(57)【要約】【課題】光源光の利用効率を向上させることにより正面方向輝度を効果的に向上させることができる光学シートを提供する。【解決手段】光学シート４０は、本体部４２と、本体部の出光側に並べて配置され、各々が配列方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位形状要素４５と、を有する。主切断面において、単位形状要素は出光側に先細りする断面形状を有する。主切断面において、単位形状要素の外輪郭上の端部への接線が、本体部のシート面に対してなす角度は、５５°以上７５°以下である。本体部は、透過光を主として単位形状要素の配列方向に拡散させる異方性拡散機能を有する。【選択図】図２
2010176085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の本体部と、
前記本体部の出光側に並べて配置され、各々が配列方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位形状要素と、を備え、
前記本体部の法線方向と前記単位形状要素の配列方向との両方に平行な主切断面において、前記単位形状要素は出光側に先細りする断面形状を有し、
前記主切断面において、前記本体部に最も接近した前記単位形状要素の前記外輪郭上の端部への接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、５５°以上７５°以下であり、
前記本体部は、透過光を主として前記単位形状要素の配列方向に拡散させる異方性拡散機能を有する
ことを特徴とする光学シート。
【請求項２】
前記本体部の入光側面が、並べて配列された多数の単位レンズによって形成され、
各単位レンズは、前記多数の単位レンズの配列方向と交差する方向に線状に延びる
ことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項３】
前記本体部の入光側面に凹凸が形成され、
前記凹凸をなす凹部および凸部は線状に延びている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
【請求項４】
前記凹凸は、ヘアライン加工によって形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の光学シート。
【請求項５】
前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭上の前記端部への接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、６５°以上７５°以下である
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学シート。
【請求項６】
前記主切断面において、前記単位形状要素の前記端部から前記本体部のシート面と平行な方向に前記単位形状要素の幅の１５％の長さ分だけずれた位置で前記単位形状要素の前記外輪郭へ接する接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、４０°以上である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項７】
前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線の接点の位置が、前記本体部のシート面と平行な方向において、前記単位形状要素の全幅のうちの少なくとも１５％を占める領域にある場合に、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線が前記本体部のシート面に対して０°以上１５°以下の角度をなすようになる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項８】
前記主切断面と平行な方向に進み前記単位形状要素の前記端部に向かい、その一部分が前記単位形状要素の出光面で屈折して前記本体部の法線方向に出射するようになる光のうちの、前記単位形状要素の出光面で屈折することなく反射した光が、その後、当該単位形状要素から８０°以上の出射角度で出射する、あるいは、当該単位形状要素から出射した後に隣の単位形状要素に入射するように、前記単位形状要素が構成されている
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学シート。
【請求項９】
前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線が前記本体部のシート面に対してなす角度は、前記接線の前記単位形状要素への接点が、前記本体部から最も離間した前記単位形状要素の前記外輪郭上の頂部から前記単位形状要素の前記外輪郭上の前記端部へ向かうにつれて、大きくなっていく
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項１０】
前記主切断面において、前記単位形状要素の外輪郭は、つなぎ合わされた三以上の弧からなり、互いにつなぎ合わされた二つ弧は、つなぎ合わせ部分において、共通する接線を有する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項１１】
前記主切断面における前記単位形状要素の前記外輪郭は、前記本体部の法線方向と平行な軸を対称軸として、線対称である
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学シート。
【請求項１２】
光源と、
前記光源からの光を受ける請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学シートと、を備える
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項１３】
前記光学シートの入光側に配置された集光シートをさらに備え、
前記集光シートは、シート状の本体部と、前記本体部の出光側に並べて配置され、各々が配列方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位形状要素と、を有し、
前記光源は、線状の発光部を有し、
前記集光シートの前記単位形状要素の配列方向は、前記光源の前記発光部の長手方向と交差するとともに、前記光学シートの前記単位形状要素の配列方向と交差し、
前記集光シートの前記本体部の法線方向と前記集光シートの前記単位形状要素の配列方向との両方に平行な集光シートの主切断面において、前記本体部のシート面に平行な前記集光シートの前記単位形状要素の幅は、前記本体部の法線方向に沿った前記集光シートの前記単位形状要素の高さの１．８倍以上２．３倍以下である
ことを特徴とする請求項１２に記載の面光源装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の出光側に配置された透過型表示部と、を備える
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
前記透過型表示部は、下偏光板と、下偏光板の出光側に配置された上偏光板と、を有し、
前記下偏光板の透過軸は、前記光学シートの前記単位形状要素の配列方向と平行である
ことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源光の利用効率を向上させることにより正面方向輝度を効果的に向上させることができる光学シート、面光源装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型表示装置に用いられる面光源装置は、光源と、光源からの光の進行方向を変化させるための多数の光学シート（光学フィルム）と、を有している。複数の光学シートの中には、光源からの光を拡散させて光源の像を隠す（目立たなくさせる）光拡散シートと、光の進行方向を正面方向へ絞り込み、正面方向輝度を向上させる集光シートと、が含まれている。そして、光拡散性能の度合いを調節された光拡散シートと、集光性能の度合いを調節された集光シートと、を適宜組み合わせて面光源装置を構成することにより、所望の正面方向輝度を有するとともに、所望の視野角を有し光源の像が目立たない透過型表示装置が得られるようになる。
【０００３】
集光シートとしては、線状に延びる単位形状要素（単位光学要素）をその長手方向に直交する方向に配列（いわゆるリニアアレイ）してなる光学シートが広く用いられている（例えば、特許文献１）。とりわけ一般的に用いられている単位形状要素として、その長手方向に直交する断面（主切断面）が三角形状、典型的には、頂角が９０°であり二等辺三角形形状の単位プリズムが知られている。
【特許文献１】特表平１０−５０６５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、表示装置においては、正面方向輝度の値が最も重要な評価項目の一つとなっている。特許文献１に開示された集光シートは、単位形状要素の断面形状に起因して、集光機能を発揮し得るようになる。ただし、現状においては、さらなる正面方向輝度の向上が要望されている。また、集光シートの設計だけでなく、その他の部材、例えば光拡散シートの特定や光源の構成等との組み合わせによっても、正面方向輝度の改善が検討されている。
【０００５】
昨今においては、環境問題が重要視される社会傾向にともなって、透過型表示装置（代表的には液晶表示装置）に対し、光源光の利用効率を向上させることも重要な問題として取り上げられてきている。そして、光源光の利用効率を向上させることにともなって、表示装置の正面方向輝度も向上させることができれば、非常に好ましい。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、光源光の利用効率を向上させることにより正面方向輝度を効果的に向上させることができる光学シートを提供することを目的とする。また、本発明は、光源光の利用効率を向上させることにより正面方向輝度を効果的に向上させることができる面光源装置および表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
