JPWO2017026062A1 - 光学シート、面光源装置および表示装置 - Google Patents

光学シート、面光源装置および表示装置 Download PDF

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Abstract

光学シート60は、基材層65とマット層70とプリズム層80とを含む。マット層は、第1光拡散粒子71、第2光拡散粒子72及びバインダー樹脂73を含む。第2光拡散粒子の屈折率n2は、バインダー樹脂の屈折率nb及び第1光拡散粒子の屈折率n1と異なる。第1光拡散粒子の平均粒径d1、第2光拡散粒子の平均粒径d2、並びに、マット層の第1光拡散粒子及び第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みtbが次の関係を満たす。d2< tb< d1

Description

本発明は、マット層及びプリズム層を有する光学シートに係り、とりわけ、ぎらつきの発生を効果的に防止することができる光学シートに関する。また、本発明は、ぎらつきの発生を効果的に防止することができる面光源装置および表示装置に関する。
光拡散粒子およびバインダー樹脂を含むマット層と、リニア配列された単位プリズムを含むプリズム層と、を有する光学シートが、種々の産業分野において広く用いられてきた(例えば、JP2000−338310A)。一例として、面状に光を発光する面光源装置に組み込まれて使用され得る。この面光源装置は、例えば、液晶表示パネルを背面側から照明するバックライトとして用いられ得る。この種の光学シートにおいて、プリズム層は、入射光の光軸の向きを補正する機能を果たす。一方、マット層は、光学シートからの出射光を拡散して、輝度角度分布をなめらかにして広視野角を付与するとともに輝点や欠点等の欠陥を隠蔽する機能を果たす。
ところが、光学シートのマット層が、画素配列を有した画像表示パネル(以下、表示パネルとも略称する)に対向するようにして、光学シートを配置した表示装置では、複数の色成分が粒状に多数視認される所謂「ぎらつき」と呼ばれる不具合が生じることが確認された。本件発明者が確認したところ、ぎらつきの発生は、高精細な配列ピッチで単位プリズムが配列された光学シート、とりわけ35μm以下の配列ピッチで単位プリズムが配列された光学シートで顕著となった。当然ながら、ぎらつきの発生は、表示画像の色再現性を直接的に低下させ、これにより、表示装置における表示品位を劣化させるものである。
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ぎらつきの発生を効果的に防止することができる光学シート、面光源装置および表示装置を提供することを目的とする。
本発明による光学シートは、
対向する一対の表面を有する光学シートであって、
シート状の基材層と、
第1光拡散粒子、第2光拡散粒子およびバインダー樹脂を含み、前記基材層の一方の側に設けられたマット層と、
一方向に配列された複数の単位プリズムであって、各々が前記一方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位プリズムを含み、前記基材層の他方の側に設けられたプリズム層と、を備え、
前記一対の表面のうちの一方が、前記マット層によるマット面として形成され、
前記一対の表面のうちの他方が、前記プリズム層の前記単位プリズムによるプリズム面として形成され、
前記第2光拡散粒子の屈折率は、前記バインダー樹脂の屈折率および前記第1光拡散粒子の屈折率と異なり、
前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、並びに、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みtが次の関係を満たす。
< t < d
本発明による光学シートにおいて、
前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みt、及び、前記一方向に沿った前記複数の単位プリズムの配列ピッチPが、次の関係を満たすようにしてもよい。
〔μm〕<t〔μm〕<d〔μm〕<P/2〔μm〕
本発明による光学シートにおいて、
各単位プリズムは、前記一方向の一側を向く第1面と、前記一方向の他側を向く第2面と、を含み、
前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みt、及び、前記第2面の前記一方向に沿った長さWbが、次の関係を満たすようにしてもよい。
〔μm〕<t〔μm〕<d〔μm〕<Wb〔μm〕
本発明による光学シートにおいて、
各単位プリズムは、前記一方向の一側を向く第1面と、前記一方向の他側を向く第2面と、を含み、
前記第2面は、前記一方向と前記基材層の法線方向との両方に平行な光学シートの主切断面において、前記一方向に対する傾斜角度が、前記基材層から最も離間した単位プリズムの先端部の側から、前記基材層に最も近接した単位プリズムの基端部の側へ向けて、しだいに大きくなるように配置された複数の要素面を含み、
前記第2光拡散粒子の平均粒径d、及び、一つの単位プリズムに含まれる複数の要素面の前記一方向に沿った長さのうちの最小値Wb2pminが、次の関係を満たすようにしてもよい。
〔μm〕<Wb2pmin〔μm〕
本発明による光学シートにおいて、前記第1光拡散粒子の屈折率n、前記第2光拡散粒子の屈折率n、並びに、前記バインダー樹脂の屈折率nが、次の関係を満たすようにしてもよい。
≦n<n
本発明による光学シートにおいて、前記マット層に含有される前記第1光拡散粒子の粒子数N、及び、前記マット層に含有される前記第2光拡散粒子の粒子数Nが、次の関係を満たすようにしてもよい。
50 ≦ (N/N) ≦ 200
本発明による光学シートにおいて、ヘイズ値が90%以上であるようにしてもよい。
本発明による光学シートにおいて、
前記光学シートは、表示パネルと重ねて用いられ、
前記マット層は、前記基材層の前記表示パネル側に位置していてもよい。
本発明による面光源装置は、
導光板と、
前記導光板の側方に配置された光源と、
前記導光板に前記プリズム層が対面するようにして配置された、上述した本発明による光学シートのいずれかと、を備える。
本発明による表示装置は、
上述した本発明による面光源装置のいずれかと、
前記面光源装置に対向して配置された表示パネルと、を備える。
本発明によれば、ぎらつきの発生を効果的に防止することができる。
図1は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、表示装置および面光源装置の概略構成を示す断面図である。 図2は、図1の面光源装置の作用を説明するための図である。 図3は、図1の面光源装置に組み込まれた導光板を出光面の側から示す斜視図である。 図4は、図1の面光源装置に組み込まれた導光板を裏面の側から示す斜視図である。 図5は、導光板の作用を説明するための図であって、図3のV−V線に沿った断面において導光板を示す図である。 図6は、図1の面光源装置に組み込まれた光学シートを示す斜視図である。 図7は、図6の光学シートをその主切断面において示す部分断面図である。 図8は、図6の光学シートのマット層を示す拡大断面図である。 図9は、図6の光学シートをその主切断面において示す部分断面図である。 図10は、光学シートの一変形例をその主切断面において示す部分断面図である。 図11は、光学シートの製造方法の一例を説明するための図である。 図12は、光学シートの製造方法の一例を説明するための図である。 図13は、面光源装置の発光面上での輝度の角度分布を示すグラフであって、反射シートの反射特性による輝度角度分布への影響を説明するための図である。 図14は、図1に対応する図であって、面光源装置の一変形例を説明するための図である。 図15は、図1に対応する図であって、面光源装置の他の変形例を説明するための図である。 図16は、光学シートの主切断面での単位プリズムの断面形状を示す図である。 図17は、サンプルとして作製された光学シートの主切断面での単位プリズムの断面形状を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
図1〜図13は本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち、図1は、液晶表示装置および面光源装置の概略構成を示す斜視図であり、図2は面光源装置の作用を説明するための断面図である。図3及び図4は面光源装置に含まれた導光板を示す斜視図であり、図5は導光板の主切断面において導光板を示す断面図である。図6は面光源装置に含まれた光学シートを示す斜視図であり、図7は主切断面において光学シートを示す断面図である。図11及び図12は、光学シートの製造方法の一例を説明するための図である。図13は、図1の面光源装置の発光面上で測定された輝度の角度分布を示すグラフである。
図1に示すように、表示装置10は、液晶表示パネル15と、液晶表示パネル15の背面側に配置され液晶表示パネル15を背面側から面状に照らす面光源装置20と、を備えている。表示装置10は、画像を表示する表示面11を有している。液晶表示パネル15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するシャッターとして機能し、表示面11に像を表示するように構成されている。
図示された液晶表示パネル15は、出光側に配置された上偏光板13と、入光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層セル12と、を有している。偏光板14,13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)に振動する直線偏光成分(例えば、P波)を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)に振動する直線偏光成分(例えば、S波)を吸収する機能を有している。
液晶層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、電界印加の有無によって液晶層12中の液晶分子の配向方向が変化するようになる。一例として、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は、電界印加された液晶層12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液晶層12を通過する際にその偏光方向を維持する。この場合、液晶層12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に振動する偏光成分が、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(液晶表示部)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得るようになっている。なお、液晶表示パネル15の詳細については、種々の公知文献(例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典(内田龍男、内池平樹監修)」2001年工業調査会発行)に記載されており、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
次に、面光源装置20について説明する。面光源装置20は、面状に光を発光する発光面21を有し、本実施の形態では、液晶表示パネル15を背面側から照明する装置として用いられている。
図1に示すように、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30と、導光板30の一方の側(図1に於いては左側)の側方に配置された光源24と、導光板30にそれぞれ対向して配置された光学シート(プリズムシート)60及び反射シート28と、を有している。図示された例では、光学シート60が、液晶表示パネル15に直面して配置されている。そして、光学シート60の出光面によって、発光面21が画成されている。
