WO2007063856A1 - バックライト用光学シート、バックライト及び表示装置 - Google Patents

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WO2007063856A1
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light
optical sheet
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Yukinori Yamada
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Hitachi Maxell, Ltd.
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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical sheet for a knocklight, a backlight using the same, and a display device, and more specifically, an optical sheet for a backlight that deflects light having a surface light source power in a front direction, and the same.
  • the present invention relates to a backlight and a display device.
  • an optical member that controls the angular distribution of luminance and improves the front luminance is installed in the backlight device used for the display.
  • a prism sheet is generally used as an optical member.
  • the prism sheet 100 has a plurality of prisms PL arranged in parallel to each other.
  • the diffused light RlOO from the surface light source is refracted by the side surface BPO of the prism PL, and is deflected and emitted in the front direction.
  • the prism sheet 100 improves the front luminance of the display by deflecting the diffused light in the front direction.
  • FIG. 25 shows the luminance angle distribution of the vertical viewing angle of the prism sheet 100 in which the prisms PL are juxtaposed in the vertical direction of the display screen.
  • the prism sheet 100 increases the relative luminance in the range of approximately 30 ° in the vertical viewing angle, and at the same time, the so-called side lobe in which the relative luminance peaks around the viewing angle ⁇ 80 ° in the oblique front direction. Is also formed.
  • the light that forms such side lobes (hereinafter referred to as side lobe light) does not contribute to the improvement of front luminance.
  • the prism sheet 100 does not collect the emitted light in the front direction, and the side lobe light cannot be reduced.
  • the prism PL has a triangular cross section
  • the prism PL is prone to breakage at the time of manufacturing, transporting, and laying on the backlight device, and its apex is easily damaged.
  • Such wrinkles tend to become bright spots and dark spots on the display.
  • a protective film must be laid on the prism sheet 100 before being incorporated into the display device.
  • An object of the present invention is to provide an optical sheet for a backlight that easily collects light having a surface light source power in the front direction.
  • Another object of the present invention is to provide an optical sheet for backlight that can reduce sidelobe light.
  • Another object of the present invention is to provide an optical sheet for a backlight that is difficult to be damaged when damaged.
  • the backlight optical sheet according to the present invention is laid on a surface light source of the backlight.
  • the optical sheet for backlight includes an optical reflection layer and a plurality of cylindrical lenses.
  • the optical reflection layer has a sheet shape and includes a plurality of through grooves arranged in parallel at a predetermined interval. The width of the through-groove is narrowed by the force from the upper surface to the lower surface of the optical reflection layer.
  • Each of the plurality of cylindrical lenses is disposed in a corresponding through groove.
  • the cylindrical lens is filled in the corresponding through groove, and the surface of the cylindrical lens on the upper surface side of the optical reflection layer is a cylindrical surface.
  • the incident angle of the light incident on the cylindrical lens is limited by the optical reflection layer.
  • the light from the surface light source is incident on the cylindrical lens only from the opening of a through groove (hereinafter referred to as a slit) formed on the lower surface of the optical reflection layer, and is reflected on the lower surface of the optical reflection layer other than the slit. Is done. Since the slit width is narrower than the cylindrical lens width, the incident angle of the light that has passed through the slit and reached the incident point on the cylindrical surface of the cylindrical lens is the incident angle of the light incident on the same incident point from the focal point of the cylindrical lens. Approximate the corner.
  • wide angle light light having a wide angle with respect to the optical axis
  • it is emitted as sidelobe light.
  • the optical sheet according to the present invention such a wide angle Since the light incident on is reflected by the surface of the through groove, the wide-angle light is not incident on the adjacent cylindrical lens. Therefore, generation of sidelobe light can be suppressed.
  • the surface of the cylindrical lens is a cylindrical surface having a curvature, it is unlikely to be damaged at the time of manufacture or the like as a prism lens having an apex angle. This eliminates the need for a protective film.
  • the refractive index of the cylindrical lens is n
  • the radius of curvature of the cylindrical surface is r
  • the cylindrical lens extends from the apex of the cylindrical lens to the opening of the through groove formed in the lower surface of the optical reflection layer. Height h satisfies equation (1).
  • the incident angle of light incident from the slit and reaching a certain incident point on the cylindrical surface approximates the incident angle when light having a focal force reaches the same incident point. Therefore, the light incident on the cylindrical lens can be more collimated, and the front luminance is improved.
  • the backlight optical sheet according to the present invention is laid on a surface light source of the backlight.
  • the optical sheet for a backlight includes an optical reflection layer and a plurality of microlenses.
  • the optical reflection layer is in the form of a sheet and has a plurality of through holes. The through hole gradually decreases from the upper surface to the lower surface of the optical reflection layer.
  • the microlens is filled in the through hole, and the surface of the microlens on the upper surface side of the optical reflection layer is spherical.
  • the light incident on the microlens is limited by the optical reflection layer. Since the size (area) of the opening of the through hole formed in the lower surface of the optical reflection layer is smaller than the opening area of the microlens, the incident point with the spherical surface of the microlens out of the light incident on the microlens The incident angle of light directly incident on the (boundary surface) approximates the incident angle of light incident on the same incident point from the focal point of the microlens. Therefore, most of the light that is directly incident on the spherical surface of the microlens is deflected to the front, and is emitted to the front as parallel light or a light beam having a small angle with the optical axis. Therefore, the light of the surface light source power can be condensed on the front.
  • the surface of the through hole reflects the incident wide-angle light, the wide-angle light is prevented from being emitted as side-probe light.
  • the cross-sectional shape of each through-hole is a rectangle, and the cross-sectional shape of each through-hole The long sides of the shape are parallel to each other.
  • the optical sheet can adjust the viewing angles in the biaxial directions (for example, the vertical viewing angle and the horizontal viewing angle) to different angles.
  • the cross-sectional shape of the through-hole is a rectangle, so that the longer side direction collects outgoing light in the front direction than the shorter side direction. Therefore, the viewing angles in the biaxial directions can be different from each other.
  • a knocklight according to the present invention includes the above-described optical sheet, and a display device according to the present invention includes a backlight including the above-described optical sheet, and a liquid crystal panel laid on the knocklight.
  • FIG. 1 is a perspective view of a display device including an optical sheet according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II II in FIG.
  • FIG. 3 is a top view of the optical sheet shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the principle that the optical sheet shown in FIG. 3 collimates the light from the light source.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the relationship between the height of the cylindrical lens of the optical sheet shown in FIG. 3 and the deflection of the emitted light.
  • FIG. 6B is another view different from FIG. 6A for explaining the relationship between the height of the cylindrical lens of the optical sheet shown in FIG. 3 and the deflection of the emitted light.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the cause of generation of sidelobe light.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the principle that the optical sheet shown in FIG. 3 suppresses the generation of sidelobe light.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of another optical sheet having a shape different from that of the optical sheet shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of another optical sheet having a different shape from the optical sheet shown in FIGS. 3 and 9.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a preferable shape of the wall surface of the through groove in the optical sheet shown in FIG. 3.
  • FIG. 12 is a top view of an optical sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line ⁇ - ⁇ in FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the shape and dimensions of the optical sheet used in Example 1.
  • FIG. 15 is a luminance angle distribution diagram obtained in Example 1.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the geometric dimensions of the optical sheet used in Example 2.
  • FIG. 17 is a luminance angle distribution diagram obtained in Example 2.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the geometric dimensions of the optical sheet used in Example 3.
  • FIG. 19 is a luminance angle distribution diagram obtained with the optical sheet of test number 1 in Example 3.
  • FIG. 20 is a luminance angle distribution diagram obtained with the optical sheet of test number 2 in Example 3.
  • FIG. 21 is a luminance angle distribution diagram obtained with the optical sheet of test number 6 in Example 3.
  • FIG. 22 is a luminance angle distribution diagram obtained with the optical sheet of test number 7 in Example 3.
  • FIG. 23 is a graph showing the relationship between the height of the cylindrical lens of the optical sheet in Example 3 and the relative luminance.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of a conventional prism sheet.
  • FIG. 25 is a luminance angle distribution diagram obtained with a conventional prism sheet.
  • display device 1 includes knocklight 10 and liquid crystal panel 20 laid on the front surface of knocklight 10.
  • the backlight 10 includes a surface light source 16 that emits diffused light, and an optical sheet 30 that is laid on the surface light source 16.
  • the surface light source 16 includes a housing 11, a plurality of cold cathode tubes 12, and a light diffusing plate 13.
  • the housing 11 is a housing having an opening 110 in the front, and houses a plurality of cold cathode tubes 12 therein.
