JP5145756B2 - ディスプレイ用光学シート及びバックライト・ユニット並びに表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用されるディスプレイ用光学シート及びこれを用いたバックライト・ユニット並びに表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイには、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵したタイプのものが普及している。また、ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命を増大させることができる。これは電池式装置には特に望ましいことである。

最近では、ノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末などに用いられる２０インチ以下の画面サイズの小型液晶表示装置には、低消費電力化が図れ、薄型化の容易なエッジライト方式の採用が主流となり、２０インチ以上の画面サイズの中型ないし大型液晶表示装置では直下型方式の採用が主流となっている。２０インチ以上の液晶表示装置に対しては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度、かつ低消費電力であることが求められており、液晶表示装置に搭載されるバックライトもその実現に対処することが要求されている。

一方、複数本の冷陰極管を並列させた直下型方式バックライトでは、光源としての冷陰極管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などが、出射光を拡散させる拡散板を通して、その発光した光源の形状が直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。この拡散板は、強い拡散性を持たせるために通常１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さが必要であり、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。

米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（ＢＥＦ:Brightness Enhancement Film）が、上記の問題を解決する光学シートとして広く使用されている。
このＢＥＦは、図１に示すように、基材７０上に、断面三角形状の単位プリズム７２が一方向に周期的に配列された光学フィルムである。この単位プリズム７２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。ＢＥＦは、“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。

ＢＥＦは、ディスプレイの使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視野方向と一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向（図１中に示す矢印Ｆの方向）である。
また、単位プリズム７２の反復的アレイ構造が一方向のみに並列される方式ものでは、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行うためには、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、２枚の光学シートを重ねて組み合わせて用いる必要がある。

ＢＥＦの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
ＢＥＦに代表される単位プリズム７２の反復的アレイ構造を有する輝度制御基材をディスプレイに採用した先行技術として、例えば特許文献１乃至３に開示したものが知られている。

上記のようなＢＥＦを輝度制御基材として用いた光学シートでは、図２に示すように、屈折作用Ｘによって、光源７４からの光Ｐが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視野方向Ｆの光の強度を高めるように制御することができる。
しかしながら、同時に反射／屈折作用Ｙによる光成分が、視聴者の視野方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。
したがって、図１及び図２に示すようなＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図３に示すように、視聴者の視野方向Ｆ、すなわち視野方向Ｆに対する角度が０°（軸上方向にあたる）における光強度が最も高められるものの、図３の横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある。

図３において、破線で示す曲線ＢはＢＥＦを用いた光学シートによるバックライトの光路制御特性を示すグラフであり、また、実線で示す曲線ＡはＢＥＦと別タイプの光学シートによるバックライトの光路制御特性を示すグラフである。この図３に示すグラフは、光学シート１枚だけの場合の光強度分布であり、この光強度分布中「垂直分布」で示される曲線は、単位プリズム７２の並列される方向に相当し、「水平分布」で示される曲線は、単位プリズム７２の長手方向に相当する。
一方、バックライト・ユニットには、前記単位プリズム７２の並列される方向が略直交するように、２枚の光学シートが併用される使用形態が普及している。

このような±９０°近辺に光強度ピークを有する輝度分布は望ましくはなく、±９０°近辺での光強度ピークのない滑らかな輝度分布の方が望ましい。
また、軸上輝度のみが過度に向上すると、グラフ中（特に、垂直分布の曲線で）の山の幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、グラフ中の山の幅を適度に拡げるために、前記光学シートとは別基材の光拡散フィルムを新たに併用する必要がある。しかし、この方式は、部材数が増加する問題がある。
従来、このような問題を解決するための手段として、前記単位プリズムではなく凸レンズ形状の単位レンズを二次元方向に一定のピッチで配列してなるアレイ構造の光学フィルムを用いたバックライト・ユニットが知られている（特許文献４参照）。

以下、単位レンズアレイ構造の光学シートからなるバックライト・ユニットを用いて光路制御する場合の従来の液晶表示装置について図５を参照して説明する。
図４に示す液晶表示装置１００は、表裏両面に偏光板４１をそれぞれ対向配置した液晶パネル４２と、この液晶パネル４２の光入射側に偏光板４１を介して臨むように配置されたバックライト・ユニット４０を備える。

