JP2010078692A - 光学素子、それを備えた光源ユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト方式の光源ユニットにおいて導光板の光出射面の上に配置される光学素子であって、エッジライト方式の光源ユニットの正面輝度をより高くし得ると共に、且つ視野角をより広くし得る光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子３は、光透過性の光学シート２０と、光透過性の光拡散シート１０とを備えている。光学シート２０は、光入射面２０ａと、光出射面２０ｂとを有する。光出射面２０ｂには、５μｍ以下のピッチで周期的に配列された凸状の複数のレンズ部２１が形成されている。光拡散シート１０は、光学シート２０の光出射面２０ｂ側に配置されている。光拡散シート１０は、入射光を屈折させることによって拡散させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子、詳細には、エッジライト方式のバックライトに対して好適に用いられる光学素子、それを備えた光源ユニット及び液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置などに使用されるバックライトとしては、例えば、直下方式のバックライトと、下記の特許文献１に開示されているようなエッジライト方式のバックライトが知られている。なかでも、エッジライト方式のバックライトは、薄型化が可能なものとして、ノート型パソコンなどの用途に広く用いられている。

ノート型パソコンなどの表示装置に用いられるバックライトにおいては、従来、正面輝度を高くすると共に、視野角を広くすることが大きな課題となっており、高正面輝度化かつ広視野角化を実現する技術が種々提案されている。

例えば、下記の特許文献１では、導光板の光出射面に多数の線条のレンズ列を形成すると共に、導光板の光出射面の上にプリズムシートを配置することにより、高正面輝度化かつ広視野角化を図ったバックライトが開示されている。

尚、特許文献１においては、レンズ列のピッチは、１０〜５００μｍ程度が好ましく、３０〜３００μｍ程度がより好ましいとされている。
特開２００５−３８８６３号公報

しかしながら、近年、表示装置の高性能化が急速に進んできており、特許文献１に記載のバックライトでは、近年求められているような高い正面輝度と広い視野角とを実現することが困難であるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、エッジライト方式の光源ユニットにおいて導光板の光出射面の上に配置される光学素子であって、エッジライト方式の光源ユニットの正面輝度をより高くし得ると共に、且つ視野角をより広くし得る光学素子を提供することにある。

本発明に係る光学素子は、光透過性の光学シートと、光透過性の光拡散シートとを備えている。光学シートは、光入射面と、光出射面とを有する。光出射面には、５μｍ以下のピッチで周期的に配列された凸状の複数のレンズ部が形成されている。光拡散シートは、光学シートの光出射面側に配置されている。光拡散シートは、入射光を屈折させることによって拡散させる。

本発明に係る光学素子のある特定の局面では、複数のレンズ部のピッチは２．２μｍ以下、０．３５μｍ以上である。

本発明に係る光学素子の他の特定の局面では、複数のレンズ部のピッチは１．４μｍ以下、０．４μｍ以上である。

本発明に係る光学素子の別の特定の局面では、レンズ部は、線条のレンチキュラーレンズであり、複数のレンチキュラーレンズは、レンチキュラーレンズの幅方向に沿って配列されている。

本発明に係る光学素子のさらに他の特定の局面では、複数のレンチキュラーレンズは、隣接するレンチキュラーレンズ同士が接するように配列されている。

本発明に係る光学素子のさらに別の特定の局面では、レンチキュラーレンズの横断面形状は、略半円である。

本発明に係る光学素子のまた他の特定の局面では、レンズ部は、断面形状が半円状のマイクロレンズであり、複数のマイクロレンズは、マトリクス状に配列されている。

本発明に係る光学素子のまた別の特定の局面では、マイクロレンズの直径は、複数のマイクロレンズのピッチの８０％以上である。

本発明に係る光学素子のまたさらに他の特定の局面では、複数のマイクロレンズは、平面視において、隣接するマイクロレンズの中心を結んでなる図形が正三角形となるように配列されている。

本発明に係る光学素子のまたさらに別の特定の局面では、光拡散シートは、光拡散シートの光出射面に対面する光入射面と、光出射面とを有し、光出射面には、１０μｍ以上のピッチで周期的にマトリクス状に配置された複数のマイクロレンズアレイが形成されているマイクロレンズアレイシートである。

本発明に係る光源ユニットは、上記本発明に係る光学素子と、光源デバイスとを備えている。光源デバイスは、光学素子の光入射面側に配置され、光入射面に向けて光を出射させる。光源デバイスは、光を出射する光源と、導光板とを有する。導光板は、主面が光学素子の光入射面側を向くように配置されている。導光板は、光源からの光を側面において受光し、受光した光を主面から光学素子の光入射面側に出射する。

本発明に係る光源ユニットのある特定の局面において、レンズ部は、光源からの光を受光する導光板の側面に対して平行に延びる線条のレンチキュラーレンズであり、複数のレンチキュラーレンズは、レンチキュラーレンズの幅方向に沿って配列されている。

