光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法
【課題】光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法において、光源から光を効率よく取り出すことができ、しかも製造が容易となるようにする。
【解決手段】光学シート２１が、光透過性フィルムからなる基材フィルム４と、基材フィルム４の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層６と、基材フィルム４の他方の面に形成された複数の集光レンズ５とを備え、反射層６により、複数の集光レンズ５の対向位置に開口部３０を有する遮光パターンが形成されている構成とする。
【解決手段】光学シート２１が、光透過性フィルムからなる基材フィルム４と、基材フィルム４の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層６と、基材フィルム４の他方の面に形成された複数の集光レンズ５とを備え、反射層６により、複数の集光レンズ５の対向位置に開口部３０を有する遮光パターンが形成されている構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法に関する。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、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイ装置は、画像信号に応じて各画素のＯＮ／ＯＦＦが制御される液晶表示素子の背面側に、バックライトユニットを配置し、このバックライトユニットからの光を表示光として利用している。このようなＬＣＤは、液晶表示素子の消費電力は小さいが、バックライトユニットでの消費電力が大きくなり、例えば、ラップトップコンピュータや携帯電話などの電池式装置に用いられる場合には、光源の光の利用効率を高めることで装置としての消費電力を低減することが求められている。
そのため、バックライトユニットからの拡散光をある程度集光するため、液晶表示素子とバックライトユニットとの間に、複数のレンズやプリズムなどを有する光学シートが配置されている場合が多い。
例えば、特許文献１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レンズ層が設けられ、該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部または該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をもつ遮光部を有する液晶表示装置が記載されている。
特許文献１には、遮光部を反射層とすることによりさらに光の利用効率を向上できることが示唆されている。
【特許文献１】特開２０００−２８４２６８号公報（図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の従来の光学シートには以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、複数のレンズからなるシート状のレンズ層に、各レンズの焦点位置近傍、すなわちレンズ面の裏面側に遮光部を配置するが、表面側のレンズとの間に位置の不整合が生じた場合、モアレや輝度ムラが発生し、表示光の均一性が低下する。そのため、表裏面でそれぞれ適宜の位置関係に対向して配置すべきレンズと遮光部とのアライメントを正確に取る必要があり、製造の手間がかかるという問題がある。
特許文献１には、遮光部の製造方法、配置方法はまったく記載されていないが、導光板に設ける反射層は、「白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したもの」を採用している。したがって、遮光部もこのような印刷によって形成することが考えられるが、この場合、レンズ層の成形と印刷とが別工程となるため位置合わせが難しいことに加え、複雑な形状のレンズ層は成形後の寸法がばらつきやすいため、印刷の版からのピッチがずれやすくなるものである。
一方、レンズ層と遮光部とを別々に形成して貼り合わせる方法や、レンズ層を形成した後、感光性樹脂層を用いたセルフアライメント法により反射層を形成する方法も考えられるが、前者では貼り合わせ精度の維持が難しく、後者では部材や工程の増加を伴うため、部品コストの増加、歩留まり低下による製造コストの上昇の要因となるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記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、しかも製造が容易な光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光学シートにおいて、光透過性フィルムからなる基材と、該基材の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層と、前記基材の他方の面に形成された複数の光学素子とを備え、前記反射層により、前記複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンが形成されている構成とする。
この発明によれば、光学シートの一方の面に、他方の面に形成された複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンを形成する反射層を設けるので、光源から入射した拡散光のうち、遮光パターンの範囲に入射する光が反射層に反射され光源で再利用される。そのため、光学素子から出射される拡散透過光の利用効率を向上することができる。
また、反射層は、放射線硬化性樹脂によって成形するので、反射層を形成したシートを貼り付けたり、セルフアライメント法によって形成したりする場合に比べて製造が容易となる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記反射層の層厚さが、１０μｍ以上２０μｍ以下である構成とする。
この発明によれば、反射率が良好な反射層を効率よく形成することができる。
反射層が１０μｍより薄いと、透過光成分が増えるため、反射率が低下する。また、反射層が２０μｍより厚いと、放射線が浸透しにくくなるため、成形時間が長くなり、製造効率が低下したり、成形収縮が大きくなって寸法精度が低下する。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記反射層の透過率が、１５％以下である構成とする。
この発明によれば、低透過率となるため、光源の光の利用効率をより向上することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、バックライトユニットにおいて、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートと、該光学シートの前記反射層を前記光学シートの前記基材との間で挟むように配置された光出射面を有する光源部とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートを用いるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、ディスプレイ装置において、請求項４に記載の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からなる構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートを用いた請求項４のバックライトユニットを用いるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、光学シートの製造方法において、光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する第１の成形工程と、前記基材の他方の面に、前記第１の成形工程で形成された前記反射層の前記光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する第２の成形工程とを備える方法とする。
この発明によれば、第１の成形工程により、光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する。次に、第２の成形工程により、基材の他方の面に、第１の成形工程で形成された反射層の光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する。これにより、請求項１に記載の光学シートを製造することができる。
第１の成形工程では、基材の他方の面に光学素子などの放射線の照射ムラを発生する形状が形成されていないので、第１の放射線硬化性樹脂を迅速かつ均一に硬化させることができる。
