JP2010134345A - 光均一素子及びそれを用いたバックライトユニットとディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光均一素子25は、光偏向要素28及び光伝搬層23と光拡散層26で構成される。光偏向要素28は、表示装置70の光源41側に向けて配置され、光偏向要素28の入射面から入射した光Hを偏向して光伝搬層23に射出し、光伝搬層23の光射出面から拡散光を射出する。光拡散層26の光出射面側26bに微細な光拡散用凸部26Aからなる凹凸形状を備えている。
【選択図】図1
Description
すなわち、請求項1は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の高さが30μmから300μmであることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の高さを規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項2は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の底部の立ち上がり傾斜角度が40°から85°であることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の底部の立ち上がり傾斜角度を規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項3は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の間隔と高さの比率が30%から80%であることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の間隔と高さの比率を規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項4は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の形状が凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凸部形状を組合せた構造であることを特徴とする光均一素子である。上記のような形状を光出射側表面に形成することで様々な角度の射出面が形成され、より広い範囲へ光を射出することが可能となることで拡散性能が向上し、光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項5は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光偏向要素が弧状表面又は稜線を有する第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をnとし、前記光偏向要素のピッチをPとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さTが下記の数1を満たすことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の光均一素子を提供するものである。前記光偏向要素を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。また、前記光偏向要素頂部の形状を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち請求項6は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光偏向要素の形状が、前記第一頂部と、前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、20度以上90度以下で連続して変化していることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の光均一素子を提供するものである。前記光偏向要素の形状を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項7は、前記光偏向要素及び光伝搬層と光拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が形成され、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が形成されており、前記光拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が30%〜80%、ヘイズ値が90%以上であり、前記伝搬層は全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が90%以下であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の光均一素子である。前記光拡散基材の全光線透過率値及びヘイズ値、伝搬層の全光線透過率値及びヘイズ値を規定することで光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項8は、前記光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の光均一素子である。光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材を一括で押出成型することで、製造コストを抑えた光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項9は、前記光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材と光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素が光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の光均一素子である。加工精度の高いシート状の光偏向要素を固定することで、設計に適合した光源のイメージを消す効果に優れた光偏向要素を有する光均一素子を提供することが可能となる。
すなわち、請求項10は、請求項1から9の何れか1項に記載の光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側には、光を集光または拡散、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、あるいは異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成となっていることを特徴とする光学シートである。これらの集光、拡散、偏向分離させる機能を有する光学フィルムと組み合わせることで、より光源のイメージを均一化することが出来る光学シートを提供することが可能となる。
