JP5571313B2 - 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、光拡散、光線の法線方向への変角等の光学的諸機能を有し、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７０は、一般的には図１１（ａ）に示すように、光源としての棒状のランプ７１と、このランプ７１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板７２と、この導光板７２の表面側に積層される複数枚の光学シート７３とを装備している。この光学シート７３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７２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７４、（２）マイクロレンズシート７４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７５などが該当する。

このバックライトユニット７０の機能を説明すると、まず、ランプ７１より導光板７２に入射した光線は、導光板７２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７２表面から出射される。導光板７２から出射した光線は、マイクロレンズシート７４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７４から出射された光線は、プリズムシート７５に入射し、表面に形成されたプリズム部７６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７０は、このようにランプ７１から出射された光線が、光学シート７３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７２の導光特性や光学シート７３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７３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７４としては、一般的には図１１（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７７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、法線方向への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７０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。また、光線の出射方向の制御のためには、マイクロレンズの表面形状を調整する必要があるが、この調整及びこの調整による出射方向の制御は技術的に困難である。

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、光線の法線方向への変角機能及びその制御機能が格段に高い光学シート及びこれを用いたバックライトユニットの提供を図るものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
表面が光反射性を有するシート状の基材と、
この基材の上面から下面に貫設され、上面側に形成される出光部と下面側に形成される入光部とを有する複数の光誘導孔と
を備え、
上記出光部の中心点（Ｒ _１ ）と上記入光部の中心点（Ｒ _２ ）を結ぶ中心線が基材平面に対して垂直となり、
上記光誘導孔の出光部の平均面積をＳ _１、 入光部の平均面積をＳ _２ とした場合、
上記基材の平均厚さ（ｈ）が、（√Ｓ _１ −√Ｓ _２ ）／２以上（√Ｓ _１ −√Ｓ _２ ）以下である光学シートである。

当該光学シートによれば、基材下面側に位置する光誘導孔の入光部から光誘導孔に入射した光が、光誘導孔の壁面に入射する際に当該光学シートの法線方向に反射され、出光部から出射されるため、光線を効果的に法線方向へ立ち上げることができる。また、当該光学シートによれば、入光部から入光しなかった光線も、基材下面によって反射され、当該光学シートの下面側に設けられる反射シートによって反射されることにより再度利用されるとともに光拡散性を高めることができる。従って当該光学シートによれば、正面輝度を高め、光線の損失を低減させることができるとともに、複数回の反射により拡散性及び均一性が高まり、光源のランプイメージの消去効果を高めるとともに、広視野角を有する出射光を照射させることができ、更には出射光の輝度ムラを低減させることができる。

上記光誘導孔の出光部の平均面積（Ｓ_１）の入光部の平均面積（Ｓ_２）に対する面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）は１以上１００００以下であるとよい。当該光学シートによれば、光誘導孔の出光部及び入光部が上記面積比を有することにより、出光部から出射する光線の拡散性及び指向性を容易に制御することができる。

上記出光部の充填率は、７０％以上１００％以下であるとよい。このような出光部の充填率を有する当該光学シートによれば、バックライトからの光線を、光損失を抑えて出光部から出射させることができる、また当該光学シートの上面全面から均一に出射させることができるため、正面輝度を高めかつ輝度ムラを低減させることができる。

上記基材の平均厚さ（ｈ）は、５μｍ以上５ｍｍ以下であるとよい。このような基材の平均厚さ（ｈ）を有する当該光学シートによれば、光学ユニットの薄型化の要求に対応しつつ高い光学機能を発揮させることができる。

上記出光部の平均面積（Ｓ_１）は２５μｍ^２以上２５ｍｍ^２以下であるとよい。上記範囲の出光部を有する当該光学シートによれば、一定の基材強度及び制御機能を確保しつつ、出射光の輝度を高めかつ輝度ムラを低減させることができる。

上記出光部及び入光部は、円形、楕円形、正方形、菱形又は長方形のいずれかの形状であるとよい。出光部及び入光部が上記形状を有することにより、出光部と入光部の面積及びその充填率を高めることができ、その結果輝度を高めるとともに容易に制御することができる。さらには、楕円、正方形、菱形又は長方形の形状を開口部が有することにより、出射光が拡散異方性を有することができる。

上記光誘導孔の壁面の傾斜角は、入光部から出光部にかけて一定、漸増又は漸減する構造を有していることが好ましい。光誘導孔の壁面の傾斜角が上記構造を有していることにより、光線を法線方向に極めて効果的に変角させることができるとともに、指向性を容易に制御することができる。

上記基材の表面の反射率は５０％以上であることが好ましい。このように高い反射率を基材全面が有していることで、光源からの光のロスを減少させ、効率的に光を利用することができる上、複数回の反射が可能となることで、拡散性及び面均一性が向上し輝度ムラが低減される。

