JP4006651B1 - 光学フィルムおよびその製造方法ならびに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基材を薄くした場合であっても、反りの小さなレンズフィルムを提供する。
【解決手段】可撓性材料からなる透明基材１２Ｂ１上に硬化性樹脂からなる柱状プリズム１２Ｂ２が延在方向に沿って配列されている。透明基材１２Ｂ１は柱状プリズム１２Ｂ２同士の谷部１２Ｂ３に対応して窪み１２Ｂ５を有しており、透明基材１２Ｂ１と柱状プリズム１２Ｂ２との間に、プリズムとして機能しない層、いわゆる袴層が存在しない。ここで、透明基材１２Ｂ１の厚さをＤ２、柱状プリズム１２Ｂ２の高さをＤ３とすると、Ｄ２およびＤ３は以下の関係を満たしている。
・ ３≦Ｄ３／Ｄ２
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、表面に凸形状を有する光学フィルムおよびその製造方法、ならびにその光学フィルムを内蔵する表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、低消費電力、省スペース等の利点や、低価格化等により、従来より表示装置の主流であったブラウン管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）に置き換わりつつある。

その液晶表示装置においても、例えば画像を表示する際の照明方法で分類するといくつかのタイプが存在し、代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源を利用して画像表示を行う透過型の表示装置が挙げられる。

このような表示装置を備えたバッテリー駆動のモバイル製品では、表示装置の消費電力が極めて大きく、バッテリーの駆動時間を延ばす際の障害となっている。中でも、表示装置に使われているバックライトの消費電力の割合が極めて大きいので、この消費電力をできる限り低く抑えることによりバッテリーの駆動時間を延ばすことが可能となり、その結果モバイル製品の実用価値を高めることが可能となる。しかし、単純にバックライトの消費電力を抑えてしまうと、バックライトの輝度が大幅に低下し、表示装置の画面表示が見難くなるので好ましくない。そこで、バックライトの輝度を大幅に低下させることなく、バックライトの消費電力を抑える方策がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１では、表面に柱状プリズムを複数有する光学フィルムを液晶パネルと光源との間に配置する方策が開示されている。以下、図１２，図１３を用いてこの光学フィルムについて具体的に説明する。

図１２は、上記光学フィルムとしてレンズフィルム１１２，１１３を内蔵する透過型の表示装置１００の断面構造の一例を表すものである。図１３は、レンズフィルム１１２の断面の一部を拡大して表すものである。この表示装置１００は主に、液晶パネル１２０と、液晶パネル１２０の背後（つまり観察側とは逆側）に配置された照明装置１１０（いわゆるバックライト）とから構成されている。

照明装置１１０は、光源１１１、レンズフィルム１１２，１１３、拡散シート１１４、ランプリフレクタ１１５、導光板１１６および反射シート１１７を備えている。液晶パネル１２０は主に、観察側から順に、偏光板１２１、透明基板１２２、カラーフィルタ１２３、透明電極１２４、配向膜１２５、液晶層１２６、配向膜１２７、透明画素電極１２８、透明基板１２９および偏光板１３０を備えている。

この表示装置１００では、光源１１１から射出された光は、ランプリフレクタ１１５および反射シート１１７で反射されて液晶パネル１２０の方向へ向けられ、導光板１１６で液晶パネル１２０の全面に広げられ、拡散シート１１４でむらなく拡散され、レンズフィルム１１２，１１３で集光され、液晶パネル１２０へ射出される。そして液晶パネル１２０に入射した光は、図示しない駆動回路により各画素に印加された電圧の大きさに応じて観察側へ透過する。

このように、レンズフィルム１１２，１１３を、液晶パネル１２０と拡散シート１１４との間に配置することにより、光源１１１から射出された光を効率よく液晶パネル１２０に入射させることができ、その結果、バックライトの輝度を大幅に低下させることなく、バックライトの消費電力を抑えることが可能となる。

このレンズフィルム１１２，１１３は、例えば、特許文献２〜５に記載されているように、透明基材に未硬化の硬化性樹脂を塗布し、柱状プリズムの形状を反転させた形状を表面に有する母型をその硬化性樹脂に押し当て、その状態で硬化性樹脂を硬化させて柱状プリズムの形状を転写することにより製造することができる。

実開平３−６９１８４号公報 特開平４−３５６７４６号公報 特開平５−３１４５４５号公報 特開平５−３２５２７２号公報 特開平６−４７８０６号公報

しかしながら、上記の製造方法によって得られるレンズフィルムは、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮によってレンズフィルムが硬化性樹脂側に大きく反ってしまう。特に、透明基材を薄くした場合には、透明基材の強度が低下し、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮の割合が増加するので、光学フィルムが硬化性樹脂側に著しく反ってしまう。このようにレンズフィルムに大きな反りが生じたとしても、その反りを押さえつけて表示装置内に配置することは可能である。しかし、表示装置内に配置したのち、反りにより隣接する他の光学部品などに部分的に接触し、これにより、ニュートンリングや傷などが発生し、表示装置の表示品質が低下してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、透明基材を薄くした場合であっても、反りの小さな光学フィルムおよびその製造方法、ならびにその光学フィルムを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の第１の光学フィルムは、可撓性材料からなる透明基材上に硬化性樹脂からなる柱状プリズムを延在方向に沿って配列して構成されたものである。ここで、透明基材は柱状プリズム同士の谷部に対応して窪みを有しており、谷部の深さをＤ１、透明基材の厚さをＤ２とすると、Ｄ１およびＤ２は以下の関係を満たしている。
０．３≦Ｄ１／Ｄ２

