JP2007298757A - レンズシート、それを用いたバックライト及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正面斜め方向に出射されるサイドローブ光を抑制できるレンズシートを提供する。
【解決手段】レンズシート１７は、ベースフィルム２１と、レンチキュラレンズ樹脂層２２と、プリズム樹脂層２３と、充填樹脂層２４とを備える。レンチキュラレンズ樹脂層２２は、ベースフィルム２１の一方の表面２１１上に形成され、互いに並設された複数のシリンドリカルレンズを備える。プリズム樹脂層２３は、ベースフィルム２１の他方の表面２１２上に形成され、互いに並設された複数のプリズムを備え、ベースフィルム２１の屈折率よりも低い屈折率を有する。充填樹脂層２４は、プリズムシート樹脂層２３のプリズムが並設された表面上に充填され、プリズム樹脂層２３の屈折率よりも高い屈折率を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レンズシート、それを用いたバックライト及び表示装置に関する。さらに詳しくは、正面輝度を向上する機能を有するレンズシート、それを用いたバックライト及び表示装置に関する。

液晶ディスプレイに代表される表示装置の分野では、正面輝度の向上が求められる。そのため、ディスプレイに利用されるバックライトには、面光源からの光線を正面に集光して正面輝度を向上するレンズシートが敷設される。このようなレンズシートとして、一般的には、特許第３２６２２３０号（特許文献１）に開示されているようなプリズムシートが使用される。

図１８及び図１９を参照して、従来のプリズムシート１００は、互いに並設された複数のプリズム条（以下、単にプリズムという）ＰＬを表面に備える。プリズムシート１００の屈折率は、１．５〜１．６程度である。面光源からの拡散光Ｒ１００はプリズムのＰＬの表面で屈折し、正面に偏向されて出射する。このように、プリズムシート１００は、拡散光を正面に集光させることにより、ディスプレイの正面輝度を向上する。

しかしながら、プリズムシート１００は正面輝度を向上するものの、正面斜め方向の輝度も高くしてしまう。図２０中の実線は、プリズムＰＬが垂直方向（ディスプレイ画面の上下方向に相当）に並設されたプリズムシート１００の上下視野角の輝度角度分布を示す。図２０を参照して、相対輝度は、上下視野角の±３０ｄｅｇ内で第１のピークを示すが、それとともに、正面斜め方向の視野角＋５０ｄｅｇ以上、及び視野角−５０ｄｅｇ以下で第２のピーク（いわゆるサイドローブ）を示す。視野角０ｄｅｇをピークとして視野角の広がりとともに徐々に輝度が低下する自然な輝度角度分布と異なり、図２０の実線に示す輝度角度分布は不自然である。このようなサイドローブは、ディスプレイを見るユーザに違和感を与える。そのため、サイドローブを形成する光（以下、サイドローブ光という）の出射を抑え、サイドローブの発生を抑制できる方が好ましい。

また、サイドローブ分の光を正面に集光させることができないため、１枚のプリズムシートでの正面輝度の向上に限界がある。正面輝度をさらに向上させるためには、２枚のプリズムシートを面光源上に重ねて敷設しなければならず、製造工程が煩雑となっていた。

さらに、プリズムの横断面は三角形であるため、製造時、搬送時、及びバックライトへの敷設時にプリズムに疵がつきやすく、特にその頂部が破損しやすい。このような疵は、ディスプレイ上で輝点や暗点となりやすい。このような疵の発生を防止するため、表示装置に組み込む前のプリズムシート１００には、保護フィルムを敷設しなければならなかった。
特許第３２６２２３０号

本発明の目的は、１枚で正面輝度をより向上できるレンズシートを提供することである。

本発明の他の目的は、正面斜め方向に出射されるサイドローブ光を抑制できるレンズシートを提供することである。

本発明の他の目的は、保護フィルムを必要としないレンズシートを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明によるレンズシートは、ベースフィルムと、レンチキュラレンズ樹脂層と、プリズム樹脂層と、充填樹脂層とを備える。レンチキュラレンズ樹脂層は、ベースフィルムの一方の表面上に形成され、互いに並設された複数のシリンドリカルレンズを備える。プリズム樹脂層は、ベースフィルムの他方の表面上に形成され、互いに並設された複数のプリズムを備え、ベースフィルムの屈折率よりも低い屈折率を有する。充填樹脂層は、プリズムシート樹脂層のプリズムが並設された表面上に充填され、プリズム樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有する。

本発明によるレンズシートでは、入射された光線を段階的に集光する。充填樹脂層の屈折率がプリズム樹脂層の屈折率よりも高いため、充填樹脂層に入射された拡散光は、プリズム表面で屈折し、正面に集光される。次に、ベースフィルムの屈折率がプリズム樹脂層の屈折率よりも高いため、プリズム樹脂層からベースフィルムに入射された光線は、ベースフィルムの表面で屈折し、より正面に集光される。さらに、ベースフィルムから出射された光線はレンチキュラレンズ樹脂層に入射され、シリンドリカルレンズの凸面上で屈折し、より正面に集光されて出射される。このように、本発明のレンズシートは、プリズムとシリンドリカルレンズとを備え、かつ、プリズム樹脂層の屈折率をベースフィルム及び充填樹脂層の屈折率よりも小さくすることにより、入射された光線をレンズシート内部で段階的に集光させることができる。そのため、１枚で正面輝度をより向上することができる。

さらに、本発明によるレンズシートは、サイドローブの発生を抑制できる。サイドローブの発生を抑制できる理由としては、以下の事項が考えられる。
プリズムシートにおけるサイドローブは、プリズムシートの法線に対して広角度で出射される光（以下、サイドローブ光という）により形成される。このようなサイドローブ光は、プリズムの表面（２つの側面）のうちの一方の側面で全反射された光線が、他方の側面で透過されて出射される。本発明のレンズシートでは、充填樹脂層が、プリズム樹脂層の複数のプリズム間に充填されている。つまり、充填樹脂層の表面上にも複数のプリズムが形成されている。プリズム樹脂層の屈折率は充填樹脂層よりも小さいものの、空気の屈折率よりも大きい。そのため、充填樹脂層上のプリズム表面では、従来のプリズムシートよりも臨界角が大きくなる。したがって、充填樹脂層上のプリズムの側面で光線が全反射される割合が減少し、サイドローブの発生が抑制される。
また、本発明のレンズシートの表面に形成されるシリンドリカルレンズでは、プリズムのように一方の側面で全反射された光が他方の側面で透過されるということが少なく、一度全反射された光が再びレンズ凸面に入射された場合、再び全反射される場合が多い。そのため、レンズシート法線に対して広角度で出射されるサイドローブ光を抑えることができる。

