JP5066919B2 - Optical sheet - Google Patents
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本発明は、液晶表示素子を組み込んだ画像表示装置(液晶ディスプレイ)に代表されるディスプレイにおける輝度向上機能を有する光学シートの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in an optical sheet having a brightness enhancement function in a display represented by an image display device (liquid crystal display) incorporating a liquid crystal display element.
液晶ディスプレイは、他の画像表示装置(プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイ、電界放出ディスプレイなど)のように自発光型ではないために、光源すなわちバックライトユニット40(図1参照)を必要とする場合がほとんどである。バックライトユニット40は、例えば、ランプハウス(光反射シート)27に収容された光源(冷陰極管23)や、光拡散シートなどの光学シート60を含んで構成されている。
したがって、液晶ディスプレイでは、バックライトユニット40の消費電力が液晶表示素子42を駆動させるのに必要な消費電力に上乗せされることになる。
そこで、バックライトユニット40の消費電力を可能な限り低減させるために、輝度向上機能を有する光学シートを用いることで、ディスプレイの総消費電力の低減が試みられている。
Since the liquid crystal display is not self-luminous type like other image display devices (plasma display panel, organic EL display, field emission display, etc.), a light source, that is, a backlight unit 40 (see FIG. 1) is required. Is almost. The
Therefore, in the liquid crystal display, the power consumption of the
Therefore, in order to reduce the power consumption of the
前記のバックライトユニットの消費電力を低減させるための輝度向上シートでは、米国3M社が開発した輝度強調フイルム(BEF:Brightness Enhancement Film)が公知である。
BEFは、図2に示すように、部材70上に、断面三角形状の単位プリズム72が一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズム72は光の波長に比較して大きいサイズ(ピッチ)である。BEFは、“軸外(off-axis)”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上(on-axis)”に方向転換(redirect)または“リサイクル(recycle)”する。
The BEF is a film in which
ディスプレイの使用時(観察時)に、BEFは、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向(図2中に示す方向F)側である。 When using the display (when observing), the BEF increases the on-axis brightness by reducing the off-axis brightness. Here, “on-axis” is a direction that coincides with the visual direction of the viewer, and is generally the normal direction to the display screen (direction F shown in FIG. 2).
プリズム72の反復的アレイ構造が1方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、2枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。
When the repetitive array structure of the
BEFの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
BEFに代表されるプリズム72の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献としては、特許文献1乃至3に例示されるように多数のものが知られている。
As patent documents disclosing that a brightness control member having a repetitive array structure of
上記のようなBEFを輝度制御部材として用いた光学シートでは、図3に示すように、屈折作用xによって、光源20からの光Pが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Fの光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射/屈折作用yによる光成分が、視聴者の視覚方向Fに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。 In the optical sheet using the BEF as a brightness control member as described above, the light P from the light source 20 is finally emitted at a controlled angle φ by the refraction action x as shown in FIG. Thus, it is possible to control to increase the intensity of light in the visual direction F of the viewer. However, at the same time, the light component due to the reflection / refraction action y is unnecessarily emitted in the lateral direction without proceeding in the visual direction F of the viewer.
したがって、図2,3に示すようなBEFを用いた光学シートから出射される光強度分布は、視聴者の視覚方向Fにおける光強度が最も高められるものの、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある。 Therefore, although the light intensity distribution emitted from the optical sheet using BEF as shown in FIGS. 2 and 3 has the highest light intensity in the visual direction F of the viewer, the light emitted wastefully from the lateral direction is also present. There is a problem that it increases.
このような欠点を克服するために、図4に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学シートを用いたバックライト・ユニットもある(特許文献5)。 In order to overcome such drawbacks, as shown in FIG. 4, there is a backlight unit using an optical sheet having a repetitive array structure of unit lenses instead of a prism (Patent Document 5).
