(57)【要約】【課題】モアレの発生を抑制できる光学部材を提供する。【解決手段】光学シート１は、構造化された主面１０と、主面１０と反対側の裏面１１とを有する本体からなる。主面１０は、複数の主線状プリズム２０を含む。主線状プリズム２０は、第１の傾斜面と、第１の傾斜面と反対を向いて配設される第２の傾斜面とを含む。第２の傾斜面は構造化されており、複数のサブ線状プリズム３０を含む。複数の主線状プリズム３０のうちのいくつかは、形状又はサイズが互いに異なる。そのため、光学特性において、輝度斑による明暗の周期性が失われ、モアレの発生が抑制される。【選択図】図２
2010066722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面と、主面と反対側の裏面とを有する本体を備え、
前記主面は、複数の主線状プリズムを含み、
前記主線状プリズムは、
第１の傾斜面と、
複数のサブ線状プリズムを含む第２の傾斜面とを含み、
前記複数の主線状プリズムは、形状又はサイズが互いに異なるものを含むことを特徴とする光学部材。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部材であって、
前記サブ線状プリズムは、
補正傾斜面と、
前記補正傾斜面よりも前記裏面に近い集光傾斜面とを含み、
前記集光傾斜面は前記補正傾斜面よりも大きいことを特徴とする光学部材。
【請求項３】
請求項１に記載の光学部材であって、
前記サブ線状プリズムは、
補正傾斜面と、
前記補正傾斜面よりも前記裏面に近い集光傾斜面とを含み、
前記裏面に入射した光のうち、当該光の輝度特性において輝度が最大となる方向に進行する輝度ピーク光線が前記補正傾斜面で屈折して外部に出射する方向が、前記輝度ピーク光線が前記集光傾斜面で屈折して外部に出射する方向と交差するように、前記補正傾斜面及び集光傾斜面が配設されることを特徴とする光学部材。
【請求項４】
請求項１に記載の光学部材であって、
前記第１の傾斜面は、前記裏面に入射した光のうち、当該光の輝度特性において輝度が最大となる方向に進行する輝度ピーク光線と略並行であることを特徴とする光学部材。
【請求項５】
請求項１に記載の光学部材であって、
前記複数の主線状プリズムの形状が相似であるとき、前記主線状プリズムのサイズの最大値は、最小値の３倍以内であることを特徴とする光学部材。
【請求項６】
請求項１に記載の光学部材であって、
前記複数のサブ線状プリズムは、形状又はサイズが互いに異なるものを含むことを特徴とする光学部材。
【請求項７】
光源と、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学部材と、
前記光源からの光を前記光学部材の前記裏面に導く導光板とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項７に記載の照明装置と、
前記照明装置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材に関し、さらに詳しくは、入射光を屈折して所定の方向に出射する光学部材、その光学部材を用いた照明装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイに利用されるバックライトユニットに代表される照明装置は、光源からの光の進行方向を制御する。照明装置は、光源からの光の進行方向を所定の方向に変更して出射する光学部材を備える。
【０００３】
代表的な光学部材に特表平１０−５０６５００号公報に開示されるプリズムシートがある。プリズムシートは、互いに並設された複数の線状プリズムを有する主面を備える。主面と反対側の裏面から入射した光は、線状プリズムの傾斜面でプリズムシートの法線方向に屈折されて出射する。そのため、プリズムシートは正面輝度を向上できる。
【０００４】
しかしながら、プリズムシートをエッジライト型のバックライトユニットに適用する場合、所定のパターンで出射光の色が分離するという問題が生じる。所定のパターンで色が分離すると、見る角度によって色が異なって見えてしまう。また、プリズムシート１枚では、高い正面輝度を得ることが困難である。そこで、これらの問題を解決するために、従来のバックライトユニットは、互いの線状プリズムが直交するように上下に敷設された２枚のプリズムシートを備える。各プリズムシートの線状プリズムが直交するように２枚のプリズムシートが敷設されることで、色分離のパターン化を抑制でき、正面輝度も向上する。しかしながら、この場合、２枚のプリズムシートを利用しなければならない。
【０００５】
さらに、上述のバックライトユニットを備えた液晶表示装置では、液晶パネル内の画素のピッチ（配列間隔）と線状プリズムのピッチとが干渉した場合、モアレが発生する。モアレを抑制するには、液晶パネルの画素のピッチに基づいてプリズムシート内のプリズムのピッチを調整すればよい。しかしながらこの場合、画素のピッチに応じてプリズムシートを設計し直す必要がある。
【０００６】
特開２００６−２３５０１４号公報では、モアレの発生を抑制するために、液晶パネルとプリズムシートとの間に高いヘイズ値（４８％〜７０％）を有する拡散シートを敷設する。しかしながら、プリズムシート上に高いヘイズ値を有する拡散シートを敷設すれば、正面輝度は低下する。
【特許文献１】特表平１０−５０６５００号公報
【特許文献２】特開２００６−２３５０１４号公報
【特許文献３】特願２００７−１４５８４７号（同一出願人の未公開先願）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、モアレの発生を抑制できる光学部材を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、色分離を抑制できる光学部材を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
