JP5498027B2 - 液晶表示装置用光学シート及びこれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、集光、光拡散、光線の法線方向への屈折等の諸機能を有し、特に液晶表示装置用のバックライトユニットに好適な光学シート、及びこれを用いたバックライトユニットに関するものである。

液晶表示装置は、液晶層を背面から照らすバックライト方式が普及し、液晶層の下面側にエッジライト型（サイドライト型）、直下型等のバックライトユニットが装備されている。かかるエッジライト型のバックライトユニット４０は、一般的には図９（ａ）に示すように、光源としての棒状のランプ４１と、このランプ４１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板４２と、この導光板４２の表面側に積層される複数枚の光学シート４３とを装備している。この光学シート４３は、屈折、光拡散等の特定の光学的機能を有するものであり、具体的には（１）導光板４２の表面側に配設され、主に光拡散機能や集光機能を有するマイクロレンズシート４４、（２）マイクロレンズシート４４の表面側に配設され、主に法線方向側への屈折機能を有するプリズムシート４５などが該当する。

このバックライトユニット４０の機能を説明すると、まず、ランプ４１より導光板４２に入射した光線は、導光板４２裏面の反射ドット又は反射シート（図示されず）及び各側面で反射され、導光板４２表面から出射される。導光板４２から出射した光線は、マイクロレンズシート４４に入射し、表面に設けられたマイクロレンズ界面にて拡散され、出射される。その後、マイクロレンズシート４４から出射された光線は、プリズムシート４５に入射し、表面に形成されたプリズム部４６によって、略真上方向にピークを示す分布の光線として出射される。バックライトユニット４０は、このようにランプ４１から出射された光線が、光学シート４３によって拡散され、略真上方向にピークを示すように屈折され、さらに上方の図示していない液晶層全面を照明するものである。

また図示していないが、上述の導光板４２の導光特性や光学シート４３の光学的機能などを考慮し、マイクロレンズシートやプリズムシートなどの光学シート４３をさらに多く配設したバックライトユニットもある。

上記従来のマイクロレンズシート４４としては、一般的には図９（ｂ）に示すように、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ４７を表面に備えており、裏面は平面形状を有している（例えば、特開２００４−１９１６１１号公報等参照）。このようにマイクロレンズシート表面に設けられたこのマイクロレンズ界面において、ランプから発せられた光線は、正面側への集光、拡散、法線方向側への変角等される。

しかし、このマイクロレンズシートの集光、光拡散、変角等の光学的機能は、表面形状及び屈折率によって定まるため、機能向上には一定の限界がある。特に、直下型バックライトにおいては、光学シートの光拡散機能が十分では無い場合にはランプイメージの消去効果が少なく、ランプイメージが液晶画面表面に現れてしまうという不都合が存在する。従って、従来のバックライトユニット４０では、高額でかつ取り扱いが困難であるにも関わらず、複数枚の光学シートを備える必要がある。このように複数枚の光学シートを備えた場合、液晶表示装置としての輝度が低下するという不都合が存在するとともに、バックライトユニットの薄型化を阻害する。

特開２００４−１９１６１１号公報

本発明はこれらの不都合に鑑みてされたものであり、光学的機能、特に光拡散機能が格段に高い液晶表示装置用光学シート及びこれを用いて視野角の適正化、ランプイメージの消去、薄型化等の品質の向上が促進されるバックライトユニットの提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
透明な基材層と、
この基材層の表面及び裏面に形成される複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと
を備え、
裏面のマイクロレンズアレイが、ランダムな径を有する複数のマイクロレンズからなり、
裏面のマイクロレンズが、凹レンズである液晶表示装置用光学シートである。

当該液晶表示装置用光学シートは、表面のみならず裏面にもマイクロレンズアレイを備えていることから、液晶表示装置用光学シート裏面の界面においても、バックライトからの光線を屈折、拡散等させることができる。従って、当該液晶表示装置用光学シートは、表裏両面の界面においてバックライトからの光線を屈折、拡散させることができ、光拡散機能等の光学的機能が格段に高められる。また、当該液晶表示装置用光学シートによれば表裏両面の界面での屈折によって光線を屈折、拡散させているため、液晶表示装置用光学シート中での光線の損失を最小限に抑え、光透過率を高めることができる。

裏面のマイクロレンズは、凹レンズである。裏面のマイクロレンズが凹レンズであることにより、バックライトからの光線が光学シート裏面に入射した際、界面において光線が分散する方向に屈折、拡散されることとなる。従って、当該液晶表示装置用光学シートによれば、光拡散機能等の光学的機能が更に高められる。

裏面のマイクロレンズアレイは、ランダムな径を有する複数のマイクロレンズからなる。裏面のマイクロレンズがランダムな径を有している当該液晶表示装置用光学シートによれば、光学シート裏面において、バックライトからの光線が屈折、拡散する方向及び角度がランダムになるため、光拡散機能がより一層高められ、輝度の均一性、ランプイメージの消去性が促進される。

