JP5023928B2 - Optical sheet, backlight unit and display device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液晶表示素子への照明光路制御を行うのに好適な光学シート、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に関する。 The present invention relates to, for example, an optical sheet suitable for controlling an illumination optical path to a liquid crystal display element, a backlight unit using the optical sheet, and a display device.
近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置(LCD)がノート型パソコンやパソコン用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、大型画面テレビ等の情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistance)の画像表示手段等として様々な分野で利用されてきている。
液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。このような液晶表示装置は例えば光透過型であり、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置としていわゆるバックライトが採用されている。
In recent years, liquid crystal display devices (LCDs) using liquid crystal panels have been used for notebook computers, personal computer displays, image display means for information terminal equipment, image display means for information appliances such as large-screen TVs, and mobile phones and personal use. It has been used in various fields as an image display means of a portable information terminal (PDA: Personal Digital Assistance).
In a display device represented by a liquid crystal display device, a type having a built-in light source necessary for recognizing provided information has been widely used. Such a liquid crystal display device is, for example, a light transmission type, and a so-called backlight is used as a surface light source device in which a light source is disposed on the back side of the liquid crystal panel, and light from the light source is converted into surface light emission to irradiate the liquid crystal panel Is adopted.
バックライトの方式には、大別して冷陰極管(CCFT:Cold Cathode Fluorescent Tube)等の光源を平板状の導光板の側端部に取付け、光源からの光を導光板内で多重反射させる導光板ライトガイド方式(エッジライト方式)と、導光板を用いず液晶パネルの背面に光源を配置した直下型方式とがある。最近では、ノート型パソコンや携帯情報端末などに用いられる20インチ以下の画面サイズの小型液晶表示装置には、低消費電力化を図ることができるとともに薄型化の容易なエッジライト方式の採用が主流となり、20インチ以上の画面サイズの中〜大型液晶表示装置では直下型方式の採用が主流となっている。 The backlight system can be broadly classified as follows: a light source such as a cold cathode fluorescent tube (CCFT) is attached to the side edge of a flat light guide plate, and the light from the light source is reflected multiple times within the light guide plate. There are a light guide method (edge light method) and a direct type method in which a light source is arranged on the back surface of a liquid crystal panel without using a light guide plate. Recently, small-sized liquid crystal display devices with a screen size of 20 inches or less used for notebook computers and personal digital assistants have adopted an edge light system that can reduce power consumption and be easily thinned. Therefore, the adoption of the direct type is the mainstream in medium to large liquid crystal display devices having a screen size of 20 inches or more.
エッジライト方式を採用するノート型パソコン等の電池式装置においては、光源で消費する電力は装置全体で消費する電力の相当部分を占める。従って、総電力を低減させて電池寿命を延ばすべく、より少ない電力で所望の輝度を得ることができる性能が求められている。 In a battery-powered device such as a notebook personal computer that employs an edge light system, the power consumed by the light source occupies a considerable portion of the power consumed by the entire device. Therefore, in order to extend the battery life by reducing the total power, a performance capable of obtaining a desired brightness with less power is required.
一方、直下型方式を採用する20インチ以上の液晶表示装置においては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度かつ低消費電力であることが望ましく、搭載されるバックライトにはこれらを実現可能な性能が求められている。また、直下型方式のバックライトでは、拡散板を通して光源としての冷陰極管やLED等の形状を直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い合成樹脂板が用いられている。そのため、拡散板は通常1mm〜3mm程度の厚さが必要であるが、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。 On the other hand, in a liquid crystal display device of 20 inches or more that employs a direct type, it is desirable that it is thinner, has a low viewing angle dependency, has high luminance, and consumes low power. Achievable performance is required. Further, in the direct type backlight, the shape of a cold cathode tube or LED as a light source can be directly visually recognized through the diffusion plate, and therefore a synthetic resin plate having a very strong light scattering property is used for the diffusion plate. . Therefore, the diffusion plate usually needs to have a thickness of about 1 mm to 3 mm. However, due to the thickness, there is a considerable amount of light absorption, and there is a problem that the amount of light from the light source decreases and the liquid crystal screen display becomes dark.
以上のようなエッジライト方式及び直下型方式に対応する光学シートとして例えば特許文献1から3に示す輝度強調フィルム(BEF;DBEF;EBEF:登録商標)が広く使用されている。輝度強調フィルムは、シート状部材上に断面三角形状の屋根型の単位プリズムが一方向に配列されたフィルムである。輝度強調フィルムをディスプレイ装置に使用した場合、軸外輝度を低下させることによってディスプレイ画面に対する法線方向の輝度を増大させることができる。 For example, brightness enhancement films (BEF; DBEF; EBEF: registered trademark) shown in Patent Documents 1 to 3 are widely used as optical sheets corresponding to the edge light system and the direct type as described above. The brightness enhancement film is a film in which roof-shaped unit prisms having a triangular cross section are arranged in one direction on a sheet-like member. When the brightness enhancement film is used in a display device, the brightness in the normal direction relative to the display screen can be increased by reducing the off-axis brightness.
