光学部材、面光源装置、及び画像表示装置
【課題】光学部材の単位光学要素形成面とは反対側の裏面に、光学密着防止の為に設けた微小凹凸によるモアレ発生と輝度ムラ発生を共に解消する。また、この光学部材を用いた面光源装置と画像表示装置を提供する。
【解決手段】
光学部材10は、シート状の本体部1と、この一方の面1p上に多数配置された単位光学要素2と、他方の面1q上に形成された微小突条3とを有する。微小突条は多数の開口領域Aを画成し開口領域に対して凸状の網目状パターン3Pから成る。網目状パターンは一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0で、開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンとしてある。面光源装置は、この光学部材を光源の出光面上に載置し、画像表示装置はこの面光源装置の出光面上に画像表示パネルを載置する。
【解決手段】
光学部材10は、シート状の本体部1と、この一方の面1p上に多数配置された単位光学要素2と、他方の面1q上に形成された微小突条3とを有する。微小突条は多数の開口領域Aを画成し開口領域に対して凸状の網目状パターン3Pから成る。網目状パターンは一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0で、開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンとしてある。面光源装置は、この光学部材を光源の出光面上に載置し、画像表示装置はこの面光源装置の出光面上に画像表示パネルを載置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光の進行方向を変化させる光学部材と、この光学部材を用いた面光源装置と、この面光源装置を用いた画像表示装置に関する。特に、単位光学要素形成側とは反対側の面を光学密着防止の為に微凹凸面にしたときに、この微凹凸によるモアレ及び輝度ムラの発生を共に解消できる光学部材と、この光学部材を用いた面光源装置と、この面光源装置を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画像表示装置に用いられる面光源装置は、光源と、光源からの光の進行方向を変化させる複数の光学シート(光学フィルム)と、を備えている。例えば、光学シートとして、光の進行方向を正面方向へ絞り込み、正面方向の正面輝度を向上させる集光シート、光源光を拡散させて光源の像を目立たなくさせる光拡散シート等である。そして、面光源装置は、集光シートと光拡散シートとを適宜組み合わせることで、所望の正面輝度と視野角を実現し且つ光源の像を目立たなくしている。
【0003】
集光シートとしては、線状に延びる単位光学要素をその長手方向に直交する方向に配列(いわゆる線状配列)してなる光学シートが汎用されている。単位光学要素の形状は、その長手方向に直交する断面(主切断面とも言う)において、代表的には、三角形形状、半楕円形状又は半円形状の断面形状を有している。
【0004】
また、光学シートは、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面が、他の光学部材と光学密着するのを防ぐ必要がある。
このため、例えば、特許文献1では、単位光学要素として三角柱単位プリズム等を配列したプリズム面の反対側の裏面に、高さが光源光の波長以上、100μm以下の空隙形成用の微小な突起を多数ランダム配置した光学シートを提案している。裏面を単なる平滑面とせずに、この様な微小突起群を設けておくことで、光学シート裏面に導光板、画像表示パネルなどの他の表面平滑な光学部材を隣接して配置したときに、他の光学部材との光学密着による輝度面内分布の不均一化、干渉縞、光滲潤(wet outとも言う。濡れた滲み状の輝度ムラ)等の不具合を防止することができる。この結果、光学密着による輝度の面内不均一化、干渉縞等を効果的に防げる様になる。また、微小突起群によって、その光拡散作用よる光源像の不可視化効果を付与することもできる。
【0005】
ただ、微小突起群による光拡散作用は、正面輝度を低下させ、画像表示装置に適用したときに画像表示装置の画面が暗くなるという一面も有する。この為、特許文献2では、正面輝度を向上させる為に、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面に、凸状ドットという透明な半球状突起を縦横に配列した光学シートを提案している。透明な半球状突起は集光機能も有することで、正面輝度が向上する。ただ、半球状突起を縦横に一定周期で格子点状に配置すると、半球状突起の配列周期と、液晶パネル等の画素或いは単位プリズムの配列周期とが干渉し、モアレが発生し易い。
【0006】
この様に、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面に配置する微小突起が周期配列されることでモアレが発生するのを防いだ光学シートとして、特許文献3及び特許文献4では、微小突起として、直方体状の微小突起を裏面にランダムに配置することで、モアレが解消し且つ正面輝度が向上する光学シートを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第3518554号公報
【特許文献2】特開平6−102506号公報
【特許文献3】特許第2855510号公報
【特許文献4】特許第2764559号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献3及び特許文献4が提案する、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に、直方体状の微小突起をランダム配置した微小凹凸面とすることで、モアレが解消し且つ正面輝度が向上しても、微小突起のランダム配置の粗密によって輝度ムラが発生することがあった。
【0009】
すなわち、本発明の課題は、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に微小凹凸を設けた光学部材について、該微小凹凸によるモアレ解消と輝度ムラ解消とを両立させることである。また、このモアレ及び輝度ムラを解消した光学部材を用いた面光源装置及び画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
そこで、本発明では、次の様な構成の、光学部材、面光源装置、及び画像表示装置とした。
(1)シート状の本体部と、該本体部の一方の面上に配置された多数の単位光学要素と、該本体部の他方の面上に形成された微小突条とを有し、
該微小突条は、シート状の本体部のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域を画成する網目状パターンから成り、該網目状パターンは一つの分岐点から延びる境界線分の数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含み、該微小突条が該網目状パターンの部分で前記開口領域に対して凸形状である、光学部材。
(2)光源と、該光源の出光面上に載置した上記(1)の光学部材とを備える、面光源装置。
(3)上記(2)の面光源装置と、該面光源装置の出光面上に載置した画像表示パネルとを備える、画像表示装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、単位光学要素によって光線を進行方向を変化させる光学部材にて、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に形成した、本発明特有の周期性を持たない微小突条からなる微小凹凸面によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着を防止できる。したがって、モアレ解消と輝度ムラ解消とを両立させて光学密着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明による光学部材の一実施形態を説明する斜視図。
【図2】単位光学要素の形状を例示する断面図。
【図3】網目状パターンの平面視形状の一例を示す平面図。
【図4】網目状パターンに、繰返周期が存在しないことを説明する平面図。
【図5】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図6】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図7】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図8】決定された母点群の分散の程度を絶対座標系と相対座標系で説明する図。
【図9】決定された母点からボロノイ図を作成して網目状パターンを決定する方法を示す図。
【図10】網目状パターンが光学部材における微小突条の形成面の寸法の1/3以上の大きさの単位パターン領域として繰り返された一例を示す平面図。
【図11A】本発明の光学部材の微小突条を構成する網目状パターンを示す平面図。
【図11B】画像表示パネルの画素配列を示す平面図。
【図11C】図11Aと図11Bとを重ねた状態を示す平面図。
【図12】規則的パターンを有する光学部材(A)と、画像表示パネルの画素配列(B)と、これらを重ねた状態(C)を示す平面図。
【図13】微小突条を構成する網目状パターンの主切断面形状の各種例を示す断面図。
【図14】本発明による面光源装置の形態例を示す断面図。
【図15】本発明による画像表示装置の一形態を例示する断面図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、説明上の都合に応じて適宜、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。
【0014】
[A]用語の定義:
以下に、本発明において用いる主要な用語について、その定義をここで説明しておく。
【0015】
「シート面」とは、シート状の光学部材10を全体的かつ大局的に見た場合において光学部材10の平面方向と一致する面(凹凸面の場合は包絡面にも相当)のことを意味する。また、この場合、「シート面」は、本体部1の「一方の面1p」或いは「他方の面1q」と平行な面でもある。
本体部1の「一方の面1p」は、単位光学要素2で隙間なく埋め尽くされたときは、面としては実在しない仮想的な面となる。
光学部材10の単位光学要素2を有する側の面を示すときは「光学要素面」と呼び、この反対側の面であり網目状パターン3Pからなる微小突条3を有する側の面を「裏面」と呼ぶ。
「主切断面形状」とは、光学部材10のシート面に立てた法線に平行な断面のうち、注目する要素に延在方向が存在する場合に、その延在方向に直交する断面として定義される「主切断面」に於ける形状のことを意味する。
単に「断面」乃至は「断面形状」というときの「断面」とは、シート状の光学部材10のシート面に立てた法線に平行な断面のことを意味する。
「平面視形状」とは、光学部材10のシート面に平行な面に於ける形状のことを意味する。言い換えると、「平面視形状」とは、光学部材10をシート面に立てた法線の方向から見た形状のことを意味する。
【0016】
「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光が、光学部材10の入光面又は出光面においてスネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。したがって、例えば、本体部1の他方の面1qの十点平均粗さRz(JISB0601:1994年版)が最短の可視光波長(0.38μm)以下となっていれば、十分、平滑に該当する。
「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
【0017】
[B]光学部材:
先ず、本発明による光学部材を、図1の斜視図で示す一実施形態例を参照して説明する。
【0018】
図1(A)及び(B)の一実施形態例で例示する本発明の光学部材10は、シート状の本体部1の一方の面1pに、多数の単位光学要素2が規則的な配列で配置されており、前記本体部1の他方の面1qには、本発明固有の網目状パターン3Pからなる微小突条3が設けられている。
同図の実施形態例においては、前記単位光学要素2は主切断面形状が二等辺三角形で、その底辺を本体部1側とする形状の単位三角柱プリズムである。
前記微小突条3を構成する網目状パターン3Pは、シート状の本体部1のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから構成され、境界線分Lは、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しない領域を有するパターンとなっている。前記開口領域Aの面、つまり他方の面1qは平滑面である。
この為、網目状パターン3Pからなる微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着を防止できる。
【0019】
以下、本発明による光学部材を、構成要素毎に更に詳述する。
【0020】
《本体部》
本体部1は、単位光学要素2及び微小突条3を支持する透明な部材であり、樹脂シートの様な有機系部材の他、ガラス、セラミックスなどの無機系部材でも良い。これらは用途に応じて公知の透明な部材から適宜選択すれば良い。例えば、有機系部材として、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、シクロオレフィン重合体などのポリオレフィン系樹脂、トリアセチルセルロースなどのセルロース系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などからなる樹脂シートを用いることができる。
本体部1は、「シート状」であるが、「シート」とは前記定義欄で述べたとおり、フィルムや板も含む概念であり、厚みや剛性によって区別されるものではない。例えば、本体部1の厚みは25μm〜5mmである。
【0021】
本体部1の一方の面1pが、単位光学要素2を有する面であり、本体部1の他方の面1qが微小突条3を有する面である。一方の面1pと他方の面1qとは、通常、互いに平行な面となる。
本体部1の一方の面1pは単位光学要素2で埋め尽くされるときは露出しない仮想的な面であり、本体部1の他方の面1qは、開口領域Aが現実の露出面となる実在する面である。
