JP5309826B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示光学系に用いられる光デバイスや光均一デバイスなどの光学シート及びこれを用いたバックライトユニットおよびディスプレイ装置に関し、特に、フラットパネルディスプレイ装置に代表される画像表示装置における照明光路制御または各種照明装置に使用される光学シートの改良に関するものである。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイ装置は、提供される情報を認識するのに必要な光源（バックライト）を内蔵しているタイプの普及が著しい。通常使用される光源は線状もしくは点状であり、輝度分布に大きなムラが生じる。こうした輝度ムラは、ディスプレイ装置に提供される情報を認識するのに大きな妨げとなる。

これらの問題を解決するためにディスプレイ装置のバックライト部分には、光源からの輝度分布を拡散し均一にする光学制御要素をもつ光学シートが使用されている。その代表的なものとしては、拡散板や拡散シートがこれに相当する。
さらに、光源で消費される電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占めている。
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が増大するが、これは電池式装置には特に望ましいことである。

そこで、バックライトには“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、いわゆる光学制御要素を持つ光学シートが使用されている。
ここで言う「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である。
このような光学シートの代表的なものとしては、米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Brightness Enhancement Film：ＢＥＦ）や、光射出面に凹凸形状を持つ拡散シートがこれにあたる。

また、剛性のない光学シートや光学シート群ではしわやたるみが発生し、表示画像のムラの原因となる。このため、通常は剛性のある光透過性基材を光源側に配置し、他の光学シートを保持するようにしている。この代表的なものとしては、拡散板がこれにあたる。
また、最近では特許文献１のようにコストダウンを目的として、上述した拡散機能を持つ光学制御要素、集光機能を持つ光学制御要素、剛性のある光透過性基材の機能を一体化し、部品点数を低減した光学シートが提案されている。このような光学シートには、集光機能を持つ光学制御要素としてＢＥＦにかわりレンズアレイを持つ光学シートが使用されている。
なお、上述した機能を集約した構造のものにすれば、製造工程の簡略化、製品のコストダウン及び薄型化が実現できる。

従来のバックライトユニットについて、図１を参照して説明する。
図１において、バックライトユニットは、光拡散板１、この光拡散板１の光入射面側に光拡散板１と平行に一定の間隔で並列に配置した複数の光源２を備えており、そして、複数の光源２の背面には、これら光源２を背面から覆うようにして、高反射率の反射面３ａを有するランプハウス３が配置されている。また、光拡散板１の光射出面側には、拡散シート４、集光シート５、拡散シートもしくは偏光分離シート６がこの順に積層配置されている。
また、現在採用されているバックライトユニットの中には、集光シートを不使用のものや、集光シートの代わりに拡散シートを使用したものがあるが、図１に示す構造のものが基本的な構成となっている。
バックライトユニットに使用される光学シート群に求められる機能は、拡散の光学制御要素、集光の光学制御要素、および剛性を有する光透過性基材で、いずれも不可欠であるが、従来構成では複数のシートで機能の重複が見られ、合理的な構成ではなかった。
特開２００６−１０６１９７号公報

上述のような光学シートを用いたバックライトユニットを具備するディスプレイ装置では、光源と視認部の間隔が十分確保されており、拡散板や拡散シートを使用することにより、線状や点状光源による輝度分布ムラは問題なかった。
しかしながら、近年の液晶ＴＶの更なる薄型化により、筐体内における光源と画像表示部との間隔が狭くなり、同一平面上に並列に配列された複数の各光源間に生じる暗部と明部の輝度分布ムラが顕著化し、表示画面内に明暗を生じる問題がある。
すなわち光学シートには、光源間の暗部と明部の輝度ムラを解消することが、以前の構成のものよりも更に増して求められるようになってきた。

