JP5160767B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられる面光源装置に関するものである。

吸水（吸湿）率の異なる複数の材料を用いて複数の層が形成された光学シートでは、各層の吸水率の差により、吸水した場合に各材料の変形量が異なり、光学シート全体が反ってしまうという問題があった。
また、単一材料により形成された光学シートであっても、表面に凹凸形状、特にレンチキュラーレンズ形状や所謂ハエの目レンズ形状（マイクロレンズアレイ形状）、プリズム形状等の凹凸形状が形成されている場合には、凹凸形状が形成されている側が吸水により伸びて、凹凸形状が形成されている側が凸となるように反ってしまうという問題があった。

特許文献１には、吸水率を特定の範囲に規定して、光学シートの反りを低減する技術が開示されている。
しかし、特許文献１に記載の技術のように、吸水率を低い値に規定しても、光学シート表裏の吸水による伸びの差が出ることに違いはなく、反りが発生する。
また、吸水をほとんどしない材料を用いることも考えられる。しかし、その場合には、アクリル系等の吸水性の高い材料に比べて、光学シートの耐熱性、成形性や、コスト、２次加工性等の面で劣るという問題があった。
特開２００５−４９７９５号公報

本発明の課題は、吸水率の低い材料を使用しなくても、吸水による反りを低減できる光学シートを用いた面光源装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、光源部（１２，１３，１４）と、前記光源部よりも出射側に設けられ、片面に単位光学形状が１次元又は２次元方向に複数並べて形成された凹凸形状を有する光学シート（１６）と、前記光源部と前記光学シートとの間に設けられた少なくとも１枚の光学作用を有する他のシート（１５）と、を備え、前記光学シートは、前記凹凸形状が形成された第１の面（１６３）と、前記第１の面が形成されている側に設けられた第１の層（１６１）と、前記第１の面とは反対側の面であって、前記第１の面よりも表面積が小さい第２の面（１６４）と、前記第１の層よりも前記第２の面が形成されている側に設けられ、前記第１の層を形成する材料の吸水率よりも吸水率の高い材料により形成された第２の層（１６２）と、を備え、シート全体として見たときにおけるシートの平面方向として定義されるシート面の法線方向から見たときの光学シートの単位シート面積あたりについての前記第１の面の表面積をＸとし、前記第１の層を形成する材料の飽和吸水率をＡ％とし、前記単位シート面積あたりについての前記第２の面の表面積をＹとし、前記第２の層を形成する材料の飽和吸水率をＢ％としたとき、０．８≦ＡＸ／ＢＹ≦１．２５の関係を満足すること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６，１７）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の面光源装置において、前記光学シート（１６）は、熱可塑性樹脂により形成されていること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６，１７）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、前記光学シート（１６）は、前記第２の面（１６４）が前記光源部側となるように配置されていること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６，１７）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光源部（１２，１３，１４）と前記光学シート（１６）との間には、拡散シート（１５）が配置されていること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６，１７）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）光学シートは、凹凸形状が形成された第１の面と、第１の面が形成されている側に設けられた第１の層と、第１の面とは反対側の面であって、第１の面よりも表面積が小さい第２の面と、第１の層よりも第２の面が形成されている側に設けられ、第１の層を形成する材料の吸水率よりも吸水率の高い材料により形成された第２の層とを備えるので、吸水率の低い材料を使用しなくても、吸水による反りを低減できる。

（２）光学シートの凹凸形状は、単位光学形状が１次元又は２次元方向に複数並べて形成されているので、光を１次元又は２次元方向で制御可能な光学シートの吸水による反りを低減できる。

（３）光学シートは、熱可塑性樹脂により形成されているので、容易に製造できる。

（４）光学シートは、０．８≦ＡＸ／ＢＹ≦１．２５の関係を満足するので、吸水による反りを確実に低減できる。

（５）光学シートは、透過型表示装置の背面に配置される面光源装置に使用されるので、耐環境性の高い面光源装置とすることができる。

（６）面光源装置の光学シートは、第２の面が光源部側となるように配置されているので、出射光の視野角制御を効果的に行うことができる。

（７）面光源装置の光源部と光学シートとの間には、拡散シートが配置されているので、出射光の視野角を必要な範囲に制限して出射できる。

吸水率の低い材料を使用しなくても、吸水による反りを低減するという目的を、光学シートを吸水率の異なる複数の層により形成し、凹凸形状が形成された面に近い側の層の吸水率を凹凸形状が形成された面から遠い側の層の吸水率よりも低くすることにより実現した。

