JP5217363B2 - レンズシート、ディスプレイ用光学シートおよびそれを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、画素単位での透過／非透過のレンズシートおよびディスプレイ用光学部材、あるいは透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定され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、ディスプレイ装置に関する。

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ている。

この種のバックライト方式に採用されているバックライトユニットとしては、大別して冷陰極管（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「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。

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１３に示すものが一般に知られている。

これは、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、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が設置されており、該導光板の上面（光射出側）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられている。

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が取り付けられており、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（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、形成したものであり、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１４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。このプリズムフィルム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１３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１７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１５に例示する装置が一般的に知られている。これにおいては、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ものである。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１５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。

そのため一つの解決方法として、図１７に示すように従来の拡散フィルム７０の上に図１６に示す米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ ＢＥＦ）を配置し、さらにその上に光拡散フィルム８４を配置する方法が採用されている。ここでＢＥＦとは、透明部材上に断面三角形状の単位プリズムが一方向に周期的に配列されたフィルムである。
このプリズム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。

ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦは、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。ここでいう「軸上」とは、視聴者の視覚方向に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側である。
プリズムの反復的アレイ構造が１方向のみの並列では、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なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。

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に採用する旨が開示されている特許文献としては、特許文献１乃至３に例示されるように多数のものが知られている。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報 上記のようなＢＥＦを輝度制御部材として用いた光学シートでは、屈折作用によって、光源からの光が、最終的には、制御された角度でフィルムより出射されることによって、視聴者の視覚方向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、同時に視聴者の視覚方向に進むことなく横方向に無駄に出射する、想定外の光線が存在する。このため、図１８に示すように、ＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、視聴者の視覚方向、すなわち視覚方向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、正面より±９０°近辺に小さな光強度ピークが生じ、即ち、横方向から無駄に出射される光（サイドローブ）が増えてしまうという問題がある。
この様な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、輝度分布の曲線のピーク幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、ピーク幅を適度に拡げるために、上述のようにプリズムシートとは別部材の光拡散フィルムを新たに併用する必要があり、部材数の増加を伴ってしまうという問題がある。

上述のように、この光学シートは、光の利用効率の向上だけでなく、光源のムラの除去、ディスプレイの視域の確保など様々な機能が求められており、一般的には複数枚の光学シートを重ね合わせることによって構成されている。しかしながら、光学シートの構成枚数が多いと、ディスプレイの組立て時の作業が煩雑になり、また光学シートの間のゴミの影響を受け、小型化や薄型化の妨げになるなどの問題がある。

ところで、また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、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットも、軽量、低消費電力、高輝度であることが要求されている。
特に、最近、目覚しい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。

しかしながら、上述したように従来の装置では、高輝度、低消費電力の要請に充分に応えられているとは言いがたく、ユーザからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトユニット及びディスプレイ装置の開発が待ち望まれている。

本発明はレンズシートの構成を最適化することで、一枚のレンズシートで所望の輝度および拡散性を得ることで、高表示品位化、および低価格化を満足する光学シート、及びこの光学シートを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
すなわち請求項１の発明は、光源から出射した光を均一化、及び／又は、収束させる光学シートであって、出射側に突出して多数並べて一定のピッチで配列された少なくとも１種類の出射側レンズ部と、入射側に突出した突出部とを備えるレンズシートであって、前記突出部が、反射率６０％以上の反射層を備え、かつ、前記入射側の突出部が前記射出側レンズ部の谷部と対応して配置され、かつ、隣合う前記突出部同士の間隔が前記出射側レンズのピッチの整数倍であり、かつ、前記隣合う前記突出部同士の間隔が少なくとも２種類以上の長さ間隔で配置されることを特徴とするレンズシートである。
請求項２の発明は、前記レンズシートにおいて、シート面に垂直な方向から見たときに少なくとも２層以上の積層構成であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシートである。
請求項３の発明は、前記積層構成において、前記突出部にもっとも近い層の厚みは、前記突出部の谷部から１０〜７０μｍであること、かつ金属系粒子を少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求項１から請求項２に記載のレンズシートである。
請求項４の発明は、前記突出部にもっとも近い層に含まれる金属系粒子の粒径が５μｍ以下、かつ添加量が４０重量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のレンズシートである。
請求項５の発明は請求項１乃至請求項４に記載したレンズシートと光拡散層を積層してなるバックライトユニットである。
請求項６の発明は、請求項５に記載のバックライトユニットを使用したディスプレイ装置である。

