JP2007010844A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト・ユニットの照明光路制御のための光学シートで、要求される光学特性を有する光反射層を具備する光学シートを提供する。
【解決手段】レンズシート２５は、各単位レンズの凸部頂点からレンズシートの入射面側に下ろした垂線が通過する開口部４を有する光反射層３を入射面側に備えており、光反射層は、５４０ｎｍの入射光に対する反射率が８０％以上であり、光反射層の背面に１００％反射層を重ねた場合の５４０ｎｍの入射光に対する反復反射率が９５％以上であること。光反射層が、白色顔料又は金属蒸着層で形成されていること。
【選択図】図１

Description

本発明は、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関するものであり、特に、直視型液晶ディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用されるのに適した光学シートに関する。

液晶表示装置のように、自発光しない表示装置には照明装置が必要になる。また、表示装置には年々高輝度化、薄型化が求められてきている。そこで、このような自発光しないディスプレイのバックライト・ユニットには照明装置からの光を制御し、正面に光を集めるような光学シートが使われている。現在はこの照明光路制御に使用される光学シートとして、プリズムシートが主に使用されている。

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。

ＢＥＦは、図５に示すように、部材７０上に、断面が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。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５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は、例えば、下記特許文献１乃至３のように多数ある。

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６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。
従って、図７に示すようにＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図６に示す視聴者の視覚方向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７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。

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
、特開２０００−２８４２６８号公報に例示される光学シートを提案している。
上記公報における光学シート３０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のための光学シートであって、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形成された単位レンズ群からなるレンズ部を有するレンズシート１５を用い、その出射面側のレンズ部に対応した、開口部１９を有する光反射層１８を入射面側に備えている構成である。（図８参照）
図８では、レンズシート１５の入射面側に形成された開口部１９を通ることができなかった光は、光反射層１８で反射され、導光板７９側に戻される。そして、導光板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１５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。
特開平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特開平１０−５０６５００号公報

上記構成の光学シート３０において、レンズシート１５に入射させることができなかった照明光源からの光を、無駄にすることなく再利用するためには、光反射層１８に要求される特性として高い反射率が要求される。
本発明者らによる検討の結果、光反射層１８には、反射率のみならず、反射光の色相や、全くゼロではない光反射層内への光線透過率，およびそれに伴う光反射層内部での光線吸収率も含めた光学特性が要求されることが判明した。

光学製品における光学作用面は、回折や反射といった所望の光学作用を引き起こすためのミクロン（μｍ＝１０^-6ｍ）オーダの微細なパターンを正確に形成でき、かつ光の吸収が少なく、更に高い光反射率を有することが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上記光学特性を有する光反射層を具備した光学シートを提供することを課題とする。

本発明は、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形成された単位レンズ群からなるレンズ部を有するレンズシートを用いたディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御のための光学シートにおいて、
前記レンズシートには、出射面側のレンズ部に対応して、各単位レンズの凸部頂点からレンズシートの入射面側に下ろした垂線が通過する開口部を有する光反射層が入射面側に設けられており、前記光反射層は、波長５４０ｎｍの入射光に対する反射率が８０％以上であり、前記光反射層の背面に１００％反射層を重ねた場合の波長５４０ｎｍの入射光に対する反復反射率が９５％以上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、上記発明による光学シートにおいて、前記単位レンズ群が一方向に並列してなるレンチキュラーレンズ群であり、開口部がレンズ部側から入射した光線の集光幅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、上記発明による光学シートにおいて、前記光反射層として、白色顔料又は金属蒸着層が用いられたことを特徴とする光学シートである。

また、本発明は、上記発明による光学シートにおいて、前記白色顔料の顔料比率を５０％以上とし、ウレタン樹脂又はＥＶＡ樹脂を主バインダーとしたインクを用いて光反射層が形成されたことを特徴とする光学シートである。

また、本発明は、上記発明による光学シートにおいて、前記インクを用いて形成された光反射層上に、白色顔料の顔料比率を５０％以下としたインクを用いて第二光反射層が形成されたことを特徴とする光学シートである。

