(57)【要約】【課題】本発明は、光源と光学素子もしくは光均一素子との距離が近くなる構成、または光源の間隔が拡がった構成において、複数の光源からの入射光を均一にして射出させることでランプイメージを消して明るさが均一な面を作り上げることが可能な光均一素子、光学シート、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こと。【解決手段】光均一素子２５は、光偏向要素２８及び光伝搬層２３と光拡散層２６で構成される。光偏向要素２８は、表示装置７０の光源４１側に向けて配置され、光偏向要素２８の入射面から入射した光Ｈを偏向して光伝搬層２３に射出し、光伝搬層２３の光射出面から拡散光を射出する。光拡散層２６の光出射面側２６ｂに微細な光拡散用凸部２６Ａからなる凹凸形状を備えている。【選択図】図１
2010134345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が設けられ、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が設けられた光均一素子において、
前記光拡散基材の光出射側表面に微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状が設けられており、
前記光拡散用凸部の高さは３０μｍ以上３００μｍ以下である、
ことを特徴とする光均一素子。
【請求項２】
前記光拡散基材に対する前記光拡散用凸部の側面の立ち上がり傾斜角度は４０°以上８５°以下であることを特徴とする請求項１記載の光均一素子。
【請求項３】
前記光拡散用凸部の間隔と前記光拡散用凸部の高さの比率が３０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の光均一素子。
【請求項４】
前記光拡散用凸部の形状が凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凸部形状を組合せた構造であることを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の光均一素子。
【請求項５】
前記光偏向要素は微細な光偏向用単位レンズから構成され、
前記光偏向用単位レンズは弧状表面で形成され最も突出する箇所である第１頂部を有し又は最も突出する箇所である第１頂部を構成する稜線を含んで形成されており、
前記光偏向用単位レンズは、前記第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記光偏向用単位レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光均一素子。
【数１】
2010134345.tif 000007
【請求項６】
前記第一傾斜部は、湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下で連続して変化していることを特徴とする請求項５記載の光均一素子。
【請求項７】
前記光拡散基材は、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２０％以上８０％以下、ヘイズ値が９５％以上であり、前記光伝搬層は全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光均一素子。
【請求項８】
前記光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材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１から７の何れか１項記載の光均一素子。
【請求項９】
前記光拡散基材と光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素と光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項１から８の何れか1項記載の光均一素子。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、光を集光または拡散、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、あるいは異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成となっていることを特徴とする光学シート。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが配置されており、前記集光レンズは複数の単位レンズが一定のピッチで配列されて、前記単位レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有して最も突出した第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シート。
【請求項１２】
請求項１から９の何れか１項記載の光均一素子と光源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１３】
請求項１０または１１記載の光学シートと光源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１４】
画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１２または１３記載のバックライトユニットを備えることを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路制御に用いられる光学素子、光均一素子、光学シートに関するものであり、より詳細には、透過型スクリーン、液晶表示装置、ＥＬディスプレイ等の各種ディスプレイ装置、広告、電子看板等の宣伝広告表示媒体、太陽電池等に用いられて好適な光学素子、光均一素子、光学シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを利用した液晶表示装置が、携帯電話や個人用携帯情報端末、パーソナルコンピュータ用ディスプレイの画像表示手段だけでなく、家電製品としてのテレビにも幅広く普及してきている。さらには、これまでのカソード・レイ・チューブ（ＣＲＴ）テレビでは困難であった大型面対応の情報家電の画像表示装置として一般家庭にも普及し、液晶表示装置の利点をより活用させるために、大型化だけでなく、高輝度化、薄型・軽量化に向けた開発も非常に早いスピードで進められてきている。
【０００３】
このような液晶表示装置では、装置内部に光源を内蔵していることが多く、画像を表示するために必要な明るさを得るために、液晶パネルの背面側に光源を含めたバックライトユニットを配置している。このバックライトユニットに採用されている光源としては、大別して冷陰極管等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等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、画像表示素子とこの光源との間に光散乱性の強い拡散板及び光学フィルムを配置して、冷陰極管やＬＥＤなどが直接視認されない構成を有する「直下型方式」があり、特に直下型方式は導光板の利用が困難な大型の液晶ディスプレイなどの表示装置に用いられている。
【０００４】
光源である冷陰極管から出射される光は、冷陰極管の直上が最も明るく、冷陰極管と冷陰極管の中間が最も暗くなっている。直下型方式に使用される拡散板は、この光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを主な目的としていることから、光を散乱させる微細な材料が含まれており、使用する目的に合わせて様々な拡散板が開発させている。また、拡散板は、その上に配置される光学フィルムを支持する役割を担うことから、通常１〜３ｍｍ程度の厚さが必要とされている。さらに、液晶表示装置は年々薄型化が進んでいく傾向があり、これを構成する拡散板も薄型化が要求されつつあると同時に、更なる拡散性の向上が求められてきている。
【０００５】
最近の液晶表示装置の流れとしては、地球環境問題対策の一環である消費エネルギーを低減させることを目的とした、消費電力抑制が大きな課題となってきている。液晶表示装置においては、光源となるバックライトの消費電力が最も大きく、このバックライトの消費電力を抑制する取組みが幅広い分野で行われてきている。
【０００６】
この一つの取組みとして、光源である冷陰極管の本数を低減させて消費電力を低く抑える試みが行われており、その消費電力低減の効果は社会に広く認められつつある。しかしながら、冷陰極管の本数を減らすことは光源の明暗である輝度ムラ（ランプイメージ）を強めることになり、これまでの拡散板及び光学フィルムの組合せでは完全にランプイメージを消すことは困難となってきている。ランプイメージを消すために、拡散板内部に拡散粒子を増やした場合は拡散板の全光線透過率を下げることになり、画像表示に必要な輝度を得ることが出来なくなる。この場合、光源である冷陰極管からの光を強くすることで必要とされる輝度は得られるが、光を強くすることで消費電力低減の効果が大幅に低下してしまうという問題が生じることになる。
