(57)【要約】【課題】光拡散板から出射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、かつ、サイドローブがほとんど生じなく、輝度分布の変化が滑らかなレンズシート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。【解決手段】レンズシート１において、略シート状をなす透光性基材１７の光出射面１７側に、直線状に延びる第１レンズ４が複数互いに平行に配置されてなる第１レンズアレイ３を形成するとともに、該第１レンズアレイ３上に、複数の第１レンズ４の頂部にわたって第１レンズ４と交差する方向に沿って延びる第２レンズ６が複数互いに平行に配置されてなる第２レンズアレイ５を形成し、さらに、透光性基材１７の光入射面側に、直線状に延在する第３レンズ８が複数互いに平行に配置されてなる第３レンズアレイ７を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略シート状をなす透光性基材の光出射面側に、直線状に延びる第１レンズが複数互いに平行に配置されてなる第１レンズアレイを備えるとともに、
該第１レンズアレイ上に、前記複数の第１レンズの頂部にわたって前記第１レンズと交差する方向に沿って延びる第２レンズが複数互いに平行に配置されてなる第２レンズアレイを備え、
さらに、前記透光性基材の光入射面側に、直線状に延在する第３レンズが複数互いに平行に配置されてなる第３レンズアレイを備えたことを特徴とするレンズシート。
【請求項２】
前記第２レンズの頂部が前記第１レンズの頂部に一致していることを特徴とする請求項１に記載のレンズシート。
【請求項３】
前記第１レンズと前記第２レンズとの交差する角度が略９０°をなすとともに、
前記第３レンズが、前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方に対して略平行に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズシート。
【請求項４】
前記第３レンズが三角プリズムであ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レンズシート。
【請求項５】
前記第１レンズが、断面等脚台形状をなす台形プリズムであるとともに、
前記第２レンズが、頂角７０°〜１１０°をなす三角プリズム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レンズシート。
【請求項６】
前記第１レンズにおける断面等脚台形状の一対の斜辺の延長線同士がなす角度が７０°〜１１０°に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズシート。
【請求項７】
前記第３レンズのピッチに対する前記第３レンズの高さの割合であるアスペクト比が、１％〜１０％であ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レンズシート。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のレンズシートと、
該レンズシートの前記光入射面側に配設されていて光を照射する光源と、
前記レンズ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光拡散板とを備えたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項９】
請求項８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るレンズシート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レンズシート、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】
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。
この直下型方式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合成樹脂板からなる光拡散板が配置されることで、光源としての冷陰極管やＬＥＤ等がランプイメージとして視認されないようにされている。
【０００３】
この光拡散板は、当該光拡散板上に配置される光学フィルムを支持をするために通常１〜５ｍｍ程度の厚さを必要とする。よって、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題に対応すべく、従来、直下型方式バックライトにおいては、観察者側方向の輝度を向上させるため、光拡散板上に単一または複数のレンズシートが配置されている。
【０００５】
このレンズシートの一例として、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１０はＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図であり、図１１はＢＥＦの斜視図である。図１０、１１に示すように、ＢＥＦ１８５は、部材１８６上に、断面三角形状の単位プリズム１８７が一方向に周期的に配列された光学フィルムである。この単位プリズム１８７は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）とされている。
【０００６】
このようなＢＥＦ１８５は、“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”することができる。即ち、ＢＥＦ１８５は、ディスプレイの使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができるのである。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視野方向Ｆ’に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向側である。
