JP2009237356A - 光学部品、バックライトユニット及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】光学部品５２は、透明樹脂と前記透明樹脂中に分布した複数の空孔とを含んだ拡散層２６と、一方の主面が前記拡散層２６の一方の主面に接着剤層若しくは粘着剤層を介して接合されているか又は直接に接合され、多層構造を有している光透過層２３と、一方の主面が前記光透過層の他方の主面に接合され、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられたレリーフ層２８とを含んだ拡散透過層とを具備し、前記拡散層２６の厚さＴ１及び線膨張係数α１と前記光透過層２３からその前記拡散層２６に最も近く位置した１層を除いてなる構造の厚さＴ２及び線膨張係数α２とは所定の関係を満足している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示技術に関する。

特許文献１には、液晶表示装置のバックライトユニットにおいて使用する光学部品が記載されている。この光学部品は、各々がレンズを構成している複数の凸部が前面に設けられた光学機能層と、その背面と向き合った拡散層と、それらの間に介在した反射層とを含んでいる。反射層には、レンズの中央部に対応した位置に開口が設けられている。

この光学部品の拡散層を照明すると、拡散層は散乱光を放出する。この散乱光のうち、レンズの中央部に向けて進行する光は光学機能層に入射し、レンズの周縁部に向けて進行する光は反射層によって反射される。反射層によって反射された散乱光は、拡散層によって更に散乱されることなどによって進行方向を変化させ、最終的には光学機能層に入射する。光学機能層に入射した散乱光は、レンズによって広がり角を制御されて、光学機能層から射出される。

これから明らかなように、反射層は、レンズの周縁部への散乱光の入射を抑制する。それゆえ、この光学部品は、レンズの周縁部と空気層との界面での反射に起因して広角側へ出射する光が少ない。また、上記の通り、反射層が反射した光は、最終的にはレンズの中央部に入射する。従って、この光学部品を使用すると、所望の指向性と高い光利用効率とを達成することができる。

ところで、大型の液晶表示装置の多くは、光源として複数の冷陰極管又はＬＥＤ（light-emitting diode）を含んだ直下型バックライトユニットを使用している。直下型バックライトユニットを使用すると、画面全体に亘って明るい表示が可能である。

直下型バックライトユニットを使用した場合、光源の配列に対応した輝度ムラを生じ易い。即ち、直下型バックライトユニットを使用した場合、画面にランプイメージが現れ易い。そのため、直下型バックライトユニットでは、エッジ型バックライトユニットで使用しているものと比較して、拡散能がより高い拡散層を使用している。

拡散層は、通常、透明材料とその中に分布した複数の透明粒子とからなる。このような拡散層は、例えば厚くすることにより、直下型バックライトユニットでの使用に十分な拡散能を達成する。

しかしながら、この拡散層は、厚くすると全光線透過率が低下する。即ち、画面にランプイメージを生じることなしに明るい表示を行うことは難しい。

加えて、液晶表示装置は、薄型化の傾向にある。そのため、バックライトユニットには、これに使用される光学部品の薄型化と部品間の距離の短縮とが要求されている。
特開２００７−２１３０３５号公報

本発明の目的は、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術を提供することにある。

本発明の第１側面によると、透明樹脂と前記透明樹脂中に分布した複数の空孔とを含んだ拡散層と、一方の主面が前記拡散層の一方の主面に接着剤層若しくは粘着剤層を介して接合されているか又は直接に接合され、多層構造を有している光透過層と、一方の主面が前記光透過層の他方の主面に接合され、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられたレリーフ層とを含んだ拡散透過層とを具備し、前記拡散層の厚さＴ１及び線膨張係数α１と前記光透過層からその前記拡散層に最も近く位置した１層を除いてなる構造の厚さＴ２及び線膨張係数α２とは、下記不等式（１）及び（２）に示す関係を満足しているか、又は、下記不等式（３）及び（４）に示す関係を満足していることを特徴とする光学部品が提供される。

０．８×Ｔ１≦Ｔ２≦１．２×Ｔ１ …（１）
｜α１−α２｜≦１．５×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（２）
１．２×Ｔ１＜Ｔ２≦２．０×Ｔ１ …（３）
｜α１−α２｜≦１．０×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（４）
本発明の第２側面によると、第１側面に係る光学部品と、前記光学部品を前記拡散透過層側から照明する光源とを具備したことを特徴とするバックライトユニットが提供される。

本発明の第３側面によると、第２側面に係るバックライトユニットと、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備したことを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によると、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現するのに有利な技術が提供される。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す断面図である。
図１に示す表示装置７０は、透過型液晶表示装置である。この表示装置７０は、表示パネル３５とバックライトユニット５５とを含んでいる。表示装置７０は、拡散フィルム、プリズムシート及び偏光分離反射シートなどの他の部品を更に含んでいてもよい。

表示パネル３５は、液晶パネル３２と偏光板（偏光フィルム）３１及び３３とを含んでいる。液晶パネル３２は、例えば、一対のガラス基板と、それらの間に挟持された液晶層とを含んでいる。偏光板３１及び３３は、液晶パネル３２の前面及び背面にそれぞれ貼り付けられている。

なお、「前面」は観察者側の面であり、「背面」はその裏面である。また、「前方」は背面側から前面側への方向であり、「後方」は前面側から背面側への方向である。

表示パネル３５は、複数の画素を含んでいる。各画素は、これに書き込まれる映像信号に応じて透過率が変化する。表示パネル３５は、例えば、その背面を白色光で一様に照明した状態で画素の透過率を制御することにより、任意の画像を表示する。

