(57)【要約】【課題】  正面方向に最も高い輝度を示し、所定の視野角内の方向においても高い輝度分布を得ることができる光学フィルムを提供する。【解決手段】  本発明に係る光学フィルムは、例えば液晶表示装置あるいはバックライト装置の輝度向上フィルム１４として用いられる。この輝度向上フィルム１４の光出射面側には、三角錐あるいは四角錐形状の凹部１４Ｒが２次元の広がりをもって多数配列されている。凹部１４Ｒの上面逃げ角（凹部１４Ｒの斜面部Ｐ１〜Ｐ３とフィルム表面１４ａとのなす角度）αは３５度以上６８度以下とされている。この構成により、立体的な表面構造による光学的な境界面の全反射特性と屈折特性を改善し、無効なサイドローブ光の発生を減少させて、正面輝度の向上と視野角の改善を図ることができる。【選択図】        図４
2006337526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、この第１の面と対向する第２の面とを有する光透過性の光学フィルムであって、
前記第１の面および前記第２の面の何れか一方の面に、錐体形状の凹部が２次元の広がりをもって複数配列されており、
前記凹部の斜面部と前記一方の面とのなす角度が３５度以上６８度以下である
ことを特徴とする光学フィルム。
【請求項２】
前記凹部は、角錐形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項３】
前記凹部は、三角錐形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルム。
【請求項４】
前記凹部は、四角錐形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルム。
【請求項５】
前記凹部は、前記第１，第２の面のうち光出射側の面に配列されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項６】
前記凹部の配列ピッチは、５００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項７】
前記凹部は、隣接する凹部の斜面部同士が互いに接触して配列されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルム。
【請求項８】
光源と、この光源の光出射側に配置された光透過性の光学フィルムとを備えたバックライト装置であって、
前記光学フィルムは、光入射側の第１の面と光出射側の第２の面とを有し、
前記第１の面および前記第２の面の何れか一方の面に、錐体形状の凹部が２次元の広がりをもって複数配列されており、
前記凹部の斜面部と前記一方の面とのなす角度が３５度以上６８度以下である
ことを特徴とするバックライト装置。
【請求項９】
前記光源と前記光学フィルムとの間には、前記光源からの光を拡散させて前記光学フィルム側へ出射させる拡散層が設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載のバックライト装置。
【請求項１０】
前記光学フィルムの光出射側には、当該光学フィルムを透過した光のうち所定の偏光成分を透過させ他の偏光成分を反射する偏光分離素子が配置されている
ことを特徴とする請求項８に記載のバックライト装置。
【請求項１１】
液晶表示素子と、この液晶表示素子を背面側から照明する光源を有するバックライトユニットと、前記液晶表示素子と前記バックライトユニットとの間に配置され、光入射側の第１の面および光出射側の第２の面を有する光透過性の光学フィルムとを備えた液晶表示装置において、
前記光学フィルムは、
前記第１の面および前記第２の面の何れか一方の面に、錐体形状の凹部が２次元の広がりをもって複数配列されており、
前記凹部の斜面部と前記一方の面とのなす角度が３５度以上６８度以下である
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば輝度向上フィルムとして用いられる光学フィルム、この光学フィルムを備えたバックライト装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のカラー液晶パネルを利用したディスプレイ等で、消費電力の低減とともに、表示輝度や視野角特性を向上させることが、液晶パネルディスプレイの商品価値を高める上で重要な課題となっている。この中で、バックライト側の光学的な利得特性を改良することが強く望まれている。
【０００３】
例えば透過型の液晶表示装置は、一般に、面光源としてのバックライト装置と、画像を形成する液晶パネルとで構成されている。バックライト装置には、液晶パネルの直下に光源を配置する方式（直下型）や、側面に光源が配置された導光板を用いる方式（エッジライト型）がある。これら各方式のバックライト装置では、図２１に示すように、光出射側となるバックライトユニット１の上面部に、輝度の面内分布の均一化を図るため、拡散シート２やプリズムシート３等の光学シートあるいは光学フィルムが配置されている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