【０００７】
このＢＥＦ１８５に代表されるレンズシートを用いる際には、一般的に、拡散と集光の両方の機能を持つ光拡散フィルムが光拡散板とレンズシートとの間に配置される。なお、この光拡散フィルムは、透明基材上に拡散フィラーを塗布されることで構成される。これによって、光拡散板から出射される拡散光を効率よく集光することができるとともに、光拡散板だけでは消しきれない光源の視認性を抑えることができる。
【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ＢＥＦを輝度制御部材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、ＢＥＦに代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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１２の破線Ｂは、ＢＥＦ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望ましくはなく、±９０°近辺での光強度ピークのない図１２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、ＢＥＦ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】
さらに、ＢＥＦの上に光拡散フィルムを載せると  サイドローブが減少して輝度分布を滑らかにすることができるが、その反面、正面輝度のピークが減少してしまう。したがって、高輝度化の観点からは光拡散フィルムのヘイズ度は低い方が望ましい。しかしながら、その場合には輝度分布の変化が大きくなるため、正面方向から斜め方向に視線を変化させた際に急激に画像表示が暗くなることになり、画像品位上好ましくない。
【００１３】
さらにまた、ディスプレイ装置等の液晶表示装置においては、軽量、低消費電力、高輝度、薄型化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ユニットも、同じく、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、近年、目覚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、バックライトユニットの輝度向上を図ることがカラー液晶表示装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。
しかしながら、上述したように従来の装置では、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がたく、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ユニット及びディスプレイ装置の開発が待ち望まれている。
【００１４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光拡散板から出射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、かつ、サイドローブがほとんど生じなく、視野角による輝度分布の変化が滑らかなレンズシート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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るレンズシートは、略シート状をなす透光性基材の光出射面側に、直線状に延びる第１レンズが複数互いに平行に配置されてなる第１レンズアレイを備えるとともに、該第１レンズアレイ上に、前記複数の第１レンズの頂部にわたって前記第１レンズと交差する方向に沿って延びる第２レンズが複数互いに平行に配置されてなる第２レンズアレイを備え、さらに、前記透光性基材の光入射面側に、直線状に延在する第３レンズが複数互いに平行に配置されてなる第３レンズアレイを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このような特徴のレンズシートによれば、第１レンズアレイと第２レンズアレイとにより二方向の集光効果を得ることができるため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の発生を抑制することができ、かつ、第３レンズアレイによって視野角分布の変化を滑らかにすることができる。
【００１７】
また、本発明に係るレンズシートにおいては、前記第２レンズの頂部が前記第１レンズの頂部に一致しているものであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るレンズシートにおいては、前記第１レンズと前記第２レンズとの交差する角度が略９０°をなすとともに、前記第３レンズが、前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方に対して略平行に延びていることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係るレンズシートにおいては、前記第３レンズの形状が、三角プリズムであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係るレンズシートにおいては、前記第１レンズの形状が、断面等脚台形状をなす台形プリズムであるとともに、前記第２レンズの形状が、頂角７０〜１１０°をなす三角プリズムであることが好ましい。
この場合、前記第１レンズにおける断面等脚台形状の一対の斜辺の延長線同士がなす角度が７０〜１１０°に設定されていることが好ましい。
【００２１】