また、本発明は、上記発明による光学シートにおいて、前記光反射層が、ＵＶ硬化型粘着材を使用した転写法にて形成されたことを特徴とする光学シートである。

本発明によれば、照明装置の光を正面に集めるために十分な光学特性を有した光反射層を備えた光学シートを実現することができる。

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。図１は、本発明の実施の形態に係る光学シートの一例を示す断面図である。光学シート５は、基材２の片面の照明の入射光側に光反射層３、他面の出射面側にレンチキュラーレンズ１を配置してなる。基材２とレンチキュラーレンズ１でレンズシート２５を構成する。
基材２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）、アクリルシート等を用いる。レンチキュラーレンズ１の素材としては、当該技術分野で良く知られているアクリル樹脂などを用いる。

一方、光反射層３としては白色顔料或いは金属蒸着層を用い、顔料濃度や層の厚みを調整し、５４０ｎｍでの反射率が８０％以上、該光反射層の裏面に１００％反射層を重ねた時の５４０ｎｍでの反復反射率が９５％以上を有するものとする。金属蒸着層の場合は、層の厚みにより反射率や、該光反射層の裏面に１００％反射層を重ねた時の反射率を制御するのに限界があるため、銀のように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。

該光反射層３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。あらかじめレンチキュラーレンズ１と反対の面にＵＶ硬化型粘着材を貼合し、レンチキュラーレンズ側からＵＶを照射し、その後未硬化の部分に光反射層３を貼合する。この方法であれば、容易にレンチキュラーレンズ１と光反射層３を１：１に対応させて配置することができる。

また、光反射層３を白色顔料にて作成する場合、ウレタン樹脂もしくはＥＶＡ樹脂に白色顔料を５０％以上混合したものが、反射率や、光反射層の裏面に１００％反射層を重ねた時の反復反射率を満たし、かつディスプレイに求められるミクロンオーダーの微細なレンチキュラーレンズに１：１で対応するパターニングを成形するのに適している。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などを用いる。

さらに、光反射層３を白色顔料にて作成する場合、高反射率を得て、かつ光反射層に耐擦性を持たせる目的で、光反射層３のレンチキュラーレンズ１側の部分の顔料濃度を照明側の部分の顔料濃度より高くしてもよい。
レンチキュラーレンズ１側の部分の顔料濃度を高くするには、例えば、顔料濃度の異なるインク層を２層塗布ことによって得られる。

なお、このように形成された光反射層３にワックスや粘着剤との親和性を高める添加剤などを適宜添加し、安定化を図るようにしても良い。また、光反射層３の保護のため、ＰＥＴやＰＣ（ポリカーボネート）やアクリル樹脂、またはこれらの樹脂に拡散剤を添加したシートなどを保護層９として光反射層３の照明側に貼合した構成も本発明の技術的範囲に属するものとする。
図２は、ＵＶ硬化型粘着材８を介して光反射層３を積層し、保護層９を設けた光学シート５’の断面図である。

ＰＥＴを基材２とし、ＵＶ硬化性のアクリル樹脂でレンチキュラーレンズ１をＰＥＴ上に成形した。その後、レンチキュラーレンズ１と反対側の面にＵＶ硬化型粘着材８を貼合し、レンチキュラーレンズ１側からＵＶを照射し、未硬化の粘着材に、ウレタン樹脂と酸化チタンからなり、ＰＷＣが８９％、厚みが１５μｍの光反射層３を積層した。また、光反射層の照明側に透明ＰＥＴを貼合し、保護層９とした。

次に、以上のように構成した光学シート５’の作用について図２を用いて説明する。光学シート５’に照明装置からの光が入射すると、光学シート５’の開口部４に入射した光はレンズを通して集光され出射する光６となるが、光反射層３に入射した光は反射され、再び照明装置側に戻る光７となる。

本発明の光学シート５’を実際にバックライト・ユニットに組み込み、プリズムシートを用いた従来構成と比較した。
図３は従来構成のバックライト・ユニットの断面図である。光源１６より出た光は、光反射シート１７に反射しながら、光拡散シート１３に到達する。その後光拡散シート１２を通過し、プリズムシート１１で集光され、最後に偏光分離シートもしくは光拡散シート１０を通過し表示装置に到達する。
プリズムシートで反射された光は再び光拡散シート１２・１３を通過し、光反射シート１７で反射され、これを何度か繰り返すうちに最終的におおよその光は偏光分離シートもしくは光拡散シート１０に到達する。

