JP2003121609A - 光学シートおよびこれを備えた表示装置 - Google Patents

光学シートおよびこれを備えた表示装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロレンズアレイのレンズピッチが小さく
ても外光の反射低減効果が高く、観察者がどの角度から
見ても明るく、広い視野角特性を有する光学シートを実
現する。 【解決手段】透明基材と、該透明基材の一方の表面に形
成された複数の微小な単位レンズから構成される微小レ
ンズアレイ１００と、該透明基材の微小レンズアレイ形
成面の裏面に形成された拡散層５００と、該拡散層の上
に形成され、前記単位レンズの略焦点位置に微小な開口
部４００を有する光吸収層３００とから構成される光学
シートにおいて、前記拡散層は透明媒体に該透明媒体と
は屈折率が異なる透明微粒子を含むものであり、前記透
明微粒子一個当りの散乱断面積をＱとし、前記透明微粒
子の半径をＲとした場合、可視光領域の各波長に対して
Ｑ／Ｒの値が最大値となる粒子径の範囲内に前記透明微
粒子の平均粒子径が含まれている光学シート。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は背面投射型表示装置
の透過型スクリーン部材、或いは、液晶表示装置などの
視野角拡大部材として用いられる光学シート、および、
これを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子、或いは、デジタルミラー
デバイス等のドットマトリクス表示素子を用いた背面投
射型表示装置は、一般に表示素子により形成される画像
光を出射する投射装置と、投射装置から出射した画像光
を反射し、その進行方向を変える働きをする反射鏡と、
入射した画像光を観察者側に適度に広げて画像を映し出
す透過型スクリーンとから構成される。
【０００３】透過型スクリーンは、通常、フレネルレン
ズシートとレンチキュラレンズシートとから構成され
る。フレネルレンズシートは、凸レンズと同じ作用をす
る光学部品であり、投射装置から出射した画像光の方向
を観察者側に曲げて、適視範囲を広げる働きをする。ま
た、レンチキュラレンズシートは、投射装置から出射す
る限られた画像光を観察者の観察範囲に有効に分配する
機能を有する。
【０００４】レンチキュラーレンズシートは、シリンド
リカル状のレンズを一方向に複数配列し、レンズによる
集光領域以外の部分に、周囲環境から入射する光（以
下、外光と呼ぶ）を吸収するための光吸収層を設けた構
成となっており、レンズの焦点位置をスクリーンの観察
面とすることで、理想的には画像光の損失なく、外光の
反射低減により、明るい環境下でのコントラスト比の低
下を抑制するものである。
【０００５】特開平１０−２６０６３８号公報には、広
い視野角、および、明るい画像を実現するためにレンズ
が形成された透明樹脂と、パターン形成された光吸収層
との間に厚み２０〜５００μｍの拡散層を積層したレン
チキュラーレンズシートが開示されている。
【０００６】ところで、ＴＮ（Ｔwisted Ｎematic）液
晶等を用いる直視型の液晶表示装置では、一般に観察方
向によって輝度や色度が変化する視野角依存性が存在す
る。これに対し、液晶表示装置の前面に配置することで
視角依存性の解消、および、外光の反射低減により明る
い環境下でのコントラスト比低下を抑制する光学部材
が、特開平１０−３９７６９号公報に記載されている。
【０００７】この光学部材は、透明基板の一方の面に微
少な凸面から構成される複数のマイクロレンズを面状に
配列し、他方の面にはマイクロレンズの凸部の頂部に対
応する部分に、開口部を有する光吸収層を形成したマイ
クロレンズアレイシートである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】表示装置に適用するレ
ンチキュラーレンズシート、或いは、マイクロレンズア
レイシート等の光学部材のレンズを作製する方法として
は金型，樹脂型，スタンパ等の型を用いてその形状を転
写する方法や、レジスト材料をフォトリソグラフィー法
により所望のピッチでパターン形成し、このパターンを
加熱溶融する方法などがある。
【０００９】大面積のレンズアレイを低コストで製造す
る方法としては、金型等を用いて形状を転写する方法が
最も好ましい。この場合、レンズ材料としては紫外線硬
化樹脂，熱硬化樹脂，熱可塑性樹脂などの透明樹脂が使
用され、その実用的な材料の屈折率は１.４８〜１.６６
程度である。
【００１０】図２１はレンズの屈折率ｎと輝度の視角特
性の関係を示すグラフであり、半球状のレンズに平行光
が入射した場合の計算結果を示すものである。横軸が出
射角度（視野角）を示し、縦軸が輝度の相対値を示す。
【００１１】レンズの屈折率ｎが高いほど、正面方向
（出射角度０度）と斜め方向との輝度の差が小さく視野
角が広くなる。
【００１２】ここで、表示装置に対する規格としてＴＣ
Ｏ（Ｔhe Ｓwedish Ｃonfederation of profession
al Employees）９９ requirementの Ａt Panels s
ession 1.5.2.Ｂに着目すると、上記見積りによれば、
レンズの屈折率が１.７であってもＴＣＯ’９９を満足
しない。つまり、実用的なレンズ材料を用いたレンズの
屈折作用だけでは、十分な視野角を実現する光学部材を
得ることができない。そこで、視野角を拡大するために
拡散層を設けることが必要となる。
【００１３】上記の従来技術では、一方の面にレンズが
形成された透明基板と、光吸収層との間に拡散層を積層
したレンチキュラーレンズシートが開示されている。こ
の際、ホットバンドの発生防止、および、光線透過率の
低下抑制の観点から、拡散層の厚さは２０〜５００μｍ
に規定されており、高精細な画像を表示する場合に対し
ての考慮は、特になされていない。
【００１４】ここで、一般的なレンチキュラーレンズシ
ートやマイクロレンズアレイシートなどの光学シートに
表示される画像の解像度は、配列されたレンズのピッチ
に依存し、レンズのピッチが小さいほどより高精細な画
像を表示することができる。このため、今後、ＨＤＴＶ
（Ｈigh Ｄefinition Ｔelevision）などの普及によ
り進展する画像の高解像度化に対応するためには、光学
部材を構成するレンズのピッチを数十μｍ、或いはそれ
以下にする必要がある。
【００１５】この場合、拡散層の厚さは十分に薄くなけ
れば以下の課題を生じる。図２２はレンズピッチに対し
て、拡散層の厚さｄが十分に薄くない場合の課題を説明
するための図で、光学シートの一部概略断面図である。
【００１６】光学シートに入射した画像光２１０１はレ
ンズ２０００で屈折し、拡散層２００１に集光して行く
が、該拡散層が十分に薄くないと散乱した光の一部２１
００が光吸収層２００２に吸収されて、透過率が低下す
ると云う問題を生じる。
【００１７】一方、この透過率の低下を抑制するために
光吸収層の開口部２００３を広くすることが考えられる
が、光吸収層による外光の吸収が減り、明るい環境下で
のコントラスト比が低下すると云う別の問題を生じる。
また、透過率の低下を抑制するために拡散層の拡散性を
低下させることも考えられるが、この場合は視野角が狭
くなると云う問題を生じる。
【００１８】例えば、高精細な画像表示に対応するため
レンズのピッチを５０μｍとした場合、拡散層の厚さが
２０μｍ以上とすると、透過率の低下、或いは、コント
ラスト比の低下と云う問題を生じることになる。
