JPH1138207A - 光学シート、面光源装置及び透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面光源装置の光放出面を広くしても、面方向
に均一な輝度を得るようにする。 【解決手段】 光学シート２０をレンズシート２２及び
光透過率調整シート２４から構成し、光透過率調整シー
ト２４又は、レンズシート２２における単位レンズ２６
と反対側の光拡散層２８に沿って配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型の液晶表示
装置、広告板等の透光性表示体を背面から照明する際
に、より均一な面発光状態を得るための光学シート、こ
の光学シートを用いた面光源装置及び透過型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型表示装置、例えばパソコンのディ
スプレイとして用いられる透過型液晶表示装置において
は、近年、その低消費電力化、軽量化、高輝度化が一層
要求され、この要求に答えるための手段の１つとして、
光源からの光を無駄なく有効に利用するようにした面光
源装置が提案されている。

【０００３】例えば、特開平５−１２７１５９号公報、
実開平３−６９１８４号公報に開示されるように、面光
源からの光を特定の方向（多くの場合、出光面の法線方
向）に集光するようにしたレンズシート等がある。

【０００４】このようなレンズシートとしては、例えば
図１０（Ａ）に示されるように、三角柱形状のプリズム
を単位レンズ１として、これを各単位レンズ１の稜線１
Ａの方向が互いに平行になるように一次元方向に多数配
列したレンズシート２がある。

【０００５】又、図１０（Ｂ）に示されるように、断面
形状が凸レンズである蒲鉾状の単位レンズ３を、各単位
レンズ３の稜線方向が互いに平行になるように一次元方
向に多数配列してなるレンズシート４がある。

【０００６】更に、図１０（Ｃ）に示されるように、断
面形状が波型である単位レンズ５を、各単位レンズ５の
稜線が互いに平行になるように一次元方向に多数配列し
てなるレンズシート６がある。

【０００７】上記のようなレンズシートを用いた面光源
装置としては、図１１に示されるようなエッジライト型
面光源装置７と、図１２に示されるような直下型面光源
装置８とがある。

【０００８】前記エッジライト型面光源装置７は、透明
なアクリル樹脂等の板材からなる導光体９の一側端面９
Ａに線状の光源１０を配置し、該一側端面９Ａから導光
体９内に入射した光源１０からの光を、導光体９の表面
に施した光拡散作用により、光の進行方向を導光体９内
を全反射する条件から外して、導光体９の出光面９Ｂか
ら出射させるようにしている。

【０００９】前記レンズシート２、４、又は６は通常、
前記導光体９の出光面９Ｂに沿って配置される。

【００１０】上記のようなエッジライト型面光源装置７
においては、導光体９における出光面９Ｂ内の輝度分布
をより均一化させるために、例えば特開平４−６２５１
９号公報に開示されるように、導光体９の表面に施す光
拡散作用を調整するようにしている。

【００１１】又、前記直下型面光源装置８は、光源１１
からの光を、これを取り囲むようにして配置された反射
板１２により出光面１３方向に反射させるようにしたも
のであり、このとき、例えば特公昭５９−８８０９号公
報に開示されるように、出光面１３内の輝度分布をより
均一化させるために、光透過率調整機能を持たせた光学
シート１４を用いることがある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記のような面光源装
置を、前述のように、低消費電力化、軽量化、高輝度化
の要求に応え、且つ大型化を図ろうとすると、できるだ
け装置の厚さを薄く維持したまま、発光面積を大きくし
なければならないが、このようにすると、光源からの光
を出光面の隅々までむらなく配分することが困難にな
り、結果として、面内の輝度均一性が悪化してしまうと
いう問題点がある。

【００１３】これに対して、光透過率調整シートを面光
源装置の出光面に配置することが考えられるが、出光面
にレンズシートを用いた面光源装置の場合は、レンズシ
ートと光透過率調整シートとの間で光学的距離が微妙に
変化することに由来する干渉縞が発生してしまうという
問題点がある。

