JP2011150078A - 光学シート、バックライトユニットおよびディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射光の集光拡散効果と輝度均一性の高い光学シートを提供する。
【解決手段】透光性基材１７からなり、出射面１８と入射面１９の両面にそれぞれ凹凸形状を形成した光学シート１２である。出射面１８側の上記凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列、若しくは互いに交差する２方向に沿って配列し、入射面１９側の上記凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列すると共に、その入射面側の配列方向が、出射面に形成した上記光学要素の配列方向の少なくとも１方向の配列方向と直交する。入射面１９側の光学要素の表面には、その入射面１９側の光学要素の高さの２０％以下の高さで且つ当該入射面側の光学要素の配列ピッチの３０％以下のピッチから成る、微小な凹凸形状が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディスプレイ用の光学シート、バックライトユニット、及びディスプレイ装置に係り、特に、透明状態／散乱状態に応じて表示パターンを規定する表示素子が配置された液晶パネルを背面側から照明するバックライトユニット、及びディスプレイ装置に好適な技術である。

近年、ＴＦＴ型液晶パネルやＳＴＮ型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野のカラーノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されている。このような液晶表示装置においては、液晶パネルの背面側（観察者側）に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆる、バックライト方式が採用される。

この種のバックライト方式に採用されるバックライトユニットとしては、大別して「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、「直下型方式」とがある。導光板ライトガイド方式は、冷陰極管（ＣＣＦＴ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる。一方、直下型方式は、上記導光板を用いない方式である。

導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶表示装置としては、例えば、図９に示すものが一般に知られている。
これは、上部に対し偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板７９が設置されている。また、該導光板の上面（光射出側）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられる。さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく上記液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる（図示せず）と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。

また、上記導光板７９には、側端部に光源ランプ７６が取り付けられている。さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター８１が設けられている。上記散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものである。この散乱反射パターン部は、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。

さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図１０に示すように、拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）７４，７５を設けることが提案されている。上記プリズムフィルム７４，７５は、導光板７９の光射出面から射出され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。

しかしながら、図９に例示した装置では、視野角の制御は、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
さらに、図１０に例示したプリズムフィルムを用いる装置では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置が用いられている。
直下型方式の液晶表示装置としては、図１１に例示する装置が一般的に知られている。この装置においては、上部に偏光板７１、７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源５１が配置される。そして、光源５１から射出され、拡散フィルム８２のような光学シートで拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させる。光源５１からの光を効率よく照明光として利用するために、光源５１の背面には、リフレター５２が配置されている。

しかしながら、図１１に例示する装置でも、視野角の制御は、拡散フィルム８２の拡散性のみに委ねられている。このため、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いるものでは、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

また光源５１間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすくなる。このため、光源５１の数を減らせず、消費電力の増加及びコストの増加を招く原因となっていた。
ところで、このような液晶表示装置では、軽量、低消費電力、高輝度、薄型化であることが市場ニーズとして強く要請されており、特に近年では光源にＬＥＤを用いた液晶表示装置が急激に増えている。

エッジライト方式の場合、画面高輝度化が進むほど、導光板に印刷されたドットパターンが視認されやすくなる。このため、光学シートにはドットパターンが視認されにくいような高い輝度均一性が求められる。
一方、直下型方式の場合、ＬＥＤを点光源として配置することが多く、あらゆる方向で隣の光源と距離があるため、点光源の直上とその周囲とで輝度の明暗差が生じる。一方、低消費電力の傾向からＬＥＤの使用個数の削減が図られており、点光源同士の距離が広くなっている。このため、さらなる輝度均一性を有する光学シートが求められている。