表示パネル３５は、本態様では透過型表示パネルであるが、半透過型表示パネルであってもよい。即ち、表示装置７０は、半透過型液晶表示装置であってもよい。

或いは、液晶パネル３２を含んだ表示パネル３５の代わりに、他の表示パネルを使用してもよい。例えば、光透過性の着色パターンによって静止画像を表示する表示パネルを使用してもよい。

バックライトユニット５５は、表示パネル３５の背面側に設置されている。バックライトユニット５５は、バックライト本体４５と光学部品５２とを含んでいる。

バックライト本体４５は、複数の光源４１と反射層４３と図示しない支持体とを含んでいる。光源４１と反射層４３とは、支持体に支持されている。

光源４１としては、例えば、線光源を用いることができる。線光源としては、例えば、蛍光灯又は冷陰極管（ＣＣＦＬ）を使用することができる。光源４１として、点光源を用いてもよい。点光源としては、例えば、ＬＥＤを使用することができる。

反射層４３は、光源４１を間に挟んで表示パネル３５と向き合っている。典型的には、反射層４３は、樋形状を有している。反射層４３は、光反射性のフィルム又はシート、例えば白色のフィルム又はシートである。反射層４３は、金属板などの支持体上に形成された層であってもよい。

バックライト本体４５では、光源４１は、ほぼ全方位に光を放出する。反射層４３は、光源４１が後方に放出した光を前方Ｆへ反射する。そして、反射層４３は、図１に示すような樋形状を有している場合には、光源４１が側方に放出した光を前方Ｆへ反射する。従って、バックライト本体４５は、光源４１が放出した光のほぼ全てを前方Ｆへ進行させる。

光学部品５２は、光源４１と表示パネル３５との間に介在している。光学部品５２は、拡散部材２５とマスク層２２と光学機能層１とを含んでいる。拡散部材２５と光学機能層１とは、マスク層２２を間に挟んで一体化されている。

拡散部材２５は、拡散透過層と拡散層２６とを含んでいる。
拡散透過層は、光透過層２３とレリーフ層２８とを含んでいる。

光透過層２３は、レリーフ層２８を間に挟んで光源４１と向き合っている。光透過層２３は、光透過性を有している層である。

光透過層２３は、典型的には、全光線透過率が拡散層２６の全光線透過率と等しいか又はそれよりも大きい。光透過層２３の全光線透過率は、例えば８０％以上である。全光線透過率が十分に大きければ、光透過層２３が前方（観察者側）Ｆへ射出する光の輝度が不十分となることがない。なお、全光線透過率は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。

光透過層２３は、拡散層２６と比較して拡散能が小さい。光透過層２３のヘイズ値は、例えば９５％以下である。ヘイズ値が大きい場合、レリーフ層２８によって生じる光拡散効果が小さい。なお、ヘイズ値は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠した測定値である。

光透過層２３は、多層構造を有している。具体的には、光透過層２３は、第１光透過層２３１と第２光透過層２３２とを含んでいる。第１光透過層２３１は、第２光透過層２３２と拡散層２６との間に介在している。光透過層２３１及び２３２は、異なる材料からなる。

光透過層２３を構成している各層の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂などの透明樹脂を使用することができる。そのような樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、アクリルニトリル−スチレン共重合体、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート又はポリプロピレンを使用することができる。

光透過層２３を構成している複数の層は、例えば、多層押出法により一体成形することによって得ることができる。或いは、光透過層２３を構成している複数の層は、押出法又は射出成型等によって個々の層を形成し、それらを一体化することにより得ることができる。

光透過層２３を構成している各層は、無延伸であってもよく、一軸又は二軸に延伸されていてもよい。また、光透過層２３は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。

光透過層２３を構成している各層は、上記の樹脂に加え、光拡散粒子を更に含んでいてもよい。但し、光拡散粒子を含有させると、レリーフ層２８によって生じる光拡散効果が小さくなる。従って、典型的には、光透過層２３を構成している各層には、光拡散粒子を含有させない。

光透過層２３を構成している層の屈折率差は、０．１以下であると好ましい。この屈折率差が小さい場合、光透過層２３が含んでいる層間の界面における反射が少ない。

レリーフ層２８は、光透過層２３の背面２３ａに支持されている。例えば、レリーフ層２８は、接着剤層又は粘着剤層を介して光透過層２３の背面２３ａに貼り付けられている。

レリーフ層２８は、光透過性基材２８１と、その背面上で配列した複数の凸部２８２とを含んでいる。

光透過性基材２８１は、単層構造を有している。光透過性基材２８１は、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどの透明樹脂からなる。光透過性基材２８１の材料は、光透過層２３を構成している層の何れかの材料と同一であってもよく、それら材料とは異なっていてもよい。

凸部２８２は、典型的には、一定のピッチで配列している。凸部２８２の各々は、光学素子としてレンズ又はプリズムを構成している。凸部２８２は、光透過性基材２８１の背面上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部２８２の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部２８２の各々は、例えば、光透過性基材２８１の背面に垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部２８２は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。凸部２８２は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部２８２は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部２８２がレンズであり、残りの凸部２８２がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部２８２がレンズであり、一部の凸部２８２と残りの凸部２８２とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部２８２がプリズムであり、一部の凸部２８２と残りの凸部２８２とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部２８２は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