このディスプレイ装置では、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように2枚の輝度強調フィルムを重ねて組み合わせて用いられる。これにより、電力消費を低減しながら視聴者の視覚方向に一致する方向における所望の輝度を得ることができる。
ところで、上記のような構成の光学シートには以下のような問題があった。
即ち、従来の光学シートにおいては、光源からの光が光学シートを通過する際に制御された角度で出射されることによって軸外輝度を低下させて、軸上、即ち視聴者の視覚方向の光の強度が高まるように構成されているものの、これと同時に反射、屈折作用による光成分が視聴者の視覚方向に進むことなくサイドローブ光として横方向に無駄に出射されてしまう。
By the way, the optical sheet having the above configuration has the following problems.
That is, in the conventional optical sheet, the light from the light source is emitted at a controlled angle when passing through the optical sheet, thereby reducing the off-axis luminance, and the light on the axis, that is, the viewer's visual direction. However, at the same time, the light component due to the reflection and refraction action is unnecessarily emitted in the lateral direction as sidelobe light without proceeding in the viewer's visual direction.
従って、光学シートから出射される輝度分布は、図12の輝度分布図に示すように、視聴者の視覚方向に対する角度が0°における正面輝度が最も高められている一方で、−90°〜−45°及び+45°〜+90°の範囲には、横方向から出射されるサイドローブ光による輝度分布のピークが示され、効率よく集光を行うことができないという問題があった。さらに、輝度分布が極小値をとる点の輝度と、サイドローブ光によりピークをとる点の輝度との比が大きいために、視野角による輝度のムラが視認されてしまい、ディスプレイの表示品位として好ましくないという問題があった。 Accordingly, the luminance distribution emitted from the optical sheet has the highest front luminance when the angle with respect to the visual direction of the viewer is 0 ° as shown in the luminance distribution diagram of FIG. In the range of 45 ° and + 45 ° to + 90 °, the peak of the luminance distribution due to the sidelobe light emitted from the lateral direction is shown, and there is a problem that light cannot be collected efficiently. Furthermore, since the ratio between the luminance at the point where the luminance distribution takes a minimum value and the luminance at the point where the peak occurs due to sidelobe light is large, uneven luminance due to the viewing angle is visually recognized, which is preferable as the display quality of the display. There was no problem.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位の光学シート、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する。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical sheet, a backlight unit, and a display device having good display quality with high light condensing properties and little unevenness in luminance distribution.
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る光学シートは、光源を一方のシート面側に配置したときに前記光源からの入射光を他方のシート面側に集光するレンズアレイを備える光学シートであって、前記レンズアレイを構成する単位レンズの頂部に、光反射層が設けられ、前記単位レンズの断面形状において、前記単位レンズのレンズ面に対して前記光反射層との境界部における接線を2本引いた際に、これら2つの接線の交点と前記単位レンズの光入射面との距離をhとし、前記光反射層の頂部と前記単位レンズの光入射面との距離をh1、前記単位レンズと前記光反射層との境界部と、前記単位レンズの光入射面との距離をh2としたときに、0.55≦(h1―h2)/(h―h2)≦3の関係を満たすことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the optical sheet according to the present invention is an optical sheet including a lens array that condenses incident light from the light source on the other sheet surface side when the light source is disposed on the other sheet surface side. When a light reflecting layer is provided on the top of the unit lens constituting the array, and two tangents at the boundary with the light reflecting layer are drawn with respect to the lens surface of the unit lens in the sectional shape of the unit lens The distance between the intersection of these two tangents and the light incident surface of the unit lens is h, the distance between the top of the light reflecting layer and the light incident surface of the unit lens is h1, and the unit lens and the light reflecting surface. When the distance between the boundary with the layer and the light incident surface of the unit lens is h2, the relationship of 0.55 ≦ (h1−h2) / (h−h2) ≦ 3 is satisfied . .
このような特徴の光学シートによれば、隣接する単位レンズから横方向に出射されたサイドローブ光は、単位レンズの頂部に位置する光反射層により反射される。これにより該サイドローブ光の一部は軸上、即ち視聴者の視覚方向に出射される他、一部は視覚方向から所定の出射角度を持った斜め方向へ進行させられる。従って、視聴者の視覚方向の光強度を向上させて正面輝度を高くすることができるとともに、斜め方向へ進行した光が輝度分布図における視覚方向に対して角度±45°付近における輝度分布の極小値を埋める役割を果たすため、視野角による輝度分布のムラの少ない良好な表示品位を得ることが可能となる。
ここで、h1−h2は光反射層の視覚方向の長さを表しており以下光反射層の厚みと称し、h−h2を光反射層の基準厚みと称する。
基準厚みに対する光反射層の厚みの割合である(h1―h2)/(h―h2)の値が0.55より小さい場合には、隣接する単位レンズからのサイドローブ光を効果的に反射することができず、期待する特性を得ることができない。また、(h1―h2)/(h―h2)の値が3よりも大きい場合には、単位レンズのレンズ面から出射されて視覚方向へ集光されるはずの光線が、その単位レンズ自身の光反射層により視覚方向外へ反射されてしまうため、正面輝度を低下させてしまう。本発明においては、基準厚みに対する光反射層の厚みの割合(h1―h2)/(h―h2)を上記のように0.55以上3以下の範囲に設定することによって、正面輝度を高く維持するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
According to the optical sheet having such a feature, the sidelobe light emitted from the adjacent unit lens in the lateral direction is reflected by the light reflecting layer located on the top of the unit lens. Thereby, a part of the side lobe light is emitted on the axis, that is, in the visual direction of the viewer, and a part thereof is advanced in an oblique direction having a predetermined emission angle from the visual direction. Therefore, the light intensity in the visual direction of the viewer can be improved to increase the front luminance, and the light traveling in the oblique direction is minimized in the luminance distribution near an angle of ± 45 ° with respect to the visual direction in the luminance distribution diagram. Since the value is filled, it is possible to obtain a good display quality with little unevenness in luminance distribution depending on the viewing angle.
