JPH10246805A - 拡散光制御用光学シート、バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

拡散光制御用光学シート、バックライト装置及び液晶表示装置

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JPH10246805A
JPH10246805A JP9051654A JP5165497A JPH10246805A JP H10246805 A JPH10246805 A JP H10246805A JP 9051654 A JP9051654 A JP 9051654A JP 5165497 A JP5165497 A JP 5165497A JP H10246805 A JPH10246805 A JP H10246805A
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light
optical sheet
convex portion
diffused light
controlling
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Keiji Kashima
啓二 鹿島
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置のバックライト用としての拡散
光制御用光学シートにおいて、出射光をより指向性の高
い拡散光とする。 【解決手段】 拡散光制御用光学シート１０の受光面１
２と反対側に凸状部１４を設け、その凸状部１４の側面
１６の接線と受光面１２のなす角度を６０°〜９０°と
すると共に、凸状部１４内に、シートを形成する材料と
わずかに屈折率の異なる微細物質１８を含めて構成し、
受光面１２からの入射拡散光２０が、指向性の強い拡散
光２２となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、液晶ディスプレ
イ、液晶カラーテレビ等におけるバックライト光の制御
に用いて好適な、拡散光制御用光学シート、又、この光
学シートを用いたバックライト装置及び液晶表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示画面の視認性を向上させるため
に、液晶表示装置の背面から光を当てるバックライト装
置がある。
【０００３】このバックライト装置からの照明光（バッ
クライト光）は、照明効率を高めるためには、使用者方
向への指向性を強化する必要がある。
【０００４】一方、照明光（出射光）の指向性が強すぎ
ると、視野角度が非常に狭くなり、使用者の視点がわず
かに移動しても画面の輝度が急激に低下してしまうとい
う問題点がある。
【０００５】このような問題点に対して、例えば特開平
６−１４８４０８号公報に開示されるように、照明方向
が十分明るくなるような集光性と、ある程度の視野角度
範囲内であれば均等に明るく見えるという拡散性を兼ね
備えた光制御シートが提案されている。
【０００６】この光制御シートは、一方の面が、マクロ
的に規則的な波形を持つか、もしくは横断面略三角形の
多数の山部が平行に形成され、ミクロ的にはその波形に
微細な凹凸加工もしくは光拡散用の塗装が施されている
構造面であり、他方の面は光学的に平面であるか、もし
くはその平面に微細な凹凸加工が施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平６−１４８
４０８号公報に開示される光制御シートは、表面の凹凸
加工もしくは塗装による光拡散作用が過剰であり、出射
光の指向性が弱められてしまうという問題点がある。
【０００８】他に、特開昭６３−３１８００８号公報に
開示されるものは、断面形状が三角プリズムであるシー
トの屈折作用を応用して指向性のある光を出力するもの
であり、又特開平２−２５７１８８号公報、実開平３−
６９１８４号公報にも同様な技術思想が開示され、更
に、出射光の指向性を更に強くする方法として、波形を
有するシートを２枚使用する方法が特公平１−３７８０
１号公報に開示されている。
【０００９】しかしながら、上記特開昭６３−３１８０
０８号公報、特開平２−２５７１８８号公報、実開平３
−６９１８４号公報、特公平１−３７８０１号公報のい
ずれの開示技術も、出射光の指向性の強化が不十分であ
ると共に、指向性のピーク方向を制御することができな
いという問題点がある。
【００１０】出射光における指向性のピーク方向を制御
する方法として、特開平２−８４６１８号公報に開示さ
れるように、断面形状が三角プリズムであるフィルムの
全反射作用を応用する方法がある。
【００１１】しかしながら、この方法は、特定の角度で
入射した光線のみを特定の角度で出射するものであり、
光線の入射角度が限定されてしまうと共に、拡散光の指
向性自体を制御するものではなく、従って、拡散光の指
向性のピーク方向及び拡散光の指向性そのものを同時に
