JP6922220B2 - 光学シート、映像源ユニット、及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
図1〜図3及び以降に説明する図には必要に応じて、映像源ユニット10が液晶表示装置として使用される際に配置される向きを併せて示している。
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3よりわかるように、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、光拡散板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の配列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。
光拡散板の具体的態様は、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。
また、光拡散板26は導光板21の出光面が平滑である場合には導光板21の当該出光面に一体に配置されていてもよいし、別体であってもよい。また本形態では光拡散板26の面にプリズム層27が一体に形成されており該プリズム層27の支持体としても機能するように構成されている。
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。本形態では正面方向に光を集中させる機能を有するように形成しているが、逆に当該形状により光をさらに拡散させることもできる。
このような反射型偏光板は公知のものを適用することができる。
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。この中でも面光源装置20と下偏光板14との組み合わせを考慮して複屈折(リタデーション)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。さらには、車載用途などのように高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネート樹脂が望ましい。具体的にはポリカーボネート樹脂のガラス転移点は143℃であり、一般に105℃での耐久性が求められる車載用途に適している。
なお、後で説明するように光透過部33と光吸収部34との界面のうち少なくとも一方は、光吸収部34に対して凹型の形状を有している。本形態では、光吸収部34の鉛直方向上側に凹型形状を有している。
屈折率Nrの値は特に限定されることはないが、1.47以上1.61以下が好ましく、1.49以上1.56以下がより好ましく、1,49が特に好ましい。屈折率Nrが1.47未満であると、光透過部33との界面で適切に光を反射することが難しくなることがある。一方で、屈折率Nrが1.61を超えると、光吸収部を形成する材料が割れやすい場合が多く、成形性に劣ることがある。
本形態の光学機能層32には、隣り合う光透過部33の間に光吸収部34が形成されている。よって、1つの光吸収部34は光透過部33と2つの界面を有している。そして、そのうち少なくとも一方の界面(本形態では、光吸収部34の鉛直方向上側の界面。)は光吸収部34に対して凹型である。
図5に表れているように、断面において凹型の形状を有する一方の界面を形成する線35は、当該線35のうち基材層31とは反対側の端部である一端Xから基材31の方向に延びる第一の直線35a、及び当該線35のうち基材層31側の端部である他端Yから基材31から離隔する方向に延びる第二の直線35bを有している。そして第一の直線35aと第二直線35bとはシート面法線に対して異なる角度を有していることから、線35は、第一の直線35aと第二の直線25bとの交点Zを入隅部とした折れ線状となっている。
すなわち、図5に示したように、一端Xから交点Zまでの厚さ方向距離Diが光吸収部の厚さDkに対して、
Di/Dk>0.5
である。より好ましくは0.75以上すなわち75%以上である。これにより、より正面方向に集光できるため、さらなる正面透過率の向上を図ることができる。
図4にPkで表した光透過部33と光吸収部34とのピッチは20μm以上100μm以下であることが好ましく、30μm以上100μm以下であることがよりに好ましい。また、図4にDkで示した光吸収部34の厚さは50μm以上150μm以下であることが好ましく、60μm以上150μm以下であることがよりに好ましい。
そして、図4において、光吸収部34の第二の直線35b側(紙面右側、基材層31側)の辺の幅をWaは2μm以上10μm以下、光吸収部34の第一の直線35a側(紙面左側、基材層31とは反対側)の辺の幅をWbは5μm以上30μm以下、であることが好ましい。
また、図4にWCで示した、第一の直線35aが有するシート面に沿った方向の成分の大きさは2μm以上14μm以下であることが好ましい。また、Wdで表した他方側の界面におけるシート面に沿った方向の成分の大きさは2μm以上14μm以下であることが好ましい。
これらの範囲内とすることにより、光の利用効率を向上することができる。
この場合においても、厚さ方向断面において、光透過部と光吸収部134との一方側の界面を形成する線135の一端X及び他端Yのそれぞれから延びる第一の直線135aを延長した線と第二の直線135bを延長した線との交点Zの位置が上記した条件を満たすように構成されていればよい。
この場合は、厚さ方向断面において、光透過部及び光吸収部234の一方側の界面を形成する曲線235の一端X及び他端Yのそれぞれにおける接線を第一の接線235a及び第二の接線235bとしたとき、これら第一の接線235aと第二の接線235bとの交点Zが上記した条件を満たすように存在すればよい。
はじめに基材層31に光透過部33を形成する。これは、所望の光透過部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。
なお、ここで、ドクターブレード等を光透過部の間の形成された溝の開口した側の面(図1〜図4における反射型偏光板28側の面)に押し当てる圧力を調整して、光吸収部を構成する材料が充填されていない部位である非充填部が形成されてもよい。
ここで、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート又はメタクリレート」を意味する。
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く、1.0μm以上10μm以下であることがより好ましく、1.0μm以上4.0μm以下であることが更に好ましい。
ここで「平均粒子径」とは、光吸収粒子を100個電子顕微鏡で観察してその直径を計り、算術平均した直径を意味する。
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。
図8にL81で示した光は、光透過部33と光吸収部34との界面に達することなく光透過部33を透過する。