そして、第２の成形工程では、基材の他方の面に光学素子を成形する第２の放射線硬化性樹脂を導入する金型を配置し、第１の成形工程で成形された反射層の側から放射線を照射する。放射線は、反射層の光学的開口から入射して第２の放射線硬化性樹脂を硬化させる。このとき、光学素子を成形する金型を、反射層を成形する金型に対して位置合わせして配置することで、光学素子の形成位置を反射層の光学的な開口と良好に位置合わせすることができる。またこのように位置合わせすることで、光学的な開口から入射する放射線が良好に第２の放射線硬化性樹脂内に浸透し、効率的な硬化を促進することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法によれば、放射線硬化性樹脂によって成形された反射層により光学シートに遮光パターンを形成するので、光源からの光を効率よく取り出すことができ、しかも容易に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
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係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る光学シートのＡ視の様子を示す模式説明図である。なお、各図は模式図のため寸法比などは誇張されている（以下も同じ）。
【００１３】
本実施形態のディスプレイ装置１００は、図１に示すように、光源部２０、光学シート２１、拡散板７、液晶表示部２２がこの順に積層され、図示上側に向けて、液晶表示部２２から、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、平面視矩形状の画像を表示するものである。図１では、端部の約２画素分の構成を示している。
光源部２０と光学シート２１とは、バックライトユニット２３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、下方向を単に背面側と称する場合がある。すなわち、図１の矢印Ａは、光学シート２１を背面側から見る方向を示す。
【００１４】
光源部２０は、本実施形態では、表示画面側に液晶表示部２２の表示画面の範囲を覆う面積の出射面２ｂ（光出射面）を有し、側面２ａから入射された光を延在方向に導光して出射面２ｂから出射する透明な導光板２と、導光板２の側面２ａに隣接して配置され、側面２ａから白色光を入射させる光源１と、導光板２の背面側に近接して配置され、導光板２から出射面２ｂの反対側に出射される光を導光板２側に反射して再入射させる反射フィルム３とからなる。
ただし、光源部２０は、光学シート２１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。
【００１５】
光学シート２１は、導光板２の出射面２ｂから出射される光の一部を集光して表示画面側に透過させ、他の光を導光板２側に反射して導光板２に再入射させるものである。
本実施形態では、光透過性の基材フィルム４の一方の面に反射層６が、他方の面に集光レンズ５がそれぞれ成形されてなる。そして、反射層６が導光板２の出射面２ｂに近接して配置されている。
【００１６】
基材フィルム４は、光源部２０から出射される光の波長に対し光透過性を有する透明材料であって、光学用部材に使用するものを特に制限なく用いることができる。生産効率などを考慮するとプラスチックフィルムを用いることが好ましい。
本実施形態では、取り扱いが容易なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いている。基材フィルム４の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍなどの厚さのものを用いることができる。以下では、一例として、７５μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡社製Ａ４３００）を用いるものとして説明する。
ただし、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート、アクリル−スチレン共重合体、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどの他の樹脂も好適に用いることができる。
【００１７】
反射層６は、本実施形態では、図１、２に示すように、ピッチＰ、幅Ｗのストライプ状の開口部３０（光学的な開口）を有する遮光パターンを形成するもので、それぞれ、幅（Ｐ−Ｗ）、高さＨの略矩形断面が、図１の奥行き方向に延ばされてなる。そのため、開口部３０では、基材フィルム４と導光板２の出射面２ｂとの間には、少なくとも厚さＨの空気層が形成されている。
ピッチＰは、本実施形態では、液晶表示部２２の画素領域９ａ（図２参照）の配列ピッチに一致されている。
反射層６の材料は、良好な反射率が得られれば、適宜の材料で成形することができるが、本実施形態では、放射線硬化性樹脂に白色顔料を混合したものを用いている。
【００１８】
放射線硬化型樹脂としては、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂などが挙げられる。
例えば、ウレタン（メタ）アクリレートおよび／またはエポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーに反応希釈剤、光重合開始剤、光増感剤などが添加された組成物などを用いることができる。
ウレタン（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、例えばエチレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオール類と、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンイソシアネートなどのポリイソシアネート類とを反応させて得ることができる。
エポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロピレンオキサイド付加物の末端グリシジルエーテル、フルオレンエポキシ樹脂などのエポキシ樹脂類と、（メタ）アクリル酸とを反応させて得ることができる。
【００１９】
白色顔料としては、適宜の顔料を採用できるが、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）などを採用することができる。
【００２０】
集光レンズ５は、開口部３０を表示画面側に透過する拡散光を集光するための光学素子である。
本実施形態では、基材フィルム４上の開口部３０の中心線３２（図２参照）に沿って焦点位置が延びるように配置されたシリンドリカルレンズアレイからなる。
集光レンズ５のレンズ形状は、本実施形態では、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形状、例えば、他の非球面、楕円面、球面などを採用してもよい。
【００２１】
このような各集光レンズ５の微細形状は、放射線硬化性樹脂をレンズ金型によって成形することで容易に形成される。集光レンズ５を成形する放射線硬化性樹脂としては、上記に例示したのと同様の樹脂の中から必要な屈折率に応じて適宜選択することができる。ただし、反射層６に用いる樹脂と必ずしも同じである必要はない。
【００２２】
拡散板７は、光学シート２１から表示画面側に出射される光を拡散させ、表示光の輝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ためのものである。例えば、透明材料中に光を散乱させる高屈折率材料を分散させたプラスチック板、プラスチックフィルム、あるいは、表面に光拡散層を形成したガラス板、例えば、フロートガラス、青板ガラス、ＢＫ７などを採用することができる。
【００２３】
液晶表示部２２は、例えば、配向膜、透明電極が形成された２枚の封止基板の間に液晶を封入するなどして構成され、画素領域９ａごとに液晶シャッタを形成する液晶パネル９を、２枚の偏光板８、１０で挟んだものである。
【００２４】
ここで、光学シート２１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法を行うための光学シート製造装置の概略構成を説明する模式説明図である。図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法に用いる金型ローラの正面図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の拡大部分断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の成形工程を説明する工程説明図である。図６は、本発明の実施形態に係る光学シートの光学素子の成形工程を説明する工程説明図である。図７は、本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の層厚と透過率との関係を示すグラフである。横軸は層厚（μｍ）、縦軸は透過率（％）を示す。
