(57)【要約】【課題】強い拡散性を有する拡散板を使用することなく、高輝度、適切な視野角、高コントラスト等を実現するために、光源からの出射光の拡散角度の制御及び出射光の利用効率の向上が可能な光学シート及びバックライト、並びに液晶表示装置を提供することを目的とする。【手段】所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個配置してなるレンズ面と平坦面とを有する光透過性部材で、平坦面にはレンズの非集光面を含む領域に光反射部５と光透過部６とを設けてなる光学シートであり、線状光源８から光学シート１に向けて出射された光は、光反射部５で反射する光は、筐体９内面の反射層１０で反射され、再度、光反射部５又は光透過部６に向かい、光透過部６を透過する光は、レンズ２に入射し、レンズの集光作用により出射角度が制御されて、バックライト５０から出射し、液晶パネル６０に入射する。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個配置してなるレンズ面と平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に光反射部と該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
所定のピッチで形成された凸状のシリンドリカルレンズが複数個平行に配列されてなるレンチキュラーレンズ面と平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記シリンドリカルレンズの非集光面を含む領域に長手方向のストライプ状の光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シート。
【請求項３】
前記レンチキュラーレンズのシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されてなることを特徴とする請求項２に記載の光学シート。
【請求項４】
所定のピッチで形成された凸状のシリンドリカルレンズが長手方向に同一平面上で交差するようにそれぞれ縦横方向に複数個平行に配列されてなるクロスレンチキュラーレンズ面と平坦面とを有する光透過部材であって、前記平坦面には前記シリンドリカルレンズの非集光面を含む領域に光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シート。
【請求項５】
前記クロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されてなることを特徴とする請求項４に記載の光学シート。
【請求項６】
前記クロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズ径が他方のシリンドリカルレンズ径よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の光学シート。
【請求項７】
前記クロスレンチキュラーレンズの前記シリンドリカルレンズが縦横方向に交差する領域に前記光透過部が含まれることを特徴とする請求項４乃至６に記載の光学シート。
【請求項８】
微細な凸状のマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイと平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記マイクロレンズの非集光面を含む領域に光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シート。
【請求項９】
前記光透過性部材は、光透過性基材上にレンズ部を形成したことを特徴とする請求項１乃至８に記載の光学シート。
【請求項１０】
前記光透過部が前記光反射部の開口であることを特徴とする請求項１乃至８に記載の光学シート。
【請求項１１】
前記光反射部と前記平坦面との間に蒸着部を設けてなることを特徴とする請求項１乃至  ８に記載の光学シート。
【請求項１２】
前記反射部が平坦面より光透過性部材の内側に位置してなることを特徴とする請求項1乃至８に記載の光学シート。
【請求項１３】
前記光反射部及び前記光反射部を含む光透過性部材に保護層を形成してなることを特徴とする請求項１乃至８に記載の光学シート。
【請求項１４】
前記保護層が紫外線吸収作用を有することを特徴とする請求項１乃至８に記載の光学シート。
【請求項１５】
前記保護層に蛍光性物質を有することを特徴とする請求項１乃至８に記載の光学シート。
【請求項１６】
請求項1乃至１５に記載の光学シートに可撓性の無い樹脂シートを積層してなることを特徴とする光学シート。
【請求項１７】
前記樹脂シートにフィラーを混入してなることを特徴とする請求項１６に記載の光学シート。
【請求項１８】
前記樹脂シートが多層からなり、その全層又は一部の層にフィラーを混入してなることを特徴とする請求項１６に記載の光学シート。
【請求項１９】
前記樹脂シートが多層からなり、その全層又は一部の層の表面をマット処理してなることを特徴とする請求項１６乃至１８に記載の光学シート。
【請求項２０】
１つ又は複数個の線状光源装置と、
所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個配置してなるレンズ面と平坦面を有し、かつ該平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に反射部と該反射部以外の領域に光透過部とを設けてなる光学シートと、