本発明のレンズシートの構成、及び形状を最適化することで所望の輝度の輝度や配向範囲、均一性などを達成することができ、また部材数削減に伴う薄型化、低価格化が可能である。また、レンズシートと光拡散層を一体化することにより、組み立て工程の簡素化が図れ、薄型で、十分な強度を保持したまま、所望のライトイメージ効果、均一性などが得られる、バックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るバックライトユニット及びディスプレイ装置の一例を示す側面図である。
本発明の実施の形態に係るバックライトユニットは、ランプハウス４３内に収納されたシリンダー形状の複数の光源４１と、各光源４１からの光Ｈを、偏光板３１，３３に挟まれた液晶パネル３５に供給する光学シート３９を備えてなる。なお、図中４５は、複数の光源４１の背面側に配置された光反射板である。
また、本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置は、前述の光源４１と光学シート３９とさらにその上に液晶パネル３２を含んだ装置である。この場合は、ディスプレイ装置は液晶表示装置を示すが、これに限らず、上述の光学シート３９を含んだ、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等、光を利用して画像を表示する表示装置であればその種類は問わない。

光源４１からの光Ｈは、光拡散層２５に入射して拡散され、その拡散された光はレンズシート１に入射し光Ｋとして出射される。ここでレンズシート１は、光拡散層２５で拡散され、光拡散層２５の出射面１０１から出射される光を、隣り合う突出部２と突出部２の間に形成された空隙２００に入射させ、出射側レンズ部３で集光し、光Ｋとして、液晶パネル３２に照射するものである。
図２（ａ）は、レンズシート１の構成例を示した断面図である。このレンズシート１には出射側に突出して多数並べて配列された出射側レンズ３と、入射側に突出した突出部２とを備えている。ここで、隣り合う単位出射側レンズ３同士の間に形成される谷部Ｕの位置と、その谷部Ｕからレンズシート１に対し垂直方向に下ろした垂線を含む位置に対応して配置される、レンズシート１の出射側レンズ部３が形成される面の裏面側に形成される突出部２の位置はほぼ一致している。
また単位出射側レンズ３の頂点から、レンズシート１に対し垂直方向に下ろした垂線を含む位置に空隙２００は配置されている。

図２（ｂ）は、入射側にある突出部２の底辺Ｖから出射側レンズ部３方向に向かって、それぞれ第１層、第２層とする、２層の積層構成を示すレンズシート１の例である。
また図２（ｃ）は同様に、入射側にある突出部の底辺Ｖから出射側レンズ部３方向に向かって、それぞれ第１層、第２層、第３層、第４層の計４層からなる積層構成を示すレンズシート１の例である。また、レンズシート１の積層数はこの４層構成に限らず、４層以上の層から形成されていてもよい。
さらに図２（ｄ）は、突出部２が第１層と第２層の計２層からなる積層構成から構成されるレンズシート１である。ここで、突出部の高さをＴとすると第１層が突出部の底辺Ｖから高さＳまで占めている。

