光学シート、バックライトユニット及び液晶表示装置
【課題】導光板が有する固有の輝度ムラを、この輝度ムラを補償する方向で輝度を均一に制御できる光学シートであって、同時に接触耐性と耐摩耗性を備えた光学シートを提供することを目的とした。
【解決手段】光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シートであって、半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高く、プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする光学シートである。
【解決手段】光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シートであって、半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高く、プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする光学シートである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライト光の光路制御に用いる光学シートに係り、特に光学シートの表面形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ等の画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている。特に、液晶表示装置は、ブラウン管テレビでは困難であった大型画面対応の表示装置として一般家庭に広まってきている。さらには、液晶表示装置の利点をより活用した薄型・軽量化に対応した製品も非常に早いスピードで市場に供給されている。
【０００３】
このような液晶表示装置は装置内部に光源を内蔵しており、画像を表示するために必要な明るさを確保するべく、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットには、冷陰極管やライト・エミッティング・ダイオード（ＬＥＤ）に代表される光源を液晶表示装置の側面側に配置し、光透過性に優れた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、液晶表示装置の背面側に、冷陰極管やＬＥＤなどの複数の光源と光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置し、光源が直接視認されないような構成にした「直下型方式」との二つがある。
【０００４】
近年の液晶表示装置においては、地球環境問題対策の一環として、消費エネルギーを低減させる消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置の場合、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。この取組みの中において、消費電力が低いと言われているＬＥＤを光源とする液晶表示装置が、冷陰極管タイプに対してシェアを拡大させている。このＬＥＤについても、背面側に配置する直下型方式とエッジライト型方式のいずれかの構成が採用されており、コントラスト比を向上させた製品が市場に投入されてきてはいるが、まだＬＥＤの発熱の問題や必要とされる輝度が得られていない等の課題が残されている。
【０００５】
消費電力を下げるためには、点光源であるＬＥＤの発光効率を上げて数を減らすことが必要であるが、そうすると光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）が強くなり、単に数を減らすだけでは問題は解決しない。そこで現状においては、数を減らしても輝度ムラが生じないように、液晶表示装置に用いられている拡散板、導光板及び集光、拡散、偏光機能を有する光学シートのそれぞれの性能を向上させ、これらを複数組合せて使用することが行われている。
【０００６】
上述の光学シートには、従来、光源の光の利用効率を高めるために、バックライトユニットからの拡散光を光学シートによって集光して正面輝度を向上させる機能が課せられており、特に、米国３Ｍ社の「ＢＥＦ」（登録商標：Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ；輝度強調フィルム）が光学シートとして広く使用されている。ＢＥＦは、透明基材の上面に断面が二等辺三角形状の単位プリズムを一方向に一定のピッチで配列させたシートであり、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）に方向転換することにより、基材の平坦面から入射した光がプリズム面から射出する際、正面方向に光を集め正面方向の輝度を向上させることが可能になる。
【０００７】
ＢＥＦ等の光学シートには、光の利用効率の向上による輝度向上だけでなく、光源のムラの除去、視域の確保、シート自体の剛性の維持など様々な機能が付加統合されている。そのため光学シートは、所望の光学特性を実現させるために、拡散板の光進行方向前方側（液晶パネル側）に複数シート積層されることが多い。しかしながら、ＢＥＦを用いる場合、ＢＥＦの垂直方向の光をプリズム斜面の平面部で屈折させて法線方向に出射させるため、水平方向の視野角に対し垂直方向の視野角が非常に狭くなる欠点があった。しかも、ＢＥＦはプリズム頂部が尖っているため、プリズムの頂部側に配置される光学シートや機能性を有するシート部材あるいは液晶パネルに接触すると、プリズム頂部に傷が発生しやすいという欠点を有していた。
【０００８】
そこで、目標とする機能を損なわない範囲で光学シートの枚数を減らす試みがなされている。例えば特許文献１には、プリズムレンズ内に拡散性微粒子を分散させることによりプリズムの集光機能に拡散機能を付与する技術が開示されている。また特許文献２では、マイクロレンズを基材上にランダムに配置することで、背面から入射した光をマイクロレンズで集光させて前方に出射させ、枚数を減らしても同じ光学的効果を達成する手段などが提案されている。
【０００９】
特許文献１に記載された光学シートは、集光機能に加えて拡散機能を有している反面、プリズム内に拡散性微粒子を分散させているため、正面に集めた光が拡散性微粒子によって再び拡散することになり、正面方向への光量が少なくなる。また、プリズムレンズの特定の角度における屈折や反射によるギラツキが視認されるという問題が残っている。さらには、プリズム先端が尖っているため、上部に配置される光学シートまたは機能性を有する光学部材の裏面、或いは液晶パネルとの接触による傷が発生し易く、接触や摩擦によって異物が発生するという問題も抱えている。
【００１０】
また、積層された光学シート、または光を拡散、集光、偏光、変色等の機能性を有する光学部材は、液晶表示装置に配置される際、その四辺を装置の枠に固定して用いられることもあるが、装置内部で動かないように完全に固定されてはいない。そのため、液晶表示装置の搬送または移動時の振動により、他の光学シートまたは機能性を有する光学部材の裏面とプリズム先端が接触し、擦れて傷が付くことが発生する。
【００１１】
一方、特許文献２に記載の光学シートは半球状のレンズを有することから、積層されている他の光学シートまたは機能性を有する光学部材と接触しても、丸みを帯びた構造上、接触による摩擦が生じても滑りがよいために傷が付き難い特徴を有している。しかしながら、隣接するマイクロレンズ間に隙間があることから、マイクロレンズ内を通ってマイクロレンズと空気層界面で屈折、散乱されて正面に集光される光と、隣接するマイクロレンズ間から出射される光とが発生し、これらの光の輝度差から輝点や輝線が視認されてしまうという問題を抱えている。
【００１２】
また、先に述べたように、光学シートには液晶表示装置の画面全体の輝度分布を均一にする機能も求められている。特に、ＬＥＤ光源を筐体の側面に配置させたエッジ型液晶表示装置においては、ＬＥＤ光源の配置数や配置箇所によっては、単に透明なアクリル樹脂等から形成される導光板を使用するだけでは、画面全体の輝度分布を均一にすることが難しく、そのため拡散性を有する光学シートを始め、複数の光学シートを用いることで画面内の輝度分布を均一にすることが行われている。しかしながら、このＬＥＤエッジ型液晶表示装置においても、消費電力の低減や製造コスト低減のため、ＬＥＤの数を減らすことが求められている。こうなると部分的に輝度ムラが生じ易くなる傾向にあり、画面全体の輝度分布を均一にすることがより難しくなってきている。
【００１３】
この課題を解決するためには、光学シートの輝度の低い部分に対応する特定部位の輝度
を高める方向で、シート面内の輝度を均一にする必要があるが、こうした制御は非常に困難である。これを可能にするためには、複雑な形状や難易度の高い樹脂加工を必要とするため、加工収率の低下やコストアップを引起こす可能性が高い。
したがって、光学シートは、シート面内における輝度制御に大きな問題を抱えているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２４６８０５号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、導光板が有する固有の輝度ムラを、この輝度ムラを補償する方向で輝度を均一に制御できる光学シートであって、同時に接触耐性と耐摩耗性を備えた光学シートを提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シートとしたものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の光学シートとしたものである。
請求項３に記載の発明は、前記プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学シートとしたものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記半球状レンズの配置が、ランダム配置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記半球状レンズの底面における直径が４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記半球形状レンズは、その高さを、底面における直径で割ったアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）が、０．４から０．６の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、光が入射する面にも、半球形状レンズがランダムに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シートとしたものである。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記半球形状レンズの底面積の総計の光入射面全体に占める割合が、１％から１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、その厚みが０．５ｍｍから４ｍｍの範囲となることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、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を備えたことを特徴とするバックライトユニットとしたものである。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のバックライトユニットを備えたことを特徴とする液晶表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による光学シートは、光を出射する面に、それぞれが孤立して存在する拡散性の高い半球形状のレンズと、柱状のプリズムレンズが敷設された表面形状であり、プリズムレンズの頂角を変化させることでシート面内の輝度が制御できる。輝度を高めたい部位の頂角を９０°に形成し、輝度を抑える部位は頂角を９０°よりも広角にすることで、光出射面側に傷が付き難い効果とシート面内の輝度制御の両方が可能になる。