凸部２８２は、例えば、光透過性基材２８１の背面上に、紫外線硬化樹脂などの放射線硬化樹脂を塗布し、この塗膜に型押ししながら紫外線などの放射線を照射することにより得られる。或いは、凸部２８２は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー及びアクリルニトリルスチレン共重合体などの熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いた射出成形法又は熱プレス成形法によって形成することもできる。凸部２８２の材料は、光透過性基材２８１の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

拡散層２６は、光透過層２３及びレリーフ層２８を間に挟んで光源４１と向き合っている。拡散層２６の背面２６ａは、光透過層２３の前面２３ｂと直接に又は図示しない接着剤層若しくは粘着剤層を介して接合されている。

拡散層２６は、透明樹脂と、この透明樹脂中に分布した複数の空孔とを含んでいる。これら空孔は、例えば、拡散層２６中でほぼ一様に分布している。

透明樹脂は、例えば熱可塑性樹脂である。この熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スピログリコール共重合ポリエステル樹脂及びフルオレン共重合ポリエステル樹脂などのポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン及び脂環式オレフィン共重合樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、これらを成分とする共重合体、又はこれら樹脂の混合物を使用することができる。

空孔は、例えば、熱可塑性樹脂とこれに分散させた粒子とを含んだ層を形成し、この層を適度に加熱しながら１軸又は２軸延伸することにより得られる。即ち、この層を適度に加熱しながら延伸することにより、熱可塑性樹脂と粒子との間に隙間を生じさせ、この隙間を空孔として利用することができる。

熱可塑性樹脂に分散させる粒子としては、例えば、酸化チタン及び硫酸バリウムなどの無機粒子を使用することができる。或いは、延伸時に熱可塑性樹脂と比較して十分に硬質であれば、熱可塑性樹脂に分散させる粒子として、この熱可塑性樹脂に対して非相溶性の樹脂粒子を使用してもよい。この樹脂粒子の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド又はポリエーテルを使用することができる。

拡散層２６の全光線透過率は、例えば、４０％乃至８０％の範囲内にある。全光線透過率が小さすぎると、前方Ｆへ光を十分に射出させることができない。全光線透過率が大きすぎると、十分な拡散能が得られず、それゆえ、均一な面内輝度を達成できない。

拡散層２６のヘイズ値は、例えば９８％以上である。ヘイズ値が小さい場合、十分な拡散能が得られず、それゆえ、均一な面内輝度を達成できない。

透明樹脂中に空孔の代わりに無機物又は有機物からなる粒子を分布させた場合、上述した光学的性能を達成するには、拡散層の厚さを例えば０．１ｍｍ乃至５ｍｍの範囲内とする必要がある。空気などの気体は無機物及び有機物と比較して屈折率が小さいので、上記の拡散層２６によると、同等の光学的性能をより小さな膜厚で達成できる。

透明材料中に分布させる複数の領域として空孔を用いた場合、拡散層２６の厚さは、例えば２５μｍ乃至５００μｍの範囲内とする。拡散層２６が薄すぎる場合、拡散層２６の腰が弱く、皺を発生し易い。拡散層２６が十分に薄ければ、これをロール状に巻くことができ、また、スリットを容易に形成できる。

ところで、本発明者らは、この拡散層２６は、優れた拡散性能を達成する反面で、熱を加えると収縮することを見出している。これは、延伸処理を施して空孔を形成していることに起因していると考えられる。

この表示装置７０では、光学部品５２は光源４１によって加熱されるので、拡散層２６の収縮を生じ得る。拡散層２６が光源４１によって加熱されて収縮すると、光学部品５２に反りを生じ、その結果、表示パネル３５又は光源４１が破壊される可能性がある。

そこで、この光学部品５２では、拡散層２６と光透過層２３とに以下の設計を採用している。即ち、拡散層２６の厚さ及び線膨張係数を、それぞれＴ１及びα１とする。また、光透過層２３からその拡散層２６に最も近く位置した１層を除いてなる構造、この例では光透過層２３２の厚さ及び線膨張係数を、それぞれＴ２及びα２とする。そして、厚さＴ１及びＴ２と線膨張係数α１及びα２が下記不等式（１）及び（２）に示す関係を満足するか又は下記不等式（３）及び（４）に示す関係を満足するように、拡散層２６と光透過層２３を設計する。

０．８×Ｔ１≦Ｔ２≦１．２×Ｔ１ …（１）
｜α１−α２｜≦１．５×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（２）
１．２×Ｔ１＜Ｔ２≦２．０×Ｔ１ …（３）
｜α１−α２｜≦１．０×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（４）
この設計を採用すると、拡散層２６が光源４１によって加熱されて収縮したとしても、光学部品５２が大きく反るのを防止できる。それゆえ、表示パネル３５又は光源４１が破壊されるのを防止することができる。

なお、なお、線膨張係数α１及びα２は、日本工業規格ＪＩＳ Ｋ７１９７に従って測定することにより得られる値である。線膨張係数α１は、例えば、拡散層２６に使用する透明樹脂の種類、延伸倍率又は添加する粒子の量によって制御できる。また、線膨張係数α２は、光透過層２３２に使用する材料の種類によって制御できる。

