(57)【要約】【課題】液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライト・ユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートの改良にあたり、光学シートの表裏の形状、面積の関係を限定することによって熱や振動による剥がれのない光学シートを提供する。【解決手段】厚さ方向の一方の面に拡散板が位置し、厚さ方向の他方の面に光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、それら拡散板と前記光学機能部材とが一体化された光学シートである。斜線で示すように、前記光学機能部材の投影面積が、前記拡散板の投影面積と同等もしくは小さい。【選択図】図１０
2008134563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向の一方の面に拡散板が位置し、厚さ方向の他方の面に光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、それら拡散板と前記光学機能部材とが一体化された光学シートにおいて、
前記光学機能部材の投影面積が、前記拡散板の投影面積と同等もしくは小さい、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
厚さ方向の一方の面に、光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、厚さ方向の他方の面に前記光学機能部材とは光学的性能の異なる光学単位シートが位置し、それら前記光学機能部材と前記光学単位シートとが一体化された光学シートにおいて、
前記光学機能部材の投影面積が、前記光学単位シートの投影面積と同等もしくは小さい、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項３】
前記光学シートの総厚が1.5mm以上である、
ことを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
【請求項４】
前記光学機能部材は前記光学シートの厚さ方向に複数重ね合わせて設けられ、
前記拡散板に隣接する前記光学機能部材と前記拡散板とは接合されている、
ことを特徴とする請求項1または３に記載の光学シート。
【請求項５】
前記光学機能部材は単一であり、前記光学機能部材と前記拡散板とは接合されている、
ことを特徴とする請求項1または３に記載の光学シート。
【請求項６】
前記光学機能部材は前記光学シートの厚さ方向に複数重ね合わせて設けられ、
前記光学単位シートに隣接する前記光学機能部材と前記光学単位シートとは接合されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の光学シート。
【請求項７】
前記光学単位シートは単一であり、前記光学機能部材と前記光学単位シートとは接合されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の光学シート。
【請求項８】
前記接合は、粘着剤、接着剤、エキシマ接着でなされている、
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の光学シート。
【請求項９】
前記厚さ方向の他方の面に位置する光学機能部材の形状は、前記拡散板の形状と同じかまたは前記拡散板の形状より小さい、
ことを特徴とする請求項１、３、４、５にいずれかに記載の光学シート。
【請求項１０】
前記厚さ方向の他方の面に位置する光学機能部材の形状は、前記光学単位シートの形状と同じかまたは前記光学単位シートの形状より小さい、
ことを特徴とする請求項２、３、６，７にいずれかに記載の光学シート。
【請求項１１】
直下型光源と、請求項１〜１０の何れかに記載の光学シートを少なくとも備える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。
【請求項１２】
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、
冷陰極管あるいはＬＥＤによる光源と、
請求項１１記載のバックライト・ユニットを備えることを特徴とするディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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・ユニットにおける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、前記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。
【背景技術】
【０００２】
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が、これは電池式装置には特に望ましいことである。
【０００３】
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。
【０００４】
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）または“リサイクル（recycle）”する。
【０００５】
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。
【０００６】
