JP2017198735A - Optical sheet, video source unit, and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源の観察者側に配置される光学シート、該光学シートを用いた映像源ユニット及び液晶表示装置に関する。 The present invention relates to an optical sheet disposed on an observer side of a light source, an image source unit using the optical sheet, and a liquid crystal display device.
車載ディスプレイや液晶テレビ等の液晶表示装置には、光源から出射される光を制御して、質の高い光を観察者に提供するために、各種機能を有する光学シートが備えられている。 A liquid crystal display device such as an in-vehicle display or a liquid crystal television is provided with an optical sheet having various functions in order to control light emitted from a light source and provide high quality light to an observer.
特許文献1には、基材フィルム層の一方の面にプリズム部と光吸収部とが交互に配列された層を有する光制御シートが開示されている。 Patent Document 1 discloses a light control sheet having a layer in which prism portions and light absorbing portions are alternately arranged on one surface of a base film layer.
しかしながら、特許文献1に記載のような、基材層の一方の面に光透過部と光吸収部とが交互に配置された層が具備された光学シートにおいて、光学シートを薄くした際に、特に基材層において剛性が不足し、撓む問題があった。 However, as described in Patent Document 1, in an optical sheet provided with a layer in which light transmitting portions and light absorbing portions are alternately arranged on one surface of a base material layer, when the optical sheet is thinned, In particular, the base material layer has a problem of insufficient rigidity and bending.
そこで、本発明では、薄くしても撓むことを抑制することができる光学シートを提供することを課題とする。また、この光学シートを備える映像源ユニット、及び液晶表示装置を提供する。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical sheet that can suppress bending even if it is thin. In addition, an image source unit including the optical sheet and a liquid crystal display device are provided.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.
請求項1に記載の発明は、光源(25)の観察者側に配置される光学シート(30)であって、光学シートは、基材層(31)と、基材層の厚さ方向に積層される光学機能層(32)と、備え、光学機能層は、所定の断面を有して一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部(33)と、複数の光透過部の間隔に形成される光吸収部(34)と、を備え、基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積が500×103(MPa・μm)以上である、光学シートである。 Invention of Claim 1 is an optical sheet (30) arrange | positioned at the observer side of a light source (25), Comprising: An optical sheet is a thickness direction of a base material layer (31) and a base material layer. An optical functional layer (32) to be laminated, and the optical functional layer has a predetermined cross section and extends in one direction, and a plurality of light transmission portions (arrayed at predetermined intervals in a direction different from the extending direction) 33) and a light absorbing portion (34) formed at intervals between the plurality of light transmitting portions, and the product of the tensile elastic modulus of the base material layer and the thickness of the base material layer is 500 × 10 3 (MPa · μm) or more.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光学シートにおいて、基材層がポリカーボネートを主成分としている。 According to a second aspect of the present invention, in the optical sheet according to the first aspect, the base material layer is mainly composed of polycarbonate.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光学シートにおいて、基材層のリタデーションが15nm以下である。 The invention according to claim 3 is the optical sheet according to claim 2, wherein the retardation of the base material layer is 15 nm or less.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の光学シートにおいて、基材層がポリエチレンテレフタレートを主成分としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical sheet according to the first aspect, the base material layer contains polyethylene terephthalate as a main component.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の光学シートにおいて、基材層のリタデーションが4000nm以上である。 The invention according to claim 5 is the optical sheet according to claim 4, wherein the retardation of the base material layer is 4000 nm or more.
請求項6に記載の発明は、光源(25)と、光源の観察者側に配置される請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学シート(30)と、光学シートの観察者側に配置される液晶パネル(15)と、を備える映像源ユニット(10)である。 The invention according to claim 6 is the light source (25), the optical sheet (30) according to any one of claims 1 to 5 disposed on the viewer side of the light source, and the viewer side of the optical sheet. A liquid crystal panel (15) disposed in the image source unit (10).
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の映像源ユニットにおいて、光学シートと液晶パネルとは、少なくとも一部に接着していない部位を有する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the video source unit according to the sixth aspect, the optical sheet and the liquid crystal panel have at least a part that is not bonded.
請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載の映像源ユニットが筐体に収められた液晶表示装置である。 The invention according to claim 8 is a liquid crystal display device in which the video source unit according to claim 6 or 7 is housed in a casing.
本発明によれば、光学シートを薄くしても、光学シートが撓むことを抑制することができる。また、光学シートの撓みが抑制されることにより、光学シートを透過する光のムラも抑制することができる。 According to the present invention, even if the optical sheet is thinned, the optical sheet can be prevented from being bent. In addition, by suppressing the bending of the optical sheet, unevenness of light transmitted through the optical sheet can also be suppressed.
以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to these forms.