本発明による光学部材は、主面と、主面と反対側の裏面とを有する本体を備える。主面は、複数の主線状プリズムを含む。主線状プリズムは、第１及び第２の傾斜面を含む。第２の傾斜面は、複数のサブ線状プリズムを含む。複数の主線状プリズムは、形状又はサイズが互いに異なるものを含む。ここで、サイズが異なるとは、主線状プリズムの形状が同じであって寸法が異なることを意味し、つまり、互いに相似形であることを意味する。
【００１０】
本発明の光学部材は、主線状プリズムの一方の傾斜面（第２の傾斜面）に複数のサブ線状プリズムを含む。このサブ線状プリズムにより、光学部材の裏面に入射した光が、主面で屈折して出射するとき、色分離の発生が抑制される。また、複数の主線状プリズムのいくつかは形状又はサイズが互いに異なるため、光学部材の光学特性において、輝度斑による明暗の周期性が失われる。そのため、モアレの発生を抑制できる。
好ましくは、サブ線状プリズムは、補正傾斜面と、集光傾斜面とを含む。集光傾斜面は、補正傾斜面よりも裏面に近い。集光傾斜面は、補正傾斜面よりも大きい。
【００１１】
この場合、色分離をより抑制でき、正面輝度を向上できる。
【００１２】
好ましくは、サブ線状プリズムは、補正傾斜面と、集光傾斜面とを含む。集光傾斜面は、補正傾斜面よりも裏面に近い。裏面に入射した光のうち、当該光の輝度特性において輝度が最大となる方向に進行する光線である輝度ピーク光線が補正傾斜面で屈折して外部に出射する方向が、輝度ピーク光線が集光傾斜面で屈折して外部に出射する方向と交差するように、補正傾斜面及び集光傾斜面が配設される。
【００１３】
この場合、より有効に色分離を抑制できる。
【００１４】
好ましくは、第１の傾斜面は、裏面に入射した光のうち、当該光の輝度特性において輝度が最大となる方向に進行する輝度ピーク光線と略並行である。
【００１５】
第１の傾斜面は第２の傾斜面よりも輝度の向上に寄与しない。第１の傾斜面が裏面に入射した輝度ピーク光線と略並行であれば、第１の傾斜面に光が入射しにくく、第２の傾斜面に光がより入射する。そのため、輝度がより向上する。
【００１６】
好ましくは、複数の主線状プリズムの形状が同じであるとき、主線状プリズムのサイズの最大値は、最小値の３倍以内である。
【００１７】
サイズの大きい主線状プリズムと、サイズの小さい主線状プリズムとでは、温度の影響が異なる。そのため、複数の主線状プリズムのサイズの差が大きすぎれば、高温環境下において光学部材に反りやうねりが生じる。主線状プリズムのサイズの最大値が最小値の３倍以内であれば、反りやうねりの発生を抑制できる。
【００１８】
好ましくは、複数のサブ線状プリズムは、形状又はサイズが互いに異なるものを含む。この場合、互いに形状が異なる主線状プリズムが形成され、モアレの発生を有効に抑制できる。
【００１９】
本発明による照明装置は、光源と、上述の光学部材と、前記光源からの光を光学部材の裏面に導く導光板とを備える。本発明による表示装置は、液晶パネルと、上述の照明装置を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２１】
［第１の実施形態］
［表示装置及び照明装置］
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態による表示装置１００は、液晶パネル７と、照明装置であるバックライトユニット６とを備える。液晶パネル７は、バックライトユニット６上に敷設される。
【００２２】
液晶パネル７は、従来の表示装置で用いられている公知の液晶パネルと同じ構造を有する。具体的には、ここでは図示していないが、液晶パネル７は、偏光板、ガラス基板、画素電極を成す透明導電膜、配向膜、液晶層、配向膜、対抗電極を成す透明導電膜、カラーフィルター、ガラス基板、及び、偏光板をこの順で積層した構造を有する。
【００２３】
バックライトユニット６は、いわゆるエッジライト型の照明装置であり、光源２と、導光板３と、反射シート４と、本実施の形態による光学部材である光学シート１と、拡散シート５とを備える。
【００２４】
光源２は、導光板３の側面に配設される。光源２はたとえば冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源２は可視光帯域の光を出射する。導光板３は、光源２から出射された光（光束）を光学シート１に導く。具体的には、光源２から出射した光５０は、導光板３の側部から入射する。そして、導光板３の内部を進行して出射面３ａから出射する。ここで、出射光５１の輝度特性は、出射面３ａの法線Ｎ３から光源２と反対側に所定角度Ａ５１傾斜した方向に輝度のピークを有する。出射光５１のうち、輝度のピーク方向に進行する光成分、つまり、法線Ｎ３から角度Ａ５１傾斜して出射する光成分を輝度ピーク光線という。導光板３はたとえば、ポリカーボネートで形成される。
【００２５】
反射シート４は、導光板３の出射面３ａと反対側に配設される。反射シート４は、導光板３の出射面３ａと反対側の面から外部に出射しようとする光を反射して、導光板３内部に戻す。これにより、光源２からの出射光の利用効率が向上する。反射シート４はたとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムと、その表面に蒸着された銀皮膜とからなる。
【００２６】
拡散シート５は、光学シート１と液晶パネル７との間に敷設される。拡散シート５は、たとえば、ＰＥＴフィルムに代表される樹脂フィルムにビーズコーティングを施したものである。なお、本実施の形態において、反射シート４及び拡散シート５はなくても本願発明の効果を奏することができる。また、光学シート１以外の他の構成は公知のものである。