制御することができないという問題点がある。
【００１２】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、出射光を拡散して生じる拡散光の
指向性を更に強化すると共に、該拡散光の指向性のピー
ク方向を制御することができるようにした拡散光制御用
光学シート、バックライト装置及び液晶表示装置を提供
することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明は、請求項１の
ように、透光性材料からなり、一方の面が平面状の受光
面とされると共に、他方の面に、前記受光面から入射し
た光を指向性の強い拡散光に変換する複数の凸状部が設
けられ、前記凸状部は先端から基端に至る側面を備えて
いる拡散光制御用光学シートにおいて、前記凸状部の前
記側面を、前記受光面とのなす角度が６０°〜９０°の
平面とすることにより、上記目的を達成するものであ
る。
【００１４】前記拡散光制御用光学シートは、請求項２
のように、前記凸状部内に、前記透光性材料とわずかに
異なる屈折率の微細物質を配置してなり、該微細物質と
前記透光性材料との屈折率差により光拡散作用を形成す
るようにしてもよい。
【００１５】又、前記拡散光制御用光学シートは、請求
項３のように、前記凸状部における前記側面に微細な凹
凸を設けるようにしてもよい。
【００１６】更に、前記拡散光制御用光学シートにおい
て、請求項４のように、前記凸状部における前記側面に
光拡散物質をコーティングしてもよい。
【００１７】又、前記拡散光制御用光学シートにおい
て、請求項５のように、前記凸状部を、１〜５００μｍ
のピッチで配置してもよい。
【００１８】又、前記拡散光制御用光学シートは、請求
項６のように、前記凸状部の先端を、前記受光面と平行
な平面状としてもよい。
【００１９】更に、前記拡散光制御用光学シートは、請
求項７のように、前記凸状部を、その出射光における強
度の半値幅の角度範囲が２４°以下となるように構成し
てもよい。
【００２０】又、本発明は、請求項８のように、平面状
光源を備え、前記拡散光制御用光学シートを、その受光
面が前記平面状光源の出光面に空気層を介して接するよ
うに配置したことを特徴とするバックライト装置によ
り、上記目的を達成するものである。
【００２１】更に、本発明は、上記のようなバックライ
ト装置を備え、該バックライト装置からの出射光をバッ
クライトとしたことを特徴とする液晶表示装置により、
上記目的を達成するものである。
【００２２】本発明においては、拡散光制御用光学シー
トの出光側の凸状部の側面を、前記受光面とのなす角度
が６０°〜９０°の平面としているので、受光面から入
射した光が正面方向に強く屈折され、これによって出射
光の指向性を強化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。
【００２４】本発明の実施の形態の第１例に係る拡散光
制御用光学シート１０は、透明な樹脂、ガラス、セラミ
ックス等の透光性材料からなり、一方の面が平面状の受
光面１２とされると共に、他方の面（上側）に、前記受
光面から入射した光を指向性の強い拡散光に変換する断
面が三角形状の複数の凸状部（三角プリズム）１４が設
けられたものであり、この凸状部１４は、三角形の先端
から基端に至る側面１６の、前記受光面１２とのなす角
度θが６０°〜９０°（より好ましくは７０°〜９０
°）となるようにされている。
【００２５】前記透光性材料としての樹脂は、例えばポ
リメタアクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル等のア
クリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若
しくは共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネ
ート、ポリスチレンのいずれか、又は組合せからなる。
【００２６】前記凸状部１４内には、前記透光性材料と
わずかに異なる屈折率の微細物質１８が配置されてい
て、該微細物質１８と前記透光性材料との屈折率差によ
り光拡散作用が形成されるようになっている。
【００２７】前記微細物質１８は、前記透光性材料が例
えば屈折率１．５７の紫外線硬化樹脂の場合、屈折率
１．４９のアクリルビーズとする。
【００２８】ここで、前記微細物質１８の直径は、光干
渉効果を避けるためには０．５μｍ以上であることが好
ましく、更に光の出射方向をコントロールするには１０
μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、微細
物質１８の直径は１〜５μｍの範囲で、より指向性の強
い拡散光が得られる。
【００２９】上記のような拡散光制御用光学シート１０
に対して、下側の受光面１２から図１に示されるよう
に、拡散光２０が入射すると、符号２２で示されるよう
に、凸状部１４から指向性がより強化された拡散光２２
が出射する。
【００３０】図１において、拡散光２０を示す矢印はそ
