JP5182639B2 - Optical sheet, backlight unit and display device - Google Patents
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本発明は、基材の少なくとも一方の面に光を集光及び/または拡散させる光学形状を有してなる照明光路制御用の光学シートに関するものであり、更にこの光学シートを用いて、液晶パネル等の画像表示素子を背面側から照明するバックライト・ユニット、そしてこのバックライト・ユニットを備えたディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to an illumination optical path control optical sheet having an optical shape for condensing and / or diffusing light on at least one surface of a substrate, and further using this optical sheet, a liquid crystal panel The present invention relates to a backlight unit that illuminates an image display element such as the above from the back side, and a display device including the backlight unit.
近年、TFT型液晶パネルやSTN型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてOA分野のカラーノートPC(パーソナルコンピュータ)を中心に商品化されている。このような液晶表示装置においては、液晶パネルの背面側(観察者と反対側)に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆるバックライト方式が一般に採用されている。
この種のバックライト方式に採用されているバックライト・ユニットとしては、大別して「導光板ライトガイド方式」(いわゆる、エッジライト方式)と「直下型方式」とがある。
In recent years, liquid crystal display devices using TFT liquid crystal panels and STN liquid crystal panels have been commercialized mainly for color notebook PCs (personal computers) in the OA field. In such a liquid crystal display device, a so-called backlight method is generally employed in which a light source is disposed on the back side (opposite to the observer) of the liquid crystal panel and the liquid crystal panel is illuminated with light from the light source. .
The backlight units employed in this type of backlight method are roughly classified into a “light guide plate light guide method” (so-called edge light method) and a “direct type”.
導光板ライトガイド方式のバックライト・ユニットが搭載された液晶表示装置としては、例えば、図11に示すものが一般に知られている。
これは、上部に偏光板71,73に挟まれた液晶パネル72が設けられ、その下面側に、PMMA(ポリメチルメタクリレート)やアクリル等の透明な基材からなる導光板79が設置されており、導光板79の光射出面側に拡散フィルム(拡散層)78が設けられている。この導光板79の下面に、光を効率よく液晶パネル72方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられると共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム(反射層)77が設けられている。
As a liquid crystal display device on which a light guide plate light guide type backlight unit is mounted, for example, the one shown in FIG. 11 is generally known.
In this, a
また、導光板79の側端部に光源ランプ76が取り付けられており、その背面に高反射率のリフレクター81が設けられている。散乱反射パターン部は、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、所定パターン、例えばドットパターンにて形成したものであり、導光板79内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導いて高輝度化を図っている。
さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図12に示すように、拡散フィルム78と液晶パネル72との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム(プリズム層)74,75を設ける構成が提案されている。このプリズムフィルム74,75は拡散フィルム78で拡散された光を高効率で液晶パネル72の有効表示エリアに集光させる。
In addition, a
Furthermore, recently, in order to increase the light utilization efficiency and increase the brightness, as shown in FIG. 12, a prism film (prism layer) having a light condensing function between the
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶TVなどの液晶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、図13に例示する装置が一般的に知られている。この装置は、偏光板71、73に挟まれた液晶パネル72の下面側に配列された蛍光管等の光源51から射出され、拡散フィルム82で拡散された光を高効率で液晶パネル72の有効表示エリアに集光させる。光源51の背面にはリフレター52が配置されている。
On the other hand, the direct type is used in a liquid crystal display device such as a large-sized liquid crystal TV in which it is difficult to use a light guide plate. As a direct type liquid crystal display device, a device illustrated in FIG. 13 is generally known. This device emits light emitted from a
ところで、上述のバックライト・ユニットなどでは、バックライト・ユニットの輝度を向上させると共に、光の拡散性と均一性を向上させるためにプリズム等の凸形状のレンズパターンを多数配列させた光学(レンズ)シートが用いられている。
通常、光学シートは製造後に所定の形状にカットされ、組み立て工場への輸送、組み立てを経てディスプレイ装置と一体となり、販売店への輸送後に展示、使用される。これらの全ての過程で光学シートの表面は製造、組み立て、運搬等の工程で、振動等によって積層する別の光学シートの裏面等の他の部材に接触してこすれ、傷がつく危険性にさらされる。特に光学シートは通常合成樹脂製であるために、レンズパターンなどのレンズ部品形状は傷つき易い材質のものが多く、傷を透過する光が乱反射する等して光学性能が著しく低下する原因になる。
By the way, in the above-mentioned backlight unit, etc., an optical (lens) in which a large number of convex lens patterns such as prisms are arranged in order to improve the luminance of the backlight unit and improve the light diffusibility and uniformity. ) Sheet is used.
Usually, an optical sheet is cut into a predetermined shape after manufacture, integrated with a display device through transportation and assembly to an assembly factory, and displayed and used after transportation to a store. In all of these processes, the surface of the optical sheet is exposed to the risk of scratching and coming into contact with other members such as the back surface of another optical sheet laminated by vibration during manufacturing, assembly, transportation, etc. It is. In particular, since the optical sheet is usually made of a synthetic resin, the shape of lens parts such as a lens pattern is often made of a material that is easily damaged, which causes the optical performance to be remarkably deteriorated due to, for example, irregular reflection of light transmitted through the scratch.
これを防ぐためには光学形状を有する面を物理的に硬くしたり滑り易くする処理が有効である。しかしながら、これらの方法は材料を限定する必要があったり、被膜の塗布工程を設ける必要があるため汎用性の高い方法とはいえない。また、レンズシートの表面に保護フィルムを貼着することは汎用性の高い方法であるが、光学シートの使用時に保護フィルムを脱着する工程が増え、保護フィルムは最終的に廃棄されるためコスト高になり廃棄物を生じるために効率の良い方法とは言いがたい。 In order to prevent this, it is effective to physically harden the surface having an optical shape or to make it slippery. However, these methods are not highly versatile because it is necessary to limit the materials or to provide a coating step. In addition, sticking a protective film to the surface of the lens sheet is a highly versatile method, but the number of steps to remove the protective film when using the optical sheet is increased, and the protective film is eventually discarded. It is difficult to say that it is an efficient way to produce waste.
このような光学レンズシートのレンズパターンにキズが付くのを防止する手段として、例えば特許文献1に記載されたようなレンズフィルムが提案されている。
この光学シートでは、シート基材にレンズパターンを転写したものを巻き取り用ローラで巻き取る方法が提案されている。そして、このレンズパターンはシート基材に転写成形した凸形状の先端が接触して変形するのを防止するために、シート基材に形成した多数の凸形状よりも高さの高い接触防止用突部を一部に設けて、巻き取った際に接触防止用突部がシート基材に接触し、他の多数の凸形状がシート基材に接触しないようにしたものである。
この場合、接触防止用突部とこれより高さの低い凸形状との高さの差は5.0μm、少なくとも1.0μmであると規定している。
As means for preventing the lens pattern of such an optical lens sheet from being scratched, for example, a lens film described in Patent Document 1 has been proposed.
For this optical sheet, a method has been proposed in which a lens pattern transferred onto a sheet base material is taken up by a take-up roller. This lens pattern has a contact prevention protrusion with a height higher than that of the many convex shapes formed on the sheet base material in order to prevent the convex tips transferred and formed on the sheet base material from contacting and deforming. A part is provided in a part, and when it winds up, the contact prevention protrusion part contacts a sheet base material, and other many convex shapes do not contact a sheet base material.
In this case, it is specified that the difference in height between the contact preventing protrusion and the convex shape having a height lower than this is 5.0 μm, at least 1.0 μm.
