JP2004126016A - 光学フィルム、拡散シート、反射板、面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直な方向以外へ出射されてロスとなる光を低減させつつ光を拡散させることができる拡散パターンを有する光学フィルムを提供する。また、プリズムシートと拡散シートの機能を併せ持つ光学フィルムを提供する。
【解決手段】光学フィルム２３の光入射面に複数の拡散パターン２８を形成し、光出射面に複数のプリズム２７を形成する。拡散パターン２８は、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された主傾斜面２９と、主傾斜面２９と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな副傾斜面３０とからなる。
【選択図】　　　図１６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学フィルム、拡散シート、反射板、面光源装置及び液晶表示装置に関する。特に、表面に光学パターンを形成された光学フィルム等に関する。また、当該光学フィルム等を用いた面光源装置や液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平０６−２５０１８２号公報
【特許文献２】特開平０９−３０４６０７号公報
【特許文献３】特開平０５−３４１１３２号公報
【０００３】
図１は液晶表示装置等に用いられる従来の面光源装置１の構造を示す一部破断した分解斜視図である。この面光源装置１にあっては、屈折率の大きな透明材料によって形成された導光板２の上方（観察者側）に拡散シート３が重ねられ、その上に２枚のプリズムシート４、５が重ねられ、導光板２の下面には白色シート等からなる反射シート６が配置されている。また、導光板２の側部には、冷陰極線管からなる光源７が配置されている。
【０００４】
導光板２の下面には、図２に示すような拡散反射インクのドットパターン８が印刷されていたり、あるいは、光学パターンによる拡散パターンが凹設されている。また、上記プリズムシート４、５は、いずれも断面が三角形状で断面一様に延びたプリズムを上面に配列されたものであり、プリズムシート５はプリズムシート４に対して９０°回転させた向きで、プリズムシート４の上に配置されている。
【０００５】
このような面光源装置１においては、光源７から出射された光は、導光板２の側面から導光板２の内部に入り、導光板２の上面及び下面で全反射を繰り返しながら導光板２の全体に広がっていく。導光板２内部で全反射を繰り返しながら伝搬する光Ｌは、図３に示すように、ドットパターン８に当たって拡散反射すると導光板２の上面への入射角が変化し、導光板２の上面へ入射する光Ｌが全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射すると、導光板２の上面（光出射面）から外部へ出射される。また、光源７から遠くなるに従って到達する光Ｌの量が少なくなるので、光源７から遠くなるに従ってドットパターン８の密度を高くして導光板２の上面から均一な輝度で光が出射されるようにしている。
【０００６】
図４は下面に拡散パターン９が凹設された導光板２による光Ｌの挙動を表している。このような導光板２でも、導光板２内部で全反射を繰り返しながら伝搬する光Ｌは、図４に示すように、拡散パターン９に当たって反射すると導光板２の上面への入射角が変化し、全反射の臨界角よりも小さな入射角で導光板２の上面へ入射する光Ｌは、導光板２の上面（光出射面）から外部へ出射される。
【０００７】
図５はこの面光源装置１における光の指向特性を説明する図である。このような面光源装置１においては、図３又は図４に示したような光の挙動で導光板２の上面から光が出射されるので、図５に示す指向特性Ｐａのように、導光板２の上面から出射される光は、導光板２の上面とほぼ平行で指向性の強い光となる。この指向性の強い光は、拡散シート３を通過することにより拡散してランバート光のように広がった指向特性Ｐｂの光となる。よって、拡散シート３を用いることにより、導光板２の輝度ムラが改善される。また、導光板２の上面から出射された光は、拡散シート３で拡散されて光の方向を広げられることにより、プリズムシート４の下面で全反射されにくくなり、プリズムシート４内に入射する光量が増加する。
【０００８】
しかし、拡散シート３を通過して指向性が弱められても、この光の指向特性の中心は拡散シート３に垂直な方向から傾いている。拡散シート３を通過した拡散光を方向の異なる２枚のプリズムシート４、５に通過させると、プリズムシート４、５を通過した光は、次に説明するように、再び２方向（各プリズムシート４、５のプリズムの並んでいる方向）で指向性の強い指向特性Ｐｃ、Ｐｄの光となるように揃えられると共に、光の出射方向がプリズムシート４、５に垂直な方向へ揃えられる。
【０００９】
図６は上記プリズムシート４、５の働きを説明する図である。図６（ａ）は拡散シート３を通過した光Ｌが１枚のプリズムシート４の下面へ斜めに入射したときの光Ｌの挙動を表している。プリズムシート４の下面からプリズムシート４の内部へ入射した光Ｌはプリズムシート４の下面で屈折して上方へ向かい、さらにプリズムの斜面から出射する際にも屈折してプリズムシート４に垂直な方向へ向けて出射される。
【００１０】
一方、拡散シート３からプリズムシート４の下面へ向けて垂直に入射した光Ｌは、図６（ｂ）に示すように、プリズムの斜面で２度全反射（回帰反射）された後、拡散シート３及び導光板２の方向へ戻される。拡散シート３及び導光板２へ戻った光Ｌは、反射シート６で反射され、再び導光板２の上面から出射される。
【００１１】
よって、拡散シート３で拡散され、プリズムシート４、５に入射した光Ｌの一部はプリズムシート４、５と垂直な方向へ出射され、別な一部の光Ｌはプリズムシート４、５で回帰反射されて導光板２へ戻り、反射シート６で反射された後、再び拡散シート３を通ってプリズムシート４、５へ入射される。この結果、拡散シート３を通過した光Ｌは、高い効率でプリズムシート４、５に垂直な方向に揃えて出射されることになる。