の長さが光線の強度を示し、又方向は光線の進む方向を
示す模式図である。
【００３１】同様に、凸状部１４から出射する拡散光２
２も、その長さが光線の強度を示し、指向性が、入射側
の拡散光２０よりも強化されたことを示している。
【００３２】前記受光面１２に入射する拡散光２０は、
凸状部１４の側面１６が、前記角度θ＝６０°〜９０°
とされていることにより、該凸状部１４が光ガイドの作
用をなすが、図１において符号２４により示されるよう
に受光面１２に対して斜めに入射した場合でも、凸状部
１４内に存在する前記微細物質１８によって拡散（散
乱）されることにより凸状部１４内で側面１６により全
反射されて、受光面１２に立てた法線方向に強く曲げら
れる成分が増大し、前記指向性の強い拡散光２２として
凸状部１４から出射される。
【００３３】本発明のような光拡散光制御用光学シート
の場合、出射光の、凸状部表面の接線方向からの出射角
度は１〜４０°の範囲、より好ましくは１〜２０°の範
囲とされているが、本発明の場合、上記のように構成す
ることにより、凸状部１４からの出射方向がその表面の
接線から１〜２０°の範囲となる。
【００３４】図１に示される拡散光制御用光学シート１
０は、三角プリズム形状の凸状部１４内に微細物質１８
を配合したものであるが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、出光側に凸状部が設けられ、且つその側面が
受光面に対して６０°〜９０°の角度をなす形状であれ
ばよい。
【００３５】例えば、図２に示されるように、凸状部２
６を、断面が連続する台形状とした拡散光制御用光学シ
ート１０Ｂ、図３に示されるように、凸状部２８を、断
面が間欠的に連続する四角形状とした拡散光制御用光学
シート１０Ｃ、あるいは、間欠的に連続する同一方向に
傾斜した平行四辺形状の凸状部３０を備えた拡散光制御
用光学シート１０Ｄ等としてもよい。
【００３６】これらの拡散光制御用光学シート１０Ｂ〜
１０Ｄは、いずれも図１に示される拡散光制御用光学シ
ート１０と同様に、微細物質１８がその凸状部２６〜３
０に含まれている（図３、図４においては微細物質１８
の図示省略）。
【００３７】又、各凸状部２６、２８及び３０における
側面２７、２９、３１は受光面１２に対する角度θ＝６
０°〜９０°とされている。
【００３８】これらの各拡散光制御用光学シート１０Ｂ
〜１０Ｄにおいては、前記拡散光制御用光学シート１０
と同様に、受光面１２からの入射光を指向性の強い拡散
光として、凸状部２６側から出射させることができる。
【００３９】特に、図４の拡散光制御用光学シート１０
Ｄにおいては、凸状部３０が同方向に傾斜する平行四辺
形状とされているので、図４において符号２２Ｄで示さ
れるように、出射する拡散光が、凸状部３０の傾斜方向
に強く指向される。即ち、出射拡散光の指向方向を制御
することができる。
【００４０】上記図１〜図４に示される光拡散制御用光
学シートは、いずれもその凸状部内に微細物質１８を含
むものであるが、これは、凸状部に光拡散作用を付与す
るものであればよく、従って、図５あるいは図６に示さ
れるように、凸状部の表面に微細な凹凸を形成したり、
凸状部表面に光拡散物質をコーティングするようにして
もよい。但し、凸状部内部に微細物質を配置した場合
は、入射光をより強く拡散させることができる。
【００４１】図５は、図１と同様の三角プリズム形状の
凸状部１４Ａを備えた拡散光制御用光学シート１０Ｅに
おいて、該凸状部１４Ａの側面１６Ａに微細凹凸２６を
形成したものである。
【００４２】この拡散光制御用光学シート１０Ｅにおい
ては、受光面１２から入射した光が、凸状部１４におい
て同一方向に強く指向され、且つ、該凸状部１４の側面
１６Ａから出光する際に、微細凹凸２６によって拡散さ
れる。従って、指向性の強い拡散光が得られる。
【００４３】ここで、前記微細凹凸２６の中心線平均粗
さＲａは、光干渉効果を防止する上で０．５μｍ以上で
あることが好ましく、且つ拡散効果を効率良く得るため
に、１０μｍ未満であることが好ましい。更に、より好
ましくは１〜５μｍ、特に好ましくは２〜３μｍとする
とよい。
【００４４】図６に示される拡散光制御用光学シート１
０Ｆは、図１、図５と同様の三角プリズム形状の凸状部
１４Ｂの側面１６Ｂに、光拡散物質２８をコーティング
したものである。
【００４５】この光拡散物質２８は、コーティング層内
部に屈折率が異なる微細物質を有していることが好まし
く、例えば屈折率１．４４のウレタン系樹脂の中に、屈
折率１．４９のアクリルビーズを含ませたもの等とす
る。
【００４６】ここで、前記光拡散物質２８中のアクリル
ビーズ等からなる微細物質は、その直径が光干渉効果を
防止するためには０．５μｍ以上であり、又所定の拡散
効果を効率良く得るためには１０μｍ以下であることが
好ましい。更に、より好ましくは、光拡散物質２８中の
微細物質の直径は、１〜５μｍとする。
【００４７】このようにすると、指向性の強い拡散光が
