JP2013037376A - 光学シート及びそれを含む光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のフィルムの一部が統合され、薄型であり、かつ輝度の向上及び均一化が可能な光学シート及びそれを用いた組立工程が短く歩留りの良い薄型の光学装置を提供する。
【解決手段】第１方向に延びる複数のプリズム要素331を有する集光部330と、集光部330のプリズム要素331が形成された面と反対側の出射面に形成され、第１方向と異なる第２方向に延びる複数の光学要素を有する異方性拡散部310とを有する光学シート300。側面に入射面を備える導光板200と、導光板200の上部に設けられた光学シート300と、光学シート300の上部に設けられたプリズムシート400とを有し、異方性拡散部310はレンチキュラーである光学装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学シート及びそれを含む光学装置に関し、特に拡散フィルムとプリズムフィルムとを統合した薄型の光学シート及びそれを用いた光学装置に関する。

液晶表示装置（LCD）はノートブック、パーソナルコンピュータ、TV等のディスプレイに多く用いられており、需要拡大に伴いその特性も年々改善されてきている。LCDの液晶パネルは非発光素子であるのでバックライトユニットが必要である。バックライトユニットには、輝度向上のための周期的な配列を有する複数のフィルムからなる光学シートが備えられている。

図１を参照し、従来の光学シートの問題について以下説明する。図１に示す従来の液晶表示装置101は、バックライトユニット20と液晶パネル30とで構成される。バックライトユニット20は光源21、導光板22、拡散フィルム24及び２枚のプリズムフィルム10を備える。光源21で発生した光は導光板22により散乱される。その際、散乱した光に導光板22のパターンが付与される。このパターンは液晶パネル30を取り付けても明確に感知し得るので、拡散フィルム24を設けて最小化又は消滅させる。拡散フィルム24により光が水平及び垂直の双方向に拡散し、輝度が急激に減るが、プリズムフィルム10で再び集光される。プリズムフィルム10は微細な谷（pitch）を有し、２枚ワンセットで使用され、導光板22側のプリズムフィルム10の谷は光の入射方向に垂直であり、他方のプリズムフィルム10の谷は光の入射方向に水平である。プリズムフィルム10で集められた光は視野角を有しつつ前面を向くので、輝度が改善される。

しかし、上記のような機能の異なる複数のフィルムで構成された光学シートは、組立工程が煩雑であり、かつ作業の際に細かい注意を必要とするので、作業性及び歩留りが低い。また複数のフィルムを使用することによりバックライトユニット全体の厚みが増すという問題がある。

従って本発明の目的は、上記複数のフィルムの一部を統合した薄型光学シートを提供することである。

本発明の別の目的は、上記統合型光学シートを使用し、歩留りの良い薄型の光学装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の統合型光学シートは、第１方向に延びる複数のプリズム要素を有する集光部と、前記プリズム要素が形成された面と反対側の出射面に形成され、前記第１方向と異なる第２方向に延びる複数の光学要素を有する異方性拡散部とを有し、前記異方性拡散部はレンチキュラーであることを特徴とする。一面に下向きプリズム要素及び散乱要素を有する集光部を形成し、他面に異方性拡散部を形成し、拡散フィルムと水平プリズムフィルムとを一体化することにより、薄型化された光学シートを提供できる。前記集光部と前記異方性拡散部との間に透光性ベース部をさらに有しても良い。

前記集光部のプリズム要素間の谷部に複数の散乱要素が形成されているのが好ましい。前記光学要素は短軸及び長軸を有し、長軸から短軸方向の縁に向けて高さが変化する凹状又は突起状であるのが好ましい。

前記第１方向と前記第２方向とは直交しているのが好ましい。それにより、集光部のプリズム要素により集められた光を集光方向と垂直の方向に再び拡散することができ、輝度が向上する。

前記散乱要素の高さは前記プリズム要素の高さの１／２以下であるのが好ましい。前記散乱要素の高さが１／２を超えると、前記プリズム要素と相互干渉を招く。

前記異方性拡散部の出射光の輝度が入射光の輝度の50%以上である領域は楕円状となり、前記異方性拡散部の出射光分布の短軸方向が前記第２方向と一致し、前記出射光分布の長短軸比は２：１以上であるのが好ましい。

