(57)【要約】  【課題】  第２次透過光成分Ｔ２を抑制することができ、正面方向に最も高い輝度を示し、所定の視野角内の方向において広い配光特性を有し、且つ強い正面方向の指向性を有する光透過シートを提供する。  【解決手段】  光透過シートは、照明光の入射側に一つの有限な焦点距離が存在し、且つ断面形状が左右対称な放物面の母線方向の曲率半径が無限大であるトロイダルレンズ体が多数連続的に配列されている。透明シートの法線に平行にＺ軸を、放物面の母線に平行にＹ軸を、トロイダルレンズ体の列方向にＸ軸をとったときの、光透過シートのＸＺ断面形状は、Ｚ＝−Ｘ2／２ＲにＲ＝４０を代入した、Ｚ＝−Ｘ2／８０で表される。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光の入射側に一つの有限な焦点距離が存在し、且つ断面形状が左右対称な放物面の母線方向の曲率半径が無限大であるトロイダルレンズ体が上記放物面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートであって、
透明シートの法線方向に平行にＺ軸をとり、上記トロイダルレンズ体の列方向にＸ軸を取ったとき、上記断面形状が、以下の式を満たすように形成されることを特徴とする光透過シート。
Ｚ＝−Ｘ2／２Ｒ
（Ｒは先端頂点の曲率半径である。）
【請求項２】
請求項１において、
１＜Ｄ／Ｒ＜１０であることを特徴とする光透過シート。
（Ｄは放物面の形成単位幅である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光透過シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶テレビ、ノートＰＣ（Personal Computer）等に、カラー液晶パネルを利用したディスプレイが使用されている。カラー液晶パネルを利用したディスプレイは、主に、液晶光源となるバックライトに対して、拡散板、プリズムシート、輝度向上フィルム、偏光板、視野角補償フィルム、偏光板、ＡＲフィルム、防汚フィルムがこの順で積層された構成とされている。
【０００３】
このような液晶パネルディスプレイにおいては、表示輝度や視野角特性を向上させることが、液晶パネルディスプレイの商品価値を高める上で重要な課題となっている。また、特に重要な課題として、バックライト側の光学的利得性と広い配光特性を改良することが強く望まれている。
【０００４】
バックライト側の光学的利得性の改良を実現する手段としては、図１に示す、プリズム列を照明光の射出側に連続的に形成した、従来のプリズムシートを配置させる方法が実用化されている。
【０００５】
図２は、従来のプリズムシートの断面形状を表している。従来のプリズムシートにおいては、入射した光線は、入射角によって、直接プリズム斜面を透過する第１次透過光成分Ｔ１、一のプリズム斜面で反射した後に他のプリズム斜面で再度反射して入射側に戻される戻り光成分Ｒ、そして、一のプリズム斜面で反射した後他のプリズム斜面を透過してプリズムシート前面に射出する第２次透過光成分Ｔ２に分類することができる。
【０００６】
第１次透過光成分Ｔ１は、正面方向に射出する光を含む有効活用される光束成分である。戻り光成分Ｒは、面光源としての発光面の拡散シートに入射して、拡散反射されて、発光面の輝度を増加させるのに有効な光束成分である。第２次透過光成分Ｔ２は、液晶パネルの有効視野角外の広角側に射出する光束成分であり、輝度の向上に無効な光束成分である。
【０００７】
このように、従来のプリズムシートにおいては、入射光が屈折透過することにより正面方向に集光され、正面輝度を増加するように指向特性が改善される。また、反射光が面光源としての発光面とみなされる拡散シートで拡散散乱され、発光面の輝度を増加させる結果、正面輝度が増加する。
【０００８】
図３は、図２に示すプリズムシートの配光特性を表す分布図である。なお、この分布図は、コンピュータシュミレーションで描いたものである。以下に述べる分布図も同様にして描かれている。図３から、プリズムシートより出射した光がどのような角度で広がっているのかを確認することができる。図３の分布図は、中心を０°とし、中心から第１の円が１０°、第２の円が２０°・・・と順に大きな角度を示し、最外周円が９０°を示す。中心の上方および下方の７０°付近に第２次透過光成分Ｔ２が現れているのがわかる。
【０００９】
図４は、レンチキュラーの断面形状を表した図である。レンチキュラーにおいては、入射した光束の大部分が前方に屈折透過する。
