JPWO2008056648A1 - Optical sheet for display device and design method thereof - Google Patents
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Abstract
表示の乱れ、映像のぼけ、ピン歪み等の発生を防止する。本発明の表示装置用光学シートは、ELを前面シートのヤング率、tLを前面シートの板厚(mm)、δLを前面シートの初期反り量(mm)、EFをレンズシートのヤング率(kgf/mm2)、tFをレンズシートの板厚(mm)、δFをレンズシートの初期反り量(mm)、Sを前面シートの面積(mm2)、EFFをレンズの材料の−10℃におけるヤング率(kgf/mm2)、反り量につき観察側に凹を正としたとき、次の式を充足し、光学シートの撓みを8mm以下とする。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0 δL−δF>0
384ELtL 3(δLF−δF)/(60b4EFF)<2×10−9
δLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)Prevents display distortion, blurring of images, pin distortion, etc. An optical sheet for a display device the present invention, the Young's modulus of the front sheet E L, the thickness of the front sheet a t L (mm), the initial warping amount of the [delta] L front sheet (mm), the lens sheet E F Young's modulus (kgf / mm 2 ), t F is the thickness of the lens sheet (mm), δ F is the initial warpage of the lens sheet (mm), S is the area of the front sheet (mm 2 ), and E FF is the lens When the concave on the observation side is positive for the Young's modulus (kgf / mm 2 ) and warpage amount of the material, the following formula is satisfied, and the deflection of the optical sheet is 8 mm or less.
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0 δ L -δ F > 0
384E L t L 3 (δ LF −δ F ) / (60b 4 E FF ) <2 × 10 −9
δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
Description
表示装置用の光学シート、例えば背面投写型表示装置に用いられる透過型スクリーンや液晶表示装置のバックライトに用いられる拡散シートなどの光学シート及びその設計方法に関する。 The present invention relates to an optical sheet for a display device, for example, an optical sheet such as a transmissive screen used in a rear projection display device or a diffusion sheet used in a backlight of a liquid crystal display device, and a design method thereof.
表示装置用の光学シートの例として、従来より、背面投写型表示装置に用いられている透過型スクリーンの断面の概略構成図を図1に示す。図1に示されるように、通常、レンチキュラーレンズシート1と、フレネルレンズシート2が密着されて透過型スクリーンが構成されている。さらに、観察側に前面板を設ける場合もある。フレネルレンズシート2は等間隔で同心円状の微細ピッチのレンズからなるフレネルレンズが光出射面に設けられたシートで構成されている。
As an example of an optical sheet for a display device, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a cross section of a transmission screen conventionally used in a rear projection display device. As shown in FIG. 1, normally, a
レンチキュラーレンズシート1は、図1に示されるように、光入射面側に等間隔になるようにレンズ11が配置され、光出射面側にレンズ12がそれぞれ配置されている。フレネルレンズシート2から出射された平行光または収束光は、レンチキュラーレンズシート1により水平方向に大きく拡散され、これによって水平方向の広い視野範囲で映像を観察することが可能となる。レンチキュラーレンズシート1においては、図1に示されるように、光入射面側に設けられた各々のレンズによる集光部以外の凸部13に、黒インクなどの光吸収材よりなる光吸収層14を設けることで明室でのコントラスト向上が図られている。
As shown in FIG. 1, the
これらの光学シートは、映像がぼけないようにするために、シート同士を隙間なく密着させる必要がある。とはいえ、密着のために向かい合うシートを過度に強い力で抑えると、静的にはフレネルレンズの刃の先端が変形するなどの現象(以下刃つぶれ現象ということがある)が生じ、また動的には輸送時の振動によりシート同士がぶつかり、フレネルレンズあるいはレンチキュラーレンズが破損するという現象(以下、振動白粉、白粉ということがある)の発生により、レンズの変形や破損という問題がある。刃つぶれ現象、振動白粉が生じると、映像投射時に明暗のムラとなって観察される。 These optical sheets need to be in close contact with each other without gaps so as not to blur the image. Nonetheless, if the sheets facing each other are held together with an excessively strong force, there will be a phenomenon that the tip of the blade of the Fresnel lens will be statically deformed (hereinafter referred to as the “blade crushing phenomenon”). Specifically, there is a problem of deformation or breakage of the lens due to the phenomenon that the sheets collide with each other due to vibration during transportation and the Fresnel lens or lenticular lens is broken (hereinafter sometimes referred to as vibrating white powder or white powder). When the blade crushing phenomenon or the vibrating white powder occurs, it is observed as light and dark unevenness during image projection.
また、これらの光学シートは、全体として平面に保つ必要がある。平面でないと映像が歪むなどの問題が生じる場合があるからである。なお、透過型スクリーン用シートの場合は、厳密に平面でなくても、光源側に凸形状に反ることは一定範囲内で許容される。しかし逆に観察側に凸形状に反ることは許容されない。観察側に凸形状に反った場合は画面を指で押したときに凹んでしまい、表示が乱れるからである。他方で、観察側に凹形状に反った場合は、指で押しても凹のまま変化せず、表示は乱れない。 Also, these optical sheets need to be kept flat as a whole. This is because problems such as distortion of the image may occur if the surface is not flat. In the case of a transmissive screen sheet, even if it is not strictly a flat surface, it is allowed within a certain range to warp a convex shape toward the light source. On the other hand, it is not allowed to warp in a convex shape on the observation side. This is because when the convex shape is warped on the viewing side, the screen is depressed when the screen is pressed with a finger, and the display is disturbed. On the other hand, when the concave shape is warped on the viewing side, even if pressed with a finger, the concave shape remains unchanged and the display is not disturbed.