【００２５】
光学シート２１を製造する光学シート製造装置２００は、図３に示すように、フィルム巻き出し部４０、反射層成形部４１、光学素子成形部４２、および光学シート巻き取り部４３が順次配列され、その間で基材フィルム４を連続搬送し、その過程で、反射層６を成形する第１の成形工程と、集光レンズ５を成形する第２の成形工程とを順次行うことができるようになっている。
【００２６】
フィルム巻き出し部４０では、基材フィルム４に用いるＰＥＴフィルム原反が設置されたフィルムリール４４から、ローラ４６を介して、基材フィルム４を巻き出し、反射層成形部４１に搬送する。
なお、巻き出された基材フィルム４は、フィルム巻き出し部４０での搬送過程で、放射線硬化性樹脂の接着性を向上するため、表面改質処理などの適宜の易接着処理を施してもよい。
【００２７】
反射層成形部４１では、金型ローラ４８を用いて、第１の成形工程を行う。
金型ローラ４８は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ローラ表面に反射層６の凸形状に対応するローラ周方向にわたって形成された溝部４８ａが、ローラ軸方向にピッチｐ１で必要な条数形成されたもので、反射層成形版を構成するものである。
溝部４８ａは、図４（ｂ）に示すように、溝深さｈ、溝底部が幅ｗで、溝側面が角度θで径方向外側に開いた台形状とされている。このように、溝部４８ａの溝側面に傾斜を設けることで、成形時の離型性を確保することができる。
【００２８】
反射層成形部４１に搬送された基材フィルム４は、巻き付けローラ４５によって金型ローラ４８の外周に巻き付けられ、金型ローラ４８の回転に同期して搬送される。
一方、金型ローラ４８には、巻き付けローラ４５の回転方向上流側において、放射線硬化性樹脂供給部５０によって、各溝部４８ａに白色顔料を混合した放射線硬化性樹脂６０（第１の放射線硬化性樹脂）が供給（塗工）されている。そのため、図５に示すように、各溝部４８ａと基材フィルム４の一方の面との間には、放射線硬化性樹脂６０が充填された状態で回転が進行する。放射線硬化性樹脂６０の塗工に当たっては、適宜スキージなどを使用すると生産性を向上することができる。
この状態で、金型ローラ４８に対向して配置された放射線源４７から、放射線硬化性樹脂６０を硬化させる放射線Ｑ１が照射される。放射線Ｑ１は、基材フィルム４を透過して、各溝部４８ａ内の放射線硬化性樹脂６０を全面的に照射することができるので、硬化ムラなどを起こすことなく迅速に硬化させることができる。その結果、照射量を必要最低限とすることができ、硬化時の収縮による歪みを最小限に抑えることができる。
【００２９】
基材フィルム４は、放射線硬化性樹脂６０の硬化が終了した段階で分離ローラ４９によって、金型ローラ４８から分離され、基材フィルム４とともに硬化した反射層６が金型ローラ４８から離型される。
この離型後に、適宜ドライヤーなどを用いて反射層６の樹脂の乾燥を行ってもよい。
【００３０】
このようにして、反射層成形部４１で、基材フィルム４に反射層６が成形される。
例えば、基材フィルム４の厚さ７５μｍ、反射層６の配列ピッチＰ＝１４０μｍに対して、光学シート２１の光学特性上、製造上、好適となる値の一例として、成形収縮を無視すれば、溝部４８ａの形状を、ｐ１＝１４０μｍ、ｈ＝１２μｍ、ｗ＝８０μｍ、θ＝５°とすることができる。これにより、高さＨ＝１２μｍの反射層６が、開口部３０の幅Ｗ＝５８μｍを開けて等ピッチで形成される。
ここで、放射線硬化性樹脂６０の成形収縮や、基材フィルム４の収縮などを考慮して、溝部４８ａの形状を設定しておくことは一般の成形の場合と同様である。
【００３１】
なお、溝部４８ａの角度θは、抜き勾配の機能の他に、開口部３０に入射する光の入射角を規制する機能を兼ねることができる。そのため、例えば、離型性などに問題なければ、入射角範囲の必要に応じて、θ＝４５°程度までの間で設定してもよい。例えば、幅Ｗを小さくしても、角度θを大きくすれば、集光レンズ５に向けて透過する光量を十分に確保することができる。
【００３２】
放射線硬化性樹脂６０に対する白色顔料の配合比は、成形性、硬化性、反射率（透過率）を考慮して、適宜設定することができる。例えば、白色顔料が多すぎると、基材フィルム４に定着できず、放射線の浸透も難しくなる。そこで、白色顔料の混合比が適切な状態で、反射層６の厚さを適宜設定することで反射率（透過率）を調整することが好ましい。
【００３３】
例えば、ＴｉＯ２からなる白色顔料を、屈折率１．５の放射線硬化性樹脂６０に、１７％混合したとき、上記のような形状の反射層６の透過率は１１％になった。
本発明者が、さらに種々実験したところ、図６のグラフに示すように、透過率の最低値、最大値がそれぞれ曲線３００、３０１で示すような変化を示した。すなわち、層厚が増大するにつれて透過率は減少し、ある程度の層厚で緩やかに減少する。
この結果より、好ましい透過率が１５％であるとすると、反射層６の層厚Ｈは、１０μｍ以上とすればよいことが分かる。
また、層厚の上限は、適宜設定することができるが、さらに厚くしても透過率の減少が緩やかになる。加えて放射線が浸透しにくくなり樹脂量が増えるため、硬化時間が長くなって、製造効率が低下する。また、成形収縮も大きくなって寸法精度が悪くなる。そのため、層厚は２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３４】
なお、光の利用効率は、反射率を考慮するべきであるが、反射率は下地層などに影響されるため、測定の便宜上、透過率で検討した。光吸収率は白色顔料や放射線硬化性樹脂６０の材質で決まるので、実質的に透過率は反射率を規定しているのと同等である。
【００３５】
次に、反射層６が一方の面に形成された基材フィルム４は、光学素子成形部４２に搬送される。光学素子成形部４２では、金型ローラ５１を用いて、第２の成形工程を行う。
金型ローラ５１は、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、ローラ表面に集光レンズ５のレンズ形状に対応するローラ周方向にわたって形成された溝部５１ａが、ローラ軸方向にピッチｐ２で必要な条数形成されたもので、光学素子成形版を構成するものである。
溝部５１ａは、図４（ｃ）に示すように、溝深さｄ、非球面曲率半径Ｒで表される形状に形成されている。ここで、ｐ２、ｄ、Ｒは、成形収縮などを考慮して必要な集光レンズ５の形状、ピッチが得られるように設定する。
金型ローラ５１の軸方向の位置は、集光レンズ５が、開口部３０に対して所定の対向位置に形成されるように、例えば、金型ローラ５１の固定位置などを微調整ネジなどの手段で調整することにより、金型ローラ４８との位置関係を位置合わせしておく。
【００３６】
基材フィルム４は、反射層６が形成されたのと、反対側の他方の面が、巻き付けローラ４５によって金型ローラ５１の外周に巻き付けられ、金型ローラ５１の回転に同期して搬送される（図３参照）。
一方、金型ローラ５１には、巻き付けローラ４５の回転方向上流側において、放射線硬化性樹脂供給部５３によって、各溝部５１ａに放射線硬化性樹脂６１（第２の放射線硬化性樹脂）が供給（塗工）されている。そのため、図７に示すように、各溝部５１ａと基材フィルム４の他方の面との間には、放射線硬化性樹脂６１が充填された状態で回転が進行する。
この状態で、金型ローラ５１に対向して配置された放射線源５２から、放射線硬化性樹脂６１を硬化させる放射線Ｑ２が照射される。放射線Ｑ２は、主として開口部３０から基材フィルム４に入射し、各溝部５１ａ内の放射線硬化性樹脂６１を照射する。このとき、各溝部５１ａは、開口部３０に対向されているので、開口部３０から拡散した光によって、放射線硬化性樹脂６１が硬化される。放射線硬化性樹脂６１は透明な材質のため、開口部３０からでも放射線Ｑ２が浸透しやすいが、未硬化部が残存しないように、十分な光量を照射する。
【００３７】
なお、本工程では、反射層６に対しても放射線Ｑ２が照射される。そのため、放射線Ｑ２が、放射線硬化性樹脂６０、６１のそれぞれを硬化させることができる場合には、第１の成形工程での反射層６の硬化を搬送上必要な最低限の硬化段階にとどめ、第２の成形工程において、放射線硬化性樹脂６１の硬化とともに、放射線硬化性樹脂６０が必要な硬化が完了するようにしてもよい。
この場合、第１の成形工程での硬化進行による成形収縮をさらに低減できるので、第１の成形工程後の寸法変化を抑制でき、より高精度の成形が可能となる。
【００３８】
反射層６が形成された基材フィルム４は、放射線硬化性樹脂６１の硬化が終了した段階で分離ローラ４９によって、金型ローラ５１から分離され、基材フィルム４とともに硬化した集光レンズ５が金型ローラ５１から離型される。
以上で、第２の成形工程が終了する。
【００３９】
こうして成形された光学シート２１は、光学シート巻き取り部４３に搬送され、巻き取りリール５４に巻き取られる。