Here, h1-h2 represents the length of the light reflecting layer in the visual direction, and is hereinafter referred to as the thickness of the light reflecting layer, and h-h2 is referred to as the reference thickness of the light reflecting layer.
When the value of (h1-h2) / (h-h2), which is the ratio of the thickness of the light reflecting layer to the reference thickness, is smaller than 0.55, the sidelobe light from the adjacent unit lens is effectively reflected. Cannot obtain the expected characteristics. When the value of (h1-h2) / (h-h2) is larger than 3, the light beam that should be emitted from the lens surface of the unit lens and condensed in the visual direction is reflected on the unit lens itself. Since it is reflected out of the visual direction by the light reflecting layer, the front luminance is lowered. In the present invention, the front luminance is maintained high by setting the ratio (h1−h2) / (h−h2) of the thickness of the light reflecting layer to the reference thickness in the range of 0.55 to 3 as described above. In addition, the luminance unevenness can be appropriately suppressed.
また、本発明に係る光学シートは、前記単位レンズの断面形状において、前記光反射層の光入射面への投影幅の長さが、前記単位レンズの光入射面の幅の長さの20%以下に設定されていることを特徴としている。 In the optical sheet according to the present invention, in the cross-sectional shape of the unit lens, the length of the projection width of the light reflecting layer onto the light incident surface is 20% of the width of the light incident surface of the unit lens. It is characterized by the following settings .
単位レンズの断面形状における光反射層の光入射面への投影幅の長さが、単位レンズの光入射面の幅、即ち断面形状における単位レンズの底辺に近い場合には、隣接する単位レンズから出射されるサイドローブ光のうち、本来ならば視覚方向へ反射するはずの有効な光が過剰に反射されるため、前述した輝度分布の極小値を埋めて輝度ムラを抑制することができるものの、正面輝度の低下につながってしまう。よって本発明のように、光反射層の光入射面側への投影幅の長さを、単位レンズの光入射面の幅に対してある程度小さく、即ち、単位レンズの光入射面の幅の20%以内の長さに設定することによって、輝度ムラを抑制しながら、正面輝度高く維持することが可能となる。 When the length of the projection width on the light incident surface of the light reflecting layer in the cross-sectional shape of the unit lens is close to the width of the light incident surface of the unit lens, that is, the base of the unit lens in the cross-sectional shape, from the adjacent unit lens Among the emitted sidelobe light, the effective light that should be reflected in the visual direction is reflected excessively, so that the brightness unevenness can be suppressed by filling in the minimum value of the brightness distribution described above, This leads to a decrease in front brightness. Therefore, as in the present invention, the length of the projection width of the light reflecting layer on the light incident surface side is somewhat smaller than the width of the light incident surface of the unit lens, that is, 20% of the width of the light incident surface of the unit lens. By setting the length within%, it is possible to maintain high front luminance while suppressing luminance unevenness.
また、本発明に係る光学シートにおいては、前記光反射層は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布成形もしくは転写成形または金属のラミネート成形によって形成されたことを特徴としている。これにより、高い反射特性を備えた光反射層を確実に単位レンズの頂部に成形することができる。 In the optical sheet according to the present invention, the light reflecting layer is formed by coating or transfer molding of an ink layer formed by dispersing and mixing metal fillers or metal laminate molding. Thereby, the light reflection layer having high reflection characteristics can be reliably formed on the top of the unit lens.
また、本発明の光学シートにおいては、前記レンズアレイは、プリズムを前記単位レンズとして並列に配列したプリズムアレイであることを特徴としている。 In the optical sheet of the present invention, the lens array is a prism array in which prisms are arranged in parallel as the unit lenses.
また、前記レンズアレイは、シリンドリカルレンズを前記単位レンズとして並列に配列したシリンドリカルレンズアレイであってもよい。 The lens array may be a cylindrical lens array in which cylindrical lenses are arranged in parallel as the unit lens.
さらに、前記レンズアレイは、マイクロレンズを前記単位レンズとして並列に配列したマイクロレンズアレイであってもよい。 Furthermore, the lens array may be a microlens array in which microlenses are arranged in parallel as the unit lenses.
また、本発明に係る光学シートにおいて、前記レンズアレイは、同一平面上で一方向に延びた前記単位レンズが前記一方向に直交する方向に配列されて形成されていることを特徴としている。 In the optical sheet according to the present invention, the lens array is characterized in that the unit lenses extending in one direction on the same plane are arranged in a direction orthogonal to the one direction.
