(57)【要約】【課題】使用中の熱によって光拡散板が熱変形を起こし、液晶パネル方向へ凸型に大きく反り、同時に光学シートの光学素子表面も同方向へ凸型に大きく反り、液晶パネル面に接触しても、互いの表面が円滑に摺動し、光学素子にかかる圧力を逃し、低減することで光学素子の形状潰れを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、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。【解決手段】光源８４からの光が入射する略平面からなる入射面と、その裏面に前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子８０が形成されてなる光学シート１００であり、光学素子８０の表面と液晶パネル７８の背面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ２．０以下となることを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材シートと、
前記基材シートの厚さ方向の一方の面に設けられ光が入射する入射面と、
前記基材シートの厚さ方向の他方の面に設けられ前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子と、
を備える光学シートであり、
前記光学素子の表面と液晶パネル面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数が０よりも大きくかつ２．０以下である、
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学素子がプリズム、もしくはレンズ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、前記光学素子が、熱可塑性もしくは放射線硬化性の樹脂の硬化物からなる光学素子が、前記基材シートの表面上に重合接着して形成されるか、もしくは前記基材シートと一体成形されてな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に何れかに記載の光学シートと、
前記光学シートの前記入射面に、液晶パネルの非視認面側から光を照射する光源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】
請求項４に記載のバックライトユニットと、
前記バックライトの前記光学シートの前記光学素子側に前記液晶パネル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、携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディプレイとして用いられている液晶表示装置用バックライト部材の一つとして適用される光学シートの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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い。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。したがって、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。
【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。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２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３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１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で示すように、視聴者の視覚方向、すなわち視覚方向に対する角度が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。
上記文献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複数の光学素子を形成し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、
前記光学素子は、半円柱状の凸シリンドリカルレンズ群が1方向に並列してなるレンズシートであり、出射面側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である（図４参照）。
【００１０】
図４では、液晶パネル７８の背面にレンズシート６５が配置され、レンズシート６５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源６４からの光は、光反射層６６で反射され、導光板６７側に戻される。そして、導光板６７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６５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。
【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】
液晶ディスプレイのバックライト部材には所望の集光・拡散機能を出すため、一般的に上述したような光学シートの他に、複数の光学シート（拡散シート等）と、これらを支持するための板基材として光拡散板とが単純に重ねて用いられる。この場合の表示装置の側面図を図５に示し、符号７９、８２，８３は拡散板を示し、符号８４は光源、符号８５は反射板を示す。そのため、使用中の光学シート９０は熱による部材の伸縮や筐体の揺れで動き、更に光拡散板８３は熱変形を起こし、液晶パネル７８方向へ凸型かもしくは凹型に大きく反る場合がある。そのため、光学シート９０に歪みやたわみが生じ、表示画像に異常が生じる不具合がある。
【００１２】
以上の事情に鑑み、本出願人は、特許文献５（特願２００７−０３８９３０号公報）に例示される光学シートを提案している。
文献５によれば、上記光学シートにおける光学素子表面に接する別の光学シートとの静摩擦係数を０以上であり、かつ０．２以下と設定することにより、使用中の熱により光学シートが伸縮し、あるいは筐体の揺れによりそれら光学シートが動いても、シート間に摺動特性が備わっているため、円滑に摺動し、光学シートに歪みやたわみが防止され、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を得ることができるというものである。
【００１３】