  • the inner surface of the housing 11 is covered with a reflective film 111.
  • Reflective film 111 diffusely reflects the light emitted from the cold cathode tube 12 and guides it to the opening 110.
  • the reflection film 111 is, for example, Toray Lumirror (registered trademark) E60L or E60V, and preferably has a diffuse reflectance of 95% or more.
  • the plurality of cold cathode tubes 12 are arranged in parallel in the vertical direction (y direction in FIG. 1) in front of the rear surface of the housing 11.
  • the cold cathode tube 12 is a so-called linear light source extending in the left-right direction (X direction in FIG. 1), for example, a fluorescent tube.
  • a plurality of point light sources such as LEDs (Light Emitting Device) may be housed in the browsing 11.
  • the light diffusing plate 13 is fitted into the opening 110 and is disposed in parallel with the back surface of the housing 11.
  • the light diffusion plate 13 diffuses the light from the cold cathode tube 12 and the light reflected by the reflection film 111 and emits the light to the front.
  • the light diffusion plate 13 is composed of a transparent base material and a plurality of particles dispersed in the base material. Since the particles dispersed in the base material have a refractive index different from that of the base material for light having a wavelength in the visible light region, the light incident on the light diffusion plate 13 is diffusely transmitted.
  • the substrate of the light diffusing plate 13 is, for example, glass, polyester-based resin, polycarbonate-based resin, polyacrylate-based resin, alicyclic polyolefin-based resin, polystyrene-based resin, or polysalt resin.
  • the resin include dill-based resin, polyacetic acid-based resin, polyethersulfonic acid-based resin, and triacetyl cellulose-based resin.
  • the light diffusing plate 13 also functions as a support for the optical sheet 30.
  • the inside of the housing 11 is sealed. Therefore, it is possible to prevent light from the cold cathode tube 12 from leaking from the portion other than the light diffusing plate 13 to the outside of the housing 11, and to improve the light utilization efficiency.
  • the optical sheet 30 is laid on the surface light source 16, and deflects diffused light from the surface light source 16 in the front direction to improve front luminance.
  • the optical sheet 30 is a so-called lenticular lens sheet.
  • a transparent substrate 31, an optical reflection layer 32, and a plurality of cylindrical lenses 33 are provided.
  • the transparent substrate 31 is transparent to visible light, and has a plate shape or a film shape.
  • 31 is made of glass, polyester-based resin, polycarbonate-based resin, polyacrylic acid ester Polyolefin resin, cycloaliphatic polyolefin resin, polystyrene resin, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate resin, polyether sulfonic acid resin, triacetyl cellulose resin It is comprised with resin.
  • the optical reflection layer 32 is laid on the transparent substrate 31.
  • the optical reflection layer 32 has a plurality of through grooves 321 arranged in parallel to each other.
  • the width of each through groove 321 gradually decreases from the upper surface opening 323 formed on the upper surface of the optical reflecting layer 32 toward the lower surface opening 322 (hereinafter referred to as slit 322) formed on the lower surface of the optical reflecting layer.
  • the slit 322 is the narrowest.
  • the optical reflection layer 32 limits the light incident on the cylindrical lens 33 through the slit 322, thereby controlling the incident angle of the light on the surface of the cylindrical lens and improving the front luminance.
  • the optical reflection layer 32 is made of a material that diffuses and reflects visible light.
  • the optical reflection layer 32 is composed of a resin as a base material and a plurality of inorganic particles dispersed in the resin.
  • the inorganic particles have a refractive index different from that of the resin, such as titanium oxide, barium sulfate, zinc oxide, and aluminum oxide.
  • acrylic or glass hollow particles may be contained in the resin instead of inorganic particles.
  • metal particles such as aluminum and silver may be contained in the resin.
  • the resin used as the base material may be a resin cured by ultraviolet rays, heat, electron beam or the like, or may be formed by drying the solvent after being dissolved in the solvent. Good.
  • the optical reflection layer 32 may be made of metal.
  • Each of the plurality of cylindrical lenses 33 is disposed in the corresponding through groove 321.
  • the axial direction of the cylindrical lens 33 is parallel to the direction in which the corresponding through groove extends.
  • the cylindrical lens 33 is filled in the through groove 321, and the surface thereof is a cylindrical surface that covers the upper surface opening 323 formed in the upper surface of the optical reflection layer 32 in the through groove 321.
  • the lens width WO connecting both edges of the cylindrical lens 33 is wider than the width W1 of the slit 322.
  • the lens width WO is the same as the width of the upper surface opening 323.
  • the lens width WO may be formed wider than the width of the upper surface opening 323.
  • the surface of the cylindrical lens 33 is a cylindrical surface having a curvature, the cylindrical lens 33 is unlikely to be damaged at the time of manufacture or the like like a prism lens having an apex angle. Therefore, a protective film becomes unnecessary.
  • the optical sheet 30 improves the front luminance by controlling the incident angle of light incident on the cylindrical surface of the cylindrical lens 33 from the surface light source 16 and deflecting more light in the front direction.
  • the light beam RO from the surface light source 16 is incident on the cylindrical lens 33 only with the slit 322 force in the optical reflection layer 32, and is diffusely reflected on the lower surface of the optical reflection layer 32 excluding the slit 322.
  • the width W1 of the slit 322 is narrower than the lens width WO of the cylindrical lens 33.
  • a light beam incident from the slit 322 and directly incident on the cylindrical surface of the cylindrical lens 33 without being reflected by the surface of the through groove 321 (hereinafter referred to as direct incident light).
  • Most of the light passes through the vicinity of the focal point FP of the cylindrical lens 33 and enters the cylindrical surface.
  • the incident angle of the direct incident light is the incident angle of light reaching the same incident point PO from the focal point FP. Approximate the corner. Therefore, the direct incident light RO is deflected to the front and emitted to the front as parallel light or a light beam having a small angle with the front direction. Accordingly, the front luminance is improved.
  • the focal length FO force of the cylindrical lens 33 is too longer than the apex of the cylindrical lens 33 and the height h of the cylindrical lens 33 up to the slit 322.
  • the central force of each slit 322 is also incident on each cylindrical lens 33.
  • the direct incident light R1 having an angle ⁇ 1 with the optical axis extending from the focal point FP to the edge of the lens (hereinafter referred to as an aperture angle) 0 0 is often incident on the cylindrical lens 33.
  • the incident angle ⁇ 1 of the directly incident light R 1 incident on the incident point P 1 near the edge of the cylindrical surface is smaller than the incident angle ⁇ ⁇ of the light incident on the incident point P 1 from the focal point FP. For this reason, the emitted light ray R2 is not collimated, and the front luminance is reduced.
  • the incident angle 1 of the light ray R1 incident on the incident point P1 near the edge of the cylinder surface is from the incident angle 0
  • the light ray R2 tends to be emitted with an inclination toward the center of the lens from the front.
  • the height h is brought close to the focal length FO so that the focal point FP of the cylindrical lens 33 is positioned near the slit 322, most of the light incident on the cylindrical lens 33 is deflected to the front and emitted. Therefore, the front luminance can be further improved.
  • the height h satisfies the following formula (1).
  • n is the refractive index of the cylindrical lens 33
  • r is the radius of curvature of the cylindrical surface of the cylindrical lens 33.
  • nrZ (n-1) in the equation (1) represents the focal length FO. If the height h is less than 0.8 times the focal length FO, as shown in Fig. 6A, the amount of light that is not collimated increases, so the front brightness is comparable to that of the prism lens. Therefore, the lower limit of equation (1) is set to 0.8.
  • the optical reflection layer 32 becomes excessively high.
  • the higher the optical reflection layer 32 the more difficult it is to manufacture the optical sheet 30.
  • the optical reflective layer 32 when an ultraviolet curable resin containing inorganic particles, hollow particles, metal particles, or the like is used as the optical reflective layer 32, the higher the height of the optical reflective layer 32, the harder the ultraviolet curable resin is cured. This is because particles such as inorganic particles contained in the coconut resin diffusely reflect ultraviolet rays, so that the ultraviolet rays contribute to the curing of the resin. Therefore, in order to facilitate the formation of the optical reflection layer 32, the height h is preferably set to 1.3 times or less of the focal length FO. If the height h exceeds 1.3 times, the front brightness gradually decreases for the reason shown in Fig. 6B, but the front brightness is higher than that of the prism sheet.
  • the optical sheet 30 suppresses the generation of sidelobe light by the optical reflection layer 32.
  • light R3 having a wide angle with respect to the optical axis (hereinafter referred to as wide angle light) is incident on the cylindrical lens 341.
