JP2011081036A - 光学ユニット及びこれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】法線方向側への屈折及び広角度の光拡散等の光学的機能が高く、その光学的機能を容易かつ確実に制御することができる光学ユニット及びこれを用いて正面方向の高輝度化、広視野角化、輝度の均一化等の品質の向上が促進されるバックライトユニットの提供を目的とするものである。
【解決手段】本発明は、マイクロレンズシートと、このマイクロレンズシートの表面側に配設されるプリズムシートとを備え、このマイクロレンズシートが、裏面に複数のマイクロレンズから構成されるマイクロレンズアレイを有し、プリズムシートが、表面に複数の突条プリズム部からなる突起列を有している光学ユニットである。上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズの直径の変動係数は３０％以上１００％以下であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、優れた面均一性及び広視野角を有する液晶表示装置、特にカーナビゲーションシステム用液晶表示装置のバックライトユニットに好適な光学ユニット、及びこれを用いたバックライトユニットに関するものである。

液晶表示装置は、テレビやパソコン等の画面の表示装置として広く用いられており、表示画面を直接見る直視型とスクリーンに映し出した映像を見る投影型とに大きく分類される。直視型の液晶表示装置にはバックライトの光を透過する透過型、バックライトを持たずに自然光や室内灯などの反射光を用いる反射型、及び明るい所では反射型、暗い所では透過型になる半透過型がある。一方、投影型の液晶表示装置には、前面のスクリーンに映像を映し出すフロント型と、ディスプレイキャビネット内にスクリーンを取り込み、映像を映し出すリア型とがある。今日では、直視型、この中でも透過型の液晶表示装置が主流として一般的に用いられている。

透過型の液晶表示装置は、液晶層を背面から照らすバックライト方式が普及し、液晶層の下面側にエッジライト型（サイドライト型）、直下型等のバックライトユニットが装備されている。このエッジライト型のバックライトユニット２０は、一般的には図５に示すように、光源としてのランプ２１と、このランプ２１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板２２と、この導光板２２の表面側に積層される光学ユニット２３とを装備している。光源としてのランプ２１としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）や冷陰極管等が使用されているが、小型化及び省エネルギー化の観点などから現在ではＬＥＤが一般的に用いられている。この光学ユニット２３は、複数の光学シートを重畳して備えており、透過光線に対して拡散、屈折等の光学的機能を有している。この光学ユニット２３に備える光学シートとしては、（１）導光板２２の表面側に配設され、主に光拡散機能を有する光拡散シート２４や、（２）光拡散シート２４の表面側に配設され、法線方向側への屈折機能を有するプリズムシート２５などが用いられている。

また図示していないが、上述の導光板２２の導光特性や光学ユニット２３に備える光学シートの光学的機能などを考慮し、光拡散シートやプリズムシートなどの光学シートがさらに多く配設される光学ユニット２３もある。

このようなバックライトユニットを有する液晶表示装置として、カーナビゲーションシステムに使用されるものがある。このカーナビゲーションシステム用液晶表示装置は、一般的に自動車の運転席と助手席の間のセンターコンソールにセットされている。このために、このカーナビゲーションシステム用の液晶表示装置は、パソコン等他の液晶表示装置とは異なる光学性能が要求される。すなわち、カーナビゲーション用液晶表示装置は、正面からよりは、斜め方向、即ち運転席及び助手席から好適にも液晶画面を見ることができるように広い視野角が要求される。このような要求に対応するために、例えば図６に示すように、光学シートとしてプリズムシートを２枚、突条プリズムを直交させ、かつプリズムを裏向き（導光板方向）に設けた光学ユニットを備えるバックライトユニット３０も開発されている（例えば特開２００１−１９５９１３号公報等参照）。

このバックライトユニット３０の機能を説明すると、まず、ランプ３１より導光板３２に入射した光線は、導光板３２裏面の反射ドット又は反射シート（図示されず）及び各側面で反射され、導光板３２表面から出射される。導光板３２から出射した光線はプリズムシート３４に入射し、屈折され、表面より出射される。その後、プリズムシート３４表面から出射された光線は、プリズムシート３５に入射し、表面に形成された複数の突条のプリズム部によって左右方向に広く拡散された分布の光線として出射される。このように、従来のカーナビゲーションシステムの液晶表示装置用のバックライトユニット３０は、ランプ３１から出射された光線が、光学ユニット３３によって拡散され、左右方向にピークを示すように屈折され、さらに上方の図示していない液晶層全面を照明するものである。

しかしながら、このような光学ユニット３３によれば、図４のグラフ中比較例１で示されるように、２枚のプリズムシート３４及び２５の斜め方向への屈折性が高すぎるため、正面輝度が低下し、正面からカーナビゲーションシステムの液晶画面を見ると、画面が暗くなるという不都合が生じる。