観察側に凹形状に反ることが許される範囲は、例えば数mmである。これより大きく観察側に凹形状になると、ピンひずみと呼ばれる映像ひずみが目立つため、好ましくない。 A range in which the observation side is allowed to warp in a concave shape is, for example, several mm. A larger concave shape on the viewing side than this is not preferable because image distortion called pin distortion is conspicuous.
このような理由により光学シートを密着させて平面もしくは若干光源側に凸形状に保つ技術が要求されている。特許文献1には、フレネルレンズシートを観察側に凸形状に、レンチキュラーレンズシートを光源側に凸形状に予め反り付けして組み合わせることによって強く密着させる方法が開示されている。特許文献2には、3枚のシートを全て同じ方向に凸の反り形状に成形し、重ね合わせて密着させる方法が開示されている。
For these reasons, there is a demand for a technique for keeping an optical sheet in close contact and keeping a flat or slightly convex shape on the light source side.
また、透過型スクリーンでは共押出し成形や、貼り合せによる複層シートを使用することがある。このような複層シートでは、層間の線膨張率の違いによるバイメタル反りが発生するという問題がある。この問題を解決するために、特許文献3には、吸水性が内側の方が外側よりも小さくなる複層シートを用いて、吸湿時に内側へ反る構造とする発明が提案されている。なお、特許文献3では、吸湿率の差は0.1%以上が好ましいとされ、いくら大きくても問題ないとされる。しかし実際には吸湿率の差が大きすぎると、極端に反ってしまい、問題である。また吸湿率の例は、アクリル、ポリカーボネイト、スチロールなどが挙げられているが、反り変化に関して重要なヤング率や伸び率、層厚みの記載がなく、具体性に欠ける。
In addition, a transmissive screen may use a co-extrusion molding or a multi-layer sheet by bonding. In such a multilayer sheet, there is a problem that bimetal warpage occurs due to a difference in linear expansion coefficient between layers. In order to solve this problem,
特許文献4には、貼り合せたレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートの線膨張率差Δαを5.5×10−5(/℃)以下とし、さらに最前面に線膨張率が3×10−5(/℃)以下の材質を積層することでバイメタル反り変化を抑え、バイメタル反りが発生する向きをコントロールする技術が開示されている。しかしながら、特許文献4には、反り変化に関して重要なヤング率の記載はない。In
一般に知られている透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルと、背部に設けられたバックライトを備えている。バックライトは光源及び面全体から均一に光を出射するための光拡散シートを備えている。 A generally known transmissive liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel and a backlight provided on the back. The backlight includes a light source and a light diffusion sheet for emitting light uniformly from the entire surface.
光拡散シートは一般に、光源の配列パターンが明るさムラとして認識できないようにするための拡散板や、拡散光を所定の視野角範囲内に集光するレンズシートなど、複数のシートが用いられる。 In general, a plurality of sheets are used as the light diffusion sheet, such as a diffusion plate for preventing the arrangement pattern of the light sources from being recognized as uneven brightness and a lens sheet for condensing the diffused light within a predetermined viewing angle range.
これらのレンズシートは基材シート層及びレンズ層が別々の材質から形成されたり、複数の光拡散シートを貼り合わせて使用されたりする場合もある(特許文献5など)。
In these lens sheets, the base material sheet layer and the lens layer may be formed of different materials, or may be used by bonding a plurality of light diffusion sheets (
ところが液晶表示装置では、周囲の温度変化や光源などからの発熱により、シートの温度が変化する。そのため、このように複層化したシートは各層の線膨張係数の違いによりバイメタル反りを生じる事がある。 However, in the liquid crystal display device, the temperature of the sheet changes due to a change in ambient temperature or heat generation from a light source. For this reason, the multi-layered sheet may cause bimetal warping due to the difference in linear expansion coefficient of each layer.
バックライトでレンズシートの反りが生じると、以下のようにシートが液晶表示パネルや光源にぶつかって破損する、あるいはシートの視野角特性が変化して明るさムラが生じる、といった不具合が発生する場合がある。 When the lens sheet warps in the backlight, the sheet may be damaged by hitting the liquid crystal display panel or the light source as shown below, or the unevenness of brightness may occur due to changes in the viewing angle characteristics of the sheet. There is.
例えば複数のシートが互いに反対側に反った場合、あるいは凸反り側のシートの反り量が他方に比べて大きい場合にはシートが互いに離れた状態になる。このような場合、バックライトが輸送などの振動で互いにぶつかり、レンズが破損する恐れがある。またシートのレンズパターンと拡散層パターンを一致させるようなシートの組み合わせなどの場合、本来の光学機能を発揮できない恐れがある。 For example, when a plurality of sheets are warped opposite to each other, or when the amount of warpage of the convex warp side sheet is larger than the other, the sheets are separated from each other. In such a case, the backlights may collide with each other due to vibrations such as transportation, and the lens may be damaged. In the case of a combination of sheets that matches the lens pattern of the sheet and the diffusion layer pattern, the original optical function may not be exhibited.
一方、複数のシートが互いに向かい合う側に反った場合、あるいは凸反り側のシートの反り量が他方に比べて極端に小さい場合には、シートが互いに押し付けあう状態になる。このような場合、レンズシートのレンズのヤング率が300kgf/mm2(≒3000MPa)以下の場合はレンズが変形する恐れがある。なお、ここでいうヤング率300kgf/mm2(≒3000MPa)は、−10℃における値である。さらに、2000MPa以下の場合には、レンズが変形する恐れがより大きい。特に20℃でのヤング率が1500MPa以下、40℃でのヤング率が1000MPa以下の場合は、レンズが変形する恐れがより大きい。On the other hand, when a plurality of sheets are warped toward each other, or when the amount of warpage of the convex warp side sheet is extremely smaller than the other, the sheets are pressed against each other. In such a case, when the Young's modulus of the lens of the lens sheet is 300 kgf / mm 2 (≈3000 MPa) or less, the lens may be deformed. The Young's modulus 300 kgf / mm 2 (≈3000 MPa) here is a value at −10 ° C. Furthermore, in the case of 2000 MPa or less, there is a greater possibility that the lens is deformed. In particular, when the Young's modulus at 20 ° C. is 1500 MPa or less and the Young's modulus at 40 ° C. is 1000 MPa or less, the lens is more likely to be deformed.
