(57)【要約】【課題】光源から光を効率よく取り出すことができ、しかも輝度ムラを抑制する。【解決手段】光学シート３は、拡散板１１に接着層１５を介して開口部１２と遮光部１３を交互に配列した遮光シート１４を接合し、さらに遮光シート１４には、アレイ状のレンズ１８Ａが一方の面に配列されたレンズ部１８及びレンズシート基材１７からなるレンズシート１６を接合する。各開口部１２は単位レンズ１８Ａに対向して設ける。開口部１２内には、拡散板１１側からレンズシート１６に向けて凸曲面状の光透過性突部２０を突出させ、その頂部２０ａをレンズシート基材１７に接触させて形成する。光透過性突部２０は接着層１５の硬化前に塗布した樹脂からなる接着剤を遮光シート１４で押圧して開口部１２内に突出させて形成した。光透過性突部２０の両側には遮光部１３，１３との間に空気層を設けた。【選択図】図２
2008310251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状のレンズが一方の面に配列されたレンズ部材と、前記レンズのそれぞれに対向する開口部を配列した遮光部材と、該遮光部材に対してレンズ部材とは反対側に設けた光拡散部材とを備えた光学シートであって、
前記開口部には、光拡散部材側からレンズ部材側に向けて内部に突出する光透過性突部と、該光透過性突部の両側で前記開口部を仕切る面との間に設けた空気層とが設けられており、
前記光透過性突部は空気層より屈折率が大きいことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記光透過性突部は頂部がレンズ部材に当接する凸曲面であることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記開口部における前記光透過性突部の空気層との界面が曲面または略傾斜面をなしていることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項４】
前記遮光部材は開口部と遮光部が交互に配列され、前記遮光部材と光拡散部材とは接着剤からなる接着層によって接合されていて、前記接着剤が硬化する前の段階で前記遮光部材と光拡散部材とを互いに押圧することで前記開口部内に接着層の一部を突出させることによって前記光透過性突部を形成するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学シート。
【請求項５】
前記接着層は加圧前の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の光学シート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の前記光学シートと、
該光学シートのレンズ部材と反対側に配設されていて光を照射する光源部と
が備えられているバックライト・ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載されたバックライトユニットと、
該バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う液晶表示部と
を備えているディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示素子への照明光路制御を行うのに好適な光学シート、この光学シートを用いたバックライトユニット及びディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置（LCD）がノート型パソコンやパソコン用ディスプレイ，情報端末機器等の画像表示手段，大型画面テレビ等の情報家電の画像表示手段，さらには携帯電話や個人用携帯情報端末（PDA:Personal Digital Assistance）の画像表示手段等として様々な分野で利用されてきている。
液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。このような液晶表示装置は例えば光透過型であり、液晶パネルの背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶パネルを照射する面光源装置としていわゆるバックライトが採用されている。
【０００３】
バックライトの方式には、大別して冷陰極管(CCFT：Cold   Cathode  Fluorescent  Tube)等の光源を平板状の導光板の側端部に取付け、光源からの光を導光板内で多重反射させる導光板ライトガイド方式（エッジライト方式）と、導光板を用いず液晶パネルの背面に光源を配置した直下型方式とがある。
複数本の冷陰極管を並列させた直下型方式のバックライトでは、拡散板を通して光源としての冷陰極管やＬＥＤ等の形状を直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い合成樹脂板が用いられている。そのため、拡散板は通常１ｍ〜３ｍ程度の厚さが必要であるが、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。
【０００４】
この問題を解決する光学シートとして例えば特許文献１から３に示す輝度強調フィルム(ＢＥＦ；ＤＢＥＦ；ＥＢＥＦ：登録商標）が広く使用されている。輝度強調フィルムはシート状部材上に断面三角形状の屋根型の単位プリズムが一方向に配列されたフィルムである。輝度強調フィルムをディスプレイ装置に使用した場合、軸外輝度を低下させることによって軸上すなわちディスプレイ画面に対する法線方向の輝度を増大させることができる。
これらディスプレイ装置では、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように２枚の輝度強調フィルムを重ねて組み合わせて用いられる。これにより、電力消費を低減しながら視聴者の視覚方向に一致する方向における所望の輝度の光量を得られるようになった。
