JP2016151711A - 光学シート、面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光の利用効率を向上できる光学シートを提供する。【解決手段】液晶表示装置に用いられる光学シート（２６）であって、基材（３５）と、基材の一方の面に積層された光学機能層（３０）と、を有し、光学機能層は、所定の断面を有して基材の面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に間隔を有して複数配列される光透過部（３１）と、複数の光透過部の間隔に形成される光反射部と、を備え、光反射部には光透過部との界面で正反射により光を反射する手段が含まれている。【選択図】図４

Description

本発明は光源からの光を観察者側に出射する光学シート、該光学シートを備える面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置は、映像情報を有する液晶パネルに対してその背面側から面光源装置で照明する。これにより、照明光が液晶パネルを透過して映像情報を得て観察者側に出射され、観察者が映像を視認できるようになる。一方、液晶パネルはその性質上、パネル面の法線に対して大きな角度で入射した光は有効に利用することができず、入射前に除外することが好ましい。

これに対して特許文献１には、光源、輝度上昇フィルム（頂部が観察者側を向いているプリズムが複数配列されたシート）、反射偏光フィルム、ＬＣＦ（光透過部と光吸収部とが交互に配列されたフィルム）、液晶パネルがこの順に配置される構成が開示されている。これにより光源から出射された光の向きを液晶パネルのパネル面法線方向に近づけることができ、光の利用効率を高められるとしている。また、液晶パネルのパネル面に対して大きな角度でＬＣＦに入射した光はここに設けられた光吸収部により吸収される。

また特許文献２にも光を透過するプリズム部と、光を吸収する光吸収部とが交互に配列された光制御シートが開示されている。これも、光学シートの法線方向に対して大きな角度で光学シートに入射した光は光吸収部で吸収される。

特表２０１１−５０１２１９号公報 特開２０１０−２１７８７１号公報

特許文献１、２に記載のような光制御フィルムや光制御シートでは、光を透過する部位の屈折率と光を吸収する部位の屈折率との間に差を設け、全反射を利用して光を界面で反射させている。しかしながら、全反射を利用する場合には、界面に入射する光が全反射条件を満たす必要があり、これを満たさないものは光吸収部で吸収される。従って、光の利用効率が低減する問題がある。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、光源からの光の利用効率を向上できる光学シートを提供することを課題とする。また、当該光学シートを用いた面光源装置、映像源ユニット、及び表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、液晶表示装置に用いられる光学シート（２６）であって、基材（３５）と、基材の一方の面に積層された光学機能層（３０）と、を有し、光学機能層は、所定の断面を有して基材の面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に間隔を有して複数配列される光透過部（３１）と、複数の光透過部の間隔に形成される光反射部と、を備え、光反射部には光透過部との界面で正反射により光を反射する手段が含まれている、光学シートである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学シート（２６）において、光を反射する手段が光を反射する材料が含有されたインキであり、光反射部（３２）にインキが充填されている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光学シートにおいて、インキ中には、光を吸収する粒子（１３３）が含有され、光を吸収する粒子は、インキ中の光を反射する材料より平均粒子径が大きい。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光学シートにおいて、光を反射する手段が、光透過部と光反射部との界面に形成された金属による層（３３２ａ）である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光学シートにおいて、金属がアルミニウムである。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の光学シートにおいて、金属による層の間には光を透過する部位（３３２ｂ）が形成されている。

請求項７に記載の発明は、請求項４又は５に記載の光学シートにおいて、金属による層（２３２ａ）の間には光を吸収する部位（２３２ｂ）が形成されている。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学シート（２６）と、光学シートの入光面側に配置される光源（２５）と、を備える、面光源装置（２０）である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の面光源装置（２０）と、面光源装置の出光側に配置される液晶パネル（１５）と、を備える、映像源ユニット（１０）である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の映像源ユニット（１０）と、映像源ユニットを納める筐体と、を備える表示装置である。

本発明によれば、適切な光を効率よく出射することができる。

１つの形態にかかる映像源ユニット１０を説明する分解斜視図である。 面光源装置２０の断面を示す分解図である。 図２のうちプリズム層用基材２７及び光学要素層２８に注目して拡大した図である。 図２のうち光学機能層用基材３５及び光学機能層３０に注目して拡大した図である。 光学機能層１３０を説明する図である。 光学機能層２３０を説明する図である。 図７（ａ）は光学機能層２３０の作製を説明する図である。図７（ｂ）は光学機能層２３０の作製を説明する他の図である。図７（ｃ）は光学機能層２３０の作製を説明する他の図である。 光学機能層３３０を説明する図である。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。なお、以下に説明する各部材はその性質上非常に微細な形態を備えているので、分かり易さのために、その形態を誇張したり、拡大したりして表している。

