JP2009210627A - 光拡散シートおよびこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散性能を確実に確保することが可能な光拡散シートを提供する。
【解決手段】光拡散シート１０は、第１屈折率Ｎ１を有する第１物質によって形成される高屈折率領域１２と、第１屈折率よりも小さい第２屈折率Ｎ２を有する第２物質によって形成される低屈折率領域１４とを含む。入射光の光軸方向に垂直となる第１の方向に延伸した形状となっている低屈折率領域１４は、光軸方向および第１の方向に垂直となる第２の方向に所定の第１の間隔Ｐ１で高屈折率領域１２内に複数設けられる。第１の方向に垂直な断面における低屈折率領域１４の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が光軸方向に平行な二等辺三角形となっている。二等辺三角形の頂角を２α、底辺の長さをＬ、半値幅をθ_５０とするとき、（Ｐ１−Ｌ）／Ｐ１で表される開口率Ａ１が所定の式を満たすこと。
【選択図】図１

Description

本発明に係る光拡散シートは、例えば液晶表示パネルのような画像表示装置の表面に貼り合わせることにより、視野角を広げるための光拡散シート、およびこれを備えた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、自発光型の表示装置ではないので、一部の反射型を除いて、表示のための光を液晶表示パネルに供給する背面照明装置（いわゆるバックライトユニット）を必要とする。液晶表示パネルの背面（観察者側とは反対側）に設けられるバックライトユニットは、エッジライト型と直下型とに大別される。エッジライト型は、導光板の側面に配置された光源（冷陰極管（ＣＣＦＴ：Cold Cathode fluorescent Tube）やＬＥＤ）から出射された光を導光板内部で伝播させるとともに液晶表示パネル側に取り出す方式である。直下型は、液晶表示パネルの背面に複数の光源を配列し、導光板を介することなく、光源から出射された光が液晶表示パネルに入射するように構成されている。

液晶表示装置には、観察方向によって表示の見え方が異なるという問題、すなわち視野角特性が劣るという問題がある。これは、液晶層に屈折率異方性が存在し、液晶層の実効的な位相差（リタデーション）が観察方向によって異なることに起因している。

液晶表示装置に視野角特性を向上させる方法の１つとして、バックライト光の指向性（平行度）を制御し、視野角特性に悪影響を与えない入射光を主に液晶表示パネルに入射させ、液晶表示パネルを通過した光をマイクロレンズ（アレイ）で全方位的に拡散させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。これにより、視野角改善効果を得ることができる。
特開平９−１２７３０９号公報（１９９７年５月１６日公開） 特開２００３−５０３０７号公報（２００３年２月２１日公開）

しかしながら、上述のマイクロレンズを用いた場合は、外形を凹凸状に形成したもの、および、平坦な層内に所定の形状の屈折率分布を形成したもの（「平板マイクロレンズ」といわれることがある）のいずれにおいても、レンズの形状の制御が困難、レンズ凸部の厚さと粘着層の厚さとの比を精密に制御することが困難、および／または、光束の分布を高い精度で制御することが困難であるという問題がある。特に、外形を凹凸状に形成したものは、高い精度で均一に液晶表示パネルに貼り合わせることが難しく、また、接着層に埋まる部分の大きさ、形状によってレンズ特性が変化するという問題があり、実用化には至ってない。

また特許文献２にあるような光拡散層はプロジェクションスクリーンに最適設計がなされているで、バックライトユニットのような拡がりをもった光源に対して有効なものとはなっていない。つまり、直視型の液晶表示装置の観察者側に配置される光拡散層の設計に重要な斜め入射光の利用については厳密に考慮されていない。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、拡散性能を確実に確保することが可能な光拡散シートおよびこれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る光拡散シートは、上記課題を解決するために、入射する光を拡散させて出射させる光拡散シートであって、第１屈折率Ｎ１を有する第１物質によって形成される第１領域と、上記第１屈折率よりも小さい第２屈折率Ｎ２を有する第２物質によって形成される第２領域とを含み、入射光の光軸方向に垂直となる第１の方向に延伸した形状となっている上記第２領域が、入射光の光軸方向および上記第１の方向に垂直となる第２の方向に所定の第１の間隔Ｐ１で、上記第１領域内に複数設けられており、上記第１の方向に垂直な断面における上記第２領域の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっており、上記二等辺三角形の頂角を２α、上記二等辺三角形の底辺の長さをＬ、上記入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度をθ_５０とするとき、（Ｐ１−Ｌ）／Ｐ１で表される開口率Ａ１が、

