(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において、輝度ムラが発生しない光学シートを提供する。【解決手段】光学シート３８は、薄板状の透明支持体３９と、透明支持体３９の一方の面に単位レンズ４４あるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有している。透明支持体３９の他方の面に光反射層４８を有している。光反射層４８は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部４７と、開口部４６とが交互に並べられたストライプ状の構造である。開口部４６に臨む光反射部４７の箇所が透明支持体３９に接触するエッジ５０は、光反射部４７の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有している。エッジ５０は、両側の前記エッジ５０で挟まれた開口部４６の線幅をＰ、エッジ５０の周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔＰ＜Ｐ／３の範囲内である。【選択図】図7
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記光学シートは、
薄板状の透明支持体と、
前記透明支持体の一方の面に単位レンズあるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有し、
前記透明支持体の他方の面に光反射層を有し、
前記光反射層は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部と、前記単位レンズあるいは単位プリズムに１：１で対応した位置に設けられた開口部とが交互に並べられたストライプ状の構造であり、
前記開口部に臨む前記光反射部の箇所が前記透明支持体に接触するエッジは、前記反射部の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有し、
前記エッジは、両側の前記エッジで挟まれた前記開口部の線幅をＰ、前記エッジの周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔＰ＜Ｐ／３の範囲内である、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記エッジの周期構造のパターンピッチをＴとした場合、Ｔ＜５８．２μｍであることを特徴とする請求項1記載の光学シート。
【請求項３】
前記単位レンズの配列ピッチが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項1記載の光学シート。
【請求項４】
前記透明支持体の厚さが、３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項５】
前記光反射層の厚さが、５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１および請求項２記載の光学シート。
【請求項６】
前記光反射層の透過率を１５％以下であることを特徴とする請求項１、請求項２及び５記載の光学シート。
【請求項７】
表示画像を規定する画像表示素子の背面に、
直下型光源と、請求項１〜６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８】
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、
冷陰極線管あるいはＬＥＤによる光源と、
請求項７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、液晶表示素子を組み込んだ画像表示装置（液晶ディスプレイ）に代表されるディスプレイにおける輝度向上機能を有する光学シートの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、他の画像表示装置（プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイ、電界放出ディスプレイなど）のように自発光型ではないために、光源すなわちバックライトユニット４０（図１参照）を必要とする場合がほとんどである。バックライトユニット４０は、例えば、ランプハウス（光反射シート）２７に収容された光源（冷陰極管２３）や、光拡散シートなどの光学シート６０を含んで構成されている。
したがって、液晶ディスプレイでは、バックライトユニット４０の消費電力が液晶表示素子４２を駆動させるのに必要な消費電力に上乗せされることになる。
そこで、バックライトユニット４０の消費電力を可能な限り低減させるために、輝度向上機能を有する光学シートを用いることで、ディスプレイの総消費電力の低減が試みられている。
【０００３】
前記のバックライトユニットの消費電力を低減させるための輝度向上シートでは、米国３M社が開発した輝度強調フイルム（BEF：Brightness Enhancement Film）が公知である。
【特許文献１】特開平６−１０２５０６号公報  透光性フイルムの一方の面にプリズム形状が形成され、かつ他方の面に透明な凸状ドットが形成された光学シート、さらに導光板および拡散フイルムなどで組み合わされた液晶ディスプレイ装置は、輝度が高くかつモアレ現象の生じない液晶ディスプレイ装置として提供される。
【０００４】
ＢＥＦは、図２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２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２】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献３】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献４】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３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２，３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、視聴者の視覚方向Ｆにおける光強度が最も高められるものの、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。
