(57)【要約】【課題】正面輝度を向上させることができ、かつ、垂直方向の視野角ごとの輝度変化を小さくすることが可能な光学機能部材、バックライトユニット及びディスプレイ装置を提供する。【解決手段】光学機能部材２０を、入射面側に配置され光源１１からの光を拡散させる光拡散層４０と、該光拡散層４０の出射面側に積層され板状をなす光透過性の第１基材５２と該第１基材５２の出射面側の面に沿って延在するとともに互いに並行に配置された複数の第１レンズ５４より構成される第１レンズアレイ５３を備えた第１レンズシート５０と、該第１レンズシート５０の出射面側に積層され、板状をなす光透過性の第２基材と、該第２基材の出射面側の面に沿って、かつ、第１レンズと直交する方向に延在するとともに互いに平行に配置された複数の第２レンズより構成される第２レンズアレイを備えた第２レンズシート６０とから構成する。【選択図】図２
2010122372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面側に配置される光源からの光の光学特性を変換し、出射面から出射する光学機能部材であって、
前記入射面側に配置され、前記光源からの光を拡散させる光拡散層と、
該光拡散層の前記出射面側に積層され、板状をなす光透過性の第１基材と、該第１基材の前記出射面側の面に沿って延在するとともに互いに並行に配置された複数の第１レンズより構成される第１レンズアレイを備えた第１レンズシートと、
該第１レンズシートの前記出射面側に積層され、板状をなす光透過性の第２基材と、該第２基材の前記出射面側の面に沿って、かつ、前記第１レンズと直交する方向に延在するとともに互いに平行に配置された複数の第２レンズより構成される第２レンズアレイを備えた第２レンズシートとからなることを特徴とする光学機能部材。
【請求項２】
前記第２レンズシートが、前記第２レンズと直交する方向に沿って延在するとともに互いに平行に配置された複数の第３レンズから構成される第３レンズアレイをさらに備え、
前記第２レンズと前記第３レンズとのいずれか一方が前記第１レンズに対して平行となるように、前記第２レンズシートが前記第１レンズシートに積層されていることを特徴とする請求項１に記載の光学機能部材。
【請求項３】
各前記第３レンズが、複数の前記第２レンズの頂部にわたって離散的に延在していることを特徴とする請求項２に記載の光学機能部材。
【請求項４】
各前記第３レンズが、前記第２基材の前記出射面側の面に沿って延在させられて、前記複数の第１レンズの谷部に該第１レンズよりも高さの低い複数のサブレンズを形成していることを特徴とする請求項２に記載の光学機能部材。
【請求項５】
各前記第２レンズが、前記第２基材の前記出射面側の面から突出するように形成された凸状の曲面を有すると共に、その頂部に該第２レンズの延在方向に延びるＶ字溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学機能部材。
【請求項６】
前記第１レンズが、凸曲面状の第１レンズ頂部と、該第１レンズ頂部から前記第１基材へ至る一対の第１レンズ傾斜面とからなり、
対向する一対の前記第１レンズ傾斜面の間の距離が、前記第１基材から前記第１レンズ頂部に向かうに従って次第に接近するように形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項７】
前記光拡散層が、
板状をなす光透過性の第３基材と、該第３基材の前記入射面側の面に配置された複数の裏面レンズから構成される裏面レンズアレイを備えた裏面レンズシートと、
該裏面レンズシートの前記出射面側に積層され、光を拡散させつつ透過させる光拡散透過層と、
該光拡散透過層の前記出射面側に積層され、略板状をなし光を拡散させる光拡散板とからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項８】
前記裏面レンズが前記第３基材の前記入射面側の面に沿って延在して互いに平行に複数配置されるとともに、各前記裏面レンズは凸曲面状の裏面レンズ頂部と、該裏面レンズ頂部から前記第３基材へ至る一対の裏面レンズ傾斜面とから構成され、
対向する一対の前記裏面レンズ傾斜面の間の距離が、前記第３基材から前記裏面レンズ頂部に向かうに従って次第に接近するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学機能部材。
【請求項９】
前記裏面レンズが、前記第３基材の前記入射面側の面に沿って延在するとともに互いに平行に配置された複数の三角プリズムであることを特徴とする請求項７に記載の光学機能部材。
【請求項１０】
前記裏面レンズが、前記第３基材の前記入射面側の面にマトリックス状に配置されるマイクロレンズであって、前記裏面レンズアレイがマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項７に記載の光学機能部材。
【請求項１１】
前記光拡散板と前記光拡散透過層とが多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１２】
前記光拡散板と前記光拡散透過層とが多層押出法により一体成形された際に、少なくとも１軸方向に延伸されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学機能部材。
【請求項１３】
前記光拡散板と前記光拡散透過層とが接着材または粘着材により接合され、一体化されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１４】
前記裏面レンズが、全光線透過率８５％以上の透明樹脂からなることを特徴とする請求項７から１３のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１５】
前記光拡散透過層は全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下の透明樹脂であることを特徴とする請求項７から１４のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１６】
前記光拡散透過層が光拡散粒子を含まないことを特徴とする請求項７から１５のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１７】
前記光拡散透過層が熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項７から１６のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１８】
前記光拡散透過層が少なくとも１軸方向に延伸されてなることを特徴とする請求項７から１７のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項１９】
前記光拡散層が光拡散板からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学機能部材。
【請求項２０】
前記光拡散板は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が４０％〜８０％、ヘイズ値が９８％以上であることを特徴とする請求項７から１９のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項２１】
前記光拡散領域が光拡散粒子であって、前記光拡散層の厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項７から２０のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項２２】
前記光拡散板が少なくとも１軸方向に延伸されてなることを特徴とする請求項７から２１のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項２３】
前記光拡散層と前記第１レンズシートとの間には、光を遮断する遮光層が設けられ、
該遮光層には、その厚さ方向に貫通すると共に前記第１レンズの長手方向に延びる光透過用の開口孔が複数形成され、
各開口孔は、前記第１レンズの頂部と前記厚さ方向に重なる位置に配されていることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項２４】
記第１レンズシートと前記光拡散層とが粘着剤または接着剤で接合されることにより積層一体化されていることを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載の光学機能部材。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項に記載の光学機能部材と、該光学機能部材の前記入射面側に配置される光源とを備えることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２６】
