CN101978293A - 光学元件、包括该光学元件的光源单元以及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件。该光学元件的光的取出效率高，且能够消除在矩阵状配置的点状光源的背光的正交的两个方向的亮度不均。光学元件(3)包括，透光性的光学板(20)和光扩散板(10)。光学板(20)具有光入射面(20a)和光出射面(20b)。在光入射面(20a)和光出射面(20b)的至少之一上形成微透镜阵列(21)，在该微透镜阵列(21)中，形成为凸状或凹状的多个微透镜(22)不足10μm的间距周期性且矩阵状地排列。光扩散板(10)配置在光学板(20)的光出射面(20b)侧。光扩散板(10)通过折射使入射光扩散。

Description

光学元件、包括该光学元件的光源单元以及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及光学元件、包括该光学元件的光源单元以及液晶显示装置。
背景技术
以往，众所周知的是所谓直下式的背光。在直下式的背光中，在光出射面之下排列有多个光源。因此，在背光的光出射面中，光源的正上方的亮度具有比其他部分高的倾向。即、所谓灯像可能变得容易被视觉辨认。
目前，在如专利文献1～5等中，提出了各种消除亮度不均的方法。例如，在专利文献1中公开了将使用了光扩散材料的光扩散板配置在光源上的方法。
并且，在专利文献6中公开了具有微透镜的直径在10μm不足100μm的微透镜阵列的光学板。在专利文献6中记载了通过该光学板能够实现正面方向的高亮度化和亮度的均一化的内容。并且，在专利文献6中记载了如下内容。即：如果微透镜的直径比10μm小，衍射的影响就会变大，视觉质量就会降低，因此，微透镜的直径优选10μm以上，更为优选20μm以上。
专利文献1：(日本)特开昭54-155244号公报
专利文献2：(日本)专利2852424号公报
专利文献3：(日本)特开2000-338895号公报
专利文献4：(日本)特开2002-352611号公报
专利文献5：美国专利5161041号公报
专利文献6：(日本)特开2004-145329号公报
当将使用了如专利文献1所公开的光扩散材料的光扩散板配置在直下式背光上时，会产生光扩散板导致的光的吸收或向不需要的方向的光扩散。因此，使用了光扩散材料的光扩散板的光取出效率低。因此，在仅仅将使用了光扩散材料的光扩散板配置在背光上时，虽然能够消除亮度不均，但是存在从背光射出的光的利用效率变低的问题。
并且，专利文献2～5公开的方法虽然能够消除具有被相互平行地配置的线状光源的背光的亮度不均，但是存在难以充分消除配置了矩阵状的点状光源的背光的亮度不均。具体地，虽然能够消除规定方向上的背光的亮度不均，但是存在难以充分消除垂直于该规定方向的方向上的背光的亮度不均。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种光学元件，该光学元件是光取出效率高、并且能够消除配置了矩阵状的点状光源的背光的正交的两个方向上的亮度不均的光学元件。
本发明的光学元件包括：具有光入射面和光出射面的光学板；配置在光学板的光出射面侧，并通过折射使入射光扩散的光扩散板。在光入射面和光出射面的至少一个上形成有微透镜阵列。在微透镜阵列中，形成为凸状或凹状的多个微透镜以不足10μm的间距周期性且矩阵状地进行排列。
在本发明的某种特定情况下，微透镜被形成为凸状，微透镜阵列被形成在光出射面。
在本发明中，微透镜阵列的间距优选5μm以下，更为优选3μm以下。
在本发明的其他特定情况下，光扩散板具有多个微透镜以10μm以上的间距进行排列的微透镜阵列。
在本发明的其他特定情况下，从俯视来看，光学板的微透镜大致是圆形，俯视时的光学板的微透镜的直径占光学板的微透镜阵列的间距的50％以上，优选80％以上。
本发明的其他特定情况下，在光入射面和光出射面中的形成微透镜阵列的一侧的面上的微透镜的占有率在80％以上，在以微透镜阵列的间距(μm)为X轴，以微透镜的直径除微透镜的高度得到的微透镜的纵横比为Y轴的图17所示的坐标系中，(微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)位于用直线按顺序连接点A(1.0、0.875)、点B(1.0、0.625)、点C(1.5、0.375)、点D(2.0、0.375)、点E(2.0、0.625)以及点F(1.5、0.875)而形成的区域内。
本发明的其他特定情况下，在以微透镜阵列的间距(μm)为X轴，以微透镜的直径除微透镜的高度得到的微透镜的纵横比为Y轴的图17所示的坐标系中，(微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)位于用直线按顺序连接点G(1.0、0.75)、点H(1.5、0.5)、点I(2.0、0.5)以及点J(1.5、0.75)而形成的区域内。
本发明的其他特定情况下，微透镜阵列被形成为：光学板在0°之外的扩散角中具有具有比扩散角0°的透光率高的透光率的透光的间距。
本发明的其他特定情况下，多个微透镜被有规则且周期性地排列在第一方向和与第一方向正交的第二方向的两个方向上。
本发明的其他特定情况下，从俯视看，光学板被排列为多个微透镜以连接邻接的微透镜的中心形成的图形是正三角形。
