CN1795403A - 光学膜及使用了它的面光源装置 - Google Patents

Abstract

光学膜(10)具有：以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为材质的透明底膜(11)，以丙烯酸改性环氧树脂等光硬化树脂在作为底膜(11)的一个面的入射面(12)上形成的棱镜，及以同样的光硬化树脂在与上述入射面(12)相对的出射面(13)上形成的全息片，上述棱镜通过对以截面大致呈三角形状的槽或峰入射的光进行全反射而使光折射到垂直于上述出射面(13)的方向，上述全息片通过使从出射面(13)出射的光各向异性地扩散来提高亮度。

Description

光学膜及使用了它的面光源装置

技术领域

本发明涉及对出射光方向进行控制的光学膜和使用了这种光学膜的面光源装置。

背景技术

至今，对计算机的显示部、家电产品控制面板的显示部及手机的显示部等提供了液晶显示装置，与此相应，提高了对消耗电力的降低和轻量化、薄型化的要求。作为代表性的装置，有使用了透过型液晶面板的液晶显示装置。

在这种液晶显示装置中，使用面光源装置作为从背面对液晶面板进行照明的背光。面光源装置具有：将来自光源的光面状地出射的导光板；控制导光板的光出射的方向以将尽可能多的光出射到液晶显示装置的观察者的正面方向的光学膜。

图1是表示现有的液晶显示装置的结构图。

液晶显示装置具有：出射白光的发光二极管类的光源111；引导由光源111供给的光呈面状地出射的导光板112；使从导光板112倾斜地出射的光114折射到垂直于出射面的方向的棱镜片似的光学膜110；扩散体132；显示图像的透过型液晶显示面板130。这样，从液晶显示装置朝向观察者，照射到液晶显示面板130的光134被出射。

扩散体132设置的目的是：抑制光学膜110的棱镜结构或全息片结构的周期性和液晶面板130的像素间隔的周期性引起的摩尔条纹，或抑制液晶面板130与光学膜110之间产生的牛顿环，或减小从光学膜110射出的光116的色散。但是，由于设置扩散体132而增加了界面，由此产生的菲涅耳反射使亮度下降。因此，提出了在光学膜110的出射面上形成扩散体132的方案。在日本专利文献特开平9-281310号公报及特开平9-281311号公报中，提出了使光学膜的出射面含有微小的珠粒或微柱来给与光扩散性的同时，在出射面上形成凹凸使其表面粗糙的方案。但是，这些方法虽然能够抑制摩尔条纹或牛顿环的产生，但由于利用微小的珠粒或微柱的扩散性无法控制扩散角度范围，而使光线在整个空间中大致均等地扩散，会有正面亮度极低的问题。

在此，在液晶显示装置中，光源111、导光板112、光学膜110及扩散体132构成对液晶面板130呈面状地供给光的面光源装置。

图2是表示光学膜110的入射光114与出射光116的关系图。

图中，使朝向光学膜110的入射光114的入射角为θi，从光学膜110的射出的出射光116的出射角为θo。这些入射角θi及出射角θo是光学膜110的入射面及出射面的法线与入射光114及出射光116分别形成的角度。

朝向光学膜110的入射角θi为20°～80°，取决于导光板112的设计。光学膜110的作用是将从导光板112倾斜地入射到入射面的光有效地折射到垂直于出射面的方向，即出射角θo为0°的方向。因此，材质的选用和形状设计使得空气层和光学膜110的界面反射即菲涅耳反射减小，并且使尽可能多的光向上述0°方向前进。此外，在出射光116具有角度分布时，即使入射角θi有些许变动，通过使朝向上述垂直方向的亮度具有不会减小的光折射特性，与作为某特定的光折射角相比，可使朝向正面方向的亮度更高。再有，由于光源111射出的是白光，因此必须使波长导致的像散小，液晶面板130的显示不会有不均匀或图像模糊的情形。

在光学膜110和导光板112中，利用例如称为斯涅耳定律的折射定律，在几何光学上使出射光折射。这种场合，光学膜110能够利用在入射面上形成有由棱镜形成的槽或谷的棱镜片来构成。这种棱镜片结构简单，能够容易地制造。

另一方面，提供使用了基于光的波动性质的衍射现象的全息片的光学膜来代替原来的利用了折射的棱镜片。通过使用全息片，不仅能折射光线，还可以附加聚光的功能。对于利用全息片制作光学元件的方法，例如记载在Victor Soifer，Victor Kotlyar and Leonid Doskolovich：“Iterative Methods forDiffractive Optical Elements Computation”，Taylor Francis(1997)中。