また、前記レンズアレイは、前記単位レンズが同一平面上にマトリックス状に配列されて形成されているものであってもよい。 The lens array may be formed by arranging the unit lenses in a matrix on the same plane.
本発明によるバックライトユニットは、上述したいずれかに記載の光学シートと、該光学シートの前記レンズアレイと反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられたことを特徴としている。
また、本発明によるディスプレイ装置は、上述したバックライトユニットと、該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えていることを特徴としている。
これらの場合、上述した光学シートと同様の作用効果を奏することになる。
A backlight unit according to the present invention includes any one of the optical sheets described above, and a light source unit that is disposed on the opposite side of the optical sheet from the lens array and that emits light. Yes.
In addition, a display device according to the present invention includes the above-described backlight unit and a liquid crystal display unit that displays an image by light irradiation from the backlight unit.
In these cases, the same effects as the above-described optical sheet are exhibited.
本発明に係る光学シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、単位レンズの頂部に設けた光反射層が隣接する単位レンズから出射されるサイドローブ光を有効に反射することによって、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位を実現することが可能となる。 According to the optical sheet, the backlight unit, and the display device according to the present invention, the light reflecting layer provided on the top of the unit lens effectively reflects the sidelobe light emitted from the adjacent unit lens, thereby collecting light. Therefore, it is possible to realize a good display quality with a high luminance distribution and less unevenness in luminance distribution.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係る光学シートについては、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置とともに説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, about the optical sheet which concerns on embodiment of this invention, it demonstrates with the backlight unit and display apparatus using the same.
図1は、本発明の実施形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図、図2は単位レンズ及び光反射層の断面図である。本実施形態によるディスプレイ装置1は、図1に示すように光源部2、光学シート3及び液晶表示部4がこの順に積層され、液晶表示部4から図示上側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を出射することで、例えば平面矩形状の画像を表示するものである。また、光源部2と光学シート3とでバックライトユニット5を構成している。以下では、このような配置に基づいて、図1の上方向を単に表示画面側または出射側、下方向を単に背面側または入射側と称する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a unit lens and a light reflection layer. In the display device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
図1において、光源部2は、紙面奥行き方向に延びるライン状の発光部が図示左右方向に一定のピッチで離間して配置された複数の光源7と、これら光源7を背面側から覆って表示画面側に開口する反射板8とで構成される直下型方式を採用している。
In FIG. 1, the
光源7としては、白色光を出射する機能を有する冷陰極管などを用いるが、複数のLED素子を紙面奥行き方向に沿うライン状に配列したLED光源や、冷陰極蛍光ランプ、ELシート、半導体等などを採用してもよい。 As the light source 7, a cold cathode tube having a function of emitting white light is used. However, an LED light source in which a plurality of LED elements are arranged in a line along the depth direction of the paper surface, a cold cathode fluorescent lamp, an EL sheet, a semiconductor, and the like Etc. may be adopted.
なお、この光源部2は、光学シート3の背面側に白色光を出射できればこのような構成に限定されず、周知のいかなる構成の光源を採用してもよい。例えば、導光面の側面にライン状光源を配置したエッジライト式の面光源等などを採用してもよい。
The
光学シート3は光源部2から表示画面側に出射される光の一部を集光して、表示画面側に透過させ、他の光を光源部2側に反射して該光源部2に再入射させるものであり、図1に示すように、背面側から表示画面側に向けて、拡散板11、接合層12及びレンズアレイとしてプリズムアレイ17が配列されたプリズムシート13が、この順で積層されて構成されている。
The
拡散板11は、光源部2から表示画面側に出射される光を拡散させるように、光源部2の表示画面側を覆う位置に設けられた平板状の部材である。これにより、複数の光源7による図示水平方向の照度ムラを抑制するとともに、表示光に適宜の視野角を付与することができるようにされている。
The diffusing