を満たし、かつ、

を満たす構成である。

上記の構成では、第１領域内に、第１物質よりも低い屈折率を有する第２物質からなる第２領域が所定の間隔で複数設けられているとともに、各第２領域の断面の形状が、光出射側に底辺を有し、光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっている。なお、入射光の光軸方向とは、入射光において、強度分布が最大となる角度の方向を示している。このような構成の場合、第１領域と第２領域との界面に、第１領域側から臨界角以上の角度で入射した光は全反射されることになる。

ここで、第２領域の形状および大きさが上記の２つの式で表される関係を満足する場合、入射光の挙動は次のようになる。まず、入射光の光軸方向にほぼ平行（光軸となす角度の絶対値が０°から０．５°未満）に入射する光は、第１領域と第２領域との界面において１回だけ全反射された後に出射する。また、入射光の光軸方向に対して傾斜した角度（光軸となす角度の絶対値が０．５°以上）で入射する光の一部は、第１領域と第２領域との界面において１回だけ反射された後に出射する。これにより、入射角が特定の範囲である光を拡散させて出射させることが可能となる。

また、光の拡散は、上記のように屈折率の異なる物質同士の界面での反射によって行われているので、レンズの屈折作用を利用する場合よりも形状の影響を受け難い。さらに、第１領域および第２領域の境界の形状は二等辺三角形という単純な形状であるので、製造も容易である。すなわち、量産時にも拡散性能を均一にすることが容易となる。

また、上記のように開口率の上限が設定されていることにより、詳細は後述するが、θ_５０以内の角度で光拡散シートに入射する光が全て上記界面において１回だけ反射して光拡散シートから出射することになる。この上限以上に開口率が高くなる場合、上記界面において反射せずに光拡散シートを通過する光が増えることになるので、拡散性能は低下することになる。つまり、上記のように開口率の範囲が設定されていることにより、拡散性能を確実に確保することが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記開口率Ａ１が、

を満たす構成としてもよい。

上記の構成では、上式のように開口率の下限値がさらに設定されている。これにより、詳細は後述するが、光拡散シートに対して光軸方向から入射する全ての光は、第１領域と第２領域との界面において１回だけ反射して光拡散シートから出射することになる。よって、光の利用効率および拡散性能を確実に確保することが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、光の入射側の面である第１主面と、光の出射側の面である第２主面とが、互いに平行な平面によって構成されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、第１主面および第２主面が互いに平行な平面によって構成されているので、例えば液晶表示パネルのような、光の出射面が平面である光源に適用する場合、該光源の光の出射面に容易に貼り合わせることが可能となる。すなわち、前記した従来の構成のように、外形を凹凸状に形成した光拡散シートで有していた、高い精度で均一に液晶表示パネルに貼り合わせることが難しく、また、接着層に埋まる部分の大きさ、形状によってレンズ特性が変化するという問題を解消することができる。

また、光源に貼り合わせられる面は高屈折率領域である第１領域だけで構成されることになるので、貼り合わせによる光拡散シート内での反射特性の影響をなくすことができる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記第２領域の断面形状である上記二等辺三角形の底辺が、上記第２主面に存在する構成としてもよい。

上記の構成によれば、表面に所定の形状の凹部（二等辺三角形の断面形状を有する）を有する高屈折率材料層を第１領域として形成し、該凹部に低屈折率材料を充填することによって形成することが可能となるので、製造の容易な光拡散シートを提供することが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記第１領域と上記第２領域とを含む光拡散層を複数積層した構成となっており、各光拡散層における上記第２領域の延伸方向が互いに異なるように配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、第２領域の延伸方向が互いに異なる光拡散層が複数積層されているので、各光拡散層における拡散方向が組み合わされることにより、光の拡散が行われる方向の範囲を広げることが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記第２領域が、上記第１の方向に延伸した部分に加えて、上記第２の方向にも延伸した部分も含んでおり、該第２の方向に延伸した部分が、上記第１の方向に所定の第２の間隔Ｐ２で、上記第１領域内に複数設けられており、上記第２の方向に垂直な断面における上記第２領域の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっており、上記二等辺三角形の頂角を２α、上記二等辺三角形の底辺の長さをＬ、上記入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度をθ_５０とするとき、（Ｐ２−Ｌ）／Ｐ２で表される開口率Ａ２が、