図1は1つの形態を説明する図であり、光学シート30を含む映像源ユニット10を説明する分解斜視図である。また図2には、図1にII−IIで示した線に沿って切断したときの映像源ユニット10の分解断面図の一部、図3にIII−IIIで示した線に沿って切断したときの映像源ユニット10の分解断面図の一部を表した。このような映像源ユニット10は、説明は省略するが、不図示の筐体に、該映像源ユニット10を作動させる電源、及び映像源ユニット10を制御する電子回路等、映像源ユニット10として動作するために必要とされる通常の機器とともに納められて液晶表示装置とされている。以下映像源ユニット10について説明する。
FIG. 1 is a diagram illustrating one embodiment, and is an exploded perspective view illustrating an
映像源ユニット10は、液晶パネル15、面光源装置20、及び機能フィルム40を備えている。図1では紙面上方が観察者側となる。
The
液晶パネル15は、観察者側に配置された上偏光板13と、面光源装置20側に配置された下偏光板14と、上偏光板13と下偏光板14との間に配置された液晶層12と、を有している。上偏光板13、下偏光板14は、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波およびS波)に分解し、一方の方向(透過軸に平行な方向)の偏光成分(例えば、P波)を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸に平行な方向)の偏光成分(例えば、S波)を吸収する機能を有している。
The
液晶層12は、複数の画素が層面に沿った方向に縦横に配列されており、一つの画素を形成する領域毎に電界印加できる。そして電界印加された画素の配向が変化する。これにより、面光源装置20側(すなわち入光側)に配置された下偏光板14を透過した透過軸に平行な偏光成分(例えばP波)は、電界印加された画素を通過する際にその偏光方向を90°回転させ、その一方で、電界印加されていない画素を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、画素への電界印加の有無によって、下偏光板14を透過した偏光成分(例えばP波)が、出光側に配置された上偏光板13をさらに透過するか、あるいは、上偏光板13で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。
In the
このようにして液晶パネル15は、面光源装置20からの光の透過または遮断を画素毎に制御して映像を表現する構造を有している。
In this way, the
液晶パネルはこのような原理により観察者に対して映像を提供することができるように構成されている。従って、液晶パネルの背面側から照明をする際には下偏光板の透過軸に平行な偏光成分を有する光を多く到達させることにより下偏光板を透過させて光の利用効率を高めることができる。
さらには、液晶パネルは、その性質上、該液晶パネルの法線方向からの入射光に対しては、出射光のコントラスト、及び効率(透過率)は優れている。しかしながら、液晶パネルの法線方向に対して斜めからの入射光、および観察者による斜め方向からの観察についてはコントラストの低下や効率(透過率)の低さが問題となる。すなわち、光の利用効率を高めるためには液晶パネルの法線方向からの入射光を多くすることも有効である。
The liquid crystal panel is configured to be able to provide an image to the observer based on such a principle. Therefore, when illuminating from the back side of the liquid crystal panel, it is possible to transmit light having a polarization component parallel to the transmission axis of the lower polarizing plate so as to transmit the lower polarizing plate and increase the light use efficiency. .
Furthermore, the liquid crystal panel is excellent in contrast and efficiency (transmittance) of the emitted light with respect to incident light from the normal direction of the liquid crystal panel due to its properties. However, with respect to the incident light obliquely with respect to the normal direction of the liquid crystal panel and the observation by the observer from the oblique direction, there are problems of a decrease in contrast and a low efficiency (transmittance). That is, increasing the incident light from the normal direction of the liquid crystal panel is also effective in increasing the light utilization efficiency.
液晶パネルの種類は特に限定されることはなく、公知の型の液晶パネルを挙げることができる。これには例えばTN、STN、VA、MVA、IPS、OCB等がある。 The kind of liquid crystal panel is not particularly limited, and examples thereof include known types of liquid crystal panels. These include, for example, TN, STN, VA, MVA, IPS, OCB, and the like.
次に面光源装置20について説明する。
面光源装置20は、液晶パネル15に対して観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル15に面状の光を出射する照明装置である。図1〜図3よりわかるように、本形態の面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板21、光源25、光拡散層26、プリズム層27、反射型偏光板28、光学シート30及び反射シート39を有している。
Next, the surface
The surface
導光板21は、図1〜図3よりわかるように、基部22及び裏面光学要素23を有している。導光板21は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材である。本形態で導光板21の観察者側となる一方の板面側は平滑面とされ、これとは反対側である他方の板面側は裏面とされ、当該裏面には複数の裏面光学要素23が配列されている。
As can be seen from FIGS. 1 to 3, the
基部22、裏面光学要素23をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ABS樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)等を挙げることができる。
Various materials can be used as the material forming the
基部22は、その内部を光が導光されるとともに、裏面光学要素23のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状である。
The
裏面光学要素23は、基部22の裏面側(反射型偏光板28が配置される側とは反対側)に形成される突出した要素であり、本形態では三角柱状である。裏面光学要素23は、突出した頂部の稜線が図1の紙面左右方向に延びる柱状であり、複数の裏面光学要素23が当該延びる方向に直交する方向に所定のピッチで並べて配列されている。本形態の裏面光学要素23は断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状の断面であってもよい。
複数の裏面光学要素23の配列方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源25から離隔する方向に配列され、光源25が配列される方向、又は1つの長い光源であれば該光源が延びる方向に平行に各裏面光学要素23の稜線が延びている。
The back
The arrangement direction of the plurality of back surface
なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状を含む。また同様に、本件明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。 The “triangular shape” in the present specification includes not only a triangular shape in a strict sense but also a substantially triangular shape including limitations in manufacturing technology, errors in molding, and the like. Similarly, terms used in the present specification to specify other shapes and geometric conditions, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “ellipse”, “circle”, etc. are bound to the strict meaning. Therefore, it should be interpreted including an error to the extent that a similar optical function can be expected.