プリズムシート３は、一方の面に三角柱状の凹凸形状が連続的に形成されたレンズシートであり、拡散シート２を透過して種々の方向から入射する入射光の出射方向を一定の範囲に集光する機能を有している。
【０００５】
一般に、プリズムシート３に入射した光は、一部が屈折透過し、他の一部が反射して光源（バックライトユニット１）側へ戻る。通常のプリズムシート３は屈折により正面輝度が増加するように出射光の指向特性を改善する。また、プリズムシート３からの反射光は、面光源としての発光面とみなされ得る拡散シート２で拡散散乱されることにより、発光面の輝度を増加させ、これに伴って正面輝度を向上させる。
【０００６】
なお、下記特許文献２には、光源と、該光源からの光を拡散させて前方を均一に照射するための拡散板とを有したバックライトにおいて、拡散板から拡散する光を前方正面方向に集光する微小レンズが一つの面上に２次元の広がりをもって多数配列されたマイクロレンズシートを設けた構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１０３８２５号公報
【特許文献２】特許第３１５８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２２は、プリズムシート３の拡大断面図である。このプリズムシート３では、入射した光線はその入射角によって直接プリズム斜面を透過する第１次透過光成分Ｔ１と、プリズム斜面で反射した後にもう一方のプリズム斜面で反射して入射側に戻される戻り光成分Ｒと、プリズム斜面にて全反射した後にもう一方のプリズム斜面を透過してプリズムシート前面に射出する第２次透過光成分Ｔ２とに、大きく分けられる。
【０００９】
第１次透過光成分Ｔ１は、正面方向に射出する光を含み、画像形成に有効活用される光束である。一方、戻り光成分Ｒもまた、面光源としての発光面とみなされ得る拡散シートで拡散反射され、発光面の輝度を増加させる有効な光束である。
これらの光束は、一方のプリズム斜面で全反射した後に、隣接プリズムに再入射してシート内部に入り、その一部が戻り光成分に加算されて再利用されたり、他の多重反射の後に第１次透過光成分や光源側への戻り光として有効活用される。
【００１０】
これに対して、第２次透過光成分Ｔ２のほとんどは、一方のプリズム斜面における全反射の後、他方のプリズム斜面で屈折し、液晶パネルの有効視野角外の広角側に射出する光束成分であり、輝度の向上にとって無効となっている成分である。
【００１１】
図２３は、この従来のプリズムシート（頂角９０度）３の配光特性を表す輝度の角度分布図である。図２３において、実線は水平方向（プリズムの配列方向）の輝度の角度分布、破線は垂直方向（プリズムの延在方向）の輝度の角度分布をそれぞれ示している。１８０度方向がフィルム正面方向であり、これを中心として左右９０度にわたって測定した輝度データが示されている。径方向の軸は輝度の大きさを示しており、単位はＮｉｔ（ｃｄ／ｍ2 ）である。
図２３から明らかなように、従来のプリズムシート３においては、正面方向の出射効率に優れ、正面輝度が高い。
【００１２】
しかしながら、正面方向から左右４５度前後の範囲においては有効な輝度特性がほとんど得られず、これが原因で視野角が非常に狭められる結果となっている。従って、これらの視角範囲における輝度分布の改善を図る必要がある。
【００１３】
また、図２３のｓ１，ｓ２は、いわゆるサイドローブと呼ばれる極端に斜めに出射される光である。このサイドローブ光は、第２次透過光成分Ｔ２によってもたらされ、液晶パネルの有効視野角外の広角側に出射し、正面輝度の向上に貢献しないロス成分である。
この無効な光束をもたらす第２次透過光成分Ｔ２を減少させることができれば、輝度分布の改善を図れることになる。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、正面方向に最も高い輝度を示し、所定の視野角内の方向においても高い輝度分布を得ることができる光学フィルム、バックライト装置及び液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の光学フィルムは、第１の面と、この第１の面と対向する第２の面とを有する光透過性の光学フィルムであって、第１の面および第２の面の何れか一方の面に、錐体形状の凹部が２次元の広がりをもって複数配列されており、凹部の斜面部と上記一方の面とのなす角度が３５度以上６８度以下とされている。
【００１６】
このように本発明は、立体的な表面構造による光学的な境界面の全反射特性と屈折特性を改善し、第１次透過光成分および戻り光束成分を増加させ、第２次透過光成分によるサイドローブ光の発生を抑えるようにしている。
また、凹部の斜面部とフィルム表面とのなす角度（以下「上面逃げ角」ともいう）を上記角度範囲内で適切に選定することにより、光源の出射光の角度分布に対応して所望の角度分布をもって光を出射させ、所定の視野角内の方向において高い輝度分布を持たせることが可能となる。
