JP2009288508A - バックライト用光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】拡散板と輝度向上シートが貼り合わされ、充分な接着強度を発揮できる１枚構成のバックライト用光学シートを提供すること。
【解決手段】上記課題は、光源側から拡散シートおよびレンチキュラーレンズシートの順に配置されたバックライト用光学シートであって、前記レンチキュラーレンズシートは出射面側にレンズを有し、入射面側の、前記レンズに相対する位置に凸部を有し、前記レンチキュラーレンズシートは前記凸部側が前記拡散シートと積層され、入射面側の前記凸部の頂部以外には反射層が充填されたこと
を特徴とするバックライト用光学シートによって解決される。
前記凸部はその断面形状が入射面側を上底とする左右対称な略台形であり、前記凸部断面と前記凸部に相対する出射面側レンズとの位置関係が特定の範囲内とするのが好ましい。
【選択図】図２

Description

液晶表示装置、看板などのバックライトに用いられる光学シートに関する。

液晶表示装置のバックライトとして、例えば背面光源と拡散シートから構成された直下型の面光源が知られている。

液晶表示装置では観察者正面の明るさが重要であるため、拡散シートの前面に輝度向上のためのレンズシートが併せて使用されることがある。その一例はプリズムシートを利用する方法である（特許文献１など）。

またこれらのシートは更に輝度を向上する目的や左右と上下の視野角を別々に制御する目的で、複数用いられる場合がある（特許文献２など）。

拡散シートとプリズムシートなど、複数のシートを使用した場合、バックライトを組み立てる際の取り扱いが煩雑であるという問題があった。またバックライトあるいは液晶表示装置を輸送する際の振動でシートが互いに擦れ合ったりして傷付き、明るさむらが生じる、と言う問題があった。

このような問題に対し、拡散板とレンズシートを貼り合わせた構成の光学シートが特許文献３に公開されている。本技術は反射ストライプ層とその間の開口部層を備えた入射面と、開口部に対向したレンズを備えたレンチキュラーレンズシートと拡散シートとを反射ストライプ層側で貼り合せるものである。本技術では隣り合う反射ストライプ層の間に空気層を設け視野角特性改善を図っているが、全面で接着されていないため、接着強度に問題が生じる恐れがある。また空気層を設けるためには反射ストライプ層を厚く形成する工夫が必要となる。

特許文献４には開口部を有するシートにレンズ列の凸部を接した拡散シートが公開されている。特許文献４ではレンズ列の隙間を空気又はフルオロポリマー材料とすることが好ましいとされている。しかし隙間が空気であれば接着強度に問題が生じる恐れがある。またフルオロポリマー材料は一般に接着が難しく、やはり接着強度に問題が生じる恐れがある。

特開昭６２−１４４１０２号公報 特開平９−１９７１０９号公報 特開２００６−１４５６５３号公報 特表平９−５０５４１２号公報

拡散板と輝度向上シートが貼り合わされ、充分な接着強度を発揮できる１枚構成のバックライト用光学シートが求められている。

上記課題は、
光源側から拡散シートおよびレンチキュラーレンズシートの順に配置されたバックライト用光学シートであって、
前記レンチキュラーレンズシートは出射面側にレンズを有し、
入射面側の、前記レンズに相対する位置に凸部を有し、
前記レンチキュラーレンズシートは前記凸部側が前記拡散シートと積層され、
入射面側の前記凸部の頂部以外には反射層が充填されたこと
を特徴とするバックライト用光学シートによって解決される。

また、
前記凸部はその断面形状が入射面側を上底とする左右対称な略台形であり、
前記凸部断面を示す台形の頂部側頂点をＡ１およびＡ２、底部側頂点を頂部側と同じ側からＢ１およびＢ２とし、前記凸部に相対する出射面側レンズの谷部のうち、前記台形の斜辺Ａ１Ｂ１に近い側をＣ１、斜辺Ａ２Ｂ２に近い側をＣ２とし、
シート平面に平行な面をＬ０とし、
Ａ１とＣ２を通る直線をＬ１とし、Ａ１とＢ２を通る直線をＬ２とし、
Ｌ１がＬ０と交わる角度をθ１、Ｌ２がＬ０と交わる角度をθ２、
０．８≦θ２／θ１≦１．２ （１）
を満たすことを特徴としてもよい。