得られる。又、凸状部１４Ａ、１４Ｂの側面１６Ａ、１
６Ｂからの出射光の角度は、該側面の接線から１〜４０
°、より好ましくは１〜２０°の範囲であるが、上記の
ような微細凹凸２６を形成した場合、及び、光拡散物質
２８をコーティングした場合、好ましい出射角度を得る
ことができる。
【００４８】特に、光拡散物質２８中に含まれる微細物
質の直径を１μｍ以上２μｍ未満とすると、凸状部１４
Ｂの側面１６Ｂからの出射光の角度が、該側面１６Ｂの
接線に対して１〜２０°の範囲となった。
【００４９】上記図１〜図６の光拡散制御用光学シート
は、いずれも受光面と凸状部が一体成形されたものであ
るが、本発明はこれ限定されるものでなく、例えば図７
に示される拡散光制御用光学シート３０のように、ベー
スフィルム３２上に凸状部３４を設けるようにしてもよ
い。
【００５０】この場合、ベースフィルム３２は、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネ
ート）等の透光性樹脂フィルム上に、凸状部３４を紫外
線硬化樹脂により形成すると、比較的容易に大量生産す
ることができる。
【００５１】ここで、ベースフィルム３２の厚さは５０
〜５００μｍ、より好ましくは１００〜２５０μｍであ
ることが、製造及び取り扱いの容易さの点で好ましい。
【００５２】前記凸状部１４、１４Ａ、１４Ｂ、２６、
２８、３４は、その側面の接線と受光面１２とのなす角
度が６０°〜９０°とされているので、各凸状部が光ガ
イドの作用をして、入射光を側面の接線に対して、出射
光の出射角度が１〜４０°の範囲、好ましくは１〜２０
°の範囲とすることが容易となる。
【００５３】又、上記各拡散光制御用光学シート１０、
１０Ｂ〜１０Ｅ、３０の凸状部のピッチは、人間の目で
凸状部そのものが認識できないように間隔をできるだけ
小さくした方がよいので、５００μｍ以下とし、一方、
光干渉効果を防止するためには、１μｍ以上とするのが
よい。
【００５４】更に、上記図１〜図６に示される各拡散光
制御用光学シートにおいては、凸状部の高さがその底辺
の幅の１．５倍程度以下であるが、例えば図７に示され
る拡散光制御用光学シート３０のように、凸状部３４の
高さをその底辺と比較して高くする（図７においては
２．２倍程度）とすると、該凸状部３４からの出射光の
指向性がより高められる。
【００５５】又、この場合、図７に示されるように、受
光面１２から入射した光は、凸状部３４の側面３６から
出射する際にその一部が全反射し、更に前方で側面３６
から出射し、残りが全反射して進行し、ほとんどの入射
光線が、複数回側面３６からの出射と一部全反射を繰り
返すので、凸状部３４内で実質的に散乱され、強い指向
性のある拡散光を得ることができる。
【００５６】なお、凸状部３４の先端は受光面１２と平
行な平面３４Ａとされている。この平面３４Ａが小さい
ほど、ほとんどの入射光線が側面３４から出射されるこ
とになるので、平面３４Ａからの出射光線の光量が他の
部分よりも大きくなるようなことはない。ここで、例え
ば図７において二点鎖線で示されるように、平面３４Ａ
部分に凸レンズ部３４Ｂを設けることによって、ここか
ら出射する光の指向性をより向上させることができる。
又、必要に応じて拡散させることもできる。
【００５７】拡散させる場合、平面３４Ａの面積が小さ
く、入射光線が該平面３４Ａに到達するということで既
に高い指向性が得られているので、凸レンズ部３４Ｂか
らの出射光は、指向性の強い拡散光となる。
【００５８】この図７の拡散光制御用光学シート３０の
場合、前述と同様に、凸状部３４内に微細物質１８を配
合したり、側面３６に微細凹凸を形成したり、あるいは
光拡散物質をコーティングすることによって、更に拡散
効果を増大させるようにしてもよい。
【００５９】なお、上記各拡散光制御用光学シートにお
いて、凸状部はその断面と直交する方向には連続した凸
条形状に形成されているが、本発明はこれに限定される
ものでなく、例えば図８に示される拡散光制御用光学シ
ート４０のように、円錐台状の凸状部４２を２方向に連
続してベースフィルム上に形成、又は、受光面と一体的
に形成するようにしてもよい。凸状部４２は、三角錐あ
るいは四角錐形状、円柱形状等であってもよい。
【００６０】次に、図９に示される本発明に係るバック
ライト装置の実施の態様の例について説明する。
【００６１】このバックライト装置５０は、透明板から
なる導光板５２と、この導光板５２の一端縁に沿って配
置された蛍光管からなる光源５４と、前記導光板５２の
一方の平面に沿って取り付けられた拡散光制御用光学シ
ート５６とから構成され、導光板５２から導入された光
源５４の照明光が、該導光板５２を通って、拡散光制御
用光学シート５６の受光面５７に、空気層５９を介して
入射し、反対側の凸状部５８から指向性の強い拡散光と
して出射されるようにしたものである。
【００６２】前記拡散光制御用光学シート５６は、前記
図１〜図８に示される拡散光制御用光学シートのいずれ
かを用いるものとする。図８の符号５２Ａは逆光板４２
