JPH10253808A

JPH10253808A - 光学シートおよびその製造方法と指向性面状光源

Info

Publication number: JPH10253808A
Application number: JP9059056A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Uchida; 哲夫内田; Motoyuki Suzuki; 基之鈴木; Tomoko Mikami; 友子三上
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的に光線を利用でき、薄く、均一で指向性
が高く、正面輝度が極めて高い面状光源と、それに用い
られる光学シートおよびその製造方法を提供する。【解決手段】透明基板の片面が単位レンズが配列された
マイクロレンズ面であり、該透明基板を挟んで他の面に
個々のマイクロレンズに一対一で対応する微小立体の配
列が形成された光学シートであって、前記単位レンズの
マイクロレンズ面側から光学シートの法線方向に入射す
る平行光の集光点のレンズ配列面からの距離は、透明基
板厚みと微小立体高さの和以上であるとともに、該微小
立体が透明基板から高さ方向に対してその幅が狭くなる
形状であることを特徴とする光学シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学シートおよびそ
の製造方法と指向性面状光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】面状光源は、看板、各種照明のほか、液
晶表示装置用のバックライトなどとして多く用いられて
いる。

【０００３】一般の面状光源は、光束出射面の輝度の均
一性を確保するために、ランダムに光束を拡散する種々
の拡散板を用いている。このため、この出射面から出射
される光束は指向性がなく、広い範囲を照射する。

【０００４】一方、面状光源の用途によっては光束の出
射方向を狭い範囲に絞ることが求められる。

【０００５】例えば、液晶表示装置の用途展開の大きな
妨げとなっている視野角依存性を改良する方法として、
各種光拡散シートやマイクロレンズアレイシート（特開
昭５３−２５３９９公報、特開昭５６−６５１７５公
報、特開昭６１−１４８４３０公報、特開平６−２７４
５４公報など）を液晶表示装置の観察面に装着すること
が提案されているが、これらの方法においては、光線利
用効率や、画質（コントラストの低下や、画像のにじ
み）の向上のために広がり角が３０度以下といった高い
指向性を持つ背面光源が有用である。

【０００６】この目的に対して、光束の進行方向に沿っ
てのびる遮光壁を多数並べた、いわゆるルーバーシート
が知られている。

【０００７】ルーバーシートによれば、例えば出射面に
おいて１２０度以上の広がりを持つ出射光であったもの
を、求める方向以外に進行する光束を遮光壁によって遮
断することによって任意の指向性をもつ面状光源が得ら
れる。

【０００８】また液晶表示装置用のバックライトとして
は、消費電力に対する出射面の輝度を向上させるため、
微小な三角プリズムを多数配列したプリズムシートが用
いられており、これは光束の出射の方向をある程度規制
することによって達成されている。

【０００９】このプリズムシートによれば、組み合わせ
る面状光源とプリズムの光学設計によっては６０度程度
の指向性を得ることができ、正面輝度は１．５倍程度向
上する。

【００１０】さらに最近では各種ゲーム機、パチンコ機
などに液晶表示装置が使用されており、これら用途にお
いては正面方向に高い輝度の光束が出射されることが望
まれており、これら用途においても前記プリズムシー
ト、またはマイクロレンズアレイシートなどによって消
費電力を変えることなく、正面輝度を１．５程度上げる
方法が適用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のいずれ
の方法においても、効率的に、また面状光源の特徴であ
る「薄さ」を損なわずに、広がり角が４０度以下、さら
には３０度以下といった指向性を持つ光源は得られてい
なかった。

【００１２】特に液晶表示装置のバックライトとして求
められる、「薄さ」、光線利用効率、面内の均一性を確
保したまま高い指向性を得ることはできなかった。

【００１３】ルーバーシートによれば、上述したように
高い指向性を得ることは可能である。しかし、ルーバー
シートはシートの厚み方向にのびる遮光壁をシート内に
作り込む必要があるため、その微細化には限界がある。

【００１４】このため、高い指向性を得ようとすれば、
必然的に「高い」遮光壁、すなわち大きなシート厚みが
必要となるという欠点がある。

【００１５】さらに、遮光壁の微細化に限界があるの
で、間近で目視される液晶表示装置のバックライトとし
ては遮光壁の配列が見えてしまい、均一性、精細性の点
で問題がある。

【００１６】また、ルーバーシートの場合、求める方向
以外に進行する光束を遮光壁によって吸収しているの
で、光線利用効率が低いという欠点がある。

【００１７】一方、プリズムシートによる方法では、高
い光線利用効率が得られるが、その指向性には限界があ
り、上述したように６０度程度が限界であり、その輝度
向上率も従来の１．５倍程度であった。

【００１８】よって、本発明は上記の欠点を解消し、効
率的に光線を利用でき、薄く、均一で指向性が高く、正
面輝度が極めて高い面状光源と、それに用いられる光学
シートおよびその製造方法を提供するものである。