バックライト・ユニット４０は、液晶パネル４２の光入射側に臨ませて配置された、照明光路制御用の光学シート３８と、この光学シート３８の光入射側に拡散板２６を介して配置された直下型光源２３を含んで構成される。
光学シート３８は、光透明性基材３９と、この基材３９の液晶パネル４２と対向する一方の面に二次元方向に一定のピッチで配列してなる単位レンズ４４と、基材３９の単位レンズ４４と反対の他方の面に形成され、各単位レンズ４４の焦点面箇所に光透過用の開口部４６を有する光マスク４８とから構成される。また、基材３９と単位レンズ４４はレンズシートを構成する。

上記光マスク４８は光反射層から構成される。この光反射層は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を所定のパターン（単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部を有するストライプ状となる。）で印刷により形成され、または転写により形成される。
また、直下型の光源２３は、陰極線管またはＬＥＤ等からなる複数のランプ２３ａと、これらランプ２３ａからの光及び他からの反射光を拡散板２６側へ反射させる反射板２７とを含んで構成されている。

このようなバックライト・ユニットを用いた液晶表示装置において、直下型の光源２３から拡散板２６を通して光マスク４８の開口部４６に入射される光は、基材３９を通して単位レンズ４４により所定の角度に集光され、液晶パネル４２に向けた出射される。
すなわち、拡散板２６から出射した光のうち、開口部４６を通過した光と一部光マスクを透過した光が、単位レンズ４４に入射し、前記単位レンズ４４によって出射される光の方向が制御される。そして、偏光板４１に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネル４２に導かれる。
一方、光マスク４８により反射された光は、拡散板２６側に戻され、反射板２７へ導かれる。そして、反射板２７によって反射され、再び拡散板２６に入射し、この拡散板２６において再び拡散される。この拡散板２６から出射した拡散光の一部は開口部４６を通って単位レンズ４４に入射し、一部は光マスク４８によって反射される。以下、これらの動作を繰り返す。

このような光学シート３８を用いたバックライト・ユニット４０では、光学シート３８の開口部４６の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、単位レンズ４４から正面方向Ｓに出射される光の割合を高めるように制御することが可能になる。
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

上記光学シートの光反射層を形成する際の１つの手段として、ＵＶ（紫外線）露光によるセルフアライメント方式が挙げられる。この方式は、光学シートを構成するレンズシートの単位レンズと反対の光入射面に感光性樹脂層を形成しておき、この感光性樹脂層に単位レンズ側からＵＶ光を照射し、単位レンズの集光作用により感光性樹脂層に露光部と未露光部を生じさせ、未露光部に光反射層を転写形成して光マスクとし、露光部を開口部とするものである。

しかしながら、このような半球状の単位レンズを利用して感光性樹脂層をＵＶ光で露光した場合、感光性樹脂層に対する露光が不十分であったり、露光部と未露光部との境界がはっきりしないために露光コントラストが低下し、転写する光反射層部材の剥離力に感光性樹脂の接着力が負けてしまい、本来光反射層が形成されるべき箇所に形成されなかったり、または逆に光反射層のない開口部に光反射層が転写形成される、といった不具合が生じる。このような不具合を有する光学シートが液晶表示装置のバックライト・ユニットに組み込まれた場合には、上述する不具合が液晶画面側から光の明暗により視認されてしまうという問題がある。

本発明は，上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、光マスクを形成するための感光性樹脂の露光領域と非露光領域との境界面に露光が集中するように単位レンズを構成し、これにより、露光コントラストを上昇させるとともに品質不良を低減できるディスプレイ用光学シート及びこれを用いたバックライト・ユニット並びに表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、請求項１の発明は、ディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用される光学シートであって、光透過性の基材と、前記基材の一方の面に一定のピッチで配列された複数の単位レンズとからなるレンズシートと、前記基材の他方の面に形成され、前記単位レンズの光軸を含む中央部に対応して形成された光透過用の開口部と前記中央部を除く箇所に対応して形成された光マスクとを備え、前記単位レンズは、前記基材と反対の方向から照射される露光用の光が前記開口部と前記光マスクとの境界に前記開口部中心より多く集光されるように、該単位レンズの頂部領域の焦点Ｆ１が基材の上方に位置し、かつ該単位レンズの側方領域の焦点が基材の下方に位置する放物面形状の凸形状を呈していることを特徴とする。

