(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイのバックライトユニット部材として、ディスプレイ稼動時の内部温度が９０℃付近まで上昇した高温環境下でも正常に機能し、液晶パネルを圧迫する方向への反りを回避する光学部材の提供。【解決手段】光学部材２０は、光源から入射した光を出射する際に方向、範囲、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光制御機能を有する光学シート１３と、光拡散性及び自立性を有する光拡散性シート４とが一体化されて構成されている。光拡散性シート４のガラス転移点（Tｇ）は９０℃以上１８０℃以下である。光学シート１３の線膨張係数は光拡散性シート４の線膨張係数より低く、且つ光拡散性シート４に対する光学シート１３の厚み比率は５％以上２０％以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から入射した光を出射する際に方向、範囲、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光制御機能を有する光学シートと、
光拡散性及び自立性を有する光拡散性シートとが一体化されて構成され、
前記光拡散性シートのガラス転移点が９０℃以上１８０℃以下である、
ことを特徴とする光学部材。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部材において、
前記光学シートの線膨張係数は前記光拡散性シートの線膨張係数より低く、かつ、前記光拡散性シートに対する前記光学シートの厚み比率が５％以上２０％以下である、
ことを特徴とする光学部材。
【請求項３】
請求項１に記載の光学部材において、
前記光学シートと前記光拡散性シートとは接着層若しくは粘着層を介して一体化され、
前記接着層若しくは粘着層は、前記光学シートおよび前記光拡散性シートに平行する透明支持体を介した多層構造となっており、
前記光学シートの線膨張係数および前記透明支持体の線膨張係数は前記光拡散性シートの線膨張係数より低く、かつ、前記光拡散性シートに対する前記光学シートの厚み比率が５％以上２０％以下である、
ことを特徴とする光学部材。
【請求項４】
請求項２または３記載の光学部材において、
前記光学部材は長方形状を呈し、
反り量が前記光学部材の短辺長さの１５％以下となるように設定されている、
ことを特徴とする光学部材。
【請求項５】
請求項４に記載の光学部材において、
加温後に放冷した際に初期形状に戻ろうとする力が働くことで前記光学部材がフラットに近くなって反りが解消されることを特徴とする光学部材。
【請求項６】
請求項４に記載の光学部材において、
加温後に放冷した際の前記光学部材の形状がフラットであることを特徴とする光学部材。
【請求項７】
直下型光源と、請求項１乃至６に記載の光学部材とを少なくとも備えてな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８】
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、冷陰極線管若しくはＬＥＤによる光源と、請求項７に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装置。
【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直下型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部材の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（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。
【０００４】
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、導光板を用いず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。
【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インチ以下の画面サイズの小型液晶表示装置には、低消費電力化が図れ、薄型化の容易なエッジライト方式の採用が主流となり、２０インチ以上の画面サイズの中〜大型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。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。
【０００６】
２０インチ以上の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。
【０００７】
複数本の冷陰極管を並列させた直下型方式バックライトでは、光源としての冷陰極管（CCFT）やLED（Light Emitting Diode）などが、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。
【０００８】
米国３M社の登録商標である輝度強調フィルム（BEF : Brightness Enhancement Film）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。
【０００９】
BEFは、図１、図２に示すように、部材１上に、断面三角形状の単位プリズム２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２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。BEFは、光源３の上に配置され、“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。
【００１０】
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。
【００１１】
プリズム２の反復的アレイ構造が一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。
【００１２】
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２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。
【００１３】
しかしながら、多数のシートを光拡散板上に積層させる現在のバックライトユニット構造においては、液晶ディスプレイの組み立て工程の煩雑化やシートの撚れによる画質の低下などの問題がある。