出光部の中心点（Ｒ１）と入光部の中心点（Ｒ２）を結ぶ中心線が基材平面に対して垂直である。このように、光誘導孔が基材に対して垂直方向に貫設されることで、光源から発せられる光線を法線方向に極めて効果的に変角させることができる。

上記光誘導孔の配設パターンは正三角形格子パターン又は正方形格子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及び正方形格子パターンは、光誘導孔をより密に配設することができるため、当該光学シートの光誘導孔及びその出光部充填率が容易に高められ、光拡散、法線方向への変角等の光学的機能が格段に向上される。

各光誘導孔においてθが最大となるときの上記中心線ｌを含む平面を平面α、θをθ_α及びφをφ_αとし、
上記中心線を含み平面αと直交する平面βによる光誘導孔の断面において、
θをθ_β及びφをφ_βとした場合に、
θ_α、θ_β、φ_α及びφ_βが、１０°≦θ_α−θ_β≦５０°又は２０°≦φ_α−φ_β≦６０°を満たしていることが好ましい。

上記関係式を満たす光誘導孔を有する当該光学シートは、縦方向と横方向によって光拡散性及び光出射角度を変えることができるため、拡散異方性を有し、光学シートに対する方向によって視野角を変化させることができる。

上記基材の平均厚さ（ｈ）は、（√Ｓ_１−√Ｓ_２）／２以上（√Ｓ_１−√Ｓ_２）以下である。基材の平均高さ（ｈ）と、出光部の平均面積（Ｓ_１）及び入光部の平均面積（Ｓ_２）が上記関係を満たすことにより、入光部への光線の入射角と光誘導孔の壁面の傾斜角が調整され、極めて優れた光線の法線方向への変角機能を発揮することができ、かつ指向性を高めることができる。

上記基材の上面又は下面に積層される透明な合成樹脂層を備えていることも好ましい。このような合成層を備えていることで、当該光学シートの光学的機能を保ちつつ、光学シートの強度を高めることができる。

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、光拡散機能、光線の法線方向への変角機能及びその制御機能が格段に高い当該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、基材の「表面」とは、シート状の基材の形状を形成する外面の全面をいい、上面、下面及び光誘導孔の壁面を含む概念である。基材の「上面」とは、相対的な概念であり、通常光学シートとして液晶表示装置用バックライトに用いる際に液晶層側となる基材の一面をいう。また、基材の「下面」とは、上記上面とは異なる他の一面であり、通常光学シートとして液晶表示装置用バックライトユニットに用いる際に導光板側となる基材の一面をいう。光誘導孔の「出光部」とは、基材上面側の光誘導孔の開口部分をいう。光誘導孔の「入光部」とは、通常、基材下面側の光誘導孔の開口部をいい、光誘導孔においてシート状基材平行方向の断面積が最小となる断面部分が出光部と下面側の開口部との間に存在する場合は当該最小断面部分をいう。出光部及び入光部の「面積」とは、シート状基材平行方向の出光部及び入光部の断面積をいう。出光部の「充填率」とは、表面投影形状における単位面積当たりの出光部の面積比を意味する。出光部及び入光部の「中心点」とは、出光部及び入光部が円の場合はその円の中心付近、楕円の場合は２つの焦点の中点付近、正方形、菱形又は長方形の場合は２つの対角線の交点付近のことをいう。「正三角形格子パターン」とは、上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、「正方形格子パターン」とは、上面を同一形状の正方形に区分し、その正方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、本発明の光学シートによれば、光学的機能、特に光拡散機能、光線の法線方向への変角機能及びその制御機能を格段に高くすることができる。従って当該光学シートによれば、光源からの光を効率よく正面方向へ出射させることができるため、正面輝度が高まり、視野角及び輝度の制御も容易に行うことができる。更には、当該光学シートによれば、高い光拡散性を有することにより、広視野角を有し、光源のランプイメージの消去効果を高め、輝度ムラを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的斜視図（ａ）及び模式的断面図（ｂ） 図１の光学シートの光誘導孔を示す模式的斜視図 図１の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の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的斜視図 図４の光学シートの光誘導孔を示す模式的斜視図 図１及び図４の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図 図１、図４及び図６の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図 図１、図４、図６及び図７の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図 図１、図４、図６、図７及び図８の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図 図１、図４、図６、図７、図８及び図９の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図 従来の一般的なエッジライト型バックライトユニットを示す模式的斜視図（ａ）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（ｂ）

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（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的斜視図及び模式的断面図、図２は図１の光学シートの光誘導孔を示す模式的斜視図、図３は図１の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４は図１の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的斜視図、図５は図４の光学シートの光誘導孔を示す模式的斜視図、図６乃至図１０は図１、図４及び図６乃至図１０の他の光学シートとは互いに異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図である。

