JP7000781B2 - 光学シート、面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置 - Google Patents
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Description
このような映像源ユニット10は、詳細な説明は省略するが、不図示の筐体に、該映像源ユニット10を作動させる電源、及び映像源ユニット10を制御する電子回路等、映像源ユニット10として動作するために必要とされる通常の機器とともに納められて表示装置とされている。本形態は映像源ユニットの一態様として液晶映像源ユニット、表示装置の一態様として液晶表示装置を説明する。以下映像源ユニット10について説明する。
面光源装置20は、液晶パネル15より観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル15に対して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(端面)に配置される例を示したが、さらにこの側面(端面)とは反対側となる側面(端面)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、公知の光拡散板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。
光拡散板26は、本形態のようにプリズム層27の支持板として用いることができる。また、導光板21の出光面が平滑の場合には、光拡散板26を導光板21に貼り合わせて一体としてもよい。
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。
また、単位プリズムが延びる方向及び配列される方向は上記形態に限定されることなく他の形態であってもよい。例えば単位プリズムが所定の断面を有して導光板21の導光方向とは直交する方向に延び、複数の単位プリズムが導光方向に配列される形態であってもよい。
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。
土台部33aは、その一方の面が基材層31に積層され、他方の面に単位光透過要素33bが配置されており、隣り合う単位光透過要素33bを連結するシート状の部材である。本形態では光透過部33のうち土台部33aが基材層31の一方の面に接触して光学機能層32が基材層31に配置されている。
屈折率Nrの値は特に限定されることはなく、当該全反射を適切に行えることを前提に1.47以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は1.61以下であることが好ましい。より好ましくは1.49以上1.56以下、さらに好ましくは1.49である。
本形態でθ11は、0°以上10°以下であることが好ましい。θ11が0°より大きいとは導光板21側(入光側)から液晶パネル15側(出光側、基材層31側)に向けて下がるように傾斜することを意味する。
同様にθ12は、0°以上10°以下であることが好ましい。θ12が0°より大きいとは導光板21側(入光側)から液晶パネル15側(出光側、基材層31側)に向けて上がるように傾斜することを意味する。
ここで「接着」は、粘着も含む概念である。従って粘着剤も接着剤に含まれる。
貯蔵弾性率E’が1.0×106Paより小さいと光学シートが高温になったときにシワが発生しやすい。光学シート30は特に上記のように光学機能層32を備えており、シワの発生により単位光透過要素33bと光吸収部34との界面の角度が変化し、光学性能に与える影響が顕著である。
貯蔵弾性率E’が1.0×107Pa以上であると、接着剤としての十分な密着性(剥離強度)を確保できない虞がある。
はじめに基材層31の一方の面に光透過部33を形成する。これは、単位光透過要素33bの形状を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、ポリカーボネートからなる基材層31となる基材シートを挿入する。このとき、金型ロールとニップロールとの間に所定の間隔を設けることによりこれが土台部33aとなる。そして、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単位光透過要素に対応する溝(単位光透過要素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以下であることがさらに好ましい。
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。
例えば枚葉方式で硬化をさせて接着する場合、定量の接着剤を光学機能層32に塗工し、樹脂層35を載せてニップロールで加圧して膜厚をそろえて、紫外光を照射して硬化する。
また、ロールを用いて接着(粘着)する場合、光学機能層32と接着剤(粘着剤)を2本のニップロールの間に挟み込み光学機能層32の一方に接着層36を形成した後、この接着層36に対して樹脂層35をロールにより積層する。
以上のようにして光学シート30を得ることができる。