請求項２の発明は、ディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用される光学シートであって、光透過性の基材と、前記基材の一方の面に一定のピッチで配列された複数の単位レンズとからなるレンズシートと、前記基材の他方の面に形成され、前記単位レンズの光軸を含む中央部に対応して形成された光透過用の開口部と前記中央部を除く箇所に対応して形成された光マスクとを備え、前記光マスクと前記開口部は、前記単位レンズと反対に位置する前記基材の面に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に前記単位レンズ側から光を照射し、前記単位レンズの集光作用により前記感光性樹脂層に露光領域と未露光領域を生じさせることで形成され、前記単位レンズは、焦点Ｆ２が前記基材内に位置する短焦点の凸状曲面と、焦点Ｆ３が前記感光性樹脂の外側に位置する長焦点の凸状側方曲面とを組み合わせることにより形成されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記単位レンズがレンチキュラーであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記単位レンズがレンチキュラーであることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記基材と前記単位レンズは同一の材料で一体に成形されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記開口部は低屈折率材料により充填されていることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
請求項６の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記低屈折率材料は空気であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１記載の光学シートにおいて、前記光マスクと前記開口部は、前記単位レンズと反対に位置する前記基材の面に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に前記単位レンズ側から光を照射し、前記単位レンズの集光作用により前記感光性樹脂層に露光領域と未露光領域を生じさせることで形成されていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記開口部は低屈折率材料により充填され、前記単位レンズのピッチをＰ、前記基材の厚さをＴ_Ｂ、前記単位レンズの高さをＴ_Ｌ、前記開口部の幅をＡ、前記開口部に充填する低屈折率材料と前記基材との屈折率差による臨界角をαとした時、Ｐ，Ｔ_Ｂ，Ａ／Ｐ，Ｔ_Ｂ／Ｐ，Ｔ_Ｌ／Ｐがそれぞれ、Ｐ≦Ａ＋2Ｔ_Btanα，0.3≦Ａ／Ｐ≦0.6，0.3≦Ｔ_Ｂ／Ｐ≦1.0，0.3≦Ｔ_Ｌ／Ｐ≦0.8の範囲に設定されていることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記光マスクが光拡散機能を有することを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記光マスクが光反射層であることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１または２記載の光学シートにおいて、前記光学シートの入射面及び出射面の何れか一方の面もしくは両方の面に光拡散層を積層したことを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の光学シートにおいて、前記光拡散層は、透明樹脂中に透明粒子を分散して構成されていることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１１記載の光学シートにおいて、前記光拡散層は、プリズムシート、多角錘プリズムシート、円錐プリズムシート、マイクロレンズシート、レンチキュラーシート、レンチキュラーレンズに１：１で対応する開口部と反射層を備えたレンチキュラーシート等の何れかで構成されていることを特徴とする。

請求項１４の発明は、ディスプレイ用バックライト・ユニットであって、表示画像を規定する画像表示素子と、前記画像表示素子の背面に、光源と、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光学シートを少なくとも備えることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１４記載のディスプレイ用バックライト・ユニットにおいて、前記画像表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする。

請求項１６の発明は、表示装置であって、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、前記画像表示素子の背面に、光源と、請求項１４または１５記載のディスプレイ用バックライト・ユニットを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光マスクを形成するための感光性樹脂の露光領域と非露光領域との境界面に露光が集中するように、単位レンズを、その頂部領域の焦点Ｆ１が基材の上方に位置し、かつ該単位レンズの側方領域の焦点が基材の下方に位置する放物面形状の凸形状を呈する構成したので、露光コントラストを上昇させるとともに光マスクの転写性が向上し、品質不良を低減することができるディスプレイ用光学シート及びこれを用いたバックライト・ユニット並びに表示装置を提供できる。
また、本発明によれば、光マスクを形成するための感光性樹脂の露光領域と非露光領域との境界面に露光が集中するように、単位レンズを、焦点Ｆ２が基材内に位置する短焦点の凸状曲面と、焦点Ｆ３が前記感光性樹脂の外側に位置する長焦点の凸状側方曲面とを組み合わせることにより形成する構成したので、露光コントラストを上昇させるとともに光マスクの転写性が向上し、品質不良を低減することができるディスプレイ用光学シート及びこれを用いたバックライト・ユニット並びに表示装置を提供できる。