の光反射面を示す。
【００６３】次に、図１０を参照して、前記バックライ
ト装置５０を用いた液晶表示装置について説明する。
【００６４】この液晶表示装置６０は、前記バックライ
ト装置５０を裏面に備えた液晶パネル６２を備えて構成
されている。
【００６５】この液晶表示装置６０においては、拡散光
制御用光学シート５６からのバックライト光が、指向性
の強い拡散光となっているので、画面が非常に明るいと
共に、視野角度範囲が大きくなるという利点がある。
【００６６】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、拡
散光制御用光学シートからの出射光を、指向性の強い拡
散光とすることができるという優れた効果を有する。
【００６７】又、このような拡散光制御用光学シートを
用いたバックライト装置では、例えば液晶表示装置のバ
ックライトとして最適な光源となる。
【００６８】更に、このようなバックライト装置を用い
た液晶表示装置においては、画面を明るく、且つ視野角
を大きくすることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る拡散光制御用光学シートの実施の
形態の第１例を示す拡大断面図
【図２】同実施の形態の第２例を示す拡大断面図
【図３】同実施の形態の第３例を示す拡大断面図
【図４】同実施の形態の第４例を示す拡大断面図
【図５】同実施の形態の第５例を示す拡大断面図
【図６】同実施の形態の第６例を示す拡大断面図
【図７】同実施の形態の第７例を示す拡大断面図
【図８】同実施の形態の第８例を示す斜視図
【図９】上記実施の形態の例に係る拡散光制御用光学シ
ートを用いたバックライト装置を示す略示側面図
【図１０】図９のバックライト装置を用いた液晶表示装
置を示す略示側面図
【符号の説明】 １０、１０Ｂ〜１０Ｆ、３０、４０、５６…拡散光制御
用光学シート １２、５７…受光面 １４、１４Ａ、２６、２８、３０、３４、４２、５８…
凸状部 １６、１６Ａ、２７、２９、３１、４４…側面 １８…微細物質 ２０、２２…拡散光 ２４…入射光 ２６…微細凹凸 ２８…光拡散物質 ３２…ベースフィルム ３４Ａ…平面 ５０…バックライト装置 ５４…光源 ５９…空気層 ６０…液晶表示装置 ６２…液晶パネル

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透光性材料からなり、一方の面が平面状の
    受光面とされると共に、他方の面に、前記受光面から入
    射した光を指向性の強い拡散光に変換する複数の凸状部
    が設けられ、前記凸状部は先端から基端に至る側面を備
    えている拡散光制御用光学シートにおいて、 前記凸状部の前記側面を、前記受光面とのなす角度が６
    ０°〜９０°の平面としたことを特徴とする拡散光制御
    用光学シート。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記凸状部内に、前記
    透光性材料とわずかに異なる屈折率の微細物質を配置し
    てなり、該微細物質と前記透光性材料との屈折率差によ
    り光拡散作用を形成することを特徴とする拡散光制御用
    光学シート。
  3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記凸状部にお
    ける前記側面に微細な凹凸を設けたことを特徴とする拡
    散光制御用光学シート。
  4. 【請求項４】請求項１又は２において、前記凸状部にお
    ける前記側面に光拡散物質をコーティングしたことを特
    徴とする拡散光制御用光学シート。
  5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記
    凸状部を、１〜５００μｍのピッチで配置したことを特
    徴とする拡散光制御用光学シート。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記
    凸状部の先端を、前記受光面と平行な平面状としたこと
    を特徴とする拡散光制御用光学シート。
  7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記
    凸状部を、その出射光における強度の半値幅の角度範囲
    が２４°以下となるように構成したことを特徴とする拡
    散光制御用光学シート。
  8. 【請求項８】平面状光源を備え、請求項１乃至７のいず
    れかの拡散光制御用光学シートを、その受光面が前記平
    面状光源の出光面に空気層を介して接するように配置し
    たことを特徴とするバックライト装置。
  9. 【請求項９】請求項８のバックライト装置を備え、該バ
    ックライト装置からの出射光をバックライトとしたこと
    を特徴とする液晶表示装置。
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