【0022】
《単位光学要素》
単位光学要素2は本体部1の一方の面1pに対して凸なる形状を有し、該一方の面1pに、多数、一次元配置又は二次元配置され光の進行方向を変化させる透明な光学要素である。この様な単位光学要素2としては、従来公知の各種形状のものを用いることができる。例えば、一次元配置される単位光学要素2としては、柱状単位プリズム、柱状単位レンズ等の柱状単位光学要素があり、これら各柱状単位光学要素の延在方向(稜線方向)と直交する方向(図1(A)に於いては左右方向)に規則的又は不規則的に配列させる。こ配列を一次元配置と呼称する。二次元配置される単位光学要素2としては、四角錘等の錐体状単位プリズム、半球状単位レンズ等の突起状単位光学要素がある。これら各突起状単位光学要素をシート面内の2方向(例えば、XY面内に於けるX方向及びY方向)に規則的又は不規則的に配列させる。この配列を二次元配置と呼称する。
ここで、プリズムとは表面(空気との接触面)が平面の組み合わせからなる光学要素、レンズとは表面が単一の曲面乃至は複数の曲面の組み合わせからなる光学要素を意味する。
単位光学要素2は、その表面が平面と曲面との組み合わせからなる光学要素でも良く、この場合は平面の部分はプリズムとして機能し、曲面の部分はレンズとして機能する。
【0023】
[一次元配置される単位光学要素]
上記一次元配置される柱状単位プリズムとしては、主切断面形状が三角形{図2(1)参照}の三角柱単位プリズムが代表的であるが、この他、主切断面形状が、五角形{図2(2)参照}、六角形などの多角柱単位プリズムでも良い。
上記一次元配置される柱状単位レンズとしては、表面部分の主切断面形状が円又は楕円の一部を成す形状{図2(3)参照}の円柱状単位レンズが代表的であるが、この他、表面部分の主切断面形状が、放物線、双曲線、サイクロイド、カージオイド、正規分布曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円関数曲線(sn関数、cn関数)、ベッセル関数曲線、ランキンの卵型曲線、等の一部を成す連続して滑らかな曲線からなる曲面柱単位レンズでも良い。
【0024】
[二次元配置される単位光学要素]
上記二次元配置される錐体状単位プリズムとしては、断面形状が三角形{図2(1)参照}の円錐体又は角錐体単位プリズムが代表的であるが、この他、断面形状が台形の円錐台又は角錐台単位プリズムでも良い。
錐体状単位プリズムの一方の面1pに接する底面の形状は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、円、楕円等の滑らかな連続曲線形状などである。
上記二次元配置される半球状単位レンズとしては、表面部分の断面形状が円又は楕円の一部を成す形状{図2(3)参照}が代表的であるが、この他、放物線、双曲線、サイクロイド、カージオイド、正規分布曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円関数曲線(sn関数、cn関数)、ベッセル関数曲線、ランキンの卵型曲線、等の一部を成す形状でも良い。
半球状単位レンズの一方の面1pに接する底面の形状は、例えば、円、楕円等の滑らかな連続曲線形状、或いは、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形などである。
【0025】
[変形形状]
単位光学要素2は、断面又は底面形状が変形されたものもあり得る。例えば、断面の三角形の頂点両側の両斜辺の片方又は両方を、外側又は内側に折れ曲げたり、外側又は内側に湾曲させたりした形状{図2(4)参照}、三角形の頂点近傍を湾曲させて丸みを帯びさせた形状(図示略)などである。
図2(1)〜図2(4)に例示の単位光学要素2は、本体部1の一方の面1pに対して凸なる形状であるが、例えば単位光学要素2がレンズである場合で言えば凸レンズの他に凹レンズの様に凹形状{図2(5)参照}でも良い。
【0026】
[配置の様式]
一次元配置される単位光学要素2は、直線状に延びる柱状の単位光学要素2では、直線状に延びる延在方向を互いに平行にして、通常、シート面内の一方向に対して一定の周期で配列される。また、柱状の単位光学要素2は、延びる方向は、シート面に立てた法線方向から見たときの平面視形状が、円形状や波形状など曲線、折れ線などあっても良い。
二次元配置される単位光学要素2は、通常、規則格子状に一定の周期で配列される。
一次元配置及び二次元配置の場合も共に、配置は一定の周期を有する規則的な配列以外に、不規則的な配置でも良い。
【0027】
単位光学要素2は、レンズ要素の単位光学要素2とプリズム要素の単位光学要素2とが混在して配置されていても良い。
単位光学要素2は、一次元配置される単位光学要素2と、二次元配置される単位光学要素2とが混在して配置されていても良い。
単位光学要素2は、多数配置されるとき、全て同じ形状同じ寸法のものを配置することもあるが、異なる形状、異なる寸法のものを配置することもある。
不規則性を、形状、寸法、配置の1以上に導入することで、他の部材が規則性パターンを有するときに、その規則性パターンと干渉してモアレが生じるのを防ぐことができる。
【0028】
[寸法]
単位光学要素2の寸法は、単位三角柱プリズムである場合で示せば、例えば、一方の面1pに接する底辺が10〜100μm、高さが10〜100μm、頂角の角度は80〜120°、配列周期は10〜100μmである。
【0029】
以上、単位光学要素2の各種形状及び配置は、集光乃至は光拡散などの要求される光学機能、及び材料の収差等の光学性能に基づいて、適宜選択される。
【0030】
《微小突条》
微小突条3は、シート状の本体部1のシート面に垂直な法線方向から見たときに、その平面視形状が、多数の開口領域Aを画成する網目状パターン3Pから成り、該網目状パターン3Pは特定の形状で前記開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含んでいる。図1(B)、図3、図4、及び図11Aに図示の形態については、全領域が、該開口領域Aが繰返周期を持たないパターンからなっている。この網目状パターン3Pを有する微小突条3が断面形状に於いて、該網目状パターン3Pの部分で前記開口領域Aに対して凸形状となっている。
【0031】
[網目状パターンとこれにより画成される開口領域]
網目状パターン3Pは、図3に示す如く、二つの分岐点Bの間を延びて開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから形成され、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが、3.0≦N<4.0、つまり、3.0以上で4.0未満であり、且つ、前記境界線分Lで画成された前記開口領域Aに繰返周期を持つ方向が存在しない形状となっている。
【0032】
さらに、微小突条3が有する網目状パターン3Pについて、図3および図9を主として参照しながら、網目状パターン3Pを、シート状の光学部材10のシート面への法線方向から観察した場合における平面視形状で、説明する。
【0033】
図3および図9に示すように、網目状パターン3Pのライン部Ltは、多数の分岐点Bを含んでいる。網目状パターン3Pのライン部Ltは、両端において分岐点Bを形成する多数の境界線分Lから構成されている。すなわち、網目状パターン3Pのライン部Ltは、二つの分岐点Bの間を延びる多数の境界線分Lから構成されている。そして、分岐点Bにおいて、境界線分Lが接続されていくことにより、開口領域Aが画成されている。言葉を換えて言うと、境界線分Lで囲繞され、区画されて1つの閉領域としての開口領域Aが画成されている。
【0034】
なお、図3および図9に示すように、ライン部Ltが境界線分Lのみから構成されているため、開口領域Aの内部に延び入るライン部Ltは存在しない。このような態様によれば、光学部材10に十分な低いヘイズと高い正面輝度とを同時に付与することを効果的に実現することできる。
【0035】
一方、モアレの発生を防止するため、本実施形態による光学部材10が有する網目状パターン3Pでは、開口領域Aが繰返周期を有する直線方向が存在しないようになっている領域を含む。モアレを確実に解消する為には、網目状パターン3Pの全領域がこのような領域のみから構成されていることが好ましい。本実施形態はこの様な構成からなる。本件発明者らは、鋭意研究を重ねた結果として、単に網目状パターン3Pのパターンを不規則化するのではなく、網目状パターン3Pの開口領域Aが一定の規則性を持った繰返周期で並べられた方向が存在しないように網目状パターン3Pのパターンを画成することにより、微小突起を周期的配列した構成の光学部材と周期的画素配列を有する画像表示パネル30とを重ねた際に生じ得るモアレを、極めて効果的に目立たなくさせることが出来ると判明した。
【0036】
(繰返周期の不存在)
図4は、網目状パターン3Pで画成される多数の開口領域Aに、繰返周期が存在しないことを説明するXY平面に平行なシート面に於ける平面図である。このシート面の面内において、任意に方向を向く任意の位置に一本の仮想的な直線diが選ばれている。
この一本の直線diは、境界線分Lと交差し交差点が形成される。この交差点を、図面では図面左下から順に、交差点c1,c2,c3,・・・・・,c8として図示してある。隣接する交差点、例えば、交差点c1と交差点c2との距離が、前記或る一つの開口領域Aの直線di上での寸法t1である。次に、開口領域Aに直線di上で隣接する別の開口領域Aについても、同様に、直線di上での寸法t2が定まる。そして、任意方向で任意位置の直線diについて、直線diと交差する境界線分Lとから、任意方向で任意位置の直線diと遭遇する多数の開口領域Aについて、該直線di上における寸法として、t1,t2,t3,・・・・・・,t8が定まる。そして、t1,t2,t3,・・・・・・,t8の数値の並びには、周期性が存在しない。
図4では、このt1,t2,t3,・・・・・・,t8は、判り易い様に図面下方に、直線diと共に網目状パターン3Pとは分離して描いてある。
この直線diを図4で図示のものから任意の角度回転させて別の方向について各開口領域Aの寸法t1,t2,・・を求めると、やはり図4の場合と同様、直線di方向に対して繰返し周期性は見られない。即ち、このt1,t2,t3,・・・・・・,t8の数値の並びの様に、境界線分Lで画成された開口領域Aには繰返周期を持つ方向が存在しない。
【0037】
さらに、本実施形態による光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pでは、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっている。このように一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっている場合、網目状パターン3Pの配列パターンを、図12(A)に示された正方格子パターン(N=4.0)から大きく異なるパターンとすることができる。また、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0<N<4.0となっている場合には、ハニカム配列(N=3.0)からも大きく異なるパターンとすることができる。そして、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nを3.0≦N<4.0とした場合、開口領域Aの配列を不規則化して、開口領域Aが繰返周期を持って並べられた方向が安定して存在しないようにすることが可能となり、その結果、モアレを極めて効果的に目立たなくさせることが可能となることが、確認された。
【0038】
なお、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nは、厳密には、網目状パターン3P内に含まれる全ての分岐点Bについて、延び出す境界線分Lの数を調べてその平均値を算出することになる。ただし、実際的には、ライン部Ltによって画成された一つ当たりの開口領域Aの大きさ等を考慮した上で、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の全体的な傾向を反映し得ると期待される面積を持つ一区画(例えば、後述の寸法例で開口領域Aが形成されている網目状パターン3Pにおいては、10mm×10mmの部分)に含まれる分岐点Bについて延び出す境界線分Lの数を調べてその平均値を算出し、算出された値を当該網目状パターン3Pについての一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nとして取り扱うようにしてもよい。
【0039】
実際に、図3に示された光学部材10の微小突条3を構成する網目状パターン3Pでは、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0<N<4.0となっている。一例を挙げると、図3の網目状パターン3Pの場合、合計387個の分岐点Bについて計測したところ、境界線分Lが3本の分岐点Bが373個、境界線分Lが4本の分岐点Bが14個であり(分岐する境界線分Lの数が5個以上の分岐点は0個)、分岐点Bから出る境界線分Lの平均本数(平均分岐数)は3.04個であった。
【0040】
(モアレ発生状況)
そして、図11Cには、図3及び図11Aに示された光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pを、図11Bに示された画像表示パネル30に於ける典型的な画素配列上に重ねた状態が示されている。図11Cからも理解され得るように、図3及び図11Aに示された網目状パターン3Pを実際に作製して画像表示パネル30の画素配列上に配置した場合、視認され得る程度の縞状の模様、すなわちモアレ(干渉縞)は発生しなかった。
なお、これら図面では、網目状パターン3Pはそのパターンが判り易い様に、黒く誇張して描いてあるが、実物は無色透明な物である。
【0041】