表面のマイクロレンズの平均半径は、３μｍ以上９０μｍ以下、裏面のマイクロレンズの平均半径は、２μｍ以上６０μｍ以下であるとよい。当該液晶表示装置用光学シートによれば、表面及び裏面のマイクロレンズが上記範囲の平均半径を有していることにより、光拡散等の光学的機能が更に高められ、その光学的機能の制御を容易かつ確実にすることができる。

裏面のマイクロレンズの平均半径は、表面のマイクロレンズの平均半径の１／１２以上１以下であるとよい。裏面と表面のマイクロレンズの平均半径比が上記範囲である当該液晶表示装置用光学シートによれば、両面のマイクロレンズの相乗効果により光拡散効果を更に高めることができる。

基材層と、この基材層の表面及び裏面のマイクロレンズアレイとが一体形成されているとよい。当該光学シートがこのように一体形成されていることにより、シート内部での光の屈折、散乱が生じることがなく、光線の損失を最小限に抑えることにより、光透過率及び輝度を高めることができる。

少なくとも表面のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配設パターンは、正三角形格子パターン又はランダムパターンであることが好ましい。この正三角形格子パターンは、マイクロレンズをより密に配設することができるため、当該液晶表示装置用光学シートのレンズ充填率が容易に高められ、集光、光拡散等の光学的機能が格段に向上される。また、ランダムパターンでマイクロレンズを配設することで、当該液晶表示装置用光学シートを他の光学部材と重ね合わせた際にモアレの発生が低減される。

上記表面のマイクロレンズアレイの反転形状を有するエンボスロールと、このエンボスロールと平行に配置され、上記裏面のマイクロレンズアレイの反転形状を有するエンボスロールとを用いた押出シート成形法により当該液晶表示装置用光学シートが形成されているとよい。当該手段によれば、所定のマイクロレンズアレイを両面に有する光学シートを容易かつ高精度に成形することができ、容易に同一材質で一体形成することもできる。

従って、ランプから発せられる光線を分散させてその表面側に導く当該光線を導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、光学的機能、特に光拡散機能及びその制御機能が格段に高い当該液晶表示装置用光学シートを備えることにより、輝度の統一化及び高度化により品質が高められる。

ここで、液晶表示装置用光学シートの「表面」及び「裏面」とは、通常液晶表示装置用光学シートを液晶表示装置のバックライトユニットに備えた場合に表側（液晶層側）に向く面を「表面」、その反対側（導光板側）の面を「裏面」とする。「マイクロレンズ」とは、凸レンズ及び凹レンズを含む概念である。「正三角形格子パターン」とは、表面を同一形状の正三角形に区分し、その正三角形の各頂点にマイクロレンズを配設するパターンを意味する。

以上説明したように、本発明の液晶表示用光学シートによれば、光学的機能、特に光拡散機能が格段に高く、その光学的機能の制御が容易かつ確実である。また、当該液晶表示装置用光学シートを用いたバックライトは、視野角の適正化、ランプイメージの消去、薄型化等の品質の向上及び低コスト化が促進される。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図 図１の液晶表示装置用光学シートを備えるバックライトユニットを示す模式的断面図 図１の液晶表示装置用光学シートとは異なる形態に係る液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図 図１及び図３の液晶表示装置用光学シートとは異なる液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図 図１、図３及び図４の液晶表示装置用光学シートとは異なる液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図 比較例の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真 実施例２の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真 実施例４の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真 （ａ）及び（ｂ）一般的なバックライトユニットを示す模式的斜視図及び従来の一般的なマイクロレンズシートを示す模式的断面図

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図、図２は図１の液晶表示装置用光学シートを備えるバックライトユニットを示す模式的断面図、図３は図１の液晶表示装置用光学シートとは異なる形態に係る液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図、図４は、図１及び図３の液晶表示装置用光学シートとは異なる液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図である。図５は、図１、図３及び図４の液晶表示装置用光学シートとは異なる液晶表示装置用光学シートを示す模式的部分断面図である。

図１の液晶表示装置用光学シート１は、基材層２と、この基材層２の表面に形成されるマイクロレンズアレイ３と、基材層２の裏面に形成されるマイクロレンズアレイ４とを備えている。

基材層２は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されている。かかる基材層２に用いられる合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニル、放射線硬化型樹脂等が挙げられる。中でも、マイクロレンズアレイ３及び４の成形性に優れる紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂等の放射線硬化型樹脂やポリカーボネート、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂が好ましい。