【０００７】
特許文献１〜３には、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。一例として、拡散板の上に凸型曲面を有するレンズが配置されている。このような拡散板では、光源の配置に合わせてレンズの形状を設計し、レンズのアライメントを決定することが必要となる場合があり、製造工程が煩雑化することが生じる。また、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形することにより、拡散板の全光線透過率が低下して、画面表示に必要な輝度を得ることが難しくなることもある。さらにまた、拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とからモアレ干渉縞が生じる問題も考えられる。
【特許文献１】特開２００７−１０３３２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５１７号公報
【特許文献３】特開２００６−１９５２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、複数の光源からの入射光を均一にして射出させることでランプイメージを低減／消滅させることが可能であり、光源と光均一素子との距離が近づいた場合、または光源の間隔が拡がった場合に対応が可能である光均一素子を提供することを目的とする。更に上記光均一素子から射出された光を効率良く観察者側へと射出させることで観察者側への輝度を向上させる光学フィルムを、該光学素子、及び該光均一素子と一体積層した光学シート、該光学シートを備えたバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が設けられ、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が設けられた光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状が設けられており、前記光拡散用凸部の高さは３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする。
すなわち、請求項１は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の高さが３０μｍから３００μｍであることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の高さを規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１０】
本発明の請求項２は、前記光拡散基材に対する前記光拡散用凸部の側面の立ち上がり傾斜角度は４０°以上８５°以下であることを特徴とする。
すなわち、請求項２は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の底部の立ち上がり傾斜角度が４０°から８５°であることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の底部の立ち上がり傾斜角度を規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１１】
本発明の請求項３は、前記光拡散用凸部の間隔と前記光拡散用凸部の高さの比率が３０％以上８０％以下であることを特徴とする。
すなわち、請求項３は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の間隔と高さの比率が３０％から８０％であることを特徴とする光均一素子である。前記伝搬層と光偏向要素及び光拡散基材の効果に加え、光拡散基材の光出射側表面凸部の間隔と高さの比率を規定することで光射出時の光をより拡散させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１２】
本発明の請求項４は、前記光拡散用凸部の形状が凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凸部形状を組合せた構造であることを特徴とする。
すなわち、請求項４は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光拡散基材の光出射側表面に微細な凹凸が設けられており、その凸部の形状が凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凸部形状を組合せた構造であることを特徴とする光均一素子である。上記のような形状を光出射側表面に形成することで様々な角度の射出面が形成され、より広い範囲へ光を射出することが可能となることで拡散性能が向上し、光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１３】
本発明の請求項５は、前記光偏向要素は微細な光偏向用単位レンズから構成され、前記光偏向用単位レンズは弧状表面で形成され最も突出する箇所である第１頂部を有し又は最も突出する箇所である第１頂部を構成する稜線を含んで形成されており、前記光偏向用単位レンズは、前記第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記光偏向用単位レンズのピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする。
すなわち、請求項５は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光偏向要素が弧状表面又は稜線を有する第一頂部と、第一頂部から前記光伝搬層の光入射面に至る第一傾斜部とを有し、前記光伝搬層の屈折率をｎとし、前記光偏向要素のピッチをＰとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さＴが下記の数１を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光均一素子を提供するものである。前記光偏向要素を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。また、前記光偏向要素頂部の形状を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１４】
【数１】
2010134345.tif 000003
【００１５】
本発明の請求項６は、前記第一傾斜部は、湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下で連続して変化していることを特徴とする。
すなわち請求項６は、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子において、前記光偏向要素の形状が、前記第一頂部と、前記第一傾斜部が湾曲してなる第一湾曲傾斜部を有する形状であり、前記第一湾曲傾斜部の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角が、２０度以上９０度以下で連続して変化していることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光均一素子を提供するものである。前記光偏向要素の形状を規定することで光源からの光の偏向効果が向上させることが可能となり、結果的に輝度を保持すると同時に光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１６】
本発明の請求項７は、前記光拡散基材は、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２０％以上８０％以下、ヘイズ値が９５％以上であり、前記光伝搬層は全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９５％以下であることを特徴とする。
すなわち、請求項７は、前記光偏向要素及び光伝搬層と光拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が形成され、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が形成されており、前記光拡散基材は、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３０％〜８０％、ヘイズ値が９０％以上であり、前記伝搬層は全光線透過率が８０％以上、ヘイズ値が９０％以下であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光均一素子である。前記光拡散基材の全光線透過率値及びヘイズ値、伝搬層の全光線透過率値及びヘイズ値を規定することで光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１７】
