JP2009086682A - Two-dimensional viewing angle enlarging member and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次元視野角拡大部材、この二次元視野角拡大部材を用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a two-dimensional viewing angle enlarging member and a display device using the two-dimensional viewing angle enlarging member.
液晶ディスプレイ装置等においては、観察者の視認性を高めるため液晶パネルの観察者側に光拡散シートを用いたものが知られている。この光拡散シートは、例えば、透光性フィルムの表面を凹凸処理したもの(特許文献1等)、樹脂フィルムの内部に光拡散性微粒子を含有させたもの、円柱状のレンズが一つの平面上に並列配置されたレンチキュラーレンズシート等がある。また、これらのシートを二、三枚組合わせて用いることも行なわれている。これらは、フィルム、大気、微粒子等の各屈折率の差を利用してこれらの境界において映像光を多方向に屈折させ、映像光を広範囲に拡散して観察者側に出射することで視認性の向上を図ろうとするものである。
しかし、光拡散性微粒子や凹凸が形成されたシート表面によって、映像光が乱反射して多くの迷光を生じさせることになり、ディスプレイの表面輝度、コントラストの低下等を招いていた。また、表面の凹凸処理により拡散性を有するものは、その拡散性および透明性に角度依存性があるため、ディスプレイを見る角度によって視認性が変化するという問題があった。一方、光拡散シートの光拡散性は、外光の散乱反射を増加させることにもつながり、コントラストが著しく低下して映像がボケやすいという問題点もあった。一枚の光拡散シート単独で使用した場合、水平または垂直いずれかの方向の視野角の拡大が不十分となるという問題もあった。 However, the surface of the sheet on which light diffusing fine particles and irregularities are formed causes image light to be irregularly reflected to generate a lot of stray light, resulting in a decrease in surface brightness and contrast of the display. In addition, those having diffusibility due to the surface unevenness treatment have a problem that the visibility varies depending on the angle at which the display is viewed because the diffusivity and transparency have angle dependency. On the other hand, the light diffusibility of the light diffusing sheet also leads to an increase in scattering and reflection of external light, and there is a problem in that the contrast is remarkably lowered and the image is easily blurred. When a single light diffusing sheet is used alone, there is a problem in that the viewing angle in either the horizontal or vertical direction is not sufficiently expanded.
そこで本発明は、迷光により表面輝度が低下したりコントラストが低下することがなく、角度依存性が少なく、かつ外光の散乱反射の少ない二次元視野角拡大部材、およびこの二次元視野角拡大部材を用いた表示装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention relates to a two-dimensional viewing angle enlarging member that does not cause a decrease in surface brightness or contrast due to stray light, has little angle dependency, and has little scattering and reflection of external light, and this two-dimensional viewing angle enlarging member An object of the present invention is to provide a display device using the above.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments.
請求項1に記載の発明は、透光性を有し、表裏が平坦であるベースフィルムを有し、断面形状略台形の複数の単位レンズを一次元または二次元方向に形成した2枚の光拡散シートが、略90°位相をずらされてベースフィルムを挟んで該ベースフィルムの表裏に貼付され、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズは前記台形の下底を入光部、上底を出光部、斜辺を全反射部とし、単位レンズは高屈折率物質で形成され、隣接する前記単位レンズに挟まれた断面形状三角形の部分は高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質で形成されるとともに、低屈折率物質には光吸収粒子が添加されていることを特徴とする二次元視野角拡大部材を提供することにより前記課題を解決する。
The invention according to
この二次元視野角拡大部材によれば、光拡散シートは略90°位相をずらせて配置されているので水平方向と垂直方向の拡散を同時に実現することができる。 According to this two-dimensional viewing angle widening member, since the light diffusion sheet is arranged with a phase shift of approximately 90 °, diffusion in the horizontal direction and the vertical direction can be realized simultaneously.
また、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズ部と比較して断面形状三角形の部分は低屈折率なので、両者が接する断面形状台形の斜辺において単位レンズへの入射光を全反射することができる。 Further, in each light diffusion sheet, the portion of the triangular cross-sectional shape has a low refractive index as compared with the unit lens portion, so that the incident light to the unit lens can be totally reflected at the hypotenuse of the cross-sectional trapezoidal shape where both are in contact.
さらに、それぞれの光拡散シートにおいて、断面形状三角形の部分全体を光吸収性の材料とはせず、材料中に光吸収粒子を分散させる構成をとったので、斜辺部での全反射が効率よく行われる。したがって輝度とコントラストが高い二次元視野角拡大部材を得ることができる。また光吸収する材料の着色濃度に影響されることなく斜辺部の全反射と、断面形状三角形部の光吸収とを高いレベルで両立させて実現することができる。 Furthermore, in each light diffusion sheet, the entire triangular portion of the cross-sectional shape is not made a light-absorbing material, and the light-absorbing particles are dispersed in the material, so that total reflection at the hypotenuse is efficient. Done. Therefore, a two-dimensional viewing angle enlarging member with high brightness and contrast can be obtained. In addition, total reflection at the hypotenuse and light absorption at the cross-sectional triangle can be realized at a high level without being affected by the coloring density of the light absorbing material.
請求項2の発明は、請求項1に記載の二次元視野角拡大部材において、光吸収粒子の前記低屈折率物質中への添加量は、10〜60質量%であることを特徴とする。光吸収粒子の添加量はさらに好ましくは、30〜50質量%であることが望ましい。 According to a second aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle widening member according to the first aspect, the amount of the light absorbing particles added to the low refractive index substance is 10 to 60% by mass. The addition amount of the light absorbing particles is more preferably 30 to 50% by mass.
この発明によれば、光吸収粒子の添加効果を最大とすることができる。これより添加量が少ないと断面形状三角形部への充填量が不足して、いわゆるブラックストライプの幅が狭くなり、コントラストの悪化を招くことがある。またこれ以上の添加を行うと出光面(台形の上底部)に着色粒子が残留してしまうことがあるからである。 According to the present invention, the effect of adding light absorbing particles can be maximized. If the addition amount is smaller than this, the filling amount into the triangular section of the cross-sectional shape is insufficient, so that the width of the so-called black stripe becomes narrow, and the contrast may be deteriorated. In addition, if more than this is added, colored particles may remain on the light exit surface (upper bottom of the trapezoid).
請求項3の発明は、請求項1または2のいずれかに記載の二次元視野角拡大部材において、光吸収粒子の平均粒径は、前記断面形状台形の上底を形成する出光部の長さの1/30〜2/3であることを特徴とする。この光吸収粒子の平均粒径は、さらに好ましくは、出光部の長さの1/10〜1/3であることが望ましい。 According to a third aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle widening member according to the first or second aspect, the average particle diameter of the light-absorbing particles is the length of the light-emitting portion that forms the upper base of the cross-sectional shape trapezoid. 1/30 to 2/3. The average particle diameter of the light absorbing particles is more preferably 1/10 to 1/3 of the length of the light emitting part.
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、光吸収効果を効率よいものとすることができる。また製造時に問題なく光吸収粒子を断面形状三角形部へと充填することができる。粒径を必要以上に大きくした場合、三角形部に粒子が埋まりきらずにはみだしてしまい、さらに隙間が発生しやすくなる傾向がある。逆に粒径が必要以上に小さすぎると、三角形部への充填は簡単になるが、製造時に着色粒子を出光面から掻き落とすことが困難となって、レンズ出光面に着色粒子が残留してしまう傾向が強くなるからである。 According to this invention, the light absorption effect can be made efficient in each light diffusion sheet. Further, the light-absorbing particles can be filled into the cross-sectional triangular portion without any problem during production. When the particle size is increased more than necessary, the particles are not completely embedded in the triangular portion, and there is a tendency that a gap is more likely to be generated. Conversely, if the particle size is too small than necessary, the filling of the triangular portion becomes easy, but it becomes difficult to scrape the colored particles from the light emitting surface during production, and the colored particles remain on the lens light emitting surface. It is because the tendency to end up becomes strong.
