(57)【要約】【課題】視野角の等方化が可能な光学フィルムを提供する。【解決手段】互いに対向する第１及び第２主面を有するベースフィルム１、第１主面に配置され、互いに隣接して第１方向に延伸する複数の偏向素子３を有する偏向素子層２、第２主面に配置され、互いに隣接して第２方向に延伸する複数の光学素子５を有する光学素子層４を備える。偏向素子３は、周期が３μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、第１方向の直交方向に切った断面は、第１及び第２傾斜面を有する三角形で、高さが１．５μｍ〜９０μｍの範囲、第１及び第２傾斜面が第１主面の法線と成す角度がそれぞれ５度〜４０度の範囲及び２５度〜４５度の範囲である。光学素子５は、周期が５μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、一方向の直交方向に切った断面は、三角形で、高さが０．２μｍ〜１５μｍの範囲、傾斜面が前記第２主面の法線と成す角度差が３度以下、頂角が１５０度〜１５５度の範囲である。【選択図】図１
2014132335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、
前記第１主面に配置され、互いに隣接して第１方向に延伸する複数の偏向素子を有する偏向素子層と、
前記第２主面に配置され、互いに隣接して前記第１方向に対して２５度以下の範囲の第２方向に延伸する複数の光学素子を有する光学素子層とを備え、
前記複数の偏向素子は、周期が３μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、前記第１方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第１及び第２傾斜面を有する三角形で、高さが１．５μｍ〜９０μｍの範囲で、前記第１及び第２傾斜面が前記第１主面の法線と成す角度がそれぞれ５度〜４０度の範囲及び２５度〜４５度の範囲であり、
前記複数の光学素子は、周期が５μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、前記第２方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第３及び第４傾斜面を有する三角形で、高さが０．２μｍ〜１５μｍの範囲で、前記第３及び第４傾斜面が前記第２主面の法線と成す角度の差が±３度以下の範囲で、頂角が１５０度〜１５５度の範囲であることを特徴とする光学フィルム。
【請求項２】
前記複数の偏向素子の稜線に対して、前記複数の光学素子の稜線が２０度以上、２２度以下の角度範囲で傾斜して延伸することを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、
前記第１主面に配置され、互いに隣接して第１方向に延伸する複数の偏向素子を有する偏向素子層と、
前記第２主面に配置され、互いに隣接して前記第１方向に対して２５度以下の範囲の第２方向に延伸する複数の光学素子を有する光学素子層とを備え、
前記複数の偏向素子は、周期が３μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、前記第１方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第１及び第２傾斜面を有する三角形で、高さが１．５μｍ〜９０μｍの範囲で、前記第１及び第２傾斜面が前記第１主面の法線と成す角度がそれぞれ５度〜４０度の範囲及び２５度〜４５度の範囲であり、
前記複数の光学素子は、周期が５μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、前記第２方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第３及び第４傾斜面を有する三角形で、高さが０．２μｍ〜１５μｍの範囲で、前記第３及び第４傾斜面が前記第２主面の法線と成す角度の差が±３度以下の範囲で、頂角が１４０度〜１５０度の範囲であることを特徴とする光学フィルム。
【請求項４】
前記複数の偏向素子の稜線に対して、前記複数の光学素子の稜線が１４度以上、１７度以下の角度範囲で傾斜して延伸することを特徴とする請求項３に記載の光学フィルム。
【請求項５】
前記光学素子層が、透光性の複数のビーズを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学フィルム。
【請求項６】
前記複数のビーズの含有量が、前記光学素子層の体積に対して４％〜１１％の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の光学フィルム。
【請求項７】
前記複数のビーズのそれぞれは、平均直径が２μｍ〜４μｍの範囲で、前記光学素子層とは０．０５以上異なる屈折率を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の光学フィルム。
【請求項８】
光源と、
前記光源と対向する端面を入射面、前記入射面に直交する一対の主面のそれぞれを反射面及び出射面とし、前記反射面に配置され、前記光源から前記入射面を通して入射した光を前記出射面に向かうように反射する反射素子を有する導光板と、
前記偏向素子層を前記出射面に対向させ、前記第１傾斜面を前記入射面側とし、前記偏向素子の稜線を前記入射面に平行に配置した請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学フィルムと、
