JP2012104374A - 光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト方式の面光源装置において、導光板の入射面とは反対側の側面近傍における輝度低下を抑制すること。
【解決手段】出射面Ｓ１と、出射面Ｓ１と交差する方向に形成され互いに対向する第１の側面Ｓ２１及び第２の側面Ｓ２２と、を有し、第１の側面Ｓ２１が入射面である光学シート２。第２の側面Ｓ２２が、光学シート２の厚み方向に延在し第２の側面Ｓ２２の長手方向に並列配置された複数の凸状部５を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置に関する。

光源が側方に配置されたエッジライト方式の面光源装置は、一般に、面状の光を出射する出射面を有する導光板（光学シート）と、出射面の反対側に設けられた反射部材とを有する（例えば、特許文献１、２。）。光源から供給され、導光板の側面から入射した光は、主として反射部材の作用により出射面から出射される。反射部材は、出射面から十分な輝度の光が均一に出射されるように調整する必要があるが、反射部材の最適化は、試作と輝度分布の測定を繰り返しながら試行錯誤により行う必要があるために、非常に長時間を要する。

特開２００１−３４２２６３号公報 特開２００８−１９２６０５号公報

上記のように、反射部材の最適化が困難であるために、光が導光板の入射面とは反対側の側面にまで達して導光板の外部へ漏れ出ることを、完全には防げない場合が実際には多い。光の漏れが多くなると、特に、導光板の入射面とは反対側の側面近傍において十分な輝度を確保することが困難になる。

そこで、本発明の目的は、エッジライト方式の面光源装置において、導光板の入射面とは反対側の側面近傍における輝度低下の抑制を図ることにある。

本発明は、面状の光を出射する出射面と、出射面と交差する方向に形成され互いに対向する第１の側面及び第２の側面と、を有し、第１の側面が光源から供給された光を入射する入射面である光学シートに関する。本発明に係る光学シートにおいて、第２の側面は、光学シートの厚み方向に延在し第２の側面の長手方向に並列配置された複数の凸状部を形成している。

本発明に係る光学シートの場合、光学シートの入射面とは反対側の第２の側面が凸状部を形成していることから、入射面である第１の側面から入射して第２の側面にまで到達する光の方向に対して、第２の側面、すなわち光学シートと外部との界面が傾斜する。この傾斜により、第２の側面が平坦である場合と比較して、光が外部に漏れ出ることなく反射して光学シートの内部に戻る確率が高くなる。その結果、本発明に係る光学シートをエッジライト方式の面光源装置の導光板に用いたときに、導光板の入射面とは反対側の近傍における輝度低下を抑制することができる。

輝度向上の効果を得に顕著なものとするために、凸状部はプリズム形状であることが好ましい。

本発明に係る面光源装置は、上記本発明に係る光学シートと、光学シートの第１の側面に光を供給する光源と、から構成される。光源は、第１の側面の長手方向に離散的に配置された複数の点状光源であることが好ましい。

本発明に係る透過型画像表示装置は、面光源装置と、面光源装置の出射面と対向して配置され、面光源装置から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部とから構成される。

本発明によれば、エッジライト方式の面光源装置において、導光板の入射面とは反対側の側面近傍における輝度低下を抑制することができる。

光学シートの一実施形態を示す斜視図である。 光学シート及び光源の一実施形態を示す平面図である。 透過型画像表示装置の一実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、光学シートの一実施形態を示す斜視図である。図１に示す光学シート２は、面状の光を出射する出射面である主面Ｓ１と、光学シート２の厚み方向において主面Ｓ１と対向する主面（背面）Ｓ２と、対向する第１の側面Ｓ２１及び第２の側面Ｓ２２と、対向する一対の側面Ｓ２５とを有する。これら側面は、出射面Ｓ１と実質的に垂直に交差している。以下の説明では、図１に示すように、光学シート２の厚み方向をＺ軸方向と称し、Ｚ軸方向に直交する２方向であって互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と称す。

図２は、出射面側から見た光学シート及びその側方に設けられた光源の一実施形態を示す平面図である。複数の点状光源２２が、光学シート２のＹ軸方向に延在する第１の側面Ｓ２１に沿って離散的に並べられている。点状光源２２から出射された光は、第１の側面Ｓ２１から光学シート２内に向けて入射する。すなわち、第１の側面Ｓ２１は、光学シート２の入射面として機能する。