本発明のバックライト用光学シートは、レンチキュラーレンズシートと拡散シートとが貼り合わされた構成であるため、バックライトを組み立てる際のシートの取り扱いが簡便になる。またシートが互いに擦れ合うことがないので傷付くことを防止できる。またレンチキュラーレンズシートが薄い場合でもシワが生じない。また全面で貼り合わされているため、充分な接着強度を発揮できる。
またレンズ深さ、シートの厚み、凸部の形状設計により、適切な視野角特性を発揮できる。

本発明について図を参照しながら説明する。図１は本発明のバックライト用光学シートおよび背面に設けられた光源の概略図である。光源の背面には反射板が設けられている。

バックライト用光学シートは入射側から拡散シート、レンチキュラーレンズシートの順に積層される。レンチキュラーレンズシートは出射側にレンズ列を配置し、入射側のレンズに対向する位置に台形凸部が設けられている。またレンチキュラーレンズシートの入射側台形凸部以外（以下、凹部ということがある。）には接着層兼反射層が充填され、拡散シートと貼り合わされている。

光源から出射した光は拡散シートに入射し、拡散シートにより拡散され、面内の輝度が均一化される。
拡散シートにより拡散された光のうち、レンチキュラーレンズシートの入射面に設けられた台形凸部へ入射する成分を考える。シートに対する入射角が小さい（光線がシート面に略垂直な方向に入射する）場合、入射光はレンズの頂点近傍を通過し、そのまま正面方向へ出射する。シートに対する入射角が大きい場合、台形凸部の斜面に入射し、反射された後、観察側へ出射する。シートに対する入射角が上記例の中間である場合、入射光はレンズの谷部近傍を通過し、レンズ面で正面方向へ屈折し、出射する。レンチキュラーレンズシート入射面の台形凸部へ入射した光線はこのようにして正面方向へ集光、出射される。

次に拡散シートにより拡散された光のうち、接着層兼反射層に直接入射する成分を考える。入射光は接着層兼反射層で拡散シート側へ反射された後、拡散シートおよび光源背面の反射板で反射され、再びレンチキュラーレンズシート側へ向かう。そして光の一部はレンチキュラーレンズシート入射面の台形凸部へ入射し、上述したように正面方向へ集光、出射される。本明細書ではこのように、一旦接着層兼反射層で反射し、その後レンチキュラーレンズシート入射面の台形凸部へ入射することを光の再利用と呼ぶ。このように接着層兼反射層に直接入射する光線は反射を繰り返し、再利用される。
以上のようにして拡散シートからレンチキュラーレンズシートへ入射した光線は正面方向へ集光される。

レンチキュラーレンズの断面形状は、開口部からさまざまな角度で入射した光線を正面方向へ出射する形状とする必要がある。別の見方をすれば、レンチキュラーレンズシートのレンズ側から平行光を入射したとき、特定の開口部のみに集光する反射面を形成する形状である。このことから、台形凸部付近に焦点を持つ略楕円形状であることが好ましい。このほか放物線、双曲線、折れ線形状でもよいし、さらにこれらを組み合わせても良い。さらに楕円形状である場合、レンズ側から平行光を入射したときの焦点距離を、レンズ頂部から台形凸部頂部までの距離の０．８〜２．５倍とすることが好ましい。このような形状にすることによって、輝度分布を調整できる。本発明においてレンズ形状が略楕円でない場合の焦点距離とはレンズの形状を略楕円に近似した場合の焦点距離のことを言う。

さらにレンズ谷部の位置、シートの厚み、凸部の形状について、図２、に示す角度θ１、θ２、が、
０．８≦θ２／θ１≦１．２ （１）
を満たすことが好ましい。
ここで、前記凸部断面を示す台形の頂部側頂点をＡ１およびＡ２、底部側頂点を頂部側と同じ側からＢ１およびＢ２とし、前記凸部に相対する出射側レンズの谷部のうち、前記台形の斜辺Ａ１Ｂ１に近い側をＣ１、斜辺Ａ２Ｂ２に近い側をＣ２とし、シート平面に平行な面をＬ０とし、Ａ１とＣ２を通る直線をＬ１とし、Ａ１とＢ２を通るＬ２としたときに、Ｌ１またはＬ２がＬ０と交わる角度がそれぞれθ１およびθ２である。