【００２７】
［光学シート］
図１〜図４を参照して、光学シート１は、導光板３上に敷設される。光学シート１は、シート状またはフィルム状の本体を有する。その本体は、構造化された主面１０と、主面１０と反対側の裏面１１とを有する。裏面１１は、導光板３の出射面３ａと対向する。裏面１１は平面であるのが好ましいが、凹凸を有する構造化された面であってもよい。主面１０は、複数の主線状プリズム２０を含む。各主線状プリズム２０は所定の方向に延在し、互いに並設されている。
【００２８】
光学シート１の本体は、図３に示すように、裏面１１を有する基材部１２と、基材部１２上に形成され、主面１０を有するレンズ部１３とで構成されてもよいし、図４に示すように基材部１２のみで構成されてもよい。
【００２９】
図３に示すように光学シート１の本体が基材部１２及びレンズ部１３で構成される場合、光学シート１の加工の容易性及びハンドリング性等を考慮すると、基材部１２の厚さは１０〜５００μｍの範囲が好ましい。基材部１２の材料は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレン、セルロースアセテート、ガラスなどの無機透明物質等の任意の光透過性材料である。
【００３０】
レンズ部１３の材料は、紫外線や電子線に代表される電離放射線で硬化する電離放射線硬化樹脂が好ましい。電離放射線硬化樹脂は、たとえば、ポリエステル系アクリレート樹脂、ウレタン系アクリレート樹脂、ポリエーテル系アクリレート樹脂、エポキシ系アクリレート樹脂、ポリエステル系メタクリレート樹脂、ウレタン系メタクリレート樹脂、ポリエーテル系メタクリレート樹脂、エポキシ系メタクリレート樹脂である。より好ましくは、芳香族系アクリレートの紫外線硬化型樹脂（屈折率１．６０）である。また、レンズ部１３を形成可能な他の材料として、屈折率１．３〜１．９の任意の樹脂材料が利用可能である。また、上述した樹脂以外の他のアクリル樹脂やウレタン樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂などの透明プラスチック樹脂を用いてもよい。また、レンズ部１３は、基材部１２と同じ材料で構成されてもよい。
【００３１】
図４に示すように光学シート１の本体が基材部１２のみからなる場合、基材部１２の素材は上述のものであってもよいし、電離放射線硬化樹脂や他の透光性を有する樹脂材料であってもよい。
【００３２】
［主線状プリズム］
主線状プリズム２０は、互いに反対向きに配設された主傾斜面２１及び２２を含む。主傾斜面２２は、構造化された面であり、複数のサブ線状プリズム３０を有する。複数のサブ線状プリズム３０は、複数の主線状プリズム２０の並設方向と同じ方向に並設される。各サブ線状プリズム３０は、主線状プリズム２０と同じ延在方向に延在する。サブ線状プリズム３０の横断形状は三角形状であり、サブ線状プリズム３０は、互いに反対向きに配設される補正傾斜面３１と集光傾斜面３２とを有する。集光傾斜面３２は、補正傾斜面３１よりも裏面１１に近い。また、図１を参照して、導光板３上に敷設される光学シート１では、補正傾斜面３１が集光傾斜面３２よりも光源２に近い。光学シート１は、主傾斜面２２が有する複数のサブ線状プリズム３０により、正面輝度を向上し、かつ、色分離を抑制できる。
【００３３】
図３及び図４では、各主傾斜面２２は３つのサブ線状プリズム３０を含むが、サブ線状プリズム３０の数や形状は、用途、必要とする光学特性等に応じて適宜変更し得る。また、図３及び図４では、主傾斜面２１は平坦面であるが、用途、必要とする光学特性等に応じて、主傾斜面２１も主傾斜面２２と同様にサブ線状プリズム３０を有してもよいし、凹凸を有する構造化された面であってもよい。
【００３４】
図２〜図４に示すように、各主線状プリズム２０の形状は同じである（相似である）ものの、いくつかの主線状プリズム２０は互いにサイズが異なる。つまり、複数の主線状プリズム２０は、互いにサイズの異なるものを含む。このように、サイズの異なる主線状プリズム２０を主面１０に形成することで、モアレの発生が抑制される。
【００３５】
光学シート１のうち、主線状プリズム２０近傍部の拡大断面図を図５に示す。図５中の光線５２は、光学シート１内を進む輝度ピーク光線を示す。光学シート１の断面は、複数の第１断面部４０と、複数の第２断面部３０Ｓとを含む。第１断面部４０は、仮想線分４１と、主傾斜面２１に相当する線分２１Ｓと、仮想線分４２とで形成される。仮想線分４１は、主傾斜面２１の下辺（主線状プリズム２０の周縁）と主傾斜面２２の下図辺（主線状プリズム２０の周縁）とを含む仮想面の横断形状である。
【００３６】
仮想線分４２は、主傾斜面２１の上辺と主傾斜面２２の下辺とを含む仮想面の横断形状である。第２断面部３０Ｓは、補正傾斜面３１に相当する線分３１Ｓと、集光傾斜面３２に相当する線分３２Ｓと、仮想線分４３とで形成される。仮想線分４３は、補正傾斜面３１の下辺（サブ線状プリズム３０の周縁）と集光傾斜面３２の下辺（サブ線状プリズム３０の周縁）とを含む仮想面の横断形状である。
【００３７】
光学シート１が色分離を抑制する理由及び輝度を向上する理由を以下に説明する。導光板３からの出射光が光学シート１の裏面１１に入射する。以下、出射光のうち輝度ピーク光線に注目して説明を続ける。
【００３８】
図１を参照して、輝度ピーク光線５１は光学シート１の裏面１１で屈折して輝度ピーク光線５２として光学シート１内を進む。輝度ピーク光線５２は主として主傾斜面２２に入射し、サブ線状プリズム３０により屈折する。
【００３９】
