JP2010262038A - Light deflection element and light diffusion plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光路制御に用いられる光学素子、光偏向素子、光学シートに関するものであり、より詳細には、透過型スクリーン、液晶表示装置、ＥＬディスプレイ等の各種ディスプレイ装置、広告、電子看板等の宣伝広告表示媒体、太陽電池等に用いられて好適な光学素子、光偏向素子、光学シートに関するものである。 The present invention relates to an optical element, an optical deflection element, and an optical sheet used for optical path control. More specifically, the present invention relates to various display devices such as a transmissive screen, a liquid crystal display device, and an EL display, advertisements, electronic signs, and the like. The present invention relates to an optical element, a light deflection element, and an optical sheet that are suitable for use in advertisement display media, solar cells, and the like.
液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ用ディスプレイの画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている。さらには、これまでのカソード・レイ・チューブ（ＣＲＴ）テレビでは困難であった大型面対応の情報家電の画像表示装置として一般家庭にも普及し、液晶表示装置の利点をより活用させるために、大型化だけでなく、高輝度化、薄型・軽量化に向けた開発も非常に早いスピードで進められてきている。 Liquid crystal display devices using a liquid crystal panel are widely used not only for image display means of mobile phones, personal digital assistants, and personal computer displays, but also for televisions as home appliances. Furthermore, in order to make more use of the advantages of liquid crystal display devices, it has spread to general households as an image display device for large-size information appliances that has been difficult with conventional cathode ray tube (CRT) televisions. Developments not only for increasing the size but also for increasing the brightness and reducing the thickness and weight have been proceeding at a very high speed.
このような液晶表示装置では、装置内部に光源を内蔵していることが多く、画像を表示するために必要な明るさを得るために、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットに採用されている光源としては、大別して冷陰極管等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、画像表示素子とこの光源との間に光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置して、冷陰極管やＬＥＤなどが直接視認されない構成を有する「直下型方式」があり、特に直下型方式は導光板の利用が困難な大型の液晶ディスプレイなどの表示装置に用いられている。 In such a liquid crystal display device, a light source is often built in the device, and in order to obtain the brightness necessary for displaying an image, a backlight unit including the light source is provided on the back side of the liquid crystal panel. It is arranged. The light source employed in this backlight unit is roughly divided into a “light guide plate light guide” that performs multiple reflections of a light source lamp such as a cold cathode tube within a flat light guide plate made of acrylic resin or the like having excellent light transmittance. "Method" (so-called edge light method) and a configuration in which a diffuser plate and an optical film having a strong light scattering property are disposed between the image display element and the light source so that a cold cathode tube or an LED is not directly visible. There is a "direct type", and in particular, the direct type is used for a display device such as a large liquid crystal display in which it is difficult to use a light guide plate.
光源である冷陰極管から射出される光は、冷陰極管の直上が最も明るく、冷陰極管と冷陰極管の中間が最も暗くなっている。直下型方式に使用される拡散板は、この光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを主な目的としていることから、光を散乱させる微細な材料が含まれており、使用する目的に合わせて様々な拡散板が開発させている。また、拡散板は、その上に配置される光学フィルムを支持する役割を担うことから、通常１〜３ｍｍ程度の厚さが必要とされている。さらに、液晶表示装置は年々薄型化が進んでいく傾向があり、これを構成する拡散板も薄型化が要求されつつあると同時に、更なる拡散性の向上が求められてきている。 The light emitted from the cold cathode tube as the light source is brightest immediately above the cold cathode tube, and darkest between the cold cathode tube and the cold cathode tube. The diffusion plate used in the direct type is mainly intended to reduce the brightness unevenness (lamp image) that is the brightness of this light source, so it contains fine materials that scatter light. Various diffusion plates have been developed to meet the purpose. Moreover, since the diffusion plate plays a role of supporting the optical film disposed thereon, a thickness of about 1 to 3 mm is usually required. Furthermore, liquid crystal display devices tend to be thinner year by year, and a diffusion plate constituting the liquid crystal display device is being demanded to be thinner, and at the same time, further improvement in diffusibility has been demanded.
最近の液晶表示装置の流れとしては、地球環境問題対策の一環である消費エネルギーを低減させることを目的とした、消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置においては、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。 As a recent trend of liquid crystal display devices, power consumption suppression for the purpose of reducing energy consumption, which is a part of countermeasures for global environmental problems, has become a major issue. In the liquid crystal display device, the power consumption of the backlight serving as the light source is the largest, and efforts to suppress the power consumption of the backlight have been made in a wide range of fields.
この一つの取組みとして、光源である冷陰極管の本数を低減させて消費電力を低く抑える試みが行われており、その消費電力低減の効果は社会に広く認められつつある。しかしながら、冷陰極管の本数を減らすことは光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を強めることになり、これまでの拡散板及び光学フィルムの組合せでは完全にランプイメージを消すことは困難となってきている。ランプイメージを消すために、拡散板内部に拡散粒子を増やした場合は拡散板の全光線透過率を下げることになり、画像表示に必要な輝度を得ることが出来なくなる。この場合、光源である冷陰極管からの光を強くすることで必要とされる輝度は得られるが、光を強くすることで消費電力低減の効果が大幅に低下してしまうという問題が生じることになる。 One approach is to reduce the number of cold-cathode tubes, which are light sources, to reduce power consumption, and the effect of reducing power consumption is widely recognized by society. However, reducing the number of cold-cathode tubes will increase the brightness unevenness (lamp image), which is the brightness of the light source, and it will be difficult to completely erase the lamp image with the conventional combination of the diffusion plate and the optical film. It is coming. When diffusing particles are increased in the diffusing plate in order to erase the lamp image, the total light transmittance of the diffusing plate is lowered, and the luminance necessary for image display cannot be obtained. In this case, the required luminance can be obtained by strengthening the light from the cold cathode tube, which is the light source, but there is a problem in that the effect of reducing power consumption is greatly reduced by strengthening the light. become.
特許文献１〜４は、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の光射出面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。一例として、拡散板の上に凸型曲面を有するレンズが配置されている。このような拡散板では、光源の配置に合わせてレンズの形状を設計し、レンズのアライメントを決定することが必要となる場合があり、製造工程が煩雑化することが生じる。また、拡散板の光射出面にレンズ形状を賦形することにより、拡散板の全光線透過率が低下して、画面表示に必要な輝度を得ることが難しくなることもある。さらにまた、拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とからモアレ干渉縞が生じる問題も考えられる。 Patent Documents 1 to 4 disclose examples in which a lens shape is formed on a light exit surface of a diffusion plate as means for improving diffusion performance. As an example, a lens having a convex curved surface is arranged on the diffusion plate. In such a diffusing plate, it may be necessary to design the shape of the lens in accordance with the arrangement of the light sources and determine the alignment of the lens, which complicates the manufacturing process. Further, by shaping the lens shape on the light exit surface of the diffuser plate, the total light transmittance of the diffuser plate may be lowered, and it may be difficult to obtain the luminance necessary for screen display. Furthermore, there may be a problem that moire interference fringes are generated from the lens sheet disposed on the diffusion plate and the liquid crystal pixels.
