JP4389938B2 - 光学シートとそれを用いたバックライト・ユニットおよびディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライト・ユニットにおいて照明光路制御に使用される光学シートの改良に関するものであり、更には、この光学シートを搭載したバックライト・ユニットおよびディスプレイに関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）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。

従って、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。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１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。

この単位プリズム７２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。

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）又は“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１中に示す方向Ｆ）側である。

単位プリズム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又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。

このような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できるようになった。

ＢＥＦに代表される単位プリズム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技術が開示されている特許文献としては、例えば、特公平１−３７８０１号公報、特開平６−１０２５０６号公報、及び特表平１０−５０６５００号公報に示されるように多数知られている。
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２に示すように、屈折作用Ｘによって、光源２０からの光Ｌ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１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３の光強度分布Ｂ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。

また、エッジライト式の面光源を構成する導光板を採用しない直下型方式のバックライト・ユニットに上記部材７０を採用する場合には、光源２０と部材７０との間に光拡散層（光拡散板単独、又は光拡散フィルムの併用）を介在させた構成が一般的であるが、このように光拡散層を設けた場合、互いに平坦な部材７０と光拡散層（図示せず）では、明確な段差のない平坦面同士が接触することにより、境界が明確にならず、両者が屈折率の近い物質である場合には、入射光が、意図する角度で単位プリズム７２に入射せず、単位プリズム７２による設計通りの光学特性を奏することが難しくなる。

特に、部材７０と光拡散層とを粘着層又は接着層を介して積層一体化する構成を採用する場合には、予期せぬ入射光成分の発生（又は、光拡散層による機能の低下）を招きやすくなり、設計通りの光学特性を奏することが一層難しくなる。

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ことが可能な光学シートを提供することを目的とする。

尚、以後の本願明細書においては、光学特性の「拡散」と「散乱」、「接着層」と「粘着層」、および本願による「光学シート」と「光学フィルム」は、同義語として混在して用いることとする。

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、本発明の第１の局面の光学シートは、ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、凸シリンドリカルレンズ群が並列形成されてなるレンズ部とレンズ部の反対側の表面とを有するレンチキュラーシートの表面に、レンズ部による非集光面を含む領域に光反射部を、光反射部以外の領域に光透過部をそれぞれ備えている。そして、レンチキュラーシートは、互いに隣接する単位レンズの境界において、隣接する単位レンズ同士の谷部における接線が３５〜６０°の範囲にある。更に、光透過部は平坦面でなく、表面に凸部又は凹部が形成されている。また、光透過部に、凸シリンドリカルレンズ及び凹シリンドリカルレンズの少なくとも何れかを形成してなる。あるいは、レンズ部の反対側の表面において凸部を形成するように、かつ凸シリンドリカルレンズの単位レンズのそれぞれに１：１で対応してストライプ状に配置されていてもよい。レンズシートは、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形体、又は押し出し成形によるモノリシックな成形体であり、レンチキュラーシートは、シート状の透光性基材の片面に前記レンズ部が形成された積層構成からなる。そして、光反射部は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布形成、転写形成、又は金属箔のラミネート形成のうちの何れかによって形成される。

また、本発明の第２の局面の光学シートは、ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、照明光の入射側から順に、少なくとも、照明光を、非入射面側である出射面側に散乱する光散乱層と、接着層又は粘着層と、接着剤又は粘着材によって光散乱層に接着又は粘着され、光散乱層の出射面側に面して光反射性の高い表面を有しており、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、平坦である裏面が光反射層の他方の面に固定され、表面に凸シリンドリカルレンズ群が並列形成されてなるレンズ部とレンズ部の反対側の表面とを有するレンチキュラーシートとを備えている。光散乱層は例えば一般に使用される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）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）などに代表される基材を用いた拡散シートでも良く、ＰＣ、ＰＭＭＡ、アクリル、ＰＳ（ポリスチレン）などに代表される基材を用いた拡散板でも良い。レンチキュラーシートは、互いに隣接する単位レンズの境界において、隣接する単位レンズ同士の谷部における接線が３５〜６０°の範囲にあり、光反射層には、単位レンズそれぞれに１：１に対応した開口部を有すると共に、接着層又は粘着層の厚さは、光反射層よりも薄い。開口部は、例えば空気層、あるいはレンズシートよりも低屈折率の材料からなる。また、接着層又は粘着層は、紫外線硬化性樹脂層、感圧粘着剤層、及び感熱接着剤層のうちの何れかである。あるいは、層中に光拡散性微粒子を含有した構成である。そして、レンズシートは、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形体、又は押し出し成形によるモノリシックな成形体である。あるいは、基材シート表面に、放射線硬化性樹脂の硬化物からなる単位レンズが重合接着された積層構成からなる。更に、該光学シートの光出射面側に、光散乱性を有するシート、又は反射型偏光分離フィルムのようなフィルムからなる光散乱層を備える。