从前，全息片由于伴随着分光与高阶衍射而被认为不适用于白光的折射。

另一方面，公知的是，通过使光从导光板倾斜地出射，能够使出射光具有指向性，能够通过在维持指向性的情况下折射到垂直方向来提高亮度(例如，参照日本特许第二739730号公报)。

对于利用了棱镜片或全息片之中任一种的光学膜，要求利用光学膜使控制了出射方向的出射光的亮度进一步提高。

如上所述，当使光从导光板倾斜地出射的光维持指向性的情况下折射到垂直方向时，虽然能够提高亮度，但难以使出射角度在导光板的面上达到一定，容易产生亮度不均。因此，可考虑在导光板与光学膜之间放入维持亮度并且不会有亮度不均的扩散体，为此，扩散体的角度范围就不得不受到限制。然而，在使用角度范围受到限制的扩散体的情况下，对从导光板倾斜地入射的光则难以确保所希望的扩散特性并控制亮度分布。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供控制光的出射方向的光学膜，并且在维持高亮度的同时能够消除摩尔条纹、牛顿环及亮度不均的光学膜及使用了它的面光源装置。

为了解决上述问题，本发明的光学膜具有：形成有使入射光折射的形状的入射面；形成有使光只在空间中特定的角度范围中扩散的扩散体并与上述入射面相对的出射面，上述入射面的形状使入射到上述入射面的光折射到垂直于上述出射面的方向。

优选上述入射光是白光，上述入射面的形状是使上述白光折射到垂直于上述出射面的方向。

优选上述入射面的形状由平均周期为小于等于200μm的槽或峰组成。

优选槽或峰沿同心圆形成圆弧状

优选上述槽或峰构成全息片。

优选上述全息片是使入射角为60°±15°的白光折射到垂直于出射面的方向的透过型衍射光栅，在设光学材料的折射率为n，m1、m2＝1，2，3...时，具有平均周期为m1×(5.0±1.0)μm、平均深度为m2×(3.7±1.0)/(n-1)μm的锯齿形状。

优选上述锯齿形状是以N级(N＝4，5，6...)近似得到的形状。

优选上述槽或峰的截面大致呈三角形。

优选上述槽或峰利用光在上述三角形的内部进行全反射而使光折射。

优选上述出射面的扩散体的扩散角在所有的方向都为小于等于10度。在此，上述扩散角度优选在透过光强度相对于角度的曲线图中在峰值强度的1/2的强度的角度宽。上述扩散角更优选5度以下，包括X方向5度、Y方向2度这种各向异性的情况。

优选上述出射面的扩散体的浊度为小于等于50％。更优选小于等于25％。

优选上述出射面的扩散体是利用压花加工法制作得到。

优选上述压花加工是由形成有斑纹图案的电铸模的转印来进行的。

优选上述压花加工是由形成有微细凹凸形状的金属型辊的转印来进行的。优选包括利用机械加工、电镀、机械加工及电镀来形成微细凹凸形状的金属型辊。

本发明的面光源装置在把上述光学膜配置于导光板的光出射面上而成的面光源装置中，把形成有折射光学膜的入射光的形状的入射面设定成朝向导光板一侧。

优选上述导光板与在光出射面上具有各向异性扩散特性的全息片扩散体结合为一体。

优选在上述导光板和光学膜之间，或光学膜的光出射面上，配置了具有偏光分离、色分离或防反射功能的膜。优选不必做成把扩散体膜另外单独配置的结构。

优选上述导光板的出射面、使上述光折射的部件的入射面及出射面相互平行。

优选上述导光板使光相对于出射面以平铺的角度，即以大的出射角出射，使得在该方向具有光的指向性。上述导光板通过使从光源入射的光几乎不折射地以大的出射角出射来确保高的亮度。

优选使上述光折射的部件在维持上述导光板所致的指向性的情况下使光向垂直于上述出射面的方向折射。优选上述扩散体使从上述部件出射的光有效地扩散到狭窄的扩散范围。通过利用上述部件使接近垂直于上述扩散体的光入射，能够在维持亮度的情况下而不产生不均地使光扩散。

优选上述导光板的出射亮度把峰值维持在从该导光板的出射面的出射角在50°～80°之间，峰值的半宽在30°以下。优选使上述光折射的部件将上述导光板所射出的光在维持光的指向性的状态下，折射到与上述导光板的出射面垂直的方向。优选上述扩散体是将上述部件出射的光更有效地扩散到狭窄的范围的垂直偏向扩散体。