図8にL82で示したように、シート面法線に対してある程度の角度をもって進行する光は、光吸収部34の一方側の界面のうち、厚さ方向断面において第二の直線35b(図5参照)を形成する界面に到達し、全反射して光透過部33を透過する。このとき、本形態では当該界面の傾斜角度(θ2)の作用により、界面で反射した光は液晶パネル15の法線に平行な方向(すなわち表示装置の正面方向)に近づけられる。
図8にL84で示した光は、光透過部33及び光吸収部34の一方側の界面のうち、第一の直線35a(図5参照)を形成する界面に到達し、当該界面の傾斜角度(θ1)の作用により、光は全反射し、液晶パネル15の法線に平行な方向に近づけられ、さらに、厚さ方向断面において第二の直線35bを形成する界面に向かって進行する。そして、第一の直線35aを形成する界面で全反射された光は、厚さ方向断面において第二の直線35bを形成する界面で全反射され、光透過部33を透過する。
これにより、紙面の上側からシート面法線に対して大きな角度で光学機能層32に入射した光を、液晶パネル15の法線に平行な方向に近づけることができる。
なお、L82〜L85に示した光が上記界面において反射するときに、全反射臨界角より小さい角度のため全反射しない光であっても、そのうちの一部は当該界面で反射するものもある。このような光も同様に光透過部33を透過する。
一方で、このように正面透過率の向上により、正面方向から大きく外れる角度で出射する光の透過率を低下させることができる。これによれば、正面方向に光を集中するように制御し、その他の方向への光を抑制するという光の出射角を制御することができたともいえる。
実施例では、Light tools(Synopsys社製)を用いて光線追跡シミュレーションを行った。
光線追跡シミュレーションを行った参考例、各実施例、及び各比較例に係る光学シートの断面形状を表1〜表4にまとめた。
ここで、参考例、各実施例、及び各比較例に係る光学シートは以下の材料で構成されていると想定して、条件を設定し、シミュレーションを行っている。
・材料:ポリカーボネート樹脂
・屈折率:屈折率1.59
・厚み:130μm
<光学機能層>
・光透過部の材料及び屈折率:屈折率1.56の紫外線硬化型ウレタンアクリレート
・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させた。カーボンブラックの濃度は、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させた60μmの厚みの層を形成し、そのOD値(Optical Density 値)を2.9となるようにした。
<光源>
・正面輝度を100%としたとき、鉛直方向上下45°視野角における輝度を30%となるような光源を用いた。
図9には、いずれの界面にも凹型形状を有さない参考例に係る光学シートの厚さ方向断面を説明する図、図10には、光吸収部の鉛直方向上側の界面にのみ凹部を有する比較例11、実施例2、比較例1に係る光学シートの厚さ方向断面を説明する図、図11には、鉛直方向上下の両側の界面に凹部を有する比較例13、実施例4、比較例2に係る光学シートの厚さ方向断面を説明する図、図12には、光吸収部の鉛直方向下側の界面にのみ凹型形状を有する比較例15、実施例6、比較例3に係る光学シートの厚さ方向断面を説明する図を示した。
界面を形成する直線の角度は、該直線とシート面の法線方向とのなす角であり、図5のθ1、θ2、θkに倣った角度である。
交点は、第一の直線と第二の直線との交点であり、図5のZに倣った部位である。
また、交点までの距離とは、交点から光吸収部の光源側の辺までの厚さ方向の大きさであり、図5のDiに倣った大きさである。
上記した参考例、各実施例、及び各比較例に係る光学シートにおいて、次の項目を評価し、結果を表5にまとめた。
(1)正面透過率(光学シートのシート面に対して法線となる方向の透過率)。
(2)水平方向に40°及び鉛直方向上側に20°の位置における透過率(ドライバー視点における透過率)。表5では「20°透過率」と表記した。
(3)鉛直方向上側に40°以上80°以下の範囲における透過率。表5では「40°〜80°透過率」と表記した。
なお、表5の結果は参考例の結果を100%として各例の値を百分率であらわした。
実施例2、実施例4、実施例6、比較例11、比較例13、比較例15の正面透過率は参考例よりも高く、比較例1〜3の正面透過率は参考例よりも低かった。よって、第一の直線及び第二の直線の交点が、光吸収部の厚さの50%よりも観察者側の位置に存在することで、正面に光が集光されることが分かった。
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 プリズム層
28 反射型偏光板
30、330 光学シート
32 光学機能層
33 光透過部
34、134、234、334 光吸収部
35a、135a 第一の直線
35b、135b 第二の直線
235a 第一の接線
235b 第二の接線
Claims (5)
- 光源、及び前記光源の観察者側に配置される光学シートを備える面光源装置と、前記面光源装置の観察者側に配置される液晶パネルと、を備える映像源ユニットであって、
前記光学シートは、
所定の断面を有して一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に間隔を有して複数配列される光透過部と、
複数の前記光透過部の間に形成される光吸収部と、を備え、
前記光透過部と前記光吸収部との界面のうち少なくとも一方は、前記光吸収部に対して凹型の形状を有しており、
厚さ方向断面における前記一方の界面を形成する線の前記光源側端部である一端及び前記液晶パネル側の端部である他端において、前記一方の界面を形成する線が折れ線状である場合は、前記一端から延びる直線を第一の直線とし、前記他端から延びる直線を第二の直線とし、前記一方の界面を形成する線が曲線状である場合は、前記一端における前記曲線の接線を第一の接線とし、前記他端における前記曲線の接線を第二の接線としたとき、
前記凹型は、
前記第一の直線と前記第二の直線との交点、又は前記第一の接線と前記第二の接線との交点が、前記光吸収部の厚さの75%よりも前記他端側の位置に存在するように形成される、
映像源ユニット。 - 前記一方の界面にのみ前記凹型が形成され、前記一方の界面とは反対側の他方の界面は1つの直線状である、請求項1に記載の映像源ユニット。
- 前記一方の界面とは反対側の他方の界面も前記光吸収部に対して前記凹型の形状を有する、請求項1に記載の映像源ユニット。
- 請求項1乃至3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液晶表示装置。
- 請求項2に記載の映像源ユニットが筐体に納められた液晶表示装置であって、
前記光学シートの出光面が鉛直に配置された場合において、
前記凹型が形成された界面が前記光吸収部の鉛直方向下側となるように配置された液晶表示装置。
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