JP4382301B2 - 光学シート及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学シート及び液晶表示装置に関するものであり、特に、バックライト型の液晶表示装置に用いる配光シートに替わる一層構造の光学シートの構成に特徴のある光学シート及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータに代表される携帯型情報機器端末や、携帯電話に代表されるハンディータイプの情報機器端末の表示手段として、照明の無い場所でも画像表示が可能なバックライト型液晶表示装置が用いられている。
【０００３】
この様なバックライト型液晶表示装置には、サイドライト型の液晶表示装置と直下ライト型の液晶表示装置に大別されるが、ここで、図１２を参照して、従来のバックライト型液晶表示装置を説明する。
【０００４】
図１２（ａ）参照
図１２（ａ）は、従来のサイドライト型液晶表示装置の概念的構成図であり、液晶パネル９１、液晶パネル９１にバックライトを供給する導光板９２、液晶パネル９１と導光板９２との間に設けられて、導光板９２からの光の指向性を制御する配光シート９３、導光板９２から背面側に放出された光を表面側に反射する反射板９４、及び、導光板９２の側端部に配置されて導光板９２に光を供給する冷陰極管等のランプ９６から構成される。
なお、導光板９２の背面には光を表面側に導く拡散反射パターン層９５が設けられている。
【０００５】
図１２（ｂ）参照
図１２（ｂ）は、従来の直下ライト型液晶表示装置の概念的構成図であり、液晶パネル９１、液晶パネル９１に背面側からバックライトを供給するランプ９６、液晶パネル９１とランプ９６との間に設けられて、ランプ９６からの光の配光性を制御する配光シート９３、及び、反射板９７から構成され、この反射板９７はランプ９６を囲むことによってランプケースを構成している。
【０００６】
この内、サイドライト型液晶表示装置は構造的に薄型であるという特徴があるのに対して、直下ライト型液晶表示装置は高輝度という特徴がある。
しかし、直下ライト型液晶表示装置では、薄型化、低消費電力化が困難であり、また、輝度ムラが出易いという問題があるので、現在の段階では、サイドライト型が主流になっている。
【０００７】
上記の様にサイドライト型液晶表示装置においては、導光板９２上に、複数枚の積層膜からなる配光シート９３を設けて、バックライトの配光特性を調整している。
これは、導光板９２から出射した光束は、出射面に沿った斜め方向の成分が主成分となっており、正面から見るのを基本とする液晶表示装置においてバックライトに求められる出射面に垂直方向の成分が少ないためである。
【０００８】
この様な配光シート９３は、出射角度範囲を制限する配光制限シートと散乱シートに大別され、通常は、散乱シート／配光制御シート／散乱シートの３枚組で一つの配光シート９３が構成されている。
【０００９】
この内、配光制限シートの代表例としては、ＢＥＦ（３Ｍ社製商品名）があり、これは、斜め方向の光線を正面付近に集めるように微細なプリズムを透明なシートの表面に形成したものである。
【００１０】
この様な配光制限シートに入射した光は、シートの表面に形成されたプリズムの形状によって決定される出射範囲以外の光は導光板側に反射されるため、出射範囲を越えると光量が急激に低下し、ピーキー（ｐｅａｋｙ）な配光特性を示す。
【００１１】
一方、散乱シートは、透明なフィルムの表面にランダムな凹凸形状をスタンプにより形成したり、或いは、透明なフィルム内部にフィルムと屈折率の異なるＳｉＯ２微粒子等の散乱ビーズを分散させたものであり、さらには、凹凸と分散ビーズを組み合わせることによって構成されるものである。
【００１２】
この散乱シートは、その名の通り入射光をシート表面に設けた凹凸や、内部に分散させた散乱ビーズにより、散乱シートに入射した光を散乱させ、入射光の指向性を弱める機能を有するものであり、したがって、散乱シートからの出射光はブロードな配光特性となる。
【００１３】
したがって、これらの配光シートは単独で用いられることは少なく、導光板から出射した斜め方向への成分が主成分となった光線を、バックライトとして求められる正面方向が主成分となる配光に変換するために、効率が良い反面、急激に光量が変化する配光制限シートと、ブロードな配光特性を有する散乱シートとを組み合わせて用い、正面方向を主成分としつつ、視角により光量が急激に変化しないようにブロードな特性も兼ね備えるようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、配光シートは、正面方向を主成分としつつブロードな特性が得られるように、配光制御シートと散乱シートを積層させて使用しているため、低コスト化が困難であり、また、高効率化が困難であるという問題がある。
【００１５】
即ち、配光シートを積層構造として作製するため、シート自体のコストに加えて組立工数が増えるとともに、シート間へのゴミ混入による歩留りの低下が発生し、低コスト化が困難になる。
特に、ＢＥＦ（３Ｍ社製商品名）等の配光制限シートでは、微細形状を精度良く作り込む必要があるため、この点からも製造コストの低減が難しい。
【００１６】
また、この様な配光シート自体には光吸収性はないものの、導光板方向に光を戻す反射成分が発生し、この反射成分が反射板、光源、或いは、筐体フレームによって吸収されるため、光源からの光を高効率でバックライトに変換することが困難になる。
【００１７】
一方、導光板自体の上面或いは下面に微小なプリズム面を形成して配光を制御することによって、配光シートを削減する試みも見られるが、この様な試みは小型の携帯型情報機器端末或いはハンディータイプの情報機器端末等の限られた分野においては可能であるが、大面積の表示面を有する液晶パネルにおいては、大面積の導光板の表面に微細なプリズムを高精度にムラなく形成することが困難であった。
【００１８】
したがって、本発明は、光学シート及び液晶表示装置に関し、形状マージンを大きくするとともに、配光制御性を高くし且つ急激な光量変化が発生しにくくすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）は、光学シートの概略的部分斜視図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、光の透過状態を示す図であり、さらには、図１（ｄ）は、光学シートから出射される光量の視野角分布の説明図である。
図１（ａ）乃至（ｄ）参照
上述の目的を達成するために、本発明は、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする。
【００２０】
この様に、柱状形状を有する透光性微小構造体２の集合体１によって光学シートを構成するとともに、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体とすることによって、バックライト光に要請される高い配光性と急激な光量の変化の低減とを両立することが可能になる。
なお、この様な光学シートは、一層構造で構成できるとともに、高精度のプリズム等の形成が不要であるので、低コスト化が可能になる。
なお、密実とは、中が詰まっていることを意味し、中空の反対語である。
【００２１】
また、柱状形状を有する透光性微小構造体２は、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記光散乱部材５を含む光拡散層３を設けた中空の透明の柱状体で構成しても良い。
【００２２】
また、柱状形状を有する透光性微小構造体２同士の間隙に、光散乱部材５、或いは、光散乱部材５を分散させた透明樹脂４、のいずれかが充填させることによって、光拡散層３における散乱作用が不十分な場合にも、光の散乱作用を高めることができる。
なお、この場合、光散乱部材５を分散させる透明樹脂４として、紫外線硬化樹脂を用いることによって、透明繊維或いは透明中空繊維を束ねる際に、樹脂が収縮して内部に空間が空いたり、或いは、樹脂が不足して固着力が不足になることを防止することができる。
【００２３】
また、光散乱を起こすために、光散乱部材５に替えて、微小凹凸を用いても良いものであり、この様な微小凹凸は治具を工夫することによって、透光性微小構造体２の形成工程において同時に形成することができ、或いは、サンドブラスト法等の機械的処理またはデスミア処理等の化学的処理によって形成することができる。
【００２４】
また、集合体１の上面及び底面の少なくとも一方に、光散乱部材５を含有する透明樹脂４層或いは光散乱用の微小凹凸のいずれかを設けることによって、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、散乱手段によって垂直方向成分を増やすことができる。
【００２５】