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、光源間の暗部と明部の輝度分布ムラを低減して光源間に生じる明暗部の視認性を妨げることを可能にするとともに薄型化が可能な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請求項１の発明は、画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、前記光学シートは基材を有し、前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、前記凹凸部が形成された基材が複数積層されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、前記光学シートは基材を有し、前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、前記基材は光透過性を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、前記光学シートは基材を有し、前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、前記基材は、押し出し法もしくはキャスト法、もしくは押し出し法とキャスト法を併用した方法、もしくはインジェクションで製造され光拡散要素を有する光透過性基材であり、前記凸部の頂部からの前記凹部の底部までの深さ、または、前記凹部の底部から前記凸部の頂部までの高さは、３０mm以下であることを特徴とする。

請求項４の発明は、画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、前記光学シートは基材を有し、前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、前記基材が少なくとも１つ以上の異なる屈折率若しくは異なるヘイズ値を有する粒子を含む層を複数積層した多層で構成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乃至４の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記複数の凹凸部は前記基材の厚さ方向の一方の面に沿い一次元もしくは二次元方向に一定な間隔もしくはランダムに配列されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記凸部は凸状の多角錐または円錐もしくは凸状の截頭多角錐または截頭円錐もしくは多角柱または円柱などの柱状体や直方体もしくは球体や半球体または楕円体もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状、もしくは均一断面で直線状に延在するシリンドリカル形状であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記凸部の頂部からの前記凹部の深さと前記凹部の幅とのアスペクト比、または前記凸部の前記凹部の底部からの高さとピッチとのアスペクト比が、０．１〜６.０であることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記基材の厚さ方向の他方の面から前記凸部の頂部までの寸法は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至８の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記基材は、ポリカーボネートもしくはアクリル系−スチレン共重合体もしくはポリスチレンもしくはシクロオレフィンポリマーであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記基材は透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が０％〜８０％の範囲で、ヘイズ値が９５％以上であることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の何れか１項記載の光学シートにおいて、前記基材の前記凹凸部と対向する側に拡散シート、集光シート及び拡散シートもしくは偏向分離シートが前記基材から順に積層されていることを特徴とする。

請求項１２の発明は、バックライトユニットであって、同一平面状に配列された複数の照明用ランプからなる光源と、前記光源の背面に、前記光源に前記凹凸部を向けて配置された請求項１乃至１１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１３の発明は、請求項１２記載のバックライトユニットにおいて、前記凹部は前記各複数の照明用ランプと対向する箇所に形成され、前記凸部は隣り合う照明用ランプの間に位置する箇所に形成されていることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１２または１３記載のバックライトユニットにおいて、前記光源と、前記凸部の頂部との間の距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１２乃至１４の何れか１項記載のバックライトユニットにおいて、前記基材の厚さ方向の他方の面に前記光学シートを透過した前記光源からの光を前記光学シート側へ反射する反射面を有するランプハウスが配設されていることを特徴とする。
請求項１６の発明は、ディスプレイ装置であって、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、請求項１２乃至１５の何れか１項に記載のバックライトユニットを少なくとも備えることを特徴とする。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載のディスプレイ装置において、前記画像表示素子と、前記凸部の頂部との間の距離が４０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明の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ディスプレイ装置によれば、基材の一方の面に複数の凹凸部を形成してなる光学シートが観察者から見て光源の背面に配する構成にしたので、光源から照射される光線のうち基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を複数の凹凸部で拡散して画像表示光学系へ向かう光線に偏向することができる。これにより、隣り合う光源間に生じていた輝度の明暗が低減され、部の視認性を妨げることができるとともに薄型化が可能になる。

以下、本発明にかかる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当該バックライトユニットを具備する液晶ディスプレイ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図に示す各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、本発明にかかる光学シートは、図示する構造のものに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図２は、本発明にかかる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当該バックライトユニットを具備する液晶ディスプレイ装置の一例を示す概略断面図である。
液晶ディスプレイ装置１００は、図２に示すように、画像表示光学系を構成する透過型の液晶パネル（特許請求の範囲に記載した画像表示素子に相当する）１０と、この液晶パネル１０の光入射面１０ａに臨ませて配置されたディスプレイ用のバックライトユニット２０を備える。なお、液晶パネル１０の光入射面１０ａと光射出面１０ｂには必要に応じて、図示省略の偏光シートがそれぞれ設けられる。
バックライトユニット２０は、図２に示すように、光学シート３０、光源４０、光源４０と液晶パネル１０の光入射面１０ａとの間に光源４０側から積層状態に順に配置された拡散シート２０１、集光シート２０２、拡散シートもしくは偏光分離シート２０３を備えて構成される。

