JP5315963B2 - 光拡散デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
画像表示素子と光源との間に光散乱性の強い拡散板が用いられて、光源としての冷陰極管やLEDなどが視認されないようにされている。
拡散板は、光拡散効果により光を全方位に拡散するため、液晶表示装置を暗くする。また、拡散板の板厚は、光散乱性を高めるために、また拡散板の上に構成される光学フィルムの支持をするために、通常1〜5mm程度の厚さを必要とするので、拡散板で少なからず光吸収され、液晶画面表示が暗くなる。
また、全光線透過率を下げないよう拡散板の拡散粒子を減らすと、拡散効果も下がってしまう。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、賦形性を向上させ、そのレンズ性能を十分に発揮させることが可能であり、且つ、拡散粒子による拡散性能が最も発揮される層構成を選択した光拡散デバイス、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。
すなわち、請求項1の発明は、入射光を拡散して射出する光拡散層と、前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素と、を有する光拡散デバイスであって、前記光偏向要素が少なくとも1種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が60%〜90%、ヘイズ値が50%〜95%であり、前記光伝搬層は、全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が0〜50%であり、前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、50%〜98%であり、前記光偏向要素は、一次元に配列された第1のレンズアレイと一次元に配列された第2のレンズアレイとからなり、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、前記光偏向要素の第1レンズアレイが三角形状のプリズムであり、該プリズムが間隔をあけて配列されており、前記第2レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第1レンズアレイのプリズムの間隔に配列されていることを特徴とする光拡散デバイスである。
請求項2の発明は、入射光を拡散して射出する光拡散層と、前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素と、を有する光拡散デバイスであって、前記光偏向要素が少なくとも1種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が60%〜90%、ヘイズ値が50%〜95%であり、前記光伝搬層は、全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が0〜50%であり、前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、50%〜98%であり、前記光偏向要素は、一次元に配列された第1のレンズアレイと一次元に配列された第2のレンズアレイとからなり、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、前記光偏向要素の第1レンズアレイが台形形状のプリズムであり、前記第2レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第1レンズアレイの台形形状の頂部上に配列されていることを特徴とする光拡散デバイスである。
請求項3の発明は、前記光拡散層の入射面が凹凸形状を有しており、
その表面粗さRaが5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光拡散デバイスである。
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光拡散デバイスと、少なくとも1種以上の光学部材と、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニットである。
請求項5の発明は、前記光源点光源であり、反射性を有する平面状にマトリクス状に配置されてなることを特徴とする請求項4に記載のバックライトユニットである。
請求項6の発明は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項4または請求項5に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置である。
図1は本発明の光拡散デバイス、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態であるディスプレイ装置70は、画像表示素子35とバックライトユニット55とから構成されている。また、本発明の実施形態であるバックライトユニット55は、ランプハウス(反射板)43内に複数の光源41が配置され、その上(観察者側方向F)に本発明の実施形態である光拡散デバイス25、光学フィルム5が単一、又は複数配置されて構成されている。
光源41から射出された光Hは、光拡散デバイス25で拡散され、その上に配置された単一、又は複数の光学フィルムで拡散・反射・集光・カラーシフトされ、バックライトユニット55から射出される光Kが、画像表示素子35に入射し、観察者側Fへと射出される。
反射板43は、複数の光源41の観察者側Fと反対側に配置され、光源41から射出された光のうち、観察者側Fと反対側の方向に出射された光と、複数の光源41の観察者側Fに配置された複数の光学部材により反射された光を反射させて観察者側Fに射出させることができる。このように反射板43を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板43としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
上述のような光拡散デバイス25は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機EL、照明装置など、光路制御を行うものであれば、いずれのものにも使用することができる。
光源41は反射板43上に一定のピッチで配列されている。光源41から射出した光Hは、光拡散デバイス25の観察者側Fと反対側の面、すなわち光拡散層26より入射し、光拡散デバイス25の観察者側Fの面、すなわち光偏向要素28より観察者側Fへ射出する。
本発明の光拡散デバイス25は、光拡散層26の射出面側に、全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が0〜50%の光伝搬層23が配置されているため、光拡散層26で拡散した光を効果的に伝搬して拡げることが可能なため、拡散効果の高い光拡散デバイス25が得られる。
