(57)【要約】【課題】  光源光の利用効率を高めその出射分布を制御すると共に、画面の視野角を広げて、斜め方向から観察した場合も明るい画面を観察することができる光学シートと、この光学シートを利用したバックライトトユニット及び表示装置を提供すること。【解決手段】  表面に多数のマイクロレンズを配列し、その裏面であって、前記マイクロレンズに対応する部位を光透過部として、これら光透過部の間に多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備えて構成した。突起側面で屈折された光線が光学シートを構成する面に対して斜め方向に向けて出射し、このため、画面の視野角を広げることが可能となる。【選択図】図２
2008096423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させる光学シートであり、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光源光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射することを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記レンズシート中心から見て前記表示パネル側を内側、その反対側を外側として、前記光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起の側面に立てた法線を限界法線としたとき、この光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記突起の高さが１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記突起の側面が平面状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学シート。
【請求項５】
前記突起の側面が曲面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学シート。
【請求項６】
前記光反射層が光を拡散反射させる光反射層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学シート。
【請求項７】
前記光反射層と光透過部とを被覆してその上に光散乱層が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学シート。
【請求項８】
前記光反射層の上に光散乱層が接着されていることを特徴とする請求項７に記載の光学シート。
【請求項９】
前記光透過部において、前記光散乱層とレンズシートとの間がこのレンズシートより低屈折率の材料から構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学シート。
【請求項１０】
前記低屈折率の材料が空気であることを特徴とする請求項９に記載の光学シート。
【請求項１１】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させるバックライトユニットであって、
光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１２】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルと、この表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を照射するバックライトユニットとを備える表示装置であって、
バックライトユニットが、光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示装置と、これに使用するバックライトユニット及び光学シートに関するものである。このような表示装置としては、例えば、液晶表示装置が例示できる。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶パネルを用いた液晶表示装置は、バックライトユニットとドット状に画素が配置された液晶パネルとで構成され、各画素の光の透過率をコントロールすることで文字や映像の表示を可能にしている。バックライトユニットとしては、ハロゲンランプ、反射板、レンズ等の組み合わせにより光の出射分布を制御するもの、冷陰極管を導光体の端面に設け、冷陰極管を発した光を端面と垂直な面（主面）から出射させるものなどが挙げられる。前者は主に高輝度を必要とする液晶プロジェクタに用いられ、後者は薄型化が可能なため直視型の液晶ＴＶやノートパソコンのディスプレイとして用いられている。液晶ＴＶやノートパソコンなどでは消費電力の軽減や高輝度化が要求されている。高輝度化を実現するには冷陰極管などの光源を増やすことで可能であるが、消費電力の増加につながるため実用的ではない。【０００３】
