JP2008158505A - バックライト装置に用いられる光学シート、バックライト装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１枚で正面輝度をより向上でき、かつ、２軸方向の輝度角度依存性を調整できる光学シートを提供する。
【解決手段】光学シート１７は、シート状の基材部２１と、基材部２１の面２１３上に互いに並設され、基材部２１から入射された光線を集光して外部に出射する複数のプリズム部２２と、基材部２１の面２１３の反対側である面２１４上にプリズム部２２と交差するように並設され、各々の横断面形状は基材部２１側に向かうに従って幅が広くなる台形状である台形柱状レンズ部２４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学シート、バックライト装置及び表示装置に関し、さらに詳しくは、バックライト装置に用いられる光学シート、バックライト装置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、表示装置のバックライト装置には、面光源からの光を正面に集光して正面輝度を向上する光学シートが使用される。このような光学シートとして、一般的には特許第３２６２２３０号に開示されているプリズムシートが使用される。

図２３及び図２４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三角柱状のプリズムレンズ（以下、単にプリズムという）ＰＬを表面に備える。面光源からの光Ｒ１００はプリズムＰＬの表面で屈折し、プリズムシート１００の法線方向（以下、単に正面という）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（コリメート）することでディスプレイ画面の正面輝度を向上する。

最近では、正面輝度のさらなる向上が求められ、従来のプリズムシートよりも正面輝度を高くする技術が提案されている。特表平１０−５０６５００号公報では、プリズムシートを上下に２枚重ねた輝度調整フィルム組体が開示されている。輝度調整フィルム組体は、プリズムシートを２枚重ねているため、１枚のプリズムシートよりも正面輝度が向上する。また、この輝度調整フィルム組体は、各プリズムシートのプリズムの並設方向を交差して各プリズムシートを重ねるため、２軸方向（たとえば、ディスプレイ画面の上下方向及び左右方向）の輝度角度依存性を調整できると考えられる。

しかしながら、２枚のプリズムシート重ねて使用すれば、製造工程が煩雑になる。

また、従来のプリズムシートでは、輝度角度分布において、正面（視野角０ｄｅｇ）で輝度のピークが発生するだけでなく、広視野角でも輝度のピーク（サイドローブ）が発生する。図２５中の実線は、頂角が９０ｄｅｇのプリズムが垂直方向（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の上下視野角の輝度角度依存性（輝度角度分布）を示す。横軸は視野角（ｄｅｇ）、縦軸は面光源上に光拡散板のみを敷設した場合の正面輝度（光拡散板の法線方向の輝度）を基準（１．０）とした相対輝度（ａ．ｕ．）である。図２５を参照して、従来のプリズムシートでは、上下視野角の±３０ｄｅｇの範囲内で第１のピークを示すが、それとともに、視野角＋５０ｄｅｇ以上、及び視野角−５０ｄｅｇ以下の視野角範囲で第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依存性を示す場合、ディスプレイ画面を見るユーザが見る角度を変えても違和感を感じないが、図２５のようなサイドローブが現れる輝度角度依存性の場合、ディスプレイ画面を見るユーザは違和感を感じる。したがって、サイドローブの発生は抑制した方が好ましい。
特許第３２６２２３０号 特表１０−５０６５００号公報

本発明の目的は、１枚で正面輝度をより向上でき、かつ、２軸方向の輝度角度依存性を調整できる光学シートを提供することである。

本発明の他の目的は、サイドローブの発生を抑制できる光学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

本発明による光学シートは、バックライトに用いられる。光学シートは、シート状の基材部と、複数の第１の柱状レンズ部と、複数の第２の柱状レンズ部とを備える。複数の第１の柱状レンズ部は、基材部の第１の面上に互いに並設される。複数の第２の柱状レンズ部は、基材部の第１の面の反対側である第２の面上に第１の柱状レンズ部と交差するように並設され、各々の横断面形状は基材部側に向かうに従って幅が広くなる台形状である。

本発明による光学シートは、外部から第２の柱状レンズに入射された光線を第２の柱状レンズ部により基材部法線方向に集光し、かつ、第１の柱状レンズ部でさらに基材部法線方向に集光する。そのため、１枚で正面輝度をより向上できる。

さらに、第１の柱状レンズ部と第２の柱状レンズ部とは互いに交差する。そのため、２軸方向の輝度角度依存性を調整できる。

好ましくは、第１の柱状レンズ部は第２の柱状レンズ部と直交する。

この場合、光学レンズシートは、互いに直交する軸方向、たとえば、水平方向と垂直方向の輝度角度依存性を調整できる。

好ましくは、第２の柱状レンズ部の側面と第２の面とがなす角度は７０ｄｅｇよりも大きく９０ｄｅｇ未満である。

この場合、第２の柱状レンズ部の集光効果がより向上する。そのため、正面輝度をより向上できる。また、サイドローブの発生を抑制できる。

好ましくは、光学シートは、隣り合う第２の柱状レンズ部の間に隙間を有する。

この場合、第２の柱状レンズ部の集光効果がより向上する。そのため、正面輝度をより向上できる。

好ましくは、第１の柱状レンズ部の横断面形状は三角形状である。より好ましくは、第１の柱状レンズの横断面形状は、頂角が鈍角である二等辺三角形状である。さらに好ましくは、頂角は１００ｄｅｇ以上１２０ｄｅｇ以下である。

この場合、サイドローブの発生を抑制できる。

好ましくは、第１の柱状レンズ部の横断面形状は、頂上部分が丸みを帯びた二等辺三角形状であり、頂上部分は、底辺の２０％未満の曲率半径を有する円弧である
この場合、サイドローブの発生を抑制できる。また、頂上部分が丸みを帯びているため、頂上部分に欠損や変形が生じにくい。