【００１０】
図５は、図４に示すレンチキュラーの配光特性を表す分布図である。図５から、レンチキュラーより出射した光束がどのような角度で広がっているのかを確認することができる。図５において、レンチキュラーから出射する光は、均一に広がっていることがわかる。
【００１１】
また、例えば、特許文献１においては、照明装置の輝度を向上するシートが記載されている。このシートは、透明で可撓性のある基体と、弦幅と、断面ピッチ幅と、曲率半径とを特徴とし、弦幅は、断面ピッチ幅の約２０％〜４０％に等しく、曲率半径は、断面ピッチ幅の約２０％〜５０％に等しい、鈍いまたは丸いピークを備えたプリズムの配列群を含む第１の主要面と、複数の光散乱性突起物を特徴とする第２の主要面とを具備し、第１の主要面が実質的に平坦な形態を有する状態下で測定されたときに、このシートの曇り度値は、約２０％〜６０％の間にあって、透過率は９４％以下である。
【００１２】
【特許文献１】特表２００１−５２４２２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来のプリズムシートにおいて、入射した光線は、入射角によって第１次透過光成分Ｔ１、第２次透過光成分Ｔ２、戻り光成分Ｒに分類することができる。
【００１４】
従来のプリズムシートにおいては、図２に示すように、軸外の仮想光源から出射した光束の一部は、プリズムシートの一の斜面で全反射して隣接プリズム斜面に再入射し、シート内部を進行し、戻り光成分Ｒとして再利用される。また、多重反射の後に、第一次透過光成分Ｔ１や光源側への戻り光成分Ｒとして有効活用される。
【００１５】
しかしながら、軸外の仮想光源から出射した光束が、プリズムシートの一の斜面で全反射し他の斜面で屈折した光束の一部分は、液晶パネルの有効視野角外の広角側に射出する第２次透過光成分Ｔ２である。第２次透過光成分Ｔ２は、上述したように、輝度の向上に無効な光束成分である。
【００１６】
また、凸面レンチキュラー型の単純レンズ体が多数連続的に配列されたシートでは、図４に示すように第２次透過光成分Ｔ２があらわれないが、広く均一に光が広がってしまう。液晶ディスプレイの使用上の観点からは、正面方向の指向性を高め、正面方向の輝度を増加させることが求められる。
【００１７】
したがって、この発明の目的は、第２次透過光成分Ｔ２を抑制することができ、正面方向に最も高い輝度を示し、所定の視野角内の方向において広い配光特性を有し、且つ強い正面方向の指向性を有する光透過シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、この発明の態様は、
照明光の入射側に一つの有限な焦点距離が存在し、且つ断面形状が左右対称な放物面の母線方向の曲率半径が無限大であるトロイダルレンズ体が放物面の母線と垂直方向に多数連続して配列された光透過シートであって、
透明シートの法線方向に平行にＺ軸をとり、トロイダルレンズ体の列方向にＸ軸を取ったとき、断面形状が、以下の式を満たすように形成されることを特徴とする光透過シートである。
Ｚ＝−Ｘ2／２Ｒ
（Ｒは先端頂点の曲率半径である。）
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、光透過シートにおいて、照明光の入射側に一つの有限な焦点距離が存在し、且つ断面形状が左右対称な放物面の母線方向の曲率半径が無限大であるトロイダルレンズ体が放物面の母線と垂直方向に多数連続して配列されることにより、広い配光特性と強い正面方向の指向性を併せ持つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図６を参照して、この発明による第１の実施形態である光透過シートを説明する。光透過シートは、照明光の入射側に一つの有限な焦点距離が存在し、且つ断面形状が左右対称な放物面の母線方向の曲率半径が無限大であるトロイダルレンズ体（以下同様）が多数連続的に配列されている。図６は、透明シートの法線に平行にＺ軸を、放物面の母線に平行にＹ軸を、トロイダルレンズ体の列方向にＸ軸をとったときの、光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。この放物面は、Ｚ＝−Ｘ2／２Ｒ（以下、式（１）と適宜称する）にＲ＝４０を代入した、Ｚ＝−Ｘ2／８０で表される。
【００２２】
この実施形態においては、放物面の頂点Ａの真下の仮想光起点Ｏから出射して、ＢＣ間面に入射する光束Ωは、光透過シートの前方に屈折透過する。
【００２３】