【００１４】
この問題を解決するために、輝度や視野角制御が可能な光学シートと光拡散板を一体化した光学部材の発明がなされた。
【００１５】
この光学部材はレンズシートの反レンズ面にストライプ状の反射層を有する光学シートと光拡散板を一体化することで、一部材で従来のバックライトユニットと同等以上の性能を提供し、上記の問題を解決するものである。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
現在、ディスプレイ開発において大型化とスリム化の両者が並行して盛んに試みられており、液晶ディスプレイにおいては、スリム化に伴い、液晶パネルやバックライトユニット等ディスプレイを構成する各部材にも薄型化が求められている。
【００１７】
バックライトユニットが薄型化することにより、バックライトユニット内で用いられる光学部材と光源の距離が近くなり、必然的に光学部材にはより高い耐熱性能が求められる。
【００１８】
また、ディスプレイの薄型化により液晶パネルとバックライトユニット間の距離がより狭くなるため、用いる光学部材が加温により液晶パネル側に凸に反る挙動を示すと、画像品質の低下や液晶パネルの破損につながる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、光源から入射した光を出射する際に方向、範囲、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光制御機能を有する光学シートと、光拡散性及び自立性を有する光拡散性シートとが一体化されて構成され、前記光拡散性シートのガラス転移点が９０℃以上１８０℃以下であることを特徴とする光学部材である。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光学部材において、前記光学シートの線膨張係数は前記光拡散性シートの線膨張係数より低く、かつ、前記光拡散性シートに対する前記光学シートの厚み比率が５％以上２０％以下であることを特徴とする光学部材である。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の光学部材において、前記光学シートと前記光拡散性シートとは接着層若しくは粘着層を介して一体化され、前記接着層若しくは粘着層は、前記光学シートおよび前記光拡散性シートに平行する透明支持体を介した多層構造となっており、前記光学シートの線膨張係数および前記透明支持体の線膨張係数は前記光拡散性シートの線膨張係数より低く、かつ、前記光拡散性シートに対する前記光学シートの厚み比率が５％以上２０％以下であることを特徴とする光学部材である。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の光学部材において、前記光学部材は長方形状を呈し、反り量が前記光学部材の短辺長さの１５％以下となるように設定されていることを特徴とする光学部材である。
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の光学部材において、加温後に放冷した際に初期形状に戻ろうとする力が働くことで前記光学部材がフラットに近くなって反りが解消されることを特徴とする光学部材である。
請求項６記載の発明は、請求項４に記載の光学部材において、加温後に放冷した際の前記光学部材の形状がフラットであることを特徴とする光学部材である。
【００２１】
請求項７記載の発明は、直下型光源と、請求項１乃至６に記載の光学部材とを少なくとも備えてな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。
【００２２】
請求項８記載の発明は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する液晶表示素子からなる画像表示素子と、冷陰極線管若しくはＬＥＤによる光源と、請求項７に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装置である。
【発明の効果】
【００２３】
前記の手段を用いることで、内部温度上昇が著しい薄型液晶ディスプレイに用いる際に、ディスプレイ稼動時の光学部材の反りが抑制されることで、表示品位低下や液晶パネル破損の回避が可能であり、所望の光学特性を有すると共に、ディスプレイの組立てが容易になる光学部材の提供を実現する。
【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に基づき詳細に説明する。
図３は、本実施形態による光学部材の一例の構造を示す断面概略図、図４は本発明に係わるバックライトユニットの構造を示す断面概略図、図５は本発明に係わるディスプレイ装置の構造を示す断面概略図であり、各部位の縮尺は実際とは一致しない。
図３に示すように、本実施形態に係わる光学部材２０は、光源から入射した光を出射する際に方向、範囲、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光制御機能を有する光学シート１３と、光拡散性及び自立性（他からの力を借りずに形状を維持できる性質）を有する光拡散性シート４とが一体化されて構成されている。
図４に示すように、本実施形態に係わるバックライトユニット２２は、光学部材２０と、光学部材２０の光拡散性シート４側に設けられた複数の光源１５と、その背面に設けられた反射板１６を含んで構成されている。
図５に示すように、本実施形態に係わるディスプレイ装置２４は、光学部材２０と、光学部材２０の光拡散性シート４側に設けられた複数の光源１５と、その背面に設けられた反射板１６と、光学部材２０の光学シート１３側に設けられた液晶パネル１７を含んで構成されている。この場合は、ディスプレイ装置は液晶表示装置を示すが、ディスプレイ装置はこれに限らず、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイなど画像を光により表示する装置であればその種類は問わない。
【００２５】
光学シート１３は、ポリカーボネート（PC）、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（PET）等からなる基材１１上に熱可塑性若しくはUV硬化樹脂で成形させたレンズ１２が並列してなるレンズシート、若しくは押し出し成形されたレンズシートと、前記レンズシートの反レンズ面（レンズ１３と反対に位置する面）に貼合された感材１０と、レンズ面側からUVを照射することで前記感材が硬化部分と未硬化部分に分かれることを利用した転写法で形成された白反射層８とからなることを特徴とする。
【００２６】