を重ね合わせてなり、前記線状光源装置からの照射光が前記光透過部を通して出射されることを特徴とするバックライト。
【請求項２１】
前記光学シートが請求項２乃至１９に記載の光学シートであることを特徴とする請求項２０に記載のバックライト。
【請求項２２】
前記線状光源装置の線状光源と前記光学シートの長手方向に形成されたシリンドリカルレンズとが平行又は角度を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のバックライト。
【請求項２３】
１つ又は複数個の線状光源装置と、
所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個有するレンズ面と平坦面を有し、かつ該平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に反射部と該反射部以外の領域に光透過部とを設けてなる光学シートと、
液晶パネルと、
カラーフィルターとを
重ね合わせてなり、前記線状光源装置からの照射光が前記光透過部を通して前記液晶パネルに向けて出射されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２４】
前記光学シートが請求項２乃至１９に記載の光学シートであることを特徴とする請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記線状光源装置の線状光源と前記光学シートの長手方向に形成されたシリンドリカルレンズとが平行又は角度を有することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極管（ＣＣＦＴ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの光源からの出射光を拡散させる光学シート及び液晶表示装置等の透過型画像表示パネルの背面側から出射光を透過するバックライト、並びに液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置がＯＡ分野のノート型パーソナルコンピュータやパーソナルコンピュータ用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、また大型画面テレビなどの情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（ＰＤＡ：ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）の画像表示手段として様々な分野で利用されてきている。このような液晶表示装置は透過型であり、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置、いわゆる、バックライトが採用されている。このようなバックライトの方式には、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｔｕｂｅ）等の光源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付け、光源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（エッジライト方式）と、導光板を用いない液晶パネルの背面に光源を配置した直下型方式とがある。
【０００３】
最近では、ノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末などに用いられる２０インチ以下の小型液晶表示装置には、低消費電力化が図れ、薄型化の容易な導光体ライトガイド方式が主流となり、それ以外では直下型方式が用いられている。
【０００４】
一般的な導光板ライトガイド方式のバックライトが搭載された液晶表示装置は、例えば上部に透明基板や偏光板に挟まれたカラーフィルタ、液晶層からなる液晶パネルと、その下面側にバックライトが設けられている。
【０００５】
バックライトは、略長方形板状の透明なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等からなる導光板と、導光板の上面側の光出射面に拡散フィルム（拡散層）と、導光板の下面側には、導光板に導入された光を効率よく液晶パネル３１方向に均一となるように散乱反射させる散乱反射パターン部（印刷パターンや溝、ドット等）が形成され、散乱反射パターン部３５の下方に反射フィルム（反射層）が設けられている。また、導光板に側端部に沿って光源が取り付けられ、光源の光を効率よく導光板中に入射させる光源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が設けられている。
【０００６】
散乱反射パターン部は白色の二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を透明な樹脂等に混合した混合物をドット状に印刷形成するか、例えば円錐形状、凸レンズ形状、富士山形状のドットやＶ字状の溝を導光板の成型とともに射出成型か又は熱プレスで形成することができる。この散乱反射パターン部は、導光板内に入射した光に指向性を付与し、光出射面側へと光を導くもので高輝度化のための一手段である。