また、特許文献2に記載された光学シートは、光を出射する一方の面に複数のプリズム要素を配列して構成され、第1のプリズム要素を第2のプリズム要素より高く形成し、第1のプリズム要素は頂部が平坦など鈍い先端形状とされ、第2のプリズム要素は鋭い先端を有している。第1及び第2のプリズム要素の高さの差△を約2μm〜10μmに設定している。第1のプリズム要素は先端が鈍いので運搬や保管や使用時等に擦過しても損傷を受けにくいとし、第2のプリズム要素は損傷を受けやすいがオンアクシス光における利得が最大であるとしている。
また、光学シートの性能向上を目的として、従来使用されてきたプリズム、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、多角錘の他にも下記特許文献3,4に示すような様々な光学形状の提案があり、今後も新たな形状が増えていくと考えられる。
In addition to the conventionally used prisms, lenticular lenses, microlenses, and polygonal pyramids, there are proposals for various optical shapes as shown in
しかしながら、特許文献1に記載された光学シートは、ロール状に巻き取られた場合に限定され、ディスプレイに装着したりして使用する際には所定寸法毎に切断する必要がある。そして、切断した光学シートを積層して保管したりテレビ等のディスプレイ装置に装着した場合、レンズ要素である接触防止用突部や他の凸形状の相互間における上述した程度の高低差では、擦過して他の凸形状のレンズ要素の先端に傷がついてしまい、これをディスプレイに装着すれば光学特性を低下させるおそれがある。
また、特許文献2に記載した光学シートでは、第1及び第2のプリズム要素の高さの差△が約2μm〜10μm程度であるために、同様に、他の光学シートのシート基材や何らかの物体等で表面を擦過することで先端が鋭い第2のレンズ要素に傷がついてしまい、光学性能を低下させるという不具合があった。
However, the optical sheet described in Patent Document 1 is limited to a case where the optical sheet is wound in a roll shape, and needs to be cut into predetermined dimensions when used by being mounted on a display. When the cut optical sheets are stacked and stored or mounted on a display device such as a television set, the above-described height difference between the contact-preventing protrusions and other convex shapes, which are lens elements, is abraded. Then, the tip of another convex lens element is damaged, and if it is attached to a display, the optical characteristics may be deteriorated.
Further, in the optical sheet described in
本発明は、このような実情に鑑みて、他の部材と擦過する等しても集光または拡散用等の光学部材に傷がつくのを抑制して光学性能を劣化させない光学シート、及びこれを用いたバックライト・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。 In view of such circumstances, the present invention provides an optical sheet that suppresses damage to an optical member for condensing or diffusing even if it is rubbed with another member, and does not deteriorate optical performance, and the optical sheet. An object of the present invention is to provide a backlight unit and a display device using the display.
本発明による光学シートは、基材の少なくとも一方の面に光を集光もしくは拡散させる光学形状を有してなる光学シートであって、光学形状は、最も高さの高い光学突部と該光学突部より高さの低い複数の光学要素とを有しており、平面視における光学シートの面積に対する光学突部の総面積の割合が4%以上45%以下であると共に、光学突部の基材からの高さをhとし、光学突部を除く光学要素のうち基材から最も高さの高いものをhiとして次式(1)を満たすようにしてなり、
20μm<h−hi≦100μm ……(1)
前記光学突部はシリンドリカルレンズであり、前記光学要素は複数の複合プリズムレンズが配列されてなるレンチキュラーレンズ群を有しており、
前記複合プリズムレンズは、両側に湾曲側面を有する複数のプリズムレンズを前記複合プリズムレンズの配列方向に一部重ねて一体化した形状であるとともに、
単一の前記プリズムレンズにおける前記複合プリズムレンズの配列方向の幅をピッチP0とし、前記複合プリズムレンズにおける一の前記プリズムレンズと隣接する他の前記プリズムレンズとの前記複合プリズムレンズの配列方向にずれた重ならない距離をシフト量△とした時、
(1/5)P0≦△≦(2/3)P0 ……(2)
上記(2)式の関係にあり、前記プリズムレンズの湾曲側面はそのレンズ形状が次式(3)式によって規定されており、前記プリズムレンズの一端部から延びる前記湾曲側面の他端部における接線の光学シートの面に対する傾斜角度θが25°以上50°以下とされていることを特徴とする光学シート。
An optical sheet according to the present invention is an optical sheet having an optical shape for condensing or diffusing light on at least one surface of a substrate, and the optical shape includes the optical projection having the highest height and the optical projection. And a ratio of the total area of the optical protrusions to the area of the optical sheet in a plan view is 4% or more and 45% or less, and the base of the optical protrusions. The height from the material is set as h, and the optical element excluding the optical protrusion is set to the highest height from the base material as hi, so that the following formula (1) is satisfied .
20 μm <h-hi ≦ 100 μm (1)
The optical protrusion is a cylindrical lens, and the optical element has a lenticular lens group in which a plurality of compound prism lenses are arranged,
The composite prism lens has a shape in which a plurality of prism lenses having curved side surfaces on both sides are partially overlapped and integrated in the arrangement direction of the composite prism lens,
The width in the arrangement direction of the compound prism lenses in the single prism lens is set as a pitch P0, and the deviation in the arrangement direction of the compound prism lens from one prism lens in the compound prism lens and the other prism lens adjacent to the one prism lens is performed. When the distance that does not overlap is the shift amount △,
(1/5) P0 ≦ △ ≦ (2/3) P0 (2)
The curved side surface of the prism lens has the relationship of the above formula (2), and the lens shape thereof is defined by the following formula (3), and the tangent at the other end portion of the curved side surface extending from one end portion of the prism lens. An optical sheet, wherein an inclination angle θ with respect to the surface of the optical sheet is 25 ° or more and 50 ° or less .
また、上記(3)式において、A、B,Cは補正係数であり、前記複合プリズムレンズのピッチを1と正規化したとき、zは前記複合プリズムレンズの高さ方向の位置関数、rは前記複合プリズムレンズの幅方向の位置変数である。In the above equation (3), A, B, and C are correction coefficients. When the pitch of the composite prism lens is normalized to 1, z is a position function in the height direction of the composite prism lens, and r is It is a position variable in the width direction of the composite prism lens.
本発明によれば、光学シートの光学部材における頂部が角部であると、輝度は高いが非常に傷つきやすいという特性があるが、光学要素の頂部が他の部材等と接触したり擦過したりする等して損傷するのを光学要素より高さの高い光学突部によって保護することができる。そのため、光学シートの50%以上の面積を有する光学要素の頂部に傷などが生じ難いから、光学シートを透過する光の集光または拡散特性を十分発揮して高い輝度を維持できる。また、光学突部においても傷のない領域で高い輝度を確保できる。According to the present invention, when the top portion of the optical member of the optical sheet is a corner portion, the brightness is high, but there is a characteristic that the top portion of the optical element is in contact with or scratched with other members. Such damage can be protected by an optical projection having a height higher than that of the optical element. For this reason, scratches or the like are unlikely to occur at the top of the optical element having an area of 50% or more of the optical sheet, so that it is possible to sufficiently exhibit the light condensing or diffusing characteristics of the light transmitted through the optical sheet and maintain high luminance. In addition, high brightness can be ensured even in the optically protruding portion in a region having no scratch.
特に光学要素が比較的輝度の高い角部を有する頂部を含む場合、比較的輝度が低く高さが光学要素より高い光学突部によって光学要素を保護できて傷による輝度の低下を抑制できる。In particular, when the optical element includes a top portion having a corner portion having a relatively high luminance, the optical element can be protected by an optical projection having a relatively low luminance and a height higher than that of the optical element, and a decrease in luminance due to scratches can be suppressed.
なお、光学突部と光学要素の高低差h−hiが上記(1)式の範囲内であれば、光学突部によって光学要素が確実に保護されて傷を生じにくく、合成樹脂で光学シートを製作する際に金型の最も深い光学突部内に気泡が封入されることがなく光学特性の良好な光学シートを得られる。一方、高低差h−hiが20μm以下であると、光学シートが振動等によって、光学要素の頂部が他の光学シート等に接触する等して傷を生じ易く集光または拡散特性が低下する。また、高低差h−hiが100μmを越えると、合成樹脂で射出成形等によって光学シートを製作する際、最も深い光学突部に充填される合成樹脂に混入した気泡の逃げ場がなくなり、光学突部に封じ込められて光学特性が劣化する不具合が発生する。In addition, if the height difference h-hi between the optical protrusion and the optical element is within the range of the above formula (1), the optical element is reliably protected by the optical protrusion and hardly damaged, and the optical sheet is made of synthetic resin. When manufacturing, an optical sheet having good optical characteristics can be obtained without bubbles being enclosed in the deepest optical protrusion of the mold. On the other hand, if the height difference h-hi is 20 μm or less, the optical sheet is likely to be scratched due to the top of the optical element coming into contact with another optical sheet or the like due to vibration or the like, and the light condensing or diffusing characteristics are deteriorated. Also, if the height difference h-hi exceeds 100 μm, when producing an optical sheet by injection molding or the like with a synthetic resin, there is no escape space for bubbles mixed in the synthetic resin filled in the deepest optical protrusion, and the optical protrusion The optical characteristics are deteriorated by being contained in the case.