【００１４】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、干渉縞の発生を抑制すると共に、
レンズシートと光透過率調整シートを組合せて、高輝
度、薄型、且つ、面内の輝度均一性に優れた光学シー
ト、及びこの光学シートを利用した面光源装置、透過型
表示装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、透光性材料
の表面に複数の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞ
れ形成されてなるレンズシートと、透光性基材の表面に
面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を持たせ
てなり、前記レンズシートの裏面側に、これと重ねて配
置された光透過率調整シートにより、上記目的を達成す
るものである。

【００１６】又、他の発明は、透光性材料の表面に複数
の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞれ形成されて
なるレンズシートの前記裏面に、面内での光透過率が変
化する光透過率調整機能を有する光透過率調整層を形成
したことを特徴とする光学シートにより、上記目的を達
成するものである。

【００１７】面光源装置に関する発明は、少なくとも導
光体、光源、及び、請求項１又は２の光学シートを含ん
で構成され、前記導光体はその一側端面から入射した光
を、一方の表面である光放出面から出光するように構成
され、前記光源は前記導光体の前記一側端面に光を出射
するように配置され、前記光学シートは、前記光透過率
調整機能を有する側を、前記導光体の光放出面に向けて
配置されたことを特徴とする面光源装置により、上記目
的を達成するものである。

【００１８】又、他の面光源装置に関する発明は、少な
くとも光源、反射板、及び、請求項１又は２の光学シー
トを含んで構成され、前記光源は前記光学シートの光透
過率調整機能を有する側に配置され、前記反射板は、前
記光源を間に、前記光学シートと反対側に該光源からの
光を光学シート方向に反射するように配置されたことを
特徴とする面光源装置により、上記目的を達成するもの
である。

【００１９】更に、透過型表示装置に関する発明は、背
面からの照明光により画像を照射して表示する透過型表
示体と、この透過型表示体の裏面側に配置された背面光
源としての請求項３又は４の面光源装置と、を有してな
る透過型表示装置により、上記目的を達成するものであ
る。

【００２０】この発明においては、裏面側に光拡散層が
設けられたレンズシートと光透過率調整シートを組合せ
て光学シートを構成して、干渉縞の発生を抑制しつつ、
高輝度、薄型で、且つ、面内の輝度均一性が向上され
る。

【００２１】特に、光拡散面をレンズシートにおける単
位レンズと反対側の面に直接設けることによって、レン
ズシートと光透過率調整シートの間で発生する干渉縞を
抑制している。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００２３】図１に示されるように、本発明の実施の形
態の第１例に係る光学シート２０は、レンズシート２２
とその裏面側に沿って配置された光透過率調整シート２
４とから構成されている。

【００２４】前記レンズシート２２は、透光性材料から
形成し、その表面（図１において上側）には、三角柱形
状のプリズムからなる単位レンズ２６を多数個（各単位
レンズ２６の稜線２６Ａが互いに平行になるように一次
元方向に配列されている。又、レンズシート２２の裏面
側には、光拡散層２８が形成されている。

【００２５】前記光透過率調整シート２４は、透光性基
材からなり、その表面に、面内での光透過率が変化する
光透過率調整機能を持たせて（詳細後述）構成されてい
る。

【００２６】前記レンズシート２２を形成する透光性材
料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリ
レート等のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリ
スチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の熱可塑性樹
脂、あるいは、ポリエステルアクリレート、ウレタンア
クリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー及び
／又はアクリレート系等のモノマー等からなる電離放射
線硬化性樹脂を紫外線又は電子線等の電離放射線で硬化
させた樹脂であって、透光性のよい樹脂から選択され
る。