しかしながら、上記特許文献４に記載された光学フィルムを用いたバックライトをもってしてでも、やはりランプイメージを完全に消すことはできず画像表示に明暗が生じるため、表示品位を一定以上向上させることは困難であり、どうしても光学部材の枚数が多くなってしまうという問題があった。 However, even with a backlight using the optical film described in Patent Document 4 above, the lamp image cannot be completely erased, and light and dark appear in the image display. This is difficult and inevitably increases the number of optical members.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、複数の光源からの入射光を均一にして射出させることでランプイメージを低減／消滅させることが可能であり、光源と光拡散板との距離が近づいた場合、または光源の間隔が拡がった場合に対応が可能である光拡散板を提供することを目的とする。さらに従来の拡散板の上に必要な光学部材の枚数を用いないでも、ランプイメージを低減／消滅させる事が出来る光拡散板、また、それを備えたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can uniformly reduce and eliminate the lamp image by emitting incident light from a plurality of light sources uniformly. It is an object of the present invention to provide a light diffusing plate that can be used when the distance is short or when the interval between light sources is increased. Furthermore, it is possible to provide a light diffusing plate capable of reducing / extinguishing a lamp image without using a necessary number of optical members on a conventional diffusing plate, and a backlight unit and a display device having the same. Objective.
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明は、光源から射出される光の光路を制御して、光源と逆側に位置する観察者側に射出する光偏向素子であって、透明樹脂からなる基板と、前記基板の光源側の面に複数配列される少なくとも２種類の、異なる射出分布をもつ複数の第１の光偏向用単位レンズ、複数の第２の光偏向用単位レンズを有し、前記基板の光源側の面の法線方向に対して略平行に入射する光を拡散させるとともに、斜めに入射する光の前記法線方向に対する入射角度θ１が式（１）を満たす場合の斜め入射光が、前記第１の光偏向用単位レンズにより全反射をすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the present invention is an optical deflection element that controls an optical path of light emitted from a light source and emits the light to an observer located on the opposite side of the light source. The substrate is made of a transparent resin, and the light source of the substrate. A plurality of first light deflection unit lenses having different emission distributions and a plurality of second light deflection unit lenses arranged in a plurality on the side surface, and the light source side surface of the substrate The obliquely incident light in the case where the incident angle θ1 of the obliquely incident light with respect to the normal direction satisfies Expression (1) is diffused in the light incident substantially parallel to the normal direction of Total reflection is performed by a unit lens for light deflection.
また、光源からの斜め入射光の前記基板の法線方向に対する入射角度が、前記θ１よりも小さい角度で、かつ、前記斜め入射光が前記第１の光偏向用単位レンズへ入射して屈折し、前記基板から射出されるときに、前記透明基板と空気との界面で全反射されて前記観察者側へ射出されずに、最も暗く観察される入射角度をθ２とした場合、前記光源から入射角度θ２で入射する斜め入射光が、前記第２の光偏向用単位レンズにより、全反射をすることを特徴とする。 Further, an incident angle of obliquely incident light from a light source with respect to the normal direction of the substrate is smaller than θ1, and the obliquely incident light is incident on the first light deflection unit lens and refracted. When emitted from the light source, when the incident angle of the darkest observation is θ2 without being totally reflected at the interface between the transparent substrate and air and being emitted to the viewer side, the light is incident from the light source. The oblique incident light incident at an angle θ2 is totally reflected by the second light deflection unit lens.
また、前記第１、第２の光偏向用単位レンズは、一方向に延在する凸条のレンズであり、前記延在方向に直交する面で切った時の断面の枠線が湾曲線であるともに、この湾曲線上の点における接線と前記透明基板の光源側の面とのなす角度が２０°以上９０°以下で連続して変化していることを特徴とする。 The first and second light deflection unit lenses are convex lenses extending in one direction, and a frame line of a cross section when cut by a plane orthogonal to the extending direction is a curved line. In addition, the angle formed between the tangent line at the point on the curved line and the light source side surface of the transparent substrate continuously changes between 20 ° and 90 °.
また、前記第１の光偏向用単位レンズと前記第２の光偏向用単位レンズは、交互に配置されていることを特徴とする。 Further, the first light deflection unit lens and the second light deflection unit lens are alternately arranged.
また、前記光偏向素子を形成する基材は、光散乱粒子を含むことを特徴とする。 The base material forming the light deflection element includes light scattering particles.
また、本発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光偏向素子と、前記光偏向素子の観察者側の面に積層された光拡散層を有する光路制御用の光拡散板であって、前記光拡散層は、光透過層と、透明樹脂基材に光散乱粒子が分散混合されてなる第１光散乱層及び第２光散乱層からなる３層構造をなし、前記光偏向素子側から順に、前記第１光散乱層、前記光透過層、前記第２光散乱層が配置されていることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a light diffusing plate for controlling an optical path, comprising: the light deflecting element according to any one of claims 1 to 5; and a light diffusing layer laminated on an observer-side surface of the light deflecting element. The light diffusion layer has a three-layer structure including a light transmission layer, a first light scattering layer in which light scattering particles are dispersed and mixed in a transparent resin base material, and a second light scattering layer. The first light scattering layer, the light transmission layer, and the second light scattering layer are arranged in this order from the side.
また、前記第１光散乱層における前記光散乱粒子と前記透明樹脂基材との屈折率差が０．１〜０．１８であるとともに、前記光散乱粒子の混入量が１．５〜１０重量％の範囲であり、前記第２光散乱層における前記光散乱粒子と前記透明樹脂基材との屈折率差が０．１〜０．１８であるとともに、混入量が１０〜３５重量％の範囲であり、さらに前記第１光散乱層、光透過層、第２光散乱層を通しての全光線透過率が４０％以上８０％以下、ヘイズ値が９５％以上であることを特徴とする。 The refractive index difference between the light scattering particles and the transparent resin substrate in the first light scattering layer is 0.1 to 0.18, and the mixing amount of the light scattering particles is 1.5 to 10 weight. %, The refractive index difference between the light scattering particles and the transparent resin substrate in the second light scattering layer is 0.1 to 0.18, and the mixing amount is 10 to 35% by weight. The total light transmittance through the first light scattering layer, the light transmission layer, and the second light scattering layer is 40% to 80%, and the haze value is 95% or more.
また、前記第２光散乱層の射出側表面に微細な光拡散用凹凸形状が設けられていることを特徴とする。 The second light scattering layer may be provided with a fine irregular shape for light diffusion on the exit side surface.
また、前記光透過層の屈折率をｎとし、前記第２の光偏向用単位レンズのピッチをＰとし、前記湾曲線が前記基材に接合する接合点における前記湾曲線の接線が、前記基材の前期光源側の面となす角をθとしたときに、前記光透過層の厚さＴ２が下記式（２）を満たすことを特徴とする。 Further, the refractive index of the light transmission layer is n, the pitch of the second light deflection unit lens is P, and the tangent of the curved line at the junction where the curved line is joined to the substrate is the base. The thickness T2 of the light transmission layer satisfies the following formula (2), where θ is the angle formed with the surface of the material on the light source side in the previous period.
また、本発明の光学シートは、請求項６乃至９のいずれかに記載の光拡散板において、前記微細な光拡散用凹凸形状の観察者側に、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ていることを特徴とする。 The optical sheet of the present invention is the light diffusing plate according to any one of claims 6 to 9, wherein the light is condensed, diffused, or deflected and separated on the viewer side of the fine uneven shape for light diffusion. A single optical film having a function or a plurality of optical films having different functions are laminated.
また、本発明のバックライトユニットは、請求項６乃至１０のいずれかに記載の光拡散板または光学フィルムと光源を備えることを特徴とする。 Moreover, the backlight unit of this invention is equipped with the light diffusing plate or optical film in any one of Claim 6 thru | or 10, and a light source, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明のディスプレイ装置は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１１に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。 A display device according to the present invention includes an image display element that transmits and blocks light in pixel units and displays an image, and the backlight unit according to claim 11.