本発明による光学シートによれば、複合プリズムレンズは湾曲側面を有する複数のプリズムレンズを一部重ねて一体化した形状であるから、複数のプリズムレンズの湾曲側面による集光効果が大きく高輝度で広い視野角を得られ、サイドローブを抑制できるために視覚方向を外れた無駄な光を低減できる。According to the optical sheet of the present invention, the composite prism lens has a shape in which a plurality of prism lenses having curved side surfaces are partially overlapped and integrated, so that the condensing effect by the curved side surfaces of the plurality of prism lenses is large and the luminance is high. Since a wide viewing angle can be obtained and side lobes can be suppressed, useless light that deviates from the visual direction can be reduced.
しかも、本発明によれば、複合プリズムレンズの湾曲側面が(3)式で規定するレンズ形状によって形成されているために集光効果を高めることができ、また湾曲側面の他端部での接線の傾斜角度θを25°〜50°の範囲に設定したことで集光効果と視野範囲のバランスを確保できる。しかも、湾曲側面は上記(3)式で規定する外側に凸をなす湾曲形状と傾斜角度θとがマッチした範囲でのみ集光効果と視野範囲のバランスがとれた光学シートが得られ、(3)式における各係数が規定した範囲から外れると集光効果が得られないか、或いはサイドローブが生じ易くなるMoreover, according to the present invention, the curved side surface of the compound prism lens is formed by the lens shape defined by the expression (3), so that the light collecting effect can be enhanced, and the tangent at the other end of the curved side surface. Is set in the range of 25 ° to 50 °, the balance between the light condensing effect and the visual field range can be secured. In addition, an optical sheet in which the converging effect and the visual field range are balanced is obtained only in a range where the curved side surface of the curved side defined by the above formula (3) and the inclination angle θ match with each other. ) If each coefficient in the formula is out of the specified range, the light collecting effect cannot be obtained, or side lobes are likely to occur.
なお、上記(3)式において、kはk=0で球面、−1<k<0で楕円、k=−1で放物面、k<−1で双曲面となる。In the above equation (3), k is a spherical surface when k = 0, an ellipse when -1 <k <0, a paraboloid when k = -1, and a hyperboloid when k <-1.
また、光学突部は頂部に丸みを有していてもよい。The optical protrusion may have a roundness at the top.
光学突部の頂部に丸みをもたせると傷つきにくくなるが光が拡散するために中央の輝度が比較的低くなり、一方で光学突部に必要な高さや分布を設定すれば、輝度を維持したまま傷耐性をもたせることが可能となる。If the top of the optical projection is rounded, it will be hard to be damaged, but light will diffuse and the center brightness will be relatively low.On the other hand, if the height and distribution required for the optical projection are set, the brightness will be maintained. It becomes possible to give scratch resistance.
また、光学シートの素材の鉛筆高度が4H以下であってもよく、鉛筆硬度が4Hより大きいと柔軟性が低下して加工時等の取り扱い性が低下する。Further, the pencil height of the material of the optical sheet may be 4H or less, and when the pencil hardness is higher than 4H, the flexibility is lowered and the handling property at the time of processing is lowered.
また、光学突部と光学要素とはシリンドリカル形状であり、互いに平行に配列されていてもよく、或いは光学突部と光学要素は互いに交差して配列されていてもよい。Moreover, the optical protrusion and the optical element have a cylindrical shape, and may be arranged in parallel to each other, or the optical protrusion and the optical element may be arranged so as to cross each other.
また、光学突部はシリンドリカルレンズであり、光学要素はプリズムレンズであることが好ましい。これにより、高さの高い光学突部は光学要素を保護して傷が付きにくく、光学要素はより高い集光特性を有していて比較的輝度が高い。The optical protrusion is preferably a cylindrical lens, and the optical element is preferably a prism lens. As a result, the optical projection having a high height protects the optical element and is not easily damaged, and the optical element has higher light collection characteristics and relatively high brightness.
また、本発明によるディスプレイ用バックライト・ユニットは、表示画像を規定する画像表示素子の背面に、光源と、請求項1乃至請求項7の何れかに記載された光学シートを少なくとも備えることを特徴とする。
本発明によれば、光学シートの光学要素に傷が付くのを抑制して輝度をより高くすることができる。
また、光源が冷陰極管、LED、ELもしくは半導体レーザーであってもよい。
The display backlight unit according to the present invention includes at least a light source and the optical sheet according to any one of claims 1 to 7 on a back surface of an image display element that defines a display image. And
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that an optical element of an optical sheet is damaged, and can make a brightness | luminance higher.
The light source may be a cold cathode tube, LED, EL, or semiconductor laser.
また、本発明によるディスプレイ装置は、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、光源と、請求項8または9に記載されたバックライト・ユニットを備えることを特徴とする。
本発明によれば、光学シートの光学要素に傷がつくのを抑制して高い輝度の画像を表示できる。
The display device according to the present invention includes an image display element including a liquid crystal display element that defines a display image in accordance with transmission / shielding in pixel units, a light source, and the backlight unit according to
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the optical element of an optical sheet damages, and can display a high-intensity image.
本発明による光学シート、バックライト・ユニット及びディスプレイ装置は、最も高さの高い光学突部とこれより高さの低い光学要素との高さの差が20μmより大きく100μmまでの範囲に設定すると共に光学シートの面積に対する光学突部の総面積の割合を4%以上45%以下にしたから、光学シートを積層または収納して移動や保管等をしたりディスプレイ装置に装着した状態等で、最も高さの高い光学突部によって比較的輝度の高い光学要素の頂部を保護して傷がつくのを防止できて耐傷性を向上できると共に光学突部を含めて光学シート全体の輝度を高く維持できる。これによって、バックライト・ユニットやディスプレイ装置の輝度を高く維持できる。
また、本発明によれば、複合プリズムレンズは湾曲側面を有する複数のプリズムレンズを一部重ねて一体化した形状であるから、複数のプリズムレンズの湾曲側面による集光効果が大きく高輝度で広い視野角を得られ、サイドローブを抑制できるために視覚方向を外れた無駄な光を低減できる。
しかも、本発明によれば、複合プリズムレンズの湾曲側面が(3)式で規定するレンズ形状によって形成されているために集光効果を高めることができ、また湾曲側面の他端部での接線の傾斜角度θを25°〜50°の範囲に設定したことで集光効果と視野範囲のバランスを確保できる。しかも、湾曲側面は上記(3)式で規定する外側に凸をなす湾曲形状と傾斜角度θとがマッチした範囲でのみ集光効果と視野範囲のバランスがとれた光学シートが得られ、(3)式における各係数が規定した範囲から外れると集光効果が得られないか、或いはサイドローブが生じ易くなる。
In the optical sheet, the backlight unit and the display device according to the present invention, the difference in height between the optical projection having the highest height and the optical element having a lower height is set in a range from 20 μm to 100 μm. Since the ratio of the total area of the optical protrusions to the area of the optical sheet is 4% or more and 45% or less, it is the highest in the state where the optical sheet is stacked or stored and moved or stored, or attached to the display device. The top of the optical element having a relatively high brightness can be protected by the high optical projection to prevent scratches, and the scratch resistance can be improved, and the brightness of the entire optical sheet including the optical projection can be kept high. Thereby, the luminance of the backlight unit and the display device can be maintained high.
In addition, according to the present invention, the compound prism lens has a shape in which a plurality of prism lenses having curved side surfaces are partially overlapped and integrated, so that the condensing effect by the curved side surfaces of the plurality of prism lenses is large and wide with high brightness. A viewing angle can be obtained, and side lobes can be suppressed, so that useless light deviating from the visual direction can be reduced.