このような構成を有する導光板21は、押し出し成型により、又は、基部22上に裏面光学要素23を賦型することにより製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板21においては、基部22、及び裏面光学要素23が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板21を製造する場合、裏面光学要素23が、基部22と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。
The
図1〜図3に戻って、光源25について説明する。光源25は、導光板21の基部22が有する側面のうち、複数の裏面光学要素23が配列される方向の一方側の側面に配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のLED(発光ダイオード)、又は白熱電球等の種々の態様で構成できる。本形態では光源25は複数のLEDからなり、不図示の制御装置により各LEDの点灯および消灯、並びに/又は、各LEDの点灯時の明るさを個別に独立して調節できるように構成されている。
なお、本形態では上記のように光源25は一方側の側面に配置される例を示したが、さらにこの側面とは反対側となる側面にも光源が配置される形態であってもよい。なお、この場合には裏面光学要素の形状も公知の例に倣って形成する。
Returning to FIGS. 1 to 3, the
In this embodiment, the
次に光拡散層26について説明する。光拡散層26は、導光板21の出光側に配置され、ここに入射した光を拡散させて出射する機能を有する層である。これにより、導光板21から出射した光をさらに均一性を高め、導光板21に存在する傷を目立たなくすることができる。
光拡散層の具体的態様は、公知の光拡散層を用いることができ、例えば母材の中に光拡散剤を分散させた形態を挙げることができる。
Next, the
As a specific embodiment of the light diffusion layer, a known light diffusion layer can be used, and examples thereof include a form in which a light diffusion agent is dispersed in a base material.
プリズム層27は、図1〜図3よりわかるように、光拡散層26よりも液晶パネル15側に設けられ、該液晶パネル15側に向けて凸である単位プリズム27aを具備する層である。単位プリズム27aは、所定の断面を有して導光板21の導光方向に延びる形態を有している。そして、複数の単位プリズム27aが導光方向とは異なる方向(本形態では平面視で導光方向に直交する方向)に配列されている。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することができる。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
As can be seen from FIGS. 1 to 3, the
As the cross-sectional shape of the unit prism of such a prism layer, a known shape can be applied according to a required function. Depending on the shape, light can be further diffused or condensed.
次に反射型偏光板28について説明する。反射型偏光板28は、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波およびS波)に分解し、一方の方向(透過軸に平行な方向)の偏光成分(例えば、P波)を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向(反射軸に平行な方向)の偏光成分(例えば、S波)を反射する機能を有している。このような反射型偏光板の構造は公知のものを適用することができる。
Next, the reflective
次に光学シート30について説明する。図1〜図3よりわかるように、光学シート30は、シート状に形成された基材層31と、基材層31の一方の面(本形態では導光板21側の面)に設けられた光学機能層32と、を備えている。
Next, the
この光学シート30は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向(法線方向)の輝度を集中的に向上させる機能(集光機能)を有している。またその際には偏光成分の変化が抑制され、これら機能により光の利用効率を高めることができる。さらに、当該正面方向に対して大きな角度で進行した光を吸収する機能(光吸収機能)を備えている。
As will be described later, the
図1〜図3に示すように、基材層31は光学機能層32を支持する平板状のシート状部材である。
基材層31において、基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積は500×103(MPa・μm)以上であることが好ましい。これにより、光学シートを薄くしても、光学シートに剛性を持たせることが可能であるため、光学シートが撓むことを抑制することができる。これは、光学シートが高温下(例えば、105℃。)に所定の期間(例えば、500時間。)置かれていたとしても、撓むことを抑制することができるということも意味している。また、基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積は1000×103(MPa・μm)以下であることが好ましい。基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積が1000×103(MPa・μm)を超えると、基材層が厚くなりすぎてしまい、光学シートの薄型化が困難になる。
なお、基材層の厚みは、基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積が上記範囲内であれば特に限定されないが、好ましくは50μm以上300μm以下である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
In the
The thickness of the base material layer is not particularly limited as long as the product of the tensile elastic modulus of the base material layer and the thickness of the base material layer is within the above range, but is preferably 50 μm or more and 300 μm or less.