本发明的光源单元包括上述本发明的光学元件和光源器件。光源器件配置在光学元件的光入射面侧。光源器件使光向光入射面射出。
光源器件也可以具有多个点状光源。
本发明的液晶显示装置包括：上述本发明的光源单元；配置在光扩散板的光出射面侧的液晶显示元件。
根据本发明，光学板具有间距以不足10μm的微透镜阵列，且使入射光通过折射进行扩散的光扩散板配置在光学板的光出射面侧，因此，不仅能够提高光的取出效率，而且能够消除矩阵状配置的点状光源的背光的正交的两个方向的亮度不均。
附图说明
图1是实施了本发明的优选形态的一例所述及的液晶显示装置的概略剖面图。
图2是表示光扩散板的一部分的俯视图。
图3是图2中的III-III向视图。
图4是表示光学板的一部分的俯视图。
图5是图4中的V-V向视图。
图6是光源器件的俯视图。但是，省略了透光基板33的图示。
图7是表示微透镜阵列的间距为50μm时的扩散角和透光率关系的图表。
图8是表示微透镜阵列的间距为9.9μm时的扩散角和透光率关系的图表。
图9是表示微透镜阵列的间距为5μm时的扩散角和透光率关系的图表。
图10是表示微透镜阵列的间距为3μm时的扩散角和透光率关系的图表。
图11是表示微透镜阵列的间距为1.8μm时的扩散角和透光率关系的图表。
图12是表示在式子(1)中，n＝2、λ＝550nm时的微透镜阵列的间距和扩散角关系的图表。
图13是表示变形例1中的光学板的一部分的俯视图。
图14是变形例2中的光源器件的俯视图。
图15是图14中的XV-XV向视图。
图16是表示变形例3中的光学板的一部分的俯视图。
图17是表示微透镜阵列的间距和微透镜的纵横比关系的图表。
附图标记的说明
1    液晶显示装置
2    光源单元
3    光学元件
10   光扩散板
10a  光入射面
10b  光出射面
11   微透镜阵列
12   微透镜
20   光学板
20a  光入射面
20b  光出射面
21   微透镜阵列
22   微透镜
25   微透镜
30   光源器件
30a  光出射面
31   壳体
31a  凹部
32   点状光源
33   透光基板
34   线状光源
40   液晶显示元件
41a  偏振光板
41b  偏振光板
具体实施方式
下面以图1所示的液晶显示装置为例对实施本发明的优选形态的一例进行说明。但是，液晶显示装置1仅仅是举例，本发明不限于液晶显示装置1。
如图1所示，液晶显示装置1包括：液晶显示元件40、一对偏振光板41a、41b和光源单元2。液晶显示元件40配置在一对偏振光板41a、41b之间。偏振光板41a和41b使偏振光方向相互正交地配置。
光源单元2包括：光源器件30和光学元件3。
在本发明中，光源器件30没有被特殊限定。光源器件30也可以是具有多个如LED(Light Emitting Diode发光二极管)等的点状光源的器件。并且，光源器件30也可以是具有多个如冷阴极管等的线状光源的器件。
在本实施形态中，如图1所示，光源器件30包括：壳体31、多个点状光源32和透光基板33。在壳体31上形成有凹部31a。多个点状光源32配置在该凹部31a内。如图6所示，多个点状光源32被周期性且矩阵状地排列。另外，在图6中省略了透光基板33的图示。
壳体31的凹部31a被透光基板33覆盖。点状光源32的光从该透光基板33出射。
另外，例如透光基板33也可以是具有使光扩散功能的扩散板。并且，也可以在透光基板33上进一步配置光扩散板。
如图1所示，光学元件3配置在光源器件30的光出射面30a侧。光学元件3包括：透光性的光学板20和透光性的光扩散板10。光学板20配置在光源器件30的光出射面30a上。
光扩散板10配置在光学板20的光出射面20b侧。具体地、在本实施形态中，光扩散板10配置在光出射面20b的上方。光扩散板10通过折射使来自光学板20侧的入射光扩散。
在本发明中，只要光扩散板是通过折射使入射光扩散的，就没有特殊限定。在本实施形态中，以光扩散板10具有微透镜阵列为例进行说明。但是，光扩散板10也可以是如粒珠涂敷型光扩散板、棱镜板、反射偏振光功能板等。
并且，在本实施形态中，虽然对配置一个光扩散板10的例子进行了说明，但是也可以配置多个光扩散10。当配置多个光扩散板10时，既可以配置多个相同种类的光扩散板，也可以配置多个种类的光扩散板。
如图3所示，光扩散板10包括：光入射面10a和光出射面10b。光扩散板10包括形成在光出射面10b上的微透镜阵列11。如图2所示，微透镜阵列11包括周期性且矩阵状地排列的多个微透镜12。
对多个微透镜12的排列没有特殊限定。例如、多个微透镜12也可以分别在第一方向和与第一方向正交的第二方向上分别有规则且周期性地排列。即、多个微透镜12也可以按照所谓正方形格子图案排列。并且，如图2所示，从俯视来看，多个微透镜12也可以以连接邻接的微透镜12的中心形成的图形为三角形(优选正三角形)地以所谓三角形格子图案(优选正三角形格子图案)进行排列。
具体地，在本实施形态中，如图2所示，连接邻接的微透镜12的中心C1～C3形成的图形T1成为正三角形地以所谓的正三角形格子图案排列。这样，从俯视看，通过使多个微透镜12以所谓正三角形格子图案排列，能够增加单位面积上配置的微透镜12的数量。即、能够提高微透镜12的占有率。因此，能够实现强大的扩散功能。