θ２／θ１が０．８より小さいと、入射光の一部が凸部に対向するレンズの２つ隣へ入射するため、サイドローブと呼ばれる高視野角領域での輝度の上昇が生じ、光を正面方向へ集光する効果が小さくなる恐れがある。
θ２／θ１が１．２より大きいと、入射光のほとんどが凸部に対向するレンズのみへ入射する。このような場合、視野角特性がある角度領域から急激に低下する、いわゆるカットオフ特性となるため、視野角が狭くなるばかりか、レンズ形状やシート厚みのわずかなばらつきがカットオフ角度付近における顕著な輝度ムラを招く恐れがある。

台形凸部の台形斜面の角度はレンチキュラーレンズシート面に対し、８９〜４５度が好ましい。８９度より大きいと成形型の製造や成形品の離型に問題が生じる恐れがある。４５度より小さいと、上記角度の条件を満たす設計が困難となる場合がある。

レンズピッチに対する台形凸部の頂部（以下、開口部と称することがある。）の幅の割合は、１５％〜７５％の範囲が好ましい。７０％より大きいと、開口部が大きくなり過ぎて、光を正面方向へ集光する効果が小さくなる恐れがある。逆に、２０％より小さいと、開口部が小さくなり過ぎて、視野角が狭くなる恐れがあるほか、接着層兼反射層と拡散シートおよび反射板との間で反射、拡散を繰り返す割合が多くなり、反射体による吸収などによって光の利用効率が低下する恐れがある。

開口部の幅はシートの中央部と端部で異なっても良い。端部の開口部の幅を中央部より大きくすると、端部の視野角が広がるため、正面から画面を見た場合、端部が暗くなることを防ぐことができる。

反射層の材質は、樹脂等によるバインダー成分と酸化チタン等の一般の白色顔料等からなるものを用いることができる。その場合、凸部を構成する材質の屈折率を接着層兼反射層のバインダーの屈折率より大きくすると、台形斜面で全反射成分が多く生じるため、反射効率が高い点で好ましい。一方、台形凸部を構成する材質のバインダーの屈折率を接着層兼反射層の屈折率以下にすると、台形斜面で拡散反射成分が多く生じるため、視野拡散特性がなだらかに分布する形状となる点で好ましい。

拡散シート、レンチキュラーレンズシートの台形凸部およびこれらを接着する接着層は略同一の屈折率を持つ材質で構成すると、光学設計が容易になる点で好ましい。

レンズ谷部には成形型の耐久性を向上するなどの目的で、面取り、丸み、平坦部を設けても良い。
また、本発明におけるレンチキュラーレンズシートのレンズピッチは３０μｍ以上３００μｍ以下が好ましい。これ以下であると製造が困難になる。レンズピッチがこれ以上であると、液晶画面の画素ピッチとレンズピッチが干渉して見えるモアレ模様が目立つことがあるので好ましくない。

レンチキュラーレンズシートのレンズ面は傷付き防止やモアレ防止などのため、正面方向の輝度向上に悪影響を及ぼさない程度の拡散層を設けることができる。また視野角特性を調整するために、微細な表面凹凸を設けることもできる。レンズ面の観察側に、レンズとは屈折率が異なる材料を積層し、表面にレンズ列を成形しても良い。レンチキュラーレンズシートのレンズ長手方向と、前記レンズ面に積層するレンズ列のレンズ長手方向とを交差させると、水平垂直方向それぞれの視野角特性を調節できる。

本発明のレンチキュラーレンズシートは公知の製造方法によって製造できる。例えば押出し法や、紫外線硬化性樹脂を用いた転写法である。

凹部に充填される反射層は酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウムなどの白色顔料を樹脂バインダーに混合した白インク、金属粉末を混合した反射性のインクなどを採用できる。反射層は光を十分反射するだけの厚みが必要であり、例えば白インクではその厚みは５μｍ以上であることが好ましいため、台形凸部の高さは５μｍ以上であることが好ましい。レンチキュラーレンズシートと拡散シートとを接着する接着層が反射層を兼ねても良い。
白色インクの基材バインダーとしては、熱硬化性樹脂、溶剤乾燥型接着剤、紫外線硬化性樹脂などを使用できる。