本発明の光拡散デバイス25は、光伝搬層23の射出面側に、二次元的に光を偏向して射出する光偏向要素28が配置されているため、光源41から入射した光を効果的に二次元方向に拡散するため、拡散効果の高い光拡散デバイス25が得られる。
また、マイクロレンズの直径とマイクロレンズの高さの比、すなわちアスペクト比が0.4以上であることが望ましい。アスペクト比が0.4を下回ると、マイクロレンズによる拡散効果が弱くなり、光源イメージを消すことは難しいためである。
また、一般的に大型の液晶テレビの画面サイズは16:9の比率となっている。従って、光源41をマトリクス状に配列する際、完全な正方配列ではなく、画面の縦方向と横方向とで配列のピッチが異なることがあり得る。図4(a)及び(b)で示されるような光偏向要素28は、第1のレンズアレイ281の偏向効果と第2のレンズアレイ282の偏向効果とを適宜バランスを取ることが可能なため、光源41が縦方向と横方向とで配列のピッチが異なった場合においても、本発明の光拡散デバイス25の拡散効果を容易に調整することが出来る。
一方、図3(a)及び(b)で示されるような単位レンズにおいても、例えばピラミッド形状の角度を縦方向と横方向とで変更したり、例えばマイクロレンズ形状においては、真円形状ではなく楕円形状とすることで、光源41の配列ピッチに対応することが可能である。
たとえば、光拡散層26と光伝搬層23とを押出法や射出成形法等により一体で板状部材として成形して、光伝搬層23の射出面に光偏向要素28をUV成形することができる。さらにまた、光伝搬層23を押出法や射出成形法等により板状部材として成形して、これを光拡散層26と一体化する前/後に、光伝搬層23の射出面に光偏向要素28をUV成形することができる。
また、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向要素28をシート状に形成することもできる。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向要素28を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。
このようにシート状に成形した光偏向要素28を光伝搬層23の射出面側に一体貼合することも出来る。
従って本発明の光拡散デバイス25を構成する光偏向要素28は、非常に賦形性良く成形することが可能となる。
透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いることができる。
光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。また、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)等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、上述した透明粒子から2種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。
熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、光拡散層26の膜厚をより薄くすることが可能となる。
このような光拡散層26として、白色PETや白色PPなどを挙げることができる。白色PETは、PETと相溶性のない樹脂や酸化チタン(TiO2)、硫酸化バリウム(BaSO4)、炭酸カルシウムのようなフィラーをPETに分散させた後、該PETを2軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。
こうすることで、光伝搬層23内で効果的に光を拡げることができるためである。
多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。
また本発明の光拡散デバイス25を構成する光偏向要素28は、光拡散粒子がほとんど存在しない光伝搬層23の面上に形成されるため、賦形性の良い光偏向要素28を得ることが出来る。
接着材、粘着材としては、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、1液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、2液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。
さらに、接着材、粘着材内にフィラーを分散してもよい。内部にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。
画像表示素子35は、2枚の偏光板(偏光フィルム)31、33と、その間に狭持された液晶パネル32とからなる。液晶パネル32は、たとえば、2枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。
バックライトユニット55から出射された光Kは、偏光フィルター33を介して液晶部32に入射され、偏光フィルター31を介して観察者側Fに出射される。
画像表示素子35は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
一方、光偏向要素28として、図3(b)に示されるような、頂角が90度、単位レンズピッチが80μmのピラミッド形状の光偏向要素28を、ポリカーボネート樹脂を用いて押出成形法にて、300μmの厚みのフィルム状に成形した。
(実施例1)
多層押出成形法にて成形した光拡散層26及び光伝搬層23の一体成形品の光伝搬層23側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを粘着材を用いて、一体貼合することで光拡散デバイス25が得られた。
(比較例1)
多層押出成形法にて成形した光拡散層26及び光伝搬層23の一体成形品の光拡散層26側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを粘着材を用いて、一体貼合することで光拡散デバイス25が得られた。
(比較例2)
多層押出成形法にて成形した光拡散層26及び光伝搬層23の一体成形品の光伝搬層23側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを重ねて配置することで、光拡散デバイス25が得られた。
(比較例3)
多層押出成形法にて成形した光拡散層26及び光伝搬層23の一体成形品の光拡散層26側に、押出成形法にて作製したピラミッドフィルムを重ねて配置することで、光拡散デバイス25が得られた。
(実施例2)