【００１２】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ導光板２から出射された光Ｌ、拡散シート３を通過した光Ｌ、プリズムシート４を通過した光Ｌの角度分布を示す図であり、それぞれ図８に示すように垂直軸Ｎに対する角度θａ、θｂ、θｃの方向へ出射される光Ｌの輝度を示している。図７（ａ）によれば、光Ｌの輝度は６０°近傍で大きなピークを示しており、導光板２の上面（光出射面）から出る光Ｌが、一般に垂直軸Ｎから傾斜した方向（６０°±１５°程度が一般的である。）へ出射されることとよく一致している。
【００１３】
また、図７（ｂ）では、輝度のピークはほぼ４０°の位置に移動しており、その輝度ピークの高さが低くなるとともに、全体がなだらかになって均一に近づいている。これは、光Ｌが拡散シート３を通過すると、輝度ムラが改善され、光軸の方向も垂直軸Ｎの方向に近づくのに対応している。
【００１４】
また、図７（ｃ）では、輝度のピークが約３０°の位置に移動しており、角度が０°の方向（垂直軸Ｎの方向）における輝度がかなり大きくなっている。従って、図７（ｃ）によれば、プリズムシート４、５を用いることにより、光Ｌの出射方向をプリズムシート４、５に垂直な方向へ揃えることができることが分かる。
【００１５】
このように面光源装置における出射光の輝度ムラを軽減したり、正面輝度を高くしたりするためには、導光板の光出射側に配置される拡散シートやプリズムシートは重要な働きをしている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような面光源装置では、拡散シート３によって広げられる光の広がりが大きいので、図９に示すような方向へ拡散された光Ｌは、プリズムシート４、５を透過して斜め方向へ出射されてしまう。このような光Ｌはロスになるので面光源装置の正面輝度を低下させるという問題があった。
【００１７】
さらに、図１に示したような構造の面光源装置では、導光板の上にそれぞれ別個に形成された拡散シートやプリズムシートを重ねて配置しなければならないので、面光源装置の厚みを薄くするのに限界があった。また、面光源装置の部品点数が多くなるため、組み立て工数が増加したり、コストが高くついたりする問題があった。
【００１８】
後者の問題点に関しては、プリズムシートに光を拡散させるための機能を持たせたものが従来より提案されている。このような従来例としては、図１０（ａ）に示すように表面にプリズム１１を形成されたプリズムシート１０の表面（プリズム面）を粗面１２に加工したもの（特許文献１）、図１０（ｂ）に示すように表面にプリズム１１を形成されたプリズムシート１０の内部に拡散ビーズ１３を埋め込んだもの（特許文献２）、図１０（ｃ）に示すように表面にプリズム１１を形成されたプリズムシート１０の裏面を粗面１２に加工したもの（特許文献３）がある。
【００１９】
しかし、図１０（ａ）のようにプリズムシート１０の表面を粗面１２にしたものや、図１０（ｂ）のようにプリズムシート１０の内部に拡散ビーズ１３を埋め込んだものでは、プリズムシート１０の内部に入射した光が拡散されるので、プリズムシート１０により光を垂直軸の方向に揃えると同時に拡散されてしまい、その結果プリズムシート１０を通過した光の指向性が低下し、正面輝度を高める効果が低下するという問題がある。例えば、図１１（ａ）に示すように、プリズム１１の表面が粗面１２となったプリズムシート１０に光が入射すると、プリズムシート１０によって垂直な方向へ曲げられた光は表面の粗面１２で拡散されてしまう。その結果、図１の面光源装置のように拡散シート３とプリズムシート４とを用いた場合には、図１１（ｂ）で細線で示すような輝度分布になっていたものが、表面を粗面１２にしたプリズムシート１０では、図１１（ｂ）で太線で示すような輝度分布となり、正面輝度が低下する。
【００２０】
さらに、プリズムシート１０の表面を粗面１２にしたものや、プリズムシート１０の内部に拡散ビーズ１３を埋め込んだものでは、プリズムシート１０の裏面が平滑であり、しかも、その裏面が導光板の上面に接するので、プリズムシート１０の下面と導光板の上面との接触面で干渉によるニュートンリングが発生し、液晶表示装置に用いた場合には視認性が低下していた。
【００２１】
また、図６に示したような裏面が平滑なプリズムシート４、５では、プリズムシート４、５内部における光の角度（導光角度）θｐは、プリズムシート４、５の屈折率を１．５としたとき、４０°程度以下であるのに対し、図１０（ｃ）のようにプリズムシート１０の裏面を粗面１２にしたものでは、裏側の粗面１２で光Ｌが拡散するため、図１２（ａ）に示すように、プリズムシート１０の内部における導光角度θｐは４０°よりも大きくなる。その結果、図１２（ａ）に破線で示すように、プリズムシート１０の表面から出射される光Ｌの角度θｃの最大値が大きくなり、図１２（ｃ）に太線で示すように、プリズムシート１０から出射される光Ｌの指向性が低下し、正面輝度を向上させる効果が低減されるという問題があった。
【００２２】
【発明の開示】
本発明は上記のような従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロスとなる光を低減させつつ光を拡散させることができる拡散パターンを有する光学フィルム、拡散シート及び反射板等を提供することにある。
【００２３】
本発明の別な目的とするところは、プリズムシートによる正面輝度の向上効果を低減させることなくプリズムシートと拡散パターンとを一体化させることができる光学フィルムを提供することにある。
【００２４】
本発明のさらに別な目的とするところは、プリズムシートによる正面輝度の向上効果を低減させることなく反射板と拡散パターンとを一体化させて部材点数の削減を図ることができる光学フィルムを提供することにある。
【００２５】
本発明にかかる請求項１の光学フィルムは、光入射面に複数の拡散パターンを形成され、光出射面に複数のプリズムを形成された光学フィルムであって、前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴としている。
【００２６】
請求項１の光学フィルムにあっては、光入射面に斜めに入射した光を第１の傾斜面とプリズムにより屈折させることにより、光出射面にほぼ垂直な方向へ向けて出射させることができ、プリズムシートの機能を備えている。また、第１の傾斜面は湾曲面となっているので、第１の傾斜面に入射した平行光は、入射位置によって少しずつ異なる方向へ屈折させられるので、光学フィルムの光出射面から垂直な方向へ出射される際に出射方向にバラツキを持たせることができ、拡散シートの機能も備えている。従って、この光学フィルムによれば、プリズムシートの機能と拡散シートの機能とを１枚の光学フィルムに一体化することができ、この光学フィルムを用いられる面光源装置などを薄型化することができる。また、部材点数を減らしてコストを低減させることができる。さらに、光入射面には拡散パターンが形成されているので、導光板の上に重ねてもニュートンリングなどの干渉縞が生じない。