【０００７】
さらに、光利用効率の向上と高輝度化のために、拡散フィルムと液晶パネルとの間に、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、導光板の光出射面から出射され、拡散フィルムで拡散された光を、高効率で液晶パネルの有効表示エリアに集光させるものである。
【０００８】
一般的な直下型方式のバックライトが搭載された液晶表示装置は、例えば、上部に透明基板や偏光板に挟まれたカラーフィルタ、液晶層からなる液晶パネルと、その下面側にバックライトが設けられている。
【０００９】
バックライトは、正面に開口部を有する筐体内に、円柱状に延びる複数の光源と、筐体の内側に配置した高反射率の反射層と、出射光を拡散する拡散板とから構成されている。
【００１０】
直下型方式は導光板ライトガイド方式に比べ、複数の光源を用いることにより消費電力が多いものの、導光体が不用であることと、画面が大型化されても面輝度を高く維持することができるため、大型液晶表示装置のバックライトとしては直下型方式が多用されている。
【００１１】
しかしながら、直下型方式では、光源から観察者側（液晶パネル側）に直接向かう光が拡散光として出射されるため、光源４７からの光の指向性が低下することが認められ、視野角依存性の改善にはつながらないという問題がある。視角依存性とは、例えば、ある角度以上の方向から液晶表示装置を観察したときに本来黒色で表示されるべきものが白っぽく見えたり、階調の反転などによるコントラストの低下、コントラストの反転等で、観察者が画像を正確に見ることができない状態があるということを指す。この視角依存性が生じる理由は、液晶分子の捩じれ、液晶分子の屈折率異方性、偏光板の偏光特性、面光源などに主な原因があるとされている。
【００１２】
さらに光源としての冷陰極管（ＣＣＦＴ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などは、出射光を拡散させる拡散板を通して、その発光した光源の形状が直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。この拡散板は、強い拡散性を持たせるために通常１ｍm〜３mm程度の厚さが必要であり、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。
【００１３】
また、上記拡散板は、その強い光拡散性のため全光線反射率が３０〜５０％程度と高く、光源下面に配した反射層で反射する光を再利用できるとは言え、光源下面の反射層の反射率が１００%ではないため、再利用できる光量は反射層と拡散板との間で反射を繰り返すごとに弱まり、光源からの全光量が液晶パネル側に届かないため、光量の減少により液晶表示画面が暗くなる問題がある。
【００１４】
さらに上記拡散板は、その強い光拡散性のために、光を実際の表示に使われないような方向（大体上下左右とも±６０度より深い角度）にまで光を拡散する特性を有しており、このような深い角度に出射する光は、有効に液晶画像の表示に使われないばかりか、表示画像のコントラストの低下にもつながる。
【００１５】
光源から出射される光の角度を狭める目的で、通常の拡散板の上に拡散シートと称される樹脂フィルムの表面をマット状に処理した光散乱フィルムの１枚から数枚を、そのマット面が拡散板と反対側を向く位置に配置する。この拡散シートは、樹脂フィルム表面をサンドブラスター処理などの物理的処理や溶解処理などの化学的処理によって、マット面を形成し、表面粗さで光散乱性を制御するため、光拡散角度を自由にコントロールすることは困難である。また上下と左右で異なる拡散角度とすることもできないため、この拡散シートを用いても、表示に有効な光を得ることができず、光量の減少により液晶表示画面が暗くなるという問題は残る。
【００１６】
上記の拡散シートだけでは十分でないとすると、プリズムシートを１枚或いは２枚を直交させて使うと、直下型方式のバックライトは、光源から直接垂直に出射する最も高い強度の光がプリズム面で反射し、光源下面の反射層で反射する光を再利用できるとは言え、光源下面の反射層の反射率が１００%ではないため、再利用できる光量は反射層と拡散板との間で反射を繰り返すごとに弱まり、光源からの全光量が液晶パネル側に届かないため、光量の減少により液晶表示画面が暗くなる問題がある。
【００１７】
また、プリズムシートを使用する場合、どうしても約１０%程度の出射光が液晶画像の表示に利用できない程の深い角度に出射してしまうという欠点もある。
【特許文献１】特開平２−１１８８５１８号公報
【特許文献２】特開平８−１３６９２３号公報
【特許文献３】特開平１０−１０４６２２号公報
【特許文献４】特開２００２−２７８４７０号公報
【特許文献５】特開平８−１２２７７４号公報
【特許文献６】特開２００２−２８４２６８公報
【特許文献７】特開平６−１８７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、２０インチ以上の大型液晶表示装置に対しては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度、かつ、低消費電力であることが求められており、液晶表示装置に搭載されるバックライトもその実現に対処することが要求されている。
【００１９】