好ましくは、第１の柱状レンズ部はシリンドリカルレンズ部である。

この場合、サイドローブの発生を抑制できる。

好ましくは、シリンドリカルレンズ部の凸面と、シリンドリカルレンズ部の縁を含む面とがなす接触角度が４５ｄｅｇよりも大きく、９０ｄｅｇ未満である。さらに好ましくは、接触角度は５０ｄｅｇ以上７０ｄｅｇ以下である。

この場合、集光効果をより向上できる。

本発明によるバックライト装置は、面光源と、上述の光学シートとを備える。また、本発明による表示装置は、上述のバックライト装置を備える。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［表示装置］
図１及び図２を参照して、表示装置１は、バックライト装置１０と、バックライト装置１０の正面に敷設される液晶パネル２０とを備える。液晶パネル２０は、行列状に配列された複数の画素を備える。表示装置１の表示画面は、左右方向（図中ｘ方向）に長辺を有し、上下方向（図中ｙ方向）に短辺を有する長方形状となっている。

［バックライト装置］
バックライト装置１０はいわゆる直下型であり、拡散光を出射する面光源１６と、面光源１６上に敷設された光学シート１７とを備える。

面光源１６は、ハウジング１１と、複数の蛍光管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、内部に蛍光管１２を収納する。ハウジング１１の内側表面は、反射フィルム１１１で覆われている。反射フィルム１１１は、蛍光管１２から出射された光を乱反射し、乱反射された光を開口部１１０に導く。反射フィルム１１１は、たとえば東レ株式会社製ルミラー（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。

複数の蛍光管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。蛍光管１２は左右方向（図１中ｘ方向）に延びた線光源であり、たとえば冷陰極管である。なお、蛍光管１２に代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Device）等の複数の点光源がハウジング１１内に収納されてもよい。また、線光源と点光源とが収納されてもよい。

光拡散板１３は、開口部１１０に嵌め込まれ、ハウジング１１の背面と並行に配設される。光拡散板１３が開口部１１０に嵌め込まれると、ハウジング１１の内部は密閉される。そのため、蛍光管１２から出射された光が光拡散板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、蛍光管１２からの光線及び反射フィルム１１１で反射された光線をほぼ均一に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。そのため、光拡散板１３は入射した光を拡散し、拡散された光が光拡散板１３を透過する。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からなる。図２に示す光拡散板１３の表面は平面としたが、平面ではなく拡散効果を生じるような凹凸面としてもよい。

［光学シート］
図３〜図５を参照して、光学シート１７は、シート状又はフィルム状である。光学シート１７は、基材部２１と、基材部２１の一方の面２１３上に形成されるプリズム層１８と、基材部２１の他方の面２１４上に形成される台形柱状レンズ層１９とを備える。光学シート１７は、台形柱状レンズ層１９が面光源１６と対向し、プリズム層１８が液晶パネル２０と対向するように面光源１６上に敷設される。

基材部２１はシート状又はフィルム状であり、可視光領域の波長に対して透明である。基材部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。

プリズム層１８は、面２１３上に形成されるシート状のサブ基材部２１１とサブ基材部２１１上に形成された複数のプリズムレンズ部（以下、単にプリズム部という）２２を備える。つまり、プリズム部２２は、面２１３側に形成される。各プリズム部２２は、左右方向（図中ｘ方向）に延びた柱状レンズであり、その横断面は三角形状である。複数のプリズム部２２は、互いに上下方向（図中ｙ方向）に並設される。つまり、各プリズム部２２は並設方向と略垂直に延びる。

プリズム部２２は、基材部２１から入射された光を正面（基材部２１の法線方向）に集光して出射する。このとき、プリズム部２２は上下方向に配列されているため、主として上下方向の輝度角度依存性を調整して、正面輝度を向上する。

複数のプリズム部２２とサブ基材部２１１とは一体的に形成され、これらは同一の樹脂で構成される。具体的には、複数のプリズム部２２及びサブ基材部２１１は、電離放射線硬化樹脂で構成される。ここで、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。

台形柱状レンズ層１９は、面２１４上に形成されるシート状のサブ基材部２１２と、サブ基材部２１２上に形成される複数の台形柱状レンズ部２４とを備える。台形柱状レンズ部２４は、上下方向（図１中のｙ方向）に延びた柱状であり、その横断面形状は面２１４に向かうに従って幅が広がる台形である。つまり、図５に示すように、台形柱状レンズ部２４の横断面形状の底表面２１８の幅Ｗ２は、台形柱状レンズ部２４の両縁ＥＤ間の幅Ｗ３よりも短い。

台形柱状レンズ部２４は、互いに左右方向（図１中のｘ方向）に並設される。つまり、台形柱状レンズ部２４はプリズム部２２と直交する。換言すれば、台形柱状レンズ部２４の並設方向は、プリズム部２２の並設方向と直交する。

台形柱状レンズ部２４は、面光源１６からの拡散光を正面方向に集光し、正面輝度を向上する。このとき、台形柱状レンズ部２４は左右方向に配列されているため、主として左右方向の輝度角度依存性を調整して、正面輝度を向上する。

図３〜５では、隣り合う台形柱状レンズ部２４の間に隙間２１５を設けているが、隣り合う台形柱状レンズ部２４が互いに接していてもよい。つまり、隣り合う台形柱状レンズ部２４の縁ＥＤ同士が接触し、隙間２１５がなくてもよい。ただし、後述するように隙間２１５を設けた方が正面輝度をより向上できるため、好ましくは、隙間２１５を設ける。

