JP2009080374A - 光学シートとそれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光を収束、または均一化する機能を有する光学シートの改良にあたり、光学シートの製造工程におけるシート巻き取りの際に、シートに歪みやたわみが生じず、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を提供する。
【解決手段】光学シート１００は、基材シート８１の出射面側に光学素子８０が設けられている。光学素子８０にレンズを用いた場合、入射面１０４Ｂ側にストライプ状の光反射層８６を設ける場合もある。光反射層８６を設けない場合には、入射面１０４Ｂは基材シート８１の裏面で平面となり、光反射層８６を設けた場合には、入射面１０４Ｂは光反射層８６で略平面となる。そして、光学素子８０の表面１０４Ａが、入射面１０４Ｂに接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ３．０以下となるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディプレイとして用いられている液晶表示装置用バックライト部材の一つとして適用される光学シートの改良に関するものである。

液晶表示装置に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。したがって、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。

米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Brightness Enhancement Film：ＢＥＦ）が、この問題を解決する光学シートとして広く使用されている。

ＢＥＦは、図１に示すように、部材１上に、断面三角形状の単位プリズム２が一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズム２は光の波長に比較して大きい。ＢＥＦは、“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。

ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦは、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「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（図１中に示す方向Ｆ）側である。

プリズム２の反復的アレイ構造が１方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。

ＢＥＦの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。ＢＥＦに代表されるプリズム２の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献は、例えば特許文献１乃至３のように多数ある。

上記のようなＢＥＦを輝度制御部材として用いた光学シートでは、図２に示すように、屈折作用ｘによって、光源３からの光Ｐが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用ｙによる光成分が、視聴者の視覚方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。従って、図１に示すようなＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図３に点線Ｂで示すように、視聴者の視覚方向、すなわち視覚方向に対する角度が０°における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある。

以上の事情に鑑み、本出願人は、ＢＥＦに代表されるプリズムシートの代替製品として、特許文献４に例示される光学シートを提案している。
上記文献による光学シートは、
照明光源からの光の入射面側が略平坦であり、非入射面側である出射面側に複数の光学素子を形成したディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御のための光学シートにおいて、
前記光学素子は、半円柱状の凸シリンドリカルレンズ群が1方向に並列してなるレンズシートであり、出射面側のレンズ部に対応した開口部を有する光反射層を備えている構成である（図４参照）。

図４では、レンズシート６５の入射面側に形成された開口部を通ることができなかった光源６４からの光は、光反射層６６で反射され、導光板７９側に戻される。そして、導光板との界面あるいは導光板内での反射を繰り返した後、いずれは開口部を通ってレンズシート６５に再度入射し、出射角度を所定角度内に制御された後に液晶パネル６８に向けて出射され、図３に実線Ａで示すような光強度分布が得られる。
特公平１-３７８０１号公報 特開平６-１０２５０６号公報 特表平１０-５０６５００号公報 特開２０００−２８４２６８号公報

上述したような集光機能を有する光学素子を有する、ＢＥＦに代表されるプリズム、もしくは文献４に例示されているレンズを用いた光学素子シートは、一般的に、図５に示すように放射線硬化性の樹脂７１をシート状の透明支持体７２の表面上に塗布し、凹凸形状の逆型形状を表面に有するロール状金型７４に樹脂塗布側を圧接させつつ、支持体７２を通して放射線７３を照射し、支持体７２表面上に塗布された樹脂７１を硬化するか、もしくは同様の方法で熱可塑性の樹脂を支持体に塗布し、冷却されたロール状金型に圧接させて樹脂を硬化することにより、目的の凹凸形状を持った光学素子を透明支持体の表面上に形成する方法で製造される。また、同様の樹脂を用いた押し出し成形、射出成形等によって光学素子と支持体を一体成形する方法もある。

これらの製造方法では、形成された光学シートはロール状に巻き取られて確保される。ここで光学素子表面と、透明支持体（基材シート）の反対側の略平面とが連続で重なり合って巻き取られていくが、このとき両表面間で摺動が無いと、シート巻き取り部７５で光学シートに歪みやたわみが生じ、そのまま光学シート表面上に欠陥不良として残るという不具合が生じる。