光散乱層と光透過層から構成される基材面の片面に光偏向素子、その反対面に凹凸を設けた構造を有する光偏向素子を有する拡散板を用いることで、光源との距離が近づいた構成または光源の間隔が拡がった構成に対しても、画面表示側に輝度ムラのない均一な光を射出することが可能であり、また、拡散板から射出された光を効率良く液晶表示画像を観察する人の方向へと射出させる光拡散板、該光拡散板を備えるバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。
The distance from the light source is reduced by using a diffusion plate having a light deflection element on one side of the substrate surface composed of a light scattering layer and a light transmission layer and a light deflection element having an uneven surface on the opposite side. In addition, it is possible to emit uniform light without uneven brightness on the screen display side, and to efficiently emit the light emitted from the diffusion plate on the liquid crystal display image. A light diffusing plate that emits light toward the person observing the light, a backlight unit including the light diffusing plate, and a display device can be provided.
以下、本発明の光偏向素子、光拡散板、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図１は本実施形態による光拡散板及び光路制御部材の構成およびその利用形態を示す断面概略図の一例であり、各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。
図１は本実施形態の光デバイス及び光拡散板を採用したディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。
また、本発明の実施形態であるバックライトユニット５５は、ランプハウス（反射板）４３内に複数の光源４１が配置され、その上（観察者側方向Ｆ）に光拡散板２５、光学部材２が単一又は複数配置されて構成されている。なお、光学部材２が必ずしもある必要はなく、ないものであってもよい。また、光拡散板２５は、光偏向素子２８に多層構成からなる光拡散層２４が積層されて構成されるものである。
このような構成の下、光源４１から射出された光Ｈは、光拡散板２５で拡散・集光され、その上に配置された光学部材２でさらに拡散・反射・集光・カラーシフトされる。そして、バックライトユニット５５から射出される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
Hereinafter, embodiments of a light deflection element, a light diffusion plate, a backlight unit, and a display device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view showing the configuration of the light diffusing plate and the optical path control member according to the present embodiment and the mode of use thereof, and the scales or ratios of the respective parts do not coincide with each other. Moreover, it is not limited to this.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a display device employing the optical device and the light diffusing plate of this embodiment. The
In the
Under such a configuration, the light H emitted from the
光源４１は、光拡散板２５及び光学部材２を介して画像表示素子３５へと光を供給するものである。この光源４１としては複数の線状光源が用いられ、その例としては、蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＥＥＦＬあるいは線状に配置されたＬＥＤなどが用いられる。 また、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬ、照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することができる。
The
反射板４３は、複数の光源４１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から全方向に射出された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に射出された光を観察者側Ｆに向けて反射させる。これにより、光源４１から射出される光の利用効率を高めることができる。この反射板４３は、光を高効率で反射させる部材であればよく、例えば、一般的な反射フィルム、反射板などが用いられる。
The
光拡散板２５は、光偏向素子２８に光拡散層２４が積層されて一体化されて構成されたものであって、光拡散層２４の観察者側Ｆと反対側の面２４ｂに光偏向素子２８における平坦部側が重ねられて形成されている。
The
光偏向素子２８は第１の光偏向用単位レンズ２８Ａと第２の光偏向用単位レンズ２８Ｂが光源４１側に向かって配置されている。この光偏向素子２８は、光源から入射した光Ｈを偏向した後、光拡散層２４に射出し、光拡散層２４の光射出面から拡散光を射出するものである。
In the
図２は、本発明の実施形態である光拡散板２５の機能を説明する図である。光源４１はランプハウス（反射板）４３内に、Ｖｅ方向（画面垂直方向）に一定のピッチで配列されている。光源４１から射出した光Ｈは、光拡散板２５の観察者側Ｆと反対側の面、すなわち光偏向素子２８より入射し、光拡散板２５の観察者側Ｆの面、すなわち第２の光散乱層２６の観察者側Ｆの凹凸面２６ｂより観察者側Ｆへ射出する。光拡散板２５の拡散性能が低い場合、第２の光散乱層２６の観察者側Ｆの面２６ｂには、光源４１直上の領域が明るく、光源４１間直上領域が暗く見え、輝度ムラ（光源イメージ）として視認される。
FIG. 2 is a diagram illustrating the function of the
本発明の実施形態である光拡散板２５は、観察者側Ｆとは反対側の面に光偏向素子２８が配列され、光源４１から入射する強い正面光Ｈを光偏向素子２８にて、その進行方向を偏向し、光拡散層２４に入射される。光拡散層２４は３層構成であり、ここで、第１の光散乱層２７において光偏向素子２８によって射出される光を拡散するとともに、志向性のあり強いピークを持つ光の強度を調整することができる。光透過層２３では、偏向された入射光を拡げ、第２の光散乱層２６および凹凸面２６ｂにおいて更に拡散し、均一な光を観察者側Ｆへ射出する。
In the
以下、光偏向素子２８の偏向効果について詳細に説明していく。
図３（ａ）は偏光素子２８の光偏向用単位レンズ２８Ａに一定の入射角をもって入射する光（斜入射光）の光路について、第２の光散乱層２６に入射するまでの光路を説明する図である。
Hereinafter, the deflection effect of the
FIG. 3A illustrates an optical path of light (obliquely incident light) incident on the light
また、本実施形態における光偏向用単位レンズ２８は、下記式（１）で定義される。
斜入射光Ｈを偏向することで、当該斜入射光Ｈの偏向光が作り出す光強度ピークが、前記光偏光レンズにおいて全反射される。
The light
By deflecting the oblique incident light H, the light intensity peak produced by the deflected light of the oblique incident light H is totally reflected by the light polarizing lens.
式（１）の詳細について、図３（ａ）を用いて説明する。
式（１）においてＬは隣り合う光源４１同士の距離を、ｄは光源４１と光偏向用単位レンズ２８との距離を示している。これによれば、光源４１から入射角度θ１でもって射出されて光偏向用単位レンズ２８Ａに入射する斜入射光は、図３（ａ）に示すように、隣接する光源４１との中間点（Ｌ／２）に対向する箇所に入射することになる。
The detail of Formula (1) is demonstrated using Fig.3 (a).
In the formula (1), L represents the distance between the adjacent
そして、中間点（Ｌ／２）に対向する箇所に入射する斜入射光が光偏向用単位レンズ２８Ａにより法線方向Ｎに向けて、立ち上がるように偏向させられることで、上記中間位置における光強度が向上し、本来ならば暗くなるはずの隣接する光源４１同士の中間点に擬似光源を作り出すことが可能となる。また、この擬似光源は光偏向用単位レンズ２８Ａの斜面にあたり、全反射を用いて偏光させている為、入射された光量はロスが少なく、すなわち入射された光量に対しての射出される光量の比は高く、射出される光の効率は大きくなる。
Then, the oblique incident light incident on the portion facing the intermediate point (L / 2) is deflected so as to rise in the normal direction N by the light
しかし、この中間点に発生する擬似光源は、実際の光源と異なり、指向性が強く視野角の依存性が高い為、正面方向への輝度は高いが斜めから見た場合に極端に輝度が低下するという問題がある。 However, unlike the actual light source, the pseudo light source generated at this midpoint has high directivity and high viewing angle dependency, so the luminance in the front direction is high, but the luminance is extremely reduced when viewed from an oblique direction. There is a problem of doing.
