JP4119469B2 - 光学部材およびこれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、光学部材およびこれを用いたバックライトユニットに係り、特に、液晶表示装置のバックライトユニット、プロジェクタのスクリーンまたはプラズマディスプレイ等の画像表示装置に用いるのに好適な光学シートおよびこれを用いたバックライトユニットに関する。

従来から、光をコントロールした技術は、さまざまな分野に応用され我々の生活に役立ってきた。特に、画像表示装置では大型化と共に、高精細、高輝度および高品位な画面が創り出されている。

そして、画像表示装置である液晶表示装置のバックライトユニット、プラズマディスプレイまたはプロジェクタ用のスクリーンなどには、輝度向上、視野角拡大および画面品位の改善を目的に種々の光学部材が採用されている。

例えば、液晶表示装置のバックライトユニットには、エッジライト式と直下式とがあるが、それぞれにおいて、光学シートが、画面品位向上の目的を達するため多用されている。

すなわち、エッジライト式のバックライトユニットにおいては、光学部材として、導光板における出射面には、輝度向上のためのプリズムシートや、視野角を広げ、欠陥を目立たなくするための拡散シートが使用されている。また、光学部材として、導光板における出射面の裏面には、反射シートが使用されている。

直下式のバックライトユニットにおいても同様に、光学部材として、反射シートや拡散シート、また、場合によってはプリズムシートが使用されている。

このような種々の光学部材の中において、拡散シートは、輝度向上、視野角拡大および画面品位の改善に最も有効な役割を果たしている。

従来の拡散シートは、その表面にシボ状の凹凸をつけたり、ビーズをバインダー中に練り込んでプラスチックシート上に塗布したり、光拡散性材料をシート中に埋め込んだものが使用されていた。

このような拡散シートにおいては、光線透過率と拡散性とは反比例の関係となって光の有効活用は未だに十分達成されているとはいえない。

図６は、液晶表示装置のバックライトユニットについての一般的な拡散シートによる拡散角と輝度との関係を示したものである。

バックライトユニットの導光板の種類によっても異なるが、図６に示すように、拡散シートの拡散率（Ｈａｚｅ）を高くすると、ピーク輝度が下がるだけで拡散角は広がっていない。

かかる現象は、従来の多くの拡散シートにみられており、このような拡散シートでは、光を等方的に拡散するため、僅かに拡散角が広がっても大きな輝度低下を招いてしまう。

逆に、輝度を高くするには、拡散角すなわち視野角を狭くすることを余儀なくされていた。

このような状況に鑑み、特許文献１（特開２００１−４８１３号公報）に記載の発明においては、透明な基材中に微小な球形の気泡を多数含有させ、この気泡の形状が回転楕円体である拡散シートが開示されている。

この特許文献１に記載の拡散シートは、拡散方向に異方性を生じさせることによって、必要な方向に拡散性を高めることが狙いで、輝度減少を抑えられることを目的としている。

特許文献２（特開２００３−２９０３０号公報）に記載の発明においても、楕円形状の微細孔による異方性散乱フィルムが開示されている。

しかしながら、回転楕円体の気泡では、その拡散性と異方性とを十分にとることができず、また気泡の分散性を制御することも難しいなどの問題がある。

また、拡散シートの他にも、光学部材をエッジライト式のバックライトユニットにおける導光板に適用したものとしては、特許文献３（特開平２−１７号公報）に記載の発明が開示されている。

この特許文献３に記載の発明においては、導光板の出射面にレンズ単位を形成するとともに、プリズム列が形成されたプリズムシートを、そのプリズム列が導光板側を向くように配置している。

このような特許文献３に記載の発明によれば、導光板上に形成されたレンズ単位によって光を斜め方向に出射し、この出射した光をプリズムシートによって正面に向けることにより、高い輝度の光を得るようになっている。

しかしながら、当該特許文献３に記載の発明は、導光板上に形成されたレンズ単位が規則的な構造であるため、光が集光してしまい、この結果、視野角が狭くなるといった欠点を有している。

さらに、特許文献４（特開平４−９８０４号公報）に記載の発明においては、導光板上に、大方の方向が入射面と直交するような線状の凹凸を形成することが開示されている。

この特許文献４に記載の発明によれば、線状の凹凸がレンズ効果を示することによって、光入射面に平行な方向の広がりを集光して高い輝度を得ようとしている。

しかしながら、当該特許文献４に記載の発明においても、線状の凹凸が導光板中の光の進行方向に向いているため、高い出射効率は発現されず、それ程高輝度は得られない。

ところで、液晶表示装置は人が画面を注視することから、僅かな欠陥があっても目障りなものとなる。欠陥の中で特に改善が難しいとされているものの一つとして、導光板の入射端近傍の輝線及び帯状の明部と暗部の発現が挙げられる。

これを解決するため、例えば、特許文献５（特開平５−８８１６８号公報）に記載の発明においては、導光板の入射面を粗面化処理し、入射した光を拡散させることによって輝線及び帯状の明部と暗部の発現を軽減することが開示されている。

しかし、特許文献５に記載の発明は、入射端近傍だけが異質な光で明るくなり過ぎるといった欠点がある。
特開２００１−４８１３号公報 特開２００３−２９０３０号公報 特開平２−１７号公報 特開平４−９８０４号公報 特開平５−８８１６８号公報