Moreover, according to the present invention, the curved side surface of the compound prism lens is formed by the lens shape defined by the expression (3), so that the light collecting effect can be enhanced, and the tangent at the other end of the curved side surface. Is set in the range of 25 ° to 50 °, the balance between the light condensing effect and the visual field range can be secured. In addition, an optical sheet in which the converging effect and the visual field range are balanced is obtained only in a range where the curved side surface of the curved side defined by the above formula (3) and the inclination angle θ match with each other. ) If the coefficients in the equation are out of the specified range, the light collecting effect cannot be obtained, or side lobes tend to occur.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1乃至図4は本発明の第一実施形態による光学シートとディスプレイ装置を示すものであり、図1は第一の実施形態による光学シートを含むディスプレイ装置の要部構成図、図2は光学シートの斜視図、図3は光学シートの側面図、図4は光学シートを積層した状態を示す側面図である。
図1に示すディスプレイ装置1は、バックライト・ユニット2と画像表示素子としての液晶パネル(液晶表示素子)3とを備えている。バックライト・ユニット2において、例えば所定間隔で配列された冷陰極管(CCFT)からなる複数の光源4と、光源4の背面に配設されていて背面側の出射光を反射させる反射板5とでランプハウス6を構成している。更に、光源4の光照射方向前方側には光源4から進入する光を拡散する光拡散層としての光拡散板7が配設されている。
光源4は冷陰極管に限定されることなく、EL、LED,半導体レーザ等を採用できる。液晶パネル3は偏光板9、9間に液晶素子10が挟持されて構成されている。
なお、本実施形態によるディスプレイ装置1は液晶表示装置を示すが、これに限らず、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置など、画像を光により表示する表示装置であればディスプレイ装置1の種類は問わない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 4 show an optical sheet and a display device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the display device including the optical sheet according to the first embodiment. FIG. FIG. 3 is a side view of the optical sheet, and FIG. 4 is a side view showing a state in which the optical sheets are stacked.
A display device 1 shown in FIG. 1 includes a
The light source 4 is not limited to a cold cathode tube, and an EL, LED, semiconductor laser, or the like can be employed. The
In addition, although the display apparatus 1 by this embodiment shows a liquid crystal display device, if it is a display apparatus which displays an image with light, such as not only this but a projection screen apparatus, a plasma display apparatus, and an EL display apparatus, the display apparatus 1 of FIG. Any type.
光学シート12は図2及び図3に示す構成を有しており、基材である基部13の片面に光を集光もしくは拡散させる複数のレンズ要素が配列されている。これらのレンズ要素として、略半楕円形状のシリンドリカルレンズからなる光学突部14が所定間隔で複数平行に配列されている。そして、光学突部14間には例えば断面略三角形柱状のプリズムレンズが光学要素15として光学突部14に略直交する方向に配列されている。
光学突部14は多数配列されたプリズムレンズからなる光学要素15よりも基部13からの高さが高く形成され、例えば複数の光学シート12を積層して保管や輸送等をした場合等に、他の光学シート12の基部13が光学要素15の例えば90°等の角部を有する頂部に接触したりしないように保護している。
The
The
また、光学要素15はプリズムレンズに限定されることはなく、シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、多角錘、またはこれらを組み合わせて作られたレンズ形状を採用してもよい。光学要素15は光学形状の種類や形状に制限はないが、光学突部14より高い輝度を有していてレンズ部の傷つきを防止するという観点から、頂部が角部を有する光学形状を採用することが適当である。
光学突部14についてもシリンドリカルレンズ形状に限定されることはなく、プリズム、マイクロレンズ、多角錐、或いはこれらを組み合わせたレンズ形状を適宜採用できる。光学突部14は光学形状の種類や形状に制限はないが、頂部を擦過して傷ができるのを防止するために略半円柱形状等、頂部が角を有しない丸みを有する光学形状であることが好ましい。
なお、光学突部14についてもシリンドリカルレンズ形状を有するから、透過する光を集光または拡散させる光学特性を有している。
The
The
Since the
また、光学シート12の基部13を基準として、最も高さが高い光学突部14の高さをhとし、光学突部14より高さが低く頂部が角である各光学要素15の高さをhiとして、hは複数の光学突部14間で同一高さであることが好ましいが、光学要素15の高さhiは下記(1)式を満たせば、任意の高さに設定できる。図2に示す光学シート12において光学要素15は複数の異なる高さhiを有しており、各光学要素15は全て下記式(1)を満たしている。
20μm<h−hi≦100μm ……(1)
ここで、光学突部14と光学要素15の高低差h−hiが(1)式の範囲内であれば、光学突部14によって光学要素15が確実に保護されて擦過等による傷を生じにくく高い輝度を確保し、射出成形方法等によって合成樹脂で光学シート12を製造する際に最も深い光学突部14内に気泡が巻き込まれて封入されることなく光学特性の良好な光学シート12を製作できる。
Further, the height of the
20 μm <h-hi ≦ 100 μm (1)
Here, if the height difference h-hi between the
一方、高低差h−hiが20μm以下であると、保管や輸送時等に積層された光学シート12が湾曲や振動等によって、光学シート12の複数の光学要素15の頂部が上に積層された他の光学シート12の基部13に接触する等して傷を生じ易い不具合があり、傷を透過する光が散乱して集光特性が劣化する。また、高低差h−hiが100μmを越えると、合成樹脂で射出成形等によって光学シート12を製作する際、最も高さhiの低い光学要素15を基準にして溶融した合成樹脂を光学シート12の金型内に充填するために光学突部14に充填される合成樹脂に混入した気泡の逃げ場がなくなり、光学突部14内に封じ込められるために光学シート12の光学特性が劣化する不良品が製作される不具合が発生するおそれがある。
On the other hand, when the height difference h-hi is 20 μm or less, the tops of the plurality of
また、光学シート12の平面視において、光学シート12の面積をSとし、複数の光学突部14の総和の面積をAsとして、光学シート12の面積に占める光学突部14の面積比As/Sを4%以上45%以下とする。
面積比As/Sが上記数値範囲内であれば、積層した他の光学シート12の基部13等の他の部材と光学シート12の光学突部14が接触した状態で、微視的には光学突部14が他の光学シート12に触れることで、他のレンズ部である光学要素15が接触するのを防いで傷が付くのを防止できる。他方、面積比As/Sが4%より少なければ湾曲や振動等によって光学要素15の頂部が他の光学シート12の基部13に接触して傷を生じ易く、45%を超えると光学突部14の他の光学シート12の基部13への接触面積が増大して傷が増大し易く、光学突部14が発揮すべき光学特性に大きな影響を与えてしまう。
なお、光学突部14についても、透過する光を集光または拡散させる光学特性の機能を有しているから、光学突部14によっても高い輝度を維持できる。
Further, in the plan view of the
If the area ratio As / S is within the above numerical range, the
In addition, since the
本実施形態における光学シート12に用いる材料に制限はないが、傷つきにくい素材では本実施形態の構成を採用する意味はないので、素材の鉛筆硬度4H以下のものを用いるのが適当である。
Although there is no restriction | limiting in the material used for the
光学シート12の主となる材質としては、例えばポリカーボネートもしくはアクリル−スチレン共重合体もしくはポリスチレンもしくはスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体もしくはシクロオレフィンポリマーを使用しても良い。
また、光学シート12は、主となる材質の中に分散された透明粒子を具備していることが好ましく、これら主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものとする。主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率の差は0.01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、その屈折率差は0.5以下で十分である。透明粒子の平均粒径は0.5〜30.0μmであることが望ましい。
As the main material of the
The
透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は合成樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、合成樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体;メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(ペルフルオロアルコキシ樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PVDF(ポリフルオロビニリデン)、及びETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。
これら透明粒子は、2種類以上のものを混合して使用してもよい。または、光学シート12を構成する板状の部材は主となる材質中に空気を含む微細な空洞を有した構造をしていてもよく、主となる材質と空気の屈折率差で拡散性能を得ることができる。
また、光学シート12は単層構造でも複層構造でもよく、透明層を含んでいても良い。
As the transparent particles, transparent particles made of an inorganic oxide or transparent particles made of a synthetic resin can be used. For example, examples of the transparent particles made of an inorganic oxide include particles made of silica, alumina or the like. Moreover, transparent particles made of synthetic resin include acrylic particles, styrene particles, styrene acrylic particles and cross-linked products thereof; melamine-formalin condensate particles, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy resin), FEP ( Examples thereof include fluorine-containing polymer particles such as tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer), PVDF (polyfluorovinylidene), and ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), and silicone resin particles.
