CN101793382A - 光学片及使用该光学片的背光单元 - Google Patents

Abstract

提供一种光学功能，尤其是光扩散功能、光线往法线方向的变角功能及其控制功能特别高的光学片及使用其的背光单元。本发明，是一种具备有表面具有光反射性的片状基材、以及从此基材的上面贯通至下面具有形成于上面侧的出光部与形成于下面侧的入光部的多个光导孔的光学片。上述光导孔的出光部的平均面积(S₁)相对入光部的平均面积(S₂)的面积比(S₁/S₂)可在1以上、10000以下，出光部的填充率可在70％以上、100％以下。上述基材的平均厚度较佳在5μm以上、5mm以下，上述出光部的平均面积(S₁)则较佳在25μm²以上、25mm²以下。

Description

光学片及使用该光学片的背光单元

技术领域

本发明是关于一种具有光扩散、光线往法线方向的变角等光学诸功能，尤其是适用于液晶显示装置用的背光单元的光学片及使用该光学片的背光单元。

背景技术

液晶显示装置，一般为从背面照射液晶层的背光方式，是在液晶层的下面侧装设边光型(侧光型)、直下型等的背光单元。所述边光型的背光单元70，一般如图11a所示，是具备有作为光源的棒状灯源71、端部沿着此灯源71配置而成的方形板状导光板72、积层于此导光板72的表面侧的多个片光学片73。此光学片73，为具有折射、光扩散等特定光学功能者，具体而言，具有(1)设置在导光板72的表面侧，主要具有光扩散功能、聚光功能的微透镜片(microlens sheet)74，(2)设置在微透镜片74的表面侧，主要具有往法线方向侧的折射功能的棱镜片75等。

若对此背光单元70的功能进行说明，则首先从灯源71入射于导光板72的光线，于导光板72背面的反射点(reflective dot)或反射片(未图示)及各侧面被反射，然后从导光板72表面射出。从导光板72所射出的光线，入射于微透镜片74，于设置在表面的微透镜界面扩散，然后射出。然后，从微透镜片74所射出的光线入射于棱镜片75，通过形成于表面的棱镜部76，以朝略正上方具有波峰的分布的光线的形式射出。背光单元70，即是一种如上述方式从灯源71射出的光线通过光学片73扩散，以朝略正上方具有波峰的方式折射，然后进一步照明上方未加以图示的液晶层整面。

又，虽然未加以图示，但是亦有考量上述导光板72的导光特性、光学片73的光学功能等，而设置更多微透镜片、棱镜片等的光学片73的背光单元。

上述以往的微透镜片74，一般如图11b所示，是在表面具备有由多个微透镜所构成的微透镜阵列77，背面则呈平面形状(例如，参照特开2004-191611号公报等)。以此种方式设置在微透镜片表面的此微透镜界面，可使从灯源所发出的光线往正面侧聚光、扩散及往法线方向侧变角等。

然而，此微透镜片的聚光、光扩散、往法线方向变角等的光学功能，由于是取决于表面形状及折射率，因此在功能的提升上有一定的界限。尤其是直下型背光，当光学片的光扩散功能不充分时，灯源影像(lamp image)的消除效果小，存在灯源影像出现于液晶萤幕表面的不良情形。因此，于以往的背光单元70，尽管高价且处理困难，亦须具备多片的光学片。如此具备有多片的光学片的情形，存在液晶显示装置的亮度下降的不良情形，且亦会阻碍背光单元的薄型化。又，为了控制光线的射出方向，而必须调整微透镜的表面形状，但是此调整及通过此调整来控制射出方向，在技术上并不容易。

[专利文献1]日本特开2004-191611号公报

发明内容

本发明是有鉴于此等的不良情形而完成，提供一种光学功能，尤其是光扩散功能、光线往法线方向的变角功能及其控制功能特别高的光学片及使用该光学片的背光单元。

为了解决上述课题所完成的发明，是一种光学片，具备：

表面具有光反射性的片状基材、以及

从此基材的上面贯通至下面，具有形成于上面侧的出光部与形成于下面侧的入光部的多个光导孔。

根据所述光学片，从位于基材下面侧的光导孔的入光部入射于光导孔的光，会在入射于光导孔的壁面时，于所述光学片的法线方向发生反射，而从出光部射出，因此可有效地将光线拉向法线方向。又，根据所述光学片，未从入光部进入的光线，亦会被基材下面所反射，通过被设置在所述光学片的下面侧的反射片反射，而可再次被利用，且可提高光扩散性。因此根据所述光学片，可提高正面亮度，降低光线的损失，且因多次的反射，扩散性及均匀性将会提高，而可提高光源的灯源影像的消除效果，并且可照射具有广视角的射出光，更可降低射出光的亮度不均匀。

上述光导孔的出光部的平均面积(S₁)相对于入光部的平均面积(S₂)的面积比(S₁/S₂)，可在1以上、10000以下。根据所述光学片，通过使光导孔的出光部及入光部具有上述面积比，可容易控制自出光部所射出的光线的扩散性及定向性。

上述出光部的填充率，可在70％以上、100％以下。根据具有此种出光部的填充率的所述光学片，可抑制光损失而从出光部射出来自背光的光线，又由于可自所述光学片的上面整面均匀地射出，故可提高正面亮度且可降低亮度不均匀。