近年、画像表示装置においては、さらなる輝度向上、品位改善の要望が益々高くなっている一方で、前述のように、輝度を高くすれば視野角は狭くなり、画面の欠陥も目立つようになるとった問題が生じてしまう。

したがって、このような問題を有効に解決して、高輝度、広視野角で欠陥の目立たない高品位な画像を提供するためには、前述した特許文献１乃至５に記載の手段を超える有力な手段が求められる。

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、高い輝度を維持しつつ視野角を広くすることができ、更に表示の欠陥を目立ちにくくすることができる光学部材およびこれを用いたバックライトユニットを提供することを目的とするものである。

前記目的を解決するため、本発明に係る光学部材の特徴は、光を入射させる入射面と、当該入射面に略平行な出射面とを有する光学部材であって、

前記入射面にコリメートされた光を入射させた際における前記出射面からの出射光が、前記出射面の法線に対して方位角３０°に沿って出射光強度における異方性を有し、かつ、当該異方性は、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も高い強度値である最高強度値と、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も低い強度値である最低強度値との比（最高強度値／最低強度値）が１．２以上とされており、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方に、複数の不規則なレンズ列として、前記入射面または前記出射面に沿う１つの方向に対して当該入射面上または出射面上において−３０°〜３０°の範囲の角度をなす方向に延在する複数の当該角度が不規則なレンズ列が配列されている点にある。

そして、このような構成によれば、目的の方向における光の拡散性を適度に大きくすることができるとともに、他の方向における拡散性を適度に抑えることができる。また、このような構成によれば、不規則なレンズ列によって、良好な異方性拡散光を得ることができる。

さらに、本発明に係る光学部材の特徴は、前記複数の不規則なレンズ列は、前記入射面および前記出射面の双方に配列されており、前記１つの方向が、入射面に配列されるレンズ列と出射面に配列されるレンズ列とで互いに異なる点にある。

そして、このような構成によれば、レンズ列の配列方向を入射面と出射面とで互いに異ならせることによって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができる。

さらにまた、本発明に係る光学部材の特徴は、複数の不規則なレンズ列が、凹または凸状の断面三角形状で、その頂角が３０°〜１７５°の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なるランダムで不連続なプリズム列とされている点にある。

そして、このような構成によれば、レンズ列をランダムで不連続なプリズム列にすることによって、異方性拡散光をさらに確実に得ることができる。

また、本発明に係る光学部材の特徴は、プリズム列の断面略三角形状が、その頂角部に、半径０．５μｍ〜５００μｍの円弧状曲面が形成されてなる点にある。

そして、このような構成によれば、光学シートを形成する場合における転写性を向上することができるとともに、アセンブリ時における傷等の欠陥を少なくすることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、光源と、当該光源に対向する少なくとも１つの入射面およびこれに直交する出射面を有する導光板と、当該導光板の出射面に対向して配置された光学シートと、当該導光板の出射面の裏面に配置された反射シートとを有し、前記導光板は、前記光源から前記入射面を経て前記導光板中を伝播する光を前記導光板に対して臨界角以下にする出射機構と、前記臨界角以下の光を前記出射面の法線に対して方位角方向に沿って異方性拡散させて前記導光板から出射させる異方性拡散機構とを有し、前記出射機構は、前記出射面の裏面に、前記入射面の長手方向と平行に延びる複数のレンズ列が配列されてなり、前記異方性拡散機構は、前記出射面に、複数の不規則なレンズ列として、前記入射面に直交する直交線に対して前記出射面上において−３０°〜３０°の範囲の角度をなす方向に延在する複数の当該角度が不規則なレンズ列が配列されてなる点にある。

そして、このような構成によれば、出射機構によって、導光板の入射面に入射した光についての出射面からの出射効率を向上することができ、さらに、異方性拡散機構によって、前記導光板の入射面に入射した光を、出射面から良好な異方性拡散光として出射させることができる。また、このような構成によれば、光を効率よく導光板から出射させることができる。さらに、このような構成によれば、不規則なレンズ列によって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができる。

また、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、出射機構における複数のレンズ列が、凹または凸状の断面略三角形状で、その頂角が８０°〜１７５°とされたプリズム列からなる点にある。

そして、このような構成によれば、プリズム列の一定の傾斜によって、導光板内の光を一定の割合で一定方向により効率的に出射させることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、異方性拡散が、出射面の法線に対して方位角３０°に沿って入射面の長手方向に平行な方向における輝度と前記入射面の長手方向に直交する方向における輝度との比が１．２以上とされている点にある。

そして、導光板の入射端近傍の輝線及び帯状の明部と暗部との発現を有効に抑制することができる。

また、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、異方性拡散機構における複数の不規則なレンズ列は、凹または凸状の断面三角形状で、その頂角が３０°〜１７５°の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なる不連続でランダムなプリズム列とされている点にある。

そして、このような構成によれば、不規則なレンズ列を不連続でランダムなプリズム列にすることによって、より良好な異方性拡散光を得ることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、異方性拡散機構におけるプリズム列の密度を変化させた点にある。

そして、このような構成によれば、導光板の面内で異方性拡散効率を変化させることができ、所望の異方性拡散光を得ることができる。

さらにまた、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、プリズム列の密度が、出射面の中央から入射面の長手方向に沿って逐次増加するように形成されている点にある。