【００１９】本発明の目的は、上記に鑑み、レンズのピ
ッチが高精細な画像表示に対応するため数十μｍ以下で
あっても、高透過率、広視野角で、かつ、明るい環境下
に於いてもコントラスト比の高い表示を実現する光学シ
ート、並びに、これを用いた表示装置の提供にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次ぎのとおりである。透明基材と、該透明基
材の一方の表面に形成された複数の微小な単位レンズか
ら構成される微小レンズアレイと、該透明基材の微小レ
ンズアレイ形成面の裏面に形成された拡散層と、該拡散
層の上に形成され、前記単位レンズの略焦点位置に微小
な開口部を有する光吸収層とから構成される光学シート
であって、前記拡散層は透明媒体に該透明媒体とは屈折
率が異なる透明微粒子を含むものであり、前記透明微粒
子一個当りの散乱断面積をＱとし、前記透明微粒子の半
径をＲとした場合、可視光領域の各波長に対してＱ／Ｒ
の値が最大値となる粒子径の範囲内に前記透明微粒子の
平均粒子径が含まれることを特徴とする。
【００２１】また、前記拡散層は可視光領域の各波長に
対してＱ／Ｒの値が最大値となる粒子径の範囲内もしく
はこの近傍の範囲であって、かつ、Ｑ／Ｒの値が可視光
領域内の波長によるばらつきが小さくなる粒子径の範囲
内に前記透明微粒子の平均粒子径が含まれることを特徴
とする。
【００２２】拡散層の光散乱性はＱ／Ｒの値が大きいほ
ど指数関数的に大きくなる。従って、これらの条件で拡
散層を構成することで、必要な光散乱性をより薄い拡散
層で実現することができる。
【００２３】なお、透明微粒子の粒子径に対するＱ／Ｒ
の値は波長により異なるので、透明微粒子の平均粒子径
は可視波長に於いてＱ／Ｒが最大値となる粒子径の範囲
内から選択することで、必要な光散乱性をより薄い拡散
層で実現することが可能となる。
【００２４】特に、比視感度が高い波長５２５〜５７５
ｎｍ、より望ましくは波長５５０ｎｍに対して、Ｑ／Ｒ
の値が最大値となる粒子径を平均粒子径とする透明微粒
子を採用することで、人が実際に感じる光の散乱性がよ
り大きくなるので、必要な散乱性をより薄い拡散層で実
現することができる。
【００２５】また、Ｑ／Ｒの値が波長により異なると云
うことは、色により散乱性が異なることを示す。つま
り、Ｑ／Ｒの値が波長毎に大きく異なる粒子径を用いる
と、観察する角度により色に変化が生じて、画質を劣化
させる怖れがある。
【００２６】そこで、本発明の光学シートでは、透明微
粒子の平均粒子径がＱ／Ｒの値が最大値となる粒子径の
範囲内、もしくはこの近傍の範囲であって、かつ、Ｑ／
Ｒの値が可視光領域の各波長によるばらつきが小さくな
る粒子径とすることで、観察する角度による色の変化を
抑制することができる。
【００２７】このように本発明の光学シートでは、薄く
ても十分な散乱性を有する拡散層が実現できる。
【００２８】拡散層が薄くなれば、高精細な画像表示に
対応するために微小レンズアレイのレンズピッチが小さ
くなっても、透過率が高く、光吸収層の開口部が小さ
く、外光の反射が小さい光学シートを実現することがで
きる。
【００２９】また、本発明の光学シートでは、前記微小
レンズアレイを構成する単位レンズの底面の基本的な形
状を６角形とし、最密充填配置することにより微小レン
ズアレイ形成面における単位レンズの占有する面積を高
め、より高透過率を実現することができる。
【００３０】また、前記単位レンズの底面形状の内角を
全て９０度以上、より望ましくは１００度以上とするこ
とで、単位レンズの角およびその近傍の領域でレンズ表
面の曲率が大きく異なることがないようにし、レンズと
して有効に機能する領域を最大限に広げることで透過率
をより向上できる。
【００３１】さらに前記単位レンズの底面形状の縦方向
の長さを横方向の長さよりも長くして、光学シートを出
射する光に指向性を持たせることで、限られた画像光を
観察者に有効に配分して、輝度を高めることができる。
【００３２】従って、本発明の光学シートを適用した画
像表示装置では、高精細，高輝度，広視野角で、明るい
環境下でも低輝度な黒表示の実現によりコントラスト比
の高い高品位な画像が得られる。
【００３３】特に直視型の液晶表示素子の前面に本発明
の光学シートを配置し、裏面に略平行光を出射するバッ
クライト装置を配置すると、液晶表示素子においての良
好な画質が得られる正面近傍の限定された範囲の光のみ
を光学シートにより等方的に広げることができ、広視野
角範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比の
高い画像の液晶表示装置を実現することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の光学シートの一
例を示す一部斜視図であり、図２は、一部断面図であ
る。
【００３５】光学シート３０は平板状の透明基材２００
と、その表面に形成されたマイクロレンズアレイ１００
と、透明基材２００の裏面に形成された拡散層５００
と、それに積層形成された光吸収層３００とで構成され
る。光吸収層３００は、マイクロレンズアレイ１００の
凸部の頂上部に対応する位置に開口部４００を有する。
【００３６】透明基材２００は、少なくとも可視光を透
過する物質であれば特に限定されるものではなく、ガラ
スや各種プラスチックを用いることができ、機械的強
度，薄型，軽量，加工性などの面からプラスチック材料
が好ましい。プラスチック材料としては、例えば、アク
リル系樹脂，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタ
レート，トリアセチルセルロース等を用いることができ
る。
【００３７】マイクロレンズアレイ１００は、透明基材
２００上にレンズ機能を有する微小な凸部（以下、単位
レンズ１１０と呼ぶ）を周期的に配列させたものであ
る。マイクロレンズアレイ１００は、レンチキュラーレ
ンズシートで用いられるような円弧などの曲線を平行移
動させた軌跡で示される曲面からなる単位レンズを、一
方向に配列した所謂１次元レンズアレイ、或いは、円
形，矩形，六角形などの底面形状を有し、ドーム状の曲
面から構成される単位レンズを、面内に整列配置した２
次元レンズアレイなどが用いられる。この際、単位レン
ズ１１０に入射する画像光１００１が拡散層５００に集
光するように、単位レンズ１１０は拡散層５００内に焦
点を有する形状とすることが必要である。
【００３８】また、後述の理由から単位レンズの底面形
状は、六角形を基調とする形状とすることが透過率向上
の面から望ましい。
【００３９】単位レンズ１１０のレンズピッチｐは、光
学シート３０が適用される画像表示装置の解像度によっ
て決まる。即ち、単位レンズ１１０のレンズピッチｐは
表示される画像の画素ピッチ以下、より望ましくは表示
される画像の画素ピッチの１／４以下とすることが、表
示すべき画像の解像度を維持するために望ましい。
【００４０】マイクロレンズアレイ１００の形成方法
は、公知の方法を用いることができる。例えば、整列配
置する単位レンズの形状に対応した凹凸面を有する金型
や、Ｎｉ製スタンパなどの形状を転写する方法や、レジ
スト材料をフォトリソグラフィ法により所望のピッチで
パターン形成し、これを加熱溶融してレンズとする方法
などがある。
【００４１】生産性の観点からは金型或いはスタンパを
用いる方法が望ましい。具体的には前記の透明基材を用
いて熱プレス法、押出し成形法、ロール成形法などによ
り、透明基材の表面に直接マイクロレンズアレイ形状を
