JP2011103202A - 光学部品、照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で優れた表示性能を達成可能とする。
【解決手段】本発明の光学部品１０は、単層構造又は多層構造を有している光学部品であって、光透過材料Ｍ１乃至Ｍ３とこの光透過材料Ｍ１乃至Ｍ３中で分散した光反射性粒子Ｐとを含み、前記光学部品１０をその一方の主面に垂直な方向から観察した場合に前記光反射性粒子Ｐは不均一に分布している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば表示装置又は照明装置に利用可能な光学技術に関する。

液晶表示パネルを含んだ表示装置は、例えば、パーソナルコンピュータ及び携帯電話などの携帯端末において使用されている。このような表示装置の多くは、液晶表示パネルを照明する照明方式として、バックライト方式を採用している。バックライト方式の表示装置では、液晶表示パネルの背面側にバックライトユニットと呼ばれる照明装置を設置し、このバックライトユニットが放射する光で液晶表示パネルの背面を照明する。

バックライトユニットは、直下型バックライトユニットと、エッジライト型バックライトユニットとに大別することができる。

直下型バックライトユニットは、例えば、光源とリフレクタと拡散板とを含んでいる。

光源は、例えば、冷陰極管又は発光ダイオードである。光源は、バックライトユニットを液晶表示パネルと組み合わせた場合に液晶表示パネルの背面と向き合うように配置されている。

リフレクタは、光源の後方に設置されている。リフレクタは、光源からの光を効率よく照明光として利用することを可能とする。

拡散板は、輝度ムラの発生を防止するために、例えば、表示画面を観察したときに光源の形状が知覚されるのを防止するために、光源の前方に設置されている。

エッジライト型バックライトユニットは、例えば、導光板と光源とリフレクタと反射フィルムと拡散フィルムとを含んでいる。

導光板は、例えば、透明材料からなる平板と、その一方の主面上に形成された光散乱層とを含んでいる。平板は、例えば、光透過性に優れたアクリル樹脂からなる。光散乱層は、例えば、二酸化チタン粉末と透明な接着剤との混合物をドット状に印刷することにより形成される。このような導光板は、このバックライトユニットを液晶表示パネルと組み合わせた場合に、光散乱層が平板を間に挟んで液晶表示パネルの背面と向き合うように設置される。

光源は、例えば、冷陰極管又は発光ダイオードである。光源は、導光板の一端面と向き合うように設置されている。光源が放射した光は、先の端面から導光板に入射し、導光板の一対の主面によって反射されながら導光板内を伝播する。導光板の液晶表示パネルと向き合った主面は、導光板内を伝播する光の一部を反射し、他の一部を透過させる。エッジライト型バックライトユニットでは、この透過光の少なくとも一部を照明光として利用する。

リフレクタは、光源を間に挟んで導光板の先の端面と向き合うように設置されている。リフレクタは、光源が放出した光を効率よく導光板に入射させるとともに、導光板から光源側に戻った光を再び導光板に入射させる。

反射フィルムは、導光板を間に挟んで液晶表示パネルと向き合うように設置されている。反射フィルムは、導光板が背面側に放出した光を、再び導光板に入射させる。

拡散フィルムは、導光板と液晶表示パネルとの間に設置されている。拡散フィルムは、輝度ムラの発生を防止する。

これら表示装置では、光利用効率を向上させて高輝度化を図るために、液晶表示パネルと拡散板又は拡散フィルムとの間に、例えば特許文献１に記載されているプリズムフィルムを設置することがある。プリズムフィルムは、一方の主面にプリズムアレイが設けられており、拡散フィルムが透過させた導光板からの光を集光させる機能を有している。

このプリズムフィルムを使用すると、広角側への光の射出を抑制し、低角側の輝度を向上させることができる。但し、プリズムフィルムを使用した場合、低角側の輝度が向上する反面で、サイドローブを生じる。また、プリズムフィルムを使用した場合、視野角が過度に制限されることがある。

サイドローブの発生及び過度な視野角の制限は、例えば、プリズムフィルムと液晶表示パネルとの間に光拡散フィルムを更に設置することによって抑制することができる。しかしながら、そのような光拡散フィルムを設置すると、部品点数が増加する。その結果、部品コストが増加するのに加え、表示装置の組立て作業が煩雑になる。

特表平１０−５０６５００号公報

本発明の目的は、少ない部品点数で優れた表示性能を達成可能とすることにある。

本発明の第１側面によると、単層構造又は多層構造を有している光学部品であって、光透過材料とこの光透過材料中で分散した光反射性粒子とを含み、前記光学部品をその一方の主面に垂直な方向から観察した場合に前記光反射性粒子は不均一に分布している光学部品が提供される。

本発明の第２側面によると、第１側面に係る光学部品と、前記光学部品の前記主面を照明する光源とを具備した照明装置が提供される。

本発明の第３側面によると、第１側面に係る照明装置と、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備した表示装置が提供される。

本発明によると、少ない部品点数で優れた表示性能を達成することが可能となる。

本発明の一態様に係る光学部品を概略的に示す断面図。 図１に示す光学部品の製造に利用可能な製造装置の一例を概略的に示す図。 図２に示す製造装置の一部を拡大して示す断面図。 図１に示す光学部品を含んだ表示装置の一例を概略的に示す断面図。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る光学部品を概略的に示す断面図である。
この光学部品１０は、導光層１１とレンズアレイ１２とプリズムアレイ１３とを含んだ多層構造を有している。

導光層１１は、略平坦な一対の主面を有している。導光層１１は、その主面がレンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３と向き合うように、それらの間に挟まれている。

