JP5810481B2 - 光学シート、バックライトユニット、表示装置、及び光学シート製造用金型 - Google Patents

Description

本発明は、光学シート、バックライトユニット、表示装置、及び光学シート製造用金型に関する。

近年、ＴＦＴ型液晶パネルやＳＴＮ型液晶パネル、ＩＰＳ型液晶パネルを使用した液晶表示装置は、主としてＯＡ分野のＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＴＶ用の液晶ディスプレイを中心に商品化されている。
このような液晶表示装置においては、液晶パネルの背面側（観察者側）に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆる、バックライト方式が採用されている。

この種のバックライト方式に採用されているバックライトユニットとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＬ、ＬＥＤ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。
導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載された液晶表示装置としては、例えば、図７に示すものが一般に知られている。

これは、上部に偏光板７１，７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板７９が設置されており、該導光板の上面（光射出側）に拡散フィルム（拡散層）７８が設けられている。

さらに、この導光板７９の下面に、導光板７９に導入された光を効率よく液晶パネル７２方向に均一となるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部が印刷などによって設けられる（図示せず）と共に、散乱反射パターン部下方に反射フィルム（反射層）７７が設けられている。

また、導光板７９には、側端部に光源ランプ７６が取り付けられており、さらに、光源ランプ７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター８１が設けられている。散乱反射パターン部は、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、形成したものであり、導光板７９内に入射した光に指向性を付与し、光射出面側へと導くようになっており、高輝度化を図るための工夫である。

さらに、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るべく、図８に示すように、拡散フィルム７８と液晶パネル７２との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）７４，７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム７４，７５は導光板７９の光射出面から射出され、拡散フィルム７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。

しかしながら、図７に例示した装置では、視野角の制御は、拡散フィルム７８の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。

さらに、図８に例示したプリズムフィルムを用いる装置では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置が用いられている。

直下型方式の液晶表示装置としては、図９に例示する装置が一般的に知られている。これにおいては、上部に偏光板７１、７３に挟まれた液晶パネル７２が設けられ、その下面側に、蛍光管等からなる光源５１から射出され、拡散フィルム８２のような光学シートで拡散された光を、高効率で液晶パネル７２の有効表示エリアに集光させるものである。光源５１からの光を効率よく照明光として利用するために、光源５１の背面には、リフレクター５２が配置されている。

しかしながら、図９に例示する装置でも、視野角の制御は、拡散フィルム８２の拡散性のみに委ねられており、その制御は難しく、ディスプレイの正面方向の中心部は明るく、周辺部に行くほど暗くなる特性は避けられない。そのため、液晶画面を横から見たときの輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いるものでは、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きいだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。

また、光源５１間の間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源５１の数を減らせず、消費電力の増加及びコストの増加を招く原因となっていた。

ところで、このような液晶表示装置では、軽量、低消費電力、高輝度、薄型であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットも、軽量、低消費電力、高輝度であることが要求されている。

特に、最近、目覚しい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。

しかしながら、前述のように従来の装置では、高輝度、低消費電力の要請に充分に応えられているとは言いがたく、ユーザからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトユニットの開発が待ち望まれている。
一方、光学シートの性能向上を目的として、従来使用されてきたプリズム、レンチキュラーレンズ、マイクロレンズ、多角錘の他にも特許文献１乃至５に示すような様々な光学パターンの提案があり、今後も新たな形状が増えていくと考えられる。

特開２００８−２０３７７６号公報 特表２００８−５１５０２６号公報 特開２００７−３５７１号公報 特開２００７−３０４５６５号公報 特開２００８−１０２４９７号公報

ところで、ディスプレイ装置のバックライトユニットに用いる光学シートは、光学性能によってディスプレイ装置の外観、すなわち商品価値に大きな影響を与える。光学性能としては輝度向上効果が高いものが好ましい。