特開２００１−１９５９１３号公報

本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、法線方向側への屈折及び広角度の光拡散等の光学的機能が高く、その光学的機能を容易かつ確実に制御することができる光学ユニット及びこれを用いて正面方向の高輝度化、広視野角化、輝度の均一化等の品質の向上が促進されるバックライトユニットの提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
マイクロレンズシートと、このマイクロレンズシートの表面側に配設されるプリズムシートとを備え、
このマイクロレンズシートが、裏面に複数のマイクロレンズから構成されるマイクロレンズアレイを有し、
プリズムシートが、表面に複数の突条プリズム部からなる突起列を有している光学ユニットである。

当該光学ユニットは、プリズムシートに加えて、優れた光学的機能を奏するマイクロレンズシートを備えていることから、法線方向側への屈折、広角度の光拡散等の光学的機能が格段に向上する。また、マイクロレンズシートがマイクロレンズアレイを裏面に有していることで、光拡散機能が向上し、当該光学ユニットは面均一性が格段に向上する。

上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズの平均直径は１０μｍ以上２００μｍ以下であるとよい。このような範囲の平均直径を有するマイクロレンズをマイクロレンズシートが有することで、光学的機能を容易かつ確実に制御でき、当該光学ユニットの面均一性が向上する。

上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズの直径の変動係数は、３０％以上１００％以下であることが好ましい。このようにマイクロレンズの直径が一定の範囲の分布を有することで、広角度の光拡散機能がさらに向上し、バックライトユニットとしての広視野角化が可能となる。

上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズアレイを構成する素材の屈折率が１．３以上１．８以下であるとよい。マイクロレンズアレイを構成する素材が上記屈折率を備えることで、マイクロレンズアレイにおける光線の法線方向への屈折及び光拡散を広角度で均一に行うことができる。

上記マイクロレンズシートの形成材料としてポリカーボネート系樹脂が用いられているとよい。マイクロレンズシートがポリカーボネート系樹脂を形成材料としていることで、上記の所定形状のマイクロレンズを容易かつ確実に成形できるため、光学的機能の制御が容易かつ確実に行うことができるともに、適当な屈折率及び高い透過率を有するため、正面輝度が高まりかつ広角度の光拡散が可能となる。

上記マイクロレンズシートのマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配設パターンは、ランダムパターンであるとよい。このようなランダムパターンを有する当該光学ユニットによれば、当該マイクロレンズシートを他の光学部材と重ね合わせた際にモアレの発生が低減されるとともに、光拡散性を向上させることができる。

上記突条プリズム部が三角柱状であり、頂角が丸められているとよい。このように突条プリズム部が三角柱状で、その頂角が丸められていることで、突条プリズム部表面において、当該光学ユニットから法線方向に出射する光線の屈折角が低減されるため法線方向への出射光の量を増加し、正面輝度を向上させることができる。

上記課題を解決するためになされた別の発明は、ランプから発せられる光線を分散させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、導光板と、この導光板の側端面に配設されるランプと、この導光板の表面側に配設される上記光学ユニットとを備えていることを特徴とする液晶表示装置用のバックライトユニットである。当該光学ユニットは高い法線方向への屈折及び広角度の光拡散等の光学的機能を有するため、当該バックライトユニットの正面方向の高輝度化、広視野角化、輝度の均一化等の品質が高められる。特に、広視野角化が可能となる当該バックライトユニットは、斜め方向から視認されることが多いカーナビゲーションシステム用液晶表示装置において好適に用いることが可能となる。

ここで、「マイクロレンズ」とは、界面が部分球面状の微小レンズを意味し、例えば、半球状凸レンズ、半球状凹レンズなどが該当する。また、「突条プリズム部」の条方向と垂直方向の断面形状としては、特に限定されるものではなく、直角三角形等の三角形に加え、例えば四角形、五角形等の種々の多角形や波形などが含まれる。「ポリカーボネート系樹脂」とは、カーボネート結合（−Ｏ−Ｒ−Ｏ−ＣＯ−）を主鎖にもつ重合体（ポリマー）をいう。さらには、各シートの「表面」とは、当該光学ユニットをバックライトユニットに備えた際に光線が出射する側の一面をいう。また、各シートの「裏面」とは、もう一方の光線が入射する側の面をいう。マイクロレンズの直径の「変動係数」とは、直径の標準偏差を平均直径で割った値として定義される。

以上説明したように、本発明の光学ユニットによれば、法線方向側への屈折及び広角度の光拡散等の光学的機能が格段に高く、その光学的機能を容易かつ確実に制御することができ、この光学ユニットを用いたバックライトユニットによれば、正面方向の高輝度化、広視野角化、輝度の均一化等の品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る光学ユニットを示す模式的断面図である。 図１の光学ユニットに備えられているマイクロレンズシートを示す部分底面図である。 図１の光学ユニットを備えるバックライトユニットを示す模式的斜視図である。 視野角に対するバックライトの輝度を示すグラフである。 従来の一般的なエッジライト型のバックライトユニットを示す模式的斜視図である。 カーナビゲーションシステム用液晶表示装置に用いられる従来のバックライトユニットを示す模式的斜視図である。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。