図１は第一の形態を説明する図であり、表示装置に含まれる映像源ユニット１０を示した分解斜視図である。表示装置には映像源ユニット１０の他、説明は省略するが、映像源ユニットを納める筐体、映像源ユニットを作動させる電源、及び映像源ユニットを制御する電子回路等、表示装置として動作するために必要とされる通常の機器を具備している。以下映像源ユニット１０について説明する。

映像源ユニット１０は、液晶パネル１５、面光源装置２０、及び機能性フィルム４０を備えている。図１では紙面上方が観察者側となる。

液晶パネル１５は、機能性フィルム４０側（観察者側）に配置された上偏光板１３と、面光源装置２０側に配置された下偏光板１４と、上偏光板１３と下偏光板１４との間に配置された液晶セル層１２と、を有している。上偏光板１３、下偏光板１４は、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波およびＳ波）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶セル層１２には、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された画素の配向は変化するようになる。面光源装置２０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（例えばＰ波）は、電界印加された画素を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない画素を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、画素への電界印加の有無によって、下偏光板１４を透過した特定方向の偏光成分（例えばＰ波）が、下偏光板１４の出光側に配置された上偏光板１３をさらに透過するか、あるいは、上偏光板１３で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶パネル１５では、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。

液晶パネルはこのような原理により観察者に対して映像を提供することができるように構成されている。液晶パネルは、その性質上、該液晶パネルの法線方向からの入射光に対しては、出射光のコントラスト、及び効率（透過率）は優れている。しかしながら、液晶パネルの法線方向に対して斜めからの入射光、および観察者による斜め方向からの観察についてはコントラストの低下や効率（透過率）の低さが問題となる。すなわち、光の利用効率を高めるためには液晶パネルの法線方向からの入射光を多くすることが有効である。
液晶パネルの種類は特に限定されることはなく、公知の型の液晶パネルを挙げることができる。これには例えばＴＮ、ＳＴＮ、ＶＡ、ＭＶＡ、ＩＰＳ、ＯＣＢ等がある。

次に面光源装置２０について説明する。図２には、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿って面光源装置２０を切断したときの分解断面図の一部を表した。
面光源装置２０は、液晶パネル１５よりも、観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル１５に面状の光を出射する照明装置である。図１、図２からわかるように、本形態の面光源装置２０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板２１、光源２５、光学シート２６、及び反射シート３９を有している。

導光板２１は、図１、図２からわかるように、基部２２及び裏面光学要素２３を有している。導光板２１は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材である。導光板２１の観察者側となる一方の板面側は平滑面とされ、これとは反対側である他方の板面側は裏面とされ、裏面光学要素２３が形成されている。

基部２２、裏面光学要素２３をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）等を挙げることができる。

基部２２は、裏面光学要素２３のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状の部位である。

裏面光学要素２３は、基部２２の裏面側（光学シート２６が配置される側とは反対側）に形成される凹凸形状であり、三角柱状の複数の裏面光学要素２３が配列されている。裏面光学要素２３は、凸部の稜線が図１の紙面左右方向に延びる柱状であり、複数の裏面光学要素２３は当該延びる方向に直交する方向に所定のピッチで並べて配列されている。本形態の裏面光学要素２３は断面が三角形であるがこれに限定されることはなく、多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。
複数の裏面光学要素２３の配列方向は導光方向であることが好ましい。すなわち、光源から離隔する方向に配列され、光源２５が配列される方向、又は１つの長い光源であれば該光源が延びる方向に各裏面光学要素２３の稜線が延びている。

なお、本件明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状を含む。また同様に、本件明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。

このような構成を有する導光板２１は、押し出し成型により、又は、基部２２に裏面光学要素２３を賦型することにより、製造することができる。なお、押し出し成型で製造された導光板２１においては、基部２２、及び裏面光学要素２３が一体的に形成され得る。また、賦型によって導光板２１を製造する場合、裏面光学要素２３が、基部２２と同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

図１、図２に戻って、光源２５について説明する。本形態では光源２５は、導光板２１の基部２２が有する４つの側面のうち、裏面光学要素２３が配列される方向に存する２つの側面の１つに配置される発光源である。ただし、当該２つの側面の両方に光源が配置されてもよい。このときには裏面光学要素２３の形状も公知の例に倣って変更される。
光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本形態では光源２５は複数のＬＥＤにからなり、不図示の制御装置により各ＬＥＤの出力、すなわち、各ＬＥＤの点灯および消灯、及び／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを、他のＬＥＤの出力から独立して調節し得るように構成されている。

