JP4538130B2 - 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

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込まれる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。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶層を背面から照らして発光させるバックライト方式が普及し、液晶層の下面側にバックライトユニットが装備されている。かかるバックライトユニット５０は、一般的には図７に示すように、光源としての棒状のランプ５１と、このランプ５１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板５２と、この導光板５２の表面側に積層される光学シート５３とを装備している。この光学シート５３はそれぞれ、屈折、拡散等の特定の光学的性質を有するものであり、具体的には、導光板５２の表面側に配設される光拡散シート５４、光拡散シート５４の表面側に配設されるプリズムシート５５などが該当する。
【０００３】
このバックライトユニット５０の機能を説明すると、まず、ランプ５１より導光板５２に入射した光線は、導光板５２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５２表面から出射される。導光板５２から出射した光線は光拡散シート５４に入射し、拡散され、光拡散シート５４表面より出射される。その後、光拡散シート５４から出射された光線は、プリズムシート５５に入射し、プリズムシート５５の表面に形成されたレンズ部５５ａ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。このように、ランプ５１から出射された光線が、光拡散シート５４によって拡散され、またプリズムシート５５によって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。
【０００４】
また図示していないが、上述のプリズムシート５５の集光特性を考慮し、プリズムシート５５の表面側にさらに光拡散シートやプリズムシートを配設するバックライトユニットもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光学シート５３のうち光拡散シート５４としては、例えば、（ａ）基材層の表面に、バインダー中にビーズ等の光拡散剤が分散した光拡散層が積層されたもの（例えば実開平５−７３６０２号公報等参照）や、（ｂ）合成樹脂製のシート成形時に表面にエンボス加工などを施すことによって、表面に複数の凹凸が形成されているもの等がある。かかる光拡散シート５４は、透過する光線をあらゆる方向に等方的に拡散させるため、液晶表示装置の輝度に貢献する略法線方向以外にも光線を出光させてしまう。従って、光学シート５３として光拡散シート５４だけでは十分な輝度が得られない。
【０００６】
また、プリズムシート５５は、図７に示すように、表面に断面が三角形の突条のレンズ部５５ａが複数並列に形成されており、このレンズ部５５ａは直線状のものである。かかるプリズムシート５５は、ピーク方向が所定角度傾斜した導光板５２からの出射光線を法線方向側へ屈折させることができるため、輝度の向上には有益であるが、レンズ部５５ａが規則性のある平面形状のために屈折作用にも規則性があり、明暗の差が明確になる。従って、光学シート５３としてプリズムシート５５だけでは液晶表示装置の品位を低下させる。
【０００７】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、傾斜した光線を法線方向側へ屈折させる屈折作用が大きく、かつ、屈折作用の規則性に起因する明暗の発生を防止できる光学シートの提供を目的とするものである。また、かかる光学シートを用いて輝度及び品位を向上させるバックライトユニットの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた発明は、突条のレンズ部を複数並列に有する光学シートであって、このレンズ部の稜線が光学シートの平面方向に蛇行していることを特徴とするものである。当該光学シートによれば、突条のレンズ部を複数並列に有することから、ピーク方向が傾斜した光線を法線方向側へ屈折させる屈折作用を発揮することができる。また、当該レンズ部が直線ではなく、蛇行するよう形成されていることから、レンズ部による屈折作用の規則性が乱され、その分だけ光線の屈折方向を種々の方向に散乱させる作用がある。
【０００９】
従って、ランプと、このランプから発せられる光線を表面側に導く導光板と、この導光板の表面側に配置されて光線を表面側に導く光拡散シートやプリズムシートなどの光学シートとを備えた液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、上記本発明の光学シートを使用すると、明暗の発生が低減され、輝度及び品位を向上させることができる。また当該光学シートは、上述のようにレンズ部の規則性が低減されているので、２枚重ねて使用しても、モアレ縞の発生を低減することができる。
【００１０】
上記レンズ部の稜線の平面形状としては、互いに逆向きの湾曲部が交互に連続する形状にするとよい。かかる手段によれば、容易にレンズ部の稜線を蛇行させることができ、かつ、上述のようなレンズ部による屈折作用の規則性を乱す度合いを容易に制御することができる。
【００１１】