光源４０は、冷陰極管などの直線状の複数の照明用ランプ４０１を拡散シート２０１と平行に、かつ一定の間隔で並列に配置することで構成される。そして、光源４０の背面には、光学シート３０を介してランプハウス４０２が光学シート３０及び照明用ランプ４０１を背面から覆うように配置されている。また、ランプハウス４０２の内面４０２ａは、光学シート３０を透過した各照明用ランプ４０１からの光線を光学シート３０側へ反射する高反射率の反射面となっている。

光学シート３０は、画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられるもので、図２に示すように、光源４０の背面側に配置される。
光学シート３０は、光透過性のシート状の基材３０１を有し、この基材３０１の厚さ方向の一方の面である光源４０と相対向する面には、照明用ランプ４０１から照射される照明光のうち、照明用ランプ４０１の背面箇所及び側面箇所から出る光線Ｌ２を拡散して、画像表示光学系である液晶パネル１０も向けられる光線に偏向する複数の凹凸部３０２が形成されている。
この凹凸部３０２は、図２に示すように、照明用ランプ４０１の長手方向に延在し、かつ照明用ランプ４０１の配列間隔に合わせて形成されたストライプ状の凹部３０２ａと凸部３０２ｂとから構成される。そして、凹部３０２ａは各照明用ランプ４０１の背面と対向する箇所にそれぞれ形成され、凸部３０２ｂは隣り合う照明用ランプ４０１の間に位置する箇所にそれぞれ形成される。

このような液晶ディスプレイ装置１００において、光源４０の各照明用ランプ４０１から照射される光線のうち、図２に示すように、各照明用ランプ４０１の光学シート３０と反対側である正面箇所から拡散シート２０１に向けて照射される光線Ｌ１は拡散シート２０１、集光シート２０２及び拡散シートもしくは偏光分離シート２０３を通過することにより、光の輝度及び射出方向を制御した後、その光を液晶パネル１０の光入射面１０ａに入射し、液晶パネル１０の光出射面１０ｂから射出する。これにより、正面方向Ｆの観察者に液晶パネル１０で示した情報を伝達する。

このように本実施の形態においては、基材３０１の一方の面に複数の凹凸部３０２を形成してなる光学シート３０を観察者から見て光源４０の背面に配する構成にしたので、光源４０から照射される光線のうち基材３０１の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線Ｌ２を複数の凹凸部３０２で拡散して拡散シート２０１へ向かう光線Ｌ３に偏向することができる。これにより、隣り合う照明用ランプ４０１間の暗部と明部の輝度分布ムラが低減され、照明用ランプ４０１間の明暗部の視認性を妨げることができるとともに薄型化が可能になる。

（実施の形態２）
次に、本発明にかかる光学シートの他の実施の形態について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）は、本発明にかかる光学シートの他の例を示す要部の概略断面図である。
この図３（ａ）において、光学シート５０は、光透過性のシート状の基材５０１を有し、この基材５０１の厚さ方向の一方の面（照明用ランプと相対向する面）には、図２に示す場合と同様に、照明用ランプから照射される照明光のうち、照明用ランプの背面箇所及び側面箇所から出る光線を拡散して液晶パネルへの光線に偏向する複数の凹凸部５０２が形成されている。
凹凸部５０２は、図３（ａ）に示すように、帯状に延在する凹部５０２ａと帯状に延在する凸部５０２ｂとから構成されている。凹部５０２ａと凸部５０２ｂは、照明用ランプの配列間隔に合わせて形成されている。そして、凹部５０２ａの底部には、凸部５０２ｂより低い、光拡散用の凸部５０２ｃが形成されている。
このように構成された光学シート５０においても、上記図２に示す光学シート３０の場合と同様な作用効果が得られる。