すなわち、請求項11は、請求項1から9の何れか1項に記載の光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側に集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが配置されており、前記集光レンズは複数で一定のピッチで配列されて、前記集光レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シートである。
(第1の実施形態)
光偏向要素28は微細な光偏向用単位レンズ28Aから構成され、光偏向要素28としては凹凸形状を有するレンズであることが望ましい。光偏向用単位レンズ28Aの第一傾斜面28bが光伝搬層23と接合する点30における第一傾斜面への接線mと、光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23aとがなす角度をθ、光偏向用単位レンズ28AのピッチをP、光伝搬層23の厚みをT、光伝搬層23の屈折率をnとしたとき、以下の数式1を満たすことが望ましい。
よって一定のピッチで配列された光偏向用単位レンズ28Aに入射した正面光Hは、光偏向用単位レンズ28Aで偏向された光が光伝搬層23内で混ざり合い、光拡散層26にて拡散、観察者側Fへと射出される。光伝搬層23の厚みTが数式1を満たさない場合、光偏向要素28にて偏向された光は混ざり合わずに光拡散層26へ入射するため、光均一素子25の拡散性能が不足する。さらにまた、2つ隣の光偏向用単位レンズ28Aによって偏向された光が光伝搬層23内で混ざり合うことがより好ましい。すなわち、以下の数式2を満たすことが望ましい。
光偏向用単位レンズ28Aとしては、図3(a)のような三角プリズム形状が望ましい。レンズ成形が容易であり、且つ正面からの入射光Hを大きく偏向することが出来るためである。また、図3(b)のような凸湾曲レンズ形状が望ましい。最も突出する第一頂部28a、及び第一傾斜面28bの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Hを様々な角度へ偏向することが出来るためである。凸湾曲レンズ形状としては、図3(c)のような非球面形状であることが更には望ましい。第一頂部28aの曲率半径が小さくできるため、拡散性能が増すためである。さらに光偏向用単位レンズ28Aとしては、図3(d)のような湾曲三角プリズムであることが望ましい。第一頂部28aが稜線であるため、入射光Hがレンズのどの箇所へ入射しても必ず大きく偏向することができる。また、第一傾斜面28bの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Hを様々な角度へ拡散することが出来るためである。このとき、図3(d)に示すように、第一傾斜面28bの各点における接線が、光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23bとなす角度が、20度〜90度の間で連続的に変化していることが更には望ましい。20度を下回る面がある場合、偏向角が非常に小さくなるため、拡散性能が弱くなってしまう。特に0度となる面がある場合、全く偏向せずに入射光Hを通すことになる。湾曲三角プリズムは第一傾斜面28bの各点における接線が、光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23bとなす角度が、20度より小さくなる面がないため、第一傾斜面28bのどの箇所に光が入射しても大きな角度で偏向することが可能である。
また、第一傾斜面28bの各点における接線が、光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23bとなす角度が大きく変化しない場合、第一傾斜面28bのどの点に光が入射しても、偏向角がほとんど一緒となるため、同じ領域に光が集中してしまう。湾曲三角プリズムは第一傾斜面28bの各点における接線が、光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23bとなす角度が、20度〜90度の範囲で大きく変化しているため、様々な角度に入射光Hを偏向し、光を均一にすることができる。さらに、光偏向用単位レンズ28Aは上記レンズ形状を複数組み合わせて用いることができる。例えば図3(e)に示されるように、凸湾曲レンズの上に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良い。または図3(f)のように2つの湾曲三角プリズムをVe方向にシフトさせて重ねた形状でも良い。2つ以上のレンズ形状による拡散効果により、更に拡散性能が増すためである。
光伝搬層23に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、PET、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。また、光伝搬層23は、少なくとも1軸方向に延伸されていてもよい。
光伝搬層23は、少なくとも2層以上の多層構造とすることができる。このとき、光偏向要素28側の層23Aの屈折率をn1、光拡散層26側の層23Bの屈折率をn2、光偏向要素28の屈折率をn0としたとき、数式3を満たすことが望ましい。
光Hが光偏向用単位レンズ28Aに入射すると、空気の屈折率と光偏向用単位レンズ28Aの屈折率n0とにより光Hは偏向される。このとき光偏向用単位レンズ28Aの屈折率n0が大きいほど屈折角は大きくなるため、光偏向用単位レンズ28Aの屈折率n0は大きい方が望ましい。図9(a)においては、光偏向要素28、光伝搬層23の光偏向要素28側の層23A、及び光伝搬層23の光拡散層26側の層23Bのそれぞれの界面において、光が光源41側から観察者側Fに進むにあたり、界面での屈折率が高くなる場合を2点鎖線、屈折率が変わらない場合を点線、屈折率が低くなる場合を実線で表している。例えば、光偏向要素28により偏向された光が光伝搬層23に入射する際、n0>n1、すなわち屈折率が低くなる場合、実線で図示される方向へ偏向する。偏向された光と光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23aとのなす角度が小さくなるため、拡散性能は向上する。
[実施例]
光伝播層23の厚みを1.5mm、光拡散層26の厚みを0.5mmの設定で構成された厚さ2mmのポリカーボネート製拡散/透明層板の光伝搬層側において、光拡散層の表面に光拡散用凸部26Aの高さを80μm、光拡散用凸部26Aの間隔を200μmとなる凸湾曲状の形状を押出し成型時に金型を用いて作製した。この拡散/透明層板の透明層側に上記光偏向要素28であるUV硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを、粘着材を用いて貼り合わせて光均一素子25を作製した。
上記光偏向要素28である凸レンチキュラーレンズと同様の方法を用いて、光拡散用凸部26Aの高さを100μm、光拡散用凸部26Aの間隔を240μmとなるUV硬化樹脂製の凸湾曲状のシートを作製した。この凸湾曲状のシートを、光伝播層23の厚みを1.5mm、光拡散層26全体の厚みを0.5mmに設定したポリカーボネート製の拡散/透明層板の光拡散層面に、粘着材を介して貼り合せた。次に、光伝播層側にUV硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを貼り合わせて光均一素子25を作製した。