そして、このような構成によれば、バックライトユニットの入光面に直交する側端面の輝度の低下を抑えることができる。

また、本発明に係るバックライトユニットの特徴は、異方性拡散機構におけるプリズム列の断面略三角形状が、その頂角部に半径０．５μｍ〜５０μｍの円弧状曲面が形成されてなる点にある。

そして、このような構成によれば、導光板を射出成形する場合における転写性を向上することができ、バックライトユニットのアセンブリ時における傷等の欠陥を少なくすることができる。

本発明に係る光学シートによれば、目的の方向における光の拡散性を適度に大きくすることができるとともに、他の方向における拡散性を適度に抑えることができる結果、高輝度でしかも視野角が広く、更に欠陥も目立ちにくい高品位な画像を得ることができる。

また、本発明に係る光学シートによれば、不規則なレンズ列によって、良好な異方性拡散光を得ることができる結果、さらに高品位な画像を得ることができる。

さらに、本発明に係る光学シートによれば、レンズ列の配列方向を入射面と出射面とで互いに異ならせることによって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

さらにまた、本発明に係る光学シートによれば、レンズ列をランダムで不連続なプリズム列にすることによって、異方性拡散光をさらに確実に得ることができる結果、さらに高品位な画像を得ることができる。

また、本発明に係る光学シートによれば、光学シートを形成する場合における転写性を向上することができるとともに、アセンブリ時における傷等の欠陥を少なくすることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

さらに、本発明に係る光学部材によれば、光学部材としての光学シートによって、良好な異方性拡散光を得ることができる結果、さらに高品位な画像を得ることができる。

さらにまた、本発明に係る光学部材によれば、光学部材としての導光板によって、良好な異方性拡散光を得ることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

また、本発明に係る光学部材によれば、光学シートによって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができる結果、さらに優れた品位の画像を得ることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットによれば、出射機構によって、導光板の入射面に入射した光についての出射面からの出射効率を向上することができ、さらに、異方性拡散機構によって、前記導光板の入射面に入射した光を、出射面から良好な異方性拡散光として出射させることができる結果、高い輝度を発現し、更に視野角も広く、欠陥も目立たない高品位な画像を得ることができる。

さらにまた、本発明に係るバックライトユニットによれば、光を効率よく導光板から出射させることができる結果、広い視野角を維持するとともに欠陥を目立ちにくくしつつ、さらに高い輝度を得ることができる。

また、本発明に係るバックライトユニットによれば、プリズム列の一定の傾斜によって、導光板内の光を一定の割合で一定方向により効率的に出射させることができる結果、広い視野角を維持しつつさらに高輝度で欠陥の目立ちにくいより高品位な画像を得ることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットによれば、導光板の入射端近傍の輝線及び帯状の明部と暗部との発現を抑制することができる結果、さらに欠陥の目立ちにくいより高品位な画像を得ることができる。

さらにまた、本発明に係るバックライトユニットによれば、不規則なレンズ列によって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

また、本発明に係るバックライトユニットによれば、不規則なレンズ列を不連続でランダムなプリズム列にすることによって、より良好な異方性拡散光を得ることができる結果、さらに高品位な画像を得ることができる。

さらに、本発明に係るバックライトユニットによれば、導光板の面内で異方性拡散効率を変化させることができ、所望の異方性拡散光を得ることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

さらにまた、本発明に係るバックライトユニットによれば、バックライトユニットの入光面に直交する側端面の輝度の低下を抑えることができる結果、さらに高品位な画像を得ることができる。

また、本発明に係るバックライトユニットによれば、導光板を射出成形する場合における転写性を向上することができ、バックライトユニットのアセンブリ時における傷等の欠陥を少なくすることができる結果、より高品位な画像を得ることができる。

［図１］本発明に係る光学部材の実施形態における異方性拡散を模式的に示した斜視図
［図２］本発明に係る光学部材の実施形態におけるレンズ列を示す平面図
［図３］本発明に係る光学部材の実施形態における回折光の広がりを示す説明図
［図４］本発明に係るバックライトユニットの実施形態を模式的に示す正面図
［図５］本発明に係るバックライトユニットの実施形態における異方性拡散を模式的に示す斜視図
［図６］一般的な拡散シートによる拡散角と輝度の関係を示したグラフ。

次に、本発明に係る光学部材の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態における光学部材１は、光を入射させる入射面２と、当該入射面２に略平行な出射面３とを有しており、この光学部材１は、入射面２に入射された略コリメートされた光Ｌを、出射面３から拡散させて出射させるようになっている。

ここで、略コリメートされた光とは、光源から５０ｃｍ離れたところで光源の大きさ（光源が円形であれば直径に相当）より１０％以上広がらない光線とする。このコリメートされた光を得るためには、点発光源を用いてレンズを組み合わせてもよいし、また、レーザー光線等を用いてもよい。

また、本実施形態における光学部材１は、入射面２に略コリメートされた光を入射させた際における出射面３からの出射光が、図１に示す出射面３の法線ｎに対して方位角θ＝３０°に沿って出射光強度における異方性を有している。

さらに、当該異方性は、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も高い強度値である最高強度値と、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も低い強度値である最低強度値との比（最高強度値／最低強度値）が１．２以上（好ましくは１．５以上（より好ましくは２．０以上））とされている。