【００１９】特に、上述したような光拡散性シート（拡
散板やマイクロレンズアレイシート）を液晶表示装置に
装着することによって、拡大された視野角をもつ液晶表
示装置の、光線利用効率低下、表示コントラストの低
下、画像のにじみ等の問題を補償するために有効な指向
性面状光源や、ゲーム機、パチンコ機等の正面方向のみ
から観察される液晶表示装置用として、低消費電力、高
正面輝度の指向性面状光源とそれに用いられる光学シー
トを提供するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため以下の構成としたものである。

【００２１】すなわち本発明は、透明基板の片面が単位
レンズが配列されたマイクロレンズ面であり、該透明基
板を挟んで他の面に個々のマイクロレンズに一対一で対
応する微小立体の配列が形成された光学シートであっ
て、前記単位レンズのマイクロレンズ面側から光学シー
トの法線方向に入射する平行光の集光点のレンズ配列面
からの距離は、透明基板厚みと微小立体高さの和以上で
あるとともに、該微小立体が透明基板から高さ方向に対
してその幅が狭くなる形状であることを特徴とする光学
シートを要旨とするものである。

【００２２】また本発明は、透明基板の片面に単位レン
ズが配列されたマイクロレンズ群を形成するとともに、
該透明基板の反対側の面に透明な硬化エネルギー線によ
り硬化する樹脂組成物を塗布または積層し、マイクロレ
ンズ群が形成された面側から硬化エネルギー線を露光す
ることにより、上記樹脂組成物の単位レンズ集光領域を
中心とする微小立体形成部位に相当する部位を硬化せし
め、未硬化部分を溶解除去することを特徴とする光学シ
ートの製造方法を要旨とするものである。

【００２３】さらに本発明は、透明な導光板の側面に配
された線状光源から導光板内に導入した光束を、該導光
板の少なくとも１つの表面から出射させる構造の面状光
源において、透明基板の片面が単位レンズが配列された
マイクロレンズ面であり、該透明基板を挟んで他の面に
個々のマイクロレンズに一対一で対応する微小立体の配
列が形成された光学シートの前記微小立体の頂部を、前
記導光板の表面に光学的に密着させることによって、導
光板内部を進行していた光束を前記光学シート内に導入
し、該光学シートの単位レンズにより光束の出射方向に
指向性をもたせたことを特徴とする指向性面状光源を要
旨とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明でいう光学シートとは、シ
ートの一方の面から入射する種々の進行方向の光束を、
該光束が該シートを透過しもう一方の面に出射するとき
指向性を持たせることのできるシートのことをいう。

【００２５】本発明において指向性とは、シートから出
射される光束の進行方向の揃っている程度をいい、ここ
ではその尺度として、最も高い輝度が観察される方向を
中心として、その最大輝度の１／２の輝度が観察される
立体角のはさみ角を指向角として表すものとする。

【００２６】本発明の目的とする指向性は、その指向角
が６０度以下、さらには４０度以下、さらには２０度以
下といった高い指向性をもつものである。

【００２７】本発明の光学シートは、一方の面が単位レ
ンズが配列されたマイクロレンズ群で、もう一方の面に
は微小立体の配列が形成されていることを要旨とするも
のであり、これを模式的に描くと図１のようになる。

【００２８】本発明に用いられるマイクロレンズ群を構
成する単位レンズ１は凸レンズであり、光学シートのマ
イクロレンズ群形成面の法線方向から単位レンズ１に入
射した光束、すなわち平行光１１は集光され、最も光束
密度が密になる集光点４（１次元レンズアレイの場合に
は「集光線」になるが、ここでは慣例に従いこれも「集
光点」という）を通過した後、拡散しながら進行する。

【００２９】本発明の光学シートは、透明基板２を挟ん
で、該単位レンズ１が形成された他の面に一対一で対応
する微小立体３が形成される。

【００３０】このような光学シートとすることで、シー
トの微小立体３が形成された面から入射した光束、特に
微小立体３の頂部から入射した光束は、シートのマイク
ロレンズが形成された面側から、シートの法線方向付近
に指向性をもって出射される。

【００３１】しかしながら、微小立体３頂部からシート
内部に入射する光束のうち、シートの法線方向に対して
深い角度で入射する２２のような光束は、単位レンズ１
の幅が小さい場合や、透明基板２が厚すぎる場合には対
応する単位レンズではない別の単位レンズに到達してし
まうため、単位レンズ面で全反射してしまう光束（レン
ズ形成面側からは出射しない）や、シートの法線方向か
ら離れた方向に出射する光束が増え、光の利用効率が極
端に低下してしまう。この問題に対しては、単位レンズ
１の幅、すなわちレンズ配列ピッチを大きくすること
や、透明基板の厚みを極端に薄くすることなどで解消す
ることは可能であるが、前者は精細性などの点で劣り、
後者は作業性などの点で劣るため好ましくない。