請求項4の発明は、透光性を有し、表裏が平坦であるベースフィルムを有し、断面形状略台形の複数の単位レンズを一次元または二次元方向に形成した2枚の光拡散シートが、略90°位相をずらされてベースフィルムを挟んで該ベースフィルムの表裏に貼付され、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズは台形の下底を入光部、上底を出光部、斜辺を全反射部とし、単位レンズは高屈折率物質で形成され、全反射部を構成する斜辺の部分には高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質により、透明低屈折率層が形成されていることを特徴とする二次元視野角拡大部材を提供することにより前記課題を解決する。 According to a fourth aspect of the present invention, there are provided two light diffusing sheets each having a base film having translucency and flat front and back, and having a plurality of unit lenses having a substantially trapezoidal cross section in one or two dimensions. However, the phase difference is approximately 90 ° and the base film is sandwiched between the front and back surfaces of the base film. In each light diffusion sheet, the lower base of the trapezoid is the light entrance part, the upper base is the light exit part, and the hypotenuse. The unit lens is made of a high refractive index material, and the hypotenuse part constituting the total reflection portion is made of a transparent low refractive index material with a low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material. The problem is solved by providing a two-dimensional viewing angle widening member characterized in that a rate layer is formed.
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズに入射した光を透明低屈折率層表面にて全反射することができる。 According to this invention, in each light diffusion sheet, the light incident on the unit lens can be totally reflected on the surface of the transparent low refractive index layer.
請求項5の発明は、請求項4に記載の二次元視野角拡大部材において、透明低屈折率層の層厚は、0.1μm以上であることを特徴とする。さらにこの透明低屈折率層の層厚の上限は10μmとすることが好ましい。透明低屈折率層の層厚を0.1μm以下とした場合、斜面で映像光がほとんど反射されず、透過率が大幅に低下する。一方層厚を10μm以上にするとその部分を通る外光が増えて、コントラストの劣化が起きると考えられるからである。また製造上でも10μm以上の層厚を形成するには多大な時間を要するので不利である。さらに代表的な低屈折率物質であるシリカ等においてはそのような層厚とすると脆さの欠点が顕著なものとなってくるからである。またさらに、単位レンズのピッチが小さい場合には、10μm以下であって、かつ、溝部分の幅の1/5の厚さとすることが好ましい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle widening member according to the fourth aspect, the layer thickness of the transparent low refractive index layer is 0.1 μm or more. Furthermore, the upper limit of the thickness of the transparent low refractive index layer is preferably 10 μm. When the thickness of the transparent low refractive index layer is 0.1 μm or less, the image light is hardly reflected on the slope, and the transmittance is greatly reduced. On the other hand, when the layer thickness is 10 μm or more, it is considered that the external light passing through the portion increases and the contrast is deteriorated. Also, it takes a long time to form a layer thickness of 10 μm or more in manufacturing, which is disadvantageous. Furthermore, in a typical low-refractive-index material such as silica, the brittleness defect becomes prominent when such a layer thickness is used. Furthermore, when the pitch of the unit lenses is small, it is preferable that the thickness is 10 μm or less and 1/5 the width of the groove portion.
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、透明低屈折率層による全反射を確実なものとすることができる。 According to the present invention, total reflection by the transparent low refractive index layer can be ensured in each light diffusion sheet.
請求項6の発明は、請求項4または5のいずれかに記載の二次元視野角拡大部材において、透明屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分には、高屈折率物質が充填されていることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of the fourth and fifth aspects, wherein the portion of the triangular cross-section sandwiched between the transparent refractive index layers is filled with a high refractive index substance. It is characterized by being.
この高屈折率物質の屈折率は、単位レンズと同等の屈折率とするとよい。このようにすることによって、外光反射率の低減を図ることができる。 The refractive index of the high refractive index material may be the same as that of the unit lens. By doing so, the external light reflectance can be reduced.
請求項7の発明は、請求項4に記載の二次元視野角拡大部材において、透明低屈折率層のさらに出光方向側には光吸収層が形成されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle widening member according to the fourth aspect, a light absorption layer is further formed on the light output direction side of the transparent low refractive index layer.
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、出光面法線に対して所定以上の傾きをもって入射した光の一部は透明低屈折率層表面にて全反射されず、透明低屈折率層内部に入射するが、光吸収層により吸収される。また観察者側から出光面以外の部分に入射された光も光吸収層により吸収される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 According to the present invention, in each light diffusion sheet, a part of the light incident with a predetermined inclination with respect to the light exit surface normal is not totally reflected on the surface of the transparent low refractive index layer, and the transparent low refractive index layer Although it is incident on the inside, it is absorbed by the light absorption layer. In addition, light incident on the portion other than the light exit surface from the viewer side is also absorbed by the light absorption layer. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
請求項8の発明は、請求項4に記載の二次元視野角拡大部材において、透明低屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分には、透明低屈折率層を形成する物質の屈折率より高い屈折率を有する物質が着色されて充填されていることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、観察者側から断面形状三角形の部分に入射した光は着色された物質により吸収されるので観察者側への反射光を減らすことができる。また、大きな角度をもつ入射光が単位レンズ側から透明低屈折率層を透過してきた場合にも、この着色された物質により吸収され、観察者側に出光されることが防止される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 According to the present invention, the light incident on the cross-sectional triangle portion from the observer side is absorbed by the colored substance, so that the reflected light to the observer side can be reduced. Further, even when incident light having a large angle passes through the transparent low refractive index layer from the unit lens side, it is prevented from being absorbed by the colored substance and emitted to the viewer side. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
請求項9の発明は、請求項4に記載の二次元視野角拡大部材において、透明低屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分には、透明低屈折率層を形成する物質の屈折率より高い屈折率を有する物質に光吸収粒子が添加されて充填されていることを特徴とする。
The invention according to
この発明においては、それぞれの光拡散シートにおいて、観察者側から断面形状三角形の部分に入射した光は光吸収粒子により吸収される。また、大きな角度をもつ入射光が単位レンズ側から透明低屈折率層を透過してきた場合にも、この光吸収粒子により吸収される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 In this invention, in each light diffusion sheet, light incident on the cross-sectional triangular portion from the viewer side is absorbed by the light absorbing particles. Further, even when incident light having a large angle passes through the transparent low refractive index layer from the unit lens side, it is absorbed by the light absorbing particles. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
請求項10の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材において、2枚の光拡散シートのそれぞれに関して、前記高屈折率物質の屈折率をN1、前記低屈折率物質の屈折率をN2、前記台形の斜辺が前記出光部の法線となす角度をθとした場合、
sin(90°−θ)>N2/N1
かつ
N1<1/sin2θ
なる関係が成立することを特徴とする。ここに単位レンズの断面形状は略台形なので、θは一定、すなわち斜辺は直線状であることを基本とするが、本発明は曲線状の斜辺や、浅い角度をなす複数の直線の組み合わせである場合をも含むものである。この場合にθは、変化するが、斜辺をなす各部分におけるθの90%以上が上記関係を満たせば下記の効果を奏することができるので、本発明の技術的思想に包含されると解されるべきものである(θに関して以下同じ。)。
A tenth aspect of the present invention is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of the first to ninth aspects, wherein the refractive index of the high refractive index substance is N1 and the low refractive index for each of the two light diffusion sheets. When the refractive index of the refractive index substance is N2, and the angle between the hypotenuse of the trapezoid and the normal line of the light emitting part is θ,
sin (90 ° −θ)> N2 / N1
And N1 <1 / sin2θ
The relationship is established. Here, since the sectional shape of the unit lens is substantially trapezoidal, θ is constant, that is, the hypotenuse is basically a straight line, but the present invention is a combination of a curved hypotenuse and a plurality of straight lines forming a shallow angle. Including cases. In this case, θ changes, but if 90% or more of θ in each portion forming the hypotenuse satisfies the above relationship, the following effects can be obtained, and it is understood that it is included in the technical idea of the present invention. (The same shall apply hereinafter regarding θ).
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、出光面法線に平行な入射光は断面形状台形斜辺の表面にて全反射され、出光面においては反射を起こすことなく観察者側に出光される。したがって輝度とコントラストが高い二次元視野角拡大部材を得ることができる。 According to this invention, in each light diffusion sheet, incident light parallel to the light exit surface normal line is totally reflected on the surface of the hypotenuse of the trapezoidal cross section, and is emitted to the viewer side without causing reflection on the light exit surface. The Therefore, a two-dimensional viewing angle enlarging member with high brightness and contrast can be obtained.
