えらる。しかし、プリズム頂部を丸くカットする幅と正面輝度とは反比例の関係にあるため、所望の耐擦傷性を達成するには正面輝度の低下を招くことに繋がる。
一方、特許文献2に記載した光学シートは、半球状のレンズを有することから、積層されて用いられる光学シートや機能性部材と接触しても、半球状のレンズの丸みを帯びた構造上、接触による摩擦が生じても、滑りがよいために傷が付き難い特徴を有している。しかしながら、隣接するマイクロレンズ間に隙間が生じる。このため、マイクロレンズ内を通り該マイクロレンズと空気層界面で屈折、散乱されて正面に集光される光と、隣接するマイクロレンズ間の隙間から屈折、散乱されずに出射される光との二種類の光が発生する。そして、これらの光の輝度差から、輝点、輝線が視認されてしまうという課題がある。
Here, as a measure for improving the scratch resistance and preventing the generation of foreign matter, it is conceivable to round the prism top. However, since the width at which the top of the prism is rounded and the front luminance are in an inversely proportional relationship, in order to achieve the desired scratch resistance, the front luminance is reduced.
On the other hand, since the optical sheet described in Patent Document 2 has a hemispherical lens, even when it comes into contact with an optical sheet or a functional member that is used in a stacked manner, the hemispherical lens has a rounded structure. Even if friction due to contact occurs, it has a feature that it is hard to be scratched due to good sliding. However, a gap is generated between adjacent microlenses. For this reason, light that is refracted and scattered at the interface between the microlens and the air layer through the inside of the microlens and condensed on the front, and light that is emitted without being refracted and scattered from the gap between adjacent microlenses. Two types of light are generated. And there exists a subject that a bright spot and a bright line will be visually recognized from the brightness | luminance difference of these lights.
本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものであり、優れた光の集光・拡散特性を併せ持ち、複数の光学シートや機能性部材と組合せて使用する際においても傷が付き難い高い耐擦傷性を備えた光学シートを提供することを目的としている。さらには、この光学シートを用いたバックライトユニット、及びディスプレイ装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has excellent light condensing / diffusing characteristics, and is hardly damaged when used in combination with a plurality of optical sheets and functional members. An object of the present invention is to provide an optical sheet having high scratch resistance. Furthermore, it aims at providing the backlight unit and display apparatus using this optical sheet.
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、光を出射する光出射面に、基準とする出射平面から出射側に突出する複数の凸状部を有する光学シートにおいて、上記複数の凸状部は、半球形状若しくは略半球形状からなり互いに独立したマイクロレンズと、所定の方向に沿って連続して凹凸を形成する幾何学構造体と、を備え、
上記幾何学構造体が形成する凹凸の連続方向に沿って切断した断面において、マイクロレンズと幾何学構造体との接続部における、マイクロレンズの接線の上記出射平面に対する底角が、上記幾何学構造体が形成する凹凸の上記出射平面に対する底角よりも大きいことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the invention according to claim 1 of the present invention is the optical sheet having a plurality of convex portions protruding from the reference emission plane to the emission side on the light emission surface that emits light. The shape portion includes a hemispherical shape or a substantially hemispherical shape and independent microlenses, and a geometric structure continuously forming irregularities along a predetermined direction,
In the cross-section cut along the continuous direction of the unevenness formed by the geometric structure, the base angle of the tangent line of the microlens with respect to the emission plane at the connection portion between the microlens and the geometric structure is the geometric structure. The unevenness formed by the body is larger than the base angle with respect to the emission plane.
ここで、上記マイクロレンズの接線の出射平面に対する底角とは、出射平面との交角のうち、角度が小さい側(光学要素が有る側であって、90度以下となる側)の角度である。
上記の構成を採ることで、少なくとも頂部側に角部がなく傷が付き難い構造のマイクロレンズが、傷付き易い幾何学構造体を保護する構造となる。この結果、複数の光学シートや機能性部材と組み合わせて使用する際に、上記光学シートの光出射面に対し、接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが可能な高い耐擦傷性を付与することが出来る。
また、マイクロレンズと幾何学構造体との優れた光学特性(集光・拡散特性)を併せ持つ光学シートを提供することが可能となる。
Here, the base angle of the tangent line of the microlens with respect to the emission plane is the angle on the smaller angle side (the side where the optical element is present, which is 90 degrees or less) of the intersection angle with the emission plane. .
By adopting the above-described configuration, the microlens having a structure with no corners on the top side and hardly scratched has a structure that protects the easily damaged geometric structure. As a result, when used in combination with a plurality of optical sheets and functional members, the light exit surface of the optical sheet is provided with high scratch resistance that can prevent the occurrence of scratches due to contact or rubbing. I can do it.
In addition, it is possible to provide an optical sheet having both excellent optical characteristics (condensing / diffusion characteristics) of the microlens and the geometric structure.
次に、請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した構成に対し、上記幾何学構造体が形成する凹凸は、断面三角形状で頂角が80度から100度の範囲である三角プリズム形状で形成され、上記マイクロレンズの接線の上記出射平面に対する底角は、45度より大きいことを特徴とするものである。すなわち、マイクロレンズの接線の底角が、上記プリズム形状の底角よりも大きいことを特徴とする。 Next, in the invention described in claim 2, in the configuration described in claim 1, the unevenness formed by the geometric structure is a triangle having a triangular cross section and an apex angle in the range of 80 degrees to 100 degrees. The base angle of the tangent line of the microlens with respect to the emission plane is greater than 45 degrees. That is, the base angle of the tangent line of the microlens is larger than the base angle of the prism shape.
上記の構成を採ることで、傷が付き難い構造のマイクロレンズが傷付き易いプリズムを保護する構造となり、本発明の光出射面に接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが可能な高い耐擦傷性を付与することが出来る。また、略半球形状マイクロレンズとプリズムの優れた光学特性を併せ持つ光学シートを提供することが可能となる。 By adopting the above configuration, a microlens having a structure that is hard to be scratched becomes a structure that protects a prism that is easily scratched, and high scratch resistance that can prevent scratches due to contact or rubbing on the light emitting surface of the present invention. Sex can be imparted. In addition, it is possible to provide an optical sheet having both the excellent hemispherical microlens and the excellent optical characteristics of the prism.