白反射層８間の空間は低屈折率層９が形成されている必要があり、該低屈折率層９が空気からなることで、最も効率的に正面輝度を向上させることが可能になる。また、レンズ１２の形状は半円柱状に限定されるものではない。
【００２７】
光拡散性シート４としては、PC、シクロオレフィンポリマー、アクリル、ポリスチレン（PS）、若しくはこれらの材料を任意の比率で配合した共重合体を材料とする光拡散板や光微拡散板、透明板のうち、ガラス転移点（Tg）が９０℃以上１８０℃以下のものが挙げられる。これはガラス転移点（Tg）が９０℃未満であると、バックライトユニットの薄型化に伴いディスプレイ稼動時の内部温度上昇が著しくなった場合に、歪みや極端に大きな反りが生じることで表示品位の低下につながる点で不利があり、１８０℃を超えると、該当素材では光拡散性若しくは前光線透過率が不十分であり表示品位が低下する点で不利となるためであり、ガラス転移点（Tg）が９０℃以上１８０℃以下であると、加温時の反りや歪みが抑制され表示品位が保たれる点で有利となる。
【００２８】
本実施形態に係る光学部材２０は、光学シート１３と光拡散性シート４とが、当該分野でよく知られた接着剤若しくは粘着剤からなる粘着層若しくは粘着層１４を介して一体化してなる構造である。
【００２９】
前記接着層若しくは粘着層１４は、図３に示すように透明支持体６を介した多層構造からなってもよいし、単層構造からなってもよい。
ここで透明支持体６として、ポリカーボネート（PC）、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（PET）等を素材とするポリマーフィルムなどが用いられる。
【００３０】
光学シート１３の線膨張係数が光拡散性シート４の線膨張係数より低い素材を選択し、且つ光学シート/光拡散シートの厚み比率が５％以上２０％以下となる範囲内に調整することで、加温時に光学部材２０が液晶パネル側に（光拡散性シート１４から光学シート１３に向かう方向に）凸となる反りが発生せず、表示品位の低下や液晶パネルの破損を回避することが可能となる。
あるいは、光学シート１３及び接着層若しくは粘着層１４が多層構造からなる場合に用いる透明支持体６の線膨張係数が光拡散性シート４の線膨張係数より低い素材を選択し、且つ光学シート/光拡散シートの厚み比率が５％以上２０％以下となる範囲内に調整することで、加温時に光学部材２０が液晶パネル側に（光拡散性シート１４から光学シート１３に向かう方向に）凸となる反りが発生せず、表示品位の低下や液晶パネルの破損を回避することが可能となる。
これは厚み比率が５％未満であると、光制御機能性が劣る（光学シートが薄すぎる場合）点や薄型化が困難になる（光拡散シートが厚すぎる場合）点で不利があり、２０％を超えると加温時の反り量が極端に大きくなり、表示品位の低下につながる点で不利となるためであり、５％以上２０％以下となる範囲内であるとバックライトユニットの薄型化に対応しており、ディスプレイ稼動時に装置内部の温度が上昇しても反り量が抑制され、表示品位の低下やパネルの破損を回避できる点で有利となる。
【００３１】
また、光学部材２０は長方形であり、上述の線膨張係数や厚み比率を適宜設定することで、光学部材２０端部の反り量が該光学部材短辺長さの１５％以下に抑えることが可能となり、バックライトユニット２２の薄型化を図る上で極めて有利となる。
また、上述の線膨張係数や厚み比率を適宜設定することで、加温後に放冷した際に初期形状に戻ろうとする力が働くことで光学部材２０がフラットに近くなって反りが解消されることも可能となり、バックライトユニット２２の薄型化を図る上で極めて有利となる。
さらに、上述の線膨張係数や厚み比率を適宜設定することで、加温後に放冷した際の光学部材２０の形状をフラットにすることも可能となり、バックライトユニット２２の薄型化を図る上で極めて有利となる。
【００３２】
光学シート１３及び光拡散性シート４の厚みは、光拡散性シート４が自立性を有し、且つ光学シート/光拡散シートの厚み比率が５％以上２０％以下となる範囲内であれば任意に設定することが可能である。
【実施例】
【００３３】
本発明の効果を示すため、図５に示す構成からなるディスプレイ装置を作成し、８５℃及び９０℃で加温試験を行った。評価は各サンプルの反り量及び表示品位を比較することで行った。
【００３４】
図６に記載のサンプルは、粘着層が単層構造であるか二層であるかを除き、光拡散性シート４の素材以外は同一の素材を用いて作製した。
【００３５】
また、光拡散シート４のガラス転移点（Tｇ）の違いの影響を比較するため、光線膨張係数がほぼ等しい素材の複数の光拡散シート４を含め、光学シート/光拡散シート厚み比率も等しいものを含めた。
【００３６】
本実施例にて作製した光学部材は３７inchディスプレイに対応し、サイズは縦×横が482mm×807mm、厚みは光学シート及び光拡散性シートはサンプル９、１０、１１、１２を除き各々183um及び2.1mmである。レンズシートはUV硬化樹脂の成形により得た。
【００３７】
加温結果を示した図７から、８５℃、９０℃という高温環境下でも反り量が所望の範囲内に収まり、高い表示品位を維持する光学部材及びそれを用いたバックライトユニット及びディスプレイ装置が得られることが分かった。
【００３８】
また、光学シートと光拡散性シートの素材を適切に組み合わせることで、画質の低下や液晶パネルの破損につながる液晶パネルを圧迫する方向の反りを回避できることも示された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】BEFの構成例を示す概略図
【図２】BEFの光学作用を説明するための図
【図３】本発明に係る光学シートの構造を説明するための概略図
【図４】本発明に係わるバックライトユニットの構造を説明するための概略図
【図５】本発明に係わるディスプレイ装置の構造を説明するための概略図
【図６】本発明の効果を示すための実施例試料内容一覧を示す図
【図７】本発明の効果を示すための実施例試験結果を示す図
【符号の説明】
【００４０】
Ｆ…視覚方向、１…部材、２…プリズム、３…光源、４…光拡散性シート、５…第一粘着層、６…透明支持体、７…第二接着層、８…光反射性を有する高屈折率層、９…低屈折率層、１０…感材、１１…レンズ基材、１２…レンズ、１３…光学シート、１４…接着層若しくは粘着層、１５…冷陰極管、１６…ランプハウス、１７…液晶パネル、２０…本実施携帯に係わる光学部材、２２…本実施形態に係わるバックライトユニット、２４…本実施形態に係わるディスプレイ装置。
【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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