を満たす構成としてもよい。

上記の構成によれば、光軸方向から見たときの第２領域の形状が格子状となる。よって、光の拡散が行われる方向が互いに垂直な２つの方向となるので、光の拡散が行われる方向の範囲を広げることが可能となる。

また、第１の方向および第２の方向の両方に関して、上式の関係を満たすことになるので、どちらの方向においても拡散性能を確実に確保することが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記開口率Ａ２が、

を満たす構成としてもよい。

上記の構成では、上式のように開口率の下限値がさらに設定されているので、上記したように、光の利用効率および拡散性能を確実に確保することが可能となる。

また、本発明に係る光拡散シートは、上記の構成において、上記第２領域が可視光を吸収する物質を含む構成としてもよい。

上記の構成によれば、第２領域が可視光を吸収する物質を含んでいるので、内部の迷光が吸収されることになる。これにより、光拡散シートに起因するコントラスト低下を引き起こすことがなく、また明るい環境下での視認性を改善することができる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、電圧を液晶に印加することによって液晶の配向方向を変化させて光の透過を制御する液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルに光を入射させるバックライトと、上記液晶表示パネルの光出射側面に貼り合わされた上記本発明に係る光拡散シートとを備える構成である。

上記の構成によれば、視野角特性に悪影響を与えない入射光を主に液晶表示パネルに入射させ、液晶表示パネルを通過した光を上記本発明に係る光拡散シートで拡散させることが可能となるので、視野角改善効果を得ることができる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、上記の構成において、上記第１の間隔Ｐ１が、上記第２の方向における上記液晶表示パネルの画素ピッチの４分の３以下である構成としてもよい。

上記の構成によれば、モアレの発生を効果的に抑制し、かつ表示品位を損なわないようにすることができる。

本発明に係る光拡散シートは、以上のように、第１屈折率Ｎ１を有する第１物質によって形成される第１領域と、上記第１屈折率よりも小さい第２屈折率Ｎ２を有する第２物質によって形成される第２領域とを含み、入射光の光軸方向に垂直となる第１の方向に延伸した形状となっている上記第２領域が、入射光の光軸方向および上記第１の方向に垂直となる第２の方向に所定の第１の間隔Ｐ１で、上記第１領域内に複数設けられており、上記第１の方向に垂直な断面における上記第２領域の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっており、上記二等辺三角形の頂角を２α、上記二等辺三角形の底辺の長さをＬ、上記入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度をθ_５０とするとき、（Ｐ１−Ｌ）／Ｐ１で表される開口率Ａ１が上式を満たし、かつ、α、Ｎ１、およびＮ２が上式を満たす構成である。これにより、拡散性能を確実に確保することが可能となるという効果を奏する。

また、本発明に係る液晶表示装置は、電圧を液晶に印加することによって液晶の配向方向を変化させて光の透過を制御する液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルに光を入射させるバックライトと、上記液晶表示パネルの光出射側面に貼り合わされた上記本発明に係る光拡散シートとを備える構成である。これにより、視野角特性に悪影響を与えない入射光を主に液晶表示パネルに入射させ、液晶表示パネルを通過した光を上記本発明に係る光拡散シートで拡散させることが可能となるので、視野角改善効果を得ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。本実施形態に係る光拡散シート１０およびこれを備えた液晶表示装置１００は、表示面から出射される光を観察者が直接観察する直視型の液晶表示装置である。図１は、液晶表示装置１００を模式的に示す分解断面図であり、図２は、液晶表示装置１００を模式的に示す分解斜視図である。

液晶表示装置１００は、光拡散シート１０と、液晶表示パネル２０と、バックライトユニット３０とを備えている。

光拡散シート１０は、互いに平行な第１主面および第２主面を有し、第１主面を液晶表示パネル２０の観察者側の表面に向けて配置された１つの光拡散層を有している。なお、ここでは光拡散シート１０が１つの光拡散層のみで構成されている例を示しているが、光拡散層の液晶表示パネル２０側（光入射側）にベースフィルム（不図示）を設けても良い。また、光拡散層の観察者側（光出射側）にアンチグレア層、アンチリフレクション層、ローリフレクション層または反射防止層（いずれも不図示）を設けても良い。もちろん必要に応じて、これらの任意の２つ以上を組み合わせてもよい。