図３はレンズシート１の出射側レンズ部３のレンズ形状の例を示している。
図３（ａ）は出射側レンズ部３が三角プリズム形状の場合である。図３（ｂ）は出射側レンズ部がシリンドリカル形状の場合である。図３（ｃ）、および図３（ｄ）は、出射側レンズ部３が第１レンズアレイＹの上に第２レンズアレイＺを形成したレンズ形状の例である。
また、出射側レンズ部３はレンズ側面が直線、または外向き湾曲であるプリズム・レンズを含む。すなわち、ピラミッド状のマイクロプリズム、円弧状のシリンドリカルレンズアレイ、半球状のレンズを並べたマイクロレンズアレイなど、またはこれら複数のレンズを組み合わせたものでもよい。
また上述の出射側レンズ部３において、各々のレンズの谷部及び頂部の端部が丸みを帯びていてもよい。

またレンズシート１の入射面にある突出部２の形状は、錐体および柱体であることが望ましい。
図４はレンズシート１の入射面側に突出した突出部の形状について示している。
図４（ａ）は突出部が直方体の形状の場合である。図４（ｂ）は突出部が台形形状の場合である。図４（ｃ）は突出部が三角プリズム形状の場合である。図４（ｄ）は突出部が凸状シリンドリカル形状のものである。
突出部３の形状としては、一方向に延在したレンチキュラー形状や台形形状、プリズム形状などの構造や多角錐、円錐（又は多角台錐、円錐台など）や多角柱、円柱などの柱状、直方体や球状（又は半球状）、楕円体などの構造であってもよい。また突出部２の形状は高さが一定であれば側面の形状は不特定の形状であってもよい。
さらにこれらのレンズ形状を付与する場合、上記の１種類のレンズ構造を全体に使用しても、複数種類のレンズ構造を組み合わせて使用してもよい。

またレンズシート１の入射面側にある突出部２の配列はストライプ状や点線等の周期的なものが望ましく、レンズピッチＰｏの設計に応じて適宜選択される。
特にモアレ欠陥などが発生しにくくなるため入射側の突出部２のレンズピッチＰｉ（隣り合う単位突出部のそれぞれの底辺Ｖの中点同士を結んだ距離）は出射側レンズ部のレンズピッチＰｏ（隣り合う出射側レンズ部のそれぞれのレンズ頂点同士を結んだ距離）の整数倍、つまり
Ｐｉ＝Ｐｏ×ｎ （ｎは整数）
の関係を満たすことが好ましい。また、入射側に突出部２は、入射平面の面積を減らし光学特性を損なう場合があるため、その占有面積が小さいことが望ましく、その場合
Ｐｉ＞Ｐｏ かつ Ｐｉ＝Ｐｏ×ｎ （ｎは２以上の整数）
の関係を満たすほうがよい。

図５（ａ）は本発明の突出部２の変形例として、突出部２に関し、レンズピッチが出射側レンズ部３のレンズピッチＰｏに対し２倍としたものである。
また図５（ｂ）には突出部２に関し、レンズピッチが出射側レンズ部のレンズピッチＰｏに対し３倍としたものである。
また図５（ｃ）のように異なるレンズピッチＰｉのものを２種類以上組み合わせてもよい。このとき出射側レンズ部２の谷部Ｕと、突出部３の光軸（谷部Ｕからレンズシート１に対し垂直方向に下ろした垂線が、レンズシート１の裏面に形成される突出部２の底辺Ｖの中点に対応すること）を一致させることは、レンズシート１をディスプレイに組み込んだ時に、パネルの横或は縦セル構造とのモアレを低減させる為の効果的な方法のひとつになる。モアレ低減の効果を得るためには光軸のずれは５％以内が望ましく、より効果的なのは３％以内である。

次に、レンズシート１に求められる性能として高輝度化があげられる。高輝度化への方法として、レンズシート１の光入射面に突出する突出部２に光反射の機能を有する層（反射層）を設ける方法がある。突出部２に反射率６０％以上の反射層を設けることで、出射側レンズ部３の光のロスにつながる垂直斜め方向（６０〜９０度）の入射光が減少し、さらに反射された光は光源側に戻り、再帰光として再利用される。反射率は６０％以上必要であり、好ましくは７０％以上である。６０％より低い場合、輝度の低い視野で明部として視認される可能性がある。８０％以上であれば、輝度の低い視野でも視認されない。