この拡散板11は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率との差は0.02以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、この屈折率差は、0.5以下であることが好ましい。 なお、拡散板11は、拡散板11に入射した光を散乱させつつ、表示画面側に透過させる必要がある。このため、拡散板11に含まれる透明粒子の平均粒径は、0.5μm〜10.0μmであることが望ましく、より好ましくは、1.0μm〜5.0μmである。
The diffusing
接合層12は、図1に示すように、拡散板11とプリズムシート13とを積層一体化するためのものであり、紙面奥行き方向に延びるライン状の光透過性の粘着材又は接着剤からなる接合部材14が複数設けられた構成をしている。本実施形態では、一例として、屈折率が1.54のアクリル系の感圧粘着材を採用している。なお、接合部材14は、拡散板11とプリズムシート13とを接合して、一定の隙間を形成できるものであれば、硬化後に一定の厚さを備える接着剤や熱可塑性樹脂等でもよい。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、例えば拡散板11にライン状の接合部材14をストライプ状に印刷し、プリズムシート13に貼り付けることにより、拡散板11とプリズムシート13とを一体化させている。そして、図1に示すように、拡散板11の出射面11aにおける接合部材14が設けられていない面と、この面に対向したプリズムシート13の入射面13aと、接合部材14とに囲まれた領域に空気層15が形成されている。即ち、接合部材14は、拡散板11とプリズムシート13とを積層一体化させるとともに、スペーサとしての機能を有している。なお、隣接する接合部材14のピッチは、空気層15が潰れず、モアレ干渉縞が発生しない長さとなっている。
In the present embodiment, the
プリズムシート13は、光源部2から表示画面側に出射される光の一部を集光して表示面側に透過させるものであり、基材部16とプリズムアレイ17とから構成されている。基材部16は、透明樹脂で構成された平板状の形状をしており、一定の剛性を備えている。プリズムアレイ17は、基材部16の表示画面側の面16a上に、光源7と同方向の図示奥行き方向に延在する複数のプリズム18を単位レンズとして、図示奥行き方向と直交する方向に配列した構成とされている。なお、プリズム18における基材部16の表示画面側の面16aと接する面は光入射面18bとされている。そして、これらプリズム18の頂部18cには光反射層19が設けられている。
The
ここで、プリズム18及び光反射層19の構成の詳細について説明する。本実施形態においては、各プリズム18はその頂部18cが前記奥行き方向に向かって光入射面18bと平行に延びて形成された平坦面とされており、このプリズム18の頂部18cを覆うようにして図示奥行き方向に延びる光反射層19が形成されている。あるいは、三角形をなすように、プリズム面18aは光反射層19内に延びていてもよい。また、図2に示すように、プリズム18が延在する方向に直交する断面においては、各プリズム18はプリズム面18aを2つの斜辺とした等脚台形状をなすとともに、光反射層19は反射面19aを斜辺とした等脚台形状をなしており、光反射層の底面19bがプリズム18の頂部18cと長さを同一にして接した構成とされている。さらに、光反射層19の反射面19aの傾斜角はプリズム18のプリズム面18aの傾斜角より大きく設定されている。
Here, the details of the configuration of the
また、本実施形態においては、前記断面における光反射層19bの底面の長さd1、即ち、光反射層19の光入射面側への投影幅の長さd1は、プリズム18の光入射面18bの幅の長さd0の20%以下の長さに設定されている。これによって、詳細は後述の実施例で説明するように、輝度ムラを抑制しながら正面輝度高く維持することが可能となる。
In the present embodiment, the length d1 of the bottom surface of the
ここで、プリズム18及び光反射層19の断面形状において、図2に示すように、プリズム面18aに対して光反射層19との境界部における接線l、mを2本引き、その交点をPとする。なお、接線l、mは、本実施形態においては、プリズム18の断面における等脚台形の斜辺を構成するプリズム面18aの仮想延長線を意味しているが、例えば、単位レンズがシリンドリカルレンズ等のレンズ面が曲面をなすものである場合には、該曲面における接線を意味する。即ち、レンズ面が平面状であろうと、曲面状であろうとも、これらに連なる直線を包含する意味として用いている。
Here, in the cross-sectional shapes of the
また、図2に示すように、前記交点Pとプリズム18の光入射面18dとの距離をhと、光反射層の頂部19cとプリズム18の光入射面18bとの距離をh1とし、さらに、プリズム18と光反射層19との境界部とプリズム18の光入射面18bとの距離をh2とする。この際、本実施形態においては、基準厚み(h−h2)を基準とした光反射層19の厚み(h1−h2)の割合である(h1―h2)/(h―h2)が、0.55≦(h1―h2)/(h―h2)≦3の関係を満たすようにプリズム18及び光反射層19は構成されている。これによって、詳細は後述の実施例で説明するように、正面輝度を高く維持するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 2, the distance between the intersection P and the light incident surface 18d of the
また、光反射層19を各プリズム18の頂部18cに設ける手法としては、金属フィラーを分散混合してなる白色顔料を塗布成形もしくは転写形成する方法、またはアルミニウムや銀などの金属箔の転写形成によるものがある。なお、光反射層19を白色顔料にて成形する場合には、ウレタン樹脂もしくはEVA樹脂に白色顔料を50%以上混合することにより、層厚が10μmの反射層において540nmでの反射率が80%以上の高い反射特性を得ることができる。またこの際、反射層の層厚や顔料濃度を調整することで反射率が90%程度のさらに高い反射率を得ることが可能になる。なお、白色顔料としては、当該技術分野で良く知られている二酸化チタン、硫酸バリウム、及び酸化マグネシウムなどを用いる。
Further, as a method of providing the
また、プリズムシート13は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、メチルメタクリレート−スチレン共重合(MS)樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、シクロオレフィンポリマー(COP)等の透明樹脂材料を用いて、周知の押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成することができる。また紫外線(UV)硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂を用いて成形する紫外線キュアリング成型法によって成形してもよい。
The
液晶表示部4は、例えば矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する表示素子またはパネル4aと、この表示素子またはパネル4aに入射する光の偏光方向を制御する偏光板4b及び出射する光の偏光方向を制御する偏光板4cとから構成される。
