JP2007249052A - 光制御フィルム、照明装置、および表示装置 - Google Patents
光制御フィルム、照明装置、および表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】
透明層3を高屈折率領域3Aと低屈折率領域3Bとにより構成し、さらに、光吸収層と低屈折率領域3Bとの内の少なくとも光吸収層の光入射面に光反射層7を設け、これにより屈折率界面での反射を利用して高い光利用効率を有する光制御フィルム1を得る。同時にこの制御フィルム1を組み込んだ照明角度を切り替え可能な照明装置9および視野角を切り替え可能な表示装置を得ることを特徴とする。
【選択図】
図1
Description
例えば、特許文献4(第1頁、3〜5頁、図1、図2)に記載されているように、ゴースト像を抑制するために、遮蔽層を比較的高い光吸収率を有する中央領域と、該透明領域に接しかつ比較的低い光吸収率を有する外側領域とで構成したフィルムがある。
しかしながら、このような遮蔽層を用いた光制御フィルムは、フィルムの厚さと光を吸収する遮蔽層で挟まれた透明層の幅を制御することにより、出射される光の出射方向や出射角度を制御するため、出射角度の制御は厳密に行うことができるが、遮蔽層で吸収される光量分の損失光が生じるという問題点がある。
また、特許文献6(第2〜7頁、図2)には、光遮蔽層を傾斜させ、光遮蔽層の片面を光反射型遮光層で、もう一方の片面を光吸収型遮光層で形成したフィルムが提案されている。このフィルムにおいては、光反射型遮光層で反射された光が光源側に戻り、その光を再利用することによって、光利用効率を向上させモニター輝度の低下を抑制している。
特許文献8(第2〜7頁、図1、図2)には、遮蔽層をすべて反射層で構成されたフィルムが記載されている。また、特許文献9(第2〜4頁、図1)には、光制御フィルムのバックライト光入射面側にバックライト光を透過し外光を反射する反射膜を設けることにより、映り込みを防止し、透過表示・反射表示ともに可能な液晶ディスプレイも提案されている。
又、特許文献4に記載されたフィルムは、遮蔽層で吸収される光量分の損失光が生じるという問題点がある。この問題点を解決するために提案された特許文献5に記載されたフィルムは、ルーバー層の他に低屈折率層が必要となるため、フィルム厚が厚くなりやすく、また、その効果も低屈折率層がない場合に比べ1.2倍程度と、効果が小さい。
また、特許文献11の図3に記載されている素子は、特許文献1〜10とは異なり、光源(液晶パネル)からの光を拡大することを目的としており、出射角度を制御(光源からの光の出射光分布を狭める)することはできない。更に、この特許文献11における光吸収層は、その文献明細書の段落ナンバー「0011」にも記載されているように、迷光を吸収し且つコントラストを向上させる層であり、出射角度を制御とは無関係なものとなっている。
このため、この構造により、透明層に入射した光の出射角度を高効率で制御し、出射すると共に光源から光吸収層の位置に入射する光を光源側に高効率で戻して再利用することができ、これがため、光利用効率をさらに向上させることができる。
更に、前述したフィルム本体部の光入射面および光出射面の少なくともいづれか一方の面に拡散処理(マット処理)を施した構成としてもよい(請求項4)。
このようにすると、光制御フィルムの光入射側あるいは光出射側に配置された他の素子、光学フィルム(拡散シート、レンズフィルム等)、導光板等と光制御フィルムとの部分的な貼り付き・密着を防ぎ、均一な出射光を得ることができる。
図1に本実施形態における光制御フィルム1を示す。この光制御フィルム1は、複数の光吸収層2によりほぼ等間隔に隔てられた複数の透明層3を有するフィルム本体部1Aを備えている。このフィルム本体部1Aの各透明層3は、その中央部分を占める高屈折率領域3Aと、前記光吸収層2に接して配設された低屈折率領域3Bとを備えている。更に、このフィルム本体部1Aにおける前記光吸収層2の光入射面PINには、反射層7が設けられている。ここで、前述した反射層7は、前記透明層3Aの低屈折率領域3Bの光入射面HINに延設して設けてもよい(図1(A))。