上記のような光学シートでは、光源からの光が最終的にはプリズムの表面で屈折して制御された角度で液晶パネル方向に出射されることによって、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるように制御できる。しかしながら、同時に単位プリズムの出射面で反射または屈折作用による光成分が、視聴者の視覚方向に進むことなく液晶パネルから外れた横方向に無駄に出射されてしまう不具合がある。特に、視覚方向に対して液晶パネルを水平方向に角度をつけると急激な輝度の低下を生じる不具合がある。
【０００５】
このような欠点を克服するために、例えば下記特許文献４に記載されているように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学シートを用いたバックライト・ユニットも提案されている。
特許文献４に記載された液晶ディスプレイ装置には、液晶パネルと、この液晶パネルに背面側から光を照射する光源手段とを備え、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くアレイ状のレンズ層が設けられ、このレンズ層焦点面近傍に位置する開口部と遮光シートまたはレンズ層によって液晶層内部で結像する位置関係にあるレンズ層焦点面より外側に開口部をもつ遮光シートを有するバックライトユニットが記載されている。
この液晶ディスプレイ装置の光学シートはレンズ層の個々の単位レンズと遮光シートの開口部とが１：１で対向する位置に配列されることになる。また遮光シートは開口部と遮光部とが交互に配列して構成されている。
【０００６】
特許文献４による液晶ディスプレイ装置によれば、開口部がスリットのような働きをするので散乱角度の絞られた光が通過してレンズに入射することになり、レンズに対して入射角の大きな斜めから入射する光が開口部でカットされるため、視聴者の視覚方向に進むことなく反射や屈折で横方向に無駄に出射する光を低減できる。
一方で、特許文献１〜３に記載された輝度強調フィルムを用いた光学シートはプリズムの屈折や全反射によって視野角を制御するが、特許文献４に記載の液晶ディスプレイ装置は開口部と遮光部を備えた遮光シートとレンズアレイを用いて光の進行を制御するために上述の輝度強調フィルムを用いた光学シートと比較して視野角が狭くなる。
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特表平１０−５０６５００号公報
【特許文献４】特開２０００−２８４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献４に記載された従来の光学シートには以下のような問題があった。
即ち、光源の導光板に遮光シートを対向させて積層しているが、遮光シートの厚さが薄い場合には、遮光部が形成する開口部に対向するレンズ層が、導光板と容易に接触して空気層が失われてしまう。この場合、レンズ層と導光板とは空気層に比べて互いの屈折率が近似しているため、空気層がある部分を透過する光に比べて屈折作用の影響が少なくなり、導光板から接触部を通して入射する光はほぼ直進してしまう。
このため、レンズ層側に進む光の出射角のバラツキが大きくなり、レンズ層の集光性能が劣化してしまうという問題がある。特に、導光板から大きな入射角で入射した光は、開口部に対向するレンズ層に入射せず、他の周囲のレンズ層に入射して減衰し光量損失となったり、レンズ層を透過しても輝度ムラを発生させたりする原因ともなるという問題がある。
【０００８】
また、上述した特許文献４に記載された光学シートにおいて、空気層と遮光部を交互に配列してなる遮光シートをレンズ層または／及び導光板に合成樹脂性の接着剤からなる接着層を介して接合する場合がある。例えばレンズ層に設けた遮光シートを導光板全面に塗布した接着剤層に密着して接合する場合、遮光部で押圧された粘着性を有する硬化前の接着剤層が遮光部に隣接する開口部に回り込み、開口部が埋められて空気層が失われた状態で硬化されてしまうという現象が生じていた。
この場合、接着剤で埋められた開口部は前後の導光板やレンズ層または他の接着剤層との屈折率差が、開口部を空気層とした場合よりも小さいため、導光板から大きな入射角で入射する入射光は小さい屈折率で透過して上述の場合と同様に対向する単位レンズの周囲の単位レンズに入射して直進し、減衰して光量損失となったりレンズ層を透過しても輝度ムラを発生させたりするという上述したのと同様な問題がある。
しかも、レンズ層と導光板が変形して開口部で接触したり、開口部に固化前の接着剤が流入して埋めたりして空気層が失われる等、個々の開口部の状態がばらついて不均一であるため、一層の輝度ムラを発生するという不具合があった。
【０００９】
また、光源として、エッジライト式の面光源のような導光板を用いるものではなく、例えば直下型方式のバックライトユニットを用いる場合、光学シートと光源との間に光拡散板や光拡散フィルムを配置する構成が一般的である。この場合には、遮光シートに光拡散板や光拡散シートが積層されるため、上記と同様に個々の開口部が不均一に変形したり埋められたりする等の問題が発生する。
特に、光拡散板や光拡散シートを光学シートに対して、粘着剤や接着剤などからなる光透過性の接着剤層によって接合する場合には、接着剤層が開口部側に押し付けられることで容易に空気層が失われてしまうことがある。
このため、遮光シートの厚さを増すことも考えられるが、従来のように遮光シートを印刷や転写法で形成したのでは十分な厚さを安定して形成することが難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、光源から光を効率よく取り出すことができ、しかも輝度ムラを抑制することができる光学シート、それを用いたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光学シートは、アレイ状のレンズが一方の面に配列されたレンズ部材と、レンズのそれぞれに対向する開口部を配列した遮光部材と、遮光部材に対してレンズ部材とは反対側に設けた光拡散部材とを備えた光学シートであって、開口部には、光拡散部材側からレンズ部材側に向けて内部に突出する光透過性突部と、光透過性突部の両側で開口部を仕切る面との間に設けた空気層とが設けられており、光透過性突部は空気層より屈折率が大きいことを特徴とする。