上述基材的平均厚度(h)，可在5μm以上、5mm以下。根据具有此种基材的平均厚度(h)的所述光学片，不仅可因应光学单元的薄型化的要求，而且还可发挥高光学功能。

上述出光部的平均面积(S₁)，可在25μm²以上、25mm²以下。根据具有上述范围的出光部的所述光学片，一面可确保一定的基材强度及控制功能，一面可提高射出光的亮度且降低亮度不均匀。

上述出光部及入光部，可为圆形、椭圆形、正方形、菱形或长方形其中的一种形状。通过使出光部及入光部具有上述形状，可提高出光部与入光部的面积及其填充率，其结果，可提高亮度且易于控制。并且，通过使开口部具有椭圆、正方形、菱形或长方形的形状，可使射出光具有扩散异向性。

上述光导孔的壁面的倾斜角，较佳为自入光部至出光部具有固定、渐增或渐减的构造。通过使光导孔的壁面的倾斜角具有上述构造，可极为有效地使光线变角于法线方向，且可容易地控制定向性。

上述基材的表面的反射率较佳在50％以上。以此方式通过使基材整面具有高反射率，除了可减少来自光源的光的损失，高效率地利用光之外，而且因可进行多次的反射，而可提升扩散性及面均匀性，降低亮度不均匀。

连接出光部的中心点(R₁)与入光部的中心点(R₂)的中心线可垂直于基材平面。以此方式，通过使光导孔贯通于垂直基材的方向，可极为有效地使光源所发出的光线变角于法线方向。

或者，连接出光部的中心点(R₁)与入光部的中心点(R₂)的中心线亦可相对于基材平面呈倾斜。以此方式，通过使光导孔贯通于相对基材为倾斜的方向，可将光源所发出的光线的射出角度调整于任意方向。

上述光导孔的设置图案，较佳为正三角形格子图案或正方形格子图案。此正三角形格子图案及正方形格子图案，由于可较为密集地设置光导孔，因此可轻易地提高所述光学片的光导孔及其出光部填充率，而可显著提升光扩散、往法线方向的变角等光学功能。

于包含上述中心线的任意平面的光导孔的剖面，将出光部与壁面相交的两顶点设为点A与点B，将入光部与壁面相交的两顶点中，与点A邻接的侧的顶点设为点C，与点B邻接的侧的顶点则设为点D，且将点A相对直线CD的铅垂点设为点E及将点B相对直线CD的铅垂点设为点F，当使∠ACE＝θ，∠BDF＝θ’，∠ADE＝φ及∠BCF＝φ’时，θ及θ’可恒在60°以上、90°以下，φ及φ’则可恒在30°以上、90°以下。

根据各光导孔的θ、θ’、φ及φ’在上述范围的所述光学片，通过使入射于光导孔的大部分的光线入射至壁面，可使光线反射于法线方向，因此可从出光部射出具有极高的正面亮度的光线。

或者，上述θ及θ’亦可恒在30°以上、60°以下，上述φ及φ’亦可恒在20°以上、60°以下。根据各光导孔的θ、θ’、φ及φ’在上述范围的所述光学片，由于使光导孔的壁面的斜度小，可使得入射至壁面的光线往法线方向的反射角变小，而可从出光部射出广视角且扩散性高的光线。

上述θ、θ’、φ及φ’，较佳为恒满足|θ-θ’|≤5°且|φ-φ’|≤5°。θ、θ’、φ及φ’在上述范围的光导孔，由于对称性高，因此根据所述光学片，在光的扩散方向及往法线方向的射出方向具有等向性，正面亮度高，可射出往法线方向的定向性优异的光线。

亦可以各光导孔的θ的最大值与最小值的差或上述φ的最大值与最小值的差在10°以上、50°以下的方式，来形成光导孔。根据具有于上述范围θ或φ具有幅度的光导孔的所述光学片，可产生光线的扩散异向性。

将各光导孔中θ为最大时的包含上述中心线1的平面设为平面α，θ设为θ_α及φ设为φ_α，于包含上述中心线且与平面α正交的平面β的光导孔的剖面中，在将θ设为θ_β及将φ设为φ_β时，θ_α、θ_β、φ_α及φ_β较佳为满足10°≤θ_α-θ_β≤50°或20°≤φ_α-φ_β≤60°。

具有满足上述关系式的光导孔的所述光学片，由于可通过纵方向与横方向来改变光扩散性及光射出角度，因此具有扩散异向性，可由相对光学片的方向来改变视角。

上述基材的平均厚度(h)，可在以上、

以下。通过使基材的平均高度(h)、与出光部的平均面积(S₁)及入光部的平均面积(S₂)满足上述关系，来调整光线往入光部的入射角与光导孔的壁面的倾斜角，可发挥极为优异的光线往法线方向的变角功能，且可提高定向性。

亦较佳为具备积层在上述基材的上面或下面的透明合成树脂层。通过具备此种合成层，除了可保有所述光学片的光学功能外，且亦可提高光学片的强度。

因此，使灯源所发出的光线分散而将所述光线导引至表面侧的液晶显示装置用的背光单元中，通过具备光扩散功能、光线往法线方向的变角功能、及其控制功能特别高的所述光学片，可因亮度的统一化及高度化来提高品质。