ここで、図11Bで示された画像表示パネル30の画素配列は、画像表示パネル30に於ける典型的な画素配列である。図11Bに示す様に、この画像表示パネル30では、一つの画素Pは、赤色に発光する副画素(サブピクセル)RPと、緑色に発光する副画素GPと、青色に発光する副画素BPと、から構成されている。すなわち、画像表示パネル30はカラーで画像を形成することができる。図11Bに示された例は、いわゆるストライプ配列として、画素Pが形成されている。すなわち、赤色に発光する副画素RP、緑色に発光する副画素GPおよび青色に発光する副画素BPは、それぞれ、一つの方向(図11Bでは縦方向)に連続して並べられている。一方、赤色に発光する副画素RP、緑色に発光する副画素GPおよび青色に発光する副画素BPは、当該一つの方向に直交する方向(図11Bでは横方向)に、一つずつ、順に並べられている。なお、図11Bは、画像表示パネル30の画像形成面(出光面、即ち画面)への法線方向、言い換えると、画像表示パネル30のパネル面への法線方向から当該画像表示パネル30を観察した状態で、画素Pの配列を示している。
【0042】
一方、網目状パターン3Pで画成される開口領域Aが所定の繰返周期で配列している場合のモアレ発生を例示するのが図12である。同図でも、網目状パターン3Pはそのパターンが判り易い様に、黒く描いてある。
【0043】
図12(A)に図示したものは、正方格子状パターンで形成され、縦横方向に所定の周期で配列した繰返周期パターン53Pから構成される微小突条53を有した光学部材であり、本発明の光学部材10とは異なるものである。また、図12(C)には、図12(A)に示された繰返周期を有する光学部材50の繰返周期パターン53Pを、図12(B)に示された画像表示パネル30(図11Bで示したものと同じである)に於ける典型的な画素配列上に重ねた状態が示されている。図12(A)、図12(B)及び図12(C)からも理解され得るように、繰返周期パターン53Pからなる微小突条53が画像表示パネル30の画素配列上に配置されると、微小突条53を構成する繰返周期パターン53Pの規則的パターンと画素の規則的パターンとの干渉によって、明暗の筋(図12(C)に示された例では、左上から右下に延びている明暗の筋)が視認されるようになる。
【0044】
なお、図12(A)および図12(C)に示された例では、繰返周期パターン53Pによって形成された正方格子の配列方向が、画素Pの配列方向に対して、数度傾斜している。この傾斜角をバイアス角(度)と呼称する。このような傾斜は、一般的に、モアレを目立たなくさせるものとして広く用いられている手法である。但し、図12(C)に縞状模様が視認されることからも理解され得るように、モアレ発生の程度は単にバイアス角のみで決まる訳では無く、この他、画素P及び繰返周期パターン53Pの繰返周期比、繰返周期パターン53Pの線幅等の要因にも依存する。繰返周期パターン53Pのバイアス角のみでモアレを解消しようとすると、画像表示パネル30の設計仕様毎に応じてバイアス角の異なる光学部材を用意する必要が有る。
【0045】
(網目状パターンのパターン形状の作成方法)
ここで、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0であり且つ開口領域Aが一定の規則性を持った繰返周期で並べられた直線方向が存在しない網目状パターン3Pのパターンを作製する方法の一例を以下に説明する。
【0046】
ここで説明する方法は、母点を決定する工程と、決定された母点からボロノイ図を作成する工程と、ボロノイ図における一つのボロノイ境界によって結ばれる二つのボロノイ点の間を延びる境界線分Lの経路を決定する工程と、決定された経路の太さを決定して各境界線分Lを画定して網目状パターン3P(ライン部Lt)のパターンを決定する工程と、を有している。以下、各工程について順に説明していく。なお、上述した図3に示されたパターンは、実際に以下に説明する方法で決定されたパターンである。
【0047】
まず、母点を決定する工程について説明する。最初に、図5に示すように、絶対座標系O−X−Y(この座標系O−X−Yは普通の2次元平面であるが、後述の相対座標と区別する為、頭に「絶対」を付記する)の任意の位置に一つ目の母点(以下、「第1の母点」と呼ぶ)BP1を配置する。次に、図6に示すように、第1の母点BP1から距離rだけ離れた任意の位置に第2の母点BP2を配置する。言い換えると、第1の母点BP1を中心として絶対座標系XY上に位置する半径rの円の円周(以下、「第1の円周」と呼ぶ)上の任意の位置に、第2の母点BP2を配置する。次に、図7に示すように、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つ第2の母点BP2から距離r以上離れた任意の位置に、第3の母点BP3を配置する。その後、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つその他の母点BP2,BP3から距離r以上離れた任意の位置に、第4の母点を配置する。
【0048】
このようにして、次の母点を配置することができなくなるまで、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に母点を配置していく。その後、第2の母点BP2を基準にしてこの作業を続けていく。すなわち、第2の母点BP2から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に、次の母点を配置する。第2の母点BP2を基準にして、次の母点を配置することができなくなるまで、第2の母点BP2から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に母点を配置していく。その後、基準となる母点を順に変更して、同様の手順で母点を形成していく。
【0049】
以上の手順で、網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に母点を配置することができなくなるまで、母点を配置していく。網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に母点を配置することができなくなった際に、母点を作製する工程が終了する。ここまでの処理により、2次元平面(XY平面)に於いて不規則的に配置された母点群が、網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に一様に分散した状態となる。
【0050】
このような工程で2次元平面(XY平面)内に分布された母点群BP1、BP2、・・、BP6(図8(A)参照)について、個々の母点間の距離は一定では無く分布を有する。但し、任意の隣接する2母点間の距離Rの分布は完全なランダム分布(一様分布)でも無く、平均値RAVGを挾んで上限値RMAXと下限値RMINとの間の範囲ΔR=RMAX−RMINの中で分布している。なお、ここで、隣接する2母点であるが、母点群BP1、BP2、・・からボロノイ図を作成した後、2つのボロノイ領域XAが隣接していた場合に、その2つのボロノイ領域XAの母点同士が隣接していると定義する。
【0051】
即ち、ここで説明した母点群について、各母点を原点とする座標系(相対座標系o−x−yと呼称し、一方、現実の2次元平面を規定する座標系を絶対座標系O−X−Yと呼称する)上に、原点に置いた母点と隣接する全母点をプロットした図8(B)、図8(C)、・・等のグラフを全母点について求める。そして、これら全部の相対座標系上の隣接母点群のグラフを、各相対座標系の原点oを重ね合わせて表示すると、図8(D)の如きグラフが得られる。この相対座標形上での隣接母点群の分布パターンは、母点群を構成する任意の隣接する2母点間の距離が0から無限大迄の一様分布では無く、原点oからの距離がRAVG−ΔRからRAVG+ΔR迄の有限の範囲(半径RMINからRMAX迄のドーナツ形領域)内に分布していることを意味する。
【0052】
以上の様にして、各母点間の距離を設定することによって、該母点群から以下に説明する方法で得られるボロノイ領域XA、更には、これから得られる開口領域Aの外接円直径(乃至は開口領域Aの面積)の分布についても、一様分布(完全ランダム)では無く、有限の範囲内に分布したものとなる。
この様に構成することにより、網目状パターン3Pを目視した際の濃淡(明暗)ムラが、より一層、効果的に解消する。網目状パターン3Pの目視時の濃淡ムを、実質上、目視不能とし、且つ網目状パターン3Pの非周期性によるモアレ防止性とも両立する為には、開口領域Aの外接円直径D(開口領域Aの大きさ)の最大値をDMAX、最小値をDMINとしたときに、当該外接円直径の分布範囲ΔD=DMAX−DMINがDの平均値DAVGに対して、
0.1≦ΔD/DAVG≦0.6
より好ましくは、
0.2≦ΔD/DAVG≦0.4
とする。
【0053】
なお、以上の母点を決定する工程において、距離rの大きさを変化させることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを調節することができる。具体的には、距離rの大きさを小さくすることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを小さくすることができ、逆に距離rの大きさを大きくすることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを大きくすることができる。
【0054】
次に、図9に示すように、配置された母点を基準にして、ボロノイ図を作成する。図9に示すように、ボロノイ図とは、隣接する2つの母点BP、BP間に垂直二等分線を引き、その各二等分線同士の交点で結ばれた線分で構成される図である。ここで、二等分線の線分をボロノイ境界XBと呼び、ボロノイ境界XBの端部をなすボロノイ境界XB同士の交点をボロノイ点XPと呼び、ボロノイ境界XBに囲まれた領域をボロノイ領域XAと呼ぶ。
【0055】
図9のように作成されたボロノイ図において、各ボロノイ点XPが、網目状パターン3Pの分岐点Bをなすようにする。そして、一つのボロノイ境界XBの端部をなす二つのボロノイ点XPの間に、一つの境界線分Lを設ける。この際、境界線分Lは、図3に示された例のように二つのボロノイ点XPの間を直線状に延びるように決定してもよいし、あるいは、他の境界線分Lと接触しない範囲で二つのボロノイ点XPの間を種々の経路(例えば、円(弧)、楕円(弧)、抛物線、双曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円函数曲線、ベッセル関数曲線等の曲線状、折れ線状等の経路)で延びるようにしてもよい。なお、境界線分Lは、図3に示された例のように二つのボロノイ点XPの間を直線状に延びるように決定した場合、各ボロノイ境界XBが、境界線分Lを画成するようになる。
【0056】
各境界線分Lの経路を決定した後、各境界線分Lの線幅(太さ)を決定する。境界線分Lの線幅は、微小突条3が光学密着防止効果と共に、光学部材10の本来の光学特性を損なわない様に、決定される。以上のようにして、網目状パターン3Pのパターンを決定することができる。
【0057】
以上のような本実施形態によれば、光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pが、二つの分岐点Bの間を延びて開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから形成されており、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっており、且つ、開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないようになっている。この結果、規則的(周期的)に画素Pが配列された画像表示パネル30に、この光学部材10を重ねたとしても、縞状の模様(モアレ、干渉縞)が視認され得る程度に発生することを効果的に防止することができる。
【0058】
(単位パターン領域としての繰返し)
さらに、上述した実施形態では、光学部材10中の微小突条3の全領域において、該微小突条3が有する網目状パターン3Pによって画成される開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないようになっている例を説明した。しかしながら、図10の様に、その内部に於いて微小突条3が有する網目状パターン3Pの全領域が、複数の開口領域Aが、所定の繰返周期のないパターンで配列されている領域(単位パターン領域S)を複数集合して網目状パターン3Pの全領域が構成されているようにしてもよい。即ち、この形態に於いては、網目状パターン3Pの全領域中に、局所的に見たときに、同一パターンで開口領域群が配列されてなる単位パターン領域Sを2箇所以上含むようになる。この場合、特定方向について、一定周期で4箇所以上の繰返しが無ければ、単位パターン領域S同士の繋ぎ目は実質上目立ち難く、無視し得る。もちろん、単位パターン領域S中でモアレも濃淡ムラも生じていない。この例において、一つの単位パターン領域S内における網目状パターン3Pのパターンは、例えば、図5〜図9を参照しながら説明したパターン作成方法と同様にして作成することができる。
特に最近では、画像表示パネル30の大型化が進んでおり、この様な大画面の画像表示パネル30に対しては、微小突条3が有する網目状パターン3Pが、複数の単位パターン領域Sの配列から構成されていて、且つ各々の単位パターン領域S内に於いては互いに同一のパターンで開口領域Aが配列されている構成とした複数の単位パターン領域Sを含む形態とした方が、網目状パターン3Pのパターン作成を格段に容易化することが可能となる点において好ましい。
【0059】
なお、特に一種類の単位パターン領域Sを図10に示す様に縦横に複数配置する例においては、特定方向(図面縦方向と横方向の2方向)で単位パターン領域Sとしての繰返しが存在する。図10の実施形態に於いては、横方向に繰返周期SP2、縦方向に繰返周期SP1を以って単位パターン領域Sが繰り返される。この条件下では、特定方向に於ける単位パターン領域Sの寸法をLsとし、該特定方向に延びる任意の直線dj上において単位パターン領域Sが寸法Ls内に開口領域AをN個有するとき、直線dj上の或る開口領域Aに注目すると、直線dj上では開口領域Aの個数がN個分だけ離れた位置には、全く同じ寸法tj及び形状の開口領域Aが常に存在するという規則性を有する。しかし、この規則性は、単位パターン領域Sとしての繰返周期(前記で言えば寸法Lsがその繰返周期に該当する)に基づくものであり、開口領域Aとしての繰返周期ではなく、各単位パターン領域S内に於いて開口領域Aが繰返周期を上記特定方向に持つことではない。また、単位パターン領域Sとしての繰返周期は、ディスプレイパネルの画素配列の配列周期に対して寸法が例えば1000倍以上異なる為に、モアレが発生する様な近い寸法関係にない。