図５を参照して、主傾斜面２２に入射した輝度ピーク光線５２は、サブ線状プリズム３０の集光傾斜面３２及び補正傾斜面３１で屈折する。具体的には、集光傾斜面３２に入射した輝度ピーク光線５２は、光学シート１の厚さ方向側（光学シート１の法線Ｎ１側）に屈折して出射光５３として外部に出射する。一方、補正傾斜面３１に入射した輝度ピーク光線５２は、法線Ｎ１と反対側に屈折して出射光５４として外部に出射する。つまり、集光傾斜面３２に入射した輝度ピーク光線５２の屈折方向は、補正傾斜面３１に入射した輝度ピーク光線５２の屈折方向と反対となる。換言すれば、輝度ピーク光線５２が補正傾斜面３１で屈折して出射する方向と、輝度ピーク光線が集光傾斜面３２で屈折して出射する方向とは交差する。
【００４０】
光学シート１の屈折率は入射光線の波長に依存する。輝度ピーク光線５２が複数の波長成分を含む場合、各波長成分により屈折率が変化する。そのため、図５に示すように出射光５３及び５４に色分離が生じる。図５では、輝度ピーク光線５２が２つの異なる波長Ａ及びＢ（波長Ａ＞波長Ｂ）を有し、波長Ｂ成分の屈折角が波長Ａ成分の屈折角よりも大きい場合の色分離を示す。
【００４１】
集光傾斜面３２では、輝度ピーク光線５２の波長Ｂ成分は波長Ａ成分よりも大きく屈折する。そのため、出射光成分５３Ｂは、出射光成分５３Ａよりもさらに法線Ｎ１側（矢印Ａ１方向）に屈折する。一方、補正傾斜面３１では、波長Ｂ成分に相当する出射光成分５４Ｂは、波長Ａ成分に相当する出射光成分５４Ａよりも法線Ｎ１と反対側（矢印Ａ２方向）に屈折する。要するに、集光傾斜面３２から出射した光線５３の色（波長）の分離パターンと補正傾斜面３１から出射した光線５４の色分離パターンとは、輝度ピーク光線５２の進行方向に対して互いに逆のパターンとなる。そのため、光線５３の色分離パターンは、光線５４の色分離パターンと互いに相殺される。その結果、光学シート１からの出射光における色分離が抑制される。
【００４２】
さらに、光学シート１は、所定の傾斜角に輝度のピークを有する輝度特性を示す入射光を光学シート１の正面方向に直接コリメートし、正面輝度を向上する。そのため、従来のように、プリズムシートに代表される光学シートと導光板との間に下部拡散シートを敷設し、導光板からの出射光を一旦ブロードな光に変換しなくてもよい。したがって、光学シート１は、導光板からの出射光の利用効率を向上し、輝度を向上できる。
【００４３】
表示装置１００及びバックライトユニット６は、光学シート１を利用するため、出射光の色分離を抑制するために従来のように２枚のプリズムシートを用いる必要が無い。また、上述のとおり下部拡散シートを用いる必要が無い。そのため、従来の表示装置やバックライトユニットと比較して光学部材の利用数を減らすことができる。
【００４４】
さらに、図３及び図４に示すように、主傾斜面２２は、形状は同じであるが大きさの異なる（つまり、互いに相似な）複数の主線状プリズム２０を有する。いくつかの主線状プリズム２０の大きさが互いに異なっていれば、光学シート１の光学特性において、輝度斑による明暗の周期性が失われる。そのため、液晶パネルの画素のサイズは配列ピッチに依存することなく、モアレの発生を抑制できる。
【００４５】
図３及び図４に示すように、各主線状プリズム２０の形状が同じ（相似）である場合、主線状プリズム２０のサイズの最大値は、最小値の３倍以内であるのが好ましい。サイズの大きい主線状プリズム２０と、サイズの小さい主線状プリズム２０とでは、温度に対する影響が異なる。そのため、主線状プリズム２０のサイズの差が大きすぎれば、高温環境下において光学シート１に反りやうねりが生じる。主線状プリズム２０のサイズの最大値が最小値の３倍以内であれば、反りやうねりの発生を抑制できる。ここで、主線状プリズム２０のサイズは、たとえば以下の方法で求めることができる。光学シート１の横断面において、主線状プリズム２０の横断形状及びその端部（主線状プリズム２０の周縁に相当）を結ぶ線分とで囲まれた部分の面積（つまり、第１断面部４０及び第２断面部３０Ｓの総面積）を各主線状プリズム２０のサイズとして定義する。
第１断面部４０において、仮想線分４２の長さは線分２１Ｓと同じであってもよいし、異なっていてもよい。好ましくは、仮想線分４２の長さは線分２１Ｓよりも長い。この場合、仮想線分４２と仮想線分４１とがなす角度α１は、線分２１Ｓと仮想線分４１とがなす角度β１よりも小さくなり、第１断面部４０は二等辺三角形ではなく非対称の三角形状となる。要するに、主線状プリズム２０の主傾斜面２２は、主傾斜面２１よりも大きい方が好ましい。主傾斜面２２が有する複数のサブ線状プリズム３０により、輝度が向上し、色分離が抑制されるからである。
【００４６】
線分２１Ｓと仮想線分４１とがなす角度β１は、輝度ピーク光線５２と仮想線分４１とがなす角度（９０°−θ）と略同じであるのが好ましい。換言すれば、主傾斜面２１は、輝度ピーク光線５２と略並行であるのが好ましい。上述のとおり、光学シート１の主傾斜面２２は輝度を向上し色分離を抑制するが、主傾斜面２１は、輝度向上及び色分離の抑制に寄与しにくい。そのため、輝度ピーク光線５２は可能な限り主傾斜面２２に入射し、主傾斜面２１に入射しない方がこのましい。主傾斜面２１が輝度ピーク光線５２と略並行であれば、主傾斜面２１に輝度ピーク光線５２が入射しにくくなる。
【００４７】
なお、角度β１が輝度ピーク光線と仮想線分とがなす角度（９０°−θ）以上であってもよい。この場合、主傾斜面２１に輝度ピーク光線５２が入射されない。そのため、サブ線状プリズム３０を有する主傾斜面２２により光が入射され、輝度をより向上できる。
さらに、サブ線状プリズム３０において、集光傾斜面３２は補正傾斜面３１よりも大きい方が好ましい。換言すれば、図５において、線分３２Ｓは、線分３１Ｓよりも長い方が好ましい。集光傾斜面３２が大きいほど、より正面輝度を向上することができるからである。