光拡散シート１０と液晶表示パネル２０とは接着層（不図示）を介して貼り合わせられる。液晶表示パネル２０の光入射側および観察者側の最表面には一般に偏光板が設けられているので、光拡散シート１０は、液晶表示パネル２０の観察者側の偏光板に貼り合わせられることになる。ここでは、液晶表示パネル２０に光拡散シート１０を貼り付けたもの（バックライトユニット３０を有しないもの）を液晶表示装置と呼ぶこともある。

光拡散シート１０は、第１屈折率Ｎ１を有する第１物質と、第１屈折率よりも小さい第２屈折率Ｎ２を有する第２物質とを含んでいる。第２物質は、第２主面に垂直な断面における形状が第２主面側に底辺を有し第１主面側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となる複数の低屈折率領域（第２領域）１４…を形成している。なお、この低屈折率領域１４の断面形状である二等辺三角形は、実際には頂角または底角の角が若干欠けていたり、厳密に２等辺になっていなかったりしていてもよく、このような形状も本発明の範囲に含まれる。

複数の低屈折率領域１４…は、第１物質から形成された高屈折率領域（第１領域）１２内に、第１主面および第２主面に平行な面内の少なくとも１つの方向において所定のピッチＰ１で配置されている。

高屈折率領域１２と低屈折率領域１４との界面１２ｓに、高屈折率領域１２側から臨界角以上の角度で入射した光は全反射される。二等辺三角形は、図４を参照して後述するように、所定の条件を満足するので、光拡散シート１０の第１主面に垂直（入射角の絶対値が０°から０．５°未満）に入射する光３０２ａは、光拡散シート１０内の界面１２ｓで１回だけ全反射された後に光拡散シート１０から観察者側に出射される（出射光３０２ｂ）。また、図５を参照して後述するように、第１主面に対して傾斜した角度（入射角の絶対値が０．５°以上）で入射する光の一部３０４ａは、光拡散シート１０内の界面１２ｓで１回だけ反射された後に光拡散シート１０から観察者側に出射される（出射光３０４ｂ）。

ここでは、図２に示すように、光拡散シート１０の第２主面に垂直な方向からみたとき、複数の低屈折率領域１４…のそれぞれは水平方向に延伸する矩形であり、複数の低屈折率領域１４…は鉛直方向に沿って互いに平行に所定のピッチＰ１で配列されている。また、図２の垂直方向の断面図である図１に示すように、光拡散シート１０は、低屈折率領域１４の延伸方向に垂直な方向における視野角特性（すなわち、低屈折率領域１４の延伸方向に垂直な方向における極角（θ）依存性）を向上させることができる。

液晶表示装置では、用途に応じて必要な視野角が異なるものである。すなわち、広い視野角が必要な方向（視野角必要方向）に対して垂直となる方向に延伸する矩形の低屈折率領域１４が、視野角必要方向に沿って複数配列された光拡散シート１０が効果的である。一般的には水平方向の視野角が重視されており、その場合には鉛直方向に延びる矩形の低屈折率領域１４が水平方向に沿って複数配列された光拡散シート１０が効果的である。

なお、図３に示すように、液晶表示装置１００が２枚の光拡散シート１０Ａ・１０Ｂを備えていてもよい。ここでは、光拡散シート１０Ｂは、上記した光拡散シート１０と同様の構成であり、光拡散シート１０Ａは、水平方向に延伸する矩形の低屈折率領域１４が鉛直方向に沿って複数配列されている。このように、光拡散シート１０Ａをさらに設けることによって、水平方向および鉛直方向の両方における視野角特性を向上させることができる。

なお、光拡散シート１０が、低屈折率領域１４の配列方向がそれぞれ異なる複数の光拡散層が積層された構成となっていてもよい。また、複数の光拡散シート１０を重ねて設けるとともに、各光拡散シート１０に含まれる光拡散層が、低屈折率領域１４の配列方向が互いに異なっている構成となっていてもよい。

次に、図４および図５を参照して、光拡散シート１０の構成と機能の詳細を説明する。図４および図５は、図１に示す光拡散シート１０の一部を拡大して示す断面図である。以下の説明においては、簡単のために、液晶表示パネル２０の主面と、光拡散シート１０の主面とは平行であるものとし、これらの界面およびこれらを貼り合わせるための接着層（不図示）との界面における光の屈折は無視できる程度であるものとする。なお、以下の説明は、上記屈折を考慮しても、一般に成立する。