光学シート２の主面Ｓ１，Ｓ２は、全体として矩形（典型的には長方形）を形成しており、平面視形状のサイズは目的とする透過型画像表示装置の画面サイズに適合するように選択される。主面Ｓ３１，３２のサイズは、通常２５０ｍｍ×４４０ｍｍ以上、好ましくは１０２０ｍｍ×１８００ｍｍ以下である。光学シート２の厚みは、好ましくは１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、より好ましくは１．５ｍｍ〜８．０ｍｍ、さらに好ましくは２．０ｍｍ〜４．０ｍｍである。

第２の側面Ｓ２２は、光学シート２の外側へ向けて凸である複数の凸状部５を形成している。複数の凸状部５は、第２の側面Ｓ２２の長手方向（Ｙ軸方向）に並列配置されている。凸状部５は、光学シート２の厚み方向（Ｚ軸方向）に延在する三角プリズム形状である。言い換えると、光学シート２の厚み方向から見たときの凸状部５の断面は、三角プリズム形状を有している。複数の凸状部５の断面形状はほぼ均一である。

図２に示すように、凸状部５が形成されていることから、第２の側面Ｓ２２まで到達した光Ｌの方向は、光学シート２と外部との界面に対して傾斜する。その結果、光Ｌの大部分が、界面を透過して外部に漏れることなく、全反射して光学シート２の内部に戻る。したがって、点状光源２２から供給された光が、第２の側面Ｓ２２が凸状部５を形成することなく平坦である場合と比較して、より高い効率で出射面Ｓ１から出射される。その結果、特に第２の側面Ｓ２２近傍における輝度が向上する。

凸状部５は、第２の側面Ｓ２２の全長にわたって形成されていることが好ましいが、第２の側面Ｓ２２のうちの一部が凸状部５を形成していてもよい。また、凸状部５は、加工が容易であること、側面Ｓ２２から漏れ出る光を特に抑制できることなどの理由から、出射面Ｓ１から背面Ｓ２までの間の全体にわたって厚み方向に延在していることが好ましい。凸状部５の延在方向は、本実施形態のように厚み方向（Ｚ軸方向）であるほうが、第２の側面Ｓ２２の長手方向（Ｙ軸方向）である場合と比較して、側面Ｓ２２から漏れ出した光が、漏れ出した際に透過した凸状部と隣り合う別の凸状部に向けて光学シートの外側から再度入光することにより、出射面Ｓ１から出射される光を増加させることが可能である点で、より優れる。

複数の凸状部５は、Ｙ軸方向に所定のピッチで配置されている。このピッチは、例えば、隣り合う凸状部５の頂点５ａ同士の距離ｄ１である。ｄ１は好ましくは０．０３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である。ｄ１（凸状部５のピッチ）が０．０３ｍｍ未満であると、その加工精度の低下が懸念される。ｄ１が１０ｍｍ以上であると、凸状部の高さが大きくなって、光学シート２が画像表示装置に組み込まれたときに、凸状部が液晶表示画面から見えないように隠蔽するための額縁部分を大きくする必要が生じる。

輝度向上の効果の観点から、凸状部５の頂点５ａの角度（頂角）θは、好ましくは８０°以上１６０°以下、より好ましくは９０°以上１５０°以下である。頂角θは、８０°以上１２５°以下又は１４０°以上１６０°以下であってもよい。

第２の側面Ｓ２２が形成する凸状部の形状は、本実施形態のようなプリズム形状に限られるものではなく、例えば、レンチキュラーレンズ形状、台形又は矩形であり得る。光の全反射を起こし易くするためには、プリズム形状が好ましい。

本実施形態の光学シート２において、互いに対向する第１の側面Ｓ２１及び第２の側面Ｓ２２のうち第１の側面Ｓ２１のみが入射面である。第２の側面Ｓ２２も入射面であることもあり得るが、本発明に係る光学シートは、対向する一対の側面のうち一方のみが入射面である場合であっても、入射面と反対側の端部における輝度低下が抑制される。入射面は、本実施形態の第１の側面Ｓ２１のように実質的に凸状部を形成しない平面であってもよいし、第２の側面Ｓ２２と同様の又は異なる凸状部を形成していてもよい。

本実施形態の場合、第１の側面Ｓ２１及び第２の側面Ｓ２２の長手方向（Ｙ軸方向）において対向する一対の側面Ｓ２５，Ｓ２５は、いずれも入射面ではないことから、通常、これら側面は実質的に凸状部を形成しない平面である。側面Ｓ２５も入射面である場合、第２の側面Ｓ２２だけでなく、入射面の反対側の側面２５も凸状部を形成することが好ましい。