台形柱状レンズ部２４及びサブ基材部２１２は一体的に形成され、これらは同一の電離放射線硬化樹脂で構成される。

光学シート１７では、プリズム部２２が、面光源１６からの拡散光線のうち上下方向の拡散光を集光し、かつ、台形柱状レンズ部２４が、面光源１６からの拡散光線のうち左右方向の拡散光を集光する。そのため、プリズム部２２の集光機能及び台形柱状レンズ部２４の集光機能の相乗効果により、１枚の光学シート１７の正面輝度は、従来のプリズムシートの正面輝度よりも高くなる。また、上下方向に並設されたプリズム部２２が上下方向の拡散光線を集光し、かつ、左右方向に並設された台形柱状レンズ部２４が左右方向の拡散光線を集光するため、２軸方向（上下方向及び左右方向）の輝度角度依存性を制御できる。

さらに、台形柱状レンズ部２４の集光効果はプリズム部２２の集光効果よりも小さいため、左右方向の輝度角度依存性における視野角の変化にともなう輝度の変化を抑えることができる。したがって、上下方向の視野角に対する輝度角度分布よりも、左右方向の視野角に対する輝度角度分布を広くする（つまり、上下視野角よりの左右視野角を広くする）ことができる。

ユーザが表示装置１のディスプレイ画面を見るとき、上下斜め方向から見る機会よりも、左右斜め方向から見る機会の方が多い。したがって、左右方向の視野角の変化に対して輝度の変化が大きいと、左右斜め方向からディスプレイ画面を見るユーザに違和感を与える場合がある。なぜなら、見る角度を少し変えただけで、輝度が急激に変化するためである。光学シート１７を用いれば、左右視野角の変化にともなう輝度の変化を抑えることができるため、ユーザに違和感を与えにくく、表示装置に適した輝度角度依存性を実現できる。

プリズム部２２の横断面形状は三角形状であるのが好ましく、頂角θ４０は鈍角である方が好ましい。頂角が９０ｄｅｇの場合、輝度角度分布に顕著なサイドローブが発生する。プリズム部２２の頂角θ４０を鈍角にすれば、サイドローブは抑制される。サイドローブを抑制し、かつ、正面輝度を向上するためには、頂角を１００ｄｅｇ〜１２０ｄｅｇにするのが好ましい。

サイドローブを抑制するために、プリズム部２２の頂上が丸みを帯びるように形成してもよい。つまり、プリズム部２２の横断面形状のうち、頂上が曲率を有していてもよい。この場合、サイドローブを抑制できるだけでなく、プリズム頂上部が欠損するのを抑制できる。好ましくは、頂上の横断面形状は円弧であり、より好ましくは、プリズム部２２の横断面形状での底面の長さＷ４の２０％未満の曲率半径を有する円弧である。

台形柱状レンズ部２４は左右方向の拡散光を集光することにより、正面輝度向上に寄与する。台形柱状レンズ部２４により、プリズム部２２の頂角θ４０が鈍角となっても高い正面輝度を得ることができる。

図６及び図７は、光学シート１７の台形柱状レンズ部２４の形状と正面輝度との関係を示す図である。図６及び図７の横軸は、台形柱状レンズ部２４の側面２４１と、台形柱状レンズ部２４の両縁ＥＤを含む面２１６とがなす角度θ１０である。また、縦軸は、頂角が９０ｄｅｇのプリズムを有するプリズムシートの正面輝度を基準（＝１．０）とした場合の光学シート１７の正面輝度比である。なお、調査に用いた光学シートのプリズム部２２の頂角θ４０は１１０ｄｅｇとした。

図６では、隣り合う台形柱状レンズ部２４間の隙間２１５の幅Ｗ１の台形柱状レンズ部２４の底表面２１８の幅Ｗ２に対する比（Ｗ１／Ｗ２）を１．０で一定とし、かつ、幅Ｗ１値及びＷ３値を一定として角度θ１０を変化させた。つまり、幅Ｗ１及びＷ３を一定として台形柱状レンズ部２４の高さＴ０を変化させることで角度θ１０を変化させた。

一方、図７では、Ｗ１／Ｗ２を１．０で一定とし、台形柱状レンズ部２４の高さＴ０も一定として角度θ１０を変化させた。つまり、高さＴ０を一定として幅Ｗ１値及びＷ２値を変化させることにより、角度θ１０を変化させた。

図６及び図７を参照して、角度θ１０が７０ｄｅｇ以下の場合、図６及び図７ともに、正面輝度比がほぼ一定か（図６）、または角度θ１０の上昇にともない正面輝度比が下降しているが（図７）、角度θ１０が７０ｄｅｇを超えると正面輝度比が急激に上昇した。また、角度θ１０が７０ｄｅｇよりも大きい場合、左右視野角の輝度角度分布におけるサイドローブは従来のプリズムシートよりも顕著に抑制できた。

以上より、角度θ１０を７０ｄｅｇよりも大きくすれば、プリズム層１８のみ形成された光学シートよりも正面輝度を向上できる。さらに、７２ｄｅｇ以上とすれば、プリズム部２２の頂角を鈍角にしても、頂角が９０ｄｅｇのプリズムシートよりも高い正面輝度を得ることができ、かつ、上下方向及び左右方向のサイドローブの発生も抑制できる。より好ましくは、角度θ１０を７２．５ｄｅｇ以上９０ｄｅｇ未満とする。この場合、より高い正面輝度を得ることができる。