基材層２の厚み（平均厚み）は、特には限定されないが、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは３５μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上１８８μｍ以下とされる。基材層２の厚みが上記範囲未満であると、バックライトユニット等において熱に曝された際にカールが発生しやすくなってしまう、取扱いが困難になる等の不都合が発生する。逆に、基材層２の厚みが上記範囲を超えると、液晶表示装置の輝度が低下してしまうことがあり、またバックライトユニットの厚みが大きくなって液晶表示装置の薄型化の要求に反することにもなる。

基材層２を形成するポリマー樹脂中に微小無機充填剤を含有してもよい。このように基材層２中に微小無機充填剤を含有することで、基材層２、ひいては液晶表示装置用光学シート１の耐熱性が向上する。この微小無機充填剤を構成する無機物としては、特に限定されるものではないが、無機酸化物が好ましい。この無機酸化物は、金属元素が主に酸素原子との結合を介して３次元のネットワークを構成した種々の含酸素金属化合物と定義される。無機酸化物を構成する金属元素としては、例えば、元素周期律表第２族〜第６族から選ばれる元素が好ましく、元素周期律表第３族〜第５族から選ばれる元素がさらに好ましい。特に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒから選択される元素が好ましく、金属元素がＳｉであるコロイダルシリカが、耐熱性向上効果及び均一分散性の面で微小無機充填剤として最も好ましい。また、微小無機充填剤の形状は、球状、針状、板状、鱗片状、破砕状等の任意の粒子形状でよく、特に限定されない。

微小無機充填剤の平均粒子径の下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍが特に好ましい。一方、微小無機充填剤の平均粒子径の上限としては５０ｎｍが好ましく、２５ｎｍが特に好ましい。これは、微小無機充填剤の平均粒子径が上記範囲未満では、微小無機充填剤の表面エネルギーが高くなり、凝集等が起こりやすくなるためであり、逆に、平均粒子径が上記範囲を超えると、短波長の影響で白濁し、基材層２の透明性が低下し、透過率に影響を与えるからである。

さらに、基材層２中に帯電防止剤を含有するとよい。このように帯電防止剤が混練されたポリマー樹脂から基材層２を形成することで、当該液晶表示装置用光学シート１に帯電防止効果が発現され、ゴミを吸い寄せたり、他の光学シート等との重ね合わせが困難になる等の静電気の帯電により発生する不都合を防止することができる。また、帯電防止剤を表面にコーティングすると表面のベタツキや汚濁が生じてしまうが、このように基材層２中に帯電防止剤を混練することでかかる弊害は低減される。この帯電防止剤としては特に限定されるものではなく、例えばアルキル硫酸塩、アルキルリン酸塩等のアニオン系帯電防止剤、第四アンモニウム塩、イミダゾリン化合物等のカチオン系帯電防止剤、ポリエチレングリコール系、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアリン酸エステル、エタノールアミド類等のノニオン系帯電防止剤、ポリアクリル酸等の高分子系帯電防止剤などが用いられる。中でも、帯電防止効果が比較的大きいカチオン系帯電防止剤が好ましく、少量の添加で帯電防止効果が奏される。

また、基材層２中に紫外線吸収剤を含有するとよい。このように紫外線吸収剤を含有する基材層２を形成することで、当該液晶表示装置用光学シート１に紫外線カット機能が付与され、バックライトユニットのランプから発せられる微量の紫外線をカットし、紫外線による液晶層の破壊を防止することができる。

上記紫外線吸収剤に代え又は紫外線吸収剤と共に、紫外線安定剤（分子鎖に紫外線安定基が結合した基材ポリマーを含む）を使用することも可能である。この紫外線安定剤により、紫外線で発生するラジカル、活性酸素等が不活性化され、紫外線安定性、耐候性等を向上させることができる。この紫外線安定剤としては、紫外線に対する安定性が高いヒンダードアミン系紫外線安定剤が好適に用いられる。なお、紫外線吸収剤と紫外線安定剤を併用することで、紫外線による劣化防止及び耐候性が格段に向上する。

マイクロレンズアレイ３は、略同一径を有する多数のマイクロレンズ５から構成されている。

マイクロレンズアレイ４は、ランダムな径を有する多数のマイクロレンズ６から構成されている。また、マイクロレンズアレイ４において、多数のマイクロレンズ６は、ランダムパターンで比較的密に形成されている。

マイクロレンズアレイ３及び４は、基材層２と一体成形されてもよく、基材層２と別体に成形されてもよい。マイクロレンズアレイ３及び４は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されており、具体的には上記基材層２と同様の合成樹脂が用いられている。また、基材層２として、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム又はポリカーボネートフィルムを用い、その上に紫外線硬化性樹脂などでマイクロレンズ５及び６を形成することもできる。

なお、基材層２、マイクロレンズ５及び６には、上記の合成樹脂の他に、例えばフィラー、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤等が配合されてもよい。