請求項２５に記載されたバックライトユニットと、
該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う画像表示素子とを備えることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記画像表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光路制御に用いられる光学機能部材及びこれを用いたバックライトニット、ディスプレイ装置に関し、特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される光学機能部材、バックライトニット及びディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＦＴ型液晶パネルやＳＴＮ型液晶パネルを使用したディスプレイ装置は、例えば、ＯＡ分野でカラーノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されている。
このようなディスプレイ装置においては、液晶パネルの背面側に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する、いわゆるバックライト方式が採用されている。
この種のバックライト方式に採用されているバックライトユニットを大別すると、冷陰極管（ＣＣＦＬ）等の光源ランプを光透過性に優れたアクリル樹脂などからなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆるエッジライト方式）と、導光板を用いない「直下型方式」とがある。
【０００３】
導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載されたディスプレイ装置としては、たとえば図９に示すものが一般に知られている。
このディスプレイ装置は、偏光板１７１、１７３に挟まれた液晶パネル１７２を備え、その背面側に略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板１７９が設置されており、該導光板１７９の上面（光出射側）と背面側の偏光板１７３との間に拡散フィルム（拡散層）１７８が設けられている。
【０００４】
また、この導光板１７９の背面側には、導光板１７９に導入された光を液晶パネル１７２方向に均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部（図示省略）が印刷等されることによって設けられており、該散乱反射パターン部のさらに背面側には、反射フィルム（反射層）１７７が設けられている。
【０００５】
さらに、導光板１７９の一側端部には、光源ランプ１７６が取り付けられており、該光源ランプ１７６の光を効率よく導光板１７９中に入射させるために光源ランプ１７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター１８１が設けられている。なお、上記散乱反射パターン部は、白色の二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤などに混合した混合物を、所定パターンたとえばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであって、導光板１７９内に入射した光に指向性を付与して出射面側へと導くようになっており、これによって高輝度化が図られている。
【０００６】
また、最近では、光利用効率を向上させて高輝度化を図るために、図１０に示すように、拡散フィルム１７８と液晶パネル１７２との間に、集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）１７４、１７５を設けることが提案されている。このプリズムフィルム１７４、１７５は導光板１７９の出射面から出射され、拡散フィルム１７８で拡散された光を、高効率で液晶パネル１７２の有効表示エリアに集光させるものである。
【０００７】
しかしながら、図９または図１０に例示した液晶表示装置における視野範囲のコントロールは、拡散フィルム１７８の拡散性のみに委ねられているため、そのコントロールは難しく、拡散方向の中心部が明るく周辺部にいくほど暗くなる特性は避けられない。その結果、液晶画面を横から見た時の輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。
さらに、図１０に例示したプリズムフィルム１７４、１７５を用いる方法では、プリズムフィルム１７４、１７５の枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きくなるだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
【０００８】
一方、直下型方式のバックライトユニットは、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの表示装置に用いられており、このバックライトユニットを用いた一例として、例えば図１１に示すようなディスプレイ装置が一般的に知られている。
【０００９】
このディスプレイ装置においては、偏光板１７１、１７３に挟まれた液晶パネル１７２が設けられるとともに、その背面側に蛍光管等からなる光源１５１が設けられている。そして、光源１５１から出射された光が、拡散フィルム１７８で拡散させられ、高効率で液晶パネル１７２の有効表示エリアに集光させられるようになっている。また、光源１５１からの光を効率よく照明光として利用するために、光源１５１の背面にはリフレクター１５２が配置されている。
また、最近ではこの直下型方式のバックライトユニットにおいても、光利用効率をアップして高輝度化を図るために、図１０に示す場合と同様に、拡散フィルム１７４と液晶パネル１７２の偏光板１７３との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）を設けることが提案されている。
【００１０】
しかしながら、図１１に例示する構成の液晶表示装置でも、その視野範囲のコントロールは、拡散フィルム１７４の拡散性のみに委ねられているため、そのコントロールは難しく、拡散方向の中心部が明るく周辺部にいくほど暗くなる特性は避けられない。その結果、液晶画面を横から見た時の輝度の低下が大きく、光の利用効率の低下を招いていた。さらに、プリズムフィルムを用いる方法では、プリズムフィルムの枚数が２枚必要であるため、フィルムの吸収による光量の低下が大きくなるだけでなく、部材数の増加によりコストが上昇する原因にもなっていた。
また、図１１において、光源１５１の配列間隔が広すぎると、画面上に輝度ムラが生じやすく、光源の数を減らすことができず、消費電力の増加およびコストの増加を招く原因となっていた。
【００１１】
ところで、上述のような液晶表示装置では、軽量，低消費電力，高輝度であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い、液晶表示装置に搭載されるバックライトシステムも、軽量，低消費電力，高輝度であることが要求されている。特に、最近、目覚ましい発展をみるカラー液晶表示装置においては、液晶パネルのパネル透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低く、そのため、バックライトシステムの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須の課題となっている。
しかしながら、上記したような従来の構成では、液晶表示装置のさらなる薄型化が図られる今日、高輝度，低消費電力の要請に充分に応えられているとは言い難く、ユーザからは、低価格、高輝度、高表示品位で、かつ、低消費電力の液晶表示装置を実現できるバックライトシステムの開発が待ち望まれている。
【００１２】
上記の状況を鑑みて本出願人は、液晶パネルと、この液晶パネルにその背面側から光を照射する光源手段とを備え、この光源手段に、光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層を設け、このレンズ層の光入射側にレンズ層の焦点面近傍に開口をもつ遮光部を設けてなる液晶表示装置について提案している（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
上記特許文献１に開示された液晶表示装置は、図１２に示されるように、偏光板１７１、１７３に挟まれた液晶パネル１７２が上部に位置して設けられ、この液晶パネル１７２の下面側には拡散フィルム１７４が設けられ、この拡散フィルム１７４の下方には、略長方形板状の透明な基材からなる導光板１７９が配設され、導光板１７９の下面には反射フィルム（反射層）１７７が設けられている。また、導光板１７９の側端部に沿って光源ランプ１７６が配設されており、さらに、光源ランプ１７６の光を効率よく導光板７９中に入射させるべく、光源ランプ１７６の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクタ１８１が設けられている。