このように光学シート30は、所定の基材層を有することにより撓むことが抑制されているため、本形態においては、光学シート30と液晶パネル15とは、少なくとも一部を接着していない部位を有してもよく、全面を接着していなくてもよい。
また、光学シート30を透過する光の強度は、光学シート30に対する入射角及び出射角の影響を大きく受けるため、光学シート30の撓みが抑制されることにより、光学シート30を透過する光のムラ、特に明暗ムラを抑制することができる。
As described above, since the
In addition, the intensity of the light transmitted through the
基材層31をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、トリアセチルセルロース樹脂(TAC)、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。この中でも面光源装置20と下偏光板14との組み合わせを考慮して複屈折(リタデーション)の少ないTAC、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂を用いることが好ましい。さらには、車載用途などのように高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネート樹脂が望ましい。具体的にはポリカーボネート樹脂のガラス転移点は143℃であり、一般に105℃での耐久性が求められる車載用途に適している。
Various materials can be used as the material forming the
このような観点から、リタデーションに関しては、基材層31の平面方向のリタデーションReが、波長400nm〜700nmにおいて、15nm以下、又は、4000nm以上であることが好ましい。ここで、リタデーションReは、Re=(Nx−Ny)×dで表わされる。Nxは、基材層31面内の最大の屈折率、Nyは、基材層31の面内の最小の屈折率である。また、d(nm)は基材層31の厚みである。
From such a viewpoint, regarding the retardation, the retardation Re in the planar direction of the
リタデーションReが大きくなると、LCDの偏光板や液晶パネルの偏光性、及び液晶画像表示装置の場合に用いられる輝度向上を目的とする反射型偏光板と相まって、映像に色彩ムラが生じやすくなる。詳しくは次の通りである。すなわち層内で複屈折(リタデーション)が生じると、光が複数の方向に分かれて進行する。そして当該分かれて進行した光が層外に出た時に、他の分かれて進行した光との間で干渉する。これがいわゆる色彩ムラとして観察されてしまう。特に、偏光子と偏光子との間にリタデーションの大きい層が含まれるとこれが顕著である。例えば、液晶表示装置において、輝度向上を目的に用いられる反射型偏光シートと、液晶パネルの偏光板との間にリタデーションの大きい層を有することが色彩ムラの一つの原因となる。 When the retardation Re is increased, color unevenness is likely to occur in the image in combination with the polarizing plate of the LCD and the polarizing property of the liquid crystal panel, and the reflection type polarizing plate for improving the luminance used in the case of the liquid crystal image display device. Details are as follows. That is, when birefringence (retardation) occurs in the layer, light travels in a plurality of directions. Then, when the light that has traveled separately travels out of the layer, it interferes with other light that travels separately. This is observed as so-called color unevenness. This is particularly remarkable when a layer having a large retardation is included between the polarizers. For example, in a liquid crystal display device, having a layer having a large retardation between a reflective polarizing sheet used for the purpose of improving luminance and a polarizing plate of a liquid crystal panel is one cause of color unevenness.
よって、基材層31のリタデーションReは15nm以下であることが好ましい。これにより、色彩ムラを抑制することが可能である。リタデーションReを15nm以下とするために、基材層31にはポリカーボネート樹脂を主成分とする材料が好ましく用いられる。
なお、「主成分とする」とは、基材層全体の質量を100質量%としたとき、特定の材料が50質量%以上含有されていることを言う。以下においても同様である。
Therefore, the retardation Re of the
“Containing as a main component” means that a specific material is contained in an amount of 50% by mass or more when the mass of the entire base material layer is 100% by mass. The same applies to the following.