【００３２】本発明の光学シートはこの問題に対し以下
の構成とすることで前記問題を解消するものである。

【００３３】すなわち、本発明は、図２のように、前記
微小立体３の頂部から入射する深い角度の光束２２を一
度微小立体３壁面で全反射させ、その進行方向を光束３
３としてシートの法線方向側に強制的に変更するもので
ある。このような手法をとることにより、単位レンズ１
の幅を大きくすることや、透明基板２を極端に薄くする
ことなく、効率よく単位レンズ１により光束をシートの
法線方向に出射させることができる。

【００３４】本発明の光学シートを構成する微小立体３
は、前記特性を満足させるためその形状を、透明基板２
から高さ方向、すなわち透明基板２から高さ方向に遠ざ
かるに従いその幅が狭くなる形状であることが重要であ
る。これは、微小立体３の形状が矩形（幅が均一）や高
さ方向に対して拡幅していくような形状である場合、前
者は微小立体３壁面で全反射する光束が少ないことや、
全反射した光束の角度あるいは進行方向が変化せず、ま
た後者は該界面で光束が全反射することができないため
である。

【００３５】上記微小立体３のシートの法線方向に対す
る傾斜角θ１は、微小立体３の頂部からシート内部に光
束を導入する方法により異なるが、通常１５〜４５度、
さらには２０〜４０度の範囲で調整される場合が多く、
光学シートの法線方向に垂直な断面において、微小立体
の断面形状が略台形状とする場合が多い。

【００３６】前記断面において、透明基板２に接する辺
を下底としたとき、シート内部に導入された光束を、効
率良く微小立体壁面で全反射させるためには、微小立体
３の高さｃは、微小立体３の上底ａの２倍以上であるこ
とが好ましく、さらには３倍以上、さらには３．５倍以
上であることが好ましい。これは、微小立体３の高さｃ
が前記範囲未満では、微小立体３の上底から入射する光
束を該界面で全反射することのできる割合が減り、光の
利用効率が低下するためである。

【００３７】また本発明の透明基板２の厚みは２００μ
ｍ以下とすることが好ましく、１５０μｍ以下とするこ
とがさらに好ましく、１００μｍ以下とすることがより
好ましい。これは、透明基板２の厚みが前記範囲を超え
ると、シート全体の厚みが厚くなりすぎるばかりか、微
小立体３の壁面で全反射した光束を含めて微小立体３の
上底から入射する光束が拡幅しすぎ、その光束を指向化
するために単位レンズ１の幅ｂが大きくなりすぎるため
である。さらに透明基板２の厚みは５μｍ以上、さらに
は１０μｍ以上であることが作業性などの点から好まし
い。

【００３８】このようなことや、機械的強度、透明性な
どの点から、本発明では透明基板としてプラスチックフ
ィルムが好ましく使用され、強度やハンドリング性の点
から２軸延伸フィルム、中でもポリエステルフィルムが
好ましく用いられる。

【００３９】また透明基板として用いるプラスチックフ
ィルムは、可視光に対して可能な限り透明で、濁りのな
いものが好ましいことは言うまでもない。

【００４０】本発明の単位レンズの幅ｂは３００μｍ以
下であることが精細性などの点から好ましく、さらには
２００μ以下、さらには１５０μｍ以下であることがよ
り好ましい。

【００４１】また、微小立体３の下底は、単位レンズ１
の幅ｂより小さいことが好ましい。このような設計とす
ることで、微小立体３の上底からシート内部に導入する
光束の大部分を対応する単位レンズ１に到達させること
ができ、光の利用効率が大幅に向上する。

【００４２】さらに本発明では、単位レンズ１のレンズ
形成面側から入射する平行光の集光点４は、微小立体３
の頂部より外側にある。これは該焦光点４が微小立体３
内部あるいは透明基板２内部に存在する場合、単位レン
ズ１から出射する光束の指向性が低下するためである。
さらに細かくは、該集光点４の、微小立体３の上底から
の距離は、微小立体上の底幅ａの１〜１０倍、さらに好
ましくは２〜６倍であるとき、微小立体３の頂部から入
射する光束を効率良く指向化できる。

【００４３】微小立体の上底幅ａは、微小立体３の上底
からシート内部に光束を導入する方法によりその最適範
囲は変化し、使用用途により適宜変更される。

【００４４】以上の構成とすることによって、本発明の
光学シートは、微小立体頂部から導入された光束を、効
率よくマイクロレンズを通して指向性の高い光束をシー
トの法線方向付近に出射することができるようになる。

