JP2006106197A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光を、無駄に出射される分を増やすことなく、均一化して、かつ拡散範囲を制御して出射させるようにすることが可能な光学シートを実現すること。
【解決手段】本発明の光学シート１０は、入射面１１側から入射した入射光Ｐを、非入射面側である出射面１２側に散乱する光散乱層１３と、光散乱層１３の出射面１２に一方の面が固定され、光散乱層１３によって散乱された光αを光散乱層１３側に反射する光反射層１４と、光反射層１４の他方の面に裏面が固定され、表面に複数のレンズ１６が配置されてなるレンズシート１７とを備えている。そして、光反射層１４の一部を、光散乱層１３およびレンズシート１７よりも屈折率が低く、複数のレンズ１６のおのおのにそれぞれ対応して設けられた複数の低屈折率領域１５で貫通させている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光学シートに関し、更に詳しくは、光源からの光を均一化して、かつ拡散範囲を制御しながら出射する光学シートに関する。

液晶表示装置に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。したがって、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命が増大するが、これは電池式装置には特に望ましいことである。

米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Brightness Enhancement Film：ＢＥＦ）が、この問題を解決する光学シートとして広く使用されている。

ＢＥＦは、図８に示すように、部材７０上に、断面三角形状の単位プリズム７２が一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズム７２は光の波長に比較して大きい。ＢＥＦは、“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。

ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦは、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向（図８中に示す方向Ｆ）側である。

プリズム７２の反復的アレイ構造が１方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。

ＢＥＦの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。ＢＥＦに代表されるプリズム７２の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献は、例えば特許文献１乃至３のように多数ある。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報

上記のようなＢＥＦを輝度制御部材として用いた光学シートでは、図９に示すように、屈折作用ｘによって、光源２０からの光Ｐが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Ｆの光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用ｙによる光成分が、視聴者の視覚方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。したがって、図８に示すようなＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図１０に示すように、視聴者の視覚方向Ｆ、すなわち視覚方向Ｆに対する角度が０°における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光源からの光を、無駄に出射される分を増やすことなく、均一化して、かつ拡散範囲を制御して出射させるようにすることが可能な光学シートを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、本発明の光学シートは、入射面側から入射した入射光を、非入射面側である出射面側に散乱する光散乱層と、光散乱層の出射面に一方の面が固定され、光散乱層によって散乱された光を光散乱層側に反射する光反射層と、光反射層の他方の面に裏面が固定され、表面に複数のレンズが配置されてなるレンズシートとを備えている。そして、光反射層の一部を、光散乱層およびレンズシートよりも屈折率が低く、複数のレンズのおのおのにそれぞれ対応して設けられた複数の低屈折率領域で貫通させている。

また、レンズシートの表面上における各レンズの頂点と、各レンズにそれぞれ対応する各低屈折率領域の、光反射層の他方の面を断面とした場合における各断面中心とをそれぞれ結んだ各線が、断面とそれぞれほぼ直交するようにしている。

複数のレンズは、例えば、レンズアレイまたはレンチキュラーレンズとする。また、光散乱層は、透明な樹脂、または光散乱性の樹脂とする。更に、低屈折率領域は、空気、または透明材料により形成する。

本発明によれば、光源からの光を、光散乱層において散乱させ、更に、散乱された光のうち、レンズの頂点に対して対向するように設けられた低屈折率領域を通った光のみが、レンズに入射し、レンズによって拡散された後に出射される。

つまり、各低屈折率領域が、スリットのような働きをすることによって、散乱角度が絞られた光のみが各レンズに入射することになるので、レンズに斜めから入射する光がなくなり、もって、視聴者の視覚方向に進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう光をなくすことができる。

低屈折率領域を通ることができなかった光は、光反射層で反射され、光散乱層側に戻される。そして、光散乱層において同様に散乱された後に、散乱角度が絞られた状態でいずれは低屈折率領域を通ってレンズに入射し、レンズによって拡散された後に出射される。