一方で、基材層31において、リタデーションReが4000nm以上である場合に限り、色彩ムラを抑制することが可能であることを本発明者は知見した。よって、基材層31のリタデーションReを大きくする場合は、4000nm以上であることが好ましく、8000nm以上であることがより好ましい。また、リタデーションReを大きくする場合のリタデーションReの上限は特に限定されないが、基材層を製造する観点から、12000nm以下であることが好ましい。リタデーションReを4000nm以上とするために、基材層31には高延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂を主成分とする材料が好ましく用いられる。
On the other hand, the present inventors have found that color unevenness can be suppressed only in the case where the retardation Re is 4000 nm or more in the
光学機能層32は基材層31の一方の面(本形態では導光板21側の面)に積層された層で、層面に沿って光透過部33と光吸収部34とが交互に配列されている。図4は図2のうち、基材層31及び光学機能層32に注目して一部を拡大して表した図である。
The optical
光学機能層32は、図4に示した断面を有して紙面奥/手前側に延びる形状を備える。すなわち、図4に表れる断面において、略台形である光透過部33と、隣り合う2つの光透過部33間に形成された断面が略台形の光吸収部34と、を具備している。
The optical
光透過部33は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、本形態では図2、図4に表れる断面において、基材層31側に長い下底、その反対側(導光板側)に短い上底を有する略台形の断面形状を有する要素である。光透過部33は、基材層31の層面に沿って当該断面を維持して上記した方向に延びるとともに、この延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で配列される。そして、隣り合う光透過部33の間には、略台形断面を有する間隔が形成されている。従って、当該間隔は、光透過部33の上底側(導光板21側)に長い下底を有し、光透過部33の下底側(液晶パネル側)に短い上底を有する台形断面を有し、ここに後述する必要な材料が充填されることにより光吸収部34が形成される。なお、本形態では隣り合う光透過部33は長い下底側で連結されている。
The
光透過部33は屈折率がNtとされている。このような光透過部33は、透過部構成組成物を硬化させることにより形成することができる。詳しくは後で説明する。屈折率Ntの値は特に限定されることはないが、後述するように台形断面の斜面における光吸収部34との界面で適切に光を反射(全反射を含む。)する観点から屈折率は1.55以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は1.61以下であることが好ましい。より好ましくは1.56以下である。
The
光吸収部34は隣り合う光透過部33の間に形成された上記した間隔に形成される間部として機能し、間隔の断面形状と同様の断面形状となる。従って短い上底が液晶パネル15側を向き、長い下底が導光板21側となる。そして光吸収部34は、屈折率がNrとされるとともに、光を吸収することができるように構成されている。具体的には屈折率がNrであるバインダーに光吸収粒子が分散される。屈折率Nrは、光透過部33の屈折率Ntよりも低い屈折率とされる。このように、光吸収部34の屈折率を光透過部33の屈折率より小さくすることにより、所定の条件で光透過部33に入射した光を光吸収部34との界面で適切に全反射させることができる。また、全反射条件を満たさない場合にも一部の光は当該界面で反射する。
屈折率Nrの値は特に限定されることはないが、当該全反射を適切に行う観点から1.50以下であることが好ましく、その中でも入手性の観点から1.47以上が好ましい。より好ましく1.49以上である。
The
The value of the refractive index Nr is not particularly limited, but is preferably 1.50 or less from the viewpoint of appropriately performing the total reflection, and more preferably 1.47 or more from the viewpoint of availability. More preferably, it is 1.49 or more.
光透過部33の屈折率Ntと光吸収部34の屈折率Nrとの屈折率の差は特に限定されるものではないが、0.05以上0.14以下であることが好ましい。屈折率差を大きくすることにより、より多くの光を全反射させることができる。
The difference in refractive index between the refractive index Nt of the
光学機能層32では、特に限定されることはないが、例えば次のように光透過部33及び光吸収部34が形成される。すなわち、図4にPkで表した光透過部33及び光吸収部34のピッチは20μm以上100μm以下であることが好ましく、30μm以上100μm以下であることがよりに好ましい。また、図4にθkで示した光吸収部34と光透過部33との斜辺における界面と、光学機能層32の層面の法線と、の成す角は1°以上10°以下であることが好ましい。そして図4にDkで示した光吸収部34の厚さは50μm以上150μm以下であることが好ましく、60μm以上150μm以下であることがよりに好ましい。これらの範囲内とすることにより、光の透過と光の吸収とのバランスが適切になることが多い。
The
本形態では光透過部33と光吸収部34との界面が断面において一直線状となる例を示したが、これに限らず折れ線状、凸である曲面状、凹である曲面状等であってもよい。また、複数の光透過部33及び光吸収部34で断面形状が同じであってもよいし、所定の規則性を有して異なる断面形状であってもよい。
In this embodiment, an example in which the interface between the light transmitting
また、本形態では光学機能層32の基材層とは反対側の面に、光学機能層32を保護する保護層をさらに積層してもよい。保護層を積層することにより、光学機能層32への外部からの傷害等を保護する効果、及び、光学シート30を作製する際にそりを抑制する効果を付与することができる。保護層に用いられる材料としては、紫外線硬化型ウレタンアクリレート等の公知の材料を使用することができる。また、保護層には、反射防止処理、防眩処理、帯電防止処理、ハードコート処理等の処理を施してもよい。
保護層の厚みは、5μm以上30μm以下が好ましい。保護層の厚みが5μmより薄いと、安定的に塗工することが困難となり、30μmより厚いと、使用する材料のコストが増加する。保護層のヘイズは5%以上50%以下が好ましい。保護層のヘイズが5%未満であると、保護層の表面に配置されるフィルム(例えば、図1〜3における反射偏光フィルム28)と貼り付く虞がある。一方、保護層のヘイズが50%を超えると、保護層を透過する光が拡散されすぎるため、正面輝度が低下する傾向にある。
In this embodiment, a protective layer for protecting the optical
The thickness of the protective layer is preferably 5 μm or more and 30 μm or less. If the thickness of the protective layer is less than 5 μm, it is difficult to apply stably, and if it is thicker than 30 μm, the cost of the material used increases. The haze of the protective layer is preferably 5% or more and 50% or less. If the haze of the protective layer is less than 5%, there is a risk of sticking to a film (for example, the reflective
光学シート30は例えば次のように作製できる。
はじめに基材層31に光透過部33を形成する。これは、光透過部33の形状が転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、基材層31となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝(光透過部形状を反転した形状)に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。
The
First, the
ここで、光透過部を構成する組成物としては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等の電離放射線硬化型の樹脂を挙げることができる。 Here, examples of the composition constituting the light transmission part include ionizing radiation curable resins such as epoxy acrylate, urethane acrylate, polyether acrylate, polyester acrylate, and polythiol.