しかし、現在では、特許文献６（特願２００５−０２２９３５号公報）に例示されるような光拡散層一体型の光学シートを用いる場合、もしくは顧客による光学特性の要望や、光学シートの性能次第では、光学シートの光学素子表面が液晶パネル面と接するように、光学シートを表示装置に組み込むこともある。この場合の表示装置の側面図を図６、７に示す。これらの場合、光拡散板８３が熱変形を起こし、液晶パネル７８方向へ凸型に大きく反ると、光学シートの光学素子表面８０も同方向へ凸型に大きく反り、液晶パネル面７８に接触する。そこで、光学素子表面８０にかかる圧力によって、光学シート９０の歪みやたわみだけでなく、同時に光学素子８０の形状潰れが生じ、同様に表示画像に異常をきたすという不具合が生じる。文献５では光学シート同士の摺れによる歪みやたわみは防止できるが、光学素子表面が液晶パネル面から受ける圧力による光学素子の形状潰れを防止することはできない。
【００１４】
本発明は、上記事情を鑑みて案出されたものであり、本発明の目的は、文献６に追随し、光学シートの光学素子表面と、液晶パネル面の間に摺動特性を備えることにより、光学素子にかかる圧力を逃し、低減することで光学素子の形状潰れを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明は、基材シートと、前記基材シートの厚さ方向の一方の面に設けられ光が入射する入射面と、前記基材シートの厚さ方向の他方の面に設けられ前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子とを備える光学シートであり、前記光学素子の表面と液晶パネル面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数が０よりも大きくかつ２．０以下であることを特徴とする光学シートである。
言い換えると、本発明は、光源からの光を収束、または均一化する機能を有する光学シートにおいて、前記光源からの光が入射する略平面からなる入射面と、その裏面に前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子が形成されてなる光学シートであり、前記光学素子表面と液晶パネル面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ２．０以下であることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学素子がプリズム、もしくはレンズであることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が、熱可塑性もしくは放射線硬化性の樹脂の硬化物からなる光学素子が、前記基材シートの表面上に重合接着して形成されるか、もしくは前記基材シートと一体成形されてなることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１乃至３に何れかに記載の光学シートと、前記光学シートの前記入射面に、液晶パネルの非視認面側から光を照射する光源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。
また、本発明は、請求項４に記載のバックライトユニットと、前記バックライトの前記光学シートの前記光学素子側に前記液晶パネル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】
【００１６】
本発明によれば、光学シートの光学素子表面が液晶パネル表面と接するように、光学シートを表示装置に組み込む場合、使用中の熱によって光拡散板が熱変形を起こし、液晶パネル方向へ凸型に大きく反り、同時に光学シートの光学素子表面も同方向へ凸型に大きく反り、液晶パネル面に接触しても、互いの表面が円滑に摺動し、光学素子にかかる圧力を逃し、低減することで光学素子の形状潰れを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図８はプリズムまたはレンズシートを光学素子として用いた光学シートを備える表示装置を示す側面図であり、図９はレンズシートの裏面に反射層を設けた光学シートを備える表示装置を示す側面図であり、図１０は光拡散層一体型の光学シートを備える表示装置を示す側面図である。
【００１９】
本実施の形態に係る光学シート１００は、図８、図９に示すように、基材シート８１と、基材シート８１の厚さ方向の一方の面に設けられ光が入射するほぼ平面からなる入射面と、基材シート８１の厚さ方向の他方の面に設けられ前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子８０とを備えている。
また、本実施の形態に係るバックライトユニット１２０は、光学シート１００と、光学シート１００の前記入射面に、液晶パネル７８の非視認面側から光を照射する光源８４を備えている。なお、符号８５は反射板を示している。
また、本実施の形態に係るディスプレイ装置１４０は、バックライトユニット１２０と、バックライトユニット１２０の光学シート１００の光学素子８０側に配置された液晶パネル７８を備えている。
光源８４として、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り、図８、図９において符号８２、８３は拡散板を示す。
すなわち、同実施の形態に係る光学シートは、基材シート８１上の照明の出射面側に光学素子８０を配置してなる。基材シート８１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）、アクリルシート、PC（ポリカーボネート）シート等を用いる。光学素子としては、熱可塑性やＵＶ硬化性の樹脂を用いて作成する。
【００２０】
もしくは、光学素子８０と基材シート８１を押し出しや射出成形で一度に作成する（一体成形する）方法もある。
【００２１】
また、光学素子８０にレンズを用いた場合、図９のように入射面側に光反射層８６を設ける場合もある。光反射層８６の有無は必要とする集光機能とコスト、どちらをとるかによって決まる。
【００２２】
光反射層８６を設ける場合は白色顔料、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。
【００２３】
光反射層８６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。あらかじめレンズと反対の面にＵＶ硬化型粘着材を貼合し、レンズ側からＵＶを照射し、その後未硬化の部分に光反射層８６を貼合する。この方法であれば、容易にレンズと反射層を１：１に対応させて配置することができる。
【００２４】
また、光反射層８６は押し出しや射出成形で出射面側に光学素子８０、基材シート８１および他の面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、該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。
【００２５】
また、光学素子８０にレンズを用い、シートの入射面側に光反射層８６を設けた場合、図１０に示し、また、特許文献６（特願２００５−０２２９３５号公報）に例示されているように、光反射層８６の表面と光拡散板８３の表面を接着層８７により固定し、光拡散層一体型の光学シートを作成してもよい。
【００２６】