隣り合う台形柱状レンズ部２４が互いに接触していても上述の効果を奏するが、図３〜５に示したように、隣り合う台形柱状レンズ部２４の間に隙間２１５を設けた方が正面輝度はより向上する。図８は、隙間２１５の幅と正面輝度との関係を示す図である。図８の横軸は、Ｗ１／Ｗ２を示す。また縦軸は図６及び図７と同じ正面輝度比を示す。調査に用いた光学シート１７の角度θ１０は８０ｄｅｇとし、プリズム部２２の頂角θ４０は１１０ｄｅｇとした。

図８を参照して、正面輝度比はＷ１／Ｗ２が０から大きくなるほど高くなり、Ｗ１／Ｗ２＝０．７でピークを示した。一方、Ｗ１／Ｗ２＝０．７よりも大きくなると、正面輝度比は徐々に低下した。ただし、隙間２１５がない場合（Ｗ１／Ｗ２＝０）でも正面輝度比は１よりも大きかった。

以上より、正面輝度の向上のためには、隙間２１５を設ける方が好ましい。図８における正面輝度比のピーク部分を考慮すれば、より好ましくは、Ｗ１／Ｗ２は、０．１以上４以下である。

［光学シートの他の形態］
図９〜図１１に示すように、光学シート１７は、基材部２１の面２１３上に、プリズム層１８に代えてレンチキュラレンズ層２５を設けても良い。

レンチキュラレンズ層２５は、サブ基材部２１１と上下方向に並設された複数のシリンドリカルレンズ部２３とを備える。サブ基材部２１１及びシリンドリカルレンズ部２３は一体的に形成され、その材質は電離放射線硬化樹脂である。シリンドリカルレンズ部２３は、基材部２１から入射された光線を正面に集光して外部に出射する。つまり、シリンドリカルレンズ部２３は、集光機能を有する。

図１０におけるシリンドリカルレンズ部２３の横断面形状は弓状である。具体的には、シリンドリカルレンズ部２３の頂上部分が円弧であり、頂上部分から縁ＥＤまでの間の部分（縁近傍部分）が頂上部分の円弧端点の接線に相当する直線である。シリンドリカルレンズ部２３の横断面形状は、図１０のような弓状であってもよいし、円弧であってもよいし、楕円弧であってもよい。

また、図１０では、隣り合うシリンドリカルレンズ部２３は互いに接触しているが、隣り合うシリンドリカルレンズ部２３の間に隙間を設けてもよい。

レンチキュラレンズ層２５は、プリズム層１８と同様に、上下方向の拡散光線を集光して正面輝度を向上する。したがって、プリズム層１８の代わりにレンチキュラレンズ層２５を有する光学シート１７も、プリズム層１８を有する光学シート１７と同様の効果を有する。さらに、シリンドリカルレンズ部２３は、表面が曲率を有する凸面２３０であるため、プリズム部２２よりもサイドローブを抑制できる。

シリンドリカルレンズ部２３では、その縁ＥＤを含む面（つまり、サブ基材部２１１の上面）とシリンドリカルレンズ部２３の凸面２３０とがなす角度（以下、接触角度という）θ２０が大きくなるほど、集光効果がより高くなる。シリンドリカルレンズ部２３の好ましい接触角度θ２０は４５ｄｅｇ以上９０ｄｅｇ未満である。より好ましくは、接触角度θ２０は５０ｄｅｇ以上７０ｄｅｇ以下である。

上述の実施の形態では、台形柱状レンズ部２４の並設方向はプリズム部２２及びシリンドリカルレンズ部２３の並設方向と直交しているが、厳密に直交する要はなく、本発明の効果を奏する程度、つまり、上下方向及び左右方向の輝度角度依存性を調整して正面輝度を向上できる程度に交差すれば足りる。

また、プリズム部２２及びシリンドリカルレンズ部２３と、サブ基材部２１１及び２１２と、台形柱状レンズ部２４とは、基材部２１と同じ材質で構成してもよい。また、電離放射線硬化樹脂の代わりに、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いてもよい。

サブ基材部２１１及び２１２はなくてもよい。つまり、基材部２１にプリズム部２２又はシリンドリカルレンズ部２３と、台形柱状レンズ部２４とを直接形成してもよい。また、基材表面を賦形してもよい。

上述の隣り合うプリズム部２２は互いに接触しているが、隣り合うプリズム部２２の間に隙間を設けても良い。

台形柱状レンズ部２４の横断面形状は、厳密に台形である必要はない。たとえば、台形柱状レンズ部２４において、底表面２１８が両縁ＥＤを含む面２１６と厳密に並行でなくてもよい。また、図示された底表面２１８は、実質的に平面であるが、多少の凹凸があってもよい。

図１及び２に示したバックライト装置１０は直下型であるが、エッジライト型のバックライト装置に光学シート１７を用いてもよい。

［製造方法］
上述した光学シート１７の製造方法の一例として、ロールトゥロール方式による製造方法を説明する。以下、プリズム層１８を有する光学シート１７の製造方法を説明するが、レンチキュラレンズ層２５を有する光学シート１７についても同様の方法で製造できる。

ロールトゥロール方式では、初めに、基材部２１上に台形柱状レンズ層１９を形成し（第１の工程）、続いて、基材部２１上にプリズム層１８を形成する（第２の工程）。

まず、第１の工程について説明する。基材部２１に相当するベースフィルムを表面に周方向に巻いた円筒状の第１ロールと、台形柱状レンズ層１９が形成されたベースフィルムを巻き取るための円筒状の第２ロールと、台形柱状レンズ層１９を形成するための円筒状の台形柱状レンズ用ロール版とを準備する。