次に光学シート２６について説明する。図１、図２からわかるように、光学シート２６は、シート状に形成されたプリズム層用基材２７と、プリズム層用基材２７の面のうち、導光板２１に対向する面、すなわち入光側面に設けられた光学要素層として機能するプリズム層２８と、プリズム層用基材２７の面のうち、プリズム層２８とは反対側の面、すなわち出光側面に設けられた光学機能層３０と、光学機能層３０のうちプリズム層用基材２７とは反対側の面、すなわち出光側面に設けられた光学機能層用基材３５と、を備えている。

この光学シート２６は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。

図１、図２に示すように、プリズム層用基材２７は、プリズム層２８を支持する平板状のシート状部材である。
プリズム層用基材２７をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、メタクリル樹脂、ポリカーボネート等を挙げることができる。この中でも面光源装置２０と下偏光板１４との組み合わせを考慮して複屈折の少ないＴＡＣ、メタクリル樹脂、ポリカーボネートを用いることが好ましい。さらに、車載など高い耐熱性が求められる用途では、ガラス転移点が高いポリカーボネートを用いることが更に望ましい。具体的にはポリカーボネートのガラス転移点は１４３℃であり、一般に１０５℃での耐久性が求められる車載用途に適している。

プリズム層２８は光学要素層として機能し、複数の単位光学要素である単位プリズム２９がプリズム層用基材２７の入光面側に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、単位プリズム２９は、当該並べられる方向に直交する方向に、図２に示した光学機能層３０とは反対側に凸となる所定の断面形状を維持して延びるように形成された柱状の部材である。その延びる方向は、裏面光学要素２３、及び後述する光学機能層３０の光透過部３１が延びる方向と同じであり、光学シート２６の正面視で導光板２１の導光方向に直交する方向である。従って、複数の単位プリズム２９が導光方向に配列されている。
本形態では単位光学要素の断面が三角形でありプリズムとしての形状を満たしていることから、単位光学要素を単位プリズムとし、光学要素層をプリズム層と記載する。ただし単位光学要素は、必ずしもプリズム形状である必要はなく、一部又は全部に曲面を有する形状であってもよい。

また、単位プリズム２９が延びる方向である長手方向は、表示装置を正面から観察した場合に（正面視で）、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と交差していてもよい。好ましくは、光学シート２６の単位プリズム２９の長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して、当該正面視で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム２９の長手方向と下偏光板１４の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、１８０°以下の角度のことを意味している。とりわけ、本形態においては、光学シート２６の単位プリズム２９の長手方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸に対して直交し、光学シート２６の単位プリズム２９が並べられる方向は、液晶パネル１５の下偏光板１４の透過軸と平行になっていることが好ましい。

次に単位プリズム２９の断面形状について説明する。図３は、図２のうち、プリズム層用基材２７及びプリズム層２８の一部を拡大した図である。ここでｎ_ｄはプリズム層用基材２７の層面の法線方向を表わしている。

図３からわかるように、本形態では、単位プリズム２９は、プリズム層用基材２７の導光板２１側の面が突出した二等辺三角形の断面を有している。つまり、プリズム層用基材２７の層面と平行な方向の単位プリズム２９の幅は、プリズム層用基材２７の法線方向ｎ_ｄに沿ってプリズム層用基材２７から離れるにつれて小さくなる。このように単位プリズム（単位光学要素）２９は光学機能層３０とは反対側に凸となるように形成されている。従って映像源ユニット１０では光源２５側に凸となる要素である。

また、本形態では、単位プリズム２９の外輪郭は、プリズム層用基材２７の法線方向ｎ_ｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、光学シート２６の出光面における輝度は、単位プリズム２９の配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。

ここで、単位プリズム２９の寸法は特に限定されるものではないが、頂角θ_ｐは５０°以上８０°以下、底辺幅Ｗ_ｐ及びピッチＰ_ｐは１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

本形態では上記のように断面形状が三角形である単位光学要素を単位プリズムとして説明したが、単位光学要素はこれに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形や、斜面の形状が折れ線状である多角形であってもよい。またはプリズム形状でなく、斜面の部分が凸状の曲線、又は凹状の曲線であってもよい。
また、複数の単位光学要素は、断面形状が全て同じで同じであってもよいし、１ピッチ置き、その他の規則性を有して異なる断面形状となるように配列されてもよい。