次に、請求項3に記載した発明は、請求項1又は請求項2に記載した構成に対し、上記マイクロレンズの光出射面全体に占める面積率は、5%以上40%以下の範囲であることを特徴とするものである。 Next, in the invention described in claim 3, the area ratio in the entire light exit surface of the microlens is in the range of 5% to 40% with respect to the configuration described in claim 1 or claim 2. It is characterized by this.
上記のようにマイクロレンズの面積率を規定することで、マイクロレンズが有する傷付防止効果、及び視野角を拡げる効果と、幾何学構造体を有する輝度向上効果を制御することが可能となる。この結果、高い耐擦傷性と優れた光学特性の両立が可能な光学シートを提供することが可能となる。 By defining the area ratio of the microlens as described above, it is possible to control the effect of preventing scratches, the effect of widening the viewing angle, and the brightness enhancement effect of having the geometric structure. As a result, it is possible to provide an optical sheet that can achieve both high scratch resistance and excellent optical properties.
次に、請求項4に記載した発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載した構成に対し、上記マイクロレンズの出射平面における直径は、40μm以上150μm以下の範囲であることを特徴とするものである。 Next, in the invention described in claim 4, in the configuration described in any one of claims 1 to 3, the diameter of the exit plane of the micro lens is in the range of 40 μm to 150 μm. It is characterized by.
上記のようにマイクロレンズの直径を規定することで、安定して形成できるマイクロレンズにおいて、マイクロレンズ自体が視認されることによる光学シート光出射面のザラつきやギラつき等の外観の低下を防ぎ、高い耐擦傷性と優れた光学特性の両立が可能で外観良好な光学シートを提供することが可能となる。 By defining the diameter of the microlens as described above, in the microlens that can be stably formed, the appearance of the optical sheet light exit surface, such as roughness or glare, due to the microlens itself being visually prevented can be prevented. Thus, it is possible to provide an optical sheet having both good scratch resistance and excellent optical properties and a good appearance.
次に、請求項5に記載した発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載した構成に対し、上記凸状部を形成するマイクロレンズの表面及び幾何学構造体の表面のうちの少なくとも一方の表面に対し、表面粗さRaが0.5μm以上10μm以下の範囲となる凹凸形状を付与することを特徴とするものである。
光出射面側の表面に上記範囲内の微細な凹凸形状を付与することで、光の拡散機能を制御し、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。
Next, in the invention described in claim 5, the surface of the microlens and the surface of the geometric structure that form the convex portion are added to the configuration described in any one of claims 1-4. It is characterized in that an uneven shape having a surface roughness Ra in the range of 0.5 μm or more and 10 μm or less is imparted to at least one of the surfaces.
By imparting a fine uneven shape within the above range to the surface on the light emitting surface side, it is possible to control the light diffusion function and to improve the viewing angle and concealment.
次に、請求項6に記載した発明は、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載した構成に対し、光が入射する光入射面に、光入射側に突出する半球形状若しくは略半球形状の凸構造部を付与することを特徴とするものである。 Next, the invention described in claim 6 is a hemispherical shape or a substantially projecting shape toward the light incident side on the light incident surface on which light is incident on the configuration described in any one of the first to fifth aspects. A hemispherical convex structure is provided.
光入射面側に略半球形状の凸構造部を付与することで、光出射面側だけでなく、光入射面側も、拡散板あるいは他の機能性シートの光出射面側との接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが出来る。同時に、略半球状の構造によって隙間が生じることから、密着によって生じるニュートンリング等の干渉むらの発生を抑えることも可能となる。 By providing a substantially hemispherical convex structure on the light incident surface side, not only the light exit surface side but also the light incident surface side is in contact with or rubbed with the light exit surface side of the diffusion plate or other functional sheet. It is possible to prevent the occurrence of scratches due to. At the same time, since the gap is generated by the substantially hemispherical structure, it is also possible to suppress the occurrence of interference unevenness such as Newton rings caused by the close contact.
次に、請求項7に記載した発明は、請求項6に記載した構成に対し、上記光入射面に、上記凸構造部よりも微細な凹凸を付与することを特徴とするものである。
光入射面側に、半球形状の凸構造部と共に微細な凹凸を付与することで、光入射面側の拡散板あるいは他の機能性シートの光出射面側との接触や擦れによる傷の発生を防ぐ。同時に、光出射面側の表面に微細な凹凸形状を付与することで光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。
Next, the invention described in claim 7 is characterized in that, with respect to the configuration described in claim 6, the light incident surface is provided with unevenness finer than the convex structure portion.
By providing fine irregularities along with the hemispherical convex structure on the light incident surface side, scratches due to contact or rubbing with the light emitting surface side of the diffuser plate or other functional sheet on the light incident surface side are prevented. prevent. At the same time, by imparting a fine uneven shape to the surface on the light emitting surface side, it is possible to enhance the light diffusing function and to improve the viewing angle and concealment.
次に、請求項8に記載した発明は、請求項7に記載した構成に対し、上記微細な凹凸は、表面粗さRzが0.1μm以上5μm以下の範囲となる凹凸であることを特徴とするものである。
光入射面側に略半球形状の構造と上記範囲内の凹凸を付与することで、光入射面側の拡散板あるいは他の機能性シートの光出射面側との接触や擦れによる傷の発生を防ぐ。同時に、光の拡散機能を制御して、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。
Next, the invention described in claim 8 is characterized in that, in the configuration described in claim 7, the fine unevenness is an unevenness having a surface roughness Rz in a range of 0.1 μm to 5 μm. To do.
By providing a substantially hemispherical structure and irregularities within the above range on the light incident surface side, it is possible to prevent scratches due to contact or rubbing with the light emitting surface side of the diffusion plate on the light incident surface side or other functional sheets. prevent. At the same time, it is possible to control the light diffusing function to improve the viewing angle and concealment.
次に、請求項9に記載した発明は、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載した光学シートと、その光学シートの光入射面に配置される光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニットを提供するものである。 Next, an invention described in claim 9 includes the optical sheet described in any one of claims 1 to 8 and a light source disposed on a light incident surface of the optical sheet. A backlight unit is provided.