レンズシート１の光入射面の突出部２に反射層を設ける代表的な方法としては、以下に示す方法がある。
高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキ、もしくは、高屈折率透明粒子を分散混合してなる粘・接着剤層を塗布する方法がある。
また、金属粒子または高屈折率透明粒子をバインダーに練り込んだものを転写で形成、又は白箔や金属箔のラミネート形成によって形成する方法がある。
しかしいずれの方法も材料の種類、および工程数が多いために、これらの方法を使用した場合はレンズシート１の高価格化につながる。

そこで本願発明では、レンズシート１の入射面側に反射機能を有する高屈折率層を設ける方法でレンズシート１を構成している。

図６は第１層に高屈折率層を設けた場合の２層積層構成のレンズシート１の光経路を示している。
図６（ａ）は、突出部２にのみ第１層として高屈折率層が形成されているため、突出部２に入射した光は反射されるが、空隙２００からは光が入射する。すなわち、空隙２００は、レンズシート１に設けられた出射側レンズ部の頂点に対向するように設けられているので、出射側レンズ部には、対応する空隙２００により絞られた光のみが導かれる。つまり、空隙２００はスリットのような働きをすることによって、光拡散層２５から出射される光のうち、拡散角度が絞られた光のみが出射側レンズ部３に入射することになるので、出射側レンズ部に斜めから入射する光が少なくなり、もって、看者の視覚方向（図１の光Ｋの進行方向）に進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう光を少なくすることができる。また、空隙２００を通ることができなかった光は、突起部２で反射され、光拡散層２５側に戻される。
また、図６（ｂ）は、第１層の高屈折率層が突出部２のみならず、空隙２００の入射面上にも積層されている場合を示している。この場合は、空隙２００の入射面では第１層の厚みが薄いために、反射率が低く、高透過性を有している。すなわち、空隙２００に入射した光の一部は高屈折率層により反射されるが、大半の光は入射する。一方、突出部２は第１層の厚みが厚いために、反射率が高い。すなわち、突出部２から入射する光はそのほとんどが反射される。これにより、集光機能が高いレンズシート１を得ることができる。

図７には、反射機能を有する高屈折率層（白層）における、第１層の厚みと反射率の関係、および層の濃度（透明樹脂に混合する金属粒子の割合）と反射率の関係を示している。
高い反射率を得るためには、濃度が高く、かつ層の厚みが厚いほどよい。しかし第１層の厚みが厚すぎると、レンズシート１の空隙２００の入射面からの光透過性が下がり、輝度の低下につながる。そのため突出部２の底辺Ｖではより高い反射率を示し、空隙２００の入射面ではより低い反射率であることが重要であり、突出部２の底辺Ｖと空隙２００の入射面での反射率の差は５０％以上必要で、６０％以上が好ましい。
さらにこの場合、前記透明粒子は高屈折率である平均粒径５μｍ以下の金属粒子が望ましく、好ましくは平均粒径１μｍ以下である。また、平均粒径０．１μｍ以下だと、所望の反射率が得にくいために、０．１μｍ以上が望ましい。
第１層の金属粒子の添加量は４０重量％以下が望ましく、特に空隙２００の入射面の透過率を考慮し２０重量％以下が好ましい。さらに第１層の厚みは透過率の観点から７０μｍ以下が望ましい。

ここで、高屈折率透明粒子としての金属系粒子は、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、クレー、水酸化アルミニウム、硫化亜鉛、シリカおよびシリコーンなどが挙げられる。金属粒子または金属箔としては、例えば、アルミニウムや銀が挙げられる。これらの高屈折率透明粒子、金属粒子または金属箔は１種類を使用しても良いし、複数種類を混ぜて使用しても良い。さらに金属粒子に加え、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等を混ぜて使用しても良い。