此处，基材的「表面」，是指形成片状基材的形状的外面的整面，为包含上面、下面及光导孔的壁面的概念。基材的「上面」，是相对的概念，通常是指作为光学片使用于液晶显示装置用背光时成为液晶层侧的基材的一面。又，基材的「下面」，则是指与上述上面不同的另一面，通常是指作为光学片使用于液晶显示装置用背光单元时成为导光板侧的基材的一面。光导孔的「出光部」，是指基材上面侧的光导孔的开口部分。光导孔的「入光部」，通常是指基材下面侧的光导孔的开口部，于光导孔中片状基材平行方向的剖面积为最小的剖面部分存在于出光部与下面侧的开口部间的情形，则是指所述最小剖面部分。出光部及入光部的「面积」，是指片状基材平行方向的出光部及入光部的剖面积。出光部的「填充率」，是指表面投影形状的每单位面积的出光部的面积比。出光部及入光部的「中心点」，当出光部及入光部为圆形时，是指所述圆的中心附近，为椭圆时，是指两焦点的中点附近，为正方形、菱形或长方形时，则是指两对角线的交点附近。「正三角形格子图案」，是指将上面区分成同一形状的正三角形，然后在所述正三角形的各顶点设置微透镜的图案，而「正方形格子图案」，则是指将上面区分成同一形状的正方形，然后在所述正方形的各顶点设置微透镜的图案。

如以上的说明，根据本发明的光学片，可显著提高光学功能，尤其是光扩散功能、光线往法线方向的变角功能及其控制功能。因此根据所述光学片，由于可高效率地使来自光源的光往正面方向射出，因此可使正面亮度提高，亦可容易进行视角及亮度的控制。并且，根据所述光学片，通过具有高光扩散性，可具有广视野角，提高光源的灯源影像消除效果，降低亮度不均匀。

附图说明

图1a及图1b是显示本发明一实施形态的光学片的示意立体图及示意剖面图；

图2是显示图1的光学片的光导孔的示意立体图；

图3是显示具备图1的光学片的背光单元的示意剖面图；

图4是显示与图1的光学片不同形态的光学片的示意立体图；

图5是显示图4的光学片的光导孔的示意立体图；

图6是显示与图1及图4的光学片不同形态的光学片的示意剖面图；

图7是显示与图1、图4及图6的光学片不同形态的光学片的示意剖面图；

图8是显示与图1、图4、图6及图7的光学片不同形态的光学片的示意剖面图；

图9是显示与图1、图4、图6、图7及图8的光学片不同形态的光学片的示意剖面图；

图10是显示与图1、图4、图6、图7、图8及图9的光学片不同形态的光学片的示意剖面图；

图11a及图11b是显示以往一般的侧光型背光单元的示意立体图及显示以往一般的微透镜片的示意剖面图。

附图标记说明：1-光学片；2-基材；3-光导孔；4-出光部；5-入光部；6-壁面；7-导光板；8-灯源；11-光学片；13-光导孔；14-出光部；15-入光部；16-壁面；21-光学片；23-光导孔；24-出光部；25-入光部；26-壁面；31-光学片；33-光导孔；34-出光部；35-入光部；36-壁面；41-光学片；43-光导孔；44-出光部；45-入光部；51-光学片；52-合成树脂层；61-光学片；62-凹部；70-背光单元；71-灯源；72-导光板；73-光学片；74-微透镜片；75-棱镜片；76-棱镜部；77-微透镜阵列；R₁-出光部的中心点；R₂-入光部的中心点；1-中心线；α-θ为最大时的包含中心线1的平面；β-与包含中心线1的平面α正交的平面.

具体实施方式

以下，一边参照适当图式，一边详细说明本发明的实施形态。

图1a及图1b的光学片，具备有基材2、与从此基材2的上面贯通至下面的多个光导孔3。

基材2，其表面具有光反射性。此表面的反射率，是在50％以上，较佳在70％以上，特佳在90％以上。可通过使表面具有上述反射率，来抑制光源的光损失，高效率地使扩散性高的光射出于法线方向，可提高射出光的亮度。

为了使表面具备光反射性，基材2可由具有光反射性的白色合成树脂所形成，或者是可在基材2的表面涂布由白色合成树脂或金属所构成的反射层。当基材2由白色合成树脂所形成，或者是表面涂布有白色合成树脂时，入射于基材2的光线，由于会在基材2表面被扩散反射，因此可更加提高射出光的扩散性及均匀性。另一方面，当基材表面涂布有金属时，入射于基材2的光线，由于会在基材2表面被镜面反射，因此可提高射出光的定向性。

当基材2由白色合成树脂所形成时，此白色合成树脂是分散含有白色颜料、微小气泡。此基材2可使用的合成树脂，并无特别加以限定，例如可举聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、醋酸织维素、耐候性氯乙烯等。其中，较佳为耐热性优异的聚对苯二甲酸乙二酯。另，所含有的白色颜料，可使用氧化钛(钛白)、氧化锌(中国白)、碳酸铅(铅白)、硫酸钡、碳酸钙(白垩)等。其中，较佳为屏蔽性提升效果大的氧化钛。