次に、請求項10に記載した発明は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項9に記載した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装置を提供するものである。
Next, an invention described in
光が出射する光出射面側に、視野角が広い特性を有し、滑りが良く傷が付き難い構造のマイクロレンズと、集光性が高く輝度の向上に優れた線状に連なる幾何学構造体を併せ持つ構造とすることが出来る。
そして、マイクロレンズの接線の底角が幾何学構造体の底角より大きくなる構成を採ることで、光出射面側に、接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが可能な高い耐擦傷性を付与させることが出来ると同時に、略半球形状マイクロレンズとプリズム構造に代表される幾何学構造体の優れた光学特性を併せ持つ光学シートを提供することが可能となる。
A microlens with a structure that has a wide viewing angle on the light-emitting surface side where light exits, is easy to slip and is not easily scratched, and a linear geometric structure with high light-collecting properties and excellent brightness. A structure having both bodies can be formed.
And, by adopting a configuration in which the base angle of the tangent line of the microlens is larger than the base angle of the geometric structure, it has high scratch resistance that can prevent the occurrence of scratches due to contact or rubbing on the light emitting surface side. At the same time, it is possible to provide an optical sheet having both the excellent optical characteristics of a geometric structure represented by a substantially hemispherical microlens and a prism structure.
また、請求項3や請求項4に記載のように、マイクロレンズの仕様を規定することで、耐擦傷性と光学特性を両立させることが可能となる。
また、請求項4や請求項7に記載のように、光出射面側に微細な凹凸を付与したり、光入射面側に略半球状構造と微細な凹凸を付与したりすることで、光入射面側の耐擦傷性を高めることが出来ると同時に、光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。
In addition, as described in claim 3 and claim 4, by specifying the specifications of the microlens, it is possible to achieve both scratch resistance and optical characteristics.
Further, as described in claim 4 and claim 7, by providing fine irregularities on the light exit surface side, or by providing a substantially hemispherical structure and fine irregularities on the light incident surface side, Scratch resistance on the incident surface side can be improved, and at the same time, a light diffusing function can be improved, and the viewing angle can be expanded and concealed.
さらには、本発明の光学シートと、機能を有する光学部材、あるいは拡散板、導光板とを組み合わせることで、輝度、視野角、隠蔽性に優れた液晶表示画像を観察者側方向へと射出させることが可能なバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。 Furthermore, by combining the optical sheet of the present invention with an optical member having a function, or a diffusion plate or a light guide plate, a liquid crystal display image excellent in luminance, viewing angle, and concealment property is emitted in the viewer side direction. A backlight unit and a display device that can be provided can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
なお、図1から図5は、本実施形態による光学シート、バックライトユニット、ディスプレイ装置の構成、およびその利用形態を示す断面概略図の一例である。ただし、各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 to FIG. 5 are examples of cross-sectional schematic diagrams illustrating the configuration of the optical sheet, the backlight unit, and the display device according to the present embodiment, and the mode of use thereof. However, the scale or ratio of each part does not match the actual. Moreover, it is not limited to this.
(ディスプレイ装置)
図1は、本発明の光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
本実施形態のディスプレイ装置70は、図1に示すように、画像表示素子35とバックライトユニット55とを備える。
上記画像表示素子35は、図1に示すように、液晶パネル32とその両面に配置した偏向板31,33とを備える。画像表示素子35は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する素子である。
(Display device)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical sheet, a backlight unit, and a display device of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 1, the
上記バックライトユニット55は、図1に示すように、光源ユニット45、拡散板50、本発明の実施形態である光学シート25、及び機能性部材2を備えて構成される。光源ユニット45は、ランプハウス(反射板)43内に複数の光源41が配置されて構成される。拡散板50は、光源ユニット45の上(観察者側方向F)に配置され、光源41から射出された光Hを拡散させる。光学シート25は、拡散板50の上に配置される。その光学シート25の上に機能性部材2が単一、又は複数が配置される。機能性部材2は、光を集光、拡散、偏光させる機能、あるいは色を変化させる、特定の色を吸収させる等の機能を有している部材である。
As shown in FIG. 1, the
そして、光源41から射出された光Hは、拡散板50で拡散され、光学シート25、及びその上に配置された単一又は複数の光学シートあるいは機能性部材2で拡散・反射・集光・カラーシフトされる。続いて、バックライトユニット55から射出される必要な機能に達した光Kが画像表示素子35に入射し、観察者側Fへと射出される。
The light H emitted from the
光源41は、画像表示素子35へと光を供給するものである、光源41としては、例えば、複数の線状光源を用いることができる。複数の線状光源としては、複数の蛍光灯、CCFL、外部電極蛍光ランプ(EEFL)あるいは線状に配置されたLEDなどを一例として用いることができる。反射板43は、複数の光源41の観察者側Fと反対側に配置され、光源41から全方向に出射された光のうち、観察者側Fと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Fに出射させる役割を担っている。この結果、観察者側Fに出射された光Hは、ほぼ光源41から全方向に出射された光となる。このように反射板43を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板43としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射シート、反射板などを使用することができる。