如图2和图3所示，在本实施形态中，微透镜12的形状是半球状。但是，在本发明中，对微透镜12的形状没有特殊限定。微透镜12也可以被形成为如椭圆球状、圆锥状、圆台状、角锥状或平截头棱锥体状等形状。
多个微透镜12以10μm以上的间距排列。微透镜阵列11的间距也可以在例如20μm以上。
另外，在本发明中，“微透镜阵列的间距”是指邻接的微透镜的中心之间的距离中最短的距离。具体地、在图2所示的情况下，多个微透镜12被按照连接邻接的微透镜12的中心形成的图形是正三角形地排列，因此，图2所示的间距P1和间距P2相等。因此，本实施形态中的微透镜11的间距P与间距P1和间距P2相等。
在本实施形态中，对微透镜12的直径D1没有特殊限定。微透镜12的直径D1能够按照微透镜11的间距P和占有率进行适当地设定。例如、微透镜12的直径D1可以在15～100μm左右。
对光扩散板10的材质没有特殊限定。光扩散板10可以由如合成树脂形成。作为合成树脂的具体例子，可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
并且，对光扩散板10的平均厚度也没有特殊限定。优选光扩散板10的平均厚度在例如50～400μm左右。
如图1所示，光学板20配置在光源器件30上。但是，光学板20不必一定配置在光源器件30的正上方。在光源器件30和光学板20之间可以配置其他的光学元件。例如、可以在光学板20和光源器件30之间配置光扩散板或棱镜板。并且，空气层也可以介于光源器件30和光学板20之间。
光学板20包括光入射面20a和光出射面20b。光入射面20a与光源器件30相对。光出射面20b和光扩散板10相对。
如图4和图5所示，光学板20包括微透镜阵列21。
微透镜阵列21形成在光入射面20a和光出射面20b的至少之一上。具体地、如图1和图5所示，在本实施形态中，微透镜阵列21形成在光学板20的光出射面20b上。
微透镜阵列21包括多个微透镜22。多个微透镜22分别被形成为凸状或凹状。在本实施形态中，微透镜阵列21包括被形成为凸状的多个微透镜22。更为具体地，在本实施形态中，微透镜22被形成为半球状。但是，在本发明中，微透镜22的形状不限于此。微透镜22也可以被形成为如椭圆球状、圆锥状、圆台状、角锥状或平截头棱锥体状等形状。
多个微透镜22被周期性且矩阵状地排列。多个微透镜22也可以在第一方向和与第一方向正交的第二方向的两个方向上上有规则且周期性地排列。即、多个微透镜22例如也可以按照所谓正方形格子图案进行排列。并且，如图4所示，多个微透镜22也可以以连接邻接的微透镜22的中心C4～C6形成的图形T2是三角形地进行排列。即、多个微透镜22也可以以所谓的三角形格子图案进行排列。即使在三角形格子图案中，优选多个微透镜22也以图形T2是正三角形的正三角形图案进行排列。
在本实施形态中，微透镜阵列21的间距P(＝P3＝P2)被设定为不足10μm。微透镜阵列21的间距优选在5μm以下，更为优选在3μm以下，进一步优选在2.5μm以下。
微透镜阵列21的间距P优选在0.3μm以上，更为优选在0.7μm以上。这是因为如果微透镜阵列21的间距P变小，有难以形成微透镜阵列21的倾向。
在本实施形态中，因为微透镜阵列21的间距P被设定为不足10μm，所以在微透镜阵列21中产生衍射光。相对于微透镜阵列21，当光线从法线方向入射时，在满足下式(1)的角度θ中衍射光增强。
P·sinθ＝nλ    (1)
其中，
P：微透镜阵列21的间距
n：自然数
λ：向微透镜阵列21入射的光线的波长
在本实施形态中，微透镜22的直径D2没有特殊限定。但是，微透镜22的直径D2优选占微透镜阵列21的间距P的50％以上，优选占80％以上。通过使微透镜22的直径D2比微透镜阵列21的间距P长，能够使形成光学板20的光出射面20b的微透镜22的区域中的微透镜22的占有率较高。微透镜22的占有率优选在20％以上，更为优选在50％以上。
另外，在本说明书中，微透镜的占有率是指在俯视的情况下，微透镜的面积相对于形成微透镜的面的面积的比例。具体地、在图4所示的情况下，指的是位于正三角形T2内的微透镜22的面积相对于微透镜22的中心C4～C6所围成的正三角形T2的面积的比例。
关于光学板20的材质，只要其具有透光性就没有特殊限定。光学板20能够由如透光性的合成树脂形成。作为合成树脂的具体例子，可以举出如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、纤维素乙酸酯、耐候性氯乙烯、能量固化型树脂等。作为能源固化型树脂的具体例子，可以举出紫外线固化型树脂、电子束固化型树脂等。其中，特别优选以紫外线固化型树脂或电子束固化型树脂等为代表的能源固化型树脂。这是因为通过使用能源固化型树脂，能够较为容易地形成微透镜阵列21。
另外，光学板20既可以被一体形成，也可以是被粘贴多个光学部件的光学板。具体地，也可以是在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜等光学薄膜上粘贴了紫外线固化型树脂等形成的微透镜的光学板。
并且，光学板20也可以包括各种填充物、增塑剂、稳定剂、恶化防止剂以及分散剂等中的至少一种。
对光学板20的厚度没有特殊限定。例如、光学板20的平均厚度可以在10μm以上、3000μm以下。考虑到光学板20的透光性，光学板20的平均厚度优选35μm以上、300μm以下，更为优选50μm以上、250μm以下。