単位光学要素（本形態では単位プリズム）を構成する材料はプリズム層用基材と同様のものを適用することができる。ここで、後述するように斜面において適切に光を全反射して観察者側に向ける観点から屈折率は１．５５以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．５８以下である。

次に図１、図２に戻って光学機能層３０について説明する。本形態の光学機能層３０はプリズム層（光学要素層）２８により向きが変えられた光のうち、液晶パネル１５のパネル面の法線方向に近い向きに進む光を効率よく透過しつつ、当該法線方向に対して大きな角度を有して進む光の向きを、液晶パネル１５のパネル面の法線方向に近い向きに変えて出光する。これにより効率よく光を利用することができる。図４は図２のうち、光学機能層用基材３５と光学機能層３０に注目して一部を拡大して表した図である。

光学機能層３０は、図４に示した断面を有して紙面奥／手前側に延在する形状を備える。すなわち、図４に表れる断面において、等脚台形である光透過部３１と、隣り合う２つの光透過部３１間に形成された断面が等脚台形の光反射部３２と、を備えている。そして、図１、図２、図４からわかるように、光透過部３１及び光反射部３２が延びる方向は上記したプリズム層２８の単位プリズム２９が延びる方向と同じとされ、光透過部３１と光反射部３２とが交互に並ぶ方向は複数の単位プリズム２９が並ぶ方向と同じである。
ただし、この方向はこれに限定されることなく、光透過部３１及び光反射部３２が延びる方向が、上記したプリズム層２８の単位プリズム２９が延びる方向に対して平面視で０度より大きく３０度より小さい範囲で角度を有してもよい。これによりプリズム層２８と光学機能層３０とに起因する干渉縞の発生を防止することができる。

光透過部３１は光を透過させることを主要の機能とする部位であり、本形態では図２、図４に表れる断面において、プリズム層用基材２７側（導光板２１側）に短い上底、その反対側（観察者側）に長い上底を有する等脚台形の断面形状を有する要素である。光透過部３１は、光学機能層用基材３５の層面に沿って当該断面を維持して延びるとともに、この延びる方向とは異なる方向に間隔を有して配列される。そして、隣り合う光透過部３１の間には、等脚台形断面を有する間隔が形成されている。従って、当該間隔は光透過部３１の下底側（光学要素層２８側とは反対側）に短い上底を有し、光透過部３１の上底側（光学要素層２８側）に長い下底を有する等脚台形断面を有し、ここに後述する光を正反射する手段が具備されることにより光反射部３２が形成される。なお、本形態では隣り合う光透過部３１は長い下底側で連結部３３にて連結されている。

光透過部３１は屈折率がＮ_ｔとされている。このような光透過部３１は、透過部構成組成物を硬化させることにより形成することができる。詳しくは後で説明する。屈折率Ｎ_ｔの値は特に限定されることはないが、材料の入手性等の観点から屈折率は１．５５以上であることが好ましい。ただし、屈折率が高すぎる材料は割れやすい場合が多いので屈折率は１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．５６以下である。

光反射部３２は隣り合う光透過部３１の間に形成された上記した間隔に配置され、当該間隔の断面形状と同様の断面形状となる。従って長い下底が光学要素層２８側を向き、短い上底が光学要素層２８側とは反対側となる。そして光反射部３２は光透過部３１との界面にて光を正反射することができるように構成されている。そのために光反射部３２には正反射手段が備えられる。当該正反射手段はここに達した光が正反射するための手段である。本形態ではここに金属材料を含んだインキが充填されている。これには例えば金インキ、銀インキ等を挙げることができる。

光学機能層３０では、特に限定されることはないが、例えば次のように光透過部３１及び光反射部３２が形成される。すなわち、図４にＰ_ｋで表した光透過部３１及び光反射部３２のピッチは２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、図４にθ_ｋで示した光反射部３２と光透過部３１との斜辺における界面と、光学機能層３０の層面の法線と、の成す角は１°以上１０°以下であることが好ましい。そして図４にＤ_ｋで示した光透過部３１及び光反射部３２のの厚さは５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。これらの範囲内とすることにより、光の透過と光の吸収とのバランスが適切になることが多い。

本形態では光透過部３１と光反射部３２との界面が断面において一直線状となる例を示したが、これに限らず折れ線状、凸である曲面状、凹である曲面状等であってもよい。また、複数の光透過部３１及び光反射部３２で断面形状が同じであってもよいし、所定の規則性を有して異なる断面形状であってもよい。

光学機能層用基材３５は、上記した光学機能層３０の基材となるシート状の部材であり、その一方の面に光学機能層３０が形成される。光学機能層用基材３５を構成する材料及びその形状は、上記したプリズム層用基材２７と同様である。