前記レンチキュラーは半球状（例えば半楕円球状）又は半円柱状（例えば円柱状溝）であるのが好ましい。前記レンチキュラーのピッチに対するＲ値は0.65以下であるのが好ましい。前記レンチキュラー間に複数の散乱要素が形成されているのが好ましい。前記複数の散乱要素はサンディング面、ブラスティング面又はスクラッチング面を有するモールド又はローラにより形成されているのが好ましい。

本発明の光学装置は、側面に入射面を備えた導光板と、前記導光板の上方に設けられ、第１方向に延びる複数のプリズム要素を有する集光部、及び前記集光部のプリズム要素が形成された面と反対側の出射面に前記第１方向と異なる第２方向に延びる複数の光学要素が形成された異方性拡散部を有する光学シートと、前記光学シートの上方に設けられたプリズムシートとを有し、前記異方性拡散部はレンチキュラーであることを特徴とする。

前記第１方向と前記第２方向とは直交しているのが好ましい。前記プリズムシートのプリズム要素は前記第１方向と垂直又は前記第２方向に延びているのが好ましい。前記散乱要素の高さは前記プリズム要素の高さの１／２以下であるのが好ましく、前記異方性拡散部の出射光分布の短軸方向が第２方向と一致し、前記出射光分布の長短軸比は２：１以上であるのが好ましい。

本発明の統合型光学シートは、光学フィルムの一部を統合しているので、薄型化でき、かつ光学シートを介して出射される光の輝度及び均一度を向上できる。上記光学シートを用いた光学装置は、薄型であり、組立工程を短縮でき、かつ歩留まりが良い。

従来の液晶表示装置を概略的に示す分解斜視図である。 本発明の一実施例による光学装置である液晶表示装置を概略的に示す分解斜視図である。 図２に示す光学シートの詳細図である。 図３に示す異方性拡散部の一例であるレンチキュラーを示す斜視図である。 図３に示す異方性拡散部の別の例であるレンチキュラーを示す斜視図である。 図３に示す異方性拡散部のさらに別の例である木の葉模様を示す斜視図である。 図３に示す散乱要素の有無による輝度の不均一さを示す図である。 図３に示す散乱要素の高さに対する輝度変化を示す図である。 図４(b)に示すレンチキュラーの詳細図である。 図４(b)に示すレンチキュラーのＲ値に対する輝度変化を示す図である。 図３及び４に示す異方性拡散部の出射光を示す図である。 図９に示す出射光の分布を示す図である。 レンチキュラーの別の例を示す図である。

図２〜図７を参照し、本発明の好ましい実施例を以下詳細に説明する。同じ構成要素については、他の図面においても同じ参照番号を付している。また関連する公知の機能及び構成に関しては、必要でない限りその具体的な説明を省略する。図２を参照し、本発明の一実施例による光学装置である液晶表示装置について以下説明する。

液晶表示装置は、光源100と、光源100に一側面が面し、光源100から入射された光を出射する導光板200とを有する。導光板200の下部に所望の光反射用微細構造を設けても良く、さらに反射板を設けても良い。本実施例では、光源100が導光板200の一側面に設けられているが、本発明はこれに限定されず、導光板200の直下に設けられていても良い。

液晶表示装置はさらに、導光板200の光出射側に設けられた統合型光学シート300と、光学シート300の光出射側に設けられた集光用プリズムシート400と、プリズムシート400の光出射側に設けられた液晶表示パネル500とを有する。

図３に示すように、光学シート300は集光部330と、異方性光拡散部310とを有し、集光部330は導光板200側の面に一体的に形成され、幅方向に延びる複数の下向きプリズム要素331と、プリズム要素331の間に形成された複数の散乱要素332とを有する。光学シート300の一面に下向きプリズム要素331及び散乱要素332を含む集光部330を形成し、他面に集光部330により集められた光を拡散する異方性拡散部310を形成することにより、拡散フィルムと水平プリズムフィルムとが一体化された構造となり、光学シート300は薄型化される。集光部330と異方性拡散部310との間に透光性ベース部（図示せず）をさらに設けても良い。透光性ベース部の一面に集光部を設け、他面に異方性拡散部を設けても良い。

