JP5434398B2 - 隠蔽構造体を備えた照明ユニット、表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に照明光路制御に使用される隠蔽構造体を備えた照明ユニット並びに表示装置に関するものである。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な照明装置を内蔵しているタイプが普及している。
この照明装置で消費する電力は、液晶表示装置全体で消費する電力の相当部分を占める。
従って、所定の輝度を提供するのに必要な照明装置の消費電力を低減することは、液晶表示装置全体の省電力化に寄与することができる。

ところで、液晶表示装置に使用される照明装置として、主に直下方式とエッジライト方式とが挙げられる。直下方式の照明装置は、光源を多数配置することが可能であるため、大型の（主として２０インチ以上の）液晶表示装置に適用されている。
一方、エッジライト方式は光源の配置位置が限定されるため、大型化には向かず、主としてノート型パソコン、液晶モニター、携帯情報端末等に適用されている。
しかし最近では、照明装置用の光源として冷陰極管に替わってＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ 発光ダイオード）が採用され始めたことにより、低消費電力化が図れ、薄型化の容易なエッジライト方式が、２０インチ以上の中型ないし大型液晶表示装置へ採用され始めている。

上述の通り、エッジライト方式は、導光板と呼ばれる透光性の板の端面にのみ光源が配置される構造のため、光源設置数に限界がある。従って液晶表示装置が大型になるにつれ、ディスプレイ全体を明るくすることは難しくなり、輝度を向上させる光学シートの役割が重要となる。

液晶表示装置の表示画面の輝度を向上させる手段として、特許文献１〜３に示されるようなレンズシートが開示されており、その代表として、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（ＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ ＢＥＦ）が広く使用されている。
図７は、ＢＥＦ１８５の配置の一例を示す断面模式図であり、図８は、ＢＥＦ１８５の斜視図である。図７、８に示すように、ＢＥＦ１８５は、部材１８６上に、断面三角形状の単位プリズム１８７が一方向に周期的に配列された光学フィルムである。この単位プリズム１８７は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）とされている。

ＢＥＦ１８５は、「軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）」からの光を集光し、この光を視聴者に向けて「軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）」に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または「リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）」することができる。すなわちＢＥＦ１８５は、ディスプレイの使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視野方向Ｆ’に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向側である。

ＢＥＦ１８５に代表されるレンズシートを用いる際に、透明基材上に拡散フィラーが塗布された拡散フィルムを導光板とレンズシートとの間に配置することによって、導光板から出射される光のムラを抑えることができる。

さらにまた、レンズシートと液晶パネルとの間に拡散フィルムを配置した場合には、プリズムシートに起因する射出光のサイドローブを低減させることができるとともに、規則的に配列されたレンズと液晶画素との間に生じるモアレ干渉縞を防ぐことができる。

一方、エッジライト方式において使用される導光板は、端面から入射される入射光を効率良く射出面へと導く光偏向面が、該射出面と対向する面に設けられることが一般的である。光偏向面としては、例えば白色のドットパターンが印刷されたもの、あるいは、レンズ形状が付与されたもの等、効率よく射出面へと導くために様々な光偏向面が提案されている。

しかしながら、どのような光偏向面であっても、規則的に配列された反射層や構造物で形成されるため、上述のＢＥＦ１８５に代表されるレンズシートとの干渉（モアレ干渉縞）の問題や、光偏向面のムラが視認されるといった問題があり、その解決手段としては、導光板とレンズシートとの間に、特許文献４に示されるような拡散フィルムを使用する方法が一般的である。

また、ＢＥＦ１８５は正面方向の輝度を向上させる最も効率的なレンズシートの１つではあるが、２０インチを超える中型ないし大型の液晶表示装置においては、ＢＥＦ１８５の集光機能だけでは足りていないのが現状である。輝度を更に向上させる方法の一つとして例えばＢＥＦ１８５を２枚クロスに配置する方法が挙げられるが、液晶表示装置の視野角が極端に狭くなるという問題が生じる。ノートパソコンや携帯情報端末等に比べて、テレビ用途としての液晶表示装置においては、十分な視野角、特に水平方向に十分な視野角が必要となる。

従って、光偏向面の構造物を隠蔽するために集光機能をほとんど有さない拡散シートを配置せねばならず、また液晶表示装置に必要な輝度を得るためには、ＢＥＦ１８５を１枚使用するだけでは足りないという問題がある。現状では、この双方の問題を解決する光学シートはなく、このような光学シートの出現が望まれている。

特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報 特開２００４−２９５０８０号公報

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、導光板の光偏向面の構造物を隠蔽し、且つ、画面の水平方向の視野角を極端に狭くすることなく、正面方向の輝度を向上させる隠蔽構造体を備える照明ユニット並びに該照明ユニットを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の問題を解決するために、以下のような手段を講じる。
即ち、第１の発明は、光源と、前記光源から射出される光を入射する入射面と、入射光を観察者側へと射出する射出面と、入射光を前記射出面へと導く光偏向面と、を備えた導光体と、前記射出面とは反対側の面から射出する光を反射して前記導光体へと導く反射シートと、隠蔽構造体と、を備えた照明ユニットであって、前記隠蔽構造体は、光透過性の基材と、前記基材の一方の面に、略半球形状のマイクロレンズと、複数の前記マイクロレンズ間の隙間には、少なくとも一方向に配列された第一の線状レンズとを備え、前記マイクロレンズの配置は不規則であり、かつ、前記基材の一方の面の単位面積に含まれる前記マイクロレンズの前記基材に接する面積の総和は、前記基材の場所に依らず略一定であることを特徴とする隠蔽構造体を備えた照明ユニットである。