現在のところ輝度均一性と輝度向上の２つの機能を達成する手段として、拡散シートとレンズシートを複数枚組み合わせる方法が一般的である。
拡散シートは、内部に屈折率が異なる拡散剤を添加させる内部拡散と、表面の凹凸による表面拡散のどちらか、もしくは両方の効果により光を散乱させ輝度均一性を高めている。拡散シートのうち、特に表面拡散を有効に利用する方法として特許文献１に記載のような技術が提案されている。この技術は、に表面に凹型、または凸型のレンズを設け、さらにその表面に小レンズを設けることでより高い拡散効果を得る方法である。

しかし特許文献１に記載の技術では、集光効果が低いために、高輝度化を得がたいこと、また散乱方向に依存性を持たせることが難しいため、ある一定以上の輝度ムラには効果が低く、特に隣接する明暗の距離が遠くなると効果が急激に低下する特徴がある。そのため、距離が近い範囲での明暗差の解消には効果が高いが、距離が遠く、より広範囲での輝度均一性が求められる場合は有効な方法とは言いがたい。

一方、レンズシートの場合は、レンズ形状により光を集光・拡散させて輝度均一性を高めている。そのレンズシートにより輝度均一性を高める方法として、特許文献２のような技術が提案されている。この技術は異なるレンズ形状を組み合わせることで、出射する光が集中する場所をずらすことで広い範囲に光を広げる。
この方法では、拡散シートよりも集光効果が高いため、拡散シートよりも輝度が高く、かつ従来にある一種のレンズ形状からなる光学シートよりも輝度均一性が高い。しかし、レンズ形状が設置されている方向に対し垂直方向にのみ輝度均一性が高いため、レンズ形状に対し平行方向の輝度均一性には効果が非常に低い。また内部拡散や表面拡散による拡散効果がないため、光の出射分布の範囲を広げることができるが、明暗差そのものを緩和する効果が低い。

そのため現在では、輝度均一性の機能は拡散シートにより確保し、一方、高輝度化はレンズシートにより確保することで輝度均一性と高輝度化の２つの機能を確保している。

特開２００４−１６３８７２号公報 特許第４１６８１７９号

先述したように低消費電力や薄型化等により光学シートには更なる輝度均一性が求められている。しかし、現在のところ拡散シートやレンズシートの枚数を増やすことで対応しており、市場から求められる低コスト化、薄型化の要望に充分応えられていないという課題がある。
そのため市場からは輝度均一性と高輝度の性能を有する光学シートが求められている現状がある。

本発明は、上記のような課題を鑑みてなされたものであり、光学シートの輝度均一性と光学性能の両方の機能を有する光学シートを提供することを目的としている。

上述のように、通常、輝度均一性の高い拡散シートと、光学性能の高いレンズシートを組み合わせて使用することが一般的であり、さらなる輝度均一性が要求される場合には拡散シートとレンズシートの使用枚数を増やすことで対応している。しかしこの方法は現在の低コスト化、薄型化の要望とは異なっているため、さらなる輝度均一性を有する光学シートが求められている。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、透光性基材からなり、出射面と入射面の両面にそれぞれ凹凸形状を形成した光学シートであって、
出射面側の凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列、若しくは互いに交差する２方向に沿って配列し、
入射面側の凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列すると共に、その入射面側の配列方向が、出射面に形成した上記光学要素の配列方向のうちの１方向の配列方向と直交し、
さらに、入射面側の光学要素の表面には、その入射面側の光学要素の高さの２０％以下の高さで且つ当該入射面側の光学要素の配列ピッチの３０％以下のピッチから成る、微小な凹凸形状が形成されていることを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記入射面の表面に形成した微小な凹凸形状は、不規則に配置されていることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記入射面側に形成する光学要素の配列は規則的に配置されていることを特徴とするものである。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記入射面側に形成する光学要素の配列のピッチは４００μｍ以下であることを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記光学シートは単一材料から作製されていることを特徴とするものである。

次に、請求項６に記載した発明は、表示画像を規定する画像表示素子を備え、上記画像表示素子の背面に対し、光源と、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載された光学シートとを少なくとも備えることを特徴とするバックライトユニットを提供するものである。
次に、請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した構成に対し、上記光源は、冷陰極管、ＬＥＤ、ＥＬもしくは半導体レーザーであることを特徴とするものである。