附图说明

图1是表示现有的液晶显示装置的结构图。

图2是表示光学膜的入射光与出射光的关系图。

图3是表示因形成于光学膜上的衍射光栅形成的绕射光的方向图。

图4是表示形成于光学膜上的全息片的作用图。

图5是表示形成光学膜上的衍射光栅的入射角与出射角的关系图。

图6是表示形成于光学膜上的衍射光栅的深度、周期及锯齿位置偏移的关系图。

图7是表示形成于光学膜上的衍射光栅的槽的形状的一个例子图。

图8是表示形成于光学膜上的衍射光栅与三角形锯齿的偏移的大小的图。

图9是表示定义扩散体形成的光的散射方向的矢量(Sx、Sy、Sz)图。

图10是表示液晶显示装置的另一例子图。

图11是表示本实施方式的光学膜的结构图。

图12是表示形成于光学膜的入射面上的衍射光栅的形状图。

图13是说明光学膜的制造方法的说明图。

图14是表示图13的步骤S12或步骤13得到的全息片或既定形状的制造装置图。

图15是表示使用了光学膜及面光源装置的液晶显示装置的结构图。

图16是表示形成于光学膜上的棱镜的配置和全息片的扩散方向的第一具体例子图。

图17是表示形成于光学膜上的棱镜的配置和全息片的扩散方向的第二具体例子图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明用于实施本发明的光学膜及面光源装置的最佳方式。

图3是表示因形成于光学膜110上的衍射光栅形成的衍射光的方向图。

当设构成全息片的衍射光栅的周期为5μm时，对于红(λ1：620nm)、绿(λ2：550nm)、蓝(λ3：480nm)的各波长，以60°入射时，7，8，9次变成垂直方向。绿光时如图所示8次变成垂直方向，使深度最适合来计算该衍射效率的话，对于各波长，由于7，8，9次达到峰值，从而可知得到了波长分散小的衍射光栅。设入射角为θ、空气中的折射率为n0、衍射光栅的材料的折射率为n、光栅间隔为d，λ3的衍射次数为m，则λ1、λ2和λ3的衍射次数之差为m1而相等。使出射角为0°，当光从衍射光栅的面入射时，则下式成立。

n0·sin(θ)-n·sin(0)

＝m·λ3/d

(m-m1)·λ2/d

(m-2·m1)·λ1/d                        (1)

设n0＝1，求解上式时，化为如下式(2)、(3)。

d＝0.48μm·m1·λ2/{(λ2-λ3)sin(θ)}    (2)

m＝m1·λ2/(λ2-λ3)                      (3)

若m1一定时，可知光栅间隔d由入射角的正弦决定。

利用全息片可使倾斜地入射到光学膜的白光折射到垂直于出射面的方向。在此，所谓“白光”是指包含红蓝绿3基色的光，所谓“折射到垂直方向”是指使倾斜地入射到具有衍射效果的光学部件的面上的光改变到面的法线方向来传播。

当单色光通过全息片时，会产生所谓1次光、2次光的多次衍射，由于光在各衍射角传播，从而光的折射效率降低。此外，若使白光通过衍射而折射的话，一般来说，根据波长，由于衍射角不同而会有色散。但是，通过适当地设计全息片而可以抑制色散和光折射效率的降低。

图4是表示形成于光学膜110的全息片的作用图。

形成于光学膜110的入射面的全息片如图所示，把从导光板112倾斜地出射的光114折射到垂直于出射面的方向而成为出射光116。

通过使用全息片能够更有效地使从导光板112出射的白光折射。

作为全息片，代表性的虽是衍射光栅，但该衍射光栅的槽的朝向相对于入射光既可以平行也可以垂直。此外，也可以纵横相切。再有，作为全息片，也可以如计算机产生的全像图，具有许多像素。全息片的类型既可以是表面浮雕型也可以是体积相位型，并且可位于光学膜110的一个面或两面，或者也可以重叠。