前記反射面と対向して配置され、前記反射面から出射した光を前記導光板に入射させるリフレクタ
とを備えることを特徴とする面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を集光する光学フィルム及び面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、自ら発光しない。したがって、画像を表示させるために、液晶表示素子の背面に照明光を出射する面光源装置が必要となる。面光源装置は、光源から入射した光を導光し出光面から出射させる導光板を備える。
【０００３】
面光源装置は、表示ムラがなく、高輝度、高効率の性能が要求される。液晶表示素子の表示部分に出射光を効率よく集中させるため、導光板の下面に配置する光学要素の分布密度を不均一にすることが提案されており、線状の光源を用いる場合には拡散パターン素子を線状の光源の長手方向と平行に配置することが提案されている（特許文献１参照）。また、導光板の出光面上に下向きプリズムシートや上向きプリズムシートを用いることが提案されている（特許文献２、３及び４参照）。
【０００４】
下向きプリズムシートを用いた従来の面光源装置の場合は、光源、導光板、反射部材、下向きプリズムシート、及び拡散シートを備える。導光板は、光源の発光面と対向して配置される。反射部材は、導光板の下面に配置される。下向きプリズムシートは、導光板の上面に配置される。拡散シートは、下向きプリズムシートの上に配置される。
【０００５】
光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点光源が複数個用いられる。導光板では、光源に対向して配置された一側面が入光面、入光面に直交する一方の主面が出光面、他方の主面が反射面とされる。反射面には、入光面に平行な方向に延伸する光学溝が設けられる。照明光の均一化のために、入光面に直交する方向に延伸する微細な複数の光学溝を出光面に配置してもよい。
【０００６】
光源から出た光は、入光面から導光板内に導入される。光は、導光板内で反射面の光学溝で反射を繰り返し、臨界角以上になったとき出光面を通して導光板外に出射される。導光板外に出射された光は、下向きプリズムシートにより出光面の法線方向に偏向され、更に拡散シートを通って放射される。拡散シートは、液晶表示素子とのモアレ干渉縞を防止するために配置される。モアレ干渉縞発生がない場合は、拡散シートは設けなくてもよい。
【０００７】
一方、上向きプリズムシートを用いた従来の面光源装置の場合は、光源、導光板、反射部材、拡散シート、１枚乃至２枚の上向きプリズムシートを備える。導光板は、光源の発光面と対向して配置される。反射部材は、導光板の下面に配置される。拡散シートは、導光板の上面に配置される。１枚乃至２枚の上向きプリズムシートは、拡散シートの上に配置される。
【０００８】
光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点光源が複数個用いられる。導光板では、光源に対向して配置された一側面が入光面、入光面に直交する一方の主面が出光面、他方の主面が反射面とされる。反射面には、入光面に平行な方向に延伸する光学溝が設けられる。照明光の均一化のために、入光面に直交する方向に延伸する微細な複数の光学溝を出光面に配置してもよい。
【０００９】
光源から出た光は、入光面から導光板内に導入される。光は、導光板内で反射面の光学溝で反射を繰り返し、臨界角以上になったとき出光面を通して導光板外に出射される。
【００１０】
導光板外に出射された光は、出光面内の明るさを均一にするために拡散シートで拡散され、更に上向きプリズムシートを通って放射される。１枚乃至２枚の上向きプリズムシートは、拡散シートで拡散された光を出光面の法線方向に集光し、正面の輝度を向上させるために配置される。上向きプリズムシートは、１枚の配置でもよいが、プリズムの稜線がほぼ直交するように、２枚を重ねて配置することによって、集光効率が向上してさらに正面輝度を向上させることが出来るため、主に２枚配置されている。
【００１１】
上述のように、上向きプリズムを用いた方式と比較すると、下向きプリズムを用いた方式は、面光源装置に使用する部材を低減できるという利点がある。しかし、下向きプリズムを用いた方式では、光進行方向の集光性は高まる一方、光進行方向と垂直な方向での集光性はない。その結果、光進行方向とそれと垂直な方向での視野角の差が発生し、発光時に違和感が生じてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２３１７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２０７８号公報
【特許文献３】特開２００８−２１８４１８号公報
