JP2007292875A - 光学シート、直下型バックライト、及び液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの光学特性の低下をもたらすことなく、かつ、サイズが大きくなっても撓むことのない十分な構造強度を有すること。
【解決手段】本発明の光学シート１０は、出射面１５上に規則的に配置された複数の単位レンズからなるレンズ部１２を備えている。また、単位レンズのそれぞれの頂点Ｇから、入射面１３と直交するように引かれた各線Ｈと、入射面１３との各交点Ｉをそれぞれ中心として、対応する単位レンズ毎に入射面１３上に設けられ、光源からの光を、対応する単位レンズにそれぞれ導く複数の開口部１４を備えている。更に、開口部１４を除いた入射面１３上に設けられ、光源からの光を、光源側に反射させる複数の光反射創１６を備えている。更にまた、複数の単位レンズの頂点Ｇ側を覆うように設けられ、レンズ部１２を保護すると共に、光学シート１０自体の構造強度を確保する保護層１７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、照明用の光の光路制御に好適な光学シート、この光学シートを適用した直下型バックライト、及びこの直下型バックライトを適用した液晶ディスプレイに関するものである。

液晶ディスプレイのように、自発光しないディスプレイにはバックライト等の照明装置が必要になる。また、ディスプレイには年々高輝度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、バックライトからの光を制御し、正面に光を集めるような光学シートが使われている。現在はこのような照明光の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。

このようなプリズムシートとして、米国３Ｍ社の登録商標となっている輝度強調フィルムであるＢＥＦ（Brightness Enhancement Film）が広く使用されている。

ＢＥＦは、図７の斜視図に示すように、部材７１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ている。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）又は“リサイクル（recycle）”する。

ＢＥＦは、ディスプレイの使用時（観察時）に、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、図７中に示すように、ディスプレイ画面に対する法線方向である視野方向Ｆ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７２の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、例えば特許文献１乃至３のように多数ある。

しかしながら、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７０では、図８に示すように、屈折作用ｘによって、光源７４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、視聴者の視野方向Ｆの光の強度を高めるように制御できるものの、同時に、反射／屈折作用ｙによる光成分が、視野方向Ｆに進むことなく横方向から無駄に出射されてしまう。

従って、図９に示すように、ＢＥＦを用いた光学シート７０から出射される光強度分布Ｂは、視野方向Ｆに対する角度が０°、すなわちディスプレイ画面に対する法線方向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。

この問題に対処するために、本出願人は、特許文献４に例示するように、ＢＥＦを用いない光学シートを提案している。特許文献４で開示された光学シート２２は、図１０の側断面図に示すように、照明光源７６からの光の入射面７３が略平坦であり、非入射面側である出射面７５側に形成された基材シート１１上に、単位レンズ群からなるレンズ部１２を有する。また、光学シート２２は、各レンズに対応した開口部１４を有する光反射層１６を配置する。

図１０では、開口部１４からレンズ部１２内に入射できなかった光は、光反射層１６で反射され、導光板７８側に戻される。そして、導光板７８との界面あるいは導光板７８内での反射を繰り返した後、いずれは開口部１４を通って基材シート１１を介してレンズ部１２に入射し、出射角度が所定角度内に制御された後に、レンズの表面から出射される。

これによって、横方向から無駄に出射される光を低減することができ、図９に示すように、光学シート２２から出射される光強度分布Ａは、ＢＥＦを用いた光学シート７０から出射される光強度分布Ｂに比べて、視野方向Ｆに対する角度が０°における光強度が更に高められ、更に、視野方向Ｆに対する角度が±９０°近辺の小さな光強度ピークをなくすることができる。
特公平１-３７８０１号公報 特開平６-１０２５０６号公報 特表平１０-５０６５００号公報 特開２０００−２８４２６８号公報

しかしながら、このような従来の光学シート２２では、以下のような問題がある。

すなわち、近年の液晶ディスプレイの大型化に伴い、光学シート２２がバックライト・ユニットに用いられる場合には、大型の液晶ディスプレイに適用される場合であっても、撓むことのない十分な構造強度を有するように、厚型化されていることが要求される。ただし、基材シート１１を厚くすることによって、光学シート２２を厚型化することは、以下の理由から限界がある。