本発明の第１の表示装置は、パネルと、パネルを照明するための光を発する光源と、パネルと光源との間に設けられた１または複数の上記第１の光学フィルムとを備えたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置１の断面構造を表すものである。この表示装置１はアクティブマトリクス駆動により画像を表示する透過型の表示装置である。この表示装置１は、液晶パネル２０と、液晶パネル２０の背後に配置された照明装置１０とを備える。

液晶パネル２０は、観察側の透明基板２２および照明装置１０側の透明基板２９の間に液晶層２６を有する積層構造となっている。具体的には、観察側から順に、偏光板２１、透明基板２２、カラーフィルタ２３、透明電極２４、配向膜２５、液晶層２６、配向膜２７、透明画素電極２８、透明基板２９、偏光板３０および拡散シート３１を有する。

偏光板２１，３０は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。これら偏光板２１，３０はそれぞれ、偏光軸が互いに９０度異なるように配置されており、これにより照明装置１０からの射出光が、液晶層２６を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

透明基板２２，２９は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置１０側の透明基板２９には、図示しないが、透明画素電極２８に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。

カラーフィルタ２３は、照明装置１０からの射出光を例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。

透明電極２４は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）からなり、共通の対向電極として機能する。

配向膜２５，２７は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。

液晶層２６は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic ）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）モードの液晶からなり、図示しない駆動回路からの印加電圧により、照明装置１０からの射出光を各画素ごとに透過または遮断する機能を有する。

透明画素電極２８は、例えばＩＴＯから構成され、各画素ごとの電極として機能する。

拡散シート３１は、照明装置１０からの射出光を拡散シート１４（後述）と同様に拡散させ、明るさのむらを低減させる機能を有する。なお、この拡散シート３１は必要に応じて設けられる。

照明装置１０は、観察側から順に、レンズフィルム１２Ａ，１３Ａ（光学フィルム）、拡散シート１４、導光板１６および反射シート１７を積層してなる積層構造体と、この積層構造体の側面に配置された光源１１と、この光源１１の周囲に配されたランプリフレクタ１５とを有している。ランプリフレクタ１５の一部は上記の積層構造体に向けて開放されている。このように、この照明装置１０はいわゆるエッジライト型の構成となっている。

光源１１は、例えば、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp ）と呼ばれる冷陰極蛍光ランプや、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などからなる。

ランプリフレクタ１５は、光源１１からの射出光の一部を、導光板１６の方向へ反射する機能を有する。これにより、光源１１からの射出光を効率的に利用できるようになっている。

導光板１６は、光源１１からの射出光を全反射しながら伝播させ、これらの光を液晶パネル２０の全面に広げる機能を有する。これにより、光源１１からの射出光を平面光にすることができる。

反射シート１７は、導光板１６から漏れようとする光を、導光板１６の内部へ反射する機能を有する。これにより、上記のランプリフレクタ１５と同様に、光源１１からの射出光を効率的に利用できるようになっている。

拡散シート１４は、導光板１６によって液晶パネル２０の全面に広げられた平面光を拡散させ、明るさのむらを低減させる機能を有する。これにより、液晶パネル２０の全面に明るさが均一な光が照射される。

レンズフィルム１２Ａ，１３Ａはそれぞれ、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）にその一部を拡大して示したように、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）上に三角柱状の柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）を延在方向に沿って配列したものであり、互いに隣接する柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）の間に深さＤ１のストライプ状の谷部１２Ａ３（１３Ａ３）を有している。また、柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）は透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）の表面にまで延在する傾斜面１２Ａ４（１３Ａ４）を有している。柱状プリズム１２Ａ２および柱状プリズム１３Ａ２は、それぞれの延在方向が互いに交差するように（例えば互いに９０度異なるように）配置されており、光の方向を液晶パネル２０の方向にそろえて指向させる機能を有している。

ここで、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）は可撓性材料からなる厚さＤ２の透明樹脂シートであり、これら透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）の平面状の表面に谷部１２Ａ３（１３Ａ３）が接している。つまり、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）と柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）との間に袴層が存在しない。ここで、「袴層が存在しない」とは、文字通り袴層が全く存在しない場合や、製造上の誤差などによりわずかに（例えば０．２８μｍ未満）袴層が残存している場合が含まれることを意味する。つまり、袴層の厚さΔＤｙは完全にゼロか、または極めて小さな値であり、柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）の底面と頂部との距離Ｄ３（すなわち柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）の高さ）は谷部１２Ａ３（１３Ａ３）の深さＤ１と完全に等しいか、またはほぼ等しくなっている。

なお、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）の代わりに、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、深さΔＤｘ（Ｄ１−Ｄ３）の窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を周期的に有すると共に、隣接する窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の間に凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）を有する透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）を設けてもよい。ただし、この場合には、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の内壁にまで延在し、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の表面と接する傾斜面１２Ｂ４（１３Ｂ４）を有すると共に、凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）に接する凹状の曲面を透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）側に有する柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）が透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）上に設けられており、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）と柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）との間に隙間ができないようになっている。従って、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）上に柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）を有するレンズフィルム１２Ｂ（１３Ｂ）には袴層が全く存在しない。このとき、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の凹状の曲面と頂部との距離Ｄ３（すなわち柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の高さ）は谷部１２Ｂ３（１３Ｂ３）の深さＤ１よりも小さくなっている。