また、拡散フィルム１７４と導光板１７９との間には、遮光部１８３を有するレンズシート８２が配設されている。
【００１４】
上記レンズシート１８２を介在させたことによる作用効果は、導光板１７９から出射する光が有する拡散性をレンズ作用により変調（コリメート）して、液晶パネル１７２側に方向を揃えて出射させることが可能となる点にある。また、レンズ層の焦点面近傍箇所に開口１８３ａを持つ遮光部１８３を形成したことにより、液晶パネル７２の画素に入射する光量を選択的に多くすることが可能となり、バックライトの利用効率が向上することと、前記開口１８３ａの形状を制御することで表示光の視域も制御することが可能となることが挙げられる。
【００１５】
また、エッジライト式の面光源を構成する導光板を採用しない直下型方式のバックライトユニットに上記レンズシートを採用する場合には、光源とレンズシートとの間に光拡散層（光拡散層単独、又は光拡散フィルムの併用）を介在させた構成が採用される。光拡散層を介在させることにより、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）又はＬＥＤによる光源のシルエット（ランプ・イメージ）が強く視覚される現象、及びホットスポットあるいはホットバーと呼ばれる画面内の一部が局所的に明るく見えてしまう現象が解消され、画面内での表示輝度分布を一様にすることができる。
【００１６】
上記レンズシートの反レンズ部側の平面に光拡散層を設けた場合、互いに平坦なレンズシートと光拡散層では、明確な段差のない平坦面同士が接触することにより、境界が明確にならず、両者が屈折率の近い物質である場合には、入射光が、意図する角度で単位レンズに入射せず、単位レンズによる設計通りの光学特性を奏することが難しくなる。特に、レンズシートと光拡散層とを粘着層又は接着層を介して積層一体化する構成を採用する場合には、予期せぬ入射光成分の発生（又は、光拡散層による機能の低下）を招きやすくなり、設計通りの光学特性を奏することが一層難しくなる。
【００１７】
そこで、本出願人は、上記のような事情に鑑みて、図１３に示される構成のバックライトユニットを提案している（特許文献２参照）。
図１３において、ディスプレイ用のバックライトユニット９０は、光学シート１００及び光学シート１００の光入射側に配置されて直下型の光源１１０を備える。
光学シート１００は、一方の面を入射面１０１ａとし該入射面１０１ａと反対の面を出射面１０１ｂとする光拡散層１０１と、入射面１０１ａより光拡散層１０１に入射した光源１１０からの光が出射面１０１ｂから出射する時に当該光の出射方向、範囲、色、輝度分布の何れか１つを少なくとも制御する光学機能部材１０２とを備え、光学機能部材１０２は光拡散層１０１の出射面１０１ｂに層状の接着剤もしくは粘着剤１０３により一体に貼り合わされている。また、光拡散層１０１の入射面１０１ａに対向して光源１１０が配置されている。
【００１８】
前記光学機能部材１０２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる光透過性の基材１０２１と、この基材１０２１の一方の面にレンチキュラーレンズ（ストライプ状の半円柱状凸シリンドリカルレンズの反復アレイ構造）などの構造を持つ単位レンズ１０２２ａを一定のピッチで配列形成してなるレンズ部１０２２とを有するレンズシートである。
また、基材１０２１のレンズ部１０２２と反対の面には、各単位レンズ１０２２ａの集光部分に光を透過させるストライプ状の光透過部、すなわち開口部１０２４ａと各単位レンズ１０２２ａの非集光部分に光を反射させる光反射部１０２４ｂが並べられた反射層１０２４が設けられている。そして、基材１０２１と反対に位置する反射層１０２４の面には接着剤もしくは粘着剤１０３を介して光拡散層１０１が一体に接着されている。また、反射層１０２４は、例えば白色インキ、金属箔、金属蒸着層からなり、開口部１０２４ａは、例えば空気層からなっている。
【００１９】
次に、図１３に示す光学シート１００を用いたバックライトユニット９０における光の挙動について説明する。光源１１０からの光Ｌは光拡散層１０１の入射面１０１ａ１１から入射する。光拡散層１０１に入射した光Ｌは、ここでランダムに散乱される。
このように散乱された光のうち、開口部１０２４ａを通過した光γのみが、レンズシート１０２３へと導かれる。各開口部１０２４ａは、レンズシート１０２３に設けられた各単位レンズ１０２２ａの頂点に対向するようにそれぞれ設けられているので、各単位レンズ１０２２ａには、これに対応する各開口部１０２４ａによって絞られた光のみが導かれる。
つまり、各開口部１０２４ａが、スリットのような働きをすることによって、散乱角度が絞られた光γのみが各単位レンズ１０２２ａに入射することになるので、単位レンズ１０２２ａに斜めから入射する光がなくなり、もって、視聴者の視覚方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう光をなくすことができる。
【００２０】
一方、開口部１０２４ａを通ることができなかった光βは、光反射部１０２４ｂで反射され、光拡散層１０１側に戻される。そして、光拡散層１０１において同様に散乱された後に、いずれは散乱角度が絞られた光γとなった後に開口部１０２４ａを通って単位レンズ１０２２ａに入射し、単位レンズ１０２２ａによって所定角度φ内に拡散された後に出射される。
このように、光源１１０からの光Ｌを散乱させ、散乱角度が絞られた光γのみを単位レンズ１０２２ａに入射させることができるとともに、単位レンズ１０２２ａに入射できなかった光については、無駄に出射させることなく再利用することができるので、光源１１０からの光の利用効率を高めつつ、拡散範囲を制御して出射させることが可能になる。
【００２１】
図１４は、上記図１３に示した構造のバックライトユニット９０を用いて液晶表示装置を構成した場合の例を示す模式図である。
図１４に示す液晶表示装置は、両面が偏光板１２１、１２３に挟まれてなる液晶パネル１２２を備え、この液晶パネル１２２はバックライトユニット９０を構成するレンズシート１０２３の単位レンズ１０２２ａに相対向して設けられている。また、光源１１０は、バックライトユニット９０の光拡散層１０１側下面に沿って等間隔に配列された冷陰極線管などからなる複数のランプ１１０ａと、ランプ１１０ａからの光をバックライトユニット９０の光拡散層１０１へ反射させる反射板１１０ｂとを備えている。
【特許文献１】特開２０００−２８４２６８号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００６／０８０５３０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
近年、地球環境への配慮が求められる中、ディスプレイ用バックライトユニットにおいては、光源の発光量の有効利用による省電力化が要求されている。具体的には、従来より発光光量の低い光源で従来並みの正面輝度が得られるバックライトユニットの開発が課題となっている。
また、一般的に、レンズ形状が１方向のシリンドリカルまたはプリズムである輝度向上シートを用いたディスプレイ用バックライトユニットでは垂直方向の光を正面に集光するため、垂直方向の視野角ごとの輝度変化が大きくなる傾向があり、これを小さくする輝度向上シートの開発が課題となっている。
【００２３】
本発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、正面輝度を向上させることができ、かつ、垂直方向の視野角ごとの輝度変化を小さくすることが可能なディスプレイ用の光学機能部材及びこれを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記課題を解決するために本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る光学機能部材は、入射面側に配置される光源からの光の光学特性を変換し、出射面から出射する光学機能部材であって、前記入射面側に配置され、前記光源からの光を拡散させる光拡散層と、該光拡散層の前記出射面側に積層され、板状をなす光透過性の第１基材と、該第１基材の前記出射面側の面に沿って延在するとともに互いに並行に配置された複数の第１レンズより構成される第１レンズアレイを備えた第１レンズシートと、該第１レンズシートの前記出射面側に積層され、板状をなす光透過性の第２基材と、該第２基材の前記出射面側の面に沿って、かつ、前記第１レンズと直交する方向に延在するとともに互いに平行に配置された複数の第２レンズより構成される第２レンズアレイを備えた第２レンズシートとからなることを特徴とする。
【００２５】
このような特徴の光学機能部材によれば、例えば第１レンズアレイが水平方向に沿って、かつ、第２レンズアレイが垂直方向に沿って配置された場合、第１レンズアレイにより垂直方向の光が絞り込まれて集光されるとともに第２レンズアレイによって水平方向の光が絞り込まれて集光され出射される。
