JP4406957B2

JP4406957B2 - 光学拡散板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4406957B2
Application number: JP17451999A
Authority: JP
Inventors: 進高橋
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001004813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示体や、プラズマディスプレイやプロジェクターなどの画像表示体及びその表示体の明るさ、コントラスト、そして視域の拡大などの画質を向上させることを目的とする光機能性シートの拡散板に関する特許である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイなどの画像の表示体の表示部に取り付けることにより、画像の画質を向上させることが可能な光機能性シートが存在している。
【０００３】
これら光機能性シートは、例えば、液晶を背面から照明するバックライトと液晶の間などに用いられ、照明光の均一性を向上させるための光拡散シートとして存在していた。
【０００４】
しかしながら、従来のほとんどの光学拡散板は、表面をマット面にしたり、基材内にビーズを埋め込んだりすることによって拡散性をもたらしていた。これらの拡散板では、光の拡散性に方向性をもたらすことが難しく、光量の有効利用の点から望ましくなかった。
【０００５】
また、拡散板に拡散性やその拡散方向性をより良く実現するためには、フレネルレンズとレンチキュラーレンズとの組み合わせや、ホログラムを用いた拡散板など部品数が多くなったり、高価になったりする欠点があった。
【０００６】
すなわち、従来１枚の素子で拡散性をもたらす拡散板では、ホログラムを利用するなど高価な手法を用いる以外に拡散光の拡散方向の異方性生じさせる事は難しかった。
【０００７】
例えば図６に示すように、従来の拡散板Ｄでは、入射光Ｌ1 の光軸に対して出射光Ｌ2 の光線は図示するように円錐状に広がり、制御できるものは、この円錐状の広がり角のみであった。
【０００８】
しかしながら、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やテレビモニターに代表されるような画像表示体では、一般に観察者に対して水平方向（左右方向）には広い視域を必要とし、垂直方向（上下方向）には、それほど広い視域は必要としていなかった。
【０００９】
これには、様々な理由があるが、例えば観察者の左右の両眼に同じ像が観察できなければ、違和感のある像になることや、多人数で観察する場合に横方向に広がることが多いためなどが上げられる。
【００１０】
そのため、図７に示すように、横（Ｘ）方向には拡散性が大きく、縦（Ｙ）方向には拡散性の小さい拡散板Ｄが望まれており、従来、１枚の素子でこのような機能を実現することは難しく、レンチキュラーレンズと単純な拡散板の組み合わせによって実現したり、ホログラムのような特殊な光学素子が必要であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、画像表示体の表示面の明るさの均一性の向上や、画像表示体の画面観察視域の拡大に利用する光学拡散板において、その拡散性や拡散方向性を容易且つ簡潔に実現させることにあり、ホログラムのような特殊な撮影方法を必要とせずに、簡単且つ安価に異方性の拡散板を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、透明樹脂又は透明ガラス基材を加熱軟化させる工程と、
軟化した前記透明樹脂又は透明ガラスを攪拌する工程と、
前記攪拌した前記透明樹脂又は透明ガラスを板状又はフィルム状に形成する工程と、
前記板状又はフィルム状に形成された前記透明樹脂又は透明ガラスを一定方向に延伸する工程と、
からなる請求項１記載の光学拡散板の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光学拡散板を、その実施の形態に従って以下に詳細に説明すれば、図１は、本発明の光学拡散板Ｄであり、透明な基材１内に様々な大きさの微小な気泡２を多数含有しているものである。
【００１７】
多数の前記気泡２のほとんどは、その光学拡散板Ｄの横（Ｘ）方向に長軸を持ち、その縦（Ｙ）方向に短軸を持ち、その方向が揃っているものである。
【００１８】
照明光（入射光）が光学拡散板Ｄに入射し、光線が透明基材１内の気泡２に入射すると、そこで屈折、反射、回折などのいずれか、若しくはその組み合わせの現象を生じ偏向する。この偏向の強さは、気泡２の大きさや並び方に依存し、偏向角は気泡２の短軸方向に大きく、長軸方向に小さいものとなる。
【００１９】
よって、透明基材１内に含有する前記多数の気泡２のほとんどが、長軸と短軸をもち、その方向が揃っているため、非常に単純な構成で異方性のある拡散板Ｄを実現することが可能になる。
【００２０】
本発明の光学拡散板Ｄは、図２に示すように、本発明の光学拡散板Ｄを作成する以前の無延伸段階における光学拡散板Ｄ0 においては、透明な基材１内に様々な大きさと形態の微小な気泡２を多数含有しているものであり、この光学拡散板Ｄ0 を横（Ｘ）方向に延伸することにより、図３に示すように、基材１とともに気泡２は横（Ｘ）方向に延伸して、横（Ｘ）方向に長軸を持ち、縦（Ｙ）方向に短軸を持った本発明の光学拡散板Ｄが得られるものである。