  • the wide-angle light R3 is incident on the cylindrical surface of another cylindrical lens 342 adjacent to the cylindrical lens 341, and is emitted as side-lobe light R4 having a wide angle with respect to the optical axis.
  • Such wide-angle light R3 is likely to become sidelobe light R4.
  • the wide-angle light R 3 is incident on the surface of the through groove 32 1 and diffusely reflected in the cylindrical lens 33. For this reason, the wide-angle light R3 is not incident on another adjacent cylindrical lens 33 as indicated by the dotted line in FIG. Therefore, generation of sidelobe light can be suppressed.
  • the optical reflection layer 32 further improves the front luminance by emitting the wide-angle light R3 that is generated only by suppressing the generation of sidelobe light as parallel light.
  • the wide-angle light R3 is diffusely reflected on the surface of the through groove 321.
  • such light R31 is referred to as indirect incident light R31.
  • Some indirect incident light R31 is emitted as parallel light R10. Therefore, the optical reflection layer 32 emits the wide-angle light R3 as the parallel light R10 only by suppressing the wide-angle light from being emitted as the sidelobe light, and contributes to the improvement of the front luminance.
  • the surface of the through groove 321 is a flat surface, but may have other shapes.
  • the surface may be a concave curved surface as shown in FIG. 9, or may be a convex curved surface as shown in FIG. In short, it is sufficient that the width of the through groove 321 is gradually narrowed from the upper surface opening 323 toward the slit 322.
  • the surface of the through groove 321 is preferably formed outside a region 325 connecting the focal point FP of the cylindrical lens 33 and both edges of the lens. Directly incident light passing through the region 325 is deflected forward and emitted. If the surface of the through groove 32 1 exists in the region 325, light that should be deflected to the front as direct incident light may be reflected on the surface of the through groove 321. In order to suppress the occurrence of such a situation, the surface of the through groove 321 is preferably formed outside the region 325.
  • the cylindrical lens 33 is arranged in the vertical direction in the display device 1 (in FIG. Forces arranged in parallel in the y-direction) In the left-right direction (X-direction in Fig. 1), they may be arranged in parallel. If they are arranged side by side in the vertical direction, the vertical viewing angle can be controlled.
  • the cylindrical lens 33 may be meandering in a straight line. For example, you can meander the cylindrical lens 33 according to the arrangement of each pixel on the LCD panel!
  • the optical sheet 30 described above was a lenticular lens sheet.
  • the optical sheet according to the present invention may be a microlens array.
  • an optical sheet as a microlens array will be described.
  • an optical sheet 50 includes a transparent substrate 51, an optical reflection layer 52, and a plurality of microlenses 53 arranged in a matrix (array form) on the optical reflection layer. Is provided.
  • the transparent substrate 51 is transparent to visible light like the transparent substrate 31, and has a plate shape or a film shape.
  • the optical reflection layer 52 is laid on the transparent substrate 51.
  • the optical reflection layer 32 has a plurality of through holes 521 arranged in a matrix.
  • the cross section of the through hole 521 is rectangular, and gradually decreases from the upper surface to the lower surface of the optical reflection layer 52, and becomes the smallest at the opening portion (hereinafter referred to as the lower surface opening) 522 in the lower surface of the optical reflection layer 52.
  • the material of the optical reflection layer 52 is the same as that of the optical reflection layer 32.
  • Each of the plurality of microlenses 53 is disposed in the corresponding through hole 521.
  • the microlens 53 is filled in the corresponding through hole 521, and the surface thereof is a spherical surface that covers an opening portion (hereinafter, referred to as an upper surface opening portion) 523 of the through hole formed in the upper surface of the optical reflection layer 52.
  • the cylindrical lens 33 Since the cylindrical lens 33 has a cylindrical surface, it is a force that deflects only light in the vertical direction (y direction in Fig. 1) or left-right direction (X direction in Fig. 1) to the front. Since the lens 53 has a spherical surface, it can deflect light in the left-right direction only in the vertical direction to the front. Therefore, the front luminance can be further improved as compared with the cylindrical lens 33.
  • the optical sheet 50 also has the same effects as the optical sheet 30. That is, the incident angle of light incident on the spherical surface of the microphone lens 53 from the surface light source is controlled to emit more parallel light. This improves the front brightness. Further, the optical reflection layer 52 prevents wide-angle light from entering the adjacent microphone port lens 53 and suppresses the generation of sidelobe light. Furthermore, wide-angle light is diffusely reflected by the optical reflection layer 52, and indirect incident light is incident on the spherical surface of the microlens 53, so that part of the wide-angle light can be emitted as parallel light. Also in the optical sheet 50, the focal point of the microlens is preferably located in the vicinity of the lower surface opening 522.
  • the optical sheet 50 can further adjust the vertical viewing angle and the horizontal viewing angle to different angles.
  • the cross-sectional shape of each through-hole 521 is a rectangle, and the long sides of the cross-section of each through-hole 521 are parallel to each other. In short, the long side direction of the cross-sectional shape of each through-hole 521 is parallel to the left-right direction (X direction in FIG. 1). Since the cross-sectional shape of the through hole 521 is rectangular, the width W10 in the vertical direction (y direction in FIG. 1) at the lower surface opening 522 is narrower than the width W20 in the horizontal direction.
  • the incident angle of incident light cannot be controlled more in the left-right direction than in the up-down direction, and the emitted light is collected in the front direction in the left-right direction rather than in the up-down direction. Therefore, the vertical viewing angle can be made narrower than the horizontal viewing angle.
  • each through-hole 521 is elliptical instead of rectangular.
  • the plurality of through holes 521 are arranged in a matrix, but they may be arranged in a staggered pattern or a close-packed pattern.
  • the display device 1 typified by a liquid crystal display
  • the left and right viewing angles can be made wider than the vertical viewing angles.
  • optical sheet (wrench chiral lens sheet) of Example 1 of the present invention having the shape shown in Figs.
  • the optical sheet of Invention Example 1 was produced by the following method. First, a concave roll plate having a plurality of grooves arranged in parallel in the axial direction and extending in the circumferential direction was prepared.
  • the groove shape of the concave roll plate is trapezoidal, with a bottom width of 10 ⁇ m, a top width of 30 ⁇ m, and a groove depth of 30 ⁇ m.
  • the pitch between the grooves was 50 ⁇ m.
  • the groove of the prepared concave roll plate was filled with an ultraviolet curable resin containing 40 parts by weight of titanium oxide particles.
  • a 100 ⁇ m thick polyethylene terephthalate (PET) film 310 was prepared as a transparent substrate. While irradiating with ultraviolet rays, the UV curable resin filled in the grooves of the concave roll plate was pressed onto the PET film and transferred.
  • An optical reflection layer 320 having a plurality of through grooves was formed on the PET film 310.
  • a cylindrical lens 330 was formed on the through groove.
  • an ultraviolet curable resin layer having a thickness of about 30 m was formed on the optical reflective layer 320 using a die coater. At this time, the ultraviolet ray cured resin layer was also filled in each through groove.
  • a cylindrical lens 330 was formed by pressing a stencil plate having a plurality of grooves having the same semicircular cross-sectional shape as the cylindrical lens 330 in the circumferential direction against the ultraviolet curable resin layer and irradiating with ultraviolet rays.
  • the groove pitch of the roll plate was set to 50 m
  • the radius of curvature of the semicircular cross section was set to 20 / z m.
  • the position of the roll plate was adjusted so that the apex of the cylindrical lens 330 was arranged at the center of the corresponding opening of the through groove.
  • the optical sheet shown in FIG. 14 was produced by the above method.
  • the unit of each dimension in Fig. 14 is ⁇ m.
  • the prism sheet of the comparative example was prepared by the following method.
  • a 30 m thick UV curable resin layer was formed on a 100 ⁇ m thick PET sheet by a die coater.
  • a prism sheet having the shape shown in FIG. 24 was produced using a roll plate having a groove with a transverse cross-sectional shape of an isosceles triangle. At this time, the prism pitch was 50 m and the apex angle was 90 degrees.
  • the angular distribution of luminance was investigated using the produced optical sheet of Example 1 of the present invention and the prism sheet of the comparative example.
  • the optical sheet of Example 1 of the present invention was laid in a housing in which a cold cathode tube was housed, a reflection film was laid on the inner surface, and a light diffusion plate was fitted in the opening.
  • the parallel arrangement direction of the cylindrical lenses of the optical sheet was the vertical direction.
  • Example 1 of the present invention After the optical sheet of Example 1 of the present invention was laid on the wings, the luminance angle distribution was examined.
  • the viewing angle was defined by taking the normal direction (front) of the optical sheet as the 0 degree axis and the tilt angle from the 0 degree axis in the vertical direction as the upper and lower viewing angles.