このようなバックライトトユニットとしては、例えば、図５に示すように、光源の背後に光反射板を配置すると共に、光の出射範囲を制御する光学シートを配置したものが例示できる。この光学シートは、透明な基材と、この透明基材の液晶パネル側表面に配列された多数のマイクロレンズと、この透明基材の光源側表面であって、前記マイクロレンズに対応する位置に設けられた光透過部と、この光透過部を除く透明基材の光源側表面を被覆して設けられた光反射層と、これら光透過部及び光反射層を被覆して設けられた光散乱層とを備えて構成されている。すなわち、光源から生じた光は、まず光散乱層によって均一に散乱され、この散乱光のうち、前記透過部に向けて出射された光は、この光透過部を透過し、前記マイクロレンズにより屈折して、光学シートを構成する面に対して垂直な方向に向かう平行光として光学シートを出射する。また、前記光透過部以外の部位に向けて出射された前記散乱光は、前記光反射板や光反射層によって反射され、かつ、この反射を繰り返して、最終的には前記光透過部を透過し前記マイクロレンズにより屈折して、光学シートを構成する面に対して垂直な方向に向かう平行光として光学シートを出射する。こうして光源光のすべてが前記光透過部とマイクロレンズを透過して光学シートから出射し、平行光として液晶パネルに入射するため、光源光の利用効率を高めると共にその出射分布を制御することができ、明るい画面表示を可能としている。
【特許文献１】特開２００６−１０６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
次に、図６を参照して、前記光学シートによって光の出射分布を制御することができる理由を説明する。【０００５】
すなわち、図６において、光散乱層４の屈折率をｎ１、光透過部２の屈折率をｎ２、透明基材１０３の屈折率をｎ３とし、光反射層３の厚みをｄ、光透過部２の開口幅１０１をｌとするとき、光透過部２に入射する光線のうち、最大の入射角θを有する光線は光透過部２の対角線を通る光線であり、図２においてｘ４で示されている。そして、この光線ｘ５は次の式（１）及び（２）を充足する。なお、φは光線ｘ４が光透過部２に入射したときの屈折角である。【０００６】
ｎ１  ｓｉｎθ＝ｎ２  ｓｉｎφ      （１）
ｔａｎφ＝ｌ／ｄ            （２）
これより入射角の小さい光線（例えば、図６にｘ５で示す光線）は光透過部２を透過する。他方、これより入射角の大きい光線は、その入射位置に拘らず、光反射層３によって反射される。【０００７】
図６及び（１）式から分かるように、ｎ２＜ｎ１の場合θ＜φとなるから、光透過部２を透過する光線の入射角を絞ることができる。そして、こうして透過域を透過する光線を、確実にマイクロレンズに誘導して、光学シートＢを構成する面に対して垂直な方向に向かう平行光線として表示パネルに入射させることができるのである。そして、このため、光透過部２は、透明基材１０３より屈折率の小さい空気層から構成されていることが通常である。【０００８】
しかしながら、このような光学シートＢによれば、その出射光は平行光として液晶パネルＤに入射するため、光源光６の利用効率を高めその出射分布を制御して明るい画面表示が可能となるが、他方、この光線は光学シートＢを構成する面に対して垂直な方向に向かうため、斜め方向から明るい画面を観察することができず、その視野角を制限することになるという問題点を有していた。【０００９】
そこで、本発明は、光源光６の利用効率を高めてその出射分布を制御すると共に、画面の視野角を広げて、斜め方向から観察した場合も明るい画面を観察することができる光学シートと、この光学シートを利用したバックライトトユニット及び表示装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明は、画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させる光学シートであり、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光源光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射することを特徴とする光学シートである。【００１１】
請求項１の発明によれば、レンズシートの光透過部の間に多数の突起を備えて構成されているから、前記光透過部に入射した光線の一部は、この突起側面に入射し、この突起側面によって屈折され、マイクロレンズを透過して出射される。そして、この突起側面で屈折された光線がマイクロレンズから出射される際には、光学シートを構成する面に対して斜め方向に向けて出射することになる。そして、このため、画面の視野角を広げることが可能となるのである。【００１２】
なお、図１（ａ）に示すように、前記突起１側面で屈折される光をレンズシートに近づく方向に屈折させるためは、前記突起１側面の法線とこの突起１側面に対する光の入射方向とは一定の関係を満たす必要がある。すなわち、図１（ａ）において、レンズシート中心から見て光源５側を外側、その反対側を内側としたとき、前記突起１側面に入射する光線の限界は、光透過部２を挟む一対の光反射膜３のうち一方の光反射膜３の内側角部１１と他方の光反射膜の外側角部１０とを結ぶ線上を透過する光線ｘ１である。そして、前記一方の光反射膜の内側角部１１において突起１の側面に立てた法線を限界法線１２とすると、光線ｘ１が限界法線１２に対して内側（すなわち、レンズシート中心側）に位置する場合、突起１側面で屈折される光をレンズシートに近づく方向に屈折させることができる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、光線ｘ１が限界法線１２に対して外側（すなわち、光源５側）に位置する場合には、レンズシートからより遠ざかる方向に屈折される。【００１３】
