(57)【要約】      （修正有）【課題】レンズピッチが小さくモアレ障害を回避しながら、一定以上の厚みであることにより取り扱い性や容易に製造できるバックライトの輝度向上用レンズシートを提供する。【解決手段】背面側から光源側拡散シート３及びレンチキュラーレンズシート２からなり、前記レンチキュラーレンズシート２は出射面側にレンズを有し、入射面側にはレンチキュラーレンズの集光部近傍以外の領域に反射層５を有し、前記反射層５以外の領域に開口部を有し、レンチキュラーレンズのピッチＰが４０〜３００μｍであり、レンチキュラーレンズシート２の厚みｔはＰ×１．２〜Ｐ×２．０であり、反射層５の幅ＷはＰ×０．１〜Ｐ×０．６であり、上記出射側のレンチキュラーレンズは、出射側より平行に入射された光線の焦点距離がレンズ光軸近傍よりレンズ谷部の方が長いレンズ形状であるバックライト用レンズシートである。【選択図】図１
2010164774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトに用いられるバックライト用シートであって、
前記バックライト用シートは背面側から光源側拡散シート及びレンチキュラーレンズシートからなり、
前記レンチキュラーレンズシートは出射面側にレンチキュラーレンズを有し、
入射面側には前記レンチキュラーレンズの集光部近傍以外の領域に反射層を有し、前記反射層以外の領域に開口部を有し、
レンチキュラーレンズのピッチＰが４０〜３００μｍであり、
レンチキュラーレンズシートの厚みｔはＰ×１．２〜Ｐ×２．０であり、
反射層の幅ＷはＰ×０．１〜Ｐ×０．６であり、
前記出射側のレンチキュラーレンズは、出射側より平行に入射された光線の焦点距離がレンズ光軸近傍よりレンズ谷部の方が長いレンズ形状であるバックライト用レンズシート。
【請求項２】
前記反射層の光透過率が、５％〜５０％である請求項１に記載のバックライト用レンズシート。
【請求項３】
前記レンチキュラーレンズシートが押し出し製造法により得られたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のバックライト用レンズシート。
【請求項４】
前記レンチキュラーレンズシートの入射面側に凸部が設けられ、前記凸部に前記反射層が設けられた事を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライト用レンズシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、看板などに用いられるバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型の液晶ディスプレイ、照明看板等を背面から照明するバックライトとしては、エッジライト方式と直下方式がある。直下方式は、複数の光源を装置の背面に並べ、拡散板に光を入射し、拡散板で光を均一化して入射面と対向する出射面に光を取り出す方式である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
テレビやパソコンのモニタでは、画像表示装置の大型化の要求が高まっており、大型の画像表示装置に使用されるバックライトでは輝度の向上や均一性などの点で有利な直下方式が主流となっている。直下方式のバックライトは、背面側から、反射板、光源、拡散板、レンズシート等を備えている。反射板は光源から背面側に出射した光を正面方向に反射させる機能を有している。拡散板は光を拡散させて光源の像が見えることを低減し、面内の輝度を均一化する機能を有している。レンズシートは拡散した光を適正な指向性に変換する機能を有している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、出射面にレンチキュラーレンズを備え、入射面のレンチキュラーレンズの集光部以外に反射層を備え、反射層以外の箇所を開口部とすることにより、入射する拡散光を正面方向へ集光するレンズシートが公開されている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
近年特に表示装置の薄型軽量化が求められており、バックライトに用いられるレンズシートもその厚みを薄くすることが求められている。
また、レンズシートのピッチと表示装置の画素ピッチとが干渉して生じるモアレ障害を回避するため、レンズシートのレンズピッチを例えば３００μｍ以下などと小さくすることが求められている。特許文献３のようなレンズシートではレンズピッチを小さくするとシートの厚みを薄くする必要がある。