上述白色颜料及微小气泡的平均直径，理想在0.1μm以上、30μm以下，较佳在0.1μm以上、10μm以下，特佳在0.2μm以上、0.4μm以下。为白色颜料时，直径若在上述范围以上，则在基材2上的分散性良好，可得到均质的片。又，白色颜料及微小气泡的直径若在上述范围以下，则由于基材2与白色颜料或与微小气泡的界面会致密地形成，因此可赋予所述光学片1高光反射性。并且，微小粒子或气泡的折射率与其直径具有很大的关系，于波长的1/2左右光散射为最大。亦即，微细粒子或气泡会以最高比例来反射其直径的2倍的波长区域的光线。因此为了在380nm～780nm的可见光全部区域保有高反射率，直径特佳为其波长的1/2的190nm～390nm。

当基材2的表面涂布有由白色合成树脂或金属所构成的反射层时，基材2本体的材质并无特别加以限定。考量加工性、耐热性等，与上述同样地，例如可举聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、醋酸织维素、耐候性氯乙烯等。

基材2中可含有抗静电剂。以此方式通过以混合有抗静电剂的合成树脂来形成基材2，可使所述光学片1具有抗静电效果，可防止吸附尘埃、或与其他的光学片等的叠合困难等因静电的带电所发生的不良情形。又，若在表面涂布抗静电剂，则虽然会产生表面的油腻性、污浊，但是以此方式通过在基材2中混合抗静电剂，可降低所述弊害。此抗静电剂并无特别加以限定，例如可使用烷硫酸盐、烷磷酸盐等的阴离子系抗静电剂，四级铵盐、咪唑啉化合物等的阳离子系抗静电剂，聚乙二醇系，聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(polyoxyethylene sorbitane monostearate)、乙醇胺类等的非离子系抗静电剂、聚丙烯酸等的高分子系抗静电剂等。其中，以抗静电效果较大的阳离子系抗静电剂为佳，可以少量的添加量来达成抗静电效果。

又，基材2中可含有紫外线吸收剂。以此方式通过形成含有紫外线吸收剂的基材2，以赋予所述光学片1紫外线消除功能，而可将从背光单元的灯管所发出的微量紫外线予以消除，以防止紫外线破坏液晶层。

所述紫外线吸收剂，只要是可吸收紫外线并可有效率地将其转换成热能，并且对光为稳定的化合物，则并无特别加以限定，可使用公知者。其中，以紫外线吸收功能高、与构成上述基材2的合成树脂的相溶性良好且可稳定存在于合成树脂中的柳酸系紫外线吸收剂、二苯基酮系紫外线吸收剂、苯并三唑(benzotriazole)系紫外线吸收剂及氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)系紫外线吸收剂为佳，可使用选自此等群中的一种或两种以上者。又，紫外线吸收剂亦适合使用在分子链具有紫外线吸收基的聚合物(例如，日本触媒股份有限公司制的「优达布鲁UV」系列等)。通过使用所述分子链具有紫外线吸收基的聚合物，可使与构成基材2的合成树脂的相溶性提高，能防止因紫外线吸收剂的流出等所造成的紫外线吸收功能的劣化。

上述紫外线吸收剂相对形成基材2的合成树脂的含有量的下限以0.1质量％为佳，以1质量％为特佳，以3质量％为更佳，紫外线吸收剂的上述含有量的上限，则以10质量％为佳，以8质量％为特佳，以5质量％为更佳。此是由于若紫外线吸收剂相对合成树脂的质量比小于上述下限时，则无法有效达成光学片1的紫外线吸收功能之故，相反地，若紫外线吸收剂的质量比超过上述上限时，则会对形成基材2的合成树脂造成不良影响，而使得基材2的强度、耐久性等降低。

亦可以紫外线稳定剂(含有在分子链键结有紫外线稳定基的基础聚合物)来代替上述紫外线吸收剂或与紫外线吸收剂一起使用。通过此紫外线稳定剂，可使因紫外线所产生的自由基、活性氧等不活性化，而能提升紫外线稳定性、耐候性等。此紫外线稳定剂，适合使用对于紫外线具有高稳定性的受阻胺(hindered amine)系紫外线稳定剂。另，通过合并使用紫外线吸收剂与紫外线稳定剂，可防止紫外线所造成的劣化以及可显著提升耐候性。

于基材2表面涂布作为反射层的金属，较佳为银或铝。尤其是以使用真空蒸镀、溅镀或离子镀覆(ion plating)等的干式工艺将银反射层形成为薄膜来涂布于基材2本体的表面的方法为特佳。

另，银反射层等的光泽性金属表面，由于处于非常容易受损且亦容易发生氧化劣化等的状态，因此较佳为例如在表面涂布紫外线硬化性丙烯酸树脂涂料来作为保护膜等，以防止因受损而造成光学特性的恶化。

又，涂布白色合成树脂作为反射层的方法，较佳为涂布由白色颜料所构成的涂料。所述白色颜料，可使用氧化钛(钛白)、氧化锌(中国白)、碳酸铅(铅白)、硫酸钡、碳酸钙(白垩)等。含有于此涂料时的白色颜料的粒径，亦较佳为与直接含有于基材2的上述白色颜料相同的尺寸。

基材2的平均厚度，可在5μm以上、5mm以下，较佳在10μm以上、500μm以下，特佳在50μm以上、200μm以下。基材2的平均厚度若未达上述范围，则会容易发生卷曲，又难以充分发挥及控制后述的光导孔3的光学功能，且亦会使得基材2的强度下降，光学片难以长期使用。相反地，当基材2的厚度超过上述范围时，则会使得背光单元的厚度增大，而不符液晶显示装置的薄型化的要求。

