(57)【要約】【課題】輝度を向上させることができ、且つ、サイドローブ及びモアレ干渉縞が生じない集光拡散シートを提供することを目的とする。【解決手段】透光性の基材２０の一方のシート面２１ａに略半球形状のマイクロレンズ２２が複数配列された集光拡散シート２０であって、基材２１の一方のシート面２１ａに対するマイクロレンズ２２の接触面の直径をＰＭとするとともに、基材２１の一方のシート面２１ａを基準としたマイクロレンズ２２の高さをＴＭとした際に、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５０％以上７０％以下の範囲に設定されるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基材の一方の面に略半球形状のマイクロレンズが複数配列された集光拡散シートであって、
前記基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の直径をＰＭとするとともに、前記基材の一方の面を基準とした前記マイクロレンズの高さをＴＭとした際に、
前記マイクロレンズのアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５０％以上７０％以下の範囲に設定されていることを特徴とする集光拡散シート。
【請求項２】
前記マイクロレンズのアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５５％以上６５％以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の集光拡散シート。
【請求項３】
前記基材の一方の面の正面視における前記マイクロレンズの占有面積の割合である面積率が６５％以上８８％以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集光拡散シート。
【請求項４】
前記マイクロレンズのレンズ面に対して前記基材の一方の面との境界部における接線を引いた際に、
該接線と前記基材の一方の面とのなす角度が、７０度以上９０以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の集光拡散シート。
【請求項５】
前記基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の形状が略円形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の集光拡散シート。
【請求項６】
前記基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の形状が略楕円形状であって、
前記マイクロレンズの接触面の直径が、前記略楕円形状の短軸側の直径であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の集光拡散シート。
【請求項７】
前記マイクロレンズの接触面の短軸が、一方向に揃うように前記マイクロレンズが配列されていることを特徴とする請求項６に記載の集光拡散シート。
【請求項８】
前記マイクロレンズの接触面の直径ＰＭが、該マイクロレンズの接触面の平均直径に対して±１０％の範囲に収まっていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の集光拡散シート。
【請求項９】
前記基材の一方の面の反対側の他方の面より完全拡散光を入射した際に、完全拡散光線透過率が４０％以上５５％以下の範囲となることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の集光拡散シート。
【請求項１０】
前記基材の一方の面の反対外の他方の面に、平坦状をなす該他方の面から突出する突起部が複数設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の集光拡散シート。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の集光拡散シートと、
該集光拡散シートの前記基材の一方の面の反対外の他方の面側に配設されていて光を照射する光源と、
前記集光拡散シートと前記光源との間に配設されていて前記光源からの光を拡散させる拡散板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１２】
請求項１１に記載されたバックライト・ユニットと、
画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定して、前記バックライト・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た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、照明光路制御に用いられ、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集光拡散シート、並びにこの集光拡散シートを用いたバックライト・ユニット、ディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビにおいては、複数本の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を配置した直下型方式バックライトが採用されている。このバックライトにおいては、画像表示素子と光源との間に光散乱性の強い拡散板が用いられて、光源としての冷陰極管やＬＥＤなどが視認されないようにされている。
【０００３】
上記拡散板は、光拡散効果により光を全方位に拡散するため、上記のように光源の視認を防止することができる一方で液晶表示装置の液晶画面を暗くしてしまう。
また、拡散板は、光散乱性を向上させるためという本来の目的に加えて当該拡散板の上に構成される光学フィルムを支持するために、通常１〜５ｍｍ程度の板厚を必要とする。このような板厚を有している場合、拡散板を通過する光の光吸収が起こり、これによっても、液晶画面が暗くなってしまう。