【００１７】
なお、凹部の上面逃げ角が上記の角度範囲を外れると、出射光の正面方向への集光性が弱まり、広角側への出射光束成分が比較的多くなるため、正面輝度の低下が著しくなる。
【００１８】
凹部の形状は、三角錐形状、四角錐形状その他の角錐形状で形成でき、これ以外に円錐形状等で形成してもよい。また、表面層から出射される光によって凹部の間隔が視認されるのを防ぐため、凹部の配列ピッチ（隣接する凹部の頂点間の距離）は狭いほうが好ましく、好適には５００μｍ以下とされる。
【００１９】
本発明に係る光学フィルムは、輝度向上フィルムとしてバックライト装置あるいは液晶表示装置に用いることができる。これにより面内輝度の向上と、輝度の角度分布の最適化を図ることができる。
この場合、凹部の形成面は、光入射側（光源側）、光出射側（液晶パネル側）の何れであってもよい。更に、当該光学フィルムの光入射側に、光源光を拡散出射させる拡散層を配置したり、当該光学フィルムの光出射側に、所定の偏光成分のみを分離抽出する偏光分離素子を配置することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように本発明の光学フィルムによれば、正面方向に最も高い輝度が得られ、所定の視野角内における配向分布の最適化を図ることができる。
また、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置によれば、面内輝度を向上させ、所定の視野角内の方向において高い輝度分布を持たせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１〜図４は本発明の光学フィルムとして、液晶表示装置用の輝度向上フィルム１４の構成を示している。
ここで、図１は輝度向上フィルム１４の表面１４ａの拡大平面図、図２は輝度向上フィルム１４の表面１４ａに形成された凹部１４Ｒの形状を示す斜視図、図３は図１における［３］−［３］線方向断面図、図４は図１における［４］−［４］線方向断面図であり、凹部１４Ｒの一作用を説明する図である。
【００２３】
本実施の形態の輝度向上フィルム１４の表面（光出射面）１４ａは、図２に示した錐体形状の凹部１４Ｒが２次元の広がりをもって複数配列された構造面に形成されている。各凹部１４Ｒは互いに同一の形状及び大きさに形成されており、本実施の形態では、凹部１４Ｒは、底面を上方に向けた逆三角錐形状とされている。
【００２４】
三角錐の各頂点Ａ，Ｂ，Ｃで形成される凹部１４Ｒの仮想上面は、輝度向上フィルム１４の表面１４ａを形成しており、頂点Ｄは、凹部１４Ｒの底部を形成している。辺ＡＣ，ＢＣ及びＣＡと頂点Ｄとを通る斜面部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれプリズム面を形成している。
【００２５】
凹部１４Ｒの各斜面部Ｐ１〜Ｐ３は、輝度向上フィルム１４の表面１４ａに対して各々同一の傾斜角で形成されている。この傾斜角は、例えば図２に示したように、頂点Ａと辺ＢＣの中点Ｅとを結ぶ線分Ｌ１と、この中点Ｅと頂点Ｄとを結ぶ線分Ｌ２とのなす角度αで表される。本明細書においては、この角度αを凹部１４Ｒの「上面逃げ角」と定義して以下用いる。
【００２６】
凹部１４Ｒの上面逃げ角αは、３５度以上６８度以下に形成されている。この角度範囲を外れると、後述するように、当該輝度向上フィルム１４による集光作用が低下し、所望の平均正面輝度が得られなくなる（図５〜図９）。
【００２７】
また、凹部１４Ｒの大きさは特に制限されないが、当該輝度向上フィルム１４上に形成された凹部１４Ｒの分布状態は、フィルム表面１４ａから出射される光によって凹部１４Ｒ間の間隔が視認されることのない大きさであることが好ましい。具体的には、隣り合う凹部１４Ｒの底部Ｄの間隔ａ（図１）の大きさが５００μｍ以下とされている。
なお、凹部１４Ｒの深さは、凹部１４Ｒの上面逃げ角αの範囲と、凹部１４Ｒの配列間隔ａによって設定することができる。
【００２８】
更に、本発明の効果をより一層高めるために、隣接する凹部１４Ｒの間隔は狭い方が好ましく、特に図示したように、隣接する凹部１４Ｒの斜面部どうしがフィルム表面で互いに接触するように凹部１４Ｒを配列するとより好ましい。この場合、凹部１４Ｒを形成する三角錐の上辺ＡＢ，ＢＣ，ＣＡは、隣接する他の三角錐の上辺と共通化される。
【００２９】
本実施の形態の輝度向上フィルム１４は、光透過性を有する例えばポリカーボネート、ポリビニル、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリαーオレフィン、繊維素系樹脂、ガラス等の透明フィルムあるいはシートで形成されている。凹部１４Ｒは、これらの透明フィルムの表面に一体的に形成される。
あるいは、これらの透明フィルムの上に、凹部１４Ｒが形成された層を後工程で一体化してもよい。この場合、凹部形成層は透明フィルムと異なる光透過性の材料で構成することができる。
【００３０】