光导孔3，具有形成于上面侧的圆形出光部4、形成于下面侧的圆形入光部5、及壁面6，以大约均等的大小(出光部4及入光部5的面积)及间隔多个贯通于基材2。光导孔3的出光部4的平均面积(S₁)，可在25μm²以上、25mm²以下，较佳在100μm²以上、250000μm²，特佳在2500μm²以上、40000μm²以下。若出光部4的面积未达上述范围，则由于会使得从光导孔3的光线射出效率降低，导致照射亮度下降，若超过上述范围，则会使得光扩散性下降，而有发生亮度不均匀的虞。

光导孔3的出光部4的平均面积(S₁)相对于入光部5的平均面积(S₂)的面积比(S₁/S₂)，可在1以上、10000以下，较佳在2以上、1000以下，更佳在4以上、500以下。通过以此种面积比来构成光导孔3的出光部4与入光部5，可使得来自光源的光线进入光导孔3的入光部5时，通过壁面6使其反射于法线方向，因此可使来自光源的光高效率地扩散及拉向法线方向。另，出光部4的面积(S₁)相对于入光部5的面积(S₂)的面积比(S₁/S₂)越接近1，则越可从出光部4射出定向性高的光，随着使面积比(S₁/S₂)增大，将会减低定向性，而可使其射出于广视角。如此根据所述光学片1，视所需的功能及用途等，调整面积比(S₁/S₂)，由此可容易进行定向性及视角的控制。

光导孔3，是以较为密集且几何方式设置。光导孔3，是呈正方形格子图案设置于基材2的上面。因此，光导孔3的间距全部皆为固定。此设置图案，一面可确保基材2的强度，一面可均匀且密集地设置光导孔3，可提高所述光学片1的光扩散功能、变角功能等的光学功能及射出光的面均匀性。

出光部4的填充率，可在70％以上、100％以下，较佳在85％以上、100％以下。以此方式根据出光部4的填充率高的所述光学片，由于可从上面整面高效率地使来自光源的光线射出，因此可抑制光线的损失，提高正面亮度。

图1a及图1b所示的光学片1的出光部4，由于是以正方形格子图案且呈圆形的方式设置，填充率即使为最大，亦不会超过80％(与正方形内切的圆的面积的比例，为π/4≒0.79)，但是如后述图4所示的光学片11，通过将出光部14设计成菱形等，可使出光部14的填充率为最大的100％。

壁面6，具有倾斜角从入光部5至出光部4为固定的构造，光导孔3是呈所谓的圆锥形。根据所述手段，因壁面6的倾斜角为固定，故光线于壁面6的反射皆相同，而可提高射出光的扩散性及均匀性，降低亮度不均匀。

如图2所示，光导孔3，是以连接出光部4的中心点(R₁)与入光部5的中心点(R₂)的中心线1垂直于基材2平面的方式贯通。以此方式，通过使光导孔3贯通于垂直基材2的方向，可由壁面6有效地使从入光部5所入射的来自光源的光线变角于法线方向，具有极高的正面亮度，可在法线方向射出定向性高的射出光。

于包含中心线1的任意平面的光导孔3的剖面中，将出光部4与壁面6相交的两顶点设为点A与点B，将入光部5与壁面6相交的两顶点中，与点A邻接的侧的顶点设为点C、与点B邻接的侧的顶点则设为点D，且将点A相对直线CD的铅垂点设为点E及将点B相对直线CD的铅垂点设为点F，当使∠ACE＝θ，∠BDF＝θ’，∠ADE＝φ及∠BCF＝φ’时，θ及θ’是形成恒在30°以上、60°以下，φ及φ’则形成恒在20°以上、60°以下。

根据通过使光导孔3的θ、θ’、φ及φ’在上述范围以使壁面6的斜度小的所述光学片1，当光自入光部5入射时，可使得利用壁面6的往法线方向的反射的反射角小。若减小光导孔3的θ及φ的角度，则可射出定向性低的光线，相反地，可通过增大θ及φ的角度，来射出定向性高的光线。因此根据所述光学片1，从出光部4所射出的光线的方向，是以中心线1方向(于光学片1则为法线方向)为中心而具有广角度(定向性低)，可从出光部4射出广视角的光线。

光导孔3，是形成为使θ、θ’、φ及φ’恒满足|θ-θ’|≤5°且|φ-φ’|≤5°(较佳为|θ-θ’|≤2°且|φ-φ’|≤2°，特佳为θ＝θ’且φ＝φ’)的关系式。θ、θ’、φ及φ’在上述范围的光导孔3，由于对称性高，因此根据所述光学片1，可在光的扩散方向及往法线方向的射出方向具有等向性，可从出光部4射出正面亮度高的光线。

