JP5151127B2

JP5151127B2 - 輝度向上視野角制御光学部材

Info

Publication number: JP5151127B2
Application number: JP2006323037A
Authority: JP
Inventors: 秀憲越前
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008139376A

Description

本発明は液晶ディスプレイに代表される面状光源と組み合わせて、表示光の輝度及び視野を制御する光学部材に関するものである。

液晶ディスプレイに代表される面状光源は、拡散板を用いて光束出射面の輝度の均一化を図っているため光束は指向性がない。しかしながら近年、セキュリティー向上を目的とした覗き見防止フィルムや省電力化を目的とした輝度向上フィルムなど、光束の出射方向を狭い範囲に絞ることが要求されるようになってきた。このような要求に対して、覗き見防止などのセキュリティーに関しては従来、２枚の透明基板の間に複数の遮光板からなる視野角調整用の遮光板列からなる「ルーバーシート」が知られている。図１は、その遮光板列の構成を示す模式図である。遮光板の間隔ｄで配列された構成である。図において、視野角θは、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／ｈ）である。なお、ｈは遮光板幅である。遮光板の間隔ｄ、遮光板幅ｈを変えることによって、視野角θを制御することが可能である。ところで、従来の視野角調整用の遮光板列からなる「ルーバーシート」は、上記遮光板が特定の角度以上の入射光を遮蔽することになり、視野角制御と同時に光照度が減少し、正面輝度が減少するという問題がある。またディスプレイの最表面に貼り付けるためにタップパネル使用時の誤動作などの問題や、後付で貼る場合、AG、LRやHCなどの表面処理層が覆われてしまい、効果が低減してしまうという問題もある。一方、省電力化を目的とした正面輝度向上に関しては一般的に透明基盤上にプリズムが反復配置されてなる「輝度向上シート（Bright Enhancement Film:BEF）が知られている。図２はプリズムの反復的アレイ構造を示す模式図である。図において、プリズムの間隔d、頂角θ、透明基材ｈを変えることによって、軸外の輝度を低下させ、軸上輝度を上昇させる割合を制御することが可能である。ところで、単位プリズムは鋭利な形状であるため、製造時や搬送時、ディスプレイの使用時に機械的な損傷を受けやすいという問題がある（特許文献１、特許文献２）。
特公平１−３７８０１号公報特開平６−１０２５０６号公報

本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、光損失の少ない光線利用効率に優れ、製造時や搬送時に損傷を受けにくく、１枚の光学シートで視野角度を制御しながら正面輝度を向上させる光学部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、厚さ方向の一方の面が光の入射側となり他方の面が出射側となるシート状の光学部材であって、前記入射側は、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在し光を前記出射側に効率よく導くための複数の光散乱体と、それら光散乱体の間に前記光散乱体が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口とからなる光散乱部で構成されており、前記出射側は、互いに平行に帯状に延在し前記入射側からの光を前記出射側の前方に向けて集める複数の単位レンズからなる光制御部で構成されており、前記入射側と前記出射側との間に、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在する複数の遮光体と、それら遮光体の間に前記遮光体が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口とからなる光遮光部が設けられ、前記光散乱部と光遮光部との間に屈折率が１．０以上の層が挟まれていることを特徴とする。
すなわち、本発明は、背後からの光を出射側に効率よく導くために、入射側の平坦面に開口の空いた光散乱部と、正面に光を効率よく集めるために出射側に光制御部が配置され、さらに入射側である前記光反射部と出射側である前記光制御部との間に、光遮光部が配置され、前記光散乱部と光遮光部との間に屈折率が１．０以上の層が挟まれていることを特徴とする視野角制御輝度向上光学部材である。

本発明によれば、各パラメーターにより視野角を任意に制御でき、それに伴う光照度の減少がなく、正面輝度を上昇させることが出来る。光損失の少ない光線利用効率に優れた輝度向上視野角制御光学部材を提供することができる。液晶表示装置等の各種表示装置に好適に使用されるものである。

