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発明の名称 光学シートの製造方法、光学シート、バックライトユニット、表示装置、電子機器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−3983(P2007−3983A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−186157(P2005−186157)
出願日 平成17年6月27日(2005.6.27)
代理人 【識別番号】100095728
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳 雅誉
発明者 長谷井 宏宣 / 稲垣 顯
要約 課題
成形型を使用せずに焦点距離の短いマイクロレンズを形成した光学シートの製造方法、光学シート、バックライトユニット、表示装置、電子機器を提供することにある。

解決手段
基材シート17の上にレンズ材料の微小液滴19を液滴吐出装置で吐出して液滴20で半球状の凸部を作り、硬化し、第1層のマイクロレンズ21を形成する。その上にレンズ材料の液滴24を塗布して凸部を高くして硬化する。マイクロレンズ25の凸部が高く、焦点距離が短いので、屈折効果により集光できる。液滴吐出装置で塗布するので、多品種の拡散板7を型がなくても製造できる。
特許請求の範囲
【請求項1】
基材シートの表面に複数のマイクロレンズを備えた光学シートの製造方法であって、
前記基材シートの表面に前記マイクロレンズの液状材料を半球状に塗布する第1層塗布工程と、
前記マイクロレンズの液状材料を硬化し第1層のマイクロレンズを形成する第1層形成工程と、
前記第一層のマイクロレンズの上に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布する第2層塗布工程と、
重ねて塗布した前記マイクロレンズの液状材料を硬化する第2層形成工程と、を備えたことを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載の光学シートの製造方法において、前記第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズと同位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布することを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項3】
請求項1に記載の光学シートの製造方法において、前記第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズ位置から所定量ずらした位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布することを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項4】
請求項3に記載の光学シートの製造方法において、前記第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズを複数の領域に分けて、前記第1層のマイクロレンズ位置と第2層塗布工程で塗布する前記所定量ずらす位置を前記領域毎に設定して塗布することを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載の光学シートの製造方法において、前記複数の領域のうち一部の領域では、前記第1層のマイクロレンズと同位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布することを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法において、前記マイクロレンズが凸レンズに形成されることを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法において、前記マイクロレンズの材料を塗布する工程は、前記マイクロレンズの材料を含む液滴を吐出して塗布することを特徴とする光学シートの製造方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法によって製造された光学シート。
【請求項9】
請求項3〜5のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法によって製造され、前記第1層のマイクロレンズ位置から所定量ずらした位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布して形成された多焦点レンズを含む光学シート。
【請求項10】
基材シートの表面に複数の凸状のマイクロレンズを備えた光学シートであって、
前記マイクロレンズのうち一つは、大きさの異なる2つの凸部が連なる多焦点レンズであることを特徴とする光学シート。
【請求項11】
請求項8〜10のいずれか一項に記載の光学シートを拡散板として具備してなることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項12】
請求項9または10に記載の光学シートを拡散板として具備したバックライトユニットにおいて、
前記光学シートが有する複数の前記マイクロレンズのうちの少なくとも一つは多焦点レンズであり、多焦点レンズである前記マイクロレンズは、長焦点と短焦点の部位を持ち、短焦点の部位より長焦点の部位が光源に近くなるように配置されることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項13】