図４および図５に示すように、低屈折率領域１４のピッチをＰ１、二等辺三角形の高さをＨ、頂角を２αとする。以下では、光拡散シート１０を設計する上での次の２つの条件について説明する。第１の条件は、バックライトの広がり角度を考慮して、拡散性能を低下させない程度に光拡散シート１０の開口率の上限を設定する点である。第２の条件は、光拡散シート１０に対して垂直（入射角０°）に入射した光が界面１２ｓにおいて１回だけ反射して光拡散シート１０から出射するように、光拡散シート１０の開口率の下限を設定する点である。なお、ここでいう開口率とは、光拡散シート１０の第２主面における高屈折率領域１２の割合を示している。

まず、第１の条件について図５を参照しながら説明する。この場合、斜め方向（|Δθ|＞０°：Δθは光拡散シート１０に対する入射角）から光拡散シート１０に入射する光の一部が、界面１２ｓにおいて１回だけ反射して光拡散シート１０から出射する。ここで、バックライトの半値幅θ_５０以内の角度で光拡散シート１０に入射する光が全て界面１２ｓにおいて１回だけ反射して光拡散シート１０から出射する条件について考察する。なお、半値幅とは、入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度を示している。この条件を満たすためには、半値幅θ_５０の角度で光拡散シート１０に入射する光が、低屈折率領域１４の頂点で反射して隣の低屈折率領域１４に入射せずに、光拡散シート１０の表面から出射される必要がある。

まず、光３０４ａがθ_５０の角度で空気中から高屈折率領域１２に入射する場合、空気と高屈折率領域１２との界面からsin^-1(sinθ₅₀/N1)の出射角で高屈折率領域１２を進行する。その後、光３０４ａが低屈折率領域１４の頂点で反射すると、該反射光は、光拡散シート１０の主面に垂直な方向に対して、sin^-1(sinθ₅₀/N1)+2αの角度で高屈折率領域１２を進行する。この光３０４ａが、その頂点で反射した低屈折率領域１４の隣にある低屈折率領域１４に入射せずに光拡散シート１０から出射すればよいことになる。さらに、隣り合う低屈折率領域１４同士の間隔（ピッチＰ１）が図５に示す状態よりも離れている場合、半値幅θ_５０以内の角度の光の挙動は変わらないとともに、拡散せずに透過する光の量が増えることになり、拡散性能が低下する。すなわち、二等辺三角形の高さＨは次の範囲にあることが好ましい。

開口率Ａ１は、(Ｐ１-2Htanα)/Ｐ１で表されるので上記式（１）を書き直すと、以下のようになる。

開口率Ａ１が上記式（２）を満たす場合、バックライトの半値幅θ_５０以内の角度で光拡散シート１０に入射する光が全て界面１２ｓにおいて１回だけ反射して光拡散シート１０から出射することになる。

次に、第２の条件について図４を参照しながら説明する。光拡散シート１０の主面に対して垂直方向（Δθ＝０）から入射する全ての光は、界面１２ｓにおいて１回だけ反射して光拡散シート１０から出射することが、光の利用効率および拡散性能の観点から好ましいことになる。よって、低屈折率領域１４の二等辺三角形の頂点で全反射した光３０２ａが隣の低屈折率領域１４に入射せずに、光拡散シート１０の表面から出射される（出射光３０２ｂ）必要があるので、二等辺三角形の高さＨは次の範囲にあることが好ましい。

また、上記と同様に、開口率Ａ１は、(Ｐ１-2Htanα)/Ｐ１で表されるので上記式（３）を書き直すと、以下のようになる。

以上の２つの条件より、開口率Ａ１の好ましい範囲は次の式で表される。

なお、上記式（５）を満たすために、低屈折率領域１４の二等辺三角形の高さＨおよびピッチＰ１のどちらか一方、もしくは両方を調整してもよい。

さらに、垂直方向（|Δθ|＝０°）から光拡散シート１０に入射する光が界面１２ｓにおいて１回全反射する条件は次のようになる。

したがって、半値幅θ_５０を有するバックライトユニット３０を用いた場合に、光拡散シート１０に対して垂直方向（Δθ＝０）に入射する光が界面１２ｓで１回のみ全反射し、かつ、斜め方向の光（|Δθ|＞０）の一部が１回反射するためには、上記式（２）及び（６）を満たすように光拡散シート１０を設計すればよい。さらに、垂直方向の光に注目した場合、光の利用効率の観点から上記式（４）をさらに満たすことが望ましく、上記式（５）および（６）を満たすことが望ましい。