【００２７】
また、請求項１の光学フィルムでは、光入射面に拡散パターンが形成され、光出射面にプリズムが形成されているので、プリズムによる光の方向を垂直な方向に揃える機能が、拡散パターンによって大きく損なわれることが少ない。
【００２８】
さらに、請求項１の光学フィルムでは、光入射面に形成されている第１の傾斜面の湾曲によって光を拡散されるので、ランダムな拡散パターンのようにロスとなる方向に光が出射されにくくなり、面光源装置などに用いたときに正面輝度が向上する。
【００２９】
請求項２に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおける前記第１の傾斜面が、最下点から最上点に向けて徐々に傾斜角が変化していることを特徴としている。請求項２の光学フィルムによれば、第１の傾斜面の傾斜角が徐々に変化しているので、光の屈折方向を制御して光の拡散度合いを適度に抑制することができ、入射した光がロスとなる方向に出射されにくくなる。
【００３０】
請求項３に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、前記第１の傾斜面の最下点と最上点とを結ぶ線分の傾斜角をαとするとき、
５°≦α≦３０°
となっている。この光学フィルムを導光板とともに用いる場合、導光板から光学フィルムに入射する光は、６０°±１５°程度の角度と広がりを有しているので、第１の傾斜面の傾斜角αを５°≦α≦３０°とすることにより、光出射面にほぼ垂直な方向へ光を出射させることができる。
【００３１】
請求項４に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、前記第１の傾斜面の最下点と最上点とを結ぶ線分の傾斜角をαとし、前記第１の傾斜面上における最大の傾斜角をθｍａｘ、前記第１の傾斜面上における最小の傾斜角をθｍｉｎとするとき、
θｍａｘ−α　≦　１０°
α−θｍｉｎ　≦　１０°
となっている。請求項４の光学フィルムは、第１の傾斜面の傾斜角を上記のような範囲に制限しているので、光学フィルムの上面から出射される光の広がりを適度な広がりであるとされる±３０°程度にすることができる。
【００３２】
請求項５に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおける前記第２の傾斜面の傾斜角を、ほぼ７０°としている。請求項５の光学フィルムでは、傾斜角をほぼ７０°にしているので、約６０°±１５°の角度で入射した光を入射面側へ効率よく回帰させることができる。
【００３３】
請求項６に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおける前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面との境界領域を滑らかな曲面によって形成している。請求項６の光学フィルムでは、第１の傾斜面と第２の傾斜面との境界領域を滑らかな曲面によって形成しているので、光学フィルムをスタンパ法やエンボス法などで製作する際、スタンパ等の型を剥離しやすくなる。
【００３４】
請求項７に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、前記プリズムが、その寸法及び位置をランダムに形成されていることを特徴としている。請求項７の光学フィルムは、プリズムの寸法及び位置をランダムに形成することにより、プリズムどうしの干渉による視認低下を抑制でき、さらにモアレ縞や輝度ムラも低減することができる。
【００３５】
請求項８に記載の光学フィルムは、請求項７に記載の光学フィルムにおいて、前記各プリズムを、その軸方向が２方向以上の方向を向くように配置させている。請求項８の光学フィルムは、プリズムの軸方向が２方向以上の方向を向くように配置させているので、１枚の光学フィルムで２枚のプリズムシートの機能を持たせることができ、さらに部材点数を削減することができる。
【００３６】
請求項９に記載の光学フィルムは、請求項１に記載の光学フィルムにおいて、前記拡散パターンが、その寸法及び位置をランダムに形成されていることを特徴としている。請求項９の光学フィルムは、拡散パターンの寸法及び位置をランダムに形成することにより、拡散パターンどうしの干渉による視認性低下を抑制でき、さらにモアレ縞や輝度ムラも低減することができる。
【００３７】
請求項１０に記載の光学フィルムは、請求項９に記載の光学フィルムにおける各拡散パターンが、互いにほぼ相似な形状を有していることを特徴としている。請求項１０の光学フィルムは、拡散パターンがほぼ相似な形状を有しているので、拡散パターンの寸法が異なっていても同様な拡散度合いを持ち、拡散パターン毎に光の拡散度合いが異なることがなくて輝度ムラが生じにくい。
【００３８】
請求項１１に記載の拡散シートは、複数の拡散パターンを形成された拡散シートであって、前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴としている。
【００３９】
請求項１１の拡散シートでは、第１の傾斜面の湾曲によって光を拡散させるので、ランダムな拡散パターンのようにロスとなる方向に光が出射されにくくなり、面光源装置などに用いたときに正面輝度が向上する。
【００４０】
請求項１２に記載の反射板は、光反射面に複数の拡散パターンを形成された反射板であって、前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴としている。
【００４１】
請求項１２の反射板では、第１の傾斜面の湾曲によって光を拡散させるので、ランダムな拡散パターンのようにロスとなる方向に光が出射されにくくなり、面光源装置などに用いたときに正面輝度が向上する。また、この反射板によれば、拡散シートと反射板を一体化することができるので、部材点数を削減することができ、この反射板が用いられる面光源装置などを薄型化することができる。
【００４２】