また、本発明のレンズシートの表面に形成されるレンズはシリンドリカルレンズのみである。シリンドリカルレンズの凸面は曲率を有するため傷つきにくい。そのため、保護フィルムが不要となる。

好ましくは、シリンドリカルレンズの並設方向はプリズムの並設方向と交差し、さらに好ましくは、シリンドリカルレンズの並設方向は、プリズムの並設方向と直交する。

この場合、レンチキュラレンズ樹脂層及び充填樹脂層の各々が異なる軸方向の光を集光する。そのため、正面輝度がより向上する。また、１枚で２軸方向の視野角を制御できる。具体的には、本発明のレンズシート１枚で、２軸方向の輝度角度分布の各々を、正面をピークとし、広角度になるにしたがい輝度が徐々に低下する自然な配向分布にすることができる。

好ましくは、レンチキュラレンズ樹脂層は、以下の方法により形成される。軸方向に配列されたシリンドリカルレンズ転写用溝を表面に有する第１のロール版の表面に電離放射線硬化樹脂を充填する。そして、充填された電離放射線硬化樹脂を、ベースフィルムの一方の表面に転写する。転写した後、電離放射線を照射して硬化させることによりレンチキュラレンズ樹脂層が形成される。
プリズム樹脂層は、以下の方法により形成される。周方向に配列され、プリズムと同じ横断面形状である複数のプリズム転写用溝を表面に有する第２のロール版の表面に電離放射線硬化樹脂を充填する。そして、充填された電離放射線硬化樹脂をベースフィルムの他方の表面に転写する。転写した後、電離放射線を照射して硬化させることによりプリズム樹脂層が形成される。
充填樹脂層は、形成されたプリズム樹脂層の表面に樹脂を塗布することにより形成される。
ここで、電離放射線とは、たとえば、紫外線や電子線である。また、電離放射線硬化樹脂とは、電離放射線を照射されたときに硬化する樹脂である。

プリズムの並設方向がシリンドリカルレンズの並設方向と直交するレンズシートを、ロール版を用いて製造する場合、軸方向にシリンドリカルレンズ転写用溝を配する第１ロール版と、周方向にプリズム転写用溝を配した第２のロール版を用いて製造すれば、製造歩留まりが最も高くなる。

また、仮に、第１のロール版のシリンドリカルレンズ転写用溝を周方向に配列した場合、各転写用溝の縁部（フランジ部）が鋭角であるため、製造中、転写された電離放射線樹脂がこれらの縁部により削り取られてしまう可能性が生じる。したがって、シリンドリカルレンズ転写用溝を軸方向に配列し、第２のロール版のプリズム転写用溝を周方向に配列することにより、転写された樹脂がロール版に削り取られるのを抑制する。

好ましくは、プリズムの頂角は９０°以上である。

プリズムの頂角が９０°未満である場合、第２ロール版のプリズム転写用溝底の頂角も９０°未満となる。この場合、ベース樹脂層の表面に転写された第２の電離放射線硬化樹脂がプリズム転写用溝の縁部（フランジ部）により削り取られる可能性が生じる。したがって、プリズムの頂角は９０°以上とするのが好ましい。

また、シリンドリカルレンズの並設方向は、プリズムの並設方向と同じとしてもよいが、この場合、シリンドリカルレンズ及びプリズムの少なくとも一方は、長手方向に波線状に延在するのが好ましい。

これにより、モアレ縞の発生を抑制できる。

本発明によるバックライトは、上記のバックライト用レンズシートを備える。また、本発明による表示装置は、上記バックライトを備える。本発明による液晶表示装置は、上記バックライトと、バックライト上に敷設される液晶パネルとを備える。

［全体構成］

図１及び図２を参照して、表示装置１は、バックライト１０と、バックライト１０の正面に敷設される液晶パネル２０とを備える。バックライト１０は、拡散光を出射する面光源１６と、面光源１６上に敷設されたレンズシート１７とを備える。
［面光源］

面光源１６は、ハウジング１１と、複数の冷陰極管１２と、光拡散板１３とを備える。ハウジング１１は、正面に開口部１１０を有する筐体であり、内部に冷陰極管１２を収納する。ハウジング１１の内面は、反射フィルム１１１で覆われている。反射フィルム１１１は、冷陰極管１２から出射された光を乱反射させ、開口部１１０に導く。反射フィルム１１１は、たとえば東レ製ルミラー（登録商標）Ｅ６０ＬやＥ６０Ｖであり、拡散反射率が９５％以上であるものが好ましい。

複数の冷陰極管１２は、ハウジング１１の背面手前に上下方向（図１中ｙ方向）に並設される。冷陰極管１２は左右方向（図１中ｘ方向）に伸びたいわゆる線光源であり、たとえば蛍光管である。なお、冷陰極管１２に代えてＬＥＤ（Light Emitting Device）等の複数の点光源をハウジング１１内に収納してもよい。また、冷陰極管１２に代えて、熱陰極管や外部電極蛍光管等の線光源をハウジング１１内に収納してもよい。

光拡散板１３は、開口部１１０に嵌め込まれ、ハウジング１１の背面と並行して配設される。光拡散板１３を開口部１１０に嵌め込むことによりハウジング１１の内部は密閉されるため、冷陰極管１２からの光が光拡散板１３以外の箇所からハウジング１１外へ漏れるのを防止でき、光の利用効率を向上できる。

