(57)【要約】【課題】光学シートの端部に衝撃が加わっても、光学特性の低下を防ぎ、鮮明な表示画像を得るうえでの欠陥不良の発生を抑制することができる。【解決手段】光学シート５は、光源２からの光を集光して液晶パネルに導くとともに、略平面をなす入射面から入射した光を出射する際に方向、範囲、色、および輝度分布の少なくとも１つを制御する光学素子５２が入射面と反対側の出射面に形成されている。光学素子５２は、アクリル系のＵＶ硬化型樹脂からなり、光学素子５２の破断点応力が２０．０ＭＰａ以下となるようにＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で調節し、その調節した照射強度で照射して形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を集光して液晶パネルに導くとともに、略平面をなす入射面から入射した光を出射する際に方向、範囲、色、および輝度分布の少なくとも１つを制御する光学素子が前記入射面と反対側の出射面に形成された光学シートであって、
前記光学素子は、熱可塑性又は放射線硬化性からなり、前記光学素子の破断点応力が２０．０ＭＰａ以下となるように硬化させて形成されることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記光学素子は、アクリル系のＵＶ硬化樹脂からなり、ＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で調節し、該調節した照射強度で照射して形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学シートと、前記光源とを備えていることを特徴とする光学シートを用いたバックライトユニット。
【請求項４】
請求項３に記載のバックライトユニットを備えていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディスプレイとして用いられている液晶表示装置用のバックライト部材として適用される光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置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くなっている。そして、ラップトップコンピュータのような電池式装置では、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ている。そのため、電池式装置では、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を増大させることが望まれており、この問題に対して例えば、米国３Ｍ社製の登録商標である輝度強調フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）が光学シートとして広く使用されている。
【０００３】
ＢＥＦは、部材上に断面三角形状の単位プリズムが一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズムは、光の波長に比較して大きい。ＢＥＦは、軸外からの光を集光し、この光を視聴者に向けて軸上に方向転換、またはリサイクルする。ディスプレイの使用時（観察時）において、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側である。
そして、プリズムの反復的アレイ構造が一方向のみの並列構造となっている場合には、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。
このような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構造については、例えば特許文献１乃至３などに開示されている。
【０００４】
そして、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、屈折作用によって、光源からの光が、最終的には、制御された角度で出射されることによって、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。ところが、同時に反射／屈折作用による光成分が、視聴者の視覚方向に進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう欠点がある。
【０００５】
そこで、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が提案されている。
特許文献４による光学シートは、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複数の光学素子を形成した照明光路制御のための光学シートであって、その光学素子は半円柱状の凸シリンドリカルレンズ群が一方向に並列配置されたレンズシートをなし、その入射面側には光学素子のレンズ部に対応した開口部を有する光反射層を備えている構成となっている。つまり、レンズシートの入射面側に形成された開口部を通ることができなかった光は、光反射層で反射され、レンズシートと光源との間に配置される導光板側に戻される。そして、導光板との界面あるいは導光板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る構成となっている。
【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
【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】
【０００６】
しかしながら、従来のレンズシートでは、以下のような問題があった。
