JP6880612B2 - 映像源ユニット、及び表示装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2も同様に、光源、輝度上昇フィルム(頂部が観察者側を向いているプリズムが複数配列されたシート)、反射偏光フィルム、LCF(光透過部と光吸収部とが交互に配列されたフィルム)、液晶パネルがこの順に配置される構成が開示されている。これにより光源から出射された光の向きを液晶パネルのパネル面法線方向に近づけることができ、光の利用効率が高められるとしている。また、液晶パネルのパネル面に対して大きな角度でLCFに入射した光はここに設けられた光吸収部により吸収される。
さらには液晶パネルは、その性質上、該液晶パネルの法線方向からの入射光に対しては、出射光のコントラスト、及び効率(透過率)は優れている。しかしながら、液晶パネルの法線方向に対して斜めからの入射光、および観察者による斜め方向からの観察についてはコントラストの低下や効率(透過率)の低さが問題となる。すなわち、光の利用効率を高めるためには液晶パネルの法線方向からの入射光を多くすることも有効である。
面光源装置20は、液晶パネル15に対して観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル15に面状の光を出射する照明装置である。図1、図2からわかるように、本形態の面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板21、光源25、光拡散層26、プリズム層27、反射型偏光板28、光学シート30及び反射シート39を有している。
複数の裏面光学要素23が配列される方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源25から離隔する方向に配列され、光源25が配列される方向、又は1つの長い光源であれば該光源が延びる方向に平行に各裏面光学要素23の稜線が延びている。
なお、本形態では上記のように光源25は一方側の側面に配置される例を示したが、さらにこの側面とは反対側となる側面にも光源が配置される形態であってもよい。なお、この場合には裏面光学要素の形状も公知の例に倣って形成する。
光拡散層の具体的態様は、公知の光拡散層を用いることができ、例えば母材の中に光拡散剤を分散させた形態を挙げることができる。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することができる。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
この角度が0°以上1°未満であると、モアレ縞が発生する可能性が高くなる。また、特に光学機能層32については四角形である光学機能層32の縁の辺と光透過部33、及び光吸収部34が延びる方向とが平行に近いため、裁断時にひげ状の裁断カスが生じやすくなる。
透明基材28’aをなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、トリアセチルセルロース樹脂(TAC)、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。この中でも下偏光板との組み合わせを考慮して複屈折の少ないTAC、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂を用いることが好ましい。
この角度が0°以上1°未満であると、モアレ縞が発生する可能性が高くなる。また、特に光学機能層32については四角形である光学機能層32の縁の辺と光透過部33、及び光吸収部34が延びる方向とが平行に近いため、裁断時にひげ状の裁断カスが生じやすくなる。
隣り合う溝線28’caの間隔(一定周期)A(μm)の大きさは1μm以下が好ましく、より好ましくは0.1μm以上0.2μm以下である。また、溝線28’caに対する稜線28’cbの高さh(μm)は1μm以下が好ましく、より好ましくは0.2μm以上0.4μm以下である。さらに、透明基板28’aに垂直な方向(透明基板28’aの厚さ方向)の金属薄膜28’cの厚さは0.01μm以上であることが好ましい。金属薄膜28’cの厚さdが0.01μmより薄いと、S偏光の透過率が大きくなり、消光比が低下してしまう。なお、厚さdが大きくなっても、周期Aに対する高さhが大きくなれば、金属薄膜28’cの突起の斜面に垂直な方向の厚さは薄くなり、S偏光とP偏光の消光比を良好にすることが可能なので、金属薄膜28’cの厚さについては上限は設定できない。
次に、透明基材28’aの一方の面に未硬化の紫外線硬化樹脂を塗布した積層体を準備し、当該紫外線硬化樹脂の側を得られた原版に押し当て紫外線硬化をさせ原版から剥離する。
そして硬化させた紫外線硬化樹脂に対してアルミニウムを真空蒸着する。
基材層31をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、トリアセチルセルロース樹脂(TAC)、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を挙げることができる。