【００４８】
上述の色分離の効果を奏するために、好ましくは、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２で屈折して出射する方向が、輝度ピーク光線５２が補正傾斜面３１で屈折して出射する方向と交差するように、角度α１及びβ１が決定され、集光傾斜面及び補正傾斜面が配設される。より好ましくは、主傾斜面２１に入射した輝度ピーク光線５２に対する、集光傾斜面３２から出射する光線５３の角度γ１と、輝度ピーク光線５２に対する補正傾斜面３１から出射する光線５４との角度γ２が略同じになるように、集光傾斜面３２及び補正傾斜面３１が配設される。ただし、γ１とγ２とが異なっていても本願発明の効果をある程度奏することができる。
【００４９】
複数の主線状プリズム２０の配置間隔は７〜１００μｍ程度であることが好ましい。ここでいう配置間隔は、次のとおり定義する。図３に示すように、各主線状プリズム２０の幅の中央Ｃを求め、隣り合う主線状プリズム２０の中央Ｃ間の距離を配置間隔Ｐと定義する。配置間隔Ｐが７μｍより小さくなると、ロール金型を用いて光学シート１を製造する場合に精度の高い金型加工が必要となり、金型加工しにくくなる。一方、配置間隔Ｐが１００μｍより大きくなると、主線状プリズム２０のサイズも相対的に大きくなり、主線状プリズム２０を形成する樹脂材料の体積が増大する。この結果、樹脂材料を硬化させて主線状プリズム２０を形成したとき、樹脂材料の硬化収縮量も増大する。その結果、金型に対する樹脂材料のいわゆる「食いつき」が強くなり、硬化した樹脂材料が金型から剥離し難くなる。特に、ロール状の金型を用いた場合には、剥離時に主線状プリズム２０が破壊されたり、主線状プリズム２０の一部が金型表面に残留したりする。さらに、配置間隔Ｐが１００μｍより大きくなると、主線状プリズム２０の高さが高くなるため光学シート１が厚くなる。
【００５０】
［光学シートの製造方法］
光学シート１の製造方法は次の通りである。初めに、ロール状の金型を準備する。ロール状金型の表面には、図３に示すような複数の主線状プリズム２０に対応するパターン溝が切削加工により形成されている。続いて、用意された基材フィルムと金型表面との間に、電離放射線硬化樹脂を充填し、電離放射線を照射して硬化する。続いて、硬化した電離放射線硬化樹脂が形成された基材フィルムをロール金型から剥離する。以上の方法により、光学シート１が得られる。
【００５１】
図４に示すように本体が基材部１２のみからなる光学シート１は、以下の方法で製造できる。たとえば、熱可塑性樹脂で基材を作製する。続いて、主線状プリズム２０に対応する凹凸パターンが切削加工により表面に形成された金型を基材に加熱押圧して、凹凸パターンを基材表面に転写する。以上の工程により図４に示す光学シート１が製造される。また、周知の押出成型法やプレス成型法、あるいは金型に溶融樹脂を注入する射出成形法等により光学シート１を製造してもよい。
【００５２】
なお、図３及び図４では、主傾斜面２１は平坦であったが、横断形状が凸に湾曲した弓状であってもよい。同様に、サブ線状プリズム３０の補正傾斜面３１及び集光傾斜面３２は平坦面でなくてもよく、たとえば、サブ線状プリズム３０は、横断形状が凸に湾曲したシリンドリカルレンズ状であってもよい。また、主線状プリズム２０及びサブ線状プリズム３０の頂上は丸みを帯びていてもよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
上述の実施の形態では、図３及び図４に示すように、いつくかの主線状プリズム２０が、異なる大きさを有することにより、モアレの発生を抑制したが、いくつかの主線状プリズム２０が異なる形状を有している場合にも、モアレの発生を抑制できる。換言すれば、複数の主線状プリズム２０が互いに異なる形状のものを含んでいても、モアレの発生を抑制できる。
【００５４】
たとえば、図６に示すように、複数の主線状プリズム２０の形状が異なっていてもよい。図６では、各主線状プリズム２０が有するサブ線状プリズム３０の形状が異なっている。また、図６では、同じ主線状プリズム２０に属する各サブ線状プリズム３０の形状も互いに異なっている。このように、複数の主線状プリズム２０のうち、いくつかの主線状プリズム２０が不規則な形状を有していれば、輝度班による明暗に周期性が生じない。そのため、液晶パネルの画素のサイズやピッチに依存することなく、モアレの発生を抑制できる。
【００５５】
また、図７に示すように、同じ主線状プリズム２０Ａに属する各サブ線状プリズム３０Ａの形状及び寸法は同じであるが、他の主線状プリズム２０Ｂに属するサブ線状プリズム３０Ｂと形状又は寸法が異なっていてもよい。この場合、主線状プリズム２０Ａ及び２０Ｂは互いに異なる形状を有するため、輝度班による明暗に周期性が生じにくく、モアレの発生を抑制できる。
【００５６】
また、主線状プリズム２０が、形状は同じであるが大きさが異なる複数のサブ線状プリズム３０を有していてもよい。なお、主面１０は、複数の主線状プリズム２０を有するが、隣り合う主線状プリズム２０の間に隙間部２５を有してもよい。要するに、隣り合う主線状プリズム２０は互いに接触している必要はない。同様に、隣り合うサブ線状プリズム３０が互いに接触しておらず、隣り合うサブ線状プリズム３０の間に隙間を有していてもよい。
【００５７】
［第３の実施形態］
図３及び図４に示す光学シート１において、線分２１Ｓと仮想線分４１とがなす角度をβ１、仮想線分４２と仮想線分４１とがなす角度をα１とし、線分３１Ｓと仮想線分４３とがなす角度をβ２、線分３２と仮想線分４３とがなす角度をα２とした場合の望ましい角度α１、α２、β１及びβ２の関係について検討する。なお、第１断面部４０及び第２断面部は三角形状として、説明を続ける。