また、本発明においては、開口部の幅が請求項８に記載した規定値より小さい場合、反射層による吸収の影響で光学シート全体の光量が低下する。また、大きい場合は開口部に対応する単位レンズ以外の単位レンズに対し斜めに入射する光量が増え、結果として正面方向に集光する光が減少し、正面輝度が低下し、また反射層の転写性も悪化する。また単位レンズの高さ及び基材の厚みが請求項８に記載した規定値を外れると、単位レンズとの焦点位置がずれてしまい、光の視野角特性が劣化し正面輝度も低下する。また、反射層形成にあたりセルフアライメントによるパターニングが難しくなる。
また、本発明においては、作製された光学シートのレンズ側、反射層側、またはその両方の面に拡散・集光・屈折・反射等光学機能を備えた光学シートを一体的に積層することも出来る。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態における光学シートをディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に用いたバックライト・ユニットを具備する液晶表示装置の概略断面図であり、各部位の縮尺は実際とは一致しない。
図５に示す液晶表示装置２００は、液晶パネル４２（特許請求の範囲に記載した画像表示素子に相当する）と、この液晶パネル４２の光入射側に臨ませて配置されたバックライト・ユニット５０を備える。
バックライト・ユニット５０は、液晶パネル４２の光入射側に臨ませて配置された、照明光路制御用の光学シート５２及び直下型光源２３を含んで構成される。

光学シート５２は、図５に示すように、光透過性の基材５４と、この基材５４の一方の面に一定のピッチで平行に配列されたプリズムタイプの複数の単位レンズ５６とからなるレンズシート５８と、単位レンズ５６と反対の面である基材５４の他方の面に形成された光マスク６２とを備えている。
前記光マスク６２は、反射材からなるものであり、この反射材は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ_２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を所定のパターン（単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに１：１で対応して開口部６０を有するストライプ状となる。）で印刷により形成され、または転写により形成される。
基材５４を構成する透明材としてはガラス材料でもプラスティック材料でも良い。このプラスティック材料としては、一般的にＰＥＴが挙げられるが、他にＰＥ、ＰＰ、ＰＣなどのプラスティック材料でも良い。

前記単位レンズ５６は、単位レンズ５６の上方から照射される露光用の光６７を図６に示すごとく、前記開口部６０と前記光マスク６２との境界Ｐ１に位置する部分に前記開口部６０より多く集光させ得るようにして、露光コントラストを強調するのに適した曲面を有する凸形状、例えば図５及び図６に示すような、液晶パネル４２側へ凸の放物面形状を呈している。

このように単位レンズ５６においては、図６から明らかなように、放物面形状の単位レンズ５６における頂部領域５６ａの焦点Ｆ１は基材５４の上方に位置するため、この頂部領域５６ａを透過した露光用の光６７Ａは焦点Ｆ１を通って開口部６０と光マスク６２との境界Ｐ１の部分に、より多く集光される。さらに、単位レンズ５６の側方領域５６ｂの焦点は基材５４の下方に位置するため、この側方領域５６ｂを透過した露光用の光６７Ｂは開口部６０全体に均一に集光される。これにより、光マスク６２を形成するための感光性樹脂の露光領域６１Ａと非露光領域６１Ｂとの境界部分に露光を集中させ得るため、露光コントラストを上昇させるとともに光マスクの転写性を向上できる。

前記レンズシート５８は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法等により、単位レンズ５６と基材５４とを一体に成形しても良い。

上記光マスク６２を構成する光反射層の形成に際しては、一般に、印刷（コーティング），転写，フォトリソグラフィーなどの各種手法が適宜に選定される。特に単位レンズ５６のピッチが微細である場合には、単位レンズ５６それぞれに１：１で対応して、開口部６０を形成するためのアライメント精度が要求される。このため、フォトリソグラフィー法の一方式として、セルフアライメント手法を採用することが有効である。
上記光反射層としては、例えば酸化チタン、硫酸バリウム、シリカ等を顔料とした白色反射材料や、金属薄膜などがある。ＢＥＦに代表される輝度上昇フィルムと同等以上のゲインを得るためには、光マスク６２が光反射層であることが最も望ましく、その反射率が８０％以上であることが最も望ましい。