【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シートを用いたバックライト・ユニットもある（特許文献５）。
【００１１】
この光学シート３８の透明基材（透明支持体）３９の液晶表示素子４２側の面には、光学シート３８内を進行した光を液晶表示素子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光反射層４８が設けられている。
光反射層４８は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部４７と、単位レンズあるいは単位プリズムに１：１で対応した位置に設けられた開口部４６とが交互に並べられたストライプ状の構造である。
【００１２】
この光反射層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４６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表示素子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、光反射層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】
このような光学シート３８を用いたバックライト・ユニット４０では、光学シート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Ｆ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５】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】
しかし前記特許文献4に開示されているバックライト・ユニットでは、バックライト光源の利用効率の点で優位であるが、レンズ部の作製に加えて光反射性ストライプパターンの形成を要し、ストライプパターンのエッジ形状のバラツキにより輝度のバラツキが発生するなどの課題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、エッジ形状を調整し光学特性のバラツキを発生させない光学シート、バックライト・ユニットおよびディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、本発明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、前記光学シートは、薄板状の透明支持体と、前記透明支持体の一方の面に単位レンズあるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有し、前記透明支持体の他方の面に光反射層を有し、前記光反射層は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部と、前記単位レンズあるいは単位プリズムに１：１で対応した位置に設けられた開口部とが交互に並べられたストライプ状の構造であり、前記開口部に臨む前記光反射部の箇所が前記透明支持体に接触するエッジは、前記反射部の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有し、前記エッジは、両側の前記エッジで挟まれた前記開口部の線幅をＰ、前記エッジの周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔＰ＜Ｐ／３の範囲内であることを特徴とする。
【００１９】
前記エッジの周期構造のパターンピッチをＴとした場合、Ｔ＜５８．２μmであることを特徴とする請求項１記載の光学シートである。
【００２０】
前記単位レンズの配列ピッチが０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項1記載の光学シートである。
【００２１】
前記透明支持体の厚さが、３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１記載の光学シートである。
【００２２】
前記光反射層の厚さが、５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１および請求項２記載の光学シートである。
【００２３】
前記光反射層の透過率を１５％以下であることを特徴とする請求項１、請求項２及び５記載の光学シートである。
【００２４】
表示画像を規定する画像表示素子の背面に、直下型光源と、請求項１〜６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・ユニットである。
【００２５】
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、冷陰極線管あるいはＬＥＤによる光源と、請求項７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である。
【発明の効果】
【００２６】
図５、図８に示すように、本発明の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３８は、薄板状の透明支持体３９と、透明支持体３９の一方の面に単位レンズ４４あるいは単位プリズムがストライプ状に並列されてなる構造を有している。
透明支持体３９の他方の面に光反射層４８を有している。
光反射層４８は、白色顔料を含有した光反射機能を有する光反射部４７と、前記単位レンズ４４あるいは単位プリズムに１：１で対応した位置に設けられた開口部４６とが交互に並べられたストライプ状の構造である。
図７に示すように、開口部４６に臨む光反射部４７の箇所が透明支持体３９に接触するエッジ５０は、光反射部４７の長手方向に沿って周期的に変化する周期構造を有している。
エッジ５０は、両側の前記エッジ５０で挟まれた開口部４６の線幅をＰ、エッジ５０の周期構造の変動幅をΔPとした場合、ΔＰ＜Ｐ／３の範囲内である。
光反射層４８のエッジ形状の周期構造（図７参照）をΔＰ＜Ｐ／３を満たす範囲内にすることで、輝度バラツキの発生を防ぐことが可能となった。
光学シートの光反射層４８のエッジ部５０の形状のバラツキによる輝度バラツキは開口部４６の面積に比例する。ストライプ方向の長さを微小単位とすると、開口部４６の面積比は開口部線幅の比とみなすことができる。