図４は本発明の光学シート５’を組み込んだバックライト・ユニットの断面図である。光源１６より出た光は、光反射シート１７に反射しながら、光拡散シート１３・１２に到達する。その光学シート５’で集光され、最後に偏光分離シートもしくは光拡散シート１０を通過し表示装置に到達する。
光学シート５’で反射された光は再び光拡散シート１２・１３を通過し、光反射シート１７で反射され、これを何度か繰り返すうちに最終的におおよその光は偏光分離シートもしくは光拡散シート１０に到達する。

光反射層３の５４０nmでの反射率が８０％以下の場合、光反射層３を抜けて適切ではない角度でレンズに入射する光がでるため、光学シートの集光能力が低下する。また、光反射層の裏面に１００％反射層を重ねた時の５４０nmでの反復反射率が９５％以下の場合、光反射層の光吸収が多いことになる。光源１６を出た光が最終的に偏光分離シートもしくは光拡散シート１０に到達する過程で多くの光が光反射層に吸収され、光の利用効率が下がる。その結果、本来なら開口率によって正面輝度が増加するはずが、従来品のプリズムシートを用いた時の構成よりも低い正面輝度しかえられない。

一方、請求項１にあるように光反射層は、５４０ｎｍの入射光に対する反射率が８０％以上であり、５４０ｎｍの入射光に対する反復反射率が９５％以上である場合、開口率を調整することによって、従来品のプリズムシートをこえるような輝度の増減が可能になる。

表１は、サンプル１〜４における正面輝度の割合を測定した結果を示したものである。表１に示すように、プリズムシートを用いた際の正面輝度の割合を１とした際に、サンプル３及び４においては、反射率≧８０％、反復反射率≧９５％を有しており、正面輝度の割合は略１に達している。一方、サンプル１及び２においては、正面輝度の割合は１に達していない。

上述したように、本実施の形態に係る光学シートにおいては、照明装置の光を正面にあつめ、かつ光反射層による光吸収が許容範囲、すなわち、反復反射率が９５％以上になるため、プリズムシートを用いた従来品よりも高輝度のバックライト・ユニットを構成することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであれば、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

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

本発明の光学シートの一例を示す断面図である。 本発明の光学シートの作用を示す説明図である。 従来構成のバックライト・ユニットの断面図である。 本発明の光学シートを組み込んだバックライト・ユニットの断面図である。 ＢＥＦの斜視図である。 ＢＥＦの出射光の制御された角度φの説明図である。 ＢＥＦの出射光の光強度分布の説明図である。 照明光路制御のための光学シートの一例の説明図である。

符号の説明

１…レンチキュラーレンズ
２…基材
３、１８…光反射層
４、１９…開口部
５、５’…本発明の光学シート
６…照明装置からの入射光で、光学シートの開口部を通過した光
７…照明装置からの入射光で、光学シートの光反射層で反射した光
８…ＵＶ硬化型粘着材
９…保護層
１０…偏光分離シートもしくは光拡散シート
１１…プリズムシート
１２，１３…光拡散シート
１７…光反射シート
１５、２５…レンズシート
１６、２０…光源
３０…光学シートの一例
７０…部材
７２…単位プリズム
７９…導光板

Claims (6)

1. 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形成された単位レンズ群からなるレンズ部を有するレンズシートを用いたディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御のための光学シートにおいて、
   前記レンズシートには、出射面側のレンズ部に対応して、各単位レンズの凸部頂点からレンズシートの入射面側に下ろした垂線が通過する開口部を有する光反射層が入射面側に設けられており、前記光反射層は、波長５４０ｎｍの入射光に対する反射率が８０％以上であり、前記光反射層の背面に１００％反射層を重ねた場合の波長５４０ｎｍの入射光に対する反復反射率が９５％以上であることを特徴とする光学シート。
2. 前記単位レンズ群が一方向に並列してなるレンチキュラーレンズ群であり、開口部がレンズ部側から入射した光線の集光幅であることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
3. 前記光反射層として、白色顔料又は金属蒸着層が用いられたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学シート。
4. 前記白色顔料の顔料比率を５０％以上とし、ウレタン樹脂又はＥＶＡ樹脂を主バインダーとしたインクを用いて光反射層が形成されたことを特徴とする請求項３記載の光学シート。
5. 前記インクを用いて形成された光反射層上に、白色顔料の顔料比率を５０％以下としたインクを用いて第二光反射層が形成されたことを特徴とする請求項４記載の光学シート。
6. 前記光反射層が、ＵＶ硬化型粘着材を使用した転写法にて形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。