These transparent particles may be used as a mixture of two or more kinds. Alternatively, the plate-like member constituting the
The
光学シート12は押し出し法、キャスト法、もしくはインジェクション法で製造することができる。光学シート12を製作するための板状の部材は、厚みが12μm以上1mm以下のものを使用できる。厚みが12μm未満では上述した製造方法による加工に耐えうる剛性が無く、厚みが1mmを越えると加工に耐えうる柔軟性がない。
また、光学シート12はUV硬化法で製造してもよい。
UV硬化法で作成される場合、シート状の基材である基部13上にUV硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型を押し当て、その後にUV照射して基部13と光学突部14及び光学要素15からなる光学シート12を得る。シート状の基材としては、当該分野でよく知られたPET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレンのフィルムなどが使用できる。
The
The
When prepared by the UV curing method, a UV curable resin is applied onto the
光拡散板7は光学シート12と同様の主となる材質を使用することができ、同様に前述した透明粒子を具備して構成されていてもよい。これら主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである必要がある。主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率の差は0.01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、その屈折率差は0.5以下でよい。
また光拡散板7に入射した光を散乱させながら透過させる必要があるため、透明粒子の平均粒径は0.5〜30.0μmであることが望ましい。或いは、光拡散板7は主となる材質中に空気を含む微細な空洞を透明粒子として有する構造を採用してもよく、この場合、主となる材質と空気の屈折率差で拡散性能を得ることができる。
The
Moreover, since it is necessary to permeate | transmit the light which injected into the
本実施形態による光学シート12を用いれば、図4に示すように、製作した光学シート12を複数枚積層して箱などに収納した状態で、運搬したり保管等したりした場合に振動や落下等の衝撃があったとしても、積層状態にある複数枚の光学シート12は上段に載置された他の光学シート12の基部13が下段の光学シート12の光学突部14に接触している。そのため、下段の光学シート12の光学突部14の頂部が上段の光学シート12の基部13で擦過したとしても、光学突部14に傷がついても角の頂部を有する光学要素15には接触せず、傷つくことはない。
そのため、光学シート12をディスプレイ装置1に装着して光源4からの光が光拡散板7と光学シート12を透過する際、光学突部14の傷の部分を透過する一部の光は屈折して集光または拡散光路の光路外に出射するが、光学突部14の傷のない部分を透過する光やプリズムレンズである光学要素15を透過する光は集光または拡散して液晶素子3を透過することになる。
また、光学シート12をディスプレイ装置1に組み込んだ状態で、光学シート12の表面に何かが接触したりぶつかったりした場合でも、最初に光学突部14に接触するために光学要素15の頂部に接触する可能性は小さく傷を生じ難い。或いは、ディスプレイ装置1において、液晶素子3が押される等して光学シート12側に湾曲等したとしても、光学突起14で当接して受けるために光学要素15の頂部は保護される。
When the
Therefore, when the
In addition, even when something contacts or collides with the surface of the
次に本第一実施形態によるディスプレイ装置1の作用を説明する。
図1において、光源4からの光は、拡散板7に入射して拡散光として出射される。その後、光拡散板7の出射面から拡散された光は光学シート12に入射する。光学シート12では、光学要素15を透過する光は集光させられ、光学突部14を透過する光は輸送時等に傷のついた部分では一部の透過光が散乱光となるが、他の光はシリンドリカルレンズの特性に沿って集光して出射する。
そして、光シート12を透過した集光光は光Laとして出射され、光Laは液晶パネル3の偏光板9に挟まれた液晶素子10に到達し、ここを透過した光は外部へ拡散光となって出射し、観察者に視認される。
Next, the operation of the display device 1 according to the first embodiment will be described.
In FIG. 1, light from the light source 4 enters the
Then, the condensed light transmitted through the
上述したように、本実施形態による光学シート12は、鉛筆硬度4H以下の比較的柔らかい素材でも、その一方の表面であるレンズ部材面にプリズムレンズからなる光学要素15より高くその差が20μmを越えて100μm以下である光学突部14を設けたから、他の部材の接触等によって集光・拡散性能が高い光学要素15に傷がつくのを防止できて、光学突部14を含めて高い光学性能を確保できる。そのため、光学シート12のレンズ部材面に保護フィルムを貼着したりコーティング層を塗布する等の必要はない。
また、この光学シート12を装着したバックライト・ユニット2やディスプレイ装置1では、光学シート12に耐傷性を持たせて高い輝度特性を発揮することができる。
As described above, even if the
Further, in the
次に、本発明における光学シートの他の実施形態や変形例、他のディスプレイ装置について図5乃至図10により説明するが、上述した実施形態による光学シート12やディスプレイ装置1と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図5及び図6は本発明の第二実施形態による光学シート20を示すものである。
この光学シート20は第一実施形態による光学シート12において、光学要素15としてプリズムレンズに代えて複数の複合プリズムレンズ21を光学突部14に略直交する方向に配列させている。複合プリズムレンズ21は断面視略花びら形状を有していて同一方向に配列されて構成されていて、図6に示すように断面略凸レンズの略半分の形状をなす二つのプリズムレンズ21a、21aが一部重なって且つ配列方向にシフト量△だけずれて複合化即ち一体化されて形成されている。二つのプリズムレンズ21a、21aは左右対称をなす同一形状とするが、必ずしも左右対称や同一形状である必要はない。
シフト量△は、プリズムレンズ21aの配列ピッチをP0とした場合、下記の(2)式の範囲に設定される。
(1/5)P0≦△≦(2/3)P0 ……(2)
ここで、シフト量△が下限値(1/5)より小さいと集光効果が小さく、上限値(2/3)P0を越えるとサイドローブが生じ易いため望ましくない。
Next, other embodiments and modifications of the optical sheet according to the present invention, and other display devices will be described with reference to FIGS. 5 to 10, but the same or similar parts as the
5 and 6 show an
In this
The shift amount Δ is set in the range of the following expression (2) when the arrangement pitch of the
(1/5) P0 ≦ Δ ≦ (2/3) P0 (2)
Here, if the shift amount Δ is smaller than the lower limit value (1/5), the light condensing effect is small, and if it exceeds the upper limit value (2/3) P0, side lobes are likely to occur, which is not desirable.
複合プリズムレンズ21は長短の凸曲面をなす湾曲側面21aa、21abを四面形成しているおり、光学シート20を透過する光源4からの光の輝度分布は正面方向(軸上方向)への集光効果が高く、サイドローブが生じ難い。また下記(3)式で規定する湾曲側面21aa、21ab等に関して設計に自由度があるため、例えば正面に強く集光したい場合、または広い視野角を得たい場合、それぞれに側面形状を変更することで所望の特性を得ることが可能である。
また、複合プリズムレンズ21の一対のプリズムレンズ21a、21aの各頂部R0はそれぞれ角部を形成している。
The
Each apex R0 of the pair of
ここで複合プリズムレンズ21の湾曲側面21aa、21abは次のように定義される。
図6において、複合プリズムレンズ21を形成する一のプリズムレンズ21aの頂部R0を境界とする一方のレンズ曲面に着目して基材13と重なるレンズ一端部をR1とする。
そして、湾曲側面21aaがレンズ一端部R1から始まるとして、レンズ一端部R1から頂部R0までの間で、基材13の面に対するレンズ曲面の任意の点での接線Lの傾斜角度θが25°以上50°以下となる点を湾曲側面21aaの他端部R2とする。この場合、レンズ一端部R1から他端部R2までの間では任意の点での接線Laの基材13に対する傾斜角度θは50°を超えた大きさの凸曲面に設定され、レンズ一端部R1から他端部R2に向けて漸次接線Lの傾斜角度θが小さくなり、レンズ他端部R2において初めて接線Laの傾斜角度θが25°以上50°以下の範囲となるものとする。
ここで、他端部R2における傾斜角度θが25°未満では視野範囲は広くなるが集光効果が低く、逆に50°を越えると視野範囲が狭く且つサイドローブが生じ易くなる。
このレンズ一端部R1から他端部R2までの間の外側へ凸形状をなすレンズ曲面を湾曲側面21aaと定義するものとし、プリズムレンズ21aの他方の湾曲側面21abにおいても同一の定義が適用される。これら湾曲側面21aa、21abのレンズ形状は下記(3)式で示す非球面レンズ形状の一般式が適用される。
但し、複合プリズムレンズ21において湾曲側面21abは湾曲側面21ab、21ab同士が交差する谷部から他端部R2までの比較的短い長さに規定される。
Here, the curved side surfaces 21aa and 21ab of the
In FIG. 6, focusing on one lens curved surface with the apex R0 of one
Then, assuming that the curved side surface 21aa starts from the lens one end R1, the inclination angle θ of the tangent L at an arbitrary point of the lens curved surface with respect to the surface of the
Here, if the inclination angle θ at the other end R2 is less than 25 °, the field of view is widened, but the light condensing effect is low. Conversely, if it exceeds 50 °, the field of view is narrow and side lobes are likely to occur.
