JP2009258297A - レンズアレイシート、光学シート、光源及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このレンズアレイシート101は、複数のレンズUがアレイ状に形成されたレンズ面11を有するレンズ層10と、上記レンズ層10の上記レンズ面11とは反対の面側に配置され、光を通過させる開口部32を上記レンズUの集光領域G内に有し、上記開口部32以外の部位で光を反射する光反射層30と、上記レンズ層10と上記光反射層30との間に配置され、上記開口部32を通過して上記レンズ層10に向かう光を拡散させる光拡散層20Aと、を有する。
【選択図】図1
Description
バックライトからの光を液晶パネルへと立ち上げるための立ち上げ部材には、規則的なピッチの構造物パターンを有する光学シートが用いられることがある。この場合、液晶パネルの規則的なピッチを形成する絵素と、光学シートの構造物パターンとが重なり合うことにより、明暗格子が重ね合わされ、モアレ縞が発生する。特許文献1に記載の液晶表示装置では、絵素の配列ピッチと、光学シートの構造物パターンのピッチとを、モアレ縞のピッチ間隔が最小になるように設定することにより、モアレ縞を低減させる。つまり、この液晶表示装置では、モレア縞のピッチ間隔を最小化して、人間の眼の分解能以下にすることにより、モアレ縞の画質への影響を低減させている。
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明する。図1及び図2は、本実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。図1及び図2には、本実施形態に係るレンズアレイシートの概略的な断面形状及び構成を示した。なお、図1では、レンズアレイシート101の右端部の断面形状を表し、A−A線より左方のレンズアレイシート101は省略して図示した。
図1に示すように、本実施形態に係るレンズアレイシート101は、一体に形成された3層構造を有する。つまり、レンズアレイシート101は、レンズ層10と、光拡散層20Aと、光反射層30とを有する。
以上、本実施形態に係るレンズアレイシート101の構成について説明した。
次に、図2を参照しつつ、このレンズアレイシート101の各構成の寸法例等について説明する。
次に、本実施形態に係るレンズアレイシート101の形成方法の一例について説明する。なお、ここで説明する形成方法は、あくまで一例であって、本発明を限定するものではない。レンズアレイシート101は、他の様々な方法で形成されてもよいことは言うまでもない。また、ここでは、レンズ層10にレンチキュラーレンズアレイが使用された場合を例に説明するが、他の形状のレンズUを使用する場合も同様に形成することができる。
このレンズ層10を形成する方法としては、例えば、レンズUに対応する形状を有する金型を用いる方法、レンズUに対応する形状を有するニッケル製スタンパなどの形状を加熱プレスにより転写する方法、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂を透明基板等に塗布してレンズUに対応する形状のエンボスロールによりエンボス加工を行った後に紫外線又は電子線で硬化させる方法、フォトレジストをフォトリソグラフィ法によりレンズUのピッチでパターニングして加熱溶融しレンズを形成する方法などが挙げられる。
以上、本発明の第1実施形態に係るレンズアレイシート101の構成等について説明した。このレンズアレイシート101によれば、例えば、光反射層30側に光源を配置して、光を照射した場合、レンズ層10に入射する光は光反射層30により焦点Fに絞られる。よって、レンズアレイシート101はレンズ層10のレンズ面11の方向から略平行光を出射させることができる。この際、出射される略平行光は、光拡散層20Aにより拡散された光が含まれる。よって、レンズアレイシート101は、この略平行光中に含まれる、レンズUの規則的なパターンや光反射層30のパターンと同様のパターンを有する光(例えば輝度ムラのパターンや指向性パターンなど)を低減することができる。その結果、例えば、レンズアレイシート101の前面に液晶パネルなどを配置したとしても、その液晶パネルの規則的な構造パターンと共にモアレ縞を発生させる光の規則的なパターンを低減させることができ、モアレ縞の発生を抑制することができる。