上述の光学シートは、導光板を使用する照明装置、特に、バックライト型液晶表示装置の配光手段として用いることができ、一層構造で構成できるとともに、高精度の微小プリズム等の形成は不要であるので装置全体の低コスト化が可能になるとともに、プリズムのように背面側、即ち、導光板側に反射する成分が少ないので、光の効率的利用が可能になり、したがって、低消費電力化が可能になる。
【００２６】
また、上述の光学シートを製造する場合には、少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布した透明な中空の繊維、側面に光散乱用の微小凹凸を形成した透明な密実の繊維或いは透明な中空の繊維、或いは、中心部寄りに光散乱部材５が充填された密実の透明な繊維を、接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固め、集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断すれば良く、配光特性の揃った光学シートを大量生産することが可能になる。
なお、必要に応じて接着剤中に光散乱部材５を混入しても良いものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、発明の実施の形態を説明する前に、図２乃至図３を参照して本発明の前提となる参考例の光学シートを説明するが、まず、図２を参照して参考例の光学シートの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、直径が数μｍ〜数１００μｍ、例えば、直径が５０μｍのアクリル樹脂製の透明繊維１１を、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２微粒子からなる散乱ビーズ１３を分散させたアクリル樹脂溶液１２中に浸漬する。
【００２８】
図２（ｂ）参照
次いで、透明繊維１１をアクリル樹脂溶液１２から引き上げることによって、透明繊維１１の側面に散乱ビーズ１３が分散された光拡散層１４を形成し、光拡散層１４を構成する透明樹脂が完全に固まらない状態で、必要とする光学シートの面積に応じた数の透明繊維１１を束ねたのち、固化させることによって集合体１５を形成する。
【００２９】
図２（ｃ）参照
次いで、集合体１５を透明繊維１１の延在方向に垂直に、例えば、透明繊維１１の直径の１〜３倍、例えば、３倍の長さで切断することによって光学シート１６として切り出す。
【００３０】
図３（ａ）参照
図３（ａ）は、上述のように切り出した光学シート１６の部分斜視図であり、直径が５０μｍで長さが１５０μｍで、その側面が、例えば、厚さが、５μｍの光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７が最密充填された状態で配列された構造となっている。 なお、図３（ａ）における右側の図は、左側の図における破線の円内の拡大図である。
【００３１】
図３（ｂ）参照
この様な光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７の底面から入射した入射光１８の内、透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、垂直方向に指向性の強い光配光を有する光となる。
【００３２】
図３（ｃ）参照
一方、光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７の底面から入射した入射光１８の内、透明円柱状体１７の側面に当たった光は光拡散層１４に含まれる散乱ビーズ１３の作用によって前方散乱及び後方散乱を起こす。
なお、透明円柱状体１７の側面における反射は、実際には、複数回繰り返されることになる。
【００３３】
この場合、後方散乱光１９の内、透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、図３（ｂ）の場合より劣るものの、垂直方向に指向性の比較的強い光配光を有する光となる。
【００３４】
一方、前方散乱光２０は、隣接する透明円柱状体１７に入射することになるが、隣接する透明円柱状体１７において、隣接する透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、前述の後方散乱光１９と同様に、垂直方向に指向性の比較的強い光配光を有する光となる。
【００３５】
図３（ｄ）参照
また、互いに接する透明円柱状体１７同士の間隙に入射した入射光２１は、出射面口を見込んだ角度範囲が図３（ｂ）及び（ｃ）の場合より狭くなるとともに、空気中を伝播して空気中へ出射されるので、屈折率差に基づく屈折が起こることがなく、それによって、最も指向性の強い出射光となる。
【００３６】
この様に製造した光学シート１６を、図１３（ａ）及び（ｂ）に示したサイドライト型液晶表示装置或いは直下ライト型液晶表示装置の配光シートと置き換えることによって、高配光制御性と低光量変化性とを両立させた正面輝度の高い液晶表示装置を構成することが可能になる。
【００３７】
また、この参考例においては、単純構造の透光性繊維１１と、散乱ビーズ１３を含有した光拡散層１４によって光学シート１６を構成しているので、従来の複合構造の配光シートに比べて製造工程が簡素化され、且つ、大量生産が可能になる。
【００３８】
以上を前提として、次に、図４参照して、本発明の第１の実施の形態の光学シートを説明するが、製造工程は上記の参考例と同様であるので図示は省略する。
図４（ａ）参照
まず、直径が数μｍ〜数１００μｍ、例えば、外径が５０μｍで、内径が４０μｍのアクリル樹脂製の透明中空繊維を、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２微粒子からなる散乱ビーズ２３を分散させたアクリル樹脂溶液中に浸漬する。
【００３９】
次いで、透明中空繊維をアクリル樹脂溶液から引き上げることによって、透明中空繊維の外側面及び内側面に散乱ビーズ２３が分散された光拡散層２５を形成し、光拡散層２５を構成する透明樹脂層２４が完全に固まらない状態で、必要とする光学シートの面積に応じた数の透明中空繊維を束ねたのち、固化させることによって集合体２６を形成する。
【００４０】
次いで、集合体２６を透明中空繊維の延在方向に垂直に、例えば、透明中空繊維の直径の１〜２倍、例えば、２倍の長さで切断したのが、図４（ａ）にその部分斜視図として示す光学シート２２である。
なお、図４（ａ）における右側の図は、左側の図における破線の円内の拡大図である。
【００４１】
図４（ｂ）乃至（ｄ）参照
この第１の実施の形態においては、図４（ｂ）に示す透明中空円柱状体２７の中空部を直進或いは反射する出射光２８、図４（ｃ）に示す透明中空円柱状体２７の周囲の密実部を直進或いは反射する出射光２９、及び、図４（ｄ）に示す互いに接する透明中空円柱状体２７の間隙を直進或いは反射する出射光３０の３つの指向性の強い光配光を有する光が得られる。
【００４２】
この第１の実施の形態においては、上記参考例に比べてより指向性の強い光配光を有する光を得ることができ、また、図４（ｂ）に示す様に中空部を通過する光は、透明中空円柱状体２７の先端口から出射する際に、上記の参考例のように、空気とアクリル樹脂の屈折率の差による屈折が生ずることがないので、透明中空円柱状体２７の先端口から出射角の許容範囲が広くなり、透明中空円柱状体２７の長さをより短くすることができる。
【００４３】
したがって、光学シート２２の薄層化が容易になるので、この様な光学シート２２を液晶表示装置に組み込んだ場合、液晶表示装置のさらなる薄層化が可能になる。
【００４４】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の光学シートを説明する。
図５参照
図５は、第２の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、透明円柱状体３２の側面にサンドブラスト処理を施すことによって、直径が、例えば、１μｍのディンプル（微小窪み）３３を形成したものである。
【００４５】
但し、この場合、透明円柱状体３２を束ねるために、上記の参考例のように、ディンプル３３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維をアクリル樹脂溶液に浸漬した場合には、アクリル樹脂によってディンプル３３が覆われ凹凸が消えるので、アクリル樹脂と屈折率の異なる樹脂溶液をディンプル３３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維に薄くスプレーし、煉合わせることによって集合体３１を形成すれば良い。
【００４６】
この第２の実施の形態においては、ディンプル３３が光散乱手段となるので、散乱ビーズを分散させた光拡散層の形成工程が不要になる。
【００４７】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態の光学シートを説明する。
図６参照