【0060】
なお、図10に示された例では、光学部材10が、同一の形状を有した六つの単位パターン領域Sに分割され、各単位パターン領域S内で微小突条3が有する網目状パターン3Pが同一に構成されている。そして、六つの単位パターン領域Sは、図10の縦方向(図の上下方向)に繰返周期SP1で三つの領域が並ぶとともに、図10の横方向に二つの領域が並ぶように配列されている。
【0061】
[微小突条を構成する網目状パターンの主切断面形状]
微小突条3が有する網目状パターン3Pの主切断面形状は、光学密着を防止できる形状であれば特に限定はない。例えば、図13の断面図の如くの形状を選び、微小突条3の主切断面形状をレンズ又はプリズム形状とし、且つその寸法(底辺幅及び突出高さ)を光源光の可視光線スペクトルの最長波長以上(通常は、多少余裕を見込んで5μm以上)として、レンズ又はプリズムとしても機能させる様に設計すれば、光源光を拡散又は集光させて、正面輝度の向上や視野角の拡大の機能も付与することが出来る。中、図13(1)は長方形(含む正方形)、図13(2)は台形、図13(3)は円又は楕円の一部、図13(4)は三角形、図13(5)は三角形や台形の斜辺が外側に向かって凸形状に変調された形状(図は三角形の場合)、この他、図示は省くが、五角形、六角形などである。図面は概念的なものであり、断面形状の角は製造上の造形精度や形状耐久性などを勘案して、丸みを帯びていることがある。
【0062】
[微小突条の寸法]
網目状パターン3Pを構成する微小突条3の寸法は、網目状パターン3Pを構成する境界線分Lの線幅で1〜100μm程度である。微小突条3の高さは、光学部材10の本体部1と隣接する表面平滑な他の光学部材との光学密着(による不具合)防止性の点からは、光源光中の可視光線スペクトルの最短波長0.38μm以上とする必要が有り、より好ましくは、光源光中の可視光線スペクトルの最長波長0.78μm以上とする。又、100μmを超えても光学密着防止効果は既に飽和している上、微小突条3が視認され易くなる、破損し易くなる等の不具合を生じる。よって、これらの兼ね合いから、微小突条3の本体部からの好ましい突出高さは、1〜100μm程度である。境界線分Lの線幅は、網目状パターン3Pの全領域にて同一とする必要はない。
網目状パターン3Pが画成する開口領域1Aの寸法は、開口領域1Aを内接する外接円の直径にて5〜5000μm、好ましくは10〜500μm程度である。
【0063】
[微小突条の材料]
微小突条3は、透明材料から構成すれば良く、該透明材料としては基本的には特に制限はなく、樹脂材料、或いは本体部が特に無機材料であるときはガラスやセラミックス等の無機材料を用いても良い。なかでも、樹脂材料は、形成が容易な点で好ましい。該透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂でも良いが、固化が迅速などの点で、好ましくは、硬化性樹脂、それも、紫外線や電子線で硬化する電離放射線硬化性樹脂を用いるのが良い。電離放射線硬化性樹脂としては、アクリレート系、エポキシ系、ポリエステル系などの樹脂が挙げられる。
【0064】
《単位光学要素及び微小突条の本体部への形成法》
単位光学要素2を本体部1の一方の面1pに形成する方法、及び微小突条3を本体部1の他方の面1qに形成する方法は、特に限定されない。成形法など公知の各種形成方法を適宜採用して形成することができる。
【0065】
[単位光学要素]
単位光学要素2は、本体部1との界面となる一方の面1pにおいては、一方の面1pを透過する透過光に対して積極的に光学的作用を機能させる必要はない。この為、単位光学要素2は本体部1と一体的に成形することもできる。
本体部1の一方の面1pは仮想的な面であるから、本体部1の一方の面1pの外側(単位光学要素2側)と内側とは、同じ材料から構成されても良いし、異なる材料から構成されても良い。
【0066】
この様に、本体部1の一方の面1p上に単位光学要素2を形成するための成形法としては、例えば、下記の成形法乃至は成形型を利用して成形できる。この成形型の型面には、単位光学要素2とは逆凹凸形状の凹凸が形成されている。
【0067】
a)円筒状の成形型の型面に未硬化では液状の電離放射線硬化性樹脂を塗布後、塗布面に樹脂シートを押し付けた後、型面上で樹脂を硬化させ、その後樹脂シートを剥がして該硬化性樹脂面に賦型する賦型法、
b)円筒状の成形型と押圧ロール間にTダイ等から押し出した溶融樹脂を供給して該成形型面で樹脂を冷却固化することによって、成形する溶融押出成形法、
c)射出成形法、
d)加熱された成形型と金属板や金属ロール間に樹脂を挟んで加熱加圧し、冷却固化後離型する熱プレス法、
e)成形型に樹脂を積層後、成形型を剥がして樹脂面に型面の形状を転写する転写法。
【0068】
(本体部1の構成と一方の面1p)
上記成形法の説明にて、樹脂シートと樹脂材料とを用いる場合で説明すると、上記a)賦型法などの方法によれば、樹脂材料を成形型と樹脂シートとの間の全面に介在させることで、樹脂シートは成形型の型面に接触していない状態で、樹脂材料を硬化させて単位光学要素2を樹脂シート上に成形することもできる。この結果、本体部1は、樹脂シートとシート状に硬化した樹脂材料とから構成されるようになる。また、樹脂シートが成形型の型面に接触している状態で、樹脂材料を硬化させて単位光学要素2を樹脂シート上に成形することもでき、この場合は、本体部1は、樹脂シートのみから構成されるようになる。従って、一方の面1pとは、後者の場合は樹脂シートの表面となり、前者の場合は、硬化した樹脂材料の内部の仮想的な面となる。
【0069】
[微小突条]
微小突条3は、本体部1の他方の面1q上に、開口領域Aに対して凸形状となる網目状パターン3Pを呈する平面視形状の光学要素として形成される。開口領域Aは露出面であり、本体部1の他方の面1qそれ自体とすることができ、また通常、他方の面1qそれ自体である。
微小突条3は、本体部1との界面となる他方の面1qにおいては、他方の面1qを透過する透過光に対して積極的に光学的作用を機能させる必要はない。この為、微小突条3は本体部1と一体的に成形することもできる。
【0070】
この様な微小突条3は、上記した単位光学要素2を本体部1を一方の面1p上に形成する成形方法で述べたと同様の方法で形成することができる。すなちわ、成形型として、その型面を微小突条3とは逆凹凸形状の凹凸が形成された型を用いる。この際、微小突条3の方が単位光学要素2よりも通常は高さが小さいので、微小突条3を先に形成してから、微小突条3を形成した樹脂シートなど本体部1とする部材に対して、単位光学要素2を形成するのが、単位光学要素2の形状が崩れない点で好ましい。ただ、両方の成形型を用意し、樹脂シートに対して一回のパスで樹脂シートの表裏の夫々に、微小突条3と単位光学要素2とを連続して成形することも可能である。
尚、微小突条3と本体部1とは、同じ材料から構成されても良いし、異なる材料から構成されても良い。
【0071】
微小突条3は、成形法以外の形成方法として、印刷法によって形成しても良い。印刷法では、微小突条3を構成する網目状パターン3Pに対応する画線を印刷する。印刷法では、樹脂材料をインク化したものを用いる。印刷法としては、凹版印刷、シルクスクリーン印刷、オフセット印刷、活版印刷、インクジェット印刷等、公知の印刷法を採用できる。
【0072】
《変形形態》
本光学部材10は、上記した実施形態及び構成以外に、例えば下記の様に、更にその他の構成要素を加えた形態としても良い。
【0073】
本体部1が、一方の面1pと他方の面1qとの間に光拡散層を有してもよい。光拡散層は、光拡散剤をマトリックス中に分散した層として形成することができる。光拡散層は一方の面1p或いは他方の面1qに接していても良い。光拡散層により、光拡散機能を付与できる。
光学部材10の入光面とする部分の面に、直下の層よりも相対的に低屈折率の低屈折率層からなる反射防止層を形成しても良い。反射防止層によって、光学部材10への入射光の反射損失を低減できる。
光学部材10は帯電防止層を有していてもよい。帯電防止層は、本体部1、単位光学要素2、微小突条3のいずれか1以上を兼用することもできる。帯電防止層によって光学部材10に帯電防止機能が付与され、埃等の異物付着を低減し、光学特性への悪影響を抑制できる。
【0074】
また、上記した実施形態に於いては、光学部材10の本体部1の他方の面1qの全領域が、開口領域Aが繰返周期を有する方向が存在しない網目状パターン3Pのみから構成されていた。
しかしながら、画像表示パネルの画素や単位光学要素の周期的配列とのモアレが実質上無視し得る範囲内であるならば、一部、開口領域Aが一定の繰返周期で配列する方向が存在するような網目状パターン3Pを採用しても良い(勿論、この様な特定方向以外は、開口領域Aが一定の繰返周期で配列しないと共に、本発明のこの他要件は具備する)。本発明の網目状パターン3Pには、このような形態も包含する。
【0075】
[C]面光源装置:
本発明による面光源装置は、光源と、該光源の出光面上に載置した上記本発明の光学部材10と、を少なくとも備える。
本発明による面光源装置を、図14(A)に例示する一実施形態例の面光源装置100を参照して説明する。本実施形態による面光源装置100では、光源20と、この光源20の平面状の出光面20a上に隣接して配置された光学部材10とを備える。光学部材10は、図1等で例示した本発明の光学部材10である。
光学部材10が光源20の出光面20aに接して配置されていても、光学部材10が備える微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着が防止される。
【0076】
本実施形態例では、光源20は、出光面20aが平面状となる面光源であり、この面光源の光源20としては、公知の光源を採用できる。
例えば、発光源として、面状発光体の電界発光パネル(ELパネル)を用いれば、そのまま面光源の光源20として用いることができる。また、発光源として、線状発光体の冷陰極管、点状発光体の発光ダイオード(LED)を用いるときは、導光板、光拡散板、光反射板などを適宜組み合わせて、出光面20aが平面状となる様に、エッジライト(サイドライト)型又は直下型として光源20構成する。言い換えると、この場合、光源20は光源モジュールとも言える。
【0077】
出光面20aが仮想的な面(例えば、直下型の面光源で発光体から光学部材10に至る部分に空間を有する場合など)であるときは光学密着が生じない。したがって、本光学部材10によるモアレ及び輝度ムラを共に防いで光学密着を防止する効果は、出光面20aが中実の物体と空気との界面となる実在の面を有する光源20に対してである。
【0078】
面光源装置100は、光源20及び光学部材10以外に、更にその他の部材を備えていても良く、その他の部材としては、面光源装置における公知の各種部材を適宜採用することができる。その他の部材の例を挙げれば、偏光分離フィルム等の輝度向上フィルム、光拡散フィルム、偏光フィルム、位相差フィルム等である。
【0079】
面光源装置100としては、光学部材10の光源20に対する向きは、図14(A)の様に、微小突条3側を光源20側とする向きでも良いが、これとは逆に、図14(B)の様に、単位光学要素2側を光源20側とする向きでも良い。後者の場合は、面光源装置100上に載置する画像表示パネル等の光学部材との光学密着防止を、モアレ及び輝度ムラ発生を防ぎつつ防止することができる。
これらの図面において、図面上方の面光源装置100としての出光面側が、画像表示パネルが配置されその画像の観察者V側となる。
また、光学部材10は一枚の配置の他、2枚など複数枚を重ねて配置してもよい。複数枚配置することで、例えば、単位光学要素2が柱状単位光学要素であり光学特性がシート面方向で方向性を有する場合に、複数の方向にその方向性を有する光学特性を配することができる。
【0080】
[D]画像表示装置:
本発明による画像表示装置は、上記の本発明による面光源装置100と、該面光源装置100の出光面上に載置した画像表示パネルとを少なくとも備える。
本発明による画像表示装置を、図15に例示する一実施形態例の画像表示装置1000を参照して説明する。図15に例示する画像表示装置1000は、上記した様な光学部材10を備える面光源装置100と、この面光源装置100の出光面100a上に配置された画像表示パネル30とを備える、表示装置である。本画像表示装置1000は、面光源装置100及び画像表示パネル30以外に、筐体(キャビネット)、入出力部品等の他、画像表示装置の用途に応じて、例えば、テレビジョン受像機の場合はチューナ等の、公知の各種部品を備える。これらのその他の構成要素は、特に制限はなく、用途に応じたものとなる。
【0081】
画像表示パネル30は、液晶パネルなどの透過型で画像を表示可能な表示パネルである。画像表示パネル30としては、ディスプレイ駆動回路等の各種回路、該駆動回路とディスプレイパネル本体間の配線、これらを一体化するシャーシ、フレーム、タッチパネル等を含んでいても良い。従って、画像表示パネル30は、「ディスプレイモジュール」乃至は「パネルモジュール」等と呼ぶこともできる。
【0082】
この様な構成の画像表示装置1000とすることによって、その面光源装置100には上記光学部材10が使用されているので、画像の観察者V側から画像表示装置1000を見たときに、該光学部材10が備える微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着が防止された装置となる。
【0083】
[E]用途:
本発明による光学部材10は、面光源装置用の光学部材として好適であり、この光学部材10を備える面光源装置100は、透過型表示装置のバックライトとして好適であり、この面光源装置100を備える画像表示装置1000は、テレビジョン受像機、測定機器や計器類、事務用機器、医療機器、電算機器、電話機、電子看板、遊戯機器、デジタルフォトフレーム等の画像表示装置として好適である。
【符号の説明】
【0084】
1 本体部
1p 一方の面
1q 他方の面
2 単位光学要素
3 微小突条
3P 網目状パターン
10 光学部材
20 光源
20a 出光面
30 画像表示パネル
100 面光源装置
100a 出光面
1000 画像表示装置
A 開口領域
B 分岐点
BP 母点
L 境界線分
Lt ライン部(境界線分の集合)
S 単位パターン領域
V 観察者
【技術分野】
【0001】