図3は、本発明の第2実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図3に示すように、本実施形態に係るレンズアレイシート102は、上記第1実施形態に係るレンズアレイシート101が有する構成に加えて、更に透明層40を有する。
このような透明層40は、例えば、上記第1実施形態に係るレンズアレイシート101において光反射層30を形成する前に、光拡散層20Aに積層されることにより、形成可能である。しかしながら、この形成方法も、本発明を限定するものではない。
以上、本発明の第2実施形態に係るレンズアレイシート102の構成等について説明した。このレンズアレイシート102によれば、第1実施形態に係るレンズアレイシート101が奏することができる効果に加えて、更に、光拡散層20Aの厚みを調整することにより、レンズアレイシート102全体の厚みを変えずに光拡散層20Aのヘイズ値を調整することができる。また、レンズアレイシート102は、光拡散層20Aと透明層40との間の界面が1つ増えるため、この界面を利用した反射効果、拡散効果などを利用することも可能である。
図4は、本発明の第3実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図4に示すように、本実施形態に係るレンズアレイシート103は、上記第1実施形態に係るレンズアレイシート101が有する光拡散層20Aに代えて、光拡散層20Bを有する。そして、この光拡散層20Bは、上記第1実施形態の光拡散層20Aの一部と同様の光拡散部21と、上記第2実施形態の透明層40の一部と同様の透明部41とを有する。
このような光拡散層20Bは、例えば、上記第1実施形態に係るレンズアレイシート101において光反射層30を形成する前に、光拡散部21を形成し、光拡散部21の間に透明部41を形成することにより、形成可能である。また、光拡散部21は、光拡散層20Aの一部をフォトリソグラフィ法やスパッタリング法などにより抜き取ることにより形成可能であり、その他印刷法、転写法などにより形成することも可能である。また、先に光拡散層20Bを形成し、その後、レンズ層10及び光反射層30を形成することも可能である。更に、光拡散層20Bをしかしながら、これらの形成方法も、本発明を限定するものではない。
以上、本発明の第3実施形態に係るレンズアレイシート103の構成等について説明した。このレンズアレイシート103によれば、第1実施形態に係るレンズアレイシート101が奏することができる効果に加えて、更に、光拡散部21の幅を調整することにより、レンズアレイシート102全体の厚みを変えずに光拡散層20Bのヘイズ値を調整することができる。また、レンズアレイシート103は、各光拡散部21の間に透明部41を有することにより、一のレンズUの集光領域と他のレンズUの集光領域との間に界面を2つ形成する。この界面は、各光拡散部21で拡散された光のうち、その光拡散部21に対応したレンズU以外のレンズUに向かう光の一部を、対応するレンズUの方向に反射させることができる。従って、レンズアレイシート103は、光の利用効率を向上させることができ、レンズ層10による集光効果などを向上させることができる。
図5は、本発明の第4実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。図6は、本発明の第5実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図5に示すように、第4実施形態に係るレンズアレイシート104は、レンズ層10と光拡散層20Bとの間に透明層40を有する。一方、図6に示すように、第5実施形態に係るレンズアレイシート105は、透明層40を光拡散層20Bと光反射層30との間に有する。
このようなレンズアレイシート104,105は、上記第2実施形態に係るレンズアレイシート102の形成方法と、第3実施形態に係るレンズアレイシート103の形成方法とを組み合わせることにより、形成することが可能である。ただし、この形成方法も、本発明を限定するものではない。