輝度向上フィルム１４の製造方法は特に限定されず、例えば熱プレスによる金型成形加工、エンボス成形加工、鋳型等の方法が実施可能であり、実質的に同一の錐体構造の凹部１４Ｒを微細な間隔で多数形成することが可能な方法であればよい。
また、光透過性の透明フィルム上に、これと同種あるいは異種の光透過性樹脂、例えば紫外線硬化樹脂をスクリーン印刷等で形成することによって、実質的に同一の錐体構造の凹部１４Ｒを微細な間隔で多数形成する方法でもよい。
あるいは、溶融した透明性光学材料をエンボスロール上のロールプレスにより連続フィルムとして角錐体を成形転写する方法でもよい。
【００３１】
図４は、以上のように構成される本実施の形態の輝度向上フィルム１４の一作用を説明する図である。図４に示した例では、輝度向上フィルム１４の表面１４ａを光出射面、裏面１４ｂ（図３参照）を光入射面としている。点Ｐ及び点Ｑは、輝度向上フィルム１４の裏面側に位置する仮想光起点をそれぞれ示している。また、一方の光源Ｐからの光は、凹部１４Ｒの辺ＡＤ近傍の斜面部Ｐ３（及びＰ１）へ入射し、他方の光源Ｑからの光は、凹部１４Ｒの辺ＥＤが属する斜面部Ｐ２へ入射する例を示している。
【００３２】
仮想光起点Ｐ，Ｑから出射される垂直法線方向の光束成分は、三角錐体構造の凹部１４Ｒの斜面部で全反射した後、他の隣接する凹部１４Ｒの斜面部で全反射して光源側に戻される（戻り光成分Ｒ）。
【００３３】
また、仮想光起点Ｐ，Ｑから凹部１４Ｒの斜面部へ入射する光束成分の一部は、凹部１４Ｒの斜面部における屈折透過により、フィルム１４の表面１４ａから正面方向へ偏向されて出射される（第１次透過光成分Ｔ１）。
【００３４】
一方、凹部１４Ｒの斜面部に対する入射角が臨界角以上の光束成分のうち破線で示した光束成分は、当該斜面部において全反射した後、対向する斜面部における屈折透過作用を経て出射される（第２次透過光成分Ｔ２）。
【００３５】
本実施の形態の輝度向上フィルム１４によれば、三角錐体構造の凹部１４Ｒが２次元の広がりをもって複数配列されているため、凹部１４Ｒの斜面部で全反射した光束が他の隣接する凹部１４Ｒの斜面部で再び全反射する確率を高めることが可能となる。これにより、戻り光成分Ｒを増加させ、発光面の輝度の向上を図ることができる。
【００３６】
また、本実施の形態の輝度向上フィルム１４によれば、図中破線で示したように、第２次透過光成分Ｔ２の正面方向への偏向効率を高めて、輝度向上に無効なサイドローブ光の発生を減少させることができる。これにより、第２次透過光成分Ｔ２の一部を第１次透過光成分Ｔ１として有効に活用することが可能となる。また、光源側への戻り効率をも高められ、戻り構成分Ｒを増加させることができる。
【００３７】
更に、この第２次透過光成分Ｔ２の屈折透過作用の改善により、従来サイドローブ光として出射されていた光束成分の有効活用を実現できるようになる。特に凹部１４Ｒの２次元的な配列構造と相俟って、正面方向を中心とする広い輝度の角度分布をもたせることができ、視野角特性の改善を図れるようになる。
【００３８】
輝度向上フィルム１４の配光特性は、凹部１４Ｒの上面逃げ角αの大きさで変化する。例えば図５は、α＝４５度のときの輝度の角度分布を示している。実線は水平方向の輝度の角度分布、破線は垂直方向の輝度の角度分布をそれぞれ示している。１８０度方向がフィルム正面方向であり、これを中心として左右９０度にわたって測定した輝度データが示されている。径方向の軸は輝度の大きさを示しており、単位はＮｉｔ（ｃｄ／ｍ2 ）である。図６〜図８，図１３〜図１７においても同様である。
【００３９】
図５に示したように、上面逃げ角４５度の三角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、水平方向および垂直方向の輝度の角度分布が概ね同等であることから、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、広角度範囲で概略光損失のない指向性の高い配光特性を得ることができる。
【００４０】
図６は、α＝５２．５度のときの輝度の角度分布を示している。
図６に示したように、上面逃げ角５２．５度の三角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広くなっており、広角度方向で光損失のない配光特性を得ることができる。
【００４１】
図７は、α＝６０度のときの輝度の角度分布を示している。
図７に示したように、上面逃げ角６０度の三角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広い配光である。広角度方向でサイドビーム光を発生するが、角度幅のあるサイドビームであり視認性の領域が拡大される効果を生んでいる。
【００４２】
図８は、α＝６７．５度のときの輝度の角度分布を示している。
図８に示したように、上面逃げ角６７．５度の三角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広い配光である。広角度方向でサイドビーム光を発生するが、角度幅のあるサイドビームであり視認性の領域が全方位に拡大される効果を生んでいる。