形成する方法、即ち、マイクロレンズアレイ１００と透
明基材２００が一体成形する方法がある。
【００４２】また、紫外線硬化性樹脂，熱硬化性樹脂，
熱可塑性樹脂などから適宜選択した材料を、金型やスタ
ンパ等と透明基材２００の間に充填し、硬化する方法が
ある。この場合には、透明基材２００とレンズ材料との
密着性を高めるために、透明基材表面にコロナ放電処
理，プラズマ放電処理などを施してもよい。
【００４３】次にマクロレンズアレイ１００の単位レン
ズ１１０の底面形状について述べる。単位レンズ１１０
の底面形状としては矩形，円形，楕円形，六角形などを
用いることができ、水平方向と垂直方向共に広い視野角
を実現するには二次元的に配列可能な円形，楕円形，６
角形，矩形などの形状を用いることが望ましい。特に、
全方位にわたって等方的な視野角を実現するには、単位
レンズ１１０の底面形状を円形または正６角形とするこ
とが望ましい。図３，図４は、それぞれ単位レンズ１１
０の底面形状が、正６角形と円形の場合のマイクロレン
ズアレイ１００の一部正面図である。
【００４４】ここで、光学シートのマイクロレンズアレ
イ１００形成面において、単位レンズ１１０が占有して
いない場所が大きいと、以下の理由から光学シートの透
過率が低下する。
【００４５】即ち、光学シートのマイクロレンズアレイ
１００形成面から入射する画像光のうち、単位レンズ１
１０が存在しない領域に入射する光は単位レンズ１１０
の作用を受けず、そのまま拡散層５００を通過して光吸
収層３００に到達して吸収されるため損失となる。従っ
て、マイクロレンズアレイ１００形成面における単位レ
ンズの占有する面積の割合を高めることで、光学シート
に入射した画像光のうち、単位レンズの屈折作用を受け
て光吸収層の開口部４００に集光し、これを通過する光
を増やすことが、透過率の向上に極めて重要となる。
【００４６】こうした観点からは、単位レンズ１１０の
底面形状は円形よりも６角形が望ましい。なぜならば、
６角形の場合は単位レンズを隙間無く最密充填配置する
ことができ、マイクロレンズアレイ形成面における単位
レンズの占有面積の割合は原理的には最大１００％にす
ることができる。
【００４７】一方、単位レンズの底面形状が円形の場合
は、同じく隙間無く最密充填配置した場合でも、単位レ
ンズが占有する面積の割合は９０.７％と低くなり、こ
の分透過率が低下するからである。
【００４８】従って、マイクロレンズアレイ形成面にお
ける単位レンズの占有面積の割合を高めると云う観点か
ら、単位レンズの底面形状は６角形が望ましい。
【００４９】次に拡散層５００について説明する。図５
は拡散層５００の一例を示す一部断面図である。拡散層
５００は図５に例示するように、少なくとも可視光に対
して透明な樹脂等の透明媒体５０１中に、透明媒体５０
１とは屈折率が異なり少なくとも可視光に対して透明な
透明微粒子５０２を混入，分散したものを用いる。
【００５０】透明媒体５０１としては熱可塑性の透明樹
脂や、それ自体に粘着剤としての機能を付加した透明樹
脂を用いることができ、特に、透明性が高く、耐久性の
点からアクリル系樹脂を用いるのがよい。
【００５１】透明微粒子５０２は、透明媒体５０１と屈
折率が異なる透明な微粒子である。このような透明微粒
子としてはガラス微粒子，シリカ微粒子，メラミン系微
粒子，スチレン系微粒子，ベンゾグアナミン系微粒子等
を用いることができる。その形状としては球，玉砂利，
直方体などの形状のものが使用できるが、光を等方的に
散乱できる球状微粒子の使用が好ましい。
【００５２】ここで、拡散層５００は、これに入射した
光を散乱することで視野角を拡大する機能を有するもの
であるが、マイクロレンズアレイ１００を構成する単位
レンズ１１０によって集光される光と光吸収層の開口部
４００との位置の整合性を乱して、透過率低下の要因と
なる可能性があるものである。
【００５３】従って、拡散層５００の厚さｄは、できる
だけ薄くして位置の不整合を極力小さくすることが透過
率の向上、さらには、光吸収層の開口部４００の最小化
による外光反射の抑制により、明るい環境下でコントラ
スト比の高い表示を実現する上で極めて有効である。
【００５４】ところで、Ａnomalous Ｄiffraction
〔Ｈ．Ｃ．Ｖan de Ｈulst，ＬightＳcattering by
small particles，（Ｗiley，Ｎew Ｙork，１９５
７〕に記載）により拡散層５００の光散乱性を評価する
と、拡散層５００の散乱断面積σは式（１）で表され
る。
【００５５】
【数１】 ここで、Ｒは透明微粒子の粒子半径、Ｎは透明微粒子の
個数密度、ｄは拡散層の厚さ、Δｎは透明媒体と透明微
粒子の屈折率差である。
【００５６】また、νとｋは次式〔２〕，〔３〕で表さ
れる。 〔数２〕 ν＝２ｋＲΔｎ （２） ｋ＝２π／λ （３） 透明微粒子一個当りの散乱断面積をＱとすると、 Ｑ＝σ／πＲ2 （４） 散乱の強さがｅσ Ndに比例するものとすると、拡散層の
厚さｄに依存しない拡散層の散乱の強さは式（５）から
Ｑ／Ｒの大きさを評価すればよい。なお、Ｎは透明粒子
の個数密度である。
【００５７】 σＮｄ∝ＱπＲ2Ｒ-3ｄ＝Ｑπｄ／Ｒ （５） 次に透明微粒子の粒子径とＱ／Ｒとの関係を説明する。
図６は本発明の光学シートの拡散層の透明微粒子の粒子
径と散乱性の関係を示すグラフである。
【００５８】拡散層５００がΔｎ＝０.１（透明微粒子
の屈折率１.５７、透明媒体の屈折率１.４７）の場合の
透明微粒子の粒子径とＱ／Ｒの関係を示し、それぞれ色
の三原色である赤色，緑色，青色の光を念頭に波長４５
０ｎｍ，５５０ｎｍ，６２５ｎｍについて示したもので
ある。
【００５９】拡散層の光散乱性は、Ｑ／Ｒの値が大きい
ほど指数関数的に大きくなる。従って、必要な光散乱性
をより薄い拡散層で得るには、Ｑ／Ｒの値が最大値とな
る粒子径、および、その近傍の粒子径を平均粒子径とす
る透明微粒子を採用することが極めて重要である。ここ
で、平均粒子径としたのは、一般に微粒子の粒子径には
ばらつきがあり、所定の粒子径だけの微粒子を揃えるこ
とが現実的でないからである。
【００６０】Ｑ／Ｒの値は、粒子径に対して周期的に変
化するが、粒子径が小さい方から見て最初のピークに最
大値を有する。従って、このＱ／Ｒが最大値となる粒子
径を平均粒子径とする透明微粒子を採用することで、光
散乱性が大きく、かつ、最も薄い拡散層を実現すること
ができる。
【００６１】なお、図６に示すとおりＱ／Ｒの値は波長
により異なり、可視波長領域においてＱ／Ｒが最大値と
なる粒子径は、ある範囲を有するのでこの範囲内に平均
粒子径を有する透明微粒子を採用することが望ましい。
【００６２】特に、比視感度が高い波長５２５〜５７５
ｎｍ、より望ましくは波長５５０ｎｍに対して、Ｑ／Ｒ
の値が最大値となる粒子径を平均粒子径とする透明微粒
子を採用することが、人が観察する際により高い散乱性
が得られることになるので望ましい。
【００６３】なお、Ｑ／Ｒの値が波長により異なると云
うことは、色により光散乱性が異なることを示す。つま
り、Ｑ／Ｒの値が波長毎に大きく異なる粒子径では、観
察する角度により、色に変化が生じて画質を劣化させる
怖れがある。従って、透明微粒子の平均粒子径は、Ｑ／
Ｒの値が最大値となる粒子径にできるだけ近く、かつ、
Ｑ／Ｒの値の波長によるばらつきが小さくなる粒子径の
範囲内から選ぶことが、色変化による画質の劣化を防止
するために望ましい。
【００６４】上記を勘案すると、Δｎ＝０.１の場合に
は透明微粒子として平均粒子径が２.０〜３.５μｍ、よ
