JP2011118100A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】光学シートにおけるギラツキの発生を抑制すること。
【解決手段】光学シート１２は光透過性を有し、基材である基部１４の射出面１４ａに光を集光もしくは拡散させる１種、或いは複数種類の微細なレンズ要素が配列されている。これらレンズ要素は、拡散板７から射出される射出光を再配向して表示画面側に集光・拡散するための光学突起部として略半球状に突出する構造体１５（単位構造体）を含んで構成されている。また、レンズ要素は、隣り合う構造体１５の間隙に突出形成されたプリズムレンズ１６を含んで構成されていてもよく、プリズムレンズ１６は略三角形柱状で一次元方向に延びて形成され、同一方向に複数列配設されて構成されているが、二次元方向に複数列配列されて構成されていてもよい。それらプリズムレンズ１６は、断面が三角形となる畝状構造を構成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学シートに関し、さらに具体的には、照明光路制御に用いられ、特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される集光拡散機能を有する光学シートに関するものである。

液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、画像を表示するのに必要な明るさを得るために光源（バックライト）を内蔵するタイプの普及が著しい。また、この種のディスプレイ装置においては、光源で消費される電力が装置全体で消費する電力の相当部分を占めており、総電力の低減が強く要望される昨今においては、光源効率の向上が必須となっている。
光源効率の向上策としては、電力−発光変換効率を高めたり、周辺の明るさに応じて必要な分だけ発光するように調光する手法、または、発した光線の利用効率を高める手法がある。
光線の利用効率を高める手段としては、光源または導光板と液晶パネルとの間に、輝度向上フィルム（たとえばＢＥＦ、米国３Ｍ社の登録商標）を備えた光学シートが広く使用されている。

この輝度向上フィルムは、プリズムの反復的アレイ構造が１方向に配列してなるものであり、その配列方向において、入射光の方向転換及び再帰反射による光線のリサイクルが可能である。実際には、ディスプレイの水平および垂直方向での表示光の輝度制御が必要なため、プリズム群の配列方向が互いに交差するように、２枚の光学シートを重ねて組み合わせることが多い。
ＢＥＦに代表される輝度向上フィルムにより、ディスプレイ設計者は、電力消費を低減しながら所望の正面輝度の達成が可能となった。

ストライプ状プリズム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装置に採用することは、多数の特許文献に開示されている（たとえば特許文献１乃至３参照）。また、プリズムではなく単位レンズを反復的に配したアレイ構造（シリンドリカルレンズを配した場合、レンチキュラーレンズとなる）を有する光学フィルムが提案されている（例えば特許文献４参照）。この光学フィルムの液晶パネル側の面は、光学フィルム内を進行した光を液晶パネル側へ導くように、複数の単位レンズが反復的に形成されたアレイ構造となっている。この光学フィルムではレンズが形成された面の裏面側に、レンズの焦点面近傍が開口部としたストライプ状の反射層パターンが設けられている。
また、上述の光学フィルムを、液晶ディスプレイ装置のバックライトユニットに組み込むと、反射層の開口部を通過した光のみがレンズに入射し、一定方向に集光された後に出射され液晶パネルに導かれる。

一方、開口部を通過せず、反射した光は、光源側に戻され、光源の背面に配置された反射板へ導かれる。そして、反射板によって反射された光線は、先程とは異なる位置にて光学フィルムに達する。光線が反射する際、拡散反射材（例えば白色板など）を用いることで光学フィルムの開口部からは確率的光線が入射するため、反射時の光量ロスを最小限に抑えつつ、光線を有効に利用する事が可能となる。
上記のような光学フィルムを用いたバックライトユニットでは、反射層開口部の間隔や表面側レンズとの相対位置を調節することによって、光の利用効率向上と、レンズから正面方向に出射される光の割合、即ち、正面輝度を高めるように制御することができる。

また、このような複雑な多層構造を有するレンズシートとは別の、単純なシート構造のレンズシートとしてマイクロレンズシートも提案されている（例えば特許文献５参照）。ディスプレイの大型化に際しては、そのディスプレイ自体の大きさと、面積に比例した多くの光量が必要なため、直下型のバックライトユニットの採用が一般的だが、光利用効率を向上によりディスプレイの輝度を向上するこれらの輝度向上フィルムは、その原理上入射側に空気層が必要であり、別体化や空気層の設置が必要である。

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 特開２００６−３０１５８２号公報

近年、バックライトユニットに用いられる複数の光学シートの機能を、より少ない枚数の光学シートで実現しようとする試みがなされている。そのために、集光と拡散の機能をあわせ持った光学シートの開発が盛んに行われている。しかしながら、このような大面積の光学シートでは、大面積にわたって均一に拡散度のコントロールをすることは非常に難しく、また光学シートへの入射側の異物や形状によってギラツキが発生するという問題がある。