【特許文献４】特開２００６−２０８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、視野角の等方化が可能な光学フィルム及び面光源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、第１主面に配置され、互いに隣接して第１方向に延伸する複数の偏向素子を有する偏向素子層と、第２主面に配置され、互いに隣接して第１方向に対して２５度以下の範囲の第２方向に延伸する複数の光学素子を有する光学素子層とを備え、複数の偏向素子は、周期が３μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、第１方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第１及び第２傾斜面を有する三角形で、高さが１．５μｍ〜９０μｍの範囲で、第１及び第２傾斜面が第１主面の法線と成す角度がそれぞれ５度〜４０度の範囲及び２５度〜４５度の範囲であり、複数の光学素子は、周期が５μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、第２方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第３及び第４傾斜面を有する三角形で、高さが０．２μｍ〜１５μｍの範囲で、第３及び第４傾斜面が第２主面の法線と成す角度の差が±３度以下の範囲で、頂角が１５０度〜１５５度の範囲であることを要旨とする。
【００１５】
本発明の第２の態様は、互いに対向する第１及び第２主面を有する透光性のベースフィルムと、第１主面に配置され、互いに隣接して第１方向に延伸する複数の偏向素子を有する偏向素子層と、第２主面に配置され、互いに隣接して第１方向に対して２５度以下の範囲の第２方向に延伸する複数の光学素子を有する光学素子層とを備え、複数の偏向素子は、周期が３μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、第１方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第１及び第２傾斜面を有する三角形で、高さが１．５μｍ〜９０μｍの範囲で、第１及び第２傾斜面が第１主面の法線と成す角度がそれぞれ５度〜４０度の範囲及び２５度〜４５度の範囲であり、複数の光学素子は、周期が５μｍ〜５０μｍの範囲で配置され、第２方向に直交する方向に切った断面のそれぞれは、第３及び第４傾斜面を有する三角形で、高さが０．２μｍ〜１５μｍの範囲で、第３及び第４傾斜面が第２主面の法線と成す角度の差が±３度以下の範囲で、頂角が１４０度〜１５０度の範囲であることを要旨とする。
【００１６】
本発明の第３の態様は、光源と、光源と対向する端面を入射面、入射面に直交する一対の主面のそれぞれを反射面及び出射面とし、反射面に配置され、光源から入射面を通して入射した光を出射面に向かうように反射する反射素子を有する導光板と、偏向素子層を出射面に対向させ、第１傾斜面を入射面側とし、偏向素子の稜線を入射面に平行に配置した本発明の第１及び第２の態様による光学フィルムと、反射面と対向して配置され、反射面から出射した光を導光板に入射させるリフレクタとを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、装置の小型化に伴う光源近傍の入光ムラを低減することが可能な光学フィルム及び面光源装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る面光源装置の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する光源及び導光板の一例を示す上面図である。
【図３】図２に示した光源及び導光板のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板の入射面の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板の入射面の他の例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板の入射面の他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板の入射面の他の例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板内での光の伝播の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る面光源装置に使用する導光板の他の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光学フィルムの一例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した光学フィルムのＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る光学フィルムの配置の一例を示す図である。
【図１３】導光板及び光学フィルム内での光の伝播の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る光学フィルムの他の例を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る光学フィルムの製造方法の一例を示す図（その１）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る光学フィルムの製造方法の一例を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意するべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においてもお互いの寸法関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２０】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、請求項の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る面光源装置は、図１に示すように、光源１０、導光板７、光学フィルム６、及びリフレクタ９を備える。光源１０は、導光板７の入射面に対向して配置される。導光板７は、複数の反射素子１４が配置された反射面を有する。反射素子１４は、光源１０から入射した光を導光板７の出射面１２に向かうように反射する。