請求項11の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材において、2枚の光拡散シートのそれぞれに関して、台形の上底の長さをT、高さをH、台形斜辺が出光部の法線となす角度をθ、とした場合、
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
なる関係を有することを特徴とする。
The eleventh aspect of the present invention is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of the first to ninth aspects, wherein the length of the upper base of the trapezoid is T and the height for each of the two light diffusion sheets. H, where θ is the angle between the trapezoid hypotenuse and the normal line of the light emitting part,
0 <H <T / (tan (2θ + 10 °) −tanθ)
It has the relationship which becomes.
この発明によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、出光面法線に対して最大10°の傾きをもって入射し、単位レンズ断面が形成する台形斜辺の透明低屈折率層表面にて反射された光でも、隣接する単位レンズ断面が形成する台形斜辺の透明低屈折率層にいたることなくの出光面から観察者側に出光される。したがって輝度が高く迷光の少ない二次元視野角拡大部材を得ることができる。 According to the present invention, in each light diffusion sheet, light incident at an inclination of 10 ° at the maximum with respect to the light exit surface normal line and reflected by the surface of the transparent low refractive index layer on the trapezoid hypotenuse formed by the unit lens cross section. However, the light exits from the light exit surface to the viewer without reaching the trapezoid hypotenuse transparent low refractive index layer formed by the adjacent unit lens cross section. Therefore, it is possible to obtain a two-dimensional viewing angle widening member with high luminance and little stray light.
請求項12の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材において、2枚の光拡散シートのそれぞれに関して、高屈折率物質の屈折率をN1、低屈折率物質の屈折率をN2、台形の上底の長さをT、高さをH、台形斜辺が出光部の法線となす角度をθとした場合、
sin(90°−θ)>N2/N1
N1<1/sin2θ
かつ
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
なる関係が成立することを特徴とする。
The invention of
sin (90 ° −θ)> N2 / N1
N1 <1 / sin2θ
And 0 <H <T / (tan (2θ + 10 °) −tan θ)
The relationship is established.
この請求項12の発明による二次元視野角拡大部材は、それぞれ請求項10および請求項11の発明にかかる二次元視野角拡大部材の長所を兼ね備えている。これらの二次元視野角拡大部材によれば、それぞれの光拡散シートにおいて、出光面法線に平行な入射光は、斜辺の透明低屈折率層表面にて全反射され、出光面においては反射を起こすことなく観察者側に出光される。また、出光面法線に対して最大10°の傾きをもって入射し、単位レンズ断面が形成する台形斜辺の透明低屈折率層表面にて反射された光は、隣接する単位レンズ断面が形成する台形斜辺の透明低屈折率層にいたることなくの出光面から観察者側に出光される。したがって輝度とコントラストが高く、迷光の少ない二次元視野角拡大部材を得ることができる。
The two-dimensional viewing angle enlarging member according to the invention of
請求項13の発明は、請求項12に記載された二次元視野角拡大部材において、屈折率N1およびN2、並びに台形の上底の長さTおよび高さHが、
1<N1<5.76
0.23<N2/N1<0.996
かつ
H<T/0.57
なる関係を満たすことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle enlarging member according to the twelfth aspect, the refractive indexes N1 and N2 and the length T and the height H of the upper base of the trapezoid are:
1 <N1 <5.76
0.23 <N2 / N1 <0.996
And H <T / 0.57
It is characterized by satisfying the following relationship.
この発明によれば、請求項12の二次元視野角拡大部材において、θが5〜15°の範囲において、出光面法線に平行な入射光を斜辺にて全反射し、出光面においては反射を起こすことなく観察者側に出光することができる。また、各光拡散シート内において一度斜辺にて反射された光は、再び他の斜辺に到達することなく出光面から出光される。ここにθの範囲を5〜15°としたのは、このような単位レンズのテーパー角を5〜15°とすることで、好適な視野角特性を得ることができるからである。
According to the present invention, in the two-dimensional viewing angle widening member of
請求項14の発明は、請求項1〜13のいずれかに記載の二次元視野角拡大部材において、映像光源側には拡散剤を混入したシートが張り合わされていることを特徴とする。 A fourteenth aspect of the present invention is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein a sheet mixed with a diffusing agent is bonded to the image light source side.
この発明によれば、入光を均一にならすことができる。この拡散剤を混入したシートを張り合わせるための接着層、または粘着層の屈折率は単位レンズの屈折率と同程度でよい。光学的に大きな影響は出ないと考えられるからである。 According to the present invention, the incident light can be made uniform. The refractive index of the adhesive layer for adhering the sheet mixed with the diffusing agent or the adhesive layer may be approximately the same as the refractive index of the unit lens. This is because there is no significant optical effect.
請求項15の発明は、請求項1〜13のいずれかに記載の二次元視野角拡大部材において、映像光源側にはフレネルレンズが配置されていることを特徴とする。 A fifteenth aspect of the present invention is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein a Fresnel lens is disposed on the image light source side.
この発明によれば、2枚の光拡散シート側に入射する光を平行なものとすることができる。 According to this invention, the light incident on the two light diffusion sheets can be made parallel.
請求項16の発明は請求項15に記載の二次元視野角拡大部材において、フレネルレンズは光拡散作用を備えていることを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional viewing angle enlarging member according to the fifteenth aspect, the Fresnel lens has a light diffusing action.
この発明によれば、2枚の光拡散シートに入射する光を均一なものとすることができる。 According to this invention, the light incident on the two light diffusion sheets can be made uniform.
請求項17の発明は、請求項1〜16のいずれかに記載の二次元視野角拡大部材において、観察者側に反射防止、ハードコート、偏光フィルター、帯電防止、防眩処理、防汚処理、タッチセンサのうち少なくとも一つの機能を備えたシートが配置されていることを特徴とする。本発明においてはこれらの機能のうち一つだけを持たせてもよく、また複数の機能を併せ持たせてもよい。
The invention according to claim 17 is the two-dimensional viewing angle widening member according to any one of
この発明によれば、二次元視野角拡大部材に多様な機能を持たせることができる。 According to the present invention, the two-dimensional viewing angle widening member can have various functions.
請求項18の発明は、請求項1〜17のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材を液晶パネルの観察者側に配置した表示装置により前記課題を解決する。
The invention of
この発明の表示装置によれば請求項1〜17の発明の特徴を備えた二次元視野角拡大部材を表示装置に適用することができる。
According to the display device of the present invention, the two-dimensional viewing angle widening member having the features of the inventions of
請求項19の発明は、請求項18に記載の表示装置において、液晶パネルから出射される映像光は、半値角で略5°〜15°であることを特徴とする。 According to a nineteenth aspect of the present invention, in the display device according to the eighteenth aspect, the image light emitted from the liquid crystal panel has a half-value angle of approximately 5 ° to 15 °.
この発明によれば、液晶パネルからの出射光に対して最適な二次元視野角拡大性能を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain optimum two-dimensional viewing angle expansion performance with respect to light emitted from the liquid crystal panel.
請求項20の発明は、請求項18または19のいずれかに記載の表示装置において、各光拡散シートの単位レンズの方向は、液晶パネルの画素の方向とは異なるように配置されていることを特徴とする。 According to a twentieth aspect of the present invention, in the display device according to the twentieth or nineteenth aspect, the direction of the unit lens of each light diffusion sheet is arranged so as to be different from the direction of the pixels of the liquid crystal panel. Features.
この発明によれば、表示装置におけるモアレ模様の発生を回避することができる。 According to this invention, generation | occurrence | production of the moire pattern in a display apparatus can be avoided.
透光性を有し、表裏が平坦であるベースフィルムを有し、断面形状略台形の複数の単位レンズを一次元または二次元方向に形成した2枚の光拡散シートが、略90°位相をずらされてベースフィルムを挟んで該ベースフィルムの表裏に貼付され、それぞれの光拡散シートにおいて単位レンズは台形の下底を入光部、上底を出光部、斜辺を全反射部として形成されていることを特徴とする二次元視野角拡大部材によれば、光拡散シートは略90°位相をずらせて配置されているので水平方向と垂直方向の拡散を同時に実現することができる。 Two light diffusing sheets having a light-transmitting base film having flat front and back surfaces and having a plurality of unit lenses each having a substantially trapezoidal cross section in a one-dimensional or two-dimensional direction have a phase of approximately 90 °. The base lens is shifted and stuck on the front and back of the base film, and in each light diffusion sheet, the unit lens is formed with the lower base of the trapezoid as the light entrance part, the upper base as the light exit part, and the hypotenuse as the total reflection part. According to the two-dimensional viewing angle enlarging member, which is characterized in that the light diffusing sheet is arranged with a phase shift of approximately 90 °, it is possible to simultaneously realize diffusion in the horizontal direction and the vertical direction.
