(57)【要約】【課題】光拡散機能と偏光回転機能を持つ複屈折光学フィルム及び光学フィルム体を提供する。【解決手段】バックライトユニットに使用される複屈折光学フィルムである。一方の面に対し一方向に沿って凹凸パターンが形成された透明基板と、上記透明基板に形成された凹凸パターンの上に塗工技術によって積層された複屈性材料からなる複屈折膜と、を備える。上記複屈性層を構成する複屈折材料の分子は、上記凹凸パターンが配列する上記一方向に配向されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトユニットに使用される複屈折光学フィルムであって、
５０％以上の方向性をもって一方向に配列した凹凸パターンが一方の面に形成された透明基板と、
上記透明基板に形成された凹凸パターンの上に塗工技術によって積層された複屈性材料からなる複屈折膜と、を備え、
上記複屈折膜を構成する複屈折材料の分子は、上記凹凸パターンが配列する上記一方向に配向されていることを特徴とする複屈折光学フィルム。
【請求項２】
上記複屈折膜の表面は平坦であることを特徴とする請求項１に記載した複屈折光学フィルム。
【請求項３】
上記複屈折膜の膜厚を上記凹凸パターンの最大高さよりも薄く設定することで、厚さ方向からみて、複屈折材料のある部分と無い部分と有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した複屈折光学フィルム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した複屈折光学フィルムと、集光型の光学シートとを備えることを特徴とする光学フィルム体。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した複屈折光学フィルムと、集光型の光学シートとが一体化されていることを特徴とする光学フィルム体。
【請求項６】
複屈折光学フィルムは、集光型の光学シートよりも射出光側に位置することを特徴とする請求項５に記載した光学フィルム体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光路制御に用いられる面光源装置、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に使用される複屈折光学フィルム及び光学フィルム体に関するものである。特に、液晶その他のフラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される面光源装置、バックライトユニット、およびディスプレイ装置に好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型の液晶テレビ等のディスプレイ装置においては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を光源として配置したサイドライト方式のエッジライトバックライトユニットが採用されている。導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置としては、例えば、図５に示すものが一般に知られている。
【０００３】
この種の液晶ディスプレイ装置３３は、図５に示すように、エッジライト２５及び光学シート２７からなるバックライトユニット２９と、その上側に配置される画像表示装置３１と、を備える。上記画像表示装置３１は、液晶パネル２３の表裏両面を偏光板２１で挟んで構成されている。エッジライト２５は、光源としての線状のランプ１４２と、このランプ１４２に端部が沿うように配置される略方形板状を呈するＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板１３と、を備える。光学シート２７は、導光板１３の上面側に配設される光拡散シート１６と、光拡散シート１６の上面側に配設されるレンズシート（「プリズムシート」ともいう）１７と、レンズシート１７の上面側に配設される低光拡散シート１９と、を備える。
【０００４】
更に、導光板１３の下面に対し、散乱反射パターン１１が印刷などによって設けられると共に、散乱反射パターン１１の下方に反射板１２が設けられている。散乱反射パターン１１は、導光板１３に導入された光を効率よく液晶パネル２３に向けて均一となるように、散乱して反射されるために設けられる。
なお、図５に記載の光学シート２７は、レンズシート１７が１枚しか記載していないが、光学シート２７として２枚のレンズシート１７が配設される場合もある。また、低光拡散シート１９の代わりに、レンズシート１７の上方に反射偏光シートが配設される場合もある。
【０００５】
また上述のように、上記導光板１３には、その側端部に光源としての線状のランプ１４２が設けられており、さらに、線状のランプ１４２の光を効率よく導光板１３中に入射させるべく、線状のランプ１４２の背面側を覆うようにして高反射率のリフレクター１５が設けられている。
上記散乱反射パターン１１は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものである。この散乱反射パターン１１は、導光板１３内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。
【０００６】