次に、請求項８に記載した発明は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、光源と、請求項６又は請求項７に記載されたバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置を提供するものである。

本発明によれば、光学シートの出射面と入射面の形状を制御することによって、輝度均一性と高輝度化の２つの機能を有する光学シートを提供することが可能となる。
例えば、出射面側には高輝度化を実現するための光学要素を配置する。一方、入射面側にはレンズシートによる輝度均一性と拡散シートによる輝度均一性の両方の効果を有する形状を配置し、輝度均一性の高い光学シートとする。

また、入射面側の光学要素にはプリズム形状、またはシリンドリカル形状を配置し、レンズ形状による出射光の分割、拡散効果を利用する。またそのレンズ形状の表面全体に微小凹凸を設けることで、表面拡散による明暗差の緩和を実現する。

本発明の実施形態に係る光学シートを含むディスプレイ装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光学シートを含むディスプレイ装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光学シートの俯瞰図である。 本発明の実施形態に係る光学シートの俯瞰図である。 本発明の実施形態に係る光学シートの入射面側のみの断面図である。 本発明の実施形態に係る光学シートの入射面形状の概略図である。 本発明の実施形態に係る光学シートの入射面形状の概略図である。 本発明の実施形態に係る光学シートを作製する際の押出法の説明図である。 従来技術による導光板ライトガイド方式によるディスプレイ装置の構成を示す説明図である。 従来技術による他の導光板ライトガイド方式によるディスプレイ装置の構成を示す説明図である。 従来技術による他の導光板ライトガイド方式によるディスプレイ装置の構成を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光学シートを含んだ直下型ディスプレイ装置の構成を示した概略図である。
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３（液晶表示素子）とを備えている。

バックライトユニット２は、ランプハウス６を備える。ランプハウス６は、例えば所定間隔で配列されたＬＥＤからなる複数の光源４と、光源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、を備える。
更に、拡散板７が配設されている。拡散板７は、光源の光照射方向前方側には光源から進入する光を拡散する光拡散層となる。

液晶パネル３は、偏光板９、９間に液晶素子１０が挟持されて構成される。拡散板７と液晶パネル３との間には、本発明の実施形態に係る光学シート１２と、その他の光学シート１３、１４が配設されている。本発明の実施形態に係る光学シート１２は、拡散板７を透過する光を集光及び拡散する。
また、図２は、本発明の実施形態に係る光学シートを含んだエッジライト型ディスプレイ装置の構成を示した概略図である。

図２に示したバックライトユニット２は、複数の光源４，導光板１６，複数枚の光学シートを備える。複数の光源４は、端部に配列されたＬＥＤからなる。その複数の光源からの光は、導光板１６によって複数枚の光学シート側に導光される。また、導光板１６と液晶パネル３との間に、本発明の実施形態に係る光学シート１２を含めた複数枚の光学シートが積載配置される。

拡散板７または導光板１６と、液晶パネル３との間には、本発明の実施形態に係る光学シート１２だけを設置することもできるが、別の光学シート１３、１４と組み合わせて使用することもできる。このとき、本発明の実施形態に係る光学シート１２の上方及び下方ともに別の光学シートを設置する必要はなく、上方のみに別の光学シート、または下方のみに別の光学シートを設置することも可能である。別の光学シートの使用枚数は限定されない。本発明の実施形態に係る光学シートの上方、もしくは下方に２枚以上設置することも可能である。また２種以上の異なる別の光学シートを使用したり、同一の光学シートを積載したりすることも可能である。また本発明の実施形態に係る光学シートを２枚以上積載して使用してもよい。