図２に示すように、従来のプリズムシートにおいては、頂角近傍に入射する光束Ωの一部は、入射角がθc＝Ｓｉｎ-1（１／ｎ）を越えるので、全反射して戻り光成分Ｒとなる。例えば、シート材がポリカーボネート（ｎ＝１．５９）である場合は、臨界角θc＝３８．９７°である。
【００２４】
図２に示す、従来のプリズムシートにおいては、頂角近傍に入射する光束Ωの一部は、全反射し戻り光成分Ｒとして、拡散板などにより再入射して活用されている。一方、この発明による第１の実施形態においては、頂角近傍を球面的にすることによって、頂角近傍に入射する光束Ωの一部を前方へ屈折透過させて、第１次透過光成分Ｔ１として利用できるので、従来のプリズムシートと比較して正面方位の輝度が向上する。
【００２５】
また、図６に示すように、Ｂの直下の仮想光起点Ｐから出射してＢＣ面に入射する光束をΨとすると、ＡＢ面に入射する光束Ψの一部は、全反射して戻り光成分Ｒとなる。また、光束Ψの一部は、ＢＣ面に入射し、正面方向に屈折透過して、第１次光透過成分Ｔ１として利用できるので、正面方位の輝度向上に寄与する。
【００２６】
このように、図６に示す、この発明による第１の実施形態は、従来のプリズムシートとレンチキュラー、それぞれにおいて有効に利用することができなかった光束を、相補的に有効利用できる効果を有する。すなわち、ＡＢ間、ＡＣ間において、接線は連続的に変化して、頂点Ａ近傍においては球面的な屈折透過効果を、接合面Ｂ、Ｃの近傍においては平面的な反射屈折の効果を奏する。したがって、入射光Ωおよび入射光Ψは、ブロードな分布で均質に正面方向に配光する。
【００２７】
図７は、図６に示す光透過シートの配光特性を表す分布図である。図７によって、図６の光透過シートから出射した光がどのような角度で広がっているのかを確認することができる。
【００２８】
図７が示すように、光は正面方向を中心とした広がりを持った分布である。したがって、図６に示す光透過シートは、正面方向の指向性を有し、かつ広い配光特性を実現していることがわかる。
【００２９】
図８を参照して、この発明による第２の実施形態を説明する。図８は、この発明による第２の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。図８の光透過シートの断面形状は、式（１）に、Ｒ＝２０を代入したＺ＝−Ｘ2／４０で表される。
【００３０】
放物面の接戦の角度が大きくなることによる入射角の増大により、ＡＢ面に入射する光束Ωのうち全反射する光束の比率は増加する。ＡＢ面に入射する光束Ωは、ＡＢ面において、全反射する方向が前方方位へと立ち上がる。また、ＡＣ面は前方への屈折透過効果が増大するので、ＡＣ面に入射する光束Ωは、前方の正面方向へ屈折透過する。
【００３１】
このように、垂直方向からの入射光束に対する前方への屈折透過効果と、側面方向からの入射光束に対する正面方向への屈折能力の改良によって、光透過シートからの出射光を正面方向に配光して、第２次透過光成分Ｔ２を抑制してブロードな配光特性を実現できる。
【００３２】
図９は、図８に示す光透過シートの配光特性を表す分布図である。
【００３３】
図９が示すように、光は正面方向を中心とした広がりをもった分布である。したがって、図８に示す光透過シートは、正面方向の指向性を有し、かつ広い配光特性を実現していることが分かる。
【００３４】
図１０を参照して、この発明による第３の実施形態を説明する。図１０は、この発明による第３の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。この光透過シートの断面形状は、式（１）にＲ＝１０を代入したＺ＝−Ｘ2／２０で表される。
【００３５】
放物面の接戦の角度が大きくなると入射角が大きくなるので、光束Ωは、ＡＢ面において全反射する比率が増加するが、光束Ψは、全反射の方向が前方へ立ち上がる。また、この光束ΨがＡＣ面において前方の正面方向へ屈折透過する効果が増加する。
【００３６】
なお、図１１は、図１０に示すこの発明による第３の実施形態である光透過シートの配光特性を表す分布図である。図１１によって、図１０に示す光透過シートから出射した光がどのような角度で広がっているかを確認することができる。図１１からは、正面方向を中心とした広がりをもった分布であることが確認できる。このように、図１０の光透過シートは、正面方向の指向性を有し、かつ広い配光特性も実現している。
【００３７】
このように、この発明においては、垂直成分方向に対する前方への屈折透過効果と、側面方向からの入射光束に対する正面方向への屈折能力の改良によって、入射光を正面方向に配光し第２次透過光成分Ｔ２を抑制してブロードな配光特性を実現できる。