従来使用されてきた中でマイクロレンズのようなドット形状の光学素子の配列のものは、ひとつひとつの光学素子の密度が高い方が輝度向上効果が高い。また、光学素子同士の重なりが少ない方が輝度向上効果が高い。輝度向上効果に優れるマイクロレンズ形状で考えた場合、通常細密配列と考えられている六方配列は重なりを無いとすれば光学シートの総面積に占めるマイクロレンズ面積の充填率は７８．５％が上限となる。これ以上の充填率を達成する場合、マイクロレンズ同士を適度に重ねるか、小さいマイクロレンズを隙間に充填する必要がある。

一方、マイクロレンズの配列は光学シートの製造方法に制限を受ける。ビーズを並べて作成したり、ビーズを並べたものから金型を作成したりする場合、重なりをつくることができず、配列もランダムになるため充填率も理想値には届かない。小さいマイクロレンズを隙間に充填する方法も、うまく配列することは困難を極める。

他方、機械加工した金型や腐食金型を使用する方法、光学シートの直接加工など、ビーズに頼らない方法は、理想的な配列を作ることが出来、重なりをつくることも容易である。ただし適度な重なりを造る配列はいまだ開示されてはいない。また、大小サイズの違うマイクロレンズを混ぜて配列させ光学シートをつくることは大変手間がかかる。

これに加えて従来の平面を基本とした縦横２軸の座標による六方配列やこれらの配列をわずかにずらして作成するランダムパターンは、他の光学シートや導光板、さらに液晶パネルまでが同じような座標系で作成されるため、モアレが生じるという大きな問題点もあった。

本発明の目的は、前記課題に対して、光学シートの一の面に複数の光学素子を最適に配列することである。

課題を解決するために、請求項１に係る発明は、入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートにおいて、一の面に互いに離間して配置された複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子は、任意の一の光学素子と、前記一の面を円筒面形状としたならば、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子と、で構成される一対の光学素子を含み、前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲとし、前記光学素子の最大幅をＰとしたとき、
Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・２
を満たすことを特徴とする光学シートである。

（ａ）前記一の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
（ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置とが異なる

また、請求項２に係る発明は、請求項１の記載において、光学素子は、マイクロレンズ又は多角錐形状のレンズであることを特徴とする光学シートである。
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２の記載において、他の面は、平面に形成され、光学素子が配置され、若しくは微細凹凸が形成され、又はこれらの組み合わせにより形成されることを特徴とする光学シートである。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れか１項の記載において、前記一の面における前記光学素子の配置部分以外の部分は、平面に形成され、微細凹凸が形成され、又は他の光学素子が配置されることを特徴とする光学シートである。
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れか１項の記載において、厚さは、０．２ｍｍ以上かつ４．０ｍｍ以下であることを特徴とする光学シートである。

また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートを備えており、光源と、前記光源が射出した光を入射して拡散させて拡散光として射出する拡散板と、を備え、前記拡散板が射出した光を前記光学シートに入射して透過させて射出することを特徴とするバックライトユニットである。

また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートを備えており、光源と、前記光源が射出した光を入射して導光させて射出する導光板と、を備え、前記導光板が射出した光を前記光学シートに入射して透過させて射出することを特徴とするバックライトユニットである。

また、請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載のバックライトユニットを備えており、画素単位での透過又は非透過に応じて表示画像を規定する画像表示素子を備え、前記画像表示素子の背面に前記光学シートが射出した光が入射されるように前記バックライトユニットが配置されることを特徴とする表示装置である。

また、請求項９に係る発明は、入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートの製造方法において、前記光学シートの一の面に互いに離間して配置される複数の光学素子を形成し、前記複数の光学素子は、任意の一の光学素子と、前記一の面を円筒面形状としたならば、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子と、で構成される一対の光学素子を含み、前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲとし、前記光学素子の最大幅をＰとしたとき、
Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・２
を満たすことを特徴とする光学シートの製造方法である。

（ａ）前記一の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
（ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置とが異なる

また、請求項１０に係る発明は、入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートを製造する光学シート製造用金型において、前記光学シートの一の面を形成する形成面には、前記光学シートの一の面に互いに離間して配置される複数の光学素子を形成するための複数の光学素子形成部を有し、前記複数の光学素子形成部は、任意の一の光学素子形成部と、前記形成面が円筒面形状であるときに、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子形成部と、で構成される一対の光学素子形成部を含み、前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子形成部は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子形成部の位置と前記他の光学素子形成部の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲ２とし、前記光学素子形成部の最大幅をＰ２としたとき、
Ｐ２ ^２ ／（Ｒ２・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ２ ^２ ／（Ｒ２・π）・２
を満たすことを特徴とする光学シート製造用金型である。