本発明によれば、開口部に光透過性突部を設けることによって開口部の形状が安定し各開口部での光の透過特性が安定するために光の出射角のバラツキを抑制して対向する開口部とレンズによる輝度ムラを生じにくい。しかも開口部の中心付近を通過する光は光透過性突部をほぼ直進して対向するレンズに入射するため中央領域ではプリズムタイプと同等の大きな輝度を確保できる。また、開口部の端部から大きな入射角で入射する光は光透過性突部をほぼ直進し、一部の光は突部の空気層との界面で全反射して戻され且つ他の一部は比較的屈折率の小さい空気層に屈折して出射した後レンズ部材に再度屈折して入射するため開口部全体を樹脂で埋設した場合よりも輝度の広がりを抑制して開口部に対向するレンズの周辺のレンズに入射する光を低減すると共に、開口部全体を空気層で埋めた場合よりも対向するレンズの周辺輝度を増大させて輝度分布を広げることができる。
なお、本発明による光学シートを有効に機能させるには、開口部における光透過性突部の両側の空気層が適度に保持されていることが必要である。さらに、開口部に充填する光透過性突部を形成する樹脂とレンズ部材との接触部の面積を制御することで所望の輝度分布を得ることができる。例えば、光透過性突部とレンズ部材との接触面積を増やせば正面輝度は低下するが輝度分布を広げることができ、接触面積を減らせば輝度分布は狭くなるが正面輝度は上昇する。
【００１２】
また、光透過性突部は頂部がレンズ部材に当接する凸曲面であることが好ましい。
これにより、輝度分布について正面輝度を高く保持すると共に周辺輝度の低下を抑制するよう分布させることができる。また、光透過性突部を円筒面形状に形成すれば、開口部の端部側から入射する入射角の大きい光の一部を光透過性突部の界面で全反射させて対向するレンズの外側に出射する光を低減できる。
また、開口部における光透過性突部の空気層との界面が曲面または傾斜面をなしていることが好ましい。
光透過性突部の両側面の空気層との界面を曲面または傾斜面に形成することで輝度分布の広がりを抑制できて対向するレンズを通した輝度分布の周辺での低下を抑制できる。
【００１３】
また、遮光部材は開口部と遮光部が交互に配列され、遮光部材と光拡散部材とは接着剤からなる接着層によって接合されていて、該接着剤が硬化する前の段階で遮光部材と光拡散部材とを互いに押圧することで開口部内に接着層の一部を突出させることによって光透過性突部を形成するようにしてもよい。
接着層の接着剤をほぼ均一に開口部内に突出させて硬化させることができるために光学シートの製作工程で光透過性突部を容易に形成できる。
この場合、接着層は加圧前の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明によるバックライト・ユニットは、上述したいずれかに記載の光学シートと、光学シートのレンズ部材と反対側に配設されていて光を照射する光源部とが備えられている。
本発明によるディスプレイ装置は、上述したバックライトユニットと、バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う液晶表示部とを備えている。
これらの場合、上述した光学シートと同様の作用効果を奏することになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による光学シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、開口部に光透過性突部を設けることによって開口部の形状が安定し各開口部での光の透過特性が安定するために光の出射角のバラツキを抑制して対向する開口部とレンズによる輝度ムラを生じにくい。しかも開口部の中心付近を通過する光は光透過性突部をほぼ直進して対向するレンズに入射するためプリズムタイプと同等の大きな輝度を確保できる。また、開口部の端部から大きな入射角で入射する光は光透過性突部をほぼ直進し、一部の光は突部の空気層との界面で全反射して戻され且つ他の一部は比較的屈折率の小さい空気層に屈折して出射した後レンズ部材に再度屈折して入射するため開口部全体を樹脂で埋設した場合よりも輝度の広がりを抑制すると共に開口部全体を空気層で埋めた場合よりも周辺輝度を増大させて対向するレンズにおける輝度分布を広げることができる。そのため、光源から光を効率よく取り出すことができると共に輝度ムラを抑制することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態に係る光学シートについて、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置とともに説明する。
図１は本発明の実施形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図、図２は図１の光学シートの断面図、図３は遮光シートの開口部と光透過性突部を示す要部縦断面図、図４は図３で大きな入射角で開口部へ入射する光の全反射角を示す図、図５は開口部の端部側から開口部内へ入射する入射光の進路と開口部の構成との関係を示す説明図であり、（ａ）は実施形態、（ｂ）は開口部が樹脂で満たされた状態、（ｃ）は開口部が空気で満たされた状態を示す図、図６は本発明の実施例、比較例、従来例による光学シートの単位レンズを透過する光の輝度分布を示すグラフである。
本実施形態によるディスプレイ装置１は、図１に示すように、光源部２、光学シート３、および液晶表示部４がこの順に積層され、液晶表示部４から図示上側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を出射することで、例えば平面視矩形状の画像を表示するものである。