以上、本発明の第4,5実施形態に係るレンズアレイシート104,105の構成等について説明した。このレンズアレイシート104,105によれば、第2実施形態に係るレンズアレイシート102が奏する効果と、第3実施形態に係るレンズアレイシート103が奏する効果とを合わせた効果を奏することが可能である。特に、上記第5実施形態に係るレンズアレイシート105の場合、光拡散部21がレンズ層10に入射する直前の光を拡散させる。従って、1の開口部32を通過した光が、その開口部32に対応するレンズU以外のレンズUに進入してしまう可能性を低減させることができ、光の利用効率を更に高めることができる。
図6は、本発明の第6実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図6に示すように、本実施形態に係るレンズアレイシート106は、上記第3実施形態に係るレンズアレイシート103が有する光拡散層20Bに代えて、光拡散層20Cを有する。そして、この光拡散層20Cは、光拡散部22と、透明部42とを有する。
以上、本実施形態に係るレンズアレイシート106の構成について説明した。
次に、図8を参照しつつ、このレンズアレイシート106の各構成の寸法例等について説明する。
このような光拡散層20Cは、例えば、以下のように形成することができる。まず、レンズ層10の平坦面に、光拡散性を有する紫外線硬化性樹脂などを塗布し、その後、レンズ層10のレンズ面11から、レンズUの中心からの径がレンズUの径と同じかそれよりも細い紫外線を照射する。すると、図7及び図8に示すような形状に紫外線効果性樹脂が硬化する。その後、未硬化の部位を取り除くことにより、光拡散部22を形成することができる。そして、光拡散部22の間に透明部42を形成することにより、光拡散層20Cを形成することができる。また、この光拡散層20Cも、第1実施形態に係る光拡散層20Aの一部をフォトリソグラフィ法やスパッタリング法などにより抜き取ることにより形成することも可能である。しかしながら、これらの形成方法も、本発明を限定するものではない。
以上、本発明の第6実施形態に係るレンズアレイシート106の構成等について説明した。このレンズアレイシート106によれば、第3実施形態に係るレンズアレイシート103が奏することができる効果に加えて、光拡散部22と透明部42との界面の形状が、集光領域Gに沿った形状を有する。従って、光拡散部22で拡散された光の一部を、その界面で屈折率差により反射させることができ、対応するレンズUに向かう光の量を増やすことができる。換言すれば、この第6実施形態に係るレンズアレイシート106は、擬似的に、光拡散部22と透明部42との界面により、レンズUに光を導くことができる。よって、レンズアレイシート106は、更に光の利用効率を高めることができる。
図9は、本発明の第7実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図9に示すように、本実施形態に係るレンズアレイシート201は、上記第1実施形態に係るレンズアレイシート101が有する光拡散層20A及び光反射層30に代えて、光拡散層50Aを有する。そして、この光拡散層50Aは、光拡散部21と、光反射部51とを有する。なお、本実施形態に係る光拡散部21は、図9に示すように、第1実施形態に係る光拡散層20Aを形成する光拡散部21とは形状が異なるが、層状であり、また、同様に形成されるため、共通の符合を付している。一方、本実施形態に係る光反射部51は、光拡散層50Aに埋め込まれて形成されるため異なる符合で示したが、基本的には第1実施形態〜第6実施形態に係る光反射部31,32と同様に形成される。
このような光拡散層50Aは、例えば、以下のように形成することができる。つまり例えば、まず、レンズ層10の平坦面に光拡散部21を平坦な層状に形成し、フォトリソグラフィ法やスパッタリング法により、光拡散部21の裏面にくぼみを形成する。そして、そのくぼみに光反射部51を塗布することにより、光拡散層50Aが形成される。また、他にも例えば、光拡散層50Aは、レンズ層10の平坦面に光拡散部21の一部を平坦に形成し、その光拡散部21に所定のパターンのくぼみを有する光拡散部21を更に積層した後、そのくぼみに光反射部51を塗布することにより、形成可能である。しかしながら、これらの形成方法も、本発明を限定するものではない。