【００２７】
また、半球形状レンズの高さを、集光性の高いプリズムレンズの頂角までの高さよりも高く設定している。半球形状にすると接触面内で滑りやすく、傷が付き難いという効果を奏する。シート加工時やシート取扱い時、あるいは光を出射する面の上位に他の光学部材を重ねる際に生じる接触や擦れ等の摩擦傷から、傷が付き易いプリズムレンズを保護することが可能になる。
【００２８】
さらに、プリズムレンズの頂角を、９０°以上１２０°以下の範囲内に設定すると輝度の調整が効率的に行える。プリズムレンズは、頂角が９０°の時輝度が最大であり、９０°から広角になるに従い集光性が低下して輝度も低下するが、１２０°以上である場合は輝度の低下が著しく、一定の輝度を保つには好ましくない。
【００２９】
また、光を出射するシート面に、光拡散性の高い半球形状レンズをランダムに配置した。該レンズの配置を規則性のないランダムな配置とすることで、他の規則性を有する光学部材または液晶表示部材と干渉してモアレや干渉ムラの発生が抑制できる。
【００３０】
また、半球形状レンズの底面における直径を、４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内に設定したことで、該レンズが外観上視認されず輝度制御が容易となる。
【００３１】
また、半球形状レンズのアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）を０．４から０．６の範囲内に設定することで、集光機能が大幅に低下して輝度が過剰に低下することもなく、接触や擦れによる傷の発生もなくなる。加工も容易となる。
【００３２】
光入射面側に、半球形状レンズをランダム配置すると、光学シートと光学部材が振動や擦れ等を生じたとしても摩擦傷が付きにくくなる。また、半球状の構造によって隙間が生じることから、密着によって生じるニュートンリング等の干渉むらの発生を抑えることが可能となる。
【００３３】
また、光入射面に形成した半球形状レンズの占める面積率が、１％〜１０％の範囲内であると、ニュートンリング等の干渉むらの発生を抑制できて、正面輝度が低下しないという効果を奏する。
【００３４】
光学シートの厚みが０．２ｍｍから４ｍｍの範囲であると、０．２ｍｍ以下の場合、光学シート自体の強度が低下し、ディスプレイを点灯して使用する際に生じる熱によりシートにシワやうねり、変形などが発生し、これが画面上の明暗差や輝度不均一を引起こすために好ましくない。また、４ｍｍ以上の場合、使用される液晶ディスプレイ自体を厚くすることに繋がり、薄さを強調する液晶ディスプレイ向けの光学部材としては望ましくない。
【００３５】
上記の光学シートをバックライトユニットは、輝度が均一で、視野角依存性のない光を液晶表示装置に出射することができる。
【００３６】
上記のバックライトユニットを備える液晶表示装置は、画面全体の輝度が均一で視野角による画質の変動が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る光学シートを含む液晶表示装置の構成を説明する断面模式図である。
【図２】エッジ型液晶表示の、導光板面上の明るさの差を示す模式図が（ａ）であり、これに対応して、（ｂ）は光学シートのプリズムレンズと半球形状レンズの配置の一例を説明する上面視の図である。
【図３】本発明になる光学シートの表面形状を模式的に説明する図である。（ａ）は斜視拡大図、（ｂ）は断面視図である。
【図４】本発明になるよる光学シートと導光板の接触状況を説明する断面視の図である。
【図５】本発明になる光学シート光出射面の表面構造を説明する上面視の図である。
【図６】本発明になる光学シートを組込んだバックライトの輝度を評価した部位を示す上面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づき説明する。なお、図１から図４は、本発明に係る光学シート、バックライトユニット、液晶表示装置の構成を示す要部断面図である。
【００３９】
本発明に係るバックライトユニット２は、図１に示すように光源ユニット７、光学シート１０、機能性シート１１からなっている。光源ユニット７は、導光板８、その端部に配置した複数のＬＥＤを筐体に収容したＬＥＤ光源６、反射シート５からなる。導光板８は、光源６からの光Ｈを観測者側Ｆに向ける機能を有し、裏面側には印刷法で形成された白インキのドットパターン９が設けられている。反射シート５は、裏面に射出した光を反射させる機能がある。
【００４０】
機能性シート１１は、単一又は複数枚の構成である。機能性シート部材１１とは、例えば集光、拡散、偏光、変色等に代表される機能を一つあるいは複数同時に有するシートであり、液晶パネル３へ入射する光の輝度均一化、高輝度化や偏光機能などの必要な特性を付与するための光学部材である。液晶パネル３は、このシート部材１１の更に観察者側方向Ｆに配設されている。
【００４１】
このような構成を備えた液晶表示装置１によれば、バックライトユニット２において、光源６から射出された光Ｈは、導光板８で光の向きを観察者側方向Ｆに変更され、光学シート１０で集光させられ、その光の進行方向前方に配置された機能性を有するシート部材１１で入射光が拡散、集光、あるいは偏光、またカラーシフト等により必要とされる光Ｋに変換される。光Ｋが、液晶パネル３に入射して観察画像の光が観察者側Ｆへと射出される。
【００４２】
ここで、光源ユニット７における光源６は液晶パネル３へと光を供給するものであり、例えば複数のＬＥＤを装置の側面側に配置したエッジ型、装置の背面に配置した直下型などを用いることができる。または、複数の線状光源を用いることもできるが、これについては複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）またはＥＥＦＬを例示することができる。
【００４３】
光源ユニット７を構成する反射シート５は、複数の光源６の観察者側Ｆとは反対側に配置され、導光板８から出射される光の観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させる役割を担っている。この結果、観察者側Ｆに出射された光Ｈは、光源６から出射された光量にほぼ等しくなる。このように反射板５を用いることによって光の利用効率を高めることができる。反射板５としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、白色ＰＥＴシートなどに代表される反射シート、反射板などを使用することができる。
【００４４】
光源ユニット７の光出射側に配設された導光板８は、透明樹脂で形成されており、透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、特に光透過率の高いアクリル系樹脂が好ましい。また、光源としてＬＥＤを液晶表示背面に配置させた直下型の液晶表示装置１においては、上記導光板８の代わりに光を拡散させる拡散板８Ａが設けられている。
【００４５】
次に液晶パネル３は、図１に示すように、１組の偏光板（偏光フィルム；偏光子）１４、１５と、その間に挟持された液晶セル１６とで構成されている。液晶セル１６は、例えば２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。液晶パネル３は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する装置であるが、光学シート１０により観察者側Ｆへの輝度が向上されて光強度の視角度依存性が低減され、高品位な画像を表示できる。
【００４６】
ここで、ＬＥＤを光源とするエッジ型液晶表示に付属する導光板８の観察者側方向Ｆの面内明るさを測定した結果を図２（ａ）に示す。図２（ａ）から分かるように、導光板８の中央部位は明るく、ＬＥＤが配置されていない導光板側面が暗くなる傾向があることが判明した。この明るさのムラ（輝度ムラ）は、正面輝度を高める仕様の導光板に多く見られ、ＬＥＤ数を低減させた仕様においては、より顕著になる可能性が高く、この輝度差を低減させる措置が必要となる。これにおいては、導光板８の改善だけでなく、光学シート１０の機能を導光板の輝度分布を解消する方向で対応させることが必要となる。
【００４７】
また、導光板８においては、光源からの光が入射する端面以外の端面から導入した光が導光板８外部にもれることを防ぐため、当該端面を反射テープで被覆することがある。この場合、ＬＥＤが配置されていない導光板端部は反射テープの効果により輝度の向上がみられる。しかしながら、今度は中央部位と導光板端部との中間部位が暗くなる傾向がみられることが分かった。上記輝度ムラは、導光板８の設計だけでなく、光学シート１０を含めたバックライト部材全体で解決することが必要となる。
【００４８】
次に、本発明に係る光学シート１０について詳述する。光学シート１０は、図１（ｃ）に示すように、導光板８からの光が入射する側の面を光入射面１０ａ、光が観察者側方向Ｆに出射する側の面を１０ｂとする。光出射面１０ｂには、断面が同じ二等辺三角形である柱状プリズムレンズ１９が、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さをなしてストライプ状に延在するように敷設されており、さらにこの柱状プリズムレンズの上に、半球形状のマイクロレンズ３１がランダムに孤立して敷設されている。
【００４９】
また、半球形状のマイクロレンズ３１が光出射面１０ｂに占める面積率は、１％から２０％であることが望ましい。半球形状のマイクロレンズ３１の面積率が２０％より高くなる場合、輝度を向上させる効果の高い線状に連なる幾何学構造体１１０の面積率が相対的に低下するために、光学シート１０全体の輝度を低下させることを招くため望ましくなく、１％以下となる場合は、柱状プリズムレンズ１９の尖った頂部を保護することが困難となることから好ましくない。
【００５０】
ここで、プリズムレンズの頂角は所望の角度となるように設定できるので、本発明では
、集光性の高いプリズムレンズ１９の頂角を面内において変化させることで、シート面内の輝度を制御している。つまり、図２（ａ）に示したように、光源と導光板８の組み合わせだけではで制御しにくい輝度の高低を、導光板８の上に配置される光学シート１０で補償するものである。すなわち、この暗い部位の直上のプリズムレンズ１９の頂角を最も輝度が高くなる９０°近傍に設定し、反対に明るい部位におけるプリズムレンズ１９の頂角を９０°よりも広角にすることで、光学シート１０の光出射面１０ｂ上で輝度を均一にする制御が可能となる。
【００５１】
なお、プリズムレンズ１９の頂角は、９０°〜１２０°の範囲内であることが望ましい。これは、プリズムレンズ１９において、９０°頂角が最も正面輝度が高くなるからである。また、頂角が１２０°よりも広角となる場合は、正面輝度の低下が著しくなりすぎて好ましくない。一方、９０°以下である場合は、正面以外の輝度が低下して視野角が狭くなると同時に、サイドローブも高くなることから光学シート１０として望ましくない。さらには、頂角が鋭角になるほど、ギラつき等による光学シート１０の外観を損なうことに繋がることからも望ましくない。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、拡散性の高い半球形状のマイクロレンズ３１の高さＨ１を、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２よりも高く設定する。このことにより、頂角が尖っているためにキズがつきやすいプリズムレンズ１９を、他のシート・基板類に触れさせないようにすることができるとともに、マイクロレンズ自体は半球形状であるため滑りやすく、傷が付きにくい。Ｈ１を、Ｈ２よりも高くすることで、シート面内の輝度制御に加え、シート加工時やシート取扱い時、あるいは光を出射する面の上に配置される光学部材１１を重ねる際に生じる接触や擦れ等の摩擦傷から、傷が付き易いプリズムレンズ１９を保護することが可能になるということである。尚、半球状とは厳密な意味で半球ということ意味せず、多少の変形も含むものである。