なお、正面方向輝度の改善を行った場合、正面方向輝度の上昇にともなって、輝度の角度分布に急激な変化（いわゆるカットオフ）が生じる可能性がある。本発明による光学シート、面光源装置および表示装置おいて、このような不具合の発生を防止することができればさらに都合がよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本件発明者らは、種々の実験を重ねた結果として、複数の単位形状要素（単位レンズ、単位プリズム）がリニアアレイで配列されてなる光学シートに十分な偏光分離機能を付与することができること、および、この偏光分離機能を有効に用いることにより、光源光の利用効率を高め、これにより、正面方向輝度を効果的に向上させることができること、を見出した。具体的には、単位形状要素の出光面での屈折によって正面方向へ出射するようになる入射角度で単位形状要素の出光面へ入射する光のうちの、特定の偏光成分（例えば、Ｐ波）の透過率を向上させるとともに、前記特定の偏光成分以外のその他の偏光成分（例えば、Ｓ波）の透過率を低下させる（反射率を高める）ことが可能であり、これにより、透過型表示部との組み合わせにおいて光源光の利用効率を高め、正面方向輝度を効果的に向上させることが可能であることを、知見した。本件発明は、このような本件発明者らの知見によるものである。
【０００９】
本発明による光学シートは、シート状の本体部と、前記本体部の出光側に並べて配置され、各々が配列方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位形状要素と、を備え、前記本体部の法線方向と前記単位形状要素の配列方向との両方に平行な主切断面において、前記単位形状要素は先細りする断面形状を有し、前記主切断面において、前記本体部に最も接近した前記単位形状要素の前記外輪郭上の前記端部への接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、５５°以上７５°以下であり、前記本体部は、透過光を主として前記単位形状要素の配列方向に拡散させる異方性拡散機能を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明による光学シートにおいて、前記本体部の入光側面が、並べて配列された多数の単位レンズによって形成され、各単位レンズは、前記多数の単位レンズの配列方向と交差する方向に線状に延びるようにしてもよい。
【００１１】
あるいは、本発明による光学シートにおいて、前記本体部の入光側面に凹凸が形成され、前記凹凸をなす凹部および凸部は線状に延びているようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明による光学シートにおいて、前記凹凸は、ヘアライン加工によって形成されていてもよい。
【００１３】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭上の前記端部への接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、６５°以上７５°以下であるようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面において、前記単位形状要素の前記端部から前記本体部のシート面と平行な方向に前記単位形状要素の幅の１５％の長さ分だけずれた位置で前記単位形状要素の前記外輪郭へ接する接線が、前記本体部のシート面に対してなす角度は、４０°以上であるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線の接点の位置が、前記本体部のシート面と平行な方向において、前記単位形状要素の全幅のうちの少なくとも１５％を占める領域にある場合に、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線が前記本体部のシート面に対して０°以上１５°以下の角度をなすようにしてもよい。
【００１６】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面と平行な方向に進み前記単位形状要素の前記端部に向かい、その一部分が前記単位形状要素の出光面で屈折して前記本体部の法線方向に出射するようになる光のうちの、前記単位形状要素の出光面で屈折することなく反射した光が、その後、当該単位形状要素から８０°以上の出射角度で出射する、あるいは、当該単位形状要素から出射した後に隣の単位形状要素に入射するように、前記単位形状要素が構成されていてもよい。
【００１７】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面において、前記単位形状要素の前記外輪郭への接線が前記本体部のシート面に対してなす角度は、前記接線の前記単位形状要素への接点が、前記本体部から最も離間した前記単位形状要素の前記外輪郭上の頂部から前記単位形状要素の前記外輪郭上の前記端部へ向かうにつれて、大きくなっていくようにしてもよい。
【００１８】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面において、前記単位形状要素の外輪郭は、つなぎ合わされた三以上の弧からなり、互いにつなぎ合わされた二つ弧は、つなぎ合わせ部分において、共通する接線を有するようにしてもよい。
【００１９】
さらに、本発明による光学シートにおいて、前記主切断面における前記単位形状要素の前記外輪郭は、前記本体部の法線方向と平行な軸を対称軸として、線対称であってもよい。
【００２０】
本発明による面光源装置は、光源と、前記光源からの光を受ける上述したいずれかの本発明による光学シートと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による面光源装置は、前記光学シートの入光側に配置された集光シートをさらに備え、前記集光シートは、シート状の本体部と、前記本体部の出光側に並べて配置され、各々が配列方向と交差する方向に線状に延びる、複数の単位形状要素と、を有し、前記光源は、線状の発光部を有し、前記集光シートの前記単位形状要素の配列方向は、前記光源の前記発光部の長手方向と交差するとともに、前記光学シートの前記単位形状要素の配列方向と交差していてもよい。このような面光源装置において、前記集光シートの前記本体部の法線方向と前記集光シートの前記単位形状要素の配列方向との両方に平行な集光シートの主切断面において、前記本体部のシート面に平行な前記集光シートの前記単位形状要素の幅は、前記本体部の法線方向に沿った前記本体部からの前記集光シートの前記単位形状要素の高さの１．８倍以上２．３倍以下であってもよい。
【００２２】
本発明による表示装置は、上述したいずれかの本発明による面光源装置と、前記面光源装置の出光側に配置された透過型表示部と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明による面光源装置において、前記透過型表示部は、下偏光板と、下偏光板の出光側に配置された上偏光板と、を有し、前記下偏光板の透過軸は、前記光学シートの前記単位形状要素の配列方向と平行であるようにしてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００２５】
図１乃至図７本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は透過型表示装置および面光源装置の概略構成を示す斜視図である。図２、図３および図５は、光学シートを示す主切断面における断面図である。図５は、出光面での屈折により正面方向へ出射し得る角度で単位形状要素の出光面に入射する光についての各出光面角度での透過率を示すグラフである。図６は、集光シートを示す主切断面における断面図である。
【００２６】
図１に示された透過型表示装置１０は、透過型表示部１５と、透過型表示部１５の背面側に配置され透過型表示部１５を背面側から面状に照らす面光源装置２０と、を備えている。透過型表示部１５は、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御するシャッターとして機能し、画像を形成する装置である。
【００２７】
本実施の形態において、透過型表示部１５は、液晶パネル（液晶セル）から構成されている。つまり、透過型表示装置１０は液晶表示装置として機能する。液晶パネル（透過型表示部）１５は、一対の偏光板１６，１７と、一対の偏光板間に配置された液晶層１８と、を有している。偏光板１６，１７は、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波およびＳ波）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。
【００２８】
液晶層１８には、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶層１８の配向は変化するようになる。入光側に配置された下偏光板１６を透過した特定方向の偏光（本実施の形態においては、Ｐ波）は、電界印加された液晶層１８を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、電界印加されていない液晶層１８を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶層１８への電界印加の有無によって、下偏光板１６を透過した特定方向の偏光（Ｐ波）が、下偏光板１６の出光側に配置された上偏光板１７をさらに透過するか、あるいは、上偏光板１７で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。