【００２２】
光学フィルム６は、透光性を有し、ベースフィルム１、偏向素子層２、及び光学素子層４を備える。ベースフィルム１は、互いに対向する第１主面、及び第２主面を有する。偏向素子層２は、導光板７の出射面１２に面するようにベースフィルム１の第１主面に配置される。偏向素子層２は、互いに隣接して一方向に延伸する複数の偏向素子３を有する。偏向素子３は、導光板７の出射面１２から光学フィルムに入射する光を偏光し、光学フィルム６の第２主面からほぼ垂直に出射させる。光学素子層４は、ベースフィルム１の第２主面に配置される。光学素子層４は、互いに隣接して一方向に延伸する複数の光学素子５を有する。光学素子５と偏向素子３とは、略同一方向に延伸する。光学素子５は、導光板７内での光の進行方向、及び光進行方向に直交する導光板７の幅方向における集光性を等方化するように光学フィルム６から出射する光を拡散させる。
【００２３】
リフレクタ９は、導光板７の反射面１３に面して配置される。リフレクタ９は、導光板７の反射面から出射した光を導光板７に向かって反射させる。
【００２４】
実施の形態に係る面光源装置では、導光板７に面して偏向素子層２が配置され、光学フィルム６の出射面に光学素子層４が配置される。偏向素子層２は、導光板７の光進行方向では集光性が高く、光進行方向と直交する導光板７の幅方向では集光性はない。光学素子層４は、偏向素子層２において光進行方向に集光された光を拡散させる。その結果、光進行方向と幅方向との間に生じる指向性の差を抑制して、視野角を等方化することができる。
【００２５】
より詳細には、図２及び図３に示すように、導光板７は、略矩形状の一対の主面を有する略板状の形状である。光源１０と対向する導光板７の端面を入射面１１とする。入射面１１に直交する導光板７の一対の主面をそれぞれ反射面１３及び出射面１２とする。反射面１３に配置された複数の反射素子１４は、光源１０から入射面１１を通して入射した光を出射面１２に向かうように反射する。
【００２６】
光源１０として、複数の発光ダイオードが用いられる。図２では、４個の発光ダイオードを用いているが、発光ダイオードの個数は限定されない。また、光源１０として、冷陰極管などの蛍光管も利用できるが、面光源装置の薄型化のためには発光面が短い発光ダイオードが望ましい。
【００２７】
導光板７の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル等の透明材料が利用できる。また、上記以外の材料でも、上記のような一定の屈折率を有する透明な材料であれば利用できる。
【００２８】
導光板７の入射面１１に対向して略等間隔で直線状に配置された複数の光源１０から出射した光は、入射面１１から導光板７内に入射される。入射面１１に光制御部として、導光板７の厚み方向に伸びる偏向素子を形成することで、入射面１１付近の光を拡散させ、あるいは光の進行方向を制御することができる。特に、入射面１１付近の明暗差による表示品質を改善することができる。入射面１１の光制御部として、図４〜図７に示すように、断面形状が略三角形（図４）、略台形（図５）、略半楕円形（図６）、もしくはなめらかな波型形状（図７）の偏向素子が用いられる。また、図４〜図７に示した偏向素子の表面に微細な凹凸形状を形成したものは、作製が比較的簡単で光制御の効果を得やすい。
【００２９】
光の進行方向を変えるための光制御部である溝状の反射素子１４は、反射面１３に形成される。反射素子１４は断面略三角形であり、その稜線は入射面１１と略平行方向に延伸する。反射素子１４の稜線は、直線状である。反射素子１４は、入射面１１から入射面１１と対向する面に連続して複数形成される。なお、反射素子１４は、出射面１２に形成してもよい。この場合、反射面１３は平坦面となる。また、反射素子１４の稜線は、曲線状であってもよい。
【００３０】
隣り合う反射素子１４同士の間隔は一定でもよく、あるいは入射面１１からの距離によって変化させてもよい。隣り合う反射素子１４同士の間隔が一定の場合、出射面１２から出射する光のうち、入射面１１付近から出射する光量に対して、入射面１１と対向する面の付近から出射する光量が少なくなる虞がある。この場合、反射素子１４同士の間隔を入射面１１から遠ざかるに従って密にすることで、入射面１１と対向する面の付近から出射する光量を増加させることができる。隣り合う反射素子１４同士の間隔を調整することによって、導光板７から出射する光の強度の位置分布を調整することができ、面内で均一な出射特性を有する面光源装置を実現できる。
【００３１】
反射素子１４は、図８に示すように、入射面１１側の第１傾斜面１４ａと、導光板７の入射面１１と対向する面側の第２傾斜面１４ｂとを有する。出射面１２に対し、第１傾斜面１４ａは傾斜角度α１を、第２傾斜面１４ｂは傾斜角度α２を有する。傾斜角度α１、α２は全ての反射素子１４において一定でもよく、一部あるいは全ての反射素子１４において異なってもよい。
【００３２】