【００５３】
また、図３（ａ）に示した半球形状のマイクロレンズ３１の高さＨ１は、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２の１．２倍から６倍の範囲内であることが望ましい。これは、１．２倍以下である場合は、プリズムレンズ１９の接触防止効果が不十分であり、マイクロレンズ３１の高さＨ１が６倍以上となる場合、マイクロレンズ３１自体のサイズが大きくなり過ぎて、光出射面上で目視されることによる外観不良を引起こすことがあるためである。マイクロレンズ３１の高さＨ１を上述した範囲に設定することで、必要な耐擦傷性と良好な外観を得ることが可能となる。
【００５４】
なお、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２は、１０〜１００μｍの範囲内であることが望ましい。これは、１０μｍ以下である場合は、光の回折効果により必要とされる輝度が得られなくなるからである。また、１００μｍ以上ではプリズムレンズ１９自体が光出射面上で目視されることによる光出射面側１０ｂの外観不良の要因となることから好ましくない。
【００５５】
また、半球形状のマイクロレンズ３１の直径Ｌは、４０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。直径が１５０μｍ以上である場合は、マイクロレンズ３１自体が目視され易くなり、外観上光出射面のムラや粗さ、輝点等を際立てることにつながるために好ましくない。また、マイクロレンズ３１の直径が４０μｍ以下の場合、マイクロレンズ３１を形成することが困難であると同時に、形状や直径、高さのバラつきが大きくなり、輝度の制御に支障を生じさせる可能性が高まることから好ましくない。マイクロレンズ３１の直径を上記の範囲内とすることで、外観上優れた輝度制御可能な光学シートを安定して提供することが可能となる。
【００５６】
上述した光出射面側１０ｂとは反対の光入射面側１０ａには、図４に示すように半球形
状構造である突起部２０がランダムに配置されていることが望ましい。この突起部２０は、その略球面形状により、光の入射面１０ａ側に配置される導光板８または他の光学部材８Ａとの接触や擦れによる傷の発生を抑制する機能を発揮すると同時に、略半球状の構造によって隙間が生じることから、密着によって生じるニュートンリング等の干渉むらの発生を抑えることが可能となる。さらに、傷付防止効果を付与することで、光学シート１０を作製する際に必要とされる保護フィルムを省くことも可能となる。
【００５７】
さらには、光入射面側１０ａに微細な凸性を付与することで光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び光源側にある導光板のパターンを隠蔽する効果性を向上させることが可能となる。表面が微細な凸部で粗面化された平面部２１は、光源６からの光Ｈを粗面化された平面部２１で拡散させて光学シート１０内部に取り込むことができる。そのため、光学シート１０は、光入射面１０ａで光源６のランプイメージや、導光板８に形成されたドットパターン９を観測者に対して隠蔽する働きと、光出射面１０ｂから観測者側Ｆに出射される光をプリズムレンズ１９で集光・拡散させて視野角を拡げる役割とを有している。
【００５８】
上述した光学シート１０の光入射面１０ａに占める突起部２０の面積率は、１％〜１０％の範囲内であることが望ましい。突起部２０の底面２０ａの面積率が上記範囲内であれば導光板８との接触によって擦れて傷を発生することを抑制して入射光の輝度低下を抑制できる。しかし、面積率が１％未満である場合には突起部２０の頂部２０ｂの拡散板８Ａとの接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が望めず、１０％を超える場合には光源６からの光Ｈを光学シート２０内部に取り入れることの妨げとなり、光学シート１０の輝度低下を引起こすからである。
【００５９】
光学シート１０の光入射面１０ａに形成された突起部２０の外径（直径）は、３０μｍ〜１５０μｍの範囲が好ましい。そして、光学シート１０の突起部２０の高さの外径に対する比率が３％〜３０％の範囲内であることが望ましい。突起部２０の外径が１５０μｍを超える場合には突起部２０自体が観察者に目視され易くなり、これが外観上、光出射面１０ｂのムラや粗さ、輝点の原因となる。一方、突起部２０の外径が３０μｍ未満の場合では突起部２０による傷付防止効果が低下すると共に、金型の作製及び光学シート１０の製作が困難となるため好ましくない。
【００６０】
なお、光学シート１０の突起部２０について、導光板８に接触する頂部２０ｂが滑らかで傷が付き難い略球面形状であれば、突起部２０の平面視形状が円形状でも略円形状でも良く、或いは楕円形状や頂部が曲面状に丸くなった三角錐形状や四角錐形状、あるいはその他の多角錐形状等であっても良い。光入射面１０ａの平面部２１ａに円滑な略球面形状の突起部２０が上述した条件の範囲内で形成されていることにより、必要とされる耐擦傷性を発揮すると同時に略球面形状に起因する輝度の低下を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、光学シート１０の突起部２０の外径に対する高さの比率が３％〜３０％の範囲内であれば、突起部２０の頂部が導光板８との接触や擦れによって傷が発生するのを防ぐと共に光の入射を妨げて輝度が低下することを抑制できる。一方、突起部２０の比率が３％未満であると接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が得られず、３０％を超えると突起部２０自体が光Ｈの入射を妨げる要因となり、結果的に光学シート１０の輝度を大幅に低下させる要因となるために好ましくない。
【００６２】
これまでに述べてきた光学シート１０は、そのレンズ仕様を導光板に応用することが可能である。マイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９のレンズ仕様を最適化させることで、導光板の光立上げ効果の制御が可能となり、導光板の光出射面における輝度の明暗差を解消することが出来る。
【００６３】
また、上記光学シート１０は、液晶表示装置１のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬを光源とする照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することも出来る。
【００６４】
次に光学シート１０の作製工程について説明する。
光学シート１０は、透明性の高いシート状の基材上に、ＵＶ硬化樹脂あるいは電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。一例として、予めエッチング工法及び切削加工を用いて金型表面にマイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９の雌型を形成し、この金型版を用いて透明性の高いシート状の基材上に、ＵＶ樹脂製の上にマイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９を転写成形することができる。
【００６５】
ここで、透明性の高いシート状の基材１８の材質としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、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）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。
【００６６】
また、光学シート１０を構成する材料として熱可塑性樹脂からなる透明樹脂も好ましく、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、ＰＥＴ、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。これらの材料を用い、先に示した金型版を用いた押出し成形加工法により作製することが出来る。また、射出成型法、熱プレス成型法によって入射面１０ａを有する光学シート１０を製作することも可能である。
【００６７】
光学シート１０は、光入射面１０ａと光出射面１０ｂを表裏同時に両面加工して形成することが出来る。或いは、表裏面である光入射面１０ａと光出射面１０ｂとを別々に加工して得られた各半分の厚みの片面シート同士を貼り合せることで光学シート１０を得ることも出来る。
【００６８】
光学シート１０には、拡散性を向上させる目的で無機微粒子または有機微粒子を添加させて用いることが出来る。一例としては、アクリル系粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、メラミン―ホルマリン縮合物の粒子、ポリウレタン系粒子、ポリエステル系粒子、シリコーン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物粒子、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子などの無機微粒子等を挙げることができる。
【００６９】
また、光学シート１０は紫外線吸収剤が添加されたものが好ましい。紫外線吸収剤を添加することにより、光源６から照射される紫外線を含む光によって光出射面１０ｂに形成したプリズムレンズ１９群の劣化を抑制することができて、光学シート１０の長寿命化を図ることができる。この紫外線吸収剤としては、例えば、２−（２´- ヒドロキシ−５´−メチルフェニル）ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系化合物、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、４−ｔ−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチル酸エステル系化合物、２−エトキシ−２´−エチルオキザリックアシッドビスアニリドなどのオキザリックアシッドアニリド系化合物、エチル−２− シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系等を用いる
ことができる。
【００７０】
なお、光学シート１０の光出射面１０ａ側のプリズムレンズ１９とマイクロレンズ３１を形成する方法としては、金型切削加工、あるいは金型切削加工とエッチング加工、または金型切削加工とブラスト加工等の異なる加工方法を組み合わせる方法が挙げられる。特に、プリズムレンズ１９の頂角を変化させる方法としては、所定の先端角度を有するダイヤモンドバイトを複数利用して、金型表面に頂角の異なるプリズムレンズ１９を配置できる。
【００７１】