請求項11または12に記載のバックライトユニットを具備してなることを特徴とする表示装置。
【請求項14】
請求項13に記載の表示装置を具備してなることを特徴とする電子機器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロレンズを備えた光学シートの製造方法、光学シート、バックライトユニット、表示装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの電子機器の普及により、屋外など明るい環境にて使用される機会も増えており、外光が明るい所でも見易い表示装置が望まれている。又、室内においても、TV、モニターなどの大画面化に伴い、大画面であっても明るい表示装置が望まれている。その中において、液晶表示装置は、その背面に投光装置であるバックライトを備え、そのバックライトからの光により、液晶パネルの画像を認識できるようになっている。従って、明るいバックライトユニットが望まれている。
【0003】
バックライトユニットは、蛍光灯の光線の強度分布を一様に制御するため、導光板または拡散板に印刷または成形にて、光線を乱反射させるパターンが形成されている。そのパターンで乱反射した光を拡散する機能と、光線の方向を液晶パネル側に屈折させる機能を、マイクロレンズアレイにて実現した拡散板が特許文献1で公開されている。
【0004】
その拡散板の製造方法として次の方法が紹介されている。
(a)マイクロレンズアレイの表面の反転形状を有するシート型に合成樹脂を積層し、
そのシート型を剥がすことで当該光学シートを形成する方法。
(b)マイクロレンズアレイの表面の反転形状を有する金型に溶融樹脂を注入する射出
成型法。
(c)シート化された樹脂を再加熱して前記と同様の金型と金属板との間にはさんでプレスして形状を転写する方法。
【0005】
(d)マイクロレンズアレイの表面の反転形状を周面に有するロール型と他のロールとのニップに溶融状態の樹脂を通し、上記形状を転写する押出しシート成形法。
(e)基材層に紫外線硬化型樹脂を塗布し、上記と同様の反転形状を有するシート型、金型又はロール型に押さえ付けて未硬化の紫外線硬化型樹脂に形状を転写し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法。
(f)上記と同様の反転形状を有する金型又はロール型に未硬化の紫外線硬化性樹脂を充填塗布し、基材層で押さえ付けて均し、紫外線をあてて紫外線硬化型樹脂を硬化させる方法。
(g)紫外線硬化型樹脂の代わりに電子線硬化型樹脂を使用する方法。
【0006】
【特許文献1】特開2004−191611号公報(5〜8頁、図1〜図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記拡散板を製造する場合であっては、製品に合わせて金型もしくは、ロール型を製作しなければならないので、多品種の製品の製造をする場合に生産性が悪いという問題があった。
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、成形型を使用せずに焦点距離の短いマイクロレンズを形成した光学シートの製造方法、光学シート、バックライトユニット、表示装置、電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、基材シートの表面に複数のマイクロレンズを備えた光学シートの製造方法であって、前記基材シートの表面に前記マイクロレンズの液状材料を半球状に塗布する第1層塗布工程と、前記マイクロレンズの液状材料を硬化し第1層のマイクロレンズを形成する第1層形成工程と、前記第一層のマイクロレンズの上に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布する第2層塗布工程と、重ねて塗布した前記マイクロレンズの液状材料を硬化する第2層形成工程と、を備えたことをを要旨とする。
これによれば、マイクロレンズの材料を半球状に塗布した後、硬化し、その上からマイクロレンズの材料を重ねて塗布して、レンズ厚を厚くしていることから、基材シート上に焦点距離の短いマイクロレンズを形成することができる。さらに、レンズ成形用の型を用意する必要がないことから、多種類のシートを製造するときでも、生産性良く光学シートが形成できる。
【0009】
本発明の光学シートの製造方法は、前記第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズと同位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布してもよい。
これによれば、マイクロレンズの光軸に対して、対称的形状とすることができるので、通常の凸レンズとして機能するマイクロレンズを形成することができる。レンズ材料を重ね塗りしたことから、レンズの焦点距離が短くなり、屈折効果の大きいマイクロレンズとすることができる。
【0010】
本発明の光学シートの製造方法は、前記第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズ位置から所定量ずらした位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布してもよい。
これによれば、マイクロレンズは、半球状で硬化した上からそのマイクロレンズの中心からずれたところに重ねて塗布されるので、頂点は最初に硬化したマイクロレンズと所定量ずれた所にできる。最初に硬化したマイクロレンズの頂点と、重ね塗りした後硬化したマイクロレンズの頂点の両方を通る断面を見ると、2つの曲率の異なる凸部が備わり、焦点距離の異なる部位が複数できるので、多焦点レンズとなる。したがって、多焦点レンズとして機能するマイクロレンズを形成することができる。
