JP2012114003A - 光学部材、および該光学部材を用いた面状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤ光源を配置した直下型バックライトにおいて、ＬＥＤ光源と光学シートの設置間隔の縮小化、あるいはＬＥＤ光源の配置間隔の拡大化に対しても、輝度ムラの低減、さらには解消可能な光学部材、および面状光源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る面状光源装置用光学部材は、反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする面状光源装置用の光学部材であり、ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示パネルなどの照明に用いる面状光源装置用光学部材、および該光学部材を用いた面状光源装置に関する。

薄型テレビや薄型モニターなどの大型ディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。これらの液晶表示装置には、自発光性がない液晶表示パネルを照射するためにバックライトユニットが用いられている。バックライトユニットとしては、例えば導光板と、該導光板の端面に配置したＬＥＤ光源を備え、光源からの光を導光して主面全体から液晶表示パネルへ向け照射するエッジタイプや、導光板を用いず、液晶表示パネルの直下にＬＥＤ光源を配置し、光拡散板や光学シートの主面全体から液晶パネルに向け照射する直下タイプがある。

近年、液晶テレビの大画面化にともない、軽量化や薄型化に対する要望がより高くなってきているが、導光板を用いたエッジタイプでは、導光板自体の重量増によりテレビ自体の軽量化が困難になるとともに、表示画面の輝度上昇が困難になってきている。一方、導光板を用いない直下タイプでは、導光板がない分軽量化が可能であるが、ＬＥＤ光源の指向性が強いため、ＬＥＤ直上部分が非常に明るくなり著しい輝度ムラが生じ、出光面全体で輝度ムラの少ない照射光を得るためには、ＬＥＤ光源の配置間隔を狭くするか、光拡散板とＬＥＤ光源の距離を充分離す必要があり、薄型化やコスト削減が困難な状況にある。

特許文献１には、光束制御部材をＬＥＤ素子上に取り付け、ＬＥＤ直上部分への指向性を緩和し、直下型バックライトの光源として用いた際の明暗を抑制する方法が開示されている。特許文献２には、ＬＥＤ光源をマトリックス上に配置した直下型バックライトユニットにおける輝度ムラ解消を目的として、表面に略逆多角錐または略逆多角錐台形状の凹部を有し、凹部形状を有する面を入光面とする全光線透過率が６５％〜１００％であり、凹部形状を有する面の反対面を入光面とした全光線透過率が３０％〜８０％である光拡散板を用いることが開示されている。

特開２００９−１１７２０７号公報 特開２０１０−１１７７０７号公報

しかしながら、バックライトコスト削減のためのＬＥＤ光源数のさらなる削減や、あるいは液晶テレビのさらなる薄型化、具体的には、図２に示すような反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ光源間の最も接近した間隔（L）と、反射シートと光学シートの点光源側の面までの最も接近した距離（D）の比であるL／Dが、２．５以上においても、輝度ムラを解消できるという課題に対しては、応えられていないのが現状である。

すなわち、直下型バックライトの点光源として光束制御部材をＬＥＤ素子上に配置することによりＬＥＤの直上以外の範囲に広く配光することが可能となるが、ＬＥＤ光源側に配置される光拡散板とＬＥＤ光源との間隔を縮小、あるいはＬＥＤ光源の配置間隔を拡げていくと光束制御部材の形状に起因する明暗パターンが生じてしまい、従来の光拡散板や光学シートの構成では、さらなる液晶表示装置の薄型化やＬＥＤ光源数の削減が困難となっている。

一方、バックライトユニットのさらなる薄型化、あるいはＬＥＤ光源の配置間隔拡大によるＬＥＤ使用数の削減化において求められる、上記のL／D≧２．５となるという厳しい条件下において、反射シート上に配置されたＬＥＤ光源に、略逆多角錐または略逆多角錐台形状の凹部を有し、凹部形状を有する面を入光面とする全光線透過率が６５％〜１００％、凹部形状を有する面の反対面を入光面とした全光線透過率が３０％〜８０％である光拡散板を用い、この拡散板上に熱可塑性フィルム表面に光拡散剤となる微粒子を塗布した従来タイプの“拡散シート”、従来から光拡散板に重ね合わせてきたプリズムシート、マイクロレンズシート、反射偏光シートなどを適宜重ね合わせるといった光学シート構成だけで、輝度ムラを大幅に低減したり解消することには、限界が生じるようになってきている。