以上のように、光学シート２６では光学要素層２８と光学機能層３０とを有しており、光学要素層２８は光学機能層３０とは反対側に凸となるように単位光学要素２９が配列される。さらに、単位光学要素２９が延びる方向と光学機能層３０の光透過部３１及び光反射部３２が延びる方向とが同じ又は近くなるように形成されている。これにより後述するように効率の良い光の制御が可能となる。

光学シート２６は例えば次のように作製できる。
はじめに光学機能層用基材３５の一方の面に光透過部３１を形成する。これは、光透過部３１の形状が転写できる形状を表面に有する金型ロールと、これに対向するように配置されたニップロールとの間に、光学機能層用基材３５となる基材シートを挿入する。このとき、基材シートと金型ロールとの間に光透過部を構成する組成物を供給しながら金型ロール及びニップロールを回転させる。これにより金型ロールの表面に形成された光透過部に対応する溝（光透過部形状を反転した形状）に光透過部を構成する組成物が充填され、該組成物が金型ロールの表面形状に沿ったものとなる。

ここで、光透過部を構成する組成物としては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等の電離放射線硬化型の樹脂を挙げることができる。

金型ロールと基材シートとの間に挟まれ、ここに充填された光透過部を構成する組成物に対し、基材シート側から光照射装置により硬化させるための光を照射する。これにより、組成物を硬化させ、その形状を固定させることができる。そして、離型ロールにより金型ロールから光学機能層用基材３５および成形された光透過部３１を離型する。

次に、光反射部３２を形成する。光反射部３２を形成するには、まず、上記形成した光透過部３１間の間隔に光反射部３２を構成する組成物を充填する。その後、余剰分の当該組成物をドクターブレード等で掻き落とす。本形態における光反射部を構成する材料としては上記したように金属材料が含まれたインキ（金インキ、銀インキ）等を挙げることができる。

これにより光学機能層用基材３５の一方の面に光学機能層３０が積層した積層体が形成される。

次に、プリズム層用基材２７の一方の面に単位プリズム２９を賦型する。単位プリズム２９をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。
これによりプリズム層用基材２７の一方の面にプリズム層２８が積層した積層体が形成される。

そして、光学機能層３０にプリズム層用基材２７を粘着剤等により貼り合わせることにより、光学シート２６となる。

図１、図２に戻って、面光源装置２０の反射シート３９について説明する。反射シート３９は、導光板２１の裏面から出射した光を反射して、再び導光板２１内に光を入射させるための部材である。反射シート３９は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。

機能性フィルム４０は、液晶パネル１５の出光側に配置され、映像光の質を向上させたり、映像源ユニット１０を保護したりする機能を有する層である。これには例えば反射防止フィルム、防眩フィルム、ハードコートフィルム、色調補正フィルム、光拡散フィルム等を挙げることができ、これらが単独又は複数組み合わされて構成されている。

以上のような構成部材が、次のように組み合わされて映像源ユニット１０とされている。すなわち、図１からわかるように、側面に光源２５が配置された導光板２１のうち、裏面側に反射シート３９が配置される。一方、導光板２１のうち反射シート３９が配置された側とは反対側に光学シート２６が配置される。このとき、プリズム層２８が導光板２１に向けられ、光学機能層用基材３５がこれとは反対側に向けられる。そして、光学シート２６のうち導光板２１が配置された側とは反対側に液晶パネル１５が配置され、液晶パネル１５のうち光学シート２６が配置された側とは反対側に機能性フィルム４０が配置される。

このような映像源ユニット１０が、他の部材とともに不図示の筐体に収められて表示装置となる。

次に、以上のような構成を備える表示装置の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただし当該光路例は説明のための概念的なものであり、反射や屈折の程度を厳密に表したものではない。

まず、図２に示すように、光源２５から出射した光は、導光板２１の側面の入光面を透過して導光板２１内に入射する。図２には、一例として、光源２５から導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。

図２に示すように、導光板２１に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側面及びその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返し、導光方向（図２の紙面右方向）へ進んでいく。

ただし、導光板２１の裏面には裏面光学要素２３が配置されている。このため、図２に示すように、導光板２１内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、裏面光学要素２３によって進行方向が変わり、全反射臨界角未満の入射角度で出光面、及び裏面に入射することもある。この場合に当該光は、導光板２１の出光面及びその反対側の裏面から出射し得る。

出光面から出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板２１の出光側に配置された光学シート２６へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板２１の背面に配置された反射シート３９で反射され、再び導光板２１内に入射して導光板２１内を進むことになる。