また、それぞれの光拡散シートに関して単位レンズは高屈折率物質で形成され、隣接する単位レンズに挟まれた断面形状三角形の部分は高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質で形成すれば、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズ部と比較して断面形状三角形の部分は低屈折率なので、両者が接する断面形状台形の斜辺において単位レンズへの入射光を全反射することができる。 In addition, for each light diffusion sheet, the unit lens is formed of a high refractive index material, and the triangular portion between the adjacent unit lenses has a refractive index lower than the refractive index of the high refractive index material. In each light diffusing sheet, since the cross-sectional triangle portion has a lower refractive index than the unit lens portion, the incident light to the unit lens is totally reflected at the hypotenuse of the cross-sectional trapezoid shape where both contact each other. Can do.
低屈折率物質には光吸収粒子が添加されていることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、断面形状三角形の部分全体を光吸収性の材料とはせず、材料中に光吸収粒子を分散させる構成をとったので、斜辺部での全反射が効率よく行われる。したがって輝度とコントラストが高い二次元視野角拡大部材を得ることができる。また光吸収する材料の着色濃度に影響されることなく斜辺部の全反射と、断面形状三角形部の光吸収とを高いレベルで両立させて実現することができる。 Assuming that light-absorbing particles are added to the low-refractive-index substance, the light-absorbing particles are not included in the light-diffusing sheet, and the entire triangular portion of the cross-sectional shape is not a light-absorbing material. Since the dispersion is adopted, total reflection at the hypotenuse is efficiently performed. Therefore, a two-dimensional viewing angle enlarging member with high brightness and contrast can be obtained. In addition, total reflection at the hypotenuse and light absorption at the cross-sectional triangle can be realized at a high level without being affected by the coloring density of the light absorbing material.
また、光吸収粒子の前記低屈折率物質中への添加量は、10〜60質量%であることとすれば、光吸収粒子の添加効果を最大とすることができる。これより添加量が少ないと断面形状三角形部への充填量が不足して、いわゆるブラックストライプの幅が狭くなり、コントラストの悪化を招く。またこれ以上の添加を行うと媒体材料と十分に混合を行うことが困難になって、製造時に三角形底辺部分に光吸収粒子が残ってしまうこととなる。 If the amount of light absorbing particles added to the low refractive index substance is 10 to 60% by mass, the effect of adding light absorbing particles can be maximized. If the addition amount is smaller than this, the filling amount in the cross-sectional triangular portion is insufficient, the width of the so-called black stripe becomes narrow, and the contrast is deteriorated. Further, if it is added more than this, it becomes difficult to sufficiently mix with the medium material, and light absorbing particles remain at the bottom of the triangle at the time of production.
光吸収粒子の平均粒径は、断面形状台形の上底を形成する出光部の長さの1/30〜2/3であることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、光吸収効果を効率よいものとすることができる。また製造時に問題なく断面形状三角形部へと充填することができる。 If the average particle diameter of the light-absorbing particles is 1/30 to 2/3 of the length of the light-emitting part that forms the upper base of the trapezoidal cross-sectional shape, the light-absorbing effect is efficiently obtained in each light diffusion sheet. Can be good. Moreover, it can be filled into the triangular section of the cross-sectional shape without any problem at the time of production.
また、それぞれの光拡散シートに関して単位レンズは高屈折率物質で形成され、全反射部を構成する斜辺の部分には高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質により透明低屈折率層が形成されていることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、単位レンズに入射した光を透明低屈折率層表面にて全反射することができる。 In addition, for each light diffusion sheet, the unit lens is formed of a high refractive index material, and the hypotenuse part constituting the total reflection portion is transparent and low by a low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material. If the refractive index layer is formed, light incident on the unit lens can be totally reflected on the surface of the transparent low refractive index layer in each light diffusion sheet.
透明低屈折率層の層厚は、0.1μm以上であることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、透明低屈折率層による全反射を確実なものとすることができる。 If the layer thickness of the transparent low refractive index layer is 0.1 μm or more, total reflection by the transparent low refractive index layer can be ensured in each light diffusion sheet.
透明低屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分に高屈折率物質を充填した場合には、外光反射率の低減を図ることができる。 When the high-refractive-index substance is filled in the cross-section triangular portion sandwiched between the transparent low-refractive index layers, the external light reflectance can be reduced.
また、透明低屈折率層のさらに出光方向側には光吸収層が形成されていることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、出光面法線に対して所定以上の傾きをもって入射した光の一部は透明低屈折率層表面にて全反射されず、透明低屈折率層内部に入射するが、光吸収層により吸収される。また観察者側から出光面以外の部分に入射された光も光吸収層により吸収される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 Further, if a light absorption layer is further formed on the light exit direction side of the transparent low refractive index layer, in each light diffusion sheet, light incident with a predetermined inclination or more with respect to the light exit surface normal line. Part of the light is not totally reflected on the surface of the transparent low refractive index layer and is incident on the inside of the transparent low refractive index layer, but is absorbed by the light absorption layer. In addition, light incident on the portion other than the light exit surface from the viewer side is also absorbed by the light absorption layer. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
さらに、透明低屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分には、着色された物質が充填されていることとすれば、観察者側から断面形状三角形の部分に入射した光は着色された物質により吸収されるので観察者側への反射光を減らすことができる。また、大きな角度をもつ入射光が単位レンズ側から透明低屈折率層を透過してきた場合にも、この着色された物質により吸収され、観察者側に出光されることが防止される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 Furthermore, if the cross-sectional triangle portion sandwiched between the transparent low refractive index layers is filled with a colored substance, the light incident on the cross-sectional triangle portion from the observer side is colored. Since it is absorbed by the substance, the reflected light to the viewer side can be reduced. Further, even when incident light having a large angle passes through the transparent low refractive index layer from the unit lens side, it is prevented from being absorbed by the colored substance and emitted to the viewer side. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
透明低屈折率層に挟まれた断面形状三角形の部分には、透明低屈折率層を形成する物質の屈折率より高い屈折率を有する物質に光吸収粒子が添加されて充填されていることとすれば、それぞれの光拡散シートにおいて、観察者側から断面形状三角形の部分に入射した光は光吸収粒子により吸収される。また、大きな角度をもつ入射光が単位レンズ側から透明低屈折率層を透過してきた場合にも、この光吸収粒子により吸収される。したがって迷光や反射光の少ない、鮮明な画面が得られる二次元視野角拡大部材を提供することができる。 The portion of the cross-sectional triangle sandwiched between the transparent low refractive index layers is filled with light absorbing particles added to a substance having a refractive index higher than that of the substance forming the transparent low refractive index layer; Then, in each light diffusion sheet, the light incident on the cross-sectional triangular portion from the observer side is absorbed by the light absorbing particles. Further, even when incident light having a large angle passes through the transparent low refractive index layer from the unit lens side, it is absorbed by the light absorbing particles. Therefore, it is possible to provide a two-dimensional viewing angle enlarging member that provides a clear screen with little stray light and reflected light.
本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する実施の形態から明らかにされる。 Such an operation and gain of the present invention will be clarified from the embodiments described below.