とくに、上述のように従来の直下型方式バックライトの構成は面光源からの出射光を拡散板に強い拡散性を有することが必要であり、このような拡散板による出射光の吸収及び反射の発生による透過光量の減少の問題、また、拡散板の厚さや拡散シート、プリズムシートなどを積層した厚みをも含めたバックライト全体の厚みが厚くなることによる透過光量の減少の問題、さらにはバックライトを通して光源の直接像発生の問題があり、また出射光が液晶表示装置の表示に使われないような方向（大体上下左右とも±60度より深い角度）に光を拡散するため、光の利用効率が悪く、コントラストの低下が生じるとする問題などの課題を有している。
【００２０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、強い拡散性を有する拡散板を使用することなく、高輝度、適切な視野角、高コントラスト等を実現するために、光源からの出射光の拡散角度の制御及び出射光の利用効率の向上が可能な光学シート及びバックライト、並びに液晶表示装置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】
【００２１】
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１に記載の発明は、所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個配置してなるレンズ面と平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に光反射部と該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シートである。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、所定のピッチで形成された凸状のシリンドリカルレンズが複数個平行に配列されてなるレンチキュラーレンズ面と平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記シリンドリカルレンズの非集光面を含む領域に長手方向のストライプ状の光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シートである。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学シートにおいて、前記レンチキュラーレンズのシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されてなることを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、所定のピッチで形成された凸状のシリンドリカルレンズが長手方向に同一平面上で交差するようにそれぞれ縦横方向に複数個平行に配列されてなるクロスレンチキュラーレンズ面と平坦面とを有する光透過部材であって、前記平坦面には前記シリンドリカルレンズの非集光面を含む領域に光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シートである。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光学シートにおいて、前記クロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されてなることを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の光学シートにおいて、前記クロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズ径が他方のシリンドリカルレンズ径よりも大きいことを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６に記載の光学シートにおいて、前記クロスレンチキュラーレンズの前記シリンドリカルレンズが縦横方向に交差する領域に前記光透過部が含まれることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、微細な凸状のマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイと平坦面とを有する光透過性部材であって、前記平坦面には前記マイクロレンズの非集光面を含む領域に光反射部と、該光反射部以外の領域に光透過部とを設けてなることを特徴とする光学シートである。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記光透過性部材は、光透過性基材上にレンズ部を形成したことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記光透過部が前記光反射部の開口であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記光反射部と前記平坦面との間に蒸着部を設けてなることを特徴とする。