図６は、第３の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、透明中空円柱状体４２にサンドブラスト処理を施すことによって、内側面及び外側面の両方に、直径が、例えば、１μｍのディンプル４３を形成したものである。
【００４８】
この場合も、アクリル樹脂と屈折率の異なる樹脂溶液をディンプル４３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維に薄くスプレーし、煉合わせることによって集合体４１を形成すれば良い。
【００４９】
この第３の実施の形態においては、ディンプル４３が光散乱手段となるので、散乱ビーズを分散させた光拡散層の形成工程が不要になり、特に、透明中空円柱状体４２の内側面及び外側面の両方にディンプル４３を形成しているので、光散乱効果が高まる。
【００５０】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施の形態の光学シートを説明する。
図７参照
図７は、第４の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、上記の第１の実施の形態と同様の構成の光学シート６１を構成する透明中空円柱状体６２同士の間隙に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ６４を含んだアクリル樹脂からなる透明樹脂６３を充填したものである。
【００５１】
この第４の実施の形態においては、互いに接する透明中空円柱状体６２同士の間隙に、散乱ビーズ６４を含んだ透明樹脂６３を充填しているので、光の散乱効果をより高めることが可能になり、透明中空円柱状体６２の側面を被覆する光拡散層６５による光散乱効果が不十分の場合に、特に、有効となる。
【００５２】
次に、図８を参照して、本発明の第５の実施の形態の光学シートを説明する。
図８参照
図８は、第５の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、直径が、例えば、５０μｍの透明な円柱状体７２の中心部、例えば、直径が２５μｍの範囲に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ７３を充填したものである。
【００５３】
この場合には、円柱状体７２の中心部に入射した入射光は散乱されて後方散乱光或いは前方散乱光となり、円柱状体７２の周辺部に入射した入射光は、直進或いは反射して、円柱状体７２の光出射端面側から出射されることになる。
【００５４】
この第５の実施の形態においては、繊維の基となる円柱状樹脂塊の製造段階で中心部に散乱ビーズ７３を充填しておくだけで良いので、後工程において光拡散層を形成する工程が不要になる。
【００５５】
次に、図９を参照して、本発明の第６の実施の形態の光学シートを説明する。
図９参照
図９は、第６の実施の形態の光学シートを構成する円柱状体の部分斜視図であり、直径が、例えば、５０μｍのアクリル樹脂製の透明円柱状体７６の周囲に、例えば、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ７８を含むアクリル樹脂からなる光拡散繊維７７を接着したものである。
【００５６】
この第６の実施の形態においても、最初に２種類の繊維状体を用意するだけで、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液への浸漬工程、或いは、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液のスプレー塗布工程が不要になる。
【００５７】
次に、図１０を参照して、本発明の第７の実施の形態の光学シートを説明するが、この構成は上記の参考例及び第１乃至第６の実施の形態に共通であるので、上記の参考例で代表させて説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の第７の実施の形態の光学シートの概略的側面図であり、光学シート８１の基本構成は、上記の参考例の光学シート１６と全く同様の構成になっている。
【００５８】
但し、この第７の実施の形態においては、光学シート８１を構成する透明円柱状体８２の光入射端面８３にサンドブラスト処理を施して、例えば、直径が１μｍのディンプル８４からなる微小凹凸を形成したものである。
【００５９】
この第７の実施の形態においては、この光学シート８１をバックライト型液晶表示装置に組み込んだ場合、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、ディンプル８４によって垂直方向成分を増すことができ、それによって、光出射端面８５からより指向性の高い光配光を出射することができる。
【００６０】
次に、図１１を参照して、本発明の第８の実施の形態の光学シートを説明するが、この構成も上記の参考例及び第１乃至第６の実施の形態に共通であるので、上記の参考例で代表させて説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の第８の実施の形態の光学シートの概略的側面図であり、上記の第７の実施の形態におけるディンプル８４からなる微小凹凸を散乱ビーズ８７を分散させた光拡散層８８に置き換えたものである。
【００６１】
即ち、この第８の実施の形態においては、上記の参考例の光学シート１６と全く同様の構成の光学シート８６を構成する透明円柱状体８２の光入射端面８３に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ８７を含んだアクリル樹脂をスプレー法によって塗布することによって光拡散層８８としたものである。
【００６２】
この第８の実施の形態においては、この光学シート８６をバックライト型液晶表示装置に組み込んだ場合、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、光拡散層８８に含まれる散乱ビーズ８７による散乱によって垂直方向成分を増すことができ、それによって、光出射端面８５からより指向性の高い光配光を出射することができる。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は、各実施の形態に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、光散乱部材として、ＳｉＯ２微粒子を用いているが、ＳｉＯ２微粒子に限られるものではなく、ＴｉＯ２微粒子やＡｌ２Ｏ３微粒子等の可視光に対して透明な微粒子であれば何を用いても良い。
【００６４】
また、上記の各実施の形態においては、透明円柱状体或いは透明中空円柱状体をアクリル樹脂で構成しているが、アクリル樹脂に限られるものではなく、他の透明樹脂を用いても良いものであり、さらには、透明なガラスを用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第１の実施の形態等においては、透明繊維を束ねる際に、光拡散層を構成する透明樹脂をそのまま接着剤として使用しているが、光拡散層が固まったのち、新たに、アクリル樹脂等の透明接着剤を用いて接着しても良いものであり、その場合には、アクリル樹脂等の透明接着剤をスプレー法等によって吹きつければ良い。
【００６６】
また、この様な透明樹脂として、紫外線硬化型の透明樹脂を用いても良いものであり、それによって、透明繊維或いは透明中空繊維を束ねる際に、樹脂が収縮して内部に空間が空いたり、或いは、樹脂が不足して固着力が不足になることを防止することができる。
【００６７】
また、上記の第１の実施の形態等においては、散乱ビーズを含んだ光拡散層を、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液に浸漬することによって形成しているが、浸漬法に限られるものではなく、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液を透明繊維或いは透明中空繊維の側面にスプレー法等によって吹きつけて形成しても良いものである。
【００６８】
また、上記の各実施の形態においては、主体となる柱状体を円柱状体で構成しているが、円柱状体に限られるものではなく、角柱状体或いは不定型な柱状体でも良く、特に、６角柱状体を用いると、集合体に束ねる段階において、６角柱状体が奇麗に整列して、空隙のない最密充填が可能になる。
【００６９】
また、上記の第２或いは第３の実施の形態においては、微小凹凸をサンドブラスト法を用いて形成しているが、サンドブラスト法に限られるものではなく、酸を用いたデスミア処理によって形成しても良いものであり、さらには、透明繊維を形成する工程において、透明繊維を引く口金部分に微細な凹凸形状を作り込むことによって形成しても良いものである。
【００７０】
また、上記の第３の実施の形態においては、透明中空円柱状態の外側面と内側面の双方に微小凹凸を形成しているが、外側面と内側面の内の一方のみに形成しても良いものである。