シートが光源側に凸に反った場合、光源側にたわみ防止ピンを設けて反りの影響を軽減する技術(特許文献6)を適用できる。しかし反りの量が大きすぎるとシートとピンがぶつかってシートが破損するなど、別の問題を生じやすいため、反りの量は適正範囲内に抑える必要がある。 When the sheet warps convexly toward the light source side, a technique (Patent Document 6) that reduces the influence of warpage by providing a deflection prevention pin on the light source side can be applied. However, if the amount of warpage is too large, another problem such as damage of the sheet due to collision between the sheet and the pin is likely to occur, so the amount of warpage needs to be kept within an appropriate range.
一方、シートが液晶表示パネル側に凸に反った場合は、シートと液晶表示パネルの間に上記と同様なたわみ防止ピンを設けることが難しいため、特に反りの影響が出やすい。
よってバックライト用拡散シートでは互いに適度な力で密着し、シート全体としては平坦、乃至は若干光源側に凸の状態を安定して実現する事が望まれている。On the other hand, when the sheet warps convexly toward the liquid crystal display panel, it is difficult to provide a deflection prevention pin similar to the above between the sheet and the liquid crystal display panel, and therefore, the influence of warpage is particularly likely to occur.
Therefore, it is desired that the diffusion sheets for backlight adhere to each other with an appropriate force and the sheet as a whole is flat or slightly convex toward the light source side.
上述のように、表示装置において用いられる光学シートを組合せる場合には、観察側に凸形状に反ることによる表示の乱れに関する問題、光学シート間に隙間が生じることによる映像のぼけに関する問題、光源側に過度に凸形状に反ることによって生じるピン歪みに関する問題や光学シート間を過度に密着させることによって生じるレンズの変形や白粉に関する問題の全てを解消する必要がある。 As described above, when combining the optical sheets used in the display device, problems related to display disturbance due to warping convex shape on the observation side, problems related to blurring of images caused by gaps between the optical sheets, It is necessary to eliminate all the problems related to pin distortion caused by excessively warping the light source side and the problems related to lens deformation and white powder caused by excessive adhesion between optical sheets.
本発明は、上述の課題を全て解決することが可能な表示装置用光学シート及びその設計方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the optical sheet for display apparatuses which can solve all the above-mentioned problems, and its design method.
本発明にかかる表示装置用光学シートは、前面シートとレンズシートとを有し、両者を固定してなる表示装置用光学シートであって、ELを前記前面シートのヤング率、tLを前面シートの板厚(mm)、δLを前面シートの初期反り量(mm)、EFをレンズシートのヤング率(kgf/mm2)、tFをレンズシートの板厚(mm)、δFをレンズシートの初期反り量(mm)、Sを前面シートの面積(mm2)、EFFをレンズの材料の−10℃におけるヤング率(kgf/mm2)、反り量の正負を観察側に凹を正としたとき、次の式を充足し、かつ当該光学シートの撓みを8mm以下とするものである。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0
δL−δF>0
384ELtL 3(δLF−δF)/(60b4EFF)<2×10−9
ただしδLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)An optical sheet for a display device according to the present invention is an optical sheet for a display device that includes a front sheet and a lens sheet, and is fixed to the front sheet, where E L is the Young's modulus of the front sheet and t L is the front surface. thickness of the sheet (mm), the initial warpage of the front sheet of δ L (mm), the Young's modulus of the lens sheet E F (kgf / mm 2) , the thickness of the lens sheet t F (mm), δ F the lens initial warpage of the sheet (mm), the area of the front sheet S (mm 2), the Young's modulus at -10 ° C. the material of the E FF lens (kgf / mm 2), the positive and negative warpage on the observation side When the concave is positive, the following expression is satisfied, and the deflection of the optical sheet is 8 mm or less.
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0
δ L −δ F > 0
384E L t L 3 (δ LF −δ F ) / (60b 4 E FF ) <2 × 10 −9
Where δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
ここで、光学シートの撓みを5mm以下とすることが望ましい。
また、前記表示装置用光学シートは、透過型スクリーンであり、前記前面シートがレンチキュラーシートであり、前記レンズシートがフレネルレンズシートであることが望ましい。
また、前記前面シートは複層板であり、前記レンズシートは単層板であることが望ましい。Here, it is desirable that the deflection of the optical sheet be 5 mm or less.
Further, it is desirable that the optical sheet for a display device is a transmissive screen, the front sheet is a lenticular sheet, and the lens sheet is a Fresnel lens sheet.
The front sheet is preferably a multilayer plate, and the lens sheet is preferably a single layer plate.