【００３２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記反射部が平坦面より光透過性部材の内側に位置してなることを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記光反射部及び前記光反射部を含む光透過性部材に保護層を形成してなることを特徴とする。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記保護層が紫外線吸収作用を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至８に記載の光学シートにおいて、前記保護層に蛍光性物質を有することを特徴とする。
【００３６】
請求項１６に記載の発明は、請求項1乃至１５に記載の光学シートに可撓性の無い樹脂シートを積層してなることを特徴とする光学シートである。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の光学シートにおいて、前記樹脂シートにフィラーを混入してなることを特徴とする。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の光学シートにおいて、前記樹脂シートが多層からなり、その全層又は一部の層にフィラーを混入してなることを特徴とする。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１６乃至１８に記載の光学シートにおいて、前記樹脂シートが多層からなり、その全層又は一部の層の表面をマット処理してなることを特徴とする。
【００４０】
請求項２０に記載の発明は、１つ又は複数個の線状光源装置と、所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個配置してなるレンズ面と平坦面を有し、かつ該平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に反射部と該反射部以外の領域に光透過部とを設けてなる光学シートと、を重ね合わせてなり、前記線状光源装置からの照射光が前記光透過部を通して出射されることを特徴とするバックライトである。
【００４１】
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載のバックライトにおいて、前記光学シートが請求項２乃至１９に記載の光学シートであることを特徴とする。
【００４２】
請求項２２に記載の発明は、請求項２０又は２１に記載のバックライトにおいて、前記線状光源装置の線状光源と前記光学シートの長手方向に形成されたシリンドリカルレンズとが平行又は角度を有することを特徴とする。
【００４３】
請求項２３に記載の発明は、１つ又は複数個の線状光源装置と、所定のピッチで凸状に形成されたレンズを複数個有するレンズ面と平坦面を有し、かつ該平坦面には前記レンズの非集光面を含む領域に反射部と該反射部以外の領域に光透過部とを設けてなる光学シートと、液晶パネルと、カラーフィルターとを重ね合わせてなり、前記線状光源装置からの照射光が前記光透過部を通して前記液晶パネルに向けて出射されることを特徴とする液晶表示装置である。
【００４４】
請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の液晶表示装置において、前記光学シートが請求項２乃至１９に記載の光学シートであることを特徴とする。
【００４５】
請求項２５に記載の発明は、請求項２３又は２４に記載の液晶表示装置において、前記線状光源装置の線状光源と前記光学シートの長手方向に形成されたシリンドリカルレンズとが平行又は角度を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、光学シートを構成するレンズシートのレンズの方向を線状光源の方向と略平行又は所定の角度に配置することで、光源からの出射光を各々のレンズで縮小結像することになり、細い光源像が光学シート上にレンズの本数と同じ数だけ並ぶことになるため、観察者側からは光源の直接像が見えなくなり、面状の光源、すなわち面光源とすることができる。それにより、従来のような厚くて拡散性の強い拡散板を用いる必要もなくなり、光量の損失を抑えることができる。
【００４７】
本発明の光学シートを用いるバックライト及び液晶表示装置においては、表示画像が明るい（高輝度）、消費電力を低減できる、同じ明るさで視野角が広がる（低視野角依存性）などの効果を奏する。
【００４８】
また、本発明では、光学シートを構成するレンズシートのレンズ間隔やレンズ、基材シート等を構成する樹脂の屈折率、光透過部（開口）の大きさを制御することにより、出射光の拡散角度が制御可能となり、画像表示に有効利用できる範囲にのみ出射光を拡散出射するため、光学シートを用いたバックライト及び液晶表示装置では、表示画像が明るい（高輝度）、コントラストが高い、消費電力を低減できる、さらに同じ明るさで視野角が広がる（低視野角依存性）とする効果を奏する。
【００４９】
さらに、本発明では、線状光源からの出射光のうち強度が最も強い、観察者に対して真直ぐ垂直に出射光は、その大部分がレンズシートの光透過部（開口）とレンズを直接に透過するため、従来の拡散板の繰り返し反射による光の損失を抑えることができ、それにより光学シートを用いたバックライト及び液晶表示装置では、表示画像が明るい（高輝度）、消費電力を低減できる、同じ明るさで視野角が広がる（低視野角依存性）とする効果を奏する。
【００５０】