なお、光学シート２１を、拡散板７に接着する場合には、巻き取りリール５４に巻き取らず、そのまま拡散板７との貼合/接着を行うラインと接続し、次工程へ進めてもよい。
【００４０】
このように、本実施形態の光学シートの製造方法によれば、光学シート製造装置２００で、基材フィルム４を搬送しつつ、第１、第２の成形工程を順次行うことにより、光学シート２１を連続的に製造することができる。
その際、反射層６、集光レンズ５は、この順に、位置合わせされた金型ローラ４８、５１を用いて、基材フィルム４上に成形されるので、それぞれを別体のシートとして製作して貼り合わせるなどの手間をかけることなく、しかも高精度の位置合わせ精度で製造することができる。
本実施形態でも金型ローラ４８、５１の位置関係は調整する必要があるが、反射層６、集光レンズ５の各成形工程が一定条件で連続的に行われるので、位置合わせは初期的に行うのみでよい。
【００４１】
次に、ディスプレイ装置１００の作用について、光学シート２１の作用を中心に説明する。
光源１から出射された光は、導光板２の側面２ａに入射し、一部は光線角度に応じて全反射されて導光板２の延在方向に伝搬し、他は出射面２ｂから光学シート２１に向かって出射され、光学シート２１の背面側が全面的に照明される。
出射面２ｂから出射された光は、開口部３０の範囲では、基材フィルム４に入射して表示画面側に透過し、反射層６の範囲では、反射層６によって背面側に反射される。反射層６の透過率は１５％以下に設定されており、反射層６には白色顔料が分散されているため、若干の吸収成分を除いて例えば８０％を超える程度の光が反射される。
背面側に反射された光は、入射角度に応じて出射面２ｂから導光板２に入射して、照明光として再利用される。出射面２ｂで表面反射される光は、上記と同様に、透過光と再利用される光とに分かれる。
【００４２】
出射面２ｂから開口部３０に向かって出射される光は、種々の方向に広がり角を持って出射されるが、開口部３０によって光束の幅がＷに規制されるとともに、反射層６の間に形成された空気層からより屈折率が大きい基材フィルム４に入射するため、屈折作用により広がり角は狭められる。
そして、基材フィルム４を進んで、開口部３０の対向位置にある集光レンズ５から表示画面側に出射される。このとき、集光レンズ５の焦点位置が、基材フィルム４の開口部３０上の中心線３２の近傍位置に設定されているので、集光レンズ５から出射される光は、集光レンズ５が屈折力を有する方向（図１の左右方向）では集光され、光軸３１に略平行に進む光となる。
この光は、拡散板７で拡散されて、より大きな広がり角を有する光として液晶表示部２２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９ａの偏光状態に応じて、所定の画素領域９ａからの光が表示光として透過され、画像表示が行われる。
【００４３】
ここで、開口部３０からの光が集光レンズ５のＮＡより大きい範囲に出射されると、表示光として用いられず、光量損失が生じたり、他の画素領域９ａに入射して輝度ムラを起こしたりする。そのため、光の利用効率や表示画質を向上するには、開口部３０の幅Ｗは狭い方がよい。ただし、幅Ｗが狭すぎると、集光レンズ５から出射される光の平行性が強くなりすぎ、輝度ムラによるモアレや視野角が狭くなりすぎる原因ともなる。したがって、幅Ｗはこれらを考慮して適宜設定するようにする。
【００４４】
このように、本実施形態の光学シート２１は、白色顔料を用いた反射層６を設けることで、光源の光に利用効率を向上でき、この反射層６を放射線硬化性樹脂による成形によって形成するので、集光レンズ５に対する位置合わせが容易となり、容易に製造することができる。
また、反射層６を放射線硬化性樹脂による成形で形成することにより、反射層６の配列ピッチが、例えば数十μｍ程度の細かいピッチであっても精度よく製造することができるので、ディスプレイ装置の画素ピッチの高密度化に好適なものとなる。
【００４５】
なお、上記の説明では、拡散板７を液晶表示部２２と光学シート２１との間に配置した場合の例で説明したが、光学シート２１の内部に拡散層を設けてもよい。例えば、基材フィルム４と反射層６との間の位置に、拡散層をコーティングや貼り合わせにより設けてもよいし、基材フィルム４または集光レンズ５に光拡散性材料を分散したりすることによって、拡散層を形成してもよい。
【００４６】
また、上記の説明では、光学素子として、集光レンズ５を用いた場合の例で説明したが、例えば、屈折作用により光の進行方向を規制できる光学素子であれば、このようなレンズ素子に限定されるものではない。例えば、プリズムを構成する形状を採用してもよい。
【００４７】
また、上記の説明では、集光レンズ５、反射層６をそれぞれ画素領域９ａの列方向に沿って配置した場合の例で説明した。これによれば、それぞれを成形する金型ローラの形状が簡素となるが、レンズ形状や反射層形状に対応する凹凸部を格子状に配列した金型ローラを用いて、各画素領域９ａに対応した、開口部および集光レンズを形成してもよい。この場合、反射層は、画素領域９ａに対応した矩形状の複数の開口部が格子状に配列された１つのスリット構造によって形成されるものとなる。
【００４８】
また、上記の説明では、反射層を、白色顔料が混合された放射線硬化性樹脂を用いた例で説明したが、必要な反射率特性が得られれば、白色顔料が混合された構成に限定されない。例えば、白色以外の顔料や粒子を混合してもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、ディスプレイ装置として、特にカラー表示の構成について説明しなかったが、例えば、液晶表示部２２と光学シート２１との間などにカラーフィルタを設けるといった周知の構成を付加すれば、カラー表示を行うディスプレイ装置にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学シートのＡ視の様子を示す模式説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法を行うための光学シート製造装置の概略構成を説明する模式説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法に用いる金型ローラの正面図、およびその拡大部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の成形工程を説明する工程説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光学シートの光学素子の成形工程を説明する工程説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の層厚と透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
２ｂ 出射面（光出射面）
４ 基材フィルム（基材）
５ 集光レンズ（光学素子）
６ 反射層
９ａ 画素領域
２０ 光源部
２１ 光学シート
２２ 液晶表示部
２３ バックライトユニット
３０ 開口部（光学的な開口）
４１ 反射層成形部
４２ 光学素子成形部
４７、５２ 放射線源
４８、５１ 金型ローラ
５０、５３ 放射線硬化性樹脂供給部
６０ 放射線硬化性樹脂（第１の放射線硬化性樹脂）
６１ 放射線硬化性樹脂（第２の放射線硬化性樹脂）
１００ ディスプレイ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法に関する。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、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイ装置は、画像信号に応じて各画素のＯＮ／ＯＦＦが制御される液晶表示素子の背面側に、バックライトユニットを配置し、このバックライトユニットからの光を表示光として利用している。このようなＬＣＤは、液晶表示素子の消費電力は小さいが、バックライトユニットでの消費電力が大きくなり、例えば、ラップトップコンピュータや携帯電話などの電池式装置に用いられる場合には、光源の光の利用効率を高めることで装置としての消費電力を低減することが求められている。
そのため、バックライトユニットからの拡散光をある程度集光するため、液晶表示素子とバックライトユニットとの間に、複数のレンズやプリズムなどを有する光学シートが配置されている場合が多い。
例えば、特許文献１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レンズ層が設けられ、該レンズ層焦点面近傍に開口をもつ遮光部または該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をもつ遮光部を有する液晶表示装置が記載されている。
特許文献１には、遮光部を反射層とすることによりさらに光の利用効率を向上できることが示唆されている。
