(57)【要約】【課題】レンズ部と反射層との双方を兼ね備えた光学シートの黄変度合いを抑制する上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライト・ユニット、表示装置を提供すること。【解決手段】光学シート３８の厚さ方向の一方の面に、凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部４５が設けられ、光学シート３８の厚さ方向の他方の面に反射層４７が設けられている。レンズ部４５は液晶パネル４２に臨み、反射層４７は光源（冷陰極管２３）に臨んでいる。反射層４７は、レンズ部４５による非集光面を含む領域に設けられた光反射部４８と、光反射部４８以外の領域に設けられた光透過部４６とで構成されている。光反射部４８は、アクリル樹脂を含んで構成されている。【選択図】図６
2008203520.tif 000002
【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、
前記光学シートの厚さ方向の一方の面に、凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部が設けられ、
前記光学シートの厚さ方向の他方の面に反射層が設けられ、
前記反射層は、前記レンズ部による非集光面を含む領域に設けられた光反射部と、前記光反射部以外の領域に設けられた光透過部とで構成され、
前記光反射部は、アクリル樹脂を含んで構成されている、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
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３】
表示画像を規定する画像表示素子の背面に、
エッジライト式光源と導光板からなる面光源と、請求項１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４】
画素単位での透過／非透過あるいは透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子に対して、観察者と反対側に配置した照明光源から照明光を照射し、前記表示素子を通過させて表示光を生成し、観察者側に射出する構成の表示装置において、
照明光が表示素子に入射する直前に光学シートが配置され、
前記表示素子に臨む前記光学シートの厚さ方向の一方の面に、照明光を前記表示素子に導く凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部が設けられ、
前記照明光源に臨む前記光学シートの厚さ方向の他方の面に反射層が設けられ、
前記反射層は、前記レンズ部による非集光面を含む領域に設けられた光反射部と、前記光反射部以外の領域に設けられた光透過部とで構成され、
前記光反射部は、アクリル樹脂を含んで構成されている、
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、液晶パネルに代表される、画素単位での透過／非透過あるいは透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子を背面側から照射するバックライトシステムを備えた表示装置の改良に関する。
液晶パネルが用いられる前記表示装置としては、
（１）バックライト，エッジライトなどの内蔵光源を有さず、太陽光や室内照明光などの周辺光により表示光を生成するタイプの反射型液晶表示装置。
（２）太陽光や室内照明光などの周辺光だけでなく、液晶パネルの前面側（観察者側）に配置したフロントライトを、装置の内蔵光源として用いるタイプの反射型液晶表示装置。
（３）太陽光や室内照明光などの周辺光によらず、バックライト，エッジライトなどの内蔵光源からの照明光を、主として表示光を生成するために用いるタイプの透過型液晶表示装置。
（４）バックライト，エッジライトなどの内蔵光源からの照明光、および太陽光や室内照明光などの周辺光の双方を、表示光を生成するために用いるタイプの半透過型液晶表示装置。
があり、本発明は、（３），（４）のタイプに適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴやＳＴＮからなる液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野の（カラー）ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されつつある。
このような液晶表示装置においては、従来から、液晶パネルの背面側（反観察者側）に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照射する方式、いわゆる、バックライト方式が採用されている。
このようなバックライトシステムとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取り付け、光源ランプからの光を導光板内で多重反射させる、「導光板ライトガイド方式（所謂、エッジライト方式）」と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。
【０００３】
導光板ライトガイド方式のバックライトシステムが搭載された液晶表示装置としては、例えば図１に示すような構成のものが一般的に知られている。
これにおいては、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状の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７９が配設されており、該導光板の上面（光射出面）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられている。
さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる（図示せず）と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。
【０００４】
また、上記導光板７９には、側端部に沿って光源ランプ７６が取り付けらており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ８１が設けられている。上記散乱反射パターン部は、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、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと光を導くようになっており、高輝度化を図るための一手段である。