図１の光学シートは、基材２と、この基材２の上面から下面に貫設される複数の光誘導孔３とを備えている。

基材２は、表面が光反射性を有している。この表面の反射率としては、５０％以上、好ましくは７０％以上、特に好ましくは９０％以上であるとよい。表面が上記反射率を有していることで、光源からの光の損失を抑え、効率よく法線方向へ拡散性の高い光を出射させることができ、出射光の輝度を高めることができる。

表面に光反射性を備えるためには、基材２が光反射性を有する白色合成樹脂から成形されている、あるいは基材２表面に白色合成樹脂あるいは金属からなる反射層がコーティングされるとよい。基材２が白色合成樹脂から形成されている、あるいは白色合成樹脂が表面にコーティングされている場合、基材２に入射された光線は、基材２表面にて拡散反射されるため、出射光の拡散性及び均一性を更に高めることができる。一方、基材表面に金属がコーティングされている場合、基材２に入射された光線は、基材２表面にて鏡面反射されるため、出射光の指向性を高めることができる。

基材２が白色合成樹脂から形成されている場合、この白色合成樹脂は、白色顔料や微小気泡を分散含有している。この基材２に使用可能な合成樹脂としては、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、耐候性塩化ビニル等が挙げられる。中でも、耐熱性に優れるポリエチレンテレフタレートが好ましい。なお、含有する白色顔料としては、酸化チタン（チタン白）、酸化亜鉛（亜鉛華）、炭酸鉛（鉛白）、硫酸バリウム、炭酸カルシウム（白亜）等を用いることができる。中でも、隠蔽性向上効果が大きい酸化チタンが好ましい。

上記白色顔料及び微小気泡の平均径としては、０．１μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下、特に好ましくは０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましい。白色顔料の場合、径が上記範囲以上であれば、基材２への分散性が良好であり、均質なシートを得ることができる。また、白色顔料及び微小気泡の径が上記範囲以下であれば基材２と白色顔料又は微小気泡との界面が緻密に形成されるので、当該光学シート１に高い光反射性を付与することができる。更には、微小粒子又は気泡の屈折率はその径と大きな関係があり、波長の１／２前後で光散乱が最大となる。つまり、微細粒子又は気泡はその径の２倍の波長域の光線を最も高い割合で反射する。従って３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの可視光全域で高い反射率を保つには、径がその波長の１／２となる１９０ｎｍ〜３９０ｎｍであることが特に好ましい。

基材２が表面に白色合成樹脂あるいは金属からなる反射層をコーティングされている場合、基材２本体の材質としては特に限定されるものではない。加工性、耐熱性等を考慮して、上記同様、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、耐候性塩化ビニル等が挙げられる。

基材２中には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合成樹脂から基材２を形成することで、当該光学シート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２中に耐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２を形成することで、当該光学シート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。

かかる紫外線吸収剤としては、紫外線を吸収し、効率よく熱エネルギーに変換できるもので、かつ、光に対して安定な化合物であれば特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。中でも、紫外線吸収機能が高く、上記基材２を構成する合成樹脂との相溶性が良好で、合成樹脂中に安定して存在するサリチル酸系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤及びシアノアクリレート系紫外線吸収剤が好ましく、これらの群より選択される１種又は２種以上のものを用いるとよい。また、紫外線吸収剤としては、分子鎖に紫外線吸収基を有するポリマー（例えば、（株）日本触媒の「ユーダブルＵＶ」シリーズなど）も好適に使用される。かかる分子鎖に紫外線吸収基を有するポリマーを用いることで、基材２を構成する合成樹脂との相溶性が高く、紫外線吸収剤のブリードアウト等による紫外線吸収機能の劣化を防止することができる。

基材２を形成する合成樹脂に対する上記紫外線吸収剤の含有量の下限としては０．１質量％、特に１質量％、さらに３質量％が好ましく、紫外線吸収剤の上記含有量の上限としては１０質量％、特に８質量％、さらに５質量％が好ましい。これは、合成樹脂に対して紫外線吸収剤の質量比が上記下限より小さいと、光学シート１の紫外線吸収機能を効果的に奏することができないためであり、逆に、紫外線吸収剤の質量比が上記上限を超えると基材２を形成する合成樹脂に悪影響を及ぼし、基材２の強度、耐久性等の低下をもたらすことからである。

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。

基材２表面に反射層としてコーティングする金属としては、銀もしくはアルミニウムが好ましい。特に、銀反射層を真空蒸着、スパッタリングあるいはイオンプレーティング等のドライプロセスを用いて薄膜成形し、基材２本体の表面にコーティングする方法が特に好ましい。