以下、記載を簡略化するために、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１），１２Ｂ１（１３Ｂ１）を総称する場合には透明基材１２Ａ１等とし、他の構成要素についても同様にして総称するものとする。

上記した可撓性材料としては、製造工程において柱状プリズム１２Ａ２等を成形加工する際に用いられるエネルギーに対して耐性または透過性を有する材料が挙げられるが、例えば、柱状プリズム１２Ａ２等を紫外線や電子線などの活性エネルギー線を用いて成形加工する場合には、これらの活性エネルギー線を透過する材料、例えばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂が好ましい。

柱状プリズム１２Ａ２等は加熱や、紫外線または電子線などの活性エネルギー線の照射によって硬化した硬化性樹脂からなる。硬化性樹脂としては、例えば、ポリエステル類や、エポキシ系樹脂、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、ウレタン（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート系樹脂が挙げられるが、（メタ）アクリレート系樹脂は良好な光学特性等を備えている点で好ましい。また、硬化性樹脂の主成分として多価アクリレート等の活性エネルギー線による重合開始剤を含有していることが好ましい。なお、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の表面に凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）を設けた場合（図３（Ａ），（Ｂ）参照）に、上記した硬化性樹脂の屈折率を透明基材１２Ａ１等を構成する可撓性材料のそれよりも小さくしたときには、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）表面の凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）を集光レンズとして機能させることが可能となる。

次に、レンズフィルム１２Ａ等の形成方法の一例について図４〜図６に基づいて説明する。まず、レンズフィルム１２Ａ等を形成する際に用いるレンズフィルム製造装置３０について説明する。

図４はレンズフィルム製造装置３０の概略構成を表すものである。図５は図４の転写装置３５でレンズフィルム１２Ａ（１３Ａ）を形成しているときの断面構成の一例を、図６は図４の転写装置３５でレンズフィルム１２Ｂ（１３Ｂ）を形成しているときの断面構成の一例をそれぞれ拡大して表すものである。なお、図４には硬化性樹脂Ｐは図示されていない。

レンズフィルム製造装置３０は、透明基材Ｓを供給する巻出装置３１と、巻出装置３１から供給された透明基材Ｓの送り速度を調節する速度調節装置３２と、未硬化の硬化性樹脂Ｐを透明基材Ｓ上に滴下する樹脂供給装置３３と、透明基材Ｓに滴下した硬化性樹脂Ｐの厚さを調節する膜厚調節装置３４と、硬化性樹脂Ｐにプリズム形状を転写してレンズフィルム１２Ａ等を形成する転写装置３５と、レンズフィルム１２Ａ等を転写装置３５から離型する離型装置３６と、レンズフィルム１２Ａ等を巻き取る巻取装置３７とから構成されている。

ここで、転写装置３５は、回転軸Ｘを中心にして回転する押圧ロール３５Ａ，３５Ｂと、回転軸Ｘに平行な回転軸Ｙを中心にして回転する形成ロール３５Ｃと、押圧ロールロール３５Ａ，３５Ｂの間に設けられた光源３５Ｄとを有している。

押圧ロール３５Ａは、硬化性樹脂Ｐが所定の厚さに塗布された透明基材Ｓを透明基材Ｓ側から形成ロール３５Ｃの方向へ所定の圧力で押し当てながら透明基材Ｓを光源３５Ｄ側に送るようになっている。押圧ロール３５Ｂは、所定の形状に成形加工された硬化性樹脂Ｐをその表面に有する透明基材Ｓを透明基材Ｓ側から形成ロール３５Ｃの方向へ所定の圧力で押し当てながら光源３５Ｄ側から離型装置３６側に送るようになっている。

形成ロール３５Ｃは、図５，図６に示したように、柱状プリズム１２Ａ２等の形状を反転させた柱状の突起部３５Ｃ−１を延在方向に沿って配列してなる母型をその周面に有しており、形成ロール３５Ｃのうち突起部３５Ｃ−１の形成された部分の回転半径Ｒ２（形成ロール３５Ｃの回転軸Ｙから突起部３５Ｃ−１の頂部３５Ｃ−２までの距離）は突起部３５Ｃ−１の形成されていない部分の回転半径Ｒ１（形成ロール３５Ｃの回転軸Ｙから突起部３５Ｃ−１の形成されていない表面３５Ｃ−３までの距離）よりも大きくなっている。これにより、突起部３５Ｃ−１を透明基材Ｓに押し当てたときに、突起部３５Ｃ−１の形成されていない表面３５Ｃ−３が透明基材Ｓに接する虞がないので、突起部３５Ｃ−１の頂部３５Ｃ−２を確実に透明基材Ｓに押し当てることができる。従って、この転写装置３５は、突起部３５Ｃ−１の頂部３５Ｃ−２を透明基材Ｓに押し当てる圧力を適切に調整することにより、頂部３５Ｃ−２を透明基材Ｓの表面に接した状態にすることができ、さらに、頂部３５Ｃ−２を透明基材Ｓにめり込ませて透明基材Ｓの表面に窪みと、隣り合う窪みの間に凸状の曲面とを形成することもできるようになっている。