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。図1は本発明の表示装置の構成を示している。図1において、紙面手前左下方向が観察者側であり、紙面奥側右上方向を映像光源側とする。本発明の表示装置は、観察者側から順に、反射防止、ハードコート、偏光フィルター、帯電防止、防眩処理、防汚処理、タッチセンサのうち少なくとも一つの機能を備えた機能性シート101と、単位レンズが垂直方向に配列された光拡散シート102と、単位レンズが水平方向に配列された光拡散シート103と、フレネルレンズ104と、液晶ディスプレー(以下において「LCD」という。)パネル105とを備えている。なお、光拡散シート102と、光拡散シート103の配置を入れ替えてもよい。図1においてはこれらが互いに離れて表されているが、これは図面の理解のためであり、実際にはこれらは互いに接するか、または接着されている。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a display device of the present invention. In FIG. 1, the lower left direction on the front side of the paper is the observer side, and the upper right direction on the back side of the paper is the video light source side. The display device of the present invention, in order from the observer side, a
また本発明において、「二次元視野角拡大部材」とは、2枚の光拡散シート102、103の組み合わせを構成の中核とするが、図1にあるように、これらの出光側に機能性シート101や、入光側にフレネルレンズ104などが配置されている場合には、これら機能性シート101やフレネルレンズ104をも含む概念である。
In the present invention, the “two-dimensional viewing angle enlarging member” has a combination of two
図2および図3には、本発明の二次元視野角拡大部材を構成する第一および第二実施形態の光拡散シートS1およびS2の水平断面が示されている。これらの図においては、図面右側に映像光源、例えばLCDパネルが配置され、図面の左側に観察者が位置している。本発明の二次元視野角拡大部材は、第一実施形態の光拡散シートS1、または第二実施形態の光拡散シートS2それぞれ2枚を位相を略90°ずらせて組み合わせて構成してもよいし、第一実施形態の光拡散シートS1と第二実施形態の光拡散シートS2とを位相を略90°ずらせて組み合わせて構成することもできる。 2 and 3 show horizontal sections of the light diffusion sheets S1 and S2 of the first and second embodiments constituting the two-dimensional viewing angle widening member of the present invention. In these drawings, an image light source, for example, an LCD panel is arranged on the right side of the drawing, and an observer is located on the left side of the drawing. The two-dimensional viewing angle enlarging member of the present invention may be configured by combining two light diffusing sheets S1 of the first embodiment or two of the light diffusing sheets S2 of the second embodiment with phases shifted by approximately 90 °. The light diffusing sheet S1 of the first embodiment and the light diffusing sheet S2 of the second embodiment can also be configured with a phase shifted by approximately 90 °.
図2は、第一実施形態の光拡散シートS1を示している。この光拡散シートS1は、観察者側から映像光源方向に順に、拡散剤入りシート1、単位レンズ2、ベースシート3が貼り合わされて配置されている。単位レンズ2は高屈折率N1を有する物質により形成されている。さらに、隣接する単位レンズ2、2に挟まれた断面形状三角形の部分(以下において「レンズ間部分7」という。)には、N1より小さな屈折率N2を備えた透明な物質(以下において「透明低屈折率物質6」という。)中に光吸収粒子5が添加された材料で埋められている。
FIG. 2 shows the light diffusion sheet S1 of the first embodiment. The light diffusing sheet S1 is disposed by adhering a diffusing agent-containing
本実施形態においては、単位レンズ(高屈折率部)2の屈折率N1と、透明低屈折率物質6の屈折率N2との比は、光拡散シートS1の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、レンズ間部分7と単位レンズ(高屈折率部)2とが接する斜辺が、出光面の法線(当該光拡散シートS1に対する垂直入射光に平行である。)となす角度は所定の角度θに形成されている。
In this embodiment, the ratio between the refractive index N1 of the unit lens (high refractive index portion) 2 and the refractive index N2 of the transparent low refractive index substance 6 is within a predetermined range in order to obtain the optical characteristics of the light diffusion sheet S1. Is set to The angle between the oblique side where the
単位レンズ(高屈折率部)2は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。また、透明低屈折率物質6として通常、電離放射線硬化性を有するウレタンアクリレートなどの材料が使用されている。光吸収粒子5は市販の着色樹脂微粒子が使用可能である。また、拡散剤入りシート1、およびベースシート3は、単位レンズ(高屈折率部)2と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。拡散剤入りシート1の観察者側には、反射防止層、ハードコート層、偏光フィルター層、帯電防止層、防眩処理層、防汚処理層、タッチセンサ層などの機能層が適宜設けられている。
The unit lens (high refractive index portion) 2 is usually composed of a material such as epoxy acrylate having ionizing radiation curability. Further, as the transparent low refractive index substance 6, a material such as urethane acrylate having ionizing radiation curability is usually used. Commercially available colored resin fine particles can be used as the
次に光拡散シートS1の単位レンズ2内に入光した光の光路について、図2を参照しつつ説明する。なお、図2において、光L1〜L4の光路は模式的に示されたものである。図2において、映像光源側から単位レンズ2の中央部付近に入射した垂直光L1は、そのまま光拡散シートS1の内部を直進して通過し、観察者に至る。映像光源側から単位レンズ2の端部付近に入射した垂直光L2は、単位レンズ(高屈折率部)2と透明低屈折率物質6との屈折率差により斜辺にて全反射され、所定の角度をもって観察者側に出光される。映像光源側から単位レンズ2の端部付近に角度をもって入射した光L3は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向にさらに大きな角度をもって観察者側に出光される。斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する迷光L4aは、単位レンズ(高屈折率部)2と低屈折率物質6との屈折率差によっても反射されることなくレンズ間部分7の内部に入光して、光吸収粒子5に吸収され、観察者側に至ることはない。また、観察者側からレンズ間部分7に入光した迷光L4bは、光吸収粒子に吸収されるので、観察者側に反射光となって、出光されることがない。このようにして水平方向に広い視野角をもち、コントラスト、輝度の高い光拡散シートS1を得ることができる。
Next, the optical path of the light entering the
図3は、第二実施形態の光拡散シートS2を示している。この光拡散シートS2も、観察者側から映像光源方向に順に、拡散剤入りシート1、単位レンズ2、ベースシート3が貼り合わされて配置されている。単位レンズ2は高屈折率N1を有する物質により形成されている。さらに、隣接する単位レンズ2、2、の斜辺には、N1より小さな屈折率N2を備え透明な物質により形成された層4(以下「透明低屈折率層4」という。)が形成されている。また隣接する単位レンズ2の間に挟まれた断面形状三角形の部分は、N2より高い屈折率を有する物質8中に光吸収粒子5が添加された材料で埋められている。以後の説明においてはこの断面形状三角形の部分を「レンズ間部分9」という。
FIG. 3 shows the light diffusion sheet S2 of the second embodiment. The light diffusing sheet S2 is also arranged by adhering the diffusing agent-containing
単位レンズ(高屈折率部)2の屈折率N1と、透明低屈折率層4の屈折率N2との比は、光拡散シートS2の光学特性を得るために所定の範囲に設定されている。また、透明低屈折率層4と単位レンズ(高屈折率部)2とが接する斜辺が、出光面の法線(当該光拡散シートS2に対する垂直入射光に平行である。)となす角度は所定の角度θに形成されている。これらについては後に詳述する。
The ratio between the refractive index N1 of the unit lens (high refractive index portion) 2 and the refractive index N2 of the transparent low
単位レンズ(高屈折率部)2は通常、電離放射線硬化性を有するエポキシアクリレートなどの材料にて構成されている。また、透明低屈折率層4は、シリカ等透明樹脂の屈折率より低い屈折率を有する材料にて形成されている。光吸収粒子5は市販の着色樹脂微粒子が使用可能である。また、拡散剤入りシート1、およびベースシート3は、単位レンズ(高屈折率部)2と略同一の屈折率を有する材料にて構成されている。拡散剤入りシート1の観察者側には、反射防止層、ハードコート層、偏光フィルター層、帯電防止層、防眩処理層、防汚処理層、タッチセンサ層などの機能層が適宜設けられている。
The unit lens (high refractive index portion) 2 is usually composed of a material such as epoxy acrylate having ionizing radiation curability. The transparent low
次に光拡散シートS2の単位レンズ2内に入光した光の光路について、図3を参照しつつ説明する。なお、図3において、光L1〜L4の光路は模式的に示されたものである。図3において、映像光源側から単位レンズ2の中央部付近に入射した垂直光L1は、そのまま光拡散シートS2の内部を直進して通過し、観察者に至る。
Next, the optical path of light entering the
映像光源側から単位レンズ2の端部付近に入射した垂直光L2は、単位レンズ(高屈折率部)2と透明低屈折率層4との屈折率差により斜辺にて全反射され、所定の角度をもって観察者側に出光される。映像光源側から単位レンズ2の端部付近に角度をもって入射した光L3は、斜辺にて全反射され、入射時とは反対方向にさらに大きな角度をもって観察者側に出光される。斜辺に所定以上の大きな角度をもって入射する迷光L4aは、単位レンズ(高屈折率部)2と透明低屈折率層4との屈折率差によっても反射されることなく透明低屈折率層4の内部に入光する。迷光L4aはレンズ間部分9の光吸収粒子5に吸収され、観察者側に至ることはない。また、観察者側からレンズ間部分9に入光した迷光L4bも、光吸収粒子5に吸収され、観察者側に反射光となって、出光されることがない。このようにして水平方向に広い視野角をもち、コントラスト、輝度の高い光拡散シートS2を得ることができる。
The vertical light L2 incident on the vicinity of the end of the
次に、図4および図5を参照しつつ、それぞれの光拡散シートの単位レンズ部に入射した光拡散シート内の光が斜辺にて全反射され、かつ出光面においては、全反射されずに観察者側に透過する条件について説明する。 Next, referring to FIG. 4 and FIG. 5, the light in the light diffusion sheet incident on the unit lens portion of each light diffusion sheet is totally reflected at the hypotenuse and is not totally reflected at the light exit surface. The conditions that pass through to the viewer will be described.