【００２７】このような樹脂は、通常屈折率が１．４〜
１．６程度である。なお、樹脂以外にも透光性のよいガ
ラス、セラミクス等であってもよい。

【００２８】次に、前記レンズシート２２の裏面に直接
形成されている光拡散層２８について説明する。

【００２９】この光拡散層２８は、図２に拡大して示さ
れるように、レンズシート２２の裏面に、透光性微粒子
２８Ａを透光性バインダー２８に分散させた塗料を、吹
付塗装やロールコート等で塗工して、塗膜の表面に微粒
子の凹凸を現出させる方法等によって形成する。

【００３０】ここで、前記透光性微粒子２８Ａとして
は、直径が１〜１０μｍのポリメタクリル酸メチル（ア
クリル）系ビーズ、ポリメタクリル酸ブチル系ビーズ、
ポリカーボネート系ビーズ、ポリウレタン系ビーズ、炭
酸カルシウム系ビーズ、シリカ系ビーズ等を用いる。

【００３１】上記のように、透光性ビーズ２８Ａの直径
を１μｍ以上としたのは、直径をこれより小さくする
と、可視光の波長に接近し過ぎて色がついて見えてしま
い、又、直径の小さな透光性ビーズを量産すること、及
び、これをバインダー中に分散することが困難だからで
ある。

【００３２】又、透光性ビーズの直径を１０μｍ以下と
したのは、直径がこれより大きいと、面光源からの光を
特定の方向（多くの場合、出光面の法線方向）に集光す
る作用が極的に低下してしまうからである。

【００３３】なお、透光性ビーズ２８Ａを製造する際
に、その直径には必ずばらつきが発生するので、前記透
光性ビーズ２８Ａの直径とは、１μｍ以上の透光性ビー
ズの直径の平均値を言う。

【００３４】前記透光性ビーズ２８Ａを分散させるべき
透光性バインダー２８Ｂとしては、アクリル、ポリスチ
レン、ポリエステル、ビニル重合体等があり、特にポリ
エステル系樹脂、アクリル系樹脂等の透明なものを用い
て好都合であるが、透光性ビーズ２８Ａの屈折率とバイ
ンダー樹脂の屈折率との比が０．９〜１．１の範囲であ
ることが好ましく、又、透光性ビーズ２８Ａのバインダ
ー２８Ｂ中への分散濃度はバインダー樹脂分の２〜１５
％が好ましい。

【００３５】上記屈折率の比を０．９〜１．１としたの
は、屈折率比がこの範囲外であると、光が透光性ビーズ
とそれと接触するバインダー樹脂のコーティング層との
界面で屈折してしまい、コーティング層自体の光拡散作
用が増大し、前述のような、レンズシートを使用する目
的である面光源からの光を特定の方向に集光する輝度向
上作用が著しく低下してしまうからである。

【００３６】又、バインダー樹脂及び透光性ビーズ２８
Ａからなるコーティング層の厚さは、１〜２０μｍとす
るのが好ましい。

【００３７】コーティング層の厚さが１μｍ未満になる
と、透光性ビーズ２８Ａを完全に透光性基材２３に固定
することが困難となり、又２０μｍ以上となると、光線
透過率が低下し、レンズシートを使用する目的である面
光源からの光を特定の方向に集光して輝度向上を図る作
用が著しく低下してしまう。

【００３８】なお、レンズシート２２の総厚は通常２０
〜１０００μｍ程度である。

【００３９】次に、前記光透過率調整シート２４の構成
について説明する。

【００４０】この光透過率調整シート２４は、透光性基
材の表面に光透過率調整機能を付与したものであり、該
透光性基材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリ
メチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂
等の熱過塑性樹脂、あるいは、ポリエステルアクリレー
ト、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の
オリゴマー及び／又はアクリレート系等のモノマー等か
らなる電離放射線硬化性樹脂を紫外線又は電子線等の電
離放射線で硬化させた樹脂等であって、透光性のよい樹
脂から選択される。このような樹脂は、通常屈折率が
１．４〜１．６程度である。又、上記のような樹脂以外
にも透光性があればガラス、セラミクス等でもよい。

