(57)【要約】【課題】反射層５を形成する工程において、凸部２１以外の部分へ反射層５が形成されることを防ぐことができ、また、レンチキュラーレンズシート２の入射面側に別のシートを貼り合わせる場合、開口部２２が空気層と接した形態を形成しやすいバックライト用レンズシートを提供する。【解決手段】本発明は、レンチキュラーレンズシート２からなるバックライト用レンズシートであって、前記レンチキュラーレンズシート２は出射面側に並列した複数のシリンドリカルレンズ２３群を有し、入射面側には前記各シリンドリカルレンズ２３の集光部近傍に光学的な開口部２２を有し、前記開口部２２以外の領域に反射層５を備えた凸部２１を有し、前記凸部２１のうち反射層５が設けられた部分の高さをＨ（ｍｍ）が、０．０６＜Ｈ≦０．２・・・（１）であ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。【選択図】  図１
2010198940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンチキュラーレンズシートからなるバックライト用レンズシートであって、
前記レンチキュラーレンズシートは出射面側に並列した複数のシリンドリカルレンズ群を有し、
入射面側には前記各シリンドリカルレンズの集光部近傍に光学的な開口部を有し、前記開口部以外の領域に反射層を備えた凸部を有し、
前記凸部のうち反射層が設けられた部分の高さをＨ（ｍｍ）が、
０．０６＜Ｈ≦０．２・・・（１）
であることを特徴とするバックライト用レンズシート。
【請求項２】
前記凸部の形状が台形であり、該凸部の頂部および側面に反射層を有する請求項１に記載のバックライト用レンズシート。
【請求項３】
前記バックライト用レンズシートにおいて、下記式（２）乃至（４）を満足する請求項１または２に記載のバックライト用レンズシート。
０．３５×{（３／Ｃ）／Ｐ}≦Ｓ≦０．６・・・（２）
０．６６＜ｔ／Ｐ＜１．１６×｛（３／Ｃ）／Ｐ｝・・・（３）
Ｓ≧０．３４７×ｔ／Ｐ＋０．０５１１×Ｃ×Ｐ・・・（４）
ここで、
ｔ（ｍｍ）：出射側のシリンドリカルレンズ谷部から前記開口部までのシート厚み
Ｐ（ｍｍ）：前記シリンドリカルレンズ群からなるレンチキュラーレンズのピッチ
Ｃ（１／ｍｍ）：前記シリンドリカルレンズ頂部近傍の曲率
Ｓ：レンチキュラーレンズのピッチを１とした時のピッチに対する開口部の割合
【請求項４】
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と透明基板とが前記レンズシートの入射面側凸部頂部で接着されており、前記レンズシートの入射面側開口部が空気と接触していることを特徴とするバックライト用光学部材。
【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。
【０００４】
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に、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２）。
【０００５】
このようなレンズシートでは、入射面の反射層を形成するべき個所に凸部を設けると、凸部の頂部に反射層を塗布するなどの方法を採用できるため、好ましい（例えば特許文献３）。特許文献３では、入射面の反射層を形成するべき凸部の高さの上限として、６０μｍ以下という数値が示されている。これは反射層が形成されていない凸部の斜面から光線が入射し、正面方向へ集光する効果が低下することを考慮したものである。
【０００６】
しかしながら、ロール印刷法等により光反射性インクを凸部の頂部へ設ける場合、開口部へインクが付着する事を防ぐと言う観点からは凸部の高さは６０μｍよりも高い方が好ましい。また光反射性インクが例えば光拡散材を混合した透明バインダからなるものである場合、インクの厚みが薄いと光が透過し，充分に反射することができない。したがってインクの厚みを５μｍ以上（例えば１０μｍ）などとする必要があり、凸部の高さが高いことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１６１９号公報
【特許文献３】特開２００７−０８６４９９号公報
【特許文献４】特開２００３−１４９７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は凸部の高さに着目し、凸部の高さが従来よりも高いレンズシートにおいて、その仕様を特定範囲とすることにより従来よりも優れた光学性能を発揮できることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レンチキュラーレンズシートからなるバックライト用レンズシートであって、
前記レンチキュラーレンズシートは出射面側に並列した複数のシリンドリカルレンズ群を有し、
入射面側には前記シリンドリカルレンズの集光部近傍に光学的な開口部を有し、前記開口部以外の領域に、反射層を備えた凸部を有し、
前記凸部のうち反射層が設けられた部分の高さをＨ（ｍｍ）、
０．０６＜Ｈ≦０．２・・・（１）
であることを特徴とするバックライト用レンズシートであり、特に前記凸部の側面に反射層を有するのが好ましい。
【００１０】