また、他の斜め入射光角度における到達点では、光量の取り出し効率や正面輝度や視野角の差が大きく、明暗の差が大きくなる。
しかし、光偏向用単位レンズ２８Ａによって、ランプ間の中間点では全反射によって光が立ち上がるが、中間点に到達する入射光角度θ１から、入射光角度を浅くしていった場合、偏向レンズ２８Ａレンズの入射面で屈折した光は、光偏向用単位レンズ２８Ａの斜面に当たらない抜け光が発生する。さらに、この抜け光が拡散板２５から空気中に射出される際に、拡散板２５と空気との界面の間で全反射が起こり戻ってしまう為に、観察者側への光の射出効率が悪くなり、著しくその地点が暗くなってしまうという問題がある。
In addition, at the arrival points at other oblique incident light angles, the difference in light quantity extraction efficiency, front luminance and viewing angle is large, and the difference in brightness is large.
However, the light
前述のように、入射光の各到達地点での明暗の差が著しい場合、この輝度ムラを均一にする為には、光偏向素子２８から入射される後の、拡散層２４で強く拡散させる必要があり、輝度の低下を生じる。また、この光拡散板２５の上に光均一シートを重ねる場合においても、必要な枚数が多くなってしまうという問題がある。
As described above, when the difference in brightness at each arrival point of incident light is significant, in order to make this luminance unevenness uniform, it is necessary to diffuse strongly in the
上記、問題を解決する為、第１の光偏向用単位レンズ２８Ａで暗くなる地点の輝度を補うことができる第２の光偏向用単位レンズ２８Ｂを配置すればよい。
以下、図３（ｃ）を用いて説明する。
図３（ｃ）は、光偏向用単位レンズ２８Ａと、光偏向用単位レンズ２８Ｂが隣り合わせで配置されている。光偏向用単位レンズ２８Ａで入射光角度θ２において暗部となる地点Ｂに対して、第２の光偏向用単位レンズ２８Ｂでは、全反射を用いて偏向され、効率よく射出されることで、暗部の輝度を補うことができる。
In order to solve the above-described problem, the second light
Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
In FIG. 3C, the light
第１の光偏光単位レンズ２８Ａは、ランプとランプの中間地点にあたる入射角度θ１としたが、例えばランプ間の１／３、２／３の距離で全反射が起こるような場合でも良く、その際の空気との界面の間で全反射されて戻り暗点となる地点を第２の光偏光レンズ２８Ｂが補えるものであれば良い。
The first light
光偏向素子２８の基本形状としては、図４（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４（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４（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４（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４（ｄ）に示すように、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光拡散層２４の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度ω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。
また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光拡散層２４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、光拡散層２４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４（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４（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。
As a basic shape of the
In addition, when the angle between the tangent line at each point of the first
光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂの表面に、さらに微細な凹凸を有していても良い。微細な凹凸が、光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂによる偏向効果を更に高めることができる。このとき、表面粗さＲａは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。０．１μｍを下回る凹凸構造では偏向効果は得難く、また１０μｍを超える凹凸構造はそれ自体が光偏向素子２８となる。微細な凹凸の形成方法としては、例えば光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂ自身、又は成形用金型の表面を、エッチングやサンドブラストなどによって荒らす方法、または光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂの成形用金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。
The surface of the light
図７（ｂ）に示すように光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂは、光散乱粒子を含んでいても良い。光散乱粒子によって光がレンズに入射したときの偏向効果を高める事が出来る。また、レンズ単体で指向性の強い光を拡散した弱める効果やモアレが発生しにくいという効果がある。これは、後述する拡散層２４における第１の光散乱層２７と同じ目的であり、同等の効果がある。
As shown in FIG. 7B, the light
また、光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂは、入射光Ｈを偏向させるものであれば、上述のようなレンズ形状でなくても良い。例えば、光偏向素子２８は樹脂フィラーや気泡等による拡散層であっても良い。光偏向素子２８で入射光Ｈを偏向し、光透過層２３で偏向された光を拡げ、第２の光散乱層２６及びその凹凸面によって更に拡散することで、拡散性能が向上するためである。
Further, the light
光偏向素子２８は、光拡散層２４の観察者側Ｆと反対側の面２４ａに、ＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。たとえば、光拡散層２４を押出法等により一体で板状部材として成形して、光拡散層２４の観察者側Ｆと反対側の面２４ａに光偏向素子２８をＵＶ成形することができる。また、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向素子２８を形成することもできる。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向素子２８を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。
The
光偏向素子２８と光拡散層２４は、押出成形で同時に作製することができる。また図７に示されるように本発明の光偏向素子２８及び光透過層２３と第２の光散乱層２６から成る光拡散板２５は多層押出成型等により一体で成形してもよい。一方で図８に示されるように、シート状に成形した後、光透過層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａに、ラミネート等により固定層２０によって貼合することもできる。この場合、シート状に成形した光偏向素子２８に紫外線吸収材を含有させることが好ましい。シート状に成形した光偏向素子２８に紫外線吸収材を含有させることで、固定層２０の紫外線劣化による剥れを防ぐことができる。
The
ここで固定層２０は、粘着剤、接着剤を用いて形成する。粘着剤、接着剤には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。さらに、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。固定層２０の形成方法において、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造こうてい上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。
Here, the fixed
次に光拡散層２４の各層即ち、第１の光散乱層２７、光透過層２３、第２の光散乱層２６について図７（ａ）を用いて説明する。
光偏向用単位レンズ２８Ａ、Ｂで偏向させられた後、光透過層２３の入射面２３ａ側に配置された第１光散乱層２７で光偏向用単位レンズの効果を保ちながら、少し拡散させられる。そして、この拡散光は、光透過層２３内を伝播して広がりながら光源から離れた位置まで進行し、その後、光透過層の射出面２３ｂ側に配置された第２光散乱層２６にてさらに拡散させられて光射出面２６ｂから射出される。
また、第１の光散乱層２７はその目的に応じて無くてもよく、また、図７（ｂ）に示すように光偏向素子２８に直接、光散乱粒子を添加する事で同等の効果を得る事も可能である。
Next, each layer of the
After being deflected by the light
Further, the first
光偏向素子２８により射出された光は、各射出面で射出される光量による明暗の差は緩和されているが、その射出光の拡散度とピーク強度に大きな差があることが多い。特に、前述のように中間点などで、全反射によって立ち上がる光、すなわち擬似光源になる光は、指向性が強くピーク強度がランプ直上で拡散している光より、強くなりやすい傾向がある。
第１の光散乱層２７では、光偏向素子２８より入射された光に少しの拡散効果を与えるともに、ランプ直上や他の地点と擬似光源との強度を調整することが可能である。
The light emitted from the
In the first
第１の光散乱層２７としては、前記第１光散乱層における前記光散乱粒子の屈折率差が０．０５〜０．１でかつ、混入量が２〜１０重量％であることが望ましい。
混入量が、１．５重量％以下であると拡散効果が弱すぎて、光偏向用単位レンズのみの効果と変わらない。しかしながら、１０重量％以上であると、光偏光レンズ２８で偏向した光の拡散が強すぎる為に光偏向用単位レンズ２８の効果が無くなってしまう為である。
また、さらに望ましくは、混入量が２〜５重量％が望ましい。
As for the 1st light-
When the mixing amount is 1.5% by weight or less, the diffusion effect is too weak, which is the same as the effect of the unit lens for light deflection. However, if the amount is 10% by weight or more, the light deflected by the light
More desirably, the mixing amount is 2 to 5% by weight.