すなわち、レンズシートを構成する光学素子は、所望の光学特性が得られる形状を有するとともに。光学素子に傷や欠陥が無いことが求められている。ところが、図３に示すように、輸送中やバックライトに組み込む作業の際に、レンズシート２０の端部２０ａに衝撃が加わり、その衝撃を受けた部分を起点として光学素子２２が連続的に繋がった状態で剥がれるようにして欠落することにより、光学特性が低下して鮮明な表示画像を得ることができず、製品が欠陥不良品となるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、光学シートの端部に衝撃が加わっても、光学特性の低下を防ぎ、鮮明な表示画像を得るうえでの欠陥不良の発生を抑制することができる光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイ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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る光学シートは、光源からの光を集光して液晶パネルに導くとともに、略平面をなす入射面から入射した光を出射する際に方向、範囲、色、および輝度分布の少なくとも１つを制御する光学素子が入射面と反対側の出射面に形成された光学シートであって、光学素子は、熱可塑性又は放射線硬化性からなり、光学素子の破断点応力が２０．０ＭＰａ以下となるように硬化させて形成されることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る光学シートを用いたバックライトユニットは、上述した光学シートと、光源とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る液晶ディスプレイは、上述したバックライトユニットを備えていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、光学シートを形成する際に、光学素子の破断点応力を２０．０ＭＰａ以下とすることで、光学素子の端部に加わる衝撃に対して、その端部のみが破断することになり、その端部から連続的に繋がった状態で光学素子が剥がれることを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学シートでは、光学素子は、アクリル系のＵＶ硬化型樹脂からなり、ＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で調節し、調節した照射強度で照射して形成されることが好ましい。
【００１３】
本発明では、光学シートを形成する際に、ＵＶ光の照射強度が５００ｍＪ／ｃｍ２未満となってＵＶ硬化度が小さくなりすぎると、例えばロール・ツー・ロール方式で形成した光学シートの表面に粘性が生じて巻き取りが困難になったり、また照射強度が１５００ｍＪ／ｃｍ２より上回ると光学素子の黄色に変色し、所望の光学特性が得られないことから、ＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で照射することで適度なＵＶ硬化度の光学素子を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイによれば、光学シートを輸送する際やバックライトに組み込む作業を行なう際に、光学シートの端部に衝撃が加わった場合であっても、光学素子が端部のみで破断することになり、連続的に繋がった状態で剥がれるようにして欠落することを防ぐことができる。そのため、光学特性の低下を小さくすることができ、鮮明な表示画像を得るうえでの欠陥不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイの実施の形態について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態によるバックライトユニットの概略構成を示す側面図、図２は図１の光学シートの詳細を示す拡大斜視図である。
【００１６】
図１において、符号１０は液晶ディスプレイであり、符号１は液晶ディスプレイ１０内に備えられたディスプレイ用バックライトユニット（以下、「バックライトユニット」と略称する）を示している。
バックライトユニット１には、光源２と、拡散板３と、第１拡散フィルム４と、光学シート５と、第２拡散フィルム６とがその順で液晶ディスプレイ１０の裏側から表示画面側に向けて積層した状態で配置されている。
バックライトをなす光源２は、冷陰極線管などが採用され、複数が並列に配置されてランプハウス２１に収納されている。
【００１７】
光学シート５は、光源からの光を集光して液晶パネルに導くとともに、バックライトユニット１における照明光路制御のためのレンズシートであって、基礎シート５１と、基礎シート５１の光の出射面５１ｂ（光源２側と反対側の面）に設けられた複数の光学素子５２、５２、…と、基礎シート５１の入射面５１ａ（光源２側の面）に設けられた光反射層５３とからなる。
【００１８】
図２に示すように、光学素子５２、５２、…は、光源２からの光の入射面５２ａ側が略平坦であり、非入射面側である出射面５２ｂ側において半円柱状の凸シリンドリカルレンズ群が一方向に並列して形成されたものである。この光学素子５２は、入射面から入射した光を出射する際に方向、範囲、色、および輝度分布の少なくとも１つを制御するようになっている。
なお、図２では、光反射層５３が省略された図になっている。そして、図１に示す光反射層５３は、出射面側のレンズ部に対応した開口部５３ａを有している。
【００１９】
基材シート５１の素材としては、当該技術分野で周知のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、アクリルシート、ＰＣ（ポリカーボネート）シート等を用いる。
光学素子５２は、アクリル系のＵＶ硬化型樹脂からなり、光学素子５２の破断点応力が２０．０ＭＰａ以下となるようにＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で調節し、その調節した照射強度で照射して形成されている。
【００２０】
光反射層５３には、白色顔料や金属蒸着層などの高反射率で光吸収の少ないものを用いることが好ましい。白色顔料としては、周知の二酸化チタン、硫酸バリウム、及び酸化マグネシウムなどを用いることができ、金属蒸着層としては銀などを用いることができる。
【００２１】
また、光反射層５３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。すなわち、予め基材シート５１の光学素子５２と反対側の面（入射面５１ａ）にＵＶ硬化型粘着材を貼り、光学素子５２側からＵＶを照射し、その後未硬化の部分に光反射層５３を貼り合わせる。この方法であれば、容易に光学素子５２のレンズ部と光反射層５３とを１：１に対応させて配置することができる。
【００２２】
また、光反射層５３は、押し出し成形や射出成形で出射面側に光学素子５２、基材シート５１および他の面に凹凸をつけた光学シートを一体化して成形したのち、そ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。
【００２３】