对此，考虑到光学板20的机械强度，光学板20的平均厚度的优选范围是1000μm以上、2500μm以下，更为优选1200μm以上、2000μm以下。
如果光学板20的厚度过薄，光学板20的形状可能会由于光源器件30等的热量等而发生变化。但是，如果光学板20的厚度过厚，光学板20的透光率有降低的倾向。
光学板20的制造方法没有特殊限定。光学板20能够通过已知的各种制造方法进行制造。作为光学板20的制造方法，例如、能够举出在成形模上形成合成树脂层后，从成形模上剥离该合成树脂层的方法、使用成形模热压板状树脂的方法等。
如上所述，本实施形态的光学元件3包括：间距P不足10μm的微透镜阵列21和通过折射使入射光扩散的光扩散板10。因此，与代替光学元件3而仅仅使用通过折射使光扩散的光扩散板的情况相比，实现了高的光取出效率和高的光扩散性。
如专利文献6所述，从抑制色散的观点来看，一般地、微透镜阵列21的间距P被设定在10μm以上。但是，当微透镜阵列21的间距在10μm以上时，难以使光充分扩散。
对此，在本实施形态中，在具有高光扩散性能的微透镜21上结合通过折射使入射光扩散的光扩散板10。因此，一边在微透镜21中实现高光扩散性，一边在光扩散板10上有效地消除在微透镜21中产生的色散。因此，能够一边实现高光扩散性，一边有效地抑制由色散引起的彩虹图样的视觉辨认。
并且，在微透镜阵列21中，多个微小的微透镜22被矩阵状地配置。因此，不仅在一个方向，而且在相互正交的两个方向上能够使光分散。因此，通过使用光学元件3，能够消除矩阵状地配置点状光源的背光的正交的两个方向的亮度不均。
下面进一步对本实施形态的效果进行详细说明。
图7是表示间距为50μm的微透镜阵列的出射光扩散角和透光率之间的关系的图表。在微透镜阵列的间距为50μm的情况下，在微透镜阵列中实质上并不产生衍射光。因此，如图7所示，在微透镜阵列的间距为50μm的情况下，透射光集中在扩散角＝0度的位置。因此，例如、在光源器件30上配置间距为50μm的微透镜阵列时，对应于点状光源32的位置的亮度变得比其他部分高。其结果，可以看到较大的亮度不均。
另外，图7～图12所示的图表是入射光的波长为550nm时的图表。
图8是表示间距为9.9μm的微透镜阵列21中的出射光的扩散角和透光率之间的关系的图表。在微透镜阵列21的间距为9.9μm的情况下，在微透镜阵列21中产生衍射光。因此，在扩散角为-30～30度的区域中，产生起因于衍射光的透射光的多个峰值。因此，与微透镜阵列21的间距为50μm的情况相比，不仅扩散角为0度时的透光率变低，而且扩散角为-30～0度、0～30度时的透光率变高。因此，能够降低亮度不均。
另外，即使微透镜阵列的间距在10μm以上时，有时也会产生衍射光。但是，如图12所示，如果微透镜阵列的间距在10μm以上，则得到的扩散角会变得非常小。因此，如果微透镜阵列的间距在10μm以上，则不能使光充分地扩散。其结果，难以充分抑制亮度不均。
如图12所示，如果微透镜阵列21的间距低于10μm，则扩散角显著变大。因此，通过将微透镜阵列21的间距设定为不足10μm，能够得到大的扩散角。其结果，能够有效地降低亮度不均。
图9～图11是表示微透镜阵列21的间距分别为5μm、3μm、1.8μm时的微透镜阵列21的出射光的扩散角和透光率之间的关系的图表。具体地，如图8所示，当微透镜阵列21的间距是9.9μm时，虽然出现了多个透射光的峰值，但是多个透射光的峰值是接近的。如图9～11所示，当微透镜阵列21的间距在5μm以下时，邻接的透射光的峰值相互间的距离变大，即使在点状光源32的正上方以外也分布着多个透射光的峰值。
例如、在不产生衍射光的情况下，透射光的峰值以与点光源32的间隔实质相同的间隔存在。因此，邻接的透射光的峰值相互间的距离就会变得较长。对此，当微透镜阵列21的间距在5μm以下时，如上所述，即使在点状光源32的正上方以外也分布着多个透射光的峰值。其结果，邻接的透射光的峰值相互间的距离就变得较短。因此，亮度不均变得难以视觉辨认。因此，微透镜阵列21的间距优选5μm以下。
并且，如图12所示，如果微透镜阵列21的间距成为3μm，扩散角就会急剧增大。因此，微透镜阵列21的间距更为优选3μm以下。
从使点状光源32不被视觉辨认的观点来看，优选点状光源32的正上方的透射光强度小。换言之，优选扩散角0度时的透射率小。
并且，如图9～图11所示，更为优选扩散角0度的透射光的峰值的透光率比0度以外的扩散角的透射光的峰值的透光率低。换言之，更为优选在光学板20中，在0度以外的扩散角具有：具有比扩散角为0度的透光率高的透光率的透射光的峰值。
具体地、优选微透镜22占光学板20的光出射面20b的比例(占有率)大。更为具体地、形成光出射面20b的微透镜阵列21的区域中的微透镜22的占有率优选在20％以上，更为优选50％以上。这样，能够使光学板20不扩散地降低透射的光量，而且能够使衍射光增大。
并且，如本实施形态那样，当微透镜22的俯视形状大致是圆形时，微透镜22的直径优选是微透镜阵列21的间距的50％以上，更为优选80％以上。
从提高微透镜22的占有率的观点来看，如图4所示，在俯视的情况下，微透镜22优选以连接邻接的微透镜22的中心形成的图像是三角形地排列。并且，在俯视的情况下，微透镜22最为优选以连接邻接的微透镜22的中心形成的图形是正三角形地进行排列。这是因为能够使微透镜22的占有率最大。
