(57)【要約】【課題】  プリズム等の表面形状の変化に影響されることなく一定の屈折率を保ち正面輝度を向上させる耐久性に優れた光学シートを実現する。【解決手段】  光学シートに、屈折率が周囲の領域よりも高い高屈折率構造部１を光学シートを貫通するように形成する。高屈折率構造部１は、出光面２から入光面５に向けて絞られた形状とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入光面から入射した光を垂直方向に集光して出光面から出射する光学シートにおいて、
前記光学シートには、周囲の領域より屈折率の高い高屈折率構造部が該光学シートを貫通するように形成され、
前記高屈折率構造部は、前記出光面から前記入光面に向けて絞られた形状であることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記高屈折率構造部と前記周囲の領域との境界面の傾斜角が、前記入光面に対して６５度以上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】
前記高屈折率構造部の形状が円錐台または多角形の錐台であり、前記高屈折率構造部は前記出光面に露出する面積が前記入光面に露出する面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート。
【請求項４】
前記高屈折率構造部の形状が多角形の錐台であり、前記多角形のそれぞれの辺を含んで形成される前記周囲の領域との境界面のうち、少なくとも一つの境界面が他の境界面とは前記入光面に対して異なる角度で傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の光学シート。
【請求項５】
前記高屈折率構造部は前記出光面と前記入光面に多角形形状で露出しており、前記多角形の辺を含んで形成される前記周囲の領域との境界面のうち、少なくとも一つの境界面が前記出光面に対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の光学シート。
【請求項６】
前記高屈折率構造部を前記出光面に垂直な平面で切った時の、前記出光面における前記高屈折率構造部の幅が、前記光学シートの厚みの０．４５倍以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項７】
光源と、
前記光源から入射された光を上面から出射する導光板と、
前記導光板上に設けられ、前記導光板から出射された光を入光面から入光し、垂直方向に集光して出光面から出光する光学シートを備え、
前記光学シートには、周囲の領域より屈折率が高い高屈折率構造部が該光学シートを貫通するように形成され、
前記高屈折率構造部は、前記出光面から前記入光面に向けて絞られた形状であることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
光源と、
前記光源から入射された光を上面から出射する導光板と、
前記導光板上に設けられ、前記導光板から出射された光を入光面から入光し、垂直方向に集光して出光面から出光する光学シートと、
前記光学シートの上方に配置された非自発光型の表示素子を備え、
前記光学シートには、周囲の領域より屈折率が高い高屈折率構造部が該光学シートを貫通するように形成され、
前記高屈折率構造部は、前記出光面から前記入光面に向けて絞られた形状であ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、液晶表示装置等の照明用のバックライトに用いられる集光機能を備えた光学シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やモバイルコンピューター等の携帯電子機器では、表示装置として液晶表示装置が利用されている。液晶表示装置は、それ自体は発光しない非自発光型の表示素子であるため、照明装置を必要とする。この照明装置として、導光板の側方に配置されたＬＥＤ光源からの光を導光板で入射して導光し、出射面から上方へ照明光を出射させるバックライトが広く用いられている。これらのバックライトでは、三角形状のプリズムが設けられたプリズムシートを出射面上に設けて出射光の輝度を均一にするとともに、照明装置の正面輝度を向上させることが知られている。
【０００３】
図１２は従来のプリズム型光学シートを用いた表示装置を模式的に示す断面図である。図示するように、光源６に対向して、導光板８が配置される。導光板８の上方には、透過型表示素子７が配置され、下面には反射板９が配置される。導光板８と透過型表示素子７の間には、導光板８の出射面から出射された光を集光するプリズム型光学シート１０が設けられる。
【０００４】
光源６から出光された光は導光板８に入射され、フレネルの法則により全反射され光源の反対側端部まで導光される。導光板８の透過型表示素子７または反射板９を向く面にシボ加工、プリズム加工、印刷等による加工をほどこすことで導光板８から透過型表示素子７に光が出光される。導光板８から出射される光は散乱されているため、透過型表示素子７に垂直な光の成分は少なく、表示装置の正面輝度が得られにくいが、プリズム型の光学シート１０を導光板８と透過型表示素子７の間に配置することにより、散乱された光を透過型表示素子７に垂直な方向に集光することができる。
【０００５】