【００５８】
第１の実施の形態と同じように、導光板３から出射された輝度ピーク光線５１が裏面１１に入射し、裏面１１で屈折した輝度ピーク光線５２が主傾斜面２２に入射する場合を考える。光学シート１の本体の屈折率はｎ１（＞０）であり、光学シート１の外側は、空気（屈折率ｎ０＝１．０）により取り囲まれている。
【００５９】
図８において、第２断面部３０Ｓの線分３１Ｓを延長した線を直線Ｌ１とし、線分３２Ｓを延長した線を直線Ｌ２する。また、直線Ｌ１に垂直な線を直線Ｌ３とし、直線Ｌ２に垂直な線を直線Ｌ４とする。さらに、直線Ｌ１と仮想線分４１とがなす角度をＰ１（°）とし、直線Ｌ４と仮想線分４１とがなす角度をＰ２（°）とする。このとき、角度Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ次の式（１）及び（２）で表される。
Ｐ１＝β２−α１        （１）
Ｐ２＝９０−α１−α２  （２）
【００６０】
図９に示すように、輝度ピーク光線５１が裏面１１に入射し、屈折する。このときの輝度ピーク光線５１の裏面１１における入射角及び屈折角をそれぞれＩ１（°）、Ｉ２（°）とする。第１の界面で屈折した輝度ピーク光線５２は、光学シート１内を進み、集光傾斜面３２（線分３２Ｓに相当）に入射する。そして、集光傾斜面３２で屈折した輝度ピーク光線５３は、外部に出射する。集光傾斜面３２における輝度ピーク光線５２の入射角、屈折角をそれぞれＩ３（°），Ｉ４（°）とする。このとき、入射角Ｉ１及びＩ２の関係は以下の式（３）で表される。
ｎ０×ｓｉｎＩ１＝ｎ１×ｓｉｎＩ２  （３）
同様に、入射角Ｉ３と屈折角Ｉ４との関係は以下の式（４）で表される。
ｎ１×ｓｉｎＩ３＝ｎ０×ｓｉｎＩ４  （４）
【００６１】
ここで、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２で全反射しない条件、つまり、輝度ピーク光線５３が外部に出射する条件は、空気の屈折率ｎ０＝１．０として次式（５）で表される。
０≦ｓｉｎＩ３≦１／ｎ１  （５）
ここで、入射角Ｉ３の大きさは、（α１＋α２−Ｉ２）であるので、式（５）は次式のとおり表される。
０≦ｓｉｎ（α１＋α２−Ｉ２）≦１／ｎ１  （５）
ここで、屈折角Ｉ２は、入射角Ｉ１と、光学シートの屈折率ｎ１とによって一意に定まる。つまり、光学シート１の材質が決まり（屈折率ｎ１が決まり）、輝度ピーク光線５１の入射角Ｉ１が決まれば、式（３）に基づいて屈折角Ｉ２が定まる。このようにして定まった屈折角Ｉ２に対して、式（５）を満足する角度（α１＋α２）の範囲を設定することができる。
【００６２】
次に、任意の入射角Ｉ１に対して、この角度（α１＋α２）が満たすべき条件（必要条件）を考える。式（３）及び式（５）を満たす屈折角Ｉ２の最大値をＩ２ｍａｘとすると、式（３）及び式（５）に基づいて、以下の式（６）が導かれる。
ｓｉｎＩ２ｍａｘ＝１／ｎ１
ｓｉｎ（α１＋α２−Ｉ２ｍａｘ）＝１／ｎ１  （６）
したがって、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２に臨界角以下の角度で入射し、全反射されることなく外部に出射するためには、角度（α１＋α２）が以下の条件式（７）を満たさなければならない。
α１＋α２≦２×Ｉ２ｍａｘ  （７）
【００６３】
次に、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２に入射するための条件を考える。輝度ピーク光線５２が、集光傾斜面３２に入射するためには、０≦Ｉ３≦９０でなければならない。これにより、次の条件式（８）が導かれる。
０≦Ｉ３＝−Ｉ２＋α１＋α２≦９０
Ｉ２≦α１＋α２≦Ｉ２＋９０  （８）
【００６４】
次に、図１０を参照して、輝度ピーク光線５２が補正傾斜面３１（線分３１Ｓに相当）に入射するための条件を検討する。図１０に示すように、補正傾斜面３１における輝度ピーク光線５２の入射角、屈折角をそれぞれＩ５（°），Ｉ６（°）とする。輝度ピーク光線５２が補正傾斜面３１に入射するためには、０≦Ｉ５≦９０でなければならない。ここで、Ｉ５＝β２−α１＋Ｉ２であるので、次の条件式（９）が導かれる。
０≦Ｉ５＝β２−α１＋Ｉ２≦９０
−Ｉ２≦β２−α１≦９０−Ｉ２  （９）
以上をまとめると、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２で全反射しない条件は式（５）で示される。ただし、角度（α１＋α２）が式（７）を満たしている必要がある。さらに、輝度ピーク光線５２が集光傾斜面３２に入射するための条件は式（８）８で表され、輝度ピーク光線５２が補正傾斜面３１に入射するための条件は、式（９）で表される。
【００６５】
ここで、一例として、輝度ピーク光線５１の裏面１１での入射角Ｉ１が７０（°）である場合を考える。なお、光学シートの屈折率ｎ１は１．６０とする。式（２）から、Ｉ２＝３５．９７（°）となる。これを式（５）に代入すると、α１＋α２≦７４．６５（°）が得られる。そして、式（８）に基づいて、３５．９７（°）≦α１＋α２≦１２５．９７（°）が得られる。これらをまとめると、３５．９７（°）≦α１＋α２≦７４．６５（°）となる。さらに、式（９）から、−３５．９７（°）≦β２−α１≦５４．０３（°）が得られる。
【００６６】
式（７）により得られた条件α１＋α２≦７４．６５（°）は、次のことを示す。すなわち、屈折率１．６０の光学シート１において、α１＋α２が７４．６５（°）以下であれば、輝度ピーク光線の入射角度によらず、入射した輝度ピーク光線は集光傾斜面３２で全反射することなく外部に向かって出射できる。
【００６７】