上記のバックライトユニット２９の機能を説明すると、まず、光源として線状のランプ１４２から導光板１３に入射した光線は、導光板内で反射を繰り返しつつ進行し、導光板１３裏面の散乱反射パターンまたは反射板１２および導光板１３の各側面で反射されて、導光板１３の表面から出射される。出射された光線は光拡散シート１６に入射して、その光拡散シート１６で拡散され、光拡散シート１６表面より出射される。その後、光拡散シート１６から出射された光線は、レンズシート１７に入射し、レンズシート１７表面から出射する。光学シート２７から出射された光線は、低光拡散シート１９に入射して、低光拡散シート１９で拡散され、さらに低光拡散シート１９表面から出射されて、上方の画像表示装置３１全面を照明する。
【０００７】
もっとも、エッジライト表面の輝度分布を導光板１３の形状や屈折率のみで調整することは容易ではなく、種々の調整手段が提案されている。例えば、導光板１３の裏面に光散乱反射パターン１１を入射端から離れるに従って高密度で付着させ、その付着面に鏡面反射板又は白色反射シートを密接させることがよく使われている。
図１のような装置に使用されるバックライトのフィルム構成では、射出される光が部分偏光状態であることがよく知られている（特許文献１〜３参照）。その理由としては、光が誘電材料を透過する際、特に入射角度があるとき（例えば、プリズムシートの場合）、Ｓ偏光とＰ偏光の透過率が異なることを挙げることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１８８７３号公報
【特許文献２】ＥＰ０５９７２６１号公報
【特許文献３】ＷＯ９４２９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、レンズシート１７であるプリズムシートがバックライトに使われる場合、射出光のうちの有利になる（正面に向かう透過光が多い）光の偏光方向は、プリズムの延在する方向と垂直な方向である。
【００１０】
このとき、大型液晶表示装置で使用される偏光板の透過偏光方向は、横方向となっている。したがって、プリズムシートの上記偏光特性を考え高輝度が得られるためには、プリズムシートのプリズムが延在する方向を縦方向となるように設置しなければならない。しかしながら、この設置方式は採用しがたい。その理由は、液晶表示装置の視野が観察者にとって、縦方向が狭く、横方向が広くすることが望ましいので、プリズムシートは横方向で設置しなければならないからである。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光拡散機能と偏光回転機能を持つ複屈折光学フィルム及び光学フィルム体を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、バックライトユニットに使用される複屈折光学フィルムであって、
５０％以上の方向性をもって一方向に配列した凹凸パターンが一方の面に形成された透明基板と、上記透明基板に形成された凹凸パターンの上に塗工技術によって積層された複屈性材料からなる複屈折膜と、を備え、
上記複屈折膜を構成する複屈折材料の分子は、上記凹凸パターンが配列する上記一方向に配向されていることを特徴とするものである。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記複屈折膜の表面は平坦であることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、  上記複屈折膜の膜厚を上記凹凸パターンの最大高さよりも薄く設定することで、厚さ方向からみて、複屈折材料のある部分と無い部分と有することを特徴とするものである。
【００１４】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した複屈折光学フィルムと、集光型の光学シートとを備えることを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した複屈折光学フィルムと、集光型の光学シートとが一体化されていることを特徴とする光学フィルム体を提供するものである。
【００１５】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した構成に対し、複屈折光学フィルムは、集光型の光学シートよりも射出光側に位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複屈折光学フィルムの構成は  光学素子を形成する構造面のある光学フィルムの上に複屈折材料を塗工技術している。これによって、バックライト装置に組み込まれた際に、拡散機能と偏光回転機能については、光拡散をしながら、液晶表示の裏面偏光板の透過偏光方向と合わせることが可能となる。
なお、集光型の光学シートとしてプリズムシートを使われると、通常７０度近辺にサイドローブが減らすことも可能になる。
【００１７】
このように、本発明によれば、バックライトから射出された光を、複屈折光学フィルムによって、高輝度で、光学シートの部材点数を減らせつつ、光の配光分布を均一にすることが可能なバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することが可能となる。
上記複屈折光学フィルム及び光学フィルム体は、導光板の上に配置される光学シートの一部若しくは全部として使用する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る複屈折光学フィルムを示す斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る光学フィルム体を示す断面図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る他の複屈折光学フィルムを示す斜視図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る他の複屈折光学フィルムを示す斜視図である。