これにより、垂直方向及び水平方向の２方向に光を絞り込むことができるため、正面輝度を向上させることが可能となる。また、第１レンズシートの第１レンズアレイにより垂直方向の光が絞られるが、第２レンズシートの第２レンズアレイにおいては垂直方向の光が絞られることはなく、むしろ第２レンズシートを通過することにより第１レンズシートによって垂直方向に絞り込まれた光が拡散される。これにより、当該光学機能部材を通過する光を垂直方向に絞り込み過ぎることなく出射することが可能となる。
【００２６】
本発明に係る光学機能部材は、前記第２レンズシートが、前記第２レンズと直交する方向に沿って延在するとともに互いに平行に配置された複数の第３レンズから構成される第３レンズアレイをさらに備え、前記第２レンズと前記第３レンズとのいずれか一方が前記第１レンズに対して平行となるように、前記第２レンズシートが前記第１レンズシートに積層されていることを特徴とする。
【００２７】
このような特徴の光学機能部材によれば、第１レンズシートによって正面方向に十分に絞り込まれた垂直方向の光は、第３レンズアレイによってそれ以上絞り込まれることなく、逆にある程度拡散される。即ち、一般的にレンズアレイに拡散光が入射した場合には正面方向に光を集光して絞り込むことになるが、既に正面方向に集光された光が入射した場合には正面方向から傾斜した方向に屈折させられて拡散効果が付与されることになる。
これによって、当該光学機能部材を通過する光の垂直方向の半値角を拡大することが可能となる。
【００２８】
上記のように第２レンズシートに第３レンズアレイが形成された光学機能部材においては、各前記第３レンズが、複数の前記第２レンズの頂部にわたって離散的に延在しているものであってもよいし、各前記第３レンズが、前記第２基材の前記出射面側の面に沿って延在させられて、前記複数の第１レンズの谷部に該第１レンズよりも高さの低い複数のサブレンズを形成していることを特徴とする。
【００２９】
一方、本発明に係る光学機能部材においては、第２レンズシートに第３レンズアレイが形成していることに代えて、各前記第２レンズが、前記第２基材の前記出射面側の面から突出するように形成された凸状の曲面を有すると共に、その頂部に該第２レンズの延在方向に延びるＶ字溝が形成されているものであってもよい。
【００３０】
このような特徴の光学機能部材によれば、第２レンズシートの第２レンズにおけるＶ字溝の側面と空気層界面とで生じる水平方向の光の全反射によって光のリサイクルを起こすため、水平方向の光の利用効率を向上させて輝度上昇効果を得ることができる。また、第２レンズのうちＶ字溝の両側の面は凸曲面となっているため、サイドローブを最小限に抑えることができ、かつ、視野に対する急激な輝度低下（カットオフ）を緩和する機能を果たす。
さらに、上記水平方向の光を全反射によってリサイクルすることによって、一部の光が垂直方向の光へと変移するため垂直方向の光の分量が増加し、結果として垂直方向の光が広がって垂直方向の半値角を拡大することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る光学機能部材においては、前記第１レンズが、第１レンズ頂部と、該第１レンズ頂部から前記第１基材へ至る一対の第１レンズ傾斜面とからなる凸曲面形状をなし、対向する一対の前記第１レンズ傾斜面の間の距離が、前記第１基材から前記第１レンズ頂部に向かうに従って次第に接近するように形成されていることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散層が、板状をなす光透過性の第３基材と、該第３基材の前記入射面側の面に配置された複数の裏面レンズから構成される裏面レンズアレイを備えた裏面レンズシートと、該裏面レンズシートの前記出射面側に積層され、光を拡散させつつ透過させる光拡散透過層と、該光拡散透過層の前記出射面側に積層され、略板状をなし光を拡散させる光拡散板とからなることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る光学機能部材は、前記裏面レンズが前記第３基材の前記入射面側の面に沿って延在して互いに平行に複数配置されるとともに、各前記裏面レンズは凸曲面状の裏面レンズ頂部と、該裏面レンズ頂部から前記第３基材へ至る一対の裏面レンズ傾斜面とから構成され、対向する一対の前記裏面レンズ傾斜面の間の距離が、前記第３基材から前記裏面レンズ頂部に向かうに従って次第に接近するように形成されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る光学機能部材において、前記裏面レンズが、前記第３基材の前記入射面側の面に沿って延在するとともに互いに平行に配置された複数の三角プリズムであることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る光学機能部材においては、前記裏面レンズが、前記第３基材の前記入射面側の面にマトリックス状に配置されるマイクロレンズであって、前記裏面レンズアレイがマイクロレンズアレイであってもよい。
【００３６】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散板と前記光拡散透過層とが多層押出法により一体成形されていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散板と前記光拡散透過層とが多層押出法により一体成形された際に、少なくとも１軸方向に延伸されていることが好ましい。
【００３８】
本発明に係る光学機能部材は、前記光拡散板と前記光拡散透過層とが接着材または粘着材により接合され、一体化されているものであってもよい。
【００３９】
本発明に係る光学機能部材は、前記裏面レンズが、全光線透過率８５％以上の透明樹脂からなることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散透過層は全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下の透明樹脂であることが好ましい。
【００４１】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散透過層が光拡散粒子を含まないものであることが好ましい。
【００４２】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散透過層が熱可塑性樹脂からなることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散透過層が少なくとも１軸方向に延伸されてなることが好ましい。
【００４４】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散層が光拡散板からなるものであってもよい。
【００４５】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散板が、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が４０％〜８０％、ヘイズ値が９８％以上であることが好ましい。
【００４６】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散領域が光拡散粒子であって、前記光拡散層の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
【００４７】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散板が少なくとも１軸方向に延伸されてなることが好ましい。
【００４８】
本発明に係る光学機能部材においては、前記光拡散層と前記第１レンズシートとの間には、光を遮断する遮光層が設けられ、該遮光層には、その厚さ方向に貫通すると共に前記第１レンズの長手方向に延びる光透過用の開口孔が複数形成され、各開口孔は、前記第１レンズの頂部と前記厚さ方向に重なる位置に配されていることを特徴とする。
【００４９】
本発明に係る光学機能部材は、記第１レンズシートと前記光拡散層とが粘着剤または接着剤で接合されることにより積層一体化されているものであってもよい。
【００５０】
本発明に係るバックライトユニットは、上記いずれかの光学機能部材と、該光学機能部材の前記入射面側に配置される光源とを備えることを特徴とする。
【００５１】
本発明に係るディスプレイ装置は、上記バックライトユニットと、該バックライトユニットからの光照射によって画像表示を行う画像表示素子とを備えることを特徴とする。
【００５２】