本発明の第３の局面は、表示画像を規定する画像表示素子の背面に、少なくとも、光源と、本発明の第２の局面の光学シートとを備えたことを特徴とするディスプレイ用バックライト・ユニットである。光源としては、例えば、直下型光源の他、エッジライト式光源や、導光板からなる面光源を用いる。

更に、本発明の第４の局面は、第２の局面の光学シートを、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する液晶表示素子からなる画像表示素子と、冷陰極線管又はＬＥＤによる光源と組み合わせることによって構成されたディスプレイである。

本発明によれば、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ことが可能な光学シートを実現することができる。

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４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Ｌを、入射面１１から導き入れ、出射面１２側に散乱する光拡散層１３を備えている。

光拡散層１３としては、当該技術分野で良く知られているように、透光性樹脂中に屈折率の異なる樹脂ビーズや微粒子（フィラー）を含んだ構成のものや、何れか一方の表面をマット状に処理した構成のものが用いられる。

また、光拡散層１３の出射面１２には、光反射層１４を接着層１８により固定している。この光反射層１４は、例えば白色インキ、金属箔、金属蒸着層からなり、図５の平面図に示すように、例えば空気層からなる複数の開口部１５を規則的に設けている。

更に、光反射層１４の他面（図４中に示す光反射層１４の上面）には、表面に複数の単位レンズ１６が配置されてなるレンズシート１７を固定している。

接着層１８は、例えば紫外線硬化性樹脂（以後、「ＵＶ硬化粘着剤」とも称する）か、他の種類の粘着剤を使用し、光拡散層１３の拡散性を向上させるために、拡散材を混入することもある。光学シート１０の製造後にも残る粘着性を考慮した場合、経時的な耐性や光学特性の低下を招く可能性が低いため、紫外線硬化性樹脂の重合接着力を用いる方が好ましい。また、紫外線硬化性樹脂による接着層１８をレンズシート１７の全面に渡って形成する場合、接着層１８が硬化していると、光反射層１４に接触しない部分が開口部１５に入り込むことが回避されやすく、好適である。

図６は、レンズシート１７の構成例を示す側面図である。

図６に示す例では、レンズシート１７は、片面に高さＴＬの半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位レンズ１６がピッチＰで並列されているレンズ部を有し、他面には、光源２０側に反射する光反射性の高い光反射層１４を備えている。光反射層１４は、レンズシート１７の単位レンズ１６のそれぞれに１：１で対応した幅Ａを持つ例えば空気層からなる開口部１５をストライプ状に配置している。そして、開口部１５に入射した光が半円柱状凸シリンドリカルレンズに効率良く入射するよう、開口部１５と半円柱状凸シリンドリカルレンズとの間が、半円柱状凸シリンドリカルレンズと同じか、それに近い屈折率ｎを有する材料で満たされた構造をしている。

このような構成をなすレンズシート１７は、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位レンズ１６に効率良く光を入射するために、単位レンズ１６の谷部から反対側の表面までの距離ＴＢのとき
Ｐ≦Ａ＋２＊ＴＢ＊ｔａｎα
の関係を満足する。ただしαは、開口部１５でのレンズシート１７との界面における臨界角であり、開口部１５の屈折率ｎ_０を用いて、α＝ｓｉｎ^−１（ｎ_０／ｎ）で定義される。

一方、Ａ／Ｐは開口率に相当するが、図７に示すように、開口率Ａ／Ｐは、大きくなるほど視野半値角度は向上するが、輝度が低下するという一般的な特性がある。このため、開口率Ａ／Ｐは、輝度と視野半値角度とのバランスを考慮して設定する必要がある。そこで、高さＴＬ、距離ＴＢ、開口部の幅Ａ、及びピッチＰとの間で、
０．３＜ＴＬ／Ｐ＜０．６、 （１）式
０．３＜ＴＢ／Ｐ＜１．０、 （２）式
０．３＜Ａ／Ｐ＜０．６ （３）式
の関係が成立するようにしている。

（１）式で、ＴＬ／Ｐが０．３以下ではレンズの集光性が足りず、０．６を超えた場合は指向性が強すぎるレンズとなり、テレビ用途としては不適であると共に、成形が困難となる。