なお、銀反射層等の光沢性金属表面は非常に傷つきやすく、また酸化劣化等も発生しやすい状態にあるため、表面に保護膜として紫外線硬化性アクリル樹脂塗料を塗布する等して傷つき等による光学特性の悪化を防止するのが好ましい。

また、反射層として白色合成樹脂をコーティングする方法としては、白色顔料からなる塗料をコーティングすることが好ましい。当該白色顔料としては、酸化チタン（チタン白）、酸化亜鉛（亜鉛華）、炭酸鉛（鉛白）、硫酸バリウム、炭酸カルシウム（白亜）などを用いることができる。この塗料に含有される場合の白色顔料の粒径も、基材２に直接含有される上記白色顔料と同様のサイズが好ましい。

基材２の平均厚さとしては、５μｍ以上５ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下であるとよい。基材２の平均厚さが上記範囲未満であるとカールが発生しやすくなってしまうことがあり、また後述する光誘導孔３の光学機能を十分に発揮及び制御することが困難となるとともに、基材２の強度が低下し光学シートの長期使用が困難となる。逆に、基材２の厚みが上記範囲を超える場合は、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。

光誘導孔３は、上面側に形成される円形状の出光部４、下面側に形成される円形状の入光部５及び壁面６を有し、略均等の大きさ（出光部４及び入光部５の面積）及び間隔で基材２に複数貫設されている。光誘導孔３の出光部４の平均面積（Ｓ_１）としては２５μｍ^２以上２５ｍｍ^２以下、好ましくは１００μｍ^２以上２５００００μｍ^２、特に好ましくは２５００μｍ^２以上４００００μｍ^２以下であるとよい。出光部４の面積が上記範囲未満であると、光誘導孔３への光線の出射効率が下がるため照射輝度が低下し、上記範囲を超えると光拡散性が低下し、輝度ムラが生じるおそれがある。

光誘導孔３の出光部４の平均面積（Ｓ_１）の入光部５の平均面積（Ｓ_２）に対する面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）としては、１以上１００００以下、好ましくは２以上１０００以下、さらに好ましくは４以上５００以下であるとよい。光誘導孔３の出光部４と入光部５がこのような面積比で構成されていることにより、光源からの光線を光誘導孔３の入光部５から入光された際、壁面６によって法線方向に反射させることができるため、光源からの光を効率よく拡散及び法線方向へ立ち上げることができる。なお、出光部４の面積（Ｓ_１）の入光部５の面積（Ｓ_２）に対する面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）が１に近づくほど、指向性の高い光を出光部４から出射させることができ、面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）を大きくするに従い指向性を抑え広視野角に出射させることができる。このように当該光学シート１によれば、必要とする機能及び用途等に応じて、面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）を調整することにより、指向性及び視野角の制御を容易に行うことができる。

光誘導孔３は、比較的密にかつ幾何学的に配設されている。光誘導孔３は、基材２の上面において正方形格子パターンで配設されている。従って、光誘導孔３のピッチは全て一定である。この配設パターンは、基材２の強度を確保しつつ光誘導孔３を均一かつ密に配設することができ、当該光学シート１の光拡散機能、変角機能等の光学的機能及び出射光の面均一性を高めることができる。

出光部４の充填率としては、７０％以上１００％以下、好ましくは８５％以上１００％以下であるとよい。このように出光部４の充填率の高い当該光学シートによれば、上面全面から光源からの光線を効率よく出射させることができるため、光線の損失を抑え、正面輝度を高めることができる。

図１に示す光学シート１の出光部４は正方形格子パターンかつ円形状に設けられているため、充填率は最大でも８０％を超えることはないが（正方形に内接する円の面積の割合は、π／４≒０．７９）、後述する図４に示す光学シート１１のように出光部１４を菱形等に設けることにより、出光部１４の充填率を最大の１００％とすることが可能となる。

壁面６は、傾斜角が入光部５から出光部４にかけて一定である構造を有しており、光誘導孔３はいわゆる円錐台形状となっている。当該手段によれば、壁面６の傾斜角が一定であることにより、光線の壁面６による反射が一様となり、出射光の拡散性及び均一性を高め、輝度ムラを低減することができる。

図２に示すように、光誘導孔３は、出光部４の中心点（Ｒ_１）と入光部５の中心点（Ｒ_２）を結ぶ中心線ｌが基材２平面に対して垂直となるように貫設されている。このように、光誘導孔３が基材２に対して垂直方向に貫設されていることで、入光部５から入射する光源からの光線を壁面６によって法線方向に効果的に変角させることができるため、極めて高い正面輝度を有し、法線方向に指向性の高い出射光を出射することができる。