光源部２と光学シート３とはバックライトユニット５を構成している。
以下では、このような配置に基づいて、図１の上方向を単に表示画面側または出射側、下方向を単に背面側または入射側と称する場合がある。
【００１７】
図１において、光源部２は紙面奥行き方向に延びるライン状の発光部が図示左右方向に離間して配置された複数の光源７と、これら光源７を背面側から覆って表示画面側に開口する反射板８とで構成される直下型方式を採用している。
光源７としては、例えば冷陰極管などを用いるが、複数のＬＥＤ素子を紙面奥行き方向に沿うライン上に配列したＬＥＤ光源などを採用してもよい。
ただし、光源部２は、光学シート３の背面側に白色光を出射できればこのような構成には限定されず、周知のいかなる構成の光源部を採用してもよい。例えば、導光板の側面にライン状光源を配置したエッジライト式の面光源などを採用してもよい。
【００１８】
図１及び図２に示す光学シート３は、光源部２から表示画面側に出射される光の一部を集光して表示画面側に透過させると共に、他の光を光源部２側に反射して反射板８で再度反射させて表示画面側に出射させるものである。
光学シート３は光学シート３に剛性を与えるための基材１０に背面側が接着されているが、基材１０を光学シート３に含めても良い。或いは基材１０は設けなくても良い。
光学シート３は、背面側から表示画面側に向けて、背面側から入射する光を拡散するための光拡散部材としての拡散板１１、開口部１２と遮光部１３が交互に配列された遮光部材としての遮光シート１４、拡散板１１と遮光シート１４を接合するための紫外線硬化性合成樹脂からなる接着剤（粘着剤）が層状に塗布されて硬化されてなる接着層１５、遮光シート１４の表示画面側の面に一体成形されたレンズ部材としてのレンズシート１６とがこの順に積層されて構成されている。
【００１９】
ここで、基材１０は、当該分野でよく知られているポリカーボネート（ＰＣ）やシクロオレフィンポリマー、アクリル、ポリスチレン、ポリエチレン（ＰＥＴ）等で形成されている。或いはこれらの材質を任意に選択して適宜の比で配合したものを用いてもよい。
また、拡散板１１としては、全光線透過率（Ｔ．ｔ．）が８４％以上、接着層１５との屈折率差（△ｎ）が０．１７以下であるガラス若しくは例えばポリカーボネート、アクリル、ポリエチレン等を素材とするポリマーフィルム若しくはシートが用いられる。
拡散板１１は、光源部２から表示画面側に出射される光を拡散させるように、光源部２の表示画面側を覆う位置に設けられた板状部材である。これにより、複数の光源７による図示水平方向の照度ムラを抑制するとともに、表示光に適宜の視野角を付与することができるようになっている。
この拡散板１１は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散された透明粒子とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものとされる。透明樹脂の屈折率と透明粒子の屈折率の差は、０．０２以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、屈折率差は、０．５以下であることが好ましい。
なお、拡散板１１は、拡散板１１に入射した光を散乱させつつ、表示画面側に透過させる必要がある。このため、拡散板１１に含まれる透明粒子の平均粒径は、０．５μｍ〜１０．０μｍであることが望ましく、より好ましくは１．０μｍ〜５．０μｍである。
【００２０】
拡散板１１の透明樹脂としては、例えばボリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、メチルスチレン樹脂及びフルオレン樹脂等を使用することができる。
また、拡散板１１の透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子；ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子；シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は２種類以上を混合して使用してもよい。
そして、これら透明樹脂中に透明粒子を分散して押し出し成形することにより、板状の拡散板１１を製造することができる。拡散板１１の厚さは１ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。１ｍｍ未満の場合、拡散板１１は薄くこしがないのでたわみやすくなってしまう。一方、５ｍｍを越えると、光源部２からの光の透過率が悪くなってしまう。
本実施形態では、一例として、透明樹脂として屈折率１．５７のＭＳ（メチルメタクリレート−スチレン共重合）樹脂を採用し、透明粒子として屈折率１．５０のＭＳ樹脂フィラーを採用して、拡散板１１の厚さは３．０ｍｍとしている。
【００２１】
接着層１５は、拡散板１１を遮光シート１４が連結されたレンズシート１６に対して積層して一体化するためのもので、光透過性の粘着剤あるいは接着剤からなる。本実施形態では、一例として屈折率ｎ１＝１．５４のアクリル系の感圧粘着剤を採用し、拡散板１１とレンズシート１６との間の層厚Ｔは例えば２０μｍとしている。
遮光シート１４は開口部１２と遮光部１３が交互に配列されて構成されている。遮光シート１４はレンズシート１６の背面側の入射側界面において、図２に示すように平面視では遮光部１３がピッチＰ、幅（Ｐ−Ｗ）、厚さｔのストライプ状に形成されている。各遮光部１３の間には幅Ｗの開口部１２が形成され、拡散板１１から接着層１５を介して入射する散乱光のレンズシート１６に対する入射範囲を位置規制する遮光パターンを構成している。
遮光部１３は、本実施形態では、一例としてＰ＝１４０μｍ、Ｐ−Ｗ＝９８μｍ、ｔ＝１０μｍのストライプ状としている。このため、開口１２の幅Ｗは４２μｍ、開口部１２と遮光部１３との幅の比率は、Ｗ：（Ｐ−Ｗ）＝３：７とされている。