  • the luminance at the vertical viewing angle was measured with a luminance meter.
  • the angular distribution of luminance was investigated by laying the prism sheet of the comparative example on the nosing. At this time, the parallel arrangement direction of the prisms was the vertical direction.
  • FIG. 15 shows the luminance angle distribution of the optical sheet of Invention Example 1
  • FIG. 25 shows the luminance angle distribution of the prism sheet as a comparative example.
  • the horizontal axis represents the vertical viewing angle (deg)
  • the vertical axis represents the relative luminance (a.u.) with the front luminance of the light diffusion plate of the housing as the reference (1.0).
  • Example 1 of the present invention exceeded 1.5, which was higher than the relative luminance in the vicinity of the front surface of the comparative example (about 1.5).
  • Example 2 of the present invention having the shape shown in Figs. 12 and 16 was produced, and the luminance angle distribution was investigated.
  • the optical sheet of Invention Example 2 was produced by the following method. First, a PET film 510 having a thickness of 188 ⁇ m was prepared as a transparent substrate. Using a rotary screen plate having a rectangular mesh pattern with a pitch of 200 ⁇ m and a line width of 120 ⁇ m, an ink in which 75 parts by weight of acid titanium particles and 25 parts by weight of acrylic resin are dispersed in toluene is used as PET film 510. The optical reflection layer 520 having a plurality of through holes was formed by screen printing on the top.
  • a fluorine moisture-proof coating agent (HAN ARL (registered trademark) FZ-610C) 540 manufactured by Kanto Kosei Kogyo Co., Ltd. was applied to the upper surface of the optical reflective layer.
  • an ultraviolet curable resin having a thickness of about 10 m was applied on the optical reflective layer 520 using a die coater. At this time, the ultraviolet curable resin layer was also filled in the through holes.
  • the UV-cured resin after application was repelled in the area where the fluorine moisture-proof coating agent 540 was applied, and a hemispherical lens having a radius of about 60 m was formed by the surface tension.
  • the ultraviolet curable resin on which the lens was formed was irradiated with ultraviolet rays to form a microlens 530.
  • An optical sheet having the dimensions shown in FIG. 16 was produced by the above method.
  • the unit of dimension in the figure is m.
  • Example 2 of the present invention is laid on a housing that is a surface light source so that the vertical viewing angle is maintained.
  • the angular distribution of brightness was investigated.
  • Example 2 of the present invention The survey results are shown in FIG. Compared to FIG. 25, side lobes were not generated in Example 2 of the present invention.
  • the relative luminance in the vicinity of the front surface (viewing angle ⁇ 30 °) of Example 2 of the present invention was about 2.0, and the front luminance was improved as compared with the prism sheet.
  • n the refractive index of the cylindrical lens
  • n 1.54.
  • r the radius of curvature of the cylindrical surface of the cylindrical lens and was 20 / z m as shown in FIG.
  • the survey results for test number 1 are shown in Fig. 19, the survey results for test number 2 are shown in Fig. 20, the survey results for test number 6 are shown in Fig. 21, and the survey results for test number 7 are shown in Fig. 22, respectively.
  • Fig. 23 shows the relationship between the EXO value and the relative luminance.
  • the relative luminance here is This is a value calculated as the luminance at the viewing angle of 0 ° when the optical sheet is laid, with respect to the luminance at the viewing angle of 0 °.

Abstract

　バックライト用光学シートは、バックライトの面光源上に敷設される。光学反射層は、透明基板上に形成され、所定の間隔で並設された複数の貫通溝を有する。貫通溝の幅は、上面開口部から下面開口部に向かって狭くなる。各シリンドリカルレンズは、対応する貫通溝に充填され、その表面は貫通溝の上面開口部を覆う円筒面である。光源からの光は下面開口部からのみ入射されるため、光が円筒面に達したときの入射角を制御でき、正面に偏向された光を多く出射する。そのため、このバックライト用光学シートは、面光源からの光を正面方向に集光できる。

Description

明 細 書
ノ ックライト用光学シート、バックライト及び表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、ノ ックライト用光学シート及びそれを用いたバックライト、表示装置に関 し、さらに詳しくは、面光源力もの光を正面方向に偏向するバックライト用光学シート 及びそれを用いたバックライト、表示装置に関する。
背景技術