（２）式で、ＴＢ／Ｐが上記範囲外にあると、効率良くレンズに光を導波できず、結果的に光量ロスが増える。

（３）式で、Ａ／Ｐが０．３以下では指向性が強過ぎると共に、白反射層での吸収が顕著に現れてしまい、結果的に光量ロスが大きくなってしまう。逆に、０．６以上では拡散性が強過ぎ（集光性が弱く）、正面輝度を向上させることが困難となる。

また、互いに隣接する単位レンズ１６の境界（谷部）のなす角度θの範囲は、以下に説明するように、３５°〜６０°が好ましい。

すなわち、互いに隣接する単位レンズ１６の境界（谷部）のなす角度θが３５°未満であると、成形後の離型性が低下したり、又は、成形を繰り返すうちに金型先端が曲がってしまい成形品離型ができなくなったり、金型取扱時に金型先端を損傷したりして、金型寿命が短くなりがちである。また、単位レンズ１６による配向特性を広げるためには、半円柱状凸シリンドリカルレンズの曲率半径を小さくするか、又は断面形状を非球面（楕円）形状に設計すれば良いが、互いに隣接する単位レンズ１６の境界（谷部）のなす角度θが６０°以下になるようにすることで良好な配向特性を実現することができる。

一方、上記角度θが６０°を越える場合には、単位レンズ１６がなだらかな形状となるため、レンズ機能が低下して配向角度が狭くなってしまい、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるという本願発明の目的を実現する上での弊害となる。

なお、単位レンズ１６は、半円柱状凸シリンドリカルレンズに限定されるものではなく、凸レンズが２次元配列されたレンズシートや、単位レンズ１６として半円柱状凸シリンドリカルレンズが１方向に並列してなるレンズ部を有するレンチキュラーシートや、他のレンズシートの場合も、本発明の主旨を逸脱するものではない。

このようなレンズシート１７は、例えば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熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形によって成形されたモノリシックな成形体である。又は、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しても良い。

開口部１５は、光拡散層１３およびレンズシート１７よりも屈折率が低く、複数の単位レンズ１６の各々に対応する位置に形成される。

開口部１５の形成箇所としては、好ましくは、レンズシート１７における各単位レンズ１６の頂点と、各単位レンズ１６にそれぞれ対応する各開口部１５の、光反射層１４の面（図４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４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、各単位レンズ１６の頂点から、光学シート１０の厚み方向に沿って引いた垂線上に各開口部１５の断面中心Ｇが存在するように、開口部１５を形成する。

又は、単位レンズ１６による非集光面を含む領域に光反射層１４を、光反射層１４以外の領域に開口部１５をそれぞれ備えるようにしても良い。なお、開口部１５は、平坦面のみならず、表面に凸部又は凹部が形成されていても良い。凸形状の場合には、ストライプに対応した凸部よりも低くすることが製造上好ましい。

開口部１５の幅Ａを大きくするほど、十分に絞りきられていない散乱光も単位レンズ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、開口部１５の幅Ａを小さくするほど、より均一に絞られた散乱光のみが単位レンズ１６に入射することになり、場合によっては、単位レンズ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、開口部１５の形状及び幅Ａ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。

例えば、レンズシート１７として、上述したようなレンチキュラーシートを用いた場合、レンズ部側から平行光線を入射させたとき、レンズ部の集光作用により、入射した平行光線が集光される箇所を含むように、例えば空気層のような光透過性のストライプ状の開口部１５を備えることによって、非開口部が、ストライプ状の光反射層１４からなるようにするとともに、半円柱状凸シリンドリカルレンズの並列ピッチと、ストライプ状の開口部１５の形成ピッチとを等しくしても良い。

このような規則的に配置された複数の開口部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、又はフォトリソグラフィー法等を用いて形成する。又は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布形成、転写形成、又は金属箔のラミネート形成等によって形成する。

又は、フォトリソグラフィー法の一方式として、レンズ自身の集光特性を利用して開口部１５の形成箇所を規定する所謂「セルフアライメント手法」も採用される。

セルフアライメント手法により開口部１５を規定するにあたっては、図４に示すように、各単位レンズ１６に対応する開口部１５が、単位レンズ１６の頂部からレンズシート１７の裏面に引いた垂線を含むようにするため、レンズシート１７には単位レンズ１６側から全面に平行光を照射することが要求される。