請求項２の発明はこのような理由によってなされたものである。【００１４】
すなわち、請求項２の発明は、レンズシート中心から見て光源側を外側、その反対側を内側として、前記光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起の側面に立てた法線を限界法線としたとき、この光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学シートである。【００１５】
請求項２の発明においては、光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置するため、突起側面に入射してレンズシートに近づく方向に屈折される光線の量を確保して、表示画面の視野角を広げることが可能となる。【００１６】
次に、前記突起側面で屈折される光の量は、突起側面の面積、すなわち、突起の高さによって制御することができる。【００１７】
請求項３の発明はこのような理由によってなされたもので、前記突起の高さが１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シートである。【００１８】
請求項３の発明においては、突起の高さが１μｍ以上であるため、突起側面の面積を十分確保でき、この突起側面に入射して屈折される光線の量を十分に確保して、表示画面の視野角を広げることが可能となる。なお、突起の高さが１００μｍを越えると、光学シートを構成する面に対して垂直に出射する光の量が少なくなる。望ましくは、１０〜５０μｍである。【００１９】
次に、前記突起側面は平面状であってもよいが、曲面状であってもよい。この突起側面の形状を変えることによって、その出射分布を制御することが可能となる。平面状の場合、光学シートを構成する面に対して斜めに出射する光の量が多くなり、視野角を向上させることができる。また、例えば凸状の曲面である場合、光学シートを構成する面に対して垂直に出射する光の量が多くなり、画面正面から観察したときの表示画面を明るくすることができる。【００２０】
請求項４及び５の発明はこのような理由によってなされたものである。【００２１】
すなわち、請求項４の発明は前記突起の側面が平面状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートであり、請求項５の発明は前記突起の側面が曲面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートである。なお、前記突起の側面が曲面である場合、その曲面形状は、球面状、円筒面状、楕円体の表面形状等の形状であってよい。【００２２】
次に、前記光反射層で反射された光線を、バックライトユニット中に別途設けられた反射板で反射させることによって光透過部に誘導することができる。そして、光透過部に誘導された光線はマイクロレンズを透過して出射するから、光源光の利用効率を高めることが可能となる。この際、光反射層で反射された光線は、この光反射層又はその光路中に光散乱層を設けてその進行方向を偏向させて光透過部に誘導することが望ましい。【００２３】
請求項６〜７の発明はこのような理由からなされたもので、請求項６の発明は前記光反射層が光を拡散反射させる光反射層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学シートであり、他方、請求項７の発明は前記光反射層と光透過部とを被覆してその上に光散乱層が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学シートである。これら請求項６又は請求項７の発明によれば、光反射性光反射層で反射された光線を偏向させて光透過部に誘導することが可能となる。【００２４】
次に、請求項８の発明は、光学シートと光散乱層とを一体化してその取り扱いを容易としたもので、すなわち、前記光反射層の上に光散乱層が接着されていることを特徴とする請求項７に記載の光学シートである。【００２５】
また、請求項９及び１０の発明は、前記突起１側面における屈折角α（図１（ａ）参照）を小さくして、レンズシートに近づく方向に屈折させることを課題とするもので、すなわち、請求項９の発明は、前記光透過部において、前記光散乱層とレンズシートとの間がこのレンズシートより低屈折率の材料から構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学シートであり、また、請求項１０の発明は、前記低屈折率の材料が空気であることを特徴とする請求項９に記載の光学シートである。【００２６】
次に、請求項１１の発明は請求項１の光学シートを備えるバックライトユニットに関するものである。
すなわち、請求項１１の発明は、画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させるバックライトユニットであって、
光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とするバックライトユニットである。【００２７】
また、請求項１２の発明は、このバックライトユニットを備える表示装置に関するものである。【００２８】
すなわち、請求項１２の発明は、画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルと、この表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を照射するバックライトユニットとを備える表示装置であって、