【０００５】
さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図２に示すように、拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）７４および７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム７４，７５は、導光板７９の光射出面から射出され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。
【０００６】
しかしながら、図１，図２に例示したこれらの方法では、視野範囲のコントロールは、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、そのコントロールは難しく、拡散方向の中心部が明るく周辺部にいくほど暗くなる特性は避けられない。
そのため、液晶画面を横から見た時の輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
さらに、図２に例示したプリズムフィルムを用いる方法では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
【０００７】
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置に用いられている。
直下型方式の液晶表示装置としては、図３に例示する構成が一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源５１の列が配設されており、該光源の上面（光射出面）に拡散フィルム（拡散層）７４が設けられている。
さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図２の場合と同様に拡散フィルム７４と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）を設けることが提案されている。
このプリズムフィルムは、光源５１から射出され、拡散フィルム７４で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。
【０００８】
しかしながら、図３に例示する構成でも、視野範囲のコントロールは、拡散フィルム７４の拡散性のみに委ねられており、そのコントロールは難しく、拡散方向の中心部が明るく周辺部にいくほど暗くなる特性は避けられない。
そのため、液晶画面を横から見た時の輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いる方法では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
また、光源間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源の数を減らせず、消費電力の増加およびコストの増加を招く原因となっていた。
【０００９】
ところで、このような液晶表示装置では、軽量，低消費電力，高輝度であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトシステムも、軽量，低消費電力，高輝度であることが要求されている。
特に、最近、目覚ましい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトシステムの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須の課題となっている。
しかしながら、上記したような従来の構成では、液晶表示装置のさらなる薄型化が図られる今日、高輝度，低消費電力の要請に充分に応えられているとは言い難く、ユーザからは、低価格，高輝度，高表示品位で、かつ、低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトシステムの開発が待ち望まれている。
【００１０】
上記の状況を鑑みて本出願人は、液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段とを備え、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層が設けられ、該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部を有することを特徴とする液晶表示装置について提案している。（例えば、特許文献１参照）
【００１１】
上記特許文献１には、図４に示されるように、液晶パネルとバックライトユニットの間に、遮光部１８を有するレンズシート１５を配置してなる構成が開示されている。
上記構成のレンズシート１５を介在させたことによる作用効果は、導光板から射出する光が有する拡散性をレンズ作用により変調（コリメート）して、液晶パネル側に方向を揃えて射出させることが可能となる点にある。
加えて、特定箇所に開口を持つ遮光部１８を形成したことにより、液晶パネルの画素に入射する光量を選択的に多くすることが可能となり、バックライトの利用効率が向上することと、前記開口の形状を制御することで表示光の視域も制御することが可能となることが挙げられる。
【００１２】
また、エッジライト式の面光源を構成する導光板を採用しない直下型方式のバックライト・ユニットに上記レンズシートを採用する場合には、光源とレンズシートとの間に光拡散層（光拡散板単独、又は光拡散フィルムの併用）を介在させた構成が採用される。
光拡散層を介在させることにより、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）又はＬＥＤによる光源のシルエット（ランプ・イメージ）が強く視覚され、ホットスポットあるいはホットバーと呼ばれる画面内の一部が局所的に明るく見えてしまう現象が解消され、画面内での表示輝度分布を一様にすることが出来る。
【００１３】
上記レンズシートの反レンズ部側の平面に光拡散層を設けた場合、互いに平坦なレンズシートと光拡散層では、明確な段差のない平坦面同士が接触することにより、境界が明確にならず、両者が屈折率の近い物質である場合には、入射光が、意図する角度で単位レンズに入射せず、単位レンズによる設計通りの光学特性を奏することが難しくなる。