マイクロレンズ５は、凸状の部分的略球形状を有する、いわゆる凸レンズである。マイクロレンズ５の平均半径としては、３μｍ以上９０μｍ以下、特に１０μｍ以上７５μｍ以下が好ましい。マイクロレンズ５の平均半径が上記範囲未満であると、ライトが発する光線の波長との関係で回折現象が生じるおそれがあり、逆に上記範囲を超えると、界面において十分な光拡散性を有さない。

マイクロレンズ５は、基材層２の表面に比較的密にかつ幾何学的に配設されている。マイクロレンズ５は、基材層２の表面において、正三角形格子パターンで配設されている。従って、マイクロレンズ５のピッチ及びレンズ間距離は全て一定である。この配設パターンは、マイクロレンズ５を最も密に配設することができ、当該液晶表示装置用光学シート１の集光機能、光拡散機能、変角機能等の光学的機能を向上することができる。

マイクロレンズ５の充填率の下限としては、４０％、特に６０％、さらに特に７０％が好ましい。このようにマイクロレンズ５の充填率を上記下限以上とすることで、当該液晶表示装置用光学シート１表面におけるマイクロレンズ５の占有面積を高め、当該液晶表示装置用光学シート１の集光、光拡散等の光学的機能が格段に向上される。

マイクロレンズ５のレンズ高さ（Ｈ）の曲率半径（Ｒ）に対する高さ比（Ｈ／Ｒ）の下限としては５／８が好ましく、３／４が特に好ましい。一方、この高さ比（Ｈ／Ｒ）の上限としては１が好ましい。ここで「レンズ高さ」とは、マイクロレンズ５の基底面から最頂部までの垂直距離を意味する。このようにマイクロレンズ５の高さ比（Ｈ／Ｒ）を上記範囲とすることで、マイクロレンズ５におけるレンズ的屈折作用が効果的に奏され、当該液晶表示装置用光学シート１の集光、光拡散等の光学的機能が格段に向上される。

マイクロレンズ５のレンズ間距離（Ｓ；Ｐ−Ｄ）の直径（Ｄ）に対する間隔比（Ｓ／Ｄ）の上限としては１／２が好ましく、１／５が特に好ましい。ここで、「レンズ間距離」とは、隣り合う一対のマイクロレンズ５間の最短距離を意味する。このようにマイクロレンズ５のレンズ間距離（Ｓ）を上記上限以下とすることで、光学的機能に寄与しない平坦部が低減され、当該液晶表示装置用光学シート１の集光、光拡散等の光学的機能が格段に向上される。

マイクロレンズ５の個々の光線出射角度の平均が液晶表示装置用光学シート１平面への法線に対して±２５°以上とすることが好ましく、±４０°とすることが特に好ましい。このような光線出射角度を有するマイクロレンズ５からマイクロレンズアレイ３を形成することで、液晶表示装置用光学シートとして必要な視野角特性を得ることができる。

マイクロレンズ６は、部分的略球形の反転形状を有する、いわゆる凹レンズである。このように、基材層２の裏面に設けられたマイクロレンズアレイ４のマイクロレンズ６が凹レンズであることで、当該液晶表示装置用光学シート１の光拡散性が格段に向上する。すなわち、当該液晶表示装置用光学シート１によれば、バックライトからの光線が光学シート１の裏面に入射する際、マイクロレンズ６の凹状の界面により、光線は分散する方向（光が広がる方向）に屈折されるため、光拡散性が向上する。

このように、当該液晶表示装置用光学シート１の両面にマイクロレンズアレイ３及び４を形成することで、光が入射する裏面において凹状のマイクロレンズ６により光を拡散させ広視野角を得ることができ、光が出射する表面において凸状のマイクロレンズ５により光を法線方向へ立ち上げることによって正面輝度を保つことができる。特に、基材層２とマイクロレンズアレイ３及び４を一体に同一素材で形成した場合、これらの屈折は液晶表示装置用光学シート１の表裏の界面のみで行われるため、つまり液晶表示装置用光学シート１内部での光の屈折、散乱等は生じないため、光の液晶表示装置用光学シート１内部での損失が極めて少なくすることができ、光透過率及び正面輝度を高めることができる。

マイクロレンズ６の平均半径としては、２μｍ以上６０μｍ以下、特に６μｍ以上４０μｍ以下が好ましい。マイクロレンズ６の平均半径を上記範囲とすることで、液晶表示装置用光学シート１裏面のマイクロレンズアレイ４上において、入光するバックライトからの光線が分散する方向（光が広がる方向）に効果的に屈折し、光拡散性が向上する。マイクロレンズ６の平均半径が上記範囲未満であると、ライトが発する光線の波長との関係で回折現象が生じるおそれがあり、上記範囲を超えると、十分な光拡散性を有さない。