光源３５Ｄは、押圧ロール３５Ａ，３５Ｂによって形成ロール３５Ｃに押し当てられた硬化性樹脂Ｐに対して、例えば紫外線や電子線などの活性エネルギー線Ｌを透明基材Ｓ側から照射するようになっている。

さて、上記したレンズフィルム製造装置３０の運転を開始すると、巻出装置３１から供給された透明基材Ｓは速度調節装置３２によって所定の速度に調整され、その透明基材Ｓ上に未硬化の硬化性樹脂Ｐが樹脂供給装置３３によって滴下される。滴下された硬化性樹脂Ｐは膜厚調節装置３４によって所定の厚さに調節され、その膜厚の調整された硬化性樹脂Ｐは形成ロール３５Ｂ側にその表面を向けて転写装置３５に投入される。すると、硬化性樹脂Ｐは押圧ロール３５Ａ，３５Ｂによって透明基材Ｓ側から形成ロール３５Ｂに押し当てられ、柱状プリズム１２Ａ２等の形状が転写される。

このとき、柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）を形成する場合には、図５に示したように、押圧ロール３５Ａ，３５Ｂによって突起部３５Ｂ−１の頂部３５Ｃ−２が透明基材Ｓに接するまで押し当てられる。これにより、隣り合う柱状の硬化性樹脂Ｐ同士が接触する部分がほとんどなくなる。他方、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）を形成する場合には、図６に示したように、押圧ロール３５Ａ，３５Ｂによって突起部３５Ｂ−１の頂部３５Ｃ−２が透明基材Ｓにめり込むまで押し当てられる。これにより、隣り合う柱状の硬化性樹脂Ｐ同士が接触する部分がほとんどなくなるだけでなく、めり込んだ部分に窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）が形成され、隣接する窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の間に凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）が形成される。

続いて、突起部３５Ｂ−１の頂部３５Ｃ−２が透明基材１２Ａ１等に押し当てられた状態で、光源３５Ｄから発する光Ｌが透明基材１２Ａ１等を介して硬化性樹脂Ｐに照射される。これにより、硬化性樹脂Ｐに転写された形状が固定され、その結果、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）上に柱状プリズム１２Ａ２（１３Ａ２）が形成され、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）上に柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）が形成される。その後、透明基材１２Ｂ１等が柱状プリズム１２Ａ２等と共に離型装置３６によって転写装置３５から離型され、巻取装置３７に巻き取られる。このようにして、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等が形成される。

なお、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さΔＤｘを深くするほど、曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）の曲率半径を小さくすることができるが、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を深くしようとして押圧ロール３５Ａ，３５Ｂの圧力をあまり高くし過ぎると、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の部分が白化して光の透過量が低下する虞があるので、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さΔＤｘは透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）が白化しない程度の深さ（透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の厚さＤ２のおよそ１０％以下）にすることが好ましい。

次に、このようにして形成したレンズフィルム１２Ａ等を内蔵する表示装置１において、画像表示をする際の基本動作について説明する。

まず、照明装置１０において、光源１１からの射出光の一部は直接導光板１６に入射し、それ以外の光はランプリフレクタ１５に反射された後に導光板１６に入射する。導光板１６に入射した光は導光板１６の上面から射出され、拡散シート１４によってむらなく拡散され、レンズフィルム１２Ａ１３によって指向され、液晶パネル２０へ射出される。

そして液晶パネル２において、照明装置１０からの入射光が、透明画素電極２８と対向電極としての透明電極２４との間に画素ごとに印加された電圧の大きさに応じて透過し、カラーフィルタ２３によって色分離されて観察側に射出される。これにより、カラーの画像表示が行われる。

次に、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等の効果について、図１３に示した従来のレンズフィルム１１２と対比して説明する。

従来のレンズフィルム１１２は、透明基材１１２−１上に袴層１１２−５を介して柱状プリズム１１２−２を有しており、袴層１１２−５を有している点で、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等と主に相違する。この袴層１１２−５は、上記したように、プリズムとして機能しない層であり、光学設計上不要なものである。しかし、従来は、未硬化の硬化性樹脂を硬化させて柱状プリズム１１２−２の形状を転写する際に、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮によって転写性が悪化するのを防止するために一定の厚さを有する袴層１１２−５を設けていた。

ところが、このような袴層１１２−５を設けると、袴層１１２−５を設けていない場合と比べて、柱状プリズム１１２−２を形成する際に要する未硬化の硬化性樹脂のボリュームが必然的に多くなる。また、隣り合う柱状プリズム１１２−２同士が袴層１１２−５を介して接触するので、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮により生じる歪が有機的に結合する。そのため、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮量が多くなり、その結果、図７（Ｂ）に示したような大きな反り（プラス側の反り）がレンズフィルム１１２に発生することとなる。

