(57)【要約】【課題】輸送やバックライトに組み込んで使用する際の上下シート擦れによる制御要素の欠け、潰れを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な形態維持性に優れた光学シート、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２４は、基材シート２２、制御要素、反射層２３を含んで構成されている。制御要素は基材シート２２の出射面２２Ｂに設けられ、制御要素は、入射面２２Ａから入射した光を出射する際に方向、色、範囲、輝度分布の少なくともいずれかを制御するものであり、本実施の形態では、制御要素はレンズ２１である。光反射層２３は基材シート２２の入射面２２Ａに設けられ、光反射部２３Ａと光透過部２３Ｂとを含んで構成されている。制御要素の常温(17〜27℃)のヤング率は0.2以上3gpa以下の範囲にある。【選択図】図５
2009085986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ用照明光路制御に用いられる光学シートであって、
前記光学シートの厚さ方向の一方の面が、光源からの光が入射される入射面とされ、
前記光学シートの厚さ方向の他方の面に、前記入射面から入射した光を出射する際に方向、色、範囲、輝度分布の少なくともいずれかを制御する制御要素が設けられ、
前記制御要素の常温(17〜27℃)のヤング率が0.2以上3gpa以下の範囲にある、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
請求項1記載の光学シートにおいて、前記制御要素が凸シリンドリカルレンズ、又は半球状凸レンズ、もしくはプリズムであることを特徴とする光学シート。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学シートにおいて、
前記制御要素が前記入射面側に対して集光機能を有し、
前記入射面に、前記制御要素による集光部分に光を透過させる光透過部が位置し、非集光部分に光を反射させる光反射部が位置した光反射層が設けられている、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項４】
請求項１乃至３に何れか１項記載の光学シートと、前記光学シートの入射面側に配置された光源とを備えることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項５】
画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像素子と、請求項４記載のバックライトユニットとを備え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、テレビ、パソコン等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に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のように、自発光しない表示装置には照明装置が必要になる。また、表示装置には年々高輝度化、薄型化が求められてきている。そこで、このような自発光しないディスプレイのバックライトユニットには照明装置からの光を制御し、正面に光を集めるような光学シートが使われている。現在はこの照明光路制御に使用される光学シートとして、プリズムシートが主に使用されている。
【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。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は、例えば特許文献１乃至３のように多数ある。
【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。
従って、図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に点線Ｂ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°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。
【０００９】
以上の事情に鑑み、本出願人は、ＢＥＦに代表されるプリズムシートの代替製品として、特許文献４に例示される光学シートを提案している。
上記公報による光学シートは、照明光源からの光の入射面側が略平坦であり、非入射面側である出射面側に形成された単位レンズ群からなるレンズ部を有するレンズシート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のための光学シートにおいて、前記レンズシートは、出射面側のレンズ部に対応した開口部（光透過部）を有する光反射層を備えている構成である。（図４参照）
【００１０】
図４に示すように、このレンズシートは、例えば、導光板ライトガイド方式のバックライトユニットを用いた液晶表示装置に適用され、上部に偏光板１１、１３で挟まれた液晶パネル１２が配置され、その下方に、拡散フィルム１４、レンズシート１５、導光板７９、反射フィルム７７が配置され、導光板７９の側端部に光源ランプ７６、ランプリフレクター８１が配置され、レンズシート１５には光反射層１８が設けられている。
そして、レンズシート１５の入射面側に形成された光反射層１８の開口部（光透過部）を通ることができなかった光は、光反射層１８で反射され、導光板７９側に戻される。そして、導光板７９との界面あるいは導光板７９内での反射を繰り返した後、いずれは開口部を通ってレンズシート１５に再度入射し、出射角度を所定角度内に制御された後に出射され、図３に実線Ａで示すような光強度分布が得られる。
【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
【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】
【００１１】