以下、本発明の一例として実施形態について図を参照しながら説明する。
図４は本発明による輝度向上視野角制御光学部材３０を適用した直下型方式バックライトユニットを搭載した液晶表示装置の断面図を示す。
直下型方式バックライトユニットは、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置に用いられている。
直下型方式の液晶表示装置としては、この図４に例示する構成が一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板６１，６３に挟まれた液晶パネル６２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源４３の列が配設されており、該光源の上面（光射出面）に拡散フィルム（拡散層）４１が設けられている。
輝度向上視野角制御光学部材３０は、拡散シート４１と下側透明基板（および偏光層）６３との間に配置されている。
図３は、本発明の実施例を示した模式断面図である。図３に示すように実施例として、本発明の輝度向上視野角制御光学部材は液晶パネルに代表される面状光源からの拡散光を正面に効率よく入射させるべく、入光側の透明基材の平坦面に各レンズに対応する１層のストライプ状の光散乱部と、出光側に背後からの入射光を出光側に導くように複数のシリンドリカルレンズが光散乱部に平行に配置され、さらに入射側である前記光散乱部と出斜側である前記光制御部との間に、シリンドリカルレンズに平行に光遮光部が配置されている構成となっている。
より詳細には、本発明の輝度向上視野角制御光学部材３０は、厚さ方向の一方の面が光の入射側３０Ａとなり他方の面が出射側３０Ｂとなるシート状を呈している。
入射側３０Ａは、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在し光を出射側３０Ｂに効率よく導くための複数の光散乱体３４０２と、それら光散乱体３４０２の間に光散乱体３４０２が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口３４０４とからなる光散乱部３４で構成されている。
出射側３０Ｂは、互いに平行に帯状に延在し入射側３０Ａからの光を出射側３０Ｂの前方に向けて集める複数の単位レンズ３１０２からなる光制御部３１で構成されている。
そして、入射側３０Ａと出射側３０Ｂとの間に、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在する複数の遮光体３３０２と、それら遮光体３３０２の間に遮光体３３０２が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口３３０４とからなる光遮光部３３が設けられている。
本実施の形態では、単位レンズ３１０２は光の出射方向に凸状の曲面で形成されており、輝度向上視野角制御光学部材３０の厚さ方向に延在し前記曲面の頂点を通る仮想線が、光散乱部３４と光遮光部３３の開口の中心部を通り、前記曲面の頂点と、光散乱部３４および光遮光部３３の開口の中心部とが1対１の関係を満たしている。
なお、本発明の輝度向上視野角制御部材は上記構成に限定されるものではなく、光散乱部と光遮光部は２つ以上の複数個設けても良い。さらに光制御部は球面、非球面の単位レンズを用いても良い。

本発明の視野角制御光学部材３０で用いられる透明基材の材質としては、プラスチックフィルムまたはシートが好ましく用いられるが、特に限定されるものではない。

本発明の視野角制御光学部材３０のシリンドリカルレンズは、上記透明基材の上に形成された凸レンズ群であって、レンズピッチは０．５ｍｍ以下、レンズ半径は０．５ｍｍ以下が望ましい。

本発明の視野角制御光学部材３０の光遮光体３３０２と光散乱体３４０２は、幅が上記レンズピッチの数十パーセント、厚さが１５μm以下であることが望ましい。

図３は、上記の実施例における本発明の視野角制御光学部材の製造方法を説明するための説明図である。図３に基づいてその製造方法を説明する。まず、各透明基材３２−２上に光散乱層３４（光散乱部３４）を、３２−１上に光遮光層３３（光遮光部３３）を各種の印刷法、コーティング法、転写法などにより形成する。次いで、それらの散乱層と遮光層を形成した透明基材３２−１、３２−２を、紫外線硬化剤、その他の接着剤などの接着層３５により、光散乱層３４、光遮光層３３の位置が合うようにしながら接着していく。

ここで、透明基材３２―１、３２―２としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの透明な樹脂のシートを用いることができる。また、接着層３５としては、アクリル系、ポリエステル系などの透明な接着剤又はウレタンアクリレート系などの紫外線硬化樹脂を用いることができる。光散乱体３４０２を形成するには光反射率の高い、金属箔の転写や金属膜の蒸着、さらに光を反射する染料や顔料を分散させたインクを用いて、各種印刷法などにより任意の幅に塗工すればよい。遮光体３３０２を形成するには、カーボンブラックや光を吸収する染料、顔料を分散されたインクを用いて、各種印刷法などにより、その幅の部分のみインクを転写すればよい。