すなわち、液晶ディスプレイの解像度を高めるためには、画素ピッチを小さくしなければならず、それにあわせて光学シート２２上に配置されたレンズのピッチも小さくしなければならない。そうすると、基材シート１１の厚みもレンズの焦点距離の関係から小さく抑えねばならず、基材シート１１を厚くすることには限界があるからである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、レンズを保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層を設け、もって、レンズの光学特性の低下をもたらすことなく、かつ、サイズが大きくなっても撓むことのない十分な構造強度を有することが可能な光学シート、この光学シートを適用した直下型バックライト、及びこの直下型バックライトを適用した液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明では、光源側に配置される第一の面と、第一の面に対向する第二の面とを備えてなる光学シートにおいて、第二の面上に規則的に配置された複数の単位レンズからなるレンズ部を備えている。更に、複数の単位レンズのそれぞれの頂点から、第一の面と直交するように引かれた各線と、第一の面との各交点をそれぞれ中心として、対応する単位レンズ毎に第一の面上に設けられ、光源からの光を、対応する単位レンズにそれぞれ導く複数の光導入部を備えている。更に、複数の光導入部を除いた第一の面上に設けられ、光源からの光を、光源側に反射させる複数の光反射部と、複数の単位レンズの頂点側を覆うように設けられ、レンズ部を保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層とを備えている。

従って、請求項１の発明の光学シートにおいては、以上のような手段を講じることにより、レンズを保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層を設けている。その結果、レンズの光学特性の低下をもたらすことなく、かつ、サイズが大きくなっても撓むことのない十分な構造強度を有することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明の光学シートにおいて、粘着材又は接着剤によって保護層を前記レンズ部に固定した光学シートである。

従って、請求項２の発明の光学シートにおいては、以上のような手段を講じることにより、粘着材又は接着剤によって、保護層をレンズ部に確実に固定することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１の発明の光学シートにおいて、エキシマ接着によって保護層をレンズ部に接着した光学シートである。

従って、請求項３の発明の光学シートにおいては、以上のような手段を講じることにより、エキシマ接着によって保護層をレンズ部に確実に接着することができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の光学シートにおいて、保護層は、光導入部から単位レンズに導かれ、該単位レンズから出射した光を集光する集光機能、又は拡散する拡散機能を備えた光学シートである。

従って、請求項４の発明の光学シートにおいては、以上のような手段を講じることにより、レンズ部を覆うように保護層を設けた場合であっても、光学特性が低下することのない光学シートを実現することが可能となる。

請求項５の発明の直下型バックライトは、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の光学シートと、光学シートの第一の面側に配置され、光導入部を介して光学シートに入射する光を供給する光源とを備えている。そして、供給された光が、第二の面側から出射される。

従って、請求項５の発明の直下型バックライトにおいては、以上のような手段を講じることにより、レンズを保護すると共に、構造強度を確保する保護層を設けた光学シートを用いているので、大型の液晶ディスプレイ用にも好適に適用することが可能となる。

請求項６の発明の液晶ディスプレイは、請求項５の発明の直下型バックライトと、光学シートの第二の面側に配置され、第二の面側から出射される光によって照明される液晶パネルとを備えている。

従って、請求項６の発明の液晶ディスプレイにおいては、以上のような手段を講じることにより、レンズを保護すると共に、構造強度を確保する保護層を設けた光学シートを用いた直下型バックライトを用いているので、サイズが大型になっても、光学特性や構造強度が低下することはない。

本発明によれば、レンズを保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層を設け、もって、レンズの光学特性の低下をもたらすことなく、かつ、サイズが大きくなっても撓むことのない十分な構造強度を有することが可能な光学シート、この光学シートを適用した直下型バックライト、及びこの直下型バックライトを適用した液晶ディスプレイ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。

なお、以下の各形態の説明に用いる図中の符号は、図１０と同一部分については同一符号を付して示すことにする。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学シート１０の一例を示す側面図である。

すなわち、本発明の実施の形態に係る光学シート１０は、図中下側に設けられる光源（図示せず）側に向けられる入射面１３と、入射面１３に対向する出射面１５とを備えてなる基材シート１１の出射面１５上に、規則的に配列された複数の単位レンズからなるレンズ部１２を配置している。図２は、図中に示すＸ方向に沿って規則的に配置された複数の単位レンズからなるレンズ部１２が配置された基材シート１１の一例を示す斜視図を示す。

基材シート１１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）やアクリルシート等を用い、レンズ部１２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等を用いる。

そして、複数の単位レンズのそれぞれの頂点Ｇから、入射面１３と直交するように引かれた各線Ｈと、入射面１３との各交点Ｉをそれぞれ中心として、対応する単位レンズ毎に入射面１３上に設けられ、光源からの光を、対応する単位レンズにそれぞれ導く複数の開口部１４を設けている。更に、入射面１３上の開口部１４を除いた部位には、光源からの光を光源側に反射させる光反射層１６を設けている。