（ａ）前記一の光学素子形成部の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子形成部の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
（ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子形成部の位置と前記他の光学素子形成部の位置とが異なる

本発明によれば、複数の光学素子を、光学シートの一の面に互いに離間して配置し、かつ（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置することで、光学シートの一の面に複数の光学素子が最適に配列されたものとなる。

本実施形態の表示装置の構成を示す側面図である。 光学シートの形状を示す斜視図である。 光学シートにおける光学素子の配列を説明する図である。 光学シートの他の形状を示す斜視図である。 本実施形態の表示装置の他の構成を示す側面図である。 実施例の条件、結果を示す図である。 従来の液晶表示装置の構成例を示す側面図である。 従来の液晶表示装置の他の構成例を示す側面図である。 従来の液晶表示装置のさらに他の構成例を示す側面図である。

（構成）
図１は、本実施形態の表示装置（液晶表示装置）１の構成を示す。図１に示すように、表示装置１は、液晶パネル２０をその背面側からバックライトユニット１０により照明する。
以下の説明では、図１の上方側を上、下方側を下と表現し、上方側に相対している面を表面、下方側に相対している面を裏面、と表現する。

バックライトユニット１０は、エッジライト型（エッジライト方式）のバックライトユニットである。バックライトユニット１０は、光源１１、導光板１２、拡散シート１３、光学シート３０、及び反射型偏光分離シート１４を有する。

このような構成により、バックライトユニット１０では、光源１１からの光Ｋは、導光板１２に入射される。その入射光は、導光板１２の射出面１２ａから出射され、その出射光が、拡散シート１３、光学シート３０、反射型偏光分離シート１４を透過する。最終的に、反射型偏光分離シート１４を透過した光は、その射出面１４ａからＬとして射出される。その出射光Ｌは、液晶パネル２０に入射される。

液晶パネル２０は、画素単位での透過／非透過、又は透明状態／散乱状態に応じて表示パターンが規定される表示素子が配置されて構成されている。具体的には、液晶パネル２０は、２枚の偏光板２１，２２で液晶層２３を挟んで構成されている。このような構成により、液晶パネル２０では、反射型偏光分離シート１４からの出射光Ｌが、偏光板２１を透過して液晶層２３に到達する。そして、液晶層２３を透過した光は、偏光板２２を透過して、Ｓに射出され観察者に視認される。

次に、光学シート３０の構成を詳述する。
図２は、光学シート３０の構成例を示す。
図２に示すように、光学シート３０には、略平板形状の基材３１の略平面の表面３１ａに予め決められた所定の位置に複数の光学素子３３が形成されている。すなわち、光学シート３０の表面３１ａの該光学素子３３の配置部分以外の部分は、略平面に形成されている。ここでいう光学素子３３は、マイクロレンズ又は多角錐形状のレンズである。なお、光学素子３３はこれらレンズ以外のものでも良い。

ここで、光学素子３３の配置を、図３を用いて説明する。
複数の光学素子３３は、光学シート３０の表面において二次元的に独立している。これは、表面３１ａに沿う又は平行な同一平面内を想定した場合に、その想定した同一平面内において複数の光学素子３３が離間して位置されることを意味する。さらに、複数の光学素子３３は、表面３１ａが円筒面形状とされたならば、任意の一の光学素子３３の位置に対し他の光学素子３３の位置が下記第１及び第２条件を満たすように配置されている（集合となる）。

（第１条件）
３６０：θ２＝θ２：θ１ ・・・（１）
ここで、図３に示すように、θ１は、任意の一の光学素子３３の位置（点Ａの座標）と円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、他の光学素子３３の位置（点Ｂの座標）と円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度である。θ２（＝３６０−θ１）は、大きい方の角度である。