【０００６】
一方で過度に薄いシートはその取り扱いが困難となり、またシワなどの問題が生じやすいため、レンズピッチが小さい場合でもその厚みは例えば５０μｍ以上などが必要である。
【０００７】
これらレンズシートは成形型と紫外線硬化性樹脂を用いたいわゆる２Ｐ成形法や、成形型と熱可塑性樹脂を用いた押し出し製造法により製造される。しかし紫外線硬化性樹脂が高価であるため、比較的安価に製造できる押し出し製造法が望ましい。ところが、押し出し製造法では転写の安定性や両面成形時の光軸精度の制限から、例えば１５０μｍ以下の厚みとすることが困難である。
【０００８】
また、特許文献３のようにレンズシートの微細なパターンに対応した反射層を形成するためには、反レンズ面に光反応性粘着層を積層した後レンズシートに平行光を照射露光し、粘着／非粘着のパターンを形成することを利用した、いわゆるセルフアライメント法が用いられている。しかし同法は光反応性粘着層の積層、露光、反射層の積層（転写）の工程が必要であるため高コストである。また、実際の反射層は光を１００％反射するわけではなく、例えば５％以上などと光が透ける場合が考えられるが、従来そのような場合を考慮して設計がなされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−１７号公報
【特許文献２】特開昭６２−１４４１０２号
【特許文献３】特開２００５−２２１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バックライトに用いられる輝度向上用のレンズシートであって、レンズピッチが小さくモアレ障害を回避しながら、一定以上の厚みであることにより取り扱い性や容易に製造できるレンズシートが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、
バックライトに用いられるバックライト用シートであって、
前記バックライト用シートは背面側から光源側拡散シート及びレンチキュラーレンズシートからなり、
前記レンチキュラーレンズシートは出射面側にレンチキュラーレンズを有し、
入射面側には前記レンチキュラーレンズの集光部近傍以外の領域に反射層を有し、前記反射層以外の領域に開口部を有し、
レンチキュラーレンズのピッチＰが４０〜３００μｍであり、
レンチキュラーレンズシートの厚みｔはＰ×１．２〜Ｐ×２．０であり、
（Ｐ＝１５０μｍの場合、ｔ＝１８０〜２８０μｍに相当）
反射層の幅ＷはＰ×０．１〜Ｐ×０．６であり、
前記出射側のレンチキュラーレンズは、出射側より平行に入射された光線の焦点距離がレンズ光軸近傍よりレンズ谷部の方が長いレンズ形状であるバックライト用レンズシートである。ここで、前記反射層の光透過率が、５％〜５０％であるのが好ましい。
また本発明の別の発明は、前記レンチキュラーレンズシートが押し出し製造法によることを特徴とするバックライト用レンズシートである。
【００１２】
さらに本発明の別の発明は、前記レンチキュラーレンズシートの入射面側に凸部が設けられ、前記凸部に反射層が設けられたことを特徴とするバックライト用レンズシートである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレンチキュラーレンズシートは、レンズピッチが小さいながら特定以上の厚みであるため、モアレ障害を回避しやすく、かつシートの取り扱い性が良好であり、また押し出し製造に好適である。
また、レンズ形状が特定の範囲であるため、輝度向上性能と視野角のバランスが良く、レンチキュラーレンズの製造工程において厚み、レンズ形状がばらついたり、遮光層形成工程において遮光層の面積や厚みすなわち光透過性がばらついたりしても、安定した輝度向上性能と視野角を発揮できる。
また、レンチキュラーレンズシートの入射面側に設けた凸部に反射層を積層したので容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における実施の形態の一例を示す図である。
【図２】本発明において反射層５で反射された光の経路の概略を示した図である。
【図３】本発明において典型的な光の経路の概略を示した図である。
【図４】本発明における実施の形態の他の一例を示す図である。
【図５】実施例１における視野角度特性を示す図である。