また、光学シート１０の光入射面１０ａ側の微細突起を形成する方法としては、マット加工やエンボス加工等が挙げられる。また、マット加工による作製に代えて不連続の微小突起を設ける加工を施してもよい。これらの工法によれば、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を微細な凹凸を形成した転写部材に押し付けて当該転写部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を硬化させて微細な凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径３０〜１００μｍ程の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、これら透明粒子を最外層側に押し出すことで微細な凹凸を形成させるようにしてもよい。この加工方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しいことが好ましい。
【００７２】
光源ユニット７の光源６から出射した光Ｈは、導光板８によって光の向きが変更されて光学シート１０の光入射面１０ａに入射される。そして、光学シート１０の入射面１０ａから光が入射する際、光入射面１０ａに設けた突起部２０は、光の入射を妨げることがないように面内の面積率を規定してある。
【００７３】
さらに、平面部２１の微細な凹凸は、拡散性と隠蔽性を備えるので、光源６のランプイメージや導光板８の輝度ムラを低減させる。そして、光学シート１０を透過して光出射面１０ｂから出射する際、マイクロレンズ３１群とプリズムレンズ１９群の比率を変化させて面内の輝度を均一制御することにより、液晶表示装置３の画面全体の輝度を均一化することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を図５、図６を用いて説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。特に実施例において、光学シート１０及びこれを用いた液晶表示装置１の光学特性について説明する。
【００７５】
（実施例１）
光学シート１０として、光学シート１０の光出射面１０ｂに、互いに分離して（だけではどのように分布しているのかわからない。密度等の説明要）設けた直径９６μｍ、レンズ高さ４８μｍとなる半球形状のマイクロレンズ３１と、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍとなる断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズ１９を、光学シートの一方の短辺から他方の短辺に延在するように隙間なしに配設した。頂角については、柱状のプリズムレンズのうち、長辺から短辺に沿って内側１０％までの幅を頂角９０°、その先３０％幅を頂角９５°、その先２０％幅を頂角１００°、その先３０％幅を頂角９５°、その先１０％幅（対する長辺まで）を頂角９０°となるように配設した。
なお二等辺三角形も必ずしも厳密な意味でなく、加工上の誤差など多少の変形を含むものである。
【００７６】
マイクロレンズ３１形状と、頂角が場所によって異なる断面が二等辺三角形の柱状プリズムレンズ形状を雌型とする第一金型版をエッチング工法と切削工法を利用して加工作製した。なお、作製する光学シート１０の光出射面１０ｂにおけるマイクロレンズ３１の面
積率は、全体で２％となるように金型の設計を行ない加工を実施した。
【００７７】
次に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折・BR ＝１．４９）を塗布し上記金型を押し付けて略半球形状のマイクロレンズ３１とプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、ストライプ構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向に線状配置された構成とした。このようにして得られた光学シート１０を実施例１とする。この光学シート１０の上面視図を図５に示す。
【００７８】
（比較例１）
比較例１として、光学シート１０の光出射面１０ｂとして、互いに分離して設けた直径９６μｍ、レンズ高さ４８μｍとなる形状のマイクロレンズ３１と、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍ、頂角９０°の断面が二等辺三角形であるプリズムレンズ１９形状を雌型とする第二金型版を先の実施例１と同様の工法で加工作製した。
なお、作製する光学シート１０の光出射面１０ｂにおけるマイクロレンズ３１の面積率は、２％で統一させた設計を行ない、金型加工を実施した。
【００７９】
次に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折率＝１．４９）を塗布し第二金型を押し付けて略半球形状のマイクロレンズ３１とプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、線状構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向にストライプ配置された構成とした。このようにして得られた光学シート１０を比較例１とする。
【００８０】
（比較例２）
比較例２として、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍ、頂角９０°の断面が二等辺三角形となるプリズムレンズ１９形状を雌型とする第三金型版を切削工法により加工作製し、実施例１と同様に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折率＝１．４９）を塗布し第三金型を押し付けてプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、線状構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向に線状配置された構成とした。このようにして得られた光学シートを比較例２とする。
【００８１】
（光学評価）
実施例１及び比較例１〜２による光学シート１０を、図１に示した実施形態における光学シート１０とした。別の光学シート１１として恵和（株）の製品である光拡散シートを用いた。液晶表示装置１として２３インチサイズのＬＥＤエッジ型の液晶表示装置１を用いた。光学的評価は以下に示す測定方法により評価した。
【００８２】
（正面輝度評価）
実施例１及び比較例１〜２として作製した３種類の光学シート１０を、白インキのドットパターン９が形成されたアクリル樹脂製の導光板８上にそれぞれ配置し、さらにそれぞれの上に光学シート１１である光拡散シートを重ねて装着した。測定に当たっては液晶パネル３を外した。
先ず、その観察画面を全白表示として、分光放射輝度計（ＳＲ−３Ａ：トプコンテクノハウス社製）を用いて同一条件下で光学シート１１の中心部の輝度を測定した。測定した結果を表１に示す。
【００８３】
（輝度差評価）
次に、光学シート１１上の端部から中央部までの輝度を順次測定した。測定した箇所は、図６に示すように、短辺の中央部位、短辺端部から２０ｍｍ、７５ｍｍそれぞれの中央部
位の輝度を計測して比較評価を行った。表１の結果は、同一箇所の輝度測定を５回行った平均輝度である。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１に示す結果から次のことがいえる。
実施例１による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３８１ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７３ｃｄ／ｍ２、中心部位で４１０ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３８３ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３７４ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から７５ｍｍの輝度比は９％であった（○）。
【００８６】
比較例１による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５６ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７９ｃｄ／ｍ２、中心部位で４２１ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３８８ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５９ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から２０ｍｍの輝度比は１５％であった（×）。
【００８７】
比較例２による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５５ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７１ｃｄ／ｍ２、中心部位で４２８ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で４０２ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３６２ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から２０ｍｍの輝度比は１７％であった（×）。
【００８８】
以上に示した実施例１及び比較例１及び２の評価結果から、本発明による光学シートには、幾何学構造体であるプリズムレンズの頂角を変化させることで、光学シートの光出射面における輝度を制御することが可能となり、液晶表示における画面内輝度の抑制が可能であることが分かった。
【符号の説明】
【００８９】
１ 液晶表示装置
２ バックライトユニット
３ 液晶パネル
６ 光源
８ 導光板
８Ａ 拡散板
９ 白インキのドットパターン
１０ 光学シート
１０ａ 光入射面
１０ｂ 光出射面
１１ 光学シート（拡散シート）
１４，１５偏光板
１６ 液晶セル
２０ 突起部
２１ 平面部
１９ プリズムレンズ（幾何学構造体）
３１ マイクロレンズ（略半球形状レンズ）
Ｈ１ マイクロレンズ高さ
Ｈ２ プリズムレンズ最大高さ
Ｆ 観察者側
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライト光の光路制御に用いる光学シートに係り、特に光学シートの表面形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ等の画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている。特に、液晶表示装置は、ブラウン管テレビでは困難であった大型画面対応の表示装置として一般家庭に広まってきている。さらには、液晶表示装置の利点をより活用した薄型・軽量化に対応した製品も非常に早いスピードで市場に供給されている。
【０００３】
このような液晶表示装置は装置内部に光源を内蔵しており、画像を表示するために必要な明るさを確保するべく、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットには、冷陰極管やライト・エミッティング・ダイオード（ＬＥＤ）に代表される光源を液晶表示装置の側面側に配置し、光透過性に優れた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、液晶表示装置の背面側に、冷陰極管やＬＥＤなどの複数の光源と光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置し、光源が直接視認されないような構成にした「直下型方式」との二つがある。