特に、レンズシートと光拡散層とを粘着層又は接着層を介して積層一体化する構成を採用する場合には、予期せぬ入射光成分の発生（又は、光拡散層による機能の低下）を招きやすくなり、設計通りの光学特性を奏することが一層難しくなる。
【００１４】
本出願人は、さらに上記のような事情に鑑みて、図５に示される構成の光学シートを提案している。（特許文献２参照）
尚、以後の本願明細書においては、光学特性の「拡散」と「散乱」、「接着層」と「粘着層」、および本願による「光学シート」と「光学フィルム」は、同義語として混在して用いることとする。
【００１５】
上記光学シートは、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、照明光の入射側から順に、少なくとも、前記照明光を、非入射面側である出射面側に散乱する光散乱層と、接着層又は粘着層と、前記接着剤又は粘着材によって前記光散乱層に接着又は粘着され、前記光散乱層の出射面側に面して光反射性の高い表面を有しており、前記光散乱層によって散乱された光を光散乱層側に反射する光反射層と、平坦である裏面が前記光反射層の他方の面に固定され、表面に複数の単位レンズが配置されてなるレンズシートとを備え、前記光反射層には、前記単位レンズそれぞれに１：１に対応した開口部を有すると共に、前記接着層又は粘着層の厚さは、前記光反射層よりも薄いことを特徴とする。
【００１６】
図５に示す光学シート１０は、光源２０からの光Ｌを、入射面１１から導き入れ、出射面１２側に散乱する光拡散層１３を備えている。
光拡散層１３の出射面１２には、光反射層１４を接着層１８により固定している。この光反射層１４は、例えば白色インキ，金属箔，金属蒸着層からなり、例えば空気層からなる複数の開口部１５が規則的に設けられる。
接着層１８を光反射層１４よりも薄くすることにより、光反射層１４に接触しない部分の接着層１８が開口部１５に入り込んで埋め切ってしまうことが回避され、好適である。
【００１７】
図５に示す光学シート１０を用いたバックライト・ユニットにおける光の挙動を説明する。
光源２０からの光Ｌが、光拡散層１３の入射面１１から入射する。
光拡散層１３に入射した光Ｌは、ここでランダムに散乱される。
このように散乱された光のうち、開口部１５を通過した光γのみが、レンズシート１７へと導かれる。
【００１８】
各開口部１５は、レンズシート１７に設けられた各単位レンズ１６の頂点に対向するようにそれぞれ設けられているので、各単位レンズ１６には、対応する各開口部１５によって絞られた光のみが導かれる。
つまり、各開口部１５が、スリットのような働きをすることによって、散乱角度が絞られた光γのみが各単位レンズ１６に入射することになるので、単位レンズ１６に斜めから入射する光がなくなり、もって、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光をなくすことができる。
【００１９】
一方、開口部１５を通ることができなかった光βは、光反射層１４で反射され、光拡散層１３側に戻される。
そして、光拡散層１３において同様に散乱された後に、いずれは散乱角度が絞られた光γとなった後に開口部１５を通って単位レンズ１６に入射し、単位レンズ１６によって所定角度φ内に拡散された後に出射される。
【００２０】
このように、光源２０からの光Ｌを散乱させ、散乱角度が絞られた光γのみを単位レンズ１６に入射させることができるとともに、単位レンズ１６に入射できなかった光については、無駄に出射させることなく再利用することができるので、光源２０からの光の利用効率を高めつつ、拡散範囲を制御して出射させることが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２８４２６８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０８０５３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、上述のように液晶ディスプレイのバックライト部材には所望の集光・拡散といった各種の光学性能を満たすため、種々の光学シートが用いられている。
その中でも単一の透明基材（単一の板材やフィルム）の厚さ方向の両面に、レンズ部と反射層との双方を兼ね備えた光学シートでは、例えば、プリズムに加えて反射層という構成要素が増えるため、熱や湿度により光学シートの黄変度合いが大きくなる可能性があり、鮮明な表示画像を得る上で不利となる。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、レンズ部と反射層との双方を兼ね備えた光学シートの黄変度合いを抑制する上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライト・ユニット、表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、前記光学シートの厚さ方向の一方の面に、凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部が設けられ、前記光学シートの厚さ方向の他方の面に反射層が設けられ、前記反射層は、前記レンズ部による非集光面を含む領域に設けられた光反射部と、前記光反射部以外の領域に設けられた光透過部とで構成され、前記光反射部は、アクリル樹脂を含んで構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、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。
また、本発明は、表示画像を規定する画像表示素子の背面に、エッジライト式光源と導光板からなる面光源と、請求項１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。