The
(光学シート)
本発明に係る実施形態の光学シート25は、図1に示すように、光を出射する光出射面に、基準とする出射平面から出射側に突出する複数の凸状部を有する。上記複数の凸状部は、半球形状若しくは略半球形状からなり互いに独立したマイクロレンズ100と、所定の方向に沿って連続して凹凸を形成する幾何学構造体110とからなる。以下では、「所定の方向に沿って連続して凹凸を形成する幾何学構造体」を「線状に連なる幾何学構造体」とも記載する。なお、マイクロレンズ100は、例えば平面視、円形若しくは略円形の輪郭形状を有する。平面視とは、例えば出射側から見た状態を指す。
(Optical sheet)
As shown in FIG. 1, the
ここで、所定の方向に沿って連続して凹凸を形成する幾何学構造体110は、光学要素であって、連続する凹凸によって形成される各頂部が、上記所定方向に交差する方向に直線状若しくは曲線状に延びる。そして複数の頂部が、上記所定方向に配列する。
また、上記マイクロレンズ100は、光学シートの厚さ方向に切断すると、どの方向から切断しても、円弧状若しくは略円弧状の輪郭形状を有する光学要素である。
Here, the
Further, the
そして、上記光出射面側10のマイクロレンズ100と幾何学構造体110は、拡散板50を経て入射された光Hをその構造に応じて集光・拡散させることで輝度を向上させ、画像表示素子35側に光を射出するものである。また、マイクロレンズ100は、その光出射面側10に配置される他の光学シートあるいは機能性部材2、または画像表示素子35との接触や擦れによる摩擦傷の発生を防ぐ機能を有している。
Then, the
ここで、上述した光学シート25は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機EL、照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することができる。
上記光学シート25は、光出射面側10及び光入射面側20の少なくとも一方の面に対し微細な凹凸を付与させることで、光源41から入射する強い正面光Hをその構造に応じて集光させると同時に表面の微細な凹凸形状で拡散させて、視野角を拡げることができる。
Here, the
The
さらに、上記微細な凹凸は、観察者側F側から画像表示素子35を通して光源41側を観る際において、光源41による輝度ムラ、ランプイメージ、明暗差等を低減させる作用を有し、画面内において均一な光を観察者側Fへ射出することが出来る。さらには、拡散板50の表面または裏面にランプイメージを低減させることを目的として設けられる所定のパターン、または必要とされる機能を示す構造体が、観察者側Fから透けて観えることを抑制することも可能となる。
Further, the fine unevenness has an effect of reducing luminance unevenness, a lamp image, a light / dark difference and the like due to the
図2(a)及び(b)は、本発明の実施形態である光学シート25を、線状に連なる幾何学構造体110の垂直断面における構造を説明する図である。すなわち、図2(a)及び(b)は、幾何学構造体110が形成する凹凸の連続方向で切断した断面図である。
図2(a)に示すように、光学シート25の光出射面側10には、マイクロレンズ100と幾何学構造体110とが併せて設けられている。延長線L3は、マイクロレンズに隣接する連続して凹凸を形成する幾何学構造体の頂角を二等分する頂点を通る垂線に直交する線、または、連続して凹凸を形成する幾何学構造体の頂点における接線に平行な線を表す。この延長線L3の位置が、例えば基準とする出射平面の位置を表す。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the structure of the
As shown in FIG. 2A, the
ここで、図2(b)で図示するように、マイクロレンズ100と幾何学構造体110が接する部位における断面の接線L1と延長線L3によって形成される底角である角度θ1が存在する。一方、幾何学構造体110の出射面の延長線L2と延長線L3とによって形成される底角θ2が存在する。そして、本実施形態では、角度θ1が常に底角θ2よりも大きくなるように設定する。
Here, as illustrated in FIG. 2B, there is an angle θ <b> 1 that is a base angle formed by the tangent line L <b> 1 and the extension line L <b> 3 of the cross section at a portion where the
角度θ1が常に底角θ2よりも大きいことを規定することで、マイクロレンズ100と幾何学構造体110の高さ比を限定させる。この結果、マイクロレンズ100による高い耐擦傷性を維持しながら、傷が付き易い幾何学構造体110を保護することが可能となる。
また、角度θ1の角度を高く保つことで、略半球形状のマイクロレンズ100の立ち上り角度を高く規定することが出来る。この場合、これが集光性を高めて輝度を向上させることに繋がる。なお、マイクロレンズ100の立ち上り角度と高さが高いほど輝度が高くなることは、光学シミュレーション解析において確認されている。
By defining that the angle θ1 is always larger than the base angle θ2, the height ratio between the
Further, by keeping the angle θ1 high, the rising angle of the substantially
ここで、光学シミュレーション解析及びこれまでの得られた知見から、上記の角度θ1が底角θ2よりも小さい場合、略半球形状のマイクロレンズ100の高さが制限され、光の集光に寄与して輝度を向上させる底面からの立ち上り角度が低く抑えられるために、光学シート25全体の輝度が低下すること結果を確認している。
Here, from the optical simulation analysis and the knowledge obtained so far, when the angle θ1 is smaller than the base angle θ2, the height of the substantially
なお、マイクロレンズ100の高さが制限された場合、線状に連なる幾何学構造体110との高さの差が小さくなる。この場合には、目的としている傷が付き易い幾何学構造体110の保護を達成することが困難となることから望ましくない。
In addition, when the height of the
マイクロレンズ100が光出射面10に占める面積率は、光学シート25の光学特性を左右する値である。マイクロレンズ100の面積率が40%より高くなる場合、輝度を向上させる効果の高い線状に連なる幾何学構造体110の面積率が相対的に低下するために、光学シート25全体の輝度を低下させることを招く。また、マイクロレンズ100をランダムに配置させる場合、面積率がより高くなると、その配置において何らかの規則性を有することが起こり易くなり、画像表示素子35、あるいは他の規則性を有する構造体または機能性部材2と干渉縞を生じ易くなるために好ましくない。
The area ratio that the
一方、マイクロレンズ100の面積率が5%未満と低くなると、線状に連なる幾何学構造体110が占める面積が高くなり、輝度の向上が見られる反面視野角が低下する。また、独立して存在する略半球形状のマイクロレンズ100の個数が少なくなるために、必要とされる耐擦傷性が得られなくなり望ましくない。
以上のことから、高い輝度と必要な耐擦傷性を発揮させるには、マイクロレンズ100の光出射面10全体に占める面積率は、5%以上40%以下の範囲とすることが好ましい。
On the other hand, when the area ratio of the
From the above, in order to exhibit high luminance and necessary scratch resistance, it is preferable that the area ratio occupying the entire
上記した面積率は、光出射面内におけるマイクロレンズ100の配置数と直径を設定することで定まる数値となる。本実施形態では、図3において、マイクロレンズ100の面積率を決めるマイクロレンズの出射平面における直径Rが、40μm以上150μm以下の範囲とする。マイクロレンズの直径Rは、基準とする出射平面での直径とする。
マイクロレンズの直径Rを40μm以上150μm以下の範囲とする理由は、次の通りである。
The above-described area ratio is a numerical value determined by setting the number and diameter of the
The reason why the diameter R of the microlens is in the range of 40 μm to 150 μm is as follows.