本発明における拡散シートの出射面側は貼り合せ工程を考慮すると平坦であることが好ましい。貼り合せ前の取り扱いによる傷付き防止や、接着力の向上のため、出射面側に輝度向上シートのレンチキュラーレンズピッチよりも微細な凹凸を設けても良い。

本発明における拡散シートとしては例えば光拡散剤を混入した光拡散性合成樹脂性シートを用いることができる。拡散シートの入射面側は平坦であっても良いし、微細な凹凸形状やレンズ列が形成されていても良い。背面光源が線状光源、または点状光源が線状に配列された光源である場合、拡散シートの入射面側には線状光源、または点状光源の配列長手方向と平行なレンズ列を設けることが好ましい。面内の輝度が均一化されるためである。

拡散シートを複層構成とし、出射面側が比較的拡散力の小さい層、入射面側が比較的拡散力の大きい層とすることがより好ましい。例えば出射面側が透明層、入射面側が拡散材含有層とする構成である。このようにすることにより、再利用される光がレンチキュラーレンズシートの開口部に入射する確率が高くなるので、光の利用効率が高くなる。この点について、図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の実施形態１の反射層と拡散シートとの界面近傍において、反射層で反射された光の経路の概略図を示したものである。上述の通り、反射層へ入射した光は一旦拡散シートへ向かった後、拡散シート内で拡散反射され、拡散光となって再びレンチキュラーレンズシートに入射する。しかし前記反射光の全てが必ずしも開口部へ入射するわけではなく、光の一部は反射層と拡散シート、反射板の間で繰り返し反射される。ここで、反射層などの反射効率は吸収などのために現実には１００％ではないため、光のロスが生じる。

一方、図４に、本発明に好適な拡散シートの実施形態２及び接着兼反射層で反射された光の経路の概略図を示す。本実施形態２は、拡散シートが入射面側に拡散剤を含有した拡散層を備え、出射面側には拡散剤を含有しない透明層を備える。

反射層へ入射した光は一旦拡散シートへ向かった後、透明層を通過し、拡散シート内で出射側へ拡散反射されるため、反射層からレンズ配列方向に離れた位置で反射する確率が高くなる。従って少ない反射回数で光を再利用する確率が高くなり、反射層と拡散シート内の間で繰り返し反射される成分を減らせるため、光の利用効率が高くなるのである。

拡散力が小さい層の厚みはレンチキュラーレンズピッチの０．５倍以上１０倍以下が好ましい。これ以下であると拡散力が小さい層を設ける効果が十分に発揮されないことがある。これ以上であっても拡散力が小さい層を設ける効果は顕著には増加せず、むしろバックライトの薄型化、軽量化の妨げとなる。

本発明に好適な拡散シートの他の実施形態としては、以下のものが好適である。
・実施形態３：入射面側に高濃度の拡散剤を含有した拡散層を備え、出射面側に低濃度の拡散剤を含有した拡散層を備えたもの。
・実施形態４：入射面側に基材との屈折率差が大きい拡散剤を含有した拡散層を備え、出射面側に基材との屈折率差が小さい拡散剤を含有した拡散層を備えたもの。
・実施形態５：入射面近傍から出射面近傍に向い、拡散剤濃度が段階的または連続的に変化した拡散層を備えたもの。
また、レンチキュラーレンズシートの略台形凸部の斜面は直線よりむしろ外側に膨らんだ形状が望ましい場合がある。それを図５に示す。台形斜面を膨らんだ形状にすることによって、拡散シートから上方に出て行く光線のうち、より左右方向に傾いた光線を略台形凸部の斜面で効率的に垂直上方方向に反射させることができる。