ここで図6に概念的に示したように、映像源ユニット1を観察者側正面からみたときに、実線VIaで示した光透過部33及び光吸収部34が延びる方向と、点線VIbで示した下偏光板14の透過軸が延びる方向と、の成す角θSは1°以上41.7°以下であることが好ましい。これにより光透過部33と光吸収部34との界面における反射で偏光成分が変化することを抑制し透過率を向上させることができる。
θSは1°以上20°以下であることがさらに好ましい。これによればθSの変化による透過率の変化が小さくなり、製造におけるθSのばらつきが性能に対して与えるばらつきを減じることができ、安定した性能の光学機能層を提供することができる。
さらに最も好ましくはθsは1°以上5°以下である。5°以下とすることにより視野角特性(明るさとカットオフのバランス)の観点から特に良好なものとなる。
また、θsを0°以上1°未満とすると、モアレ縞が発生する可能性が高くなる。また、製造の観点からは光学機能層32において、四角形である光学機能層32の縁の辺と光透過部33、及び光吸収部34が延びる方向とが平行に近いため、裁断時にひげ状の裁断カスが生じやすくなる。
屈折率Nrの値は特に限定されることはないが、当該全反射を適切に行う観点から1.50以下であることが好ましく、その中でも入手性の観点から1.47以上が好ましい。より好ましく1.49以上である。
粘着剤層35を構成する材料は特に限定されず、公知の粘着剤、接着剤、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。より具体的な例としては、粘着層35として、例えばアクリル系の粘着剤を用いることができ、さらに具体的にはアクリル系共重合体とイソシアネート化合物とを組み合わせた粘着剤を挙げることができる。ただし、粘着剤層35を構成する材料は、光学シート30の性質上、透光性、耐候性に優れた材料によることが好ましい。
発明者の試験によれば、基材層31に屈折率が1.585である厚さ130μmのポリカーボネートを用い、屈折率が1.490の粘着剤(アクリル粘着剤、パナック株式会社、パナクリーン(登録商標)PD−S1)を用いて厚さ25μmの粘着剤層を形成とき、モアレ干渉縞は発生しなかった。95℃、1000時間の環境でも剥離は発生しなかった。
一方、粗面を有しないポリカーボネート(厚さ130μm、屈折率1.585)による基材層に光拡散剤(屈折率1.520の平均粒子径4μmのアクリルスチレン粒子)を分散した厚さ25μmの粘着剤層(アクリル粘着剤、パナック株式会社、パナクリーン(登録商標)PD−S1、屈折率1.490)による光学シートを作成したときにもモアレ干渉縞は低減できた。従って、光拡散材を分散した粘着剤層によっても光散乱手段が構成される。従って、変形例として、粗面を有しない基材層に、光拡散材を分散した粘着剤層を積層してもよい。
ただし、この例では、粘着力が低下する傾向にある。
はじめに基材層31の粗面31aが形成されていない側の面に光透過部33を形成する。これは、光透過部33の形状が転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、基材層31となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝(光透過部形状を反転した形状)に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。
光吸収粒子を用いる場合には、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は1.0μm以上20μm以下であることが好ましい。
一方、反射型偏光板28の反射軸に沿った偏光方向の光は図2に点線矢印L21’、L22’で示したように反射して導光板21側に戻される。戻された光は、導光板21、裏面光学要素23、又は反射シート39で反射して再び反射型偏光板28の側に進行する。この反射の際に一部の光の偏光方向が変化しておりその一部は反射型偏光板28を透過する。他の光は再び導光板側に戻される。このように反射型偏光板28で反射した光も反射を繰り返すことで反射型偏光板28を透過できるようになる。これにより光源25からの光の利用率が高められる。
ここで、反射型偏光板28を出射した光は、その偏光方向が下偏光板14の透過軸に沿った方向になっており、下偏光板14を透過する偏光光となっている。
これにより液晶パネル15を透過した際に、コントラスト低下や色の反転等の不具合が起こらない光を液晶パネル15に対して効果的に提供することができる。さらに光透過部33、光吸収部34が延びる方向が下偏光板14の透過軸が延びる方向に対して、正面視で1°以上41.7°以下の角度なので、界面で全反射、反射する際に、偏光方向が変わってしまうことを抑制することができる。従って、界面における全反射、反射した光の多くを下偏光板14を透過させることができ、光の利用効率(光透過率)を向上させることができる。