【００３８】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態である光透過シートの断面形状と光透過シートの配光特性について説明する。
【００３９】
図１２は、光透過シートの法線に平行にＺ軸をとり、放物面の母線に平行にＹ軸をとり、トロイダルレンズ体の列方向にＸ軸をとった場合における、Ｒ＝５０であり、Ｚ＝−Ｘ2／１００の式とＤ／Ｒ＝２の式を満たすように形成された、この発明による第４の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。
【００４０】
ＡからＢ、ＡからＣに至る間、接線は連続的に変化して、頂点Ａの近傍の面においては球面的な効果を、Ｂ、Ｃの近傍の面においては平面的な反射屈折の効果を奏する。
【００４１】
図１３は、図１２に示す光透過シートの配光特性を表した分布図である。図１３から、図１２に示す光透過シートは、正面方向の指向性を有し、かつ、広い配光特性を有していることがわかる。
【００４２】
図１４は、Ｒ＝１６．７であり、Ｚ＝−Ｘ2／３３．４の式とＤ／Ｒ＝６の式を満たすように形成された、この発明による第５の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。
【００４３】
ＡからＢ、ＡからＣに至る間、接線は連続的に変化して、頂点Ａの近傍の面においては球面的な効果を、Ｂ、Ｃの近傍の面においては平面的な反射屈折の効果を奏する。
【００４４】
図１５は、図１４に示す光透過シートの配光特性を表した図である。図１５から正面方向の指向性と、広い配光特性を有していることがわかる。
【００４５】
図１６は、Ｒ＝１４．３であり、Ｚ＝−Ｘ2／２８．６の式とＤ／Ｒ＝７の式を満たすように形成された、この発明による第６の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。
【００４６】
ＡからＢ、ＡからＣに至る間、接線は連続的に変化して、頂点Ａの近傍の面においては球面的な効果を、Ｂ、Ｃの近傍の面においては平面的な反射屈折の効果を奏する。
【００４７】
図１７は、図１６の示す光透過シートの配光特性を表した図である。図１７から正面方向の指向性と、広い配光特性を有していることがわかる。
【００４８】
図１８は、Ｒ＝１２．５であり、Ｚ＝−Ｘ2／２５の式とＤ／Ｒ＝８の式を満たすように形成された、この発明による第７の実施形態である光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。
【００４９】
この光透過シートは、上述したように、ＡからＢ、ＡからＣに至る間、接線は連続的に変化して、頂点Ａの近傍の面においては球面的な効果を、Ｂ、Ｃの近傍の面においては平面的な反射屈折の効果を奏する。
【００５０】
図１９は、図１８の示す光透過シートの配光特性を表した図である。図１９から正面方向の指向性と、広い配光特性を有していることがわかる。
【００５１】
図２０は、Ｒ＝５であり、Ｚ＝−Ｘ2／１０の式とＤ／Ｒ＝１０の式を満たすように形成された、光透過シートの一部のＸＺ断面形状を拡大して表した図である。
【００５２】
この光透過シートは、上述したように、ＡからＢ、ＡからＣに至る間、接線は連続的に変化して、頂点Ａの近傍の面においては球面的な効果を、Ｂ、Ｃの近傍の面においては平面的な反射屈折の効果を奏する。
【００５３】
図２１は、図２０の示す光透過シートの配光特性を表した図である。図２１から、全反射効果の増大によって、広い配光特性と強い正面方向の指向性の両立効果が弱まっていることが分かる。
【００５４】
上述したように、放物面の接線角度の変化が大きくなるにつれて、全反射効果が増大する。また、先端曲率半径Ｒと形成単位幅Ｄとの比率Ｄ／Ｒが小さくなるにつれて、球面形状のレンチキュラーと同様となり、指向性が弱まる。したがって、比率Ｄ／Ｒは、１＜Ｄ／Ｒ＜１０の範囲であることが好ましい。
【００５５】
なお、図２２に示すように、この発明による光透過シートのトロイダルレンズ体の断面形状を具体的にＢを原点としてＸＺ座標で表すと以下の式で表すことができる。
Ｚ＝−（Ｘ−Ｄ／２）2／２Ｒ＋Ｄ／８Ｒ
（０≦Ｘ≦Ｄ）
【００５６】
この発明による光透過シートは、例えば、以下に述べる方法により製造することができる。
【００５７】