[0002] 液晶ディスプレイに代表される表示装置の分野では、正面輝度の向上が求められ る。そのため、ディスプレイに利用されるバックライト装置には、輝度の角度分布を制 御して正面輝度を向上する光学部材が敷設される。特許第 3262230号公報に開示 されるように、一般的には、光学部材としてプリズムシートが使用される。
[0003] 図 24に示すように、プリズムシート 100は互いに並設された複数のプリズム PLを有 する。面光源からの拡散光 RlOOはプリズム PLの側面 BPOで屈折し、正面方向に偏 向されて出射される。このように、プリズムシート 100は、拡散光を正面方向に偏向す ることにより、ディスプレイの正面輝度を向上する。
[0004] しかしながら、プリズムシート 100は正面輝度を向上するものの、正面斜め方向の輝 度も高くしてしまう。図 25は、プリズム PLがディスプレイ画面の上下方向に並設され たプリズムシート 100の上下視野角の輝度角度分布を示す。図 25を参照して、プリズ ムシート 100により上下視野角の士約 30degの範囲の相対輝度は高くなる力 それと ともに、正面斜め方向の視野角 ±80deg付近で相対輝度がピークとなる、いわゆる サイドローブも形成される。このようなサイドローブを形成する光（以下、サイドローブ 光という）は正面輝度の向上に寄与しない。このように、プリズムシート 100は、出射す る光を正面方向に集光しきれておらず、また、サイドローブ光を低減することもできな いため、正面輝度の向上には限界がある。
[0005] また、プリズム PLの横断面は三角形であるため、製造時、搬送時、及びバックライト 装置への敷設時にプリズム PLに疵がっきやすぐ特にその頂点が破損しやすい。こ のような疵は、ディスプレイ上で輝点や暗点となりやすい。このような疵の発生を防止 するため、表示装置に組み込む前のプリズムシート 100には、保護フィルムを敷設し なければならない。
発明の開示
[0006] 本発明の目的は、面光源力もの光を正面方向に集光しやすいバックライト用光学シ ートを提供することである。
[0007] 本発明の他の目的は、サイドローブ光を低減できるバックライト用光学シートを提供 することである。
[0008] 本発明の他の目的は、破損しに《疵つきにくいバックライト用光学シートを提供す ることである。
[0009] 本発明によるバックライト用光学シートは、バックライトの面光源上に敷設される。バ ックライト用光学シートは、光学反射層と、複数のシリンドリカルレンズとを備える。光 学反射層はシート状であり、所定の間隔で並設された複数の貫通溝を有する。貫通 溝の幅は、光学反射層の上面から下面に向力つて狭くなる。複数のシリンドリカルレ ンズの各々は、対応する貫通溝に配設される。シリンドリカルレンズは、対応する貫通 溝に充填され、光学反射層の上面側のシリンドリカルレンズの表面は円筒面である。
[0010] 本発明によるバックライト用光学シートでは、光学反射層によりシリンドリカルレンズ に入射される光の入射角が制限される。具体的には、面光源からの光は、光学反射 層の下面に形成された貫通溝の開口部（以下、スリットという）からのみシリンドリカル レンズに入射され、スリット以外の光学反射層の下面で反射される。スリット幅はシリン ドリカルレンズ幅よりも狭いため、スリットを通過してシリンドリカルレンズの円筒面のあ る入射点に達した光の入射角は、シリンドリカルレンズの焦点から同じ入射点に入射 される光の入射角に近似する。そのため、スリットを通過して円筒面に直接入射され る光の多くは正面に偏向され、平行光又は光軸とのなす角度が小さい光線として正 面に出射される。したがって、面光源からの光を正面に集光できる。
[0011] スリットから入射される光の中には、光軸に対して広角度をなす光（以下、広角度光 という)も入射される。このような広角度光が、入射した貫通溝に対応するシリンドリカ ルレンズに隣接する他のシリンドリカルレンズの円筒面に入射されれば、サイドローブ 光として出射される。し力しながら本発明による光学シートの場合、このような広角度 に入射される光は貫通溝の表面で反射されるため、広角度光が隣接するシリンドリカ ルレンズに入射されない。したがって、サイドローブ光の発生を抑制できる。
[0012] さらに、シリンドリカルレンズの表面は曲率を有する円筒面であるため、頂角を有す るプリズムレンズのように製造時等に破損しにくい。そのため、保護フィルムが不要と なる。
[0013] 好ましくは、シリンドリカルレンズの屈折率は nであり、円筒面の曲率半径は rであり、 シリンドリカルレンズの頂点から光学反射層の下面に形成される貫通溝の開口部まで のシリンドリカルレンズの高さ hは式（1)を満たす。
[0014] nrZ (n— 1) X O. 8≤h≤nrZ (n— 1) X I. 3 (1)
[0015] この場合、スリットから入射され、円筒面のある入射点に達した光の入射角は、焦点 力もの光が同じ入射点に達した場合の入射角に近似する。そのため、シリンドリカル レンズに入射される光をよりコリメートでき、正面輝度が向上する。
[0016] 本発明によるバックライト用光学シートは、バックライトの面光源上に敷設される。バ ックライト用光学シートは、光学反射層と、複数のマイクロレンズとを備える。光学反射 層はシート状であり、複数の貫通孔を有する。貫通孔は、光学反射層の上面から下 面に向かって徐々に小さくなる。マイクロレンズは、貫通孔に充填され、光学反射層 の上面側のマイクロレンズの表面は球面である。
[0017] 本発明によるバックライト用光学シートでは、光学反射層によりマイクロレンズに入 射される光が制限される。光学反射層の下面に形成される貫通孔の開口部の大きさ (面積）は、マイクロレンズの開口面積よりも小さいため、マイクロレンズに入射された 光線のうち、マイクロレンズの球面のある入射点 (境界面）に直接入射される光の入 射角は、マイクロレンズの焦点から同じ入射点に入射される光の入射角に近似する。 そのため、マイクロレンズの球面に直接入射される光の多くは正面に偏向され、平行 光又は光軸とのなす角度が小さい光線として正面に出射される。したがって、面光源 力 の光を正面に集光できる。
[0018] また、貫通孔の表面は、入射された広角度光を反射するため、広角度光がサイド口 ーブ光として出射されるのを防止する。
[0019] 好ましくは、各貫通孔の横断面形状は長方形であり、かつ、各貫通孔の横断面形 状の長辺は互 、に並行する。
[0020] この場合、光学シートは、 2軸方向の視野角（たとえば上下視野角と左右視野角）を 異なる角度に調整できる。貫通孔の横断面形状が長方形であるため、長辺方向の方 が短辺方向よりも出射光を正面に集光しに《なるためである。したがって、 2軸方向 の視野角を互いに異なる角度とすることができる。
[0021] 本発明によるノ ックライトは、上述の光学シートを備え、本発明による表示装置は、 上述の光学シートを備えたバックライトと、ノ ックライト上に敷設された液晶パネルとを 備える。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の第 1の実施の形態による光学シートを備えた表示装置の斜視図である
[図 2]図 1中の線分 II IIでの断面図である。
[図 3]図 2に示した光学シートの上面図である。
[図 4]図 3中の線分 IV— IVの断面図である。
[図 5]図 3に示した光学シートが光源からの光をコリメートする原理を説明するための 模式図である。
[図 6A]図 3に示した光学シートのシリンドリカルレンズの高さと出射光の偏向との関係 を説明するための図である。
[図 6B]図 3に示した光学シートのシリンドリカルレンズの高さと出射光の偏向との関係 を説明とするための、図 6Aと異なる他の図である。
[図 7]サイドローブ光の発生原因を説明するための模式図である。
[図 8]図 3に示した光学シートがサイドローブ光の発生を抑制する原理を説明するた めの模試図である。
[図 9]図 3に示した光学シートと異なる形状の他の光学シートの断面図である。
[図 10]図 3及び図 9に示した光学シートと異なる形状の他の光学シートの断面図であ る。
[図 11]図 3に示した光学シートにおける貫通溝の壁面の好ましい形状について説明 するための模式図である。 [図 12]本発明の第 2の実施の形態による光学シートの上面図である。
[図 13]図 12中の線分 ΧΠΙ - ΧΙΠの断面図である。
[図 14]本実施例 1で使用した光学シートの形状寸法を示す断面図である。
[図 15]本実施例 1で求めた輝度角度分布図である。
[図 16]本実施例 2で使用した光学シートの形状寸法を示す断面図である。
[図 17]本実施例 2で求めた輝度角度分布図である。
[図 18]本実施例 3で使用した光学シートの形状寸法を示す断面図である。
[図 19]本実施例 3中の試験番号 1の光学シートで求めた輝度角度分布図である。
[図 20]本実施例 3中の試験番号 2の光学シートで求めた輝度角度分布図である。
[図 21]本実施例 3中の試験番号 6の光学シートで求めた輝度角度分布図である。
[図 22]本実施例 3中の試験番号 7の光学シートで求めた輝度角度分布図である。
[図 23]本実施例 3中の光学シートのシリンドリカルレンズの高さと相対輝度との関係を 示す図である。
[図 24]従来のプリズムシートの横断面図である。
[図 25]従来のプリズムシートで求めた輝度角度分布図である。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。図中同一又は相当 部分には同一符号を付してその説明を援用する。
[0024] [第 1の実施の形態]
[0025] [全体構成]