本発明にかかる表示装置用光学シートの設計方法は、前面シートとレンズシートとを有し、両者を固定してなる表示装置用光学シートの設計方法であって、ELを前記前面シートのヤング率、tLを前面シートの板厚(mm)、δLを前面シートの初期反り量(mm)、EFをレンズシートのヤング率(kgf/mm2)、tFをレンズシートの板厚(mm)、δFをレンズシートの初期反り量(mm)、Sを前面シートの面積(mm2)、EFFをレンズの材料の−10℃におけるヤング率(kgf/mm2)、反り量の正負を観察側に凹を正としたとき、次の式を充足し、かつ当該光学シートの撓みが8mm以下となるように設計するものである。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0
δL−δF>0
384ELtL 3(δLF−δF)/(60b4EFF)<2×10−9
ただしδLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)Designing method of an optical sheet for a display device according to the present invention, and a front sheet and a lens sheet, a fixed display device for an optical sheet design method comprising both the E L of the front sheet Young rate, the thickness of the front sheet a t L (mm), the initial warping amount of the [delta] L front sheet (mm), the Young's modulus of the lens sheet E F (kgf / mm 2) , the thickness of the lens sheet t F (Mm), δ F is the initial warp amount (mm) of the lens sheet, S is the area of the front sheet (mm 2 ), E FF is the Young's modulus (kgf / mm 2 ) of the lens material at −10 ° C., and the warp amount Is designed so that the following expression is satisfied and the deflection of the optical sheet is 8 mm or less.
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0
δ L −δ F > 0
384E L t L 3 (δ LF −δ F ) / (60b 4 E FF ) <2 × 10 −9
Where δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
ここで、Eを光学シートのヤング率、tを光学シートの厚み、bを光学シートの短辺長としたとき、次式によって前面シートとレンズシート間の押し付け圧力qを求めることによって当該圧力qによって生じる刃つぶれ現象が生じない範囲となるように、レンズシートの初期反りδF、透過型スクリーンの平衡反りδLFを決定することが望ましい。
q=384Et3(δF−δLF)/60b4 Here, when E is the Young's modulus of the optical sheet, t is the thickness of the optical sheet, and b is the short side length of the optical sheet, the pressure q is obtained by calculating the pressing pressure q between the front sheet and the lens sheet by the following equation. It is desirable to determine the initial warpage δ F of the lens sheet and the equilibrium warpage δ LF of the transmissive screen so that the edge crushing phenomenon caused by the above-mentioned phenomenon does not occur.
q = 384 Et 3 (δ F −δ LF ) / 60b 4
本発明によれば、観察側に凸形状に反ることによる表示の乱れに関する問題、光学シート間に隙間が生じることによる映像のぼけに関する問題、光源側に過度に凸形状に反ることによって生じるピン歪みに関する問題や光学シート間を過度に密着させることによって生じるレンズの変形や白粉に関する問題を全て解消することができる。 According to the present invention, there are problems related to display distortion caused by warpage on the observation side, problems related to blurring of images caused by gaps between optical sheets, and problems caused by excessive warpage on the light source side. All the problems related to pin distortion and the problems related to lens deformation and white powder caused by excessive adhesion between optical sheets can be solved.
1 レンチキュラーレンズシート
2 フレネルレンズシート
11 第1のレンズ列
12 第2のレンズ列
13 凸部
14 光吸収層DESCRIPTION OF
本発明の実施の形態にかかる表示装置用光学シートの一例としての透過型スクリーンは、図1で示されるように、レンチキュラーレンズシート1及びフレネルレンズシート2を備えている。レンチキュラーレンズシート1は、例えば1.81mm〜2.25mmの厚みを有し、異なる材質による複層板である。従って、本例にかかるレンチキュラーレンズシート1は、いわゆるバイメタル現象が発生する。本例にかかるレンチキュラーレンズシート1では、特に観察側の層を構成する材料が光源側の層を構成する材料よりも熱膨張率が低いため、温度を上げると観察側に凹形状となる。
A transmission screen as an example of an optical sheet for a display device according to an embodiment of the present invention includes a
また、フレネルレンズシート2は、例えば1.20mm〜1.85mmの厚みを有し、単層板である。従って、本例にかかるフレネルレンズシート2は、いわゆるバイメタル現象が発生しない。
Moreover, the
続いて、図2を用いて透過型スクリーンにおいて解決すべき課題を生じさせる現象と各光学シートの形状との関係につき説明する。図2において、レンチキュラーレンズシート1及びフレネルレンズシート2の形状は、両者を相互に固定する前の初期状態における形状である。なお、本発明において初期状態とは、両者を相互に固定する前の、各シート単独状態を意味する。また初期反り量とは初期状態における20℃環境下での反り量を言う。さらに少なくとも1つのシートがバイメタル様の反り変化が生じる場合、その変化量を考慮して−10℃〜40℃の範囲で本発明の範囲を満たすことが好ましい。
Next, the relationship between the phenomenon that causes a problem to be solved in the transmission screen and the shape of each optical sheet will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the shapes of the
図2において、横軸はレンチキュラーレンズシート1の形状、縦軸はフレネルレンズシート2の形状をそれぞれ示す。横軸において左端は、レンチキュラーレンズシート1に凹凸が生じていない状態、即ち平坦(フラット)であることを示す。また、横軸において右方にいくに従ってレンチキュラーレンズシート1は観察面に対する凹み(即ち、光源側への中央部の突出度合い)が大きくなることを示す。ここで、レンチキュラーレンズシート1において観察側に凸形状となる状態を規定しなかったのは、従来技術の欄において説明したように観察側に凸形状となると、観察者が指等で中央部を押下することによって表示の乱れが大きくなるという不都合が発生するため、前提として除外すべき形態だからである。
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the shape of the
また、縦軸では、上方にいくに従ってフレネルレンズシート2は観察面側に中央の突出度合いが大きく、凸形状となることを示し、下方にいくに従ってフレネルレンズシート2は観察面に対する凹みが大きくなることを示す。
The vertical axis indicates that the