【００２２】
遮光部１３の材質は、少なくとも遮光性が得られれば適宜の材質を採用することができるが、光源部２からの光を背面側に光を反射して照明光として再利用することができるように、光反射性材料を採用し光反射層を形成することが好ましい。このような光反射層として形成される遮光部１３は、例えば金属粒子、または例えば二酸化チタンなどの高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキを塗布形成または転写形成したもの、金属箔をラミネート形成したもの、金属材料を蒸着したものなどを採用することができる。
遮光部１３の反射率としては高反射率であることが好ましく、例えば８３％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
本実施形態では、遮光部１３の一例として白インキ箔を転写形成することにより反射率を８６％とした構成を採用している。
【００２３】
なお、遮光部１３の形成方法は上述の転写方法には限定されず、印刷方法やフォトリソグラフィー法や押し出し成形法等の適宜方法を用いてよい。例えば押し出し成形などによって、レンズシート１６の背面側の面を遮光部１３の断面形状に対応した凹凸形状に形成し、その背面側の凸部に金属粒子または高屈折率透明粒子を分散混合してなるインキを塗布することで、遮光部１３を凸部状の反射膜として形成することもできる。この場合、インキを凸部のみに塗布することで、押し出し成形で形成された凹部に開口部１２が形成されるので製造が容易となる。
また、この場合においても、凸形状は、図２の遮光部１３のように矩形断面を有する凸形状には限定されない。例えば、背面側または表示画面側に縮幅する台形断面や、これら矩形断面、台形断面の背面側の角部を丸めた断面形状を採用することができる。特に、角部を丸めた断面形状によれば、反射膜を塗布すると反射膜が凸形状の側面にも形成されるため、凸形状の側面に入射する光を反射することができ、反射膜を薄膜で形成しても、実質的に遮光部１３と同様、凸形状の高さ方向に厚みを有する光反射層を形成することができる。
【００２４】
次にレンズシート１６は、光透過性を有するレンズシート基材１７を背面側に有しており、その表示画面側にはレンズ部１８が配列されている。
レンズ部１８は、開口部１２、レンズシート基材１７を通って表示画面側に透過する拡散光を集光するため、複数の光学素子、例えば単位レンズであるレンズ（単位レンズということがある）１８Ａ、…などを、それぞれ開口部１２に１：１で対向させてピッチＰでアレイ状に配列したものである。なお、遮光シート１４は開口部１２を透過した光が対応するレンズ１８Ａの両隣あるいは更にその隣のレンズに極力入射しない目的でつくられたストライプ状である。
レンズ部１８は、表示画面側に凸に形成されたレンズ面１８ａが図２の紙面に直交する方向に延ばされ、焦点位置が対向する開口部１２の中心線上で開口部１２内の入射側界面１２ａの近傍となるように配置された凸シリンドリカルレンズを単位レンズ１８Ａとする凸シリンドリカルレンズアレイからなる。すなわち、レンチキュラーレンズとして構成されている。
レンズ面１８ａの形状は、本実施形態では、一例として曲率半径７０μｍ、開口角８６°の円断面のシリンドリカルレンズとしている。ただし、必要な集光性能に応じて、周知の適宜のレンズ面形状、例えば、球面、楕円面などを採用してもよい。また、集光効率を向上するために、楕円面を基準面とし高次項により補正を加えた非球面形状としてもよい。
【００２５】
レンズシート基材１７はレンズ部１８と同一材質でよいが、例えばフッ素系ポリマー等で形成されていてもよい。
レンズ部１８は、例えばＰＥＴ樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成することができる。もしくは紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂を用いて成形することができる。
【００２６】
そして、本実施形態では、遮光シート１４の各開口部１２において、開口部１２の入射側界面１２ａ（接着層１５の出射側界面）から開口部１２の出射側界面（レンズシート１６の入射側界面）に向けて凸曲面形状または断面台形状の光透過性突部２０が設けられている。この光透過性突部２０は開口部１２の入射側界面１２ａの両端である遮光部１３、１３との境界から開口部１２内に進出して、その頂部２０ａはレンズシート１６のレンズシート基板１７に当接または連結している。
図３及び図４は遮光シート１４の開口部１２における光透過性突部２０の拡大図を示すものである。図３において、光透過性突部２０は例えば接着層１５と同一材質の樹脂層であって同一の屈折率を有している。光透過性突部２０は頂部２０ａの両側部２０ｂ、２０ｂと両側の遮光部１３、１３との間に空気層２１、２１が形成されている。そのため、開口部１２は光透過性突部２０からなる樹脂層と空気層２１、２１によって満たされている。光透過性突部２０は両側部２０ｂ、２０ｂと空気層２１、２１が線対称となるように形成することが輝度バランスをとる上で好ましいが、非対称でもよい。
【００２７】
レンズシート基材１７と光透過性突部２０の頂部２０ａとを接触させることで、光透過性突部２０の中央を透過する光が空気層で屈折することなくほとんど透過してレンズ１８Ａを透過することで単位レンズ１８Ａ当たりの正面輝度を高くすることができる。
ここで、光透過性突部２０の頂部２０ａとレンズシート基材１７との接触面積を制御することでレンズ１８Ａ…当たり所望の輝度分布を得ることができる。例えば、頂部２０ａとレンズシート基材１７との接触面積が増えるにつれて正面輝度が低下すると共に輝度分布の広がり角度が大きくなるが、あまり面積が大きすぎるとレンズ１８Ａの屈折作用に寄与しない大きな広がり角度を持つ光を多く透過して正面輝度が低下する。頂部２０ａとレンズシート基材１７との接触面積が低減すればレンズ１８Ａ当たりの輝度分布は狭くなり正面輝度は上昇する。