図１の光学ユニット１は、光学シートとしてマイクロレンズシート２及びプリズムシート３を備えており、マイクロレンズシート２の表面側にプリズムシート３が配設されている。

マイクロレンズシート２は、図２に示すように、シート状の基材層４と、この基材層４の裏面に有するマイクロレンズアレイ５とを備えている。

基材層４は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されている。かかる基材層４の形成材料として用いられる合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニル、活性エネルギー線硬化型樹脂等が挙げられる。中でもマイクロレンズアレイ５の成形性に優れる紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂等の活性エネルギー線硬化型樹脂や、透明性及び強度に優れるポリカーボネート系樹脂が特に好ましい。また、基材層４としてポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム又はポリカーボネート系樹脂フィルムを用い、その上に紫外線硬化性樹脂などでマイクロレンズ６を形成することも好ましい。

基材層４を形成するポリカーボネート系樹脂としては、直鎖ポリカーボネート系樹脂及び／又は分岐ポリカーボネート系樹脂を含むポリカーボネート系樹脂とするとよい。本発明で使用される直鎖ポリカーボネート系樹脂及び分岐ポリカーボネート系樹脂としては、特に限定されるものでなく通常使用されているものが使用できる。なお、直鎖ポリカーボネート系樹脂のみ、又は分岐ポリカーボネート系樹脂のみから基材層４を形成することもできる。

直鎖ポリカーボネート系樹脂は、公知のホスゲン法または溶融法によって製造された直鎖の芳香族ポリカーボネート系樹脂であり、カーボネート成分とジフェノール成分とからなる。カーボネート成分を導入するための前駆物質としては、例えば、ホスゲン、ジフェニルカーボネート等が挙げられる。又、ジフェノールとしては、例えば、４，４’−ジヒドロキシ−２，２’−ジフェニルプロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１−ビス（３，５−ジメシル−４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）デカン、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロデカン、１，１−ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）シクロドデカン、４，４−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４−チオジフェノール、４，４−ジヒドロキシ−３，３−ジクロロジフェニルエーテル、４，４−ジヒドロキシ−２，５−ジヒドロキシジフェニルエーテル等が挙げられる。これらは、単独または２種以上を組合わせて使用することができる。

分岐ポリカーボネート系樹脂は、分岐剤を用いて製造したポリカーボネート系樹脂であり、分岐剤としては、例えば、フロログリシン、トリメリット酸、１，１，１−トリス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２−トリス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２−トリス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，１−トリス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，１−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，１−トリス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，１−トリス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン等が挙げられる。

このような分岐ポリカーボネート系樹脂は、例えば、特願平１−３２１５５２号公報に記載されているように、芳香族ジフェノール類、上記分岐剤およびホスゲンから誘導されるポリカーボネートオリゴマー、芳香族ジフェノール類および末端停止剤を、これらを含む反応混合液が乱流となるように撹拌しながら反応させ、反応混合液の粘度が上昇した時点で、アルカリ水溶液を加えると共に反応混合液を層流として反応させる方法により製造することができる。本発明の樹脂組成物の分岐ポリカーボネート系樹脂は、ポリカーボネート系樹脂中に５〜８０質量％の範囲で含有され、好ましくは１０〜６０質量％の範囲である。これは、分岐ポリカーボネート系樹脂が１０質量％未満では、伸長粘度が低下し押出成形での成形が困難となるためであり、８０質量％を超えると樹脂の剪断粘度が高くなり成形加工性が低下するためである。

基材層４の厚み（平均厚み）は、特には限定されないが、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは３５μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上１８８μｍ以下とされる。基材層４の厚みが上記範囲未満であると、バックライトユニット等において熱に曝された際にカールが発生しやすくなってしまう、取扱いが困難になる等の不都合が発生する。逆に、基材層４の厚みが上記範囲を超えると、液晶表示装置の輝度が低下してしまうことがあり、またバックライトユニットの厚みが大きくなって液晶表示装置の薄型化の要求に反することにもなる。

マイクロレンズアレイ５は、多数のマイクロレンズ６から構成されている。このマイクロレンズ６は、半球状（半球に近似した形状を含む）等、光を屈折させて発散または集束させる光学的曲面形状体とされ、基材層４の裏面に設けられている。このマイクロレンズ６は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されており、具体的には上記基材層４と同様の合成樹脂が用いられる。中でも、透明性、強度に優れ、適度な屈折率を有するポリカーボネート系樹脂が特に好ましい。

なお、マイクロレンズ６は、上記半球状凸レンズに限定されず、半球状凹レンズのマイクロレンズも可能である。かかる半球状凹レンズのマイクロレンズも、上記マイクロレンズ６と同様に優れた光学的機能を有する。なお、マイクロレンズアレイ５を構成するマイクロレンズ６は同一の形状及びサイズのものに限定されない。また、マイクロレンズアレイ５は、半球状凸レンズのみから、又は半球状凹レンズのみから構成されるものに限定されず、半球状凸レンズと半球状凹レンズとの両方等、複数種のマイクロレンズから構成されても良い。