請求項１３に記載の面光源装置は、光源と、光源からの光を閉じこめて伝搬させると共に光出射面から出射させる導光板と、導光板の光出射面に対向させるように配置された請求項１に記載の光学フィルムとを備えたことを特徴としている。
【００４３】
請求項１４に記載の液晶表示装置は、光源と、光源からの光を閉じこめて伝搬させると共に光出射面から出射させる導光板と、導光板の光出射面に対向させるように配置された請求項１に記載の光学フィルムと、液晶表示パネルとを備えたことを特徴としている。
【００４４】
請求項１３に記載の面光源装置及び請求項１４に記載の液晶表示装置にあっては、請求項１の光学フィルムを用いているので、部品点数を減らして薄型化を図ることができる。また、ロスとなる光を低減できるので正面輝度を向上させることができる。
【００４５】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１３は本発明の一実施形態による面光源装置２１を示す分解斜視図、図１４はその側面図である。この面光源装置２１は、導光板２２と、導光板２２の上に配置された光学フィルム２３と、導光板２２の下に配置された反射板２４と、導光板２２の側面に対向させて配置された光源２５と、から構成されている。光源２５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極線管、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等を用いることができる。導光板２２は、メタクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等の透明で屈折率の高い樹脂やガラス材料によって平板状に形成されており、導光板２２の下面には、断面が円弧状や三角形状をした微小な凹凸パターン２６が形成されている。凹凸パターン２６の分布密度は、光源２５から遠くなるにつれて次第に大きくなっている。また、反射板２４は、表面反射率の大きな白色樹脂シート等によって形成されている。
【００４７】
光学フィルム２３は、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂のような屈折率が高くて光透過率の高い材料が望ましい。これ以外にも、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなども好ましい。光学フィルム２３は、１００μｍ程度の厚みに形成されており、その表面（光出射面）には、断面が三角形状（特に、直角三角形状）をしたプリズム２７が１０〜４０μｍ程度のピッチで複数平行に配列されており、裏面（光入射面）には、拡散パターン２８が複数平行に配列されている。この実施形態では、プリズム２７及び拡散パターン２８はいずれも均一な断面形状を備えており、また、プリズム２７及び拡散パターン２８はいずれも光学フィルム２３の全幅にわたって延びている。また、光学フィルム２３は、拡散パターン２８の延びている方向が、光源２５に対向している導光板２２の側面と平行となるように配置されている。
【００４８】
図１５は光学フィルム２３の下面に形成されている１単位の拡散パターン２８のプロファイルを示す説明図である。拡散パターン２８は、１０〜４０μｍ程度のピッチで形成されている。この拡散パターン２８は、図１５で右上方へ向けて傾斜した主傾斜面２９と右下方へ向けて傾斜した副傾斜面３０とから構成されている。導光板２２の上面からは、図１５の斜め上方へ向けて光が出射されていると考える。主傾斜面２９は滑らかに傾きが変化していて、下面側から見て凸曲面となっているが、副傾斜面３０は緩やかな曲面となっていてもよく、平面となっていてもよい。主傾斜面２９の最下点Ｄと最上点Ｈを結ぶ線分３１が、光学フィルム２３の下面に接する（仮想の）平面Ｐとなす角度をαとするとき、主傾斜面２９の各点における傾きθ（各点で主傾斜面２９に接する接線が平面Ｐとなす角度）は、角度αを挟む最小値と最大値の間で変化している。すなわち、主傾斜面２９の各点における傾きθは、
θｍｉｎ＝α−β　≦　θ　≦　α＋γ＝θｍａｘ
を満たしている。
【００４９】
例えば、図１５では、主傾斜面２９の最下点Ｄにおける傾きがα−βとなり、主傾斜面２９の最上点Ｈにおける傾きがα＋γとなっており、主傾斜面２９の最下点Ｄと最上点Ｈとの中間点における傾きは、最下点Ｄから最上点Ｈへ向かうにつれてα−βからα＋γへと次第に変化している。導光板２２から出射される光の出射角が６０°±１５°程度であるとすれば、後述のように、最下点Ｄと最上点Ｈを結ぶ線分の傾きαを５°以上３０°以下にすればよく、特に、約２０°とするのが望ましい。また、β、γの値としては、それぞれ１０°以下にするのが望ましい。従って、α＝２０°とすれば、主傾斜面２９の傾きは、１０°程度から３０°程度まで変化することになる。さらに、主傾斜面２９は最下点Ｄから最上点Ｈに向けて均一な曲率で変化するのではなく、最下点Ｄから最上点Ｈに向けて次第に曲率が大きくなっている。
【００５０】
なお、図１５では主傾斜面２９と副傾斜面３０が接する位置で、主傾斜面２９と副傾斜面３０の間の挟角は鋭角となっているが、実際には、光学フィルム２３の成形時に離型性を良くするため、主傾斜面２９と副傾斜面３０の間は図１３又は図１４に示すように滑らかに変化させている。
【００５１】
次に、上記面光源装置２１の作用効果を説明する。導光板２２における光の挙動は、従来例において説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００５２】
図１６（ａ）（ｂ）及び図１７（ａ）（ｂ）は、それぞれ光学フィルム２３に入射した光の挙動を説明する図である。図１６（ａ）（ｂ）は、導光板２２の光出射面から斜め上方へ向けて出射され、光学フィルム２３下面の拡散パターン２８の主傾斜面２９に入射した光Ｌの挙動を表している。主傾斜面２９へ斜めに入射した光Ｌは、図１６（ａ）に示すように、主傾斜面２９で屈折した後、その上方のプリズム２７に入射し、プリズム２７で屈折して上方へ向けて出射される。しかも、主傾斜面２９は湾曲しているので、主傾斜面２９の異なる位置に入射した平行な光Ｌは、図１６（ｂ）に示すように主傾斜面２９で少しずつ異なる方向へ屈折した後、その上方のプリズム２７に入射し、プリズム２７で屈折して上方へ向けて出射される。よって、主傾斜面２９に斜め入射した光Ｌは、拡散パターン２８を通過することによって光軸方向を上方へ向けられると共に少しずつ光線の方向を変化させられる。すなわち、この光学フィルム２３によれば、従来のプリズムシートと拡散シートの機能を併せ持つ。