従って、正面輝度を上げたい場合、レンズ基材と樹脂層の接触面は大きくなり過ぎないように設定する必要がある。
また、開口部１２の端部側から斜めに入射角θ１で入射する光は光透過性突部２０をほぼ直進して、空気層２１の領域で屈折して更にレンズシート基材１７で屈折して出射角θ２でレンズ部１８に入射することで拡散を抑制されて開口部１２に対向するレンズ１８Ａに入射する（図５参照）。
【００２８】
図３及び図４では、開口部１２に設けた樹脂層からなる光透過性突部２０と空気層２１との界面が円筒面をなす場合を示している。
ここで、図３において、例えば遮光シート１４の厚みｔ＝１０μｍ、開口部１２の幅ｗ＝５０μｍ、光透過性突部２０の屈折率ｎ＝１．４、空気層２１の屈折率をｎ＝１とした場合を考える。略円筒面をなす光透過性突部２０の円筒面の半径をｄとし、開口部１２の一方の端部を通過する光Ｌ１が接着層１５となす角度をα、光透過性突部２０の界面への光Ｌ１の入射角θとする。
そして、光透過性突部２０の頂点２０ａのみがレンズシート基材１７に接触している場合、θ＝０．８１＋α（rad）を満たす。光透過性突部２０の樹脂の屈折率ｎ＝１．４であり、光透過性突部２０界面の全反射角θｏ＝０．８０（rad）となることから、遮光部１３端部から入射した光は頂点２０ａ部分を通して透過する光以外界面で全反射を受けることが分かる（図４参照）。この時、光透過性突部２０とレンズシート基材１７の接点（頂部２０ａ）から透過する光線の出射角は、β=６８．２゜と求められる。
【００２９】
なお、光学シート３の製造方法において、遮光シート１４をレンズシート１６と一体に成形する場合、例えば転写法によって形成することができる。すなわち、レンズシート１６のレンズシート基材１７側に感光性樹脂を塗布した後、紫外線（ＵＶ）をレンズ部１８側から照射し、露光、未露光部分を形成させる。露光部分はタック性が失われ、未露光部分はタック性が残る。この部分に白インキ箔をラミネートし、剥離することによって、開口部１２と遮光部１３が交互に形成された遮光パターンを有す遮光シート１４をレンズシート１６と一体に形成できる。
次に、遮光部１３および開口部１２が交互に配列された遮光シート１４について、別途製造した拡散板１１の出射側端面に接着剤を塗布してなる接着層１５を形成し、この接着層１５に遮光シート１４を貼り合わせる。このようにして、光学シート３が製造される。
【００３０】
ここで、上述した遮光シート１４の開口部１２に例えば略円筒形状の光透過性突部２０を形成するためには、拡散板１１と遮光シート１４を一体に接合したレンズシート１６とを貼り合わせる際、貼り合わせ圧力によって拡散板１１と遮光シート１４を接合する接着層１５の接着剤（粘着材）の一部を開口部１２内に流動して膨出させることによって達成できる。光学シート３の開口部１２を部分的に埋める接着層１５の接着剤の合成樹脂としては、当該分野でよく使われる例えばアクリル系粘着剤を用いる。
また、接着層１５の接着剤として弾性率の高い樹脂を使用することで拡散板１１と遮光シート１４の貼り合わせ時に開口部１２内に突出する接着層１５の接着剤と空気層の界面が円筒面に近い凸曲面形状に形成され、これが光透過性突部２０を構成する。
貼り合わせ時には、接着層１５の接着剤が開口部１２に押し込まれてレンズシート基材１７に接触するように貼り合わせ圧力を適度に高く設定することが望ましい。この接着剤が上述した所望の特性を発揮するには、例えば接着剤の貯蔵弾性率Ｇ′が１．０×１０５ Ｐａ以上１．４×１０５Ｐａ以下のものを用い、加圧前の接着層１５の厚さは例えば３μｍ以上２０μｍ以下とするのが適している。
ここで、貯蔵弾性率Ｇ′が１．０×１０５ Ｐａ未満であると流動性が高すぎて押圧時に開口部１２内のレンズシート基材１７全面に接着剤が接触する不具合が生じ、１．４×１０５Ｐａを超えると弾性率が高すぎて押圧時に接着剤を開口部１２内に十分膨出させることができない。また、接着層１５の厚さが３μｍ未満であると貼り合わせ時に押圧力を高くしても接着層１５をレンズシート基材１７まで膨出させることができず、光透過性突部２０の形状が不安定になり、また厚さが２０μｍを超えるとわずかな押圧でも必要以上の接着剤が開口部１２内に膨出してレンズシート基材１７全面に接触してしまう。
【００３１】
また、拡散板１１と遮光シート１４を接合したレンズシート１６とをロール式のラミネート機で貼り合わせする場合、２本のロールに加わる接触圧力が３．０ＭＰａ以上６．０ＭＰａ以下の範囲であることが望ましい。接触圧力が３．０ＭＰａ未満では貼り合わせの際の押圧によって遮光シート１４の開口部１２に接着剤（接着層１５）を膨出させるには不十分であり、６．０ＭＰａを越える接触圧力を加えると開口部１２の全面に亘って接着剤（接着層１５）が接触してしまうために正面輝度が大きく低下してしまう。
なお、ロール間の接触圧を測定する方法として例えば感圧紙を用いる方法がある。この方法は２本のロールに挟んだ感圧紙の発色の濃淡によってロール間のニップ圧を計測することができる。ロール幅方向に亘って感圧紙の発色が一定になるように圧力を調整することで、遮光シート１４の開口部１２に膨出する接着剤（接着層１５）の割合がシート面全面で均一で輝度ムラのない光学部材を作成することができる。
【００３２】
本実施形態による光学シート３及びディスプレイ装置１は上述の構成を備えており、次にディスプレイ装置１の作用について、光学シート３の作用を中心に説明する。
図１において、光源部２から出射された光は、一部が光源７から直接拡散板１１に向けて出射され、他の光は反射板８によって反射された後、拡散板１１に向けて出射される。これにより、光学シート３の背面側が全面的に照明される。このとき、光源７の配列ピッチに対応する照度ムラは、反射板８の作用によって緩和されるものの、ある程度残存している。
拡散板１１を進む光は、拡散板１１の透明樹脂内を透明粒子によって散乱されて拡散光として進み、光源部２の照度ムラが解消されると共に適宜の角度範囲に広がり角を有する光として、遮光シート１４に入射する。