【００２９】
このようにして液晶パネル（透過型表示部）１５では、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御し得るようになっている。なお、液晶パネル（液晶セル）の構成は、従来の液晶表示装置に組み込まれている装置（部材）と同様に構成することができ、ここでは、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００３０】
ところで、この明細書において、「出光側」とは、進行方向を折り返されることなく光源２５から光学シート４０等を経て観察者へ向かう光の進行方向における下流側（観察者側、図１、図２、図３および図５においては紙面の上側）のことであり、「入光側」とは、進行方向を折り返されることなく光源２５から光学シート４０等を経て観察者へ向かう光の進行方向における上流側（図２、図３および図５においては紙面の下側）のことである。
【００３１】
次に、面光源装置２０について説明する。面光源装置２０は、図１に示すように、光源２５と、光源２５からの光を透過させる光学シート４０と、を有している。本実施の形態において、光学シート４０は、面光源装置２０の最出光側に配置され、発光面（出光面）を構成する。そして、この光学シート４０は、透過型表示部１５の下偏光板１６と隣り合うようになる。また、図１に示す例においては、光学シート４０の入光側に配置され、光を集光させる集光シート（入光側光学シートとも呼ぶ）３０、並びに、集光シート３０の入光側に配置され、光を拡散させる光拡散シート２８が、さらに設けられている。
【００３２】
面光源装置２０は、例えばエッジライト（サイドライト）型等の種々の形態で構成され得るが、本実施の形態においては、直下型のバックライトユニットとして構成されている。このため、光源２５は光学シート４０の入光側において光学シート４０と対面するようにして配置されている。また、光源２５は、反射板２２によって背面側から覆われている。反射板２２は、光学シート４０の側に開口部（窓）を有する箱状に形成されている。
【００３３】
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。
【００３４】
本実施の形態において、光源２５は、線状に延びる複数の発光部２５ａを有している。線状の発光部２５ａは、その長手方向が互いに並行となるように並べて配置されている。発光部２５ａは、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯から構成され得る。ただし、この例に限られず、光源２５が、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）や白熱電球、面状のＥＬ（電場発光体）等の種々の態様の発光部を有するようにしてもよい。
【００３５】
反射板２２は、図１に示すように、光源２５からの光を光学シート４０の側へ向けるための部材である。反射板２２の少なくとも内側表面は、例えば金属等の高い反射率を有する材料からなっている。
【００３６】
次に、光拡散シート２８について説明する。光拡散シート２８は、入射光を拡散させ、好ましくは入射光を等方拡散させ、光源２５の構成に応じた輝度ムラ（管ムラともいう）を緩和し、輝度の面内分布を均一化させて光源２５の像を目立たなくさせるためのシート状部材である。このような光拡散シート２８として、基部と、基部内に分散され光拡散機能を有した光拡散性粒子と、を含むシートが用いられ得る。一例として、反射率の高い材料から光拡散性粒子を構成することにより、あるいは、基部をなす材料とは異なる屈折率を有する材料から光拡散性粒子を構成することにより、光拡散シート２８に、光拡散機能を付与することができる。
【００３７】
次に、集光シート３０について説明する。図１および図６に示すように、集光シート３０は、シート状の本体部３２と、本体部３２の出光側に位置するレンズ部３４と、を有している。レンズ部３４は、シート状の本体部３２の出光側面３２ａ上に並べて配列された多数の単位形状要素（単位光学要素）３５を有している。この集光シート３０は、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）ｎｄの輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。
【００３８】
単位形状要素３５は、本体部３２の出光側面３２ａ上に並べて配列されている。図１に示すように、単位形状要素３５は、単位形状要素３５の配列方向と交差する方向に線状に延びている。本実施の形態において、単位形状要素３５は直線状に延びている。また、単位形状要素３５の長手方向は、本体部３２のシート面と平行な面上において、単位形状要素３５の配列方向に直交している。図１に示すように、本実施の形態において、単位形状要素３５の配列方向は光源２５の発光部２５ａの長手方向と直交し、各単位形状要素３５の長手方向が各発光部２５ａの長手方向と平行になっている。
【００３９】
図６に示すように、本実施の形態においては、本体部３２の法線方向ｎｄおよび単位形状要素３５の配列方向の両方に平行な切断面（「集光シートの主切断面」とも呼ぶ）における各単位形状要素３５の断面形状は、単位形状要素３５の長手方向（直線状に延びている方向）に沿って一定となっている。また、レンズ部３４を形成する複数の単位形状要素３５は、全て同様に構成されている。図示する例において、単位形状要素３５は、集光シートの主切断面において、楕円の一部分または円の一部分に相当する形状を有している。ただし、図示する例に限られず、集光シート３０以外の面光源装置２０の構成、例えば光源２５の構成等に応じて、単位形状要素３５の構成を適宜変更してもよい。
【００４０】
以上のような構成からなる単位形状要素３５の具体例として、単位形状要素３５の幅Ｗ（図６参照）を１μｍ〜２００μｍとすることができる。また、集光シート３０のシート面への法線方向ｎｄに沿った本体部３２の出光側面３２ａからの単位形状要素３５の突出高さＨ（図６参照）を０．２５μｍ〜５０μｍとすることができる。なお、本件発明者らが実験を重ねたところ、集光シートの主切断面において、本体部３２のシート面に平行な方向に沿った集光シート３０の単位形状要素３５の幅Ｗを、本体部３２の法線方向ｎｄに沿った本体部３２からの単位形状要素の高さＨの１．８倍以上２．３倍以下とすることが、後述する光学シート４０との組み合わせにおいて好ましいことが知見された。単位形状要素３５の幅Ｗおよび単位形状要素３５の高さＨをこの範囲外に設定した場合、正面方向輝度が著しく低下するためである。
【００４１】
なお、本明細書において「シート面（フィルム面、板面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。そして、本実施の形態においては、集光シート３０の本体部３２のシート面、後述する光学シート４０の本体部４２のシート面、光拡散シート２８のシート面、面光源装置２０の発光面、および、透過型表示装置１０の表示面等は、互いに平行となっている。さらに、本願において「正面方向」とは、光学シート４０のシート面に対する法線の方向ｎｄ（例えば図２参照）であり、また、集光シート３０のシート面の法線方向や面光源装置２０の発光面の法線方向等にも一致する。
【００４２】
次に、光学シート４０について説明する。本実施の形態においては、図１に示すように、光学シート４０は、後述する単位レンズ４６が設けられていることを除き、上述した集光シート３０と概ね同様の構成を有している。光学シート４０は、シート状の本体部４２と、本体部４２の出光側に位置するレンズ部４４と、を有している。レンズ部４４は、シート状の本体部４２の出光側面４２ａ上に並べて配列された多数の単位形状要素（単位光学要素、単位レンズ）４５を有している。本実施の形態においては、単位形状要素４５が本体部４２の出光側面４２ａ上に隙間無く配置されている。この結果、光学シート４０の出光面４０ａは、単位形状要素４５の出光面４５ａのみによって構成されている。
【００４３】
この光学シート４０は、後述するよう、屈折して正面方向へ出射する透過光のうちの特定の偏光成分（本実施の形態においては、Ｐ波）を選択的に透過させ、その一方で、前記特定の偏光成分以外の偏光成分（本実施の形態においては、Ｓ波）を選択的に反射させるといった偏光分離機能を有している。また、本実施の形態においては、光学シート４０は、集光シート３０と同様に、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）ｎｄの輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）も併せ持っている。
【００４４】
図２および図３は、光学シート４０の本体部４２のシート面の法線方向ｎｄおよび単位形状要素４５の配列方向の両方に平行な断面（「光学シートの主切断面」とも呼ぶ）において、光学シート４０を示している。なお、図２および図３に示された断面は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面にも対応する。
【００４５】
図２および図３に示すように、本体部４２は、単位形状要素４５を支持するシート状部材として機能する。図１および図２に示すように、本実施の形態において、本体部４２の出光側面４２ａ上には、単位形状要素４５が隙間をあけることなく並べて配置され本体部４２上にレンズ部４４を形成している。
【００４６】
また、この本体部４２は、透過光を主として単位形状要素４５の配列方向に拡散させる異方性拡散機能を有している。本実施の形態においては、図２に示すように、本体部４２の入光側面４２ｂに、単位レンズ４６が形成されている。この単位レンズ４６によって、光拡散機能が本体部４２に付与されている。本実施の形態において、単位レンズ４６は隙間なく並べて配置されており、多数の単位レンズ４６のみによって光学シート４０の入光面４０ｂが形成されている。