光反射層１６としては白色顔料、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等を用いる。

このような光反射層１６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。あらかじめ入射面１３上にＵＶ硬化型粘着材を貼合し、レンズ部１２側からＵＶを照射し、その後、未硬化の部分に光反射層１６を貼合する。この方法であれば、容易に単位レンズと光反射層１６とを１：１に対応させて配置することができる。

また、光反射層１６は、射出成形で出射面１５側にレンズ部１２を成形し、入射面１３側に凹凸を付けた基材シート１１を一体化して成形したのち、この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ことによっても作成することができる。

また、図示していないが、光反射層１６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材を添加したシートなどを光反射層１６の光源側（図中下側）に貼合した構成も本発明の光学シート１０の範囲に属するものとする。

更に、本発明の実施の形態に係る光学シート１０は、各単位レンズの頂点Ｇを覆うように設けられ、レンズ部１２を保護すると共に、光学シート１０自体の構造強度を確保する保護層１７を備えている。レンズ部１２と保護層１７とは、図３に示す部分側面図に示すように、粘着材又は接着剤からなる層１８によって互いに固定されてなる。あるいは、この層１８は、エキシマ接着による接着層でもありうる。

この保護層１７は、ＰＥＴやＰＣやアクリル樹脂からなる。更に、開口部１４から基材シート１１を介して単位レンズに導かれ、該単位レンズから出射した光を拡散する拡散機能を備えるために、ＰＥＴやＰＣやアクリル樹脂に更に拡散材を添加しても良い。あるいは、開口部１４から基材シート１１を介して単位レンズに導かれ、該単位レンズから出射した光を集光する集光機能を備えるために、図４（ａ）に示すように、保護層１７の上面に、規則的に配列された複数の単位レンズからなるレンズ部１９を配置している。ただし、このレンズ部１９の配列方向は、図４（ｂ）に示すように、レンズ部１２の配列方向であるＸ方向と直行するＹ方向としている。

一般に、図１０に示すような構成をした従来技術による光学シートは、開口部１４の幅Ｗを制御することにより、光学特性を調整することができる。したがって、図１０に示すような従来技術の光学シートの構成をベースとする本実施の形態に係る光学シート１０，１０’もまた、開口部１４の幅Ｗを制御することにより、光学特性を調整することができる。例えば、開口部１４の幅Ｗを狭くすれば輝度が向上し、逆に開口部１４の幅Ｗを広くすれば視野角度が広がる。このように、輝度と視野角度とにはトレードオフの関係がある。

次に、以上のように構成した本実施の形態に係る光学シートの光学特性について図５を用いて説明する。

図５は、層１８に用いられる粘着材と、保護層１７とを変化させたケース１〜４の各光学シートの最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）、垂直方向半値角（°）、及び水平方向半値角（°）を示している。なお、ｃｄはカンデラのことであり、半値角とは、図６に示すように、光強度が、正面方向の光強度の半値になる角度のことである。また、垂直方向とは、例えば図１中に示すＸ方向であり、水平方向とは、同Ｙ方向である。

ケース１は、保護層１７を備えていない図１０に示すような従来技術の構成の光学シートに相当する。

ケース２は、図４に示すようなレンズ部１９付の保護層１７を備えた本実施の形態に係る光学シート１０’である。レンズ部１９は高硬度レンズからなり、保護層１７は７５μｍ（７５×１０^−６ｍ）厚のＰＥＴからなる。そして、層１８は、３μｍ厚のＵＶ硬化性粘着材からなる。

ケース３は、図１に示すように、レンズ部１９を備えていない保護層１７を備えた本実施の形態に係る光学シート１０である。保護層１７は１２５μｍ厚のＰＥＴからなる。そして、層１８は、３μｍ厚のＵＶ硬化性粘着材からなる。

ケース４は、図１に示すように、レンズ部１９を備えていない保護層１７を備えた本実施の形態に係る光学シート１０である。保護層１７は１２５μｍ厚のＰＥＴからなる。そして、層１８は、１０μｍ厚の粘着材からなる。

図５に示すように、ケース２では、ケース１に比べて最大輝度は上昇し、垂直方向半値角も広がっている。このことから、保護層１７の上部に更にレンズ部１９を配置することによって水平方向への光が絞られ、垂直方向への光が増加していることが分かる。

また、ケース３及びケース４では、ケース１に比べて水平方向半値角はあまり変わらないものの、垂直方向半値角が広がり最大輝度が低下している。このことから、保護層１７のみを備えるだけでは垂直方向の絞りが甘くなることが分かる。