【0011】
本発明の光学シートの製造方法は、第2層塗布工程では、前記第1層のマイクロレンズを複数の領域に分けて、前記第1層のマイクロレンズ位置と第2層塗布工程で塗布する前記所定量ずらす位置を前記領域毎に設定して塗布してもよい。
尚、一つの領域に含まれるマイクロレンズは、1個でもよく、複数でもよい。
これによれば、マイクロレンズは、光学シートの複数の領域毎に、第1層のマイクロレンズ位置と第2層塗布工程で塗布する所定量ずらす位置を設定して塗布することで、多焦点レンズの光学特性を設定することができる。従って、光学シートの各場所に入射する光線の入射角に応じて、マイクロレンズは短焦点距離のレンズを含む多焦点レンズとすることができる。その結果、光学シートに入射する光線の入射角が大きい場所では、多くの光線がマイクロレンズの短焦点の部位を通過するように配置して、光線がより大きく屈折するように、光線の進行方向を制御することができる。
【0012】
本発明の光学シートの製造方法は、前記複数の領域のうち一部の領域では、前記第1層のマイクロレンズと同位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布してもよい。
これによれば、第1層のマイクロレンズと同位置にマイクロレンズの液状材料を塗布することから、光学シート内に単焦点のマイクロレンズを形成できる。従って、光学シートに入射する入射角の小さい光線に対して単焦点レンズで集光することができるので、光線の進行方向をより大きな屈折角が得られるように、制御することができる。
【0013】
本発明の光学シートの製造方法は、前記マイクロレンズが凸レンズに形成されてもよい。
これによれば、レンズが凸状であるので、屈折効果により、光を集光させることができる。
【0014】
本発明の光学シートの製造方法では、前記マイクロレンズの材料を塗布する工程は、前記マイクロレンズの材料を含む液滴を吐出して塗布するようにしてもよい。
これによれば、液滴を吐出してマイクロレンズを成形することから、レンズ成形用の型が不要である。基材シート上でマイクロレンズを形成する場所、マイクロレンズの大きさを所定の範囲内で自由に設定できるので、多種生産しても生産性良く製造することができる。
【0015】
本発明の光学シートは、前記の光学シートの製造方法によって製造されたことを要旨とする。
これによれば、この光学シートは、焦点距離の短いマイクロレンズを備えているので、集光性がよい光学シートとすることができる。さらに、マイクロレンズを成形するための型が不要なため、多種類の光学シートを製造するときでも、生産性良く製造することができる。
【0016】
本発明の光学シートは、前記第1層のマイクロレンズ位置から所定量ずらした位置に前記マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布して形成された多焦点レンズを含むことを要旨とする。
これによれば、この光学シートは、焦点距離の短い部位をもつ多焦点レンズを含んだマイクロレンズを備えているので、特定の場所で特定の方向の光線に対して集光性がよい光学シートとすることができる。さらに、マイクロレンズを成形するための型が不要なため、多種類の光学シートを製造するときでも、生産性良く製造することができる。
【0017】
本発明の光学シートは、基材シートの表面に複数の凸状のマイクロレンズを備えた光学シートであって、前記マイクロレンズのうち一つは、大きさの異なる2つの凸部が連なる多焦点レンズであることを要旨とする。
尚、大きさの異なる2つの凸部は、基材シートからの高さが異なり、必然的に形状が異なる部分が含まれる。従って、2つの凸部は曲率の異なる部分が含まれる。また、大きさの異なる2つの凸部は、基材シートからの高さは同じであるが、曲率の異なる2つの凸形状の場合も含まれる。
これによれば、大きさの異なる2つの凸部を備えることから、2つ以上の曲率の異なる凸部が備わり、焦点距離の異なる部位が複数できるので、多焦点レンズとなる。したがって、多焦点レンズとして機能するマイクロレンズを備えた光学シートとすることができる。
【0018】
本発明のバックライトユニットは、前記光学シートを拡散板として具備していることを要旨とする。
これによれば、このバックライトユニットは、集光性のよい光学シートを備えているので、高輝度な平面光を照射できるバックライトユニットとすることができる。さらに、マイクロレンズの成形に型が不要であることから、多品種でも生産性良く製造できるバックライトユニットとすることができる。
【0019】
本発明のバックライトユニットでは、前記光学シートが有する複数の前記マイクロレンズのうちの少なくとも一つは多焦点レンズであり、多焦点レンズである前記マイクロレンズは、長焦点と短焦点の部位を持ち、短焦点の部位より長焦点の部位が光源に近くなるように配置されていてもよい。
尚、光源が複数ある場合には、マイクロレンズに到達する光線の強度が強い方の光源に対して、短焦点の部位より長焦点の部位が近くなるように配置されるのが好ましい。
これによれば、このバックライトユニットの光学シートに配置されたマイクロレンズは、光源に遠い側に短焦点の部位が形成される。バックライトユニットの光源から照射される光線の内、光学シートに入射する入射角が大きい光線は、マイクロレンズの光源から遠い方にある短焦点の部位を通過し出射するので、マイクロレンズの屈折効果が強く得られる。従って、集光性のよいマイクロレンズ特性を有する光学シートとなるので、この光学シートを備えたバックライトユニットは、高輝度な平面光を照射できる。さらに、マイクロレンズの形成に型が不要であることから、多品種でも生産性よく製造できるバックライトユニットとすることができる。