このように、光源からの光を散乱させ、散乱角度が絞られた光のみをレンズに入射させることができるとともに、レンズに入射させることができなかった光については、無駄に出射させることなく再利用することができるので、光源からの光の利用効率を高めつつ、均一化し、かつ拡散範囲を制御して出射させるようにすることが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学シートの一例を示す側面図である。

すなわち、同実施の形態に係る光学シート１０は、光源２０からの光Ｐを、入射面１１から導き入れ、出射面１２側に散乱する光散乱層１３を備えている。この光散乱層１３としては、当該技術分野では良く知られているように、透明な樹脂や、微粒子（ｆｉｌｌｅｒ）を含んだものや、出射面１２をマット状に処理したものを用いる。

また、光散乱層１３の出射面１２には、光反射層１４を接着等により固定している。この光反射層１４には、図２の平面図に示すように、複数の低屈折率領域１５を規則的に設けている。更に、光反射層１４の他面（図１中に示す光反射層１４の上面）には、表面に複数のレンズ１６が配置されてなるレンズシート１７を接着等により固定している。この複数のレンズ１６は、例えばレンズアレイまたはレンチキュラーレンズである。このようなレンズシート１７は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成型法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成する。あるいは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）等を基材として、その上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって形成する。

低屈折率領域１５は、例えば、空気又は透明材料のように、光散乱層１３及びレンズシート１７よりも屈折率が低い物質からなり、複数のレンズ１６のおのおのに対応する位置に設けている。つまり、レンズシート１７における各レンズ１６の頂点と、各レンズ１６にそれぞれ対応する各低屈折率領域１５の、光反射層１４の面（図1中に示す光反射層１４の上面）を断面とした場合における各断面中心Ｇとをそれぞれ結んだ各線が、光反射層１４の面（図1中に示す光反射層１４の上面）とそれぞれほぼ直交するようにしている。言い換えると、各レンズ１６の頂点から、光学シート１０の厚み方向に沿って引いた直線上に各低屈折率領域１５の断面中心Ｇが存在する。

低屈折率領域１５の大きさを大きくするほど、十分に絞りきられていない散乱光もレンズ１６に入射することになるので、前述したように、視聴者の視覚方向Ｆへと出射されない光の成分が増えてしまう。一方、低屈折率領域１５の大きさを小さくするほど、より均一に絞られた散乱光のみがレンズ１６に入射することになり、場合によっては、レンズ１６から出射される出射光のムラが増えてしまう。したがって、低屈折率領域１５の形状及び大きさは、光学シート１０に対して要求されるスペックに応じて決められる設計的事項である。

したがって、低屈折率領域１５の形状は、図２に示すような正方形状に限定されるものではなく、図３に示すような円形状、図４に示すような楕円形状、あるいは図示していないが長方形状や菱形形状など、任意形状とすることが可能である。更には、光反射層１４の変形例を示す図５の平面図のように、一方向に沿って連続的に伸びた低屈折率領域１５を所定ピッチで光反射層１４上に規則的に設けた（所謂ストライプ状に低屈折率領域１５を設けた）構成としても良い。

このような規則的に配置された複数の低屈折率領域１５によって部分的に貫通されてなる光反射層１４は、当該技術分野では良く知られている印刷法、転写法、あるいはフォトリソグラフィー法を用いて形成する。

次に、以上のように構成した同実施の形態に係る光学シートの作用について図６を用いて説明する。

すなわち、同実施の形態に係る光学シート１０では、光源２０からの光Ｐが、光散乱層１３の入射面１１から入射する。光散乱層１３は、透明な樹脂や、微粒子（ｆｉｌｌｅｒ）を含んだものや、出射面１２をマット状に処理したものが用いられており、入射した光Ｐは、ここでランダムに散乱される。