反り量は、例えば、図８に示したように、定盤２００上に配置されたハイトゲージ２１０を用いて測定することができる。このハイトゲージ２１０は、定盤２００と直交する方向に延在する目盛り２１１と、この目盛り２１１と移動可能に配置されると共に定盤２００と平行な方向に延在する可動部２１２と、目盛り２１１の一端と接続され、目盛り２１１を支持する台座２１３とを備えており、被測定対象２２０を凸状に反っている側の表面を上にして定盤２００上に置き、可動部２１２を被測定対象２２０の上方から静かに下ろしていき、可動部２１２の下面が被測定対象２２０の凸状の表面に接触した瞬間の可動部２１２の位置から目盛り２１１に刻まれた目盛りを読むことにより計測することが可能である。このような測定を可能となる装置としては例えばＭＩＴＵＴＯＹＯ製のＨＤ−３０Ａがある。なお、図７（Ａ）のように、プリズムの形成された側の表面が凸状に反っている場合をマイナス側に反っていると表現し、図７（Ｂ）のように、プリズムの形成された側とは反対側（樹脂基体側）の表面が凸状に反っている場合をプラス側に反っていると表現するものとする。

このようにレンズフィルム１１２に大きな反りが生じたとしても、その反りを押さえつけて表示装置１内に配置することは確かに可能である。しかし、表示装置１内に配置した場合には、反りにより隣接する他の光学部品（拡散シート１４，３１）などに部分的に接触し、これにより、ニュートンリングや傷などが発生し、表示装置１の表示品質が低下してしまうことが多い。このような問題は表示装置１内の隙間がわずかしか設けられていないモバイル用途の場合に特に顕著に発生し、歩留りの低下を招いていた。

一方、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等では、上記した製造方法を用いて谷部１２Ａ３等が透明基材１２Ａ１等に接する様に形成することにより、従来は必要と考えられていた袴層を排除し、柱状プリズム１２Ａ２等を形成する際に要する未硬化の硬化性樹脂Ｐのボリュームを削減したので、硬化性樹脂Ｐの硬化に伴う収縮量が大幅に減少する。また、隣り合う柱状プリズム１２Ａ２等が互いに接触する部分がほとんどないので、硬化性樹脂Ｐの硬化に伴う収縮により生じる歪が有機的に結合することがなくなる。これにより、レンズフィルム１２Ａ等の反りをほとんどなくすることができる。

さらに、上記した製造方法を用いて窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を形成した場合には、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）のうち窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の近傍に、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の収縮による応力とは反対方向に応力が発生する。その結果、レンズフィルム１２Ｂに発生する反り量が大幅に小さくなるので、ニュートンリングや傷などが発生する虞はなく、表示装置１の表示品質が極めて良い。

なお、上記した製造方法において、未硬化の硬化性樹脂Ｐを硬化させて柱状プリズム１２Ａ２等の形状を転写する際に、袴層を設けなくても硬化性樹脂Ｐの硬化に伴う収縮によって転写性が悪化する虞がないことは実験により確かめられている（図９の断面写真参照）。よって、袴層を設けなくても、表示装置１の表示品質が悪化する虞はない。

また、本実施の形態では、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の表面に窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を形成した場合には、それに伴い、各窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の間に凸状の曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）が形成されるので、その曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）を集光レンズとして機能させることにより、正面輝度を向上させることができる。

ところで、モバイル機器の分野では表示装置の薄型化が望まれており、表示装置を構成する各要素をできるだけ薄くすることが要請されている。そこで、図１３を参考にして説明すると、レンズフィルム１１２を薄型化するために、例えば、レンズフィルム１１２の透明基材１１２−１を薄くすることが考えられる。しかし、透明基材１１２−１を薄くすると、透明基材１１２−１の強度が低下し、硬化性樹脂の硬化に伴う収縮の割合が増加するので、レンズフィルム１１２が柱状プリズム１１２−２側に著しく反ってしまう。そこで、透明基材１１２−１の代わりに柱状プリズム１１２−２の谷部１１２−３の深さＤ１を浅くすることが考えられる。しかし、単純に谷部１１２−３の深さＤ１を浅くすると、傾斜面１１２−４の傾斜角が小さくなり正面輝度が低下してしまうので、柱状プリズム１１２−２を傾斜面１１２−４の傾斜角を維持しながら柱状プリズム１１２−２のピッチを小さくすることが必要となる。もっとも、柱状プリズム１１２−２のピッチをあまり小さくすると、実際には正面輝度が低下してしまうので、もともと輝度向上を目的として設けられたレンズフィルム１１２の効用を減じることになり、好ましくない。従って、図１３のケースでは、正面輝度を低下させずにレンズフィルム１１２を薄型化するためには、柱状プリズム１１２−２の下部にある袴層１１２−５をなくするか、透明基材１１２−１を薄くするしかないことがわかる。しかし、従来は、上記したように、袴層１１２−５を積極的に設けていたので袴層１１２−５をなくするという発想はなく、他方、透明基材１１２−１を薄くすると大きな反りが発生してしまうので透明基材１１２−１をある程度（例えば５０μｍ程度）厚くしておく必要があった。

一方、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等では、従来は必要と考えられていた袴層を積極的に排除し、透明基材１２Ａ１等と谷部１２Ａ３等とを互いに接触させることにより、隣接する三角柱状の硬化性樹脂が互いに接触する部分をほとんどなくするようにした。これにより、隣接する三角柱状の硬化性樹脂の硬化、収縮により生じる歪が有機的に結合することがなくなるので、レンズフィルム１２Ａ等の反りをほとんどなくすることができる。