導光板２１内を進行する光と、裏面光学要素２３で向きを変えられて全反射臨界角未満の入射角度で出光面に達する光は、導光板２１内の導光方向に沿った各区域において生じる。このため、導光板２１内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板２１の出光面から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。

導光板２１から出射した光は、その後、光学シート２６へ入射する。光学シート２６の単位プリズム２９は、単位プリズム２９へ光が入射した面とは反対側の面で全反射して向きが変えられ集光作用（液晶パネルの法線方向に近付く方向に光の向きを変える作用）を及ぼす。すなわち、図３にＬ３１で示したように、単位プリズム２９に入射した光は、単位プリズム２９と空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム２９の斜辺はシート面法線ｎ_ｄ（液晶パネルの法線と同じ。）に対してθ_ｐ／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎ_ｄに近付けられる角度となる。

つまり、プリズム層２８では、光学シート２６の単位プリズム２９の配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、光学シート２６での光学的作用によって正面方向輝度を上昇させることができる。
このように、入光側に凸となる単位プリズム２９を有するプリズム層ではサイドローブが発生することなく効率よく光を集光することができる。

プリズム層２８により集光された光は光学機能層３０に入射する。光学機能層３０に入射する光は例えば図４にＬ４１で示したように、光反射部３２との界面に達することなく光透過部３１を透過する。又は図４にＬ４２で示したように光反射部３２との界面に達してここで正反射して光透過部３１を透過する。光透過部３１と光反射部３２との界面は上記のように傾斜しているので、正反射する際に光学シート２６の法線方向に近づくように向きが変更され、好ましい向きの光となる。

このような光学シート２６により、導光板２１からの光を効率よく集光し、適切な光を効率よく液晶パネルに提供することができ、光の利用効率を大幅に向上させることが可能となる。特に光透過部３１と光反射部３２との界面が正反射面とされているので、当該界面への入射角度によらず多くの光を反射させることができ、光の利用効率を大きく向上させることができる。

さらに、光路について説明する。上記のように面光源装置２０を出射した光は、液晶パネル１５の下偏光板１４に入射する。下偏光板１４は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板１４を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１３を透過するようになる。このようにして、液晶パネル１５によって、面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、観察者が映像を観察することができるようになる。その際、映像光は機能性フィルム４０を介して観察者に提供され、映像の質が高められている。

図５は第二の形態を説明する図であり、図４に相当する図である。この形態では面光源装置において光学機能層３０の代わりに光学機能層１３０がが適用されており、他の構成については上記映像源ユニット１０と同じである。

光学機能層１３０では、光反射部１３２に光吸収粒子１３３が含有されている。その他の部位については光学機能層３０と同じである。

このような光学機能層１３０によれば、光透過部３１と光反射部１３２との界面で正反射することなく光反射部１３２の内側に入った光を吸収することができる。このような光は光学シートのシート面法線に対して大きな角度を有していることが多いので、吸収することによりこのような不具合を生じる光をより確実に減じることができる。

ここで、光吸収粒子はカーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は０．０１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。なお、光吸収粒子の平均粒子径は、光反射部のインキ中の光反射材料よりも大きいことが好ましい。これにより、光透過部と光反射部との界面付近には光反射材料を多く配置することができ、光反射部のうち中央に近い部分に光吸収粒子の割合が多くなる。従って、光透過部と光反射部との界面における効率のよい反射を確保するとともに、深く光反射部に入射した光は光吸収粒子で適切に吸収される。

図６は第三の形態を説明する図であり、図４に相当する図である。この形態では光学機能層３０の代わりに光学機能層２３０が適用されており、他の構成については上記映像源ユニット１０と同じである。

光学機能層２３０では、隣り合う光透過部３１の間に配置される光反射部２３２は、光を正反射する手段として光透過部３１との界面に光反射層２３２ａを有している。そして光反射部２３２のうち光反射層２３２ａで挟まれる間に光吸収部２３２ｂが形成されている。

光反射層２３２ａは、金属面や他の材料面による正反射を利用して光を反射させるための層で、光反射部２３２のうち光透過部３１との界面に形成されている。光反射層２３２ａは、例えばアルミニウム、銅、銀等の蒸着膜等により形成することができる。

光吸収部２３２ｂは、光を吸収することができるように構成された部位であり、例えば透明な樹脂（バインダー）中に光吸収粒子を含有させることにより形成できる。
ここでバインダーとして用いられる材料は特に限定されないが、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、およびブタジエン（メタ）アクリレート等の光硬化型樹脂のを挙げることができる。
一方、光吸収粒子はカーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は０．０１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