基材2的平均厚度(h)与光导孔3的出光部平均面积(S₁)及入光部平均面积(S₂)的关系，可为 $(\sqrt{S_1}-\sqrt{S_2})/2\≤h\≤(\sqrt{S_1}-\sqrt{S_2}).$ 在使出光部4及入光部5的形状近似于略正方形时，各开口部的平方根是表示各开口部的一边的长度。并且，以出光部4的中心位于入光部5的中心上的方式贯通，且光导孔3的壁面6具有固定的倾斜(倾斜角从出光部4至入光部5为固定)的所述光学片1，θ与h与S₁及S₂是以 $\tan \mathrm{\θ}=2h/(\sqrt{S_1}-\sqrt{S_2})$ 的关系式表示。此处，为了使来自光源的光线从入光部5入射，然后通过壁面6往法线方向反射，θ＝60°(tanθ＝√/3)最具效果，可在1≤tanθ≤2的范围内有效进行。亦即，h与S₁与S₂满足 $(\sqrt{S_1}-\sqrt{S_2})/2\≤h\≤(\sqrt{S_1}-\sqrt{S_2})$ 的关系的所述光学片1，可使从包含倾斜方向的所有方向入射于入光部5的来自光源的光线有效率地拉向法线方向。

图3所示的侧光型背光单元，是具备有导光板7、设置在此导光板的一边的线状灯源8、叠合设置在导光板的表面侧的光学片1。根据所述背光单元，从灯源8所发出然后由导光板7表面射出的光线，将会入射于光学片1的入光部5。入射于入光部5的光线，将会入射至具有特定倾斜角θ或θ’的壁面6，而往法线方向反射。又，未直接往入光部5入射的光线，则会被基材2的下面所反射，而再次被导光板7反射。因此，最后所有的光线都会入射于入光部5，而从出光部4射出。以此方式根据所述背光单元，从灯源8所发出的所有的光线，将会从光学片1表面往以法线方向为中心的方向射出，又通过多次的反射，可转换为扩散性高的光线。从灯源8所发出然后由导光板7表面射出的光线，虽然相对于法线方向倾斜特定角度之处具有较强的波峰，但是根据所述背光单元，通过往正面侧的扩散功能、往法线方向侧的变角功能特别高的所述光学片1，可谋求亮度的均匀化，变成具有广视角的光而射出。因此，所述背光单元，可谋求以往所必须的光学片(珠粒涂覆片等)的装设片数的减少化，而促进薄型化、高品质化及低成本化。又，所述背光单元由于光扩散性高，因此灯源影像消除效果高。并且，通过光学片装设片数的减少化，可促进亮度的提升。

作为背光单元，除了光学片1外，亦可将所述光学片1与光扩散片(珠粒涂覆片等)加以重叠使用作为光学单元。以此方式通过重叠所述光学片1与光扩散片，可利用所述光学片1的光学功能与光扩散片的光扩散功能的相乘效果，来更加提高光扩散功能、往法线方向侧的变角功能等光学功能。

或者是亦可将光学片1与微透镜片或棱镜片加以重叠使用作为光学单元。以此方式通过重叠所述光学片与微透镜片或棱镜片，亦可利用所述光学片1的光学功能与微透镜片或棱镜片的高光学功能(对于透射光线的往正面侧的聚光功能、扩散功能、往法线方向侧的变角功能等)的相乘效果，来更加提高上述光学功能。

图4所示的光学片11，是具备有基材2、与从此基材2的上面贯通至下面的多个光导孔13。基材2由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的号码并省略说明。

光导孔13，具有菱形形状的出光部14、菱形形状的入光部15及壁面16，形成为出光部14的填充率为100％。以此方式通过使光导孔13的出光部14为菱形，可将出光部14的填充率提高至最大的100％，因此可轻易地调整填充率，可轻易地控制及提高所射出的光线的亮度。另，以此方式为了使出光部的填充率为100％，除了使出光部的形状为菱形形状外，亦可为正方形、长方形、平行四边形等的四角形、正三角形或正六角形等，或亦可为不同形状的出光部的组合。

又，光学片11，如图5所示，将各光导孔13中θ为最大时的包含中心线1的平面设为平面α，θ设为θ_α及φ设为φ_α，于包含上述中心线1且与平面α正交的平面β的光导孔13的剖面中，在将θ设为θ_β及将φ设为φ_β时，θ_α、θ_β、φ_α及φ_β的关系，是形成为满足10°≤θ_α-θ_β≤50°或20°≤φ_α-φ_β≤60°。具有满足上述关系式的各光导孔13的所述光学片11，由于将光导孔13的开口角度形成为纵方向(平面β方向)大于横方向(平面α方向)，因此可于横方向(平面α方向)广角度地射出光线。亦即根据所述光学片11，可提供一种于纵方向与横方向视野角不同的液晶显示装置。另，当θ_α-θ_β及φ_α-φ_β的值未达上述范围时，因纵横的角度差小，故无法发挥充分的特征，当超过上述范围时，则由于扩散异向性过强，因此会发生亮度不均匀等。

并且，根据所述光学片11，于各光导孔13平面α及平面β的方向以外的方向，存在θ及φ的角度更小的方向。以此方式，除了使光导孔的形状为菱形外，亦可使其为各种形状(正方形、长方形、椭圆形等)，由此可调整θ及φ的角度，可对因应用途的光扩散性等光学功能进行调整。亦即，即使于一个光导孔中，若缩小θ及φ的角度，则于其方向亦可射出定向性低的光线，相反地若增大θ及φ的角度，则可于其方向射出定向性高的光线。此时，θ的最大值与最小值的幅度或φ的最大值与最小值的幅度，可在10°以上、50°以下。若此幅度未达10°，则将会无法发挥充分的扩散异向性，而当超过50°时，由于扩散异向性过强，故会发生亮度不均匀等。