光透過層２３２と拡散層２６との線膨張係数の差は、１．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ／℃以下であることが好ましい。また、光透過層２３２と拡散層２６との厚さの差は、５０μｍ以下であると好ましい。線膨張係数の差及び／又は厚さの差を小さくすると、光学部品５２の反りを更に抑制できる。

ここで、拡散部材２５について、更に詳しく説明する。
図２は、拡散部材における光の経路を示す断面図である。なお、図２において、参照符号２８ａは凸部２８２の頂部を示し、参照符号２８ｂは凸部２８２の側面又は傾斜面２８ｂを示し、参照符号２８ｃは凸部２８２の底面を示している。そして、参照符号３０は、側面２８ｂと凸部２８２の底面との接合位置を示している。

上記の通り、バックライト本体４５は、光源４１が放出した光のほぼ全てを前方Ｆへ進行させる。前方Ｆへ進行する光Ｈは、レンズを構成している凸部２８２に入射する。これらレンズの焦点が光透過性基材２８１の背面と光透過層２３の前面２３ｂとの間に位置している場合、レンズに入射した光は、図２に矢印Ｌで示すように光透過性基材２８１及び光透過層２３内で集束及び発散して、拡散層２６に入射する。従って、光透過層２３及びレリーフ層２８を省略した場合と比較して、拡散層２６に対してより均一に及び／又はより多様な方向から光を入射させることができる。それゆえ、拡散層２６を薄くした場合であっても、光強度の面内ばらつきを生じ難く、また、観察角度依存性が過剰に大きくなることがない。特に、以下に数式を用いて説明する構成を採用すると、拡散層２６を薄くすることに伴う光強度の面内ばらつき及び観察角度依存性増大を更に生じ難くすることができる。

即ち、凸部２８２のうち１方向に配列したものの頂部２８ａを通り、それら凸部２８２の配列方向と光透過層２３の厚さ方向とに平行な断面に着目する。図２に示す断面は、そのような断面の１つである。そして、この断面において、凸部２８２の各々の側面２８ｂがその底面２８ｃとの接合位置３０で先の底面に対して為す角度、即ち、接合位置３０における凸部２８２の接線ｌが凸部２８２の底面２８ｃに対して為す角度をθとし、それら凸部２８２のピッチをＰとする。これら角度θ及びピッチＰと光透過層２３の厚さＴ及び屈折率ｎとが下記不等式に示す関係を満足するように、レリーフ層２８及び光透過層２３を設計する。

この設計を採用すると、レンズの焦点から光透過性基材２８の背面までの距離は、レンズの焦点から光透過層２３の前面２３ｂまでの距離と比較してより短くなる。それゆえ、例えば、レリーフ層２８の背面に向けて垂直方向から光Ｈを平行ビームとして照射すると、各レンズに入射した光ビームは、拡径して拡散層２６に入射する。その結果、或るレンズを透過した光ビームとその隣のレンズを透過した光ビームとは、拡散層２６の背面２６ａ上で部分的に重なり合う。それゆえ、この構成を採用すると、拡散層２６を薄くすることに伴う光強度の面内ばらつきと観察角度依存性の増大とを更に生じ難くすることができる。

このように、レリーフ層２８及び光透過層２３を設けると、拡散層２６を薄くした場合であっても、光強度の面内ばらつきと観察角度依存性とが過剰に大きくなるのを十分に防止できる。そして、この効果は、拡散透過層を薄くした場合であっても、レリーフ層２８と光透過層２３とに適当な設計を採用することにより得ることができる。

また、レリーフ層２８と光透過層２３とからなる拡散透過層は、拡散部材２５の全光線透過率に殆ど影響を及ぼさない。例えば、拡散透過層を追加することに伴う拡散部材２５の全光線透過率の減少は数％である。この値は、拡散層２６を薄くすることに伴う全光線透過率の増加と比較して小さい。

この拡散部材２５において、ピッチＰは任意である。但し、ピッチＰが大きすぎる場合には、上記不等式に示す関係を満足させるために、厚さＴを大きくしなくてはならない。製造効率及び製造コストなどを考慮すると、厚さＴが大きいことは好ましくない。ピッチＰは、例えば０．５ｍｍ以下とし、好ましくは０．２ｍｍ以下とする。

光学機能層１は、マスク層２２を間に挟んで拡散層２６と向き合っている。光学機能層１は、光透過層１７と複数の凸部１６とを含んでいる。

光透過層１７は、光透過性を有している層である。光透過層１７の背面１７ａ及び前面１７ｂは、ほぼ平坦である。

光透過層１７の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリカーボネート、メタクリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体又はポリエチレンテレフタレートを使用することができる。

凸部１６は、光透過層１７に支持されている。具体的には、凸部１６は、光透過層１７の前面１７ｂ上で配列している。典型的には、凸部１６は一定のピッチで配列している。凸部１６は、光学機能層１の前面にレリーフ構造を形成している。

凸部１６の各々は、光学素子としてレンズ又はプリズムを構成している。凸部１６は、光透過層１７の前面１７ｂ上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部１６の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部１６の各々は、例えば、光透過層１７の前面１７ｂに垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部１６は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。これら凸部１６は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部１６は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部１６がレンズであり、残りの凸部１６がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部がレンズであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部がプリズムであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部１６は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

凸部１６は、例えば、凸部２８２について説明したのと同様の方法により形成することができる。凸部１６の材料は、光透過層１７の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