本発明において、光学シートの光反射部を蒸着部との2層構成とすることにより、光透過部（開口部）以外の領域における光学シート内の光の反射率が高まるため、光量損失を抑えることができ、それにより光学シートを用いたバックライト及び液晶表示装置では、表示画像が明るい（高輝度）、消費電力を低減できる、同じ明るさで視野角が広がる（低視野角依存性）とする効果を奏する。
【００５１】
本発明において、光学シートの光反射部を含む光透過性部材に保護層を設けることにより、光学シートの耐擦性を向上し、バックライト製造工程における光学シートの損傷などの不良発生を減らし収率を上げコストを低くする効果を奏する。
【００５２】
本発明において、光学シートの保護層に紫外線吸収剤を含有させることにより、光源からの紫外光を減少させ、本発明の光学シートの耐光性を上げることで、観察者を保護するとともに、光学シートを用いたバックライト及び液晶表示装置の製品寿命が長期となる効果を奏する。
【００５３】
本発明において、光学シートの保護層に蛍光性物質を含有させることにより、光源である冷陰極管からの出射光に含まれる紫外線を可視光に変換することが可能となり、光源からの出射光を増加させることなく、光量を有効に利用することができるため、表示画像が明るい（高輝度）、消費電力の低減できるとする効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明の実施の形態について説明する。
【００５５】
図1は本発明の光学シート１の一構成例を示す概略断面図である。また図１５は本発明のバックライト５０の一構成例を示す概略断面図であり、図１６は本発明の液晶表示装置６０の一構成例を示す概略断面図である。
【００５６】
光学シート１は、バックライト５０及びバックライト５０を面光源として組み込む液晶表示装置６０において、線状光源４８からの出射光を拡散させ、出射光が面状に出射するように出射光の拡散角度の制御可能で、画像表示に有効に利用できる範囲にのみ出射光を拡散出射させることができるものである。
【００５７】
光学シート１の構成は、所定のピッチで凸状に形成されたレンズ２の複数個を連続して配置したレンズ面３と平坦面４とを有する光透過性部材７であって、平坦面４にはレンズ２の非集光面を含む領域に光反射部５と光反射部５以外の領域に光透過部６とを設けたものである。図１５又は図１６に示される線状光源４８から光学シート１に向けて出射された光は、平坦部４において、光反射部５で反射する光と、光透過部６を透過する光に分けられる。光反射部５で反射した光は、筐体９内面の反射層１０において反射され、再度、光反射部５又は光透過部６に向かう。一方、光透過部６を透過した光は、レンズ２に入射し、レンズの集光作用により出射角度が制御されて、バックライト５０から出射し、液晶パネルに入射する。
【００５８】
このとき、レンズ２により光源からの出射光が直接各々のレンズ２で縮小結像することになり、細い光源像が光学シート１上にレンズ２の本数と同じ数だけ並ぶことになり、光源の直接像が映ることがなくなり、光学シート１は、一様に光が出射しているような面状の光源となる。これにより従来の厚く拡散性の強い拡散板を用いなくてもよく、光量の損失を抑えることができる。
【００５９】
光透過性部材７は、光透過性を有し、好ましくは屈折率１．４〜１．７程度であるポリメタアクリル酸メチル，ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレン等の樹脂、ガラス、セラミックス等の材料からなる。光透過性部材７の厚さは、５０〜５００μm程度であり、レンズ２のピッチは用途に応じて適宜選択されるが、２０〜１０００μm程度である。レンズ面３を含め光透過性部材７の形成方法は、熱可塑性樹脂を押出し成型又は熱プレス成型、さらには射出成型等がある。
【００６０】
図２は、本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。基材シート８にレンズ２を形成する構成であり、紫外線硬化性樹脂又は電子線硬化性樹脂を基材シート８に塗布し、レンズ形状の型を形成したロールエンボス版によるエンボス加工を行った後、紫外線又は電子線を照射し樹脂を硬化させ、レンズ２を形成する。基材シート８の厚さは、３０〜３００μｍ程度であり、レンズ２の高さは５〜２００μｍ程度であり、レンズ２のピッチは用途に応じて適宜選択されるが、２０〜１０００μm程度である。
【００６１】
レンズ２の種類としては、図３に示す半円柱状のシリンドリカルレンズであるレンチキュラーレンズアレイ１１や図４に示す半円柱状のシリンドリカルレンズを交差させたクロスレンチキュラーレンズアレイ１２、図５に示す球面又は非球面、縦横方向にそれぞれ異なる曲率、或いは非球面のトーリック形状などである、凸状の単位レンズとして多数個をシート面上に配置してなるマイクロレンズアレイ１３がある。
【００６２】
さらには、図６に示すシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されたレンチキュラーレンズアレイ１４、図７（ａ）に示すクロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズを複数個平行に配列した組が間隔をおいて複数組配列されたクロスレンチキュラーレンズアレイ１５、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すクロスレンチキュラーレンズの同一平面上で交差する縦横方向のいずれか一方のシリンドリカルレンズ径が他方のシリンドリカルレンズ径よりも大きくしてなるクロスレンチキュラーレンズアレイ１６，１７がある。