【０００４】
従来、直下型方式バックライトに使用される拡散板は、光源である冷陰極管から出射される光を拡散、均一化させ、輝度ムラ（ランプイメージ）を低減させることを目的としている。ところが上記のように、液晶画面が暗くなってしまうため、通常、拡散板の上には観察者側方向の輝度を向上させるための単一、または複数の光学フィルムが配置される。
【０００５】
液晶表示画面の輝度を向上させる上記のような光学フィルムとしてとして、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）が広く使用されている。
図８にＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図を、図９にＢＥＦの斜視図を示す。図８及び図９に示すように、ＢＥＦ１８５は、基材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ることで構成された光学フィルムであって、この単位プリズム１８７は光の波長に比較して大きいピッチで配列されている。
【０００６】
この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）”することによって正面の輝度を高めることができる。即ち、この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のである。なお、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のことを示している。
【０００７】
ＢＥＦ１８５に代表される光学フィルムを用いる際には、拡散と集光の両方の機能を持つ拡散フィルムが併用される。この拡散フィルムは、透明基材上に拡散フィラーが塗布されることによって形成され、拡散板と光学フィルムとの間に配置される。このように配置される拡散フィルムによって、拡散板から出射される拡散光を効率良く集光することができるとともに、拡散板のみでは除去きれない光源の視認性、即ち光源ムラを抑制することが可能となる。
【０００８】
また、上記光拡散フィルムをレンズシートと液晶パネルとの間に配置することも有効である。これにより、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。
【０００９】
上記のようなＢＥＦ１８５を輝度制御する光学フィルムとして用いた場合には、屈折作用により光源からの光を制御された角度でフィルムより出射させることができ、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。これにより、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
なお、ＢＥＦ１８５に代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する光学フィルムをディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献としては、特許文献１〜３に例示されるように多数のものが知られている。
【００１０】
しかしながら、ＢＥＦ１８５を用いた場合には、同時に反射又は屈折作用による光成分が、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場合がある。
図１０の破線Ｂは、ＢＥＦ１８５の特性を示したものであるが、光強度と視野方向Ｆ’に対する角度が０°（軸上方向）における光強度が最も高められる一方、Ｆ’に対する角度が±９０°近辺には小さな光強度ピーク（サイドローブ）が生じている。これは、横方向から無駄に出射される光が増加していることを示している。
この様な光強度ピークを有する輝度分布は好ましくはなく、±９０°近辺での光強度ピークのない図１０の実線Ａのような滑らかな輝度分布の方が望ましい。
【００１１】
また、ＢＥＦ１８５の採用により軸上輝度のみが過度に向上すると、輝度分布の曲線のピーク幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されることになってしまう。従って、ピーク幅を適度に拡げるために、別部材の光拡散フィルムを新たに用いる必要があり、部材数が増加しコストが増加してしまうという問題がある。
【００１２】
一方で、最近は上記のようなＢＥＦ１８５に代えて、図１１に示すようなマイクロレンズシート１１２の採用が増え始めている。特許文献４に示されるマイクロレンズシート１１２は、基材１１７上に略半球状のマイクロレンズ１１３が不規則的に配置されたシートであって、上述のようなサイドローブ、モアレ干渉縞が生じず、また、その視覚特性は表面拡散シートの視覚特性に近似しているとともに、集光性能に関しては該表面拡散シートよりも高く、正面輝度を高くすることができるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特表平１０−５０６５００号公報
【特許文献４】特開２００６−３０１５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記のようなマイクロレンズシート１１２は、上記ＢＥＦ１８５のようなプリズムシートに比べると輝度が低く、高輝度のバックライト・ユニット及びディスプレイ装置を実現するには、さらに輝度を高める必要があった。
【００１５】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、拡散板から射出される拡散光を効率的に集光することで観察者側の輝度を向上させることができ、且つ、サイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じない新規の集光拡散シート、該集光拡散シートを備えたバックライト・ユニット及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