直径Rが150μmを越える場合は、マイクロレンズ自体が目視され易く、これが外観上光出射面のムラや粗さ、輝点を際立てることに繋がる可能性が高くなり好ましくない。一方、マイクロレンズ100の直径Rが40μm未満の場合、幾何学構造体110の高さが低く限定され、光の回折効果や幾何学構造体110の形状の精度が低下することによる輝度低下が生じるために好ましくない。さらには、直径40μm未満のマイクロレンズを形成することが難しく、形状や直径、高さのバラつきが大きくなることからも好ましくない。
When the diameter R exceeds 150 μm, the microlens itself is easily visible, and this is not preferable because it increases the possibility of leading to unevenness, roughness, and bright spots on the light exit surface. On the other hand, when the diameter R of the
また、マイクロレンズ100は、線状に連なる幾何学構造体110を形成する複数の凹凸に跨って存在することが望ましい。これは、マイクロレンズ100の高さが幾何学構造体110よりも高い構造となることが、傷付き易い幾何学構造体110を保護するために必要なことから生じる。なお、マイクロレンズ100の上面から見た平面視形状は、円形状でも略円形状でも良く、さらには楕円形状であっても良い。円形以外の場合には、最大径及び最小径を共に40μm以上150μm以下の範囲とする。
Moreover, it is desirable that the
マイクロレンズ100の形状においては、その光出射面10の上部に積層される機能性部材2の光入射面側が接する部位との滑りが良く、その接触面積が低いことが、マイクロレンズ100と光出射面10の上部に積層される機能性部材2に傷が付き難いことに繋がる。そのため、マイクロレンズ100の形状は、接触する頂部の形状が半球状に近いことが望ましい。さらには、光出射面10の上部に積層される機能性部材2の光入射面と接する面積は、マイクロレンズの底部面積の10%以下であることが好ましい。上部に積層される機能性部材2との接触面積を低くするマイクロレンズ構造とすることで、接触による摩擦傷の発生を抑制することが可能となる。
With respect to the shape of the
マイクロレンズ100の表面と線状に連なる幾何学構造体110の表面の少なくとも一方の表面には、微細な凹凸を有していても良い。微細な凹凸が出射光の拡散特性を高めることができるからである。このとき、表面粗さRa(算術平均粗さ)は、0.1μm以上10μm以下の範囲であることが望ましい。0.1μmを下回る凹凸構造では拡散効果は得難い。また10μmを超える凹凸構造は輝度を大幅に低下させる要因となる可能性があると同時に、略半球形状のマイクロレンズ100頂部の傷が付き難い滑らかな状態を損ねて、傷付防止効果を低減させることが生じるからである。微細な凹凸の形成方法としては、例えば、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110の形状を先に成形した金型の表面を、化学的処理または物理的処理によるエッチングやサンドブラストなどによって粗らす方法、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110の形状を先に成形した金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。
At least one of the surfaces of the
一方、本発明の光学シート25の光入射面側20にも、図4(a)の断面図で示すような略半球形状の凸構造部120を付与することが望ましい。光入射面側20に略半球形状の凸構造部120を付与することで、光出射面側10だけでなく、光入射面側20の拡散板50あるいは他の機能性部材2の光出射面側との接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが出来る。同時に、略半球状の凸構造部120による隙間が生じることから、密着により生じる干渉縞であるニュートンリングの発生を抑えることが出来る。この略半球形状の構造としては、光源41からの光の入射を妨げない範囲で形成されていることが望ましく、光入射面20に略半球形状の凸構造部120を設置する面積率は、1%以上20%以下の範囲内であることが望ましい。1%未満である場合は、接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が望めず、20%を越える場合は、光源41からの光を光学シート25内部に取り入れることの妨げとなり、輝度の低下を引起こすことになる。
On the other hand, it is desirable that the light
また、本発明の光学シート25の表裏面に略半球形状の構造(マイクロレンズ100)及び120を設けることにより、製造時等においてロールに巻き取る際に、表裏面による接触あるいは摩擦による傷が付くことを防ぐことが可能となる。この結果、傷付防止に必要とされていた保護フィルムを省くことも可能となることから、製造上の工程を省略することが出来ると同時にコストの低減も可能となる。
Further, by providing substantially hemispherical structures (microlenses 100) and 120 on the front and back surfaces of the
さらに、光学シート25の光入射面側20に形成する略半球形状の凸構造部120は、その直径が20μm以上150μm以下の範囲内であることが好ましい。直径が20μm未満の場合は、接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が低すぎること、加工成形が困難であることから望ましくない。また、200μmを越える場合は、略半球形状の凸構造部120が目視される可能性のあるサイズであること、光源41からの光の入射を妨げて輝度を低下させる可能性が高いという不都合が生じる。また、略半球形状の凸構造部120の高さは、その直径に依存するが、上述した高さを直径で割ったアスペクト比において、0.1以上0.3以下の範囲が望ましい。これは高さが低すぎる場合は接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が得られないため、高すぎる場合は光源41からの光の入射を妨げて輝度を低下させるためである。なお、略半球形状の凸構造部120は上面から見た形状が、円形状でも略円形状でも良く、さらには楕円形状、または角が丸くなった三角形状や四角形状、あるいは高く形状でも良い。
Furthermore, it is preferable that the substantially hemispherical
光学シート25の光入射面側20に、微細な凹凸形状を備えることが好ましい。光学シート25の光入射面側20に微細な凹凸形状が付与されることで、接触や擦れによる傷の発生を防ぐこと、ニュートンリングの発生を抑えることの他に、隠蔽性を向上させることが出来る。これにより、光源による輝度ムラ、ランプイメージ、明暗差等を低減させると同時に、拡散板50の表面または裏面にランプイメージを低減させることを目的として設けられる所定のパターン、または必要とされる機能を示す構造体が、観察者側Fから透けて観えることを抑制することも可能となる。微細な凹凸形状の表面粗さRz(十点平均粗さ)は、0.5μm以上5μm以下の範囲であることが望ましい。0.5μmを下回る凹凸構造では拡散及び隠蔽効果は得難く、また5μmを超える凹凸構造は輝度を大幅に低下させる要因となる可能性があると同時に、略半球形状の凸構造部120頂部の傷が付き難い滑らかな状態を損ねて、傷付防止効果を低減させることが生じるからである。微細な凹凸の形成方法としては、例えば略半球形状の凸構造部120を先に成形した金型の表面を、エッチングやサンドブラストなどによって粗らくする方法、略半球形状の凸構造部120を先に成形した金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。
It is preferable that the light
光学シート25の光入射面側20に形成する略半球形状の凸構造部120は、光出射面側の略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110を形成する押出し成形加工において、表裏同時に両面加工して形成することが出来る。さらには、別々に加工して得られたシートを貼り合せることでも得ることが出来る。
The substantially hemispherical
さらには、光学シート25の光入射面側20には、不連続の微小突起を設ける加工を施されていても良い。このような凹凸を形成する方法としては、マット加工やエンボス加工等が挙げられる。これらの工法によれば、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を凹凸のある部材に押し付けて当該部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を硬化させて凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径30〜100μm程の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、当該透明粒子を最外層側に押し出すことで表面に凹凸を生じさせるものであってもよい。この方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しくされていることが好ましい。