図３（ｂ）は、本発明にかかる光学シートの更に他の例を示す要部の概略断面図である。
この図３（ｂ）において、光学シート６０は、光透過性のシート状の基材６０１を有し、この基材６０１の厚さ方向の一方の面（照明用ランプと相対向する面）には、図２に示す場合と同様に、照明用ランプから照射される照明光のうち、照明用ランプの背面箇所及び側面箇所から出る光線を拡散して液晶パネルへの光線に偏向する複数の凹凸部６０２が形成されている。
凹凸部６０２は、図３（ｂ）に示すように、帯状に延在する凹部６０２ａと帯状に延在する凸部６０２ｂとから構成されている。凹部６０２ａと凸部６０２ｂは、照明用ランプの配列間隔に合わせて形成されている。そして、凹部６０２ａの底部には、凸部６０２ｂより低い、光拡散用の三角状を呈する凸部６０２ｃが複数並列に形成されている。
このように構成された光学シート６０においても、上記図２に示す光学シート３０の場合と同様な作用効果が得られる。

図３（ｃ）は、本発明にかかる光学シートの更に他の例を示す要部の概略断面図である。
この図３（ｃ）において、光学シート７０は、光透過性のシート状の基材７０１を有し、この基材７０１の厚さ方向の一方の面（照明用ランプと相対向する面）には、図２に示す場合と同様に、照明用ランプから照射される照明光のうち、照明用ランプの背面箇所及び側面箇所から出る光線を拡散して液晶パネルへの光線に偏向する複数の凹凸部７０２が形成されている。
凹凸部７０２は、図３（ｃ）に示すように、帯状に延在する凹部７０２ａと帯状に延在する凸部７０２ｂとから構成されている。凹部７０２ａと凸部７０２ｂは、照明用ランプの配列間隔に合わせて形成されている。そして、凹部７０２ａの底部には、凸部７０２ｂより低い、光拡散用の凸部７０２ｃが形成されている。さらに、凹部７０２ａ及び凸部７０２ｂ、７０２ｃの表面には、１つ以上の異なる屈折率若しくは異なるヘイズ値を有する粒子７２が塗布されている。
このように構成された光学シート７０においても、粒子７２が塗布されている分、凹凸部７０２の拡散率が増大し、隣り合う照明用ランプ間の暗部と明部の輝度分布ムラが更に低減され、照明用ランプ間の明暗部の視認性を妨げることが、より確実になる。

上記実施の形態に示す光学シートにおいて、基材の光源と対向する一方の面に形成される凸部の高さ、すなわち、図２に示すように、基材３０１の厚さ方向の他方の面（凹凸部３０２が形成される一方の面と反対の面）から凸部３０２ｂの頂部までの寸法ｈが３０ｍｍ以下である。このことは、図３に示す光学シートにおいても同様である。また、基材の厚さ方向の一方の面に形成される凹凸部は、図２及び図３に示すストライプ状のものに限らず、ドット状の凹凸部が基材の厚さ方向の一方の面に沿い一次元もしくは二次元方向に一定な間隔もしくはランダムに配列して形成しても良い。

これら凹凸部の形成方法としては、シート状の基材にあらかじめコロナ処理や易接着処理し、処理面にＵＶ樹脂を塗布する。その後、ＵＶ樹脂に所望の形状の金型を押し当て、ＵＶを照射し硬化させる。
または、屈折率の異なる部材を押し出し法もしくはキャスト法、もしくは押し出し法とキャスト法を併用した方法、もしくはインジェクションで製造される板状の部材に熱プレス等により凹凸部を施す。この場合、基材の厚さ方向の他方の面（凹凸部が形成される一方の面と反対の面）から凸部の頂部までの寸法が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下とする。
ただし、前記寸法が２ｍｍより少ない場合、照明用ランプの側面からの光線を拡散するのに不十分であり、積層するフィルムと照明用ランプが接触することを回避できないことから好ましくない。