台形柱状レンズ用ロール版は、表面に台形柱状レンズ部２４の転写用溝を有する。各転写用溝はロール版の軸方向に延び、互いに周方向に配列される。転写用溝の横断面形状は、台形柱状レンズ部２４の横断面形状に対応する。

互いの軸方向が並行になるように第１ロール、台形柱状レンズ用ロール版、第２ロールを配置する。配置後、台形柱状レンズ用ロール版の転写用溝に電離放射線硬化樹脂を充填する。

充填後、第１ロールを回転してベースフィルムを送り出し、第１ロールから台形柱状レンズ用ロール版に向かってベースフィルムを搬送する。続いて、台形柱状レンズ用ロール版を回転して、搬送されたベースフィルム上に転写用溝に充填された電離放射線硬化樹脂を転写する。このとき、台形柱状レンズ用ロール版と対向して配置されたバックアップロールと、台形柱状レンズ用ロール版とでベースフィルムを挟みながら、電離放射線硬化樹脂をベースフィルム上に転写する。電離放射線を照射することにより転写された電離放射線硬化樹脂を硬化し、ベースフィルム上に台形柱状レンズ層１９を形成する。

台形柱状レンズ層１９が形成されたベースフィルム（以下、中間生成フィルムという）を第２ロールに巻き取り、第１の工程を終了する。このとき、台形柱状レンズ部２４は、第２ロールの周方向に配列されている。

第１の工程を終了後、第２の工程を開始する。第２の工程では、第２ロールと、プリズム層１８を形成するための円筒状のプリズム用ロール版と、製造された光学シート１７を巻き取るための第３ロールとを準備する。

プリズム用ロール版は、その表面に複数のプリズム転写用溝（以下、単に転写用溝という）を有する。転写用溝の横断面形状は、プリズム部２２の横断面形状に対応する。転写用溝はプリズム用ロール版の周方向に延び、軸方向に配列される。

第１の工程と同様に、転写用溝に電離放射線硬化樹脂を充填する。続いて、第２ロールを回転して中間生成フィルムをプリズム用ロール版に向かって搬送する。このとき、中間生成フィルムのうち、台形柱状レンズ層１９が形成された面２１３と反対側の面２１４がプリズム用ロール版の表面と接触するように中間生成フィルムを搬送する。

第２ロールから搬送された中間生成フィルムをバックアップロールでプリズム用ロール版表面に押さえ込み、バックアップロールとプリズム用ロール版との間に中間生成フィルムを挟みながら、転写用溝に充填された電離放射線硬化樹脂を中間生成フィルムに転写する。このとき、バックアップロールは台形柱状レンズ部２４の底表面２１８に接触するが、底表面２１８は実質的に平面であるため、バックアップロールにより台形柱状レンズ部２４の形状は変形しにくい。

電離放射線を照射することにより電離放射線硬化樹脂を硬化し、プリズム層１８を形成する。以上の工程により製造された光学シート１７は、第３ロールに巻き取られる。

上述の工程のうち、第２の工程でプリズム層１８を形成する代わりに、レンチキュラレンズ層２５を形成してもよい。レンチキュラレンズ層２５の製造方法は、プリズム層１８の製造方法と同様である。ただし、プリズム用ロール版の代わりに、シリンドリカルレンズ部２３に対応するシリンドリカルレンズ転写用溝を表面に有するシリンドリカルレンズ用ロール版を用いる。

上述の製造方法では、初めに台形柱状レンズ層１９を形成し、次にプリズム層１８又はレンチキュラレンズ層２５（以下、これらを単にプリズム層１８等という）を形成したが、プリズム層１８等を形成した後、台形柱状レンズ層１９を形成してもよい。ただし、初めに台形柱状レンズ層１９を形成した方が好ましい。初めにプリズム層１８等を形成した場合、台形柱状レンズ層１９を製造する工程中の電離放射線硬化樹脂を転写するとき、プリズム部２２（又はシリンドリカルレンズ部２３）の頂点がバックアップロールと接触して変形するおそれがある。そのため、上述のとおり、バックアップロールが接触しても変形しにくい台形柱状レンズ部２４を先に形成しておく方が好ましい。

上述の製造方法では、台形柱状レンズ転写用溝が周方向に配列されたロール版と、プリズム転写用溝が軸方向に配列されたロール版とを使用したが、台形柱状レンズ転写用溝が軸方向に配列されたロール版と、プリズム転写用溝が周方向に配列されたロール版とを使用してもよい。また、台形柱状レンズ転写用溝の配列方向とプリズム転写用溝の配列方向とが直交していれば、台形柱状レンズ転写用溝及びプリズム転写用溝の配列方向は特に制限されない。しかしながら、台形柱状レンズ転写用溝及びプリズム転写用溝の一方が周方向に配列され、他方が軸方向に配列された台形柱状レンズ用ロール版及びプリズム用ロール版を用いれば、製造歩留まりが最も高くなる。

また、台形形状レンズ層１９が形成された中間生成フィルムを、プリズム用ロール版に送り出してプリズム層を形成した後、第２ロールに巻き取る連続形成も可能である。

なお、プリズム層１８の代わりにレンチキュラレンズ層２５を形成する場合、シリンドリカルレンズ転写用溝は軸方向に配列されるのが好ましく、台形レンズ転写用溝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を周方向に配列すれば、ベースフィルム上に転写された電離放射線硬化樹脂がシリンドリカルレンズ転写用溝の縁により削り取られる可能性があるからである。