レンズアレイ１２は、一方の主面が導光層１１と向き合い、他方の主面にレリーフ構造が設けられた層である。この層に設けられたレリーフ構造は、複数のレンズを構成している。これらレンズは、例えば、導光層１１の主面に平行な第１方向に各々が延び、導光層１１の先の主面に平行であり且つ第１方向と交差する第２方向に配列したシリンドリカルレンズである。或いは、これらレンズは、導光層１１の主面に平行であり且つ互いに交差する第１及び第２方向に配列した半球レンズである。

プリズムアレイ１３は、導光層１１を間に挟んでレンズアレイ１２と向き合っている。プリズムアレイ１３は、一方の主面が導光層１１と向き合い、他方の主面にレリーフ構造が設けられた層である。この層に設けられたレリーフ構造は、複数のプリズムを構成している。これらプリズムは、例えば、導光層１１の主面に平行な第１方向に各側面が延び、導光層１１の先の主面に平行であり且つ第１方向と交差する第２方向に配列した角柱、例えば三角柱である。或いは、これらプリズムは、導光層１１の主面に平行な底面を有し、導光層１１の主面に平行であり且つ互いに交差する第１及び第２方向に配列した角錐、例えば三角錐又は四角錐である。

プリズムアレイ１３に設けるレリーフ構造は、例えば、十点平均粗さＲｚを２００μｍ以下とし、算術平均粗さＲａを３．０μｍ乃至１０００μｍの範囲内とする。また、各プリズムの頂角は例えば１０°乃至１４０°とし、プリズムのピッチは例えば２０乃至２００μｍとする。

導光層１１、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の１つ又は２つは省略してもよい。或いは、光学部品１０は、他の層を更に含んでいてもよい。即ち、光学部品１０は、３層構造以外の多層構造を有していてもよく、単層構造を有していてもよい。

光学部品１０は、光透過材料と、この光透過材料中で分散した光反射性粒子Ｐとを含んでいる。

光透過材料は、光透過材料Ｍ１乃至Ｍ３を含んでいる。材料Ｍ１と光反射性粒子Ｐの一部とは、導光層１１を構成している。材料Ｍ２と光反射性粒子Ｐの他の一部とは、レンズアレイ１２を構成している。材料Ｍ３と光反射性粒子Ｐの更に他の一部とは、プリズムアレイ１３を構成している。

材料Ｍ１乃至Ｍ３は、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、フェノール樹脂及びメラミン樹脂等の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を硬化させてなる汎用プラスチックである。材料Ｍ１乃至Ｍ３として、ポリブチレンテレフタレート、ポリオキシメチル、ポリアミド及びポリフェニルサルフィド等のエンジニアプラスチックやスーパーエンジニアプラスチックを使用してもよい。

材料Ｍ１乃至Ｍ３は、同一であってもよい。或いは、材料Ｍ１乃至Ｍ３は、異なっていてもよい。或いは、材料Ｍ１乃至Ｍ３のうち２つのみが同一であり、これらは残りの１つとは異なっていてもよい。

材料Ｍ１乃至Ｍ３の各々は、単一の化合物で構成されていてもよく、混合物であってもよい。後者の場合、例えば、樹脂などの透明材料とその中で均一に分布した無機及び／又は有機フィラーとを含んだ混合物を使用することができる。フィラーは、真球状であってもよく、球以外の形状を有していてもよく、不定形であってもよい。

材料Ｍ１乃至Ｍ３の各々は、無色であってもよく、着色していてもよい。後者の場合、典型的には、上述した透明材料と染料及び顔料の少なくとも一方との混合物を使用する。

材料Ｍ１乃至Ｍ３の各々は、光透過性を有している。材料Ｍ１乃至Ｍ３の各々は、光散乱性を有していてもよく、光散乱性を有していなくてもよい。光散乱性は、例えば、上述した透明材料に、これとは屈折率が異なる透明粒子、例えば先の透明材料との屈折率の差が０．０２以上である透明粒子を均一に分散させることにより付与することができる。この透明粒子は、例えば、上述したフィラー又はその一部であってもよく、透明材料中で均一に分布した気泡であってもよい。

光散乱性を付与するための透明粒子としては、無機粒子、有機粒子又はそれらの混合物を使用することができる。

無機粒子の材料としては、例えば、スメクタイト、カオリナイト及びタルクなどの粘土化合物、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムなどの無機酸化物、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、塩化バリウム、硫酸バリウム、硝酸バリウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス、又はこれらの２つ以上を含んだ混合物を使用することができる。

有機粒子の材料としては、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体若しくはその架橋体、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、これらの共重合体、又はこれらの２つ以上を含んだ混合物を使用することができる。

なお、光散乱性を付与するための透明粒子として気泡を利用する場合、例えば、透明樹脂と発泡剤とを含んだ層において発泡剤を発泡させることにより気泡を生じさせることができる。

光散乱性を付与するための透明粒子としては、典型的には、平均粒径が０．５乃至１２μｍの範囲内にあるものを使用する。例えば、平均粒径が２乃至６μｍであるか又はそれよりも小さな透明粒子を使用する。平均粒径が小さすぎるか又は大きすぎる場合、十分な光拡散性を付与することができない。そのため、例えば、光学部品１０をその端面側から又はレンズアレイ１２側から照明したときにプリズムアレイ１３が射出する光の極角に応じた強度分布を、光散乱を利用して調整することができない。

材料Ｍ１乃至Ｍ３の各々において、光拡散性を付与するために透明粒子を使用する場合、その量は、例えば０．００１乃至３０質量％の範囲内とする。このような量で透明粒子を使用すると、高い光透過性を保ちつつ、或る程度の光拡散性を付与することができる。それ故、例えば、光学部品１０をその端面側から又はレンズアレイ側から照明したときに、光学部品１０の内部での光損失を抑制しつつ、高い正面輝度を達成できる。