図１は、本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用しているが、この使い分けには、技術的な意味が無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。したがって、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。例えば、拡散シートは、拡散板としてもよいし、拡散フィルムとしてもよい。

本実施例における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１，反射板１２，発光管１３，乳白板１４，第１の拡散シート１５，光制御シート１６，第２の拡散シート１７等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、反射板１２，発光管１３が発光部を形成しており、この発光部に乳白板１４を加えることで、完全拡散光を発する光源部となり、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，乳白板１４，第１の拡散シート１５，光制御シート１６，第２の拡散シート１７が該当している。
なお、完全拡散光とは、出射面の法線方向（正面方向）の輝度を１００％とした場合に、出射面の法線方向から３０度傾いた方向の輝度が８０％以上であり、かつ、出射面の法線方向から６０度傾いた方向の輝度が６０％以上ある拡散光を指すものとする。

ＬＣＤパネル１１は、透過型の液晶表示素子により形成されており、その大きさは、対角４０インチ（８８５ｍｍ×４９８ｍｍ）で、解像度１９２０×１０８０の表示を行うことができる。発光管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、発光管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
発光管１３は、面光源装置の光源部を形成する線光源の冷陰極管であり、本実施例では、略２０ｍｍ間隔で等間隔に２０本が並列に並べられている。発光管１３の背面には、反射板１２が設けられている。
反射板１２は、発光管１３の光制御シート１６とは反対側（背面側）の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート１６方向（出射方向）へ向かわせ、入射光照度を均一に近付ける働きを持つ。

乳白板１４は、無指向性の光拡散特性を有し、透過する光を略完全拡散光として出射する完全拡散シートであり、発光管１３と第１の拡散シート１５との間に配置されている。乳白板１４の両面には、マット処理が行われており、また、基材中に拡散剤が分散混入されており、これらによって拡散効果を発生する。乳白板の基材の材料としては、ポリカーボネート、ＭＳ（メタクリルスチレン：アクリル樹脂とスチレン樹脂との共重合体）材、及びＭＳ材にゴム成分を混入させたＭＢＳ（メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン）材等が使用される。厚みとしては、１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。本実施例の乳白板１４の基材は、ＭＢＳ材を用いて厚さ２ｍｍに形成され、全光線透過率が６０％であり、出射面の法線方向から３０度傾いた方向の輝度が９５％であり、かつ、出射面の法線方向から６０度傾いた方向の輝度が８２％である。
また、乳白板１４は、耐湿度性を向上させるために、多層構造とすることもできる。例えばＭＳ材やＭＢＳ材では、スチレンリッチな材料でサンドイッチすること等が考えられる。さらに、光源から発生する紫外線を除去するために基材中にＵＶ吸収剤を混ぜたり、光源側の表面にＵＶ吸収剤をコーティングしたりすることもできる。

乳白板１４を配置する目的として、管ムラを低減することが挙げられる。ここで、管ムラとは、光源が発光管であるため、発光管がある部分と無い部分で明暗が発生してしまうことである。これを解消させるには、発光管との距離を離すこと、及び、拡散効果やレンズ効果を用いることにより、光を広げるとよい。しかし、面光源装置は、可能な限り薄いことが望まれるので、２０ｍｍ程度しかＬＣＤパネルとの距離を離すことができない。そこで、乳白板（完全拡散シート）や光制御シートの拡散度合いやレンズ効果が重要となる。また、発光管の代わりにＬＥＤ（発光ダイオード）光源等の点光源を用いる場合にも同等のことが言える。

本発明では、乳白板と光制御シート及び拡散フィルムとを組み合わせており、これらの複合体で管ムラが評価されなければならない。様々な組み合わせ評価を行った結果、特に管ムラには、乳白板の拡散度合いが最も影響が大きいこと、及び、乳白板によって管ムラを低減するためには、乳白板は、全光線透過率が５０％〜７０％であることが望ましいことが分かった。