バックライトユニットが、光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズの頂部から他面に引かれた垂線の交点及び後述する突起の側面を含む光透過部と、これら光透過部に隣接する多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明によれば、レンズシートの光透過部の間に多数の突起を備えて構成されているから、この突起の側面に入射した光は、この突起側面によって屈折され、光学シートを構成する面に対して斜め方向に向けて出射することになる。そして、このため、画面の視野角を広げて明るい画面表示を行うことが可能となる。【００３０】
請求項２の発明においては、光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置するため、突起側面に入射してレンズシートに近づく方向に屈折される光線の量を確保して、表示画面の視野角を広げることが可能となる。【００３１】
請求項３の発明においては突起の高さが１μｍ以上であるため、突起側面の面積を十分確保でき、この突起側面に入射して屈折される光線の量を十分に確保して、表示画面の視野角を広げることが可能となる。【００３２】
請求項４の発明においては前記突起の側面が平面状であるため、光学シートを構成する面に対して斜めに出射する光の量が多くなり、視野角を向上させることができる。【００３３】
請求項５の発明においては、前記突起の側面が曲面であるため、その出射分布を制御することが可能となる。例えば凸状の曲面である場合、光学シートを構成する面に対して垂直に出射する光の量が多くなり、画面正面から観察したときの表示画面を明るくすることができる。【００３４】
請求項６の発明においては光反射層が光を拡散反射させる光反射層であり、他方、請求項７の発明は、光反射層と光透過部とを被覆してその上に光散乱層が設けられているから、光反射性光反射層で反射された光線を偏向させて光透過部に誘導することが可能となる。【００３５】
請求項８の発明においては、光反射層の上に光散乱層が接着されているから、これらを一体としてその取り扱いが容易となる。【００３６】
次に、請求項９の発明においては光散乱層とレンズシートとの間がこのレンズシートより低屈折率の材料から構成されており、また、請求項１０の発明においてはこの低屈折率の材料が空気であるから、突起側面における屈折角を小さくして、レンズシートに近づく方向に屈折させることができ、視野角を向上させながら、しかも明るい画面表示が可能となる。【００３７】
次に、請求項１１の発明は請求項１の光学シートを備えるバックライトユニットであり、請求項１２の発明はこのバックライトユニットを備える表示装置であるから、画面の視野角を広げて明るい画面表示を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明に係る光学シートは、表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させる光学シートである。この光学シートはバックライトユニットの一部として利用される。図２は、表示パネルの背面にバックライトユニットを配置して構成された表示装置を示している。【００３９】
表示パネルは、その表示画面が多数の画素に区分されており、これら画素単位で光の透過と遮断とを制御して、光透過部と遮断部のコントラストで画面表示するものが利用できる。例えば、透過型液晶表示パネルである。【００４０】
バックライトユニットは、光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備えて構成される。光反射板は、光源光を光学シート方向へ反射して、光源光の利用効率を高めるものである。また、光学シートは、光源光の輝度を面内で均一化すると共に、表示パネルに入射する光量を増大させて、光源光の利用効率を高め、また、表示パネルに対し垂直方向と斜め方向の双方に前記表示光を入射させて、表示画面の明るさの向上と共にその視野角を増大させるものである。【００４１】
光学シートは、レンズシートと、このレンズシートの一部に設けられた光反射層とを必須の要素として構成されている。この外、光反射層と光透過部とを被覆してその上に設けられた光散乱層を有することが望ましく、この光反射層と光散乱層とは互いに接着していることが望ましい。光反射層と光散乱層とが接着している場合、レンズシートと光散乱層とは一体として取り扱うことができ、利便性に優れている。図示の例は光反射層の上に光散乱層を接着して構成された光学シートの例である。【００４２】
図において、光源５からから生じた光は、まず光散乱層４によって均一に散乱され、この散乱光のうち、前記光透過部２に向けて出射された光は、この光透過部２を透過し、前記マイクロレンズにより屈折して、表示パネルに向けて光学シートＢを出射する。また、前記光透過部２以外の部位に向けて出射された前記散乱光は、前記光反射板や光反射層３によって反射され、かつ、この反射を繰り返して、最終的には前記光透過部２を透過し前記マイクロレンズにより屈折して、表示パネルに向けて光学シートＢを出射する。こうして光源光６のすべてが前記光透過域とマイクロレンズを透過して光学シートＢから出射し、表示パネルに入射する。【００４３】