また第２層、第３層、第４層・・・は透明粒子を添加させることなく、透明樹脂だけでもよい。ただし、上述にあるように出射側レンズ部３の形状により生じるサイドローブという光のロスを緩和するために微量の拡散剤を添加させるとより好ましい。透明粒子は１種類に限定されることはなく、２種以上使用してもよい。また第２層、第３層、第４層は同じ層構成でも、また異なった構成でもよい。

第２層、第３層、第４層・・・に添加させる透明粒子としては、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。

透明樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等を使用することができる。

そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して、押出し成型することにより、レンズシート１を製造することができる。
押出法は押出機で熱可塑性樹脂を加熱溶融させ、Ｔダイから押出し、シート状に成形する。共押出法は積層シートの場合に用い、複数台の押出機を用い、フィードブロックダイやマニホールドダイなどの積層ダイから積層押出を行い、複層シート状に成形する。

レンズシート１の厚みは、１００〜５００μｍであることが望ましい。レンズシート１の厚みに関しては、光学特性と製造プロセス、或は要求されるレンズシート１の物理特性により決められる。
レンズシート１の厚みが、１００μｍ未満の場合、レンズシート１はこしがないので皺が発生するという欠点がある。
一方、レンズシート１の厚みが５００μｍを越えると、光源４１からの光の透過率が悪くなるという欠点がある。さらにまた使用するバックライトユニットやディスプレイ装置のサイズによりその厚みは変化する。例えば、対角３７インチサイズ以上のディスプレイ装置では厚さは２００μｍ以上、４００μｍ未満が望ましい。

次にレンズシート１の下にあり、光源４１からの光Ｈを入射面１００から入射し、非入射面１０１側に拡散する光拡散層２５について述べる。

光散乱層２５は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである。ここで透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光拡散性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下でよい。

そのため光拡散層２５は、この光拡散層２５に入射した光を散乱させながら透過させる必要がある。このため、光拡散層２５に含まれる前記透明粒子の平均粒径は１〜２０μｍであることが望ましい。好ましくは平均粒径４〜２０μｍの真球状粒子と、平均粒径１〜３μｍの球形粒子と、球形換算２〜６μｍの不定形粒子の少なくとも３種類以上を含む場合である。真球状粒子を添加させることにより、中心から視野角の広がりを保持しつつ、広角に向けて緩やかに落ち込む視野角特性を示す。球形粒子を添加させることにより、中心から視野角の広がりは少なくも、拡散性があり、且つ中心は比較的に高い視野角特性を示す。また不定形粒子を添加させることにより、中心が鋭く高く、急激に落ち込み、広角にて裾が広がる視野角特性を示す。この３種をバランスよく添加させることで、拡散性を有しながらも、中心に集光するような効果があり、中心の明るさが得られる。または、光拡散層２５は透明樹脂中に空気を含む微細な空洞を有した構造をしており、透明樹脂と空気の屈折率差で拡散性能を得ても良い。

また、上述のようにして作製される光拡散層２５をレンズシート１と積層して用いることで、光学シート３９の明るさ、配向特性等の光学特性の最適化を行うことができる。
また積層方法は図８（ａ）に示すように重ね合わせるだけでもよいが、図８（ｂ）に示すように光拡散層２５の全面に固定要素２９を用いて貼り合わせもよいし、また図８（ｃ）に示すように一部に固定要素２９を用いて貼り合わせてもよい。

次に固定要素２９として、接・粘着剤層を用いる場合について述べる。接・粘着剤層を付ける位置は、光拡散層２５とレンズシート１の表示領域外（ディスプレイ装置にレンズシート１が組み込まれた場合に画像表示に使用される以外の領域をいう）を少なくとも部分的に接合する。しかし場合によっては、ディスプレイの画像表示品位（例えば、固定要素２９がディスプレイから視認される等）に影響がなければ、接・粘着剤層が表示領域内にあっても良い。

