(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶ディスプレイのバックライトユニットの製造に用いられる光線指向制御光学シートに関し、ディスプレイの鮮やかな画像を得るためにバックライトユニットの側面又は後面に位置した光源ランプから照射される光を通過させ、かつ均一な光拡散と輝度向上及び視野角の調節を誘導して、鮮やかな光画像を得ることができ、光線指向制御の可能な光線指向制御光学シートを提供する。【解決手段】光線指向制御光学シート１は、基材フィルム３と、前記基材フィルム３の片方面（第１面）に配列されたマイクロレンズ群２と、前記基材フィルム３の他の面（第２面）に構成された複数の突出部として、末端に反射層４を備えた突出部６と突出部６との間に形成された開口部５と、を備え、前記マイクロレンズ群２の単位マイクロレンズ２は、光出射制御部を基準に左、右が相異なる曲率半径を有する第１側面と第２側面とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2011039466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線指向制御光学シートであって、
基材フィルムと、
前記基材フィルムの片方面（第１面）に配列されたマイクロレンズ群と、
前記基材フィルムの他の面（第２面）に構成された複数の突出部として、末端に反射層を備えた突出部と突出部との間に形成された開口部と、を備え、
前記マイクロレンズ群の単位マイクロレンズは、光出射制御部を基準に左右が相異なる曲率半径を有する第１側面と第２側面とを有することを特徴とする、光線指向制御光学シート。
【請求項２】
前記光出射制御部と単位マイクロレンズの前記第１側面の頂点とがなす角度θ１は、１０度以上９０度未満で、
前記光出射制御部と単位マイクロレンズの前記第２側面の頂点とがなす角度θ２は、１０度以上９０度未満であることを特徴とする、請求項１に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項３】
前記角度θ１は、単位マイクロレンズの前記第１側面の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ１）と下記式１により誘導されたｔａｎθ１により決定された角度で、
前記角度θ２は、単位マイクロレンズの前記第２側面の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ２）と下記式２により誘導されたｔａｎθ２により決定された角度であり、
【数１】
2011039466.tif 000009
【数２】
2011039466.tif 000010
であることを特徴とする、請求項２に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項４】
前記単位マイクロレンズの左、右曲率半径は、それぞれ１０μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項５】
前記突出部間の開口部の占める面積比率（開口率）は、前記基材フィルムの他の面（第２面）の全体面積の１０％〜９０％であり、
前記突出部は、突出部の中央が前記光出射制御部を基準にした前記単位マイクロレンズのピッチ中央に位置することを特徴とする、請求項１に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項６】
前記反射層の厚さは、１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項７】
前記単位マイクロレンズの高さは、ピッチの１倍〜２倍であることを特徴とする、請求項１に記載の光線指向制御光学シート。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の光線指向制御光学シートを備えることを特徴とする、バックライトアセンブリ。
【請求項９】