本発明は前述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤ光源を配置した直下型バックライトにおいて、さらなる薄型化、あるいはさらなるＬＥＤ光源数削減を実現させることが可能な面状光源装置用光学部材および該光学部材を備えた面状光源装置を提供することにある。

前記目標を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。すなわち、第１の発明は、反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする面状光源装置用の光学部材であって、ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有することを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第２の発明は、第１の発明の光学部材において、前記光学シート（Ａ）の多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズは、各々独立して底面積が１０^２〜１０^６μｍ^２であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が１０〜５００μｍであることを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第３の発明は、第１〜２の発明の光学部材において、前記光学シート（Ａ）は、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９８％であることを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第４の発明は、第１〜３の発明の光学部材において、前記光学シート（Ｂ）は、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９５％であることを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第５の発明は、第１〜４の発明の光学部材において、前記光学シートのうち、光学シート（Ａ）が、ＬＥＤ光源に最も接近して設置されることを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第６の発明は、第１〜５の発明の光学部材において、前記光学シート（Ａ）、（Ｂ）に加えて、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３０％以下であり、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が９０％以上である光学シート（Ｃ）を有することを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第７の発明は、第１〜６の発明の光学部材において、前記光学シート（Ａ）表面の多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズの底辺が、前記光学シート（Ｂ）表面の直線畝状に形成された凸状のレンズの長さ方向に対して、１０°以上の傾きを持つように配置されていることを特徴とする面状光源装置用光学部材である。

第８の発明は、反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とし、第１〜７の発明の光学部材を有することを特徴とする面状光源装置である。

第９の発明は、第８の発明の面状光源装置のうち、ＬＥＤ光源が、設置面の法線から３０°以上に出射強度のピークを有する略回転対称の出射分布を有するレンズ付ＬＥＤであることを特徴とする面状光源装置である。

第１０の発明は、第８〜９の発明の面状光源装置のうち、反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ光源間の最も接近した間隔（L）と、反射シートの光反射面と、光学部材の最もＬＥＤ光源側に接近した光学シートのＬＥＤ光源からの入光面との距離（D）の関係が、L／D≧２．５であることを特徴とする面状光源装置である。

本発明の光学部材を、反射シート上に配置された複数個のＬＥＤを光源とする面状光源装置に用いることにより、ＬＥＤ光源配置間隔が従来の間隔よりも拡大、あるいはＬＥＤ光源と光学シートの間隔が縮小しても、輝度ムラの低減化や解消が可能になる。また、本発明の光学部材を用いた面状光源装置は、ＬＥＤ光源配置間隔が従来の間隔よりも拡大、あるいはＬＥＤ光源と光学シートの間隔が縮小しても、輝度ムラの低減化や解消が可能になるため、ＬＥＤ光源を配置した直下型面状光源装置として、さらなる薄型化を促進できるとともに、低コスト化のためのさらなるＬＥＤ光源数削減が可能となる。

本発明の実施形態において、複数のＬＥＤ光源を配置した面状光源を示す簡略的な要部の平面図である。 本発明の光学部材を、複数のＬＥＤ光源上に配置した実施形態の一例を示す簡略的断面図である。 本発明の光学部材を、複数のＬＥＤ光源上に配置した実施形態の別の一例を示す簡略的断面図である。 本発明の光学部材における光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）の表面形状の配列方向の一例を示す図である。 本発明の光学部材における、光学シート（Ａ）の実施形態の表面形状（転倒四角錘形状）の電子顕微鏡観察図（シート表面の法線方向から観察）を示す。 本発明の光学部材における、光学シート（Ａ）の実施形態の表面形状（転倒四角錘形状）の電子顕微鏡観察図（シート表面の法線方向から約６０°の角度から観察）を示す。

以下、本発明の実施形態に係る光学部材および該光学部材を用いた面状光源装置について詳細に説明する。本発明の光学部材は、ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有しており、これらの光学シートは、連続して重ねあわせても、また他の光学シートを介して重ね合わせることもでき、光学部材が用いられる面状光源装置のＬＥＤ光源配置条件や、ＬＥＤ光源の出光特性によって重ね合わせる順序を最適化することができる。中でも、光学シート（Ａ）は、ＬＥＤ光源に最も接近して設置されることが好ましく、光学シート（Ｂ）は光学シート（Ａ）に連続して重ねあわせることが好ましい。