光学シート２は、透光性樹脂等の透光性材料から形成されている。透光性樹脂の屈折率は通常、１．４９〜１．５９である。透光性樹脂は、例えば、メタクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリカーボネート樹脂から選ばれる。これらの中でも、メタクリル樹脂が好ましい。

メタクリル樹脂は、主としてメタクリル酸メチルを単量体単位として含む重合体である。メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチルを５０質量％以上と、その他の単量体５０質量％以下との共重合体であってもいし、メタクリル酸メチルの単独重合体（ポリメタル酸メチル）であってもよい。

メタクリル酸メチルと共重合する単量体は、例えば、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸アダマンチル及びメタクリル酸シクロペンタンジエニルなどのメタクリル酸エステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸アダマンチル及びアクリル酸シクロペンタジエニルなどのアクリル酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸及び無水イタコン酸などの不飽和カルボン酸又はその酸無水物、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシポロピル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸、アクリル酸モノグリセロール、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル及びメタクリル酸モノグリセロールなどのヒドロキシル基含有単量体、アクリルアミド、メタクルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミド及びメタクリル酸ジメチルアミノエチルなどの窒素含有単量体、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル及びメタクリル酸グリシジルなどエポキシ基含有単量体、並びに、スチレン及びα−メチルスチレンなどのスチレン系単量体から選ばれる。

光学シート２は、透光性樹脂の他に、光拡散剤、紫外線吸収剤、熱安定剤及び光重合安定剤などの添加剤を含んでいてもよい。

光学シート２は、例えば、押出成形、キャスト成形及び射出成形から選ばれる成形方法により得ることができる。

凸状部５を形成するための加工方法として、熱プレス成形法を適用することができる。凸状部５と対となる形状を有する反対型を版として用いた熱プレス成形により、光学シート２の第２の側面Ｓ２２に凸状部５を形成することができる。あるいは、凸状部５の加工方法として、射出成形法を適用してもよい。射出成形法の場合、射出成形型の内壁に、凸状部５と対となる形状の反対型が形成されていることが好適である。凸状部を有する側面と、これと対向する平坦面とを有するレンズフィルムを準備し、その平坦面を、シートの側面に対して粘着層を介して貼り合わせてもよい。

図３は、透過型画像表示装置の一実施形態を示す断面図である。図３に示す透過型画像表示装置１は、本実施形態に係る光学シート２を導光板として有する面光源装置２０と、面光源装置２０の出射面Ｓ１側に設けられた透過型画像表示部１０とから主として構成される液晶表示装置である。

面光源装置２０は、光学シート２と、光学シート２の入射面である第１の側面Ｓ２１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って並べられた複数の点状光源２２と、光学シート２の裏面Ｓ２２側に設けられた反射板４０とから構成される。面光源装置２０は、筐体５０内に収容されている。

光学シート２の背面Ｓ２上に、ドットパターンを形成する反射部材が設けられていてもよい。すなわち、面光源装置２０の導光板は、光学シート２と、その背面Ｓ２上に設けられた反射部材とから構成されていてもよい。ドットパターンを形成する反射部材は、インクのパターン印刷等の通常の方法により形成することができる。

反射板４０は、面光源装置の反射板として通常用いられているものから適宜選択される。本実施形態において、反射板４０は、光学シート２の背面Ｓ２側のみを覆うように設けられており、光学シート２の側面と筐体５０の内壁との間には反射板が設けられていない。通常、筐体５０の内壁の反射率は低く、反射板として実質的に機能しない。一般に、反射板の反射率は９５％以上であり、筐体５０の内壁の反射率は９５％未満である。

光学シート２の側面と筐体５０の内壁との間の位置に反射板を設けることにより、光学シート２の第２の側面Ｓ２２から漏れ出た光が反射して光学シート２内に再び入射し易くなるため、輝度の向上が期待される。しかし、そのためには、例えば反射板の端部を折り曲げるといった、何らかの工程を増やす必要が生じるため、製造コストの増加に繋がる可能性が高い。したがって、導光板（光学シート２）の側方に反射板を設けることなく、十分な輝度を確保できることが望ましい。本実施形態によれば、導光板（光学シート２）の側方に反射板を設けない場合であっても、入射面と反対側の側面近傍における輝度低下を十分に抑制することができる。