さらに、最も出光側の透明基材３２−１の出光面上に、シリンドリカルレンズからなる光制御部３１を形成する。これには、シリンドリカルレンズの逆形状を有するような成形型を用いて、その成形型を透明シート３２―１の上に載せ、透明シートとの間に、重合硬化する樹脂の液体を充填し、重合硬化させればよい。また、成形型の上に、紫外線硬化樹脂又は電子線硬化樹脂を塗布し、その上に透明シート３２―１を積層したものを載せ、紫外線又は電子線を照射して、その樹脂を硬化させればよい。このときに、成形型の位置と光散乱層３３の位置を合わせる。

次に、上記実施例で示した１つの遮光層（光遮光部３３）を設けた本発明の視野角制御光学部材の製造方法について、好ましい方法としての一例を、図３を参照して説明する。シリンドリカルレンズ面と反対側の基材３２−１平坦面に紫外線硬化型樹脂層（図示せず）を形成する。帯状の光線（図示せず）をシリンドリカルレンズの並設方向に相対移動させながら、シリンドリカルレンズの長手方向に延びた帯状の光線を、シリンドリカルレンズ側から基材の平坦面に形成した紫外線硬化型樹脂層に対して垂直に照射して、各シリンドリカルレンズによって集光された部分の前記紫外線硬化型樹脂を硬化させた後、紫外線硬化型樹脂層の全面に、転写シート基材に黒色の着色層が形成された転写シート（図示せず）を前記着色層側で重ね合わせ、遮光体３３０２に相当する未硬化部分の前記樹脂の粘着性を利用して、前記着色層を遮光体３３０２に相当する未硬化部分にのみ付着させストライプ状の遮光体３３０２が形成される。または、黒色微粉体トナーを未硬化部分にのみに選択的に付着させることもできる。次に光遮光層（光遮光部３３）上に粘着または接着剤を用いて透明基材３２−２を貼り合わせ、遮光層（光遮光部３３）の形成と同じ手順で基材３２−２平坦面に紫外線硬化型樹脂層を形成し、平行露光、光散乱層を転写することでストライプ状の光散乱層（光散乱部３４）が形成される。

上記の露光プロセスによれば、各シリンドリカルレンズに対しては、シリンドリカルレンズ側から全面に平行光を一括的に照射するのと同等に機能することになる。形成される遮光層（光遮光部３３）は、実際のレンチキュラーシートへの紫外線の照射による非集光部に対してであり、真に遮光層（光遮光部３３）と散乱層（光散乱部３４）の形成が必要な箇所、すなわち投射光の通過しない領域に、確実な位置精度で形成できる。また、上記の露光プロセスによれば、露光量に応じて粘着部の幅を制御することによって、遮光体３３０２や光散乱体３４０２の幅をコントロールできる。遮光体３３０２の幅を、非集光部の幅と（非集光部＋集光部）の幅との比を開口率と定義し、開口率を容易に制御することが可能である。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

〈実施例〉図３に示した遮光層（光遮光部３３）と光散乱層（光散乱部３４）を設けた下記構成の輝度向上視野角制御光学部材を作成し、光学特性を評価した。
シリンドリカルレンズピッチｐ＝２１６μｍ
レンズシート厚みｔ＝１２５μｍ
遮光体３３０２の幅ｈ１＝１０８μｍ（開口率５０％）
遮光体３３０２の厚みｗ１＝２μｍ
遮光層（光遮光部３３）と光散乱層（光散乱部３４）間の基材３２―２の厚み=１２μｍ
光散乱体３４０２の幅ｈ２＝８６μｍ（開口率４０％）
光散乱体３４０２の厚みｗ２＝１１μｍ
正面輝度＝１．２倍（拡散板のみのバックライトユニットに対し）
水平視野角θ＝２８度
なお、印刷法によって形成した遮光層（ｈ１、ｗ１）を設けた基材と散乱層（ｈ２、ｗ２）を設けた基材とを接着層を介して積層し、凸レンズ形状を有する成形型を用いて、出光側レンズ部（光制御部３１）を形成し、全体の厚みが（レンズシート厚みｔ）０．２３ｍｍとなるようにした。得られた上記視野角制御光学部材３０の水平視野角θが２８度、正面輝度は約１．２倍向上した。遮光層を設けた基材と、散乱層を設けた基材の厚さの関係や、それぞれの遮光体３３０２や光散乱体３４０２の幅、厚みを制御することによって視野角θと正面輝度の制御が可能である。（図５参照）