本発明に係る液晶表示装置は、上記本発明に係る光源ユニットと、光拡散シートの光出射面側に配置された液晶表示セルとを備えている。

本発明の光学素子では、光学シートが５μｍ以下のピッチで周期的に配列された凸状の複数のレンズ部を有し、且つ入射光を屈折させることによって拡散させる光拡散シートが光学シートの光出射面側に配置されている。このため、本発明の光学シートをエッジライト方式のバックライトにおいて用いた場合、高い正面輝度と広い視野角との両方を実現することができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について、図１に示す液晶表示装置１を例に挙げて説明する。但し、液晶表示装置１は、単なる例示であって、本発明は、液晶表示装置１に限定されない。

図１に示すように、液晶表示装置１は、液晶表示セル４０と、一対の偏光板４１ａ，４１ｂと、光源ユニット２とを備えている。液晶表示セル４０は、後述する光拡散シート１０の光出射面１０ｂ側に配置されている。液晶表示セル４０は、一対の偏光板４１ａ，４１ｂの間に配置されている。偏光板４１ａと偏光板４１ｂとは、偏光方向が相互に直交するように配置されている。

光源ユニット２は、偏光板４１ａを介して液晶表示セル４０の下方に配置されている。光源ユニット２は、光源デバイス３０と、光学素子３とを備えている。光源デバイス３０は、光学素子３の光入射面側に配置されており、光学素子３の光入射面に向けて光を出射させるものである。

光源デバイス３０は、所謂エッジライト方式のバックライトである。光源デバイス３０は、光源３１と、ミラー３２と、導光板３３とを備えている。光源３１は、導光板３３の側面３３ａの側方において導光板３３の側面３３ａに対面するように配置されている。光源３１は、導光板３３の側面３３ａに対して光を出射する。光源３１は、例えば、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）や、側面３３ａに沿って配列された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）などにより構成される。

導光板３３は、側面３３ａと、主面３３ｂと下面３３ｃとを有し、光源３１からの光の出射方向に沿った断面形状が台形となるように形成されている。導光板３３は、主面３３ｂが光学素子３の光入射面側を向くように配置されている。導光板３３の下面３３ｃには、反射層３４が設けられている。尚、導光板３３の材質は、光透過性である限りにおいて特に限定されない。導光板３３は、例えば、アクリル樹脂、環状オレフィンポリマー、環状オレフィンコポリマー、ポリカーボネートなどにより形成されている。

光源３１から出射された光は、ミラー３２により反射され、または直接、導光板３３の側面３３ａから導光板３３内に入射する。導光板３３内に入射した光は、反射層３４により反射されながら導光板３３内において導光され、導光板３３の主面３３ｂから、面状光として、光学素子３の光入射面側に向けて出射される。

光学素子３は、光源デバイス３０から出射された面状光を拡散させる機能を有する。光学素子３は、光透過性の光学シート２０と、光透過性の光拡散シート１０とを備えている。本実施形態では、光学シート２０が光源デバイス３０からの光を回折させることにより拡散させる機能を主として有している。一方、光拡散シート１０は、光学シート２０側から入射した入射光を屈折させることによって拡散させるシートである。光拡散シート１０は、光学シート２０において発生する色分散を解消するための拡散機能と、光学シート２０からの光をさらに光出射面１０ｂの法線方向に集光する機能とを有している。

図１に示すように、光学シート２０は、導光板３３の主面３３ｂ上に配置されている。光学シート２０は、光学シート２０から出射される光が光学シート２０の法線方向に対して４０度以内の範囲に含まれるように光学シート２０を配置することが好ましい。

図１及び図３に示すように、光学シート２０は、光入射面２０ａと、光出射面２０ｂとを備えている。図１に示すように、光入射面２０ａは、光源デバイス３０と対面している。光出射面２０ｂは、光拡散シート１０と対面している。

光学シート２０は、レンチキュラーレンズシートにより構成されている。具体的には、図２及び図３に示すように、光学シート２０の光出射面２０ｂには、平面視において、図１に示す導光板３３の側面３３ａに対して平行なｙ方向に延びる線条の複数のレンチキュラーレンズ２１が形成されている。レンチキュラーレンズ２１は、幅方向ｘに沿った横断面形状が略半円形状であるレンズである。複数のレンチキュラーレンズ２１は、レンチキュラーレンズ２１の幅方向ｘに沿って周期的に配列されている。尚、以下の説明において、光出射面に周期的に形成された複数のレンチキュラーレンズ２１をレンチキュラーレンズアレイ２１Ａとすることがある。

本実施形態では、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３は、５μｍ以下とされている。このため、複数のレンチキュラーレンズ２１において、回折光が生じる。レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３は、２．２μｍ以下であることが好ましく、１．４μｍ以下であることがより好ましい。また、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３は、０．３５μｍ以上であることが好ましく、０．４μｍ以上であることがより好ましい。

本実施形態では、レンチキュラーレンズ２１のｘ方向に沿った幅は、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３と略同一とされている。このため、隣接するレンチキュラーレンズ２１同士は相互に接している。但し、本発明において、隣接するレンチキュラーレンズ２１同士は相互に離間していてもよい。隣接するレンチキュラーレンズ２１相互間の間隔は、ピッチＰ_３の１０％以下であることが好ましい。隣接するレンチキュラーレンズ２１相互間の間隔をピッチＰ_３の１０％以下とすることにより、直接透過光の光量に対する回折光の光量の割合を高くすることができる。このため、正面輝度をより高くすることができる。さらに高い正面輝度を得る観点から、隣接するレンチキュラーレンズ２１相互間の間隔は、ピッチＰ_３の５％以下であることがさらに好ましい。