ここで、光源は、ＬＥＤに限定されることなく、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＥＬ、半導体レーザー等を採用することができる。また、本実施形態によるディスプレイ装置は液晶表示装置を示す。ただし、ディスプレイ装置は、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の種類は問わない。

別の光学シート１３、１４は、適宜の集光用光学シートを採用でき、例えば四角錘プリズムシートや多角錘プリズムシート、三角形柱状のプリズムシート、または半楕円状のシリンドリカルレンズ、マイクロレンズシート、拡散シートなどが挙げられる。

（光学シート）
光学シート１２は、図３、図４に示すような構成をしている。本発明の実施形態に係る光学シート１２は、透光性基材１７の両面に凹凸形状を成形した光学シートである。
出射面側には、凹凸形状を形成するための光学要素１８が一次元方向、または二次元方向に沿って配列するようにして形成されている。
また、入射面側には上記凹凸形状を形成するための光学要素１９が一次元方向に沿って配列するようにして形成されている。また出射面側に設けられたいずれかの光学要素１８の配列方向と入射面側に設けられた光学要素１９の配列方向とは直交するように配置されている。

図３には、出射面側の光学要素１８は、一次元方向に並ぶプリズム形状であり、入射面側の光学要素１９がシリンドリカルレンズ形状である光学シートを示している。
また図４には出射面側の光学要素１８が２次元方向配列する場合が例示されており、入射面側の光学要素１９は、先端に曲率を有するプリズム形状である光学シートを示している。ここで、図４（ａ）と図４（ｂ）は、入射面側の光学要素１９の列が直交する出射面側の光学要素１８の列が異なっている。

出射面側の光学要素１８の例としては、図３に示した一次元方向、あるいは２次元方向からなるプリズム形状に限定されることは無い。出射面側の光学要素１８の形状は、三角柱状のプリズム形状、四角錘プリズム形状や多角錘プリズム形状、または半楕円状のシリンドリカルレンズ、マイクロレンズなどが挙げられる。また２種類以上の異なる形状を有する光学要素が形成されていてもよい。出射面側には輝度を確保しやすいプリズム形状や、輝度均一性を得やすいシリンドリカル形状などを自由に配置することができる。また異なる高さを有する光学要素を配置したり、微小凹凸や微小突起を設けることで対擦傷性効果を得てもよい。出射面側の光学要素形状１８は、要求する性能を満たす形状であればどんな形状であっても構わない。

次に本発明の実施形態に係る光学シート入射面に関しての詳細を述べる。
入射面側の光学要素１９の例としては、図３、図４に示したプリズム形状やシリンドリカル形状だけでなく、多角柱状または楕円状のシリンドリカルレンズ形状などが上げられ、一次元方向に配設されている。つまり一方向に沿って配列している。
入射面側の光学要素１９としてプリズム形状を用いた場合、入射した光はプリズムが形成されている方向に対し垂直方向へ光を分割する効果を発揮する。したがって、直下型方式の場合は点光源や、エッジライト方式の場合は導光板のドットなどの明点は、本発明の実施形態に係る光学シートを置くことで、明点の直上は暗くなり、一定の距離に分割された光によって明るくなる点が複数個所発生する。この結果、輝度均一性が向上する。

またプリズム形状は先端に曲率を有していることが望ましい。これは曲率があるとプリズムにより分割された光に若干の拡散効果が生じることで、さらに輝度均一性が高まるためである。また対擦傷性が向上するという利点もあるためである。

一方、シリンドリカルレンズ形状を用いた場合、入射した光はレンズ形状が形成されている方向に対し垂直方向に拡散する効果を発揮する。そのため、明点は本発明の実施形態に係る光学シートを置くことで、明点の直上を含め、一定の距離で均一な明るさになる。この結果、輝度均一性が向上する。