その結果、透明基材１２Ａ１等を薄くしたとしてもレンズフィルム１２Ａ等が反る虞がないので、例えば、透明基材１２Ａ１等を薄くしてレンズフィルム１２Ａ等の全体の厚さを薄くしたり、透明基材１２Ａ１等を薄くすると共に柱状プリズム１２Ａ２等のピッチを大きくしてレンズフィルム１２Ａ等の全体の厚さをほとんど変えずに正面輝度を大きくすることができる。

［実施例］
次に、本実施の形態のレンズフィルム１２Ａ等の実施例について、比較例に係るレンズフィルム１１２と対比して説明する。

本実施例に係るレンズフィルム１２Ａ等では、柱状プリズム１２Ａ２等の配列方向の幅（ピッチ）を３１μｍ、谷部１２Ａ３等の深さＤ１を１５μｍ、柱状プリズム１２Ａ２等の頂部の角度（頂角）を９０°、透明基材１２Ａ１等の厚さＤ２を５０μｍとした。そして、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ（＝Ｄ３−Ｄ１））が、−４．３１μｍ、−３．１３μｍ、−２．４６μｍ、−２．０４μｍ、−１．２１μｍ、−０．５μｍ、＋０．０μｍ、＋０．２５μｍとなっているものを用意した（表１参照）。なお、深さ（−ΔＤｘ）が＋０．０μｍとは袴層が完全に存在しないことを意味し、深さ（−ΔＤｘ）が＋０．２５μｍとは袴層が製造上の誤差などによりわずかに残存している、つまり袴層が実質的に存在していないことを意味する。

他方、比較例に係るレンズフィルム１１２では、上記実施例と同様、柱状プリズム１１２−２の配列方向の幅（ピッチ）を３１μｍ、谷部１１２−３の深さＤ１を１５μｍ、柱状プリズム１１２−２の頂部の角度（頂角）を９０°、透明基材１１２−１の厚さＤ２を５０μｍとした。そして、袴層１１２−５の厚さ（ΔＤｙ（＝Ｄ３−Ｄ１））が、＋０．５μｍ、＋６．５μｍ、＋１７．５μｍ、＋２５．５μｍ、＋３４．５μｍとなっているものを用意した（表１参照）。

図１０は、上記実施例に係るレンズフィルム１２Ａ等の窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）と、反り量との関係を図中の左側に表すと共に、上記比較例に係るレンズフィルム１１２の袴層１１２−５の厚さΔＤｙと、反り量との関係を図中の右側に表すものである。

図１０から、本実施例では、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）が谷部１２Ａ３（１３Ａ３）と接している場合も含め、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さに拘わらず、レンズフィルム１２Ａ等の反り量がゼロとなっていることがわかる。従って、本実施例では、ニュートンリングや傷などが発生する虞はなく、表示装置１の表示品質が極めて良いので、モバイル用途にも極めて適している。

他方、本比較例では、レンズフィルム１１２の反り量が極めて大きく、しかも袴層１１２−５が少しでも存在するだけでレンズフィルム１１２の反り量が急激に大きくなることがわかる。つまり、袴層１１２−５が存在するか否かの境界において反り量に不連続性があることがわかる。従って、本比較例では、ニュートンリングや傷などが発生する虞が極めて大きく、表示装置１の表示品質が低下しやすいので、モバイル用途には不向きである。

表２は、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）が＋０．０μｍのときのレンズフィルム１２Ａ等の輝度を１としたときに、深さ（−ΔＤｘ）を−４．３１μｍ、−３．１３μｍ、−２．４６μｍ、−２．０４μｍ、−１．２１μｍとしたときのレンズフィルム１２Ａ等の相対輝度比を表すものである。なお、参考までに、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）に対応する曲面１２Ｂ６（１３Ｂ６）の曲率半径も示してある。

なお、レンズフィルム１２Ａ等を透過して出力される光の輝度は、例えば、図１１に示したような色彩輝度計３００を用いて計測した。この色彩輝度計３００は、定盤３１０に固定されると共に定盤３１０と直交する方向に延在する支持部３２０に、光を取り込む開口部３００Ａを下にして固定されており、定盤３１０上に載置されたバックライトユニット３３０から出力された光を開口部３００Ａから取り込むことによりその光の輝度を測定するようになっている。そして、バックライトユニット３３０上にレンズフィルム１２Ａ等を載置してバックライトユニット３３０を点灯させたときの輝度を測定し、次に、バックライトユニット３３０上にレンズフィルム１２Ａ等を載置しないでバックライトユニット３３０を点灯させたときの輝度を測定することにより、相対輝度比を得た。

表２から、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さΔＤｘを深くすると、相対輝度比が１よりも大きくなる範囲が存在することがわかる。従って、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）をその範囲内の値とすることにより、レンズフィルム１２Ａ等に発生する反り量を大幅に小さくすることができるだけでなく、正面輝度を向上させることができる。

