(57)【要約】【課題】バックライト・ユニットに適用した際に所望の光学特性を奏するようにする上でレンズ層と同時にレンズ層裏面に凹部を形成し、係る凹部に光反射層を塗布形成した輝度制御部材である光学シート及びそれを用いたディスプレイ用バックライト・ユニット及びそのバックライト・ユニットを用いた画像表示ディスプレイを提供する。【解決手段】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、その光学シートの片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズが並列されてなるレンズアレイ面２を有し、その他面に、バックライト光源側に面して高い光反射性を有し、且つバックライト光源側に該光源光を反射する所定幅の光反射層４を備え、該光反射層４は、前記各単位凸レンズの集光部にそれぞれに１：１で対応する所定幅の開口部５を有してストライプ状となっている。【選択図】図１
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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、その光学シートの片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズが並列されてなるレンズアレイ面を有し、その他面に、バックライト光源側に面して高い光反射性を有し、且つバックライト光源側に該光源光を反射する所定幅の光反射層を備え、該光反射層は、前記各単位凸レンズの集光部にそれぞれに１：１で対応する所定幅の開口部を有してストライプ状であり、前記光学シート面に形成した凹部内に光反射性インキを塗布埋設して形成されていることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記光学シートは、熱可塑性樹脂のプレス成形あるいは溶融押出し成形によるモノリシックな成形体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】
前記光学シートの他面に、光拡散層を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の光学シート。
【請求項４】
バックライト光源と、該光源から照射される光を受けて拡散透過する光拡散層と、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学シートとからなり、該光学シートの光反射層側を前記光拡散層側に対向させて配置してなり、該光学シートの単位凸レンズそれぞれに１：１で対応する前記開口部は、空気層のみを介して前記光拡散層側に対向してい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５】
画素単位で光透過／非透過を切り替え制御することにより表示画像を規定する画像表示素子を、請求項４記載のバックライト・ユニットを構成する前記光学シートのレンズアレイ面側に配置したことを特徴とする画像表示ディスプレイ。
【請求項６】
前記画像表示素子が、液晶パネルであることを特徴とする請求項５記載の画像表示ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に液晶表示素子である透過型の液晶表示パネルを裏面より照明するためのバックライト照明光路の制御に使用する光学シート及びその光学シートを搭載したディスプレイ用バックライト・ユニット及び画像表示ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示パネル（液晶表示素子）を使用した液晶表示装置（ＬＣＤ）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ジョン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。
【０００３】
液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイでは、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。このような液晶表示装置は、液晶表示パネルが透過型であり、液晶表示パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面光源に変換して、液晶表示パネルを裏面（バック）より照射する面光源装置（バックライト・ユニット）、所謂、バックライト方式による液晶ディスプレイ装置が採用されている。
【０００４】
このバックライト方式には、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ライトガイド（導光板）の側端部に沿って取り付け、光源からの光をライトガイド内で多重反射させるライトガイド方式（エッジライトガイド方式）と、ライトガイドを用いずに液晶表示パネルの背面に光源を直接配置した直下型方式とがある。
【０００５】
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インチ以下の小型画面サイズの液晶表示装置には、低消費電力化が図れ、薄型化の容易なライトガイド方式の採用が主流となり、２０インチ以上の中〜大型画面サイズの液晶表示装置では直下型方式の採用が主流となっている。
【０００６】
特にラップトップコンピュータのような電池式液晶表示装置においては、光源で消費する電力が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により、電池式表示装置の電池寿命が増大する。これは電池式表示装置には特に望ましいことである。
【０００７】