また本発明は、前記バックライト用レンズシートにおいて、下記式（２）乃至（４）を満足する上記のバックライト用レンズシートである。
０．３５×｛（３／Ｃ）／Ｐ｝≦Ｓ≦０．６・・・（２）
０．６６＜ｔ／Ｐ＜１．１６×｛（３／Ｃ）／Ｐ｝・・・（３）
Ｓ≧０．３４７×ｔ／Ｐ＋０．０５１１×Ｃ×Ｐ・・・（４）
ここで、
ｔ（ｍｍ）：出射側のシリンドリカルレンズ谷部から前記開口部までのシート厚み
Ｐ（ｍｍ）：前記シリンドリカルレンズ群からなるレンチキュラーレンズのピッチをＰ（ｍｍ）
Ｃ（１／ｍｍ）：前記シリンドリカルレンズ頂部近傍の曲率
Ｓ：レンチキュラーレンズのピッチを１とした時のピッチに対する開口部の割合
【００１１】
さらに本発明は、上記のバックライト用レンズシートと透明基板とが前記レンズシートの入射面側凸部頂部で接着されており、前記レンズシートの入射面側開口部が空気と接触していることを特徴とするバックライト用光学部材である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレンズシートは凸部のうち反射層が設けられた部分の高さが従来の例より大きいため、反射層を形成する工程において、凸部以外の部分へ反射層が形成されることを防ぐことができる。またレンズシートの入射面側に別のシートを貼り合わせる場合、開口部が空気層と接した形態を形成しやすい。また反射層を形成するインクの厚みを大きくできるので、反射層の反射効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の概念を示す図である。
【図２】本発明のレンチキュラーレンズシートと組み合わされる拡散シートの一例を示す図である。
【図３】本発明のレンチキュラーレンズシートと組み合わされる拡散シートの一例を示す図である。
【図４】本発明のレンチキュラーレンズシートと組み合わされる拡散シートの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例で用いたレンチキュラーレンズシートの断面を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例の一例の水平、垂直視野角特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。レンチキュラーレンズシート２は出射面にシリンドリカルレンズ２３が並列したシリンドリカルレンズ群を備える。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。
【００１５】
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（以下単にレンズシートと称することがある。）の出射面に設けられたシリンドリカルレンズ２３の集光部近傍以外の領域に設けられた開口部２２へ入射する。
レンズシート面に対し垂直に近い角度（小さい入射角）で開口部２２へ入射した光は、そのままレンズシート３内を直進し、レンズシート２の主面に対し垂直に近い角度（小さい出射角）で出射する。レンズシート２の主面に対し大きい入射角で開口部２２へ入射した光はレンズシート２内を直進後、シリンドリカルレンズ２３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２２に入射した光は正面方向へ集光されることになる。
【００１６】
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２２以外の領域の凸部２１に設けられた反射層５で反射される。
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２２から出射する現象を光の再利用と称することがある。
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。
本発明において前記シリンドリカルレンズ２３のレンズ形状としては例えば楕円、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。
【００１７】
ここで、前記凸部２１が台形状である場合に凸部２１の側面から光線が入射する問題については、凸部２１の側面へ反射層を形成することで解決可能である。このとき、台形状凸部２１の側面に反射層５を形成するためには、例えば特許文献４に記載されたレンチキュラーレンズシートへの遮光層の形成方法を適用することができるが、これに限定されるものではない。また、凸部２１の頂部に丸みを設けることで凸部２１のほぼ全面に反射層５を設けることも有効である。
【００１８】
本発明においては凸部２１が従来よりも高いため、開口部２２に反射層の材料の一部が付着することなく容易に反射層５を形成することができる。反射層の材料としては、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り、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、形成の容易さを考慮すると反射層は２０μｍ以下が好ましい。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。
【００１９】