第１の拡散シート１５は、乳白板１４と光制御シート１６との間に配置され、出射側に微細凸形状が形成された光拡散作用を有したシートである。
第２の拡散シート１７は、光制御シート１６とＬＣＤパネル１１との間に配置され、出射側に微細凸形状が形成された光拡散作用を有したシートである。
拡散シートとして使用されるものには、透明基材フィルムの表面に拡散材をコーティングしたタイプ、拡散材を基材に練り込んだタイプ、表面を粗面にしたタイプ、及びこれらの組み合わせが存在する。

本実施例の拡散シートは、これらの内で、透明基材フィルムの表面に拡散材をコーティングしたタイプである。具体的には、第１の拡散シート１５は、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）樹脂製の厚さ１８８μｍの透明基材層（フィルム）上に、バインダ中に微小ビーズを混練した拡散層をコートして形成している。この拡散層は、微小ビーズをバインダよりも突出させることにより、表面に微細凸形状が形成されている。本実施例で使用した第１の拡散シート１５は、恵和（株）製の光拡散フィルムＢＳ−７０２であり、ヘイズ値は、８９．２％（メーカーカタログ値）、総厚は、２２０μｍである。

また、第２の拡散シート１７は、ＰＥＴ樹脂製の厚さ１８８μｍの透明基材層（フィルム）上に、バインダ中に微小ビーズを混練した拡散層をコートして形成している。この拡散層は、微小ビーズをバインダよりも突出させることにより、表面に微細凸形状が形成されている。本実施例で使用した第２の拡散シート１７は、恵和（株）製の光拡散フィルムＰＢＳ−０７２であり、ヘイズ値は、４７．９％（メーカーカタログ値）、総厚は、２１０μｍである。

表面に拡散材（微小ビーズ）をコーティングした拡散シートは、微小ビーズのトップの丸い部分が突出するため、レンズ効果を発揮する。そのため、視野角の広い拡散光が入射した場合には、集光効果を発揮し、視野角の狭い拡散光が入射した場合には、拡散効果を発揮するという、他のタイプの拡散シートとは異なる特徴的な作用を持っている。
また、表面にコーティングする拡散材の量を変えることにより、レンズ効果（集光及び拡散効果）を調整することが可能となる。拡散材の量が少ないと拡散材の密度が小さいため、レンズ効果よりも粗面による散乱効果が大きくなり、視野角の広い拡散光に対する集光効果が小さくなる。
なお、練り込みタイプや表面が粗面タイプの拡散シートは、レンズ効果ではなく、散乱効果や屈折効果により、拡散効果のみを発揮する点で、本実施例の第１の拡散シート１５及び第２の拡散シート１７とは異なる。

光制御シート１６は、第１の拡散シート１５及び第２の拡散シート１７との間に設けられ、出射側に頂角９０度のプリズム形状が単位光学形状として突出して設けられた光学シートである。光制御シート１６に形成されたプリズム形状は、略２等辺三角形形状の断面形状を保ったまま水平方向に延在した形状であり、発光管１３の並ぶ方向（水平方向）と同一方向に多数並べて配置されている。
光制御シート１６は、上記プリズム形状が形成された出射面１６３と、出射面に近い側に設けられた第１の層１６１と、略平坦な入射面１６４と、第１の層１６１よりも入射面１６４に近い側に設けられ、第１の層１６１を形成する材料の吸水率よりも吸水率の高い材料により形成された第２の層１６２とを有している。
第１の層１６１は、ＭＢＳ材により形成されており、飽和吸水率が０．２％、層の平均厚さが０．３ｍｍである。なお、第１の層１６１は、プリズム形状に沿って形成されているので、ここでいう平均厚さは、プリズム形状の平面部分に直交する方向の平均厚さである。
第２の層１６２は、ＭＳ材により形成されており、飽和吸水率が０．３％、層の平均厚さが０．２ｍｍである。なお、第２の層１６２の平均厚さは、入射面１６４に直交する方向における平均厚さである。
なお、本実施例の光制御シート１６は、ＭＢＳ材とＭＳ材とを２層押出しすることにより形成されている。