【0020】
本発明の表示装置は、前記のバックライトユニットを具備していることを要旨とする。
これによれば、この表示装置は、集光性のよい光学シートを備えたバックライトユニットを具備しているので、明るく見易い表示装置とすることができる。さらに、光学シートのマイクロレンズの形成に型が不要なので、多種類の表示装置を生産性良く製造できる。
【0021】
本発明の電子機器は、前記の表示装置を具備していることを要旨とする。
これによれば、この電子機器は、明るく見易い表示装置を備えている。さらに、内蔵している光学シートは、マイクロレンズに型が不要なので、多種類の電子機器を生産性良く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した表示装置の一実施形態について図1〜図5に従って説明する。
図1は、本発明の表示装置の斜視断面図であり、図2は、表示装置の正面断面図であり、図3は光線の動作説明図である。
図1に示すように、表示装置1は、液晶パネル2と、該液晶パネル2の下側部に配置されたバックライトユニット3と、液晶パネル2とバックライトユニット3を支持するフレーム4から構成されている。
【0023】
図2に示すようにバックライトユニット3は、ABS樹脂にて成形された箱状のフレーム4の内部に形成される。フレーム4の内部の上面には、ポリカーボネイトを微細発泡し、円弧を2つ連結した形状に成形した反射シート5が配置される。反射シート5の上には、光源である円柱状の蛍光灯6が、その両端をフレーム4に支持され、反射シート5と所定の間隔をあけて2本平行に配置される。蛍光灯6は図示しない電源部より電力が供給され発光するようになっている。
【0024】
蛍光灯6の上側には、その蛍光灯6と所定の間隔をあけて、四角の透明な平板状の光学シートとしての拡散板7がフレーム4に支持されて配置されている。拡散板7は、蛍光灯6側の面(図中矢印Zの逆側)に白色塗料でドットパターン8が印刷されている。ドットパターン8は、蛍光灯6に近い領域の密度が濃く、蛍光灯6に遠い領域の密度を薄くすることで、拡散板7を通過する光線の光量分布が均一になるように制御されるようになっている。
【0025】
また、拡散板7の上面(図中矢印Z側)には、半球を凸方向に伸張した形状で、その凸方向が図中上側(図中矢印Z方向)を向いた微細なマイクロレンズ9が全面に形成されている。マイクロレンズ9の大きさは、ドットパターン8のドットに比べて小さく、細かく形成されており、操作者が液晶パネル2から見たとき、ドットパターン8の形状がぼやけて見えにくくなっている。さらに、マイクロレンズ9の屈折効果により蛍光灯6および、反射シート5からの光線の進行方向を上側(図中矢印Z側)に曲げるようになっている。
【0026】
詳述すると、図3(a)に示すようにマイクロレンズがない場合、図中左下(図中矢印X逆、Z逆側)から右上(図中矢印X、Z側)に向かう光線が、拡散板10に入射したとき、拡散板10が平板であるため、入射角と出射角は同角となり、屈折効果は得られない。
拡散板11にマイクロレンズ12が形成されている場合は図3(b)に示すように、図中左下から入射した光線は拡散板11から出射するとき、マイクロレンズ12の屈折効果により、上方向(図中矢印Z方向)に曲げられる。光線の曲げられる角度は、出射するマイクロレンズ12の上側表面の法線の角度により影響を受け、入射角が大きいとき、その法線の方向が横向き(図中矢印X方向)になる程、屈折効果が得られる。
従って、図3(c)に示すように、拡散板13に形成されたマイクロレンズ14の凸量が大きく、焦点距離の短いレンズのとき、図中左下から入射した光線は大きく屈折し、図中上側(図中矢印Z側)に進むことになる。
【0027】
拡散板7の上側には、所定の間隔をおいて液晶パネル2がフレーム4に支持され、配置されている。液晶パネル2は、内側に透明電極のパターンが配置された2枚のガラス板の内部に液晶が封入されており、そのガラス板の一方は内側にカラーフィルタが形成されている。図示しない駆動回路により電気信号が液晶パネル2の透明電極に印加され、液晶と図示しない偏光板により部分的に光線が遮断され、画像が形成される。また、カラーフィルタが配置されているので、表示装置1はカラー画像を表示する。
【0028】
蛍光灯6から発せられた光線は、直接または、反射シート5に反射した後、拡散板7に到達する。拡散板7の下面には、白色のドットパターン8が形成されており、そのドットパターン8に到達した光線は反射シート5側に反射する。一方、拡散板7に進入した光線は、マイクロレンズ9に到達し図中上側に屈折することで、液晶パネル2を図中下側から照射する。操作者は、液晶パネル2を通過した光線を見ることで、液晶パネル2に表示された画像を認知する。
【0029】
次に、前記のような構成を有する拡散板7の製造方法の一例について図4〜図5に従って説明する。図4は、拡散板7の形成方法の説明図であり、図5は形成方法を示すフローチャートである。
表示装置1において、拡散板7以外のユニットの形成方法は、公知の方法によって、形成されるものである。拡散板7は、本実施形態においては、液滴吐出法(インクジェット法)によって形成される。まず、下面にドットパターン8(図2参照)が印刷され、上面に撥液処理された基材シート17を液滴吐出装置にセットし、図4(a)に示すように、基材シート17の上面に液滴吐出装置の吐出ヘッド18のノズルより紫外線硬化性のレンズ材料液の微小液滴19を吐出して塗布する(ステップS1)。図4(b)に示すように、レンズ材料液の液滴20が重ならない距離で等間隔に塗布する。尚、図では、一列のみの表示となっているが、基材シート17は平面的に広がっており、複数列に渡って塗布する。次に紫外線を照射して硬化させ、第1層のマイクロレンズ21ができる(ステップS2)。