輝度ピーク光線５１の入射角Ｉ１が７０（°）である場合、上述のように、角度α１＋α２が７４．６５（°）以下となるように、角度α１、α２が設定される。そうすれば、輝度ピーク光線が集光傾斜面３２で全反射することなく屈折して外部に出射する。その結果、光学シート１から光を効率的に取り出すことができる。
【００６８】
このように、集光傾斜面３２で輝度ピーク光線が全反射しないようにすれば、光学シート１の正面輝度を高めることができる。正面輝度に寄与するのは集光傾斜面３２であるため、少なくとも集光傾斜面３２で輝度ピーク光線５２が全反射しないように光学シートの形状を決定すれば、仮に補正傾斜面で全反射しても、正面輝度は向上する。
【００６９】
なお、上述の説明においては、角度α１、α２、β１、β２等の組み合わせについて、所定の角度の組み合わせを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。上述の条件を満たせば、任意の角度の組み合わせを有する光学シートについて、本発明を適用することができる。
【００７０】
上述の説明では、光学シート１が屈折率ｎ１の光学材料のみで形成されていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、光学シート１が図３に示すように、屈折率ｎｂを有する基材部１２と、屈折率ｎ１を有するレンズ部１３とで構成されていてもよい。図１１に示された光学シートの本体は、屈折率ｎ１の光学材料のみで形成されている。これに対して、図１２に示された光学シートの本体は、屈折率ｎ１を有するレンズ部と、屈折率ｎｂ（ｎｂ≠ｎ１）を有する基材部とを有する。図１１において、裏面１１に入射角Ｉ１で入射された光５１は、裏面１１で屈折する。ここでの屈折角Ｉ２は、以下に示される式（１０）で示される。
ｓｉｎＩ２＝（ｓｉｎＩ１）／ｎ１  （１０）
ここで、光学シートの本体は屈折率ｎ１の光学材料のみで構成されている。そのため、光５２は、集光傾斜面３２まで直進する。
【００７１】
これに対して、図１２において、裏面１１に入射角Ｉ１で入射した光５１は、裏面１１で屈折する。ここでの屈折角Ｉｂは、以下に示される式（１１）で示される。
ｓｉｎＩｂ＝（ｓｉｎＩ１）／ｎｂ  （１１）
レンズ部１３は、基材部１２と異なる屈折率ｎ１を有するため、基材部１２を進行する光５２Ａは、基材部１２とレンズ部１３との界面に入射したとき、屈折する。この界面が裏面１１と平行である場合、界面における光５２Ａの屈折角Ｉ２'は式（１２）で示される。
【００７２】
ｓｉｎＩ２'＝（ｎｂ／ｎ１）ｓｉｎＩｂ  （１２）
式（１２）に式（１１）を代入すると、ｓｉｎＩ２'＝（ｓｉｎＩ１）／ｎ１となる。これは、式（１０）と同じである。つまり、Ｉ２'は、空気から屈折率がｎ１である媒質に直接入射した際の屈折角Ｉ２と等しいことがわかる。そのため、図１２に示す光学シートのように、基材部とレンズ部とが異なる屈折率を有していても、ｎ１を光学シートの屈折率とし、Ｉ２を基材部とレンズ部との界面における屈折角とすることで、上述の説明における式を、そのまま適用することができる。
【００７３】
以上とまとめると、次に示す式を満たせば、集光傾斜面で輝度ピーク光線が全反射せずに出射できる。
ｎ０×ｓｉｎＩ１＝ｎ１×ｓｉｎＩ２  （３）
０≦ｓｉｎ（α１＋α２−Ｉ２）≦１／ｎ１  （５）
Ｉ２≦α１＋α２≦Ｉ２＋９０  （８）
−Ｉ２≦β２−α１≦９０−Ｉ２  （９）
【００７４】
また、Ｉ２ｍａｘが全反射の臨界角であるとき、即ち、ｓｉｎＩ２ｍａｘ＝１／ｎ１であるとき、以下の式を満たせば、任意の入射角の入射光線を集光傾斜面で全反射させることなく外部に出力することができる。
α１＋α２≦２×Ｉ２ｍａｘ  （７）
【実施例】
【００７５】
種々の表示装置を準備し、光学特性を調査した。以下、本発明例１、本発明例２及び比較例１、比較例２のバックライト及び表示装置の製造方法および光学特性の評価方法を説明する。
【００７６】
［本発明例１］
本発明例１の光学シートの横断形状は図３と同じとした。具体的な寸法は以下のとおりであった。角度α１は３９．１４°とし、角度β１は５７．７１°とした。また、角度α２は３０°とし、角度β２は７０°とした。また、図３に示すとおり、主線状プリズムは３つのサブ線状プリズムを有した。各主線状プリズムの幅は、ランダムに変動させた。本発明例１の光学シートは、上述の製造方法で説明したとおり、ロール金型を用いて製造した。具体的には、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを準備した。続いて、ロール金型表面の溝に紫外線硬化樹脂（アクリル系樹脂）を充填し、ロール金型表面をＰＥＴフィルムに押しつけながら、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化し、光学シートを製造した。
【００７７】
製造された光学シートを用いて、本発明例１のバックライトユニットを製造した。本発明例１のバックライトユニットは図１と同じ構成であり、光学シート以外の他の光学部材は公知のものを用いた。具体的には、光源にはＬＥＤを用いた。導光板はポリカーボネートで形成した。導光板３の出射面３ａからの出射光のうち、輝度ピーク光線と出射面３ａの法線Ｎ３との角度は７０°であった。反射シートにはＰＥＴフィルムの表面に銀が蒸着されたシートを用いた。また、拡散シートにはＰＥＴフィルムをビーズコーティングしたものを用い、その厚さは７０μｍとし、ヘイズは３０％とした。以上の光学部材を用いて、図１に示した構成のバックライトユニットを製造した。
【００７８】
［本発明例２］
本発明例２の光学シートの横断形状は図６と同じとした。また、同じ主線状プリズムに属する３つのサブ線状プリズムは互いに異なる形状とした。本発明例２の光学シートを本発明例１と同じ方法で製造した。そして、本発明例１と同様にバックライトユニットを製造した。バックライトユニットを構成する光学部材のうち、光学シート以外のものは、本発明例１と同じとした。