Furthermore, the light
線状に連なる幾何学構造体110としては、図5(a)のような断面形状が三角プリズム形状の連続体となっていることが望ましく、特に頂角が80度から100度の範囲にある三角プリズムが特に好ましい。その理由は、レンズ成形が容易であり、射出光の方向を制御することで輝度向上に優れていることが理由として挙げられる。
As the linear
また、線状に連なる幾何学構造体110は、図5(b)のような凸湾曲レンズ形状でも良い。これは、射出面を様々な角度に設定できるために拡散性能を向上させることが可能であるからである。凸湾曲レンズ形状としては、図5(c)のような非球面形状であることでも良く、頂部の曲率半径が小さくすることができるために拡散性能の増大が可能であることが理由として挙げられる。
さらには、線状に連なる幾何学構造体110は、図5(d)のような湾曲三角プリズムであっても良く、光射出面を様々な角度に設定できるため、拡散性能が向上する。また、幾何学構造体110は、上述した断面形状を複数組み合わせることで構成しても良い。2つ以上の線状の幾何学構造体による集光及び拡散効果を組み合わせることにより、光学性能を向上させることが期待できるからである。
Further, the
Furthermore, the linearly connected
線状に連なる幾何学構造体110の幅と高さは、略半球形状のマイクロレンズ100との関係により定まる値となるが、その幅は20μm以上かつ100μm以下が望ましい。これは20μm未満の場合、光の回折効果により輝度の低下が生じること、幾何学構造体110を加工成形する際に形状精度を高く維持することが困難になり、輝度を低下させることに繋がるためである。また、100μmを越える場合は、幾何学構造体110の高さ及び面積率が上がるため、光出射面上部に積層して配置される機能性を有する光学シート等の光入射面側と接触して傷が付く可能性があること、画像表示素子35あるいは他の機能性を有する光学シート等が持つ規則性を有する構造体と干渉縞を生じ易くなる、さらには、視野角が狭くなるという不都合が生じるために好ましくない。
The width and height of the linear
一方、幾何学構造体110の高さは、略半球形状のマイクロレンズ100の高さの20%以上60%以下であることが望ましい。幾何学構造体110の高さが、略半球形状のマイクロレンズ100の高さの20%未満の場合、幾何学構造体110自体の幅や高さが小さくなり、上述したような輝度の低下を引起こす可能性がある。また、60%を越える場合は、光出射面上部に積層して配置される機能性部材2の光入射面側と接触して傷が付く可能性があること、画像表示素子35あるいは他の機能性を有する光学シート等が持つ規則性を有する構造体と干渉縞を生じ易くなる。さらには、視野角が狭くなるという不都合が生じるために好ましくない。
On the other hand, the height of the
これまで述べてきた略半球形状のマイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110は、透明性の高いシート上に、UV硬化樹脂に代表される電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。一例として、予め設計した寸法の略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110を形成した金型を用いてUV成形することができる。ここで、透明性の高いシートの材質としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを一例として挙げることができる。
The
さらに、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、例えば、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、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。これらの材料を用いた押出し成形加工法、あるいは、射出成型法、熱プレス成型法によって形成することも可能である。
Further, the material used for the substantially
略半球形状のマイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110は、拡散性を向上させる目的として無機微粒子または有機微粒子を添加させて用いることも可能である。一例としては、アクリル系粒子、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、ポリウレタン系粒子、ポリエステル系粒子、シリコーン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物粒子、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子などの無機微粒子等を挙げることができる。
The
略半球形状のマイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110は、紫外線吸収剤が添加されたものが好ましい。紫外線吸収剤を添加することにより、光源41から照射される紫外線による略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110自体の紫外線による劣化を抑制することができ、長寿命化を図ることができる。この紫外線吸収剤としては、例えば、2−(2´- ヒドロキシ−5´−メチルフェニル)ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系化合物、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、4−t−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチル酸エステル系化合物、2−エトキシ−2´−エチルオキザリックアシッドビスアニリドなどのオキザリックアシッドアニリド系化合物、エチル−2− シアノ−3,3−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系等を用いることができる。
The
本発明に係る光学シート25の厚みとしては、用いる材料や材質、使用する環境や状況により異なるが、50μm以上600μm以下の範囲内であることが望ましい。50μm未満の厚みでは、形成する略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110のサイズに制限が生じ、必要とされる光学特性を発揮すること、製造時に厚みを均一にすることが困難となる。また、シート自体の強度が得られないために熱などによる撓みや変形が生じ易くなる結果、シワや輝度ムラを発生しやすくなるという問題が生じる。また、厚みが600μmを越える場合は、光学シート全体の透過率低下、材料コスト上昇、成形加工における重量上昇などの不都合が生じる。
The thickness of the
以上のように、本発明の光学シート25は、光出射面側10にマイクロレンズ100と、線状に連なる幾何学構造体110とを組み合わせた構造を有するため、接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが出来る耐擦傷性と、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110の優れた光学特性を併せ持つ光学シートを提供することが出来る。
また、光出射面側10に微細な凹凸を付与し、光入射面側20に略半球状の凸構造部120と微細な凹凸を付与させることで、光入射面側の耐擦傷性を高めることが出来ると同時に、光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。微細な凹凸は、凸構造部120の表面にも形成しても良い。
As described above, since the
Further, by providing fine irregularities on the light emitting
さらには、本発明の光学シートと機能を有する光学部材、あるいは拡散板とを組み合わせることで、輝度、視野角、隠蔽性に優れた液晶表示画像を観察者側方向へと射出させることが可能なバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。
これまでに述べてきたように、本発明のディスプレイ装置70は、画像表示素子35が液晶表示素子であり、先に記載したバックライトユニット55により集光・拡散特性を向上させた光Kを利用する構成であることから、観察者側Fの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、光源であるランプイメージや拡散板のムラを低減させて、画面全体の輝度を均一化させた画像を得ることができる。
Furthermore, by combining the optical sheet of the present invention with an optical member having a function or a diffusing plate, a liquid crystal display image excellent in luminance, viewing angle, and concealability can be emitted in the viewer side direction. A backlight unit and a display device can be provided.