請求項１記載の発明は、光透過性シートの一方の面に、略半球状に突出する単位構造体が２次元配列されている光学シートにおいて、前記単位構造体の直径Wが略同一であり、前記単位構造体の直径Ｗと前記シートの厚みDとがＤ≧１．８３Ｗの関係を満たすことを特徴とする光学シートである。
本発明では単位構造体の直径Wを略同一にすることにより、拡散度のコントロールを容易にすることができた。
しかしながら単位構造体の直径Wを略同一にすることで、ギラツキが視認しやすくなるが、単位構造体の直径Ｗとシート厚みDとの関係がＤ≧２．０４Ｗとすることでギラツキを押さえることが可能となった。
また、請求項２記載の発明は、前記単位構造が等間隔をおいて規則的に配されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シートである。
また、請求項３記載の発明は、前記単位構造がランダムに配されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シートである。
また、請求項４記載の発明は、隣り合う前記単位構造体の間隙に断面が三角形となる畝状構造が配されていることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の光学シートである。
また、請求項５記載の発明は、前記単位構造体は前記畝状構造よりも、前記光透過性シートの一方の面からの高さが高く形成されていることを特徴とする請求項４記載の光学シートである。

本発明の微細凹凸シートは、大面積光学シートにおいて問題となるギラツキが目立ちにくくすることができる。
また、レンズによる光拡散効果とレンズ表面の微細な形状による光拡散効果の二つの光拡散効果により、広い範囲に光を拡散させることが出来る。このため、拡散材が不要でコストが安く、さらに、例えば背面投射型ディスプレイ等のスクリーンとして用いた場合、ディスプレイの視野角を効果的に拡大することが可能となる。

ディスプレイ装置１の説明図である。 光学シート１２の説明図である。 光学シート１２を製作するための金型形成ロール２０の斜視図である。 光学シート１２を押出法により作製する説明図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第一実施形態による光学シートを含むディスプレイ装置について図１により説明する。図１に示すディスプレイ装置１は、バックライトユニット２と画像表示素子としての液晶パネル（液晶表示素子）３とを備えている。
バックライトユニット２において、例えば所定間隔で配列された冷陰極管（ＣＣＦＴ）からなる複数の光源４と、光源４の背面に配設されていて背面側の出射光を反射させる反射板５とでランプハウス６を構成している。なお、光源４は冷陰極管に限定されることなく、ＥＬ、ＬＥＤ、半導体レーザー等を採用することができる。

更に、光源４の光照射方向前方側には光源４から進入する光を拡散する光拡散層としての拡散板７が配設されている。
液晶パネル３は偏光板８、９間に液晶素子１０が挟持されて構成されている。拡散板７と液晶パネル３との間には、拡散板７を透過する光を集光及び拡散する光学シート１２が配設されている。
なお、本実施形態によるディスプレイ装置１は液晶表示装置を示すが、これに限らず、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置など、画像を光により表示する表示装置であればディスプレイ装置１の種類は問わない。

光学シート１２は光透過性を有し、図２に示すように、基材である基部１４の射出面１４ａに光を集光もしくは拡散させる１種、或いは複数種類の微細なレンズ要素が配列されている。これらレンズ要素は、拡散板７から射出される射出光を再配向して表示画面側に集光・拡散するための光学突起部として略半球状に突出する構造体１５（単位構造体）を含んで構成されている。また、レンズ要素は、隣り合う構造体１５の間隙に突出形成されたプリズムレンズ１６を含んで構成されていてもよく、プリズムレンズ１６は略三角形柱状で一次元方向に延びて形成され、同一方向に複数列配設されて構成されているが、二次元方向に複数列配列されて構成されていてもよい。それらプリズムレンズ１６は、断面が三角形となる畝状構造を構成している。

略半球状の構造体１５はプリズムレンズ１６よりも基部１４の射出面１４ａからの高さが高く設定されている。これにより、光学シート１２が他の部材と擦過した場合に、プリズムレンズ１６の頂部で擦過されて透過する光の一部が屈折したり乱反射して光路が乱れる可能性があるが、プリズムレンズ１６は保護されるためにプリズムレンズ１６による集光性や輝度特性等の光学特性が十分に確保される。
略半球状の構造体１５は、図２に示す光学シート１２では、幅方向及びこれに直交する方向に略等間隔をあけて規則的に配列されている。
或いは、略半球状の構造体１５は、幅方向及びこれに直交する方向に不等間隔を空けて不規則的に配列してもよい。