以上、本発明の第7実施形態に係るレンズアレイシート201の構成等について説明した。このレンズアレイシート201によれば、第1実施形態に係るレンズアレイシート101が奏することができる効果に加えて、更に、光反射部51の厚みを調整することにより、光反射部51の反射率を高めることができ、更に光の利用効率を高めることができる。上述の第1実施形態に係る光反射層30等と同様に、光反射部51も、レンズ層10に入射する光を、焦点Fを通過する光に絞る役割を担う。しかしながら、例えば金属材料を使用したとしても、光反射部51では、光の吸収や透過が生じ、反射率は100%ではない。反射率が低い場合、光反射部51での光の吸収や透過により、実際にレンズ層10に反射される光は、低減してしまう。一方、光反射部51は、厚みを厚くすることにより反射率を向上させることができる。そこで、例えば、第1実施形態等において光反射部31の厚みを厚くした場合、レンズアレイシート101そのものの厚みが増加してしまう。しかしながら、本実施形態に係るレンズアレイシート201のように、光反射部51を光拡散層50Aに埋め込むことにより、レンズアレイシート201自体の厚みを増加させることなく、容易に光反射部51の厚みを厚くすることが可能である。なお、この光反射部51が埋め込まれる深さ、つまり厚みは、反射効率が70%以上になるように設定されることが望ましい。更に言えば、この厚みは、反射率が80%以上、更に好ましくは90%以上となるように設定されることが望ましい。なお、この厚みは、光反射部51の材質等により異なるため、その材質等に応じて設定されることが望ましい。
図10は、本発明の第8実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。図11及び図12は、本発明の第9実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図10,11に示すように、レンズアレイシート202,203のそれぞれは、上記第7実施形態に係るレンズアレイシート201が有する光拡散層50Aに代えて、光拡散層50B,50Cを有する。そして、この光拡散層50B,50Cは、それぞれ、光反射部51に代えて光反射部52,53を有する。
以上、レンズアレイシート202,203の構成について説明した。
次に、図12を参照しつつ、このように幅が縮小する光反射部52,53が埋め込まれたレンズアレイシートの一例として、レンズアレイシート203の各構成の寸法例等について説明する。
このような光拡散層50B,50Cは、光拡散層50Aと同様に、例えば以下のように形成することができる。つまり例えば、まず、レンズ層10の平坦面に光拡散部21を平坦な層状に形成し、フォトリソグラフィ法やスパッタリング法により、光拡散部21の裏面にくぼみを形成する。そして、そのくぼみに光反射部51を塗布することにより、光拡散層50B,50Cを形成することができる。また、他にも例えば、光拡散層50B,50Cは、レンズ層10の平坦面に光拡散部21の一部を平坦に形成し、その光拡散部21に所定のパターンのくぼみを有する光拡散部21を更に積層した後、そのくぼみに光反射部51を塗布することにより、形成可能である。
以上、本発明の第8,9実施形態に係るレンズアレイシート202,203の構成等について説明した。このレンズアレイシート202,203によれば、第7実施形態に係るレンズアレイシート103が奏することができる効果に加えて、光反射部52,53の形状を非集光領域Nに沿った形状にすることができる。よって、光反射部52,53により、光拡散部21で拡散された光の一部を反射させ、対応するレンズUに向かう光の量を増やすことができる。換言すれば、この第8,9実施形態に係るレンズアレイシート202,203は、擬似的に、光反射部52,53により、レンズUに光を導くことができる。よって、レンズアレイシート202,203は、更に光の利用効率を高めることができる。
図13は、本発明の第10実施形態に係るレンズアレイシートの構成について説明するための説明図である。
図13に示すように、レンズアレイシート204は、上記第7実施形態に係るレンズアレイシート201が有する光拡散層50Aに代えて、光拡散層50Dを有する。そして、この光拡散層50Dは、光反射部51に代えて光反射部54を有する。