図示する例において、導光板30の出光面31は、液晶表示装置10の表示面11および面光源装置20の発光面21と同様に、平面視形状(図1に於いては、上方から見下ろして見た形状)が四角形形状に形成されている。この結果、導光板30は、全体的に、一対の主面(出光面31および裏面32)を有する相対的に厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状の部材として構成されており、一対の主面間に画成される側面は四つの面を含んでいる。同様に、光学シート60および反射シート28は、全体的に、相対的に厚み方向の辺が他の辺よりも小さい直方体状の部材として構成されている。
導光板30は、液晶表示パネル15側の一方の主面によって構成された出光面31と、出光面31に対向するもう一方の主面からなる裏面32と、出光面31および裏面32の間を延びる側面と、を有している。側面のうちの第1方向d1に対向する二つの面のうちの一方の側面が、入光面33をなしている。図1に示すように、入光面33に対面して光源24が設けられている。入光面33から導光板30内に入射した光は、第1方向(導光方向)dに沿って入光面33に対向する反対面34に向け、概ね第1方向(導光方向)dに沿って導光板30内を導光されるようになる。図1および図2に示すように、光学シート60は、導光板30の出光面31に対面するようにして配置され、反射シート28は、導光板30の裏面32に対面するようにして配置されている。
光源は、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯や、点状のLED(発光ダイオード)や白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施の形態において、光源24は、入光面33の長手方向(図1に於いては、紙面に直交する方向、即ち、紙面の表裏方向)に沿って、並べて配置された多数の点状発光体25、具体的には、多数の発光ダイオード(LED)によって、構成されている。なお、図3及び図4に示された導光板30には、光源24をなす多数の点状発光体25の配置位置が示されている。
反射シート28は、導光板30の裏面32から漏れ出した光を反射して、再び導光板30内に入射させるための部材である。反射シート28は、白色の散乱反射シート、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から、構成され得る。反射シート28での反射は、正反射(鏡面反射)でもよく、拡散反射でもよい。反射シート28での反射が拡散反射の場合には、当該拡散反射は、等方性拡散反射であってもよいし、異方性拡散反射であってもよい。
ところで、本明細書において、「出光側」とは、光源24、導光板30、光学シート60、液晶表示パネル15と、表示装置10の構成要素間を逆戻りすることなく進んで、表示装置10から出射して観察者へ向かう光の進行方向における下流側(観察者側、例えば図1における紙面の上側)のことであり、「入光側」とは、「出光側」とは、光源24、導光板30、光学シート60、液晶表示パネル15と、表示装置10の構成要素間を逆戻りすることなく進んで、表示装置10から出射して観察者へ向かう光の進行方向における上流側のことである。
また、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
さらに、本明細書において「シート面(板面、フィルム面)」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。そして、本実施の形態においては、導光板30の板面、導光板30の後述する基部40のシート面(板面)、光学シート60のシート面、反射シート28のシート面、液晶表示パネルのパネル面、表示装置10の表示面11、および、面光源装置20の発光面21は、互いに平行となっている。さらに、本明細書において「正面方向」とは、面光源装置20の発光面21への法線方向であり、本実施の形態においては、導光板30の板面への法線方向、光学シート60のシート面への法線方向、表示装置10の表示面11への法線方向等にも一致する(例えば、図2参照)。
次に、図2〜図5を主に参照して、導光板30についてさらに詳述する。図2〜図5によく示されているように、導光板30は、板状に形成された基部40と、基部40の一側の面(観察者側を向く面、出光側面)41上に形成された複数の単位光学要素50と、を有している。基部40は、一対の平行な主面を有する平板状の部材として構成されている。そして、反射シート28に対面している側に位置する基部40の他側の面42によって、導光板30の裏面32が構成されている。
なお、本明細書における「単位プリズム」、「単位形状要素」、「単位光学要素」および「単位レンズ」とは、屈折や反射等の光学的作用を光に及ぼして、当該光の進行方向を変化させる機能を有した要素のことを指し、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。
図4によく示されているように、導光板30の裏面32をなす基部40の他側面42は凹凸面として形成されている。具体的な構成として、基部40の他側面42の凹凸によって、裏面32が、傾斜面37と、導光板30の法線方向ndに延びる段差面38と、導光板30の板面方向に延びる接続面39と、を有している。導光板30内での導光は、導光板30の一対の主面31,32での全反射作用によっている。その一方で、傾斜面37は、入光面33側から反対面34側へ向かうにつれて出光面31に接近するよう、導光板30の板面に対して傾斜している。したがって、傾斜面37で反射した光については、一対の主面31,32に入射する際の入射角度は小さくなる。傾斜面37で反射することにより、一対の主面31,32への入射角度が全反射臨界角度未満になると、当該光は、導光板30から出射するようになる。すなわち、傾斜面37は、導光板30から光を取り出すための要素として機能する。
導光方向である第1方向dに沿った傾斜面37の分布を裏面32内で調節することにより、導光板30からの出射光量の第1方向dに沿った分布を調整することができる。図2〜図5に示された例では、導光方向に沿って入射面33から反対面34に接近するにつれて、裏面32うちの傾斜面37が占める割合が高くなっている。このような構成によれば、導光方向に沿って入射面33から離間した領域での導光板30からの光の出射が促進され、入射面33から離間するにつれて出射光量が低下してしまうことを効果的に防止することができる。
次に、基部40の一側の面41上に設けられた単位光学要素50について説明する。図34によく示されているように、複数の単位光学要素50は、第1方向d1に交差し且つ基部40の一側の面41と平行な配列方向(図3に於いては左右方向)に並べられて、基部40の一側の面41上に、配列されている。各単位光学要素50は、基部40の一側の面41上を、その配列方向と交差する方向(d方向)に線状に延びている。
とりわけ本実施の形態では、図3に示すように、複数の単位光学要素50は、基部40の一側の面41上に、第1方向dと直交する第2方向(配列方向)dに隙間無く並べて配列されている。したがって、導光板30の出光面31は、単位光学要素50の表面によってなされる傾斜面35,36として、構成されている。また、各単位光学要素50は、配列方向と直交する第1方向dに沿って、直線状に延びている。さらに、各単位光学要素50は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有するようになっている。また、本実施の形態において、複数の単位光学要素50は、互いに同一に構成されている。この結果、本実施の形態における導光板30は、第1方向dに沿った各位置において、一定の断面形状を有するようになっている。
次に、図5に示された断面、すなわち、単位光学要素の配列方向(第2方向)および基部40の一側面41(導光板30の板面)への法線方向ndの両方向に平行な断面(以下においては、単に「主切断面」とも呼ぶ)における、各単位光学要素50の断面形状について説明する。図5に示すように、図示された例において、導光板の主切断面における各単位光学要素50の断面形状は、出光側に向けて先細りしていく形状となっている。つまり、導光板の主切断面において、導光板30の板面と平行な単位光学要素50の幅は、導光板30の法線方向ndに沿って基部40から離間するにつれて小さくなっていく。
また、本実施の形態において、単位光学要素50の主切断面における外輪郭51(出光側面31に対応する)51は、当該外輪郭が基部40の一側面41に対してなす角度である出光面角度θaが、基部40から最も離間した単位光学要素50の外輪郭51上の先端部52aから基部40に最も接近した単位光学要素50の外輪郭51上の基端部52bへ向けて大きくなるよう、変化している。この出光面角度θaについては、例えば特開2013−51149に開示されたように設定することができる。
なお、ここでいう出光面角度θaとは、上述したように、導光板30の主切断面において、単位光学要素50の出光側面(外輪郭)51が基部40の一側面41に対してなす角度である。図5に示す例のように、単位光学要素50の主切断面における外輪郭(出光側面)51が折れ線状に形成されている場合には、折れ線を構成する各直線部と基部40の一側面41との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))が出光面角度θaとなる。一方、単位光学要素50の主切断面における外輪郭(出光側面)51が曲面によって構成される場合には、当該外輪郭への接線と基部40の一側面41との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))を、出光面角度θaとして特定することとする。
図5に示された一具体例としての単位光学要素50は、導光板30の主切断面において、基部40の一側面41上に一辺が位置するとともに外輪郭41上における先端部52aと各基端部52bとの間に二辺が位置する五角形形状、或いは、この五角形形状の一以上の角を面取りしてなる形状となっている。また、図示する例においては、正面方向輝度を効果的に上昇させること、および、第2方向dに沿った面内での輝度の角度分布に対称性を付与することを目的として、単位光学要素50の主切断面における断面形状は、正面方向ndを中心として、対称性を有している。すなわち、図5によく示されているように、各単位光学要素50の出光側面51は、正面方向を中心として対称的に構成された一対の折れ面35,36によって構成されている。一対の折れ面35,36は、互いに接続されて先端部52aを画成している。各折れ面35,36は、先端部52aを画成する第1面35a,36aと、第1面35a,36aへ基部40の側から接続する第2面35b,36bと、を有している。一対の第1傾斜面35a,36aは正面方向ndを中心として対称的な構成を有するとともに、一対の第2傾斜面35b,36bも正面方向ndを中心として対称的な構成を有している。
単位光学要素50の全体的な構成として、導光板30の主切断面における単位光学要素50の配列方向への幅Waに対する、導光板30の主切断面における単位光学要素50の基部40からの正面方向に沿った突出高さHaの比(Ha/Wa)が、0.3以上0.45以下となっていることが好ましい。このような単位光学要素50によれば、出光側面51での屈折および反射により、単位光学要素50の配列方向(第2方向)に沿った光の成分に対して優れた集光機能を発揮することが可能となり且つサイドローブの発生を効果的に抑制することも可能となる。
なお、本件明細書における「五角形形状」とは、厳密な意味での五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五角形形状を含む。また同様に、本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」および「対称」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。
ここで、導光板30の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素50の具体例として、幅Wa(図5参照)を10μm以上500μm以下とすることができる。一方、基部40の厚みは、0.3mm〜6mmとすることができる。