また、最終的に高屈折率領域１２（屈折率Ｎ１）と空気との界面で光が全反射せずに屈折して高屈折率領域１２から出射する条件を満たす必要があることは言うまでもない。すなわち、θ_５０の角度で空気中から高屈折率領域１２に入射する光が界面１２ｓで１回全反射し、高屈折率領域１２と空気との界面で光が全反射せずに屈折する条件は次のようになる。

ここで、バックライトユニット３０から出射される光の強度分布の最大強度を１００％とし、強度が１０％になる角度を±θ_１０とすると、このθ_１０が上記式（２）及び式（６）または式（５）及び式（６）におけるθ_５０と置き換えて光拡散シート１０を設計してもよい。この場合、液晶表示パネル２０を通って出射された光を光拡散シート１０で効率的に（９０％以上）利用できることになるので、より好ましいことになる。

また、θ_１０の大きさを小さくするためには、出射される光の指向性の高いバックライトユニット３０を用いることが好ましい。バックライトから出射された光を集光する手段（集光手段）としては公知の光学素子を広く用いることができる。例えば、プリズムシート、プリズムシートと拡散反射板（光散乱板）とからなる構造物、ルーバー、および逆プリズムなどを上記集光手段として用いることができる。なお、本明細書においては、このような集光手段を設けた場合には、集光手段およびバックライトを含めてバックライトユニット３０と呼ぶ。

なお、バックライトユニット３０から出射される光の指向性が、上記の条件を満足するように設定する必要は必ずしもない。上記の条件を満足しない角度から入射する光を後述するように低屈折率領域１４で吸収すれば、視野角特性に影響しない。

次に、以下の４つのパラメータセットＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤで特徴付けられる光拡散層（それぞれ光拡散層Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤと称する）を用いた場合の光の拡散特性の違いを説明する。ここでＡ_ｐは開口率を表す。
Ａ：θ_５０＝３５°、Ｎ１＝１．５５、Ｎ２＝１．５０、α＝８°、Ａ_ｐ＝６０％
Ｂ：θ_５０＝３５°、Ｎ１＝１．５５、Ｎ２＝１．５０、α＝８°、Ａ_ｐ＝３５％
Ｃ：θ_５０＝３５°、Ｎ１＝１．６０、Ｎ２＝１．３５、α＝８°、Ａ_ｐ＝６０％
Ｄ：θ_５０＝３５°、Ｎ１＝１．６０、Ｎ２＝１．３５、α＝８°、Ａ_ｐ＝３５％
図６および図７は、光拡散層ＡおよびＢに、半値幅θ_５０=±３５°の指向性を有する光がバックライトユニット３０から入射したときの、光拡散シート１０から出射される光の拡散特性を示している。これらの図は、光拡散シート１０から出射される光に関して、横軸が射出角度（ｄｅｇ）、縦軸が輝度（ａ．ｕ．（Arbitrary Unit））となっている。また、図６に関しては、光拡散層Ａおよび光拡散層Ｂに関する拡散特性が、それぞれの正面輝度（射出角度０°における輝度）に対して規格化したグラフとしている。ここに示す拡散特性は、低屈折率領域１４が所定のピッチで配列されている方向における出射光強度の極角依存性であり、液晶表示装置１００の視野角特性に相当する。

図６を参照すると、光拡散層Ａは、３０°付近での輝度が正面輝度の９０％程度に低下しているのに対して、光拡散層Ｂは３０°付近での輝度が正面輝度と同等の明るさを有していることがわかる。この結果から光拡散層の開口率が下限値に近いほど、視野角特性が良好であることがわかる。

一方、図７を参照すると、光拡散層Ａの正面輝度は光拡散層Ｂのそれに対して約１．７倍明るいことがわかる。この結果から光拡散層の開口率が上限値に近いほど、正面輝度が高くなることがわかる。

ところで、光拡散層Ａおよび光拡散層Ｂの射出角度特性において、４０°付近で出射光の強度分布が極端に低下する領域がある。これは高屈折率領域１２と低屈折率領域１４との界面１２ｓに広角度で入射した光が全反射していないことが原因である。したがって、これらの入射光を全反射させるように、高屈折率領域１２および低屈折率領域１４の屈折率を調整することで出射光の強度分布を改善することができる。