次に、光学シートについて説明する。図３は、光学シートＢの一部を拡大して示す拡大断面図である。図において、レンズシートは、その表示パネル側表面に多数のマイクロレンズが配列されている。これらマイクロレンズ１００としては、半円柱状のシリンドリカルレンズが好適に使用できる。そして、これらシリンドリカルレンズを、ストライプ状に隙間なく配列すればよい。また、前記マイクロレンズ１００として球面レンズを使用することも可能である。なお、図示の例は、半円柱状のシリンドリカルレンズを示している。【００４４】
レンズシートは、その裏面の一部に多数の突起１を備えており、この突起１の頂部に前記光反射層３が設けられている。【００４５】
すなわち、レンズシートＢは、前記マイクロレンズ１００の焦点位置近傍に光透過部２を有しており、これら光透過部２の間に多数の突起１を設けると共にこの突起１の頂部に前記光反射層３を設けて、焦点位置近傍の前記光透過部２以外から光が入射することを妨げている。このため、前記光源光６は前記光透過部２からレンズシート内部に入射するだけで、その他の部位から入射することができない。【００４６】
前記光透過部２は前記マイクロレンズ１００のそれぞれに１：１に対応して設けられており、従って、前記マイクロレンズ１００の数と前記光透過部２の数は同一である。また、マイクロレンズ１００のピッチと光透過部２のピッチも同一である。【００４７】
また、前記突起１は光透過部２の間に設けられており、この突起１は、その頂部が平坦に構成されている。そして、前記光反射層３は突起１の頂部に設けられているから、光反射層３の数もマイクロレンズ１００の数と略同一であり、ピッチもマイクロレンズ１００のピッチと同一である。【００４８】
図示の例では、マイクロレンズ１００として半円柱状のシリンドリカルレンズを使用しているから、光透過部２はマイクロレンズ１００に対応してストライプ状に設けられており、また、光反射層３もストライプ状に設けられている。【００４９】
マイクロレンズ１００のピッチは、この光学シートＢを適用する表示装置に応じて決定される。一般に、５０〜２００μｍである。マイクロレンズ１００のピッチが５０μｍより小さい場合、前記突起の形成が困難である。また、２００μｍより大きい場合、表示画面に輝度むらが生じることがある。【００５０】
光透過部２は前記マイクロレンズ１００の焦点位置近傍にあることが望ましい。この場合、光透過部２からレンズシートに入射した光線はマイクロレンズ１００によって屈折され、平行光線として、光学シートＢを構成する面に対して垂直な方向に出射される。そして、この光線は、表示パネル背面に垂直に入射し、また、表示画面からその表示画面正面方向に出射する。このため、光透過部２が前記マイクロレンズ１００の焦点位置にある場合、光透過部２からレンズシートに入射した光線はすべて表示画面正面方向に集められ、正面から観察する表示画面が明るく観察できる。【００５１】
これに対し、光透過部２がマイクロレンズ１００の焦点位置よりマイクロレンズ１００に近い位置に設けられている場合、あるいはマイクロレンズ１００の焦点位置よりマイクロレンズ１００に遠い位置に設けられている場合、表示画面正面から斜め方向に出射する光成分が発生する。【００５２】
また、光透過部２の面積が大きくなるにつれて、光学シートＢを構成する面に対して斜め方向に出射する光成分が増加し、その一部は表示画面には入射しない。このため、光透過部２の開口幅１０１はシリンドリカルレンズのピッチの３０〜６０％を占めることが望ましい。例えば、シリンドリカルレンズのピッチが２００μｍであれば、光透過部２の開口幅１０１は６０〜１２０μｍである。また、シリンドリカルレンズのピッチが１００μｍ未満であれば、光透過部２の開口幅１０１はシリンドリカルレンズのピッチの４０〜７０％を占めることが望ましい。例えば、シリンドリカルレンズのピッチが５０μｍであれば、光透過部２の開口幅１０１は２０〜３５μｍである。光透過部２の開口幅１０１がこれより狭いと、この光透過部２からレンズシートに入射する光線の量が少なくなり、明るい画面表示が困難である。また、これより広いと、表示画面には入射しない光成分が増加し、光源光６の有効な活用が図れない。【００５３】
次に、光反射層３は前記光透過部２以外から光が入射することを妨げて反射するものである。したがって、その幅と光透過部２の開口幅１０１の合計はシリンドリカルレンズのピッチに等しい。例えば、シリンドリカルレンズのピッチが２００μｍであれば、光反射層３の幅は１４０〜８０μｍであり、シリンドリカルレンズのピッチが５０μｍであれば、光反射層３の幅は３０〜１５μｍである。【００５４】
また、図３から分かるように、光反射層３の厚みと光透過部２の開口幅１０１とは、マイクロレンズ１００に入射する光線の入射方向を制限する。その入射方向の限界は、図中、ｘ１で示される光線である。マイクロレンズ１００に入射する光線の入射方向を制限して、表示画面の正面方向への光量と斜め方向への光量とを適正に配分するため、光反射層の厚み１０２は光透過部２の開口幅１０１の２〜２０％であることが望ましい。もっとも、この光反射層３の厚みが薄くなると光反射性能が低下するから、その下限は２μｍである。【００５５】
そして、この光反射層３は、前記突起１の頂部に設けられている必要がある。この突起１は、図示のように、突起１側面の傾斜を利用して、この突起１側面に入射した光線をマイクロレンズ１０１に近づく方向であって、しかも、光学シートＢを構成する面に対して斜め方向に屈折させるものである。このため、突起１側面は傾斜を持っている必要がある。すなわち、この突起１は、その平坦な頂部の面積がその基底部の面積より小さくなるように、断面台形状の突起１である必要がある。【００５６】