一例として、接・粘着剤層を付ける位置を図９（ａ）から図９（ｄ）に示す。
図９（ａ）は、光拡散層２５の周辺全体に接・粘着剤層を塗る場合を示したものである。
図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、光拡散層２５のそれぞれ向かい合う一組の両端の辺のみを接・粘着剤層を塗る場合を示したものである。
図９（ｃ）は、光拡散層２５の４つの角部に接・粘着剤層を塗る場合を示したものである。
図９（ｄ）は、光拡散層２５の周辺全体に、点状に接・粘着剤層を塗る場合を示したものである。ここで、先ほどの図９（ｂ）及び図９（ｃ）の場合においても、必要に応じて、接・粘着剤層を点状に塗工してもよい。

粘・接着剤としては、例えば、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系の粘・接着剤が挙げられる。いずれの場合も高温のバックライト内で使用されるため、１００℃で貯蔵弾性率Ｇ’ １．０Ｅ＋０４ Ｐａ以上であることが望ましい。これより値が低いと、使用中に光拡散層２５とレンズシート１がずれてしまう可能性がある。また安定に間隙２００を確保するために、接・粘着剤層の中に透明の微粒子、例えば、ビーズ等を混ぜても良い。
また粘接着剤は両面テープ状のものでも良いし、単層のものでもよい。

さらに、表示領域内に接・粘着剤を使用する場合、光の吸収は１％以内でなければならない。１％を超えると光学シート３９から出射する積算光量が減少し、レンズシート１の形状によらず正面輝度が低下する。

ここで固定要素２９は、光拡散層２５の非入射面１０１及びレンズシート１の入射面１０２の間の全てを占めるものではない。
すなわちこれにより、図１の光拡散層２５とレンズシート１の間に設けられ、光拡散層２５によって拡散された光を非散乱層側であるレンズシート１に透過する空隙２００を備えることができる。これにより、空隙２００に透過する光を集光してレンズシート１に導くことが可能となる。空隙２００は、例えば、空気や窒素等の気体からなる。

また突出部２の高さは光学シート３９の歪みによる光学密着を妨げるためにレンズシート１と光拡散層２５間の空隙２００を２００ｎｍ以上保つ必要がある。また間隙２００の厚さが２ｍｍを超えると、突出部２の視認性が上がり、ムラの原因になるため好ましくない。

そのため、突出部２と光拡散板２５の出射面１０１の全面に固定要素２９を用いる場合、空隙２００を保つために、突出部の高さは５〜６０μｍであることが望ましい。また固定要素２９で接・粘着剤を使用する場合、２０μｍ以下の厚みであることが望ましい。

突出部２の出射面１０１の接地面積は、接着強度の低下や正面輝度の低下を妨げるために光拡散層２５の非入射面１０１と接する突出部２の総接地面積を光拡散層２５の非入射面１０１の面積に対して０．０１以上６０％以下にすることが望ましい。更に、輝度低下を最小限に抑えるために突出部２の光拡散層２５の非入射面１０１への設置面積は１％以上２０％以下にすることがより好ましい。

また、突出部２の一つ（場合によっては一群の突出部２）の光拡散層２５の非入射面１０１への接地サイズは、光学シート３９の上面から突出部２によるムラの視認性を低下させるために、一方向に延在したレンチキュラー形状や台形形状、プリズム形状などの構造に関してはレンズシート１に接合した部分の接地部分の線幅が５０μｍ以下であることが好ましい。
また円錐（又は多角台錐、円錐台など）や多角柱、円柱などの柱状、直方体や球状（又は半球状）、楕円体などの構造の接地部分の面積が２５００μｍ^２以下にすることが好ましい。
更に視認性を向上させるために前記線幅を３μｍ、面積９００μｍ^２以下にすることがより好ましい。

以上のようにして形成される、レンズシート１や光学シート３９は、光源４１が、冷陰極蛍光ランプの場合はもちろん、ＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザー等を用いたディスプレイ装置にも用いることができる。