The lens curved surface that forms a convex shape outward from the lens one end R1 to the other end R2 is defined as a curved side surface 21aa, and the same definition is applied to the other curved side surface 21ab of the
However, in the
上記(3)式において、zは、複合プリズムレンズ21の幅方向位置変数であるrの関数であり、その値は複合プリズムレンズ21の高さ方向を表す。(3)式において、k=0で球面、−1<k<0で楕円、k=−1で放物面、k<−1で双曲面となり、1/Rはrにかかる係数であり、A、B、Cは補正項係数である。
また上記(3)式における各係数1/R,A,B,Cが規定範囲(−10<1/R<10,−5<A<5,−10<B<10,−30<C<30)から外れた場合、集光効果が得られないか、サイドローブが生じ易い欠点がある。すなわち(3)式で示す湾曲形状と傾斜角度θとがマッチした範囲でのみ、集光効果と視野範囲とのバランスが取れたレンズシートが提供される。
複合プリズムレンズ21を構成するプリズムレンズ21a,21aは、定義された湾曲側面21aa、21abを有し、その形状は谷部から頂部R0までの短い長さの湾曲側面21abの範囲で左右対称であることが望ましい。この場合、複合プリズムレンズ21も左右対称となるため、視野範囲の偏りのない光学シート20が形成される。
In the above equation (3), z is a function of r, which is a position variable in the width direction of the
Further, the coefficients 1 / R, A, B, and C in the above equation (3) are within a specified range (−10 <1 / R <10, −5 <A <5, −10 <B <10, −30 <C < When deviating from 30), there is a drawback that a light condensing effect cannot be obtained or a side lobe easily occurs. That is, a lens sheet that provides a balance between the light collection effect and the field-of-view range is provided only in a range in which the curved shape represented by the expression (3) matches the inclination angle θ.
The
ここで、複合プリズムレンズ21の各プリズムレンズ21aの頂部R0を含む先端部の第一の態様として、湾曲側面25aa、21abが頂部R0まで延びていてもよい。また、湾曲側面21aa、21abは頂部R0に到達しない頂部近傍の位置に他端部R2が設けられ、他端部R2と頂部R0を直線で結ぶことで屋根形状の先端部を形成してもよい。これにより、視野範囲をより狭めて集光効果を高めることができる。
また、湾曲側面21aa、21abの他端部R2はプリズムレンズ21aの頂部R0に到達しない頂部R0近傍の位置とされ、他端部R2と頂部R0を曲率半径Rの凸曲面で形成して先端部を形成してもよい。これにより、視野範囲が広がり、耐磨耗性が向上する。
しかしながら先端部の凸曲面の曲率半径Rが大きすぎると輝度低下につながるため、その半径Rはプリズムレンズ21aのピッチをP0としたとき、R≦P0/5 であることが望ましい。
本実施形態においても、光学突部14と複合プリズムレンズ21からなる光学要素15との高低差h−hiについて、上記(1)式を満足し、平面視における光学シート20の面積に占める光学突部14の面積比As/Sは4%以上45%以下である。
Here, as a first aspect of the tip portion including the apex R0 of each
Further, the other end R2 of the curved side surfaces 21aa and 21ab is positioned in the vicinity of the apex R0 that does not reach the apex R0 of the
However, if the radius of curvature R of the convex curved surface at the tip is too large, the brightness is lowered. Therefore, the radius R is preferably R ≦ P0 / 5 when the pitch of the
Also in this embodiment, the height difference h−hi between the
本実施形態による光学シート20を含むディスプレイ装置1は上述した構成を備えているから、光源5から液晶パネル3側に出射する光は光拡散板7を透過して十分な光散乱性能を発揮でき、拡散した均一な光として出射して光学シート20の入射面に入射する。
光学シート20では、出射面側に光学要素15として複数の複合プリズムレンズ21と光学突部14とが略直交する方向に配列されていて、各複合プリズムレンズ21の湾曲側面21aa、21abが(3)式を満足する非球面形状の凸曲面を形成しているから、複合プリズムレンズ21毎に四面の湾曲側面21aa、21abで屈折して集光させられるため、液晶パネル3に向かう集光効果が大きく、サイドローブの発生を抑制できる。
また、複合プリズムレンズ21の半径Rを有する凸曲面形状の頂部R0を含む各先端部を通過する光は、輝度低下を抑制できる範囲で屈折して視野範囲が広げられる。
また、シリンドリカルレンズを構成する光学突部14も集光して液晶パネル3に向けて出射する。
そのため、液晶パネル3で集光させられた光は軸上輝度が高く輝度分布の曲線のピーク幅も適度に広げられてサイドローブを抑制できる。
Since the display device 1 including the
In the
Further, light passing through each tip including the apex R0 having the convex curved surface having the radius R of the
In addition, the
Therefore, the light condensed by the
上述のように、本実施形態による光学シート20によれば、第一実施形態による光学シート12と同様な作用効果を奏する上に、各複合プリズムレンズ21の非球面形状をなす湾曲側面21aa、21abが外側に膨らむ形状とされたことで視野範囲を拡大できると共に集光特性を高めて高輝度でサイドローブのない滑らかな輝度分布特性を発揮できる。
As described above, according to the
次に本発明の第三実施形態による光学シート25について図7により説明する。
図7に示す光学シート25において、基部13の片面に略シリンドリカルレンズからなる光学突部14が例えば中央に配設され、その両側に光学要素15として略三角形柱状のプリズムレンズ26が光学突部14と平行に配列されている。複数のプリズムレンズ26の基部13からの高さhiは適宜相違していてもよく同一でもよいが、光学突部14とプリズムレンズ26との高低差(h−hi)は上記(1)式を満足する。同様に光学シート25と光学突部14の総面積との面積比As/Sも4%〜45%の範囲に設定されている。
Next, an
In the
図8は第四実施形態による光学シート28を示すものであり、基部13の片面に略シリンドリカルレンズからなる光学突部14が例えば中央に配設され、その両側に光学要素15として上述した第二実施形態に示す複合プリズムレンズ21が光学突部14と平行に配列されている。複数の複合プリズムレンズ21の基部13からの高さhiは適宜相違していても同一でもよいが、光学突部14と複合プリズムレンズ26との高低差(h−hi)は上記(1)式を満足する。同様に光学シート28と光学突部14の総面積との面積比(As/S)も4%〜45%の範囲に設定されている。
FIG. 8 shows an
光学シートの基部13に設ける光学突部14はシリンドリカルレンズ形状であることが好ましいが、互いに分散して配設されたドット状(山形状)等でもよい。
図9は実施形態による光学シートの変形例を示すものであり、本変形例による光学シート30では光学突部14と光学要素15は柱状に代えてドット状に形成されている。しかも、光学突部14は基部13の四隅に配設され、その内側に光学要素15が配列されている。この場合でも、光学突部14と光学要素15との高低差(h−hi)は上記(1)式を満足する。同様に光学シート30と光学突部14の総面積との面積比(As/S)も4%〜45%の範囲に設定されている。
なお、光学突部14は例えば山形に形成され、光学要素15は四角錐形状に形成されているが、その形状は適宜もドット状のものを採用できる。この場合でも、光学要素15は先端が角部を有するように形成して集光効果を高めて輝度を向上させることが好ましい。また、図9において、基部13上の光学突部14及び光学要素15の間には間隙が残るが、集光性や拡散性を上げるためにこれら間隙はできるだけ少なくするものとし、設けないことがより好ましい。
The
FIG. 9 shows a modification of the optical sheet according to the embodiment. In the
The
上述したように、光学突部14と光学要素15がいずれもシリンドリカル形状及び/または三角形柱状等である場合、光学突部14と光学要素15は共に平行に配列して構成しても良いし、或いは直交させるなど、交差して配列して構成してもよい。また、シリンドリカル形状の光学突部14は互いに交差して配列されていても良く、その場合、交差部の間に光学要素15が配列されていてもよい。
なお、上述の各実施形態では光学要素15の保護用の光学突部14はシリンドリカル形状に形成したが、略三角形柱状等プリズム形状であってもよく、この場合には尖鋭な頂部の摩耗を抑制するために頂部をR状に面取りしてもよいし、平面状に面取りして形成してもよい。
また、光学要素15を傷から保護する光学突部14は変形例で示すようにドット状であるよりシリンドリカルレンズ形状であることが好ましい。光学突部14と光学要素15とは一方をドット状に形成し、他方をシリンドリカル形状に形成してもよい。
いずれの場合も上記(1)式と面積比As/Sの範囲を満足すればよい。
また、各光学シート12,20,25、28、30において、光学突部14と光学要素15の相互間のピッチは特に制限はないが、10μmから300μmの範囲内であれば液晶パネル3とのモアレが解消できるため好適である。
As described above, when both the
In each of the above-described embodiments, the
In addition, the
In either case, it is only necessary to satisfy the above formula (1) and the range of the area ratio As / S.