光学部品１０をその一方の主面に垂直な方向から観察した場合、粒子Ｐは不均一に分布している。典型的には、光反射性粒子Ｐは、光学部品１０の周縁部の少なくとも一部において最も高い密度で存在している。例えば、先の主面に垂直な方向から観察した場合に光学部品１０が互いに平行な一対の辺を有しているとすると、光反射性粒子Ｐは、典型的には、光学部品１０の周縁部のうち先の一対の辺の少なくとも一方に沿った領域に偏在している。図１に示す例では、光学部品１０は先の主面に垂直な方向から観察した場合に長方形状又は正方形状を有しており、光反射性粒子Ｐは、光学部品１０の一辺に沿った領域に偏在している。

光反射性粒子Ｐは、導光層１１、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の各々に存在している。そして、光反射性粒子Ｐが偏在している領域では、光反射性粒子Ｐは、レンズ及び／又はプリズムを各々が構成している凸部とその他の部分との双方に存在している。光反射性粒子Ｐは、導光層１１、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の全てに存在していてもよく、それらの１つ又は２つにのみ存在していてもよい。

光反射性粒子Ｐは、光反射性を有している粒子である。光反射性粒子Ｐは、光学部品１０に光散乱性を付与する。

光反射性粒子Ｐは、透明な粒子であってもよく、不透明な粒子であってもよく、透明な部分と不透明な部分とを含んだ粒子であってもよい。また、光反射性粒子Ｐは、複数の一次粒子が凝集してなる二次粒子を形成していてもよく、二次粒子を形成していなくてもよい。光反射性粒子Ｐが二次粒子を形成している場合、各二次粒子は、同一種の一次粒子によって構成されていてもよく、種類が異なる一次粒子によって構成されていてもよい。

光反射性粒子Ｐが透明な粒子である場合、光反射性粒子Ｐと先のプラスチックとの屈折率の差は、例えば０．０２以上とする。屈折率の差を大きくすると、光散乱性を高める効果が大きくなる。

光反射性粒子Ｐとしては、例えば、上述した透明粒子を使用することができる。或いは、光反射性粒子Ｐとして、金属又は合金などの金属化合物からなる粒子を使用してもよい。

金属又は金属化合物からなる粒子は、強磁性体などの磁性体で構成されていてもよい。磁性体としては、例えば、亜鉛、鉄又は銀を使用することができる。

光反射性粒子Ｐとして、上述した透明粒子の表面全体を又はその表面の一部を金属又は合金などの金属化合物で被覆してなる複合粒子を使用してもよい。例えば、透明粒子の表面全体を又はその表面の一部を磁性体で被覆してなる複合粒子を使用してもよい。或いは、磁性体からなる粒子の表面全体を又はその表面の一部を透明誘電体などの透明な材料で被覆してなる複合粒子を使用してもよい。なお、粒子表面の磁性体又は透明な材料による被覆には、例えば、塗工又は蒸着を利用することができる。

光反射性粒子Ｐとしては、典型的には、一次粒子の平均粒径が０．５乃至１２μｍの範囲内にあるものを使用する。光反射性粒子Ｐが透明である場合には、例えば、一次粒子の平均粒径が２乃至６μｍであるか又はそれよりも小さな粒子を使用する。光反射性粒子Ｐが不透明である場合には、例えば、一次粒子の平均粒径が１μｍ以下である粒子を使用する。この平均粒径が小さすぎるか又は大きすぎる場合、十分な光拡散性を付与することができない。そのため、例えば、光学部品１０をその端面側から照明したときにプリズムアレイ１３が射出する光の極角に応じた強度分布を、光散乱を利用して調整することができない。

光学部品１０を構成している何れかの層において、光反射性粒子Ｐの量は、例えば０．００１乃至３０質量％の範囲内とする。このような量で光反射性粒子Ｐを使用すると、高い光透過性を保ちつつ、或る程度の光拡散性を付与することができる。それ故、例えば、光学部品１０をその端面側から照明したときに、光学部品１０の内部での光損失を抑制しつつ、高い正面輝度を達成できる。

光反射性粒子Ｐは、光学部品１０の主面に対して垂直な断面を観察した場合に光反射性粒子Ｐが最も高密度に存在している領域において、光反射性粒子Ｐがその領域に占める面積の割合Ｒ_Hが、例えば１０％乃至７０％の範囲内となるように、典型的には２０％乃至３０％の範囲内となるように偏在させる。割合Ｒ_Hを過剰に小さくすると、光反射性粒子Ｐを偏在させた領域の光散乱能が不十分となることがある。割合Ｒ_Hが過剰に大きくすると、光反射性粒子Ｐを偏在させた領域の光散乱能が過剰に高くなり、この領域における光の損失が大きくなることがある。

また、光反射性粒子Ｐは、光学部品１０の主面に対して垂直な断面を観察した場合に光反射性粒子Ｐが存在していないか又は最も低密度に存在している領域において、光反射性粒子Ｐがその領域に占める面積の割合Ｒ_Lが、例えば０乃至１０％の範囲内となるように、典型的には０％乃至５％の範囲内となるように偏在させる。割合Ｒ_Lが過剰に小さくすると、光反射性粒子Ｐを偏在させていない領域の光散乱能が不十分となることがある。割合Ｒ_Lを過剰に大きくすると、光反射性粒子Ｐを偏在させていない領域の光散乱能が過剰に高くなり、この領域における光の損失が大きくなるとともに、光反射性粒子Ｐを偏在させた領域へ光を伝播させることが難しくなることがある。

そして、光反射性粒子Ｐは、割合Ｒ_Lと割合Ｒ_Hとの比Ｒ_L／Ｒ_Hが、例えば０乃至１の範囲内となるように、典型的には０乃至０．１６の範囲内となるように偏在させる。比Ｒ_L／Ｒ_Hを過剰に大きくするか又は比Ｒ_L／Ｒ_Hを過剰に小さくすると、この光学部品１０を含んだ照明装置又は表示装置において輝度ムラが生じるのを抑制する効果が小さくなる。