【図６】実施例において輝度向上の基準となる拡散板の視野角度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明について図を参照しながら説明する。図１は本発明のバックライトの概略図であり、背面側から反射板４、光源１、光源側拡散板３、レンチキュラーレンズシート２が設けられている。光源１から出射した光および反射板４で反射された光は光源側拡散シート３に入光する。前記光は光源側拡散シート３により拡散され、面内の輝度が均一化される。
【００１６】
光源側拡散シート３によって拡散された光の一部は、レンチキュラーレンズシート２におけるレンチキュラーレンズの集光部近傍以外の領域に設けられた開口部へ入射する。シート面に対し垂直に近い角度（小さい入射角）で開口部へ入射した光は、そのままレンズ内を直進し、シート面に対し垂直に近い角度（小さい出射角）で出射する。シート面に対し大きい入射角で開口部へ入射した光はレンズ内を直進後、レンズの出射界面で屈折し、シート面に対し垂直に近い角度（小さい出射角）で出射する。従って、レンチキュラーレンズシート２の開口部に入射した光は正面方向へ集光されることになる。
【００１７】
一方、光源側拡散シート３によって拡散された光の一部は開口部以外の領域に設けられた反射層５で反射される。図１の例では反射層５は反レンズ面の凸部に設けられている。
反射層５で反射された光は光源側拡散シート３側へ進んだ後、光源側拡散シート３内で拡散反射され、拡散光となって再びレンチキュラーレンズシート２に入射し、正面方向へ集光されて出射する。以下、本発明ではこのように光が反射層５で反射され、再びレンチキュラーレンズシート２の開口部から出射する現象を光の再利用と称することがある。
【００１８】
以上のように本発明のバックライトは光源１からの光を拡散して面内の輝度を均一化し、さらに出射面側に配置されたレンチキュラーレンズシート２により正面方向へ集光できる。
【００１９】
さらに本発明の特徴である、レンチキュラーレンズシート２のレンチキュラーレンズ形状およびシート厚みｔ、反射層５の幅Ｗが所定の範囲であると、レンズ中央付近、谷部付近共に開口部から入射した光線を正面方向へ垂直に近い角度で出射されることが可能となるため、正面輝度が高くなり、視野角も適度な範囲（垂直２０〜４０度、水平４５〜７０度）となる。逆にＰ＊１．３以上などと比較的厚く（ピッチ０．１５の場合０．２ｍｍ以上）で単一焦点距離のレンズであった場合、出射する光線を正面方向へ誘導するために適正化した開口率での光学特性は司直方向のみに集光されるため垂直視野角が２０°以下などと実用上狭くなる。本発明のレンズ形状としては例えば双曲線、放物線及びそれらに近似される形状を採用できる。
【００２０】
また、本発明におけるレンチキュラーレンズシート２のレンズピッチは４０μｍ以上３００μｍ以下とする必要がある。これ以下であると製造、取り扱いが困難になる。レンズピッチがこれ以上であると、液晶画面の画素ピッチとレンズピッチが干渉して見えるモアレ模様が目立つことがある。４０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
【００２１】
本発明におけるレンチキュラーレンズシート２の厚みｔは、Ｐ×１．２〜Ｐ×２．０とする必要がある。これ以下であると本発明のレンズ形状と組み合わせた場合に正面方向へ有効に集光することができない。これ以上であると開口部から入射した拡散光のうち、隣のレンズへ入射する成分が増し、正面方向へ有効に集光することができない。
なお、本発明におけるレンチキュラーレンズシート２の厚みｔとは、レンズの頂部から開口部までの距離であり、反レンズ側に凸部を設けた場合の凸部は厚みｔに含まれない。
【００２２】
反射層５の幅Ｗは、Ｐ×０．１〜Ｐ×０．６とする必要がある。これ以下であると光を再利用する割合が小さくなり、正面方向へ有効に集光することができない。これ以上であると本発明のレンズ形状およびレンズ厚みにおいて正面方向へ有効に集光することができない。反射層５の幅Ｗはレンズピッチの２０％以上、５０％以下とすることが好ましい。
【００２３】