As described above, in the
ここで、線状に連なる幾何学構造体110は、同一形状・同一寸法の凹凸の繰り返しでなくても良い。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
Here, the
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
以下、実施例において、本発明の光学シート25、及びディスプレイ装置70の光学特性評価、本発明の光学シート25と機能性部材2の磨耗試験とその評価について説明する。
Hereinafter, in an Example, the optical characteristic evaluation of the
「実施例1」
出射面側10のマイクロレンズ100として、面積率が30%、直径110μm、レンズ高さが54μmとなる六方配置された半球状のマイクロレンズを形成した。また、線状に連なる幾何学構造体110として、幅が30μm、レンズ高さが15μmとなる頂角90度のプリズムを形成した金型を作製した。この金型を用いて、厚み250μmのPET基材(東洋紡績製品)上にUV硬化性樹脂(屈折率=1.52)による略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110を形成して光学シート25を作製した。なお、作製したプリズムは、観測者側から観て水平方向に線状配置された構成とした。
"Example 1"
As the
「比較例1」
上記した実施例1の光学シートと同一のUV硬化性樹脂を用いて、同じPET基材上にマイクロレンズ100として、面積率が30%、直径110μm、レンズ高さが54μmとなる六方配置された略半球状のマイクロレンズ100と、幾何学構造体110として、幅が80μm、レンズ高さが40μmとなる頂角90度のプリズムを形成した光学シートを作製した。
"Comparative Example 1"
Using the same UV curable resin as the optical sheet of Example 1 described above, the
「角度測定」
作製した光学シート25の断面観察を行い、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110が接する部位における断面の接線L1と、プリズムの頂角を二等分する頂角を通る垂線に直交する線を表す延長線L3とによって形成される角度θ1と、幾何学構造体110の出射面の延長線L2と延長線L3によって形成される底角θ2の測定を行った。
"Angle measurement"
The cross section of the manufactured
先ず、光学シートを小片化して熱硬化性透明樹脂で覆って硬化させた後、ガラスナイフ及びダイヤモンドナイフを用いて断面観察用のサンプルを作製した。作製したサンプルの顕微鏡観察結果から、角度θ1と底角θ2を測定した。
「光学評価」
本実施例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
First, the optical sheet was cut into small pieces, covered with a thermosetting transparent resin and cured, and a sample for cross-sectional observation was prepared using a glass knife and a diamond knife. The angle θ1 and the base angle θ2 were measured from the result of microscopic observation of the prepared sample.
"Optical evaluation"
The display device of this example was evaluated by the following measurement method.
(正面輝度評価)
作製した2種類の光学シート25を拡散板50上に配置し、観測者側に画像表示素子35を有するディスプレイ装置70を組み立てた。このディスプレイ装置の画面を全白表示として、分光放射輝度計(SR−3A:トプコンテクノハウス社製)を用いて、同一条件下において画面中心部の輝度を測定した。
「磨耗評価」
本実施例、及び比較例の磨耗評価を以下の測定方法により評価した。
(Front brightness evaluation)
The produced two types of
"Abrasion assessment"
The wear evaluation of this example and the comparative example was evaluated by the following measuring method.
(学振式磨耗試験)
学振式磨耗試験機を用いて以下に示す条件で耐擦傷性の評価を実施した。先ず、評価する光学シート25の略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110を形成した面を上面として学振式磨耗試験機に固定し、次に積層する機能性部材2として光拡散シート(恵和製品)の裏面(光入射面側)を向き合わせて設置し、荷重が100g/cm3となる条件で加圧させ、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110と拡散シート裏面を、振幅50mm、速度120mm/秒で20回往復させて擦り合わせ、擦り合わせた面における傷の発生の有無及び傷の程度を目視で評価した。
(Gakushin style wear test)
The scratch resistance was evaluated using a Gakushin type abrasion tester under the following conditions. First, the surface of the
「測定結果」
表1に本実施例、及び比較例の測定結果を表に示す。
"Measurement result"
Table 1 shows the measurement results of this example and the comparative example.
表1から分かるように、実施例1においては、マイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110とが接する部位における断面の接線L1と延長線L3とによって形成される角度θ1の角度は、観測した場所によって異なる。そして、角度θ1の角度は、幾何学構造体110の頂点が略半球形状のマイクロレンズ100に接する部位において最大となり、その値は90度であった。また、角度θ1の角度は、幾何学構造体110の底辺が略半球形状のマイクロレンズ100に接する部位において最小となり、その値は59度であった。一方、幾何学構造体110の出射面の延長線L2と延長線L3とによって形成される底角θ2の角度は、設計値通り45度であった。以上の結果から、実施例1の光学シートは、本発明を満たす構造であることが分かった。実施例1のディスプレイの正面輝度は、543cd/m2、垂直方向の視野半値角は34.6度であり、水平方向の視野半値角は48.1度であった。
As can be seen from Table 1, in Example 1, the angle θ1 formed by the tangent line L1 and the extension line L3 of the cross section at the portion where the
そして、学振式磨耗試験においては、実施例1の光学シートのレンズ面と光拡散シートの裏面には傷は認められず、良好な傷付防止効果を確認することが出来た。
一方、比較例1においては、略半球形状のマイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110が接する部位における断面の接線L1と延長線L3とによって形成される角度θ1の角度は、観測した場所によって異なり、幾何学構造体110の頂点が略半球形状のマイクロレンズ100に接する部位において最大となり、その値は90度であり、幾何学構造体110の底辺が略半球形状のマイクロレンズ100に接する部位において最小となり、その値は34度であった。幾何学構造体110の出射面の延長線L2と延長線L3とよって形成される底角θ2の角度は45度であった。以上の結果から、実施例1の光学シートは、角度θ1の値が底角θ2よりも低い部位があり、本発明の仕様を満たさない構造であることが分かった。比較例1のディスプレイの正面輝度は、547cd/m2、垂直方向の視野半値角は33.3度であり、水平方向の視野半値角は47.7度であった。学振式磨耗試験においては、比較例1の光学シートのレンズ面の一部に振幅方向の部分的なスジ状の傷が認められた。これは、プリズム頂部が削られていること、さらには、削られて発生した削り滓が他の部位を傷つけていることが要因であることが分かった。
In the Gakushin abrasion test, no flaws were observed on the lens surface of the optical sheet of Example 1 and the back surface of the light diffusion sheet, and a good damage prevention effect could be confirmed.