本発明は、光の進行方向を変化させる光学部材と、この光学部材を用いた面光源装置と、この面光源装置を用いた画像表示装置に関する。特に、単位光学要素形成側とは反対側の面を光学密着防止の為に微凹凸面にしたときに、この微凹凸によるモアレ及び輝度ムラの発生を共に解消できる光学部材と、この光学部材を用いた面光源装置と、この面光源装置を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画像表示装置に用いられる面光源装置は、光源と、光源からの光の進行方向を変化させる複数の光学シート(光学フィルム)と、を備えている。例えば、光学シートとして、光の進行方向を正面方向へ絞り込み、正面方向の正面輝度を向上させる集光シート、光源光を拡散させて光源の像を目立たなくさせる光拡散シート等である。そして、面光源装置は、集光シートと光拡散シートとを適宜組み合わせることで、所望の正面輝度と視野角を実現し且つ光源の像を目立たなくしている。
【0003】
集光シートとしては、線状に延びる単位光学要素をその長手方向に直交する方向に配列(いわゆる線状配列)してなる光学シートが汎用されている。単位光学要素の形状は、その長手方向に直交する断面(主切断面とも言う)において、代表的には、三角形形状、半楕円形状又は半円形状の断面形状を有している。
【0004】
また、光学シートは、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面が、他の光学部材と光学密着するのを防ぐ必要がある。
このため、例えば、特許文献1では、単位光学要素として三角柱単位プリズム等を配列したプリズム面の反対側の裏面に、高さが光源光の波長以上、100μm以下の空隙形成用の微小な突起を多数ランダム配置した光学シートを提案している。裏面を単なる平滑面とせずに、この様な微小突起群を設けておくことで、光学シート裏面に導光板、画像表示パネルなどの他の表面平滑な光学部材を隣接して配置したときに、他の光学部材との光学密着による輝度面内分布の不均一化、干渉縞、光滲潤(wet outとも言う。濡れた滲み状の輝度ムラ)等の不具合を防止することができる。この結果、光学密着による輝度の面内不均一化、干渉縞等を効果的に防げる様になる。また、微小突起群によって、その光拡散作用よる光源像の不可視化効果を付与することもできる。
【0005】
ただ、微小突起群による光拡散作用は、正面輝度を低下させ、画像表示装置に適用したときに画像表示装置の画面が暗くなるという一面も有する。この為、特許文献2では、正面輝度を向上させる為に、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面に、凸状ドットという透明な半球状突起を縦横に配列した光学シートを提案している。透明な半球状突起は集光機能も有することで、正面輝度が向上する。ただ、半球状突起を縦横に一定周期で格子点状に配置すると、半球状突起の配列周期と、液晶パネル等の画素或いは単位プリズムの配列周期とが干渉し、モアレが発生し易い。
【0006】
この様に、単位光学要素が形成された面とは反対側の裏面に配置する微小突起が周期配列されることでモアレが発生するのを防いだ光学シートとして、特許文献3及び特許文献4では、微小突起として、直方体状の微小突起を裏面にランダムに配置することで、モアレが解消し且つ正面輝度が向上する光学シートを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第3518554号公報
【特許文献2】特開平6−102506号公報
【特許文献3】特許第2855510号公報
【特許文献4】特許第2764559号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献3及び特許文献4が提案する、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に、直方体状の微小突起をランダム配置した微小凹凸面とすることで、モアレが解消し且つ正面輝度が向上しても、微小突起のランダム配置の粗密によって輝度ムラが発生することがあった。
【0009】
すなわち、本発明の課題は、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に微小凹凸を設けた光学部材について、該微小凹凸によるモアレ解消と輝度ムラ解消とを両立させることである。また、このモアレ及び輝度ムラを解消した光学部材を用いた面光源装置及び画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
そこで、本発明では、次の様な構成の、光学部材、面光源装置、及び画像表示装置とした。
(1)シート状の本体部と、該本体部の一方の面上に配置された多数の単位光学要素と、該本体部の他方の面上に形成された微小突条とを有し、
該微小突条は、シート状の本体部のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域を画成する網目状パターンから成り、該網目状パターンは一つの分岐点から延びる境界線分の数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含み、該微小突条が該網目状パターンの部分で前記開口領域に対して凸形状である、光学部材。
(2)光源と、該光源の出光面上に載置した上記(1)の光学部材とを備える、面光源装置。
(3)上記(2)の面光源装置と、該面光源装置の出光面上に載置した画像表示パネルとを備える、画像表示装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、単位光学要素によって光線を進行方向を変化させる光学部材にて、単位光学要素形成面とは反対側の裏面に形成した、本発明特有の周期性を持たない微小突条からなる微小凹凸面によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着を防止できる。したがって、モアレ解消と輝度ムラ解消とを両立させて光学密着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明による光学部材の一実施形態を説明する斜視図。
【図2】単位光学要素の形状を例示する断面図。
【図3】網目状パターンの平面視形状の一例を示す平面図。
【図4】網目状パターンに、繰返周期が存在しないことを説明する平面図。
【図5】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図6】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図7】網目状パターンを設計する方法において、母点を決定する方法を示す図。
【図8】決定された母点群の分散の程度を絶対座標系と相対座標系で説明する図。
【図9】決定された母点からボロノイ図を作成して網目状パターンを決定する方法を示す図。
【図10】網目状パターンが光学部材における微小突条の形成面の寸法の1/3以上の大きさの単位パターン領域として繰り返された一例を示す平面図。
【図11A】本発明の光学部材の微小突条を構成する網目状パターンを示す平面図。
【図11B】画像表示パネルの画素配列を示す平面図。
【図11C】図11Aと図11Bとを重ねた状態を示す平面図。
【図12】規則的パターンを有する光学部材(A)と、画像表示パネルの画素配列(B)と、これらを重ねた状態(C)を示す平面図。
【図13】微小突条を構成する網目状パターンの主切断面形状の各種例を示す断面図。
【図14】本発明による面光源装置の形態例を示す断面図。
【図15】本発明による画像表示装置の一形態を例示する断面図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、説明上の都合に応じて適宜、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。
【0014】
[A]用語の定義:
以下に、本発明において用いる主要な用語について、その定義をここで説明しておく。
【0015】
「シート面」とは、シート状の光学部材10を全体的かつ大局的に見た場合において光学部材10の平面方向と一致する面(凹凸面の場合は包絡面にも相当)のことを意味する。また、この場合、「シート面」は、本体部1の「一方の面1p」或いは「他方の面1q」と平行な面でもある。
本体部1の「一方の面1p」は、単位光学要素2で隙間なく埋め尽くされたときは、面としては実在しない仮想的な面となる。
光学部材10の単位光学要素2を有する側の面を示すときは「光学要素面」と呼び、この反対側の面であり網目状パターン3Pからなる微小突条3を有する側の面を「裏面」と呼ぶ。
「主切断面形状」とは、光学部材10のシート面に立てた法線に平行な断面のうち、注目する要素に延在方向が存在する場合に、その延在方向に直交する断面として定義される「主切断面」に於ける形状のことを意味する。
単に「断面」乃至は「断面形状」というときの「断面」とは、シート状の光学部材10のシート面に立てた法線に平行な断面のことを意味する。
「平面視形状」とは、光学部材10のシート面に平行な面に於ける形状のことを意味する。言い換えると、「平面視形状」とは、光学部材10をシート面に立てた法線の方向から見た形状のことを意味する。
【0016】
「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光が、光学部材10の入光面又は出光面においてスネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。したがって、例えば、本体部1の他方の面1qの十点平均粗さRz(JISB0601:1994年版)が最短の可視光波長(0.38μm)以下となっていれば、十分、平滑に該当する。
「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
【0017】
[B]光学部材:
先ず、本発明による光学部材を、図1の斜視図で示す一実施形態例を参照して説明する。
【0018】
図1(A)及び(B)の一実施形態例で例示する本発明の光学部材10は、シート状の本体部1の一方の面1pに、多数の単位光学要素2が規則的な配列で配置されており、前記本体部1の他方の面1qには、本発明固有の網目状パターン3Pからなる微小突条3が設けられている。
同図の実施形態例においては、前記単位光学要素2は主切断面形状が二等辺三角形で、その底辺を本体部1側とする形状の単位三角柱プリズムである。
前記微小突条3を構成する網目状パターン3Pは、シート状の本体部1のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから構成され、境界線分Lは、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しない領域を有するパターンとなっている。前記開口領域Aの面、つまり他方の面1qは平滑面である。
この為、網目状パターン3Pからなる微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着を防止できる。
【0019】
以下、本発明による光学部材を、構成要素毎に更に詳述する。
【0020】
《本体部》
本体部1は、単位光学要素2及び微小突条3を支持する透明な部材であり、樹脂シートの様な有機系部材の他、ガラス、セラミックスなどの無機系部材でも良い。これらは用途に応じて公知の透明な部材から適宜選択すれば良い。例えば、有機系部材として、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、シクロオレフィン重合体などのポリオレフィン系樹脂、トリアセチルセルロースなどのセルロース系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などからなる樹脂シートを用いることができる。
本体部1は、「シート状」であるが、「シート」とは前記定義欄で述べたとおり、フィルムや板も含む概念であり、厚みや剛性によって区別されるものではない。例えば、本体部1の厚みは25μm〜5mmである。
【0021】
本体部1の一方の面1pが、単位光学要素2を有する面であり、本体部1の他方の面1qが微小突条3を有する面である。一方の面1pと他方の面1qとは、通常、互いに平行な面となる。
本体部1の一方の面1pは単位光学要素2で埋め尽くされるときは露出しない仮想的な面であり、本体部1の他方の面1qは、開口領域Aが現実の露出面となる実在する面である。
【0022】
《単位光学要素》
単位光学要素2は本体部1の一方の面1pに対して凸なる形状を有し、該一方の面1pに、多数、一次元配置又は二次元配置され光の進行方向を変化させる透明な光学要素である。この様な単位光学要素2としては、従来公知の各種形状のものを用いることができる。例えば、一次元配置される単位光学要素2としては、柱状単位プリズム、柱状単位レンズ等の柱状単位光学要素があり、これら各柱状単位光学要素の延在方向(稜線方向)と直交する方向(図1(A)に於いては左右方向)に規則的又は不規則的に配列させる。こ配列を一次元配置と呼称する。二次元配置される単位光学要素2としては、四角錘等の錐体状単位プリズム、半球状単位レンズ等の突起状単位光学要素がある。これら各突起状単位光学要素をシート面内の2方向(例えば、XY面内に於けるX方向及びY方向)に規則的又は不規則的に配列させる。この配列を二次元配置と呼称する。
ここで、プリズムとは表面(空気との接触面)が平面の組み合わせからなる光学要素、レンズとは表面が単一の曲面乃至は複数の曲面の組み合わせからなる光学要素を意味する。
単位光学要素2は、その表面が平面と曲面との組み合わせからなる光学要素でも良く、この場合は平面の部分はプリズムとして機能し、曲面の部分はレンズとして機能する。
【0023】
[一次元配置される単位光学要素]
上記一次元配置される柱状単位プリズムとしては、主切断面形状が三角形{図2(1)参照}の三角柱単位プリズムが代表的であるが、この他、主切断面形状が、五角形{図2(2)参照}、六角形などの多角柱単位プリズムでも良い。
上記一次元配置される柱状単位レンズとしては、表面部分の主切断面形状が円又は楕円の一部を成す形状{図2(3)参照}の円柱状単位レンズが代表的であるが、この他、表面部分の主切断面形状が、放物線、双曲線、サイクロイド、カージオイド、正規分布曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円関数曲線(sn関数、cn関数)、ベッセル関数曲線、ランキンの卵型曲線、等の一部を成す連続して滑らかな曲線からなる曲面柱単位レンズでも良い。