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2に示した光L21、光L22、及び図6に示した光L61、光L62は、単位光透過要素33bと光吸収部34との界面のうち、光吸収部34の上側となる界面34aに向かう。そして当該界面34aで全反射して、観察者側斜め上方の光となり、所望の方向への光の制御がなされる。
このとき、単位光透過要素33bと光吸収部34との界面のうち光吸収部34の下側である界面34bが、観察者側斜め上方に向かうように傾斜していれば、光L21、光L22、光L61、光L62のような光の進行を光吸収部34が阻害し難くなり、より多くの光を所望の方向に導くことができる。
光学シート30では、高温時におけるシワの発生が抑えられているので、高温時においてもこのような光の制御を精度よく行うことができる。
これにより、所定角度以上の視野角で出射する光を効率よく吸収して遮断することができ、さらに光の進行方向制御を効率よく行うことができる。
また、このような光は液晶パネルに入射して、コントラスト低下や色の反転のような不具合を生じる可能性が高いのでこのような光を吸収することができる。
<実施例1>
実施例1として図1~図6に示した光学シート30の例に倣って光学シートを作製した。実施例1に係る光学シートの具体的な形状は次のとおりである。
・材料:ポリカーボネート樹脂
・厚み:75μm
・単位光透過要素、及び光吸収部のピッチ:39μm(図4のPa)
・光吸収部上底幅:4μm(図4のWa)
・光吸収部下底幅:10μm(図4のWb)
・光吸収部上側傾斜角:3°(図5のθ11)
・光吸収部下側傾斜角:0°(図5のθ12)
・光吸収部の厚み:102μm(図4のDa)
・光学機能層の厚み:127μm
・土台部の厚み:25μm
・光透過部(単位光透過要素及び土台部)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樹脂
・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樹脂にカーボンブラックを含有した平均粒子径4μmのアクリルビーズを20質量%分散
・紫外線硬化型ウレタンアクリレート
・硬化後の貯蔵弾性率(85℃):8.0×106Pa
・厚み:25μm
ここで、貯蔵弾性率の測定は厚み0.1mm、幅5.0mm、長さ10mmの試験片により行った。この試験片を治具で挟み、粘弾性測定器(株式会社ユービーエム、Rheogel-E4000)にて、昇温速度3℃/分、周波数10Hzの正弦波、引っ張りモードの条件で測定することで貯蔵弾性率を得た。
・材料:ポリカーボネート樹脂
・厚み:75μm
接着層を、85℃における貯蔵弾性率が3.0×106Paである紫外線硬化型ウレタンアクリレートによる粘着フィルムに変更した以外は実施例1と同じである。
接着層を、85℃における貯蔵弾性率が1.0×105Paである紫外線硬化型ウレタンアクリレートに変更した以外は実施例1と同じである。
接着層を、85℃における貯蔵弾性率が1.0×105Paである紫外線硬化型ウレタンアクリレートによる粘着フィルムに変更した以外は実施例2と同じである。
実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2の光学シートを縦100mm、横250mmの長方形とし、その四辺を幅10mmの両面テープにてガラスに固定した。
そして、各光学シートをガラスに固定した状態で85℃の高温槽に1時間保管して取り出し、目視にてシワの発生を確認した。
評価の結果、実施例1及び実施例2の光学シートにはシワは発生していなかったが、比較例1及び比較例2の光学シートにはシワが発生した。
15 液晶パネル
20 面光源装置
21 導光板
25 光源
26 光拡散板
27 プリズム層
28 反射型偏光板
30 光学シート
31 基材層
32 光学機能層
33 光透過部
33a 土台部
33b 単位光透過要素
34 光吸収部
35 樹脂層
36 接着層
Claims (5)
- 基材層と、
前記基材層の一方の面に積層された光学機能層と、
前記光学機能層の面のうち、前記基材層が積層された側とは反対側に配置された接着層と、
前記接着層に積層された樹脂層と、を備え、
前記光学機能層は、所定の断面を有して一方向に延び、当該一方向とは異なる方向に所定の間隔で複数配列される単位光透過要素、及び、隣り合う前記単位光透過要素の間に形成された光吸収部を有し、
前記接着層は、85℃における貯蔵弾性率が1.0×106Pa以上1.0×107Pa未満であり、厚みが20μm以上50μm以下である、
光学シート。 - 前記基材層及び前記樹脂層がポリカーボネートによる層である、請求項1に記載の光学シート。
- 光源と、該光源よりも観察者側に配置される請求項1又は2に記載の光学シートと、を備える面光源装置。
- 請求項3に記載の面光源装置と、該面光源装置の出光側に配置された液晶パネルと、を備える映像源ユニット。
- 請求項4に記載の映像源ユニットが筐体に収められた表示装置。
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