【００６３】
線状光源４８から出射した光は、開口部である光透過部６を通過し、レンズ２に入射する。レンズ集光面を含む近傍からでた光は、レンズ２によってある一定の方向の光としてレンズ面３から出射する。それにより光透過部６（開口部）の大きさによって、レンズ面３から出射する光の方向を制御することができる。
【００６４】
すなわち、光透過部６（開口部）の大きさを小さくするほど光源から出射する光の指向性は強くなり、逆に大きくすれば、指向性が低減し拡散度合いが強くなる。また、開口の形を変形させることにより、方向による拡散性の制御が可能になる。例えば、水平方向に大きく垂直方向に小さな開口を用いれば、垂直方向に対して水平方向に広い観察領域を取ることができる。一般に液晶特性として上下方向の視域は小さいため、予めバックライトの特性を垂直方向に狭い視域とすることにより、より光の利用効率を高めることができる。さらには、一つのレンズに対する開口の数を複数にすることによって、液晶パネルの観察領域を分割することも可能になる。このように様々な開口の形によって観察領域を自由に制御することができる。
【００６５】
この光反射部５の形状は、レンズ２の形状や光学シートの用途に応じて要求される仕様に基づき、適宜決定される。例えば図３のレンチキュラーレンズアレイ１１である場合は、図８に示すようにシリンドリカルレンズの長手方向に平行なストライプ状に所定の領域に形成される。また図４のクロスレンチキュラーレンズアレイである場合は、図９（ａ）に示すように、交差するシリンドリカルレンズ毎に、その長手方向に平行なストライプ状に設け、かつ交差する桝目形状に所定の領域に形成される。なお、これらに限定されるものではなく、レンズ２の非集光面を含む領域に光反射部６を設ければよく、図９（ａ）の他例として、図９（ｂ）に示す形状とすることができる。
【００６６】
光反射部５は、二酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などの微粒子を樹脂に混合したものを塗布法又は印刷法、転写法等により白色反射層を形成することでできる。また、銀色であるＡｌ、Ａｇなどの金属の蒸着、誘電性多層膜などにより形成することもできる。
【００６７】
また、無色から白色、或いは白色に近い色に発色する有機発色材料を用いることも可能である。
【００６８】
光反射部５は図１に示すように平坦面４上に配置しても、また図１０（ａ）、（ｂ）に示すように光透過性部材７の内側或いは内部にあるように配置することができる。
【００６９】
また、図１１に示すように、光源からの出射光が光反射部６を通り抜けることの防止と光反射部６と光学シート内における光の反射率を高めることを目的として、光反射部６の裏面、すなわち光反射部６と平坦面４との間にＡｌ、Ａｇなどの金属からなる蒸着部１８を設けることもできる。これにより、光量損失を抑えることができ、またバックライト及び液晶表示装置では、高輝度、低消費電力、同じ明るさで広視野角となる。
【００７０】
次に図１２に示すように光反射層６を含む平坦面４上に保護層１９を設けることも可能である。保護層１９は光透過性を有し、耐摩耗性、耐溶剤性、耐熱性など物性的にも優れるものがよく、光学シート１の耐擦性を向上させ、バックライト製造工程における光学シート１表面の損傷などの不良発生を減らし収率を上げコストを低くできる。
【００７１】
また、この保護層１９に紫外線吸収作用を持たせることにより、光源からの紫外線を保護層１９で吸収することにより、光学シート１を透過する紫外線を減少させ、光学シート１の耐光性が向上させ、観察者を保護すると共に、光学シート１を用いたバックライト及び液晶表示装置の製品寿命の長期間化が可能となる。
【００７２】
さらに、この保護層１９に蛍光性物質を含有させた紫外線吸収作用を持たせることにより、光源の一つである冷陰極管からの出射光に含まれる紫外線を可視光に変換することが可能となり、光源からの出射光を増加させることなく、光量を有効に利用することができる。これにより高輝度、低消費電力となる。
【００７３】
図１３に示すように、この光学シート１に透明樹脂により構成される可撓性のない、又は少ない樹脂板２０を積層することができる。この樹脂板２０は薄い光学シート１を安定させる支持手段として用いることができる。或いはこの樹脂板２０にフィラーを混入させ、光源から入射する光を散乱させることにより拡散手段として利用することも可能である。樹脂板２０の厚さは２５０μｍ〜５ｍｍであり、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
【００７４】
この樹脂板２０は、上記の厚さの範囲で２層以上の多層とすることができ、例えば３層の場合、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すようにいずれかの樹脂層２１〜２３にフィラーを混入することができる。またこの樹脂板２０の最外層の一方又は両方、或いは多層の場合は中間にある層面のいずれかをマット（粗面化）しておくことも可能である。
【００７５】
図１５は上記の光学シート１を用いた本発明のバックライト５０、すなわち面光源装置の概略断面図である。
【００７６】