請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の光線指向制御光学シートを備えることを特徴とする、薄膜トランジスタ液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータモニタ及びテレビなどの薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）のバックライトユニット（ｂａｃｋ  ｌｉｇｈｔ  ｕｎｉｔ）の製造に用いられる光線指向制御光学シートに関し、さらに具体的には、ディスプレイの鮮やかな画像を得るためにバックライトユニットの側面又は後面に位置した光源ランプから照射される光を通過させつつ、かつ均一な光拡散と輝度向上及び視野角の調節を誘導して、鮮やかな光画像を得ることができ、光線指向制御の可能な光線指向制御光学シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶を利用したディスプレイ方式は、他の平板ディスプレイ方式とは異なり、液晶自体が非発光素材であるから、ディスプレイ画面の明るさを向上させるためには追加的な発光装置が必要である。
このような発光装置にはフロントライト方式とバックライト方式などがあり、バックライト方式は、ディスプレイ素子の後面に付着されたバックライトユニットの光源から発生する光を導光板又は拡散板を介して１次面上光源化転換し、金属蒸着板又は不透明白色板のような反射板に反射させて前面に光が出射されるようにして、ディスプレイ画面の明るさを向上させる間接照明方式である。このようなバックライト方式では、最小の消費電力で必要とする最上の画像を具現する必要がある。
前記バックライト方式での重要な点は、面上光源化である。一般の面上光源は、光束出射面の輝度の均一性を確保するために、不均一に光束を拡散する様々な拡散板を使用する。このために、この出射面から出射される光束は指向性がなく、広い範囲を照射する。したがって、光束の出射方向を狭い範囲に合せ、所望の方向への光出射制御のために各種の光学シートが搭載される。例えば、液晶表示装置の用途展開の大きな障害であった視野角依存性を改良する方法として、各種の光拡散シートや、マイクロレンズアレイシートを拡散板又は導光板上に搭載する方式などが提示されている。
しかしながら、以上のような方式は、均一な一定方向の視野角を制御するのには効果があるが、不均一方向の視野角制御には効果的でないという短所がある。すなわち、一定方向の視野角内でだけ光線利用の効率を上げることのできる液晶表示装置のバックライトシート構成が求められているのが現状である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、ディスプレイの鮮やかな画像を得るためにバックライトユニットの側面又は後面に位置した光源ランプから照射される光を通過させつつ、かつ均一な光拡散、輝度向上及び視野角調節を誘導して、鮮やかな光画像を得ることができ、光線指向制御の可能な光線指向制御光学シートを提供することにある。
本発明の前記及び他の目的と利点は、好ましい実施の形態を説明した下記の説明によりさらに明確になるはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的は、基材フィルムと、前記基材フィルムの片方面（第１面）に配列されたマイクロレンズ群と、前記基材フィルムの他の面（第２面）に構成された複数の突出部として、末端に反射層を備えた突出部と突出部との間に形成された開口部と、を備え、前記マイクロレンズ群の単位マイクロレンズは、光出射制御部を基準に左、右が相異なる曲率半径を有する第１側面と第２側面とを有することを特徴とする、光線指向制御光学シートいにより達成される。
ここで、前記光出射制御部と単位マイクロレンズの前記第１側面の頂点とがなす角度θ１は、１０度以上９０度未満で、前記光出射制御部と単位マイクロレンズの前記第２側面の頂点とがなす角度θ２は、１０度以上９０度未満であることを特徴とする。
好ましくは、前記角度θ１は、単位マイクロレンズの前記第１側面の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ１）と下記式１により誘導されたｔａｎθ１により決定された角度で、前記角度θ２は、単位マイクロレンズの前記第２側面の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ２）と下記式２により誘導されたｔａｎθ２により決定された角度であり、
【０００５】
【数１】
2011039466.tif 000003
【０００６】
【数２】
2011039466.tif 000004
【０００７】
であることを特徴とする。
好ましくは、前記単位マイクロレンズの左、右曲率半径は、それぞれ１０μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする。