り望ましくは２.５〜３.５μｍの透明微粒子を採用する
とよい。
【００６５】次に透明媒体と透明微粒子の屈折率差Δｎ
が変化したときの、透明微粒子の粒子径とＱ／Ｒの関係
について述べる。図７，図８は、本発明の光学シートの
拡散層の透明微粒子の粒子径と散乱性の関係を示すグラ
フで、波長５５０ｎｍの光に対してΔｎが変化したとき
の透明微粒子の粒子径とＱ／Ｒの関係を示し、それぞれ
Δｎ＝０.０１〜０.０５、Δｎ＝０.０５〜０.２０の場
合を示す。
【００６６】図７に示すとおり、Δｎが０.０２以下の
場合には、Ｑ／Ｒの最大値は透明微粒子の粒子径が１０
μｍ以下の領域には存在しない。また、Δｎ＝０.０５
の場合、透明微粒子の粒子径が約５μｍのとき、Ｑ／Ｒ
は最大値となる。
【００６７】ここで、本発明の光学シートは、高精細な
画像表示に対応することを念頭に置いているため、マイ
クロレンズアレイのレンズピッチは１００μｍ以下、よ
り望ましくは５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００６８】また、レンズピッチが小さくなれば、これ
に対応して拡散層も薄くすることが透過率の向上、およ
び、明るい環境下で高いコントラスト比を実現するため
に重要である。つまり、拡散層の厚さは、レンズピッチ
に対してできるだけ薄いことが望ましく、レンズピッチ
の１／５以下とすることが好ましい。従って、拡散層の
厚さは２０μｍ未満、より望ましくは１０μｍ以下と
し、このような厚さでも十分な散乱性が得られる条件に
するとよい。
【００６９】拡散層の厚さが１０μｍの場合には、透明
微粒子の粒子径が１０μｍ以上では拡散層が成立しな
い。従って、Δｎは０.０２よりも大きくなければなら
ない。また、より高い光散乱性を得るためには、透明微
粒子は拡散層の厚み方向に２個以上並ぶことが望まし
い。この場合、透明微粒子の粒子径は５μｍ以下とする
必要があるため、Δｎは０.０５以上であることが望ま
しい。同様に拡散層の厚さが２０μｍ程度の場合は、透
明微粒子の粒子径は１０μｍ以下とする必要があるた
め、Δｎは０.０３以上であることが望ましい。
【００７０】また、図８に示すとおり、Δｎが大きくな
るとＱ／Ｒが最大値となる透明微粒子の粒子径が小さく
なり、Ｑ／Ｒの最大値は大きくなる。つまり、Δｎが大
きくなると、より小さい粒子径の透明微粒子で、より大
きな散乱性が得られることになる。
【００７１】このことはより小さな粒子径の透明微粒子
を用いることで、より薄い拡散層を実現することがで
き、それと同時により大きな散乱性が得られることにな
るので、Δｎの値は大きいほうが有利なことを示してい
る。しかし、Δｎが０.２よりも大きくなると、反射の
増大などによる透過率の低下が顕著になるので、Δｎは
０.２以下とすることが望ましい。
【００７２】拡散層５００の上には光吸収層３００が形
成される。光吸収層３００はマイクロレンズアレイ１０
０を構成する各単位レンズ１１０の焦点、および、その
近傍の相当する位置に開口部４００を有するものであ
る。
【００７３】光吸収層３００は少なくとも可視波長領域
の光は吸収して、周囲環境から光学シート３０に入射す
る外光を吸収し、その反射を低減する機能を有するもの
で、黒色が望ましい。なお、光吸収層３００は、公知の
顔料や染料を添加した樹脂組成物により形成することが
できる。
【００７４】また、光吸収層３００は、マイクロレンズ
アレイ１００を構成する各単位レンズ１１０と、位置合
せされた微細な開口部４００を形成する必要がある。こ
のような微細なパターンの形成方法としては様々な従来
技術があり、その中から適宜選択して用いることができ
る。微細パターンの形成方法としては、例えば、スクリ
ーン印刷法、オフセット印刷法などの各種印刷技法や、
レジストや着色レジストなどの感光性樹脂を用いたフォ
トリソグラフィ技法およびそれを適用した技法、或いは
銀塩やジアゾ染料などを用いた技法がある。
【００７５】マイクロレンズアレイ１００を構成する各
単位レンズ１１０と、これらに対応する光吸収層の各開
口部４００は、それぞれ光学的関係において精度よく位
置合せされている必要がある。このため、マイクロレン
ズアレイ１００をフォトマスク代わりにして、実使用時
に光学シートに入射する画像光と同等の広がりを有する
と想定される光、或いは、それに類する略平行な光によ
り露光することで、単位レンズ１１０の焦点、および、
その近傍に相当する位置に開口部４００を自己整合形成
する方法を採用することが望ましい。
【００７６】図９は、光学シートの光吸収層およびその
開口部の作製方法の一例の説明図である。前記のいずれ
かの方法によりマイクロレンズアレイ１００が形成され
た透明基材２００の、マイクロレンズアレイ形成面の裏
面に拡散層５００を形成する。
【００７７】次に、拡散層５００の上に顔料や染料など
を含有し光吸収層として機能するポジ型感光性樹脂、或
いは、光吸収層形成物質とポジ型感光性樹脂を積層した
感光層３１０を形成する。
【００７８】次に、マイクロレンズアレイ１００をフォ
トマスク代わりにして、実使用時に光学シートに入射す
る画像光と同等の広がりを有すると想定される光、或い
は、それに類する略平行な光を照射することで感光層３
１０を露光する。この際、マイクロレンズアレイ１００
を構成する各単位レンズの集光作用により、各単位レン
ズの焦点とその近傍の感光層３１０が選択的に露光され
る。
【００７９】次に現像により選択的に露光された部分が
除去されて開口部４００となり、残った部分が光吸収層
３００として機能する。
【００８０】上記とは別の作製方法を図１０により説明
する。始めに前記のいずれかの方法により、マイクロレ
ンズアレイ１００が形成された透明基材２００の、マイ
クロレンズアレイ形成面の裏面に拡散層５００を形成す
る。
【００８１】次に、拡散層５００の上に、感光性と感熱
性を有する染料から構成される感光感熱層３２０を、予
め形成した別の透明シート６００を感光感熱層３２０が
形成された面が拡散層５００と合さるように貼合せる。
【００８２】感光感熱層３２０は、露光された部分は色
が消えて透過率が高くなり、露光されない部分は、熱を
加えることで黒色化し光吸収層として機能する。こうし
た材料としてはジアゾ系の染料を用いることができる。
【００８３】なお、感光感熱層３２０と拡散層５００と
の間に、不要な層があるとその厚さ分だけ拡散層が厚く
なったのと同様に、透過率の低下、光吸収層の開口部の
拡大による外光反射の増大により、明るい環境下でのコ
ントラスト比が低下する。
【００８４】従って、拡散層５００は透明媒体としてア
クリル系の粘着剤を使用し、拡散層５００自体が粘着剤
として機能するよう拡散層と感光感熱層３２０を直接貼
合せることが望ましい。
【００８５】次に、マイクロレンズアレイ１００をフォ
トマスク代わりにして、実使用時に光学シートに入射す
る画像光と同等の広がりを有すると想定される光、或い
は、それに類するような略平行な光を照射して、感光感
熱層３２０を露光する。この際、マイクロレンズアレイ
１００を構成する各単位レンズの集光作用により、各単
位レンズの焦点およびその近傍に相当する位置の感光感
熱層３２０が選択的に露光される。次に加熱すること
で、露光されなかった部分が黒色化して光吸収層３００
として機能し、選択的に露光された部分は色が消えて透
過率が向上し、開口部４００として機能する。
【００８６】なお、本工程では加熱工程を大気圧下で行
うと感光感熱層の未反応の窒素ガスが膨張し、直径数ｍ
ｍの気泡となって透過率低下を引き起こす原因となるこ