開口部４６の最大線幅はＰ＋ΔＰ、開口部４６の最小線幅はＰ―ΔＰとなり、開口部線幅バラツキによる最大比は
（Ｐ―ΔＰ）／（Ｐ＋ΔＰ）  式１
となり、輝度比もこの式で表すことができる。
人間の目の認識可能な明るさ比は一般に、暗／明で０．５以下であるので、式1で表される輝度比が０．５よりも大きいならば、観察者は輝度バラツキを認識することが出来ない。
そのため（Ｐ―ΔＰ）／（Ｐ＋ΔＰ）＞０.５よりΔＰ＜Ｐ／３の関係を満たせば、ストライプのエッジ部５０の形状バラツキによる輝度バラツキが発生しない。
【００２７】
光反射層４８のエッジ部５０の形状の周期構造のパターンピッチＴを、Ｔ＜５８．２μmを満たすことで、輝度バラツキおよびエッジ部５０の形状の目視化を防ぐことが可能となった。
人間の目の分解能は、一般的に視角1分であるので、ディスプレイから２０cmの位置で観察した場合、次式より識別可能なパターンピッチは５８．２μｍとなる。
Ｃ／Ｌ＝ｔａｎθ
Ｃ：識別可能なパターンピッチ［ｍ］
Ｌ：観察距離［ｍ］
θ：視角［度］
ここで、Ｌには観察距離２０ｃｍを、θには人間の目の分解能である１分（１／６０度）を代入し計算を行なった。
すなわちパターンピッチが５８．２μｍ未満の周期構造であれば、人間の目には認識できなくなる。そのためパターンピッチＴが、Ｔ＜５８．２μmを満たすと、エッジ部５０形状は目視不可能となり、またエッジ部５０の形状にて発生する輝度の変化も人間の目では識別不可能となる。
【００２８】
また、単位レンズ４４の配列ピッチを０．３ｍｍ以下にすることで、ディスプレイの高解像化に対応することができ、透明支持体３９の厚さが、３０μｍ〜２００μｍであれば、透明支持体３９の強度を維持することが可能となる。
光反射層４８（光反射部４７）の厚さが、５μｍ〜３０μｍであれば、光反射率を得ることが可能である。
光反射層４８（光反射部４７）の透過率が１５％以下であれば、光反射層４８（光反射部４７）と透過した光による、透過光の横抜けの課題を解決することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図５は、本発明の光学シートの断面図である。
【００３０】
（実施例１）
透明支持体３９には、ＰＥＴフィルム（東洋紡製：Ａ４３００）を使用した。
透明支持体３９の厚さは７５μｍのものを使用した。
【００３１】
レンズ部４４には、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルのレンチキュラーレンズの形状であった。透明支持体に紫外線硬化樹脂を塗布し、レンズ成型用ロールに通し、レンズ成型用ロール形状を転写すると同時に、の紫外線照射により、前記樹脂層を硬化させレンズ成形を行なった。
【００３２】
光反射層４８は、TiO2を主成分とした白色インキを使用し、厚さは１２μmであり、透過率は６％であった。
【００３３】
光反射層４８のストライプ形状（光反射部４７と開口部４６とが交互に並べられたストライプ状の構造）を、下記の感光性フォトポリマを用いたフォトリソグラフィー法で作成した。
反レンズ部側平坦面に、感光によって粘着性が消失する特性を持つフォトポリマ層を全面に形成しておき、レンズ部側からの露光により、各単位レンズの集光作用に応じて規定された集光部（フォトポリマの粘着性が消失する部分）／非集光部（フォトポリマの粘着性が残る部分）のうち、非集光部に相当する箇所にのみ白色転写層を転写形成する手法でも作成した。
この場合、光反射層４８のストライプ形状は、開口部線幅：Ｐが５２μｍ、エッジ部５０形状の周期構造の変動幅：ΔＰが３μｍ、エッジ部５０形状の周期構造のパターンピッチ：Ｔが１０．１μｍであった。
上記光学シート３８を備えたバックライト・ユニット４０を組み込んだ液晶ディスプレイで観察した結果、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しなかった。
【００３４】
（実施例２）
また光反射層４８のストライプ形状は、レンズ成形後の透明支持体３９の非レンズ面に、光反射層４８を塗布し、レンズ面側からレーザー光を入射し、レンズ集光部の光反射層４８を除去する方法でも作成可能であった。
この方法では、光反射層４８のストライプ形状は、開口部線幅：Ｐが６５μｍ、エッジ部５０形状の周期構造の変動幅：ΔＰが１５μｍ、エッジ部５０形状の周期構造のパターンピッチ：Ｔが３０．０μｍであった。
上記光学シート３８を備えたバックライト・ユニット４０を組み込んだ液晶ディスプレイで観察した結果、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しなかった。
【００３５】
実施例１、２より、開口部線幅：Ｐ、エッジ形状の周期構造変動幅：ΔＰ、エッジ形状の周期構造のパターンピッチ：Ｔのストライプ形状を特徴付ける値が請求項の範囲内であれば、輝度のバラツキおよびエッジ形状の目視化は発生しないことを実験的に確認した。
【００３６】
ここで挙げた例はあくまで一例であり、これらの構成を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一般的なディスプレイの構成を示す概略図。
【図２】従来技術に係る光学シートである「ＢＥＦ」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説明図。
【図４】本発明によるディスプレイの一例を示す説明図。
【図５】本発明による光学シートを示す斜視図。
【図６】本発明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】本発明による光学シートを光反射層側から見た平面図。
【図８】本発明による光学シートの光反射層のストライプ部分の拡大断面図。
【符号の説明】
【００３８】
２１    ランプハウス
２３    バックライト光源
２３ａ  バックライト光
２６    拡散板
２７    反射板
３２    拡散フィルム
３８    光学シート
３９    透明基材
４０    バックライト・ユニット
４２    液晶表示素子
４４    レンズ
４６    開口部
４７    光反射部
４８    光反射層
４９    偏光板
５０    光反射層のエッジ部
６０    光学部材の積層体
７０    部材
７２    単位プリズム
【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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