マスク層２２は、光学機能層１と拡散層１６との間に介在している。マスク層２２は、凸部１６の頂部１６ａに対応した位置と、凸部１６の側面又は傾斜面１６ｂのうち頂部１６ａに隣接した領域に対応した位置とで開口している。マスク層２２は、光学機能層１と拡散層１６との間であってその開口に対応した位置に空隙部を形成している。マスク層２２は、拡散部材２５が前方へ射出する光のうち、凸部１６の頂部１６ａ及びその近傍へ向けて進行する光を透過させ、凸部１６間の谷部１３へ向けて進行する光を反射又は吸収する。

マスク層２２の材料としては、例えば遮光性の材料を使用することができる。遮光性の材料としては、金属反射性の材料又は白色材料を使用することが好ましい。こうすると、マスク層２２によって反射された光は、拡散層２６によって更に散乱されることなどによって進行方向を変化させ、最終的には光学機能層１に入射する。

マスク層２２は、例えば、光学機能層１上に形成することができる。例えば凸部１６がレンズを構成している場合、光学機能層１を前面側から照明すると、光透過層１７の背面１７ａ上では、凸部１６の配列に対応した光強度分布を生じる。例えば、この光強度分布をフォトリソグラフィに利用すれば、フォトマスクを使用することなしにマスク層２２を形成することができる。

なお、光学機能層１と拡散部材２５とは、例えば、両面テープを介してそれらの縁同士を貼り合せることによって一体化することができる。或いは、光学機能層１と拡散部材２５とは、接着剤を使用して貼り合せてもよい。

この光学部品５２では、上記の通り、拡散部材２５は、薄くした場合であっても、高い拡散能と高い全光線透過率とを達成する。そして、光学機能層１及びマスク層２２は、光学部品５２の全光線透過率に殆ど影響を及ぼすことなしに、光を更に拡散させると共に、光の広がり角を制御する。

それゆえ、この液晶表示装置７０では、光学部品５２が表示パネル３５へ向けて射出する光Ｋの強度分布を均一とし且つその広がり角を最適化することができる。従って、上述した技術を採用すると、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現することが可能となる。

なお、両面にレンズアレイ又はプリズムアレイを設けた光学部品は、モアレ干渉縞を生じることがある。しかしながら、上述した光学部品５２では、前面側のレンズ又はプリズムと背面側のレンズ又はプリズムとの間に拡散層２６が介在しているので、上記の理由でモアレ干渉縞が生じることはない。

また、上記の通り、この表示装置７０では、光学部品５２の反りに起因した表示パネル３５の破壊を生じ難い。従って、光学部品５２と光源４１との距離を短くすることや、光学部品５２と表示パネル３５との距離を短くすることが可能である。それゆえ、この光学部品５２の使用は、表示装置７０の薄型化に有利である。

図１では光透過層２３に２層構造を採用しているが、光透過層２３には３層以上の多層構造を採用してもよい。

図３は、図１に示す表示装置の一変形例を概略的に示す断面図である。この表示装置７０は、光透過層２３に以下の構成を採用したこと以外は、図１及び図２を参照しながら説明した表示装置７０と同様である。即ち、この表示装置７０では、光透過層２３は、３層構造を有している。具体的には、光透過層２３は、第１光透過層２３１及び第２光透過層２３２に加え、第３光透過層２３３を更に含んでいる。光透過層２３３は、光透過層２３１及び２３２間に介在している。

光透過層２３３は、例えば、光透過層２３３は、光透過層２３の光学的特性を変更するのに利用することができる。或いは、光透過層２３３は、厚さＴ２及び／又は線膨張係数α２の制御に利用することができる。

この液晶表示装置７０が含んでいるバックライトユニット５５では、以下の構成を採用してもよい。
図４は、バックライトユニットに採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図である。図４に示すバックライトユニット５５では、光源４１として線光源を使用し、凸部２８２はレンチキュラを構成している。なお、図４において、ｍはレンチキュラの長さ方向を示し、ｎは光源の長さ方向を示している。

図４に示す構造では、レンチキュラの長さ方向ｍは、光源４１の長さ方向ｎに対して僅かに傾いている。方向ｍが方向ｎに対して為す角度θ₄₁を過剰に大きくすると、ランプイメージが生じるのを抑制する効果が小さくなる。角度θ₄₁は、例えば２０°以下とする。

角度θ₄₁が十分に小さければ、ランプイメージが生じるのを抑制する効果に角度θ₄₁が及ぼす影響は殆どない。即ち、現実的には、光源４１と拡散部材２５との位置合わせは不要である。それゆえ、この光学部品５２を使用すると、製造効率を向上させると共に、製造コストを低減することができる。

次に、本発明の第２態様について説明する。
図５は、本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す断面図である。図６は、図５に示す表示装置が含んでいる光学機能層を概略的に示す斜視図である。

この表示装置７０は、以下の構成を採用したこと以外は図１及び図２を参照しながら説明した表示装置７０と同様である。即ち、この表示装置７０では、凸部１６は、その頂部１６ａにＶ字溝４が設けられたレンチキュラを構成している。そして、この表示装置７０では、マスク層２２を設ける代わりに、光学機能層１及び拡散層２６の周縁部間にスペーサ２９を介在させてそれらの間に空隙部１４を設け、拡散層２６の前面２６ｂ上に複数の凸部１９を配置している。なお、凸部１６の各々は、レンチキュラ以外のレンズを構成していてもよく、プリズムを構成していてもよい。