【0030】
続いて、図4(c)に示すように、第1層のマイクロレンズ21上でステップ1にて吐出した位置と同位置に、吐出ヘッド22のノズルより紫外線硬化性のレンズ材料液の微小液滴23を吐出し、重ねて塗布する(ステップS3)。その結果、図4(d)に示すように、第1層のマイクロレンズ21の上にレンズ材料の液滴24が積層された形となる。次に、紫外線を照射して硬化させ(ステップS4)、基材シート17の上にマイクロレンズ25が形成され拡散板7が完成する。
【0031】
上記したように、第1の実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、基材シート17上にレンズ材料の液滴20を塗布、硬化し、第1層のマイクロレンズ21を形成後、その上に、レンズ材料の液滴24を塗布、硬化して、マイクロレンズ25を形成している。従って、一回の塗布で形成可能な厚みのレンズより、厚いレンズを形成することができる。
(2)本実施形態によれば、基材シート17上にレンズ材料の液滴20を吐出して塗布後、硬化し形成している。従って、マイクロレンズ25は凸レンズであり、蛍光灯6から照射された光を屈折させ、液晶パネル2へ集めることができる。その結果明るい表示装置1とすることができる。
【0032】
(3)本実施形態によれば、マイクロレンズ25は、焦点距離の短い凸レンズであることから、屈折効果が高く、さらに、明るい表示装置1とすることができる。
(4)本実施形態によれば、拡散板7の集光能力が高いことから、拡散板7の上に別途プリズムシートなどの光学シートを配置する必要がないので、バックライトユニット3は薄くすることができる。さらに、光学シートを省くことで構成部品を減らすことが可能であり、生産性を上げることができる。
(5)本実施形態によれば、マイクロレンズ25は、液滴吐出装置にて塗布し形成している。従って、マイクロレンズ25のレンズ厚み、レンズ径、レンズの間隔は、液滴吐出装置の設定で変更できる。この結果、レンズ形成用の型を用意する必要がなく、多種類の拡散板7を容易に製造することができる。さらに、短納期で製造することができる。
【0033】
(6)本実施形態によれば、マイクロレンズ25は、液滴吐出装置にて塗布し形成している。従って、マイクロレンズ25の形成範囲は自由に設定できるので、自由度の高い設計ができる。
(7)本実施形態によれば、マイクロレンズ25は、液滴吐出装置にて塗布し形成しているので、マイクロレンズ25は微細なサイズで、密に形成できる。拡散板7で光の輝度を均一にするためのドットパターン8より微細なパターンにて形成しているので、液晶パネル2から観察時、拡散板7のドットパターン8をぼかすことができる。したがって、液晶パネル2を観察し易くすることができる。
(8)本実施形態によれば、マイクロレンズ25は、液滴吐出装置にて塗布し形成しているので、マイクロレンズ25はレンズ径と隣り合うレンズとの距離のばらつきを少なく形成できる。拡散板7で輝度調節した光をばらつき少なく、液晶パネル2に投光しているので、液晶パネル2から観察時、背景となる光の面の輝度のばらつきを少なくすることができる。したがって、液晶パネル2を観察し易くすることができる。
【0034】
(第2の実施形態)
次に、本発明を具体化した表示装置の一実施形態について図6〜図7に従って説明する。
図6は、本発明の表示装置の斜視断面図であり、図7は、表示装置の正面断面図である。
図6に示すように、表示装置26は、液晶パネル27と、該液晶パネル27の下側部に配置されたサイドライト方式のバックライトユニット28と、液晶パネル27とバックライトユニット28を支持するフレーム29から構成されている。
【0035】
図7に示すようにバックライトユニット28は、ABS樹脂にて成形されたフレーム29の内部に形成される。フレーム29の上面には、ポリカーボネイトを微細発泡して成形した反射シート30が配置される。反射シート30の上方には、下面(図中Z矢印逆側)に白色塗料でパターンが印刷された透明なアクリル板からなる導光板31が配置される。導光板31の側面(図中X矢印逆側)には、光源である円柱状の蛍光灯32が、導光板31と所定の間隔をあけて配置される。蛍光灯32に隙間をあけて取り囲むように、片面にアルミニウムを蒸着して形成されたシート状の反射鏡33が配置されている。反射鏡33の両端は、導光板31に接続され、蛍光灯32が発光した光線は、直接もしくは反射鏡33を反射した後、導光板31の内部へ進入するようになっている。
【0036】
導光板31の上には、透明なポリカーボネイトのシートの上面に、凸状のマイクロレンズが第1の実施形態と同じ製造方法で形成された拡散板34が配置され、導光板31を通過した光は屈折し、上側(図中Z矢印側)に向かうようになっている。
つまり、蛍光灯32にて発光した光は、直接または、反射鏡33で反射して導光板31に入り、導光板31の表面で反射し右側(図中X矢印側)へ移動する。導光板31の下面に印刷されたパターンを照射した光は乱反射し、導光板31の上面(図中Z矢印側)に到達し、入射角が臨界角以下の光は、導光板31を通過し、拡散板34に到る。拡散板34の上面は、透明な合成樹脂の凸状マイクロレンズが形成されており屈折作用により、上側方向(図中Z矢印方向)に光線が曲げられる。尚、蛍光灯32、導光板31、拡散板34は、Y方向に幅を有しており、拡散板34を通過した光は、平面光となっている。
【0037】