【０００４】
近年の液晶表示装置においては、地球環境問題対策の一環として、消費エネルギーを低減させる消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置の場合、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。この取組みの中において、消費電力が低いと言われているＬＥＤを光源とする液晶表示装置が、冷陰極管タイプに対してシェアを拡大させている。このＬＥＤについても、背面側に配置する直下型方式とエッジライト型方式のいずれかの構成が採用されており、コントラスト比を向上させた製品が市場に投入されてきてはいるが、まだＬＥＤの発熱の問題や必要とされる輝度が得られていない等の課題が残されている。
【０００５】
消費電力を下げるためには、点光源であるＬＥＤの発光効率を上げて数を減らすことが必要であるが、そうすると光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）が強くなり、単に数を減らすだけでは問題は解決しない。そこで現状においては、数を減らしても輝度ムラが生じないように、液晶表示装置に用いられている拡散板、導光板及び集光、拡散、偏光機能を有する光学シートのそれぞれの性能を向上させ、これらを複数組合せて使用することが行われている。
【０００６】
上述の光学シートには、従来、光源の光の利用効率を高めるために、バックライトユニットからの拡散光を光学シートによって集光して正面輝度を向上させる機能が課せられており、特に、米国３Ｍ社の「ＢＥＦ」（登録商標：Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ；輝度強調フィルム）が光学シートとして広く使用されている。ＢＥＦは、透明基材の上面に断面が二等辺三角形状の単位プリズムを一方向に一定のピッチで配列させたシートであり、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）に方向転換することにより、基材の平坦面から入射した光がプリズム面から射出する際、正面方向に光を集め正面方向の輝度を向上させることが可能になる。
【０００７】
ＢＥＦ等の光学シートには、光の利用効率の向上による輝度向上だけでなく、光源のムラの除去、視域の確保、シート自体の剛性の維持など様々な機能が付加統合されている。そのため光学シートは、所望の光学特性を実現させるために、拡散板の光進行方向前方側（液晶パネル側）に複数シート積層されることが多い。しかしながら、ＢＥＦを用いる場合、ＢＥＦの垂直方向の光をプリズム斜面の平面部で屈折させて法線方向に出射させるため、水平方向の視野角に対し垂直方向の視野角が非常に狭くなる欠点があった。しかも、ＢＥＦはプリズム頂部が尖っているため、プリズムの頂部側に配置される光学シートや機能性を有するシート部材あるいは液晶パネルに接触すると、プリズム頂部に傷が発生しやすいという欠点を有していた。
【０００８】
そこで、目標とする機能を損なわない範囲で光学シートの枚数を減らす試みがなされている。例えば特許文献１には、プリズムレンズ内に拡散性微粒子を分散させることによりプリズムの集光機能に拡散機能を付与する技術が開示されている。また特許文献２では、マイクロレンズを基材上にランダムに配置することで、背面から入射した光をマイクロレンズで集光させて前方に出射させ、枚数を減らしても同じ光学的効果を達成する手段などが提案されている。
【０００９】
特許文献１に記載された光学シートは、集光機能に加えて拡散機能を有している反面、プリズム内に拡散性微粒子を分散させているため、正面に集めた光が拡散性微粒子によって再び拡散することになり、正面方向への光量が少なくなる。また、プリズムレンズの特定の角度における屈折や反射によるギラツキが視認されるという問題が残っている。さらには、プリズム先端が尖っているため、上部に配置される光学シートまたは機能性を有する光学部材の裏面、或いは液晶パネルとの接触による傷が発生し易く、接触や摩擦によって異物が発生するという問題も抱えている。
【００１０】
また、積層された光学シート、または光を拡散、集光、偏光、変色等の機能性を有する光学部材は、液晶表示装置に配置される際、その四辺を装置の枠に固定して用いられることもあるが、装置内部で動かないように完全に固定されてはいない。そのため、液晶表示装置の搬送または移動時の振動により、他の光学シートまたは機能性を有する光学部材の裏面とプリズム先端が接触し、擦れて傷が付くことが発生する。
【００１１】
一方、特許文献２に記載の光学シートは半球状のレンズを有することから、積層されている他の光学シートまたは機能性を有する光学部材と接触しても、丸みを帯びた構造上、接触による摩擦が生じても滑りがよいために傷が付き難い特徴を有している。しかしながら、隣接するマイクロレンズ間に隙間があることから、マイクロレンズ内を通ってマイクロレンズと空気層界面で屈折、散乱されて正面に集光される光と、隣接するマイクロレンズ間から出射される光とが発生し、これらの光の輝度差から輝点や輝線が視認されてしまうという問題を抱えている。
【００１２】
また、先に述べたように、光学シートには液晶表示装置の画面全体の輝度分布を均一にする機能も求められている。特に、ＬＥＤ光源を筐体の側面に配置させたエッジ型液晶表示装置においては、ＬＥＤ光源の配置数や配置箇所によっては、単に透明なアクリル樹脂等から形成される導光板を使用するだけでは、画面全体の輝度分布を均一にすることが難しく、そのため拡散性を有する光学シートを始め、複数の光学シートを用いることで画面内の輝度分布を均一にすることが行われている。しかしながら、このＬＥＤエッジ型液晶表示装置においても、消費電力の低減や製造コスト低減のため、ＬＥＤの数を減らすことが求められている。こうなると部分的に輝度ムラが生じ易くなる傾向にあり、画面全体の輝度分布を均一にすることがより難しくなってきている。
【００１３】
この課題を解決するためには、光学シートの輝度の低い部分に対応する特定部位の輝度
を高める方向で、シート面内の輝度を均一にする必要があるが、こうした制御は非常に困難である。これを可能にするためには、複雑な形状や難易度の高い樹脂加工を必要とするため、加工収率の低下やコストアップを引起こす可能性が高い。
したがって、光学シートは、シート面内における輝度制御に大きな問題を抱えているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２４６８０５号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、導光板が有する固有の輝度ムラを、この輝度ムラを補償する方向で輝度を均一に制御できる光学シートであって、同時に接触耐性と耐摩耗性を備えた光学シートを提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シートとしたものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の光学シートとしたものである。
請求項３に記載の発明は、前記プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学シートとしたものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記半球状レンズの配置が、ランダム配置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記半球状レンズの底面における直径が４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記半球形状レンズは、その高さを、底面における直径で割ったアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）が、０．４から０．６の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、光が入射する面にも、半球形状レンズがランダムに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シートとしたものである。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記半球形状レンズの底面積の総計の光入射面全体に占める割合が、１％から１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、その厚みが０．５ｍｍから４ｍｍの範囲となることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シートとしたものである。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、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を備えたことを特徴とするバックライトユニットとしたものである。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のバックライトユニットを備えたことを特徴とする液晶表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による光学シートは、光を出射する面に、それぞれが孤立して存在する拡散性の高い半球形状のレンズと、柱状のプリズムレンズが敷設された表面形状であり、プリズムレンズの頂角を変化させることでシート面内の輝度が制御できる。輝度を高めたい部位の頂角を９０°に形成し、輝度を抑える部位は頂角を９０°よりも広角にすることで、光出射面側に傷が付き難い効果とシート面内の輝度制御の両方が可能になる。
【００２７】
また、半球形状レンズの高さを、集光性の高いプリズムレンズの頂角までの高さよりも高く設定している。半球形状にすると接触面内で滑りやすく、傷が付き難いという効果を奏する。シート加工時やシート取扱い時、あるいは光を出射する面の上位に他の光学部材を重ねる際に生じる接触や擦れ等の摩擦傷から、傷が付き易いプリズムレンズを保護することが可能になる。
【００２８】
さらに、プリズムレンズの頂角を、９０°以上１２０°以下の範囲内に設定すると輝度の調整が効率的に行える。プリズムレンズは、頂角が９０°の時輝度が最大であり、９０°から広角になるに従い集光性が低下して輝度も低下するが、１２０°以上である場合は輝度の低下が著しく、一定の輝度を保つには好ましくない。
【００２９】
また、光を出射するシート面に、光拡散性の高い半球形状レンズをランダムに配置した。該レンズの配置を規則性のないランダムな配置とすることで、他の規則性を有する光学部材または液晶表示部材と干渉してモアレや干渉ムラの発生が抑制できる。
【００３０】
また、半球形状レンズの底面における直径を、４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内に設定したことで、該レンズが外観上視認されず輝度制御が容易となる。
【００３１】
また、半球形状レンズのアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）を０．４から０．６の範囲内に設定することで、集光機能が大幅に低下して輝度が過剰に低下することもなく、接触や擦れによる傷の発生もなくなる。加工も容易となる。
【００３２】
光入射面側に、半球形状レンズをランダム配置すると、光学シートと光学部材が振動や擦れ等を生じたとしても摩擦傷が付きにくくなる。また、半球状の構造によって隙間が生じることから、密着によって生じるニュートンリング等の干渉むらの発生を抑えることが可能となる。
【００３３】