【００７９】
［比較例１］
図１３に示す形状を有する比較例１の光学シートを製造した。比較例１の光学シートは、複数の主線状プリズムを有する主面を備えるが、各主線状プリズムの形状及び寸法は全て同じとした。具体的には、主線状プリズムの寸法は以下のとおりであった。主線状プリズムの幅は３５μｍであり、角度α１は３９．１４°、角度β１は５７．７１°であった。また、各サブ線状プリズムの幅は１０．４４μｍであり、角度α２は３０°、角度β２は７０°であった。３つのサブ線状プリズムの形状及び寸法は全て同じであった。上述の光学シートを本発明例１と同じ方法で製造した。そして、本発明例１と同様のバックライトユニットを製造した。バックライトユニットの光学部材のうち光学シート以外のものは本発明例１と同じとした。
【００８０】
［比較例２］
比較例１と同じ光学シートを用いてバックライトユニットを製造した。ただし、比較例１とは異なる拡散シートを使用した。具体的には、比較例２のバックライトユニットに使用した拡散シートは、ヘイズが６０％であった。なお、厚さ及び材料は比較例１と同じものを用いた。光学シートを含むその他の光学部材は比較例１と同じとした。
【００８１】
［正面輝度評価及びモアレ評価］
上述の本発明例１及び２、比較例１及び２のバックライトの各々に、液晶パネルを敷設して表示装置を製造した。各例で敷設される液晶パネルはそれぞれ４種類用意した。具体的には、画素ピッチが８１μｍ、１２９μｍ、１５０ミクロン及び１８０μｍのものを容易した。各例のバックライトに各液晶パネルを組合せて、各例ごとに４つの表示装置を用意した。そして、用意されたそれぞれの表示装置の正面輝度及びモアレを調査した。
【００８２】
正面輝度は輝度計を用いて測定した。各例の４つの表示装置の各々で正面輝度を測定し、その平均値を各例での正面輝度と定義した。一方、モアレは目視により官能評価を行った。具体的には、各表示装置の表示画面を目視し、出射光の均一性を評価した。
【００８３】
表１に評価結果を示す。
【表１】
2010066722.tif 000003
表１中の「正面輝度」は、比較例１の正面輝度を１００％とした場合の正面輝度比（％）を示す。また、モアレの評価は以下のとおりとした。
【００８４】
◎：全ての液晶パネルにおいて、モアレが目視で確認できないレベル
○：少なくとも１種類の液晶パネルにおいて、モアレをぼんやりと確認できるレベル
×：少なくとも１種類の液晶パネルにおいて、モアレを明確に確認できるレベル
表１を参照して、本発明例１、２は、モアレが発生しなかった。さらに、比較例１と同等以上の正面輝度を有した。以上より、本発明例１及び２の光学シートを用いた表示装置では、モアレの発生が抑制され、かつ、高い正面輝度が得られた。一方、比較例１では、モアレが明確に確認できた。また、比較例２では、モアレがある程度抑えられたものの、拡散シートのヘイズが高かったために、正面輝度が低下した。
【００８５】
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く、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。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態による表示装置の断面図である。
【図２】図１中の光学シートの斜視図である。
【図３】図２中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】図３と異なる他の光学シートの断面図である。
【図５】図１に示した光学シートのうち、主線状プリズム近傍を拡大した断面図である。
【図６】第２の実施の形態による光学シートの断面図である。
【図７】図６と異なる他の光学シートの断面図である。
【図８】第１の実施の形態の光学シートの最適な形状を説明するための図である。
【図９】図８に続き、光学シートの最適な形状を説明するための図である。
【図１０】図９に続き、光学シートの最適な形状を説明するための図である。
【図１１】図１０に続き、光学シートの最適な形状を説明するための図である。
【図１２】図１１に続き、光学シートの最適な形状を説明するための図である。
【図１３】比較例として用いた光学シートの斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  光学シート
２  光源
３  導光板
６  バックライトユニット
７  液晶パネル
１０  主面
１１  裏面
２０  主線状プリズム
２１，２２  主傾斜面
３０  サブ線状プリズム
３１  補正傾斜面
３２  集光傾斜面
５１，５２  輝度ピーク光線
１００  表示装置
【図１】
2010066722.tif 000004
【図２】
2010066722.tif 000005
【図３】
2010066722.tif 000006
【図４】
2010066722.tif 000007
【図５】
2010066722.tif 000008
【図６】
2010066722.tif 000009
【図７】
2010066722.tif 000010
【図８】
2010066722.tif 000011
【図９】
2010066722.tif 000012
【図１０】
2010066722.tif 000013
【図１１】
2010066722.tif 000014
【図１２】
2010066722.tif 000015
【図１３】
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