また、図２に示すように、凸部３０２ｂの頂部からの凹部３０２ａの深さｂと、凹部３０２ｂの幅ａとのアスペクト比、または凸部３０２ｂの凹部３０２ａの底部からの高さｈとピッチｐとのアスペクト比が、０．１〜６.０であることが望ましい。０．１以下の場合、光の拡散性能が弱くなり、６．０以上の場合は、拡散板や拡散フィルム等の上面からの圧力により凹凸部が破損することがあるためである。このことは、図３に示す光学シートの場合の同様である。

また、本実施の形態における凹凸部を構成する凹部及び凸部の形状は図３に示すものに限定されない。例えば、凸部は凸状の多角錐または円錐もしくは凸状の截頭多角錐または截頭円錐もしくは多角柱または円柱などの柱状体や直方体もしくは球体や半球体または楕円体もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状、もしくは均一断面で直線状に延在するシリンドリカル形状であってもよい。また、ストライプ状もしくはドット状、格子状でもよい。以下、図４を参照して説明する。

図４（ａ）に示すものは、光源８０を構成する冷陰極管などの直線状の照明用ランプ８０１を同一平面上に一定の間隔で複数並列に配置し、この照明用ランプ８０１群の下面、すなわち背面には光学シート８２が配置されている。そして、光学シート８２を構成する基材８２１の照明用ランプ８０１が臨む面の隣り合う照明用ランプ８０１の間に位置する箇所には、拡散用の凹凸部を構成する、断面が正三角柱状の凸部８２２を照明用ランプ８０１の長手方向に延在して形成したものである。

図４（ｂ）に示すものは、ＬＥＤや半導体レーザなどの複数の照明用ランプ８３１を一定の間隔で二次元方向に配列して光源８３を構成し、この照明用ランプ８３１群の下面、すなわち背面には光学シート８４が配置されている。そして、光学シート８４を構成する基材８４１の照明用ランプ８３１が臨む面の隣り合う照明用ランプ８３１の間に位置する箇所には、拡散用の凹凸部を構成する、断面が正三角柱状を呈する複数の凸部８４２を照明用ランプ８３１の配列方向に延在して、格子状に形成したものである。

図４（ｃ）に示すものは、光源８５を構成する冷陰極管などの直線状の照明用ランプ８５１を同一平面上に一定の間隔で複数並列に配置し、この照明用ランプ８５１群の下面、すなわち背面には光学シート８６が配置されている。そして、光学シート８６を構成する基材８６１の照明用ランプ８５１が臨む面の隣り合う照明用ランプ８５１の間に位置する箇所には、拡散用の凹凸部を構成する、円錐状の複数の凸部８６２を照明用ランプ８５１の長手方向に沿って配列し形成したものである。この場合の凸部８６２の配列形態は、図４（ｃ）に示すように、疎の部分Ａと蜜の部分Ｂに分布密度を変えて構成される。

図４（ｄ）に示すものは、光源８７を構成する冷陰極管などの直線状の照明用ランプ８７１を同一平面上に一定の間隔で複数並列に配置し、この照明用ランプ８７１群の下面、すなわち背面には光学シート８８が配置されている。そして、光学シート８８を構成する基材８７１の照明用ランプ８７１が臨む面の隣り合う照明用ランプ８７１の間に位置する箇所には、拡散用の凹凸部を構成する、高さ及び径の異なる複数種類の円錐状の凸部８８２ａ，８８２ｂを照明用ランプ８７１の長手方向に沿って配列し形成したものである。