本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体は、略半球形状のマイクロレンズと少なくとも一方向に配列された第一の線状レンズとを備えることを特徴とする。すなわち、略半球形状のマイクロレンズが、導光板の光偏向面の構造物を隠蔽し、且つ、マイクロレンズと第一の線状レンズによる正面方向への集光機能を有する。第一の線状レンズは、少なくとも一方向に配列され、あるいは二方向に配列されていても良い。二方向に配列される場合は、二方向の線状レンズが略直交することが望ましい。更に、隠蔽構造体のマイクロレンズの配置は不規則でありながらも、基材の一方の面の単位面積に含まれるマイクロレンズの基材に接する面積の総和は、基材の場所に依らず略一定であることを特徴とする。すなわち、場所による光学特性の違いや隠蔽性の違いはなく、また、導光板の光偏向面の構造物や他レンズシート、カラーフィルターとのモアレ干渉縞などを防止することができる。ここで、単位面積とは、前記基材の一方の面を凡そ１０〜１００分割した際の面積を表し、略一定であるとは平均値に対して±５％以内に収まることを表している。導光板は、光源からの光を入射する端面と、導光板の観察者側の面である光射出面、及び入射光を光射出面へと導く光偏向面とで形成される。光源からの光を入射する端面は、平坦面である場合と、入射光を広げることを目的として、または光源と導光板との結合効率を上げることを目的として、略プリズム形状や半円柱形状、その他凹凸形状を付与する場合とがある。光偏向面としては、白色の拡散反射ドットを印刷等によって形成したもの、またはプリズムやマイクロレンズを付与することで、屈折率差による反射によるもの等が挙げられる。光射出面は、観察者側の面であり、平坦面である場合と、更に射出光のムラや、射出角度を制御するためにプリズムや半円柱レンズ、マイクロレンズ等が形成された場合とがある。ここで導光板から射出される光は、直下型の照明ユニットを構成する拡散板からの射出光とは異なり、斜め方向に強く射出する。従って一般的な拡散フィルムやマイクロレンズシートでは、この強い斜めへの射出光を制御することは難しい。本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体は、第一の線状レンズを備えるため、一般的な拡散フィルムやマイクロレンズシートに比べて、強い斜め光の制御をすることが出来るため、大幅な輝度の増加が得られる。ここで導光板から射出される光は、正面方向を０度としたとき、６０度〜８０度の範囲であるのが一般的である。

第２の発明は、第１の発明に記載の照明ユニットにおいて、前記隠蔽構造体の前記基材の他方の面には、複数の凸部が形成されており、前記凸部の配置は不規則であり、かつ、前記基材の一方の面の単位面積に含まれる前記凸部の前記基材に接する面積の総和は、前記基材の場所に依らず略一定であることを特徴とする。

導光板は光の透過率が重要となるため、その端面、及び射出面は鏡面に仕上げられることが必要である。従って導光板の直上に配置される光学シートの導光板と接する面が鏡面であった場合、光学密着を起こす問題が生じる。そこで本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体は基材の他方の面に複数の凸部を形成することで、その光学密着を防止する。このとき、凸部のアスペクト比は、１０％以上４０％以下であることが望ましい。１０％未満では、光学密着を十分に防ぐことができず、逆に、４０％を超えると、輝度が大幅に低下してしまうためである。ここで、凸部のアスペクト比とは、凸部の基材と接する領域の幅に対する凸部の基材と接する面から凸部の頂点までの高さの割合のことである。また、凸部の配置は不規則でありながらも、基材の他方の面の単位面積に含まれる凸部の基材に接する面積の総和は、基材の場所に依らず略一定であることから、場所による光学特性の違いはなく、かつ、基材の一方の面に形成されたマイクロレンズや第一の線状レンズ、導光板の光偏向面の構造物や他レンズシート、カラーフィルターとのモアレ干渉縞などを防止することができる。

第３の発明は、第１〜第２の発明の何れか１つに記載の照明ユニットにおいて、前記第一の線状レンズの配列方向が、観察者側から見た際に、照明ユニットの水平方向に配列され、前記隠蔽構造体の観察者側の面には、前記第一の線状レンズの配列方向と略９０度で交差する方向に配列された第二の線状レンズを備えた集光シートが配置され、前記隠蔽構造体の全光線透過率をＴ１、前記集光シートの全光線透過率をＴ２としたとき、