以上、光学シート１７の製造方法について説明したが、上述のロールトゥロール方式と異なる他の方法によっても光学シート１７を製造できる。たとえば、板状の版を用いてプリズム層１８、レンチキュラレンズ層２５及び台形柱状レンズ層１９を形成してもよい。また、押し出し法や、熱プレス法、射出形成法等により製造してもよい。

異なる形状寸法の複数の光学シート１７を製造し、従来のプリズムシートとともに輝度角度依存性（輝度角度分布）を調査した。

表１に示す形状寸法の本発明例１〜５の光学シートを上述のロールトゥロール法により製造した。本発明例１、４及び５の光学シートは、図３〜５に示す光学シートに対応し、プリズム層を有した。表１中の本発明例１、４及び５の各項目（Ｗ２、θ１０、等）は、図３〜５内の符号に対応する。一方、本発明例２及び３は図９〜１１に示す光学シートに対応し、レンチキュラレンズ層を有した。表１中の本発明例２及び３の各項目は図９〜図１１内の符号に対応する。

表１を参照して、本発明例１、４、５のプリズム部の横断面形状は二等辺三角形であった。ただし、本発明例４では、プリズム部の頂上が丸みを帯びており、丸みを帯びた頂上部の曲率半径は５μｍであった。

本発明例２のシリンドリカルレンズ部の横断面形状は弓状であり、シリンドリカルレンズ部の横断面形状のうち、縁近傍部分は直線であった。一方、本発明例３のシリンドリカルレンズ部の横断面形状は、長軸の端点を頂点とする楕円弧であった。

本発明例１〜５の光学シートでは、基材部として厚さ２５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた。また、プリズム層、レンチキュラレンズ層及び台形柱状レンズ層には、紫外線硬化樹脂であるアクリレート系紫外線硬化樹脂を用い、紫外線の照射により硬化させた。

比較例であるプリズムシートは以下の方法により製造した。厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルム上にアクリレート系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２３及び図２４に示す形状のプリズムシートを製造した。表１に示すとおり、プリズムシートのプリズムのピッチは５０μｍであり、頂角は９０ｄｅｇであった。

［輝度角度分布調査］
製造された本発明例１〜５の光学シート及び比較例のプリズムシートの輝度角度依存性（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本発明例１の光学シートを敷設した。このとき、台形柱状レンズ部がハウジングの光拡散板に対向するように光学シートを敷設した。台形柱状レンズ部の並設方向は左右方向とし、プリズム部の並設方向は上下方向とした。

ハウジングに本発明例１の光学シートを敷設後、輝度角度分布を調査した。視野角は、光学シートの法線方向（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。輝度の測定箇所は光学シート表面の中央とした。

本発明例１の光学シートと同様に、他の本発明例２〜５の光学シートについても輝度角度分布を調査した。

一方、比較例のプリズムシートをハウジングに敷設して輝度角度分布を調査した。このとき、プリズムの並設方向が上下方向となるようにハウジングに敷設した。

本発明例１の光学シートの輝度角度分布を図１２に、本発明例２の光学シートの輝度角度分布を図１３に、本発明例３の光学シートの輝度角度分布を図１４に、本発明例４の輝度角度分布を図１５に、本発明例５の輝度角度分布を図１６にそれぞれ示す。また、比較例であるプリズムシートの輝度角度分布を図２５に示す。図１２〜図１６及び図２５の横軸は視野角（ｄｅｇ）、縦軸はハウジングの光拡散板の正面輝度（光拡散板の法線方向の輝度）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、図中破線が左右視野角における輝度角度分布である。

本発明例１〜５の各輝度角度分布から得られた視野角０ｄｅｇの相対輝度（正面輝度）Ｘ１の比較例の輝度角度分布から得られた正面輝度Ｘ２に対する比（Ｘ１／Ｘ２：以下、正面輝度比という）を表１に示す。

図１２〜図１６、図２５及び表１を参照して、本発明例１〜５の光学シートの正面輝度は、いずれも比較例のプリズムシートよりも高くなり、その正面輝度比は１．１１〜１．１６となった。さらに、本発明例１〜５の上下及び左右視野角のサイドローブ（広視野角で発生する輝度ピーク）は小さく、比較例のサイドローブよりも低く抑えることができた。

さらに、本発明例１〜５の輝度角度分布では、視野角が広がりに対する輝度の低下は、上下視野角よりも左右視野角の方が緩やかであり、左右視野角は自然な配向分布となった。換言すれば、輝度角度分布のうちの最大の相対輝度値（ピーク値）と最小の相対輝度値との差は、上下視野角よりも左右視野角の方が小さく、左右視野角の輝度角度分布の方が上下視野角よりも広がった。なお、シリンドリカル層を備えた本発明例２及び３では、視野角の広がりに対する輝度の低下は上下視野角でも緩やかであり、左右視野角だけでなく上下視野角も自然な配向分布を示した。

光学シートの台形柱状レンズ層のうち、隣り合う台形柱状レンズ間の隙間幅Ｗ１の変化に対する正面輝度の変化を調査した。プリズム層を有する光学シートのうち、種々の隙間幅Ｗ１を有する複数の光学シートを製造した。隙間幅Ｗ１以外の光学シートの他の形状寸法は、本発明例１、２の光学シートと同じとした。