この光学シート38の透明基材(透明支持体)39の液晶表示素子42側の面には、光学シート38内を進行した光を液晶表示素子42へ導くレンズ44が設けられている。このレンズ44は、図5の斜視図に示すように、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。
さらに、他方の面には、該レンズ44の焦点面近傍に開口部46をもつストライプ状のパターンからなる光反射層48が設けられている。
光反射層48は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部47と、単位レンズあるいは単位プリズムに1:1で対応した位置に設けられた開口部46とが交互に並べられたストライプ状の構造である。
A
Further, a
The
この光反射層48は、白色である二酸化チタン(TiO2)粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン(単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに1:1で対応して開口部46を有するストライプ状となる。)で印刷形成(あるいは、転写形成)したものである。
The
図6は、図4,5の光学シートをバックライト・ユニットに適用した場合のバックライトの光路制御特性を示す説明図である。
拡散フィルム32から出射した光のうち、開口部46を通過した光のみが、レンズ44に入射し、レンズ44によってある一定方向に集光された後に出射される。
そして、偏光板49に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶表示素子42に導かれる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing optical path control characteristics of the backlight when the optical sheet of FIGS. 4 and 5 is applied to the backlight unit.
Of the light emitted from the
Then, the light enters the polarizing
一方、開口部46を通ることができなかった光は、光反射層48で反射され、拡散板26側に戻され反射板27へ導かれる。そして、反射板27によって反射されることによって再び拡散板26に入射し、拡散板26において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部46を通ってレンズ44に入射し、レンズ44によって、図6に示すように、所定角度φ内に絞られて出射される。
On the other hand, the light that could not pass through the
このような光学シート38を用いたバックライト・ユニット40では、光学シート38の開口部46の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズ44から正面方向Fに出射される光の割合を高めるように制御することができる。
しかし前記特許文献4に開示されているバックライト・ユニットでは、バックライト光源の利用効率の点で優位であるが、レンズ部の作製に加えて光反射性ストライプパターンの形成を要し、ストライプパターンのエッジ形状のバラツキにより輝度のバラツキが発生するなどの課題があった。 However, the backlight unit disclosed in Patent Document 4 is advantageous in terms of the utilization efficiency of the backlight light source, but requires the formation of a light-reflective stripe pattern in addition to the production of the lens portion. There are problems such as variations in brightness due to variations in edge shape.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、エッジ形状を調整し光学特性のバラツキを発生させない光学シート、バックライト・ユニットおよびディスプレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an optical sheet, a backlight unit, and a display that adjust the edge shape and do not cause variations in optical characteristics.
前記目的を達成するため、本発明はディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、前記光学シートは、薄板状の透明支持体と、前記透明支持体の一方の面に単位レンズあるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有し、前記透明支持体の他方の面に光反射層を有し、前記光反射層は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部と、前記単位レンズあるいは単位プリズムに1:1で対応した位置に設けられた開口部とが交互に並べられたストライプ状の構造であり、前記開口部に臨む前記光反射部の箇所が前記透明支持体に接触するエッジは、前記反射部の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有し、前記エッジは、両側の前記エッジで挟まれた前記開口部の線幅をP、前記エッジの周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔP<P/3の範囲内であり、前記エッジの周期構造のパターンピッチをTとした場合、T<58.2μmであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an optical sheet used for illumination light path control in a display backlight unit, wherein the optical sheet is formed on a thin plate-like transparent support and one surface of the transparent support. It has a structure in which unit lenses or unit prisms are arranged in parallel in a stripe shape, and has a light reflecting layer on the other surface of the transparent support, and the light reflecting layer has a light reflecting function containing a white pigment. The light reflecting portion has a stripe structure in which openings provided at positions corresponding to the unit lenses or unit prisms at a ratio of 1: 1 are alternately arranged, and the location of the light reflecting portion facing the opening The edge in contact with the transparent support has a periodic structure that periodically changes along the longitudinal direction of the reflecting portion, and the edge is formed by the edge of the opening sandwiched between the edges on both sides. Width When the P, where the variation width of the periodic structure of the edge and [Delta] P, Ri range der of ΔP <P / 3, the pattern pitch of the periodic structure of the edge when the T, T <at 58.2μm Oh, wherein the Rukoto.
前記単位レンズの配列ピッチが0.3mm以下であることを特徴とする請求項1記載の光学シートである。 2. The optical sheet according to claim 1, wherein an arrangement pitch of the unit lenses is 0.3 mm or less.