【００４３】
図９は、凹部１４Ｒの上面逃げ角αに対する正面平均輝度の変化の様子を示している。  上面逃げ角４５度近傍を中心として、高い正面輝度が得られている。従って、正面輝度を主体とする場合には、凹部１４Ｒの上面逃げ角を４５度近傍にすることが望ましい。
また図９において、上面逃げ角６０度の場合においても二次的な輝度のピークが認められる。従って、凹部１４Ｒの上面逃げ角を６０度近傍にすることによっても、高い正面輝度を得ることができる。
【００４４】
図９から明らかなように、１１００００Ｎｉｔ（ｃｄ／ｍ2 ）以上の正面輝度が得られる上面逃げ角αの範囲は、３５度以上６８度以下である。従って、凹部１４Ｒの上面逃げ角αを３５度以上６８度以下に設定することによって、正面輝度の高い輝度向上フィルム１４を構成することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図１０〜図１３は、本発明の光学フィルムとして、液晶表示装置用の輝度向上フィルム２４の構成を示している。
ここで、図１０は輝度向上フィルム２４の表面２４ａの拡大平面図、図１１は輝度向上フィルム２４の表面２４ａに形成された凹部２４Ｒの形状を示す斜視図、図１２は図１０における［１２］−［１２］線方向断面図、図１３は図１０における［１３］−［１３］線方向断面図であり、凹部２４Ｒの一作用を説明する図である。
【００４６】
本実施の形態の輝度向上フィルム２４の表面（光出射面）２４ａは、図１１に示した錐体形状の凹部２４Ｒが２次元の広がりをもって複数配列された構造面に形成されている。各凹部２４Ｒは互いに同一の形状及び大きさに形成されており、本実施の形態では、凹部２４Ｒは、底面を上方に向けた逆四角錐形状とされている。
【００４７】
四角錐の各頂点Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉで形成される凹部２４Ｒの仮想上面は、輝度向上フィルム２４の表面２４ａを形成しており、頂点Ｊは、凹部２４Ｒの底部を形成している。辺ＦＧ，ＧＨ，ＨＩ及びＩＦと頂点Ｊとを通る斜面部Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は、それぞれプリズム面を形成している。
【００４８】
凹部２４Ｒの各斜面部Ｐ４〜Ｐ７は、輝度向上フィルム２４の表面２４ａに対して各々同一の傾斜角で形成されている。この傾斜角は、例えば図１０に示したように、辺ＩＦの中点Ｋと辺ＧＨの中点Ｍとを結ぶ線分Ｌ３と、中点Ｍと頂点Ｊとを結ぶ線分Ｌ４とのなす角度βで表される。本明細書においては、この角度βを凹部２４Ｒの「上面逃げ角」と定義して以下用いる。
【００４９】
凹部２４Ｒの上面逃げ角βは、３５度以上６８度以下に形成されている。この角度範囲を外れると、後述するように、当該輝度向上フィルム２４による集光作用が低下し、所望の平均正面輝度が得られなくなる（図１４〜図１９）。
【００５０】
また、凹部２４Ｒの大きさは特に制限されないが、当該輝度向上フィルム２４上に形成された凹部２４Ｒの分布状態は、フィルム表面２４ａから出射される光によって凹部２４Ｒ間の間隔が視認されることのない大きさであることが好ましい。具体的には、隣り合う凹部２４Ｒの底部Ｊの間隔ｂ（図１０）の大きさが５００μｍ以下とされている。
なお、凹部２４Ｒの深さは、凹部２４Ｒの上面逃げ角βの範囲と、凹部２４Ｒの配列間隔ｂによって設定することができる。
【００５１】
更に、本発明の効果をより一層高めるために、隣接する凹部２４Ｒの間隔は狭い方が好ましく、特に図示したように、隣接する凹部２４Ｒの斜面部どうしがフィルム表面で互いに接触するように凹部２４Ｒを配列するとより好ましい。この場合、凹部２４Ｒを形成する四角錐の上辺ＦＧ，ＧＨ，ＨＩ，ＩＦは、隣接する他の四角錐の上辺と共通化される。
【００５２】
本実施の形態の輝度向上フィルム２４は、光透過性を有する例えばポリカーボネート、ポリビニル、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリα−オレフィン、繊維素系樹脂、ガラス等の透明フィルムあるいはシートで形成されている。凹部２４Ｒは、これらの透明フィルムの表面に一体的に形成される。
あるいは、これらの透明フィルムの上に、凹部２４Ｒが形成された層を後工程で一体化してもよい。この場合、凹部形成層は透明フィルムと異なる光透過性の材料で構成することができる。
【００５３】
輝度向上フィルム２４の製造方法は特に限定されず、例えば熱プレスによる金型成形加工、エンボス成形加工、鋳型等の方法が実施可能であり、実質的に同一の錐体構造の凹部２４Ｒを微細な間隔で多数形成することが可能な方法であればよい。
また、光透過性の透明フィルム上に、これと同種あるいは異種の光透過性樹脂、例えば紫外線硬化樹脂をスクリーン印刷等で形成することによって、実質的に同一の錐体構造の凹部２４Ｒを微細な間隔で多数形成する方法でもよい。