マイクロレンズ６の平均半径は、マイクロレンズ５の平均半径の１／１２以上１以下であることが好ましい。裏面のマイクロレンズ６と表面のマイクロレンズ５の平均半径比をこのように設けることにより、一定の正面輝度を確保しつつ、光拡散性を向上させることができる。マイクロレンズ６の平均半径が、マイクロレンズ５の平均半径の１／１２未満の場合は、散乱および回折現象のため正面輝度が大きく減少してしまい、逆に１を超えると十分な光拡散性を示さず輝度の均一性が減少する。

マイクロレンズ６の充填率の下限としては、５０％、特に７０％、さらに特に８０％が好ましい。このようにマイクロレンズ６の充填率を上記下限以上とすることで、当該光学シート１表面におけるマイクロレンズ６の占有面積を高め、当該液晶表示装置用光学シート１の光拡散等の光学的機能が格段に向上される。

当該液晶表示装置用光学シート１の製造方法としては、上記構造のものが形成できれば特に限定されるものではなく、種々の方法が採用される。当該液晶表示装置用光学シート１の製造方法としては、基材層２を作成した後にマイクロレンズアレイ３及びマイクロレンズアレイ４を別に形成する方法と、基材層２とマイクロレンズアレイ３及びマイクロレンズアレイ４とを一体成形する方法とが可能であり、具体的には、
（ａ）マイクロレンズアレイ３及び４の表面の反転形状を有するシート型に合成樹脂を積層し、そのシート型を剥がすことにより当該液晶表示装置用光学シート１を形成する方法、
（ｂ）マイクロレンズアレイ３及び４の表面の反転形状を有する金型に溶融樹脂を注入する射出成型法、
（ｃ）シート化された樹脂を再加熱して前記と同様の金型と金属板との間にはさんでプレスして形状を転写する方法、
（ｄ）マイクロレンズアレイ３及び４の表面の反転形状を周面に有する２つのロール型間に溶融状態の樹脂を通し、上記形状を転写する押出しシート成形法、
（ｅ）基材層に紫外線硬化型樹脂を塗布し、上記と同様の反転形状を有するシート型、金型又はロール型に押さえ付けて未硬化の紫外線硬化型樹脂に形状を転写し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｆ）上記と同様の反転形状を有する金型又はロール型に未硬化の紫外線硬化性樹脂を充填塗布し、基材層で押さえ付けて均し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法、
（ｇ）紫外線硬化型樹脂の代わりに電子線硬化型樹脂を使用する方法
などがある。

上記（ｄ）〜（ｆ）におけるロール型を用いる方法について以下説明する。表面にマイクロレンズアレイ３の反転形状を有するエンボスロールと、このエンボスロールと所定の間隔で平行に配置され、表面にマイクロレンズアレイ４の反転形状を有するエンボスロールとを用い、この２つのエンボスロールの間にフィルム状樹脂を通過させることにより、表面にマイクロレンズアレイ３が、裏面にマイクロレンズアレイ４が一体に形成される。当該方法によれば、所定のマイクロレンズアレイ３及び４を有する光学シートを容易かつ高精度に成形することができ、容易に同一材質で一体形成することもできる。さらには、エンボスロールで成形していることから、マイクロレンズアレイ３及び４に不連続なつなぎ目部分が生じることなく、シームレスな光学シートを製造することができる。

２つのエンボスロール間に通過されるフィルム状樹脂としては、溶融樹脂でもよいし、シート状樹脂の両面に未硬化の樹脂が積層されたもの等でもよいが、溶融した熱可塑性樹脂をＴダイからフィルム状に押出したものであることが好ましい。このように、いわゆる押出シート成形法によって製造することにより、溶融された状態で押出された樹脂を、エンボスロールで成形することができるため、フィルム成形と表面及び裏面のマイクロレンズアレイ３及び４を同時に行うことが可能となるため、容易かつ効率的に当該光学シートを製造することができる。

上記マイクロレンズアレイ３及び４の反転形状を有する型（金型、モールド型等）の製造方法としては、例えば基材上にフォトレジスト材料により斑点状の立体パターンを形成し、この立体パターンを加熱流動化により曲面化することで、マイクロレンズアレイ模型を作製し、このマイクロレンズアレイ模型の表面に電鋳法により金属層を積層し、この金属層を剥離することで製造することができる。

上記製造方法によれば、任意形状のマイクロレンズアレイ３及び４が容易かつ確実に形成される。そのため、マイクロレンズアレイ３及び４を構成するマイクロレンズ５及び６のサイズ、充填率、配設パターン等が容易かつ確実に調整され、その結果当該液晶表示装置用光学シート１の光学的機能が容易かつ確実に制御される。

上記マイクロレンズアレイ３及びマイクロレンズアレイ４の反転形状を有する型（シート型等）の別の製造方法としては、表面にマイクロレンズアレイ形状を有する光学シート原版を用い、光学シート原版の表面に押出ラミネート法により型用合成樹脂層を積層し、型用合成樹脂層から光学シート原版を剥離することで製造することができる。押出ラミネート法の中でも、特にサンドイッチ押出ラミネート法により、光学シート原版と型用基材シートとの間に型用合成樹脂層を積層するとよい。