当該光学シートにおいて、隣り合うレンズ部の稜線を互いの湾曲部が沿うよう形成するとよい。この手段によれば、レンズ部が直線状の従来のプリズムシートと同程度の密度で屈折作用を発揮できるレンズ部を配設することができる。
【００１２】
一方、上記手段とは逆に、隣り合うレンズ部の稜線を互いの湾曲部が対向するよう形成してもよい。かかる手段によれば、隣り合うレンズ部における対向した互いの湾曲部間の部分が凹レンズ状になり、この部分が拡散作用を発揮する。従って、より効果的に明暗の発生を防止することができる。
【００１３】
上記レンズ部のピッチとしては１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。ここで「レンズ部のピッチ」とは、並列に配設されたレンズ部において、隣接するレンズ部の各頂点の間隔を意味する。レンズ部のピッチを上記範囲とすることで、レンズ部の成形性と光学シートの品位向上とをバランスさせることができる。
【００１４】
また、上記湾曲部の曲率半径としては１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。湾曲部の曲率半径を上記範囲とすることで、レンズ部の成形性と上述のような明暗の発生の低減作用とをともに満たすことができる。
【００１５】
さらに、上記湾曲部の頂点間隔（一のレンズ部における連続する湾曲部の頂点の間隔）としては１μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。かかる湾曲部の頂点間隔によれば、上記湾曲部の曲率半径の数値限定と同様に、レンズ部の成形性と上述のような明暗の発生の低減作用とをともに満たすことができる。
【００１６】
なお、上記レンズ部の連続する湾曲部間に稜線の平面形状が直線状の直線部を挿入することができる。この手段によれば、かかるレンズ部の直線部によって上記屈折機能における屈折角度、屈折方向等の制御が容易になる。
【００１７】
また、上記レンズ部の連続する湾曲部間に稜線の平面形状が緩和曲線形の緩和部を挿入することができる。ここで「緩和曲線」とは、湾曲部の端点の曲率半径とこれに連続する湾曲部又は直線部の端点の曲率半径との間で曲率半径が連続的に変化する曲線を意味する。かかる手段によれば、湾曲部間又は湾曲部と直線部との間の曲率半径が連続的に変化し、レンズ部の稜線が滑らかに蛇行する。そのため、当該手段によれば、明暗の発生をより一層低減することができる。
【００１８】
その緩和曲線形としてはクロソイド曲線形が好ましい。ここで「クロソイド曲線」とは、曲率半径が曲線長に比例する曲線をいう。かかるクロソイド曲線状の緩和部によれば、曲率半径の変化が曲線長で均等になり、上述のような屈折作用の規則性を乱すことによる明暗の発生の低減作用を促進することができる。
【００１９】
上記レンズ部の上面側に屈折率の異なる合成樹脂を塗工し、上面を平滑に形成するとよい。この手段によれば、レンズ部の凹凸を合成樹脂で被覆し、当該光学シートの上面を平滑にしているので、バックライトユニットの組立時や運搬時などにおいて、他のシート等と重ねて用いても、レンズ部の凹凸が当接することによって形成される傷付きが防止でき、そのため、傷付きによる光学的性能の低下を防止することができる。
【００２０】
上記レンズ部とその上面側に塗工された合成樹脂との屈折率差は０．０１以上０．５以下が好ましい。この手段によれば、光学シートとして十分な屈折作用を発揮でき、かつ、レンズ部と上面側の合成樹脂との界面での反射による光線透過率の低下を低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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）は本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の光学シートの模式的断面図、図２は図１の光学シートのレンズ部のサイズを説明する模式的平面図、図３は図１の光学シートとは異なる断面形状の光学シー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の光学シートを示す模式的平面図、図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は図１の光学シートのレンズ部とは異なる形態のレンズ部の稜線を示す模式的平面図、図６は図１の光学シートとは異なる形態の光学シートを示す模式的断面図である。
【００２２】
図１の光学シート１は、基材層２と、この基材層２の表面側に形成されたレンズ部３とから構成されている。この基材層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、耐候性塩化ビニル等が挙げられる。基材層２の厚みは、特には限定されないが、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは７５μｍ以上２５０μｍ以下とされる。基材層２の厚み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、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。
【００２３】
レンズ部３は、断面が三角形の突条部であり、基材層２の表面に複数並列に形成されている。このレンズ部３を構成する傾斜面４における屈折作用によって、下方から上方へ透過する光線を法線方向側へ屈折させることができる。
【００２４】
レンズ部３に用いられる合成樹脂も、上記基材層２と同様に、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。