さらにまた、本発明に係るレンズシートにおいては、前記第３レンズのピッチに対する前記第３レンズの高さの比であるアスペクト比が、１〜１０％であることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るバックライトユニットは、上記いずれかのレンズシートと、該レンズシートの前記光入射面側に配設されていて光を照射する光源と、前記レンズ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光拡散板とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
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ていることを特徴とする。
【００２４】
このような特徴のバックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、上記レンズシートを用いていることにより、第１レンズアレイと第２レンズアレイとによる二方向の集光効果を得ることができるため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の発生を抑制することができ、かつ、第３レンズアレイによって視野角分布の変化を滑らかにすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るレンズシート、バックライトユニット及びディスプレイによれば、二方向の集光効果により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の発生を抑制することができ、さらに、視野角による輝度分布の変化が滑らかなもの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】
【００２６】
以下、本発明のレンズシート、バックライトユニット及びディスプレイ装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態のレンズシート及びバックライトユニットを採用したディスプレイ装置の一例を示す断面模式図である。
【００２７】
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）に光源４１から入射する光を拡散して出射する光拡散板２５、レンズシート１が配置されて構成されている。
このような構成の下、光源４１から出射された光Ｈは、光拡散板２５で拡散され、その上に配置されたレンズシート１で集光される。そして、バックライトユニット５５から出射される光Ｋが、画像表示素子３５に入射し、観察者側Ｆへと出射される。
【００２８】
バックライトユニット５５の構成要素である光源４１は、光拡散板２５及びレンズシート１を介して画像表示素子３５へと光を供給するものである。
この光源４１としては、例えば、複数の線状光源又は点光源を用いることができる。線状光源の例としては、蛍光灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ）あるいはＥＥＦＬといったランプ光源等が挙げられ、点光源の例としてはＬＥＤ等を挙げることができる。
【００２９】
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に出射するように構成されている。これにより、光源４１から出射される光の利用効率を高めることができる。この反射板４３としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、例えば、一般的な反射フィルム、反射板等を使用することができる。
【００３０】
次に、光拡散板２５について説明する。この光拡散板２５は、透明樹脂に光拡散領域が分散されて略板状に形成されている。
【００３１】
光拡散板２５を構成す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。
【００３２】
光拡散領域としては、好適な拡散性能を容易に得ることができるため、光拡散粒子からなることが好ましい。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が用いられる。
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、アクリルニトリルポリスチレン共重合体の粒子、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。
なお、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されず、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。
【００３３】
また、光拡散板２５は、その入射面又は出射面に凹凸形状が形成されたものであってもよい。この凹凸形状を形成する方法としては、光拡散板２５を形成する際に共押出形成法、出射成形法により凹凸形状を賦型するための金型に圧力をかけることで密着させて、凹凸形状を転写する方法が挙げられる。
さらに、凹凸形状を形成する方法として、光拡散板２５の入射面又は出射面に、ＵＶ硬化樹脂等のような放射線硬化樹脂を用いて成形する手法も挙げられる。より具体的には、共押出法により光拡散板２５を板状部材として成形した後に、光拡散板２５の入射面又は出射面に凹凸形状をＵＶ成形することで凹凸形状を形成することができる。
さらにまた、凹凸形状を有するフィルムを別体として形成して、接着材又は粘着材からなる接合層を介して、拡散板２５を張り合わせることで成形する手法であってもよい。
【００３４】
ここで、光拡散領域として光拡散粒子を用いた場合には、光拡散板２５の厚さが０．１〜５ｍｍであることが好ましい。光拡散板２５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、光学特性上好ましい。これに対し、厚みが０．１ｍｍ未満の場合には、所望の拡散性能を発揮することはできず、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好ましくない。
【００３５】
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。