光拡散板１３は、冷陰極管１２からの光及び反射フィルム１１１で反射された光を拡散して正面に出射する。光拡散板１３は、透明な基材と、基材内に分散された複数の粒子とで構成される。基材内に分散される粒子は、可視光領域の波長の光に対する屈折率が基材と異なるため、光拡散板１３に入射した光は拡散透過される。光拡散板１３の基材は、たとえば、ガラスや、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、脂環式ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン酸系樹脂、トリアセチルセルロース系樹脂等の樹脂である。光拡散板１３はまた、レンズシート１７の支持体として機能する。
［レンズシート］

図３〜図５を参照して、レンズシート１７は、ベースフィルム２１と、ベースフィルム２１の一方の表面２１１上に形成されたレンチキュラレンズ樹脂層（以下、単にレンチキュラレンズ層という）２２と、ベースフィルム２１の他方の表面２１２上に形成されたコリメート層２５とを備える。これらは一体的に形成されている。

ベースフィルム２１は、可視光領域の波長に対して透明である。ベースフィルム２１は、たとえば、ガラスや、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、脂環式ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン酸系樹脂、トリアセチルセルロース系樹脂等の樹脂で構成される。ベースフィルム２１の表面２１１及び２１２はともに平坦である。

レンチキュラレンズ層２２は、表面２１１上に形成される。レンチキュラレンズ層２２は、互いに並設された複数のシリンドリカルレンズ２２０を備える。シリンドリカルレンズ２２０は、表示装置１の画面の上下方向（図１中のｙ方向）に並設される。

シリンドリカルレンズ２２０の凸面２２１は曲率を有するため、バックライトの製造時等にレンズの頂部が疵つきにくい。そのため、保護フィルムが不要となる。

図３〜５に示すシリンドリカルレンズ２２０の凸面２２１の横断面形状は円弧であるが、図６Ａに示すように楕円弧であってもよいし、図６Ｂに示すようにエッジ近傍が直線である弓状であってもよい。

コリメート層２５は、充填樹脂層２４（以下、単に充填層２４という）と、プリズム樹脂層２３（以下、単にプリズム層２３という）とで構成される。

プリズム層２３は、ベースフィルム２１の表面２１２上に形成され、互いに並設された複数のプリズム条（Liner Prism：以下、単にプリズムという）２３０を備える。

充填層２４は、プリズム層２３のプリズム２３０が並設された表面上に充填される。充填層２４のうち、複数のプリズム２３０間に充填された部分は、プリズム２４０を構成する。プリズム２３０が互いに並設されているため、複数のプリズム２４０も互いに並設されている。プリズム２４０が並設された表面と反対側の表面２４３は平坦である。

プリズム２３０及び２４０は、表示装置１の画面の左右方向（図１中のｘ方向）に並設される。したがって、シリンドリカルレンズ２２０の並設方向はプリズム２３０及び２４０の並設方向と直交する。これにより、レンズシート１７は、１枚で、２軸方向（本実施の形態では、上下方向及び左右方向）の輝度角度分布を調整できる。具体的には、コリメート層２５が左右視野角を制御し、正面をピークとして広角度になるに従い輝度が低くなる自然な配光分布を形成する。また、レンチキュラレンズ層２２が上下視野角を制御し、正面をピークとして広角度になるに従い輝度が低くなる自然な配光分布を形成する。

レンチキュラレンズ層２２、プリズム層２３、及び充填層２４は、樹脂で構成される。より具体的には、レンチキュラレンズ層２２及びプリズム層２３は、電離放射線硬化樹脂で構成される。電離放射線硬化樹脂とは、紫外線や電子線等の電離放射線により硬化する樹脂であり、たとえば、ポリエステル系アクリレート樹脂、ウレタン系アクリレート樹脂、ポリエーテル系アクリレート樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、ポリエステル系メタクリレート樹脂、ウレタン系メタクリレート樹脂、ポリエーテル系メタクリレート樹脂、エポキシ系メタクリレート樹脂である。充填層２４は、電離放射線硬化樹脂で構成されてもよいし、ポリカーボネ−ト、ポリスチレン等の他の樹脂で構成されてもよい。
［レンズシート内の各層の屈折率］

プリズム層２３の屈折率ｎ２３は、充填層２４の屈折率ｎ２４と以下の式（１）の関係を有し、ベースフィルム２１の屈折率ｎ２１と以下の式（２）の関係を有する。

ｎ２３<ｎ２４ （１）
ｎ２３<ｎ２１ （２）

要するに、屈折率ｎ２３は屈折率ｎ２４及び屈折率ｎ２１よりも小さい。なお、プリズム層２３は上述のとおり樹脂で構成されるため、その屈折率ｎ２３は空気の屈折率ｎａ＝１．０よりも大きい。

充填層２４の屈折率ｎ２４は、プリズム層２３の屈折率ｎ２３よりも大きいため、コリメート層２５は、充填層２４に入射される光線を正面にコリメートしてベースフィルム２１に出射する。屈折率ｎ２４を大きくすれば、充填層２４の下面２４３での光線の屈折角が大きくなる。下面２４３でコリメートされた光線がプリズム２４０の表面に達してさらに正面にコリメートされる。そのため、屈折率ｎ２４が大きい方が、正面輝度がより向上する。充填層２４の好ましい屈折率ｎ２４は、１．５<ｎ２４≦１．８である。ただし、屈折率ｎ２４が１．５以下であっても、屈折率ｎ２３よりも大きければ、本発明の効果をある程度奏することができる。

プリズム層２３の屈折率は、充填層２４の屈折率よりも小さいが、空気の屈折率ｎａ＝１．０よりも大きい。そのため、コリメート層２５内のプリズム２４０の表面に入射された光線の臨界角が大きくなる。臨界角が大きくなれば、充填層２４に入射された光線が全反射する割合が減少するため、サイドローブ光の出射を抑制できる。この点については後述する。プリズム層２３の好ましい屈折率ｎ２３は、１．３≦ｎ２３<１．５である。ただし、屈折率ｎ２３が上述の範囲外であっても、屈折率ｎ２３が式（１）及び（２）を満たせば、本発明の効果をある程度奏することができる。