并且，从使扩散角0度的透光率变小的观点来看，光出射面20b中的微透镜12的占有率在80％以上，在以微透镜阵列11的间距(μm)为X轴，以微透镜12的直径除微透镜12的高度得到的微透镜12的纵横比为Y轴的图17所示的坐标系中，(微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)优选位于用直线按顺序连接点A(1.0、0.875)、点B(1.0、0.625)、点C(1.5、0.375)、点D(2.0、0.375)、点E(2.0、0.625)以及点F(1.5、0.875)而形成的区域X1内。并且，在图17所示的坐标系中，(微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)更为优选位于用直线按顺序连接点G(1.0、0.75)、点H(1.5、0.5)、点I(2.0、0.5)以及点J(1.5、0.75)而形成的区域X2内。即、微透镜22的纵横比是0.5、也就是微透镜22的形状是半球状时，微透镜阵列21的间距优选为1.25～2.0μm，更为优选1.5～2.0μm。根据该结构，能够使扩散角为0度的透射率在30％以下，并且使0度之外的扩散角的透射率在2％以上。
如上所述，对光扩散板10没有特殊限定。但是，如本实施形态地、光扩散板10优选是具有微透镜阵列11的间距在10μm以上的微透镜阵列11的部件。
作为光扩散板，在使用具有微透镜阵列11的板的情况下，例如、能够抑制使用采用了光扩散材料的光扩散板时的向着不必要的方向的光的扩散或光扩散材料导致的光的吸收。因此，能够实现更高的光取出效率。
另外，在本实施形态中，被光扩散板所要求的最低限度的功能仅仅是消除光学板20中产生的色散的功能。因此，例如、将代替光学元件3而仅通过折射使光进行扩散的光扩散板与代替光学元件3而进行配置时的光扩散板相比，被光扩散板10所要求的光扩散性较低。因此，例如、在通过使用了光扩散材料的光扩散板构成光扩散板10时，能够降低光扩散板10中的光扩材料的浓度。因此，即使在由通过使用了光扩散材料的光扩散板构成的情况下，仅将通过折射使光进行扩散的光扩散板与代替光学元件3而进行配置时的光扩散板相比，也能够抑制光扩散板10中的向着不必要方向的光扩散或光吸收。其结果，能够实现高效的光取出效率。
优选微透镜22被形成为凸状，并且优选微透镜阵列21形成在光学板20的光出射面20b上。由此，能够进一步提高光学板20的光扩散性能。
(变形例1)
在上述实施形态中对微透镜22排列为所谓的正三角形格子的例子进行了说明。但是，在本发明中，微透镜22的排列不限于所谓正三角形排列。如图13所示，微透镜22也可以分别在相互正交的x方向和y方向上有规则且周期性的排列。如图13所示，当分别在相互正交的x方向和y方向上有规则且周期性的排列微透镜22时，在x方向和y方向上能够使微透镜阵列21的间距大致相同。因此，能够使x方向上的光学板20的光扩散性能和y方向上的光学板20的光扩散性能大致相同。
(变形例2)
在上述实施中对光源器件30具有多个点状光源32的例子进行了说明。但是，在本发明中，设置在光源器件30的光源的种类不限于点状光源。例如、图14～15所示，例如、光源器件30可以是具有并列排列的多个线状光源34的部件。对线状光源34没有特殊限定。例如、线状光源34可以是冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp：CCFL)等。
(变形例3)
在上述实施形态中，对在光学板20的光出射面20b上形成具有形成为凸状的多个微透镜22的微透镜阵列21的例子进行了说明。但是，在本发明中，微透镜22也可以是凹状。并且，微透镜阵列21也可以形成在光学板20的光入射面20a。微透镜阵列21可以形成在光学板20的光出射面20a和光入射面20a的这两个面上。
具体地，如图16所示，例如、可以在光学板20的光入射面20a上形成具有形成为凹状的多个微透镜25的微透镜阵列21。
(其他变形例)
也可以配置多个光学板20和光扩散板10中的至少一个。即、光学板20和光扩散板10的各自的配置个数不被限定为1个。
也可以用透光性部件覆盖微透镜阵列21。即、可以在光学板20和透光性部件的界面上形成微透镜阵列21。
可以在光学板20和光源器件30之间、光学板20和光扩散板10之间等进一步设置光学元件。具体地、例如、可以在光学板20和光源器件30之间进一步设置光扩散板。
微透镜阵列21可以形成在其他的光学元件的表面。例如、可以形成在图1所示的透光基板33的表面等。
可以在光学板20的至少一个表面上实施磨砂加工。并且，也可以在光学板20的至少一个表面上形成在粘合剂中使珠状粒子分散的粘着防止层。即、也可以使光学板20的至少一个表面的粗糙。这样，能够抑制对于光学板20的透光基板33等的粘性。
下面基于实施例进一步对本发明进行具体说明。但是，下面的实施例只是例示。本发明不被下面的实施例限制。
(实施例1)
首先通过滚压纵10cm、横10cm、厚度200μm的聚碳酸酯薄膜(帝人化成(株)制造品名：Panlite(パンライト)1225LL)得到以图4所示的间距为9.9μm的正三角形格子图案形成直径9.4μm的大致半球状的微透镜22的光学板20。微透镜22的占有率是81.8％。
在厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上形成使苯乙烯珠在丙烯酸类粘合剂上分散的光扩散层的带有粒珠光扩散板(木本(きもと)公司制造产品编号：100DX2)作为光扩散板10。
作为点状光源32，使用LED光源(丰田合成公司制造产品编号：E1S27*M1F7-03)。在电路板上以纵横1.9cm的间隔配置25个LED光源，并且，在电路板上进行配线。在电路板的除去LED光源的部分，通过在壳体31的内侧面粘贴白色的聚酯薄膜(东丽(東レ)株式会社制造产品编号：lumirrorE6SL、厚度：250μm)，并将旭化成化学公司制造的扩散板(等级MS、厚度：2mm)作为透光基板33进行配置，制造边长100nm的正方形、高度13.5mm的光源器件30。
按照图1所示的顺序层积如上所述制造的光源器件30、光扩散板10、光学板20从而制造光源单元2。
对于得到的光源单元2，按照如下方法测量亮度和亮度不均。即、在能够位移的载物台上，在配置的光源单元2的光扩散板10的光出射面10的上方1.2mm位置固定视场角特性测量装置(ELDIM公司制造品名EZContrast80)，在该状态下，一边使每个载物台的光源单元2分别向x方向和y方向移动，一边通过视场角特性测量装置分别在x方向和y方向每隔5mm测量正面亮度。从测量结果来计算正面亮度的最大值、最小值、平均值以及亮度不均。在这里，正面亮度的最大值是测量中的最大亮度。正面亮度的最小值是测量中的最小亮度。平均值是测量的正面亮度的平均值。通过下面的式子(2)计算亮度不均。另外，灯像变得不能视觉辨认的亮度不均的上限值的目标值是2.5％左右。
(亮度不均)＝((正面亮度的最大值)-(正面亮度的最小值)/(正面亮度的平均值)                                            (2)
并且，通过目视得到的光源单元2，确认彩虹图样是否能够被视觉辨认。
(实施例2)
在除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为4.8μm之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。另外，本实施例中的微透镜22的占有率是80.3％。
(实施例3)
除了使微透镜阵列21的间距为3μm、微透镜22的直径为2.8μm之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。另外，本实施例中的微透镜22的占有率是79％。
(实施例4)
除了使微透镜阵列21的间距为1.8μm、微透镜22的直径为1.7μm之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。另外，本实施例中的微透镜22的占有率是80.9％。
(实施例5)
除了使微透镜阵列21的间距为1.5μm、微透镜22的直径为1.4μm之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。另外，本实施例中的微透镜22的占有率是79％。
(实施例6)
除了使微透镜22按照图13所示的正方形格子图案进行排列之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例7)
除了使微透镜22以图13所示的正方形格子图案进行排列之外，制造与上述实施例2相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例8)
除了使用具有图2和图3所示的微透镜阵列11的板作为光扩散板10之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。在本实施例中，使微透镜12为直径9.4μm的大致半球状，使微透镜阵列11的间距为9.9μm。
(实施例9)
除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为4.8μm之外，制造与上述实施例2相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例10)
除了使微透镜阵列21的间距为3μm、微透镜22的直径为2.8μm之外，制造与上述实施例8相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例11)
除了使光源器件30成为具有图14所示的现状光源34的部件，并使光学板20的尺寸为纵30cm、横40cm以外，制造与上述实施例8相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。具体地、在本实施例中，分解夏普株式会社制造的液晶电视(品名：AQUOS LC-20S1)，取出背光，使该背光作为光源器件30。光源器件30的尺寸为横395mm、纵285mm、厚度17.8mm。
(实施例12)
除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为4.8μm之外，制造与上述实施例11相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例13)
