JP2006195184A - 光学シートおよびこれを用いたバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】 正面輝度向上と別の光学シートと機能統合が可能な光学シートを提供する。
【解決手段】透明基材の少なくとも１つの面に、間隔をあけて透明突起が複数配置され、該透明突起の先端部が、透明基材面に対してほぼ平行な平面を有している光学シートであり、該透明突起の間に存在する溝部分から出射した光線の一部が隣接する透明突起の内部に屈折して進入し、透明突起上面にて全反射して回収されることにより光線ロスが減り正面輝度が向上することを特徴とする光学シートであって、透明突起上面が平滑であるため、別の光学シートを積層することにより機能統合が可能な光学シート。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種ディスプレイに付設される光学シート、中でも液晶ディスプレイにおけるバックライトにおいて好適に用いられる光学シートに関するものである。

近年、携帯機器を初め、パソコン、モニター、テレビなど、あらゆる用途で様々な方式のディスプレイが用いられている。中でも液晶ディスプレイは、携帯機器用の小型製品から、最近ではモニターやテレビなどの大型製品の分野に至るまで幅広く用いられている。液晶自体は発光体でないため、液晶ディスプレイはバックライトにより裏側から光を入射することなどにより表示を行っている。 そのため、バックライトには、単に光を照射するだけではなく、画面全体を均一に、しかも明るく点灯させることが要求される。

そこで、バックライトを均一に点灯させるために、通常、拡散板、拡散フィルムのような光学シートが付設されている。さらに、正面の輝度を向上させるために、光を正面方向に集めるプリズムシートを重ねて使用することが通常行われている。
プリズムシートは、断面が略三角形のプリズムを多数配列した構造をもつシートであり、このシートを使用することにより、バックライトからの光を効率よく正面方向へ集めることができるため、正面の輝度が向上する（例えば、特許文献１参照）。

最近は拡散機能と集光機能を同時に達成する事を目的として、透明突起部分と光拡散層を格子状に並べた光学シートも提案されている。しかし、これらの光学シートの場合、光拡散層は正面方向の光を拡散させることにより正面輝度の低下を招くため、正面輝度向上の光学シートとしては有効ではない（例えば、特許文献２〜５参照）。
以上のことから、現状ではプリズムシートが輝度向上光学シートとして最も多く使用されている。

特開平７−１７４９１０公報 特開２００２−２１４４１１号公報 特開２００３−９０９０５号公報 特開２００３−４３２１４号公報 特開２００３−４３２１５号公報

バックライトに用いられている光学シートには、さらなる性能・効率の向上や薄型・軽量化などが求められ、これらを達成するためには、例えば、表面塗布・貼り合わせなどによる機能統合などの手段が有効である。しかしながら、プリズムシートは表面が鋭利な頂角を持つ三角形状物から成り立っており、このような表面に塗布貼り合わせ加工を行うと本来の集光機能が低下する。そのため、輝度向上と機能統合を両立させる事が可能な光学シートが求められており、この様な光学シートを提供する事が本発明の目的である。

本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、上面が平滑である透明突起を平板上に並べることにより、輝度向上と機能統合が両立され得る構造を見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は
（１）透明基材の少なくとも１つの面に、間隔をあけて透明突起が複数配置され、該透明突起の先端部が、透明基材面に対してほぼ平行な平面を有している光学シート、
（２）透明突起の先端部にある平面の割合が、透明基材面の全面積に対して１０％〜８０％である（１）に記載の光学シート、
（３）透明突起の先端部にある平面以外の側面が透明基材面に対してほぼ垂直に形成されている上記（１）〜（２）のいずれか記載の光学シート、
（４）隣接する透明突起の間隔（Ｐ）と、該透明突起の高さの平均（Ｄ）が下記式（ａ）を満たす（１）〜（３）のいずれかに記載の光学シート、
０．６ ＜ Ｄ／Ｐ （ａ）
（５）隣接する透明突起の間隔（Ｐ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下であり、且つ該透明突起の高さの平均（Ｄ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下である（１）〜（４）のいずれかに記載の光学シート、
（６）透明基材に入射した光線が、該透明突起と隣接する透明突起の間に存在する溝部分から出射した後、透明突起の内部に進入する光線の一部が、該透明突起の先端部に位置する平面にて全反射して、再び透明基材に戻ることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の光学シート、
（７）透明基材の全光線透過率が８０％以上である（１）〜（６）のいずれかに記載の光学シート、
（８）透明突起部の屈折率が１．４１以上で、かつ全光線透過率が８０％以上である（１）〜（７）のいずれかに記載の光学シート、
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光学シートを備えている液晶ディスプレイ用のバックライト、
（１０）光学シートの透明突起部間が空気相である（１０）記載の液晶ディスプレイ用のバックライト、
である。