本発明の請求項８は、前記光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材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。
すなわち、請求項８は、前記光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材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１から７の何れか１項に記載の光均一素子である。光偏向要素と光伝播層及び光拡散基材を一括で押出成型することで、製造コストを抑えた光源のイメージを消すことが出来る光均一素子を提供することが可能となる。
【００１８】
本発明の請求項９は、前記光拡散基材と光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素と光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする。
すなわち、請求項９は、前記光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材と光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素が光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光均一素子である。加工精度の高いシート状の光偏向要素を固定することで、設計に適合した光源のイメージを消す効果に優れた光偏向要素を有する光均一素子を提供することが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項１０は、請求項１から９の何れか１項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、光を集光または拡散、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、あるいは異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成となっていることを特徴とする。
すなわち、請求項１０は、請求項１から９の何れか１項に記載の光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側には、光を集光または拡散、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、あるいは異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成となっていることを特徴とする光学シートである。これらの集光、拡散、偏向分離させる機能を有する光学フィルムと組み合わせることで、より光源のイメージを均一化することが出来る光学シートを提供することが可能となる。
【００２０】
本発明の請求項１１は、請求項１から１０の何れか１項記載の光均一素子において、前記微細な光拡散用凸部からなる凹凸形状の上に、集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが配置されており、前記集光レンズは複数の単位レンズが一定のピッチで配列されて、前記単位レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有して最も突出した第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする。
すなわち、請求項１１は、請求項１から９の何れか１項に記載の光偏向要素及び光伝搬層と拡散基材から構成される光均一素子において、光拡散基材の光入射面側に光伝搬層面と光偏向要素が形成され、前記拡散基材の光出射面側に集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが配置されており、前記集光レンズは複数で一定のピッチで配列されて、前記集光レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする光学シートである。
【００２１】
本発明の請求項１２は、請求項１から９の何れか１項に記載の光均一素子と光源を備えることを特徴とするバックライトユニットである。
【００２２】
本発明の請求項１３は、請求項１０または１１に記載の光学シートと光源を備えることを特徴とするバックライトユニットである。
【００２３】
本発明の請求項１４は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項１２あるいは１３に記載のバックライトユニットを備えることを特徴とするディスプレイ装置である。
【発明の効果】
【００２４】
これまで述べてきた光伝搬層と拡散基材から構成される基材面の片面に光偏向要素、その反対面に凹凸を設けた構造を有する光均一素子を用いることで、光源との距離が近づいた構成または光源の間隔が拡がった構成に対しても、画面表示側に輝度ムラのない均一な光を射出することが可能であり、多層構成において各層の厚みや材質を変えることで、光源から発せられる熱による反りを防止することができる光均一素子を提供することができる。また、光均一素子から射出された光を効率良く液晶表示画像を観察する人の方向へと射出させることで、該光均一素子と光学フィルムを組合せた構成の光学シート、該光学シートを備えるバックライトユニットおよびディスプレイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、図１から図４は、本実施形態による光学素子及び光路制御部材の構成およびその利用形態を示す断面概略図の一例であり、各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。
（第１の実施形態）
【００２６】
図１は、本発明の光学素子、光均一素子、バックライトユニットおよびディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５とバックライトユニット５５とから構成されている。また、本発明の実施形態であるバックライトユニット５５は、ランプハウス（反射板）４３内に複数の光源４１が配置され、その上（観察者側方向Ｆ）に本発明の実施形態である光均一素子２５、光学部材２が単一、又は複数配置されて構成されている。光源４１から射出された光Ｈは、光均一素子２５で拡散され、その上に配置された単一、又は複数の光学部材２で拡散・反射・集光・カラーシフトされ、バックライトユニット５５から射出される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと射出される。
【００２７】
光源４１は、画像表示素子３５へと光を供給するものである。そこで光源４１としては、たとえば、複数の線状光源を用いることができる。複数の線状光源としては、たとえば、複数の蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＥＥＦＬあるいは線状に配置されたＬＥＤなどを用いることができる。反射板４３は、複数の光源４１の観察者側Ｆと反対側に配置され、光源４１から全方向に出射された光のうち、観察者側Ｆと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Ｆに出射させることができる。その結果、観察者側Ｆに出射された光Ｈは、ほぼ光源４１から全方向に出射された光となる。このように反射板４３を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板４３としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、たとえば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
【００２８】
本発明の実施形態である光均一素子２５は、光偏向要素２８及び光伝搬層２３と光拡散層２６で構成される。また、光偏向要素２８は、表示装置７０の光源４１側に向けて配置され、光偏向要素２８の入射面から入射した光Ｈを偏向して光伝搬層２３に射出し、光伝搬層２３の光射出面から拡散光を射出するものである。光拡散層２６は光伝播層２３の光源側面２３ｂ上に配置され、光拡散層２６の観察者側Ｆ面２６ｂの表面に凹凸が形成されている。上述した光均一素子２５は、液晶装置のみならず、背面投射型スクリーン、太陽電池、有機又は無機ＥＬ、照明装置など、光路制御を行うものであれば何れのものにも使用することができる。