[0026] 図 1及び図 2を参照して、表示装置 1は、ノ ックライト 10と、ノ ックライト 10の正面に 敷設される液晶パネル 20とを備える。
[0027] バックライト 10は、拡散光を出射する面光源 16と、面光源 16上に敷設された光学 シート 30とを備える。
[0028] [面光源]
[0029] 面光源 16は、ハウジング 11と、複数の冷陰極管 12と、光拡散板 13とを備える。ハ ウジング 11は、正面に開口部 110を有する筐体であり、内部に複数の冷陰極管 12を 収納する。ハウジング 11の内面は、反射フィルム 111で覆われている。反射フィルム 111は、冷陰極管 12から出射された光を乱反射させ、開口部 110に導く。反射フィ ルム 111は、たとえば東レ製ルミラー（登録商標) E60Lや E60Vであり、拡散反射率 が 95 %以上であるものが好まし 、。
[0030] 複数の冷陰極管 12は、ハウジング 11の背面手前に上下方向（図 1中 y方向）に並 設される。冷陰極管 12は左右方向（図 1中 X方向）に伸びたいわゆる線光源であり、 たとえば蛍光管である。なお、冷陰極管 12に代えて LED (Light Emitting Device)等 の複数の点光源をノヽウジング 11内に収納してもよ 、。
[0031] 光拡散板 13は、開口部 110に嵌め込まれ、ハウジング 11の背面と並行して配設さ れる。光拡散板 13は、冷陰極管 12からの光及び反射フィルム 111で反射された光を 拡散して正面に出射する。光拡散板 13は、透明な基材と、基材内に分散された複数 の粒子とで構成される。基材内に分散される粒子は、可視光領域の波長の光に対す る屈折率が基材と異なるため、光拡散板 13に入射した光は拡散透過される。光拡散 板 13の基材は、たとえば、ガラスや、ポリエステル系榭脂、ポリカーボネート系榭脂、 ポリアクリル酸エステル系榭脂、脂環式ポリオレフイン系榭脂、ポリスチレン系榭脂、 ポリ塩ィ匕ビ二ル系榭脂、ポリ酢酸ビュル系榭脂、ポリエーテルスルホン酸系榭脂、トリ ァセチルセルロース系榭脂等の榭脂である。光拡散板 13はまた、光学シート 30の支 持体として機能する。
[0032] 光拡散板 13を開口部 110に嵌め込むことにより、ハウジング 11の内部は密閉され る。そのため、冷陰極管 12からの光が光拡散板 13以外の箇所からハウジング 11外 へ漏れるのを防止でき、光の利用効率を向上できる。
[0033] [光学シート]
[0034] [光学シートの構成]
[0035] 光学シート 30は、面光源 16上に敷設され、面光源 16からの拡散光を正面方向に 偏向し、正面輝度を向上する。
[0036] 図 3及び図 4を参照して、光学シート 30は、いわゆるレンチキユラレンズシートであり
、透明基板 31と、光学反射層 32と、複数のシリンドリカルレンズ 33とを備える。
[0037] 透明基板 31は、可視光に対して透明であり、板状又はフィルム状である。透明基板
31は、ガラスやポリエステル系榭脂、ポリカーボネート系榭脂、ポリアクリル酸エステ ル系榭脂、脂環式ポリオレフイン系榭脂、ポリスチレン系榭脂、ポリ塩ィ匕ビ二ル系榭脂 、ポリ酢酸ビニル系榭脂、ポリエーテルスルホン酸系榭脂、トリァセチルセルロース系 榭脂等の樹脂で構成される。
[0038] 光学反射層 32は、透明基板 31上に敷設される。光学反射層 32は、互いに並設さ れた複数の貫通溝 321を有する。各貫通溝 321の幅は光学反射層 32の上面に形成 される上面開口部 323から光学反射層の下面に形成される下面開口部 322 (以下、 スリット 322という）に向かって徐々に狭くなり、スリット 322で最も狭くなる。光学反射 層 32は、スリット 322によりシリンドリカルレンズ 33に入射される光を制限することによ り、シリンドリカルレンズ表面における光の入射角を制御して正面輝度を向上する。
[0039] 光学反射層 32は、可視光を拡散反射する素材で構成される。たとえば、光学反射 層 32は、母材となる樹脂と、榭脂中に分散された複数の無機粒子とで構成される。 無機粒子は、榭脂の屈折率と異なる屈折率を有し、たとえば、酸化チタン、硫酸バリ ゥム、酸化亜鉛、酸ィ匕アルミニウム等である。また、無機粒子の代わりに、アクリル又 はガラス製の中空粒子を榭脂に含有させてもよい。また、アルミニウムや銀等の金属 粒子を榭脂に含有させてもよい。母材となる榭脂は、紫外線、熱、電子線等で硬化す る榭脂であってもよいし、溶剤に溶解された後、溶剤を乾燥することにより形成される 榭脂であってもよい。光学反射層 32は、金属で構成されてもよい。
[0040] 複数のシリンドリカルレンズ 33の各々は、対応する貫通溝 321に配設される。シリン ドリカルレンズ 33の軸方向は、対応する貫通溝が伸びる方向に並行する。シリンドリ カルレンズ 33は、貫通溝 321に充填され、その表面は貫通溝 321のうち、光学反射 層 32上面に形成される上面開口部 323を覆う円筒面である。要するに、シリンドリカ ルレンズ 33の両エッジを結ぶレンズ幅 WOは、スリット 322の幅 W1よりも広い。なお、 図 4では、レンズ幅 WOは上面開口部 323の幅と同じである力 レンズ幅 WOは上面 開口部 323の幅よりも広く形成されてもよい。
[0041] シリンドリカルレンズ 33の表面は曲率を有する円筒面であるため、頂角を有するプリ ズムレンズのように製造時等に破損しにくい。そのため、保護フィルムが不要となる。
[0042] [光学シートの作用]
(1)光の入射角度制御 [0043] 光学シート 30は、面光源 16からシリンドリカルレンズ 33の円筒面に入射される光の 入射角を制御して、より多くの光を正面方向に偏向させることにより正面輝度を向上 する。図 5を参照して、面光源 16からの光線 ROは、光学反射層 32のうちスリット 322 力ものみシリンドリカルレンズ 33に入射され、スリット 322を除く光学反射層 32の下面 で拡散反射される。スリット 322の幅 W1は、シリンドリカルレンズ 33のレンズ幅 WOより も狭い。そのため、従来のレンチキユラレンズシートと比較して、スリット 322から入射 され貫通溝 321の表面で反射されることなくシリンドリカルレンズ 33の円筒面に直接 入射される光線 (以下、直接入射光という）の多くが、シリンドリカルレンズ 33の焦点 F Pの近傍を通過して円筒面に入射される。このような直接入射光がシリンドリカルレン ズ 33の円筒面のある入射点 (境界面) POに達したとき、その直接入射光の入射角は 、焦点 FPから同じ入射点 POに達した光の入射角に近似する。そのため、直接入射 光 ROは正面に偏向され、平行光又は正面方向となす角度が小さい光線として正面 に出射される。したがって、正面輝度が向上する。
[0044] 上述のように、シリンドリカルレンズ 33に入射した光線の多くを平行光として出射す るためには、シリンドリカルレンズ 33の焦点 FP力 スリット 322の近傍に位置するのが 好ましい。以下、この点について詳述する。
[0045] 図 6Aに示すように、シリンドリカルレンズ 33の焦点距離 FO力 シリンドリカルレンズ 33の頂点とスリット 322までのシリンドリカルレンズ 33の高さ hよりも長すぎる場合を仮 定する。ここで、各スリット 322の中央力も各シリンドリカルレンズ 33に光線が入射され ると仮定する。この場合、光軸との角度 θ 1が、焦点 FPからレンズのエッジに対して 張る角度（以下、開口角という） 0 0よりも大きい直接入射光 R1がシリンドリカルレンズ 33に入射されるケースが多くなる。この場合、特に円筒面のエッジ付近の入射点 P1 に入射される直接入射光 R1の入射角 λ 1は、焦点 FPから入射点 P1に入射される光 の入射角 λ θよりも小さくなる。そのため、出射される光線 R2がコリメートされず、正面 輝度が低下する。
[0046] 一方、図 6Βに示すように、焦点距離 F0が高さ hよりも短すぎれば、光軸との角度 Θ
1が開口角 Θ 0よりも小さい光線 R1が入射されるケースが多くなる。この場合、特に円 筒面のエッジ付近の入射点 P1に入射される光線 R1の入射角え 1は、入射角え 0より も大きくなるため、光線 R2は、正面よりレンズ中央寄りに傾斜して出射されやすくなり
、正面輝度が低下する。
[0047] 高さ hを、焦点距離 FOに近づけ、シリンドリカルレンズ 33の焦点 FPがスリット 322近 傍に位置するようにすれば、シリンドリカルレンズ 33に入射した光の多くが正面に偏 向されて出射されるため、正面輝度をより向上できる。
[0048] 好ましくは、高さ hは、以下の式（1)を満たす。
[0049] nrZ (n— 1) X O. 8≤h≤nrZ (n— 1) X I. 3 (1)
[0050] ここで、 nはシリンドリカルレンズ 33の屈折率であり、 rはシリンドリカルレンズ 33の円 筒面の曲率半径である。
[0051] 式（1)中の nrZ (n— 1)は焦点距離 FOを示す。高さ hが焦点距離 FOの 0. 8倍未満 となれば、図 6Aに示すように、コリメートされない光が増えるため、正面輝度がプリズ ムレンズと同程度になる。そのため、式（1)の下限値は 0. 8とする。
[0052] 一方、高さ hが焦点距離 FOの 1. 3倍を超えれば、光学反射層 32が過剰に高くなる 。光学反射層 32が高くなるほど、光学シート 30の製造が困難となる。たとえば、光学 反射層 32として無機粒子、中空粒子、金属粒子等を含む紫外線硬化榭脂を使用す る場合、光学反射層 32の高さが高くなるほど、紫外線硬化榭脂は硬化しにくくなる。 なぜなら、榭脂に含有される無機粒子等の粒子が紫外線を拡散反射するため、紫外 線が樹脂の硬化に寄与しに《なるためである。したがって、光学反射層 32を形成し やすくするためには、高さ hは焦点距離 FOの 1. 3倍以内とするのが好ましい。なお、 高さ hが 1. 3倍を超えると、図 6Bに示す理由により正面輝度が徐々に低下するもの の、プリズムシートよりも高い正面輝度を維持する。