異方性拡散部310は、例えば長手方向に設けられた複数の光学要素からなるレンチキュラーであり、図４(a)に示す半楕円球状のレンチキュラー要素311’からなるレンチキュラー311でも、図４(b)に示す半円柱状のレンチキュラー要素312’からなるレンチキュラー312でも良い。

半円柱状のレンチキュラー312を用いた場合について、以下説明する。図４(b)に陰刻レンチキュラーが示されているが、陽刻レンチキュラーも同じ作用を奏するので、本発明は陰刻レンチキュラー及び陽刻レンチキュラーのいずれでも良い。プリズム要素331とレンチキュラー要素312’とは互いに直交しているが、本発明はこれに限定されず、直角以外の交差角でも良い。

図３に示すように、集光部330の下向きプリズム要素331の間に散乱要素332が形成されている。散乱要素を有しない場合、図５の左方に示すように輝度は高いが不均一になるのに対し、散乱要素を有する場合、図５の右方に示すように輝度は均一になる。従って、輝度を重視する場合には散乱要素332を設けなくても良いが、輝度が均一でなくては困る場合には散乱要素332を設ける。

散乱要素332の高さL2はプリズム要素331の高さL1より小さく、１／２以下であるのが好ましい。L2／L1が１／２を超えると、散乱要素332とプリズム要素331とが相互干渉を起こし、散乱性が劣化する。図６に示すように、L2／L1が１／２以下の場合、輝度は緩やかに減少するが、L2／L1が１／２超の場合、輝度は急激に減少する。

図７に示すように、レンチキュラー要素312’のＲ値（μｍ）を変化させることにより光の拡散量を調節できる。レンチキュラー312のピッチＰを50μｍとし、深さＤを25μｍとしてＲ値を変化させたときの統合型光学シート300の輝度（基準輝度に対する百分率で表示）を図８に示す。Ｒ値を32μｍとすると輝度値が顕著に上昇し、以降Ｒ値が徐々に小さく、即ち、レンチキュラー要素312’が尖鋭になるほど輝度値が緩慢に上昇していることが分かる。すなわち、ピッチＰに対するＲ値の比が0.65以下の場合、優れた輝度向上効果が得られる。

本実施例では異方性拡散部をレンチキュラーにより形成しているが、本発明はこれに限定されず、異方性を示すことができる木の葉模様、スクラッチ等により形成しても良い。図４(c)に示す木の葉模様は木の葉状の光学要素313’からなり、各光学要素313’は長軸及び短軸を有するほぼ楕円状であり、長軸が最も高く、そこから短軸方向の縁に向かうにつれて低くなる陽刻である。本実施例では木の葉状の光学要素313’は陽刻であるが、凹状の陰刻でも良い。木の葉状の光学要素313’の長短軸比は1.5：1〜50：1であるのが好ましく、長軸の長さは１〜5000μｍであるのが好ましく、短軸の長さは１〜100μｍであるのが好ましく、高さは0.2〜200μｍであるのが好ましい。

図９は、図４(b) に示すレンチキュラー312に光を投射したときの出射光を表す。図４(b) に示す統合型光学シート300への入射光の輝度を100とした場合、50以上の輝度の出射光分布は、図10に示すように略楕円形となる。レンチキュラーのＲ値を変化させ、出射光分布の長軸Ｌと短軸Ｓとの比を測定した結果を表１に示す。

上記試験には一般の視野角測定装置を使用する。短軸Ｓの向きは統合型光学シート300のレンチキュラー312の長手方向と一致し、長軸Ｌの向きはレンチキュラー312の横手方向と一致する。長短軸比Ｌ／Ｓが２：１以上のとき、輝度向上効果が特に優れている。表１から明らかなように、２：１の長短軸比Ｌ／Ｓは、レンチキュラー要素312’のＲ値が32μｍで、ピッチＰに対するＲ値の比Ｒ／Ｐが0.65のときに得られる。従って、Ｒ／Ｐが0.65以下であると全面で良好な輝度が得られることが分かる。木の葉模様及び一方向スクラッチにより形成された異方性拡散部についても、出射光分布の長短軸比Ｌ／Ｓを２：１以上にすると、同様に全面で良好な輝度が得られる。