【００７１】
また、上記の第４の実施の形態においては、透明円柱状体或いは透明中空円柱状体同士の間隙に、散乱ビーズが分散された透明樹脂を充填しているが、散乱ビーズのみを充填しても良いものである。
【００７２】
また、上記の各実施の形態においては、光学シートを構成する際に、繊維状体を用いて、繊維状体を束ねたのち切断しているが、必ずしも繊維状体に限られるものではなく、短い柱状体を用いても良いものである。
【００７３】
この場合には、短い柱状体の外径に対応する開口部をマトリクス状に形成した板状治具を用い、振動及び真空吸着を用いて短い柱状体を開口分に挿入したのち、透明接着剤で束ねて集合体としても良いものであり、その後、所定の長さに研削、研磨することによって、柱状体が間隙を持って集合した光学シートが得られる。
【００７４】
また、上記の各実施の形態においては、バックライト型液晶表示装置を前提に説明しているが、液晶表示装置に限られるものではなく、高い正面輝度が求められる他の装置の照明装置として用いることができることは言うまでもない。
【００７５】
ここで、再び、図１（ａ）を参照して、本発明の詳細な特徴を説明する。
図１（ａ）参照
（付記１） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、前記透光性微小構造体の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記２） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中空の透明の柱状体であり、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記光散乱部材５を含む光拡散層３が設けられているとともに、前記外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記３） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、前記透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記４） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２の周囲に、光散乱部材を分散した光拡散繊維を接着するとともに、前記光拡散繊維を介して集合体１となっており、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記５） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２の側面に光散乱用の微小凹凸が形成されているとともに、前記透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記６） 上記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中空の透明の柱状体であり、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記微小凹凸が設けられていることを特徴とする付記５記載の光学シート。
（付記７） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、導光板の一方の面に配置するとともに、前記導光板の他方の面に反射シートを配置したことを特徴とする照明装置。
（付記８） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、発光素子の上に配置したことを特徴とする光源装置。
（付記９） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、液晶パネルと導光板との間に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
（付記１０） 透明な中空の繊維の少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布する工程、前記塗布工程の後に前記複数の繊維を接着剤で所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１１） 透明な中空の繊維の少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布するとともに、複数の繊維を所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１２） 透明な密実の繊維或いは透明な中空の繊維のいずれかの側面に光散乱用の微小凹凸を形成する工程、前記複数の繊維を接着剤を用いて所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１３） 透明な中空の繊維を光散乱部材５及び接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１４） 中心部寄りに光散乱部材５が充填された密実の透明な繊維を接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、配光手段として、密実円柱状体或いは中空円柱状体を束ねた集合体と、散乱ビーズ或いは微小凹凸からなる光散乱手段とを組み合わせた光シートを用いているので、製造工程が簡便で且つワイドマージンで指向性配光が得られるとともに部品点数の削減が可能になり、それによって、正面輝度の高い照明装置、特に、バックライト型液晶表示装置の低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】 本発明の前提となる参考例の光学シートの製造工程の説明図である。
【図３】 本発明の前提となる参考例の光学シートの説明図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態の光学シートの説明図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図７】 本発明の第４の実施の形態の光学シートの説明図である。
【図８】 本発明の第５の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図９】 本発明の第６の実施の形態の光学シートを構成する円柱状体の部分斜視図である。
【図１０】 本発明の第７の実施の形態の光学シートの概略的側面図である。
【図１１】 本発明の第８の実施の形態の光学シートの概略的側面図である。
【図１２】 従来のバックライト型液晶表示装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 集合体
２ 透光性微小構造体
３ 光拡散層
４ 透明樹脂
５ 光散乱部材
６ 入射光
７ 入射光
８ 後方散乱光
９ 前方散乱光
１１ 透明繊維
１２ アクリル樹脂溶液
１３ 散乱ビーズ
１４ 光拡散層
１５ 集合体
１６ 光学シート
１７ 透明円柱状体
１８ 入射光
１９ 後方散乱光
２０ 前方散乱光
２１ 入射光
２２ 光学シート
２３ 散乱ビーズ
２４ 透明樹脂層
２５ 光拡散層
２６ 集合体
２７ 透明中空円柱状体
２８ 入射光
２９ 入射光
３０ 入射光
３１ 光学シート
３２ 透明円柱状体
３３ ディンプル
４１ 光学シート
４２ 透明中空円柱状体
４３ ディンプル
６１ 光学シート
６２ 透明中空円柱状体
６３ 透明樹脂
６４ 散乱ビーズ
６５ 光拡散層
７１ 光学シート
７２ 円柱状体
７３ 散乱ビーズ
７６ 透明円柱状体
７７ 光拡散繊維
７８ 散乱ビーズ
８１ 光学シート
８２ 透明円柱状体
８３ 光入射端面
８４ ディンプル
８５ 光出射端面
８６ 光学シート
８７ 散乱ビーズ
８８ 光拡散層
９１ 液晶パネル
【発明の属する技術分野】
本発明は光学シート及び液晶表示装置に関するものであり、特に、バックライト型の液晶表示装置に用いる配光シートに替わる一層構造の光学シートの構成に特徴のある光学シート及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータに代表される携帯型情報機器端末や、携帯電話に代表されるハンディータイプの情報機器端末の表示手段として、照明の無い場所でも画像表示が可能なバックライト型液晶表示装置が用いられている。
【０００３】
この様なバックライト型液晶表示装置には、サイドライト型の液晶表示装置と直下ライト型の液晶表示装置に大別されるが、ここで、図１２を参照して、従来のバックライト型液晶表示装置を説明する。
【０００４】
図１２（ａ）参照
図１２（ａ）は、従来のサイドライト型液晶表示装置の概念的構成図であり、液晶パネル９１、液晶パネル９１にバックライトを供給する導光板９２、液晶パネル９１と導光板９２との間に設けられて、導光板９２からの光の指向性を制御する配光シート９３、導光板９２から背面側に放出された光を表面側に反射する反射板９４、及び、導光板９２の側端部に配置されて導光板９２に光を供給する冷陰極管等のランプ９６から構成される。