图5是表示形成于光学膜110的衍射光栅的入射角和出射角的关系图。

在面光源装置中，从导光板112射出包含红蓝绿三基色的白光。此时，基于面光源设计的方便，形成于光学膜110的入射面上的衍射光栅面的垂线和朝向光栅面的入射光所成的角度，也就是入射角大多在60°±15°的范围内。此时，如果通过了上述衍射光栅的激光相对于垂直于光学膜110的出射面的方向在±10°的范围内，也就是从观察者看来在正面方向汇聚60％以上的光的话，就称为折射到垂直方向。在以60°入射时，480nm(蓝)和620nm(红)的波长的散射角度由光栅的周期决定，周期为1.2μm以上时，在9°以下。衍射角的波长依赖性在差在10°以下时可认为很小，在波长像散之外还需要考虑偏振波分散。对于最接近垂直的次数的衍射效率，当设衍射效率大的偏振波为A，小的偏振波为B的话，(A-B)/A在20％以下时，则可认为偏振波依赖性小。当偏振波依赖性在5％以上时，希望提高在面光源装置中必要的偏振波的衍射效率。衍射光栅不仅有折射光的功能，还可以附加光学功能；此外，制作衍射光栅的面不只是平面，为了附加光学功能也可以在曲面上制作。再有，衍射光栅也可以和棱镜片一起使用。例如，考虑xyz空间时，还可以考虑用衍射光栅使光折射到x方向，在y方向则用棱镜片来折射。

在面光源装置中，对于形成有用于将从导光板112出射的白光折射到垂直方向的全息片的光学膜110，通过组合偏光分离、色分离及防反射功能，能够提高光的利用效率。

偏光分离、色分离及防反射功能能够通过制作微细的周期结构来实现。此外，作为全息片可使用表面浮雕型全息片的衍射光栅。表面浮雕型全息片由于可利用转印法制作，生产性高，便于大量生产。

图6是表示形成于光学膜110上的衍射光栅的深度、周期及锯齿位置偏移的关系图。

衍射光栅的深度不论过深或过浅，都降低光在出射面的垂直方向上的出射效率。当入射角为60°时，平均周期d为0.6μm以上、10μm以下，衍射光栅的折射率为n时，光栅槽的平均深度h为m×d/(n-1)(其中，0.5＜m＜1.0)的条件时，效率高。此时，最佳深度依赖于周期和锯齿的齿尖的位置偏移u。例如，周期为5μm，偏移量u/d为0％时，7.4μm为最佳深度之一。周期为5μm，u/d为20％时，6.2μm为最佳深度之一。

但是，重要的是斜面的倾角，槽可以占满深度的几十％。为了用在此所使用的深槽批量生产面积密的衍射光栅，希望从铸模转印来制作。作为从铸模转印的树脂，希望使用以热或紫外光硬化的树脂。

作为制作具有深槽的铸模的方法，有在石英基片上涂布电子束抗蚀剂，电子束描画后以RIE(反应性离子蚀刻)蚀刻的方法，或用X射线曝光、显影的方法，对灰度掩模的图案进行曝光、显影的方法，使用切割工具雕刻的机械加工法。作为从铸模转印的光学膜的树脂的性质，根据使用条件，希望是光透过性好的丙烯酸树脂或PMMA树脂、或者转印性好的烯烃树脂。

如图6所示，锯齿的齿的朝向如箭头118那样以沿长边的方向规定。锯齿的齿的朝向接近平行于入射光者衍射效率高，在接近垂直于入射光时，衍射效率低。

形成于光学膜110上的衍射光栅形成在入射面上，也就是来自导光板112的光的入射面一侧，使来自导光板112的入射光衍射。

一般而言，当光从膜的斜向入射、出射时，菲涅耳损失虽增大，但通过把锯齿方向朝下，比平面地入射时能降低入射时的菲涅耳损失。此外，若在光学膜110上所形成的衍射光栅，则出射光与面垂直地出射，这样也降低了菲涅耳损失。

图7是表示形成于光学膜110上的衍射光栅的槽120的形状的一个例子图。图7(a)是光学膜110的俯视图，图7(b)是光学膜110的正视图。

通过将衍射光栅的槽120做成扇形，与点光源对应使光折射到垂直方向，能够提高亮度。图示的扇形的槽120为锯齿，取某一点为圆心，沿着同心圆形成圆弧状的槽。即，形成圆弧状的反射面。扇形的槽120不一定是连续的槽。

图8是表示形成于光学膜110上的衍射光栅的距三角形锯齿126的偏移的大小的图。

衍射效率为最大的条件位于距锯齿126稍微偏移之处。图中表示了该偏移128。最佳光栅形状因入射角度、波长、周期、深度、折射率而异。以求解周期的衍射光栅的衍射效率的严密解的方法，以试差法变换光栅形状来进行数值计算的话，可得到最佳形状之一。

实用上，希望使衍射光栅向垂直方向的衍射效率在70％以上。对于在光学膜110上形成有棱镜的棱镜片，包括菲涅耳损失在内，虽实现了高达约90％的折射效率，但在光学膜110上所形成的衍射光栅也能够表现出同等的特性。