図８に示すように、第１傾斜面１４ａは、反射素子１４が形成されていない出射面１２において、入射面１１から出射面１２の法線と角度ψ１で入射した光を、出射面１２の法線に対して角度ψ２となるように反射する。即ち、出射面１２の法線に対してある角度をなして進む光は、第１傾斜面１４ａで反射することで、出射面１２の法線とのなす角度が減少する。第１傾斜面１４ａでの反射を繰り返すことで、出射面１２の位置Ｘにおいて出射面１２の法線となす角度が臨界角より小さくなった光が、出射面１２から出射される。このように、図８に示すように、光源１０から導光板７の入射面１１に入射した光は、出射面１２の法線となす角が臨界角に達するまでは出射面１２と反射面１３で全反射を繰り返しながら導光板７の内部を進む。
【００３３】
上述のように溝形状の反射素子１４を反射面１３に形成した導光板７では、第１傾斜面１４ａの傾斜角度α１は、第２傾斜面１４ｂの傾斜角度α２より小さい。したがって、反射素子１４の大部分が光の反射に使用されるため、導光板７内に入射した光を出射面１２方向に反射する効率が高く、光利用効率が高い。
【００３４】
また、導光板７の出射面１２に、図９に示すように、断面が略三角形で、稜線が入射面１１から入射面１１と対向する面に向かって互に平行に延伸する複数の異方性拡散パターン３０を形成してもよい。隣り合う異方性拡散パターン３０の間隔は、１μｍ〜１０００μｍ、好ましくは５μｍ〜３００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜２００μｍ、更に好ましくは１５μｍ〜１００μｍ、更により好ましくは２０μｍ〜８１μｍの範囲である。なお、反射素子１４が出射面１２に形成される場合は、異方性拡散パターン３０は、反射面１３に形成される。
【００３５】
異方性拡散パターン３０は、導光板７の出射面１２内で均一な出射特性を得ることに効果がある。特に、導光板７の入射面１１付近において、光源１０付近、及び隣接する光源１０との間付近における光の出射強度差を減少させることに効果があり、面内で均一な出射特性を有するとともに表示品質の高い面光源装置を実現できる。
【００３６】
実施の形態に係る光学フィルム６は、図１０及び図１１に示すように、ベースフィルム１、偏向素子層２、及び光学素子層４を備える。偏向素子層２は、プリズム状の複数の偏向素子３を有する。偏向素子３は、互に隣接して一方向に延伸する。光学素子層４は、偏向素子層２が形成されたベースフィルム１の反対側の面に設けられる。光学素子層４は、プリズム状の複数の光学素子５を有する。光学素子５は、互いに隣接して偏向素子３と略同一の方向に延伸する。
【００３７】
ベースフィルム１として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル等のような透明な材料の単体もしくは２種類以上の組み合わせが利用できる。偏向素子層２及び光学素子層４として、ウレタンアクリレート樹脂、オリゴエステルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコンアクリレート樹脂、アクリルアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂等の透光性の光硬化型樹脂が用いられる。
【００３８】
図１１に示すように、偏向素子層２の偏向素子３は、高さｈ２で、周期Ｗ２の間隔で配置される。偏向素子３の断面形状は、三角形で、稜線３３は直線状である。偏向素子３の稜線３３の延伸方向（第１延伸方向）に直交する方向に切った断面において、頂点からの法線と偏向素子３の入射面１１側の第１傾斜面３ａ及びその反対側の第２傾斜面３ｂとがなす角度をそれぞれθ２ａ及びθ２ｂとする。なお、偏向素子３は、断面形状が略楕円や略台形等でもよく、稜線は曲線状であってもよい。また、隣り合う偏向素子３は互いに離れていてもよい。しかし、偏向素子３を互に接して配置するほうが光をよく偏向することができ、面光源装置の輝度が高くなる。
【００３９】
偏向素子層２には、出射光の角度分布を狭く、出射光をほぼ垂直に狭い角度分布で出射すること、及び出射光の輝度を上げることなどの出射特性が要求される。このような出射特性を実現するため、光学フィルム６の成形に用いる金型の加工性を考慮して、偏向素子３の高さｈ２、周期Ｗ２、第１及び第２傾斜面の角度θ２ａ、θ２ｂ等が決定される。
【００４０】
偏向素子層２だけが形成された光学フィルム６ａを用いて、偏向素子３の機能を説明する。図１２に示すように、導光板７の出射面１２から出射する光の多くは、出射面１２となす角度が小さい。出射面１２となす角度γ１、γ２で出射する光Ｌ１、Ｌ２は、光学フィルム６ａ内に偏向素子３の第１傾斜面３ａから入射する。入射した光Ｌ１、Ｌ２は、第２傾斜面３ｂで反射されて、光学フィルム６ａの上面に対して垂直に近い角度に偏向される。したがって、光学フィルム６ａの上面に対して垂直に近い角度γｏ１、γｏ２で偏向した光Ｌｏ１、Ｌｏ２が光学フィルム６ａから出射する。その結果、光学フィルム６ａは、面光源装置から出射する光の正面強度を向上させる。
【００４１】
なお、光学フィルム６ａによる光の偏向については、次のような注意が必要である。光学フィルム６ａの隣り合う偏向素子３同士の距離が充分大きい場合には、光の屈折・全反射現象をもとにして偏向素子３の形状や距離を設計すればよい。一方、光学フィルム６ａの隣り合う偏向素子３同士の距離が１０μｍ程度以下になると、光の回折・干渉現象を考慮して偏向素子３の形状や距離を設計する必要がある。（例えば、特開２００６−５８８４４号公報参照）。
【００４２】