本発明のバックライト５０は、内面に反射層１０が設けられた筐体９に冷陰極管、熱陰極管、ＬＥＤなどの線状光源４８が複数本（或いは１本）取り付けられ、その上面に拡散板２４，上記の光学シート１が順次配設されている。
【００７７】
また図１６は上記の光学シート１を用いた液晶表示装置６０の概略断面図であり、バックライト５０の上部に、すなわち光学シート１の上部にそれぞれ透明基板である支持基板２５、２６と、その外側に偏光板２７、２８と、それらに挟まれた液晶層２９からなる液晶パネル３０が設けられている。支持基板２５、２６は、アクティブマトリックス基板と対抗基板であり、アクティブマトリックス基板の液晶層２９側には、マトリクス状に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と透明画素電極が設けられ、対抗基板の液晶層２９側には、透明電極とカラーフィルタが設けられている。
【００７８】
線状光源４８から出射した光は、拡散板２４と光透過部５（開口部）を通過し、光反射部６に入射した光は、反射され拡散板２４を通して筐体９内の反射層１０に再入射し、再度反射され、光透過部５（開口部）を通過するまでその反射を繰り返し、再利用される。この光学シート１を出射した光は、液晶パネル３０に入射し、液晶パネル３０を通して光の強度などが変調することによって観察者は画像を観察することになる。
光透過部５（開口部）に対応したレンズ２を有するレンズ面３が配置される。このときレンズ面３の焦点面より外側に光反射部５が位置するようにすることで、光透過部５（開口部）の大きさに従いレンズ部３から出射する光の拡散性を制御することが可能になる。光透過部５（開口部）を通して液晶パネル３０の液晶層２９内で結像するようにレンズ面３及び光反射部６を配置した場合に液晶層２９内で光が集光するため、レンズ面３のレンズ２の配置を液晶のピッチと合わせることにより液晶のブラックマトリクスによって失われる光のエネルギーを少なくすることができ、より効率的に光を利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の光学シート１の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図３】レンズ２の一構成例を示す概略断面図である。
【図４】レンズ２の一構成例を示す概略断面図である。
【図５】レンズ２の一構成例を示す概略断面図である。
【図６】レンズ２の一構成例を示す概略断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はレンズ２の一構成例を示す概略断面図である。
【図８】光反射部５の形状の一構成例を示す概略図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は光反射部５の形状の一構成例を示す概略図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の光学シート１の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１５】本発明のバックライト５０の一構成例を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置６０の一構成例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１                      光学シート
２                      レンズ
３                      レンズ面
４                      平坦面
５                      光反射部
６                      光透過部
７                      光透過性部材
８                      基材シート
９                      筐体
１０                    反射層
１１、１４              レンチキュラーレンズアレイ
１２、１５、１６、１７  クロスレンチキュラーアレイ
１３                    マイクロレンズアレイ
１８                    蒸着部
１９                    保護層
２０                    樹脂板
２１、２２，２３        樹脂層
２４                    拡散板
２５，２６              支持基板
２７，２８              偏光板
２９                    液晶層
３０                    液晶パネル
４８                    線状光源
５０                    バックライト
６０                    液晶表示装置
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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１５】
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【図１６】
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