【００４７】
なお、本明細書において、「レンズ」の語は球面等の曲面から構成されるいわゆる狭義のレンズの他、平面から構成されるいわゆる狭義のプリズム、及び、曲面と平面とで構成される光学素子を包含する広義の意味で用いる。
【００４８】
単位レンズ４６は、単位レンズ４６の配列方向と交差する方向に線状（本実施の形態においては、直線状）に延びている。また、本実施の形態において、単位レンズ４６の長手方向は、本体部４２のシート面と平行な面上において、単位レンズ４６の配列方向に直交している。図１および図２に示すように、単位レンズ４６の配列方向は、後に詳述する光学シート４０の単位形状要素４５の長手方向に対して、本体部４２のシート面と平行な面上で４５°より大きく１３５°より小さい角度で交差している。とりわけ本実施の形態においては、単位レンズ４６の配列方向は、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向と平行となっている。これにより、並列配置された単位レンズ４６によって発現される本体部４２の拡散機能は、主として単位形状要素４５の配列方向に光を拡散させる異方性を有するようになる。
【００４９】
本実施の形態においては、図２に示すように、単位レンズ４６は、その長手方向に直交する断面において、三角形形状（プリズム形状）を有している。単位レンズ４６の断面形状は、単位レンズ４６の長手方向（直線状に延びている方向）に沿って一定となっている。また、複数の単位レンズ４６は、互いに同一形状を有している。
【００５０】
本体部４２の入光側面４２ｂを形成する複数の単位レンズ４６の構成は、光を拡散させ得る粗面を、本体部４２の入光側面４２ｂに形成し得る程度であれば、特に限定されない。なお、ここでいう粗面とは、光学的な意味における粗面を指している。したがって、例えば、本体部４２の入光側面４２ｂ（光学シート４０の入光面４０ｂ）の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１）が最短の可視光波長（０．３８μｍ）以上となっていれば、十分、粗面に該当する。
【００５１】
次に、単位形状要素４５について詳述する。図１に示すように、単位形状要素４５は、単位形状要素４５の配列方向と交差する方向に線状に延びている。本実施の形態において、単位形状要素４５は直線状に延びている。また、単位形状要素４５の長手方向は、本体部４２のシート面と平行な面上において、単位形状要素４５の配列方向に直交している。図１に示すように、本実施の形態において、単位形状要素４５の配列方向は光源２５の発光部２５ａの長手方向と平行であり、各単位形状要素４５の長手方向が各発光部２５ａの長手方向と直交している。また、図１に示すように、本実施の形態において、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向は、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と直交している。さらに、本実施の形態において、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向は、透過型表示部１５の下偏光板１６の透過軸と平行となっている。さらに、上述したように、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向は、光学シート４０の本体部４２の入光面４２ｂをなす単位レンズ４６の配列方向と平行になっている。
【００５２】
図１に示すように、本実施の形態においては、光学シートの主切断面における各単位形状要素４５の断面形状は、単位形状要素４５の長手方向（直線状に延びている方向）に沿って一定となっている。また、光学シート４０のレンズ部４４を形成する複数の単位形状要素４５は、全て同様に構成されている。以下において、光学シート４０に含まれる単位形状要素４５の主切断面における断面形状についてさらに詳細に説明する。
【００５３】
図２及び図３に示すように、本実施の形態においては、光学シートの主切断面における各単位形状要素４５の断面形状は、出光側に向けて先細りしていく形状となっている。つまり、主切断面において、本体部４２のシート面と平行な単位形状要素４５の幅は、本体部４２の法線方向ｎｄに沿って本体部４２から離間するにつれて小さくなっていく。
【００５４】
また、図３に示すように、光学シートの主切断面において、単位形状要素４５の外輪郭は、つなぎ合わされた三以上の弧（円弧または楕円弧）から、本実施の形態においては三つの楕円弧Ａ１，Ａ２，Ａ３から、構成されている。互いにつなぎ合わされた隣り合う二つ弧（弧Ａ１および弧Ａ２、並びに、弧Ａ２および弧Ａ３）は、つなぎ合わせ部分において、共通する接線ＣＴＬ１，ＣＴＬ２を有している。すなわち、隣り合う二つの弧は連続的に接続している。これにより、光学シート４０の出光面４０ａにおける輝度の角度分布をなだらかに変化させることができ、観察方向を変化させた際に明るさが急激に変化すること（カットオフが発生すること）を防止することができる。
【００５５】
また、本実施の形態においては、光学シートの主切断面における単位形状要素４５の外輪郭は、本体部４２の法線方向ｎｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっている。これにより、光学シート４０の出光面４０ａにおける輝度は、単位形状要素４５の配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。
【００５６】
さらに、図２に示すように、単位形状要素４５の外輪郭への接線ＴＬが主切断面において本体部４２のシート面（本実施の形態においては、本体部４２の出光側面４２ａ）に対してなす角度（「出光面角度」とも呼ぶ）θａは、接線ＴＬの単位形状要素４５への接点ＴＰが、本体部４２の法線方向ｎｄに本体部４２から最も離間した単位形状要素４５の外輪郭（出光面）４５ａ上の頂部４５ｂ１から、本体部４２の法線方向ｎｄにおいて本体部４２に隣接する単位形状要素４５の外輪郭（出光面）４５ａ上の両端部４５ｂ２へ向かうにつれて、大きくなっていく。なおここでいう、出光面角度θａが「大きくなっていく」とは、出光面角度θａが常に大きく変化していくこと（図２および図３に示された本実施の形態における態様）だけでなく、少なくとも一部の領域において出光面角度θａが変化しない場合も含む概念である。すなわち、ここでいう、出光面角度θａが「大きくなっていく」とは、接点ＴＰが外輪郭（出光面）４５ａ上の頂部４５ｂ１から外輪郭（出光面）４５ａ上の端部４５ｂ２へ向かう際に、出光面角度θａが「小さくなることがない」ことを意味している。
【００５７】
単位形状要素の出光面角度θａは、本件発明者らの研究結果に基づいて次のように設定されることが好ましい。まず、光学シートの主切断面において、単位形状要素４５の外輪郭上の端部４５ｂ２への接線ＴＬが、本体部４２のシート面に対してなす出光面角度（「出光面底角」とも呼ぶ）θａａが、５５°以上であることが好ましく、６５°以上であることがさらに好ましい。本件発明者が確認したところ、単位形状要素４５の出光面底角θａａが５５°以上である場合、目視で確認し得る程度に正面方向輝度を上昇させることができた。また、単位形状要素４５の出光面底角θａａが６５°以上である場合には、さらに顕著に正面方向輝度を上昇させることができた。一方、上限としては、単位形状要素４５の出光面底角θａａは、７５°以下であることが好ましい。出光面底角θａａを増加させることによって、正面方向輝度が上昇させることができるが、出光面底角θａａを増加させ過ぎると、正面方向輝度の上昇が停止し、さらには、正面方向輝度は低下していく。また、出光面底角θａａを増加させ過ぎると、透過光のスペクトル分布が不均一となり、表示装置１０においては色再現性が低下してしまう。
【００５８】
また、光学シート４０の主切断面において、単位形状要素４５の端部４５ｂ２から本体部４２のシート面と平行な方向に単位形状要素４５の幅の１５％の長さ分だけずれた位置で単位形状要素４５の外輪郭へ接する接線ＴＬが、本体部４２のシート面に対して、４０°以上の角度θａをなすことが好ましい。つまり、単位形状要素４５の端部４５ｂ２から本体部４２のシート面と平行な方向に単位形状要素４５の幅の１５％の長さ分だけずれた位置の単位形状要素４５の出光面角度θａが、４０°以上であることが好ましい。本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、詳しくは後述するように、目視で判断され得る正面方向輝度の上昇を確保し得る偏光分離機能は、出光面角度θａが４０°以上となる場合であった。また、表示領域のうちの３０％以上の領域において、出光面角度θａが４０°以上となっている場合に、表示装置１０において正面輝度の上昇を視認することができるようになった。
【００５９】
さらに、光学シートの主切断面において、単位形状要素４５の外輪郭への接線ＴＬの接点ＴＰの位置が、本体部４２のシート面と平行な方向において、単位形状要素４５の全幅のうちの少なくとも１５％を占める領域にある場合に、単位形状要素４５の外輪郭への接線ＴＬが本体部４２のシート面に対して１５°以下の角度をなすようになる。つまり、本体部４２のシート面と平行な方向の割合において単位形状要素４５のうちの１５％以上の領域において、単位形状要素４５の出光面角度θａが０°以上１５°以下となることが好ましい。本実施の形態においては、上述しように、光学シートの主切断面において、単位形状要素４５の断面形状は線対称であり、出光面角度θａは頂部４５ｂ１から端部４５ｂ２に向かうにつれて大きくなっていく。したがって、さらに言い換えると、単位形状要素４５の頂部４５ｂ１から本体部４２のシート面と平行な方向に単位形状要素４５の幅の７．５％の長さ分だけずれた位置で単位形状要素４５の外輪郭へ接する接線ＴＬが、本体部４２のシート面に対して、１５°以下の角度θａをなすようになることが好ましい。本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、このような設定によれば、光学シートの主切断面と平行な方向に進み単位形状要素４５の端部４５ｂ２に向かい、その一部分が単位形状要素４５の出光面４５ａで屈折して本体部４２の法線方向ｎｄに出射するようになる光のうちの、単位形状要素４５の出光面４５ａで屈折することなく反射した他の光が、その後、当該単位形状要素４５から８０°以上の出射角度（光の出射方向が光学シートの法線方向に対してなす角度）で出射する、あるいは、当該単位形状要素から出射した後に隣の単位形状要素に入射する傾向を呈するようになる。