尚、本明細書において、「レンチキュラーレンズアレイのピッチ」とは、隣接するレンチキュラーレンズの、レンチキュラーレンズの幅方向における頂点間の距離をいう。

光学シート２０の材質は、光透過性を有するものである限り特に限定されない。光学シート２０は、例えば光透過性の合成樹脂により形成することができる。合成樹脂の具体例としては、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、ポリカーボネート、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、エネルギー硬化型樹脂などが挙げられる。エネルギー硬化型樹脂の具体例としては、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂などが挙げられる。これらの中でも、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂などに代表されるエネルギー硬化型樹脂が特に好ましい。エネルギー硬化型樹脂を用いることによって、マイクロレンズアレイ２３を比較的容易に形成することができるからである。

また、光学シート２０には、各種フィラー、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤及び分散剤などの少なくとも１つが含まれていてもよい。

尚、光学シート２０は、一体に形成されていてもよいし、複数の光学部材が貼り合わされたものであってもよい。具体的には、ポリエチレンテレフタレートフィルムやポリエチレンナフタレートフィルムまたはポリカーボネートフィルムなどの光学フィルムの上に、紫外線硬化型樹脂などによって形成されたマイクロレンズが貼付されたものであってもよい。

光学シート２０の厚みは特に限定されない。光学シート２０の平均厚みは、例えば、１０μｍ以上、５００μｍ以下であってもよい。光学シート２０の光透過性を考慮すれば、光学シート２０の平均厚みは、３５μｍ以上、３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることがより好ましい。

光学シート２０の厚みが薄すぎると、光源デバイス３０などの熱などにより光学シート２０の形状が変化するおそれがある。一方、光学シート２０の厚みが厚すぎると、光学シート２０の光透過率が低下する傾向にある。

光学シート２０の製造方法も特に限定されない。光学シート２０は、既知の種々の製造方法により製造することができる。光学シート２０の製造方法としては、例えば、成形型の上に合成樹脂層を形成した後に、その合成樹脂層を成形型から剥離する方法、シート化された樹脂を、成形型を用いてヒートプレスする方法などが挙げられる。

図１に示すように、光学シート２０の上方には、光拡散シート１０が配置されている。本実施形態では、光拡散シート１０は、マイクロレンズアレイシートにより構成されている。

図４は、光拡散シートの一部分を表す平面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ矢視図である。

図５に示すように、光拡散シート１０は、光入射面１０ａと、光出射面１０ｂとを備えている。光入射面１０ａは、図１に示すように、光学シート２０の光出射面２０ｂと対向している。光出射面１０ｂは、偏光板４１ａに対向している。光入射面１０ａには、光源デバイス３０からの光が入射する。入射した光は、光出射面１０ｂから液晶表示セル４０側に出射される。

図４及び図５に示すように、拡散シート１０は、光出射面１０ｂに形成されたマイクロレンズアレイ１１を備えている。マイクロレンズアレイ１１は、図４に示すように周期的且つマトリクス状に配列された複数のマイクロレンズ１２を備えている。

複数のマイクロレンズ１２の配列は特に限定されない。複数のマイクロレンズ１２は、例えば、第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向とのそれぞれにおいて規則的且つ周期的に配列されていてもよい。すなわち、複数のマイクロレンズ１２は、所謂正方形格子パターンで配列されていてもよい。また、図４に示すように、複数のマイクロレンズ１２は、平面視において、隣接するマイクロレンズ１２の中心を結んでなる図形が三角形（好ましくは、正三角形）となるように所謂三角形格子パターン（好ましくは、正三角形格子パターン）で配列されていてもよい。

具体的に、本実施形態では、図４に示すように、複数のマイクロレンズ１２は、隣接するマイクロレンズ１２の中心Ｃ_１〜Ｃ_３を結んでなる図形Ｔ_１が、正三角形となるように、所謂正三角形格子パターンで配列されている。このように、複数のマイクロレンズ１２を、平面視において、所謂正三角形格子パターンで配列させることによって、単位面積当たりに配置されるマイクロレンズ１２の数量を多くすることができる。すなわち、マイクロレンズ１２の占有率を高くすることができる。従って、高い拡散機能を実現することが可能となる。

図４及び図５に示すように、本実施形態では、マイクロレンズ１２の形状は半球状である。但し、本発明において、マイクロレンズ１２の形状は特に限定されない。マイクロレンズ１２は、例えば楕円球状、円錐状、円錐台状、角錐状または角錐台状などの形状に形成されていてもよい。

複数のマイクロレンズ１２は、マイクロレンズ１２において回折光が実質的に発生せず、屈折光のみが実質的に発生するようなピッチで配列されている。具体的には、複数のマイクロレンズ１２は、１０μｍ以上のピッチで配列されている。マイクロレンズアレイ１１のピッチは、例えば、２０μｍ以上であることが好ましい。

尚、本明細書において、「マイクロレンズアレイのピッチ」とは、隣接するマイクロレンズの中心間距離のうち最も短い距離をいう。具体的に、図４に示す場合では、複数のマイクロレンズ１２は、隣接するマイクロレンズ１２の中心を結んでなる図形が正三角形となるように配列されているため、図４に示すピッチＰ_１とピッチＰ_２とは等しい。このため、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ１１のピッチＰはピッチＰ_１及びピッチＰ_２と等しい。