ここで、ディスプレイ装置の光源としてＬＥＤを用いる場合、図１２（ａ）に示すように、赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイを使用し、導光板等で赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイからの光を混ぜ合わせ白色光として均一に出射するものや、図１２（ｂ）に示すように拡散板等を用いた赤色、緑色、青色のＬＥＤのアレイからの光を混ぜ合わせ白色光として均一に出射することができるものにも使用できる。また白色のＬＥＤを使用する場合には図１２（ａ）、図１２（ｂ）のいずれにも適用できる。

またバックライトユニットにおいては、ますます薄型化が進んでおり、それに従い光源４１と光学シート３９の距離も短くなっているが、本願発明の光学シート３９を使用すれば直下型やサイドエッジ型のバックライトユニットにおいても、光源ランプ同士の間に暗い箇所生じる等視認性の影響はなく十分に使用することができる。
さらにディスプレイ装置もますます大型化の一途をたどっており、それに伴い光学シート３９のサイズも大きくなっていくが、本願発明の光学シート３９は薄くて強度が強く、さらに表示品位も優れているためこういった大型ディスプレイ装置にも十分に使用できる。

図１７は、本願発明にかかる光学シート３９を直下型のバックライトユニット及びそれを用いたディスプレイ装置に用いた実施例を示している。

図１０は、本願発明にかかる光学シート３９をサイドエッジ型の導光板４７に用いた実施例を示している。

図１７は、本願発明にかかる光学シート３９をディスプレイの光源としてＥＬ光源を用いた場合の実施例を示している。

図１２（ａ）は本願発明にかかる光学シート３９をディスプレイの光源としてＬＥＤ光源５１を用いた場合の実施例を示している。
図１２（ｂ）は本願発明にかかる光学シート３９をディスプレイの光源としてＬＥＤ光源５３を用いた場合の実施例を示している。

（拡散剤種類の検討）
（実施例１）
反射機能を有する高屈折率層に用いられる拡散剤の種類を検討するために、粒径約０．３μｍの拡散剤３種（アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛）について検討した。層厚みはすべて一定の２０μｍである。また出射側レンズ部３はレンズ高さ５０μｍ、レンズピッチ１５０μｍのシリンドリカルレンズとし、突出部２は深さ５０μｍ、レンズピッチ１５０μｍの直方体リブ形状である。レンズシート１の厚みは４００μｍである。
このときのレンズシート１の輝度と、拡散性の評価結果を表１に示す。輝度は目標輝度を１としたときの相対比で評価し、拡散性はランプイメージが消えたものを○・ランプイメージが消えなったものを×として判定した。その結果、酸化亜鉛一種のみでは輝度上昇が難しく、また所望の拡散性が得られなかった。しかし酸化チタンとアルミナでは濃度の調整により、輝度、および良好な光拡散性が得られることが確認できた。

（拡散剤の粒径の検討）
（実施例２）
反射機能を有する高屈折率層に用いられる拡散剤の粒径を検討するために、粒径０．２μｍの酸化チタンと、粒径０．０３μｍの酸化チタンをそれぞれ添加し、検討を行った。
評価結果を表２に示す。粒径０．０３μｍの酸化チタン一種を添加した場合、所望の輝度を得るために添加量を調整したが、高屈折率層が黄色味を帯びてしまい、光学シート３９として使用することができなかった。
（実施例３）
粒径０．３μｍの酸化亜鉛と、粒径０．０３μｍの酸化亜鉛をそれぞれ添加し、検討を行った。評価結果を表２に示す。粒径０．０３μｍの酸化亜鉛を添加した場合、所望の輝度は得られるものの、非常に強い黄色味を帯び、光学シートとして使用することができなかった。また良好な拡散性が得られなかった。
以上により、０．０３μｍの酸化チタンおよび酸化亜鉛を高屈折率層に添加するためには、その他の拡散剤を添加させ２種類以上の拡散剤で検討を行う必要があることを確認した。