製造された光学シートについて、正面輝度を求め、実施例１の比較例のプリズムシートの正面輝度に対する比（正面輝度比）を求めた。

図８に調査結果を示す。横軸はＷ１／Ｗ２であり、縦軸は正面輝度比である。図８を参照して、Ｗ１／Ｗ２を変化させた全ての領域で正面輝度比は１．０よりも大きくなった。さらに、正面輝度比はＷ１／Ｗ２が０から大きくなるほど高くなり、Ｗ１／Ｗ２＝０．７でピークを示し、０．７以降では徐々に低下した。

光学シートの台形柱状レンズ層のうち、角度θ１０の変化に対する正面輝度の変化を調査した。まず、隙間幅Ｗ１の底表面幅Ｗ２に対する比（Ｗ１／Ｗ２）を１．０で一定とし、かつ、幅Ｗ１及びＷ２の値を一定として角度θ１０を変化させた複数の光学シートを製造した。具体的には、互いの台形柱状レンズ部の高さＴ０が異なることにより異なる角度θ１０を有する複数の光学シートを製造した。高さＴ０及び角度θ１０以外の台形柱状レンズ層の形状寸法及びプリズム層の形状寸法は本発明例１、２と同じとした。以下、これらの光学シートを高さ変動光学シートという。

一方、Ｗ１／Ｗ２を１．０で一定とし、台形柱状レンズ部２４の高さＴ０も一定として角度θ１０を変化させた複数の光学シートを製造した。具体的には、幅Ｗ１及びＷ２の値が異なることにより異なる角度θ１０を有する複数の光学シートを製造した。幅Ｗ１、Ｗ２及角度θ１０以外の台形柱状レンズ層の形状寸法及びプリズム層の形状寸法は本発明例１、２と同じとした。以下、これらの光学シートを高さ固定光学シートという。

製造された高さ変動光学シート及び高さ固定光学シートについて、正面輝度を求め、実施例１の比較例の正面輝度に対する比（正面輝度比）を求めた。

調査結果を図６及び図７に示す。図６が高さ変動光学シートで得られた正面輝度比であり、図７が高さ固定光学シートで得られた正面輝度比である。図６及び図７ともに、横軸は角度θ１０（ｄｅｇ）であり、縦軸は正面輝度比である。

角度θ１０が７０ｄｅｇ未満の場合、正面輝度比は角度θ１０の増大に関わらずほぼ一定（図６）又は角度θ１０の増大とともに減少したが（図７）、角度θ１０が７０ｄｅｇ以上になると正面輝度比が急激に上昇した。

なお、各光学シートの輝度角度分布を調査した結果、角度θ１０が７０ｄｅｇ以上の場合、左右視野角のサイドローブは従来のプリズムシートの上下視野角のサイドローブよりも抑えることができた。一方、角度θ１０が７０ｄｅｇ未満である場合、左右視野角におけるサイドローブが従来のプリズムシートの上下視野角と同程度に発生した。一例として、図１７に角度θ１０が６０ｄｅｇである高さ変動光学シートの輝度角度分布を示す。

光学シートのプリズム層のうち、プリズム部の頂角θ４０と、正面輝度比及びサイドローブとの関係について調査した。

頂角の異なる複数の光学シートを製造した。光学シートのプリズム層の寸法形状のうち、ピッチを固定し、高さを変化させることで頂角を変化させた。具体的には、高さＴ１及び頂角θ４０が異なり、他の形状寸法は本発明例１のプリズム部と同じである複数の光学シートを製造した。なお、各光学シートの台形柱状レンズ層及び基材部の形状寸法等は本発明例３、４と同じとした。

製造された複数の光学シートについて正面輝度を求め、実施例１の比較例の正面輝度に対する比（正面輝度比）を求めた。さらに、各光学シートについて輝度角度分布を調査し、サイドローブの有無を確認した。

図１８に調査結果を示す。図１８の横軸は頂角θ４０（ｄｅｇ）であり、縦軸は正面輝度比である。図１８に示すとおり、正面輝度比は頂角θ４０が小さいほど高かった。しかしながら、頂角が小さいほど、サイドローブは顕著に発生した。図１９に頂角θ４０が９０ｄｅｇの光学シートの輝度角度分布を示し、図２０に頂角θ４０が１００ｄｅｇの光学シートの輝度角度分布を示す。図１９及び図２０を参照して、頂角θ４０が９０ｄｅｇの光学シート（図１９）では、上下視野角のサイドローブは比較例のプリズムシートと同程度に発生しているのに対し、頂角θ４０が１００ｄｅｇの光学シート（図２０）では、上下視野角のサイドローブが抑制された。

プリズム部の頂上部分が一定の曲率半径で丸みを帯びている光学シートにおける、曲率半径の変化に対する正面輝度の変化について調査した。

プリズム部の頂角θ４０及びピッチＰ１が本発明例４のプリズム部と同じであって、頂上部の曲率半径が異なる複数の光学シートを製造した。なお、光学シートの台形柱状レンズ部及び基材部の形状寸法等は本発明例３、４と同じとした。

製造された光学シートについて正面輝度を求め、実施例１の比較例であるプリズムシートの正面輝度に対する比（正面輝度比）を求めた。

図２１に調査結果を示す。図２１中の横軸は、プリズムの底辺Ｗ４に対する頂上部分の曲率半径の比（以下、曲率半径比という）を示し、縦軸は正面輝度比を示す。図２１に示すとおり、曲率半径比が小さいほど正面輝度比は高かった。

シリンドリカルレンズ部の接触角度θ２０の変化に対する正面輝度の変化について調査した。

シリンドリカルレンズ部の頂部曲率半径Ｒ０及びピッチＰ２が発明例３と同じであって、シリンドリカルレンズ部の接触角度θ２０が異なる複数の光学シートを製造した。各光学シートの台形形状レンズ部及び基材部の形状寸法等は、本発明例３、４と同じとした。