反射層５の形成方法は公知の方法を採用できる。例えばレンチキュラーレンズシート２の反レンズ面に光反応性粘着層を形成し、レンズ面側から平行光線を照射して集光部近傍の粘着性を喪失させた後、集光部以外の部分に反射層５を転写する方法などである。しかし製造工程が簡便であるという点で、反レンズ側の集光部以外の部分を凸状とし、スクリーン印刷やロール印刷を行うことによって凸状部の頂部に反射層５を形成するのが好ましい。反射層５の材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウムなどの白色顔料を混合した白インク、金属粉末を混合した反射性のインク、金属薄膜層などを採用できる。反射層５は光を十分反射するだけの厚みが必要である。例えば白インクではその厚みは５μｍ以上であることが好ましい。一方、反射層５は厚ければ厚いほど反射効率が向上するものではなく、形成の容易さを考慮すると反射層５は２０μｍ以下であるのが好ましい。また、反射層５を透過する光の影響を考慮して、反射層５の光透過率は５％〜５０％の範囲内であるのが好ましい。
【００２４】
白色インクの基材としては、熱硬化性樹脂、溶剤型接着剤、紫外線硬化性樹脂などが好ましい。さらに本発明のレンチキュラーレンズシート２は反射層５側で光源側拡散シート３と貼り合わせることが好ましい。シートが一体化され、バックライトの組立工程が簡便になるためである。貼り合わせる場合、開口部と光源側拡散シート３との間には空気層を設けることが好ましい。開口部で光線が屈折し、開口部から入射した拡散光のうち、隣のレンズへ入射する成分を減らすことができ、正面方向へ有効に集光することができるためである。
貼り合わせる場合、反レンズ側の集光部以外の部分を凸状とし、凸状部の頂部のみで貼り合せることで容易に開口部と光源側拡散シート３との間には空気層を設けることができる。
【００２５】
本発明のレンチキュラーレンズシート２は公知の製造方法によって製造できる。例えば押出し法や、紫外線硬化性樹脂を用いた成形法である。特に押出し法が好ましい。押し出し法は比較的安価に製造できるものの、転写の安定性や両面成形時の光軸精度の制限から、例えば１５０μｍ以下の厚みとすることが困難である。本発明のレンチキュラーレンズシート２は特許文献３のようなレンチキュラーレンズシート２と反射層５とから構成される従来のバックライト用輝度向上シートよりシートの厚みが厚い場合に効果を発揮する。そのため、本発明は安価に製造できる押出し法と組み合わせた場合にもっとも効果を発揮する。また押し出し法であると、反レンズ側に反射層５を容易に形成するための凸部をレンズ成形と同時に成形できる。
【００２６】
レンチキュラーレンズシート２には傷付き防止やモアレ防止などのため、正面方向の輝度向上に悪影響を及ぼさない程度の拡散層を設けることができる。また視野角特性をさらに調整するために、微細な表面凹凸を設けることもできる。
【００２７】
開口部の幅はシート中央部と端部で異なっても良い。端部の開口部の幅を中央部より大きくすると、端部の視野角が広がるため、正面から画面を見た場合、端部が暗くなることを防ぐことができる。
【００２８】
本発明と組み合わせる光源側拡散シート３の出射面近傍における好ましい光拡散性について、図２および図３を用いて説明する。
図２は反射層５と光源側拡散シート３との界面近傍において、反射層５で反射された光の経路の概略を示したものである。上述の通り、反射層５へ入射した光は一旦光源側拡散シート３へ向かった後、光源側拡散シート３内で出射側へ拡散反射され、拡散光となって再びレンチキュラーレンズシート２に入射する。しかし前記反射光の全てが必ずしも開口部へ入射するわけではなく、光の一部は反射層５と光源側拡散シート３内の間で繰り返し反射される。ここで、反射層５および光源側拡散シート３内での反射効率は現実には１００％ではないため、光のロスが生じる。
【００２９】
一方、図３に、本発明の典型的な光源側拡散シート３の実施形態１及び反射層で反射された光の経路の概略図を示す。本実施形態１は、光源側拡散シート３が入射面側に拡散剤を含有した拡散層３２を備え、出射面側には拡散剤を含有しない透明層３１を備える。
反射層５へ入射した光は一旦光源側拡散シート３へ向かった後、透明層３１を通過し、光源側拡散シート３内で出射側へ拡散反射されるため、反射層５からレンズ配列方向に離れた位置で反射する可能性が高くなる。従って反射層５と光源側拡散シート３内の間で繰り返し反射される成分を減らせるため、光の利用効率が高くなるのである。ここで、透明層３１は、拡散層３２より拡散性能が低ければ、拡散材を微量含有していてもよい。
拡散力が小さい層（透明層３１）の厚みは、レンズピッチの０．５倍以上１０倍以下が好ましい。これ以下であると本発明の効果が十分に発揮されないことがある。これ以上であっても本発明の効果は顕著には発揮されず、むしろバックライトの薄型化、軽量化の妨げとなる。
【００３０】
本発明の光源側拡散シート３の実施形態は、上記以外に例えば以下の形態を採用できる。