ここで、本発明者らがこのような集光拡散シートについて誠意研究を重ねたところ、観察者側の輝度を向上させることができるとともにサイドローブ及びモアレ干渉縞がほとんど生じない構成及び条件を見出すことができた。したがって、本発明はこの知見に基づいた技術であって、前記課題を解決するために以下の手段を提案している。
【００１７】
即ち、本発明に係る集光拡散シートは、透光性の基材の一方の面に略半球形状のマイクロレンズが複数配列された集光拡散シートであって、前記基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の直径をＰＭとするとともに、前記基材の一方の面を基準とした前記マイクロレンズの高さをＴＭとした際に、前記マイクロレンズのアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５０％以上７０％以下の範囲に設定されていることを特徴としている。
【００１８】
このような特徴の集光拡散シートにおいてはアスペクト比ＡＲを上記範囲に設定することで、大幅な輝度上昇効果を得ることができる。
即ち、アスペクト比ＡＲが５０％未満の場合、マイクロレンズのレンズ面が緩い傾斜の凸曲面をなすことになるため、該基材側からマイクロレンズに傾斜して入射する光を視聴者の視覚方向である正面方向に十分に立ち上げることができず、高い輝度を得ることができない。一方、アスペクト比ＡＲが７０％を超える場合、マイクロレンズのレンズ面が急傾斜の凸曲面をなすことになるため、基材側からマイクロレンズ内に視覚方向にほぼ沿って入射する光が、該マイクロレンズの頂部に近傍で大きく屈折してしまう。よって、正面方向に出射される光量が減少し、やはり高い輝度を得ることができない。この点、本発明に係る集光拡散シートにおいては、アスペクト比が５０％以上７０％以下の範囲に設定されていることにより、基材側からマイクロレンズに傾斜して入射する光を視覚方向に立ち上げるとともに、当初から視覚方向にほぼ沿って入射する光はそのまま視覚方向へと出射することができるため、正面輝度を大幅に向上させることが可能となる。
【００１９】
本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記マイクロレンズのアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５５％以上６５％以下の範囲に設定されていることが好ましい。
マイクロレンズのアスペクト比をこの範囲に設定することにより、該マイクロレンズから出射される光の輝度を飛躍的に向上させることができる。
【００２０】
本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記基材の一方の面の正面視における前記マイクロレンズの占有面積の割合である面積率が６５％以上８８％以下に設定されていることを特徴としている。
【００２１】
このような特徴の集光拡散シートにおいては、高い輝度を得ることができる一方で、マイクロレンズ同士が重なって成型されるリスクを回避することができる。
即ち、上記面積率が６５％未満の場合、集光効果を担うマイクロレンズの数が不十分となるため、高い輝度を得ることができない。また、上記面積率が８８％を超えると、マイクロレンズを成型する過程において、隣接するマイクロレンズ同士が重なって成型されるおそれがあり好ましくない。
この点、本発明に係る集光拡散シートは、面積率が上記範囲に設定されていることで、マイクロレンズによる集光効果を十分に得つつも、成型時にマイクロレンズ同士が重なって性能が極端に低下するおそれを回避することができる。
【００２２】
本発明に係る集光拡散シートは、前記マイクロレンズの占有面積の割合が７０％以上８６％以下に設定されていることを特徴としている。
これによって、マイクロレンズによる集光効果を最大限に得ながらも、成型時にマイクロレンズ同士が重なるのを確実に回避することができる。
【００２３】
本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記マイクロレンズのレンズ面に対して前記基材の一方の面との境界部における接線を引いた際に、該接線と前記基材の一方の面とのなす角度が、７０度以上９０以下の範囲に設定されていることを特徴としている。
【００２４】
ここで、上記接線と基材の一方の面とのなす角度が７０度未満となると、集光拡散シートを成型する金型を作製する際に、マイクロレンズの型の径及び深さにバラつきが生じやすくなるとともに、マイクロレンズのレンズ面の傾斜が小さくなり、アスペクト比ＡＲが上記範囲のマイクロレンズを成型することが困難となる。この点、本発明に係る集光拡散シートにおいては、記接線と基材の一方の面とのなす角度を上記範囲に設定することで、金型の形成を容易にして径及び高さの正確なマイクロレンズを成型することができるとともに、上記アスペクト比ＡＲを上記の範囲に容易に設定することができ、高い輝度上昇効果を得ることが可能となる。
【００２５】
本発明に係る集光拡散シートにおいては、基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の形状が略円形状であることを特徴としている。
【００２６】
このような特徴の集光拡散シートによれば、基材側からマイクロレンズに入射される拡散光を３６０度方向において同様に集光、拡散することができ、輝度及び拡散性の高い均一な光を出射することができる。
【００２７】
また、本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記基材の一方の面に対する前記マイクロレンズの接触面の形状が略楕円形状であって、前記マイクロレンズの接触面の直径が、前記略楕円形状の短軸側の直径であってもよい。さらに、前記マイクロレンズの接触面の短軸が、一方向に揃うように前記マイクロレンズが配列されていることが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記マイクロレンズの接触面の直径ＰＭが、該マイクロレンズの接触面の平均直径に対して±１０％の範囲に収まっていることが好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記基材の一方の面の反対側の他方の面より完全拡散光を入射した際に、完全拡散光線透過率が４０％以上５５％以下となることを特徴としている。