On the other hand, in Comparative Example 1, the angle θ1 formed by the tangent line L1 and the extension line L3 of the cross section at the portion where the substantially
以上の実施例及び比較例評価結果から、正面輝度及び視野角が示す光学特性には差は認められなかったが、磨耗試験においては大きな差が認められた。よって、光出射面側のマイクロレンズ100と線状に連なる幾何学構造体110を組み合わせた光学シート25において、略半球形状のマイクロレンズ100と幾何学構造体110が接する接線L1と延長線L3によって形成される底角である角度θ1と、幾何学構造体110の出射面の延長線L2と延長線L3によって形成される底角θ2の関係が、常に角度θ1が底角θ2よりも大きくなるように規定することで、高い耐擦傷性を有し、且つ略半球形状のマイクロレンズと線状構造の線状の幾何学構造体の優れた光学特性を併せ持つ優れた光学シート25を提供することが可能であることが分かった。
From the results of the examples and comparative examples described above, no difference was observed in the optical characteristics indicated by the front luminance and the viewing angle, but a large difference was observed in the wear test. Therefore, in the
本発明の光学シート25は、光が出射する面側に、視野角が広い特性を有し、滑りが良く傷が付き難い半球形状若しくは略半球形状のマイクロレンズと、集光性が高く輝度の向上に優れた線状に連なる幾何学構造体を併せ持つ光学シートである。そして、幾何学構造体に垂直な断面において、上記マイクロレンズと幾何学構造体が接する位置におけるマイクロレンズの接線の底角が、幾何学構造体の底角よりも大きい断面構造を採ることで、接触や擦れによる傷の発生を防ぐことが可能な高い耐擦傷性を付与させることが可能である。同時に、略半球形状マイクロレンズと幾何学構造体の優れた光学特性を併せ持つ光学シートを提供することが可能となる。
The
また、上述のようにマイクロレンズの仕様を規定することで、耐擦傷性と光学特性を両立させることが可能となる。さらには、光出射面側に微細な凹凸を付与し、光入射面側に略半球状構造と微細な凹凸を付与させることで、光入射面側の耐擦傷性を高めることが出来ると同時に、光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び隠蔽性を向上させることが可能となる。 In addition, by defining the specifications of the microlens as described above, it is possible to achieve both scratch resistance and optical characteristics. Furthermore, by imparting fine irregularities on the light exit surface side and imparting a substantially hemispherical structure and fine irregularities on the light incident surface side, it is possible to improve the scratch resistance on the light incident surface side, It is possible to enhance the light diffusing function and increase the viewing angle and concealment.
この本発明の光学シートと機能を有する光学部材、あるいは拡散板、導光板とを組み合わせることで、輝度、視野角、隠蔽性に優れた液晶表示画像を観察者側方向へと射出させることが可能なバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。 By combining this optical sheet of the present invention with an optical member having a function, or a diffusion plate and a light guide plate, it is possible to emit a liquid crystal display image excellent in luminance, viewing angle, and concealment in the viewer side direction. A backlight unit and a display device can be provided.
H、K…光、F…観察者側、H…マイクロレンズ高さ、R…マイクロレンズの底面直径、L1…線状に連なる幾何学構造体がマイクロレンズに接する部位の接線、L2…線状に連なる幾何学構造体の光出射面の延長線、L3…マイクロレンズに隣接する連続して凹凸を形成する幾何学構造体の頂角を二等分する頂点を通る垂線に直交する線、または、連続して凹凸を形成する幾何学構造体の頂点における接線に平行な線、θ1…マイクロレンズの接線と線L3との交点における角度(底角)、θ2…幾何学構造体の底角、2…機能性部材、10…光出射面側、20…光入射面側、25…光学シート、31、33…偏光板、32…液晶パネル、35…画像表示素子、41…光源、43…反射板(反射フィルム)、45…光源ユニット、50…拡散板(導光板)、55…バックライトユニット、70…ディスプレイ装置、100…マイクロレンズ、110…線状に連なる幾何学構造体、120…略半球状構造 H, K ... light, F ... observer side, H ... microlens height, R ... bottom diameter of the microlens, L1 ... tangent of the portion where the linear geometric structure contacts the microlens, L2 ... linear An extension line of the light emission surface of the geometric structure connected to L3, a line orthogonal to a perpendicular passing through the apex that bisects the apex angle of the geometric structure adjacent to the microlens that continuously forms irregularities, or , A line parallel to the tangent at the apex of the geometric structure that continuously forms irregularities, θ1... The angle at the intersection of the tangent of the microlens and the line L3 (base angle), θ2 the base angle of the geometric structure, DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Functional member, 10 ... Light-emitting surface side, 20 ... Light incident surface side, 25 ... Optical sheet, 31, 33 ... Polarizing plate, 32 ... Liquid crystal panel, 35 ... Image display element, 41 ... Light source, 43 ... Reflection Plate (reflection film), 45 ... light source unit, 50 ... diffusion Plate (light guide plate), 55 ... Backlight unit, 70 ... Display device, 100 ... Microlens, 110 ... Geometric structure linearly connected, 120 ... Substantially hemispherical structure
Claims (10)
上記複数の凸状部は、半球形状若しくは略半球形状からなり互いに独立したマイクロレンズと、所定の方向に沿って連続して凹凸を形成する幾何学構造体と、を備え、
上記幾何学構造体が形成する凹凸の連続方向に沿って切断した断面において、
マイクロレンズと幾何学構造体との接続部における、マイクロレンズの接線の上記出射平面に対する底角が、上記幾何学構造体が形成する凹凸の上記出射平面に対する底角よりも大きいことを特徴とする光学シート。 In the optical sheet having a plurality of convex portions protruding from the emission plane as a reference to the emission side on the light emission surface that emits light,
The plurality of convex portions include a hemispherical shape or a substantially hemispherical shape and independent microlenses, and a geometric structure that continuously forms irregularities along a predetermined direction,
In the cross section cut along the continuous direction of the irregularities formed by the geometric structure,
The base angle of the tangent line of the microlens with respect to the exit plane at the connection portion between the microlens and the geometric structure is larger than the base angle with respect to the exit plane of the unevenness formed by the geometric structure. Optical sheet.
上記マイクロレンズの接線の上記出射平面に対する底角は、45度より大きいことを特徴とする請求項1に記載した光学シート。 The unevenness formed by the geometric structure is formed by a triangular prism having a triangular cross section and an apex angle in the range of 80 degrees to 100 degrees.
The optical sheet according to claim 1, wherein a base angle of a tangent line of the microlens with respect to the emission plane is greater than 45 degrees.
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