図２は本発明の光学部材を用いた面状光源装置の一例となる断面模式図を示す。反射シート１上に、複数のＬＥＤ光源２が最も接近した間隔（Ｌ）で配置されており、その上方にＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有する光学シート構成からなる本発明の光学部材が、反射シートの光反射面とＬＥＤ光源側に最も接近した光学シートのＬＥＤ光源からの入光面との距離（Ｄ）で設置されている。図２においては、光学シート（Ａ）と光学シート（Ｂ）が連続的に配置される場合を示しており、点光源であるＬＥＤからの光が、光学シート（Ａ）と光学シート（Ｂ）含む光学部材により、一部は光源側に反射され、一部は拡散、偏向し、光学シート構成の最もＬＥＤ光源から離れた光学シートの出光面において輝度ムラが低減あるいは解消される。

図３は本発明の光学部材を用いた面状光源装置の別の一例となる断面模式図を示す。図２と異なり、本発明の光学部材における光学シート構成において、光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）に加えて、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３０％以下であり、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が９０％以上である光学シート（Ｃ）を２枚、それぞれのレンズ群が直行するように配置している。この光学シート構成において、２枚の光学シート（Ｃ）は、主に面状光源装置の前方に配置される表示装置の正面方向における輝度向上の役割を果たすが、同時に光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）による輝度ムラ解消効果をさらに高める効果も有している。

図２や図３は、本発明の光学部材を形成する光学シート構成の一例に過ぎないが、光学シート構成中に、光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）を有することにより、高い反射率と偏向作用が付与でき、ランダム化による均整化した配光と集光効果を発現させることができる。これらの作用効果により、反射シート上に配置された複数個の高指向性のＬＥＤを光源とする面状光源装置において、ＬＥＤ光源配置間隔が従来の間隔よりも拡大、あるいはＬＥＤ光源と光学シートの間隔が縮小しても、輝度ムラの低減あるいは解消された面状光源が得られることになる。

本発明の光学部材における光学シート（Ａ）は、ＬＥＤ光源に最も接近して設置されることが好ましい態様であるため、光学シート構成を形成する他の光学シートの重ね合せる際の支持体的役割を果たす必要があることと、熱的影響を受けやすい環境下にあり、機械的あるいは熱的変形を避けるために、光学シート（Ａ）の厚みは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、０．８ｍｍ以上とすることがより好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。また光学シート（Ａ）の厚みの上限としては、液晶表示装置の薄型化や材料コストの観点から、４ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下がさらに好ましい。

また、本発明の光学部材における光学シート（Ｂ）は、光学シート（Ａ）を基準として光源と反対側に配置されることが好ましい態様であり、光学シート（Ａ）のように他の光学シートの支持体的役割を果たす必要性は低く、液晶表示装置の薄型化や材料コストの観点から、厚みは０．８ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下がさらに好ましい。一方、光学シート（Ｂ）の厚み下限としては、熱的変形を避けるために、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。

本発明の光学部材は、ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有することが必須であり、用いられる面状光源装置におけるＬＥＤ配置間隔や、ＬＥＤが配置されている反射シートと光学シートまでの距離など、ＬＥＤ光源や面状光源装置の仕様によっては、光学シート（Ａ）または光学シート（Ｂ）を２枚以上用いて輝度ムラ解消を達成することも可能となる。ただし、面状光源装置が装着される液晶表示装置の薄肉化が進められている状況下においては、できる限り光学シートの枚数削減が求められており、光学部材に占める光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）とも使用枚数は１枚が好ましい。

本発明のＬＥＤ光源側の反対面に多角錐形状または転倒多角錐形状を有する光学シート（Ａ）の多角錐形状または転倒多角錐形状は、底面積が１０^２〜１０^６μｍ^２であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が１０〜５００μｍであることが好ましい。底面積が１０^２μｍ^２未満であり、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が１０μｍ未満であると、光学シート表面に再現性よく多角錐形状または転倒多角錐形状を賦型することが困難となり、輝度ムラの安定的な低減や解消が困難となる。また、底面積が１０^６μｍ^２を超え、かつ底面から最高部または最深部までの高低差が５００μｍを超えると、賦型ＬＥＤ光源側の反対面に多角錐形状または転倒多角錐形状を再現性よく賦型できるものの、本発明の光学シート構成を用いても、ＬＥＤ光源配置間隔が従来の間隔よりも拡大、あるいはＬＥＤ光源と光学シートの間隔が縮小した面状光源装置においては輝度ムラ低減化や解消が難しくなる傾向がある。