【図５】導光板ライトガイド方式バックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置の一例を示す断面図。
【図６】光学シートの一例を表す斜視図である。
【図７】実施例の評価結果を示すグラフである。
【図８】実施例の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の複屈折光学フィルム４０１を示す斜視図である。
（複屈折光学フィルム）
本実施形態の複屈折光学フィルム４０１は、図１に示すように、一方の面４１ｂ（図１では上面）に対し一方向に沿って凹凸パターン４３が形成された透明基板を構成する基材フィルム４１と、上記透明基板に形成された凹凸パターン４３の上に塗工技術によって積層された複屈性材料からなる複屈折膜４５と、を備える。上記塗工技術は、例えば塗布によって実施する。但し塗工技術は塗布には限定されない。
【００２０】
すなわち、基材フィルム４１の表面４１ｂに対し、一方向に沿って配列する凹凸形状のヘアラインパターン４３が形成されている。この凹凸形状のヘアラインパターン４３の上に塗工技術によって複屈折膜４５が形成されている。上記複屈折膜４５は  凹凸形状のヘアラインパターン４３の凹部をほぼ埋めるだけの膜厚を有している。すなわち、この例では、複屈折膜４５の厚みは、上記凹凸パターン４３の最大高さ以上に設定されている。この結果、複屈折光学フィルム４０１の両主面（上下両面）がともに平坦な面となっている。
【００２１】
上記複屈折膜４５の複屈折材料として、Ｍｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３を使用した。このネマチック液晶の大きな特徴は、複屈折膜の作製プロセスが容易となることである。Ｍｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３の複屈折性（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）は  数ミクロン厚膜で、可視光範囲では０．１５〜０．２０になる。Ｍｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３の膜成形は、通常、３つのステップで行われる。すなわち、最初のステップは塗工ステップ、次のステップは加熱処理ステップ、最後のステップは硬化ステップである。各ステップの詳細について、下記に示す。
【００２２】
最初の塗工ステップでは、数ミクロンの厚膜を得るため、溶剤に薄めたＭｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３を通常の塗工技術で塗工する。このステップでは、塗工方向又は、塗工する面のパターンに沿って、液晶の分子が多少アライメントされる。すなわち、上記複屈折膜４５を構成する複屈折材料の分子は、上記凹凸パターンが配列する上記一方向に配向されることになる。その塗工膜としては数ミクロンだけが必要なため、パターンの凹凸が同じレベルである必要がある。
【００２３】
第２のステップである加熱処理ステップは、塗工したネマチック液晶の液晶膜の分子が凹凸パターンに配向し易くするため、つまり温度を分子が動きやすくするため上げる工程である。Ｍｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３の場合、加熱時間を３分とすると加熱温度は５０℃の温度が十分である。
第３のステップである硬化ステップは、紫外線照射による複屈折膜の硬化が行う。この紫外線照射は通常の紫外線硬化樹脂と同じレベル照射量で構わない。したがって、上記の３つステップはインラインで行うことが可能である。
【００２４】
ここで、基材フィルム４１に形成する凹凸パターン４３は、パターンの方向性とパターンの大きさが  複屈折性に関係する。パターンの方向性は、配列方向が完全に一方向の場合を１００％と、方向性が無い場合を０％をしたとき、複屈折性の効果を得るためには、方向性が５０％以上、特に６０％以上が望ましい。パターンの大きさに関して、パターンの平均深さは１ｕｍ以上２０ｕｍ以下が望ましい。特に５ｕｍ以上１０ｕｍ以下が望ましい。
【００２５】
ここで、上記複屈折膜４５の膜厚を上記凹凸パターン４３の最大高さよりも薄く設定することで、厚さ方向からみて、複屈折材料のある部分と無い部分と有するようにしても良い。なお、複屈折材料のある部分は、上述のように平坦としておく。
また、上述の複屈折光学フィルム４０１と、光学フィルムとを備える光学フィルム体として使用しても良い。
【００２６】
またこのとき、図２に示すように、上記複屈折光学フィルム４０１と、光学フィルム１７とが一体化されていても良い。図２では集光型光学フィルムとしてプリズム形状の光学素子からなるレンズシート１７を例示している。
このとき、複屈折光学フィルムは、集光型光学フィルムよりも射出光側（観察者側Ｆ）に位置することが好ましい。
【００２７】
すなわち、本発明の複屈折光学フィルムは、上記構成に限定されず、他の構成も可能である。