ベースフィルム２１の屈折率ｎ２１は、屈折率ｎ２３よりも大きい。そのため、コリメート層２５で正面に集光された光は、ベースフィルム２１の表面２１２に入射されたとき、さらに正面にコリメートされる。そのため、ベースフィルム２１は正面輝度の向上に寄与する。

以上の構成を有するレンズシート１７は、サイドローブの発生を抑制し、かつ、１枚で正面輝度をより向上できる。以下、これらの効果について詳述する。

［サイドローブの抑制］
レンズシート１７は、コリメート層２５により左右視野角におけるサイドローブの発生を抑制し、かつ、レンチキュラレンズ層２２により上下視野角におけるサイドローブの発生を抑制する。

［左右視野角でのサイドローブ抑制］
レンズシート１７内のコリメート層２５は、左右視野角におけるサイドローブの発生を抑制できる。コリメート層２５がサイドローブを抑制する理由は必ずしも定かではないが、主として以下に示す事項が起因していると推測される。

まず、従来のプリズムシートにおけるサイドローブの発生機構について説明する。図７Ａにおいて、従来のプリズムシート１００上のプリズムＰＬに入射される光線の中には、プリズムＰＬの一方の側面ＢＰ１で全反射した後、他方の側面ＢＰ２で透過して外部に出射する光線Ｒ２があり、この光線Ｒ２がサイドローブを形成する。

面光源１６の出射面の法線ｎ０（バックライト正面）から角度θ０の方向に出射された光線Ｒ０がプリズムＰＬの側面ＢＰ１に達する。光線Ｒ０の入射角θｉ１が臨界角θｃ１よりも大きい場合、光線Ｒ０は全反射し、光線Ｒ１としてプリズムＰＬ内を伝播する。光線Ｒ１が側面ＢＰ２に達したとき、その入射角θｉ２が臨界角θｃ１よりも小さければ、光線Ｒ１は、法線ｎ０（正面）に対して広角度をなすサイドローブ光Ｒ２として外部に出射される。

これに対し、コリメート層２５は、サイドローブ光の発生を抑制する。図７Ｂを参照して、コリメート層２５内は式（１）の関係を満たすプリズム層２３と充填層２４とで構成され、複数のプリズム２３０の間には、プリズム２４０が充填されている。

ここで、充填層２４の屈折率ｎ２４がプリズムシート１００の屈折率ｎ１００と同じであると仮定する。この場合、充填層２４からプリズム層２３に光線が入射するときの相対屈折率は、プリズムシート１００から空気に光線が入射するときの相対屈折率よりも大きくなる。なぜなら、樹脂で構成されるプリズム層２３の屈折率ｎ２３は、空気の屈折率（＝１．０）よりも大きいためである。

相対屈折率が大きくなるため、コリメート層２５内でのプリズム２４０の表面２４１及び２４２における臨界角θｃ０は、プリズムシート１００のプリズムＰＬの表面ＢＰ１及びＢＰ２における臨界角θｃ１よりも大きくなる。その結果、プリズム２４０の表面では、全反射される光線Ｒ０の割合が減少し、サイドローブ光Ｒ２の出射を抑制できると考えられる。

［上下視野角でのサイドローブ抑制］
レンズシート１７内のレンチキュラレンズ層２２がサイドローブ光の出射を抑制できる理由は、必ずしも定かではないが、主として以下の理由によるものと推測される。図７Ｃを参照して、図７Ａと同じ角度θ０で入射された光線Ｒ０は、シリンドリカルレンズ２２０の凸面２２１上の境界面ＢＰ３に達する。光線Ｒ０の入射角θｉ１が臨界角θｃ２よりも大きい場合、光線Ｒ０は全反射し、凸面上の境界面ＢＰ４に達する。このとき光線Ｒ０の入射角θｉ２は臨界角θｃ２よりも大きくなる場合が多い。そのため、光線Ｒ０は再び全反射して面光源１６へと戻る。要するに、シリンドリカルレンズ２２０では、一度全反射した光線は、その後透過して外部へ出射するよりも、再び全反射して面光源へ戻る方が多くなる。そのため、サイドローブ光Ｒ２の出射を抑え、輝度角度分布でのサイドローブの発生を抑制できる。

［正面輝度の向上］
レンズシート１７では、下面から入射された光を、コリメート層２５、ベースフィルム２１、及びレンチキュラレンズ層２２の各々で正面に集光する。そのため、１枚で正面輝度をより向上できる。

コリメート層２５内の充填層２４の屈折率ｎ２４は、プリズム層２３の屈折率ｎ２３よりも大きい。そのため、コリメート層２５は、面光源からの拡散光を正面に集光してベースフィルム２１に出射する。

ベースフィルム２１の屈折率ｎ２１はプリズム層２３の屈折率ｎ２３よりも大きい。そのため、コリメート層２５からベースフィルム２１に入射された光線は、ベースフィルム２１の下面で屈折し、さらに正面に集光されてレンチキュラレンズ層２２に出射される。

レンチキュラレンズ層２２は、凸面２２１の形状により、入射された光線をさらに正面に集光し、外部に出射する。

以上のとおり、レンズシート１７では、コリメート層２５、ベースフィルム２１及びレンチキュラレンズ層２２の各々が、入射された光線を正面にコリメートする。そのため、レンズシート１７は、１枚で正面輝度をより向上できる。

なお、コリメート層２５に代えて、互いに並設された複数のシリンドリカルレンズを備えるレンチキュラレンズ層（充填層２４に相当）と、レンチキュラレンズ層上に形成され、レンチキュラレンズ層よりも屈折率の低い層（プリズム層２３に相当）とで構成されるコリメート層とした場合、コリメート層での集光効果が低下する。なぜなら、レンチキュラレンズシートはプリズムシートよりも集光効果が低いからである。同様の理由により、マイクロレンズやプリズムアレイもプリズムシートよりも集光効果が低い。要するに、一般的なレンズシートのうち、プリズムシートが最も集光効果が高い。したがって、レンズシート１７のコリメート層２５は、プリズム２４０が並設された充填層２４で構成される。