光制御フィルム1は、このような構造を有することから、透明層3に入射した光の出射角度を高効率で制御し且つ出射すると共に、光源から光吸収層2の位置に入射する光を光源側に高効率で戻して再利用することが可能となり、光利用効率を向上させることができる。
光制御フィルム1については、図2(B)に示すように、その厚さをD、高屈折率領域3Aの幅をL1 、高屈折率領域3Aの屈折率をn1 、更に、光制御フィルム1からの出射角度の最大値をβとすると、
θ1 =sin−1〔(1/n)・sinβ ……(1)
tanθ1 =(L1 /D) ……………………(2)
であるので、βおよびL1 又はβおよびDを決定することにより、光制御フィルムの構造を得ることができる。
n2 =n1 ×sin(90−θ1 )………………(3)
が得られる。したがって、θ1 よりも大きな光が全反射せず、少なくともθ1 以下の光が全反射する条件は
n1 >n2 ≧n1 ×sin(90−θ1 )………(4)
となる。従って、n1 ,n2 は式(4)を満たすことが好ましく、更に、n2 がn1 に近すぎると光制御フィルム1内でθ1 付近の光は出射されにくくなる。このため、n2 は式(4)を満たしてなるべく小さい値であることが望ましい。
前述した反射層7は、フィルム本体部1Aに直接設けるか又は保護層6上に設けてもよい(図1)。この反射層7は蒸着あるいはスパッタリング等によって形成することができる。
図11に示すように、従来の光制御フィルム51は、入射光線T1 が示すように、光吸収層52と透明層53の境界に入射した光が、その対角から出射するように、フィルム本体51A内の屈折角度θ1 を設定する。従って、この屈折角度θ1 よりも大きな角度の入射光線T1’は光吸収層2により吸収される。このため、この図11に示す従来例において、光制御フィルム51からの出射角度の最大値は、光制御フィルム1内での角度がθ1 に対応した出射角度βに制御される。
このような従来の光制御フィルム51では、図11の入射光線T2 に示すように、本来透過させたいθ1 以下の光も入射する位置によって光吸収層52により吸収されるため、これらは全て損失光となり、光利用効率が低下する。また、図11の入射光線T1 ’のように光源から光吸収層52に直接入射する光はすべて損失光となり、さらに光利用効率を低下させる。
上述した光制御フィルム1と光源(装置)8とを組み合わせて照明装置9が得られる。図4(A)にこれを示す。
ここで、光の拡散状態の透過・散乱性制御可能素子12aは、基板間に電圧が印加されていない状態であり、光の透過状態の透過・散乱性制御可能素子12bは、基板間に電圧が印加されている状態である(その逆も可)。基板相互間への電圧の印加の有無によって、透過・散乱性制御可能素子12における透過・散乱の状態を切り替え制御することができる。
この出射角度が切り替え可能な照明装置13においては、光制御フィルム1と透過・散乱性制御可能素子12を貼り合わせることにより、透過・散乱性制御可能素子12での表面反射をなくし、光利用効率を向上させることができる。
符号10,11,14は出射光の方向および広がりの程度を示す。
ここで、光の透過・散乱性を制御可能な素子12としては、高分子分散型液晶素子等の透過・散乱性を制御できる公知の液晶素子を用いることができる。この場合、同時に、光制御フィルムと透過・散乱性制御可能素子12を接着あるいは密着させることによって光利用効率を向上させることができる。
ここで、符号23,24は出射光の方向および広がりの程度を示すものである。
従来の光制御フィルムとして、透明層の幅L=0.085〔mm〕、透明層の屈折率n=1.60、光吸収層の幅L3 =0.015〔mm〕、厚さD=0.304〔mm〕の光制御フィルム(図7(A))を作成し、光源と組み合わせて、出射角度分布および光利用効率(光制御フィルムからの出射光量/光源からの出射光量)を測定した。