このように散乱された光のうち、低屈折率領域１５を通過した光αのみが、レンズシート１７へと導かれる。各低屈折率領域１５は、レンズシート１７に設けられた各レンズ１６の頂点に対向するようにそれぞれ設けられているので、各レンズ１６には、対応する各低屈折率領域１５によって絞られた光のみが導かれる。つまり、各低屈折率領域１５が、スリットのような働きをすることによって、散乱角度が絞られた光αのみが各レンズ１６に入射することになるので、レンズ１６に斜めから入射する光がなくなり、もって、視聴者の視覚方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう光をなくすことができる。

一方、低屈折率領域１５を通ることができなかった光βは、光反射層１４で反射され、光散乱層１３側に戻される。そして、光散乱層１３において同様に散乱された後に、いずれは散乱角度が絞られた光αとなった後に低屈折率領域１５を通ってレンズ１６に入射し、レンズ１６によって所定角度φ内に拡散された後に出射される。

このように、光源２０からの光Ｐを散乱させ、散乱角度が絞られた光αのみをレンズ１６に入射させることができるとともに、レンズ１６に入射させることができなかった光については、無駄に出射させることなく再利用することができるので、光源２０からの光の利用効率を高めつつ、拡散範囲を制御して出射させるようにすることが可能となる。

これにより、図７に示すように、同実施の形態に係る光学シートから出射される光強度分布Ａは、図８に示すようなＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布Ｂにあるような図中横軸における±９０°近辺の小さな光強度ピークを消滅させるとともに、図中横軸に示す０°を中心とする視聴者の視覚方向Ｆの光強度をより高めることができるような分布となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の実施の形態に係る光学シートの一例を示す側面図。 光反射層に配置された低屈折率領域の一例（正方形状）を示す平面図。 光反射層に配置された低屈折率領域の一例（円形状）を示す平面図。 光反射層に配置された低屈折率領域の一例（楕円形状）を示す平面図。 光反射層に配置された低屈折率領域の一例（ストライプ状）を示す平面図。 同実施の形態に係る光学シートの光学作用を説明するための図。 同実施の形態に係る光学シートの、視覚方向に対する角度に対する光強度分布を示す図。 ＢＥＦの構成例を示す斜視図。 ＢＥＦの光学作用を説明するための図。 ＢＥＦの、視覚方向に対する角度に対する光強度分布を示す図。

符号の説明

Ｆ…視覚方向、１０…光学シート、１１…入射面、１２…出射面、１３…光散乱層、１４…光反射層、１５…低屈折率領域、１６…レンズ、１７…レンズシート、２０…光源、７０…部材、７２…プリズム

Claims (5)

1. 入射面側から入射した入射光を、非入射面側である出射面側に散乱する光散乱層と、
   前記光散乱層の出射面に一方の面が固定され、前記光散乱層によって散乱された光を前記光散乱層側に反射する光反射層と、
   前記光反射層の他方の面に裏面が固定され、表面に複数のレンズが配置されてなるレンズシートとを備え、
   前記光反射層の一部を、前記光散乱層および前記レンズシートよりも屈折率が低く、前記複数のレンズのおのおのにそれぞれ対応して設けられた複数の低屈折率領域で貫通させてなる光学シート。
2. 請求項１に記載の光学シートにおいて、
   前記レンズシートの表面上における各レンズの頂点と、前記各レンズにそれぞれ対応する各低屈折率領域の、前記光反射層の他方の面を断面とした場合における各断面中心とをそれぞれ結んだ各線が、前記断面とそれぞれほぼ直交する光学シート。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学シートにおいて、
   前記複数のレンズを、レンズアレイまたはレンチキュラーレンズとした光学シート。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学シートにおいて、
   前記光散乱層を、透明な樹脂、または光散乱性の樹脂により形成した光学シート。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光学シートにおいて、
   前記低屈折率領域を、空気、または透明材料により形成した光学シート。

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