前記光学シート（Ａ）の表面に形成される多角錐形状または転倒多角錐形状は、各側面が光学シート平面に対して３５°〜５５°の傾斜角を有することが、ＬＥＤ光源からの光を効率よく反射、偏向でき、輝度ムラの減少した面状光源を発現させることができるため好ましく、より好ましくは４０°〜５０°である。また、多角錐形状または転倒多角錐形状を形成する複数の側面の傾斜角は、同一でも異なっていてもよい。

本発明の光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状の底面積および底面から最高部または最深部までの高低差は、同一でも異なっていてもよい。

本発明の光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状としては、三角錘形状、四角錘形状、または、転倒三角錐形状、転倒四角錘形状等があげられるが、中でもＬＥＤ光源からの光を反射、偏向できる傾斜角を有する側面が多い四角錘形状、または転倒四角錘形状が好ましく、連続して用いる他の光学シートの傷つき防止の観点から、転倒四角錐形状がより好ましい。

本発明の光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状は、その底辺がなす形状は、成型上の容易さから、すべての内角が１８０°未満である凸多角形であることが好ましい。

本発明の光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状は、光学シート表面に隙間なく配置してもよいし、間隔をあけて配置してもよい。間隔をあけて配置する場合、単位形状間の形状は曲面でも、平面でもよい。

ＬＥＤ光源側の反対面に多角錐形状または転倒多角錐形状を有する光学シート（Ａ）は、ＬＥＤ光源に最も接近して設置されることが好ましく、ＬＥＤ光源の強い指向性を解消するために重要な機能を果たしており、光学シート表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状による反射、偏向機能と、光拡散機能により輝度分布の出光角依存性をできるだけ平準化することが求められる。これらのことから、光学シート（Ａ）のＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９８％であることが好ましい。より好ましくは、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜６５％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状有する面を入光面とした際の全光線透過率が７５％〜９６％である。

一方、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有している光学シート（Ｂ）は、該直線畝状に形成された凸状のレンズ群による反射、偏向機能で輝度分布の角度依存性を平準化させるとともに、光学シート（Ｂ）よりＬＥＤ光源側に設置されている光学シート（Ａ）からの深い出光角度を有する光を面状光源装置の法線方向へ立ち上げ、面状光源装置としての正面方向へ集光させる役割も果たす必要がある。このことから、光学シート（Ｂ）のＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９５％であることが好ましい。より好ましくは、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が４５％〜６５％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状有する面を入光面とした際の全光線透過率が７５％〜９０％である。

本発明の光学シート（Ｂ）の表面に賦型されている直線畝状に形成された凸状のレンズ群としては、該単位レンズの長さ方向に対する垂直断面形状の外周線が楕円や双曲線といった二次曲線の一部であっても良く、三角形の形状となっているいわゆるプリズム形状であることも好ましい態様である。この場合、光学シート（Ｂ）は、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなるプリズムシートである。中でも、該光学シート（Ｂ）に入射された光を、より効率的に反射または偏向して輝度ムラ解消効果を発揮するためには、該単位レンズの長さ方向に対する垂直断面形状の外周線が、仰角４０〜５０°の二等辺三角形であることが好ましく、仰角４４〜４６°の二等辺三角形であることがより好ましい。該単位レンズの長さ方向に対する垂直断面形状の外周線が三角形の形状の場合には、レンズ形状の成型上、頂角が丸みを帯びていても良い。

本発明の光学部材に用いる光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状の底辺と、光学シート（Ｂ）の表面に賦型されている直線畝状に形成された凸状のレンズ群の長さ方向は、１０°以上の傾きを持つように配置されていることが好ましく、２０°以上がより好ましい。光学シート（Ａ）の表面に賦型されている多角錐形状または転倒多角錐形状の底辺と、光学シート（Ｂ）の表面に賦型されている直線畝状に形成された凸状のレンズ群の長さ方向の傾きが上記範囲未満である場合、干渉縞が発生する恐れがあり、輝度ムラ解消効果も小さくなる恐れがある。