【００５３】
また、図１７（ａ）は、導光板２２の光出射面から斜め上方へ向けて出射され、光学フィルム２３下面の拡散パターン２８の副傾斜面３０に入射した光の挙動を表している。副傾斜面３０へ入射した光Ｌは、図１７（ａ）に示すように、副傾斜面３０を透過した後、プリズム２７に入射し、プリズム２７を透過する際に屈折して隣接するプリズム２７から再び光学フィルム２３内に入射する。そして、プリズム２７の内面で全反射することによって下方へ光軸を向けられ、光学フィルム２３の下面から出射して導光板２２の方向へ向けて回帰する。
【００５４】
図１７（ｂ）は副傾斜面３０の作用を説明する図である。導光板２２においては、下面の凹凸パターン２６で反射された光Ｌが導光板２２の光出射面から斜めに出射され、この光Ｌがプリズム２７によって上方へ光軸方向を曲げられるので、凹凸パターン２６の箇所で面光源装置２１が発光し、これが原因で面光源装置２１に輝度ムラが生じる。従来においては、この輝度ムラを解消するために拡散シートを用いている。これに対し、本発明の面光源装置２１では、副傾斜面３０に入射した光Ｌを上記のように導光板２２へ回帰させることにより、輝度ムラを解消している。すなわち、図１７（ｂ）に示すように拡散パターン２８で導光板２２へ回帰反射されてきた光Ｌは、導光板２２内を通過して反射板２４で正反射され（反射板２４は入射光を拡散反射させるものであってもよい。）、反射板２４で反射された光Ｌが導光板２２及び光学フィルム２３を透過して垂直に出射される。プリズム２７のピッチは１０〜４０μｍ程度であり、凹凸パターン２６間の間隔は１００μｍ程度以上であるので、凹凸パターン２６のない箇所も導光板２２の発光点となり、面光源装置２１の輝度ムラを低減させることができる。また、ここでは説明しないが、後述のように主傾斜面２９から入射した光Ｌでプリズム２７によって反射して導光板２２の方向へ回帰する光Ｌもある。よって、本発明の光学フィルム２３によれば、従来の拡散シートによる輝度ムラ防止の機能も持たせることができる。
【００５５】
しかも、この光学フィルム２３によれば、裏面が拡散パターン２８となっていて平滑面にはなっていないので、導光板２２と光学フィルム２３との間でニュートンリングなどの干渉縞が生じることもない。さらに、主傾斜面２９の傾きが所定の傾斜角度範囲（α−β≦θ≦α＋γ）内に制限されているので、主傾斜面２９を通過して散乱される光の広がりも制約されており、プリズム２７による指向性が損なわれにくく、また垂直方向から大きく外れた方向へ光が出射されて光のロスとなったりする問題も解消することができる。
【００５６】
図１８は、上記のような構成の面光源装置２１から出射される光の指向特性を示す図である。このデータを得るために用いた面光源装置２１においては、導光板２２の光出射面から出射される光の出射角は６０°±１５°であって、光学フィルム２３は屈折率が１．６の樹脂により成形したものを用いた。光学フィルム２３においては、主傾斜面２９の傾き角度α＝１９°とし、β＝γ＝１０°とし、副傾斜面３０の傾きは７０°とした。この結果得られた指向特性は、図１８に表されているように、ほぼ左右対称な良好な特性となった。
【００５７】
つぎに、具体的な設計手法についても説明する。図１９（ａ）〜（ｃ）は光学フィルム２３の設計手順を説明する図である。光学フィルム２３の屈折率を１．６とし、その表面のプリズム２７は、頂角が９０°のプリズムであるとする。また、導光板２２から光学フィルム２３に入射する光は、出射角が６０°±１５°の光であるとする。
【００５８】
まず始めに、光学フィルム２３の下面に、平坦な主傾斜面２９と平坦な副傾斜面３０とからなる拡散パターン２８を設計する。そして、図１９（ａ）に示すように、拡散パターン２８に６０°の入射角で入射した光Ｌが、主傾斜面２９及びプリズム２７で屈折した後、垂直上方へ出射されるように主傾斜面２９の角度αを決定する。このように設計すると、平坦な主傾斜面２９の傾斜角度は、α＝１９°となった。
【００５９】
光学フィルム２３の下面へ入射した光Ｌの一部は、図１９（ａ）のように垂直上方へ出射されるが、残りの光Ｌの一部は前記のように副傾斜面３０から光学フィルム２３内に入った後、プリズム２７で反射して導光板２２側へ回帰する。また、主傾斜面２９から光学フィルム２３内へ入った光Ｌの一部も、図１９（ｂ）に示すようにプリズム２７で反射した後、プリズム２７から出射し、隣接するプリズム２７から再び光学フィルム２３内に戻り、プリズム２７で反射されて導光板２２側へ回帰する。上記のようにして主傾斜面２９の傾斜角α＝１９°となるように光学フィルム２３を設計すると、６０°の角度で光学フィルム２３の裏面に入射した光Ｌのうち６７％の光Ｌが垂直上方へ出射され、３３％の光Ｌが導光板２２側へ回帰する。
【００６０】
図１９（ａ）のように主傾斜面２９が平坦であると、光学フィルム２３の上面から出射した光Ｌは平行に揃っているが、主傾斜面２９を湾曲させると光学フィルム２３の上面から出射された光Ｌは、一定範囲内に広がる。一方、光学フィルム２３の表面から出射される光の広がり（出射角度範囲）は、一般に、垂直軸に対して±３０°という値が望ましい。そこで、光学フィルム２３の下面に６０°±１５°の角度で入射した光Ｌが、主傾斜面２９から入射して光学フィルム２３の上面から出射するとき、±３０°の出射角度範囲に広がるように、主傾斜面２９を湾曲させた。その結果、主傾斜面２９の傾斜角度は、α−β＝９°からα＋γ＝２９°となった。よって、β＝γ＝１０°という設計結果が得られた。また、光学フィルム２３から出射される光の広がりを狭くする場合には、β＝γ＝３°程度にしてもよい。
【００６１】
つぎに、本発明にかかる光学フィルム２３の製造方法を説明する。光学フィルム２３はスタンパ法やエンボス法により製造することができる。図２０では、スタンパ法または２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法を示している。まず、図２０（ａ）に示すように、三角溝状をしたプリズム２７の反転パターン３２を形成された下型３３の上に紫外線硬化型樹脂３４をディスペンサから定量滴下する。ついで、図２０（ｂ）に示すように、拡散パターン２８の反転パターン３５を下面に形成されたスタンパ３６で紫外線硬化型樹脂３４を押さえ、図２０（ｃ）のように、スタンパ３６の反転パターン３５と下型３３の反転パターン３２との間の空間に紫外線硬化型樹脂３４を押し広げて充填させる。この後、図２０（ｄ）に示すように、透明な下型３３を透過させて下型３３の下面から紫外線硬化型樹脂３４に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３４を硬化させて光学フィルム２３を成形する。紫外線硬化型樹脂３４が硬化したら、スタンパ３６と下型３３を開いて図２０（ｅ）のような光学フィルム２３を取り出す。