【特許文献１】特開２０００−２８４２６８号公報（図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の従来の光学シートには以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、複数のレンズからなるシート状のレンズ層に、各レンズの焦点位置近傍、すなわちレンズ面の裏面側に遮光部を配置するが、表面側のレンズとの間に位置の不整合が生じた場合、モアレや輝度ムラが発生し、表示光の均一性が低下する。そのため、表裏面でそれぞれ適宜の位置関係に対向して配置すべきレンズと遮光部とのアライメントを正確に取る必要があり、製造の手間がかかるという問題がある。
特許文献１には、遮光部の製造方法、配置方法はまったく記載されていないが、導光板に設ける反射層は、「白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したもの」を採用している。したがって、遮光部もこのような印刷によって形成することが考えられるが、この場合、レンズ層の成形と印刷とが別工程となるため位置合わせが難しいことに加え、複雑な形状のレンズ層は成形後の寸法がばらつきやすいため、印刷の版からのピッチがずれやすくなるものである。
一方、レンズ層と遮光部とを別々に形成して貼り合わせる方法や、レンズ層を形成した後、感光性樹脂層を用いたセルフアライメント法により反射層を形成する方法も考えられるが、前者では貼り合わせ精度の維持が難しく、後者では部材や工程の増加を伴うため、部品コストの増加、歩留まり低下による製造コストの上昇の要因となるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記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、しかも製造が容易な光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光学シートにおいて、光透過性フィルムからなる基材と、該基材の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層と、前記基材の他方の面に形成された複数の光学素子とを備え、前記反射層により、前記複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンが形成されている構成とする。
この発明によれば、光学シートの一方の面に、他方の面に形成された複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンを形成する反射層を設けるので、光源から入射した拡散光のうち、遮光パターンの範囲に入射する光が反射層に反射され光源で再利用される。そのため、光学素子から出射される拡散透過光の利用効率を向上することができる。
また、反射層は、放射線硬化性樹脂によって成形するので、反射層を形成したシートを貼り付けたり、セルフアライメント法によって形成したりする場合に比べて製造が容易となる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記反射層の層厚さが、１０μｍ以上２０μｍ以下である構成とする。
この発明によれば、反射率が良好な反射層を効率よく形成することができる。
反射層が１０μｍより薄いと、透過光成分が増えるため、反射率が低下する。また、反射層が２０μｍより厚いと、放射線が浸透しにくくなるため、成形時間が長くなり、製造効率が低下したり、成形収縮が大きくなって寸法精度が低下する。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の光学シートにおいて、前記反射層の透過率が、１５％以下である構成とする。
この発明によれば、低透過率となるため、光源の光の利用効率をより向上することができる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、バックライトユニットにおいて、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートと、該光学シートの前記反射層を前記光学シートの前記基材との間で挟むように配置された光出射面を有する光源部とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートを用いるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、ディスプレイ装置において、請求項４に記載の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からなる構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートを用いた請求項４のバックライトユニットを用いるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、光学シートの製造方法において、光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する第１の成形工程と、前記基材の他方の面に、前記第１の成形工程で形成された前記反射層の前記光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する第２の成形工程とを備える方法とする。
この発明によれば、第１の成形工程により、光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する。次に、第２の成形工程により、基材の他方の面に、第１の成形工程で形成された反射層の光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する。これにより、請求項１に記載の光学シートを製造することができる。
第１の成形工程では、基材の他方の面に光学素子などの放射線の照射ムラを発生する形状が形成されていないので、第１の放射線硬化性樹脂を迅速かつ均一に硬化させることができる。
そして、第２の成形工程では、基材の他方の面に光学素子を成形する第２の放射線硬化性樹脂を導入する金型を配置し、第１の成形工程で成形された反射層の側から放射線を照射する。放射線は、反射層の光学的開口から入射して第２の放射線硬化性樹脂を硬化させる。このとき、光学素子を成形する金型を、反射層を成形する金型に対して位置合わせして配置することで、光学素子の形成位置を反射層の光学的な開口と良好に位置合わせすることができる。またこのように位置合わせすることで、光学的な開口から入射する放射線が良好に第２の放射線硬化性樹脂内に浸透し、効率的な硬化を促進することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学シート、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置、およびその製造方法によれば、放射線硬化性樹脂によって成形された反射層により光学シートに遮光パターンを形成するので、光源からの光を効率よく取り出すことができ、しかも容易に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
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係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る光学シートのＡ視の様子を示す模式説明図である。なお、各図は模式図のため寸法比などは誇張されている（以下も同じ）。
【００１３】
本実施形態のディスプレイ装置１００は、図１に示すように、光源部２０、光学シート２１、拡散板７、液晶表示部２２がこの順に積層され、図示上側に向けて、液晶表示部２２から、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、平面視矩形状の画像を表示するものである。図１では、端部の約２画素分の構成を示している。
光源部２０と光学シート２１とは、バックライトユニット２３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、下方向を単に背面側と称する場合がある。すなわち、図１の矢印Ａは、光学シート２１を背面側から見る方向を示す。
【００１４】
光源部２０は、本実施形態では、表示画面側に液晶表示部２２の表示画面の範囲を覆う面積の出射面２ｂ（光出射面）を有し、側面２ａから入射された光を延在方向に導光して出射面２ｂから出射する透明な導光板２と、導光板２の側面２ａに隣接して配置され、側面２ａから白色光を入射させる光源１と、導光板２の背面側に近接して配置され、導光板２から出射面２ｂの反対側に出射される光を導光板２側に反射して再入射させる反射フィルム３とからなる。
ただし、光源部２０は、光学シート２１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。