また、規定される開口部１５には、セルフアライメント手法の際に用いる感光性樹脂層が残る場合もあり得るが、光学シート１０の製造後の光学特性や耐性を考慮した場合、透明性が維持されるタイプの感光性樹脂の採用が好ましく、その屈折率はレンズシート１７よりも低い（例えば、空気に近い）タイプが一層好ましい。

次に、以上のように構成した上記実施の形態に係る光学シートの作用について、図８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Ｌが、光拡散層１３の入射面１１から入射する。光拡散層１３に入射した光Ｌ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、開口部１５を通過した光γのみが、レンズシート１７へと導かれる。

各開口部１５は、レンズシート１７に設けられた各単位レンズ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、各単位レンズ１６には、対応する各開口部１５によって絞られた光のみが導かれる。

つまり、各開口部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γのみが各単位レンズ１６に入射することになるので、単位レンズ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、開口部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、光拡散層１３側に戻される。

そして、光拡散層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γとなった後に開口部１５を通って単位レンズ１６に入射し、単位レンズ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Ｌを散乱させ、散乱角度が絞られた光γのみを単位レンズ１６に入射させることができるとともに、単位レンズ１６に入射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ことが可能となる。

これにより、図９に示すように、同実施の形態に係る光学シート１０から出射される光強度分布Ａは、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共に、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。

なお、単位レンズ１６から出射した光を更に制御するために、図４及び図８における単位レンズ１６の上側である光出射面側に、光散乱性を有するシート又はフィルムからなる光散乱層や、反射型偏光分離フィルム（ともに図示せず）を更に備えるようにしても良い。

以下、上記実施の形態に係る光学シートの各種具体例を述べる。

（実施例１）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４との割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

このとき、Ｐ≦Ａ＋２＊ＴＡ＊ｔａｎαを満足しており、
ＴＬ／Ｐ＝０．３１
ＴＢ／Ｐ＝０．３８
Ａ／Ｐ＝０．５
となり、前記（１）乃至（３）式の条件を満たした光学シートとなる。

（実施例２）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４との割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、アクリル系の感圧粘着材又は感熱粘着材（５μｍ厚）を形成し、光拡散層１３となるＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）と貼り合わせ、光学シート１０を作成する。

このように光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。したがって、接着層１８がレンズシート１７の全面に渡って形成される場合、光拡散層１３に接触しない部分が開口部１５内に入り込み、埋めてしまうことに伴って、屈折率の相違に基づき、光学特性に影響を及ぼすことが回避される。

（実施例３）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、拡散材として真球状のアクリル樹脂フィラー（平均粒径５μｍ）を１０％重量部添加したアクリル系の感圧粘着材又は感熱粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となるＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例４）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、ＵＶ硬化型粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となるＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例５）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、拡散材として真球状のアクリル樹脂フィラー（平均粒径５μ）を１０％重量部添加したＵＶ硬化型粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となるＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例６）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、アクリル系の感圧粘着材又は感熱粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となる拡散フィルム（１００μｍ厚，ヘイズ９０，透過率９０）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例７）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、拡散材として真球状のアクリル樹脂フィラー（平均粒径５μ）を１０％重量部添加したアクリル系の感圧粘着材又は感熱粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となる拡散フィルム（１００μｍ厚、ヘイズ９０％、透過率９０％）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例８）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、ＵＶ硬化型粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となる拡散フィルム（１００μｍ厚、ヘイズ９０％、透過率９０％）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

（実施例９）
ＰＥＴフィルム（７５μｍ厚）の一方の面に、アクリル系紫外線硬化樹脂の硬化物にて、単位レンズ１６の曲率半径１００μｍ、配列ピッチ２００μｍのシリンドリカルレンズ群を形成する。

光反射層１４として、白インキ層（１５μｍ厚）を、開口部１５と光反射層１４の割合が１：１となるように、転写法にて形成する。

更に接着層１８として、拡散材として真球状のアクリル樹脂フィラー（平均粒径５μ）を１０％重量部添加したＵＶ硬化型粘着材（５μｍ厚）を設け、光拡散層１３となる拡散フィルム（１００μｍ厚、ヘイズ９０％、透過率９０％）と貼り合わせ光学シート１０を作成する。

この場合も実施例２と同様に、光反射層１４である白インキ層に対して、接着層１８の厚みは薄い。

次に、上記実施例１〜９に係る光学シート１０を、２６インチの液晶テレビのディスプレイ用バックライト・ユニットに適用したときの性能を評価した。評価条件としては、冷陰極管、光学シート群、及び液晶パネルからなるテレビ構成を用い、順次、光学シート群として以下に示すようなものを対象に、輝度計（Ｅｌｄｉｍ社製ＥＺｌｉｔｅ）を用いて、表示輝度の視野角分布を評価することによって行った。