光伝播層23の厚みを1.5mm、光拡散層26の厚みを0.5mmの設定で構成された厚さ2mmのポリカーボネート製拡散/透明層板の光伝搬層側に、粘着材を用いて上記光偏向要素28であるUV硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを貼り合わせて、光拡散層面に凹凸形状を設けていない光均一素子25を作製した。
上記ディスプレイ装置において、光偏向要素および凹凸形状を有しない光伝播層23の厚みを1.5mm、光拡散層26の厚みを0.5mmの設定で構成された、厚さ2mmのポリカーボネート製拡散/透明層板の光拡散層面に、拡散フィルム、90度三角プリズムシート、拡散フィルムの順番で重ねた構成のディスプレイ装置を組み立てた。
本実施例、及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
(正面輝度評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面中心部を分光放射輝度計(SR−3A:トプコンテクノハウス社製)にて測定した。
(輝度ムラ評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機(ProMetric1200:Radiant Imaging社製)にて測定、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の5本分の冷陰極管に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化(%)を算出した。この輝度変化の標準偏差σが1%以内であれば、光学シートの拡散性が良好と判定した。
(表1)
実施例1は、輝度の低下はなく、光源イメージが全く認められなかった。
実施例2は、輝度の低下はなく、光源イメージが全く認められなかった。
比較例1は、輝度の低下はなく、光源イメージもほとんど認識されなかった。
比較例2は、輝度の低下はなかったが、光源イメージが容易に認識された。
Claims (14)
- 光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が設けられ、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が設けられた光均一素子において、
前記光拡散基材の光出射側表面に微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状が設けられており、
前記光拡散用凸部の高さは30μm以上300μm以下である、
ことを特徴とする光均一素子。 - 前記光拡散基材に対する前記光拡散用凸部の側面の立ち上がり傾斜角度は40°以上85°以下であることを特徴とする請求項1記載の光均一素子。
- 前記光拡散用凸部の間隔と前記光拡散用凸部の高さの比率が30%以上80%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の光均一素子。
- 前記光拡散用凸部の形状が凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凸部形状を組合せた構造であることを特徴とする請求項1乃至3に何れか1項記載の光均一素子。
- 前記光偏向要素は微細な光偏向用単位レンズから構成され、
前記光偏向用単位レンズは弧状表面で形成され最も突出する箇所である第1頂部を有し又は最も突出する箇所である第1頂部を構成する稜線を含んで形成されており、
前記光偏向用単位レンズは、前記第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をnとし、前記光偏向用単位レンズのピッチをPとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さTが下記の数1を満たすことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の光均一素子。
- 前記第一傾斜部は、湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、20度以上90度以下で連続して変化していることを特徴とする請求項5記載の光均一素子。
- 前記光拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が20%以上80%以下、ヘイズ値が95%以上であり、前記光伝搬層は全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が95%以下であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項記載の光均一素子。
- 前記光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の光均一素子。
- 前記光拡散基材と光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素と光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項記載の光均一素子。
- 請求項1から9の何れか1項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、光を集光または拡散、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、あるいは異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成となっていることを特徴とする光学シート。
- 請求項1から10の何れか1項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが配置されており、前記集光レンズは複数の単位レンズが一定のピッチで配列されて、前記単位レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有して最も突出した第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シート。
- 請求項1から9の何れか1項記載の光均一素子と光源を備えることを特徴とするバックライトユニット。
- 請求項10または11記載の光学シートと光源を備えることを特徴とするバックライトユニット。
- 画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項12または13記載のバックライトユニットを備えることを特徴とするディスプレイ装置。
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