Ｖ字溝４の長さ方向は、レンチキュラの長さ方向と平行である。凸部１６が２次元アレイを形成している場合、凸部１６の少なくとも１つには複数のＶ字溝４を互いに交差するように設けてもよい。また、凸部１６に設ける溝は、Ｖ字溝４でなくてもよい。例えば、凸部１６には、Ｖ字溝の代わりにＵ字溝を設けてもよい。

スペーサ２９は、光学機能層１及び拡散層２６を互いから離間させて、それらの間に空隙部１４を形成する役割を果たしている。加えて、スペーサ２９は、光学機能層１及び拡散層２６を互いに対して固定するための部品又はその一部としての役割を果たしている。

ここでは、スペーサ２９は枠状部のみからなるが、スペーサ２９は、枠状部内に位置した１つ以上の柱状部を更に含んでいてもよい。或いは、スペーサ２９として、複数の柱状部を使用してもよい。或いは、スペーサ２９は、格子状であってもよい。

凸部１９の各々は、レンズ又はプリズムを構成している。典型的には、凸部１９は、拡散層２６の前面２６ｂ上で一定のピッチで配列している。

凸部１９は、拡散層２６の前面２６ｂ上で、一方向に配列していてもよく、複数方向に配列していてもよい。前者の場合、凸部１９の各々は、例えば、レンチキュラ若しくはシリンドリカルレンズ又は三角プリズムである。後者の場合、凸部１９の各々は、例えば、拡散層２６の前背面２６ｂに垂直な対称軸を有しているレンズ又は角錐状のプリズムである。

これら凸部１９は、例えば、複数のレンズを１次元又は２次元的に配列してなるレンズアレイを形成している。これら凸部１９は、複数のプリズムを１次元又は２次元的に配列してなるプリズムアレイを形成していてもよい。

これら凸部１９は、形状が同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、一部の凸部１９がレンズであり、残りの凸部１９がプリズムであってもよい。或いは、全ての凸部がレンズであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。或いは、全ての凸部がプリズムであり、一部の凸部と残りの凸部とで形状が異なっていてもよい。ここでは、一例として、凸部１９は、形状が互いに等しいレンチキュラであり、一次元的に配列しているとする。

この表示装置７０では、上記の通り、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けている。それゆえ、溝４の側壁と空気層との界面における全反射を生じ、その結果、光のリサイクルを生じる。従って、このように溝４を設けると、溝４を省略した場合と比較してより高い輝度上昇効果を得ることができる。

そして、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けると、光強度スペクトルのサイドローブが小さくなる。加えて、凸部１６の頂部１６ａに溝４を設けると、観察方向を広角側に変化させたときに生じる急激な輝度低下（カットオフ）を緩和させることができる。

また、この表示装置７０では、上記の通り、光学機能層１と拡散層２６との間に空隙部１４を設け、拡散層２６の前面２６ｂ上に凸部１９を配置している。凸部１９は、屈折率が小さい空隙部１４と隣接しているので、拡散及び集光に関する設計の自由度が大きい。そして、この表示装置７０において、厚さＴ１及びＴ２と線膨張係数α１及びα２とは、上述した関係を満足している。

従って、本態様においても、第１態様と同様に、画面にランプイメージを殆ど生じることなく明るい表示が可能な薄型の表示装置を実現することが可能となる。そして、この表示装置７０が含んでいる光学部品５２によると、例えば、１以上の光学利得を達成することができる。

なお、光学利得は、物体の拡散性を示す指標の１つである。光学利得は、物体に特定の光を照射したときの輝度を、完全拡散する拡散体に先の光を照射したときの輝度を１とした相対値として表した値である。測定対象物の拡散性が方向依存性を有している場合、方位毎に光学利得を求めることにより、その物体の拡散特性が得られる。或る方向についての光学利得が１以上であるということは、測定対象物がその方向に光を集める効果を持つことを意味し、その値が大きいほど集光効果が大きいことを示している。

＜例１＞
図１に示す表示装置７０を、以下の方法により製造した。
まず、ポリエチレンテレフタレートのチップと、これに対して非相溶な熱可塑性樹脂であるポリ−４−メチルペンテン−１のチップと、分散剤である分子量４０００のポリエチレングリコールとを混合し、この混合物を１８０℃で３時間の真空乾燥に供した。その後、これを押出機に供給し、常法により２８５℃で溶融させてＴダイ複合口金内に導入し、溶融体シートを得た。得られた溶融体シートは、表面温度が２５℃に保たれた冷却ドラム上に密着させながら冷却固化して未延伸フィルムとした。

続いて、この未延伸フィルムを９８℃に加熱されたロール群を用いて長手方向に延伸し、その後、２５℃のロール群で冷却して、一軸延伸フィルムとした。

次に、この一軸延伸フィルムをクリップで保持しながらテンターに導き、１０５℃の加熱雰囲気下で長手方向に垂直な方向に延伸した。次いで、これを幅方向に弛緩させてテンター内で２２０℃の熱処理に供し、その後、均一に除冷した。最後に、これを巻き取り、厚さが５０μｍの拡散層２６を得た。