透過型スクリーンを冷却すると、図2の中央部において丸印で特定される形状は、図示される矢印に示されるように、複層板であるレンチキュラーレンズシート1の観察面に対する凹みが減少し、よりフラットに近い形状に変化する。逆に、加熱すると、レンチキュラーレンズシート1の観察面に対する凹みが増加する。また、透過型スクリーンを加熱後急冷すると、レンチキュラーレンズシート1の加熱面に対する凹みが増加するとともに、フレネルレンズシート2の観察側への突出度合が急激に増加する。また、透過型スクリーンが吸湿すると、レンチキュラーレンズシート1の観察面に対する凹みが小さくなり、よりフラットに近くなるとともに、フレネルレンズシート2の観察面に対する凹みが大きくなる。
When the transmissive screen is cooled, the shape identified by a circle in the center of FIG. 2 is reduced in the dent to the observation surface of the
透過型スクリーンは、解決すべき4つの現象がある。現象Aは、相互に固定する前の初期状態において、図3Aに示されるように、レンチキュラーレンズシート1が略フラットな状態で、フレネルレンズシート2が観察側に凸形状の場合に生じる。現象Aは、このような形状のレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を相互に固定したときに、透過型スクリーン全体が観察側に凸形状となる現象であり、この場合には観察者が中央部分を指等で押すと表示が乱れてしまう。
The transmission screen has four phenomena to be solved. Phenomenon A occurs when the
現象Bは、初期状態において、図3Bに示されるように、レンチキュラレンズシート1が略フラットな状態で、フレネルレンズシート2が出射側に凹形状の場合に生じる。現象Bは、このような形状のレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を相互に固定したときに、両レンズシート間に生じる隙間がもたらす現象であり、より具体的には、かかる隙間によって発生する映像のボケである。
Phenomenon B occurs in the initial state when the
現象Cは、初期状態において、図3Cに示されるように、レンチキュラーレンズシート1及びフレネルレンズシート2が双方とも観察側に凹形状の場合に生じる。現象Cは、このような形状のレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を相互に固定したときに発生するピン歪みである。
In the initial state, the phenomenon C occurs when the
現象Dは、初期状態において、図3Dに示されるように、レンチキュラーレンズシート1が観察側に凹形状であり、フレネルレンズシート2が観察側に凸形状の場合に生じる。現象Dは、このような形状のレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を相互に固定したときに発生する刃つぶれ現象や白粉現象である。
In the initial state, the phenomenon D occurs when the
本発明の実施の形態にかかる透過型スクリーンは、これら現象A、B、C、Dの全てを発生させないことを特徴とするものであり、このために、各光学シートの初期反り量及び物性のパラーメータを設定した。 The transmission type screen according to the embodiment of the present invention is characterized in that it does not generate all of these phenomena A, B, C, and D. For this reason, the initial warpage amount and physical properties of each optical sheet The parameter was set.
(1)現象Aの発生の防止策
まず、現象Aの発生を防止するためには、レンチキュラーレンズシート1の剛性を表わすELtL 3δLと、フレネルレンズシート2の剛性を表わすEFtF 3δFについて、次の式を充足することが必要であることを見出した。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0
ここで、ELはレンチキュラーレンズシート1のヤング率、tLはレンチキュラーレンズシート1の板厚、δLはレンチキュラーレンズシート1の初期反りの値(即ち、初期反り量)、EFはフレネルレンズシート2のヤング率、tFはフレネルレンズシート2の板厚、δFはフレネルレンズシート2の初期反りの値(即ち、初期反り量)である。フレネルレンズシート2の反り量が負の場合、レンチキュラーレンズシート1は、全くのフラットでは不十分であり、観察側に凹形状、すなわち反り量が正である必要がある。(1) Measures for Preventing Occurrence of Phenomenon First, in order to prevent occurrence of Phenomenon A, E L t L 3 δ L representing the rigidity of the
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0
Here, E L is the Young's modulus of the
(2)現象Bの発生の防止策
次に、現象Bの発生を防止するためには、レンチキュラーレンズシート1の初期反りの値(即ち、初期反り量)であるδLと、フレネルレンズシート2の初期反りの値(即ち、初期反り量)であるδFとが次の式を充足する必要があることを見出した。
δL−δF>0
即ち、レンチキュラーレンズシート1の初期反りの値の方がフレネルレンズシート2の初期反りの値よりも大きい。(2) Preventive Measure of Occurrence of Phenomenon Next, in order to prevent the occurrence of Phenomenon B, δ L which is the initial warp value (ie, initial warp amount) of the
δ L −δ F > 0
That is, the initial warp value of the
(3)現象Cの発生の防止策
続いて、現象Cのピン歪みについて詳細に説明する。まず、ピン歪みの算出方法について説明する。図4A、Bに算出するモデルを示す。図4Aに示されるように、光学シートを梁としてその厚みをh、幅を2bとする。この梁に対して均等荷重である圧力q(N/mm2)が加えられているものとする。この場合の撓みを梁の中央点を原点座標(0、0)としてその位置からx離れた位置における撓みを、xの関数v(x)とする。かかる梁の両端は、それぞれ支持されているものとする。(3) Preventive Measure for Occurrence of Phenomenon C Next, pin distortion of phenomenon C will be described in detail. First, a method for calculating pin distortion will be described. 4A and 4B show models to be calculated. As shown in FIG. 4A, an optical sheet is a beam, its thickness is h, and its width is 2b. It is assumed that a pressure q (N / mm 2 ) that is a uniform load is applied to the beam. The bend in this case is defined as a function v (x) of x, where the center point of the beam is the origin coordinate (0, 0) and the bend at a position x away from the position. It is assumed that both ends of the beam are supported.
この場合に、撓みvは、一般的な材料力学上の基本公式に基づき、次の式より導くことができる。
d4v/dx4=q/EIz (1)
境界条件として、原点における梁の傾きはゼロであるからx=0でdv/dx=0、また、両端における撓みはゼロであるからx=±bでv=0を考慮する。In this case, the deflection v can be derived from the following equation based on a basic formula in general material mechanics.
d 4 v / dx 4 = q / EI z (1)
As boundary conditions, since the inclination of the beam at the origin is zero, x = 0 and dv / dx = 0, and since the bending at both ends is zero, x = ± b and v = 0 is considered.