とがある。この場合は、加熱工程を例えば２〜５×１０
5Ｐａの高圧下で行うことで気泡の発生を押えることが
できる。
【００８７】本工程では、現像液などを使用する必要が
なく、全てドライ工程で行われるため生産性が高いと云
う効果がある。
【００８８】図１１は、これらの方法で微細な開口部を
有する光吸収層を形成した光学シート３０を、光吸収層
３００側から見た場合の一部正面図である。この図は図
３に例示した単位レンズ１１０の底面形状が正六角形の
場合に対応しており、光吸収層の開口部４００は単位レ
ンズの配列に対応して２次元的に整列配置される。
【００８９】ところで、表示装置の視野角は限れられた
画像光を観察者に効率よく分配すると云う観点から、水
平方向に対して、垂直方向の視野角を狭める、即ち、指
向性を持たせて、正面方向や水平方向の輝度を高めるこ
とが表示装置の高輝度化、或いは、同じ正面輝度であれ
ば表示装置の低電力化に有効である。
【００９０】このような場合は図１２および図１３に例
示する通り、単位レンズ１１０の底面形状の縦の長さｈ
と横の長さｗの比率を変え、縦の長さｈを横の長さＷよ
りも長くするとよい。
【００９１】この場合もマイクロレンズアレイ形成面に
おける単位レンズの占有面積を高くするために、単位レ
ンズの底面形状は６角形とすることが望ましい。
【００９２】ここで、単位レンズの底面形状において、
内角が最小となる角の内角αが９０度以上、より望まし
くは１００度以上であることが重要である。これは単位
レンズに内角が小さい角があると、その部分およびその
近傍の領域ではレンズ表面の曲率が他の部分と大きく異
なり、焦点位置がずれることで有効に機能しなくなり、
透過率が低下してしまうためである。
【００９３】つまり、たとえマイクロレンズアレイ形成
面の単位レンズの占有面積比率が高くても、単位レンズ
の底面形状の内角が小さい角が存在すると、その部分は
有効に機能しないため、結果として透過率が低下するこ
とになる。
【００９４】従って、単位レンズ１１０の底面形状の縦
の長さｈと、横の長さｗの比率を変えて指向性を付与す
る場合には、単位レンズの底面形状の角の部分を引張る
ように変形するのではなく、図１２に例示するとおり辺
の部分を引張るように変形することが望ましい。
【００９５】これは、同じ縦横比で辺の部分を引張るよ
うに変形した場合には、角の部分を引張るように変形し
た場合よりも単位レンズの内角の最小値が大きくなり、
レンズとして有効に機能しない部分がより小さくなり、
透過率が向上するからである。
【００９６】なお、単位レンズの底面形状が矩形や三角
形の場合には６角形の場合と同様に、マイクロレンズア
レイ形成面における単位レンズの占有面積の割合を原理
的には１００％とすることができるが、この場合には単
位レンズの底面形状の内角が９０度以下となり、レンズ
として有効に機能しない部分が存在することになる。
【００９７】以上述べたとおり、マイクロレンズアレイ
を構成する単位レンズの底面形状は、マイクロレンズア
レイ形成面における単位レンズの占有面積の割合を、最
大にするために６角形とすることが望ましい。
【００９８】また、指向性を付与するために単位レンズ
の縦と横の長さの比を変える場合は、透過率の向上と云
う観点から、底面形状の内角ができるだけ小さくならな
いように、辺の部分を引張るように変形した単位レンズ
とすることが望ましい。
【００９９】なお、実際の製造工程では角の部分が少し
丸まったりして、単位レンズの底面形状は正確には６角
形とならない場合がある。従って、ここで述べる６角形
とは基本的な形状が６角形である場合を示し、例えば、
６角形の角が丸まったような形状も含まれる。
【０１００】ところで、光学シート３０の光吸収層３０
０が形成された面は観察者側となり、直接触れられる可
能性があるため、図１４に示するように、光学シート３
０の光吸収層３００の上にさらに透明な接着剤により透
明シート６００を貼付け表面を保護するようにしてもよ
い。なお、透明シートとしては、少なくとも可視光に対
して透明な高分子フィルムを用いることができ、光学シ
ート自体に剛性を持たせるために透明シートに厚さ数ｍ
ｍのアクリル板を用いてもよい。
【０１０１】また、透明シート６００の上には、透明シ
ート表面での反射を抑えるために反射防止膜（図示省
略）を形成してもよい。反射防止膜としては公知の技術
を用いればよく、例えば光学設計された屈折率の異なる
数種の金属酸化物を蒸着により多層コートする方法、或
いは、フッ素化合物などの低屈折率材料を塗布する方法
を用いればよい。
【０１０２】次に、光学シートを表示装置に適用する場
合について説明する。本発明の光学シートは背面投射型
表示装置の透過型スクリーン部材、或いは、液晶表示装
置などの視野角拡大部材として用いることができる光学
部材であり、表示装置において観察者が直接観察する部
材である。従って、光学シートの性能が表示装置の画質
を左右する重要な部材である。
【０１０３】図２に示すとおり、画像光１００１は光学
シート３０のマイクロレンズアレイ１００形成面側から
入射する。マイクロレンズアレイ１００に入射した光
は、マイクロレンズアレイ１００を構成する単位レンズ
の屈折作用を受けて、光吸収層３００の開口部４００に
相当する位置に収束しながら拡散層５００に入射する。
拡散層５００に入射した光は散乱，通過して、さらに光
吸収層３００の開口部４００を通過して観察者側に出射
する。
【０１０４】この際、光学シート３０を通過する画像光
１００１は、単位レンズの屈折作用だけでなく拡散層５
００の散乱作用も受けるので、より広い視野角が実現で
きる。
【０１０５】また、拡散層５００は、厚さが数μｍ程度
と薄くても、十分な散乱性が得られるため、高精細表示
に対応して、マイクロレンズアレイのレンズピッチが数
十μｍと小さくても透過率を犠牲にすることなく、光吸
収層３００の開口部４００の大きさを小さくできる。
【０１０６】このため、周囲から光学シートに入射する
外光１０００の大部分は、光吸収層３００で吸収される
ため、明るい環境下であっても暗い黒表示が可能とな
り、コントラスト比の高い表示が実現できる。
【０１０７】〔光学シートの実施例〕図１４は、本実施
例の光学シートの一部斜視図である。まず、平坦な基板
上にフォトレジストを塗布し、これを単位レンズの底面
形状に相当するパターンが形成されたフォトマスクを介
して露光，現像することで微細な正６角柱が整列配置し
たフォトレジストのパターンを得る。これを加熱し、溶
融時の表面張力により底面形状が正６角形をした略ドー
ム状の微細レンズ形状が整列配置したフォトレジストの
パターンを得る。このフォトレジストのパターンの表面
に、まず、下地膜としてスパッタによりＮｉ膜を形成
し、さらにＮｉメッキを０.３ｍｍほど施した後、Ｎｉ
層をフォトレジストパターンから剥離してＮｉスタンパ
を得た。
【０１０８】次に、初期厚さ５０μｍのトリアセチルセ
ルロースフィルムからなる透明基材２００に、前記Ｎｉ
スタンパを用いて真空熱プレス法により直接マイクロレ
ンズアレイ形状を形成し、マイクロレンズアレイ１００
と透明基材２００が一体成形されたものを得た。本工程
により、レンズピッチｐ＝４６μｍ、レンズの高さが約
９μｍで底面形状が正６角形をした単位レンズが最密充
填されたマイクロレンズアレイ１００を得た。
【０１０９】次に、透明基材２００のマイクロレンズア
レイ形成面とは逆の裏面に厚さ約８μｍの拡散層を形成
する。拡散層５００としては屈折率１.４７のアクリル
系の透明粘着剤を透明媒体とし、これに平均粒子径２.