本実施の形態において、より好ましくは、光源の配置や間隔に合わせ、凹凸部を構成する凸部の配置密度を変化させる。
例えば、光源間隔が１５ｍｍ〜６０ｍｍの場合において、光源間に凸部の大小を組み合わせた凸部を密に配することが望ましい。光源間隔が１５ｍｍ以下の場合、光源間の明暗は顕著化せず、６０ｍｍ以上においては凹凸部の視認性があがるため好ましくない。

基材としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ガラス、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）など当該分野でよく知られている透明基材を使用できる。
また、ＵＶ樹脂としては、アクリル系やエポシキ系等の当該分野でよく知られているＵＶ硬化性樹脂を使用できる。
熱可塑性樹脂としては、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル(ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂)）、ＭＳ（メタクリル酸スチレン共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）など当該分野でよく知られている熱可塑性樹脂を使用できる。
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂やメラミン樹脂等の当該分野でよく知られている熱硬化性樹脂を使用できる。
また、基材上に球状の有機粒子や無機粒子を塗布し、作成することもできる。

球状の有機粒子や無機粒子としては、屈折率の異なる有機粒子や無機粒子などの透明粒子として、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；シリカおよび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、材質や粒径が異なるものを２種類以上混合して使用してもよい。

基材の屈折率とは異なる有機粒子や無機粒子を含有し、拡散機能やムラ消し機能を付与しても良い。この際、主材の屈折率と粒子の屈折率が異なるものである必要がある。主材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散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下でもよい。
また、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。

なお、主材に空気を含む微細な空洞を作成する場合、あらかじめ主となる材質中に含有された発泡剤を発泡させて作成しても良い。

有機粒子や無機粒子を含有させる方法としては、前述のＵＶ樹脂にあらかじめ混入して作成しても良い。または、前述の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂に混ぜ、押し出し法で作成しても良い。押し出し法で作成する場合には有機粒子や無機粒子を含む層と含まない層を多層で押し出してもよい。もしくは、あらかじめ作成した調光機能シートに有機粒子や無機粒子を含む樹脂をシート状に成型したものを接合しても良い。
有機粒子や無機粒子としては、球状の有機粒子や無機粒子として前述したものと同じものを使用できる。
また、前述した球状の有機粒子や無機粒子に加え、拡散や隠蔽などの効果を併せ持つものとしては、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、硫化亜鉛金属粒子、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。

また、あらかじめ作成した光学シートに有機粒子や無機粒子を含む樹脂を塗工してもよい。有機粒子や無機粒子を含む樹脂としては、アクリル、ウレタン、ＥＶＡなど当該分野でよく知られているＵＶ樹脂を使用できる。
光学シートの厚みは厚いほど剛性はあるが、光源との接触を避けるために粘着材やその他固定具により固定されることから、厚みについては限定しない。ただし光源との距離が短いことから、主となる材質としては、熱耐性・耐光性が強い樹脂が望ましい。
また、光源との距離が近いことから、当該分野で知られている紫外線吸収剤を表面に塗布してもよい。

基材と凹凸部とを別々に作成した場合、固定要素を介して接合する方法としては、粘着剤や接着剤を使用したり、溶着、固定具などを用いる。
この場合、一体接着するために用いる粘着材としては、アクリル系、ウレタン系、ゴム系、シリコーン系の粘着材が挙げられる。いずれも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、使用中に基材シートと凹凸部がずれてしまう可能性がある。また、凹凸部と接する粘着材の厚みは２μｍ以上、１５μｍ以下が望ましい。粘着層が前記範囲よりも薄くなると、粘着層としての接着機能が発現せず、安定した製造が困難となる、また前記範囲よりも厚いと外部圧力に対する変形が大きくなる。
また、粘着材の中に屈折率の異なる有機粒子や無機粒子などの透明粒子等を混ぜても良く、粘着材は両面テープ状のものでも良いし、単層のものでもよい。また、粘着材はあらかじめシート状に加工したものを用いても良いし、基材シートの所望部材に直接塗布しても良い。粘着材と隣接する面には、あらかじめコロナ処理を施しても良い。
接・粘着剤層を塗る方法として、コンマコーター等の各種塗工装置、印刷方式、ディスペンサーやスプレーを用いる方法、または筆等を用いた手作業による塗工であってもよい。