基材層４及びマイクロレンズ６には、上記の合成樹脂の他、例えばフィラー、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤等が配合されてもよい。

マイクロレンズ６は、基材層４の裏面に比較的密にかつランダムに配設されている。このランダムパターンによれば、当該マイクロレンズシート２を他の光学部材と重ね合わせた際にモアレの発生が低減されるとともに、光拡散性を向上させることができ、広角度で均一な光線の出射を行うことができる。

マイクロレンズ６の平均直径（Ｄ）の下限としては、１０μｍ、特に３０μｍ、さらに特に４０μｍが好ましい。一方、マイクロレンズ６の平均直径（Ｄ）の上限としては、２００μｍ、特に１５０μｍ、さらに特に１００μｍが好ましい。マイクロレンズ６の平均直径（Ｄ）が１０μｍより小さいと、回析の影響が大きくなり、光学的性能の低下や色分解が起こり易く、品質の低下を招来する。一方、マイクロレンズ６の平均直径（Ｄ）が２００μｍを超えると、厚さの増大や輝度ムラが生じやすく、品質の低下を招来する。

マイクロレンズ６の直径（Ｄ）の変動係数の下限としては、３０％、特に４０％が好ましく、上限としては１００％、特に８０％が好ましい。このようにマイクロレンズ６の直径（Ｄ）が上記範囲の所定の変動係数を有する、すなわち一定の分布を備えることで、マイクロレンズシートに入射する光線を広角に拡散させることができ、光学ユニットとしての面均一性を向上させることができる。また、マイクロレンズ６の直径（Ｄ）の変動係数が上記上限を超えると、マイクロレンズシート２の裏面の平滑性が失われ、全光線透過率の低下を招くおそれがある。ここで、直径（Ｄ）の「変動係数」とは、直径の標準偏差を平均直径で割った値として定義される。

マイクロレンズ６の表面粗さ（Ｒａ）の下限としては、０．０１μｍが好ましく、０．０３μｍが特に好ましい。一方、マイクロレンズ６の表面粗さ（Ｒａ）の上限としては、０．１μｍが好ましく、０．０７μｍが特に好ましい。このようにマイクロレンズ６の表面粗さ（Ｒａ）を上記下限以上とすることで、当該マイクロレンズシート２のマイクロレンズアレイ５の成形性が比較的容易になり、製造面での技術的及びコスト的負担が軽減される。一方、マイクロレンズ６の表面粗さ（Ｒａ）を上記上限未満とすることで、マイクロレンズ６表面での光の散乱が低減される結果、マイクロレンズ６による法線方向側への屈折機能や光拡散機能が高められ、かかる良好な光学的機能に起因して正面方向の高輝度化及び出射光の均一化が図られる。

マイクロレンズ６の平均高さ（Ｈ）の平均曲率半径（Ｒ）に対する高さ比（Ｈ／Ｒ）の下限としては、５／８が好ましく、３／４が特に好ましい。一方、この高さ比（Ｈ／Ｒ）の上限としては１．３が好ましい。このようにマイクロレンズ６の高さ比（Ｈ／Ｒ）を上記範囲とすることで、マイクロレンズ６におけるレンズ的屈折作用が効果的に奏され、当該マイクロレンズシート２の集光等の光学的機能が格段に向上される。

マイクロレンズ６の平均レンズ間距離（Ｓ；Ｐ−Ｄ）の平均直径（Ｄ）に対する間隔比（Ｓ／Ｄ）の上限としては１／２が好ましく、１／５が特に好ましい。このようにマイクロレンズ６の平均レンズ間距離（Ｓ）を上記上限以下とすることで、光学的機能に寄与しない平坦部が低減され、当該マイクロレンズシート２の集光等の光学的機能が格段に向上される。

マイクロレンズ６の充填率の下限としては４０％が好ましく、６０％が特に好ましい。このようにマイクロレンズ６の充填率を上記下限以上とすることで、マイクロレンズ６の占有面積を高め、当該マイクロレンズシート２の光拡散機能等の光学的機能が格段に向上される。なお、このマイクロレンズの充填率とは、所定の単位面積当たりの全てのマイクロレンズが占める割合をいう。

マイクロレンズアレイ５を構成する素材の屈折率の下限としては１．３が好ましく、１．４５が特に好ましい。一方、この素材の屈折率の上限としては１．８が好ましく、１．６が特に好ましい。この範囲の中でも、マイクロレンズアレイ５を構成する素材の屈折率としては１．５が最も好ましい。このようにマイクロレンズアレイ５を構成する素材の屈折率を上記範囲とすることで、マイクロレンズ６におけるレンズ的屈折作用が効果的に奏され、当該マイクロレンズシート２の光拡散等の光学的機能がさらに高められる。