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また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。
【０００７】
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することができるようになった。
ＢＥＦに代表されるプリズム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旨が開示されている特許文献としては、特許文献１乃至３に例示されるように多数のものが知られている。
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特表平１０−５０６５００号公報
【０００８】
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Ｐ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。
【０００９】
したがって、図１，２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°（軸上方向にあたる）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。
図３のグラフは、プリズムシート１枚だけの場合の光強度分布であり、図中「垂直分布」で示される曲線は、プリズム７２の並列される方向に相当し、「水平分布」で示される曲線は、プリズム７２の長手方向に相当する。
一般には、プリズム７２の並列される方向が略直交する様に、２枚のプリズムシートが併用される使用形態が普及している。
この様な光強度ピークを有する輝度分布は望ましくはなく、±９０°近辺での光強度ピークのない滑らかな輝度分布の方が望ましい。
また、軸上輝度のみが過度に向上すると、グラフ中（特に、垂直分布の曲線で）の山の幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、グラフ中の山の幅を適度に拡げるために、プリズムシートとは別部材の光拡散フィルムを新たに併用する必要があり、部材数の増加を伴っている。
【００１０】
このような欠点を克服するために、図４に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学フィルム３８を用いたバックライト・ユニット４０もある（特許文献４）。
【００１１】
この光学フィルム３８の透明基材３９の液晶パネル４２側の面には、光学フィルム３８内を進行した光を液晶パネル４２へ導くレンズ４４が設けられている。このレンズ４４は、図５の斜視図に示すように、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。
さらに、他方の面には、該レンズ４４の焦点面近傍に開口部４６をもつストライプ状のパターンからなる反射材４８が設けられている。なお、図４において符号２１、２７は反射板、２３は冷陰極管を示す。
【００１２】
この反射材４８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、所定のパターン（単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状となる。）で印刷形成（あるいは、転写形成）したものである。
【００１３】
図６は、図４，５の光学シートをバックライト・ユニットに適用した場合のバックライトの光路制御特性を示す説明図である。
拡散フィルム３２から出射した光のうち、開口部４６を通過した光のみが、レンズ４４に入射し、レンズ４４によってある一定方向に集光された後に出射される。
そして、偏光板４９に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネル４２に導かれる。
【００１４】
一方、開口部４６を通ることができなかった光は、反射材４８で反射され、拡散板２６側に戻され反射板２７へ導かれる。そして、反射板２７によって反射されることによって再び拡散板２６に入射し、拡散板２６において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部４６を通ってレンズ４４に入射し、レンズ４４によって、図６に示すように、所定角度Φ内に絞られて出射される。
【００１５】
このような光学フィルム３８を用いたバックライト・ユニット４０では、光学フィルム３８の開口部４６の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズ４４から正面方向Ｓに出射される光の割合を高めるように制御することができる。
【特許文献４】特開２０００−２８４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
携帯電話やモバイル端末の様な比較的小サイズの画面を有するディスプレイではなく、液晶ＴＶ，パソコン用モニターの様な大サイズの画面を有するディスプレイでは、画面内の輝度分布を一様とする上では、エッジライト〜導光板を用いたバックライト・ユニットよりも、光源が画面背後のランプハウスに収納された直下式バックライト・ユニットの採用が好ましい。
【００１７】
図５に示されるように、液晶表示装置内のバックライト・ユニットは各要素の積層構成の形態であり、拡散フィルムもしくはDBEF８０／プリズムシートもしくは光学フィルム８１／拡散フィルム８２／拡散板８３が、光源８４の収納されたランプハウス８５上に配置される。