The liquid
以下、ディスプレイ装置1の作用について、光学シート3の作用を中心に説明する。
光源7から出射された光は、一部が光源7から直接的に拡散板11に向けて出射され、他の光は、反射板8によって反射された後、光学シート3の拡散板11に向けて出射される。このとき、光源7の配置ピッチに対応する照度ムラは、反射板8の作用によって緩和されるものの、ある程度残存している。拡散板11に進む光は、拡散板11の透明樹脂内を透明粒子によって散乱されて、拡散光として進み、光源部2の輝度ムラが解消されるとともに適宜の角度範囲に広がり角を有する光として拡散板11の出射面11aに到達する。
Hereinafter, the operation of the display device 1 will be described focusing on the operation of the
A part of the light emitted from the light source 7 is emitted directly from the light source 7 toward the
拡散板11の出射面11aに到達した光は、拡散板11と接合層12及び拡散板11と空気層15との屈折率に応じて、スネルの法則にしたがって、屈折作用を受け、プリズムシート13に入射する。そして、プリズムシート13に入射する光は、入射面13aで屈折した後、基材部16、プリズム18を進み、プリズムアレイ17におけるプリズム面18aで屈折され、表示画面側に出射される。また、プリズム18を進み、外部に出射されることなく光反射層19に達する光は、この光反射層19により背面側に反射されて光源部2に再入射させられ、該光源部2の反射板8により表示画面側に反射されて再利用される。
The light reaching the
また、プリズム面18aで屈折されて表示画面側に出射される光のうち、隣接するプリズム18に向けて横方向に出射されたサイドローブ光Sは、図2に示すように、該隣接するプリズム18の頂部に位置する光反射層19により反射される。これによりこのサイドローブ光Sの一部は軸上、即ち視聴者の視覚方向Fに出射される他、一部は視覚方向から所定の出射角度を持った斜め方向Gへ進行させられる。
Of the light refracted by the
そして、光学シート3から出射された光は、液晶表示部4の偏光板4b、表示素子またはパネル4a及び偏光板4cを介して、所定の画素領域から光が表示光として透過され、視野角を有する画像が表示される。
Then, the light emitted from the
このような光学シート3を用いたバックライトユニット5及びディスプレイ装置1においては、上述のように、プリズム面18aから出射されたサイドローブ光Sが隣接する光反射層19によって反射されることにより、視覚方向F及び斜め方向Gへ進行させられる。これにより、視聴者の視覚方向Fの光強度を向上させて正面輝度を高くすることができるとともに、斜め方向Gへ進行した光が、図12に示す輝度分布図における視覚方向Fに対して角度±45°付近の輝度分布の極小値を埋める役割を果たす。従って、本実施形態における光学シート3によって、輝度分布は、例えば図3に示すように、正面輝度が従来よりも高く、サイドローブ光Sによるピークが緩和されたものとなり、集光性が高く輝度ムラのない良好な表示品位を実現することが可能となる。
In the
また、プリズム18及び光反射層19の断面形状における光反射層19の底面19bの長さd1、即ち光反射層19の光入射面側への投影幅の長さd1が、プリズム18の光入射面18bの幅の長さd0の長さに近い場合には、隣接するプリズム18から出射されるサイドローブ光Sのうち、本来ならば視覚方向へ反射するはずの有効な光が過剰に反射される。これにより、図12に示す輝度分布図の極小値を埋めて輝度ムラを抑制することにつながるものの、正面輝度を低下させてしまう。
Further, the length d1 of the
本実施形態においては、図2に示す光反射層19の底面19bの長さd1にプリズム18の光入射面18bの幅の長さd0の20%以下の長さに設定されている。これによって、詳しくは実施例で述べるように、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを大幅に抑制することが可能となる。
In the present embodiment, the length d1 of the
また、上述した基準厚みに対する光反射層の厚みの割合である(h1―h2)/(h―h2)の値が、0.55より小さい場合には、隣接する単位レンズからのサイドローブ光を効果的に反射することができず、期待する特性を得ることができない。また、(h1―h2)/(h―h2)の値が3よりも大きい場合には、単位レンズのレンズ面から出射されて視覚方向へ集光されるはずの光線が、その単位レンズ自身の光反射層により視覚方向外へ反射されてしまうため、正面輝度を低下させてしまう。 Further, when the value of (h1−h2) / (h−h2), which is the ratio of the thickness of the light reflecting layer to the reference thickness described above, is smaller than 0.55, the side lobe light from the adjacent unit lens is emitted. It cannot be reflected effectively and the expected characteristics cannot be obtained. When the value of (h1-h2) / (h-h2) is larger than 3, the light beam that should be emitted from the lens surface of the unit lens and condensed in the visual direction is reflected on the unit lens itself. Since it is reflected out of the visual direction by the light reflecting layer, the front luminance is lowered.
本実施形態においては、基準厚みに対する光反射層の厚みの割合(h1―h2)/(h―h2)が上記のように0.55以上3以下の範囲に設定されていることによって、詳しくは実施例で述べるように、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを大幅に抑制することが可能となる。 In the present embodiment, the ratio (h1−h2) / (h−h2) of the thickness of the light reflecting layer to the reference thickness is set in the range of 0.55 or more and 3 or less as described above. As described in the embodiments, it is possible to significantly suppress luminance unevenness while maintaining high front luminance.