【００４１】上記のような透光性基材の表面に面内での
光透過率が変化する光透過率調整機能を付与する手段と
しては、例えば特公昭５９−８８０９号公報、特開昭５
５−１５１２６号公報、実開昭５９−２２４９３号公報
等に開示されるような、透明部材に反射分布特性を有す
る反射面を形成させて、光透過率を調整できるようにす
る。

【００４２】この場合、反射分布特性は、一般的に、光
源からの距離が小さくなるに従って反射率が大きくなる
ようにする。

【００４３】上記図１に示される光学シート２０は、レ
ンズシート２２とは別体に光透過率調整シート２４を設
けたものであるが、本発明はこれに限定されるものでな
く、レンズシートの裏面に直接光透過率調整手段を設け
るようにしてもよい。

【００４４】例えば、図３に示されるような光学シート
３０において、前述の光透過率調整シート２４の表面に
施したような光透過率調整手段により直接レンズシート
３２の裏面に光透過率調整層３４を形成してもよい。

【００４５】この場合、表面反射によるロスがなくな
り、好ましい。なお、光透過率調整層３４は、レンズシ
ート３２に設けられている光拡散層２８の外側あるいは
内側の両方又は一方に設けてもよい。

【００４６】上記図１及び図３に示される光学シート２
０、３０におけるレンズシート２２及び３２は、それぞ
れ三角柱プリズム形状の単位レンズ２６を備えたもので
あるが、本発明はこれに限定されるものでなく、図４
（Ａ）に示されるような円筒レンズ状の単位レンズ２６
Ａを備えたレンズシート２２Ａを含む光学シート２０
Ａ、図４（Ｂ）に示されるような断面波型の単位レンズ
２６Ｂを備えたレンズシート２２Ｂを含む光学シート２
０Ｂであってもよい。

【００４７】又、光透過率調整層３４が直接形成された
レンズシートの場合、図５（Ａ）に示されるような円筒
レンズ状の単位レンズ２６Ａを備えた光学シート３２
Ａ、あるいは波型の単位レンズ２６Ｂを備えた光学シー
ト３２Ｂであってもよい。

【００４８】又、単位レンズは一次元方向に並列形成す
る場合のみならず、例えば図６に示されるように、半球
状の単位レンズを二次元方向に配列してなるはえの目レ
ンズにより、単位レンズ２６Ｃを形成してなるレンズシ
ート３３を含むようにしてもよい。

【００４９】更に、上記のような単位レンズの断面形状
としては、三角柱形状、円筒レンズ形状、波型形状の他
に、円状、カーオイド、ランキンの卵型、サイクロイ
ド、サイン波状、又はインボリュート曲線等の連続で滑
らかな曲線、あるいは多角形の一部又は全体を用いても
よい。又、二次元方向に配列する単位レンズとしては、
半球状の他には、円錐レンズ、角錐レンズ等であっても
よい。

【００５０】ここで、前記レンズシートの製造方法は、
図１に示されるような単層構成のレンズシート（光拡散
層２８のコーティング前の中間シート）を得るには、例
えば特開昭５６−１５７３１０号公報に開示されている
ような、熱過塑性樹脂の熱プレス法、射出成形法を用い
たり、紫外線や熱による硬化性樹脂の注形成形によるも
のとする。

【００５１】更に、複層構造の中間シート製造方法とし
ては、例えば特開平５−１６９９０１５号公報に開示さ
れているような、所望のレンズ配列の形状に対応する雌
型を有するロール凹版に電離放射線硬化性樹脂液を充填
し、これに上記のような透光性基材シートを重ねて、そ
のまま紫外線、電子線等の電離放射線を透明基材シート
側から照射して（ロール凹版がガラス等の透明な場合は
ロール凹版側からも照射できる）、電離放射線硬化性樹
脂液を硬化させ、その後、透明基材シートを硬化した樹
脂と共にロール凹版から剥離することにより、硬化した
電離放射線硬化性樹脂液が所望の雄型形状のレンズ配列
となって透明基材シート上に形成される。