[0053] 高さ hが式（1)を満たせば、シリンドリカルレンズ 33に入射される光の多くを正面方 向に偏向でき、正面輝度をより向上できる。なお、高さ hが式（1)を満たさなくても、本 発明の効果をある程度得ることができる。
(2)サイドローブ光の発生防止
[0054] 光学シート 30は、光学反射層 32によりサイドローブ光の発生を抑制する。図 7を参 照して、従来のレンチキユラレンズシートにおいて、光軸に対して広角度の光 R3 (以 下、広角度光という）がシリンドリカルレンズ 341内に入射されたと仮定する。この場合 、広角度光 R3はシリンドリカルレンズ 341に隣接する他のシリンドリカルレンズ 342の 円筒面に入射され、光軸に対して広角度のサイドローブ光 R4として出射される。この ような広角度光 R3がサイドローブ光 R4となりやす 、。
[0055] 本実施の形態による光学シートでは、図 8に示すように、広角度光 R3は貫通溝 32 1の表面に入射し、シリンドリカルレンズ 33内に拡散反射される。そのため、広角度光 R3は図 8中の点線に示すように、隣接する他のシリンドリカルレンズ 33に入射されな い。したがって、サイドローブ光の発生を抑制できる。
(3)光学反射層における反射光の利用
[0056] 光学反射層 32はさらに、サイドローブ光の発生を抑制するだけでなぐ広角度光 R 3を平行光として出射することで正面輝度を向上する。上述のとおり、広角度光 R3は 貫通溝 321の表面で拡散反射されるが、拡散反射された光の中には、図 8に示すよ うにシリンドリカルレンズ 33の円筒面に入射する光 R31もある。以下、このような光 R3 1を間接入射光 R31という。間接入射光 R31の中には、平行光 R10として出射される ものも存在する。そのため、光学反射層 32は、広角度光がサイドローブ光として出射 されるのを抑制するだけでなぐ広角度光 R3を平行光 R10として出射し、正面輝度 の向上に寄与する。
[0057] [他の形態]
[0058] 上述の光学シート 30では、貫通溝 321の表面を平面としたが、他の形状でもよい。
たとえば、図 9に示すように、表面が凹曲面であってもよいし、図 10に示すように、凸 曲面であってもよい。要するに、貫通溝 321の幅が、上面開口部 323からスリット 322 に向かって徐々に狭くなつていればよい。
[0059] ただし、図 11に示すように、貫通溝 321の表面は、シリンドリカルレンズ 33の焦点 F Pとレンズの両エッジとを結ぶ領域 325よりも外側に形成されるのが好ましい。領域 32 5を通過する直接入射光は、正面に偏向されて出射される。領域 325内に貫通溝 32 1の表面が存在すれば、本来であれば直接入射光として正面に偏向されるべき光が 貫通溝 321の表面で反射されてしまう場合が生じる。このような事態の発生を抑制す るため、貫通溝 321の表面は領域 325の外側に形成されるのが好ましい。
[0060] 本実施の形態ではシリンドリカルレンズ 33を表示装置 1における上下方向（図 1中 の y方向）に並設した力 左右方向（図 1中の X方向）に並設してもよい。上下方向に 並設すれば、上下視野角を制御でき、左右方向に並設すれば、左右視野角を制御 できる。
[0061] また、シリンドリカルレンズ 33は直線状でなぐ多少蛇行してもよ 、。たとえば液晶パ ネルの各画素の配置に対応して、シリンドリカルレンズ 33を蛇行させてもよ!、。
[0062] [第 2の実施の形態]
[0063] 上述の光学シート 30はレンチキユラレンズシートであった力 本発明による光学シ ートはマイクロレンズアレイであってもよい。以下、マイクロレンズアレイとしての光学シ ートについて説明する。
[0064] 図 12及び図 13を参照して、光学シート 50は透明基板 51と、光学反射層 52と、光 学反射層上に行列状 (アレイ状）に配置される複数のマイクロレンズ 53とを備える。
[0065] 透明基板 51は、透明基板 31と同じく可視光に対して透明であり、板状又はフィル ム状である。
[0066] 光学反射層 52は、透明基板 51上に敷設される。光学反射層 32は、行列状に配置 された複数の貫通孔 521を有する。貫通孔 521の横断面は長方形であり、光学反射 層 52の上面から下面に向かって徐々に小さくなり、光学反射層 52の下面における開 口部（以下、下面開口部という） 522で最も小さくなる。光学反射層 52の材質は、光 学反射層 32と同様である。
[0067] 複数のマイクロレンズ 53の各々は、対応する貫通孔 521に配設される。マイクロレ ンズ 53は、対応する貫通孔 521に充填され、その表面は、光学反射層 52の上面に 形成された貫通孔の開口部（以下、上面開口部という） 523を覆う球面である。シリン ドリカルレンズ 33は、レンズが円筒面であるため、上下方向（図 1中の y方向）又は左 右方向（図 1中の X方向）のいずれかの方向の光のみを正面に偏向する力 マイクロ レンズ 53は、レンズが球面であるため、上下方向だけでなぐ左右方向の光も正面に 偏向できる。そのため、シリンドリカルレンズ 33と比較して正面輝度をより向上できる。
[0068] [光学シートの作用]
[0069] 光学シート 50も光学シート 30と同様の作用効果を奏する。すなわち、面光源からマ イク口レンズ 53の球面に入射される光の入射角を制御して、平行光をより多く出射す ることにより正面輝度を向上する。また、光学反射層 52により広角度光が隣のマイク 口レンズ 53に入射されるのを防止し、サイドローブ光の発生を抑制する。さらに、光学 反射層 52により広角度光を拡散反射し、間接入射光をマイクロレンズ 53の球面に入 射させることにより、広角度光の一部を平行光として出射できる。光学シート 50にお いても、マイクロレンズの焦点は下面開口部 522の近傍に位置するのが好ましい。
[0070] 光学シート 50はさらに、上下視野角と左右視野角とを異なる角度に調整できる。各 貫通孔 521の横断面形状は長方形であり、各貫通孔 521の横断面の長辺は互いに 並行する。要するに、各貫通孔 521の横断面形状の長辺方向は、いずれも左右方向 (図 1中の X方向）に並行する。貫通孔 521の横断面形状が長方形であるため、下面 開口部 522における上下方向（図 1中の y方向）の幅 W10は、左右方向の幅 W20よ りも狭い。そのため、左右方向の方が上下方向よりも入射光の入射角を制御できず、 左右方向の方が上下方向よりも出射光が正面に集光しに《なる。したがって、上下 視野角を左右視野角よりも狭くすることができる。
[0071] 各貫通孔 521の横断面形状を長方形の代わりに楕円形としても同様の効果を得る ことができる。また、図 12では、複数の貫通孔 521を行列状に配置したが、千鳥状又 は最密状に配置してもよい。
[0072] 液晶ディスプレイに代表される表示装置 1では、ユーザが上下斜め方向から画面を 見る機会よりも、左右斜め方向から画面を見る機会の方が多い。光学シート 50を用 いれば、左右視野角を上下視野角よりも広げることができる。貫通孔 521の横断面形 状を適宜設定することにより、表示装置に適した上下視野角及び左右視野角に調整 できる。
実施例 1
[0073] 図 3及び図 14に示す形状の本発明例 1の光学シート（レンチキユラレンズシート）と
、比較例のプリズムシートとを作製し、輝度角度分布を調査した。
[0074] [作製方法]
[0075] 本発明例 1の光学シートは次に示す方法により作製した。初めに、軸方向に並設さ れ、周方向に伸びた複数の溝を有する凹ロール版を準備した。凹ロール版の溝の横 断面形状は台形であり、底面幅を 10 μ m、上面幅を 30 μ m、溝深さを 30 μ mとし、 溝と溝との間のピッチを 50 μ mとした。
[0076] 準備した凹ロール版の溝に酸ィ匕チタン粒子を 40重量部含有した紫外線硬化榭脂 を充填した。透明基板として厚さ 100 μ mのポリエチレンテレフタレート（PET)フィル ム 310を準備し、紫外線を照射しながら、凹ロール版の溝に充填した紫外線硬化榭 脂を PETフィルム上に押し当てて転写し、複数の貫通溝を有する光学反射層 320を PETフィルム 310上に形成した。
[0077] 続いて、貫通溝上にシリンドリカルレンズ 330を形成した。まず、ダイコータを用いて 光学反射層 320上に厚さ約 30 mの紫外線硬化榭脂層を形成した。このとき、紫外 線硬化榭脂層は各貫通溝内にも充填された。
[0078] シリンドリカルレンズ 330と同じ半円の横断面形状の複数の溝を周方向に有する口 一ル版を紫外線硬化榭脂層に押し当て、紫外線を照射してシリンドリカルレンズ 330 を形成した。このとき、ロール版の溝のピッチを 50 mとし、横断面の半円の曲率半 径を 20 /z mとした。また、シリンドリカルレンズ 330の頂点が対応する貫通溝の開口 部の中央に配置されるように、ロール版の位置を調整した。
[0079] 以上の方法により図 14の光学シートを作製した。図 14中の各寸法の単位は μ mで ある。
[0080] 比較例のプリズムシートは次に示す方法により作成した。厚さ 100 μ mの PETシー ト上に厚さ 30 mの紫外線硬化榭脂層をダイコータにより形成した。横断面形状が 2 等辺三角形の溝を有するロール版を用いて図 24に示す形状のプリズムシートを作製 した。このとき、プリズムのピッチを 50 mとし、頂角を 90度とした。
[0081] [輝度角度分布調査]