光透過層２３では、光偏光レンズ２８で偏光、前記第１光散乱層で拡散させられた光をそのまま広げることができる。 光透過層の全光線透過率は８０％以上、ヘイズ値が９５％以下で設定されていることが望ましい。上記範囲外の場合、光偏向用単位レンズ２８で偏向した光を弱めてしまいレンズの効果を減少させるからである。
In the
図５より、この光透過層２３の厚みは、光偏向用単位レンズ２８Ａの第一傾斜面２８ｂが光透過層２３と接合する点３０における第一傾斜面への接線ｍと、光透過層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、光透過層２３の厚みをＴ、光透過層２３の屈折率をｎとしたとき、以下の式（２）を満たすことが望ましい。
As shown in FIG. 5, the thickness of the
すなわち、図５に示されるように、光透過層２３の厚みＴは、光偏向用単位レンズ２８Ａの第一傾斜面２８ｂが光透過層２３と接合する点３０に入射した光が、角度θの面で偏向され、光透過層２３内にてＶｅ方向に光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰ以上拡がるために必要な厚みと定義される。ここで光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは、光偏向素子２８を断面視した際に、光透過層２３と接合する２点間の距離と定義される。
尚、数式１が有効な光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは３０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰが３０μｍより小さい場合は、構造周期が波長に近づくため、回折の影響が無視できなくなってくるためである。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰが３００μｍを超える場合、性能上は問題ないが、光透過層２３の厚みＴが非常に厚くなってしまう。この場合、光透過層２３の厚みは２ｍｍ以下に収まるよう設定することが望ましい。
That is, as shown in FIG. 5, the thickness T of the
It is desirable that the pitch P of the light
さらに、隣り合う光偏向用単位レンズ２８による拡散光が重なるのみならず、２つ隣の光偏向素子２８により偏向された光が光透過層２３内で混ざり合うことがより好ましい。
これにより、さらに拡散性能を向上させることが可能となる。この場合、光透過層２３の厚みＴが以下の下記（３）式を満たすことが必要となる。複数の光偏向素子から混ざり合う光は、射出する面で観察したとき、各点でより密になるときに良く、さらに、３つ隣、４つ隣のレンズと混ざり合うときがより望ましい。しかしながら透過層の厚みＴが数式１の上限より厚くなった場合、逆に疎になっていくため、イメージが悪くなる。
Furthermore, it is more preferable that not only the diffused light by the adjacent light
Thereby, it is possible to further improve the diffusion performance. In this case, it is necessary for the thickness T of the
光偏向素子２８を適宜複数組み合わせて配列する場合、光透過層２３の厚みは以下のように設定すればよい。
図６（ａ）に示されるように光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰや高さを変えて配列されている。これにより、光偏向用単位レンズ２８Ａの最遠交点ａは光伝搬層２３内に不均一に配置されている。図６（ｂ）には、光偏向用単位レンズ２８Ａの配列方向に対して、最遠交点ａが平行且つ直線上に配置されたものを示す。光偏向用単位レンズ２８Ａに正面光Ｈが入射したとき、光偏向用単位レンズ２８Ａの中心線上に集光点が生じるが、該中心線上に収差が生じる。そこで本発明においては説明を簡略化するために、最もレンズ頂点から離れた点で集光する点を最遠交点ａと定義する。図６（ａ）から（ｂ）においては、光偏向用単位レンズ２８Ａの両端に入射した光が偏向されて交わる点を最遠交点ａとなる一例を示している。
When a plurality of
As shown in FIG. 6A, the pitch P and height of the light
本発明で示されるように、形状の異なる光偏向素子２８を用いる場合、組み合わせる各レンズの中で最も厚くなるＴを選択することが望ましい。最も厚くなるＴを選択することで、配列される全ての光偏向用単位レンズ２８Ａにおいて、上述の式（１）及び（２）を満足することができるため、確実に拡散効果を得ることができる。例えば、光源４１が極端に光均一素子２５と近接する場合や、光源４１間の距離が極端に離れている場合、光源４１間の距離が不均一な場合などに、光偏向用単位レンズ２８Ａの最遠交点ａを不均一にすると有効である。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは適宜決定できるが、光偏向素子２８のピッチＰが大きいほど、光透過層２３の厚さＴも厚くなるため、現実的には３０μｍ以上３００μｍ以下が望ましい。
As shown in the present invention, when the
また、光透過層２３は、全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。全光線透過率が８０％以上であれば、観察者側Ｆへ射出させる光の輝度を低下させることがない。逆に、全光線透過率が８０％未満の場合には、観察者側Ｆへ射出させる光の輝度低下を生じさせるため好ましくない。なお、全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。また、光透過層２３は、ヘイズ値が９５％以下であることが好ましい。光透過層２３は、光偏向素子２８によって偏向拡散された入射光を効果的に拡げて伝搬し、第２の光散乱層２６へ入射させる。従って、ヘイズ値が９５％を超える場合には、十分な光拡散効果を得ることが出来ないため好ましくない。なお、ヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。 光透過層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、光透過層２３は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。
The
第２の光散乱層２６は、前記光散乱粒子の屈折率差が０．０５〜０．１、かつ混入量が１ 〜 ３０重量％であることが望ましい。第２の光散乱層２６では、観察者側に対して光拡散板２５の最後に射出される層であり第１の光散乱層２７と比較してより強い拡散で輝度ムラを消す必要がある。望ましくは１０ 〜 ３０重量％であればよい。
第１の光散乱層２７、光透過層２３、第２の光散乱層２６の拡散効果を合わせた、光拡散層２４としては、全光線透過率が２０％以上８０％以下であることが好ましい。全光線透過率が２０％未満の場合には、観察者側Ｆへの射出される光の輝度低下を生じさせるので好ましくなくい。逆に、全光線透過率が８０％を超える場合には、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。また、第２の光散乱層２６は、ヘイズ値が９５％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９５％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。
The second
The
第２の光散乱層２６は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に混入・分散された光拡散剤とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と光拡散剤との屈折率は異なるものとされている。透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、メタクリル系樹脂、メタクリル酸メチル系樹脂、ガラス、塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体、脂環式アクリル樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体、シクロヘキサジエン系ポリマー、非晶ポリエステル樹脂、非晶フッ素系樹脂等を用いることができる。なお、これらの１種から構成されていても良いし、２種以上を組み合わせて構成されたものであってもよい。
The second
光拡散領域には光拡散粒子が含まれており、好適な拡散性能を容易に得ることが望ましい。光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン・ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。透明樹脂と光拡散剤の混合割合は、例えば重量比で９：１として作製することができるが、これに限定されず適宜変更することが可能である。そして、この溶融状態の透明樹脂と光拡散剤との混合物に溶融押出成形又は射出成形を施すことによって板状の第２の光散乱層２６が成形される。
The light diffusion region contains light diffusion particles, and it is desirable to easily obtain suitable diffusion performance. As the light diffusing particles, transparent particles made of an inorganic oxide or a resin can be used. As the transparent particles made of an inorganic oxide, for example, silica, alumina, titanium oxide, calcium carbonate, barium sulfate and the like can be used. The transparent particles made of resin include acrylic particles, styrene particles, styrene acrylic particles and cross-linked products thereof, melamine / formalin condensate particles, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy resin), FEP (tetrafluoroethylene). Fluoropolymer particles such as fluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), PVDF (polyfluorovinylidene), and ETFE (ethylene / tetrafluoroethylene copolymer), silicone resin particles, and the like can be used. Moreover, you may use combining 2 or more types of transparent particles from the transparent particle mentioned above. Furthermore, the size and shape of the transparent particles are not particularly defined. The mixing ratio of the transparent resin and the light diffusing agent can be prepared as, for example, 9: 1 by weight, but is not limited thereto and can be changed as appropriate. And the plate-shaped 2nd light-
本発明の光拡散板２５は、第２の光散乱層２６の光射出面側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ことを特徴としている。図１０に示されるように、光均一素子２５の射出面２６ｂに凹凸形状が付与されることで、拡散及び、集光することができる。第２の光散乱層２６の光射出面側２６ｂが略平坦である場合と比較して、第２の光散乱層２６の光射出面側２６ｂより射出される光を集光して正面方向に向けることで、正面方向の輝度が向上するとともに、輝度ムラ効果も可能となる。また、ピークが強い拡散することでランプイメージを低減／消滅させることが可能となる。
The
第２の光散乱層２６の光射出側面２６ｂの凹凸形状を構成する光拡散用凸部２６Ａとしては、凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凹凸を組合せた形状であることが望ましい。また、これら光拡散用凸部２６Ａの高さｈは、３０μｍ以上３００μｍ以下であることがより望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さｈが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、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、ランプイメージを低減／消滅を実現することが出来る。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの高さｈは同一でも良く、それぞれの光拡散用凸部２６Ａの高さＨが異なっていても良い。ここで、光拡散用凸部２６Ａの高さＨが３０μｍ未満である場合は十分な拡散効果が得られなくなり、３００μｍを超えると、加工する際に型抜けが低下することや製造速度が遅くなること、及び形状の制御が困難となるために望ましくない。