（第２条件）
円筒面の中心軸に平行な座標軸（前記中心軸方向）において一の光学素子３３の位置と他の光学素子３３の位置とが異なる。
以上の第１及び第２条件において、前記（１）式は、最も無駄な重なりのない光学素子３３同士の位置関係を示すものとなる。この位置関係は、自然界の重なりの少ない配列としても良く見られる。この第１及び第２条件を満たすように配置された各光学素子３３の配列は、最終的に円筒面においてネジ状の線でつながる配列となる。

なお、当然のことながら、円筒の中心軸に平行な座標軸において点Ａと点Ｂの座標が同じだと、光学素子３３は円周方向に無限大に重なってしまう。また、適度な充填率を得るには点Ａと点Ｂの座標を調整する必要がある。また、配列にランダム性が欲しいときは、点Ａと点Ｂの座標を個別に設定する必要がある。
さらに、好適には下記第３条件（（２）式）を満たすようにする。

（第３条件）
Ｐ²／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ²／（Ｒ・π）・２ ・・・（２）
ここで、Ｄは、円筒面の中心軸に平行な座標軸における点Ａと点Ｂとの距離である。また、Ｒは円筒面の直径である。また、Ｐは光学素子３３の最大幅である。

この第３条件のように距離Ｄが（２）式を満たす範囲であることが望ましい。ここで、充填率（光学シート３０の表面３１ａにおいて光学素子３３が配置されている割合）は、光学素子３３の形状、例えば真円かどうかによって異なる。しかし、全ての光学素子３３について２つの光学素子３３の間の距離Ｄを前記（２）式の左辺とすれば、充填率が９０％以上となる。また、距離Ｄが前記（２）式の右辺とすれば、充填率が３０％程度となる。このように、充填率を３０％から９０％の範囲で調整できる。

なお、ランダムにしたい場合も距離Ｄは前記（２）式の範囲内で変動させると偏りが少なく外観が良い配列となるので好ましい。

以上のように光学素子３３を配置する。
なお、このように複数の光学素子３３が配列されている光学シート３０の表面３１ａの該光学素子３３の配置部分以外の部分は、前述の略平面以外の態様として、微細凹凸が形成され、又は他の光学素子（マイクロレンズ又は多角錐形状のレンズ以外の光学素子）が配置される。具体的には、図４に示すように、プリズムの単位レンズ３２が複数配列される。また、鏡面でも良く、略平面であればブラスト加工や研磨、ビーズの塗布、ヘアラインなどで粗面化されていても良い。

また、光学シート３０の裏面３１ｂは、入射面としての機能が要求される。すなわち、単なる鏡面では、光学シート３０の性能にほとんど寄与しない。このようなことから、光学シート３０の裏面３１ｂは、入射面として機能するために、平面に形成され、光学素子３３が配置され、若しくは微細凹凸が形成され、又はこれらの組み合わせにより形成されている。具体的には、光学シートの裏面３１ｂは、略平面であればブラスト加工や研磨、ビーズの塗布、ヘアラインなどで粗面化されていても良い。又は、光学シートの裏面３１ｂは、密着防止や帯電防止や隠蔽性向上のため、凹凸やドット、光学素子３３を具備するものでも良い。そして、これらの形状を適宜組み合わせて使用しても良い。

また、光学シート３０の厚さは０．２ｍｍ以上かつ４．０ｍｍ以下であることが望ましい。
また、光学シート３０の主となる材質としては、例えば、ポリカーボネート若しくはアクリル−スチレン共重合体若しくはポリスチレン若しくはスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体若しくはシクロオレフィンポリマーを使用しても良い。また、主となる材質の中に分散された透明粒子を具備していても良く、これら主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである。ここで、主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０１以上かつ０．５以下であることが望ましい。また、透明粒子の平均粒径は０．５μｍ以上かつ３０．０μｍ以下であることが望ましい。

透明粒子としては、無機酸化物からなる透明粒子又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら透明粒子は、２種類以上を混合して使用しても良い。または、板状の部材は主となる材質中に空気を含む微細な空洞を有した構造をしており、主となる材質と空気の屈折率差で拡散性能を得ても良い。