本実施形態において、マイクロレンズ１２の直径Ｄ_１は特に限定されない。マイクロレンズ１２の直径Ｄ_１は、マイクロレンズアレイ１１のピッチＰと、占有率とに応じて適宜設定することができる。例えば、マイクロレンズ１２の直径Ｄ_１は、１５〜１００μｍ程度にすることができる。マイクロレンズアレイ１１のピッチとの関係でいえば、マイクロレンズ１２の直径Ｄ_１は、マイクロレンズアレイ１１のピッチの８０％以上であることが好ましい。

光拡散シート１０の材質は特に限定されない。光拡散シート１０は、例えば合成樹脂により形成されていてもよい。合成樹脂の具体例としては、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、ポリカーボネート、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、エネルギー硬化型樹脂などが挙げられる。

また、光拡散シート１０の平均厚みも特に限定されない。光拡散シート１０の平均厚みは、例えば、５０〜４００μｍ程度であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の光学素子３は、５μｍ以下のピッチで配列された複数のレンチキュラーレンズ２１が光出射面２０ｂに形成された光学シート２０と、入射光を屈折させることによって拡散させる光拡散シート１０とを備えている。よって、例えば、光学素子３に替えて光を屈折させることによって拡散させる光拡散板のみを用いる場合と比較して、高い光の取り出し効率と高い光拡散性との両方が実現されている。従って、広い視野角を実現することができる。

また、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３を５μｍ以下とすることにより、光学シート２０において発生する１次回折光の回折角（１次回折角）を大きくすることができる。すなわち、１次回折光の出射方向を光拡散シート１０の光入射面１０ａの法線方向に近づけることができる。換言すれば、光学シート２０において発生する１次回折光の出射方向と光入射面１０ａの法線方向とのなす角の大きさを小さくすることができる。従って、正面輝度を高めることができる。

さらに、本実施形態では、回折光を発生させる光学シート２０に対して入射光を屈折させることによって拡散させる光拡散シート１０が組み合わせられている。このため、レンチキュラーレンズアレイ２１Ａにおいて高い光拡散性を実現しつつ、レンチキュラーレンズアレイ２１Ａにおいて発生した色分散を光拡散シート１０において効果的に解消させることができる。

以上のように、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３を５μｍ以下にすると共に、光学シート２０の光出射面２０ｂ側に、入射光を屈折させることによって拡散させる光拡散シート１０を配置することにより、広い視野角と高い正面輝度を同時に実現することができ、且つ、色分散に起因する虹色模様が視認されることを効果的に抑制することができる。

一方、レンチキュラーレンズアレイ２１ＡのピッチＰ_３が５μｍを超える場合は、１次回折角が小さくなる傾向にあり、十分に正面輝度を高めることが困難となる。

以下、本実施形態における効果についてさらに詳細に説明する。

例えば、レンチキュラーレンズアレイのピッチが１０μｍよりも大きい場合は、レンチキュラーレンズにおいて回折光が実質的に発生しない。このため、光学シートの透過光は、拡散角＝０度の位置に集中する。従って、十分な拡散性能が得られない。

レンチキュラーレンズアレイのピッチが１０μｍ以下となるとレンチキュラーレンズにおいて回折光が発生する。このため、透過光のピークと共に複数の回折光のピークが発生する。従って、拡散性能が高くなる傾向にある。また、レンチキュラーレンズアレイのピッチが小さくなるほど回折光のピークの拡散角が大きくなる傾向にある。従って、レンチキュラーレンズアレイのピッチを小さくするほど高い拡散性能が得られる。このため、本発明に従い、レンチキュラーレンズアレイのピッチを５μｍ以下とすることにより、高い拡散性能を実現することができる。さらには、レンチキュラーレンズアレイのピッチを２．２μｍ以下とすることにより高い拡散性能が得られ、１．４μｍ以下とすることによりさらに高い拡散性能が得られる。

上述のように、レンチキュラーレンズアレイのピッチを１０μｍとすることにより、光学シート２０において回折光を発生させることにより高い拡散性能が得られる。しかしながら、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍより大きい場合は、十分に高い正面輝度が得られない。

次に、図６を参照して、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍより大きい場合に十分に高い正面輝度が得られない理由について詳細に説明する。

図６（ａ）は、導光板３３からの出射光の拡散角が６４度である場合の、レンチキュラーレンズアレイのピッチと１次回折光の回折角との関係を表すグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一部を拡大したグラフである。図６（ａ）に示すように、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍよりも大きい場合は、レンチキュラーレンズアレイのピッチが小さくなっても１次回折角の大きさはそれほど変化しないものの、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍ以下となると、レンチキュラーレンズアレイのピッチが小さくなるにつれて１次回折角が急激に大きくなる。

具体的には、レンチキュラーレンズアレイのピッチが１０μｍ以上である場合は、１次回折角が６３度程度であり、レンチキュラーレンズアレイのピッチ：５μｍにおいては、１次回折角が約５２度である。図６（ｂ）に示すように、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍ以下となると、レンチキュラーレンズアレイのピッチが小さくなるに従って１次回折角が小さくなり、レンチキュラーレンズアレイのピッチが：２．２μｍにおいては１次回折角が約４０度にまで急激に小さくなる。そして、レンチキュラーレンズアレイのピッチが１．４μｍとなると、１次回折角が３０度にまで小さくなる。