なお、実際には、相対輝度比は曲率半径の大きさによって変化するものであるが、相対輝度比が１よりも大きくなるときの曲率半径の大きさは、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の配列方向の幅（ピッチ）、谷部１２Ｂ３（１３Ｂ３）の深さＤ３および柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の頂部の角度（頂角）によって変化するので、相対輝度比が１よりも大きくなるときの窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）を一概に言うことはできない。もっとも、実際によく用いられる組み合わせとしては、谷部１２Ｂ３（１３Ｂ３）の深さＤ３が柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の配列方向の幅（ピッチ）のおよそ半分であり、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の頂部の角度（頂角）がおよそ９０°であることを勘案すると、相対輝度比が１よりも大きくなるときの窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）は０μｍより小さくおおよそ−４μｍ以上の値となる。

表３は、本実施例に係るレンズフィルム１２Ａ等の透明基材１２Ａ１等を従来の典型的な厚さ（５０μｍ）以下にしたときの反り量と、本比較例に係るレンズフィルム１１２の透明基材１２２−１を従来の典型的な厚さ（５０μｍ）以上にしたときの反り量を表すものである。なお、表３において、窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）が設けられている場合には厚さの比率としてＤ１／Ｄ２を用い、深さ（−ΔＤｘ）が＋０．０μｍ、＋０．２５μｍ、＋０．２８μｍの場合と、袴層１１２−５が存在する場合には厚さの比率としてＤ３／Ｄ２を用いた。

表３から、透明基材１１２−１の厚さＤ２を従来の典型的な厚さ（５０μｍ）とし、かつ袴層１１２−５の厚さΔＤｙを＋２．０μｍとした比較例ｉでは大きな反りが発生していることがわかる。そこで、レンズフィルム１１２の反りを低減するために、従来は、透明基材１１２−１の厚さＤ２を比較例ｋのように厚くしていた。

他方、本実施例では、例えば実施例ｈのように袴層の厚さΔＤｙを＋０．２５μｍにして実質的に袴層をなくしたり、実施例ｇのように袴層の厚さΔＤｙを＋０．０μｍにして袴層を完全になくすることにより、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）の厚さＤ２を薄くしなくても反りをなくすることができた。さらに、例えば実施例ｆや実施例ｅのように窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）の深さ（−ΔＤｘ）を−０．５μｍにすることにより、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の厚さＤ２を厚くしなくても反りをなくすることができた。

また、本実施例では、例えば実施例ｂ，ｃ，ｄのように窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を設けた上で、透明基材１２Ｂ１（１３Ｂ１）の厚さＤ２を従来よりも薄く（２５μｍ）することにより、反りをなくすることができた。このとき実施例ｄでは、レンズフィルム１２Ｂ（１３Ｂ）の高さＨを従来よりも低くしつつ、柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）の高さＤ３および柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）のピッチを大きくしているので、レンズフィルム１２Ｂ（１３Ｂ）の高さＨを従来よりも高くすることなく、正面輝度を大きくすることができた。また、実施例ｂでは、柱状プリズム１２Ａ２等の高さＤ３およびおよび柱状プリズム１２Ｂ２（１３Ｂ２）のピッチを小さくしているので、レンズフィルム１２Ｂ（１３Ｂ）を薄型化することができた。

また、本実施例では、例えば実施例ａのように袴層の厚さΔＤｙを＋０．２８μｍにして実質的に袴層をなくした上で、透明基材１２Ａ１（１３Ａ１）の厚さＤ２を従来よりも薄く（２５μｍ）することにより、反りをなくすることができた。

以上のことを比率（Ｄ１／Ｄ２，Ｄ３／Ｄ２）の観点からまとめると、Ｄ１／Ｄ２≧０．３０、Ｄ３／Ｄ２≧０．３０を満たすように、Ｄ１、Ｄ２およびＤ３を調整すると共に、袴層を実質的または完全になくしたり、さらに窪み１２Ｂ５（１３Ｂ５）を設けることにより、反りを発生させずに、レンズフィルム１２Ａ等の全体の厚さを薄くすることができ、さらには正面輝度を大きくすることもできる。

以上、実施の形態およびその実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、レンズフィルム１２Ａ等はそれぞれ、三角柱状の柱状プリズム１２Ａ２等を有していたが、例えば、非球面状のマイクロレンズを有していてもよい。

また、上記実施の形態等では、レンズフィルム１２Ａ等は集光機能を有していたが、拡散機能を兼ね備えていてもよい。そのために、例えば、レンズフィルム１２Ａ等の裏面に微小突起を設けたり拡散材料を塗布してもよいし、レンズフィルム１２Ａ等自体に拡散材料を含有させてもよいし、レンズフィルム１２Ａ等の表面に拡散シートや拡散板を張り合わせてもよい。

また、上記実施の形態等では、レンズフィルム１２Ａ等はそれぞれ、透明基材１２Ａ１等の側から光源１１の光が入射するように配置されていたが、他の表示装置において、レンズフィルム１２Ａ等が透明基材１２Ａ１等とは反対側、すなわち、柱状プリズム１２Ａ２等の側から光源の光が入射するように配置されていてもよい。