图6所示的光学片21，是具备有基材2与多个光导孔23。基材2由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的号码并省略说明。

光导孔23的壁面26具有从入光部25往出光部24倾斜角渐增的构造。出光部24及入光部25的形状，并无特别加以限定。壁面26由于具有所述构造，故具有来自入光部25的入射光的聚光功能，入射于光导孔23的光线会以大角度反射于法线方向。因此根据所述光学片21，除了光扩散性及往法线方向的变角性外，亦可提高聚光性，可照射定向性及正面亮度极高的光。

图7所示的光学片31，是具备有基材2与多个光导孔33。基材2由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的符号并省略说明。

光导孔33的壁面36具有从入光部35往出光部34倾斜角渐减的构造。出光部34及入光部35的形状并无特别加以限定。壁面36由于具有所述构造，故具有入射光的分散功能，自入光部35入射于光导孔33的光线会被壁面36以小角度反射于法线方向。因此，根据具有此种壁面36的所述光学片31，可抑制定向性，可照射具有极为宽广的射出角度幅度及光扩散性的光线。

如上述光学片21及光学片31，亦可通过调整光导孔的壁面倾斜构造，代替θ、θ’、φ及φ’的设定，来进行射出光的光扩散性、定向性及射出角度幅的控制。

图8所示的光学片41，是具备有基材2与多个光导孔43。基材2由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的号码并省略说明。

各光导孔43，是贯通成连接出光部44的中心点(R₁)与入光部45的中心点(R₂)的中心线1相对基材2平面呈倾斜。此时，于θ、θ’、φ及φ’之间成立θ≠θ’及φ≠φ’的关系式。以此方式，通过使各光导孔43贯通于相对基材2平面为倾斜的方向(θ≠θ’及φ≠φ’的关系式成立)，可调整光线的射出方向，具体而言，可使光线射出于中心线1的方向。另，如上述，通过调整θ、θ’、φ及φ’的值，亦可控制中心线1方向的定向性。因此根据所述光学片41，可射出于任意方向，且可控制定向性。此种光学片，例如，可适合使用作为大部分皆从一定方向观看的车用卫星导航系统用液晶显示装置等所具备的光学片。

图9所示的光学片51，是具备有基材2、多个光导孔3、及积层于基材2的下面侧的透明合成树脂层52。基材2与光导孔3，由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的号码并省略说明。

合成树脂层52，是由透明，尤其是无色透明的合成树脂所形成。所述合成树脂层52所使用的合成树脂，并无特别加以限定，例如可举聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、醋酸织维素、耐候性氯乙烯、放射线硬化型树脂等。

合成树脂层52的厚度(平均厚度)，并无特别加以限定，例如在5μm以上、5mm以下，较佳在10μm以上、500μm以下，特佳在50μm以上、200μm以下。若合成树脂层52的厚度未达上述范围，则当背光单元等受热时，容易发生卷曲，而发生难以处理等的不良情形。相反地，若合成树脂层52的厚度超过上述范围，则会导致液晶显示装置的亮度下降，且背光单元的厚度变厚，而不符液晶显示装置的薄型化的要求。

根据所述光学片51，由于在基材2的下面侧积层有合成树脂层52，因此除了可保有亮度、光学功能，且亦可将具有复杂形状的基材2的构造加以固定，由此可提高光学片51的强度，故可提升光学片51的长期可靠性，而可长期使用。

接着，说明光学片1的制造方法。光学片11、21、31及41的制造方法由于可以与光学片1相同的方式来进行制造，故省略。又，光学片51，可以在使用下述方法制造光学片1后积层合成树脂层52来加以制造。所述光学片1的制造方法，只要是可形成具有上述构造者，则无特别加以限定，可采用各种方法。所述光学片1的制造方法，可为在形成片状基材2后再形成光导孔3，或是一体形成片状基材2与光导孔3，具体而言，具有下述方法：

(a)于具有光导孔3的反转形状(将光导孔3的反转形状的高度设定为大于基材2的厚度)的片模具，积层特定厚度的合成树脂(成为基材2)，然后通过剥除所述片模具，以形成所述光学片20的方法；

(b)于另外准备的片状体上积层合成树脂(成为基材2)，然后将基材2压于与上述具有同样反转形状的片模具或辊模具，在形成光导孔3后，剥除所述片状体，以形成所述光学片的方法；

(c)将熔融树脂注入具有光导孔3的反转形状的金属模具的射出成型法；

(d)将片化的树脂再加热，然后夹入与上述相同的金属模具与金属板之间，并加压以转印光导孔3的方法；

(e)通过对片化的基材2进行蚀刻、照射激光、冲压形成等形成光导孔，由此形成所述光学片的方法。

于上述(a)至(d)的方法中，有时会有光导孔3未充分贯通基材2两面的情形，设想所述情形，而亦可在以上述(a)至(d)的方法形成光导孔3的概略形状后，通过蚀刻等来进行光导孔3的最后的形成。

于上述(c)的射出成型法、(d)的加压成形等中，亦可将图10所示的光学片61加以成形。光学片61，是具备有基材2、光导孔3、形成于基材2的下面侧的凹部62。基材2及光导孔3，由于与上述光学片1相同，因此赋予相同的号码并省略说明。