また、光入射面に形成した半球形状レンズの占める面積率が、１％〜１０％の範囲内であると、ニュートンリング等の干渉むらの発生を抑制できて、正面輝度が低下しないという効果を奏する。
【００３４】
光学シートの厚みが０．２ｍｍから４ｍｍの範囲であると、０．２ｍｍ以下の場合、光学シート自体の強度が低下し、ディスプレイを点灯して使用する際に生じる熱によりシートにシワやうねり、変形などが発生し、これが画面上の明暗差や輝度不均一を引起こすために好ましくない。また、４ｍｍ以上の場合、使用される液晶ディスプレイ自体を厚くすることに繋がり、薄さを強調する液晶ディスプレイ向けの光学部材としては望ましくない。
【００３５】
上記の光学シートをバックライトユニットは、輝度が均一で、視野角依存性のない光を液晶表示装置に出射することができる。
【００３６】
上記のバックライトユニットを備える液晶表示装置は、画面全体の輝度が均一で視野角による画質の変動が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る光学シートを含む液晶表示装置の構成を説明する断面模式図である。
【図２】エッジ型液晶表示の、導光板面上の明るさの差を示す模式図が（ａ）であり、これに対応して、（ｂ）は光学シートのプリズムレンズと半球形状レンズの配置の一例を説明する上面視の図である。
【図３】本発明になる光学シートの表面形状を模式的に説明する図である。（ａ）は斜視拡大図、（ｂ）は断面視図である。
【図４】本発明になるよる光学シートと導光板の接触状況を説明する断面視の図である。
【図５】本発明になる光学シート光出射面の表面構造を説明する上面視の図である。
【図６】本発明になる光学シートを組込んだバックライトの輝度を評価した部位を示す上面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づき説明する。なお、図１から図４は、本発明に係る光学シート、バックライトユニット、液晶表示装置の構成を示す要部断面図である。
【００３９】
本発明に係るバックライトユニット２は、図１に示すように光源ユニット７、光学シート１０、機能性シート１１からなっている。光源ユニット７は、導光板８、その端部に配置した複数のＬＥＤを筐体に収容したＬＥＤ光源６、反射シート５からなる。導光板８は、光源６からの光Ｈを観測者側Ｆに向ける機能を有し、裏面側には印刷法で形成された白インキのドットパターン９が設けられている。反射シート５は、裏面に射出した光を反射させる機能がある。
【００４０】
機能性シート１１は、単一又は複数枚の構成である。機能性シート部材１１とは、例えば集光、拡散、偏光、変色等に代表される機能を一つあるいは複数同時に有するシートであり、液晶パネル３へ入射する光の輝度均一化、高輝度化や偏光機能などの必要な特性を付与するための光学部材である。液晶パネル３は、このシート部材１１の更に観察者側方向Ｆに配設されている。
【００４１】
このような構成を備えた液晶表示装置１によれば、バックライトユニット２において、光源６から射出された光Ｈは、導光板８で光の向きを観察者側方向Ｆに変更され、光学シート１０で集光させられ、その光の進行方向前方に配置された機能性を有するシート部材１１で入射光が拡散、集光、あるいは偏光、またカラーシフト等により必要とされる光Ｋに変換される。光Ｋが、液晶パネル３に入射して観察画像の光が観察者側Ｆへと射出される。
【００４２】
ここで、光源ユニット７における光源６は液晶パネル３へと光を供給するものであり、例えば複数のＬＥＤを装置の側面側に配置したエッジ型、装置の背面に配置した直下型などを用いることができる。または、複数の線状光源を用いることもできるが、これについては複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）またはＥＥＦＬを例示することができる。
【００４３】
光源ユニット７を構成する反射シート５は、複数の光源６の観察者側Ｆとは反対側に配置され、導光板８から出射される光の観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させる役割を担っている。この結果、観察者側Ｆに出射された光Ｈは、光源６から出射された光量にほぼ等しくなる。このように反射板５を用いることによって光の利用効率を高めることができる。反射板５としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、白色ＰＥＴシートなどに代表される反射シート、反射板などを使用することができる。
【００４４】
光源ユニット７の光出射側に配設された導光板８は、透明樹脂で形成されており、透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、特に光透過率の高いアクリル系樹脂が好ましい。また、光源としてＬＥＤを液晶表示背面に配置させた直下型の液晶表示装置１においては、上記導光板８の代わりに光を拡散させる拡散板８Ａが設けられている。
【００４５】
次に液晶パネル３は、図１に示すように、１組の偏光板（偏光フィルム；偏光子）１４、１５と、その間に挟持された液晶セル１６とで構成されている。液晶セル１６は、例えば２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。液晶パネル３は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する装置であるが、光学シート１０により観察者側Ｆへの輝度が向上されて光強度の視角度依存性が低減され、高品位な画像を表示できる。
【００４６】
ここで、ＬＥＤを光源とするエッジ型液晶表示に付属する導光板８の観察者側方向Ｆの面内明るさを測定した結果を図２（ａ）に示す。図２（ａ）から分かるように、導光板８の中央部位は明るく、ＬＥＤが配置されていない導光板側面が暗くなる傾向があることが判明した。この明るさのムラ（輝度ムラ）は、正面輝度を高める仕様の導光板に多く見られ、ＬＥＤ数を低減させた仕様においては、より顕著になる可能性が高く、この輝度差を低減させる措置が必要となる。これにおいては、導光板８の改善だけでなく、光学シート１０の機能を導光板の輝度分布を解消する方向で対応させることが必要となる。
【００４７】
また、導光板８においては、光源からの光が入射する端面以外の端面から導入した光が導光板８外部にもれることを防ぐため、当該端面を反射テープで被覆することがある。この場合、ＬＥＤが配置されていない導光板端部は反射テープの効果により輝度の向上がみられる。しかしながら、今度は中央部位と導光板端部との中間部位が暗くなる傾向がみられることが分かった。上記輝度ムラは、導光板８の設計だけでなく、光学シート１０を含めたバックライト部材全体で解決することが必要となる。
【００４８】
次に、本発明に係る光学シート１０について詳述する。光学シート１０は、図１（ｃ）に示すように、導光板８からの光が入射する側の面を光入射面１０ａ、光が観察者側方向Ｆに出射する側の面を１０ｂとする。光出射面１０ｂには、断面が同じ二等辺三角形である柱状プリズムレンズ１９が、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さをなしてストライプ状に延在するように敷設されており、さらにこの柱状プリズムレンズの上に、半球形状のマイクロレンズ３１がランダムに孤立して敷設されている。
【００４９】
また、半球形状のマイクロレンズ３１が光出射面１０ｂに占める面積率は、１％から２０％であることが望ましい。半球形状のマイクロレンズ３１の面積率が２０％より高くなる場合、輝度を向上させる効果の高い線状に連なる幾何学構造体１１０の面積率が相対的に低下するために、光学シート１０全体の輝度を低下させることを招くため望ましくなく、１％以下となる場合は、柱状プリズムレンズ１９の尖った頂部を保護することが困難となることから好ましくない。
【００５０】
ここで、プリズムレンズの頂角は所望の角度となるように設定できるので、本発明では
、集光性の高いプリズムレンズ１９の頂角を面内において変化させることで、シート面内の輝度を制御している。つまり、図２（ａ）に示したように、光源と導光板８の組み合わせだけではで制御しにくい輝度の高低を、導光板８の上に配置される光学シート１０で補償するものである。すなわち、この暗い部位の直上のプリズムレンズ１９の頂角を最も輝度が高くなる９０°近傍に設定し、反対に明るい部位におけるプリズムレンズ１９の頂角を９０°よりも広角にすることで、光学シート１０の光出射面１０ｂ上で輝度を均一にする制御が可能となる。
【００５１】
なお、プリズムレンズ１９の頂角は、９０°〜１２０°の範囲内であることが望ましい。これは、プリズムレンズ１９において、９０°頂角が最も正面輝度が高くなるからである。また、頂角が１２０°よりも広角となる場合は、正面輝度の低下が著しくなりすぎて好ましくない。一方、９０°以下である場合は、正面以外の輝度が低下して視野角が狭くなると同時に、サイドローブも高くなることから光学シート１０として望ましくない。さらには、頂角が鋭角になるほど、ギラつき等による光学シート１０の外観を損なうことに繋がることからも望ましくない。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、拡散性の高い半球形状のマイクロレンズ３１の高さＨ１を、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２よりも高く設定する。このことにより、頂角が尖っているためにキズがつきやすいプリズムレンズ１９を、他のシート・基板類に触れさせないようにすることができるとともに、マイクロレンズ自体は半球形状であるため滑りやすく、傷が付きにくい。Ｈ１を、Ｈ２よりも高くすることで、シート面内の輝度制御に加え、シート加工時やシート取扱い時、あるいは光を出射する面の上に配置される光学部材１１を重ねる際に生じる接触や擦れ等の摩擦傷から、傷が付き易いプリズムレンズ１９を保護することが可能になるということである。尚、半球状とは厳密な意味で半球ということ意味せず、多少の変形も含むものである。
【００５３】
また、図３（ａ）に示した半球形状のマイクロレンズ３１の高さＨ１は、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２の１．２倍から６倍の範囲内であることが望ましい。これは、１．２倍以下である場合は、プリズムレンズ１９の接触防止効果が不十分であり、マイクロレンズ３１の高さＨ１が６倍以上となる場合、マイクロレンズ３１自体のサイズが大きくなり過ぎて、光出射面上で目視されることによる外観不良を引起こすことがあるためである。マイクロレンズ３１の高さＨ１を上述した範囲に設定することで、必要な耐擦傷性と良好な外観を得ることが可能となる。
【００５４】
なお、プリズムレンズ１９の最大高さＨ２は、１０〜１００μｍの範囲内であることが望ましい。これは、１０μｍ以下である場合は、光の回折効果により必要とされる輝度が得られなくなるからである。また、１００μｍ以上ではプリズムレンズ１９自体が光出射面上で目視されることによる光出射面側１０ｂの外観不良の要因となることから好ましくない。
【００５５】
また、半球形状のマイクロレンズ３１の直径Ｌは、４０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。直径が１５０μｍ以上である場合は、マイクロレンズ３１自体が目視され易くなり、外観上光出射面のムラや粗さ、輝点等を際立てることにつながるために好ましくない。また、マイクロレンズ３１の直径が４０μｍ以下の場合、マイクロレンズ３１を形成することが困難であると同時に、形状や直径、高さのバラつきが大きくなり、輝度の制御に支障を生じさせる可能性が高まることから好ましくない。マイクロレンズ３１の直径を上記の範囲内とすることで、外観上優れた輝度制御可能な光学シートを安定して提供することが可能となる。