本発明に係るディスプレイ装置は、前記画像表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る光学機能部材、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、垂直方向及び水平方向の光を集光することにより正面輝度を向上させることができ、かつ、通過する光を垂直方向に絞り込み過ぎることなく出射することにより垂直方向の視野角ごとの輝度変化を小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係る光学機能部材については、それを用いたバックライトユニット、ディスプレイ装置とともに説明する。
【００５５】
図１に示すように、実施形態に係るディスプレイ装置１００は、上方に光を照射するバックライトユニット８０の光の出射側に、液晶パネル（画像表示部）９０を重ねて設けることで構成される液晶表示装置であり、液晶パネル９０から上側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を出射することで画像を表示するものである。
以下では、このような配置に基づいて、図１の上方向を単に正面方向あるいは観察者側、下方向を単に背面側と称する場合がある。
【００５６】
液晶パネル９０は、例えば矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する液晶セル（表示素子又はパネル）９１の背面側及び観察者側に、光の偏光方向を制御する偏光板９２、９３が積層されることで構成されている。なお、液晶セル９１は、一対のガラス基板と、それらの間に挟持された液晶層とを含んで構成されている。
また、液晶パネル９０は、いわゆる透過型表示パネルであるが、半透過型表示パネルであってもよい。あるいは、液晶セル９１を含んだ液晶パネル９０に代えて、他の表示パネル、例えば、光透過性の着色パターンによって静止画像を表示する表示パネルを使用してもよい。
【００５７】
バックライトユニット８０は、液晶パネル９０の表示画面と略同一の面積の発光面を備えた発光装置であって、光源部１０の光の出射方向側に光学機能部材２０が積層されることで構成されている。また、光学機能部材２０は、第１レンズシート５０（図１においては省略）を備えた光学シート３０に第２レンズシート６０が積層されることで構成されている。
【００５８】
光源部１０は、紙面奥行き方向に延びるシリンダ形状をなす複数の光源１１が、互いに平行となるように一定のピッチで間隔を空けて配置されるとともに、これら線状光源の背面側及び側面側がランプハウス１２で囲われることで構成された直下型方式が採用されている。
【００５９】
光源１１としては、陰極管（ＣＣＦＬ)や、ＬＥＤ、ＥＬ、半導体レーザーなどを用いることができる。
また、ランプハウス１２は、観察者側が開口された箱型形状をなしており、白色フィルム、白色シート等の光反射性のフィルム、シートから構成されている。なお。このランプハウス１２は金属板等の支持体上にフィルム、シート等が貼り付けられて構成されたものであってもよい。
【００６０】
次に光学機能部材２０の詳細について図２を用いて説明する。
上述のように、当該光学機能部材２０は光学シート３０の光の出射面側に第２レンズシート６０が積層されることで構成されている。また、光学シート３０は、光拡散層４０と第１レンズシート５０との間に配された光反射層（遮光層）７０を備えており、これら光拡散層４０、光反射層７０及び第１レンズシート５０を積層状態に固定して構成されている。
即ち、本実施形態の光学機能部材２０は、背面側から光拡散層４０、光反射層７０、第１レンズシート５０、第２レンズシート６０がこの順で積層されていることで構成されている。なお、光学機能部材２０は、光反射層７０がなく、第１レンズシート５０が直接的に光拡散層４０に積層されたものであってもよい。
【００６１】
光拡散層４０は、光源１１から出射される光をある程度拡散させる役割を果たし、背面側から順に、裏面レンズシート４１、光拡散透過層４５、光拡散板４６がこの順で積層されることにより構成されている。
【００６２】
裏面レンズシート４１は、板状に形成されて一方の面が光の入射面４２ａをなすと共に他方の面が光の出射面４２ｂをなす光透過性の第３基材４２と、該第３基材４２の入射面４２ａに配置された複数の裏面レンズ４４から構成される裏面レンズアレイ４３とから構成されている。
【００６３】
裏面レンズ４４は、第３基材４２の入射面４２ａから突出するシリンドリカル形状をなすとともに、紙面奥行き方向、即ち、光源１１の延在方向と同一の方向に向かって延在しており、該裏面レンズ４４がその延在方向に直交する方向に複数並設することによって裏面レンズアレイ４３が構成されている。
【００６４】
なお、裏面レンズ４４の形状はその断面視において、図２に示すようなシリンドリカル形状の他、例えば図３（ａ）に示すように、凸曲面状の裏面レンズ頂部４４ａと、該裏面レンズ頂部４４ａから第３基材４２へ至る一対の裏面レンズ傾斜面４４ｂ、４４ｂとから構成されて、対向する一対の裏面レンズ傾斜面４４ｂ、４４ｂの間の距離が、第３基材４２から裏面レンズ頂部４４ａに向かうに従って次第に接近するように形成されているものであってもよく、また図３（ｂ）に示すように、三角プリズム状をなすものであってもよい。
【００６５】
なお、図３（ｃ）に示すように、裏面レンズ４４がマイクロレンズであって、第３基材４２の入射面にマトリックス状に配置されたものであってもよい。この場合、裏面レンズアレイ４３は、マイクロレンズアレイを構成する。
【００６６】
なお、第３基材４２は光透過性の透明樹脂から形成されており、この透明樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等や、これらを成分とする共重合体若しくはこれらの樹脂の混合物が用いられる。なお、いずれの透明樹脂から形成されようとも、その透明樹脂の全光線透過率が８５％以上であることが好ましい。
【００６７】
また、裏面レンズ４４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、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）等を用いて、当該技術分野では良く知られている熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形により上記第３基材４２と一体成形されても良いし、上記第３基材４２の入射面４２ａ上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって形成しても良い。
【００６８】
光拡散透過層４５は、本実施形態においてはその全光線透過率が８０％以上、かつ、ヘイズ値が９５％以下となるように透明樹脂材料によって構成されている。これは、全光線透過率が８０％を下回ると輝度低下が生じてしまうためである。
この光拡散透過層４５に用いる透明樹脂材料としては、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等が挙げられる。なお、光拡散透過層４５が熱可塑性樹脂からなる場合には、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。
なお、光拡散透過層４５には、光拡散粒子が含まれていてもよいが、含まれないことがより好ましい。
【００６９】
この光拡散透過層４５は、本実施形態においては、接着材又は粘着剤からなる接粘着層４８を介して上記裏面レンズシート４１と積層一体化されている。
なお、裏面レンズシート４１を光拡散透過層４５と共に押出成形して一体化したものであってもよいし、ＵＶ成形等によって裏面レンズ４４からなる裏面レンズアレイ４３を光拡散透過層４５上に直接的に成形したものであってもよい。
【００７０】
光拡散板４６は、その全光線透過率が４０％以上８０％以下、かつ、ヘイズ値が９８％以上となるように、光拡散粒子（光拡散領域）を含む透明樹脂材料によって構成されている。これは、全光線透過率が４０％を下回ると画面上での輝度が大きく低下し、８０％を上回ると拡散性能が不十分となるためである。また、ヘイズ値が９８％を下回るとやはり拡散性能が不十分となるためである
【００７１】
光拡散板４６を構成する透明樹脂材料としては、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等が挙げられる。  
【００７２】
光拡散板４６に分散される光拡散粒子としては、無機酸化物又は樹脂からなる透明粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる透明粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子が挙げられる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子；ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子；シリコーン樹脂粒子等が挙げられる。なお、光拡散板４６が熱可塑性樹脂からなる場合には、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。