［製造方法］
レンズシート１７の製造方法の一例として、ロール版を用いたロールトゥロール方式による製造方法について説明する。

はじめに、ベースフィルム２１の表面２１２にコリメート層２５を形成する。表面にフィルム状のベースフィルム２１（以下、ベースフィルム２１フィルムという）を巻いた円筒状の第１ロールと、図８に示すように、プリズム２３０の転写用溝５２を表面に有するプリズム用ロール版５０（以下、単にロール版５０という）とを準備する。転写用溝５２の横断面形状は、プリズム２３０の横断面形状と同じであり、転写用溝５２の縁部（フランジ部）に相当する凸条５３の横断面形状は、プリズム２４０の横断面形状と同じである。転写用溝５２は周方向に配列される。
第１ロールの軸方向がロール版５０の軸方向と平行になるように、第１ロール及びロール版５０を配置する。配置後、ベースフィルム２１の屈折率ｎ２１よりも低い屈折率ｎ２３を有する電離放射線硬化樹脂を、ロール版５０の表面に充填する。第１ロール及びロール版５０を回転させながら、充填された電離放射線硬化樹脂を、第１ロールから送り出されたベースフィルム２１フィルム上に転写する。このとき、ベースフィルム２１フィルムを挟んでロール版５０と対向して配置されるバックアップロールと、ロール版５０とで、ベースフィルム２１フィルムを挟みながら転写する。転写された電離放射線硬化樹脂に電離放射線を照射して電離放射線硬化樹脂を硬化し、プリズム層２３を形成する。

プリズム層２３を形成後、プリズム層２３上に充填層２４を形成する。プリズム層２３の屈折率ｎ２３よりも高い屈折率ｎ２４を有する樹脂を溶剤に溶解した塗料を準備する。グラビアコータ等を用いて、準備した塗料をプリズム層２３上に均一に塗布する。塗布された塗料を乾燥し、充填層２４を形成する。

以上の工程により、ベースフィルム２１の表面２１２にコリメート層２５が形成される。コリメート層２５が形成されたベースフィルム２１フィルムは、第２ロールに巻き取られる。このとき、プリズム２３０及び２４０は、第２ロールの周方向に並設されている。

次に、ベースフィルム２１の表面２１１にレンチキュラレンズ層２２を形成する。図９に示すレンチキュラレンズ用ロール版６０（以下、単にロール版６０という）を準備し、その軸方向が第２ロールの軸方向と平行となるように配置する。図９に示すように、ロール版６０の表面には、軸方向に配列されたシリンドリカルレンズ２２０の転写用溝６２が形成されている。

ロール版６０の転写用溝６２に電離放射線硬化樹脂を充填する。第２ロール及びロール版６０を回転させながら、充填された電離放射線硬化樹脂を、第２ロールから送り出されたフィルムのベースフィルム２１の表面２１１に転写する。このとき、バックアップロールによりフィルムを挟みながら転写する。転写された電離放射線硬化樹脂に電離放射線を照射して硬化させ、レンチキュラレンズ層２２を形成する。以上の工程によりレンズシート１７が形成される。

上述の製造方法では、はじめにコリメート層２５を形成し、次にレンチキュラレンズ層２２を形成したが、はじめにレンチキュラレンズ層２２を形成し、次にコリメート層２５を形成してもよい。ただし、はじめにコリメート層２５を形成する方が好ましい。先にレンチキュラレンズ層２２を形成すれば、コリメート層２５内のプリズム層２３を形成するときに、バックアップロールがレンチキュラレンズ層２２のシリンドリカルレンズ２２０の凸面に押し当てられる。そのため、シリンドリカルレンズ２２０の形状が変形してしまう可能性があるからである。

上述の製造方法では、プリズム転写用溝５２が周方向に配列されたロール版５０と、シリンドリカルレンズ転写用溝６２が軸方向に配列されたロール版６０とを使用したが、プリズム転写用溝５２の配列方向がシリンドリカルレンズ転写用溝６２の配列方向と直交していれば、プリズム転写用溝５２が周方向以外の方向に配列されてもよく、シリンドリカルレンズ転写用溝６２が軸方向以外の方向に配列されていてもよい。しかしながら、プリズム転写用溝５２が周方向に配列されたロール版５０と、シリンドリカルレンズ転写用溝６２が軸方向に配列されたロール版６０とを用いれば、製造歩留まりが最も高くなる。

さらに、シリンドリカルレンズ転写用溝６２は軸方向に配列されるのが好ましく、プリズム転写用溝５２は周方向に配列されるのが好ましい。シリンドリカルレンズ転写用溝６２を周方向に配列させれば、ロール版からベースフィルム２１上に転写された樹脂がシリンドリカルレンズ転写用溝の縁部６２１により削り取られる可能性が生じるからである。

また、プリズム転写用溝５２の横断面形状は、プリズム２３０の横断面形状と等しいが、プリズム転写用溝５２の溝底の頂角（つまり、プリズム２３０の頂角）は９０°以上であるのが好ましい。溝底の頂角が９０°未満であれば、ベースフィルム２１の表面２１２に転写された樹脂が凸条５３により削り取られる可能性が生じるからである。

上述の製造方法では、塗料を乾燥させることにより充填層２４を形成したが、屈折率ｎ２３よりも高い屈折率ｎ２４を有する電離放射線硬化樹脂を、電離放射線を照射して硬化させることにより、充填層２４を形成してもよい。この場合、プリズム層２３上にダイコータ等を用いて電離放射線硬化樹脂を均一に塗布し、塗布された電離放射線硬化樹脂に電離放射線を照射すればよい。

以上、製造方法の一例として、ロール版を用いたロールトゥロール方式による製造方法を説明したが、他の製造方法によってもレンズシート１７を製造できる。ロールトゥロール方式ではなく、板状の版を用いてコリメート層２５及びレンチキュラレンズ層２２を形成してもよい。また、レンチキュラレンズ層２２は、押し出し法や、熱プレス法、射出形成法により形成してもよい。
［他の実施の形態］