以上のような構成からなる導光板30は、基材上に単位光学要素50を賦型することにより、あるいは、押し出し成型により、作製することができる。導光板30の基部40及び単位光学要素50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、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ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。尚、必要に応じて、導光板30中に光を拡散させる機能をゆする拡散性分を添加することも出來る。拡散成分は、一例として、平均粒径が0.5〜100μm程度であるシリカ(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を、用いることができる。
電離放射線硬化型樹脂を基材上に硬化させることによって導光板30を作製する場合、単位光学要素50とともに、単位光学要素50と基材との間に位置するようになるシート状のランド部を、基材上に形成するようにしてもよい。この場合、基部40は、基材と電離放射線硬化型樹脂によって形成されたランド部とから構成されるようになる。また、基材として、光拡散粒子とともに押し出し成型された樹脂材料からなる板材を、用いることができる。一方、押し出し成型で作製された導光板30においては、基部40と、基部40の一側面41上の複数の単位光学要素50と、が一体的に形成され得る。
次に、図2、図6〜図10を主に参照して、光学シート(プリズムシート)60についてさらに詳述する。光学シート60は、透過光の進行方向を変化させる機能を有した部材であり、導光板30から入射する光の光軸の向きを補正する。
図6及び図7に示された光学シート60は、シート状の基材層65と、基材層65に一方の側から積層されたマット層70と、基材層65に他方の側から積層されたプリズム層80と、を有している。基材層65は、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂製フィルムから形成され、マット層70及びプリズム層80を支持する層として機能する。プリズム層80は、一方向に配列された複数の単位プリズム85を含んでいる。各単位プリズム85は前記一方向と交差する方向に線状に延びている。光学シート60は、一対の対向する主面を有している。光学シート60の一方の主面は、マット層70によるマット面70aとして形成されている。光学シート60の他方の主面は、プリズム層80によるプリズム面80aとして形成されている。図1及び図2に示すように、マット面70aが液晶表示パネル15の側を向き且つプリズム面80aが導光板30の側を向くよう、光学シート60が配置されている。また、単位プリズム85の配列方向が、上述した導光板30による導光方向である第1方向dと平行になっている。
マット層70は、第1光拡散粒子71、第2光拡散粒子72およびバインダー樹脂73を含んでいる。第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72は、マット層70内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る。第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72は、異なる材料からなっている。そして、第1光拡散粒子71の屈折率nは、第2光拡散粒子72の屈折率nと異なっている。また、第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72は、異なる粒径を有している。図7に示すように、第1光拡散粒子71の平均粒径d、第2光拡散粒子72の平均粒径d、及び、マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を横切らない位置での厚みtが次の関係(a)を満たすようになっている。
< t < d ・・・(a)
具体的な値として、第1光拡散粒子71の平均粒径dを3.5μm以上8.0μm以下とすることができ、第2光拡散粒子72の平均粒径dを0.8μm以上5.0μm以下とすることができ、マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を横切らない位置での厚みtを0.8μm以上7.5μm以下とすることができる。
光拡散粒子71,72の平均粒径d,d及びマット層70の厚みtが、以上の関係を満たすことに起因して、図7によく示されているように、マット層70のマット面70aは、バインダー樹脂73の厚みtよりも大きい粒径dを有した第1光拡散粒子71が存在する位置において、当該第1光拡散粒子71に対応して凸部が形成された凹凸面となっている。このような凹凸面としてのマット面70aは、隣接する空気層との界面において、光の進行方向を曲げる機能を発現する。すなわち、第1光拡散粒子71は、主として、マット面70aに凹凸を付与することにより、光拡散機能を発現することができる。
一方、図7によく示されているように、マット層70の厚みtよりも小さい粒径dを有した第2光拡散粒子72は、バインダー樹脂73内に埋没してしまう。したがって、第2光拡散粒子72は、バインダー樹脂73との収縮比率の相違に起因してわずかな凹凸を形成するものの、第1光拡散粒子71のように、強い光拡散機能を発現し得る凹凸面を積極的に形成することはない。ただし、第2光拡散粒子72の屈折率nは、バインダー樹脂73の屈折率nと異なる値を有している。すなわち、
>n 又は n<n
として、第2光拡散粒子72が、バインダー樹脂73との間で屈折率差を有した界面を形成することで、光拡散機能を発現することができる。
なお第1光拡散粒子71は、後述するように、光学シート60に凹凸面を付与することにより、光学シート60を他の部材と重ねた際に生じる不具合、例えば、干渉縞の発生、液体が染みこんでいるかのように観察される染み模様(「wet out」とも呼稱される)等の外観欠点の発生を目立たなくさせることを目的として設けられている。そして、ぎらつきを効果的に目立たなくさせる観点からは、第1光拡散粒子71が強い光拡散機能を発現しない方が良い。このため、マット層70に於ける光拡散機能は主としてマット層内部の第2光拡散粒子72とバインダー樹脂73との界面に担わせることが好ましい。第2光拡散粒子72がぎらつきを目立たなくさせること、並びに、後述する隠蔽機能を発揮すること、並びに、第2光拡散粒子71がぎらつきの発生を抑制しつつ外観欠点の発生を目立たなくさせることを実現する観点から、第1光拡散粒子71と第2光拡散粒子72との体積比率を、1:1〜1:10とすることが好ましく、さらには1:3〜1:10とすることが好ましい。また、2光拡散粒子72がぎらつきを目立たなくさせること、並びに、後述する隠蔽機能を発揮すること、並びに、第2光拡散粒子71がぎらつきの発生を抑制しつつ外観欠点の発生を目立たなくさせることを実現する観点から、第1光拡散粒子71の粒子数(一次粒子の個数)をNとして、第1光拡散粒子72の粒子数(一次粒子の個数)をNとすると、次の関係を満たすことが好ましい。
50 ≦ (N/N) ≦ 200
また、本発明に於いては第1光拡散粒子71には強い光拡散機能は担わせ無い設計思想である為、第1光拡散粒子71の屈折率nは、バインダー樹脂73の屈折率nと異なっていても良いが、同一となっていてもよい。即ち、
≧n 又は n≦nとなっていてもよい。
又、第1光拡散粒子71の屈折率nと第2光拡散粒子72の屈折率nとは異なる値、
>n 又は n<n
とすることが好ましい。
さらに、図8に示すように、マット層70のマット面70aは、第1光拡散粒子71に対応して凸部が形成された凹凸面となっている。このような凹凸面の凸部での光拡散機能は、図9及び図10を参照して後述するように、ぎらつきの原因となり得るレンズ効果を発現し得る。したがって、マット面70aの凸部での光拡散機能を低下させるため、空気層との界面を形成するバインダー樹脂73の屈折率nは、空気層との屈折率差を小さくするよう、1に近いことが好ましい。また、図8に示すように、マット面70aの凸部において、第1光拡散粒子71がバインダー樹脂73か露出することもある。したがって、第1光拡散粒子71の屈折率nも、バインダー樹脂73の屈折率nと同様に、空気層との屈折率差を小さくするよう、1に近いことが好ましい。
以上の観点、並びに、外観欠点の視認性低減效果の発現、及び材料の入手容易性の点からは、
≦n<n
とすることが好ましい。通常容易に入手可能な材料の範囲を考慮すると、各材料の屈折率n、n、nは、
=1.43〜1.60
=1.38〜2.20
=1.43〜1.60
程度とし、此の範囲内で且つ前記の各屈折率間の関係を満たすように選定することが好ましい。一例として、四捨五入より小数第2位までの数値として、n=1.49,n=1.59、n=1.51とすることができる。
なお、光拡散粒子71,72の粒径とは、光拡散粒子71,72の一次粒径のことであり、且つ、光拡散粒子71,72を球状の粒子と見立てたときにおける直径のことを意味している。光拡散粒子71,72の平均粒径は、例えば、精密粒度分布測定装置「コールターMultisizer」を用いたレーザー回折式粒度分布測定法によって測定され得る。また、マット層70中に分散している光拡散粒子71,72の平均粒径については、断面電子顕微鏡の画像から、画像処理ソフトウェア等を用いて測定される値とすることができる。
マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72は、アクリル系樹脂、シリコン(珪素)樹脂、弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン等の有機高分子からなる粒子、アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、螢石、氷晶石、弗化マグネシウム、酸化錫、酸化インジウム、ジルコニア、チタニア、酸化タングステン、等の金属化合物乃至無機物からなる粒子、気体を含有した多孔質物性の粒子等、種々の既知の粒子を用いることができる。また、光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72の形状は、図7に示された例のように球状である必要はなく、例えば回転楕円体形状や立方体、直方体、菱面体、正8面体、6角柱、12面体等の多面体形状等の種々の形状を有することができる。また、バインダー樹脂73としては、樹脂材料系として、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂系が用いられ、又硬化形態として、熱硬化型や電離放射線硬化型(これら硬化形態の樹脂は、熱硬化型樹脂や電離放射線硬化型樹脂とも呼称される)、或は熱可塑性樹脂からなる溶剤乾燥硬化型、加熱熔融冷却固化型等の硬化形態の既知の種々の樹脂材料が用いられ得る。
次に、光学シート60のプリズム層80について説明する。図6及び図7に示すように、プリズム層80は、基材層65上に形成されたシート状のランド部81と、ランド部81上に配列された多数の単位プリズム85と、を有している。ランド部81は、後述する製造方法に起因して形成されたものであり、単位プリズム85と同一の樹脂材料で一体的に形成されている。ランド部81の厚みは、通常、1〜10μm程度である。ただし、ランド部81は必須ではなく、ランド部81を設け無い(ランド部の厚みが0)形態としてもよい。但し、プリズム層80と基材層65との密着性の向上、プリズム層80の硬化收縮時の歪の緩和等の点からは厚み2〜8μm程度のランド部81を形成することが好ましい。
光学シート60の他方の側の表面をなすプリズム面80aは、単位プリズム85の表面、すなわちプリズム面を含んで形成されている。図6に示すように、単位プリズム85は、光学シート60のシート面と平行な配列方向に沿って配列されている。図示された形態において、単位プリズム85の配列方向は、上述した第1方向dと平行になっている。各単位プリズム85は、その配列方向と交差する方向に線状に延びている。とりわけ図示する例において、各単位プリズム85は、配列方向と直交する方向に沿って、直線状に延びている。図示された形態において、各単位プリズム85は、上述した第1方向dと直交する第2方向dに沿って、直線状に延びている。さらに、各単位プリズム85は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有するようになっている。また、複数の単位プリズム85は、互いに同一に構成され、ランド部81上に隙間をあけることなく並べられている。したがって、図示された光学シート60において、プリズム面80aは、単位プリズム85の表面86,87のみによって形成されている。