【００７３】
なお、光拡散板４６がこのような光拡散粒子を含む場合には、該光拡散板４６の厚さを０．１〜５ｍｍとすることが好ましい。光拡散板４６の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には、拡散性能が足りず、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる。
【００７４】
上記のような光拡散板４６と光拡散透過層４５とは、多層押出法によって一体成形されてもよいが、例えば光拡散板４６と光拡散透過層４５とを別個に作製した後に、光透過性を有する接着剤や粘着剤等によって固定されてもよい。なお、光拡散板４６と光拡散透過層４５とを多層押出法によって一体成型した場合、少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。
また、光拡散板４６と光拡散透過層４５とを接着材または粘着材によって接合して一体化したものであってもよい。
【００７５】
なお、多層押出法により、光拡散板４６と光拡散透過層４５と裏面レンズシート４１とを一体成形したものであってもよい。この場合、光拡散層４０の製造工程を簡略化すると共に、製造コストを低減することができる。
【００７６】
第１レンズシート５０は、板状に形成されて一方の面が光の入射面５２ａをなすと共に他方の面が光の出射面５２ｂをなす光透過性の第１基材５２と、該第１基材５２の入射面５２ａに配置された複数の第１レンズ５４から構成される第１レンズアレイ５３とから構成されている。
【００７７】
第１レンズ５４は、第１基材５２の出射面５２ｂから突出するシリンドリカル形状をなすととともに、紙面奥行き方向、即ち、光源１１及び裏面レンズ４４の延在方向と同一の方向に向かって延在しており、該第１レンズ５４がその延在方向に直交する方向に複数並設することによって第１レンズアレイ５３が構成されている。
【００７８】
なお、第１レンズ５４の形状はその断面視において、図２に示すようなシリンドリカル形状の他、例えば図４に示すように、凸曲面状の第１レンズ頂部５４ａと、該第１レンズ頂部５４ａから第１基材５２へ至る一対の第１レンズ傾斜面５４ｂ、５４ｂとから構成されて、対向する一対の第１レンズ傾斜面５４ｂ、５４ｂの間の距離が、第１基材５２から第１レンズ頂部５４ａに向かうに従って次第に接近するように形成されているものであってもよい。
【００７９】
上記第１基材５２は光透過性の透明樹脂から形成されており、この透明樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等や、これらを成分とする共重合体若しくはこれらの樹脂の混合物が用いられる。
【００８０】
また、第１レンズ５４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、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）等を用いて、当該技術分野では良く知られている熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形により上記第１基材５２と一体成形されても良いし、上記第１基材５２の出射面５２ｂ上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって形成しても良い。
【００８１】
このような第１レンズシート５０と光拡散層４０との間に設けられる光反射層（遮光層）７０には、その厚さ方向に貫通する開口孔７１が複数形成されている。各開口孔７１は、第１レンズ５４の頂部と上記厚さ方向に重なる位置に配されており、紙面奥行き方向に長尺状に形成された各第１レンズ５４に対応づけてその長手方向に延在するスリット状に形成されている。すなわち、複数の開口孔７１は複数の第１レンズ５４と同様に、一定の間隔をあけてその延在方向に直交する方向に配列されている。
なお、この光反射層７０は、例えば白色顔料等によって形成される。
【００８２】
また、本実施形態においては、第１レンズシート５０の第１基材５２の入射面５２ａに形成された光反射層７０と光拡散層４０とが、接着剤や粘着剤等からなる接粘着層５５を介して積層一体化されている。
【００８３】
次に、第２レンズシート６０について説明する。この第２レンズシート６０は光学シート３０の第１レンズシート５０から出射された光を観察者側に透過させるものであって、本実施形態のディスプレイ装置１００においては、以下で説明する三種類の第２レンズシートのいずれかが採用されている。
【００８４】
まず、１種類目の第２レンズシート６０Ａについて説明する。この第２レンズシート６０Ａは、図５に示すように、板状に形成されて一方の面が光の入射面６２Ａａをなすと共に他方の面が光の出射面６２Ａｂをなす光透過性の第２基材６２Ａと、第２レンズアレイ６３Ａ及び第３レンズアレイ６５Ａとから構成されている。
【００８５】
第２レンズアレイ６３Ａは、第２基材６２Ａの出射面６２Ａｂの一方向（図５の紙面奥行き方向）に沿って延在する複数の第２レンズ６４Ａが、互いに平行となるように上記一方向と直交する方向に沿ってアレイ状に配列されることで構成されている。
【００８６】
第２レンズアレイ６３Ａの構成要素である第２レンズ６４Ａは、該第２レンズ６４Ａの延在方向に直交する断面が等脚台形状をなす台形プリズムとされている。
このような台形プリズムとしての第２レンズ６４Ａは、上記断面において斜辺を構成する傾斜面が略直線状をなすことから三角プリズムと同等の効果を発揮する。よって、観察者側Ｆへの集光効果が高くなるため、輝度を向上させることができる。
【００８７】
第３レンズアレイ６５Ａは、第３レンズ６６Ａが互いに平行となるように第２レンズ６４Ａの延在方向に沿ってアレイ状に配列されることで構成されている。この第３レンズ６６Ａは、第２レンズ６４Ａの頂部の平坦面６４Ａａに形成されており、より詳しくは、第２レンズ６４Ａと直交する方向に沿って、該複数の第２レンズ６４Ａの平坦面６４Ａａにわたって離散的に延在するように直線状に延びている。
即ち、第２レンズ６４Ａからなる第２レンズアレイ６３Ａ上に、該第２レンズ６４Ａと直交する第３レンズ６６Ａからなる第３レンズアレイ６５Ａが形成されており、これにより、第２レンズアレイ６３Ａと第３レンズアレイ６５Ａとの配列方向が直交するように構成されている。
【００８８】
このような第２レンズシート６０Ａは、上記第２レンズアレイ６３Ａと第３レンズアレイ６５Ａとのいずれか一方が、光学シート３０における第１レンズシート５０の第１レンズアレイ５３と平行となるように、該第１レンズシート５０に積層される。これによって、第２レンズアレイ６３Ａと第３レンズアレイ６５Ａとのうち、第１レンズアレイ５３と平行とされなかった方が第１レンズアレイ５３と直交することになる。
【００８９】
次に、２種類目の第２レンズシート６０Ｂについて説明する。この第２レンズシート６０Ｂは、図６に示すように、板状に形成されて一方の面が光の入射面６２Ｂａをなすと共に他方の面が光の出射面６２Ｂｂをなす光透過性の第２基材６２Ｂと、第２レンズアレイ６３Ｂ及び第３レンズアレイ６５Ｂとから構成されている。
【００９０】
第２レンズアレイ６３Ｂは、第２基材６２Ｂの出射面６２ＢｂおいてＸ方向（一方向）に沿って延在すると共に、このＸ方向に対する直交方向であるＹ方向で間隔をあけて互いに平行に配置された複数の第２レンズ６４Ｂにより形成されている。
なお、本実施形態においては、第２レンズ６４Ｂは、幅方向における断面形状が三角形のプリズムレンズとされている。
【００９１】
第３レンズアレイ６５Ｂは、第２基材６２Ｂの一面においてＹ方向（他方向）に沿って延在すると共に、Ｘ方向で間隔をあけて互いに平行に配置された複数の第３レンズ６６Ｂにより形成されている。即ち、第２レンズ６４Ｂの延在方向と、第３レンズ６６Ｂの延在方向とは互いに直交するように形成されている。
上記第３レンズ６６Ｂは、複数の第２レンズ６４Ｂの谷部において他方向に沿って配置された複数のサブレンズ６７Ｂを有している。
複数のサブレンズ６７Ｂのそれぞれは、幅方向における断面形状が三角形のプリズムレンズであって、その延在方向がＹ方向となっている。そして、サブレンズ６７Ｂの延在方向における両端は、Ｙ方向において隣り合う２つの第２レンズ６４Ｂそれぞれの側面に接している。
【００９２】
このような第２レンズシート６０Ｂは、上記第２レンズアレイ６３Ｂと第３レンズアレイ６５Ｂとのいずれか一方が、光学シート３０における第１レンズシート５０の第１レンズアレイ５３と平行となるように該第１レンズシート５０に積層される。これによって、第２レンズアレイ６３Ｂと第３レンズアレイ６５Ｂとのうち、第１レンズアレイ５３と平行とされなかった方が第１レンズアレイ５３と直交することになる。
【００９３】
次に、３種類目の第２レンズシート６０Ｃについて説明する。この第２レンズシート６０Ｃは、図７に示すように、板状に形成されて一方の面が光の入射面６２Ｃａをなすと共に他方の面が光の出射面６２Ｃｂをなす光透過性の第２基材６２Ｃと第２レンズアレイ６３Ｃとから構成されている。