【００４５】本発明において単位レンズの形状として
は、大きく分けて２種類ある。一つは、レンチキュラー
レンズのように円弧などの曲線を平行移動させた軌跡で
示される曲面を一方向に配列した１次元レンズ群であ
り、二つ目は矩型、三角形、六角形などの低面をもつド
ーム状の曲面を縦横に配列した２次元レンズ群である。

【００４６】１次元レンズ群の場合は、シート面内の一
方向の指向性が付与された光束を得ることができ、２次
元レンズ群の場合はシート面内の種々の方向について指
向性が付与された光束を得ることができる。

【００４７】なお、１次元レンズ群の場合、各単位レン
ズはシリンドリカルレンズになり、厳密に言えば一つの
点に集光されず、線状に集光されるので「集光点」を結
ばないが、ここでは慣例に従い集光される「線」を集光
点をいう。

【００４８】次に本発明の光学シートを構成する材料お
よび製法について説明する。

【００４９】まずマイクロレンズを構成する材料として
は、少なくとも可視光に透明な物質であれば特に限定さ
れるものではなく、ガラス、各種プラスチック材料など
が挙げられるが、加工性などの点からプラスチック材料
が好ましく使用される。該プラスチック材料としてはポ
リエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂およ
びこれらの混合物などが挙げられるが、これらに限定さ
れるものではなく、粘度などの取り扱い性、屈折率など
の光学特性などを考慮して適宜選択する。また、マイク
ロレンズが非常に微細である場合、紫外線硬化性樹脂も
好ましく用いられる。

【００５０】マイクロレンズ群を成形する方法として
は、金型による製造、フォトリソグラフィー法およびそ
の応用による製造などが挙げられるが、生産性等の点か
ら金型による製造が最も好ましい。このとき使用される
マイクロレンズ形成用材料として紫外線硬化型樹脂、熱
硬化型樹脂、熱可塑性樹脂など適宜選んで使用できる
が、短時間での硬化が可能で、設備面でも簡便である紫
外線硬化型樹脂を用いる方法が最も好ましい。

【００５１】本発明の微小立体を成形する方法として
は、求める形状が刻印された金型を用い、該金型に前記
樹脂を充填し、あらかじめ前記方法により形成したマイ
クロレンズ群のレンズ形成面とは反対側の面に、正確に
位置合わせして硬化せしめる方法が挙げられるが、この
方法は例えばマイクロレンズ群を構成する単位レンズの
配列ピッチが小さい場合、その位置合わせには限界があ
る。

【００５２】そこで本発明は、透明基板の片面に予め求
めるマイクロレンズ群を形成し、他方の面に硬化エネル
ギー線により硬化する透明な光硬化性樹脂を塗布または
積層し、マイクロレンズ群形成面側から硬化エネルギー
線を露光することで該樹脂組成物の単位レンズ集光領域
を中心とする微小立体形成部位に相当する部位を硬化せ
しめ、未硬化部分を溶解除去する方法を好ましく採用し
ている。

【００５３】本発明で微小立体成形用として好ましく使
用される光硬化性樹脂とは、少なくとも１個以上の官能
基を含有するモノマーおよび／またはプレポリマーを主
成分とするものであり、用いる硬化エネルギー線が紫外
線である場合には、該主成分の他に硬化エネルギー線を
照射することによりイオンまたはラジカルを発生する物
質、いわゆる光重合開始剤を添加することが重要であ
る。なお、主成分は、塗料全成分中に５０％以上含有す
る物質であることが好ましく、６０％以上含有する物質
であることがより好ましい。

【００５４】ここでいう官能基とは、ビニル基、カルボ
キシル基、水酸基などの反応性の原因となる原子団また
は結合様式をいうが、本発明は硬化エネルギー線を照射
して樹脂組成物を硬化せしめるという点から、アクリロ
イル基などのビニル基を有するものが硬化性などの点か
ら好ましく使用される。

【００５５】このようなアクリロイル基を有するモノマ
ーは、公知のものから適宜選んで使用でき特に限定され
るものではないが、代表例を挙げるなら２−エチルヘキ
シルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレー
ト、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、テトラヒド
ロフリールおよびその誘導体のアクリレートなどの単官
能のもの、ジシクロペンテニルアクリレート、１，３−
ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオー
ルジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリ
レート、ジエチレングリコールジアクリレート、ポリエ
チレングリコールジアクリレート、ヒドロキシピバリン
酸エステルネオペンチルグリコールおよびその誘導体の
ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレ
ート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレートな
どの２官能のもの、トリメチロールプロパントリアクリ
レート、ペンタエリストールトリアクリレート、ジペン
タエリストールヘキサアクリレートなどの３官能以上の
ものがある。

【００５６】上記モノマーの中でも３官能以下のもの
が、硬化後の膜硬度はＨＢ以下となるものが多く可撓性
が優れている、架橋密度が小さく低体積収縮率のものが
多く、耐カール性が優れているなどという点から好まし
く使用される。