このような光拡散層50Dは、例えば、フォトリソグラフィ法やスパッタリング法により形成することができる。この場合、例えば、まず、光反射部54が埋め込まれる部位を先に形成する。つまり、層状の光拡散部21を用意し、フォトリソグラフィ法やスパッタリング法により、レンズ層10が配置される方向から、くぼみを形成する。そのくぼみに光反射部51を形成し、その後、層状の光拡散部21を更に積層する。そして、積層した層状の光拡散部21にレンズ層10を接合することにより、レンズアレイシート204が完成する。
以上、本発明の第10実施形態に係るレンズアレイシート204の構成等について説明した。このレンズアレイシート204によれば、第7実施形態に係るレンズアレイシート103が奏することができる効果に加えて、光反射部54の幅をレンズ層10に近づくに従い広くすることができる。例えば、一の光反射部54とその隣の光反射部54との間(「開口部」ともいう。)を通過する光の一部は、光拡散部21により拡散され、その開口部に対応するレンズUとは異なるレンズUに向かう。この際、光反射部54は、他のレンズ方向に向かう光の入射角度が増加する形状を有している。よって、他のレンズ方向に向かう光を、本来対応したレンズUの集光領域G内に反射させて、他のレンズに入射するいわゆるクロストークを効率的に防止することができる。従って、光の利用効率及びレンズ層10による略平行光への変換効率を向上させることができる。
次に、このレンズアレイシートが液晶表示装置等に使用された場合について説明する。そこで、上記第1〜10実施形態のレンズアレイシートを総称して「レンズアレイシート300」という。なお、レンズアレイシートとして、上記第1〜10実施形態のレンズアレイシートのいずれを使用しても、画質を維持しつつモアレ縞を低減することができることは上述の通りである。
図14は、本発明の第11実施形態に係る液表表示装置の構成について説明するための説明図である。
次に、図15を参照しつつ、本発明の第12実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図15は、本発明の第12実施形態に係る液表表示装置の構成について説明するための説明図である。
まず、第1〜5実施形態に係るレンズアレイシート101〜105と、第7〜10実施形態に係るレンズアレイシート201〜204を作成した。この際、各レンズアレイシートが有するレンズ層及び透明部は、アクリル樹脂で形成し、光拡散部は、シリカを分散させたアクリル樹脂で形成した。そして、光反射層は、白色顔料を混合したウレタン樹脂で形成した。各構成の形状は、各光拡散層のヘイズ値が20%となるように設定した。
表1に示すように、光拡散部21等を有さない液晶表示装置である比較例2,3では、モアレ縞が発生しているのに対して、本発明の各実施形態に係る液晶表示装置は、モアレ縞の発生を防止できている。なお、比較例1の液晶表示装置でモアレ縞が発生していない理由としては、レンズアレイシートを有さないため液晶パネルの構造パターンと干渉する明暗等のパターンが発生しないことに起因すると思われる。しかし、レンズアレイシートを有さない分、比較例1の液晶表示装置では、正面輝度が低い。
表1に示すように、ヘイズ値が20%を超過した液晶表示装置では、モアレ縞は発生しないものの正面輝度が減少していることが判る。従って、本発明の各実施形態に係るレンズアレイシートが有する光拡散層は、正面輝度の減少が比較的低いヘイズ値が約20%以下になるように形成されることが好ましい。
11 レンズ面
20A,20B,20C 光拡散層
50A,50B,50C,50D 光拡散層
21,22 光拡散部
30,51,52,53,54 光反射層
31 光反射部
32 開口部
40 透明層
41,42 透明部
101,102,103,104,105,106 レンズアレイシート
201,202,203,204 レンズアレイシート
300 レンズアレイシート
400,500 液晶表示装置
401,501 光源
402,502 光学シート
403 液晶パネル
404 光拡散板
405 バックライト
503 偏光分離フィルム
504 光拡散フィルム
E 周辺部
G 集光領域
N 非集光領域
F 焦点
U レンズ
Claims (14)