なお、最高強度値と最低強度値との比（最高強度値／最低強度値）は、図１に示すように、方位角方向に延びる線分Ｏ−Ａ（長軸）、線分Ｏ−Ｃ（短軸）をその方向における出射光の強度と仮定した場合に、線分Ｏ−Ａと線分Ｏ−Ｃとの比（長軸／短軸）と同義になる。

ここで、強度分布の最高強度値と最低強度値との比が１．２以上であれば、目的の方向には光の拡散性が大きくなり、他の方向には拡散性が抑えられた光学部材１が得られる。これによって、画像表示装置において輝度低下が小さく、視野角の広い画面を得ることができる。

なお、前述のように方位角を３０°としたのは、本実施形態の光学部材１における異方性拡散を定量的に特定するために、液晶ディスプレイを斜め方向から観察する代表角として設定したに過ぎない。

したがって、３０°と異なる方位角においては、光学部材１の最高強度値と最低強度値との比についての好ましい値が、前述した値（１．２以上）と異り得ることは言うまでもない。

また、一般に、光の強度分布は、光度によって測定することになるが、前述のように同一方位角の場合には、輝度の測定によって比較することができる。

さらに、本実施形態における光学部材１は、図１および図２に示すように、入射面２および出射面３の少なくとも一方（図１において入射面２および出射面３の双方）に、複数の不規則なレンズ列４，５を有している。

レンズ列４，５は、入射面２または出射面３に沿う１つの方向に対して当該入射面２上または出射面３上において−３０°〜３０°（好ましくは−２０°〜２０°）の範囲の角度をなす方向に延在している。

なお、図１においては、入射面２に形成された複数の不規則なレンズ列４は、それぞれが、入射面２の長手方向（Ｘ軸方向）に対して−３０°〜３０°（好ましくは−２０°〜２０°）の範囲内における不規則な角度をなしている。

また、出射面３に形成された複数の不規則なレンズ列５は、それぞれが、出射面３の長手方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に対して−３０°〜３０°（好ましくは−２０°〜２０°）の範囲内における不規則な角度をなしている。

さらに、本実施形態において、複数の不規則なレンズ列４，５は、凹または凸状の断面略三角形状で、その頂角が３０°〜１７５°の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なり、その長さが１μｍ〜１０００μｍの範囲で異なるランダムで不連続なプリズム列とされている。

ここで、図３は、振幅物体が１個の場合における回折光の広がり６と周期的に無数ある場合における回折光の広がり７とを示している。

回折理論によると、振幅物体に対してその断面方向に光は回折され、その回折角θｍは、ｓｉｎθｍ＝ｍ・λ／ｐで表される。ただし、ｐは振幅物体のピッチ、λは波長、ｍは０、±１、±２、・・・の整数で回折の次数を表す。

そして、振幅物体が少なく、規則性がなくなると、回折光は、その振幅物体の断面方向に広がり、回折強度は小さくなる傾向にある。一方、振幅物体が多数でランダムであれば、回折光は、その振幅物体の断面方向に大きく広がる傾向にある。

そこで、本実施形態においては、前述したように、振幅物体であるレンズ列４，５が、入射または出射面２，３に沿う１つの方向に対して−３０°〜３０°の範囲の角度をなす方向に延びる断面略三角形状のランダムで不連続なプリズム列からなるため、光学部材１に入射した光は、前記１つの方向に直交する方向に対して−３０°〜３０°の角度をなす方向に回折されることになる。

また、前述したように、前記プリズム列は、その頂角が３０°〜１７５°の範囲で不規則に異なり、かつ、ピッチも０．１μｍ〜１００μｍの範囲で不規則に異なり、さらに、そのプリズム稜線の長さも１μｍ〜１０００μｍの範囲で異なりランダムで不連続になっていることから、さらに大きな広がりをもった回折光を得ることができる。

したがって、本実施形態のプリズム列によれば、もはや出射光の回折次数などは識別することができず、この結果、出射光として良好な異方性拡散光を得ることができるようになっている。

また、前述のように、双方のレンズ列４，５の延在方向が互いに異なることによって、さらに良好な異方性拡散光を得ることができるようになっている。

なお、プリズム列のピッチは、数十μｍ程度であってもよい。この場合には、幾何光学的な振る舞いをするが、同様な方向に光が広がることは、光線追跡によって容易に知ることができる。

また、前述したように、本実施形態においてプリズム列のピッチを０．１μｍ〜１００μｍの範囲で不規則に形成する理由としては、大きな広がりをもった回折光を得ること以外にも次の理由がある。

すなわち、プリズム列のピッチが０．１μｍ以下であると、加工が困難なため、高価となり、また、加工の再現性が不良となるからである。一方、プリズム列のピッチが１００μｍ以上となると、拡散性が不十分で、目視でそのピッチが視認されることがあるからである。

なお、プリズム列のピッチは、より好ましくは０．５μｍ〜２０μｍの範囲とされている。

さらに、前述したように、プリズム列のプリズム頂角を３０°〜１７５°の範囲で不規則に選択する理由としては、大きな広がりをもった回折光を得ること以外にも次の理由がある。

すなわち、回折理論では、ピッチと高さとの比が大きいほど回折効率は高くなるが、本実施形態の光学部材１においては、プリズム頂角が３０°未満であると、光学部材１を例えば光学シート等の他の部材と組み合わせて使用する場合に、当該他の部材に傷をつけやすくなるからである。一方、プリズム頂角が１７５°以上であると、回折効率が低下するからである。