拡散板34の上側には、液晶パネル27が配置される。液晶パネル27は、マトリックス表示の液晶表示体であり、フレーム29内にその駆動回路が格納されている。駆動回路は、コントロール装置(図示しない)と配線にて接続され、コントロール装置の信号により液晶表示体を駆動する。バックライトユニット28により照射される平面光は、液晶パネル27の画素毎に透過光量が制御されるので、観察者は液晶パネル27の画像を認識できるようになっている。
【0038】
上記したように、第2の実施形態によれば、上記実施形態の作用及び効果に加えて以下の効果を有する。
(1)第2の実施形態によれば、拡散板34は、サイドライト方式のバックライトユニット28においても、導光板31の印刷ドットパターンを拡散することで、液晶パネル27を見やすくしている。さらに、拡散板34は、光線の進行方向を液晶パネル27に屈折させるので、高輝度な表示装置26とすることができる。
(2)サイドライト方式にして、蛍光灯32を左側に配置し、導光板31で光線を分布させたので、表示装置26を薄くすることができる。
【0039】
(第3の実施形態)
次に、本発明を具体化した表示装置の一実施形態について図8〜図11に従って説明する。
図8は、本発明の表示装置の正面断面図であり、図9は、マイクロレンズの動作説明図である。
図8に示すように、表示装置35は、拡散板36以外が、第1の実施形態と同じ構成となっている。拡散板36は、マイクロレンズ9の形成されている面が6個の領域R1〜R6に分割され、各領域内のマイクロレンズ9の形状は同形であり、領域毎にマイクロレンズ9の形状が設定されている。蛍光灯6の真上に位置する領域R1,R2のマイクロレンズ9は、単焦点レンズであり、その光軸はレンズの中心を通る形状に形成されている。
【0040】
領域R1,R2の図中右側(図中X矢印側)は、別の領域R3,R4に区切られている。領域R3,R4のマイクロレンズ9は、左右非対称に形成され、図中右側(図中X矢印側)の焦点距離が、図中左側より短い多焦点レンズとなっている。
蛍光灯6から発した光線は、直接または反射シート5を反射した後、拡散板36に入射する。図9に示すように、図中左下から右上に進行する光線は、マイクロレンズ9の図中右側の焦点距離が短く形成された部位を通過するので、高い屈折効果が得られる。よって、液晶パネル2方向(図中Z矢印側)へ光線が曲げられ、高輝度な表示装置35となる。逆に、図中右下から左上に進行する光線は、マイクロレンズ9の図中左側で焦点距離が長く形成された部位を通過するので、屈折効果が得られない。
この領域R3,R4は、図8に示すように、近い方の蛍光灯6の図中右上に位置するので、拡散板36に入射する光線の多くは図中左下から右上に進行するように分布している。従って、拡散板36に入射した光線の多くは、マイクロレンズ9の焦点距離の短い部位を通過するので、屈折して液晶パネル2の方向へ進行する。
【0041】
同様に、領域R1,R2の図中左側(図中X矢印逆側)は、別の領域R5,R6に区切られている。領域R5,R6のマイクロレンズ9は、図中左側(図中X矢印逆側)の部位の焦点距離が、図中右側より短い多焦点レンズとなっている。また、この領域R5,R6は、図8に示すように、近い方の蛍光灯6の図中左上に位置するので、拡散板36に入射する光線の多くは図中右下から左上に進行するように分布している。従って、拡散板36に入射した光線の多くは、マイクロレンズ9の焦点距離の短い部位を通過するので、屈折して液晶パネル2の方向へ進行する。
【0042】
次に、前記のような構成を有する拡散板36の製造方法の一例について図10及び図11に従って説明する。図10は、拡散板36の形成方法の説明図であり、図11は形成方法を示すフローチャートである。
まず、下面にドットパターン8(図8参照)が印刷され、上面に撥液処理された基材シート17を液滴吐出装置にセットし、図10(a)に示すように、基材シート17に液滴吐出装置の吐出ヘッド18のノズルより紫外線硬化性のレンズ材料液の微小液滴19を吐出して塗布する(ステップS11)。図10(b)に示すように、レンズ材料の液滴20が重ならない距離で等間隔に塗布する。尚、図では、一列のみの表示となっているが、基材シート17は平面的に広がっており、複数列に渡って塗布する。次に紫外線を照射して硬化させ、第1層のマイクロレンズ21ができる(ステップS12)。
【0043】
続いて、図10(c)に示すように、第1層のマイクロレンズ21上に吐出ヘッド22のノズルより紫外線硬化性のレンズ材料液の微小液滴23を吐出して、重ねて塗布する(ステップS13)。その際、領域R1,R2では、第1層のマイクロレンズ21の中心とレンズ材料液の微小液滴23の中心を合わせて、吐出する。領域R3,R4では、第1層のマイクロレンズ21の中心とレンズ材料液の微小液滴23の中心を図中矢印X方向へ所定量ずらして、吐出する。また、領域R5,R6では、第1層のマイクロレンズ21の中心とレンズ材料液の微小液滴23の中心を図中矢印X逆方向へ所定量ずらして、吐出する。
【0044】
その結果、領域R1,R2では、第1の実施形態と同じ形状のマイクロレンズ25が形成される。領域R3,R4では、図10(d)に示すように、硬化した第1層のマイクロレンズ21上の図中右側にレンズ材料の液滴24が積層された形となる。領域R5,R6では、硬化した第1層のマイクロレンズ21上の図中左側にレンズ材料の液滴24が積層された形となる。次に、紫外線を照射して硬化させ(ステップS14)、基材シート17の上にマイクロレンズ25が形成され拡散板36が完成する。この領域R3,R4,R5,R6のマイクロレンズ25は、大きさの異なる半球が連なった形状となる。従って、大きさの異なる凸レンズが連なった形態の多焦点レンズとして機能する。
【0045】
上記したように、第3の実施形態によれば、上記実施形態の作用及び効果に加えて以下の効果を有する。