The light diffusion convex portion 26A constituting the concave and convex shape of the light emitting
上記第２の光散乱層２６の光射出側面２６ｂにおける光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度は、４０°以上８５°以下であることが望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となる。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度は同一でも良く、それぞれの傾斜角度が異なっていても良い。また、光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度が４０°未満である場合は十分な拡散効果が得られなくなってしまう。
The rising inclination angle of the side surface of the light diffusion convex portion 26A on the light
また、上記第２の光散乱層２６の光射出側面２６ｂにおける光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率が３０％以上８０％以下であることが望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となる。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率は同一でも良く、それぞれの比率が異なっていても良い。また、光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率が前記の範囲外となる場合、加工が難しくなり、形状の制御も困難となるために望ましくない。
In addition, it is desirable that the ratio of the distance and height of the light diffusion convex portions 26A on the light
このような凹凸を形成する方法としては、押出し成型加工、マット加工、エンボス加工、転写または貼合工法、エッチング工法、さらには、物理的加工法としてサンドブラスト工法、放電加工、切削加工、等を代表例として挙げることが出来る。上記工法において、押出し成型加工方法では、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を、必要とする凹凸とは逆形状となる金属版またはその他部材版に押し付けて当該部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を冷却硬化させて凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径５０〜５００μｍ程度の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、当該透明粒子を最外層側に押し出すことで表面に凹凸形状を生じさせるものであっても良い。この方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しくされていることが好ましい。 Typical methods for forming such irregularities include extrusion molding, mat processing, embossing, transfer or bonding, etching, and physical blasting such as sandblasting, electrical discharge, and cutting. As an example. In the above method, in the extrusion molding method, the shape of the member is transferred by pressing the transparent resin softened by heating against a metal plate or other member plate having a shape opposite to the required unevenness. Thereafter, the transparent resin can be cooled and cured to obtain an uneven shape. In addition, as another method, transparent particles having a particle size of about 50 to 500 μm may be blended in a molten transparent resin, and the transparent particles may be extruded to the outermost layer side to produce an uneven shape on the surface. . When this method is used, it is preferable that the refractive indexes of the transparent resin and the transparent particles are equal.
上記以外の凹凸形状を形成する方法としては、光偏向素子２８と同じくＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用い形成する方法、または、射出成型法、熱プレス成型法によって形成する方法を用いて作製することもできる。一例として、第２の光散乱層２６と光伝搬層２３から成る一体型の板状部材を押出し成型法等により作製して、その光透過層２３及び第２の光散乱層２６面に、それぞれの機能が発揮する設定した形状を有する光偏向素子２８と凹凸形状を有するシートを接着材、あるいは粘着材等を用いて貼り合わせて光拡散板２５を成形することもできる。
As a method of forming the uneven shape other than the above, a method of forming by using an electron beam curable resin such as a UV curable resin similarly to the
光拡散板２５は、光拡散層２４と光偏向素子２８とを多層押出法により一体成形して形成することが製造工程上より好ましい。また、光拡散板２５は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。
The
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、先に記載の光拡散板２５およびその上に組み合わされる、光を集光または拡散する機能を有する光学フィルム、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、また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にすることで、集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用して観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を画像表示素子３５に表示することができる。
The
本発明の光拡散板２５の上に構成される光学部材光学部材２は、光を集光して輝度を向上させる光学フィルム、光を拡散させる光拡散フィルム、光の偏向分離機能を用いて輝度を向上させるフィルムを代表として挙げることが出来る。これらの光学部材光学部材２と組合せることで、光拡散板２５において光源のイメージを均一化された光を、より明るく、より視野角を広げることが可能となり、集光・拡散特性を向上させた光Ｋを画像表示素子３５に導くことで、優れた画像を表示することが可能となる。
The
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子３５で、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。
A
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。
In the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、
その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this,
Modifications can be made as appropriate without departing from the technical idea of the invention.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに
限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
本発明の光偏向素子２８、光拡散板２５、及び光学部材２を用いたディスプレイ装置７０について、輝度及び輝度ムラの有無を調べるための試験を行った。
The
（光偏向素子）
光偏向素子２８の効果を検証する為、以下４種類の光偏向素子のうち、それぞれ２つを組み合わせた時、即ち、第１の光偏向用単位レンズ２８Ａ、第２の光偏向用単位レンズ２８Ｂ、２つのレンズを組み合わせた場合のレンズシートを作製した。各パラメータを図１０における表に示す。
(Light deflection element)
In order to verify the effect of the
光偏向素子Ａとして、凸レンチキュラーレンズを用いた。凸レンチキュラーレンズにおいては、ピッチＰを１３０μｍ、光拡散層２４と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが６５度、凸レンチキュラーレンズの頂部（ピッチＰに対しておよそ２０％範囲）の曲率半径が約１９μｍ、高さを１１０μｍとなる放物線形状とした。
同様にして、光偏向素子Ｂとしては、ピッチＰを８０μｍ、光拡散層２４と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが７５度、凸レンチキュラーレンズの頂部（ピッチＰに対しておよそ１０％範囲）の曲率半径が約8μｍ、高さを１１０μｍとなる放物線形状とした。
同様にして、光偏向素子Ｃとしては、ピッチＰを８０μｍ、光拡散層２４と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが７５度、凸レンチキュラーレンズの頂部（ピッチＰに対しておよそ１０％範囲）の曲率半径が約８μｍ、高さを１１０μｍとなる放物線形状とした。
同様にして、光偏向素子Ｄとしては、ピッチＰを８０μｍ、光拡散層２４と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが７５度、凸レンチキュラーレンズの頂部（ピッチＰに対しておよそ１０％範囲）の曲率半径が約８μｍ、高さを１１０μｍとなる放物線形状とした。
また、光偏向素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ＰＥＴ基材（厚み２５０μｍ）にＵＶ硬化樹脂を使用して（屈折率＝１．５２）で作製した。
A convex lenticular lens was used as the light deflection element A. In the convex lenticular lens, the angle P formed by the pitch P of 130 μm, the tangent m at the
Similarly, as the light deflection element B, the pitch P is 80 μm, the tangent m at the
Similarly, as the light deflection element C, the pitch P is 80 μm, the tangent m at the
Similarly, as the light deflection element D, the pitch P is 80 μm, the tangent m at the
Further, the light deflection elements A, B, C, and D were produced by using a UV curable resin (refractive index = 1.52) for a PET base material (
上述の４種類のうち、２つのレンズの組み合わせたレンズシートをそれぞれ、1本の蛍光灯光源から１８ｍｍの距離に配置し、輝度ムラ測定機（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１２００：Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製）にて測定した。このときの、結果を図１１における表に示す。 Of the four types described above, a lens sheet in which two lenses were combined was placed at a distance of 18 mm from one fluorescent lamp light source, and measured with a luminance unevenness measuring device (ProMetric 1200: manufactured by Radiant Imaging). The results at this time are shown in the table in FIG.