【００３０】
ここで完全拡散光線透過率とは、完全拡散光としてランバート光を入射した際の透過率をあらわす。完全拡散光線透過率が４０％を下回ると、反射光が多くなりすぎるため、画面の輝度が大きく低下してしまう。また６０％を超えると、集光効果が弱くなり、輝度が大幅に低下する。これらを踏まえて本発明の集光拡散シートにおいては、完全拡散光透過率が４０％以上５５％以下の範囲に設定されているため、反射光を抑えながら集光効果を維持して高輝度を得ることが可能となる。
【００３１】
また、本発明に係る集光拡散シートにおいては、前記基材の一方の面の反対外の他方の面に、平坦状をなす該他方の面から突出する突起部が複数設けられていることを特徴としている。
【００３２】
このような特徴の集光拡散シートによれば、基材の他方の面側に例えば集光・拡散機能を有する光学フィルムを備えても、当該光学フィルムとの擦れにより集光拡散シートの基材に傷が付くのを防止することができる。また、基材の他方の面側に拡散板を備えた場合であっても、該拡散板との光学密着によるニュートンリングが生じることはない。
【００３３】
本発明に係るバックライト・ユニットは、上記いずれかに記載の集光拡散シートと、該集光拡散シートの前記基材の一方の面の反対外の他方の面側に配設されていて光を照射する光源と、前記集光拡散シートと前記光源との間に配設されていて前記光源からの光を拡散させる拡散板とを備えることを特徴としている。
このような特徴のバックライト・ユニットによれば、上記拡散集光シートを備えているため、輝度の高いバックライト光を出射することができる。
【００３４】
本発明に係るディスプレイ装置は、上記のバックライト・ユニットと、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定して、前記バックライト・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たことを特徴としている。
このような特徴のディスプレイ装置によれば、上記拡散集光シートを備えたバックライト・ユニットを搭載しているため、輝度の高い良好な画像表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】実施形態に係る集光拡散シートの斜視図である。
【図３】集光拡散シートにおける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。
【図４】集光拡散シートにおける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。
【図５】実施形態の集光拡散シートに係る実施例１及び比較例の輝度測定結果である。
【図６】実施形態の集光拡散シートに係る実施例２及び比較例の輝度測定結果である。
【図７】実施形態の集光拡散シートに係る実施例３及び比較例の輝度測定結果である。
【図８】ＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図である。
【図９】ＢＥＦの斜視図である。
【図１０】光強度と視野方向に対する角度との関係を示すグラフである。
【図１１】従来のマイクロレンズシートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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集光拡散シートについては、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。
【００３７】
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、画像表示素子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、画像表示素子９０から観察者側（図１における上方向側）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。
【００３８】
画像表示素子９０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、集光拡散シート２０により、観察者側への輝度が向上されるとともに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。
【００３９】
この画像表示素子９０としては、本実施形態においては、液晶表示素子が用いられている。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。
【００４０】
この画像表示素子９０としての液晶パネルは、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。
【００４１】
なお、画像表示素子９０は、本実施形態において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としての画像表示素子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。
【００４２】
バックライト・ユニット８０は、画像表示素子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拡散板３０と集光拡散シート２０とがこの順で積層されることで構成されている。
【００４３】
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線状光源が、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。