例えば、光学シート（Ａ）の表面に転倒四角錘形状が賦型されており、光学シート（Ｂ）表面の直線畝状に形成された凸状のレンズ群の長さ方向が、液晶表示装置の水平方向に平行となるように配置されている場合、光学シート（Ａ）は、その表面の転倒四角錘形状の底辺が、液晶表示装置の水平方向に対して４５°の角度となるように配置することなどがあげられる（図４）。

また、本発明の光学部材に用いる光学シート（Ａ）及び光学シート（Ｂ）以外の光学シートとしては、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３０％以下であり、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が９０％以上である光学シート（Ｃ）を用いることも好ましい態様のひとつである。

本発明の光学シート（Ｃ）の表面に賦型されている直線畝状に形成された凸状のレンズ群としては、該単位レンズの長さ方向に対する垂直断面形状の外周線が、楕円や双曲線といった二次曲線の一部であっても良く、三角形の形状となっているプリズム形状であることも好ましい態様である。この場合、光学シート（Ｃ）は、いわゆるプリズムシートである。中でも、該単位レンズの長さ方向に対する垂直断面形状の外周線は、仰角４０〜５０°の二等辺三角形が好ましく、仰角４４〜４６°の二等辺三角形がより好ましい。また、このような三角形形状の場合、レンズ形状の成型上、頂角が丸みを帯びていても良い。

本発明の光学部材には、光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）、光学シート（Ｃ）以外に、光学シートを用いることができる。かかる光学シートとしては、既存のマイクロレンズシート、レンチキュラーシート、拡散シート、反射偏光シートなどあり、本光学部材が使用される面状光源装置の仕様、あるいは液晶表示装置の仕様によって、適宜これらの光学シートを重ね合わせて用いることができる。

光学シート（Ａ）は、透明樹脂に光拡散剤が分散されたシートの片面に多角錐形状または転倒多角錐形状が賦型されたものであり、多角錐形状または転倒多角錐形状が賦型された面の反対面は鏡面、あるいは算術平均粗さが０．５〜５０μｍのエンボス、マットなど凹凸形状が施されていてもよい。

光学シート（Ｂ）は、透明樹脂に光拡散剤が分散されたシートの片面に直線畝状の凸状レンズ群が賦型されたものであり、レンズ群が賦型された面の反対面は鏡面、あるいは算術平均粗さが０．５〜５０μｍのエンボス、マットなど凹凸形状が施されていてもよい。

光学シート（Ａ）、及び光学シート（Ｂ）を構成する透明樹脂は、無色透明であり、かつ光学シートの主な構成要素として適度な強度を有するものであれば特に制限されない。例えば、ポリカーボネート樹脂；ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂；ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリ（ｐ−メチルスチレン）などのスチレン系樹脂；ＭＳ樹脂（メチルメタクリレートとスチレンの共重合体）；ノルボルネン系樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリエーテルスルホン樹脂や、これらのうち２種以上の混合樹脂などを用いることができる。好適にはポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂またはノルボルネン系樹脂を用いる。中でもポリカーボネート樹脂は、透明性や耐熱性、加工性に優れており、且つそれらのバランスがよいので光学シート用の樹脂として特に好ましい。

本発明の光学シート（Ａ）、及び光学シート（Ｂ）に用いる光拡散剤としては、有機系微粒子、無機系微粒子、有機−無機ハイブリッド系微粒子のいずれの微粒子でも使用でき、例えば、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、アミノ系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、これらの共重合体などの有機系微粒子；ガラス、スメクタイト、カオリナイト、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの無機系微粒子；アクリル−シリカなどの有機−無機ハイブリッド系微粒子などが挙げられる。これらの材質のうち、（メタ）アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、シリカが特に好適である。

本発明の光学シート（Ａ）、及び光学シート（Ｂ）に用いる光拡散剤の平均粒子径は、０．３μｍ〜３０μｍが好ましく、これ以上小さくても、大きくても光拡散効果が大きく低下して好ましくなく、より好ましくは０．５μｍ〜１５μｍであり、さらに好ましくは１．０μｍ〜１０μｍである。光拡散剤の最適配合量は、光学シート（Ａ）表面に賦型された多角錐形状または転倒多角錐形状や、光学シート（Ｂ）表面に賦型された直線畝状に形成された凸状のレンズ群による拡散効果、光学シートを構成する透明樹脂と光拡散剤の屈折率差、光拡散剤の粒子径によって異なるが、光学シート中に０．００１〜１０質量％分散されていることが必要である。より好ましくは、０．００５〜５質量％、さらに好ましくは０．０１〜３質量％である。