以下、本発明において、DBEF８０、プリズムシートもしくは光学フィルム８１などのように、反射、屈折、回折により出射光路を制御するシートを総称して光学機能部材と呼ぶ。なお、光学機能部材には拡散板８３は含まないものとする。
また、本発明において、偏光フィルムや位相差フィルム、拡散板などのような前記光学機能部材とは光学的性能の異なるものを総称して光学単位シートと呼ぶ。
【００１８】
しかしながら、ディスプレイの低価格化、大型化が進むにつれ、部材点数の削減と光学機能部材の剛性向上の観点から、拡散板と光学機能部材の一体化、または、光学単位シートと光学機能部材の一体化が望まれている。この場合、バックライト・ユニットの積層構造形態は図８のようであり、拡散フィルムもしくはDBEF８０／拡散板一体型光学機能部材８６や光学単位シート一体型光学機能部材８６が光源８４の収納されたランプハウス８５上に配置される。必要とする性能に合致していれば、図９のように拡散板一体型光学機能部材８６のみが、または光学単位シート一体型光学機能部材８６のみが光源８４の収納されたランプハウス８５上に配置されるシンプルな構成が最も望ましい。
【００１９】
以上のような構成は理想形ではあるが、構成の単純化による様々な問題点は解決をみていないため、実際の商品として販売例はない。特にバックライト点灯時に発する高熱の影響や輸送の振動による光学機能部材と拡散板の剥がれ、光学機能部材と光学単位シートの剥がれは大きな問題となる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は厚さ方向の一方の面に拡散板が位置し、厚さ方向の他方の面に光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、それら拡散板と前記光学機能部材とが一体化された光学シートにおいて、前記光学機能部材の投影面積が、前記拡散板の投影面積と同等もしくは小さいことを特徴とする。
また、本発明は、厚さ方向の一方の面に、光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、厚さ方向の他方の面に前記光学機能部材とは光学的性能の異なる光学単位シートが位置し、それら前記光学機能部材と前記光学単位シートとが一体化された光学シートにおいて、前記光学機能部材の投影面積が、前記光学単位シートの投影面積と同等もしくは小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１は請求項１から１０に記載の光学シートを用いたバックライト、請求項１２は請求項１１に記載のバックライトを用いた液晶ディスプレイである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、図８、図９に示すような拡散板一体型光学機能部材８６または光学単位シート一体型光学機能部材８６を使用した構成において、バックライト点灯時の熱や輸送の振動による部材の剥がれによる表示不具合がないバックライトおよび液晶ディスプレイを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２４】
拡散板と光学機能部材とが一体化された拡散板一体型光学機能部材８６、または、光学単位シートと光学機能部材とが一体化された光学単位シート一体型光学機能部材８６しては、単に拡散板と光学機能部材を接合したものから、拡散板の機能を一部あるいは全て光学機能部材に集約し、微拡散の板や単なる透明板と接合したものも含まれる。
【００２５】
拡散板や微拡散板、透明板の材料としては当該分野でよく知られているポリカーボネートやアクリルやポリスチレン、またはこれらの材料を任意の比で配合したものが挙げられる。
【００２６】
拡散板と光学機能部材の接合方法、および、光学単位シートと光学機能部材の接合方法としては、熱可塑性やUV硬化性の材料で板上に直接光学機能部分を付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし拡散板上に直接塗布する方法があげられる。熱可塑性の材料やUV硬化性の材料、バインダー樹脂としては、当該分野でよく知られているポリカーボネートやアクリル、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ビーズや拡散剤としてはガラスやシリカなどの無機フィラー、有機フィラーなどが挙げられる。
【００２７】
また別の接合方法としては、PETやPC（ポリカーボネート）やアクリルの基材に上述したような熱可塑性やUV硬化性の材料で基材上に光学機能部分を付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし基材上に塗布する方法を経て、基材と拡散板を接合する方法もある。この基材と拡散板の接合方法としては当該分野でよく知られた粘着剤や接着剤を用いる方法や、エキシマレーザーで表面処理したのちに熱や圧力で基材と板を直接接合する方法が挙げられる。
【００２８】
本発明は、厚さ方向の一方の面に拡散板が位置し、厚さ方向の他方の面に光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、それら拡散板と前記光学機能部材とが一体化された光学シートにおいて、光学機能部材の投影面積が、拡散板の投影面積と同等もしくは小さいことを特徴とする。
また、本発明は、厚さ方向の一方の面に、光の出射の方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が位置し、厚さ方向の他方の面に前記光学機能部材とは光学的性能の異なる光学単位シートが位置し、それら前記光学機能部材と前記光学単位シートとが一体化された光学シートにおいて、前記光学機能部材の投影面積が、前記光学単位シートの投影面積と同等もしくは小さいことを特徴とする。
