(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、光学要素と光学シート端面のなす角度を限定することによって熱や振動による光学要素の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、方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する複数の単位光学要素が互いに平行して延在形成された光学シートである。単位光学要素の傾きが光学シートの形状の端面に対し0°から10°もしくは80°から90°の範囲である。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向の一方の面に、方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する複数の単位光学要素が互いに平行して延在形成された光学シートにおいて、
前記単位光学要素は、前記光学シートの縁に対して0°から10°もしくは80°から90°の範囲の傾きをもって延在している、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は入射面とされ、厚さ方向の他方の面は出射面とされ、
前記単位光学要素は前記出射面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項３】
前記光学シートは、光学性能を有する複数の単位シートが積層され一体化されて構成されており、
前記単位光学要素は前記出射面に形成され、
前記入射面を構成する前記単位シートは拡散板である、
ことを特徴とする請求項１記載の光学シート。
【請求項４】
前記光学シートは、光学性能を有する複数の単位シートが積層され一体化されて構成されており、
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は入射面とされ、厚さ方向の他方の面は出射面とされ、
前記単位光学要素は前記出射面に形成され、
前記入射面を構成する前記単位シートは拡散板であり、
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記載の光学シート。
【請求項５】
前記光学シートは、光学性能を有する複数の単位シートが積層され一体化されて構成されており、
前記単位光学要素は前記出射面に形成され、
前記入射面を構成する前記単位シートは拡散板であり、
前記拡散板に隣接する前記単位シートは、粘着剤、接着剤、エキシマ接着で前記拡散板に接合されていることを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の光学シート。
【請求項６】
前記光学シートは、光学性能を有する複数の単位シートが積層され一体化されて構成されており、
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は入射面とされ、厚さ方向の他方の面は出射面とされ、
前記単位光学要素は前記出射面に形成され、
前記単位光学要素は直線状に延在し、
前記出射面を構成する前記単位シートは、プリズムまたはレンズである、
ことを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の光学シート。
【請求項７】
前記光学シートは、光学性能を有する複数の単位シートが積層され一体化されて構成されており、
前記光学シートの厚さ方向の一方の面は入射面とされ、厚さ方向の他方の面は出射面とされ、
前記単位光学要素は前記出射面に形成され、
前記単位光学要素は縞状に配置され、
前記出射面を構成する前記単位シートは、拡散層または反射層である、
ことを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の光学シート。
【請求項８】
直下型光源と、請求項１〜７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９】
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８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）。なお、図４において符号２１、２７は反射板、符号２６は冷陰極管を示している。
【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。
【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７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、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などの光制御機能を総称して光学要素と呼ぶ。また、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をそれぞれ光学性能を有する単位シートと呼ぶ。
【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シートの剛性向上の観点から、拡散板と光学要素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／拡散板一体型光学要素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要素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、および光学シートに剛性を持たせたことによる相乗効果で生じる光学要素の剥がれは大きな問題となる。光学要素の剥がれは光学シート輸送時の振動、バックライト点灯時の高温中の衝撃やバックライト輸送の振動で光学シート端面に面している光学要素の端部が他の部材に引っかかることで生じる。拡散板一体型光学要素８６が従来に比べて特徴的なのは、拡散板一体型光学要素８６自体に剛性があるため、上記振動の影響を受け易い。
【００２０】
剥がれの解決方法として、引っかかり部分をなくすために光学要素を板より小さくする、端面を熱処理する方法があげられるが、これらの処理は剥がれを抑制する効果は高いものの、光学シート作成時に光学要素を取り除く処理をしたり、いったん光学シートとして作成されたものに後処理をするなど工程を複雑化するというデメリットがある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、方向，範囲，色，輝度分布の少なくとも何れかを制御する複数の単位光学要素が互いに平行して延在形成された光学シートにおいて、前記単位光学要素は、前記光学シートの縁に対して0°から10°もしくは80°から90°の範囲の傾きをもって延在していることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項８は請求項１から７に記載の光学シートを用いたバックライト、請求項９は請求項８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】
【００２３】
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要素８６を使用した構成において、光学シート輸送時の振動、バックライト点灯時の高温中の衝撃やバックライト輸送の振動による光学要素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】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明の光学シートは、拡散板一体型光学要素８６を含み、拡散板一体型光学要素８６としては、単に拡散板と光学要素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要素に集約し、微拡散の板や単なる透明板と接合したものも含まれる。