除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为4.4μm、微透镜22的占有率为70％之外，制造与上述实施例2相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例14)
除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为4.1μm、微透镜22的占有率为60％之外，制造与上述实施例2相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(实施例15)
除了使微透镜阵列21的间距为5μm、微透镜22的直径为3.7μm、微透镜22的占有率为50％之外，制造与上述实施例2相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(比较例1)
除了使微透镜阵列21的间距为21.2μm、微透镜22的直径为20μm之外，制造与上述实施例1相同的光源单元2，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(比较例2)
除了只配置光扩散板10而不配置光学板20之外，制造与上述实施例1相同的光源单元，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
(比较例3)
除了只配置光学板20而不配置光扩散板10之外，制造与上述实施例1相同的光源单元，进行亮度不均的测量和视觉辨认检查。
下面的表1和表2表示实施例1～15和比较例1～3的测量结果和检查结果。
【表1】
Figure BPA00001228589700171
【表2】
Figure BPA00001228589700181
如表1和表2所示，微透镜21的间距为不足10μm的实施例1～4中，测量出了3.8％以下的低亮度不均。对此，在比较例1中，测量出了4.9％以上的高亮度不均。在只使用光扩散板10的比较例中也测量出了9.9％的高亮度不均。
并且，在只使用了光学板20的比较例3中，表2所示的亮度不均虽然低至4.0％，但观察到了彩虹图样。对此，在配置了光学板20和光扩散板10的实施例1～4中，即使微透镜阵列21的间距变小，也没有观察到彩虹图样。
由该结果可知，通过设置微透镜阵列21的间距为不足10μm的光学板20和光扩散板10，不仅能够有效地减少亮度不均，而且能够使彩虹图样不被视觉辨认。
对实施例1～4的结果进行比较可知，随着微透镜阵列21的间距变小，亮度不均也变少。通过使微透镜阵列21的间距为5μm，能够实现3.1％的低亮度不均，通过使微透镜阵列阵列21的间距为3μm，能够实现2.7％的更低亮度不均。由该结果可知，微透镜21的间距优选5μm以下，更为优选3μm以下。
在光扩散板10上使用了具有微透镜阵列11的部件的实施例8～10能够得到比在光扩散板10上使用了粒珠类型的部件的实施例1～3高的平均亮度。由该结果可知，优选使光扩散板10具有微透镜阵列11。
如表2所示，与实施例1和实施例2相同地，在使用了线状光源作为光源的实施例11和实施例12中，测量出了低亮度。由该结果可知，本发明的光学元件3不仅适用于点状光源，也适用于线状光源。
如实施例2、实施例13～15所示，可知微透镜22的占有率变大，而且亮度不均变少。可知通过使微透镜22的占有率在80％以上，能够尤为减小亮度不均。
(实施例16)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例1相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例1相同地，测量平均亮度和亮度不均，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。并且，通过光束光源和晶体侧角光度计(西格玛(シグマ)光机公司制造的偏振光解析装置)，测量使波长为550nm的光束向光学板20入射时的法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率。结果显示在下面的表3中。
(实施例17)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例18)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例19)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例20)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例21)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例22)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
(实施例23)
除了下面表3所示的条件之外，与上述实施例16相同地制造光学板20、光源单元2，与上述实施例16相同地，测量平均亮度、亮度不均，法线方向(0度)上的透射率以及一级衍射光的透射率(一级衍射透射率)，并进行彩虹图样的视觉辨认测试。结果显示在下面的表3中。
【表3】
Figure BPA00001228589700201
Figure BPA00001228589700211