なお、導光板９２の背面には光を表面側に導く拡散反射パターン層９５が設けられている。
【０００５】
図１２（ｂ）参照
図１２（ｂ）は、従来の直下ライト型液晶表示装置の概念的構成図であり、液晶パネル９１、液晶パネル９１に背面側からバックライトを供給するランプ９６、液晶パネル９１とランプ９６との間に設けられて、ランプ９６からの光の配光性を制御する配光シート９３、及び、反射板９７から構成され、この反射板９７はランプ９６を囲むことによってランプケースを構成している。
【０００６】
この内、サイドライト型液晶表示装置は構造的に薄型であるという特徴があるのに対して、直下ライト型液晶表示装置は高輝度という特徴がある。
しかし、直下ライト型液晶表示装置では、薄型化、低消費電力化が困難であり、また、輝度ムラが出易いという問題があるので、現在の段階では、サイドライト型が主流になっている。
【０００７】
上記の様にサイドライト型液晶表示装置においては、導光板９２上に、複数枚の積層膜からなる配光シート９３を設けて、バックライトの配光特性を調整している。
これは、導光板９２から出射した光束は、出射面に沿った斜め方向の成分が主成分となっており、正面から見るのを基本とする液晶表示装置においてバックライトに求められる出射面に垂直方向の成分が少ないためである。
【０００８】
この様な配光シート９３は、出射角度範囲を制限する配光制限シートと散乱シートに大別され、通常は、散乱シート／配光制御シート／散乱シートの３枚組で一つの配光シート９３が構成されている。
【０００９】
この内、配光制限シートの代表例としては、ＢＥＦ（３Ｍ社製商品名）があり、これは、斜め方向の光線を正面付近に集めるように微細なプリズムを透明なシートの表面に形成したものである。
【００１０】
この様な配光制限シートに入射した光は、シートの表面に形成されたプリズムの形状によって決定される出射範囲以外の光は導光板側に反射されるため、出射範囲を越えると光量が急激に低下し、ピーキー（ｐｅａｋｙ）な配光特性を示す。
【００１１】
一方、散乱シートは、透明なフィルムの表面にランダムな凹凸形状をスタンプにより形成したり、或いは、透明なフィルム内部にフィルムと屈折率の異なるＳｉＯ２微粒子等の散乱ビーズを分散させたものであり、さらには、凹凸と分散ビーズを組み合わせることによって構成されるものである。
【００１２】
この散乱シートは、その名の通り入射光をシート表面に設けた凹凸や、内部に分散させた散乱ビーズにより、散乱シートに入射した光を散乱させ、入射光の指向性を弱める機能を有するものであり、したがって、散乱シートからの出射光はブロードな配光特性となる。
【００１３】
したがって、これらの配光シートは単独で用いられることは少なく、導光板から出射した斜め方向への成分が主成分となった光線を、バックライトとして求められる正面方向が主成分となる配光に変換するために、効率が良い反面、急激に光量が変化する配光制限シートと、ブロードな配光特性を有する散乱シートとを組み合わせて用い、正面方向を主成分としつつ、視角により光量が急激に変化しないようにブロードな特性も兼ね備えるようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、配光シートは、正面方向を主成分としつつブロードな特性が得られるように、配光制御シートと散乱シートを積層させて使用しているため、低コスト化が困難であり、また、高効率化が困難であるという問題がある。
【００１５】
即ち、配光シートを積層構造として作製するため、シート自体のコストに加えて組立工数が増えるとともに、シート間へのゴミ混入による歩留りの低下が発生し、低コスト化が困難になる。
特に、ＢＥＦ（３Ｍ社製商品名）等の配光制限シートでは、微細形状を精度良く作り込む必要があるため、この点からも製造コストの低減が難しい。
【００１６】
また、この様な配光シート自体には光吸収性はないものの、導光板方向に光を戻す反射成分が発生し、この反射成分が反射板、光源、或いは、筐体フレームによって吸収されるため、光源からの光を高効率でバックライトに変換することが困難になる。
【００１７】
一方、導光板自体の上面或いは下面に微小なプリズム面を形成して配光を制御することによって、配光シートを削減する試みも見られるが、この様な試みは小型の携帯型情報機器端末或いはハンディータイプの情報機器端末等の限られた分野においては可能であるが、大面積の表示面を有する液晶パネルにおいては、大面積の導光板の表面に微細なプリズムを高精度にムラなく形成することが困難であった。
【００１８】
したがって、本発明は、光学シート及び液晶表示装置に関し、形状マージンを大きくするとともに、配光制御性を高くし且つ急激な光量変化が発生しにくくすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１（ａ）は、光学シートの概略的部分斜視図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、光の透過状態を示す図であり、さらには、図１（ｄ）は、光学シートから出射される光量の視野角分布の説明図である。
図１（ａ）乃至（ｄ）参照
上述の目的を達成するために、本発明は、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする。
【００２０】
この様に、柱状形状を有する透光性微小構造体２の集合体１によって光学シートを構成するとともに、柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体とすることによって、バックライト光に要請される高い配光性と急激な光量の変化の低減とを両立することが可能になる。
なお、この様な光学シートは、一層構造で構成できるとともに、高精度のプリズム等の形成が不要であるので、低コスト化が可能になる。
なお、密実とは、中が詰まっていることを意味し、中空の反対語である。
【００２１】
また、柱状形状を有する透光性微小構造体２は、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記光散乱部材５を含む光拡散層３を設けた中空の透明の柱状体で構成しても良い。
【００２２】
また、柱状形状を有する透光性微小構造体２同士の間隙に、光散乱部材５、或いは、光散乱部材５を分散させた透明樹脂４、のいずれかが充填させることによって、光拡散層３における散乱作用が不十分な場合にも、光の散乱作用を高めることができる。
なお、この場合、光散乱部材５を分散させる透明樹脂４として、紫外線硬化樹脂を用いることによって、透明繊維或いは透明中空繊維を束ねる際に、樹脂が収縮して内部に空間が空いたり、或いは、樹脂が不足して固着力が不足になることを防止することができる。
【００２３】
また、光散乱を起こすために、光散乱部材５に替えて、微小凹凸を用いても良いものであり、この様な微小凹凸は治具を工夫することによって、透光性微小構造体２の形成工程において同時に形成することができ、或いは、サンドブラスト法等の機械的処理またはデスミア処理等の化学的処理によって形成することができる。
【００２４】
また、集合体１の上面及び底面の少なくとも一方に、光散乱部材５を含有する透明樹脂４層或いは光散乱用の微小凹凸のいずれかを設けることによって、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、散乱手段によって垂直方向成分を増やすことができる。
【００２５】
上述の光学シートは、導光板を使用する照明装置、特に、バックライト型液晶表示装置の配光手段として用いることができ、一層構造で構成できるとともに、高精度の微小プリズム等の形成は不要であるので装置全体の低コスト化が可能になるとともに、プリズムのように背面側、即ち、導光板側に反射する成分が少ないので、光の効率的利用が可能になり、したがって、低消費電力化が可能になる。
【００２６】
また、上述の光学シートを製造する場合には、少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布した透明な中空の繊維、側面に光散乱用の微小凹凸を形成した透明な密実の繊維或いは透明な中空の繊維、或いは、中心部寄りに光散乱部材５が充填された密実の透明な繊維を、接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固め、集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断すれば良く、配光特性の揃った光学シートを大量生産することが可能になる。