上記製造方法によれば、押出ラミネート法により表面にマイクロレンズアレイ形状を有する光学シート原版の表面形状を忠実に転写できるため、光拡散機能等の光学的性能が高い光学シートを生産性よく製造することができる。特に、サンドイッチ押出ラミネート法によれば、型用基材シートにより光学シート形成型の強度が確保され、型用合成樹脂層を構成する合成樹脂を光学シート原版の表面形状の転写性や、耐熱性、光学層用合成樹脂層との剥離性等を主眼に選定することができ、生産される光学シート材の表面形状の精密付型性や光学シート形成型の長寿命化に寄与する。

また、上記押出ラミネート法による製造方法によれば、ランダムな径を有する複数のマイクロレンズ６からなる裏面のマイクロレンズアレイ４の反転形状を有する型も、複数の径を有するビーズを塗工することによって形成された光拡散シートを原版として転写させることによって、容易に製造することができる。

図２に示すエッジライト型バックライトユニットは、導光板７と、この導光板７の対偶辺に配設される一対の線状ランプ８と、導光板７の表面側に重ねて配設される液晶表示装置用光学シート１とを備えている。ランプ８から発せられ、導光板７表面から出射される光線は法線方向に対して所定角度傾斜した比較的強いピークを有しているが、当該バックライトユニットによれば、正面側への集光機能、法線方向側への変角機能において従来の機能を有しつつ格段に高い光拡散機能を有する当該液晶表示装置用光学シート１により、輝度の均一化が図られ、広い視野角を有する光に変換される。従って、当該バックライトユニットは、従来必要であった光学シート（ビーズ塗工シート等）の装備枚数の低減化が図られ、薄型化、高品質化及び低コスト化が促進される。さらには、光学シート装備枚数の低減化により、輝度の向上が促進される。なお、エッジライト型バックライトユニットは、４本、６本等のランプ８が装備されることもある。

図３の液晶表示装置用光学シート１１は、基材層２と、この基材層２の表面に形成されるマイクロレンズアレイ３と、この基材層２の裏面に形成されるマイクロレンズアレイ１２とを備えている。この基材層及びマイクロレンズアレイ３は、上記図１の液晶表示装置用光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

マイクロレンズアレイ１２は、略同一径を有する多数のマイクロレンズ１３から構成されている。

マイクロレンズ１３は凹レンズである。また、マイクロレンズ１３の径は、表面のマイクロレンズアレイ３を構成するマイクロレンズ５と同一の径あるいはそれ未満であることが好ましい。

マイクロレンズ１３は、基材層２の裏面に比較的密にかつ幾何学的に配設されている。マイクロレンズ１３は、基材層２の裏面において、正三角形格子パターンで配設されている。従って、マイクロレンズ１３のピッチ及びレンズ間距離は全て一定である。この配設パターンは、マイクロレンズ１３を最も密に配設することができ、当該液晶表示装置用光学シート１の光拡散機能等の光学的機能を向上することができる。特に、表面のマイクロレンズ５の中心上に裏面のマイクロレンズ１３の中心が位置するように配設する、又は、表面のマイクロレンズアレイ３を構成する正三角形格子パターンの各三角形の中心上に裏面のマイクロレンズ１３の中心が位置するように配設することにより、表裏両面のマイクロレンズアレイの相乗効果を高めることができ、光拡散機能等の光学的機能を格段に向上させることができる。

図４の液晶表示装置用光学シート２１は、基材層２と、この基材層２の表面に形成されるマイクロレンズアレイ３と、この基材層２の裏面に形成されるマイクロレンズアレイ２２とを備えている。この基材層及びマイクロレンズアレイ３は、上記図１の液晶表示装置用光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

マイクロレンズアレイ２２は、ランダムな径を有する多数のマイクロレンズ２３から構成されている。

マイクロレンズ２３は凸レンズである。マイクロレンズ２３の平均半径としては、液晶表示装置用光学シート１のマイクロレンズ６と同様に、２μｍ以上２４μｍ以下、特に６μｍ以上１８μｍ以下が好ましく、表面に設けられたマイクロレンズ５の平均半径の１／１２以上１以下であることが好ましい。また、マイクロレンズ２３の充填率の下限としては５０％、特に７０％、さらに特に８０％が好ましい。

また、マイクロレンズ２３の平均焦点距離が、基材層２の平均厚さの１／２以下であるとよい。このような焦点距離を有するマイクロレンズ２３によれば、液晶表示装置用光学シート２１の裏面から入射した光線が、裏面のマイクロレンズアレイ２２界面で屈折された後、表面に形成されたマイクロレンズアレイ３の界面に到達するまでに分散されるために、当該液晶表示装置用光学シート２１の光拡散機能を向上させることができる。