【００６０】
以上のような構成からなる単位形状要素４５の具体例として、単位形状要素４５の幅を１μｍ〜２００μｍとすることができる。また、光学シート４０のシート面への法線方向ｎｄに沿った本体部４２の出光側面４２ａからの単位形状要素４５の突出高さを０．２５μｍ〜５０μｍとすることができる。
【００６１】
以上のような構成からなる集光シート３０および光学シート４０は、押し出し加工により、あるいは、基材上に単位形状要素３５，４５を賦型することにより、極めて容易に作製することができる。集光シート３０および光学シート４０をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート（集光シート）用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。このような表示装置に組み込まれる光学シート（集光シート）用の材料として広く使用されている材料を用いた場合、作製された光学シート４０および集光シート３０の単位形状要素４５，３５の屈折率は１．４５〜１．６０の範囲内となる。
【００６２】
次に、以上のような光学シート４０、面光源装置２０および透過型表示装置１０の作用について説明する。
【００６３】
まず、透過型表示装置１０および面光源装置２０の全体的な作用について説明する。
【００６４】
光源２５の発光部２５ａで発光された光は、直接または反射板２２で反射した後に観察者側に進む。観察者側に進んだ光は、光拡散シート２８で等方拡散された後に、集光シート３０に入射する。
【００６５】
図６に示すように、集光シート３０の単位形状要素３５から出射する光Ｌ６１，Ｌ６２は、単位形状要素（単位レンズ）３５の出光面（レンズ面）において屈折する。この屈折により、正面方向ｎｄから傾斜した方向に進む光Ｌ６１，Ｌ６２の進行方向（出射方向）は、主として、集光シート３０へ入射する直前における光の進行方向と比較して、集光シート３０のシート面への法線方向ｎｄに対する角度が小さくなるように、曲げられる。このような集光シートの作用により、単位形状要素３５は、透過光の進行方向を正面方向ｎｄ側に絞り込むことができる。すなわち、単位形状要素３５は、透過光に対して集光作用を及ぼすようになる。
【００６６】
なお、このような単位形状要素３５の集光作用は、正面方向ｎｄから大きく傾斜して進む光に対して効果的に及ぼされる。このため、集光シート３０よりも光源側に配置された光拡散シート２８による拡散の程度にも依るが、光源２５の発光部２５ａから大きな入射角度で多くの光が入射するようになる傾向がある光源２５の発光部２５ａから離れた領域において、効果的に正面方向輝度を上昇させることができる（図６の光Ｌ６２参照）。
【００６７】
その一方で、図６に示すように、正面方向ｎｄに対する進行方向の傾斜角度が小さい光Ｌ６３は、単位形状要素３５の出光面（レンズ面）において全反射を繰り返し、その進行方向を入光側（光源側）へ転換することもある。このため、集光シート３０よりも光源側に配置された光拡散シート２８による拡散の程度にも依るが、光源２５から小さな入射角度で多くの光が入射するようになる傾向がある光源２５の直上位置において、輝度が高くなり過ぎることを防止することができる。
【００６８】
このように、光源２５の発光部２５ａからの離間距離に依存して透過光に対して単位形状要素３５から主として及ぼされる光学的作用が相違する。これにより、光源２５の発光部２５ａの配列に応じて発生する輝度ムラ（管ムラ）を効果的に低減し、光源の像（ライトイメージ）を目立たなくさせることもできる。すなわち、集光シート３０は、輝度の面内バラツキを均一化させる光拡散機能も有している。このような光拡散機能は、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と光源２５の発光部２５ａの長手方向とが交差するようにして、光源２５に対して集光シート３０を配置することにより、発揮されるようになる。また、このような光拡散機能は、図１に示すように、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と光源２５の発光部２５ａの長手方向とが直交するようにして、すなわち、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と光源２５の発光管２５ａの配列方向とが平行となるようにして、光源２５に対して集光シート３０を配置することにより、効果的に発揮されるようになる。
【００６９】
以上のようにして、集光シート３０から出射する光の出射角度は、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。
【００７０】
集光シート３０を出光した光は、その後、光学シート４０の入光面４０ｂを介して光学シート４０へ入射する。上述したように、光学シート４０の入光面４０ｂをなす本体部４２の入光側面４２ｂには、線状に延びる多数の単位レンズ４６が線状配列（リニアアレイ）で設けられている。そして、この多数の単位レンズ４６は、光学シート４０の入光面４０ｂに粗面を形成し、光学シート４０への入射光を拡散させる。
【００７１】
ただし、単位レンズ４６による拡散は、単位レンズ４６の配列方向と平行な方向への拡散であって、異方性を有した拡散となる。すなわち、光学シート３０の入光側に配置された集光シート４０によって集光作用が及ぼされる方向と、光学シート３０の単位レンズ４６によって拡散作用が及ぼされる方向と、は直交している。したがって、集光シート３０によって正面方向を中心とした狭い範囲に進行方向を絞り込まれた光の進行方向を、光学シート３０の単位レンズ４６により拡散によって、再び、当該正面方向を中心とした狭い範囲からそらしてしまうことが防止される。つまり、集光シート３０の出光面での輝度の集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と平行な面内における理想的な角度分布が、光学シート３０の単位レンズ４６の拡散作用によって損なわれることなく、概ね維持されるようになる。
【００７２】
光学シート４０では、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に平行な面内において本体部４２の法線方向ｎｄへ出射する光のうちの一方の偏光成分、本実施の形態においてはＰ波の透過率が高められ、その一方で、他方の偏光成分、本実施の形態においてはＳ波の透過率が低下させられるようになる。すなわち、光学シート４０では、集光シート３０で集光させられた光に対して偏光分離作用が及ぼされる。この偏光分離作用については、後に詳述する。なお、光学シート４０を透過しない光は光学シート４０で反射し、反射光の多くはその進行方向を入光側に向ける。入光側に戻された光は、さらに反射を繰り返すことにより、その偏光状態を変化させる（例えば、Ｓ波がＰ波となる）とともに、再び光学シート４０へ入射して利用されるようになり得る。
【００７３】
また、光学シート４０は、集光シート３０と同様に、単位形状要素４５の出光面４５ａでの屈折により、透過光に対して集光作用も及ぼすようになる。ただし、光学シート４０でその進行方向を変化させられる光は、光学シート４０の主切断面と平行に進む成分であり、集光シート３０で集光させられた成分とは異なる。つまり、集光シート３０は、集光シート３０の単位形状要素３５の配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになり、その一方で、光学シート４０は、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、光学シート４０での光学的作用によって、集光シート３０で上昇されられた正面方向輝度を害すことなく、さらに、正面方向輝度を上昇させることができる。
【００７４】
なお、上述したように、光学シート４０の本体部４２は、主として光学シート４０の単位形状要素の配列方向に光を拡散させる拡散機能を有している。したがって、光学シート４０の出光面４０ｂでの輝度の光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向と平行な面内における角度分布が滑らかに変化させることができる。とりわけ、集光機能を有するレンズ４４の直前に拡散機能を有した本体部４２が配置されているため、輝度の角度分布を極めて滑らかに変化させることができるとともに、輝度の角度分布に急激な変化（カットオフ）が発生してしまうことを効果的に防止することができる。一例として、図７に、光学シート４０の本体部４２に異方性拡散機能を付与した場合の輝度の角度分布（実線）と、光学シート４０の本体部４２に異方性拡散機能を付与しなかった場合の輝度の角度分布（点線）と、の調査結果を示す。異方性拡散機能を付与した場合の調査は、上述した構成の表示装置を用いて行った。なお、異方性拡散機能を付与しなかった場合の調査に用いた表示装置は、本体部の入光側面が平滑な面となっていたことを除き、異方性拡散機能を付与した場合の調査に用いた表示装置と同一に構成した。
【００７５】