２０インチ以上の液晶表示装置においては、より薄型で視野角依存性が低く、高輝度、且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。
【０００８】
従来の直下型方式によるバックライトの構成では、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）に光を広く拡散するために、液晶表示への光の利用効率が悪く、また表示画像のコントラストの低下が生じるなどの問題がある。
【０００９】
上記課題に対する対策の１つとして、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。このＢＥＦ（登録商標）は、プリズムの反復的アレイを含んだフィルムである。そのプリズムは光の波長に比較して大きい。このＢＥＦ（登録商標）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。ディスプレイの使用時（観察時）には、ＢＥＦ（登録商標）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（正面）である。プリズム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。
【００１０】
ＢＥＦ（登録商標）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のに役立っている。ＢＥＦ（登録商標）に代表されるプリズム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た特許文献は多数あり、例えば、特許文献１〜３に例示される。しかしながら、上記のような輝度制御部材を用いると、ディスプレイを軸外において目視する時に輝度が急激に低下する。軸外の視聴者に対するこの輝度の急激な低下は、観察可能な視野角を狭めることになり、いくつかの用途において好ましくないことが知られている。
【００１１】
また、ディスプレイによる表示画像とは異なる明暗パターンが生じやすいことや、液晶ディスプレイに適用する場合には、液晶パネルの画素配列との間でモアレが発生しないように、画素の配列周期よりも格段に微細な周期のプリズム配列とする必要があり、製造技術に困難さを伴い、コスト上昇を招くことにもなる。
【００１２】
一方、プリズムではなく、単位レンズの反復的レンズアレイ構造を有する輝度制御部材を用いたバックライトユニットを備える透過型液晶表示装置についての提案が、特許文献４の特開２０００−２８４２６８号公報にあり、その一例に係る構成は、図４に示されるように、液晶表示パネル１２と、この液晶表示パネル１２の背面（直下）側から光を照射する光源手段とを備え、この光源手段には、光源からの光を液晶表示パネルへと導くレンズアレイ層が設けられ、該レンズアレイ層の焦点面（レンズアレイ層のレンズアレイ面とは反対の面）の近傍に開口をもつ該光源手段の遮光部を有することを特徴としている。
【００１３】
特開２０００−２８４２６８号公報の図４に示すように、偏光板１１、１３に挟まれた液晶表示パネル１２が設けられ、その背面（直下）側に、略長方形板状の透明ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等からなるライトガイド７９（導光板）が配設されている。このライトガイド７９の下面には、該ライトガイド７９に導入された光Ｌを効率よく上記液晶パネル１２の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８２が印刷などによって設けられると共に、散乱反射パターン部８２の下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。
【００１４】
ライトガイド７９には、その側端部に沿って光源ランプ７６（エッドライト）が取り付けられており、さらに光源ランプ７６の光Ｌを効率良く、ライトガイド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。
【００１５】
散乱反射パターン部８２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。散乱パターン部８２などで散乱した光Ｌは、ライトガイド７９の上面から出射する。このライトガイド７９の光Ｌの出射側には、輝度制御部材として、複数の単位凸レンズ（あるいはシリンドリカルレンズ）からなるレンズアレイ層１５を配置し、そのレン
ズアレイ層１５を構成する各単位凸レンズの焦点面（レンズアレイ層のレンズアレイ面とは反対の面）の近傍に、各凸レンズ毎に対応する開口１８ａをもつ反射層を兼ねる遮光層１８が配置されている。ライトガイド７９から出射した光Ｌは遮光層１８の開口１８ａ部分のみを通過してレンズアレイ層１５に入射する。遮光層１８の開口１８ａは各凸レンズの焦点近傍に配置してあるため、遮光層１８の開口１８ａの一点から出た光Ｌは、凸レンズの光路によって、ある一定の方向（例えば平行方向）の光Ｌ（平行光）としてレンズアレイ層１５から出射する。そのために遮光層１８の開口１８ａの大きさによってレンズアレイ層１５から出射する光Ｌの方向を決定することができる。
【００１６】
以下に、本発明に関連する公知の特許文献を記載する。
【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２０００−２８４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記のようなエッジライトガイド方式による光源手段の輝度制御部材においは、反射層を兼ねた遮光層１８の遮光率や光反射率が、ライトガイド７９から遮光層１８の開口１８ａを通過して、レンズアレイ層１５に入射する光量を決定する要因となるものであり、遮光層１８の遮光率や光反射率の向上が必要となり、この遮光層を形成する際の層厚が重要となる。