遮光シート１４では、開口部１２を通る光はレンズシート部１６に入射する。その他の遮光部１３に到達する光は、一部が吸収または透過する以外は、遮光部１３の反射率に応じて背面側に反射され、光源部２に戻って再利用される。
【００３３】
ここで、開口部１２に入射する光は全て光透過性突部２０内に進入するが、光透過性突部２０と接着層１５、レンズシート１６はいずれも樹脂層で形成され、比較的屈折率の差が小さいために入射角の比較的小さい光はほぼ直進して光透過性突部２０を通過する。特に光透過性突部２０の頂部２０ａ近傍を通過する光Ｌ１は入射角に関わらず空気層２１に出射することなくほぼ直進する。
他方、図３から図５（ａ）に示すように、開口部１２の遮光部１３側端部側から斜めに大きな入射角θ１近傍で拡散板１１から接着層１５を介して光透過性突部２０内に入射する光Ｌ２は、光透過性突部２０内をほぼ直進して一部の光Ｌ２は光透過性突部２０の界面で全反射して拡散板１１側に戻されるが、他の光Ｌ２は空気層２１で屈折して出射した後に比較的屈折率の小さい空気層２１内を直進してレンズシート部１６のレンズシート基材１７で再度屈折して入射するために比較的小さな出射角θ２で出射する。
そのため、この光Ｌ２の多くはレンズシート部１６のレンズ部１８の開口部１２に対向するレンズ１８Ａで集光されて液晶表示部４に向けて出射する。この場合、開口部１２に対向するレンズ１８Ａ周囲のレンズ１８Ａに入射する割合が小さく、減衰して光量損失となったりレンズ部１８を透過して輝度ムラを発生させたりすることを抑制できる。
【００３４】
これに対し、図５（ｂ）に示すように開口部１２が接着剤からなる樹脂で埋められていると、接着層１５の屈折率と樹脂の屈折率が近い値であると考えると、入射角θ１で入射する光Ｌ２は接着層１５から樹脂の層に入射する際にほとんど屈折作用を受けずに直進する。従って、開口部１２が樹脂によって埋められた場合には、埋められていない場合に比べて大きく広がった光がレンズ部１８へ入射することになる。このため、開口部１２に空気層が存在しない場合、レンズ１８Ａの集光作用を受けない横方向の光が無駄に放出されてしまい、正面輝度の低下をもたらしてしまう。そして、開口部１２に対向する単位レンズ１８Ａの周囲の外側のレンズ１８Ａに入射する光が多くなり、光量損失が増大すると共に輝度ムラを起こす不具合が発生する。
また、図５（ｃ）に示すように開口部１２が全体に空気層で満たされている場合、光Ｌ２は開ロ部１２の空気層に入射すると接着層１５と空気層との境界面の方向に屈折し、レンズシート１６に入射する際に今度は表示画面側へ屈折する。前後の樹脂層である接着層１５及びレンズシート基材１７と比較して、屈折率の小さい空気層で比較的大きな屈折角で屈折してレンズシート１６へ出射することになり、中央領域に出射する光が多くなり、正面輝度は高いが周辺の輝度が低減するために輝度ムラを起こす不具合が発生する。
【００３５】
なお、開口部１２から対向しない周囲のレンズ１８Ａに入射した光は、それぞれ入射した単位レンズ１８Ａの屈折作用により表示画面側に向けて斜め方向に出射される。
そして、光学シート３から出射された光は液晶表示部４に入射し、画像信号に基づいて不図示の駆動部で制御された各画素領域の偏光状態に応じて、所定の画素領域からの光が表示光として透過され、視野角を有する画像が表示される。このとき、開口部１２から対向位置の画素領域以外に入射する光が多くなると、対向位置の画素領域を透過する光の輝度が低下し、その周囲の画素領域における輝度ムラの原因となる。また、これらの光は、出射角が大きくなるので、放射輝度分布がいびつになり、画質の低下を招く原因ともなる。
したがって、開口部１２から、対向位置の単位レンズ１８Ａ以外の単位レンズ１８Ａに入射する光は少ないことが好ましく、少なくとも対向位置の単位レンズ１８Ａに隣接する単位レンズ１８Ａまでの範囲とすることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
次に本発明の実施例について説明する。
光学シート３について、実施例として遮光シート１４の開口部１２に接着剤と同一材質によって略円筒面形状をなす凸曲面形状の光透過性突部２０を形成し、光透過性突部２０の頂部２０ａは一点でレンズシート基材１７に接触する構成とし、比較例は開口部１２全体を空気層とし、これら実施例と比較例のその余の構成は本実施形態と同一とした。従来例として輝度強調フィルム（ＲＢＦＦ）を直交する方向に積層してなる上述した従来の光学シートを用いた。
そして、これら実施例、比較例、従来例による光学シートに対して同一構成の光源部２を取り付け、１つの単位レンズ１８Ａから出射される光強度分布を測定した結果を図６に示す。図６に示す輝度分布において、実施例、比較例、従来例のいずれも放射角度０°でピークをなす輝度を有し、次第に輝度が低下するよう分布する正規分布形状の輝度分布が測定された。
実施例の輝度分布は、従来技術の輝度分布より若干狭いが、開口部１２を空気層で満たした比較例よりも広がりを持たせることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態による光学シート３によれば、遮光シート１４の開口部１２内に樹脂からなる光透過性突部２０を設けたから、当該開口部１２に対向するレンズ部１８に入射する光を効率よく入射させることができ、開口部１２に対する入射角の大きい光が周囲のレンズ部１８に入射して光損失や輝度ムラを生ずるのを抑制できる。
また開口部１２の中心付近を通過する光は光透過性突部２０をほぼ直進して対向するレンズ１８Ａに入射するため中央領域では従来技術によるプリズムタイプと同等の大きな輝度を確保できる。また、開口部１２の端部側から入射する光は光透過性突部２０をほぼ直進し、一部の光は突部２０の空気層２１との界面で全反射して戻され且つ他の一部は比較的屈折率の小さい空気層２１に屈折して出射した後レンズシート１６に再度屈折して入射するため開口部１２全体を樹脂で埋設した場合よりも輝度の広がりを抑制して開口部１２に対向するレンズ１８Ａの周辺のレンズ１８Ａに入射する光を低減すると共に、開口部１２全体を空気層で埋めた場合よりも対向するレンズ１８Ａの周辺輝度を増大させて輝度分布を広げることができる。