レンチキュラーレンズアレイのピッチが約０．６μｍのときに１次回折角は約０度となる。レンチキュラーレンズアレイのピッチが約０．６μｍ以下となると１次回折角はマイナスの値となる。レンチキュラーレンズアレイのピッチが０．４μｍのときに１次回折角が−３０度となり、０．３５μｍのときに１次回折角が−４０度となる。

この結果から、１次回折角を大きくすることにより正面輝度を高くする観点からは、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍより大きいことは好ましくなく、レンチキュラーレンズアレイのピッチが５μｍ以下であることが好ましく、２．２μｍ以下０．３５μｍ以上であることがより好ましく、１．４μｍ以下０．４μｍ以上であることがさらに好ましいことがわかる。

また、本実施形態では、光拡散シート１０は、マイクロレンズアレイ１１のピッチが１０μｍ以上であり、回折光を実質的に発生させないマイクロレンズアレイシートにより構成されている。本実施形態のように、光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いた場合、例えば、光拡散材を用いた光拡散シートを用いる場合のように不要な方向への光の拡散や光拡散材による光の吸収を抑制することができる。従って、より高い光の取り出し効率を実現することができる。

尚、本実施形態において、光拡散シート１０に要求される最小限の機能は、光学シート２０において発生した色分散を解消させる機能のみである。このため、例えば、光学素子３に替えて光を屈折させることによって拡散する光拡散板のみを光学素子３に替えて配置する場合の光拡散板と比較して、光拡散シート１０に要求される光拡散性は比較的低い。よって、例えば、光拡散シート１０を、光拡散材を用いた光拡散シートによって構成する場合、光拡散シート１０中の光拡散材の濃度を低くすることができる。従って、光拡散材を用いた光拡散シートによって構成する場合であっても、光を屈折させることによって拡散する光拡散板のみを光学素子３に替えて配置する場合の光拡散板と比較して、光拡散シート１０における不要な方向への光拡散や、光吸収を抑制することができる。その結果、高い光の取り出し効率を実現することができる。

（第１の変形例）
上記実施形態では、光学シート２０としてレンチキュラーレンズシートを用いる例について説明した。但し、本発明において、光学シートは、５μｍ以下のピッチで周期的に配列された凸状の複数のレンズ部が光出射面に形成されているシートである限りにおいて特に限定されない。以下、本変形例では、光学シート２０としてレンチキュラーレンズシート以外の光学シートを用いる例について説明する。尚、以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符合で参照し、説明を省略する。

図７は、第１の変形例に係る液晶表示装置の概略断面図である。図７に示すように、第１の変形例では、光学シート２０として、マイクロレンズアレイシートが用いられている。

図８は、本変形例における光学シートの一部分を表す平面図である。図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ矢視図である。以下、図８及び図９を参照しつつ、本変形例における光学シート２０の構成について詳細に説明する。尚、本変形例における光学シート２０の厚み等の他の好ましい条件は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図８及び図９に示すように、光学シート２０の光出射面２０ｂには、マイクロレンズアレイ２３が形成されている。マイクロレンズアレイ２３は、複数のマイクロレンズ２２を有する。各マイクロレンズ２２は凸状に形成されている。より詳細には、各マイクロレンズ２２は、略半球状に形成されている。但し、本発明においてマイクロレンズ２２の形状はこれに限定されない。マイクロレンズ２２は、例えば楕円球状、円錐状、円錐台状、角錐状または角錐台状などの形状に形成されていてもよい。

複数のマイクロレンズ２２は、周期的且つマトリクス状に配列されている。複数のマイクロレンズ２２は、例えば、第１の方向と、第１の方向と直交する第２の方向との両方において規則的且つ周期的に配列されていてもよい。すなわち、複数のマイクロレンズ２２は、例えば、所謂正方形格子パターンで配列されていてもよい。また、図８に示すように、複数のマイクロレンズ２２は、隣接するマイクロレンズ２２の中心Ｃ_４〜Ｃ_６を結んでなる図形Ｔ_２が三角形となるように配列されていてもよい。すなわち、複数のマイクロレンズ２２は、所謂三角形格子パターンで配列されていてもよい。複数のマイクロレンズ２２は、三角形格子パターンの中でも、図形Ｔ_２が正三角形となる正三角形格子パターンで配列されていることが好ましい。そうすることにより、単位面積当たりに配置されるマイクロレンズ２２の数量を多くすることができる。すなわち、マイクロレンズ２２の占有率を高くすることができる。従って、高い拡散機能を実現することが可能となる。

本変形例において、マイクロレンズアレイ２３のピッチＰ（＝Ｐ_４＝Ｐ_５）は５μｍ未満に設定されている。マイクロレンズアレイ２３のピッチは、２．２μｍ以下であることが好ましく、１．４μｍ以下であることがより好ましい。また、マイクロレンズアレイ２３のピッチは、０．３５μｍ以上であることが好ましく、０．４μｍ以上であることが好ましい。