この場合、略半球状の構造体１５の直径Wは略同一である。
また、略半球状の構造体１５の幅Ｗは、例えば、４０μｍ〜２５０μｍであり、高さＨは、１５μｍ〜１５０μｍである。
また、プリズムレンズ１６の幅Ｐは、例えば、２０μｍ〜１００μｍであり、高さｈは、５μｍ〜６０μｍである。
また、基部１４の厚さＤは、例えば、１００μｍ〜５００μｍである。
そして、構造体１５の直径Ｗとシートの厚みDとの関係がＤ≧１．８３Ｗを満たしており、光学シート１２におけるギラツキの発生を抑制しつつ射出面１４ａの全域において広い範囲に光を拡散できるようにしている。

以下、本発明を実施例を挙げてさらに具体的に説明する。
略半球状の構造体の焦点距離を2Wとした場合、主点から像面までの距離Ｂとすると、レンズの公式より、WとＢは次の式１を満たす。

実用上、光学シート射出部より１００ｍｍより近い距離で観察しないためＢ＜１００ｍｍが望ましいと考えられる。上記よりＤとＷの関係は、Ｄ＞２．０４Ｗとなるため、実施例については上記関係式に近づけた光学シートを作成した。

（実施例１〜２０の微細凹凸シート１２の製造方法）
先ず、図３に示すように、光学シート１２を製作するための実施例１〜２０に対応する金型形成ロール２０をそれぞれ製作した。実施例１〜１０に対応する各金型形成ロール２０はレーザー方式により金型シリンダー２０ａ全体に光学シート１２の表１に示す各略半球状単位構造体１５に対応する凹部２１をランダムに形成した。その後、実施例１〜１０に相当する各金型形成ロール２０を精密切削機にセットし、プリズムレンズ１６に相当する形状を先端に有するダイヤモンドバイトで切り込むことにより、下地表面に実施例１１〜２０における凹部２２を切削形成した。
このようにして、実施例１〜２０に対応する光学シート１２を作製するための各金型形成ロール２０を作製した。

次に、図４に示す押し出し機２５に各金型形成ロール２０と金型押圧ロール２４を装着して光学シート１２を押出法により作製した。
ダイ２６で帝人化成（株）製の熱可塑性ポリカボネート樹脂を配合して溶融し、押し出しによってシート状に成形すると共に、熱可塑性ポリカーボネート樹脂のシート１２ａが冷却されて硬化する前に金型形成ロール２０と金型押圧ロール２４によって拡散性を有する光学シート１２を成形した。
但し、シートの作製には押出し法に限ったものでは無く、金型形成ロール２０と透光性基材の隙間に紫外線硬化型樹脂を充填、押圧し、且つ紫外線を基材側より照射し、剥離することで光学シート１２を得ても良い。
このようにして実施例１〜２０として、所定の形状を有する光学シート１２をそれぞれ得た。

（微細凹凸シート１２のギラツキ視認性の評価）
実施例１〜２０の光学シート１２に関して、ギラツキの視認性評価を実施した。
評価基準としてはギラツキが見えない光学シート１２については○、ギラツキが視認できるが実用上問題無いものを△、ギラツキが問題となるものを×とした。
上述した実施例１〜２０のギラツキ視認性評価をした結果を表１に示す。

実施例２、３、５、６、１０、１２、１３、１５、１６、２０はギラツキ無く良好であった。実施例９、１９は、実用上ギラツキは問題なかった。実施例１、４、７、８、１１、１４、１７、１８はギラツキが視認でき不良であった。
上記の結果より直径Ｗとシートの厚みDとの関係がＤ≧１．８３Ｗを満たす光学シートについてギラツキの発生を抑制できることが明らかである。

１ ディスプレイ装置
２ バックライトユニット
３ 液晶パネル
４ 光源
５ 反射板
６ ランプハウス
７ 拡散板
１２ 光学シート
１４ 基材
１５ 略半球状構造体
１６ プリズムレンズ
２０ 金型形成ロール
２１ 略半球状単位構造体15に対応する凹部
２２ プリズムレンズ16に対応する凹部
２５ 押し出し機
２６ ダイ

Claims (5)

1. 光透過性シートの一方の面に、略半球状に突出する単位構造体が２次元配列されている光学シートにおいて、
   前記単位構造体の直径Wが略同一であり、
   前記単位構造体の直径Ｗと前記シートの厚みDとがＤ≧１．８３Ｗの関係を満たす、
   ことを特徴とする光学シート。
2. 前記単位構造が等間隔をおいて規則的に配されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 前記単位構造がランダムに配されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
4. 隣り合う前記単位構造体の間隙に断面が三角形となる畝状構造が配されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の光学シート。
5. 前記単位構造体は前記畝状構造よりも、前記光透過性シートの一方の面からの高さが高く形成されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の光学シート。

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