しかも、開口部１２内で光透過性突部２０の頂部２０ａがレンズシート基板１７に当接することによって、遮光シート１４の各開口部１２の形状が安定し各開口部１２での光の透過特性が安定するために、光の出射角のバラツキを抑制して開口部１２と対向するレンズ１８Ａによる輝度ムラを生じにくい。
また、従来技術における輝度強調フィルムを用いた光学シートを採用しないから、液晶表示部４へ向かう光の一部が光路外に無駄に出射されたり視覚方向に対して液晶表示部４の角度を水平方向にずらした際に急激な輝度の低下を来すことを抑止できる。
【００３８】
次に本実施形態による光学シート２の変形例について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図７は第一変形例による光学シート２の遮光シート１４の開口部２２を示している。図７において開口部２２の遮光部２３との境界をなす壁面２２ａ、２２ａは背面側から表示画面側に向けて次第に幅が狭くなるように傾斜しており、しかも各壁面２２ａ、２２ａは好ましくは対称形状をなしている。開口部２２内に光透過性突部２０が凸曲面形状に突出形成されており、頂部２０ａでレンズシート基材１７に接触すると共に、両側に空気層２１、２１が形成されている。
このような形状を採用することによって、拡散板１１とレンズシート１６に一体に積層した遮光シート１４とを接合する際、塗布した接着層１５を遮光シート１４の遮光部２３によって所定の圧力で押圧することによりＵＶ照射による硬化前の接着剤が開口部２２内に膨出するのをガイドする。これによって接着剤をスムーズ且つバランスよく開口部２２内に凸曲面形状に突出形成して、その後のＵＶ照射等による硬化によって凸曲面形状の光透過性突部２０を形成することができる。
なお、開口部２２の壁面２２ａ、２２ａは図７に示すものとは逆に背面側から表示画面側に向けて次第に幅が広くなるように傾斜して形成してもよい。このような遮光シート１４を形成するには、図７に示す遮光シート１４と同様に転写法で形成し反転してレンズシート基材１７に接合すればよい。
【００３９】
図８は第二変形例による遮光シート１４の開口部１２と光透過性突部２５とを示すものであり、開口部１２内に設けた光透過性突部２５は断面台形状に形成され、頂面２５ａがレンズシート基材１７に接触または連結されている。
【００４０】
図９は第三変形例による光学シート３０の遮光シート３１を示している。
図９において開口部１２内に突出成形する光透過性突部２０は拡散板１１の出射面に型成形や押し出し成形等によって予め一体成形されている。そして、拡散板１１の出射面において所定間隔で配列された光透過性突部２０の間に上述した転写法等によって遮光部１３を突出形成することによって開口部１２内に光透過性突部２０が突出形成された遮光シート３１が形成される。その後、レンズシート１６におけるレンズシート基板１７の入射側端面に接着剤を塗布して接着層３２を形成し、拡散層１１に一体成形した遮光シート１４を接合する。これによって光学シート３０が製作できる。
なお、光透過性突部２０、２５は上述のように拡散板１１と一体成形によって製作してもよいし、別個に成形して接合してもよい。光透過性突部２０の製作に際して、型成形してもよいし、押し出し成形で製作してもよく、適宜の製法で製作できる。
或いは、開口部１２内に光透過性突部２０を一体成形した遮光シート１４をレンズシート１６のレンズシート基材１７と拡散板１１とにそれぞれ接着層１５，３２を介して接合して形成してもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態や変形例についてを説明してきたが、本発明はこれらに限定されることなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。また、本発明による光学シートは他のフラットパネルディスプレイヘの適用、照明利用等を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の光学シート部分の断面図である。
【図３】光学シートにおける遮光シートの開口部と光透過性突部を縦断面で示す説明図である。
【図４】図３における開口部の端部側から光透過性突部へ入射する入射光と光の全反射角を示す説明図である。
【図５】開口部端部から開口部内へ入射する入射光の進路と開口部の構成との関係を示す説明図であり、（ａ）は実施形態、（ｂ）は開口部が樹脂で埋められた状態、（ｃ）は開口部が空気で満たされた状態を示す図である。
【図６】図５（ａ）に示す実施例と図５（ｃ）に示す比較例と従来例とにおける単位レンズの輝度分布を示す図である。
【図７】本実施形態の第一変形例による図３と同様な図である。
【図８】本実施形態の第二変形例による図３と同様な図である。
【図９】本実施形態の第三変形例による図２と同様な図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ディスプレイ装置
２  光源部
３、３０  光学シート
１１  拡散板
１２  開口部
１３、２３  遮光部
１４、３１  遮光シート
１５、３２  接着層
１６  レンズシート
１７  レンズシート基材
２０、２５  光透過性突部
【図１】
2008310251.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008310251.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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