【００４４】
線状光源としての光源１１としては、陰極管（ＣＣＦＬ)や、半導体レーザー、ＥＬ、ライン状に配置されたＬＥＤ等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一般的なフィルム、シート等が貼り付けられて構成された反射板であってもよい。
【００４５】
なお、線状光源としての光源１１の他、光源１１は光を放射状に射出可能な点光源であってもよい。この場合、光源１１は、バックライト・ユニット８０における光の出射面に沿った二次元方向にマトリックス状に配置されるとともに、このように配置された光源１１の背面側及び側面側がランプハウス１２で囲われた直下型方式として構成される。
【００４６】
点光源としての光源１１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。この発光ダイオードを構成する際には、例えば単色に発光する発光素子を組み合わせることで白色に発光する方式が一般的に用いられている。また、点光源としての光源１１は、例えば通常の蛍光ランプ、ハロゲンランプ、半導体レーザー等であってもよい。さらに、点光源は上述のものに限らず、一つの単色ＬＥＤ素子に少なくとも１種類以上の蛍光体で覆ったものであってもよい。
【００４７】
拡散板３０は、透明樹脂に光拡散領域が分散されたものが板状又はシート状に成型されたものである。
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、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、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などを用いることができる。
【００４８】
また、光拡散領域は、光拡散粒子からなることが好ましい。好適な拡散性能を容易に得ることができるためである。
この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。なお、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されず適宜設定することが可能である。
【００４９】
光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、拡散板３０の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
拡散板３０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。
【００５０】
なお、透明樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、光拡散領域として気泡を用いても良い。この場合、熱可塑性樹脂の内部に形成された気泡の内部表面が光の乱反射を生じさせ、光拡散粒子を分散させた場合と同等以上の光拡散機能を発現させることができる。そのため、拡散板３０の膜厚をより薄く設定しても、高い拡散性能を発揮することが可能となる。
【００５１】
このような拡散板３０として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなどから成型したものを挙げることができる。白色ＰＥＴは、ＰＥＴと相溶性のない樹脂や酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸化バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸カルシウムのようなフィラーをＰＥＴに分散させた後、該ＰＥＴを２軸延伸法で延伸することにより、該フィラーの周りに気泡を発生させて形成する。
【００５２】
なお、熱可塑性樹脂からなる拡散板３０は、少なくとも１軸方向に延伸されてなればよい。これによって、フィラーの周りに気泡を発生させることができるためである。
【００５３】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２、６−ナフレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スポログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、シクロオレフィンポリマー、およびこれらを成分とする共重合体、またこれら樹脂の混合物などを用いることができ、特に制限されることはない。
【００５４】
光拡散領域として気泡を用いた場合には、拡散板３０の厚さが２５〜５００μｍであることが好ましい。ここで、拡散板３０の厚さが２５μｍ未満の場合には、シートのこしが不足し、製造工程やディスプレイ内でしわを発生しやすくなるので好ましくない。また、拡散板３０の厚さが５００μｍを超える場合には、光学性能についてはとくに問題ないが、剛性が増すためロール状に加工しにくい、スリットが容易にできないなど、従来の拡散板と比較して得られる薄さの利点が少なくなるので好ましくない。よって、拡散板３０の厚さを２５〜５００μｍに設定すれば、上記不都合が解消されて良好な拡散板３０を得ることができる。
【００５５】
集光拡散シート２０は、詳しくは図２に示すように、シート状又は板状に形成された光透過性の基材２１の２つのシート面２１ａ、２１ｂのうち、観察者側のシート面２１ａに多数のマイクロレンズ２２が設けられるとともに、光源部１０側を向くシート面２１ｂに複数の突起部２３が設けられることで構成されている。
このような集光拡散シート２０においては、突起部２３が設けられたシート面２１ａ側から入射した光が、基材２１内を通過して、マイクロレンズ２２が設けられたシート面２１ａ側から、その光学特性が変換させられて出射される。
【００５６】