【００２５】
当該レンズ部３の稜線５は、図１（ａ）に示すように、蛇行した平面形状を呈するように形成されている。この稜線５の具体的な平面形状は、互いに逆向きに湾曲した湾曲部６と湾曲部７とが交互に連続する形状である。このようにレンズ部３の稜線５を蛇行させると、レンズ部３の傾斜面４が一定方向ではなく、一定方向を基準として左右の所定範囲に連続的に変化する扇状の種々の方向を向く。そのため、当該レンズ部３は、ピーク方向が傾斜した光線を法線方向側へ屈折させる屈折機能に加え、この屈折作用の規則性が乱されることによる明暗及び２枚使用時のモアレ縞の発生を低減する効果が発揮される。
【００２６】
また、各レンズ部３は、同方向を向く湾曲部６同士及び湾曲部７同士が互いに沿うよう形成されている。そのため、レンズ部３の配設密度がストライプ状に形成した場合と変わらず、上記屈折機能が低下することもない。
【００２７】
次に、当該レンズ部３のサイズについて図２に従って説明する。まず、レンズ部３のピッチＰは、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下が特に好ましい。これは、レンズ部３のピッチＰが上記範囲より小さいと、突状のレンズ部３の形成が困難になり、かつ、屈折機能が小さくなってしまう傾向があり、逆に、レンズ部３のピッチＰが上記範囲を超えると、レンズ部３の視覚による認識が可能になり、バックライトユニットの品位が低下してしまうことからである。
【００２８】
湾曲部６、７の曲率半径Ｒは、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下が特に好ましい。これは、湾曲部６、７の曲率半径Ｒが上記範囲より小さいと、レンズ部３の形成が困難になり、逆に、湾曲部６、７の曲率半径Ｒが上記範囲を超えると、上述のような屈折作用の規則性を乱すことによる明暗の発生の低減作用が有効に発揮されないためである。
【００２９】
レンズ部３における隣り合う湾曲部６、７の頂点間隔Ｌは、１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下が特に好ましい。これは、湾曲部６、７の頂点間隔Ｌが上記範囲より小さいと、レンズ部３の形成が困難になり、逆に、湾曲部６、７の頂点間隔Ｌが上記範囲を超えると、上述のような屈折作用の規則性を乱すことによる明暗の発生の低減作用が有効に発揮されないためである。
【００３０】
上記構造を有する光学シート１を形成する方法としては、
（ａ）光学シート１の表面形状を反転させた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で表面にレンズ部３を形成する方法、
（ｂ）光学シート１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）光学シート１の表面の反転形状を周面に有するロールと他のロールとのニップに溶融状態のシート状の樹脂を通し、上記形状を転写する押し出しシート成形法、
（ｅ）基材フィルムにＵＶ硬化樹脂を塗布して上記と同様の反転形状を有するロールに押さえ付けて未硬化のＵＶ硬化樹脂に形状を転写し、その後紫外線をあててＵＶ硬化樹脂を硬化させる方法、
（ｆ）ＵＶ硬化樹脂の代わりにＥＢ硬化樹脂を使用する方法
などがある。
【００３１】
従って、図７に示すような光源としての棒状のランプ５１と、ランプ５１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板５２と、導光板５２の表面側に配設される光拡散シート５４と、光拡散シート５４の表面側に配設されるプリズムシート５５とを備えたバックライトユニット５０において、プリズムシート５５に当該光学シート１を用いると、明暗の発生が低減され、輝度及び品位を向上させることができる。また２枚重ねて使用しても、モアレ縞の発生を低減することができる。
【００３２】
図３の光学シート１１は、上記図１の光学シート１とほぼ同様であるが、レンズ部１３の断面形状が異なる。この光学シート１１は、レンズ部１３の断面形状がなだらかに湾曲した凸状で、並列に形成された複数のレンズ部１３全体で波形の断面形状をなすものであり、ウェーブシートとも言われるものである。かかる光学シート１１においても、レンズ部１３の稜線１４の平面形状が上記図１のレンズ部３と同様に蛇行するよう形成されており、屈折作用の規則性が乱され、明暗の発生が低減される。
【００３３】
図４の光学シート２１は、上記図１の光学シート１とほぼ同様であるが、レンズ部の稜線２２の平面形状が異なる。当該稜線２２は、左右方向（稜線２２の方向と垂直方向）を基準にすると、湾曲方向が反対の湾曲部２３、２４が交互に配設されるよう形成されている。つまり、隣り合う稜線２２において、一方の湾曲部２３の湾曲方向と他方の湾曲部２４の湾曲方向とが対向するよう形成されている。
【００３４】
当該光学シート２１によれば、上記光学シート１と同様の明暗及びモアレ縞の発生を低減する効果が発揮でき、さらに、対向した湾曲部２３、２４間に形成される凹状レンズ部２５によって透過光線を拡散させる機能をも有する。かかる拡散機能によりより一層明暗の発生を低減することができる。
【００３５】
本発明の光学シートにおいて、レンズ部の稜線の蛇行形状は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、図５（ａ）に示す稜線３１のように湾曲部３２が半割楕円形のものも可能であり、図５（ｂ）に示す稜線３３のように湾曲部３４がサインカーブのものも可能である。また図５（ｃ）に示すように、連続する一対の湾曲部３６の間に平面形状が直線状の直線部３７が挿入された稜線３５も可能である。さらに図示していないが、連続する湾曲部間に平面形状が緩和曲線状の緩和部が挿入された稜線も可能である。