なお、必要に応じて接着剤中に光散乱部材５を混入しても良いものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、発明の実施の形態を説明する前に、図２乃至図３を参照して本発明の前提となる参考例の光学シートを説明するが、まず、図２を参照して参考例の光学シートの製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、直径が数μｍ〜数１００μｍ、例えば、直径が５０μｍのアクリル樹脂製の透明繊維１１を、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２微粒子からなる散乱ビーズ１３を分散させたアクリル樹脂溶液１２中に浸漬する。
【００２８】
図２（ｂ）参照
次いで、透明繊維１１をアクリル樹脂溶液１２から引き上げることによって、透明繊維１１の側面に散乱ビーズ１３が分散された光拡散層１４を形成し、光拡散層１４を構成する透明樹脂が完全に固まらない状態で、必要とする光学シートの面積に応じた数の透明繊維１１を束ねたのち、固化させることによって集合体１５を形成する。
【００２９】
図２（ｃ）参照
次いで、集合体１５を透明繊維１１の延在方向に垂直に、例えば、透明繊維１１の直径の１〜３倍、例えば、３倍の長さで切断することによって光学シート１６として切り出す。
【００３０】
図３（ａ）参照
図３（ａ）は、上述のように切り出した光学シート１６の部分斜視図であり、直径が５０μｍで長さが１５０μｍで、その側面が、例えば、厚さが、５μｍの光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７が最密充填された状態で配列された構造となっている。 なお、図３（ａ）における右側の図は、左側の図における破線の円内の拡大図である。
【００３１】
図３（ｂ）参照
この様な光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７の底面から入射した入射光１８の内、透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、垂直方向に指向性の強い光配光を有する光となる。
【００３２】
図３（ｃ）参照
一方、光拡散層１４によって被覆された透明円柱状体１７の底面から入射した入射光１８の内、透明円柱状体１７の側面に当たった光は光拡散層１４に含まれる散乱ビーズ１３の作用によって前方散乱及び後方散乱を起こす。
なお、透明円柱状体１７の側面における反射は、実際には、複数回繰り返されることになる。
【００３３】
この場合、後方散乱光１９の内、透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、図３（ｂ）の場合より劣るものの、垂直方向に指向性の比較的強い光配光を有する光となる。
【００３４】
一方、前方散乱光２０は、隣接する透明円柱状体１７に入射することになるが、隣接する透明円柱状体１７において、隣接する透明円柱状体１７の先端口の見込み範囲の光はそのまま直進し、前述の後方散乱光１９と同様に、垂直方向に指向性の比較的強い光配光を有する光となる。
【００３５】
図３（ｄ）参照
また、互いに接する透明円柱状体１７同士の間隙に入射した入射光２１は、出射面口を見込んだ角度範囲が図３（ｂ）及び（ｃ）の場合より狭くなるとともに、空気中を伝播して空気中へ出射されるので、屈折率差に基づく屈折が起こることがなく、それによって、最も指向性の強い出射光となる。
【００３６】
この様に製造した光学シート１６を、図１３（ａ）及び（ｂ）に示したサイドライト型液晶表示装置或いは直下ライト型液晶表示装置の配光シートと置き換えることによって、高配光制御性と低光量変化性とを両立させた正面輝度の高い液晶表示装置を構成することが可能になる。
【００３７】
また、この参考例においては、単純構造の透光性繊維１１と、散乱ビーズ１３を含有した光拡散層１４によって光学シート１６を構成しているので、従来の複合構造の配光シートに比べて製造工程が簡素化され、且つ、大量生産が可能になる。
【００３８】
以上を前提として、次に、図４参照して、本発明の第１の実施の形態の光学シートを説明するが、製造工程は上記の参考例と同様であるので図示は省略する。
図４（ａ）参照
まず、直径が数μｍ〜数１００μｍ、例えば、外径が５０μｍで、内径が４０μｍのアクリル樹脂製の透明中空繊維を、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２微粒子からなる散乱ビーズ２３を分散させたアクリル樹脂溶液中に浸漬する。
【００３９】
次いで、透明中空繊維をアクリル樹脂溶液から引き上げることによって、透明中空繊維の外側面及び内側面に散乱ビーズ２３が分散された光拡散層２５を形成し、光拡散層２５を構成する透明樹脂層２４が完全に固まらない状態で、必要とする光学シートの面積に応じた数の透明中空繊維を束ねたのち、固化させることによって集合体２６を形成する。
【００４０】
次いで、集合体２６を透明中空繊維の延在方向に垂直に、例えば、透明中空繊維の直径の１〜２倍、例えば、２倍の長さで切断したのが、図４（ａ）にその部分斜視図として示す光学シート２２である。
なお、図４（ａ）における右側の図は、左側の図における破線の円内の拡大図である。
【００４１】
図４（ｂ）乃至（ｄ）参照
この第１の実施の形態においては、図４（ｂ）に示す透明中空円柱状体２７の中空部を直進或いは反射する出射光２８、図４（ｃ）に示す透明中空円柱状体２７の周囲の密実部を直進或いは反射する出射光２９、及び、図４（ｄ）に示す互いに接する透明中空円柱状体２７の間隙を直進或いは反射する出射光３０の３つの指向性の強い光配光を有する光が得られる。
【００４２】
この第１の実施の形態においては、上記参考例に比べてより指向性の強い光配光を有する光を得ることができ、また、図４（ｂ）に示す様に中空部を通過する光は、透明中空円柱状体２７の先端口から出射する際に、上記の参考例のように、空気とアクリル樹脂の屈折率の差による屈折が生ずることがないので、透明中空円柱状体２７の先端口から出射角の許容範囲が広くなり、透明中空円柱状体２７の長さをより短くすることができる。
【００４３】
したがって、光学シート２２の薄層化が容易になるので、この様な光学シート２２を液晶表示装置に組み込んだ場合、液晶表示装置のさらなる薄層化が可能になる。
【００４４】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の光学シートを説明する。
図５参照
図５は、第２の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、透明円柱状体３２の側面にサンドブラスト処理を施すことによって、直径が、例えば、１μｍのディンプル（微小窪み）３３を形成したものである。
【００４５】
但し、この場合、透明円柱状体３２を束ねるために、上記の参考例のように、ディンプル３３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維をアクリル樹脂溶液に浸漬した場合には、アクリル樹脂によってディンプル３３が覆われ凹凸が消えるので、アクリル樹脂と屈折率の異なる樹脂溶液をディンプル３３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維に薄くスプレーし、煉合わせることによって集合体３１を形成すれば良い。
【００４６】
この第２の実施の形態においては、ディンプル３３が光散乱手段となるので、散乱ビーズを分散させた光拡散層の形成工程が不要になる。
【００４７】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態の光学シートを説明する。
図６参照
図６は、第３の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、透明中空円柱状体４２にサンドブラスト処理を施すことによって、内側面及び外側面の両方に、直径が、例えば、１μｍのディンプル４３を形成したものである。
【００４８】
この場合も、アクリル樹脂と屈折率の異なる樹脂溶液をディンプル４３を形成したアクリル樹脂製の透明繊維に薄くスプレーし、煉合わせることによって集合体４１を形成すれば良い。
【００４９】
この第３の実施の形態においては、ディンプル４３が光散乱手段となるので、散乱ビーズを分散させた光拡散層の形成工程が不要になり、特に、透明中空円柱状体４２の内側面及び外側面の両方にディンプル４３を形成しているので、光散乱効果が高まる。
【００５０】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施の形態の光学シートを説明する。
図７参照
図７は、第４の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、上記の第１の実施の形態と同様の構成の光学シート６１を構成する透明中空円柱状体６２同士の間隙に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ６４を含んだアクリル樹脂からなる透明樹脂６３を充填したものである。