好ましくは、前記突出部間の開口部の占める面積比率（開口率）は、前記基材フィルムの他の面（第２面）の全体面積の１０％〜９０％であり、前記突出部は、突出部の中央が前記光出射制御部を基準にした前記単位マイクロレンズのピッチ中央に位置することを特徴とする。
好ましくは、前記反射層の厚さは、１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする。
好ましくは、前記単位マイクロレンズの高さは、ピッチの１倍〜２倍であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記光線指向制御光学シートを備えることを特徴とする、バックライトアセンブリと、前記光線指向制御光学シートを備えることを特徴とする、薄膜トランジスタ液晶表示装置により達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、均一な光拡散、輝度向上及び視野角調節を誘導して鮮やかな光画像を得ることができ、また光線指向制御が可能であるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による光線指向制御光学シートの断面図である。
【図２】本発明による光線指向制御光学シートの概念を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態と図面を参照して、本発明を詳細に説明する。これらの実施の形態は、単に本発明をさらに具体的に説明するために例示的に提示したものに過ぎず、本発明の範囲がこれらの実施の形態により制限されないことは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明である。
本発明による光線指向制御光学シートを提供するためには、光束の出射方向を一定の範囲に制御することが求められ、これは不必要な方向への光束が出射されることによって、光の効率化が低下するのを防止するためである。すなわち、光束の出射角を制御することによって、光の効率化を確保できるようになるのである。
本発明による光線指向制御光学シート１は、基材フィルム３（以下、「本体」とする）の片方面（第１面）にマイクロレンズ２が配列されてマイクロレンズ群をなしており、他の面（第２面）には複数の突出部６が構成されるが、突出部６の末端に反射層４を具備している。前記突出部６の間に位置する開口部５は、前記マイクロレンズ２の配列の焦点付近が開口している構造である。また、視野角を制御するために、前記第１面のマイクロレンズ２は、マイクロレンズ配列の焦点部分、すなわち光出射制御部７を基準に第１側面８と第２側面９とから構成されており、第１側面８と第２側面９とは相違なる曲率半径を有することを特徴とする。
また、前記単位マイクロレンズの第１側面８の頂点にて前記光出射制御部７と第１面とがなす角度θ１は、１０度以上９０度未満で、前記単位マイクロレンズの第２側面９の頂点にて前記光出射制御部７と第１面とがなす角度θ２は、１０度以上９０度未満であることを特徴とする。
また、前記角度θ１は、単位マイクロレンズの前記第１側面８の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ１）と下記式１により誘導されたｔａｎθ１とにより決定された角度であり、前記角度θ２は、単位マイクロレンズの前記第２側面９の曲率をなす曲線の方程式ｆ（Ｘ２）と下記式２により誘導されたｔａｎθ２とにより決定された角度である。前記式１及び式２は、それぞれ以下のとおりである。
【００１２】
【数３】
2011039466.tif 000005
【００１３】
【数４】
2011039466.tif 000006
【００１４】
また、前記第２面にて前記突出部６間の開口部５が占める面積比率、すなわち開口率は、前記第２面の全体面積の１０％〜９０％であり、前記突出部６は、突出部の中央が前記光出射制御部７を基準にした前記単位マイクロレンズのピッチ１０の中央に位置することが好ましい。
また、前記反射層４の厚さは１μｍ〜１００μｍである。また、前記第１側面８の曲率半径Ｒ２と第２側面９の曲率半径Ｒ１とは、互いに異なり、Ｒ１は、１０μｍ〜１０００μｍであり、Ｒ２も、１０μｍ〜１０００μｍである。また、前記単位マイクロレンズの高さ１１は、ピッチ１０の１〜２倍にすることが好ましい。