(1)式を2回積分すると次式になる。
d2v/dx2=(q/EIz)・(b2−x2)/2 (2)
さらに、(2)式を2回積分すると次式になる。
v=(q/EIz)・{(b2x2/4)−(x4/24)} (3)
x=bにおいて、撓みvは最大値vmaxとなるので、代入すると次式になる。
vmax=(q/EIz)・(5b4/24) (4)
ここで、梁が撓んだ状態では、撓んだ位置を原点として計算している。
矩形断面では、Iz=h3/12であるからこれを代入すると次式が得られる。
vmax=2.5(qb4/Eh3) (5)When the equation (1) is integrated twice, the following equation is obtained.
d 2 v / dx 2 = (q / EI z ) · (b 2 −x 2 ) / 2 (2)
Further, when the equation (2) is integrated twice, the following equation is obtained.
v = (q / EI z) · {(b 2 x 2/4) - (
When x = b, the deflection v becomes the maximum value v max, and therefore, when substituted, the following equation is obtained.
v max = (q / EI z ) · (
Here, in a state where the beam is bent, the calculation is performed using the bent position as the origin.
The rectangular cross-section, the following equation is obtained by substituting this because it is Iz = h 3/12.
v max = 2.5 (qb 4 / Eh 3 ) (5)
これを変形すると次式が得られる。
q/E=vmaxh3/2.5b4 (6)
(6)式を(1)式に代入すると次式が得られる。
d4v/dx4=q/EIz=4.8vmax/b4 (7)
ここで、vmaxは光学シートの撓みδと同義なので以下δと置き換える。When this is transformed, the following equation is obtained.
q / E = v max h 3 /2.5b 4 (6)
Substituting equation (6) into equation (1) yields:
d 4 v / dx 4 = q / EI z = 4.8 v max / b 4 (7)
Here, since v max is synonymous with the deflection δ of the optical sheet, it will be replaced with δ below.
次に、レンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2の2枚の光学シートを組み合わせた場合を考える。レンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を組み合わせたときの合成圧力分布をpとすると、次式が得られる。
p=EFIZF(d4δF/dx4)−ELIZL(d4δL/dx4) (8)
(7)式を(8)式に代入し微分項を消去すると、次式が得られる。
p=0.4EF(δFhF 3/b4)−0.4EL(δLhL 3/b4) (9)Next, consider a case where two optical sheets, a
p = E F I ZF (d 4 δ F / dx 4) -E L I ZL (
Substituting equation (7) into equation (8) and eliminating the differential term yields:
p = 0.4E F (δ F h
一方で、4辺枠支持の長方形板の前面に均等荷重pが加わっているときの撓み計算式は、代数計算が極めて難しいので、「アクリル板を用いた設計の手引き」(日本メタアクリル樹脂協会A&D委員会)に記載された実験近似式を引用する。この文献の第85頁の図表より次の式が引用できる。
16(p/E)(a2b2/t4)=22(δ/t)+3.9(δ/t)3 (10)
(10)の両辺を22で割ると次の(11)式を得ることができる。
0.73(p/E)(a2b2/t4)=(δ/t)+0.18(δ/t)3 (11)On the other hand, since the algebraic calculation is extremely difficult for the calculation formula for bending when a uniform load p is applied to the front surface of a rectangular plate supported by a four-sided frame, “Guidelines for Design Using Acrylic Plates” (Japan Methacrylic Resin Association) The experimental approximate expression described in the A & D Committee) is cited. The following formula can be cited from the chart on page 85 of this document.
16 (p / E) (a 2 b 2 / t 4 ) = 22 (δ / t) +3.9 (δ / t) 3 (10)
When both sides of (10) are divided by 22, the following equation (11) can be obtained.
0.73 (p / E) (a 2 b 2 / t 4 ) = (δ / t) +0.18 (δ / t) 3 (11)
レンチキュラーレンズシート及びフレネルレンズシートのそれぞれについて類推すると、(12)式及び(13)式が得られる。
0.73(pL/EL)(a2b2/hL 4)=(δL/t)+0.18(δL/hL)3 (12)
0.73(pF/EF)(a2b2/hF 4)=(δF/t)+0.18(δF/hF)3 (13)By analogy with each of the lenticular lens sheet and the Fresnel lens sheet, Expressions (12) and (13) are obtained.
0.73 (p L / E L ) (a 2 b 2 / h L 4 ) = (δ L /t)+0.18 (δ L / h L ) 3 (12)
0.73 (p F / E F) (a 2
荷重p=pL+pFであり、また、両シートを一体化すればδL=δF=δとなるから、EL≒EF=Eとすると次式(14)が得られる。
0.73(a2b2/E)p=hL 4{(δ/hL)+0.18(δ/hL)3}+hF 4{(δ/hF)+0.18(δ/hF)3} (14)The load is p = p L + p F , and if both sheets are integrated, δ L = δ F = δ is obtained, and therefore, when E L ≈E F = E, the following equation (14) is obtained.