次に、反射材を含有した接着剤層、反射材を含有した粘着剤を用いる場合について述べる。
反射材を含有した粘・接着剤層は、金属粒子または高屈折率透明粒子を上述の粘・接着剤に分散させたものを凹凸形状の底部に塗工することで作成することができる。また、表面に光反射性の高い銀やアルミウム、ニッケル等の金属を蒸着やスパッタ等の乾式成膜によっても作成できる。
さらに、凹凸部の表面に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ことによっても作成できる。
なお、上記以外に反射性を有する層の作成方法として、金属粒子または高屈折率透明粒子をバインダーに練りこ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も形成できる。

ここで、高屈折率透明粒子としては、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。
接合方法として、固定具を用いる場合、固定具としては、例えば樹脂や金属の止め具、ホチキス、テープなどが挙げられる。
樹脂や金属の止め具はバックライトの筺体と一体化されていても構わない。これらの方法は溶着よりもさらに加工法が容易であり、表示領域外の接合に適している。
以上のような様々な接合方法は適宜組み合わせて使用しても良い。

以上のように作成した光学シートは従来の光学シート群に比べ簡単かつ合理的な光学板である。望ましくはこの光学板のみを用いたバックライトを使用するが、所望の光学性能や外観が得られない場合、拡散シートを併用しても良い。また、拡散シートは上記に述べたいずれかの方法で接合されていても良い。また、光源が線状ではない場合シートの少なくとも一部に穴をあけ、光源からの光を覆い隠すことがないようにしてもよい。
また、本発明にかかる光学シートは、上記実施の形態に示す画像表示用ディスプレイ装置のバックライトに限らず、それ以外の照明、例えば室内灯などの各種の照明装置にも使用することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
（基材シートの作成方法）
（実施例１）
新日鐵化学のＭＳ２００を使用し、透明粒子として市販のシリコーンおよび樹脂フィラーを混合したものを使用した。
これらの樹脂を押し出し、微細凹凸形状を有する全厚２ｍｍ多層構造シートを作成した。

（凸形状の作成）
（実施例２）
市販の透明樹脂（ポリカーボネート）を型に流し入れ、透明な半径１．５ｍｍの半円柱状の凸形状を作成した。

（光学シートの作成）
（実施例３）
以上のように作製した基材シートの上に、光源と平行に光源間に粘着材をラミネートし、粘着材の上に実施例２で作成した四角柱の凸形状を一体化した。

（液晶ＴＶの画像確認）
（実施例４）
以上のように作成した光学シートを液晶ＴＶの光源であるＣＣＦＬの背面に組み込み、
市販の拡散板と拡散シートを積層し、６０℃環境下でバックライトを点灯し、２時間放置したのち、白画面および黒画面を表示して光源間の明暗を視認し確認した。
バックライトは光源と拡散板との距離が１８ｍｍ、拡散板と液晶パネルの距離が５ｍｍのものを使用した。
液晶ＴＶの試験を行うと従来構成に比べ、光源間の視認性が著しく低下した。
しかし、半円柱の高さが光源に比べやや低い部分にあり拡散効果が弱いため、凸形状の高さが必要がることがわかった。

従来技術に係るバックライトの構成を示す説明図。 本発明にかかる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当該バックライトユニットを具備する液晶ディスプレイ装置の一例を示す概略断面図。 本実施の形態における光学シートの構成例を示す説明図。 本実施の形態における光学シートの凸部の配列例を示す説明図。

１００……液晶ディスプレイ装置、１０……液晶パネル、２０……バックライトユニット、３０……光学シート、３０１……基材、３０２……凹凸部、３０２ａ……凹部、３０２ｂ……凸部、４０……光源、２０１てんてん拡散シート、２０２……集光シート、２０３……拡散シートもしくは偏光分離シート、４０１……照明用ランプ、４０２……ランプハウス。