前記透明支持体の厚さが、30μm〜200μmであることを特徴とする請求項1記載の光学シートである。 The optical sheet according to claim 1, wherein the transparent support has a thickness of 30 μm to 200 μm.
前記光反射層の厚さが、5μm〜30μmであることを特徴とする請求項1または2記載の光学シートである。 The thickness of the light reflecting layer is an optical sheet according to claim 1 or 2, wherein it is 5 m to 30 m.
前記光反射層の透過率が、15%以下であることを特徴とする請求項1、2または5記載の光学シートである。 Transmittance of the light reflecting layer is an optical sheet of claim 1, 2 or 5, wherein a 15% or less.
冷陰極線管あるいはLEDによる光源と、前記光源の光射出側に配置された、請求項1〜5の何れか1項に記載の光学シートを少なくとも備えることを特徴とするディスプレイ用バックライト・ユニットである。 A light source by the cold cathode fluorescent tube or LED, is disposed on the light emission side of the light source, the display backlight unit, characterized in that it comprises at least an optical sheet according to any one of claims 1 to 5 is there.
画素単位での透過/遮光に応じて表示画像を規定する液晶表示素子からなる画像表示素子と、請求項6記載のバックライト・ユニットを備えることを特徴とするディスプレイである。
An image display device comprising a liquid crystal display device which defines a display image in accordance with the transmission / light shielding for each pixel, a display characterized by comprising a backlight unit 請 Motomeko 6 wherein.
図5、図8に示すように、本発明のディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シート38は、薄板状の透明支持体39と、透明支持体39の一方の面に単位レンズ44あるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有している。
透明支持体39の他方の面に光反射層48を有している。
光反射層48は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部47と、前記単位レンズ44あるいは単位プリズムに1:1で対応した位置に設けられた開口部46とが交互に並べられたストライプ状の構造である。
図7に示すように、開口部46に臨む光反射部47の箇所が透明支持体39に接触するエッジ50は、光反射部47の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有している。
エッジ50は、両側の前記エッジ50で挟まれた開口部46の線幅をP、エッジ50の周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔP<P/3の範囲内である。
光反射層48のエッジ形状の周期構造(図7参照)をΔP<P/3を満たす範囲内にすることで、輝度バラツキの発生を防ぐことが可能となった。
光学シートの光反射層48のエッジ部50の形状のバラツキによる輝度バラツキは開口部46の面積に比例する。ストライプ方向の長さを微小単位とすると、開口部46の面積比は開口部線幅の比とみなすことができる。
開口部46の最大線幅はP+ΔP、開口部46の最小線幅はP―ΔPとなり、開口部線幅バラツキによる最大比は
(P―ΔP)/(P+ΔP) 式1
となり、輝度比もこの式で表すことができる。
人間の目の認識可能な明るさ比は一般に、暗/明で0.5以下であるので、式1で表される輝度比が0.5よりも大きいならば、観察者は輝度バラツキを認識することが出来ない。
そのため(P―ΔP)/(P+ΔP)>0.5よりΔP<P/3の関係を満たせば、ストライプのエッジ部50の形状バラツキによる輝度バラツキが発生しない。
As shown in FIGS. 5 and 8, the
A
In the
As shown in FIG. 7, the
The
By making the edge-shaped periodic structure (see FIG. 7) of the
The luminance variation due to the variation in the shape of the
The maximum line width of the
Thus, the luminance ratio can also be expressed by this equation.
The recognizable brightness ratio of the human eye is generally less than 0.5 in dark / bright, so if the brightness ratio expressed by Equation 1 is greater than 0.5, the observer will recognize the brightness variation. I can't do it.
