JP2006344546A - 光学シートとそれを用いたバックライト・ユニットおよびディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】主に液晶表示素子を用い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に使用される光学シートの改良にあたり、パターン形成後も高反射率のストライプ状のパターンを安定した状態で維持することが可能な上記光学シートを提案する。
【解決手段】片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位レンズが並列されてなるレンズ部を有するレンズシートの反レンズ部側の平坦面には、バックライト光源側に面して光反射性の高い表面を有しており、前記表面に入射した光をバックライト光源側に反射する光反射層を備えており、前記光反射層は、前記レンズシートの単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状であり、前記光反射層を覆い、前記レンズシートの反レンズ部側の略全面に、表面薄膜保護層が形成された構成とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用い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に使用される光学シートの改良に関するものであり、前記シートを搭載したバックライト・ユニットおよびディスプレイに関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）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。
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。

米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Brightness Enhancement Film：ＢＥ
Ｆ）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。

ＢＥＦは、図１に示すように、部材７０上に、断面三角形状の単位プリズム７２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７２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。
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。

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。

プリズム７２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。

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７２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。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報

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２０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Ｆ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。

したがって、図１，２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に示すように、視聴者の視覚方向Ｆ、すなわち視覚方向Ｆ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。

このような欠点を克服するために、図４に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学フィルム３８を用いたバックライトユニット４０もある（特許文献４）。

この光学フィルム３８の透明基材３９の液晶パネル４２側の面には、光学フィルム３８
内を進行した光を液晶パネル４２へ導くレンズ４４が設けられている。このレンズ４４は、図５の斜視図に示すように、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。
さらに、他方の面には、該レンズ４４の焦点面近傍に開口部４６をもつストライプ状のパターンからなる反射材４８が設けられている。

この反射材４８は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を透明な接着剤等の溶液
に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷形成したものであ
る。

これによって、拡散フィルム３２から出射した光のうち、開口部４６を通過した光のみ
が、レンズ４４に入射し、レンズ４４によってある一定方向に集光された後に出射される。
そして、偏光板４９に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネル４２に導かれる。

一方、開口部４６を通ることができなかった光は、反射材４８で反射され、拡散板２６
側に戻され反射板２７へ導かれる。そして、反射板２７によって反射されることによって
再び拡散板２６に入射し、拡散板２６において再び拡散された後に、いずれは入射角度が
絞られた光となった後に開口部４６を通ってレンズ４４に入射し、レンズ４４によって、
図６に示すように、所定角度φ内に絞られて出射される。

このような光学フィルム３８を用いたバックライトユニット４０では、光学フィルム３
８の開口部４６の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、
レンズ４４から正面方向Ｓに出射される光の割合を高めるように制御することができる。
特開２０００−２８４２６８号公報

光学フィルム３８に形成されるストライプ状のパターンからなる反射材４８としては、上述のように、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末に代表される白色顔料を含んだインキが用いられている。
開口部４６を通ることができなかった光については、反射材４８による反射率を上げることが、光源（バックライト）から発する光を表示光とする上での利用効率の向上につながるため、インキ内に白色顔料の含有率を高くすることが望まれており、充填性を高める目的で、白色顔料の粒径分布や、バインダーよりも体積比で１倍以上４倍以下の白色顔料を混合するなどの各種工夫が施されている。

このように、通常の印刷インキよりも顔料の含有率が高いインキでは、パターン形成後に乾燥したインキ層内では、顔料が固定されづらく、剥落しやすい傾向にある。
本発明は、上記問題の改善を図り、パターン形成後も高反射率のストライプ状のパターンを安定した状態で維持することが可能な上記光学シートを提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による光学シートは、
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に使用される光学シートにおいて、
片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位レンズが並列されてなるレンズ部を有するレンズシートの反レンズ部側の平坦面には、バックライト光源側に面して光反射性の高い表面を有しており、前記表面に入射した光をバックライト光源側に反射する光反射層を備えており、
前記光反射層は、前記レンズシートの単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状であり、
前記光反射層を覆い、前記レンズシートの反レンズ部側の略全面に、表面薄膜保護層が形成された構成であることを特徴とする。

本発明による光学シートでは、白色で高輝度の表示光を実現する上で好ましい光反射層である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末などを成分とする顔料リッチなインキ層を、ストライプ・パターンの形成・乾燥後も、表示装置（あるいは、光学シート）の形態として、安定した状態で維持することが可能であり、バックライト光の利用効率を向上することが出来、高輝度の表示光が視覚可能な表示装置が得られる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
光反射層の形成にあたっては、一般に、印刷（コーティング），転写，フォトリソなどの各種手法が、適宜に選定されるが、レンズシートの単位レンズの並列ピッチが微細である場合には、単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状とするためのアライメント精度が要求されるため、フォトリソグラフィー法の一方式として、レンズ自身の集光特性を利用して反射層（開口部）の形成箇所を規定する、所謂「セルフアライメント手法」の採用が有効である。