【００２９】
図２（ａ）は、本発明の実施形態である光均一素子２５の機能を説明する図である。光源４１はランプハウス（反射板）４３内に、Ｖｅ方向（画面垂直方向）に一定のピッチで配列されている。光源４１から射出した光Ｈは、光均一素子２５の観察者側Ｆと反対側の面、すなわち光偏向要素２８より入射し、光均一素子２５の観察者側Ｆの面、すなわち光拡散層２６の観察者側Ｆの凹凸面２６ｂより観察者側Ｆへ射出する。光均一素子２５の光拡散性能が低い場合、拡散基材２６の観察者側Ｆの面２６ｂには、光源４１直上の領域が明るく、光源４１間直上領域が暗く見え、輝度ムラ（光源イメージ）として視認される。本発明の実施形態である光均一素子２５は、観察者側Ｆとは反対側の面に光偏向要素２８が配列され、光源４１から入射する強い正面光Ｈを光偏向要素２８にて、その進行方向を偏向し、光伝搬層２３において偏向された入射光を拡げ、光拡散層２６および凹凸面２６ｂにおいて拡散し、均一な光を観察者側Ｆへ射出する。
光偏向要素２８は微細な光偏向用単位レンズ２８Ａから構成され、光偏向要素２８としては凹凸形状を有するレンズであることが望ましい。光偏向用単位レンズ２８Ａの第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する点３０における第一傾斜面への接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａとがなす角度をθ、光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチをＰ、光伝搬層２３の厚みをＴ、光伝搬層２３の屈折率をｎとしたとき、以下の数式１を満たすことが望ましい。
【００３０】
【数１】
2010134345.tif 000004
【００３１】
すなわち、図２（ｂ）に示されるように、光伝搬層２３の厚みＴは、光偏向用単位レンズ２８Ａの第一傾斜面２８ｂが光伝搬層２３と接合する点３０に入射した光が、角度θの面で偏向され、光伝搬層２３内にてＶｅ方向に光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰ以上拡がるために必要な厚みと定義される。ここで光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは、光偏向要素２８を断面視した際に、光伝搬層２３と接合する２点間の距離と定義される。尚、数式１が有効な光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは３０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰが３０μｍより小さい場合は、構造周期が波長に近づくため、回折の影響が無視できなくなってくるためである。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰが３００μｍを超える場合、性能上は問題ないが、光伝搬層２３の厚みＴが非常に厚くなってしまう。この場合、光伝搬層２３の厚みは２ｍｍ以下に収まるよう設定することが望ましい。
よって一定のピッチで配列された光偏向用単位レンズ２８Ａに入射した正面光Ｈは、光偏向用単位レンズ２８Ａで偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合い、光拡散層２６にて拡散、観察者側Ｆへと射出される。光伝搬層２３の厚みＴが数式１を満たさない場合、光偏向要素２８にて偏向された光は混ざり合わずに光拡散層２６へ入射するため、光均一素子２５の拡散性能が不足する。さらにまた、２つ隣の光偏向用単位レンズ２８Ａによって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合うことがより好ましい。すなわち、以下の数式２を満たすことが望ましい。
【００３２】
【数２】
2010134345.tif 000005
【００３３】
図２（ｃ）に示されるように、２つ隣の光偏向用単位レンズ２８Ａによって偏向された光が光伝搬層２３内で混ざり合う厚さＴであれば、その拡散性能は更に増すため、光源４１との距離が１０ｍｍ以下と近づいても、光源のランプイメージを低減／消滅することが可能となる。
光偏向用単位レンズ２８Ａとしては、図３（ａ）のような三角プリズム形状が望ましい。レンズ成形が容易であり、且つ正面からの入射光Ｈを大きく偏向することが出来るためである。また、図３（ｂ）のような凸湾曲レンズ形状が望ましい。最も突出する第一頂部２８ａ、及び第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ偏向することが出来るためである。凸湾曲レンズ形状としては、図３（ｃ）のような非球面形状であることが更には望ましい。第一頂部２８ａの曲率半径が小さくできるため、拡散性能が増すためである。さらに光偏向用単位レンズ２８Ａとしては、図３（ｄ）のような湾曲三角プリズムであることが望ましい。第一頂部２８ａが稜線であるため、入射光Ｈがレンズのどの箇所へ入射しても必ず大きく偏向することができる。また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が連続的に変化しているため、正面からの入射光Ｈを様々な角度へ拡散することが出来るためである。このとき、図３（ｄ）に示すように、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度が、２０度〜９０度の間で連続的に変化していることが更には望ましい。２０度を下回る面がある場合、偏向角が非常に小さくなるため、拡散性能が弱くなってしまう。特に０度となる面がある場合、全く偏向せずに入射光Ｈを通すことになる。湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度が、２０度より小さくなる面がないため、第一傾斜面２８ｂのどの箇所に光が入射しても大きな角度で偏向することが可能である。
また、第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度が大きく変化しない場合、第一傾斜面２８ｂのどの点に光が入射しても、偏向角がほとんど一緒となるため、同じ領域に光が集中してしまう。湾曲三角プリズムは第一傾斜面２８ｂの各点における接線が、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ｂとなす角度が、２０度〜９０度の範囲で大きく変化しているため、様々な角度に入射光Ｈを偏向し、光を均一にすることができる。さらに、光偏向用単位レンズ２８Ａは上記レンズ形状を複数組み合わせて用いることができる。例えば図３（ｅ）に示されるように、凸湾曲レンズの上に三角プリズムを組み合わせたような形状でも良い。または図３（ｆ）のように２つの湾曲三角プリズムをＶｅ方向にシフトさせて重ねた形状でも良い。２つ以上のレンズ形状による拡散効果により、更に拡散性能が増すためである。
【００３４】
光偏向用単位レンズ２８Ａは図４（ａ）に示されるように、凹レンズ形状でも良い。凹レンズ形状としては、上記三角プリズム、凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、その他組合せレンズの逆形状であることが望ましい。この場合、上述の数式１、２におけるθは、図７に示されるように、第一傾斜面２８ｂが第一頂部２８ａと接合する点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角度θと定義される。従って、光伝搬層２３の厚みＴの定義は、凹レンズの第一頂部２８ａから光拡散層２６までの距離となる。そのため、凸レンズ形状と比べて、光学素子２４及び光均一素子２５の厚さを薄くすることが可能となるため望ましい。また、図４（ｂ）に示されるように、凹レンズの第一頂部２８ａは略平坦面であっても良い。平坦面である方が、光偏向用単位レンズ２８Ａを成形する金型の磨耗や欠けが少ないためである。さらにまた、図４（ｃ）に示されるように、略平坦面である第一頂部２８ａの上に、光拡散／反射層２８ｃを形成しても良い。このとき、第一傾斜面２８ｂに回り込み量△は、第一傾斜面２８ｂの幅ｐ１の３０％以下であることが望ましい。さらにまた、図４（ｄ）に示されるように、凹レンズの凹面に光カバー層２８ｃを形成しても良い。凹レンズの凹面は偏向角が小さい領域であるため、凹面に光カバー層２８ｃを形成することで拡散性能が向上する。形成する方法としては、例えばインクジェット方式、撥水／撥油処理方法等が挙げられる。
【００３５】