【0024】
[二次元配置される単位光学要素]
上記二次元配置される錐体状単位プリズムとしては、断面形状が三角形{図2(1)参照}の円錐体又は角錐体単位プリズムが代表的であるが、この他、断面形状が台形の円錐台又は角錐台単位プリズムでも良い。
錐体状単位プリズムの一方の面1pに接する底面の形状は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、円、楕円等の滑らかな連続曲線形状などである。
上記二次元配置される半球状単位レンズとしては、表面部分の断面形状が円又は楕円の一部を成す形状{図2(3)参照}が代表的であるが、この他、放物線、双曲線、サイクロイド、カージオイド、正規分布曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円関数曲線(sn関数、cn関数)、ベッセル関数曲線、ランキンの卵型曲線、等の一部を成す形状でも良い。
半球状単位レンズの一方の面1pに接する底面の形状は、例えば、円、楕円等の滑らかな連続曲線形状、或いは、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形などである。
【0025】
[変形形状]
単位光学要素2は、断面又は底面形状が変形されたものもあり得る。例えば、断面の三角形の頂点両側の両斜辺の片方又は両方を、外側又は内側に折れ曲げたり、外側又は内側に湾曲させたりした形状{図2(4)参照}、三角形の頂点近傍を湾曲させて丸みを帯びさせた形状(図示略)などである。
図2(1)〜図2(4)に例示の単位光学要素2は、本体部1の一方の面1pに対して凸なる形状であるが、例えば単位光学要素2がレンズである場合で言えば凸レンズの他に凹レンズの様に凹形状{図2(5)参照}でも良い。
【0026】
[配置の様式]
一次元配置される単位光学要素2は、直線状に延びる柱状の単位光学要素2では、直線状に延びる延在方向を互いに平行にして、通常、シート面内の一方向に対して一定の周期で配列される。また、柱状の単位光学要素2は、延びる方向は、シート面に立てた法線方向から見たときの平面視形状が、円形状や波形状など曲線、折れ線などあっても良い。
二次元配置される単位光学要素2は、通常、規則格子状に一定の周期で配列される。
一次元配置及び二次元配置の場合も共に、配置は一定の周期を有する規則的な配列以外に、不規則的な配置でも良い。
【0027】
単位光学要素2は、レンズ要素の単位光学要素2とプリズム要素の単位光学要素2とが混在して配置されていても良い。
単位光学要素2は、一次元配置される単位光学要素2と、二次元配置される単位光学要素2とが混在して配置されていても良い。
単位光学要素2は、多数配置されるとき、全て同じ形状同じ寸法のものを配置することもあるが、異なる形状、異なる寸法のものを配置することもある。
不規則性を、形状、寸法、配置の1以上に導入することで、他の部材が規則性パターンを有するときに、その規則性パターンと干渉してモアレが生じるのを防ぐことができる。
【0028】
[寸法]
単位光学要素2の寸法は、単位三角柱プリズムである場合で示せば、例えば、一方の面1pに接する底辺が10〜100μm、高さが10〜100μm、頂角の角度は80〜120°、配列周期は10〜100μmである。
【0029】
以上、単位光学要素2の各種形状及び配置は、集光乃至は光拡散などの要求される光学機能、及び材料の収差等の光学性能に基づいて、適宜選択される。
【0030】
《微小突条》
微小突条3は、シート状の本体部1のシート面に垂直な法線方向から見たときに、その平面視形状が、多数の開口領域Aを画成する網目状パターン3Pから成り、該網目状パターン3Pは特定の形状で前記開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含んでいる。図1(B)、図3、図4、及び図11Aに図示の形態については、全領域が、該開口領域Aが繰返周期を持たないパターンからなっている。この網目状パターン3Pを有する微小突条3が断面形状に於いて、該網目状パターン3Pの部分で前記開口領域Aに対して凸形状となっている。
【0031】
[網目状パターンとこれにより画成される開口領域]
網目状パターン3Pは、図3に示す如く、二つの分岐点Bの間を延びて開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから形成され、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが、3.0≦N<4.0、つまり、3.0以上で4.0未満であり、且つ、前記境界線分Lで画成された前記開口領域Aに繰返周期を持つ方向が存在しない形状となっている。
【0032】
さらに、微小突条3が有する網目状パターン3Pについて、図3および図9を主として参照しながら、網目状パターン3Pを、シート状の光学部材10のシート面への法線方向から観察した場合における平面視形状で、説明する。
【0033】
図3および図9に示すように、網目状パターン3Pのライン部Ltは、多数の分岐点Bを含んでいる。網目状パターン3Pのライン部Ltは、両端において分岐点Bを形成する多数の境界線分Lから構成されている。すなわち、網目状パターン3Pのライン部Ltは、二つの分岐点Bの間を延びる多数の境界線分Lから構成されている。そして、分岐点Bにおいて、境界線分Lが接続されていくことにより、開口領域Aが画成されている。言葉を換えて言うと、境界線分Lで囲繞され、区画されて1つの閉領域としての開口領域Aが画成されている。
【0034】
なお、図3および図9に示すように、ライン部Ltが境界線分Lのみから構成されているため、開口領域Aの内部に延び入るライン部Ltは存在しない。このような態様によれば、光学部材10に十分な低いヘイズと高い正面輝度とを同時に付与することを効果的に実現することできる。
【0035】
一方、モアレの発生を防止するため、本実施形態による光学部材10が有する網目状パターン3Pでは、開口領域Aが繰返周期を有する直線方向が存在しないようになっている領域を含む。モアレを確実に解消する為には、網目状パターン3Pの全領域がこのような領域のみから構成されていることが好ましい。本実施形態はこの様な構成からなる。本件発明者らは、鋭意研究を重ねた結果として、単に網目状パターン3Pのパターンを不規則化するのではなく、網目状パターン3Pの開口領域Aが一定の規則性を持った繰返周期で並べられた方向が存在しないように網目状パターン3Pのパターンを画成することにより、微小突起を周期的配列した構成の光学部材と周期的画素配列を有する画像表示パネル30とを重ねた際に生じ得るモアレを、極めて効果的に目立たなくさせることが出来ると判明した。
【0036】
(繰返周期の不存在)
図4は、網目状パターン3Pで画成される多数の開口領域Aに、繰返周期が存在しないことを説明するXY平面に平行なシート面に於ける平面図である。このシート面の面内において、任意に方向を向く任意の位置に一本の仮想的な直線diが選ばれている。
この一本の直線diは、境界線分Lと交差し交差点が形成される。この交差点を、図面では図面左下から順に、交差点c1,c2,c3,・・・・・,c8として図示してある。隣接する交差点、例えば、交差点c1と交差点c2との距離が、前記或る一つの開口領域Aの直線di上での寸法t1である。次に、開口領域Aに直線di上で隣接する別の開口領域Aについても、同様に、直線di上での寸法t2が定まる。そして、任意方向で任意位置の直線diについて、直線diと交差する境界線分Lとから、任意方向で任意位置の直線diと遭遇する多数の開口領域Aについて、該直線di上における寸法として、t1,t2,t3,・・・・・・,t8が定まる。そして、t1,t2,t3,・・・・・・,t8の数値の並びには、周期性が存在しない。
図4では、このt1,t2,t3,・・・・・・,t8は、判り易い様に図面下方に、直線diと共に網目状パターン3Pとは分離して描いてある。
この直線diを図4で図示のものから任意の角度回転させて別の方向について各開口領域Aの寸法t1,t2,・・を求めると、やはり図4の場合と同様、直線di方向に対して繰返し周期性は見られない。即ち、このt1,t2,t3,・・・・・・,t8の数値の並びの様に、境界線分Lで画成された開口領域Aには繰返周期を持つ方向が存在しない。
【0037】
さらに、本実施形態による光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pでは、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっている。このように一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっている場合、網目状パターン3Pの配列パターンを、図12(A)に示された正方格子パターン(N=4.0)から大きく異なるパターンとすることができる。また、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0<N<4.0となっている場合には、ハニカム配列(N=3.0)からも大きく異なるパターンとすることができる。そして、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nを3.0≦N<4.0とした場合、開口領域Aの配列を不規則化して、開口領域Aが繰返周期を持って並べられた方向が安定して存在しないようにすることが可能となり、その結果、モアレを極めて効果的に目立たなくさせることが可能となることが、確認された。
【0038】
なお、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nは、厳密には、網目状パターン3P内に含まれる全ての分岐点Bについて、延び出す境界線分Lの数を調べてその平均値を算出することになる。ただし、実際的には、ライン部Ltによって画成された一つ当たりの開口領域Aの大きさ等を考慮した上で、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の全体的な傾向を反映し得ると期待される面積を持つ一区画(例えば、後述の寸法例で開口領域Aが形成されている網目状パターン3Pにおいては、10mm×10mmの部分)に含まれる分岐点Bについて延び出す境界線分Lの数を調べてその平均値を算出し、算出された値を当該網目状パターン3Pについての一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nとして取り扱うようにしてもよい。
【0039】
実際に、図3に示された光学部材10の微小突条3を構成する網目状パターン3Pでは、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0<N<4.0となっている。一例を挙げると、図3の網目状パターン3Pの場合、合計387個の分岐点Bについて計測したところ、境界線分Lが3本の分岐点Bが373個、境界線分Lが4本の分岐点Bが14個であり(分岐する境界線分Lの数が5個以上の分岐点は0個)、分岐点Bから出る境界線分Lの平均本数(平均分岐数)は3.04個であった。
【0040】
(モアレ発生状況)
そして、図11Cには、図3及び図11Aに示された光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pを、図11Bに示された画像表示パネル30に於ける典型的な画素配列上に重ねた状態が示されている。図11Cからも理解され得るように、図3及び図11Aに示された網目状パターン3Pを実際に作製して画像表示パネル30の画素配列上に配置した場合、視認され得る程度の縞状の模様、すなわちモアレ(干渉縞)は発生しなかった。
なお、これら図面では、網目状パターン3Pはそのパターンが判り易い様に、黒く誇張して描いてあるが、実物は無色透明な物である。
【0041】
ここで、図11Bで示された画像表示パネル30の画素配列は、画像表示パネル30に於ける典型的な画素配列である。図11Bに示す様に、この画像表示パネル30では、一つの画素Pは、赤色に発光する副画素(サブピクセル)RPと、緑色に発光する副画素GPと、青色に発光する副画素BPと、から構成されている。すなわち、画像表示パネル30はカラーで画像を形成することができる。図11Bに示された例は、いわゆるストライプ配列として、画素Pが形成されている。すなわち、赤色に発光する副画素RP、緑色に発光する副画素GPおよび青色に発光する副画素BPは、それぞれ、一つの方向(図11Bでは縦方向)に連続して並べられている。一方、赤色に発光する副画素RP、緑色に発光する副画素GPおよび青色に発光する副画素BPは、当該一つの方向に直交する方向(図11Bでは横方向)に、一つずつ、順に並べられている。なお、図11Bは、画像表示パネル30の画像形成面(出光面、即ち画面)への法線方向、言い換えると、画像表示パネル30のパネル面への法線方向から当該画像表示パネル30を観察した状態で、画素Pの配列を示している。
【0042】
一方、網目状パターン3Pで画成される開口領域Aが所定の繰返周期で配列している場合のモアレ発生を例示するのが図12である。同図でも、網目状パターン3Pはそのパターンが判り易い様に、黒く描いてある。
【0043】
図12(A)に図示したものは、正方格子状パターンで形成され、縦横方向に所定の周期で配列した繰返周期パターン53Pから構成される微小突条53を有した光学部材であり、本発明の光学部材10とは異なるものである。また、図12(C)には、図12(A)に示された繰返周期を有する光学部材50の繰返周期パターン53Pを、図12(B)に示された画像表示パネル30(図11Bで示したものと同じである)に於ける典型的な画素配列上に重ねた状態が示されている。図12(A)、図12(B)及び図12(C)からも理解され得るように、繰返周期パターン53Pからなる微小突条53が画像表示パネル30の画素配列上に配置されると、微小突条53を構成する繰返周期パターン53Pの規則的パターンと画素の規則的パターンとの干渉によって、明暗の筋(図12(C)に示された例では、左上から右下に延びている明暗の筋)が視認されるようになる。
【0044】