光学部品１０は、紫外線吸収剤を更に含んでいてもよい。この場合、導光層１１、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の全てが紫外線吸収剤を含んでいてもよく、それらの一部のみが紫外線吸収剤を含んでいてもよい。例えば、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の少なくとも一方のみが紫外線吸収剤を含んでいてもよい。紫外線吸収剤を使用すると、紫外線による光学部品１０の劣化を抑制することができ、その長寿命化を達成できる。更に、この場合、光学部品１０が射出する光は紫外線を殆ど含んでいないため、光学部品１０と共に使用する他の部品の紫外線による劣化を抑制することができる。

紫外線吸収剤としては、例えば、２−（２'−ヒドロキシ−５'−メチルフェニル）ベンゾトリアゾールなどのベンゾトリアゾール系化合物、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、４−ｔ−ブチルフェニルサリシレートなどのサリチル酸エステル系化合物、２−エトキシ−２'−エチルオキザリックアシッドビスアニリドなどのオキザリックアシッドアニリド系化合物、又はエチル−２−シアノ−３，３−ジフェニルアクリレートなどのシアノアクリレート系を使用することができる。

この光学部品１０は、様々な形態をとり得る。例えば、光学部品１０は、フィルム、シート又はプレートであってもよい。

光学部品１０の最大厚さは、例えば３０００μｍ以下とする。なお、「最大厚さ」は、光学部品１０の両主面が平坦である場合には、それら主面間の距離を意味する。また、光学部品１０の両主面にレリーフ構造が設けられている場合には、「最大厚さ」は、光学部品１０の一方の主面に設けられた凸部の先端と接し且つ先の主面に平行な平面と、他方の主面に設けられた凸部の先端と接し且つ先の主面に平行な平面との間の距離を意味する。そして、光学部品１０の一方の主面にレリーフ構造が設けられ、他方の主面が平坦面である場合には、「最大厚さ」は、レリーフ構造が設けられた主面の凸部の先端と接し且つ先の主面に平行な平面と、平坦な他方の主面との間の距離を意味する。光学部品１０の最大厚さが過剰に大きいと、光学部品１０の内部での光の損失が大きくなる。

光学部品１０に十分な剛性が要求される場合、具体的には、光学部品１０が皺や撓みを生じないように十分な腰を有している必要がある場合、光学部品１０の最小厚さは、例えば２００μｍ以上とする。なお、「最小厚さ」は、光学部品１０の両主面が平坦である場合には、それら主面間の距離を意味する。また、光学部品１０の両主面にレリーフ構造が設けられている場合には、「最小厚さ」は、光学部品１０の一方の主面に設けられた凹部の底と接し且つ先の主面に平行な平面と、他方の主面に設けられた凹部の底と接し且つ先の主面に平行な平面との間の距離を意味する。そして、光学部品１０の一方の主面にレリーフ構造が設けられ、他方の主面が平坦面である場合には、「最小厚さ」は、レリーフ構造が設けられた主面の凹部の底と接し且つ先の主面に平行な平面と、平坦な他方の主面との間の距離を意味する。

光学部品１０に高い剛性が要求される場合であって、これに多層構造を採用したときには、その一部の層にのみ高い剛性を有しているものを使用してもよく、全ての層に高い剛性を有しているものを使用してもよい。或いは、個々の層に剛性の低いものを使用していながらも、積層体としては高い剛性を有するような設計を採用してもよい。

次に、光学部品１０の製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。
図２は、図１に示す光学部品の製造に利用可能な製造装置の一例を概略的に示す図である。図３は、図２に示す製造装置の一部を拡大して示す断面図である。

図２及び図３に示す製造装置１００は、光反射性粒子Ｐが磁性体を含んでいる場合に利用可能である。この製造装置１００は、押出し成形機１１０と、連続ベルト１２０と、ロール１３０ａ乃至１３０ｃ、１４０ａ、１４０ｂ及び１５０と、加熱装置１６０と、電磁石１７０とを含んでいる。

押出し成形機１１０は、光学部品１０の材料１０’を、そのダイの出口から連続ベルト１２０上へと帯状に押し出す。ここでは、一例として、押出し成形機１１０は、フィードブロックダイやマニホールドダイなどの積層ダイを含んでおり、導光層１１の材料とレンズアレイ１２の材料とプリズムアレイ１３の材料とを共押出しすることとする。

連続ベルト１２０の外側の面には、レリーフ構造が設けられている。連続ベルト１２０に設けられたレリーフ構造は、レンズアレイ１２の凸部に対応した凹部からなる。連続ベルト１２０は、搬送ベルトとして使用するとともに、レンズアレイ１２を形成するための版として使用する。

この版１２０は、例えば、以下の方法により得られる。まず、必要に応じてコロナ処理や易接着処理を施した光透過性基材に、紫外線硬化樹脂を塗布する。次いで、この塗膜に金型を押し当て、この状態で光透過性基材側から紫外線を照射して塗膜を硬化させる。その後、塗膜から金型を除去することにより版１２０を得る。なお、版１２０は、紫外線硬化樹脂の代わりに熱可塑性樹脂又は熱硬化樹脂を使用し、紫外線照射の代わりに加熱を行うことによっても得ることができる。この場合、版１２０の基材は光透過性である必要はない。

版１２０の基材の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート又はポリスチレンを使用することができる。

紫外線硬化樹脂としては、例えば、アクリル系又はエポシキ系の樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸−スチレン共重合体又はアクリロニトリル−スチレン共重合体を使用できる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂又はエポキシ樹脂を使用できる。