光偏向要素２８は上述のレンズ等を、適宜複数組み合わせて配列しても良い。または図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰや高さを変えて配列しても良い。これにより、光偏向用単位レンズ２８Ａの最遠交点αは光伝搬層２３内に不均一に配置されている。図６（ｃ）には、光偏向用単位レンズ２８Ａの配列方向に対して、最遠交点αが平行且つ直線上に配置されたものを示す。光偏向用単位レンズ２８Ａに正面光Ｈが入射したとき、光偏向用単位レンズ２８Ａの中心線上に集光点が生じるが、該中心線上に収差が生じる。そこで本発明においては説明を簡略化するために、最もレンズ頂点から離れた点で集光する点を最遠交点αと定義する。図６（ａ）から（ｃ）においては、光偏向用単位レンズ２８Ａの両端に入射した光が偏向されて交わる点を最遠交点αとなる一例を示している。
【００３６】
図６（ｃ）において、例えば全ての光偏向用単位レンズ２８Ａが同一形状である場合は、各々の光偏向用単位レンズ２８Ａに入射した光の最遠交点αの位置は、同一面上に存在する。従って、光均一素子２５の入射面から入射した光Ｈは、どの領域においても同一の拡散性能が得られるため、ムラの無い光均一素子２５を提供することができる。しかしながら、図６（ａ）及び図６（ｂ）で示されるように、光偏向用単位レンズ２８Ａのレンズ形状が一定ではない場合は、各々の光偏向用単位レンズ２８Ａに入射した光の最遠交点αが同一面上には存在しない。したがって各々の光偏向用単位レンズ２８Ａ毎に光伝搬層２３の厚みＴが異なることとなる。このとき、光伝搬層２３の厚さＴは、組み合わせる各レンズの中で最も厚くなるＴを選択することが望ましい。最も厚くなるＴを選択することで、配列される全ての光偏向用単位レンズ２８Ａにおいて、上述の数式１及び２を満足することができるため、確実に拡散効果を得ることができる。例えば、光源４１が極端に光均一素子２５と近接する場合や、光源４１間の距離が極端に離れている場合、光源４１間の距離が不均一な場合などに、光偏向用単位レンズ２８Ａの最遠交点αを不均一にすると有効である。とくに複数組み合わせる場合、図７に示されるように、光源４１の位置に合わせて規則的に配列しても良い。このとき、光源４１の真上の領域には、光伝搬層２３の厚みＴが最も薄く設定できる光偏向用単位レンズ２８Ａを配置することが望ましい。結果として光源４１の真上の領域の拡散性能を高めることが出来るため、輝度ムラをより低減することが可能となる。光偏向用単位レンズ２８ＡのピッチＰは適宜決定できるが、光偏向要素２８のピッチＰが大きいほど、光伝搬層２３の厚さＴも厚くなるため、現実的には３０μｍ以上３００μｍ以下、望ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下であることが求められる。
【００３７】
光偏向要素２８は、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに、ＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用いて成形することができる。たとえば、光拡散層２６と光伝搬層２３とを押出法等により一体で板状部材として成形して、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。さらにまた、光伝搬層２３を押出法や射出成形法等により板状部材として成形して、これを光拡散層２６と一体化する前／後に、光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａに光偏向要素２８をＵＶ成形することができる。また、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）、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを用いて、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって光偏向要素２８を形成することもできる。また、同様に作製したシート材の表面に、光偏向要素２８を、放射線硬化樹脂を用いて成形することもできる。
【００３８】
光偏向要素２８と光伝搬層２３は、押出成形で同時に作製することができる。また図８（ａ）に示されるように本発明の光偏向要素２８及び光伝搬層２３と光拡散層２６から成る光均一素子２５は多層押出成型等により一体で成形してもよい。一方で図８（ｂ）に示されるように、シート状に成形した後、光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａに、ラミネート等により固定層２０によって貼合することもできる。この場合、シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることが好ましい。シート状に成形した光偏向要素２８に紫外線吸収材を含有させることで、固定層２０の紫外線劣化による剥れを防ぐことができる。
【００３９】
ここで固定層２０は、粘着剤、接着剤を用いて形成する。粘着剤、接着剤には、ウレタン系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ビニル系の樹脂等を用いることができる。また、粘着剤、接着剤には、１液型で押圧して接着するもの、熱や光で硬化させるものを用いることができ、２液、もしくは複数の液を混合して硬化させるものを用いることができる。さらに、固定層２０内にフィラーを分散してもよい。固定層２０内にフィラーを分散することで、接合層の弾性率を増加することが可能となる。固定層２０の形成方法において、接合面へ直接塗布する方法や、あらかじめドライフィルムとして準備したものを貼り合わせる方法がある。固定層２０をドライフィルムとして準備した場合、製造工程上、簡易的に扱うことが可能となるため好ましい。
【００４０】
また固定層２０は反り防止作用があることが望ましい。固定層２０の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合せ込むことで、光均一素子２５自体の反りを防止することができる。さらにまた、シート状に成形した光偏向要素２８の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じになるように合せ込むことで、光均一素子２５自体の反りを防止することができる。シート状に成形した光偏向要素２８の厚みは３０μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。更には５０μｍ〜５００μｍであることが望ましい。シート状に成形した光偏向要素２８の厚みが薄すぎると皺等が発生し、厚すぎると光伝搬層２３との貼合が容易ではなくなるためである。ここで、シート状に成形した光偏向要素２８の基材領域を光伝搬層２３とみなすことができる。したがって厚いシート状に光偏向要素２８を成形することで、光伝搬層２３の厚みを薄くすることができる。また、直接光拡散層２６に貼り合わせることも可能となる。
【００４１】
光偏向用単位レンズ２８Ａの表面に、さらに微細な凹凸を有していても良い。微細な凹凸が、光偏向用単位レンズ２８Ａによる偏向効果を更に高めることができる。このとき、表面粗さＲａは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。０．１μｍを下回る凹凸構造では偏向効果は得難く、また１０μｍを超える凹凸構造はそれ自体が光偏向要素２８となる。微細な凹凸の形成方法としては、例えば光偏向用単位レンズ２８Ａ自身、又は成形用金型の表面を、エッチングやサンドブラストなどによって荒らす方法、または光偏向用単位レンズ２８Ａの成形用金型に、更に微細な凹凸形状を切削する等の方法が挙げられる。また、光偏向用単位レンズ２８Ａは、入射光Ｈを偏向させるものであれば、上述のようなレンズ形状でなくても良い。また、光偏向用単位レンズ２８Ａは、入射光Ｈを偏向させるものであれば、上述のようなレンズ形状でなくても良い。例えば、光偏向要素２８は樹脂フィラーや気泡等による拡散層であっても良い。光偏向要素２８で入射光Ｈを偏向し、光伝搬層２３で偏向された光を拡げ、光拡散層２６及びその凹凸面によって更に拡散することで、拡散性能が向上するためである。
【００４２】
本発明の光均一素子２５を構成する光伝搬層２３は、全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。全光線透過率が８０％以上であれば、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度を低下させることがない。逆に、全光線透過率が８０％未満の場合には、観察者側Ｆへ出射させる光の輝度低下を生じさせるため好ましくない。なお、全光線透過率は、ＪＩＳ  Ｋ７３６１−１に準拠した測定値である。また、光伝搬層２３は、ヘイズ値が９５％以下であることが好ましい。光伝搬層２３は、光偏向要素２８によって偏向拡散された入射光を効果的に拡げて伝搬し、光拡散層２６へ入射させる。従って、ヘイズ値が９５％を超える場合には、十分な光拡散効果を得ることが出来ないため好ましくない。なお、ヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ７１３６に準拠した測定値である。