上記のレンズシート１５は、所望の光学特性を示すパターンを有すること、およびパターンに異物や傷がないことが求められる。しかし実際は輸送中やディスプレイ装置に組み込んで使用する際に上下のシートと擦れるため、レンズシート１５に傷・欠けが生じたり、潰れが生じたりしてしまう。その結果、ディスプレイに組み込んだ際、ディスプレイの表示品位が低下する。具体的には、欠けたレンズ部が異物として残る、又は、つぶれたレンズ部がシミのように見えるといった問題が生じる。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上記構成のレンズシート１５のヤング率を制御することにより、輸送・ハンドリング時に不良が生じにくく、形態維持性に優れた光学シート及びそれを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
すなわち請求項1の発明は、ディスプレイ用照明光路制御に用いられる光学シートであって、前記光学シートの厚さ方向の一方の面が、光源からの光が入射される入射面とされ、前記光学シートの厚さ方向の他方の面に、前記入射面から入射した光を出射する際に方向、色、範囲、輝度分布の少なくともいずれかを制御する制御要素が設けられ、前記制御要素の常温(17〜27℃)のヤング率が0.2以上3gpa以下の範囲にあることを特徴とする光学シートである。
請求項２の発明は、請求項1記載の光学シートにおいて、前記制御要素が凸シリンドリカルレンズ、又は半球状凸レンズ、もしくはプリズムであることを特徴とする光学シートである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記制御要素が前記入射面側に対して集光機能を有し、前記入射面に、前記制御要素による集光部分に光を透過させる光透過部が位置し、非集光部分に光を反射させる光反射部が位置した光反射層が設けられていることを特徴とする光学シートである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３に何れか１項記載の光学シートと、前記光学シートの入射面側に配置された光源とを備えることを特徴とするバックライトユニットである。
請求項５の発明は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像素子と、請求項４記載のバックライトユニットとを備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御要素のヤング率を制御することにより、輸送・ハンドリング時に不良が生じにくく、形態維持性に優れた光学シート、およびそれを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図５は、本発明の実施の形態に係る光学シートの一例を示す側面図である。
【００１７】
すなわち、同実施の形態に係る光学シート２４は、基材シート２２、制御要素、反射層２３を含んで構成されている。
光学シート２４は、例えば、図４の液晶表示装置のレンズシート１５に代えて使用されるものであり、光学シート２４は導光板ライトガイド方式のバックライトユニットに限定されず無論導光板を用いない直下型方式のバックライトユニット、液晶表示装置にも適用され、さらに表示装置は液晶表示装置に限定されず、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像素子を用いるその他の形式の表示装置に広く適用され、液晶パネルの非視認面側から光を照射する光源としては、冷陰極蛍光ランプ、ＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザーなどが使用可能である。
基材シート２２は、厚さ方向の一方の面が、光源からの光が入射される入射面２２Ａとされ、厚さ方向の他方の面が、入射面２２Ａに入射した光が出射される出射面２２Ｂとされる。
制御要素は基材シート２２の出射面２２Ｂに設けられ、制御要素は、入射面２２Ａから入射した光を出射する際に方向、色、範囲、輝度分布の少なくともいずれかを制御するものであり、本実施の形態では、制御要素はレンズ２１である。
光反射層２３は基材シート２２の入射面２２Ａに設けられ、光反射層２３は、レンズ２１による集光部分に位置し光を透過させる光透過部２３Ｂと、非集光部分に位置し光を反射させる光反射部２３Ａとを含んで構成されている。
【００１８】
基材シート２２の素材としては、当該技術分野で良く知られているPET（ポリエチレンテレフタラート）、アクリル、ポリカーボネート等を用いる。基材シート２２の厚みに関しては、製造プロセスにより決められ、50μm以下だとシワが出てしまうので、それ以上の厚みである必要がある。
【００１９】
レンズ２１としては、当該技術分野で良く知られている紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂などを用いる。レンズピッチは10μm以上300μm以下であることが望ましい。レンズピッチが10μm未満であると金型切削が困難であり、所望の光学特性を満足する充分なレンズ成型精度が得られず、300μmを超えるとレンズ高さが高くなり薄型化が困難であり、レンズ内に泡噛みなどの成型上の不都合を生じる。
【００２０】
上記紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂の代表的なものとして、分子中にアクリロイル基を有する紫外線硬化型樹脂であり、エポキシアクリレート系，ウレタンアクリレート系，ポリエステルアクリレート系，ポリオールアクリレート系のオリゴマー、ポリマーと単官能・２官能・あるいは多官能重合性（メタ）アクリル系モノマー、例えばテトラヒドロフルフリルアクリレート，２−ヒドロキシエチルアクリレート，２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート，ポリエチレングリコールジアクリレート，ポリプロピレングリコールジアクリレート，トリメチロールプロパントリアクリレート，ペンタエリトリトールトリアクリレート，ペンタエリトリトールテトラアクリレートなどのモノマー、オリゴマー、ポリマーなどの混合物が使用される。
【００２１】
また、紫外線硬化型樹脂に配合されるものとして、光重合開始剤、例えばベンゾフェノン，ジエチルチオキサントン，ベンジルジメチルケタール，２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン，１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン，２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モリフォリノプロパン−１，アシルホスフィンオキサイドなどがあるが、光重合開始剤は１００％反応するわけではなく、未反応のものが成形されたレンズの性能に悪影響を及ぼすことから、０．１〜７重量％の範囲、好ましくは０．５〜５重量％で、未硬化部が残らない程度に添加量をとどめるべきである。