金型ロールと基材シートとの間に挟まれ、ここに充填された光透過部を構成する組成物に対し、基材シート側から光照射装置により硬化させるための光を照射する。これにより、組成物を硬化させ、その形状を固定させることができる。そして、離型ロールにより金型ロールから基材層31および成形された光透過部33を離型する。
Light for curing with a light irradiation device is irradiated from the substrate sheet side to the composition constituting the light transmission portion sandwiched between the mold roll and the substrate sheet and filled therein. Thereby, a composition can be hardened and the shape can be fixed. And the
次に、光吸収部34を形成する。光吸収部34を形成するには、まず、上記形成した光透過部33間の間隔に光吸収部を構成する組成物を充填する。その後、余剰分の当該組成物をドクターブレード等で掻き落とす。そして、残った組成物に光透過部33側から紫外線を照射することによって硬化させ、光吸収部34を形成することができる。
Next, the
光吸収部として用いられる材料は特に限定されないが、例えば、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、およびブタジエン(メタ)アクリレート等の光硬化型樹脂の中に着色された光吸収粒子が分散されている組成物を挙げることができる。 The material used as the light absorbing portion is not particularly limited, but for example, it is colored in a photocurable resin such as urethane (meth) acrylate, polyester (meth) acrylate, epoxy (meth) acrylate, and butadiene (meth) acrylate. And a composition in which the light absorbing particles are dispersed.
また光吸収粒子を分散させる代わりに顔料や染料により光吸収部全体を着色することもできる。
光吸収粒子を用いる場合には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は1.0μm以上20μm以下であることが好ましい。
ここで「平均粒子径」とは、光吸収粒子を100個電子顕微鏡で観察してその直径を計り、算術平均した直径を意味する。
Further, instead of dispersing the light absorbing particles, the entire light absorbing portion can be colored with a pigment or a dye.
When using light-absorbing particles, light-absorbing colored particles such as carbon black are preferably used. However, the present invention is not limited to these, and selectively absorbs a specific wavelength according to the characteristics of image light. Colored particles may be used. Specific examples include organic fine particles colored with metal salts such as carbon black, graphite, and black iron oxide, dyes, pigments, colored glass beads, and the like. In particular, colored organic fine particles are preferably used from the viewpoints of cost, quality, availability, and the like. The average particle diameter of the colored particles is preferably 1.0 μm or more and 20 μm or less.
Here, the “average particle diameter” means an arithmetic average diameter obtained by observing 100 light absorbing particles with an electron microscope and measuring the diameter.
さらに、光学機能層32において、基材層31とは反対側の面に上記した保護層を設ける場合には、ロールやUV接着剤等を用いて積層することが可能である。
Further, in the case where the protective layer described above is provided on the surface opposite to the
これにより基材層31の一方の面に光学機能層32が積層した光学シート30が作製される。
Thereby, the
図1〜図3に戻って、面光源装置20の反射シート39について説明する。反射シート39は、導光板21の裏面から出射した光を反射して、再び導光板21内に光を入射させるための部材である。反射シート39は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。
Returning to FIGS. 1 to 3, the
機能性フィルム40は、液晶パネル15の出光側に配置され、映像光の質を向上させたり、映像源ユニット10を保護したりする機能を有する層である。これには例えば反射防止フィルム、防眩フィルム、ハードコートフィルム、色調補正フィルム、光拡散フィルム等を挙げることができ、これらが単独又は複数組み合わされて構成されている。
The
次に、以上のような構成を備える映像源ユニット10の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は説明のための概念的なものであり、反射や屈折の程度を厳密に表したものではない。
Next, the operation of the
まず、図2に示すように、光源25から出射した光は、導光板21の側面の入光面を介して導光板21内に入射する。図2には、一例として、光源25から導光板21に入射した光L21、L22の光路例が示されている。
First, as shown in FIG. 2, the light emitted from the
図2に示すように、導光板21に入射した光L21、L22は、導光板21の出光側面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、導光方向(図2の紙面右方向)へ進んでいく。