また、上記実施の形態等では、樹脂供給装置３３によって透明基材Ｓ上に滴下された硬化性樹脂Ｐを膜厚調節装置３４によって所定の厚さに調節することにより、透明基材Ｓ上に未硬化の硬化性樹脂Ｐを塗布するようにしていたが、他の方法によって透明基材Ｓ上に未硬化の硬化性樹脂Ｐを配置するようにしてもよい。例えば、未硬化の硬化性樹脂Ｐをあらかじめ塗布しておいた透明基材Ｓを巻出装置３１内に備えつけておいてもよいし、形成ロール３５Ｃの表面に未硬化の硬化性樹脂Ｐをあらかじめ塗布しておき、押圧ロール３５Ａで押圧されることにより透明基材Ｓに未硬化の硬化性樹脂Ｐを接触させるようにしてもよいし、形成ロール３５Ｃの表面と透明基材Ｓの表面との間に形成されるすり鉢状の領域に未硬化の硬化性樹脂Ｐを滴下して未硬化の硬化性樹脂Ｐの溜まり場を設けることにより、透明基材Ｓ上に未硬化の硬化性樹脂Ｐを塗布するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、表示装置１の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層（例えば反射型偏光板）を備えていてもよい。つまり、用途や目的に応じて種々選択が可能である。

また、上記実施の形態等では、アクティブマトリクス型の表示装置１の場合について説明したが、本発明は単純マトリクス駆動の場合にも適用できる。

さらに、上記実施の形態等では、照明装置１０がエッジライト型である場合について説明したが、他のタイプ、例えば直下型であってもよい。また、上記実施の形態等では、液晶の表示装置１の場合について説明したが、他の原理を利用した表示装置に対してももちろん適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の構成の一例を表す断面図である。 上側のレンズフィルムの構成の一例を表す断面図である。 下側のレンズフィルムの構成の一例を表す断面図である。 上側のレンズフィルムの構成の他の例を表す断面図である。 下側のレンズフィルムの構成の他の例を表す断面図である。 レンズフィルム製造装置の構成の一例を表す模式図である。 図４の転写装置の動作の一例を説明するための断面図である。 図４の転写装置の動作の他の例を説明するための断面図である。 レンズフィルムの反りの形態について説明するための模式図である。 レンズフィルムの反り量の計測方法の一例を表す模式図である。 レンズフィルムの断面写真である。 窪みの深さまたは袴層の厚さと、反り量との関係を説明するための関係図である。 レンズフィルムの相対輝度比の計測方法の一例を表す模式図である。 従来の表示装置の構成の一例を表す断面図である。 図１２のレンズフィルムの構成の一例を表す断面図である。

符号の説明

１…表示装置、１０…照明装置、１１…光源、１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ…レンズフィルム、１２Ａ１，１２Ｂ１，１３Ａ１，１３Ｂ１，Ｓ…透明基材、１２Ａ２，１２Ｂ２，１３Ａ２，１３Ｂ２…柱状プリズム、１２Ａ３，１２Ｂ３，１３Ａ３，１３Ｂ３…谷部、１２Ａ４，１２Ｂ４，１３Ａ４，１３Ｂ４…傾斜面、１２Ａ５，１２Ｂ５，１３Ａ５，１３Ｂ５…窪み、１２Ａ６，１２Ｂ６，１３Ａ６，１３Ｂ６…曲面、１４，３１…拡散シート、１５…ランプリフレクタ、１６…導光板、１７…反射シート、２０…液晶パネル、２１，３０…偏光板、２２，２９…透明基板、２３…カラーフィルタ、２４…透明電極、２５，２７…配向膜、２６…液晶層、２８…透明画素電極、３０…レンズフィルム製造装置、３１…巻出装置、３２…速度調整装置、３３…樹脂供給装置、３４…膜厚調整装置、３５…転写装置、３５Ａ，３５Ｂ…押圧ロール、３５Ｃ…形成ロール、３５Ｃ−１…突起部、３５Ｃ−２…頂部、３５Ｃ−３…表面、３５Ｄ…光源、３６…離型装置、３７…巻取装置、Ｄ１…谷部の深さ、Ｄ２…透明基材の厚さ、Ｄ３…柱状プリズムの高さ、ΔＤｘ…窪みの深さ、ΔＤｙ…袴層の厚さ、Ｌ…光、Ｘ，Ｙ…回転軸、Ｐ…硬化性樹脂。

Claims (6)

1. 可撓性材料からなる透明基材上に硬化性樹脂からなる柱状プリズムを延在方向に沿って配列してなる光学フィルムであって、
   前記透明基材は前記柱状プリズム同士の谷部に対応して窪みを有しており、
   前記谷部の深さをＤ１、前記透明基材の厚さをＤ２とすると、Ｄ１およびＤ２は以下の関係を満たしている
   ことを特徴とする光学フィルム。
   ０．３≦Ｄ１／Ｄ２
2. 前記透明基材の厚さＤ２は、５０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
3. 前記光学フィルムの高さは、６５．３μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
4. パネルと、
   前記パネルを照明するための光を発する光源と、
   前記パネルと光源との間に設けられた１または複数の光学フィルムと
   を備え、
   前記光学フィルムの少なくとも１つは可撓性材料からなる透明基材上に硬化性樹脂からなる柱状プリズムを延在方向に沿って配列してなり、
   前記透明基材は前記柱状プリズム同士の谷部に対応して窪みを有しており、
   前記谷部の深さをＤ１、前記透明基材の厚さをＤ２とすると、Ｄ１およびＤ２は以下の関係を満たしている
   ことを特徴とする表示装置。
   ０．３≦Ｄ１／Ｄ２
5. 前記透明基材の厚さＤ２は、５０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記光学フィルムの高さは、６５．３μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。

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