中心線ｌを含む任意の平面による光誘導孔３の断面において、出光部４と壁面６がなす２つの頂点を点Ａと点Ｂ、入光部５と壁面６がなす２つの頂点のうち点Ａと隣接する側の頂点を点Ｃ、点Ｂと隣接する側の頂点を点Ｄ、点Ａの直線ＣＤに対する垂点を点Ｅ及び点Ｂの直線ＣＤに対する垂点を点Ｆとし、∠ＡＣＥ＝θ、∠ＢＤＦ＝θ’、∠ＡＤＥ＝φ及び∠ＢＣＦ＝φ’とした場合において、θ及びθ’が常に３０°以上６０°以下、φ及びφ’が常に２０°以上６０°以下となるように形成されている。

光誘導孔３のθ、θ’、φ及びφ’が上記範囲であることにより壁面６の勾配が小さく形成される当該光学シート１によれば、入光部５から光が入射した際に、壁面６による法線方向への反射における反射角を浅くすることができる。光誘導孔３のθ及びφの角度を小さくすると指向性の低い光線を出射することができ、逆にθ及びφの角度を大きくすることで指向性の高い光線を出射することができる。従って当該光学シート１によれば、出光部４から出射する光線の方向が、中心線ｌ方向（光学シート１においては法線方向）を中心に広角度を有する（指向性が低い）こととなり、出光部４から広視野角の光線を出射することができる。

光誘導孔３は、θ、θ’、φ及びφ’が常に｜θ−θ’｜≦５°かつ｜φ−φ’｜≦５°、好ましくは｜θ−θ’｜≦２°かつ｜φ−φ’｜≦２°、特に好ましくはθ＝θ’かつφ＝φ’の関係式を満たしているように形成されている。θ、θ’、φ及びφ’が上記範囲である光誘導孔３は対称性が高く形成されているため、当該光学シート１によれば、光の拡散方向及び法線方向への立ち上げ方向に等方性を有し、正面輝度の高い光線を出光部４から出射させることができる。

基材２の平均厚さ（ｈ）と光誘導孔３の出光部平均面積（Ｓ_１）及び入光部平均面積（Ｓ_２）の関係としては、（√Ｓ_１−√Ｓ_２）／２≦ｈ≦（√Ｓ_１−√Ｓ_２）であるとよい。出光部４及び入光部５の形状を略正方形であると近似した場合、各開口部の平方根は各開口部の一辺の長さを表す。さらに、出光部４の中心が入光部５の中心上に位置するように貫設され、光誘導孔３の壁面６が一定の傾斜を有している（傾斜角が出光部４から入光部５まで一定）である当該光学シート１においては、θとｈとＳ_１及びＳ_２がｔａｎθ＝２ｈ／（√Ｓ_１−√Ｓ_２）の関係式で表される。ここで、光源からの光線を入光部５から入射させて、壁面６にて法線方向へ反射させるにはθ＝６０°（ｔａｎθ＝√３）であることが最も効果的であり、１≦ｔａｎθ≦２の範囲内で効果的に行うことができる。すなわち、ｈとＳ_１とＳ_２が、（√Ｓ_１−√Ｓ_２）／２≦ｈ≦（√Ｓ_１−√Ｓ_２）の関係を満たしている当該光学シート１は、斜め方向を含むあらゆる方向から入光部５へ入射する光源からの光線を効率的に法線方向へ立ち上げることができる。

図３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、この導光板の一辺に配設される線状ランプ８と、導光板の表面側に重ねて配設される光学シート１とを備えている。当該バックライトユニットによれば、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、光学シート１の入光部５へ入射される。入光部５へ入射した光線は、所定の傾斜角θ又はθ’を有する壁面６に入射し、法線方向へ反射される。また、直接入光部５へ入射されなかった光線は、基材２の下面によって反射され、再度導光板７によって反射される。従って、最終的に全ての光線が入光部５へ入射され、出光部４から出射されることとなる。このように当該バックライトユニットによれば、ランプ８から発せられる全ての光線が、光学シート１表面から法線方向を中心とした方向へ出射され、又複数回の反射により拡散性の高い光線に変換される。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、正面側への拡散機能、法線方向側への変角機能が格段に高い当該光学シート１により、輝度の均一化が図られ、広い視野角を有する光となって出射される。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。又、当該バックライトユニットは、光拡散性が高いため、ランプイメージ消去効果が高い。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。

バックライトユニットとしては、光学シート１のみならず、光学ユニットとして当該光学シート１と光拡散シート（ビーズ塗工シート等）とを重畳させて用いることもできる。このように当該光学シート１と光拡散シートとを重畳させることで、当該光学シート１の光学的機能と光拡散シートの光拡散機能の相乗効果により、光拡散機能、法線方向側への変角機能等の光学的機能を更に高めることができる。