また、前述のように、突起１側面で屈折される光をレンズシートに近づく方向に屈折させるため、レンズシート中心から見て光源５側を外側、その反対側を内側とし、前記光透過部２を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起１の側面に立てた法線を限界法線１２として、この光反射膜の内側角部１１と他方の光反射膜の外側角部１０とを結ぶ線が、前記限界法線１２に対して内側に位置することが望ましい。【００５７】
また、この突起１は、その側面の面積、すなわち、突起１の高さによってこの突起１側面に入射する光の量が変動する。このため、突起１の高さは１〜１００μｍであることが望ましい。突起１の高さが１μｍ以上の場合、突起１側面の面積を十分確保でき、この突起１側面に入射して屈折される光線の量を十分に確保して、表示画面の視野角を広げることが可能となる。また、突起１の高さが１００μｍを越えると、光学シートＢを構成する面に対して垂直に出射する光の量が少なくなる。望ましくは、１０〜５０μｍである。【００５８】
次に、前記突起１の側面が平面状であってもよいが、曲面状であってもよい。図３に示す例では、この突起１側面は平面状である。この場合、同一方向からこの突起１側面に入射する光線は、同一方向に屈折される。このため、光学シートＢを構成する面に対して斜めに出射する光の量が多くなり、視野角を向上させることができる。【００５９】
他方、図４に示す例は、前記突起１の側面を曲面としたものである。図示の例では、前記突起１の側面は、その表面形状が円柱の側面形状を構成しており、光透過部２に向けて凸状の形状を有している。この場合には、例えば、図中、ｘ２で示される光線のように突起１の頂部近くの側面に入射した光線はレンズシートに近づく方向に屈折する。他方、図中、ｘ３で示される光線のように、ｘ２と同一方向であっても、突起１の基底部近くの側面に入射した光線は、レンズシートに遠ざかる方向に屈折する。このため、突起１の側面を凸状の曲面とした場合には、視野角を広げることが可能となる。なお、突起１側面の形状は、円柱の側面形状に限らず、球面状、楕円体の表面形状等の形状であってよい。また、前記突起１の側面の一部を曲面とし、その他の部位を平面状に構成することもできる。例えば、光反射膜の内側角部１１の近傍の部位を曲面とし、その他の部位を平面状に構成することもできる。【００６０】
次に、光透過部２はレンズシートより低屈折率の材料から構成されていることが望ましい。図から分かるように、光透過部２がレンズシートより低屈折率の材料から構成されている場合、突起１側面による屈折光はレンズシートに近づくように屈折するからである。このような材料としては空気が例示でき、その他の低屈折率材料を使用する場合に比較してもより低屈折率の光透過部２を構成することができる。具体的には、光散乱層４とレンズシート及び光反射層３で囲まれた空間を空気層とすればよい。【００６１】
次に、光学シートＢを構成する各部品の材料及び製造方法を説明する。【００６２】
レンズシートは、透明な樹脂から製造することができる。例えば、透明合成樹脂シートの両面を掘削することによってレンズシートを製造することが可能である。また、適切な形状の金型を使用して、この金型中に熱可塑性樹脂を射出して成型することも可能である。また、適切な形状の金型の内部に合成樹脂フィルムを載置し、その両面に熱可塑性樹脂を射出してマイクロレンズ１００と突起１とを成型してもよい。また、熱可塑性樹脂シートの表面に金型を重ねて熱圧をかけることにより、透明基材１０３とマイクロレンズ１００とを一体に成型することができる。【００６３】
また、マイクロレンズ１００がシリンドリカルレンズである場合には、適切な形状の金型を使用して溶融押出し成型法によって製造することも可能である。また、透明な熱可塑性樹脂をシート状に押出し成型した後、この熱可塑性樹脂が可塑性を有する間に金型で押圧してシリンドリカルレンズ形状に賦形することも可能である。この場合には、熱可塑性樹脂を溶融押出し成型した直後に、金型で押圧することが望ましい。【００６４】
また、マイクロレンズ１００がシリンドリカルレンズである場合、例えば、合成樹脂フィルムを基材フィルムとして、この基材フィルムの両面に熱可塑性樹脂を溶融押出しコーティングすることによってシリンドリカルレンズと突起１とを形成することも可能である。また、基材フィルムの両面に熱可塑性樹脂を溶融押出しコーティングした後、この熱可塑性樹脂が可塑性を有する間に金型で押圧して賦形することが可能である。この場合には、熱可塑性樹脂を溶融押出しコーティングした直後に、金型で押圧することが望ましい。【００６５】
レンズシートの材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどが使用できる。また、合成樹脂フィルムを基材フィルムとする場合には、この基材フィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム等が使用できる。【００６６】