本発明による光線指向制御光学シートの前記マイクロレンズ２の形成は、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂及び熱硬化型樹脂の中から選択された樹脂を使用して形成でき、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリカーボネート系、ポリメチルメタアクリレート系、ポリスチレン系、ポリエステルスルホン系、ポリブタジエン系、アクリル及びオレフィン系樹脂単独又は２種以上混合された樹脂の中から選択された何れか一つで形成できる。特に、ポリエチレンテレフタルレート、ポリカーボネート、アクリル及びシクロオレフィン樹脂の中から選択された１種以上の樹脂で形成することが好ましい。
また、前記反射層４の材料としては、反射性を有する物質が好ましく、アルミニウム又はクロムなどの各種金属及びその酸化物の蒸着膜、各種樹脂にチタン、リトポン、亜鉛華、白鉛、硫化亜鉛などの白色顔料を分散させたことなどを例に挙げることができるが、これらに限定されるものではない。このような材料の反射率は、８０％以上であるものが好ましく、反射率が８０％未満であれば、光の損失が大きいから適切でない。前記反射層４を形成するためには、従来の印刷技術を使用するが、具体的に説明すれば、グラビア印刷、オフセット印刷、シルクスクリーン印刷及びインクジェット印刷などの印刷法で突出部６に反射層４をコーティングする。一般に、反射層調液の含有する前記反射性を有する物質の含量が同一であるとき、反射層のコーティング厚が厚くなるほど反射率が上昇し、正面指向性光量が増加することによって、輝度が上昇するようになる。しかしながら、コーティング厚が通常１００μｍ以上になれば、コーティング層の柔軟性低下により、シート全体のしわがよる現象が発生しやすく、コーティング層の接着力低下によって品質不良を起こす可能性が高い。また、同一コーティング厚にて前記反射性を有する物質の含量が増加するほど反射率が上昇し、正面指向性光量が増加することによって輝度が上昇する。しかしながら、過度な反射性物質の含量は、コーティング工程で硬化低下などの問題を起こす可能性が高い。
また、前記反射層４を形成するための突出部６は、フォトマスク露光工程により形成可能である。
本発明による光線指向制御光学シートの用途や構造において求められる特性によって、マイクロレンズ群の表面や裏面の反射層面に帯電防止、ハードコーティング、粘着加工、その他の基材との接合などの各種処理を施すことも併行できる。
また、本発明による前記基材フィルム３は、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリカーボネート系、ポリメチルメタアクリレート系、ポリスチレン系、ポリエステルスルホン系、ポリブタジエン系、アクリル及びオレフィン系樹脂単独又は２種以上混合された樹脂の中から選択された何れか一つで形成できる。好ましくは、ポリエチレンテレフタルレート、ポリカーボネート、アクリル及びシクロオレフィン樹脂の中から選択された１種以上の樹脂で形成したシートであることが好ましい。また、前記基材フィルムは、前記基材フィルムに使用可能な樹脂として言及された物質の積層構造で形成されることもできる。積層の形成は、２種以上の上記で言及された樹脂の共押出工程によって製作される。光学シートの機械的な物性、例えば熱膨張、熱収縮又は表面硬度などのような特徴的な物性の制御のために、上記の共押出工程によって２種以上の樹脂層で構成された光線指向光学シートの製造が可能である。
このような基材フィルムの樹脂の選定は、下記の表１のような各樹脂の特性を考慮して適切に選択できる。
【００１５】
【表１】
2011039466.tif 000007
【００１６】
以下、本発明を以下の実施の形態を通じてさらに詳細に説明するが、本発明は実施の形態によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
（１）マイクロレンズの形成
曲率半径Ｒ１が１００μｍ、Ｒ２が１８５μｍであるダイアモンドバイトを利用して、ピッチ２００μｍ周期の成形用金型を用意し、これに屈折率１．５４の紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）を充填した。次に、厚さ１８８μｍのポリエステルフィルム上に前記金型に充填される硬化型樹脂を積載し紫外線を照射、硬化した後、金型を剥離することにより、マイクロレンズ群を得た。
（２）突出部及び反射層の形成
前記マイクロレンズの形成により得られたマイクロレンズ群の反対面に感光性樹脂を乾燥厚４０μｍになるように塗布した。そして、反射層の幅が４０μｍである前記突出部６の中央が前記光出射制御部７を基準にしたマイクロレンズのピッチ１０の中央に位置するように設計されたフォトマスクを利用して光硬化反応を実施した後、突出部パターンの成形、そしてレジスト剥離液を利用して非パターン部分を剥離して突出部を形成した。次に、形成された突出部にアクリル樹脂に酸化チタンを分散させた塗料をグラビア印刷法で塗布及び熱硬化させて反射層を形成した。