図7によく示されているように、各単位プリズム85は、単位プリズム85の配列方向、つまり第1方向dに沿って、光学シート60のシート面と平行な方向に互いに対向して配置された第1面86および第2面87を有するようになっている。各単位プリズム85の第1面86は、第1方向dにおける一側(図1および図2の紙面における左側)に位置し、第2面87は、第1方向dにおける他側(図1および図2の紙面における右側)に位置している。より詳細には、各単位プリズム85の第1面86は、第1方向dにおける光源24の側に位置し、各単位プリズム85の第2面87は、第1方向dにおける光源24から離間する側に位置している。そして、第1面86は、主として、第1方向dにおける一側に配置された光源24から導光板30内に進み、その後に導光板30から出射した光が、光学シート60へ入射する際の入射面として機能する。一方、第2面87は、光学シート60へ入射した光を反射して、当該光の光路を補正する機能を有する。
図7によく示されているように、第1面86および第2面87は、それぞれランド部81から延び出るとともに互いに接続されている。第1面86および第2面87がランド部81にそれぞれ接続する位置において、単位プリズム85の基端部88bが画成されている。また、第1面86及び第2面87が互いに接続する位置において、基材層65から最も入光側に突出した単位プリズム85の先端部(頂部であり稜線を構成する)88aが画成されている。
次に、図7に示された断面、すなわち、光学シート60(基材層65)の法線方向nd及び単位プリズム85の配列方向(第1方向d)の両方向に平行な断面(以下においては、単に「光学シートの主切断面」とも呼ぶ)における、各単位プリズム85の断面形状について説明する。図6及び図7に示すように、図示された例において、光学シートの主切断面における各単位プリズム85の断面形状は、入光側(導光板の側)に向けて先細りしていく形状となっている。つまり、主切断面において、光学シート60のシート面と平行な単位プリズム85の幅は、光学シート60の法線方向ndに沿って基材層65から離間するにつれて小さくなっていく。
図示された例において、光学シートの主切断面において単位プリズム85の外輪郭の一部をなす第2面87(プリズム面80aの一部をなす第2面87)が、光学シート60のシート面に対してなす角度を反射面角度θbとすると、単位プリズム85の反射面角度θbは、第2面87内において一定とはなっていない。図7に示すように、反射面角度θbは、第2面87内において、基材層65から最も離間した当該単位プリズム85の先端部88aから基材層65に最も接近した当該単位プリズム60の基端部88bへ向けて、大きくなるように変化する。図7示すように、このような単位プリズム60によれば、第2面87のうちの、正面方向ndに対する傾斜角度が比較的小さくなる方向に進む比較的に立ち上がった光L71が主として入射するようになる基端部88b側の領域、並びに、正面方向ndに対する傾斜角度が非常に大きくなる方向に進む比較的に寝た光L72が主として入射するようになる先端部88a側の領域の両方において、優れた集光機能を確保することができる。
具体的な構成として、図示された本実施の形態では、単位プリズム85の第2面87の輪郭は、光学シートの主切断面において、直線部をつなぎ合わせてなる、或いは、直線部をつなぎ合わせるとともにつなぎ目を面取りしてなる形状を有している。言い換えると、単位プリズム85の第2面87の外輪郭は、折れ線状に、或いは、折れ線の角部を面取りしてなる形状に、形成されている。より具体的には、第2面87は、先端部88aを画成する第1部分(第1要素面)87aと、第1部分87aに基材層65の側から隣接する第2部分(第2要素面)87bと、を有している。そして、第2部分87bの反射面角度θbが、第1部分87aでの反射面角度θbよりも大きくなっている。
また、別の例として、図10に示された例では、第2面87は、先端部88aを画成する第1部分(第1要素面)87aと、第1部分87aに基材層65の側から隣接する第2部分(第2要素面)87bと、第2部分87bに基材層65の側から隣接する第3部分(第3要素面)87cと、を有している。そして、第3部分87cの反射面角度θbが、第2部分87bでの反射面角度θbよりも大きくなっており、且つ、第2部分87bの反射面角度θbが、第1部分87aでの反射面角度θbよりも大きくなっている。
なお、第2面87は、図9及び図10に示された例に限られず、四以上の要素面を有するようにしてもよい。
ここで、反射面角度θbとは、上述したように、光学シートの主切断面において、単位プリズム60の第2面87が光学シート60のシート面(基材層65のシート面)に対してなす角度である。図7に示す例のように、単位プリズム85の主切断面における第2面87が折れ線状に形成されている場合には、折れ線を構成する各直線部と光学シートのシート面との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))が反射面角度θbとなる。一方、単位プリズム85の主切断面における第2面87が曲面によって構成される場合には、当該外輪郭への接線と光学シートのシート面との間に形成される角度(厳密には、形成される二つの角のうちの小さい方の角度(劣角の角度))を、反射面角度θbとして特定することとする。
以上のような構成を有した光学シート60において、光学シートの主切断面における単位プリズム85の配列方向dに沿った単位プリズム85の底面の幅Wb(図7)に対する、光学シートの主切断面において光学シートの法線方向ndに沿った単位プリズム85の高さHbの比(Hb/Wb)の大きさが、当該光学シート60の集光性および拡散性に影響を与える。この単位プリズム85の第2面87の幅Wbに対する単位プリズム85の高さHbの比(Hb/Wb)は、0.55以上0.90以下となっていることが好ましく、0.75以上0.85以下となっていることがより好ましい。また、第2面87の第1部分87aでの反射面角度θbを45°以上60°以下とすることができ、第2面87の第2部分87bでの反射面角度θbを50°以上70°以下とすることができる。さらに、単位プリズム85の一辺に対する当該単位プリズム85の頂角の角度θc(図7参照)は、当該光学シート60の主切断面において、鋭角となっており、典型的には60°以上80°以下とすることができる。
尚、底面の幅Wbは、図7の如く、隣接する各単位プリズム85同士の間に空隙部を介さずに配列している場合は、単位プリズムの配列ピッチPと一致する(図17参照)。
また、光学シート60のその他の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、以上のような構成からなる単位プリズム85の具体例として、単位プリズム85の配列ピッチP(図示された例では、単位プリズム85の幅Wbに相当)を10μm以上200μm以下とすることができる。また、光学シート60のシート面への法線方向ndに沿ったランド部81からの単位プリズム85の突出高さHbを5.5μm以上180μm以下とすることができる。ただし、昨今においては、単位プリズム85の配列の高精細化が急速に進んでおり、単位プリズム85の配列ピッチPを10μm以上35μm以下とすることが好ましい。
また、ぎらつきを効果的に目立たなくさせる等の観点から、第1光拡散粒子71の平均粒径dおよび第2光拡散粒子72の平均粒径dは、単位プリズム85の配列ピッチPに対して適正な範囲に調整する。具体的な条件として、次の関係(s1)を満たすことが好ましく、関係(s2)又は関係(s3)を満たすことがより好ましい。なお関係(s3)におけるWbは、単位プリズムの配列方向dに沿った第2面87の長さのことであり、言い換えると、単位プリズムの配列方向dに直交する方向(図示された例では正面方向nd)に投影された第2面87の長さのことである(図7参照)。
< t < d < P/2 ・・・(s1)
< t < d < P/3 ・・・(s2)
< t < d < Wb・・・(s3)
さらに、単位プリズム85の配列ピッチPが10μm以上35μm以下である場合、次の関係(s4)及び関係(s5)が両立されていることが好ましい。関係(s4)及び関係(s5)の両方が満たされている場合、上述した他の不具合を引き起こすことなく条件(s1)〜(s3)を満たし得る光学シート60を確保することが可能となる。
+1〔μm〕 ≦ d〔μm〕 ≦ 10〔μm〕 ・・・(s4)
0.78〔μm〕 ≦ d〔μm〕 ・・・(s5)
ところで、本件発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以上に説明した光学シート60の表面硬度に関連して、次の条件が満たされることが好ましいことが確認された。次の条件を(d)〜(f)を満たす場合には、表示装置10に適用されるプリズム層80及びマット層70を有した光学シート60において、プリズム面80aまたはマット面70aへの欠陥の発生を効果的に防止することができた。
Hp < Hm ・・・(d)
HB ≦ Hm ≦ 2H ・・・(e)
B ≦ Hp ≦ HB ・・・(f)
ここで、Hpは、JIS K5600−5−4(1999年)に準拠して測定(荷重750g、速度1mm/s)されたプリズム面80aの鉛筆硬度Hpであり、Hmは、JIS K5600−5−4(1999年)に準拠して測定(荷重750g、速度1mm/s)されたマット面70aの鉛筆硬度である。
尚、此処で、鉛筆硬度の大小関係は硬度が高い方を大と定義する。即ち、「B<HB<F<H<2H」となる
上述した光学シート60は、面光源装置等の最終的な装置にアセンブリされる前、積み重ねられた状態にて或いは巻き取られた状態にて、保管や搬送等の取り扱いを受ける。すなわち、光学シート60は、そのプリズム面80aが、他の光学シート60のマット面70a又は同一の光学シート60の他の部分におけるマット面70aと接触した状態で、取り扱われるようになる。そしてこの取り扱い中、プリズム面80a及びマット面70aに擦り傷が発生してしまう可能性がある。擦り傷は、輝点や欠点等の欠陥の原因となる。とりわけ、小型の表示装置に適用される微細な単位プリズム85を有した光学シート60については、この不具合がより目立ちやすくなることが確認された。
アッセンブリ前に形成される擦り傷の対処法として、対面するプリズム面80aとマット面70aとの間に保護フィルムを挿入することが挙げられる。しかしながら、保護フィルムは、光学シート60の製造コストを直接的に増加させる。また、光学シート60の荷造り中に保護フィルムを挿入する手間が増えるだけでなく、光学シート60を使用する際にも、この保護フィルムの廃棄等にともなった作業を強いられる。
これに対して、本件発明者が鋭意研究を重ねたところ、上述した条件を(d)、(e)及び(f)を満たす場合には、小型の表示装置に適用される微細な単位プリズム85を有した光学シート60においても、光学シート60のアッセンブリ前での取り扱い中に、プリズム面80aまたはマット面70aに傷が発生することを効果的に防止することができた。
条件(d)として、マット層70の鉛筆硬度Hmをプリズム層80の鉛筆硬度Hp以上とするのは、マット層70のマット面70aが、単位プリズム85の頂角によって傷付けられることを防止する観点からである。マット面70aの鉛筆硬度Hmがプリズム面80aの鉛筆硬度Hp未満になると、プリズム面80aと比較して、マット面70aに傷が発生しやすくなる。一方、条件(d)が満たされる場合、プリズム面80aは外力が加えられた時は変形し外力から開放された時は元に戻る様に軟らかくなり、プリズム面80aの傷付きを防止することができる。