一般にプリズム型の光学シートは、シートの表面に形成された山型のプリズムにより光を屈折させて集光する機能を持つ。集光機能の特性はプリズム形状に影響されるが、プリズムの山が表面に突出している為、プリズム形状が変化しやすく取り扱いが難しい。そこで、強い力を加えてもプリズムの山の先端がつぶれないようにプリズムの形状を台形形状としたプリズムシートも提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０７５１５号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、プリズムの形状を台形とした場合には、切り立った山の部分がないため、プリズムの先端はつぶれなくなるが、屈折面となる斜辺の面積が減り、プリズム効果が減少し、正面輝度が落ちるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
光学シートに、他の領域よりも高い屈折率をもつ高屈折率構造部を、光学シートを貫通するように形成する。この高屈折率構造部は、光学シートの出光面から入光面に向けられ絞られた形状となるように形成される。
【０００９】
さらに、高屈折率構造部は、高屈折率構造部の周囲の屈折率が低い領域との境界面の傾斜角が、入光面に対して６５度以上となるように形成される。
【００１０】
高屈折率構造部の形状は、円錐台または多角形の錐台であってもよい。また、多角形の錐台の場合に、多角形のそれぞれの辺を含んで形成される周囲の領域との境界面のうち、少なくとも一つの境界面が他の境界面とは入光面に対して異なる角度で傾斜していてもよい。
【００１１】
また、高屈折率構造部が多角形錐台のときに、多角形の辺を含んで形成される周囲の領域との境界面のうち、少なくとも一つの境界面が出光面に対して垂直であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
プリズム等の表面形状の変化に影響されることなく、耐久性に優れ、正面輝度を向上させる光学シートが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の光学シートの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の光学シートの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図４】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図５】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図６】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図７】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図８】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図９】高屈折率構造部の形状と配置の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図１２】従来の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の光学シートは、屈折率が周囲の領域よりも高い高屈折率構造部が光学シートを貫通するように形成される。この高屈折率構造部は、光学シートの出光面から入光面に向けて絞られた形状となっている。さらに、高屈折率構造部と周囲の領域との境界面の傾斜角が、入光面に対して６５度以上となっている。高屈折率構造部は、具体的には円錐台または多角形の錐台で出光面に露出する面積のほうが、入光面に露出する面積よりも小さくなっている。このような構成により、入光面から入光した光は、高屈折率構造部に入光すると、スネルの法則により、高屈折率構造部よりも屈折率が低い領域との境界面で繰り返し反射され、出光面の垂線方向へ集光される。また、光学シートの内部構造のみで光の方向をコントロールすることが出来る為、光学シートの表面を平面にすることが出来、プリズムの変形等に性能が影響されない光学シートを実現できる。
以下、実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は本実施例の光学シートの構成を模式的に示す断面図である。光学シートは下面が入光面５、上面が出光面２となっている。光学シートには、高屈折率構造部１と、その周囲に低屈折率構造部３が設けられる。高屈折率構造部１は低屈折率構造部３に比べ、屈折率が高くなっている。また、高屈折率構造部１は、出光面２に垂直な断面で見たときに、入光面５側よりも、出光面２側の幅が大きい台形形状になるように形成される。また、高屈折率構造部１の低屈折率構造部との境界面４は出光面２の垂線に対してα度傾いている。
【００１６】
次に光学シートの集光機能について、光１２の挙動をもとに説明する。光学シートの入射面５から入射した光１２は、高屈折率構造部１と低屈折率部分３の境界面４で反射されるが、境界面４は出光面２の垂線に対してα度傾いているため、光１２は境界面４で反射される度に、出光面２の垂線に対して２α度変化する。光１２は、境界面４で反射を繰り返した後、出光面２から出光する。このように光１２は高屈折率構造部１を、反射を繰り返しながら進むことにより、出光面２から出光する際に、出光面２の垂直方向に出光されることができる。
【００１７】
また、高屈折率構造部１と低屈折率部分３の間に中間の屈折率の層を設けても良い。この場合もスネルの法則により、光学シートは同様の機能をもつことができる。
【００１８】
また、境界面４の傾斜角αを大きくすると、１回の反射で変化する角度が大きくなり、少ない回数で光の方向を制御できるが、出光面２の垂線に対して大きい角度の光も出光面２に出光される。そのため、出光時に集光機能を持たせるにはαは小さい方が良い。高屈折率構造部１の屈折率が１．６程度の場合、αを２５度以下とすれば、言い換えると、境界面４の傾斜角を入光面５に対して６５度以上にすれば、スネルの法則から、出光面２の垂線に対して４５度以下の範囲で光を出光させることができる。