が成立することを特徴とする。

本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体は、導光板の光偏向面を隠蔽すると共に正面方向の輝度を向上させる。更に正面方向の輝度を向上させる手法として、第二の線状レンズを備えた集光シートを、該隠蔽構造体の観察者側の面に配することが望ましい。そのとき、隠蔽構造体を構成する第一の線状レンズの配列方向が、観察者側から見た際に、水平方向に配列され、集光シートは、第二の線状レンズが、第一の線状レンズの配列方向と略９０度で交差する方向、すなわち、観察者側から見た際に、垂直方向に配列されることが望ましい。隠蔽構造体は、プリズムシートのようなサイドローブが生じず、また半球状のマイクロレンズによって拡散性能も非常に高い。つまり、集光性能と拡散性能の双方を備えるが、特に第一の線状レンズの配列方向の集光性能がより高い。従って、第一の線状レンズの配列方向を、観察者側から見て水平方向とすることで、その拡散性能によって十分な水平方向の視野を得ながら正面方向の輝度を高める。一方で集光シートは、第二の線状レンズを観察者側から見て垂直方向に配列されるため、垂直方向の集光性能を高める。このとき、隠蔽構造体の全光線透過率Ｔ１が、集光シートの全光線透過率Ｔ２より高いことが望ましい。２枚以上の光学シートを重ねて配置する際、全光線透過率の低い光学シートを上方に設置することで、組み合わせによる輝度向上効果が高まるためである。逆に全光線の高い光学シートを上方に設置した場合、輝度向上効果は得られるものの、その効果は、全光線の低い光学シートを上方に設置した場合と比べて弱まる。一般的にレンズシートは、全光線透過率が高い方が明るくなり、これは輝度が高くなるためと考えられている。しかしながら本発明者らは、光学的吸収成分を除いて、全光線透過率の低いレンズシートが、透過率は低いものの、正面方向への集光性能は高まることを見出した。すなわち、本発明の照明ユニットは、導光板の光射出面と対向する面から射出してしまう光を反射して再度入射させる反射シートを備えるため、レンズシートで反射された光は、該反射シートによって再度レンズシートへと入射する。従って、全光線透過率は低くとも、正面方向への集光性能の高いレンズシート、すなわち全光線透過率の低いレンズシートは、全光線透過率の高いレンズシートよりも明るくなる。複数の光学シートを重ねて配置する際、集光性能が高い光学シートを上方に設置することが、全体の輝度向上効果を高める設置方法である。

第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つに記載の照明ユニットにおいて、前記隠蔽構造体に完全拡散光（ランバート光）を入射した際の透過率をＴＬ１、正面方向の輝度を１としたとき、前記第一の線状レンズの延在方向と平行な配光分布において、輝度が０．５となる角度をＨ１とし、前記集光シートに完全拡散光を入射した際の透過率をＴＬ２、前記第２の線状レンズの延在方向と平行な配光分布において、輝度が０．５となる角度をＨ２としたとき、

が成立することを特徴とする。

上述した通り、光学シートは全光線透過率が低いほど、正面方向への集光性能は高く、また集光性能が高い光学シートを、上方に設置することが望ましい。ここで全光線透過率は０度のコリメート光である。本発明者らは上述の全光線透過率の関係が、入射光を拡散光（ランバート光）としたときにおいても成立することを見出した。そして、一般的には集光性能が高い光学シートほど、正面方向の輝度を１としたとき、輝度が０．５となる角度（これ以降は半値角と呼ぶ）は小さくなる。しかしながら本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体と集光シートにおいては、この関係が逆転することを見出した。すなわち、隠蔽構造体の、第一の線状レンズの延在方向における半値角Ｈ１に比べて、集光シートの、第二の線状レンズの延在方向における半値角Ｈ２の方が大きくなる。つまり、正面方向への集光性能が高い集光シートよりも、隠蔽構造体の半値角が狭くなることを特徴としている。

第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つに記載の照明ユニットを構成する前記隠蔽構造体において、前記基材の一方の面の面積に対し、前記マイクロレンズが前記基材の一方の面に接する面積の総和が、２５％以上８０％以下の範囲で設定されてなることを特徴とする。

隠蔽構造体は、半球状のマイクロレンズが、導光板の光偏向面の隠蔽効果、正面方向への集光効果、及び拡散効果、そして同面上に配置される第一の線状レンズのサイドローブの緩和といった効果が得られる。一方で第一の線状レンズは正面方向の集光効果を高める。隠蔽構造体の基材の一方の面に対し、マイクロレンズと第一の線状レンズとがそれぞれどの割合で配置させるかによって上述の効果が大きく異なるため、重要なパラメータと言える。本発明者らは、導光板の光偏向面の隠蔽性、モアレ干渉縞、などの視角特性と、正面方向への集光性能、視野角度、そしてサイドローブの有無といった光学特性の両面から検討をし、その最適な範囲として、マイクロレンズが基材の一方の面に接する面積の総和がマイクロレンズと接する基材の面の面積に対して２５％以上８０％以下であることを見出した。２５％を下回ると、導光板の光偏向面の構造物が視認される。また、８０％を超えると、マイクロレンズの配置に規則性が見えてしまう。更に隠蔽構造体の正面方向への集光性能を高めるには、マイクロレンズの総和が基材の一方の面に対して５０％以下であることが望ましい。

第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つに記載の照明ユニットを構成する前記隠蔽構造体において、前記第一の線状レンズの高さよりも、前記マイクロレンズの高さの方が高く、その比が２〜２０倍の範囲で設定されてなることを特徴とする。