光学シート３０の、特に基材３１は単層構造でも複層構造でも良く、透明層を含んでいても良い。光学シート３０は、押し出し法若しくはキャスト法、若しくはインジェクション法で製造され、又はＵＶ硬化法で製造しても良い。ＵＶ硬化法で作成される場合、基材３１上にＵＶ硬化性の樹脂を塗布し、所望の形状の金型を押し当て、ＵＶ照射し光学層を得る。基材３１としては、当該分野で良く知られたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、アクリル、ポリプロピレンのフィルムなどが使用できる。

なお、拡散シート１３や導光板１２は、光学シート３０と同様の主となる材質を使用することができ、同様に前述した透明粒子を具備して構成されていても良い。これら主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率が異なるものである必要がある。主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率の差は０．０１以上であることが望ましい。屈折率の差がこれより小さいと十分な光散乱性能が得られない。また、その屈折率差は０．５以下で良い。また、光学層に入射した光を散乱させながら透過させる必要があるため、透明粒子の平均粒径は、０．５μｍ以上かつ３０．０μｍ以下であることが望ましい。または、主となる材質中に空気を含む微細な空洞を有した構造をしており、主となる材質と空気の屈折率差で拡散性能を得ても良い。また、表面に反射パターンや幾何学構造が付与されていても良い。

次に、光学シート３０の表面形状の形成方法を詳述する。
本実施形態では、円筒形状の金型（金型ロール）を用いて光学シート３０の表面形状を形成している。すなわち、円筒形状の金型の表面に形成した図２に示した光学シート３０の表面形状の逆形状（反転形状）を光学シートの表面に転写する（複製する）。バックライトユニット１０の光学シート３０は、このように金型により表面が形成された光学シートそのもの、又はその光学シートの一部を切り出して得られたものである。

また、円筒形状の金型の表面形状は、光学シート３０の表面形状に対応する形状となることから、次の条件を満たしている。
光学シート３０の表面３１ａに光学素子３３を形成する金型の形成面には、光学シート３０の一の面に互いに離間して配置される複数の光学素子３３を形成するための複数の光学素子形成部を有する。そして、複数の光学素子形成部は、任意の一の光学素子形成部の位置に対し他の光学素子形成部の位置が下記第１及び第２条件を満たすように配置されている（集合となる）。

（第１条件）
３６０：θ２＝θ２：θ１
ここで、図３の円筒形状を金型の形状そのものと考えても良く、θ１は、任意の一の光学素子形成部の位置（点Ａの座標）と円筒の中心軸とを結ぶ直線と、他の光学素子形成部の位置（点Ｂの座標）と円筒の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度である。θ２（＝３６０−θ１）は、大きい方の角度である。

（第２条件）
円筒の中心軸に平行な座標軸（座標軸方向）において一の光学素子形成部の位置と他の光学素子形成部の位置とが異なる。
さらに、好適には下記第３条件を満たすようにする。

（第３条件）
Ｐ２²／（Ｒ２・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ２²／（Ｒ２・π）・２
ここで、Ｄは、点Ａと点Ｂの円筒の中心軸に平行な座標軸における距離である。また、Ｒ２は円筒の直径である。また、Ｐ２は光学素子形成部の最大幅である。

また、このように金型から直接複製する場合は、金型には光学シート３０の表面形状の逆形状が、さらには、複数の中間版を経由する場合は、表面形状の逆形状（凹形状）か表面形状の同形状（凸形状）が金型表面に形成される。
また、金型表面の加工方法としては、一般的に知られている方法、例えば彫刻、腐食による方法が挙げられる。

（本実施形態の効果）
（１）光学シート３０は、入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートであり、一の面（本実施形態では表面）３１ａに互いに離間して配置された複数の光学素子３３を有する。そして、複数の光学素子３３は、一の面３１ａを円筒面形状としたならば、任意の一の光学素子３３の位置に対し他の光学素子３３の位置が下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置される。

（ａ）一の光学素子３３の位置と円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、他の光学素子３３の位置と円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる（第１条件）
（ｂ）円筒面の中心軸方向において一の光学素子３３の位置と他の光学素子３３の位置とが異なる（第２条件）