また、プリズムシート13と拡散板11との間に空気層14が介在されているため、拡散板11からの拡散光はプリズムシート13の入射面16aに入射する際に、屈折作用により角度を絞られて入射するためプリズム18による集光作用を有効に得ることができ、正面輝度を高めることができる。
In addition, since the air layer 14 is interposed between the
以上、本発明の実施形態である光学シート3、バックライトユニット5及びディスプレイ装置1について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では図2に示すように光反射層19の断面形状は等脚台形であるが、正方形や長方径、五角形等の他の多角形状でもよいし、反射面19aが円弧状をなすような半円状であってもよい。
The
また、本実施形態においては、プリズム18が断面等脚台形状をなし、その頂部18cに光反射層19が設けられた構成とされているが、例えば変形例として、図4に示すように、プリズム18の頂部18cに該プリズム18と一体成形された凸状部25が形成され、この凸状部25は単純な断面三角形状に形成され、その頂部近傍の2面を同一の傾斜角で覆う光反射層26が形成されたものであってもよい。これによっても本実施形態と同様の作用効果を奏する。
Further, in the present embodiment, the
また、レンズアレイとしてプリズム18を単位レンズとして配列したプリズムアレイ17を採用したが、シリンドリカルレンズを単位レンズとして配列したシリンドリカルレンズアレイや、マイクロレンズを単位レンズとして配列したマイクロレンズアレイであってもよい。
Further, although the prism array 17 in which the
また、本実施形態では、図示奥行き方向に延在する複数のプリズム18を単位レンズとして、プリズム18を図示奥行き方向と直交する方向に配列して構成されたプリズムアレイについて説明したが、例えば単位レンズとなるプリズム18が同一平面上にマトリックス状に配列されて形成されたものであってもよい。また、これと同様にシリンドリカルレンズアレイやマイクロレンズアレイを用いた際であっても、いずれの配列を採用してもよい。
In the present embodiment, a prism array is described in which a plurality of
本実施形態における光学シート3のプリズム18及び光反射層19についての光学シミュレーションの結果を示す。ここでは光学シート3に関して、断面形状における光反射層19の光入射面側への投影幅の長さ、即ち光反射層19の幅と、光反射層19の視覚方向の長さ、即ち光反射層19の厚みの効果を調べるため、図5に示すような光学モデル30を用いた。
The result of the optical simulation about the
ここで、図5の光学モデル30について説明する。なお、この光学モデル30は図2に示すプリズム18及び光反射層19の断面と同様の構成とされているため、構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この光学モデル30におけるプリズム18は、そのプリズム面18aの光入射面18bに対してなす角度は45°に設定されている。また、光反射層19の反射面19aの底面19bに対してなす角度は90°に設定されており、即ち光反射層19は断面が長方形状または正方形状とされている。そして、この光学モデル30を単位レンズとして、実施形態において説明した光学シート3に組み込んでシミュレーションを行った。
Here, the
なお、本シミュレーションでは、光学シート3における空気層15の屈折率は1、プリズム18の屈折率は1.5、光反射層の反射率が90%、透過率が10%として計算を行った。また、光反射層19は比較的鏡面反射に近い材質でできていると仮定している。
In this simulation, the calculation was performed assuming that the refractive index of the
また、本シミュレーションでは、正面輝度及びコントラストを評価対象としている。ここで、コントラストとは、図12に示す輝度分布図に示すような、サイドローブ光Sによる輝度分布の極大値をとる点の輝度をM、輝度分布が極小値をとる点の輝度をmとした際に、m/Mで与えられる評価指数である。従ってこのコントラストの値が小さいほど、輝度ムラが抑制されていると言える。 In this simulation, the front luminance and contrast are evaluated. Here, the contrast means that the luminance at the point where the luminance distribution due to the sidelobe light S takes the maximum value as shown in the luminance distribution diagram shown in FIG. 12 is M, and the luminance at the point where the luminance distribution takes the minimum value is m. Is an evaluation index given by m / M. Therefore, it can be said that the luminance unevenness is suppressed as the contrast value is smaller.