図７(ａ)は、放物面形状の単位レンズ５６を有するレンズシート５８において、単位レンズ５６側よりＵＶ光６７を照射した時の感光性樹脂６１への露光結果を示したものであり、図７（ｂ）は感光性樹脂６１への露光強度を示したものであり、また図７（ｃ）は感光性樹脂６１への露光強度をグラフで示したもので、２つのピーク部を有している。このことから明らかなように、光マスク６２を形成する感光性樹脂６1の露光領域６１Ａと非露光領域６１Ｂとの境界部分に露光量が増大していることが確認でき、これにより、露光原因による不良品の低減が可能になる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明にかかる単位レンズの他の実施の形態について図８を参照して説明する。
この実施の形態における単位レンズ８０は、図８（ａ）に示すように、形状の異なる２つの曲面が組み合わされてなる凸形状を呈している。すなわち、単位レンズ８０は、焦点Ｆ２が基材８２内に位置する短焦点の凸状曲面８０ａと、焦点Ｆ３が感光性樹脂６１の外側に位置する長焦点の凸状側方曲面８０ｂとを組み合わせることにより形成される。

このような単位レンズ８０において、単位レンズ８０側よりＵＶ光６７を照射した時の感光性樹脂６１への露光結果は図８（ａ）に示すようになる。図８（ｂ）は感光性樹脂６１への露光強度を示したものであり、また図８（ｃ）は感光性樹脂６１への露光強度をグラフで示したもので、２つのピーク部を有している。このことから明らかなように、光マスク６２を形成する感光性樹脂６1の露光領域６１Ａと非露光領域６１Ｂとの境界部分に露光量が増大していることが確認でき、これにより、露光原因による不良品の低減が可能になる。

（第３の実施の形態）
本発明かかる液晶表示装置の第３の実施の形態について図９を参照して説明する。
この図９に示す液晶表示装置１００において、上記図５に示す第１の実施の形態と同様な構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、図５と異なる部分を重点に述べる。
上記第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態による図５に示される光学シート５２の入射側、すなわち光マスク６２側に、光拡散層６６を一体的に積層したところにある。この光拡散層６６は、透明樹脂中に透明粒子を分散することで構成される。

上記光拡散層６６の透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。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。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用してもよい。
また、基材５４と光拡散層６６を貼り合わせた場合、そりの影響を考慮すると、基材３２の膨張係数、すなわち常温での線膨張係数は、４．０×１０^−５ｃｍ／ｃｍ／℃から１．０×１０^−４ｃｍ／ｃｍ／℃であることが望ましい。

また、本発明にかかる液晶表示装置は、上記第１及び第２の実施の形態に示すものに限定されない。
例えば、図９中に示した光拡散層６６を別構造の光拡散層、すなわち光学的屈折・反射を利用した拡散層にすることもできる。この場合の光拡散層６６は、例えばプリズムシート、レンチキュラーシート、マイクロレンズシート等が挙げられる。
また、上記第１及び第２の実施の形態において、光学シート５２の出射面側、すなわち単位レンズ５６上に光拡散層を設けることもできる。この場合の光拡散層としては、例えばプリズムシート、レンチキュラーシート、マイクロレンズシート、開口部と反射層を備えたレンチキュラーシート、ＤＢＥＦ、拡散シートなどが挙げられる。

上述のような実施の形態によれば、中心輝度及び周辺輝度の値を制御し、ＢＥＦに代表される輝度上昇フィルムと同等以上のゲインを持ち、且つ複数の光学基材を１点に集約可能なディスプレイ用光学シート及びこれを用いたバックライト・ユニット並びに液晶表示装置を提供できる。

従来におけるＢＥＦの構成例を示す概略図。 従来におけるＢＥＦの光学作用を説明するための図。 従来におけるＢＥＦ（Ｂ）と、これとは別タイプの従来係る光学シート（Ａ）によるバックライトの光路制御特性を示すグラフ。 従来における光学シートを直下型バックライト・ユニットの照明光路制御に用いたバックライト・ユニットを具備する液晶表示装置の概略断面図。 本発明にかかる光学シートを直下型バックライト・ユニットの照明光路制御に用いたバックライト・ユニットを具備する液晶表示装置の一例を示す概略断面図。 本発明の第１の実施の形態における単位レンズの説明図。 本発明の第１の実施の形態における単位レンズの露光結果と露光強度を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態における単位レンズの露光結果と露光強度を示す説明図。 本発明にかかる光学シートを直下型バックライト・ユニットの照明光路制御に用いたバックライト・ユニットを具備する液晶表示装置の他の例を示す概略断面図。

符号の説明

２３……光源、２６……拡散板、２７……反射板、４１……偏向板、４２……液晶パネル、５０……バックライト・ユニット、５２……光学シート、５４……基材、５６……単位レンズ、５６ａ……頂部領域、５６ｂ……側方領域、５８……レンズシート、６０……開口部、６１……感光性樹脂、６２……光マスク、６６……光拡散層、８０……単位レンズ。