あるいは、溶融した透明性光学材料をエンボスロール上のロールプレスにより連続フィルムとして角錐体を成形転写する方法でもよい。
【００５４】
図１３は、以上のように構成される本実施の形態の輝度向上フィルム２４の一作用を説明する図である。図１３に示した例では、輝度向上フィルム２４の表面１４ａを光出射面、裏面１４ｂ（図１２参照）を光入射面としている。点Ｐ及び点Ｑは、輝度向上フィルム２４の裏面側に位置する仮想光起点をそれぞれ示している。
【００５５】
仮想光起点Ｐ，Ｑから出射される垂直法線方向の光束成分は、四角錐体構造の凹部２４Ｒの斜面部で全反射した後、他の隣接する凹部２４Ｒの斜面部で全反射して光源側に戻される（戻り光成分）。
【００５６】
また、仮想光起点Ｐ，Ｑから凹部２４Ｒの斜面部へ入射する光束成分の一部は、凹部２４Ｒの斜面部における屈折透過により、フィルム２４の表面２４ａから正面方向へ偏向されて出射される（第１次透過光成分Ｔ１）。
【００５７】
一方、凹部２４Ｒの斜面部に対する入射角が臨界角以上の光束成分のうち破線で示した光束成分は、当該斜面部において全反射した後、対向する斜面部における屈折透過作用を経て出射される（第２次透過光成分Ｔ２）。
【００５８】
本実施の形態の輝度向上フィルム２４によれば、四角錐体構造の凹部２４Ｒが２次元の広がりをもって複数配列されているため、凹部２４Ｒの斜面部で全反射した光束が他の隣接する凹部２４Ｒの斜面部で再び全反射する確率を高めることが可能となる。これにより、戻り光成分Ｒを増加させ、発光面の輝度の向上を図ることができる。
【００５９】
また、本実施の形態の輝度向上フィルム２４によれば、図中破線で示したように、第２次透過光成分Ｔ２によるサイドローブ光の発生を減少させることができる。この第２次透過光成分Ｔ２は凹部２４Ｒの斜面部を透過した後、対向する斜面部との反射あるいは屈折透過作用により、第１次透過光成分Ｔ１あるいは戻り光成分Ｒを増加させ、輝度の向上に有効に活用される。特に凹部２４Ｒの２次元的な配列構造と相俟って、正面方向を中心とする広い輝度の角度分布をもたせることができ、視野角特性の改善を図れるようになる。
【００６０】
輝度向上フィルム２４の配向特性は、凹部２４Ｒの上面逃げ角βの大きさで変化する。例えば図１４は、β＝４５度のときの輝度の角度分布を示している。
図１４に示したように、上面逃げ角４５度の四角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、水平方向および垂直方向の輝度の角度分布が概ね同等であることから、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、広角度方向で概略光損失のない指向性に優れた配光特性を得ることができる。
【００６１】
図１５は、β＝４５度であって、仮想上面（面ＦＧＨＩ、図１１参照）が正方であるときの輝度の角度分布を示している。
図１５に示したように、上面逃げ角４５度で仮想上面が正方の四角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広くなっており、広角度方向で光損失のない配光特性を得ることができる。
【００６２】
図１６は、β＝６０度のときの輝度の角度分布を示している。
図１６に示したように、上面逃げ角６０度の四角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広い配光である。また、広角度方向で概略光損失のない指向性に優れた配光特性を得ることができる。
【００６３】
図１７は、β＝５２．５度のときの輝度の角度分布を示している。
図１７に示したように、上面逃げ角５２．５度の四角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、フィルム面上に沿う３６０度の回転方向に対して概略均等な配光を示している。また、正面方向の輝度が高く、正面方向の高輝度の角度範囲が比較的広い配光である。また、広角度方向で概略光損失のない指向性に優れた配光特性を得ることができる。
【００６４】
図１８は、β＝６７．５度のときの輝度の角度分布を示している。
図１８に示したように、上面逃げ角６７．５度の四角錐構造の凹部が光出射面側に２次元的な広がりをもって多数配列された構造の輝度向上フィルムにおいては、広角側に配光される光束量が著しく増加して、正面方向と概ね同等になっている。一部の液晶パネルでは利用されなくなる配光特性となっており、本発明の範囲の限界領域を示している。
【００６５】
図１９は、凹部２４Ｒの上面逃げ角βに対する正面平均輝度の変化の様子を示している。上面逃げ角４５度近傍を中心として、高い正面輝度が得られている。従って、方面輝度を主体とする場合には、凹部２４Ｒの上面逃げ角を４５度近傍にすることが望ましい。
図１９から明らかなように、１１００００Ｎｉｔ（ｃｄ／ｍ2 ）以上の正面輝度が得られる上面逃げ角βの範囲は、３５度以上６８度以下である。従って、凹部２４Ｒの上面逃げ角βを３５度以上６８度以下に設定することによって、正面輝度の高い輝度向上フィルム２４を構成することができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図２０は、本発明の光学フィルムとしての輝度向上フィルムが適用される液晶表示装置１０の一構成例を示す概略図である。