凹部62，是以基材2的厚度于整面为大致一定的方式，以曲面状形成在光导孔3的入光部5的各非设置部分。此处基材2的厚度，是指基材2的上面侧表面与下面侧表面的剖面垂直方向的距离。根据具有所述凹部62的光学片61，来自光源的光线中，未入射于入光部5的光线将会入射于凹部62。凹部62由于表面形成为曲面状，因此入射于凹部62的光线，将会反射于各个方向，而将光加以扩散。此反射的光由于会被设在光学片61的背面的反射片所反射，因此最后将会入射于入光部5。因此，根据所述光学片61，通过使光线多个次反射于凹部62与反射片间，使光线的定向性降低，因此可从光学片61上面(出光部4)射出面均匀性及扩散性高的光线。

另，本发明的光学片并不受到上述实施形态的限定，于光学片1中，光导孔3亦可形成为θ及θ’恒在60°以上、90°以下，φ及φ’恒在30°以上、90°以下。根据θ、θ’、φ及φ’在上述范围具有大角度而使光导孔3的壁面6形成较为陡斜的所述光学片1，可通过壁面6使入射于光导孔3的大部分光线反射于法线方向。因此，从出光部4亦即光学片1的表面所射出的光线，由于会是以法线方向为中心、射出角度小的光线，因此可射出具有极高正面亮度及定向性的光线。

又，于光学片1中，亦可以正三角形格子图案来设置光导孔3。此设置图案，可最为密集地设置具有圆形出光部的光导孔3，故可提高所述光学片的光扩散功能、变角功能等的光学功能及面均匀性。

又，于光学片11、21、31、41及61的下面侧或上面侧亦可积层合成树脂层。于此种光学片，亦与光学片51同样地，由于可由合成树脂层来固定基材2的构造，由此提高光学片的强度，因此可提升光学片的长期可靠性，而可长期使用。

并且，亦可将光导孔的出光部及入光部型成为不同的形状，或者是亦可根据光学片上的部位来改变、调整大小、填充率。又，亦可通过使光导孔为颈形，而将光导孔的入光部形成在光导孔的中间。通过此等的光学片，可调整射出光的扩散异向性、正面亮度等的光学要素。

[产业上的可利用性]

综上所述，本发明的光学片，可适合使用作为液晶显示装置的背光单元的构成要素，尤其是适合使用于透过型液晶显示装置。

Claims (19)

1.一种光学片，其特征在于，具备：

表面具有光反射性的片状基材、以及

从此基材的上面贯通至下面，具有形成于上面侧的出光部与形成于下面侧的入光部的多个光导孔。

2.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述光导孔的出光部的平均面积相对入光部的平均面积的面积比在1以上、10000以下。

3.如权利要求2的光学片，其特征在于，所述出光部的填充率在70％以上、100％以下。

4.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述基材的平均厚度在5μm以上、5mm以下。

5.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述出光部的平均面积在25μm²以上、25mm²以下。

6.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述出光部及入光部为圆形、椭圆形、正方形、菱形或长方形其中的一种形状。

7.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述光导孔的壁面的倾斜角自入光部至出光部具有固定、渐增或渐减的构造。

8.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述基材的表面的反射率较佳在50％以上。

9.如权利要求1的光学片，其特征在于，连接所述出光部的中心点与所述入光部的中心点的中心线是垂直于基材平面。

10.如权利要求1的光学片，其特征在于，连接所述出光部的中心点与所述入光部的中心点的中心线是相对于基材平面呈倾斜。

11.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述光导孔的设置图案为正三角形格子图案或正方形格子图案。

12.如权利要求1的光学片，其特征在于，于包含所述中心线的任意平面的光导孔的剖面，将出光部与壁面相交的两顶点设为点A与点B，将入光部与壁面相交的两顶点中，与点A邻接的侧的顶点设为点C、与点B邻接的侧的顶点则设为点D，且将点A相对直线CD的铅垂点设为点E及将点B相对直线CD的铅垂点设为点F，当使∠ACD＝θ，∠BDF＝θ’，∠ADE＝φ及∠BCF＝φ’时，θ及θ’恒在60°以上、90°以下，φ及φ’恒在30°以上、90°以下。

13.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述θ及θ’恒在30°以上、60°以下，所述φ及φ’恒在20°以上、60°以下。

14.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述θ、θ’、φ及φ’恒满足|θ-θ’|≤5°且|φ-φ’|≤5°。

15.如权利要求1的光学片，其特征在于，各光导孔的θ的最大值与最小值的差或φ的最大值与最小值的差在10°以上、50°以下。

16.如权利要求1的光学片，其特征在于，将各光导孔中θ为最大时的包含所述中心线的平面设为平面α，θ设为θ_α及φ设为φ_α，于包含所述中心线且与平面α正交的平面β的光导孔的剖面中，在将θ设为θ_β及将φ设为φ_β时，θ_α、θ_β、φ_α及φ_β满足10°≤θ_α-θ_β≤50°或20°≤φ_α-φ_β≤60°。

17.如权利要求1的光学片，其特征在于，所述基材的平均厚度h在

以上、

以下。

18.如权利要求1的光学片，其特征在于，其具备有积层在所述基材的上面或下面的透明合成树脂层。

19.一种液晶显示装置用的背光单元，是使灯源所发出的光线分散而将所述光线导引至其表面侧，其特征在于：

具备有权利要求1的光学片。

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