【００５１】
この第４の実施の形態においては、互いに接する透明中空円柱状体６２同士の間隙に、散乱ビーズ６４を含んだ透明樹脂６３を充填しているので、光の散乱効果をより高めることが可能になり、透明中空円柱状体６２の側面を被覆する光拡散層６５による光散乱効果が不十分の場合に、特に、有効となる。
【００５２】
次に、図８を参照して、本発明の第５の実施の形態の光学シートを説明する。
図８参照
図８は、第５の実施の形態の光学シートの部分斜視図であり、直径が、例えば、５０μｍの透明な円柱状体７２の中心部、例えば、直径が２５μｍの範囲に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ７３を充填したものである。
【００５３】
この場合には、円柱状体７２の中心部に入射した入射光は散乱されて後方散乱光或いは前方散乱光となり、円柱状体７２の周辺部に入射した入射光は、直進或いは反射して、円柱状体７２の光出射端面側から出射されることになる。
【００５４】
この第５の実施の形態においては、繊維の基となる円柱状樹脂塊の製造段階で中心部に散乱ビーズ７３を充填しておくだけで良いので、後工程において光拡散層を形成する工程が不要になる。
【００５５】
次に、図９を参照して、本発明の第６の実施の形態の光学シートを説明する。
図９参照
図９は、第６の実施の形態の光学シートを構成する円柱状体の部分斜視図であり、直径が、例えば、５０μｍのアクリル樹脂製の透明円柱状体７６の周囲に、例えば、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ７８を含むアクリル樹脂からなる光拡散繊維７７を接着したものである。
【００５６】
この第６の実施の形態においても、最初に２種類の繊維状体を用意するだけで、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液への浸漬工程、或いは、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液のスプレー塗布工程が不要になる。
【００５７】
次に、図１０を参照して、本発明の第７の実施の形態の光学シートを説明するが、この構成は上記の参考例及び第１乃至第６の実施の形態に共通であるので、上記の参考例で代表させて説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の第７の実施の形態の光学シートの概略的側面図であり、光学シート８１の基本構成は、上記の参考例の光学シート１６と全く同様の構成になっている。
【００５８】
但し、この第７の実施の形態においては、光学シート８１を構成する透明円柱状体８２の光入射端面８３にサンドブラスト処理を施して、例えば、直径が１μｍのディンプル８４からなる微小凹凸を形成したものである。
【００５９】
この第７の実施の形態においては、この光学シート８１をバックライト型液晶表示装置に組み込んだ場合、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、ディンプル８４によって垂直方向成分を増すことができ、それによって、光出射端面８５からより指向性の高い光配光を出射することができる。
【００６０】
次に、図１１を参照して、本発明の第８の実施の形態の光学シートを説明するが、この構成も上記の参考例及び第１乃至第６の実施の形態に共通であるので、上記の参考例で代表させて説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の第８の実施の形態の光学シートの概略的側面図であり、上記の第７の実施の形態におけるディンプル８４からなる微小凹凸を散乱ビーズ８７を分散させた光拡散層８８に置き換えたものである。
【００６１】
即ち、この第８の実施の形態においては、上記の参考例の光学シート１６と全く同様の構成の光学シート８６を構成する透明円柱状体８２の光入射端面８３に、平均粒径が、例えば、１μｍのＳｉＯ２粒子からなる散乱ビーズ８７を含んだアクリル樹脂をスプレー法によって塗布することによって光拡散層８８としたものである。
【００６２】
この第８の実施の形態においては、この光学シート８６をバックライト型液晶表示装置に組み込んだ場合、導光板から入射する斜め方向成分の多い光を、光拡散層８８に含まれる散乱ビーズ８７による散乱によって垂直方向成分を増すことができ、それによって、光出射端面８５からより指向性の高い光配光を出射することができる。
【００６３】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は、各実施の形態に記載した構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、光散乱部材として、ＳｉＯ２微粒子を用いているが、ＳｉＯ２微粒子に限られるものではなく、ＴｉＯ２微粒子やＡｌ２Ｏ３微粒子等の可視光に対して透明な微粒子であれば何を用いても良い。
【００６４】
また、上記の各実施の形態においては、透明円柱状体或いは透明中空円柱状体をアクリル樹脂で構成しているが、アクリル樹脂に限られるものではなく、他の透明樹脂を用いても良いものであり、さらには、透明なガラスを用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第１の実施の形態等においては、透明繊維を束ねる際に、光拡散層を構成する透明樹脂をそのまま接着剤として使用しているが、光拡散層が固まったのち、新たに、アクリル樹脂等の透明接着剤を用いて接着しても良いものであり、その場合には、アクリル樹脂等の透明接着剤をスプレー法等によって吹きつければ良い。
【００６６】
また、この様な透明樹脂として、紫外線硬化型の透明樹脂を用いても良いものであり、それによって、透明繊維或いは透明中空繊維を束ねる際に、樹脂が収縮して内部に空間が空いたり、或いは、樹脂が不足して固着力が不足になることを防止することができる。
【００６７】
また、上記の第１の実施の形態等においては、散乱ビーズを含んだ光拡散層を、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液に浸漬することによって形成しているが、浸漬法に限られるものではなく、散乱ビーズを分散させた透明樹脂溶液を透明繊維或いは透明中空繊維の側面にスプレー法等によって吹きつけて形成しても良いものである。
【００６８】
また、上記の各実施の形態においては、主体となる柱状体を円柱状体で構成しているが、円柱状体に限られるものではなく、角柱状体或いは不定型な柱状体でも良く、特に、６角柱状体を用いると、集合体に束ねる段階において、６角柱状体が奇麗に整列して、空隙のない最密充填が可能になる。
【００６９】
また、上記の第２或いは第３の実施の形態においては、微小凹凸をサンドブラスト法を用いて形成しているが、サンドブラスト法に限られるものではなく、酸を用いたデスミア処理によって形成しても良いものであり、さらには、透明繊維を形成する工程において、透明繊維を引く口金部分に微細な凹凸形状を作り込むことによって形成しても良いものである。
【００７０】
また、上記の第３の実施の形態においては、透明中空円柱状態の外側面と内側面の双方に微小凹凸を形成しているが、外側面と内側面の内の一方のみに形成しても良いものである。
【００７１】
また、上記の第４の実施の形態においては、透明円柱状体或いは透明中空円柱状体同士の間隙に、散乱ビーズが分散された透明樹脂を充填しているが、散乱ビーズのみを充填しても良いものである。
【００７２】
また、上記の各実施の形態においては、光学シートを構成する際に、繊維状体を用いて、繊維状体を束ねたのち切断しているが、必ずしも繊維状体に限られるものではなく、短い柱状体を用いても良いものである。
【００７３】
この場合には、短い柱状体の外径に対応する開口部をマトリクス状に形成した板状治具を用い、振動及び真空吸着を用いて短い柱状体を開口分に挿入したのち、透明接着剤で束ねて集合体としても良いものであり、その後、所定の長さに研削、研磨することによって、柱状体が間隙を持って集合した光学シートが得られる。
【００７４】
また、上記の各実施の形態においては、バックライト型液晶表示装置を前提に説明しているが、液晶表示装置に限られるものではなく、高い正面輝度が求められる他の装置の照明装置として用いることができることは言うまでもない。
【００７５】
ここで、再び、図１（ａ）を参照して、本発明の詳細な特徴を説明する。
図１（ａ）参照