Moreover, in each
次に、第二の実施形態によるディスプレイ装置について図10により説明するが、上述した第一実施形態によるディスプレイ装置1と同一または同様な部分、部材等については同一の符号を用いて説明を省略する。図10に示すディスプレイ装置33は、第一実施形態によるディスプレイ装置1において、本実施形態における光学シート12(或いは光学シート20,25、28)の前後面側に別の光学シート34,35が配設されている。これら別の光学シート34,35は集光用または拡散用部材であり、例えば光源側のものは当業界でよく知られた拡散シートやプリズムシートなどを適宜使用するものとする。
Next, the display device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 10, but the same or similar parts, members, and the like as those of the display device 1 according to the first embodiment described above will be described using the same reference numerals. . The
別の光学シート34,35は適宜の集光用光学シートを採用でき、例えば光学要素保護用の光学突部14を設けない略三角形柱状のプリズムレンズまたは略半楕円状のシリンドリカルレンズを同一方向に複数列配列されてなるレンチキュラーレンズシートで構成されていてもよい。
しかも、別の光学シート34,35は光学シート12を挟んで柱状のレンズが互いに直交する方向となるように互いに直交する向きに配設されている。
As the other
In addition, the other
本第二実施形態によるディスプレイ装置33は上述の構成を備えており、次に上述ディスプレイ装置33の作用を説明する。
図10において、光源4からの光Kは、拡散板7に入射して拡散光として出射される。その後、拡散板7の出射面から光学シート34に入射し、集光させられて光学シート12に入射する。光学シート12では、光学要素15を透過する光は集光させられ、光学突部14を透過する光は輸送時等に傷のついた部分では一部の透過光が散乱光となるが、他の光はシリンドリカルレンズの特性に沿って集光して出射する。
そして、光シート12を透過した集光光は、別の光学シート35を通過して最終的にその出射面からLaとして出射される。光Laは液晶パネル3の偏光板9に挟まれた液晶素子10に到達し、ここを透過した光は外部へ拡散光となって出射し、観察者に視認される。なお、光学シート12と拡散板7の間には別の光学シート34のみではなく適宜他の光学シートを配設してもよいし、第一実施形態に示すように削除しても良い。
The
In FIG. 10, the light K from the light source 4 enters the
Then, the condensed light transmitted through the
以下、実施例を説明する。
(比較例1〜5と実施例1〜11による光学シートの製造方法)
金型ロールAにより、第二実施形態に示す柱状の複合プリズムレンズ21のみを複数配列して製造した光学シートを比較例1とする。比較例1による光学シート及びその金型ロールAは、複合プリズムレンズ21のピッチPを66μm、プリズムレンズ21aのシフト量△を18μm、プリズムレンズ21aのピッチP0を48μm、基部からの高さ(以下、単に高さという)27.5μmとしたシリンドリカル光学形状が配列して形成されている。
金型ロールBにより、複合プリズムレンズ21(光学要素15)の間にシリンドリカルレンズからなる光学突部14を配列して製造した第四実施形態による光学シート28を実施例1とした(図8参照)。実施例1による光学シート28及びその金型ロールBは、上述した金型ロールAの複合プリズムレンズ21(高さ27.5μm、ピッチP66μm)のピッチ19本毎にレンズピッチ132μm、高さ47.6μmの半楕円形状のシリンドリカルレンズを光学突部14として1本配列して形成されている。
金型ロールCにより、複合プリズムレンズ21(光学要素15)に直交して半楕円状のシリンドリカルレンズをなす光学突部14を配設して製造した第二実施形態による光学シート20を実施例2とする。実施例2による光学シート20及び金型ロールCは、金型ロールAの複合プリズムレンズ21(高さ27.5μm、ピッチP66μm)に直交してレンズ幅132μm、高さ47.6μmの半楕円形状のシリンドリカルレンズ(光学突部14)をピッチ1320μmで配列して形成されている。
Examples will be described below.
(Manufacturing method of optical sheet according to Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 11)
An optical sheet manufactured by arranging a plurality of columnar
The
Example 2 shows an
これらの各金型ロールA,B,Cを押出し機に近接して第1金型ロールとしてそれぞれ配置した。熱可塑性ポリカーボネート樹脂シートを溶融し、押出し機によって成型し、当該熱可塑性ポリカーボネート樹脂シートが冷却されて硬化する前に上記第1金型ロールによってそれぞれ成形して、レンチキュラーレンズを有する押出シートをそれぞれ得た。各光学シートの厚みは320μmとした。
熱可塑性ポリカーボネートは帝人化成(株)のM1201ZとML1103を適宜配合して使用し、拡散性を有する押出シートとした。厚み320μmにおけるHz(ヘイズ)を15%に調整した。
すべての押出シートは中心から730mm×310mmの真四角のシートに切り取り、3種類の光学シートを得た。金型ロールAから得た光学シートは(比較例1)、金型ロールBから得た光学シート28は(実施例1)、金型ロールCから得た光学シート20は(実施例2)とした。
These mold rolls A, B, and C were respectively arranged as first mold rolls in the vicinity of the extruder. The thermoplastic polycarbonate resin sheet is melted, molded by an extruder, and molded by the first mold roll before the thermoplastic polycarbonate resin sheet is cooled and cured to obtain an extruded sheet having a lenticular lens, respectively. It was. The thickness of each optical sheet was 320 μm.
As the thermoplastic polycarbonate, M1201Z and ML1103 from Teijin Chemicals Ltd. were appropriately blended and used to obtain an extruded sheet having diffusibility. The Hz (haze) at a thickness of 320 μm was adjusted to 15%.
All the extruded sheets were cut into a square sheet of 730 mm × 310 mm from the center to obtain three types of optical sheets. The optical sheet obtained from the mold roll A (Comparative Example 1), the
また、頂角90°の三角形柱状のプリズムレンズ(光学要素15)がピッチ55.0μm、高さ27.5μmで配列された金型ロールDを用意した。金型ロールDのプリズムレンズ200本の間隔当たりにレンズピッチ132μm、高さ47.6μmの半楕円形状のシリンドリカルレンズ(光学突部14)を1、4、20、32、45、60本それぞれ間隔を開けて配列した各金型ロールE〜Jを用意した。また、金型ロールDのプリズムレンズ200本の間隔当たりにレンズピッチ132μm、高さ37.6μm、47.6μm、57.6μm、67.6μm、77.6μm、127.6μmの半楕円形状のシリンドリカルレンズ(光学突部14)を所定間隔でそれぞれ5本配列した各金型ロールK〜Pを用意した。
そして、PETシート上にUV硬化性樹脂を塗布し、その上に上記各金型ロールD〜Pをそれぞれ押し当てながら、PET側からUV(紫外線)を照射し硬化させ、UV硬化シートを順次得た。
すべてのUV硬化シートをそれぞれ中心から730mm×310mmの真四角に切り取り、11種類の光学シートを得た。これら光学シートについて、金型ロールDから得た光学シートは比較例2とし、金型ロールE〜Jから得た光学シートは順に比較例3、実施例3〜6、比較例4とし、金型ロールK〜Pから得た光学シートは順に比較例5、実施例7〜11とした。
In addition, a mold roll D was prepared in which triangular prism prism lenses (optical elements 15) with an apex angle of 90 ° were arranged at a pitch of 55.0 μm and a height of 27.5 μm. For every 200 prism lenses of the mold roll D, 1, 4, 20, 32, 45, and 60 semi-elliptical cylindrical lenses (optical projections 14) having a lens pitch of 132 μm and a height of 47.6 μm are respectively spaced. The mold rolls E to J that were opened and arranged were prepared. Further, a semi-elliptical cylindrical shape having a lens pitch of 132 μm, a height of 37.6 μm, 47.6 μm, 57.6 μm, 67.6 μm, 77.6 μm, and 127.6 μm per 200 prism lenses of the mold roll D. Mold rolls K to P each having five lenses (optical protrusions 14) arranged at predetermined intervals were prepared.
Then, a UV curable resin is applied on the PET sheet, and the mold rolls D to P are pressed onto the PET sheet, and then UV (ultraviolet rays) is irradiated and cured from the PET side, thereby sequentially obtaining UV cured sheets. It was.