【００１５】
光学シート２１は、導光板２の出射面２ｂから出射される光の一部を集光して表示画面側に透過させ、他の光を導光板２側に反射して導光板２に再入射させるものである。
本実施形態では、光透過性の基材フィルム４の一方の面に反射層６が、他方の面に集光レンズ５がそれぞれ成形されてなる。そして、反射層６が導光板２の出射面２ｂに近接して配置されている。
【００１６】
基材フィルム４は、光源部２０から出射される光の波長に対し光透過性を有する透明材料であって、光学用部材に使用するものを特に制限なく用いることができる。生産効率などを考慮するとプラスチックフィルムを用いることが好ましい。
本実施形態では、取り扱いが容易なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いている。基材フィルム４の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍなどの厚さのものを用いることができる。以下では、一例として、７５μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡社製Ａ４３００）を用いるものとして説明する。
ただし、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート、アクリル−スチレン共重合体、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどの他の樹脂も好適に用いることができる。
【００１７】
反射層６は、本実施形態では、図１、２に示すように、ピッチＰ、幅Ｗのストライプ状の開口部３０（光学的な開口）を有する遮光パターンを形成するもので、それぞれ、幅（Ｐ−Ｗ）、高さＨの略矩形断面が、図１の奥行き方向に延ばされてなる。そのため、開口部３０では、基材フィルム４と導光板２の出射面２ｂとの間には、少なくとも厚さＨの空気層が形成されている。
ピッチＰは、本実施形態では、液晶表示部２２の画素領域９ａ（図２参照）の配列ピッチに一致されている。
反射層６の材料は、良好な反射率が得られれば、適宜の材料で成形することができるが、本実施形態では、放射線硬化性樹脂に白色顔料を混合したものを用いている。
【００１８】
放射線硬化型樹脂としては、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂などが挙げられる。
例えば、ウレタン（メタ）アクリレートおよび／またはエポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーに反応希釈剤、光重合開始剤、光増感剤などが添加された組成物などを用いることができる。
ウレタン（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、例えばエチレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオール類と、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンイソシアネートなどのポリイソシアネート類とを反応させて得ることができる。
エポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロピレンオキサイド付加物の末端グリシジルエーテル、フルオレンエポキシ樹脂などのエポキシ樹脂類と、（メタ）アクリル酸とを反応させて得ることができる。
【００１９】
白色顔料としては、適宜の顔料を採用できるが、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）などを採用することができる。
【００２０】
集光レンズ５は、開口部３０を表示画面側に透過する拡散光を集光するための光学素子である。
本実施形態では、基材フィルム４上の開口部３０の中心線３２（図２参照）に沿って焦点位置が延びるように配置されたシリンドリカルレンズアレイからなる。
集光レンズ５のレンズ形状は、本実施形態では、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形状、例えば、他の非球面、楕円面、球面などを採用してもよい。
【００２１】
このような各集光レンズ５の微細形状は、放射線硬化性樹脂をレンズ金型によって成形することで容易に形成される。集光レンズ５を成形する放射線硬化性樹脂としては、上記に例示したのと同様の樹脂の中から必要な屈折率に応じて適宜選択することができる。ただし、反射層６に用いる樹脂と必ずしも同じである必要はない。
【００２２】
拡散板７は、光学シート２１から表示画面側に出射される光を拡散させ、表示光の輝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ためのものである。例えば、透明材料中に光を散乱させる高屈折率材料を分散させたプラスチック板、プラスチックフィルム、あるいは、表面に光拡散層を形成したガラス板、例えば、フロートガラス、青板ガラス、ＢＫ７などを採用することができる。
【００２３】
液晶表示部２２は、例えば、配向膜、透明電極が形成された２枚の封止基板の間に液晶を封入するなどして構成され、画素領域９ａごとに液晶シャッタを形成する液晶パネル９を、２枚の偏光板８、１０で挟んだものである。
【００２４】
ここで、光学シート２１の製造方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法を行うための光学シート製造装置の概略構成を説明する模式説明図である。図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法に用いる金型ローラの正面図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の拡大部分断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の成形工程を説明する工程説明図である。図６は、本発明の実施形態に係る光学シートの光学素子の成形工程を説明する工程説明図である。図７は、本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の層厚と透過率との関係を示すグラフである。横軸は層厚（μｍ）、縦軸は透過率（％）を示す。
【００２５】
光学シート２１を製造する光学シート製造装置２００は、図３に示すように、フィルム巻き出し部４０、反射層成形部４１、光学素子成形部４２、および光学シート巻き取り部４３が順次配列され、その間で基材フィルム４を連続搬送し、その過程で、反射層６を成形する第１の成形工程と、集光レンズ５を成形する第２の成形工程とを順次行うことができるようになっている。
【００２６】
フィルム巻き出し部４０では、基材フィルム４に用いるＰＥＴフィルム原反が設置されたフィルムリール４４から、ローラ４６を介して、基材フィルム４を巻き出し、反射層成形部４１に搬送する。
なお、巻き出された基材フィルム４は、フィルム巻き出し部４０での搬送過程で、放射線硬化性樹脂の接着性を向上するため、表面改質処理などの適宜の易接着処理を施してもよい。
【００２７】
反射層成形部４１では、金型ローラ４８を用いて、第１の成形工程を行う。
金型ローラ４８は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ローラ表面に反射層６の凸形状に対応するローラ周方向にわたって形成された溝部４８ａが、ローラ軸方向にピッチｐ１で必要な条数形成されたもので、反射層成形版を構成するものである。
溝部４８ａは、図４（ｂ）に示すように、溝深さｈ、溝底部が幅ｗで、溝側面が角度θで径方向外側に開いた台形状とされている。このように、溝部４８ａの溝側面に傾斜を設けることで、成形時の離型性を確保することができる。
【００２８】
反射層成形部４１に搬送された基材フィルム４は、巻き付けローラ４５によって金型ローラ４８の外周に巻き付けられ、金型ローラ４８の回転に同期して搬送される。
一方、金型ローラ４８には、巻き付けローラ４５の回転方向上流側において、放射線硬化性樹脂供給部５０によって、各溝部４８ａに白色顔料を混合した放射線硬化性樹脂６０（第１の放射線硬化性樹脂）が供給（塗工）されている。そのため、図５に示すように、各溝部４８ａと基材フィルム４の一方の面との間には、放射線硬化性樹脂６０が充填された状態で回転が進行する。放射線硬化性樹脂６０の塗工に当たっては、適宜スキージなどを使用すると生産性を向上することができる。
この状態で、金型ローラ４８に対向して配置された放射線源４７から、放射線硬化性樹脂６０を硬化させる放射線Ｑ１が照射される。放射線Ｑ１は、基材フィルム４を透過して、各溝部４８ａ内の放射線硬化性樹脂６０を全面的に照射することができるので、硬化ムラなどを起こすことなく迅速に硬化させることができる。その結果、照射量を必要最低限とすることができ、硬化時の収縮による歪みを最小限に抑えることができる。