(1)拡散板36に入射する光線の方向の分布にあわせて、拡散板36上を複数の領域に分け、単焦点のマイクロレンズ9と、多焦点のマイクロレンズ9を配置した。拡散板36に入る光線の入射角が大きい光線が多く分布する領域には、多焦点なマイクロレンズ9の焦点距離の短い部位を通過するように、マイクロレンズ9を配置したことにより、多くの光線が屈折する角度が大きくなった。その結果、液晶パネル2方向に光線が集まり、高輝度な表示装置35とすることができる。
(2)液滴吐出装置を用いて、第1層のマイクロレンズ21を形成した上に、中心から所定量ずらした位置にレンズ材料の液滴24を塗布することにより多焦点のマイクロレンズ25を形成することができた。単焦点のマイクロレンズ9より焦点距離の短いレンズ形状を有するマイクロレンズ25を形成することができる。
【0046】
(第4の実施形態)
次に、本発明を具体化した表示装置の一実施形態について図12に従って説明する。図12は、本発明の表示装置の正面断面図である。
図12に示すように、表示装置37は、拡散板38以外が第2の実施形態と同じ構成となっており、サイドライト方式のバックライトユニット28を備えている。拡散板38は、マイクロレンズ9の形成されている面を3つの領域R11〜R13に分割され、各領域内のマイクロレンズ9の形状は同形となっている。
【0047】
蛍光灯32に近い場所に位置する領域R11のマイクロレンズ9は、単焦点レンズであり、その光軸がレンズの中心を通る形状に形成されている。蛍光灯32を発した光線は、導光板31に入射し、その導光板31に印刷されたドットパターン39で乱反射し、拡散板38のマイクロレンズ9に到達する。領域R11は、蛍光灯32に近いので、領域R11に到達する光線は蛍光灯32に近い側の導光板31のドットパターン39にて乱反射した光がほとんどとなる。蛍光灯32に近い側の導光板31のドットパターン39から拡散板38の領域R11に到る光線の入射角は鋭角であり、その場所における拡散光は、図中上方向(図中矢印Z方向)に分布した光となる。領域R11には、単焦点のマイクロレンズ9が配置されているので、図中上方向に対して若干図中左右に角度を持って進行している光線は屈折し、さらに図中上方向に進行するようになる。
【0048】
拡散板38の中央部に位置する領域R12のマイクロレンズ9は図中右側が短焦点の多焦点レンズに形成されている。領域R12に到達する光線は、蛍光灯32から離れた位置のドットパターン39で乱反射した光線である。蛍光灯32から直接ドットパターン39に到達した光線と、導光板31内を反射してドットパターン39に到達した光線の、ドットパターン39への入射角は鈍角になるので、ドットパターン39で乱反射する光線の分布は、図中左下から右上に進行し反射角が鈍角な光線の分布となる。拡散板38へ入射する光線は、入射角が鈍角な分布となり、マイクロレンズ9を通過するときは、図中右側の部位を通過することとなる。
この領域R12において、マイクロレンズ9は、図中右側が短焦点である多焦点レンズに形成されていることから、このマイクロレンズ9の図中右側の部位を通過した光線は、屈折効果が強く働き、図中上方向に進行するようになる。
【0049】
拡散板38の図中右端に位置する領域R13のマイクロレンズ9は、単焦点レンズであり、その光軸がレンズの中心を通る形状に形成されている。領域R13に到達する光線は、図中左側から導光板31にて反射を繰り返して、ドットパターン39で乱反射して到達した光線と、導光板31の右端面、もしくはその右端面に隣接するフレーム29で反射してドットパターン39に到達し、乱反射した光線である。したがって、領域R13のマイクロレンズ9は、図中左下側からの入射光と図中右下側からの入射光が入射する。この領域R13では、単焦点のマイクロレンズ9が配置されているので、図中左下側および図中右下側からの光線は共に、屈折効果により図中上方向に進行するようになる。
【0050】
上記したように、第4の実施形態によれば、上記実施形態の作用及び効果に加えて以下の効果を有する。
(1)サイドライト方式のバックライトユニット28において、拡散板38に入射する光線の方向の分布にあわせて、拡散板38上を3つの領域に分け、単焦点のマイクロレンズ9と、多焦点のマイクロレンズ9を配置した。拡散板38に入る光線の入射角が大きい光線が多く分布する領域には、多焦点なマイクロレンズ9の短焦点距離の部位を通過するように、マイクロレンズ9を配置したことにより、光線が屈折する角度が大きくなった。その結果、液晶パネル27方向に光線が集まり、高輝度な表示装置37とすることができる。
(2)サイドライト方式のバックライトユニット28において、蛍光灯32に近い領域のマイクロレンズ9と、蛍光灯32と離れている側の拡散板38の端面に近い領域のマイクロレンズ9は、単焦点レンズとした。従って、図中左側からの入射光線と、図中右側からの入射光線は、共に図中上方向に屈折し、進行するので、液晶パネル27の両端部でも明るい表示装置37とすることができる。
次に前記実施形態により製造された表示装置のいずれかを備えた電子機器について説明する。
【0051】
図13は、携帯電話などの電子機器40の一例を示した斜視図である。電子機器40の本体は情報を表示する表示装置41を備え、この表示装置41に、前記第1〜4の実施形態により製造された表示装置のいずれかが配置されている。電子機器40に配置されている表示装置41は、前記第1〜4の実施形態により製造されている。従って、表示部が明るく、生産性の高い電子機器となる。
【0052】
尚、発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように実施してもよい。