当該マイクロレンズシート２の製造方法としては、上記構造のものが形成できれば特に限定されるものではなく、種々の方法が採用される。当該マイクロレンズシート２の製造方法としては、基材層４を作成した後にマイクロレンズアレイ５を別に形成する方法と、基材層４とマイクロレンズアレイ５とを一体成形する方法とが可能であり、具体的には、
（ａ）マイクロレンズアレイ５の反転形状を有するシート型に合成樹脂を積層し、そのシート型を剥がすこと当該マイクロレンズシート２を形成する方法、
（ｂ）マイクロレンズアレイ５の反転形状を有する金型に、溶融樹脂を注入する射出成型法、
（ｃ）シート化された樹脂を再加熱して前記と同様の金型と金属板との間にはさんでプレスして形状を転写する方法、
（ｄ）マイクロレンズアレイ５の反転形状を周面に有するロール型と他のロールとのニップに溶融状態の樹脂を通し、上記形状を転写する押出しシート成形法、
（ｅ）基材層に紫外線硬化型樹脂を塗布し、上記と同様の反転形状を有するシート型、金型又はロール型に押さえ付けて未硬化の紫外線硬化型樹脂に形状を転写し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｆ）上記と同様の反転形状を有する金型又はロール型に未硬化の紫外線硬化性樹脂を充填塗布し、基材層で押さえ付けて均し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｇ）未硬化（液状）の紫外線硬化型樹脂等を微細なノズルからシート基材上に射出又は吐出し、硬化させる方法、
（ｈ）紫外線硬化型樹脂の代わりに電子線硬化型樹脂を使用する方法
などがある。

上記マイクロレンズアレイ５の反転形状を有する型（モールド）の製造方法としては、例えば基材上にフォトレジスト材料により斑点状の立体パターンを形成し、この立体パターンを加熱流動化により曲面化することで、マイクロレンズアレイ模型を作製し、このマイクロレンズアレイ模型の表面に電鋳法により金属層を積層し、この金属層を剥離することで製造することができる。また、上記マイクロレンズアレイ模型の作製方法としては、上記（ｇ）に記載の方法を採用することも可能である。

上記マイクロレンズアレイ５の反転形状を有する型（シート型等）の別の製造方法としては、表面にマイクロレンズアレイ形状を有する光学シート原版を用い、光学シート原版の表面に押出ラミネート法により型用合成樹脂層を積層し、型用合成樹脂層から光学シート原版を剥離することで製造することができる。押出ラミネート法の中でも、特にサンドイッチ押出ラミネート法により、光学シート原版と型用基材シートとの間に型用合成樹脂層を積層するとよい。

上記製造方法によれば、押出ラミネート法により表面にマイクロレンズアレイ形状を有する光学シート原版の表面形状を忠実に転写できるため、光拡散機能等の光学的性能が高い光学シートを生産性よく製造することができる。特に、サンドイッチ押出ラミネート法によれば、型用基材シートにより光学シート形成型の強度が確保され、型用合成樹脂層を構成する合成樹脂を光学シート原版の表面形状の転写性や、耐熱性、光学層用合成樹脂層との剥離正当を主眼に選定することができ、精算される光学シート材の表面形状の精密付型性や光学シート形成型の長寿命化に寄与する。

また、上記押出ラミネート法による製造方法によれば、ランダムな径を有する複数のマイクロレンズ６からなる裏面のマイクロレンズアレイ５の反転形状を有する型も、例えば複数の径を有するビーズを塗工することによって形成された光拡散シートを原版として転写させること等によって、容易に製造することができる。

上記製造方法によれば、任意形状のマイクロレンズアレイ５が容易かつ確実に形成される。そのため、マイクロレンズアレイ５を構成するマイクロレンズ６の直径（Ｄ）、高さ比（Ｈ／Ｒ）、間隔比（Ｓ／Ｄ）、充填率等が容易かつ確実に調整され、その結果当該マイクロレンズシート２の光学的機能が容易かつ確実に制御される。

当該マイクロレンズシート２は、マイクロレンズアレイ５によって高い光拡散等の光学的機能を有し、かつその光学的機能を容易かつ確実に制御することができる。そのため、当該マイクロレンズシート２は、プリズムシート３への入射光線のピーク方向を法線方向側への屈折に最適な傾斜角に制御することができる。

なお、マイクロレンズシート２は、表面（プリズムシート３と接する面）にスティッキング防止層を有してもよい。このスティッキング防止層を備えることにより、マイクロレンズシート２とプリズムシート３とのスティッキングを防止することができる。

スティッキング防止層は、バインダーと、このバインダー中に分散するビーズとから構成される。このバインダーは、基材ポリマーを含むポリマー組成物を硬化させることで形成される。このバインダーによって基材層の表面にビーズが略等密度に配置固定される。なお、このスティッキング防止層の厚み（ビーズを除いたバインダー部分の厚み）は特には限定されないが、例えば１μｍ以上１０μｍ以下程度とされている。