マイクロレンズ２２は、略半球形状をなすように基材２１のシート面２１ａから観察者側に突出するように形成されている。本実施形態においては、このマイクロレンズ２２の上記シート面２１ａに対する接触面は略円形状をなしており、該接触面の直径をＰＭ、マイクロレンズ２２のシート面２１ａからの高さをＴＭとした際に、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが、５０％以上７０％以下の範囲内に設定されており、好ましくは、５５％以上６５％以下の範囲内に設定されている。
【００５７】
また、基材２１における観察者側のシート面２１ａの正面視におけるマイクロレンズ２２の占有面積の割合を面積率と定義した場合、本実施形態の集光拡散シート２０におけるマイクロレンズ２２の面積率は、６５％以上８８％以下の範囲に設定されている。なお、例えば基材２１のシート面２１ａに上記接触面が略円形をなすマイクロレンズ２２を最密にデルタ配置した場合、上記面積率の値は約９０％となる。
【００５８】
ここで、従来のマイクロレンズシートにおいては、アスペクト比が４０％〜５０％未満であることが一般的であり、また最密にマイクロレンズをデルタ配置した際の面積率は約９０％である。しかしながら、１μｍの狂いなくマイクロレンズを最密に配置することは難しい。それ故、マイクロレンズをランダムに配置した際の面積率は７０％程度、デルタ配置した際でも８８％程度の面積率が限界と言える。結果、従来のマイクロレンズシートの輝度上昇効果はＢＥＦ１８５に代表されるプリズムシートなどと比べると劣っている。
この点、本実施形態の集光拡散シート２０においては、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲ及び面積率が上記範囲であるため、従来に比べて、高い輝度上昇効果を得ることができる。
【００５９】
図３及び図４に集光拡散シート２０におけるマイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲと面積率とをパラメータとして計算した輝度のシミュレーション結果を示す。
【００６０】
図３はマイクロレンズ２２の面積率を５５％、７０％、８６％と設定した場合において、アスペクト比ＡＲを変化させたときの輝度比を表したグラフである。ここでの輝度比は、それぞれの面積率の場合において、アスペクト比ＡＲが５０％のときの輝度の値１とした正規化された数値である。
【００６１】
図３から分かるように、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲが５０％より高くなるに連れて輝度の値が高くなっている。しかしながら、アスペクト比ＡＲが７０％を上回ると、輝度上昇効果はアスペクト比ＡＲが５０％の場合と同等かそれよりも低下してしまう。即ち、アスペクト比ＡＲを大きくすることにより高い輝度上昇効果を得ることができるが、そのような効果を得ることができるアスペクト比には限界があり、従来よりも高い輝度上昇効果を得るにはアスペクト比ＡＲを５０％以上７０％以下の範囲に設定する必要があることがわかる。さらに、上記アスペクト比ＡＲを５５％以上６５％以下の範囲に設定すれば、従来に比べて一層高い輝度上昇効果を得ることができることがわかる。
【００６２】
図４は、従来のマイクロレンズ（アスペクト比ＡＲが５０％、面積率が７０％）の輝度を１と正規化した場合における、各面積率（５５％，６１％，６４％，７０％，７６％，８６％）においてアスペクト比ＡＲを変化させた場合の輝度比を表している。
【００６３】
図４を見ると、面積率が高いほど、また、アスペクト比ＡＲが６０％に近づくほど輝度が高くなっており、よって、マイクロレンズ２２の面積率を上昇させることが輝度上昇に有効であることがわかる。
一方で、面積率６４％においては、アスペクト比ＡＲを６０％としても従来のマイクロレンズ（面積率が７０％）の輝度には及ばない。よって、本実施形態の集光拡散シート２０のマイクロレンズ２２の面積率は６５％以上に設定する必要がある。
【００６４】
なお、本実施形態の集光拡散シート２０においては、拡散性能に重きを置くか、集光性能に重きを置くかで面積率を適宜調整することが可能である。即ち、拡散性能に重きを置く場合、マイクロレンズ２２は基材２１のシート面２１ａ上にランダムに配置することが望ましい。これにより、他の規則的な配列をもった光学部材等とのモアレ干渉縞を防止することが可能である。この場合、マイクロレンズ２２の面積率は６５％〜８０％の範囲に設定することが望ましい。
【００６５】
他方、集光性能に重きを置く場合は、面積率を限りなく９０％に近づくよう配置することが望まれる。しかしながら、１μｍの狂いも無くマイクロレンズ２２をシート面２１ａ上配置することは技術的に難しく、隣り合うマイクロレンズ２２が重なってしまうおそれがある。
【００６６】
この点、最密にマイクロレンズ２２を基材２１のシート面２１ａに配置する際でも、配列ピッチに対してマイクロレンズ２２のシート面２１ａに対する接触面の直径ＰＭを９８％以下程度に収めることで、上述のようなマイクロレンズ２２が重なり合うことを防止することができる。この場合、マイクロレンズ２２の面積率は７５％〜８８％の範囲で設定されることが望ましく、更には８０％〜８８％の範囲で設定されることがより望ましい。
【００６７】
なお、マイクロレンズ２２と基材２１との接触面の形状は略真円形状であることが望ましい。これにより、集光拡散シート２０に入射した拡散光を３６０度方向同様に集光、拡散することが可能となる。
【００６８】
また、マイクロレンズ２２と基材２１との接触面の形状が略楕円形状であってもよい。この場合においては、各マイクロレンズ２２が、楕円形状の短軸・長軸の方向を一方向に揃えて配置されていることがより望ましい。これにより、集光拡散シート２０に入射した拡散光に対して所望の方向に進む光に対して集光、拡散効果を付与することができるためである。また、略楕円形状のマイクロレンズ２２の短軸の径をＰＭとし、高さをＴＭとした際に、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲ＝ＴＭ／ＰＭが５０％以上７０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。
【００６９】