【００１８】
さらに光源手段として、上記のようなエッジライトガイド方式を採用せずに、直下型方式のバックライト・ユニットとして上記のような複数の単位凸レンズによるレンズアレイ層１５により構成される輝度制御部材を採用する場合にも、光源を光拡散層によって均一な面光源（拡散照明光）に変換する必要があるために、光源と輝度制御部材との間に、光拡散層（光拡散板単独、あるいは光拡散フィルムの併用）を介在させた構成が一般的であり、面光源による拡散照明光Ｌが、レンズアレイ層１５の輝度制御部材側に十分な光Ｌの利得を持って入射する場合には、特に遮光層１８の膜厚、即ち遮光率及び光反射率の向上が重要になる。
【００１９】
しかしながら、印刷（コーティング）、転写、フォトリソ等の各種形成手法により形成可能な遮光層の厚さには、限度（せいぜい数十μｍ程度）があり、そのため遮光層を光Ｌが透過する現象が発生して、十分な遮光率及び光反射率が得られない。また、レンズアレイ層１５の各単位凸レンズの光軸に対応する一定の光路の外へ光Ｌが出ることにより、光軸に対応しない光Ｌのロスが生じる。すなわち、レンズアレイ層１５による設計通りの光学特性を奏することが難しくなる。また転写法、フォトリソ法については生産コストも大きくなる。
【００２０】
本発明の課題は、バックライト・ユニットに使用する上記輝度制御部材のような光学シートにおいて、その反射層の光反射率の向上を図ることにより、光学シートを介してライトガイドや面光源からレンズアレイ側に入射する光の利得性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、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、その光学シートの片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズが並列されてなるレンズアレイ層を有し、その他面に、バックライト光源側に面して高い光反射性を有し、且つバックライト光源側に該光源光を反射する所定幅の光反射層を備え、該光反射層は、前記各単位凸レンズの集光部にそれぞれに１：１で対応する所定幅の開口部を有してストライプ状であり、光学シート面に形成した凹部内に光反射性インキを塗布埋設して形成されていることを特徴とする光学シートである。
【００２２】
本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る光学シートにおいて、前記光学シートは、熱可塑性樹脂のプレス成形あるいは溶融押出し成形によるモノリシックな成形体であることを特徴とする光学シートである。
【００２３】
本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２に係る光学シートにおいて、前記光学シートの他面に、光拡散層を備えることを特徴とする光学シートである。
【００２４】
本発明の請求項４に係る発明は、バックライト光源と、該光源から照射される光を受けて拡散透過する光拡散層と、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係る光学シートとからなり、該光学シートの光反射層側を前記光拡散層側に対向させて配置してなり、該光学シートの単位凸レンズそれぞれに１：１で対応する前記開口部は、空気層のみを介して前記光拡散層側に対向してい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】
本発明の請求項５に係る発明は、画素単位で光透過／非透過を切り替え制御することにより表示画像を規定する画像表示素子を、上記請求項４に係るバックライト・ユニットを構成する前記光学シートのレンズアレイ層側に配置したことを特徴とする画像表示ディスプレイである。
【００２６】
本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項５に係る画像表示ディスプレイにおいて、前記画像表示素子が液晶パネルであることを特徴とする画像表示ディスプレイである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による光学シートは、その片面が、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズを並列したレンズアレイ面であり、その他面が、各単位凸レンズの集光部のそれぞれに１：１で対応する開口部とその両側の光反射層とによる平坦面であるレンズアレイ層となっていて、その平坦面の光反射層は、単位凸レンズそれぞれに１：１で対応する開口部を有してストライプ状となっている。
【００２８】
該光学シート（レンズアレイ層）の平坦面側に、バックライト（面光源ユニット又はライトガイド・ユニット）などの照明光源を配置して照明した際には、その照明光は、レンズアレイ面の各単位凸レンズの集光部である反レンズアレイ面の光反射層の開口部から、レンズアレイ層内に入射し、その各凸レンズ光軸に対応する光路に従って、レンズアレイ面から、良好な光利得を以て、そのレンズアレイ面をバックライト・ユニットの照明光面として出射できるようになっている。
【００２９】
また、本発明の光学シートの反レンズアレイ面である平坦面の光反射層側には、前記ストライプ状に対応した凹部が形成されていて、光反射層は、その凹部内に反射性インキ、塗料を塗布形成して構成されているため、前記凹部の深さや、塗布する反射性インキ、塗料の量を調整することにより、容易に且つ低コストで、所望の厚みの光反射層を得ることができる。すなわち、設計通りの反射性インキ、塗料による良好な表面光反射率と、その塗布膜厚の調整による良好な遮光率を伴う光学特性（視域制御）を奏する照明光面を備え