Claims (16)

1. ディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用される光学シートであって、
   光透過性の基材と、前記基材の一方の面に一定のピッチで配列された複数の単位レンズとからなるレンズシートと、
   前記基材の他方の面に形成され、前記単位レンズの光軸を含む中央部に対応して形成された光透過用の開口部と前記中央部を除く箇所に対応して形成された光マスクとを備え、
   前記単位レンズは、前記基材と反対の方向から照射される露光用の光が前記開口部と前記光マスクとの境界に前記開口部中心より多く集光されるように、該単位レンズの頂部領域の焦点Ｆ１が基材の上方に位置し、かつ該単位レンズの側方領域の焦点が基材の下方に位置する放物面形状の凸形状を呈している、
   ことを特徴とする光学シート。
2. ディスプレイ用バックライト・ユニットの照明光路制御に使用される光学シートであって、
   光透過性の基材と、前記基材の一方の面に一定のピッチで配列された複数の単位レンズとからなるレンズシートと、
   前記基材の他方の面に形成され、前記単位レンズの光軸を含む中央部に対応して形成された光透過用の開口部と前記中央部を除く箇所に対応して形成された光マスクとを備え、
   前記光マスクと前記開口部は、
   前記単位レンズと反対に位置する前記基材の面に感光性樹脂層を形成し、
   前記感光性樹脂層に前記単位レンズ側から光を照射し、前記単位レンズの集光作用により前記感光性樹脂層に露光領域と未露光領域を生じさせることで形成され、
   前記単位レンズは、焦点Ｆ２が前記基材内に位置する短焦点の凸状曲面と、焦点Ｆ３が前記感光性樹脂の外側に位置する長焦点の凸状側方曲面とを組み合わせることにより形成されることを特徴とする光学シート。
3. 前記単位レンズがレンチキュラーであることを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
4. 前記基材と前記単位レンズは同一の材料で一体に成形されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
5. 前記開口部は低屈折率材料により充填されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
6. 前記低屈折率材料は空気であることを特徴とする請求項５記載の光学シート。
7. 前記光マスクと前記開口部は、
   前記単位レンズと反対に位置する前記基材の面に感光性樹脂層を形成し、
   前記感光性樹脂層に前記単位レンズ側から光を照射し、前記単位レンズの集光作用により前記感光性樹脂層に露光領域と未露光領域を生じさせることで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の光学シート。
8. 前記開口部は低屈折率材料により充填され、
   前記単位レンズのピッチをＰ、前記基材の厚さをＴＢ、前記単位レンズの高さをＴＬ、前記開口部の幅をＡ、前記開口部に充填する低屈折率材料と前記基材との屈折率差による臨界角をαとした時、Ｐ，ＴＢ，Ａ／Ｐ，ＴＢ／Ｐ，ＴＬ／Ｐがそれぞれ、Ｐ≦Ａ＋2ＴBtanα，0.3≦Ａ／Ｐ≦0.6，0.3≦ＴＢ／Ｐ≦1.0，0.3≦ＴＬ／Ｐ≦0.8の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
9. 前記光マスクが光拡散機能を有することを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
10. 前記光マスクが光反射層であることを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
11. 前記光学シートの入射面及び出射面の何れか一方の面もしくは両方の面に光拡散層を積層したことを特徴とする請求項１または２記載の光学シート。
12. 前記光拡散層は、透明樹脂中に透明粒子を分散して構成されていることを特徴とする請求項１１記載の光学シート。
13. 前記光拡散層は、プリズムシート、多角錘プリズムシート、円錐プリズムシート、マイクロレンズシート、レンチキュラーシート、レンチキュラーレンズに１：１で対応する開口部と反射層を備えたレンチキュラーシート等の何れかで構成されていることを特徴とする請求項１１記載の光学シート。
14. 表示画像を規定する画像表示素子と、
    前記画像表示素子の背面に、光源と、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光学シートを少なくとも備える、
    ことを特徴とするディスプレイ用バックライト・ユニット。
15. 前記画像表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする請求項１４記載のディスプレイ用バックライト・ユニット。
16. 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、
    前記画像表示素子の背面に、光源と、請求項１４または１５記載のディスプレイ用バックライト・ユニットを備えることを特徴とする表示装置。

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