- 複数のレンズがアレイ状に形成されたレンズ面を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記レンズ面とは反対の面側に配置され、光を通過させる開口部を前記レンズの集光領域内に有し、前記開口部以外の部位で光を反射する光反射層と、
前記レンズ層と前記光反射層との間に配置され、前記開口部を通過して前記レンズ層に向かう光を拡散させる光拡散層と、
を有する、レンズアレイシート。 - 前記光拡散層は、
前記レンズの集光領域内に配置され、前記開口部を通過して前記レンズ層に向かう光を拡散させる複数の光拡散部と、
前記複数の光拡散部の間に配置され、光を透過する透明部と、
を有する、請求項1に記載のレンズアレイシート。 - 前記光拡散部は、前記レンズ層に近づくにつれて幅が拡大する形状を有する、請求項2に記載のレンズアレイシート。
- 前記光拡散層と前記光反射層との間に配置され、光を透過する透明層を更に有する、請求項1〜3のいずれかに記載のレンズアレイシート。
- 前記レンズ層と前記光拡散層との間に配置され、光を透過する透明層を更に有する、請求項1〜3のいずれかに記載のレンズアレイシート。
- 前記光拡散層のヘイズは、20%以下である、請求項1に記載のレンズアレイシート。
- 前記光反射層は、光を反射するために当該光を散乱させる散乱反射層である、請求項1に記載のレンズアレイシート。
- 前記光反射層は、少なくも前記レンズアレイシートの周辺部には形成されない、請求項1に記載のレンズアレイシート。
- 前記レンズ層のレンズ面には、相互に平行に所定の間隔で配列された複数の凸状のを有するレンチキュラーレンズが形成される、請求項1に記載のレンズアレイシート。
- 複数のレンズがアレイ状に形成されたレンズ面を有するレンズアレイシートと、
前記レンズアレイシートの前記レンズ面とは反対の面側に配置され、前記レンズアレイシートに向かう光を拡散させる光拡散板と、
を有し、
前記レンズアレイシートは、
前記レンズ面を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記レンズ面とは反対の面側に配置され、前記光拡散板からの光を通過させる開口部を前記レンズの集光領域内に有し、前記開口部以外の部位で光を反射する光反射層と、
前記レンズ層と前記光反射層との間に配置され、前記開口部を通過して前記レンズ層に向かう光を拡散させる光拡散層と、
を有する、光学シート。 - 前記レンズアレイシートのレンズ面側に配置され、光を偏光分離する偏光分離フィルムを更に有する、請求項10に記載の光学シート。
- 前記偏光分離フィルムと前記レンズアレイシートとの間、及び、前記レンズアレイシートと前記光拡散板との間の少なくとも一方に配置され、光を拡散させる光拡散シートを更に有する、請求項11に記載の光学シート。
- 複数のレンズがアレイ状に形成されたレンズ面を有するレンズアレイシートと、
前記レンズアレイシートの前記レンズ面とは反対の面側に配置され、前記レンズアレイシートに光を照射するバックライトと、
を有し、
前記レンズアレイシートは、
前記レンズ面を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記レンズ面とは反対の面側に配置され、前記バックライトから照射された光を通過させる開口部を前記レンズの集光領域内に有し、前記開口部以外の部位で光を反射する光反射層と、
前記レンズ層と前記光反射層との間に配置され、前記開口部を通過して前記レンズ層に向かう光を拡散させる光拡散層と、
を有する、光源。 - 液晶パネルと前記液晶パネルに光を照射するバックライトとの間に配置され、前記液晶パネル側に複数のレンズがアレイ状に形成されたレンズ面を有するレンズアレイシートを有し、
前記レンズアレイシートは、
前記レンズ面を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記レンズ面とは反対の面側に配置され、前記バックライトから照射された光を通過させる開口部を前記レンズの集光領域内に有し、前記開口部以外の部位で光を反射する光反射層と、
前記レンズ層と前記光反射層との間に配置され、前記開口部を通過して前記レンズ層に向かう光を拡散させる光拡散層と、
を有する、液晶表示装置。
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