本発明は上記事情を鑑みて案出されたものであり、本発明の目的は、光学シートにおいて、光学素子の表面と、入射面との間に摺動特性が備わることにより、光学シートの製造工程におけるシート巻き取りの際に、両表面が円滑に摺動し、光学シートに歪みやたわみが生じず、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光が入射する入射面と、その裏面に前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子が形成されてなる光学シートであり、前記光学素子の表面が前記入射面に接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ３．０以下であることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学素子がプリズム、もしくはレンズであることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求１または至２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が、熱可塑性もしくは放射線硬化性の樹脂の硬化物からなり、基材シートの表面上に重合接着して形成されるか、もしくは前記光学素子が基材シートとともに一体成形されてなることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が基材シートの表面に設けられ、前記入射面は前記基材シートの裏面であることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が基材シートの表面に設けられ、前記基材シートの裏面にストライプ状の光反射層が設けられ、前記入射面は前記光反射層であることを特徴とする光学シートである。
また、本発明は、請求１乃至５に何れか１項記載の光学シートと、前記光学シートの入射面に、光を照射する光源を備えることを特徴とするバックライトユニットである。
また、本発明は、請求項６に記載のバックライトユニットと、前記バックライトの前記光学シートの光学素子側に液晶パネルを備えることを特徴とするディスプレイ装置である。

本発明によれば、光学シートの製造工程におけるシート巻き取りの際に、光学素子の表面と、反対側の入射面とが接触しても、互いの表面が円滑に摺動することにより、光学シートの歪みやたわみを防止し、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

図６はプリズムまたはレンズシートを光学素子として用いた光学シート１００を備える表示装置を示す側面図であり、図７はレンズシートの裏面に反射層を設けた光学シート１０２を備える表示装置を示す側面図である。

図６、図７に示すように、本実施の形態に係るバックライトユニットは、光源８４と、反射シート８５と、光拡散板８２、８３と、光学シート１００（あるいは１０２）を含んで構成されている。
光源８４としては、冷陰極蛍光ランプ、ＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザーなどが使用可能である。
また、本実施の形態に係るディスプレイ装置は、このバックライトユニットと、光学シート１００（あるいは１０２）の上に配置された液晶パネル７８を含んで構成されている。
また、同実施の形態に係る光学シート１００、１０２は、基材シート８１上の照明の出射面側に光学素子８０を配置してなる。基材シート８１の素材としては、当該技術分野で良く知られているPET（ポリエチレンテレフタラート）、アクリルシート、PC（ポリカーボネート）シート等を用いる。光学素子８０としては、熱可塑性やＵＶ硬化性の樹脂を用いて作成する。

もしくは、光学素子８０と基材シート８１を押し出しや射出成形で一体成形する方法もある。

また、光学素子８０にレンズを用いた場合、図７のように入射面１０４Ｂ側にストライプ状の光反射層８６を設ける場合もある。光反射層８６の有無は必要とする集光機能とコスト、どちらをとるかによって決まる。光反射層８６を設けない場合には、入射面１０４Ｂは基材シート８１の裏面で平面となり、光反射層８６を設けた場合には、入射面１０４Ｂは光反射層８６で略平面となり、いずれの場合も入射面１０４Ｂは略平面ということができる。

光反射層８６を設ける場合は白色顔料、金属蒸着層を用い高反射率で光吸収の少ないものを選択することが好ましい。白色顔料としては、当該技術分野で良く知られている二酸化チタン、硫酸バリウム、及び酸化マグネシウム、金属蒸着層としては銀などを用いる。

光反射層８６は、ＵＶ硬化型粘着材を使用した転写法で作成することもできる。あらかじめレンズ（光学素子８０）と反対の面にＵＶ硬化型粘着材を貼合し、レンズ側（光学素子８０側）からＵＶを照射し、その後未硬化の部分に光反射層を貼合する。この方法であれば、容易にレンズ（光学素子８０）とストライプ状の光反射層８６を１：１に対応させて配置することができる。