【００６２】
なお、図１３及び図１４に示した面光源装置２１では、導光板２２の上には、光学フィルム２３しか置いていないが、この光学フィルム２３の上にさらに、裏面が平滑なプリズムシートを重ね、光学フィルム２３のプリズムの方向とプリズムシートのプリズムの方向とが上方から見て９０°の角度をなすようにしてもよい。
【００６３】
（第２の実施形態）
図２１は本発明の別な実施形態による面光源装置４１の分解斜視図である。この面光源装置４１にあっては、導光板２２の上に光学フィルム４２とプリズムシート４３が重ねられている。
【００６４】
光学フィルム４２の上面に形成されている各プリズム２７は一方向に揃っているが、光学フィルム４２の全幅にわたって延びておらず、光学フィルム４２の上面に適宜区分的に配置されている。また、プリズム２７の大きさも均一でなく、ランダムな寸法に形成されている。
【００６５】
光学フィルム４２の下面に設けられている拡散パターン２８も一方向に揃っているが、各拡散パターン２８は光学フィルム４２の全幅にわたって延びていてもよく、各拡散パターン２８が光学フィルム４２の下面に適宜区分的に設けられていてもよい。また、各拡散パターン２８もランダムな大きさに形成されているが、互いにほぼ相似な形状となっている。
【００６６】
プリズムシート４３は、一方向に延びた断面三角形状のプリズム４４が互いに平行に配列されたものであり、裏面は平滑面となっている。プリズムシート４３は、そのプリズム４４の方向が、上方から見て光学フィルム４２のプリズム２７の方向と直交するようにして配置されている。
【００６７】
しかして、このような面光源装置４１においても、導光板２２から出射された光は、光学フィルム４２の拡散パターン２８で一定の範囲内に制御されながら散乱され、光学フィルム４２のプリズム２７とプリズムシート４３のプリズム４４により垂直上方へ向けて出射される。また、プリズム２７の配置及び大きさをランダムにすることで、導光板２２で生じた輝度ムラを低減している。
【００６８】
（第３の実施形態）
図２２（ａ）は本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルム４５の一部を示す平面図、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿った断面図、図２２（ｃ）はその裏面図、図２２（ｄ）は図２２（ｃ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。この光学フィルム４５は、例えば図２１で示したような面光源装置に用いることができる。この光学フィルム４５でも、上面のプリズム２７は適宜区分的に配置されており、また、プリズム２７の大きさも均一でなく、ランダムな寸法に形成されている。さらに、この光学フィルム４５では、個々のプリズム２７の区分の仕方が亀の甲状となっており、ランダムの度合いを高くしている。
【００６９】
また、光学フィルム４５の下面に設けられている拡散パターン２８も亀の甲状の領域に区分されており、高いランダム度合いで配置されている。さらに、この光学フィルム４５では、Ｘ１−Ｘ１線の方向では、図２２（ｂ）に示すように主傾斜面２９と副傾斜面３０によって構成されている。また、Ｘ１−Ｘ１線と直交するＸ２−Ｘ２線方向の断面でも、図２（ｄ）に示すように、これまでの実施形態のように拡散パターン２８の表面は平坦になっておらず、湾曲している。従って、１つの拡散パターン２８は回転放物面の一部を傾けたような湾曲面となっている。
【００７０】
このようにプリズム２７や拡散パターン２８をランダムに配置すれば、プリズム２７どうしや拡散パターン２８どうしの干渉による視認性の低下を抑制することができる。さらに、面光源装置や液晶表示装置などに用いた場合には、輝度ムラやモアレ縞の発生も抑えることができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
図２３は本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルム４６の一部を示す拡大斜視図、図２４（ａ）はこの光学フィルム４６の一部を示す平面図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図、図２２（ｃ）はその裏面図である。図２２に示した光学フィルム４５では、各領域のプリズム２７は同じ方向に揃っていたが、この光学フィルム４６では、各領域毎にプリズム２７の方向を９０°回転させている。ただし、裏面の拡散パターン２８は同じ方向を向いている。
【００７２】
このようにプリズム２７や拡散パターン２８をランダムに配置すれば、プリズム２７どうしや拡散パターン２８どうしの干渉による視認性の低下を抑制することができる。さらに、面光源装置や液晶表示装置などに用いた場合には、輝度ムラやモアレ縞の発生も抑えることができる。
【００７３】
また、この実施形態では、光学フィルム４６の上面において、プリズム２７を２つの方向に向けて配列させているので、図２１のようにプリズムの方向の異なる２枚の光学フィルムないしプリズムシートを重ねて使用する必要が無くなり、２枚のプリズムシートを一体化することができ、さらに部品点数を減らすことができる。
【００７４】
（第５の実施形態）
図２５は本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルム４７の一部を示す断面図である。図１３乃至図１５で説明した光学フィルム２３では、各拡散パターン２８は下面側から見て凸曲面となっているが、図２５に示すように、下面側から見て凹曲面となるようにしてもよい。この場合にも、拡散パターン２８の断面の各点における傾きθは、最下点Ｄと最上点Ｈとを結ぶ線分３１の傾きαに対して　α−β≦θ≦α＋γ　となるようにしている。
【００７５】
（第６の実施形態）