偏向素子３の高さｈ２は、例えば１．５μｍ〜９０μｍ、好ましくは４μｍ〜３０μｍ、より好ましくは１０μｍ〜１２μｍの範囲とする。周期Ｗ２は、例えば３μｍ〜５０μｍ、好ましくは５μｍ〜２０μｍ、より好ましくは９．５μｍ〜１０．５μｍの範囲とする。偏向素子３の第１傾斜面３ａの角度θ２ａは、例えば５度〜４０度、好ましくは７度〜２０度、より好ましくは１０度〜１０．５度の範囲とする。第２傾斜面３ｂの角度θ２ｂは、例えば２５度〜４５度、好ましくは３０度〜４０度、より好ましくは３５．５度〜３６．５度の範囲とする。このように設計された光学フィルム６ａを用いることにより、面光源装置の正面輝度を向上させることができる。
【００４３】
なお、偏向素子３の稜線３３を、導光板７の反射素子１４の稜線に対して傾けると、輝度の低下、及び出射方向の異方化が発生する。したがって、図１３に示す稜線３３の反射素子１４の稜線に対する傾斜角β２は、略０度、例えば±５度、好ましくは±３度、より好ましくは±１度の範囲とする。
【００４４】
また、偏向素子３として、例えば、断面が鋸歯形状で、各歯の先端をはさむ二辺の長さが１０％以上異なり、夾角が６０度以下の偏向素子を用いてもよい。偏向素子の光学材料の屈折率がｎの場合、偏向素子は、溝の平均の深さｈが、ｈ＝Ａ×ｄ／（ｎ−１）であることが望ましい（但し、０．４≦Ａ≦１．０、ｄは偏向素子の平均周期）。０．４６μｍ≦λ１≦０．５０μｍ、０．５３μｍ≦λ２≦０．５７μｍ、０．６０μｍ≦λ３≦０．６４μｍの範囲にある３波長λ１、λ２、λ３の光を１５度≦φ１≦７０度の範囲内のある角度φ１で入射させた時、各波長の回折効率が最大となる回折角度が、−５度から＋５度の範囲に含まれているように設計した場合、高輝度な面光源装置を得ることができる。
【００４５】
また、偏向素子３として、例えば、ホログラムを構成する平均周期２００μｍ以下の溝又は山からなる形状の偏向素子を用いてもよい。ホログラムは、入射角が３０度±１５度の白色光を光学フィルムの偏向素子が形成されてない面に垂直な方向に曲げる。偏向素子の光学材料の屈折率をｎとした時、偏向素子は、平均周期が５±１μｍ、平均深さが（３．７±１）／（ｎ−１）μｍである鋸歯形状、または、鋸歯形状の溝が深さの５０％未満だけ埋まっている形状であることが望ましい。偏向素子の平均周期ｄと鋸歯の山の位置ずれｕが、ｕ／ｄ≦０．２の範囲にあるように設計した場合、高輝度な面光源装置を得ることが出来る。
【００４６】
図１１に示すように、光学素子層４の光学素子５は、高さｈ１で、周期Ｗ１の間隔で配置される。光学素子５の断面形状は、略二等辺三角形で、稜線５５は直線状である。光学素子５の稜線５５の延伸方向（第２延伸方向）に直交する方向に切った断面において、頂点からの法線と光学素子５の入射面１１側の傾斜面及びその反対側の傾斜面とがなす角度をそれぞれθ１１及びθ１２、並びに、光学素子５の頂角をθ１とする。角度θ１１とθ１２の差は、±３度の範囲、好ましくは、±１度の範囲である。
【００４７】
光学素子層４には、輝度の低減を抑えて、出射光の指向性を均等化して、視野角を等方化することなどの出射特性が要求される。このような出射特性を実現するため、光学フィルム６の成形に用いる金型の加工性を考慮して、光学素子５の高さｈ１、周期Ｗ１、及び頂角θ１等が決定される。
【００４８】
光学素子５の高さｈ１は、例えば０．２μｍ〜１５μｍ、好ましくは０．７μｍ〜７μｍ、より好ましくは１．３μｍ〜３．７μｍの範囲とする。周期Ｗ１は、例えば５μｍ〜５０μｍ、好ましくは８μｍ〜３０μｍ、より好ましくは１０μｍ〜２０μｍの範囲とする。光学素子５の頂角θ１は、例えば、輝度の低減を抑制する場合は、１４０度〜１６５度、好ましくは１４５度〜１６０度、より好ましくは１５０度〜１５５度の範囲とする。あるいは、頂角θ１は、例えば、視野角の向上を重視する場合は、１２０度〜１７０度、好ましくは１３０度〜１６０度、より好ましくは１４０度〜１５０度の範囲とする。
【００４９】
輝度及び視野角に大きく影響するのは、頂角θ１である。頂角θ１を鋭角にすれば、光進行方向の視野角を増加させることができるが、輝度が低下してしまう。視野角を幅方向と合わせるために、上記の最適な角度範囲の選択が必要である。一方、高さｈ１及び周期Ｗ１は、輝度及び視野角には大きな影響は及ぼさない。しかし、高さｈ１及び周期Ｗ１が大きくなると、下部のパターン見え、及びモアレ干渉縞などの原因となる。高さｈ１及び周期Ｗ１が小さい場合は、光学フィルム製造に際して困難が生じる。
【００５０】
また、図１３に示すように、光学素子５の稜線５５を、導光板７の反射素子１４の稜線に対して若干傾けるとモアレ干渉縞対策となる。ただし、角度をつけすぎると、光の出射方向が変化するため、視野等方化の劣化、及び輝度の低下を招いてしまう。したがって、反射素子１４の稜線に対する稜線５５の傾斜角β１は、例えば、輝度の低減を抑制する場合は、２５度以下の角度範囲とし、傾斜角β１、β２の間の角度差を２５度以下、好ましくは２０度以上、２２度以下の角度範囲とすることが望ましい。あるいは、視野角の向上を重視する場合は、傾斜角β１は、２０度以下の角度範囲とし、傾斜角β１、β２の間の角度差を２０度以下、好ましくは１４度以上、１７度以下の角度範囲とすることが望ましい。傾斜角β１、β２の間の角度差を設けることにより、導光板７と光学フィルム６との間、あるいは光学フィルム６と面光源装置の出射側に配置される液晶パネルとの間でモアレ干渉縞が発生しにくくなる。
【００５１】