光学シート４０を出射した光は、透過型表示部１５の下偏光板１６に入射する。下偏光板１６は、入射光のうち、一方の偏光成分（本実施の形態においてはＰ波）を透過させ、その他の偏光成分（本実施の形態においてはＳ波）を吸収する。下偏光板１６を透過した光は、画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板１７を透過するようになる。このようにして、透過型表示部１５によって、面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、透過型表示装置１０の観察者が、映像を観察することができるようになる。
【００７６】
上述したように、面光源装置２０の出光面における正面方向輝度は、集光シート３０による集光作用および光学シート４０による集光作用により、高められている。さらに、光学シート４０による偏光分離機能に起因して、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に平行な面内において本体部４２の法線方向ｎｄへ出射する光には、透過型表示部１５の下偏光板１６に入射され得る偏光成分（Ｐ波）が高い比率で含まれており、その一方で、透過型表示部１５の下偏光板１６で吸収される偏光成分（Ｓ波）は低い比率でしか含まれていない。すなわち、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に平行な面内において本体部４２の法線方向ｎｄへ出射する光には、透過型表示部１５での映像の形成に用いられ得る成分が高い割合で含まれている。すなわち、本実施の形態における表示装置１０においては、単位形状要素３５，４５によって光の進行方向を正面方向を中心として狭い角度範囲内に変化させる機能（集光機能）だけでなく、正面方向へ出射しようとする光に対する光学シート４０の偏光分離機能による光源光の利用効率の改善によって、正面方向輝度を極めて効果的に上昇させることができる。
【００７７】
ここで、光学シート４０で及ぼされる作用について、さらに詳しく説明しておく。
【００７８】
界面への入射角（界面の法線と入射光とがなす角度）に依存して、当該界面における反射率、これにともなって当該界面における透過率が変化することが広く知られている（例えば、共立出版社発行の「屈折率（山口重雄著）」）。この際、偏光成分であるＰ波およびＳ波は異なる透過率（反射率）を呈するようになる。また、入射角に応じた透過率（反射率）の変動の挙動は、界面の両側における屈折率にも依存する。
【００７９】
一方、本件発明者らは、このような特性を利用して表示装置１０の利用効率を向上させることを検討した。まず、光学シートの出光面で屈折して正面方向へ出射する光（図２の光Ｌ２１および図３の光Ｌ３１参照）について、着目した。このような正面方向へ出射する光の透過型表示部１５内での利用効率を改善することができれば、表示装置１０の正面方向輝度を直接的に向上させることができるからである。
【００８０】
具体的には、本件発明者らは、光学シートの出光面で屈折して当該光学シートから正面方向へ出射する光Ｌ２１，Ｌ３１の透過率を、当該光Ｌ２１，Ｌ３１が入射する出光面と光学シートのシート面とによってなされる角度（出光面角度）θａを変化させながら、調査した。結果として、広く用いられている安価な材料の屈折率の範囲（１．４５以上１．６０以下）内であれば、屈折率の相違が、正面方向への出射光の透過率の出光面角度に応じた変化挙動に影響を与えない、つまり、光学シートをなす材料の屈折率が変化したとしても、正面方向への出射光の透過率の出光面角度に応じた変化挙動はほぼ同様となる、ことが確認された。正面方向への出射光の透過率の出光面角度に応じた変化挙動の一例として、屈折率が１．４９の材料からなる上述した光学シート４０を用いて行った調査結果を、図４に示す。
【００８１】
なお、光学シート４０へ入射した後、単位形状要素４５で屈折して正面方向へ出射する光については、以下の式（１）および式（２）が成り立つ。ここで、式（１）および式（２）中における各角度θａ，θ１，θ２，θ３は、図３に示すとおりである。すなわち、θ３は、本体部４２内を透過する際の傾斜角度である。θ２は、単位形状要素４５の出光面４５ａに対する入射角度（単位形状要素４５の出光面４５ａの法線方向に対する光の入射方向の傾斜角度）である。θ１は、単位形状要素４５の出光面４５ａに対する出射角度（単位形状要素４５の出光面４５ａの法線方向に対する光の出射方向の傾斜角度）である。また、式中のｎは光学シート（単位形状要素および本体部）をなす材料の屈折率の値である。
【００８２】
θａ  ＝  θ１  ＝  θ２  ＋  θ３      ・・・式（１）
ｎ  ×  ｓｉｎ（θ２）  ＝  ｓｉｎ（θ１）      ・・・式（２）
【００８３】
そして、式（１）および式（２）を変形することにより、本体部４２内を透過する際の傾斜角度θ３、単位形状要素４５の出光面４５ａに対する入射角度θ２、並びに、単位形状要素４５の出光面４５ａに対する出射角度θ１を、以下の式（３）〜式（５）に示すように、出光面角度θａを用いて特定することができる。
【００８４】
θ１＝θａ      ・・・式（３）
θ２＝Ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ１）／ｎ）      ・・・式（４）
θ３＝θ１−Ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ（θ１）／ｎ）      ・・・式（５）
【００８５】
図４にも示されているように、広く用いられている安価な材料（屈折率：１．４５〜１．６０）からなる光学シート４０から正面方向へ出射する光については、出光面角度θａが６２°〜６５°となった場合に、一方の偏光成分（Ｐ波）の透過率が最も高くなった。出光面角度θａが６２°〜６５°のピーク領域から小さくなるにつれて又は大きくなるにつれて、一方の偏光成分（Ｐ波）の透過率は低下していった。その一方で、他方の偏光成分（Ｓ波）の透過率は、出光面角度θａが大きくなるにつれて徐々に低下していった。つまり、他方の偏光成分（Ｓ波）の透過率は、出光面角度θａが小さいほど、高くなった。
【００８６】
一方、上述したように、透過型表示部１５の下偏光板１６は、一方の偏光成分であるＰ波のみを選択的に透過させ、他方の偏光成分であるＳ波を吸収してしまう。したがって、上述してきた実施の形態にように、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向が、下偏光板１６の透過軸と平行になっていることが好ましい。このような構成によれば、光学シート４０の出光面角度θａを調節することによって、透過型表示部１５での光源光の利用効率を上昇させることができるためである。
【００８７】
図４の結果からすれば、透過光中に占めるＰ波の比率を高めるためには、出光面角度θａをできるだけ大きく設定することが好ましいと言える。出光面角度θａをできるだけ大きく設定することにより、Ｐ波の透過率を高めることができる。また、出光面角度θａをできるだけ大きく設定することにより、Ｓ波の反射率を高めることができ、これにより、透過型表示部１５の下偏光板１６でＳ波が吸収されることを防止して、逆に、当該Ｓ波を再利用し得るようにし向けることができる。
【００８８】
本実施の形態では、出光面角度θａが端部４５ｂ２から頂部４５ｂ１へ向けて小さくなっていく。したがって、単位形状要素４５の出光面全体として出光面角度θａをできるだけ大きく設定するためには、出光面底角（端部４５ｂ２における出光面角度）θａａを大きめに設定することが好ましい。とりわけ、本件発明者が種々の条件を変更して実験を繰り返したところ、広く用いられている安価な材料（屈折率：１．４５〜１．６０）からなる光学シート４０では、出光面底角θａａが５５°以上であれば、集光シート３０と透過型表示部１５の下偏光板１６との間に光学シート４０を配置することによって、光学シート４０を表示装置１０に組み込まない場合よりも、正面方向輝度を上昇させ得ることを、目視で確認することができた。この点から、出光面底角θａａを５５°以上に設定することが好ましい。
【００８９】
また、図４にも示されているように、広く用いられている安価な材料（屈折率：１．４５〜１．６０）からなる光学シート４０では、出光面角度θａが６２°〜６５°でＰ波の透過率が最も高くなる。したがって、出光面角度θａが最も大きい出光面底角θａａが６５°以上となっていることが好ましい。出光面底角θａａが６５°以上となっている場合には、単位形状要素４５の出光面４５ａのうちの端部４５ｂ２と頂部４５ｂ１との間に、Ｐ波を最高の透過率で透過させる領域が含まれるようになるからである。この点から、出光面底角θａａを６５°以上に設定することが非常に好ましい。
【００９０】
その一方で、本件発明者らが種々の条件を変更して実験を繰り返したところ、出光面角度θａを大きくし過ぎると、透過光のスペクトル分布が不均一となった。広く用いられている安価な材料（屈折率：１．４５〜１．６０）からなる光学シートでは、出光面角度θａが７５°を超えると、目視により、表示装置１０の色再現性の劣化が感じとられるようになった。また、出光面角度θａが７５°を超えると、図４に示すように、Ｐ波の透過率が急激に低下し始める。そして、上述した光学シート４０について言えば、出光面底角θａａが７５°を超えると、集光シート３０と透過型表示部１５の下偏光板１６との間に光学シート４０を配置した場合と、光学シート４０を表示装置１０に組み込まない場合とで、正面方向輝度の大小を目視により判断することができなくなった。つまり、出光面底角θａａが７５°を超えると、もはや、光学シート４０を設けることにより、目視で判断し得る程度に正面方向輝度を上昇させることは不可能となった。これらの点から、出光面底角θａａを７５°以下に設定することが好ましい。
【００９１】