【００２１】
このような本発明の光学拡散板Ｄを具体的に実現するためには、実施例として例えば次のような方法がある。
【００２２】
透明なアクリル（ポリメチルメタアクリレート）、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂又はガラスを基材１として、これを加熱軟化（又は加熱溶融）した状態にした後、これを攪拌することによって、その基材１の内部に多数の気泡２を生じさせる。これを板状もしくはフィルム状に成形して、無延伸段階の光学拡散板Ｄ0 を成形する。この成形した状態で、無延伸段階の光学拡散板Ｄ0 の基材１内部には、ほぼ球形の多数の気泡２を含有することになる。（図２）
【００２３】
そして、この球形の気泡２を含有する無延伸段階の光学拡散板Ｄ0 の基材１を一定直線方向（例えはＸ方向）に延伸する。
【００２４】
すると、延伸した方向に基材１は伸びることになり、内部の気泡２も、図３に示すように短軸と長軸をもち、その方向が揃った気泡２を含有することになる。このような基材１を冷却固化させると、本発明の光学拡散板Ｄを作成することができる。
【００２５】
なお、上記実施例では、機械的に透明基材１内に気泡２を生じさせたが、透明基材１内に発泡材を含有させ、化学的に気泡２を生じさせても良い。
【００２６】
図１では、多数の各気泡２がそれぞれ独立した状態の光学拡散板Ｄの例を示したが、図４に示すように気泡２が繋がった状態で存在していてもよい。また、気泡２内の状態も、大気である必要はなく、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンガス、真空であってもよく、また、基材１と屈折率が異なれば、固体、液体、液晶などの材質であってもよい。
【００２７】
各気泡２の大きさは、１μｍから１００μｍ程度が望ましく、基材１内に均一に分布しているのが望ましい。
【００２８】
気泡２の大きさの分布は、光学拡散板Ｄの明るさの滑らかさや、色の変化などに影響を及ぼす。気泡２による回折が生じた場合、その回折角は、光の波長と気泡２の空間的な分布に依存する。その関係は、波長をλ、回折角をθ、空間周波数をｆとすると、
ｆ＝ｓｉｎ（θ）／λ
の関係があり、この式より、波長λと空間周波数ｆとは、反比例の関係にあることが分かる。
【００２９】
人間が感じることができる可視光の波長λ範囲を、約４００ｎｍ〜８００ｎｍとすると、短波長側４００ｎｍと長波長側８００ｎｍとの間には、波長差が４００ｎｍであって、短波長４００ｎｍに対して２倍程度大きい波長分布域が形成され、また、この可視光域での空間周波数ｆも低周波数に対して２倍程度の周波数差の大きい空間周波数分布域が形成されて、回折による色の変化を抑制できるか若しくは無くすことが可能となる。（図５の空間周波数分布グラフ参照）
【００３０】
一般には、光源の入射角の広がりなどの影響から、ここまで広い２倍程度の範囲の空間周波数分布は必要としないが、例えば短波長及び低周波数に対して１．３倍程度あれば、回折による色の変化を抑制できる効果、若しくは回折による色の変化を無くす効果が得られ、１．５倍程度以上あれば、照明光の環境次第では十分な効果が得られる。
【００３１】
また、波長の偏りを無くし、より白色に近づけるためには、設定空間周波数範囲ではフラットな周波数分布をもつことが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、透明な基材内に長軸と短軸を有する気泡を、その方向をそろえて有することにより、気泡の短軸方向には大きな拡散性を有し、気泡の長軸方向には小さな拡散性を有することができ、画像表示体の明るさを有効に発揮させることが可能になる。
【００３３】
また、気泡の大きさに、ばらつきを持たせることにより、画面の明るさの均一性を向上させることができ、また画面内の色の変化を減少させることができる。
【００３４】
この大きさのばらつきによる効果をもたらすためには、１．３倍程度以上あることが必要で、例えば１．５倍以上あることが望ましく、２倍以上あれば色の変化をほぼ完全に無くすことができる。また、大きさのばらつきの分布（空間周波数分布）はより均一であるほうが効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学拡散板の実施の形態を説明する正面図。
【図２】本発明の光学拡散板の製造方法において基板延伸前の光学拡散板を説明する正面図。
【図３】本発明の光学拡散板の製造方法において基板延伸後の光学拡散板を説明する正面図。
【図４】本発明の光学拡散板の他の実施の形態を説明する正面図。
【図５】本発明の光学拡散板に関する気泡の空間周波数分布の一例を示すグラフ。
【図６】従来の光学拡散板を説明する正面図。
【図７】従来の光学拡散板を説明する正面図。
【符号の説明】
１…基板２…気泡
Ｄ…延伸加工後の光学拡散板Ｄ0 …延伸加工前の光学拡散板
Ｌ1 …入射光Ｌ2 …出射光

Claims

光を拡散させる光学拡散板において、
透明な基材中に
微小な回転楕円体形状の短軸と長軸を有する球形状の個々の気泡の複数個が、
同一方向にほぼ繋がった状態で揃って多数含有する
ことを特徴とする光学拡散板。