本発明の光学シートは、上面が平滑な透明突起により輝度向上を達成し、正面輝度向上と別の光学シートと機能統合が可能な光学シートを提供できるようになった。

本発明の光学シートは、上面が透明基材の少なくとも１つの面に平滑な透明突起が間隔を開けて並ぶことにより構成される。透明基材に入射した光線が隣接する透明突起の間の溝部分から出射する際、正面方向を除いた、すなわち斜め方向の光線が透明突起の側面で屈折し、突起内部へ進入する。この突起内部へ進入した光の一部は突起上面にて全反射して透明基材側に光線の向きを変える。その結果、本発明の光学シートを液晶ディスプレイ用バックライトに組み込んだ場合、光源から出射した光線のうちディスプレイに対して正面以外に出射しようとする光線は本発明の光学シートにより全反射され、再びバックライトに付設される反射板まで戻る。該光線はさらに反射板にて反射され、様々な角度の光線となり、一部は正面方向を向く光線となり、結果的に液晶ディスプレイの正面方向の輝度が向上する。

従来のプリズムシートは表裏の両面で起きる光の屈折を使い、輝度向上を達成することに対して、本発明の光学シートは、シート内部で光の屈折を行い輝度向上を行うので、シートの表面、裏面に拡散板など別の光学シートを積層しても輝度向上機能は維持できる。

本発明の光学シートに用いられる透明突起部の屈折率は１．４１以上でかつ全光線透過率が８０％以上であることが望ましい。１．４１未満であれば、隣接する透明突起の間の溝部分から突起部分に進入する光線の一部は突起上面で全反射できずにそのまま透過してしまうため、バックライトに本発明の光学シートを組み込んだ場合、正面以外の方向へ出射する光線を抑制できず、正面輝度は低下する恐れがある。
また透明突起に用いられる材料は屈折率が１．４１以上であれば、有機物でも無機物であってもよい。

透明突起の先端部にある平面の割合は、透明基材面の全面積に対して１０％〜８０％の場合であることが好ましい。この割合が下限値未満であれば、突起上面の面積が少なくなるため、溝部分の斜め方向の光線が突起上面で効率よく全反射できなくなり、また逆に上限値を超えると、突起と突起の間の溝部分が少なくなり、突起上面で全反射する光線量が減少するため、本発明の光学シートをバックライトに組み込んだ場合、輝度向上効果が小さくなる恐れがある。

透明突起の先端部にある平面以外の側面は平滑であることが好ましい。この側面が平滑でない場合は、溝部分の斜め方向の光線が透明突起上面で全反射できなくなる可能性があり、また側面は透明基材面に対して垂直に配置されている方が正面方向の光線透過率が低下しないので望ましい。透明突起の形状としては、円柱状、多角柱状等が挙げられる。

透明突起部分に対する溝の深さは、隣接する透明突起の間隔（P）と、該突起の高さの平均（D）が次の式（ａ）を満たすことが好ましい。
D／P＞０．６ （ａ）
D／P≦０．６の場合、すなわち浅い溝の場合には、溝から出射する斜め方向の光線が突起内部に入らずに、そのまま溝上方より光学シート外へ放射するため、本発明の光学シートをバックライトに組み込んだ場合、輝度向上効果が低減する恐れがある。