また入射面側に形成された光学要素１９の表面には、入射面側の光学要素に対し３０％以下の高さ且つ３０％以下のピッチからなる微小凹凸２０が入射面全体に設けられている。
図５に、入射面側の光学要素の高さ２１とピッチ２２の関係の例を示す。また図６に、入射面側の形状を示す。この例では、微小凹凸２０が規則的に形成されている。図６（ａ）は実際の入射面形状である。図６（ｂ）は光学要素の形状２３を中心線として直線で表してた状態を示し、微小凹凸の高さ２４とピッチ２５を示している。
入射面側の光学要素２０に対して、微小凹凸の高さ２４は２０％以下、微小凹凸のピッチ２５は３０％以下とする。

微小凹凸２０を多数設けると、入射面側の光学要素１９による輝度均一性だけでなく、微小凹凸２０による光散乱効果が生じるため、さらに輝度均一性が向上する。しかし微小凹凸の高さ２４が２０％より大きくなってしまうと、入射面側の光学要素による輝度均一性の効果が得られなくなってしまい、光学シート全体としての輝度均一性が下がってしまう。よって入射面側の光学要素の高さ２１に対し、微小凹凸の高さ２４は２０％以下と規定した。微小凹凸の高さ２４は１５％以下がさらに望ましい。

また入射面側の光学要素のピッチ２２に対し、微小凹凸のピッチ２５は３０％以下とする。これは微小凹凸ピッチ２５が３０％を越えると、微小凹凸の光散乱効果の影響がほとんど発揮されず、微小凹凸を設けない場合とほぼ同じ輝度均一性となってしまうためである。そのため入射面側の光学要素に対し、微小凹凸のピッチは３０％以下に規定した。微小凹凸のピッチ２５は１５％以下がさらに望ましい。

また微小凹凸２０は、不規則形状であることがさらに望ましい。図７は入射面形状を示しており、微小凹凸２０が不規則形状であること示している。微小凹凸を不規則とすることで、入射面や出射面側の光学要素とのモアレが回避しやすくなる。また不規則であることで、すべての角度に対しあらゆる方向に対し散乱するため、微小凹凸が視認され難くなる。また規則的に配置した場合よりも輝度均一性が高い傾向になる。この場合、微小凹凸の高さ２４と微小凹凸のピッチ２５は様々であるが、光学シートの入射面全体でもっとも高い微小凹凸の高さが３０％以下、もっとも大きい微小凹凸のピッチが３０％以下である必要がある。これは入射面内に微小凹凸の高さが３０％より高く、微小凹凸のピッチが３０％より大きい箇所が存在すると、その箇所だけ他の部分より輝度均一性が異なるため、それが輝度の明暗差として視認されてしまうためである。

また入射面側の光学要素のピッチは４００μｍ以下とする。これは４００μｍより大きくなると、光学要素自体の視認されやすくなるためである。また出射面が２次元からなる光学要素を形成している場合、モアレが発生しやすくなるためである。また、特にエッジライト方式の場合、導光板のドット８のパターンは大抵３ｍｍ以下であるため、入射面の光学要素のピッチが４００μｍを越えるとすべてのドットにおいて一様な入射面側の輝度均一性が得にくいためである。

さらに本発明の実施形態に係る光学シートは出射面側に設けられたいずれかの光学要素１８と、入射面側に設けられた光学要素１９は直交するように配置されている。これは直下方式、エッジライト方式ともに上下左右すべての方向に対して輝度均一性を向上させる必要があるからである。通常光学要素は配置された方向に対し垂直方向に分割、または拡散する効果を有する場合が多い。そのため入射面側と出射面側の光学要素が同じ方向に配置されている場合、光学要素が配置されている方向に対して垂直方向の輝度均一性は非常に高くなるが、一方光学要素が配置されている方向に対して平行方向の輝度均一性は低い。また光学要素が同方向に規則的なピッチで配置されている場合、モアレの問題が生じ安い。モアレはピッチを変更することで回避することができるが、直交であればこのような問題は発生しない。そのため出射面側に２次元からなる光学要素が配置されている場合、出射面側と入射面側の平行な光学要素とのモアレを十分考慮したピッチ選択が必要である。