上述の実施の形態のレンズシート１７では、プリズム２３０及び２４０の並設方向がシリンドリカルレンズ２２０の並設方向となす角度（交差角）を９０°としたが、交差角は９０°でなくてもよい。交差していれば、２軸方向の視野角を制御できるし、ある程度の集光効果を得ることができる。好まし交差角は４５°〜１３５°であり、もっとも好ましい交差角は９０°である。

また、図１０に示すように、プリズム２３０及び２４０の並設方向がシリンドリカルレンズ２２０の並設方向と平行であってもよい。この場合、制御される視野角は１軸方向のみとなるが、正面輝度は従来のプリズムシートよりも向上でき、かつ、サイドローブ光の発生を抑制できる。

図１０のように、プリズム２３０及び２４０の並設方向が、シリンドリカルレンズ２２０の並設方向と平行である場合、モアレ縞が発生する場合がある。このようなモアレ縞の発生を防止するために、図１１に示すように、プリズム２３０及び２４０の長手方向を直線状ではなく、不規則な波線状にするのが好ましい。プリズム２３０及び２４０を直線状とし、シリンドリカルレンズ２２０を長手方向に不規則な波線状にしてもよいし、シリンドリカルレンズ２２０と、プリズム２３０及び２４０とを共に不規則な波線状にしてもよい。モアレ縞は、規則的な模様を重ね合わせたときに発生する。そのため、プリズム２３０及び２４０とシリンドリカルレンズ２２０との少なくとも一方を不規則な波線状とすることにより、モアレ縞の発生を抑制できる。

これらのレンズシートも、レンズシート１７と同様の製造方法により製造できる。

以上、本実施の形態によるレンズシート１７は、プリズム層２３の屈折率ｎ２３、充填層２４の屈折率ｎ２４、及びベースフィルム２１の屈折率ｎ２１を式（１）及び（２）を満たす関係とすることにより、１枚で正面輝度をより向上でき、かつ、輝度角度分布におけるサイドローブの発生を抑制できる。

また、コリメート層２５内の複数のプリズム２４０は、プリズム層２３の複数のプリズム２３０の間に充填されるため、その頂部（Peak）が表面に露出しない。また、レンチキュラレンズ層２２を構成するシリンドリカルレンズ２２０の頂部表面は曲面である。そのため、従来のプリズムシートの頂部のように製造及び搬送時に傷が発生しにくく、頂部を保護するための保護シートは不要である。

また、プリズム２３０及び２４０の並設方向と、シリンドリカルレンズ２２０の並設方向とを直交させることにより、液晶表示装置内の画面上における上下方向及び左右方向の視野角を制御でき、かつ、各軸方向での輝度角度分布を、正面をピークとした自然な配向分布とすることができる。さらに、直交されることにより２軸方向の光を正面に集光できるため、正面輝度がさらに向上する。なお、ここでいう「直交」は厳密な９０°である必要はなく、上下及び左右方向の視野角が制御でき、集光効果が得られる範囲であればよい。

本実施の形態ではバックライト１０を直下型としたが、エッジライト型にしてもよい。

また、図３〜図５では、複数のシリンドリカルレンズ２２０の各々を互いに接触させて配設したが、隣り合うシリンドリカルレンズ２２０の間に隙間を設けてもよい。同様に、隣り合うプリズム２４０の間に隙間を設けてもよい。また、プリズム２３０及び２４０の横断面形状を三角形としたが、台形でもよい。

表１に示す形状及び屈折率ｎ２１〜ｎ２４を有する本発明例１〜６のレンズシートを製造した。また、比較例としてプリズムシートを製造した。本発明例１〜６のレンズシート及びプリズムシートの輝度角度分布を調査した。

［本発明例１］
図３〜図５に示す形状の本発明例１のレンズシートと、比較例であるプリズムシートとを製造し、輝度角度分布を調査した。

［製造方法］
本発明例１のレンズシートを次に示す方法により製造した。プリズム転写用溝が周方向に配列された表面を有するプリズム用ロール版を準備した。プリズム転写用溝の横断面形状は二等辺三角形であった。

ベースフィルム２１として、厚さ２５０μｍ、屈折率（ｎ２１）＝１．６のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを準備した。ロール版に屈折率（ｎ２３）＝１．４の紫外線硬化樹脂を充填し、ロール版をＰＥＴフィルムの表面に押し当てることにより、紫外線硬化樹脂を転写した。紫外線を照射することにより転写された紫外線硬化樹脂を硬化させ、プリズム層２３を形成した。プリズム層２３表面のプリズム２３０の横断面形状は二等辺三角形であり、その頂角は９０°、底辺は５０μｍ、互いに隣り合うプリズムの頂点間距離、すなわち、ピッチは５０μｍであった。

屈折率（ｎ２４）＝１．７である樹脂を溶剤に溶解した塗料を準備した。準備した塗料をグラビアコートを用いてプリズム層２３上に均一に塗布した。塗布された塗料を乾燥し、層の厚さが３０μｍの充填層２４を形成した。

以上の工程によりベースフィルム２１上にコリメート層２５を形成した後、コリメート層２５が形成された表面の反対側のベースフィルム２１の表面２１１にレンチキュラレンズ層２２を形成した。シリンドリカルレンズ転写用溝が軸方向に配列された表面を有するレンチキュラレンズ用ロール版を準備した。転写用溝の横断面形状は円弧であった。

屈折率＝１．５４の紫外線硬化樹脂をレンチキュラレンズ用ロール版の転写用溝に充填し、ＰＥＴフィルム表面上に転写した。転写された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させ、レンチキュラレンズ層２２を形成した。レンチキュラレンズ層２２上の各シリンドリカルレンズ２２０の横断面形状は曲率半径２０μｍの円弧であり、レンズエッジから凸面の頂上までの高さが２０μｍ、凸面とレンズエッジを含む面とがなす角度（以下、接触角という）が７５°、互いに隣り合うシリンドリカルレンズ２２０のピッチが５０μｍであった。