Claims (17)

1. 画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、
   前記光学シートは基材を有し、
   前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、
   前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、
   前記凹凸部が形成された基材が複数積層されている、
   ことを特徴とする光学シート。
2. 画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、
   前記光学シートは基材を有し、
   前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、
   前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、
   前記基材は光透過性を有する、
   ことを特徴とする光学シート。
3. 画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、
   前記光学シートは基材を有し、
   前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、
   前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、
   前記基材は、押し出し法もしくはキャスト法、もしくは押し出し法とキャスト法を併用した方法、もしくはインジェクションで製造され光拡散要素を有する光透過性基材であり、
   前記凸部の頂部からの前記凹部の底部までの深さ、または、前記凹部の底部から前記凸部の頂部までの高さは、３０mm以下である、
   ことを特徴とする光学シート。
4. 画像表示光学系の照明光の光路制御に用いられる光学シートであって、
   前記光学シートは基材を有し、
   前記画像表示光学系側に位置する前記基材の厚さ方向の一方の面に、凹部と凸部とからなり前記基材の厚さ方向の一方の面側に配置された光源から照射される光線のうち前記基材の厚さ方向の一方の面にむけて照射される光線を拡散して前記画像表示光学系へ向かう光線に偏向する凹凸部が複数形成され、
   前記凹部は凹状の多角錐または円錐もしくは凹状の截頭多角錐または截頭円錐もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状であり、
   前記基材が少なくとも１つ以上の異なる屈折率若しくは異なるヘイズ値を有する粒子を含む層を複数積層した多層で構成されている、
   ことを特徴とする光学シート。
5. 前記複数の凹凸部は前記基材の厚さ方向の一方の面に沿い一次元もしくは二次元方向に一定な間隔もしくはランダムに配列されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の光学シート。
6. 前記凸部は凸状の多角錐または円錐もしくは凸状の截頭多角錐または截頭円錐もしくは多角柱または円柱などの柱状体や直方体もしくは球体や半球体または楕円体もしくはこれらを組み合わせた何れかの形状、もしくは均一断面で直線状に延在するシリンドリカル形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の光学シート。
7. 前記凸部の頂部からの前記凹部の底部までの深さと前記凹部の幅とのアスペクト比、または前記凹部の底部から前記凸部の頂部までの高さとピッチとのアスペクト比が、０．１〜６.０であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の光学シート。
8. 前記基材の厚さ方向の他方の面から前記凸部の頂部までの寸法は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の光学シート。
9. 前記基材は、ポリカーボネートもしくはアクリル系−スチレン共重合体もしくはポリスチレンもしくはシクロオレフィンポリマーであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の光学シート。
10. 前記基材は透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が０％〜８０％の範囲で、ヘイズ値が９５％以上であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の光学シート。
11. 前記基材の前記凹凸部と対向する側に拡散シート、集光シート及び拡散シートもしくは偏光分離シートが前記基材から順に積層されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の光学シート。
12. 同一平面状に配列された複数の照明用ランプからなる光源と、
    前記光源の背面に、前記光源に前記凹凸部を向けて配置された請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学シートを少なくとも備える、
    ことを特徴とするバックライトユニット。
13. 前記凹部は前記各複数の照明用ランプと対向する箇所に形成され、前記凸部は隣り合う照明用ランプの間に位置する箇所に形成されていることを特徴とする請求項１２記載のバックライトユニット。
14. 前記光源と、前記凸部の頂部との間の距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２または１３記載のバックライトユニット。
15. 前記基材の厚さ方向の他方の面に前記光学シートを透過した前記光源からの光を前記光学シート側へ反射する反射面を有するランプハウスが配設されていることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項記載の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、請求項１２乃至１５の何れか１項に記載のバックライトユニットを少なくとも備える、
    ことを特徴とするディスプレイ装置。
17. 前記画像表示素子と、前記凸部の頂部との間の距離が４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１６に記載のディスプレイ装置。

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