【００５６】
上述した光出射面側１０ｂとは反対の光入射面側１０ａには、図４に示すように半球形
状構造である突起部２０がランダムに配置されていることが望ましい。この突起部２０は、その略球面形状により、光の入射面１０ａ側に配置される導光板８または他の光学部材８Ａとの接触や擦れによる傷の発生を抑制する機能を発揮すると同時に、略半球状の構造によって隙間が生じることから、密着によって生じるニュートンリング等の干渉むらの発生を抑えることが可能となる。さらに、傷付防止効果を付与することで、光学シート１０を作製する際に必要とされる保護フィルムを省くことも可能となる。
【００５７】
さらには、光入射面側１０ａに微細な凸性を付与することで光の拡散機能を高め、視野角の拡大及び光源側にある導光板のパターンを隠蔽する効果性を向上させることが可能となる。表面が微細な凸部で粗面化された平面部２１は、光源６からの光Ｈを粗面化された平面部２１で拡散させて光学シート１０内部に取り込むことができる。そのため、光学シート１０は、光入射面１０ａで光源６のランプイメージや、導光板８に形成されたドットパターン９を観測者に対して隠蔽する働きと、光出射面１０ｂから観測者側Ｆに出射される光をプリズムレンズ１９で集光・拡散させて視野角を拡げる役割とを有している。
【００５８】
上述した光学シート１０の光入射面１０ａに占める突起部２０の面積率は、１％〜１０％の範囲内であることが望ましい。突起部２０の底面２０ａの面積率が上記範囲内であれば導光板８との接触によって擦れて傷を発生することを抑制して入射光の輝度低下を抑制できる。しかし、面積率が１％未満である場合には突起部２０の頂部２０ｂの拡散板８Ａとの接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が望めず、１０％を超える場合には光源６からの光Ｈを光学シート２０内部に取り入れることの妨げとなり、光学シート１０の輝度低下を引起こすからである。
【００５９】
光学シート１０の光入射面１０ａに形成された突起部２０の外径（直径）は、３０μｍ〜１５０μｍの範囲が好ましい。そして、光学シート１０の突起部２０の高さの外径に対する比率が３％〜３０％の範囲内であることが望ましい。突起部２０の外径が１５０μｍを超える場合には突起部２０自体が観察者に目視され易くなり、これが外観上、光出射面１０ｂのムラや粗さ、輝点の原因となる。一方、突起部２０の外径が３０μｍ未満の場合では突起部２０による傷付防止効果が低下すると共に、金型の作製及び光学シート１０の製作が困難となるため好ましくない。
【００６０】
なお、光学シート１０の突起部２０について、導光板８に接触する頂部２０ｂが滑らかで傷が付き難い略球面形状であれば、突起部２０の平面視形状が円形状でも略円形状でも良く、或いは楕円形状や頂部が曲面状に丸くなった三角錐形状や四角錐形状、あるいはその他の多角錐形状等であっても良い。光入射面１０ａの平面部２１ａに円滑な略球面形状の突起部２０が上述した条件の範囲内で形成されていることにより、必要とされる耐擦傷性を発揮すると同時に略球面形状に起因する輝度の低下を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、光学シート１０の突起部２０の外径に対する高さの比率が３％〜３０％の範囲内であれば、突起部２０の頂部が導光板８との接触や擦れによって傷が発生するのを防ぐと共に光の入射を妨げて輝度が低下することを抑制できる。一方、突起部２０の比率が３％未満であると接触や擦れによる傷の発生を防ぐ効果が得られず、３０％を超えると突起部２０自体が光Ｈの入射を妨げる要因となり、結果的に光学シート１０の輝度を大幅に低下させる要因となるために好ましくない。
【００６２】
これまでに述べてきた光学シート１０は、そのレンズ仕様を導光板に応用することが可能である。マイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９のレンズ仕様を最適化させることで、導光板の光立上げ効果の制御が可能となり、導光板の光出射面における輝度の明暗差を解消することが出来る。
【００６３】
また、上記光学シート１０は、液晶表示装置１のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬを光源とする照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することも出来る。
【００６４】
次に光学シート１０の作製工程について説明する。
光学シート１０は、透明性の高いシート状の基材上に、ＵＶ硬化樹脂あるいは電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。一例として、予めエッチング工法及び切削加工を用いて金型表面にマイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９の雌型を形成し、この金型版を用いて透明性の高いシート状の基材上に、ＵＶ樹脂製の上にマイクロレンズ３１及びプリズムレンズ１９を転写成形することができる。
【００６５】
ここで、透明性の高いシート状の基材１８の材質としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、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）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。
【００６６】
また、光学シート１０を構成する材料として熱可塑性樹脂からなる透明樹脂も好ましく、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、ＰＥＴ、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。これらの材料を用い、先に示した金型版を用いた押出し成形加工法により作製することが出来る。また、射出成型法、熱プレス成型法によって入射面１０ａを有する光学シート１０を製作することも可能である。
【００６７】
光学シート１０は、光入射面１０ａと光出射面１０ｂを表裏同時に両面加工して形成することが出来る。或いは、表裏面である光入射面１０ａと光出射面１０ｂとを別々に加工して得られた各半分の厚みの片面シート同士を貼り合せることで光学シート１０を得ることも出来る。
【００６８】
光学シート１０には、拡散性を向上させる目的で無機微粒子または有機微粒子を添加させて用いることが出来る。一例としては、アクリル系粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、メラミン―ホルマリン縮合物の粒子、ポリウレタン系粒子、ポリエステル系粒子、シリコーン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、カオリナイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどの無機酸化物粒子、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子などの無機微粒子等を挙げることができる。
【００６９】
また、光学シート１０は紫外線吸収剤が添加されたものが好ましい。紫外線吸収剤を添加することにより、光源６から照射される紫外線を含む光によって光出射面１０ｂに形成したプリズムレンズ１９群の劣化を抑制することができて、光学シート１０の長寿命化を図ることができる。この紫外線吸収剤としては、例えば、２−（２´- ヒドロキシ−５´−メチルフェニル）ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系化合物、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、４−ｔ−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチル酸エステル系化合物、２−エトキシ−２´−エチルオキザリックアシッドビスアニリドなどのオキザリックアシッドアニリド系化合物、エチル−２− シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系等を用いる
ことができる。
【００７０】
なお、光学シート１０の光出射面１０ａ側のプリズムレンズ１９とマイクロレンズ３１を形成する方法としては、金型切削加工、あるいは金型切削加工とエッチング加工、または金型切削加工とブラスト加工等の異なる加工方法を組み合わせる方法が挙げられる。特に、プリズムレンズ１９の頂角を変化させる方法としては、所定の先端角度を有するダイヤモンドバイトを複数利用して、金型表面に頂角の異なるプリズムレンズ１９を配置できる。
【００７１】
また、光学シート１０の光入射面１０ａ側の微細突起を形成する方法としては、マット加工やエンボス加工等が挙げられる。また、マット加工による作製に代えて不連続の微小突起を設ける加工を施してもよい。これらの工法によれば、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を微細な凹凸を形成した転写部材に押し付けて当該転写部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を硬化させて微細な凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径３０〜１００μｍ程の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、これら透明粒子を最外層側に押し出すことで微細な凹凸を形成させるようにしてもよい。この加工方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しいことが好ましい。
【００７２】
光源ユニット７の光源６から出射した光Ｈは、導光板８によって光の向きが変更されて光学シート１０の光入射面１０ａに入射される。そして、光学シート１０の入射面１０ａから光が入射する際、光入射面１０ａに設けた突起部２０は、光の入射を妨げることがないように面内の面積率を規定してある。
【００７３】
さらに、平面部２１の微細な凹凸は、拡散性と隠蔽性を備えるので、光源６のランプイメージや導光板８の輝度ムラを低減させる。そして、光学シート１０を透過して光出射面１０ｂから出射する際、マイクロレンズ３１群とプリズムレンズ１９群の比率を変化させて面内の輝度を均一制御することにより、液晶表示装置３の画面全体の輝度を均一化することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を図５、図６を用いて説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。特に実施例において、光学シート１０及びこれを用いた液晶表示装置１の光学特性について説明する。
【００７５】
（実施例１）
光学シート１０として、光学シート１０の光出射面１０ｂに、互いに分離して（だけではどのように分布しているのかわからない。密度等の説明要）設けた直径９６μｍ、レンズ高さ４８μｍとなる半球形状のマイクロレンズ３１と、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍとなる断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズ１９を、光学シートの一方の短辺から他方の短辺に延在するように隙間なしに配設した。頂角については、柱状のプリズムレンズのうち、長辺から短辺に沿って内側１０％までの幅を頂角９０°、その先３０％幅を頂角９５°、その先２０％幅を頂角１００°、その先３０％幅を頂角９５°、その先１０％幅（対する長辺まで）を頂角９０°となるように配設した。