輝度ムラが最も良好だった時の光偏向素子Ａと光偏向素子Ｂの組み合わせの輝度分布データをそれぞれの光偏向素子を単体で用いたときと比較して、図９に示す。
この結果、第１の光偏向用単位レンズ２８Ａの射出分布は、光源から２０ｍｍ付近、即ち斜入射光の角度θ１＝５２度で前反射しており、最も光が射出されない地点は光源から１０ｍｍ付近、即ち、入射光角度であるθ２＝３０度となっている。
第２の光偏向用単位レンズ２８Ｂの射出分布は、斜入射光の角度θ１＝３０度で全反射しており、また、このとき正面方向（ランプ直上）に向かって段階的に暗くなる射出分布を示した。
上記２つの光偏向素子を隣り合わせに配置したときの射出分布では、より均一な射出分布が得られており輝度ムラも良好となった。
光偏向素子Ｃを用いた組み合わせの場合、光偏向素子Ｃがθ１で全反射が発生しないために輝度ムラは全て×となった。
また、光偏向素子が１種類だけの場合、何れの光偏向素子においても、θ２にあたる暗部が強調されて輝度ムラは全て×となった。
光偏向素子ＡとＤ、ＢとＤの組み合わせについては、輝度ムラは良好であったが、光偏向素子Ａのθ２における暗部と光偏向素子Ｄで立ち上がる角度が一致していない為、若干暗部が気になった。
FIG. 9 shows the luminance distribution data of the combination of the light deflection element A and the light deflection element B when the luminance unevenness is the best, as compared with the case where each light deflection element is used alone.
As a result, the emission distribution of the first light deflecting
The emission distribution of the second light
In the emission distribution when the two light deflection elements are arranged next to each other, a more uniform emission distribution is obtained and the luminance unevenness is also good.
In the case of the combination using the light deflecting element C, the luminance unevenness was all x because the light deflecting element C was θ1 and no total reflection occurred.
In addition, when only one type of light deflection element was used, the dark portion corresponding to θ2 was emphasized in any of the light deflection elements, and the luminance unevenness was all x.
For the combination of the optical deflection elements A and D and B and D, the luminance unevenness was good, but the dark part at θ2 of the optical deflection element A and the rising angle at the optical deflection element D do not match, so the dark part is slightly I am curious.
（光拡散板）
（実施例１〜８ 、比較例１〜３の光拡散板）
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂（ＰＳ）に１種の光散乱粒子を添加した光透過層層及び凹凸形状を有する第２の光散乱層からなる２層の光拡散層と光偏向素子を押出法にて作製した。板総厚み、光偏向素子、各層の厚み、混入量（重量％）は図１２における表に示す通りである。
(Light diffusion plate)
(Examples 1-8, light diffusing plates of Comparative Examples 1-3)
Extruded two light diffusing layers and light deflecting elements consisting of a light transmissive layer layer in which one kind of light scattering particles is added to polystyrene resin (PS) having a refractive index of 1.59 and a second light scattering layer having an uneven shape. It was produced by the method. The total thickness of the plate, the light deflection element, the thickness of each layer, and the mixing amount (% by weight) are as shown in the table of FIG.
（実施例９〜１４の光拡散板）
屈折率１．５９のポリスチレン樹脂（ＰＳ）に１種の光散乱粒子を添加した光透過層層及び第１の光散乱層、凹凸形状を有する第２の光散乱層からなる３層の光拡散層と光偏向素子を同時に押出法にて作製した。具体的な作製法は実施例１−８と同様である。板総厚み、光偏向素子、各層の厚み、混入量（重量％）は図１４における表に示す通りである。
(Light diffusion plate of Examples 9 to 14)
Three layers of light diffusion comprising a light transmissive layer layer in which one kind of light scattering particles is added to polystyrene resin (PS) having a refractive index of 1.59, a first light scattering layer, and a second light scattering layer having an uneven shape. The layer and the light deflection element were produced simultaneously by extrusion. A specific manufacturing method is the same as that in Example 1-8. The total thickness of the plate, the light deflection element, the thickness of each layer, and the mixing amount (% by weight) are as shown in the table of FIG.
上記のように作製した実施例１〜１９のサンプルを、ＣＣＦＬ間隔が４０ｍｍ、ＣＣＦＬと光拡散板２５との距離が１８ｍｍとなるバックライト５５に配置し、光学部材1枚とともにバックライト５５の観察者側Ｆに液晶パネル３５を配置することで、ディスプレイ装置７０を作製した。ここで光学部材は頂角が１００°のプリズムシートを用いた。
The samples of Examples 1 to 19 prepared as described above were placed in the
（光学評価）
本実施例、及び比較例光拡散板を用いる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。このとき、従来のディスプレイ装置７０の輝度値 ５００ｃｄ／ｍ２ と比較して、 ±５％以内なら○ マイナス５％以上を×と評価した。
（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％以内かつ、目視評価にて良好な場合に○と評価した。
(Optical evaluation)
The display apparatus using a present Example and a comparative example light diffusing plate was evaluated with the following measuring methods.
(Front brightness evaluation)
The
(Luminance unevenness evaluation)
The
図１３及び１５における表に本実施例、及び比較例の測定結果を示す。 The table | surface in FIG. 13 and 15 shows the measurement result of a present Example and a comparative example.
実施例１〜８と比較例１，２より、バックライト１において、正面輝度が、○評価となったのは、全光線透過率が４０％以上であった。 輝度ムラが〇になった実施例については二項透過層２３の厚みＴが１２５０μｍ〜１８００μｍとなる場合であった。
この光偏向用単位レンズAの場合、数式３によると、光透過層２３の厚みは、以下の数式「４」の範囲になるため、この条件を満たしている。
しかし、輝度・輝度ムラ評価が〇評価だった実施例４、６、８において、光学部材２が無い場合である比較例４，５，６では部分的に明るく細い輝線が見られた。
これは、全反射で立ち上げた指向性の強い光の影響によるものであり、この輝線が見られる為に輝度ムラとして良好ではないとした。
From Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2, in the backlight 1, the front luminance was evaluated as “good” because the total light transmittance was 40% or more. In the example in which the luminance unevenness became ◯, the thickness T of the
In the case of this light deflection unit lens A, according to
However, in Examples 4, 6, and 8 in which the luminance / luminance unevenness evaluation was ◯, comparatively bright and thin bright lines were seen in Comparative Examples 4, 5, and 6 where the
This is due to the influence of light having a strong directivity set up by total reflection, and since this bright line is seen, the luminance unevenness is not good.
次に実施例９−１１より第１の光散乱層の光散乱粒子の混入量が２〜１０重量％の範囲の場合光学シートがない場合においても輝度ムラは良好となった。第１の光散乱層の光散乱粒子の混入量が無い場合と比較して、指向性の強い光の強度を調節する事が出来たため上述した輝線も見られなかった。
しかしながら、１０重量％の場合、輝度の低下が見られ、また１０％を超える場合は輝度ムラも悪化した。これは、第１の光散乱層の拡散が強すぎる為に、光偏向素子で偏向させる効果を完全に打ち消してしまった為である。
Next, in Example 9-11, when the mixing amount of the light scattering particles in the first light scattering layer was in the range of 2 to 10% by weight, the luminance unevenness was good even when there was no optical sheet. Compared with the case where the amount of light scattering particles in the first light scattering layer is not mixed, the intensity of light having strong directivity can be adjusted, and thus the above-mentioned bright line was not seen.