なお、ここでは、ポリ−４−メチルペンテン−１の添加量と延伸の倍率とを変化させることによって、線膨張係数α１が異なる複数の拡散層２６を形成した。

次に、ポリカーボネートとポリエチレンテレフタレートとを用いた多層押出しにより、ポリカーボネートからなる第１光透過層２３１とポリエチレンテレフタレートからなる第２光透過層２３２とを含んだ光透過層２３を形成した。ここでは、第１光透過層２３１の厚さを５００μｍとし、第２光透過層２３２の厚さＴを２５μｍ乃至１１５μｍの範囲内で異ならしめた複数の光透過層２３を形成した。なお、第１光透過層２３１の線膨張係数は７．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ／℃であり、第２光透過層２３２の線膨張係数α２は３．０×１０^-5ｃｍ／ｃｍ／℃である。

次いで、ポリエチレンテレフタレートからなる厚さが５０μｍの光透過性基材２８１上に光硬化性のアクリル樹脂を塗布し、塗膜に金型を押し当て、各々がシリンドリカルレンズを構成している凸部２８２を形成した。図２に示す凸部２８２のピッチＰは１００μｍとし、角度θは５０°とした。このようにして、複数のレリーフ層２８を形成した。

その後、レリーフ層２８の平坦面と第２光透過層２３２の表面とを粘着剤を介して接合させた。以上のようにして、厚さが７２５μｍ乃至８１５μｍの範囲内で異なる複数の拡散部材２５を得た。

次に、これら拡散部材２５の各々と、平坦面上にマスク層２２が形成された光学機能層１とを、拡散層２６が光学機能層１と向き合うように粘着剤を介して貼り合わせた。以上のようにして、線膨張係数α１及び厚さＴが異なる複数の光学部品５２を得た。これら光学部品５２の全光線透過率は、５０％乃至６０％の範囲内にあった。

次いで、これら光学部品５２を用いて複数の液晶表示装置７０を得た。なお、各直下型バックライトユニット４５において、光学部品５２と冷陰極管４１との距離は３ｍｍとした。また、表示パネル３５と光学部品５２との間の距離は６０ｍｍとした。

これら液晶表示装置７０の各々に白色画像を表示させ、正面側からランプイメージが見えるかどうか確認した。その結果、何れの液晶表示装置７０についてもランプイメージが見えることはなかった。

＜参考例１＞
本例では、以下の構成を採用したこと以外は例１で説明したのと同様の液晶表示装置を製造した。

即ち、本例では、透明樹脂中に空孔を分布させた拡散層２６の代わりに、透明樹脂に光拡散粒子を分布させた拡散層２６を使用した。光透過層２３とレリーフ層２８とからなる拡散透過層には、単層構造を採用した。そして、多層押出し法により、拡散層２６と拡散透過層との積層構造を形成した。

ここでは、拡散層２６の透明樹脂及び拡散透過層の材料として、メチルメタクリレート・スチレンを使用した。凸部２８２は、熱エンボスにより形成した。図２に示すピッチＰは１００μｍとし、角度θは５０°とした。また、拡散層２６の厚さは１．８ｍｍとし、拡散透過層の厚さは０．２ｍｍとした。即ち、拡散部材２５の厚さは２ｍｍとした。なお、この拡散透過層の全光線透過率は９９％以上であり、ヘイズ値は１％未満であり、屈折率は１．５であった。また、厚さが１．８ｍｍの拡散層２６は、一般的に用いられる拡散板と同等の光学的性能を有している。

この拡散部材２５を使用したこと以外は例１で説明したのと同様の光学部品５２を製造した。この光学部品５２の全光線透過率は、５０％乃至６０％の範囲内にあった。続いて、この光学部品５２を使用したこと以外は例１で説明したのと同様の液晶表示装置７０を製造した。その後、この液晶表示装置７０に白色画像を表示させ、正面側からランプイメージが見えるかどうか確認したところ、ランプイメージが見えることはなかった。

＜例２＞
本例では、図１に示す液晶表示装置７０を以下の方法により製造した。
即ち、例１で製造した拡散部材２５の各々を、３７型の画面に対応した寸法に切断した。各拡散部材２５及び平坦面にマスク層２２が形成された厚さが２ｍｍの光学機能層１の周縁部同士を、両面テープを介して貼り合わせた。これにより、複数の光学部品５２を得た。ここでは、両面テープの幅は５ｍｍとし、両面テープは画像表示領域の外側にのみ位置させた。これら光学部品５２の全光線透過率は、５０％乃至６０％の範囲内にあった。

次に、これら光学部品５２を用いたこと以外は例１において説明したのと同様の方法により複数の液晶表示装置７０を得た。なお、これら液晶表示装置７０は、その画面が上向きになるように設置した状態で、光学部品５２が光源４１側に撓むことはなかった。

次いで、これら液晶表示装置７０の各々に白色画像を表示させ、正面側からランプイメージが見えるかどうか確認した。その結果、何れの液晶表示装置７０についてもランプイメージが見えることはなかった。

また、これら表示装置７０の各々に白色画像を表示させ、駆動条件を一定としたまま、画面の全領域に亘って垂直方向の輝度を測定した。そして、このようにして得られた輝度分布データから、画面のうち冷陰極管に対応した領域における平均輝度を算出し、この平均輝度に対する輝度の分散σ²を求めた。その結果、何れの表示装置７０についても、標準偏差σは１％以下であった。