光学シートを成型する材料としては、光源部から出射される光の波長に対して光透過性を有するものを使用する。例えば、光学用部材に使用可能なプラスチック材料を使用することができる。
この材料の例としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＭＳ（アクリルとスチレンの共重合体）樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の熱可塑性樹脂、あるいはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー又はアクリレート系等からなる放射線硬化性樹脂などの透明樹脂が挙げられる。また、用途により、透明樹脂中に微粒子を分散させて使用してもよい。

この微粒子としては無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ、酸化チタン等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら微粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。

また、光学シートは、単層構造でも複層構造でもよく、透明層を含んでいてもよい。
そして、光学シートは、上述のような材料を金型に流し込み凝固されることで成型される。
出射面側の光学要素を形成するための金型の代表的な作製方法として切削方式が挙げられる。これは金型ロールに対して各種レンズ形状を有するダイヤモンドバイトを用いて、目的にあった断面形状に切削し光学要素に対応する部分を作製する。

次に光学シートの入射面側にある光学要素および微小凹凸を設けるための金型の作製方法について説明する。入射面側の光学要素は出射面側と同様の切削方式で作製することができる。金型ロールに対し各種レンズ形状を有するダイヤモンドバイトを用いて、目的にあった断面形状に切削し、光学要素に対応する部分を作製する。次に、金型ロールに微小凹凸を形成する方法を説明する。微小凹凸の作製方法の代表例としてブラストを金型ロール自体に打ちつける方法と、化学腐食による方法である。前者のブラストを使用する場合、ブラストの形状や大きさ、金型ロールに吹き付ける圧力や回数を調整することで微小凹凸の形状を調整することができる。特にこの方法の場合は規則的な微小凹凸を形成することが難しい。一方、後者の化学腐食の場合、薬品を塗布する箇所、腐食時間、腐食回数により微小凹凸の形状を調整することができる。特にこの方法の場合は規則的、不規則的な微小凹凸のどちらも作製が可能である。本説明では入射面側の金型ロールは光学要素部分の作製後に微小凹凸を作製しているが、これに限らず、微小凹凸を先に作製し、その後光学要素に対応する形状を作製してもよい。

次に、この金型ロールを用いて光学シートを成形する。光学シートは押出法、キャスト法、もしくはインジェクション法で製造することができる。光学シートを製作するための板状の部材は、厚みが１２μｍ以上１ｍｍ以下のものを使用できる。厚みが１２μｍ未満では上述した製造方法による加工に耐えうる剛性が無く、厚みが１ｍｍを越えると加工に耐えうる柔軟性がない。

また、光学シートはＵＶ硬化法で製造してもよい。
ＵＶ硬化法で作製する場合、シート状の基材である基部上にＵＶ硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型を押し当て、その後にＵＶ照射して基部と光学突部及び光学要素からなる光学シートを得る。シート状の基材としては、当該分野でよく知られたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレンのフィルムなどが使用できる。

この際、出射面側の光学要素、および基部、そして入射面側の光学要素と微小凹凸を別体として成型してもよいし、一体として成型してもよい。また光学要素および基部を成型する場合には、内部にフィラーなど拡散剤を分散させ、成型することもできる。
なお、光学シートについての代表的な作製例を説明してきたが、本実施形態の光学特性を達成することができれば上記以外の材料や構造、プロセスなどを使用して作製することも可能である。

以下、実施例について説明する。
「実験１」
（実験１：微小凹凸の高さの検討）
光学シート入射面に形成する微小凹凸の高さの検討として、入射面側の光学要素の高さに対し微小凹凸の高さが０％から４０％までの光学シートを作製し、輝度均一性の評価を実施した。入射面側の光学要素は高さ２５μｍ、ピッチ５０μｍの半円状のシリンドリカルレンズ形状である。微小凹凸は光学要素表面に不規則的に入射面全面に設けた。またこのときの出射面側の光学要素は高さ５０μｍ、ピッチ１００μｍの頂角９０度の三角形柱状プリズムレンズ形状であり、入射面側の光学要素と出射面側の光学要素は直交して設けてある。