【００９４】
第２レンズアレイ６３Ｃは、第２基材６２Ｃの出射面６２Ｃｂおいて一方向に沿って延在すると共に、この一方向に対する直交方向に平行に配置された複数の第２レンズ６４Ｃにより形成されている。
この第２レンズ６４Ｃは、第２基材６２Ｃの出射面６２Ｃｂに面する平坦面と、出射面６２Ｃｂから突出するように形成された凸状の曲面６５Ｃとを有した外形シリンドリカルレンズ形状をなしており、さらに、各第２レンズ６４Ｃの頂部には該第２レンズ６４Ｃの延在方向と同一の方向に延びるＶ字溝６６Ｃが形成されている。
【００９５】
このような第２レンズシート６０Ｃは、上記第２レンズアレイ６３Ｃが、光学シート３０における第１レンズシート５０の第１レンズアレイ５３と平行となるように該第１レンズシート５０に積層される。
【００９６】
なお、上記３種類の第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃにおける第２基材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃは光透過性の透明樹脂から形成されており、この透明樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等や、これらを成分とする共重合体若しくはこれらの樹脂の混合物が用いられる。
【００９７】
また、第２レンズ６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ及び第３レンズ６６Ａ、６６Ｂは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、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）等を用いて、当該技術分野では良く知られている熱可塑性樹脂を用いたプレス成形又は押し出し成形により上記第１基材５２と一体成形されても良いし、上記第２基材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃの出射面６２Ａｂ、６２Ｂｂ、６２Ｃｂ上に紫外線固化樹脂を配置する紫外線キュアリング成型法によって形成しても良い。
【００９８】
次に、上記のような構成の光学機能部材２０の作用について説明する。この光学機能部材２０を採用したバックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００は、第１レンズシート５０及び第２レンズシート６０が水平方向を臨むように立設され、さらにこの際、該第１レンズシート５０の第１レンズアレイ５３の延在方向が水平面と平行となる向きに配置される。
【００９９】
光源部１０の光源１１から出射された光は、裏面レンズシート４１に入射し、裏面レンズアレイ４３にて偏向され一定の広がり角をもって拡散される。その後、その拡散光は、光拡散透過層４５によってある程度の光散乱効果を付与されつつも透過して光拡散板４６に至り、さらに光散乱効果を付与されて十分に拡散した状態で光反射層７０に到達する。この際、光拡散板４６から光反射層７０における開口孔７１に入射する光はそのまま第１レンズシート５０における第１基材５２の入射面５２ａに到達するが、開口孔７１に入射されない光は、光反射層７０と光拡散板４６やランプハウス１２との間等で反射を繰り返すことになる。
そして、第１レンズシート５０の第１基材５２を透過した光の大半は、第１レンズアレイ５３によって第１基材５２の出射面５２ｂに直交する方向もしくはこれに近い方向に向けられる。これにより、第１レンズアレイ５３が水平方向と平行に延在していることから、主として垂直方向の光が絞られて集光される。
【０１００】
このように第１レンズシート５０によって垂直方向の光が絞りこまれた出射光は第２レンズシート６０に入射し、その光学特性が変化させられた上で出射されて、その後、液晶パネル９０を通過することにより、画像表示として観察者に視認される。以下、上記説明した３種類の第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃのそれぞれの作用を説明する。
【０１０１】
図５から図７にそれぞれ示す第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃを、その第２レンズアレイ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｂが第１レンズアレイ５３と直交するように配置した場合、第２レンズアレイ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃの延在方向が鉛直方向に沿うことになる。この場合、第１レンズアレイ５３によって垂直方向に絞られてた光は、第２レンズアレイ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃによって水平方向に絞り込まれて集光され出射される。
【０１０２】
このようにして、第１レンズアレイ５３及び第２レンズアレイ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃによって垂直方向及び水平方向の２方向に光を絞り込むことができるため、正面輝度を向上させることが可能となる。また、第１レンズシート５０の第１レンズアレイ５３により垂直方向の光が絞られるが、第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃの第２レンズアレイ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃにおいては垂直方向の光が絞られることはなく、むしろ第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃを通過することにより第１レンズシートによって垂直方向に絞り込まれた光が拡散される。これにより、当該光学機能部材を通過する光を垂直方向に絞り込み過ぎることなく出射することが可能となる。
【０１０３】
さらに、第３レンズアレイ６５Ａ、６５Ｂを備えた第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂにおいては、第１レンズアレイ５３によって正面方向に十分に絞り込まれた垂直方向の光は、第３レンズアレイ６５Ａ、６５Ｂによってそれ以上絞り込まれることなく、逆にある程度拡散される。即ち、一般的にレンズアレイに拡散光が入射した場合には正面方向に光を集光して絞り込むことになるが、既に正面方向に集光された光が入射した場合には正面方向から傾斜した方向に屈折させられて拡散効果が付与されることになる。
これによって、第２レンズシート６０Ａ、６０Ｂを通過する光の垂直方向の半値角、即ち正面方向の輝度を１００％としたときに輝度が５０％となる視野角を拡大することが可能となる。
【０１０４】
一方、Ｖ字溝６６Ｃが第２レンズ６４Ｃ頂部に形成された第２レンズシート６０Ｃにおいては、該第２レンズシート６０Ｃの第２レンズ６４ＣにおけるＶ字溝６６Ｃの側面と空気層界面とで生じる水平方向の光の全反射によって光のリサイクルを起こすため、水平方向の光の利用効率を向上させて輝度上昇効果を得ることができる。また、第２レンズ６４ＣのうちＶ字溝６６Ｃの両側の面は凸曲面となっているため、サイドローブを最小限に抑えることができ、かつ、視野に対する急激な輝度低下（カットオフ）を緩和する機能を果たす。
さらに、上記水平方向の光を全反射によってリサイクルすることによって、一部の光が垂直方向の光へと変移するため垂直方向の光の分量が増加し、結果として垂直方向の光が広がって垂直方向の半値角、即ち正面方向の輝度を１００％としたときに輝度が５０％となる視野角を拡大することが可能となる。
【０１０５】
このようにして本実施形態に係る光学機能部材２０、バックライトユニット８０及びディスプレイ装置１００によれば、垂直方向及び水平方向の光を集光することにより正面輝度を向上させることができ、かつ、通過する光を垂直方向に絞り込み過ぎることなく出射することにより垂直方向の視野角ごとの輝度変化を小さくすることが可能となる。
【０１０６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、光学機能部材２０においては、光反射層７０は必ずしも設けなくともよい。
【０１０７】
また、光学機能部材２０の光学シート３０における光拡散層４０は、光十分に拡散することができる限り他の構成であってもよい。一例として、光拡散層４０が光拡散板４６のみから構成されている光学シート３１を採用した変形例の光学機能部材２１であってもよい。この光学機能部材２１を用いた変形例のディスプレイ装置１０１を図８に示す。なお、図８において図２と同じ構成要素については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