Therefore, if the relationship of ΔP <P / 3 is satisfied from (P−ΔP) / (P + ΔP)> 0.5, luminance variation due to variation in shape of the
光反射層48のエッジ部50の形状の周期構造のパターンピッチTを、T<58.2μmを満たすことで、輝度バラツキおよびエッジ部50の形状の目視化を防ぐことが可能となった。
人間の目の分解能は、一般的に視角1分であるので、ディスプレイから20cmの位置で観察した場合、次式より識別可能なパターンピッチは58.2μmとなる。
C/L=tanθ
C:識別可能なパターンピッチ[m]
L:観察距離[m]
θ:視角[度]
ここで、Lには観察距離20cmを、θには人間の目の分解能である1分(1/60度)を代入し計算を行なった。
すなわちパターンピッチが58.2μm未満の周期構造であれば、人間の目には認識できなくなる。そのためパターンピッチTが、T<58.2μmを満たすと、エッジ部50形状は目視不可能となり、またエッジ部50の形状にて発生する輝度の変化も人間の目では識別不可能となる。
By satisfying T <58.2 μm as the pattern pitch T of the periodic structure of the shape of the
Since the resolution of the human eye is generally a viewing angle of 1 minute, when observed at a position 20 cm from the display, the pattern pitch that can be identified from the following equation is 58.2 μm.
C / L = tan θ
C: Identifiable pattern pitch [m]
L: Observation distance [m]
θ: Viewing angle [degree]
Here, calculation was performed by substituting the observation distance of 20 cm for L and 1 minute (1/60 degrees), which is the resolution of the human eye, for θ.
That is, if the pattern pitch is less than 58.2 μm, it cannot be recognized by human eyes. Therefore, when the pattern pitch T satisfies T <58.2 μm, the shape of the
また、単位レンズ44の配列ピッチを0.3mm以下にすることで、ディスプレイの高解像化に対応することができ、透明支持体39の厚さが、30μm〜200μmであれば、透明支持体39の強度を維持することが可能となる。
光反射層48(光反射部47)の厚さが、5μm〜30μmであれば、光反射率を得ることが可能である。
光反射層48(光反射部47)の透過率が15%以下であれば、光反射層48(光反射部47)と透過した光による、透過光の横抜けの課題を解決することが出来る。
Further, by setting the arrangement pitch of the
If the thickness of the light reflecting layer 48 (light reflecting portion 47) is 5 μm to 30 μm, it is possible to obtain light reflectance.
If the transmittance of the light reflecting layer 48 (light reflecting portion 47) is 15% or less, it is possible to solve the problem of penetrating transmitted light due to light transmitted through the light reflecting layer 48 (light reflecting portion 47). .
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図5は、本発明の光学シートの断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical sheet of the present invention.
(実施例1)
透明支持体39には、PETフィルム(東洋紡製:A4300)を使用した。
透明支持体39の厚さは75μmのものを使用した。
Example 1
For the
A
レンズ部44には、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルのレンチキュラーレンズの形状であった。透明支持体に紫外線硬化樹脂を塗布し、レンズ成型用ロールに通し、レンズ成型用ロール形状を転写すると同時に、の紫外線照射により、前記樹脂層を硬化させレンズ成形を行なった。
The
光反射層48は、TiO2を主成分とした白色インキを使用し、厚さは12μmであり、透過率は6%であった。
The
光反射層48のストライプ形状(光反射部47と開口部46とが交互に並べられたストライプ状の構造)を、下記の感光性フォトポリマを用いたフォトリソグラフィー法で作成した。
反レンズ部側平坦面に、感光によって粘着性が消失する特性を持つフォトポリマ層を全面に形成しておき、レンズ部側からの露光により、各単位レンズの集光作用に応じて規定された集光部(フォトポリマの粘着性が消失する部分)/非集光部(フォトポリマの粘着性が残る部分)のうち、非集光部に相当する箇所にのみ白色転写層を転写形成する手法でも作成した。
この場合、光反射層48のストライプ形状は、開口部線幅:Pが52μm、エッジ部50形状の周期構造の変動幅:ΔPが3μm、エッジ部50形状の周期構造のパターンピッチ:Tが10.1μmであった。
上記光学シート38を備えたバックライト・ユニット40を組み込んだ液晶ディスプレイで観察した結果、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しなかった。
The stripe shape of the light reflection layer 48 (a stripe structure in which the
A photopolymer layer having a characteristic that the adhesiveness disappears due to light exposure is formed on the entire surface on the side opposite to the lens portion, and is defined according to the light condensing action of each unit lens by exposure from the lens portion side. A method of transferring and forming a white transfer layer only at a portion corresponding to the non-light-collecting portion of the light-collecting portion (the portion where the photopolymer adhesive property disappears) / the non-light-condensing portion (the portion where the photo-polymer adhesive property remains) But I made it.