As shown in FIG. 2, the light L21 and L22 incident on the
ただし、導光板21の裏面には裏面光学要素23が配置されている。このため、図2に示すように、導光板21内を進む光L21、L22は、裏面光学要素23によって進行方向が変わり、全反射臨界角未満の入射角度で出光面、及び裏面に入射することもある。この場合に当該光は、導光板21の出光面及びその反対側の裏面から出射し得る。
However, the back
出光面から出射した光L21、L22は、導光板21の出光側に配置された反射型偏光板28へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板21の背面に配置された反射シート39で反射され、再び導光板21内に入射して導光板21内を進むことになる。
Lights L21 and L22 emitted from the light exit surface are directed to the reflective
導光板21内を進行する光と、裏面光学要素23で向きを変えられて全反射臨界角未満の入射角度で出光面に達する光は、導光板21内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板21内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板21の出光面から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。
The light traveling in the
導光板21から出射した光は、その後、光拡散層26に達し均一性が高められる。そしてプリズム層27により必要に応じて拡散又は集光されプリズム層27を出光した光は次に反射型偏光板28に達する。ここでは、反射型偏光板28の透過軸に沿った偏光方向の光は反射型偏光板28を透過し光学シート30に向かう。
一方、反射型偏光板28の反射軸に沿った偏光方向の光は図2に点線矢印L21’、L22’で示したように反射して導光板21側に戻される。戻された光は、導光板21、裏面光学要素23、又は反射シート39で反射して再び反射型偏光板28の側に進行する。この反射の際に一部の光の偏光方向が変化しておりその一部は反射型偏光板28を透過する。他の光は再び導光板側に戻される。このように反射型偏光板28で反射した光も反射を繰り返すことで反射型偏光板28を透過できるようになる。これにより光源25からの光の利用率が高められる。
ここで、反射型偏光板28を出射した光は、その偏光方向が下偏光板14の透過軸に沿った方向になっており、下偏光板14を透過する偏光光となっている。
The light emitted from the
On the other hand, the light in the polarization direction along the reflection axis of the reflective
Here, the light emitted from the reflective
反射型偏光板28を出射した光は光学機能層32に入射する。光学機能層32に入射する光は下偏光板14を透過する偏光光となっているが、次のような光路を有して進行する。すなわち、例えば図4にL41で示したように、光吸収部34との界面に達することなく光透過部33を透過する。または、図4にL42で示したように光吸収部34との界面に達して全反射して光透過部33を透過する。このとき、本形態では当該界面の傾斜角度(θk)の作用により、界面で反射した光は液晶パネル15の法線に平行な方向に近づけられる。また、全反射臨界角より小さい角度のため全反射しない光であってもそのうちの一部は当該界面で反射するものもある。このような光も同様に光透過部33を透過する。
これにより液晶パネル15を透過した際に、コントラスト低下や色の反転等の不具合が起こらない光を液晶パネル15に対して効果的に提供することができる。
The light emitted from the reflective
As a result, it is possible to effectively provide the
一方、図4にL43で示したようにシート面法線に対して大きな角度で光学機能層32に入射した光は光吸収部34に吸収され、液晶パネル15には提供されない。従って、コントラスト低下や色の反転を生じるような不具合を生じる光を吸収することができる。
On the other hand, as indicated by L43 in FIG. 4, the light incident on the
このような光学シート30により、導光板21からの光を効率よく集光し、集光しなかった光は光吸収部で吸収するため、適切な光を効率よく液晶パネルに提供することができ、光の利用効率を大幅に向上させることが可能となる。
With such an
さらに光路について説明する。上記のように面光源装置20を出射した光は、液晶パネル15の下偏光板14に入射する。下偏光板14は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板14を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板13を透過するようになる。このようにして、液晶パネル15によって、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。その際、映像光は機能性フィルム40を介して観察者に提供され、映像の質が高められている。
Further, the optical path will be described. The light emitted from the surface
上記した形態では、光学機能層32は、光透過部33の短い上底が導光板21側、長い下底が液晶パネル15側となる向きとしたが、これを反転した形態としてもよい。すなわち光透過部の短い上底が液晶パネル側、長い下底が導光板側となる向きとしてもよい。この場合には光の集光作用は有しないが、下偏光板を透過する偏光方向を維持して下偏光板に光を提供し、下偏光板で吸収される光を少なく抑えることができ、光の利用効率(透過率)を向上させることは可能である。
In the above-described form, the optical
(実施例1)
実施例1として図4に示したような光学シートに保護層を積層した光学シートを作製し、基材層の引張り弾性率及び基材層の厚みの積と撓みの関係を評価した。
実施例1に係る光学シートの具体的な形状は次のとおりである。なお、保護層は、光学機能層の基材層とは反対側の面に積層されている。
Example 1
As Example 1, an optical sheet having a protective layer laminated on the optical sheet as shown in FIG. 4 was prepared, and the relationship between the product of the tensile modulus of the base material layer and the thickness of the base material layer and the deflection was evaluated.