【００６７】
図示する液晶表示装置１０は、例えば大型液晶テレビ用に構成され、液晶表示素子としての液晶パネル１１と、この液晶パネル１１の背面側（図２０において下方側）に配置されたバックライト装置１２とを有している。
【００６８】
液晶パネル１１は、液晶層５を挟んで対向する一対の透明基板６ａ，６ｂと、これらの透明基板６ａ，６ｂの外面側に各々配置された一対の偏光板７ａ，７ｂとを備えている。図示せずとも、透明基板６ａの内面側にはカラーフィルタ、透明電極膜、配向膜が形成されており、透明基板６ｂの内面側には透明電極膜、配向膜が形成されている。
なお、透明基板６ａ，６ｂと偏光板７ａ，７ｂとの間に、位相差板等の光学補償フィルムを配置させてもよい。
【００６９】
バックライト装置１２は、複数本の線状光源（蛍光管）８及びこれら線状光源８の背面側に配置された反射板９を有するバックライトユニットと、このバックライトユニットの光出射側に配置された拡散シート１３と、輝度向上フィルム１４と、偏光分離素子１５とを備えている。
なお、バックライトユニットは図示した直下型のものに限らず、導光板の側面に光源を配置したエッジライト型で構成されてもよい。また、光源にＬＥＤ（Light Emitting Diode）が採用されていてもよい。
【００７０】
拡散シート１３は、光源８から出射した光を拡散させて、前方の輝度向上フィルム１４側へ出射する拡散層として構成されている。この拡散シート１３は、液晶パネル１１側から見たときの光源８の輝線を消し、バックライトユニット上面から光を均一出射させる機能を有している。
【００７１】
輝度向上フィルム１４は、本発明に係る光学フィルムとして構成され、拡散シート１３から拡散出射された光源光を、所定の角度分布をもたせて前方の偏光分離素子１５側へ出射する機能を有している。ここで、輝度向上フィルム１４の表面１４ａは光出射面、裏面１４ｂは光入射面とされている。
【００７２】
輝度向上フィルム１４は、上述の第１の実施の形態において説明したように、三角錐構造の凹部１４Ｒが光出射面１４ａに２次元的な広がりをもって多数配列された構造を有している。この凹部１４Ｒの上面逃げ角は例えば４５度とされている。
なお、輝度向上フィルム１４に代えて、上述の第２の実施の形態で説明した構成の輝度向上フィルム２４を用いてもよい。
【００７３】
偏光分離素子１５は、輝度向上フィルム１４を透過した光のうち所定の偏光成分（例えばＰ波偏光成分）を透過させ、他の偏光成分（例えばＳ波偏光成分）を反射する機能を有している。偏光分離素子１５を透過した光は、液晶パネル１１へ入射し、液晶パネル１１の前面に画像光を形成する。一方、偏光分離素子１５で反射した光は、光源側へ戻され、輝度向上フィルム１４や拡散シート１３等で反射した後、再び偏光分離素子１５へ入射される。
【００７４】
偏光分離素子１５の構成は特に限定されないが、本実施の形態では偏光効率が光の入射角に依存するタイプのものが用いられている。この種の偏光分離素子１５としては、断面三角形状の溝が連続して形成された構造面を有する一対のプリズム基板を、誘電体層を介して各々の山部と谷部とが一致するように対向配置させることで構成することができる。
【００７５】
以上のように構成される本実施の形態においては、バックライトユニットの光源８から出射した照明光は、拡散シート１３によって前方の輝度向上フィルム１４の光入射面１４ｂへ均一に照射される。
【００７６】
そして、この輝度向上フィルム１４は、三角錐構造の凹部が２次元的に配列された表面（光出射面）１４ａにおいて、極端な広角側へ出射するサイドローブ光の発生を減少させ、正面方向への透過光を増加させるとともに、戻り光成分を増加させて、発光面である拡散シート１３の輝度を増加させる。
【００７７】
これにより、光源８からの光束の出射ロスを低減して液晶パネル１１側の正面輝度の向上を実現できる。また、バックライト装置１２あるいは液晶表示装置１０の消費電力の低減を図ることができる。
【００７８】
また、輝度向上フィルム１４により、後段の偏向分離素子１５に入射する光束を一定範囲の入射角に制限できるので、角度依存性を有する偏向分離素子１５による照明光束の偏光効率を高め、液晶パネル１１に対し高輝度に光を出射させることが可能となる。
【００７９】
更に、液晶パネル１１自体への照明光光束の入射角度を法線方向に制御することが可能になるので、ある程度の視野角範囲内であらゆる方向に均等に明るく見えて、広角側における色分離（色のにじみ）の制限と視野角の制御あるいは改善が図れるようになる。
【００８０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００８１】