次に、これら表示装置７０の各々を環境試験に供して、光学部品５２に生じる反りの大きさを測定した。

具体的には、各表示装置７０を、温度が８０℃の環境中に５００時間放置した。その後、表示装置７０から光学部品５２を取り出し、この光学部品５２を凸に反った面が下方を向くように水平面上に載置した。そして、先の水平面から光学部品５２の下面の４隅までの距離を測定し、それらの平均値を反り量とした。なお、ここでは、表示パネル３５と光学部品５２との間の距離を６０ｍｍとしたため、６０ｍｍの反り量を判定基準とした。その結果を、以下の表１及び２に示す。

表１及び２において、「ＮＧ」は反り量が６０ｍｍを超えたことを示し、「ＯＫ」は反り量が６０ｍｍ以下であったことを示している。また、「Ｔ２／Ｔ１」は光透過層２３２の厚さＴ２と拡散層２６の厚さＴ１との比を示し、「｜α１−α２｜」は拡散層の線膨張係数α１と光透過層２３２の線膨張係数α２との差の絶対値を示している。

表１及び２に示すように、比Ｔ２／Ｔ１が０．８乃至１．２の範囲内にあり且つ絶対値｜α１−α２｜が１．５×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃以下である場合及び比Ｔ２／Ｔ１が１．２乃至２．０の範囲内にあり且つ絶対値｜α１−α２｜が１．０×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃以下である場合に、小さな反り量を達成することができた。

本発明の第１態様に係る表示装置を概略的に示す断面図。 拡散部材における光の経路を示す断面図。 図１に示す表示装置の一変形例を概略的に示す断面図。 バックライトユニットに採用可能な構造の一例を概略的に示す平面図。 本発明の第２態様に係る表示装置を概略的に示す断面図。 図４に示す表示装置が含んでいる光学機能層を概略的に示す斜視図。

符号の説明

１…光学機能層、４…溝、１３…谷部、１４…空隙部、１６…凸部、１６ａ…頂部、１６ｂ…傾斜面、１７…光透過層、１７ａ…背面、１７ｂ…前面、１９…凸部、２２…マスク層、２３…光透過層、２３ａ…背面、２３ｂ…前面、２５…拡散部材、２６…拡散層、２６ａ…背面、２６ｂ…前面、２８…レリーフ層、２８ａ…頂部、２８ｂ…傾斜面、２８ｃ…底面、２９…スペーサ、３０…接合位置、３１…偏光板、３２…液晶パネル、３３…偏光板、３５…表示パネル、４１…光源、４３…反射層、４５…バックライト本体、５２…光学部品、５５…バックライトユニット、７０…表示装置、２３１…光透過層、２３２…光透過層、２３３…光透過層、２８１…光透過性基材、２８２…凸部。

Claims (10)

1. 透明樹脂と前記透明樹脂中に分布した複数の空孔とを含んだ拡散層と、
   一方の主面が前記拡散層の一方の主面に接着剤層若しくは粘着剤層を介して接合されているか又は直接に接合され、多層構造を有している光透過層と、一方の主面が前記光透過層の他方の主面に接合され、他方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられたレリーフ層とを含んだ拡散透過層とを具備し、
   前記拡散層の厚さＴ１及び線膨張係数α１と前記光透過層からその前記拡散層に最も近く位置した１層を除いてなる構造の厚さＴ２及び線膨張係数α２とは、下記不等式（１）及び（２）に示す関係を満足しているか、又は、下記不等式（３）及び（４）に示す関係を満足していることを特徴とする光学部品。
   ０．８×Ｔ１≦Ｔ２≦１．２×Ｔ１ …（１）
   ｜α１−α２｜≦１．５×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（２）
   １．２×Ｔ１＜Ｔ２≦２．０×Ｔ１ …（３）
   ｜α１−α２｜≦１．０×１０^-4ｃｍ／ｃｍ／℃ …（４）
2. 前記透明樹脂は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
3. 前記拡散層は延伸されていることを特徴とする請求項２に記載の光学部品。
4. 前記拡散層は、前記複数の空孔にそれぞれ隣接して位置し、各々が前記透明樹脂とは異なる材料からなる複数の粒子を更に含んだことを特徴とする請求項３に記載の光学部品。
5. 前記複数の凸部のうち１方向に配列したものの頂部を通り且つそれら凸部の配列方向と前記光透過層の厚さ方向とに平行な断面において、それら凸部の各々の側面がその底面との接合位置で前記底面に対して為す角度θ及びそれら凸部のピッチＰと、前記底面と前記拡散層とに挟まれた部分の厚さＴ及び屈折率ｎとは、下記不等式に示す関係を満足していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学部品。
   

   
6. 一方の主面にレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられ、他方の主面の少なくとも一部が空隙部を間に挟んで前記拡散層の他方の主面と向き合った光学機能層を更に具備したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学部品。
7. 複数の開口が設けられ、前記拡散層と前記光学機能層との間に介在して前記複数の開口の位置に前記空隙部を形成しているマスク層を更に具備したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学部品。
8. 前記拡散層と前記光学機能層との間に介在して、それらの間に前記空隙部を形成しているスペーサと、
   前記拡散層の前記光学機能層と向き合った主面に支持され、レンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部と
   を更に具備したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学部品。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学部品と、
   前記光学部品を前記拡散透過層側から照明する光源と
   を具備したことを特徴とするバックライトユニット。
10. 請求項９に記載のバックライトユニットと、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備したことを特徴とする表示装置。

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