言い換えると、片面が略平面で、前記の略平面から入射した光を出射する際に方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学機能部材が反対面に形成されてなる光学シートにおいて、前記光学機能部材側の外形の面積が、前記略平面側の外形の面積と同等もしくは前記略平面側の外形の面積より小さい構成とする。光学機能部材の形状の面積の制御方法としては、拡散板や光学単位シート上に直接加工する場合、一部を加工しない方法やマスキングする方法が挙げられる。
【００２９】
基材上に光学機能部材を加工する工程を経る場合は、その後の接合工程で基材の形状の面積を板の形状の面積と同等か、それより小さく加工して接合する方法が挙げられる。粘着剤や接着剤を用いる場合は粘着層や接着層の形状に特に制限はない。
【００３０】
また、接合時にはそれぞれの形状をおおざっぱにしておき、後からレーザー断裁や打ち抜きで板と光学機能部材の面積を調整する方法も挙げられる。
【００３１】
上記のように作成した光学シートをバックライトや液晶表示装置に組込み、長時間光源を点灯したり、輸送試験にかけても剥がれが生じることがなかった。
【実施例】
【００３２】
図１０は本発明の実施例の形状を示す。形状Aから形状Cの黒実線は拡散板側の形状を示し、点々部分は光学機能部材側の形状を示している。本発明には特にサイズの制限はないが、実施例では形状Aから形状Cの最大巾(a)を415mm、最大長さ(b)730mmと統一して検証した。形状Aの短辺の切り込みは幅10mm、深さ10mm、長辺の切り込みは幅10mm、深さ5mmとした。形状Bの切り込みは10mm×10mmとした。拡散板の材質としては、ポリカーボネート、スチレン、アクリルとスチレンの共重合体の3種類で、曇価92%、全光線透過率65%のものを使用した。
【００３３】
光学機能部材としてはPET上にUV硬化性のアクリル樹脂でシリンドリカルレンズを作成した。その後特開２０００−２８４２６８号公報にあるように、白色の反射層を形成した。これをアクリル系の接着剤で板と接合した。形状の制御としては、接合前に光学機能部材を作成したPETを所望の形状に切ることで調整した。
【００３４】
上記のように作成した試料を80℃500時間、80℃1日後に常温2日間、の２条件に入れて試験した。これらの条件はバックライト点灯・消灯時の温度を想定している。その結果、表の光学部材側の形状の面積が大きいパターンでは板の種類によらず剥がれが発生したが、表裏形状の面積が同等のもの、光学機能部材側の形状の面積が小さいものに関しては剥がれは発生しなかった。
【００３５】
また、輸送による振動状態を試験するために、作成した光学シートを液晶表示装置に組み込み、振動数を5〜50HZ、加速度を1.0GとしZ方向に69分、X方向に18分、Y方向に18分試験した。その結果、表の光学部材側の形状の面積が大きいパターンでは拡散板の種類によらず剥がれが発生したが、表裏形状の面積が同等のもの、光学機能部材側の形状の面積が小さいものに関しては剥がれは発生しなかった。
【００３６】
なお、形状Aから形状Cは光学シート形状の一例であり、本発明はかかる形状のみに限定されるものではない。
【００３７】
上述したように、本発明によれば光学機能部材側の形状の面積を拡散板または光学単位シート側の形状の面積と同等か、小さくすることでバックライトや液晶表示装置の光源から発生する熱や、輸送中の振動で剥がれが発生しない光学シートを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術に係る光学シートである「ＢＥＦ」を示す説明図。
【図２】ＢＥＦによるバックライトの光路制御特性を示す説明図。
【図３】ＢＥＦによるバックライトの光路制御特性を示すグラフ。
【図４】ＢＥＦとは別タイプの従来技術に係る光学シートを示す説明図。
【図５】図４の光学シートを示す斜視図。
【図６】図４の光学シートによるバックライトの光路制御特性を示す説明図。
【図７】部品削減タイプのバックライトを示す説明図。
【図８】拡散板一体型光学機能部材を有するバックライトを示す説明図。
【図９】拡散板一体型光学機能部材を有するバックライトを示す説明図。
【図１０】拡散板側の形状（投影面積）と光学機能部材側の形状（投影面積）を示す説明図。
【符号の説明】
【００３９】
２０……光源、２３……光源、２６……拡散板、２７……反射板、３８……光学シート、４０……バックライトユニット、４２……液晶パネル、４４……レンズ部、４６……開口部、４８……ストライプ状のパターンからなる反射材、７０……部材、７２……単位プリズム、８０……拡散フィルムもしくはＤＢＥＦ、８１……プリズムシートもしくは光学フィルム、８２……拡散フィルム、８３……拡散板、８４……光源、８５……ランプハウス、８６……板一体型光学機能部材。
【図１】
2008134563.tif 000003
【図２】
2008134563.tif 000004
【図３】
2008134563.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008134563.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008134563.tif 000009
【図８】
2008134563.tif 000010
【図９】
2008134563.tif 000011
【図１０】
2008134563.tif 000012