本実施の形態に係る光学シートにおいては、輝度と視野角度とがトレードオフの関係にある。そして、開口部１４の幅Ｗを制御することにより、輝度と半値角とを調整することができる。したがって、図５に示すように、単に保護層１７を追加したり、保護層１７のみならずレンズ部１９をも追加することによって光学特性が多少変動するものの、開口部１４の幅Ｗを制御することにより、その変動を小さく抑えることができる。

以上のことから、本実施の形態に係る光学シートにおいては、レンズ部１２を保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層１７を設けることによって、レンズ部１２を保護し、レンズ部１２の単位レンズに傷がついたり、欠けたり、または欠けたレンズ片が透明異物として単位レンズ上に残ってしまうようなことを阻止することができる。また、光学シートの構造強度を確保することができるので、サイズが大きくなっても撓みや変形を阻止することができる。

更に、保護層１７、あるいはそれに加えてレンズ部１９を配置したことによる光学特性の変動分は、開口部１４の幅Ｗを調整することによってキャンセルアウトすることが可能であるので、保護層１７、あるいはそれに加えてレンズ部１９を配置したことによる光学特性の低下は発生しない。

このような本実施の形態に係る光学シートは、直下型バックライト、及び液晶ディスプレイにも好適に適用することができる。本実施の形態に係る光学シートを適用した直下型バックライトは、本実施の形態に係る光学シートと、光学シートの入射面１３側に配置された光源とから構成される。光学シートの入射面１３側に光源を配置することによって、光源から供給された光が、開口部１４から光学シート内に入射し、開口部１４に対応する単位レンズを介して保護層１７（保護層１７の上部にレンズ部１９が配置されている場合には、レンズ部１９の単位レンズ）から出射され、照明光として用いられる。

本実施の形態に係る光学シートを適用した液晶ディスプレイは、この直下型バックライトと、この直下型バックライトの出射面１５側に配置された液晶パネルとから構成される。そして、直下型バックライトから出射された照明光によって液晶パネルが照明される。

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、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、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。

本発明の実施の形態に係る光学シートの一例を示す側面図。 Ｘ方向に沿って規則的に配置された複数の単位レンズからなるレンズ部が配置された基材シートの一例を示す斜視図。 レンズ部と保護層との関係を示す部分側面図。 保護層の上面にレンズ部を配置してなる光学シートの一例を示す側面図及び平面図。 本実施の形態に係る光学シートの光学特性を示す図。 半値角を説明するための概念図。 ＢＥＦの斜視図。 ＢＥＦを用いた光学シートにおける光学作用を説明するための概念図。 光学シートから出射される光強度分布の一例を示す図。 特許文献４で開示された光学シートの側断面図。

符号の説明

１０，１０’…光学シート、１１…基材シート、１２…レンズ部、１３…入射面、１４…開口部、１５…出射面、１６…光反射層、１７…保護層、１８…層、１９…レンズ部、２２…光学シート、７０…光学シート、７１…部材、７２…プリズム、７３…入射面、７４…光源、７５…出射面、７６…照明光源、７８…導光板

Claims (6)

1. 光源側に配置される第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを備えてなる光学シートにおいて、
   前記第二の面上に規則的に配置された複数の単位レンズからなるレンズ部と、
   前記複数の単位レンズのそれぞれの頂点から、前記第一の面と直交するように引かれた各線と、前記第一の面との各交点をそれぞれ中心として、対応する単位レンズ毎に前記第一の面上に設けられ、前記光源からの光を、前記対応する単位レンズにそれぞれ導く複数の光導入部と、
   前記複数の光導入部を除いた前記第一の面上に設けられ、前記光源からの光を、前記光源側に反射させる複数の光反射部と、
   前記複数の単位レンズの頂点側を覆うように設けられ、前記レンズ部を保護すると共に、光学シート自体の構造強度を確保する保護層と
   を備えた光学シート。
2. 請求項１に記載の光学シートにおいて、
   粘着材又は接着剤によって前記保護層を前記レンズ部に固定した光学シート。
3. 請求項１に記載の光学シートにおいて、
   エキシマ接着によって前記保護層を前記レンズ部に接着した光学シート。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学シートにおいて、
   前記保護層は、前記光導入部から前記単位レンズに導かれ、該単位レンズから出射した光を集光する集光機能、又は拡散する拡散機能を備えた光学シート。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光学シートと、
   前記光学シートの第一の面側に配置され、前記光導入部を介して前記光学シートに入射する光を供給する光源とを備え、
   前記供給された光が、前記第二の面側から出射される直下型バックライト。
6. 請求項５に記載の直下型バックライトと、
   前記光学シートの第二の面側に配置され、前記第二の面側から出射される光によって照明される液晶パネルと
   を備えた液晶ディスプレイ。

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