従来の視野角制御光学部材を示した説明図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。従来の輝度向上光学部材を示した説明図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。実施例における本発明の輝度向上視野角制御光学部材を示した説明図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は光の通過状態の説明図、（Ｃ）は斜視図である。本発明の輝度向上視野角制御光学部材を用いた透過型液晶表示装置の一例を示す説明図である。本発明の輝度向上視野角制御光学部材を用いたバックライトユニットの輝度分布を示すグラフである。

符号の説明

１０……視野角制御光学部材、２０……輝度向上光学部材、３０……輝度向上視野角制御光学部材、１２……遮光層、２２……プリズムレンズ、３１……入光側レンズ部（シリンドリカルレンズ）、１１、２１、３２−１、３２−２……透明基材、３３……光遮光部、３４……光散乱部、３５……接着層、４１……拡散板、４２……ランプリフレクタ、４３……冷陰極管、６１、６３……偏光板、６２……液晶パネル、ｄ……プリズムピッチ、ｐ……シリンドリカルレンズピッチ、ｔ……輝度向上視野角制御光学部材の厚み、θ……視野角度、Ｈ１……遮光層幅、Ｈ２……散乱層幅、Ｈ３……遮光層開口幅、Ｈ４……散乱層散乱層幅、Ｗ１……遮光層厚、Ｗ２……散乱層厚。

Claims

厚さ方向の一方の面が光の入射側となり他方の面が出射側となるシート状の光学部材であって、
前記入射側は、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在し光を前記出射側に効率よく導くための複数の光散乱体と、それら光散乱体の間に前記光散乱体が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口とからなる光散乱部で構成されており、
前記出射側は、互いに平行に帯状に延在し前記入射側からの光を前記出射側の前方に向けて集める複数の単位レンズからなる光制御部で構成されており、
前記入射側と前記出射側との間に、互いに間隔をおいて平行に帯状に延在する複数の遮光体と、それら遮光体の間に前記遮光体が設けられないことで形成され互いに平行に帯状に延在する複数の開口とからなる光遮光部が設けられ、
前記光散乱部と光遮光部との間に屈折率が１．０以上の層が挟まれている、
ことを特徴とする光学部材。
請求項１に記載の光学部材において、
前記単位レンズは前記出射方向に凸状の曲面で形成され、
前記厚さ方向に延在し前記曲面の頂点を通る仮想線が、前記光散乱部と光遮光部の開口の中心部を通ることを特徴とする光学部材。
請求項１に記載の光学部材において、
前記単位レンズは前記出射方向に凸状の曲面で形成され、
前記曲面は、球面または非球面であることを特徴とした光学部材。
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学部材において、
前記光制御部は、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形もしくは押し出し成形による成形体であることを特徴とする光学部材。
請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光学部材において、
前記単位レンズは、放射線硬化性樹脂の硬化物からなり、
前記光制御部は、前記単位レンズが重合接着してなる構造であることを特徴とする光学部材。
請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の光学部材において、
前記光散乱体は、70％以上の反射率を有する白色インキ，金属箔，金属蒸着層の何れかであることを特徴とする光学部材。
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の光学部材において、
前記光遮光体は、30％以下の透過率を有する黒色インキであることを特徴とする光学部材。
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光学部材において、
前記光散乱部の開口のピッチ間隔Ｈ４が前記光遮光部の開口のピッチＨ３に比べ、狭いこと（Ｈ４＜Ｈ３）を特徴とする光学部材。
表示画像を規定する透過型ライトバルブを備えるパネルに対して、その背面から照明光を照射して、表示光を生成するためのバックライトユニットにおいて、請求項１〜８の何れかに記載の光学部材を、前記パネルの背面から照明光を照射する面状光源と、前記パネルとの間に、前記入射側を面状光源側に向けて配置してなる構成であることを特徴とするバックライトユニット。
面状光源は、側端部に配置された線状あるいは点状の光源から照射される光を、前記光学部材と略同面積の導光体によって、面状の照明光に変換される構成である請求項９に記載のバックライトユニット。
面状光源は、前記光学部材の入射側に配置された線状あるいは点状の複数の光源を用いてなる構成である請求項９または１０に記載のバックライトユニット。
請求項９乃至１１の何れかに記載のバックライトユニットの前面に、表示画像を規定する透過型ライトバルブを備えるパネルを配置してなる構成のディスプレイ。