【００５７】本発明では上記モノマーの他に、プレポリ
マーを前記モノマーと併用して使用する場合が多い。本
発明で使用されるプレポリマーもモノマー同様特に限定
されるものではないが、ポリエステルアクリレート、エ
ポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどで代表
されるものであり、低体積収縮、可撓性などの理由から
３官能以下、好ましくは２官能または３官能のものが使
用される。

【００５８】本発明でいう硬化エネルギー線とは可視光
線、紫外線、電子線などがあるが、樹脂の汎用性、作業
性、設備面の点から紫外線が最も好ましく適用される。

【００５９】硬化エネルギー線が紫外線の場合、上記モ
ノマー、プレポリマーの他に、紫外線を照射することに
より、イオンまたはラジカルを発生する物質、すなわち
光重合開始剤の添加をする。

【００６０】本発明で使用される光重合開始剤は特に限
定されるものではないが、代表例を挙げるならば、アセ
トフェノン系、ベンゾフェノン系、ミヒラーケトン系、
ベンジル系、ベンゾイン系、ベンゾインエーテル系、ベ
ンジルジメチルケタール系、ベンゾインベンゾエート
系、α−アシロキシムエステル系等のカルボニル化合
物、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサ
ントン類等の硫黄化合物、２，４，６−トリメチルベン
ゾイルジフェニルフォスフィンオキシド等の燐化合物等
が挙げられ、これら単独あるいは２種以上混合して使用
される。

【００６１】本発明において上記光重合開始剤の添加量
は、モノマーおよび／またはプレポリマー成分１００重
量部に対して、０．１〜２０重量部、さらには０．５〜
１５重量部であることが好ましい。光重合開始剤が前記
範囲未満では硬化性が低くなり、また前記範囲を超える
と硬化後ブリードアウトするという問題が起こるため好
ましくない。

【００６２】また本発明においては、樹脂組成物の硬化
前、硬化中さらには硬化後の樹脂あるいは硬化膜の物
性、特性を制御する目的で各種添加剤を使用してもよ
い。

【００６３】ここで硬化前の特性、物性を制御する物質
としては、塗料安定化剤（ゲル化防止、硬化防止）、増
粘剤（塗工性向上）などがある。

【００６４】また硬化中の特性を制御する物質として
は、光重合促進剤、吸光剤（両者とも硬化挙動の調整）
などがある。

【００６５】さらに硬化後の膜特性を制御する物質とし
て、可塑剤（可撓性の向上）、紫外線吸収剤（耐光性付
与）などがある。

【００６６】本発明の光学シートの、微小立体頂部から
光束をシート内部に導入する方法はいくつかあるが、中
でも透明な導光板上に該微小立体頂部を光学的に密着せ
しめ、該導光板側面に線状光源を配置し、該線状光源か
ら発せられ導光板内部に導入され全反射を繰り返して進
行する光束を、該密着部分からシート内部に取り込む方
法が好ましく適用される。この方法は、本発明の指向性
面状光源の原理であり、以下この指向性面状光源につい
て説明する。

【００６７】図３に本発明の光学シートの微小立体頂部
を透明な導光板状に光学的に密着させた、本発明の指向
性面状光源の一例を示し、図３を用いて本発明の指向性
面状光源について説明する。

【００６８】ここでいう導光板５とは、透明なプラスチ
ック板のことをいい、アクリル樹脂板、ポリカーボネー
ト板、エポキシ樹脂板などで代表されるものであり、導
光板５の形状は平板型、くさび型などに調整される場合
が多いが、光線経路調整のしやすさから本発明では平板
型のものが好ましく使用される。また、該導光板５の厚
みは１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下であることが、
薄型、軽量という点から好ましい。

【００６９】またここでいう線状光源６とは、特に限定
されるものではないが、冷陰極あるいは熱陰極の蛍光ラ
ンプ等が挙げられ、該蛍光ランプの周りを反射率の高い
反射板（リフレクタ）７で囲み、導光板５側面から内部
へ効率良く光束を入射させることが好ましい。本発明で
線状光源６の配置は少なくとも導光板５の１つの側面に
配置されていればよく、その配置位置は特に限定される
ものではないが、導光板５の１側面に配置する１側面配
置型、またその反対側の側面にも配置した平行２側面配
置型、さらには１側面とその側面に垂直した側面にも配
置したＬ字型２側面配置型、さらには全て（４側面）に
配置された４側面配置型などいずれでもよい。

【００７０】ここで線状光源６から発せられ導光板５の
側面から導光板５内部に侵入する光束のうち、導光板５
を構成する樹脂と周囲（基本的には空気）との屈折率差
に基づく臨界反射角を超える光束４４は、導光板５と空
気との界面で全反射を繰り返す。ここで臨界反射角θは
次式で求められる。