透過型画像表示部１０は、液晶セル１１と、液晶セル１１の両側に積層された偏光板１２，１２とを有する。液晶セル１１としては、ＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の任意の液晶セルを用いることができる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、出光を調整するために、光学シート２をＹ軸方向から見たときの断面が、第２の側面Ｓ２２を短辺とするくさび形であってもよいし、出射面Ｓ１が凹凸形状を形成していてもよい。光学シート２と液晶表示部３０との間に、拡散フィルム、プリズムフィルム、輝度向上フィルム等の各種の光学フィルムが設けられていてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

１．光学シートの作製
シート状のポリメタクリル酸メチル（住友化学製、スミペックスＥ０１１）から、表１に示す外周サイズの長方形の主面を有するシートを切り出した。このシートの長辺に沿う一対の側面のうち、入射面として用いられる側面とは反対側の側面において、レーザー加工により凸状部を形成させて、光学シートを得た。また、比較例として、凸状部を形成することなく、平坦な切断面をそのまま残した光学シートも準備した。

２．評価
３００×５０のサイズを有する白色テープ（ＴＲＵＳＣＯ製、ＴＲＴ−５０両面テープ）の保護テープを片側だけ剥がし、露出した粘着面を、光学シートの背面の入射面とは反対側の長辺（凸状部が形成されている側面）に沿って貼り合わせた。その後、液晶表示装置用の筐体内に、入射面とは反対側の側面が筐体の内壁に密着するように光学シートを収容した。更に、ＬＥＤユニットを、光学シートの入射面と密着するように筐体内に配置した。基盤上に設けられた３個のＬＥＤ（１２０°ランバーシアン型、ＮＳＳＷ１２３Ｂ）を有し、これらＬＥＤが、光学シートの厚さ方向の中央に位置するように、光学シートの長辺方向にピッチ８．５ｍｍで配置されたＬＥＤユニットを用いた。最後に、光学シートから漏れ出た光が吸収されるように、筐体の側面に黒テープを貼り付けた。

以上のようにして、光学シートの背面のうち、入射面とは反対側の端部の領域に白色テープが配置された評価用のサンプルを作製した。

得られたサンプルを、厚み方向が上下方向となるよう床に水平に設置した。そして、輝度計を、サンプルの出射面全体が映りこむように、出射面と対向する位置に設置した。出射面から輝度計のカメラ先端までの距離は６００ｍｍとした。

光学シートの長辺方向をｘ軸方向、光学シートの短辺方向をｙ軸方向とし、ｘ軸方向に９０点、ｙ軸方向に９０点、合計８１００点の等間隔の測定点を、白色テープが設けられた領域の範囲内に位置するようにセットした。ＬＥＤに１２Ｖ、６０ｍＡの電流を印加して点灯させ、６０分後に輝度の測定を開始した。測定された８１００点のデータから、（ｘ、ｙ）＝（２８、１４）から（ｘ、ｙ＝５４，５９）までの範囲の１１７０点のデータを抜き出し、それらの最小値を面内最小輝度として求めた。得られた最小輝度を表１にまとめて示す。

表１に示す面内最小輝度比率は、比較例１又は２の面内最小輝度に対する、各実施例の面内最小輝度の比率である。表１に示されるように、実施例によれば、凸状部のない比較例と比較して、入射面とは反対側の側面近傍における面内最小輝度が高く維持されることが確認された。

１…透過型画像表示装置、２…光学シート、５…凸状部、５ａ…凸状部の頂点、１０…透過型画像表示部、１１…液晶セル、１２…偏光板、２０…面光源装置、２２…光源、４０…反射板、５０…筐体、Ｓ２１…第１の側面（入射面）、Ｓ２２…第２の側面、Ｓ２５…側面、θ…頂角。

Claims (5)

1. 面状の光を出射する出射面と、前記出射面と交差する方向に形成され互いに対向する第１の側面及び第２の側面と、を有し、前記第１の側面が光源から供給された光を入射する入射面である光学シートであって、
   前記第２の側面が、当該光学シートの厚み方向に延在し前記第２の側面の長手方向に並列配置された複数の凸状部を形成している、光学シート。
2. 前記凸状部がプリズム形状である、請求項１に記載の光学シート。
3. 請求項１又は２に記載の光学シートと、
   前記光学シートの第１の側面に光を供給する光源と、
   を備える面光源装置。
4. 前記光源が、前記第１の側面の長手方向に離散的に配置された複数の点状光源である、請求項３に記載の面光源装置。
5. 請求項３又は４に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の出射面と対向して配置され、前記面光源装置から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部と、
   を具備する透過型画像表示装置。

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