この変形例の光学機能部材２１を用いた場合であっても、光拡散板４６のみからなる一層構造の光拡散層４０を通過した光が第１レンズシート５０及び第２レンズシート６０を通過することで、正面輝度を向上させ、かつ、垂直方向の視野角ごとの輝度変化を小さくすることが可能となる。
【実施例】
【０１０８】
本発明の光学機能部材を採用したディスプレイ装置（上述の実施形態及び変形例に基づいたディスプレイ装置）の一例を実施例１〜６として作製し、その物性の評価試験を行った。
【０１０９】
（実施例の光学機能部材）
実施例の光学機能部材として、上記実施形態及び変形例に対応する光学機能部材を作製した。
まず、光学シートＡとして図２に対応するもの、即ち、背面側より順に、裏面レンズシート、光拡散透過層、光拡散板、反射層及び第１レンズシートを積層したものを作製した。また、光学シートＢとして図８に対応するもの、即ち、背面側より順に、光拡散板、光反射層及び第１レンズシートを積層したものを作製した。
また、第２レンズシートとして実施形態で説明した３種類を作製した。図５に対応するものを第２レンズシートＡ、図６に対応するものを第２レンズシートＢ、図７に対応するものを第１レンズシートＣとした。
そして、これら光学シートＡ、Ｂと第２レンズシートＡ、Ｂ、Ｃとの組み合わせにより、計６つの光学機能部材を作製した。即ち、実施例１として光学シートＡに第２レンズシートＡを積層したもの、実施例２として光学シートＡに第２レンズシートＢを積層したもの、実施例３として光学シートＡに第２レンズシートＣを積層したもの、実施例４として光学シートＢに第２レンズシートＡを積層したもの、実施例５として光学シートＢに第２レンズシートＢを積層したもの、実施例６として光学シートＢに第２レンズシートＣを積層したものをそれぞれ作製した。
なお、これらの光学機能部材においては、光学シートＡ、Ｂにおける第１レンズアレイと第２レンズシートＡ、Ｂ、Ｃにおける第２レンズアレイとを直交させるように積層した。
【０１１０】
（比較例の光学機能部材）
比較例１として光学シートＡのみからなる光学機能部材を作製した。
また、比較例２として、光学シートＡにシリンドリカルレンズシートを積層した光学機能部材を作製した。なお、シリンドリカルレンズシートとは、図７に示した第２レンズシートにおいてＶ字溝が形成されていないレンズシート、即ち、一方向に延在するシリンドリカルレンズをその延在方向と直交する方向に並設することでシリンドリカルレンズアレイを形成したレンズシートのこと示している。
さらに、比較例３として光学シートＢのみからなる光学機能部材を、比較例４として光学シートＢに上記シリンドリカルレンズシートを積層した光学機能部材を作製した。
なお、比較例２及び４においては、光学機能部材においては、光学シートＡ、Ｂにおける第１レンズアレイとシリンドリカルレンズシートにおけるシリンドリカルレンズアレイとが直交するように積層した。
【０１１１】
（実施例及び比較例の光学機能部材）
上記実施例１〜６及び比較例１〜４の光学機能部材を組み込んだディスプレイ装置を作製した。なお、これらディスプレイ装置においては、光学シートＡ、Ｂにおける第１レンズシートの第１レンズアレイを水平面に平行とし、該第光学シートＡ、Ｂに積層される第２レンズシートＡ、Ｂ、Ｃ及びシリンドリカルレンズシートのレンズアレイが鉛直方向に沿うように配置した。
【０１１２】
（測定・評価）
そして、上記のような実施例１〜６及び比較例１〜４の光学機能部材を搭載したディスプレイ装置における表示画像の正面輝度及び垂直方向半値角を測定した。なお、垂直方向半値角とは輝度が正面の５０％になる垂直方向の視野角のことであり、大きくなるほど垂直方向の視野角ごとの輝度変化が小さくなることを意味する。
表１に光学シートＡを用いた実施例１〜３及び比較例１、２の測定結果を示す。この表１においては、正面輝度は比較例１を基準として標準化し、垂直方向半値角は比較例１との差を表記した。
また、表２に光学シートＢを用いた実施例１〜３及び比較例１、２の測定結果を示す。この表２においては、正面輝度は比較例３を基準として標準化し、垂直方向半値角は比較例３との差を表記した。
【０１１３】
【表１】
2010122372.tif 000003
【０１１４】
【表２】
2010122372.tif 000004
【０１１５】
表１及び表２から第２レンズシートＡ、Ｂ、Ｃを光学シートＡ、Ｂに積層した実施例１〜６については、光学シートＡ、Ｂ単体の比較例１、３や光学シートＡ、Ｂにそれぞれシリンドリカルレンズシートを積層した比較例２、４に比べて垂直方向半値角が大きくなること、即ち、垂直方向の視野角ごとの輝度変化が小さくなったことを確認できた。これは、第２レンズシートＡ、Ｂを用いた実施例１、２、４、５で特に顕著な結果となった。
また実施例１〜６においては、上記効果に加えて、比較例１、３と比べた際に正面輝度が向上することが確認できた。特に実施例３、６においては、比較例２、４よりも顕著に正面輝度が向上することが確認できた。
以上から、レンズシートＡ、Ｂ、Ｃを用いた実施例１〜６の光学機能部材を採用したディスプレイ装置を構成することによって、垂直方向半値角及び正面輝度の向上を図ることが可能であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】実施形態に係るディスプレイ装置の縦断面図である。
【図２】実施形態に係るディスプレイ装置の縦断面図である。
【図３】裏面レンズの形状を説明する図である。
【図４】第１レンズの形状を説明する図である。
【図５】１種類目の第２レンズシートの斜視図である。
【図６】２種類目の第２レンズシートの斜視図である。
【図７】３種類目の第２レンズシートの斜視図である。
【図８】変形例のディスプレイ装置の縦断面図である。
【図９】導光板ライトガイド方式のバックライトユニットが搭載されたディスプレイ装置の縦断面図である。
【図１０】拡散フィルムと液晶パネルとの間にプリズムフィルムを設けたディスプレイ装置の縦断面図である。
【図１１】直下型方式のバックライトユニットを備えたディスプレイ装置の縦断面図である。
【図１２】光源からの光を液晶パネルへと導くレンズ層を備え、このレンズ層の光入射側にレンズ層の焦点面近傍に開口をもつ遮光部が設けられたディスプレイ装置の縦断面図である。
【図１３】光学機能部材の背面側に反射層が設けられた光学シートを備えたバックライトユニットの縦断面図である。
【図１４】図１３に示すバックライトユニットを備えた液晶表示装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  光源部
１１  光源
１２  ランプハウス
２０  光学機能部材
２１  光学機能部材
３０  光学シート
３１  光学シート
４０  光拡散層
４１  裏面レンズシート
４２  第３基材
４２ａ       入射面
４２ｂ       出射面
４３  裏面レンズアレイ
４４  裏面レンズ
４４ａ       裏面レンズ頂部
４４ｂ       裏面レンズ傾斜面
４５  光拡散透過層
４６  光拡散板
４７  光反射層
４８  接粘着層
５０  第１レンズシート
５２  第１基材
５３  第１レンズアレイ
５４  第１レンズ
５４ａ       第１レンズ頂部
５４ｂ       第１レンズ傾斜面
５５  接粘着層
６０  第２レンズシート
６０Ａ       第２レンズシート
６２Ａ       第２基材
６３Ａ       第２レンズアレイ
６４Ａ       第２レンズ
６５Ａ       第３レンズアレイ
６６Ａ       第３レンズ
６０Ｂ       第２レンズシート
６２Ｂ       第２基材
６３Ｂ       第２レンズアレイ
６４Ｂ       第２レンズ
６５Ｂ       第３レンズアレイ
６６Ｂ       第３レンズ
６７Ｂ       サブレンズ
６０Ｃ       第２レンズシート
６２Ｃ       第２基材
６３Ｃ       第２レンズアレイ
６４Ｃ       第２レンズ
６５Ｃ       曲面
６６Ｃ       Ｖ字溝
７０  光反射層
７１  開口孔
８０  バックライトユニット
９０  液晶パネル
１００       ディスプレイ装置
１０１ディスプレイ装置
【図１】
2010122372.tif 000005
【図２】
2010122372.tif 000006
【図３】
2010122372.tif 000007
【図４】
2010122372.tif 000008
【図５】
2010122372.tif 000009
【図６】
2010122372.tif 000010
【図７】
2010122372.tif 000011
【図８】
2010122372.tif 000012
【図９】
2010122372.tif 000013
【図１０】
2010122372.tif 000014
【図１１】
2010122372.tif 000015
【図１２】
2010122372.tif 000016
【図１３】
2010122372.tif 000017
【図１４】
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