その結果、図7(B)に示すように、最大出射角度29°の分布が得られ、同時に、光利用効率は32〔%〕であった。
高屈折率領域の幅L1 =0.055〔mm〕、高屈折率領域の屈折率n1 =1.60、低屈折率領域の幅L2 =0.015〔mm〕、低屈折率領域の屈折率n1 =1.53、光吸収層の幅L3 =0.015〔mm〕、厚さD=0.304〔mm〕の光制御フィルム(図8)を作成し、光源と組み合わせて出射角度分布および光利用効率(光制御フィルムからの出射光量/光源からの出射光量)を測定した。
その結果、図9(A)に示すように、最大出射角度31°の分布が得られた。同時に光利用効率は51〔%〕であった。
上記比較例2における光制御フィルム1の光吸収層2の光入射面と、透明層3の低屈折率領域3Bの光入射面とに、Al反射膜を設けた光制御フィルム1を作成し、光源と組み合わせて、出射角度分布および光利用効率(光制御フィルムからの出射光量/光源からの出射光量)を測定した。
その結果、図9(B)に示すように、最大出射角度32°の分布が得られた。同時に光利用効率は67〔%〕であった。
前述した比較例1における光源、光制御フィルムの出射方向に、高分子分散型液晶素子および透過型液晶表示素子を配置し、視野角切り替え可能な液晶表示素子を作成した。
その結果、光利用効率は1.3〔%〕であった。
比較例3の従来例と比較するために、上述した実施例1における光源25、光制御フィルムの出射方向に、高分子分散型液晶素子26および透過型液晶表示素子27を配置し、視野角切り替え可能な液晶表示素子(図10)を作成した。その結果、光利用効率は2.5〔%〕であった。
1A フィルム本体部
2 光吸収層
3 透明層
3A 高屈折率領域
3B 低屈折率領域
6 保護層
7 反射層
8 光源装置
9,13 照明装置
12a 透過・散乱性制御可能素子(散乱状態)
12b 透過・散乱性制御可能素子(透過状態)
18 拡散板
22 表示パネル
26 高分子分散型液晶素子
27 透過型液晶表示素子
Claims (9)
- 複数の光吸収層によりほぼ等間隔に隔てられた複数の透明層を有するフィルム本体部を備えた光制御フィルムにおいて、
前記各透明層が、その中央部分を占める高屈折率領域と、前記光吸収層に接して配設された低屈折率領域とを備え、
前記光吸収層の光入射面に反射層を設けたことを特徴とする光制御フィルム。 - 前記請求項1に記載の光制御フィルムにおいて、
前記光反射層を、前記透明層の低屈折率領域の光入射面にも設けたことを特徴とする光制御フィルム。 - 前記請求項1又は2に記載の光制御フィルムにおいて、
前記フィルム本体部の光入射面及び光出射面の少なくともそのいずれか一方に、保護層を設けると共に、前記反射層を前記保護層の外面に装備したことを特徴とする光制御フィルム。 - 前記請求項1又は2に記載の光制御フィルムにおいて、
前記フィルム本体部の光入射面および光出射面の少なくともいづれか一方に拡散処理を施したことを特徴とする光制御フィルム。 - 面発光可能に形成された光源と前記請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光制御フィルムとから構成され、前記光制御フィルムが光源からの光の出射方向に配置されていることを特徴とする照明装置。
- 前記請求項5に記載の照明装置において、
前記光制御フィルムの光出射面方向に、光の透過・散乱性を制御可能な光散乱性制御素子を配置したことを特徴とする照明装置。 - 前記請求項6に記載の照明装置において、
前記光散乱性制御素子を前記光制御フィルムに貼着し一体化したことを特徴とする照明装置。 - 光表示用のパネルに、前記請求項5乃至7のいずれか一つに記載の照明装置を装備したことを特徴とする表示装置。
- 表示用パネルの外部表示面側に、前記請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光制御フィルムを装着したことを特徴とする表示装置。
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