図２６は本発明のさらに別な実施形態にかかる面光源装置４８の断面図である。この面光源装置４８においては、導光板２２の上に拡散シート５０とプリズムシート４９とが重ねられている。これは本発明にかかる光学フィルムをプリズム２７側と拡散パターン２８側とに分離したものである。すなわち、プリズムシート４９の上面には断面三角形状をしたプリズム２７が全幅にわたって、あるいは区分的に形成されており、プリズムシート４９の裏面は平滑に形成されている。拡散シート５０の下面には、主傾斜面２９と副傾斜面３０とからなる拡散パターン２８が全幅にわたって、あるいは区分的に形成されており、拡散シート５０の上面は平滑に形成されている。
【００７６】
このようにプリズムシート４９と拡散シート５０に分離すれば、それぞれ片面だけにパターン（プリズム２７、拡散パターン２８）を形成すればよいので、製作が容易になる。なお、拡散シート５０の上面とプリズムシート４９の下面は、拡散シート５０及びプリズムシート４９と屈折率の等しい接着剤で接着してもよい。
【００７７】
（第７の実施形態）
図２７は本発明のさらに別な実施形態にかかる面光源装置５１の断面図である。この面光源装置５１においては、導光板２２の上にプリズムシート４９が配置され、導光板２２の下面側に反射板５２が配置されている。プリズムシート４９の上面には断面三角形状をしたプリズム２７が全幅にわたって、あるいは区分的に形成されており、プリズムシート４９の裏面は平滑に形成されている。反射板５２の上面には、前記したような主傾斜面２９と副傾斜面３０からなる拡散パターン２８が設けられている。
【００７８】
この面光源装置５１では、導光板２２の上面から斜めに出射された光がプリズムシート４９によって出射方向を垂直上方に向けられ、面光源装置５１の正面輝度の向上が図られる。一方、導光板２２の下面から漏れた光、あるいは、導光板２２の上面から出射した後、プリズムシート４９で回帰反射して戻ってきて導光板２２を透過した光は、反射板５２で反射される際に拡散パターン２８によって所定の範囲内に制御されながら散乱され、導光板２２及びプリズムシート４９を透過して垂直に出射されるので、導光板２２で生じる輝度ムラを低減させることができる（ただし、第１の実施形態等に比較して、輝度ムラ低減の効果は低減する。）。また、反射板５２で散乱される光は、所定の範囲内に散乱されるので、散乱光がロスになったりしにくくなる。
【００７９】
（第８の実施形態）
図２８は本発明にかかる面光源装置５４を用いた液晶表示装置５３の概略断面図である。この液晶表示装置５３は、本発明にかかる面光源装置５４の上に液晶表示パネル５５を配置したものである。液晶表示パネルは、ＴＦＴ等を形成された電極基板５８と対向基板５６との間に液晶層５７を封止したものであり、各画素をオン、オフすることによって画像が生成される。このような液晶表示装置５３において本発明にかかる面光源装置５４を用いれば、主面輝度が高くなるので、明るい画像を得ることができると共に液晶表示装置５３の薄型化も可能になる。
【００８０】
（第９の実施形態）
図２９及び図３０は本発明にかかる面光源装置ないし液晶表示装置の応用を示す斜視図である。図２９は携帯電話等の携帯端末５９を示す斜視図であって、アンテナ６０、液晶表示部６１、入力用キー６２を備えている。この携帯端末５９の液晶表示部６１に本発明の面光源装置ないし液晶表示装置を用いれば、明るい画像を得ることができて視認性が良好となり、あるいは、光のロスが少なくなる分だけバッテリーの消耗を抑えることができる。さらに、液晶表示部６１を薄くすることで、携帯端末５９の薄型化にも寄与することができる。
【００８１】
また、図３０はモバイル用のコンピュータ６３を示している。このモバイル用コンピュータ６３は、ケース６４内にタッチパネル兼表示部６５を設け、蓋６６を閉じてタッチパネル兼表示部６５を保護できるようにしたものである。このモバイル用のコンピュータ６３のタッチパネル兼表示部６５に本発明の面光源装置ないし液晶表示装置を用いれば、明るい画像を得ることができて視認性が良好となり、あるいは、光のロスが少なくなる分だけバッテリーの消耗を抑えることができる。さらに、タッチパネル兼表示部６５を薄くすることで、モバイル用のコンピュータ６３の薄型化にも寄与することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の光学フィルム、拡散シート及び反射板によれば、第１の傾斜面によって拡散方向を制御しつつ光を拡散させることができるので、入射光を拡散させることによって入射光の輝度ムラを抑制することができ、しかも、ロスとなる方向へは光が散乱されにくくすることができ、正面輝度の向上を図ることができる。
【００８３】
また、本発明の光学フィルムや反射板では、部材点数を削減することができ、光学フィルムや反射板を用いられる面光源装置や液晶表示装置などの装置を薄型化することができ、コスト削減の効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置等に用いられる従来の面光源装置の構造を示す一部破断した分解斜視図である。
【図２】導光板の下面に形成された拡散反射インクのドットパターンを説明する図である。
【図３】ドットパターンを形成された導光板における光の挙動を説明する概略図である。
【図４】拡散パターンを形成された導光板における光の挙動を説明する概略図である。
【図５】図１の面光源装置における光の指向特性を説明する図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、上記面光源装置におけるプリズムシートの働きを説明する図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ導光板から出射された光、拡散シートを通過した光、プリズムシートを通過した光の角度分布を示す図である。
【図８】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における光の角度θａ、θｂ、θｃの定義を説明する図である。
【図９】従来の面光源装置における問題点を説明する図である。
【図１０】（ａ）は、表面に粗面加工された従来のプリズムシートを示す断面図、（ｂ）は、内部に拡散ビーズを埋め込まれたプリズムシートを示す断面図、（ｃ）は、裏面に粗面加工されたプリズムシートの断面図である。
【図１１】（ａ）は、表面に粗面加工された従来のプリズムシートの問題点を説明する図、（ｂ）は、拡散シートの上にプリズムシートを重ねた場合と、表面に粗面加工されたプリズムシートの場合の、それぞれの表面輝度を比較して示す図である。