また、本発明は、画素単位での透過／非透過あるいは透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子に対して、観察者と反対側に配置した照明光源から照明光を照射し、前記表示素子を通過させて表示光を生成し、観察者側に射出する構成の表示装置において、照明光が表示素子に入射する直前に光学シートが配置され、前記表示素子に臨む前記光学シートの厚さ方向の一方の面に、照明光を前記表示素子に導く凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部が設けられ、前記照明光源に臨む前記光学シートの厚さ方向の他方の面に反射層が設けられ、前記反射層は、前記レンズ部による非集光面を含む領域に設けられた光反射部と、前記光反射部以外の領域に設けられた光透過部とで構成され、前記光反射部は、アクリル樹脂を含んで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光反射部がアクリル樹脂を含んで構成されているので、レンズ部と反射層との双方を兼ね備えた光学シートの黄変度合いが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、直下型方式のバックライトユニット４０を具備する液晶表示装置に本発明を適用した一実施形態を示す説明図である。
液晶パネル４２に臨ませて光学シート３８が設けられている。
光学シート３８の厚さ方向の一方の面に、凸シリンドリカルレンズ群又は半球状凸レンズ群が並列形成されてなるレンズ部４５が設けられ、光学シート３８の厚さ方向の他方の面に反射層４７が設けられている。
レンズ部４５は液晶パネル４２に臨み、反射層４７は光源（冷陰極管２３）に臨んでいある。
反射層４７は、レンズ部４５による非集光面を含む領域に設けられた光反射部４８と、光反射部４８以外の領域に設けられた光透過部４６とで構成されている。
本実施の形態では、この光学シート３８の透明基材３９の液晶パネル４２側の面には、光学シート３８内を進行した光を液晶パネル４２へ導くシリンドリカルレンズ４４（単位光学要素）が並列して設けられている。なお、半円柱状凸シリンドリカルレンズ４４に代えて略半球状凸レンズやプリズムなどの場合もある。
【００２５】
さらに、他方の面には、ストライプ状のパターンからなる反射層４７が設けられている。
反射層４７は、光反射部４８と、光反射部４８以外の領域に設けられた、言い換えるとレンズ４４の焦点面近傍に設けられた光透過部（開口部）４６とで構成されている。
光反射部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、例えばドットパターンにて印刷形成したものである。なお、光反射部４８を含む反射層４７は転写（UV接着や熱圧着）によっても形成することができる。
これによって、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、シリンドリカルレンズ４４に入射し、シリンドリカルレンズ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。
【００２６】
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を通ってシリンドリカルレンズ４４に入射し、シリンドリカルレンズ４４によって、所定角度内に絞られて出射される。
なお、図６において符号２１，２７は反射板、符号２３は冷陰極管を示す。
【００２７】
そして、本実施の形態では、光反射部４８は、アクリル樹脂を含んで構成されている。
光反射部４８は、シリンドリカルレンズ４４に対応したパターニングが必要なことから、比較的軟らかい樹脂が望ましく、アクリル樹脂が好適となる。
光反射部４８は、アクリル樹脂を含むバインダーと顔料からなり、黄変度合いを抑制する点から、総体積に対する顔料体積が５０％以上であることが望ましい。
【００２８】
本実施の形態では、PET上にUV硬化性の樹脂でシリンドリカルレンズを成形した。
あらかじめレンズと反対の面にUV硬化型粘着材を貼合し、レンズ側からUVを照射し、その後未硬化の部分に反射層を貼合した。
この方法であれば、容易にレンズと光反射層を１：１に対応させて配置することができる。
【００２９】
反射層４７（光反射部４８）は二酸化チタンとアクリル樹脂、もしくはウレタン樹脂を体積比で40：60で作成した。
その後、作成したシートを温度８５℃、湿度８５％の環境に1000h保存し、初期値に対する黄変を以下の方法で測定した。
光源上に拡散板、拡散シート、サンプルシート、拡散シートの順で重ね、光源を点灯させサンプルシートの法線上の出射光のｘ、ｙを測定した。
その測定結果を図７に示す。
【００３０】
図７から明らかなように、アクリル樹脂を含んで構成された光反射部４８を有するサンプルシートは、ウレタン樹脂を含んで構成された光反射部４８を有するサンプルシートに比べて黄変度合いが抑制されていることが顕著である。
従って、本実施の形態によれば、レンズ部４５と反射層４７との双方を兼ね備えた光学シート３８の黄変度合いを抑制する上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライト・ユニット、表示装置が得られ、鮮明な画像を得る上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図２】従来のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図３】従来のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図４】従来のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図５】従来のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図６】本発明のバックライトユニットを備える表示装置の説明図である。
【図７】本発明の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１，２７……反射板、２３……冷陰極管、３２……拡散フィルム、３８……光学シート、４０……バックライトユニット、４２……液晶パネル、４４……シリンドリカルレンズ、４５……レンズ部、４７……反射層、４９……偏光板。
【図１】
2008203520.tif 000003
【図２】
2008203520.tif 000004
【図３】
2008203520.tif 000005
【図４】
2008203520.tif 000006
【図５】
2008203520.tif 000007
【図６】
2008203520.tif 000008
【図７】
2008203520.tif 000009