５μｍ，屈折率１.５７のベンゾグアナミン系の透明微
粒子を混入したものを用い、透明媒体の粘着性を利用し
て透明基材２００に粘着する。この拡散層５００は、可
視光領域の波長に対しＱ／Ｒが最大値となる粒子径の範
囲内にあり、薄くても大きな光散乱が得られるものであ
る。
【０１１０】上記拡散層５００の上には感光性材料を塗
布し、マイクロレンズアレイ１００をフォトマスク代り
にして、実使用時に光学シートに入射する画像光と同等
の広がりを有すると想定される光、または、略平行光で
露光，処理することで、単位レンズ１１０の焦点および
その近傍に相当する位置に、開口部４００が自己整合的
に形成された光吸収層３００を形成する。
【０１１１】次に、光吸収層３００の上に保護部材とし
てトリアセチルセルロースフィルムからなる透明シート
６００を、アクリル系の透明粘着剤を介して接着した。
【０１１２】上記により、マイクロレンズアレイ１００
のレンズピッチが４６μｍと高精細な画像表示が可能
で、かつ、光吸収層３００の開口部４００の面積比率が
約２０％と小さく、外光の反射率が５％と低い光学シー
トを得た。
【０１１３】また、拡散層５００は、厚さ８μｍと薄い
にも係わらず、十分な散乱性が得られるため、水平方
向，垂直方向共に正面輝度に対して輝度が半減する角度
が６０度と視野角が広い光学シートを得ることができ
た。
【０１１４】〔背面投射型表示装置の実施例〕図１５
は、本実施例の光学シートを用いた背面投射型表示装置
の概略斜視図であり、図１６はその概略断面図である。
本発明の投射型表示装置７００は、筐体７０１の内部に
備えられた投射装置７０３および反射鏡７０２と、透過
型スクリーン１０を備え、投射装置７０３から出射した
画像光７０４が反射鏡７０２を介して透過型スクリーン
１０に照射され、画像が表示される。
【０１１５】反射鏡７０２には、光学的に等方な透明ガ
ラスに銀またはアルミニウムのような反射性金属を蒸着
したものを用いることができる。投射装置７０３として
は、液晶プロジェクタを用いることができる。
【０１１６】図１７は、本実施例の背面投射型表示装置
に用いる液晶プロジェクタの概略断面図である。該液晶
プロジェクタは光源８０１と、２次元光学スイッチ素子
としての液晶表示素子８０７，８０８，８０９と、色分
離ダイクロイックミラー８０２，８０３と、色合成クロ
スダイクロイックプリズム８１１と、全反射ミラー８０
４，８０５，８０６と、投射レンズ群８１０を有する。
【０１１７】光源８０１は、回転放物面、或いは、回転
楕円面等の形状をしたリフレクタと、キセノンランプ，
メタルハライドランプ等の白色光源で構成され、光源８
０１から出射した光は図示しない紫外線および赤外線カ
ットフィルタ等を通過することで、紫外線や赤外線が取
除かれた白色光となって、色分離ダイクロイックミラー
８０２に向かう。
【０１１８】色分離ダイクロイックミラー８０２に入射
した白色光は、色分離ダイクロイックミラー８０２で青
色光（Ｂ）とそれ以外の光に分離され、青色光（Ｂ）は
全反射ミラー８０４で反射して、液晶表示素子８０７に
至る。
【０１１９】一方、反射した青色光（Ｂ）以外の光は、
色分離ダイクロイックミラー８０３で、緑色光（Ｇ）と
赤色光（Ｒ）に分離され、緑色光（Ｇ）は液晶表示素子
８０９へ至る。また、赤色光（Ｒ）は全反射ミラー８０
５および８０６で反射して、液晶表示素子８０８に至
る。
【０１２０】液晶表示素子８０７，８０８，８０９とし
てはＴＮ液晶表示素子を用いることができる。各液晶表
示素子に入射した各色光は、それぞれの画像情報に応じ
て、空間変調されて出射する。該液晶表示素子で変調さ
れた各色光は、色合成クロスダイクロイックプリズム８
１１に入射，合成された後、投射レンズ８１０を介して
透過型スクリーン１０に投射される。
【０１２１】透過型スクリーン１０は、図１８に示す様
に観察者５０側から光学シート３０、フレネルレンズシ
ート２０の順に並べたもので構成される。また、図１６
に示す通り、光学シートの表面側に厚さ２ｍｍ程度の透
明なアクリル板４０を配置して光学シート３０を保護す
るようにしてもよい。
【０１２２】フレネルレンズ２０は、凸レンズと同様な
作用を有する光学部品であり、投射装置７０３から出射
する画像光７０４を平行化し、光学シート３０へ入射す
る光の入射角度を０度またはその近傍に変換する作用を
有する。
【０１２３】図１９は本発明の背面投射型表示装置の輝
度の視野角特性の一例を示すグラフで、水平方向、およ
び、垂直方向の輝度の視角特性を測定した結果である。
【０１２４】縦軸は正面（出射角度０度）の輝度で規格
化した相対輝度を示し、横軸は垂直方向および水平方向
の出射角度を示す。また、図には比較のために従来のレ
ンチキュラレンズシートを用いた場合の結果も併記し
た。
【０１２５】本発明の背面投射型表示装置は従来のレン
チキュラーレンズシートを用いた場合に比べて、光学シ
ートの拡散層の作用により水平方向，垂直方向共に広い
視野角が得られる。特に、従来のレンチキュラーレンズ
シートでは狭かった垂直方向の視野角が、底面形状が正
６角形の単位レンズを用いたことで水平方向と同等に広
い視野角のものが得られた。
【０１２６】また、明るい環境下であっても、透過型ス
クリーン１０に入射する外光の大部分が、光学シート３
０の光吸収層に吸収されるために低輝度な黒表示が実現
できる。さらにマイクロレンズアレイのレンズピッチ数
十μｍと小さく画素が、くっきりと表示されるために解
像度が高く高品位な表示が実現できた。
【０１２７】本発明の背面投射型表示装置は、透過型ス
クリーン１０として用いた光学シート３０のレンズピッ
チが数十μｍと小さく、どの角度から見ても明るく広視
野角特性を有し、さらに、外部不要光の低減効果が高い
ので、高精細，高輝度，広視野角特性を有し、さらに、
明るい環境下でも低輝度な黒表示の実現により高コント
ラスト比で高品位な画像の背面投射型表示装置を実現す
ることができる。
【０１２８】なお、上記の背面投射型表示装置では、投
射装置に複数の２次元光学スイッチ素子を用いる場合を
説明したが、２次元光学スイッチ素子が一つだけの所謂
単板式の投射装置を用いてもよい。
【０１２９】〔直視型液晶表示装置の実施例〕図２０は
本実施例の直視型液晶表示装置の一部概略断面図であ
る。液晶表示素子９１０とその背面に設けられたバック
ライト装置９００、検光子９１４の前面に設けられた光
学シート３０を備えている。
【０１３０】バックライト装置９００は、略平行な光を
効率よく出射できるもので、例えば、特表平９−５０５
４１２号公報や、国際公開番号ＷＯ９５／１４２５５に
記載の『電子光学ディスプレイ用のバックライト組み立
て体』を用いることができる。
【０１３１】ここでは冷陰極管からなる光源９０１と、
透明なアクリル樹脂から構成される導光板９０２と、光
平行化素子９０３で構成されるバックライト装置を用い
る。光平行化素子９０３としては、公知の素子を用いる
ことができ、例えば、図２０に示した導光板９０２に、
光学的に結合された４角錐状のマイクロテーパーロッド
配列とレンズとを組合せたものを用いることができる。
この場合、導光板９０２から導かれた光は、マイクロテ
ーパーロッドの壁面で一回もしくは複数回全反射しなが
ら伝播し、さらに、レンズの屈折作用を受けて略平行化
され出射する。
【０１３２】光平行化素子９０３としては、この他にマ
イクロプリズムシートや、マイクロレンズ配列を用いる
ことができる。このような光平行化素子を有するバック
ライト装置を用いることで、半値角で±１０度以内の略
平行化された照明光が得られる。
【０１３３】液晶表示素子９１０は、ＩＴＯ（Ｉndium
Ｔin Ｏxide）から成る透明電極９１７およびポリイ
ミド系高分子からなる配光膜を有する第１の透明基板９
１８と、図示しない配光膜と、画素を形成する透明電極
９１５、および、これと接続される図示しない配線や薄
膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第２の透
明基板９１２と、シール剤９１３を介して接続された前
記２枚の透明基板９１２，９１８との間に封入された誘
電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層９１６と
を有する。
【０１３４】液晶表示素子９１０は、２枚の透明基板９
１２，９１８に塗布した配光膜をラビング処理すること
で、液晶層９１６の液晶分子長軸が２枚の透明基板間で