ここで、光制御シート１６をシート全体として見たときにおけるシートの平面方向として定義されるシート面の法線方向から見たときの、光制御シート１６の単位シート面積あたりについての入射面の表面積をＸとし、出射面の表面積をＹとし、また、第１の層１６１を形成する材料の飽和吸水率をＡ％とし、第２の層１６２を形成する材料の飽和吸水率をＢ％としたとき、以下の式（１）を満たすことが、吸水による光制御シート１６の反りを防止するために望ましい。
０．８≦ＡＸ／ＢＹ≦１．２５ ・・・式（１）
材料が吸水をするときには、その表面積が大きいほど、容易に吸水することとなる。したがって、単層では、表面積が大きい側が、表面積が小さい側よりも多く吸水して膨張し、表面積が大きい側が凸となるように反る。
しかし、上記式（１）を満たすことにより、光学シートの表裏面で表面積が異なることにより生じる吸水性の差を、材料の吸水率の差により相殺でき、反りの発生を抑えることができる。
本実施例では、Ａ＝０．２％、Ｂ＝０．３％であり、Ｙ＝１とすると、出射面の断面形状が二等辺三角形であるからＸ＝１／√（２）＋１／√（２）＝１．４１４となる。よって、ＡＸ／ＢＹ＝（０．２×１．４１４）／（０．３×１）＝０．９４であり、上述の式（１）を満たしている。

本実施例の光制御シート１６の吸水時における反り量を確認するために、光制御シート１６を４０℃、湿度９０％の環境中に１００時間放置して反り量を測定した。また、飽和吸水率０．２％の樹脂のみの単層で光制御シート１６と同一形状に押出し形成した比較例を用意して反り量を比較した。なお、反り量は、一辺５００ｍｍの正方形に切り出した試験片により評価した。ここで、反り量とは、上記試験片を水平面上に裁置し、４角の浮き量を測定した値である。
上記評価の結果、本実施例の光制御シート１６の反り量は、５ｍｍ以下であった。一方、比較例の反り量は、５０ｍｍであった。

本実施例によれば、プリズム形状が形成された出射面１６３に近い第１の層１６１と、入射面１６４に近い第２の層１６２とを形成し、第１の層１６１の吸水率は、第２の層１６２の吸水率よりも小さくなっているので、吸水による反りの発生を抑制できる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例において、光制御シート１６は、１種類の単位光学形状が出射側に並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、複数種類の単位光学形状を組み合わせて出射側に配置してもよい。

（２）本実施例において、発光部には、線光源が並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、ＬＥＤ等の点光源を多数並べた発光部であってもよいし、有機ＥＬ（electroluminescence）、無機ＥＬ等の面発光をする発光部であってもよい。

本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。

符号の説明

１０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４ 乳白板
１５ 第１の拡散シート
１６ 光制御シート
１６１ 第１の層
１６２ 第２の層
１６３ 出射面
１６４ 入射面

Claims (4)

1. 透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
   光源部と、
   前記光源部よりも出射側に設けられ、片面に単位光学形状が１次元又は２次元方向に複数並べて形成された凹凸形状を有する光学シートと、
   前記光源部と前記光学シートとの間に設けられた少なくとも１枚の光学作用を有する他のシートと、
   を備え、
   前記光学シートは、
   前記凹凸形状が形成された第１の面と、
   前記第１の面が形成されている側に設けられた第１の層と、
   前記第１の面とは反対側の面であって、前記第１の面よりも表面積が小さい第２の面と、
   前記第１の層よりも前記第２の面が形成されている側に設けられ、前記第１の層を形成する材料の吸水率よりも吸水率の高い材料により形成された第２の層と、
   を備え、
   シート全体として見たときにおけるシートの平面方向として定義されるシート面の法線方向から見たときの光学シートの単位シート面積あたりについての前記第１の面の表面積をＸとし、前記第１の層を形成する材料の飽和吸水率をＡ％とし、前記単位シート面積あたりについての前記第２の面の表面積をＹとし、前記第２の層を形成する材料の飽和吸水率をＢ％としたとき、
   ０．８≦ＡＸ／ＢＹ≦１．２５
   の関係を満足すること、
   を特徴とする面光源装置。
2. 請求項１に記載の面光源装置において、
   前記光学シートは、熱可塑性樹脂により形成されていること、
   を特徴とする面光源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、
   前記光学シートは、前記第２の面が前記光源部側となるように配置されていること、
   を特徴とする面光源装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
   前記光源部と前記光学シートとの間には、拡散シートが配置されていること、
   を特徴とする面光源装置。

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