これにより、光学シート３０は、一の面３１ａに複数の光学素子３３が最適に配置されたものとなる。より具体的には、光学シート３０は、光学素子３３が好ましい充填率で配列され、高輝度の光学シートとなる。さらに、光学シート３０をこのような形状にすることで、その金型を簡便に作成することができる。

また、光学シート３０は、六方配置のような平面配列を重ねたときのような、１つの光学素子で見たときの重なり部分の偏りや、これによる光学特性の偏った変化がない。また、ランダムに配列したときのような無駄な隙間と過剰な重なりもない。

さらに、光学シート３０は、これまでの座標系と異なる発想の光学素子の配置となることから、他の光学シート（拡散シート等）や液晶パネルとのモアレを回避することができる。また、光学シートにおいては、重なりが発生しない充填率の低い配置でも、つなぎ目のない加工やモアレ回避の効果が発現する。
さらにまた、円筒型の金型を用いることで、つなぎ目のない好ましい充填率の光学素子の配列を簡便に加工することができる。

（２）円筒面の中心軸方向における一の光学素子３３の位置と他の光学素子３３の位置との距離をＤとし、円筒の直径をＲとし、光学素子の最大幅をＰとしたとき、
Ｐ²／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ²／（Ｒ・π）・２
を満たす（第３条件を満たす）。
これにより、光学シート３０は、光学素子３３の配列がより良好な配列となる。また、光学シート３０は、この距離Ｄを満たす光学素子の配列にしても、モアレを回避しつつ、前述の（１）の効果を享受できる。

（３）光学素子３３は、マイクロレンズ又は多角錐形状のレンズである。
これにより、光学シート３０は、性能が高いマイクロレンズ又は多角錐形状のレンズを用いて構成されたものとなる。
（４）光学シート３０の他の面（本実施形態では裏面）３１ｂは、平面に形成され、光学素子が配置され、若しくは微細凹凸が形成され、又はこれらの組み合わせにより形成される。
これにより、他の面３１ｂは、入射面としての機能を発揮できる。

（５）光学シート３０の一の面３１ａにおける光学素子３３の配置部分以外の部分は、平面に形成され、微細凹凸が形成され、他の光学素子が配置される。
これにより、プリズム等の単位レンズ３２を配列する等して、一の面３１ａに他に要求される機能を持たせることができる。

（６）光学シートの厚さは、０．２ｍｍ以上かつ４．０ｍｍ以下である。
ここで、近年、導光板においてもこれまでの印刷方式から光学素子を配列した方式へと転換する動きが見られる。本実施形態のような光学シート３０の光学素子の配列は、導光板１２においても同様な効果をもたらすことが望める。このことから、製造する光学シートの厚みを、光学シート３０の厚みに好適な０．２ｍｍ以上かつ導光板１２の厚みに好適な４．０ｍｍ以下にする。これは、光学素子３３の配列に起因して厚みを制限するものではないが、最終製品として考えたとき、０．２ｍｍより薄いと光学シート３０がたわみ使用に耐えられなくなる可能性が高く、４．０ｍｍを超えると厚すぎて表示装置に組み込むことができなくなる可能性が高いからである。

（７）主となる材質の屈折率と透明粒子の屈折率との差は、０．０１以上かつ０．５以下である。これは、屈折率の差が０．０１よりも小さいと十分な光散乱性能が得られなくなる可能性が高く、屈折率の差が０．５よりも高いと予期せぬ迷光で光学シートの集光機能が低下する可能性が高くなるからである。

（実施形態の変形例）
（１）バックライトユニット１０を図５に示す構成にすることもできる。
図５は、直下型方式のバックライトユニット１０の構成例を示す。この構成では、光源１１からの光Ｋは、拡散板１５に入射される。その入射光は、拡散板１５の射出面１５ａから出射されて、光学シート３０を透過する。最終的に、光学シート３０を透過した光は、その射出面からＬとして射出されて、液晶パネル２０に入射される。なお、この構成例に挙げたもののみではなく、適宜光学シートを増減しても良い。