上記基材ポリマーとしては、特に限定されるものではなく、例えばアクリル系樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、紫外線硬化型樹脂等が挙げられ、これらのポリマーを１種又は２種以上混合して使用することができる。特に、上記基材ポリマーとしては、加工性が高く、塗工等の手段で容易にスティッキング防止層を形成することができるポリオールが好ましい。また、バインダーに用いられる基材ポリマーは光線を透過させる必要があるので透明とされており、特に無色透明が好ましい。

上記ポリオールとしては、例えば（ａ）水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールと、（ｂ）水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られ、かつ、（メタ）アクリル単位等を有するアクリルポリオールとが好ましい。かかるポリエステルポリオール又はアクリルポリオールを基材ポリマーとするバインダーは耐候性が高く、スティッキング防止層の黄変等を抑制することができる。なお、このポリエステルポリオールとアクリルポリオールのいずれか一方を使用してもよく、両方を使用してもよい。

なお、バインダーを形成するためのポリマー組成物は、基材ポリマー以外に、例えば、微小無機充填剤、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤等が適宜配合されてもよい。

ビーズの材料としては、無機フィラーと有機フィラーに大別される。無機フィラーとしては、具体的には、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、硫化バリウム、マグネシウムシリケート、又はこれらの混合物を用いることができる。有機フィラーの具体的な材料としては、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等を用いることができる。中でも、透明性が高く、光線の透過を阻害しないアクリル樹脂が好ましく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が特に好ましい。

ビーズの平均粒子径の下限としては、１μｍ、特に２μｍ、さらに特に５μｍが好ましく、この平均粒子径の上限としては、５０μｍ、特に２０μｍ、さらに特に１５μｍが好ましい。ビーズの平均粒子径が上記下限より小さいと、ビーズによって形成されるスティッキング防止層の表面の凸部が小さくなり、十分なスティッキング防止効果が得られないおそれがある。逆に、ビーズの平均粒子径が上記上限を越えると、マイクロレンズシートの厚さが増大し、かつ裏面側に重ね合わされる他の光学部材に傷を付けるおそれがある。

このビーズの配合量は比較的少量とされ、ビーズは互いに離間してバインダー中に分散し、ビーズの多くはその下端がバインダーからごく少量突出している。そのため、このマイクロレンズシートを導光板と積層すると、突出したビーズの下端が導光板等の表面に当接し、マイクロレンズシートの裏面の全面が導光板等と当接することがない。これによりマイクロレンズシートと導光板等とのスティッキングが防止され、液晶表示装置の画面の輝度ムラが抑えられる。

当該スティッキング防止層の形成方法としては、例えば（ａ）バインダーを構成するポリマー組成物にビーズを混合することでスティッキング防止層用塗工液を製造する工程と（ｂ）このスティッキング防止層用塗工液を基材層４の裏面に塗工することでスティッキング防止層を積層する工程とを有する。

なお、スティッキング防止層は、上記構成（バインダーと、このバインダー中に分散するビーズとから構成）及び形成方法に限定されず、基材層４との一体成形による表面へのマット加工によって設けられていてもよい。このような一体成形によりスティッキング防止層を形成することにより、製造工程の短縮化が可能となり、工業的に量産を行うことができる。

プリズムシート３は、シート状の基材層７と、この基材層７の表面に複数の突条プリズム部８からなる突起列とを備えている。この複数の突条プリズム部８からなる突起列は、複数のシートを重ねた際に生じるモアレを防止するために、完全な平行及び等間隔に形成されず、ずらした間隔で突条プリズム部８を形成するとよい。このプリズムシート３は、表面に備える複数の突条プリズム部８からなる突起列によって高い法線方向側への屈折機能及び広角度の光拡散機能を有している。なお、基材層７は、上記マイクロレンズシート２の基材層４と同様である。

突条プリズム部８は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されており、具体的には、上記基材層４と同様の合成樹脂が用いられている。また、上記マイクロレンズアレイ５と同様に、突条プリズム部８を構成する素材の屈折率の下限としては１．３、特に１．４５が好ましく、その上限としては１．８、特に１．６が好ましい。

突条プリズム部８は、一側面が基材層７表面に接する三角柱状のものである。突条プリズム部８の条方向と垂直方向の断面形状は、頂角αが９０°、底角βが４５°の直角二等辺三角形が好ましく、この頂角９が丸められている。このように突条プリズム部８の頂角９が丸められていることで、この光学ユニット１から法線方向に出射する光線の屈折角が低減されるため、正面方向への出射光の量を増加させ、正面輝度を向上させることができる。一方、当該プリズムシート３に非垂直に入射した光線は、突条プリズム部８により広角に拡散されるため、斜め方向の輝度を高めることができる。

突条プリズム部８の底面の幅（Ｗ）の下限としては、１０μｍが好ましく、３０μｍが特に好ましい。一方、上記幅（Ｗ）の上限としては、１０００μｍが好ましく、４００μｍが特に好ましい。これは、突条プリズム部８の底面の幅（Ｗ）が、上記下限より小さいと、突条プリズム部８の形成が困難であり、逆に、突条プリズム部８の底面の幅（Ｗ）が上記上限を超えるとギラツキ、輝度ムラ等が発生するおそれがあるためである。