当使用LED作为光源时，在导光板的入光部附近虽容易产生亮度不均，但通过将设置于导光板上的光学膜110不是做成棱镜片而是做成衍射光栅或全息片，就能够抑制亮度不均。

图9是表示定义扩散体形成的光的散射方向的矢量(Sx，Sy，Sz)图。

光学膜110的出射面以衍射光栅的槽的朝向为x方向，在xy面内，光沿z方向传播。在图中表示了，在z方向前进的入射光136，被光学膜110散射到观测器140方向的散射光。此外，还表示出朝向散射方向的单位矢量138，与包含该单位矢量138的终点的光学膜110平行的参照面144。

上述矢量(Sx，Sy，Sz)以朝向散射方向的上述单位矢量的方向的余弦，也就是(cos(θ1)，cos(θ2)，cos(θ3))来定义。其中，角度θ1、θ2、θ3分别是上述单位矢量与x、y、z所成的角度。

在此，使θ1的范围尽可能小，将θ2的范围设定为大约为填满相邻的不同次数的角度分布的凹谷的大小。也就是说，若8次的衍射角为0°，9次的衍射角为7°，则对于理想的扩散体而言，理想的是cos(83°)＜Sy＜sin(83°)，Sx＝0。还有，为了使导光板112的光没有颜色的不均，将x、y方向变成反方向，为-cos(83°)＜Sy＜sin(83°)，Sy＝0的扩散体即可。作为这种全息片扩散体的制作方法，可采用日本专利文献特开2001-71959号公报的实施例中所述的方法。全息片扩散体既可以是表面浮雕型也可以是体积相位型。

在光学膜110中，通过进行偏振或波长选择，能够提高光的利用效率。例如，从面光源装置发出的光，在入射角60°附近入射到光学膜110上时的周期在0.6μm以下，存在深度0.5μm以下的浮雕形状时，仅具有特定的波长及偏振的光以80％以上的效率被反射，剩余的光以80％以上的效率透过。此时，以波长和入射角选择最佳浮雕形状。如果再利用此时被反射的光，则可提高光的利用效率。例如，使彩色滤光片的红蓝绿矩阵符合周期0.6μm以下，深度0.5μm以下的浮雕形状，通过设计周期与深度等，与把光折射到垂直方向的膜组合，并且对准矩阵的位置，就可以得到提高了由偏振光膜或彩色滤光片损失的光的利用效率的液晶显示装置。其原因在于，偏振光膜中，失去2个偏振光中的一个，也就是失去了光量的50％；彩色滤光片中，失去3基色中的2个，也就是失去了光量67％，但假如可以仅透过某个偏振光的某个色，对返回来的光进行再利用的话，就可以大幅度提高光的利用效率。此外，为了减少在空气和膜的界面的菲涅耳反射，优选光折射的浮雕形状和亚微米周期的小光栅位于同一个膜的表里。再有，亚微米周期的小光栅的层也可以多层重叠。此外，扩散体及防反射膜优选位于作为面光源装置的发光层的导光板的出射光出射的表面上。

图10表示的是液晶显示装置的另一个例子。

在该液晶显示装置中，从光源154入射到导光板148的左端面152的光被导光板148的背面150反射，然后，被导光板148表面的扩散体146扩散，再由衍射光栅等的光学膜160、162折射，向垂直方向出射。通过把从导光板148的背面150的反射角度和在导光板148表面的扩散角度及光学膜160、162的折射角度调整到最佳，就能够提高在垂直方向的亮度。

由于光发散的角度随着离光源154的距离而不同，所以，可利用场所改变光的发散性，可得到面内均匀的亮度。

若设光学膜160、162和空气的折射率分别为n0、n1的话，入射到光学膜160、162时的布鲁斯特角θB由式(4)定义。

tan(θB)＝n1/n0                   (4)

光以布鲁斯特角入射时，由于电场矢量的振动方向与入射面平行的成分完全透过，因而若选择这些偏振光(P成分)的话，就能够使在界面的透过率为100％。此外，全息片也有偏振波依赖性。大体上，对平面透过率高的偏振波和在全息片中透过率高的偏振光由于朝向一致，所以，两者都可以选择透过率高的偏振光。