光拡散層26として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層26と、光伝搬層23として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層26の厚みを100μm、全光線透過率を75%、ヘイズ値を90%とし、光伝搬層23の厚みを1900μm、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光伝搬層23側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図4(a)に示されるような、頂角90度の第1のレンズアレイ281と、頂角90度の第2のレンズアレイ282とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素28が成形された光拡散デバイス25が得られた。
(比較例4)
光拡散層26として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層26と、光伝搬層23として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層26の厚みを100μm、全光線透過率を75%、ヘイズ値を90%とし、光伝搬層23の厚みを1900μm、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光拡散層26側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図4(a)に示されるような、頂角90度の第1のレンズアレイ281と、頂角90度の第2のレンズアレイ282とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素28が成形された光拡散デバイス25が得られた。
(比較例5)
光拡散層26として、ポリスチレン樹脂内にシリコーン樹脂フィラーを分散させた光拡散層26と、光伝搬層23として、ポリスチレン樹脂とを多層押出成形法にて作製した。このとき、光拡散層26の厚みを1900μm、全光線透過率を55%、ヘイズ値を99%とし、光伝搬層23の厚みを100μm、拡散粒子は入れず、透明樹脂とした。
多層押出成形をする際、光伝搬層23側のロール金型の表面に凹凸形状を切削したロール金型を用いて、図4(a)に示されるような、頂角90度の第1のレンズアレイ281と、頂角90度の第2のレンズアレイ282とが、交差されるように配置された二次元光偏向要素28が成形された光拡散デバイス25が得られた。
この光源ユニットに上記実施例1〜2、及び比較例1〜5で得られた光拡散デバイス25を、白色拡散反射シートから15mmの距離で配置した。
光拡散デバイス25の上には、拡散シートを1枚、90度プリズムシート(BEFIII:3M社製)を縦方向と横方向クロスになるよう2枚配置し、更に偏向分離反射シート(DBEF−D:3M社製)を配置して、バックライトユニット55が得られた。
Claims (6)
- 入射光を拡散して射出する光拡散層と、
前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、
前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素と、を有する光拡散デバイスであって、
前記光偏向要素が少なくとも1種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、
前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、
前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が60%〜90%、ヘイズ値が50%〜95%であり、
前記光伝搬層は、全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が0〜50%であり、
前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、50%〜98%であり、
前記光偏向要素は、一次元に配列された第1のレンズアレイと一次元に配列された第2のレンズアレイとからなり、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、
前記光偏向要素の第1レンズアレイが三角形状のプリズムであり、該プリズムが間隔をあけて配列されており、
前記第2レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第1レンズアレイのプリズムの間隔に配列されていること
を特徴とする光拡散デバイス。 - 入射光を拡散して射出する光拡散層と、
前記光拡散層の光射出面側に配置されてなる光伝搬層と、
前記光伝搬層の光射出面側に配置されてなる光偏向要素と、を有する光拡散デバイスであって、
前記光偏向要素が少なくとも1種以上の凹凸形状を有する光偏向要素であって、
前記光偏向要素が二次元に偏向面を有し、
前記光拡散層は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が60%〜90%、ヘイズ値が50%〜95%であり、
前記光伝搬層は、全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が0〜50%であり、
前記光伝搬層の厚みが、前記光拡散デバイスの厚みに対して、50%〜98%であり、
前記光偏向要素は、一次元に配列された第1のレンズアレイと一次元に配列された第2のレンズアレイとからなり、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイとが、略直交して配置されてなり、
前記光偏向要素の第1レンズアレイが台形形状のプリズムであり、
前記第2レンズアレイが三角形状のプリズムであり、前記第1レンズアレイの台形形状の頂部上に配列されていること
を特徴とする光拡散デバイス。 - 前記光拡散層の入射面が凹凸形状を有しており、
その表面粗さRaが5μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光拡散デバイス。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光拡散デバイスと、少なくとも1種以上の光学部材と、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
- 前記光源点光源であり、反射性を有する平面状にマトリクス状に配置されてなることを特徴とする請求項4に記載のバックライトユニット。
- 画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項4または請求項5に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
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