図11に示すように、異方性拡散部310のレンチキュラー要素312’の間に追加の散乱要素315をさらに設けても良い。追加の散乱要素315により、輝度の不均一を抑制できる。追加の散乱要素315はサンディング面、ブラスティング面又はスクラッチング面を有するモールド又はローラを用いて形成できる。

プリズムシート400のプリズム要素の延在方向は、光学シート300のプリズム要素331の延在方向（第１方向）と直交するか、光学シート300の異方性拡散部310の光学要素の延在方向（第２方向）であるのが好ましい。

100・・・光源
200・・・導光板
300・・・光学シート
310・・・異方性拡散部
311，312・・・レンチキュラー
311’，312’・・・レンチキュラー要素
313’・・・木の葉状の光学要素
315・・・追加の散乱要素
330・・・集光部
331・・・プリズム要素
332・・・散乱要素
400・・・プリズムシート
500・・・液晶表示パネル

Claims (18)

1. 第１方向に延びる複数のプリズム要素を有する集光部と、前記プリズム要素が形成された面と反対側の出射面に形成され、前記第１方向と異なる第２方向に延びる複数の光学要素を有する異方性拡散部とを有し、
   前記異方性拡散部はレンチキュラーであることを特徴とする光学シート。
2. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記プリズム要素間の谷部に複数の散乱要素が形成されていることを特徴とする光学シート。
3. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記第１方向と前記第２方向とが直交していることを特徴とする光学シート。
4. 請求項２に記載の光学シートにおいて、前記散乱要素の高さは前記プリズム要素の高さの１／２以下であることを特徴とする光学シート。
5. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記異方性拡散部の出射光分布の短軸方向が前記第２方向と一致し、前記出射光分布の長短軸比が２：１以上であることを特徴とする光学シート。
6. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学要素は短軸及び長軸を有し、長軸から短軸方向の縁に向けて高さが変化する凹状又は突起状であることを特徴とする光学シート。
7. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記レンチキュラーのピッチに対するＲ値は0.65以下であることを特徴とする光学シート。
8. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学要素は半球状又は半円柱状であることを特徴とする光学シート。
9. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学要素間に複数の散乱要素が形成されていることを特徴とする光学シート。
10. 請求項２に記載の光学シートにおいて、前記複数の散乱要素はサンディング面、ブラスティング面又はスクラッチング面を有するモールド又はローラにより形成されていることを特徴とする光学シート。
11. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記集光部と前記異方性拡散部との間に透光性ベース部をさらに有することを特徴とする光学シート。
12. 側面に入射面を備えた導光板と、前記導光板の上方に設けられ、第１方向に延びる複数のプリズム要素を有する集光部、及び前記プリズム要素が形成された面と反対側の出射面に前記第１方向と異なる第２方向に延びる複数の光学要素が形成された異方性拡散部を有する光学シートと、前記光学シートの上方に設けられたプリズムシートとを有し、
    前記異方性拡散部はレンチキュラーであることを特徴とする光学装置。
13. 請求項12に記載の光学装置において、前記集光部のプリズム要素間の谷部に複数の散乱要素が形成されていることを特徴とする光学装置。
14. 請求項12に記載の光学装置において、前記第１方向と前記第２方向とは直交していることを特徴とする光学装置。
15. 請求項12に記載の光学装置において、前記プリズムシートのプリズム要素は前記第１方向と垂直に延びていることを特徴とする光学装置。
16. 請求項12に記載の光学装置において、前記プリズムシートのプリズム要素は前記第２方向に延びていることを特徴とする光学装置。
17. 請求項13に記載の光学装置において、前記散乱要素の高さは前記プリズム要素の高さの１／２以下であることを特徴とする光学装置。
18. 請求項12に記載の光学装置において、前記異方性拡散部の出射光分布の短軸方向が第２方向と一致し、前記出射光分布の長短軸比が２：１以上であることを特徴とする光学装置。