隣接する透明突起の間隔（Ｐ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下であり、かつ該突起の高さの平均（Ｄ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。Ｐ及びＤが下限値未満では可視光を屈折させる事ができず、上限値を超えると、バックライトに組み込んだ場合輝度ムラとなって表示品位を低下させる恐れがある。

本発明の光学シートにおいて透明突起が付設される透明基材の材質についても全光線透過率が８０％以上であれば特に限定しない。又、透明基材及び透明突起には光散乱材が含まれていないことが好ましい。

本発明の光学シートを液晶ディスプレイ用のバックライトに使用する場合、透明突起間には、光拡散層を設けずに空気層のみであることが好ましい。

以下本発明を実施例によって説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

輝度測定は７ｃｍ四方の小型バックライトを用い、輝度計（トプコン製ＢＭ−７）を用いて行った。小型バックライトには２ｍｍφの冷陰極管を２本用い、その背後には反射率９５％の反射シート（東レ製）を設置した。小型バックライトには市販の液晶テレビに使用されている拡散板を設置した。

（実施例１）
２ｍｍ厚のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）基板を０．３ｍｍφのエンドミル（Ｒｏｌａｎｄ製ＥＧＸ−３００）で切削加工し、透明突起サイズが縦横５００μｍ、隣接突起間距離８００μｍ、溝の深さ５５０μｍの光学シートを作成した。図１にこの光学シートの透明突起部の断面概略図を示した。この光学シートには基板面上に正四角柱状の透明突起が均一ピッチで縦横に形成されている。この光学シートを小型バックライトに設置し、輝度測定を行った結果、この光学シートを使用しない場合に比べて輝度が１．１０倍となった。

（比較例１）
実施例１と同様に光学シートを作成した。この光学シートの溝の部分に、ＳｉＯ２フィラー（アドマテックス製ＳＯ−Ｃ５）とＵＶ硬化樹脂の混合物（フィラー濃度：１２．５vol％）を埋め、UV硬化を行い、溝部分に光拡散層を設置した。この基板を実施例１の様に輝度測定を行った結果、この光学シートを使用しない場合に比べて輝度が０．８７倍となり輝度向上は見られなかった。

本発明の光学シートの概略断面図

符号の説明

１．透明基材
２．透明突起部

Claims (10)

1. 透明基材の少なくとも１つの面に、間隔をあけて透明突起が複数配置され、該透明突起の先端部が、透明基材面に対してほぼ平行な平面を有している光学シート。
2. 透明突起の先端部にある平面の割合が、透明基材面の全面積に対して１０％〜８０％である請求項１に記載の光学シート。
3. 透明突起の先端部にある平面以外の側面が透明基材面に対してほぼ垂直に形成されている請求項１〜２のいずれか１項に記載の光学シート。
4. 隣接する透明突起の間隔（Ｐ）と、該透明突起の高さの平均（Ｄ）が下記式（ａ）を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学シート。
   ０．６ ＜ Ｄ／Ｐ （ａ）
5. 隣接する透明突起の間隔（Ｐ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下であり、且つ該透明突起の高さの平均（Ｄ）が０．１μｍ以上、１０００μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学シート。
6. 透明基材に入射した光線が、該透明突起と隣接する透明突起の間に存在する溝部分から出射した後、透明突起の内部に進入する光線の一部が、該透明突起の先端部に位置する平面にて全反射して、再び透明基材に戻ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学シート。
7. 透明基材の全光線透過率が８０％以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学シート。
8. 透明突起部の屈折率が１．４１以上で、かつ全光線透過率が８０％以上である請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学シート。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シートを備えている液晶ディスプレイ用のバックライト。
10. 光学シートの透明突起部間が空気相である請求項９記載の液晶ディスプレイ用のバックライト。
    
    

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