光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）における、光拡散剤の分散形態としては、光学シート全体に均一に分散した形態、ＬＥＤ光源側または、ＬＥＤ光源の反対側に光拡散剤分散層を形成した形態などがある。

本発明における光学シート（Ａ）または光学シート（Ｂ）の製法としては、上記の透明熱可塑性樹脂と光拡散剤、さらに熱安定剤などを均一に配合した熱可塑性樹脂混合物を、所望の凹凸形状の反転形状が実質全面に彫刻加工された金型を用いて、押出成形、射出成形、プレス成形などにより得ることができる。なかでも押出成形による方法が、光拡散層や、帯電防止性能や特定波長の光吸収層などの表面機能層を形成できるなど多層化が容易なことや、生産効率が高いなどの点で特に好ましい。

本発明の面状光源装置に用いるＬＥＤ光源は、出射強度のピークがＬＥＤ光源設置面の法線方向であるランバーシャータイプ、法線から傾いた方向である側面放射タイプの白色ＬＥＤが好ましく用いられるが、面状光源装置の輝度ムラ低減や解消のし易さから、ＬＥＤチップ上にレンズ、あるいは光束制御部材を設置した側面放射型が特に好ましく用いられる。

なかでも、配光パターンがＬＥＤ光源設置面の法線から３０°以上の深い角度に出射強度のピークを有する略回転対称の出射分布を有するレンズ付ＬＥＤであることが好ましい。さらに、配光パターンがＬＥＤ光源設置面の法線から４５°以上の深い角度に出射強度のピークを有する略回転対称の出射分布を有するレンズ付ＬＥＤを光源に用いることは、ＬＥＤ光源配置間隔の拡大化した面状光源装置、あるいはＬＥＤ光源が配置されている反射シートと光学シートの間隔が縮小した薄型面状光源装置においても、一層、輝度ムラ解消や低減をはかれることとなり、より好ましい。

ＬＥＤ光源の配置方法としては、特に制約はなく、直線状配列セットの並列配置、格子状や千鳥状配置などが用いられる。

本発明の面状光源装置に用いる反射シートは、白色シートであり、反射機能を有する金属板、フィルム、金属箔、アルミなどを蒸着したフィルムでできており、ＬＥＤ光源からの出射光、光学シート（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）からの偏向あるいは反射光などを、再度光学シートの出光方向に戻すとともに光学シートへの入射角度の平準化役割を担っており、輝度ムラ解消や低減に重要な働きをしている。

ＬＥＤ光源を用いた直下型面状光源装置において、実質的に輝度ムラ解消可能なレベルを、図２や図３に示すように反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ光源間の最も接近した間隔（Ｌ）と、反射シートの光反射面と、光学シート構成の最もＬＥＤ光源側に接近した光学シートのＬＥＤ光源からの入光面との距離（D）の比であるL／Dで示すと、本発明の光学シート構成を用いることにより、従来の光学シート構成では難易度が高かった、L／D≧２．５の面状光源装置の実現をも可能にすることができた。

次に、本発明に係る光学部材および面状光源装置を、実験例、実施例、比較例により具体的に説明する。

＜実験例１＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．１質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、底辺が１５０μｍ、シート平面に対する各側面の傾斜角が４５°、深さが７４μｍの転倒四角錐が凹状に一方の全面に賦型され、反対面が数平均粗さ（Ｒａ）が４．５μｍのエンボス面である厚さ１．２５ｍｍの光学シート（Ａ１）を得た。

＜実験例２＞
光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．２質量部とした以外は、実験例１と同様にして、底辺が１５０μｍ、シート平面に対する各側面の傾斜角が４５°、高さが７３μｍの転倒四角錐が凹状に一方の全面に賦型され、反対面が数平均粗さ（Ｒａ）が４．４μｍのエンボス面である厚さ１．２５ｍｍの光学シート（Ａ２）を得た。

＜実験例３＞
光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．３質量部とした以外は、実験例１と同様にして、底辺が１５０μｍ、シート平面に対する各側面の傾斜角が４５°、高さが７３μｍの転倒四角錐が凹状に一方の全面に賦型され、反対面が数平均粗さ（Ｒａ）が４．４μｍのエンボス面である厚さ１．２５ｍｍの光学シート（Ａ３）を得た。