図３に、凹凸パターン４３がヘアラインパターンではなく、プリズム形状となっている場合を例示する。上述のように、複屈折材料の分子がアライメントされるために、パターンの大きさが重要となる。このため、プリズム形状を使用する場合、プリズムのピッチは１ミクロン以上２０ミクロン以下が望ましい。ピッチが１ミクロン以下では金型作製が困難になり、ピッチが２０ミクロン以上になると複屈折材料のアライメントが困難になる。
【００２８】
図４に、塗工した複屈折材料の膜厚により、別の複屈折光学フィルム４０１の構成例を示す。図４ａは  複屈折膜４５が凹凸パターン４３より厚い場合である。図４ｂは、複屈折膜４５が凹凸パターン４３と同等な厚さをもった場合である。図４ｃは、複屈折膜４５が凹凸パターン４３より薄くした場合である。
図４ａと図４ｂは構成的に同じ効果が得られるが、図４ｃでは、偏光制御と共にプリズム形状の効果が表れる。
【００２９】
ここで、上述の複屈折光学フィルム若しくは光学フィルム体は、上述の背景技術で説明した、すなわち図５に記載のようなバックライトユニット及びディスプレイ装置に組み込んで使用される。
【実施例１】
【００３０】
次に、本発明に基づく上記実施形態についての実施例について説明する。
今回、凹凸ヘアラインパターンを持つスタンパーを使用した。このスタンパーのヘアラインパターンのパラメーターは、ヘイズ７０．０７、全光線透過率９３．０９である。また、表面粗さは、水平方向Ｒｚは２．８９、Ｓｍは４５１．１、垂直方向  Ｒａは２．８８、Ｓｍは９１．７である（このパターンの方向性は７９．６％である）。
【００３１】
上記スタンパーを使って、等方性のあるポリカーボネートフィルムの表面に  紫外線硬化樹脂により、凹凸パターン４３の形成を行った。
続いて、このヘアラインパターン４３の上に、上記のＭｅｒｋ製ネマチック液晶ＲＭＳ０５−１８３を用いて複屈折膜４５を塗工技術によって積層して、複屈折光学フィルム４０１とした。
【００３２】
また、バックライトユニットに使用する光学シート２７（レンズシート１７）として、図６に示す２重プリズム集光シートを採用した。そして、図５のように、導光板１３の上に設置して、光学特性を評価した。
ここで、上記２重プリズム集光シートについて、図６を用いて説明する。透光性の基材９の観察者側Ｆの面９ｂには、第１のレンズアレイ３が一定の方向に沿って配列するように形成されている。該第１のレンズアレイ３の頂部には、第１のレンズアレイ３の配列される方向と交差する方向に第２のレンズアレイ５が形成されている。図６は、第１のレンズアレイ３が台形プリズム形状、第２のレンズアレイ５が三角プリズム形状の場合を図示している。すなわち、台形プリズムの短辺部に三角プリズムが形成されてなる。
【００３３】
レンズシート１７に形成されるレンズが一方向に配列する場合、レンズ配列方向側にのみ集光効果が得られる。従って視野の狭い方向と広い方向とが存在することとなる。
光学特性の評価は  ＥＺコントラスト測定により行った。ＥＺコントラストでは輝度分布の特性と偏光特性とを測ることが出来る。つまり、液晶パネルのセル影響が無くて、偏光の特性も計れる。
【００３４】
上記実施例の複屈折光学フィルムについて、次の３つの構成で評価を行った。第１構成は比較例であり、第２及び第３構成が実施例である。
（１）第１評価では、複屈折光学フィルム４０１を使用しない構成とした（第１構成と呼ぶ）。
（２）第２評価では、複屈折光学フィルム４０１を２重プリズムの集光シートの裏面に付けた構成とした（第２構成と呼ぶ）。
（３）第３評価では、複屈折光学フィルム４０１は２重プリズムの集光シートの表面の上に設置した構成とした（第３構成と呼ぶ）。
【００３５】
これらの３つの構成について、それぞれＥＺコントラスト設備を使用し、偏光方向を横方向（大型液晶テレビの裏面偏光板と同じ方向）に設定して評価した。
（評価結果）
評価結果を図７及び図８に示す。
図７に、第１構成と第２構成の輝度分布がプロットされている。
この図７から分かるように、複屈折光学フィルム４０１を使用すると正面方向（角度が０度）の輝度が上昇する。
【００３６】
また、図８には第１構成と第３構成の輝度分布がプロットされている。
図８から分かるように、複屈折光学フィルム４０１を使用する場合、複屈折光学フィルム４０１を使用しない場合と比べると、正面輝度が若干低くなるが輝度分布の半値角が広くなり、サイドローブが無くなる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
液晶表示装置に使用されるバックライトから射出された光を、複屈折光学フィルムによって、高輝度で光学フィルムの部材点数を減らせ、光の配光分布を均一にする、バックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
３     レンズアレイ
５     レンズアレイ
９     基材
１２   反射板
１３   導光板
１５   リフレクター
１６   光拡散シート
１７   レンズシート
１９   低光拡散シート
２１   偏光板
２３   液晶パネル
２５   エッジライト
２７   光学シート
２９   バックライトユニット
３１   画像表示装置
３３   液晶ディスプレイ装置
４１   基材フィルム
４３   凹凸パターン
４５   複屈折膜
１４２ ランプ
４０１ 複屈折光学フィルム
Ｆ     観察者側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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