However, in the case of 10% by weight, a decrease in luminance was observed, and in the case of exceeding 10%, luminance unevenness was also deteriorated. This is because the effect of deflecting by the light deflection element has been completely canceled because the diffusion of the first light scattering layer is too strong.
上記バックライト条件で、上述の輝度ムラが良好となった実施例において、ＣＣＦＬ間隔が５０ｍｍ、ＣＣＦＬと光拡散板２５との距離が１８ｍｍとなるバックライト５６に配置し、バックライト５６の観察者側Ｆに液晶パネル３５を配置することで、比較例２のディスプレイ装置７０を作製した。
光学評価の方法は、前述の方法と同様である。
In an example in which the above-described luminance unevenness was improved under the above backlight conditions, the backlight 56 was placed in the backlight 56 having a CCFL interval of 50 mm and a distance between the CCFL and the
The optical evaluation method is the same as that described above.
輝度ムラが良好となった実施例１０、１１、１２においてもこのバックライト条件においては輝度ムラは良好とはならなかった。特にランプとランプ間で広い間隔による明暗のコントラストが目立つ結果となった。また、光学シート２がある場合（比較例）でも良好とはならなかった。
Even in Examples 10, 11, and 12 in which the uneven brightness was good, the uneven brightness was not good under the backlight conditions. In particular, the contrast between light and dark due to the wide distance between the lamps was conspicuous. Further, even when the
実施例１２−１４より、光偏向用単位レンズＡ、光偏向用単位レンズＢを用いた場合と比較して、光偏向用単位レンズＡと光偏向用単位レンズＢを組み合わせた場合には、上述したような明暗コントラストもなくなり、光学シート２がない場合においても、バックライト条件２における輝度ムラも良好となった。
From Example 12-14, when the light deflection unit lens A and the light deflection unit lens B are combined, the light deflection unit lens A and the light deflection unit lens B are used as described above. The brightness contrast as described above was also eliminated, and even in the case where the
以上から、前記第１の光偏向用単位レンズへ入射する時に、射出される空気との界面で全反射されて観察者側へ射出されずに、最も暗くなる入射角度をθ２に対して入射する光が前記第２の光偏向用単位レンズにより、全反射をする事で観察面側の法線方向へ射出されるような偏向素子であり、拡散層２４が、透過層２４の厚み、第一錯乱層の光散乱粒子の混入量を２〜１０重量％とする光拡散板２５を用いる事で、ランプ間隔の広いバックライトにおいても、光学シート無しで、輝度ムラが良好な光拡散板を実現できることが分かった。
From the above, when entering the first light deflection unit lens, the incident angle that becomes the darkest is incident on θ2 without being totally reflected at the interface with the emitted air and emitted to the observer side. The deflecting element is such that light is emitted in the normal direction on the observation surface side by being totally reflected by the second light deflection unit lens, and the
Ｈ、Ｋ…光、Ｐ…光偏向素子ピッチ、ｍ…接線、Ｔ…光透過層の厚さ、ω…光拡散層の一面と接線ｍがなす角度、ω１、ω２、ω３…光偏向要素の各点における接線と光伝搬層の一面とがなす角度、Ｆ、Ｆ' …観察者側、Ｘ…平面視方向、Ｖｅ…画像表示装置垂直方向、Ｈｏ…画像表示装置水平方向、ａ…最遠交点、及びレンズ焦点、２…光学部材、２０…固定層、２１…光拡散レンズ、２１ａ…第二頂部、２１ｂ…第二傾斜面、２２…光マスク、２３…光透過層、２７…第１の光散乱層、２６…第２の光散乱層、２６ｂ…第２の光散乱層の観察者側の面（凹凸面）、２５…光拡散板、２８…光偏向素子、２８ａ…第一頂部、２８ｂ…第一傾斜面、２８Ａ…第１の光偏向単位レンズ、２８Ｂ…第２の光偏向単位レンズ、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…画像表示素子、４１…光源、４３…反射板（反射フィルム）、５５…バックライトユニット、７０…ディスプレイ装置。 H, K: Light, P: Light deflection element pitch, m: Tangential line, T: Thickness of light transmission layer, ω: Angle formed by one surface of light diffusion layer and tangent line m, ω1, ω2, ω3: Light deflection element Angles formed by tangents at each point and one surface of the light propagation layer, F, F ′: observer side, X: planar view direction, Ve: image display device vertical direction, Ho: image display device horizontal direction, a: farthest Intersection point and lens focal point, 2 ... optical member, 20 ... fixed layer, 21 ... light diffusion lens, 21a ... second top, 21b ... second inclined surface, 22 ... light mask, 23 ... light transmission layer, 27 ... first Light scattering layer, 26 ... second light scattering layer, 26 b ... surface of the second light scattering layer on the observer side (uneven surface), 25 ... light diffusion plate, 28 ... light deflection element, 28a ... first top portion , 28b: first inclined surface, 28A: first light deflection unit lens, 28B: second light deflection unit lens, 31, 33: polarizing plate, 32 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Liquid crystal panel, 35 ... Image display element, 41 ... Light source, 43 ... Reflecting plate (reflective film), 55 ... Backlight unit, 70 ... Display apparatus.
Claims (12)
透明樹脂からなる基板と、
前記基板の光源側の面に複数配列される少なくとも２種類の、異なる射出分布をもつ複数の第１の光偏向用単位レンズ、複数の第２の光偏向用単位レンズを有し、
前記基板の光源側の面の法線方向に対して略平行に入射する光を拡散させるとともに、
斜めに入射する光の前記法線方向に対する入射角度θ１が式（１）を満たす場合の斜め入射光が、前記第１の光偏向用単位レンズにより全反射をすることを特徴とする光偏向素子。
A substrate made of transparent resin;
A plurality of first light deflection unit lenses having different emission distributions and a plurality of second light deflection unit lenses, which are arranged in plurality on the light source side surface of the substrate;
While diffusing the light incident substantially parallel to the normal direction of the light source side surface of the substrate,
The light deflecting element characterized in that the obliquely incident light in the case where the incident angle θ1 of the obliquely incident light with respect to the normal direction satisfies Expression (1) is totally reflected by the first light deflection unit lens. .
前記光源から入射角度θ２で入射する斜め入射光が、前記第２の光偏向用単位レンズにより、全反射をすることを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。 The incident angle of obliquely incident light from a light source with respect to the normal direction of the substrate is smaller than θ1, and the obliquely incident light is incident on the first light deflection unit lens and refracted, and When the incident angle that is observed most darkly without being emitted to the observer side by being totally reflected at the interface between the transparent substrate and air when emitted from the substrate is θ2,
2. The light deflecting element according to claim 1, wherein obliquely incident light incident at an incident angle [theta] 2 from the light source is totally reflected by the second light deflecting unit lens.
前記光拡散層は、光透過層と、透明樹脂基材に光散乱粒子が分散混合されてなる第１光散乱層及び第２光散乱層からなる３層構造をなし、
前記光偏向素子側から順に、前記第１光散乱層、前記光透過層、前記第２光散乱層が配置されていることを特徴とする光拡散板。 A light diffusing plate for optical path control comprising the light deflecting element according to any one of claims 1 to 5 and a light diffusing layer laminated on a surface of the light deflecting element on an observer side,
The light diffusion layer has a three-layer structure including a light transmission layer, a first light scattering layer in which light scattering particles are dispersed and mixed in a transparent resin base material, and a second light scattering layer,
The light diffusion plate, wherein the first light scattering layer, the light transmission layer, and the second light scattering layer are disposed in order from the light deflection element side.
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