・前記第2および第4の実施形態では、拡散板34,38の下側の面(図中Y矢印逆方向)の面は、平坦のままであったが、凹凸を付けても良い。導光板31とのスティッキングが防止される。
・前記実施形態では、拡散板7の基材シート17にポリカーボネイトを使用したが、特に限定されるものではなく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニル等の合成樹脂であってもよい。透明で光透過率の高いシートが望ましい。
・前記実施形態では、マイクロレンズは合成樹脂で形成されたが、これに加えて、フィラー、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤等が配合されてもよい。安定した液滴の吐出ができる。さらに、品質劣化が防止できる。
【0053】
・前記実施形態では、マイクロレンズは合成樹脂で形成されたが、これに加えて、光拡散剤としてシリカ系材料の微粒子が配合されてもよい。光の拡散効果を高めることができる。
・前記実施形態では、反射シート5はポリカーボネイトを微細発泡して成形したが、特に限定されるものではなく、例えば、酸化チタンの顔料を添加したポリエステル系樹脂白色プラスチックシートを使用してもよい。その際、添加する白色塗料材として硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、酸化アルミニウム、樹脂材料としてポリオレフィン系樹脂や発泡プラスチックシート、銀箔、アルミ箔等反射率のよい材質を使用してもよい。
【0054】
・前記実施形態では、光源に蛍光灯6を使用したが、白色灯、LED、冷陰極管を使用してもよい。
・前記第1及び第3の実施形態では蛍光灯6を2本使用したが、特に限定されるものではなく、表示装置の大きさ、必要とされる明るさに応じて設定し、1本でもよく、3本以上でもよい。
・前記第2及び第4の実施形態では、蛍光灯32を1本使用したが、導光板31の側面に複数の蛍光灯32を設置してもよい。
【0055】
・前記第2及び第4の実施形態では、導光板31下面に白色の塗料にてパターンを形成したが、凹凸を付けて乱反射させてもよい。
・前記第2及び第4の実施形態では、導光板31の材質にアクリル樹脂を使用したが、特に限定されるものではなく、透明な材質であればよい。たとえば、ポリカーボネイト、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリエーテルスルホンなどでもよい。
・前記実施形態では、マイクロレンズの材料の塗布にインクジェット法で行なったがこれに限定されない。スクリーン印刷、オフセット印刷、ディスペンサーによる塗布、マスキングして吹き付けする塗装でも良い。
【0056】
・前記実施形態では、マイクロレンズの材料に紫外線硬化性樹脂を使用し、硬化するのに、紫外線を照射して硬化したが、これに限らない。マイクロレンズの材料に紫外線硬化性樹脂以外の放射線硬化性樹脂を使用して、紫外線以外の放射線を照射して硬化してもよい。ここで放射線とは、可視光線、遠紫外線、X線、電子線の総称である。また、マイクロレンズの材料に熱硬化性樹脂を使用して、熱硬化してもよい。
・前記実施形態では、隣接するマイクロレンズが接触しないように形成したが、これにかぎらない。隣接するマイクロレンズとつながっても、拡散作用、集光作用が得られれば良い。
【0057】
・前記実施形態では、第1層のマイクロレンズ21を硬化した後、次の工程でマイクロレンズの液状材料を重ねて塗布したが、第1層のマイクロレンズ21を硬化する工程と、マイクロレンズの液状材料を重ねて塗布する工程の間に、撥液処理を施す工程をいれてもよい。重ね塗りするマイクロレンズの液状材料が広がりすぎるのを防止できる。
【0058】
・前記実施形態では、一つの領域に複数のマイクロレンズが配置された構成としたが、一つの領域に一つのマイクロレンズが配置された構成にしても良い。マイクロレンズに入射する光線の強度分布と、出射させたい光線の強度分布に合わせて、マイクロレンズの光学特性を個々に設定することができるので、集光することができる。
・前記発明のマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば、固体撮像装置の受光面、プロジェクタのスクリーン、レーザプリンタの光学ヘッドなどに設けられる光学部品としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】第1の実施形態の表示装置の斜視図。
【図2】第1の実施形態の表示装置の断面図。
【図3】第1の実施形態のマイクロレンズ内の光線の動作を説明するための図。
【図4】第1の実施形態の光学シートの製造方法を説明するための図。
【図5】第1の実施形態の光学シートの製造工程をしめすフローチャート。
【図6】第2の実施形態の表示装置の斜視図。
【図7】第2の実施形態の表示装置の断面図。
【図8】第3の実施形態の表示装置の断面図。
【図9】第3の実施形態のマイクロレンズ内の光線の動作を説明するための図。
【図10】第3の実施形態の光学シートの製造方法を説明するための図。
【図11】第3の実施形態の光学シートの製造工程をしめすフローチャート。
【図12】第4の実施形態の表示装置の断面図。
【図13】電子機器の斜視図。
【符号の説明】
【0060】
1…表示装置、3,28…バックライトユニット、7,34,36,38…光学シートとしての拡散板、9,25…マイクロレンズ、17…基材シート、21…第1層のマイクロレンズ、40…電子機器、R1〜R6…領域。




 

 


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