本発明の照明ユニットを構成する隠蔽構造体はマイクロレンズと第一の線状レンズとが基材の一方の面に混在する構成であるが、その集光性能を高めるためにはマイクロレンズの高さが、第一の線状レンズの高さよりも２倍〜２０倍の範囲で高くなることが望ましい。第一の線状レンズの高さが大きくなると、マイクロレンズと第一の線状レンズとが重なり合う領域において拡散光が増大する。従って、集光性能が低下してしまう。一方で第一の線状レンズの高さが小さくなりすぎると、すなわち第一の線状レンズのピッチが細かくなる。第一の線状レンズは例えば頂角７０度〜１１０度の三角プリズム形状であることが望ましいが、ピッチが細かくなると回折の影響が無視できなくなり、正面方向への集光性能が低下する。具体的には、２０μｍピッチの三角プリズムレンズは５０μｍピッチの三角プリズムレンズに比べて約２％の輝度低下が生じる。また１０μｍピッチの三角プリズムレンズは５０μｍピッチの三角プリズムレンズに比べて、３〜４％の輝度低下が生じる。そして１０μｍを下回って、８μｍピッチの三角プリズムレンズに至っては、５０μｍピッチの三角プリズムレンズに比べて５％以上の輝度低下が生じる。従って、第一の線状レンズのピッチは１０μｍ以上であることが望ましく、２０μｍ以上であることが更には望ましい。ここで仮に第一の線状レンズを頂角９０度、２０μｍの三角プリズムとし、マイクロレンズをアスペクト比が０．５の半球形状としたとき、マイクロレンズの高さが、第一の線状レンズの高さに比べて２倍にするには、マイクロレンズの直径は４０μｍとなる。また５倍にするにはマイクロレンズの直径は１００μｍとなる。更に１０倍にするにはマイクロレンズの直径は２００μｍ、そして２０倍にするにはマイクロレンズの直径は４００μｍとなる。マイクロレンズが大きくなりすぎると、光学的性能は劣化しないが、観察者から視認されるという問題が生じる。従って、第一の線状レンズの高さと、マイクロレンズの高さとの比は２０倍以下であることが望ましい。

第７の発明は、第１〜第６の発明の何れか１つに記載の照明ユニットと、 表示画像を規定する画像表示素子と、を有することを特徴とする表示装置である。

第８の発明は、第７の発明の表示素子が、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定することを特徴とする表示装置である。

本発明の照明ユニットは、正面方向への集光性能が高く、且つ十分な視野範囲が得られる照明ユニットであるため、画像表示装置のバックライトとして使用することが望ましい。特に画素単位で透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示装置、一例として液晶表示装置などに適用することが望ましい。

本発明によれば、マイクロレンズと第一の線状レンズとが配置された隠蔽構造体によって、水平方向の視野角を十分確保しながら正面方向に集光し、導光板の光偏向面の構造面を隠蔽することができ、高輝度な照明ユニット、及びこれを用いた表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態であるディスプレイ装置の断面模式図である。 導光板中の光路図の一例である。 本発明の実施形態である隠蔽構造体の観察者側からの平面図、断面図、及び、斜視図である。 本発明の別の実施形態である隠蔽構造体の斜視図である。 従来のマイクロレンズシートの光学特性図である。 本発明の実施形態である隠蔽構造体の輝度変化図である。 ＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図である。 ＢＥＦの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における照明ユニット５５を具備する液晶表示装置７０の概略断面図であり、各部位の縮図は実際とは一致しない。
図１に示す液晶表示装置７０は、画像表示素子３５と、この画像表示素子３５の光入射側に臨ませて配置された照明ユニット５５を備える。
照明ユニット５５は、画像表示素子３５の光入射側に臨ませて配置された、偏光反射分離シート１３、集光シート１１、隠蔽構造体１、導光板２５、光源４１、及び反射板４３を含んで構成される。

光源４１としては例えば線状光源が挙げられる。線状光源としては、ＣＣＦＬやＨＣＦＬ、ＥＥＦＬ等の蛍光管が挙げられる。また光源４１としては点状光源が挙げられる。点状光源としては、ＬＥＤが挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤやＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。図１では、光源４１が導光板２５の１つの端面に配置された例を示しているが、これに限らず、対向する２つの端面に配置する場合、または４つの端面に配置される場合などもあり得る。このとき、導光板２５の形状は、図１に示すような楔形状ではなく、平板形状の場合があり得る。

導光板２５の観察者側Ｆとは反対側の面には光偏向面２８が形成される。光偏向面は、光源４１からの入射光を射出面側へと偏向する面であり、例えば白色拡散反射ドットが印刷される。また別の例としては、マイクロレンズ形状やプリズム形状等の構造物が挙げられる。一例として、光偏向面２８に白色拡散反射ドットパターンが印刷された導光板２５における光路図を図２に示す。

一般的に導光板２５は透明板であるため、このような光偏向面２８は観察者側Ｆより視認される。また、直下型のバックライトとは異なり、導光板２５からの射出光はムラが多く、均一な拡散光とは大きく異なる。そのため、エッジライト型のバックライトにおいては、一般的に導光板の上には、この光偏向面を隠蔽するため、また射出光のムラを低減するために、強い拡散性を有する拡散フィルム等が使用される。しかしながら、このような拡散フィルムはほとんど集光性能を有していない。

本発明の照明ユニット５５においては隠蔽構造体１が配置されるため、導光板２５の光偏向面２８を隠蔽し、導光板２５からの射出光を拡散することで光学的なムラを低減し、正面方向へと集光する。このとき、隠蔽構造体１を構成する第一の線状レンズ５が、観察者側Ｆから見て、照明ユニットの水平方向に配列されるよう配置される。