光伝搬層２３に用いられる材料は、熱可塑性樹脂からなる透明樹脂が好ましく、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、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体などを挙げることができる。また、光伝搬層２３は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。
光伝搬層２３は、少なくとも２層以上の多層構造とすることができる。このとき、光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率をｎ１、光拡散層２６側の層２３Ｂの屈折率をｎ２、光偏向要素２８の屈折率をｎ０としたとき、数式３を満たすことが望ましい。
【００４３】
【数３】
2010134345.tif 000006
【００４４】
数式３について、図９（ａ）を用いて説明する。
光Ｈが光偏向用単位レンズ２８Ａに入射すると、空気の屈折率と光偏向用単位レンズ２８Ａの屈折率ｎ０とにより光Ｈは偏向される。このとき光偏向用単位レンズ２８Ａの屈折率ｎ０が大きいほど屈折角は大きくなるため、光偏向用単位レンズ２８Ａの屈折率ｎ０は大きい方が望ましい。図９（ａ）においては、光偏向要素２８、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａ、及び光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂのそれぞれの界面において、光が光源４１側から観察者側Ｆに進むにあたり、界面での屈折率が高くなる場合を２点鎖線、屈折率が変わらない場合を点線、屈折率が低くなる場合を実線で表している。例えば、光偏向要素２８により偏向された光が光伝搬層２３に入射する際、ｎ０＞ｎ１、すなわち屈折率が低くなる場合、実線で図示される方向へ偏向する。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆとは反対側の面２３ａとのなす角度が小さくなるため、拡散性能は向上する。
【００４５】
逆に、ｎ０＜ｎ１、すなわち屈折率が高くなる場合、２点鎖線で図示される方向へと偏向される。偏向された光と光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａとのなす角度が大きくなるため、拡散性能は低下する。同様に、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａと光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂとの界面においても、ｎ１＞ｎ２、すなわち屈折率が低くなる場合、拡散性能は向上することとなる。従って、光偏向要素２８の屈折率ｎ０と光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１とは、等しいか又は光偏向要素２８の屈折率ｎ０の方が大きいことが望ましく、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１と光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂの屈折率ｎ２とでは、等しいか又は光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの屈折率ｎ１の方が大きいことが望ましい。
【００４６】
ここで、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａの厚さより、光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂの厚さの方が厚いことがより望ましい。光伝搬層２３の光拡散層２６側の層２３Ｂ内で光を大きく拡げることが可能となるためである。更には、図９（ｂ）に示すように、光偏向要素２８の光偏向用単位レンズ２８Ａの両端に入射した光が偏向して交差する点が、光伝搬層２３の光偏向要素２８側の層２３Ａに位置することが望ましい。また、光伝搬層２３が少なくとも２層以上の多層構成である場合には、光偏向用単位レンズ２８Ａの最遠交点αが光偏向要素２８の光射出面（すなわち光伝搬層２３の観察者側Ｆと反対側の面２３ａ）と接する層内に含まれることが良い。これにより、光伝搬層２３内の光偏向要素２８に近い点に最遠交点があるため、大きく光を拡散することができる。
【００４７】
上述した光伝搬層２３は、屈折率の異なる複数の層を多層押出法等により成形することができる。また、押出法や射出成形法によって成形した光伝搬層２３に、該光伝搬層２３よりも屈折率の高い材料を用いて光偏向要素２８をシート状に成形し、ラミネート法等により貼合することでも実現することが出来る。
【００４８】
光伝搬層２３は多層構成とすることで反りを防止することが出来る。この場合、最も観察者側から離れた層の熱線膨張係数を、光拡散層２６の熱線膨張係数とほぼ同じ程度に合せ込むことで、光均一素子２５の反りを防止することができる。また、光伝搬層２３の厚さを調整することによっても光均一素子２５の反りを防止できる。
【００４９】
光均一素子２５は、光拡散層２６と光伝搬層２３をそれぞれ別々に押出法、射出成形等により形成した後に、接着材又は粘着材により一体化して形成しても良い。たとえば、接着材又は粘着材としては、一般的に用いられるラミネートなどを用いて光拡散層２６と光伝搬層２３を貼り合せることができる。
【００５０】
本発明の光均一素子２５は、光拡散層２６の光出射面側２６ｂに微細な光拡散用凸部２６Ａからなる凹凸形状を備えていることを特徴としている。図１０に示されるように、光均一素子２５の射出面２６ｂに凹凸形状が付与されることで、光拡散層２６の光出射面側２６ｂが略平坦である場合と比較して、様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となることで、拡散性能が向上しランプイメージを低減／消滅させることが可能となる。このような凹凸を形成する方法としては、押出し成型加工、マット加工、エンボス加工、転写または貼合工法、エッチング工法、さらには、物理的加工法としてサンドブラスト工法、放電加工、切削加工、等を代表例として挙げることが出来る。上記工法において、押出し成型加工方法では、加熱されることにより柔らかくなった状態の透明樹脂を、必要とする凹凸とは逆形状となる金属版またはその他部材版に押し付けて当該部材の形状を転写し、その後に透明樹脂を冷却硬化させて凹凸形状を得ることができる。また、その他の方法として、粒径５０〜５００μｍ程度の透明粒子を溶融状態の透明樹脂に配合し、当該透明粒子を最外層側に押し出すことで表面に凹凸形状を生じさせるものであっても良い。この方法を用いる場合には、透明樹脂と透明粒子との屈折率が等しくされていることが好ましい。
【００５１】
上記以外の凹凸形状を形成する方法としては、光偏向要素２８と同じくＵＶ硬化樹脂などのような電子線硬化樹脂を用い形成する方法、または、射出成型法、熱プレス成型法によって形成する方法を用いて作製することもできる。一例として、光拡散層２６と光伝搬層２３から成る一体型の板状部材を押出し成型法等により作製して、その光伝搬層２３及び光拡散層２６面に、それぞれの機能が発揮する設定した形状を有する光偏向要素２８と凹凸形状を有するシートを接着材、あるいは粘着材等を用いて貼り合わせて光均一素子２５を成形することもできる。
【００５２】
光拡散層２６の光出射側面２６ｂの凹凸形状を構成する光拡散用凸部２６Ａとしては、凸湾曲レンズ、湾曲三角プリズム、及びこれらの凹凸を組合せた形状であることが望ましい。また、これら光拡散用凸部２６Ａの高さＨは、３０μｍ以上３００μｍ以下であることがより望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さＨが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となることで拡散性能が向上し、ランプイメージを低減／消滅を実現することが出来る。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの高さＨは同一でも良く、それぞれの光拡散用凸部２６Ａの高さＨが異なっていても良い。ここで、光拡散用凸部２６Ａの高さＨが３０μｍ未満である場合は十分な拡散効果が得られなくなり、３００μｍを超えると、加工する際に型抜けが低下することや製造速度が遅くなること、及び形状の制御が困難となるために望ましくない。
【００５３】