【図１２】（ａ）は、裏面に粗面加工された従来のプリズムシートの問題点を説明する図、（ｂ）は、拡散シートの上にプリズムシートを重ねた場合と、裏面に粗面加工されたプリズムシートの場合の、それぞれの表面輝度を比較して示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図１４】同上の面光源装置の側面図である。
【図１５】光学フィルムの下面に形成されている１単位の拡散パターンのプロファイルを示す説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、それぞれ光学フィルムに入射した光の挙動を説明する図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は、それぞれ光学フィルムに入射した光の挙動を説明する図である。
【図１８】図１のような構成の面光源装置から出射される光の指向特性を示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は光学フィルムの設計手順を説明する図である。
【図２０】（ａ）〜（ｅ）は、発明にかかる光学フィルムの製造方法を説明する図である。
【図２１】本発明の別な実施形態による面光源装置の分解斜視図である。
【図２２】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルムの一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線に沿った断面図、（ｃ）はその裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図２３】本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルム４６の一部を示す拡大斜視図である。
【図２４】（ａ）は同上の光学フィルムの一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図、（ｃ）はその裏面図である。
【図２５】本発明のさらに別な実施形態にかかる光学フィルムの一部を示す断面図である。
【図２６】本発明のさらに別な実施形態にかかる面光源装置の断面図である。
【図２７】本発明のさらに別な実施形態にかかる面光源装置の断面図である。
【図２８】本発明にかかる面光源装置を用いた液晶表示装置の概略断面図である。
【図２９】携帯電話等の携帯端末を示す斜視図である。
【図３０】モバイル用のコンピュータを示す斜視図である。
【符号の説明】
２１　面光源装置
２２　導光板
２３　光学フィルム
２４　反射板
２５　光源
２６　凹凸パターン
２７　プリズム
２８　拡散パターン
２９　主傾斜面
３０　副傾斜面

Claims (14)

1. 光入射面に複数の拡散パターンを形成され、光出射面に複数のプリズムを形成された光学フィルムであって、
   前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴とする光学フィルム。
2. 前記第１の傾斜面は、最下点から最上点に向けて徐々に傾斜角が変化していることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
3. 前記第１の傾斜面の最下点と最上点とを結ぶ線分の傾斜角をαとするとき、
   ５°≦α≦３０°
   であることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
4. 前記第１の傾斜面の最下点と最上点とを結ぶ線分の傾斜角をαとし、前記第１の傾斜面上における最大の傾斜角をθｍａｘ、前記第１の傾斜面上における最小の傾斜角をθｍｉｎとするとき、
   θｍａｘ−α　≦　１０°
   α−θｍｉｎ　≦　１０°
   となっていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
5. 前記第２の傾斜面の傾斜角は、ほぼ７０°となっていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
6. 前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面との境界領域は滑らかな曲面によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
7. 前記プリズムは、その寸法及び位置をランダムに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
8. 前記各プリズムは、その軸方向が２方向以上の方向を向くように配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の光学フィルム。
9. 前記拡散パターンは、その寸法及び位置がランダムに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルム。
10. 前記各拡散パターンは、互いにほぼ相似な形状を有していることを特徴とする、請求項９に記載の光学フィルム。
11. 複数の拡散パターンを形成された拡散シートであって、
    前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴とする拡散シート。
12. 光反射面に複数の拡散パターンを形成された反射板であって、
    前記拡散パターンは、少なくとも１つの断面において、比較的傾斜の小さな湾曲面によって形成された第１の傾斜面と、第１の傾斜面と逆傾斜となった比較的傾斜の大きな第２の傾斜面と、からなることを特徴とする反射板。
13. 光源と、光源からの光を閉じこめて伝搬させると共に光出射面から出射させる導光板と、導光板の光出射面に対向させるように配置された請求項１に記載の光学フィルムとを備えた面光源装置。
14. 光源と、光源からの光を閉じこめて伝搬させると共に光出射面から出射させる導光板と、導光板の光出射面に対向させるように配置された請求項１に記載の光学フィルムと、液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置。

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