0.73 (a 2 b 2 / E) p = h L 4 {(δ / h L ) +0.18 (δ / h L ) 3 } + h F 4 {(δ / h F ) +0.18 (δ / h F ) 3 } (14)
(9)式を(14)式に代入してpを消去すると(15)式が得られる。
0.29(a2/b2)(δFhF 3−δLhL 3)=hL 4{(δ/hL)+0.18(δ/hL)3}+hF 4{(δ/hF)+0.18(δ/hF)3} (15)
ここで、(15)式の左辺は、δL、δFであり、右辺はδである点に注意しなければならない。
以上の計算によって、レンチキュラーレンズシート及びフレネルレンズシートの反りに関するパラメータを使用すれば、それぞれを重ねた時、1枚のシートとして計算できることがわかる。
現象Cの発生を抑制するためには、重ね合わせた透過型スクリーン全体の反り量を8mm以内にすることが望ましく、さらに5mm以内にすることが望ましいので、上記計算によって1枚のシートとして計算した反り量を8mm以内にすることが望ましく、さらに5mm以内にすることが望ましい。By substituting equation (9) into equation (14) and eliminating p, equation (15) is obtained.
0.29 (a 2 / b 2) (δ F h F 3 -δ L h L 3) = h L 4 {(δ / h L) +0.18 (δ / h L) 3} + h F 4 {( δ / h F ) +0.18 (δ / h F ) 3 } (15)
Here, it should be noted that the left side of equation (15) is δ L , δ F , and the right side is δ.
From the above calculation, it can be seen that if parameters relating to the warpage of the lenticular lens sheet and the Fresnel lens sheet are used, calculation can be made as one sheet when they are stacked.
In order to suppress the occurrence of phenomenon C, it is desirable that the amount of warpage of the overlapped transmission type screen is within 8 mm, and further within 5 mm. Therefore, the above calculation is performed as one sheet. The amount of warpage is preferably within 8 mm, and more preferably within 5 mm.
(4)現象Dの発生の防止策
現象Dの発生を防止するためには、互いに反対方向に初期反りを有するレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を密着固定した場合に、両者の間に発生する圧力(単位荷重)を小さくすることが望ましい。(4) Prevention of occurrence of phenomenon D In order to prevent occurrence of phenomenon D, when
続いて、図5Aに示されるような初期反りδL、δFを有するレンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を密着固定し、図5Bに示されるように、平衡反りδLFが生じたものと仮定する。この状態において、レンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2の間に発生する圧力(単位荷重)を算出する。Subsequently, the
まず、レンチキュラーレンズシート1とフレネルレンズシート2を密着固定した状態における平衡反りδLFを計算する。
ELtL 3δL+EFtF 3δF=(ELtL 3+EFtF 3)δLF (16)First, an equilibrium warpage δ LF in a state in which the
E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F = (E L t L 3 + E F t F 3 ) δ LF (16)
次に面内に発生する押し付け圧力qを計算する。等分布荷重が作用するときの梁の撓み式は、一般に次式のように表わすことができる。
δ=5qab4/(384EIz) (17)
ここで、aは板であると仮定したシートの長辺長(mm)、bは同じくその短辺長(mm)、Eはその弾性率(kgf/mm2)、Izはその断面2次モーメントである。Next, the pressing pressure q generated in the surface is calculated. In general, the equation of deflection of a beam when a uniformly distributed load acts can be expressed as the following equation.
δ = 5qab 4 / (384EI z ) (17)
Here, a is the long side length (mm) of the sheet, which is assumed to be a plate, b is the short side length (mm), E is its elastic modulus (kgf / mm 2 ), and I z is its secondary cross section. It is a moment.
また、板の断面2次モーメントIzは次式で表わすことができる。
Iz=at3/12 (18)
(17)式に(18)式を代入すると、次式を得ることができる。
δ=60qb4/384Et3 (19)The cross-sectional secondary moment I z of the plate can be represented by the following equation.
I z = at 3/12 ( 18)
Substituting equation (18) into equation (17) yields the following equation:
δ = 60qb 4 / 384Et 3 (19)
面内圧力qによって撓みδFがδLFに変化したのだから、(16)式及び(19)式より次式を得ることができる。
(δF−δLF)=60qb4/384ELtL 3 (20)Since the deflection δ F is changed to δ LF by the in-plane pressure q, the following equation can be obtained from the equations (16) and (19).
(Δ F −δ LF ) = 60 qb 4 / 384E L t L 3 (20)
(20)式を変形すると次式を得ることができ、この式により押し付け圧力qを求めることができる。
q=384ELtL 3(δF−δLF)/60b4 (21)When the equation (20) is modified, the following equation can be obtained, and the pressing pressure q can be obtained from this equation.
q = 384E L t L 3 (δ F −δ LF ) / 60b 4 (21)
図5Aに示されるような初期反りを有するレンチキュラーレンズシート1及びフレネルレンズシート2を密着固定した場合に、現象Dの刃つぶれが生じたかどうかを実験により確認した。実験結果を図6にまとめる。図において行がレンチキュラレンズシート1の初期反り量(撓み量:mm)を示し、列がフレネルレンズシート2の初期反り量(撓み量:mm)を示す。また、丸印は刃つぶれが殆ど発生せず、性能上問題がなかった組合せ、バツ印は刃つぶれが発生し、性能上問題がある組合せを示し、※が両シートを密着固定した場合に両者の間に隙間が発生しなかった組合せを示す。この例では、網掛けを付した領域の組合せであれば、現象Dの刃つぶれという問題が発生せず、性能上問題ない組合せでないと判断できる。
It was confirmed by experiment whether or not the edge crush of phenomenon D occurred when the
図7は、本発明の実施の形態にかかる透過型スクリーンを設計するための計算イメージを示す表である。図において、LAは現象Aが発生する限界を示す線、LBは現象Bが発生する限界を示す線、LCは現象Cが発生する限界を示す線、LDは現象Dが発生する限界を示す線であり、これらの線で囲まれた領域であれば、現象A・B・C・Dのいずれも発生しないことを示す。
(5)現象D(刃つぶれ)の境界線決定手順
下記の表のレンズシートを図7で示す反り量一覧表に適用すると、刃つぶれ現象によって映像に明暗のムラが生じる、という影響が無視できない範囲は、
q/EFF=384ELtL 3(δF−δLF)/(60b4EFF)
ただしδLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)
の値が2×10−9
より小さい必要があることが実験により判明した。特にこの値が1×10−9より小さい場合は刃つぶれ現象がほとんど目立たず、0.8×10−9より小さい場合は刃つぶれ現象が見えなかった。FIG. 7 is a table showing a calculation image for designing the transmission screen according to the embodiment of the present invention. In the figure, LA is a line indicating the limit where phenomenon A occurs, LB is a line indicating the limit where phenomenon B occurs, LC is a line indicating the limit where phenomenon C occurs, and LD is a line indicating the limit where phenomenon D occurs. The region surrounded by these lines indicates that none of the phenomena A, B, C, and D occurs.