また、このような集光拡散シート２０においては、完全拡散光線透過率が４０％以上６０％以下の範囲であることが望ましい。ここで完全拡散光線透過率とは、完全拡散光としてランバート光を入射した際の透過率をあらわす。
マイクロレンズ２２による集光効果は、完全拡散光線透過率が低いほど高まるがこの完全拡散光線透過率の値が４０％を下回ると反射光が多くなり過ぎて正面輝度が大きく低下してしまう。また、該完全拡散光透過率が６０％を超えると集光効果が小さくなり過ぎてやはり正面輝度が大きく低下してしまう。
なお、この完全拡散光透過率の最適値は、基材２１やマイクロレンズ２２を構成する材料の屈折率や面の粗さによって変動する。
【００７０】
本実施形態の集光拡散シート２０にマイクロレンズ２２を転写する型は、エッチング工程で作製されることが望ましい。エッチング溶液を調整することで、侵食方向に異方性を生じさせ、アスペクト比ＡＲが５０％〜７０％のマイクロレンズ２２を転写するための型を容易に作製することができる。
【００７１】
また、マイクロレンズ２２の直径ＰＭは平均径に対して±１０％の範囲で収まることが望ましい。この直径ＰＭの値にバラつきがあるとき、エッチング工程にて型を作製する際に、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲにバラつきが生じるため好ましくない。
【００７２】
また本実施形態の集光拡散シート２２においては、図２に示すように、マイクロレンズ２２のレンズ面に対して基材２１のシート面２１ａとの境界部における接線を引いた際に、該接線とシート面２１ａとのなす角度が、７０度以上９０以下の範囲に設定されていることが好ましい。
【００７３】
ここで、上記接線とシート面２１ａとのなす角度が７０度未満となると、集光拡散シート２０を成型する金型を作製する際に、マイクロレンズ２２の型の径及び深さにバラつきが生じやすくなるとともに、マイクロレンズ２２のレンズ面の傾斜が小さくなり、アスペクト比ＡＲが上記範囲のマイクロレンズ２２を成型することが困難となってしまう。さらに、上記角度が７０度未満である場合に、マイクロレンズ２２のアスペクト比ＡＲを５０％〜７０％に設定するとマイクロレンズ２２の拡散光線透過率が低くなり、輝度の低下が生じ易いため好ましくない。
【００７４】
また、基材２１における背面側のシート面２１ｂに設けられた複数の突起部２３は傾斜した側面を有することが望ましい。この傾斜した側面から光が入射することによって、突起部２３が無い場合に比べて広い角度に光を射出することができるため、拡散性能を向上させることが可能となる。さらに、突起部２３があることで、基材２１のシート面２１ａの耐摩擦性も向上する。
【００７５】
なお、本実施形態の集光拡散シート２０は、拡散板３０の上に単独で用いてもその効果を発揮するが、集光、拡散効果を備える他の光学シートと組み合わせることも可能である。他の光学シートとしては、例えばプリズムシートやレンチキュラーシート、偏光分離反射シートなどが挙げられ、また本実施形態の集光拡散シート２０を２枚以上重ねた構成であっても良い。
【００７６】
また、ディスプレイ装置１００の垂直方向、水平方向の少なくともどちらか一方向の光軸に対して、集光拡散シート２０の集光効果と同等またはそれ以上の集光効果を有する光学シートを上に重ねることがより望ましい。
【００７７】
ここで、本実施形態の集光拡散シート２０においては、シート面２１ｂに上記突起部２３を備えるため、集光拡散シート２０の背面側に光学シートを配置しても、基材２１のシート面２１ｂに擦れによる傷が生じることはない。また、集光拡散シート２０の背面側に拡散板３０を配置した場合に、光学密着によるニュートンリングが生じることはない。
【００７８】
集光拡散シート２０の厚みに関しては、光学特性への影響よりはむしろ製造プロセス或は要求される集光拡散シート２０の物理特性等により決められる。
例えば、ＵＶ成形によりマイクロレンズ２２突起部２３を形成した場合、基材２１の厚さは、５０μｍ以下だとシワが出てしまうので、５０μｍよりも大きく設定する必要がある。さらに、この基材２１の厚さは、使用するバックライト・ユニット８０やディスプレイ装置１００のサイズにより変化する。例えば、対角３７インチサイズ以上のディスプレイ装置１００では基材２１の厚さは０．０５ｍｍから３ｍｍに設定することが好ましい。
【００７９】
このような構成の集光拡散シート２０におけるマイクロレンズ２２及び突起部２３は、透光性の基材２１上にＵＶや放射線硬化樹脂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基材２１と一体に形成されてもよい。
【００８０】
また、このようにして作製された集光拡散シート２０の突起部２３の表面には、例えば白色顔料からなる光反射層を付与してもよい。ここで白色顔料としては、酸化チタンや酸化アルミニウム、硫酸バリウム等が挙げられ、印刷法などによって形成する。
【００８１】
次に、集光拡散シート２０を備えたバックライト・ユニット８０及びディスプレイ装置１００の作用について説明する。
光源部１０の各光源１１から観察者側に向けて射出された光は、拡散板３０の入射面に入射して、該拡散板３０内にて光拡散効果を付与された後、観察者側へと出射される。
【００８２】
拡散板３０から出射された光は、集光拡散シート２０に入射し、該集光拡散シート２０の背面側のシート面２１ｂに設けられた突起部２３によって屈折させられて、さらに広い角度に広がり集光拡散シート２０の基材２１内を観察者側へと進んでいく。
【００８３】
この光が基材２１の観察者側のシート面２１ｂ側に達してマイクロレンズ２２に入射すると、該マイクロレンズ２２のレンズ面にて、マイクロレンズ２２に対して正面方向にほぼ沿って入射した光はそのまま直進され、マイクロレンズ２２に対して傾斜して入射した光は正面方向に立ち上げられるようにして屈折させられる。これによって、正面方向の輝度が向上する。
【００８４】
そして、集光拡散シート２０から出射された光は、画像表示素子９０の偏光板９２、液晶セル９１及び偏光板９３を介して、所定の画素領域から光が表示光として透過され、輝度が高くある程度の視野角を有する画像が表示される。