なお、プリズム列のプリズム頂角は、より好ましくは８０°〜１２０°の範囲とされている。

さらに、プリズム列の頂部は、底部に対して前記頂角に相当する角度が確保できればよく、例えば曲面であってもよい。曲面でも十分に異方性拡散機能を得ることができるからである。

その場合には、曲面は、半径０．５μｍ〜５００μｍの円弧状曲面とすることが好ましい。この程度であれば、光学部材１を成形する場合における転写性を容易にすることができ、かつ、アセンブル時における傷などの欠陥を少なくすることができるからである。

上記の構成に加えて、さらに、光学部材１のプリズム列の密度を、出射面の場所によって変化させるようにしてもよい。

プリズム列の密度を高くするには、前記プリズム列のピッチを０．１μｍ〜１００μｍの範囲で細かい割合を多くし、かつ、プリズム頂角を３０°〜１７５°の範囲で鋭角の割合を多くし、さらに、プリズム列の長さを１μｍ〜１０００μｍの範囲で短い割合を多くすることによって行うことができる。

これによって、光学部材１の面内で異方性拡散効率を変化させることができ、所望の異方性拡散光を得ることができる。

また、一般に、画像表示装置の画面縁は、輝度が低くなる傾向があるため、これを改善して高品位な画像表示装置を得るには、前記プリズム列の密度を変化させることが有効である。

この場合には、プリズム列の密度変化を出射面の中央から入射面長手方向に沿って逐次増加させることがより好ましい。

さらに、本実施形態において、光学部材１の基材は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。この場合、基材の厚みは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。０．０１ｍｍより薄いと成形が難しく、取り扱いが悪いからである。一方、１０ｍｍより厚いと、画像表示装置の厚みが厚くなり、重くなるからである。

また、光学部材１の厚みは、光学部材１を、液晶表示装置のエッジライト式のバックライトユニットに搭載する光学シートとして用い場合には、０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍとすることがより好ましい。一方、光学部材１を、拡散シートとして直下式の液晶表示装置に用いる場合には、光学部材１の厚みは０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることがより好ましい。

さらに光学部材１の基材として用いる合成樹脂としては、メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂および塩化ビニル系樹脂等を例示することができる。

特に、メタクリル樹脂は、光透過率の高さや成形加工性に優れており、光学シートの基材に用いる合成樹脂としてより適している。

このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、かつ、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。

なお、上記の構成に限らず、例えば、一方の平面が出射面とされた光透過性のシートにおける内部及び出射面表層に拡散剤を含有させてなる基材に、前記出射面に沿って前述のレンズ列を配列させることによって光学部材を形成するようにしてもよい。

また、屈折率の異なる層を積層してなる板状の基材にレンズ列を配列させることによって光学部材を形成するようにしてもよい。

さらに、レンズ効果がある空洞を形成したシートにレンズ列を配列させることによって光学部材を形成するようにしてもよい。

さらにまた、プリズム列の代わりに、光透過性の板状の基材の内部及び出射面表層に切欠き構造、ヘアライン構造、矩形回折格子構造、屈折率異方性構造等の不連続でランダムな構造を設けることによって光学部材を形成するようにしてもよい。

なお、光学部材１の構造形成手段は、ダイヤモンドバイトによる切削加工、光または熱硬化性樹脂によるレジスト加工、または異質ポリマーの流延加工等のいかなる手段であってもよい。また、プリズム列を形成するには、前記加工手段を用いて形成した構造を有する型部材を透明合成樹脂板に熱プレスするようにしてもよいし、押出成形や射出成形等によってプリズム列を形成するようにしてもよい。

次に、本発明に係る光学部材１の実施例について説明する。

なお、本実施例においては、光学部材１を液晶表示装置の直下式のバックライトユニットにおける拡散シートに適用した。

本実施例においては、表面が鏡面である金属金型面に、それぞれ頂角が４５°、６０°、７５°とされ、先端頂角部がともに半径２μｍとされた円弧状曲面を有する３種類のダイヤモンドバイトを交互に用いることによって切削加工を行った。

このとき、１つの方向に対して、−２０°〜２０°の角度で方向を変化させ、バイト切り込み長さを１０μｍ〜１００μｍで変化させるようＮＣ加工機械を設定した。

このようにして形成した金型を、基材としての２ｍｍ厚さのアクリル樹脂板に熱プレスすることによって、アクリル樹脂板上に金型の形状を転写した。

これにより、光学部材として、樹脂板表面上に不規則なレンズ列が形成された拡散シートを得た。

また、本実施例においては、液晶表示装置用の直下式バックライトユニット枠を次のように作製した。すなわち、バックライトユニット基材に、１ｍｍ厚みのアルミ板を用いて３１０×６５×２０ｍｍの箱形枠を作製し、内部に白色反射シートを貼付した。さらに、Φ２．６、長さ２８０ｍｍとされた４本の冷陰極管を、枠内の高さ７ｍｍの位置に１２ｍｍ間隔で設置した。