（実験１：光学シートの製造方法）
入射面側の形状に相当する金型は、精密切削機に金型ロールをセットし、先端が半球状のダイヤモンドバイトで切り込むことにより、光学要素に対応する半円のシリンドリカルレンズ形状に対応する形状を作製した。その後、金型にブラストを吹き付け所望の微小凹凸を形成し、出射面側の金型ロールを作製した。
出射面側は精密切削機に金型ロールをセットし、先端にプリズム形状を有するダイヤモンドバイトで切り込むことにより、光学要素に対応する９０度プリズム形状を有する光学シートを成型するための金型ロールを作製した。

実験１の光学シートは押出法により作製した。図８に押出機の概略図を示す。
出射面側用に作製した金型ロールを押出機３５に近接して形成ロール３６として配置した。入射面側用に作製した金型ロールを上金型形成ロール３７として配置した。熱可塑性ポリカーボネート樹脂を溶融し、押出機３５によって成型し、当該熱可塑性ポリカーボネート樹脂シートが冷却されて硬化する前に上金型形成ロール３６によってそれぞれ成型し、所望の形状を有する光学シートをそれぞれ得た。光学シートの厚みはすべて３２０μｍとした。

実験１の光学シートはすべて帝人化成（株）の熱可塑性ポリカーボネート樹脂による押出方式により作製している。本発明で使用した熱可塑性ポリカーボネート樹脂の弾性率Ｅは２４００ＭＰａ、比重は１．２ｇ／ｃｍ３である。この光学シートは金型からの転写率が非常に良好であり、賦形率は９９％以上である。
（実験１：輝度均一性の評価）
得られた各光学シートに関して輝度均一性の評価を実施した。ＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビに作製した光学シートを搭載し、輝度ムラ測定機と目視評価により評価した。液晶テレビはソニー製４０インチ液晶テレビを使用した。導光板は実際に搭載されていたものをそのまま使用している。その導光板の上に本発明の実施形態に係る光学シート、住友３Ｍ製プリズムシートＢＥＦIII、住友３Ｍ製再帰反射シートＤＢＥＦを順に設置した。輝度ムラ測定機はサ
イバネット社ＰｒｏＭｅｔｒｉｃを使用し、テレビ正面から測定し、面内での輝度ムラを数値化した。輝度ムラ測定機による評価は数値が目標構成よりも輝度ムラが小さければ合格（○）とした。目標構成は導光板から順にＭＮＴｅｃｈ製マイクロレンズシートＰＴＲ８７３Ｈ、住友３Ｍ製プリズムシートＢＥＦIII、住友３Ｍ製再帰反射シートＤＢＥＦから成っている。また
目視評価はテレビ正面から上下左右６０℃の視野角内で導光板のドットが見えるかどうか確認し、視認されない場合を合格（○）とした。輝度均一性は輝度ムラ評価と目視評価がともに合格（○）であるときに最終判断で合格（○）とした。