シリンドリカルレンズ群のピッチに対する開口部２２の割合である開口率Ｓは６０％以下であるのが好ましい。これより大きいと、開口部２２へ入射した光線のうち，隣のシリンドリカルレンズ２３へ入射する割合が増えるため、正面方向へ集光する効果が低下する。
一方、開口率Ｓは３５×｛（３／Ｃ）／Ｐ｝％以上であるのが好ましい。例えばＣ＝２０（１／ｍｍ）、Ｐ＝０．１５（ｍｍ）の場合には開口率が３５％以上、Ｃ＝１７．５（１／ｍｍ）、Ｐ＝０．１５（ｍｍ）の場合には開口率が４０％以上である。これより小さいと、反射層５と光源側拡散シート３や光源背面の反射板４との間で反射を繰り返す割合が多くなり、光の利用効率が低下する。
ここで式（２）はＣ×Ｐの値が小さいほど開口率はより大きくするのが好ましいことを意味する。つまりＣ×Ｐ＝Ｐ／Ｒが小さいほど、即ちＲ／Ｐが大きいほど開口率はより大きくするのが好ましい（ここでＲは曲率半径（ｍｍ）であり、曲率Ｃ（１／ｍｍ）の逆数である）。開口部２２はシリンドリカルレンズ２３の焦点近傍に設けられるが、ピッチ当たりのシリンドリカルレンズ頂部近傍の曲率半径が大きい場合は開口率を小さくできない場合があるためである。
【００２０】
式（３）は、レンズシート２の厚みｔとピッチＰとの比ｔ／Ｐの好ましい範囲を示したものである。まず、ｔ／Ｐの値は０．６６より大きくするのが好ましい。これ以下であると厚みが薄くなりすぎ、取り扱い時にシートが裂けるなどの問題を生じる可能性が高くなる。また、ｔ／Ｐの値は１．１６×｛（３／Ｃ）／Ｐ｝より小さいのが好ましい。例えばＣ＝２０（１／ｍｍ）、Ｐ＝（ｍｍ）の場合にはｔ／Ｐの値が１．１６より小さいのが好ましく、Ｃ＝１７．５（１／ｍｍ）、Ｐ＝（ｍｍ）の場合にはｔ／Ｐの値が１．１３より小さいのが好ましい。これ以上であると、開口部２２へ入射した光線のうち，隣のレンズへ入射する割合が増えるため、正面方向へ集光する効果が低下することがある。
ここで式（３）は、Ｃ×Ｐの値が小さいほどシート厚みｔをより大きくできることを意味する。つまり、Ｃ×Ｐ＝Ｐ／Ｒが小さい場合、即ちピッチ当たりのレンズ頂部近傍の曲率半径Ｒ／Ｐが大きい場合には、シート厚みを大きくしても正面方向へ集光する効果が低下しにくいことを意味する。
【００２１】
式（４）は、ピッチ当たりのレンズシートの厚みｔ／Ｐの値およびＣ×Ｐ（つまりピッチ当たりの曲率半径の逆数）の値と好ましい開口率Ｓの範囲との関係を示したものである。これはｔ、Ｃ、Ｓを各種変更して計算した結果に基づくものである。
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２３の谷部から開口部２２までの距離であり、レンズ２３の厚みおよび反レンズ側に設けた凸部２１の厚みはシートの厚みｔに含まれない。
【００２２】
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以下とすることが好ましい。これより小さいと製造、取り扱いが困難になる。レンズピッチがこれより大きいと、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。
【００２３】
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た光学部材として取り扱うことができ、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２２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２２で光線が屈折し、開口部２２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。
【００２４】
本発明では反射層５が凸部２１に設けられているため、容易に開口部２２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。例えば押し出し法や、紫外線硬化性樹脂を用いた成形法である。特に生産性の点から押し出し法が好ましい。
【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２２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、反射層で反射された光の経路の概略図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２２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内と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内および反射板４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および反射層５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。また、前記透明層３１は拡散層３２より小さい拡散力となるように少量の拡散剤を含有していても良い。
透明層３１または拡散力が小さい層の厚みはレンチキュラーレンズピッチの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事がある。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の背面に反射板４を設けることが好ましい。光源１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。