頂角９の曲率半径の、突条プリズム部８の底面の幅（Ｗ）に対する比（曲率半径比）の下限としては、１／１００が好ましく、１／３０が特に好ましい。一方、曲率半径比の上限としては、１／２が好ましく、１／６が特に好ましい。これは、頂角９の曲率半径比が上記下限より小さいと、法線方向へ出射する光線の屈折角の低減が小さく、正面輝度が低下し、逆に、曲率半径比が上記上限より大きいとプリズムシートとして光学的機能、特に光拡散機能が低下し、広角度への光拡散性が低下するおそれがあるためである。

当該プリズムシート３の製造方法は、上記構造のものが形成できれば特に限定されるものではなく、基材層７を作成した後に突条プリズム部８を別に形成する方法と、基材層７と突条プリズム部８とを一体成形する方法とが可能であり、具体的には、
（ａ）プリズムシート３表面の反転形状を有するシート型に合成樹脂を積層し、そのシート型を剥がすこと当該プリズムシート３を形成する方法、
（ｂ）プリズムシート３表面の反転形状を有する金型に溶融樹脂を注入する射出成型法、
（ｃ）シート化された樹脂を再加熱して前記と同様の金型と金属板との間にはさんでプレスして形状を転写する方法、
（ｄ）プリズムシート３表面の反転形状を周面に有するロール型と他のロールとのニップに溶融状態の樹脂を通し、上記形状を転写する押出しシート成形法、
（ｅ）基材層に紫外線硬化型樹脂を塗布し、上記と同様の反転形状を有するシート型、金型又はロール型に押さえ付けて未硬化の紫外線硬化型樹脂に形状を転写し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｆ）上記と同様の反転形状を有する金型又はロール型に未硬化の紫外線硬化性樹脂を充填塗布し、基材層で押さえ付けて均し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｇ）紫外線硬化型樹脂の代わりに電子線硬化型樹脂を使用する方法
などがある。

当該光学ユニット１は、裏面にマイクロレンズアレイ５を有するマイクロレンズシート２によって広角度の光拡散等の光学的機能が向上し、プリズムシート３によって法線方向側への屈折が向上するため、この２枚のシートの組み合わせにより、正面輝度が高く広視野角を有する光学ユニットを実現することができる。さらには、マイクロレンズの平均直径や直径の変動係数等を調整することで、光学的機能を容易かつ確実に制御できるため、光学ユニットの正面輝度及び広角への光拡散性を更に高めることができる。

図３に示すエッジライト型のバックライトユニット１０は、導光板１１と、この導光板１１の側端面に配設されるランプ１２とを備えており、この導光板１１の表面側に当該光学ユニット１が重ねて配設されている。この際、ランプ１２が配設される導光板１１の側端面と、光学ユニット１における突条プリズム部８とが平行となるように配設される。

導光板１１としては公知のものを用いることができる。導光板１１の厚み（平均厚み）は、特には限定されないが、例えば１００μｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上８ｍｍ以下とされる。導光板１１の厚みが上記範囲未満であると、バックライトユニットの輝度が低下する等の不都合が発生するおそれがあり、又自動車内等の使用環境条件に耐えられないおそれがある。逆に、導光板１１の厚みが上記範囲を超える場合も、同様に液晶表示装置の輝度が低下してしまうことがあり、またバックライトユニット１０の厚みが大きくなって液晶表示装置の薄型化の要求に反することにもなる。

ランプ１２としては、通常のバックライトユニットに使用される公知のものを用いることができるが、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが好ましい。ランプ１２としてＬＥＤを用いることで、省エネルギーで高輝度を容易に得ることができ、又バックライトユニット１０の薄型化を実現することができる。

ランプ１２から発せられ、導光板１１表面から出射される光線は法線方向に対して所定角度傾斜した比較的強いピークを有しているが、当該バックライトユニット１０は、高い光拡散機能等を有し、特に高い法線方向側への変角機能等を有する当該光学ユニット１によって正面輝度が高められ、かつ広角度に出射光を拡散することができる。従って当該バックライトユニット１０によれば、高い正面輝度を保ちつつ、広角度にその高い輝度を保つことができるため、広視野角及び高い輝度の面均一性を得ることができる。

具体的には、当該バックライトユニット１０によれば、法線方向の輝度（正面輝度）に対して左右４０°方向の輝度が９０％以上、好適には９５％以上であり、正面から左右４０°間（全８０°）の輝度差（輝度の最大値と最小値との差）が１０％以下、好適には５％以下と極めて高い出射光の面均一性が発揮される。