实施例

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。还有，本发明不限定于该

实施例。

图11是表示本实施例的光学膜的结构图。

光学膜10在作为透明底膜11的一个面的入射面12上形成有既定形状，在作为另一个面的出射面13上形成有全息片。

底膜11由例如聚对苯二甲酸乙二脂(PET)构成。入射面12的既定形状和出射面13的全息片是在底膜11上利用光硬化树脂形成的。

底膜11以形成于入射面12的既定形状使入射的白光折射，从出射面13垂直地出射。形成于出射面13上的全息片作为扩散体使从出射面13出射的光的方向扩散。

在入射面12上，可以形成作为上述既定形状以几何光学的折射使光折射的棱镜。该棱镜的槽或峰具有大致三角形的截面，利用光在上述三角形内部的全反射使光的方向折射。

此外，也可以通过在入射面12上形成利用光的波动性质使光折射的衍射光栅或全息片来使光折射。

图12是表示形成于光学膜10的入射面12上的衍射光栅的形状的图。

衍射光栅的尺寸为，h＝6.2μm，d＝5μm，u＝1μm。

在入射面12上可以形成作为上述既定形状的平均周期为小于等于200μm的由槽或峰构成的全息片。该全息片是使入射角为60°±15°的白光折射到垂直于出射面的方向的透过型衍射光栅，在设光学材料的折射率为n，m1、m2＝1，2，3...时，具有平均周期为m1×(5.0±1.0)μm，平均深度为m2×(3.7±1.0)/(n-1)μm的锯齿形状。此时，由于光学特性主要由倾斜面的倾斜度决定，所以，例如，即使槽的深度填满直到50％也能发挥作用。该锯齿形状是以N级(N＝4，5，6...)近似得到的。即，倾斜面是以(N-1)段的台阶近似。

图13是说明光学膜10的制造方法的说明图。

在最初的步骤S11中，准备成为制作光学膜10的衬底的底膜。对该底膜可利用例如以聚对苯而甲酸乙二脂(PET)为材质的膜。

在步骤S12中，在步骤S11准备好的底膜上，在作为出射面的一个面上形成全息片。并且，在步骤S13中，在与作为入射面的上述一个面相对的另一个面上形成衍射光栅似的既定形状。

图14是表示在上述步骤S12或S13的全息片或既定形状的制造装置图。

在此，制造装置88虽作为在上述步骤S12的在光学膜10的出射面13上形成作为扩散体的全息片的装置进行了说明，但也同样可用于衍射光栅或棱镜的形成。此外，对于在出射面13上形成了全息片的底膜10的入射面12，同样可利用该制造装置88形成在S13的光学膜10的入射面12上形成棱镜。

在制造装置88中，在金属型辊82上相对地配置供给光硬化型树脂70的供给头68，在金属型辊82的旋转方向下游，依次配置有测量辊78、压辊80、紫外线照射装置86、离型辊84。

金属型辊82上，沿着其圆周面的旋转方向形成槽条，对槽条仿形而在光硬化型树脂70的表面上形成凸条。

凸条的形成是，先制作钻石车刀，并利用钻石车刀与精密车床在金属型辊82的表面上实行槽条的加工。该金属型辊82以黄铜材质制作，以钻石车刀加工槽后，快速地进行无铬电解电镀以进行表面的氧化，光泽、保护机械强度。作为光硬化型树脂70，本实施例使用了商品名称为サンラツトR201(三洋化成工业株式会社制)的产品。

制造时，光硬化型树脂70从树脂储槽64通过压力控制装置66、供给头68来供给金属型辊82。供给时，光硬化型树脂70的供给压力一边以压力传感器检测，一边以控制装置66控制，并调整对金属型辊82的涂布压力。在金属型辊上涂布的光硬化型树脂70利用测量辊78将膜厚调整成一定的厚度。测量辊78上设有刮刀片72，将附着在测量辊78上的树脂刮除，使涂布于金属型辊上的树脂平整度保持稳定。

作为底膜10的透明底膜(透明膜)74被供给到位于测量辊78的下游的压辊80与金属型辊82之间，用压辊80和金属型辊82夹住透明底膜74，并使光硬化型树脂70与透明底膜74紧密附着。

透明底膜74以紧密附着于光硬化型树脂70的状态到达紫外线照射装置86时，利用由紫外线照射装置86所发出的紫外线来硬化光硬化型树脂70，并同时与透明底膜74粘接，做成一体的膜之后，利用离型辊84将一体的膜片76从金属型辊82剥离。这样，可以连续得到长尺寸的膜片76。

这样在底膜74的出射面上做成形成了全息片的一体的膜片76后，利用同样的工序，在膜片76的入射面12上形成棱镜面。通过这些工序，在底膜11的出射面上13上制作出全息片，在入射面12上制作出棱镜，从而制作出使两者成为一体的光学膜10。