【００７１】θ＝ｓｉｎ^-1（ｎ１／ｎ２）ｎ１：周囲の屈折率（空気の場合１．０）ｎ２：導光板の屈折率この臨界反射角は導光板５を構成する材料、周囲の物質
によって変化し、例えば導光板５がアクリル樹脂（屈折
率＝１．４９）、周囲が空気である場合、臨界反射角θ
は約４２度となる。このような条件である場合、導光板
５内の光束のうち導光板５と空気との界面に当たる光束
の角度θ２が臨界反射角４２度を超える光束は全て全反
射し、導光板５表面が平滑でかつ平板状である場合、こ
のθ２が変化することはなく、導光板５内で全反射を繰
り返すこととなり、導光板１表面から光束が出射するこ
とはない。

【００７２】このようなことから、導光板５がアクリル
樹脂板の場合、導光板５内を進行する光束は導光板５の
法線方向に対して４２度〜９０度の角度で進行してお
り、また本発明者らによればその中でも４６〜６７度の
角度を有する光束が最も強い。しかしながら、導光板５
上に微小立体３が光学的に密着している場合、微小立体
３と導光板５の屈折率差が０に近くなり、導光板５内で
全反射を繰り返していた光束４４のうち、導光板５と微
小立体３の界面に当たる光束は全反射することができ
ず、図４のように微小立体３の頂部から光学シート内部
に光束２２として導入することができる。

【００７３】またこのシート内部に導入された光束２２
は、導光板の法線方向に対して比較的深い角度を有する
光束であり、この光束２２の殆どは前述した通り微小立
体３壁面で全反射をすることとなる。

【００７４】すなわち、本発明の指向性面状光源は図４
のように、導光板５上に光学シートの微小立体３の頂部
を密着させ、前記導光板５内で全反射を繰り返す光束１
１の一部を微小立体３内部に取り込み、このうち少なく
とも前記導光板５内を４６〜６７度の角度で進行する強
い光束を一度微小立体壁面で全反射させ、さらにこの全
反射した光束３３を個々の微小立体３に対応した単位レ
ンズ１により絞り込み導光板５表面から導光板の法線方
向に出射させるものである。

【００７５】本発明の光学シートが、微小立体頂部と透
明な導光板上に光学的に密着させたような指向性面状光
源として使用する場合、微小立体頂部と導光板との密着
した界面幅ａは、マイクロレンズの配列ピッチの１／２
０〜１／５とすることが好ましく、さらには３０μｍ以
下とすることが輝度斑を抑える点から好ましい。ここで
いう輝度斑とは、例えば導光板と微小立体の密着した界
面幅が前記範囲を超える場合、線状光源に近い部分の微
小立体により多くの光束が取り込まれ、線状光源が配置
された付近は極めて高い輝度が得られるが、線状光源か
ら遠ざかるにつれ、微小立体内部に取り込むことができ
る光量が減ってしまい、輝度が低下することをいう。し
かし、該幅が極端にせますぎると、輝度斑の発生は起こ
りにくくなるが、微小立体内部に取り込む光量が小さく
なり、全体の輝度が低下してしまうため、本発明では該
幅は１μｍ以上、さらには３μｍ以上とすることが好ま
しい。ここでいう「微小立体と導光板の密着した界面の
幅ａ」とは、線状光源に対し垂直な線における、微小立
体と導光板密着した界面の幅をいう。

【００７６】また、本発明の光学シートを面状光源用に
使用する場合、微小立体の傾斜角θ１は３０〜４０度に
調整することが好ましい。微小立体傾斜角をこのような
範囲とすることで、正面輝度、指向性が極めて高い指向
性面状光源が得られる。

【００７７】この傾斜角が調整された面は、線状光源と
平行になるように配置することが光利用効率の点から好
ましい。１つの側面あるいはその平行な面の２側面に線
状光源が配置された場合微小立体は１次元配列を形成さ
せ、線状光源が１つの側面とその垂直な面の２側面に配
置される場合や、３つあるいは４つの側面に配置される
場合は微小立体は２次元配列として形成させる。この２
次元配列とした場合、例えば線状光源が４つの面全てに
配置された場合は、微小立体の面全てに前記傾斜が付け
られる。

【００７８】さらに本発明の光学シートを面状光源用と
して使用したときの、微小立体頂部と導光板の密着部分
からの高さは、前記界面幅ａの２〜１０倍、さらには２
〜８倍に調整することが好ましい。該高さが前記範囲未
満であると、導光板から光学シート内部に入射する光束
を、微小立体壁面で全反射できる量が減ってしまい、光
利用効率が低下するため好ましくない。また前記範囲を
超えると、面状光源自体の厚みが厚くなりすぎるため好
ましくない。