【００２９】
基材フィルム４は、放射線硬化性樹脂６０の硬化が終了した段階で分離ローラ４９によって、金型ローラ４８から分離され、基材フィルム４とともに硬化した反射層６が金型ローラ４８から離型される。
この離型後に、適宜ドライヤーなどを用いて反射層６の樹脂の乾燥を行ってもよい。
【００３０】
このようにして、反射層成形部４１で、基材フィルム４に反射層６が成形される。
例えば、基材フィルム４の厚さ７５μｍ、反射層６の配列ピッチＰ＝１４０μｍに対して、光学シート２１の光学特性上、製造上、好適となる値の一例として、成形収縮を無視すれば、溝部４８ａの形状を、ｐ１＝１４０μｍ、ｈ＝１２μｍ、ｗ＝８０μｍ、θ＝５°とすることができる。これにより、高さＨ＝１２μｍの反射層６が、開口部３０の幅Ｗ＝５８μｍを開けて等ピッチで形成される。
ここで、放射線硬化性樹脂６０の成形収縮や、基材フィルム４の収縮などを考慮して、溝部４８ａの形状を設定しておくことは一般の成形の場合と同様である。
【００３１】
なお、溝部４８ａの角度θは、抜き勾配の機能の他に、開口部３０に入射する光の入射角を規制する機能を兼ねることができる。そのため、例えば、離型性などに問題なければ、入射角範囲の必要に応じて、θ＝４５°程度までの間で設定してもよい。例えば、幅Ｗを小さくしても、角度θを大きくすれば、集光レンズ５に向けて透過する光量を十分に確保することができる。
【００３２】
放射線硬化性樹脂６０に対する白色顔料の配合比は、成形性、硬化性、反射率（透過率）を考慮して、適宜設定することができる。例えば、白色顔料が多すぎると、基材フィルム４に定着できず、放射線の浸透も難しくなる。そこで、白色顔料の混合比が適切な状態で、反射層６の厚さを適宜設定することで反射率（透過率）を調整することが好ましい。
【００３３】
例えば、ＴｉＯ２からなる白色顔料を、屈折率１．５の放射線硬化性樹脂６０に、１７％混合したとき、上記のような形状の反射層６の透過率は１１％になった。
本発明者が、さらに種々実験したところ、図６のグラフに示すように、透過率の最低値、最大値がそれぞれ曲線３００、３０１で示すような変化を示した。すなわち、層厚が増大するにつれて透過率は減少し、ある程度の層厚で緩やかに減少する。
この結果より、好ましい透過率が１５％であるとすると、反射層６の層厚Ｈは、１０μｍ以上とすればよいことが分かる。
また、層厚の上限は、適宜設定することができるが、さらに厚くしても透過率の減少が緩やかになる。加えて放射線が浸透しにくくなり樹脂量が増えるため、硬化時間が長くなって、製造効率が低下する。また、成形収縮も大きくなって寸法精度が悪くなる。そのため、層厚は２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３４】
なお、光の利用効率は、反射率を考慮するべきであるが、反射率は下地層などに影響されるため、測定の便宜上、透過率で検討した。光吸収率は白色顔料や放射線硬化性樹脂６０の材質で決まるので、実質的に透過率は反射率を規定しているのと同等である。
【００３５】
次に、反射層６が一方の面に形成された基材フィルム４は、光学素子成形部４２に搬送される。光学素子成形部４２では、金型ローラ５１を用いて、第２の成形工程を行う。
金型ローラ５１は、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、ローラ表面に集光レンズ５のレンズ形状に対応するローラ周方向にわたって形成された溝部５１ａが、ローラ軸方向にピッチｐ２で必要な条数形成されたもので、光学素子成形版を構成するものである。
溝部５１ａは、図４（ｃ）に示すように、溝深さｄ、非球面曲率半径Ｒで表される形状に形成されている。ここで、ｐ２、ｄ、Ｒは、成形収縮などを考慮して必要な集光レンズ５の形状、ピッチが得られるように設定する。
金型ローラ５１の軸方向の位置は、集光レンズ５が、開口部３０に対して所定の対向位置に形成されるように、例えば、金型ローラ５１の固定位置などを微調整ネジなどの手段で調整することにより、金型ローラ４８との位置関係を位置合わせしておく。
【００３６】
基材フィルム４は、反射層６が形成されたのと、反対側の他方の面が、巻き付けローラ４５によって金型ローラ５１の外周に巻き付けられ、金型ローラ５１の回転に同期して搬送される（図３参照）。
一方、金型ローラ５１には、巻き付けローラ４５の回転方向上流側において、放射線硬化性樹脂供給部５３によって、各溝部５１ａに放射線硬化性樹脂６１（第２の放射線硬化性樹脂）が供給（塗工）されている。そのため、図７に示すように、各溝部５１ａと基材フィルム４の他方の面との間には、放射線硬化性樹脂６１が充填された状態で回転が進行する。
この状態で、金型ローラ５１に対向して配置された放射線源５２から、放射線硬化性樹脂６１を硬化させる放射線Ｑ２が照射される。放射線Ｑ２は、主として開口部３０から基材フィルム４に入射し、各溝部５１ａ内の放射線硬化性樹脂６１を照射する。このとき、各溝部５１ａは、開口部３０に対向されているので、開口部３０から拡散した光によって、放射線硬化性樹脂６１が硬化される。放射線硬化性樹脂６１は透明な材質のため、開口部３０からでも放射線Ｑ２が浸透しやすいが、未硬化部が残存しないように、十分な光量を照射する。
【００３７】
なお、本工程では、反射層６に対しても放射線Ｑ２が照射される。そのため、放射線Ｑ２が、放射線硬化性樹脂６０、６１のそれぞれを硬化させることができる場合には、第１の成形工程での反射層６の硬化を搬送上必要な最低限の硬化段階にとどめ、第２の成形工程において、放射線硬化性樹脂６１の硬化とともに、放射線硬化性樹脂６０が必要な硬化が完了するようにしてもよい。
この場合、第１の成形工程での硬化進行による成形収縮をさらに低減できるので、第１の成形工程後の寸法変化を抑制でき、より高精度の成形が可能となる。
【００３８】
反射層６が形成された基材フィルム４は、放射線硬化性樹脂６１の硬化が終了した段階で分離ローラ４９によって、金型ローラ５１から分離され、基材フィルム４とともに硬化した集光レンズ５が金型ローラ５１から離型される。
以上で、第２の成形工程が終了する。
【００３９】
こうして成形された光学シート２１は、光学シート巻き取り部４３に搬送され、巻き取りリール５４に巻き取られる。
なお、光学シート２１を、拡散板７に接着する場合には、巻き取りリール５４に巻き取らず、そのまま拡散板７との貼合/接着を行うラインと接続し、次工程へ進めてもよい。
【００４０】
このように、本実施形態の光学シートの製造方法によれば、光学シート製造装置２００で、基材フィルム４を搬送しつつ、第１、第２の成形工程を順次行うことにより、光学シート２１を連続的に製造することができる。
その際、反射層６、集光レンズ５は、この順に、位置合わせされた金型ローラ４８、５１を用いて、基材フィルム４上に成形されるので、それぞれを別体のシートとして製作して貼り合わせるなどの手間をかけることなく、しかも高精度の位置合わせ精度で製造することができる。
本実施形態でも金型ローラ４８、５１の位置関係は調整する必要があるが、反射層６、集光レンズ５の各成形工程が一定条件で連続的に行われるので、位置合わせは初期的に行うのみでよい。
【００４１】
次に、ディスプレイ装置１００の作用について、光学シート２１の作用を中心に説明する。
光源１から出射された光は、導光板２の側面２ａに入射し、一部は光線角度に応じて全反射されて導光板２の延在方向に伝搬し、他は出射面２ｂから光学シート２１に向かって出射され、光学シート２１の背面側が全面的に照明される。
出射面２ｂから出射された光は、開口部３０の範囲では、基材フィルム４に入射して表示画面側に透過し、反射層６の範囲では、反射層６によって背面側に反射される。反射層６の透過率は１５％以下に設定されており、反射層６には白色顔料が分散されているため、若干の吸収成分を除いて例えば８０％を超える程度の光が反射される。
背面側に反射された光は、入射角度に応じて出射面２ｂから導光板２に入射して、照明光として再利用される。出射面２ｂで表面反射される光は、上記と同様に、透過光と再利用される光とに分かれる。
【００４２】
出射面２ｂから開口部３０に向かって出射される光は、種々の方向に広がり角を持って出射されるが、開口部３０によって光束の幅がＷに規制されるとともに、反射層６の間に形成された空気層からより屈折率が大きい基材フィルム４に入射するため、屈折作用により広がり角は狭められる。
そして、基材フィルム４を進んで、開口部３０の対向位置にある集光レンズ５から表示画面側に出射される。このとき、集光レンズ５の焦点位置が、基材フィルム４の開口部３０上の中心線３２の近傍位置に設定されているので、集光レンズ５から出射される光は、集光レンズ５が屈折力を有する方向（図１の左右方向）では集光され、光軸３１に略平行に進む光となる。
この光は、拡散板７で拡散されて、より大きな広がり角を有する光として液晶表示部２２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９ａの偏光状態に応じて、所定の画素領域９ａからの光が表示光として透過され、画像表示が行われる。