把这样制作的膜裁剪成所预定尺寸而得到光学膜10。在原来所采用的注射成型法或热压加工法中，因衍射光栅厚度的关系而存在成型上的界限，例如，尺寸为2英寸的面，其厚度范围为0.8～1.0mm，6英寸的面，其厚度范围为1.0～1.5mm，很难再做得更薄，但在本实施例中，由于利用金属型辊82连续制造，从而可以把厚度做得比原来的更薄。

此外，由于是将长尺寸的膜裁剪来做成光学膜10，从而与原来的制造方法相比制造容易，可以降低制造成本。

即，在原来采用的注射成型法中，在制造尺寸不同的光学膜10时，对每个尺寸都需要制造该制品特有的金属模具，制造成本增高。此外，在以恒定尺寸法对透明树脂进行热压来制作的方法中，需要在脱模后对固定尺寸的成品的各边缘进行切割的工序，并对切割面进行研磨的工序，耗费了切割工序和研磨工序的工时，但在本实施例中，只要把膜裁断成预定尺寸即可。

并且，作为本实施例的透明膜74，塑使用了聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，但并不限于此，也可使用聚碳酸酯或丙烯酸树脂，热塑性聚氨酯等。此外，作为光硬化树脂70也可选用丙烯改性环氧树脂或丙烯改性聚氨酯等其他材料。

此外，紫外线照射装置86的光源使用金属卤素灯(最大8kw)，膜片76的送进速度为6m/min来制作。送进速度因光硬化型树脂70的硬化特性、透明底膜74的光吸收特性而变化，但通过使用瓦数更高的金属卤素灯，可以提高送进速度。

图15是表示使用了光学膜及面光源装置的液晶显示装置的结构图。

该液晶显示装置用于手机或笔记本电脑等，具有：具有光源54、反射板56、导光板48、扩散体46、光学膜10的面光源装置和液晶面板58。

在面光源装置中，从图的下方依次配置有反射板56、导光板48、扩散体46、光学膜10。光源54发出的光从导光板48的入光端面52入射，在形成于与导光板48的出射面相对的背面50上的未图示出的凸条(凸部)被全反射，从出射面的整个面朝向形成于该出射面的全息片似的扩散体46出射。作为该扩散体46，可使用具有根据出射面上的位置而使光扩散方向不同的各向异性扩散特性的全息片。

该全息片由于光在导光板48的底面反射，使光向与连接观察点和光源的直线垂直的方向扩散从而降低了在上述直线所能产生的辉线。此外，该全息片还抑制色散。

对该全息片可使用表面浮雕型全息片。该表面浮雕型全息片是利用从形成有斑纹图案的电铸模得到的轧辊的转印进行压花加工得到的。

在该全息片中，随机地形成许多被称为斑纹的例如以特定方向为长度方向的细长椭圆状的凹坑。入射到全息片的光向与该斑纹的长度方向正交的方向强烈地扩散。因此，通过设定斑纹的方向及其尺寸，能够设定各向异性扩散光的全息片的特性。

还有，为了简化面光源装置的结构，也可以省略扩散体46。这种情况下，从导光板48出射的光不被扩散体46扩散而直接入射到光学膜10。

被扩散体46扩散的光入射到光学膜10。光学膜10用于光折射和防反射，使从扩散体46倾斜入射的光折射到垂直方向，从而对未图示的液晶面板58有效地传输具有大致均匀的亮度分布的光束。

还有，对于上述面光源装置而言，光学膜10可与具有偏光分离、色分离或防反射之中至少一种功能的膜相邻地配置。该膜可由具有周期0.6μm以下，深度0.5μm以下的浮雕形状的衍射光栅构成。

图16是表示形成于光学膜10上的棱镜的配置和全息片的扩散方向的第一具体例子图。

在第一具体例子中，对于未图示出的导光板，在与相当于矩形的光学膜10的一个拐角附近的位置对应的导光板上配置有光源54。即，光源54配置在与该光学膜10平行地配置的同样的矩形的导光板的一个拐角附近。该导光板把来自上述光源54的光反射到光学膜10上，来自导光板54的光倾斜入射到光学膜10上。