押出し成形法、射出成形法又は熱プレス成形法を利用すると、単層構造の版１２０を得ることができる。そのような版１２０の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチル酸メチル、シクロオレフィンポリマー及びアクリルニトリルスチレン共重合体などの汎用プラスチック、又は、ポリブチレンテレフタレート、ポリオキシメチル、ポリアミド及びポリフェニルサルフィドなどのエンジニアプラスチック若しくはスーパーエンジニアプラスチックを使用することができる。

ロール１３０ａ乃至１３０ｃは、連続ベルト１２０の内側に配置されている。ロール１３０ａ乃至１３０ｃの１つ、例えばロール１３０ｂは駆動ローラであり、他の２つは案内ローラである。ロール１３０ａ乃至１３０ｃは、連続ベルト１２０を、図２において時計回りに回転させる。

ロール１４０ａ及び１４０ｂは、連続ベルト１２０と押出し成形機１１０が連続ベルト１２０上に吐出した材料１０’とを間に挟んで向き合うように配置されている。ロール１４０ａ及び１４０ｂは、例えば双方が弾性体からなる。或いは、ロール１４０ａは非弾性体からなり、ロール１４０ｂは弾性体からなる。ロール１４０ａの外側の面には、レリーフ構造が設けられている。このレリーフ構造は、プリズムアレイ１３の凸部に対応した凹部からなる。他方、ロール１４０ｂの外側の面は滑面である。

ロール１４０ａは、プリズムアレイ１３を形成するための版として使用する。この版１４０ａは、版１２０について説明したのと同様の方法により製造することができる。

搬送ロール１５０は、連続ベルト１２０の近傍に設置されている。搬送ロール１５０は、連続ベルト１２０から材料１０’を剥がすと共に、この材料１０’を搬送する。

加熱装置１６０は、ロール１３０ａとロール１４０ａ及び１４０ｂとの間に設置されている。加熱装置１６０は、容器１６０ａとヒータ１６０ｂとを含んでいる。容器１６０ａは、ロール１３０ａとロール１４０ａ及び１４０ｂとの間で連続ベルト１２０を取り囲むように設置されている。ヒータ１６０ｂは、容器１６０ａの内部で連続ベルト１２０上の材料１０’を加熱するように構成されている。加熱装置１６０は、連続ベルト１２０上の材料１０’がロール１４０ａに到達するまで、それを適度な溶融状態乃至半溶融状態に保つ。ヒータ１６０ｂは、抵抗加熱又は誘導加熱を使用するものであってもよく、熱媒体を循環させるものであってもよい。

電磁石１７０は、押出し成形機１１０のダイの出口近傍から加熱装置１６０の出口近傍まで、材料１０’の流れに沿うように設置されている。加熱装置１６０の位置で材料１０’の流れに対して垂直な断面を観察した場合、電磁石１７０は、図３に示すように、材料１０’からなる帯状の層の一方の端面近傍に設置されている。

図２及び図３に示す装置１００を用いた光学部品１０の製造は、例えば、以下の方法により行う。

ロール１３０ａ乃至１３０ｃは、光学部品１０を製造する期間全体に亘って、連続ベルト１２０を、図２において時計回りに回転させ続ける。押出し成形機１１０は、溶融状態にある材料１０’を、そのダイの出口から回転している連続ベルト１２０上へと帯状に押し出す。連続ベルト１２０上へと押し出された材料１０’は、連続ベルトの外側の面に設けられた凹部を埋め込む。なお、ここでは、一例として、材料１０’は透明樹脂と光透過粒子Ｐとを含み、光透過粒子Ｐは磁性体を含んでいることとする。

連続ベルト１２０上の材料１０’は、連続ベルト１２０の回転に伴い、加熱装置１６０内を通過する。加熱装置１６０は材料１０’を溶融状態乃至半溶融状態に保ち、電磁石１７０は材料１０’が含んでいる光反射性粒子Ｐに磁界を印加する。その結果、光反射性粒子Ｐは、材料１０’からなる層内で電磁石１７０に向けて移動する。

加熱装置１６０内を通過した材料１０’は、冷却されながらロール１４０ａ及び１４０ｂ間を通過する。ロール１４０ａ及び１４０ｂは、連続ベルト１２０の右回転に応じて、それぞれ左回転及び右回転する。そして、ロール１４０ａは、連続ベルト１２０上の材料１０’に対し、ロール１４０ｂに向けて圧力を加える。これにより、ロール１４０ａの表面に設けられたレリーフ構造が材料１０’の表面に転写される。

ロール１４０ａ及び１４０ｂ間を通過した材料１０’は、更に冷却されて完全に固化し、ローラ１３０ｂの位置で連続ベルト１２０から剥離される。連続ベルト１２０から剥離された材料１０’には、ロール１４０ａの表面に設けられたレリーフ構造が一方の主面に転写されており、連続ベルト１２０の表面に設けられたレリーフ構造が他方の主面に転写されている。

その後、連続ベルト１２０から剥離した材料１０’は、搬送ローラ１５０などによって搬送され、図示しない裁断装置によって裁断される。以上のようにして、図１を参照しながら説明した光学部品１０を得る。

この方法では、磁界を利用して光反射性粒子Ｐを偏在させる。材料１０’の位置における磁界の強さの最大値は、例えば７５０Ａ／ｍ乃至１０００００Ａ／ｍの範囲内とする。

容器１６０ａとしては、材料１０’の流れ方向に沿った内部空間の寸法が、例えば３乃至２５４ｃｍの範囲内にあるものを使用する。この寸法が小さい場合、光反射性粒子Ｐを偏在させることが難しい。この寸法が大きくすると、エネルギー消費が増大する。また、加熱装置１６０は、材料１０’の急冷を防ぎ、その内部応力を緩和する。即ち、加熱装置１６０は、光学部品１０に反りや撓みが生じるのを抑制する。加えて、加熱装置１６０は、連続ベルト１２０から樹脂１０’へのレリーフ構造の転写と、ローラ１４０ａから樹脂１０’へのレリーフ構造の転写とに比較的大きな時間差を生じさせることができる。それ故、それらレリーフ構造の互いに対する相対位置を高い精度で制御することが容易である。先の寸法が小さい場合、これら効果を得ることも難しくなる。