（高屈折率層の層厚）
（実施例４）
高屈折率層の層厚の検討を行った。粒径０．３μｍの酸化チタン濃度を３種類（５．０％、１０．０％、１３．３％）変更し、高屈折率層の厚みを１０〜３０μｍまで変化させ、その際の透過率を評価した。この評価の際は層厚のみを検討するために、出射側レンズ部と、突出部を付与していない。評価結果を表３に示す。この試験条件の場合、すべての濃度で高屈折率層の厚みが増加するほど透過率が減少していることが確認できた。
この結果から層厚を変化させることで、透過率及び反射率を調整することが可能であり、突出部として深さ６０μｍの直方体のリブ形状を付与した場合、レンズの頂部で谷部Ｕでは約４０％以上の透過率の差が生じた。

本発明の実施の形態に係る例示的ディスプレイ装置を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｄ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。（ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。（ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。（ｄ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。（ｄ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的レンズシート側面図を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る想定される光経路を示す説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る想定される光経路を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るレンズシートの高屈折率層（白層）の厚みおよび濃度と反射率の関係を示す説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す側面の説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す側面の説明図である。 （ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す側面の説明図である。 （ａ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す説明図である。 （ｂ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す説明図である。 （ｃ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す説明図である。 （ｄ）本発明の実施の形態に係る例示的固定要素の配置を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る例示的ディスプレイ装置を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る例示的ディスプレイ装置を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る例示的ディスプレイ装置を示す説明図である。 従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 従来技術による液晶表示装置の構成例を示す説明図である。 従来技術によるＢＥＦの斜視図を示す説明図である。 従来技術による液晶表示用光学シートの構成例を示す説明図である。 ＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布を示す説明図である。

符号の説明

Ｈ、Ｋ…光、Ｔ…突出部レンズ高さ、Ｓ…底辺からの高さ、Ｕ…谷部、Ｖ…底辺、Ｙ…第１のレンズアレイ、Ｚ…第２のレンズアレイ、Ｐｏ…突起部のピッチ、Ｐｉ…レンズピッチ、１…レンズシート、２…突出部、３…出射側レンズ部、４…第１層、５…第２層、６…第３層、７…第４層、２５…光拡散層、２９…固定要素、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…液晶層、３９…表示シート、４１…光源、４３…ランプハウス、４５…光反射板、４７…導光板、４９…ＥＬ光源、５１、５３…ＬＥＤ光源、１００…光拡散層の非入射面、１０１…光拡散層の光出射面、１０２…レンズシートの光入射面、２００…空隙

Claims (6)

1. 光源から出射した光を均一化、及び／又は、収束させる光学シートであって、出射側に突出して多数並べて一定のピッチで配列された少なくとも１種類の出射側レンズ部と、入射側に突出した突出部とを備えるレンズシートであって、
   前記突出部が、反射率６０％以上の反射層を備え、
   かつ、前記入射側の突出部が前記射出側レンズ部の谷部と対応して配置され、
   かつ、隣合う前記突出部同士の間隔が前記出射側レンズのピッチの整数倍であり、
   かつ、前記隣合う前記突出部同士の間隔が少なくとも２種類以上の長さ間隔で配置されることを特徴とするレンズシート。
2. 前記レンズシートにおいて、シート面に垂直な方向から見たときに少なくとも２層以上の積層構成であることを特徴とする請求項１に記載のレンズシート。
3. 前記積層構成において、前記突出部にもっとも近い層の厚みは、前記突出部の谷部から１０〜７０μｍであること、かつ金属系粒子を少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求項１から請求項２に記載のレンズシート。
4. 前記突出部にもっとも近い層に含まれる金属系粒子の粒径が５μｍ以下、かつ添加量が４０重量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のレンズシート。
5. 請求項１乃至請求項４に記載したレンズシートと光拡散層を積層してなるバックライトユニット。
6. 請求項５に記載のバックライトユニットを使用したディスプレイ装置。