なお、図12(A)および図12(C)に示された例では、繰返周期パターン53Pによって形成された正方格子の配列方向が、画素Pの配列方向に対して、数度傾斜している。この傾斜角をバイアス角(度)と呼称する。このような傾斜は、一般的に、モアレを目立たなくさせるものとして広く用いられている手法である。但し、図12(C)に縞状模様が視認されることからも理解され得るように、モアレ発生の程度は単にバイアス角のみで決まる訳では無く、この他、画素P及び繰返周期パターン53Pの繰返周期比、繰返周期パターン53Pの線幅等の要因にも依存する。繰返周期パターン53Pのバイアス角のみでモアレを解消しようとすると、画像表示パネル30の設計仕様毎に応じてバイアス角の異なる光学部材を用意する必要が有る。
【0045】
(網目状パターンのパターン形状の作成方法)
ここで、一つの分岐点Bから延び出す境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0であり且つ開口領域Aが一定の規則性を持った繰返周期で並べられた直線方向が存在しない網目状パターン3Pのパターンを作製する方法の一例を以下に説明する。
【0046】
ここで説明する方法は、母点を決定する工程と、決定された母点からボロノイ図を作成する工程と、ボロノイ図における一つのボロノイ境界によって結ばれる二つのボロノイ点の間を延びる境界線分Lの経路を決定する工程と、決定された経路の太さを決定して各境界線分Lを画定して網目状パターン3P(ライン部Lt)のパターンを決定する工程と、を有している。以下、各工程について順に説明していく。なお、上述した図3に示されたパターンは、実際に以下に説明する方法で決定されたパターンである。
【0047】
まず、母点を決定する工程について説明する。最初に、図5に示すように、絶対座標系O−X−Y(この座標系O−X−Yは普通の2次元平面であるが、後述の相対座標と区別する為、頭に「絶対」を付記する)の任意の位置に一つ目の母点(以下、「第1の母点」と呼ぶ)BP1を配置する。次に、図6に示すように、第1の母点BP1から距離rだけ離れた任意の位置に第2の母点BP2を配置する。言い換えると、第1の母点BP1を中心として絶対座標系XY上に位置する半径rの円の円周(以下、「第1の円周」と呼ぶ)上の任意の位置に、第2の母点BP2を配置する。次に、図7に示すように、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つ第2の母点BP2から距離r以上離れた任意の位置に、第3の母点BP3を配置する。その後、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つその他の母点BP2,BP3から距離r以上離れた任意の位置に、第4の母点を配置する。
【0048】
このようにして、次の母点を配置することができなくなるまで、第1の母点BP1から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に母点を配置していく。その後、第2の母点BP2を基準にしてこの作業を続けていく。すなわち、第2の母点BP2から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に、次の母点を配置する。第2の母点BP2を基準にして、次の母点を配置することができなくなるまで、第2の母点BP2から距離rだけ離れ且つその他の母点から距離r以上離れた任意の位置に母点を配置していく。その後、基準となる母点を順に変更して、同様の手順で母点を形成していく。
【0049】
以上の手順で、網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に母点を配置することができなくなるまで、母点を配置していく。網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に母点を配置することができなくなった際に、母点を作製する工程が終了する。ここまでの処理により、2次元平面(XY平面)に於いて不規則的に配置された母点群が、網目状パターン3Pが形成されるべき領域内に一様に分散した状態となる。
【0050】
このような工程で2次元平面(XY平面)内に分布された母点群BP1、BP2、・・、BP6(図8(A)参照)について、個々の母点間の距離は一定では無く分布を有する。但し、任意の隣接する2母点間の距離Rの分布は完全なランダム分布(一様分布)でも無く、平均値RAVGを挾んで上限値RMAXと下限値RMINとの間の範囲ΔR=RMAX−RMINの中で分布している。なお、ここで、隣接する2母点であるが、母点群BP1、BP2、・・からボロノイ図を作成した後、2つのボロノイ領域XAが隣接していた場合に、その2つのボロノイ領域XAの母点同士が隣接していると定義する。
【0051】
即ち、ここで説明した母点群について、各母点を原点とする座標系(相対座標系o−x−yと呼称し、一方、現実の2次元平面を規定する座標系を絶対座標系O−X−Yと呼称する)上に、原点に置いた母点と隣接する全母点をプロットした図8(B)、図8(C)、・・等のグラフを全母点について求める。そして、これら全部の相対座標系上の隣接母点群のグラフを、各相対座標系の原点oを重ね合わせて表示すると、図8(D)の如きグラフが得られる。この相対座標形上での隣接母点群の分布パターンは、母点群を構成する任意の隣接する2母点間の距離が0から無限大迄の一様分布では無く、原点oからの距離がRAVG−ΔRからRAVG+ΔR迄の有限の範囲(半径RMINからRMAX迄のドーナツ形領域)内に分布していることを意味する。
【0052】
以上の様にして、各母点間の距離を設定することによって、該母点群から以下に説明する方法で得られるボロノイ領域XA、更には、これから得られる開口領域Aの外接円直径(乃至は開口領域Aの面積)の分布についても、一様分布(完全ランダム)では無く、有限の範囲内に分布したものとなる。
この様に構成することにより、網目状パターン3Pを目視した際の濃淡(明暗)ムラが、より一層、効果的に解消する。網目状パターン3Pの目視時の濃淡ムを、実質上、目視不能とし、且つ網目状パターン3Pの非周期性によるモアレ防止性とも両立する為には、開口領域Aの外接円直径D(開口領域Aの大きさ)の最大値をDMAX、最小値をDMINとしたときに、当該外接円直径の分布範囲ΔD=DMAX−DMINがDの平均値DAVGに対して、
0.1≦ΔD/DAVG≦0.6
より好ましくは、
0.2≦ΔD/DAVG≦0.4
とする。
【0053】
なお、以上の母点を決定する工程において、距離rの大きさを変化させることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを調節することができる。具体的には、距離rの大きさを小さくすることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを小さくすることができ、逆に距離rの大きさを大きくすることにより、一つあたりの開口領域Aの大きさを大きくすることができる。
【0054】
次に、図9に示すように、配置された母点を基準にして、ボロノイ図を作成する。図9に示すように、ボロノイ図とは、隣接する2つの母点BP、BP間に垂直二等分線を引き、その各二等分線同士の交点で結ばれた線分で構成される図である。ここで、二等分線の線分をボロノイ境界XBと呼び、ボロノイ境界XBの端部をなすボロノイ境界XB同士の交点をボロノイ点XPと呼び、ボロノイ境界XBに囲まれた領域をボロノイ領域XAと呼ぶ。
【0055】
図9のように作成されたボロノイ図において、各ボロノイ点XPが、網目状パターン3Pの分岐点Bをなすようにする。そして、一つのボロノイ境界XBの端部をなす二つのボロノイ点XPの間に、一つの境界線分Lを設ける。この際、境界線分Lは、図3に示された例のように二つのボロノイ点XPの間を直線状に延びるように決定してもよいし、あるいは、他の境界線分Lと接触しない範囲で二つのボロノイ点XPの間を種々の経路(例えば、円(弧)、楕円(弧)、抛物線、双曲線、正弦曲線、双曲線正弦曲線、楕円函数曲線、ベッセル関数曲線等の曲線状、折れ線状等の経路)で延びるようにしてもよい。なお、境界線分Lは、図3に示された例のように二つのボロノイ点XPの間を直線状に延びるように決定した場合、各ボロノイ境界XBが、境界線分Lを画成するようになる。
【0056】
各境界線分Lの経路を決定した後、各境界線分Lの線幅(太さ)を決定する。境界線分Lの線幅は、微小突条3が光学密着防止効果と共に、光学部材10の本来の光学特性を損なわない様に、決定される。以上のようにして、網目状パターン3Pのパターンを決定することができる。
【0057】
以上のような本実施形態によれば、光学部材10の微小突条3が有する網目状パターン3Pが、二つの分岐点Bの間を延びて開口領域Aを画成する多数の境界線分Lから形成されており、一つの分岐点Bから延びる境界線分Lの数の平均値Nが3.0≦N<4.0となっており、且つ、開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないようになっている。この結果、規則的(周期的)に画素Pが配列された画像表示パネル30に、この光学部材10を重ねたとしても、縞状の模様(モアレ、干渉縞)が視認され得る程度に発生することを効果的に防止することができる。
【0058】
(単位パターン領域としての繰返し)
さらに、上述した実施形態では、光学部材10中の微小突条3の全領域において、該微小突条3が有する網目状パターン3Pによって画成される開口領域Aが繰返周期を持つ方向が存在しないようになっている例を説明した。しかしながら、図10の様に、その内部に於いて微小突条3が有する網目状パターン3Pの全領域が、複数の開口領域Aが、所定の繰返周期のないパターンで配列されている領域(単位パターン領域S)を複数集合して網目状パターン3Pの全領域が構成されているようにしてもよい。即ち、この形態に於いては、網目状パターン3Pの全領域中に、局所的に見たときに、同一パターンで開口領域群が配列されてなる単位パターン領域Sを2箇所以上含むようになる。この場合、特定方向について、一定周期で4箇所以上の繰返しが無ければ、単位パターン領域S同士の繋ぎ目は実質上目立ち難く、無視し得る。もちろん、単位パターン領域S中でモアレも濃淡ムラも生じていない。この例において、一つの単位パターン領域S内における網目状パターン3Pのパターンは、例えば、図5〜図9を参照しながら説明したパターン作成方法と同様にして作成することができる。
特に最近では、画像表示パネル30の大型化が進んでおり、この様な大画面の画像表示パネル30に対しては、微小突条3が有する網目状パターン3Pが、複数の単位パターン領域Sの配列から構成されていて、且つ各々の単位パターン領域S内に於いては互いに同一のパターンで開口領域Aが配列されている構成とした複数の単位パターン領域Sを含む形態とした方が、網目状パターン3Pのパターン作成を格段に容易化することが可能となる点において好ましい。
【0059】
なお、特に一種類の単位パターン領域Sを図10に示す様に縦横に複数配置する例においては、特定方向(図面縦方向と横方向の2方向)で単位パターン領域Sとしての繰返しが存在する。図10の実施形態に於いては、横方向に繰返周期SP2、縦方向に繰返周期SP1を以って単位パターン領域Sが繰り返される。この条件下では、特定方向に於ける単位パターン領域Sの寸法をLsとし、該特定方向に延びる任意の直線dj上において単位パターン領域Sが寸法Ls内に開口領域AをN個有するとき、直線dj上の或る開口領域Aに注目すると、直線dj上では開口領域Aの個数がN個分だけ離れた位置には、全く同じ寸法tj及び形状の開口領域Aが常に存在するという規則性を有する。しかし、この規則性は、単位パターン領域Sとしての繰返周期(前記で言えば寸法Lsがその繰返周期に該当する)に基づくものであり、開口領域Aとしての繰返周期ではなく、各単位パターン領域S内に於いて開口領域Aが繰返周期を上記特定方向に持つことではない。また、単位パターン領域Sとしての繰返周期は、ディスプレイパネルの画素配列の配列周期に対して寸法が例えば1000倍以上異なる為に、モアレが発生する様な近い寸法関係にない。
【0060】
なお、図10に示された例では、光学部材10が、同一の形状を有した六つの単位パターン領域Sに分割され、各単位パターン領域S内で微小突条3が有する網目状パターン3Pが同一に構成されている。そして、六つの単位パターン領域Sは、図10の縦方向(図の上下方向)に繰返周期SP1で三つの領域が並ぶとともに、図10の横方向に二つの領域が並ぶように配列されている。
【0061】
[微小突条を構成する網目状パターンの主切断面形状]
微小突条3が有する網目状パターン3Pの主切断面形状は、光学密着を防止できる形状であれば特に限定はない。例えば、図13の断面図の如くの形状を選び、微小突条3の主切断面形状をレンズ又はプリズム形状とし、且つその寸法(底辺幅及び突出高さ)を光源光の可視光線スペクトルの最長波長以上(通常は、多少余裕を見込んで5μm以上)として、レンズ又はプリズムとしても機能させる様に設計すれば、光源光を拡散又は集光させて、正面輝度の向上や視野角の拡大の機能も付与することが出来る。中、図13(1)は長方形(含む正方形)、図13(2)は台形、図13(3)は円又は楕円の一部、図13(4)は三角形、図13(5)は三角形や台形の斜辺が外側に向かって凸形状に変調された形状(図は三角形の場合)、この他、図示は省くが、五角形、六角形などである。図面は概念的なものであり、断面形状の角は製造上の造形精度や形状耐久性などを勘案して、丸みを帯びていることがある。
【0062】
[微小突条の寸法]
網目状パターン3Pを構成する微小突条3の寸法は、網目状パターン3Pを構成する境界線分Lの線幅で1〜100μm程度である。微小突条3の高さは、光学部材10の本体部1と隣接する表面平滑な他の光学部材との光学密着(による不具合)防止性の点からは、光源光中の可視光線スペクトルの最短波長0.38μm以上とする必要が有り、より好ましくは、光源光中の可視光線スペクトルの最長波長0.78μm以上とする。又、100μmを超えても光学密着防止効果は既に飽和している上、微小突条3が視認され易くなる、破損し易くなる等の不具合を生じる。よって、これらの兼ね合いから、微小突条3の本体部からの好ましい突出高さは、1〜100μm程度である。境界線分Lの線幅は、網目状パターン3Pの全領域にて同一とする必要はない。
網目状パターン3Pが画成する開口領域1Aの寸法は、開口領域1Aを内接する外接円の直径にて5〜5000μm、好ましくは10〜500μm程度である。
【0063】
[微小突条の材料]