本変形例において、マイクロレンズ２２の直径Ｄ_２は特に限定されない。但し、マイクロレンズ２２の直径Ｄ_２は、マイクロレンズアレイ２３のピッチＰの５０％以上であることが好ましく、８０％以上であることが好ましい。マイクロレンズ２２の直径Ｄ_２をマイクロレンズアレイ２３のピッチＰに対して比較的大きくすることによって、光学シート２０の光出射面２０ｂのマイクロレンズ２２が形成された領域における、マイクロレンズ２２の占有率を比較的高くすることができる。マイクロレンズ２２の占有率は、２０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。

尚、本明細書において、マイクロレンズの占有率とは、平面視において、マイクロレンズが形成された面の面積に対するマイクロレンズの面積の割合である。具体的に、図８に示す場合であれば、マイクロレンズ２２の中心Ｃ_４〜Ｃ_６により囲まれた正三角形Ｔ_２の面積に対する、正三角形Ｔ_２内に位置するマイクロレンズ２２の面積の割合をいう。

本変形例のように、レンチキュラーレンズに替えてマイクロレンズ２２をレンズ部として用いた場合であっても上記実施形態と同様の理由により、マイクロレンズアレイ２３のピッチを５μｍ以下とすることにより、高い正面輝度と、広い視野角を実現することができる。また、マイクロレンズアレイ２３のピッチを２．２μｍ以下０．３５μｍ以上とすることによりさらに高い正面輝度と、さらに広い視野角とを実現することができる。さらには、マイクロレンズアレイ２３のピッチを１．４μｍ以下０．４μｍ以上とすることにより特に高い正面輝度と、特に広い視野角とを実現することができる。

（第２，３の変形例）
上記実施形態では、光拡散シート１０がマイクロレンズアレイシートにより構成されている例について説明した。但し、本発明において、光拡散シートは、マイクロレンズアレイシートに限定されない。

例えば、図１０に示すように、光拡散シート１０は、多数の光拡散ビーズ１９ａが、光拡散ビーズ１９ａとは屈折率が異なる光透過性の母材１９内に分散されているシートであってもよい。

また、図１１及び図１２に示すように、光出射面１０ｂに複数のレンチキュラーレンズ１３が周期的に形成されたレンチキュラーレンズシートであってもよい。この場合、レンチキュラーレンズ１３の延びる方向は、レンチキュラーレンズ２１の延びる方向と平行であることが好ましい。

（その他の変形例）
上記実施形態及び変形例では、１枚の光拡散シート１０を配置する例について説明するが、光拡散シート１０を複数配置してもよい。光拡散シート１０を複数配置する場合は、同じ種類の光拡散シートを複数配置してもよいし、複数種類の光拡散シートを配置してもよい。

同様に、光学シート２０を複数配置してもよい。

上記変形例では、マイクロレンズ２２が所謂正三角形格子配列されている例について説明した。但し、本発明において、マイクロレンズ２２の配列は所謂正三角形格子配列に限定されない。マイクロレンズ２２は、例えば、相互に直交するｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて規則的且つ周期的に配列されていてもよい。

相互に直交するｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて規則的且つ周期的にマイクロレンズ２２を配列した場合、ｘ方向とｙ方向とにおいてマイクロレンズアレイ２３のピッチを略同一にすることができる。このため、ｘ方向における光学シート２０の光拡散性能と、ｙ方向における光学シート２０の光拡散性能とを略同一にすることができる。

光学シート２０と光源デバイス３０との間や、光学シート２０と光拡散シート１０との間などにさらなる光学素子が配置されていてもよい。具体的には、例えば、光学シート２０と光源デバイス３０との間にさらなる光拡散シートを配置してもよい。

マイクロレンズアレイ２３は、他の光学素子の表面に形成されていてもよい。例えば、図１に示す導光板３３の表面などに形成されていてもよい。

光学シート２０の少なくとも一方の表面にマット加工を施してもよい。また、光学シート２０の少なくとも一方の表面に、バインダー中にビーズ粒子を分散させたスティッキング防止層を形成してもよい。すなわち、光学シート２０の少なくとも一方の表面の表面荒さを荒くしてもよい。そうすることによって、光学シート２０の透光基板３３などに対するスティッキングを抑制することができる。

以下、本発明について、実施例に基づいてさらに具体的に説明する。但し、下記実施例は、単なる例示である。本発明は、下記実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
まず、縦１６．２ｃｍ、横２１．３ｃｍ、厚さ１８０μｍのポリカーボネートフィルム（帝人化成（株）製 品名：パンライト１２２５ＬＬ）をライン（Ｌ）：スペース（Ｓ）＝１：１の金型を用いてロールプレスすることによって、ピッチ：１μｍ、レンズ高さ：０．５μｍのレンチキュラーレンズが複数形成された図２及び図３に示す構造の光学シート２０を作製した。

光拡散シート１０としては、スチレンビーズをアクリル系バインダーに分散させた光拡散層を厚み１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上に形成したビーズ付き光拡散シート（きもと社製 品番：１００ＤＸ２）を用いた。