製造された光学シートについて正面輝度を求め、実施例１の比較例であるプリズムシートの正面輝度に対する比（正面輝度比）を求めた。

図２２に調査結果を示す。図２２中の横軸は接触角度θ２０を示し、縦軸は正面輝度比を示す。図２１に示すとおり、接触角度θ２０が大きくなるに従って正面輝度比は向上し、接触角度θ２０が６０ｄｅｇ以上となると正面輝度比の上昇は収束し、ほぼ一定となった。

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。

本発明に実施の形態による光学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。 図２中の光学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に示した光学シート中の台形レンズ部の形状と正面輝度との関係を示す図である。 図６と異なる、台形レンズ部の形状と正面輝度との関係を示す他の図である。 図３に示した光学シートで隣り合う台形レンズ部間の隙間と正面輝度との関係を示す図である。 図３と異なる、他の光学シートの斜視図である。 図１０中の線分Ｘ−Ｘでの断面図である。 図１０中の線分ＸＩ−ＸＩでの断面図である。 実施例１中の本発明例１の光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例１中の本発明例２の光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例１中の本発明例３の光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例１中の本発明例４の光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例１中の本発明例５の光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例３で製造した光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 光学シートのプリズム部の頂角と正面輝度との関係を示す図である。 実施例４で製造した光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 実施例４で製造した光学シートであって、図１９と異なる光学シートの輝度角度依存性を示す図である。 プリズム部の頂上が丸みを帯びている光学シートにおける、プリズム頂上部分の曲率半径と正面輝度との関係を示す図である。 光学レンズシートのシリンドリカルレンズ部の接触角度と正面輝度との関係を示す図である。 従来のプリズムシートの斜視図である。 図２３中の線分ＸＸＩＶ−ＸＸＩＶでの断面図である。 プリズムシートの輝度角度依存性を示す図である。

符号の説明

１ 表示装置
１０ バックライト装置
１６ 面光源
１７ 光学シート
１８ プリズム層
１９ 台形柱状レンズ層
２１ 基材部
２２ プリズム部
２３ シリンドリカルレンズ部
２４ 台形柱状レンズ部
２５ レンチキュラレンズ層
２１８ 底表面

Claims (13)

1. バックライトに用いられる光学シートであって、
   シート状の基材部と、
   前記基材部の第１の面上に互いに並設された複数の第１の柱状レンズ部と、
   前記基材部の第１の面の反対側である第２の面上に前記第１の柱状レンズ部と交差するように並設され、各々の横断面形状は前記基材部側に向かうに従って幅が広くなる台形状である第２の柱状レンズ部とを備え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であって、
   前記第１の柱状レンズ部は前記第２の柱状レンズ部と直交することを特徴とする光学シート。
3. 請求項１に記載の光学シートであって、
   前記第２の柱状レンズ部の側面と前記第２の面とがなす角度が７０ｄｅｇよりも大きく９０ｄｅｇ未満であることを特徴とする光学シート。
4. 請求項３に記載の光学シートであって、
   隣り合う前記第２の柱状レンズ部の間に隙間を有することを特徴とする光学シート。
5. 請求項１記載の光学シートであって、
   前記第１の柱状レンズ部の横断面形状は三角形状であることを特徴とする光学シート。
6. 請求項５に記載の光学シートであって、
   前記第１の柱状レンズの横断面形状は、頂角が鈍角である二等辺三角形状であることを特徴とする光学シート。
7. 請求項６に記載の光学シートであって、
   前記頂角は１００ｄｅｇ以上１２０ｄｅｇ以下であることを特徴とする光学シート。
8. 請求項５に記載の光学シートであって、
   前記第１の柱状レンズ部の横断面形状は、頂上部分が丸みを帯びた二等辺三角形状であり、前記頂上部分は、底辺の２０％未満の曲率半径を有する円弧であることを特徴とする光学シート。
9. 請求項１に記載の光学シートであって、
   前記第１の柱状レンズ部はシリンドリカルレンズ部であることを特徴とする光学シート。
10. 請求項９に記載の光学シートであって、
    前記シリンドリカルレンズ部の凸面と、前記シリンドリカルレンズ部の縁を含む面とがなす接触角度が４５ｄｅｇよりも大きく、９０ｄｅｇ未満であることを特徴とする光学シート。
11. 請求項１０に記載の光学シートであって、
    前記接触角度は５０ｄｅｇ以上７０ｄｅｇ以下であることを特徴とする光学シート。
12. 面光源と、
    前記面光源上に敷設され、シート状の基材部と、前記基材部の第１の面上に並設された複数の第１の柱状レンズ部と、前記基材部の第１の面の反対側である第２の面上に前記第１の柱状レンズ部と交差するように並設され、各々の横断面形状は前記基材部側に向かうに従って幅が広くなる台形状である複数の第２の柱状レンズ部とを含む光学シートとを備えることを特徴とするバックライト装置。
13. シート状の基材部と、前記基材部の第１の面上に並設された複数の第１の柱状レンズ部と、前記基材部の第１の面の反対側である第２の面上に前記第１の柱状レンズ部と交差するように並設され、各々の横断面形状は前記基材部側に向かうに従って幅が広くなる台形状である複数の第２の柱状レンズ部とを有する光学シートと、前記光学シートが敷設される面光源とを含むバックライト装置を備えることを特徴とする表示装置。

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