図4は、光拡散シート内において第二実施形態の光拡散シートS2の斜辺に垂直光L5が入射した場合の光路を示す図である。図4においては映像光源は図面上方に、観察者は図面下方に位置しているものとする。また拡散剤入りシート1、およびベースシート3は説明の簡略化のため省略している(以下図5および6において同じ。)。
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical path when the vertical light L5 is incident on the oblique side of the light diffusion sheet S2 of the second embodiment in the light diffusion sheet. In FIG. 4, it is assumed that the image light source is located above the drawing and the observer is located below the drawing. Further, the diffusing agent-containing
図4において、斜辺に入射した垂直光L5が、斜辺のA点において全反射され始める条件(臨界条件)は、スネルの法則により、
sin(90°−θ)=N2/N1
であるから、垂直光L5が常に全反射されるためには、
(式1) sin(90°−θ)>N2/N1
なる条件を満たす必要がある。
In FIG. 4, the condition (critical condition) at which the vertical light L5 incident on the hypotenuse starts to be totally reflected at the point A of the hypotenuse is Snell's law.
sin (90 ° −θ) = N2 / N1
Therefore, in order that the vertical light L5 is always totally reflected,
(Formula 1) sin (90 ° −θ)> N2 / N1
It is necessary to satisfy the condition.
また、斜辺のA点にて反射された光L5が、出光面のB点において全反射され始める条件(臨界条件)は、大気の屈折率を1とした場合、スネルの法則により、
sin2θ=1/N1
であるから、光L5がB点から観察者側に確実に出光されるためには、
(式2) sin2θ<1/N1
なる条件を満たす必要がある。
Further, the condition (critical condition) where the light L5 reflected at the point A on the oblique side starts to be totally reflected at the point B on the light exit surface is as follows according to Snell's law when the refractive index of the atmosphere is 1.
sin2θ = 1 / N1
Therefore, in order for the light L5 to be reliably emitted from the point B to the observer side,
(Formula 2) sin2θ <1 / N1
It is necessary to satisfy the condition.
なお参考のために図5を参照しつつ、光拡散シートS2の斜辺に10°の傾きを持った光拡散シート内の光L6が入射した場合の光路について以下に簡単に説明する。 For reference, the optical path when light L6 in the light diffusion sheet having an inclination of 10 ° is incident on the oblique side of the light diffusion sheet S2 will be briefly described below with reference to FIG.
図5において、光拡散シート内で、斜辺に入射した10°の傾きを持つ光L6が、斜辺のA点において全反射され始める条件(臨界条件)は、スネルの法則により、
sin(80°−θ)=N2/N1
であるから、10°の傾きを持った光L6が常に全反射されるためには、
(式3) sin(80°−θ)>N2/N1
なる条件を満たす必要がある。
In FIG. 5, the condition (critical condition) in which the light L6 having an inclination of 10 ° incident on the hypotenuse in the light diffusion sheet starts to be totally reflected at the point A of the hypotenuse is Snell's law.
sin (80 ° −θ) = N2 / N1
Therefore, in order for the light L6 having an inclination of 10 ° to be always totally reflected,
(Formula 3) sin (80 ° −θ)> N2 / N1
It is necessary to satisfy the condition.
また、斜辺のA点にて反射された光L6が、出光面のB点において全反射され始める条件(臨界条件)は、大気の屈折率を1とした場合、スネルの法則により、
sin(2θ+10°)=1/N1
であるから、光L6がB点から観察者側に確実に出光されるためには、
sin(2θ+10°)<1/N1
すなわち
(式4) N1<1/sin(2θ+10°)
なる条件を満たす必要がある。
In addition, the condition (critical condition) where the light L6 reflected at the point A on the oblique side starts to be totally reflected at the point B on the light exit surface is as follows according to Snell's law when the refractive index of the atmosphere is 1.
sin (2θ + 10 °) = 1 / N1
Therefore, in order for the light L6 to be reliably emitted from the point B to the observer side,
sin (2θ + 10 °) <1 / N1
That is, (Formula 4) N1 <1 / sin (2θ + 10 °)
It is necessary to satisfy the condition.
次に、図6を参照しつつ光拡散シートS2の斜辺にて反射された光が、隣接する斜辺に到達しない条件について説明する。この条件を見出すためには、出光面法線に対して最も大きな角度(現実的には10°)を持つ入射光L7が、低屈折率層4がなす三角形の頂点付近の斜辺上の点Cにて全反射された場合に、その反射光が隣接する斜辺に到達しないように、三角形の高さHと単位レンズの上底の長さTとの関係を定めればよい。
Next, with reference to FIG. 6, a description will be given of conditions under which light reflected by the oblique sides of the light diffusion sheet S2 does not reach the adjacent oblique sides. In order to find this condition, the incident light L7 having the largest angle (practically 10 °) with respect to the light exit surface normal is a point C on the hypotenuse near the apex of the triangle formed by the low
図6において、三角形の底辺の長さを2Sとすれば、
tanθ=S/H
tan(2θ+10°)=(S+T)/H
したがって、
H=T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
Hが上記値より小であれば、反射光が隣接する斜辺に到達しない。したがってその条件は、
(式5) H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
で表される。
In FIG. 6, if the length of the base of the triangle is 2S,
tan θ = S / H
tan (2θ + 10 °) = (S + T) / H
Therefore,
H = T / (tan (2θ + 10 °) −tan θ)
If H is smaller than the above value, the reflected light does not reach the adjacent hypotenuse. Therefore, the condition is
(Formula 5) H <T / (tan (2θ + 10 °) −tan θ)
It is represented by
次にθが5°〜15°であるとして、その範囲においてさらに具体的にN1とN2の値を考察する。5°<θ<15°の範囲においては、
sin(90°−θ)<0.996
であり、式1により、N2/N1の値はこれより小さいから、
(式6) N2/N1<0.996
一方、5°<θ<15°の範囲では、
1/sin2θ<5.76
であるから、式2より、
(式7) N1<5.76
さらに、入手しうる現実の材料を考慮した場合、N2の最小値は1.30なので、
N2/N1>1.30/5.76=0.23
したがって上式と式6とから
(式8) 0.23<N2/N1<0.996
上記式7および式8が5°<θ<15°の範囲での、N1およびN2の値がとりうる条件である。
Next, assuming that θ is 5 ° to 15 °, the values of N1 and N2 will be considered more specifically in that range. In the range of 5 ° <θ <15 °,
sin (90 ° −θ) <0.996
And according to
(Formula 6) N2 / N1 <0.996
On the other hand, in the range of 5 ° <θ <15 °,
1 / sin2θ <5.76
Therefore, from
(Formula 7) N1 <5.76
Furthermore, when considering the actual material available, the minimum value of N2 is 1.30,
N2 / N1> 1.30 / 5.76 = 0.23
Therefore, from the above equation and Equation 6 (Equation 8) 0.23 <N2 / N1 <0.996
The
また、式5においては、θ=15°の時にHに対する条件が決定され、
H<T/0.57
となる。
In
H <T / 0.57
It becomes.