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、光拡散板２５の膜厚をより薄くすることが可能となる。
このような光拡散板２５として、白色ＰＥＴや白色ＰＰなど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。
【００３６】
なお、熱可塑性樹脂からなる光拡散板２５は、少なくとも１軸方向に延伸されていればよい。少なくとも１軸方向に延伸させれば、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。
【００３７】
熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリルポリスチレン共重合体、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、特に限定されることはない。
【００３８】
光拡散領域として気泡を用いた場合には、光拡散板２５の厚さが２５〜５００μｍであることが好ましい。
光拡散板２５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、光拡散板２５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、従来の光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。
【００３９】
次に、本実施形態に係るレンズシート１について図１〜図５を用いて詳細に説明する。
レンズシート１は、光源４１から出射されて光拡散板２５によって拡散された光の一部を集光して画像表示素子３５側に透過させるものであり、図２に示すように、略板状または略シート状をなす透光性基材１７と、第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ５及び第３レンズアレイ７の３つのレンズアレイとを備えている。
【００４０】
第１レンズアレイ３は、図２のＡ方向矢視図である図３に示すように、透光性基材１７の出射面１７ａの一方向（図３の紙面奥行き方向）に沿って延在する複数の第１レンズ４，４…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。
【００４１】
第１レンズアレイ３の構成要素である第１レンズ４は、本実施形態においては、該第１レンズ４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。また、この第１レンズ４の断面における等脚台形の一対の斜辺の延長線同士がなす角度θ１は、７０°〜１１０°の範囲、より好ましくは８０°〜１１０°の範囲に設定されている。
このような台形プリズムとしての第１レンズ４は、上記断面において斜辺を構成する傾斜面４ｂ，４ｂ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。
【００４２】
第２レンズアレイ５は、図２のＢ方向矢視図である図４に示すように、第２レンズ６，６…互いに平行となるように第１レンズ４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２レンズ６は、第１レンズの頂部４ａに形成されており、詳しくは図２及び図５に示すように、複数の第１レンズ４，４…にわたって第１レンズ４と直交する方向に沿って直線状に延びている。
即ち、第１レンズ４からなる第１レンズアレイ３上に、該第１レンズ４と直交する第２レンズ５からなる第２レンズアレイ５が形成されており、これにより、第１レンズアレイ３と第２レンズアレイ６との配列方向が直交するように構成されている。
【００４３】
第２のレンズアレイ５の構成要素である第２レンズ６は、その頂部６ａが第１レンズ４の頂部４ａに一致する三角プリズム形状をなしている。これにより第２レンズ６は、観察者側Ｆへの高い集光効果を発揮することができる。
なお、三角プリズム状をなす第２レンズ６の頂角θ２は７０°〜１１０°、より好ましくは、８０°〜１００°度の範囲に設定されていることが好ましい。
【００４４】
第３レンズアレイ８は、図２のＡ方向矢視図である図３に示すように、透光性基材１７の入射面１７ｂの一方向（図３の紙面奥行き方向）に沿って延在する複数の第１レンズ４，４…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配列されることで構成されている。本実施形態においては、該第３レンズ８は上記第１レンズ４に対して平行に延びているが、これに限定されず、第３レンズ８が上記第２レンズ６に対して平行に延びているものであってもよい。
【００４５】
第３レンズアレイ７の構成要素である第３レンズ８は、三角プリズム形状とされている。また、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５による集光効果への影響を少なくするため、第３レンズ８の三角プリズムの頂角θ３は１６０°〜１７８°、特に１７０°〜１７５°度の範囲に設定されていることが好ましい。
また、本実施形態における第３レンズ８のアスペクト比、即ち、第３レンズ８のピッチＲに対する高さｔの割合は、１％〜１０％の範囲に設定されている。
【００４６】
このような構成のレンズシート１は、図６及び図７に示すような金型１０、１３を用いて容易に作製することができる。
即ち、レンズシート１の出射面側の形状は、図６に示す金型１０の第１レンズ形成部１１によって第１レンズ４が形成され、第２レンズ形成部１２によって第２レンズ６が形成され、これにより第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５が同時成形される。
また、レンズシート１の入射面側の形状は、図７に示す金型１３の第３レンズ形成部１４によって第３レンズ８が形成され、これにより第３レンズアレイ７が形成される。
【００４７】