上記光拡散層２６の光出射側面２６ｂにおける光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度は、４０°以上８５°以下であることが望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となる。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度は同一でも良く、それぞれの傾斜角度が異なっていても良い。また、光拡散用凸部２６Ａの側面の立ち上がり傾斜角度が４０°未満である場合は十分な拡散効果が得られなくなり、８５°を超えると加工が難しくなり、形状の制御も困難となるために望ましくない。
【００５４】
また、上記光拡散層２６の光出射側面２６ｂにおける光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率が３０％以上８０％以下であることが望ましい。光拡散用凸部２６Ａの高さが前記範囲内であることで様々な角度の射出面が形成されることにより、より広い範囲へ光を射出することが可能となる。さらには、複数の凹凸形状を組合せた場合、その光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率は同一でも良く、それぞれの比率が異なっていても良い。また、光拡散用凸部２６Ａの間隔と高さの比率が前記の範囲外となる場合、加工が難しくなり、形状の制御も困難となるために望ましくない。
【００５５】
光拡散層２６の特性として、全光線透過率が２０％以上８０％以下であることが好ましい。全光線透過率が２０％未満の場合には、観察者側Ｆへの出射光の輝度低下を生じさせるので好ましくなく、逆に、全光線透過率が８０％を超える場合には、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。また、光拡散層２６は、ヘイズ値が９５％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９５％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するため好ましくない。
【００５６】
光拡散層２６は、透明樹脂とこの透明樹脂の中に混入・分散された光拡散剤とを具備して構成されており、これら透明樹脂の屈折率と光拡散剤との屈折率は異なるものとされている。透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、メタクリル系樹脂、メタクリル酸メチル系樹脂、ガラス、塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、アクリルニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルポリスチレン共重合体、脂環式アクリル樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、オレフィン・マレイミド交互共重合体、シクロヘキサジエン系ポリマー、非晶ポリエステル樹脂、非晶フッ素系樹脂等を用いることができる。なお、これらの１種から構成されていても良いし、２種以上を組み合わせて構成されたものであってもよい。
【００５７】
光拡散領域には光拡散粒子が含まれており、好適な拡散性能を容易に得ることが望ましい。光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどを用いることができる。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などを用いることができる。また、上述した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。透明樹脂と光拡散剤の混合割合は、例えば重量比で９：１として作製することができるが、これに限定されず適宜変更することが可能である。そして、この溶融状態の透明樹脂と光拡散剤との混合物に溶融押出成形又は射出成形を施すことによって板状の拡散基材２６が成形される。
【００５８】
光拡散層２６の層厚は０．１〜５ｍｍに設定されており、特に０．１〜３ｍｍのものが最も好ましい。この光拡散層２６の厚さが０．５ｍｍ未満の場合は拡散性能が不足し、光拡散層２６自体の強度を確保することができない。また、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いために吸収による輝度低下が生じること、そしてバックライトユニット５５やディスプレイ装置７０の薄型化に対応することができないと同時に軽量化の妨げとなる。なお、光拡散層２６は、単一の層で構成されてもよいし二層以上の多層で構成されてもよい。
【００５９】
光均一素子２５は、光拡散層２６と光伝搬層２３と光偏向要素２８とを多層押出法により一体成形して形成することが製造工程上より好ましい。また、光均一素子２５は、少なくとも１軸方向に延伸されていてもよい。多層押出法を用いることにより、製造工程を簡略化・効率化することができるとともに、製造コストを下げることができる。
【００６０】
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、先に記載の光均一素子２５およびその上に組み合わされる、光を集光または拡散する機能を有する光学フィルム、あるいは偏向分離させる機能を有する光学フィルムが単数、または異なる機能を有する光学フィルムが複数積層された構成にすることで、集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用して観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を画像表示素子３５に表示することができる。
【００６１】
本発明の光均一素子２５の上に構成される光学部材２は、光を集光して輝度を向上させる光学フィルム、光を拡散させる光拡散フィルム、光の偏向分離機能を用いて輝度を向上させるフィルムを代表として挙げることが出来る。これらの光学部材と組合せることで、光均一素子２５において光源のイメージを均一化された光を、より明るく、より視野角を広げることが可能となり、集光・拡散特性を向上させた光Ｋを画像表示素子３５に導くことで、優れた画像を表示することが可能となる。
【００６２】
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子３５で、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。
【００６３】
本発明の実施形態であるディスプレイ装置７０は、画像表示素子３５が液晶表示素子であり、先に記載のバックライトユニット５５により集光・拡散特性を向上させた光Ｋを利用する構成なので、観察者側Ｆの輝度を向上させ、光強度の視角方向の分布を滑らかにするとともに、ランプイメージを低減した画像を得ることができる。
【００６４】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
[実施例]
【００６５】
以下、本発明の光均一素子２５、及び光学シート５２を用いたディスプレイ装置７０について、実施例においてその光学特性について述べる。
【００６６】
光偏向要素２８として、光拡散用凸部２６Ａである凸レンチキュラーレンズのピッチＰを１００μｍ、光伝搬層２３と凸レンチキュラーレンズとの接合点３０における接線ｍと、光伝搬層２３の観察者側と反対側の面２３ａとのなす角θが６５度、凸レンチキュラーレンズの高さを６０μｍと設定したＵＶ硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを作製した。さらに、光伝搬層２３と光拡散層２６から構成された厚さ２ｍｍのポリカーボネート（屈折率＝１．５９）製の拡散／透明層板を作製した。
【００６７】
（実施例１）
光伝播層２３の厚みを１．５ｍｍ、光拡散層２６の厚みを０．５ｍｍの設定で構成された厚さ２ｍｍのポリカーボネート製拡散／透明層板の光伝搬層側において、光拡散層の表面に光拡散用凸部２６Ａの高さを８０μｍ、光拡散用凸部２６Ａの間隔を２００μｍとなる凸湾曲状の形状を押出し成型時に金型を用いて作製した。この拡散／透明層板の透明層側に上記光偏向要素２８であるＵＶ硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを、粘着材を用いて貼り合わせて光均一素子２５を作製した。
【００６８】
（実施例２）
上記光偏向要素２８である凸レンチキュラーレンズと同様の方法を用いて、光拡散用凸部２６Ａの高さを１００μｍ、光拡散用凸部２６Ａの間隔を２４０μｍとなるＵＶ硬化樹脂製の凸湾曲状のシートを作製した。この凸湾曲状のシートを、光伝播層２３の厚みを１．５ｍｍ、光拡散層２６全体の厚みを０．５ｍｍに設定したポリカーボネート製の拡散／透明層板の光拡散層面に、粘着材を介して貼り合せた。次に、光伝播層側にＵＶ硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを貼り合わせて光均一素子２５を作製した。