上述のように、偏向素子層２は、導光板７から入射した光をほぼ垂直に狭い角度分布に集光する。導光板７の反射素子１４及び偏向素子層２の偏向素子３は、導光板７の入射面１１に対して略平行に延伸している。そのため、入射面１１に直交する方向、即ち光進行方向における指向性が強くなり、視野角が異方化する。例えば、図１に示した面光源装置において、図１２に示した光学フィルム６ａを光学フィルム６の代わりに用いると、正面輝度が約１９３００ｃｄ／ｍ2で、光進行方向及び幅方向の指向性が、それぞれ約±１１度、及び約±２０度となる。光学素子層に代えてヘイズ６５％の拡散層が形成された光学フィルムを用いると、正面輝度が約１６５００ｃｄ／ｍ2で、光進行方向及び幅方向の指向性が、それぞれ約±１３度、及び約±２２度となる。また、光学フィルム６の代わりに、従来の上向きプリズムを２枚用いた面光源装置では、正面輝度が約１００００ｃｄ／ｍ2で、光進行方向及び幅方向の指向性が、それぞれ約±２５度、及び約±２５度である。このように、光学フィルム６aあるいは拡散層が形成された光学フィルムを用いると、従来に比べて輝度は増加するが、視野角に異方性が生じてしまう。
【００５２】
実施の形態に係る光学フィルム６では、偏向素子層２が形成されたベースフィルム１の反対側の面に光学素子層４を設ける。また、図１に示したように、面光源装置において、光学フィルム６を、偏向素子層２が導光板７の出射面１２に面するように設置する。偏向素子層２で集光された光は、光学素子層４において、光学素子５により光進行方向の指向性が弱められる。その結果、光進行方向及び幅方向での視野角を等方化することができる。
【００５３】
表１には、光学素子５の頂角θ１を変化させて出射特性を測定した結果を示している。表１に示すように、頂角θ１を、１５２．５度から１３０度と小さくしていくと、輝度は、約１５５００ｃｄ／ｍ2から約８５００ｃｄ／ｍ2と減少するが、光進行方向の視野角は約±１５度から約±２８度と増加する。幅方向の視野角は、頂角θ１に関係なく約±２０度である。したがって、光学フィルム６を用いた図１の面光源装置において、頂角θ１が約１５２．５度の場合、正面輝度が約１５５００ｃｄ／ｍ2で、光進行方向及び幅方向の指向性が、それぞれ約±１５度、及び約±２０度である。また、頂角θ１が約１４３．５度の場合、正面輝度が約１２６００ｃｄ／ｍ2で、光進行方向及び幅方向の指向性が、それぞれ約±１９度、及び約±２０度である。このように、実施の形態によれば、従来に比べて高輝度であり、視野角の等方化も実現することができる。
【表１】
2014132335.tif 000003
【００５４】
また、輝度を高くする光学フィルムを用いた液晶ディスプレー装置が提案されている（例えば、特許第４２４００３７号公報参照）。提案された液晶ディスプレー装置においては、２枚の光学フィルムを使用している。それに対して、実施の形態に係る面光源装置では、光学フィルム６を１枚しか使用せずに高輝度を実現することができる。また、拡散フィルも必要としない。このように、実施の形態に係る面光源装置では、部材数の低減、及び面光源装置の薄型化に貢献することができる。
【００５５】
なお、図１４に示すように、光学素子層４に透明なビーズ４５を含有させてもよい。光学素子層４及び偏向素子層２の表面が鏡面で、拡散効果がない場合、面光源装置の発光時にギラツキが発生しやすい。また、光学フィルム６の表面及び裏面の間の干渉によるモアレ干渉縞、及び光学フィルム６と液晶パネルとの間のモアレ干渉縞が発生する場合がある。ビーズ４５を用いることにより、ギラツキやモアレ干渉縞の発生を抑制することができる。ギラツキを低減するには、ビーズ４５の含有量を増加し、ビーズ４５の直径を小さくすることが効果的である。また、モアレ干渉縞を低減させるには、ビーズ４５の含有量を増加させることが効果的である。しかし、ビーズ４５の含有量を増加させると、輝度が低下してしまう。そのため、ビーズ４５として、平均直径が２μｍ〜４μｍの範囲で、含有量は光学素子層４の体積に対して４％〜１１％の範囲が望ましい。また、ビーズ４５は、光学素子層４とは０．０５以上異なる屈折率を有することが望ましい。例えば、光学素子層４として用いる光硬化樹脂の屈折率は約１．５であるので、ビーズ４５として、屈折率が約１．６の透明樹脂材料などを用いればよい。
【００５６】
次に、実施の形態に係る面光源装置に用いる光学フィルム６の製造方法を、図１５及び図１６を用いて説明する。光学素子５及び偏向素子３は、転写用金型６０ａ、６０ｂを用いて転写工程により転写される。金型６０ａは、銅めっき等を施した円筒状の金属の表面にエッチング等により光学素子５に対応するくぼみが形成されている。銅めっきの場合、さびを防止するために、くぼみを形成後、クロムめっき等で表面保護層を形成する。金型６０ｂは、ニッケルめっき等を施した円筒状の金属の表面にバイトで切削加工することにより偏向素子３の形状に対応する溝を形成する。あるいは、エッチング等により偏向素子３の形状に対応する溝を形成してもよい。また、金型６０ａ、６０ｂのそれぞれに形成する溝の稜線方向は、金型６０ａ、６０ｂの円周方向、あるいは長手方向でもよく、それらの方向から所定の角度傾けた方向でもよい。
【００５７】
また、ベースフィルム１には、ＰＥＴフィルム、例えば東洋紡株式会社製、商品名コスモシャイン、品番Ａ４３００、厚み５０μｍが使用できる。他にも透明なフィルム、特に紫外線をよく透過するフィルムが使用可能である。光硬化型樹脂６３には、例えばウレタンアクリレート型光硬化型樹脂が用いられる。また、光硬化型樹脂６３には、ウレタンアクリレート樹脂とは屈折率が異なる光拡散材、例えばスチレン系樹脂ビーズが混合されていてもよい。
【００５８】