比較例のプリズムシートは次に示す方法により作成した。厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルム上に紫外線硬化樹脂をダイコータにより均一に塗布し、厚さ３０μｍの紫外線硬化樹脂層を形成した。続いて、プリズム用ロール版を紫外線硬化樹脂層に押し当てながら紫外線を照射して、図１８及び図１９に示す形状のプリズムシートを製造した。プリズムのピッチは５０μｍであり、頂角は９０度であった。ＰＥＴフィルムの屈折率は１．６であり、紫外線硬化樹脂の屈折率は１．５４であった。

［輝度角度分布調査］
作製された本発明例１のレンズシートと、比較例のプリズムシートとを用いて輝度角度分布を調査した。冷陰極管を収納し、内面に反射フィルムが敷設され、開口部に光拡散板が嵌着されたハウジングにレンズシートを敷設した。このとき、シリンドリカルレンズが上下方向に並設され、プリズムが左右方向に並設されるようにレンズシートを敷設した。

ハウジングにレンズシートを敷設した後、輝度角度分布を調査した。視野角は、レンズシートの法線方向（正面）を０度軸とし、０度軸から上下方向への傾き角を上下視野角、０度軸から左右方向への傾き角を左右視野角とした。各上下視野角及び左右視野角の輝度は輝度計により測定した。

同様に、比較例のプリズムシートをハウジングに敷設して輝度の角度分布を調査した。このとき、プリズムの並設方向は上下方向とした。

本発明例１のレンズシートの輝度角度分布を図１２に、比較例であるプリズムシートによる輝度角度分布を図２０に示す。図１２及び図２０の横軸は視野角（ｄｅｇ）、縦軸はハウジングの光拡散板の輝度を基準（１．０）とした相対輝度（ａ．ｕ．）である。また、図中実線が上下視野角における輝度角度分布であり、図中点線が左右視野角における輝度角度分布である。

図１２及び図２０を参照して、比較例では視野角±５０〜９０ｄｅｇでサイドローブが発生したが、本発明例１では上下視野角及び左右視野角ともに、サイドローブはほとんど発生しなかった。

また、本発明例１のレンズシートでは、上下視野角、左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークに視野角が広くなるにつれて相対輝度が徐々に低下した分布となり、自然な配光分布となった。

さらに、視野角０ｄｅｇにおける相対輝度を正面輝度とした場合、本発明例１のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度の１．１２倍であった。
［本発明例２］

本発明例２のレンズシートを製造し、本発明例１と同様に輝度角度依存性を調査した。表１に示すとおり、本発明例２のレンズシートは、本発明例１と比較して、レンチキュラレンズ層２２のシリンドリカルレンズを異なる形状とした。具体的には、各シリンドリカルレンズの横断面形状は楕円弧であり、高さは２３．７μｍ、頂部の曲率半径は１７．３μｍ、接触角は７０°、隣り合うシリンドリカルレンズ間のピッチは５０μｍとした。その他の構成は、本発明例１のレンズシートと同じとした。

面光源であるハウジング上に本発明例２のレンズシートを本発明例１のレンズシートと同様に敷設した。具体的には、シリンドリカルレンズが上下方向に並設され、プリズムが左右方向に並設されるように敷設した。敷設後、実施例１と同様に、輝度の角度分布を調査した。

調査結果を図１３に示す。従来のプリズムシート（図２０）と比較して、本発明例２では、サイドローブの発生を抑制できた。また、上下及び左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークとした輝度分布となり、自然な配光分布となった。

本発明例２のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度の１．１５倍であり、従来のプリズムシート及び本発明例１よりも高かった。シリンドリカルレンズの横断面形状が楕円弧であるため、横断面形状が円弧である本発明例１のレンズシートと比較して、レンチキュラレンズ層２２での集光効果が向上したためと考えられる。
［本発明例３］

本発明例３のレンズシートを製造し、本発明例１と同様に輝度角度依存性を調査した。表１に示すとおり、本発明例３のレンズシートは、本発明例１と比較して、屈折率ｎ２３及び屈折率ｎ２４を異なる値とした。具体的には、屈折率ｎ２３を本発明例１よりも小さくし（１．３）、屈折率ｎ２４を本発明例１よりも大きくした（１．８）。その他の構成は本発明例１と同じとした。

調査結果を図１４に示す。本発明例３では、上下視野角及び左右視野角ともに、サイドローブの発生を抑制できた。また、上下及び左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークとした輝度分布となり、自然な配光分布となった。

本発明例３のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度の１．３０倍であり、従来のプリズムシート及び本発明例１よりも高かった。充填層２４からプリズム層２３に光が入射される場合の相対屈折率が本発明例１より低く、かつ、プリズム層２３からベースフィルム２１に光が入射される場合の相対屈折率が高いため、本発明例１よりも正面輝度が向上したと考えられる。
［本発明例４］

本発明例４のレンズシートを製造し、本発明例１と同様の方法で輝度角度分布を調査した。本発明例４の充填層２４は本発明例１と異なる方法により製造した。具体的には、形成されたプリズム層２３上に上述の屈折率（ｎ２４＝１．６）の紫外線硬化樹脂をダイコータを用いて均一に塗布した。塗布された紫外線硬化樹脂の表面に、表面が平坦なロールを押し当てながら、紫外線を照射して硬化させ、充填層２４とした。その他の製造方法は、本発明例１と同じとした。

表１に示すとおり、本発明例４のレンズシートは、屈折率ｎ２４を本発明例１よりも低い値とした。その他の構成は本発明例１と同じとした。

調査結果を図１５に示す。本発明例４では、上下視野角及び左右視野角ともに、サイドローブの発生を抑制できた。また、上下及び左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークとした自然な配光分布となった。

本発明例４のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度の１．０７倍であり、従来のプリズムシートよりも高かった。ただし、本発明例１の正面輝度よりも低かった。充填層２４の屈折率ｎ２４が本発明例１よりも低く、コリメート層２５で集光効果が低下したためと考えられる。
［本発明例５］

本発明例５のレンズシートを本発明例４と同様の製造方法で製造した。表１に示すとおり、本発明例５のレンズシートは、本発明例１よりも屈折率ｎ２３を高くして１．５とした。その他の構成は本発明例１と同じとした。