＜実験例４＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．１質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、底辺が１５０μｍ、シート平面に対する各側面の傾斜角が４５°、深さが７３μｍの転倒四角錐が凹状に一方の全面に賦型され、反対面が鏡面である厚さ１．５ｍｍの光学シート（Ａ４）を得た。

＜実験例５＞
光拡散剤を使用しない以外は実験例１と同様にして、押出成形により、底辺が１５０μｍ、シート平面に対する各側面の傾斜角が４５°、深さが７３μｍの転倒四角錐が凹状に一方の全面に賦型され、反対面が数平均粗さ（Ｒａ）が４．５μｍのエンボス面である厚さ１．５ｍｍの光学シート（Ｓ１）を得た。

＜実験例６＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．２質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、両方の面が鏡面である厚さ１．５ｍｍの光学シート（Ｓ２）を得た。

＜実験例７＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．３質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、仰角４５°の直角二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ）の断面形状を有する直線畝状レンズ群が一方の全面に賦型され、反対面が反対面が数平均粗さ（Ｒａ）が４．４μｍのエンボス面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｂ１）を得た。

＜実験例８＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）０．５質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、仰角４５°の直角二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ）の断面形状を有する直線畝状レンズ群が一方の全面に賦型され、反対面が鏡面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｂ２）を得た。

＜実験例９＞
光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）１．０質量部とした以外は、実験例８と同様にして、仰角４５°の直角二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ）の断面形状を有する直線畝状レンズ群が一方の全面に賦型され、反対面が鏡面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｂ３）を得た。

＜実験例１０＞
光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）１．５質量部とした以外は、実験例８と同様にして、仰角４５°の直角二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ）の断面形状を有する直線畝状レンズ群が一方の全面に賦型され、反対面が鏡面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｂ４）を得た。

＜実験例１１＞
光拡散剤を使用しない以外は実験例８と同様にして、押出成形により、仰角４５°の直角二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ）の断面形状を有する直線畝状レンズ群が一方の全面に賦型され、反対面が鏡面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｃ１）を得た。

＜実験例１２＞
ポリカーボネート（「ユーピロンＥ２０００ＦＮ」：三菱エンジニアリングプラスチック社製）１００質量部に、光拡散剤としてシリコーン系微粒子（「トスパール１２０」：モメンティブパーフォーマンス社製）１．０質量部、熱安定剤としてリン系酸化防止剤（「イルガフォス１６８」：ＢＡＳＦ社製）０．１質量部を配合し、押出成形により、両面とも鏡面である厚さ０．３ｍｍの光学シート（Ｓ３）を得た。

＜全光線透過率の測定＞
上記実験例１〜５、および７〜１１で作製した光学シートについて、面状光源装置に設置する際、ＬＥＤ光源側となる鏡面またはエンボス面を入光面とする全光線透過率と、ＬＥＤ光源側の反対面となる転倒四角錐、または直線畝状レンズ群が賦型された面を入光面とする全光線透過率を、日本電色工業株式会社製の濁度計ＮＤＨ２０００を用い、ＪＩＳＫ７３６１に準拠して測定し、その結果を表１に示した。なお、直線畝状レンズ群が賦型された光学シートは、そのレンズ群の長さ方向が、濁度計の設置面に対して垂直になるように配置して測定した。

また、上記実験例６および１２で作製した両面が鏡面の光学シートについても、ＬＥＤ光源側となる面を入光面とする全光線透過率と、ＬＥＤ光源側の面を入光面とする全光線透過率を、上記と同様にＪＩＳ K７３６１に準拠し測定し、その結果を表１に示した。

＜実施例１〜実施例８、および比較例１〜比較例４＞
設置面の法線から約７０°に出射強度のピークを有するレンズ付白色ＬＥＤを、図１に示すように、３００ｍｍ×２４０ｍｍの白色の反射シート上に２０個、６０ｍｍ間隔（Ｘ方向、Ｙ方向とも）で格子状に配置し、反射シートと一枚目の光学シート入光面との距離が１８ｍｍになるように、各一枚目の光学シートを設置した。上記実験例１〜５で作製した転倒正四角錐が賦型された光学シート（Ａ１〜４、及びＳ１）については、各光学シートの出光面に存在する凹状転倒四角錐の配列方向が、図１のＸ方向と４５°で交差するように設置した（図４）。また、上記実験例７〜１０で作製した直線畝状のレンズ群が賦型された光学シート（Ｂ１〜４）は、それぞれの直線畝状レンズ群の長さ方向が、表１に示す方向になるように設置した。