（２）光学シート３０と併せて使用する光源側の光学シートとして、反射型偏光分離シート、拡散シート、又はプリズムシート等を適宜用いることもできる。
（３）光学シート製造用金型は、円筒形状であることに限定されず、平板形状とすることもできる。この場合、平板形状の金型における光学シート３０の表面の形成面は、その形成面が円筒面形状とされならば、複数の光学素子形成部が前記第１乃至第３条件を満たすような形状となる。

（光学シートの製造方法）
図６（「光学素子」及び「配列」の項目）に示すように、様々なマイクロレンズの配列が彫刻されている金型ロールを準備した。
金型ロールを押出し機に近接して配置した。そして、熱可塑性ポリカーボネート樹脂シートを溶融し、押出し機により成型し、当該シートを冷却、硬化する前に金型ロールによって成形して、表面に形状を有する押出シートを得た。ここで、熱可塑性ポリカーボネートとして、帝人化成(株)のＭ１２０１を使用した。光学シート用押出シートは、厚みを３２０μｍとし、４１５ｍｍ×７３０ｍｍの真四角に切り取って評価に使用した。また、導光板を想定した押し出しシートは、表面形状を変えず厚みだけを２．０ｍｍとした。

（光学シートの評価）
得られた光学シートを簡易ディスプレイに組み込み、白画面を表示し、トプコン製ＳＲ−３Ａで画面の法線方向、５０ｃｍの距離から中心の輝度を測定した。バックライトユニットの構成はエッジライト方式で、下から順に白点が印刷された導光板、Ｈｚ８９の拡散フィルム、光学シート、及び偏光分離反射シートＤＢＥＦの構成とした。導光板を想定した押し出しシートを測定する場合は、光学シート、Ｈｚ８９の拡散フィルム、市販のマイクロレンズシート、及び偏光分離反射シートＤＢＥＦの構成とした。輝度は、従来と比較して０．８０以上を使用可能な範囲とした。

また、モアレの確認は、液晶パネルとの干渉を見るために、直下型バックライトユニットを用いて、全光線透過率６５％の拡散板と光学シートのみで行った。導光板を想定した押し出しシートでは、エッジライト型バックライトユニットを用いて光学シートのみの構成でモアレを確認した。モアレは目視確認となるため、被験者５名のうち問題ないと判定した人数により評価した。

また、ランダム（実施例５）以外の場合、充填率７８．５％以上ではマイクロレンズに重なりが発生している。また、ランダムの場合、充填率によらずマイクロレンズの重なりが発生している。

（評価結果）
図６に示すように、光学シートに関する実施例１乃至７はいずれも、モアレについては、従来配列の比較例１に比べ、大きな改善効果が得られた。なお、厳密に言えば、前記（２）式の係数が好ましくない値（０．４）となる実施例２では、モアレがないとは言い切れない結果となった。また、実施例３を除いた実施例１乃至７はいずれも、マイクロレンズ同士の重なりも適度であるため、輝度比については、０．８０以上から１．１０以下の範囲内に収まるという良好な結果となった。一方、実施例３は、前記（２）式の係数が好適でない値（２．１）になっているが、モアレに関しては問題なく、輝度が０．７５と低下する結果となった。

また、実施例６は、実施例１の光学素子以外の部分をプリズム形状にした例である。この実施例６では、実施例１よりもより高い輝度が得られ良好だった。プリズムではなく、単なる粗面とした場合はムラ消し効果を付与することができる。

また、実施例７は、光学シートの裏面（光学素子が有る面の反対面）に凹凸形状を付与した例である。この実施例７では、凹凸形状が輝度向上効果を発揮したため、実施例１に比べ高い輝度が得られた。図６にはないが、加えてムラ消し効果を付与することができ、モアレ改善効果が損なわれることはなかった。

また、実施例８は、導光板を想定した例である。この実施例８では、モアレのない均一な外観のものとなった。さらに、この実施例８では、従来の印刷ドットタイプの導光板に比べて高い輝度向上効果が得られた。

以上のように、本実施形態の光学シートを使用することで（実施例１乃至８）、幅広い充填率の配列で、既存の配列を利用したパネル等の他のディスプレイ部品とモアレを生じず、高い輝度を得ることができる。