なお、加熱装置１６０及び電磁石１７０を設けた場合、材料１０’から静電気や空気が抜け易い。それ故、静電気や空気に起因して光学部品１０にディンプルが発生するのを抑制できる。

加熱装置１６０の出口からロール１４０ａがそのレリーフ構造を材料１０’に転写する位置までの距離は、例えば１０ｃｍ以下とする。この距離が長いと、材料１０’が固化し、レリーフ構造の転写が難しくなる。

加熱装置１６０の入口から出口までの区間における材料１０’の最高温度と、加熱装置１６０の入口における材料１０’の温度との差は、例えば５℃以下とする。この温度差が大きいと、連続ベルト１２０上での材料１０’の垂れを生じ易くなる。

また、加熱装置１６０の入口における材料１０’の温度と、加熱装置１６０の入口から出口までの区間における材料１０’の最低温度との差は、例えば５℃以下とする。この温度差が大きいと、材料１０’の内部応力を緩和する効果が小さくなる。

加熱装置１６０の入口から出口までの区間における連続ベルト１２０の勾配は、例えば、水平面に対する傾斜角が４５°以下の上り勾配又は下り勾配とする。この傾斜角が大きいと、重力の作用によって材料１０’が連続ベルト１２０上で移動し、その結果、材料１０’の内部応力が増加する。

材料１０’の温度が連続ベルト１２０との接触によって低下するのを防止するべく、材料１０’が供給される前の連続ベルト１２０を加熱するための装置を設けてもよい。即ち、材料１０’との接触に先立って、連続ベルト１２０を、押出し成形機１１０が吐出した直後の材料１０’の温度とほぼ等しい温度に加熱しておいてもよい。この加熱は、例えば、ブロアを用いて連続ベルト１２０に熱風を吹き付けること、又は、ロール１３０ａとしてヒータを内蔵したロールを使用し、このロールから連続ベルト１２０に熱伝導させることにより行う。

ロール１４０ａ及び１４０ｂが連続ベルト１２０と材料１０’とに及ぼす圧力は、例えば、０．１乃至３０ｋｇｆ/ｃｍの範囲内とする。この圧力が過剰に高い場合又は低すぎる場合、ロール１４０ａのレリーフ構造を高い形状精度で材料１０’へと転写することが難しい。

光反射性粒子Ｐが磁性体を含んでいる場合、光学部品１０は他の方法で製造することも可能である。例えば、図２及び図３に示す装置１００において、材料１０’の流れ方向に沿って延びた電磁石１７０の代わりに、材料１０’の近傍で連続ベルト１２０に対する相対的な速度がゼロとなるように移動する１つ以上の磁石を設けてもよい。こうすると、光反射性粒子Ｐが偏在している領域の形状及び配置の自由度が高くなる。

ここでは、光反射性粒子Ｐが磁性体を含んでいる場合に利用可能な製造方法について説明したが、以下の方法は、光反射性粒子Ｐが磁性体を含んでいるか否かに拘らず利用することができる。

即ち、図２及び図３に示す装置１００において、電磁石１７０を省略し、加熱装置１６０の上流側で連続ベルト１２０に向けて光反射性粒子Ｐを供給する供給装置を設ける。そして、光反射性粒子Ｐを省略したこと以外は材料１０’と同様の材料を押出し成形機から帯状に押出し、供給装置から、連続ベルト１２０上の材料の一部に光反射性粒子Ｐを供給する。ここでは、光反射性粒子Ｐのみを供給してもよく、溶融した樹脂と光反射性粒子Ｐとの混合物を供給してもよい。次いで、必要に応じて、例えば超音波振動を利用して、光反射性粒子Ｐを連続ベルト１２０上の材料内で適度に分散させる。その後、ローラ１４０ａのレリーフ構造を連続ベルト１２０上の材料に転写し、硬化した材料を裁断する。以上のようにして、光学部品１０を得る。

次に、図１に示す光学部品１０を含んだ表示装置について説明する。
図４は、図１に示す光学部品を含んだ表示装置の一例を概略的に示す断面図である。

図４に示す表示装置１は、透過型液晶表示装置である。この表示装置１は、表示パネル２と照明装置３とを含んでいる。

表示パネル２は、液晶パネル２０と一対の偏光板３０とを含んでいる。液晶パネル２０は、例えば、一対のガラス基板と、それらの間に挟持された液晶層とを含んでいる。偏光板３０は、液晶パネル２０の前面及び背面にそれぞれ貼り付けられている。

なお、「前面」は観察者側の面であり、「背面」はその裏面である。また、「前方」は背面側から前面側への方向であり、「後方」は前面側から背面側への方向である。

表示パネル２は、複数の画素を含んでいる。各画素は、これに書き込まれる映像信号に応じて透過率が変化する。表示パネル２は、例えば、その背面を白色光で一様に照明した状態で画素の透過率を制御することにより、任意の画像を表示する。

照明装置３は、表示パネル２の背面側に設置されたエッジライト型バックライトユニットである。照明装置３は、直下型バックライトユニットであってもよい。

図４に示す照明装置３は、図１に示す光学部品１０と、光源４０と、リフレクタ５０と、レンズシート６０と、拡散シート７０と、集光シート８０と、拡散シート９０とを含んでいる。

光学部品１０は、そのプリズムアレイ１３が表示パネル２の背面と向き合うように設置されている。

光源４０は、光学部品１０の端面のうち光反射性粒子Ｐが偏在している領域とは反対側の端面を照明するように設置されている。光学部品１０と光源４０との間の距離は、例えば２０ｍｍ以下とする。