（付記１） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、前記透光性微小構造体の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記２） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中空の透明の柱状体であり、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記光散乱部材５を含む光拡散層３が設けられているとともに、前記外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記３） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中心部よりに光散乱部材５が充填された密実の透明の柱状体であり、前記透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記４） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２の周囲に、光散乱部材を分散した光拡散繊維を接着するとともに、前記光拡散繊維を介して集合体１となっており、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記５） 柱状形状を有する透光性微小構造体２が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体１となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体２の側面に光散乱用の微小凹凸が形成されているとともに、前記透光性微小構造体２の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体１を構成し、前記集合体１の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
（付記６） 上記柱状形状を有する透光性微小構造体２が、中空の透明の柱状体であり、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記微小凹凸が設けられていることを特徴とする付記５記載の光学シート。
（付記７） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、導光板の一方の面に配置するとともに、前記導光板の他方の面に反射シートを配置したことを特徴とする照明装置。
（付記８） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、発光素子の上に配置したことを特徴とする光源装置。
（付記９） 付記１乃至６のいずれか１に記載の光学シートを、液晶パネルと導光板との間に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
（付記１０） 透明な中空の繊維の少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布する工程、前記塗布工程の後に前記複数の繊維を接着剤で所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１１） 透明な中空の繊維の少なくとも側表面に光散乱部材５を分散させた透明樹脂４を塗布するとともに、複数の繊維を所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１２） 透明な密実の繊維或いは透明な中空の繊維のいずれかの側面に光散乱用の微小凹凸を形成する工程、前記複数の繊維を接着剤を用いて所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１３） 透明な中空の繊維を光散乱部材５及び接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
（付記１４） 中心部寄りに光散乱部材５が充填された密実の透明な繊維を接着剤と混ぜ合わせることによって所定の形状の集合体１にして固める工程、及び、前記集合体１となった繊維を繊維の延在方向と垂直な面で切断する工程とを備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、配光手段として、密実円柱状体或いは中空円柱状体を束ねた集合体と、散乱ビーズ或いは微小凹凸からなる光散乱手段とを組み合わせた光シートを用いているので、製造工程が簡便で且つワイドマージンで指向性配光が得られるとともに部品点数の削減が可能になり、それによって、正面輝度の高い照明装置、特に、バックライト型液晶表示装置の低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】 本発明の前提となる参考例の光学シートの製造工程の説明図である。
【図３】 本発明の前提となる参考例の光学シートの説明図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態の光学シートの説明図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図７】 本発明の第４の実施の形態の光学シートの説明図である。
【図８】 本発明の第５の実施の形態の光学シートの部分斜視図である。
【図９】 本発明の第６の実施の形態の光学シートを構成する円柱状体の部分斜視図である。
【図１０】 本発明の第７の実施の形態の光学シートの概略的側面図である。
【図１１】 本発明の第８の実施の形態の光学シートの概略的側面図である。
【図１２】 従来のバックライト型液晶表示装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 集合体
２ 透光性微小構造体
３ 光拡散層
４ 透明樹脂
５ 光散乱部材
６ 入射光
７ 入射光
８ 後方散乱光
９ 前方散乱光
１１ 透明繊維
１２ アクリル樹脂溶液
１３ 散乱ビーズ
１４ 光拡散層
１５ 集合体
１６ 光学シート
１７ 透明円柱状体
１８ 入射光
１９ 後方散乱光
２０ 前方散乱光
２１ 入射光
２２ 光学シート
２３ 散乱ビーズ
２４ 透明樹脂層
２５ 光拡散層
２６ 集合体
２７ 透明中空円柱状体
２８ 入射光
２９ 入射光
３０ 入射光
３１ 光学シート
３２ 透明円柱状体
３３ ディンプル
４１ 光学シート
４２ 透明中空円柱状体
４３ ディンプル
６１ 光学シート
６２ 透明中空円柱状体
６３ 透明樹脂
６４ 散乱ビーズ
６５ 光拡散層
７１ 光学シート
７２ 円柱状体
７３ 散乱ビーズ
７６ 透明円柱状体
７７ 光拡散繊維
７８ 散乱ビーズ
８１ 光学シート
８２ 透明円柱状体
８３ 光入射端面
８４ ディンプル
８５ 光出射端面
８６ 光学シート
８７ 散乱ビーズ
８８ 光拡散層
９１ 液晶パネル
Claims (5)
- 柱状形状を有する透光性微小構造体が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体が、中心部よりに光散乱部材が充填された密実の透明の柱状体であり、前記透光性微小構造体の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体を構成し、前記集合体の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
- 柱状形状を有する透光性微小構造体が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体の周囲に、光散乱部材を分散した光拡散繊維を接着とするともに、前記光拡散繊維を介して集合体となっており、前記集合体の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
- 柱状形状を有する透光性微小構造体が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体が、中空の透明の柱状体であり、その外側面及び内側面の少なくとも一方に上記光散乱部材を含む光拡散層が設けられているとともに、前記外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体を構成し、前記集合体の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
- 柱状形状を有する透光性微小構造体が、その側面の少なくとも一部を互いに接するか、或いは、間隙を持って集合体となっているのいずれかの光学シートにおいて、前記柱状形状を有する透光性微小構造体の側面に光散乱用の微小凹凸が形成されているとともに、前記透光性微小構造体の外側面の少なくとも一部が互いに接するように集合体を構成し、前記集合体の上面及び底面が光入出射面となっていることを特徴とする光学シート。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学シートを、液晶パネルと導光板との間に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
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