下偏光板14は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板14を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板13を透過するようになる。このようにして、液晶パネル15によって、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。その際、映像光は機能性フィルム40を介して観察者に提供され、映像の質が高められている。
光吸収部134bは上記した光吸収部34に倣って形成すればよい。
透明部234bは、空洞や透明樹脂が充填される等して光が透過するように形成すればよい。
さらに光学機能層232では、L83で示したように入光面側(図8の紙面下方)から間部234の透明部234bに入射した光は、間部234の内側で反射を繰り返し、入光面側に戻される。戻された光は他の部位で反射して再び光学機能層に戻り、これを利用することができるので、さらに明るい光を提供することが可能となる。
このようなプリズム層の単位プリズムの断面形状は、必要とする機能に応じて公知の形状を適用することができる。当該形状により光をさらに拡散させることもできるし、集光させることもできる。
一方、プリズム層327は単位プリズム327aが配列される方向へ進む光の向きが大きく変えられる(集光の場合は正面に近づく方向に向けられる)。
従って、プリズム層327が集光する光学要素として構成された場合には、光学機能層32の光透過部33、光吸収部34が延びる方向と、単位プリズム327aが延びる方向と、を平行とする(光透過部33と光吸収部34とが交互に配列される方向と、単位プリズム327aが配列される方向とを平行にする。)ことでプリズム層327から出射した光が光吸収部34に吸収される量を減らすことができ、光の利用効率を高めることができる。
(試験例1)
試験例1として図1に示して説明した映像源ユニット10に相当する映像源ユニットの形態により当該シミュレーションを行った形態の1つの例は次の通りである。
・厚さ:厚さ130μm
<光学機能層>
・ピッチ:39μm(図5のPk)
・光吸収部上底幅:4μm(図5のWa)
・光吸収部下底幅:10μm(図5のWb)
・光吸収部の厚さ:102μm(図5のDk)
・光学機能層の厚さ:127μm
・光透過部の屈折率:屈折率1.56
・光吸収部の屈折率:屈折率1.49
<液晶パネル、反射型偏光板、導光板、光源>
・6.5インチ液晶表示装置(シャープ株式会社製LQ065T5GG03)に具備された液晶パネル、反射型偏光板、導光板、光源を用いた。
TP=(4×10−8)・θS 3−(5×10−6)・θS 2+(3×10−5)・θS+1.0117 (1)
試験例2−1として図1に示して説明した映像源ユニット10に相当する映像源ユニットを作製して評価をおこなった。具体的な形状は次の通りである。
<基材層>
・材料、厚さ:ポリカーボネート、厚さ130μm
<光学機能層>
・ピッチ:39μm(図5のPk)
・光吸収部上底幅:4μm(図5のWa)
・光吸収部下底幅:10μm(図5のWb)
・光吸収部の厚さ:102μm(図5のDk)
・光学機能層の厚さ:127μm
・光透過部の材料及び屈折率:紫外線硬化型ウレタンアクリレート、屈折率1.56
・光吸収部の材料及び屈折率:屈折率1.49の紫外線硬化型ウレタンアクリレートにカーボンブラックを含有したアクリルビーズを25質量%分散
<液晶パネル、反射型偏光板、導光板、光源>
・6.5インチ液晶表示装置(シャープ株式会社製LQ065T5GG03)に具備された液晶パネル、反射型偏光板、導光板、光源を用いた。
<配置>
・図1の順に層を配列し、光学シートの光透過部、光吸収部が延びる方向と反射型偏光板及び下偏光板の透過軸が延びる方向を一致させた(すなわち図6のθS=0°)。
θSを10°とした以外は試験例2−1と同じである。
θSを90°とした以外は試験例2−1と同じである。
θSを45°とした以外は試験例2−1と同じである。
その結果、試験例2−1の場合の輝度比が100.5%、試験例2−2の場合の輝度比が100.4%、試験例2−4の場合の輝度比が100.3%であった。試験例1とは厳密な条件が異なるので絶対値は異なるが、これら試験例2−1〜試験例2−4からも試験例1と同様の傾向を得ることができた。
ただし、試験例2−1ではモアレ縞が観察された。
15 液晶パネル
20 面光源装置
21 導光板
25 光源
26 光拡散層
27、327 プリズム層
28 反射型偏光板
30、130、230 光学シート
32 光学機能層
33 光透過部
34 光吸収部
Claims (19)
- 光源と、
前記光源側に配置された下偏光板、前記下偏光板より前記光源とは反対側に配置された上偏光板、及び前記下偏光板と前記上偏光板との間に配置された液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルより前記光源側に配置された光学シートと、を備え、
前記光学シートは、基材層、前記基材層の一方の面に配置された光学機能層、及び前記基材層の他方の面に配置された粘着剤層を具備し、
前記光学機能層は、