【実施例２】
【００１８】
（１）マイクロレンズの形成
曲率半径Ｒ１が１００μｍ、Ｒ２が１７５μｍであるダイアモンドバイトを利用して、ピッチ２００μｍ周期の成形用金型を用意し、これに屈折率１．５４の紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）を充填した。次に、厚さ１８８μｍのポリエステルフィルム上に前記金型に充填される硬化型樹脂を積載し紫外線を照射、硬化した後、金型を剥離することにより、マイクロレンズ群を得た。
（２）突出部及び反射層の形成
第１の実施の形態と同様に適用した。
【実施例３】
【００１９】
（１）マイクロレンズの形成
曲率半径Ｒ１が１００μｍ、Ｒ２が１６５μｍであるダイアモンドバイトを利用して、ピッチ２００μｍ周期の成形用金型を用意し、これに屈折率１．５４の紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）を充填した。次に、厚さ１８８μｍのポリエステルフィルム上に前記金型に充填される硬化型樹脂を積載し紫外線を照射、硬化した後、金型を剥離することにより、マイクロレンズ群を得た。
（２）突出部及び反射層の形成
第１の実施の形態１と同様に適用した。
［比較例］
（１）マイクロレンズの形成
曲率半径が１００μｍであるダイアモンドバイトを利用して、ピッチ２００μｍ周期の成形用金型を用意し、これに屈折率１．５４の紫外線硬化型樹脂（アクリル樹脂）を充填した。次に、厚さ１８８μｍのポリエステルフィルム上に前記金型に充填される硬化型樹脂を積載し紫外線を照射、硬化した後、金型を剥離することにより、マイクロレンズ群を得た。
（２）突出部及び反射層の形成
前記マイクロレンズの形成から得られたマイクロレンズ群の反対面に感光性樹脂を乾燥厚４０μｍになるように塗布した。そして、反射層幅が４０μｍである前記突出部６の中央が前記単位マイクロレンズと単位マイクロレンズとの間の最低部分の位置に合うように設計されたフォトマスクを利用して光硬化反応を実施した後、突出部パターン成形、そしてレジスト剥離液を利用して非パターン部分を剥離して突出部を形成した。該形成された突出部にアクリル樹脂に酸化チタンを分散させた塗料をグラビア印刷法で塗布及び熱硬化させて反射層を形成した。
［測定評価方法］
（１）正面輝度測定
測定装備：Ｔｏｐｃｏｎ社のＢＭ−７
測定方法：９回測定平均値
（２）半値角の測定
測定装備：Ｔｏｐｃｏｎ社のＢＭ−７
測定方法：−８０〜＋８０範囲の視野角を測定して、頂点輝度すなわち最高輝度値の５０％輝度になる角度を確認。
（３）シミュレーション
Ｌｉｇｈｔ  ｔｏｏｌｓ  ６．２を利用。
前記のような正面輝度と半値角とを測定して、その結果を表２に示した。
【００２０】
【表２】
2011039466.tif 000008
【００２１】
前記表２の第１の実施の形態、第２の実施の形態及び第３の実施の形態の結果のように、光出射制御部を間に曲率半径の異なる光学シートは、一定な曲率半径を有する比較例の場合に比べて、半値角が第１側面方向、第２側面方向が互いに異なることが確認できる。これは、マイクロレンズの曲率半径制御により光線指向制御が可能であることを意味する。特に、第２の実施の形態の場合は、比較例に対比して類似の輝度値で約１８％程度の視野角が拡大されることを確認することができる。また、シミュレーション結果からも第２の実施の形態の場合、比較例に比べ第２側面方向の出射光が多くなることを確認することができる。
本明細書では、本発明者らが行った多様な実施の形態の中でいくつかの例だけを挙げて説明しているが、本発明の技術的思想はこれに限定又は制限されるものではなく、当業者により変形されて多様に実施できることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２２】
１      光線指向制御光学シート
２      マイクロレンズ
３      基材フィルム
４      反射層
５      開口部
６      突出部
７      光出射制御部
８      第１側面
９      第２側面
１０      ピッチ
１１      高さ
【図１】
2011039466.tif 000011
【図２】
2011039466.tif 000012