図２３は、光透過シートの製造装置の一例を示した模式図である。基材フィルム１を表面に所望の形状が施された金型ロール７に巻き付けて、加圧ロール２と剥離ロール５でニップする。樹脂ディスペンサー４からは、金型ロール７に紫外線硬化型樹脂３を滴下して、樹脂だまりを形成させて、基材フィルム１に圧着させる。
【００５８】
紫外線硬化型樹脂３には、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコン樹脂等を例示することができる。
【００５９】
そして、各ロールを回転させて、金型ロール６の下方から紫外線を照射して基材フィルム１に圧着された紫外線硬化樹脂３を硬化させるとともに、基材フィルム１に接合させる。硬化後、回転している剥離ロール５で巻き取ることにより金型ロール７から基材フィルム１を剥がして、光透過シートを得ることができる。
【００６０】
また、例えば、図２４に示すように、所望の形状を施した平板金型９を基材フィルム１０の上方、鏡面プレート１１をフィルム１０の下方に配して、チャンバー内を真空引きした後、加熱冷却プレート８で挟み込む。フィルム１０の材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ゼオノア（商標）等を例示することができる。
【００６１】
そして、一定時間経過後、図示しない内部に備える冷却管によって、加熱冷却プレート８を冷却し、室温程度に達したら加熱冷却プレート８を開いて、光透過シートを得ることができる。
【００６２】
その他、転写ロール表面の凹凸形状を転写して光透過シートを製造する方法としては、例えば、熱プレス加工によって製造するようにしてもよい。
【００６３】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００６４】
例えば、正面配光特性を持つ拡散機能シートや、広い配光特性を持つ輝度向上シートを実現することができる。また、正面配光効果と一定範囲の広い配光特性により、液晶パネル上での視野角拡大の補償効果を持った液晶前面板を実現することができる。
【００６５】
また、例えば、液晶を利用するディスプレイのうち、バックライトの導光板からの出射側に配置しても、また液晶パネル側の入射前部に配置しても同様の作用を行う。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来のプリズムシートの模式図である。
【図２】プリズムシートの一部拡大断面図である。
【図３】プリズムシートによる光分布図である。
【図４】従来のレンチキュラーシートの一部拡大断面図である。
【図５】レンチキュラーシートによる光分布図である。
【図６】この発明による光透過シートの第１の例の一部拡大断面図である。
【図７】この発明による光透過シートの第１の例による光分布図である。
【図８】この発明による光透過シートの第２の例一部拡大断面図である。
【図９】この発明による光透過シートの第２の例による光分布図である。
【図１０】この発明による光透過シートの第３の例の一部拡大断面図である。
【図１１】この発明による光透過シートの第３の例による光分布図である。
【図１２】この発明による光透過シートの第４の例の一部拡大断面図である。
【図１３】この発明による光透過シートの第４の例による光分布図である。
【図１４】この発明による光透過シートの第５の例の一部拡大断面図である。
【図１５】この発明による光透過シートの第５の例による光分布図である。
【図１６】この発明による光透過シートの第６の例の一部拡大断面図である。
【図１７】この発明による光透過シートの第６の例による光分布図である。
【図１８】この発明による光透過シートの第７の例の一部拡大断面図である。
【図１９】この発明による光透過シートの第７の例による光分布図である。
【図２０】光透過シートの他の例の断面図である。
【図２１】光透過シートの他の例による光分布図である。
【図２２】放物面形状の参照図である。
【図２３】光透過シートの製造装置の一例の模式図である。
【図２４】光透過シートの製造装置の他の例の模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・基材フィルム
３・・・ＵＶ樹脂
６・・・ＵＶランプ
７・・・金型ロール
１０・・・フィルム
【図１】
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【図２】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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