The specific shape of the optical sheet according to Example 1 is as follows. In addition, the protective layer is laminated | stacked on the surface on the opposite side to the base material layer of an optical function layer.
<基材層>
・材料:ポリエチレンテレフタレート樹脂
・厚み:130μm
<光学機能層>
・ピッチ(図4参照):Pk=39μm
・光吸収部上底幅:4μm(図4のWa)
・光吸収部下底幅:10μm(図4のWb)
・光吸収部の厚み(図4参照):Dk=102μm
・光学機能層の厚み:127μm
・光透過部の材料及び屈折率:屈折率1.56の紫外線硬化型ウレタンアクリレート
・光吸収部の材料及び屈折率:屈折率1.49の紫外線硬化型ウレタンアクリレートにカーボンブラックを含有したアクリルビーズを25質量%分散
<保護層>
・材料:紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂
・粗面:ヘイズ30
・厚み:25μm
<Base material layer>
・ Material: Polyethylene terephthalate resin ・ Thickness: 130μm
<Optical function layer>
・ Pitch (see FIG. 4): P k = 39 μm
· Light absorbing portion upper base width: 4 [mu] m (W a in FIG. 4)
・ Light absorption part lower bottom width: 10 μm (W b in FIG. 4)
-Thickness of the light absorbing portion (see FIG. 4): D k = 102 μm
・ Thickness of optical functional layer: 127 μm
-Light transmitting material and refractive index: UV curable urethane acrylate with refractive index of 1.56-Light absorbing material and refractive index: UV curable urethane acrylate with refractive index of 1.49 and acrylic beads containing
・ Material: UV curable urethane acrylate resin ・ Rough surface:
・ Thickness: 25μm
(実施例2)
実施例1に係る光学シートにおいて、基材層の材料をポリカーボネート樹脂に変更し、基材層の厚みを250μmに変更し、実施例2に係る光学シートを作製した。
(Example 2)
In the optical sheet according to Example 1, the material of the base material layer was changed to polycarbonate resin, the thickness of the base material layer was changed to 250 μm, and the optical sheet according to Example 2 was produced.
(比較例1)
実施例2に係る光学シートにおいて、基材層の厚みを130μmに変更し、比較例1に係る光学シートを作製した。
(Comparative Example 1)
In the optical sheet according to Example 2, the thickness of the base material layer was changed to 130 μm, and an optical sheet according to Comparative Example 1 was produced.
以上のような光学シートを横120mm、縦300mmのサイズに裁断し、光学シートの四辺をガラスにテープ止めし、大気雰囲気中で、105℃、500時間の条件で試験した。そして、試験後の光学シートの撓みを、目視により判断した。その結果を表1に示した。なお、各基材層の引張り弾性率は、ASTM D638に準じて事前に測定している。 The optical sheet as described above was cut into a size of 120 mm in width and 300 mm in length, and the four sides of the optical sheet were taped to glass and tested in the atmosphere at 105 ° C. for 500 hours. And the bending of the optical sheet after a test was judged visually. The results are shown in Table 1. In addition, the tensile elasticity modulus of each base material layer is measured in advance according to ASTM D638.
実施例1及び実施例2に係る光学シートは、撓みが発生しなかった。一方、比較例1に係る光学シートは、撓みが発生した。 The optical sheets according to Example 1 and Example 2 did not bend. On the other hand, the optical sheet according to Comparative Example 1 was bent.
10 映像源ユニット
15 液晶パネル
20 面光源装置
21 導光板
25 光源
26 光拡散層
27 プリズム層
28 反射型偏光板
30 光学シート
32 光学機能層
33 光透過部
34 光吸収部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光学シートは、基材層と、前記基材層の厚さ方向に積層される光学機能層と、備え、
前記光学機能層は、
所定の断面を有して一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部と、
複数の前記光透過部の前記間隔に形成される光吸収部と、を備え、
前記基材層の引張り弾性率と基材層の厚みとの積が500×103(MPa・μm)以上である、光学シート。 An optical sheet disposed on the observer side of the light source,
The optical sheet includes a base layer and an optical functional layer laminated in the thickness direction of the base layer,
The optical functional layer is
A light transmissive portion having a predetermined cross section and extending in one direction and arranged in a direction different from the extending direction at a predetermined interval;
A light absorbing portion formed at the interval between the plurality of light transmitting portions, and
The optical sheet whose product of the tensile elasticity modulus of the said base material layer and the thickness of a base material layer is 500 * 10 < 3 > (MPa * micrometer) or more.
前記光源の観察者側に配置される請求項1乃至5のいずれかに記載の光学シートと、
前記光学シートの観察者側に配置される液晶パネルと、
を備える映像源ユニット。 A light source;
The optical sheet according to any one of claims 1 to 5, which is disposed on an observer side of the light source;
A liquid crystal panel disposed on the viewer side of the optical sheet;
A video source unit.
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