例えば以上の各実施の形態では、輝度向上フィルム１４，２４の光出射面１４ａ，２４ａ側に、錐体形状の凹部１４Ｒ，２４Ｒを２次元の広がりをもって多数配列させた構成を例に挙げて説明したが、これに代えて、輝度向上フィルム１４，２４の光入射面１４ｂ，２４ｂ側に上記構成の凹部１４Ｒ，２４Ｒを２次元の広がりをもって多数配列させてもよい。
【００８２】
また、以上の各実施の形態では、凹部１４Ｒ，２４Ｒの形状を三角錐あるいは四角錐で構成したが、これに代えて、五角錐、六角錐等の他の多角錐形状としたり、円錐や楕円錐体形状等の他の錐体構造を採用してもよい。
更に、これら形状の異なる角錐構造あるいは円錐構造の凹部を複数組み合わせて、本発明の光学フィルム（輝度向上フィルム）を構成することも可能である。
【００８３】
更に、以上の第３の実施の形態においては、液晶表示装置１０あるいはバックライト装置１２として、本発明に係る輝度向上フィルム１４を一枚適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、当該輝度向上フィルム１４を２枚以上重ねて使用することも可能である。また、拡散シート１３や偏光分離素子１５の構成も上述の例に限らず、偏光分離素子１５の後段に拡散シートを更に配置する等の組合せ例も適宜なし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光学フィルムとしての輝度向上フィルム１４の拡大平面図である。
【図２】輝度向上フィルム１４の表面１４ａに形成された三角錐構造の凹部１４Ｒの形状を示す斜視図である。
【図３】図１における輝度向上フィルム１４の［３］−［３］線方向断面図である。
【図４】図１における輝度向上フィルム１４の［４］−［４］線方向断面図である。
【図５】凹部１４Ｒの上面逃げ角αが４５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図６】凹部１４Ｒの上面逃げ角αが５２．５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図７】凹部１４Ｒの上面逃げ角αが６０度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図８】凹部１４Ｒの上面逃げ角αが６７．５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図９】凹部１４Ｒの上面逃げ角αと平均正面輝度との関係を説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による光学フィルムとしての輝度向上フィルム２４の拡大平面図である。
【図１１】輝度向上フィルム２４の表面２４ａに形成された四角錐構造の凹部２４Ｒの形状を示す斜視図である。
【図１２】図１０における輝度向上フィルム２４の［１２］−［１２］線方向断面図である。
【図１３】図１０における輝度向上フィルム２４の［１３］−［１３］線方向断面図である。
【図１４】凹部２４Ｒの上面逃げ角βが４５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図１５】凹部２４Ｒの上面逃げ角βが４５度であってその仮想上面が正方のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図１６】凹部２４Ｒの上面逃げ角βが６０度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図１７】凹部２４Ｒの上面逃げ角βが５２．５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図１８】凹部２４Ｒの上面逃げ角βが６７．５度のときの輝度の角度分布を説明する図である。
【図１９】凹部２４Ｒの上面逃げ角βと平均正面輝度との関係を説明する図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態として説明する液晶表示装置１０の概略構成図である。
【図２１】従来のバックライト装置に適用される輝度向上フィルムの一例を示す概略斜視図である。
【図２２】従来の輝度向上フィルム（プリズムシート）の作用を説明する要部断面図である。
【図２３】従来の輝度向上フィルム（プリズムシート）の輝度の角度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００８５】
５…液晶層、６ａ，６ｂ…透明基板、７ａ，７ｂ…偏光板、１０…液晶表示装置、１１…液晶パネル（液晶表示素子）、１２…バックライト装置、１３…拡散シート（拡散層）、１４，２４…輝度向上フィルム（光学フィルム）、１４ａ，２４ａ…フィルム表面（光出射面）、１４ｂ，２４ｂ…フィルム裏面（光入射面）、１４Ｒ，２４Ｒ…凹部、１５…偏向分離素子、Ｔ１…第１次透過光成分、Ｔ２…第２次透過光成分、Ｐ，Ｑ…仮想光起点、Ｒ…戻り光成分、α，β…上面逃げ角。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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