そして、光学素子８０の表面と液晶パネル７８の背面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ２．０以下となるようにした。
【００２７】
静摩擦係数をこのように設定しておくと、図１１に示すように、使用中の熱で光学素子８０の表面が凸型に反り、液晶パネル７８の背面に接触したときに、互いの表面の間に摺動特性が備わっているため、円滑に摺動し、光学素子８０にかかる圧力を逃し、低減することで光学素子８０の形状潰れが防止される。なお、使用中の熱により、光学素子８０の表面と液晶パネル７８の背面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるため、この条件下での静摩擦係数を設定した。
【００２８】
ここで、静摩擦係数について具体的な説明を行う。まず、静止している物体を動かそうとする際に働く摩擦力を静止摩擦力と呼び、物体の質量が大きい場合、その物体を動かすのにより大きな力を要し、ある限界値以上の力でないと物体は動かない。この物体が静止している限界でかかっている力、すなわち物体が動き出す直前にかかっている力を最大静止摩擦力という。
摩擦力は、垂直荷重に比例し、見かけの接触面積によらず、荷重を P、比例定数を μ とすれば摩擦力 F はF = μP と表すことができる。このときの比例定数μを摩擦係数と呼び、最大静止摩擦力がかかるときの摩擦係数μを、静摩擦係数と呼び、この値は、接触面及び物体の材質や表面状態（凹凸など）によって変わってくる。
【実施例】
【００２９】
光学素子８０として、基材シート８１をなすＰＥＴ基材上にエポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、エポキシのアクリレート等のＵＶ硬化樹脂を配置する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群が１方向に並列してなるレンチキュラーレンズを形成した。
【００３０】
ここで、ＵＶキュアリングによるレンズ成形の際に、ＵＶ光の照射強度を調節することによってレンズの硬化度、及び表面の粘り性を変化させ、レンズシート表面と液晶パネル背面の両面の表面温度が４０℃〜８０℃となるときに、両面が接触したときの静摩擦係数を様々に変化させたレンズシートを作成した。
【００３１】
上記の各レンズシートの光の入射面側に、段落００２３に示した方法により光反射層を設け、光反射層表面と光拡散板表面を接着層により固定し、光拡散層一体型光学シートを作成した。
【００３２】
様々なレンズ表面の粘り性を持った光学シートそれぞれにおいて、レンズ面の液晶パネル面に対する静摩擦係数の測定を行った。方法としては、光学シートと、液晶パネルと同等の表面物性を持つガラスもしくはプラスチック類のシートを下地として用い、恒温槽内で光学シートのレンズ面と下地の表面温度が４０℃〜８０℃となったときに、滑り角測定機を用いて両表面間における静摩擦係数の測定を行った。
【００３３】
上記の表面温度範囲内で、様々な静摩擦係数を示した光学シートを、実際に液晶表示装置のバックライトに組み込み、光源を点灯させて熱をかけ、表示画像及び光学シートの外観観察を行った。その結果、レンズ表面と液晶パネル面の温度が４０℃〜８０℃の範囲内で両面が接したときの静摩擦係数が、表面温度が４０℃〜８０℃の範囲内で２．０よりも大きくなってしまうと、液晶表示装置に組み込んで点灯させた際に、レンズ面が液晶パネル面に接触したときに両表面が摺動しないため、レンズ面に圧力がかかってレンズの形状が潰れ、液晶パネルを通した表示画像にムラが生じ、欠陥不良となってしまう。しかし、表面温度が４０℃〜８０℃の範囲内で両表面間の静摩擦係数が２．０以下となる光学シートでは、表示画像及び光学シートの外観に変化は一切生じず、効果が確認された。結果を図１２に示す。
【００３４】
今回の実施例では、光学素子にレンチキュラーレンズを用い、成形時のＵＶ照射強度によってレンズの硬化度や表面の粘り性を調節し、静摩擦係数を様々に変化させたが、実際は、光学素子の表面形状や材質によって静摩擦係数を変化させることもできる。例えば、材質としてシリコン系添加剤を加えて光学素子の硬化物の滑りを良くすることもできる。
また、今回は光拡散層一体型シートで実験を行ったが、拡散板と光学シートを重ねてバックライトへ組み込んだ場合においても、静摩擦係数を上記の範囲に設定することで、液晶パネル面との接触による圧力を低減して光学素子の形状潰れを防止することができる。
【００３５】
上述したように、本発明によれば、光学シートの光学素子に何れの表面形状や材質を用いたとしても、静摩擦係数を上記のように設定することで、光学シートの光学素子表面が液晶パネル面と接するように光学シートを表示装置に組み込む場合、使用中の熱によって光拡散板が熱変形を起こし、液晶パネル方向へ凸型に大きく反り、同時に光学シートの光学素子表面も同方向へ凸型に大きく反り、液晶パネル面に接触しても、互いの表面が円滑に摺動し、光学素子にかかる圧力を逃し、低減することで光学素子の形状潰れを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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、視角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】光学シートを備える表示装置の側面図。
【図６】光拡散層一体型の光学シートを備える表示装置の側面図。
【図７】光学シートを備える表示装置の側面図。
【図８】本発明に係る光学シートを備える表示装置の側面図。
【図９】本発明に係る反射層付きの光学シートを備える表示装置の側面図。
【図１０】本発明に係る光拡散層一体型の光学シートを備える表示装置の側面図。
【図１１】液晶パネル面と光学素子表面が接する様子を示す説明図。
【図１２】実施例と結果を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
Ｆ・・・視角方向
１・・・部材
２・・・プリズム
３・・・光源
６５・・・レンズシート
６６・・・光反射層
６７・・・導光板側
７８・・・液晶パネル
７９・・・拡散フィルムもしくはＤＢＥＦ
８０・・・光学素子
８１・・・基材シート
８２・・・拡散フィルム
８３・・・光拡散板
８４・・・光源
８５・・・ランプハウス
８６・・・光反射層
８７・・・接着層
９０・・・集光機能を有する光学シート
【図１】
2009075220.tif 000003
【図２】
2009075220.tif 000004
【図３】
2009075220.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009075220.tif 000009
【図８】
2009075220.tif 000010
【図９】
2009075220.tif 000011
【図１０】
2009075220.tif 000012
【図１１】
2009075220.tif 000013
【図１２】
2009075220.tif 000014