その他、染料や顔料により着色した樹脂を充填させることにより光吸収部２３２ｂを構成してもよい。

このような光学機能層２３０によれば、光学機能層２３０に入射する光は、例えば図６にＬ６１で示したように、光反射部２３２との界面に達することなく光透過部３１を透過する。又は図６にＬ６２で示したように光が光透過部３１と光反射部２３２との界面に達しても光反射層２３２ａで正反射することができ、光透過部３１を透過する。これは全反射を利用する反射ではないので全反射条件を満たさない光であっても光反射層２３２ａで光を反射させて出光させることができる。これにより、明るく光を出射することが可能である。
一方、光反射層２３２ａを透過した一部の光や、光Ｌ６３のように入光面側から光反射部２３２の光吸収部２３２ｂにに入射した光（迷光）は光吸収部２３２ｂに吸収される。このような光は光学シートのシート面法線に対して大きな角度を有していることが多いので、吸収することによりこのような不具合を生じる光をより確実に減じることができる。

光学機能層２３０は例えば次のように作製することができる。図７に説明のための図を示した。
始めに図７（ａ）に示したように、光学機能層３０の例に倣って光学機能層用基材３５の一方の面に光透過部３１を形成する。このとき、図７（ａ）からわかるように、光透過部３１間には溝が形成される。
次に図７（ｂ）からわかるように、当該溝の開口側から蒸着を行い、光反射層２３２ａを形成する。このとき蒸着の性質上、光透過部３１のうち溝の開口が存する側の面（本形態では入光面）にも蒸着層が形成されてしまう。
そこで、図７（ｃ）からわかるように、光透過部３１のうち溝の開口が存する側の面に形成された蒸着層を除去する。
そして、光学機能層３０において光反射部３２を溝内に形成する例に倣って、溝内に光吸収のための組成物を充填して光吸収部２３２ｂを形成する。

図８は第四の形態を説明する図であり、図４に相当する図である。この形態では光学機能層３０の代わりに光学機能層３３０が適用されており、他の構成については上記映像源ユニット１０と同じである。

光学機能層３３０では、隣り合う光透過部３１の間に配置される光反射部３３２は、光透過部３１との界面に光反射層３３２ａを有している。そして光反射部３３２のうち該光反射層３３２ａで挟まれる間は透明である透明部３３２ｂが形成されている。

光反射層３３２ａは上記した光反射層２３２ａと同様である。また、透明部３３２ｂは本形態のように透明樹脂が充填される他、空洞としてもよく、すなわち光が透過するように形成すればよい。

このような光学機能層３３０によれば、例えば図８にＬ８１で示したように、光透過部３１と光反射部３３２との界面に達することなく光透過部３１を透過する。又は図８にＬ８２で示したように光は光反射部３３２との界面に達しても光反射層３３２ａで反射することができ、光透過部３１を透過する。この形態でも全反射を利用する反射ではないので全反射条件を満たさない光であっても光反射層３３２ａで光を反射させて出光させることができ、明るく光を出射することができる。
さらに光学機能層３３０では、Ｌ８３で示したように入光面側（図８の紙面下方）から光反射部３３２の透明部３３２ｂに入射した光は、光反射部３３２の内側で反射を繰り返し、入光側に出射される。これによって光を再利用することができ、さらに明るい光を提供することが可能となる。

実施例として光反射部の態様を変更した４つの例に係る光学機能層（実施例１〜実施例４）を作製して光の利用効率を調べた。また比較例として全反射を利用する光学機能層（比較例１）を作製して同様に光の利用効率を調べた。

（実施例１）
実施例１では光学機能層３０の例に倣って光学機能層用基材の一方の面に光学機能層を作製したより具体的には次の通りである。
光学機能層用基材として、厚さ１３０μｍのポリカーボネート樹脂を用いた。
光透過部として屈折率１．５６の紫外線硬化型ウレタンアクリレートを用い、光透過部の断面は等脚台形であり、ピッチ（図４のＰ_ｋ）を３９μｍ、上底を２９μｍ、下底を３５μｍ、高さ（図４のＤ_ｋ）を１０２μｍとした。従って光反射部も等脚台形となり、その上底（図４のＷ_ａ）は４μｍ、下底（図４のＷ_ｂ）は１０μｍである。連結部の厚さ（図４のＬ_ｋ）は２５μｍとした。
光透過部間の溝には銀インキ（スーパーＵＶ ＲＧ−Ｚ シルバー 三星インキ株式会社）を充填して光反射部とした。