次に、画像表示素子３５について説明する。画像表示素子３５は、図１に示すように２枚の偏光板（偏光フィルム）３１，３３と、その間に狭持された液晶パネル３２とを備えている。液晶パネル３２は、例えば、２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成されている。そして、バックライトユニット５５から出射された光Ｋは、一方の偏光フィルター３３を介して液晶部３２に入射され、他方の偏光フィルター３１を介して観察者側Ｆに出射されることになる。
【００４８】
画像表示素子３５は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、レンズシート１を通過して、観察者側Ｆへの輝度が向上し、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。
また、画像表示素子３５は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００４９】
以下、ディスプレイ装置７０の作用について説明する。
光源４１から出射された光は、一部が光源４１から直接的に光拡散板２５に向けて出射され、他の光は、反射板４３によって反射された後、光拡散板２５に向けて出射される。このとき、光源４１の配置ピッチに対応する照度ムラは、反射板４３の作用によって緩和されるものの、ある程度残存している。光拡散板２５に進む光は、光拡散板２５の透明樹脂内の光散乱領域によって散乱されて、拡散光として進み、光源４１の輝度ムラが解消されるとともに適宜の角度範囲に広がり角を有する光として光拡散板２５の出射面に到達する。
【００５０】
光拡散板２５の出射面に到達した光は、レンズシート１に入射し、該レンズシート１を通過する過程における集光効果により正面輝度が高められる。そして、レンズシート１から出射された光は、画像表示素子３５の偏光板３３、液晶パネル３２、偏光板３１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、視野角を有する画像が表示される。
【００５１】
上記のような集光効果を有するレンズシート１の作用についてより詳細に説明する。
本実施形態のレンズシート１の出射面側には、第１レンズアレイ３と第２レンズアレイ５との２つのレンズアレイが形成されている。
一般的に、一方向に延在する単位レンズがストライプ状に配列されたレンズアレイの場合、単位レンズの配列方向にのみ集光効果を得ることになる。この点、レンズシート１には上述のように２つのレンズアレイが形成されていることから、該レンズシート１を通過する光は第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５のそれぞれの配列方向に応じた二方向の集光効果を得ることができる。これにより、観察者側Ｆの正面輝度を効果的に向上させることが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態においては、第１レンズ４と第２レンズ６との延在方向が直交していることから、特に、ディスプレイ装置７０を直立させた場合における水平方向に沿った方向（以下、Ｈｏ方向という）及び鉛直方向に沿った方向（以下、Ｖｅ方向という）の二方向の集光効果を得ることができる。
【００５３】
ここで、二方向以上に集光機能が存在する光学フィルムとしては、本実施形態のレンズシート１の他、四角錘に代表される多角錐レンズを備えたレンズシートが挙げられる。このレンズシートにおいて二方向の集光割合を調節するには、多角錘レンズの頂角を変える必要がある。四角錘レンズを例に挙げると、最も輝度が高くなる構成は頂角が９０°の四角錘であるが、一方向の視野範囲を変更させたい場合には、頂角を大きく又は小さくする必要が生じる。しかしながら、視野範囲を調整すべく頂角を９０°から変更してしまうと輝度が低下してしまうという問題が生じる。
この点、本実施形態のレンズシート１においては、第１レンズアレイ３を構成する第１レンズ４が台形プリズム形状であり、第２レンズアレイ５を構成する第２レンズ６が三角プリズム形状であって、かつ、第１レンズ４の頂部４ａと第２レンズ５の頂部５ａとが一致していることから、第１レンズ４の頂部４ａの幅Ｌを調整することで、二方向の集光割合を輝度を大きく変えずして調節することができる。
つまり、本実施形態におけるレンズシート１によれば、Ｈｏ方向の視野をＶｅ方向よりも広く設定したり、Ｈｏ方向及びＶｅ方向の二方向の視野を同程度に設定したり等、輝度を高く維持しながら視野範囲を任意に設定することが可能となるのである。
【００５４】
しかし、上述のようにレンズシート１の二方向の集光割合を変化させることによって視野範囲の調節が可能なものの、輝度の変化度合、即ち輝度分布の傾斜は、両方向とも同じものとなる。この点、本実施形態のレンズシート１においては、入射面に第３レンズアレイ７が形成されていることにより、輝度分布の傾斜を緩和させることができ、視野を滑らかにすることができる。
なお、本実施形態においては、第３レンズアレイ７を構成する第３レンズ８は第１レンズ４に対して平行に延在しているため、特に、第１レンズアレイ１の視野角分布の傾斜を緩和させることができる。
このように、視野角分布の傾斜を緩和させることにより、視野角による画像表示の明暗を抑えることが可能となる。
【００５５】
以下、上記の第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ５及び第３レンズアレイ７の作用について、グラフを交えながら説明する。
比較対象として図８（ａ）に９０°三角プリズムの輝度分布図を示す。三角プリズムは正面方向に集光するため、０°に最大ピークを有することになるが、サイドローブが生じて４５°付近に谷間Ｖａが生じる。サイドローブはディスプレイ装置７０として不要な方向への出射光であるが、サイドローブ自体がディスプレイ装置７０を観察する上で問題となるのではなく、０°のメインピークとサイドローブとの谷間Ｖａとの間に顕著な輝度差があることが問題となる。谷間Ｖａの角度からディスプレイ装置７０を観察すると、画面が暗くなってしまうためである。従って、サイドローブを低減させてもこの谷間Ｖａの輝度が低すぎる場合、ディスプレイ装置７０としては望ましくない。
【００５６】