このように、光学シート５において、光学素子５２の破断点応力を２０．０ ＭＰａ以下となるように設定しておくことで、光学シート５の輸送時やバックライト（光源２）への組み込み時に、光学シート５の端部に衝撃が加わっても、光学素子５２の端部５２ｃ（図２参照）の部分のみで破断することになり、連続的に繋がった状態で剥がれるようにして欠落することを防止することができる。つまり、光学素子５２がその端部５２ｃの部分のみで破断すれば、鮮明な表示画像を得るうえでの不具合が生じるような光学シート５の表面上での欠陥不良となることを抑制することができる。
【００２４】
（実施例）
次に、上述した光学シート５をＵＶ光の照射強度を変えて作成した実施例について、図面に基づいて説明する。
本実施例では、図１及び図２に示す光学素子５２として、ＰＥＴからなる基材シート５１上にＵＶ硬化性のアクリル樹脂を配置するＵＶキュアリング成型法によって半円柱状の凸型シリンドリカルレンズを形成した。このときの光学シート５の寸法は、基材シート５１の厚みＤ１を７５μｍとし、光学素子５２のピッチＤ２を１４０μｍ、及び高さ寸法Ｄ３（厚さ寸法）を７６μｍとした（図２参照）。
【００２５】
ここで、表１は、ＵＶ光の照射強度（ｍＪ／ｃｍ２）に対する、レンズの破断点応力（ＭＰａ）、レンズの欠落による不良箇所発生率（％）、判定結果について示したものである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
ＵＶキュアリングによる光学シート５の成形は、ロール・ツー・ロール方式を採用し、ＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で調節し、２００ｍＪ／ｃｍ２ごと（つまり、５００、７００、９００、１１００、１３００、１５００ｍＪ／ｃｍ２）にレンズの硬化度を変化させて様々な光学素子５２の破断点応力（ＭＰａ）を有する光学シート５を作成した（表1参照）。そして、基材シート５１の光の入射面５１ａ側には、上述した方法により光反射層５３を設けた。
【００２８】
なお、ＵＶ光の照射強度が５００ｍＪ／ｃｍ２を未満となる場合には、光学素子５２の硬化度が小さすぎるために光学素子表面に粘着性が生じることから、ロール状にして巻き取ることが困難になるという欠点がある。これに対して、ＵＶ光の照射強度が１５００ｍＪ／ｃｍ２を上回ると、光学素子が黄色に変色して所望の光学特性が得られないという不具合が生じることが確認された。
【００２９】
次に、光学素子５２の破断点応力は、上記にて作成した光学シート５（表１に示す実施例１〜６）において、光学素子５２をＰＥＴの基材シート５１に沿って剥がすようにして剥離させ、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍの寸法にカットしたサンプルを５０ｍｍ/ｍｉｎの速度でテンシロン引張試験機によって引っ張り、破断する時の応力を測定した（表１参照）。
【００３０】
そして、実施例１〜６の光学素子５２の破断点応力を持った光学シート５において、それぞれの光学シート５を１００枚ずつ重ねて梱包し、振動試験を行った後に各光学シート５の外観観察を行い、光学素子５２の連続的な欠落の有無を確認した。
その結果、表１に示すように、光学素子５２の破断点応力が２０ＭＰａを超える実施例１、２、３の光学シートでは、光学素子５２の欠落による不良発生率がそれぞれ５０％、３５％、１０％であるのに対して、光学素子５２の破断点応力が２０．０ＭＰａ以下の実施例４、５、６の光学シートでは、光学素子５２の欠落は発生していないことが確認された。したがって、光学素子５２の作成時には、破断点応力が２０．０ＭＰａ以下となるようにＵＶ光の照射強度を５００〜１５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で調節して照射するものとされる。
【００３１】
なお、ＵＶ光の照射強度と破断点応力との関係は、例えば光学素子５２の高さ寸法Ｄ３（図２参照）によって変化するものであることから、その光学素子５２の形状に応じて上述した破断点応力となるように適切な照射強度を設定する必要がある。
【００３２】
上述のように本実施の形態による光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイでは、光学シート５を輸送する際やバックライトに組み込む作業を行なう際に、光学シート５の端部に衝撃が加わった場合であっても、光学素子５２が端部５２ｃのみで破断することになり、連続的に繋がった状態で剥がれるようにして欠落することを防ぐことができる。そのため、光学特性の低下を小さくすることができ、鮮明な表示画像を得るうえでの欠陥不良の発生を抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明による光学シートとそれを用いたバックライトユニット、液晶ディスプレイの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では光学素子５２としてアクリル系のＵＶ硬化型樹脂を使用しているが、このような材料に限定されることはない。例えば、光学素子には、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、アクリルニトリルスチレン共重合体、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等の熱可塑性や放射線硬化性の樹脂を採用することができる。
【００３４】
また、本実施の形態では光源２に冷陰極線管を採用しているが、これに制限されることは無く、例えばレーザー、ＥＬ、ＬＥＤによる光源を用いてもかまわない。また、光源は、直下型方式のみならず、エッジライト方式と導光板との組み合わせによる面光源であってもよい。
【００３５】
また、本実施の形態では基材シート５１の入射面５ａ側に光反射層５３を設けた構成としているが、この光反射層５３を設けない構造であってもかまわない。
さらに、本実施の形態では光学素子５２にレンズシートを使用しているが、例えばプリズムシートを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態によるバックライトユニットの概略構成を示す側面図である。
【図２】図１の光学シートの詳細を示す拡大斜視図である。
【図３】従来の光学シートの欠落状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  バックライトユニット
２  光源
３  拡散板
５  光学シート
１０  液晶ディスプレイ
５１  基材シート
５２  光学素子
５２ａ  入射面
５２ｂ  出射面
５２ｃ  端部
５３  光反射層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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