図7は、本発明の二次元視野角拡大部材を構成する各光拡散シートのレンズ間部分7または9の形状の諸態様を示す図である。このレンズ間部分7または9は、隣接する二つの単位レンズ2、2の斜辺により形成される略三角形の形状を基礎としている。図7(a)は、斜辺が直線にて形成されている場合を表している。この場合には、斜辺と出光面法線とがなす角度θ1は斜辺上のどの点においても一定である。図7(b)は、斜辺が滑らかな曲線で形成されている場合を表している。また図7(c)は、斜辺が2本の直線にて構成されている場合を示している。これらの場合、斜辺と出光面法線とがなす角度θ2、またはθ3若しくはθ4は、斜辺上の位置により異なる。本発明において図7(b)や図7(c)の場合のように斜辺と出光面法線のなす角度が一定でないときは、斜辺の長さの90%以上において、以上に説明してきた式1〜8の各条件を満たせば本発明の効果を得ることができる。
FIG. 7 is a diagram showing various aspects of the shape of the
図8および図9は、第二実施形態の光拡散シートS2の構成の一例を示す図である。図8に示される光拡散シートは水平断面形状が垂直方向に一定な単位レンズ2を備えている。隣接する単位レンズ2、2の間には、透明低屈折率層4を介して、レンズ間部分9に光吸収粒子5が添加された樹脂材料8が充填されている。出光面側には拡散剤入りシート1が、入光面側にはベースシート3が配置されている。図面では理解のためにこれら三者が離れて表されているが、実際にはこれらは貼り合わされている。
8 and 9 are diagrams showing an example of the configuration of the light diffusion sheet S2 of the second embodiment. The light diffusion sheet shown in FIG. 8 includes a
一方、図9に示されている光拡散シートにおいては、半載円錐状の単位レンズが垂直平面上に二次元状に配列されている。各単位レンズの半載円錐の頂部平面は同一面上に形成されており、この平面に拡散剤入りシート1が貼り合わされている。隣接する単位レンズ2、2との間の空隙は透明低屈折率層4を介してレンズ間部分9に光吸収粒子5が添加された樹脂材料8が充填されている。図8および図9のいずれに示されている光拡散シートの構成によっても本発明の二次元視野角拡大部材による効果を得ることができる。
On the other hand, in the light diffusion sheet shown in FIG. 9, the semi-conical unit lenses are two-dimensionally arranged on the vertical plane. The top flat surface of the semi-mounted cone of each unit lens is formed on the same surface, and the
図10は、第二実施形態の光拡散シートS2において、単位レンズ2の出光面(断面形状台形の上底に相当する部分)が観者側に凸に形成されている例を示す図である。このような構成をとることにより製造工程において、先に単位レンズ2の部分を形成して、その後レンズ間部分9に光吸収粒子5を添加した材料8を充填する工程をとる場合、充填後にブレードにて出光面に残った光吸収粒子5を完全に取り去ることができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the light exit surface of the unit lens 2 (portion corresponding to the upper base of the cross-sectional shape trapezoid) is formed convex toward the viewer side in the light diffusion sheet S2 of the second embodiment. . By adopting such a configuration, in the manufacturing process, when the step of forming the portion of the
次に図11〜13を参照しつつ本実施形態の二次元視野角拡大部材の製造方法について説明する。図11は第一実施形態の光拡散シートS1を2枚組み合わせた二次元視野角拡大部材の製造方法を示すものである。 Next, the manufacturing method of the two-dimensional viewing angle widening member of this embodiment is demonstrated, referring FIGS. FIG. 11 shows a method for manufacturing a two-dimensional viewing angle widening member in which two light diffusion sheets S1 of the first embodiment are combined.
この製造方法に使用される製造装置は、第一型ロール10と、第二型ロール21と、第一ミラーロール29と、第二ミラーロール30と、ベースフィルム供給ロール16と、補助ロール群19、20、27、28、34、37と、電離放射線硬化型樹脂を供給するフィーダー12、15、25、31、32と、電離放射線照射機14、18、24、26、35、36と、ドクターブレード13、23、33とを備えている。
The manufacturing apparatus used in this manufacturing method includes a
図11の二次元視野角拡大部材の製造装置において、所定の速度で回転する第一型ロール10の表面には単位レンズ2を構成する断面形状台形の部分に対応する雌型がロールの長さ方向に彫られている。図12(a)に第一型ロール10のロール表面部の垂直方向断面形状を示す。
In the apparatus for manufacturing a two-dimensional viewing angle widening member in FIG. 11, a female die corresponding to a trapezoidal cross-sectional portion constituting the
所定温度に加温された高屈折率樹脂が樹脂フィーダー12から第一型ロール10上に供給され、台形の凹部に充填される。余剰の樹脂をドクターブレード13にて掻き落とした後、電離放射線照射機14にて電離放射線をロール表面に照射して、高屈折率樹脂を硬化させ、単位レンズを形成する。次いでフィーダー15から透明樹脂をロール幅のほぼ全長にわたって供給し第一型ロール10の表面に透明樹脂層を形成する。さらにその上面にベースフィルム17を供給ロール16から巻き出して形成したのち、再び電離放射線照射機18にて電離放射線を照射して、透明樹脂を硬化させる。そして補助ロール19により折り返して、さらに補助ロール20から第二型ロール21へと供給する。
A high refractive index resin heated to a predetermined temperature is supplied from the
この補助ロール19での折り返しの工程により、第一型ロール10の表面凹部に形成されていた断面形状台形の単位レンズは、ロール表面から剥離される。この時点では、図13(a)のE点拡大図で示されるように、ベースフィルム上に透明樹脂層が形成され、さらに透明樹脂層の上面には、断面形状台形の単位レンズが高屈折率樹脂により形成されている。
By the folding process with the
第二型ロール21のロール外周面には、レンズ間部分7を構成する断面形状三角形の部分に対応する雌型がロールの周方向に彫られている。図12(b)に第二型ロール21のロール表面部の水平方向断面形状を示す。
On the outer peripheral surface of the roll of the
再び図11において、所定温度に加温され黒色粒子が混入された低屈折率樹脂が樹脂フィーダー22から第二型ロール21上に供給され、ロール表面の断面形状三角形の凹部に充填される。余剰の樹脂をドクターブレード23にて掻き落とした後、電離放射線照射機24にて電離放射線をロール表面に照射して、黒色粒子混入低屈折率樹脂を硬化させる。次いでフィーダー25から透明樹脂をロール幅のほぼ全長にわたって供給し第二型ロール21の表面に透明樹脂層を形成する。
In FIG. 11 again, a low refractive index resin heated to a predetermined temperature and mixed with black particles is supplied from the
透明樹脂層はロールの回転により送られて、補助ロール20から送られてきた中間製品の下面側に圧着される。そして再び電離放射線照射機26にて電離放射線を照射して、透明樹脂を硬化させる。さらにシートは補助ロール27にて折り返されて補助ロール28からミラーロール29、30側へと送られる。この補助ロール27での折り返しの工程により、第二型ロール21の表面凹部に形成されていた断面形状三角形の黒色粒子混入低屈折率樹脂は、ロール表面から剥離される。この時点においては図13(b)のF点拡大図に示されるように、E点における中間製品の下面に透明樹脂層が形成され、さらにその下側には黒色粒子混入低屈折率樹脂が断面形状三角形に形成されている。
The transparent resin layer is sent by the rotation of the roll, and is pressed onto the lower surface side of the intermediate product sent from the
二つのミラーロール29、30は、わずかな所定の隙間をなすように配置されており、第一ミラーロール29は反時計回りに、第二ミラーロール30は時計回りに所定の同一速度で回転駆動されている。
The two mirror rolls 29 and 30 are arranged so as to form a slight predetermined gap. The
第一ミラーロール29においては、あらかじめロール表面に黒色粒子混入低屈折率樹脂が、フィーダー31から供給されて、ロールの回転により、硬化前のやわらかい状態でミラーロール29の表面に層をなしている。この層をなす黒色粒子混入低屈折率樹脂は、図13(b)に表されたF点拡大図の最上面にある単位レンズを構成する高屈折率樹脂の間の、断面形状三角形の谷間の部分に充填されるべきものである。
In the
一方第二ミラーロール30においては、あらかじめロール表面に高屈折率樹脂が、フィーダー32から供給されて、ロールの回転により、硬化前のやわらかい状態でミラーロール30の表面に層をなしている。この層をなす高屈折率樹脂は、図13(b)に表されたF点拡大図の最下面にある断面形状三角形の黒色粒子混入低屈折率樹脂の間の、断面形状台形の谷間の部分に充填されるべきものである。
On the other hand, in the
これらの層が、補助ロール28より送られてきた中間製品シートの両面に、両ミラーロール29、30に挟まれるようにして圧着される。第一ミラーロール29上の柔らかな黒色粒子混入低屈折率樹脂は、圧着されることにより、高屈折率樹脂で形成された断面形状台形の単位レンズの間の断面形状三角形の谷間に隙間なく入り込む。また、第二ミラーロール30上の柔らかな高屈折率樹脂は、圧着されることにより、黒色粒子混入低屈折率樹脂で形成された断面形状三角形の谷間の台形の部分に隙間なく入り込む。さらに図面左側の単位レンズ間に充填された黒色粒子混入低屈折率樹脂は、レンズ出光面となるべき部分からはみ出した余剰分がドクターブレード33により掻き取られる。
These layers are pressure-bonded to both surfaces of the intermediate product sheet sent from the
さらに補助ロール37に至るまでの間にシートの両面側から電離放射線照射機35、36にて電離放射線を照射して、シート両側面部の黒色粒子混入低屈折率樹脂および、高屈折率樹脂を硬化させる。そしてシートは補助ロール37を通過して巻き取り機38に巻き取られる。この時点では、図13(c)のG点拡大図に示されるように、ベースフィルムの上下両面に単位レンズが直交するように二枚の光拡散シートが形成されている。
Further, ionizing radiation is irradiated by ionizing
なお、上記工程は、第一型ロール10にて断面形状台形の単位レンズ2を形成するものであるが、第一型ロール10により断面形状三角形のレンズ間部分7を形成して、第二型ロール21にて単位レンズを形成するように構成してもよい。
In addition, although the said process forms the
単位レンズを構成する単位レンズ(高屈折率部)2(台形部分)の材料としてエポキシアクリレート、レンズ間部分7の透明低屈折率樹脂としてウレタンアクリレート、光吸収粒子として、大日精化(株)製「ラブコロール」(登録商標)を使用した。
Epoxy acrylate as the material of the unit lens (high refractive index part) 2 (trapezoidal part) constituting the unit lens, urethane acrylate as the transparent low refractive index resin of the
「ラブコロール」の平均粒径は8μmで、添加量を50質量%とした。 The average particle diameter of “Love Color” was 8 μm, and the amount added was 50 mass%.