図８（ｂ）に、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５のみを備えて第３レンズアレイ７を備えていないレンズシート（Ｂａｃｋ  Ｆｌａｔ）と第１レンズアレイ３と第２レンズアレイ５と第３レンズアレイ７とを備えた本実施形態のレンズシート１（Ｂａｃｋ  Ｐｒｉｓｍ）の輝度分布図を示す。両者とも、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５とを備えた複合形状をなしていることから、図８（ａ）のような谷間Ｖａは生じない。よって、視野角による画像表示の明暗を抑制することができる。
また、本実施形態のレンズシート１（Ｂａｃｋ  Ｐｒｉｓｍ）は第３レンズアレイ７がないもの（Ｂａｃｋ  Ｆｌａｔ）に比べると、正面輝度が少なからず低下するが、視野分布が拡大して輝度の変化が緩和する。よって、第３レンズアレイ７を形成することにより、視野角による画像表示の明暗をより効果的に抑えることが可能となる。
【００５７】
したがって、本実施形態のレンズシート１によれば、第１レンズアレイ３と第２レンズアレイ５とにより二方向の集光効果を得ることができるため観察者側Ｆの輝度を向上させるとともにサイドローブの発生を抑制することができ、かつ、第３レンズアレイ７によって視野角分布の変化を滑らかにすることができるため、視野角による明暗の発生を防止することが可能となる。
【００５８】
また、このようなレンズシート１を用いたバックライトユニット２５及びディスプレイ装置７０によれば、上記同様、観察者側Ｆの輝度を向上させつつサイドローブの発生を抑制するとともに視野角分布を滑らかにし、さらに、光拡散板２５の寄与によりランプイメージの低減を図ることが可能となる。
【００５９】
また、上述のように、本実施形態においては、第３レンズ８のアスペクト比、即ち、第３レンズ８のピッチＲに対する高さｔの割合は１〜１０％の範囲に設定されている。以下、この点について詳細に説明する。
【００６０】
図９（ａ）は第３レンズアレイ７のアスペクト比と輝度との関係を示したグラフ、図９（ｂ）は第３レンズアレイ７のアスペクト比とＶｅ方向及びＨｏ方向の半値角との関係を示したグラフ、図９（ｃ）は第３レンズアレイ７のアスペクト比と輝度変化量との関係を示したグラフである。
輝度は第３レンズアレイ７がない場合を１．０としている。
また、ここで半値角とは、０°方向（観察者側Ｆ）の輝度を１００％としたとき、その輝度が５０％となる視野角度を表す。
なお、測定にあたっては、第１レンズアレイ３の配列方向がＶｅ方向、第２レンズアレイ５の配列方向がＨＯ方向、第３レンズアレイ７の配列方向がＶｅ方向となるようにディスプレイ装置７０に配置した。
さらに、輝度変化量は３０°、４５°の輝度の差と０°の輝度との比である。
また、図９（ａ）〜（ｃ）のｘ軸は、第３レンズアレイ７の高さｔと第３レンズ７のピッチＲとの比、即ちアスペクト比の値である。
【００６１】
図９（ｂ）に示すように、第３レンズアレイ７のアスペクト比が大きくなると、第１レンズアレイ３の集光効果が弱まり、Ｖｅ方向の半値角が広くなる。これに対し、第２レンズアレイ５の集光効果は影響されず、Ｈｏ方向の半値角がほとんど変わらない。逆に第３レンズアレイ７のアスペクト比が小さくなると、第１レンズアレイ３の集光効果が強まるため、Ｖｅ方向の半値角が狭くなるが、第２レンズアレイ５の集光効果は影響されず、Ｈｏ方向の半値角がほとんど変わらない。
【００６２】
また図９（ｃ）に示すように、第３レンズアレイ７のアスペクト比が大きくなると、第１レンズアレイ３の集光効果が弱まるとともにＶｅ方向の輝度変化量が下がる。これに対し、第２レンズアレイ５の集光効果は影響されず、Ｈｏ方向の輝度変化量はアスペクト比が１０％以上とならないと変化しない。逆に、第３レンズアレイ７のアスペクト比が小さくなると、第１レンズアレイ３の集光効果が強まるため、Ｖｅ方向の輝度変化量が上がり、第２レンズアレイ５の集光効果が影響されず、Ｈｏ方向の輝度変化量が変わらない。
【００６３】
本実施形態のディスプレイ装置７０をテレビ用途として使用する場合、Ｈｏ方向の半値角が大きいことが望ましい。テレビを観察する際、Ｈｏ方向の様々な位置から観察者がテレビを観察するためである。しかしながら、本実施形態のディスプレイ装置７０を広告看板用途等として使用する場合、Ｖｅ方向の半値角が大きいことが望ましい場合が生じる。
【００６４】
また、本実施形態のレンズシート１は第１レンズアレイ３をＶｅ方向に配列しても良く、またＨｏ方向に配列したものであってもよい。上述の通り、第１レンズアレイ３を構成する第１レンズ４の頂部４ａの幅Ｌを変化させることで、Ｖｅ方向、Ｈｏ方向、双方の半値角を制御できるためである。従って、第１レンズ４の頂部４ａの幅Ｌと該第１レンズ４のピッチＰとの比は任意に選択することが可能である。
【００６５】
さらに、本実施形態のレンズシート１は、第３レンズアレイ７を第１レンズアレイ３方向に配列してもよいし、また第２レンズアレイ５方向に配列してもよい。上述の通り、第３レンズアレイ７の方向を変化させることで、Ｖｅ方向、Ｈｏ方向、アスペクト比により、輝度変化量を制御できるためである。従って、第３レンズ８の高さｔと第３レンズ８のピッチＲとの比を任意に選択することが可能である。
【００６６】
また、本実施形態のレンズシート１の第３レンズアレイ７は第１レンズアレイ３と第２レンズアレイ５との関係は必要ではなく、第３レンズアレイ７のパラメーターであるピッチ、位置合わせ、方向を任意に選択することが可能である。
【００６７】
第３レンズアレイ７を構成する第３レンズ８のピッチＲは、該第３レンズ８が第１レンズ４と平行に延在している場合には、第１レンズ４のピッチＰと第３レンズ８のピッチＲとの間には、０．０５≦Ｒ／Ｐ≦０．５の関係が成り立つことが好ましい。
Ｒ／Ｐ＞０．５の場合、第１レンズアレイ３の第１レンズ４に入射する光の方向又は入射箇所が隣接する第１レンズ４同士で大きく異なるため、結果的に、第１レンズアレイ３により観察者側Ｆに輝度ムラを生じさせることとなり好ましくない。