実験１の評価結果を表１に示す。このとき微小凹凸の高さが入射面側の光学要素に対し３０％以下の際に輝度均一性の向上が確認できた。

「実験２」
（実験２：微小凹凸のピッチの検討）
光学シート入射面に形成する微小凹凸のピッチの検討として、入射面側の光学要素の高さに対し微小凹凸のピッチが０％から４０％までの光学シートを作製し、輝度均一性の評価を実施した。入射面側の光学要素は高さ２５μｍ、ピッチ５０μｍの半円状のシリンドリカルレンズ形状である。微小凹凸は光学要素表面に不規則的に入射面全面に設けた。またこのときの出射面側の光学要素は高さ５０μｍ、ピッチ１００μｍの頂角９０度の三角形柱状プリズムレンズ形状であり、入射面側の光学要素と出射面側の光学要素は直交して設けてある。
（実験２：光学シートの製造方法）
実験１と同様の方法により作製した。
（実験２：輝度均一性の評価）
得られた各光学シートに関して輝度均一性の評価を実施した。ＬＥＤエッジライト方式の液晶テレビに作製した光学シートを搭載し、輝度ムラ測定機と目視評価により評価した。液晶テレビはソニー製４０インチ液晶テレビを使用した。導光板は実際に搭載されていたものをそのまま使用している。その導光板の上に本発明の実施形態に係る光学シート、住友３Ｍ製プリズムシートＢＥＦIII、住友３Ｍ製再帰反射シートＤＢＥＦを順に設置した。輝度ムラ測定機はサ
イバネット社ＰｒｏＭｅｔｒｉｃを使用し、テレビ正面から測定し、面内での輝度ムラを数値化した。輝度ムラ測定機による評価は数値が目標構成よりも輝度ムラが小さければ合格（○）とした。目標構成は導光板から順にＭＮＴｅｃｈ製マイクロレンズシートＰＴＲ８７３Ｈ、住友３Ｍ製プリズムシートＢＥＦIII、住友３Ｍ製再帰反射シートＤＢＥＦから成っている。また
目視評価はテレビ正面から上下左右６０℃の視野角内で導光板のドットが見えるかどうか確認し、視認されない場合を合格（○）とした。輝度均一性は輝度ムラ評価と目視評価がともに合格（○）であるときに最終判断で合格（○）とした。

実験２の評価結果を表２に示す。このとき微小凹凸の高さが入射面側の光学要素に対し３０％以下の際に輝度均一性の向上が確認できた。

１、１５・・・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
８・・・反射ドット
９・・・偏光板
１０・・・液晶素子
１２・・・光学シート
１３、１４・・・その他の光学シート
１６・・・導光板
１７・・・基材
１８・・・出射面側の光学要素
１９・・・入射面側の光学要素
２０・・・微小凹凸
２１・・・入射面側の光学要素の高さ
２２・・・入射面側の光学要素のピッチ
２３・・・入射面の表面形状
２４・・・微小凹凸の高さ
２５・・・微小凹凸のピッチ
３５・・・押出機
３６・・・形成ロール
３７・・・上金型形成ロール

Claims (8)

1. 透光性基材からなり、出射面と入射面の両面にそれぞれ凹凸形状を形成した光学シートであって、
   出射面側の凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列、若しくは互いに交差する２方向に沿って配列し、
   入射面側の凹凸形状を形成する光学要素は、一方向に沿って配列すると共に、その入射面側の配列方向が、出射面に形成した光学要素の配列方向のうちの１方向の配列方向と直交し、
   さらに、入射面側の光学要素の表面には、その入射面側の光学要素の高さの２０％以下の高さで且つ当該入射面側の光学要素の配列ピッチの３０％以下のピッチから成る、微小な凹凸形状が形成されていることを特徴とする光学シート。
2. 上記入射面の表面に形成した微小な凹凸形状は、不規則に配置されていることを特徴とする請求項１に記載した光学シート。
3. 上記入射面側に形成する光学要素の配列は、規則的に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した光学シート。
4. 上記入射面側に形成する光学要素の配列ピッチは４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した光学シート。
5. 上記光学シートは、単一材料から作製されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した光学シート。
6. 表示画像を規定する画像表示素子を備え、
   上記画像表示素子の背面に対し、光源と、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載された光学シートとを少なくとも備えることを特徴とするバックライトユニット。
7. 上記光源は、冷陰極管、ＬＥＤ、ＥＬもしくは半導体レーザーであることを特徴とする請求項６に記載したバックライトユニット。
8. 画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、光源と、請求項６又は請求項７に記載されたバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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