【００６９】
（比較例１）
光伝播層２３の厚みを１．５ｍｍ、光拡散層２６の厚みを０．５ｍｍの設定で構成された厚さ２ｍｍのポリカーボネート製拡散／透明層板の光伝搬層側に、粘着材を用いて上記光偏向要素２８であるＵＶ硬化樹脂製の凸レンチキュラーレンズを貼り合わせて、光拡散層面に凹凸形状を設けていない光均一素子２５を作製した。
【００７０】
上記通り作製した光均一素子２５の観察者側Ｆの面上に、拡散フィルム、９０度三角プリズムシート、拡散フィルムの順番で重ねた構成を作製した。これらを、ＣＣＦＬ間隔が３８ｍｍ、ＣＣＦＬと光均一素子２５との距離が１５ｍｍとなるバックライト５６に配置し、バックライト５６の観察者側Ｆに液晶パネル３５を配置することで、ディスプレイ装置７０を組み立てた。
【００７１】
（比較例２）
上記ディスプレイ装置において、光偏向要素および凹凸形状を有しない光伝播層２３の厚みを１．５ｍｍ、光拡散層２６の厚みを０．５ｍｍの設定で構成された、厚さ２ｍｍのポリカーボネート製拡散／透明層板の光拡散層面に、拡散フィルム、９０度三角プリズムシート、拡散フィルムの順番で重ねた構成のディスプレイ装置を組み立てた。
【００７２】
（光学評価）
本実施例、及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
（正面輝度評価）
ディスプレイ装置７０を全白表示とし、画面中心部を分光放射輝度計（ＳＲ−３Ａ：トプコンテクノハウス社製）にて測定した。
（輝度ムラ評価）
ディスプレイ装置７０を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ１２００：Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ社製）にて測定、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の５本分の冷陰極管に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化（％）を算出した。この輝度変化の標準偏差σが１％以内であれば、光学シートの拡散性が良好と判定した。
【００７３】
表１に本実施例、及び比較例の測定結果を表に示す。
（表１）
実施例１は、輝度の低下はなく、光源イメージが全く認められなかった。
実施例２は、輝度の低下はなく、光源イメージが全く認められなかった。
比較例１は、輝度の低下はなく、光源イメージもほとんど認識されなかった。
比較例２は、輝度の低下はなかったが、光源イメージが容易に認識された。
【００７４】
実施例１及び２は、輝度の低下は見られず、間隔を広げた光源の冷陰極管のイメージが全く認められず、明るさが均一な面が液晶パネルを通して確認できた。一方、比較例１においても輝度の低下は見られず、間隔を広げた光源の冷陰極管のイメージは認められなかったが、実施例１及び２に比較すると液晶パネルを通して見られる面の明るさの均一性に差が認められた。従って、光均一素子の光拡散層面に凹凸形状を設けることで、より光源のイメージを消して明るさが均一な面を作り上げることが明らかとなった。
【００７５】
また、比較例２は、間隔を広げた光源の冷陰極管のイメージが容易に認められ、光偏向要素と凹凸形状を有する光均一素子の効果が明確に判明することになった。
【００７６】
従って、実施例１と２及び比較例１から２の評価結果から、光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を、光出射側表面に微細な凹凸形状が設けられた構造を有する光均一素子が、輝度の低下を引き起こすことなく、間隔を広げた光源である冷陰極管のイメージを消して、明るさが均一な面を作り上げることに有効であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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。
【図２】（ａ）本発明の実施形態である光均一素子の断面模式図である、（ｂ）数式１を説明する図である、（ｃ）数式２を説明する図である。
【図３】（ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｃ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｄ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｅ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｆ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である。
【図４】（ａ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｂ）光偏向要素のレンズ形状の一例を示す図である、（ｃ）光偏向要素の第一頂部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図である、（ｄ）光偏向要素の凹部に光拡散／反射層を形成した一例を示す図である。
【図５】（ａ）光偏向要素が凹レンズの場合の数式１を説明する図である、（ｂ）光偏向要素が凹レンズの場合の数式２を説明する図である。
【図６】（ａ）光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定でない場合を説明する図である、（ｂ）光偏向要素のレンズ高さ一定でない場合を説明する図である、（ｃ）光偏向要素のレンズ高さ・ピッチが一定である場合を説明する図である。
【図７】光偏向要素を光源とアライメントする際の一例を示す図である。
【図８】（ａ）光均一素子を一体成形した場合の形態を示す図である、（ｂ）光偏向要素をシート状に成形した場合の形態を示す図である。
【図９】（ａ）光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図である、（ｂ）光伝搬層が多層構造である場合の光線を説明する図である。
【図１０】（ａ）光均一素子の射出面に凹凸が賦形された効果を説明する図である、（ｂ）光均一素子の射出面が平坦である場合を説明する図である。
【図１１】（ａ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である、（ｂ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である、（ｃ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である、（ｄ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である、（ｅ）光拡散レンズのレンズ形状の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｈ、Ｋ…光、Ｐ…光偏向要素ピッチ、ｐ１…光偏向要素第一傾斜面ピッチ、ｍ…接線、Ｔ…光伝搬層の厚さ、θ…光伝搬層の一面と接線ｍがなす角度、θ１、θ２、θ３…光偏向要素の各点における接線と光伝搬層の一面とがなす角度、ｎ…光伝搬層の屈折率、ｎ０…光偏向要素の屈折率、ｎ１…光伝搬層の第１層の屈折率、ｎ２…光伝搬層の第２層の屈折率、Ｆ、Ｆ’…観察者側、Ｘ…平面視方向、Ｖｅ…画像表示装置垂直方向、Ｈｏ…画像表示装置水平方向、θ４１…レンチキュラー型レンズの軸方向ｊが線状光源の軸方向ｋとなす角度、Δ…光拡散／反射層回り込み量、α…最遠交点、２…光学部材、１３…谷部、１６…集光レンズ、１６ａ…第三頂部、１６ｂ…第三傾斜面、１７…光透過基材、１７ａ…観察者と反対側の面、１７ｂ…観察者側の面（平坦面）、２０…固定層、２１…光拡散レンズ、２１ａ…第二頂部、２１ｂ…第二傾斜面、２２…光マスク、２３…光伝搬層、２３ａ…観察者と反対側の面、２３ｂ…観察者側の面、２３Ａ…光伝搬層の光偏向要素側の層、２３Ｂ…光伝搬層の拡散基材側の層、２５…光均一素子、２６…光拡散層、２６ａ…観察者と反対側の面、２６ｂ…観察者側の面（凹凸面）、２８…光偏向要素、２８ａ…第一頂部、２８ｂ…第一傾斜面、２８ｃ…光拡散／反射層、３０…接合点、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）、５２…光学シート、５５…バックライトユニット、７０…ディスプレイ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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