図３は、本発明の照明ユニット５５を構成する隠蔽構造体１の観察者側Ｆからの平面図（ａ）、透光性の基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂにおける断面図（ｂ）、及び、斜視図（ｃ）である。隠蔽構造体１は、透光性の基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂに略半球形状のマイクロレンズ３が形成されている。該マイクロレンズ３の隙間を埋めるように一次元方向に延在する第一の線状レンズ５が形成されており、マイクロレンズ３と第一の線状レンズ５は重なって形成される。すなわち、マイクロレンズ３が、導光板２５の光偏向面２８の構造物を隠蔽し、且つ、第一の線状レンズ５による正面方向への集光機能を有する。第一の線状レンズ５は、図３のように一方向のみに配列されていても良いし、図４のように二方向に配列されていても良い。ここで、基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂとは、第一の線状レンズ５の谷部を結んだ面と同一である。更に、マイクロレンズ３の配置は不規則（ランダム）でありながらも、面１７ｂの単位面積に含まれるマイクロレンズ３の面１７ｂに接する領域の面積の総和の割合（マイクロレンズ３の占める面積率Ａ）は場所に依らず略一定であることを特徴とする。すなわち、場所による光学特性の違いや隠蔽性の違いはなく、また、導光板２５の光偏向面２８の構造物や他レンズシート、カラーフィルターとのモアレ干渉縞などを防止することができる。ここで、単位面積とは前記基材の一方の面を凡そ１０〜１００分割した際の面積を表し、略一定であるとは平均値に対して±５％以内に収まることを表している。

マイクロレンズ３は基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂに形成され、基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂに接する径ＰＭと、基材１７の観察者側Ｆの面１７ｂからの高さＴＭとのアスペクト比ＴＭ／ＰＭが４０％以上であることが望ましい。
図５に示されるのは、マイクロレンズシートにおける単位マイクロレンズのアスペクト比と面積率とをパラメータにしたシミュレーション結果である。
ここで面積率とは、マイクロレンズシートの基材１７の表面積と、該単位マイクロレンズ３と基材１７が接する領域の総面積との比である。単位マイクロレンズを最密にデルタ配置した際の面積率は９０．７％となる。

図５から、単位マイクロレンズのアスペクト比が４０％を下回ると、最密にデルタ配置したとしても、単位マイクロレンズのアスペクト比が５０％（半球形状）の場合と比べて、約５％の輝度低下が生じる。従って、本発明の集光拡散シート１において、マイクロレンズ３のアスペクト比ＴＭ／ＴＰは４０％以上であることが望ましい。

マイクロレンズ３の高さをＴＭとし、第一の線状レンズ５の高さをＴＬとしたとき、ＴＬ／ＴＭは１０％以上９０％以下であることが望ましい。第一の線状レンズ５の高さＴＬ／ＴＭが９０％を超えると、第一の線状レンズ５の影響が強くなるためサイドローブが生じやすく、１０％未満の場合においては、第一の線状レンズ５の回折の影響が無視できなくなるサイズとなるためである。ここでマイクロレンズ３の径としては１０μｍ以上３００μｍ以下の範囲であることが望ましい。１０μｍ未満では、径が小さすぎるため、精度の良いマイクロレンズ３を作製することは難しく、また、回折の影響も生じる。一方、３００μｍを超えると、マイクロレンズ３が大きすぎるため、画面上から視認されやすくなるためである。

図６は、本発明の隠蔽構造体１を１枚で測定した際の輝度比を示す図である。ここで輝度比は、最近拡散フィルムの代替として使用されるマイクロレンズシートの輝度を１００％としたときの値である。ここではマイクロレンズの３の総面積の比率を３５％以上の場合に、またＴＬ／ＴＭを０．１から０．９まで変化させたときの評価を行った。
ＴＬ／ＴＭが大きくなるほど、本発明の隠蔽構造体１は輝度が低くなることが分かる。特にＴＬ／ＴＭ＝０．９においては、面積率が３５％〜５０％の範囲でのみ、マイクロレンズシートを超える輝度が得られる。そこで、ＴＬ／ＴＭ＜０．９に設定されることが望ましく、０．５以下であることが更に望ましい。

また、マイクロレンズ３の占める面積率Ａは２５％以上８０％以下であることが望ましい。隠蔽構造体１の面１７ｂに対し、マイクロレンズ３と第一の線状レンズ５とがそれぞれどの割合で配置させるかによって、隠蔽効果、正面方向への集光効果、及び拡散効果などの光学特性が大きく異なるためである。マイクロレンズ３は、導光板２５の光偏向面２８の隠蔽効果、正面方向への集光効果、及び拡散効果、そして同面上に配置される第一の線状レンズ５のサイドローブの緩和といった効果を有する。一方で第一の線状レンズ５は正面方向の集光効果を高める。マイクロレンズ３の占める面積率Ａが２５％未満の場合、隠蔽性能が低下し、また拡散性能も低下するため、導光板２５の光偏向面２８が視認される、導光板２５からの射出光の拡散が足りないといった不具合が生じる。更にマイクロレンズ３は第一の線状レンズ５のサイドローブを緩和する機能も有しており、この場合、マイクロレンズ３の占める面積率Ａは３５％以上であることが好ましい。一方、マイクロレンズ３の占める面積率Ａが８０％を超えると、マイクロレンズ３の配置に規則性が見えてしまう。更に隠蔽構造体１の正面方向への集光性能を高めるには、第一の線状レンズ５の高い集光効果を利用するため、マイクロレンズ３の占める面積率Ａは５０％以下であることが望ましい。