あるいは、光学ユニットとして、光学シート１と、マイクロレンズシート又はプリズムシートとを重畳させて用いることもできる。このように当該光学シートとマイクロレンズシート又はプリズムシートとを重畳させることによっても、当該光学シート１の光学的機能と、マイクロレンズシート又はプリズムシートの高い光学的機能（透過光線に対する正面側への集光機能、拡散機能、法線方向側への変角機能等）の相乗効果により、上記光学的機能を更に高めることができる。

図４に示す光学シート１１は、基材２と、この基材２の上面から下面に貫設される複数の光誘導孔１３とを備えている。基材２は、上記光学シート１と同様であるため同一番号を付して説明を省略する。

光誘導孔１３は、菱形形状の出光部１４、菱形形状の入光部１５及び壁面１６を有し、出光部１４の充填率が１００％となるように形成されている。このように光誘導孔１３の出光部１４を菱形状とすることで、出光部１４の充填率を最大の１００％にまで高めることができるため、容易に充填率を調整することができ、出射する光線の輝度を容易に制御及び高めることができる。なお、このように出光部の充填率を１００％にするには、出光部の形状を菱形形状のみならず、正方形、長方形、平行四辺形等の四角形、正三角形又は正六角形等としてもよいし、異なる形状の出光部の組み合わせとしてもよい。

また、光学シート１１は、図５に示すとおり、各光誘導孔１３においてθが最大となるときの中心線ｌを含む平面を平面α、θをθ_α及びφをφ_αとし、上記中心線ｌを含み平面αと直交する平面βによる光誘導孔１３の断面において、θをθ_β及びφをφ_βとした場合に、θ_α、θ_β、φ_α及びφ_βの関係が、１０°≦θ_α−θ_β≦５０°又は２０°≦φ_α−φ_β≦６０°を満たすように形成されている。上記関係式を満たす各光誘導孔１３を有する当該光学シート１１は、光誘導孔１３の開口角度を縦方向（平面β方向）より横方向（平面α方向）に大きく形成されているため、横方向（平面α方向）に広角度に光線を出射させることができる。すなわち当該光学シート１１によれば、縦方向と横方向で視野角の異なる液晶表示装置を提供することができる。なお、θ_α−θ_β及びφ_α−φ_βの値が上記範囲未満の場合は、縦横の角度差が小さく十分な特徴を発揮することができず、上記範囲を超える場合は拡散異方性が強すぎるため、輝度ムラ等が生じてしまう。

さらには、当該光学シート１１によれば、各光誘導孔１３において平面α及び平面βの方向以外の方向に、θ及びφの角度が更に小さくなる方向が存在する。このように、光誘導孔の形状を菱形意外にも様々な形状（正方形、長方形、楕円形等）とすることによりθ及びφの角度を調整することができ、用途に応じた光拡散性等の光学的機能を調整することができる。つまり、一つの光誘導孔においても、θ及びφの角度を小さくするとその方向において指向性の低い光線を出射することができ、逆にθ及びφの角度を大きくするとその方向において指向性の高い光線を出射することができる。この際、θの最大値と最小値の幅又はφの最大値と最小値の幅は、１０°以上５０°以下であるとよい。この幅が１０°未満であれば十分な拡散異方性を発揮することができず、５０°を超える場合には、拡散異方性が強すぎるために輝度ムラ等が生じてしまう。

図６に示す光学シート２１は、基材２と複数の光誘導孔２３とを備えている。基材２は上記光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

光誘導孔２３は、壁面２６が入光部２５から出光部２４にかけて傾斜角が漸増する構造を有している。出光部２４及び入光部２５の形状としては特に限定されない。壁面２６は当該構造を有しているため、入光部２５からの入射光の集光機能を有しており、光誘導孔２３に入射した光線は、急角度で法線方向に反射されることとなる。従って当該光学シート２１によれば、光拡散性及び法線方向への変角性に加え、集光性を高めることができ、指向性及び正面輝度の極めて高い光を照射することができる。

図７に示す光学シート３１は、基材２と複数の光誘導孔３３とを備えている。基材２は上記光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

光誘導孔３３は壁面３６が、入光部３５から出光部３４にかけて傾斜角が漸減する構造を有している。出光部３４及び入光部３５の形状としては特に限定されない。壁面３６は当該構造を有しているため入射光の分散機能を有しており、入光部３５から光誘導孔３３に入射した光線は、壁面３６によって浅い角度で法線方向に反射されることとなる。従って、このような壁面３６を有する当該光学シート３１によれば、指向性を抑えることができ、極めて広い出射角度幅及び光拡散性を有する光線を照射することができる。

上記光学シート２１及び光学シート３１のように、θ、θ’、φ及びφ’の設定に代えて、光誘導孔の壁面傾斜構造を調整することにより、出射光の光拡散性、指向性及び出射角度幅の制御を行うこともできる。

図８に示す光学シート４１は、基材２と複数の光誘導孔４３とを備えている。基材２は上記光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