【００５２】次に、図７に示されるような、本発明に係
るエッジライト型の面光源装置４０について説明する。

【００５３】このエッジライト型の面光源装置４０は、
導光体４２、光源４４、及び、前記高額シート２０又は
３０を含んで構成され、前記光源４４は導光体４２の一
側端面４２Ａに沿う線状光源であって、その光が該一側
端面４２Ａから導光体４２内に入射し、導光体４２の一
方の表面である光放出面４２Ｂから出光するように構成
され、前記光学シート２０又は３０は光放出面４２Ｂに
沿って配置されている。

【００５４】図の符号４２Ｃは光放出面４２Ｂと反対側
の面及び一側端面４２Ａと反対側の側端面を被うように
して形成された光反射面を示す。

【００５５】次に、図８に示される直下型の面光源装置
４６について説明する。

【００５６】この直下型の面光源装置４６は、光源４
８、反射板５０及び前記光学シート２０又は３０とから
構成されている。

【００５７】前記光源４８は、前記光学シート２０又は
３０の光透過率調整機能を有する側に配置され、前記反
射板５０は前記光源４８を間に、前記光学シート２０又
は３０と反対側に該光源４８からの光を光学シート２０
又は３０方向に反射するように配置されている。

【００５８】次に、図９に示される本発明に係る透過型
表示装置５２について説明する。

【００５９】この透過型表示装置５２は、背面からの照
明光により画像を照明して表示する、例えば液晶表示パ
ネルからなる透過型表示体５４と、この透過型表示体の
裏面側に配置された背面光源としての前記エッジライト
型面光源装置４０とを有して構成されている。背面光源
として直下型面光源装置４６を用いてもよい。

【００６０】なお、図７、図８、図９における光学シー
ト２０又は３０は、当然、図４〜図６に示される光学シ
ート２２Ａ、２２Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３（レンズシ
ート）のいずれか、あるいは更に他の形状の光学シート
であってもよい。

【００６１】又、前記光源４４、４８は、蛍光灯等の線
状光源が面方向に均一の輝度を得る上で好ましいが、白
熱電球等の点光源であってもよい。

【００６２】上記のような光学シート２０、３０におい
ては、光透過率調整シート２４あるいは光透過率調整層
３４によって、レンズシート内に入射する光が面方向に
均一の輝度となるようにすることができ、これによって
光学シート、エッジライト型面光源装置４０、直下型面
光源装置４６あるいは透過型表示体５４の面積を大きく
しても、その厚さ等を大幅に増大することなく、均一な
輝度を得ることができる。

【００６３】

【実施例】次に本発明の光学シートの実施例について説
明する。

【００６４】この実施例では、透光性基材として、透明
な２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィ
ルム（膜厚１２５μｍ）上に、透明な接着層を約１μｍ
になるように塗布し、この上に、単位レンズのパターン
を形成させるエポキシアクリレートのプレポリマーを主
成分とする紫外線硬化型樹脂を塗布して、樹脂塗膜を硬
化（固化）、した後に型を離型することにより、ピッチ
５０μｍで頂角８５°の二等辺三角形柱状の単位レンズ
が、各々の稜線が平行になるように隣接して配列された
レンズシートを用いた。

【００６５】このレンズシートのレンズ形成面と反対側
面に、次のような要領で微小丘状突起により光拡散層を
形成した。

【００６６】［組成］透光性ビーズは平均粒径５μｍの
架橋アクリル樹脂、バインダーはポリエステル樹脂をそ
れぞれ用いた。

【００６７】［製造工程］上記透光性ビーズを上記バイ
ンダー樹脂分の８％濃度で入れたインキを、ＭＥＫ：ト
ルエン＝１：１の溶剤で稀釈し、粘度をザーンカップ粘
度計＃３で２７秒とした。このインキを上記透光性基材
の非レンズ面（裏面）にスリットリバースコーティング
法により塗布し、その後、溶剤を乾燥させて光拡散層と
しての塗膜を固化させた。