在光学膜10的入射面上，形成有以上述光源54为轴的同心圆状配置的槽或峰的棱镜13a，以使得从上述导光板入射的光折射到垂直于出射面的方向。

在光学膜10中，因入射面的棱镜产生的光的反射，通过在连接观察点和光源54的线上连续进行的光反射可产生辉线。当这种辉线出现时，液晶面板的图像等的质量就低。

形成于出射面的全息片作为扩散体，把光扩散到上述同心圆的切线方向t。因此，由于从出射面出射的光被扩散到与上述辉线垂直的方向，从而抑制了上述辉线的出现。

同样地，在光学膜10的入射面上形成有全息片时，作为扩散体通过使光扩散到上述切线方向t，可抑制辉线的出现。

图17是表示形成于光学膜10的棱镜的配置和全息片的扩散方向的第二具体例子图。

在第二具体例子中，对于未图示出的导光板，在相当于矩形的光学膜10的一条边附近的位置上配置有光源54。即，光源54配置在与该光学膜10平行地配置的同样的矩形的导光板的一条边的附近。

在光学膜10的入射面上，形成有与上述光源被配置在附近的边平行地配置了槽或峰的棱镜，从而使从上述导光板入射的光折射到与出射面垂直的方向。

在该光学膜10的出射面13中，为了抑制上述辉线的出现，形成有以上述平行的槽或峰的方向t为扩散方向的全息片。

同样地，在光学膜10的入射面上形成有全息片时，作为扩散体通过使光扩散到上述方向t，也能抑制辉线的出现。

如上所述，在本实施例中，提供了使从面光源装置出射的白光折射到垂直方向、使用了色散、偏振波分散小、衍射效率高的全息片的光学膜，及使用了这种光学膜的面光源装置。

作为全息片，若以衍射光栅为例的话，一般衍射光栅的锯齿(小阶梯光栅-echelette)形状对提高衍射效率是有效的。此外，还可以设计与锯齿形状相比形状最佳的、提高了衍射效率的衍射光栅。

根据本发明，可提供进一步提高了亮度、控制光的出射方向的光学膜，及使用了这种光学膜的面光源装置。

Claims (17)

1.一种光学膜，具有：形成有使入射光折射的形状的入射面；形成有使光只在空间内的特定的角度范围扩散的扩散体并与上述入射面相对的出射面，其特征在于，

上述入射面的形状使入射到上述入射面的光折射到垂直于上述出射面的方向。

2.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：上述入射光是白光，上述入射面的形状使上述白光折射到垂直于上述出射面的方向。

3.根据权利要求1所述的光学膜，其特征在于：上述入射面的形状由平均周期为小于等于200μm的槽或峰构成。

4.根据权利要求3所述的光学膜，其特征在于：上述槽或峰沿同心圆形成圆弧状。

5.根据权利要求3所述的光学膜，其特征在于：上述槽或峰构成全息片。

6.根据权利要求5所述的光学膜，其特征在于：上述全息片是使入射角为60°±15°的白光折射到垂直于出射面的方向的透过型衍射光栅，当设光学材料的折射率为n，m1、m2＝1，2，3...时，是平均周期为m1×(5.0±1.0)μm、平均深度为m2×(3.7±1.0)/(n-1)μm的锯齿形状，或者是该形状的槽只填满不到深度的50％的形状。

7.根据权利要求6所述的光学膜，其特征在于：上述锯齿形状是以N级(N＝4，5，6...)近似得到的形状。

8.根据权利要求3所述的光学膜，其特征在于：上述槽或峰的截面大致呈三角形。

9.根据权利要求8所述的光学膜，其特征在于：上述槽或峰利用光在上述三角形内部全反射来使光折射。

10.根据权利要求1-9中任何一项所述的光学膜，其特征在于：上述出射面的扩散体的扩散角在所有的方向都为小于等于10度。

11.根据权利要求1-9中任何一项所述的光学膜，其特征在于：上述出射面的扩散体的浊度为小于等于50％。

12.根据权利要求10或11所述的光学膜，其特征在于：上述出射面的扩散体是利用压花加工法制作得到的。

13.根据权利要求12所述的光学膜，其特征在于：上述压花加工是由形成有斑纹图案的电铸模的转印来进行的。

14.根据权利要求12所述的光学膜，其特征在于：上述压花加工是由形成有微细凹凸形状的金属型辊的转印来进行的。

15.一种面光源装置，是把权利要求1至权利要求14任何一项所述的光学膜配置于导光板的光出射面上而成的面光源装置，其特征在于，把光学膜的形成有使入射光折射的形状的入射面设定成朝向导光板侧。

16.根据权利要求15所述的面光源装置，其特征在于：上述导光板与在光出射面上具有各向异性扩散特性的全息片扩散体结合为一体。

17.根据权利要求15或16所述的面光源装置，其特征在于：在上述导光板和光学膜之间，或光学膜的光出射面上，配置了具有偏光分离、色分离或防反射功能的膜。

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