【００３６】
なお、上記緩和曲線としては、三次放物線、クロソイド曲線、レムニスケート曲線、サイン逓減曲線などがあるが、屈折作用の規則性を均一に乱すことを考慮するとクロソイド曲線が特に好ましい。
【００３７】
図６の光学シート４１は、基材層２とレンズ部３とから構成されている点で上記図１の光学シート１と同様である。当該光学シート４１は、レンズ部３の上面側に合成樹脂４２を塗工し、上面が平滑に形成されている。このように上面を平滑にすることで、重ねて使用しても、他のシートを傷付けることがなく、光学的性能を低下させることが防止できる。
【００３８】
また、レンズ部３とその上面側に塗工された合成樹脂４２との屈折率差としては０．０１以上０．５以下が好ましい。これは、当該屈折率差が上記範囲より小さいと、レンズ部３による屈折作用が小さくなり、光学シートとしての光学的性能を発揮できなくなり、逆に、上記範囲を超えると、レンズ部３と合成樹脂４２との界面で透過する光線が反射してしまい、光線透過率の低下を招来してしまうことからである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学シートによれば、ピーク方向が傾斜した光線を法線方向側へ屈折させる屈折作用が大きく、かつ、屈折作用の規則性に起因する明暗の発生を防止できる。また、かかる光学シートを用いたバックライトユニットは輝度及び品位を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的平面図で、（ｂ）は（ａ）の光学シートの模式的断面図である。
【図２】図１の光学シートのレンズ部のサイズを説明する模式的平面図である。
【図３】図１の光学シートとは断面形状が異なる形態の光学シートを示す模式的断面図である。
【図４】図１の光学シートとは稜線の平面形状が異なる形態の光学シートを示す模式的平面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は図１の光学シートとは異なる形態のレンズ部の稜線の平面形状を示す模式的平面図である。
【図６】図１の光学シートとは異なる形態の光学シートを示す模式的断面図である。
【図７】一般的なバックライトユニットを示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１ 光学シート
２ 基材層
３ レンズ部
４ 傾斜面
５ 稜線
６ 湾曲部
７ 湾曲部
１１ 光学シート
１３ レンズ部
１４ 稜線
２１ 光学シート
２２ 稜線
２３ 湾曲部
２４ 湾曲部
２５ 凹状レンズ部
３１ 稜線
３２ 湾曲部
３３ 稜線
３４ 湾曲部
３５ 稜線
３６ 湾曲部
３７ 直線部
４１ 光学シート
４２ 合成樹脂
５０ バックライトユニット
５１ ランプ
５２ 導光板
５３ 光学シート
５４ 光拡散シート
５５ プリズムシート
５５ａ レンズ部

Claims (13)

1. 突条のレンズ部を複数並列に有する光学シートであって、このレンズ部の稜線が光学シートの平面方向に蛇行していることを特徴とする光学シート。
2. 上記レンズ部の稜線の平面形状が、互いに逆向きの湾曲部が交互に連続する形状である請求項１に記載の光学シート。
3. 隣り合う上記レンズ部が、互いの湾曲部が沿うよう形成されている請求項２に記載の光学シート。
4. 隣り合う上記レンズ部が、互いの湾曲部が対向するよう形成されている請求項２に記載の光学シート。
5. 上記レンズ部のピッチが１μｍ以上５００μｍ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. 上記湾曲部の曲率半径が１μｍ以上５００μｍ以下である請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。
7. 上記湾曲部の頂点間隔が１μｍ以上５００μｍ以下である請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の光学シート。
8. 上記レンズ部における連続する湾曲部間に稜線の平面形状が直線状の直線部が挿入されている請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の光学シート。
9. 上記レンズ部における連続する湾曲部間に稜線の平面形状が緩和曲線状の緩和部が挿入されている請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の光学シート。
10. 上記緩和曲線がクロソイド曲線である請求項９に記載の光学シート。
11. 上記レンズ部の上面側に屈折率の異なる合成樹脂が塗工され、上面が平滑に形成されている請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光学シート。
12. 上記レンズ部とその上面側に塗工された合成樹脂との屈折率差が０．０１以上０．５以下である請求項１１に記載の光学シート。
13. ランプと、このランプから発せられる光線を表面側に導く導光板と、この導光板の表面側に配置されて光線を表面側に導く請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光学シートとを備えた液晶表示装置用のバックライトユニット。

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