輝度上昇フィルムとして３Ｍ社製ＢＥＦを使用する場合、一般的には図１０のような構成で使用される。各々の役割として、拡散板は、光源光を拡散させることで光源の影消しの効果があり、また、様々な光学フィルムを積層させる上での土台としての役割もある。下拡散フィルムは拡散板の拡散だけでは不十分な拡散の役割、そして反射型偏光分離フィルムは例えば一般的には３Ｍ社製の反射型偏光フィルムであるＤＢＥＦであり、液晶パネルに貼られている偏光フィルムによって本来、除かれてしまう偏光光を反射し再利用することを目的としている。また、このＤＢＥＦ機能によりＢＥＦの輝度視野角特性は図１１のように、横方向への無駄な出射が低減されている。

なお、図１１に示す輝度分布図は、特定偏光成分の光の輝度分布を示しており、ＤＢＥＦの採用により、液晶表示素子に入射するバックライト光量のうち、液晶層の下側の偏光素子を通過する偏光軸の成分の光量が上昇することを表している。

図１０、図１２Ａ、及び図１２Ｂに示す具体的な比較構成及び実施形態において、「上拡散フィルム」「下拡散フィルム」とは、光散乱（拡散）に指向性を有しており、入射光が画面の上方向に多く散乱出射成分を有するか、下方向に多く散乱出射成分を有するか、の特性の相違である。

それぞれの仕様は、以下の通りである。

下拡散フィルム１：フィルム厚 ２ｍｍ、ヘイズ９５％、透過率８０％。

下拡散フィルム２：フィルム厚 １００μｍ、ヘイズ９０％、透過率９０％。

上拡散フィルム３：フィルム厚 １００μｍ、ヘイズ４０％、透過率９０％。

上記の比較構成および実施構成にて、ディスプレイの画像評価を行った。

なお、拡散板は、拡散フィルムと同様に、光を拡散させる作用を持っているが、拡散フィルムが薄膜上でフレキシブルな構造をしているのに対し、拡散板は、押し出し成型によって形成されることにより、拡散フィルムよりも厚みが厚く、高い剛性を有している。

このように一般的な構成では多数の光学フィルムを使用する必要があるが本発明の第１の局面の光学シートにおいては、その設計上、図１１のように、反射型偏光分離フィルムが無い状態においても横方向に無駄な出射光がほとんど出ないよう設計されているため、反射型偏光分離フィルムを通常の拡散フィルムへの置き換え、または取り除いても、光学特性を損ねることはない。

また本発明の第２の局面の光学シートにおいては、拡散板や下拡散フィルムを取り除いても、その光学特性を損ねることはない。

従って、本発明品は、その光学特性のみならず、部品点数の削減という意味においても効果が高いものである。

上述したような本発明の実施の形態に係る光学シートは、直下式光源を備える比較的大型な画面の液晶テレビへ適用する場合に限らず、エッジライト式光源又は冷陰極線管又はＬＥＤによる光源、及び導光板を具備するバックライト・ユニットを有する中〜小型のディスプレイへ適用する場合も有効である。

図１は、ＢＥＦの構成例を示す斜視図である。 図２は、ＢＥＦの光学作用を説明する図である。 図３は、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である。 図４は、本発明の実施形態に係る光学シートの一例を示す側面図である。 図５は、光反射層と開口部のストライプ状配置例を示す平面図である。 図６は、同実施形態に係る光学シートの詳細な構成例を示す部分側面図である。 図７は、開口率と、輝度及び視野半値角度との一般的な関係を示す図である。 図８は、同実施形態に係る光学シートの光学作用を説明する図である。 図９は、同実施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説明図である。 図１０は、同実施形態に係る光学シートをディスプレイ用バックライトに適用した場合の性能評価用のバックライト構成を示す概念図である。 図１１は、実施例１の光学シートを適用したバックライトにおける光強度分布を示す図である。 図１２Ａは、図１０に示す性能評価用のバックライト構成における各部位の具体的な構成を一覧表示した図である。 図１２Ｂは、図１０に示す性能評価用のバックライト構成における各部位の具体的な構成を一覧表示した図である。