一方、Ｒ／Ｐ≦０．５の場合、第１レンズアレイ３の各第１レンズ４にほぼ同じ光が入射され均一な画像表示を得ることができる。なお、ＲがＰよりも極めて小さい場合、例えば０．０５＞Ｒ／Ｐの場合には、第３レンズアレイ７の形成が困難となるとともに回折現象が生じる恐れがあり第３のレンズアレイ７の効果が減少してしまうため好ましくない。
【００６８】
また、第３のレンズアレイ７のアスペクト比を変化させた場合には、図９（ａ）及び図９（ｃ）において示しているように、輝度及び輝度変化量が大きく変化する。ここで、レンズシート１の特性上は正面輝度が高く輝度変化量と低いことが求められるが、この両方をともに満たすことはできない。
しかしながら、液晶テレビの場合、輝度変化量が低いことが製品の特性上重要となる。たとえ正面輝度が非常に高くても、視野角分布が狭く視認角度によって明暗が変化してしまえばディスプレイとしては好ましくないからである。正面輝度が多少小さくなったとしても、視認角度によって表示画像が滑らかに変化することが望ましいディスプレイ装置といえる。
以上を踏まえて、第３レンズアレイ７を構成する第３レンズ８のアスペクト比は１％〜１０％、特に２％〜６％の範囲に設定されることが好ましい。アスペクト比が１０％を超えると正面輝度は低下し続けるが輝度変化量の変化は小さくなるため望ましくない。逆に、アスペクト比が１％未満の場合、第３レンズ８の成形が困難となるので好ましくない。
【００６９】
また、第２レンズアレイ５を構成する第２レンズ６のピッチＱと第１レンズ４のピッチＰとの間には、０．０５≦Ｑ／Ｐ≦２．０の関係が成り立つことが好ましい。
ここで、本実施形態のレンズシート１の第２レンズアレイ５は第１レンズアレイ３を構成する第１レンズ４の頂部４ａに形成されており、また、第１レンズ４が台形プリズムであるとともに、第２レンズ５が三角プリズムとされている。さらに、その頂角の最適範囲は７０°〜１１０°であるため、第１レンズ４を頂角が７０°の台形プリズムとし、第２レンズ６を頂角が１１０°の三角プリズムとした場合には、第２レンズ６のピッチＱが第１レンズ４のピッチＰの２倍を超えると、第１レンズ４の高さより第２レンズ６の高さの方が高くなってしまい。この場合、第１レンズアレイ３による集光効果は消滅してしまう。従って、Ｑ／Ｐ≦２．０であることが望ましい。
また、第２レンズ６のピッチＱが第１レンズ４のピッチＰより小さい場合には光学特性上問題ないが、例えば、第２レンズ６のピッチＱを２０μｍとしたときにＱ／Ｐが０．０５となると、第１レンズ４のピッチＰは４００μｍとなる。第１レンズ４のピッチＰが大きくなりすぎると、画像表示素子３５の周期構造と第１レンズアレイ３の周期構造との間でモアレ干渉縞が生じやすくなるため望ましくない。一方、第１レンズ４のピッチＰを小さくすると、第２レンズ６のピッチＲが小さくなり過ぎてしまうため、望ましくない。従って、０．０５≦Ｑ／Ｐであることが望ましい。
【００７０】
以上説明したレンズシート１は、図１に示すように、光源４１から出射されて光拡散板２５を通過してきた光を出射面から光学利得が１以上の光Ｋとして出射するものである。
ここで光学利得とは、光学的な拡散部材の拡散性を示す指標の一つであり、完全拡散する拡散体の輝度を１として、その光の輝度との比で表される。測定する拡散部材の拡散性が方向によって偏っている場合、方向ごとの光学利得を出すことで、その拡散部材の拡散特性を示すことが出来る。
また、完全拡散とは、吸収が０で、かつ、どの方向にも一定の強度をもつとする理想的な拡散体のことを示す。つまり、光学利得が１以上であるということは、その測定する方向に光を集める効果を持つことを示し、その値が大きいほど集光効果が強いことを示す。
【００７１】
なお、レンズシート１の厚みを設定するにあたっては、光学特性に対する影響を考慮してではなく、むしろレンズシート１の製造プロセスや要求される物理特性等を考慮して設定される。
例えば、ＵＶ成形により第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ５を形成した場合、その支持基材フィルムの基材厚さは、５０μｍ以下だとシワが出てしまうので、５０μｍを超える厚さに形成する必要がある。
さらにまた使用するバックライト・ユニットやディスプレイ装置のサイズによりその基材厚みは変化する。例えば、対角３７インチサイズ以上のディスプレイ装置では基材厚さは０．０５ｍｍから３ｍｍの間に設定されることが望ましい。
【００７２】
また、一般にディスプレイも周期的な画素構造をもつものが多く、そのため、それぞれの周期構造同士のモアレ、３つ以上の周期構造で発生する２次モアレなどの高次のモアレが生じて見た目が損なわれる欠点が生じる。これを回避すべく、レンズシート１のレンチキュラー方向を画像表示素子３５の周期構造の方向から３０°以下の範囲でずらすことが有効である。これにより、画像表示素子３５の周期的な画素構造の横或は縦の構造との間で生じるモアレを防止することができる。
【００７３】
さらに、上述のモアレを防ぐ方法として、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ５及び第３レンズアレイ７を蛇行させる手法も有効である。
さらにまた、第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ５、第３レンズアレイ７のレンズピッチをランダムとすることによってもモアレを防ぐことができる。この場合、レンズの高さとピッチを変えてランダムとする方法やレンズの高さを変えずにピッチのみをランダムとする方法があるが、外観上におけるムラの観点からレンズの高さを変えないランダムにする方法が望ましく、またその場合のランダム率（標準ピッチに対するピッチの増減率）は２０％以下、特に１０％以下とするのが望ましい。
【００７４】
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、ディスプレイ装置７０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。これにより、画像品位をより向上させることができる。
【００７５】