また、アッセンブリ前に生じる傷とは無関係であるが、マット面70aは、アッセンブリされた後の使用中にマット層70の十分な拡散機能を維持する観点や隣接する他の部材との光学密着を回避する観点から、変形し難く形成されていることが好ましい。加えて、マット面70aにおける凹凸の凸部は、光拡散粒子71に起因して点状突出部として形成される。とりわけ、ここで説明した光学シート60では、大粒径の第1光拡散粒子71と小粒径の第2光拡散粒子72とがバインダー樹脂73b内に分散し、且つ、主として第1光拡散粒子71が、マット面70aの凸部を離散的に形成するようになる。したがって、プリズム面80aをなす単位プリズム85の稜線と比較して、マット層70の第1光拡散粒子71が配置されている部分において、応力集中をより顕著に引き起こす。この応力集中に耐えるためにも、条件(d)として、マット層70の鉛筆硬度Hmをプリズム層80の鉛筆硬度Hp以上となっていることが好ましい。
また、プリズム面80aでの鉛筆硬度Hpが「HB」よりも高いと、一枚の光学シート60(シート材11)を巻き採る際、または、多数の光学シート60を積み重ねる際、プリズム面80aがマット面70aを傷付けてしまう可能性がある。同様に、マット面70aでの鉛筆硬度Hmが「2H」よりも高いと、一枚の光学シート60(シート材11)を巻き採る際、または、多数の光学シート60を積み重ねる際、マット面70aがプリズム面80aを傷付けてしまう可能性がある。
さらに、プリズム面80aでの鉛筆硬度Hpが「B」よりも低いと、一枚の光学シート60(シート材11)を巻き採る際、または、多数の光学シート60を積み重ねる際、保護フィルムを設ける必要が生じる。すなわち、保護フィルムを排除する観点から、条件(f)が満たされる必要がある。同様に、マット面70aでの鉛筆硬度Hmが「HB」よりも低いと、一枚の光学シート60(シート材11)を巻き採る際、または、多数の光学シート60を積み重ねる際、保護フィルムを設ける必要が生じる。
以上のことから、光学シート60において、条件(d)〜(f)が満たされることが好ましい。
次に以上のような構成からなる光学シート60の製造方法の一例について説明する。
以下に説明する光学シートの製造方法は、基材層65をなすようになる樹脂製フィルム66上にマット層70を形成する工程と、樹脂製フィルム66上にプリズム層80を形成する工程と、を有している。以下、各工程について、各工程で用いられる装置とともに説明していく。
まず、樹脂製フィルム66上にマット層70を形成する工程について、主に図11を参照しながら説明する。
この工程では、図11に示されたマット層形成装置160が使用される。マット層形成装置160は、第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を含んだ樹脂材料74を樹脂製フィルム66に塗布する塗布装置162と、樹脂製フィルム66上に塗布された樹脂材料74を硬化させる硬化装置164と、を有している。塗布装置162として、図11に於いては、Tダイ型ノズルから液状樹脂材料を吐出する形式のコーターを用いているが、其の他、コンマコーター、ロールコーター、グラビアロールコーター、バーコーター等の種々の既知なコーターも用いられ得る。また、硬化装置164は、塗布装置162から塗布される樹脂材料74の硬化特性に応じて適宜構成され得る。
帯状に延びる樹脂製フィルム66が、マット層形成装置160に供給されると、マット層形成装置160の塗布装置162から、第1及び第2光拡散粒子71,72を含んだ樹脂材料74が、樹脂製フィルム66の一方の面(図11においては上側面)に塗布される。塗布された樹脂材料74は、樹脂製フィルム66上を延び広がる。この樹脂性フィルム66は、最終的には光学シート60の基材層65をなすようになり、一例として、機械的特性(強度等)、化学的特性(安定性等)および光学的特性(光透過性等)が良好であるとともに安価に入手可能な厚さ30〜250μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムとすることができる。
塗布装置162から供給される樹脂材料74は、マット層70のバインダー樹脂73を形成するようになる。この樹脂材料74としては、熱硬化型や電離放射線硬化型の種々の既知な樹脂材料を用いることができる。また、樹脂材料74中に分散された第1及び第2光拡散粒子71,72も、上述したように、種々の既知な材料からなり種々の既知な形状を有した粒子を用いることができる。以下に示す例においては、塗布装置162から電離放射線硬化型樹脂が供給される例について説明する。電離放射線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線(UV)を照射されることにより硬化するUV硬化型樹脂や、電子線(EB)を照射されることによって硬化するEB硬化型樹脂を選択することができる。
第1及び第2光拡散粒子71,72が分散している電離放射線硬化型樹脂材料74を塗布された樹脂製フィルム66は、硬化装置164に対向する位置を通過する。このとき、硬化装置164からは、電離放射線硬化型樹脂材料74の硬化特性に応じた電離放射線が放射されている。したがって、樹脂製フィルム66上に塗布された電離放射線硬化型樹脂材料74は、電離放射線を照射され、硬化する。この結果、硬化した電離放射線硬化型樹脂材料74からなるバインダー樹脂73と、電離放射線硬化型樹脂材料74内に分散されていた第1及び第2光拡散粒子71,72と、からなるマット層70が樹脂製フィルム66上に形成される。
次に、樹脂製フィルム66のマット層70が形成された側とは反対の側にプリズム層80を形成する工程について、主に図12を参照しながら説明する。この工程では、図12に示されたプリズム層形成装置150が使用される。
最初にプリズム層形成装置150について説明する。図12に示すように、プリズム層形成装置150は、略円柱状の外輪郭を有した成型用型152を有している。成型用型152の円柱の外周面(側面)に該当する部分に円筒状の型面(凹凸面)152aが形成されている。円柱状からなる成型用型152は、円柱の外周面の中心を通過する中心軸線CA、言い換えると、円柱の横断面の中心を通過する中心軸線CAを有している。型面152aには、光学シート60の単位プリズム85に対応する凹部(図示せず)が形成されている。すなわち、成型用型152は、中心軸線CAを回転軸線として回転しながら、プリズム層80を成型するロール型として構成されている。
図12に示すように、プリズム層形成装置150は、供給される帯状の樹脂製フィルム66と成型用型152の型面152aとの間に流動性を有した樹脂材料83を供給する材料供給装置154と、樹脂製フィルム66と成型用型152の凹凸面152aとの間の材料83を硬化させる硬化装置156と、をさらに有している。硬化装置156は、硬化対象となる材料83の硬化特性に応じて適宜構成され得る。
次に、このプリズム層形成装置150を用いてプリズム層80を成型する方法について説明する。まず、マット層70を形成された帯状に延びる樹脂製フィルム66が、マット層形成装置160からプリズム層形成装置150に供給される。供給された樹脂製フィルム66は、図12に示すように、左方から成型用型152へと送り込まれ、成型用型152と一対のローラ158とによって、型152の凹凸面152aと対向するようにして保持されるようになる。なお、樹脂製フィルム66のうちのマット層70が形成されていない側が、型152に対面するようになる。
また、図12に示すように、樹脂製フィルム66の供給にともない、樹脂製フィルム66と成型用型152の型面152aとの間に、材料供給装置154から流動性を有する樹脂材料83が供給される。この材料83は、単位プリズム85およびランド部81を形成するようになる。ここで、「流動性を有する」とは、成型用型152の型面152aへ供給された材料83が、型面152aの凹部(図示せず)内に入り込み得る程度の流動性を有することを意味する。
供給される材料83としては、成型に用いられ得る種々の既知な材料を用いることができる。以下に示す例においては、材料供給装置154からアクリレート系の電離放射線硬化型樹脂が供給される例について説明する。電離放射線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線(UV)を照射されることにより硬化するUV硬化型樹脂や、電子線(EB)を照射されることによって硬化するEB硬化型樹脂を選択することができる。
その後、成型用基材としての樹脂製フィルム66は、型152の型面152aとの間を電離放射線硬化型樹脂によって満たされた状態で、硬化装置156に対向する位置を通過する。このとき、硬化装置156からは、樹脂材料としての電離放射線硬化型樹脂83の硬化特性に応じた電離放射線が放射されており、電離放射線はマット層70及び樹脂製フィルム66を透過して電離放射線硬化型樹脂83に照射される。電離放射線硬化型樹脂83が紫外線硬化型樹脂の場合には、硬化装置156は、例えば、高圧水銀燈等の紫外線照射装置とする。この結果、型面152aと樹脂製フィルム66との間に充填されている電離放射線硬化型樹脂83が硬化して、硬化した電離放射線硬化型樹脂83からなり単位プリズム85およびランド部81を含むプリズム層80が樹脂製フィルム66上に形成されるようになる。
その後、図12に示すように、樹脂製フィルム66が型152から離間し、これにともなって、型面152aの凹部内に成型された単位プリズム85が、型152と樹脂製フィルム66との間に位置するランド部81とともに図12中における右方のローラ158の位置にて型152から引き離される。なお、このような成型方法においては、ランド部81が存在することによって、成型された単位プリズム85が、離型時に、型152の凹部内に部分的に残留してしまうことを効果的に防止することができる。
以上のようにして、ロール型として構成された成型用型152がその中心軸線CAを中心として一回転している間に、流動性を有した樹脂材料83を型152内に供給する工程と、型152内に供給された樹脂材料83を型152内で硬化させる工程と、硬化した樹脂材料83を型152から抜く工程と、が型152の型面152a上において順次実施されていき、プリズム層80が成型される。
以上のようにして、樹脂製フィルム66からなる基材層65と、基材層65の一方の側に形成されたマット層70と、基材層65の他方の側に形成されたプリズム層80と、を有する光学シート60が作製される。なお、上述した例とは異なり、プリズム層80が樹脂製フィルム66上に先に形成され、次に、マット層70が樹脂製フィルム66上に形成されるようにしてもよい。
次に、以上のような構成からなる表示装置10の作用について説明する。
まず、図1及び図2に示すように、光源24をなす発光体25で発光された光は、入光面33を介し、導光板30に入射する。図2に示すように、導光板30へ入射した光L21,L22は、導光板30の出光面31および裏面32において、反射、とりわけ導光板30をなす材料と空気との屈折率差に起因して全反射を繰り返し、導光板30の入光面33と反対面34とを結ぶ第1方向(導光方向)dへ進んでいく。
導光板30の裏面32は、入光面33から反対面34に向かうにつれて、出光面31に対して接近するように傾斜した傾斜面37を有している。傾斜面37は段差面38及び接続面39を介して連結されている。このうち段差面38は、導光板30の板面の法線方向ndに延びている。したがって、導光板30内を入光面30cの側から反対面30dの側へと進む光の殆どは、裏面32のうち、段差面38に入射することなく、傾斜面37又は接続面39にて反射するようになる。そして、裏面32のうちの傾斜面37で反射すると、図2に示された断面における当該光の進行方向は、導光板30の板面に対する傾斜角度を増大させる。すなわち、裏面32のうちの傾斜面37で反射すると、以降における、当該光の出光面31及び裏面32への入射角度が小さくなる。したがって、導光板30内を進む光の出光面31及び裏面32への入射角度は、裏面32のうちの傾斜面37での一以上の反射によって、次第に小さくなっていき、全反射臨界角未満となる。この場合、当該光は、導光板30の出光面31および裏面32から、出射し得るようになる。出光面31から出射した光L21,L22は、導光板30の出光側に配置された光学シート60へと向かう。一方、裏面32から出射した光は、導光板30の背面に配置された反射シート28で反射され再び導光板30内に入射して導光板30内を進むことになる。