調査結果を図１６に示す。本発明例５では、上下視野角及び左右視野角ともに、サイドローブの発生を抑制できた。また、上下及び左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークとした輝度分布となり、自然な配光分布となった。

本発明例５のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度の１．０５倍であり、従来のプリズムシートよりも高かった。ただし、本発明例１の正面輝度よりも低かった。屈折率ｎ２３が本発明例１よりも高く、コリメート層２５で集光効果が低下したためと考えられる。
［本発明例６］

本発明例６のレンズシートを本発明例４と同様の製造方法で製造した。表１に示すとおり、本発明例６のレンズシートは、屈折率ｎ２３は１．５とし、本発明例１よりも高くし
た。また、屈折率ｎ２４を１．６とし、本発明例１よりも低くした。その他の構成は本発明例１と同じとした。また、レンチキュラレンズ層２２上のシリンドリカルレンズの横断面形状を、本発明例２と同様の楕円弧形状とした。

調査結果を図１７に示す。本発明例６では、上下視野角及び左右視野角ともに、サイドローブの発生を抑制できた。また、上下及び左右視野角ともに、視野角０ｄｅｇをピークとした輝度分布となり、自然な配光分布となった。

本発明例６のレンズシートの正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度のよりも若干高かった。ただし、本発明例１の正面輝度よりも低かった。屈折率ｎ２３が本発明例１よりも高く、屈折率ｎ２４が本発明例１よりも低いため、コリメート層で集光効果が低下したと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態によるレンズシートを備えた表示装置の斜視図である。 図１中の線分ＩＩ−ＩＩでの断面図である。 本発明の実施の形態によるレンズシートの斜視図である。 図３中の線分ＩＶ−ＩＶでの断面図である。 図３中の線分Ｖ−Ｖでの断面図である。 図３中のレンチキュラレンズ層と異なる他のレンチキュラレンズ層の横断面図である。 図３及び図６Ａのレンチキュラレンズ層と異なる他のレンチキュラレンズ層の横断面図である。 プリズムシートに入射された光線の軌跡を説明するための模式図である。 図５中のコリメート層に入射された光線の軌跡を説明するための模式図である。 図４中のレンチキュラレンズ層に入射された光の軌跡を説明するための模式図である。 図８（ａ）は図３〜図５に示すレンズシートを製造するためのプリズム用ロール版の斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）中の領域５１の拡大図である。 図９（ａ）は図３〜図５に示すレンズシートを製造するためのレンチキュラレンズ用ロール版の斜視図であり、図９（ｂ）は図９（ｂ）中の領域６１の拡大図である。 図３のレンズシートと異なる構成を有する他のレンズシートの断面図である。 図３及び図８のレンズシートと異なる構成を有する他のレンズシートの上面図である。 本実施例における本発明例１のレンズシートの輝度角度分布図である。 本実施例における本発明例２のレンズシートの輝度角度分布図である。 本実施例における本発明例３のレンズシートの輝度角度分布図である。 本実施例における本発明例４のレンズシートの輝度角度分布図である。 本実施例における本発明例５のレンズシートの輝度角度分布図である。 本実施例における本発明例６のレンズシートの輝度角度分布図である。 従来のプリズムシートの斜視図である。 図１８中の線分ＸＩＸ−ＸＩＸでの断面図である。 図１８に示したプリズムシートの輝度角度分布図である。

符号の説明

１０ バックライト
１６ 面光源
１７ レンズシート
２０ 液晶パネル
２１ ベースフィルム
２２ レンチキュラレンズ樹脂層
２３ プリズム樹脂層
２４ 充填樹脂層
２５ コリメート層
１００ プリズムシート
２２０ シリンドリカルレンズ
２３０、２４０ プリズム

Claims (9)

1. ベースフィルムと、
   前記ベースフィルムの一方の表面上に形成され、互いに並設された複数のシリンドリカルレンズを備えるレンチキュラレンズ樹脂層と、
   前記ベースフィルムの他方の表面上に形成され、互いに並設された複数のプリズムを備え、前記ベースフィルムの屈折率よりも低い屈折率を有するプリズム樹脂層と、
   前記プリズムシート樹脂層の前記プリズムが並設された表面上に充填され、前記プリズム樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有する充填樹脂層とを備えることを特徴とするレンズシート。
2. 請求項１に記載のレンズシートであって、
   前記シリンドリカルレンズの並設方向は前記プリズムの並設方向と交差することを特徴とするレンズシート。
3. 請求項２に記載のレンズシートであって、
   前記シリンドリカルレンズの並設方向は前記プリズムの並設方向と直交することを特徴とするレンズシート。
4. 請求項３に記載のレンズシートであって、
   前記レンチキュラレンズ樹脂層は、軸方向に配列されたシリンドリカルレンズ転写用溝を表面に有する第１のロール版の表面に電離放射線硬化樹脂を充填し、前記充填された電離放射線硬化樹脂を前記ベースフィルムの一方の表面に転写した後電離放射線を照射して硬化させることにより形成され、
   前記プリズム樹脂層は、周方向に配列され前記プリズムと同じ横断面形状である複数のプリズム転写用溝を表面に有する第２のロール版の表面に電離放射線硬化樹脂を充填し、前記充填された電離放射線硬化樹脂を前記ベースフィルムの他方の表面に転写した後電離放射線を照射して硬化させることにより形成され、
   前記充填樹脂層は、形成されたプリズム樹脂層の表面に樹脂を塗布することにより形成されることを特徴とするレンズシート。
5. 請求項４に記載のレンズシートであって、前記プリズムの頂角は９０°以上であることを特徴とするレンズシート。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレンズシートであって、
   前記シリンドリカルレンズの並設方向は、前記プリズムの並設方向と同じであり、
   前記シリンドリカルレンズ及びプリズムの少なくとも一方は、長手方向に波線状に延在することを特徴とするレンズシート。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のレンズシートを備えることを特徴とするバックライト。
8. 請求項７に記載のバックライトを備えることを特徴とする表示装置。
9. 請求項８に記載のバックライトと、
   前記バックライト上に敷設される液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
   
   

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