光源デバイス３０としては、シャープ株式会社製の液晶テレビ（品名：ＡＱＵＯＳ ＬＣ−２０Ｓ１）に内蔵されているエッジライト方式のバックライトを用いた。このバックライトの寸法は、横２１８ｍｍ、縦１７８ｍｍ、厚さ２．４８ｍｍであった。このバックライトでは、３６個の白色ＬＥＤが光源として用いられており、導光板は、ＨＳＯＴ（Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれるフォトニクスポリマー中にミクロンオーダーの不均一構造が形成されたものであった。

以上のように作製した光源デバイス３０、光拡散シート１０、光学シート２０を図１に示す順で積層して光源ユニット２を作製した。

得られた光源ユニット２について、以下の要領で輝度及び輝度むらを測定した。すなわち、変位可能なステージ上に配置した光源ユニット２の光拡散シート１０の光出射面中央部の上方１．２ｍｍにＥＬＤＩＭ社製の視野角特性測定装置（品名ＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ８０）を固定し、正面輝度を測定した。測定結果から、光源ユニット２の正面輝度及び半値角を求めた。尚、正面輝度とは、光源ユニット２の光出射面の法線方向における輝度をいう。半値角とは、ｘ方向およびｙ方向において正面輝度の半分の輝度となる角度をいう。

さらに、得られた光源ユニット２を目視することによって、虹色模様が視認されるか否かを確認した。

（実施例２）
レンチキュラーレンズアレイのピッチを１．５μｍ、レンズ高さを０．７５μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。

（実施例３）
レンチキュラーレンズアレイのピッチが２μｍ、レンズ高さが１μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。

（実施例４）
レンチキュラーレンズアレイのピッチを３μｍ、レンズ高さを１．５μｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。

（実施例５）
光拡散シート１０として図４及び図５に示すマイクロレンズアレイシートを用いたこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。尚、本実施例では、マイクロレンズを直径６３．３μｍの略半球状とし、マイクロレンズアレイのピッチを６４．３μｍとした。

（実施例６）
光学シート２０としてマイクロレンズアレイシートを用いたこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。本実施例では、まず、縦１６．２ｃｍ、横２１．３ｃｍ、厚さ１８０μｍのポリカーボネートフィルム（帝人化成（株）製 品名：パンライト１２２５ＬＬ）をロールプレスすることによって、マイクロレンズ２２直径１．６μｍ、ピッチ１．７μｍの略半球状のマイクロレンズ２２が図８に示す正三角形格子パターンで形成されたマイクロレンズアレイシートを作製し、それを光学シート２０として用いた。

（比較例１）
光学素子３として、三菱レーヨン株式会社製の逆さプリズムシート「ダイヤアート」Ｃからなる光拡散シート１０のみを用い、光学シート２０を用いなかったこと以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。尚、逆さプリズムシート「ダイヤアート」Ｃからなる光拡散シート１０は、光入射面側に光源デバイス３０側に向かって突出する横断面三角形状の線条凸部が周期的に複数形成されたシートである。

（比較例２）
光学シート２０の替わりに実施例１において光拡散シート１０として用いたビーズ含有光拡散シートを配置した。光拡散シート１０として、稜線方向が相互に直交するように設けられた２枚の住友スリーエム株式会社製プリズムシート「ＢＥＦIII」を配置した。それ以外は、上記実施例１と同様に光源ユニット２を作製し、正面輝度、半値角の測定及び視認検査を行った。

上記実施例１〜６及び比較例１，２の結果を下記の表１及び２に示す。

上記表１及び２に示すように、ピッチが５μｍ以下であるレンチキュラーレンズシートと屈折により拡散させる光拡散シートとを併用した実施例１〜４では、８５０ｃｄ／ｍ^２以上という高い正面輝度が得られた。特に、レンチキュラーレンズアレイのピッチが２．２μｍ以下である実施例１〜３では、９００ｃｄ／ｍ^２以上という高い正面輝度が得られた。また、実施例１〜４のいずれにおいても、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて、大きな半値角が得られた。以上の結果から、ピッチが５μｍ以下であるレンチキュラーレンズシートと屈折により拡散させる光拡散シートとを併用することにより、高い正面輝度と広い視野角を得ることができることがわかる。また、より高い正面輝度を実現する観点からは、レンチキュラーレンズアレイのピッチが２．２μｍ以下であることがわかる。

光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いた実施例５においても、光拡散シート１０としてビーズ含有光拡散シートを用いた実施例１〜４と同様に高い正面輝度と大きな半値角が得られた。この結果から、光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いた場合においても、高い正面輝度と広い視野角を得ることができることがわかる。また、光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いた実施例５と、光拡散シート１０としてビーズ含有光拡散シートを用いた実施例２とを比較すると、光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いた実施例５の方が高い正面輝度が得られた。この結果から、光拡散シート１０としてマイクロレンズアレイシートを用いることにより、光拡散シート１０としてビーズ含有光拡散シートを用いた場合よりも、より高い正面輝度を実現できることがわかる。

光学シート２０として、マイクロレンズアレイのピッチが１．７μｍであるマイクロレンズアレイシートを用いた実施例６においても高い正面輝度と、ｘ方向及びｙ方向の両方における広い半値角とが得られた。この結果から、光学シート２０として、マイクロレンズアレイのピッチが５μｍ以下であるマイクロレンズアレイシートを用いた場合においても、ピッチが５μｍ以下であるレンチキュラーレンズシートを用いた場合と同様に、高い正面輝度と広い視野角を得ることができることがわかる。