セルフアライメント手法の一例として、反レンズ部側平坦面に、感光によって粘着性が消失する特性を持つフォトポリマ層を全面に形成しておき、レンズ部側からの露光により、各単位レンズの集光作用に応じて規定された集光部（フォトポリマの粘着性が消失する部分）／非集光部（フォトポリマの粘着性が残る部分）のうち、非集光部に相当する箇所にのみ白色転写層を転写形成する手法が有効である。

＜白色転写シート（感熱転写箔）＞
図７は、ストライプ状の光反射層を形成するために用いられる（感熱）白色転写シートの一例を示す断面図である。
白色転写シート１０は、基材シート１２上に白色転写層１４を配置してなる構成である。
基材シート１２の素材としては、当該技術分野で良く知られているＰＰ（ポリプロピレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），及びＰＥ（ポリエステル）等を用いる。
基材シート１２の厚さは、６〜５０μｍ（好ましくは、１６〜２５μｍ程度）の範囲で選択される。

白色転写層１４としては、重量割合で３０％以下のビニルアセテートを含み、メルトフローレートを毎分あたり１０ｇ以上としたＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）からなるバインダー樹脂と、このバインダー樹脂よりも体積比で１倍以上４倍以下の白色顔料とを混合する。
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等を用いる。

バインダー樹脂と白色顔料とをこのような混合比で混合することによって、厚みが１０×１０^-６ｍ以上となるような白色転写層１４を形成できるようになる。バインダー樹脂としては、ＥＶＡに限られるものではなく、別の樹脂を用いる場合も可能であるが、硬くなく、分子量が小さめのものが好ましい。

なお、このように形成された白色転写層１４に、分散剤やワックス等を適宜添加し、安定化を図るようにしても良い。
このような用途で用いられる分散剤やワックスもまた、当該技術分野で良く知られているように、界面活性剤や表面平滑剤を用いる。

ＰＰを基材シート１２とし、重量割合で２８％のビニルアセテートを含み、メルトフローレートを毎分あたり４０ｇとしたＥＶＡからなるバインダー樹脂と、このバインダー樹脂よりも体積比で４倍の二酸化チタンからなる白色顔料とを混合し、厚みが１３×１０^-６ｍの白色転写層１４を形成した。

このような白色転写シート１０を用いて白色層を転写形成したところ、波長５４５ｎｍにおける全光線反射率が９１％という極めて高い反射率を実現することができた。

しかも、この白色層には、ピッチが２００×１０^-６ｍ（２００ミクロン）、幅が１００×１０^-６ｍ（１００ミクロン）といったミクロンオーダでの微細なストライプ状パターンを正確に形成することができた。

白色転写層１４は、光学特性（色相や反射率）の点では非常に有効であるものの、上述の様に、顔料の含有率が高い故に、パターン形成後に乾燥したインキ層内では、顔料が固定されづらく、剥落しやすい傾向にある。
そこで、本実施形態においては、（感熱）白色転写シート１０によりストライプ状の光反射層を形成した表面を覆うように表面薄膜保護層１３を設けるための転写シートを採用する。

＜表面薄膜保護層：転写シート＞
図８は、本実施形態に係る転写シート１００を示す説明図であり、基材シート１２上に表面薄膜保護層１３を介して、接着剤層１５を形成してなる構成である。
基材シート１２の素材としては、当該技術分野で良く知られているＰＰ（ポリプロピレン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），及びＰＥ（ポリエステル）等を用いる。
基材シート１２の厚さは、６〜５０μｍ（好ましくは、１６〜２５μｍ程度）の範囲で選択される。

表面薄膜保護層１３としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）を主成分とする透明樹脂を用いることが好ましい。
表面薄膜保護層１３には、光学シートの形態に適用した際、下層の白色転写層１４（光反射層）による反射特性を損なわない透明性（透光性）に加えて、白色転写層１４を剥落などから保護する機能が要求される。
表面薄膜保護層１３の厚さは、１〜１０μｍの範囲が好適である。
機械的強度を備える表面薄膜保護層１５とする上では、熱あるいは放射線の照射による硬化処理を施すことも有効であり、ハードコート性の付与にあたっては、紫外線あるいは電子線などの放射線照射により硬化するフォトポリマーの採用が、硬度の点で好適である。
放射線照射による表面薄膜保護層１３の硬化処理は、転写シート１００の形態とする際、あるいは転写層を光学シートに転移した後、何れかの段階で行なわれる。