そして、このように作製した直下式バックライトユニット枠上に、前述した光学部材としての拡散シートを配置し、この状態で冷陰極管電流６ｍＡで点灯した。

そして、その真上５０ｃｍの位置から、トプコン株式会社製ＢＭ−７輝度計を用いて輝度を測定した。

このとき、比較例として、前述の直下式バックライトユニット枠上に、市販の拡散シート（透過率６０％、ヘーズ９０％）を置き、実施例と同様に輝度を測定した。

実施例および比較例の輝度の測定結果を以下の表１に示す。

表１に示すように、本実施例の光学部材である拡散シートは、比較例に比べて輝度が高く、液晶表示装置用バックライトユニットに最適であることが分かる。

なお、本発明に係る光学部材１は、拡散シートに限らず、バックライトユニットにおける導光板やプリズムシートに用いる場合においても、良好な異方性拡散光を得ることができる。

次に、本発明に係るバックライトユニットの実施形態について、図４および図５を参照して説明する。

図４に示すように、本実施形態におけるバックライトユニット８は、入射面９およびこの入射面９に直交する出射面１０を備えた光学部材としての導光板１１を有しており、この導光板１１における入射面９の近傍には光源１２が、出射面１０の裏面１３に臨む位置には反射シート１４がそれぞれ配置されている。

そして、本実施形態においては、導光板１１における出射面１０の裏面１３に、出射機構１５が配設されており、この出射機構１５は、光源１２から入射面９を経て導光板１１中を伝播する光を、導光板１１に対して臨界角以下にすることによって、光の出射効率を高める働きをするようになっている。

なお、出射機構１５は、例えば、導光板１１における出射面１０の裏面１２に、複数のレンズ列を配列することによって構成してもよい。

このように、出射機構１５を複数のレンズ列によって構成する場合には、特に、各レンズ列を、図１に示すように導光板１１における入射面９の長手方向に延びる断面三角形状の凹または凸状のプリズム列にすることが好ましい。

この場合、導光板１１に対して入射面９から入射された光源１３の光は、導光板１１がアクリル樹脂であれば、スネルの法則にしたがって入射面９の法線に対して約±４２°以内の立体角を有する光となって導光板１１中を伝播することになる。

そして、導光板１１における出射面１０が入光面９に垂直であれば、前述の約±４２°の光は、出射面１０に対する入射角が４８°となる。この光は、出射面１０の臨界角（約４２°）よりも大きいため、出射面１０から出射されることなく全反射によって導光板１１内を伝播することになる。

このとき、導光板１１の表面にプリズム列のような傾斜があることにより、臨界角に近い光は、傾斜の大きさに応じてプリズム斜面への入射角が変化する。

これにより、プリズムの斜面の臨界角以下となる光は、導光板１１における入射面９の裏面１０から出射することになる。

臨界角以下とならない光でも、プリズム列の傾斜によって方向が曲げられ、次のプリズム列の傾斜で臨界角以下の光が生じる。

このように、プリズム列の傾斜があると、導光板１１から次々に光を出射させることができる。

従って、本実施形態においては、出射機構１５としてプリズム列を用いることにより、プリズム列の一定の傾斜によって導光板１１内の光を一定の割合で一定方向に出射させることができ、この結果、光の出射効率をさらに向上することができ、より高い輝度の出射光を得ることができるようになっている。

さらに、本実施形態において、プリズム列は、頂角が８０°〜１７５°（好ましくは９０°〜１７０°）とされている。

ここで、プリズム列が８０°未満の鋭角であると、臨界角以下となる光の割合が多くなり、光源の近傍では明るくなり過ぎる。たとえ、プリズム列の密度を光源近傍で疎にし、光源から離れるに従って密にしてもバックライトとしての明るさの分布は改善されない。

一方、プリズム列が１７５°よりも鈍角であると、出射する光の割合が小さくなり、バックライトユニットとして暗いものとなる。

従って、本実施形態においては、プリズム列の頂角を、好適な範囲内の値に設定することによって、導光板１１内の光を一定の割合で一定方向に効率的に出射させることができるようになっている。

なお、出射機構１５としては、前述のプリズム列以外の構成を採用してもよい。例えば、通信ナビゲーションシステムに用いられる導光板には、光を出射させるために出射面またはその裏面に、白色のドット印刷や表面に凹凸を形成して出射させるようになっている。また、導光板内に、光拡散微粒子を分散させて光を散乱させて導光板外に出射させるものもある。そこで、本実施形態においても、出射機構１５が、前記白色印刷、表面凹凸、表面粗面、レンズ列、光拡散性微粒子を混入分散した薄層など、光を効率よく導光板１１から出射させる手段であればどのような手段であってもよい。

さらに出射機構１５としては、導光板１１の内部及び裏面１３表層に拡散剤を混入した構造や、屈折率の違う層を積層した構造、あるいはレンズ効果のある空洞を形成した構造等どのような構造による機構を採用してもよい。

上記の構成に加えて、さらに、本実施形態においては、導光板１１における出射面１０に、異方性拡散機構１６が配設されている。

異方性拡散機構１６は、前述した導光板１１に対する臨界角以下の光を、出射面１０の法線に対して方位角方向に沿って異方性拡散させて出射面１０から出射させるようになっている。

これにより、バックライトユニット８が出射光として良好な異方性拡散光を得ることができるようになっている。

次に、図５は、導光板１１における出射面１０の法線ｎの周りに、一定方位角θで出射面１０に平行な面の輝度分布を模式的に示したものであり、図１と同様に、図５における線分Ｏ−Ａ、Ｏ−Ｃなどは、その方位角方向における輝度（出射光強度）に対応する。