次に、光反射層３は、光透過を遮断して反射させるものである必要がある。また、前述のように、光反射層３の厚みと光透過部２の開口幅１０１とは、光透過部２を透過する光線の入射角を制限し、マイクロレンズ１００を出射する光線の広がりを制限する。このような理由から、光反射層の厚みは２μｍ以上で、光透過部の開口幅ｌの２〜２０％であることが望ましい。【００６７】
このような光反射層３としては、樹脂中に高屈折率の粒子を分散させた塗膜を使用することができる。高屈折率粒子としては、ＴｉＯ２粒子、ＳｉＯ２粒子、ＭｇＯ粒子、ＢａＳＯ４粒子、ＣａＣＯ３粒子、Ａｌ２Ｏ３粒子などを利用することができる。好ましくは、平均粒径が０．１μｍ以上０．２μｍ未満の粒子と、平均粒径が０．２μｍ以上０．３μｍ以下の粒子との混合物である。周知のように可視波長はおよそ０．４〜０．７μｍであり、この可視波長の１／２の粒径の粒子によってもっとも効率的に光散乱が生じるから、これら２種類の粒子を利用することにより、可視波長の全光線を高い反射率で反射させることができる。なお、十分な光反射率を確保するため、光反射層３中の粒子含有率は、少なくとも５０体積％であることが望ましい。また、粒子含有率の上限は、光反射層３が膜として形成できる条件によって定まる。一般に９０体積％以下である。【００６８】
また、光反射層３として、樹脂中に光反射性の金属粒子を分散させた塗膜を使用することもできる。金属粒子としては、例えば、アルミニウム粒子や銀粒子を使用することができる。平均粒径は０．２μｍ以上あればよい。粒径の上限は、塗膜形成に支障のない範囲で定めれば良い。【００６９】
光反射層の樹脂としては、例えば、アクリル樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリアミド樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリカーボネート樹脂，シクロオレフィン樹脂，ポリエチレン、エチレンー酢酸ビニル共重合体が使用できる。あるいはこれらの変性体又は誘導体であってもよい。【００７０】
光反射層３は、例えば、前記樹脂と粒子とを溶剤に溶解又は分散して塗料又はインキとし、前記突起１の頂部に塗布又は印刷して形成することができる。また、仮の支持体上に塗布して転写箔を製造し、この転写箔を前記突起１の頂部に重ねて転写することにより、この頂部に選択的に光反射層３を形成することも可能である。いずれの場合も、突起１の頂部が周囲から突出しているから、この突起１頂部に正確に位置合わせして光反射層３を形成することができる。【００７１】
次に、光散乱層３は透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである必要がある。透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下でよい。【００７２】
光散乱層４は、前記光反射層３と異なり、この光散乱層４に入射した光を散乱させながら透過させる必要がある。このため、光散乱層４に含まれる前記透明粒子は、前記光反射層３に含まれる高屈折率粒子より光散乱性能の乏しい粒子であることが望ましい。このため、前記透明粒子の平均粒径は０．５〜１０．０μｍであることが望ましい。好ましくは１．０〜５．０μｍである。【００７３】
光散乱層３の透明樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、及びフルオレン樹脂等を使用することができる。【００７４】
また、光散乱層３の透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子やスチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン?ホルマリン縮合物の粒子；ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン?テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子；シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。【００７５】
そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して、押出し成型することにより、板状の光散乱層３を製造することができる。【００７６】
そして、この光散乱層３は、接着剤を用いて光反射層３３に接着することができる。接着剤を光散乱層３に塗布し、レンズシートを押圧して接着することもできるが、レンズシートの光反射層３に接着剤を塗布し、光散乱層４を押圧して接着することが望ましい。この場合には、光源光６の光路上に接着剤が存在しないから、この接着剤による光反射や光吸収などを避けて、高品質の光学シートＢを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る光学シートの原理説明図。
【図２】本発明に係る液晶表示装置の説明図。
【図３】本発明に係る光学シートの要部拡大断面図。
【図４】本発明に係る光学シートの別の例を示す要部拡大断面図。
【図５】従来の液晶表示装置の説明図。
【図６】従来の光学シートの原理説明図。
【符号の説明】
【００７８】
１…突起、２…光透過部、３…光反射層、４…光散乱層、５…光源、６…光源光、７…光反射板、８…出射光、９…液晶層、１０…外側角部、１１…内側角部、１２…限界法線、１３…屈折光、１００…マイクロレンズ、１０１…開口幅、１０２…光反射層の厚み、１０３…透明基材、Ａ…レンズシート、Ｂ…光学シート、Ｃ…バックライトユニット、Ｄ…液晶パネル