加えて、本件発明者らが種々条件を変更して実験を行ったところ、出光面底角θａａが７５°を超える場合には、図５を参照しながら後述するように、急斜面となっている単位形状要素４５の端部４５ｂ２で反射した後、単位形状要素４５の出光面４５ａの他の領域から屈折して出射する光（例えば、図５の光Ｌ５２）が多く存在するようになる。このような光は、透過型表示部１５で遮断されることなく漏れ出し、表示装置１０に表示される映像のコントラストを著しく低下させるようになる。そして、このようなコントラストの低下を防止するためにも、出光面底角θａａを７５°以下に設定することが好ましい。
【００９２】
さらに、上述したように、光学シート４０の本体部４２は、主として光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に光を拡散させる拡散機能を有している。そして、このような光学シート４０によれば、極めて効果的に光源光の利用効率を高めることが可能となる。
【００９３】
通常、図２に点線で示された輝度の角度分布のように、光学シート４０に入射する光Ｌ２２には、反射板２２等の作用により、正面方向へ進む光が最も多く含まれている。このような光Ｌ２２は、本体部４２からの光拡散作用により光学シートの主切断面内において拡散され、例えば、図２に点線で示すような輝度の角度分布から、図２に実線で示すような角度分布に変化する。つまり、光学シート４０の本体部４２の拡散作用によって、光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に平行な面において、正面方向をピークとして正面方向を中心としたある程度の角度範囲内に収まっていた輝度の角度分布が、ピーク輝度を下げるとともに全体的に平坦化させられる。
【００９４】
一方、上述してきたように、広く使用に供されている屈折率が１．４５〜１．６０の範囲内である材料を用いて作製された光学シート４０においては、屈折して正面方向へ出射するようになる光Ｌ２１に対して偏光分離作用を最も効果的に及ぼすことができる単位形状要素４５の出光面角度θａは６２°〜６５°である。そして、このような出光面角度θａ（６２°〜６５°）の出光面で正面方向へ屈折する光は、本体部４５の法線方向ｎｄに対して２５°〜３０°程度の傾斜角度θ３（図３参照）で単位形状要素４５の出光面４５ａに向けて本体部４２内を進む光（例えば、図２における光Ｌ２２ｂおよび光Ｌ２２ｃ）である。
【００９５】
そして、本実施の形態によれば、上述したように、光学シート４０の単位形状要素４５に入射する直前に、本体部４２の拡散作用によって、単位形状要素４５からの偏光分離機能を効果的に及ぼされ得る方向へ、光の進行方向を変更することができる。つまり、本体部４２の拡散機能によって、光学シート４０の単位形状要素４５から有効に偏光分離機能を受ける光の光量を増大させることができる。これにより、光の利用効率を効果的に向上させることができ、結果として、正面方向輝度をさらに改善することも可能となる。
【００９６】
なお、本体部４２の拡散機能により、正面方向へ進む光Ｌ２２ａ（図２参照）が拡散され、当該光Ｌ２２ａの進行方向が正面方向以外の方向へ変化してしまう。つまり、光学シート４０の本体部４２への入射後における正面方向輝度が、入射前における正面方向輝度よりも低下してしまう可能性がある。しかしながら、本体部４２の出光側には単位形状要素４５が設けられ、単位形状要素４５は、出光面４５ａにおける屈折によって集光機能を発揮し得る。加えて、上述したように、本体部４２の拡散機能により、単位形状要素４５の偏光分離機能が極めて効果的に発揮されるようになることこら、光の利用効率を効果的に向上させることにより、結果として、正面方向輝度をさらに改善することも可能となる。
【００９７】
なお、図７に示した調査結果においては、本体部４２の異方性拡散機能を設けることによって、正面方向輝度が若干増加している。その一方で、図７からは、本体部４２の異方性拡散機能を設けることにより、光源光の利用効率が大幅に上昇していること、および、輝度の角度分布の変化がなだらかになっていること、が明瞭に理解され得る。
【００９８】
また、上述したように、単位形状要素４５の端部４５ｂ２から本体部４２のシート面と平行な方向に単位形状要素４５の幅の１５％の長さ分だけずれた位置の単位形状要素４５の出光面角度θａが、４０°以上であることが好ましい。本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、広く用いられている安価な材料（屈折率：１．４５〜１．６０）からなる光学シートでは、目視で判断され得る正面方向輝度の上昇を確保し得る偏光分離機能は、出光面角度θａを４０°以上に設定することによって発現された。また、表示領域のうちの３０％以上の領域において、出光面角度θａが４０°以上となっている場合に、表示装置１０において正面方向輝度の上昇を視認し得ることが確認された。具体的な計測結果として、正面方向輝度の５％の上昇が得られた。
【００９９】
ところで、単位形状要素４５を含む光学シート４０を用いた場合、正面方向輝度を向上させることができるが、正面方向とは異なる比較的に大きな出射角度域（例えば６０°〜７５°）に、小さな輝度ピークを生じさせてしまうことがある。このように大きな出射角度に形成された輝度ピークはサイドローブとも呼ばれ、表示装置において有効に活用することはできない。すなわち、このような光が発生することにより、光源のエネルギ効率（光源光の利用効率）を低下させてしまうことになる。さらにそれだけでなく、代表的な透過型表示部である液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）においては、このような光を完全に遮断することができない。したがって、黒を表示したい場合にも、光が液晶表示パネルを抜けてしまい、結果として表示される映像のコントラストが低下し、画質を悪化させることにもなる。
【０１００】
正面方向以外に輝度ピークが生じてしまう原因として、以下のことが原因であると考えられている。図５に示すように、単位形状要素４５に入射する光の中には、単位形状要素４５の出光面４５ａを透過することなく、単位形状要素４５の出光面４５ａで反射する光Ｌ５１がある。このような光のうちの一部Ｌ５１は、単位形状要素４５の出光面４５ａで反射を繰り返し、その進行方向を入光側へ向ける。その一方で、このような光のうちの一部には、単位形状要素４５の出光面４５ａで反射した後、単位形状要素４５の出光面４５ａの他の領域から屈折して出射する光Ｌ５２も含まれている。そして、このような光Ｌ５２が、サイドローブを形成しているものと考えられている。このことは、シミュレーションによっても確認されている。また、二つの平坦面を出光面として有するプリズムシートにおいて、サイドローブが顕著となることにも合致している。
【０１０１】
そして、上述した本実施の形態においては、一方の偏光成分であるＳ波が、通常よりも高い反射率で反射されるようになる。図４に示すように、Ｓ波の反射率は、出光面角度θａが大きくなるのにともなって、大きくなっていく。したがって、とりわけ出光面角度θａが最も大きくなる単位形状要素４５の端部４５ｂ２近傍に入射するＳ波は、最も高い反射率で反射されるようになる。
【０１０２】
一方、本実施の形態においては、上述したように、光学シートの主切断面において、単位形状要素４５の全幅に対する割合において、頂部４５ｂ１を中心とした１５％以上の領域において、出光面角度θａが１５°以下となっている。すなわち、頂部４５ｂ１を中心とした領域に出光面角度θａが極端に小さい出光面４５ａが設けられている。この結果、偏光分離機能によるＳ波の反射によって単位形状要素４５で反射される光が増加したとしても、サイドローブの発生を効果的に抑制することができるようになっている。
【０１０３】
具体的には、最も高い反射率で反射される単位形状要素４５の端部４５ｂ２に入射した光Ｌ５３は、単位形状要素４５の出光面４５ａで一度反射して、出光面角度θａが１５°以下の出光面４５ａ、あるいは、出光面角度θａがそれほど大きくない出光面４５ａへ入射する。同様に、端部４５ｂ２よりも幾分頂部４５ｂ１側にて単位形状要素４５へ入射する光Ｌ５４も、単位形状要素４５の出光面４５ａで一度反射した後、出光面角度θａが１５°以下あるいはそれほど大きくない角度となっている領域の出光面４５ａへ入射する。そして、図５に示すように、これらの光Ｌ５３，Ｌ５４は、屈折して極めて大きな出射角度で出射する、あるいは、全反射して入光側に戻るようになる。
【０１０４】
本件発明者らが実験を重ねたところ、出射角度が８０°以上になる場合は、当該光は無駄になってしまうが、透過型表示部１５に入射して目視で判断され得る程度に画質を劣化させてしまうことはなかった。そして、光学シートの主切断面における単位形状要素４５の全幅に対する割合において、頂部４５ｂ１を含む１５％以上の領域内で、出光面角度θａが１５°以下となっている場合には、正面方向へ屈折する入射角度で単位形状要素４５の端部４５ｂ２に向かい、当該端部４５ｂ２において反射された光Ｌ５３が、その後、当該単位形状要素４５から８０°以上の出射角度で出射する、あるいは、当該単位形状要素４５から出射した後に隣の単位形状要素に入射するようになった。
【０１０５】
なお、出光面角度θａが端部４５ｂ２から頂部４５ｂ１へ向けて小さくなっていく単位形状要素４５において、正面方向へ屈折する入射角度で単位形状要素４５の端部４５ｂ２から離れた領域における出光面４５ａへ入射した光Ｌ５５は、サイドローブの原因とはなりにくい傾向がある。そもそも、このような光Ｌ５５は、単位形状要素４５の出光面４５ａへの入射角度が比較的に小さくなる。したがって、図４に示すように、単位形状要素４５の出光面４５ａへ入射した際に反射される光量は少ない。また、単位形状要素４５の出光面４５ａへ入射した際に反射されたとしても、ほとんどの場合、進路方向が入光側へ向けられ、本体部４２へ再入射するか、隣の単位形状要素へ入射する。以上のことから、正面方向へ屈折する入射角度で単位形状要素４５の端部４５ｂ２から離れた領域（例えば、頂部４５ｂ１の近傍）における出光面４５ａへ入射した光Ｌ５５は、本実施の形態において、サイドローブの原因とはなりにくい。
【０１０６】