連続的に９０度捻れた、所謂ＴＮ液晶表示素子を構成し
ている。
【０１３５】液晶表示素子９１０の第２の透明基板９１
２の背面側と第１の透明基板９１８の表面側には、それ
ぞれ偏光板９１１，９１４が互いに直交する直線偏光を
透過するように配置される。偏光板９１１，９１４とし
ては、延伸したポリビニルアルコールにヨウ素を吸収さ
せて偏光機能を付与した膜の両面に、ＴＡＣ（ＴriＡce
tyl Ｃellulose）保護層を施したものを用い、それぞ
れ透明基板にアクリル系の接着剤により接着した。
【０１３６】液晶表示素子９１０の前面には、光学シー
ト３０が配置される。光学シートとしては、前記の〔光
学シートの実施例〕で説明したものを用いた。
【０１３７】光学シート３０の液晶表示素子９１０との
接着は、液晶表示素子９１０の周縁部を取り囲むように
枠状に塗られた接着剤３５により固定してもよいし、特
に、液晶表示素子９１０と光学シート３０は接着せず、
図示しない枠状のフレームで押えて固定する様にしても
よい。
【０１３８】次に、この直視型液晶表示装置の動作を説
明する。バックライト装置９００からの出射光９２０の
内、偏光板９１１を透過した直線偏光は、液晶層９１６
を透過して偏光板９１４に入射する。この際、液晶層９
１６を通過する光の偏光状態は液晶層９１６に印加され
る電界によって変化するため、各画素に対応した電極に
画像情報に対応した電圧を印加することで、偏光板９１
４を透過する光量を制御して画像を形成する。偏光板９
１４を透過した画像光は光学シート３０に入射する。
【０１３９】光学シート３０に入射した光は、その大部
分がマイクロレンズアレイを構成する単位レンズに入射
する。単位レンズに入射した光は、その屈折作用を受け
て光吸収層の開口部に相当する位置に収束しながら拡散
層に入射する。拡散層に入射した光は散乱しながら拡散
層を通過し、光吸収層の開口部を通過して観察者５０側
に出射する。
【０１４０】ここで、一般にＴＮ液晶表示装置には視野
角依存性があり、斜め方向から観察するとコントラスト
比の低下や、階調反転，色度変化が起こる。従って、良
好な画質が得られるのは正面近傍の限定された範囲に限
られる。
【０１４１】一方、光学シート３０は、光吸収層の開口
部を自己整合形成する際、露光工程で用いる光を略平行
光とすると、光学シート３０に斜めに入射する光は光吸
収層で吸収されて観察者５０には到らない。従って、液
晶表示素子９１０から出射する光の内、コントラスト比
の低下や階調反転，色調変化が起こる様な入射角度の大
きな光は、光学シート３０の光吸収層で大部分が吸収さ
れて観察されない。
【０１４２】一方、良好な画質が得られる正面近傍、即
ち、入射角度０度近傍の光は光学シートを透過し等方的
に拡散されるため、広い視野角範囲で色調変化や階調反
転がなく、コントラスト比の高い画像が得られる。
【０１４３】なお、本液晶表示装置では、バックライト
装置９００から液晶表示素子９１０へ照射される光が略
平行な光であるため、液晶表示素子９１０において良好
な画質が得られる角度範囲の光の割合が大きいのと、同
時に光学シート３０での光の損失が低減して光の利用効
率が高くなるので高輝度な画像を得ることができる。
【０１４４】つまり、本発明の液晶表示装置では、広い
視野角範囲で色調変化や階調反転が無い高輝度，高コン
トラストな画像を得ることができる。
【０１４５】また、光学シート３０は、外光の低減効果
が高いので、明るい環境下であっても低輝度な黒表示が
実現され、コントラスト比の高い画像が得られる。
【０１４６】本液晶表示装置を評価したところ、視野角
±８０度の範囲で色調変化や階調反転が無く、コントラ
スト比が８０：１以上の等方的で広視野角のものを得
た。
【０１４７】なお、本実施例では、図面を見易くするた
めに液晶表示素子としてモノクロ表示のＴＮ液晶表示素
子の例で説明したが、透明基板にマイクロカラーフィル
タを設けてフルカラー表示の液晶表示装置とすることが
できる。また、表示モードもＴＮモードに限らず、ＶＡ
（Ｖertical Ａligned）モードや、ＥＣＢ（Ｅlectric
ally Ｃontrolled Ｂirefringence）モード、ＯＣＢ
（Ｏptically Ｃompensated Ｂend）モード、ＳＴＮ
（Ｓuper Ｔwisted Ｎematic）モード等を用いてもよ
い。
【０１４８】また、駆動方法も薄膜トランジスタなどの
スイッチング素子を付けたアクティブマトリクス駆動だ
けでなく、パッシブマトリクス駆動であってもよい。
【０１４９】
【発明の効果】本発明の光学シートは、マイクロレンズ
アレイのレンズピッチを数十μｍと小さくすることで高
精細な画像表示が可能となる。この際、薄くても十分な
光散乱性能が得られる拡散層の実現により、広視野角，
高透過率で、光吸収層の開口部が小さく外光の反射率が
低い光学シートを実現することができる。
【０１５０】また、本発明の光学シートを適用した画像
表示装置では、高精細，高輝度，広視野角で、明るい環
境下でも低輝度な黒表示の実現によりコントラスト比の
高い高品位な画像が得られる。
【０１５１】また、本発明の背面投射型表示装置では、
透過型スクリーンとして用いる光学シートのレンズピッ
チが数十μｍと小さく、どの角度から見ても明るく広い
視野角特性を有し、さらに外光の反射が低いので、高精
細，高輝度，広視野角で、明るい環境下でも低輝度な黒
表示の実現によりコントラスト比の高い高品位な画像が
得られる。
【０１５２】また、本発明の液晶表示装置では光学シー
トを前面に配置することで、広い視野角範囲で色調変化
や階調反転が無い表示が得られ、用いた光学シートが外
光の反射低減効果が高いので、明るい環境下でも低輝度
な黒表示が実現され、コントラスト比の高い画像が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学シートの一部斜視図である。
【図２】本発明の光学シートの一部断面図である。
【図３】本発明の光学シートのマイクロレンズアレイの
一部正面図である。
【図４】本発明の光学シートの他のマイクロレンズアレ
イの一部正面図である。
【図５】本発明の光学シートの拡散層の一部断面図であ
る。
【図６】本発明の光学シートの拡散層の透明微粒子の粒
子径と散乱性の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の光学シートの拡散層の透明微粒子の粒
子径と散乱性の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の光学シートの拡散層の透明微粒子の粒
子径と散乱性の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の光学シートの光吸収層およびその開口
部の作製方法の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の光学シートの光吸収層およびその開
口部の作製方法の一例を示す説明図である。
【図１１】本発明の光学シートを光吸収層側から見た場
合の一部平面図である。
【図１２】本発明の光学シートに係るマイクロレンズア
レイの一部正面図である。
【図１３】本発明の光学シートに係るマイクロレンズア
レイの一部正面図である。
【図１４】本発明の光学シートの一部斜視図である。
【図１５】本発明の背面投射型表示装置の概略斜視図で
ある。
【図１６】本発明の背面投射型表示装置の概略断面図で
ある。
【図１７】本発明の背面投射型表示装置に用いる液晶プ
ロジェクタの概略断面図である。
【図１８】本発明の背面投射型表示装置に係る透過型ス
クリーンの概略断面図である。
【図１９】本発明の背面投射型表示装置の輝度の視野角
特性を示すグラフである。
【図２０】本発明の直視型液晶表示装置の一部概略断面
図である。
【図２１】レンズの屈折率と、輝度の視野角特性の関係
を示すグラフである。
【図２２】本発明の課題を説明する光学シートの一部概
略断面図である。
【符号の説明】
１０…透過型スクリーン、２０…フレネルレンズシー
ト、３０…光学シート、１００…マイクロレンズアレ
イ、１１０…単位レンズ、２００…透明基材、３００…
光吸収層、３２０…感光感熱層、４００…開口部、５０
０…拡散層、５０１…透明媒体、５０２…透明微粒子、
６００…透明シート、７００…背面投射型表示装置、７
０１…筐体、７０２…反射鏡、７０３…投射装置、７０