【図１】
2008096423.tif 000003
【図２】
2008096423.tif 000004
【図３】
2008096423.tif 000005
【図４】
2008096423.tif 000006
【図５】
2008096423.tif 000007
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月21日(2007.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させる光学シートであり、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズに対応する部位を光透過部として、これら光透過部の間に多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
前記光透過部がレンズシートより低屈折率の材料から構成されており、
かつ、レンズシート中心から見て光源側を外側、その反対側を内側として、前記光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起の側面に立てた法線を限界法線としたとき、この光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置しており、
裏面から入射した光源光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射することを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記突起の高さが１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記突起の側面が平面状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記突起の側面が曲面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
【請求項５】
前記光反射層が光を拡散反射させる光反射層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学シート。
【請求項６】
前記光反射層と光透過部とを被覆してその上に光散乱層が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学シート。
【請求項７】
前記光反射層の上に光散乱層が接着されていることを特徴とする請求項６のいずれかに記載の光学シート。
【請求項８】
前記低屈折率の材料が空気であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学シート。
【請求項９】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を入射させるバックライトユニットであって、
光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズに対応する部位を光透過部として、これら光透過部の間に多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
前記光透過部がレンズシートより低屈折率の材料から構成されており、
かつ、レンズシート中心から見て光源側を外側、その反対側を内側として、前記光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起の側面に立てた法線を限界法線としたとき、この光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置しており、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１０】
画素単位で光の透過と遮断とを制御して画面表示する表示パネルと、この表示パネルの背面に配置され、この表示パネルに表示光を照射するバックライトユニットとを備える表示装置であって、
バックライトユニットが、光源と、この光源の背後に配置された光反射板と、光源と表示パネルの間に配置された光学シートとを備え、
この光学シートが、
表面に多数のマイクロレンズが配列されていると共に、その裏面であって、前記マイクロレンズに対応する部位を光透過部として、これら光透過部の間に多数の突起を備えるレンズシートと、多数の前記突起の頂部に設けられた多数の光反射層とを備え、
前記光透過部がこのレンズシートより低屈折率の材料から構成されており、
かつ、レンズシート中心から見て光源側を外側、その反対側を内側として、前記光透過部を挟む一対の光反射膜のうち一方の光反射膜の内側角部において突起の側面に立てた法線を限界法線としたとき、この光反射膜の内側角部と他方の光反射膜の外側角部とを結ぶ線が、前記限界法線に対して内側に位置しており、
裏面から入射した光の一部を前記光反射層で反射すると共に、前記光透過部から入射した光を前記マイクロレンズで屈折して前記表示パネルに出射する光学シートであることを特徴とする表示装置。
【国際調査報告】
2008096423.tif 000009
2008096423.tif 000010
2008096423.tif 000011
2008096423.tif 000012