単位レンズ(高屈折率部)2の屈折率は1.57、レンズ間部分7の屈折率は1.45であった。このように構成した光拡散シートをレンズ形成方向が直交するように配置して、LCDパネルとの間にフレネルレンズシートを、観察者側には拡散板を配置した。拡散板は、アクリル製三層構造で、中間層に拡散剤を混入したものを使用した。単位レンズ(高屈折率部)のレンズピッチは50μmとした。また、単位レンズ2の台形部分の上底長さと、低屈折率部の三角形底辺の長さを等しくなるようにし、いわゆるブラックストライプ率が50%となるようにした。さらに頂角θを10°に設定した。
The refractive index of the unit lens (high refractive index portion) 2 was 1.57, and the refractive index of the
このように構成した二次元視野角拡大部材は、透過率が80%、反射率が5%、ゲインが2であった。また、垂直視野角(半値角:ある方向から観視したときの輝度が正面から観視したときの半分になる角度)、および水平視野角(半値角)はそれぞれ25゜であった。 The thus configured two-dimensional viewing angle widening member had a transmittance of 80%, a reflectance of 5%, and a gain of 2. Further, the vertical viewing angle (half-value angle: the angle when the luminance when viewed from a certain direction is half that when viewed from the front) and the horizontal viewing angle (half-value angle) were 25 °.
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う二次元視野角拡大部材および表示装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 While the present invention has been described in connection with embodiments that are presently the most practical and preferred, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. However, the two-dimensional viewing angle enlarging member and the display device with such a change can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention which can be read from the claims and the entire specification. It should be understood as encompassed by the scope.
S1 光拡散シート
S2 光拡散シート
1 拡散剤入りシート
3 ベースシート(透明基材)
4 透明低屈折率層
5 光吸収粒子
6 低屈折率樹脂
7 レンズ間部分
8 高屈折率樹脂
9 レンズ間部分
S1 Light diffusion sheet S2
4 Transparent Low
Claims (20)
断面形状略台形の複数の単位レンズを一次元または二次元方向に形成した2枚の光拡散シートが、略90°位相をずらされて前記ベースフィルムを挟むように該ベースフィルムの表裏に貼付され、
それぞれの前記光拡散シートにおいて、前記単位レンズは前記台形の下底を入光部、上底を出光部、斜辺を全反射部とし、
前記単位レンズは高屈折率物質で形成され、隣接する前記単位レンズに挟まれた断面形状三角形の部分は前記高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質で形成されるとともに、
前記低屈折率物質には光吸収粒子が添加されていることを特徴とする二次元視野角拡大部材。 It has a base film that has translucency and has flat front and back.
Two light diffusing sheets in which a plurality of unit lenses each having a substantially trapezoidal cross section are formed in one or two dimensions are pasted on the front and back of the base film so that the base film is sandwiched with a phase shift of approximately 90 °. ,
In each of the light diffusing sheets, the unit lens has a lower base of the trapezoid as a light entrance part, an upper base as a light exit part, and a hypotenuse as a total reflection part,
The unit lens is formed of a high refractive index material, and a cross-sectional triangular portion sandwiched between adjacent unit lenses is formed of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material. ,
A two-dimensional viewing angle enlarging member, wherein light absorbing particles are added to the low refractive index substance.
断面形状略台形の複数の単位レンズを一次元または二次元方向に形成した2枚の光拡散シートが、略90°位相をずらされて前記ベースフィルムを挟んで該ベースフィルムの表裏に貼付され、
それぞれの前記光拡散シートにおいて、前記単位レンズは前記台形の下底を入光部、上底を出光部、斜辺を全反射部とし、
前記単位レンズは高屈折率物質で形成され、前記全反射部を構成する斜辺の部分には前記高屈折率物質の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率物質により、透明低屈折率層が形成されていることを特徴とする二次元視野角拡大部材。 It has a base film that has translucency and has flat front and back.
Two light diffusion sheets in which a plurality of unit lenses having a substantially trapezoidal cross-sectional shape are formed in a one-dimensional or two-dimensional direction are attached to the front and back of the base film with the base film sandwiched by being shifted by about 90 °,
In each of the light diffusing sheets, the unit lens has a lower base of the trapezoid as a light entrance part, an upper base as a light exit part, and a hypotenuse as a total reflection part,
The unit lens is formed of a high-refractive index material, and a transparent low-refractive index layer is formed on a hypotenuse portion constituting the total reflection portion by a low-refractive index material having a refractive index lower than that of the high-refractive index material. A two-dimensional viewing angle widening member formed.
sin(90°−θ)>N2/N1
かつ
N1<1/sin2θ
なる関係が成立することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材。 In each of the two light diffusion sheets, the refractive index of the high refractive index material is N1, the refractive index of the low refractive index material is N2, and the angle between the trapezoidal hypotenuse and the normal line of the light emitting portion is θ. if you did this,
sin (90 ° −θ)> N2 / N1
And N1 <1 / sin2θ
The two-dimensional viewing angle enlarging member according to claim 1, wherein the following relationship is established.
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
なる関係を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材。 In each of the two light diffusion sheets, when the length of the upper base of the trapezoid is T, the height is H, and the angle between the trapezoid hypotenuse and the normal line of the light emitting portion is θ,
0 <H <T / (tan (2θ + 10 °) −tanθ)
The two-dimensional viewing angle enlarging member according to claim 1, wherein the two-dimensional viewing angle enlarging member has the following relationship.
sin(90°−θ)>N2/N1
N1<1/sin2θ
かつ
0<H<T/(tan(2θ+10°)−tanθ)
なる関係が成立することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載された二次元視野角拡大部材。 In each of the two light diffusion sheets, the refractive index of the high refractive index material is N1, the refractive index of the low refractive index material is N2, the length of the upper base of the trapezoid is T, the height is H, When the angle between the trapezoid hypotenuse and the normal line of the light emitting part is θ,
sin (90 ° −θ)> N2 / N1
N1 <1 / sin2θ
And 0 <H <T / (tan (2θ + 10 °) −tanθ)
The two-dimensional viewing angle enlarging member according to claim 1, wherein the following relationship is established.
1<N1<5.76
0.23<N2/N1<0.996
かつ
H<T/0.57
なる関係を満たすことを特徴とする請求項12に記載された二次元視野角拡大部材。 The refractive indexes N1 and N2, and the length T and height H of the upper base of the trapezoid,
1 <N1 <5.76
0.23 <N2 / N1 <0.996
And H <T / 0.57
The two-dimensional viewing angle enlarging member according to claim 12, wherein the following relationship is satisfied.
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