４…画像光、８０１，９０１…光源、８０２，８０３…
色分離ダイクロイックミラー、８０４，８０５，８０６
…全反射ミラー、８０７，８０８，８０９…液晶表示素
子、８１０…投射レンズ群、８１１…色合成クロスダイ
クロイックプリズム、９００…バックライト装置、９０
２…導光板、９０３…光平行化素子、９１０…液晶表示
素子、９１１，９１４…偏光板、９１２…第２の透明基
板、９１３…シール剤、９１５…透明電極、９１６…液
晶層、９１７…透明電極、９１８…第１の透明基板、９
２０…出射光、２０００…レンズ、２００１…拡散層、
２００２…光吸収層、２００３…光吸収層の開口部、１
００１，２１０１…画像光、散乱した光の一部…２１０
０。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 21/62 21/62 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｃ (72)発明者 津村 誠 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 有吉 俊彦 大阪府茨木市下穂積一丁目１番２号 日東 電工株式会社内 Ｆターム(参考） 2H021 BA23 BA27 BA28 2H042 AA09 AA13 AA26 BA02 BA20 2H088 EA02 EA12 EA13 EA14 HA10 HA14 HA21 HA25 HA26 MA01 MA02 MA03 MA04 MA06 2H091 FA28X FA29X FA32X LA03 LA16 LA17 LA19 LA20 MA07 5C058 AA06 BA08 BA23 BA31 EA01 EA13 EA26 EA32

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明基材と、該透明基材の一方の表面に
    形成された複数の微小な単位レンズから構成される微小
    レンズアレイと、該透明基材の微小レンズアレイ形成面
    の裏面に形成された拡散層と、該拡散層の上に形成さ
    れ、前記単位レンズの略焦点位置に微小な開口部を有す
    る光吸収層とから構成される光学シートにおいて、 前記拡散層は透明媒体に該透明媒体とは屈折率が異なる
    透明微粒子を含むものであり、前記透明微粒子一個当り
    の散乱断面積をＱとし、前記透明微粒子の半径をＲとし
    た場合、可視光領域の各波長に対してＱ／Ｒの値が最大
    値となる粒子径の範囲内に前記透明微粒子の平均粒子径
    が含まれていることを特徴とする光学シート。
  2. 【請求項２】 波長５２５〜５７５ｎｍに対してＱ／Ｒ
    の値が最大値となる粒子径の範囲内に前記透明微粒子の
    平均粒子径が含まれている請求項１に記載の光学シー
    ト。
  3. 【請求項３】 透明基材と、該透明基材の一方の表面に
    形成された複数の微小な単位レンズから構成される微小
    レンズアレイと、該透明基材の微小レンズアレイ形成面
    の裏面に形成された拡散層と、該拡散層の上に形成さ
    れ、前記単位レンズの略焦点位置に微小な開口部を有す
    る光吸収層とから構成される光学シートにおいて、 前記拡散層は透明媒体に該透明媒体とは屈折率が異なる
    透明微粒子を含むものであり、前記透明微粒子一個当り
    の散乱断面積をＱとし、前記透明微粒子の半径をＲとし
    た場合、可視光領域の各波長に対してＱ／Ｒの値が最大
    値となる粒子径の範囲内、もしくは、これに近い範囲で
    あって、かつ、Ｑ／Ｒの値が可視光領域の波長によるば
    らつきが小さくなる粒子径の範囲内に前記透明微粒子の
    平均粒子径が含まれていることを特徴とする光学シー
    ト。
  4. 【請求項４】 前記微小レンズアレイを構成する単位レ
    ンズのピッチが１００μｍ以下であり、前記透明媒体と
    前記透明微粒子の屈折率の差をΔｎとした場合、Δｎが
    ０.０３〜０.２であり、前記拡散層の厚さが２０μｍ未
    満である請求項１または３に記載の光学シート。
  5. 【請求項５】 透明基材と、該透明基材の一方の表面に
    形成された複数の微小な単位レンズから構成される微小
    レンズアレイと、該透明基材の微小レンズアレイ形成面
    の裏面に形成され前記単位レンズの略焦点位置に微小な
    開口部を有する光吸収層とから構成される光学シートに
    おいて、前記微小レンズアレイを構成する単位レンズの
    底面の基本的な形状が６角形であり、該単位レンズが最
    密充填配置されていることを特徴とする光学シート。
  6. 【請求項６】 前記単位レンズの底面形状の内角が全て
    ９０度以上である請求項５に記載の光学シート。
  7. 【請求項７】 前記単位レンズの底面形状の縦方向の長
    さが横方向の長さよりも長い請求項５に記載の光学シー
    ト。
  8. 【請求項８】 投射装置と、前記投射装置からの投射光
    が背面から入射し、これを前面に表示する透過型スクリ
    ーンを備える背面投射型表示装置であって、前記投射装
    置が光源と、前記光源からの光を画像情報に応じて変調
    し光学画像を形成する２次元光学スイッチ素子と、前記
    光学画像を拡大投射する投射レンズを備える投射装置で
    あり、前記透過型スクリーンが、透明基材と、該透明基
    材の一方の表面に形成された複数の微小な単位レンズか
    ら構成される微小レンズアレイと、該透明基材の微小レ
    ンズアレイ形成面の裏面に形成された拡散層と、該拡散
    層の上に形成され、前記単位レンズの略焦点位置に微小
    な開口部を有する光吸収層とから構成される光学シート
    と、この光学シートの投射光入射側に設けられたフレネ
    ルレンズシートとから構成されており、 前記光学シートの拡散層は透明媒体に該透明媒体とは屈
    折率が異なる透明微粒子を含むものであり、前記透明微
    粒子一個当りの散乱断面積をＱとし、前記透明微粒子の
    半径をＲとした場合、可視光領域の各波長に対してＱ／
    Ｒの値が最大値となる粒子径の範囲内に前記透明微粒子
    の平均粒子径が含まれるか、或いは可視光領域の各波長
    に対してＱ／Ｒの値が最大値となる粒子径の範囲内、も
    しくはこの近傍の範囲であって、かつ、Ｑ／Ｒの値が可
    視光領域内の波長によるばらつきが小さくなる粒子径の
    範囲内に前記透明微粒子の平均粒子径が含まれているこ
    とを特徴とする背面投射型表示装置。
  9. 【請求項９】 透明電極と配向膜が積層形成され、か
    つ、前記配向膜形成面が対向するように一定の間隙をも
    って接合された一対の透明基板と、これら透明基板間に
    挟持された液晶層と、前記透明電極に画像信号に対応し
    た電圧を印加する手段と、前記一対の透明基板の光入射
    面側と光出射面側にそれぞれ偏光板を配置した液晶表示
    装置であって、 前記一対の透明基板の背面に略平行な光を出射するバッ
    クライト装置を配置し、前記一対の透明基板の光出射面
    側には、透明基材と該透明基材の一方の表面に形成され
    た複数の微小な単位レンズから構成される微小レンズア
    レイと、該透明基材の微小レンズアレイ形成面の裏面に
    形成された拡散層と、該拡散層の上に形成され、前記単
    位レンズの略焦点位置に微小な開口部を有する光吸収層
    とから構成される光学シートを配置し、 該光学シートの拡散層は透明媒体に該透明媒体とは屈折
    率が異なる透明微粒子を含むものであり、前記透明微粒
    子一個当りの散乱断面積をＱとし、前記透明微粒子の半
    径をＲとした場合、可視光領域の各波長に対してＱ／Ｒ
    の値が最大値となる粒子径の範囲内に前記透明微粒子の
    平均粒子径が含まれるか、或いは可視光領域の各波長に
    対してＱ／Ｒの値が最大値となる粒子径の範囲内、もし
    くはこの近傍の範囲であって、かつ、Ｑ／Ｒの値が可視
    光領域内の波長によるばらつきが小さくなる粒子径の範
    囲内に前記透明微粒子の平均粒子径が含まれていること
    を特徴とする液晶表示装置。
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