また、方位角θは、液晶ディスプレイを斜め方向から観察する際の角度であり、本実施形態においては、方位角θの代表角を３０°とする。また、一般に、線分Ａ−Ｂ，Ｃ−Ｄで形成される斜線部は擬似円形である。

本実施形態において、異方性拡散機構１６による異方性拡散は、導光板１１における入射面９の長手方向（Ｙ軸方向）に平行な方向の輝度（線分Ｏ−Ａに相当）と、入射面９の長手方向に直交する方向（Ｘ軸方向）の輝度（線分Ｏ−Ｂに相当）との比が１．２（より好ましくは２．０）以上とされている。別の表現をすると、線分Ａ−Ｂの長さが、線分Ｃ−Ｄの長さの１．２（より好ましくは２．０）倍以上となっている。

好ましくは、入射面２２の長手方向に平行な方向の輝度と入射面２２の長手方向に直交する方向の輝度との比が３．０以上とされ、更に好ましくは５．０以上とされている。

このように、本実施形態においては、輝度の比が１．２（より好ましくは２．０）以上であることによって、導光板２１の入射端近傍の輝線及び帯状の明部と暗部の発現を抑えることができるようになっている。

さらに、本実施形態において、異方性拡散機構１６は、導光板１１における出射面１０上に、入射面９に直交するＸ軸方向の直交線に対して出射面１０上において−３０°〜３０°（好ましくは−２０°〜２０°）の範囲の角度をなす方向に延在する複数の不規則なレンズ列が配列されることによって構成されている。

さらに、当該複数の不規則なレンズ列は、凹または凸状の断面略三角形状で、その頂角が３０°〜１７５°（好ましくは５０°〜１７０°（さらに好ましくは、８０°〜１２０°））の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なり、その長さが１μｍ〜１０００μｍの範囲で異なる不連続でランダムなプリズム列とされている。

かかる構成は、前述した光学部材１におけるプリズム列と同様の構成であり、このように、複数のプリズム列によって異方性拡散機構１６を構成したことにより、光学部材１と同様の理由により、出射光として良好な異方性拡散光を得ることができるようになっている。

さらに、異方性拡散機構１６は、そのプリズム列のピッチや頂角が、光学部材１の場合と同様に適切な範囲に限定されているため、加工が困難になり高価になるといった弊害や、光学シート等の他の部材と組み合わせて使用する場合に他の部材を傷つけるといった弊害は生じさせない。

なお、プリズム列のピッチは、数十μ程度であってもよい。この場合には、幾何光学的な振る舞いをするが、同様に、入射面の長手方向と略平行な方向に光が広がるようになっている。

また、プリズム列の頂部は、光学部材１の場合と同様に、底部に対して前記頂角に相当する角度が確保できればよく、例えば曲面であってもよい。その場合には、曲面は、半径０．５μｍ〜５０μｍの円弧状の曲面にすることが、導光板１１を射出成形する場合における転写性を容易にし、バックライトユニットのアセンブル時における傷などの欠陥を低減する観点から好ましい。

さらに、光学部材１の場合と同様に、プリズム列の密度は、導光板１１の出射面１０で場所によってその密度を変化させることが好ましい。この場合には、プリズム列のピッチを０．１μｍ〜１００μｍの範囲で細かい割合を多くし、かつ、プリズム頂角を５０°〜１７０°の範囲で鋭角の割合を多くし、さらに、プリズム列の長さを１μｍ〜５００μｍの範囲で短い割合を多くすることが好ましい。

また、光学部材１と同様に、プリズム列の密度変化は、出射面１０の中央から入射面９長手方向（Ｙ軸方向）に沿って逐次増加させることが、側端面の輝度を向上して高品位なバックライトユニットを得る観点から好ましい。

その他にも、光学部材１と同様に、例えば、導光板１１の内部及び出射面１０表層に、切欠き構造、ヘアライン構造、矩形回折格子構造、屈折率異方性構造等を設けることによって、異方性拡散機構を構成するようにしてもよい。

また、出射機構１５および異方性拡散機構１６を形成する手段は、ダイヤモンドバイトによる切削加工、光又は熱硬化性樹脂加工、フォトレジスト加工による凹凸構造、異質ポリマーの流延加工等どのような手段であってもよい。

さらに、導光板１１の基材は、光透過率の高い合成樹脂によって構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等を例示することができる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、成形加工性等の観点から適している。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。

また、導光板１１のプリズム列を形成するには、前記加工手段を用いて形成した構造を有する型部材で透明合成樹脂板に熱プレスすることによって形成してもよいし、押出成形や射出成形等によって同時に形状付与してもよい。

上記の構成に加えて、さらに、本実施形態においては、導光板１１における出射面１０に対向する位置に、図示しない光学シートが配置されている。

光学シートとしては、拡散シートおよびプリズムシートの少なくとも一方を配置することが好ましい。これは、導光板１１における入射面９にほぼ直交する方向に出射した光を偏角し、観察する方向に最も適した輝度を有するバックライトユニット画面とすることが目的である。

すなわち、光源１２の光は、導光板１１を伝播しながら出射面１０に対して斜め方向に出射するため、一般にはバックライトユニット８の正面方向は輝度が低く、斜め方向で輝度が高くなる傾向がある。

そこで、拡散シートだけを配置する場合には、出射面１０から比較的正面方向に近い出射光で、これによって輝度向上と視野角、輝度均一性を改善することができる。また、目的に応じて拡散シートを二枚重ねて使用してもよい。