とりわけ、図示された例においては、導光方向に沿って入射面33から反対面34に接近するにつれて、裏面32うちの傾斜面37が占める割合が高くなっている。これにより、出射光量が少なくなってしまう傾向がある入光面33から離間した領域において、導光板30の出光面31からの出射光量を十分に確保し、導光方向に沿った出射光量の均一化を図ることができる。
ところで、図示する導光板30の出光面31は複数の単位光学要素50によって構成され、各単位光学要素50の主切断面における断面形状は、正面方向を中心として対称的に配置された五角形形状または当該五角形形状の一以上の角を面取りしてなる形状となっている。より詳細には上述したように、導光板30の出光面31は、導光板30の裏面32に対して傾斜した折れ面として、構成されている(図5参照)。この折れ面は、基部40の出光側面41への法線方向ndを挟んで互いに逆側に傾斜した傾斜面35,36となっている。そして、この傾斜面35,36で全反射して導光板30内を進む光およびこの傾斜面35,36を通過して導光板30から出射する光は、この傾斜面35,36から、以下に説明する作用を及ぼされるようになる。まず、傾斜面35,36で全反射して導光板30内を進む光に対して及ぼされる作用について説明する。
図5には、出光面31および裏面32において全反射を繰り返しながら導光板30内を進む光L51,L52の光路が、導光板の主切断面内に示されている。上述したように、導光板30の出光面31をなす傾斜面35,36は、基部40の出光側面41への法線方向ndを挟んで互いに逆側に傾斜した二種類の面を含んでいる。また、互いに逆側に傾斜した二種類の傾斜面35,36は、第2方向dに沿って、交互に並べられている。そして、図5に示すように、導光板30内を出光面31に向けて進み出光面31に入射する光L51,L52は、多くの場合、二種類の傾斜面35,36のうちの、導光板の主切断面において基部40の出光側面41への法線方向ndを基準として当該光の進行方向とは逆側に傾斜した傾斜面へ入射する。
この結果、図5に示すように、導光板30内を進む光L51,L52は、出光面31の傾斜面35,36で全反射する多くの場合、第2方向dに沿った成分を低減されるようになり、さらには、主切断面においてその進行方向は正面方向ndを中心として逆側に向くようにもなる。このようにして、導光板30の出光面31をなす傾斜面35,36によって、ある発光点で放射状に発光された光が、そのまま第2方向dに拡がり続けることが規制される。すなわち、光源24の発光体25から第1方向dに対して大きく傾斜した方向に発光され導光板30内に入射した光も、第2方向dへの移動を規制されながら、主として第1方向dへ進むようになる。これにより、導光板30の出光面31から出射する光の第2方向dに沿った光量分布を、光源24の構成(例えば、発光体25の配列)や、発光体25の出力によって、調節するといったことが可能となる。
次に、出光面31を通過して導光板30から出射する光に対して及ぼされる作用について説明する。図5に示すように、出光面31を介し導光板30から出射する光L51,L52は、導光板30の出光面31をなす単位光学要素50の出光側面において屈折する。この屈折により、主切断面において正面方向ndから傾斜した方向に進む光L51,L52の進行方向(出射方向)は、主として、導光板30内を通過している際における光の進行方向と比較して、正面方向ndに対してなす角度が小さくなるように、曲げられる。このような作用により、単位光学要素50は、導光方向と直交する第2方向dに沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向nd側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素50は、導光方向と直交する第2方向dに沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。このようにして、導光板30から出射する光の出射角度は、導光板30の単位光学要素50の配列方向と平行な面内において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。
以上のようにして、導光板30から出射する光の出射角度は、導光板30の単位光学要素50の配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。その一方で、導光板30から出射する光の出射角度は、それまで、導光板30内を主として第1方向dに進んでいたことに起因して、図2に示すように、第1方向(導光方向)dと平行な面において、正面方向ndから比較的大きく傾斜した比較的に大きな出射角度θkとなる。具体的には、導光板30から出射する光の第1方向成分dの出射角度(出射光の第1方向成分と導光板30の板面への法線方向ndとがなす角度θk(図2参照))は、比較的大きな角度となる狭い角度範囲内に偏る、傾向がある。例えば、既に説明したように、上述の例示の形状および寸法からなる導光板30では、導光板30の板面への法線方向ndに対して65°以上80°以下(さらには65°以上75°以下)の範囲にピーク輝度が発生するように設定することができる。
導光板30から出射した光は、その後、光学シート60へ入射する。上述したように、この光学シート60は、導光板30の側へ向けて先端部88aが突出する単位プリズム85を有している。図2によく示されているように、単位プリズム85の長手方向は、導光板30による導光方向(第1方向)dと交差する方向、とりわけ本実施の形態では導光方向と直交する第2方向dと、平行になっている。
この結果、第1方向dにおける一側(図2の紙面における左側)に配置された光源24で発光され導光板30を介して光学シート30へ向かう光L21,L22は、互いに接続された第1面86および第2面87のうちの、第1方向dにおける光源24側の一側に位置する第1面86を介して単位プリズム85へ入射する。図2に示すように、この光L21,L22は、その後、第1方向d1における光源とは反対側の他側(図2の紙面における右側)に位置する第2面87で全反射してその進行方向を変化させるようになる。
そして、単位プリズム85の第2面87での全反射により、図2の主切断面(第1方向(導光方向)dと正面方向ndとの両方向に平行な断面)において正面方向ndから傾斜した方向に進む光L21,L22は、その進行方向が正面方向ndに対してなす角度が小さくなるように、曲げられる。このような作用により、単位プリズム85は、第1方向(導光方向)dに沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向nd側に絞り込むことができる。すなわち、光学シート60は、第1方向dに沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。
なお、このように光学シート60の単位プリズム85によってその進行方向を大きく変化させられる光は、主として、単位プリズム85の配列方向である第1方向dに進む成分であり、導光板30の単位光学要素50の傾斜面35,36によって集光させられる第2方向に進む成分とは異なる。したがって、光学シート60の単位プリズム85での光学的作用によって、導光板30の単位光学要素50によって上昇させられた正面方向輝度を害すことなく、さらに、正面方向輝度を向上させることができる。
導光板30から光学シート60内へ入射した光は、その後、マット層70で拡散されて、光学シート60から出射する。マット層70で拡散されることにより、光学シート60や導光板30に生じた欠陥を目立ちにくくして隠蔽することが可能となる。例えば、光学シート60や導光板30の製造中に生じた傷や凹み等により輝点や欠点が生じたとしても、マット層70の拡散能により、当該欠陥を不可視化することができる。このようなマット層70での光拡散機能により、反射シート28、導光板30またはマット層70についての欠陥に対する許容範囲を拡大させることができ、結果として、反射シート28、導光板30またはマット層70等の歩留まりを改善することができる。また、マット層70での拡散機能は、面光源装置20の発光面21上で測定される輝度の角度分布を滑らかにすることができ、観察者が、観察角度を変化させた際に大きな明るさの変化が生じることを効果的に回避し、適切な画像の観察が可能な角度範圍(視野角)を提供することができる。なお、光学シートに有効な隠蔽効果を付与する観点から、マット層70及びプリズム層80を含む光学シート60全体のヘイズ値は、90%以上100%以下であることが好ましく、95%以上100%以下であることがより好ましい。ヘイズ値は、JIS K 7105に準拠して測定される値とする。
光学シート60を出射した光は、液晶表示パネル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(本実施の形態においてはP波)を透過させ、その他の偏光成分(本実施の形態においてはS波)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、液晶表示パネル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、液晶表示装置10の観察者が、映像を観察することができるようになる。
なお、図13は、面光源装置20の発光面21で測定された輝度の角度分布を示している。この輝度分布は、第1方向d及び正面方向ndの両方向に平行な面内の各方向からの輝度について実際に調べた結果である。図13に示された実験結果1は、拡散反射機能を有した白色PETシートを反射シート28として用いた実験の結果である。図13に示された実験結果2は、鏡面反射機能(正反射機能)を有した銀蒸着膜を有するPETシートを反射シート28として用いた実験の結果である。図13に示すように、反射シート28の反射特性を変更することによっても、発光面21での輝度特性を調節することができた。
ところで、従来技術の欄でも言及したように、マット層およびプリズム層を有した光学シートを有した面光源装置をバックライトとして用い、画素配列を有した表示パネルを背面側から照明した場合、複数の色成分が粒状に多数視認されるようになる「ぎらつき」と呼ばれる不具合が生じることが確認された。本件発明者らの研究によれば、プリズム層に含まれる単位プリズムの配列が高精細化すると、すなわち、単位プリズムの配列ピッチが10μm以上35μm以下にまで狭くなると、このような不具合が顕著となった。
一方、上述してきた光学シート60では、マット層70が第2光拡散粒子72及びバインダー樹脂73を含み、第2光拡散粒子72及びバインダー樹脂73に関連する次の条件(x)及び(y)が満たされる。
(x): マット層70の第2光拡散粒子72の屈折率nが、バインダー樹脂73の屈折率nと異なり、
(y): 第2光拡散粒子72の平均粒径d、並びに、マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を横切らない位置での厚みtが次の条件(a’)を満たす。
< t ・・・(a’)
そして、これらの条件(x)及び(y)を満たす光学シート60によれば、ぎらつきを効果的に目立たなくさせることができた。
以上の条件(x)及び(y)を満たす光学シート60を用いることによって、ぎらつきを効果的に目立たなくさせることができる理由の詳細は、不明であるが、以下の点が、ぎらつきを目立たなくさせ得る理由の一つであると推定される。ただし、本発明は以下の推定に限定されるものではない。
すなわち、一般的にマット層と呼ばれる凹凸面を形成する層は、バインダー樹脂の厚みよりも大きな粒径を有した光拡散粒子が用いられていた。このため光拡散粒子は、マット層において、凸レンズ状に突出していた。
その一方で、マット層よりも入光側に位置するプリズム層の単位プリズムは、その配列方向における光源に近接する側に位置する傾斜面(第1面86)が入光面として機能し、その配列方向における光源から離間する側に位置する傾斜面(第2面87)が反射面として機能する。このように、プリズム層に含まれる単位プリズムの光源側の面と反対側の面とが異なる役割を果たすことから、プリズム層の出光側では、図9及び図10に示すように、単位プリズムの配列ピッチでの明暗むらが生じているものと推定される。