【００３３】
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３３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、光源側拡散シート３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（図４参照）。面内の輝度が均一化されるためである。
【実施例】
【００３４】
本発明において、レンズ形状、シート厚みｔおよび開口部の比率Ｓが所定の範囲であると、好適な視野角および高い正面輝度を発揮できることを計算により示す。図５に本実施例におけるレンズシートの断面を示す。
レンチキュラーレンズシートの以下の項目について数水準変化させ、視野角特性を計算した。
レンズピッチＰ：０．１５（ｍｍ）
凸部高さＨ：０．０５〜０．０７２５ｍｍ
シート厚みｔ：０．１〜０．２（ｍｍ）
開口部の比率Ｓ：３０〜６０（％）
（Ｓはシート正面から観察した時のピッチに対する開口部の面積比率）
凸部形状：対称な略台形
反射層形成面：台形上部及び斜面
凸部斜面角度：８５度
凸部角形状：Ｒ＝０．０２ｍｍの丸み
【数１】
2010198940.tif 000003
においてＣ＝１７．５〜２０（１／ｍｍ）、Ｋ＝−１。ただしレンズ頂点をｘ＝ｙ＝０とし、ｘ＝−Ｐ／２〜Ｐ／２とする。
正面輝度比＝拡散板１枚に対する輝度比（％）
【００３５】
計算は、以下の条件で行った。
・プログラム名：Optical  Research  Associates社ライトツールズ  Ｖｅｒ6.0.0
・入射光の特性：ランバート分布
・シートの屈折率：１．５４９
・反射層光透過率：１３％（ランバート分布）
・反射層光反射率：８７％（ランバート分布）
・反射層で反射した光の再利用効率：１００％
・拡散板で反射した光の再利用効率：１００％
・反射板で反射した光の再利用効率：９５％
・積分計算方法：区分求積法  ５°刻み
【００３６】
計算結果を表１に示す。ここでＨ＝０．０５ｍｍのものは比較例である。Ｈ＝０．０６２５ｍｍおよび０．０７２５ｍｍのものが実施例である。なお、比較例のように凸部高さＨが０．０６ｍｍ未満であると、反射層を形成する際に、開口部へも反射材が付着し易いという問題点を有している。
【００３７】
【表１】
2010198940.tif 000004
【００３８】
表２は上記計算結果について実施例と比較例を対比し、正面輝度比および視野角の各項目について判定したものである。正面輝度比については、凸部高さが０．０６２５ｍｍまたは０．０７２５ｍｍであること以外の項目において同一である比較例との比較によるものである。また、視野角については比較例との対比ではなく、視野半値角の大小で判定している。ここで表中の各印の意味を表３に示す。
【００３９】
【表２】
2010198940.tif 000005
【００４０】
【表３】
2010198940.tif 000006
【００４１】
垂直半値角、水平半値角ともに良好であり（☆、◎、○のいずれか）、さらに正面輝度比が比較例と同等以上のもの（☆、◎、○のいずれか）であって、かつ、式（２）乃至（４）をすべて満足するのが好ましい。
【００４２】
本発明の上記好ましい実施例のうち、☆印または◎印の評価となっている項目を含むものがより好ましく、表４にはこれを良としている。その内、２つ以上の項目について☆印または◎印の評価となっているものが、さらにより好ましく、表４にはこれを優として表示している。残りの実施例のうち、式（２）乃至（４）をすべて満足する範囲内のものについて、表４にはこれを可として表示している。なお、表５は式（４）の右辺の数値を示しており、を網掛けされていない領域が式（２）乃至（４）をすべて満足する範囲である。
【００４３】
【表４】
2010198940.tif 000007
【００４４】
【表５】
2010198940.tif 000008
【００４５】
また図６に本実施例のうち、Ｈ＝０．０７２５ｍｍ、ｔ＝０．１５ｍｍ、Ｓ＝６０％、Ｃ＝１７．５（１／ｍｍ）とした時の水平、垂直視野角特性を示す。
【００４６】
以上のように本発明の実施例では、従来よりも高い凸部に反射層を設けることで反射層の形成が容易となり、また反射層側と拡散板を貼り合せた場合でも開口部に空気層を確保しやすい。また、実施例の特に好適な範囲では良好な視野角であり、従来の反射層が低い凸部に設けられたシートと同等もしくはより優れた正面輝度を発揮できる。
【符号の説明】
【００４７】
１：光源
２：レンチキュラーレンズシート、２１：凸部、２２：開口部、２３：シリンドリカルレンズ
３：光源側拡散シート、３１：透明層、３２：拡散層、３３：レンズ列
４：反射板、５：反射層
【図１】
2010198940.tif 000009
【図２】
2010198940.tif 000010
【図３】
2010198940.tif 000011
【図４】
2010198940.tif 000012
【図５】
2010198940.tif 000013
【図６】
2010198940.tif 000014