【００４３】
ここで、開口部３０からの光が集光レンズ５のＮＡより大きい範囲に出射されると、表示光として用いられず、光量損失が生じたり、他の画素領域９ａに入射して輝度ムラを起こしたりする。そのため、光の利用効率や表示画質を向上するには、開口部３０の幅Ｗは狭い方がよい。ただし、幅Ｗが狭すぎると、集光レンズ５から出射される光の平行性が強くなりすぎ、輝度ムラによるモアレや視野角が狭くなりすぎる原因ともなる。したがって、幅Ｗはこれらを考慮して適宜設定するようにする。
【００４４】
このように、本実施形態の光学シート２１は、白色顔料を用いた反射層６を設けることで、光源の光に利用効率を向上でき、この反射層６を放射線硬化性樹脂による成形によって形成するので、集光レンズ５に対する位置合わせが容易となり、容易に製造することができる。
また、反射層６を放射線硬化性樹脂による成形で形成することにより、反射層６の配列ピッチが、例えば数十μｍ程度の細かいピッチであっても精度よく製造することができるので、ディスプレイ装置の画素ピッチの高密度化に好適なものとなる。
【００４５】
なお、上記の説明では、拡散板７を液晶表示部２２と光学シート２１との間に配置した場合の例で説明したが、光学シート２１の内部に拡散層を設けてもよい。例えば、基材フィルム４と反射層６との間の位置に、拡散層をコーティングや貼り合わせにより設けてもよいし、基材フィルム４または集光レンズ５に光拡散性材料を分散したりすることによって、拡散層を形成してもよい。
【００４６】
また、上記の説明では、光学素子として、集光レンズ５を用いた場合の例で説明したが、例えば、屈折作用により光の進行方向を規制できる光学素子であれば、このようなレンズ素子に限定されるものではない。例えば、プリズムを構成する形状を採用してもよい。
【００４７】
また、上記の説明では、集光レンズ５、反射層６をそれぞれ画素領域９ａの列方向に沿って配置した場合の例で説明した。これによれば、それぞれを成形する金型ローラの形状が簡素となるが、レンズ形状や反射層形状に対応する凹凸部を格子状に配列した金型ローラを用いて、各画素領域９ａに対応した、開口部および集光レンズを形成してもよい。この場合、反射層は、画素領域９ａに対応した矩形状の複数の開口部が格子状に配列された１つのスリット構造によって形成されるものとなる。
【００４８】
また、上記の説明では、反射層を、白色顔料が混合された放射線硬化性樹脂を用いた例で説明したが、必要な反射率特性が得られれば、白色顔料が混合された構成に限定されない。例えば、白色以外の顔料や粒子を混合してもよい。
【００４９】
また、上記の説明では、ディスプレイ装置として、特にカラー表示の構成について説明しなかったが、例えば、液晶表示部２２と光学シート２１との間などにカラーフィルタを設けるといった周知の構成を付加すれば、カラー表示を行うディスプレイ装置にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学シートのＡ視の様子を示す模式説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法を行うための光学シート製造装置の概略構成を説明する模式説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学シートの製造方法に用いる金型ローラの正面図、およびその拡大部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の成形工程を説明する工程説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光学シートの光学素子の成形工程を説明する工程説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光学シートの反射層の層厚と透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
２ｂ 出射面（光出射面）
４ 基材フィルム（基材）
５ 集光レンズ（光学素子）
６ 反射層
９ａ 画素領域
２０ 光源部
２１ 光学シート
２２ 液晶表示部
２３ バックライトユニット
３０ 開口部（光学的な開口）
４１ 反射層成形部
４２ 光学素子成形部
４７、５２ 放射線源
４８、５１ 金型ローラ
５０、５３ 放射線硬化性樹脂供給部
６０ 放射線硬化性樹脂（第１の放射線硬化性樹脂）
６１ 放射線硬化性樹脂（第２の放射線硬化性樹脂）
１００ ディスプレイ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性フィルムからなる基材と、
該基材の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層と、
前記基材の他方の面に形成された複数の光学素子とを備え、
前記反射層により、前記複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンが形成されていることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記反射層の層厚さが、１０μｍ以上２０μｍ以下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】
前記反射層の透過率が、１５％以下である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】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートと、
該光学シートの前記反射層を前記光学シートの前記基材との間で挟むように配置された光出射面を有する光源部とを備えるバックライトユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の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からなるディスプレイ装置。
【請求項６】
光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する第１の成形工程と、
前記基材の他方の面に、前記第１の成形工程で形成された前記反射層の前記光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する第２の成形工程とを備えることを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項１】
光透過性フィルムからなる基材と、
該基材の一方の面に放射線硬化性樹脂によって成形された反射層と、
前記基材の他方の面に形成された複数の光学素子とを備え、
前記反射層により、前記複数の光学素子の対向位置に光学的な開口を有する遮光パターンが形成されていることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記反射層の層厚さが、１０μｍ以上２０μｍ以下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】
前記反射層の透過率が、１５％以下である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】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学シートと、
該光学シートの前記反射層を前記光学シートの前記基材との間で挟むように配置された光出射面を有する光源部とを備えるバックライトユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の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からなるディスプレイ装置。
【請求項６】
光透過性フィルムからなる基材の一方の面に、第１の放射線硬化性樹脂によって光学的な開口を有する遮光パターンを構成する反射層を成形する第１の成形工程と、
前記基材の他方の面に、前記第１の成形工程で形成された前記反射層の前記光学的開口に対向する位置に、第２の放射線硬化性樹脂によって複数の光学素子を成形する第２の成形工程とを備えることを特徴とする光学シートの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１５９２９５（Ｐ２００８−１５９２９５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４４０５５（Ｐ２００６−３４４０５５）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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