【００１９】
また、高屈折率構造部１の出光面２の幅Ｗに対して高屈折率構造部１の高さＴ（すなわち、光学シートの厚み）が低いと境界面４で一度も反射されず出光してしまう。そのため、高屈折率構造部１で出光面２の垂線に対して２５度以下の光が一度以上境界面４で反射されるには、高屈折率構造部１の高さＴは高屈折率構造部１の幅Ｗの２.２倍以上とする。なお、高屈折率構造部１の高さＴは光学シートの厚みに影響される為、高屈折率構造部１の幅Ｗは光学シート厚みの０．４５倍以下となる。
【００２０】
次に高屈折率構造部の形状について図３〜図９をもとに説明する。図３〜図９は本実施例の高屈折率構造部の形状および配列の例を示す図である。それぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’断面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図、（ｅ）は配列を示す上面図である。言い換えると、Ａ−Ａ’断面は、光学シートの幅方向に垂直な断面であり、Ｂ−Ｂ’断面は、光学シートの幅方向に平行な断面となっている。
【００２１】
図３の円錐台形状の場合、光学シートの幅方向に平行な方向、光学シートの幅方向に垂直な方向他、すべての方向で均一な集光機能が得られる。すなわち、この光学シートを照明装置の導光板上に配置すると、導光板の入光部に平行な方向、導光板の入光部に垂直な方向他すべての方向で均一な集光機能が得られる。図４、図７の四角錐台、図５の三角錐台、図６の六角錐台の場合、円錐台とは異なり、方向によって集光機能に違いが発生するが、平面に並べたときに隙間なく並べられる為、効率良く集光することができる。
【００２２】
図８の高屈折率構造部１は、光学シートの幅方向に垂直な面の断面（Ａ−Ａ’断面）の境界面４には傾斜が有り、光学シートの幅方向に平行な面の断面（Ｂ−Ｂ’断面）の境界面４には傾斜が無く出光面２の垂線に平行である。
【００２３】
すなわち、高屈折率構造部１の光学シートの幅方向に対して垂直な断面では、境界面４には図１のように角度αが形成される。また、高屈折率構造部１の光学シートの幅方向に対して平行な断面では、図２のように断面形状の幅は変化せず、境界面４は出光面２の垂線となる。そのため、光学シートの幅方向に対して垂直な方向のみ集光機能をもたせ、光学シートの幅方向に対して平行な方向には集光機能を持たなくする事が出来る。
【００２４】
一方、図９の高屈折率構造部１は、光学シートの幅方向と平行な断面（Ａ−Ａ’断面）の境界面４には傾斜が有り、光学シートの幅方向と垂直な断面（Ｂ−Ｂ’断面）の境界面４には傾斜が無く出光面２の垂線に平行である。そのため、光学シートの幅方向に平行な方向のみ集光機能をもたせ、光学シートの幅方向に垂直な方向には集光機能を持たなくする事が出来る。
【００２５】
このように、高屈折率構造部の境界面４が形成する角度αを、光学シートの幅方向に平行な断面と、光学シートの幅方向に垂直な断面とで違いを持たせることにより、集光機能を調整することができる。
【００２６】
次に本実施例の表示装置を図をもとに説明する。
図１０と図１１は本実施例の照明装置および表示装置を模式的に示す図である。図１０は断面図であり、図１１は、表示装置を光源側から見た図となっている。図示するように、光源６に対向して、光源６からの光を透過型表示素子７に導く導光板８が配置される。図１１に示すように、光源６は、導光板８の側面に対向して複数配置される。導光板８の上方には、透過型表示素子７が配置され、下方には反射板９が配置される。さらに、導光板８と透過型表示素子７との間には、導光板８の出射面から出射された光を集光する光学シート１１が設けられる。
【００２７】
光源６から出光された光は導光板８に入光され、フレネルの法則により全反射され光源とは反対の導光板８の端部まで導光される。導光板８の上面または下面には、シボ加工、プリズム加工、印刷等による加工が施されており、これにより導光板８から透過型表示素子７へと光が出射される。導光板８から出射された光は散乱されており、出射面に対して垂直な光の成分が少ない。導光板８と透過型表示素子７の間に光学シート１１を配置することにより、散乱された光を出射面に対して垂直方向へ集光して表示装置の正面輝度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の光学シートは、耐久性と集光機能との両立を図ることができ、液晶表示装置、有機ＥＬ等の様々なディスプレイ、表示装置、照明装置などにおいて、光の出射効率、出射特性を調整するために用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  高屈折率構造部
２  出光面
３  低屈折率部分
４  境界面
５  入光面
６  光源
７  透過型表示素子
８  導光板
９  反射板
１０  プリズム型光学シート
１１  光学シート
１２  光
【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１２】
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【図１】
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【図２】
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【図１０】
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【図１１】
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