【００８５】
本実施形態においては、集光拡散シート２０がマイクロレンズ２２を備え、該マイクロレンズのアスペクト比ＡＲがＰＭが、５０％以上７０％以下の範囲内に設定され、好ましくは、５５％以上６５％以下の範囲内に設定されているため、上述のように、従来のマイクロレンズシートでは実現することができない程の高い輝度上昇効果を得ることができる。さらに、レンズとしてマイクロレンズ２２を用いているため、ＢＥＦを用いた際に生じるサイドローブ及びモアレ干渉縞の発生を回避することができる。
【００８６】
また、マイクロレンズシート２３の面積率が６５％以上８８％以下に設定されているため、マイクロレンズ２３による集光効果を十分に得ることができ、かつ、成型時にマイクロレンズ２３同士が重なって性能が極端に低下するおそれを回避することができる。
【００８７】
さらに、マイクロレンズ２３のレンズ面に対して基材２１のシート面２１ａとの境界部における接線を引いた際に、該接線とシート面２１ａとのなす角度が、７０度以上９０以下の範囲に設定されているため、集光拡散シート２０にマイクロレンズ２２を成型する金型の形成を容易にして、径及び高さの正確なマイクロレンズ２３を成型することができる。また、アスペクト比ＡＲを上記の範囲に容易に設定することができ、高い輝度上昇効果を得ることが可能となる。
【００８８】
そして、本実施形態のバックライト・ユニット８０によれば、上記のような高い輝度上昇効果を得ることができる集光拡散シート２０を採用しているため、集光・拡散特性を向上させた光を発することができる。
【００８９】
また、本実施形態のディスプレイ装置１００は、画像表示素子９０が液晶表示素子であり、上記バックライト・ユニット８０により集光・拡散特性を向上させた光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。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態の集光拡散シート２０、バックライト・ユニット８０及びディスプレイ装置１００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、ディスプレイ装置１００に拡散フィルム、プリズムシート、偏光分離反射シートなどを配置してもよい。これによって、画像品位をより向上させることができる。
【実施例】
【００９１】
（実施例１）
厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルムからなる基材２１のシート面２１ａに、マイクロレンズ２２を形成して集光拡散シート２０を作製した。マイクロレンズ２２の直径ＰＭは５０μｍ、高さＴＭは３０μｍとし、アスペクト比ＡＲを６０％とした。このようなマイクロレンズ２２をシート面２１ａに、面積率が７３％となるように配置した。
【００９２】
（実施例２）
厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルムからなる基材２１のシート面２１ａに、マイクロレンズ２２を形成して集光拡散シート２０を作製した。マイクロレンズ２２の直径ＰＭは５０μｍ、高さＴＭは３０μｍとし、アスペクト比ＡＲを６０％とした。このようなマイクロレンズ２２をシート面２１ａに、面積率が８６％となるように配置した。
【００９３】
（実施例３）
基材２１のシート面２１ａに直径ＰＭが５０μｍ、高さＴＭが３０μｍ、面積率が８６％のマイクロレンズ２２が配置されてなる集光拡散シート２０を押出成形法にて、厚さが３００μｍとなるように作製した。押出樹脂材料としてはポリカーボネート樹脂を用いた。
【００９４】
（比較例）
厚さ２５０μｍのＰＥＴフィルムからなる基材２１のシート面２１ａに、マイクロレンズ２２を形成して集光拡散シート２０を作製した。マイクロレンズ２２の直径ＰＭは５０μｍ、高さＴＭは２３μｍとし、アスペクト比ＡＲを４６％とした。このようなマイクロレンズ２２をシート面２１ａに、面積率が７３％となるように配置した。
【００９５】
（バックライト・ユニットの作製）
上記通り作製した実施例１〜３及び比較例１の集光拡散シート２０を、３２インチ液晶テレビ（ディスプレイ装置１００）のバックライト・ユニット８０に配置した。このバックライト・ユニット８０には、ポリスチレン製の拡散板３０と、実施例１〜３及び比較例１の集光拡散シート２０のみを配置した。
【００９６】
（配光分布の測定及び測定結果）
上記の実施例１〜３及び比較例の集光拡散シートを搭載したバックライト・ユニット８０の出射光の配光分布を測定した。測定結果を図５〜７に示す。
図５〜図７から分かるように、実施例１〜３の集光拡散シート２０を搭載したバックライト・ユニット８０は、比較例と比べて高輝度な光を発することができた。
したがって、実施形態において説明した集光拡散シート２０を用いてバックライト・ユニット８０を構成することで、輝度が高い光を発することが可能であることがわかった。
【符号の説明】
【００９７】
１０  光源部
１１  光源
１２  ランプハウス
２０  集光拡散シート
２１         基材
２１ａ       シート面
２１ｂ       シート面
３０  拡散板
８０  バックライト・ユニット
９０  画像表示素子
１００       ディスプレイ装置
【図１】
2010204156.tif 000003
【図２】
2010204156.tif 000004
【図３】
2010204156.tif 000005
【図４】
2010204156.tif 000006
【図５】
2010204156.tif 000007
【図６】
2010204156.tif 000008
【図７】
2010204156.tif 000009
【図８】
2010204156.tif 000010
【図９】
2010204156.tif 000011
【図１０】
2010204156.tif 000012
【図１１】
2010204156.tif 000013