符号の説明

Ｂ…光強度分布、Ｆ…視覚方向、Ｇ…断面中心、Ｌ，β，γ…光、Ｐ…ピッチ、ＴＢ…距離、Ｘ，Ｙ…屈折作用、ｎ，ｎ０…屈折率、１，２…下拡散フィルム、３…上拡散フィルム、１０…光学シート、１１…入射面、１２…出射面、１３…光拡散層、１４…光反射層、１５…開口部、１６…単位レンズ、１７…レンズシート、１８…接着層、２０…光源、７０…部材、７２…単位プリズム

Claims (20)

1. ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、
   凸シリンドリカルレンズ群が並列形成されてなるレンズ部と前記レンズ部の反対側の表面とを有するレンチキュラーシートの前記表面に、前記レンズ部による非集光面を含む領域に光反射部を、前記光反射部以外の領域に光透過部をそれぞれ備え、
   前記レンチキュラーシートは、互いに隣接する単位レンズの境界において、前記隣接する単位レンズ同士の谷部における接線が３５〜６０°の範囲にあることを特徴とする光学シート。
2. 前記光透過部は平坦面でなく、表面に凸部又は凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
3. 前記光透過部に、凸シリンドリカルレンズ及び凹シリンドリカルレンズの少なくとも何れかを形成してなることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
4. 前記光反射部は、前記レンズ部の反対側の表面において凸部を形成するように、かつ前記凸シリンドリカルレンズの単位レンズのそれぞれに１：１で対応してストライプ状に配置されたことを特徴とする請求項１記載の光学シート。
5. 前記レンズシートは、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形体、又は押し出し成形によるモノリシックな成形体であることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
6. 前記レンチキュラーシートは、シート状の透光性基材の片面に前記レンズ部が形成された積層構成からなることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
7. 前記光反射部は、金属フィラーを分散混合してなるインキ層の塗布形成、転写形成、又は金属箔のラミネート形成のうちの何れかによって形成されることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
8. ディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、
   照明光の入射側から順に、少なくとも、
   前記照明光を、非入射面側である出射面側に散乱する光散乱層と、
   接着層又は粘着層と、
   前記接着剤又は粘着材によって前記光散乱層に接着又は粘着され、前記光散乱層の出射面側に面して光反射性の高い表面を有しており、前記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、
   平坦である裏面が前記光反射層の他方の面に固定され、表面に凸シリンドリカルレンズ群が並列形成されてなるレンズ部と前記レンズ部の反対側の表面とを有するレンチキュラーシートとを備え、
   前記レンチキュラーシートは、互いに隣接する単位レンズの境界において、前記隣接する単位レンズ同士の谷部における接線が３５〜６０°の範囲にあり、
   前記光反射層には、前記単位レンズそれぞれに１：１に対応した開口部を有すると共に、前記接着層又は粘着層の厚さは、前記光反射層よりも薄いことを特徴とする光学シート。
9. 前記開口部は、空気層であることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
10. 前記開口部は、前記レンズシートよりも低屈折率の材料からなることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
11. 前記接着層又は粘着層は、紫外線硬化性樹脂層、感圧粘着剤層、及び感熱接着剤層のうちの何れかであることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
12. 前記接着層又は粘着層は、層中に光拡散性微粒子を含有した構成であることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
13. 前記光反射層は、白色インキ、金属箔、及び金属蒸着層のうちの何れかによって構成されてなることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
14. 前記レンズシートは、熱可塑性樹脂を用いたプレス成形体、又は押し出し成形によるモノリシックな成形体であることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
15. 前記レンズシートは、基材シート表面に、放射線硬化性樹脂の硬化物からなる前記単位レンズが重合接着された積層構成からなることを特徴とする請求項８記載の光学シート。
16. 請求項８記載の光学シートの光出射面側に、光散乱性を有するシート又はフィルムからなる光散乱層を更に備えた光学シート。
17. 請求項８記載の光学シートの光出射面側に、反射型偏光分離フィルムを更に備えたことを特徴とする光学シート。
18. 表示画像を規定する画像表示素子の背面に、少なくとも、直下型光源と、請求項８記載の光学シートとを備えたことを特徴とするディスプレイ用バックライト・ユニット。
19. 表示画像を規定する画像表示素子の背面に、少なくとも、エッジライト式光源及び導光板からなる面光源と、請求項８記載の光学シートとを備えたことを特徴とするディスプレイ用バックライト・ユニット。
20. 画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する液晶表示素子からなる画像表示素子と、
    冷陰極線管又はＬＥＤによる光源と、
    請求項８記載の光学シートとを備えたことを特徴とするディスプレイ。

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