また、該光反射層８６は押し出しや射出成形で出射面側に光学素子８０、基材シート８１および他の面に凹凸をつけたレンズシートを一体化して成形したのち、該凹凸を利用して光反射性を示すインキをパターン状に塗布する方法で作成することもできる。

そして、光学素子８０の表面１０４Ａが、入射面１０４Ｂに接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ３．０以下となるようにした。

光学素子８０の表面１０４Ａの静摩擦係数をこのように設定しておくと、光学素子８０の表面１０４Ａと、反対側の入射面１０４Ｂとの間に摺動特性が備わることにより、光学シート１００、１０２の製造工程におけるシート巻き取りの際に、両表面１０４Ａ、１０４Ｂが円滑に摺動し、光学シート１００、１０２に歪みやたわみが生じず、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を提供することができる。

ここで、静摩擦係数について具体的な説明を行う。まず、静止している物体を動かそうとする際に働く摩擦力を静止摩擦力と呼び、物体の質量が大きい場合、その物体を動かすのにより大きな力を要し、ある限界値以上の力でないと物体は動かない。この物体が静止している限界でかかっている力、すなわち物体が動き出す直前にかかっている力を最大静止摩擦力という。
摩擦力は、垂直荷重に比例し、見かけの接触面積によらず、荷重を P、比例定数を μ とすれば摩擦力 F はF = μP と表すことができる。このときの比例定数μを摩擦係数と呼び、最大静止摩擦力がかかるときの摩擦係数μを、静摩擦係数と呼び、この値は、接触面及び物体の材質や表面状態（凹凸など）によって変わってくる。
（実施例）

光学素子８０として、ＰＥＴ基材シート８１上にＵＶ硬化樹脂を配置するＵＶキュアリング成型法によって半円柱状の凸型シリンドリカルレンズ群が１方向に並列してなるレンチキュラーレンズを形成した。ここで、作成した光学シート１００の基材シート８１の厚みは７５μｍであり、光学シート１００の総厚は１５０μｍであった。

ここで、ＵＶキュアリングによるレンズ成形の際に、ＵＶ光の照射強度を調節することによってレンズ（光学素子８０）の硬化度、及び表面の粘り性を変化させ、レンズ表面１０４Ａ（光学素子８０の表面１０４Ａ）とPET基材シート８１の反対側の略平面である入射面１０４Ｂの両面が接触したときの静摩擦係数を様々に変化させたレンズシートを作成した。

様々なレンズ表面１０４Ａの粘り性を持った光学シート１００それぞれにおいて、レンズ表面１０４ＡのPET基材シート８１の入射面１０４Ｂに対する静摩擦係数の測定を行った。方法としては、滑り角測定機（ＴＯＹＯＳＥＩＫＩ社）を用いて両表面間における静摩擦係数の測定を行った。

次に、様々な静摩擦係数を示した光学シート１００を、実際にロール状に巻き取り、歪みやたわみの発生の有無を確認した。そのときのロール巻き取りテンションは７０Ｎに設定した。
その結果、両面が接したときの静摩擦係数が３．０よりも大きい場合、重なったレンズ表面１０４Ａと入射面１０４Ｂの両表面が摺動しないため、ロールに歪みやたわみが発生し、その後に段落００２２に示した方法により光反射層を設けて光学シートを作成しても、レンズ面上に歪やたわみの跡が残った欠陥不良品となってしまう。
しかし、レンズ表面１０４Ａと入射面１０４Ｂが接したときの静摩擦係数が３．０よりも小さくなる光学シート１００においては、一切歪みやたわみは発生せず、その後の光学シート作成においても不具合は無く、効果が確認された。結果を図８に示す。