１ 表示装置、１０ バックライトユニット、１１ 光源、１２ 導光板、１３ 拡散シート、１４ 反射型偏光分離シート、２０ 液晶パネル、３０ 光学シート、３１ 基板、３１ａ 表面、３１ｂ 裏面、３２ 単位レンズ、３３ 光学素子

Claims (10)

1. 入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートにおいて、
   一の面に互いに離間して配置された複数の光学素子を有し、
   前記複数の光学素子は、任意の一の光学素子と、前記一の面を円筒面形状としたならば、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子と、で構成される一対の光学素子を含み、
   前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、
   前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲとし、前記光学素子の最大幅をＰとしたとき、
   Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・２
   を満たすことを特徴とする光学シート。
   （ａ）前記一の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
   （ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置とが異なる
2. 前記光学素子は、マイクロレンズ又は多角錐形状のレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 他の面は、平面に形成され、光学素子が配置され、若しくは微細凹凸が形成され、又はこれらの組み合わせにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
4. 前記一の面における前記光学素子の配置部分以外の部分は、平面に形成され、微細凹凸が形成され、又は他の光学素子が配置されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学シート。
5. 厚さは、０．２ｍｍ以上かつ４．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学シート。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートを備えており、
   光源と、前記光源が射出した光を入射して拡散させて拡散光として射出する拡散板と、
   を備え、
   前記拡散板が射出した光を前記光学シートに入射して透過させて射出することを特徴とするバックライトユニット。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートを備えており、
   光源と、前記光源が射出した光を入射して導光させて射出する導光板と、を備え、
   前記導光板が射出した光を前記光学シートに入射して透過させて射出することを特徴とするバックライトユニット。
8. 請求項６又は７に記載のバックライトユニットを備えており、
   画素単位での透過又は非透過に応じて表示画像を規定する画像表示素子を備え、
   前記画像表示素子の背面に前記光学シートが射出した光が入射されるように前記バックライトユニットが配置されることを特徴とする表示装置。
9. 入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートの製造方法において、
   前記光学シートの一の面に互いに離間して配置される複数の光学素子を形成し、
   前記複数の光学素子は、任意の一の光学素子と、前記一の面を円筒面形状としたならば、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子と、で構成される一対の光学素子を含み、
   前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、
   前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲとし、前記光学素子の最大幅をＰとしたとき、
   Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ ^２ ／（Ｒ・π）・２
   を満たすことを特徴とする光学シートの製造方法。
   （ａ）前記一の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
   （ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子の位置と前記他の光学素子の位置とが異なる
10. 入射する光を集光及び拡散の少なくとも一方を行う光学シートを製造する光学シート製造用金型において、
    前記光学シートの一の面を形成する形成面には、前記光学シートの一の面に互いに離間して配置される複数の光学素子を形成するための複数の光学素子形成部を有し、
    前記複数の光学素子形成部は、任意の一の光学素子形成部と、前記形成面が円筒面形状であるときに、下記（ａ）及び（ｂ）を満たすように配置された他の光学素子形成部と、で構成される一対の光学素子形成部を含み、
    前記一の面を円筒面形状としたならば、前記複数の光学素子形成部は、前記円筒面においてネジ状の線でつながるように配置され、
    前記円筒面の中心軸方向における前記一の光学素子形成部の位置と前記他の光学素子形成部の位置との距離をＤとし、前記円筒面の直径をＲ２とし、前記光学素子形成部の最大幅をＰ２としたとき、
    Ｐ２ ^２ ／（Ｒ２・π）・０．５≦Ｄ≦Ｐ２ ^２ ／（Ｒ２・π）・２
    を満たすことを特徴とする光学シート製造用金型。
    （ａ）前記一の光学素子形成部の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線と、前記他の光学素子形成部の位置と前記円筒面の中心軸とを結ぶ直線とがなす角度のうち小さい方の角度をθ１とし、大きい方の角度をθ２としたときに、３６０：θ２＝θ２：θ１となる
    （ｂ）前記円筒面の中心軸方向において前記一の光学素子形成部の位置と前記他の光学素子形成部の位置とが異なる

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