所定の断面を有して前記基材層の面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部と、
隣り合う前記光透過部の間に形成される間部と、を備え、
前記液晶パネルの前記下偏光板と前記光学シートとが前記光学シートの前記粘着剤層で貼り付けられており、
前記光透過部は台形断面を有し、該断面において長い下底が前記液晶パネル側、短い上底が前記光源側を向いており、
前記下偏光板の透過軸が延びる方向と前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上41.7°以下である、
映像源ユニット。 - 前記光学シートには、前記光学機能層と前記下偏光板との間に光散乱手段が具備されている、請求項1に記載の映像源ユニット。
- 前記光散乱手段として、前記基材層のうち前記粘着剤層との界面を形成する面には粗面が設けられており、前記基材層と前記粘着剤層とには屈折率差がある、請求項2に記載の映像源ユニット。
- 前記光散乱手段として、前記粘着剤層には光散乱粒子が分散されている請求項2又は3に記載の映像源ユニット。
- 前記下偏光板の透過軸が延びる方向と前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上20°以下である請求項1乃至4のいずれかに記載の映像源ユニット。
- さらに前記光学シートの前記光源側に反射型偏光板を備え、
該反射型偏光板の透過軸が延びる方向と、前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上41.7°以下である、請求項1乃至5のいずれかに記載の映像源ユニット。 - さらに前記光学シートの前記光源側に反射型偏光板を備え、
該反射型偏光板の透過軸が延びる方向と、前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上20°以下である、請求項1乃至5のいずれかに記載の映像源ユニット。 - 前記光学シートと前記反射型偏光板とが直接積層されている請求項6又は7に記載の映像源ユニット。
- 前記間部には光吸収性の材料が含有されている、請求項1乃至8のいずれかに記載の映像源ユニット。
- 請求項1乃至9のいずれかに記載の映像源ユニットが、筐体に納められた、表示装置。
- 入光側に配置された下偏光板、前記下偏光板より出光側に配置された上偏光板、及び前記下偏光板と前記上偏光板との間に配置された液晶層を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルより入光側に配置された光学シートと、を備え、
前記光学シートは、基材層、前記基材層の一方の面に配置された光学機能層、及び前記基材層の他方の面に配置された粘着剤層を具備し、
前記光学機能層は、
所定の断面を有して前記基材層の面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される光透過部と、
隣り合う前記光透過部の間に形成される間部と、を備え、
前記液晶パネルの前記下偏光板と前記光学シートとが前記光学シートの前記粘着剤層で貼り付けられており、
前記光透過部は台形断面を有し、該断面において長い下底が出光側、短い上底が前記入光側を向いており、
前記下偏光板の透過軸が延びる方向と前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上41.7°以下である、
積層体。 - 前記光学シートには、前記光学機能層と前記下偏光板との間に光散乱手段が具備されている、請求項11に記載の積層体。
- 前記光散乱手段として、前記基材層のうち前記粘着剤層との界面を形成する面には粗面が設けられており、前記基材層と前記粘着剤層とには屈折率差がある、請求項12に記載の積層体。
- 前記光散乱手段として、前記粘着剤層には光散乱粒子が分散されている請求項12又は13に記載の積層体。
- 前記下偏光板の透過軸が延びる方向と前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上20°以下である請求項11乃至14のいずれかに記載の積層体。
- さらに前記光学シートの入光側に反射型偏光板を備え、
該反射型偏光板の透過軸が延びる方向と、前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上41.7°以下である、請求項11乃至15のいずれかに記載の積層体。 - さらに前記光学シートの入光側に反射型偏光板を備え、
該反射型偏光板の透過軸が延びる方向と、前記光透過部が延びる方向との成す角が、前記液晶パネルの正面視で0°以上20°以下である、請求項11乃至15のいずれかに記載の積層体。 - 前記光学シートと前記反射型偏光板とが直接積層されている請求項16又は17に記載の積層体。
- 前記間部には光吸収性の材料が含有されている、請求項11乃至18のいずれかに記載の積層体。
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