[0082] 作製された本発明例 1の光学シートと、比較例のプリズムシートとを用いて輝度の角 度分布を調査した。冷陰極管を収納し、内面に反射フィルムが敷設され、開口部に 光拡散板が嵌着されたハウジングに本発明例 1の光学シートを敷設した。光学シート のシリンドリカルレンズの並設方向は、上下方向とした。
[0083] ノ、ウジングに本発明例 1の光学シートを敷設後、輝度角度分布を調査した。視野角 は、光学シートの法線方向（正面）を 0度軸とし、 0度軸から上下方向への傾き角を上 下視野角とした。上下視野角の輝度は輝度計により測定した。 [0084] 同様に、比較例のプリズムシートをノヽウジングに敷設して輝度の角度分布を調査し た。このとき、プリズムの並設方向は上下方向とした。
[0085] 本発明例 1の光学シートの輝度角度分布を図 15に、比較例であるプリズムシートに よる輝度角度分布を図 25に示す。図 15及び図 25の横軸は上下視野角（deg)、縦 軸はハウジングの光拡散板の正面輝度を基準（1. 0)とした相対輝度 (a. u. )である 。図 15及び図 25を参照して、比較例では視野角 ±60〜90deg付近でサイドローブ が発生した力 本発明例 1ではサイドローブはほとんど発生しな力つた。
[0086] また、本発明例 1の正面近傍 (視野角 ± 30deg)の相対輝度は 1. 5を超え、比較例 の正面近傍の相対輝度 (約 1. 5)よりも高力つた。
実施例 2
[0087] 図 12及び図 16に示す形状の本発明例 2の光学シート（マイクロレンズアレイ）を作 製し、輝度角度分布を調査した。
[0088] [作製方法]
[0089] 本発明例 2の光学シートは、次に示す方法により作製した。初めに、透明基板とし て、厚さ 188 μ mの PETフィルム 510を準備した。ピッチ 200 μ m、線幅 120 μ mの 矩形メッシュパターンとしたロータリースクリーン版を用い、酸ィ匕チタン粒子 75重量部 とアクリル榭脂 25重量部とをトルエン中で分散させたインクを PETフィルム 510上に スクリーン印刷することにより、複数の貫通孔を有する光学反射層 520を形成した。
[0090] 続いて、光学反射層の上面にフッ素系防湿コーティング剤（関東ィ匕成工業製 HAN ARL (登録商標） FZ— 610C) 540を塗布した。コーティング剤 540を塗布後、ダイ コータを用いて光学反射層 520上に厚さ約 10 mの紫外線硬化榭脂を塗布した。こ のとき、紫外線硬化榭脂層は貫通孔にも充填された。
[0091] 塗布後の紫外線硬化榭脂は、フッ素系防湿コーティング剤 540が塗布された領域 ではじかれ、その表面張力により半径約 60 mの半球のレンズを形成した。レンズを 形成した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、マイクロレンズ 530を形成した。
[0092] 以上の方法により図 16に示す寸法の光学シートを作製した。図中の寸法単位は mである。
[0093] 面光源であるハウジング上に本発明例 2の光学シートを敷設し、上下視野角におけ る輝度の角度分布を調査した。
[0094] 調査結果を図 17に示す。図 25と比較して、本発明例 2ではサイドローブが発生し なかった。また、本発明例 2の正面近傍 (視野角 ± 30deg)の相対輝度は約 2. 0とな り、プリズムシートと比較して正面輝度が向上した。
実施例 3
[0095] 図 18に示す寸法を有し、シリンドリカルレンズの頂点と貫通溝の下面開口部までの 高さ hを変化させた、表 1に示す種々の光学シート（レンチキユラレンズシート）を作製 し、各光学シートの正面輝度を調査した。
[表 1]
Figure imgf000017_0001
[0096] 表 1を参照して、 EXO値は以下の式（2)により求めた。
[0097] EXO=h/ (nr/ (n- l) ) (2)
[0098] ここで、 nはシリンドリカルレンズの屈折率であり、 n= 1. 54であった。 rはシリンドリカ ルレンズの円筒面の曲率半径であり、図 18に示すとおり 20 /z mであった。
[0099] 表 1を参照して、試験番号 2〜試験番号 6の光学シートでは、 EXO値が 0. 8〜1. 3 の範囲内であり、いずれも式（1)を満たした。一方、試験番号 1の光学シートでは、 E XO値が 0. 7となり、高さ hが式（1)の下限値未満となった。一方、試験番号 7の光学 シートでは、 EXO値が 1. 5となり、高さ hが式（1)の上限を超えた。
[0100] 各試験番号 1〜7の光学シートは実施例 1と同じ製法により作製された。
[0101] 各試験番号の光学シート 30を用いて実施例 1と同様に、上下視野角の輝度の角度 分布を調査した。
[0102] 試験番号 1の調査結果を図 19に、試験番号 2の調査結果を図 20に、試験番号 6の 調査結果を図 21に、試験番号 7の調査結果を図 22にそれぞれ示す。
[0103] また、 EXO値と相対輝度との関係を図 23に示す。ここでいう相対輝度は、拡散板の みの視野角 0° における輝度に対する、光学シートを敷設した場合の視野角 0° に おける輝度として算出した値である。
[0104] 図 23を参照して、 EXO値が 0. 8以下の場合、相対輝度は 1. 5以下となり、プリズム シートの相対輝度 (約 1. 5)よりも低くなつた。一方、 EX0値が 1. 3を超えた場合、相 対輝度がやや低下したものの、相対輝度は 1. 5よりも高力 た。ただし、 EX0値が 1 . 3を超えると、光学反射層の高さが高くなるため、光学反射層が硬化しにくぐ光学 シートの製造が困難であった。
[0105] 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施す るための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることな ぐその趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施するこ とが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] ノ ックライトの面光源上に敷設されるノ ックライト用光学シートであって、
所定の間隔で並設された複数の貫通溝を有する光学反射層と、
各々が対応する貫通溝に配設された複数のシリンドリカルレンズとを備え、 前記貫通溝の幅は、前記光学反射層の上面力 下面に向力つて狭くなり、 前記シリンドリカルレンズは前記貫通溝に充填され、前記光学反射層の上面側の 表面が円筒面であることを特徴とするバックライト用光学シート。
[2] 請求項 1に記載のノ ックライト用光学シートであって、
前記シリンドリカルレンズの屈折率は nであり、前記円筒面の曲率半径は rであり、前 記シリンドリカルレンズの頂点から前記光学反射層の下面に形成された貫通溝の開 口部までの高さ hは式（1)を満たすことを特徴とするバックライト用光学シート。
nr/ (n- l) X O. 8≤h≤nr/ (n- l) X 1. 3 (1)
[3] ノ ックライトの面光源上に敷設されるノ ックライト用光学シートであって、
複数の貫通孔を有するシート状の光学反射層と、
各々が対応する貫通孔に配設される複数のマイクロレンズとを備え、
前記貫通孔は、前記光学反射層の上面から下面に向かって徐々に小さくなり、 前記マイクロレンズは前記貫通孔に充填され、前記光学反射層の上面側の表面が 球面であることを特徴とするノ ックライト用光学シート。
[4] 請求項 3に記載のノ ックライト用光学シートであって、
前記各貫通孔の横断面形状は長方形であり、かつ、各貫通孔の横断面形状の長 辺は互 、に並行することを特徴とするノ ックライト用光学シート。
[5] 面光源と、
前記面光源上に敷設され、所定の間隔で並設された複数の貫通溝を有するの光 学反射層と、各々が対応する貫通溝に配設された複数のシリンドリカルレンズとを含 み、前記貫通溝の幅は、前記光学反射層の上面から下面に向かって狭くなり、前記 シリンドリカルレンズは前記貫通溝に充填され前記光学反射層の上面側の表面が円 筒面である光学シートとを備えることを特徴とするバックライト。
[6] 所定の間隔で並設された複数の貫通溝を有する光学反射層と、各々が対応する貫 通溝に配設された複数のシリンドリカルレンズとを有し、前記貫通溝の幅は、前記光 学反射層の上面から下面に向力つて狭くなり、前記シリンドリカルレンズは前記貫通 溝に充填され、前記光学反射層の上面側の表面が円筒面である光学シートと、前記 光学シートが敷設される面光源とを含むバックライトと、
前記バックライト上に敷設される液晶パネルとを備えることを特徴とする表示装置。
[7] 面光源と、
前記面光源上に敷設され、複数の貫通孔を有するシート状の光学反射層と、各々 が対応する貫通孔に配設される複数のマイクロレンズとを含み、前記貫通孔は、前記 光学反射層の上面から下面に向力つて徐々に小さくなり、前記マイクロレンズは前記 貫通孔に充填され、前記光学反射層の上面側の表面が球面である光学シートとを備 えることを特徴とするバックライト。
[8] 複数の貫通孔を有するシート状の光学反射層と各々が対応する貫通孔に配設され る複数のマイクロレンズとを有し、前記貫通孔は、前記光学反射層の上面から下面に 向力つて徐々に小さくなり、前記マイクロレンズは前記貫通孔に充填され、前記光学 反射層の上面側の表面が球面である光学シートと、前記光学シートが敷設される面 光源とを含むバックライトと、
前記バックライト上に敷設される液晶パネルとを備えることを特徴とする表示装置。
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