光源４０としては、例えば、線光源を用いることができる。線光源としては、例えば、蛍光灯又は冷陰極管を使用することができる。

光源４０として、点光源を用いてもよい。点光源としては、例えば、発光ダイオードを使用することができる。この場合、例えば、発光色が赤色、緑色及び青色の発光ダイオードを使用し、それらが放射する光を、導光板や光拡散層を利用して混色させることによって白色の照明光を得ることができる。

或いは、光源４０として、面光源を使用してもよい。面光源としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子を使用することができる。

リフレクタ５０は、光学部品１０を間に挟んで表示パネル２と向き合っている。リフレクタ５０ｂは、樋形状を有している。リフレクタ５０は、他の形状を有していてもよい。

レンズシート６０、拡散シート７０、集光シート８０及び拡散シート９０は、光学部品１０と表示パネル２との間に、光学部品１０側から表示パネル２側へ向けてこの順に設置されている。拡散シート９０の代わりに、偏光分離シートを使用してもよい。また、レンズシート６０、拡散シート７０、集光シート８０及び拡散シート９０の１つ以上を省略してもよい。例えば、それらの全てを省略してもよく、それらの１つ以外を全て省略してもよい。

光学部品１０と表示パネル２との間の距離は、例えば４０ｍｍ以下とする。この距離を長くすると、表示装置１が厚くなる。

この表示装置１では、光源４０が放射した光の一部は、光源４０と向き合った端面から光学部材１０に入射する。光源４０が放射した光の他の一部は、リフレクタ５０によって反射された後に、光源４０と向き合った端面又は背面から光学部材１０に入射する。先の端面から光学部材１０に入射した光は、反対側の端面に向けて伝播する過程で、一部は光反射性粒子Ｐなどによって散乱され、他の一部は光学部材１０の背面からリフレクタ５０に向けて射出され、更に他の一部は光学部材１０の前面から表示パネル２に向けて射出される。光学部材１０の背面からリフレクタ５０に向けて射出された光は、リフレクタ５０によって反射されて、光学部材１０に再度入射する。

光学部材１０が前方に射出する光は、レンズシート６０、拡散シート７０、集光シート８０及び拡散シート９０を順次透過し、表示パネル２の背面を照明する。表示パネル２は、この照明光を利用して画像を表示する。

この表示装置１で使用している光学部品１０では、光反射性粒子Ｐは、光源４０と向き合った端面とは反対側の端面近傍に偏在している。それ故、光源４０と向き合った端面から光学部品１０に入射した光は、光源４０により近い領域で過剰に散乱されることなしに、光反射性粒子Ｐが偏在している領域へと到達する。そして、光反射性粒子Ｐが偏在している領域は、他の領域と比較してより高い光散乱能を有している。従って、画面のうち光源４０側の部分が他の部分と比較して過剰に明るくなるのを防止でき、輝度ムラが生じるのを抑制することが可能である。

このように、光源４０に対する光学部品１０の配置を考慮したうえで、光学部品１０をその一方の主面に垂直な方向から観察した場合に光反射性粒子Ｐが特定の位置に偏在するように光反射性粒子Ｐを分布させると、比較的少ない部品点数で輝度ムラが生じるのを抑制することができる。それ故、部品コストを低く抑えるとともに、表示装置１の組立て作業を簡略化することができる。即ち、少ない部品点数で優れた表示性能を達成することが可能となる。

この表示装置１では、光学部品１０は、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。リフレクタ５０やレンズシート６０が反射した光を、光学部品１０に効率よく入射させることができる。従って、光の損失を抑制し、光源４０が放射した光を高い効率で表示に利用することができる。また、レンズアレイ１２及びプリズムアレイ１３は視野角の設定に利用でき、これらの少なくとも一方を設けると、輝度ムラをより効果的に抑制することができる。

また、プリズムアレイ１３を省略した場合、光学部品１０とレンズシート６０などの他の層とを重ねると、ニュートンリングなどの干渉縞を生じる可能性がある。これに対し、プリズムアレイ１３を設けた場合、光学部品１０とレンズシート６０などの他の層とを重ねたとしても、プリズムを構成している凸部が光学部品１０とレンズシート６０などの他の層との間に隙間を形成するため、ニュートンリングなどの干渉縞は生じない。

この表示装置１では、光反射性粒子Ｐが一辺に沿った領域に偏在した光学部品１０を使用している。そのような光学部品１０を使用する代わりに、互いに対辺の関係にある２つの辺に沿った領域に光反射性粒子Ｐが偏在した光学部品を使用してもよい。即ち、光学部品１０のうち光源４０側の領域にも光反射性粒子Ｐを偏在させてもよい。

また、この表示装置１では、エッジライト型バックライトユニット３を使用しているが、その代わりに直下型バックライトユニットを使用することができる。この場合、光学部品１０において、光反射性粒子Ｐを偏在させる領域の光源に対する相対的な位置を適宜設定すれば、少ない部品点数で優れた表示性能を達成することができる。例えば、複数の光源を使用する場合には、光反射性粒子Ｐを偏在させる領域を、それら光源と向き合うように配置することにより、少ない部品点数で優れた表示性能を達成することができる。

ここでは、光学部品１０を透過型液晶表示装置において使用する例を説明したが、光学部品１０は、他の表示装置において使用することも可能である。例えば、この光学部品１０は、半透過型液晶表示装置において使用してもよい。或いは、液晶パネル２０を含んだ表示パネル２の代わりに、他の表示パネルを使用してもよい。例えば、光透過性の着色パターンによって静止画像を表示する表示パネルを使用してもよい。