第一の線状レンズ５は、頂角が７０度〜１１０度の範囲で設定される三角プリズム形状であることが好ましく、更には８０度〜１００度であることがより好ましい。頂角の大きさは上述の導光板２５からの射出光の強い斜め光のピーク角度によっても調整することが出来る。導光板２５からの射出される強い斜め光のピーク角度が、６０度程度である場合は、約９０度〜１１０度の範囲が適しており、導光板２５からの射出される強い斜め光のピーク角度が７０度程度である場合は、約８０度〜１００度の範囲が適しており、また導光板２５からの射出される強い斜め光のピーク角度が８０度程度である場合は、約７０度〜９０度の範囲であることが適している。すなわち、導光板２５からの射出光の強い斜め光のピーク角度をθＰとしたとき、隠蔽構造体１の第一の線状レンズ５の頂角は、１６０−θＰ±１０度の関係が成り立つ。
そしてまた、通常の三角プリズムレンズで問題となるサイドローブは、同面上に形成された半球状のマイクロレンズ３によって緩和される。従って、半球状のマイクロレンズ３は、導光板２５の光偏向面２８の隠蔽効果と共に正面方向への集光機能のみならず、第一の線状レンズ５が生じるサイドローブの緩和の役目をも果たす。

導光板２５は光の透過率が重要となるため、その端面、及び射出面は鏡面に仕上げられることが必要である。そのため、導光板２５と隠蔽構造体１の間で光学密着を起こすという問題が生じる。その光学密着を防止するため、隠蔽構造体１のマイクロレンズ３や第一の線状レンズ５と接する面１７ｂと対抗する面１７ａには、複数の凸部７が形成されていることが望ましい。更に凸部７のアスペクト比は、１０％以上４０％以下であることが望ましい。ここで、凸部７のアスペクト比とは、凸部７と面１７ａとが接する領域の直径に対する面１７ａから凸部７の頂点までの高さの割合のことである。アスペクト比が１０％を下回ると、ほとんど平坦に近づくため、導光板２５との間に生じるニュートンリングを抑制する効果は低く、且つ、凸部７の成形の際にバラつきが生じやすくなる。更にニュートンリング抑制効果を上げるために凸部７の数を増やすという方法も挙げられるが、数が多くなると面１７ｂに形成されたマイクロレンズ３や第一の線状レンズ５と干渉を起こしやすくなる。結果として外観上のムラとなるため好ましくない。一方でアスペクト比が４０％を超えると、大きな斜め光が増大し、正面輝度が大幅に低下する。正面輝度の低下を抑制するためには凸部７の数を減らす必要があるが、その数を減らすと外観的にムラが生じやすいため望ましくない。上述のように、凸部７は多すぎても少なすぎても、ムラの問題や面１７ｂに形成されるマイクロレンズ３や第一の線状レンズ５との干渉などの問題が生じる。よって、面１７ａに対し凸部７の占める割合は、３％〜１０％であることが望ましい。また、凸部７の配置は不規則（ランダム）でありながらも、面１７ａの単位面積に含まれる凸部７の面１７ａに接する領域の面積の総和の割合は場所に依らず略一定であることが望ましい。このことにより、場所による光学特性の違いの違いはなく、かつ、導光板２５の光偏向面２８の構造物や他レンズシート、カラーフィルターとのモアレ干渉縞などを防止することができるためである。ここで、単位面積とは、上述のマイクロレンズ３の場合と同様に、前記基材の一方の面を凡そ１０〜１００分割した際の面積を表し、略一定であるとは平均値に対して±２％以内に収まることを表している。

本発明の照明ユニット５５は上述の隠蔽構造体１の観察者側Ｆに集光シート１１を配置することが出来る。集光シート１１としては、効率的に正面方向への集光性能を高めるために、第二の線状レンズが頂角７０度〜１１０度の三角プリズムレンズが望ましく、更には頂角８０度〜１００度であることが望ましい。ここで三角プリズムの配列は、上述の隠蔽構造体１を構成する第一の線状レンズ５の配列方向と略９０度で交差する方向であることが望ましい。しかし、照明ユニットの正面輝度を低くしても視野角を広げたい場合には、三角プリズムシートではなく、断面形状が非球面形状のレンチキュラーシートや湾曲面を有する湾曲プリズムシート等を適用しても良い。

本発明の照明ユニット５５は液晶表示装置７０の照明装置として使用される。液晶表示装置７０としては、２０インチを超える中型ないし大型の液晶テレビが挙げられる。液晶テレビは、あらゆる角度から人が視認するため、広い視野角が必要であり、特に水平方向の視野角度は重要である。そこで、隠蔽構造体１を構成する第一の線状レンズ５を観察者側Ｆから見て水平方向に配列することで、水平方向の視野角度を調整することが可能である。一方、集光シート１１の第二の線状レンズを、第一の線状レンズ５と略９０度で交差する方向、すなわち観察者側Ｆから見て垂直方向に配列することで、垂直方向の視野角度を調整することができる。

ここで、集光シート１１は隠蔽構造体１に比べて、全光線透過率が低く、且つ拡散光を入射した際の透過率も低い。上述した通り、本発明者らは全光線透過率、及び拡散光を入射した際の透過率が低いレンズシートほど、正面方向への集光性能が高いことを見出した。すなわち、集光シート１１の第二の線状レンズを観察者側Ｆから見て垂直方向に配置することで、水平よりも垂直方向の視野を狭めて正面方向に光を集める。しかしながら、用途によっては垂直方向の視野を広げたい場合もあり得る。このような場合は、隠蔽構造体１と集光シート１１の方向が逆転することもあり得る。