【００２６】
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。
【００２７】
拡散板と光学要素の接合方法としては、熱可塑性やUV硬化性の材料で拡散板上に直接光学要素付与する方法、ビーズや拡散剤、反射剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし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、拡散剤としてはニ酸化チタンや硫酸バリウムなどが挙げられる。
【００２８】
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要素を付与する方法、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。
【００２９】
本発明の光学シートでは、複数の単位光学要素が互いに平行して延在形成された単位シートを含んで構成され、前記単位光学要素は、前記光学シートの縁に対して0°から10°もしくは80°から90°の範囲の傾きをもって延在しており、本実施の形態では、光学シートは、拡散板一体型光学要素８６である。
言い換えると、本発明は拡散板一体型光学要素８６の単位光学要素の傾きが光学シートの形状の端面に対し0°から10°もしくは80°から90°の範囲を含んでなることを特徴とする。理想的には全ての端面に対し0°から10°もしくは80°から90°の範囲であることが望ましいが、ディスプレイの設計上不可能な場合は、なるべく多くの範囲が0°から10°もしくは80°から90°に含まれるようにする。
【００３０】
角度のつけ方としては、あらかじめ所定の形状に調整した拡散板に直接光学要素を形成する、もしくはあらかじめ所定の形状に調整した板に基材上に形成した2種類の光学要素を所定の角度で接合する方法が挙げられる。もしくは、所定の光学シート形状より大きい板に適当に光学要素を形成、もしくは接合し、その後所定の角度になるように加工する方法が挙げられる。
【００３１】
本発明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、光源点灯中に衝撃を与えたり、光学シートやディスプレイの状態で輸送試験にかけても剥がれが生じにくかった。
【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の黒実線は光学シートの形状を示し、太線部分は光学要素の傾きの基準とした辺を示している。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-1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-1、A-2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の切り込みは短辺の切り込みは幅10mm、深さ5mm、長辺の切り込みは幅20mm、深さ10mmとし、角を落とした2箇所は他の辺に対し45°の傾きとした。形状Cの角はすべて90°とした。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２種類で、曇価92%、全光線透過率65%のものを使用した。
【００３３】
光学要素としては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。もしくはPET上にUV硬化性のアクリル樹脂でプリズムを形成した。
【００３４】
光学要素の傾きは形状Aで0°、90°、5°および10°、形状BとCで0°および45°とした。PET上に形成した2種類の光学要素を所定の角度であらかじめ形状AからCに切った板とアクリル系の接着剤で接合した。
【００３５】
上記のように作成した試料をビニール袋で包み、段ボールの箱に入れて振動数を5〜50HZ、加速度を1.0GとしZ方向に60分、X方向に15分、Y方向に15分試験した。その結果、形状A-1では10°の傾きのサンプルは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生し、それ以外は剥がれは発生しなかった。形状A-2では剥がれは発生しなかった。形状Bでは太線に対して45°のものは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生した。形状Bで太線に対して0°のものは一部に剥がれが生じていた。剥がれた箇所は板の端面に対して45°になる部分で、板の端面に対して0°の部分は板材質、光学要素の種類によらず剥がれが発生しなかった。形状Cでは太線に対して0°のものは板材質、光学要素の種類によらず剥がれは発生しなかった。太線に対して45°のものは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生していた。
【００３６】
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、光源OFFもしくは光源ONから2時間経過した時点で振動数を5〜50HZ、加速度を1.0GとしZ方向に60分、X方向に15分、Y方向に15分試験した。その結果、形状A-1では10°の傾きのサンプルは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生し、それ以外は剥がれは発生しなかった。形状A-2では剥がれは発生しなかった。形状Bでは太線に対して45°のものは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生した。形状Bで太線に対して0°のものは一部に上がれが生じていた。剥がれた箇所は板の端面に対して45°になる部分で、拡散板の端面に対して0°の部分は板材質、光学要素の種類によらず剥がれが発生しなかった。形状Cでは太線に対して0°のものは板材質、光学要素の種類によらず剥がれは発生しなかった。太線に対して45°のものは板材質、光学要素の種類によらずすべて剥がれが発生していた。
【００３７】
以上の結果から、光学シート上に形成された光学要素の剥がれやすさは光学要素と光学シート端面のなす角度によるものだということがわかった。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。
【００３８】
上述したように、本発明によれば光学要素と光学シート端面のなす角度を制御することで光学シート輸送時の振動、バックライト点灯時の高温中の衝撃やバックライト輸送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】
【００３９】
【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】拡散板一体型光学要素の説明図。
【図９】拡散板一体型光学要素の説明図。
【図１０】本発明の実施例の説明図。
【符号の説明】
【００４０】
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……板一体型光学要素。
【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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【図９】
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【図１０】
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