そして、単位プリズムの配列ピッチと光拡散粒子の粒径との特定の組み合わせによっては、マット層の凸レンズ状に突出する部分によるレンズ効果により、この明暗のむらが画素配列ピッチと同程度に拡大される。この場合、特定のサブ画素での透過が妨げられる等して、粒状のむらが生じ、とりわけカラー表示においては、特定の色成分の発色が妨げられ得る。このような現象が、本来表現すべき色とは異なる色成分が粒状に多数視認される「ぎらつき」として、顕在化するものと推測される。
その一方で、上述した条件(x)によれば、多くの第2光拡散粒子72がバインダー樹脂73内に埋没する。また、条件(y)によれば、バインダー樹脂73内に埋没した第2光拡散粒子72が、バインダー樹脂73との界面において光の進行方向を変化させる。すなわち、マット層70は、内部拡散能を持つことになる。このマット層70では、厚み方向に第2光拡散粒子72が並ぶこともあり、また、バインダー樹脂73の硬化時の収縮に起因して第2光拡散粒子72に対面するマット層70の表面は緩やかではあるが凹凸面となる。したがって、凹凸面による表面拡散を主体とする従来のマット層と比較して、ここで説明したマット層70は、厚み方向における異なる位置での光拡散が重ね合わせられ、格段に均質化された光拡散機能を呈するようになる。これにより、明暗ムラを低減化すると共にレンズ効果に起因すると推定されるぎらつきを効果的に目立たなくさせること、さらには、ぎらつきを発生させなくすることすら可能となる。
なお、条件(x)及び(y)のみを満たすマット層70では、マット面70aの凹凸がなだらかとなり過ぎる可能性がある。この場合、光学シート60を他の部材と重ねた際に生じる不具合、例えば、干渉縞や、液体が染みこんでいるかのように観察される染み模様が発生し得る。このような不具合の発生を回避するため、ここで説明した光学シート60のマット層70は、第2光拡散粒子72とは異なる材料からなる第1光拡散粒子71をさらに有し、第1光拡散粒子71に関連した次の条件(z)が満たされる。
(z): 第1光拡散粒子71の平均粒径d、並びに、マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を横切らない位置での厚みtが次の条件(a’’)を満たす。
< d ・・・(a’’)
条件(z)が満たされる場合、図7によく示されているように、マット層70のマット面70aは、マット層70の厚みtよりも大きい粒径dを有した第1光拡散粒子71が存在する位置において、当該第1光拡散粒子71に対応して凸部が形成された凹凸面となる。この凸部により、光学シート60を他の部材と重ねた際に生じる不具合を効果的に解消することができる。
又、第1光拡散粒子71の平均粒径d、第2光拡散粒子72の平均粒径d、及び、一方向dに沿った単位プリズム85の配列ピッチPとの関係に応じて、ぎらつきの不可視化效果及び光学シート60を他の部材と重ねた際における不具合の発生防止效果が変化する。よって、これらの諸元は、ぎらつきの不可視化と他部材との重ね合わせ時の不具合解消とを共に最適化するように設定する。つまり、単位プリズム85の配列ピッチPに対応して、第1光拡散粒子71の平均粒径d及び第2光拡散粒子72の平均粒径dを選定することにより、単位プリズム85の配列ピッチPの高精細化にともなって問題となってきたぎらつきを効果的に目立たなくさせることが可能となる。具体的には、次の上述した条件(s1)が満たされることが好ましく、条件(s2)が満たされることがより好ましい。また、以下の条件(s3)を満たすことも、ぎらつきの不可視化に極めて有効であることが知見された。
< t < d < P/2 ・・・(s1)
< t < d < P/3 ・・・(s2)
< t < d < Wb2・・・(s3)
図2を参照して説明したように、導光板30の一方の側面33のみに光源24が配置されている場合、導光板30の出光面31から出射する光L21,L22の進行方向は、正面方向ndから大きく傾斜する。この結果、単位プリズム85は、その配列方向dにおける光源24に近接する側に位置する第1面86が入光面として機能し、その配列方向dにおける光源24から離間する側に位置する第2面87が反射面として機能する。そして、第2面87は、光源光L21,L22を全反射して、当該光L21,L22の進行方向を略正面方向ndに向ける。つまり、第2面87を正面方向ndに投影した領域が明部として観察される。一方、第1面86に対して正面方向ndに対面する領域からの出射光量は大幅に低下する。つまり、第1面86を正面方向ndに投影した領域が暗部として観察される。この結果、プリズム層80の出光側では、図9及び図10に示すように、単位プリズム85の配列ピッチPでの明暗むらが生じているものと推定される。そして、本件発明者らが鋭意検討を重ねたところ、一つの第2面87を正面方向ndに投影した領域の全域を覆うように、一つの光拡散粒子が配置されている場合、当該光拡散粒子でのレンズ効果が顕著に生じ、ぎらつきが生じていることが推測された。この推測では、一つの明部からの光が、一つの光拡散粒子のレンズ効果によって、観察されやすくなることを想定している。
一方、上述した条件(s1)が満たされる場合、第1光拡散粒子71が、一つの第2面87を正面方向に投影した領域の全域を覆うように、配置されること、言い換えると、一つの第2傾斜面で集光された光のすべてを一つの第1光拡散粒子71で光路調整することを、効果的に回避することができる。上述した条件(s2)が満たされる場合、第1光拡散粒子71が、一つの第2面87を正面方向に投影した領域の全域を覆うように、配置されることを、実質的に防止することができる。さらに、上述した条件(s3)が満たされる場合、第1光拡散粒子71が、一つの第2面87を正面方向に投影した領域の全域を覆うように、配置されることを防止することができる。この結果、ぎらつきを極めて効果的に回避することができる。すなわち、本件発明者らは、単位プリズム85の配列ピッチPに対応して、第1光拡散粒子71の平均粒径d及び第2光拡散粒子72の平均粒径dを調節することが、ぎらつきを効果的に目立たなくさせる上で有効であることを知見した。
加えて、単位プリズム85の配列ピッチPが10μm以上35μm以下まで高精細化されている場合には、次の関係(s4)及び関係(s5)の両方が満たされることで、光学シート60が、ぎらつきを効果的に目立たなくさせながら、液晶表示装置10への適用において要求される品質を十分に確保し得ることができた。
+1〔μm〕 ≦ d〔μm〕 ≦ 10〔μm〕・・・(s4)
0.78〔μm〕 ≦ d〔μm〕 ・・・(s5)
さらに、図9及び図10に示された例では、明部分を形成する第2面87が、折れ面として形成されている。第2面87は、互いに異なる反射面角度θbを有する部分(要素面)87a,87b,87c含んでいる。このような単位プリズム85を有するプリズム層80については、導光板30の出光面31からの出光特性にも依存して、折れ面をなす部分(要素面)87a,87b,87cのいずれかが、より明るい明部分を形成する可能性がある。すなわち、導光板30の出光面31からの出射光が特定の方向を向いている場合、いずれかの部分87a,87b,87cで反射した光が正面方向で明るく観察されることも想定される。そして、各部分(要素面)87a,87b,87cでの反射光が、第2光拡散粒子72でのレンズ効果により、顕著に明るく観察される可能性もある。このような不具合を回避するために、次の条件(s6)が満たされることが好ましい。条件(s6)におけるWb2pminは、第2面87の折れ面に含まれる一つの面をなす各部分(各要素面)87a,87b,87cの単位プリズムの配列方向dに沿った長さWb2pa,Wb2pb,Wb2pcのうちの最小値ことであり、言い換えると、単位プリズムの配列方向dに直交する方向(図示された例では正面方向nd)に投影された、第2面87の折れ面に含まれる一つの面をなす各部分(各要素面)87a,87b,87cの、長さWb2pa,Wb2pb,Wb2pcのうちの最小値のことである。
< Wb2pmin ・・・(s6)
条件(s6)が満たされる場合、第2光拡散粒子72が、第2面87の折れ面に含まれる任意の要素面を正面方向に投影した領域の全域を覆うように、配置されることを防止することができる。本件発明者らは、条件(s6)が満たされる場合に、ぎらつきを極めて効果的に回避し得ることを確認した。
以上に説明してきたように本実施の形態によれば、光学シート60のマット層70が、第1光拡散粒子71、第2光拡散粒子72およびバインダー樹脂73を含んでいる。第2光拡散粒子の屈折率nは、バインダー樹脂73の屈折率nおよび第1光拡散粒子71の屈折率nの屈折率と異なっている。そして、第1光拡散粒子71の平均粒径d、第2光拡散粒子72の平均粒径d、並びに、マット層70の第1光拡散粒子71及び第2光拡散粒子72を横切らない位置での厚みtが次の関係を満たしている。
< t < d
このような光学シート60によれば、ぎらつきを効果的に目立たなくさせることができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
まず、上述した実施の形態において、光学シート60の単位プリズム85の一例について説明したが、この例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、プリズム層80に含まれる複数の単位プリズム85が、互いに異なる構成を有していてもよい。また、単位プリズム85の主切断面における断面形状が、図7に示された具体例に限られず、例えば三角形形状、五角形形状、或いは六角形形状等であってもよい。
また、上述した実施の形態において、導光板30の単位光学要素50の一例について説明したが、この例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、導光板30に含まれる複数の単位光学要素50が、互いに異なる構成を有していてもよい。また、単位光学要素50の主切断面における断面形状が、図5に示された具体例に限られず、例えば三角形形状や半円状であってもよい。
さらに、上述した実施の形態では、導光板30に入射した光を導光板30から出射させるための構成として、導光板30の裏面32が傾斜面37を有する例を説明した。しかしながら、傾斜面37に代えて或いは傾斜面37に加えて、導光板30が、導光板30から出射させるための構成として、別の構成(別の光取り出し構成)を有するようにしてもよい。別の光取り出し構成として、例えば、導光板30内に光拡散成分を分散させる構成、出光面31および裏面30bの少なくとも一方を粗面とする構成、裏面32上に白色散乱層のパターンを設ける構成等を例示することができる。
また、上述した実施の形態において、導光板30の側面のうちの一つの面だけが入光面33を構成する例を示したが、これに限られない。例えば、図14に示す変形例のように、上述した導光板30の反対面34にも対向して光源24が配置され、反対面34も入光面として機能するようにしてもよい。図14に示す変形例の如く導光板の対向面33及び34の両面に光源24を配置した形態のエッジライト型面光源裝置においては、法線方向ndを中心として対称的に傾斜する二種類の傾斜面37a,37bによって、導光板30の裏面32が形成されている。また、この変形例において、光学シート60の単位プリズム85は、その長手方向に直交する主切断面において、対称的なプリズム面を有する二等辺三角形形状となっている。或いは、図示は略すが、光学シート60の主切断面形状は、両斜面が共に第1面及び第2面を有する五角形形状としても良い。
また、上述した実施の形態において、光源24からの光が導光板30を経由して光学シート60に入射する例を示したが、これに限られない。図15に示すように、光源24が、光学シート60に直接入射する光を投射するようにしてもよい。