なお、エッジライト型バックライトユニットとしては、ランプ１２が配設される導光板１１の側端面と、光学ユニット１における突条プリズム部８とが平行となるように配設される場合のみならず、垂直となるように配設される場合もある。また、複数のランプ１２が導光板１１の２以上の側端面に配設される場合もある。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

＜マイクロレンズシートの形成＞
マイクロレンズアレイの反転形状を有するシート型に溶融ポリカーボネート樹脂を積層し、シート型を剥がすことでマイクロレンズシートを形成した。形成したマイクロレンズシートの平均厚さは１００μｍ、マイクロレンズの平均直径は６０μｍ、マイクロレンズの直径の変動係数は５０％で形成した。

＜プリズムシートの形成＞
プリズムシートの反転形状を有するシート型に溶融ポリカーボネート樹脂を積層し、シート型を剥がすことでプリズムシートを形成した。形成したプリズムシートの平均厚さは１００μｍ、突条プリズム部の底面の幅は１００μｍで形成した。

〔実施例〕
厚さ３ｍｍ導光板の側端面に光源として発光ダイオードを配置した。導光板の表面に、上記マイクロレンズシートをマイクロレンズアレイが裏面側（導光板側）となるように配置した。このマイクロレンズシートの表面に、上記プリズムシートを突条プリズム部が表面側、かつ突条プリズム部が発光ダイオードの配置辺と平行となるように配置した。プリズムシートの表面に拡散シートを配置して実施例のバックライトユニットとした（導光板／裏面マイクロレンズシート／表面プリズムシート）。

〔比較例１〕
マイクロレンズシートの代わりに、プリズムシートを突条プリズム部が裏面側となり、もう一方のプリズムシートと突条プリズム部が直交するように配置した以外は、実施例と同様にして比較例１のバックライトユニットを作成した（導光板／裏面プリズムシート／表面プリズムシート）。

〔比較例２〕
マイクロレンズシートの代わりに、プリズムシートを突条プリズム部が表面側となり、もう一方のプリズムシートと突条プリズム部が直交するように配置した以外は、実施例と同様にして比較例１のバックライトユニットを作成した（導光板／表面プリズムシート／表面プリズムシート）。

〔評価〕
実施例及び比較例１、２のバックライトユニットの出射光の輝度をバックライトユニットの表面側法線方向を基準とし、−８０°〜８０°の範囲で測定した。その測定結果を図４に示す。図４に示されるように、実施例のバックライトユニットは−４０°から４０°までの約８０°の視野角において均一な輝度を示しており、高輝度かつ面均一性に非常に優れていることが分かる。一方、比較例１のバックライトユニットは、視野角は相対的に広いものの、正面輝度を含め全体的な輝度が低下している。また、比較例２及び比較例３のバックライトユニットは、正面輝度は高いものの、視野角が正面からずれたところで輝度が大幅に低下することが分かる。

以上のように、本発明の光学ユニット及びこれを用いたバックライトユニットは、ランプから発せられる光線を分散させて、高輝度かつ広視野角を有する均一性の高い照射を行うことができ、液晶表示装置、特に直視型の液晶表示装置、更に特には透過型の液晶表示装置に好適に用いることができる。また、用途としては、特に広い視野角を必要とされるカーナビゲーションシステム用の液晶表示装置等に好適に利用される。

１ 光学ユニット
２ マイクロレンズシート
３ プリズムシート
４ 基材層
５ マイクロレンズアレイ
６ マイクロレンズ
７ 基材層
８ 突条プリズム部
９ 頂角
１０バックライトユニット
１１導光板
１２ランプ
２０バックライトユニット
２１ランプ
２２導光板
２３光学ユニット
２４光拡散シート
２５プリズムシート
３０バックライトユニット
３１ランプ
３２導光板
３３光学ユニット
３４プリズムシート
３５プリズムシート

Claims (9)

1. マイクロレンズシートと、このマイクロレンズシートの表面側に配設されるプリズムシートとを備え、
   このマイクロレンズシートが、裏面に複数のマイクロレンズから構成されるマイクロレンズアレイを有し、
   プリズムシートが、表面に複数の突条プリズム部からなる突起列を有している光学ユニット。
2. 上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズの平均直径が１０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１に記載の光学ユニット。
3. 上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズの直径の変動係数が３０％以上１００％以下である請求項１又は請求項２に記載の光学ユニット。
4. 上記マイクロレンズシートにおけるマイクロレンズアレイを構成する素材の屈折率が１．３以上１．８以下である請求項１、請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
5. 上記マイクロレンズシートの形成材料としてポリカーボネート系樹脂が用いられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
6. 上記マイクロレンズシートのマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配設パターンがランダムパターンである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 上記突条プリズム部が三角柱状であり、頂角が丸められている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
8. ランプから発せられる光線を分散させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、
   導光板と、この導光板の側端面に配設されるランプと、この導光板の表面側に配設される請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学ユニットとを備えることを特徴とする液晶表示装置用のバックライトユニット。
9. カーナビゲーションシステム用の液晶表示装置に用いる請求項８に記載のバックライトユニット。

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