光拡散層Ｃおよび光拡散層Ｄは、広角度の光が全反射するように光拡散層Ａおよび光拡散層Ｂの屈折率をそれぞれ変化させたものである。図８に光拡散層Ａおよび光拡散層Ｃの拡散特性を、図９に光拡散層Ｂおよび光拡散層Ｄの拡散特性をそれぞれ示す。図８および図９を参照すると、光拡散層Ｃおよび光拡散層Ｄどちらも４０°付近での輝度の極端な変化がなくなり、７０°、８０°などの広角度に対しても光が広がっていることがわかる。以上のように広い拡散特性を有するためには上記のように広角度で入射する光が高屈折率領域１２と低屈折率領域１４との界面１２ｓで全反射することが望ましく、そのためには次の式を満たすことが好ましい。

なお、全方位の視野角特性を改善するには、図３で示したように、低屈折率領域１４の配列方向が互いに直行する２枚の光拡散層を用いるとよい。ここで全方位の視野角を同程度改善するには同じ開口率の光拡散層を、例えば開口率の下限値に近い値のものを用いるとよい。一方、全方位を同等に改善する必要がない場合もある。例えば水平方向の視野角は広くほしいが、上下方向の視野角はそれほど必要としない場合がある。このような場合は左右方向の拡散には開口率が下限値に近いものを用い、上下方向の拡散には開口率が上限値に近いものを用いるとよい。こうすることで全体として開口率が下限値に近いものを２枚用いる場合よりも正面輝度を高めることができる。

また、光拡散シート１０は、例えば、図１０に示すような構成であってもよい。図１０に示す光拡散シート１０は、互いに直交する方向に正方格子状に設けられた低屈折率領域１４ａおよび１４ｂを有しており、図３の光拡散シート１０Ａおよび１０Ｂを１つの光拡散層で実現するものである。

なお、本実施形態に係る光拡散シート１０が備える光拡散層は、上述したように、少なくとも１つの方向の所定のピッチで配列された複数の低屈折率領域を有している。よく知られているように、ピッチの近い周期構造が光の透過方向に沿って重なって配置されている場合、モアレが発生する。したがって、光拡散層が有する低屈折率領域が形成する周期構造のピッチと、液晶表示パネル２０の画素の周期構造のピッチとが近いと、モアレが発生することがある。モアレの発生を効果的に抑制し、かつ表示品位を損なわないようにするためには、低屈折率領域が形成する周期構造のピッチが、同じ方向の画素の配列ピッチの４分の３以下であることが好ましく、画素の開口部に対して２以上の低屈折率領域が配置されることが好ましい。また、低屈折率領域の配列方向は、液晶表示パネルが有するバスライン（ゲートバスライン、ソースバスラインおよび／またはＣＳバスライン）に対して、１°以上の傾きを有していることが好ましい。

また、本実施形態に係る光拡散層は、例えば特許文献２に記載されている材料および方法を用いて作製することができる。例えば、高屈折率領域はエポキシアクリレート、低屈折率領域はウレタンアクリレートなどの樹脂を用いて形成することができる。ここで、高屈折率領域を通過した光は表示に用いられるので高い透明性を有することが好ましい。

また、光拡散層は、表面に所定の形状の凹部（略二等辺三角形の断面形状を有する）を有する高屈折率樹脂層を形成し、凹部に低屈折率樹脂を充填することによって形成することができる。

また、上記第２領域が、可視光を吸収する物質を含む構成としてもよい。光を吸収する物質としては、例えばカーボンブラック、青顔料と赤顔料との混合物、などが挙げられる。特に上記第１領域、第２領域に紫外線硬化樹脂を用いる場合には、上記第２領域にチタンブラックのような可視光は吸収、紫外線は透過する黒色粒子を用いることで、高いＯＤ値を実現することができる。ここで、可視光の吸収率は９５％以上であることが好ましい。