図１５に示すように、光学フィルム成形装置のフィルム供給部にローラ６１ａ、転写部に金型６０ａ、及びフィルム巻取り部にローラ６１ｂを設置する。ローラ６１ａから供給されたベースフィルム１の面上に、ディスペンサ６２から複数の光拡散材が混合された光硬化型樹脂６３が滴下される。ベースフィルム１上の光硬化型樹脂６３に金型６０ａにより光学素子５を形成しながら、光照射装置６４により紫外線等を照射して光硬化型樹脂６３を硬化させて、ベースフィルム１に光学素子層４を一体に圧着する。金型６０ａから離型したベースフィルム１は、ローラ６１ｂに巻き取られる。
【００５９】
図１６に示すように、光学フィルム成形装置のフィルム供給部にローラ６１ｂ、転写部に金型６０ｂ、及びフィルム巻取り部にローラ６１ｃを設置する。ローラ６１ｂから供給されたベースフィルム１の、光学素子層４が圧着されていない面上にディスペンサ６２から光硬化型樹脂６３が滴下される。ベースフィルム１上の光硬化型樹脂６３に金型６０ｂにより偏向素子３を形成しながら、光照射装置６４により紫外線等を照射して光硬化型樹脂６３を硬化させて、ベースフィルム１に偏向素子層２を一体に圧着する。金型６０ｂから離型したベースフィルム１は、ローラ６１ｃに巻き取られる。このようにして、光学フィルム６が製造される。
【００６０】
実施の形態に係る光学フィルム６では、形状転写性のよい光硬化型樹脂６３を用いて光学素子層４及び偏向素子層２が成形される。そのため、転写された光学素子５及び偏向素子３は、先端の角度を精度よく成形することができる。例えば、偏向素子３の高さを設計値の０．２μｍ以下のずれにすることができる。また、ベースフィルム１には、強度の高いＰＥＴフィルムが用いられるので、光学フィルム６の強度を確保することができる。
【００６１】
なお、上記の説明では、光学素子層４を成形した後に偏向素子層２を成形しているが、成形順番は限定されない。始めに偏向素子層２を成形した後に光学素子層４を成形してもよい。
【００６２】
また、光硬化型樹脂６３に光学素子５あるいは偏向素子３を転写する転写工程において、光硬化型樹脂６３が金型６０ａ、あるいは金型６０ｂから離型しにくいことがある。光硬化型樹脂６３が金型６０ａ、あるいは金型６０ｂから離型しなかった場合、光学フィルム６に欠陥が発生し不良品となる。この不具合を防ぐために、金型６０ａ及び金型６０ｂに対して、離型剤（例えば、ダイキン化成品販売株式会社製、製品名デュラサーフ、品番ＨＤ−２１０１Ｚ）を用いて離型処理を行うとよい。離型処理により、光硬化型樹脂６３の金型６０ａ及び金型６０ｂからの離型性を向上させることができ、光硬化型樹脂６３が金型６０ａ及び金型６０ｂに残ることを防止することができる。その結果、光学フィルム６に欠陥が発生しにくくなる。
【００６３】
次に、光拡散材が混合された光硬化型樹脂６３の作製方法について説明する。光拡散材が混合された光硬化型樹脂６３として、スチレン系樹脂ビーズが混合されたウレタンアクリレート型光硬化型樹脂を例として説明する。
【００６４】
攪拌機、温度計、冷却管及び空気ガス導入管を２Ｌの三口フラスコに取り付ける。三口フラスコに、空気ガスを導入した後、ポリテトラメチレングリコール（保土ヶ谷化学株式会社製、商品名：ＰＴＧ８５０ＳＮ）５２０．８ｇ、ジエチレングリコール１．０６ｇ、不飽和脂肪酸ヒドロキシアルキレンエステル修飾ε−カプロラクトン（ダイセル化学工業株式会社製、商品名：ＦＡ２Ｄ）２７５．２ｇ、重合禁止剤としてｐ−メトキシキノン０．５ｇ、触媒としてジブチルチ錫ジラウレート（東京ファインケミカル株式会社製、商品名：Ｌ１０１）０．３ｇを入れ、７０℃に昇温する。昇温後、７０℃〜７５℃で攪拌しつつイソホロンジイソシアネート（住化バイエルウレタン株式会社製、商品名：デスモジュールＩ）２２２ｇを２時間かけて均一滴下し、反応を行う。滴下終了後、約５時間反応させてＩＲ測定を行う。ＩＲ測定の結果、イソシアネートが消失したことを確認して反応を終了し、重量平均分子量が７，０００のウレタンオリゴマーが得られる。
【００６５】
ウレタンオリゴマーと、１，９−ノナンジオールジアクリレート（共栄社化学株式会社製）を、３：７ないし５：５の割合で混合して、光硬化型樹脂を調整する。なお、上記の成分以外に、光開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバスペシャリティーケミカル社製、商品名：イルガキュア１８４）が１質量部含まれる。このようにして作製された光硬化型樹脂と、例えばスチレン樹脂系ビーズを蓋付きガラス容器に入れて攪拌することにより、光拡散材が混合された光硬化型樹脂６３が作製される。
【００６６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の導光板及び面光源装置は、携帯電話機、ゲーム機器、電子手帳、カーナビゲーション、ノートＰＣ、ＴＶ等の液晶表示装置等に用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１…ベースフィルム
２…偏向素子層
３…偏向素子
３ａ…第１傾斜面
３ｂ…第２傾斜面
４…光学素子層
５…光学素子
６…光学フィルム
７…導光板
９…リフレクタ
１０…光源
１１…入射面
１２…出射面
１３…反射面
１４…反射素子
３３…稜線（偏向素子）
４５…ビーズ
５５…稜線（光学素子）
【図１】
2014132335.tif 000004
【図２】
2014132335.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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