本発明ではレンチキュラーレンズの台形凸部と拡散シートとの接触部が開口部となる。貼り合せの方法についてより詳細に述べる。
方法１：接着層兼拡散層による貼り合せ
レンチキュラーレンズシートの台形凸部と拡散シートの出射面側との間に拡散層を兼ねた接着剤、例えば光拡散材を混入した紫外線硬化性樹脂バインダーの白色インクを充填し、シートを貼り合わせることによって本発明のバックライト用光学シートを製造できる。貼り合せる際十分に押圧すれば、台形凸部の頂部と拡散シートとの間から接着剤を排除できるので、台形凸部は実質的に拡散シートへ光学的に接触することになる。

なお、白色インク中が拡散シート表面を膨潤する効果がある成分を含有する場合、インクを拡散シート表面へ塗布し、レンチキュラーレンズシートを押圧して貼り合せることにより、台形凸部が拡散シート表面の膨潤部に没入するので、より強固に接着されるとともに、台形凸部の頂部と拡散シートとの間からより確実に白インクを排除できるため、好ましい。この場合、拡散シート表面に白インクを塗布後、室温のまま、あるいは加熱下で一定時間（例えば１０秒〜３０分間）放置することでより効果的にシート表面を膨潤させることができる。

方法２：掻き取り印刷後に貼り合せ
レンチキュラーレンズシートの入射側の凹部に拡散剤を充填し、その後拡散シートと貼り合せてもよい。まずレンチキュラーレンズシートの台形凸部側全面に白色インクを塗布し、その後金属ブレードやゴムブレード等の掻き取り具で凹部以外の白色インクを除去することで凹部のみに白色インクを充填し、拡散層を形成する。その後、透明接着剤で拡散シートと接着すれば本発明のバックライト用光学シートを製造できる。

なお、レンチキュラーレンズシートの成形工程や上記貼り合せ工程などにおいて、台形凸部の頂部が丸みを帯びるなど変形する場合、開口部の定義は、台形凸部が拡散シートに光学的に接している部分のことを言う。また台形凸部が拡散シート表面の膨潤部にめり込んでいる場合は、膨潤部の最も外側と台形凸部が接している部分のことを言う。

上記説明では拡散シートにレンチキュラーレンズシートを貼り合せる構成としたが、レンチキュラーレンズシートを一旦別の透明シートに貼り合せ、それをさらに拡散シートと重ね合わせても同様に光の再利用効果を発揮する。

上記本発明の好ましい形態の一例として、前記実施形態１における拡散シートの入射面にプリズム列を設けたものを図６に示す。

本発明に係るバックライトの一例を示す図である。 本発明のレンチキュラーレンズシートにおける、レンズおよび凸部の位置関係を示す図である。 本発明における光の経路の一例を示す図である。 本発明のバックライト用光学シートの一例を示す図である。 本発明のバックライト用光学シートの一例を示す図である。 本発明のバックライト用光学シートの一例を示す図である。

Claims (3)

1. 光源側から拡散シートおよびレンチキュラーレンズシートの順に配置されたバックライト用光学シートであって、
   前記レンチキュラーレンズシートは出射面側にレンズを有し、
   入射面側の、前記レンズに相対する位置に凸部を有し、
   前記レンチキュラーレンズシートは前記凸部側が前記拡散シートと積層され、
   入射面側の前記凸部の頂部以外には反射層が充填されたこと
   を特徴とするバックライト用光学シート。
2. 前記凸部はその断面形状が入射面側を上底とする、左右対称な略台形であり、
   前記凸部断面を示す台形の頂部側頂点をＡ１およびＡ２、底部側頂点を頂部側と同じ側からＢ１、Ｂ２とし、前記凸部に相対する出射面側レンズの谷部のうち、前記台形の斜辺Ａ１Ｂ１に近い側をＣ１、斜辺Ａ２Ｂ２に近い側をＣ２とし、シート平面に平行な面をＬ０とし、Ａ１とＣ２を通る直線をＬ１とし、Ａ１とＢ２を通る直線をＬ２とし、Ｌ１がＬ０と交わる角度をθ１、Ｌ２がＬ０と交わる角度をθ２としたとき、
   ０．８≦θ２／θ１≦１．２ （１）
   を満たすことを特徴とするバックライト用光学シート。
3. 前記拡散シートの光入射側より光出射面側の拡散能力が小さいことを特徴とする請求項１に記載のバックライト用光学シート。

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