【００６８】この塗膜には、ＪＩＳＢ０６０１での１０
点平均粗さＲｚ＝３μｍの微小丘状突起が平均間隔ｄ＝
３０μｍで、ランダムな配列で形成されていた。

【００６９】これとは別に、面内の輝度が高い部分ほ
ど、単位面積当りの反射パターン面積が大きくなるよう
に、光透過率調整機能を持たせたシートを透明な２軸延
伸ＰＥＴフィルムを用いて作成した。

【００７０】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、レ
ンズシートへの光透過率が面方向に均一となり、面方向
に均一の輝度を得ることができるという優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例に係る光学シートの一
部を示す斜視図

【図２】図１の光学シートの一部を構成するレンズシー
トを拡大して示す断面図

【図３】同光学シートの実施の形態の第２例の一部を示
す斜視図

【図４】図１と同様の光学シートの実施の形態の第３例
及び第４例を示す斜視図

【図５】図２と同様の光学シートの実施の形態の第５例
及び第６例を示す斜視図

【図６】光学シートの実施の形態の第７例を示す斜視図

【図７】本発明に係る面光源装置の実施の形態の例を示
す断面図

【図８】本発明に係る面光源装置の実施の形態の第２例
をの一部示す斜視図

【図９】本発明に係る透過型表示装置の実施の形態の例
を示す断面図

【図１０】従来のレンズシートの形状を示す斜視図

【図１１】従来の面光源装置を示す断面図

【図１２】従来の他の面光源装置を示す断面図

【符号の説明】

２０、２０Ａ、２０Ｂ、３０、３２Ａ、３２Ｂ…光学シ
ート ２２、３２、３３…レンズシート ２４…光透過率調整シート ２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ…単位レンズ ２８…光拡散層 ３４…光透過率調整層 ４０…エッジライト形面光源装置 ４２…導光体 ４２Ａ…一側端面 ４２Ｂ…光放出面 ４４、４８…光源 ４６…直下型面光源装置 ５０…反射板 ５２…透過型表示装置 ５４…透過型表示体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性材料の表面に複数の単位レンズが、
   裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシート
   と、透光性基材の表面に面内での光透過率が変化する光
   透過率調整機能を持たせてなり、前記レンズシートの裏
   面側に、これと重ねて配置された光透過率調整シート
   と、を含んで構成された光学シート。
2. 【請求項２】透光性材料の表面に複数の単位レンズが、
   裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシート
   の前記裏面に、面内での光透過率が変化する光透過率調
   整機能を有する光透過率調整層を形成したことを特徴と
   する光学シート。
3. 【請求項３】少なくとも導光体、光源、及び、請求項１
   又は２の光学シートを含んで構成され、前記導光体はそ
   の一側端面から入射した光を、一方の表面である光放出
   面から出光するように構成され、前記光源は前記導光体
   の前記一側端面に光を出射するように配置され、前記光
   学シートは、前記光透過率調整機能を有する側を、前記
   導光体の光放出面に向けて配置されたことを特徴とする
   面光源装置。
4. 【請求項４】少なくとも光源、反射板、及び、請求項１
   又は２の光学シートを含んで構成され、前記光源は前記
   光学シートの光透過率調整機能を有する側に配置され、
   前記反射板は、前記光源を間に、前記光学シートと反対
   側に該光源からの光を光学シート方向に反射するように
   配置されたことを特徴とする面光源装置。
5. 【請求項５】背面からの照明光により画像を照射して表
   示する透過型表示体と、この透過型表示体の裏面側に配
   置された背面光源としての請求項３又は４の面光源装置
   と、を有してなる透過型表示装置。