【００７９】光学シートの微小立体部分のみを導光板表
面に密着させる方法としては各種粘着剤および／または
接着剤（以下、総称して「接着剤等」という）により貼
り付ける方法が適用できる。この場合、あらかじめ導光
板表面の全面に接着剤等を塗布しておき、光学シートを
貼り付ける方法や、光学シートの微小突起を粘着性およ
び／または接着性のある樹脂で構成しておく方法、ある
いは光学シートの微小突起部分のみに接着剤等を塗布し
て導光板に貼り付ける方法などが好ましく用いられる。

【００８０】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限られるものではない。

【００８１】［マイクロレンズの形成］塩素化ポリエス
テルのトリメチロールプロパントリアクリレート４０％
溶液（“エベクリル”４３４：ダイセル・ユーシービー
（株）製）８０重量部、ヒドロキシピバリン酸ネオペン
チルグリコールジアクリレート（“カヤラッド”ＨＸ２
２０：日本化薬（株）製）２０重量部に、光重合開始剤
として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケト
ン（“イルガキュアー”１８４：チバガイギー社製）２
重量部、光重合促進剤としてｐ−ジメチルアミノ安息香
酸エチルエステル（“カヤキュアー”ＥＰＡ：日本化薬
（株）製）０．５重量部を添加し、固形分が溶解するま
で攪拌しマイクロレンズ成形用紫外線硬化型樹脂組成物
を得た。

【００８２】次に求めるマイクロレンズ群形状が刻印さ
れた雌型金型を用意し、該金型に前記樹脂を充填、その
上にポリエステルフィルム（“ルミラー”Ｔ９０：東レ
（株）製）をのせ、紫外線を照射することにより該樹脂
を硬化せしめ、金型からフィルムを剥離することでマイ
クロレンズ群が形成されたシートを得た。なお得られた
シートのマイクロレンズのピッチおよび集光点距離、ポ
リエステルフィルムの厚みを表１に示した。

【００８３】［微小立体の成形］前記モノマー（“カヤ
ラッド”ＨＸ２２０）８０重量部、ウレタンアクリレー
ト系オリゴマー（“カヤラッド”ＵＸ４１０１：日本化
薬（株）製）２０重量部に前記光重合開始剤（“イルガ
キュアー”１８４）１重量部、同じく光重合促進剤
（“カヤキュアー”ＥＰＡ）０．２重量部、さらに光硬
化挙動を制御する目的でベンゾトリアゾール系紫外線吸
収剤（“チヌヴィン”ＰＳ：チバガイギー社製）１．５
重量部を添加し、固形分が溶解するまで攪拌することで
微小立体成形用の紫外線硬化型樹脂を得た。

【００８４】次に前記シートのマイクロレンズが形成さ
れた面の反対側の面に、求める微小立体の高さ分該樹脂
を塗布し、周囲を窒素置換後マイクロレンズ形成面側か
ら５５０ｍＪ／ｃｍ²の露光量で紫外線を照射し、マイ
クロレンズ集光部分に相当する該樹脂を硬化せしめ、未
硬化部分をメチルイソブチルケトンにより溶解除去する
ことで光学シートを得た。

【００８５】［形状］前記得られた光学シートの断面を
光学顕微鏡により観察し、微小立体の高さ、傾斜角、頂
部幅などの物性を測定し、結果を表１に示した。

【００８６】表１から、前記製造方法により本発明の光
学シートが得られていることがわかる。

【００８７】［指向性面状光源としての評価］透明な導
光板として厚み４ｍｍ、縦６７ｍｍ横８１ｍｍの平板状
の透明アクリル板の一つの表面に、前記光学シートの微
小立体頂部を光学的に密着させ本発明の指向性面状光源
用導光板を得た。

【００８８】また、従来の面状光源として、前記アクリ
ル板表面にマット加工を施した導光板上に拡散板をのせ
たものを比較例１、その上にさらにプリズムシートをの
せたものを比較例２として用意した。

【００８９】前記導光板の横２側面に周りを円筒上のリ
フレクターで囲んだ線状光源（１Ｗ蛍光ランプ使用）を
配置し他の側面には反射板を装着し、導光板の法線方向
を０度とし線状光源が配置された方向をプラス（＋）、
その反対側をマイナス（−）とし出射される光束の角度
別輝度を測定し、最大輝度が観察される角度（ピーク
角）、最大輝度、指向角を表２に示した。

【００９０】表２から本発明の指向性面状光源は、従来
の面状光源に比べ高い指向性を有し、また現在面状光源
の高輝度化、高指向化の手段として最も多く採用されて
いるプリズムシートを装着したものに比べ、極めて高い
指向性、正面輝度を有していることがわかる。

【００９１】

【表１】

【表２】

【００９２】

【発明の効果】従来の面状光源の消費電力をあげること
なく、導光板上に貼り付けるだけで効率的に光線を利用
でき、薄く、均一で高指向性、高正面輝度の面状光源が
得られる光学シートとその製造方法を提供することがで
き、このような面状光源は特に光拡散性シート（拡散板
やマイクロレンズアレイシート）を液晶表示装置に装着
することによって拡大された視野角をもつ液晶表示装置
の、正面輝度低下、表示コントラストの低下、画像のに
じみ等の問題を補償するために有効な指向性面状光源を
提供できる。