また、液晶表示パネル２０は、光学補償フィルムをさらに有することが好ましい。

また、バックライトユニット３０から出射される光の半値幅は、±３５°以内の範囲内にあることが好ましく、±１５°超であることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る光拡散シートは、例えば液晶表示パネルのような画像表示装置の表面に貼り合わせることにより、視野角を広げるための光拡散シートとして利用することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を模式的に示す分解断面図である。 上記液晶表示装置を模式的に示す分解斜視図である。 上記液晶表示装置の別の構成例を模式的に示す分解斜視図である。 上記液晶表示装置が備える光拡散シートの一部を拡大して示す断面図である。 上記液晶表示装置が備える光拡散シートの一部を拡大して示す断面図である。 光拡散層に光がバックライトユニットから入射したときの、光拡散シートから出射される光の拡散特性を、輝度を規格化して示すグラフである。 光拡散層に光がバックライトユニットから入射したときの、光拡散シートから出射される光の拡散特性を示すグラフである。 光拡散層に光がバックライトユニットから入射したときの、光拡散シートから出射される光の拡散特性を示すグラフである。 光拡散層に光がバックライトユニットから入射したときの、光拡散シートから出射される光の拡散特性を示すグラフである。 上記光拡散シートの別の構成例を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１０・１０Ａ・１０Ｂ 光拡散シート
１２ 高屈折率領域
１２ｓ 界面
１４ 低屈折率領域
２０ 液晶表示パネル
３０ バックライトユニット
１００ 液晶表示装置
３０２ａ 垂直入射光
３０２ｂ １回の全反射のみで出射される光（垂直入射光）
３０４ａ 斜め入射光
３０４ｂ １回の反射のみで出射される光（斜め入射光の一部）

Claims (10)

1. 入射する光を拡散させて出射させる光拡散シートであって、
   第１屈折率Ｎ１を有する第１物質によって形成される第１領域と、上記第１屈折率よりも小さい第２屈折率Ｎ２を有する第２物質によって形成される第２領域とを含み、
   入射光の光軸方向に垂直となる第１の方向に延伸した形状となっている上記第２領域が、入射光の光軸方向および上記第１の方向に垂直となる第２の方向に所定の第１の間隔Ｐ１で、上記第１領域内に複数設けられており、
   上記第１の方向に垂直な断面における上記第２領域の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっており、
   上記二等辺三角形の頂角を２α、上記二等辺三角形の底辺の長さをＬ、上記入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度をθ_５０とするとき、（Ｐ１−Ｌ）／Ｐ１で表される開口率Ａ１が、
   

   

   を満たし、かつ、
   

   

   を満たすことを特徴とする光拡散シート。
2. 上記開口率Ａ１が、
   

   

   を満たすことを特徴とする請求項１記載の光拡散シート。
3. 光の入射側の面である第１主面と、光の出射側の面である第２主面とが、互いに平行な平面によって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光拡散シート。
4. 上記第２領域の断面形状である上記二等辺三角形の底辺が、上記第２主面に存在することを特徴とする請求項３記載の光拡散シート。
5. 上記第１領域と上記第２領域とを含む光拡散層を複数積層した構成となっており、
   各光拡散層における上記第２領域の延伸方向が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光拡散シート。
6. 上記第２領域が、上記第１の方向に延伸した部分に加えて、上記第２の方向にも延伸した部分も含んでおり、該第２の方向に延伸した部分が、上記第１の方向に所定の第２の間隔Ｐ２で、上記第１領域内に複数設けられており、
   上記第２の方向に垂直な断面における上記第２領域の形状が、光出射側に底辺を有し光入射側に頂点を有し、頂角の二等分線が入射光の光軸方向に平行な二等辺三角形となっており、
   上記二等辺三角形の頂角を２α、上記二等辺三角形の底辺の長さをＬ、上記入射光の光軸方向での光の強度の半分の強度となる入射光の入射角度をθ_５０とするとき、（Ｐ２−Ｌ）／Ｐ２で表される開口率Ａ２が、
   

   

   を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光拡散シート。
7. 上記開口率Ａ２が、
   

   

   を満たすことを特徴とする請求項６記載の光拡散シート。
8. 上記第２領域が可視光を吸収する物質を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光拡散シート。
9. 電圧を液晶に印加することによって液晶の配向方向を変化させて光の透過を制御する液晶表示パネルと、
   上記液晶表示パネルに光を入射させるバックライトと、
   上記液晶表示パネルの光出射側面に貼り合わされた請求項１〜８のいずれか一項に記載の光拡散シートとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
10. 上記第１の間隔Ｐ１が、上記第２の方向における上記液晶表示パネルの画素ピッチの４分の３以下であることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。

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