表面薄膜保護層１３には、主成分のＰＭＭＡ樹脂以外に、スリップ剤（フィルム，シート成形における滑り性を付与するため），光拡散性微粒子（光学シートとしての光拡散性を付与するため）の少なくとも何れかを添加しても良い。
感熱転写シートの形態に係る本実施形態では、接着剤層１５としては加熱により活性化するタイプの接着剤層（ヒートシール剤）が用いられる。
接着剤層１５の厚さは、１〜２０μｍの範囲が好適である。

＜表面薄膜保護層：感圧転写ラベル＞
本発明は、感熱転写シートの形態以外での適用も可能であり、感圧転写ラベルの形態も採用可能である。
前記ラベルの基本的な層構成は、感熱転写シートに係る上記と同様であるが、ヒートシール剤からなる接着剤層１５に代えて、感圧性粘着剤を用いる点と、ラベル使用（光学シートへの貼り付け）時に、粘着剤層が貼着対象に露出される様に、剥離シートで覆っておく構成とされる点が、感熱転写シートの場合と異なる。（図示せず）

図９は、上記の感熱転写シート（または、感圧転写ラベル）により、レンズシートの反レンズ部側平坦面に、表面薄膜保護層を形成する状態を示す説明図である。

以上のようにして作製された光学シートは、図４と同様に表示装置内に適用され、実用に供される。

従来技術に係る光学シートである「ＢＥＦ」を示す説明図。 ＢＥＦによるバックライトの光路制御特性を示す説明図。 ＢＥＦによるバックライトの光路制御特性を示すグラフ。 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４の光学シートを示す斜視図。 図４の光学シートによるバックライトの光路制御特性を示す説明図。 ストライプ状の光反射層を形成するために用いられる（感熱）白色転写シートの一例を示す断面図。 表面薄膜保護層を形成するために用いられる（感熱）転写シートの一例を示す説明図。 図８の感熱転写シート（または、感圧転写ラベル）により、レンズシートの反レンズ部側平坦面に表面薄膜保護層を形成する状態を示す説明図。

符号の説明

１０ 白色転写シート
１２ 基材シート
１３ 表面薄膜保護層
１４ 白色転写層
１５ 接着剤層
２０ 光源
２６ 拡散板
２７ 反射板
３８ 光学フィルム
４０ バックライトユニット
４２ 液晶パネル
４４ レンズ
４６ 開口部
４８ ストライプ状のパターンからなる反射材
７０ 部材
７２ 単位プリズム
１００ 転写シート

Claims (9)

1. 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に使用される光学シートにおいて、
   片面に、半円柱状凸シリンドリカルレンズからなる単位レンズが並列されてなるレンズ部を有するレンズシートの反レンズ部側の平坦面には、バックライト光源側に面して光反射性の高い表面を有しており、前記表面に入射した光をバックライト光源側に反射する光反射層を備えており、
   前記光反射層は、前記レンズシートの単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状であり、
   前記光反射層を覆い、前記レンズシートの反レンズ部側の略全面に、表面薄膜保護層が形成された構成であることを特徴とする光学シート。
2. 前記光反射層は、高反射性材料を転写層とする転写箔を用いて、
   前記レンズシートのレンズ部側からの露光により、各単位レンズの集光作用に応じて反レンズ部側の平坦面に規定された非集光部に相当する箇所に、
   前記転写層を転写形成してなることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
3. 前記表面薄膜保護層は、感熱性接着剤あるいは感圧性粘着剤からなる層を介して、前記光反射層上に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート。
4. 前記表面薄膜保護層は、感熱転写箔あるいは感圧転写ラベルの形態で用いられ、前記光反射層上に形成されることを特徴とする請求項３記載の光学シート。
5. 前記表面薄膜保護層は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）を主成分とする透明樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学シート。
6. 前記表面薄膜保護層は、スリップ剤，光拡散性微粒子の少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光学シート。
7. 表示画像を規定する画像表示素子の背面に、
   直下型光源と、請求項１〜６の何れかに記載の光学シートを少なくとも備え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。
8. 表示画像を規定する画像表示素子の背面に、
   エッジライト式光源と導光板からなる面光源と、請求項１〜７の何れかに記載の光学シートを少なくとも備え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。
9. 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、
   冷陰極線管あるいはＬＥＤによる光源と、
   請求項７または８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。
   
   
   

Images