本発明の照明ユニット５５は、上述の集光シート１１の更に観察者側Ｆに偏光分離反射シート１３を備えることが望ましい。偏光分離反射シート１３は、偏光分離反射シート１３に入射した光のうち、一方向の偏光成分Ａを透過し、偏光成分と直交する偏光成分を反射する機能を有する。本発明の液晶表示装置７０を構成する液晶パネル３５は２枚の偏光板３１、３３で液晶層３２を挟む構成であり、一方向の偏光成分の光のみが使用される。従って、それと直交する偏光成分は、偏光板３１、３３にて吸収され利用できない。偏光反射分離シート１３は液晶パネル３５で使用されない偏光成分を反射し、照明ユニット５５を構成する反射シート４３にて偏光方向を拡散して再利用するため、光を有効に利用することができ（リサイクル）、本発明の照明ユニット５５の輝度を大幅に向上させることが可能である。更に偏光分離反射シート１３には拡散性能が付与されていることが望ましい。集光シート１１の第二の線状レンズを三角プリズムとしたとき、拡散性能を付与した偏光分離反射シート１３を設置することで、サイドローブの緩和が図られる。偏光分離反射シート１３としては、多層積層型、円偏光分離型、ワイヤーグリッド型などが挙げられるが、代表例として多層積層型の３Ｍ社製ＤＢＥＦが挙げられる。また、偏光分離反射シート１３に拡散機能を加えたＤＢＥＦ−Ｄが挙げられる。

本発明の照明ユニット５５を構成する隠蔽構造体１、及び集光シート１１は、透光性の基材１７上に、第一の線状レンズ５、マイクロレンズ３、及び第二の線状レンズ、凸部７、及び第二の線状レンズが、UV硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて成形されるか、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成する。
あるいは、隠蔽構造体１、及び集光シート１１は、透光性の基材１７と、第一の線状レンズ５、マイクロレンズ３、及び第二の線状レンズ、凸部７、及び第二の線状レンズが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって一体形成する。
本発明の隠蔽構造体１は、透光性の基材１７の一方の面１７ｂに略半球形状のマイクロレンズ３と第一の線状レンズ５とが形成される。ここで基材１７の一方の面１７ｂの面積に対し、該マイクロレンズ３の総面積の割合が２５％以上８０％以下の範囲に設定されてなる。基材１７とマイクロレンズ３、第一の線状レンズ５、及び基材１７の他方の面１７ａに形成される凸部７とを、同一材料にて一体成形する場合、基材１７の一方の面１７ｂは、第一の線状レンズ５の谷部で結ばれる面にて定義される。

画像表示素子３５は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、隠蔽構造体１により、観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、ランプイメージが低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子３５は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の照明ユニット５５、並びに表示装置７０について説明したが、本発明の照明ユニット５５は表示装置７０のみに適用されるものではない。すなわち光源４１から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明ユニット５５として例えば照明装置などにも使用できることは想像に難しくない。
以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）

隠蔽構造体１の材料としてポリカーボネート樹脂を用いた。ポリカーボネート樹脂は屈折率が約１．５９と高いため、より集光性能が高い隠蔽構造体１を得ることが出来るからである。ポリカーボネート樹脂を、押出成形により一方の面に、マイクロレンズと９０度三角プリズムを形成した。マイクロレンズの直径が１００μｍ、高さが４８μｍであった。このようなマイクロレンズを面内にランダムに、面積率が４０％となるように配置した。一方９０度三角プリズムは、プリズムピッチを３０μｍとした。
一方、他方の面には、直径が５０μｍ、高さが１５μｍのマイクロレンズを、面積率が５％となるように、ランダムに配置した。
このとき、隠蔽構造体１の厚みは約３００μｍであった。

集光シート１１は、隠蔽構造体１と同じくポリカーボネート樹脂を用いて、９０度三角プリズムシートを押出成形により得た。このとき三角プリズムのピッチは５０μｍ、厚みは約３００μｍであった。

照明ユニット５５は、光偏向面２８として白色のドットパターンが形成されたアクリル製の導光板２５の４辺に白色ＬＥＤを配置し、上述の隠蔽構造体１、集光シート１１、拡散フィルムの順で導光板２５の上に重ねた。このとき、隠蔽構造体１の三角プリズムの配列方向を水平方向とし、集光シート１１の三角プリズムの配列方向を垂直方向とした。

比較例として、上述の照明ユニット５５の隠蔽構造体１の代わりに、拡散フィルムを配置した（比較例１−１）。また別の比較例として、隠蔽構造体１の代わりにもう１枚集光シート１１を配置した（比較例１−２）。さらにまた別の比較例として、導光板２５の上に、三角プリズムの配列方向を水平方向とした集光シート１１、三角プリズムの配列方向を垂直方向とした隠蔽構造体１、拡散フィルムの順に配置した（比較例１−３）。
（実施例２）

隠蔽構造体１、集光シート１１は、実施例１と同様のものを準備した。

偏光分離反射シート１３は３Ｍ社製のＤＢＥＦ−Ｄを準備した。

照明ユニット５５は実施例１と同様に配置し、上述の隠蔽構造体１、集光シート１１、偏光分離反射シート１３の順で導光板２５の上に重ねた。このとき、隠蔽構造体１の三角プリズムの配列方向を水平方向とし、集光シート１１の三角プリズムの配列方向を垂直方向とした。