各光誘導孔４３は、出光部４４の中心点（Ｒ_１）と入光部４５の中心点（Ｒ_２）を結ぶ中心線ｌが基材２平面に対して傾斜するように貫設される。この際、θ、θ’、φ及びφ’の間にθ≠θ’及びφ≠φ’の関係式が成立する。このように、各光誘導孔４３が基材２平ら面に対して斜め方向に貫設されている（θ≠θ’及びφ≠φ’の関係式が成立している）ことで、光線の立ち上げ方向を調整することが可能となり、具体的には中心線ｌの方向に光線を出射させることができる。なお、上述のとおり、θ、θ’、φ及びφ’の値を調整することで、中心線ｌ方向における指向性も制御することができる。従って当該光学シート４１によれば、任意の方向に出射させることができ、かつ指向性を制御することができる。このような光学シートは、例えば、一定方向からの視認が多いカーナビ用液晶表示装置等に備える光学シートとして好適に用いることができる。

図９に示す光学シート５１は、基材２と、複数の光誘導孔３と、基材２の下面側に積層される透明な合成樹脂層５２とを備えている。基材２と光誘導孔３とは、上記光学シート１と同様であるので同一番号を付して説明を省略する。

合成樹脂層５２は、透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されている。かかる合成樹脂層５２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。

合成樹脂層５２の厚み（平均厚み）は、特には限定されないが、例えば５μｍ以上５ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下とされる。合成樹脂層５２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、合成樹脂層５２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。

当該光学シート５１によれば、基材２の下面側に合成樹脂層５２が積層されているため輝度や光学機能を保ちつつ、複雑な形状を有する基材２の構造を固定することにより、光学シート５１の強度を高めることができるため、光学シート５１の長期信頼性が向上し、長期使用を可能とすることができる。

次に、光学シート１の製造方法について説明する。光学シート１１、２１、３１及び４１製造方法については光学シート１と同様に製造することができるため省略する。また、光学シート５１については、下記の方法で光学シート１を製造した後に合成樹脂層５２を積層することによって製造することができる。当該光学シート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。当該光学シート１の製造方法としては、シート状の基材２を形成した後に光誘導孔３を形成する方法とシート状の基材２と光誘導孔３とを一体成形する方法とが可能であり、具体的には、
（ａ）光誘導孔３の反転形状（基材２の厚さよりも光誘導孔３の反転形状の高さを高く設定）を有するシート型に基材２となる合成樹脂を所定の厚さに積層し、そのシート型を剥がすことにより当該光学シートを形成する方法、
（ｂ）別に用意したシート上に基材２となる合成樹脂を積層し、基材２に対して上記と同様の反転形状を有するシート型又はロール型に押さえつけて、光誘導孔３を形成した後にシートを剥がすことにより当該光学シートを形成する方法、
（ｃ）光誘導孔３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、
（ｄ）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挟んでプレスして光誘導孔３を転写する方法、
（ｅ）シート化された基材２を、エッチング、レーザー照射、打ち抜き形成等により光誘導孔を設けることにより当該光学シートを形成する方法
などがある。

上記（ａ）乃至（ｄ）の方法においては、光誘導孔３が基材２両面に十分に貫通しない場合があるが、そのことも想定して、上記（ａ）乃至（ｄ）の方法で光誘導孔３の概形を形成した後、エッチング等により光誘導孔３の最終的な形成を行ってもよい。

上記（ｃ）の射出成型法や、（ｄ）のプレス成形等においては、図１０に示す光学シート６１を成形することもできる。光学シート６１は、基材２と、光誘導孔３と、基材２の下面側に形成される凹部６２とを備えている。基材２及び光誘導孔３は、上記光学シート１と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

凹部６２は、光誘導孔３の入光部５の各非配設部分に、曲面状に、基材２の肉厚が全面において略一定となるように形成されている。ここで基材２の肉厚とは、基材２における上面側の表面と、下面側の表面との断面垂直方向の距離をいう。当該凹部６２を有する光学シート６１によれば、光源からの光線のうち入光部５に入射されなかったものが、凹部６２に入射される。凹部６２は、表面が曲面状に形成されているため、凹部６２に入射した光線は、あらゆる方向に反射され、光が拡散される。この反射された光は光学シート６１の裏面に設けられた反射シートによって反射されるため、最終的には入光部５に入射される。従って、当該光学シート６１によれば、凹部６２と反射シート間を光線が複数反射されることにより、光線の指向性が低下するため、面均一性及び拡散性の高い光線を光学シート６１上面（出光部４）から出射することができる。