たバックライト・ユニットの実現が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明すれば、図１は、本発明の実施の形態における光学シートの構成を示す側断面図である。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る光学シートは、図１に示すように、片面に、半円柱状の凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズが並列されてなるレンズアレイ面２を有し、他面には平坦面３を有し、該平坦面３には、同図１の下側に該当するバックライト光源（図示せず）側に面して、光反射性の高い表面を有し、該表面に入射した光をバックライト光源側に反射する膜厚ｔの光反射層４を備えていて、レンズアレイ層１を構成している。
【００３２】
前記光反射層４は、このレンズアレイ面２を構成する各単位凸レンズのそれぞれ集光部に１：１で対応した開口部５を有するストライプ状であると共に、反レンズアレイ面である平坦面側に、前記ストライプ状に対応した凹部６内に、光反射性インキ、塗料を塗布形成してなる構成となっている。なお、本発明における光反射層４は、表面反射率だけでなく、良好な遮光性を備える必要があるため、反射層４の形成膜厚ｔを適当な厚さに設定することが適当であり、また使用する光反射性インキ、塗料により良好な遮光性が得られるように配慮することも必要である。
【００３３】
光反射層４は、例えば、白色の酸化チタン微粒子が分散混入された透明樹脂などからなり、レンズアレイ面２の頂点（レンズ山部の頂点）と、平坦面３の開口部５の両端（凹部６に挟まれた凸部）とを結ぶ線が二等辺三角形となっており、凹部６内に反射層４が形成されている。
【００３４】
凹部６の形状（幅、高さ）、及び塗布されるインキ、塗料の量は、搭載される表示装置の画面に求められる観察視野角などに応じて適宜決定される。
【００３５】
本発明の光学シートは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＫ）などの樹脂を用いて、溶融押出し成形法により作製することができる。
【００３６】
図２は、溶融押出し成形法による光学シートの製造方法の一例について、要部の概略を示す説明図である。押出機１１としては、樹脂投入口となるホッパー１２、溶融混練しつつ押出すスクリュー１３、樹脂をシート状に押出すためのＴダイ１４とからなるものが好適に用いられるが、特にこれに限定するものではなく適用可能である。
【００３７】
図示するようにシート状に押出された基材シート１５を、エンボス成形用ロール金型１６、１７の間に導入して、その基材シート１５の一方面には、半円柱状の凸シリンドリカルレンズからなる単位凸レンズが並列されてなるレンズアレイ面２を成形し、他方面には平坦面３と、該平坦面３の単位凸レンズ集光部に対応する位置にストライプ状に凹部６とを成形する。
【００３８】
反射層４の形成方法としては、押出し時の基材シート１５の反レンズアレイ面側である平坦面３の全面に凹部６内を含めて、光反射性インキ、塗料を塗布した後、凹部６内に充填された以外の不要なインキ、塗料を掻き取る（又は拭き取る）方法が望ましい。なお、本発明においては特にこれに限定するものではなく、適宜な手法を適用することは可能である。
【００３９】
図３は、本発明の光学シート１の他の実施の形態を説明するものであり、反射層４を形成する凹部６の側断面形状が、レンズアレイ層１の内方に向かって円弧形状を有する半円弧状となっている。また、反射層４の膜厚ｔをより厚く設定することにより、この反射層４による遮光性を向上させることができる。
【００４０】
本発明における光学シート１の平坦面３に対する反射層４のパターン形成には、凹部６を利用するものであるが、反射層４として凹部６内に充填された反射性インキ、塗料によって、光学シート１（レンズアレイ層）内の規定の光路を通過する光を不用意に遮光したり、その光路を邪魔しない程度であれば、その凹部６の側断面形状や深度などは特に限定されるものではない。
【００４１】
本発明においては、図１、図３に示すような本発明の光学シート１の光反射層４側を、バックライト光源から照射される光を受けて拡散透過する光拡散層側に対向させて配置して、該光学シート１の単位凸レンズそれぞれに１：１で対応する前記開口部５を、空気層のみを介して前記光拡散層側に対向させることにより、ディスプレイ用のバックライト・ユニットとすることができる。
【００４２】
また、本発明においては、画素単位で光透過／非透過を切り替え制御することにより表示画像を規定する液晶パネルなどの画像表示素子を、前記ディスプレイ用のバックライト・ユニットを構成する光学シート１のレンズアレイ面２側に配置することにより、画像表示ディスプレイとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による光学シートの構成を示す断面図。
【図２】溶融押出し成形法による光学シートの製造方法の一例について、要部の概略を示す説明図。
【図３】本発明による光学シートの他の構成例を示す断面図。
【図４】従来技術に係る輝度制御部材を用いたバックライトユニットを備える透過型液晶表示装置の構成例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４４】
１…光学シート
２…レンズアレイ面
３…平坦面
４…反射層
５…集光部
６…凹部
１１…押出し機
１２…ホッパー
１３…スクリュー
１４…Ｔダイ
１５…基材シート
１６、１７…ロール金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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