比較例として、上述の照明ユニット５５の隠蔽構造体１の代わりに、拡散フィルムを配置した（比較例２−１）。また別の比較例として、隠蔽構造体１の代わりにもう１枚集光シート１１を配置した（比較例２−２）。さらにまた別の比較例として、導光板２５の上に、三角プリズムの配列方向を水平方向とした集光シート１１、三角プリズムの配列方向を垂直方向とした隠蔽構造体１、偏光分離反射シート１３の順に配置した（比較例２−３）。

本実施例、及び比較例の照明ユニット５５に液晶パネル３５を配置し、液晶表示装置７０を得た。この液晶表示装置の正面輝度をトプコン製の分光放射輝度計ＳＲ−３Ａにて測定した。また配光分布をＥＬＤＩＭ社製のＥＺＣｏｎｔｒａｓｔにて測定した。その結果を表１に示す。

本実施例１、実施例２はどちらも水平方向の視野角を十分確保しつつ、それぞれ、比較例１−１、比較例２−１に比べて、約１０％の輝度向上効果を得ることが出来た。また輝度の画面内でのムラ、及び導光板２５の光偏向面２８の白色ドットパターンも視認されず、比較例１−１、比較例２−１と比べても遜色ない表示品位を得ることが出来た。
一方で、比較例１−２、比較例２−２は、それぞれ、本実施例１、実施例２より更に約１０％の輝度向上効果を得ることが出来たが、水平方向の視野角が狭すぎる結果となった。更に、強い拡散性能、及び隠蔽性能を有する光学シートがないため、画面内での輝度バラつきが大きく、また導光板２５の光偏向面２８の白色ドットパターンが視認された。
また、比較例１−３、比較例２−３は、輝度の画面内でのムラ、及び導光板２５の光偏向面２８の白色ドットパターンも視認されず、それぞれ、本実施例１、実施例２に比べて、遜色ない表示品位を得ることが出来ているが、約３％の輝度の低下が観測されている。

Ｋ…光、Ｆ、Ｆ’…観察者側、Ｈ１…隠蔽構造体の半値角、Ｈ２…集光シートの半値角、Ｔ１…隠蔽構造体の全光線透過率、Ｔ２…集光シートの全光線透過率、ＴＬ１…隠蔽構造体の拡散光透過率、ＴＬ２…集光シートの拡散光透過率、ＰＬ…第一の線状レンズのピッチ、ＰＭ…マイクロレンズの直径、ＴＬ…第一の線状レンズの高さ、ＴＭ…マイクロレンズの高さ、１…隠蔽構造体、３…マイクロレンズ、５…第一の線状レンズ、７…凸部、１１…集光シート、１３…偏光分離反射シート、１７…基材、２５…導光板、２８…光偏向面、３１、３３…偏光板、３２…液晶パネル、３５…画像表示素子、４１…光源、４３…反射板（反射フィルム）、５５…照明ユニット、７０…表示装置、１８５…ＢＥＦ、１８６…透明部材、１８７…単位プリズム。

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から射出される光を入射する入射面と、入射光を観察者側へと射出する射出面と、入射光を前記射出面へと導く光偏向面と、を備えた導光体と、
   前記射出面とは反対側の面から射出する光を反射して前記導光体へと導く反射シートと、
   隠蔽構造体と、
   を備えた照明ユニットであって、
   前記隠蔽構造体は、
   光透過性の基材と、
   前記基材の一方の面に、略半球形状のマイクロレンズと、複数の前記マイクロレンズ間の隙間には、少なくとも一方向に配列された第一の線状レンズとを備え、
   前記マイクロレンズの配置は不規則であり、かつ、前記基材の一方の面の単位面積に含まれる前記マイクロレンズの前記基材に接する面積の総和は、前記基材の場所に依らず略一定であり、
   前記第一の線状レンズの配列方向が、観察者側から視認した際に、前記照明ユニットの水平方向に配列され、かつ、
   前記隠蔽構造体の観察者側の面には、前記第一の線状レンズの配列方向と略９０度で交差する方向に配列された第二の線状レンズを備えた集光シートが配置され、
   前記隠蔽構造体の全光線透過率をＴ１、前記集光シートの全光線透過率をＴ２としたとき、
   

   

   が成立することを特徴とする照明ユニット。
2. 前記隠蔽構造体の前記基材の他方の面には、複数の凸部が形成されており、
   前記凸部の配置は不規則であり、かつ、前記基材の他方の面の単位面積に含まれる前記凸部の前記基材に接する面積の総和は、前記基材の場所に依らず略一定であることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記隠蔽構造体に完全拡散光を入射した際の透過率をＴＬ１、正面方向の輝度を１としたとき、前記第一の線状レンズの延在方向と平行な配光分布は、輝度が０．５となる角度をＨ１とし、前記集光シートに完全拡散光を入射した際の透過率をＴＬ２、前記第２の線状レンズの延在方向と平行な配光分布において、輝度が０．５となる角度をＨ２としたとき、
   

   

   

   が成立することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明ユニット。
4. 前記隠蔽構造体は、前記基材の一方の面の面積に対し、前記マイクロレンズが前記基材の一方の面に接する面積の総和が、２５％以上８０％以下の範囲で設定されてなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の照明ユニット。
5. 前記隠蔽構造体は、前記第一の線状レンズの高さよりも、前記マイクロレンズの高さの方が高く、その比が２〜２０倍の範囲で設定されてなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の照明ユニット。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の照明ユニットと、
   表示画像を規定する画像表示素子とを有することを特徴とする表示装置。
7. 前記表示素子が、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。

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