なお、本発明の光学シートは上記実施形態に限定されるものではなく、光学シート１において、光誘導孔３が、θ及びθ’が常に６０°以上９０°以下で、φ及びφ’が常に３０°以上９０°以下となるように形成されていてもよい。θ、θ’、φ及びφ’が上記範囲で大きな角度を有し光誘導孔３の壁面６が急勾配に形成されている当該光学シート１によれば、光誘導孔３に入射する光線の大部分を壁面６により法線方向に反射させることができる。従って、出光部４すなわち光学シート１の表面から出射する光線は法線方向を中心に出射角度の狭い光線となりるため、極めて高い正面輝度及び指向性を有する光線を出射することができる。

また、光学シート１において、光誘導孔３を正三角形格子パターンで配設してもよい。この配設パターンは、円形の出光部を有する光誘導孔３を最も密に配設することができ、当該光学シートの光拡散機能、変角機能等の光学的機能及び面均一性を高めることができる。

また、光学シート１１、２１、３１、４１及び６１の下面側又は上面側に合成樹脂層を積層させることもできる。このような光学シートにおいても、光学シート５１と同様に、合成樹脂層によって基材２の構造を固定することにより、光学シートの強度を高めることができるため、光学シートの長期信頼性が向上し、長期使用を可能とすることができる。

更には、光誘導孔の出光部及び入光部を異なる形状にすることや、大きさや充填率をシートの場所によって変化、調整させることもできる。また、光誘導孔をネック形状とすることにより、光誘導孔の入光部を光誘導孔の中間に形成することもできる。これらのような光学シートによって、出射光の拡散異方性や正面輝度等の光学的要素を調整することができる。

以上のように、本発明の光学シートは、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 光学シート
２ 基材
３ 光誘導孔
４ 出光部
５ 入光部
６ 壁面
７ 導光板
８ ランプ
１１ 光学シート
１３ 光誘導孔
１４ 出光部
１５ 入光部
１６ 壁面
２１ 光学シート
２３ 光誘導孔
２４ 出光部
２５ 入光部
２６ 壁面
３１ 光学シート
３３ 光誘導孔
３４ 出光部
３５ 入光部
３６ 壁面
４１ 光学シート
４３ 光誘導孔
４４ 出光部
４５ 入光部
５１ 光学シート
５２ 合成樹脂層
６１ 光学シート
６２ 凹部
７０ バックライトユニット
７１ ランプ
７２ 導光板
７３ 光学シート
７４ マイクロレンズシート
７５ プリズムシート
７６ プリズム部
７７ マイクロレンズアレイ
Ｒ_１ 出光部の中心点
Ｒ_２ 入光部の中心点
ｌ 中心線
α θが最大となるときの中心線ｌを含む平面
β 中心線ｌを含み平面αと直交する平面

Claims (11)

1. 表面が光反射性を有するシート状の基材と、
   この基材の上面から下面に貫設され、上面側に形成される出光部と下面側に形成される入光部とを有する複数の光誘導孔と
   を備え、
   上記出光部の中心点（Ｒ_１）と上記入光部の中心点（Ｒ_２）を結ぶ中心線が基材平面に対して垂直となり、
   上記光誘導孔の出光部の平均面積をＳ_１、入光部の平均面積をＳ_２とした場合、
   上記基材の平均厚さ（ｈ）が、（√Ｓ_１−√Ｓ_２）／２以上（√Ｓ_１−√Ｓ_２）以下であり、
   各光誘導孔においてθが最大となるときの上記中心線を含む平面を平面α、θをθ_α及びφをφ_αとし、
   上記中心線を含み平面αと直交する平面βによる光誘導孔の断面において、
   θをθ_β及びφをφ_βとした場合に、
   θ_α、θ_β、φ_α及びφ_βが、１０°≦θ _α −θ _β 又は２０°≦φ _α −φ _β を満たす光学シート。
2. 上記光誘導孔の出光部の平均面積（Ｓ_１）の入光部の平均面積（Ｓ_２）に対する面積比（Ｓ_１／Ｓ_２）が１以上１００００以下である請求項１の光学シート。
3. 上記出光部の充填率が、７０％以上１００％以下である請求項２に記載の光学シート。
4. 上記基材の平均厚さ（ｈ）が、５μｍ以上５ｍｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光学シート。
5. 上記出光部の平均面積（Ｓ_１）が２５μｍ^２以上２５ｍｍ^２以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シート。
6. 上記出光部及び入光部が、円形、楕円形、正方形、菱形又は長方形のいずれかの形状である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。
7. 上記光誘導孔の壁面の傾斜角が、入光部から出光部にかけて一定、漸増又は漸減する構造を有している請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学シート。
8. 上記基材の表面の反射率が５０％以上である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シート。
9. 上記光誘導孔の配設パターンが正三角形格子パターン又は正方形格子パターンである請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シート。
10. 上記基材の上面又は下面に積層される透明な合成樹脂層を備えている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学シート。
11. ランプから発せられる光線を分散させてその表面側に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、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学シートが具備され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。

Images