【００９３】さらには正面方向からの観察する場合が多
い液晶表示装置、例えばパソコン、カーナビ、ゲーム、
パチンコ向けの液晶表示装置に有効な低消費電力で正面
輝度の高いの指向性面状光源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学シートの一例を説明するための模
式図である。

【図２】本発明の光学シートの理想形状（物性）を説明
するための模式図である。

【図３】本発明の指向性面状光源の一例を説明するため
の模式図である。

【図４】本発明の指向性面状光源の一例を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１：単位レンズ２：透明基板３：微小立体４：単位レンズのレンズ形成面側から入射する平行光の
集光点５：導光板６：線状光源７：リフレクター１１：マイクロレンズ形成面側から入射する平行光２２：微小立体４からシート内に入射する深い角度の光
束３３：微小立体と空気との界面で全反射した光束４４：導光板内を進行する光束ａ：微小立体上底（頂部）幅ｂ：単位レンズ幅ｃ：微小立体高さｄ：透明基板厚みｅ：微小立体下底（底部）幅 θ１：微小立体傾斜角 θ２：導光板内を進行する光束の角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の片面が単位レンズが配列された
マイクロレンズ面であり、該透明基板を挟んで他の面に
個々のマイクロレンズに一対一で対応する微小立体の配
列が形成された光学シートであって、前記単位レンズの
マイクロレンズ面側から光学シートの法線方向に入射す
る平行光の集光点のレンズ配列面からの距離は、透明基
板厚みと微小立体高さの和以上であるとともに、該微小
立体が透明基板から高さ方向に対してその幅が狭くなる
形状であることを特徴とする光学シート。
【請求項２】前記微小立体の少なくとも１つの面が、透
明基板の法線方向に対して１５〜４５度の傾斜角を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】光学シートの法線方向に垂直な断面におい
て、前記微小立体の断面形状が略台形であり、該断面に
おいて前記透明基板に接する辺を下底としたとき、その
高さが上底の２倍以上であることを特徴とする請求項１
または２に記載の光学シート。
【請求項４】前記透明基板の厚みが２００μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光
学シート。
【請求項５】前記単位レンズの幅が３００μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光
学シート。
【請求項６】光学シートの法線方向に垂直な断面におい
て、前記微小立体の断面形状が略台形であり、該断面に
おいて前記透明基板に接する辺を下底としたとき、下底
の長さが対応する単位レンズ幅より狭いものであること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学シー
ト。
【請求項７】光学シートの法線方向に垂直な断面におい
て、前記微小立体の断面形状が略台形であり、該断面に
おいて前記透明基板に接する辺を下底としたとき、前記
単位レンズのマイクロレンズ面側から光学シートの法線
方向に入射する平行光の集光点の上底からの距離は、上
底長さの１．０〜１０倍であることを特徴とする請求項
１〜６のいずれかに記載の光学シート。
【請求項８】透明基板の片面に単位レンズが配列された
マイクロレンズ群を形成するとともに、該透明基板の反
対側の面に透明な硬化エネルギー線により硬化する樹脂
組成物を塗布または積層し、マイクロレンズ群が形成さ
れた面側から硬化エネルギー線を露光することにより、
上記樹脂組成物の単位レンズ集光領域を中心とする微小
立体形成部位に相当する部位を硬化せしめ、未硬化部分
を溶解除去することを特徴とする光学シートの製造方
法。
【請求項９】前記硬化エネルギー線により硬化する樹脂
組成物が、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請
求項８に記載の光学シートの製造方法。
【請求項１０】透明な導光板の側面に配された線状光源
から導光板内に導入した光束を、該導光板の少なくとも
１つの表面から出射させる構造の面状光源において、透
明基板の片面が単位レンズが配列されたマイクロレンズ
面であり、該透明基板を挟んで他の面に個々のマイクロ
レンズに一対一で対応する微小立体の配列が形成された
光学シートの前記微小立体の頂部を、前記導光板の表面
に光学的に密着させることによって、導光板内部を進行
していた光束を前記光学シート内に導入し、該光学シー
トの単位レンズにより光束の出射方向に指向性をもたせ
たことを特徴とする指向性面状光源。
【請求項１１】前記導光板と光学シートの微小立体頂部
との界面幅ａが、マイクロレンズ配列ピッチの１／２０
〜１／５であることを特徴とする請求項１０に記載の指
向性面状光源。
【請求項１２】前記微小立体の導光板と微小立体の頂部
との密着部分からの高さが、前記界面幅ａの２〜１０倍
であることを特徴とする請求項１１に記載の指向性面状
光源。