また、光学部品１０は、表示パネルを照明するためのバックライトユニットにおいて使用可能であるだけでなく、他の照明装置において使用することも可能である。例えば、光学部品１０は、屋内照明用の照明装置において使用してもよい。或いは、光学部品１０は、投射スクリーン上に投射される光の輝度向上や太陽電池の光制御に利用してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。
＜光学部品の製造＞
図２及び図３を参照しながら説明した装置１００を用いて、図１を参照しながら説明した光学部品１０を製造した。

材料１０’としては、１００質量部のポリカーボネート樹脂（ＰＣ）と、０．００５質量部の酸化鉄粉末と、２０質量部のポリメタクリル酸メチル樹脂フィラーとを含んだ混合物を使用した。この混合物は、２６０℃で溶融させて、押出し成形機１１０のダイから吐出させた。

版１２０は、ポリエチレンテレフタレートシートに紫外線硬化樹脂を塗布し、塗膜に金型を押し当て、この状態でポリエチレンテレフタレートシート側から紫外線を照射して塗膜を硬化させ、硬化後の塗膜から金型を除去することにより形成した。この金型としては、５０μｍのピッチでシリンドリカルを配列してなるレンズアレイに対応した凸部が設けられたものを使用した。押出し成形機１１０が吐出した材料１０’が冷却されるのを防ぐべく、版１２０は、加熱装置１６０の上流で２６０℃に加熱した。また、版１２０の移動速度は、２ｍ／分に設定した。

容器１６０ａとしては、厚さが３ｍｍのステンレス板からなり、幅が１２００ｍｍ、高さが３０ｍｍ、流れ方向の長さが１２００ｍｍの内部空間を有しているものを使用した。ヒータ１６０ｂとしては、電熱線を使用した。容器１６０ａの内部空間は、ヒータ１６０ｂによって２６０℃に維持した。

電磁石１７０には、１２０Ｖの電圧で電流を流した。材料１０’の位置における磁界の強さの最大値は７５００Ａ／ｍであった。

版１４０ａは、金属ロールの外側表面に切削加工を施し、この表面にクロム鍍金処理を更に施すことによって形成した。切削加工によって形成した凹部のピッチは７５μｍとした。ロール１４０ａ及び１４０ｂが連続ベルト１２０と材料１０’とに及ぼす圧力は、０．９５ｋｇｆ/ｃｍとした。

ロール１４０ａからレリーフ構造を転写した材料１０’は、３７型の表示装置において使用するべく、材料１０’の流れ方向に対して直交する方向に裁断した。

以上のようにして、図１に示す光学部品１０を得た。なお、この光学部品１０では、その一辺に沿って酸化鉄粒子が偏在していた。

＜表示装置の製造＞
上述した方法により得られた光学部品１０を用いて、図４を参照しながら説明した表示装置１を製造した。光学部品１０は、酸化鉄粒子が偏在している領域と隣接した端面の反対側に位置した端面が光源４０と向き合うように設置した。また、ここでは、レンズシート６０、拡散シート７０、集光シート８０及び拡散シート９０は省略した。

また、比較のために、光学部品１０の代わりに一般的な導光板を含んでいること以外は図４を参照しながら説明したのと同様の表示装置を製造した。

＜性能評価＞
上述した方法により製造した表示装置の各々に白色画像を表示させて、それらの画質を調べた。その結果、図１に示す光学部品１０を用いた表示装置１は、一般的な導光板を使用した表示装置と比較して、部品点数が少ないにも拘らず、輝度ムラが抑制されていた。また、一般的な導光板を使用した表示装置ではモアレが発生したのに対し、図１に示す光学部品１０を用いた表示装置１ではモアレの発生は確認できなかった。

１…表示装置、２…表示パネル、３…照明装置、１０…光学部品、１１…導光層、１２…レンズアレイ、１３…プリズムアレイ、２０…液晶パネル、３０…偏光板、４０…光源、５０…リフレクタ、６０…レンズシート、７０…拡散シート、８０…集光シート、９０…拡散シート、１００…製造装置、１１０…押出し成形機、１２０…連続ベルト、１３０ａ…ロール、１３０ｂ…ロール、１３０ｃ…ロール、１４０ａ…ロール、１４０ｂ…ロール、１５０…ロール、１６０…加熱装置、１６０ａ…容器、１６０ｂ…ヒータ、１７０…電磁石、Ｍ１…光透過材料、Ｍ２…光透過材料、Ｍ３…光透過材料、Ｐ…光反射性粒子。

Claims (8)

1. 単層構造又は多層構造を有している光学部品であって、光透過材料とこの光透過材料中で分散した光反射性粒子とを含み、前記光学部品をその一方の主面に垂直な方向から観察した場合に前記光反射性粒子は不均一に分布している光学部品。
2. 前記光反射性粒子は前記光学部品の周縁部の少なくとも一部において最も高い密度で存在している請求項１に記載の光学部品。
3. 前記光学部品を前記主面に垂直な方向から観察した場合に前記光学部品は互いに平行な一対の辺を有し、前記光反射性粒子は、前記光学部品の周縁部のうち前記一対の辺の少なくとも一方に沿った領域に偏在している請求項２に記載の光学部品。
4. 前記主面にはレンズ又はプリズムを各々が構成している複数の凸部が設けられており、前記光反射性粒子が偏在している前記領域では、前記光反射性粒子は前記凸部とその他の部分との双方に存在している請求項３に記載の光学部品。
5. 前記光反射性粒子は磁性体を含んだ請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学部品。
6. 前記光反射性粒子は、前記磁性体を少なくとも部分的に被覆した透明誘電体を更に含んだ請求項５に記載の光学部品。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学部品と、
   前記光学部品の前記主面を照明する光源と
   を具備した照明装置。
8. 請求項７に記載の照明装置と、前記光学部品を間に挟んで前記光源と向き合った表示パネルとを具備した表示装置。

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