なお二等辺三角形も必ずしも厳密な意味でなく、加工上の誤差など多少の変形を含むものである。
【００７６】
マイクロレンズ３１形状と、頂角が場所によって異なる断面が二等辺三角形の柱状プリズムレンズ形状を雌型とする第一金型版をエッチング工法と切削工法を利用して加工作製した。なお、作製する光学シート１０の光出射面１０ｂにおけるマイクロレンズ３１の面
積率は、全体で２％となるように金型の設計を行ない加工を実施した。
【００７７】
次に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折・BR ＝１．４９）を塗布し上記金型を押し付けて略半球形状のマイクロレンズ３１とプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、ストライプ構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向に線状配置された構成とした。このようにして得られた光学シート１０を実施例１とする。この光学シート１０の上面視図を図５に示す。
【００７８】
（比較例１）
比較例１として、光学シート１０の光出射面１０ｂとして、互いに分離して設けた直径９６μｍ、レンズ高さ４８μｍとなる形状のマイクロレンズ３１と、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍ、頂角９０°の断面が二等辺三角形であるプリズムレンズ１９形状を雌型とする第二金型版を先の実施例１と同様の工法で加工作製した。
なお、作製する光学シート１０の光出射面１０ｂにおけるマイクロレンズ３１の面積率は、２％で統一させた設計を行ない、金型加工を実施した。
【００７９】
次に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折率＝１．４９）を塗布し第二金型を押し付けて略半球形状のマイクロレンズ３１とプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、線状構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向にストライプ配置された構成とした。このようにして得られた光学シート１０を比較例１とする。
【００８０】
（比較例２）
比較例２として、底面の幅が５０μｍ、高さが２５μｍ、頂角９０°の断面が二等辺三角形となるプリズムレンズ１９形状を雌型とする第三金型版を切削工法により加工作製し、実施例１と同様に、ＵＶ成形機を用いて、厚み１８８μｍのＰＥＴ基材（東洋紡績製品）上にＵＶ硬化性樹脂（屈折率＝１．４９）を塗布し第三金型を押し付けてプリズムレンズ１９を形成して、２３インチサイズの光学シート１０を作製した。なお、線状構造のプリズムレンズ１９は、観測者側から観て水平方向に線状配置された構成とした。このようにして得られた光学シートを比較例２とする。
【００８１】
（光学評価）
実施例１及び比較例１〜２による光学シート１０を、図１に示した実施形態における光学シート１０とした。別の光学シート１１として恵和（株）の製品である光拡散シートを用いた。液晶表示装置１として２３インチサイズのＬＥＤエッジ型の液晶表示装置１を用いた。光学的評価は以下に示す測定方法により評価した。
【００８２】
（正面輝度評価）
実施例１及び比較例１〜２として作製した３種類の光学シート１０を、白インキのドットパターン９が形成されたアクリル樹脂製の導光板８上にそれぞれ配置し、さらにそれぞれの上に光学シート１１である光拡散シートを重ねて装着した。測定に当たっては液晶パネル３を外した。
先ず、その観察画面を全白表示として、分光放射輝度計（ＳＲ−３Ａ：トプコンテクノハウス社製）を用いて同一条件下で光学シート１１の中心部の輝度を測定した。測定した結果を表１に示す。
【００８３】
（輝度差評価）
次に、光学シート１１上の端部から中央部までの輝度を順次測定した。測定した箇所は、図６に示すように、短辺の中央部位、短辺端部から２０ｍｍ、７５ｍｍそれぞれの中央部
位の輝度を計測して比較評価を行った。表１の結果は、同一箇所の輝度測定を５回行った平均輝度である。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１に示す結果から次のことがいえる。
実施例１による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３８１ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７３ｃｄ／ｍ２、中心部位で４１０ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３８３ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３７４ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から７５ｍｍの輝度比は９％であった（○）。
【００８６】
比較例１による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５６ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７９ｃｄ／ｍ２、中心部位で４２１ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３８８ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５９ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から２０ｍｍの輝度比は１５％であった（×）。
【００８７】
比較例２による光学シート１０を用いた場合、正面輝度は筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３５５ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で３７１ｃｄ／ｍ２、中心部位で４２８ｃｄ／ｍ２、７５ｍｍの中央部位で４０２ｃｄ／ｍ２、筐体端部から２０ｍｍの中央部位で３６２ｃｄ／ｍ２であり、最も輝度の高い中央部位と最も輝度の低い筐体から２０ｍｍの輝度比は１７％であった（×）。
【００８８】
以上に示した実施例１及び比較例１及び２の評価結果から、本発明による光学シートには、幾何学構造体であるプリズムレンズの頂角を変化させることで、光学シートの光出射面における輝度を制御することが可能となり、液晶表示における画面内輝度の抑制が可能であることが分かった。
【符号の説明】
【００８９】
１ 液晶表示装置
２ バックライトユニット
３ 液晶パネル
６ 光源
８ 導光板
８Ａ 拡散板
９ 白インキのドットパターン
１０ 光学シート
１０ａ 光入射面
１０ｂ 光出射面
１１ 光学シート（拡散シート）
１４，１５偏光板
１６ 液晶セル
２０ 突起部
２１ 平面部
１９ プリズムレンズ（幾何学構造体）
３１ マイクロレンズ（略半球形状レンズ）
Ｈ１ マイクロレンズ高さ
Ｈ２ プリズムレンズ最大高さ
Ｆ 観察者側
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記半球状レンズの配置が、ランダム配置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項５】
前記半球状レンズの底面における直径が４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項６】
前記半球形状レンズは、その高さを、底面における直径で割ったアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）が、０．４から０．６の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項７】
光が入射する面にも、半球形状レンズがランダムに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項８】
前記半球形状レンズの底面積の総計の光入射面全体に占める割合が、１％から１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項９】
その厚みが０．５ｍｍから４ｍｍの範囲となることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項１０】
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を備えたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバックライトユニットを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
光を出射する面に、断面形状が二等辺三角形である柱状のプリズムレンズを、ピッチが二等辺三角形の底辺の長さであるようにストライプ状に敷設し、さらに前記プリズムレンズの上に複数の半球状レンズを配置したことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記半球形状レンズの高さは、プリズムレンズの高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記プリズムレンズの頂角は、９０°から１２０°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記半球状レンズの配置が、ランダム配置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項５】
前記半球状レンズの底面における直径が４０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項６】
前記半球形状レンズは、その高さを、底面における直径で割ったアスペクト比（頂点部位高さ÷底面直径）が、０．４から０．６の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項７】
光が入射する面にも、半球形状レンズがランダムに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項８】
前記半球形状レンズの底面積の総計の光入射面全体に占める割合が、１％から１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項９】
その厚みが０．５ｍｍから４ｍｍの範囲となることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学シート。
【請求項１０】
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を備えたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバックライトユニットを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７３８１９（Ｐ２０１３−７３８１９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２６３８（Ｐ２０１１−２１２６３８）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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