実施形態２：入射面側に高濃度の拡散剤を含有した拡散層を備え、出射面側に低濃度の拡散剤を含有した拡散層を備えたもの。
実施形態３：入射面側に基材との屈折率差が大きい拡散剤を含有した拡散層を備え、出射面側に基材との屈折率差が小さい拡散剤を含有した拡散層を備えたもの。
実施形態４：入射面近傍から出射面近傍に向い、拡散剤濃度が段階的または連続的に変化した拡散層を備えたもの。
【００３１】
本発明では図１に示すように光源１の背面に反射シート４を設けることが好ましい。光源からの光を有効に利用でき、また光の再利用において光源側拡散シート３内で出射側へ拡散反射せずに光源側へ到達した光を有効に利用できる。
【００３２】
本発明における光源側拡散シート３の出射面側は、貼り合せる形態を考慮すると平坦であることが好ましい。取り扱いによる傷付き防止などのため、出射面側にＲａ＝０．１〜１０μｍ程度の微細な凹凸を設けても良い。光源側拡散シート３の入射面側は平坦であっても良いし、プリズム列、レンズ列や、Ｒａ＝０．１〜１０μｍ程度の微細な凹凸形状が形成されていても良い。背面の光源１が線状光源、または点状光源が線状に配列された光源である場合、図４に示すように光源側拡散シートの入射面側には線状光源、または点状光源の配列長手方向と平行なレンズ列あるいはプリズム列を設けることが特に好ましい。これにより面内の輝度がいっそう均一化される。
【実施例】
【００３３】
＜実施例１＞
本実施例におけるレンチキュラーレンズシートの形状と視野角特性計算結果を以下に示す。
レンズピッチ：１５０μｍ
レンズ高さ：６５μｍ
シート厚み：２３０μｍ
反射層幅対ピッチ比率：３０％
反射層光透過率：２０％
レンズ形状：
【数１】
2010164774.tif 000003
においてＣ＝２３、Ｋ＝−１。ただしレンズ頂点をｘ＝ｙ＝０とし、ｘ＝−Ｐ／２〜Ｐ／２とする。
【００３４】
図５および表１に輝度向上率および視野角特性を示す。
【表１】
2010164774.tif 000004
輝度向上率：図６に示す拡散特性の拡散板１枚を用いた場合に対する輝度の比率
【００３５】
上記の計算は、Optical  Research  Associates社製ライトツールズ  Ver.6.0.0を用いて下記の条件にて行った。
計算条件
・屈折率：１．５４９
・反射層で反射した光の再利用効率：９６％
・積分計算方法：区分求積法  ５°刻み
・入射光の特性：ランバート分布
【００３６】
＜実施例２＞
シート厚みを１８０、２３０、２８０μｍと変化させた以外は実施例１と同様に計算した結果を表２に示す。（２３０μｍの例は実施例１と同一。）
【００３７】
【表２】
2010164774.tif 000005
【００３８】
＜実施例３＞
反射層幅の対ピッチ比を１０、３０、５０％と変化させた以外は実施例１と同様に計算した結果を表３に示す。（３０％の例は実施例１と同一。）
【００３９】
【表３】
2010164774.tif 000006
【００４０】
＜実施例４＞
反射層光透過率を１０，２０，５０％と変化させた以外は実施例１と同様に計算した結果を表４に示す。（２０％の例は実施例１と同一。）
【００４１】
【表４】
2010164774.tif 000007
【００４２】
＜実施例５＞
ＫおよびＣを水準１、水準２、水準３と変化させた以外は実施例１と同様に計算した結果を表５に示す。（水準２は実施例１と同一。）
【００４３】
【表５】
2010164774.tif 000008
【００４４】
以上のように、本発明、特に実施例１においては輝度向上率、視野角の性能バランスが取れており、またシート厚み、反射層幅の対ピッチ比率、反射層光透過率、レンズ形状が変化しても顕著に性能が劣化することが無い。従って成形のばらつきによるシート厚みやレンズ形状が変化した場合や、反射層形成において転写がばらつくことにより反射層の幅や反射層の厚みが変化した場合であっても明るさムラが目立ちにくいことを意味する。
【符号の説明】
【００４５】
１：光源
２：レンチキュラーレンズシート
３：光源側拡散シート
３１：透明層
３２：拡散層
３３：入射面側プリズム列
４：反射シート
５：反射層
【図１】
2010164774.tif 000009
【図２】
2010164774.tif 000010
【図３】
2010164774.tif 000011
【図４】
2010164774.tif 000012
【図５】
2010164774.tif 000013
【図６】
2010164774.tif 000014