また、実施形態においては、第１レンズアレイ３を構成する第１レンズ４が台形プリズムであり、第２レンズアレイ５を構成する第２レンズ６が三角プリズムである場合について説明してきたが、第１レンズ４及び第２レンズ６の形状は任意に選択可能である。
ここで例えば、凸レンチキュラーが挙げることができる。凸レンチキュラーは、一方向にのみ形成された場合、視野範囲の広いディスプレイ装置７０が得られるが、一方で観察者側Ｆへの集光効果は弱いため高輝度は得ることは困難である。しかしながら、凸レンチキュラーの頂部に第２レンズ６として凸レンチキュラーレンズを形成した場合、水平方向Ｘｏと垂直方向Ｖｅとの２方向の集光効果が得られ、視野範囲が広く高輝度なディスプレイ装置７０を得ることができる。
【００７６】
また、実施形態においては、第３レンズアレイ７を構成する第３レンズ８が三角プリズムである場合について説明してきたが、第３レンズ８の形状も任意に選択可能である。
ここでも一例として凸レンチキュラーが挙げることができる。凸第３レンズ８として凸レンチキュラーレンズを形成した場合、アスペクト比が低いため、プリズムと同じ効果が得られる。プリズムに光が入射した場合、光が二つ方向にスプリットされるが、レンチキュラーレンズの場合、光が入射した際に該光がある角度範囲に分離され、最終的により滑らかな視野角分布を得ることができる。
【実施例】
【００７７】
（実施例のレンズシート）
実施形態のレンズシートに対応するものとして、ポリカーボネイトを用いて透光性基材の厚みを２５０μｍとしたレンズシートを押出成形法により作製した。
第１レンズアレイを台形プリズムとし、該台形の一対の斜辺の延長線同士のなす角（頂角）を９０°とし、ピッチＰを１００μｍ、台形の頂部の幅Ｌを２０μｍとした。
第２レンズアレイを、頂角９０°、ピッチＱを２５μｍの三角プリズムとし、第１レンズアレイと第２レンズアレイとのなす角度を９０°とした。
第３レンズアレイを、頂角が１７０°、ピッチＲを３０μｍの三角プリズムとし、第１レンズアレイと同じ方向に配列した。
【００７８】
（比較例のレンズシート）
ポリカーボネイトを用いて透光性基材の厚みを２５０μｍとしたレンズシートを押出成形法により作製した。
第１レンズアレイを台形プリズムとし、該台形の一対の斜辺の延長線同士のなす角（頂角）を９０°とし、ピッチＰを１００μｍ、台形の頂部の幅Ｌを２０μｍとした。
第２レンズアレイを、頂角が９０°、ピッチＱを２５μｍの三角プリズムとし、第１レンズアレイと第２レンズアレイとのなす角度を９０°とした。
また、透光性基材の裏面は平面状とし、第３レンズアレイを形成しないものとした。
【００７９】
（バックライトユニット）
上記実施例及び比較例のレンズシートを用いてバックライトユニットを作製した。バックライトユニットの構成は、反射板の観察者側Ｆに光源としてＣＣＦＬを配置し、その上（観察者側Ｆ）に光拡散板、レンズシートをこの順序で配置した。
実施例及び比較例のレンズシートとも、第１レンズアレイの配列方向をＶｅ方向（鉛直方向に沿った方向）として配置した。
【００８０】
（測定・評価）  
上記２つのバックライトユニットの輝度分布を測定した。その測定結果は、図８（ｂ）に示した通りである。両者を比較すると、正面からはほぼ同じ明るさを確認することができた。一方、正面から視野を変えると、両者とも輝度が低下するが、実施例のレンズシートは比較例のレンズシートよりも±４４°近辺において輝度が高くなっていることが確認された。
このことから、第３レンズアレイを備えたレンズシートは、第３レンズアレイを備えていないレンズシートに比べて、輝度変化量が緩やかとなることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【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】実施形態に係るレンズシートの斜視図である。
【図３】図２におけるＡ方向矢視図である。
【図４】図２におけるＢ方向矢視図である。
【図５】図２におけるＣ方向矢視図である。
【図６】第１レンズアレイ及び第２レンズアレイを成形する金型の斜視図である。
【図７】第３レンズアレイを成形する金型の斜視図である。
【図８】（ａ）は三角プリズムを通過する光の輝度分布図、（ｂ）は第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及び第３レンズアレイを備えた実施形態に係るレンズシート又は第１レンズアレイ及び第２レンズアレイのみを備えたレンズシートを通過する光の輝度分布図である。
【図９】（ａ）は第３レンズアレイのアスペクト比と輝度との関係を示したグラフ、（ｂ）は第３レンズアレイのアスペクト比とＶｅ方向及びＨｏ方向の半値角との関係を示したグラフ、（ｃ）は第３レンズアレイのアスペクト比と輝度変化量との関係を示したグラフである。
【図１０】ＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図である。
【図１１】ＢＥＦの斜視図である。
【図１２】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。
【符号の説明】
【００８２】
１      レンズシート
３      第１レンズアレイ
４      第１レンズ
５      第２レンズアレイ
６      第２レンズ
７      第３レンズアレイ
８      第３レンズ
１７    透光性基材
１７ａ  光出射面
１７ｂ  光入射面
２５    光拡散板
３５    画像表示素子
５５    バックライトユニット
７０    ディスプレイ装置
【図１】
2010054995.tif 000003
【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】
2010054995.tif 000009
【図８】
2010054995.tif 000010
【図９】
2010054995.tif 000011
【図１０】
2010054995.tif 000012
【図１１】
2010054995.tif 000013
【図１２】
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