また、図示は略すが、面光源裝置20に於いて、光学シート60の出光面(図1に於いては面光源裝置の発光面21)と液晶表示パネル15の下偏光板14との間に、公知の反射型偏光子(偏光分離膜とも呼稱される)を配置してもよい。斯かる形態に於いては、光学シート60から出光する光のうち、特定偏光成分のみ透過し、該特定偏光成分と直交する偏光成分は吸收せずに反射する。該反射型偏光子から反射された偏光成分はマット層70、反射シート28等によって反射して偏光解消(特定偏光成分と該特定偏光成分と直交する偏光成分とを両方含んだ状態)した上で、再度、反射型偏光子に入射する。よって、再度入射する光のうち特定偏光成分に変換されていた偏光成分は反射型偏光子を透過し、該特定偏光成分と直交する偏光成分は再度反射される。以下、同上の過程を繰り返す事により、当初光学シート60から出光した光の70〜80%程度が該特定偏光成分となった光源光として出光される。従って、該反射型偏光子の特定偏光成分(透過軸成分)の偏光方向と液晶表示パネル15の下偏光板14の透過軸方向とを位置させることにより、面光源裝置20からの出射光は全て液晶表示パネル15で画像形成に利用可能となる。其の為、光源24から投入される光エネルギーが同じであっても、該反射型偏光子を未配置の場合に比べて、より高輝度の画像形成が可能となり、又光源24(更には其の電源の)エネルギー利用效率も向上する。
斯かる反射型偏光子を利用した面光源裝置の形態自体は既に、特表平9−506985号公報、特許第3434701号公報等により公知ではある。但し、本件発明者らが鋭意検討した結果、斯かる形態の面光源裝置に本発明の光学シート60を適用する場合には、面光源裝置の発光面21から得られる偏光光の正面方向輝度は単位プリズム85の形状に依存することが判明し、当該形状の最適化得られる偏光光の正面輝度を最大化出來ることを見出した。
以下、主に図16(後述のサンプル1に関する図面)を参照しながら説明する。単位プリズム85の主切斷面形状について、面光源裝置の発光面21から得られる偏光光の正面方向輝度に影響する形状的因子は、以下の3つであることが判明した。
(1)底辺の幅Wb(図7、図16及び図17の如き形態ではピッチPに一致)に対する高さHbの比(Hb/Wb)の大きさ。
(2)先端部88aの位置の底辺の垂直2等分線からの変位量zの底辺の幅Wbに対する比(z/Wb)。ここで、変位量zは、図16に図示する如く、先端部88a(同図では頂点Bに合致する)と底辺ACの垂直2等分線との間の距離を、底辺ACと平行な方向に測った値である。尚、同図に於いて、Mは底辺の中点である。
(3)主切断面に於ける単位プリズム85の形状ABDCの全周長CABDC(図17参照)の内接3角形ABCの全周長CABCに対する比(CABDC/CABC)及び単位プリズム85の形状ABDCの全周長CABDCの底辺の幅Wbに対する比(CABDC/Wb)。
そして、光源裝置の発光面21から得られる偏光光の正面方向輝度を最大化する為には、以上の3つの形状的因子を、
0.7≦Hb/Wb≦0.9
|z/Wb|≦0.06
1.06≦CABDC/CABC≦1.21
2.70≦CABDC/Wb≦3.00
の範囲内とすることが好ましいことを見出した。
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
以下に説明するようにして、サンプル1〜4に係る光学シートを作製した。
<サンプル1>
サンプル1は、基材層と、マット層と、プリズム層と、を有する光学シートとした。マット層及びプリズム層は、図11及び図12を参照しながら説明した方法にて、基材層上に作製した。
〔基材層〕
基材層として、厚さ125μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。
〔プリズム層〕
基材層の一方に面に、紫外線硬化型樹脂(DIC株式会社、RC25−750)を用い、主切断面における断面形状が図17に示す形状となっている複数の単位プリズムを有するプリズム層を形成した。単位プリズムの配列ピッチP(本サンプルの場合は底辺の幅Wbに一致する)は、18μmとした。
〔マット層〕
マット層は、バインダー樹脂と、第1光拡散粒子と、第2光拡散粒子と、を有する層とした。マット層は、次の内容の組成物を用いて作製した。なお、光拡散粒子の平均粒径は、精密粒度分布測定装置 コールターMultisizerにより求められた。マット層の第1光拡散粒子及び第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みtは3μmとなった。
(組成物)
第1及び第2光拡散粒子/透光性樹脂(質量比):7/100
第1光拡散粒子/第2光拡散粒子(質量比):1.5/8.5
透光性樹脂:ペンタエリスリトールトリアクリレート(屈折率1.51)
第1光拡散粒子:アクリル樹脂製、平均粒子径5μm(屈折率1.49)
第2光拡散粒子:スチレン樹脂製、平均粒子径2μm(屈折率1.59)
<サンプル2>
サンプル2は、サンプル1と同様に、基材層と、マット層と、プリズム層と、を有する光学シートとした。マット層及びプリズム層は、サンプル1と同様に、図11及び図12を参照しながら説明した方法にて、基材層上に作製した。
〔基材層〕
基材層は、サンプル1と同様に、厚さ125μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。
〔プリズム層〕
プリズム層は、サンプル1と同様の方法で同様の構成にて作製した。
〔マット層〕
マット層は、バインダー樹脂と、第2光拡散粒子と、を有する層とした。一方、マット層は、第1光拡散粒子を含まないようにした。マット層は、次の内容の組成物を用いて作製した。なお、光拡散粒子の平均粒径は、精密粒度分布測定装置 コールターMultisizerにより求められた。マット層の光拡散粒子を横切らない位置での厚みtは3μmとなった。
(組成物)
第2光拡散粒子/透光性樹脂(質量比):7/100
透光性樹脂:ペンタエリスリトールトリアクリレート(屈折率1.51)
第2光拡散粒子:スチレン樹脂製、平均粒子径2μm(屈折率1.59)
<サンプル3>
サンプル3は、サンプル1と同様に、基材層と、マット層と、プリズム層と、を有する光学シートとした。マット層及びプリズム層は、サンプル1と同様に、図11及び図12を参照しながら説明した方法にて、基材層上に作製した。
〔基材層〕
基材層は、サンプル1と同様に、厚さ125μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。
〔プリズム層〕
プリズム層は、サンプル1と同様の方法で同様の構成にて作製した。
〔マット層〕
マット層は、バインダー樹脂と、第1光拡散粒子と、を有する層とした。一方、マット層は、第2光拡散粒子を含まないようにした。マット層は、次の内容の組成物を用いて作製した。なお、光拡散粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法により求められた。マット層の光拡散粒子を横切らない位置での厚みtは3μmとなった。
(組成物)
第1光拡散粒子/透光性樹脂(質量比):10/100
透光性樹脂:ペンタエリスリトールトリアクリレート(屈折率1.51)
第1光拡散粒子:アクリル樹脂製、平均粒子径5μm(屈折率1.49)
<サンプル4>
サンプル4は、基材層と、プリズム層と、を有する光学シートとした。その一方で、サンプル4に係る光学シートは、マット層を含まないようにした。プリズム層は、サンプル1と同様に、図12を参照しながら説明した方法にて、基材層上に作製した。
〔基材層〕
基材層は、サンプル1と同様に、厚さ125μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。
〔プリズム層〕
プリズム層は、サンプル1と同様の方法で同様の構成にて作製した。
<評価>
サンプル1〜4に係る光学シートを、図1に示された構成の表示装置を作製して、ぎらつきの有無、表示パネルと重ねたことに起因する模様等の不具合の有無、隠蔽性の良否を確認した。表示装置の光学シート以外の構成要素は、市販されている表示装置に組み込まれていたものを利用した。確認結果を表1に示す。表1における「ぎらつき」の欄には、ぎらつきが観察されなかったサンプルに対して「○」を付し、ぎらつきが観察されたサンプルに対して「×」を付した。表1における「はり付き」の欄には、表示パネルと重ねたことに起因する模様等の不具合が生じなかったサンプルに対して「○」を付し、表示パネルと重ねたことに起因する模様等の不具合が生じたサンプルに対して「×」を付した。表1における「隠蔽性」の欄には、輝点や欠点が観察されなかったサンプルについて「○」を付し、輝点や欠点が観察されたサンプルについて「×」を付した。
Figure 2017026062

Claims (10)

  1. 対向する一対の表面を有する光学シートであって、
    シート状の基材層と、
    第1光拡散粒子、第2光拡散粒子およびバインダー樹脂を含み、前記基材層の一方の側に設けられたマット層と、
    一方向に配列された複数の単位プリズムであって、各々が前記一方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位プリズムを含み、前記基材層の他方の側に設けられたプリズム層と、を備え、
    前記一対の表面のうちの一方が、前記マット層によるマット面として形成され、
    前記一対の表面のうちの他方が、前記プリズム層の前記単位プリズムによるプリズム面として形成され、
    前記第2光拡散粒子の屈折率は、前記バインダー樹脂の屈折率および前記第1光拡散粒子の屈折率と異なり、
    前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、並びに、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みtが次の関係を満たす、光学シート。
    < t < d
  2. 前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みt、及び、前記一方向に沿った前記複数の単位プリズムの配列ピッチPが、次の関係を満たす、請求項1に記載の光学シート。
    〔μm〕<t〔μm〕<d〔μm〕<P/2〔μm〕
  3. 各単位プリズムは、前記一方向の一側を向く第1面と、前記一方向の他側を向く第2面と、を含み、
    前記第1光拡散粒子の平均粒径d、前記第2光拡散粒子の平均粒径d、前記マット層の前記第1光拡散粒子及び前記第2光拡散粒子を横切らない位置での厚みt、及び、前記第2面の前記一方向に沿った長さWbが、次の関係を満たす、請求項1に記載の光学シート。
    〔μm〕<t〔μm〕<d〔μm〕<Wb〔μm〕
  4. 各単位プリズムは、前記一方向の一側を向く第1面と、前記一方向の他側を向く第2面と、を含み、
    前記第2面は、前記一方向と前記基材層の法線方向との両方に平行な光学シートの主切断面において、前記一方向に対する傾斜角度が、前記基材層から最も離間した単位プリズムの先端部の側から、前記基材層に最も近接した単位プリズムの基端部の側へ向けて、しだいに大きくなるように配置された複数の要素面を含み、
    前記第2光拡散粒子の平均粒径d、及び、一つの単位プリズムに含まれる複数の要素面の前記一方向に沿った長さのうちの最小値Wb2pminが、次の関係を満たす、請求項1に記載の光学シート。
    〔μm〕<Wb2pmin〔μm〕
  5. 前記第1光拡散粒子の屈折率n、前記第2光拡散粒子の屈折率n、並びに、前記バインダー樹脂の屈折率nが、次の関係を満たす、請求項1に記載の光学シート。
    ≦n<n
  6. 前記マット層に含有される前記第1光拡散粒子の粒子数N、及び、前記マット層に含有される前記第2光拡散粒子の粒子数Nが、次の関係を満たす、請求項1に記載の光学シート。
    50 ≦ (N/N) ≦ 200
  7. ヘイズ値が90%以上である、請求項1に記載の光学シート。
  8. 前記光学シートは、表示パネルと重ねて用いられ、
    前記マット層は、前記基材層の前記表示パネル側に位置している、請求項1に記載の光学シート。
  9. 導光板と、
    前記導光板の側方に配置された光源と、
    前記導光板に前記プリズム層が対面するようにして配置された、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光学シートと、を備える、面光源装置。
  10. 請求項9に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置に対向して配置された表示パネルと、を備える、表示装置。
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