(5) Determining the boundary line of phenomenon D (blade crushing) When the lens sheet shown in the table below is applied to the warp amount list shown in FIG. 7, the influence that the crushing phenomenon causes unevenness in light and darkness cannot be ignored. The range is
q / E FF = 384 E L t L 3 (δ F −δ LF ) / (60b 4 E FF )
Where δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
Value is 2 × 10 −9
Experiments have shown that there is a need for smaller. In particular, when this value is less than 1 × 10 −9, the crushing phenomenon is hardly noticeable, and when it is less than 0.8 × 10 −9, the crushing phenomenon is not visible.
なお、本実施の形態の説明では、表示装置用光学シートの例として、透過型スクリーンについて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、本発明は、液晶表示装置のバックライトに用いられる拡散シートに用いることもできる。
本発明は、透過型表示装置や液晶表示装置などの表示の乱れ、映像のぼけ、ピン歪み等の発生を防止する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for preventing the occurrence of display disturbance, blurring of images, pin distortion, and the like in a transmissive display device and a liquid crystal display device.
Claims (9)
ELを前記前面シートのヤング率、tLを前面シートの板厚(mm)、δLを前面シートの初期反り量(mm)、EFをレンズシートのヤング率(kgf/mm2)、tFをレンズシートの板厚(mm)、δFをレンズシートの初期反り量(mm)、Sを前面シートの面積(mm2)、EFFをレンズの材料の−10℃におけるヤング率(kgf/mm2)、反り量の正負を観察側に凹を正としたとき、次の式を充足し、かつ当該光学シートの撓みを8mm以下とすることを特徴とする表示装置用光学シート。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0
δL−δF>0
384ELtL 3(δLF−δF)/(60b4EFF)<2×10−9
ただしδLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)An optical sheet for a display device having a front sheet and a lens sheet and fixing both,
Young's modulus of the front sheet E L, the thickness of the front sheet a t L (mm), the initial warpage of the front sheet of δ L (mm), the Young's modulus of the lens sheet E F (kgf / mm 2) , t F is the thickness of the lens sheet (mm), δ F is the initial warp amount (mm) of the lens sheet, S is the area of the front sheet (mm 2 ), and E FF is the Young's modulus at −10 ° C. of the lens material ( kgf / mm 2 ), an optical sheet for a display device that satisfies the following formula when the positive / negative curvature is positive on the observation side, and the deflection of the optical sheet is 8 mm or less.
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0
δ L −δ F > 0
384E L t L 3 (δ LF −δ F ) / (60b 4 E FF ) <2 × 10 −9
Where δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
ELを前記前面シートのヤング率、tLを前面シートの板厚(mm)、δLを前面シートの初期反り量(mm)、EFをレンズシートのヤング率(kgf/mm2)、tFをレンズシートの板厚(mm)、δFをレンズシートの初期反り量(mm)、Sを前面シートの面積(mm2)、EFFをレンズの材料の−10℃におけるヤング率(kgf/mm2)、反り量の正負を観察側に凹を正としたとき、次の式を充足し、かつ当該光学シートの撓みが8mm以下となるように設計することを特徴とする表示装置用光学シートの設計方法。
ELtL 3δL−EFtF 3δF>0
δL−δF>0
384ELtL 3(δLF−δF)/(60b4EFF)<2×10−9
ただしδLF=(ELtL 3δL+EFtF 3δF)/(ELtL 3+EFtF 3)A method for designing an optical sheet for a display device having a front sheet and a lens sheet, and fixing both,
Young's modulus of the front sheet E L, the thickness of the front sheet a t L (mm), the initial warpage of the front sheet of δ L (mm), the Young's modulus of the lens sheet E F (kgf / mm 2) , t F is the thickness of the lens sheet (mm), δ F is the initial warp amount (mm) of the lens sheet, S is the area of the front sheet (mm 2 ), and E FF is the Young's modulus at −10 ° C. of the lens material ( kgf / mm 2 ), and the warpage amount is designed so that the following expression is satisfied and the deflection of the optical sheet is 8 mm or less when the concave is positive on the observation side. Design method for optical sheet.
E L t L 3 δ L -E F t F 3 δ F > 0
δ L −δ F > 0
384E L t L 3 (δ LF −δ F ) / (60b 4 E FF ) <2 × 10 −9
Where δ LF = (E L t L 3 δ L + E F t F 3 δ F ) / (E L t L 3 + E F t F 3 )
q=384Et3(δF−δLF)/60b4 A blade generated by the pressure q by obtaining the pressing pressure q between the front sheet and the lens sheet by the following equation, where E is the Young's modulus of the optical sheet, t is the thickness of the optical sheet, and b is the short side length of the optical sheet. 6. The method of designing an optical sheet for a display device according to claim 5, wherein the initial warpage δ F of the lens sheet and the equilibrium warpage δ LF of the optical sheet are determined so that the collapse phenomenon does not occur.
q = 384 Et 3 (δ F −δ LF ) / 60b 4
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