さらに、プリズムシートは、高輝度を狙う場合に用いる。プリズムシートのプリズム列は導光板の出射面に対し外側を向けて、その頂角は８０°〜１２０°を用いるのが適している。これによって、出射した斜め方向の光を屈折して正面に向け輝度の向上が計れる。更に、プリズム列を直交させたプリズムシート二枚を用いてもよい。

一方、出射光の光の広がりが小さいものであれば、プリズムシートのプリズム列は導光板に対し内側を向けることもでき、その頂角は、出射面からの出射光の方向にもよるが５５°〜８０°が適している。これによって、出射した斜め方向の光は、プリズム面で全反射しそのまま正面に向けられ、より高い輝度が得られる。

また、プリズムシートと拡散シートとを同時に重ねて用いることもできる。プリズムシートの外側に用いる場合は、外部からの傷等に対する保護用と内部からの光の出射斑等の欠陥対策用として用いられる。また、プリズムシートの内側に用いる場合には、プリズムシートへの入射角を調整するために用いられる。

さらに、本実施形態において、反射シート１４には、光の反射率の高いものを用いるが、光を拡散反射するものとして、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどの樹脂を発泡させたものを用いることが好ましい。これ以外にも、光を鏡面反射するものとして、基材に銀、アルミなどを蒸着させたものを使用することが好ましい。

その場合、光を拡散反射するものについては、比較的視野角の広いバックライトユニットが得られ、鏡面反射するものについては、比較的輝度の高いバックライトユニットが得られる。

以上の構成を有する本実施形態におけるバックライトユニット８によれば、出射機構１５によって、導光板１１の入射面９に入射した光についての出射面１０からの出射効率を向上することができ、さらに、異方性拡散機構１６によって、導光板１１の入射面９に入射した光を、出射面１０から良好な異方性拡散光として出射させることができる結果、高い輝度を発現し、更に視野角も広く、欠陥も目立たない高品位な画像を得ることができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

Claims (11)

1. 光を入射させる入射面と、当該入射面に平行な出射面とを有する光学部材であって、
   前記入射面にコリメートされた光を入射させた際における前記出射面からの出射光が、前記出射面の法線に対して方位角３０°に沿って出射光強度における異方性を有し、かつ、当該異方性は、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も高い強度値である最高強度値と、方位角３０°に沿った出射光強度の強度分布における最も低い強度値である最低強度値との比（最高強度値／最低強度値）が１．２以上とされており、
   前記入射面および前記出射面の少なくとも一方に、複数の不規則なレンズ列として、前記入射面または前記出射面に沿う１つの方向に対して当該入射面上または出射面上において−３０°〜３０°の範囲の角度をなす方向に延在する複数の当該角度が不規則なレンズ列が配列されていることを特徴とする光学部材。
2. 前記複数の不規則なレンズ列は、前記入射面および前記出射面の双方に配列されており、前記１つの方向は、前記入射面に配列されるレンズ列と前記出射面に配列されるレンズ列とで互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
3. 前記複数の不規則なレンズ列は、凹または凸状の断面三角形状で、その頂角が３００〜１７５°の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なるランダムで不連続なプリズム列とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学部材。
4. 前記プリズム列の断面略三角形状は、その頂角部に、半径０．５μｍ〜５００μｍの円弧状曲面が形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の光学部材。
5. 光源と、当該光源に対向する少なくとも１つの入射面およびこれに直交する出射面を有する導光板と、当該導光板の出射面に対向して配置された光学シートと、当該導光板の出射面の裏面に配置された反射シートとを有し、
   前記導光板は、前記光源から前記入射面を経て前記導光板中を伝播する光を前記導光板に対して臨界角以下にする出射機構と、前記臨界角以下の光を前記出射面の法線に対して方位角方向に沿って異方性拡散させて前記導光板から出射させる異方性拡散機構とを有し、
   前記出射機構は、前記出射面の裏面に、前記入射面の長手方向と略平行に延びる複数のレンズ列が配列されてなり、
   前記異方性拡散機構は、前記出射面に、複数の不規則なレンズ列として、前記入射面に直交する直交線に対して前記出射面上において−３０°〜３０°の範囲の角度をなす方向に延在する複数の当該角度が不規則なレンズ列が配列されてなることを特徴とするバックライトユニット。
6. 前記異方性拡散機構における複数の不規則なレンズ列は、凹または凸状の断面三角形状で、その頂角が３０°〜１７５°の範囲で異なり、そのピッチが０．１μｍ〜１００μｍの範囲で異なる不連続でランダムなプリズム列とされていることを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 前記異方性拡散機構におけるプリズム列の密度を変化させたことを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。
8. 前記プリズム列の密度が、前記出射面の中央から前記入射面の長手方向に沿って逐次増加するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバックライトユニット。
9. 前記異方性拡散機構におけるプリズム列の断面三角形状は、その頂角部に半径０．５μｍ〜５０μｍの円弧状曲面が形成されてなることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
10. 前記出射機構における複数のレンズ列は、凹または凸状の断面三角形状で、その頂角が８０°〜１７５°とされたプリズム列からなることを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
11. 前記異方性拡散は、前記出射面の法線に対して方位角３０°に沿って前記入射面の長手方向に平行な方向における輝度と前記入射面の長手方向に直交する方向における輝度との比が１．２以上とされていることを特徴とする請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

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