図５の液晶表示装置用光学シート３１は、基材層２と、この基材層２の表面に形成されるマイクロレンズアレイ３と、この基材層２の裏面に形成されるマイクロレンズアレイ３２とを備えている。この基材層及びマイクロレンズアレイ３は、上記図１の液晶表示装置用光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

マイクロレンズアレイ３２は、略同一径を有する多数のマイクロレンズ３３から構成されている。

マイクロレンズ３３は凸レンズである。マイクロレンズ３３の径は、表面のマイクロレンズアレイ３を構成するマイクロレンズ５と同一の径あるいはそれ未満であることが好ましい。マイクロレンズ３３の径を表面側のマイクロレンズ５と異なる大きさにすることによれば、対象物に応じた焦点距離の調整を行うことができ、表面と裏面のマイクロレンズの組み合わせにより光拡散性及び面均一性を更に高めることができる。

マイクロレンズ３３は、基材層２の裏面に比較的密にかつ幾何学的に配設されている。マイクロレンズ３３は、基材層２の裏面において、正三角形格子パターンで配設されている。従って、マイクロレンズ３３のピッチ及びレンズ間距離は全て一定である。この配設パターンは、マイクロレンズ３３を最も密に配設することができ、当該液晶表示装置用光学シート１の光拡散機能等の光学的機能を向上することができる。特に、表面のマイクロレンズ５の中心上に裏面のマイクロレンズ３３の中心が位置するように配設する、又は、表面のマイクロレンズアレイ３を構成する正三角形格子パターンの各三角形の中心上に裏面のマイクロレンズ３３の中心が位置するように配設することにより、表裏両面のマイクロレンズアレイの相乗効果を高めることができ、光拡散機能等の光学的機能を格段に向上させることができる。

また、マイクロレンズ３３の平均焦点距離が、基材層２の平均厚さの１／２以下であるとよい。このような焦点距離を有するマイクロレンズ３３によれば、液晶表示装置用光学シート２１の裏面から入射した光線が、裏面のマイクロレンズアレイ３２界面で屈折された後、表面のマイクロレンズアレイ３の界面に到達するまでに分散されるため、当該液晶表示装置用光学シート３１の光拡散機能を向上させることができる。

上記液晶表示装置用光学シート１１、２１及び３１いずれにおいても、液晶表示装置用光学シートの両面にマイクロレンズアレイが形成されていることで、光が入射する裏面においてマイクロレンズ１３、２３又は３３により光を拡散させ輝度の均一化及び広視野角を得ることができ、光が出射する表面において凸状のマイクロレンズ５により光を法線方向へ立ち上げることによって高い正面輝度を保つことができる。

なお、本発明の液晶表示装置用光学シートは上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、表面のマイクロレンズの配設パターンとしては、稠密充填可能な上記正三角形格子パターンに限定されず、正方形格子パターンやランダムパターンも可能である。ランダムパターンによれば、当該液晶表示装置用光学シートを他の光学部材と重ね合わせた際にモアレの発生が低減される。また、表面に凹レンズのマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設けることも可能である。表面に凹レンズのマイクロレンズアレイを設けた場合も、上記凸レンズのマイクロレンズアレイを設けた場合と同様に優れた光拡散性等、光学的機能を有する。さらには、表面のマイクロレンズと裏面のマイクロレンズとが、それぞれ異なる屈折率の材料からなってもよい。このように表面と裏面が異なった屈折率材質からなるマイクロレンズから形成されることにより、材質間の界面に置いても光の屈折等が生じるため、当該液晶表示用光学シートの光拡散性及び面均一性を高めることができる。

以下、実施例に基づき、本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

〔比較例〕
厚さ１００μｍの透明ポリエチレンテレフタレート製フィルムの表面に、凸レンズのマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられた液晶表示装置用光学シートを用いた。比較例のマイクロレンズシートのマイクロレンズの平均直径は６０μｍ、充填率は７０％として成形した。

〔実施例１〜４〕
厚さ１００μｍの透明ポリエチレンテレフタレート製フィルムの表面に、凸レンズのマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設け、裏面には以下の形状のマイクロレンズアレイをそれぞれ設けた。裏面にランダムな径を有する凹レンズであるマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設けることにより実施例１の液晶表示装置用光学シートを得た。裏面に略同一径を有する凹レンズであるマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設けることにより実施例２の液晶表示装置用光学シートを得た。裏面に、ランダムな径を有する凸レンズであるマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設けることにより実施例３の液晶表示装置用光学シートを得た。裏面に略同一径を有する凸レンズであるマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを設けることにより実施例４の液晶表示装置用光学シートを得た。

裏面のマイクロレンズアレイにおいて、略同一径を有するマイクロレンズの平均直径は６０μｍ、ランダムな径を有するマイクロレンズの平均直径は１２μｍ、充填率は全て７０％として成形した。