微小突条3は、透明材料から構成すれば良く、該透明材料としては基本的には特に制限はなく、樹脂材料、或いは本体部が特に無機材料であるときはガラスやセラミックス等の無機材料を用いても良い。なかでも、樹脂材料は、形成が容易な点で好ましい。該透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂でも良いが、固化が迅速などの点で、好ましくは、硬化性樹脂、それも、紫外線や電子線で硬化する電離放射線硬化性樹脂を用いるのが良い。電離放射線硬化性樹脂としては、アクリレート系、エポキシ系、ポリエステル系などの樹脂が挙げられる。
【0064】
《単位光学要素及び微小突条の本体部への形成法》
単位光学要素2を本体部1の一方の面1pに形成する方法、及び微小突条3を本体部1の他方の面1qに形成する方法は、特に限定されない。成形法など公知の各種形成方法を適宜採用して形成することができる。
【0065】
[単位光学要素]
単位光学要素2は、本体部1との界面となる一方の面1pにおいては、一方の面1pを透過する透過光に対して積極的に光学的作用を機能させる必要はない。この為、単位光学要素2は本体部1と一体的に成形することもできる。
本体部1の一方の面1pは仮想的な面であるから、本体部1の一方の面1pの外側(単位光学要素2側)と内側とは、同じ材料から構成されても良いし、異なる材料から構成されても良い。
【0066】
この様に、本体部1の一方の面1p上に単位光学要素2を形成するための成形法としては、例えば、下記の成形法乃至は成形型を利用して成形できる。この成形型の型面には、単位光学要素2とは逆凹凸形状の凹凸が形成されている。
【0067】
a)円筒状の成形型の型面に未硬化では液状の電離放射線硬化性樹脂を塗布後、塗布面に樹脂シートを押し付けた後、型面上で樹脂を硬化させ、その後樹脂シートを剥がして該硬化性樹脂面に賦型する賦型法、
b)円筒状の成形型と押圧ロール間にTダイ等から押し出した溶融樹脂を供給して該成形型面で樹脂を冷却固化することによって、成形する溶融押出成形法、
c)射出成形法、
d)加熱された成形型と金属板や金属ロール間に樹脂を挟んで加熱加圧し、冷却固化後離型する熱プレス法、
e)成形型に樹脂を積層後、成形型を剥がして樹脂面に型面の形状を転写する転写法。
【0068】
(本体部1の構成と一方の面1p)
上記成形法の説明にて、樹脂シートと樹脂材料とを用いる場合で説明すると、上記a)賦型法などの方法によれば、樹脂材料を成形型と樹脂シートとの間の全面に介在させることで、樹脂シートは成形型の型面に接触していない状態で、樹脂材料を硬化させて単位光学要素2を樹脂シート上に成形することもできる。この結果、本体部1は、樹脂シートとシート状に硬化した樹脂材料とから構成されるようになる。また、樹脂シートが成形型の型面に接触している状態で、樹脂材料を硬化させて単位光学要素2を樹脂シート上に成形することもでき、この場合は、本体部1は、樹脂シートのみから構成されるようになる。従って、一方の面1pとは、後者の場合は樹脂シートの表面となり、前者の場合は、硬化した樹脂材料の内部の仮想的な面となる。
【0069】
[微小突条]
微小突条3は、本体部1の他方の面1q上に、開口領域Aに対して凸形状となる網目状パターン3Pを呈する平面視形状の光学要素として形成される。開口領域Aは露出面であり、本体部1の他方の面1qそれ自体とすることができ、また通常、他方の面1qそれ自体である。
微小突条3は、本体部1との界面となる他方の面1qにおいては、他方の面1qを透過する透過光に対して積極的に光学的作用を機能させる必要はない。この為、微小突条3は本体部1と一体的に成形することもできる。
【0070】
この様な微小突条3は、上記した単位光学要素2を本体部1を一方の面1p上に形成する成形方法で述べたと同様の方法で形成することができる。すなちわ、成形型として、その型面を微小突条3とは逆凹凸形状の凹凸が形成された型を用いる。この際、微小突条3の方が単位光学要素2よりも通常は高さが小さいので、微小突条3を先に形成してから、微小突条3を形成した樹脂シートなど本体部1とする部材に対して、単位光学要素2を形成するのが、単位光学要素2の形状が崩れない点で好ましい。ただ、両方の成形型を用意し、樹脂シートに対して一回のパスで樹脂シートの表裏の夫々に、微小突条3と単位光学要素2とを連続して成形することも可能である。
尚、微小突条3と本体部1とは、同じ材料から構成されても良いし、異なる材料から構成されても良い。
【0071】
微小突条3は、成形法以外の形成方法として、印刷法によって形成しても良い。印刷法では、微小突条3を構成する網目状パターン3Pに対応する画線を印刷する。印刷法では、樹脂材料をインク化したものを用いる。印刷法としては、凹版印刷、シルクスクリーン印刷、オフセット印刷、活版印刷、インクジェット印刷等、公知の印刷法を採用できる。
【0072】
《変形形態》
本光学部材10は、上記した実施形態及び構成以外に、例えば下記の様に、更にその他の構成要素を加えた形態としても良い。
【0073】
本体部1が、一方の面1pと他方の面1qとの間に光拡散層を有してもよい。光拡散層は、光拡散剤をマトリックス中に分散した層として形成することができる。光拡散層は一方の面1p或いは他方の面1qに接していても良い。光拡散層により、光拡散機能を付与できる。
光学部材10の入光面とする部分の面に、直下の層よりも相対的に低屈折率の低屈折率層からなる反射防止層を形成しても良い。反射防止層によって、光学部材10への入射光の反射損失を低減できる。
光学部材10は帯電防止層を有していてもよい。帯電防止層は、本体部1、単位光学要素2、微小突条3のいずれか1以上を兼用することもできる。帯電防止層によって光学部材10に帯電防止機能が付与され、埃等の異物付着を低減し、光学特性への悪影響を抑制できる。
【0074】
また、上記した実施形態に於いては、光学部材10の本体部1の他方の面1qの全領域が、開口領域Aが繰返周期を有する方向が存在しない網目状パターン3Pのみから構成されていた。
しかしながら、画像表示パネルの画素や単位光学要素の周期的配列とのモアレが実質上無視し得る範囲内であるならば、一部、開口領域Aが一定の繰返周期で配列する方向が存在するような網目状パターン3Pを採用しても良い(勿論、この様な特定方向以外は、開口領域Aが一定の繰返周期で配列しないと共に、本発明のこの他要件は具備する)。本発明の網目状パターン3Pには、このような形態も包含する。
【0075】
[C]面光源装置:
本発明による面光源装置は、光源と、該光源の出光面上に載置した上記本発明の光学部材10と、を少なくとも備える。
本発明による面光源装置を、図14(A)に例示する一実施形態例の面光源装置100を参照して説明する。本実施形態による面光源装置100では、光源20と、この光源20の平面状の出光面20a上に隣接して配置された光学部材10とを備える。光学部材10は、図1等で例示した本発明の光学部材10である。
光学部材10が光源20の出光面20aに接して配置されていても、光学部材10が備える微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着が防止される。
【0076】
本実施形態例では、光源20は、出光面20aが平面状となる面光源であり、この面光源の光源20としては、公知の光源を採用できる。
例えば、発光源として、面状発光体の電界発光パネル(ELパネル)を用いれば、そのまま面光源の光源20として用いることができる。また、発光源として、線状発光体の冷陰極管、点状発光体の発光ダイオード(LED)を用いるときは、導光板、光拡散板、光反射板などを適宜組み合わせて、出光面20aが平面状となる様に、エッジライト(サイドライト)型又は直下型として光源20構成する。言い換えると、この場合、光源20は光源モジュールとも言える。
【0077】
出光面20aが仮想的な面(例えば、直下型の面光源で発光体から光学部材10に至る部分に空間を有する場合など)であるときは光学密着が生じない。したがって、本光学部材10によるモアレ及び輝度ムラを共に防いで光学密着を防止する効果は、出光面20aが中実の物体と空気との界面となる実在の面を有する光源20に対してである。
【0078】
面光源装置100は、光源20及び光学部材10以外に、更にその他の部材を備えていても良く、その他の部材としては、面光源装置における公知の各種部材を適宜採用することができる。その他の部材の例を挙げれば、偏光分離フィルム等の輝度向上フィルム、光拡散フィルム、偏光フィルム、位相差フィルム等である。
【0079】
面光源装置100としては、光学部材10の光源20に対する向きは、図14(A)の様に、微小突条3側を光源20側とする向きでも良いが、これとは逆に、図14(B)の様に、単位光学要素2側を光源20側とする向きでも良い。後者の場合は、面光源装置100上に載置する画像表示パネル等の光学部材との光学密着防止を、モアレ及び輝度ムラ発生を防ぎつつ防止することができる。
これらの図面において、図面上方の面光源装置100としての出光面側が、画像表示パネルが配置されその画像の観察者V側となる。
また、光学部材10は一枚の配置の他、2枚など複数枚を重ねて配置してもよい。複数枚配置することで、例えば、単位光学要素2が柱状単位光学要素であり光学特性がシート面方向で方向性を有する場合に、複数の方向にその方向性を有する光学特性を配することができる。
【0080】
[D]画像表示装置:
本発明による画像表示装置は、上記の本発明による面光源装置100と、該面光源装置100の出光面上に載置した画像表示パネルとを少なくとも備える。
本発明による画像表示装置を、図15に例示する一実施形態例の画像表示装置1000を参照して説明する。図15に例示する画像表示装置1000は、上記した様な光学部材10を備える面光源装置100と、この面光源装置100の出光面100a上に配置された画像表示パネル30とを備える、表示装置である。本画像表示装置1000は、面光源装置100及び画像表示パネル30以外に、筐体(キャビネット)、入出力部品等の他、画像表示装置の用途に応じて、例えば、テレビジョン受像機の場合はチューナ等の、公知の各種部品を備える。これらのその他の構成要素は、特に制限はなく、用途に応じたものとなる。
【0081】
画像表示パネル30は、液晶パネルなどの透過型で画像を表示可能な表示パネルである。画像表示パネル30としては、ディスプレイ駆動回路等の各種回路、該駆動回路とディスプレイパネル本体間の配線、これらを一体化するシャーシ、フレーム、タッチパネル等を含んでいても良い。従って、画像表示パネル30は、「ディスプレイモジュール」乃至は「パネルモジュール」等と呼ぶこともできる。
【0082】
この様な構成の画像表示装置1000とすることによって、その面光源装置100には上記光学部材10が使用されているので、画像の観察者V側から画像表示装置1000を見たときに、該光学部材10が備える微小突条3によって、モアレも輝度ムラも生じさせずに光学密着が防止された装置となる。
【0083】
[E]用途:
本発明による光学部材10は、面光源装置用の光学部材として好適であり、この光学部材10を備える面光源装置100は、透過型表示装置のバックライトとして好適であり、この面光源装置100を備える画像表示装置1000は、テレビジョン受像機、測定機器や計器類、事務用機器、医療機器、電算機器、電話機、電子看板、遊戯機器、デジタルフォトフレーム等の画像表示装置として好適である。
【符号の説明】
【0084】
1 本体部
1p 一方の面
1q 他方の面
2 単位光学要素
3 微小突条
3P 網目状パターン
10 光学部材
20 光源
20a 出光面
30 画像表示パネル
100 面光源装置
100a 出光面
1000 画像表示装置
A 開口領域
B 分岐点
BP 母点
L 境界線分
Lt ライン部(境界線分の集合)
S 単位パターン領域
V 観察者
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シート状の本体部と、該本体部の一方の面上に配置された多数の単位光学要素と、該本体部の他方の面上に形成された微小突条とを有し、
該微小突条は、シート状の本体部のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域を画成する網目状パターンから成り、該網目状パターンは一つの分岐点から延びる境界線分の数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含み、該微小突起が該網目状パターンの部分で前記開口領域に対して凸形状である、光学部材。
【請求項2】
光源と、該光源の出光面上に載置した請求項1記載の光学部材とを備える、面光源装置。
【請求項3】
請求項2記載の面光源装置と、該面光源装置の出光面上に載置した画像表示パネルとを備える、画像表示装置。
【請求項1】
シート状の本体部と、該本体部の一方の面上に配置された多数の単位光学要素と、該本体部の他方の面上に形成された微小突条とを有し、
該微小突条は、シート状の本体部のシート面に垂直な法線方向から見たときに、多数の開口領域を画成する網目状パターンから成り、該網目状パターンは一つの分岐点から延びる境界線分の数の平均値Nが、3.0≦N<4.0であり、且つ、前記開口領域が繰返周期を持つ方向が存在しないパターンからなる領域を含み、該微小突起が該網目状パターンの部分で前記開口領域に対して凸形状である、光学部材。
【請求項2】
光源と、該光源の出光面上に載置した請求項1記載の光学部材とを備える、面光源装置。
【請求項3】
請求項2記載の面光源装置と、該面光源装置の出光面上に載置した画像表示パネルとを備える、画像表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2012−220833(P2012−220833A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−88309(P2011−88309)
【出願日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【出願人】(000002897)大日本印刷株式会社 (14,506)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【出願人】(000002897)大日本印刷株式会社 (14,506)
【Fターム(参考)】
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