まず、光反射層19の幅の効果を調べるため、図5におけるd1をパラメータとして、d1/d0の値と正面輝度及びコントラストの関係についてシミュレーションを行った。なお、d1/d0=0は光反射層19が設けられていない図6に示すような直角プリズム31の場合であり、本シミュレーションにおける輝度は全てこの直角プリズム31における輝度のシミュレーション結果を基準に規格化した相対輝度として評価している。
First, in order to investigate the effect of the width of the
図7に光反射層19の幅と相対輝度及びコントラストの関係を示す。d1/d0 が0から大きくなるに連れて、コントラストの値は小さくなっていき、これにより光反射層19の幅を大きくすることが輝度ムラの抑制に非常に効果的であることがわかる。一方、相対輝度の値は、d1/d0の値が0.1付近までは1以上の値をとり正面輝度の増大を図ることができるものの、それ以上d1/d0大きくなると徐々に相対輝度は低下する。
FIG. 7 shows the relationship between the width of the
またd1/d0が0.2の値をとるときには、相対輝度は約0.95の値を示しており、これは光反射層19を設けない直角プリズム32の約95%の正面輝度が得られることを示している。なお、これ以上d1/d0を大きくしてもコントラストの減少は小さくなっている。従って、光反射層19の幅は、光反射層19を設けない場合に比べて相対輝度を95%以上確保することができるd1/d0≦0.2の範囲に設定することが好ましい。よって、d1をd0の20%以下の長さに設定することによって、高い正面輝度を維持しながら、輝度ムラを効果的に抑制することが可能となる。
Further, when d1 / d0 takes a value of 0.2, the relative luminance shows a value of about 0.95, which is about 95% of the front luminance of the right-angle prism 32 without the
次に、光反射層19の厚みの効果を調べるため、h1をパラメータとして、基準厚み(h−h2)を基準とした光反射層19の厚み(h1−h2)の割合を示す (h1―h2)/(h―h2)と、相対輝度及びコントラストの関係についてシミュレーションを行った。
Next, in order to investigate the effect of the thickness of the
図8に光反射層19の厚みと相対輝度及びコントラストの関係を示す。輝度の値は、(h1―h2)/(h―h2) =1でピークを持つ曲線となる。光反射層19の厚みが比較的小さい場合には、隣接するプリズム18から出射されるサイドローブ光Sを効果的に反射することができ相対輝度は小さいものとなる(図9参照)。また、光反射層19の厚みが比較的大きい場合には、プリズム18から出射されて直接的に視覚方向へ集光される光Lが、そのプリズム18自身の光反射層19により反射されてしまい、視覚方向外へ進行するため、正面輝度が低下してしまう(図10参照)。一方、光反射層19の幅を適切に設定した場合には、サイドローブ光Sを適確に反射するとともにプリズム18から直接的に視覚方向付近へ出射する光Lを不必要に反射してしまうことがないため、正面輝度を向上させながら輝度ムラを抑制することが可能となる(図11参照)。
FIG. 8 shows the relationship between the thickness of the
以上を踏まえ、光反射層19の厚みは相対輝度の値が光反射層19を設けていない直角プリズムの95%以上を維持できる0.55≦ (h1―h2)/(h―h2) ≦3 の範囲で設定するのが適切と考えられる。これにより、正面輝度を高く確保するとともに、輝度ムラを適確に抑制することが可能となる。
Based on the above, the thickness of the
従って、本実施形態のように、d1/d0≦0.2及び0.55≦ (h1―h2)/(h―h2) ≦3の関係を満たすようにプリズム18の頂部18cに光反射層19を設けることによって、集光性が高く輝度分布のムラが少ない良好な表示品位の光学シート3、バックライトユニット5及びディスプレイ装置1を提供することが可能となる。
Therefore, as in the present embodiment, the
1 ディスプレイ装置
2 光源部
3 光学シート
5 バックライトユニット
13 プリズムシート
17 プリズムアレイ(レンズアレイ)
18 プリズム(単位レンズ)
19 光反射層
l、m 接線
P 交点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
17 Prism array (lens array)
18 Prism (unit lens)
19 Light reflection layer l, m Tangent P Intersection
Claims (10)
前記レンズアレイを構成する単位レンズの頂部に、光反射層が設けられ、
前記単位レンズの断面形状において、
前記単位レンズのレンズ面に対して前記光反射層との境界部における接線を2本引いた際に、これら2つの接線の交点と前記単位レンズの光入射面との距離をhとし、
前記光反射層の頂部と前記単位レンズの光入射面との距離をh1、
前記単位レンズと前記光反射層との境界部と、前記単位レンズの光入射面との距離をh2としたときに、
0.55≦(h1―h2)/(h―h2)≦3
の関係を満たす
ことを特徴とする光学シート。 An optical sheet comprising a lens array that condenses incident light from the light source on the other sheet surface side when the light source is disposed on one sheet surface side,
A light reflecting layer is provided on the top of the unit lens constituting the lens array ,
In the cross-sectional shape of the unit lens,
When two tangents at the boundary between the light reflecting layer and the lens surface of the unit lens are drawn, the distance between the intersection of these two tangents and the light incident surface of the unit lens is h,
The distance between the top of the light reflecting layer and the light incident surface of the unit lens is h1,
When the distance between the boundary between the unit lens and the light reflection layer and the light incident surface of the unit lens is h2,
0.55 ≦ (h1−h2) / (h−h2) ≦ 3
An optical sheet characterized by satisfying the relationship:
前記単位レンズの光入射面の幅の長さの20%以下に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の光学シート In the cross-sectional shape of the unit lens, the length of the projection width on the light incident surface of the light reflecting layer is:
The optical sheet according to claim 1, wherein the optical sheet is set to 20% or less of the width of the light incident surface of the unit lens.
該光学シートの前記レンズアレイと反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられているバックライトユニット。 The optical sheet according to any one of claims 1 to 8 ,
A backlight unit including a light source unit that is disposed on the opposite side of the optical sheet from the lens array and that emits light.
該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う液晶表示部とを備えているディスプレイ装置。 A backlight unit according to claim 9 ;
And a liquid crystal display unit configured to display an image by light irradiation from the backlight unit.
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