このような光学機能層を６．５インチ液晶表示装置（シャープ株式会社製、ＬＱ６５Ｔ５ＧＧ０３）に装着して液晶表示装置とした。より具体的には、側面に発光源が配置された導光板、プリズムシート、光拡散フィルム、及び反射型偏光板からなる面光源装置の出光面側に光学機能層を配置し、該光学機能層の出光面側に液晶パネルを配置した。

（実施例２）
実施例２は、光学機能層１３０に倣って、実施例１の光反射部の中に、アクリルビーズの外側にカーボンブラックをコーティングした平均粒径４μｍの光吸収粒子（ガンツパール アイカ工業株式会社製）を２０質量％含有させた。その他は実施例１と同じである。

（実施例３）
実施例３は、光学機能層３３０に倣って、光反射部と光透過部との界面にアルミ蒸着により光反射層を形成した。なお本例では光反射部における光反射層の間は空洞（空気層）とした。
このような光反射部は、光透過部の表面にリン酸エステル系離型剤をグラビア印刷でコーティングし、アルミ蒸着を行った後、粘着テープ（セロテープ（登録商標）ニチバン株式会社）で光透過部の入光面のアルミ蒸着層を剥離することにより作製した。その他は実施例１と同じである。

（実施例４）
実施例４は、光学機能層２３０に倣って、実施例３における光反射部の光反射層の間に光吸収部を形成した。
光吸収部は、屈折率１．４９の紫外線硬化型ウレタンアクリレートをバインダーとして、該バインダーにカーボンブラックを含有したアクリルビーズを２５質量％含有させることにより形成した。

（比較例１）
比較例１は、従来の例に倣って、正反射でなく、光透過部と光吸収部との屈折率差に基づく全反射で界面反射を生じさせる光学機能層とした。従って、光透過部間に屈折率１．４９の紫外線硬化型ウレタンアクリレートをバインダーとして、該バインダーにカーボンブラックを含有したアクリルビーズを２５質量％含有させることにより形成した。その他は実施例１と同じである。

以上作製した実施例１〜４及び比較例１にかかる表示装置についてＥＺコントラスト（ＥＬＤＩＭ製）を用い、光学シートの法線方向を０°とし、当該法線方向及び該法線から±８０°まで１０°ごとに傾けた位置で輝度を測定した。そしてその輝度積分値を得た。従って輝度積分値が大きいほど光が出射されたことを意味し光の利用効率が高いと言える。表１に結果を示す。

表１からわかるように、実施例１〜４はいずれも比較例１よりも積分輝度が高く、光の利用効率が高いことが分かる。

１０ 映像源ユニット
１５ 液晶パネル
２０ 面光源装置
２１ 導光板
２５ 光源
２６ 光学シート
２８ 光学要素層（プリズム層）
３０、１３０、２３０、３３０ 光学機能層
３１ 光透過部
３２、１３２、２３２、３３２ 光反射部

Claims (10)

1. 液晶表示装置に用いられる光学シートであって、
   基材と、
   基材の一方の面に積層された光学機能層と、を有し、
   前記光学機能層は、
   所定の断面を有して前記基材の面に沿って一方向に延び、当該延びる方向とは異なる方向に間隔を有して複数配列される光透過部と、
   複数の前記光透過部の前記間隔に形成される光反射部と、を備え、
   前記光反射部には前記光透過部との界面で正反射により光を反射する手段が含まれている、光学シート。
2. 前記光を反射する手段が光を反射する材料が含有されたインキであり、前記光反射部に前記インキが充填されている請求項１に記載の光学シート。
3. 前記インキ中には、光を吸収する粒子が含有され、
   前記光を吸収する粒子は、前記インキ中の前記光を反射する材料より平均粒子径が大きい、請求項２に記載の光学シート。
4. 前記光を反射する手段が、前記光透過部と前記光反射部との界面に形成された金属による層である請求項１に記載の光学シート。
5. 前記金属がアルミニウムである請求項４に記載の光学シート。
6. 前記金属による層の間には光が透過する部位が形成されている、請求項４又は５に記載の光学シート。
7. 前記金属による層の間には光を吸収する部位が形成されている、請求項４又は５に記載の光学シート。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学シートと、
   前記光学シートの入光面側に配置される光源と、を備える、面光源装置。
9. 請求項８に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の出光側に配置される液晶パネルと、を備える、映像源ユニット。
10. 請求項９に記載の映像源ユニットと、
    前記映像源ユニットを納める筐体と、を備える表示装置。

Images