【００２２】
また、必要に応じて、希釈剤が用いられることもあり、有機溶剤、例えばアセトン，エタノール，メタノール，酢酸エチル，クロロホルム，四塩化炭素，テトラヒドロフラン，シクロヘキサン，ジエチルエーテル，メチルエチルケトン，トルエン，ベンゼンなどが使用される。
【００２３】
さらに、その他添加されるものとして、紫外線吸収剤，光安定剤，界面活性剤，消泡剤，帯電防止剤，酸化防止剤，難燃剤などがあるが、これらの添加剤は、成形されるレンズの性能に悪影響を及ぼさないものや、悪影響を及ぼさない程度の添加量でなければならない。
【００２４】
またレンズ２１に熱可塑性樹脂を用いる場合は、アクリルニトリルスチレン共重合体樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂、またはプロプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアセタール樹脂等の熱可塑性樹脂が使用できる。
【００２５】
一方、光反射層２３としては白色顔料、金属蒸着層を用い高反射率で光吸収の少ないものを選択することが好ましい。白色顔料としては、当該技術分野で良く知られている二酸化チタン、硫酸バリウム、及び酸化マグネシウム、金属蒸着層としては銀などを用いる。
【００２６】
光反射層２３は、UV硬化型粘着材を使用した転写法で作成することもできる。あらかじめレンズ２１と反対の光入射面２２ＡにUV硬化型粘着材を貼合し、レンズ２１側からUVを照射し、その後未硬化の部分に光反射層を貼合し、レンズ２１による集光部分に光を透過させる光透過部２３Ｂが位置し、非集光部分に光を反射させる光反射部２３Ａが位置した光反射層２３が得られる。この方法であれば、容易にレンズ２１と光反射層２３を１：１に対応させて配置することができる。
【００２７】
また、光反射層２３は射出成形で出射面側にレンズ２１、基材シート２２の入射面２２Ａに凹凸をつけたレンズシートを一体化して成形したのち、他の面の凹凸を利用して光反射性を示すインキをパターン状に塗布する方法で作成することもできる。
【００２８】
ここで光学シート２４の欠け、潰れを防止するために、常温(17〜27℃)のヤング率が0.2以上3gpa以下の材料を用いてレンズ２１を形成した。
【００２９】
レンズ２１の常温のヤング率を0.2以上3gpa以下とすることにより、形態維持性に優れた光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することができる。
（実施例）        
【００３０】
75μmの厚さのPET基材シート２２上に紫外線硬化樹脂を配置するUVキュアリング成型法によって、制御要素としてレンズピッチ140μm、レンズ高さ76μmの凸シリンドリカルレンズを形成した。
【００３１】
このレンズ部を構成する材料、触媒、希釈剤、開始剤等からなる組成物、および紫外線照射線量等を制御することにより、様々なヤング率を持つ37インチのレンズシートを作成した。
【００３２】
レンズ部のヤング率の測定はウルトラミクロトームにてレンズが伸びる方向に対して、垂直な断面出しを行った後、微小硬度測定器（Nano  Indenter）を用いて行った。押し込み深さは500nmで行い、このときの除荷曲線からヤング率を算出した。
測定は各サンプル6回ずつ行った。除荷曲線の一例を図6に示す。
【００３３】
様々なヤング率を持つレンズシートを100枚ずつ積層梱包し、振動試験を実施した後、外観を確認した。振動試験の条件は振動数5〜50Hz、加速度1.0Gとしてx方向（レンズシートの短辺と平行する方向）に20分、y方向（レンズシートの長辺と平行する方向）に20分、z方向（レンズシートの厚さ方向）に70分行った。
【００３４】
外観確認の結果、0.2以上3gpa以下の範囲内にヤング率を調整したサンプルは欠け・潰れなどの不良の発生は無く、0.2以上3gpa以下の範囲から外れるサンプルについては外観不良が生じた。
0.2gpaを下回るサンプルは潰れが生じ、3gpaを上回るサンプルは欠けが生じた。
【００３５】
振動試験後の外観確認の結果を図7に示す。
【００３６】
また、3gpa周辺のヤング率を有するサンプルについては、ハンドリング時に傷が付きやすいという懸念があるため、スクラッチ試験を行い、表面のこすれに対する評価を実施した。スクラッチ試験はサンプル表面を手の爪の甲の部分で10往復こすった後（100mmの区間）、表面を観察し、傷の有無を確認した。
【００３７】
スクラッチ試験の結果、3gpaを上回るサンプルには擦れ傷が生じ、3gpaを下回るサンプルには異常は見られなかった。
【００３８】
スクラッチ試験の結果を図8に示す。
【００３９】
レンズ形状違い（半球状凸レンズ、頂角90°の三角プリズムレンズ）でもほぼ同様の結果となり、0.2〜3gpaの範囲内にヤング率を調整することの効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】BEFの構成例を示す斜視図
【図２】BEFの光学作用の説明図
【図３】BEFの視覚方向に対する角度に対する光強度分布を示す説明図
【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】光学シートの一例を示す側面図
【図６】除荷曲線の一例
【図７】実施例の輸送試験結果を示す図
【図８】実施例のスクラッチ試験結果を示す図
【符号の説明】
【００４１】
F…視覚方向
70…部材
72…プリズム
20…光源
11、13…偏光板
12…液晶パネル
14…拡散フィルム
15…レンズ層
18…遮光層
76…光源ランプ
77…反射フィルム（反射層）
79…導光板
81…ランプリフレクタ
82…散乱反射パターン
21…光学素子
22…基材
23…光反射層
【図１】
2009085986.tif 000003
【図２】
2009085986.tif 000004
【図３】
2009085986.tif 000005
【図４】
2009085986.tif 000006
【図５】
2009085986.tif 000007
【図６】
2009085986.tif 000008
【図７】
2009085986.tif 000009
【図８】
2009085986.tif 000010