また、単位形状要素４５の出光面４５ａに入射する光の一部には、その入射角度が全反射臨界角度を超えていることに起因して、出光面４５ａで全反射する光Ｌ５１（図５参照）もある。そして、本件発明者らが種々の条件を変更して実験を繰り返したところ、出光面角度θａが端部４５ｂ２から頂部４５ｂ１へ向けて小さくなっていく単位形状要素４５を、光学シートの主切断面における単位形状要素４５の全幅に対する割合において、頂部４５ｂ１を含む１５％以上の領域内で、出光面角度θａが１５°以下となるように設計することにより、出光面４５ａで全反射した光Ｌ５１を起因とするサイドローブも効果的に抑制することができた。
【０１０７】
以上の結果、本実施の形態によれば、単位形状要素４５で反射する光が増加したとしても、サイドローブの発生を効果的に抑制することができるようになっている。なお、この点については、本件発明者らの実験によっても、その効果（サイドローブの抑制）が確認されている。
【０１０８】
以上のような本実施の形態によれば、光学シート４０の単位形状要素４５の出光面４５ａ、とりわけ出光面４５ａのうちの側方領域に、概ね正面方向に屈折し得る角度で入射する光のうち、特定の偏光成分（例えば、Ｐ波）を高い透過率で正面方向へ出射させ、その他の偏光成分（例えば、Ｓ波）を高い反射率で反射することができる。結果として、その他の偏光成分（例えば、Ｓ波）に依存した光学シート４０の出光面４０ａにおける正面方向輝度は低下するが、特定の偏光成分（例えば、Ｐ波）に依存した光学シート４０の出光面４０ａにおける正面方向輝度については大幅に上昇させることが可能となる。このような傾向は、透過光を主として光学シート４０の単位形状要素４５の配列方向に拡散させる異方性拡散機能を光学シート４０の本体部４２に付与することによって、より顕著となる。
【０１０９】
なお、面光源装置２０においては、単位形状要素４５の出光面４５ａで反射された光のうちの多くは、反射を繰り返す等して、再び光学シート４０へ入射して再利用され得る。そして、このような光の偏光状態は、反射によって変化する。すなわち、単位形状要素４５の出光面４５ａにおいて反射したその他の偏光成分（例えば、Ｓ波）は、特定の偏光成分（例えば、Ｐ波）として、光学シート４０へ再び入射し得る。この点から、例えば図４のデータそのものから予想されるよりも、極めて効果的に、特定の偏光成分に依存した光学シート４０の出光面４０ａにおける正面方向輝度を上昇させることができる。
【０１１０】
すなわち、光学シート４０は、特定の偏光成分（例えば、Ｐ波）をその他の偏光成分（例えば、Ｓ波）から選択して取り出す、偏光分離機能を有している。そして、この偏光分離機能が、光学シート４０から正面方向へ出射していく光に対して極めて効果的に発揮されるように、光学シート４０は形成されている。したがって、自然光のうちの特定の偏光成分のみを利用する透過型表示部１５、典型的には液晶パネルと組み合わせて用いる場合には、表示装置１０における光源光の利用効率を向上させ、これにより、極めて効果的に正面方向輝度を向上させることができる。
【０１１１】
なお、この光学シート４０において、単位形状要素４５の主切断面における断面形状は、出光側に先細りする形状となっている。したがって、単位形状要素４５の外形状の一部分（端部４５ｂ２側の領域）を、偏光分離機能の向上に注目して設計したとしても、単位形状要素全体として、単位形状要素４５の外形状に起因した優れた集光機能を維持することが可能となるだけでなく、サイドローブ等の発生を防止し得るように構成することも可能となる。
【０１１２】
なお、以上の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。
【０１１３】
例えば、上述した実施の形態において、光学シート４０の単位形状要素４５が互いに隣接して配置されている例を示したが、これに限られない。例えば、図８に示すように、隣り合う二つの単位形状要素４５間に平坦部４８が形成されていてもよいし、図９に示すように、隣り合う二つの単位形状要素４５間に凹部４９が形成されていてもよい。
【０１１４】
なお、変形例を説明するための図８および図９において、図１〜図７に示す上述の実施の形態と同一に構成され得る部分には同一符号を付している。
【０１１５】
また、上述した実施の形態において、光学シート４０の単位形状要素４５がすべて同一の構成を有する例を示したが、これに限られない。一例として、一枚の光学シート４０内に異なる形状を有した単位形状要素が含まれていてもよい。
【０１１６】
さらに、上述した実施の形態において、光学シート４０の本体部４２の入光側面４２ｂ（光学シート４０の入光面４０ｂ）をなす単位レンズ４６の一例を説明したが、上述した単位レンズ４６は単なる例示に過ぎず、種々の変更を行うことができる。例えば、単位レンズ４６の断面形状が、楕円の一部分に相当する形状や円の一部分に相当する形状であってもよい。また、単位レンズ４６の断面形状が、単位レンズ４６の長手方向に沿って変化するようにしてもよい。さらに、並べて配列された多数の単位レンズ４６が互いに異なる構成を有するようにしてもよい。
【０１１７】
さらに、上述した実施の形態において、光学シート４０の本体部４２の入光側面４２ｂ（光学シート４０の入光面４０ｂ）をなす単位レンズ４６によって、光学シート４０の本体部４２に異方性の光拡散機能が付与される例を示したが、これに限られない。例えば、本体部４２の入光側面４２ｂに凹凸が形成され、この凹凸をなす凹部および凸部が線状に延びるようにしてもよい。この凹部および凸部の長手方向が、光学シートのシート面上において、光学シート４０の単位光学要素４５の長手方向に対して４５°未満の角度をなす場合、本体部４２は凹凸によって、透過光を主として単位形状要素４５の配列方向へ拡散させる異方性拡散機能を有するようになる。なお、このような凹凸は、種々の既知な方法によって形成することができる。一例として、本体部４２の入光側面４２ｂにヘアライン加工を施すことによって、本体部４２の入光側面４２ｂに凹凸を極めて容易に形成することができる。
【０１１８】
さらに、上述した実施の形態において、集光シート３０の一例を説明したが、上述した集光シート３０は単なる例示に過ぎず、種々の変更を行うことができる。例えば、集光シート３０の単位形状要素３５の断面形状が、主切断面において、円形状の一部分または楕円形状の一部分からなっている例を示したが、これに限られない。単位形状要素３５の断面形状を、例えば、三角形等の多角形状にしてもよい。
【０１１９】
さらに、上述した実施の形態において、面光源装置２０の光源２５の発光部２５ａが、線状に延びる冷陰極管からなる例を示したが、これに限られない。光源２５として、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）や面状のＥＬ（電場発光体）等からなる発光部を有するようにしてもよい。また、上述した実施の形態において、光学シート４０が直下型の面光源装置２０に適用されている例を示したが、これに限られない。上述した光学シート４０を、例えばエッジライト型（サイドライト型等とも呼ばれる）の面光源装置に適用することも可能であり、このような場合においても、光学シート４０は直下型の面光源装置２０に適用された場合と略同様の作用効果を奏することができる。
【０１２０】
さらに、上述した実施の形態において、光学シート４０が組み込まれた面光源装置２０および透過型表示装置１０の全体構成の一例を説明したが、これに限られず、適宜変更することができる。例えば、種々の機能を有した光学シート等を、面光源装置２０および透過型表示装置１０にさらに組み込んでもよい。
【０１２１】
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、透過型表示装置および面光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、図１の面光源装置に組み込まれた光学シートを示す図である。
【図３】図３は、図２と同様の断面において、図２の光学シートを示す拡大図である。
【図４】図４は、出光面角度に応じた透過率の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、図２と同様の断面において、図２の光学シートを示す拡大図である。
【図６】図６は、図１のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図であって、図１の面光源装置に組み込まれた集光シートを示す図である。
【図７】図７は、本体部が異方性拡散機能の有する場合の輝度の角度分布と、本体部が異方性拡散機能の有さない場合の輝度の角度分布と、を示すグラフである。
【図８】図８は、図２と同様の断面において、光学シートの一変形例を説明するための図である。
【図９】図９は、図２と同様の断面において、光学シートの他の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  透過型表示装置
１５  透過型表示部
１６  下偏光板
１７  上偏光板
１８  液晶層
２０  面光源装置
２５  光源
２８  光拡散シート
３０  集光シート
３２  本体部
３２ａ  出光側面
３４  レンズ部
３５  単位形状要素
４０  光学シート
４０ａ  出光面
４０ｂ  入光面
４２  本体部
４２ａ  出光側面
４４  レンズ部
４５  単位形状要素
４５ａ  出光面
４５ｂ１  頂部
４５ｂ２  端部
４６  単位レンズ
【図１】
2010176085.tif 000003
【図２】
2010176085.tif 000004
【図３】
2010176085.tif 000005
【図４】
2010176085.tif 000006
【図５】
2010176085.tif 000007
【図６】
2010176085.tif 000008
【図７】
2010176085.tif 000009
【図８】
2010176085.tif 000010
【図９】
2010176085.tif 000011