それに対して、逆さプリズムシート「ダイヤアート」Ｃからなる光拡散シート１０のみを用いた比較例１では、光源デバイス３０の上に配置されるシートの枚数が少ない分だけ正面輝度は高かった。しかしながら、ｘ方向とｙ方向とで半値角の値が大きく異なっていた。具体的には、ｘ方向における半値角が非常に小さい値となった。この結果から、逆さプリズムシート「ダイヤアート」Ｃからなる光拡散シート１０のみを用いた場合は、ｘ方向における広い視野角を確保することが困難であることがわかった。

また、ビーズ含有拡散シートと２枚のプリズムシートとを併用した比較例２では、高い正面輝度が得られたものの、半値角はｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて、小さな半値角しか得られなかった。従って、ビーズ含有拡散シートと２枚のプリズムシートとを併用した場合は、広い視野角を得ることが困難であることがわかる。

本発明を実施した好ましい形態の一例に係る液晶表示装置の概略断面図である。 光学シートの一部分を表す概略平面図である。 光学シートの一部分を表す概略断面図である。 光拡散シートの一部分を表す概略平面図である。 図４におけるＶ−Ｖ矢視図である。 図６（ａ）は、導光板からの出射光の拡散角が６４度である場合の、レンチキュラーレンズアレイのピッチと１次回折光の回折角との関係を表すグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一部を拡大したグラフである。 第１の変形例に係る液晶表示装置の概略断面図である。 第１の変形例における光学シートの一部分を表す概略平面図である。 図８におけるＩＸ−ＩＸ矢視図である。 第２の変形例における光拡散シートの一部分を表す模式的断面図である。 第３の実施形態における光拡散シートの一部分を表す概略平面図である。 図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ矢視図である。

符号の説明

１…液晶表示装置
２…光源ユニット
３…光学素子
１０…光拡散シート
１０ａ…光拡散シートの光入射面
１０ｂ…光拡散シートの光出射面
１１…マイクロレンズアレイ
１２…マイクロレンズ
１３…レンチキュラーレンズ
１９…母材
１９ａ…光拡散ビーズ
２０…光学シート
２０ａ…光学シートの光入射面
２０ｂ…光学シートの光出射面
２１…レンチキュラーレンズ
２１Ａ…レンチキュラーレンズアレイ
２２…マイクロレンズ
２３…マイクロレンズアレイ
３０…光源デバイス
３１…光源
３２…ミラー
３３…導光板
３３ａ…導光板の側面
３３ｂ…導光板の主面
３３ｃ…導光板の下面
３４…反射層
４０…液晶表示セル
４１ａ…偏光板
４１ｂ…偏光板

Claims (13)

1. 光入射面と、光出射面とを有し、前記光出射面に、５μｍ以下のピッチで周期的に配列された凸状の複数のレンズ部が形成されている光透過性の光学シートと、
   前記光学シートの前記光出射面側に配置され、入射光を屈折させることによって拡散させる光透過性の光拡散シートと、
   を備える光学素子。
2. 前記複数のレンズ部のピッチが２．２μｍ以下、０．３５μｍ以上である、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数のレンズ部のピッチが１．４μｍ以下、０．４μｍ以上である、請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記レンズ部は、線条のレンチキュラーレンズであり、前記複数のレンチキュラーレンズは、前記レンチキュラーレンズの幅方向に沿って配列されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記複数のレンチキュラーレンズは、隣接するレンチキュラーレンズ同士が接するように配列されている、請求項４に記載の光学素子。
6. 前記レンチキュラーレンズの横断面形状は、略半円である、請求項４または５に記載の光学素子。
7. 前記レンズ部は、断面形状が半円状のマイクロレンズであり、前記複数のマイクロレンズは、マトリクス状に配列されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記マイクロレンズの直径は、前記複数のマイクロレンズのピッチの８０％以上である、請求項７に記載の光学素子。
9. 前記複数のマイクロレンズは、平面視において、隣接するマイクロレンズの中心を結んでなる図形が正三角形となるように配列されている、請求項７または８に記載の光学素子。
10. 前記光拡散シートは、前記光拡散シートの光出射面に対面する光入射面と、光出射面とを有し、前記光出射面には、１０μｍ以上のピッチで周期的にマトリクス状に配置された複数のマイクロレンズアレイが形成されているマイクロレンズアレイシートである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学素子と、
    前記光学素子の光入射面側に配置され、前記光入射面に向けて光を出射させる光源デバイスと、
    を備え、
    前記光源デバイスは、光を出射する光源と、主面が前記光学素子の光入射面側を向くように配置されており、前記光源からの光を側面において受光し、前記受光した光を前記主面から前記光学素子の光入射面側に出射する導光板とを有する光源ユニット。
12. 前記レンズ部は、前記光源からの光を受光する前記導光板の側面に対して平行に延びる線条のレンチキュラーレンズであり、前記複数のレンチキュラーレンズは、前記レンチキュラーレンズの幅方向に沿って配列されている、請求項１１に記載の光源ユニット。
13. 請求項１１または１２に記載の光源ユニットと、
    前記光拡散シートの光出射面側に配置された液晶表示セルと、
    を備える液晶表示装置。

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