輝度ムラについては、各シート構成における最上の光学シートの出光面に生じる明暗を目視にて５段階で評価し、これらの結果を表２に示した。

なお、光学シート（Ａ）、光学シート（Ｂ）と併用する光学シート（Ｃ）としては、上記実験例１１で作製した光学シートＣ１（いわゆるプリズムシート）を、マイクロレンズシートは、ＰＴＤ８３７（ＳＨＩＮＷＨＡ ＩＮＴＥＲＴＥＣＨ社製）、反射偏光フィルムには、ＤＢＥＦ−Ｄ４００（住友３Ｍ社製）を用いた。

＜輝度ムラ評価＞
輝度ムラ評価は、ＬＥＤ上に配置した光学シートの法線方向、および法線方向に対し±３０°方向から目視により判定し、下記の５段階に区分した。
１： 明確な境界線を有する明暗のパターンが確認できる
２： 明暗領域の明確な境界線は認められないが、明暗パターンが明確に認められる
３： 薄い明暗パターンが認められるが、一定以上の輝度均一化効果は得られている
４： わずかに明暗パターンが認められるものの、ほぼ全体的な輝度均一レベルが得られている
５： 明暗領域の存在が確認できず、全体的に輝度均一レベルが得られている

本発明の光学部材、および該光学部材を用いた面状光源装置は、ＬＥＤ光源直下型液晶表示装置の薄型化、コスト削減化に好適である。

１： 反射シート
２： ＬＥＤ
３： ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）
４： ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）
５： ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３０％以下であり、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が９０％以上である光学シート（Ｃ）
６： マイクロレンズシート、反射偏光シートなど、光学シート（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）以外の光学シート
Ｄ： 反射シート表面からＬＥＤ光源側へ最接近した光学シートの入光面までの距離
Ｌ： ＬＥＤ配置間隔の最短距離

Claims (10)

1. 反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする面状光源装置用の光学部材であって、ＬＥＤ光源の反対側の表面に多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ａ）と、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、拡散性微粒子を０．００１〜１０質量％含有してなる光学シート（Ｂ）を有することを特徴とする面状光源装置用光学部材。
2. 前記光学シート（Ａ）の多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズは、各々独立して底面積が１０^２〜１０^６μｍ^２であり、かつ、底面から最高部または最深部、までの高低差が１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置用光学部材。
3. 前記光学シート（Ａ）は、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９８％であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の面状光源装置用光学部材。
4. 前記光学シート（Ｂ）は、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３５％〜７０％、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が７０％〜９５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面状光源装置用光学部材。
5. 前記光学シートのうち、光学シート（Ａ）が、ＬＥＤ光源に最も接近して設置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の面状光源装置用光学部材。
6. 前記光学シート（Ａ）、（Ｂ）に加えて、ＬＥＤ光源の反対側の表面に直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有し、ＬＥＤ光源側を入光面とした際の全光線透過率が３０％以下であり、かつ直線畝状に形成された凸状のレンズ群を有する面を入光面とした際の全光線透過率が９０％以上である光学シート（Ｃ）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面状光源装置用光学部材。
7. 前記光学シート（Ａ）表面の多角錐形状または転倒多角錐形状のレンズの底辺が、前記光学シート（Ｂ）表面の直線畝状に形成された凸状のレンズの長さ方向に対して、１０°以上の傾きを持つように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面状光源装置用光学部材。
8. 反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とし、請求項１〜７のいずれかに記載の光学部材を有することを特徴とする面状光源装置。
9. ＬＥＤ光源が、設置面の法線から３０°以上に出射強度のピークを有する略回転対称の出射分布を有するレンズ付ＬＥＤであることを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
10. 反射シート上に設置された複数個のＬＥＤ光源間の最も接近した間隔（L）と、反射シートの光反射面と、光学部材の最もＬＥＤ光源側に接近した光学シートのＬＥＤ光源からの入光面との距離（D）の関係が、L／D≧２．５であることを特徴とする請求項８〜９のいずれかに記載の面状光源装置。