All UV-cured sheets were cut out from the center into 730 mm × 310 mm squares to obtain 11 types of optical sheets. About these optical sheets, the optical sheet obtained from the mold roll D is set as Comparative Example 2, the optical sheets obtained from the mold rolls E to J are set as Comparative Example 3, Examples 3 to 6, and Comparative Example 4 in this order. The optical sheets obtained from the rolls K to P were set as Comparative Example 5 and Examples 7 to 11, respectively.
(各光学シート素材の鉛筆硬度の測定)
比較例1、実施例1、2に使用した材料で、光学形状を賦形しない樹脂シートを押出し、JIS K5600−5−4に従って硬度試験を実施した。同様に、比較例2〜5、実施例3〜11に使用した材料で光学形状を賦形しない樹脂シートを作成し、同様に硬度試験を実施した。その結果、比較例1および実施例1〜2に使用した素材の鉛筆硬度は6B、これ以外の光学シートに使用した素材の鉛筆硬度は4Hであった。
(Measurement of pencil hardness of each optical sheet material)
The resin sheet which does not shape an optical shape with the material used for Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 was extruded, and a hardness test was performed according to JIS K5600-5-4. Similarly, the resin sheet which does not shape an optical shape with the material used for Comparative Examples 2-5 and Examples 3-11 was created, and the hardness test was similarly implemented. As a result, the pencil hardness of the material used in Comparative Example 1 and Examples 1-2 was 6B, and the pencil hardness of the material used for the other optical sheets was 4H.
(各光学シートの輝度測定)
得られた各光学シートを第一実施形態によるディスプレイ装置1に組み込み、液晶パネル3に白画面を表示し、トプコン製SR-3Aで液晶パネル3の画面に対してその法線方向に50cm離れた距離から中心の輝度を測定した。バックライト・ユニット2の構成は、光源4及び反射板5の他に、光拡散板7として帝人化成製拡散板65HLWを用い、その上方に比較例1〜5と実施例1〜11の光学シートを設置して測定した。バックライト・ユニット2において光源4及び反射板5に光拡散板7のみを設けた場合の輝度を1とし、これを基準として、光拡散板7の上方に比較例1〜5と実施例1〜11の光学シートを設置した場合の輝度をそれぞれ測定して、輝度比を算出した。その結果を下記の表1に示す。
(Brightness measurement of each optical sheet)
Each obtained optical sheet is incorporated in the display device 1 according to the first embodiment, a white screen is displayed on the
表1において、比較例1と2はいずれもプリズムレンズの高さを27.5μmとしており、光学突部14の面積率は0である。比較例3〜5と実施例1〜11における光学要素15の最大高さhiを27.5μmとし、光学突部14の高さをそれぞれ表示している。比較例3〜5と実施例1〜11における各面積率は各光学シートの面積Sに対する光学突部14の総面積Asの比(As/S)である。
In Table 1, in both Comparative Examples 1 and 2, the height of the prism lens is 27.5 μm, and the area ratio of the
(光学シートの傷つき評価)
得られた比較例1〜5と実施例1〜11における各光学シートを20枚重ね(図4参照)、ビニールシートで包み、このビニールシート3包を段ボール箱内に重ねて収納し、段ボール箱との隙間に発泡スチロール製の緩衝材を充填した。この段ボール箱を振動試験に供して、各光学シートの光学突部14及び光学要素15への傷つきの有無を評価した。初期には傷のない光学シートを梱包し、振動試験後に開梱して、傷がついた光学シートの枚数を数えた。
振動試験はJIS Z 0232の付属書A表1に規定したランダム振動を適用した。振動は光学シートのレンズ部を有する面の法線方向(z方向)のみ、30分間振動させた。傷の有無の評価判断は、振動試験後の光学シートをディスプレイ装置1に組み込み、白画面を表示して、光学シート中心の法線に対して上下左右方向に±80°の角度の範囲のいずれかから視認されれば傷有りとした。結果を表1に示す。欠陥が全く視認しなかったものを合格とした。
(Evaluation of damaged optical sheet)
The obtained optical sheets in Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 11 are stacked 20 (see FIG. 4), wrapped with a vinyl sheet, and the three vinyl sheets are stacked and stored in a cardboard box. And a gap between them was filled with a cushioning material made of styrene foam. The cardboard box was subjected to a vibration test to evaluate whether or not the
In the vibration test, the random vibration specified in Appendix A Table 1 of JIS Z 0232 was applied. The vibration was performed for 30 minutes only in the normal direction (z direction) of the surface having the lens portion of the optical sheet. The evaluation of the presence / absence of scratches can be made by incorporating the optical sheet after the vibration test into the display device 1, displaying a white screen, and in any of ± 80 ° up / down / left / right directions with respect to the normal of the optical sheet center. If it was visually recognized from the above, there was a scratch. The results are shown in Table 1. Those in which no defects were visually recognized were regarded as acceptable.
表1から、光学シート素材の鉛筆硬度によらず、頂部が角である光学形状は傷つきやすいことが分かった。また、本発明の実施形態による光学シートを採用すれば傷つきが改善することが分かった。 From Table 1, it was found that the optical shape having a corner at the top is easily damaged regardless of the pencil hardness of the optical sheet material. In addition, it was found that the use of the optical sheet according to the embodiment of the present invention improves the scratching.
1、33 ディスプレイ装置
2 バックライト・ユニット
3 液晶パネル
4 光源
7 光拡散板
10 液晶素子
12、20、25,28 光学シート
13 基部
14 光学突部
15 光学要素
21 複合プリズムレンズ(光学要素)
21a プリズムレンズ
21aa、21ab 湾曲側面
26 プリズムレンズ(光学要素)
DESCRIPTION OF
21a Prism lens 21aa, 21ab
Claims (9)
前記光学形状は、最も高さの高い光学突部と該光学突部より高さの低い複数の光学要素とを有しており、
平面視における前記光学シートの面積に対する前記光学突部の総面積の割合が4%以上45%以下であると共に、
前記光学突部の基材からの高さをhとし、該光学突部を除く前記光学要素のうち基材から最も高さの高いものをhiとして次式(1)を満たすようにしてなり、
20μm<h−hi≦100μm ……(1)
前記光学突部はシリンドリカルレンズであり、前記光学要素は複数の複合プリズムレンズが配列されてなるレンチキュラーレンズ群を有しており、
前記複合プリズムレンズは、両側に湾曲側面を有する複数のプリズムレンズを前記複合プリズムレンズの配列方向に一部重ねて一体化した形状であるとともに、
単一の前記プリズムレンズにおける前記複合プリズムレンズの配列方向の幅をピッチP0とし、前記複合プリズムレンズにおける一の前記プリズムレンズと隣接する他の前記プリズムレンズとの前記複合プリズムレンズの配列方向にずれた重ならない距離をシフト量△とした時、
(1/5)P0≦△≦(2/3)P0 ……(2)
上記(2)式の関係にあり、前記プリズムレンズの湾曲側面はそのレンズ形状が次式(3)式によって規定されており、前記プリズムレンズの一端部から延びる前記湾曲側面の他端部における接線の光学シートの面に対する傾斜角度θが25°以上50°以下とされていることを特徴とする光学シート。
The optical shape has an optical protrusion having the highest height and a plurality of optical elements having a height lower than the optical protrusion,
The ratio of the total area of the optical protrusions to the area of the optical sheet in plan view is 4% or more and 45% or less,
The height of the optical protrusion from the base material is h, and the highest optical element from the base material among the optical elements excluding the optical protrusion is hi and the following equation (1) is satisfied :
20 μm <h-hi ≦ 100 μm (1)
The optical protrusion is a cylindrical lens, and the optical element has a lenticular lens group in which a plurality of compound prism lenses are arranged,
The composite prism lens has a shape in which a plurality of prism lenses having curved side surfaces on both sides are partially overlapped and integrated in the arrangement direction of the composite prism lens,
The width in the arrangement direction of the compound prism lenses in the single prism lens is set as a pitch P0, and the deviation in the arrangement direction of the compound prism lens from one prism lens in the compound prism lens and the other prism lens adjacent to the one prism lens is performed. When the distance that does not overlap is the shift amount △,
(1/5) P0 ≦ △ ≦ (2/3) P0 (2)
The curved side surface of the prism lens has the relationship of the above formula (2), and the lens shape thereof is defined by the following formula (3), and the tangent at the other end portion of the curved side surface extending from one end portion of the prism lens. An optical sheet, wherein an inclination angle θ with respect to the surface of the optical sheet is 25 ° or more and 50 ° or less .
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