In this case, the stripe shape of the
As a result of observing with a liquid crystal display in which the
(実施例2)
また光反射層48のストライプ形状は、レンズ成形後の透明支持体39の非レンズ面に、光反射層48を塗布し、レンズ面側からレーザー光を入射し、レンズ集光部の光反射層48を除去する方法でも作成可能であった。
この方法では、光反射層48のストライプ形状は、開口部線幅:Pが65μm、エッジ部50形状の周期構造の変動幅:ΔPが15μm、エッジ部50形状の周期構造のパターンピッチ:Tが30.0μmであった。
上記光学シート38を備えたバックライト・ユニット40を組み込んだ液晶ディスプレイで観察した結果、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しなかった。
(Example 2)
The stripe shape of the
In this method, the stripe shape of the
As a result of observing with a liquid crystal display in which the
実施例1、2より、開口部線幅:P、エッジ形状の周期構造変動幅:ΔP、エッジ形状の周期構造のパターンピッチ:Tのストライプ形状を特徴付ける値が請求項の範囲内であれば、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しないことを実験的に確認した。 From Examples 1 and 2, if the value characterizing the stripe shape of the opening line width: P, edge shape periodic structure variation width: ΔP, edge shape periodic structure pattern pitch: T is within the scope of the claims, It was experimentally confirmed that luminance variation and edge shape visualization did not occur.
ここで挙げた例はあくまで一例であり、これらの構成を限定するものではない。 The example given here is only an example, and does not limit these configurations.
21 ランプハウス
23 バックライト光源
23a バックライト光
26 拡散板
27 反射板
32 拡散フィルム
38 光学シート
39 透明基材
40 バックライト・ユニット
42 液晶表示素子
44 レンズ
46 開口部
47 光反射部
48 光反射層
49 偏光板
50 光反射層のエッジ部
60 光学部材の積層体
70 部材
72 単位プリズム
21
Claims (7)
前記光学シートは、
薄板状の透明支持体と、
前記透明支持体の一方の面に単位レンズあるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有し、
前記透明支持体の他方の面に光反射層を有し、
前記光反射層は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部と、前記単位レンズあるいは単位プリズムに1:1で対応した位置に設けられた開口部とが交互に並べられたストライプ状の構造であり、
前記開口部に臨む前記光反射部の箇所が前記透明支持体に接触するエッジは、前記反射部の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有し、
前記エッジは、両側の前記エッジで挟まれた前記開口部の線幅をP、前記エッジの周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔP<P/3の範囲内であり、
前記エッジの周期構造のパターンピッチをTとした場合、T<58.2μmである、
ことを特徴とする光学シート。 In an optical sheet used for illumination light path control in a backlight unit for display,
The optical sheet is
A thin transparent support,
Having a structure in which unit lenses or unit prisms are arranged in parallel on one surface of the transparent support;
A light reflecting layer on the other surface of the transparent support;
The light reflection layer has a stripe shape in which a light reflection portion containing a white pigment and having a light reflection function and openings provided at positions corresponding to the unit lenses or unit prisms in a 1: 1 ratio are alternately arranged. Is the structure of
The edge where the portion of the light reflecting portion facing the opening contacts the transparent support has a periodic structure that periodically changes along the longitudinal direction of the reflecting portion,
The edges of the line width of the opening sandwiched on both sides of the edge When the P, where the [Delta] P the variation width of the periodic structure of the edge, Ri range der of [Delta] P <P / 3,
If the pattern pitch of the periodic structure of the edge is T, Ru T <58.2μm der,
An optical sheet characterized by that.
ことを特徴とするディスプレイ。 Comprising an image display device comprising a liquid crystal display device which defines a display image in accordance with the transmission / light shielding for each pixel, the backlight unit 請 Motomeko 6,
A display characterized by that.
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