如上述表3所示，与0度透射率为不足30％或者一级衍射光透射率为不足2％的实施例16、18、21、23相比，0度透射率在30％以下，且一级衍射光透射率在20％以上的实施例17、19、20、22的亮度不均在2.5％以下而特别小，且平均亮度在6200cd/m2以上而特别高。由该结果可知，在0度透射率在30％以下、且一级衍射光透射率在2％以上时，高正面亮度和小亮度不均能够并存。
并且，从上述表3所示的结果可知，为了使高正面亮度和小亮度不均并存，优选的是，(微透镜阵列21的间距、微透镜22的纵横比)位于用直线按顺序连接图17的点A(1.0、0.875)、点B(1.0、0.625)、点C(1.5、0.375)、点D(2.0、0.375)、点E(2.0、0.625)以及点F(1.5、0.875)而形成的区域X1内。并且，更优选的是，(微透镜阵列21的间距、微透镜22的纵横比)位于用直线按顺序连接图17的点G(1.0、0.75)、点H(1.5、0.5)、点I(2.0、0.5)以及点J(1.5、0.75)而形成的区域X2内。

Claims (15)

1.一种光学元件，包括：
具有光入射面和光出射面的光学板；
配置在所述光学板的所述光出射面侧，并通过折射使入射光扩散的扩散板；
所述光学元件的特征在于，
在所述光入射面和所述光出射面的至少之一上形成微透镜阵列，
在所述微透镜阵列中，形成为凸状或凹状的多个微透镜以不足10μm的间距周期性且矩阵状地进行排列。
2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于，
所述微透镜形成为凸状，
所述微透镜阵列形成在所述光出射面。
3.如权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，
所述微透镜阵列的间距在5μm以下。
4.如权利要求1～3的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述微透镜阵列的间距在3μm以下。
5.如权利要求1～4的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述光扩散板具有多个微透镜以10μm以上的间距进行排列的微透镜阵列。
6.如权利要求1～5的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述光学板的微透镜俯视为大致圆形，
俯视的所述光学板的微透镜的直径是在所述光学板的微透镜阵列的间距的50％以上。
7.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于，
俯视的所述光学板的微透镜的直径是在所述光学板的微透镜阵列的间距的80％以上。
8.如权利要求1～7的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述光入射面和所述光出射面中的形成有所述微透镜阵列的一侧的面上的所述微透镜的占有率在80％以上，
在以所述微透镜阵列的间距(μm)为X轴，以所述微透镜的直径除所述微透镜的高度得到的所述微透镜的纵横比为Y轴的图17所示的坐标系中，(所述微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)位于用直线按顺序连接点A(1.0、0.875)、点B(1.0、0.625)、点C(1.5、0.375)、点D(2.0、0.375)、点E(2.0、0.625)以及点F(1.5、0.875)而形成的区域内。
9.如权利要求8所述的光学元件，其特征在于，
在以所述微透镜阵列的间距(μm)为X轴，以所述微透镜的直径除所述微透镜的高度得到的所述微透镜的纵横比为Y轴的图17所示的坐标系中，(所述微透镜阵列的间距、微透镜的纵横比)位于用直线按顺序连接点G(1.0、0.75)、点H(1.5、0.5)、点I(2.0、0.5)以及点J(1.5、0.75)而形成的区域内。
10.如权利要求1～9的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述光学板的微透镜阵列被形成为：在0°以外的扩散角中，所述光学板具有透射光的峰值，所述透射光具有比扩散角为0°时的透光率高的透光率。
11.如权利要求1～10的任一项所述的光学元件，其特征在于，
所述光学板的多个微透镜在第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的两个方向上有规则且周期性地排列。
12.如权利要求1～10的任一项所述的光学元件，其特征在于，
在俯视中，所述光学板的多个微透镜排列为，以连接邻接的微透镜的中心而形成的图形是正三角形。
13.一种光源单元，其特征在于，包括：
权利要求1～12的任一项所记载的光学元件；
配置在所述光学元件的光入射面侧，并使光向所述光入射面出射的光源器件。
14.如权利要求13所述的光源单元，其特征在于，所述光源器件具有多个点状光源。
15.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
权利要求13或14所述的光源单元和设置在所述光扩散板的光出射面侧的液晶显示元件。
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