〔特性の評価〕
上記実施例１〜４の液晶表示装置用光学シート及び比較例の液晶表示装置用光学シートを用い、これらのヘイズ値を測定した。かかるヘイズ値はＪＩＳ−Ｋ７１３６に規定される測定方法に準じ、スガ試験機株式会社製のヘイズメーターにより測定した。また、上記実施例２、４及び比較例の液晶表示装置用光学シートを用い、これらの輝度半値角を測定した。さらには、上記実施例２、４及び比較例の液晶表示装置用光学シートを用い、これらのシートを実際に直下型バックライトユニットに組み込み、光拡散性を評価した。光拡散性の評価は、バックライトを照射した際の表面側からのランプイメージの消去度について目視確認し、
（ａ）ランプイメージがほとんど見えない場合を◎
（ｂ）ランプイメージが見えにくい場合を○
（ｃ）ランプイメージがやや見える場合を△
（ｄ）ランプイメージがはっきり見える場合を×
として評価した。その結果を下記表１に示す。また、図６に比較例の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真、図７に実施例２の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真、図８に実施例４の液晶表示装置用光学シートを直下型バックライトユニットに組み込んだ際のランプイメージ写真をそれぞれ示す。

上記表１に示すとおり、実施例１〜４の液晶表示装置用光学シートは、裏面にマイクロレンズアレイを備えていない比較例の液晶表示装置用光学シートよりも高いヘイズ値を示している、すなわち高い光拡散性及び広い視野角を有することが示されている。また、実施例１〜４において比較すると、裏面のマイクロレンズはランダムな径を有し、かつ凹レンズ形状を有しているものが高いヘイズ値を示す、つまり高い光拡散性及び広い視野角を有することが示されている。

また、表１に示すとおり、実施例２及び４の液晶表示装置用光学シートは、裏面にマイクロレンズアレイを備えていない比較例の液晶表示装置用光学シートよりも広い輝度半値角を有している。

更には、表１及び図７〜９に示すとおり、実施例２及び４の液晶表示装置用光学シートは、ランプイメージの消去度も高い。すなわち実施例２及び４の液晶表示装置用光学シートは、高い光拡散性及び広い視野角を有することが示されている。また、ランプイメージの消去度（図８と図９の比較）から、裏面に凹レンズ形状のマイクロレンズを有する液晶表示装置用光学シートが、より高い光拡散性及び広視野角を有していることが示されている。

以上のように、本発明の液晶表示装置用光学シートは、液晶表示装置のバックライトユニットの構成要素として有用であり、特に透過型液晶表示装置に用いるのに適している。

１ 液晶表示装置用光学シート
２ 基材層
３ マイクロレンズアレイ
４ マイクロレンズアレイ
５ マイクロレンズ
６ マイクロレンズ
７ 導光板
８ ランプ
１１ 液晶表示装置用光学シート
１２ マイクロレンズアレイ
１３ マイクロレンズ
２１ 液晶表示装置用光学シート
２２ マイクロレンズアレイ
２３ マイクロレンズ
３１ 液晶表示装置用光学シート
３２ マイクロレンズアレイ
３３ マイクロレンズ
４０ バックライトユニット
４１ ランプ
４２ 導光板
４３ 光学シート
４４ マイクロレンズシート
４５ プリズムシート
４６ プリズム部
４７ マイクロレンズアレイ

Claims (8)

1. 透明な基材層と、
   この基材層の液晶表示装置のバックライトユニットに備えた場合に液晶表示装置側に向く面である表面及びこの表面の反対側の面である裏面に形成される複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと
   を備え、
   裏面のマイクロレンズアレイが、ランダムな径を有する複数のマイクロレンズからなり、
   裏面のマイクロレンズが、凹レンズである液晶表示装置用光学シート。
2. 表面のマイクロレンズの平均半径が、３μｍ以上９０μｍ以下である請求項１に記載の液晶表示装置用光学シート。
3. 裏面のマイクロレンズの平均半径が、２μｍ以上６０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置用光学シート。
4. 裏面のマイクロレンズの平均半径が、表面のマイクロレンズの平均半径の１／１２以上１以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の液晶表示装置用光学シート。
5. 基材層と、この基材層の表面及び裏面のマイクロレンズアレイとが一体形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置用光学シート。
6. 少なくとも表面のマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配設パターンが正三角形格子パターン又はランダムパターンである請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置用光学シート。
7. 上記表面のマイクロレンズアレイの反転形状を有するエンボスロールと、このエンボスロールと平行に配置され、上記裏面のマイクロレンズアレイの反転形状を有するエンボスロールとを用いた押出シート成形法により形成されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置用光学シート。
8. ランプから発せられる光線を分散させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置用光学シートを備えていることを特徴とする液晶表示装置用のバックライトユニット。