また、今回の実施例では、光学素子８０にレンチキュラーレンズを用い、成形時のＵＶ照射強度によってレンズ（光学素子８０）の硬化度や表面の粘り性を調節し、静摩擦係数を様々に変化させたが、実際は、光学素子８０の表面形状や材質の改良や、光学素子８０に接する光学シート１００の裏面の入射面１０４Ｂの平滑性を上げることによって静摩擦係数を小さくすることもできる。例えば、材質としてシリコン系添加剤を加えて光学素子８０の硬化物の滑りを良くすることもできる。

また、今回の実施例では、PET基材シート８１にレンチキュラーレンズ（光学素子８０）を成形した光学シート１００、すなわち光学シート１００単体でのロール巻き取りの一例を述べたが、実際は光学素子シート１００単体のみならず、図７に示すように、光学素子８０の裏面に光反射層８６を設けた光学シート１０２等のロール巻き取りにおいても、光学素子表面１０４Ａと反対側の入射面１０４Ｂの両表面間の静摩擦係数を０より大きく、かつ３．０以下と設定することで、歪みやたわみを防止することができる。
例えば、入射面１０４Ｂが光反射層８６を有する光学シート１０２の場合、ロール巻取り時に光学素子８０に接する光反射層８６の材質、表面形状等を調節することによって光学素子表面８０と入射面１０４Ｂ（光反射層８６）との両表面間の静摩擦係数を上記に示した範囲内に設定することで、光学シート１０２の歪みやたわみを防止することができる。

上述したように、本発明によれば、光学シートの製造工程におけるシート巻き取りの際に、光学シートに歪みやたわみが生じず、鮮明な表示画像を得る上で有利な光学シート、ディスプレイ用バックライトユニット、表示装置を提供することができる。

ＢＥＦの構成例を示す斜視図。 ＢＥＦの光学作用の説明図。 ＢＥＦの、視角方向に対する角度に対する光強度分布を示す説明図。 ＢＥＦとは別タイプの従来技術に係る光学シートを示す説明図。 光学シートの製造工程を示す側面図。 本発明に係る光学シートを備える表示装置の側面図。 本発明に係る反射層付きの光学シートを備える表示装置の側面図。 実施例と結果を示す図。

符号の説明

Ｆ・・・視角方向
１・・・部材
２・・・プリズム
３・・・光源
６５・・・レンズシート
６６・・・光反射層
６７・・・導光板側
７０・・・シート巻き出し部
７１・・・放射線硬化性の樹脂
７２・・・シート状の透明支持体
７３・・・放射線
７４・・・ロール状金型
７５・・・シート巻き取り部
７８・・・液晶パネル
８０・・・光学素子
８１・・・基材シート
８２・・・拡散フィルム
８３・・・光拡散板
８４・・・光源
８５・・・ランプハウス
８６・・・光反射層

Claims (7)

1. 光が入射する入射面と、その裏面に前記入射面からの光を出射する際に方向、範囲、色、輝度分布の少なくとも何れかを制御する光学素子が形成されてなる光学シートであり、
   前記光学素子の表面が前記入射面に接触したときの静摩擦係数が０よりも大きく、かつ３．０以下である、
   ことを特徴とする光学シート。
2. 請求項１に記載の光学シートにおいて、前記光学素子がプリズム、もしくはレンズであることを特徴とする光学シート。
3. 請求１または至２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が、熱可塑性もしくは放射線硬化性の樹脂の硬化物からなり、基材シートの表面上に重合接着して形成されるか、もしくは前記光学素子が基材シートとともに一体成形されてなることを特徴とする光学シート。
4. 請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が基材シートの表面に設けられ、前記入射面は前記基材シートの裏面であることを特徴とする光学シート。
5. 請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記光学素子が基材シートの表面に設けられ、前記基材シートの裏面にストライプ状の光反射層が設けられ、前記入射面は前記光反射層であることを特徴とする光学シート。
6. 請求項１乃至５に何れか１項記載の光学シートと、
   前記光学シートの入射面に、光を照射する光源を備えることを特徴とするバックライトユニット。
7. 請求項６に記載のバックライトユニットと、
   前記バックライトの前記光学シートの光学素子側に液晶パネルを備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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